(57)【要約】【課題】  ＶＩＰＡ板の温度を変えることなく、かつ自由スペクトル領域を狭めることなく、ＶＩＰＡ板の動作波長を変化させることができる波長分散光学装置を提供する。【解決手段】  出射光学系が光線束を出射する。出射光学系から出射した光線束がＶＩＰＡ板に入射する。ＶＩＰＡ板は、入射した光線束を、波長ごとに相互に異なる方向に出射させる。再入射光学素子が、ＶＩＰＡ板から出射された光線束を、ＶＩＰＡ板から出射した光の進行方向によって、ＶＩＰＡ板の相互に異なる位置に再入射させる。出射光学系から出射し、ＶＩＰＡ板へ入射する光線束の入射角が変化するように、入射角調節機構が、ＶＩＰＡ板と出射光学系の出射部との相対的な位置関係を変化させる。【選択図】  図１
2010286630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線束を出射する出射光学系と、
前記出射光学系から出射した光線束が入射し、入射した光線束を、波長ごとに相互に異なる方向に出射させるＶＩＰＡ板と、
前記ＶＩＰＡ板から出射された光線束を、該ＶＩＰＡ板に再入射させる再入射光学素子と、
前記出射光学系から出射し、前記ＶＩＰＡ板へ入射する光線束の入射角が変化するように、前記ＶＩＰＡ板と前記出射光学系の出射部との相対的な位置関係を変化させる入射角調節機構と
を有する波長分散光学装置。
【請求項２】
前記再入射光学素子によって前記ＶＩＰＡ板に戻された光が、前記ＶＩＰＡ板で多重反射して、前記出射光学系の前記出射部に戻るように、前記再入射光学素子が配置されている請求項１に記載の波長分散光学装置。
【請求項３】
前記ＶＩＰＡ板は、
相互に平行な第１及び第２の表面を持つ光学板と、
前記第２の表面に形成され、前記出射光学系から出射する光線束の一部を反射し、一部を透過させる部分反射膜と、
前記第１の表面に形成され、前記出射光学系から出射する光線束を反射する反射膜と、
前記第１の表面の一部に画定され、前記出射光学系から出射する光線束を透過させる透過窓と
を含み、
前記出射光学系から出射した前記光線束が、前記透過窓を透過して、前記第２の表面に入射し、
前記入射角調節機構は、前記ＶＩＰＡ板への前記光線束の入射面に垂直で、かつ前記第２の表面の、前記光線束の入射位置を通過する回転軸を中心として、前記ＶＩＰＡ板を回転させる請求項１または２に記載の波長分散光学装置。
【請求項４】
前記出射光学系から出射される光線束が、ある波長域内に広がるスペクトルを持つ光信号を含み、
前記波長分散光学装置は、さらに、前記入射角調節機構を制御する制御装置を有し、
前記制御装置は、前記光信号に付与すべき波長分散値、及び前記光信号のスペクトルの中心波長に基づいて、前記ＶＩＰＡ板への、前記光線束の入射角を決定し、決定された入射角になるように、前記入射角調節機構を制御する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長分散光学装置。
【請求項５】
前記波長分散光学装置は、さらに、前記ＶＩＰＡ板の温度を測定する温度測定器を有し、
前記制御装置は、前記温度測定器で得られた前記ＶＩＰＡ板の温度に基づいて、前記ＶＩＰＡ板への、前記光線束の入射角を決定し、決定された入射角になるように、前記入射角調節機構を制御する請求項４に記載の波長分散光学装置。
【請求項６】
前記波長分散光学装置は、
さらに、前記ＶＩＰＡ板への前記光線束の入射面に平行な断面に関して、前記出射光学系から出射された光線束を、前記ＶＩＰＡ板の前記第２の表面に収束させるレンズを有し、
前記出射光学系は、前記レンズを介して前記ＶＩＰＡ板に前記光線束を入射させ、
前記入射角調節機構は、
前記出射光学系の出射部を、前記ＶＩＰＡ板への前記光線束の入射面に平行で、かつ前記レンズの光軸に垂直な方向に並進移動させる請求項１または２に記載の波長分散光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーチャリ・イメージド・フェーズド・アレイ（ＶＩＰＡ）型の波長分散光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エタロン板の一種であるＶＩＰＡ型波長分散光学装置について説明する。光ファイバから出射した光線束がコリメートレンズで平行光線束にされた後、シリンドリカルレンズでＶＩＰＡ板上に集光される。ＶＩＰＡ板は、一方の表面に部分反射膜が形成され、他方の表面に全反射膜が形成された光学素子である。全反射膜が形成された表面の一部には、光線束が透過できる窓が形成されている。光線束は、この窓を透過して、部分反射膜が形成された表面に集光される。集光された領域のビーム断面は、ＶＩＰＡ板への光線束の入射面に垂直な方向に長い長尺形状を有する。
【０００３】
ＶＩＰＡ板に入射した光線束は、ＶＩＰＡ板内で多重反射しながら、一部の光が、部分反射膜が形成された表面から出射する。多重反射の回数が異なる複数の光線束の干渉により、波長ごとに異なる方向に伝搬する光線束が得られる。ＶＩＰＡ板に入射する光線束の中心光線の進行方向と同一の方向に出射する光線束の波長を、ＶＩＰＡ板の動作波長という。干渉の次数ごとに、１つの動作波長が決定される。
【０００４】
ＶＩＰＡ板から出射された光線束は、折返しミラーで反射し、ＶＩＰＡ板に再入射する。波長によって光線束の進行方向が異なるため、ＶＩＰＡ板への再入射位置も異なる。ＶＩＰＡ板へ再入射した光線束は、ＶＩＰＡ板内で多重反射して、光ファイバの出射端に戻る。波長によってＶＩＰＡ板への再入射位置が異なるため、多重反射の回数も異なる。すなわち、波長によって、光ファイバに再入射するまでの光路長が異なる。
【０００５】
動作波長の光線束の中心光線が、折返しミラーの中心に入射する。動作波長の近傍の波長を持つ光線束も、折返しミラーで折り返されて、ＶＩＰＡ板に再入射する。このため、動作波長を中心としたある波長帯域内の光が、光ファイバに戻る。光ファイバに戻る光の波長域を「透過帯域」ということとする。
【０００６】
スペクトルの広がりの大きな光信号がＶＩＰＡ板に入射すると、隣り合う次数の回折光同士が重なり合う現象が生じる。隣り合う次数の回折光同士が重ならない波長域を、自由スペクトル領域という。例えば、ＶＩＰＡ板の自由スペクトル領域の最小値は、１００ＧＨｚ程度である。干渉の次数ごとに、１つの動作波長が決定され、相互に隣り合う次数の動作波長の差は、１００ＧＨｚに相当する。
【０００７】
ある帯域の光信号に波長分散を生じさせるためには、動作波長を、光信号の中心波長（波長多重された光信号のひとつのグリッド波長）に一致させるか、または近づけることが好ましい。ＶＩＰＡ型波長分散光学装置の動作波長は、ＶＩＰＡ板の屈折率や厚さに依存する。ＶＩＰＡ板の屈折率を変化させることは困難であるため、一般的に、ＶＩＰＡ板の温度を調節してその厚さを変化させることによって、動作波長が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２０００−５１１６５５号公報
【特許文献２】特表２００２−５１４３２３号公報
【特許文献３】特開２００３−１９５１９２号公報
【特許文献４】特開２００３−２９４９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
波長分割多重伝送において、多重度を高めるために、グリッド波長の間隔を狭めることが要望されている。例えば、グリッド波長の間隔が５０ＧＨｚである場合について考察する。すべてのチャンネルの光信号の波長分散を補償するために、以下の３通りの方法が考えられる。第１及び第２の方法では、自由スペクトル領域が１００ＧＨｚのＶＩＰＡ板が用いられる。第３の方法では、自由スペクトル領域が５０ＧＨｚのＶＩＰＡ板が用いられる。
【００１０】
第１の方法について説明する。まず、１つのグリッド波長を第１の代表グリッド波長とし、第１の代表グリッド波長を動作波長とする第１のＶＩＰＡ板を準備する。第１の代表グリッド波長との差が１００ＧＨｚの整数倍に相当するグリッド波長を持つ光信号には、第１のＶＩＰＡ板を適用することができる。ところが、第１の代表グリッド波長との差が５０ＧＨｚに相当するグリッド波長を持つ光信号には、第１のＶＩＰＡ板を適用することができない。
【００１１】
第１の目標グリッド波長との差が５０ＧＨｚに相当する第２の代表グリッド波長を動作波長とする第２のＶＩＰＡ板を準備する。第２の代表グリッド波長との差が１００ＧＨｚの整数倍に相当するグリッド波長を持つ光信号に、第２のＶＩＰＡ板を適用することができる。
【００１２】
この方法では、すべてのチャンネルの光信号の波長分散を補償するために、第１の代表グリッド波長用の第１のＶＩＰＡ板と、第２の代表グリッド波長用の第２のＶＩＰＡ板とを準備しなければならない。第１のＶＩＰＡ板と第２のＶＩＰＡ板とは、動作波長が異なるため、一方が他方を兼ねることはできない。
【００１３】
第２の方法について説明する。上述の第１のＶＩＰＡ板の温度を調節して、その厚さを変化させることにより、動作波長を５０ＧＨｚ相当分だけ変化させる。動作波長が５０ＧＨｚ相当分だけ変化した第１のＶＩＰＡ板は、第１の方法で準備した第２のＶＩＰＡ板と同様の機能を持つ。
【００１４】
この方法では、２種類のＶＩＰＡ板を準備する必要はないが、ＶＩＰＡ板の温度を調節しなければならない。例えば、動作波長を５０ＧＨｚ相当分だけ変化させるためには、ＶＩＰＡ板を約１３０℃まで加熱しなければならない。
【００１５】
第３の方法では、自由スペクトル領域が、グリッド波長の間隔（５０ＧＨｚ相当）とほぼ等しいＶＩＰＡ板を準備する。この方法では、１種類のＶＩＰＡ板を、どのチャンネルの光信号にも適用することが可能である。ところが、自由スペクトル領域を５０ＧＨｚに狭めたことに対応して、透過帯域幅も狭くなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点によると、
光線束を出射する出射光学系と、
前記出射光学系から出射した光線束が入射し、入射した光線束を、波長ごとに相互に異なる方向に出射させるＶＩＰＡ板と、
前記ＶＩＰＡ板から出射された光線束を、前記ＶＩＰＡ板から出射した光の進行方向によって、前記ＶＩＰＡ板の相互に異なる位置に再入射させる再入射光学素子と、
前記出射光学系から出射し、前記ＶＩＰＡ板へ入射する光線束の入射角が変化するように、前記ＶＩＰＡ板と前記出射光学系の出射部との相対的な位置関係を変化させる入射角調節機構と
を有する波長分散光学装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
ＶＩＰＡ板への入射角を変化させることにより、ＶＩＰＡ板の動作波長をシフトさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１による波長分散光学装置の概略斜視図である。
【図２】実施例１による波長分散光学装置のＶＩＰＡ板及び光線束の経路を示す断面図である。
【図３】実施例１による波長分散光学装置の光線束の経路を、波長ごとに示す断面図（その１）である。
【図４】実施例１による波長分散光学装置の光線束の経路を、波長ごとに示す断面図（その２）である。
【図５】実施例１による波長分散光学装置の光線束の経路を、波長ごとに示す断面図（その３）である。
【図６】（６Ａ）は、実施例１による波長分散光学装置の入射角調節機構の正面図であり、（６Ｂ）は、ＶＩＰＡ板と光線束との関係を示す側面図である。
【図７】（７Ａ）は、実施例１による波長分散光学装置の透過率スペクトルを示すグラフであり、（７Ｂ）は、ＶＩＰＡ板への光線束の入射角を変化させたときの透過率スペクトルを示すグラフである。
【図８】（８Ａ）は、波長分散値と自由曲面ミラーのｘ軸方向の位置との関係を記憶するデータテーブルを示す線図であり、（８Ｂ）は、ＶＩＰＡ板の温度、ＶＩＰＡ板の動作波長、及びＶＩＰＡ板への光線束の入射角の関係を記憶するデータテーブルを示す線図である。
【図９】実施例１による波長分散光学装置の動作のフローチャートである。
【図１０】（１０Ａ）は、実施例１による波長分散光学装置の透過スペクトルの一例を示すグラフであり、（１０Ｂ）は、分散値、ＶＩＰＡ板の動作波長、及び入射角の微調整量の関係を記憶するデータテーブルを示す線図である。
【図１１】実施例１による波長分散光学装置を適用した波長分散補償装置の概略図である。
【図１２】実施例２による波長分散光学装置の概略斜視図である。
【図１３】実施例２による波長分散光学装置のコリメートレンズとＶＩＰＡ板との位置関係、及び光線束の経路を示す側面図である。
【図１４】ＶＩＰＡ板への光線束の入射角と、自由曲面ミラーの位置との関係を記憶するデータテーブルを示す線図である。
【図１５】実施例２による波長分散光学装置の動作のフローチャートである。
【図１６】実施例３による波長分散光学装置の概略斜視図である。
【図１７】実施例３による波長分散光学装置の動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面を参照しながら、実施例１〜実施例３について説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に、実施例１による波長分散光学装置の概略斜視図を示す。出射光学系１０が、第１の光ファイバ１、サーキュレータ２、第２の光ファイバ３、第３の光ファイバ４、及びコリメートレンズ１１を含む。光信号が、第１の光ファイバ１を伝搬し、サーキュレータ２、第２の光ファイバ３を経由して、第２の光ファイバ３の端部から出射する。第１の光ファイバ１を伝搬する光信号の中心波長をλＣとし、そのスペクトルが波長λＳから波長λＬまで広がっているとする。一例として、光信号は、波長分割多重された光信号のうち、グリッド波長がλＣの１つのチャネルに対応する。
【００２１】
コリメートレンズ１１は、第２の光ファイバ３の端部から出射した発散光線束をコリメートする。コリメートレンズ１１の出射側の表面が、出射光学系１０の出射部となる。
【００２２】
コリメートレンズ１１でコリメートされた平行光線束が、凸シリンドリカルレンズ１５に入射する。平行光線束の進行方向をｚ軸とするｘｙｚ直交座標系を定義する。凸シリンドリカルレンズ１５は、ｘ軸に平行な方向を母線の方向とする柱面を有する。凸シリンドリカルレンズ１５の後方にＶＩＰＡ板２０が配置されている。ＶＩＰＡ板２０は、凸シリンドリカルレンズ１５の方向を向く入射側表面と、それに平行な出射側表面とを有する。ＶＩＰＡ板２０は、入射側表面の法線ベクトルが、ｙｚ面に平行で、かつｚ軸の負の向きからｙ軸の正の向きに傾けた方向を向く姿勢で配置される。
【００２３】
凸シリンドリカルレンズ１５は、入射する平行光線束を、ＶＩＰＡ板２０の出射側表面においてビームウエストを形成するように収束させる。ＶＩＰＡ板２０の出射側表面におけるビーム断面１６は、ｘ軸に平行な長尺形状になる。長尺形状のビーム断面１６は、第２の光ファイバ３の出射端の実像と考えることができる。以下、このビーム断面１６を、単に「実像」という場合がある。ＶＩＰＡ板２０の詳細な構造及び作用については、後に図２を参照して説明する。
【００２４】
ＶＩＰＡ板２０で多重反射した光線束が、出射側表面から出射する。ＶＩＰＡ板２０から出射した光線束の進行方向は、波長によって異なる。例えば、波長λＣの光線束の進行方向は、ｚ軸に平行である。波長がλＣよりも長い光線束の進行方向は、ｚ軸の正の向きからｙ軸の負の向きに傾いている。傾きの角度は、波長が長くなるに従って大きくなる。波長がλＣよりも短い光線束の進行方向は、ｚ軸の正の向きからｙ軸の正の向きに傾いている。傾きの角度は、波長が短くなるに従って大きくなる。
【００２５】
ＶＩＰＡ板２０から出射された光線束は、収束レンズ３０を透過して、自由曲面ミラー（再入射光学素子）３５に入射する。収束レンズ３０は、ｚｘ面に平行な断面内において、光線束を、自由曲面ミラー３５の反射表面上の１点に集光させる。自由曲面ミラー３５は、入射する光線束を反射する。自由曲面ミラー３５で反射された光線束が、集光レンズ３０を透過してＶＩＰＡ板２０の出射側表面に再入射する。
【００２６】
自由曲面ミラー３５の反射面のｙｚ面に平行な断面の形状は、ｘ軸方向の位置によって異なる。例えば、ｘ軸の正の向きに向かって、凸面から凹面に変化する。凸面の曲率半径は、ｘ軸の正の向きに向って徐々に大きくなる。凹面の曲率半径は、ｘ軸の正の向きに向かって徐々に小さくなる。
【００２７】
自由曲面ミラー３５は、ミラー移動機構３６により、ｘ軸方向及びｙ軸方向に移動可能である。自由曲面ミラー３５をｘ軸方向に移動させることにより、収束レンズ３０を透過した光線束が自由曲面ミラー３５に入射する位置における反射表面の形状を変化させることができる。
【００２８】
ＶＩＰＡ板２０に再入射した光線束は、ＶＩＰＡ板２０内で多重反射して、入射側表面から出射する。ＶＩＰＡ板２０の入射側表面から出射した光線束は、シリンドリカルレンズ１５を透過して、出射光学系１０の出射部（コリメートレンズ１１の表面）に再入射する。出射光学系１０に再入射した光信号は、コリメートレンズ１１を経由して、第２の光ファイバ３に導入される。第２の光ファイバ３に導入された光信号は、サーキュレータ２を経由して、第３の光ファイバ４に導入される。
【００２９】
ＶＩＰＡ板２０に、温度測定器２１が取り付けられている。温度測定器２１は、ＶＩＰＡ板２０の温度を測定する。温度の測定結果が、制御装置４０に入力される。ＶＩＰＡ板２０を取り囲むようにヒータ２８が配置されている。ヒータ２８は、ＶＩＰＡ板２０を加熱する。
【００３０】
入射角調節機構４５が、ＶＩＰＡ板２０を、出射側表面上のビーム入射領域１６を回転中心として回転可能に保持する。ＶＩＰＡ板２０を回転方向に変位させると、光線束の入射角が変化する。ここで、「入射角」は、ｙｚ面に平行な断面において、シリンドリカルレンズ１５により集光された光線束の中心光線と、ＶＩＰＡ板２０の入射側表面の法線ベクトルとの成す角を意味する。
【００３１】
制御装置４０が、ミラー移動機構３６、ヒータ２８、及び入射角調節機構４５を制御する。記憶装置４１が、制御装置４０による制御に必要なデータを記憶する。
【００３２】
図２に、ＶＩＰＡ板２０のｙｚ面に平行な断面図を示す。ＶＩＰＡ板２０は、入射する光線束の波長域で透明な光学部材、例えばガラスからなる光学板２２を含む。光学板２２の入射側表面に全反射膜２３が形成され、出射側表面に部分反射膜２４が形成されている。入射側表面には、全反射膜２３が形成されていない透過窓２５が画定されている。全反射膜２３が形成された領域の出射側表面における光線束の反射率はほぼ１００％である。部分反射膜２４が形成された領域の出射側表面における光線束の反射率は、例えば９５％である。透過膜２５に入射する光線束の透過率はほぼ１００％である。
【００３３】
透過窓２５を通ってＶＩＰＡ板２０に入射した光線束は、出射側表面においてビームウエストを形成する。ビームウエストの位置を、実像１６と呼ぶこととする。入射する光線束の入射角をθとする。約５％の光線束が部分反射膜２４を透過してＶＩＰＡ板２０から出射され、残りの９５％の光線束は、部分反射膜２４で反射する。部分反射膜２４で反射した光線束は、ＶＩＰＡ板２０内で多重反射する。ＶＩＰＡ板２０の出射側表面で反射する度に、一部の光線束がＶＩＰＡ板２０から出射される。
【００３４】
全反射膜２３及び部分反射膜２４により、実像１６の虚像２６が形成される。虚像２６は、実像１６を通過し、かつ入射側表面に垂直な仮想直線２７上に等間隔に配列する。ＶＩＰＡ板２０の厚さをｄとすると、複数の虚像２６の配列の周期は２ｄになる。実像１６と、それに最も近い虚像２６との間隔も２ｄである。
【００３５】
ＶＩＰＡ板２０の出射側表面から出射した光線束は、実像１６及び複数の虚像２６から、ｚ軸の正の向きに、同位相で出射した光線束の集合と等価である。なお、虚像２７からＶＩＰＡ板２０の出射側表面までの媒質の屈折率は、光学板２２の屈折率と同一であると仮定される。
【００３６】
実像１６からＶＩＰＡ板２０の外側に出射した光線束の中心光線の進行方向は、ｚ軸に平行である。各虚像２６から出射し、ＶＩＰＡ板の出射側表面を通過した光線束の中心光線も、同様に、ｚ軸に平行である。
【００３７】
実像１６及び複数の虚像２６から出射された複数の光線束が相互に干渉するため、回折現象が生じる。原理的には、仮想直線２７に垂直な方向に、干渉次数が０次の回折光が生じ、ｚ軸の正の向き、またはその近傍の向きに干渉次数がｍ次の回折光（ｍは自然数）が生じる。実際には、実像１６及び各虚像２６から出射する光線束は、ほぼｚ軸の正の向きに伝搬するため、ｍ次、及びその近傍の次数の回折光の強度が強くなる。
【００３８】
ｚ軸の正の向きにｍ次の回折光が生じる波長をλＢとし、入射角をθ、光学板２２の屈折率をｎ、及びＶＩＰＡ板の厚さをｄとすると、以下の関係式が成り立つ。
【００３９】
【数１】
2010286630.tif 000003
【００４０】
ｚ軸の正の向きに、ｍ次の回折光が生じる波長λＢを、ＶＩＰＡ板の「ｍ次の動作波長」ということとする。図２において、ＶＩＰＡ板２０に入射する光線束の中心波長λＣは、ＶＩＰＡ板２０の１つの動作波長λＢに等しい。このため、波長λＣのｍ次の回折光が、ｚ軸の正の向きに生じる。中心波長λＣよりも長い波長λＬの回折光は、ｚ軸の正の向きからｙ軸の負の向きにやや傾いた方向に伝搬し、中心波長λＣよりも短い波長λＳの回折光は、ｚ軸の正の向きからｙ軸の正の向きにやや傾いた方向に伝搬する。
【００４１】
図３〜図５に、実像１６及び虚像２６から出射し、自由曲面ミラー３５で反射して、ＶＩＰＡ板２０に再入射するまでの波長λＬ、λＣ、λＳの光の中心光線の一例を示す。
【００４２】
図３に示した例では、反射位置における自由曲面ミラー３５の形状が平面である。ＶＩＰＡ板２０から出射した光線束は、集束レンズ３０を透過して、自由曲面ミラー３５で反射し、再度収束レンズ３０を透過してＶＩＰＡ板２０に再入射する。ＶＩＰＡ板２０に再入射した光線束は、ＶＩＰＡ板２０内で多重反射して、実像１６の位置に戻る。ＶＩＰＡ板２０内で多重反射して実像１６の位置に戻る光路は、多重反射の回数に対応する虚像２６に戻る光路と等価である。
【００４３】
ＶＩＰＡ板２０から出射して、ｚ軸の正の向きからｙ軸の負の向きに傾いた方向に伝搬する波長λＬの光の中心光線は、ｚ軸の正の向きに伝搬する波長λＣの光の中心光線よりも、実像１６に近い位置においてＶＩＰＡ板２０に再入射する。すなわち、波長λＬの光線束は、波長λＣの光線束が戻る虚像２６よりも、実像１６に近い虚像２６に戻る。このため、波長λＬの光の光路長が、波長λＣの光の光路長よりも短くなる。逆に、波長λＳの光の光路長は、波長λＣの光の光路長よりも長くなる。これにより、ＶＩＰＡ板２０に入射する光信号に波長の正常分散が生じる。
【００４４】
図４に示した例では、反射位置における自由曲面ミラー３５の形状が凹面である。この場合には、波長λＳの光線束が、波長λＣの光線束が戻る虚像２６よりも、実像１６に近い虚像２６に戻る。このため、波長λＳの光の光路長が、波長λＣの光の光路長よりも短くなる。逆に、波長λＬの光の光路長が、波長λＣの光の光路長よりも長くなる。これにより、ＶＩＰＡ板２０に入射する光信号に波長の異常分散が生じる。
【００４５】
図５に示した例では、反射位置における自由曲面ミラー３５の形状が凸面である。波長λＬの光線束は、図３に示した波長λＬの光線束が戻る虚像２６よりも、さらに実像１６に近い虚像、または実像１６に戻る。波長λＣの光の光路長と、波長λＬの光の光路長との大小関係は、図３の例と、図５の例とで同じである。ただし、波長λＣの光と波長λＬの光との光路差は、図５に示した例の方が、図３に示した例よりも大きい。同様に、波長λＣの光と波長λＳの光との光路差は、図５に示した例の方が、図３に示した例よりも大きい。これにより、ＶＩＰＡ板２０に入射する光信号に波長の正常分散が生じる。この分散値は、図３に示した例の分散値よりも大きい。
【００４６】
上述のように、実施例による波長分散光学装置により、光信号に正常分散または異常分散を生じさせることができる。この分散値は、自由曲面ミラー３５の反射面の形状により調整することができる。波長分散が生じた光信号に、逆極性の波長分散を生じさせることにより、光信号に生じた波長分散を補償することができる。
【００４７】
図１に示した自由曲面ミラー３５をｘ軸方向に移動させると、光線束が入射する位置における反射面の、ｙｚ面に平行な断面形状が変化する。このため、自由曲面ミラー３５をｘ軸方向に移動させることによって、光信号に生じさせる波長分散の分散値を変化させることができる。
【００４８】
図６Ａに、入射角調節機構４５の正面図を示す。ＶＩＰＡ板２０が保持部材４８により保持されている。保持部材４８は、支軸４９を介してギアヘッド４７に連結されている。ギアヘッド４７は、モータ４６の回転軸に連結されている。モータ４６には、例えばステッピングモータが用いられる。ステッピングモータを用いると、フィードフォワード制御を行うことができる。モータ４６を駆動すると、その回転力が、ギアヘッド４７及び支軸４９を介して保持部材４８に伝達され、保持部材４８及びＶＩＰＡ板２０が支軸４９を中心として揺動する。
【００４９】
図６Ｂに、出射光学系１０、シリンドリカルレンズ１５、及びＶＩＰＡ板２０の側面図を示す。出射光学系１０から出射され、シリンドリカルレンズ１５で収束された光線束が、ＶＩＰＡ板２０の透過窓２５を透過してＶＩＰＡ板２０に入射する。ＶＩＰＡ板２０に入射した光線束は、出射側表面においてビームウエスト（実像）１６を形成する。実像１６の位置が、ＶＩＰＡ板２０の揺動中心に一致する。
【００５０】
ＶＩＰＡ板２０に入射する収束光線束の中心光線と、ＶＩＰＡ板２０の出射側表面に垂直な仮想直線２７との成す角θが、光線束の入射角となる。ＶＩＰＡ板２０を揺動させることにより、入射角θを変化させることができる。数式（１）からわかるように、入射角θが変動すると、ｍ次の動作波長λＢも変動する。
【００５１】
図７Ａに、波長と透過率との関係の一例を示す。図１の出射光学系１０から出射した光線束の光強度をＩｉとし、出射光学系１０に戻ってきた光線束の強度をＩｏとしたとき、透過率は、Ｉｏ／Ｉｉで定義される。
【００５２】
入射角θ＝θ０のときのｍ次の動作波長をλＢとする。波長λＢからのずれが大きい波長の光線束は、自由曲面ミラー３５の縁から外側に逸れてしまう。中心光線が自由曲面ミラー３５から逸れた波長の透過率は、ほぼ０になる。動作波長λＢを中心とするある波長域（透過波長域）内において、透過率が大きくなる。
【００５３】
ｍ次の動作波長λＢよりも長波長側に、ｍ−１次の動作波長λＢ（ｍ−１）が存在し、短波長側に、ｍ＋１次の動作波長λＢ(ｍ+１)が存在する。一例として、相互に隣り合う動作波長の差（自由スペクトル領域の帯域幅）は、周波数１００ＧＨｚに相当する。ｍ−１次の動作波長λＢ（ｍ−１）及びｍ＋１次の動作波長λＢ(ｍ+１)の各々に対しても、これらの動作波長を中心とする透過波長域が存在する。
【００５４】
図７Ｂに、入射角θをθ０＋Δθに変化させたときの、透過率と波長との関係を示す。数式（１）からわかるように、入射角θを大きくすると、ｍ次の動作波長λＢはλＢ＋ΔλＢに変化する。一例として、光学板２２の屈折率ｎが１．８５、ＶＩＰＡ板２０の厚さｄが０．８１ｍｍ、入射角θ０が３．１°、動作波長の次数ｍが１９５０のとき、入射角θを１°変化させると、ｍ次の動作波長λＢは５０ＧＨｚに相当する波長だけ変化する。自由スペクトル領域の帯域が１００ＧＨｚである場合、入射角θを約１°変化させると、ｍ次の動作波長λＢ＋ΔλＢは、入射角θがθ０であったときのｍ次の動作波長λＢと、ｍ−１次の動作波長λＢ（ｍ−１）との平均に等しくなる。
【００５５】
図８Ａ〜図８Ｃに、記憶装置４１（図１）に記憶されている制御用のデータテーブルを示す。
【００５６】
図８Ａは、波長分散光学装置の波長分散値と自由曲面ミラー３５のＸ軸方向の位置との関係を示す。図８Ａに示した例では、波長分散光学装置の波長分散値をＷＤ１に設定したい場合には、自由曲面ミラー３５のＸ軸方向の位置をＸ１にすればよい。適宜、補間演算を行うことにより、任意の波長分散値に対して、自由曲面ミラー３５のＸ軸方向の位置を決定することができる。
【００５７】
図８Ｂは、ＶＩＰＡ板２０の温度と、動作波長と、ＶＩＰＡ板２０への入射角との関係を示す。数式（１）の屈折率ｎは固定であり、ＶＩＰＡ板２０の温度から厚さｄが決定される。このため、ＶＩＰＡ板２０の温度と、ｍ次の動作波長λＢが決定されると、入射角θを決定することができる。動作波長λＢの次数は、一例として、入射角θが２°〜４°程度になるように選択される。
【００５８】
図８Ｂに示した例では、ＶＩＰＡ板２０の温度がＴ１で、動作波長をλ１に設定したい場合には、入射角θをθ１１にすればよい。
【００５９】
図９に、実施例１による波長分散光学装置の動作のフローチャートを示す。ステップＳＡ１において、制御装置４０に、目標動作波長と波長分散値とを入力する。目標動作波長として、例えば入力される光信号のスペクトルの中心波長が選択される。入力される光信号が、波長分割多重された光信号の１つのチャンネルに相当する場合には、そのチャンネルのグリッド波長が目標動作波長として選択される。波長分散値は、入力される光信号に付与すべき波長分散値である。
【００６０】
ステップＳＡ２において、ＶＩＰＡ板２０が目標温度になるようにヒータ２８を制御する。目標温度は、予め記憶装置４１に記憶されている。ヒータ２８の制御は、制御装置４０により行われる。
【００６１】
ステップＳＡ３において、制御装置４０が、目標温度及び目標動作波長から、ＶＩＰＡ板２０への光線束の入射角を決定する。入射角の決定は、図８Ｂに示したデータテーブルを用いて行われる。
【００６２】
ステップＳＡ４において、ステップＳＡ１で入力された波長分散値から、自由曲面ミラー３５のｘ軸方向の位置を決定する。自由曲面ミラー３５のｘ軸方向の位置は、図８Ａに示したデータテーブルを用いて決定することができる。
【００６３】
ステップＳＡ５において、入射角調節機構４５を制御して、入射角が、ステップＳＡ３で決定された入射角になるように、ＶＩＰＡ板２０の姿勢を変化させる。自由曲面ミラー３５の位置が、ステップＳＡ４で決定された位置になるように、ミラー移動機構３６を制御して、自由曲面ミラー３５を移動させる。
【００６４】
これにより、光信号に、所望の波長分散を生じさせることができる。光信号に既に波長分散が生じている場合には、その波長分散を補償することができる。
【００６５】
図９のフローチャートにおいて、各ステップＳＡ２〜ＳＡ４は、必ずしもこの順番に実行する必要はない。各ステップの実行に必要となる情報が決定されているという条件の下で、これらのステップＳＡ２〜ＳＡ４の順番を入れ換えてもよい。
【００６６】
次に、動作波長の微調整の方法について説明する。図７Ａでは、透過率のスペクトルが、動作波長を中心として対称形である場合を示した。ところが、透過率のスペクトルは、必ずしも対称形であるとは限らない。
【００６７】
図１０Ａに、対称形ではないスペクトルを持つ透過率の一例を示す。動作波長λＢを中心として、透過波長域が画定されている。透過率のスペクトルは、動作波長λＢよりも短波長側に偏在している。動作波長λＢよりも短い波長λＢＬにおいて、透過率が極大値を示している。
【００６８】
このように、透過率のスペクトルが対称形ではない場合、動作波長λＢを、波長分散を付与すべき光信号の中心波長に一致させるよりも、透過率が極大値を示す波長λＢＬを、光信号の中心波長に一致させる方が、損失を少なくすることができる。ＶＩＰＡ板２０への光線束の入射角を、図８Ｂに示したデータテーブルを用いて決定された入射角に設定するｔ、光信号の中心波長が、動作波長λＢに一致する。透過率が極大値を示す波長λＢＬを、中心波長に一致させるためには、入射角を微調整しなければならない。
【００６９】
図１０Ｂに、波長分散値及び動作波長と、入射角の微調整量との関係を記憶したデータテーブルを示す。図１０Ｂによると、例えば、波長分散値がＷＤ１であり、動作波長がλ１である場合、ＶＩＰＡ板２０への光線束の入射角の微調整量がΔθ１１と求まる。
【００７０】
図９に示したステップＳＡ３において、図１０Ｂに示した入射角の微調整量を加味して、ＶＩＰＡ板２０への入射角を決定してもよい。
【００７１】
上記実施例１では、ＶＩＰＡ板２０への入射角を変化させることにより、図７Ｂに示したように、動作波長をシフトさせることができる。
【００７２】
図１１に、６チャネル多重された波長分割多重光信号の波長分散を補償する光学装置の構成例を示す。
【００７３】
６チャンネル多重された波長分割多重光信号が、光ファイバ５０により伝送され、分波器５１に入射する。分波器５１による分波されたチャンネル＃１〜＃６の光信号が、それぞれ個別の波長分散光学装置５５Ａ〜５５Ｆに導入される。このとき、実施例１による波長分散光学装置は、そのＶＩＰＡ板の姿勢を調節することにより、波長分散光学装置５５Ａ〜５５Ｆのいずれにも適用することができる。
【実施例２】
【００７４】
図１２に、実施例２による波長分散光学装置の概略斜視図を示す。以下、図１に示した実施例１による波長分散光学装置との相違点に着目して説明し、同一構成の部分については説明を省略する。
【００７５】
実施例２による波長分散光学装置は、出射部移動機構６０及び位置センサ６１を有する。出射部移動機構６０は、制御装置４０により制御され、コリメートレンズ１１をｙ軸方向に並進移動させる。出射部移動機構６０には、例えば超音波直動モータを用いることができる。第２の光ファイバ３の端部は、コリメートレンズ１１に固定されており、コリメートレンズ１１の移動に追随して、ｙ軸方向に移動する。位置センサ６１は、コリメートレンズ１１のｙ軸方向の位置を検出する。検出結果は、制御装置４０に入力される。実施例２による波長分散光学装置には、図１に示した入射角調節機構４５は設置されておらず、その姿勢は固定されている。以下に説明するように、出射部移動機構６０が、入射角を変化させる機能を持つ。
【００７６】
図１３に、コリメートレンズ１１のｙ軸方向の位置と、中心光線の進行方向との関係を示す。コリメートレンズ１１の光軸を、シリンドリカルレンズ１５の光軸と一致させたときのＶＩＰＡ板２０への入射角をθ０とする。
【００７７】
シリンドリカルレンズ１５の焦点において、光線束がビームウエスト（実像）１６を形成する。コリメートレンズ１１でコリメートされた光線束の進行方向がシリンドリカルレンズ１５の光軸に平行であれば、コリメートレンズ１１をｙ軸方向に移動させても、実像１６の位置は変わらない。
【００７８】
コリメートレンズ１１をｙ軸の負の向きに移動させたときの、ＶＩＰＡ板２０への光線束の入射角θ１は、入射角θ０よりも大きくなる。逆に、コリメートレンズ１１をｙ軸の正の向きに移動させたときの、ＶＩＰＡ板２０への入射角θ２は、入射角θ０よりも小さくなる。このように、コリメートレンズ１１をｙ軸方向に並進移動させることにより、ＶＩＰＡ板２０への光線束の入射角を変化させることができる。
【００７９】
動作波長の光線束の進行方向は、ＶＩＰＡ板２０に入射する光線束の進行方向に一致する。このため、コリメートレンズ１１を移動させると、動作波長の光線束の進行方向が変化する。制御装置４０は、コリメートレンズ１１を移動させても、動作波長の中心光線が自由曲面ミラー３５の中心に入射する状態が維持されるように、自由曲面ミラー３５をｙ軸方向に移動させる。
【００８０】
図１４に、ＶＩＰＡ板２０への光線束の入射角と、ＶＩＰＡ板２０の動作波長の光線束が自由曲面ミラー３５の中心に入射するための自由曲面ミラー３５のｙ軸方向の位置との関係を記憶したデータテーブルを示す。このデータテーブルは、図１に示した記憶装置４１に記憶されている。図１４に示した例では、入射角をθ１に設定したとき、自由曲面ミラー３５のｙ軸方向の位置をＹ１にすると、動作波長の光線束が自由曲面ミラー３５の中心に入射する。
【００８１】
図１５に、実施例２による波長分散光学装置の動作のフローチャートを示す。ステップＳＡ１からＳＡ４までは、図９に示した実施例１によるに波長分散光学装置の動作のフローチャートと共通である。
【００８２】
ステップＳＡ４の後、ステップＳＢ１において、ステップＳＡ３で決定されたＶＩＰＡ板２０への光線束の入射角から、コリメートレンズ１１のｙ軸方向の位置を算出する。コリメートレンズ１１のｙ軸方向の位置は、シリンドリカルレンズ１５の焦点距離から、幾何光学的に求めることができる。
【００８３】
ステップＳＢ１の後、ステップＳＢ２において、ＶＩＰＡ板２０への光線束の入射角から、自由曲面ミラー３５のｙ軸方向の位置を決定する。自由曲面ミラー３５のｙ軸方向の位置は、図１４に示したデータテーブルを用いて決定することができる。
【００８４】
ステップＳＢ２の後、ステップＳＢ３において、コリメートレンズ１１及び自由曲面ミラー３５の位置を制御する。コリメートレンズ１１は、位置センサ６１の検出結果をフィードバックすることにより、正確に位置決めすることができる。
【００８５】
実施例２においても、ＶＩＰＡ板２０への入射角を調節することにより、波長分散光学装置の動作波長をシフトさせることができる。一例として、シリンドリカルレンズ１５の焦点距離が１５ｍｍのとき、コリメートレンズ１１を、シリンドリカルレンズ１５の光軸の近傍で、ｙ軸方向に約０．２６ｍｍ移動させると、入射角θが約１°変化する。これにより、ｍ次の動作波長が、約５０ＧＨｚに相当する波長分変動する。
【実施例３】
【００８６】
図１６に、実施例３による波長分散光学装置の概略斜視図を示す。以下、図１に示した実施例１による波長分散光学装置との相違点に着目して説明し、同一構成の部分については説明を省略する。
【００８７】
実施例３による波長分散光学装置では、図１に示したヒータ２８が配置されていない。その他の構成は、図１に示した波長分散光学装置の構成と同一である。
【００８８】
図１７に、実施例３による波長分散光学装置の動作のフローチャートを示す。ステップＳＡ１、ＳＡ４は、それぞれ図９に示したフローチャートのステップＳＡ１、ＳＡ４と同一である。
【００８９】
ステップＳＡ１及びＳＡ４を実行した後、ステップＳＣ１において、ＶＩＰＡ板２０の温度を測定する。ステップＳＣ２において、ステップＳＣ１で測定されたＶＩＰＡ板２０の温度、及びステップＳＡ１で入力された目標動作波長とから、ＶＩＰＡ板２０への光線束の入射角を決定する。この入射角の決定は、図８Ｂのデータテーブルを用いて行うことができる。
【００９０】
ステップＳＣ２の後、ステップＳＣ３において、ステップＳＣ２で決定された入射角、及びステップＳＡ４で決定された自由曲面ミラー３５の位置に基づいて、ＶＩＰＡ板２０の姿勢、及び自由曲面ミラー３５の位置を制御する。ステップＳＣ３の後、ステップＳＣ４において、運用停止か否かを判定する。運用を停止しない場合には、ステップＳＣ１からステップＳＣ３までの処理を繰り返す。運用を停止する場合には、処理を終了する。
【００９１】
実施例３では、ＶＩＰＡ板２０の温度制御が行われないため、ＶＩＰＡ板２０の温度が環境によって変動する。ＶＩＰＡ板２０の温度の変動に追随して、ステップＳＣ２においてＶＩＰＡ板２０への入射角が決定される。このため、ＶＩＰＡ板２０の温度が変動しても、所望の動作波長を維持することができる。
【００９２】
上記実施例１〜実施例３による波長分散光学装置は、光ファイバを伝送され、波長分散が生じた光信号の波長分散を補償することができる。また、光ファイバによる伝送前に、光ファイバの持つ波長分散特性と逆の特性の波長分散を、光信号に与えることもできる。
【符号の説明】
【００９３】
１  第１の光ファイバ
２  サーキュレータ
３  第２の光ファイバ
４  第３の光ファイバ
１０  出射光学系
１１  コリメートレンズ
１５  シリンドリカルレンズ
１６  ビーム入射領域
２０  ＶＩＰＡ板
２１  温度測定器
２２  光学板
２３  全反射膜
２４  部分反射膜
２５  透過窓
２６  虚像
２７  仮想直線
２８  ヒータ
３０  集束レンズ
３５  自由曲面ミラー（再入射光学素子）
３６  移動機構
４０  制御装置
４１  記憶装置
４５  入射角調節機構
５０  光ファイバ
５１  分波器
５５Ａ〜５５Ｆ  波長分散光学装置
６０  出射部移動装置
６１  位置センサ
【図１】
2010286630.tif 000004
【図２】
2010286630.tif 000005
【図３】
2010286630.tif 000006
【図４】
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【図５】
2010286630.tif 000008
【図６】
2010286630.tif 000009
【図７】
2010286630.tif 000010
【図８】
2010286630.tif 000011
【図９】
2010286630.tif 000012
【図１０】
2010286630.tif 000013
【図１１】
2010286630.tif 000014
【図１２】
2010286630.tif 000015
【図１３】
2010286630.tif 000016
【図１４】
2010286630.tif 000017
【図１５】
2010286630.tif 000018
【図１６】
2010286630.tif 000019
【図１７】
2010286630.tif 000020