DE60124811T2

DE60124811T2 - Optisches Filter zur Verstärkungsentzerrung

Info

Publication number: DE60124811T2
Application number: DE60124811T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Yokohama Hatayama; Masayuki Yokohama Nishimura
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: US20010036005A1; EP1150157B1; US6633698B2; DE60124811D1; JP2002014306A; EP1150157A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der HErfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Filter, das geeignet als ein Verstärkungsentzerrer (gain equalizer) zum Ausgleichen des Zuwachses optischer Verstärkung von Signallicht oder dergleichen in einem optischen Verstärker eingesetzt werden kann.
Stand der Technik
Ein optischer Verstärker enthält einen optischen Wellenleiter, der mit fluoreszentem Material dotiert ist, das mit Pumplicht angeregt werden kann, zum optischen Verstärken von Signallicht; und ein Pumpmittel zum Zuführen von Pumplicht zu dem optischen Wellenleiter. Ein derartiger optischer Verstärker wird in einer Repeater-Station in einem optischen Übertragungssystem oder dergleichen bereitgestellt. Insbesondere ist das für den optischen Verstärker wichtig, der in einem Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem zum Übertragen von Signallicht einer Vielzahl von Kanälen eingesetzt wird, die Vielzahl von Kanälen auf eine gemeinsame Art und Weise in jeweiligen Verstärkungen, die einander gleich sind, optisch zu verstärken, und jeden Kanal von Signallicht mit einer Leistung auszugeben, die in einem konstanten Zielwert gehalten wird. Daher wird zum Ausgleichen der optischen Verstärkung von Signallicht in einem derartigen optischen Verstärker ein optisches Filter mit einem Verlustspektrum in einer Form ähn lich zu dem des Verstärkungsspektrums in dem verstärkenden optischen Wellenleiter als ein Verstärkungsentzerrer eingesetzt.
Z.B. offenbaren Literaturstelle 1 – K. Inoue, et al., "Tunable Gain Equalization Using a Mach-Zehnder Optical Filter in Multistage Fiber Amplifiers, "IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 3, Nr. 8, S. 718–720 (1991) – und Literaturstelle 2 – G.H.B. Thompson, et al., "Planar Waveguide Filters for Dynamic Equalization of EDFA Spectra," ECOC'99 (1999) – Techniken zum Abflachen der Verstärkung eines optischen Verstärkers mittels eines optischen Filters, das ein Mach-Zehnder-Interferometer verwendet. Die in diesen Literaturstellen offenbarten Techniken zielen auf eine Abstimmung der jeweiligen Temperaturen einzelner optischer Koppler und einzelner verzweigender optischer Pfade in einem Mach-Zehnder-Interferometer gemäß der eingegebenen Signallichtleistung, um so den Anstieg von Übertragungsverlust zu Wellenlängen in einem optischen Filter zu regeln, wobei dadurch die Schwankung in dem Anstieg von Verstärkung zu Wellenlängen, die die Schwankung in der eingegebenen Signallichtleistung begleiten, kompensiert wird.
Die Literaturstelle Kachiguchi, K. et al. "Higher Order Dispursion Equalizer of Dipersion Shifted Fiber using a Lettice-Form Programmable Optical Filter", Electronic Letters IEEE Stevenage, GB, Volume 32, Nr. 8, 11. April 1996, Seiten 755–757 offenbart ein programmierbares optisches Filter, umfassend einen Hauptoptikpfad zum Leiten von Licht von einem Eingangsende zu einem Ausgangsende; einen Hilfsoptikpfad, der mit dem Hauptoptikpfad mit ersten, zweiten und dritten optischen Kopplern optisch gekoppelt ist, wobei die optischen Pfadlängen zwischen den ersten und zweiten optischen Kopplern und eine Optikpfadlänge zwischen den zweiten und dritten optischen Kopplern von dem Hauptoptikpfad verschieden sind.
Insbesondere werden neun symmetrische Interferometer, umfassend abstimmbare Koppler, und acht asymmetrische Interferometer, umfassend Verzögerungsleitungen mit der gleichen Einheitenverzögerungszeit, offenbart, wobei die symmetrischen und asymmetrischen Interferometer eines nach dem anderen in Reihe angeordnet sind. Zwei Arme der asymmetrischen Interferometer umfassen eine unterschiedliche Länge, wobei die Differenz 1034 μm ist. Es werden Chromheizgeräte zum Zweck von Phasenverschiebung eingesetzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In den oben erwähnten konventionelle Techniken wird es für die optische Verstärkung von Signallicht in dem optischen Verstärker notwendig sein, seine Verstärkung zu ändern, falls die Leistung von Signallicht, das von dem optischen Verstärker ausgegeben wird, konstant zu halten ist, wenn der Verlust in einer optischen Übertragungsleitung vor dem optischen Verstärker aus irgendeinem Grund schwankt und dadurch das Signallicht, das in den optischen Verstärker eingespeist wird, seine Leistung ändert. Wenn die Verstärkung geändert wird, kann die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung, d.h. der Anstieg der Verstärkung zu Wellenlängen (Verstärkungsanstieg) schwanken, wobei dadurch die Verstärkungsflachlage des optischen Verstärkers verschlechtert wird, was verursacht, dass die jeweiligen Leistungen einer Vielzahl von Kanälen von Signallicht, was von dem optischen Verstärker ausgegeben wird, voneinander abweichen. Deshalb werden die jeweiligen Temperaturen einzelner optischer Koppler und verzweigender optischer Pfade in jedem Mach-Zehnder-Interferometer, was das optische Filter bildet, gemäß der eingegebenen Signallichtleistung abgestimmt, um so den Anstieg von Verlust zu Wellenlängen (Verlustanstieg) im optischen Filter abzustimmen, wobei dadurch die Schwankung in dem Verstärkungsanstieg kompensiert wird, was die Schwankung in Verstärkungsanstieg begleitet. Wenn der Verlustanstieg im optischen Filter gemäß der eingegebenen Signallichtleistung geändert wird, kann jedoch der Verlustpegel in dem Signallicht-Wellenlängenband schwanken, wodurch das Signallicht, das von dem optischen Verstärker ausgegeben wird, nachdem es optisch verstärkt wurde, schwanken und sein S/R-Verhältnis verschlechtern kann. Auch ist die Zahl von Heizgeräten, die zum Abstimmen des Verlustanstiegs in diesem optischen Filter vorgesehen sind, 3 oder 6, was so groß ist, dass die Steuerung vom Verlustanstieg kompliziert ist.
Gemäß der Offenbarung des oben erwähnten Artikels von K. Takiguchi et al wird ein asymmetrisches Mach-Zehnder-Filter als eine Verzögerungsleitung verwendet und die Differenz zwischen optischen Pfadlängen eines Hauptoptikpfades und eines Hilfsoptikpfades hat einen ziemlich großen Wert. Da die Abhängigkeit von Übertragung von der Wellenlänge in einem derartigen Interferometer eine Vorzeichenfunktion hat und ihre Frequenz kürzer wird, während die optische Pfadlängendifferenz größer wird, ist es sehr schwierig, den Anstieg von Übertragungsverlust zu steuern, was die Beziehung der optischen Pfadlängendifferenz zu Wellenlängedifferenz bedeutet. Wenn die optische Pfadlängendifferenz zwischen dem Hauptoptikpfad und dem Hilfsoptikpfad einen derartigen hohen Wert hat, hat die Pfadlänge eine Vorzeichenfunktion und ihre Frequenz ist viel kleiner als das Wellenlängenband, und deshalb kann der oben erwähnte Übertragungsverlust nicht als ein konstanter Wert behandelt werden.
Um die oben erwähnten Probleme zu überwinden, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Filter vorzusehen, das geeignet als ein Verstärkungsentzerrer oder dergleichen in einem optischen Verstärker eingesetzt werden kann, während sein Verlustanstieg leicht zu steuern ist.
Zum Erreichen des oben erwähnten Ziels umfasst das optische Filter in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung: (1) einen Hauptoptikpfad zum Führen von Licht von einem Eingangsende zu einem Ausgangsende; (2) einen Hilfsoptikpfad, der mit dem Hauptoptikpfad mit ersten, zweiten und dritten optischen Kopplern optisch gekoppelt ist, wobei die optische Pfadlänge zwischen den ersten und zweiten optischen Kopplern und eine optische Pfadlänge zwischen den zweiten und dritten optischen Kopplern von dem Hauptoptikpfad verschieden sind; (3) ein erstes Temperaturabstimmungsmittel, das in mindestens einem von den Haupt- und Hilfsoptikpfaden zwischen den ersten und zweiten optischen Kopplern angeordnet ist, zum Abstimmen der Temperatur der Haupt- und/oder Hilfsoptikpfade; und (4) ein zweites Temperaturabstimmungsmittel, das in mindestens einem der Haupt- und Hilfsoptikpfade zwischen den zweiten und dritten optischen Kopplern angeordnet ist, zum Abstimmen der Temperatur der Haupt- und/oder Hilfsoptikpfade.
In dem optischen Filter in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bilden die Haupt- und Hilfsoptikpfade und die ersten und zweiten optischen Koppler ein erstes Mach-Zehnder-Interferometer, die Haupt- und Hilfsoptikpfade haben jeweilige optische Pfadlängen, die voneinander verschieden sind zwischen den ersten und zweiten optischen Kopplern, und die Temperatur von einem oder beiden der optischen Pfade wird durch das erste Temperaturabstimmungsmittel geregelt. Ferner bilden die Haupt- und Hilfsoptikpfade und die zweiten und dritten optischen Koppler ein zweites Mach-Zehnder-Interferometer, die Haupt- und Hilfsoptikpfade haben jeweilige optische Pfadlängen, die voneinander verschieden sind zwischen den zweiten und dritten optischen Kopplern, und die Temperatur von einem oder beiden der optischen Pfade wird durch das zweite Temperaturabstimmungsmittel geregelt. Die Temperaturabstimmung, die durch jedes der ersten und zweiten Temperaturabstimmungsmittel bewirkt wird, macht es möglich, den Anstieg von Ver lust zu Wellenlängen in einem gegebenen Wellenlängenband einzustellen. Somit hat dieses optische Filter eine einfache Konfiguration und es ist einfach, den Verlustanstieg zu steuern, wodurch es z.B. als ein Verstärkungsentzerrer in einem optischen Verstärker oder dergleichen geeignet verwendet werden kann.
Wenn die ersten und zweiten Temperaturabstimmungsmittel in einem von den Haupt- und Hilfsoptikpfaden allein angeordnet sind, wird es ausreichend sein, falls nur zwei Elemente von Heizgeräten, Peltier-Einrichtungen und dergleichen, die als Temperaturabstimmungsmittel eingesetzt werden können, vorgesehen sind, wodurch es weiter einfacher wird, den Verlustanstieg zu steuern.
Das optische Filter umfasst ferner Steuermittel zum Steuern der ersten und zweiten Temperaturabstimmungsmittel so, um einen Anstieg von Übertragungsverlust über dem Hauptoptikpfad als eine Funktion der Wellenlänge in einem gegebenen Wellenlängenband einzustellen.
Zwischen den ersten und zweiten optischen Kopplern und zwischen den zweiten und dritten optischen Kopplern sind die optischen Pfadlängendifferenzen zwischen den Haupt- und Hilfsoptikpfaden nicht länger als 42 μm. Diese Konfiguration ist zum Einstellen der Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie zu 1 dB oder weniger geeignet.
Vorzugsweise können die Übertragungsverlustcharakteristika über dem Hauptoptikpfad von der Wellenlänge in einem gegebenen Wellenlängenband durch Abstimmen der ersten und zweiten Temperaturabstimmungsmittel im wesentlichen unabhängig sein.
Das optische Filter in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann derart konfiguriert sein, dass die Bandbreite des gegebenen Wellenlängenbandes 25nm oder breiter ist, der Absolutwert des Anstiegs vom Übertragungsverlust über dem Hauptoptikpfad zu Wellenlängen in dem gegebenen Wellenlängenband mindestens innerhalb des Bereiches von 0 bis 5 dB/25nm variabel ist, eine Abweichung von einer gegebenen geraden Linie 1 dB oder weniger ist und der Minimalwert des Übertragungsverlustes über dem Hauptoptikpfad in dem gegebenen Wellenlängenband 2 dB oder weniger ist. Alternativ kann es derart konfiguriert sein, dass die Bandbreite des gegebenen Wellenlängenbandes 36nm oder breiter ist, der Absolutwert des Anstiegs vom Übertragungsverlust über dem Hauptoptikpfad zu Wellenlängen in der gegebenen Wellenlänge mindestens innerhalb des Bereiches von 0 bis 5 dB/36nm variabel ist, eine Abweichung von einer gegebenen geraden Linie 1 dB oder weniger ist und der Minimalwert des Übertragungsverlustes über dem Hauptoptikpfad in dem gegebenen Wellenlängenband 2 dB oder weniger ist. In diesen Fällen behält das optische Filter ausreichende Linearität und ausreichend geringen Verlust bei, während der Verlustanstieg in einem ausreichenden Bereich variabel ist, in dem Wellenlängenband von 1535nm bis 1565nm, was z.B. ein Signallicht-Wellenlängenband ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm des optischen Filters in Übereinstimmung mit einer grundlegenden Ausführungsform, die nicht in den Bereich der Ansprüche fällt;
2 ist eine Grafik, die Wellenlängencharakteristika von Übertragungsverlust über dem in 1 gezeigten optischen Filter zeigt;
3 ist ein Diagramm einer ersten Ausführungsform des optischen Filters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Grafik, die Wellenlängencharakteristika von Übertragungsverlust über dem in 3 gezeigten optischen Filter zeigt;
5 ist eine Grafik, die eine Wellenlängencharakteristik eines Leistungskopplungsverhältnisses C in dem ersten Mach-Zehnder-Interferometer in dem optischen Filter von 3 zeigt;
6 ist eine Grafik, die eine Wellenlängencharakteristik von Übertragungsverlust über dem optischen Filter von 3 zeigt;
7A bis 7C sind Diagramme, die jede von elektrischen Feldkomponenten E₁ und E₂ in dem optischen Filter von 3 im Sinne eines Vektors zeigen;
8 ist eine Grafik, die Wellenlängencharakteristika von Übertragungsverlust über dem optischen Filter von 3 zeigt;
9 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie und der optischen Pfadlängendifferenz ΔL in dem optischen Filter von 3 zeigt;
10 ist ein Diagramm eines optischen Verstärkers, der das optische Filter von 3 als ein Verstärkungsentzerrer verwendet;
11 ist ein Diagramm einer zweiten Ausführungsform des optischen Filters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
12 bis 14 sind Grafiken, die Wellenlängencharakteristika von Übertragungsverlust über dem optischen Filter von 11 zeigen;
15 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen dem minimalen Verlust des optischen Filters von 11 innerhalb eines Bandes und seinen Verlustanstieg zeigt;
16 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie und der Verlustanstiegsbreite in dem optischen Filter von 11 zeigt;
17 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie und der optischen Pfadlängendifferenz ΔL in dem optischen Filter von 11 zeigt;
18 ist ein Diagramm eines optischen Verstärkers, der das optische Filter von 11 als einen Verstärkungsentzerrer verwendet.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. Um das Verständnis der Erläuterung zu unterstützen, bezeichnen, wo es möglich ist, die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile überall in den Zeichnungen, und eine wiederholte Erläuterung wird weggelassen.
Grundlegende Ausführungsform (bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung)
Vor der Erläuterung von Ausführungsformen des optischen Filters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine grundlegende Ausführungsform eines optischen Filters erläutert, das ein Mach-Zehnder-Interferometer nutzt. 1 ist ein Diagramm eines optischen Filters 1, das diese grundlegende Ausführungsform bildet. Dieses optische Filter 1 ist eine optische planare Schaltung vom Wellenleitertyp, die auf einem Substrat 100 ausgebildet ist; und umfasst einen Hauptoptikpfad 110, einen Hilfsoptikpfad 120 und ein Heizgerät (Temperaturabstimmungsmittel) 130.
Der Hauptoptikpfad 110 ist ein optischer Pfad, der zwischen einem Lichteingangsende 101, das sich in einer Endfläche des Substrats 100 befindet, und einem Lichtausgangsende 102, das sich in der anderen Endfläche davon befindet, angeordnet ist. Ein erster optischer Koppler 141 und ein zweiter optischer Koppler 142 sind aufeinanderfolgend von dem Lichteingangsende 101 zu dem Lichtausgangsende 102 angeordnet. Der Hauptoptikpfad 110 und der Hilfsoptikpfad 120 sind miteinander in dem ersten optischen Koppler 141 und dem zweiten optischen Koppler 142 optisch gekoppelt. Der Hauptoptikpfad 110, der Hilfsoptikpfad 120, der erste optische Koppler 141 und der zweite optische Koppler 142 bilden ein Mach-Zehnder-Interferometer.
Das Heizgerät 130 ist in dem Hauptoptikpfad 110 zwischen dem ersten optischen Koppler 141 und dem zweiten optischen Koppler 142 angeordnet. Das Heizgerät 130 stimmt die Temperatur des Hauptoptikpfades 110 so ab, um den Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ vom Hauptoptikpfad 110 zu regeln, wobei dadurch der Verlust an Licht zwischen dem Lichteingangsende 101 und dem Lichtausgangsende 102 gesteuert wird.
Das Übertragungsspektrum T(λ) mit Bezug auf das Licht, das zu dem Lichteingangsende 101 eingegeben und dann von dem Lich tausgangsende 102 über den Weg des Hauptoptikpfades 110 ausgegeben wird, wird durch den Ausdruck:
dargestellt, wobei λ die Wellenlänge von Licht ist, C₁ das Leistungskopplungsverhältnis in dem optischen Koppler 141 ist, C₂ das Leistungskopplungsverhältnis in dem optischen Koppler 142 ist, n_c der effektive Brechungsindex von jedem von dem Hauptoptikpfad 110 und dem Hilfsoptikpfad 120 ist, ΔL die Differenz zwischen den jeweiligen Optikpfadlängen des Hauptoptikpfades 110 und des Hilfsoptikpfades 120 zwischen den optischen Kopplern 141 und 142 ist, und ΔΦ der Phasenverschiebungsbetrag gemäß der Temperaturabstimmung vom Hauptoptikpfad 110 ist, die durch das Heizgerät 130 bewirkt wird.
Das folgende kann aus dem oben erwähnten Ausdruck (1) gesehen werden. Das Übertragungsspektrum T(λ) des optischen Filters 1 ändert sich nämlich periodisch abhängig von der Wellenlänge λ, wohingegen die Wellenlängenperiode kürzer ist, während die optische Pfadlängendifferenz ΔL größer ist. Die Wellenlänge λ₀, in der das Durchlassvermögen T minimiert ist (Verlust ist minimiert), kann durch Abstimmen des Phasenverschiebungsbetrags ΔΦ gesteuert werden. Falls z.B. die optische Pfadlängendifferenz ΔL geeignet eingestellt ist, dann kann das Durchlassvermögen T in einer vorbestimmten Wellenlänge (1550nm) innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbandes (Wellenlänge von 1535nm bis 1565nm) minimiert werden (Verlust kann minimiert werden), wenn die Temperaturabstimmung, die durch das Heizgerät 130 bewirkt wird, auf einem vorbestimmten Pegel ist (d.h. wenn der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ in einem vorbestimmten Wert ist). Auch kann die Temperaturabstimmung, die durch das Heizgerät 130 bewirkt wird, den Anstieg von Übertragungsverlust zu der Wellenlänge λ in dem oben erwähnten Wellenlängenband einstellen.
2 ist eine Grafik, die Wellenlängencharakteristika von Übertragungsverlust in dem optischen Filter 1 in Übereinstimmung mit der grundlegenden Ausführungsform zeigt. Hier sind C₁ = C₂ = 0,5, n_c = 1,45 und ΔL ist 6,95 μm. Ferner ist der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ auf 0°, 30°, 60°, 90° und 120° eingestellt. Wenn durch das Heizgerät 130 keine Temperaturabstimmung bewirkt wird, d.h. der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ ist auf 0° eingestellt, wird, wie aus der Grafik gesehen werden kann, der Übertragungsverlust über dem optischen Filter 1 in einer Wellenlänge von 1550nm minimiert und liefert einen geringen Wert innerhalb des Wellenlängenbereiches von 1530nm bis 1570nm, wodurch der Anstieg vom Übertragungsverlust zu der Wellenlänge λ in dem oben erwähnten Wellenlängenband gering ist. Während die Temperatur vom Hauptoptikpfad 110 durch das Heizgerät 130 angehoben wird (wobei dadurch der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ erhöht wird), wird der Anstieg vom Übertragungsverlust zu der Wellenlänge λ in dem oben erwähnten Wellenlängenband größer. Hier ist der Verlust in einer Wellenlänge von 1535nm auf der Seite der kürzeren Wellenlänge minimiert. Das optische Filter 1 hat derartige Charakteristika, dass der Verlustanstieg innerhalb des Bereiches von 0 bis 9,37 dB/30 nm variabel ist, wenn der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ innerhalb des Bereiches von 0° bis 120° innerhalb des Wellenlängenbereiches von 1535 nm bis 1565 nm (mit einer Bandbreite von 30 nm) abgestimmt wird, die Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie 1,55 dB oder weniger ist und der Minimalwert vom Übertragungsverlust in dem oben erwähnten Wellenlängenband 2,84 dB ist.
Wenn eine Peltier-Einrichtung an Stelle des Heizgerätes 130 in der grundlegenden Ausführungsform vorgesehen ist, um so die Temperatur vom Hauptoptikpfad 110 anzuheben oder abzusen ken, kann der Wert des Phasenverschiebungsbetrags ΔΦ nicht nur positiv, sondern auch negativ eingestellt werden. Falls der Wert vom Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ somit innerhalb des Bereiches von –120° bis 0° geändert wird, kann dann der Verlustanstieg innerhalb des Bereiches von –9,37 dB/30 nm bis 0 dB/30 nm innerhalb des Wellenlängenbandes von 1535 nm bis 1565 nm eingestellt werden, woraufhin der Übertragungsverlust in einer Wellenlänge von 1565 nm auf der Seite der längeren Wellenlänge minimiert wird. Auch kann ein Heizgerät oder eine Peltier-Einrichtung in dem Hilfsoptikpfad 120 an Stelle des Hauptoptikpfades 110, oder in jedem von dem Hauptoptikpfad 110 und dem Hilfsoptikpfad 120 angeordnet sein.
In dem optischen Filter 1 in Übereinstimmung mit der grundlegenden Ausführungsform kann jedoch die Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie nicht immer als ausreichend klein betrachtet werden, und der Minimalwert vom Übertragungsverlust in dem Wellenlängenband in Verwendung kann nicht immer als ausreichend gering betrachtet werden. Dies ist so wegen der Tatsache, dass das optische Filter 1 mit einem Aufbau wie etwa dem in 1 gezeigten eine derartige Kompromissbeziehung zwischen der Linearität und geringem Übertragungsverlust aufweist, dass eine Erhöhung der optischen Pfadlängendifferenz ΔL den Verlust absenkt, aber die Linearität verschlechtert, wohingegen eine Absenkung der optischen Pfadlängendifferenz ΔL die Linearität verbessert, aber den Übertragungsverlust erhöht. Daher ist es in der Konfiguration des optischen Filters 1 in Übereinstimmung mit dieser grundlegenden Ausführungsform schwierig, zur gleichen Zeit Linearität und geringen Übertragungsverlust zu erreichen. Das optische Filter in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung realisiert eine Konfiguration, die Linearität und geringen Übertragungsverlust gleichzeitig erreicht, dessen Konfiguration nun speziell erläutert wird.
Erste Ausführungsform
Zum Beginn wird eine erste Ausführungsform des optischen Filters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erläutert. 3 ist ein Diagramm eines optischen Filters 2 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform. Das optische Filter 2 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist eine optische Schaltung vom planaren Wellenleitertyp, die auf einem Substrat 200 ausgebildet ist; und umfasst einen Hauptoptikpfad 210, einen Hilfsoptikpfad 220, ein Heizgerät (erstes Temperaturabstimmungsmittel) 231 und ein Heizgerät (zweites Temperaturabstimmungsmittel) 232, ebenso wie eine Steuervorrichtung 280 zum Steuern von Operationen der Heizgeräte 231 und 232.
Der Hauptoptikpfad 210 ist ein optischer Pfad, der zwischen einem Lichteingangsende 201, das sich in einer Endfläche des Substrats 200 befindet, und einem Lichtausgangsende 202, das sich in der anderen Endfläche davon befindet, angeordnet ist. Ein erster optischer Koppler 241, ein zweiter optischer Koppler 242 und ein dritter optischer Koppler 243 sind aufeinanderfolgend von dem Lichteingangsende 201 zu dem Lichtausgangssende 202 angeordnet. Der Hauptoptikpfad 210 und der Hilfsoptikpfad 220 sind miteinander in dem ersten optischen Koppler 241, dem zweiten optischen Koppler 242 und dem dritten optischen Koppler 243 optisch gekoppelt. Der Hauptoptikpfad 210, der Hilfsoptikpfad 220, der erste optischer Koppler 241 und der zweite optischer Koppler 242 bilden ein erstes Mach-Zehnder-Interferometer 251. Der Hauptoptikpfad 210, der Hilfsoptikpfad 220, der zweite optischer Koppler 242 und der dritte optische Koppler 242 bilden ein zweites Mach-Zehnder-Interferometer 252.
Das Heizgerät 231 ist in dem Hilfsoptikpfad 220 zwischen dem ersten optischen Koppler 241 und dem zweiten optischen Kopp ler 242 angeordnet; und stimmt unter Instruktionen von der Steuervorrichtung 280 die Temperatur vom Hilfsoptikpfad 220 ab, wobei dadurch der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₁ vom Hilfsoptikpfad 220 geregelt wird. Das Heizgerät 232 ist in dem Hauptoptikpfad 210 zwischen dem zweiten optischen Pfad 242 und dem dritten optischen Koppler 243 angeordnet; und stimmt unter Instruktionen von der Steuervorrichtung 280 die Temperatur vom Hauptoptikpfad 210 ab, wobei dadurch der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₂ vom Hauptoptikpfad 210 geregelt wird. Die Steuervorrichtung 280 funktioniert nämlich, den Übertragungsverlust über dem Hauptoptikpfad 210 durch Steuern von Operationen der Heizgeräte 231 und 232 zu regeln.
Das Übertragungsspektrum T(λ) mit Bezug auf das Licht, das von dem Lichteingangsende 201 eingegeben und dann von dem Lichtausgangsende 202 über den Weg des Hauptoptikpfades 210 ausgegeben wird, wird durch den Ausdruck:
dargestellt, wobei λ die Wellenlänge von Licht ist, C das Leistungskopplungsverhältnis des Mach-Zehnder-Interferometers 251 ist, wenn es als ein einzelner optischer Koppler angenommen wird und durch einen Ausdruck ähnlich zu dem oben erwähnten Ausdruck (1) dargestellt wird, C₃ das Leistungskopplungsverhältnis in dem optischen Koppler 243 ist, n_c der effektive Brechungsindex von jedem von dem Hauptoptikpfad 210 und dem Hilfsoptikpfad 220 ist, ΔL₂ die Differenz zwischen den jeweiligen optischen Pfadlängen des Hauptoptikpfades 210 und des Hilfsoptikpfades 220 zwischen den optischen Kopplern 242 und 243 ist und ΔΦ₂ der Phasenverschiebungsbetrag gemäß der Temperaturabstimmung vom Hauptoptikpfad 210 ist, die durch das Heizgerät 232 bewirkt wird.
Die Konfiguration des optischen Filters 2 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist nämlich der des optischen Filters 1 der oben erwähnten grundlegenden Ausführungsform äquivalent, wenn ein optischer Koppler 141 durch das Mach-Zehnder-Interferometer 251 ersetzt wird. In dem optischen Filter 2 hängt das Leistungskopplungsverhältnis C von Licht in dem Mach-Zehnder-Interferometer 251 von der Wellenlänge ab, wohingegen die Wellenlängenabhängigkeit der Leistungskopplungseffizienz C durch die Differenz ΔL₁ zwischen den jeweiligen optischen Pfadlängen des Hauptoptikpfades 210 und des Hilfsoptikpfades 220 zwischen den optischen Kopplern 241 und 242, und durch den Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₁ gemäß der Temperaturabstimmung des Hilfsoptikpfades 220, die durch das Heizgerät 231 bewirkt wird, abgestimmt werden kann.
4 ist eine Grafik, die Wellenlängencharakteristika vom Übertragungsverlust in dem optischen Filter 2 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigt. Hier ist das Leistungskopplungsverhältnis C₃ von Licht in dem optischen Koppler 243 0,5, n_c = 1,45, ΔL₂ = 16,57 μm und ΔΦ₁ = 0°. Auch ist das Leistungskopplungsverhältnis C in dem Mach-Zehnder-Interferometer 251 auf 0,2 und 0,5 eingestellt. In dem optischen Filter 2 wird, wie aus dieser Grafik gesehen werden kann, die Differenz im Verlust zwischen den jeweiligen Fällen, wo C = 0,2 und C = 0,5 ist, kleiner, während die Wellenlänge weiter von 1550 nm weg ist, obwohl ein geringerer Verlust nahe einer Wellenlänge von 1550 nm erzielt wird, wenn C = 0,5 ist.
Daher wird das Leistungskopplungsverhältnis C von Licht in dem Mach-Zehnder-Interferometer 251 so eingestellt, um eine Wellenlängenabhängigkeit aufzuweisen, wie etwa die, die in 5 gezeigt wird. Das Leistungskopplungsverhältnis C von Licht in dem Mach-Zehnder-Interferometer 251 wird nämlich nahe einer Wellenlänge von 1550 nm minimiert und größer gemacht, während die Wellenlänge von dort weiter weg ist. Da sich die jeweiligen optischen Pfadlängen des Hauptoptikpfades 210 und des Hilfsoptikpfades 220 zwischen den optischen Kopplern 241 und 242 voneinander unterscheiden, und der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₁ vom Hilfsoptikpfad 220 geregelt werden kann, wenn die Temperatur vom Hilfsoptikpfad 220 durch das Heizgerät 231 abgestimmt wird, kann das Leistungskopplungsverhältnis C von Licht in dem Mach-Zehnder-Interferometer 251 eine derartige Wellenlängenabhängigkeit aufweisen. Eine derartige Einstellung macht es möglich, zur gleichen Zeit die Linearität im Übertragungsverlust und einen geringen Übertragungsverlust über dem optischen Filter 2 zu erzielen.
6 ist eine Grafik, die eine Wellenlängencharakteristik vom Übertragungsverlust über dem optischen Filter 2 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigt. Hier sind C₁ = 0,276, C₂ = 0,724, C₃ = 0,5, n_c = 1,45, ΔL₁ = 6,95 μm, ΔL₂ = 16,57 μm, ΔΦ₁ = 0° und ΔΦ₂ = 0°. In diesem Fall weist das optische Filter 2 eine geringere Wellenlängenabhängigkeit vom Übertragungsverlust nahe einer Wellenlänge von 1550 nm, und einen geringeren Verlust über einem breiten Wellenlängenbereich auf. Auch ist die Breite vom Wellenlängenband, das einen flachen Verlust liefert, breiter als die Bandbreite, die von 4 erwartet werden kann.
Dies kann wie folgt erläutert werden. Wie in 3 gezeigt, wird die elektrische Feldkomponente E₁ von Licht, das von dem Mach-Zehnder-Interferometer 251 zu dem Hauptoptikpfad 210 ausgegeben wird, durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt:
wobei E₀ die elektrische Feldkomponente ist, die zu dem Mach-Zehnder-Interferometer 251 eingegeben wird. Andererseits wird die elektrische Feldkomponente E₂ von Licht, das von dem Mach-Zehnder-Interferometer 251 zu dem Hilfsoptikpfad 220 ausgegeben wird, durch den folgenden Ausdruck dargestellt:
wobei Θ(λ) die Phasendifferenz zwischen den elektrischen Feldkomponenten E₁ und E₂ ist, und von der Wellenlänge λ abhängt. Wenn die Phasendifferenz Θ(λ) geeignet ausgelegt ist, kann sie das Wellenlängenband verbreitern, das einen flachen Übertragungsverlust liefert, wie in 6 gezeigt.
7A bis 7C sind Diagramme, die jedes elektrische Feldkomponenten E₁ und E₂ im Sinne eines Vektors in dem optischen Filter 2 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigen. Hier sind C₁ = 0,276, C₂ = 0,724, C₃ = 0,5, n_c = 1,45, ΔL₁ = 6,95 μm, ΔL₂ = 16,57 μm, ΔΦ₁ = 0° und ΔΦ₂ = 0°. 7A veranschaulicht den Fall, wo die Wellenlänge 1530 nm ist, was eine Phasendifferenz Θ(λ) von 58,6° liefert. 7B veranschaulicht den Fall, wo die Wellenlänge 1550 nm ist, was eine Phasendifferenz Θ(λ) von 90,0° liefert. 7C veranschaulicht den Fall, wo die Wellenlänge 1570 nm ist, was eine Phasendifferenz Θ(λ) von 120,7° liefert.
Somit hat die Phasendifferenz Θ(λ) zwischen den jeweiligen elektrischen Feldkomponenten E₁, E₂, die von dem Mach-Zehnder-Interferometer 251 zu dem Hauptoptikpfad 210 und dem Hilfsoptikpfad 220 ausgegeben werden, eine derartige Wellenlängenabhängigkeit, dass sie sich monoton erhöht, während die Wellenlänge λ länger ist. Andererseits wird die Phasendifferenz zwischen dem Hauptoptikpfad 210 und dem Hilfsoptikpfad 220 von dem Mach-Zehnder-Interferometer 251 zu dem optischen Koppler 243 durch den Ausdruck von (2Πn_c/λ)ΔL₂ dargestellt, und verringert sich monoton, während die Wellenlänge λ länger ist. Deshalb hat die Phasendifferenz zwischen den elektrischen Feldkomponenten E₁, E₂ zu der Zeit, wenn sie den opti schen Koppler 243 erreichen, eine geringere Wellenlängenabhängigkeit. Als eine Folge verringert sich die Wellenlängenabhängigkeit vom Verlust in dem optischen Filter 2, was es möglich macht, das Wellenlängenband zu verbreitern, das einen flachen Übertragungsverlust liefert, wie in 6 gezeigt.
8 ist eine Grafik, die Wellenlängencharakteristika vom Übertragungsverlust über dem optischen Filter 2 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigt. Hier sind C₁ = 0,276, C₂ = 0,724, C₃ = 0,5, n_c = 1,45, ΔL₁ = 6,95 μm und ΔL₂ = 16,57 μm. Auch sind ΔΦ₁ = ΔΦ₂, und sie sind auf jedes von 0°, 10°, 20°, 30°, 40°, 50° und 60° eingestellt.
Wie aus dieser Grafik gesehen werden kann, wird, wenn keine Temperaturabstimmung durch die Heizgeräte 231, 232 bewirkt wird, d.h. die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁, ΔΦ₂ 0° sind, der Übertragungsverlust über dem optischen Filter 2 in einer Wellenlänge von 1550 nm minimiert und wird ein geringer Wert innerhalb des Wellenlängenbereiches von 1530 nm bis 1570 nm, wobei somit ein geringer Anstieg von Übertragungsverlust mit einer ausgezeichneten Linearität mit Bezug auf die Wellenlänge λ in dem oben erwähnten Wellenlängenbereich geliefert wird. Auch erhöht sich der Anstieg vom Übertragungsverlust zu der Wellenlänge λ in dem oben erwähnten Wellenlängenbereich, während die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁, ΔΦ₂ durch die Temperaturabstimmung gesteigert werden, die durch die Heizgeräte 231, 232 bewirkt wird. Hier wird der Übertragungsverlust in einer Wellenlänge von 1535 nm auf der Seite der kürzeren Wellenlänge minimiert.
Das optische Filter 2 hat eine derartige Charakteristik, dass der Verlustanstieg innerhalb des Bereiches von 0 bis 7,8 dB/30 nm variabel ist, wenn die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁, ΔΦ₂ innerhalb des Bereiches von 0° bis 60° innerhalb des Wellenlängenbereiches von 1535 nm bis 1565 nm (mit einer Bandbreite von 30 nm) abgestimmt werden, die Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie 0,63 dB oder weniger ist, wobei dadurch eine ausgezeichnete Linearität geliefert wird, und der Minimalwert vom Übertragungsverlust in dem oben erwähnten Wellenlängenband 1,71 dB ist.
9 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie und der optischen Pfadlängendifferenz ΔL in dem optischen Filter 2 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigt. Hier stellt die optische Pfadlängendifferenz ΔL die längere der optischen Pfadlängendifferenz ΔL₁ zwischen dem Hauptoptikpfad 210 und dem Hilfsoptikpfad 220 zwischen dem ersten optischen Koppler 241 und dem zweiten optischen Koppler 242, und der optischen Pfadlängendifferenz ΔL₂ zwischen dem Hauptoptikpfad 210 und dem Hilfsoptikpfad 220 zwischen dem zweiten optischen Koppler 242 und dem dritten optischen Koppler 243 dar. Wie in dieser Grafik gezeigt, ist die Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie in dem optischen Filter 2 größer, während die optische Pfadlängendifferenz ΔL größer ist. Wenn der Wert der optischen Pfadlängendifferenz ΔL 42 μm oder weniger ist, wird die Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie 1 dB oder weniger in dem optischen Filter 2, was günstig ist.
Wenn Peltier-Einrichtungen an Stelle der Heizgeräte 231, 232 in dieser Ausführungsform vorgesehen sind, um die Temperaturen vom Hauptoptikpfad 210 und Hilfsoptikpfad 220 anzuheben oder abzusenken, können die Werte der Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁, ΔΦ₂ nicht nur positiv, sondern auch negativ eingestellt werden. Falls die Werte von Phasenverschiebungsbeträgen ΔΦ₁, ΔΦ₂ somit innerhalb des Bereiches von –60° bis 0° geändert werden, dann kann der Verlustanstieg innerhalb des Bereiches von –7,8 dB/30 nm bis 0 dB/30 nm innerhalb des Wellenlängenbandes von 1535 nm bis 1565 nm eingestellt werden, woraufhin der Übertragungsverlust in einer Wellenlänge von 1565 nm auf der Seite der längeren Wellenlänge minimiert wird.
Ein Heizgerät oder eine Peltier-Einrichtung kann in dem Hauptoptikpfad 210 an Stelle des Hilfsoptikpfades 220 zwischen den optischen Kopplern 241 und 242, oder in dem Hilfsoptikpfad 220 an Stelle des Hauptoptikpfades 210 zwischen den optischen Kopplern 242 und 243 angeordnet sein. Auch kann ein Heizgerät oder eine Peltier-Einrichtung in jedem von dem Hauptoptikpfad 210 und dem Hilfsoptikpfad 220 angeordnet sein.
Das optische Filter 2 kann geeignet als ein Verstärkungsentzerrer in einem optischen Verstärker eingesetzt werden. 10 ist ein Diagramm eines optischen Verstärkers 20, der das optische Filter 2 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform als einen Verstärkungsentzerrer verwendet. Dieser optische Verstärker 20 umfasst eine Steuervorrichtung 21, eine optische Verstärkersektion 22, eine Verzweigungssektion 23 und eine Lichtempfangssektion 24 zusätzlich zu dem optischen Filter 2 als einen Verstärkungsentzerrer. Die Verzweigungssektion 23 verzweigt einen Teil von Licht heraus von Signallicht, das in den optischen Verstärker 20 eingespeist wird, um es so zu der Lichtempfangssektion 24, und den Rest zu der optischen Verstärkersektion 22 auszugeben. Die Lichtempfangssektion 24 ist zum Beispiel eine Fotodiode, die das Signallicht empfängt, das dort von der Verzweigungssektion 23 ankommt und ein elektrisches Signal entsprechend der Leistung vom Signallicht ausgibt, das in den optischen Verstärker 20 eingespeist wird. Die optische Verstärkersektion 22 hat einen verstärkenden optischen Wellenleiter (z.B. eine optische Faser, deren optische Wellenleiterregion mit einem Er-Element dotiert ist) und eine Pumplichtquelle (z.B. eine Halbleiterlaser-Lichtquelle zum Ausgeben von Laserlicht mit einer Wel lenlänge von 1,48 μm als das Pumplicht). Die optische Verstärkersektion 22 verstärkt das eingegebene Signallicht optisch und gibt somit ein verstärktes Signal aus.
Das optische Filter 2 als der Verstärkungsentzerrer hat einen Verlustanstieg, der durch die Steuervorrichtung 21 eingestellt wird, und gibt das Signallicht ein, das von der optischen Verstärkersektion 22 ausgegeben wird, und führt Verstärkungsentzerrung aus. Die Steuervorrichtung 21 gibt das optische Signal ein, das von der Lichtempfangssektion 24 ausgegeben wird, und überwacht gemäß dem elektrischen Signal die Leistung von Signallicht, das in den optischen Verstärker 20 eingegeben wird. Gemäß der Lichtleistung des eingegebenen Signals steuert die Steuervorrichtung 21 den Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₁, der durch die Temperaturabstimmung vom Heizgerät 231 verursacht wird, und den Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₂, der durch die Temperaturabstimmung vom Heizgerät 232 verursacht wird, in Relation zueinander, wobei dadurch der Verlustanstieg vom optischen Filter 2 geregelt wird. Wenn z.B. das optische Filter 2 die Konfiguration hat, die in 8 erläutert wird, steuert die Steuervorrichtung 21 die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁ und ΔΦ₂ derart, dass sie einander gleich sind.
Der so konfigurierte optische Verstärker 20 arbeitet wie folgt. Der Zuwachs in der optischen Verstärkung von Signallicht in der optischen Verstärkersektion 22 ändert sich, um eine konstante Leistung von Signallicht aufrechtzuerhalten, das von dem optischen Verstärker 20 ausgegeben wird, wenn der Verlust in der optischen Übertragungsleitung aus irgend einem Grund schwankt und dadurch die Leistung von Signallicht schwankt, das in den optischen Verstärker 20 eingespeist wird. Wenn sich die Verstärkung ändert, schwankt die Wellenlängenabhängigkeit von Verstärkung in der optischen Verstärkersektion 22, d.h. der Verstärkungsanstieg, wobei sich da durch die Verstärkungsflachlage der optischen Verstärkersektion 22 verschlechtert. Durch Verwenden des optischen Filters 2 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform als einen Verstärkungsentzerrer in dem optischen Verstärker 20 und Abstimmen der Werte von Phasenverschiebungsbeträgen ΔΦ₁, ΔΦ₂ des optischen Filters 2, d.h. des Wertes von Übertragungsverlustanstieg, kann die Schwankung im Verstärkungsanstieg der optischen Verstärkersektion 22, die die Schwankung in der eingegebenen Signallichtleistung begleitet, mit dem Verlustanstieg vom optischen Filter 2 kompensiert werden.
Selbst wenn sich der Verlustanstieg vom optischen Filter 2 hier ändert, ist der Verlust in dem Signallicht-Wellenlängenband gering, wodurch sich das Signallicht, das von dem optischen Verstärker 20 ausgegeben wird, nicht in seinem S/R-Verhältnis verschlechtern würde. Wenn das Signallicht-Wellenlängenband und/oder die mittlere Wellenlänge eingestellt sind wie oben erwähnt, kann insbesondere das optische Filter 2 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform als ein Verstärkungsentzerrer zum Ausgleichen der Verstärkungscharakteristik des optischen Verstärkers 20, der in einer Repeater-Station oder dergleichen in einem optischen Übertragungssystem zum Übertragen von Signallicht einer Vielzahl von Kanälen in einem Wellenlängenband von 1,55 μm oder 1,59 μm angeordnet ist, günstig verwendet werden. Wie in dem vorangehenden wird es ausreichend sein, falls nur zwei Elemente von Heizgeräten oder Peltier-Einrichtungen als Temperaturabstimmungsmittel vorgesehen sind, wodurch ist leicht ist, den Verlustanstieg zu steuern, und das optische Filter 2 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform kann geeignet als ein Verstärkungsentzerrer oder dergleichen in dem optischen Verstärker eingesetzt werden.
Zweite Ausführungsform
Es wird nun eine zweite Ausführungsform des optischen Filters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erläutert. 11 ist ein Diagramm, das ein optisches Filter 3 in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform zeigt. Das optische Filter 3 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform umfasst ferner Heizgeräte 331 und 332 zusätzlich zu der Konfiguration des optischen Filters 2 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform.
Das Heizgerät 231 ist in dem Hilfsoptikpfad 220 zwischen dem ersten optischen Koppler 241 und dem zweiten optischen Koppler 242 angeordnet, und stimmt die Temperatur von Hilfsoptikpfad 220 ab, wobei dadurch der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₁ vom Hilfsoptikpfad 220 dazwischen geregelt wird. Das Heizgerät 232 ist in dem Hauptoptikpfad 210 zwischen dem zweiten optischen Koppler 242 und dem dritten optischen Koppler 243 angeordnet, und stimmt die Temperatur von Hauptoptikpfad 210 ab, wobei dadurch der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₂ vom Hauptoptikpfad 210 dazwischen geregelt wird. Das Heizgerät 331 ist in dem Hauptoptikpfad 210 zwischen dem ersten optischen Koppler 241 und dem zweiten optischen Koppler 242 angeordnet, und stimmt die Temperatur von Hauptoptikpfad 210 ab, wobei dadurch der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₃ vom Hauptoptikpfad 210 dazwischen geregelt wird. Das Heizgerät 332 ist in dem Hilfsoptikpfad 220 zwischen dem zweiten optischen Koppler 242 und dem dritten optischen Koppler 243 angeordnet, und stimmt die Temperatur vom Hilfsoptikpfad 220 ab, wobei dadurch der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₄ vom Hilfsoptikpfad 220 dazwischen geregelt wird. Somit stimmen die Heizgeräte 231, 232, 331 und 332 den Übertragungsverlust zwischen dem Lichteingangsende 201 und dem Lichtausgangsende 202 ab.
12 ist eine Grafik, die Wellenlängencharakteristika von Verlust in dem optischen Filter 3 in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in dem Fall von 8 in der ersten Ausführungsform sind hier C₁ = 0,276, C₂ = 0,724, C₃ = 0,5, n_c = 1,45, ΔL₁ = 6,95 μm und ΔL₂ = 16,57 μm. Auch sind ΔΦ₁ = ΔΦ₂ = 21° oder 42° und ΔΦ₃ = ΔΦ₄ = 0°, oder ΔΦ₁ = ΔΦ₂ = 0° und ΔΦ₃ = ΔΦ₄ = 21° oder 42°.
Wie aus dieser Grafik gesehen werden kann, wird, wenn keine Temperaturabstimmung durch die Heizgeräte 231, 232, 331, 332 bewirkt wird, d.h. alle Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁ bis ΔΦ₄ 0° sind, der Übertragungsverlust über dem optischen Filter 3 nahe einer Wellenlänge von 1545 nm minimiert und wird ein geringer Wert innerhalb des Wellenlängenbereiches von 1527 nm bis 1563 nm, wobei dadurch ein geringer Anstieg vom Übertragungsverlust mit einer ausgezeichneten Linearität mit Bezug auf die Wellenlänge λ in dem oben erwähnten Wellenlängenbereich geliefert wird.
Der Anstieg von Übertragungsverlust zu der Wellenlänge λ in dem oben erwähnten Wellenlängenbereich erhöht sich, während die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁, ΔΦ₂ durch die Temperaturabstimmung gesteigert werden, die durch die Heizgeräte 231, 232 bewirkt wird, während die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₃ = ΔΦ₄ = 0° gehalten werden, ohne dass Temperaturabstimmung durch die Heizgeräte 331, 332 bewirkt wird. Hier wird der Übertragungsverlust in einer Wellenlänge von 1527 nm auf der Seite der kürzeren Wellenlänge minimiert.
Andererseits erhöht sich der Anstieg vom Übertragungsverlust zu Wellenlänge λ in dem oben erwähnten Wellenlängenbereich, während die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₃, ΔΦ₄ durch die Temperaturabstimmung gesteigert werden, die durch die Heizgeräte 331, 332 bewirkt wird, während die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁ = ΔΦ₂ = 0° gehalten werden, ohne dass Temperaturabstimmung durch die Heizgeräte 231, 232 bewirkt wird. Hier wird der Verlust in einer Wellenlänge von 1563 nm auf der Seite der längeren Wellenlänge minimiert.
Das optische Filter 3 hat derartige Charakteristika, dass innerhalb des Wellenlängenbereiches von 1527 nm bis 1563 nm (mit einer Bandbreite von 36 nm) der Verlustanstieg innerhalb des Bereiches von 0 bis 5,06 dB/36 nm variabel ist, wenn die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁, ΔΦ₂ innerhalb des Bereiches von 0° bis 42° abgestimmt werden, und ist innerhalb des Bereiches von 0 bis –5,33 dB/36 nm variabel, wenn die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₃, ΔΦ₄ innerhalb des Bereiches von 0° bis 42° abgestimmt werden, die Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie 0,55 dB oder weniger ist, wobei dadurch eine ausgezeichnete Linearität geliefert wird, und der Minimalwert vom Übertragungsverlust in dem oben erwähnten Wellenlängenband ist 0,40 dB oder weniger.
13 ist auch eine Grafik, die Wellenlängencharakteristika vom Übertragungsverlust über dem optischen Filter 3 in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform zeigt. Im Unterschied zu dem Fall bei 12 sind hier ΔL₁ = 6,82 μm und ΔL₂ = 16,70 μm. Auch sind ΔΦ₃ = ΔΦ₄ = 0°, ΔΦ₁ = ΔΦ₂ = 0°, 21°, 43°, 63° und 84°. Die Wellenlängenabhängigkeit vom Übertragungsverlust, was in dieser Zeichnung gezeigt wird, ist ähnlich zu der, die in 12 gezeigt wird. Während die Werte von Phasenverschiebungsbeträgen ΔΦ₁ und ΔΦ₂ so abgestimmt werden, um den Verlustanstieg in einem positiven Bereich zu regeln, werden jedoch die Werte von Phasenverschiebungsbeträgen ΔΦ₃ und ΔΦ₄ so abgestimmt, um den Verlustanstieg in einem negativen Bereich in den in 12 gezeigten Charakteristika zu regeln, der Verlustanstieg kann in sowohl dem positiven als auch dem negativen Bereich durch Abstimmen nur der zwei Arten von Phasenverschiebungsbeträgen ΔΦ₁ und ΔΦ₂ in jenen in 13 gezeigten geregelt werden.
Der Unterschied zwischen den jeweiligen Operationen in den oben erwähnten 12 und 13 wird durch den folgenden Unter schied in der Gestaltung verursacht. In dem relationalen Ausdruck von nc·ΔL = m·λ0 (5)unter dem effektiven Brechungsindex n_c, der optischen Pfadlängendifferenz ΔL und der mittleren Wellenlänge λ₀ werden nämlich die jeweiligen Werte der optischen Pfadlängendifferenzen ΔL₁ und ΔL₂ und der effektive Brechungsindex n_c geeignet eingestellt. Falls der Wert vom Parameter m so gestaltet ist, um eine ganze Zahl oder eine ganze Zahl +1/2 zu werden, dann kann der Absolutwert vom Verlustanstieg des optischen Filters 3 minimiert werden, wenn alle Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁ bis ΔΦ₄ sind, wie in 12 gezeigt. In 12 ist m₁ = 6,50 in dem Mach-Zehnder-Interferometer 251, wohingegen m₂ = 15,50 in dem Mach-Zehnder-Interferometer 252 ist. Falls der Wert vom Parameter m so gestaltet ist, um einen Wert außer jenen oben erwähnten zu erzielen, dann kann andererseits das optische Filter 3 einen Anfangsanstieg haben, wenn alle Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁ bis ΔΦ₄ 0° sind, wie in 13 gezeigt. In 13 ist m₁ = 6,38 in dem Mach-Zehnder-Interferometer 251, wohingegen m₂ = 15,62 in dem Mach-Zehnder-Interferometer 252 ist.
Wenn die jeweiligen Werte von optischen Pfadlängendifferenzen ΔL₁ und ΔL₂ und der effektive Brechungsindex n_c wie in dem vorangehenden geeignet eingestellt sind, kann der Verlustanstieg innerhalb sowohl des positiven als auch des negativen Bereiches durch Abstimmen von zwei Arten von Werten von Phasenverschiebungsbeträgen ΔΦ₁ und ΔΦ₂ allein wie in dem Fall von 13 geregelt werden. Hier ist eine Steuerung leichter als die in dem Fall, der in 12 gezeigt wird, worin vier Arten von Werten von Phasenverschiebungsbeträgen ΔΦ₁ bis ΔΦ₄ geregelt werden. Selbst wenn die jeweiligen Werte von optischen Pfadlängendifferenzen ΔL₁ und ΔL₂ und der effektive Brechungsindex n_c geeignet eingestellt sind, ist jedoch jeder Wert in dem endgültigen Produkt nicht immer in seinem ausgelegten Wert. Deshalb umfasst das optische Filter 3 die Heizgeräte 331 und 332, deren Temperaturabstimmung die optischen Pfadlängendifferenzen ΔL₁ und ΔL₂ derart regelt, dass sie ihre ausgelegten Werte erzielen.
14 ist eine andere Grafik, die Wellenlängencharakteristika vom Übertragungsverlust über dem optischen Filter 3 in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform zeigt. Hier sind im Unterschied von den Fällen bei 12 und 13 C₁ = 0,04, C₂ = 0,22, C₃ = 0,25, ΔL₁ = 6,03 μm und ΔL₂ = 9,31 μm. Während ΔΦ₂ = ΔΦ₃ = ΔΦ₄ = 0° sind, ist ΔΦ₁ = 0°, 30°, 60°, 90° und 120°.
Wie aus dieser Grafik gesehen werden kann, hat das optische Filter 3 Charakteristika, dass innerhalb des Wellenlängenbereiches von 1570 nm bis 1610 nm (mit einer Bandbreite von 40 nm) der Verlustanstieg innerhalb des Bereiches von 0 bis 5 dB/40 nm variabel ist, wenn der Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₁ innerhalb des Bereiches von 0° bis 120° abgestimmt wird, und der Minimalwert vom Übertragungsverlust in dem oben erwähnten Wellenlängenband ist 0,25 dB oder weniger.
15 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen dem minimalen Verlust des optischen Filters 3 in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform in einem Band und den Verlustanstieg davon zeigt. Wie in dem Fall bei 13 sind hier C₁ = 0,276, C₂ = 0,724, C₃ = 0,5, n_c = 1,45, ΔL₁ = 6,82 μm und ΔL₂ = 16,70 μm. Wie aus dieser Grafik gesehen werden kann, ist der minimale Übertragungsverlust 0,5 dB oder weniger innerhalb des Wellenlängenbandes von 1527 nm bis 1563 nm, selbst wenn sich der Verlustanstieg innerhalb des Bereiches von ±5 dB/36 nm ändert.
16 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie und der Verlustanstiegsbreite in dem optischen Filter 3 in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in dem Fall bei 13 sind hier C₁ = 0,276, C₂ = 0,724, C₃ = 0,5, n_c = 1,45, ΔL₁ = 6,82 μm und ΔL₂ = 16,70 μm. Die Verlustanstiegsbreite ist die Differenz zwischen den maximalen und minimalen Verlusten innerhalb des Wellenlängenbandes von 1527 nm bis 1563 nm. Wie aus dieser Grafik gesehen werden kann, ist die Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie 0,6 dB oder weniger, selbst wenn sich der Verlustanstieg ändert, wodurch ihre Linearität ausgezeichnet ist.
17 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie und der optischen Pfadlängendifferenz ΔL in dem optischen Filter 3 in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in dem Fall bei 13 sind hier C₁ = 0,276, C₂ = 0,724, C₃ = 0,5, n_c = 1,45, ΔL₁ = 6,82 μm und ΔL₂ = 16,70 μm. Diese Grafik zeigt auch das optische Filter 1 in Übereinstimmung mit der grundlegenden Ausführungsform. Damit die Verlustanstiegsabweichung von einer gegebenen geraden Linie 1 dB oder weniger wird, ist es, wie aus dieser Grafik gesehen werden kann, für das optische Filter 3 in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform notwendig, eine optische Pfadlängendifferenz ΔL von 36 μm oder weniger zu haben, und es ist für das optische Filter 1 in Übereinstimmung mit der grundlegenden Ausführungsform notwendig, eine optische Pfadlängendifferenz ΔL von 15 μm oder weniger zu haben. Die Abweichung ist 0,20 dB in dem optischen Filter 3 in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform, wenn die optische Pfadlängendifferenz ΔL 16,6 μm ist, wohingegen die Abweichung 0,38 dB in dem optischen Filter 1 in Übereinstimmung mit der grundlegenden Ausführungsform ist, wenn die optische Pfadlängendifferenz ΔL 0,53 μm ist.
Das optische Filter 3 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform kann geeignet als ein Verstärkungsentzerrer in einem optischen Verstärker eingesetzt werden. 18 ist ein Diagramm eines optischen Verstärkers 30, der das optische Filter 3 in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform als einen Verstärkungsentzerrer einsetzt. Dieser optische Verstärker 30 umfasst eine Steuervorrichtung 31, eine optische Verstärkersektion 32, eine Verzweigungssektion 33 und eine Lichtempfangssektion 34 zusätzlich zu dem optischen Filter 3 als einen Verstärkungsentzerrer. Die Verzweigungssektion 33 verzweigt einen Teil von Signallicht heraus, das in den optischen Verstärker 30 eingespeist wird, um ihn so zu der Lichtempfangssektion 36 und den Rest zu der optischen Verstärkersektion 32 auszugeben. Die Lichtempfangssektion 34 ist z.B. eine Fotodiode, die das Signallicht empfängt, das dort von der Verzweigungssektion 33 ankommt, und ein elektrisches Signal entsprechend der Leistung von Signallicht, das in den optischen Verstärker 30 eingespeist wird, ausgibt. Die optische Verstärkersektion 32 hat einen verstärkenden optischen Wellenleiter (z.B. eine optische Faser, deren optische Wellenleiterregion mit einem Er-Element dotiert ist) und eine Pumplichtquelle (z.B. eine Halbleiterlaser-Lichtquelle zum Ausgeben von Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1,48 μm als das Pumplicht). Die optische Verstärkersektion 32 verstärkt das eingegebene Signallicht optisch und gibt das so verstärkte Signal aus.
Das optische Filter 3 als ein Verstärkungsentzerrer hat einen vorbestimmten Verlustanstieg, in dem die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₃ und ΔΦ₄ geeignet abgestimmt und anfangs gemäß der Temperaturabstimmung durch jedes der Heizgeräte 331 und 332 unter der Steuerung der Steuervorrichtung 31 eingestellt werden, und gibt das Signallicht ein, das von der optischen Verstärkersektion 32 ausgegeben wird, wobei dadurch Verstär kungsentzerrung ausgeführt wird. Die Steuervorrichtung 31 gibt das elektrische Signal, das von der Lichtempfangssektion 34 ausgegeben wird, ein und überwacht gemäß dem elektrischen Signal die Leistung von Signallicht, das in den optischen Verstärker 30 eingespeist wird. Gemäß der eingegebenen Signalleistung steuert die Steuervorrichtung 31 den Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₁, der durch die Temperaturabstimmung durch das Heizgerät 231 bewirkt wird, und den Phasenverschiebungsbetrag ΔΦ₂, der durch die Temperaturabstimmung durch das Heizgerät 232 bewirkt wird, in Relation zueinander, wobei dadurch der Verstärkungsanstieg des optischen Filters 3 geregelt wird. Wenn das optische Filter 3 z.B. die mit 11 erläuterte Konfiguration hat, steuert die Steuervorrichtung 31 die Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ₁, ΔΦ₂ derart, dass sie einander gleich sind.
Der so konfigurierte optische Verstärker 30 arbeitet wie folgt. Es wird nämlich der Zuwachs in der optischen Verstärkung von Signallicht in der optischen Verstärkersektion 32 geändert, um eine konstante Leistung von Signallicht, das von dem optischen Verstärker 30 ausgegeben wird, aufrecht zu erhalten, wenn der Übertragungsverlust in der optischen Übertragungsleitung aus irgendeinem Grund schwankt und dadurch die Leistung von Signallicht schwankt, das in den optischen Verstärker 30 eingespeist wird. Wenn sich die Verstärkung ändert, schwankt die Wellenlängenabhängigkeit von Verstärkung in der optischen Verstärkersektion 32, d.h. der Verstärkungsanstieg, wobei sich dadurch die Verstärkungsflachlage der optischen Verstärkersektion 32 verschlechtert. Durch Verwenden des optischen Filters 3 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform als einen Verstärkungsentzerrer in dem optischen Verstärker 30 und Abstimmen der Werte von Phasenverschiebungsbeträgen ΔΦ₁, ΔΦ₂ des optischen Filters 3, d.h. des Wertes von Übertragungsverlustanstieg, kann die Schwankung in dem Verstärkungsanstieg der optischen Verstärkersektion 32, die die Schwankung in der eingegebenen Signallichtleistung begleitet, mit dem Verlustanstieg des optischen Filters 3 kompensiert werden.
Selbst wenn der Verlustanstieg des optischen Filters 3 geändert wird, ist der Verlust in dem Signallicht-Wellenlängenband gering, wodurch das Signallicht, das von dem optischen Verstärker 30 ausgegeben wird, sein 5/R-Verhältnis nicht verschlechtern würde. Wenn das Signallicht-Wellenlängenband und die mittlere Stärke wie oben erwähnt eingestellt sind, kann insbesondere das optische Filter 3 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform günstig als ein Verstärkungsentzerrer zum Ausgleichen der Verstärkungscharakteristik des optischen Verstärkers 30 verwendet werden, der in einer Repeater-Station oder dergleichen in einem optischen Übertragungssystem zum Übertragen von Signallicht einer Vielzahl von Kanälen in einem Wellenlängenband von 1,55 μm oder 1,59 μm angeordnet ist. Wie in dem vorangehenden wird es ausreichend sein, falls nur zwei Elemente von Heizgeräten oder Peltier-Einrichtungen als Temperaturabstimmungsmittel vorgesehen sind, wodurch der Verlustanstieg einfach zu steuern ist, und das optische Filter 3 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform kann als ein Verstärkungsentzerrer oder dergleichen in dem optischen Verstärker geeignet eingesetzt werden.
Ohne auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt zu sein, kann die vorliegende Erfindung auf verschiedene Arten modifiziert werden. Die optischen Filter in den oben erwähnten Ausführungsformen, worin einzelne Bestandteile auf einem Substrat so ausgebildet sind, um integriert zu werden, sind dadurch günstig, dass ihre Handhabung einfach ist. Das optische Filter in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann jedoch derart konfiguriert sein, dass jeder der Haupt- und Hilfsoptikpfade aus einer optischen Faser hergestellt wird, wohingegen jeder optische Koppler aus einem optischen Koppler hergestellt ist. Dieser Fall ist dadurch wünschenswert, dass das Inkrement des Verstärkungsverlustes zur Zeit einer Anordnung des optischen Filters in der Optikfaser-Übertragungsleitung gering ist.
Das Operationswellenlängenband vom optischen Filter kann beliebig eingestellt sein. Das Operationswellenlängenband kann eingestellt werden, wenn die jeweiligen Werte von optischen Pfadlängendifferenzen ΔL₁ und ΔL₂ gemäß dem oben erwähnten Ausdruck (5) geeignet eingestellt sind.

Claims

Ein optisches Filter, umfassend: einen Hauptoptikpfad (210) zum Führen von Licht von einem Eingangsende zu einem Ausgangsende, und einen Hilfsoptikpfad (220), der mit dem Hauptoptikpfad (210) mit ersten, zweiten und dritten optischen Kopplern (241, 242, 243) optisch gekoppelt ist, wobei die Optikpfadlänge zwischen den ersten und zweiten optischen Kopplern (241, 242) und eine Optikpfadlänge zwischen den zweiten und dritten optischen Kopplern (242, 243) verschieden von dem Hauptoptikpfad (210) sind, wobei somit zwei asymmetrische Mach-Zehnder-Interferometer gebildet werden, die sich mit drei optischen Kopplern (241, 242, 243) koppeln; ein erstes Temperaturabstimmungsmittel (231), das in mindestens einem der Haupt- und Hilfsoptikpfade (210, 220) zwischen den ersten und zweiten optischen Kopplern (241, 242) angeordnet ist, zum Abstimmen der Temperatur der Haupt- und/oder Hilfsoptikpfade (210, 220); ein zweites Temperaturabstimmungsmittel (232), das in mindestens einem der Haupt- und Hilfsoptikpfade (210, 220) zwischen den zweiten und dritten optischen Kopplern (242, 243) angeordnet ist, zum Abstimmen der Temperatur der Haupt- und/oder Hilfsoptikpfade (210, 220); gekennzeichnet durch ein Steuermittel (280) zum Steuern der ersten und zweiten Temperaturabstimmungsmittel (231, 232) so, um eine Neigung von Übertragungsverlust über dem Hauptoptikpfad (210) als eine Funktion der Wellenlänge in einem gegebenen Wellenlängenband einzustellen; wobei zwischen den ersten und zweiten optischen Kopplern (241, 242) und zwischen den zweiten und dritten optischen Kopplern (242, 243) die optischen Pfadlängendifferenzen zwischen den Haupt- und Hilfsoptikpfaden (210, 220) nicht länger als 42 μm sind.
Ein optisches Filter nach Anspruch 1, wobei das Steuermittel (280) angeordnet ist, das erste und zweite Temperaturabstimmungsmittel (231, 232) abzustimmen, um eine Übertragungsverlustcharakteristik über dem Hauptoptikpfad (210) im wesentlichen unabhängig von einer Wellenlänge in einem gegebenen Wellenlängenband zu halten.
Ein optisches Filter nach Anspruch 1, das angeordnet ist, eine Bandbreite des gegebenen Wellenlängenbandes von 25 nm oder breiter vorzusehen, wobei das Steuermittel (280) angeordnet ist, das erste und zweite Temperaturabstimmungsmittel (231, 232) abzustimmen, um vorzusehen einen Absolutwert der Neigung vom Übertragungsverlust über dem Hauptoptikpfad (210) als eine Funktion der Wellenlänge in der gegebenen Wellenlänge variabel mindestens innerhalb des Bereiches von 0 bis 5 dB/25 nm, eine Abweichung von einer gegebenen geraden Linie von 1 dB oder weniger, und einen Minimalwert des Übertragungsverlustes über dem Hauptoptikpfad (210) in dem gegebenen Wellenlängenband von 2 dB oder weniger.
Ein optisches Filter nach Anspruch 1, das angeordnet ist, eine Bandbreite des gegebenen Wellenlängenbandes von 36 nm oder breiter vorzusehen, wobei das Steuermittel (280) angeordnet ist, das erste und zweite Temperaturabstimmungsmittel (231, 232) abzustimmen, um vorzusehen, einen Absolutwert der Neigung vom Übertragungsverlust über dem Hauptoptikpfad (210) als eine Funktion der Wellenlänge in der gegebenen Wellenlänge variabel mindestens innerhalb des Bereiches von 0 bis 5 dB/36 nm, eine Abweichung von einer gegebenen geraden Linie von 1 dB oder weniger, und einen Minimalwert des Übertragungsverlustes über dem Hauptoptikpfad (210) in dem gegebenen Wellenlängenband von 2 dB oder weniger.