(57)【要約】【課題】波長多重された光信号を各チャンネル信号光に分波する光フィルタモジュールにおいて、３ｄＢ通過帯域内の群遅延偏差を±２ピコ秒以下に調整する。【解決手段】入射光の角度により群遅延偏差が変化する光フィルタと、前記光フィルタの一方の面に対向する位置に設けられた第１のコリメータと、前記光フィルタを介して第１のコリメータと対向する位置に設けられた第２のコリメータとを具備し、前記第１のコリメータは第１の光ファイバと前記第１の光ファイバの出射光を前記光フィルタに投影するレンズ機能部とを有するものであり、前記第２のコリメータは第２の光ファイバと前記光フィルタからの光を第２の光ファイバに収束させる第２のレンズ機能部とを有する構成とする。【選択図】  図１
2004347730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の角度により群遅延偏差が変化する光フィルタと、前記光フィルタの一方の面に対向する位置に設けられた第１のコリメータと、前記光フィルタを介して第１のコリメータと対向する位置に設けられた第２のコリメータとを具備し、前記第１のコリメータは第１の光ファイバと前記第１の光ファイバの出射光を前記光フィルタに投影するレンズ機能部とを有するものであり、前記第２のコリメータは第２の光ファイバと前記光フィルタからの光を第２の光ファイバに収束させる第２のレンズ機能部とを有することを特徴とする光フィルタモジュール。
【請求項２】
前記光フィルタは、入射光が垂直入射した際に３ｄＢ通過帯域内の群遅延偏差が±２ピコ秒以下のベッセル特性フィルタであることを特徴とする請求項１記載の光フィルタモジュール。
【請求項３】
３ｄＢ通過帯域内の群遅延偏差が、±１ピコ秒以下となるように前記光フィルタの取り付け角度が調整されていることを特徴とする請求項１記載の光フィルタモジュール。
【請求項４】
前記光フィルタの取り付け角度は、前記光フィルタのフィルタ膜面の法線と入射ビーム光軸との交角が６度以下であることを特徴とする請求項１または請求項３記載の光フィルタモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重光伝送システムに用いる光フィルタモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネット普及に代表される通信需要の増大に伴い、特に大都市間を結ぶ幹線系の伝送能力の向上が重要となっている。そのために従来から幹線系では、光ファイバ１本当たりの伝送容量拡大の有力な手段として、波長多重光（ＷＤＭ）伝送方式が採用されている。
【０００３】
ＷＤＭ伝送方式は複数の信号光の波長をわずかにずらして多重することで、１本当たりの光ファイバの伝送能力を飛躍的に高める技術である。ＷＤＭ伝送方式においてさらに伝送容量を拡大するには、１チャンネル当たりの伝送速度の高速化と、多重するチャンネル数の増大が求められる。一方で、光ファイバで利用できる伝送帯域には限りがあることから、多重チャンネル数が大きくなるにつれて隣接チャンネルとの波長間隔は０．２ｎｍ〜０．８ｎｍ程度にまで狭くなってきており、さらに１チャンネル当たりの伝送速度が増大するにしたがい各チャンネル信号が必要とする光スペクトラム帯域は拡大している。
【０００４】
したがって多重化する各チャンネル信号を高密度に配置する場合には、隣接チャンネルの信号光がノイズとして入り込んでくるチャンネル間クロストークや、遅延歪みによる符号間クロストークが重要な改善課題となる。
【０００５】
さらには、ある波長広がりをもつ光信号を伝送する場合、波長毎に伝送媒体の屈折率が異なることから波長毎に伝搬速度差が生じる。この現象は波長分散と呼ばれ、あるいは伝搬遅延時間に着目して群速度遅延（群遅延）とも呼ばれる。この波長分散量は伝搬速度を波長の関数として表した場合、群遅延を波長に関して１次微分した値で与えられる。群遅延が一定でないと、受信端において信号波形に遅延歪みが生じ、伝送容量は制限を受けることになる。
【０００６】
以下、図を用いて従来技術を説明する。
【０００７】
図８は従来の光フィルタモジュールの構成を示す図である。１ａと１ｂは光ファイバ、２ａと２ｂはフェルール、３ａと３ｂはレンズホルダ、４ａと４ｂはレンズ、６はハウジング、９はバターワース特性の光フィルタをそれぞれ示している。
【０００８】
一対の対向するレンズ４ａ、４ｂの間に誘電体多層膜である光フィルタ９が置かれ、光ファイバ１ａとレンズ４ａ、光ファイバ１ｂとレンズ４ｂの組がそれぞれコリメータを構成している。光フィルタ９は図示していない入射ビームに対し１°〜５°の入射角度になっている。ここで光フィルタ９に角度がつけられている理由は、リターンロスと通過波長の最適化調整のためである。
【０００９】
すなわち、従来の光フィルタモジュールに用いられるバターワース型光学特性を示す誘電体多層膜光フィルタは、通過帯域内で振幅特性が最大平坦であるが、通過帯域内の群遅延偏差は６〜８ピコ秒と甚だ大きく、入射ビームに対して傾けても通過帯域内の群遅延偏差を改善したり微調整する効果はなかった。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２５８０３６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方式による光フィルタモジュールは、通過帯域内の振幅特性が最大平坦特性となる、いわゆるフラットトップと呼ばれるバターワース型の誘電体多層膜光フィルタを用いるしかなかった。その理由として、光フィルタの薄膜構成の設計手法が十分に確立しておらず、設計理論と製造手法が精度良く一致せず、経験則に頼らざるを得ないところがあったことが大きい。したがって、通過帯域内で群遅延偏差が理論的に零になる特性を有する、群遅延特性が最大平坦なベッセル型の誘電体薄膜光フィルタを実現した例はなかったに等しい。
【００１２】
図６は誘電体多層膜光フィルタの通過帯域幅を説明する図である。フィルタ損失が最小となる波長を中心波長に定め、フィルタ損失の最小損失から例えば３ｄＢ落ちたところで中心波長に対して対称な波長域が図から求まる。このときこの波長域が３ｄＢ通過帯域幅と呼ばれる。
【００１３】
図７はバターワース型のバンドパスフィルタの光学特性を示す図である。
【００１４】
このようなバターワース型のバンドパスフィルタは、成膜プロセスにおける制御誤差に起因する光フィルタの中心波長ズレに対する許容量が大きくなる利点はあるが、通過帯域内の群遅延偏差が６〜８ピコ秒と甚だ大きくなる顕著な欠点があった。すなわち４０ギガビット／秒以上で変調される高速通信においては、１ビットのタイムスロットが２５ピコ秒以下になるため、受信処理に必要な帯域内における群遅延偏差はおおむねその１／１０である２．５ピコ秒以下（±１．２５秒以下）であることが望ましいが、バターワース型のバンドパスフィルタではその特性を実現するのが難しい。
【００１５】
バターワース型のバンドパスフィルタのこの問題を解決する対策として、通過帯域幅を広げて群遅延偏差の小さい波長領域で使用する方法も検討されているが、この場合ロールオフを急峻にして矩形に近い透過特性を実現しなければならず、求められる成膜精度を著しく厳しいものにしており、誘電体多層膜光フィルタの製造歩留まりを悪くしコストを上げる原因になった。また通過帯域幅を広げた結果として、高密度に配置された信号光の選択特性が劣化してしまう弊害も起きていた。
【００１６】
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、波長多重された光信号を各チャンネル信号光に分波する光フィルタモジュールにおいて、隣接チャンネルクロストーク特性が良好で、なおかつ群遅延偏差による直線歪みによる劣化が少ない、高密度波長多重光伝送方式に適した光フィルタモジュールを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこれらの課題を解決するためのものであり、入射光の角度により群遅延偏差が変化する光フィルタと、前記光フィルタの一方の面に対向する位置に設けられた第１のコリメータと、前記光フィルタを介して第１のコリメータと対向する位置に設けられた第２のコリメータとを具備し、前記第１のコリメータは第１の光ファイバと前記第１の光ファイバの出射光を前記光フィルタに投影するレンズ機能部とを有するものであり、前記第２のコリメータは第２の光ファイバと前記光フィルタからの光を第２の光ファイバに収束させる第２のレンズ機能部とを有することを特徴とする光フィルタモジュールである。
【００１８】
また、前記光フィルタは、入射光が垂直入射した際に３ｄＢ通過帯域内の群遅延偏差が±２ピコ秒以下のベッセル特性フィルタであることを特徴とする。
【００１９】
また、３ｄＢ通過帯域内の群遅延偏差が、±１ピコ秒以下となるように前記光フィルタの取り付け角度が調整されたことを特徴とする。
【００２０】
また、前記光フィルタの取り付け角度は、前記光フィルタのフィルタ膜面の法線と入射ビーム光軸との交角が６度以下であることを特徴とする。
【００２１】
すなわち、本発明によれば、群遅延特性が最大平坦なベッセル型の誘電体多層膜光フィルタが入射角度によりその群遅延偏差を変化させることを用いて、光フィルタモジュールの通過帯域内の群遅延偏差を低減できるようにしたため、妨害信号を十分に排除する高い選択性を有したまま、希望信号には直線歪みの劣化を与えず、符号誤り率を劣化させることなく、通信品質を維持できる、従来になく通過帯域内の群遅延偏差が小さい光フィルタモジュールが可能になる。
【００２２】
さらに、成膜精度の影響で群遅延偏差が±１ピコ秒〜±２ピコ秒のベッセル特性の光フィルタであっても、その群遅延偏差を±１ピコ秒以下に調整することができるため、高性能の光フィルタモジュールを歩留まり良く製造することが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態として、本発明による光フィルタモジュールについて説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施の形態１における光フィルタモジュールの構成図である。前述していない図中の符号が示す意味は、５がベッセル特性の光フィルタ、θは光フィルタ５のフィルタ面の法線と入射ビーム光軸との交角を示している。
【００２５】
本実施例で用いる誘電体多層膜光フィルタ５は、入射ビームの角度によって通過帯域内の群遅延偏差が変化をする特徴を有する。このような特性の誘電体多層膜フィルタとしては、原理的に通過帯域内で群遅延偏差がないベッセル型の最大平坦群遅延特性を有する誘電体多層膜光フィルタが挙げられる。ベッセル型特性の誘電体多層膜フィルタは原理的に通過帯域内で群遅延偏差が生じないため、言い換えれば通過帯域内で信号光の伝搬遅延時間がほぼ一定であるため波形歪みを生じない特徴を有する。
【００２６】
本実施例で用いられるベッセル特性のフィルタは、入射光が垂直入射した際に３ｄＢ通過帯域内の群遅延偏差が±２ピコ秒以下であることが望ましい。これは、±２ピコ秒の範囲外の群遅延偏差を有する光フィルタの場合、たとえ取り付け角度調整を調整しても要求される±１ピコ秒以下に群遅延偏差を抑えることが困難となるためである。ここでいう取り付け角度は、図１でいう交角θのことを指す。
【００２７】
そして、本発明では、３ｄＢ通過帯域内の群遅延偏差が±１ピコ秒以下となるように前記光フィルタの取り付け角度（交角θ）を調整する。このとき、光フィルタの取り付け角度を６度より大きくすると今度はＰＤＬなど他の光学特性が極度に劣化してしまうため、実用上の角度調整範囲は６度以下に限定した方が良好な特性が得られる。
【００２８】
通過帯域内で群遅延偏差がないベッセル型特性を有するバンドパスフィルタの設計手法の一例は、本出願人によって先に出願された、特許文献１によって示される。その概略を以下に説明する。目的とする透過特性を有する光フィルタをｓパラメータで行列表現するとき、この行列は複素周波数ｓの３つの多項式で完全に表現される。これらの多項式より基準化低域通過型フィルタの素子値が定まり、回路網理論を用いて該基準化低域通過型フィルタを周波数変換、等価変換することにより誘電体多層膜光フィルタの層構成が求まる。この手法をもちいれば、信号光の通過帯域内において原理的に群遅延偏差がほとんどない誘電体多層膜光フィルタの設計が可能である。
【００２９】
図４は本発明の誘電体多層膜光フィルタを構成する層の組を示す図である。７は低屈折率の材料を示し、８は高屈折率の材料を表す。本発明で用いられるベッセル型のバンドパスフィルタを設計通りに成膜するには、特許文献１で示される設計手法で求めた各膜層を構成する材料の屈折率や総数を具体化する手法が重要になる。つまり、実際には膜層を構成する材料の定数や層数を任意に選ぶことは困難であるが、異なる膜厚の隣り合う２層からなる層を１組とし、その１組の膜厚が透過波長λの１／２電気長となるような層の組を１組以上有する構成にすることで、設計上端数となって現れる定数や層数を精度良く近似することが可能となる。
【００３０】
特に１チャンネルあたりの伝送速度から与えられる１ビットのタイムスロットに対して、受信処理に必要な帯域内における群遅延偏差はその１／１０以下であることがビットエラーレートの改善の点で望ましい。群遅延偏差がこれより大きい場合、受信感度劣化を示すパワーペナルティが１ｄＢを超える恐れがある。
【００３１】
図５は本発明の誘電体多層膜光フィルタの光学特性を示す図である。通過帯域内における群遅延偏差が抑制されており、３ｄＢ通過帯域幅の中ではほぼ平坦な群遅延偏差特性を有していることが分かる。
【００３２】
図２は本発明で用いる光フィルタの群遅延特性を示す図である。入射角度を増すにしたがい通過帯域はシフトするが、群遅延偏差が減少し波形がなだらかになる様子が分かる。
【００３３】
図３は本発明で用いる光フィルタの群遅延特性を示す図である。縦軸は通過帯域内の群遅延の最大ピークと最小ピークの値を示している。角度を２°以上にすると±１ピコ秒を満足することが分かる。
【００３４】
以上本実施形態に示した光フィルタモジュールによれば、従来の光フィルタモジュールではバターワース型のバンドパスフィルタが用いられていたため、通過帯域内の群遅延偏差が６〜８ピコ秒と大きく、信号光に直線歪みの劣化を与え、符号誤り率を悪くして通信品質が劣化して、群遅延偏差を調整する方法もなかった欠点を解消し、妨害信号を十分に排除する高い選択性を有し、希望信号には直線歪みの劣化を与えず、符号誤り率を劣化させることなく、通信品質を維持でき、従来になく群遅延特性に優れた光フィルタモジュールが実現する。
【００３５】
【実施例】
図１は本発明の実施の形態１における光フィルタモジュールの構成図である。図中の符号が示す意味については、前述してあるため説明を省略する。
【００３６】
ベッセル型光フィルタを試作し、実施の形態１の構成に適用した。試作したベッセル型光フィルタは、３ｄＢ通過帯域幅が０．６５ｎｍ、２０ｄＢ通過帯域幅が１．５ｎｍであり、チャンネル間隔０．８ｎｍのＷＤＭ伝送を想定した特性になっている。垂直入射で±１．５ピコ秒であった群遅延偏差は入射角度を４°にすると±１ピコ秒に改善された。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、最大平坦群遅延特性を有するベッセル型の誘電体多層膜光フィルタを用いて、入射角度の調整でさらに群遅延偏差を低減できるようにしたため、妨害信号を十分に排除する高い選択性を有したまま、希望信号には直線歪みの劣化を与えず、符号誤り率を劣化させることなく、通信品質を維持でき、従来になく受信特性に優れた光フィルタモジュールが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光フィルタモジュールの実施形態を示す図である。
【図２】本発明で用いる光フィルタの群遅延特性を示す図である。
【図３】本発明で用いる光フィルタの群遅延特性を示す図である。
【図４】本発明で用いる光フィルタを構成する層の組を示す図である。
【図５】本発明で用いる光フィルタの光学特性を示す図である。
【図６】光フィルタの通過帯域幅を説明する図である。
【図７】従来の光フィルタの光学特性を示す図である。
【図８】従来の光フィルタモジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ    光ファイバ
２ａ、２ｂ    フェルール
３ａ、３ｂ    レンズホルダ
４ａ、４ｂ    レンズ
５    光フィルタ
６    ハウジング
７    低屈折率材料
８    高屈折率材料
９    バターワース特性の光フィルタ
θ    交角
【図１】
2004347730.tif 000003
【図２】
2004347730.tif 000004
【図３】
2004347730.tif 000005
【図４】
2004347730.tif 000006
【図５】
2004347730.tif 000007
【図６】
2004347730.tif 000008
【図７】
2004347730.tif 000009
【図８】
2004347730.tif 000010