JP4043788B2 - Multilayer optical filter thickness design apparatus, program, multilayer optical filter thickness design method, optical amplifier, and wavelength division multiplexing optical transmission system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される多層膜光学フィルタの膜厚設計装置、プログラム、多層膜光学フィルタの膜厚設計方法、光増幅器、及び波長多重光伝送システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
ブロードバンド時代の到来により、データ伝送量のさらなる増加が求められている現在、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送するWDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重)通信方式に大きな期待が寄せられている。
【0003】
このWDM通信方式におけるキーデバイスの1つに、上記多重化光信号を、光電変換を行うことなく一括増幅可能なEDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)等の光増幅器が開発されている。
【0004】
ところで、WDM伝送システムにおいては、伝送される各波長の信号光にレベル偏差が生じていると、光信号が劣化して伝送距離や伝送帯域を低減させる恐れがある。したがって、EDFA等の光増幅器を用いる場合には、その出力において伝送波長帯域における利得特性を平坦化(等化)することが要求されている。
【0005】
この点、光増幅器における利得特性は、伝送波長帯域において波長依存性を有している。したがって、この波長依存性を有する利得特性(利得波長依存性)を平坦化するために、上記伝送波長帯域において光増幅器の利得特性と相反する光透過損失特性を有する利得等化フィルタ(GFF; Gain Flattening Filter)を光増幅器に組み合わせることにより、光増幅器の利得特性を等化している(図21参照)。
【0006】
このGFFとしては、ファイバグレーティング、エタロンフィルタ、多層膜フィルタ等が用いられるが、量産向けの光増幅器には、量産性に優れた多層膜光学ルタ(以下、多層膜フィルタとも記載する)が用いられる。
【0007】
なお、本明細書において、“多層”とは、複数層を表す意味として用いている。
【0008】
図22は、上述した多層膜フィルタの設計目標(ターゲット)損失特性(GFF仕様:◇)、多層膜フィルタの設計値に基づく損失特性(実線)および両者の損失偏差(□)をそれぞれ示すグラフである。なお、損失偏差の尺度となる平坦度(Flatness)は、最大偏差から最小偏差を引いた値である。
【0009】
図22に示すように、多層膜フィルタは、前段における対応する光増幅器の伝送波長帯域(例えば、1530nm〜1565nm)において、光増幅器の利得特性と相反する透過損失特性を目標損失特性(GFF要求損失特性)とし、GFFの設計値を上記GFF要求損失特性に近づけることにより、設計/製作されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光増幅器においては、光増幅用の励起光(ポンプ光)をGFFを透過させて出力する要求、あるいはポンプ光を遮断させて出力する要求が生じる場合がある。
【0011】
この点、従来のGFFを用いてポンプ光を透過/遮断(透過および/または遮断)させることが考えられている。
【0012】
しかしながら、光増幅用のポンプ光の波長帯域(例えば、EDFAのポンプ光波長帯域の場合、1450nm付近)は、上述した通常の光増幅器の伝送波長帯域(1530nm〜1565nm)とは異なっている。このため、単にGFF要求損失特性をターゲットにして設計された透過損失特性{(図22の実線(PP[Pump Pass]なし設計))を有するGFFは、その透過損失特性に対応する波長帯域においては、ポンプ光を透過/遮断できる特性を有していない。
【0013】
例えば、図22に示すように、光増幅用のポンプ光の波長帯域(1450nm付近)においては、十分な透過特性(例えば、−1dB以上)が得られていない。
【0014】
したがって、利得等化機能を有する多層膜フィルタ(GFF)に対するポンプ光透過/遮断要求に応えることができなかった。
【0015】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、利得等化機能およびポンプ光透過/遮断機能を併せ持つ多層膜フィルタである多層膜光学フィルタの膜厚設計装置、プログラム、多層膜光学フィルタの膜厚設計方法、光増幅器、波長多重光伝送システムを提供することをその目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の態様によれば、複数の光学膜が積層されて成る多層膜光学フィルタの光学膜厚を設計する膜厚設計装置であって、予め設定された利得等化用波長帯域における所定の波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する利得等化用波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、前記利得等化用波長帯域以外の励起光波長帯域における波長特性を当該各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標となる波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する手段とを備えている。
【0017】
本発明の第2の態様によれば、複数の光学膜が積層されて成る多層膜光学フィルタにおける各光学層の光学膜厚を設計する膜厚設計装置であって、予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、前記励起光波長帯域における目標となる波長特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において最低限必要な透過率よりも小さい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、算出された 第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する手段とを備えている。
【0018】
本発明の第3の態様によれば、前記設計手段は、前記励起光波長帯域における目標波長特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において最低限必要な透過率よりも大きい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性値間の第2の誤差を0とする手段を備えている。
【0019】
本発明の第4の態様によれば、複数の光学膜が積層されて成る多層膜光学フィルタにおける各光学層の光学膜厚を設計する膜厚設計装置であって、予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、前記励起光波長帯域における目標となる波長特性に対応する透過率が当該励起光波長帯域において許容される最大透過率よりも大きい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する設計手段とを備えている。
【0020】
本発明の第5の態様によれば、前記設計手段は、前記励起光波長帯域における目標波長特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において許容される最大透過率よりも小さい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性間の第2の誤差を0とする手段を備えている。
【0021】
本発明の第6の態様によれば、複数の光学膜が積層されて成る多層膜光学フィルタにおける各光学層の光学膜厚を設計するためのコンピュータが実行可能なプログラムであって、コンピュータを、予め設定された利得等化用波長帯域における所定の波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する利得等化用波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、前記利得等化用波長帯域以外の励起光波長帯域における波長特性を当該各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標となる波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する手段として機能させている。
【0022】
本発明の第7の態様によれば、複数の光学膜が積層されて成る多層膜光学フィルタにおける各光学層の光学膜厚を設計するためのコンピュータが実行可能なプログラムであって、コンピュータを、予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、前記励起光波長帯域における目標となる波長特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において最低限必要な透過率よりも小さい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する手段として機能させている。
【0023】
本発明の第8の態様によれば、前記設計手段は、前記励起光波長帯域における目標波長 特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において最低限必要な透過率よりも大きい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性値間の第2の誤差を0とする手段を備えている。
【0024】
本発明の第9の態様によれば、複数の光学膜が積層されて成る多層膜光学フィルタにおける各光学層の光学膜厚を設計するためのコンピュータが実行可能なプログラムであって、
コンピュータを、予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、
前記励起光波長帯域における目標となる波長特性に対応する透過率が当該励起光波長帯域において許容される最大透過率よりも大きい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、
算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する手段として機能させる。
【0025】
本発明の第10の態様によれば、前記設計手段は、前記励起光波長帯域における目標波長特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において許容される最大透過率よりも小さい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性間の第2の誤差を0とする手段を備えている。
【0026】
本発明の第11の態様によれば、複数の光学膜が積層されて成る多層膜光学フィルタにおける各光学層の光学膜厚を設計する膜厚設計方法であって、予め設定された利得等化用波長帯域における所定の波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する利得等化用波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出するステップと、前記利得等化用波長帯域以外の励起光波長帯域における波長特性を当該各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標となる波長特性値間の第2の誤差を算出するステップと、算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計するステップとを備えている。
【0027】
本発明の第12の態様によれば、複数の光学膜が積層されて成る多層膜光学フィルタにおける各光学層の光学膜厚を設計する膜厚設計方法であって、
予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出するステップと、
前記励起光波長帯域における目標となる波長特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において最低限必要な透過率よりも小さい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性間の第2の誤差を算出するステップと、算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計するステップとを備えている。
【0028】
本発明の第13の態様によれば、前記設計ステップは、前記励起光波長帯域における目標波長特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において最低限必要な透過率よりも大きい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメ ータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性値間の第2の誤差を0とするステップを備えている。
【0029】
本発明の第14の態様によれば、複数の光学膜が積層されて成る多層膜光学フィルタにおける各光学層の光学膜厚を設計する膜厚設計方法であって、
予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出するステップと、前記励起光波長帯域における目標となる波長特性に対応する透過率が当該励起光波長帯域において許容される最大透過率よりも大きい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性値間の第2の誤差を算出するステップと、算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計するステップとを備えている。
【0030】
本発明の第15の態様によれば、前記設計ステップは、前記励起光波長帯域における目標波長特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において許容される最大透過率よりも小さい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性間の第2の誤差を0とするステップを備えている。
【0031】
本発明の第16の態様によれば、希土類元素がドープされたファイバを有し、信号光を増幅するため、光伝送路上に設けた希土類元素ドープファイバと、
前記希土類元素ドープファイバを励起させるための励起光を発生する励起光源と、前記光伝送路上に設け、前記励起光源により発生された励起光を前記信号光と合波させ、当該励起光を前記希土類元素ドープファイバに対して出射する合波器と、前記光伝送路上において希土類元素ドープファイバよりも上流側又は下流側に設けた多層膜光学フィルタとを備え、前記多層膜光学フィルタは、上記の膜厚設計装置によって形成されているか、上記の膜厚設計方法によって設計され形成されている。
【0032】
本発明の第17の態様によれば、互いに異なる波長を有する複数の信号光を伝送する波長多重光伝送システムであって、前記複数の信号光を光伝送路に対して送信する光送信器と、前記光送信器から送信され前記光伝送路を介して伝送される複数の信号光を一括して増幅する請求項16記載の光増幅器と、前記光増幅器を介して増幅され前記光伝送路を介して伝送される複数の信号光を受信する光受信器と備えている。
【0033】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係わる多層膜フィルタ1を示す図である。
【0034】
図1に示すように、多層膜フィルタ1は、基板2と、この基板2に例えば蒸着またはスパッタリング等の方法により成膜・積層された複数の薄膜層3(第1層3a1〜第N層3aN)とを備えている。複数の薄膜層3a1〜3aNの内、基板2側から奇数層(第1層3a1、第3層3a3、・・・、第2N−1層、・・・)の薄膜層の膜物質の屈折率と基板2側から偶数層(第2層3a2、第4層3a4、・・・、第2N層、・・・)の薄膜層の膜物質の屈折率とは互いに異なっている。
【0035】
また、複数の薄膜層3を構成する各薄膜層、すなわち、第1層3a1〜第N層3anの物理膜厚d1〜dNおよび屈折率n1〜nNの積である光学膜厚は、後述する膜厚設計処理に基づいて薄膜層毎に正確に設計されている。
【0036】
図2は、図1に示す多層膜フィルタ1の各薄膜層3a1〜3aNの光学膜厚を設計するための膜厚設計装置10のハードウエア構成を示す図である。
【0037】
図2に示すように、膜厚設計装置10はコンピュータシステムであり、設計者が操作して情報を入力可能な入力部11と、この入力部11に接続されたコンピュータ12と、このコンピュータ12に通信可能に接続されており、後述する膜厚設計処理を実行させるためのプログラムPを予め記憶する記憶媒体としてのメモリ13と、外部との入出力に関するインタフェース処理を行う外部入出力インタフェース14とを備えている。なお、記憶媒体としては、半導体メモリ、磁気メモリ等、様々な記憶媒体が適用可能である。
【0038】
また、メモリ13は、N層の多層膜フィルタ1の連続した波長における光透過率の理論値を表す理論式データを含む理論式データファイル20と、GFFとして要求される目標光透過損失値(ターゲット値)およびポンプ光透過波長帯域(例えば、1460nm〜1495nm)における目標光透過損失値(透過率;例えば、−1dB以上の透過率)を記憶するための目標透過損失値データファイル21とを有している。
【0039】
以下、理論式データファイル20に記憶された理論式データについて説明する。
【0040】
各層3a1〜3aNの光学膜厚をパラメータとするN層の多層膜フィルタ1の光透過率の理論式は、多層膜フィルタ1の膜表面に対して入射角が垂直であるとして、下式(1)に示すエネルギー透過率の式、および下式(2)〜(5)により与えられる。
【0041】
【数1】
【0042】
【数2】
【0043】
【数3】
【0044】
【数4】
【0045】
【数5】
【0046】
ここで、式(1)におけるτは、式(2)で表され、また、式(2)に示すパラメータm11、m12、m21、m22は、式(3)で与えられる全N層での特性行列Mの各要素であり、Mj(jは、1、2、・・・のように1から順にNまで1ずつ増える整数)の総積によって与えられ、第j層の特性行列Mjは、式(4)で与えられる。式(4)に示すgjは、式(5)により表されるものであり、njは、第j層の複素屈折率、djは、第j層の物理膜厚である。
【0047】
また、式(5)のλには、透過率を求める波長が代入され、n0、nsは、それぞれ波長λにおける媒質の複素屈折率、フィルタ基板2の複素屈折率である。また、式(1)において、τ*は、τの共役複素数、式(3)および式(4)におけるiは虚数単位である。
【0048】
そこで、これらの式(1)〜式(5)を用いることにより、第j層における光学膜厚の値をパラメータとして、N層の連続した多層膜フィルタ1の連続した波長における光透過率の理論値が求まり、この光透過率を光透過損失値(挿入損失値)に換算すれば、光学膜厚および波長を変数(パラメータ)として光透過損失値を表すことができる。
【0049】
すなわち、理論式データファイル21には、上記光透過損失値(挿入損失値)ILを表す理論式が理論式データDAとして記憶されている。
【0050】
次に、本実施形態の全体動作について説明する。
【0051】
多層膜フィルタ1を製作するにあたり、まず、多層膜フィルタ1の各層3a1〜3anの光学膜厚を設計する(ステップS1)。
【0052】
すなわち、設計者は、膜厚設計装置10の入力部11を介して、目標透過損失値(データ)IL(λi)をコンピュータ12に入力する。なお、この目標透過損失値(データ)IL(λi)は、ポンプ光の目標透過損失特性およびGFFの目標透過損失特性をそれぞれ表すものであり、ポンプ光の目標特性波長帯域(例えば、1460nm〜1495nm)およびGFFの目標特性波長帯域(例えば、1530nm〜1560nm)を含む波長帯域における不連続な各波長λi(iは、1からNまで1ずつ順に増える整数であり、i=1、2、3、・・・、N−1、Nとなる)に対する上記ポンプ光透過用およびGFF用の仕様損失値である。
【0053】
さらに、設計者は、光学膜厚のパラメータ(以下、膜厚パラメータとする)aの初期値として、その初期値(膜厚)に対応する上記特性波長帯域内の透過損失プロファイルにおける遮断帯域がポンプ光透過波長帯域(1460nm〜1495nm)に重ならない値を入力する(ステップS1)。
【0054】
コンピュータ12は、プログラムPに従って動作し、入力された目標透過損失特性値IL(λi)および膜厚パラメータa(初期値)を受信する。そして、コンピュータ12は、膜厚パラメータaをメモリ13に記憶し、目標透過損失特性値IL(λi)を目標透過損失値データファイル21に記憶する(ステップS11)。
【0055】
図5は、特性波長帯域におけるポンプ光の目標透過損失特性(目標透過特性)T1、GFFの目標透過損失特性T2および光学膜厚の初期値に対応する透過損失プロファイルPR(a)をそれぞれ示すグラフである。
【0056】
すなわち、図5に示すように、光学膜厚の初期値aに対応する透過損失プロファイルPR(a)は、1570nmを超えた帯域に中心波長を有し、且つ遮断帯域の短波長側のエッジ部分をGFF部分の透過損失特性の初期値に設定することにより、その遮断帯域はポンプ光透過波長帯域(1460nm〜1495nm)に重なっていないことが分かる。
【0057】
次いで、コンピュータ12は、変数nを0に設定し(ステップS12)、その変数nを1インクリメントし(ステップS13)、特性波長帯域内の波長パラメータλnをλiに設定する。なお、今は、n=1であるため、λn=λ1となる(ステップS14)。
【0058】
次いで、コンピュータ21は、メモリ42の理論式データファイル21に記憶された理論式データを読出し、読み出した理論式データDAに対して膜厚パラメータa(初期値)を入力する。そして、コンピュータ21は、その膜厚パラメータaおよび波長λnを変数とした多層膜3の挿入損失値IL(λn、a)を求める。続いて、コンピュータ21は、多層膜3の挿入損失値IL(λn、a)と対応する波長λnでの多層膜3全体の目標透過損失値IL(λn)との2乗誤差En(a):
【0059】
【数6】
【0060】
を求め、求めた多層膜3全体の2乗誤差En(a)をメモリ13に記憶する(ステップS15)。
【0061】
次いで、コンピュータ12は、n>Nであるか否か判断する(ステップS16)。今、n=1であるため、ステップS16の判断はNOとなり、コンピュータ12は、ステップS13に戻ってnを1インクリメントし、ステップS13以降の処理を実行する。
【0062】
すなわち、コンピュータ12は、n>Nになるまで、すなわち、波長パラメータλn=λNに基づくステップS15の処理を終了するまで、上述したステップS13〜S16の処理を繰り返し実行する。
【0063】
この結果、各層3a1〜3aNにおける膜厚パラメータa(初期値)での全特性波長帯域における光透過損失理論値IL(λn、a)と対応する波長λnでの目標透過損失値IL(λn)との2乗誤差En(a)が波長毎に求められる。
【0064】
そして、n>Nになると、上記ステップS16の処理はYESとなり、コンピュータ12は、求めた全特性波長帯域における多層膜3全体の2乗誤差En(a)の加算平均値(2乗平均誤差、2乗誤差平均値)を次式(7)に従って算出し、算出した波長パラメータaにおける2乗平均誤差をメモリ13に記憶する(ステップS17)。
【0065】
【数7】
【0066】
次いで、コンピュータ12は、算出した波長パラメータaにおける2乗平均誤差に基づいて、その2乗平均誤差の値が収束しているか、あるいは現在の光学膜厚値a(1)〜a(N)を用いた多層膜3全体の透過損失値IL(λ1〜λN、a(1)〜a(N))と対応する目的透過損失値IL(λ1〜λN)との損失偏差(平坦度)が一定値(例えば、1dB)以下になったか否か判断する(ステップS18)。
【0067】
このステップS18の判断の結果NO(2乗平均誤差の値が非収束、損失偏差が一定値を超えている場合)、コンピュータ12は、光学膜層3a1〜3aNの内の少なくとも1層の膜厚パラメータaを変更して(ステップS19)、ステップS12の処理に戻り、ステップS12〜S19のフィッティング処理を、ステップS18の判断の結果がYESになるまで繰り替えし実行する。
【0068】
すなわち、コンピュータ12は、現在の光学膜厚値a(1)〜a(N)を用いた多層膜3全体の透過損失値IL(λ1〜λN、a(1)〜a(N))が対応する目的透過損失値IL(λ1〜λN)に対して十分に近付くまでステップS12〜S19のフィッティング処理を、光学膜層3a1〜3aNの膜厚パラメータaを層毎に変化させながら繰り返し、2乗平均誤差の値が収束してしまう場合、あるいは現在の光学膜厚値a(1)〜a(N)を用いた多層膜3全体の透過損失値IL(λ1〜λN、a(1)〜a(N))と対応する目的透過損失値IL(λ1〜λN)との損失偏差が一定値以下になった場合に(ステップS18→YES)、処理を終了する。
【0069】
上記フィッティング処理において、本実施形態では、光学膜厚の初期値に対応する透過損失プロファイルPR(a)の遮断帯域がポンプ光透過波長帯域(1460nm〜1495nm)に重なっていないため、上記ポンプ光透過波長帯域に対しても良好にフィッティングを行うことができる。
【0070】
例えば、通常のGFFの設計時と同様に、GFFの透過損失特性用の波長帯域(1529nm〜1561nm)の中心に中心波長を設定し、光学膜厚の初期値に対応する透過損失プロファイルPR(b)を、その遮断帯域の長波長側のエッジ部分を目標透過損失特性T2の初期値に設定すれば、GFFの光透過損失特性部分において良好なフィッティングを行うことができる。
【0071】
しかしながら、上記通常のGFFと同様の初期値設定では、図6に示すように、遮断帯域がポンプ光透過波長帯域(1460nm〜1495nm)に重なってしまうため、ポンプ光透過波長帯域部分でのフィッティングが難しくなる。
【0072】
したがって、本実施形態で述べた各光学膜厚の初期値として、その遮断帯域がポンプ光透過波長帯域(1460nm〜1495nm)と重ならない値を用いることにより、GFFの光透過損失特性部分に加えて、ポンプ光透過波長帯域においても、良好なフィッティングを行うことができる。
【0073】
このようにして層毎の膜厚パラメータa(1)〜a(N)が最適化されると、コンピュータ12は、最適化された層毎の膜厚パラメータa(1)〜a(N)、すなわち、多層膜フィルタ1の各層3a1〜3aNに対して最適に設定(設計)された各光学膜厚値a(1)〜a(N)をメモリ13に記憶する。
【0074】
このようにして各層3a1〜3aNに対して各光学膜厚値a(1)〜a(N)が最適に設定されると、この最適設計された各光学膜厚値a(1)〜a(N)を用いて膜厚制御を行いながら成膜処理を実行する(ステップS2)。
【0075】
この成膜処理においては、蒸着やスパッタリングにより基板2に対して成膜材料を蒸着していく。このとき、モニタ用の光を成膜中の薄膜に照射し、例えばその透過光をモニタすることにより、成膜中の薄膜の光学膜厚が最適設計された光学膜厚と一致するように膜厚制御される。なお、この成膜処理(膜厚制御処理)は、上記最適化された各光学膜厚値a(1)〜a(N)に基づくコンピュータを含む成膜装置により実行される。
【0076】
以上述べたように、本実施形態によれば、各光学膜厚の初期値を、その初期値に基づく透過損失特性の遮断帯域がポンプ光透過波長帯域(1460nm〜1495nm)と重ならず、その遮断帯域の短波長側エッジ部分がGFF部分の透過損失特性の初期値になるように設定している。このため、多層膜フィルタ1の各薄膜層3a1〜3aNの光学膜厚を、ポンプ光の目標透過損失特性T1およびGFFの目標透過損失特性T2それぞれをターゲットとしてフィッティングすることができる。したがって、上記ポンプ光の目標透過損失特性T1およびGFFの目標透過損失特性T2を併せ持つ多機能多層膜フィルタ1を提供することができる。
【0077】
なお、本実施形態においては、各層の光学膜厚を厚くして、初期値に基づく透過損失特性の遮断帯域幅を狭くすることにより、図7に示すように、その初期値a1を、当該初期値a1に基づく透過損失特性PR(a1)の遮断帯域がポンプ光透過波長帯域(1460nm〜1495nm)と重ならず、且つ上記透過損失特性の中心波長を、GFFの透過損失特性用の波長帯域(1529nm〜1561nm)の中心に設定することも可能である。
【0078】
(第2の実施の形態)
本実施形態の膜厚設計装置10Aのハードウエア構成を示す図である。
【0079】
本実施形態において、膜厚設計処理を実行させるためのプログラムPAおよびそのプログラムPAに基づいてコンピュータ12により実行される膜厚設計処理(図9参照)が第1実施形態の構成と異なっている。
【0080】
また、本実施形態のメモリ13Aには、ポンプ光透過波長帯域(1460nm〜1495nm)において許容される最大挿入損失ILmaxが透過率に換算された最小透過率データTminを含む許容最小透過率データファイル25が予め記憶されている。
【0081】
なお、他の点については、第1実施形態の構成と同様であるため、その説明を省略する。
【0082】
本実施形態において、膜厚設計処理を実行するに際し、コンピュータ12は、プログラムPAに従って動作し、第1実施形態と同様にステップS11〜S14の処理を行う。
【0083】
次いで、コンピュータ12は、パラメータ波長λnがポンプ光透過波長帯域であるか否か判断する(ステップS20)。
【0084】
この判断の結果NO、すなわち、パラメータ波長λnがポンプ光透過波長帯域でない間においては、第1実施形態と同様に、ステップS12〜ステップS14、ステップS20、ステップS15〜ステップS16の処理が繰り返し行われる。この結果、多層膜3全体の挿入損失値IL(λn、a)と対応する波長λnでの多層膜3全体の目標透過損失値IL(λn)との2乗平均誤差En(a)がメモリ13に記憶される。
【0085】
一方、nのインクリメントが繰り返され、パラメータ波長λnがポンプ光透過波長帯域1460nm〜1495nmに含まれた場合には、ステップS20の判断はYESとなり、コンピュータ12は、目標透過損失値IL(λn)を透過率に換算した目標透過率T(λn)が、許容最小透過率データファイル25に記憶された最小透過率データTmin以上であるか否か判断する(ステップS21)。
【0086】
このステップS21の判断の結果NO、すなわち、目標透過率T(λn)が、許容最小透過率データファイル25に記憶された最小透過率データTminを超えていない場合には、ステップS15の処理に移行して、上述した処理により多層膜3の挿入損失値IL(λn、a)と目標透過損失値IL(λn)との2乗誤差En(a)が算出されてメモリ13に記憶される。
【0087】
一方、ステップS21の判断の結果YES、すなわち、目標透過率T(λn)が、許容最小透過率データファイル25に記憶された最小透過率データTmin以上の場合には、この部分の2乗誤差En(a)を0に設定する(ステップS22)。
【0088】
次いで、コンピュータ12は、ステップS16の処理に移行し、n>Nになるまで、上述したステップS13、S14、S20、S15〜S16(波長パラメータλnがポンプ光透過波長帯域以外の場合)、ステップS13〜S14、S20〜S21およびS15〜S16(波長パラメータλnがポンプ光透過波長帯域内で目標透過率T(λn)が最小透過率データTminを超えていない場合)およびステップS13〜S14およびS20〜S22(波長パラメータλnがポンプ光透過波長帯域内で目標透過率T(λn)が最小透過率データTminを超えている場合)を繰り返し実行する。
【0089】
以下、第1実施形態と同様に、n>Nになると、上記ステップS16の処理はYESとなり、コンピュータ12は、求めた全特性波長帯域における多層膜3全体の2乗誤差En(a)の加算平均値(2乗平均誤差、2乗誤差平均値)を算出してメモリ13に記憶する(ステップS17)。
【0090】
次いで、コンピュータ12は、算出した波長パラメータaにおける2乗平均誤差に基づいて、その2乗平均誤差の値が収束しているか、あるいは現在の光学膜厚値a(1)〜a(N)を用いた多層膜3全体の透過損失値IL(λ1〜λN、a(1)〜a(N))と対応する目的透過損失値IL(λ1〜λN)との損失偏差(平坦度)が一定値(例えば、1dB)以下になったか否か判断する(ステップS18)。
【0091】
このステップS18の判断の結果NO(2乗平均誤差の値が非収束、損失偏差が一定値を超えている場合)、コンピュータ12は、光学膜層3a1〜3aNの内の少なくとも1層の膜厚パラメータaを変更して(ステップS19)、ステップS12の処理に戻り、ステップS12〜S19、S20〜S22の処理を、ステップS18の判断の結果がYESになるまで繰り替えし実行する。
【0092】
すなわち、コンピュータ12は、現在の光学膜厚値a(1)〜a(N)を用いた多層膜3全体の透過損失値IL(λ1〜λN、a(1)〜a(N))が対応する目的透過損失値IL(λ1〜λN)に対して十分に近付くまでステップS12〜S19のフィッティング処理を、光学膜層3a1〜3aNの膜厚パラメータaを層毎に変化させながら繰り返し、2乗平均誤差の値が収束してしまう場合、あるいは現在の光学膜厚値a(1)〜a(N)を用いた多層膜3全体の透過損失値IL(λ1〜λN、a(1)〜a(N))と対応する目的透過損失値IL(λ1〜λN)との損失偏差が一定値以下になった場合に(ステップS18→YES)、処理を終了する。
【0093】
このとき、本実施形態では、ポンプ光透過波長帯域内で目標透過率T(λn)が最小透過率データTminを超えている場合においては、多層膜3全体の挿入損失値IL(λN、a)と目標透過損失値IL(λN)との2乗平均誤差を強制的に0にし、この部分の偏差(リプル)を許容する。そして、このポンプ光透過波長帯域内でのリプルを許容して、他の光透過損失帯域(例えば、要求の厳しいGFFの光透過損失帯域)のフィッティング特性を高めている。
【0094】
すなわち、本実施形態の膜厚設計装置10Aは、GFF部分の光透過損失特性の平坦度(Flatness)に対する仕様が厳しい場合に特に有効である。
【0095】
本発明者等は、本実施形態の効果を検証するため、下記の表1に示す仕様に応じた多層膜フィルタ1を、第1の実施形態の多層膜設計装置10および第2の多層膜設計装置10Aそれぞれにおいて実際に設計し、その設計結果を図10(a)および(b)と図11(a)および(b)としてそれぞれ示した。
【0096】
なお、図10(a)および(b)と図11(a)および(b)は、多層膜の総数Nを異なるものとした(図10(a)および(b)の多層膜フィルタ1A→N=46;図11(a)および(b)の多層膜フィルタ1B→N=26)。
【0097】
【表1】
【0098】
図10(a)は、第1実施形態の膜厚設計装置10に基づく膜厚設計により得られた多層膜フィルタ1Aの設計目標(ターゲット)損失特性(GFFターゲットおよびポンプ光透過波長帯域におけるターゲット:◇)、多層膜フィルタ1Aの設計値に基づく損失特性(実線)およびターゲット値と設計値との損失偏差(□)をそれぞれ示すグラフである。なお、ポンプ光透過波長帯域におけるターゲットを0dBに設定した。
【0099】
図10(a)に示すように、第1実施形態の膜厚設計では、GFF部分のFlatnessが0.24dBとなり、GFF部分の要求Flatness:0.2dB以下を満足することができなかった。これは、上述したように、ポンプ光透過波長帯域におけるフィッティングの影響と考えられる。
【0100】
一方、図10(b)は、第2実施形態の膜厚設計装置10Aに基づく膜厚設計により得られた多層膜フィルタ1Bの設計目標(ターゲット)損失特性(GFFターゲット、ポンプ光透過波長帯域におけるターゲット:◇)、多層膜フィルタ1Bの設計値に基づく損失特性(実線)およびターゲット値と設計値との損失偏差(□)をそれぞれ示すグラフである。なお、ポンプ光透過波長帯域におけるターゲットを−0.6dBに設定している。また、最大挿入損失ILmax(最小透過率データTmin)を0.6dBに設定した。
【0101】
図10(b)に示すように、第2実施形態の膜厚設計では、ポンプ光透過波長帯域における設計値に基づく損失特性(実線)には、最小透過率データTminを超えている透過率を有する場合のターゲット値および設計値間の2乗誤差を0に設定しているため、その分のリップルが生じている。しかしながら、このリップル部分の仕様は、極大値―極小値間{pp(ピークトゥピーク)間}で0.8dBpp以下と許容範囲が大きいため、上記仕様を十分に満足する。さらに、GFF部分のFlatnessが0.19dBとなり、GFF部分の要求Flatness:0.2dB以下を満足することができた。
【0102】
同様に、図11(a)は、第1実施形態の膜厚設計装置10に基づく膜厚設計により得られた多層膜フィルタ1Bの設計目標損失特性(GFFターゲット、ポンプ光透過波長帯域におけるターゲット:◇)、多層膜フィルタ1Bの設計値に基づく損失特性(実線)およびターゲット値と設計値との損失偏差(□)をそれぞれ示すグラフである。なお、ポンプ光透過波長帯域におけるターゲットを0dBに設定した。
【0103】
図11(a)に示すように、第1実施形態の膜厚設計では、GFF部分のFlatnessが0.265dBとなり、GFF部分の要求Flatness:0.2dB以下を満足することができなかった。これも、同様にポンプ光透過波長帯域におけるフィッティングの影響と考えられる。
【0104】
一方、図11(b)は、第2実施形態の膜厚設計装置10Aに基づく膜厚設計により得られた多層膜フィルタ1Bの設計目標損失特性(GFFターゲット、ポンプ光透過波長帯域におけるターゲット:◇)、多層膜フィルタ1Bの設計値に基づく損失特性(実線)およびターゲット値と設計値との損失偏差(□)をそれぞれ示すグラフである。なお、ポンプ光透過波長帯域におけるターゲットを−0.6dBに設定している。また、最大挿入損失ILmax(最小透過率データTmin)を0.6dBに設定した。
【0105】
図11(b)も図10(b)と同様に、第2実施形態の膜厚設計では、ポンプ光透過波長帯域における設計値に基づく損失特性(実線)には、対応する波長透過帯域においてリップルが生じている。しかしながら、このリップル部分の仕様は0.8dBpp以下と許容範囲が大きいため、上記仕様を十分に満足する。さらに、GFF部分のFlatnessが0.20dBとなり、GFF部分の要求Flatness:0.2dB以下を満足することができた。
【0106】
そして、本実施形態の膜厚設計装置1Aに基づく膜厚設計によれば、ポンプ光透過波長帯域における許容最大挿入損失ILmax(最小透過率データTmin)の設定を大きく(最小透過率データTminの設定を小さく)するにつれて、膜厚フィッティングの自由度が増大し、Flatness特性を向上させることができる。透過帯のリップルを約1dBまで許容すれば、Fitnessの値は0.18dBとなり、ポンプ光透過を考慮しない通常設計のGFFと同等のFlatness特性を得ることができる(図12参照)。
【0107】
なお、第1および第2実施形態においては、透過させるポンプ光の透過波長帯域を、1450nm〜1495nmとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ポンプ光透過波長帯域を、他の波長帯域、例えば980nm帯のポンプ光を透過させるように設計することも可能である。
【0108】
図13(a)は、980nm帯のポンプ光波長帯域に対する所定の光透過特性、およびGFF部分(1529nm〜1561nm)において所定の光透過損失特性をそれぞれ有する多層膜フィルタの設計値(第2実施形態の膜厚設計による)に基づく損失特性(実線)を示すグラフである。なお、図13(b)は、図13(a)において(b)として示す部分、すなわち、上記980nm帯前後の光透過特性を拡大して示すグラフである。また、なお、図13(c)は、図13(a)において(c)として示す部分、すなわち、上記GFF部分(1529nm〜1561nm)における透過損失特性を拡大して示すグラフである。
【0109】
図13(a)〜図13(c)に示すように、ポンプ光透過帯域が異なっても、そのポンプ光透過機能および利得等化用の透過損失機能を併せ持つ多層膜フィルタを設計することができる。また、第1および第2実施形態においては、所定のポンプ光透過波長帯域においてポンプ光を透過させるポンプ光透過機能およびGFF機能を併せ持つ多層膜フィルタを設計したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第1および第2実施形態と同様の設計手法により、所定のポンプ光遮断波長帯域においてポンプ光を遮断させるポンプ光遮断機能およびGFF機能を併せ持つ多層膜フィルタを設計することも可能である。
【0110】
特に、第2の実施形態においては、メモリ13Aに、許容最小透過率データファイル25の代わり、あるいは加えて、ポンプ光遮断波長帯域(1480nmを中心波長とした遮断(カット)波長帯域;例えば、1460nm〜1520nm)において許容される最小挿入損失ILminが透過率に換算された最大透過率データTmaxを含む許容最大透過率データファイル25´を記憶しておく。
【0111】
このとき、コンピュータ12は、その図9に示す膜厚設計処理におけるステップS21の処理において、目標透過損失値IL(λn)を透過率に換算した目標透過率T(λn)が、許容最大透過率データファイル25´に記憶された最大透過率データTmax以下であるか否か判断する(ステップS21´)。
【0112】
そして、このステップS21´の判断の結果NO、すなわち、目標透過率T(λn)が、最大透過率Tmax以下でない場合には、ステップS15の処理に移行して、上述した処理により多層膜3全体の挿入損失値IL(λn、a)と目標透過損失値IL(λn)との2乗誤差En(a)が算出されてメモリ13に記憶される。
【0113】
一方、ステップS21´の判断の結果YES、すなわち、目標透過率T(λn)が、最大透過率データTmax以下の場合には、この部分の2乗誤差En(a)を0に設定する(ステップS22)。
【0114】
すなわち、本変形例によれば、ポンプ光遮断波長帯域内で目標透過率T(λn)が最大透過率データTmax以下である場合においては、多層膜3全体の挿入損失値IL(λn、a)と目標透過損失値IL(λn)との2乗誤差En(a)を強制的に0に設定してフィッティング特性を高めている。
【0115】
この結果、例えば、図14に示すように、GFF部分の光透過損失特性の平坦度(Flatness)に対する仕様が厳しい場合においても対応できるポンプ光遮断機能およびGFF機能を併せ持つ多層膜フィルタを提供することができる。
【0116】
次に、第1および第2実施形態やその変形例で説明した多層膜フィルタ1、1Aに基づくGFFを含む光増幅器の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0117】
図15は、前方励起型の光増幅器100の概略構成を示す図である。
【0118】
図15に示すように、光増幅器100は、信号光が入力される光ファイバ107aに接続されており、希土類元素である例えばエルビウム(Er)がドープ(添加)されたファイバから構成された第1のEDF101と、この第1のEDF101に縦列接続されており、希土類元素である例えばエルビウム(Er)ドープファイバから構成された第2のEDF102と、第1のEDF101および第2のEDF102の間に配置された本発明に係わる多層膜フィルタ1、1Aに基づくGFF103とを備えており、第2のEDF102およびGFF103は光ファイバ107bに接続されている。
【0119】
なお、上述した光増幅器の実施形態では、ドーパントとしてのエルビニウムがドープされたEDFを増幅媒体として含む光増幅器について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。同様の励起構成を有する光増幅器が適用可能である。例えば、増幅媒体としては、そのファイバのホストガラスにTellurite系、Fluoride系、Silica系等が適用可能であり、また、ドーパントとしては、エルビウムの他に、ツリウム、プラセオジウム、イットリビウム、テルビウム等が適用可能である。
【0120】
また、光増幅器100は、EDF励起用の励起光(ポンプ光)を出射する励起光源104と、この励起光源104から出射された励起光を第1のEDF101の信号光入力端側から第1のEDF101および第2のEDF102へ供給する合波器105とを備えている。
【0121】
さらに、光増幅器100においては、必要に応じて、信号光入力側光ファイバ107aおよび信号光出力側光ファイバ107bの内の少なくとも一方に、アイソレータ108を配設することも可能である。なお、図100においては、光ファイバ107aおよび光ファイバ107bの双方にアイソレータ108を配設した構成を示している。
【0122】
図16は、後方励起型の光増幅器110の概略構成を示す図である。
【0123】
図15に示した前方励起型の光増幅器100との相違点は、励起光を第2のEDF102の信号光出力側から供給することである。すなわち、後方励起型光増幅器110は、第2のEDF102の信号光出力側に配設された合波器105と、EDF励起用の励起光を出射する励起光源114とを備え、合波器105により、励起光源114から出射された励起光を第2のEDF102の信号光出力端側から第2のEDF102および第1のEDF101へ供給するようになっている。
【0124】
図17は、双方向励起型の光増幅器120の概略構成を示す図である。
【0125】
図17に示すように、双方向励起型光増幅器120は、図15に示す前方励起型光増幅器100と図16に示す後方励起型光増幅器110とを組み合わせた構成を有している。すなわち、双方向励起型光増幅器120は、EDF励起用の励起光を出射する励起光源104と、この励起光源104から出射された励起光を第1のEDF101の信号光入力端側から第1のEDF101および第2のEDF102へ供給する第1の合波器105aと、EDA励起用の励起光を出射する励起光源114と、この励起光源114から出射された励起光を第2のEDF102の信号光出力端側から第2のEDF102および第1のEDF101へ供給する第2の合波器105bとを備えている。
【0126】
図15〜図17に示したように、本発明に係わる第1および第2実施形態やその変形例で説明した多層膜フィルタ1、1Aに基づくGFF103を含む光増幅器100、110および120においては、図18および図19に示す特性が得られた。
【0127】
図18は、図17に示す双方向励起型光増幅器120における利得と波長との相関関係(利得の波長特性)を示すグラフである。図18において、○は、本発明に係わるGFF103を含む光増幅器120における利得の波長特性(Pump Passあり)を示し、△は、本発明に係わるGFF103を含まない光増幅器における利得の波長特性(Pump Passなし)を示している。
【0128】
図18から分かるように、光増幅器に対して、本発明に係わるGFF103を配置することにより、光増幅器の利得の値を0.5〜0.7dB程度向上させることができる。
【0129】
また、図19は、図17に示す双方向励起型光増幅器におけるNF(Noise Figure)と波長との相関関係を示すグラフである。図19において、○は、本発明に係わるGFF103を含む光増幅器120におけるNFの波長特性(Pump Passあり)を示し、△は、本発明に係わるGFF103を含まない光増幅器におけるNFの波長特性(Pump Passなし)を示している。
【0130】
図19から分かるように、光増幅器に対して、本発明に係わるGFF103を配置することにより、光増幅器のNFの値を0.03〜0.04dB程度低下させるることができる。
【0131】
なお、図18および図19では、図17に示した双方向励起型光増幅器120についての利得波長特性およびNF波長特性をそれぞれ示したが、図15に示した前方励起型光増幅器100および図16に示した後方励起型光増幅器110においても、双方向励起型光増幅器120と略同等の波長特性が得られるため、図示および説明を省略している。
【0132】
以上述べたように、本発明に係わる多層膜フィルタ1、1Aに基づくGFFを光増幅器に配置することにより、GFF自体の効果に加えて、光増幅器における利得およびNFの波長特性をそれぞれ良化させることができる。
【0133】
次に、図15(図16、図17)の光増幅器を含む波長多重光伝送システムの実施形態を図20を参照して説明する。
【0134】
図20は、上記波長多重光伝送システム200の概略構成を示すブロック図である。
【0135】
図20に示すように、波長多重光伝送システム200は、互いに異なる波長を有する複数の信号光が多重化された波長多重信号光を光伝送路Pに送信する光送信器Tと、前記光伝送路Pを介して伝送される波長多重信号光を受信する光受信器Rと、この光送信器Tおよび光受信器Rの間に介在された中継器としての機能を有しており、互いに縦列接続された複数の光増幅器100とを備えている。すなわち、この光増幅器100は、光伝送路Pを介して伝送される波長多重信号光を一括して増幅させる機能を有している。
【0136】
なお、光増幅器としては、図15に示した前方励起型の光増幅器100に限らず、図16に示した後方励起型の光増幅器110、双方向励起型の光増幅器120を用いてもよいことは当然である。前方励起型光増幅器100、後方励起型の光増幅器110および双方向励起型光増幅器120の内の何れかを自由に選択し、任意に配置することが可能である。
【0137】
図20に示す波長多重光伝送システム200によれば、光送信器Tから送信された波長多重信号光は、上述したGFF103(図15参照)を備えた各光増幅器100を介して順次増幅されながら光受信器Rまで伝送される。このとき、各光増幅器100では、波長多重信号光に対する利得等化とNFの抑圧とがGFF103により施されるため、各波長のレベルが揃った光SN比の高い波長多重信号光を光送信器Tから光受信器Rに対して伝送することが可能になる。以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的思想に基づく範囲内において、上記実施形態に対して多様な変更または改良を加えることも可能である。
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係わる多層膜光学フィルタの膜厚設計装置、プログラム、多層膜光学フィルタの膜厚設計方法などによれば、多層膜フィルタの各薄膜層の光学膜厚は、予め設定された利得等化用波長帯域内の波長毎に所定の波長特性を有し、かつ上記利得等化用波長帯域以外の励起光波長帯域に所定の波長特性を有するように設計されているため、上記利得等化用波長帯域における所定の波長特性および励起光波長帯域における所定の波長特性を併せ持つ多層膜光学フィルタを提供することができる。
【0138】
したがって、利得等化機能を有する例えばGFF等の多層膜光学フィルタに対する励起光透過/遮断要求に対応することができ、多層膜光学フィルタの実用性を大幅に高めることができる。
【0139】
また、上記励起光透過/遮断要求に対応する十分な波長特性を有する多層膜光学フィルタを光増幅器と組み合わせることにより、光増幅器の出力特性を従来よりも低損失/高出力に設定することができる。この結果、出力効率の高い増幅特性を有する光増幅器を提供することが可能になる。
【0140】
さらに、上述した光増幅器を光送受信器と組み合わせてシステム化することにより、システム全体として低消費電力化が可能になる。
【0141】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係わる多層膜フィルタを示す図。
【図2】図1に示す多層膜フィルタの各薄膜層の光学膜厚を設計するための膜厚設計装置のハードウエア構成を示す図。
【図3】本発明の第1の実施の形態における多層膜フィルタ製造工程の一例を示すフローチャート。
【図4】本発明の第1の実施の形態における膜厚設計処理の一例を示す概略フローチャート。
【図5】本発明の第1の実施の形態に係わる特性波長帯域におけるポンプ光の目標透過損失特性、GFFの目標透過損失特性および光学膜厚の初期値に対応する透過損失プロファイルをそれぞれ示すグラフ。
【図6】特性波長帯域におけるポンプ光の目標透過損失特性、GFFの目標透過損失特性および光学膜厚の初期値に対応する透過損失プロファイルをそれぞれ示すグラフ。
【図7】本発明の第1の実施の形態に係わる特性波長帯域におけるポンプ光の目標透過損失特性、GFFの目標透過損失特性および光学膜厚の初期値に対応する透過損失プロファイルをそれぞれ示すグラフ。
【図8】本発明の第2の実施の形態に係わる多層膜フィルタの各薄膜層の光学膜厚を設計するための膜厚設計装置のハードウエア構成を示す図。
【図9】本発明の第2の実施の形態における膜厚設計処理の一例を示す概略フローチャート。
【図10】(a)は、第1実施形態に係わる多層膜フィルタの設計目標損失特性、多層膜フィルタの設計値に基づく損失特性およびターゲット値と設計値との損失偏差をそれぞれ示すグラフ、(b)は、第2実施形態に係わる多層膜フィルタの設計目標損失特性、多層膜フィルタの設計値に基づく損失特性およびターゲット値と設計値との損失偏差をそれぞれ示すグラフ。
【図11】(a)は、第1実施形態に係わる多層膜フィルタの設計目標損失特性、多層膜フィルタの設計値に基づく損失特性およびターゲット値と設計値との損失偏差をそれぞれ示すグラフ、(b)は、第2実施形態に係わる多層膜フィルタの設計目標損失特性、多層膜フィルタの設計値に基づく損失特性およびターゲット値と設計値との損失偏差をそれぞれ示すグラフ。
【図12】第2の実施形態に係わる多層膜フィルタの設計目標損失特性、多層膜フィルタの設計値に基づく損失特性およびターゲット値と設計値との損失偏差をそれぞれ示すグラフ。
【図13】(a)は、本発明の第2の実施形態の変形例に係わる980nm帯のポンプ光波長帯域に対する所定の光透過特性、およびGFF部分において所定の光透過損失特性をそれぞれ有する多層膜フィルタの設計値に基づく損失特性を示すグラフ、(b)は、図13(a)における(b)として示す部分を拡大して示すグラフ、(c)は、図13(a)において(c)として示す部分を拡大して示すグラフ。
【図14】本発明の第2の実施形態の変形例に係わるポンプ光遮断機能およびGFF機能を併せ持つ多層膜フィルタの設計目標損失特性および設計値に基づく損失特性をそれぞれ示すグラフ。
【図15】本発明に係わる多層膜フィルタに基づくGFFを含む前方励起型の光増幅器の概略構成を示す図。
【図16】本発明に係わる多層膜フィルタに基づくGFFを含む後方励起型の光増幅器の概略構成を示す図。
【図17】本発明に係わる多層膜フィルタに基づくGFFを含む双方向励起型の光増幅器の概略構成を示す図。
【図18】図17に示す双方向励起型光増幅器における利得と波長との相関関係を示すグラフ。
【図19】図17に示す双方向励起型光増幅器におけるNF(Noise Figure)と波長との相関関係を示すグラフ。
【図20】図15(図16、図17)の光増幅器を含む波長多重光伝送システムの概略構成を示すブロック図。
【図21】利得等化フィルタの利得等化機能を説明するための図。
【図22】多層膜フィルタの設計目標損失特性、多層膜フィルタの設計値に基づく損失特性および両者の損失偏差をそれぞれ示すグラフ。
【符号の説明】
1 多層膜フィルタ
2 基板
3 多層膜
3a1〜3aN 薄膜層
10、10A 膜厚設計装置
11 入力部
12 コンピュータ
13、13A メモリ
14 外部入出力インタフェース
20 理論式データファイル
21 目標透過損失値データファイル
25 許容最小透過率データファイル
100 前方励起型光増幅器
101 第1のEDF
102 第2のEDF
103 GFF
104、114 励起光源
105、105a、105b 合波器
107a、107b 光ファイバ
108 アイソレータ
110 後方励起型光増幅器
120 双方向励起型光増幅器
200 波長多重伝送システム
P、PA プログラム
T 光送信器
R 光受信器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present inventionMultilayer optical filter thickness design apparatus, program, multilayer optical filter thickness design method, optical amplifier, and wavelength division multiplexing optical transmission system used for optical communicationAbout.
[0002]
[Prior art]
With the advent of the broadband era, there is a need for further increases in data transmission volume, and there is a great expectation for WDM (Wavelength Division Multiplexing) communication systems that multiplex and transmit optical signals of different wavelengths. ing.
[0003]
As one of key devices in this WDM communication system, an optical amplifier such as an EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) that can amplify the multiplexed optical signal without performing photoelectric conversion has been developed.
[0004]
By the way, in the WDM transmission system, if there is a level deviation in the transmitted signal light of each wavelength, the optical signal may deteriorate and the transmission distance and transmission band may be reduced. Therefore, when using an optical amplifier such as an EDFA, it is required to flatten (equalize) the gain characteristics in the transmission wavelength band at the output.
[0005]
In this respect, the gain characteristic in the optical amplifier has wavelength dependence in the transmission wavelength band. Therefore, in order to flatten the gain characteristic having the wavelength dependency (gain wavelength dependency), a gain equalization filter (GFF; Gain) having a light transmission loss characteristic that is opposite to the gain characteristic of the optical amplifier in the transmission wavelength band. The gain characteristics of the optical amplifier are equalized by combining a flattening filter with the optical amplifier (see FIG. 21).
[0006]
As this GFF, a fiber grating, an etalon filter, a multilayer filter, or the like is used. For an optical amplifier for mass production, a multilayer optical filter (hereinafter also referred to as a multilayer filter) excellent in mass productivity is used. .
[0007]
In this specification, “multilayer” is used to mean a plurality of layers.
[0008]
FIG. 22 is a graph showing a design target (target) loss characteristic (GFF specification: ◇) of the multilayer filter described above, a loss characteristic (solid line) based on the design value of the multilayer filter, and a loss deviation (□) of both. is there. The flatness (Flatness), which is a measure of loss deviation, is a value obtained by subtracting the minimum deviation from the maximum deviation.
[0009]
As shown in FIG. 22, the multilayer filter has a target loss characteristic (GFF required loss) that is opposite to the gain characteristic of the optical amplifier in the transmission wavelength band (for example, 1530 nm to 1565 nm) of the corresponding optical amplifier in the preceding stage. Characteristic), and the design value of GFF is designed / manufactured by bringing it close to the above-mentioned GFF required loss characteristic.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in an optical amplifier, there may be a request to output pumping light for optical amplification through the GFF or a request to output the pumping light after blocking it.
[0011]
In this regard, it is considered to transmit / block (transmit and / or block) the pump light using a conventional GFF.
[0012]
However, the wavelength band of pump light for optical amplification (for example, around 1450 nm in the case of the pump light wavelength band of EDFA) is different from the transmission wavelength band (1530 nm to 1565 nm) of the normal optical amplifier described above. For this reason, a GFF having a transmission loss characteristic {(designed by a solid line (no PP [Pump Pass]) in FIG. 22) designed simply by targeting the GFF required loss characteristic is in the wavelength band corresponding to the transmission loss characteristic. , It does not have the property of transmitting / blocking the pump light.
[0013]
For example, as shown in FIG. 22, sufficient transmission characteristics (for example, -1 dB or more) are not obtained in the wavelength band (near 1450 nm) of the pump light for optical amplification.
[0014]
Therefore, the pump light transmission / blocking request for the multilayer filter (GFF) having the gain equalization function cannot be satisfied.
[0015]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a multilayer filter having both a gain equalization function and a pump light transmission / cutoff function.Multilayer optical filter thickness design apparatus, program, multilayer optical filter thickness design method, optical amplifier, wavelength division multiplexing optical transmission systemThe purpose is to provide.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the invention,A film thickness designing apparatus for designing an optical film thickness of a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films, wherein a predetermined wavelength characteristic in a preset wavelength band for gain equalization is expressed by the optical characteristics of each optical film. Means for calculating a first error between a theoretical value representing the film thickness as a parameter and a target wavelength characteristic value in the corresponding gain equalizing wavelength band; and in a pumping light wavelength band other than the gain equalizing wavelength band Means for calculating a second error between the theoretical value representing the wavelength characteristic as a parameter of the optical film thickness of each optical film and the target wavelength characteristic value in the corresponding excitation light wavelength band, and the calculated first and first Means for designing the optical film thickness of each of the optical films using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the error of 2 is reduced.ing.
[0017]
According to a second aspect of the invention,A film thickness design apparatus for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films, and having wavelength characteristics in a predetermined wavelength band other than a preset excitation light wavelength band Means for calculating a first error between a theoretical value representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in a corresponding predetermined wavelength band; and a target wavelength in the excitation light wavelength band When the transmittance corresponding to the characteristic value is smaller than the minimum necessary transmittance in the excitation light wavelength band, the theoretical value representing the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band using the optical film thickness of each optical film as a parameter, and Means for calculating a second error between wavelength characteristic values in the corresponding excitation light wavelength band, and Means for designing the optical film thickness of each of the optical films using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the first and second errors are reduced.ing.
[0018]
According to a third aspect of the invention,When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the pumping light wavelength band is greater than the minimum necessary transmittance in the pumping light wavelength band, the design means sets the wavelength characteristics in the pumping light wavelength band to the respective wavelength characteristics. Means for setting the second error between the theoretical value representing the optical film thickness of the optical film as a parameter and the target wavelength characteristic value in the corresponding excitation light wavelength band to zeroing.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a film thickness designing apparatus for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films, wherein a preset excitation light wavelength is provided. Means for calculating a first error between a theoretical value representing a wavelength characteristic in a predetermined wavelength band other than the band as a parameter and an optical film thickness of each optical film as a parameter, and a target wavelength characteristic value in the corresponding predetermined wavelength band; ,When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic in the excitation light wavelength band is larger than the maximum transmittance allowed in the excitation light wavelength band,The theoretical value representing the wavelength characteristics in the excitation light wavelength band as a parameter of the optical film thickness of each optical film and the corresponding excitation light wavelength bandGoalThe means for calculating the second error between the wavelength characteristic values, and the optical film thickness of each optical film, the predetermined optical film thickness being an initial value so that the calculated first and second errors are reduced, respectively. And designing means for designing using the fitting.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, the design means includes the excitation light wavelength band.GoalThe transmittance corresponding to the wavelength characteristic value isMaximum allowedWhen the transmittance is smaller than the transmittance, the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band is a theoretical value representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and the corresponding excitation light wavelength band.GoalSecond error between wavelength characteristics0 andMeans to do.
[0021]
According to the sixth aspect of the present invention, the optical film thickness of each optical layer in the multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films is designed.Computer-executable program forBecauseComputerPresetPredetermined in the wavelength band for gain equalizationMeans for calculating a first error between a theoretical value expressing the wavelength characteristic as a parameter of the optical film thickness of each optical film and a target wavelength characteristic value in a corresponding gain equalization wavelength band;Other than the wavelength band for gain equalizationMeans for calculating a second error between a theoretical value representing the wavelength characteristic in the pumping light wavelength band using the optical film thickness of each optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in the corresponding pumping light wavelength band; Means for designing the optical film thickness of each optical film using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the first and second errors are reduced.Is functioning as.
[0022]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a computer-executable program for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films, the computer comprising: Preset excitation light wavelength bandOther thanPredeterminedIn the wavelength bandMeans for calculating a first error between a theoretical value representing a wavelength characteristic as a parameter of an optical film thickness of each optical film and a target wavelength characteristic value in a corresponding predetermined wavelength band; and the excitation light wavelength bandGoal inwavelengthWhen the transmittance corresponding to the characteristic value is smaller than the minimum necessary transmittance in the excitation light wavelength band,Wavelength characteristics in the excitation light wavelength bandSaidMeans for calculating the optical thickness of each optical film as a parameter and means for calculating a second error between the corresponding wavelength characteristic values in the excitation light wavelength band, and the calculated first and second errors are reduced respectively. As described above, the optical film thickness of each optical film is made to function as a means for designing using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value.ing.
[0023]
According to an eighth aspect of the present invention,The design means includes a target wavelength in the excitation light wavelength band. When the transmittance corresponding to the characteristic value is larger than the minimum necessary transmittance in the excitation light wavelength band, the theoretical value representing the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band as a parameter of the optical film thickness of each optical film, and Means are provided for setting the second error between the target wavelength characteristic values in the corresponding excitation light wavelength band to zero..
[0024]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a computer-executable program for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
The computer calculates a wavelength characteristic in a predetermined wavelength band other than a preset excitation light wavelength band between a theoretical value representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in the corresponding predetermined wavelength band. Means for calculating the first error of
When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic in the excitation light wavelength band is larger than the maximum transmittance allowed in the excitation light wavelength band, the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band is changed to the optical property of each optical film. Means for calculating a second error between a theoretical value representing the film thickness as a parameter and a target wavelength characteristic value in a corresponding excitation light wavelength band;
The optical film thickness of each optical film is caused to function as a means for designing using a fitting with a predetermined optical film thickness as an initial value so that the calculated first and second errors are reduced.
[0025]
According to a tenth aspect of the present invention,When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the pumping light wavelength band is smaller than the maximum transmittance allowed in the pumping light wavelength band, the design means sets the wavelength characteristics in the pumping light wavelength band to the respective wavelength characteristics. Means for setting second error between theoretical value representing optical film thickness of optical film as parameter and target wavelength characteristic in corresponding excitation light wavelength band to zeroIt has.
[0026]
According to an eleventh aspect of the present invention,A film thickness design method for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films, wherein predetermined wavelength characteristics in a preset wavelength band for gain equalization are Calculating a first error between a theoretical value representing the optical film thickness of the optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in a corresponding gain equalization wavelength band; and excitation other than the gain equalization wavelength band Calculating a second error between a theoretical value representing the wavelength characteristic in the optical wavelength band as a parameter of the optical film thickness of each optical film and a target wavelength characteristic value in the corresponding excitation light wavelength band; and Designing the optical film thickness of each optical film using a fitting with a predetermined optical film thickness as an initial value so that the first and second errors are reduced, respectively.I have.
[0027]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a film thickness design method for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
A first characteristic value between a theoretical value representing a wavelength characteristic in a predetermined wavelength band other than a preset excitation light wavelength band as a parameter of an optical film thickness of each optical film and a target wavelength characteristic value in the corresponding predetermined wavelength band. Calculating the error of
When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the excitation light wavelength band is smaller than the minimum necessary transmittance in the excitation light wavelength band,Wavelength characteristics in the pumping light wavelength band are theoretical values representing the optical film thickness of each optical film as a parameter, and in the corresponding pumping light wavelength band.Between target wavelength characteristicsA step of calculating the second error, and fitting with the optical film thickness of each optical film as an initial value so that the calculated first and second errors are reduced. Using and designing steps.
[0028]
According to a thirteenth aspect of the present invention,In the design step, when the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the excitation light wavelength band is larger than the minimum necessary transmittance in the excitation light wavelength band, the wavelength characteristics in the excitation light wavelength band The optical film thickness of the optical film is a parameter. The second error between the theoretical value expressed as data and the target wavelength characteristic value in the corresponding excitation light wavelength band is set to zero.
[0029]
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a film thickness design method for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
A first characteristic value between a theoretical value representing a wavelength characteristic in a predetermined wavelength band other than a preset excitation light wavelength band as a parameter of an optical film thickness of each optical film and a target wavelength characteristic value in the corresponding predetermined wavelength band. And calculating a target error in the excitation light wavelength band.Wavelength characteristicsWhen the transmittance corresponding to is larger than the maximum transmittance allowed in the excitation light wavelength band, the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band and the theoretical value representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and the corresponding The step of calculating the second error between the target wavelength characteristic values in the excitation light wavelength band, and the optical film thickness of each of the optical films is set to a predetermined value so that the calculated first and second errors are reduced. And a step of designing using fitting with an optical film thickness as an initial value.
[0030]
According to the fifteenth aspect of the present invention, in the design step, when the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the excitation light wavelength band is smaller than the maximum transmittance allowed in the excitation light wavelength band, A step of setting a second error between a theoretical value representing the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band as a parameter and an optical film thickness of each optical film and a target wavelength characteristic in the corresponding excitation light wavelength band is zero.
[0031]
According to a sixteenth aspect of the present invention, a rare earth element-doped fiber provided on an optical transmission line for amplifying signal light, comprising a fiber doped with a rare earth element;
An excitation light source for generating excitation light for exciting the rare earth element-doped fiber; and provided on the optical transmission line, the excitation light generated by the excitation light source is combined with the signal light, and the excitation light is combined with the rare earth element. A multiplexer that emits light to the element-doped fiber, and a multilayer optical filter provided on the upstream side or the downstream side of the rare earth element-doped fiber on the optical transmission line, and the multilayer optical filter includes the above film It is formed by a thickness design device or designed and formed by the above-described film thickness design method.
[0032]
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a wavelength division multiplexing optical transmission system that transmits a plurality of signal lights having different wavelengths, and an optical transmitter that transmits the plurality of signal lights to an optical transmission line; 17. The optical amplifier according to claim 16, wherein a plurality of signal lights transmitted from the optical transmitter and transmitted through the optical transmission path are collectively amplified, and the optical transmission path is amplified through the optical amplifier. And an optical receiver for receiving a plurality of signal lights transmitted through the optical receiver.
0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a multilayer filter 1 according to the first embodiment of the present invention.
0034]
As shown in FIG. 1, a multilayer filter 1 includes a substrate 2 and a plurality of thin film layers 3 (first layer 3a1 to Nth layer 3aN) formed and laminated on the substrate 2 by a method such as vapor deposition or sputtering. ). Of the plurality of thin film layers 3a1 to 3aN, the refractive index of the film material of the thin film layer of the odd-numbered layers (first layer 3a1, third layer 3a3,..., Second N-1 layer,. And the refractive index of the film material of the thin film layers of the even layers (second layer 3a2, fourth layer 3a4,..., Second N layer,...) From the substrate 2 side are different from each other.
0035]
Each thin film layer constituting the plurality of thin film layers 3, that is, the optical film thickness that is the product of the physical film thicknesses d1 to dN and the refractive indexes n1 to nN of the first layer 3a1 to the Nth layer 3an is a film described later. Each thin film layer is accurately designed based on the thickness design process.
0036]
FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration of the film thickness design apparatus 10 for designing the optical film thickness of each of the thin film layers 3a1 to 3aN of the multilayer filter 1 shown in FIG.
0037]
As shown in FIG. 2, the film thickness design apparatus 10 is a computer system, and an input unit 11 that can be inputted by a designer to input information, a computer 12 connected to the input unit 11, and a computer 12 A memory 13 as a storage medium that is connected so as to be communicable and prestores a program P for executing a film thickness design process to be described later, and an external input / output interface 14 that performs an interface process related to external input / output I have. As the storage medium, various storage media such as a semiconductor memory and a magnetic memory are applicable.
0038]
The memory 13 also includes a theoretical data file 20 including theoretical data representing theoretical values of light transmittance at continuous wavelengths of the N-layer multilayer filter 1, and a target light transmission loss value (target) required as GFF. Value) and a target transmission loss value data file 21 for storing a target light transmission loss value (transmittance; for example, a transmittance of -1 dB or more) in a pump light transmission wavelength band (for example, 1460 nm to 1495 nm). ing.
0039]
Hereinafter, the theoretical formula data stored in the theoretical formula data file 20 will be described.
0040]
The theoretical expression of the light transmittance of the N-layer multilayer filter 1 with the optical film thickness of each of the layers 3a1 to 3aN as a parameter assumes that the incident angle is perpendicular to the film surface of the multilayer filter 1, and the following formula (1 ) And the following equations (2) to (5).
[0041]
[Expression 1]
[0042]
[Expression 2]
[0043]
[Equation 3]
[0044]
[Expression 4]
[0045]
[Equation 5]
[0046]
Here, τ in equation (1) is expressed by equation (2), and parameter m shown in equation (2)11, M12, Mtwenty one, Mtwenty twoAre the elements of the characteristic matrix M in all N layers given by Equation (3), and Mj(J is an integer that increases by 1 from 1 to N in order, such as 1, 2,...), And the characteristic matrix M of the j-th layerjIs given by equation (4). G shown in Formula (4)jIs represented by the formula (5), and njIs the complex refractive index of the jth layer, djIs the physical film thickness of the jth layer.
0047]
Further, the wavelength for obtaining the transmittance is substituted for λ in the equation (5), and n0, NsAre respectively the complex refractive index of the medium and the complex refractive index of the filter substrate 2 at the wavelength λ. In the formula (1), τ*Is a conjugate complex number of τ, and i in the equations (3) and (4) is an imaginary unit.
0048]
Therefore, by using these formulas (1) to (5), the optical transmittance value at the continuous wavelength of the multilayer filter 1 of the N layers is used with the value of the optical film thickness of the jth layer as a parameter. If a value is obtained and this light transmittance is converted into a light transmission loss value (insertion loss value), the light transmission loss value can be expressed using the optical film thickness and wavelength as variables (parameters).
0049]
That is, the theoretical formula data file 21 stores a theoretical formula representing the light transmission loss value (insertion loss value) IL as the theoretical formula data DA.
0050]
Next, the overall operation of this embodiment will be described.
0051]
In manufacturing the multilayer filter 1, first, the optical film thickness of each layer 3a1 to 3an of the multilayer filter 1 is designed (step S1).
0052]
That is, the designer inputs the target transmission loss value (data) IL (λi) to the computer 12 via the input unit 11 of the film thickness design apparatus 10. The target transmission loss value (data) IL (λi) represents the target transmission loss characteristic of the pump light and the target transmission loss characteristic of the GFF, respectively. The target characteristic wavelength band of the pump light (for example, 1460 nm to 1495 nm). ) And the target characteristic wavelength band of GFF (for example, 1530 nm to 1560 nm), each discontinuous wavelength λi (i is an integer that increases from 1 to N in order, i = 1, 2, 3, .., N-1 and N) are the specification loss values for the pump light transmission and the GFF.
0053]
Furthermore, the designer pumps the cutoff band in the transmission loss profile within the characteristic wavelength band corresponding to the initial value (film thickness) as the initial value of the optical film thickness parameter (hereinafter referred to as the film thickness parameter) a. A value that does not overlap the light transmission wavelength band (1460 nm to 1495 nm) is input (step S1).
0054]
The computer 12 operates according to the program P, and receives the input target transmission loss characteristic value IL (λi) and the film thickness parameter a (initial value). Then, the computer 12 stores the film thickness parameter a in the memory 13 and stores the target transmission loss characteristic value IL (λi) in the target transmission loss value data file 21 (step S11).
0055]
FIG. 5 is a graph showing a target transmission loss characteristic (target transmission characteristic) T1 of the pump light in the characteristic wavelength band, a target transmission loss characteristic T2 of the GFF, and a transmission loss profile PR (a) corresponding to the initial value of the optical film thickness. It is.
0056]
That is, as shown in FIG. 5, the transmission loss profile PR (a) corresponding to the initial value a of the optical film thickness has a center wavelength in a band exceeding 1570 nm and an edge portion on the short wavelength side of the cutoff band. Is set to the initial value of the transmission loss characteristic of the GFF portion, it can be seen that the cutoff band does not overlap the pump light transmission wavelength band (1460 nm to 1495 nm).
0057]
Next, the computer 12 sets the variable n to 0 (step S12), increments the variable n by 1 (step S13), and sets the wavelength parameter λn in the characteristic wavelength band to λi. Since n = 1 at this time, λn = λ1 (step S14).
0058]
Next, the computer 21 reads the theoretical formula data stored in the theoretical formula data file 21 of the memory 42 and inputs the film thickness parameter a (initial value) to the read theoretical formula data DA. Then, the computer 21 obtains the insertion loss value IL (λn, a) of the multilayer film 3 using the film thickness parameter a and the wavelength λn as variables. Subsequently, the computer 21 calculates the square error E between the insertion loss value IL (λn, a) of the multilayer film 3 and the target transmission loss value IL (λn) of the entire multilayer film 3 at the corresponding wavelength λn.n(A):
[0059]
[Formula 6]
[0060]
And the square error E of the obtained multilayer film 3 as a wholen(A) is stored in the memory 13 (step S15).
0061]
Next, the computer 12 determines whether or not n> N (step S16). Now, since n = 1, the determination in step S16 is NO, and the computer 12 returns to step S13, increments n by 1, and executes the processes in and after step S13.
0062]
That is, the computer 12 repeatedly executes the processes of steps S13 to S16 described above until n> N, that is, until the process of step S15 based on the wavelength parameter λn = λN is completed.
0063]
As a result, the target transmission loss value IL (λn) at the wavelength λn corresponding to the theoretical light transmission loss value IL (λn, a) in the entire characteristic wavelength band with the film thickness parameter a (initial value) in each of the layers 3a1 to 3N. Square error En(A) is obtained for each wavelength.
0064]
When n> N, the process of step S16 is YES, and the computer 12 determines the square error E of the entire multilayer film 3 in the obtained entire characteristic wavelength band.nThe addition average value (square average error, square error average value) of (a) is calculated according to the following equation (7), and the calculated mean square error in the wavelength parameter a is stored in the memory 13 (step S17).
0065]
[Expression 7]
0066]
Next, based on the square average error in the calculated wavelength parameter a, the computer 12 converges the value of the square average error or determines the current optical film thickness values a (1) to a (N). Loss deviation (flatness) between the transmission loss value IL (λ1 to λN, a (1) to a (N)) of the entire multilayer film 3 used and the corresponding target transmission loss value IL (λ1 to λN) is a constant value. It is determined whether or not (for example, 1 dB) or less (step S18).
0067]
As a result of the determination in step S18, NO (when the mean square error value is non-convergent and the loss deviation exceeds a certain value), the computer 12 determines the film thickness of at least one of the optical film layers 3a1 to 3aN. The parameter a is changed (step S19), the process returns to step S12, and the fitting process of steps S12 to S19 is repeated and executed until the result of determination in step S18 becomes YES.
0068]
That is, the computer 12 corresponds to the transmission loss values IL (λ1 to λN, a (1) to a (N)) of the entire multilayer film 3 using the current optical film thickness values a (1) to a (N). The fitting process in steps S12 to S19 is repeated until the film thickness parameter a of the optical film layers 3a1 to 3aN is changed for each layer until the target transmission loss value IL (λ1 to λN) is sufficiently close. When the error value converges, or the transmission loss values IL (λ1 to λN, a (1) to a (a) of the entire multilayer film 3 using the current optical film thickness values a (1) to a (N). N)) and the corresponding transmission loss value IL (λ1 to λN) corresponding to the loss deviation become a certain value or less (step S18 → YES), the process is terminated.
0069]
In the fitting process, in this embodiment, the cutoff band of the transmission loss profile PR (a) corresponding to the initial value of the optical film thickness does not overlap with the pump light transmission wavelength band (1460 nm to 1495 nm). Fitting can be performed well for the wavelength band.
0070]
For example, as in the normal GFF design, a center wavelength is set at the center of the wavelength band (1529 nm to 1561 nm) for the transmission loss characteristics of the GFF, and the transmission loss profile PR (b corresponding to the initial value of the optical film thickness is set. ) Is set to the initial value of the target transmission loss characteristic T2 in the edge part on the long wavelength side of the cut-off band, it is possible to perform good fitting in the optical transmission loss characteristic part of the GFF.
0071]
However, in the initial value setting similar to that of the normal GFF, the cutoff band overlaps with the pump light transmission wavelength band (1460 nm to 1495 nm) as shown in FIG. It becomes difficult.
0072]
Therefore, as an initial value of each optical film thickness described in this embodiment, by using a value whose cutoff band does not overlap with the pump light transmission wavelength band (1460 nm to 1495 nm), in addition to the light transmission loss characteristic portion of GFF Good fitting can also be performed in the pump light transmission wavelength band.
0073]
When the film thickness parameters a (1) to a (N) for each layer are optimized in this way, the computer 12 causes the optimized film thickness parameters a (1) to a (N) for each layer to be optimized. That is, the optical film thickness values a (1) to a (N) optimally set (designed) for the layers 3a1 to 3aN of the multilayer filter 1 are stored in the memory 13.
0074]
When the optical film thickness values a (1) to a (N) are optimally set for the respective layers 3a1 to 3aN in this way, the optimally designed optical film thickness values a (1) to a ( The film forming process is executed while controlling the film thickness using N) (step S2).
0075]
In this film forming process, a film forming material is deposited on the substrate 2 by vapor deposition or sputtering. At this time, the thin film being formed is irradiated with monitoring light, and the transmitted light is monitored, for example, so that the optical film thickness of the thin film being formed matches the optimally designed optical film thickness. Thickness controlled. This film formation process (film thickness control process) is executed by a film formation apparatus including a computer based on each of the optimized optical film thickness values a (1) to a (N).
0076]
As described above, according to the present embodiment, the initial value of each optical film thickness is determined so that the cutoff band of the transmission loss characteristic based on the initial value does not overlap with the pump light transmission wavelength band (1460 nm to 1495 nm). The short wavelength side edge portion of the cutoff band is set to the initial value of the transmission loss characteristic of the GFF portion. For this reason, the optical film thickness of each thin film layer 3a1 to 3aN of the multilayer filter 1 can be fitted with the target transmission loss characteristic T1 of pump light and the target transmission loss characteristic T2 of GFF as targets. Therefore, the multi-functional multilayer filter 1 having both the target transmission loss characteristic T1 of the pump light and the target transmission loss characteristic T2 of GFF can be provided.
0077]
In this embodiment, by increasing the optical film thickness of each layer and narrowing the cutoff bandwidth of the transmission loss characteristic based on the initial value, the initial value a1 is set to the initial value as shown in FIG. The cutoff band of the transmission loss characteristic PR (a1) based on the value a1 does not overlap the pump light transmission wavelength band (1460 nm to 1495 nm), and the central wavelength of the transmission loss characteristic is the wavelength band for the transmission loss characteristic of the GFF ( It is also possible to set it at the center of 1529 nm to 1561 nm.
0078]
(Second Embodiment)
It is a figure which shows the hardware constitutions of 10 A of film thickness design apparatuses of this embodiment.
0079]
In the present embodiment, a program PA for executing the film thickness design process and a film thickness design process (see FIG. 9) executed by the computer 12 based on the program PA are different from the configuration of the first embodiment.
0080]
Further, the memory 13A of the present embodiment includes a maximum insertion loss IL allowed in the pump light transmission wavelength band (1460 nm to 1495 nm).maxIs the minimum transmittance data T converted to transmittanceminIs stored in advance.
0081]
Since the other points are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted.
0082]
In the present embodiment, when executing the film thickness design process, the computer 12 operates according to the program PA, and performs the processes of steps S11 to S14 as in the first embodiment.
0083]
Next, the computer 12 determines whether or not the parameter wavelength λn is the pump light transmission wavelength band (step S20).
0084]
As a result of this determination, that is, while the parameter wavelength λn is not in the pump light transmission wavelength band, the processing of Step S12 to Step S14, Step S20, and Step S15 to Step S16 is repeatedly performed as in the first embodiment. . As a result, the wavelength λ corresponding to the insertion loss value IL (λn, a) of the entire multilayer film 3 is obtained.nMean square error E with the target transmission loss value IL (λn) of the entire multilayer film 3 atn(A) is stored in the memory 13.
0085]
On the other hand, when the increment of n is repeated and the parameter wavelength λn is included in the pump light transmission wavelength band 1460 nm to 1495 nm, the determination in step S20 is YES, and the computer 12 sets the target transmission loss value IL (λn). The target transmittance T (λn) converted into the transmittance is the minimum transmittance data T stored in the allowable minimum transmittance data file 25.minIt is determined whether or not the above is true (step S21).
0086]
As a result of the determination in step S21, NO, that is, the target transmittance T (λn) is the minimum transmittance data T stored in the allowable minimum transmittance data file 25.minIf not, the process proceeds to step S15, and the square error E between the insertion loss value IL (λn, a) of the multilayer film 3 and the target transmission loss value IL (λn) is obtained by the above-described processing.n(A) is calculated and stored in the memory 13.
0087]
On the other hand, as a result of the determination in step S21, that is, the target transmittance T (λn) is the minimum transmittance data T stored in the allowable minimum transmittance data file 25.minIn the above case, the square error E of this partn(A) is set to 0 (step S22).
0088]
Next, the computer 12 proceeds to the process of step S16, and until n> N, the above-described steps S13, S14, S20, S15 to S16 (when the wavelength parameter λn is other than the pump light transmission wavelength band), step S13 S14, S20 to S21, and S15 to S16 (the wavelength parameter λn is within the pump light transmission wavelength band and the target transmittance T (λn) is the minimum transmittance data TminSteps S13 to S14 and S20 to S22 (the wavelength parameter λn is within the pump light transmission wavelength band and the target transmittance T (λn) is the minimum transmittance data T)min) Is repeated.
0089]
Thereafter, as in the first embodiment, when n> N, the process of step S16 is YES, and the computer 12 calculates the square error E of the entire multilayer film 3 in the obtained entire characteristic wavelength band.nThe addition average value (square average error, square error average value) of (a) is calculated and stored in the memory 13 (step S17).
0090]
Next, based on the square average error in the calculated wavelength parameter a, the computer 12 converges the value of the square average error or determines the current optical film thickness values a (1) to a (N). Loss deviation (flatness) between the transmission loss value IL (λ1 to λN, a (1) to a (N)) of the entire multilayer film 3 used and the corresponding target transmission loss value IL (λ1 to λN) is a constant value. It is determined whether or not (for example, 1 dB) or less (step S18).
0091]
As a result of the determination in step S18, NO (when the mean square error value is non-convergent and the loss deviation exceeds a certain value), the computer 12 determines the film thickness of at least one of the optical film layers 3a1 to 3aN. The parameter a is changed (step S19), the process returns to step S12, and the processes of steps S12 to S19 and S20 to S22 are repeated until the determination result of step S18 is YES.
0092]
That is, the computer 12 corresponds to the transmission loss values IL (λ1 to λN, a (1) to a (N)) of the entire multilayer film 3 using the current optical film thickness values a (1) to a (N). The fitting process in steps S12 to S19 is repeated until the film thickness parameter a of the optical film layers 3a1 to 3aN is changed for each layer until the target transmission loss value IL (λ1 to λN) is sufficiently close. When the error value converges, or the transmission loss values IL (λ1 to λN, a (1) to a (a) of the entire multilayer film 3 using the current optical film thickness values a (1) to a (N). N)) and the corresponding transmission loss value IL (λ1 to λN) corresponding to the loss deviation become a certain value or less (step S18 → YES), the process is terminated.
0093]
At this time, in this embodiment, the target transmittance T (λn) is the minimum transmittance data T within the pump light transmission wavelength band.minIs exceeded, the mean square error between the insertion loss value IL (λN, a) of the entire multilayer film 3 and the target transmission loss value IL (λN) is forcibly set to 0, and the deviation (ripple) of this portion is forced. ) Is allowed. And the ripple in this pump light transmission wavelength band is permitted, and the fitting characteristic of other light transmission loss bands (for example, the light transmission loss band of strict GFF) is improved.
0094]
That is, the film thickness design apparatus 10A of the present embodiment is particularly effective when the specifications for the flatness of the light transmission loss characteristics of the GFF portion are strict.
0095]
In order to verify the effect of the present embodiment, the present inventors used the multilayer filter 1 according to the specifications shown in Table 1 below as the multilayer film design apparatus 10 of the first embodiment and the second multilayer film design. Each device 10A was actually designed, and the design results are shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b) and FIGS. 11 (a) and 11 (b), respectively.
0096]
10 (a) and 10 (b) and FIGS. 11 (a) and 11 (b) differ in the total number N of multilayer films (multilayer film filter 1A → N in FIGS. 10 (a) and 10 (b)). = 46; multilayer filter 1B → N = 26 in FIGS. 11 (a) and 11 (b).
0097]
[Table 1]
[0098]
FIG. 10A shows a design target (target) loss characteristic of the multilayer filter 1A obtained by the film thickness design based on the film thickness design apparatus 10 of the first embodiment (a target in the GFF target and the pump light transmission wavelength band: ◇), loss characteristics (solid line) based on the design value of the multilayer filter 1A, and loss deviation (□) between the target value and the design value. The target in the pump light transmission wavelength band was set to 0 dB.
0099]
As shown in FIG. 10A, in the film thickness design of the first embodiment, the flatness of the GFF portion was 0.24 dB, and the required flatness of the GFF portion: 0.2 dB or less could not be satisfied. As described above, this is considered to be an influence of fitting in the pump light transmission wavelength band.
[0100]
On the other hand, FIG. 10B shows a design target (target) loss characteristic (GFF target in the pump light transmission wavelength band) of the multilayer filter 1B obtained by the film thickness design based on the film thickness design apparatus 10A of the second embodiment. 3 is a graph showing loss characteristics (solid line) based on design values of the multilayer filter 1B and loss deviation (□) between the target value and the design value. The target in the pump light transmission wavelength band is set to -0.6 dB. Maximum insertion loss ILmax(Minimum transmittance data Tmin) Was set to 0.6 dB.
[0101]
As shown in FIG. 10B, in the film thickness design of the second embodiment, the loss characteristic (solid line) based on the design value in the pump light transmission wavelength band has the minimum transmittance data T.minSince the square error between the target value and the design value in the case of having a transmittance exceeding 1 is set to 0, a ripple corresponding to that is generated. However, the specification of this ripple part sufficiently satisfies the above specification because the allowable range is as large as 0.8 dBpp or less between the maximum value and the minimum value {between pp (peak to peak)}. Further, the flatness of the GFF portion was 0.19 dB, and the required flatness of the GFF portion: 0.2 dB or less could be satisfied.
[0102]
Similarly, FIG. 11A shows a design target loss characteristic (GFF target, target in the pump light transmission wavelength band) of the multilayer filter 1B obtained by the film thickness design based on the film thickness design apparatus 10 of the first embodiment: ◇) is a graph showing loss characteristics (solid line) based on the design value of the multilayer filter 1B and loss deviation (□) between the target value and the design value. The target in the pump light transmission wavelength band was set to 0 dB.
[0103]
As shown in FIG. 11A, in the film thickness design of the first embodiment, the flatness of the GFF portion is 0.265.dB, and the required flatness of the GFF portion: 0.2 dB or less could not be satisfied. This is also considered to be the influence of fitting in the pump light transmission wavelength band.
[0104]
On the other hand, FIG. 11B shows a design target loss characteristic (GFF target, target in the pump light transmission wavelength band) of the multilayer filter 1B obtained by the film thickness design based on the film thickness design apparatus 10A of the second embodiment: ), And a loss characteristic (solid line) based on the design value of the multilayer filter 1B, and a loss deviation (□) between the target value and the design value. The target in the pump light transmission wavelength band is set to -0.6 dB. Maximum insertion loss ILmax(Minimum transmittance data Tmin) Was set to 0.6 dB.
[0105]
Similarly to FIG. 10B, FIG. 11B also shows a loss characteristic (solid line) based on the design value in the pump light transmission wavelength band in the film thickness design of the second embodiment. Has occurred. However, since the specification of the ripple portion has a large allowable range of 0.8 dBpp or less, the above specification is sufficiently satisfied. Further, the flatness of the GFF portion was 0.20 dB, and the required flatness of the GFF portion: 0.2 dB or less could be satisfied.
[0106]
And according to the film thickness design based on the film thickness design apparatus 1A of the present embodiment, the allowable maximum insertion loss IL in the pump light transmission wavelength bandmax(Minimum transmittance data Tmin) Setting is increased (minimum transmittance data TminThe degree of freedom of film thickness fitting increases and the flatness characteristic can be improved. If the ripple in the transmission band is allowed up to about 1 dB, the value of Fitness becomes 0.18 dB, and flatness characteristics equivalent to the normal design GFF not considering pump light transmission can be obtained (see FIG. 12).
[0107]
In the first and second embodiments, the transmission wavelength band of the transmitted pump light is 1450 nm to 1495 nm. However, the present invention is not limited to this, and the pump light transmission wavelength band is not limited to this. It is also possible to design to transmit pump light in a wavelength band, for example, 980 nm band.
[0108]
FIG. 13A shows design values of a multilayer filter having predetermined light transmission characteristics with respect to the pump light wavelength band of 980 nm band and predetermined light transmission loss characteristics in the GFF portion (1529 nm to 1561 nm) (second embodiment). It is a graph which shows the loss characteristic (solid line) based on the film thickness design of this. FIG. 13B is an enlarged graph showing the light transmission characteristics of the portion shown as (b) in FIG. 13A, that is, the 980 nm band. FIG. 13C is a graph showing an enlarged transmission loss characteristic in the portion shown as (c) in FIG. 13A, that is, the GFF portion (1529 nm to 1561 nm).
[0109]
As shown in FIGS. 13A to 13C, even if the pump light transmission band is different, a multilayer filter having both the pump light transmission function and the gain loss transmission loss function can be designed. . In the first and second embodiments, a multilayer filter having a pump light transmission function and a GFF function for transmitting pump light in a predetermined pump light transmission wavelength band is designed. However, the present invention is limited to this. Instead, it is also possible to design a multilayer filter having both a pump light blocking function and a GFF function for blocking pump light in a predetermined pump light blocking wavelength band by the same design method as in the first and second embodiments. is there.
[0110]
In particular, in the second embodiment, in place of or in addition to the allowable minimum transmittance data file 25 in the memory 13A, a pump light cut-off wavelength band (cut-off wavelength band having a central wavelength of 1480 nm; for example, 1460 nm ˜1520 nm) minimum insertion loss IL allowedminIs the maximum transmittance data T converted to transmittancemaxThe allowable maximum transmittance data file 25 'including
[0111]
At this time, in the process of step S21 in the film thickness design process shown in FIG. 9, the computer 12 uses the target transmission loss value IL (λn) converted to the transmittance so that the target transmittance T (λn) is the allowable maximum transmittance. Maximum transmittance data T stored in the data file 25 'maxIt is determined whether the following is true (step S21 ′).
[0112]
As a result of the determination in step S21 ′, NO, that is, the target transmittance T (λn) is the maximum transmittance T.maxIf not, the process proceeds to step S15, and the square error E between the insertion loss value IL (λn, a) of the entire multilayer film 3 and the target transmission loss value IL (λn) is obtained by the above-described process.n(A) is calculated and stored in the memory 13.
[0113]
On the other hand, as a result of the determination in step S21 ′, that is, the target transmittance T (λn) is the maximum transmittance data T.maxIn the following cases, this part of the square error En(A) is set to 0 (step S22).
[0114]
That is, according to this modification, the target transmittance T (λn) is the maximum transmittance data T within the pump light cutoff wavelength band.maxIn the following cases, the square error E between the insertion loss value IL (λn, a) of the entire multilayer film 3 and the target transmission loss value IL (λn)nThe fitting characteristic is enhanced by forcibly setting (a) to 0.
[0115]
As a result, for example, as shown in FIG. 14, it is possible to provide a multilayer filter having both a pump light blocking function and a GFF function that can cope with a case where the specification for the flatness of the light transmission loss characteristic of the GFF portion is severe. Can do.
[0116]
Next, an embodiment of an optical amplifier including a GFF based on the multilayer filters 1 and 1A described in the first and second embodiments and modifications thereof will be described with reference to the drawings.
[0117]
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of the forward pumping type optical amplifier 100. As shown in FIG.
[0118]
As shown in FIG. 15, the optical amplifier 100 is connected to an optical fiber 107a to which signal light is input, and is composed of a fiber doped with (added to) a rare earth element such as erbium (Er). The EDF 101 is connected in cascade to the first EDF 101, and is arranged between the first EDF 101 and the second EDF 102, and the second EDF 102 made of a rare earth element, for example, an erbium (Er) -doped fiber. The multilayer filter 1 and the GFF 103 based on the first multilayer filter 1 according to the present invention are provided, and the second EDF 102 and the GFF 103 are connected to the optical fiber 107b.
[0119]
In the above-described embodiments of the optical amplifier, an optical amplifier including an EDF doped with erbium as a dopant as an amplification medium has been described. However, the present invention is not limited to this. An optical amplifier having a similar pumping configuration is applicable. For example, Tellurite, Fluoride, Silica, etc. can be applied to the host glass of the fiber as the amplification medium, and thulium, praseodymium, yttrium, terbium, etc. can be applied in addition to erbium. It is.
[0120]
The optical amplifier 100 also includes a pumping light source 104 that emits pumping light (pump light) for EDF pumping, and pumping light emitted from the pumping light source 104 from the signal light input end side of the first EDF 101 to the first. And a multiplexer 105 that supplies the EDF 101 and the second EDF 102.
[0121]
Furthermore, in the optical amplifier 100, the isolator 108 can be disposed in at least one of the signal light input side optical fiber 107a and the signal light output side optical fiber 107b as necessary. In FIG. 100, a configuration is shown in which isolators 108 are provided in both the optical fiber 107a and the optical fiber 107b.
[0122]
FIG. 16 is a diagram illustrating a schematic configuration of the backward pumping type optical amplifier 110.
[0123]
The difference from the forward pumping type optical amplifier 100 shown in FIG. 15 is that pumping light is supplied from the signal light output side of the second EDF 102. That is, the backward pumping optical amplifier 110 includes a multiplexer 105 disposed on the signal light output side of the second EDF 102 and a pumping light source 114 that emits pumping light for EDF excitation. Thus, the excitation light emitted from the excitation light source 114 is supplied from the signal light output end side of the second EDF 102 to the second EDF 102 and the first EDF 101.
[0124]
FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of a bidirectional pumping type optical amplifier 120.
[0125]
As shown in FIG. 17, the bidirectional pumping optical amplifier 120 has a configuration in which the forward pumping optical amplifier 100 shown in FIG. 15 and the backward pumping optical amplifier 110 shown in FIG. 16 are combined. That is, the bidirectional pumping optical amplifier 120 includes a pumping light source 104 that emits pumping light for EDF pumping, and pumping light emitted from the pumping light source 104 from the signal light input end side of the first EDF 101 to the first. The first multiplexer 105 a that supplies the EDF 101 and the second EDF 102, the excitation light source 114 that emits the excitation light for EDA excitation, and the excitation light emitted from the excitation light source 114 as the signal light of the second EDF 102 And a second multiplexer 105b that supplies the second EDF 102 and the first EDF 101 from the output end side.
[0126]
As shown in FIGS. 15 to 17, in the optical amplifiers 100, 110, and 120 including the GFF 103 based on the multilayer filters 1, 1 </ b> A described in the first and second embodiments and the modifications thereof according to the present invention, The characteristics shown in FIGS. 18 and 19 were obtained.
[0127]
FIG. 18 is a graph showing the correlation between gain and wavelength (wavelength characteristic of gain) in the bidirectionally pumped optical amplifier 120 shown in FIG. In FIG. 18, ◯ indicates the wavelength characteristic of the gain (with a Pump Pass) in the optical amplifier 120 including the GFF 103 according to the present invention, and Δ indicates the wavelength characteristic (Pump) of the gain in the optical amplifier not including the GFF 103 according to the present invention. No Pass).
[0128]
As can be seen from FIG. 18, the gain value of the optical amplifier can be improved by about 0.5 to 0.7 dB by arranging the GFF 103 according to the present invention in the optical amplifier.
[0129]
FIG. 19 is a graph showing the correlation between NF (Noise Figure) and wavelength in the bidirectional pumping optical amplifier shown in FIG. In FIG. 19, ◯ indicates the wavelength characteristic of NF (with a Pump Pass) in the optical amplifier 120 including the GFF 103 according to the present invention, and Δ indicates the wavelength characteristic (Pump) of the NF in the optical amplifier not including the GFF 103 according to the present invention. No Pass).
[0130]
As can be seen from FIG. 19, the NF value of the optical amplifier can be reduced by about 0.03 to 0.04 dB by arranging the GFF 103 according to the present invention for the optical amplifier.
[0131]
18 and 19 show the gain wavelength characteristic and the NF wavelength characteristic of the bidirectional pumping optical amplifier 120 shown in FIG. 17, respectively. However, the forward pumping optical amplifier 100 shown in FIG. Also in the backward pumping optical amplifier 110 shown in FIG. 5, since the wavelength characteristics substantially the same as those of the bidirectional pumping optical amplifier 120 are obtained, illustration and description are omitted.
[0132]
As described above, by arranging the GFF based on the multilayer filters 1 and 1A according to the present invention in the optical amplifier, in addition to the effect of the GFF itself, the gain in the optical amplifier and the wavelength characteristic of NF are improved. be able to.
[0133]
Next, an embodiment of a wavelength division multiplexing optical transmission system including the optical amplifier of FIG. 15 (FIGS. 16 and 17) will be described with reference to FIG.
[0134]
FIG. 20 is a block diagram showing a schematic configuration of the wavelength division multiplexing optical transmission system 200.
[0135]
As shown in FIG. 20, the wavelength division multiplexing optical transmission system 200 includes an optical transmitter T for transmitting a wavelength division multiplexed signal light, in which a plurality of signal lights having different wavelengths are multiplexed, to an optical transmission line P, and the optical transmission. The optical receiver R that receives the wavelength multiplexed signal light transmitted through the path P, and the function as a repeater interposed between the optical transmitter T and the optical receiver R, are connected in series. And a plurality of optical amplifiers 100 connected to each other. That is, the optical amplifier 100 has a function of collectively amplifying wavelength multiplexed signal light transmitted through the optical transmission line P.
[0136]
Note that the optical amplifier is not limited to the forward pumping optical amplifier 100 shown in FIG. 15, and the backward pumping optical amplifier 110 and the bidirectional pumping optical amplifier 120 shown in FIG. 16 may be used. Is natural. Any one of the forward pumping optical amplifier 100, the backward pumping optical amplifier 110, and the bidirectional pumping optical amplifier 120 can be freely selected and arranged arbitrarily.
[0137]
According to the wavelength division multiplexing optical transmission system 200 shown in FIG. 20, the wavelength division multiplexed signal light transmitted from the optical transmitter T is sequentially amplified through each optical amplifier 100 provided with the GFF 103 (see FIG. 15). It is transmitted to the optical receiver R. At this time, in each optical amplifier 100, gain equalization and NF suppression for the wavelength multiplexed signal light are performed by the GFF 103, so that the wavelength multiplexed signal light having a high optical SN ratio in which the levels of the respective wavelengths are uniform is transmitted to the optical transmitter. Transmission from T to the optical receiver R becomes possible. As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, this invention is not limited to the said embodiment. That is, various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment within the scope based on the technical idea of the present invention.
【The invention's effect】
As described above, according to the present inventionMultilayer optical filter thickness design device, program, multilayer optical filter thickness design method, etc.According to the above, the optical film thickness of each thin film layer of the multilayer filter has a predetermined wavelength characteristic for each wavelength within a preset gain equalization wavelength band, and other than the gain equalization wavelength band. Provided is a multilayer optical filter having both predetermined wavelength characteristics in the gain equalization wavelength band and predetermined wavelength characteristics in the excitation light wavelength band because it is designed to have predetermined wavelength characteristics in the excitation light wavelength band. be able to.
[0138]
Therefore, it is possible to meet the demand for excitation light transmission / blocking for a multilayer optical filter such as GFF having a gain equalization function, and the practicality of the multilayer optical filter can be greatly enhanced.
[0139]
In addition, by combining a multilayer optical filter having sufficient wavelength characteristics corresponding to the pumping light transmission / cutoff requirement with an optical amplifier, the output characteristics of the optical amplifier can be set to a lower loss / higher output than before. . As a result, it is possible to provide an optical amplifier having amplification characteristics with high output efficiency.
[0140]
Furthermore, by combining the above-described optical amplifier with an optical transceiver to form a system, the power consumption of the entire system can be reduced.
[0141]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a multilayer filter according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration of a film thickness design apparatus for designing an optical film thickness of each thin film layer of the multilayer filter shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a multilayer filter manufacturing process in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic flowchart showing an example of a film thickness design process in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a target transmission loss characteristic of pump light, a target transmission loss characteristic of GFF, and a transmission loss profile corresponding to the initial value of the optical film thickness in the characteristic wavelength band according to the first embodiment of the present invention. .
FIG. 6 is a graph showing a target transmission loss characteristic of pump light in a characteristic wavelength band, a target transmission loss characteristic of GFF, and a transmission loss profile corresponding to the initial value of the optical film thickness.
FIG. 7 is a graph showing a target transmission loss characteristic of pump light, a target transmission loss characteristic of GFF, and a transmission loss profile corresponding to the initial value of the optical film thickness in the characteristic wavelength band according to the first embodiment of the present invention. .
FIG. 8 is a diagram showing a hardware configuration of a film thickness design apparatus for designing an optical film thickness of each thin film layer of a multilayer filter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic flowchart showing an example of a film thickness design process in the second embodiment of the present invention.
10A is a graph showing a design target loss characteristic of the multilayer filter according to the first embodiment, a loss characteristic based on the design value of the multilayer filter, and a loss deviation between the target value and the design value, respectively. FIG. FIG. 7B is a graph showing a design target loss characteristic of the multilayer filter according to the second embodiment, a loss characteristic based on the design value of the multilayer filter, and a loss deviation between the target value and the design value.
FIG. 11A is a graph showing a design target loss characteristic of the multilayer filter according to the first embodiment, a loss characteristic based on the design value of the multilayer filter, and a loss deviation between the target value and the design value; FIG. 7B is a graph showing a design target loss characteristic of the multilayer filter according to the second embodiment, a loss characteristic based on the design value of the multilayer filter, and a loss deviation between the target value and the design value.
FIG. 12 is a graph showing a design target loss characteristic of a multilayer filter according to the second embodiment, a loss characteristic based on a design value of the multilayer filter, and a loss deviation between the target value and the design value.
FIG. 13A is a multilayer diagram having predetermined light transmission characteristics with respect to a pump light wavelength band of 980 nm band and predetermined light transmission loss characteristics in the GFF portion according to a modification of the second embodiment of the present invention. FIG. 13B is a graph showing the loss characteristics based on the design value of the membrane filter, FIG. 13B is a graph showing an enlarged portion shown as (b) in FIG. 13A, and FIG. ) Is an enlarged graph showing a portion indicated as).
FIG. 14 is a graph showing a design target loss characteristic and a loss characteristic based on a design value of a multilayer filter having both a pump light blocking function and a GFF function according to a modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a forward-pumped optical amplifier including GFF based on a multilayer filter according to the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of a backward pumping type optical amplifier including GFF based on a multilayer filter according to the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of a bidirectionally pumped optical amplifier including GFF based on a multilayer filter according to the present invention.
18 is a graph showing the correlation between gain and wavelength in the bidirectional pumping optical amplifier shown in FIG.
19 is a graph showing the correlation between NF (Noise Figure) and wavelength in the bidirectional pumping optical amplifier shown in FIG.
20 is a block diagram showing a schematic configuration of a wavelength division multiplexing optical transmission system including the optical amplifier of FIG. 15 (FIGS. 16 and 17).
FIG. 21 is a diagram for explaining a gain equalization function of a gain equalization filter;
FIG. 22 is a graph showing a design target loss characteristic of a multilayer filter, a loss characteristic based on a design value of the multilayer filter, and a loss deviation between the two.
[Explanation of symbols]
1 Multilayer filter
2 Substrate
3 Multilayer film
3a1-3aN thin film layer
10, 10A film thickness design equipment
11 Input section
12 Computer
13, 13A memory
14 External I / O interface
20 Theoretical data file
21 Target transmission loss data file
25 Allowable minimum transmittance data file
100 Forward-pumped optical amplifier
101 First EDF
102 Second EDF
103 GFF
104, 114 Excitation light source
105, 105a, 105b multiplexer
107a, 107b optical fiber
108 Isolator
110 Back-pumped optical amplifier
120 Bidirectionally pumped optical amplifier
200 wavelength division multiplexing transmission system
P, PA program
T optical transmitter
R optical receiver
Claims (17)
予め設定された利得等化用波長帯域における所定の波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する利得等化用波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、
前記利得等化用波長帯域以外の励起光波長帯域における波長特性を当該各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標となる波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、
算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する手段と
を備えたことを特徴とする多層膜光学フィルタの膜厚設計装置。A film thickness design apparatus for designing an optical film thickness of a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
A predetermined wavelength characteristic in a preset gain equalization wavelength band is a first value between a theoretical value representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in the corresponding gain equalization wavelength band. Means for calculating the error of
Wavelength characteristics in the pumping light wavelength band other than the gain equalizing wavelength band are expressed as second values between theoretical values representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and target wavelength characteristic values in the corresponding pumping light wavelength band. Means for calculating the error;
Means for designing the optical film thickness of each of the optical films using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the calculated first and second errors are reduced, respectively. A multilayer optical filter film thickness design apparatus.
予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、
前記励起光波長帯域における目標となる波長特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において最低限必要な透過率よりも小さい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、
算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する手段と
を備えたことを特徴とする多層膜光学フィルタの膜厚設計装置。A film thickness design apparatus for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
A first characteristic value between a theoretical value representing a wavelength characteristic in a predetermined wavelength band other than a preset excitation light wavelength band as a parameter of an optical film thickness of each optical film and a target wavelength characteristic value in the corresponding predetermined wavelength band. Means for calculating the error of
When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the excitation light wavelength band is smaller than the minimum necessary transmittance in the excitation light wavelength band, the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band Means for calculating a second error between a theoretical value representing the optical film thickness as a parameter and a wavelength characteristic value in a corresponding excitation light wavelength band;
Means for designing the optical film thickness of each of the optical films using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the calculated first and second errors are reduced, respectively. A multilayer optical filter film thickness design apparatus.
ことを特徴とする請求項2記載の多層膜光学フィルタの膜厚設計装置。When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the pumping light wavelength band is greater than the minimum necessary transmittance in the pumping light wavelength band, the design means sets the wavelength characteristics in the pumping light wavelength band to the respective wavelength characteristics. The multilayer film according to claim 2, further comprising means for setting a second error between a theoretical value representing the optical film thickness of the optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in a corresponding excitation light wavelength band to zero. Optical filter thickness design device.
予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、
前記励起光波長帯域における目標となる波長特性に対応する透過率が当該励起光波長帯域において許容される最大透過率よりも大きい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、
算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する設計手段と
を備えたことを特徴とする多層膜光学フィルタの膜厚設計装置。A film thickness design apparatus for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
A first characteristic value between a theoretical value representing a wavelength characteristic in a predetermined wavelength band other than a preset excitation light wavelength band as a parameter of an optical film thickness of each optical film and a target wavelength characteristic value in the corresponding predetermined wavelength band. Means for calculating the error of
When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic in the excitation light wavelength band is larger than the maximum transmittance allowed in the excitation light wavelength band, the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band is changed to the optical property of each optical film. Means for calculating a second error between a theoretical value representing the film thickness as a parameter and a target wavelength characteristic value in a corresponding excitation light wavelength band;
Design means for designing the optical film thickness of each of the optical films using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the calculated first and second errors are reduced, respectively. An apparatus for designing a film thickness of a multilayer optical filter.
ことを特徴とする請求項4記載の多層膜光学フィルタの膜厚設計装置。When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the pumping light wavelength band is smaller than the maximum transmittance allowed in the pumping light wavelength band, the design means sets the wavelength characteristics in the pumping light wavelength band to the respective wavelength characteristics. The multilayer optical system according to claim 4 , further comprising means for setting a second error between a theoretical value representing the optical film thickness of the optical film as a parameter and a target wavelength characteristic in a corresponding excitation light wavelength band to zero. Filter film thickness design device.
コンピュータを、予め設定された利得等化用波長帯域における所定の波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する利得等化用波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、
前記利得等化用波長帯域以外の励起光波長帯域における波長特性を当該各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標となる波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、
算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する手段として機能させることを特徴とするプログラム。A computer-executable program for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
The computer calculates a predetermined wavelength characteristic in a preset wavelength band for gain equalization between a theoretical value representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in the corresponding wavelength band for gain equalization. Means for calculating the first error of
Wavelength characteristics in the pumping light wavelength band other than the gain equalizing wavelength band are expressed as second values between theoretical values representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and target wavelength characteristic values in the corresponding pumping light wavelength band. Means for calculating the error;
The optical film thickness of each of the optical films is made to function as means for designing using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the calculated first and second errors are reduced. Program.
コンピュータを、予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、
前記励起光波長帯域における目標となる波長特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において最低限必要な透過率よりも小さい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、
算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する手段として機能させることを特徴とするプログラム。A computer-executable program for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
The computer calculates a wavelength characteristic in a predetermined wavelength band other than a preset excitation light wavelength band between a theoretical value representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in the corresponding predetermined wavelength band. Means for calculating the first error of
When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the excitation light wavelength band is smaller than the minimum necessary transmittance in the excitation light wavelength band, the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band Means for calculating a second error between a theoretical value representing the optical film thickness as a parameter and a wavelength characteristic value in a corresponding excitation light wavelength band;
The optical film thickness of each of the optical films is made to function as means for designing using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the calculated first and second errors are reduced. Program.
ことを特徴とする請求項7記載のプログラム。When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the pumping light wavelength band is greater than the minimum necessary transmittance in the pumping light wavelength band, the design means sets the wavelength characteristics in the pumping light wavelength band to the respective wavelength characteristics. The program according to claim 7, further comprising means for setting a second error between a theoretical value representing the optical film thickness of the optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in a corresponding excitation light wavelength band to zero.
コンピュータを、予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出する手段と、
前記励起光波長帯域における目標となる波長特性に対応する透過率が当該励起光波長帯域において許容される最大透過率よりも大きい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性値間の第2の誤差を算出する手段と、
算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計する手段として機能させることを特徴とするプログラム。A computer-executable program for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
The computer calculates a wavelength characteristic in a predetermined wavelength band other than a preset excitation light wavelength band between a theoretical value representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in the corresponding predetermined wavelength band. Means for calculating the first error of
When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic in the excitation light wavelength band is larger than the maximum transmittance allowed in the excitation light wavelength band, the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band is changed to the optical property of each optical film. Means for calculating a second error between a theoretical value representing the film thickness as a parameter and a target wavelength characteristic value in a corresponding excitation light wavelength band;
The optical film thickness of each of the optical films is made to function as means for designing using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the calculated first and second errors are reduced. Program.
ことを特徴とする請求項9記載のプログラム。When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the pumping light wavelength band is smaller than the maximum transmittance allowed in the pumping light wavelength band, the design means sets the wavelength characteristics in the pumping light wavelength band to the respective wavelength characteristics. The program according to claim 9, further comprising means for setting a second error between a theoretical value representing the optical film thickness of the optical film as a parameter and a target wavelength characteristic in a corresponding excitation light wavelength band to zero.
予め設定された利得等化用波長帯域における所定の波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する利得等化用波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出するステップと、
前記利得等化用波長帯域以外の励起光波長帯域における波長特性を当該各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標となる波長特性値間の第2の誤差を算出するステップと、
算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計するステップと
を備えたことを特徴とする多層膜光学フィルタの膜厚設計方法。A film thickness design method for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
A predetermined wavelength characteristic in a preset gain equalization wavelength band is a first value between a theoretical value representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in the corresponding gain equalization wavelength band. Calculating the error of
Wavelength characteristics in the pumping light wavelength band other than the gain equalizing wavelength band are expressed as second values between theoretical values representing the optical film thickness of each optical film as a parameter and target wavelength characteristic values in the corresponding pumping light wavelength band. Calculating an error;
Designing the optical film thickness of each of the optical films using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the calculated first and second errors are reduced. A method for designing a film thickness of a multilayer optical filter.
予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出するステップと、
前記励起光波長帯域における目標となる波長特性値に対応する透過率が当該励起光波長帯域において最低限必要な透過率よりも小さい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性間の第2の誤差を算出するステップと、
算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計するステップと
を備えたことを特徴とする多層膜光学フィルタの膜厚設計方法。A film thickness design method for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
A first characteristic value between a theoretical value representing a wavelength characteristic in a predetermined wavelength band other than a preset excitation light wavelength band as a parameter of an optical film thickness of each optical film and a target wavelength characteristic value in the corresponding predetermined wavelength band. Calculating the error of
When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the excitation light wavelength band is smaller than the minimum necessary transmittance in the excitation light wavelength band, the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band Calculating a second error between a theoretical value representing the optical film thickness as a parameter and a target wavelength characteristic in a corresponding excitation light wavelength band;
Designing the optical film thickness of each of the optical films using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the calculated first and second errors are reduced. A method for designing a film thickness of a multilayer optical filter.
ことを特徴とする請求項12記載の多層膜光学フィルタの膜厚設計方法。In the design step, when the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the excitation light wavelength band is larger than the minimum necessary transmittance in the excitation light wavelength band, the wavelength characteristics in the excitation light wavelength band The multilayer film according to claim 12, further comprising a step of setting a second error between a theoretical value representing an optical film thickness of the optical film as a parameter and a target wavelength characteristic value in a corresponding excitation light wavelength band to zero. Optical filter thickness design method.
予め設定された励起光波長帯域以外の所定の波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する所定の波長帯域における目標となる波長特性値間の第1の誤差を算出するステップと、
前記励起光波長帯域における目標となる波長特性に対応する透過率が当該励起光波長帯域において許容される最大透過率よりも大きい場合に、前記励起光波長帯域における波長特性を前記各光学膜の光学膜厚をパラメータとして表す理論値および対応する励起光波長帯域における目標波長特性値間の第2の誤差を算出するステップと、
算出された第1および第2の誤差がそれぞれ小さくなるように、前記各光学膜の光学膜厚を、所定の光学膜厚を初期値とするフィッティングを用いて設計するステップと
を備えたことを特徴とする多層膜光学フィルタの膜厚設計方法。A film thickness design method for designing an optical film thickness of each optical layer in a multilayer optical filter formed by laminating a plurality of optical films,
A first characteristic value between a theoretical value representing a wavelength characteristic in a predetermined wavelength band other than a preset excitation light wavelength band as a parameter of an optical film thickness of each optical film and a target wavelength characteristic value in the corresponding predetermined wavelength band. Calculating the error of
When the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic in the excitation light wavelength band is larger than the maximum transmittance allowed in the excitation light wavelength band, the wavelength characteristic in the excitation light wavelength band is changed to the optical property of each optical film. Calculating a second error between a theoretical value representing the film thickness as a parameter and a target wavelength characteristic value in a corresponding excitation light wavelength band;
Designing the optical film thickness of each of the optical films using a fitting having a predetermined optical film thickness as an initial value so that the calculated first and second errors are reduced. A method for designing a film thickness of a multilayer optical filter.
ことを特徴とする請求項14記載の多層膜光学フィルタの膜厚設計方法。In the design step, when the transmittance corresponding to the target wavelength characteristic value in the excitation light wavelength band is smaller than the maximum transmittance allowed in the excitation light wavelength band, the wavelength characteristics in the excitation light wavelength band are each 15. The multilayer optical system according to claim 14, further comprising a step of setting a second error between a theoretical value representing the optical film thickness of the optical film as a parameter and a target wavelength characteristic in a corresponding excitation light wavelength band to zero. Filter thickness design method.
希土類元素がドープされたファイバを有し、信号光を増幅するため、光伝送路上に設けた希土類元素ドープファイバと、A rare earth element-doped fiber provided on an optical transmission line for amplifying signal light, having a fiber doped with a rare earth element;
前記希土類元素ドープファイバを励起させるための励起光を発生する励起光源と、An excitation light source for generating excitation light for exciting the rare earth element-doped fiber;
前記光伝送路上に設け、前記励起光源により発生された励起光を前記信号光と合波させProvided on the optical transmission line, and combines the pump light generated by the pump light source with the signal light. 、当該励起光を前記希土類元素ドープファイバに対して出射する合波器と、A multiplexer for emitting the excitation light to the rare earth element-doped fiber;
前記光伝送路上において希土類元素ドープファイバよりも上流側又は下流側に設けた多層膜光学フィルタとA multilayer optical filter provided on the upstream side or the downstream side of the rare earth element-doped fiber on the optical transmission line;
を備え、With
前記多層膜光学フィルタは、請求項1〜5のいずれか1項に記載の膜厚設計装置によって形成されているか、又は請求項11〜15のいずれか1項に記載の膜厚設計方法によって設計され形成されているThe multilayer optical filter is formed by the film thickness design apparatus according to any one of claims 1 to 5, or designed by the film thickness design method according to any one of claims 11 to 15. Is formed
ことを特徴とする光増幅器。An optical amplifier characterized by that.
前記複数の信号光を光伝送路に対して送信する光送信器と、 An optical transmitter for transmitting the plurality of signal lights to an optical transmission line;
前記光送信器から送信され前記光伝送路を介して伝送される複数の信号光を一括して増幅する請求項16記載の光増幅器と、 The optical amplifier according to claim 16, wherein a plurality of signal lights transmitted from the optical transmitter and transmitted through the optical transmission path are collectively amplified,
前記光増幅器を介して増幅され前記光伝送路を介して伝送される複数の信号光を受信する光受信器と An optical receiver for receiving a plurality of signal lights amplified through the optical amplifier and transmitted through the optical transmission line;
備えたことを特徴とする波長多重光伝送システム。 A wavelength division multiplexing optical transmission system comprising:
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