(57)【要約】  小本発明の光導波路型波長分散補償デバイスは、クラッドに埋め込まれたコアの物理的寸法を変えることにより、このコアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化した光導波路を、反射型の波長分散補償手段として有し；前記コアは、（ａ）最初に前記光導波路の伝送損失を無視して、所望の第１の反射スペクトルを設定して、被補償光ファイバの波長分散を補償し得る光導波路を設計し、（ｂ）次に、前記（ａ）で設計された前記光導波路の実効的長さから、この光導波路の伝送損失量の波長依存特性を導出して、（ｃ）次に、前記波長依存特性の逆依存特性を前記第１の反射スペクトルに加えて第２の反射スペクトルに補正し、この第２の前記反射スペクトルを用いて、前記（ａ）で設計された光導波路の等価屈折率分布を再設計する、ことによって設計されている。
2009081902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッドに埋め込まれたコアの物理的寸法を変えることにより、このコアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化した光導波路を、反射型の波長分散補償手段として有し；
前記コアは、（ａ）最初に前記光導波路の伝送損失を無視して、所望の第１の反射スペクトルを設定して、被補償光ファイバの波長分散を補償し得る光導波路を設計し、
（ｂ）次に、前記（ａ）で設計された前記光導波路の実効的長さから、この光導波路の伝送損失量の波長依存特性を導出して、
（ｃ）次に、前記波長依存特性の逆依存特性を前記第１の反射スペクトルに加えて第２の反射スペクトルに補正し、この第２の前記反射スペクトルを用いて、前記（ａ）で設計された光導波路の等価屈折率分布を再設計する、
ことによって設計されている；
ことを特徴とする光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項２】
前記（ａ）〜（ｃ）を複数回繰り返して、前記コアの前記等価屈折率分布が設計されたことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項３】
前記光導波路は、分散補償する波長領域が複数のチャンネルに区切られ；
前記各チャンネルの前記波長領域内で、前記被補償光ファイバの波長分散が補償される分散補償特性を有する；
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項４】
前記コアの幅が、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布している
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項５】
前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側が対称となるように、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布している
ことを特徴とする請求項４に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項６】
前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側が非対称となるように、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布している
ことを特徴とする請求項４に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項７】
前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側のうち、一方の側のみが前記光伝搬方向にわたって不均一に分布している
ことを特徴とする請求項４に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項８】
前記コアが、前記光導波路内に直線状に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項９】
前記コアが、前記光導波路内に蛇行状に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項１０】
前記コアの幅が、前記光導波路の前記光伝搬方向の一端側から他端側に向けて、幅変動が漸次大きくなり；
前記他端側の近傍に、変動極大部を持つ分布形状を有する；
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項１１】
前記コアの幅が、
前記光導波路の前記光伝搬方向の一端側から他端側に向けて、幅変動の小さい中央部と；
この中央部より幅変動が大きい前記一端側の第１変動部と；
この第１変動部より幅変動が大きい前記他端側の変動極大部と；
を持つ分布形状を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項１２】
前記光導波路の一端が透過端であり、前記光導波路の他端が反射端であり；
前記透過端が無反射終端で終端され；
前記反射端でサーキュレータ又は方向性結合器を介して光出力が取り出される；
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項１３】
前記光導波路は、所定の波長帯域にて、所定の長さの被補償光ファイバの波長分散を打ち消す分散補償特性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項１４】
前記光導波路は、中心波長λｃが１４９０ｎｍ≦λｃ≦１６１３ｎｍの範囲、動作帯域ΔＢＷが０．１ｎｍ≦ΔＢＷ≦６０ｎｍの範囲にて、
分散Ｄが−３０００ｐｓ／ｎｍ≦Ｄ≦３０００ｐｓ／ｎｍの範囲、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳが−０．１ｎｍ−１≦ＲＤＳ≦０．１ｎｍ−１の範囲の特性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項１５】
前記光導波路の光伝搬方向にわたるコアの等価屈折率分布が、
Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式を用いて、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き；
この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測する設計法で設計されている；
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項１６】
前記光導波路の前記光伝搬方向にわたる前記コアの等価屈折率分布が、
前記光導波路の前方及び後方に伝搬する電力波の振幅なる変数を導入した波動方程式を用いて、前記光導波路の等価屈折率の対数の微分から導かれるポテンシャルを有するＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式に帰着させ、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き；
この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測し；
このポテンシャルに基づいて等価屈折率を求め；
予め求められた、所定の前記コアの厚さと、前記等価屈折率と、前記コアの寸法との関係から、前記光導波路の前記光伝搬方向にわたる前記コアの寸法を算出して設計されている；
ことを特徴とする請求項１５に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項１７】
前記光導波路の前記光伝搬方向にわたる前記コアの等価屈折率分布は、
分散補償する帯域の中心波長のスケールではほぼ周期構造であり；
中心波長より大きいスケールでは、前記逆散乱問題で決まる非周期構造の二階層構造を有する；
ことを特徴とする請求項１５に記載の光導波路型波長分散補償デバイス。
【請求項１８】
光導波路の下クラッド層を設け；
次いで、前記下クラッド層上に、この下クラッド層よりも屈折率の大きいコア層を設け；
次いで、前記コア層に、コアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された所定のコア形状を残す一方、それ以外の部分を除去する加工を施して前記コアを形成し；
次いで、前記コアを覆う上クラッド層を設けることによって光導波路を製造し；
請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイスを製造することを特徴とする光導波路型波長分散補償デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの波長分散を補償する小型の光導波路型波長分散補償デバイスとその製造方法とに関する。このデバイスは、光ファイバ通信網などに使用できる。
本願は、２００７年１２月２１日に、日本国に出願された特願２００７−３３１００６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
光通信において、高密度波長多重（ＤＷＤＭ：Dense Wavelength-Division Multiplexing）伝送の広帯域化・高速化が急速に進められている。高速伝送を行うためには、この伝送線路として、伝送帯域で波長分散ができるだけ小さく、一方で非線形効果を抑制するために波長分散が零にはならない光ファイバを用いることが望ましい。しかし、既に広範囲に敷設されている光ファイバでは、分散が大きい波長領域で使われることが多い。
例えば、波長１．３μｍ付近で零分散を有する標準シングルモードファイバ（Ｓ−ＳＭＦ：Standard Single-Mode Fiber）は、エルビウム添加光ファイバ増幅器が実用化されたことにより、波長１．５３〜１．６３μｍ帯で使われている。また、零分散を波長１．５５μｍ付近にシフトさせた分散シフトファイバ（ＤＳＦ：Dispersion Shifted Fiber）は、Ｃバンドだけでなく、ＳバンドやＬバンドで使われることがある。その他、波長１．５５μｍでゼロ分散にならない各種ノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ：Non-Zero Dispersion Shifted Fiber）がある。これらの光ファイバをＤＷＤＭで使用する場合、広い波長範囲にわたる残留分散の補償技術が重要である。【０００３】
分散補償には、様々な技術が用いられている。その中でも、分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Dispersion Compensation Fiber）を用いる分散補償が、最も実用化された技術である（例えば、特許文献１、２参照）。ＤＣＦは、所望の分散補償量が得られるように、光ファイバの屈折率分布が制御されている。しかし、ＤＣＦは通常、補償の対象となる光ファイバと同程度の長さが必要となる。そのため、このＤＣＦをモジュール化した場合、大きな設置スペースが必要となるだけでなく、伝搬損失も無視できなくなる。また、ＤＣＦには正確な屈折率分布の制御が必要であり、作製が難しいという面があるだけでなく、広帯域で要求される分散補償量を満たすことが困難になることも多い。【０００４】
ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）も、分散補償によく用いられる技術の一つである（例えば、特許文献３参照）。ＦＢＧは、ファイバにＵＶ光を照射することにより、ファイバコアの屈折率を変化させ、屈折率が異なることによるグレーティングを形成させることで分散補償を行う。これにより、分散補償用の小型デバイスは実現可能となるが、屈折率変化の制御が難しい。さらに、ファイバの屈折率の変化に限度があるため、実現できる分散補償特性に限界がある。また、ＦＢＧを用いたデバイスの小型化と大量生産にも限界がある。【０００５】
分散補償を行う領域をチャンネル毎に分けて、各々のチャンネル内で分散補償を行うチャープしたＦＢＧを、一箇所に重ね合わせる構造も提案されている（例えば、特許文献４参照）。これを用いることにより、必要となるファイバの長さが短くなる。しかし、この従来技術では、単に複数のＦＢＧを重ね合わせるように設計されているため、各チャンネルの構造が接近し、各々のチャンネル特性に影響を及ぼす。そのため、実現できる分散補償特性に限界がある。
また、ＦＢＧを重ね合わせるために要求される屈折率の変化は、ＵＶ照射で得られないため、実現できない構造も生じる。【０００６】
光平面回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）は、平面に構築される光回路を用いて、分散補償を行える。ラティス型ＰＬＣは、その一例である（例えば、非特許文献１参照）。しかし、ラティス型ＰＬＣは、結合共振器をカスケード接続して分散を制御しており、デジタルＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルターの原理に基づいている。そのため、実現する分散量が限られている。【０００７】
アレイ導波路格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）で分波し、チャンネルごとに行路差を付け、遅延時間を調整した後に、コリメートレンズで再び合波する仕組みも考えられている（例えば、特許文献５参照）。しかしながら、この方法では構造が複雑で作製が難しいだけでなく、必要とするスペースが大きい。【０００８】
ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）型分散補償器は、薄板の両面に反射膜をコーティングした波長分散素子（ＶＩＰＡ板）と、反射ミラーとから構成された分散補償デバイスである（例えば、特許文献６参照）。このデバイスは、３次元の構造で分散を調整している。そのため、構造的に複雑であり、製造上、極めて高い精度が要求される。
【特許文献１】日本国特許第３８５７２１１号公報
【特許文献２】日本国特許第３８１９２６４号公報
【特許文献３】特開２００４−３２５５４９号公報
【特許文献４】ＷＯ０３／０１０５８６号パンフレット
【非特許文献１】K. Takiguchi, et. al, “Dispersion slope equalizer for dispersion shifted fiber using a lattice-form programmable optical filter on a planar lightwave circuit,” J. Lightwave Technol., pp. 1647-1656, vol. 16, no. 9, 1998
【特許文献５】日本国特許第３８５２４０９号公報
【特許文献６】特開２００５−２７５１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した従来技術における問題点は、次の通りである。
１：ＤＣＦを用いる分散補償は、長尺ファイバの使用で必要スペースが大きく、小型化が困難である。また実現できる分散補償特性に限界がある。
２：ＦＢＧを用いる分散補償は、実現できる分散補償特性に限界がある。
３：ＦＢＧの重ね合わせを用いる分散補償は、実現できる分散補償特性に限界がある。
４：ラティス型ＰＬＣを用いる分散補償は、実現可能な分散補償量が小さい。
５：ＡＷＧを用いたＰＬＣは、構造が複雑であり、製造が難しく、コストが高くなってしまう。また、要求スペースが大きく、デバイスの小型化が困難である。
６：ＶＩＰＡ型分散補償器は、構造が複雑であり、製造が難しく、コストが高くなってしまう。【００１０】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、小型化でき、優れた分散補償特性を有し、製造が容易で低コスト化が可能な光導波路型波長分散補償デバイスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
（１）本発明の光導波路型波長分散補償デバイスは、クラッドに埋め込まれたコアの物理的寸法を変えることにより、このコアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化した光導波路を、反射型の波長分散補償手段として有し；前記コアは、（ａ）最初に前記光導波路の伝送損失を無視して、所望の第１の反射スペクトルを設定して、被補償光ファイバの波長分散を補償し得る光導波路を設計し、（ｂ）次に、前記（ａ）で設計された前記光導波路の実効的長さから、この光導波路の伝送損失量の波長依存特性を導出して、（ｃ）次に、前記波長依存特性の逆依存特性を前記第１の反射スペクトルに加えて第２の反射スペクトルに補正し、この第２の前記反射スペクトルを用いて、前記（ａ）で設計された光導波路の等価屈折率分布を再設計する、ことによって設計されている。【００１２】
（２）前記（ａ）〜（ｃ）を複数回繰り返して、前記コアの前記等価屈折率分布が設計されたのが好ましい。【００１３】
（３）前記光導波路は、分散補償する波長領域が複数のチャンネルに区切られ；前記各チャンネルの前記波長領域内で、前記被補償光ファイバの波長分散が補償される分散補償特性を有する；のが好ましい。【００１４】
（４）前記コアの幅が前記光伝搬方向にわたって不均一に分布しているのが好ましい。【００１５】
（５）前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側が対称となるように、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布しているのが好ましい。【００１６】
（６）前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側が非対称となるように、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布しているのが好ましい。【００１７】
（７）前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側のうち、一方の側のみが前記光伝搬方向にわたって不均一に分布しているのが好ましい。【００１８】
（８）前記コアが、前記光導波路内に直線状に設けられているのが好ましい。【００１９】
（９）前記コアが、前記光導波路内に蛇行状に設けられているのが好ましい。【００２０】
（１０）前記コアの幅が、前記光導波路の前記光伝搬方向の一端側から他端側に向けて、幅変動が漸次大きくなり；他端側近傍に変動極大部を持つ分布形状を有する；のが好ましい。【００２１】
（１１）前記コアの幅が、前記光導波路の前記光伝搬方向の一端側から他端側に向けて、幅変動の小さい中央部と；この中央部より幅変動が大きい前記一端側の第１変動部と；この第１変動部より幅変動が大きい前記他端側の変動極大部と；を持つ分布形状を有するのが好ましい。【００２２】
（１２）前記光導波路の一端が透過端であり、前記光導波路の他端が反射端であり；前記透過端が無反射終端で終端され；前記反射端でサーキュレータ又は方向性結合器を介して光出力が取り出される；のが好ましい。【００２３】
（１３）前記光導波路は、所定の波長帯域にて、所定の長さの被補償光ファイバの波長分散を打ち消す分散補償特性を有するのが好ましい。【００２４】
（１３）前記光導波路は、中心波長λｃが１４９０ｎｍ≦λｃ≦１６１３ｎｍの範囲、動作帯域ΔＢＷが０．１ｎｍ≦ΔＢＷ≦６０ｎｍの範囲にて、分散Ｄが−３０００ｐｓ／ｎｍ≦Ｄ≦３０００ｐｓ／ｎｍの範囲、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳが−０．１ｎｍ−１≦ＲＤＳ≦０．１ｎｍ−１の範囲の特性を有するのが好ましい。【００２５】
（１４）前記光導波路の光伝搬方向にわたるコアの等価屈折率分布が、Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式において、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測する設計法で設計されるのが好ましい。【００２６】
（１５）前記光導波路の光伝搬方向にわたるコアの等価屈折率分布が、Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式を用いて、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き；この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測する設計法で設計されている；のが好ましい。【００２７】
（１６）前記光導波路の前記光伝搬方向にわたる前記コアの等価屈折率分布が、前記光導波路の前方及び後方に伝搬する電力波の振幅なる変数を導入した波動方程式を用いて、前記光導波路の等価屈折率の対数の微分から導かれるポテンシャルを有するＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式に帰着させ、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き；この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測し；このポテンシャルに基づいて等価屈折率を求め；予め求められた、所定の前記コアの厚さと、前記等価屈折率と、前記コアの寸法との関係から、前記光導波路の前記光伝搬方向にわたる前記コアの寸法を算出して設計されている；のが好ましい。【００２８】
（１７）前記光導波路の前記光伝搬方向にわたる前記コアの等価屈折率分布は、
分散補償する帯域の中心波長のスケールではほぼ周期構造であり；中心波長より大きいスケールでは、前記逆散乱問題で決まる非周期構造の二階層構造を有する；のが好ましい。【００２９】
（１８）本発明の光導波路型波長分散補償デバイスの製造方法は、光導波路の下クラッド層を設け；次いで、前記下クラッド層上に、この下クラッド層よりも屈折率の大きいコア層を設け；次いで、前記コア層に、コアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された所定のコア形状を残す一方、それ以外の部分を除去する加工を施して前記コアを形成し；次いで、前記コアを覆う上クラッド層を設けることによって光導波路を製造し、前述した本発明に係る光導波路型波長分散補償デバイスを製造する。
【発明の効果】
【００３０】
上記（１）に記載の光導波路型波長分散補償デバイスは、クラッドに埋め込まれたコアの等価屈折率が、光伝搬方向にわたって不均一に変化する光導波路を反射型の波長分散補償手段として有する。そのため、分散補償ファイバ等を用いる従来技術に比べて小型化でき、設置スペースが少なくて済む。
また、上記（１）に記載の光導波路型波長分散補償デバイスは、従来のＦＢＧを用いた分散補償に比べ、実現できる分散補償特性が広くなるなど、優れた分散補償特性を得られる。
また、上記（１）に記載の光導波路型波長分散補償デバイスは、ＰＬＣやＶＩＰＡ等の従来の分散補償デバイスに比べ、構造が簡単で低コストで製造できる。
また、上記（１）に記載の光導波路型波長分散補償デバイスは、（ａ）最初に前記光導波路の伝送損失を無視して、所望の反射スペクトルを設定して、被補償光ファイバの波長分散を補償し得る光導波路を設計し、（ｂ）次に、前記（ａ）で設計された前記光導波路の実効的長さから、この光導波路の伝送損失量の波長依存特性を導出して、（ｃ）次に、前記波長依存特性の逆依存特性を前記反射スペクトルに加えて、補正した反射スペクトルを規定して、前記（ａ）で設計された光導波路の等価屈折率分布を再設計する、ことによって設計されたコアを有する。そのため、この光導波路型波長分散補償デバイスが実現できる群遅延特性は、デバイスの伝送損失を考慮しない場合に比べて、所望の特性からの変動が少なくなる。その結果、光ファイバを含めた伝送システムの伝送特性を改善できる。【００３１】
上記（１８）に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの製造方法によれば、前述したように優れた分散補償特性を有する小型の分散補償デバイスを、低コストで効率よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の分散補償デバイスで用いたＮＰＷＧの構造を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、分散補償デバイスの伝送損失を無視した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスの、ポテンシャル分布を示すグラフである。
【図３】図３は、図２のポテンシャル分布を持つ分散補償デバイスの、群遅延特性を示すグラフである。
【図４】図４は、図２のポテンシャル分布を持つ分散補償デバイスの、反射率特性を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の分散補償デバイスの伝送特性の評価に用いた伝送評価システムを示す構成図である。
【図６】図６は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ初期パルスの波形を示すグラフである。
【図７】図７は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ初期パルスのアイパターンを示すグラフである。
【図８】図８は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ初期パルスのスペクトルを示すグラフである。
【図９】図９は、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した後のパルスの波形を示すグラフである。
【図１０】図１０は、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した後のパルスのアイパターンを示すグラフである。
【図１１】図１１は、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した後のパルスのスペクトルを示すグラフである。
【図１２】図１２は、伝送損失が無いものとした分散補償デバイスを通過した後のパルスの波形を示すグラフである。
【図１３】図１３は、伝送損失が無いものとした分散補償デバイスを通過した後のパルスのアイパターンを示すグラフである。
【図１４】図１４は、伝送損失が無いものとした分散補償デバイスを通過した後のパルスのスペクトルを示すグラフである。
【図１５】図１５は、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスの群遅延特性を示すグラフである。
【図１６】図１６は、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。
【図１７】図１７は、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスを通過した後の、パルスの波形を示すグラフである。
【図１８】図１８は、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスを通過した後の、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。
【図１９】図１９は、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスを通過した後の、パルスのスペクトルを示すグラフである。
【図２０】図２０は、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ初期パルスのアイパターンを示すグラフである。
【図２１】図２１は、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した後の、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。
【図２２】図２２は、分散補償デバイスの伝送損失を０ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスを通過した後の、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。
【図２３】図２３は、分散補償デバイスの伝送損失を２ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスを通過した後の、４０Ｇｂ／ｓパルスのアイパターンを示すグラフである。
【図２４】図２４は、分散補償デバイスの伝送損失を５ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスを通過した後の、４０Ｇｂ／ｓパルスのアイパターンを示すグラフである。
【図２５】図２５は、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスを通過した後の、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。
【図２６Ａ】図２６Ａは、コアの幅の分布形状の一例を示す概略平面図である。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、コアの幅の分布形状の変形例を示す概略平面図である。
【図２７】図２７は、コアを蛇行状に設けた場合を例示する概略平面図である。
【図２８】図２８は、本発明の分散補償デバイスの一実施形態を示す構成図である。
【図２９】図２９は、比較例１の分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスの、反射率特性を示すグラフである。
【図３０】図３０は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が２０ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例１の分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は１０ｄＢとした。
【図３１】図３１は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が２０ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例１の分散補償デバイスの群遅延特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は１０ｄＢとした。
【図３２】図３２は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が２０ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例１の分散補償デバイスのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図３３】図３３は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え最大損失の差が２０ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例１の分散補償デバイスを通過した後の４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。
【図３４】図３４は、伝送損失を補正していない比較例１の分散補償デバイスを通過した後の４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとした。
【図３５】図３５は、比較例２の分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。
【図３６】図３６は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が２５ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例２の分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は１０ｄＢとした。
【図３７】図３７は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が２５ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例２の分散補償デバイスの群遅延特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は１０ｄＢとした。
【図３８】図３８は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え最大損失の差が２５ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例２の分散補償デバイスのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図３９】図３９は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え最大損失の差が２５ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例２の分散補償デバイスを通過した後の４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。
【図４０】図４０は、伝送損失を補正していない比較例２の分散補償デバイスを通過した後の、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとした。
【図４１】図４１は、比較例３の分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとし、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。
【図４２】図４２は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が３０ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例３の分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は１０ｄＢとした。
【図４３】図４３は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が３０ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例３の分散補償デバイスの群遅延特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は１０ｄＢとした。
【図４４】図４４は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え最大損失の差が３０ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例３の分散補償デバイスのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図４５】図４５は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え最大損失の差が３０ｄＢとなるように設計した、長さ１００ｋｍの光ファイバの１０チャンネルを分散補償する、実施例３の分散補償デバイスを通過した後の４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。
【図４６】図４６は、伝送損失を補正していない比較例３の分散補償デバイスを通過した後の４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとした。
【図４７】図４７は、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとし、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する比較例４の分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。
【図４８】図４８は、図４７の一部拡大図である。
【図４９】図４９は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が５ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、実施例４の分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は２ｄＢとした。
【図５０】図５０は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が５ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する実施例４と、比較例４の群遅延特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は２ｄＢとした。
【図５１】図５１は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え最大損失の差が５ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、実施例４の分散補償デバイスのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図５２】図５２は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え最大損失の差が５ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、実施例４の分散補償デバイスを通過した後の１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は２ｄＢとした。
【図５３】図５３は、分散補償デバイスの伝送損失を無視した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、比較例４の分散補償デバイスを通過した後の１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は２ｄＢとした。
【図５４】図５４は、分散補償デバイスの伝送損失を５ｄＢとし、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、比較例５の分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。
【図５５】図５５は、図５４の一部拡大図である。
【図５６】図５６は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が１２ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、実施例５の分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は５ｄＢとした。
【図５７】図５７は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が１２ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する実施例５と、比較例５の群遅延特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は５ｄＢとした。
【図５８】図５８は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え最大損失の差が１２ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、実施例５の分散補償デバイスのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図５９】図５９は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え最大損失の差が１２ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、実施例５の分散補償デバイスを通過した後の１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失を５ｄＢとした。
【図６０】図６０は、分散補償デバイスの伝送損失を無視した長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、比較例５の分散補償デバイスを通過した後の１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失を５ｄＢとした。
【図６１】図６１は、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとし、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、比較例６の分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。
【図６２】図６２は、図６１の一部拡大図である。
【図６３】図６３は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が２５ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、実施例６の分散補償デバイスの反射率特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は１０ｄＢとした。
【図６４】図６４は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え、最大損失の差が２５ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する実施例６と、比較例６の群遅延特性を示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失は１０ｄＢとした。
【図６５】図６５は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え最大損失の差が２５ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、実施例６の分散補償デバイスのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図６６】図６６は、チャンネル内で波長が長くなるにつれ損失が増え最大損失の差が２５ｄＢとなるように設計した、長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、実施例６の分散補償デバイスを通過した後の１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとした。
【図６７】図６７は、分散補償デバイスの伝送損失を無視した長さ５０ｋｍの光ファイバの５０チャンネルを分散補償する、比較例６の分散補償デバイスを通過した後の１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示すグラフである。ただし、分散補償デバイスの伝送損失を１０ｄＢとした。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ＮＰＷＧ
１１  コア
１２  クラッド
１３  反射端
１４  透過端
１５  サーキュレータ
１６  無反射終端
２０  分散補償デバイス
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の分散補償デバイスは、クラッドに埋め込まれたコアの物理的寸法を変えることにより、コアの等価屈折率が、光伝搬方向にわたって不均一に変化する光導波路を反射型の波長分散補償手段として有する。
この光導波路のコアは、（ａ）最初に光導波路の伝送損失を無視して、所望の第１の反射スペクトルを設定して、被補償光ファイバの波長分散を補償し得る光導波路を設計し、（ｂ）次に、この（ａ）で設計された光導波路の実効的長さから、この光導波路の伝送損失量の波長依存特性を導出して、（ｃ）次に、（ｂ）で導出した波長依存特性の逆依存特性を、第１の反射スペクトルに加えて第２の反射スペクトルに補正し、この第２の前記反射スペクトルを用いて、（ａ）で設計された光導波路の等価屈折率分布を再設計する、ことによって設計されている。【００３５】
以下、図面を参照して本発明の光導波路型波長分散補償デバイス（以下、分散補償デバイスと略記する。）の実施形態を説明する。
本発明の分散補償デバイスは、例えば図２８に示すように、光導波路１０と、その反射端１３側に接続されたサーキュレータ１５とから概略構成されている。光導波路１０の透過端１４は、無反射終端１６になっている。サーキュレータ１５には、その入力側（input）に図示していない被補償光ファイバが接続されている。サーキュレータ１５の出力側（output）には、下流側の光ファイバが接続されている。この下流側の光ファイバは、光伝送路内で使用される。
本発明の分散補償デバイス２０は反射型デバイスであり、被補償光ファイバからサーキュレータ１５の入力側に入力された光信号は、光導波路１０に入って反射され、その反射波がサーキュレータ１５を介して出力される。【００３６】
図１は、本発明の分散補償デバイスの主な構成要素である光導波路の一実施形態を示す概略斜視図である。本実施形態の光導波路は、コアの等価屈折率を光の伝搬方向にわたって不均一に変化させる手段として、コアの幅ｗを長手方向（ｚ）にわたって変化させた非均一の幅をもつ平面導波路（Non-uniform Planar WaveGuide；以下、ＮＰＷＧと記す）を用いるのが好ましい。ここで、非均一とは、物理寸法が導波路の進行方向の場所とともに変化していることをいう。図１中、符号１０はＮＰＷＧ、１１はコア、１２はクラッドである。【００３７】
本実施形態のＮＰＷＧ１０は、クラッド１２中に、コア１１を有する。コア１１は、図１に示すように、一定の高さｈ３を有する。また、コア１１の幅ｗが、長手方向（ｚ）方向にわたって不均一に変化し、導波路の伝搬モードの局所等価屈折率を変化させている。この屈折率の変化よって、ＮＰＷＧ１０に、反射型の波長分散補償機能を持たせている。【００３８】
このＮＰＷＧ１０としては、石英ガラス系材料を用いることができる。その場合、例えば、クラッドを純石英ガラスで作製し、コアはゲルマニウム添加石英ガラスを用いればよい。また樹脂系材料の使用も可能である。【００３９】
また、ＮＰＷＧ１０としてシリコン系材料を用いた場合、電極をこのシリコン系材料に付けて制御を行なえば、可変デバイスが実現可能である。また、このデバイスに熱を加えた場合、材料の熱膨張により導波路が長くなる。そのため、使用する波長が長くシフトする。この特性を利用すれば、熱の制御による可変デバイスが可能となる。【００４０】
ＮＰＷＧ１０の動作原理は、ＦＢＧのグレーティングと一見類似している。しかし、等価屈折率の変化に関し、ＦＢＧではコア媒質の屈折率を変化させるのに対して、本実施形態のＮＰＷＧ１０では、コア１１の幅を長手方向に沿って変化させることで等価屈折率を変化させている。このように、等価屈折率の変化に関して、その動作原理は両者で全く相違している。
ＮＰＷＧ１０では、コア１１の幅を長手方向に沿って変化させることで得られる等価屈折率の変動率が、ＦＢＧの場合に比べて大きい上、細かく正確な制御が容易である。
ＮＰＷＧ１０の構造は、平面的となっているため、周知の製造プロセスで大量に製造でき、低コスト化が図れる。【００４１】
本発明の好ましい実施形態において、ＮＰＷＧ１０を用いた分散補償デバイスは、補償対象の領域を複数のチャンネルに分けて、各々のチャンネル内で分散補償を行う方式を用いるものが挙げられる。この方式を用いることにより、必要な導波路の長さが短くなり、デバイスが小型化でき、さらに導波路の損失を小さくできる。【００４２】
このＮＰＷＧ１０を用いた分散補償デバイスにおいても、分散補償デバイスに損失がある。この損失により、所望の特性が得られなくなり、特性の劣化が引き起こされる。以下に分散補償デバイスの損失が、このデバイスの分散補償特性に影響を与える例を挙げる。【００４３】
例えば、ＩＴＵグリッドで分けられたチャンネルごとに、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの残留分散を補償する分散補償デバイスとして、波長領域［１５４６．１２ｎｍ〜１５５４．１３ｎｍ］にて、分散量Ｄ＝−１７００ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１となる波長分散を実現するように設計した場合を想定する。ただし、本例では、波長領域を周波数ｆが（１９３．４＋０．１ｎ≦ｆ≦１９３．５＋０．１ｎＴＨｚ）を満たす１０チャンネルに分けており、それぞれのチャンネル内で波長分散を行っている。ここで、ｎは−５≦ｎ≦４を満たす整数を表す。これらのチャンネルはＩＴＵグリッド間隔を満たす。【００４４】
図２は、本例の分散補償デバイスのポテンシャル分布を表すグラフである。図中の横軸は、中心波長１５５０．１２ｎｍで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いて、分散補償デバイスの伝送損失を無視した場合、図３に示す群遅延特性と、図４に示す反射率特性が得られる。両図には、設計に用いたスペクトルデータ（designed）と、得られたスペクトルデータ（realized）が示されている。【００４５】
次に、本例の分散補償デバイスについて、図５に示す評価システムを用いて分散補償デバイスの効果を計算する。図５中、符号１は評価する分散補償デバイス、２は被補償光ファイバ、３は入力信号出力部、４は光源、５は変調器、６は光検出部である。この評価システムでは、入力信号を、変調器５を通して光信号に載せ、その光信号を被補償光ファイバ２で伝送し、その後分散補償デバイス１に入力され、最後に分散補償デバイス１から出力された光信号を光検出部６で検波して出力される。【００４６】
図６は、この評価システムで得られた、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ初期パルスの波形を示している。図７は、同じくこの評価システムで得られた、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ初期パルスのアイパターンを示している。図８は、同じくこの評価システムで得られた、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ初期パルスのスペクトルを示している。【００４７】
図９は、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦ（伝送損失は０．０２ｄＢ／ｋｍ、波長１５５０ｎｍにおける分散は１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープの比は０．００３４ｎｍ−１とした）を通過した後、波長領域が［１５４９．３２ｎｍ〜１５５０．１２ｎｍ］となるチャンネルの波形を示している。図１０は、同様に長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した後、上記の波長領域となるチャンネルのアイパターンを示している。図１１は、同様に長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した後、上記の波長領域となるチャンネルのスペクトルを示している。【００４８】
図１２は、前記分散補償デバイス１を通過した後の波形を示している。図１３は、同様に前記分散補償デバイス１を通過した後のアイパターンを示している。図１４は、同様に前記分散補償デバイス１を通過した後のスペクトルを示している。ただし、ここでの分散補償デバイスは、伝送損失がないものと仮定した。図６〜８と、図９〜１１と、図１２〜図１４とでそれぞれ比較すると分かるように、分散補償デバイスの伝送損失を無視すれば、十分に良好な伝送特性が得られる。【００４９】
しかし、ＮＰＷＧは、製造の際に微細なプロセスを要する。また、ＮＰＷＧでは、材料損失等により、伝送路における伝送損失は避けられない。そのため、ＮＰＷＧを用いて構成した分散補償デバイスは、大きな伝送損失を伴うことが多い。ＮＰＷＧの伝送損失は、分散補償デバイスの振幅特性に影響を与えるだけでなく、所望の群遅延特性に影響を与える。【００５０】
図１５は、分散補償デバイスの片道全長に１０ｄＢの伝送損失があると仮定した場合の群遅延特性を示し、また図１６は、同じく１０ｄＢの伝送損失があると仮定した場合の反射率特性を示している。【００５１】
図１７は、伝送損失が１０ｄＢある分散補償デバイスを通過した後の波形を示している。図１８は、同様に送損失が１０ｄＢある分散補償デバイス通過後のアイパターンを示している。図１９は、同様に送損失が１０ｄＢある分散補償デバイス通過後のスペクトルを示している。図１８のアイパターンに示されるように、群遅延の不完全補償は、システム特性に影響を与えている。【００５２】
分散補償デバイスの伝送損失の影響は、信号の伝送レートが速くなると、さらに顕著になる。図２０は、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ初期パルスのアイパターンを示している。図２１は、１００ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した後、波長領域が［１５４９．３２ｎｍ〜１５５０．１２ｎｍ］となるチャンネル内信号のアイパターンを示している。
図２２は、分散補償デバイスの伝送損失が無い（０ｄＢ）場合、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの１０チャンネルを分散補償する分散補償デバイスを通過した後の４０Ｇｂ／ｓパルスのアイパターンを示している。図２３は、その分散補償デバイスの伝送損失が２ｄＢとした場合のアイパターンを示している。図２４は、その分散補償デバイスの伝送損失が５ｄＢとした場合のアイパターンを示している。図２５は、その分散補償デバイスの伝送損失が１０ｄＢとした場合のアイパターンを示している。これらの図２１〜図２５に示す通り、分散補償デバイスの伝送損失が大きくなるに従い、伝送特性が悪化している。【００５３】
本発明は、分散補償デバイスのＮＰＷＧの伝送損失により、前述したように分散補償後の伝送特性が劣化することを防ぐために、ＮＰＷＧを用いた分散補償デバイスを設計する際に、分散補償デバイスの伝送損失を補償することとした。すなわち、ＮＰＷＧの伝送損失による分散補償デバイスの、反射係数の波長依存性を軽減するように、設計の段階で考慮する。そのように設計された分散補償デバイスが実現できる群遅延特性は、分散補償デバイスの伝送損失を考慮しない場合に比べて、所望の特性からの変動が少なくなる。その結果、光ファイバを含めた伝送システムの特性を改善できる。【００５４】
この分散補償デバイスのＮＰＷＧの設計の手順は、次のようになっている。
（ａ）最初に、ＮＰＷＧの伝送損失を無視して、所望の第１の反射スペクトルを設定し、被補償光ファイバの波長分散を補償し得るＮＰＷＧを設計する。（ｂ）次に、上記（ａ）で設計されたＮＰＷＧの実効的長さから、ＮＰＷＧの伝送損失量の波長依存特性を導出する。（ｃ）次に、ＮＰＷＧの伝送損失量の波長依存特性の逆依存特性を、前記第１の反射スペクトルに加えて第２の反射スペクトルに補正し、この第２の反射スペクトルを用いて、ＮＰＷＧの等価屈折率分布を再設計する。
そうすることにより、伝送損失がもたらす群遅延特性の変動を抑えられる。【００５５】
この分散補償デバイスのＮＰＷＧ１０の設計は、所望の反射スペクトルから必要な幅分布を得る逆散乱問題の手法を用いる。
まず、導波路に伝搬する電磁界を次のように定式化する（参考文献：J. E. Sipe, L. Poladian, and C. Martijn de Sterke, “Propagation through nonuniform grating structures,” J. Opt. Soc. Am. A, vol. 11, no. 4, pp. 1307-1320, 1994）。電磁界の時間変動をｅｘｐ（−ｉωｔ）と仮定すると、Ｍａｘｗｅｌｌ方程式により、ＮＰＷＧ１０に伝搬する電磁界は、次式（１）、（２）で表される。
2009081902.tif 000003
2009081902.tif 000004
ただし、上記式（１），（２）で、Ｅ，Ｈはそれぞれ電界と磁界の複素振幅を表し、ｎは導波路の屈折率を表す。【００５６】
ここで、次式（３），（４）                                
2009081902.tif 000005
2009081902.tif 000006
で定義される、ｚの前方に伝搬する電力波の振幅Ａ＋（ｚ）と、ｚの後方に伝搬する電力波の振幅Ａ−（ｚ）とを、上記式（１）と式（２）にそれぞれ導入する。ただし、Ｚ０＝√μ０／ε０は真空中のインピーダンスを表し、ｎ０は参照屈折率を表す。これらの変数から、次式（５），（６）がそれぞれ導かれる：                                  
2009081902.tif 000007
2009081902.tif 000008
ただし、ｃは真空中の光速を表す。【００５７】
これらの式（５），（６）は、次式（７）                                  
2009081902.tif 000009
で変数変換を行うと、次式（８）、（９）に示すＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式にそれぞれ帰着される：                                  
2009081902.tif 000010
2009081902.tif 000011
ただし、ω０は参照角周波数を表す。【００５８】
これらのＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式は、逆散乱問題として解くことができる。すなわち、次式（１０）                                    
2009081902.tif 000012
で定義される反射係数のスペクトルデータから、ポテンシャル関数u(x)を数値的に解くことができる（参考文献：P. V. Frangos and D. L. Jaggard, “A numerical solution to the Zakharov-Shabat inverse scattering problem,” IEEE Trans. Antennas and Propag., vol. 39, no. 1, pp. 74-79, 1991）。【００５９】
これを、本発明に係る分散補償デバイスの設計に適用する。まず、導波路の伝送損失を無視した場合の所望の第１の反射スペクトルを規定し、上述した方法で、導波路のポテンシャルを導出する。ここで、反射スペクトルとは、波長に対する群遅延量と反射率から得られる複素反射データをいう。
ポテンシャルu(x)が得られれば、局所等価屈折率n(x)は、次式（１１）のように求められる。                                    
2009081902.tif 000013
【００６０】
さらに、実際作製しようとする導波路のコアの厚みと、コアの屈折率およびクラッドの屈折率から求められる、コアの幅に対する等価屈折率と、の関係から、光の伝搬方向の所定の位置におけるコア幅ｗ（ｘ）を求められる。【００６１】
次に、このように設計されたＮＰＷＧ１０の実効的長さから、このＮＰＷＧ１０の伝送損失量の波長依存性を導出する。
伝送損失量の波長依存性は、例えば、まず導波路の単位長さ当りの損失量を測定等で特定する。その損失項の情報を式（5）と（6）にある屈折率n(z)に反映し計算し直すと、伝送損失量が導出できる。この場合、異なる波長の光が異なる位置で反射されるため、仮に導波路の単位長さ当りの損失量に波長依存性が小さくても、導波路から反射される光の伝送損失量には大きな波長依存性が生じる。【００６２】
次に、上記で求めた波長依存性の逆依存特性を、上記で用いた第１の反射スペクトルに加えて補正して、第２の反射スペクトルとする。そして、この第２の反射スペクトルを用いて、第１の反射スペクトルを用いた際と同様に、コア幅ｗ（ｘ）を求めれば、本発明の分散補償デバイスで用いられているＮＰＷＧ１０が設計される。【００６３】
以上の工程により、実際の光導波路に不可避的に存在する伝送損失を含む反射特性により、所望の反射型分散補償デバイスを設計できる。
この方法を用いれば、ＦＢＧを重ね合わせる方法（例えば、特許文献４参照）で起きるチャンネル間の干渉が、設計方法に考慮されているために起きなくなる。また、この設計により得られるＮＰＷＧ１０は、特許文献４に開示されたものと異なる構造になる。【００６４】
本発明の分散補償デバイス２０の主要構成要素であるＮＰＷＧ１０は、例えば、次のように製造される。
まず、ＮＰＷＧ１０の下クラッド層を設ける。次いで、前記下クラッド層上に、この下クラッド層よりも屈折率の大きいコア層を設ける。次いで、前記コア層に、コアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された（上記（ａ）〜（ｃ）で設計された）所定のコア形状を残す一方、それ以外の部分を除去する加工を施して前記コア１１を形成する。次いで、前記コア１１を覆う上クラッド層を設け、ＮＰＷＧ１０を製造する。【００６５】
このように、ＮＰＷＧ１０のコア１１を形成する際、上記のコア幅ｗ（ｘ）の形状を有した（コア１０の等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された）マスクを用い、フォトリソグラフィー法によってコア１１を形成するのが好ましい。このフォトリソグラフィー法に用いる材料や手順は、半導体製造分野等で周知のフォトリソグラフィー法に用いる材料や手順を用いて実施できる。また、クラッド層やコア層の成膜方法は、一般の光導波路の製造において用いられている周知の成膜技術を用いて実施できる。【００６６】
本発明の分散補償デバイス２０は、前述した通りＮＰＷＧ１０を製造した後、このＮＰＷＧ１０の透過端１４を無反射終端１６で終端する。さらに、ＮＰＷＧ１０の反射端１３にサーキュレータ１５又は方向性結合器を接続する。以上で、図２８に示す分散補償デバイス２０が得られる。【００６７】
この分散補償デバイス２０のＮＰＷＧ１０は、前述したように、被補償光ファイバの波長分散を補償できるような反射率特性を有している。そのため、被補償光ファイバから出力された光信号がＮＰＷＧ１０で反射される際に、その光信号の波長分散が補正されて出力される。そして、分散補償デバイス２０から出力された光信号は、サーキュレータ１５の出力側に接続された下流側の光ファイバに入力され、このファイバ内を伝搬する。【００６８】
前記実施形態では、図１に示したように、クラッド１２中に、高さ（厚さ）が一定で、幅が長手方向にわたって不均一に変化するコア１１が埋設された構造のＮＰＷＧ１０を例示した。本発明に用いる光導波路は、本例示にのみ限定されず、種々の変更が可能である。
例えば、コア１１の幅分布は、図２６Ａに示すように、コア１１中心から幅方向両側が対称となるように光伝搬方向にわたって不均一に分布している構造でもよい。また、図２６Ｂに示すように、コア１１中心から幅方向両側が非対称となるように、光伝搬方向にわたって不均一に分布している構造であってもよい。
また、コア１１は、図１に示すように、ＮＰＷＧ１０の長手方向（ｚ）に沿って直線状に設ける構造の他、図２７に示すように、蛇行状にコア１１を設ける構造としてもよい。
このように蛇行状にコア１１を設けた構造とすることで、ＮＰＷＧ１０をより小型化可能となる。
【実施例】
【００６９】
＜実施例１＞
波長領域［１５４６．１２ｎｍ〜１５５４．１３ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−１７００ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。この際、分散補償する波長領域は、周波数ｆが、１９３．４＋０．１ｎＴＨｚ≦ｆ≦１９３．５＋０．１ｎＴＨｚを満たす１０チャンネルに分かれるよう、ＮＰＷＧを設計した。ここで、ｎは−５≦ｎ≦４を満たす整数を表す。この分散補償デバイスでは、それぞれのチャンネル内で分散補償を行っている。この際、後述する図２９に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて、損失が増えるような波長依存性が生じる。そのため、本実施例では、この波長依存性が軽減できるように、各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加した。この際、最大損失差が２０ｄＢとなるように設計した。これらの各チャンネルは、ＩＴＵグリッド間隔を満たす。本実施例の分散補償デバイスは、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの残留分散を補償できる。【００７０】
＜比較例１＞
伝送損失を無視して設計した（各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加しなかった）こと以外は、実施例１と同様にして、分散補償デバイスを作製した。【００７１】
図２９は、比較例１の伝送損失を無視して設計した分散補償デバイスに関し、実際には分散補償デバイスの片道全長の伝送損失が１０ｄＢあるとした場合の反射率特性を示す。図２９に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて、損失が増えるような波長依存性を生じる。【００７２】
図３０は、実施例１の反射率特性（designed）を示している。また図３０には、実施例１の分散補償デバイスの伝送損失が、１０ｄＢとなる場合の反射率特性（realized）を同時に示す。図３１はその場合の群遅延特性を示す。【００７３】
図３２は、実施例１の設計で得られたＮＰＷＧのポテンシャル分布を示す。図中では、分散補償デバイスの入口（図中左側）のポテンシャルの変動が平均的に小さくなり、入口に近いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が長い信号が小さく反射されている。一方、分散補償デバイスの奥（図中右側）のポテンシャルは比較的大きく変動し、入口から遠いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が短い信号が大きく反射されている。実際には、分散補償デバイスのＮＰＷＧに伝送損失があるので、その設計により、全体の信号の反射率の波長依存性が平坦化される。図３２のポテンシャル分布に基づいて設計されたＮＰＷＧのコアの幅は、ＮＰＷＧの光伝搬方向一端側（入口側）から他端側に向けて、幅変動が漸次大きくなり、他端側近傍に変動極大部を持つ分布形状を有する。【００７４】
図３３は、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した波長領域が［１５４９．３２ｎｍ〜１５５０．１２ｎｍ］となるチャンネル内の信号を、実施例１の分散補償デバイスで分散補償を行った後の、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示す。図３４は、伝送損失を補正していない比較例１の分散補償デバイスを通過した後の、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示す。伝送損失を補正していない比較例１（図３４）に比べて、伝送損失を補正した実施例１（図３３）では、伝送特性が大幅に改善した。【００７５】
＜実施例２＞
波長領域［１５４６．１２ｎｍ〜１５５４．１３ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−１７００ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。この際、分散補償する波長領域は、周波数ｆが、１９３．４＋０．１ｎＴＨｚ≦ｆ≦１９３．５＋０．１ｎＴＨｚを満たす１０チャンネルに分かれるよう、ＮＰＷＧを設計した。ここで、ｎは−５≦ｎ≦４を満たす整数を表す。この分散補償デバイスでは、それぞれのチャンネル内で分散補償を行っている。この際、後述する図３５に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて、損失が増えるような波長依存性が生じる。そのため、本実施例では、この波長依存性が軽減できるように、各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加した。この際、最大損失差が２５ｄＢとなるように設計した。これらの各チャンネルはＩＴＵグリッド間隔を満たす。本実施例の分散補償デバイスは、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの残留分散を補償できる。【００７６】
＜比較例２＞
伝送損失を無視して設計した（各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加しなかった）こと以外は、実施例２と同様にして、分散補償デバイスを作製した。【００７７】
図３５は、比較例２の伝送損失を無視して設計した分散補償デバイスに関し、実際には分散補償デバイスの片道全長に伝送損失が１０ｄＢあるとした場合の反射率特性を示す。図３５に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を生じる。【００７８】
図３６は、実施例２の反射率特性（designed）を示している。また図３６には、実施例２の分散補償デバイスの伝送損失が１０ｄＢとなる場合の反射率特性（realized）を同時に示す。図３７は、その場合の群遅延特性を示す。【００７９】
図３８は、実施例２の設計で得られたポテンシャル分布を示す。図中では、デバイスの入口（図中左側）のポテンシャルの変動が平均的に小さくなり、入口に近いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が長い信号が小さく反射されている。一方、デバイスの奥（図中右側）のポテンシャルは比較的大きく変動し、入口から遠いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が短い信号は大きく反射されている。実際には、デバイスの導波路に伝送損失があるので、その設計により、全体の信号の反射率の波長依存性が平坦化される。図３８のポテンシャル分布に基づいて設計されたＮＰＷＧのコアの幅は、ＮＰＷＧの光伝搬方向一端側（入口側）から他端側に向けて、幅変動が漸次大きくなり、他端側近傍に変動極大部を持つ分布形状を有する。【００８０】
図３９は、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した波長領域が［１５４９．３２ｎｍ〜１５５０．１２ｎｍ］となるチャンネル内の信号を、実施例２の分散補償デバイスで分散補償を行った後の、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示す。図４０は、伝送損失を補正していない比較例２の分散補償デバイスを通過した後の、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示す。伝送損失を補正していない比較例２（図４０）に比べて、伝送損失を補正した実施例２（図３９）では、伝送特性が大幅に改善した。【００８１】
＜実施例３＞
波長領域［１５４６．１２ｎｍ〜１５５４．１３ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−１７００ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。この際、分散補償する波長領域は、周波数ｆが、１９３．４＋０．１ｎＴＨｚ≦ｆ≦１９３．５＋０．１ｎＴＨｚを満たす１０チャンネルに分かれるよう、ＮＰＷＧを設計した。ここで、ｎは−５≦ｎ≦４を満たす整数を表す。この分散補償デバイスでは、それぞれのチャンネル内で分散補償を行っている。この際、後述する図４１に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて、損失が増えるような波長依存性が生じる。そのため、本実施例では、この波長依存性が軽減できるように、各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加した。この際、最大損失差が３０ｄＢとなるように設計した。これらの各チャンネルはＩＴＵグリッド間隔を満たす。本実施例の分散補償デバイスは、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの残留分散を補償できる。  【００８２】
＜比較例３＞
伝送損失を無視して設計した（各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加しなかった）こと以外は、実施例３と同様にして、分散補償デバイスを作製した。【００８３】
図４１は、比較例３の伝送損失を無視して設計した分散補償デバイスに関し、実際には分散補償デバイスの片道全長に伝送損失が１０ｄＢあるとした場合の反射率特性を示している。図４１に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を生じる。【００８４】
図４２は、実施例３の反射率特性（designed）を示している。また、図４２には、実施例３の分散補償デバイスの伝送損失が１０ｄＢとなる場合の反射率特性（realized）を同時に示す。図４３はその場合の群遅延特性を示す。【００８５】
図４４は、実施例３の設計で得られたポテンシャル分布を示す。図中では、デバイスの入口（図中左側）のポテンシャルの変動が平均的に小さくなり、入口に近いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が長い信号が小さく反射されている。一方、デバイスの奥（図中右側）のポテンシャルは比較的大きく変動し、入口から遠いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が短い信号は大きく反射されている。実際には、デバイスの導波路に伝送損失があるので、その設計により、全体の信号の反射率の波長依存性が平坦化される。図４４のポテンシャル分布に基づいて設計されたＮＰＷＧのコアの幅は、ＮＰＷＧの光伝搬方向一端側（入口側）から他端側に向けて、幅変動が漸次大きくなり、他端側近傍に変動極大部を持つ分布形状を有する。【００８６】
図４５は、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した波長領域が［１５４９．３２ｎｍ〜１５５０．１２ｎｍ］となるチャンネル内の信号を、実施例３のデバイスで分散補償を行った後の、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示す。図４６は、伝送損失を補正していない比較例３の分散補償デバイスを通過した後の、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示す。
伝送損失を補正していない比較例３（図４６）に比べて、伝送損失を補正した実施例３（図４５）では、伝送特性が大幅に改善した。【００８７】
＜実施例４＞
波長領域［１５７０．０１ｎｍ〜１６１２．２２ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−９５０ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。この際、分散補償する波長領域は、周波数ｆが、１８８．４５＋０．１ｎＴＨｚ≦ｆ≦１８８．５５＋０．１ｎＴＨｚを満たす５０チャンネルに分かれるよう、ＮＰＷＧを設計した。ここで、ｎは−２５≦ｎ≦２４を満たす整数を表す。この分散補償デバイスでは、それぞれのチャンネル内で分散補償を行っている。この際、後述する図４７，４８に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて、損失が増えるような波長依存性が生じる。そのため、本実施例では、この波長依存性が軽減できるように、各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加した。この際、最大損失差が５ｄＢとなるように設計した。これらの各チャンネルはＩＴＵグリッド間隔を満たす。本実施例の分散補償デバイスは、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの残留分散を補償できる。【００８８】
＜比較例４＞
伝送損失を無視して設計した（各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加しなかった）こと以外は、実施例４と同様にして、分散補償デバイスを作製した。【００８９】
ここで、分散補償デバイスの導波路に片道全長で２ｄＢの伝送損失があると仮定する。
図４７は、比較例４の伝送損失を無視して設計した分散補償デバイスに関し、実際には分散補償デバイスの伝送損失が１０ｄＢあるとした場合の反射率特性を示す。また図４８は図４７の一部拡大図である。図４７，４８に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて損失が増えるような波長依存性が生じている。【００９０】
図４９は、実施例４の反射率特性（designed）を示している。また図４９には、デバイスの伝送損失が２ｄＢとなる場合の反射率特性（realized）を同時に示す。【００９１】
図５０はその場合の群遅延特性を示している。図中には、損失補正を行った実施例４の特性（realized (with loss compensation)）と、損失補正を行っていない比較例４の特性（realized (without loss compensation)）とが比較されている。図５０から、補正を行った実施例４では、所望の特性（designed）に、より近い特性が得られた。【００９２】
図５１は、実施例４の設計で得られたポテンシャル分布を示す。図中では、分散補償デバイスの入口（図中左側）のポテンシャルの変動が平均的に小さくなり、入口に近いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が長い信号が小さく反射されている。一方、分散補償デバイスの奥（図中右側）のポテンシャルは比較的大きく変動し、入口から遠いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が短い信号は大きく反射されている。実際には、分散補償デバイスのＮＰＷＧに伝送損失があるので、その設計により、全体の信号の反射率の波長依存性が平坦化される。図５１のポテンシャル分布に基づいて設計されたＮＰＷＧのコアの幅は、ＮＰＷＧの光伝搬方向一端側（入口側）から他端側に向けて、幅変動の小さい中央部と、この中央部より幅変動が大きい一端側の第１変動部と、この第１変動部より幅変動が大きい他端側の変動極大部とを持つ分布形状を有する。【００９３】
図５２は、長さ５０ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した波長領域が［１５８９．９９ｎｍ〜１５９０．８３ｎｍ］となるチャンネル内の信号を、実施例４の分散補償デバイスで分散補償を行った際の、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示している。図５３は、伝送損失を補正していない比較例４の分散補償デバイスを通過した後の、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示す。伝送損失を補正していない比較例４（図５３）に比べて、伝送損失を補正した実施例４（図５２）では、伝送特性が大幅に改善した。【００９４】
＜実施例５＞
波長領域［１５７０．０１ｎｍ〜１６１２．２２ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−９５０ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。この際、分散補償する波長領域は、周波数ｆが、１８８．４５＋０．１ｎＴＨｚ≦ｆ≦１８８．５５＋０．１ｎＴＨｚを満たす５０チャンネルに分かれるよう、ＮＰＷＧを設計した。ここで、ｎは−２５≦ｎ≦２４を満たす整数を表す。この分散補償デバイスでは、それぞれのチャンネル内で分散補償を行っている。この際、後述する図５４，５５に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて、損失が増えるような波長依存性が生じる。そのため、本実施例では、この波長依存性が軽減できるように、各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加した。この際、最大損失差が１２ｄＢとなるように設計した。これらの各チャンネルはＩＴＵグリッド間隔を満たす。本実施例の分散補償デバイスは、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの残留分散を補償できる。【００９５】
＜比較例５＞
伝送損失を無視して設計した（各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加しなかった）こと以外は、実施例５と同様にして、分散補償デバイスを作製した。【００９６】
ここで、分散補償デバイスのＮＰＷＧに片道全長で５ｄＢの伝送損失があると仮定する。図５４は、比較例５の伝送損失を無視して設計した分散補償デバイスに関し、実際には伝送損失が２ｄＢあるとした場合の反射率特性を示している。図５５は、図５４の一部拡大図である。図５４，５５に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を生じる。【００９７】
図５６は、実施例５の反射率特性（designed）を示している。また、図５６には、実施例５の分散補償デバイスの伝送損失が５ｄＢとなる場合の反射率特性（realized）を同時に示している。【００９８】
図５７は、その場合の群遅延特性を示している。図中には、損失補正を行った実施例５の特性（realized (with loss compensation)）と、損失補正を行っていない比較例５の特性（realized (without loss compensation)）とが比較されている。図５７から、補正を行った実施例５では、所望の特性（designed）に、より近い特性が得られた。【００９９】
図５８は、実施例５の設計で得られたポテンシャル分布を示す。図中では、デバイスの入口（図中左側）のポテンシャルの変動が平均的に小さくなり、入口に近いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が長い信号が小さく反射されている。一方、デバイスの奥（図中右側）のポテンシャルは比較的大きく変動し、入口から遠いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が短い信号が大きく反射されている。実際には、デバイスの導波路に伝送損失があるので、その設計により、全体の信号の反射率の波長依存性が平坦化される。図５８のポテンシャル分布に基づいて設計されたＮＰＷＧのコアの幅は、ＮＰＷＧの光伝搬方向一端側（入口側）から他端側に向けて、幅変動の小さい中央部と、この中央部より幅変動が大きい一端側の第１変動部と、この第１変動部より幅変動が大きい他端側の変動極大部を持つ分布形状を有する。【０１００】
図５９は、長さ５０ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した波長領域が［１５８９．９９ｎｍ〜１５９０．８３ｎｍ］となるチャンネル内の信号を、実施例５の分散補償デバイスで分散補償を行った際の、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示す。また図６０は、伝送損失を補正していない比較例５の分散補償デバイスを通過した後の、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示す。伝送損失を補正していない比較例５（図６０）に比べて、伝送損失を補正した実施例５（図５９）では、伝送特性が大幅に改善した。【０１０１】
＜実施例６＞
波長領域［１５７０．０１ｎｍ〜１６１２．２２ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−９５０ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。この際、分散補償する波長領域は、周波数ｆが、１８８．４５＋０．１ｎＴＨｚ≦ｆ≦１８８．５５＋０．１ｎＴＨｚを満たす５０チャンネルに分かれるよう、ＮＰＷＧを設計した。ここで、ｎは−２５≦ｎ≦２４を満たす整数を表す。この分散補償デバイスでは、それぞれのチャンネル内で分散補償を行っている。この際、後述する図６１，６２に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて、損失が増えるような波長依存性が生じる。そのため、本実施例では、この波長依存性が軽減できるように、各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加した。この際、最大損失差が２５ｄＢとなるように設計した。これらの各チャンネルはＩＴＵグリッド間隔を満たす。本実施例の分散補償デバイスは、長さ１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの残留分散を補償できる。【０１０２】
＜比較例６＞
伝送損失を無視して設計した（各チャンネル内で波長が長くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を、ＮＰＷＧの設計スペクトルに付加しなかった）こと以外は、実施例６と同様にして、分散補償デバイスを作製した。【０１０３】
ここで、分散補償デバイスのＮＰＷＧに片道全長で１０ｄＢの伝送損失があると仮定する。図６１は、デバイスの伝送損失を無視して設計した比較例６の分散補償デバイスに、実際に伝送損失が２ｄＢあるとした場合の反射率特性を示す。また図６２、は図６１の一部拡大図である。図６１，６２に示すように、各チャンネル内で波長が短くなるにつれて損失が増えるような波長依存性を生じる。【０１０４】
図６３は、実施例６の反射率特性（designed）を示している。また、図６３には、実施例６の分散補償デバイスの伝送損失が１０ｄＢとなる場合の反射率特性（realized）を同時に示す。【０１０５】
図６４はその場合の群遅延特性を示す。図中には、損失補正を行った実施例６の特性（realized (with loss compensation)）と、損失補正を行っていない比較例６の特性（realized (without loss compensation)）とが比較されている。補正を行った実施例６では、所望の特性（designed）に、より近い特性が得られた。【０１０６】
図６５は、実施例６の設計で得られたポテンシャル分布を示す。図中では、分散補償デバイスの入口（図中左側）のポテンシャルの変動が平均的に小さくなり、入口に近いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が長い信号が小さく反射されている。一方、分散補償デバイスの奥（図中右側）のポテンシャルは比較的大きく変動し、入口から遠いところで反射される、すなわちチャンネル内で波長が短い信号は大きく反射される。実際には、分散補償デバイスの導波路に伝送損失があるので、その設計により、全体の信号の反射率の波長依存性が平坦化される。図６５のポテンシャル分布に基づいて設計されたＮＰＷＧのコアの幅は、ＮＰＷＧの光伝搬方向一端側（入口側）から他端側に向けて、幅変動が漸次大きくなり、他端側近傍に変動極大部を持つ分布形状を有する。【０１０７】
図６６は、長さ５０ｋｍのＳ−ＳＭＦを通過した波長領域が［１５８９．９９ｎｍ〜１５９０．８３ｎｍ］となるチャンネル内の信号を、実施例６のデバイスで分散補償を行った際の、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示す。図６７は、伝送損失を補正していない比較例６の分散補償デバイスを通過した後の、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺパルスのアイパターンを示す。伝送損失を補正していない比較例６（図６７）に比べて、伝送損失を補正した実施例６（図６６）では、伝送特性が大幅に改善した。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の光導波路型波長分散補償デバイスは、クラッドに埋め込まれたコアの物理的寸法を変えることにより、このコアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化した光導波路を、反射型の波長分散補償手段として有し；前記コアは、（ａ）最初に前記光導波路の伝送損失を無視して、所望の第１の反射スペクトルを設定して、被補償光ファイバの波長分散を補償し得る光導波路を設計し、（ｂ）次に、前記（ａ）で設計された前記光導波路の実効的長さから、この光導波路の伝送損失量の波長依存特性を導出して、（ｃ）次に、前記波長依存特性の逆依存特性を前記第１の反射スペクトルに加えて第２の反射スペクトルに補正し、この第２の前記反射スペクトルを用いて、前記（ａ）で設計された光導波路の等価屈折率分布を再設計する、ことによって設計される。
【図１】
2009081902.tif 000014
【図２】
2009081902.tif 000015
【図３】
2009081902.tif 000016
【図４】
2009081902.tif 000017
【図５】
2009081902.tif 000018
【図６】
2009081902.tif 000019
【図７】
2009081902.tif 000020
【図８】
2009081902.tif 000021
【図９】
2009081902.tif 000022
【図１０】
2009081902.tif 000023
【図１１】
2009081902.tif 000024
【図１２】
2009081902.tif 000025
【図１３】
2009081902.tif 000026
【図１４】
2009081902.tif 000027
【図１５】
2009081902.tif 000028
【図１６】
2009081902.tif 000029
【図１７】
2009081902.tif 000030
【図１８】
2009081902.tif 000031
【図１９】
2009081902.tif 000032
【図２０】
2009081902.tif 000033
【図２１】
2009081902.tif 000034
【図２２】
2009081902.tif 000035
【図２３】
2009081902.tif 000036
【図２４】
2009081902.tif 000037
【図２５】
2009081902.tif 000038
【図２６Ａ】
2009081902.tif 000039
【図２６Ｂ】
2009081902.tif 000040
【図２７】
2009081902.tif 000041
【図２８】
2009081902.tif 000042
【図２９】
2009081902.tif 000043
【図３０】
2009081902.tif 000044
【図３１】
2009081902.tif 000045
【図３２】
2009081902.tif 000046
【図３３】
2009081902.tif 000047
【図３４】
2009081902.tif 000048
【図３５】
2009081902.tif 000049
【図３６】
2009081902.tif 000050
【図３７】
2009081902.tif 000051
【図３８】
2009081902.tif 000052
【図３９】
2009081902.tif 000053
【図４０】
2009081902.tif 000054
【図４１】
2009081902.tif 000055
【図４２】
2009081902.tif 000056
【図４３】
2009081902.tif 000057
【図４４】
2009081902.tif 000058
【図４５】
2009081902.tif 000059
【図４６】
2009081902.tif 000060
【図４７】
2009081902.tif 000061
【図４８】
2009081902.tif 000062
【図４９】
2009081902.tif 000063
【図５０】
2009081902.tif 000064
【図５１】
2009081902.tif 000065
【図５２】
2009081902.tif 000066
【図５３】
2009081902.tif 000067
【図５４】
2009081902.tif 000068
【図５５】
2009081902.tif 000069
【図５６】
2009081902.tif 000070
【図５７】
2009081902.tif 000071
【図５８】
2009081902.tif 000072
【図５９】
2009081902.tif 000073
【図６０】
2009081902.tif 000074
【図６１】
2009081902.tif 000075
【図６２】
2009081902.tif 000076
【図６３】
2009081902.tif 000077
【図６４】
2009081902.tif 000078
【図６５】
2009081902.tif 000079
【図６６】
2009081902.tif 000080
【図６７】
2009081902.tif 000081
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月18日(2010.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッドに埋め込まれたコアの物理的寸法を変えることにより、このコアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化した光導波路を、反射型の波長分散補償手段として有する光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法であって、
前記コアは、（ａ）最初に前記光導波路の伝送損失を無視して、所望の第１の反射スペクトルを設定して、被補償光ファイバの波長分散を補償し得る光導波路を設計し、
（ｂ）次に、前記（ａ）で設計された前記光導波路の実効的長さから、この光導波路の伝送損失量の波長依存特性を導出して、
（ｃ）次に、前記波長依存特性の逆依存特性を前記第１の反射スペクトルに加えて第２の反射スペクトルに補正し、この第２の前記反射スペクトルを用いて、前記（ａ）で設計された光導波路の等価屈折率分布を再設計する、
ことによって設計することを特徴とする光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項２】
前記（ａ）〜（ｃ）を複数回繰り返して、前記コアの前記等価屈折率分布を設計することを特徴とする請求項１に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項３】
前記光導波路は、分散補償する波長領域が複数のチャンネルに区切られ、前記各チャンネルの前記波長領域内で、前記被補償光ファイバの波長分散が補償される分散補償特性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項４】
前記コアの幅が、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項５】
前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側が対称となるように、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布していることを特徴とする請求項４に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項６】
前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側が非対称となるように、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布していることを特徴とする請求項４に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項７】
前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側のうち、一方の側のみが前記光伝搬方向にわたって不均一に分布していることを特徴とする請求項４に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項８】
前記コアが、前記光導波路内に直線状に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項９】
前記コアが、前記光導波路内に蛇行状に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項１０】
前記コアの幅が、前記光導波路の前記光伝搬方向の一端側から他端側に向けて、幅変動が漸次大きくなり、前記他端側の近傍に、変動極大部を持つ分布形状を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項１１】
前記コアの幅が、前記光導波路の前記光伝搬方向の一端側から他端側に向けて、幅変動の小さい中央部と、この中央部より幅変動が大きい前記一端側の第１変動部と、この第１変動部より幅変動が大きい前記他端側の変動極大部と、を持つ分布形状を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項１２】
前記光導波路の一端が透過端であり、前記光導波路の他端が反射端であり、前記透過端が無反射終端で終端され、前記反射端でサーキュレータ又は方向性結合器を介して光出力が取り出されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項１３】
前記光導波路は、所定の波長帯域にて、所定の長さの被補償光ファイバの波長分散を打ち消す分散補償特性を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項１４】
前記光導波路は、中心波長λｃが１４９０ｎｍ≦λｃ≦１６１３ｎｍの範囲、動作帯域ΔＢＷが０．１ｎｍ≦ΔＢＷ≦６０ｎｍの範囲にて、
分散Ｄが−３０００ｐｓ／ｎｍ≦Ｄ≦３０００ｐｓ／ｎｍの範囲、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳが−０．１ｎｍ−１≦ＲＤＳ≦０．１ｎｍ−１の範囲の特性を有する
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項１５】
前記光導波路の光伝搬方向にわたるコアの等価屈折率分布の設計は、
Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式を用いて、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き、
この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測する設計法で設計することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項１６】
前記光導波路の前記光伝搬方向にわたる前記コアの等価屈折率分布の設計は、
前記光導波路の前方及び後方に伝搬する電力波の振幅なる変数を導入した波動方程式を用いて、前記光導波路の等価屈折率の対数の微分から導かれるポテンシャルを有するＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式に帰着させ、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き、
この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測し、
このポテンシャルに基づいて等価屈折率を求め、
予め求められた、所定の前記コアの厚さと、前記等価屈折率と、前記コアの寸法との関係から、前記光導波路の前記光伝搬方向にわたる前記コアの寸法を算出して設計することを特徴とする請求項１５に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項１７】
前記光導波路の前記光伝搬方向にわたる前記コアの等価屈折率分布は、分散補償する帯域の中心波長のスケールではほぼ周期構造であり、中心波長より大きいスケールでは、前記逆散乱問題で決まる非周期構造の二階層構造を有することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法。
【請求項１８】
光導波路の下クラッド層を設け、次いで、前記下クラッド層上に、この下クラッド層よりも屈折率の大きいコア層を設け、次いで、前記コア層に、コアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された所定のコア形状を残す一方、それ以外の部分を除去する加工を施して前記コアを形成し、次いで、前記コアを覆う上クラッド層を設けることによって光導波路を製造する光導波路型波長分散補償デバイスの製造方法であって、
前記光導波路は、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法によってコアを設計して製造することを特徴とする光導波路型波長分散補償デバイスの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、光ファイバの波長分散を補償する小型の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法と製造方法とに関する。このデバイスは、光ファイバ通信網などに使用できる。
本願は、２００７年１２月２１日に、日本国に出願された特願２００７−３３１００６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
（１）本発明の光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法は、クラッドに埋め込まれたコアの物理的寸法を変えることにより、このコアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化した光導波路を、反射型の波長分散補償手段として有する光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法であって、前記コアは、（ａ）最初に前記光導波路の伝送損失を無視して、所望の第１の反射スペクトルを設定して、被補償光ファイバの波長分散を補償し得る光導波路を設計し、（ｂ）次に、前記（ａ）で設計された前記光導波路の実効的長さから、この光導波路の伝送損失量の波長依存特性を導出して、（ｃ）次に、前記波長依存特性の逆依存特性を前記第１の反射スペクトルに加えて第２の反射スペクトルに補正し、この第２の前記反射スペクトルを用いて、前記（ａ）で設計された光導波路の等価屈折率分布を再設計する、ことによって設計する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
（２）前記（ａ）〜（ｃ）を複数回繰り返して、前記コアの前記等価屈折率分布を設計するのが好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
（１５）前記光導波路の光伝搬方向にわたるコアの等価屈折率分布の設計は、Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式を用いて、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き；この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測する設計法で設計するのが好ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
（１６）前記光導波路の前記光伝搬方向にわたる前記コアの等価屈折率分布の設計は、前記光導波路の前方及び後方に伝搬する電力波の振幅なる変数を導入した波動方程式を用いて、前記光導波路の等価屈折率の対数の微分から導かれるポテンシャルを有するＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式に帰着させ、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き；この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測し；このポテンシャルに基づいて等価屈折率を求め；予め求められた、所定の前記コアの厚さと、前記等価屈折率と、前記コアの寸法との関係から、前記光導波路の前記光伝搬方向にわたる前記コアの寸法を算出して設計するのが好ましい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
（１８）本発明の光導波路型波長分散補償デバイスの製造方法は、光導波路の下クラッド層を設け、次いで、前記下クラッド層上に、この下クラッド層よりも屈折率の大きいコア層を設け、次いで、前記コア層に、コアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された所定のコア形状を残す一方、それ以外の部分を除去する加工を施して前記コアを形成し、次いで、前記コアを覆う上クラッド層を設けることによって光導波路を製造する光導波路型波長分散補償デバイスの製造方法であって、前記光導波路は、前述した本発明に係る光導波路型波長分散補償デバイスの設計方法によってコアを設計して製造する。
【国際調査報告】
2009081902.tif 000082
2009081902.tif 000083
2009081902.tif 000084
2009081902.tif 000085