(57)【要約】  従来の分散補償器は、波長選択スイッチなどを利用するリング・メッシュ型構成のネットワークでは、ＷＤＭ波長ごとに異なる分散値を設定したいという要請に十分に応えるものではなかった。装置の小型・低消費電力化は不十分であり、波長毎に分散特性を簡単に柔軟に変更することは困難であった。本発明の分散補償器は、離散的な位相を与える空間位相制御素子を含む汎用の光学部品を用いて、集光ビーム半径と空間位相制御素子のピクセルの関係を適切に設定することにより、多様な分散補償特性を与えることができる。離散的な位相を与える空間位相制御素子上の複数のピクセルと通信チャンネル帯域との対応関係に着目し、柔軟な分散特性の変更を可能とし、ＷＤＭ波長ごとに独立した分散値の設定を実現する。
2009001847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光信号の波長に応じた出射角度で光信号を出射する第１の分光素子と、
前記第１の分光素子からの光信号を集光する少なくとも１枚の集光レンズと、
前記少なくとも１枚の集光レンズにより集光された光信号の位相を制御する空間位相制御素子とを備え、
前記空間位相制御素子面と前記第１の分光素子により形成される第１の分波面との交線として規定される第１の分波軸方向において、前記第１の分波軸についての２次以上の多項式によって表される関数で与えられる位相分布を前記光信号に付与することを特徴とする分散補償器。
【請求項２】
前記位相分布における位相値が２πを越えるときは、前記２πを超える位相値を２πで割った剰余位相を前記光信号に付与することを特徴とする請求項１に記載の分散補償器。
【請求項３】
前記空間位相制御素子は、前記第１の分波軸方向に繰り返し配列され、離散的な位相値を各々に対して設定可能な複数のピクセルからなり、前記空間位相制御素子面上でビーム半径ｗｘを単色光の光強度がピーク値の１／ｅ２となる距離とし、前記ピクセルの繰り返し距離をｗｐとするとき、
ｗｘ≧ｗｐ
の関係を有することを特徴とする請求項１または２に記載の分散補償器。
【請求項４】
前記空間位相制御素子は、前記第１の分波軸方向に直交する第２の分波軸方向に繰り返し距離ｗＳＬＭｖで配列されたピクセル列を有することを特徴とする請求項３に記載の分散補償器。
【請求項５】
前記空間位相制御素子面上で、前記第２の分波軸方向おける半径ｗｖを単色光の光強度がピーク強度の１／ｅ２となる距離とし、前記ピクセルの前記第２の分波軸方向の繰返し距離をｗＳＬＭｖとするとき、
ｗｖ≦ｗＳＬＭｖ／２
の関係を有することを特徴とする請求項４に記載の分散補償器。
【請求項６】
前記空間位相制御素子面上で、前記第２の分波軸方向おける半径ｗｖを単色光の光強度がピーク強度が１／ｅ２となる距離とし、前記ピクセルの前記第２の分波軸方向の繰返し距離をｗＳＬＭｖとするとき、
ｗＳＬＭｖ≪ｗｖ
の関係を有することを特徴とする請求項４に記載の分散補償器。
【請求項７】
前記第１の分波軸方向に関する所望の位相設定値をφとするとき、光ビームの集光点に覆われるピクセル群に包含される前記第１の分波軸に直交する方向に配列された複数のピクセル列に対して、前記複数のピクセル列の中の１つのピクセルに対する位相設定値をφとし、前記１つのピクセルの他の各ピクセルに対してはφとは異なる位相設定値を有する位相分布を与えることを特徴とする請求項４または６に記載の分散補償器。
【請求項８】
前記第１の分光素子は、入力導波路、スラブ導波路およびアレイ導波路を含むアレイ導波路格子であり、前記少なくとも１枚の集光レンズは、前記アレイ導波路の光信号の出力端からの出射光を前記第１の分波面に垂直な方向で平行光とするシリンドリカルレンズと、前記アレイ導波路の前記出力端および前記空間位相制御素子のいずれからも距離ｆの位置に配置された焦点距離ｆの集光レンズとを含むことを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の分散補償器。
【請求項９】
前記シリンドリカルレンズと前記集光レンズとの間に配置され、前記アレイ導波路格子の前記第１の分波面と、概ね直交する第２の分波面を有する第２の分光素子をさらに備え、前記空間位相制御素子は、前記第１の分波面に対応する前記第１の分波軸および前記第２の分波面に対応し前記第１の分波軸に概ね直交する前記第２の分波軸に沿って、それぞれ周期的に繰り返し２次元配置されたピクセルを有することを特徴とする請求項８に記載の分散補償器。
【請求項１０】
前記アレイ導波路格子の自由スペクトルレンジは、前記位相分布により分散補償を行う光信号を含むＷＤＭグリッドのグリッド波長間隔に等しいことを特徴とする請求項９に記載の分散補償器。
【請求項１１】
前記空間位相制御素子面上で、前記第２の分波軸上おける半径ｗｖを単色光の光強度がピーク強度の１／ｅ２となる距離とし、前記第２の分光素子の前記空間位相制御素子面上における線分散をｄｖ／ｄλ、前記アレイ導波路格子の自由スペクトルレンジをＦＳＲとするとき、
ｗｖ ≦ｄｖ／ｄλ×ＦＳＲ
の関係を有することを特徴とする請求項１０に記載の分散補償器。
【請求項１２】
入力光信号の波長に応じた出射角度で光信号を出射する第１の分光素子と、
前記第１の分光素子からの光信号を集光する少なくとも１枚の集光レンズと、
前記少なくとも１枚の集光レンズにより集光された光信号の位相を制御する空間位相制御素子であって、前記空間位相制御素子は、
前記空間位相制御素子面と前記第１の分光素子により形成される第１の分波面との交線として規定される第１の分波軸方向に繰り返し配列され、離散的な位相値を各々に対して設定可能な複数のピクセルからなり、
前記複数のピクセルは、それぞれが前記複数のピクセルの一部からなる複数の区間に分割され、前記各区間において、異なる波長を持つ前記光信号に対して前記第１の分波軸についての２次以上の多項式によって表される関数で与えられる位相分布が独立に付与され、
さらに、前記空間位相制御素子面上でビーム半径ｗｘを単色光の光強度がピーク値の１／ｅ２となる距離とし、前記ピクセルの繰り返し距離をｗｐとするとき、
ｗｘ≧ｗｐ
の関係を有することと
を備えたことを特徴とする分散補償器。
【請求項１３】
前記分光素子からの出射光が、前記空間位相制御素子の前記第１の分波軸上において、前記集光レンズにより集光されたときｓｉｎｃ関数形状のビームの電界分布を持つように、前記分光素子が構成されていることを特徴とする請求項１乃至１２いずれかに記載の分散補償器。
【請求項１４】
前記分散補償器の入力に、出力が接続された光分岐手段と、
前記分散補償器の出力に、入力が接続された光波長分岐手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１３いずれかに記載の分散補償器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信において利用される分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの爆発的な普及を背景として、波長分割多重(ＷＤＭ: Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ)通信は、従来のポイントツーポイント型のシステムからリング・メッシュ型の構成のシステムへ移りつつある。これは、リング・メッシュ型構成のシステムが、光信号を光の状態のままで処理するトランスペアレントな波長選択スイッチ等を用いることにより、ノード間の通信需要の変化に柔軟に対応できるためである。しかしながら、リング・メッシュ型のネットワークにおいては、光のパスの切り替えに伴って、そのパスの分散値も動的に変化する。このため、光通信のパスの分散補償にも適応性が求められている。従来の分散補償器は、複数のチャンネルを一括して補償するタイプのものが主流であった。しかし、波長選択スイッチを用いるリング・メッシュ型構成のネットワークにおいては、波長ごとに、光信号が通過するパスの距離は異なる。このため、ＷＤＭ波長ごとに異なる分散値を設定したいという要請もあった。【０００３】
このような要請に対応する適応的な分散補償技術として、例えば、分光器およびミラーアレイによるもの（特許文献１）、導波路によるもの（特許文献１、非特許文献１）、並びに３次元ミラーおよび分光素子によるもの（非特許文献２）などが提案されている。【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０３８０５号公報（第５〜７頁、図１、図１１）
【非特許文献１】K. Takiguchi, K. Okamoto, and T. Goh, “Dispersion slope equalizer on planar Lightwave circuit for 40Gbit/s based WDM transmission,” Electron. Lett, 37(24), pp.1-2, 2001.
【非特許文献２】独立行政法人 情報通信研究機構, “平成１６年度 研究開発成果報告書 経済的な光ネットワークを実現する高機能集積化光スイッチングノードの研究開発,” 2006年
【非特許文献３】X. Fan, et al., “Chirped fiber gratings characterization with phase ripples,” Proceedings of OFC2003, Vol.2, pp.638-640 (2003)
【発明の開示】
【０００５】
しかしながら、これらの従来技術は以下に述べるように多様な問題点を含んでおり、決して満足できるものではなかった。例えば、特許文献１には、分光器とミラーアレイとを組み合わせた分散補償器が開示されている。特許文献１の図１によれば、この分散補償器ではミラーアレイをｄ方向に移動させて、波長依存の位相シフトを与えることによって分散を発生させる。さらに特許文献１の図１０を参照すれば、一例として、ミラーアレイによって０〜−１２ｒａｄの範囲の位相シフトを与えることが示されている。この位相シフト量を設定する場合、ある通信帯域の中心波長に対応するミラーと、通信帯域の最端部の波長に対応するミラーとの間では、ｄ方向に数波長程度の行路差が設定される。しかしながら、あるミラーによって反射された光信号は、隣接するミラーの影に隠れてしまう場合が多く生じる。さらに、大きな位相シフト量を設定するためにｄ方向の広い範囲でミラーを動かすと、ミラーへ入射する光信号のビームウェストがミラー面からずれることによって、結合損失が発生する。
【０００６】
特許文献１の図１１によれば、ミラーの反射面の曲面形状を放物線状の形状などに変形することによって、あるミラーに反射された光信号が隣接するミラーの影に隠れるのを避けることがはできる。しかしながら、ミラーの形状はミラー材料の力学的物性によって制約を受けるため、設定分散値を所望の任意の値とすることは難しい。
【０００７】
図３０は、特許文献１に開示されているアレイ導波路格子を用いた別の分散補償器の構成を示す図である。図３０において、アレイ導波路３９により分光された光信号は出力導波路群３５によりミラーアレイ３７に導かれる。したがって、出力導波路群３５によって位相シフトを受ける光信号は周波数軸上で離散化された信号となる。入出力導波路３１から出射した光信号は、出力導波路群３５の位置に対応した波長のスペクトル列となる。光信号に与えられる分散は、位相を微分したものであるので、上述のように光信号が周波数軸上で離散化されていることにより、与えられる分散には強烈なリプルが発生する。結果として、分散補償器として光信号に付加される群遅延量に対しては、望ましくない大きなリプルが生じることになる。
【０００８】
図３１は、非特許文献１に開示された石英系光導波路で作製したラティスフィルタ型の分散補償器の構成を示す図である。本分散補償器は、波長ごとに異なる分散値の設定が可能な可変波長分散器の例である。この例では、１．５％の比屈折率差を持つ導波路を用いて、８チャンネルのラティスフィルタ型の分散補償器４２を１つの分散補償器アレイ４１として集積している。各チャンネルをアレイ導波路格子４４で合波することによって、複数チャンネルに対して個別に分散補償をしている。アレイ導波路格子４４と、各分散補償器４２との間は、接続ファイバ群４３により接続されている。
【０００９】
図３１に示した分散補償器は、８チャンネルの分散補償器アレイ４１を含みそのサイズは８３ｍｍ×８３ｍｍとなり、極めて大きいものとなる。一般的なＷＤＭシステムにおいては、４０波程度の波長数が用いられている。したがって、図３１に示した構成の分散補償器アレイ４１を５つも必要とするため、装置を構成するために大きな空間が必要となる。また、図３１の構成例では、分散補償特性の可変性を実現するために熱光学効果による位相シフタを用いており、その消費電力が大きいことも問題となっていた。
【００１０】
図３２は、非特許文献２に開示されている、ＶＩＰＡ (Virtually imaged phased array)および３次元ミラーを用いた個別補償が可能な分散補償器の構成を示す図である。入出力ファイバ５１からの光信号は、コリメートレンズ群５２a、５２ｂを介して回折格子５３に入力される。回折格子５３および集光レンズ５４により分光された光波は、ＷＤＭ信号ごとにＭＥＭＳミラーアレイ５５上に集光される。ＭＥＭＳミラーアレイ５５により反射された各ＷＤＭ信号は、回折格子５３により合波されるが、ＭＥＭＳミラーアレイ５５の設定角度により、ｙ方向の異なる位置に光軸がシフトされる。
【００１１】
回折格子５３により合波された光信号は、分散補償光学系５６によって波長ごとに個別の分散値が設定される。分散補償光学系５６は、主にＶＩＰＡ板５７および３次元ミラー５８からなる。ＶＩＰＡ板５７により、各ＷＤＭ信号は３次元ミラー５８上に分光されるが、３次元ミラー５８上の光波が当たる位置のミラーの曲率に応じて、設定される分散値が決定される。異なるｙ方向位置を伝搬するＷＤＭ信号は、３次元ミラーの異なる位置に当たるため、チャンネルごとに異なる分散量の設定が可能となる。
【００１２】
しかしながら、図３２に示したようなＶＩＰＡおよび３次元ミラーを用いた分散補償器は、複数のレンズおよび回折格子を配置した複雑な構造物を組み立てることが必要であり、実装設計上の困難さや製造コストの問題があった。設定される分散値は３次元ミラー５８の形状により決定される。従って、図３２に示した分散補償器は、光ファイバにおいて発生する分散補償対象の高次の分散を精度良く補償するためには、光ファイバの特性ごとに複数の３次元ミラーを交換しなければならない欠点を持っていた。また、３次元ミラー５８上の光強度の分布は、損失の低減および透過スペクトルの対称性の観点から、ｘ軸方向にガウス形状であることが望ましい。しかしながら、ＶＩＰＡの原理から３次元ミラー５８上の電界分布は歪んだ形状となる。結果として、損失の増大や透過スペクトルの非対称性などの光学特性上の問題が生じていた。
【００１３】
本発明は、このような目的に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型で安価な光学部品を利用して、通信チャンネルごとに柔軟に分散特性を設定できる分散補償器を実現することにある。装置全体を小型化し、消費電力を低減し、損失を低減し透過スペクトルの対称性の維持など光学特性の改善もを含む。
【００１４】
このような目的を達成するために、本発明の分散補償器の一態様は、入力光信号の波長に応じた出射角度で光信号を出射する第１の分光素子と、前記第１の分光素子からの光信号を集光する少なくとも１枚の集光レンズと、前記少なくとも１枚の集光レンズにより集光された光信号の位相を制御する空間位相制御素子とを備え、前記空間位相制御素子面と前記第１の分光素子により形成される第１の分波面との交線として規定される第１の分波軸方向において、前記第１の分波軸についての２次以上の多項式によって表される関数で与えられる位相分布を前記光信号に付与することを特徴とする。
【００１５】
前記位相分布における位相値が２πを越えるときは、前記２πを超える位相値を２πで割った剰余位相を前記光信号に付与することもできる。
【００１６】
好ましくは、前記空間位相制御素子は、前記第１の分波軸方向に繰り返し配列され、離散的な位相値を各々に対して設定可能な複数のピクセルからなり、前記空間位相制御素子面上でビーム半径ｗｘを単色光の光強度がピーク値の１／ｅ２となる距離とし、前記ピクセルの繰り返し距離をｗｐとするとき、ｗｘ≧ｗｐの関係を有するのが良い。さらに、前記空間位相制御素子は、前記第１の分波軸方向に直交する第２の分波軸方向に繰り返し距離ｗＳＬＭｖで配列されたピクセル列を有することもできる。
【００１７】
さらに好ましくは、前記空間位相制御素子面上で、前記第２の分波軸方向おける半径ｗｖを単色光の光強度がピーク強度の１／ｅ２となる距離とし、前記ピクセルの前記第２の分波軸方向の繰返し距離をｗＳＬＭｖとするとき、ｗｖ≦ｗＳＬＭｖ／２の関係を有することができる。
【００１８】
本発明の別の態様の分散補償器によれば、前記空間位相制御素子面上で、前記第２の分波軸方向おける半径ｗｖを単色光の光強度がピーク強度が１／ｅ２となる距離とし、前記ピクセルの前記第２の分波軸方向の繰返し距離をｗＳＬＭｖとするとき、ｗＳＬＭｖ≪ｗｖの関係を有することもできる。このとき、入力光信号に与える分散量は第１の分波軸方向の位相分布によって、損失は第２の分波軸方向の位相分布によって、それぞれ独立に設定することができる。
【００１９】
好ましくは、前記第１の分波軸方向に関する所望の位相設定値をφとするとき、光ビームの集光点に覆われるピクセル群に包含される前記第１の分波軸に直交する方向に配列された複数のピクセル列に対して、前記複数のピクセル列の中の１つのピクセルに対する位相設定値をφとし、前記１つのピクセルの他の各ピクセルに対してはφとは異なる位相設定値を有する位相分布を与えることができる。
【００２０】
上述の本発明の各態様の分散補償器は、好ましくは、前記シリンドリカルレンズと前記集光レンズとの間に配置され、前記アレイ導波路格子の前記第１の分波面と、概ね直交する第２の分波面を有する第２の分光素子をさらに備え、前記空間位相制御素子は、前記第１の分波面に対応する前記第１の分波軸および前記第２の分波面に対応し前記第１の分波軸に概ね直交する前記第２の分波軸に沿って、それぞれ周期的に繰り返し２次元配置されたピクセルを有することができる。複数の通信チャンネルに対して、独立した分散値を自由に設定することが可能となる。
【００２１】
さらに、前記アレイ導波路格子の自由スペクトルレンジは、前記位相分布により分散補償を行う光信号を含むＷＤＭグリッドのグリッド波長間隔に等しくすることもできる。また、前記空間位相制御素子面上で、前記第２の分波軸上おける半径ｗｖを単色光の光強度がピーク強度の１／ｅ２となる距離とし、前記第２の分光素子の前記空間位相制御素子面上における線分散をｄｖ／ｄλ、前記アレイ導波路格子の自由スペクトルレンジをＦＳＲとするとき、ｗｖ ≦ｄｖ／ｄλ×ＦＳＲの関係を有するのが好ましい。
【００２２】
本発明のさらに他の態様の分散補償器は、入力光信号の波長に応じた出射角度で光信号を出射する第１の分光素子と、前記第１の分光素子からの光信号を集光する少なくとも１枚の集光レンズと、前記少なくとも１枚の集光レンズにより集光された光信号の位相を制御する空間位相制御素子であって、前記空間位相制御素子は、前記空間位相制御素子面と前記第１の分光素子により形成される第１の分波面との交線として規定される第１の分波軸方向に繰り返し配列され、離散的な位相値を各々に対して設定可能な複数のピクセルからなり、前記複数のピクセルは、それぞれが前記複数のピクセルの一部からなる複数の区間に分割され、前記各区間において、異なる波長を持つ前記光信号に対して前記第１の分波軸についての２次以上の多項式によって表される関数で与えられる位相分布が独立に付与され、さらに、前記空間位相制御素子面上でビーム半径ｗｘを単色光の光強度がピーク値の１／ｅ２となる距離とし、前記ピクセルの繰り返し距離をｗｐとするとき、ｗｘ≧ｗｐの関係を有することとを備えたことを特徴とする。
【００２３】
好ましくは、本発明の分散補償器は、前記分光素子からの出射光が、前記空間位相制御素子の前記第１の分波軸上において、前記集光レンズにより集光されたときｓｉｎｃ関数形状のビームの電界分布を持つように、前記分光素子が構成されていても良い。
【００２４】
さらに、前記分散補償器の入力に、出力が接続された光分岐手段と、前記分散補償器の出力に、入力が接続された光波長分岐手段とをさらに備え、ネットワークにおいて、光分岐手段および光波長分岐手段と一体化することにより、ネットワークシステムおよび光信号処理装置のメンテナンスを容易にすることができる。
【００２５】
以上説明したように、本発明の分散補償器によれば、既存の汎用低コストの光学部品を組み合わせて、比較的単純な空間光学系の構成により、システム変更に対しても柔軟な分散特性を設定可能な分散補償器を実現することができる。小型で分散特性の設定の自由度が高く、さらに製造性にも優れた特徴を持つ。システム運用時の変更に伴いＷＤＭ波長の再配置などが行われる場合にも、システム構成の柔軟な変更およびメインテナンスの簡単化を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施例１に係る分散補償器の構成を示す上面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施例１に係る分散補償器の構成を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の空間位相制御素子に与えられる位相分布の例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の空間位相制御素子のピクセルと集光スポットとの関係を説明する図である。
【図４】図４は、空間位相制御素子に与えられる位相分布の他の例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の分散補償器による群遅延量をｋ２を変化させて示した図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の分散補償器による群遅延量をｋ２を変化させて示した他の図である。
【図６】図６は、本発明の実施例２に係る分散補償器の構成を示す図である。
【図７】図７は、実施例２の分散補償器に好適な空間位相制御素子の集光スポットサイズとピクセルの関係を示した図である。
【図８】図８は、実施例２の分散補償器の群遅延特性を示す図である。
【図９】図９は、実施例３に係る分散補償器の空間位相制御素子上の集光スポットサイズとピクセルの関係を示した図である。
【図１０】図１０は、実施例３に係る分散補償器の空間位相制御素子のｖ軸上各ピクセルに対する位相設定の複数の例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例３の分散補償器の透過特性を実施例２と比較して示した図である。
【図１２】図１２は、実施例２の集光スポットサイズとピクセルサイズとの実寸相対関係を示した図である。
【図１３】図１３は、実施例３の集光スポットサイズとピクセルサイズとの実寸相対関係を示した図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の実施例４に係る分散補償器の構成を示す上面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明の実施例４に係る分散補償器の構成を示す側面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施例４に係る分散補償器の空間位相制御素子に与えられる位相分布の例を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、実施例４の分散補償器のＴＭ偏波に対する２次分散を２通信チャンネルに渡って示した図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、実施例４の分散補償器のＴＥ偏波に対する２次分散を２通信チャンネルに渡って示した図である。
【図１７】図１７は、実施例４の分散補償器の２次分散を４通信チャンネルに渡って示した図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明の実施例５に係る分散補償器の構成を示す上面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明の実施例５に係る分散補償器の構成を示す側面図である。
【図１９】図１９は、実施例５の分散補償器により１００ＧＨｚ間隔のＷＤＭ信号に異なる分散を設定した群遅延特性を示す図である。
【図２０】図２０は、通常入手可能な回折格子のタイプと角度分散の例を示す表である。
【図２１】図２１は、１チャンネルについての空間位相変調素子上の光信号反射の様子を説明した拡大図を示す。
【図２２】図２２は、空間位相変調素子上のスポットサイズおよびチャンネル透過帯域の関係を示した図である。
【図２３】図２３は、通常の回折格子を用いて、ビーム径を変更する構成を説明する図である。
【図２４】図２４は、ネットワーク形態および伝送速度の観点から分散補償器の形態を分類した図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは、本発明の実施例６に係るアンチエイリアシングフィルタにおいて、空間位相制御素子上に集光するビームの電界分布を示す図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、本発明の実施例６に係るアンチエイリアシングフィルタにおいて、空間位相制御素子のピクセルによりサンプリングされた位相関数のスペクトルを示す図である。
【図２６】図２６は、従来の可変分散補償器を用いた一般的ネットワーク構成を示す図である。
【図２７】図２７は、本発明の可変分散補償器を用いたネットワーク構成を示す図である。
【図２８】図２８は、本発明の可変分散補償器を用いた他のネットワーク構成を示す図である。
【図２９】図２９は、本発明の可変分散補償器を用いた別のネットワーク構成を示す図である。
【図３０】図３０は、従来技術のアレイ導波路格子を用いた分散補償器を示す図である。
【図３１】図３１は、従来技術の石英系光導波路で作製したラティスフィルタ型の分散補償器の構成を示す図である。
【図３２】図３２は、従来技術のＶＩＰＡおよび３次元ミラーを用いた分散補償器の構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を持つものには同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略する。【００２８】
本発明の分散補償器は、離散的な位相を与える空間位相制御素子を含む汎用の光学部品を用いて、集光ビーム半径と空間位相制御素子のピクセルの関係を適切に設定することにより、多様な分散補償特性を与えることができる点に特徴を持つ。離散的な位相シフトを与える空間位相制御素子上の複数のピクセルと通信チャンネルとの対応関係に着目し、柔軟な分散特性の変更を可能とし、ＷＤＭ波長ごとに独立した分散値の設定を実現する。
【実施例１】
【００２９】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施例１に係る分散補償器の構成を示す図である。図１Ａは、ＡＷＧ基板を見た上面図（ｘ−ｚ面）であり、図１Ｂは側面図（ｙ−ｚ面）である。本発明に係る分散補償器は、光信号の入出力を行なうサーキュレータ１１、ならびに空間光学系を構成するアレイ導波路格子１（以下ＡＷＧという）、シリンドリカルレンズ６、集光レンズ７および空間位相制御素子８から構成される。入力光信号は、空間位相制御素子８において反射され、同一のＡＷＧ１を経由して光信号が出力される、いわゆる反射型の光信号処理系を構成している。空間位相制御素子によって、本発明特有の分散補償器が実現される。【００３０】
より詳細には、入力ファイバ１０より入力された光信号は、サーキュレータ１１および接続ファイバ１３を介して、ＡＷＧ１の入力導波路２に入射する。入力導波路２に入射した光信号は、スラブ導波路３を介してアレイ導波路４へ伝搬する。アレイ導波路４は、隣合う導波路同士で行路長差ｄＬを有する複数の導波路で構成されている。アレイ導波路４において、異なる波長を持つ光信号は分波される。すなわち、出射端５から出射される光信号は、ｘ−ｚ面（分波面）内で、その波長に応じた異なる出射角度θでｚ軸方向へ集光レンズ７に向かって伝搬する。【００３１】
出射端５から出射された光信号は、ＡＷＧ基板の厚さ方向すなわちｙ方向に対しては、シリンドリカルレンズ６によって幅Ｗｙの平行ビームに変換される。一方、ＡＷＧ基板を含むｘ−ｚ面内のｘ方向に対しては、スラブ導波路３のレンズ作用によって十分幅広い幅Ｗｘの平行ビームに変換される。すなわち、出射端５から出射する時点で、ＡＷＧ１からの光信号はｘ−ｚ面内で平行光とみなすことができる。シリンドリカルレンズ６を通過することで、光信号をｘ方向、ｙ方向いずれについても、平行光とみなすことができる。【００３２】
光信号は、集光レンズ７により、収束ビームとなり空間位相制御素子８上で焦点を結ぶ。ＡＷＧ１の線分散作用によって、空間移相制御素子８上の集光位置は、波長によって異なる位置となる。例えば、光信号の波長に応じて、Ｐ点またはＱ点に集光する。各波長の光信号には、後に詳述するように、本願発明に特徴的な空間位相制御素子８により、所望の位相量が設定される。光信号は、空間位相制御素子８内に配列された各ピクセルに対応するミラーにより反射される。反射された光信号は、ｚ軸方向を往路と同じ光路を逆方向に入力ポート２へ向かって伝搬し、接続ファイバ１３およびサーキュレータ１１を介して出力ファイバ１２から出力される。【００３３】
本発明においては、空間位相制御素子８に与えられる位相分布によって、分散補償器としての動作が決定される。空間位相制御素子８には、例えば、次式で表される２次の位相分布が与えられる。すなわち、空間位相制御素子８上で、分波面との交線上のｕ軸における座標をｕとして、位相分布φ（ｕ）は次式で表される。
φ（ｕ）＝ｋ２×ｕ２      （ｒａｄ）          式（１）
ここで、ｋ２は係数であり、ｋ２を変更することによって、入力光信号に与える分散量を変化させることができる。【００３４】
図２は、空間位相制御素子に与えられる位相分布の例を示す図である。空間位相制御素子８上には、要素素子すなわちピクセルがｕ軸方向に沿って離散的に配置されている。ピクセルにより与えられる位相値の分布は、離散化されている。このため、ｉ番目のピクセルの位相にはその中心座標ｕｉにおける位相量φ（ｕｉ）によって代表させる。例えば、ＭＥＭＳ位相変調素子により与えられる位相設定量は、図２に示されるような階段状の分布となる。尚、図１Ａ、図１Ｂおよび図２を関連付けた場合、図１Ａのｘ軸は図２のｕ軸に対応していることに留意されたい。【００３５】
ここでは空間位相制御素子８上には、ｕ軸方向に沿ってのみピクセル列が分布していること想定しているが、ｕ軸と直交するｖ軸方向にもピクセル列が分布するように配置されても良い。すなわち、空間位相制御素子８上のピクセルは、２次元アレイ構成でも良い。本位相設定の場合、後に詳述する実施例３と同じく、透過帯域の拡大を図ることが可能となる。また上述の、２次元アレイ構成は、必ずしも２つの配列軸が完全に直交していなくても良い。【００３６】
図３は、空間位相制御素子上のピクセルと集光スポットとの関係を説明する図である。図３に示すように、空間位相制御素子８上における単色光の集光スポット１４の光強度が１／ｅ２、すなわちピーク光強度の１３．５％となる半径をｗ２、空間位相制御素子のピクセル９の幅をｗＳＬＭ、隣り合うピクセル間のギャップをｇＳＬＭとするとき、次式の関係を満足するようにピクセルサイズを決定するのが良い。
ｗ２≧ｗＳＬＭ                      式（２）
ｗ２≧ｇＳＬＭ                      式（３）
式（２）および式（３）の関係を満足せず、ｗ２がｗＳＬＭまたはｇＳＬＭよりも小さい場合、ピクセル９により与えられる位相の値は離散化され、隣り合うピクセル９間の境界近傍において位相の値が急激に変化する。このため、空間位相制御素子８によって光信号に与えられる位相も急激に変化し、分散補償器の透過スペクトルおよび設定分散量にリプルを生じてしまう。【００３７】
これに対し、式（２）および式（３）を満たすように、ｗ２とｗＳＬＭまたはｇＳＬＭとの関係を設定した場合では、集光スポット１４の位置を連続的に変化させたときでも、ピクセル９により付与される位相の不連続性は消失する。各ピクセルが離散化された値の位相を持っている場合であっても、分散補償器として、滑らかな分散補償特性が得られる。【００３８】
図４は、空間位相制御素子に与えられる位相分布の他の例を示す図である。一般に空間位相制御素子８において、各ピクセルに設定できる位相は有限値である。この制限を解決するために、発明者らは、所望の位相値が２πを越えたｕの位置で、図４のように実際の位相値を折り返せば（繰り返せば）良いことを見出した。すなわち、所望の位相値が２π以上の値の場合には、その位相値を２πで割った剰余を、実際の位相値として設定することができる。ピクセル毎に離散化された位相値を使用して、さらに２πを超えた位相値を折り返す（繰り返す）ことによって、空間位相制御素子８のピクセルの全体で任意の所望の位相特性を設定することが可能である。【００３９】
分散補償器の特性としては、分散の波長依存性におけるリプルが小さいことが重要である。このリプルの大きさについては、位相の波長依存性の振幅値の変動が光信号伝送時のビットエラーと最も強い相関があると言われている（非特許文献３を参照）。図４に示したように、本実施例の分散補償器では、設定する位相の波長依存性を直接的に制御している。したがって、本分散補償器自体において、または何らかの外部の擾乱により波長分散特性にリプルが付加的に生じたとしても、設定する位相の波長依存性（即ち、リプル）を直接的に制御することによって、これらリプルを原理的に消去することができる。【００４０】
以下、実施例１の構成の具体的な設計数値・パラメータの例を示す。空間位相制御素子８としては、プロジェクタ等に利用されている静電駆動方式のＭＥＭＳ空間位相制御素子を用いた。本実施例において使用するＭＥＭＳ空間位相制御素子は、ピクセルであるミラーの幅ｗＳＬＭを５．５μｍ、ミラー間のギャップｇＳＬＭを０．３μｍ、ミラーの数を５１２個に設定した。【００４１】
アレイ導波路格子は比屈折率差が１．５％の石英系光導波路を用いて作製し、アレイ導波路の行路長差を４．１ｍｍ、アレイ導波路の出射端５におけるアレイ導波路ピッチを１０μｍ、出射端におけるＡＷＧ基板厚み方向の出射光の開口数を０．２、自由スペクトルレンジ(以下ＦＳＲ： Free spectral rangeとする)を５０ＧＨｚに設定した。ＩＴＵグリッドの波長間隔に対応付けてＦＳＲを設定することによって、ＩＴＵグリッドの１つのチャンネル内に配置された（割り当てられた）光信号に対応させて、全ピクセルによって与えられる位相分布を設定することが可能になる。当業者には良く知られているが、ＦＳＲを上述のように５０ＧＨｚに設定する場合、ＡＷＧにおける隣合う異なる回折次数における各々の干渉光は、ＩＴＵグリッドの隣合うチャンネルにそれぞれ対応している。異なる回折次数の干渉を利用することで、複数のチャンネルの各々に対して、同一の分散補償特性が与えられることに留意されたい。これは、低い回折次数だけを利用するバルク型回折格子には、実現できない特徴である。【００４２】
本実施例のように、ＡＷＧを使うことで、バルクの回折格子にはない柔軟な光学設計、ひいては良好な光学特性を実現できる。例えば、バルクの回折格子は、１から２の低い次数で用いられるが、アレイ導波路格子は、その設計柔軟性により数十から数千まで高い次数に設定することができる。したがって、大きな分散値を設定することが可能となる。【００４３】
集光レンズ７の焦点距離を１６ｍｍ、シリンドリカルレンズ６の焦点距離を１ｍｍとした。上記のように設計値・パラメータを設定する結果、１つの回折次数に含まれる光周波数は、ＭＥＭＳ空間位相制御素子のミラー５１２個に分布するため、ＭＥＭＳ位相変調素子のすべてのミラー（ピクセル）を無駄なく有効に利用することができる。【００４４】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の分散補償器による群遅延量をｋ２をパラメータとして示した図である。図５Ａは、ビーム幅ｗ２がＭＥＭＳミラーの幅ｗＳＬＭの０．５倍の場合の、分散補償器による群遅延特性を示している。図５Ｂは、ビーム幅ｗ２がＭＥＭＳミラーの幅ｗＳＬＭの１倍（等しい）場合の、分散補償器による群遅延特性を示している。それぞれ、式（１）の係数ｋ２を、２．０×１０−６間隔で−１．２×１０−５から−１．２×１０−５まで変化させた場合の各群遅延量を示している。横軸は、１つのチャンネルにおける相対光周波数示している。例えばＩＴＵのＧ．６９４．１規格におけるＤＷＤＭグリッドを例とすると、図５Ａおよび図５Ｂにおける中心光周波数０Ｈｚは、１９３．１ＴＨｚに対応させることができる。【００４５】
図５Ａの場合は、ビーム径およびピクセル幅について式（２）の関係を満たしていないため、群遅延特性にはリプルが生じている。分散補償器により与えられる群遅延によって、かえってシステム全体の伝送特性の平坦性を悪化させる。一方、図５Ｂの場合は、ビーム径およびピクセル幅について式（２）の関係を満たして、リプルの少ない良好な群遅延特性が得られている。式（２）および式（３）を満たすようにビーム径ｗ２とピクセルサイズとの関係を設定することによって、分散補償器は良好な群遅延補償特性を得ることができる。
【実施例２】
【００４６】
図６は、本発明の実施例２に係る分散補償器の構成を示す図である。実施例１の構成と同じく反射型の構成であるが、バルク型回折格子１５をさらに含み、光信号をバルク型回折格子によっても分波する構成である点で、相違している。さらに、本実施例においては、光路を通して見た場合にＡＷＧとバルク型回折格子の分波面が直交している点に大きな特徴を持っている。以下、実施例１との差異について、詳しく説明する。【００４７】
実施例１と同様に、入力ファイバ１０より入力された光信号は、サーキュレータ１１および接続ファイバ１３を介して、ＡＷＧ１の入力導波路２に入射する。入力導波路２に入射した光信号は、スラブ導波路３を介してアレイ導波路４へ伝搬する。アレイ導波路４は、隣合う導波路同士で行路長差ｄＬを有する複数の導波路で構成されている。アレイ導波路４において、異なる波長を持つ光信号は分波される。すなわち、出射端５から出射される光信号は、ｘ−ｚ面（分波面）内で、その波長に応じた異なる出射角度θでｚ軸方向へバルク型回折格子１５へ向かって伝搬する。【００４８】
出射端５から出射された光信号は、ＡＷＧ基板の厚さ方向すなわちｙ方向に対しては、シリンドリカルレンズ６によって平行ビームに変換される。シリンドリカルレンズ６から出射する光信号はｙ−ｚ面内で平行光とみなすことができる。一方、ＡＷＧ基板の面内のｘ方向に対しては、スラブ導波路３のレンズ作用によって十分幅広い平行ビームに変換される。すなわち、出射端５から出射した時点で、ＡＷＧ１から出射する光信号はｘ−ｚ面内で平行光とみなすことができる。シリンドリカルレンズ６を通過することで、光信号をｘ方向、ｙ方向いずれについても平行光とみなすことができる。【００４９】
本実施例２の構成は、ＡＷＧ１により分波された光信号をさらに分波するバルク型回折格子を備えていることに特徴がある。シリンドリカルレンズ６から出射した光信号は、その法線がz軸に対してθｉだけ傾き、格子方向がｘ軸方向に設定されたバルク型回折格子１５により、さらに分波される。バルク型回折格子１５により分波された光信号は、集光レンズ７によって空間位相制御素子８上に集光される。ここで、ＡＷＧ１の分散方向およびバルク型回折格子１５の分散方向は、光路に沿ってそれぞれの分波面を見ると、２つの分波面が直交する関係にある。【００５０】
図６の（ｂ）によれば、ＡＷＧ１および空間位相制御素子８は、互いに平行な位置関係に配置されているように記載されているが、厳密には平行ではない。図６は、後述する特定のバルク型回折格子を使用する場合であって、入射角θｉが４６．７６°の場合を例示的に示している。この時、バルク型回折格子おいて光路はほぼ９０°で屈折するため、図面上は、ＡＷＧおよび空間位相制御素子は、互いに平行な位置関係に配置されているように表現されている。したがって、本実施例において、バルク型回折格子の屈折角θｉには何ら限定はない。本実施例は、光路に沿って見た場合に、ＡＷＧ１の分波面とバルク型回折格子１５の分波面が相対的に直交する関係であることにより、空間位相制御素子のピクセルを、異方性を持った２次元に構成できる点に特徴がある。【００５１】
波長（光周波数）と光信号の集光ビームの位置との関係を説明するため、仮想的に波長を連続的に変えた場合に、集光ビームが空間位相制御素子上に描く軌跡を検討してみる。本実施例においては、ＡＷＧ１の角度分散をバルク型回折格子１５の角度分散よりも十分大きく設定することによって、空間位相制御素子８上の集光ビームは光信号の波長に応じてラスタ状スキャンされる。【００５２】
例えば、バルク型回折格子１５の回折次数を１に、ＡＷＧ１のＦＳＲを、対象とする通信システムにおけるＷＤＭ信号のグリッド間隔に等しくなるように設定すれば良い。このようなビームのラスタ状スキャンは、第１の分光素子として、設計パラメータの自由度が大きく、簡単に所望のＦＳＲを実現できるＡＷＧを用いることで可能となる。第１の分光素子としてバルク型の回折格子を用いる場合には、簡単に所望の角度分散を設定できない。第１の分光素子の分波特性および第２の分光素子の分波特性に適切な角度分散を配分し、組み合わせることによって本実施例特有の分散補償器機能が実現される点に注目されたい。空間位相制御素子８おいて反射された光信号は、実施例１と同様に、その光路を反転させて往路とは逆方向へ伝搬し、サーキュレータ１１を介して、出力ファイバ１２から出射される。【００５３】
図７は、実施例２の分散補償器に好適な空間位相制御素子の構成図を示す。ここで、空間位相制御素子８上の座標系を図７に示すようにｕ軸−ｖ軸と定義する。上述のようにＡＷＧ１のＦＳＲは、対象とする通信システムにおけるＷＤＭ信号のグリッド間隔に等しく設定されている。このとき、グリッドに対応する１つのチャンネル内の光信号は、ＡＷＧ１のある回折次数の干渉光に対応する。したがって、仮想的に無変調の光信号の波長を連続的に変化させたとすれば、ＡＷＧ１の分波作用による集光ビーム位置は、回折次数ｍの光信号については線分Ｌｍ上の軌跡を描く。【００５４】
この回折次数ｍの光信号は、例えばｍ番目の特定のチャンネルの光信号に対応する。同様に、回折次数ｍ＋１の光信号については、隣接するＬｍ＋１上の軌跡を描く。この回折次数ｍ＋１の光信号は、ｍ番目のチャンネルに隣接するｍ＋１番目のチャンネルの光信号に対応する。したがって、１つの通信チャンネル内に存在する光信号成分は、空間位相制御素子８上をスキャンされた１つの軌跡線Ｌｍ上に局在して存在するピクセル列に対応する関係にある。換言すれば、１つのチャンネル内の光信号は、１つの軌跡Ｌｍ上に局在するｕ軸方向に並んだピクセル列によって、位相が付与され分散補償が実現される。【００５５】
実施例１において説明したｕ軸方向の位相設定の手法を、軌跡Ｌｍ上に存在するｕ軸方向に並んだピクセル列に対して適用することにより、通信チャンネル毎に異なる分散特性（群遅延特性）を設定できる。すなわち、本実施例は、ピクセル列毎に独立して異なる位相分布を設定することによって、チャンネル毎に異なる分散特性（群遅延特性）を設定できるという特徴を持つ。ここで、ｖ方向のピクセル幅をｗＳＬＭｖ、ピクセルギャップをｇＳＬＭｖとすると、空間位相変調器８上のｖ方向のピクセルピッチ（ｗＳＬＭｖ＋ｇＳＬＭｖ）は、ｖ軸方向におけるＬｍの軌跡とＬｍ＋１の軌跡との距離ｄｖに一致させる。ｖ軸方向は、図６に示した光路の屈折が概ね９０°の特定の実施例では、概ねｚ軸方向に近接しているが、ｚ軸とｖ軸は必ずしも一致しないことに留意されたい。ｖ軸は、ｕ軸との関係において空間位相制御素子内のピクセルの位置を規定する軸であり、ｕ軸と直交するものと理解されたい。【００５６】
図７を用いて、集光ビーム径と、ｕ軸およびｖ軸のピクセル構造との関係についてさらに検討する。ここで、図７では、各ピクセルを簡単のため正方形のものとして表示しているが、ｕ軸およびｖ軸それぞれにおいて、集光スポットビーム半径とピクセル寸法（幅、ギャップ）との相対関係に着目して、位相の設定方法が説明されることに留意されたい。さらに、変調を受けていないある光周波数（波長）の光信号に対応する集光ビームの形状は、集光レンズとシリンドリカルレンズの特性に応じて、一般に楕円となる。ここで、空間位相制御素子８のｕ方向のピクセル幅をｗＳＬＭｕ、ｖ方向のピクセル幅をｗＳＬＭｖとし、集光スポットは、ｕ方向の楕円半径をｗｕ、ｖ方向の楕円半径をｗｖとする。各楕円半径は、ｕ軸およびｖ軸それぞれにおいて、集光スポットのピーク光強度が１／ｅ２、すなわちピーク光強度の１３．５％となる半径を言うものとする。【００５７】
実施例１と同様に、チャンネル内における分散値のリプルを低減するには、ｕ軸方向について、次式を満たすようにすれば良い。
ｗｕ≧ｗＳＬＭｕ           式（４）
ｖ方向については、軌跡Ｌｍを描く集光スポットラスタは、バルク型回折格子１５の角度分散に基づいて、アレイ導波路格子のＦＳＲに対応する光周波数毎にｄｖ移動する。したがって、集光スポットのｖ方向の楕円半径について、次式を満たすようにすることで、隣接チャンネル内のビームの重なりを除去することができる。
ｗｖ≦ｗＳＬＭｖ／２        式（５）【００５８】
ｖ方向の楕円半径ｗｖは集光スポットの光強度がピーク値の１／ｅ２となる半径であるので、式（５）の条件を満たすことによってビーム重なりを除去できる。式（５）の条件を満たすことにより、一般に光通信で求められる−３０ｄＢ以下のクロストーク性能を実現することができる。【００５９】
ｖ方向について見れば、１つの通信チャンネルの端部の波長成分の光信号に対応する集光ビームは、ピクセルの端部にまで到達し、ピクセル領域からはみ出す場合がある。したがって、分散補償器として所望の位相特性を与えることはできない場合がある。しかし、通信チャンネル波長の端部における変調された光信号は、光強度レベルが非常に低く、通常は、実質的に光信号の変調帯域から外れている。したがって、通信システムにおいて、この波長端部における変調された光信号の波長成分は、光信号による情報伝送にはほとんど寄与していない。したがって、集光ビームがピクセルの端部にまで到達しさらにピクセルからはみ出しても、通信品質の劣化は無視できる。【００６０】
本実施例の分散補償器を実現するには、各素子のパラメータを以下のように設定すれば良い。アレイ導波路格子１は、比屈折率差が１．５％の石英系光導波路を用いて作製し、アレイ導波路の行路長差を２．０５ｍｍ、アレイ導波路の出射端５におけるアレイ導波路ピッチを１０μｍ、出射端における基板厚み方向の開口数を０．２、ＦＳＲを１００ＧＨｚ、空間位相制御素子８上でのｕ方向の集光スポットサイズｗｕを２０μｍとする。またシリンドリカルレンズ６の焦点距離を１２ｍｍ、集光レンズ７の焦点距離を３０ｍｍに設定する。【００６１】
空間位相制御素子としては、ディスプレイ等に用いられている汎用の位相変調素子であるＬＣＯＳ (Liquid Crystal on Silicon)素子を使用できる。ＬＣＯＳ上には、位相をシフトさせる微小なピクセルが２次元に配列されている。本実施例で使用したＬＣＯＳは、ピクセルサイズは、ｗＳＬＭｕ= ５．５μｍ、ｇＳＬＭｕ＝０．３μｍ、ｗＳＬＭｖ=３４．７μｍ、ｇＳＬＭｕ＝０．３μｍで、ピクセル数は、ｕ方向がＮｕ＝１０８０、ｖ方向がＮｖ＝１９２０である。【００６２】
バルク型回折格子１５は、例えば、格子周期が９４０ｌ／ｍｍの体積位相ホログラフィック回折格子（ＶＰＨＧ: Volume phase holographic grating)を用いる。バルク型回折格子１５はＶＰＨＧタイプに限られず、透過型ブレーズ回折格子、反射型のホログラフィック回折格子または反射型のブレーズ回折格子を用いても、ＶＰＨＧを用いたのと同様の機能を実現できる。入射角θｉが４６．７６°のとき格子周期９４０ｌ／ｍｍのＶＰＨＧの角度分散は１．３７ｍｒａｄ／ｎｍである。したがって、ＬＣＯＳ上における集光スポットの位置は、光信号周波数１００ＧＨｚ当り、ｖ方向へ３５μｍ移動する。上記条件のとき、ｖ方向のビーム半径はｗｖは８μｍとなり、式（７）の条件を満たす。【００６３】
図８は、本実施例２の分散補償器による群遅延特性を示す図である。中心周波数１９１，０００ＧＨｚから１８６，６００ＧＨｚまでの４５チャンネル分の群遅延時間を示している。各々の線分が、１つのチャンネルに対する群遅延時間の設定値を示している。各ＷＤＭチャンネルに対して、９８５ｐｓ／ｎｍから−１１００ｐｓ／ｎｍの分散値を個別に設定している。図８から明らかなように、各チャンネルにおける群遅延時間の設定は異なっており、各ＷＤＭチャンネルに対して独立に群遅延の設定が可能であることを示している。【００６４】
以上詳細に述べたように、実施例２の分散補償器によれば、複数の通信チャンネルに対して、独立した分散値を自由に設定することが可能であり、波長選択スイッチを用いるようなリング・メッシュ型構成のネットワークで要求される、ＷＤＭ波長ごとの異なる分散値設定が可能となる。さらに、ＬＣＯＳを利用することで、柔軟な位相分布設定ができるため、分散補償器としての柔軟性に優れ、従来技術と比較して格段に優れた適応性を持っている。
【実施例３】
【００６５】
次に、実施例２と同様にアレイ導波路格子１とバルク型回折格子１５を組み合わせた分散補償器において、別のピクセル配置方法による実施形態を説明する。実施例２では、式（５）に示したように、ｖ方向の集光スポットの楕円半径ｗｖが空間位相制御素子のピクセル幅ｗＳＬＭｖよりも小さい場合を示した。しかし、逆に次式のように、ｖ方向の集光スポットの楕円半径ｗｖを、ピクセル幅ｗＳＬＭｖよりも十分大きくすることもできる。
ｗＳＬＭｖ ≪ ｗｖ      式（６）
図９は、実施例３に係る分散補償器の空間位相制御素子上の集光スポットサイズとピクセルの関係を示した図である。図９においては、バルク型回折格子１５の角度分散による光信号１チャンネル当たりの、ｖ方向の集光スポットのシフト量ｄｖが、空間位相制御素子８の複数個のピクセル幅に相当する関係と成るように、ピクセルの構成を設定する。【００６６】
図１０は、ｖ軸方向における各ピクセルに対する位相設定の例を示す図である。図１０の（ａ）に示すように位相を一定値に設定する場合、ｖ軸方向に関して、空間位相制御素子８から反射される光波面は、空間位相制御素子８へ入射する光波面と同一である。したがって、光信号は往路と同一の光路をバルク型回折格子１５へ向かって逆方向に伝搬して出力ファイバ１２に出力される。【００６７】
一方、図１０の（ｂ）に示すように、ｖ軸方向で傾いた位相値を持つように設定する場合、空間位相制御素子８において反射される光信号の光波面は、ｕ軸すなわちｘ軸を回転軸として傾いた波面となる。光波面は、バルク型回折格子１５を通過した後も、ｕ軸すなわちｘ軸に対して傾いた波面となる。このように、空間位相制御素子８において反射された光信号は往路とは異なる光路を通って逆方向にＡＷＧ１まで伝搬する。【００６８】
さらに、再び図６を参照すれば、バルク型回折格子１５を通過した光信号は、アレイ導波路格子の出射端５において、ｙ軸方向のＡＷＧ導波路固有モードに対して傾いた電界分布を持った状態で、ＡＷＧ１へ入射する。したがって、分散補償器の透過特性に波長依存性を持った損失を付与することが可能となる。【００６９】
図１０の（ｂ）および（ｄ）の各位相設定において、各ピクセルに入射する光パワーで重み付けされた各ピクセル位相の平均値は、分散補償器として設定する分散量から決定されるｕ軸上の所定の位相量φｃ（ｕ）に等しくなるように設定する。例えば、図１０の（ｂ）に示したように、ｖ軸上の中心位置Ｃにおける位相量をφｃ（ｕ）に設定し、Ｃ点を原点として例えば奇関数状の位相分布を与えることができる。このように、本実施例によれば、ｕ軸方向の位相分布によって光信号に与える分散量を、ｖ軸方向の位相分布によって光信号に与える損失を、それぞれ独立に設定できる。ｖ軸方向の位相設定は、奇関数に限られない。また、所定の位相量φｃ（ｕ）を設定するピクセルは、ｖ軸の中心位置Ｃ近傍のピクセルに限られず、中心位置Ｃからずれた位置のピクセルでも良い。【００７０】
２以上のピクセルを用いれば、図１０の（ｂ）および（ｄ）に示したように傾斜した位相分布を形成することができる。図１０の（ｂ）に示した構成のように多数のピクセルで位相制御を行えば、より効率良く光を回折させて損失を付与することができる。（ｂ）の構成と（ｄ）の構成とを比較すると、（ｄ）の構成では、２つのピクセルの中心位置により良い精度で光ビームを照射する必要がある。また、２つのピクセルの位相の設定値を正確に制御しないと、消光比を十分に確保することが難しい。一方、（ｂ）の構成によれば、光ビームの位置が所定の位置から多少ずれても、余裕を持って消光比を十分に取ることができる。【００７１】
図１０の（ｄ）に示した構成の場合は、ｖ軸上で一方のピクセルの位相量は固定しておいて、他方のピクセルの位相のみを変化させるよう制御できる。したがって、（ｂ）に示した構成と比較して、より簡単な位相分布の制御によって、付与する損失の制御を行うことができるメリットがある。さらに、（ｄ）に示した構成は、用いるピクセルの数が少ないので構造自体も簡単で、歩留まりや信頼性の観点からも有利である。【００７２】
一般に、分散補償器は、入出力の光信号の振幅に着目すれば、帯域通過フィルタとして機能している。ここで、帯域通過フィルタの通過帯域幅Ｂの２乗と、波長分散値Ｄとの積は一定であるという関係が知られている。したがって、大きな波長分散値Ｄを設定すれば、その透過スペクトル帯域幅は小さくなり、両者にはトレードオフの関係がある。本実施例３のピクセル構成を利用すると、分散補償器として振幅透過率の高い波長に対して、意図的に新たな損失を与えることによって、帯域幅Ｂを拡大することが可能になる。【００７３】
図１１は、実施例３の分散補償器の透過特性を実施例２と比較して示した図である。実施例３においては、以下に述べるパラメータ以外は、実施例２と同じパラメータを持つＡＷＧおよび光学部品を用いている。実施例３では、シリンドリカルレンズ６の焦点距離を８ｍｍ、空間位相制御素子８のピクセルのｖ方向の幅ｗＳＬＭｖを５．５μｍに設定した。したがって、本実施例のＬＣＯＳは、ピクセルサイズがｗＳＬＭｕ= ５．５μｍ、ｇＳＬＭｕ＝０．３μｍ、ｗＳＬＭｖ=５．５μｍ、ｇＳＬＭｕ＝０．３μｍで、ｕ方向のピクセル数Ｎｕ＝１０８０、ｖ方向のピクセル数Ｎｖ＝１９２０である。シリンドリカルレンズの焦点距離およびピクセルのｖ方向の幅などを変更している点に注目されたい。シリンドリカルレンズの焦点距離の変更により、ｖ方向のビーム半径は、ｗｖ＝１２μｍとなる。ｕ方向のビーム半径は、実施例２と同じく、ｗｕ＝８μｍである。【００７４】
図１１は、１８８，９００ＧＨｚにおいて、波長分散量を１０００ｐｓ／ｎｍに設定した場合の振幅透過特性である。図１１には、比較のため、同じ分散値を実施例２の分散補償器に設定した場合を同時に示している。実施例２の場合、最大の透過率から１ｄＢ減衰量が増加する２つの周波数点の幅、すなわち１ｄＢ帯域幅は１１．６ＧＨｚである。これに対し、実施例３の場合は、１ｄＢ帯域幅は２５ＧＨｚとなり、帯域幅Ｂは２倍以上に拡大されている。【００７５】
本実施例３の分散補償器によれば、透過率の高い光周波数の光信号に積極的に損失を付与することによって、透過帯域を拡大することができ、チャンネル内の振幅特性をフラット化することよる通信品質の改善が可能となる。さらに、本実施例３の分散補償器は、透過スペクトル形状を任意に整形することもできるので、光強度制御器として動作させることも可能である。【００７６】
上述の、実施例２および実施例３それぞれについては、ｕ方向およびｖ方向の集光スポットサイズと、ピクセルサイズとの相対関係が重要となる。図７および図９では、両者の相対関係について一般化して表現した。図１２および図１３は、上述の各実施例の実際の各サイズの相対的関係を反映させて示した図である。図１２は、実施例２の集光スポットサイズとピクセルサイズとの実寸関係を示した図である。また、図１３は、実施例３の集光スポットサイズとピクセルサイズとの実寸関係を示した図である。
【実施例４】
【００７７】
先に述べた実施例２および実施例３では、空間位相制御素子としてＬＣＯＳを用いている。一般に、液晶位相変調素子は偏波依存性を持っているため、液晶位相変調素子によって信号処理を行なう場合、入射光信号の偏波を同一方向に揃える必要がある。以下に説明する実施例４は、偏波依存性を解消した分散補償器の実施形態である。【００７８】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、本発明の実施例４に係る分散補償器の構成を示す図である。図１４Ａは、ＡＷＧ基板を見た上面図（ｘ−ｚ面）であり、図１４Ｂは側面図（ｙ−ｚ面）である。実施例１の構成と同じく反射型の構成であるが、偏波依存性を解消するために、偏波分離素子および１／２波長板さらに含む構成である点で、相違している。以下、実施例１の構成との差異について、詳しく説明する。
実施例１と同様に、入力ファイバ１０から入力された光信号はサーキュレータ１１および接続ファイバ１３を介して、アレイ導波路格子１の入力導波路２へと入射する。さらに光信号は、スラブ導波路３、アレイ導波路４、シリンドリカルレンズ６を介して自由空間へ出射される。出射された光信号は、偏波分離素子２３により直交する２つの偏波成分に分離される。すなわち、一方の偏波成分は偏波分離素子２３から光路２２へ、他方の偏波成分は光路２１へと出力される。さらに、光路２２を通過する偏波成分は１／２波長板２０により偏波方向を回転し、光路２１を通過する偏波成分と同じ方向の偏波を持つことになる。光路２１および光路２２を通る光波は、それぞれ集光レンズ７によって、空間位相制御素子８上の同一点に集光する。【００７９】
光路２２を通過する光波は、空間位相制御素子８により反射され、光路２１を逆向きに伝搬してアレイ導波路格子１側へ伝搬する。一方、光路２１を通過する光波は空間位相制御素子８により反射され、光路２２を逆向きに伝搬してアレイ導波路格子１側へ伝搬する。ここで、光路２２を逆伝播する光信号は、１／２波長板２０により偏波を９０°回転して偏波分離素子２３へ入射する。一方、光路２１を逆伝播する光信号は、そのまま偏波分離素子２３に入射する。偏波分離素子２３を通過すると、２つの光路に分離して通過していた光波は、もとの１つの光路を逆向きにさらに伝搬し、シリンドリカルレンズ６へ入射する。以後は、実施例１と同様に、アレイ導波路４、スラブ導波路３、入力導波路２、接続ファイバ１３、サーキュレータ１１を介して、最終的に出力ファイバ１２から出力される。【００８０】
上述の構成によれば、空間位相制御素子８へ入射する光信号は、光路２１および光路２２を伝搬する光信号いずれも、同じ偏波成分となっているため、空間位相制御素子が持つ偏波依存性の影響を受けない。【００８１】
図１５は、実施例４の分散補償器における空間位相制御素子に与えられる位相分布の例を示す図である。実施例４では、上述の偏波無依存化だけでなく、対象とする光信号に高次の分散を付与する例を示す。第ｉ次の分散を設定するためには、空間位相変調素子の位相設定分布をｉ＋１次の多項式となるように設定すればよい。たとえば、２次の分散を設定する場合、空間位相制御素子８上における分波面との交線上のｕ軸における座標をｕとして、位相分布φ（ｕ）は次式で与えられる。
φ（ｕ）＝ｋ３×ｕ３      （ｒａｄ）          式（７）
ここでｋ３は係数であり、ｋ３を変更することで光信号に与える分散を変化させることができる。また、実施例１と同様に、空間位相変調素子のミラーはｕ方向に離散的に配置されており、ミラーにより与えられる位相の値は離散化されている。このため、ｉ番目のミラーにより与えられる位相は、その中心座標ｕｉにおける位相量φ（ｕｉ）で代表させる。すなわち、ＭＥＭＳ位相変調素子による位相設定量は、図１５に示されるような階段状の分布となる。【００８２】
以下、本実施例４について具体的なパラメータ・数値例を示す。アレイ導波路格子は比屈折率差が１．５％の石英系光導波路を用いて作製し、アレイ導波路の行路長差を２７３μｍ、アレイ導波路の出射端５におけるアレイ導波路ピッチを１２．６μｍ、ＦＳＲを７５０ＧＨｚに設定した。また、集光レンズ７の焦点距離を１５０ｍｍ、シリンドリカルレンズ６の焦点距離を１ｍｍとした。さらに、空間位相制御素子８としては、ピクセルピッチが５μｍ、ピクセル総数が２５６０個のＬＣＯＳを用いた。偏波分離素子２３は長さ１０ｍｍのＹＶＯ４結晶を、１／２波長板２０としてはポリイミドを材料とするものをそれぞれ用いた。【００８３】
上記の構成の場合、光周波数帯域１００ＧＨｚに含まれるＬＣＯＳ位相変調素子のミラーは５１２個となる。すなわち、ＷＤＭ信号のグリッド間隔を１００ＧＨｚとする場合、１チャンネルあたり５１２個のピクセルが分散付与に寄与する。ピクセル総数は２５６０個なので、ピクセル全体では５チャンネル分の独立した分散補償が可能である。また、ＷＤＭ信号のグリッド間隔を５０ＧＨｚとする場合では、１チャンネルあたり２５６個のピクセルが分散付与に寄与する。したがって、ピクセル全体では１０チャンネル分の独立した分散補償が可能である。【００８４】
このように、空間位相制御素子はアレイ導波路格子の波長軸方向（ｘ軸）に多数のピクセルを持つように設定し、かつアレイ導波路格子のＦＳＲを複数のＷＤＭチャンネルを含むように広く設定することによって、本発明の分散補償器は、ＷＤＭチャンネル間隔の変更などのシステム変更に柔軟に対応できるという優れた特徴を持っている。【００８５】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、ＷＤＭ信号グリッド間隔が１００ＧＨｚの場合、２次分散特性を２通信チャンネルに渡って示した図である。図１６Ａは、ｋ３＝=−２×１０−９のときの分散補償器のＴＭ偏波に対する分散補償特性を、図１６ＢはＴＥ偏波に対する分散補償特性を示している。それぞれ、縦軸は２次分散 (単位：ｐｓ／ｎｍ２)である。１つの通信チャンネル内でおよそ３０ＧＨｚの光周波数範囲にわたって、−４３０ｐｓ／ｎｍ２の平坦な２次分散が与えられていることがわかる。【００８６】
図１７は、ＷＤＭ信号グリッドを５０ＧＨｚに設定した場合の２次分散特性を４通信チャンネルに渡って示した図である。図１６の場合と同じく、１つの通信チャンネル内でおよそ２０ＧＨｚの光周波数範囲にわたって、−４３０ｐｓ／ｎｍ２の平坦な特性を得ることができる。図１７では、ＴＭ偏波に対する分散補償特性のみを示したが、ＴＥ偏波に対しても同様の良好な分散補償特性を得た。【００８７】
このように、本実施例４に示した分散補償器によれば、ＬＣＯＳの偏波依存性の影響を受けない分散補償が可能になる。また、上述のようにＷＤＭ信号チャンネルの複数を１つの次数に含むアレイ導波路格子を用い、アレイ導波路格子のＦＳＲを十分に広くカバーする数のピクセルを含む空間位相制御素子を用いることで、ＷＤＭチャンネル間隔の変更などのネットワークシステムの変更、拡張に柔軟に対応可能な分散補償器を実現できる。さらに、空間位相制御素子に与える位相分布を、高次の多項式分布とすることで、光信号に対して高次の分散設定も可能になる。
【実施例５】
【００８８】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、実施例５に係る分散補償器の構成を示す図である。図１８Ａは、ＡＷＧ基板を見た上面図（ｘ−ｚ面）であり、図１８Ｂは側面図（ｙ−ｚ面）である。本実施例の分散補償器は、空間位相制御素子の構成を除いて、実施例１と同じ構成を持つ。空間位相制御素子上に独立に制御される複数の区間を形成して、多チャンネル個別分散補償器を実現する。【００８９】
入力ファイバ１０から入射した光信号は、サーキュレータ１１および接続ファイバ１３を介して、ＡＷＧ１の入力導波路２に入射する。入力導波路２に入射した光信号は、スラブ導波路３を介してアレイ導波路４へ伝搬する。アレイ導波路４は、隣り合う導波路同士で行路長差ｄＬを有する複数の導波路により構成されている。アレイ導波路４において、異なる波長をもつ光信号は分波される。すなわち出射端５から出射された光信号は、ｘ−ｚ面（分波面）内で、その波長に応じた異なる出射角度θでｚ軸方向へ集光レンズへ向かって伝搬する。【００９０】
出射端５から出射された光信号は、集光レンズ７により、収束ビームとなり空間位相制御素子８上において焦点を結ぶ。ＡＷＧ１の線分散作用によって、空間位相制御素子８のｘ軸上の集光位置は、波長によって異なる位置となる。また、ＡＷＧ基板の厚さ方向すなわちy方向に対しては、シリンドリカルレンズ６によって並行ビームに変換され、さらに集光レンズ７により空間位相制御素子８上に集光する。【００９１】
本実施例５では、空間位相制御素子に与える位相分布の点で、実施例１と相違している。すなわち、空間位相制御素子８をｘ方向にｋ個の区間に分割し、その各々の区間に対して、実施例１と同様に、次式で表わされる２次の位相分布を与える。
2009001847.tif 000003
【００９２】
式（８）において、ｕｉ は定数であり各区間の中央の位置を表し、区間ｘｉ−１＜ｘ＜ｘｉ は、分散補償の対象となる光信号スペクトルが空間位相制御素子８のｘ軸上において占める領域である。また、係数ｋ２ｉは区間ｘｉ−１＜ｘ＜ｘｉにおける位相設定の傾きを表している。【００９３】
式（８）に示したように、入力光信号のスペクトルごとに、空間位相制御素子の異なる領域にそれぞれ位相設定を施すことによって、複数のＷＤＭ信号に対して独立に異なる分散値を設定できる。空間位相制御素子として、ＬＣＯＳや分割されたＭＥＭＳなどの微細なピクセル構造をもつデバイスを用いることにより、上述のような異なる分散値の設定が容易に実現できる。システム運用時の変更に伴いＷＤＭ波長の再配置が行われた場合にも、ピクセル構造により構成される各区間を再配置することにより、任意のＷＤＭ波長配置に対応することが可能となり、柔軟なシステム構成に寄与することができる。【００９４】
以下に、具体的な数値例とともに本実施例の分散補償動作の例を示す。アレイ導波路格子は比屈折率差が１．５％の石英系光導波路を用いて作成した。アレイ導波路の行路長差ΔＬを１３２μｍ、アレイ導波路の出射端５におけるアレイ導波路ピッチを１０μｍ、集光レンズ７の焦点距離を２６４ｍｍとした。この構成によれば、アレイ導波路格子の自由スペクトルレンジはおよそ１５００ＧＨｚになる。空間位相制御素子８としては、ＬＣＯＳ(Liquid Crystal on Silicon)型の空間位相制御素子を用いた。ＬＣＯＳ型空間位相制御素子は、例えばピクセルの配列ピッチが８μｍ、ピクセル間のギャップが０．５μｍで、１２８０個のピクセルが一次元に配列され構成されている。ピクセルが配列されたｘ軸方向の長さは、１０．２ｍｍである。この構成は、あくまで一例であって、ピクセルの配列ピッチは５μｍ〜１０μｍの範囲あってもよい。したがって、上述の構成パラメータのアレイ導波路格子および集光レンズを用いる場合、ＬＣＯＳの１２８個のピクセルが、１００ＧＨｚの周波数レンジをも持つ光信号の位相変調に寄与することになる。したがって、本構成の分散補償器によって、１００ＧＨｚ間隔では位置された１０波分のＷＤＭ信号を、全く独立して分散補償することが可能になる。【００９５】
図１９は、実施例５の分散補償器により１００ＧＨｚ間隔に配置されたＷＤＭ信号にそれぞれ異なる分散を設定した場合の群遅延特性を示す図である。１５４３．４１ｎｍから１５５０．９２ｎｍの範囲の１０波長のＷＤＭ信号に、独立に異なる分散値を設定した例である。分散設定値は、短波長側から順に、６６０、−２５００、−２５０、５００、２５０、−１２５０、１２５０、０、−１５００、１０００ｐｓ／ｎｍである。【００９６】
単一のデバイスによって、異なる波長の複数のＷＤＭ信号に対して、実用的なレベルの分散値を付与することは、従来技術では実現されておらず、本発明の分散補償器に特有のものである。アレイ導波路格子を用いて分散補償器を構成することによって、実用的な分散設定が可能になる。さらに、微細なピクセル構造を有する空間位相変調素子を利用することによって、任意の光信号の周波数範囲、チャンネル数および信号配置ならびに高次の分散補償等に対応することが可能となる。したがって、従来技術では実現できなかった高機能な可変分散補償器を実現することできる。【００９７】
上述の実施例５の可変分散補償器によれば、１つのモジュールによって１０チャンネルのＷＤＭ信号に対してチャンネル毎に独立に分散補償することができる。使用したＬＣＯＳの、ピクセルが存在するｘ軸方向の長さは１０．２ｍｍであった。ここで、ＡＷＧのＦＳＲを６０００ＧＨｚとし、ＬＣＯＳのｘ軸方向長さを２０ｍｍ以上にすれば、１００ＧＨｚの波長間隔で配置された４０チャンネルのＷＤＭ信号に対して、チャンネル毎に個別に分散補償ができる可変分散補償器も実現できる。【００９８】
具体的には、ＬＣＯＳのピクセル数を２５６０個、ピクセルの配列ピッチを８μｍとし、１００ＧＨｚの間隔でＷＤＭ信号１チャンネルあたり、６４個のＬＣＯＳピクセルを対応させる。これにより、４０チャンネルのＷＤＭ信号に対して、チャンネルごとに個別に分散補償できる可変分散補償器が実現可能である。ＬＣＯＳについては、４０ｍｍ程度の長さのものまで既に実用化されている。上述のような４０チャンネルに拡張した設計の分光特性の変更も、ＡＷＧによれば柔軟にかつ容易に対応することが可能である。【００９９】
上述のような多チャンネル個別分散補償器を高い安定性および信頼性を持ちしかも小型に作製するには、角度分散が大きいＡＷＧおよび位相制御ピクセルの配列ピッチが極めて細かいＬＣＯＳを組合せることが必要である。図１８に注目して、ＡＷＧ１からの出射光の中心光軸（主光線）の軌跡を考えると、波長の違いによって異なる出射角度で光が出射する。ＡＷＧ１からの出射光は、集光レンズ７により波面変換され、ＬＣＯＳ８の表面に対して垂直に入射する必要がある。したがって、集光レンズ７からＡＷＧ１の出射端面５までの距離、および集光レンズ７からＬＣＯＳ８までの距離は、共に集光レンズ７の焦点距離ｆとなり、２ｆ光学系を構成する必要がある。【０１００】
一方、ＬＣＯＳのピクセル数に注目すると、実施例５においてはＷＤＭ信号１チャンネルに対応するＬＣＯＳのピクセル数は１２８個である。ピクセルの配列ピッチを８μｍ、ピクセル間のギャップを０．５μｍとすると、１チャンネル当たりのＬＣＯＳの分光軸（ｘ軸）方向の長さは、約１０００μｍは必要である。ＬＣＯＳの分光軸方向の長さを短くすると、分散補償量やチャンネル透過帯域等の特性が劣化する懸念がある。ここで、分散補償器の対象となる信号が、チャンネルの波長がλ１からλ４０までを含む４０チャンネルで構成されるとする。ＡＷＧまたは回折格子によりλ１からλ４０まで波長を持つ光信号を、ＬＣＯＳ上の対応する集光位置にそれぞれ分離して集光させるためには、その角度分散が十分に大きい必要がある。角度分散が大きい方が、焦点距離ｆを小さくすることができるため、光学系の全長をより短く小型にすることができる。ここでＡＷＧの角度分散ｄθ／ｄλは、下式のように表される。
2009001847.tif 000004
【０１０１】
ここでｍは回折次数、ｎｃは各々チャンネル導波路の実効屈折率、ｄはアレイ導波路のスラブ入出力部の導波路間隔、ｎｇは光導波路の実効屈折率の群屈折率である。【０１０２】
式（９）によれば、角度分散を大きくするためにはｄを小さくするか、またはｍを増やす必要がある。バルク回折格子と異なり、ＡＷＧには、アレイ導波路の隣接する導波路の光路長差を調整することにより、容易にｍを増加させ、角度分散を増加させることができるという特徴がある。例えば、実施例５において用いているＡＷＧの回折次数ｍは約１００であり、角度分散は０．８ｄｅｇ／ｎｍとなる。さらにＡＷＧの設計変更によりこの角度分散を増やすことも可能である。【０１０３】
図２０は、現在入手可能な回折格子のタイプおよび角度分散の例を示す表である。バルク回折格子は、ライン間隔ｄを最小１μｍまで小さくできる反面、回折次数ｍを増やすのは簡単でない。図２０からわかるように、光通信用途で通常用いられるバルク回折格子においては、１ｍｍ当たりのライン数が多い一方で回折次数を大きくできないため、角度分散は高々０．１８ｄｅｇ／ｎｍ程度である。これに対して、本発明のようにＡＷＧを用いることによってバルク空間回折格子と比べて光路長を１／５以下にすることが可能であり、光信号処理装置をより小型化することができる。【０１０４】
本実施例においては、ＡＷＧから空間光学系へ出射した光信号を、再びＡＷＧに光結合させる必要がある。このため、光信号処理装置内において各光学部品の実装には、高い位置決め精度が求められる。一方、光通信デバイスにおいては、例えば０〜７０℃の範囲の温度変化に対しても、信号処理特性の変動をできる限り小さくするとなどの厳しい環境条件が課される。モジュール化された光信号処理装置においては、図１８に示したＡＷＧ、集光レンズおよびＬＣＯＳ等は、モジュール筐体または他の共通の部材に取り付けられている。従って、光学系の全長が往復で１ｍ以上となるような場合には、温度変動に伴い、各光学部品の相互の距離が、モジュール筐体等の熱膨張によりずれ、光結合損失が増加する等の信号処理特性の劣化が生じる。温度変動等の外部擾乱に対する信号処理特性の安定性および信頼性は、光通信デバイスの実用化において最も重要な事項である。個々のモジュールサイズを小型化するだけではなく、空間光学系の全長の短縮、装置全体の小型化が重要である。【０１０５】
上述の本発明の実施例５に係る分散補償器では、空間光学系の光学長全長は高々５０ｃｍ程度である。一方、通常入手可能な回折格子を用いて、実施例５に示した分散補償器と同等の分散補償特性を得ようとする場合は、その空間光学系の全長は２ｍ以上に達する。本発明のようにＡＷＧおよびＬＣＯＳの組合せを利用することにより、空間光学系の全長の短縮、装置全体の小型化にも大きな効果が得られる。【０１０６】
本発明において、ＡＷＧを用いることにより得られるさらに別の特有の効果について説明する。図３とともに既に説明したように、空間位相変調素子上の集光スポットｗ２の大きさは、下に再掲した式（２）を満たす範囲でなるべく小さい方が望ましい。
ｗ２≧ｗＳＬＭ            式（２）
この理由を、スポットサイズの柔軟性の観点から次のように説明することができる。【０１０７】
図２１は、１つのチャンネルについての空間位相変調素子上における光信号反射の様子を拡大して示した図である。１つのチャンネルの中心波長付近の光信号の光軸をＡ、短波長側にずれた光信号の光軸をＢとする。光軸Ａを伝搬する光は、空間位相変調素子において、ピクセルの形成面に対して垂直にＡ´に示したように反射する。これに対して、光軸Ｂを伝搬する光は、空間位相変調素子によって位相を付与された分だけ波面が変換されるため、Ｂ´に示したようにわずかに傾斜した方向へ反射する。したがって各チャンネルにおける中心波長から離れた周辺波長の光信号には原理的に損失が発生する。この周辺波長における損失のために、各チャンネルの透過帯域特性が狭くなる。【０１０８】
図２２は、スポットサイズとチャンネル透過帯域との関係を示した図である。横軸に示したスポットサイズは、単色光について、空間位相変調素子上における分光軸方向（ｘ軸方向）のビーム半径ｗ２（μｍ）を表す。縦軸は、１つのチャンネルにおいて、透過率が中心波長の値よりも１ｄＢ低下する１ｄＢ帯域幅（ＧＨｚ）を示す。ここで、１ｄＢ帯域幅の決定に当っては、単色光は、チャンネルの中心波長の光軸Ａから周辺波長の光軸Ｂまでの範囲の光軸を取ることに注意されたい。ここで、空間位相変調素子は、ピクセルの配列ピッチが７μｍ、ピクセル間のギャップが０．８μｍのＬＣＯＳタイプである。図２２からわかるように、スポットサイズが大きくなるほど、１ｄＢ帯域幅は狭くなることがわかる。これは、図２１で説明したように、周辺波長の光信号に対する光軸Ｂで示される状態において、光結合損失が増えるためである。【０１０９】
広帯域な信号処理が要求される、例えば１ｄＢ帯域幅が４５ＧＨｚ以上必要な場合を考えると、図２２により空間位相変調素子（例えばＬＣＯＳ）上のスポットサイズｗ２は２５μｍ以下とすれば良い。ＡＷＧから出射する光信号がガウスビームである仮定すると、ＡＷＧの出射面におけるビーム径の分光軸方向（ｘ軸方向）のビームスポットサイズＷ２は、スポットサイズｗ２と次式で与えられる関係を持つ。
2009001847.tif 000005
【０１１０】
式（１０）から、空間位相変調素子上のスポットサイズｗ２＝２５μｍに対応して、ＡＷＧの出射面におけるビームスポットサイズＷ２は約４ｍｍ以上であることが望ましい。ＡＷＧの出射面におけるビームスポットサイズは、アレイ導波路の本数、間隔等を適切に設計することにより容易に所望の値にすることができる。したがって、ＡＷＧを用いている本発明の分散補償器では、空間位相制御素子のピクセル構成および必要とされる帯域条件に応じて、式（２）の条件を満たすように、柔軟にスポットサイズの選択することが可能である。作製プロセスは従来技術と同様のままでＡＷＧのマスクレイアウトの設計変更により、様々なバリエーションの帯域等の変更に容易に対応可能である点で、本発明が非常に優れた特徴を持つことが理解されるだろう。【０１１１】
図２３は、通常の回折格子を用いた場合に、ビーム径を変更する構成を説明する図である。通常の回折格子６４を用いた場合に、分波軸方向に大きなスポットサイズを実現するためには、光ファイバ６１から出射する光を、コリメータレンズ６２に通した後に、例えばアナモルフィックプリズムペア６３ａ、６３ｂを用いてビーム径を大きく拡大する。その後、回折格子６４に向けて光信号を出射する必要がある。ＡＷＧを用いた本発明と比べ、図２３に示した構成では光部品の点数が大幅に増加する。さらに、光部品をミクロン精度の高精度で個別に調心・固定する必要がある。部品点数が多いので価格が高くなるのに加え、作製時間も増え、ＡＷＧを用いた本発明の構成に比べてコストがより高くなる。【０１１２】
実施例５で説明した多チャンネル個別可変分散補償器は、実際の光ネットワークにおいて使用する場合にも特有の長所を発揮する。次に、光ネットワークシステム上における、本発明の可変分散補償器の特徴を説明する。【０１１３】
図２４は、ネットワーク形態および伝送速度の観点から分散補償器の形態を分類した図である。本発明の多チャンネル個別可変分散補償器は、（ｃ）タイプとして位置付けられている。図２４において、列方向には左から右へ技術の進展に対応させて、伝送速度および分散耐力のレベルに対応した、分散補償器を含む受信器の構成を示している。行方向について、１行目および２行目に、代表的なネットワークの形態であるPoint-to-pointネットワークおよびＲＯＡＤＭ(Reconfigurable optical add-drop multiplexer)ネットワークについて、それぞれ示している。【０１１４】
分散耐力とは、 ある基準の伝送品質を満たす残留分散（伝送路ファイバと分散補償器による分散量の総和）の範囲を示す。分散耐力は光信号のビットレートの２乗に反比例して小さくなるため、伝送速度が上がるにつれて、分散補償技術がより重要となる。例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送システムでは、光信号の分散耐力はおよそ１０００ｐｓ／ｎｍ程度である。シングルモードファイバ（ＳＭＦ）の分散量がおよそ１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることを考慮すると、分散補償技術を用いなければ６０ｋｍ程度しか伝送できないことになる。４０Ｇｂｉｔ／ｓ伝送における分散耐力は、さらに１／１６の６０ｐｓ／ｎｍ程度となり、ＳＭＦでは４ｋｍ程度しか伝送できないことになる。【０１１５】
再び図２４に戻ると、現在、広く用いられている、（ａ）タイプと（ｄ）タイプのネットワーク構成については、ＤＣＦ (Dispersion compensation fiber: 分散補償ファイバ)を用いることによって、ネットワークの各伝送路スパン毎に波長分散を補償している。しかし、光伝送速度が４０Ｇｂｉｔ／ｓのより高速なネットワークでは、（ｂ）タイプや（ｆ）タイプの構成が用いられつつある。前述のように、４０Ｇｂｉｔ／ｓの高速なネットワークでは、受信器における分散耐力は伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓの時と比較して大幅に低下して、６０ｐｓ／ｎｍ程度となる。このような場合、各チャンネル毎の波長分散のバラツキおよび時間変動を、ＤＥＭＵＸ前段に配置した１つのＤＣＦによってまとめて補償するのでは不十分である。【０１１６】
そこで、図２４の（ｆ）タイプに示したように、ＤＣＦで全チャンネルをまとめて分散補償した後にさらに各チャンネルについて個別にＴＯＤＣによって補償する必要がある。しかし現実には、４０チャンネル個々に対してＴＯＤＣを備えるのは、コストがかかる上に、光信号処理装置における受信ブロックの大型化を招く。従って個別にＴＯＤＣを備える必要のない本発明に相当する（ｃ）タイプや（ｇ）タイプの形態が望まれている。【０１１７】
Point-to-pointシステムについては、各波長の光信号が同じ１つの光ファイバをＷＤＭ信号として伝送される。各波長の光信号に対する分散補償値は、ＤＣＦによる補償から逸脱した成分に対応する必要がある。逸脱した成分は、波長に対して一様に増加または減少し、一様のスロープを持つ成分が主であるので、（ｇ）タイプに示したような分散スロープ補償を用いる必要がある。さらにＲＯＡＤＭを用いたリングネットワークでは波長毎に経路が異なるため、（ｇ）タイプのような分散スロープ補償でも十分ではなく、本発明の実施例５として提案したような多チャンネル個別可変分散補償器が必須となる。本発明の多チャンネル個別可変分散補償器によれば、通常用いられるＤＣＦも不要となる。今後、４０Ｇｂｉｔ／ｓへの高速化が進み、ＲＯＡＤＭに代表される波長毎に経路が異なるネットワークの比重が益々増えると考えられるため、本発明で提案された多チャンネル個別可変分散補償器への要請が高まると考えられる。【０１１８】
以上、本発明の分散補償器のネットワークシステム上の代表的応用例を示したが、 (ｃ)タイプの形態以外で利用できないということではなく、（ｃ）タイプ以外の他の全ての分散補償の機能を兼ねることもできる。特に４０Ｇｂｉｔ／ｓ級のシステムにおいては、事故発生時や道路工事等のメインテナンスのために、光ファイバの一部のルートを変更する場合にも、分散補償量の調整が必要となる。このような場合にも、多チャンネル個別可変分散補償器を用いると大変好都合である。さらに、既存の敷設された光ファイバのシステムを１０Ｇｂｉｔ／ｓから４０Ｇｂｉｔ／ｓに拡張変更したり、図２４に列挙した多種のタイプのネットワーク構成に展開する際にも、本分散補償器はそのまま用いることができる。またＤＣＦと組み合わせて利用できることも言うまでもない。以上、詳細に述べたように、本発明の多チャンネル個別可変分散補償器は、多様なシステムに柔軟に対応できるという優れた特徴がある。【０１１９】
また、チャンネル毎の信号速度に応じてチャンネル帯域を可変するネットワークも提案されている。具体的には、チャンネル１からチャンネル３０については伝送容量が多く必要なので４０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送速度を用いるために、１つのチャンネルに１００ＧＨｚの帯域を割り当て、残りのチャンネルについては１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送速度を用いるために５０ＧＨｚの帯域を割り当てるといった用い方である。さらに時間の経過とともに割り当てる帯域を変更することもある。【０１２０】
本発明の可変分散補償器においては、空間位相変調素子を分光軸上で見ると、光信号ビームのスポットサイズ（ｗ２）よりも、ピクセルの方がより細かい。多数のピクセル全体に渡って、複数の区間に設定された各チャンネル間の境界には、信号処理の機能を固定的に規定・制限する物理的な境界は存在しない。したがって、システム上要求される各チャンネルの帯域に合わせて、分散補償機能を柔軟に変更し設定することが可能である。例えば、実施例５の構成において１００ＧＨｚのチャンネルを５０ＧＨｚへ変更する場合には、光信号処理装置の構成を全く変更することなく、１つのチャンネル当たりのピクセル数を１２８個から６４個に変更して対応することができる。【０１２１】
実際のノードにおいては、分散補償の機能だけでなく波長ブロッカのように光強度を波長毎に制御する機能も同時に用いられる。実施例５において、１次元でなく２次元にピクセルが配置されたＬＣＯＳを用いて、図１１において説明したのと同様の方法で光強度に対しても制御することができる。その場合、実施例５に示した構成の１つの光信号処理装置のモジュールで、多チャンネル個別可変分散補償器および波長ブロッカの両方の機能を実現することが可能である。
【実施例６】
【０１２２】
実施例１では、空間位相制御素子上の集光スポットとピクセルサイズの関係について単純な場合を議論し、下に再掲する式（２）および式（３）を満たすときに、分散補償器の透過スペクトルおよび分散にリプルが生じないことを説明した。
ｗ２≧ｗＳＬＭ            式（２）
ｗ２≧ｇＳＬＭ            式（３）
ここで、空間位相制御素子上における単色光の集光スポットの光強度が１／ｅ２、すなわちピーク光強度の１３．５％となる半径をｗ２、空間位相制御素子のピクセルの幅をｗＳＬＭ、隣り合うピクセル間のギャップをｇＳＬＭとする（図３も参照のこと）。本実施例では、分散補償器により与えられる群遅延特性に生じるリプルを、さらに低減する方法を示す。【０１２３】
空間位相変調素子は、入力された光信号の波長に対して２次の分布（以下位相関数と呼ぶ）を持つ位相シフトを付与する。しかし、空間位相変調素子はピクセル化されており、付与される位相シフトの値は離散化されているため、連続な位相関数を正確に近似できない。ここで、空間位相変調素子の分光軸方向の繰返し周期をｐ（＝ｗＳＬＭ＋ｇＳＬＭ）とすると、その空間周波数は１／ｐで表わされる。すなわち、空間位相変調素子によって付与しようとする連続な位相関数は、１／ｐのサンプリング周波数で標本化される。【０１２４】
一方、空間位相変調素子へ入力した集光ビームは、ガウス関数などの実効的に有限の幅を持つ形状をしている。この有限幅のビーム形状は、位相関数により与えられる位相シフトを、ビーム形状に応じた重みづけを施しながら積分する効果を持つ。前述のガウスビームの幅をｗ２とすれば、このガウスビームは、積分範囲が２×ｗ２の低域通過フィルタ（以下、ＬＰＦ：Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）として動作する。言い換えると、このＬＰＦのカットオフ空間周波数は１／（２×ｗ２）である。これは、集光ビームのガウス形状によって規定されるアナログフィルタが、離散的サンプリングを行う空間位相制御素子の前段に挿入されていることに相当する。すなわち、ＬＣＯＳ上での幅Ｗ２のビームスポットが、アンチエイリアシングフィルタに相当する機能またはダイレクトデジタルシンセサイザのＤＡ変換器の直後に挿入されるアナログフィルタに相当する機能を持っていることを表している。また、このフィルタのカットオフ周波数が次式（１１）を満たすことは、情報理論におけるナイキストの定理から導かれる。
2009001847.tif 000006
【０１２５】
上述の集光されたビームの形状で規定されるフィルタ機能の説明は、空間位相変調素子のピクセル構造に起因する高次回折光を除去する条件を与えるものでもある。ここで、例えば図１を参照しながら高次回折光を除去する条件について述べる。入射光信号の波長をλとするとき、空間位相変調素子８のピクセル周期ｐに対応して、高次回折光は空間位相変調素子の法線に対して、角度θ＝λ／ｐの方向に出力される。光信号は、集光レンズ７のフーリエ変換作用により、アレイ導波路格子端面５において、アレイ導波路格子の中心からｆ・θの位置を中心として、幅Ｗ２＝λ・ｆ／πｗ２のガウスビームとしてコリメートされる。ここで、ｆは集光レンズ７の焦点距離を表す。【０１２６】
高次回折の成分が入力導波路２に結合しないためには、入力導波路２からの入射光がアレイ導波路端面５において形成する固有モード（中心０、幅λ・ｆ／πｗ２のガウスモード）と十分に離れている必要がある。一般にガウスビームの強度は、その中心からガウスビーム幅Ｗ２の２倍程度離れたときに、十分小さくなり中心強度の０．１％以下となることが知られている。したがって、次式が得られる。
ｆ・θ≧２×Ｗ２                    式（１２）
ｗ２≧２／π・ｄ≒ｐ（＝ｗＳＬＭ＋ｇＳＬＭ）    式（１３）
式（１３）から、式（２）および（３）の条件が得られる。以上は、回折の理論から導かれる、ビームサイズおよびピクセルサイズの関係に対する要請の説明である。【０１２７】
図２５Ａおよび図２５Ｂは、本発明の実施例６に係るアンチエイリアシングフィルタの概略を説明する図である。本実施例６においては、上述のアンチエイリアシングフィルタとして、ガウス形状よりも良い形状のアンチエイリアシングフィルタの合成法を提案する。図２５Ａは、空間位相制御素子８および空間位相制御素子上に集光するビームの電界分布７０を示している。電界分布７０はｓｉｎｃ関数の形状を持っている。さらにｓｉｎｃ関数の中心から最初の零点までの距離ｗは、次式を満たすように設定される。
ｗ≧ｐ                                            式（１４）【０１２８】
図２５Ｂは、空間位相制御素子のピクセルによりサンプリングされた位相関数のスペクトル７４ａおよびｓｉｎｃ型関数のスペクトル７３を示している。サンプリングの効果により、位相関数のスペクトル７４ａにおいては、空間周波数１／ｐごとに折り返しのスペクトル７４ｂ、７４ｃが発生し、無限の高調波成分が発生する。この高調波成分７４ｂ、７４ｃは、空間位相制御素子を分散補償器として動作させる際に、折り返し雑音となり群遅延特性にリプルを生じさせる。したがって、の高調波成分７４ｂ、７４ｃに起因する折り返しを除去する必要がある。ｓｉｎｃ関数のスペクトル７３は、矩形となり高調波成分を効果的に抑圧することができる。さらに、式（１３）のように最初の零点の位置を設定することにより、矩形フィルタのカットオフ周波数は１／２ｗとなる。ナイキスト周波数１／２ｐよりも低い周波数となるため、アンチエイリアシングフィルタとして動作する。【０１２９】
実施例１に示したようなガウス型の関数をフィルタとして用いる場合、空間位相変調素子上のガウス幅を広くすることによって、高調波成分を効果的に抑圧することができる。しかしながら、同時に位相関数の信号帯域幅を制限することにもなる。これは、空間位相制御素子に設定される位相分布の空間周波数帯域の帯域特性を狭めて分散補償特性を劣化させることにつながる。一方、本実施例のｓｉｎｃ型の関数およびそのフーリエ変換である矩形のフィルタをアンチエイリアシングフィルタとして用いる場合は、位相関数の信号帯域幅を確保することができる。このため、分散補償特性を劣化させることなく、急峻なフィルタ特性により高調波成分をカットし、群遅延特性における折り返しノイズ成分を除去することができる。  【０１３０】
上述のようなｓｉｎｃ関数型の電界分布を持つように、空間位相変調素子上のビーム形状を決定することによって、空間位相変調素子によるサンプリングの効果、すなわち、回折の効果を除去できる。このようなｓｉｎｃ関数型の電界分布を実現するには、次のように光学系を構成すれば良い。例えば、図１Ａに示した実施例１において、集光レンズ７はフーリエ変換の作用を有しており、アレイ導波路格子の出射端５における電界分布は、図２５Ｂに示したアンチエイリアシングフィルタのスペクトルそのものである。したがって、アレイ導波路４への光強度の分配の割合を矩形フィルタの形状に設定することによって、容易に実現可能である。分配割合を調整するには、アレイ導波路４のスラブ導波路３への接続境界部における導波路の開口幅を、適切に調節すれば良い。また、アレイ導波路４の途中でアレイ導波路ごとに損失を与えることによって、出射端５における光強度分布が矩形となるように設定しても良い。【０１３１】
上述の説明からわかるように、図２５Ｂに示した空間スペクトルにおける高調波成分は、空間位相制御素子のピクセルによる回折光であることがわかる。したがって、上述のようなアンチエイリアシングフィルタを設置することは、すなわち、アレイ導波路４の開口の外側に回折光を押し出すことに相当する。【０１３２】
以上、ｓｉｎｃ関数のフーリエ変換で与えられる矩形フィルタを用いて、標本化の影響を除去する例を示したが、フィルタ形状は矩形型に限られない。ＡＷＧのＦＩＲ特性を利用して構成されるフィルタ形状であれば、バタワースなどのそのアレイへの光強度の分配率およびアレイ出射端での光の位相を制御して合成されるフィルタであって、一般のフィルタ合成論で知られているフィルタ形状であってもよい。
【実施例７】
【０１３３】
本実施例７は、本発明の可変分散補償器の設置方法に関し、リング型のネットワークにおけるノードの構成を例にした実施形態を示す。これまで述べたように、本発明の可変分散補償器では、複数のＷＤＭチャンネルの光信号に対して、１つの可変分散補償器モジュールによって異なる分散値を設定する方式について開示した。最初に、本発明の可変分散補償器を用いない場合の、ノード構成について説明する。【０１３４】
図２６は、従来の可変分散補償器を用いた一般的なネットワーク構成を示す図である。ノードの入力から入力されたＷＤＭ信号は、第１のタップ８６ａによりＷＤＭ信号が全チャンネルがリングのメインルートおよびドロップポートへ分岐される。ドロップされたＷＤＭ信号は、ＤＥＭＵＸ８１により分波された後、それぞれ個別の可変分散補償器８３−１〜８３−４０によって波形整形され、受信器Ｒｘ８４−１〜８４−４０により受光される。一方、第１のタップ８６ａにより分波されずにメインのリングに伝搬するＷＤＭ信号のうち、そのノードでアド・ドロップされる信号は、波長ブロッカ（ＷＢ）８０により消光される。消光された波長の信号は、送信器８５−１〜８５−４０（Ｔｘ）および合波器（ＭＵＸ）８２により合波され、第２のタップ８６ｂを介して、波長ブロッカ８０からの信号と合わせられて、出力される。このように、本構成の場合、可変分散補償器８３−１〜８３−４０は、ＷＤＭチャンネル数分必要となる。４０波のＷＤＭシステムでは、４０台の可変分散補償器８３−１〜８３−４０が必要になり、経済的なネットワーク構成ではない。【０１３５】
図２７、図２８および図２９は、それぞれ本発明の可変分散補償器を用いたネットワーク構成例を示す図である。図２７では、入力されたＷＤＭ信号は第１のタップ８６ａにより、リングのメインルートおよびドロップポートに分岐される。ドロップポートに分岐された光信号は、本発明の可変分散補償器８３によって波形整形される。光信号は、波形整形された後、ＤＥＭＵＸ８１において分波され、受信器８４−１〜８４−４０へ伝搬する。本構成においては、図２６で説明した構成のようにＷＤＭチャンネル数分の可変分散補償器を必要とせず、ネットワークシステムを大幅に経済化することができる。また、点線で示すように、多波長を独立して分散補償可能な可変分散補償器８３および分波素子８７を、機能ブロック８７として一体に集積して、モジュールもしくはボードとして形成することができる。一体化することにより、機能ブロック間を接続する光ファイバの本数を減らすことができ、ネットワークシステムおよび光信号処理装置のメンテナンスを容易にすることができる。【０１３６】
本発明の可変分散補償器を挿入する位置は、分散補償の機能または後述のチャーピングの効果が得られる限り、図２７および後述する図２８または図２９の構成例に限定されない。例えば、図２７のＡ点またはＢ点のいずれに挿入しても、これらの点を通過する各チャンネルの信号の波長分散を補償することが可能である。【０１３７】
図２８は、本発明の可変分散補償器を用いた他のネットワーク構成例を示す図である。本構成では、送信器８５−１〜８５−４０からの信号を合波素子（ＭＵＸ）８２により合波される。さらに、第２のタップ８６ｂによって、波長ブロッカ８０からの信号と合波される。その後、図２８のように本発明の可変分散補償器８３を組み入れる構成とすることで、各信号に対してプリチャープを施して、伝送過程で生じる信号波形の劣化を防いでも良い。この場合は、合波素子（ＭＵＸ）８２、可変分散補償器８３および第２のタップ８６ｂを、機能ブロック８８として一つのモジュールまたはボードに集積することによって、ネットワークシステムのメンテナンスを簡単にすることができる大きな利点を生じる。図２８では、第２のタップ８６ｂよりも出力側（図の右側）に可変分散補償器８３を設置した例を示したが、分散補償器の設置場所は、合波素子（ＭＵＸ）８２および第２のタップ８６ｂの間とすることもできる。【０１３８】
図２９は、本発明の可変分散補償器を用いたさらに他のネットワーク構成例を示す図である。本構成のように、入力からのＷＤＭ信号を、まず本発明の分散補償器８３に入力して波形整形した後に、ドロップ・アドの動作を施してもよい。点線で示したように、可変分散補償器８３、第１のタップ８６ａおよび波長ブロッカ（ＷＢ）８０を、１つの機能ブロック８９としてモジュールまたはボードに集積することによって、ネットワークシステムおよび光信号処理装置のメンテナンスを簡単にすることができるという利点を生じる。【０１３９】
本実施例においては、リング型のネットワークにおける本発明の可変分散補償器を用いたノードの構成を示した。しかし、ポイントツーポイント型、メッシュ型のネットワークにおいても、分波素子と可変分散補償器または合波素子と可変分散補償器を集積して構成することができる。これにより、図２７−図２９の構成例と同様に、ネットワークシステムおよび光信号処理装置のメンテナンスを簡単にするという大きな利点が生じる。  
以上詳細に説明してきたように、本発明の分散補償器によれば、既存の汎用低コストの光学部品を組み合わせて、比較的単純な空間光学系の構成により、柔軟な分散特性を設定可能な分散補償器を提供することができる。小型で分散特性の設定の自由度が高く、さらに製造性にも優れる。ＡＷＧを使うことによって、バルクの回折格子には無い柔軟な光学設計、さらには良好な光学特性を実現できる。例えば、バルクの回折格子は、回折次数が１次から２次の低い次数で用いられるが、アレイ導波路格子は、その設計の柔軟性により数十次から数千次まで高い次数に設定することができる。したがって、式（９）に示される用に、大きな分散値を設定することができる。【０１４０】
さらに、本発明の分散補償器によれば、空間位相制御素子の異なる区間にそれぞれ位相設定を施すことによって、複数のＷＤＭ信号に対して独立に異なる分散値を設定できる。空間位相制御素子として、ＬＣＯＳまたは分割されたＭＥＭＳなどの微細なピクセル構造を持つデバイスを用いることによって、異なる分散値を容易に設定できる。光通信システム運用時の変更に伴なってＷＤＭ波長の再配置などが必要な場合にも、ピクセル構造により構成された各区間の位相設定値を変えることにより、任意のＷＤＭ波長配置に対応することができる。柔軟なシステム構成および容易なシステム構成の変更に寄与することができる。ＡＷＧが持つ光学設計の柔軟性の利点と相俟って、光通信システムの低コスト化を実現する。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明は、光通信に適用できる。特に、波長選択スイッチを用いるようなリング・メッシュ型構成のネットワークでの利用に好適である。
【図１Ａ】
2009001847.tif 000007
【図１Ｂ】
2009001847.tif 000008
【図２】
2009001847.tif 000009
【図３】
2009001847.tif 000010
【図４】
2009001847.tif 000011
【図５Ａ】
2009001847.tif 000012
【図５Ｂ】
2009001847.tif 000013
【図６】
2009001847.tif 000014
【図７】
2009001847.tif 000015
【図８】
2009001847.tif 000016
【図９】
2009001847.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009001847.tif 000020
【図１３】
2009001847.tif 000021
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
2009001847.tif 000024
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
2009001847.tif 000045
2009001847.tif 000046
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