(57)【要約】【課題】ＷＤＭ伝送システムにおいて高速な光信号を高密度に波長をならべるためには光信号自体が持つスペクトラムの拡がりを狭窄する必要があり、このための手段として光フィルタを使用してきたが、通過帯域の群遅延リップルにより波形歪みが発生し、伝送品質を劣化させるという課題があった。【解決手段】透過損失の最小値に対して−３ｄＢの周波数帯域の中心周波数と、透過損失の最小値に対して−２５ｄＢの周波数帯域の中心周波数の差が、透過損失の最小値に対して−３ｄＢの周波数帯域幅の５％以下で抑えられた光フィルタとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の異なる多層の光学薄膜を積層してなる光フィルタにおいて、透過損失の最小値に対して−３ｄＢの周波数帯域の中心周波数と、透過損失の最小値に対して−２５ｄＢの周波数帯域の中心周波数との差が、上記−３ｄＢの周波数帯域幅の５％以下であること特徴とする光フィルタ。
【請求項２】
群遅延時間が平坦なベッセル型であることを特徴とする請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３】
上記多層の光学薄膜の中心の層から入力端側と出力端側とを見たときに、互いに軸対称または軸相反の層構成となっており、かつこの光フィルタを実装するための基板等に接する層のみ軸対称または軸相反からずれた層構成となっているか、あるいは前記中心の層から入力端側と出力端側とを見たときに、全体が互いに軸対称または軸相反からずれた層構成となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の光フィルタ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光フィルタを用いたことを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムにおける、波長多重光通信システム等の合分波器に用いる光フィルタ及び、それを用いた光伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光伝送システムの大容量化を実現する手段として単一の光伝送路に異なる波長を持つ光信号を複数多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）伝送システムが注目されている。この光伝送方式はＷＤＭ光増幅中継伝送方式により、光増幅器を用いて異なる波長を持つ光信号を一括して増幅することも可能であり、簡素な構成で大容量かつ、長距離伝送が実現可能である。
【０００３】
このＷＤＭ伝送システムの重要な課題の一つに、チャンネル間隔の低減、即ち波長多重の高密度化がある。しかしながら、信号が高速化するにともない、信号光の光スペクトルが拡がってしまうために、波長多重の高密度化を実現する上での障害としてあげられている。
【０００４】
波長多重の高密度化に関しては従来例として、例えば特許文献１によると、高密度に波長をならべるためには光信号自体が持つスペクトラムの拡がりを狭窄する必要があり、このための手法として光フィルタを使用するのが簡易であり、容易に信号スペクトラムを約半分から７割程度に狭窄化することができると示されている。
【０００５】
又、特許文献２でも、具体的な用途について述べられており、従来のＷＤＭ光通信システムでは所定の波長帯域内にできるだけ多くの光信号を収容するために、各光信号の波長間隔を狭くしようとする傾向にあることを示し、伝送速度が４０Ｇｂ／ｓの光信号を５０ＧＨｚ間隔で伝送しようとすると、隣接波長からのクロストークが予想され、波長間隔を１００ＧＨｚでの検討が行われていることが示されている。
【０００６】
一般的にこれらの光フィルタとしては、光学薄膜フィルタや、光通過特性に周期性を有する光フィルタとして、ＡＷＧ（Ａｒｒｅａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）やインターリーバなどが用いられている。
【０００７】
例えば、通過帯域において平坦な透過特性を持つバターワース型の光フィルタとしては光学薄膜フィルタやＡＷＧ、又はインターリーバ、中心波長において透過特性が良好なガウシアン型の光フィルタとしてはＡＷＧ等が実際に使用されている。又、群遅延時間が平坦なベッセル型の光フィルタは実際の設計・製造が困難であるため、一般的には未だ使用されていないが期待されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２０８８９３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１１２２９４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来からＷＤＭ伝送システムにおいて高速な光信号を高密度に波長をならべるためには光信号自体が持つスペクトラムの拡がりを狭窄する必要があり、このための手段として光フィルタを使用してきた。
ここで、４０Ｇｂｐｓで１００ＧＨｚスペーシングにおいて１０Ｇｂｐｓ以下で一般的に使用されている図１１のグラフの様な透過特性のバターワ−ス型の光フィルタを用いた場合について考えてみる。
【００１０】
この様なバターワース型の光フィルタの群遅延特性を図１２のグラフに示す様に、通過帯域内に大きい群遅延リップルＤが存在する。
【００１１】
１０Ｇｂｐｓ以下ではこの遅延リップル量程度はほとんど問題とならないが、４０Ｇｂｐｓ以上の高速になると１ビット当たりが２５ｐｓ以下と短くなるため、無視できない値となり、この群遅延リップルの影響で波形歪みが生じ、伝送品質を劣化させる要因となり問題がある。
【００１２】
本考案は上記した問題点を解決するためのものであり、現実的な手段で、特性の優れた光フィルタを提供すること目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記従来の問題点を解決するため、本発明は屈折率の異なる多層の光学薄膜を積層してなる光フィルタにおいて、透過損失の最小値に対して−３ｄＢの周波数帯域の中心周波数と、透過損失の最小値に対して−２５ｄＢの周波数帯域の中心周波数の差が、透過損失の最小値に対して−３ｄＢの周波数帯域幅の５％以下である光フィルタとすることを特徴とする。
【００１４】
又、群遅延時間が平坦なベッセル型であることを特徴とする。
【００１５】
又、上記多層の光学薄膜の中心の層から入力端側と出力端側とを見たときに、互いに軸対称または軸相反の層構成となっており、かつこの光フィルタを実装するための基板等に接する層のみ軸対称または軸相反からずれた層構成となっているか、あるいは前記中心の層から入力端側と出力端側とを見たときに、全体が互いに軸対称または軸相反からずれた層構成となっていることを特徴とする。
【００１６】
又、これらを用いた光伝送装置であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による光フィルタについて説明する。
【００１８】
図１は４０Ｇｂｐｓ、１００ＧＨｚ用に設計した本発明のベッセル型の光フィルタを示す図である。
【００１９】
ここで、ベッセル型の光フィルタは誘電体多層膜で作製され、屈折率の異なる多層の光学薄膜から成り、屈折率の高い光学薄膜と屈折率の低い光学薄膜を、この順に１層づつ重ねて２層とした第１単位反射鏡層を複数回重ねて多層化した第１反射鏡層１０と、前記屈折率の低い光学薄膜と屈折率の高い光学薄膜を、この順に１層づつ重ねて２層とした第２単位反射鏡層を複数回重ねて多層化した第２反射鏡層２０と、前記屈折率の高い光学薄膜を偶数回重ねて多層化したスペーサ層３０と、前記屈折率の低い光学薄膜を奇数回重ねて多層化した連絡層４０、とからなり、前記第１反射鏡層１０と前記第２反射鏡層２０との間に前記スペーサ層３０をはさんで構成した単位キャビティ層５０を、前記連絡層を介して複数回多層化した構成である。
【００２０】
そして前記多重光学薄膜フィルタの中心の層から入力端側と出力端側とを見たときに、互いに軸対称、軸相反の層構成となっており、かつこの光フィルタを実装するための基板６０等に接する層のみ軸対称、軸相反からずれた層構成となっているか、あるいは前記中心の層から入力端側と出力端側とを見たときに、全体が互いに軸対称、軸相反からずれた層構成となっている。
このベッセル型の光フィルタの設計は、たとえば透過ピークが−０．２ｄＢの損失でピークから−３ｄＢの時が５８ＧＨｚ、−２５ｄＢの時に１７０ＧＨｚとなっている。
【００２１】
本発明の光フィルタの透過特性は、図２に示す様に透過率の最大値、即ち透過損失の最小値Ａに対して−３ｄＢの周波数帯域Ｂの中心周波数と、透過損失の最小値Ａに対して−２５ｄＢの周波数帯域Ｃの中心周波数の差が、上記−３ｄＢの周波数帯域幅Ｂの５％以下になる様にしてある。
【００２２】
これにより例えば、あらかじめ上記範囲に入る為の許容製膜精度を決めることが出来るため、この精度範囲内に入るように膜厚をモニタし制御することが可能であるし、又、制御が外れて、ある層において許容製膜精度を超えてしまった場合には、例えば更に積層して１層から３層にするなど、本発明の範囲に入るような設計変更を行い補正することや、あらかじめ調整層を設けておき、補正することも可能となる。
【００２３】
このベッセル型の光フィルタの群遅延特性のグラフを図３に示す。このように通過帯域内においては群遅延特性は平坦になることがわかる。
一般的に、製造上において、制御する範囲を決めずに光フィルタ作製した場合、群遅延特性が平坦ではない恐れがある。
【００２４】
図４に群遅延特性が劣化している比較例のベッセル型の光フィルタの透過特性のグラフを示す。この様に製膜の過程で精度が狂ったまま、膜を積層し続けると波形が歪み、図５の群遅延特性のグラフの様に通過帯域内に群遅延リップルが大きく発生する。
【００２５】
結果として通過信号が歪みを持つ結果となり伝送品質が劣化する問題がある。そのため、群遅延リップルを抑える手段として群遅延特性をみながら平坦性を制御する方法が考えられる。しかし、この方法では透過特性との整合をとることが困難であり、群遅延リップルを測定するための設備負担も大きくなる。
【００２６】
これに対し、上述した本発明の光フィルタでは群遅延リップルを測定するための設備負担なしで、透過特性との整合をとりながら群遅延リップルを押さえることができる。
【００２７】
上述したように制御されている本発明の光フィルタの透過特性を図６に示す。群遅延が劣化している図４の透過特性のグラフと比較すると、透過波形の歪みの改善幅はわずかである。しかし、これにより図７の群遅延特性のグラフの様に、波形歪みの影響が無視できる群遅延リップル量である、１ビット長の１０％以下、つまり、４０Ｇｂｐｓの１パルス分である２５ｐｓの１０％以下の２．５ｐｓ以下に抑えることが可能であることがわかった。
【００２８】
又、ベッセル型の光フィルタだけに限らず、バターワース型やガウシアン型の光フィルタに関して、群遅延量が大きくなる位置を避けた、波長中心の帯域の一部を使用する様な方法により、群遅延の影響を回避する場合においても、同様の制御方法にて発生しているリップルの偏りを低減する効果が期待できる。
【００２９】
更に、透過特性において左右対称性も同時に向上するため、信号光を狭窄する際に、光信号のスペクトラム中心と合わせることにより、光フィルタ通過後の信号の振幅特性も左右対称となり、振幅歪みによる劣化影響も防止することが可能である。
【００３０】
又、本発明の光フィルタを用いた波長多重伝送システムにおいて、このフィルタの透過特性と反射特性を利用して送受信での光合分波器を構成した場合、例えば、各光信号が４０Ｇｂｐｓで１００ＧＨｚ以下のスペーシングが容易に可能となる等、高速で高密度な多重化が可能になるだけではなく、群遅延リップルによる波形歪みの影響を受けないため、より長距離の伝送が容易に可能となる。
【００３１】
又、このフィルタの透過特性と反射特性を利用して、多重された光信号が通っている伝送路の途中に特定の波長を取り出したり、挿入したりする光合分波器を構成した場合、取り出した光信号や挿入した光信号、通過した光信号を歪ませることがないため、高速で高密度な長距離の伝送が容易に可能となる。
【００３２】
【実施例】
本発明の実施例として作製した４０Ｇｂｐｓ、１００ＧＨｚ用のベッセル型の光フィルタの透過特性のグラフを図８に示す。
【００３３】
このベッセル型の光フィルタは透過ピークが−０．２ｄＢの損失でピークから−３ｄＢの時が５１ＧＨｚ、−２５ｄＢの時に１６３ＧＨｚとなっている。
【００３４】
これは群遅延リップルの発生を低減するため、透過損失の最小値に対して−３ｄＢの周波数帯域の中心周波数と、透過損失の最小値に対して−２５ｄＢの周波数帯域の中心周波数の差が、上記−３ｄＢの周波数帯域幅の５％以下になるように制御されており、図９のグラフの様な群遅延特性を得た。
【００３５】
このように、４０Ｇｂｐｓの１パルス分である２５ｐｓに対して、波形歪みの影響が無視できるその１０％以下の２．５ｐｓ以下に群遅延リップルを抑えることが出来ることが確認できた。
【００３６】
ここで、４０Ｇｂｐｓ、１００ＧＨｚ用のベッセル型の光フィルタを透過波形を制御せずに幾つか作製し、透過損失の最小値に対して−３ｄＢの周波数帯域の中心周波数と、透過損失の最小値に対して−２５ｄＢの周波数帯域の中心周波数の差と群遅延特性の関係について確認した。
【００３７】
図１０に群遅延リップルとの相関を示したグラフを示す。
【００３８】
これにより、明らかに透過損失の最小値に対して−３ｄＢの周波数帯域の中心周波数と、透過損失の最小値に対して−２５ｄＢの周波数帯域の中心周波数の差と、群遅延に対して相関が認められ、上記差が−３ｄＢの周波数帯域幅の５％以下であれば、群遅延は２．５ｐｓ以下であり、波形歪みが許されるレベルの平坦性をもっていることを確認出来た。
【００３９】
【発明の効果】
以上、発明によれば、波長多重光通信システム等の合分波器として使用する場合、透過損失の最小値に対して−３ｄＢの周波数帯域の中心周波数と、透過損失の最小値に対して−２５ｄＢの周波数帯域の中心周波数の差が、透過損失の最小値に対して−３ｄＢの周波数帯域幅の５％以下で抑えられた光フィルタとすることで、通過帯域に対して群遅延リップルを小さくすることが可能となり、信号の波形歪みの影響をほとんど受けず、安定した伝送品質を保つことが可能となる。
【００４０】
又、透過特性において左右対称性も同時に向上するため、信号光を狭窄する際に、光信号のスペクトラム中心と合わせることにより、光フィルタ通過後の信号の振幅特性も左右対称となり、振幅歪みによる劣化影響も防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光フィルタの構成図を示すである。
【図２】本発明の光フィルタの透過特性を示すグラフである。
【図３】図２の光フィルタの群遅延特性を示すグラフである。
【図４】比較例の光フィルタの透過特性を示すグラフである。
【図５】図４の光フィルタの群遅延特性を示すグラフである。
【図６】本発明の光フィルタの透過特性を示すグラフである。
【図７】図６の光フィルタの群遅延特性を示すグラフである。
【図８】本発明実施例の光フィルタの透過特性を示すグラフである。
【図９】図８の光フィルタの群遅延特性を示すグラフである。
【図１０】中心周波数の差と群遅延リップルとの相関を示すグラフである。
【図１１】従来の一般的な光フィルタの透過特性示すグラフである。
【図１２】従来の一般的な光フィルタの群遅延特性示すグラフである。
【符号の説明】
１０：第１反射鏡層
２０：第２反射鏡層
３０：スペーサ層
４０：連絡層
５０：単位キャビティ層
６０：基板
Ａ：透過損失の最小値
Ｂ：透過損失の最小値に対する−３ｄＢの周波数帯域
Ｃ：透過損失の最小値に対する−２５ｄＢの周波数帯域
Ｄ：群遅延リップル
【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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