(57)【要約】【課題】誘電体多層膜フィルタを用いた波長多重光信号の分波で、波長間隔が狭くても受信に十分な実装精度を確保することが可能な光分波が可能な光受信装置と光受信方法を提供する。【解決手段】波長多重により伝送された波長の異なる複数の信号光（λ１〜λ４）を、それぞれの波長の信号光に分波して受信するものであって、波長多重された複数の信号光を、透過信号光（λ１，λ３）と反射信号光（λ２，λ４）に分波するエタロン１３と、透過信号光と反射信号光のそれぞれを、波長の異なる複数の信号光に分波する誘電体多層膜フィルタ１５ａ，１５ｂと、分波された波長の異なる複数の信号光をそれぞれ受光する受光素子（１８ａ〜１８ｄ）と、受光素子で受光した信号を増幅する増幅器（１９ａ〜１９ｄ）を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重により伝送された波長の異なる複数の信号光を、それぞれの波長の信号光に分波して受信する光受信装置であって、
前記波長多重された複数の信号光を、透過信号光と反射信号光に分波するエタロンと、前記透過信号光と前記反射信号光のそれぞれを、前記波長の異なる複数の信号光に分波する誘電体多層膜フィルタと、前記分波された波長の異なる複数の信号光をそれぞれ受光する受光素子と、前記受光素子で受光した信号を増幅する増幅器を備えていることを特徴とする光受信装置。
【請求項２】
前記エタロンにより分波された前記反射信号光を透過させる第２のエタロンを備えていることを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
【請求項３】
前記エタロンは、温度管理を必要としない実効温度係数がゼロであることを特徴とする請求項１または２に記載の光受信装置。
【請求項４】
波長多重により伝送された波長の異なる複数の信号光を、それぞれの波長の信号光に分波して受信する光受信方法であって、
前記波長多重された複数の信号光を、エタロンにより透過信号光と反射信号光に分波した後、前記透過信号光と前記反射信号光のそれぞれを、誘電体多層膜フィルタにより前記波長の異なる複数の信号光に分波し、前記分波された波長の異なる複数の信号光のそれぞれを受光素子により受光し、前記受光した信号を増幅することを特徴とする光受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重伝送された波長の異なる複数の信号光を、それぞれの信号光に分波して受信する光受信装置と光受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長の異なる複数の信号光を波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）して光ファイバで伝送された光信号は、それぞれの波長に分波して受信されるが、波長多重光信号をそれぞれの信号光に分波するには、今までにも種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、波長による光路長の違いを利用して分波する方法が開示され、特許文献２には、回折格子（グレーティング）を用いて分波する方法が開示されている。また、特許文献３には、誘電体多層膜フィルタを用いて分波する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１８７３５号公報
【特許文献２】特開昭６２−２５７１０号公報
【特許文献３】特開平９−２６５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
メトロアクセス系のＷＤＭ通信における受信装置側では、光ファイバ等で伝送されてくる波長の異なる複数の信号光を、低損失で各波長の信号光に分波する必要がある。
特許文献１に示されるような光路長の違いを利用した分波方法は、例えば、Ｓｉ光導波路では光導波部分と周囲クラッド部分の屈折率差を大きくとることができるので、曲げ半径を小さくできる等で、小型の分波器を構成することができる。しかし、光ファイバと光導波路との結合損失や光導波路の伝搬損失があり、長距離伝送への使用に対しては受信感度が低下するという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２に示されるような回折格子を用いる分波方法は、波長間隔が短くなるにつれ高い加工精度が要求され、現実的でないという問題がある。
他方、特許文献３に示される誘電体多層膜フィルタを用いた方法は、反射と透過による分波であるため損失が少ないと言う特徴があり、アクセス系で幅広く用いられている。しかし、低損失で構成できるフィルタを２５Ｇｂｐｓ×４波長のＬＡＮＷＤＭで使用することを考えると、この通信規格で要求される波長間隔８００ＧＨｚでは、受信する光の波長間隔が狭く、急峻なフィルタ特性を得るために、多大な成膜時間を要することからコストがかかり、また厳しい実装精度が要求されるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、誘電体多層膜フィルタを用いた波長多重光信号の分波で、波長間隔が狭くても受信に十分な実装精度を確保することが可能な光受信装置と光受信方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光受信装置および光受信方法は、波長多重により伝送された波長の異なる複数の信号光を、それぞれの波長の信号光に分波して受信するものであって、波長多重された複数の信号光を、透過信号光と反射信号光に分波するエタロンと、透過信号光と反射信号光のそれぞれを、波長の異なる複数の信号光に分波する誘電体多層膜フィルタと、分波された波長の異なる複数の信号光をそれぞれ受光する受光素子と、受光素子で受光した信号を増幅する増幅器を備えていることを特徴とする。
なお、エタロンにより分波された反射信号光を透過させる第２のエタロンを備えるようにしてもよく、また、エタロンには、温度管理を必要としない実効温度係数がゼロであるものを用いるようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、波長多重される信号光の波長間隔が狭い場合でも、信号光の波長間隔の２倍で設計した誘電体多層膜フィルタを使用できるためコストを下げられ、また、高精度な実装を行うことなく容易に受信することが可能となる。また、受信感度の波長依存性をなくし、ノイズ除去も容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による光受信装置の一例を説明する図である。
【図２】本発明による光受信装置の他の例を説明する図である。
【図３】エタロンによる入射光の透過率と反射率について説明する図である。
【図４】エタロンの光透過強度と周波数の関係を説明する図である。
【図５】エタロンへの光入射角と透過強度の関係を説明する図である。
【図６】エタロンへの光入射角と共振周波数間隔の変動の関係を説明する図である。
【図７】エタロンの共振周波数間隔の温度依存性を説明する図である。
【図８】エタロンの透過強度の温度依存性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図により本発明の光受信装置の概略を説明する。図１は本発明の実施形態の一例を示す図で、図において、１０は光ファイバ、１１は平行レンズ、１２は電子冷却モジュール、１３はエタロン、１４は第１のミラー、１５ａ，１５ｂは誘電体多層膜フィルタ、１６ａ，１６ｂは第２のミラー、１７ａ〜１７ｄは集光レンズ、１８ａ〜１８ｄは受光素子、１９ａ〜１９ｄは増幅器を示す。
【００１１】
波長多重された光信号が光ファイバ１０により伝送され、光受信装置の入力部に入力される。この光信号は、例えば、異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の４つの信号光が多重化されているとする。ここで、波長λ１〜λ４は、例えば、１３００ｎｍ帯の波長が用いられるとし、λ１は２２９.１６ＴＨｚ（１３０９.１４ｎｍ）、λ２は２２９.９６ＴＨｚ（１３０４.５８ｎｍ）、λ３は２３０．７６ＴＨｚ（１３００.０５ｎｍ）、λ４は２３１．５６ＴＨｚ（１２９５.５６ｎｍ）の周波数（波長）であるとする。すなわち、これらの信号光間の波長間隔は、８００ＧＨｚの狭い周波数間隔であるとする。
【００１２】
光ファイバ１０からの波長多重光信号は、平行レンズ１１により平行光に変換されて、電子冷却モジュール１２上に実装されたエタロン１３に所定の角度（例えば、エタロン表面の垂線に対して３°の角度）で入射される。エタロン１３に入射された複数の信号光（λ１，λ２，λ３，λ４）のうち、エタロン１３を透過する信号光（例えば、λ１とλ３とする）と、透過されずにエタロン表面で反射される信号光（例えば、λ２とλ４とする）に分波される。反射された反射信号光（λ２，λ４）は、第１のミラー１４により、所定の方向に反射される。
【００１３】
エタロン１３を透過した透過信号光（λ１，λ３）は、誘電体多層膜フィルタ１５ａに所定の角度（例えば、フィルタの偏波依存性の小さい１０°以下の角度）で入射される。入射された透過信号光（λ１，λ３）は、誘電体多層膜フィルタ１５ａを透過する所定波長（例えば、λ１とする）の信号光と、透過されずに反射する所定波長（例えば、λ３とする）と、の２つの信号光に分波される。誘電体多層膜フィルタ１５ａを透過した信号光（λ１）は、集光レンズ１７ａで集光されて受光素子１８ａで受光される。反射された信号光（λ３）は、第２のミラー１６ａにより反射されて、集光レンズ１７ｂを経て受光素子１８ｂで受光される。
【００１４】
エタロン１３で反射され、第１のミラー１４により所定の方向に反射された反射信号光（λ２，λ４）は、誘電体多層膜フィルタ１５ｂに所定の角度（例えば、１０°以下の角度）で入射される。入射された透過信号光（λ２，λ４）は、誘電体多層膜フィルタ１５ｂを透過する所定波長（例えば、λ２とする）の信号光と、透過されずに反射する所定波長（例えば、λ４とする）と、の２つの信号光に分波される。誘電体多層膜フィルタ１５ｂを透過した信号光（λ２）は、集光レンズ１７ｃで集光されて受光素子１８ｃで受光される。反射された信号光（λ４）は、第２のミラーｂにより反射されて、集光レンズ１７ｄを経て受光素子１８ｄで受光される。
【００１５】
アレイ状または個別に配列された受光素子１８ａ〜１８ｄで受光されたそれぞれの信号光は、電気信号に変換されて増幅器１９ａ〜１９ｄのそれぞれに入力され、増幅されて所定の受信信号とされる。なお、受光素子１８ａ〜１８ｄから増幅器１９ａ〜１９ｄへの信号伝送は、メタルワイヤによる伝送となる。
【００１６】
図２に示す実施形態は、図１の実施形態と比べて、エタロン表面で反射された反射信号光（λ２，λ４）を、第２のエタロンに入射させて、その透過信号光を誘電体多層膜フィルタに入射させる点で異なるが、その他の構成については同じである。
すなわち、光ファイバ１０からの波長多重された光信号は、平行レンズ１１により平行光に変換されて、電子冷却モジュール１２に実装された第１のエタロン１３に所定の角度で入射される。第１のエタロン１３に入射された複数の信号光（λ１，λ２，λ３，λ４）のうち、第１のエタロン１３を透過する信号光（λ１，λ３）と、透過されずにエタロン表面で反射される信号光（λ２，λ４）に分波される。
【００１７】
第１のエタロン１３を透過した透過信号光（λ１，λ３）は、誘電体多層膜フィルタ１５ａに所定の角度で入射される。入射された透過信号光（λ１，λ３）は、誘電体多層膜フィルタ１５ａを透過する所定波長（例えば、λ１とする）の信号光と、透過されずに反射する所定波長（例えば、λ３とする）の信号光と、の２つの信号光に分波される。
第１のエタロン１３で反射された反射信号光（λ２，λ４）は、第１のミラー１４により所定の方向に反射され、第２のエタロン１３’に所定の角度で入射される。入射された反射信号光（λ２，λ４）は、誘電体多層膜フィルタ１５ｂを透過する所定波長（λ２）の信号光と、透過されずに反射する所定波長（λ４）の信号光と、の２つの信号光に分波される。
【００１８】
次に、上述したエタロン１３，１３’の機能等について説明する。エタロンは、互いに平行な半透明ミラーにより反射型共振器を形成した単純な構成のデバイスで、高い透過特性を持った狭帯域波長フィルタとしての機能を有し、波面歪みや挿入損失が少ないものとして知られている。
【００１９】
図３は、エタロンに入射された光の透過光，反射光とその周波数（波長）の関係を模擬的に示す図で、横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に入射光の相対透過率・反射率を示したものである。エタロンは横軸の周波数軸に対して、実線Ｘで示すように、光の透過率のピークが等間隔で周期的に生じる特性を持ち、上記の周期は透過ミラーの間隔で決まる。この透過率のピークが生じる周波数間隔は、自由分光領域（通称ＦＳＲ）と言われている。また、エタロン表面を反射する光は、点線Ｙで示すように、光が透過しない周波数領域で、透過率のピーク値と同様に等間隔で周期的に生じる。
【００２０】
エタロン１３の透過率がピークとなる透過光Ｘの１つの中央波長を、例えば、信号光λ３の波長に一致させた２３０．７６ＴＨｚ（１３００.０５ｎｍ）とし、ＦＳＲを１６００ＧＨｚとすることにより、隣の透過率がピークとなる中央波長は、上記の信号光λ１と同じになる。また、反射光の周波数領域の中央波長は、信号光λ１とλ３からそれぞれ８００ＧＨｚ離れた信号光λ２とλ４と同じになる。
【００２１】
上記のように、図１，２におけるエタロン１３の透過特性を設定することにより、光ファイバ１０からエタロン１３に入射された複数の信号光（λ１，λ２，λ３，λ４）のうち、信号光λ１とλ３のみがエタロン１３を透過して、次段の誘電体多層膜フィルタ１５ａに入射される。他方、信号光λ２とλ４は、エタロン１３の表面で反射され、次いで第１のミラー１４により次段の誘電体多層膜フィルタ１５ｂに入射される。
【００２２】
図２の実施形態では、上記のエタロン１３を第１のエタロンとし、これとは別に第２のエタロン１３’を設置し、第１のミラー１４により第１のエタロン１３で反射された反射信号光λ２，λ４を入射させている。第２のエタロン１３’は、第１のエタロン１３と同様なものであるが、透過率がピークとなる中央波長を、信号光λ２またはλ４と同じで波長で、ＦＳＲを１６００ＧＨｚになるように設計される。この結果、信号光λ２とλ４のみが透過され、他の周辺のノイズ信号がカットされる。この結果、受信波長以外の波長ノイズを除去することができ、ノイズ耐性を向上させることができる。
【００２３】
図４は、エタロンの端面反射率が０.９のときの透過率特性を示す図である。この透過率特性（ピーク周波数が２３０.６５ＴＨｚ）における透過強度が９０％までを許容範囲とすると、そのＦＳＲの許容誤差範囲は、８ＧＨｚ程度となる。信号光の波長がレーザダイオードの発信波長のずれ等により５ＧＨｚ程度あると見込むと、エタロン側でのＦＳＲの許容誤差範囲（ΔＦＳＲ）は、３ＧＨｚ（±１.５ＧＨｚ）となる。したがって、エタロンの特性変動は、この許容誤差範囲となるように設計される。
【００２４】
図５は、エタロン表面の垂線に対する入射光の入射角度と透過強度の関係を示す図で、例えば、入射角度を３°で設計したときの透過強度を基準とし、入射角度の変動による透過強度の変化を示している。この図によれば、透過強度の許容変動量が１０％以内とするとすれば、エタロンの実装精度（傾斜角）は±０.４°となる。
【００２５】
図６は、エタロン表面の垂線に対する入射光の入射角度との許容誤差範囲（ΔＦＳＲ）との関係を示す図である。図５によりエタロンへの入射光の入射角度を±０.４°が許容されるとすると、ΔＦＳＲの変動は、０.６ＧＨｚとなり、図４で説明した許容誤差範囲（ΔＦＳＲ：１.５ＧＨｚ以下）範囲内という設計値を満たすことができる。
【００２６】
また、エタロンの材料としては、一般的には合成石英などが使用されるが、温度変化により屈折率と体積が変動する。このため、エタロンの許容誤差範囲（ΔＦＳＲ）は温度依存性がある。
図７は、室温２５℃における透過光のΔＦＳＲを基準として、光受信装置が−５℃〜８５℃の範囲で使用されるとしたΔＦＳＲの変動特性を示したものある。この図によれば、ΔＦＳＲは、―０.４ＧＨｚ〜０.７ＧＨｚの範囲で変動するが、図４で説明した入射光の入射角度の誤差０.６ＧＨｚと合わせても、許容誤差範囲（ΔＦＳＲ：１.５ＧＨｚ以下）範囲内という設計値を満たすことができる。
【００２７】
エタロンの透過光の透過強度も図８に示すように、温度依存性を示す。図８は、室温２５℃における透過光の透過強度を基準として、光受信装置が−５℃〜８５℃の範囲で使用されるとした透過強度の変動特性を示したものある。この図によれば、エタロンの透過強度は、上記の温度範囲で１０％程度の変動を生じることになり、上述したエタロンの実装精度の許容値１０％と合わせると２０％の変動になる。したがって、エタロンをペルチェ素子からなる電子冷却モジュール等に実装して、温度管理するのが好ましい。
【００２８】
しかし、エタロンに温度依存性ないものを用いる等によって、温度管理を省略することもできる。なお、温度依存性のないエタロンとしては、例えば、エタロンの材料に、温度変動が正のものと負のものを組み合わせることにより実現可能である。また、この他、エタロンの温度特性をメモリに記憶させ、動作温度で補正量を付加して波長ロックをかけるようにするようにしてもよい。
【００２９】
上述したように、波長間隔の狭い波長多重光信号の受信に際して、エタロンにより透過信号光と反射信号光で分波した信号光を、誘電体多層膜フィルタで分波することで、低損失な受信系を構成することができる。例えば、８００ＧＨｚの狭い波長間隔の信号光でも、エタロンを用いることにより、透過する信号光の波長間隔は２倍の１６００ＧＨｚとなる。分波する２つの信号光の波長間隔が広げられることにより、誘電体多層膜フィルタの実装精度に余裕を持たせることができ、低損失で波長依存性のない受信を行うことが可能となる。また、信号光がエタロンを透過することにより、所定の受信波長以外の波長ノイズが除去され、ノイズに対する耐性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１０…光ファイバ、１１…レンズ、１２…電子冷却モジュール、１３…エタロン、１４…第１のミラー、１５ａ，１５ｂ…誘電体多層膜フィルタ、１６ａ，１６ｂ…第２のミラー、１７ａ〜１７ｄ…集光レンズ、１８ａ〜１８ｄ…受光素子、１９ａ〜１９ｄ…増幅器。
【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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