(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に反射部をもつ共振構造により周期的に変化する波長分散特性を有し、利得に応じて波長分散特性の分散の大きさが変化し、共振器長に応じて波長分散特性が光周波数軸上でシフトする共振構造半導体光増幅器と、
前記共振構造半導体光増幅器の利得および共振器長を制御し、前記波長分散特性の分散の大きさおよび光周波数軸上の位置を制御する制御手段とを備え、
前記共振構造半導体光増幅器に設定される波長分散特性により入力信号光の波長分散補償を行う構成である
ことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項２】
請求項１に記載の波長分散補償器において、
前記共振構造半導体光増幅器への注入電流を制御して前記利得を調整し、前記波長分散特性の分散の大きさを制御する構成である
ことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項３】
請求項１に記載の波長分散補償器において、
前記共振構造半導体光増幅器への入力光パワーを制御して前記利得を調整し、前記波長分散特性の分散の大きさを制御する構成である
ことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項４】
請求項１に記載の波長分散補償器において、
前記共振構造半導体光増幅器の温度を制御して前記共振器長を調整し、前記波長分散特性の光周波数軸上の位置を制御する構成である
ことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項５】
請求項１に記載の波長分散補償器において、
前記共振構造半導体光増幅器の反射部の反射率をＲ、共振器長をＬ、半導体光増幅器を光が１回横切ったときの利得をＧ、屈折率をｎ、光速をｃ（m/s ）、入力信号光のビットレートをＢ（bit/s ）としたときに、
Ｌ＜ｃ／（４ｎＢ）
Ｒ2Ｇ2＜１
を満たす構成であることを特徴とする波長分散補償器。
【請求項６】
請求項５に記載の波長分散補償器において、
前記入力信号光として、光周波数間隔Δｆの波長多重信号光を入力して波長分散補償を行うときに、
Δｆ＝ｃ／（２ｎＬ）
の関係を満たすように前記共振構造半導体光増幅器の共振器長（光学長）ｎＬを設定する構成であることを特徴とする波長分散補償器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送路の波長分散を補償する波長分散補償器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信需要の増大により、光通信幹線網においてチャネル数の増加とともに１チャネルあたりのビットレートが高速化してきている。光伝送路の波長分散は、１チャネルあたりのビットレートが高速になるほど影響が大きくなるので、波長分散補償が重要な課題の一つになっている。
【０００３】
図９は、従来の光伝送系の概略構成を示す。図において、５１は送信系、５２は伝送用光ファイバ、５３は光中継器、５４は波長分散補償手段、５５は受信系である。送信系５１で発生させた光信号（図中Ａ）は伝送用光ファイバ５２に送信され、所定の距離ごとに挿入された光中継器５３で光増幅されながら受信系５５に伝送される。
【０００４】
伝送直後の光信号は、伝送用光ファイバ５２および光中継器５３の波長分散により波形が劣化する（図中Ｂ）。この光信号を直接受信すると、隣接光パルス間の干渉により信号読み取りに誤りが生じる。また、光信号の速度が増加するほど、１タイムスロット（１ビットの占める時間幅）が減少するので、波長分散による伝送特性への影響は増大する。そこで、この伝送路（伝送用光ファイバ５２および光中継器５３）の波長分散を補償する波長分散補償手段５４が用いられる。
【０００５】
従来の波長分散補償手段５４は、伝送路と逆の符号で絶対値が等しい分散値を有する光ファイバまたは光ファイバグレーティングを用い、伝送路の波長分散を補償していた（図中Ｃ）（参考文献１：小倉邦男，「分散補償光ファイバーの最近の開発状況」，応用物理，64，１，p.28，1995、参考文献２：J.Williams, "Fiber dispertion compensation using a chirped in-fiber Bragg grating", Electron. Lett., 30, 12, p.985, 1994) 。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の波長分散補償手段５４では、分散補償量を光ファイバ長や光ファイバグレーティングのグレーティング間隔により調整できる。しかし、作製後の分散値が固定であるので、特定の伝送路の初期分散値の補償には適するが、伝送路の交換や温度変化による分散値の変動には対応できなかった。
【０００７】
一方、分散値の変動に対するこれまでの補償法としては、送信系の光源の波長を分散値変動に合わせて常に最適な伝送特性が得られるように制御する方法がある。しかし、そのためには高価な波長可変光源が必要となる。また、光バンドパスフィルタを含む光中継器では、光信号波長の変化により光増幅中継後の光信号パワーが変化する問題があった。
【０００８】
本発明は、光通信システムにおいて、伝送路の波長分散の時間的な変動の補償を可能とし、分散補償の許容量の拡大を図ることができる波長分散補償器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長分散補償器は、両端に反射部をもつ共振構造により周期的に変化する波長分散特性を有し、利得に応じて波長分散特性の分散の大きさが変化し、共振器長に応じて波長分散特性が光周波数軸上でシフトする共振構造半導体光増幅器と、共振構造半導体光増幅器の利得および共振器長を制御し、波長分散特性の分散の大きさおよび光周波数軸上の位置を制御する制御手段とを備え、共振構造半導体光増幅器に設定される波長分散特性により入力信号光の波長分散補償を行う構成である。
【００１０】
なお、共振構造半導体光増幅器への注入電流を制御して利得を調整し、波長分散特性の分散の大きさを制御する構成としてもよい。また、共振構造半導体光増幅器への入力光パワーを制御して利得を調整し、波長分散特性の分散の大きさを制御する構成としてもよい。また、共振構造半導体光増幅器の温度を制御して共振器長を調整し、波長分散特性の光周波数軸上の位置を制御する構成としてもよい。
【００１１】
共振構造半導体光増幅器の反射部の反射率をＲ、共振器長をＬ、半導体光増幅器を光が１回横切ったときの利得をＧ、屈折率をｎ、光速をｃ（m/s ）、入力信号光のビットレートをＢ（bit/s ）としたときに、
Ｌ＜ｃ／（４ｎＢ）
Ｒ2Ｇ2＜１
を満たす構成である。
【００１２】
また、入力信号光として、光周波数間隔Δｆの波長多重信号光を入力して波長分散補償を行うときに、
Δｆ＝ｃ／（２ｎＬ）
の関係を満たすように共振構造半導体光増幅器の共振器長（光学長）ｎＬを設定する構成である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の波長分散補償器の第１の実施形態を示す。
【００１４】
図において、１は共振構造半導体光増幅器、３は共振構造半導体光増幅器１の出力光の一部を分岐する光カプラ、４は分岐した光を電気信号に変換する受光回路、５は受光回路４の出力に応じて共振構造半導体光増幅器１の注入電流および温度を制御する制御部、２は共振構造半導体光増幅器１と光カプラ３との間に配置される光学バンドパスフィルタ、６は共振構造半導体光増幅器１への入射パワーを制御する光パワー制御手段である。なお、光学バンドパスフィルタ２および光パワー制御手段６は任意であり、後述するケースに応じて用いられる。
【００１５】
伝送路を通過した光信号は伝送路が有する波長分散の影響を受けて波形が劣化する（図９のＢ）。この劣化した光信号を共振構造半導体光増幅器１に入力する。このとき、制御部５により共振構造半導体光増幅器１への注入電流と、共振構造半導体光増幅器１の温度を調整し、共振構造半導体光増幅器１の波長分散特性を変化させ、波長分散補償量を調整する。
【００１６】
ここで、共振構造半導体光増幅器１の波長分散特性を調整する原理について、図２〜４を参照して説明する。図２において、共振構造半導体光増幅器１は、その両端の反射部１１，１２により光共振器（ファブリペロー共振器）を構成している。反射部としては、端面コーティング、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射鏡）などのグレーティング構造、スポットサイズ変換結合部など他の領域との接合構造などがある。
【００１７】
このような共振器構造のため、透過波の複素振幅Ａt は次式で表される（参考文献：A.Yariv 著、光エレクトロニクスの基礎、４章、丸善株式会社）。
Ａt ＝[(1-Ｒ)Ｇ0.5／(1-ＲＧexp(iδ))] Ａi     …(1)
δ＝４πｎＬ／λ＝４πｎＬｆ／ｃ
【００１８】
ただし、Ａi は入力光の複素振幅、Ｔは半導体光増幅器の光強度の透過率、Ｒは半導体光増幅器の両端の光強度の反射率、Ｇは半導体光増幅器の光強度の利得（半導体光増幅器を一方向に１回横切ったときの利得）、δは共振器一往復で生じる位相差、ｎは半導体の屈折率、Ｌは共振構造半導体光増幅器１の共振器長、λは信号光の波長、ｆは信号光の光周波数である。
【００１９】
共振構造半導体光増幅器１の波長分散特性Ｄは、透過波と入射波の複素振幅比Ａt／Ａi の位相項をφ（＝arg[Ａt／Ａi]）とすると、
Ｄ＝∂ｔ／∂λ＝−（２πｃ／λ2)(∂2φ／∂ω2）  …(2)
で求められる。ここで、ｔは群速度遅延時間、ωは角周波数（＝２πｃ／λ）である。したがって、(1),(2) 式より、共振構造半導体光増幅器１の波長分散特性は図３のようになる。
【００２０】
図３から分かるように波長分散特性は周期的に変化しており、この周期は波長軸上でδλ＝λ2／(２ｎＬ）、光周波数領域でΔｆ＝ｃ／(２ｎＬ)［Hz］である。この周期Δｆを光信号のビットレートＢの例えば２倍よりも大きくする（Δｆ＞２Ｂ）ことにより、共振構造半導体光増幅器１を用いて光信号の波長分散補償を行うことができる。すなわち、共振器長Ｌの条件として
Ｌ＜ｃ／(４ｎＢ）      …(3)
を満たすように設定する。
【００２１】
ここで、共振構造半導体光増幅器１の温度を変化させると共振器長（光学長）ｎＬが変化し、波長分散特性の周期Δｆが変化する。この波長分散特性の周期Δｆの変化（Δｆ＋α）により、図４に示すように、分散スロープのピーク波長（ファブリペロー共振器の透過中心波長）の位置（図４のＡ，Ｂ）が少しずつずれていき、所定の光周波数領域（例えば1.55μｍ帯）では、波長分散特性が光周波数軸上でシフトした状態になる。なお、図２に示す反射部１１，１２の間隔（共振器長）を機械的に伸縮させる構成としてもよい。
【００２２】
一方、共振構造半導体光増幅器１への注入電流を増加させると利得が増大するので、波長分散特性の分散の大きさが変化する。ただし、レーザ発振を起こさないためには、次の条件
Ｒ2 Ｇ2 ＜１        …(4)
を満たす必要がある。図３中の実線は注入電流が高く、利得Ｇが大きい場合であり、点線は注入電流が低く、利得Ｇが小さい場合である。
【００２３】
以上説明したように、共振構造半導体光増幅器１は、注入電流と温度を調整することにより、波長分散特性の分散の大きさと光周波数軸（波長軸）上での位置を調整することができるので、光信号の波長分散補償に適用することができる。
【００２４】
なお、実際に適用する場合は、まず適用する光通信システムのビットレートＢに応じて、(3) 式を満たすような共振器長Ｌを有する共振構造半導体光増幅器を作製する。そして、温度により光周波数軸（波長軸）上での位置を調整し、注入電流により波長分散特性の分散の大きさを調整する。
【００２５】
また、複数の波長の光信号を光周波数軸上で等間隔に配置したＷＤＭ（波長多重）システムの場合には、図５に示すように、そのチャネル間隔に合わせて、共振構造半導体光増幅器の波長分散特性の周期Δｆを設定することにより、一括した波長分散補償を行うことができる。
【００２６】
図６は、本実施形態の構成を用いた実験結果であり、５Ｇbit/s ＮＲＺ光信号をシングルモードファイバ70ｋｍ伝送させたときの分散補償前後のアイパタンを示す。このアイパタンから明らかなように、マーク部分の広がりが抑えられており、効果的に分散補償がなされていることが分かる。なお、共振構造半導体光増幅器１の利得は入射パワーによっても変動するので、必要であれば、図１に示したように共振構造半導体光増幅器１の前段に入射パワーを一定に制御する光パワー制御手段６を配置してもよい。光パワー制御手段６としては、出力パワー一定制御を行う光ファイバ増幅器などを用いることができる。
【００２７】
この波長分散補償器における波長分散補償量は、次のようにして最適値に制御される。図１に示すように、共振構造半導体光増幅器１から出力された光は光カプラ３で２分岐される。その一方の光を受光回路４で電気信号に変換し、制御部５に入力する。制御部５では、電気信号から光信号のクロック周波数成分を抽出し、クロック周波数成分電力Ｐc と電気信号の全電力Ｐa の比（Ｐc／Ｐa）を求める。ここで、光信号の分散補償が最適な場合にはＰc／Ｐaが最大になるので、Ｐc／Ｐaが最大になるように注入電流と温度を制御し、波長分散補償量を最適化する。
【００２８】
なお、ＲＺ符号の光信号の場合には、光電変換後の電気信号自体にクロック周波数成分を含むので、これを抽出する。一方、ＮＲＺ符号の光信号の場合には、光電変換後の電気信号にクロック周波数成分がないので、光電変換後に非線形抽出回路を用いてクロック周波数成分を抽出する。
【００２９】
また、制御部５で監視するフィードバック信号としては、クロック周波数成分の他にビット誤り率やＱ値を用い、制御部５でビット誤り率が最小になるように制御したり、Ｑ値が最大になるように制御してもよい。その場合は、受光回路４はそれぞれビット誤り率検出回路やＱ値測定回路を用いる。
【００３０】
また、共振構造半導体光増幅器１では、増幅された誘導放出光（ＡＳＥ）が出力されるので、光信号の信号対雑音比が劣化する。この雑音成分の影響を低減するために、図１に示すように共振構造半導体光増幅器１と光カプラ３との間に、光信号の波長域のみを透過する光学バンドパスフィルタ２を配置してもよい。これにより、電力比Ｐc／Ｐaの測定精度を高めることができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の波長分散補償器の第２の実施形態を示す。
【００３２】
図において、１は共振構造半導体光増幅器、３は共振構造半導体光増幅器１の出力光の一部を分岐する光カプラ、４は分岐した光を電気信号に変換する受光回路、７は受光回路４の出力に応じて共振構造半導体光増幅器１の温度を制御する制御部、８は受光回路４の出力に応じて共振構造半導体光増幅器１への入射パワーを制御する光パワー制御手段、２は共振構造半導体光増幅器１と光カプラ３との間に配置される光学バンドパスフィルタである。なお、光学バンドパスフィルタ２は任意であり、第１の実施形態に示したケースに応じて用いられる。
【００３３】
第１の実施形態では、制御部７により、共振構造半導体光増幅器１の注入電流を調整して波長分散特性の分散の大きさを制御していたが、本実施形態では、光パワー制御手段８で共振構造半導体光増幅器１の入射パワーを制御することにより利得を調整し、同様に波長分散特性の分散の大きさを制御するものである。
【００３４】
光パワー制御手段８としては、エルビウム添加光ファイバ増幅器の励起光パワーを制御する構成、半導体光増幅器（共振構造のない通常タイプ）の注入電流を制御する構成などを用いることができる。また、これらの光増幅器と減衰量が可変な光減衰器と組合せて、共振構造半導体光増幅器１の入射パワーを制御する構成としてもよい。
【００３５】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の波長分散補償器の第３の実施形態を示す。本実施形態は、ＷＤＭ信号の一括分散補償に適用する場合の構成例である。
【００３６】
図において、伝送路の波長分散によって波形が劣化したＷＤＭ信号の波長分散補償を行う中継器２０は、固定波長分散補償器２１と、本発明の波長分散補償器２２と、必要に応じて光増幅器２３を備える。ＷＤＭ信号は、固定波長分散補償器２１で分散スロープが補償され、本発明の波長分散補償器２２で波長分散が補償される。なお、本発明の波長分散補償器２２は共振構造を有するので、分散補償と同時に光信号の増幅が可能であるが、さらに増幅を要する場合にはその後段に光増幅器２３を用いてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、周期的な波長分散特性を有する共振構造半導体光増幅器を用い、その注入電流または入力光パワー、温度（共振器長）を制御することにより、可変型の波長分散補償器を実現することができる。この波長分散補償器を用いることにより、伝送路の波長分散の時間的な変動をリアルタイムで補償することができる。また、簡単な構成でＷＤＭ信号の一括分散補償にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すブロック図。
【図２】共振構造半導体光増幅器の構成例を示す図。
【図３】共振構造半導体光増幅器の波長分散特性を示す図。
【図４】共振構造半導体光増幅器の波長分散特性のシフトの様子を示す図。
【図５】ＷＤＭシステムの波長分散補償への適用例を説明する図。
【図６】実験結果を示す図。
【図７】本発明の第２の実施形態を示すブロック図。
【図８】本発明の第３の実施形態を示すブロック図。
【図９】従来の光伝送系の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１  共振構造半導体光増幅器
２  光学バンドパスフィルタ
３  光カプラ
４  受光回路
５，７  制御部
６，８  光パワー制御手段
１１，１２  反射部
２０  中継器
２１  固定波長分散補償器
２２  本発明の波長分散補償器
２３  光増幅器
【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】
0003971197.tif 000007
【図７】
0003971197.tif 000008
【図８】
0003971197.tif 000009
【図９】
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