(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グレーティング長Ｌのチャープファイバグレーティングの長手方向の反射波長の分布λ(z) が、反射波長の最短波長をλS 、最長波長をλL 、Δλ＝λL −λS 、最短波長部分を原点として長手方向にとった座標軸の座標をｚとしたときに、
λ(z) ＝λS＋Δλ(ｚ／Ｌ)1/2
で表され、その反射波長の短波長側から光が入射される第１のチャープファイバグレーティングと、
グレーティング長Ｌのチャープファイバグレーティングの長手方向の反射波長の分布λ(z) が、
λ(z) ＝λS＋Δλ｛１−(１−ｚ／Ｌ)1/2｝
で表され、その反射波長の長波長側から光が入射される第２のチャープファイバグレーティングとを備え、
前段の第１ポートを入力ポートとし、前段の第３ポートと後段の第１ポートを接続し、後段の第３ポートを出力ポートとする２つの３ポート型光サーキュレータの各第２ポートに、前記第１のチャープファイバグレーティングおよび前記第２のチャープファイバグレーティングを順不同に接続した構成である
ことを特徴とする群遅延分散エミュレータ。
【請求項２】
グレーティング長Ｌのチャープファイバグレーティングの長手方向の反射波長の分布λ(z) が、反射波長の最短波長をλS 、最長波長をλL 、Δλ＝λL −λS 、最短波長部分を原点として長手方向にとった座標軸の座標をｚとしたときに、
λ(z) ＝λS＋Δλ(ｚ／Ｌ)1/2
で表され、その反射波長の短波長側から光が入射される第１のチャープファイバグレーティングと、
グレーティング長Ｌのチャープファイバグレーティングの長手方向の反射波長の分布λ(z) が、
λ(z) ＝λS＋Δλ｛１−(１−ｚ／Ｌ)1/2｝
で表され、その反射波長の長波長側から光が入射される第２のチャープファイバグレーティングとを備え、
第１ポートを入力ポートとし、第４ポートの出力ポートとする４ポート型光サーキュレータの第２ポートおよび第３ポートに、前記第１のチャープファイバグレーティングおよび前記第２のチャープファイバグレーティングを順不同に接続した構成である
ことを特徴とする群遅延分散エミュレータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の群遅延分散エミュレータにおいて、
前記２つのチャープファイバグレーティングをピエゾ素子に固定し、このピエゾ素子に印加する電圧を制御して反射波長域を同一方向に等しく移動させるチューニング手段を備え、前記２つのチャープファイバグレーティングの組合せによる合成した群遅延特性（波長分散特性）が光ファイバ伝送路の群遅延特性（波長分散特性）を模擬するように設定した構成である
ことを特徴とする群遅延分散エミュレータ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の群遅延分散エミュレータにおいて、
前記２つのチャープファイバグレーティングをヒータに固定し、このヒータの温度を制御して反射波長域を同一方向に等しく移動させるチューニング手段を備え、前記２つのチャープファイバグレーティングの組合せによる合成した群遅延特性（波長分散特性）が光ファイバ伝送路の群遅延特性（波長分散特性）を模擬するように設定した構成である
ことを特徴とする群遅延分散エミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、様々な環境下における光ファイバ伝送路の群遅延特性（波長分散特性）を模擬的に再現する群遅延分散エミュレータに関する。
【０００２】
本発明の群遅延分散エミュレータは、例えば自動分散等化実験において、光ファイバ伝送路の零分散波長に変化を与える場合、または付与する分散を変えることによる分散トレランスの測定をする場合などに利用される。また、光パルスへのプリチャープ付与時など、任意の分散を付与する場合などに利用される。
【０００３】
【従来の技術】
光通信システムの高ビットレート化に伴い、光ファイバ伝送路の波長分散による信号劣化が問題になっており、分散等化技術が研究されている。さらに、光ファイバ伝送路が敷設された環境の影響により経時的に変化する波長分散に対応する分散可変等化技術も研究されている（参考文献：特開２０００−２８９３４号公報、分散可変光等化器）。
【０００４】
このような分散等化技術を検証する分散等化実験では、環境の影響による波長分散の変化を模擬するために、光ファイバを恒温槽に入れて温度変化を与えたり（S.Kuwahara et al., Electron. Lett., vol.34, no.20, pp.1956-1958, 1998 、A.Sano et al., OFC'99, WJ4, pp.165-167, 1999）、長さの違う光ファイバを用いることによって異なる分散値を与える方法（A.E.Willner et al., IEEE J.Select.Topics.Quantum Electron., vol.5, no.5, pp.1298-1311, 1999 、M.Kato et al., J.Opt.Commun.20, 2, pp.64-66, 1999 ）がとられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の分散等化実験では、実際の光ファイバ伝送路の群遅延特性（波長分散特性）を模擬的に再現するために、長尺の光ファイバを恒温槽に収容するなど大掛かりな設備や、分散を付与する光ファイバの長さを調節する必要があった。
【０００６】
本発明は、簡単な構成で任意の群遅延特性（波長分散特性）を設定でき、実際の光ファイバ伝送路の群遅延特性（波長分散特性）の模擬的な再現を可能にする群遅延分散エミュレータを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の群遅延分散エミュレータは、反射波長の短波長側および長波長側からそれぞれ光を入射する２種類のチャープファイバグレーティングを光サーキュレータを介して組合せ、その合成した群遅延特性（波長分散特性）が、光ファイバ伝送路の群遅延特性（波長分散特性）を模擬するように設定した構成である。
【０００８】
さらに、２種類のチャープファイバグレーティングの反射波長域を同一方向に等しく移動させるチューニング手段を用いることにより、群遅延特性（波長分散特性）をシフトする構成である。
【０００９】
第１のチャープファイバグレーティングの長手方向の反射波長の分布λ(z) は、グレーティング長をＬ、反射波長の最短波長をλS 、最長波長をλL 、Δλ＝λL −λS 、最短波長部分を原点として長手方向にとった座標軸の座標をｚとしたときに、
λ(z) ＝λS＋Δλ(ｚ／Ｌ)1/2                …(1)
で表される。
【００１０】
第２のチャープファイバグレーティングの長手方向の反射波長の分布λ(z) は、同様に、
λ(z) ＝λS＋Δλ｛１−(１−ｚ／Ｌ)1/2｝    …(2)
で表される。
【００１１】
図１は、式(1) で表される第１のチャープファイバグレーティングのモデル、群遅延特性および波長分散特性を示す。なお、グレーティングのピッチは段階的に変化していくが、ここでは短波長側が狭く、長波長側が広い状態で模式的に表している。図１(a) に示すように、チャープファイバグレーティングの短波長側から波長λの光を入射すると、図１(b) に示すような群遅延特性が得られる。この場合の群遅延量は、
ＤelayＡ(λ)＝(τ0／Δλ2)(λ−λS)2        …(3)
と表される。ただし、τ0 ＝２ｎＬ／ｃであり、ｎは群屈折率、ｃは光速である。図１(c) は、式(3) を波長に関して微分して得られる波長分散特性を示す。
【００１２】
図２は、式(2) で表される第２のチャープファイバグレーティングのモデルおよび群遅延特性を示す。ただし、表記法は図１に示す第１のチャープファイバグレーティングと同様である。図２(a) に示すように、チャープファイバグレーティングの長波長側から波長λの光を入射すると、図２(b) に示すような群遅延特性が得られる。この場合の群遅延量は、
ＤelayＢ(λ)＝(τ0／Δλ2)(λ−λL)2        …(4)
と表される。図２(c) は、式(4) を波長に関して微分して得られる波長分散特性を示す。
【００１３】
本発明の群遅延分散エミュレータは、図１に示す反射波長の短波長側から光を入射する第１のチャープファイバグレーティング１１および図２に示す長波長側から光を入射する第２のチャープファイバグレーティング１２を、図３(a) のようにカスケード接続された３ポート型光サーキュレータ１３，１４の各第２ポートにそれぞれ接続するか、図３(b) のように４ポート型光サーキュレータ１５の第２ポートおよび第３ポートにそれぞれ接続した構成である。
【００１４】
なお、３ポート型光サーキュレータにおいて、入力ポートを第１ポートとし、光が出力される回転方向に従って第２ポート、第３ポートとし、出力ポートを第３ポートと定義する。また、４ポート型光サーキュレータにおいて、入力ポートを第１ポートとし、光が出力される回転方向に従って第２ポート、第３ポート、第４ポートとし、出力ポートを第４ポートと定義する。
【００１５】
この３ポート型光サーキュレータ１３，１４または４ポート型光サーキュレータ１５により結合する両チャープファイバグレーティング１１，１２の群遅延特性（ (3)式と (4)式）を足し合わせると、図４に示すような下に凸の２次曲線が得られる。この場合の群遅延特性は、
【００１６】
【数１】
0003672484.tif 000002
と表される。また、式(5) を波長に関して微分して得られる波長分散特性は、
【００１７】
【数２】
0003672484.tif 000003
と表され、図５のようになる。これは、図１(c),図２(c) の波長分散特性を合成したものでもある。
【００１８】
図５に示す波長分散特性は、波長が長くなるにつれて波長分散が負から正へと線形に変化しており、図６に示すような通常の分散シフトファイバの波長分散特性と同じになっている。すなわち、本発明の群遅延分散エミュレータは、光ファイバ伝送路の波長分散特性を模擬できていることがわかる。なお、図５に示す波長分散の最大値は２τ0 ／Δλ、最小値は−２τ0 ／Δλであり、図５における（λS＋λL)／２および図６におけるλ0 は零分散波長である。
【００１９】
この図５に示す波長分散特性は、各チャープファイバグレーティング１１，１２の反射波長域を同一方向に等しく移動させるチューニング手段を用いることにより、線形にチューニング可能である。このときの群遅延特性および波長分散特性は、図７，８に示すように平行移動する。
【００２０】
図７において、破線を初期特性として、短波長側にΔλ／２だけチューニングしたときの特性を実線で示す。ある波長λsig に注目すると、λsig の初期状態では群遅延量はτ0 ／２、波長分散は０であるが、このチューニングによって群遅延量はτ0 、波長分散値は２τ0 ／Δλと変化する。一方、図８において、破線を初期特性として、長波長側にΔλ／２だけチューニングしたときの特性を実線で示すと、このチューニングによって波長λsig の群遅延量はτ0 、波長分散値は−２τ0 ／Δλと変化する。
【００２１】
このように、各チャープファイバグレーティング１１，１２の反射波長域を同一方向に等しくチューニングすることにより、ある波長λsig に対する波長分散値を−２τ0 ／Δλから２τ0 ／Δλまで変化させることができる。したがって、このチューニングによって光ファイバ伝送路の実環境変化に対応する波長分散特性を模擬することが可能となる。
【００２２】
例えば、チャープファイバグレーティング１１，１２の帯域Δλを10〔ｎｍ〕、長さＬを100 〔ｍｍ〕とし、群屈折率ｎを1.47とすると、理論的には、
−２τ0／Δλ＝− 196〔ｐｓ／ｎｍ〕
２τ0／Δλ＝＋ 196〔ｐｓ／ｎｍ〕
となり、波長分散を約±200 〔ｐｓ／ｎｍ〕の範囲で可変させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図９は、本発明の群遅延分散エミュレータの実施形態を示す。ここでは、４ポート型光サーキュレータを用いた構成に適用したものを示すが、３ポート型光サーキュレータを用いる構成にも同様に適用可能である。
【００２４】
図において、４ポート型光サーキュレータ１５の第２ポートに、式(1) で表される第１のチャープファイバグレーティング１１の短波長側を接続する。さらに、４ポート型光サーキュレータ１５の第３ポートに、式(2) で表される第２のチャープファイバグレーティング１２の長波長側を接続する。そして、４ポート型光サーキュレータ１５の第１ポートを入力ポートとし、第４ポートを出力ポートとする。
【００２５】
また、４ポート型光サーキュレータ１５の第２ポートに第２のチャープファイバグレーティング１２の長波長側を接続し、４ポート型光サーキュレータ１５の第３ポートに第１のチャープファイバグレーティング１１の短波長側を接続してもよい。
【００２６】
チューニング手段は、積層型ピエゾ素子１６に接続したファイバ固定具１７に２つのチャープファイバグレーティング１１，１２を接着固定した構造である。この積層型ピエゾ素子に電圧を印加して両側から伸縮量を制御することにより、各チャープファイバグレーティング１１，１２の反射波長域を同一方向にシフトし、図７，８に示すように透過する光に対する波長分散特性を変化させることができる。
【００２７】
なお、チューニング手段は、図１０に示すように、２つのチャープファイバグレーティング１１，１２をヒータ１８に接着固定し、このヒータ１８に電流を流して温度勾配を制御することにより、各チャープファイバグレーティングの反射波長域を同一方向にシフトする構成としてもよい。
【００２８】
ここで、図９の積層型ピエゾ素子１６を用いた構成における実験結果について説明する。長さ10ｍｍのチャープファイバグレーティング１１，１２を用い、ファイバ固定具間のギャップを10.5ｍｍとした。チャープファイバグレーティング１１，１２は、60ｋｍの分散シフトファイバ（ＤＳＦ）を模擬するように作製した。また、ファイバグレーティング作製時に、群遅延リップル低減のためにアポディゼーションを施した。
【００２９】
直流電圧を印加することにより積層型ピエゾ素子は縮むので、チャープファイバグレーティング１１，１２に伸びが加わり、反射波長域が長波長側にシフトする。本構成の群遅延分散エミュレータで測定された群遅延特性を図１１に示す。３つの群遅延プロファイルは、左から積層型ピエゾ素子１６への印加電圧がそれぞれ０、16.7、35〔Ｖ〕のときのものである。群遅延分散エミュレータの零分散波長を1549.3、1552.0、1554.9〔ｎｍ〕と変化させても、群遅延プロファイルはほぼ維持されているのがわかる。ただし、零分散波長を長波長側にシフトすることにより、波長1552ｎｍでの波長分散値は12.5、−0.1 、−19.3〔ｐｓ／ｎｍ〕と変化する。
【００３０】
この群遅延分散エミュレータに光パルスを入射し、零分散波長を変化させたときのパルス幅の変化を図１２に示す。これは、繰り返し周波数10〔ＧHz〕の再生モード同期ファイバレーザからの光パルス（パルス幅：4.35ｐｓ）を群遅延分散エミュレータに入射し、その出力パルスを相互相関計によって測定したものである。ここでは、sech型パルスとしてパルス幅を計算した。また、信号光波長は、1552.0〔ｎｍ〕に設定した。零分散波長が信号光波長から離れるに従って、波長対して放物線的にパルス幅が広がっていることが分かる。このように、群遅延分散エミュレータは零分散波長を変化させることにより、分散を付与し、任意の大きさのパルス幅を与えることができる。
【００３１】
（他の実施形態）
式(1) または式(2) で表される１つのチャープファイバグレーティングを３ポート型光サーキュレータの第２ポートに接続し、そのチャープファイバグレーティングを上記の積層型ピエゾ素子１６またはヒータ１８に固定させるようにしても群遅延分散エミュレータを構成する構成することができる。
【００３２】
ただし、式(1) で表されるチャープファイバグレーティング１１を単独で用いた場合には、図１(c) に示すように、波長分散が０から２τ0 ／Δλまで変化する群遅延分散エミュレータが構成される。また、式(2) で表されるチャープファイバグレーティング１２を用いた場合には、図２(c) に示すように、波長分散が−２τ0 ／Δλから０まで変化する群遅延分散エミュレータが構成される。
【００３３】
また、チャープファイバグレーティング１１，１２への光の入射方向を逆にする、すなわち３ポート型光サーキュレータの第２ポートあるいは４ポート型光サーキュレータの第２ポートおよび第３ポートに接続する向きを逆にすることにより、上述した群遅延分散エミュレータと逆特性を有する分散可変光等化器が構成される（特開２０００−２８９３４号公報）。これにより、本発明の群遅延分散エミュレータでその零分散波長をシフトさせて光ファイバ伝送路の実環境変化を模擬し、その零分散波長シフトに追従するように分散可変光等化器の零分散波長をシフトさせることにより、適応等化試験が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の群遅延分散エミュレータは、光ファイバ伝送路を模擬した群遅延特性（波長分散特性）を再現することができ、さらにチューニングを行うことにより任意の群遅延特性（波長分散特性）に対応させることができる。
【００３５】
なお、実環境の地下ケーブルでは、最大40℃の温度変化があると言われている。分散シフトファイバ（ＤＳＦ）の零分散波長の温度依存性は0.03〔ｎｍ／℃〕であるので（K.S.Kim et al., J.Appl.Phys., vol.73, no.5, pp.2069-2074, 1993) 、これは最大 1.2〔ｎｍ〕の零分散波長変化に対応する。したがって、群遅延分散エミュレータにおいて 1.2〔ｎｍ〕の連続的な波長変化を可能にすることにより、光ファイバ伝送路の環境変化を十分に模擬することができる。これにより、自動分散等化実験において、実環境変化を模擬するために光ファイバ伝送路の零分散波長変化を与えるような場合でも、本発明の群遅延分散エミュレータで対応することができ、長尺の光ファイバを恒温槽に収容するなどの大掛かりな設備は不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】式(1) で表されるチャープファイバグレーティングのモデル、群遅延特性および波長分散特性を示す図。
【図２】式(2) で表されるチャープファイバグレーティングのモデル、群遅延特性および波長分散特性を示す図。
【図３】本発明の群遅延分散エミュレータの構成例を示す図。
【図４】チャープファイバグレーティング１１，１２の群遅延特性の和を示す図。
【図５】チャープファイバグレーティング１１，１２の波長分散特性の和を示す図。
【図６】通常の光ファイバの波長分散特性を示す図。
【図７】本発明の群遅延分散エミュレータのチューニング例１を示す図。
【図８】本発明の群遅延分散エミュレータのチューニング例２を示す図。
【図９】本発明の群遅延分散エミュレータの実施形態を示す図。
【図１０】チューニング手段の他の構成例を示す図。
【図１１】群遅延分散エミュレータの零分散波長を変化させたときの群遅延特性を示す図。
【図１２】群遅延分散エミュレータの零分散波長を変化させたときの入射パルス幅の変化を示す図。
【符号の説明】
１１，１２  チャープファイバグレーティング
１３，１４  ３ポート型光サーキュレータ
１５  ４ポート型光サーキュレータ
１６  積層型ピエゾ素子
１７  ファイバ固定具
１８  ヒータ
【図１】
0003672484.tif 000004
【図２】
0003672484.tif 000005
【図３】
0003672484.tif 000006
【図４】
0003672484.tif 000007
【図５】
0003672484.tif 000008
【図６】
0003672484.tif 000009
【図７】
0003672484.tif 000010
【図８】
0003672484.tif 000011
【図９】
0003672484.tif 000012
【図１０】
0003672484.tif 000013
【図１１】
0003672484.tif 000014
【図１２】
0003672484.tif 000015