(57)【要約】本発明は一般に、種々の波長チャネルにおける情報を評価することによって、波長分割多重化システムにおける光信号の品質を監視する光信号装置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長可変フィルタに基づき、本質的に偏光無依存である挙動を示し、偏光無依存が（ａ）偏光スプリッタ、（ｂ）パワースプリッタまたはスイッチからなる群から選択される装置および偏光子によって実現されることを特徴とする波長分割多重化（ＷＤＭ）光学性能監視装置。
【請求項２】
前記波長可変フィルタが、ブラッグ格子に基づいていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
本質的に絶対的な波長確度を示すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記絶対波長確度が、絶対波長基準の利用によって実現されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
専用の光源が、前記絶対波長基準と共に用いられることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記絶対波長基準が、反射フィルタを含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記反射フィルタが、ファイバブラッグ格子であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ファイバブラッグ格子が、温度無依存であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記絶対波長基準が、透過フィルタを含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
前記透過フィルタが、エタロンであることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記エタロンが、温度無依存であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
監視される入射光信号の以下の特性、すなわち波長チャネル当たりの光パワー、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）、チャネルの中心波長および偏光モード分散（ＰＭＤ）のうちの少なくとも１つが測定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、種々の波長チャネルにおける情報（たとえば、波長チャネルあたりの光パワー、光の信号対雑音比、チャネルの中心波長）を評価することによって、波長分割多重化システムにおける光信号の品質を監視する光信号装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オプティカルキャリアは、光信号の品質を保証するために、ネットワークにおける種々の地点に光監視装置を配置する。ネットワークにおける監視地点の数が増大すればするほど、上記のキャリアが問題の源を突き止めやすく、より迅速に補正を行うことができる。光監視装置によって補正された情報は、有用であるために、高精度である必要がある。監視装置の精度および有用性を制限することができる１つの効果は、偏光依存性である。たとえば、同調可能ブラッグ格子に基づく光ノッチフィルタは、許容可能でないほど高い複屈折レベル（２つの偏光固有モード（２つの無依存性偏光状態であり、この一次結合が他のすべての偏光状態を形成する）の屈折率の間の差）を有する可能性があり、フィルタは、（具体的な同調設定で）偏光に応じた種々の波長または２つの波長の組合せ（光信号が２つの偏光固有モードの組合せである場合）を減衰させることになる。この偏光分割は、監視装置の精度を減少させ、極端な場合には監視装置を使い物にならなくするため、望ましくない。
【０００３】
光学性能監視装置は一般に、その中心に波長可変フィルタを有する。フィルタがある種の作動機構（熱、圧力、電界、磁界など）によって同調されるとき、（種々の波長を減衰する以外に）その特性の一部が通常は変化する。変化特性はある種の有害な影響を及ぼす可能性があり、フィルタが所定の波長帯における種々の点に同調されるとき、その影響は幾分深刻になる恐れがある。
【０００４】
さまざまなタイプの光学性能監視装置が、当業界では公知である。米国特許公報（特許文献１）は、「光学性能監視装置」について記載している。米国特許公報（特許文献２）は、「自己較正機能付き光学チャネル監視システム」について記載しており、光学性能の監視および較正が同時に行われる。米国特許公報（特許文献３）は、「ＤＷＤＭシステム用の高解像度光学性能監視装置」について記載している。光学性能監視は、ガラスファイバに形成されるブラッグ格子であるノッチフィルタを用いて行われる。米国特許公報（特許文献４）は、「波長可変なファブリ・ペロー型フィルタ」について記載している。米国特許公報（特許文献５）は「光学性能監視装置」について述べ、監視はデマルチプレクサおよびスイッチを用いて行われる。米国特許公報（特許文献６）は、「波長可変なファブリ・ペロー型フィルタ用の可撓性膜」について記載している。光学性能監視は、波長可変なファブリ・ペロー型フィルタを用いて行われる。米国特許公報（特許文献７）は、「波長分割多重化ファイバ光システムにおいて光学性能監視のための方法および装置」について記載している。光学性能監視は、光信号を２つの部分に分割し、波長の関数として連続的に増減する透過率を有する光学フィルタによって一方の部分を送信し、他方の部分をかき乱さない状態に維持し、較正のために２つの部分の比を用いると同時に、信号のかき乱されていない部分から読取れるパワーを獲得する。米国特許公報（特許文献２）は、「自己較正機能付き光学チャネル監視システム」について記載しており、光学性能の監視および較正が同時に行われる。
【０００５】
上記の当技術はすべて、バルク光学素子を含み、組込み型光学素子（チップ上の光学回路）を含まず、光学フィルタの偏光依存性挙動の問題については触れていない。
【０００６】
(用語集)
本願明細書では「波長可変フィルタ」なる語によって、信号を検出するために所定の波長帯にわたって走査し、これらの検出信号を光パワー検出器に転送する装置を指す。
「光パワー検出器」は、本願明細書では信号を検出するための装置（たとえば、フォトダイオード）である。本願明細書では「作動機構」なる語は、フィルタ作動機構装置において同調変化を生じるための手段を指し、熱、圧力、電界、磁界および類似の機構を含む。
「複屈折レベル」は、２つの偏光固有モードの屈折率の間の差である。
「カプラ」は、本願明細書では互いにきわめて接近して配置された２つ以上のファイバからなる導波路であり、その近さは隣接する導波路のモード領域がある程度重なるほどである。
「偏光固有モード」なる語によって、無依存性の偏光状態を表す。各無依存性固有モードの一次結合が、他のすべての偏光状態を形成する。固有モードの分離により、「偏光モード分散（ＰＭＤ）」の測定を行うことができる。
「光監視装置」なる語によって、光信号の品質を保証するために、光ネットワークにおける種々の地点に設置されることができる１つまたは複数の装置を表す。監視される情報は、波長チャネル当たりの光パワー、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）、チャネルの中心波長および偏光モード分散を含む。
「波長分割多重化システム」は、本願明細書では、「ＷＤＭ」と呼ぶ。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，４３３，９０１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４０７，３７６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３９６，０５１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３７３，６３２号明細書
【特許文献５】米国特許第６，３４４，９１０号明細書
【特許文献６】米国特許第６，３４１，０３９号明細書
【特許文献７】米国特許第６，３１０，７０３号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、２つの偏光固有モードを個別に処理することによって、同調機構によって生じる特性における収差を避ける。同調を用いて複屈折のレベルの変化によって生じる偏光分割の変化に適合させるために、各偏光固有モードのフィルタを異なる速度で同調することができる。本発明は一般に、種々の波長チャネルにおける情報（たとえば、波長チャネルあたりの光パワー、光の信号対雑音比、チャネルの中心波長）を評価することによって、波長分割多重化システムにおける光信号の品質を監視する光信号装置に関する。装置の実施形態は、所定の波長帯にわたって走査し、同調しているときに狭い信号を減衰する波長可変フィルタを含み、上記の減衰信号が光パワー検出器（たとえば、フォトダイオード）に転送される。フィルタが２つの偏光固有モードを個別に処理する場合には、本装置の一部の実施形態は２つの偏光固有モードを２つの個別経路に送信し、各モードを個別に処理することによってこの収差を補正する。また、２つの偏光固有モードの分離により、偏光モード分散の測定を行うことができる。
【０００９】
さらに詳細には、本発明は、波長可変フィルタに基づき、本質的に偏光無依存性である挙動を示す波長分割多重化（ＷＤＭ）光学性能監視装置に関する。偏光無依存性は、（ａ）偏光スプリッタおよび（ｂ）パワースプリッタまたはスイッチからなる群から選択される装置および偏光子の利用によって実現される。装置は、波長可変フィルタがブラッグ格子に基づく実施形態を含んでもよい。一実施形態において、監視装置は、絶対波長基準の利用によって本質的に絶対的な波長確度を示す。絶対波長基準と共に、専用の光源を用いてもよい。絶対波長基準は、反射フィルタを含んでいてもよい。一実施形態において、反射フィルタは、ファイバブラッグ格子である。格子は温度無依存であってもよい。基準は、透過フィルタを含む絶対波長基準を含んでもよい。透過フィルタは、温度無依存であってもよいエタロンでもよい。
【００１０】
上述の装置は、監視される入射光信号の以下の特性、すなわち波長チャネル当たりの光パワー、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）、チャネルの中心波長および偏光モード分散（ＰＭＤ）のうちの少なくとも１つを監視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は一般に、種々の波長チャネルにおける情報を評価することによって、波長分割多重化（ＷＤＭ）システムにおける光信号の品質を監視する光信号装置に関する。装置によって監視される情報は、以下を含みうるが、これらに限定されるわけではない。
・波長チャネル当たりの光パワー
・光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）
・チャネルの中心波長
・偏光モード分散（ＰＭＤ）
【００１２】
装置は、所定の波長帯にわたって走査し、同調しているときに狭い信号を減衰する波長可変なノッチフィルタを含み、上記の減衰信号が光パワー検出器（たとえば、フォトダイオード）に転送される。１つのフィルタが所定の全帯域にわたって同調しない場合には、フィルタは、上記の帯域の異なる部分を網羅する複数の個別のフィルタを含む回路と置き換えることができる。
【００１３】
フィルタが２つの偏光固有モードを個別に処理する場合には、本装置の一部の実施形態は２つの偏光固有モードを２つの個別経路に送信し、各モードを個別に処理することによってこの収差を補正する。偏光分離は入力端で生じることができ、偏光スプリッタを用いることができ、（スイッチおよび固定フィルタとは違い、波長可変フィルタが用いられる場合）各偏光が個別の波長可変フィルタに送信されるか、または１つの波長可変フィルタが両偏光を処理し、その出力が２つの偏光特有の検出器（それぞれは偏光子およびフォトダイオードの組合せであってもよい）に送信される場合には出力端で生じることができる。偏光モードの分離はまた、ＰＭＤの測定も可能にする。
【００１４】
（図面の詳細な説明）
（図１：）
チップへの入力信号は、監視される信号の一部である（上記の入力信号は一般に主信号から入力され、一般に主信号の光パワーの１００分の１〜１０分の１である）。上記の入力信号がチップに入力され、偏光スプリッタを通り抜ける。偏光スプリッタは、１×２スプリッタからなってもよく、１×２の２つのアームはそれらの間におけるエバネッセント波結合を避けるのに十分なほど離隔されており、２つのアームのうちの一方は２分の１波長板であり、他方は移相器（たとえば、ヒータ）有し、２つのアームはエバネッセント領域で一緒になり、再び分離し、一方のアームに２つの偏光固有モードの一方（いわゆるＴＥ−電気的横波）であり、他方のアームの他の固有モード（いわゆるＴＭ−磁気的横波）となる。２つの異なる偏光信号のそれぞれは、波長可変なノッチフィルタに転送される。波長可変フィルタは、格子を有するマッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）の半分であってもよく、光は３ｄＢカプラ（エバネッセントカプラまたはＭＭＩカプラまたは小型のＭＺＩカプラであってもよく、同調を温度によって行うことができる場合には５０／５０バランスで波長可変であってもよい）に入射し、そのパワーがアームの間に格子が波長可変である（たとえば、温度によってパターン形成されるヒータ）ブラッグ格子（狭帯域反射フィルタ）を有する２つのアームに５０／５０で分割される。１つの狭い波長帯は、各ＭＺＩから反射され、（おそらくＭＺＩアーム間の適切な位相関係を保証する移相器（温度依存であってもよい）の助けによって、））出力アームから出射し、検出器（たとえばフォトダイオード）に転送される。各格子は、異なる設定点（たとえば温度）であってもよく、２つの偏光固有モードが同一速度で同調しない場合には、各格子は異なる速度で同調してもよい。また、ＭＺＩのカプラの同調は、制御回路によって同ＭＺＩの格子の同調に連係されていてもよいため、一般にカプラは波長依存性であることから、５０／５０結合は格子が同調される波長で生じる。
【００１５】
さらに、高速の検出器の利用によって、２つの偏光固有モード間の遅延を測定することによって、ＰＭＤを測定することが可能である。
【００１６】
（図２：）
単独のフィルタが所定の全波長帯を網羅することができない場合には、各波長可変フィルタは２つの波長可変フィルタによって置き換えられる点を除き、図１と類似である。１×２スイッチを用いて、フィルタペアにおける一方のフィルタまたは別のフィルタの選択を行うことができる。同様の概念を１×Ｎスイッチを有する任意の数Ｎ個のフィルタに拡大することができる。
【００１７】
（図３：）
偏光分割がチップの入力側ではなく出力側で生じる点を除き、図２と類似である。入力信号全体（すべての偏光を含む）が所定の波長範囲を網羅するＭＺＩに入射して、反射信号は３ｄＢまたは５０／５０パワースプリッタの助けによって）２つの本質的に等しいパワー信号に分割され、交差偏光している偏光子（たとえば一方の検出器はＴＥ型偏光子を備え、他方の偏光子はＴＭ型偏光子を備える）によって検出器に衝突する。２つの偏光に対応する２つの光パワースペクトルを補正することによって、２つのスペクトルが較正表による適正なシフトによって再結合されるため、フィルタの偏光依存性が排除される。図１７は、温度無依存の波長可変フィルタの場合にはＴＥ同調曲線およびＴＭ同調曲線（波長対温度）を示すことによって、この点を明確にしている。本設計は、２つのパワー対温度曲線（検出器で補正される）を個別に与え、所望のパワー対波長スペクトルを生成するために２つの曲線をソフトウェアによって結合することができる。各波長において、２つのパワー値ＰTE，ＰTMは、波長が追加される場合に対応する温度ＴTE，ＴTMで測定された。さらに、出力側における偏光子および同フィルタからの反射を補正する検出器により、偏光スプリッタおよび個別フィルタの利用より正確なＰＭＤ測定を行うことができる。後者の場合（図１および図２のように）、２つのフィルタは同期しなくてもよいためである。
【００１８】
（図４：）
出力側のパワースプリッタが１×２スイッチに置き換えられる点を除き、図３と類似であり、より強いパワーが検出器に達しうるために、構成要素のイナミックレンジを向上する。この装置の動作は、両方の偏光状態におけるデータを交互に補正するために、１×２スイッチを切り替える必要がある
【００１９】
（図５：）
２つのＭＺＩからの出力が１×２パワーコンバイナと結合される点を除き、図３と類似であり、１組の偏光子／検出器を利用することができる。
【００２０】
（図６：）
２つのＭＺＩからの出力が１×２スイッチと結合される点を除き、図４と類似であり、１組の偏光子／検出器を利用することができる。追加の１×２スイッチは用いられるＭＺＩに対応する単独の状態に投入される。
【００２１】
（図７：）
温度無依存または温度依存である反射ノッチフィルタ（たとえばファイバブラッグ格子）に基づく絶対波長基準を組込んでいる点を除き、図５と類似である。温度依存フィルタは本質的に一定の温度に保持されるか、または温度センサ（但し、その屈折率は一般に環境および時間に関して安定である）と共に用いられるかのいずれかである。この構成では、基準は２つのＭＺＩの出力の組合せからその入力を得る。
【００２２】
（図８：）
反射波長基準が、出力側でコンバイナとスプリッタとの間のタップからその入力を得る点を除き、図７と類似である。
【００２３】
（図９：）
所定の全スペクトル範囲を網羅する１つのＭＺＩを備えている点を除き、図７と類似である。
【００２４】
（図１０：）
所定の全スペクトル範囲を網羅する１つのＭＺＩを備えている点を除き、図８と類似である。
【００２５】
（図１１：）
基準が単独波長で反射し、監視される入射光信号がその波長で信号を有するという保証がないため、絶対反射波長基準が専用の光源（たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ））からのその入力を得る点を除き、図１０と類似である。この場合には、基準の出力は、監視される入射光信号と結合される。１×２コンバイナを１×２スイッチと置き換えてもよい。
【００２６】
(図１２：)
より高い精度の較正曲線における２つの点を提供するために、２つの基準（一般に同調波長範囲の各端に１つずつ）が用いられる点を除き、図１１と類似である。
【００２７】
(図１３：)
波長同調範囲の２つの部分を網羅する２つのＭＺＩを備えている点を除き、図１１と類似である。基準の出力および監視される入射光信号は、２×２（クロスバー）スイッチに入射する。この構成では、他方のＭＺＩが監視用に用いられている間に、一方のＭＺＩを較正することができる。
【００２８】
(図１４：)
より高い精度の較正曲線における２つの点を提供するために、２つの基準（一般に同調波長範囲の各端に１つずつ）が用いられる点を除き、図１３と類似である。
【００２９】
(図１５：)
透過絶対波長基準（たとえばファブリ・ペローエタロン）が用いられている点を除き、図１１と類似である。この基準がエタロンである場合には、基準ピークの連続波頭を与え、同調範囲にわたって同調曲線のきわめて精度の高い較正を行うことができる。
【００３０】
(図１６：)
１×２スイッチが１×２コンバイナの代わりに用いられている点を除き、図１５と類似である。上記の１×２スイッチは完全に切り替えられることができるため、装置による光学伝送損失をより小さくすることができ、より高いダイナミックレンジを実現することができる。上記の１×２スイッチはまた、能動的な５０／５０バランスのために用いられてもよい。
【００３１】
(図１７：)
温度依存の非波長可変なノッチフィルタに関する同一のＴＥ同調曲線およびＴＭ同調曲線（波長対温度）の例である。
【００３２】
記の設計すべてにおいて、入力、出力および基準は任意のチップのファセットにあってもよく、チップ形状は矩形以外の形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】２つの波長可変な反射フィルタを有し、入力側に偏光スプリッタを備えた光監視装置を示している。
【図２】複数の波長可変な反射フィルタを有し、入力側に偏光スプリッタを備えた光監視装置を示している。
【図３】偏光分割が出力側で生じる光監視装置を示している。
【図４】１×２スイッチによって偏光分割が出力側で生じる光監視装置を示している。
【図５】偏光分割が出力側で生じ、２つのＭＸＩ（ＭＺＩ）からの出力が１組の偏光子または検出器を利用することができる１×２パワーコンバイナと組合せられる光監視装置を示している。
【図６】１×２スイッチによって偏光分割が出力側で生じ、２つのＭＸＩ１×２スイッチからの出力が１組の偏光子または検出器を利用することができる１×２パワーコンバイナと組合せられる光監視装置を示している。
【図７】偏光分割が出力側で生じ、２つのＭＸＩ１×２スイッチからの出力が１組の偏光子または検出器を利用することができる１×２パワーコンバイナと組合せられる光監視装置を示している。
【図８】反射波長が出力側でコンバイナとスプリッタとの間のタップからその入力を得る図７のような光監視装置を示している。
【図９】１つのＭＺＩが全スペクトル範囲を網羅している図７のような光監視装置を示している。
【図１０】１つのＭＺＩが全スペクトル範囲を網羅している図８のような光監視装置を示している。
【図１１】基準信号の出力が監視される入射信号と結合される図１０と類似の監視装置を示している。
【図１２】２つの基準が用いられる点を除き、図１１と類似の監視装置を示している。
【図１３】２つのＭＺＩが波長同調器の２つの部分を網羅する点を除き、図１１と類似の監視装置を示している。
【図１４】２つの基準が用いられる場合の図１３と類似の監視装置を示している。
【図１５】透過波長基準が用いられる場合の図１１と類似の監視装置を示している。
【図１６】１×２スイッチが１×２コンバイナの代わりに用いられる場合の図１５と類似の監視装置を示している。
【図１７】温度依存の波長可変なノッチフィルタに関する波長対温度の非同一の同調曲線を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
2005537500.tif 000020
2005537500.tif 000021
2005537500.tif 000022
2005537500.tif 000023
2005537500.tif 000024