(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルス伝送路における伝送媒体の波長分散を補償する波長分散補償器において、光入力信号の切替手段と、同一平面上に並置された、異なる波長分散を有する複数の分散補償導波路とを有し、かつ、前記分散補償導波路の各々は、波長分散特性の異なる結合欠陥構造を有するフォトニック結晶よりなり、前記切替手段によって前記分散補償導波路を選択することにより、前記光パルス伝送路における波長分散の補償量を制御するよう構成したことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項２】
光パルス伝送路における伝送媒体の波長分散を補償する波長分散補償器において、入力側光学系と、異なる波長分散を有する複数の分散補償導波路からなる導波路アレイと、前記導波路アレイを移動せしめる駆動装置と、出力側光学系とを少なくとも備え、かつ、前記分散補償導波路の各々が、波長分散特性の異なる結合欠陥構造を有するフォトニック結晶よりなり、前記導波路アレイを前記駆動装置で移動することによって光パルスが通過する前記分散補償導波路を選択し、前記光パルス伝送路における波長分散の補償量を制御するよう構成したことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項３】
前記分散補償導波路の各々における、前記フォトニック結晶の占める導波路部分の長さを異ならしめる構成とすることにより、前記波長分散の補償量を制御せしめてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長分散補償器。
【請求項４】
前記分散補償導波路の各々における、前記フォトニック結晶の格子定数を異ならしめる構成とすることにより、前記波長分散の補償量を制御せしめてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長分散補償器。
【請求項５】
前記分散補償導波路の各々における、前記フォトニック結晶の円孔の径を異ならしめた結合欠陥構造とすることにより、前記波長分散の補償量を制御せしめてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長分散補償器。
【請求項６】
前記分散補償導波路の各々における、前記フォトニック結晶の占める導波路部分の横方向の両側端部に設けた電極間に電圧印加することにより波長分散特性を異ならしめる構成とすることにより、前記波長分散の補償量を制御せしめてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長分散補償器。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の波長分散補償器を用いて、波長毎に光伝送路における波長分散を補償するよう構成したことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムにおいて、光パルス伝送路における光ファイバーなどの伝送媒体の波長分散を補償するための波長分散補償器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムは、通常、光信号の伝送媒体として高純度のシリカ光ファイバーを用いる。しかしながら、光ファイバーは波長分散を持つ為に、一定の波長広がりをもつ光信号パルスを伝送するとパルス波形が劣化する。光ファイバーの分散による光パルス波形の劣化は、光伝送システムの伝送距離や伝送容量を制限する大きな要因となる。このため、大容量光伝送システムにおいては、この波長分散を打ち消す技術が重要となる。例えば、光ファイバーの分散と逆の分散を有する光学系を光伝送路に挿入すれば、ファイバーの分散は相殺され、劣化した波形を修復することができる。
【０００３】
従来技術としては、符号が逆で絶対値の大きな分散を有するファイバー（分散補償ファイバー）を用いて分散を補償するという技術が実用化されている。分散補償ファイバーは、所望の特性を再現性よく実現できる、補償可能な帯域が広い、等の特徴があり広く用いられている。しかしながら、分散補償ファイバーの単位長さあたりの分散補償量は−２０ｐｓ/ｎｍ/ｋｍ程度と小さく、所望の分散量を得ようとすると非常に長いファイバーが必要となる。このため、小型化が不可能で、且つコストもかかるという問題がある。
【０００４】
波長分散補償器の小型化を目指した最近の技術として、二種類以上の屈折率の異なる媒質の多次元構造、即ちフォトニック結晶を用いた波長分散補償器が提案されている。フォトニック結晶を透過する光は、特有の分散特性を示すことが知られており、所望の波長の光に対し、適切な格子構造・周期・媒質の屈折率差を選択すると、大きな分散を得ることができる。例えば、特開２０００−１２１９８７号公報にその具体例が開示されている。この波長分散補償器は、Ｓｉ（シリコン）基板に二次元フォトニック結晶を作製し、分散を補償するというもので、長さ５ｍｍで数十ｐｓ/ｎｍの分散量を得ている。
【０００５】
しかしながら、二次元フォトニック結晶中を伝播する光は、散乱による損失が避けられないとされており、特開２０００−１２１９８７号公報の開示例では挿入損失という点について考慮されていなかった。さらにまた、フォトニック結晶の分散関係を利用する場合は複雑な分散カーブの一部を局所的に用いることになり、所望の性能を得る為には極めて高度な作製精度が求められるとともに設計の自由度は限られることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術に述べたように、長距離光ファイバー通信における分散補償に関しては既に実用化されているものもあるが、小型で低コストな分散補償器を実現できてはいない。
【０００７】
また、伝送容量の増大に伴い、多数のチャンネルをより高密度に、広い波長領域にわたって用いることが必要になってきており、これに伴って波長分散をより精密に保証することが要求されている。さらにまた、外気温の変動による物性常数の変化等によって波長分散が時間変化するという課題を有するが、従来の分散補償の方式では、補償できる分散量は固定であり、時々刻々変化する光ファイバー中での波長分散を補償することはできない。このような課題に対応するため、状況に応じて柔軟かつ精密に補償量を変化できる分散補償器が求められる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、超小型で、低コストで、分散補償量が可変な波長分散補償器及びそれを用いた光伝送システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による波長分散補償器は、フォトニック結晶の欠陥モードを用いて結合微小共振器導波路を構成し、かかる導波路を伝播する光の分散特性を用いることによって波長分散補償を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明の原理と効果の説明にあたって、まずフォトニック結晶の欠陥が微小共振器として働く原理を説明する。次に、結合微小共振器導波路の概念と伝播特性を示し、これを用いた分散補償の原理を説明する。
【００１１】
フォトニック結晶とは、屈折率の異なる二つあるいはそれ以上の数の媒質を組み合わせた多次元周期構造のことである。図２に示すのは、フォトニック結晶のうち、二次元フォトニック結晶と呼ばれるものの一例である。図２は、紙面と水平方向には周期構造を有し、垂直方向の構造は一様な構造の断面図である。誘電率ε１の媒質に誘電率ε２の円柱が三角格子状に配置されている（ε１＞ε２）。円柱の部分が空洞の場合は、ε２＝１である。図２中、aは格子定数、rは円柱の半径を表す。
【００１２】
フォトニック結晶を伝播する光の波数と周波数の関係を示した図を、フォトニックバンド図という。図３は、図２の構造において、ε1＝３.５、ε2＝１、ｒ/ａ＝０.４５としたときのＴＭモードに対するフォトニックバンド図である。ここで、ＴＭモードとは電場が紙面と垂直のモードのことを指す。縦軸は規格化周波数（ωａ/２πｃ）、横軸は第一ブリルアンゾーン内で規格化した波数ベクトル（ｋａ/２π）を表す。ｃは真空中の光速、ωは光の角周波数、ｋは波数をそれぞれ表す。図２の三角格子は六方対称に対応し、形成されるブリルアンゾーンは図３中に図示する正六角形構造である。正六角形の頂点がＫ点、各辺の中点がＭ点、波数が０である点がΓ点である。
【００１３】
図３中に斜線で図示するように、特定の（規格化）周波数領域では第一ブリルアンゾーン全域にわたってバンドが存在しない。これは、この帯域に対応する周波数の光はフォトニック結晶中を伝播できないことを意味する。このような、伝播が禁止された周波数帯域をフォトニックバンドギャップと呼ぶ。例えば、外部からバンドギャップに相当する波長の光を結晶に入射すると全反射される。
【００１４】
バンドギャップを持つフォトニック結晶に点欠陥、つまり周期構造中の不均一要素が導入された場合を考える。欠陥部では周期構造が乱れているので図３のバンド図は適用されず、バンドギャップ波長の光でも存在できる。しかし、欠陥の周囲は完全なフォトニック結晶なので、光は外部へ伝播できず欠陥内部に反射されることになる。図４は、このときの様子を概念的に示したものであるが、点欠陥とその周囲のフォトニック結晶は微小共振器を形成し、その内部で、光は多重反射を起こし、閉じ込められた状態となり、定常状態を形成する。このフォトニック結晶欠陥内での光の定常状態を、欠陥順位と呼ぶ。
【００１５】
欠陥が微小共振器として作用するためには、周りのフォトニック結晶で全反射されることが必要なので、欠陥準位は必ずバンドギャップに対応する周波数に存在する。欠陥の具体的形状としては、ε２の円柱（あるいは孔）の径を変化させる形状が一般的である。図４に示される欠陥は、一つの円柱の径を０とみなすことができるが、径を大きくしても欠陥順位は形成される。いずれにしろ、フォトニック結晶の形成技術さえあれば、微小共振器の作成には特段のプロセス技術を必要とせず、同一平面上に複数の微小共振器を作製することも可能である。
【００１６】
以上説明したように、フォトニック結晶の欠陥を用いれば、単純な構造の微小共振器を比較的簡便に、また密度や位置に関して任意に作製できる。このような特徴は、以下に説明する結合微小共振器導波路の作製に極めて好適である。
【００１７】
結合微小共振器導波路の特性に関しては、例えば、「オプティクス・レターズ(Optics Letters)、第２４巻、７１１頁」に示されている。図５は、その光の伝播の様子を模式的にあらわしたものである。図に示されるように、結合微小共振器導波路とは、共鳴周波数（即ち、局在モードの周波数）Ωの微小共振器を、一定の間隔Λで連ねて配置した構造である。通常、微小共振器の中では光は内部反射を繰り返し、定在波を形成する。理想的な微小共振器が孤立して存在する場合、光子は内部に完全に閉じ込められ外部に出ることはない。
【００１８】
しかし、適当な距離で他の共振器がある場合、微小共振器Iに閉じ込められた光の空間分布と微小共振器IIの光の空間分布に重なりが生じるため、二つの共振器の間でエネルギーの伝播が可能となる。このように、共振器間でエネルギーのやり取りがある場合を指して、「二つの共振器は結合している」という。
【００１９】
図５に示すように、隣り合った二つが互いに結合した状態で多数の共振器を並べると、前記のエネルギー伝播が連続的に繰り返えされ、入射パルスは微小共振器列中を次々に伝播していくことになる。これが、結合微小共振器導波路の原理である。
【００２０】
結合微小共振器導波路中の光の伝播特性は、光が共振器に強く束縛され、隣の共振器とのみ相互作用するという、「固い結合の近似」（Tight Binding Approximation）でよく説明される。個々の共振器の共鳴角周波数をΩ、結合共振器導波路を伝播する光の角周波数をωとすると、「固い結合の近似」のもとでは、
ω＝Ω（１＋κｃｏｓ（ｋΛ））                      ………（１）
という関係が成り立つ。ここで、κは共振器同士の相互作用の強さに関わる量で、共振器の構造、共振器間の距離などによって決定される定数である。ｋは結合共振器導波路中の光の波数ベクトルである。（１）式にあらわされるように、ωは、Ωの（１±κ）倍の範囲の値をとることがわかる。
【００２１】
結合微小共振器を伝播する光の群速度Ｖｇは、次の（２）式で表される。
【００２２】
0003665273.tif 000002
（２）式から、郡速度の絶対値は、ω＝Ωのとき最大値κΛΩをとり、ω＝（１±κ）Ωのとき最小値の０をとることがわかる。一般に、波長分散Ｄは、次の式で定義される。
【００２３】
Ｄ＝ｄ（１/Ｖｇ）/ｄλ                              ………（３）
（３）式より、分散は群速度の逆数１/Ｖｇの波長変化に対する傾きであることがわかる。群速度の絶対値の逆数１/Ｖｇをλ関数とした場合の様子を、図６に示す。λ0は、ω＝Ωのときの光の波長である。λ１、λ２は、ω＝（１±κ）Ωのときの光の波長である。図示されるように、１/Ｖｇは、λ１、λ２で無限大となり、λ０で最小値１/κΛΩとなる、下に凸の形状をしている。
【００２４】
図６のグラフに示されるように、１/Ｖｇの傾きは、マイナス無限大から０を経てプラス無限大まで、連続的に変化する。従って、これを分散補償器に応用した場合、第一に非常に大きな分散が得られ、第二に符号の正負も含めて必要な分散量を任意に選ぶことができる、という特徴を有する。
【００２５】
また、伝播に伴う損失は原理的に発生せず、実際上も、光は狭い領域に強く閉じこめられた状態で伝播するので、散乱等による損失は極めて小さいことが予測される。更に、微小共振器それ自体に光が強く閉じ込められているため、改めて導波路構造を形成する必要がなく、簡便なプロセスで作製が可能となる。
【００２６】
本発明は、以上説明したフォトニック結晶中の欠陥を伝播する光の分散特性を利用し、光パルス伝送路で生じた波長分散を補償する波長分散補償器である。本発明による波長分散補償器は、このように波長分散量が大きく、極めて小さなサイズで必要な分散補償量が得られる。例えば、駆動装置等を除いた構成で、従来のものと比べて、数百分の１以下の小型化が可能である。また、低損失で、光の閉じ込めの構造を設ける必要がなく、作製プロセスも通常の半導体プロセス技術を用いて容易に可能であるという利点がある。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本願発明による可変分散補償器の第１の実施例を示す図である。図１（ａ）は、本発明による可変分散補償器の概観図を示す。図に示すように、本実施例は、互いに異なる分散補償量の導波路を複数個設置した導波路アレイ１と、導波路アレイ１を駆動する為の駆動装置２と、光信号の入出力のための入力側ファイバー３および出力側ファイバー４とから構成される。導波路アレイ１上には分散補償導波路５がｎ本配置されている。図中、５nは、ｎ番目の分散補償導波路を示す。
【００２８】
図１（ｂ）に、分散補償導波路５の構造を模式的に拡大して示す。分散補償導波路５は、通常導波路６と分散補償を担うフォトニック結晶欠陥導波路７が直列に繋がれて構成される。図に、フォトニック結晶欠陥導波路７の長さをｘ、通常導波路６の長さをｙ１，ｙ２と示されている。ｎ本の分散補償導波路は、ｘ＋ｙ１＋ｙ２の長さは同じであるが、ｘの長さは一本一本異なり、従って、分散補償量が異なる。導波路アレイ１の中から、所望の分散量に応じた分散補償導波路５を、駆動装置２を含む駆動系によって入力側光学系と出力側光学系の間に挿入して、光学経路を成立させるという構成である。
【００２９】
図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＰＰ'断面の断面図である。Ｓｉ基板１０に、ＳｉＯ２層９、Ｓｉ層８が順次積層され、Ｓｉ層８には欠陥付二次元フォトニック結晶がパターニングされている。ＳｉＯ２層９の層厚は３μｍ、Ｓｉ層８の層厚は０.５μｍである。フォトニック結晶の欠陥部以外の構造は、図２に示すものと同じ円孔三角格子配列で、格子間隔ａは０.６００μｍと０.６０８μｍの二種類を用いた。円孔の半径ｒは、いずれの場合も０.２７μｍとした。
【００３０】
欠陥の周期、構造は、図１（ｂ）に図示するとおりである。欠陥付二次元フォトニック結晶層のＳｉの充填率は約２７％で、平均屈折率は１.６７５である。欠陥付きフォトニック結晶層は、屈折率１.５のＳｉＯ２層９と、屈折率が１の空気に挟まれ、スラブ構造のコアとなる。また、フォトニック結晶欠陥付導波路7の両端に接続される通常導波路６として、本実施例ではＳｉリッジ導波路を用いた。リッジ高さはフォトニック結晶部分と同じ０.５μｍ、導波路幅は０.５μｍとした。
【００３１】
次に、フォトニック結晶欠陥導波路の製造方法を、図７（ａ）から図７（ｆ）を参酌して説明する。基板には、ＳＯＩ（Silicon on insulator：Ｓｉ/ＳｉＯ２/Ｓｉの積層構造）基板１４を用いた。ＳＯＩ基板１４は、下地Ｓｉ層１３、厚さ３μｍのＳｉＯ２層１２、厚さ０.５μｍのＳｉ層１１から成る。まず、図７（ｂ）に図示するように、基板１４に膜厚０.３μｍのＳｉＯ２層１５を熱ＣＶＤによってデポジションした。次に、図７（ｃ）に示すように、電子線リソグラフィーによってＳｉＯ２層１５上に、欠陥部分（不均一要素）１７を含むレジストパターン１６を形成する。
【００３２】
このレジストパターンをマスクとして、図７（ｄ）に示すように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いてＳｉＯ２層１５をエッチングした。酸素アッシングによってレジストパターン１６を除去した後に、図７（ｅ）に示すように、パターンが転写されたＳｉＯ２層１５をマスクとしてＳｉ層１１をＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）でエッチングした。このとき、Ｓｉ層１１を完全にエッチングしてしまわずに、エッチング保護層として０.０５μｍ程度のＳｉ層１８を残した。最後にフッ化水素系エッチング液でＳｉＯ２層１５を除去して、図７（ｆ）に示す構造とした。図１（ｂ）に示した前後の通常導波路も一連のプロセスで同時に作製される。
【００３３】
以上のように、本発明におけるフォトニック結晶欠陥導波路は、通常の半導体プロセス技術を用いて作製することが可能である。
【００３４】
次に、本波長分散補償器の１.５５μｍ付近の入射光に対する分散補償能力を説明する。先述のように、分散量は、式（２）、（３）で与えられる。したがって、共振器の共鳴周波数Ω、欠陥の間隔Λ、係数κ、を元に分散量が算出できる。
【００３５】
図８は、上記二次元フォトニック結晶において、一つの円孔の径を変化させた場合の欠陥準位を示す図である。縦軸が規格化周波数、横軸が変化させた円孔の半径ｒｄを示す。本実施例では、欠陥は円孔一つを完全に取り去った構造としているので、図８中のｒｄ＝０に相当する。このとき対応する規格化周波数（Ωａ/２πｃ）は、０.３９である。即ち、フォトニック結晶とその欠陥の作る微小共振器の共鳴周波数はΩ＝０.３９×２πｃ/ａで与えられる。Λは２ａ√３となる。κの値は、測定した郡速度を計算式にフィッティングすることで決定した。本構造では、κ＝−０.０３であった。
【００３６】
このように、フォトニック結晶の欠陥部分を、図４に示すような円孔を完全に取り去った構造とすることなく、円孔の径を変えることによっても波長分散量を制御できることがわかる。
【００３７】
このようにして得られた分散補償能力を図９に示す。縦軸は素子１ｍｍあたりの分散量（Ｄ）、横軸は波長（λ）を示している。１.５５μｍの波長に対して、ａ＝０.６００μｍの場合が−２０ｐｓ/ｎｍ/ｍｍ、ａ＝０.６０８μｍの場合が＋２０ｐｓ/ｎｍ/ｍｍの分散補償能力を持つ。
【００３８】
本実施例の可変分散補償器では、ｘ＋ｙ１＋ｙ２を１０ｍｍで固定し、ｘは−２０ｐｓ/ｎｍ/ｍｍ、＋２０ｐｓ/ｎｍ/ｍｍのそれぞれの導波路に対し１ｍｍから１ｍｍステップで８ｍｍまでとした。これに通常導波路のみで構成した導波路（つまり、分散が実質的に０ｐｓ/ｎｍ/ｍｍとみなせる導波路）を加えて、計１７本の導波路をアレイ上に設置した。従って、本可変分散補償器の可変幅は−１６０ｐｓ/ｎｍから＋１６０ｐｓ/ｎｍ、分解能は２０ｐｓ/ｎｍである。
【００３９】
本実施例では、実施形例４で後述する光伝送システムに好適なように可変幅、分解能を設計したが、アレイに含む導波路の数、導波路の長さや、フォトニック結晶の構造等のパラメータを変えることにより、所望の仕様のものが作製できることは言うまでもない。
【００４０】
また、本実施形例では、分散補償導波路アレイ１上に複数の分散補償導波路５を設けて可変構造としたが、あらかじめ必要な分散量に最適化設計した分散補償導波路を一本のみ用いた場合でも、従来技術と比較して劇的に小型化された分散補償器を提供することが出来、大きな効果が得られる。
【００４１】
（実施例２）
図１０は、本発明による可変分散補償器の第２の実施例を示す。本実施例は、入力側に１×ｎの空間光スイッチ２０、スイッチングを制御する制御装置２２、分散補償導波路アレイ１、出力側のｎ×１の光カップラ２１から構成される。個々の分散補償導波路の具体的な構成は実施例１と同様である。本実施例では、光スイッチによって光学経路を切り替えることで、所望の分散量を持つ分散補償導波路５を選択する。
【００４２】
（実施例３）
実施例１及び２では、分散補償部の長さを変化させて異なる分散量の導波路アレイを構成した。導波路毎に分散補償量を変化させる他の方法を例示する。
【００４３】
図１１は、本発明の第３の実施例を示し、欠陥付きフォトニック結晶導波路７のフォトニック結晶の格子定数ａが、導波路毎に異なる導波路アレイの様子を示したものである。格子定数ａが異なると、個々の微小共振器の共鳴周波数、即ち（２）式中のΩが変わる。従って、孔の大きさが異なるフォトニック結晶欠陥導波路では同じ波長の光に対して分散が異なる。
【００４４】
図１２は、格子定数を変化させた場合の分散の変化の様子を示したものである。縦軸は分散量（Ｄ）、横軸は格子定数（ａ）を示す。この方法を用いた場合、分散補償導波路中の欠陥付きフォトニック結晶導波路の長さｘを一定に保ったまま分散補償量を変化させることができる。
【００４５】
（実施例４）
実施例１乃至３では、分散量の定まった複数の複数の導波路を用意し、導波路を切り替えることで分散量を変化させていた。以下に、一本の導波路で連続的に分散量を変化させる方法を例示する。
【００４６】
図１６は、本発明の第４の実施例であり、電圧印加により分散量が可変な欠陥付きフォトニック結晶導波路の概観図と断面図を示したものである。図１６（ａ）に図示するように、本実施例では、分散補償導波路がフォトニック結晶欠陥導波路と正電極１０５、負電極１０６とから構成される。図１６(ｂ)は、図１６（ａ）のＡＡ’断面図である。ＳｉＯ2層１０８上に電気光学定数の大きな誘電体であるＬｉＮｂＯ３層１０７が順次積層され、欠陥付き二次元フォトニック結晶がパターニングされている。ＬｉＮｂＯ３の屈折率はＳｉＯ２よりも大きいので、空気とＳｉＯ２をクラッドとするスラブ構造のコア層として働く。
【００４７】
次に、分散量を変化させる原理を説明する。正電極１０５と負電極１０６間に電圧を印加すると、図１６（ｂ）に示すような電界がかかり、ＬｉＮｂＯ３層１０７の屈折率が変化する。この屈折率の変化により、結合した欠陥を伝わる光の特性に変化が生じる。図１７は、電圧印加時の１/Ｖｇの波長依存性カーブの変化を模式的に示したものである。電圧印加によって曲線全体がシフトし（矢印→で示す。）、信号光の使用波長での１/Ｖｇの傾き、即ち分散量が変化することがわかる。屈折率の変化量は電界によって決定されるから、分散量は印加電圧で制御される。
【００４８】
以上説明したように、本実施例の分散補償導波路は、電圧印加によってその分散量を連続的に変化することが可能である。本実施例では、ＬｉＮｂＯ３を用いたが、電気光学効果の大きい他の非線形光学材料や、半導体、ポリマー等を用いても同様の効果が得られるのはいうまでもない。
【００４９】
（実施例５）
図１８は、本発明の第５の実施例であり、分散補償導波路をファイバーグレーティングを用いて構成した例の概念図を示す。通常のファイバーグレーティングとは、コアの屈折率が周期的に変調されている光ファイバーで、これは１次元のフォトニック結晶とみなすことができる。
【００５０】
図１８に示すように、本実施例では、屈折率εｃの光ファイバーのコア１０１に周期ｔで屈折率εｇ（＞εｃ）の高屈折率部１０２が設けられ、更に周期ｔの整数倍の周期Ｔで欠陥１０３が設けられて、欠陥付きファイバーグレーティング１０４が構成されている。１０４は、１次元フォトニック結晶中の欠陥導波路の一つの構成例である。本実施例では、欠陥１０３の屈折率は、εｃと等しく設定したが、他の屈折率にすることも可能である。本実施例での欠陥付きファイバーグレーティングの作成方法は、通常のファイバーグレーティングの作成方法で充分適用可能である。
【００５１】
（実施例６）
次に、本発明による可変分散補償器を適用した光伝送システムについて説明する。
【００５２】
図１３は、本発明の第６の実施例であり、実施例１に例示した可変分散補償器を用いた４０Ｇｂｐｓ/チャンネルの波長分割多重光伝送システムを示す。このシステムは送信装置３０、伝送ファイバー路３１、受信装置３２から構成される。送信装置３０は、各波長（チャンネル）ごとの電気―光変換器（Ｅ/Ｏ）３３、波長多重器３４、光送信増幅器３５から構成されるが、これらは通例のものをもってして十分である。使用波長は１.５５μｍを中心とした帯域とする。伝送ファイバー路３１には分散シフトファイバーを用い、伝送距離は８０ｋｍである。
【００５３】
受信装置３２は、光受信増幅器３６、波長分離器３７、実施例１に記載の本発明の可変分散補償器３８、光―電気変換器（Ｏ/Ｅ）３９から構成される。多重されて伝送された光パルスを波長分離装置３７で各波長に分割し、可変分散補償器３８で各々のチャンネルで最適な分散補償を行う。分散シフトファイバーの分散は、１.５３〜１.６μｍで数ｐｓ/ｎｍ/ｋｍ以下である。伝送距離８０ｋｍで、最大±２００ｐｓ/ｎｍ程度の分散を受けるが、その値はチャンネル（波長）によって異なる。実施例１で詳細に説明したように、可変分散補償器３８は可変幅±−１６０ｐｓ/ｎｍ、分解能は２０ｐｓ/ｎｍであるから、全てのチャンネルに対して分散をほぼ補償することが可能である。
【００５４】
（実施例７）
次に、本発明による可変分散補償器を適用した光伝送システムの他の実施形態を説明する。
【００５５】
図１４は、本発明の第７の実施例であり、本発明による可変分散補償器を用いた１０Ｇｂｐｓ/チャンネルの波長分割多重光伝送システムを示す。このシステムは、送信装置３０、伝送ファイバー路４０、受信装置４１から構成される。送信装置３０の構成は実施形態４で例示したものと同様の構成である。伝送ファイバー路４０には１.３μｍ帯に最低分散領域を持つシングルモードファイバーを用い、伝送距離は８０ｋｍである。
【００５６】
即ち、本システムは、既設のシングルモードファイバーを用いて波長分割多重方式により大容量伝送を行う際に用いるシステムである。受信装置４１は、本発明の可変分散補償器４２、光受信増幅器３６、波長分離装置３７、実施例１に記載した可変分散補償器４２、光―電気変換器（Ｏ/Ｅ）３９から構成される。
【００５７】
本システムでは、波長分離装置３７の前段に可変分散補償器４２を設置し、複数のチャンネルを一括して補償する。そのために、可変分散補償器４２の設計パラメータは、実施例１とは異なる。具体的には、フォトニック結晶の格子定数ａ＝０.５８５、κ＝０.１、Λ＝６ａ√３となる。このときの分散量（Ｄ）を、図１５に示す。シングルモードファイバーと逆向きの分散スロープを示し、効果的な分散補償が可能である。
【００５８】
上述した、フォトニック結晶を用いた実施例では、フォトニック結晶の構造に、二次元の三角格子を用いた場合の例を主体に説明した。フォトニック結晶の構造は、一次元、二次元、三次元のさまざまな構造が提案されており、そのどれを用いても同様な効果を得られるのはいうまでもない。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、超小型で、安価で、分散補償量が可変な波長分散補償器を得ることができる。更に、本発明の波長分散補償器を用いることにより、安価で、信頼性の高い光伝送システムを構築することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変分散補償器の第１の実施例を示し、（ａ）は可変分散補償器の概観図、(ｂ)は分散補償導波路の拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＰ−Ｐ’断面図。
【図２】二次元フォトニック結晶を示す図。
【図３】図２に示す二次元フォトニック結晶に対応するフォトニックバンド図。
【図４】フォトニック結晶中に設けられた欠陥中で光が局在モードを形成する様子を説明する概念図。
【図５】結合した微小共振器を光が伝播する様子を説明する概念図。
【図６】結合微小共振器導波路を伝播する光の１/Ｖｇを波長の関数として表した図。
【図７】本発明の第１の実施例を作製するプロセスを説明する工程図。
【図８】図２のフォトニック結晶に於いて、円孔の大きさを変化させたときに現れる欠陥準位を示すグラフ。
【図９】本発明の第１の実施例における分散補償導波路の分散量の波長依存性を示す図。
【図１０】本発明による可変分散補償器の第２の実施例の構成を示す図。
【図１１】本発明の第３の実施例における分散補償導波路アレイの概念を示す模式図。
【図１２】図１１におけるフォトニック結晶欠陥導波路の、格子定数aを変化させたときの分散量の変化を示す図。
【図１３】本発明の第６の実施例を示し、可変分散補償器を用いた波長分割多重光伝送システムの構成を示す図。
【図１４】本発明の第７の実施例を示し、可変分散補償器を用いた波長分割多重光伝送システムの他の構成を示す図。
【図１５】図１４の実施例における分散補償導波路の分散量の波長依存性を示す図。
【図１６】本発明の第４の実施例であり、連続可変分散補償導波路の構成を示す概観図（ａ）と断面図（ｂ）。
【図１７】図１６の実施例における分散補償導波路の分散量の波長依存性を示す図。
【図１８】本発明の第５の実施例であり、ファイバーグレーティングを用いた分散補償導波路を示す概念図。
【符号の説明】
１…分散補償導波路アレイ、２…駆動装置、３…入力側ファイバー、４…出力側ファイバー、５…分散補償導波路、６…通常導波路、７…フォトニック結晶欠陥導波路、８…Ｓｉ層、９…ＳｉＯ２層、１０…下地Ｓｉ層、１１…Ｓｉ層、１２…ＳｉＯ２層、１３…下地Ｓｉ層、電子線レジスト、１４…ＳＯＩ基板、１５…ＳｉＯ２層、１６…レジストパターン、１７…欠陥部分、１８…Ｓｉ層、２０…空間光スイッチ、２１…光カップラ、２２…スイッチング制御装置、３０…送信装置、３１…伝送ファイバー路、３２…受信装置、３３…電気―光変換器（Ｅ/Ｏ）、３４…波長多重器、３５…光送信増幅器、３６…光受信増幅器、３７…波長分離器、３８…波長分散補償器、３９…光―電気変換器（Ｏ/Ｅ）、４０…伝送ファイバー路、４１…受信装置、４２…波長分散補償器、１０１…光ファイバーのコア、１０２…高屈折率部、１０３…欠陥、１０４…欠陥付きファイバーグレーティング、１０５…正電極、１０６…負電極、１０７…ＬｉＮｂＯ３層、１０８…ＳｉＯ２層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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