(57)【要約】【課題】波長多重伝送システムに適用可能な、広帯域で、低損失かつ損失リップルの少ない分散補償器を提供することである。【解決手段】片側反射率１００％のエタロンとミラーを平行、あるいはわずかに角度を与えることでコリメータから出射される光がエタロンに複数回反射された後、他方のコリメータへ入射する構成とし、ヒータ等で温度を変化させることで可変機構を設ける。そして、受光コリメータをエタロン表面の反射膜を仮想的に全反射ミラーとした時に損失最小となる位置より、送信コリメータから離れる側に水平移動させ、ビーム強度が最大になるところが受光コリメータの中心となるよう配置する。【選択図】図１５
2006221075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の平面と前記第１の平面に対向してなる第２の平面とを有する板状のエタロンの前記第２の平面と、反射面を有するミラーの前記反射面とが、角度Δθで傾けられ、前記第２の平面と前記反射面との間から光ビームを入射する第１のコリメータと、
前記光ビームを前記エタロンと前記ミラーとの間を交互に反射させ、前記エタロンで自然数Ｎ回反射させた後、前記第２の平面と前記反射面との間から前記光ビームを出射させ、その出射光を受光する第２のコリメータとを有し、
前記ミラーの幅をｍ、前記ミラーでｋ回目に反射する際の実効的なビーム径をωｋとしたとき、
ｍ  ≧  Σωｋ 
の関係式で表され、前記エタロン内の入射角をΘとしたとき、前記第２のコリメータの位置を、前記第２の平面を仮想的に全反射ミラーとしたとき最も損失が小さくなる位置を原点とし、
そこから距離ｘＳだけ前記第１のコリメータから離れる側に水平移動し、
前記距離ｘＳは、０より大きく、エタロンの厚さをＬとしたとき、４ＮＬ ｔａｎ（Θ）  より小さく、
一つまたは波長の異なる複数の信号光に波長分散を与えるように構成されたことを特徴とする可変分散補償器。
【請求項２】
前記第１の平面と前記第１の平面に対向してなる第２の平面とを有する板状のエタロンに対して光ビームを出射する第１のコリメータと、
前記第２の平面で１回反射させた後、その反射光を受光する第２のコリメータとを有し、前記第２のコリメータの位置を、前記第２の平面を仮想的に全反射ミラーとしたとき最も損失が小さくなる位置を原点とし、
そこから距離ｘＳだけ前記第１のコリメータから離れる側に水平移動し、
前記距離ｘＳは、０より大きく、エタロンの厚さをＬとしたとき、４Ｌ ｔａｎ（Θ）  より小さく、
一つまたは波長の異なる複数の信号光に波長分散を与えるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の可変分散補償器。
【請求項３】
前記距離ｘＳは、前記エタロンから出射する前記ビームの強度分布が前記第２のコリメータの中心で最大となるように設定されることを特徴とする請求項１記載の可変分散補償器。
【請求項４】
前記距離ｘＳは、最小損失を最大にするように設定されることを特徴とする請求項１記載の可変分散補償器。
【請求項５】
前記距離ｘＳは、損失リップルを最小にするように設定されることを特徴とする請求項１記載の可変分散補償器。
【請求項６】
前記第１および第２の平面上にそれぞれ形成された反射膜を有し、
前記第２の平面上に形成された反射膜の反射率は、６１．８％を超えないことを特徴とする請求項１記載の可変分散補償器。
【請求項７】
前記エタロンに温度変化を与える温度調節手段が前記エタロンに近接して設けられていることを特徴とする請求項１記載の可変分散補償器。
【請求項８】
前記エタロンがマルチキャビティエタロンであることを特徴とする請求項１記載の可変分散補償器。
【請求項９】
前記角度Δθが１度以下であることを特徴とする請求項１記載の可変分散補償器。
【請求項１０】
前記コリメータが非球面レンズに置き換えられ、ビーム強度分布を補正することを特徴とする請求項１記載の可変分散補償器。
【請求項１１】
前記の温度調節手段の温度制御範囲が５℃以上６０℃以下であることを特徴とする請求項７記載の可変分散補償器。
【請求項１２】
前記エタロンを構成する基板の熱膨張係数が１０−４以下１０−６以上のガラス部材で構成されていることを特徴とする請求項７記載の可変分散補償器。
【請求項１３】
対向する第１および第２の平面を有する板状のエタロンの前記第２の平面と、反射面を有するミラーの前記反射面とが、角度Δθで傾けられ、
前記第２の平面と前記反射面との間から光ビームを入射する第１のコリメータと、
前記光ビームを前記エタロンと前記ミラーとの間を交互に反射させ、前記エタロンで自然数Ｎ回反射させた後、前記第２の平面と前記反射面との間から前記光ビームを出射させ、その出射光を受光する第２のコリメータとを有し、
前記光ビームの前記エタロンへの入射角が前記エタロンからの反射毎に小さくなり、
一つまたは波長の異なる複数の信号光に波長分散を与えるように構成されたことを特徴とする可変分散補償器。
【請求項１４】
前記エタロンに温度変化を与える温度調節手段が前記エタロンに近接して設けられていることを特徴とする請求項１３記載の可変分散補償器。
【請求項１５】
前記エタロンがマルチキャビティエタロンであることを特徴とする請求項１３記載の可変分散補償器。
【請求項１６】
前記角度Δθが１度以下であることを特徴とする請求項１３記載の可変分散補償器。
【請求項１７】
前記コリメータが非球面レンズに置き換えられ、ビーム強度分布を補正することを特徴とする請求項１３記載の可変分散補償器。
【請求項１８】
前記の温度調節手段の温度制御範囲が５℃以上６０℃以下であることを特徴とする請求項１４記載の可変分散補償器。
【請求項１９】
前記エタロンを構成する基板の熱膨張係数が１０−４以下１０−６以上のガラス部材で構成されていることを特徴とする請求項１４記載の可変分散補償器。
【請求項２０】
対向する第１および第２の平面を有し、前記第２の平面上には６１．８％を超えない反射率を有する反射膜が形成された板状のエタロンの前記第２の平面と、反射面を有するミラーの前記反射面とが、角度Δθで傾けられ、前記第２の平面と前記反射面との間から光ビームを入射する第１のコリメータと、
前記光ビームを前記エタロンと前記ミラーとの間を交互に反射させ、前記エタロンで複数回反射させた後、前記第２の平面と前記反射面との間から前記光ビームを出射させ、その出射光を受光する第２のコリメータとを有し、
前記第１のコリメータから出射された光が前記反射膜と前記ミラー面との間を最短光学距離で反射して来た第１反射光の光軸に対して、前記第２のコリメータを前記第１のコリメータから遠ざかる方向に所定の距離だけ変位させて配置したことを特徴とする可変分散補償器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変分散補償器に係り、特に、光ファイバを用いた光伝送システムや、波長多重による光伝送方式を採用したシステムに適用して好適な光分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光増幅器を中継器として用いる長距離光伝送システムの研究・実用化が盛んである。特に、インターネットを中心としたマルチメディアサービスに対応するために、波長の異なる複数信号光を通信伝送路である１本の光ファイバに多重化するＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）による大容量化が有効な技術と考えられている。このような長距離光伝送システムにおいては、光ファイバの波長分散という現象により伝送速度や伝送距離が大きく制限される。波長分散とは、波長の異なる光が光ファイバ中を異なる速度で伝播する現象である。高速で変調された光信号の光スペクトルは異なる波長成分を含むため、これらの成分は光ファイバを伝播する際に波長分散の影響により異なる時刻に受信機に到達する。この結果、ファイバ伝送後の光信号波形は歪みを生じることになる。このような分散による波形劣化を抑えるために、分散補償という技術が重要となる。分散補償とは、伝送路に用いられる光ファイバと逆の波長分散特性を持った光学素子を光送信機、受信機、あるいは中継器などに配置することで光ファイバの波長分散特性を打ち消し、波形劣化を防ぐ手法である。このような光学素子、すなわち分散補償器としては、分散補償ファイバや光ファイバグレーティングなどの逆分散特性を持つデバイスの研究や実用化が行われてきた。
【０００３】
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、分散補償技術は伝送速度が上がるにつれて、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程度であり、シングルモードファイバの分散量がおよそ１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることを考慮すると、分散補償技術を用いないと６０ｋｍ程度しか伝送できないことになる。さらに、４０Ｇｂｉｔ／ｓ伝送における分散耐力は、この１／１６の６０ｐｓ／ｎｍ程度であり、シングルモードファイバ４ｋｍ程度に相当する。現在、光中継器を用いた幹線系光ファイバ伝送の伝送距離は数十ｋｍから数千ｋｍ程度であるが、伝送距離に応じて分散補償器の分散量を変える必要がある。例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送システムでは、分散耐力を考慮し１００ｐｓ乃至数１００ｐｓ程度の刻みで、あらかじめ固定補償量の分散補償器を用意しておき、伝送距離に応じインストール時に補償量を決定し、設置するなどの方法がとられてきた。この場合の分散補償器としては、伝送路と逆符号の波長分散を持つ分散補償ファイバを用いる方法が代表的である。次に、４０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送システムでは、同様に１０ｐｓ乃至数１０ｐｓ程度の刻みで、補償分散量が変化できる分散補償器が必要と考えられる。しかも、この場合には伝送路ファイバの温度による波長分散量の変化が無視できなくなる。このため、分散量を可変に制御できる分散補償器が必要となる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２１６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら従来の分散補償器にも様々な問題がある。固定量の分散補償を行う場合、分散補償ファイバでは数ｋｍ〜数１００ｋｍにもわたる長大な補償用ファイバが必要となるためファイバの収納スペースが大きくなる。また分散補償ファイバの損失を補償するために余分の光増幅器が必要となる可能性がある。さらに分散補償ファイバは一般にモードフィールド径が小さく、大きな光ファイバ非線型効果を生じ、伝送波形の歪みを引き起こす可能性がある。
【０００６】
光ファイバグレーティングの場合、透過特性や波長分散特性上に波長に対するリップルが存在するため、わずかな波長変化に対して補償特性が大きく変化する。従って、分散補償に用いた場合の伝送特性は分散補償ファイバに比べて劣ることが知られている。また、製造上の問題から分散量や波長帯域の大きなものは作りにくく、狭帯域のものは温度や波長の安定化が必要になるなどの問題点がある。また、分散補償ファイバでは原理的に、連続的に分散量を可変することができず、伝送路の分散量の変化に応じて連続的に分散量を変化させるような可変分散補償を実現することは難しい。
【０００７】
光ファイバグレーティングの場合、連続的な可変分散補償を実現する方法としては例えば、光ファイバグレーティングの長手方向に温度勾配を作ることにより、チャープトグレーティングを生成し、分散補償伝送を行う方式が報告されている。この場合、温度勾配を制御することにより可変量の分散補償を行うことが可能となる。しかしながら、この方式では均一な温度勾配を得ることが難しく、波長分散にリップルが発生するなど十分な性能の分散補償ができないなどの問題点があり、実用性に問題がある。なお、複数の小型ヒータによって温度勾配を設けて分散補償する公知例、例えば、特許文献１があるが、微細加工を伴う構造あるいは複雑な制御方法が必要となる。本発明の目的は、上記のような問題点を解決した広帯域で分散リップルが少なく、かつ損失および損失リップルの少ない可変分散補償器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、対向する第１および第２の平面を有する板状のエタロンの第２の平面と、反射面を有するミラーの反射面とを角度Δθで傾け、エタロンの第２の平面とミラーの反射面との間から光ビームを入射する第１のコリメータを有し、光ビームをエタロンとミラーとの間を交互に反射させ、エタロンで自然数Ｎ回反射させた後、エタロンの第２の平面とミラーの反射面との間から光ビームを出射させ、受光する第２のコリメータを有し、ミラーの幅をｍ、ミラーでｋ回目に反射する際の実効的なビーム径をωｋとしたとき、
ｍ  ≧  Σωｋ 
の関係式で表され、エタロン内の入射角をΘとしたとき、第２のコリメータ位置を、エタロンの第２の平面を仮想的に全反射ミラーとしたとき最も損失が小さくなる位置を原点とし、そこから距離ｘＳだけ第１のコリメータから離れる側に水平移動し、距離ｘＳは、０より大きく、４ＮＬ  ｔａｎ（Θ）  より小さくすることで達成できる。
【０００９】
さらに、対向する第１および第２の平面を有する板状のエタロンの前記第２の平面と、反射面を有するミラーの前記反射面とが、角度Δθで傾けられ、エタロンの第２の平面とミラーの反射面との間から光ビームを入射する第１のコリメータを有し、光ビームをエタロンとミラーとの間を交互に反射させ、エタロンで自然数Ｎ回反射させた後、エタロンの第２の平面とミラーの反射面との間から光ビームを出射させ、受光する第２のコリメータを有し、光ビームのエタロンへの入射角がエタロンからの反射毎に小さくすることで達成できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、低損失でかつ低損失リップルの特性のよい可変分散補償器が得られた。それにより、波長多重伝送時に各信号光に対して一括で分散補償を行うことができ、伝送システムにおける伝送距離を拡張することができる。
さらには、高次分散についても一括で分散補償を行うことができる。そして、本発明分散補償器を用いることで、伝送特性の優れた簡易で安価な光通信システムを構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。エタロンについて説明する。
図１にエタロンの構造を示す。エタロンとは、精度よく平行にした平面板１０の両面に反射膜１１、１２をコーティングしたものである。反射膜には、反射率の高い金や銀などの金属膜、あるいは誘電体多層膜などが用いられる。特に、理想的には片側の反射率を１００％としたエタロンを提案者ＧｉｒｅｓとＴｏｕｒｎｏｉｓの名前にちなみＧＴエタロンと呼ぶ。ただし、実際には１００％の反射率を実現することは難しいので、９０％程度以上の反射率を有する反射膜を用いるということでも構わない。また、他方の反射率は、分散補償に用いる場合はさほど高い必要なく、後で具体的な数値を示すように９０％を超えることはない。このようなＧＴエタロンにおいては、透過率は波長に対して一定となるためオールパスフィルタと呼ばれている。しかし、位相（群遅延時間）については波長依存性を有する。この時の群遅延時間τは次式で表される。
【００１２】
【数１】
2006221075.tif 000003
ここで、ｒは振幅反射率、ωは光の角周波数、ΔＴは平行平面板を１往復することによって生じる光学的な距離を示す。波長分散Ｄは、群遅延時間τを波長で微分したものである。
【数２】
2006221075.tif 000004
【００１３】
しかし、高速信号、特に４０Ｇｂｉｔ／ｓ長距離光伝送システムにおける分散補償器には、有効帯域が広いこと（４０ＧＨｚ以上）、大きな可変範囲をとれること、分散のリッ
プルが小さいことが重要となる。そこで、分散補償器として所望の特性を得るためには、図２に示すように、ミラーを用いて複数回反射させる方法が有効である。図２の構成では、
エタロン（１０，１１，１２）に対して、ミラー（２０，２１）を平行あるいはわずかに角度をつけて配置する。後で具体的な数値を示すように、この角度は大体１度以下であれば、本発明による有効帯域拡大の効果が得られる。ここで、ミラー（２０，２１）はミラー基板２０に高反射率の反射膜２１をコーティングすることによって構成される。コリメータ３０から出射した光は、エタロン（１０，１１，１２）とミラー（２０，２１）を交互に反射して、コリメータ３１に入射する。コリメータとは、光ファイバを伝播する光を平行ビームとして空間に放射する光部品のことである。エタロン（１０，１１，１２）は温度変化素子４０によって温度を制御することができる。このとき、エタロンの熱分布を均一にするために温度変化素子４０とエタロン（１０，１１，１２）の間に伝熱剤４１を介する。この伝熱剤としては、伝熱シートやサーマルグリースを用いる。
【００１４】
群遅延特性を数式によって説明するために、図３を用いて説明する。ミラー（２０，２１）とエタロン（１０，１１，１２）の角度をΔθとすると、エタロンに対して入射角θ
0で入射した光はミラーとｉ回反射した後θｉ＝θ0＋２ｉΔθの角度で再びエタロンに入射する。ミラーの全反射回数をｋとすると、補償部全体の群遅延時間τtotalは、各反射
時のエタロン群遅延時間τiを（ｋ＋１）回合計することで求められる。
【数３】
2006221075.tif 000005
ここで、ΔＴｉはエタロンの各反射において平行平面板を１往復することによって生じる光学的な距離である。さらに、入射角度を考慮するとΔＴｉは以下の式で表される。
【数４】
2006221075.tif 000006
【数５】
2006221075.tif 000007
ここで、ｃは光速、Θｉはエタロン中での入射角、ｎは屈折率、Ｌはエタロン反射膜間隔である。エタロン中での入射角Θｉとエタロン入射角θiの関係は数式（５）で表される。
【００１５】
エタロン（１０，１１，１２）、ミラー（２０，２１）、コリメータ３０、３１を光学部品固定部材２００によって制御して固定する方法を図４に示す。ここで、光学部品固定部材２００は、熱膨張率の低い金属やガラスを用いて実現する。光学部品固定部材２００は、中空になっており、これは超音波ドリル等を用いて加工することで作成できる。光学部品固定部材２００の上面図を図５に、斜め上から見た図を図６に示す。図５に示すように、光学部品固定部材２００の中空穴は、ビームを通すための楕円状の穴と、コリメータ３０、３１を固定するための丸状の２つの穴を合わせたような形となっている。また、図６に示したように、部品固定部材２００の上部を斜めに研磨することで、エタロン（１０，１１，１２）とミラー（２０，２１）の角度Δθを精密に制御して固定することができる。また、コリメータ固定用の穴も同様に精密に加工することで、コリメータ３０からエタロン（１０，１１，１２）への入射角θ０を精密に制御して固定することが可能である。これらの光学部品は、光学部品用の接着剤等を用いて固定する。
【００１６】
温度制御を用いた可変方式について図７を用いて説明する。この可変分散補償器１００は、入力ポート１１０、出力ポート１２０を持ち、内部はプラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０の２つの補償部から構成される。各々の補償部は、図２に示したエタロン（１０，１１，１２）とミラー（２０，２１）を斜めあるいは平行に対向させ、コリメータ３０から出射したレーザビームを斜めに複数回反射させる構成で実現される。プラス側可変分散補償部は、図に示すように分散と波長の関係が正の傾きを、マイナス側可変分散補償部は負の傾きを持つ１次関数となっている。エタロンの温度を変えると、エタロン基板の熱膨張により共振波長が変化する。このため、図７に示した分散特性は波長方向にシフトする。このとき、エタロン基板の熱膨張係数が１０−４以下１０−６以上のガラス部材で構成されていることが、共振波長を制御する上で望ましい。例えば、今回評価した条件では、光学ガラスとして広く使われている硼珪酸光学ガラスで、熱膨張係数が０．８７×１０−５／℃のものを基板として用いると、１００ＧＨｚ（光の波長で約０．８ｎｍ）分散特性をシフトさせるには６０℃の温度変化が必要となる。後で具体的な数値を示すように、可変分散補償器としては１段で１０ＧＨｚ程度以上の波長シフトが必要なので、温度制御範囲は５℃以上であることが好ましい。ここで、プラス側可変分散１３０、マイナス側可変分散補償部１４０は、各々独立に温度制御できる構成とする。このとき、可変分散補償器全体の分散特性は２つの補償部の合計となる。正の傾きを持つ直線部分と負の傾きを持つ直線部分の重なりが大きければ、上側の平らな部分が広く低い形状となり（図７右上）、逆に重なりが小さければ、上側の平らな部分が狭く高い形状（図７右下）となる。このように、プラス側、マイナス側可変分散補償部に温度制御をかけることで、分散量を変化することができる。
【００１７】
本発明による可変分散補償器においては、エタロンに斜めに光を入射させ、ミラーとの間を数回往復させた後にコリメータで受光するため、エタロンでの各反射によって過剰な損失および損失リップルが生じる。この現象を図および数式を用いて説明する。
【００１８】
実験によって得られた波長分散と損失特性の主な例を、図８と図９に示す。両者では、コリメータの水平位置が異なっている。実験では、Δθ≒０とし、ミラーの全反射回数ｋ＝４とした。図８と図９では、分散の波長依存性についての違いはあまりないが、損失の波長依存性については大きく異なることがわかる。まず、図８と図９の分散特性についての状態を説明すると、波長に対して周期性を持っていることがわかる。この周期はＦｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ（ＦＳＲ）と呼ばれ、この図では１００ＧＨｚ（約０．８ｎｍ）である。次に、図８と図９の損失特性の状態について説明する。図８においては、このＦＳＲの範囲で二つの等しい高さのピークを持つ、あるいは最大損失が最小となる状態である。また、図９において損失特性は、損失の少ない平坦部を持つ（以後、トップフラットな状態とよぶ）が、大きな落ち込みがＦＳＲの範囲で二つ存在する状態である。
【００１９】
この現象について数式を用いて説明する。図１０に、本発明における可変分散補償器のエタロン中の多重反射を示す。この図に示すように、振幅Ａ１を持つ入射光は、エタロン中では多重反射によって、振幅Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…を有する光線を生じていく。Ｂ１とＢ２，Ｂ２とＢ３，…における光の位相ずれ、すなわちエタロン内を一往復する光の位相ずれδは、
【数６】
2006221075.tif 000008
と表される。ここで、Θはエタロン中での入射角、λは光の波長である。また、よく知られた近軸光線近似Θ＜＜１を適用できる場合のコリメータ結合効率の関係から、反射戻り光の、振幅Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…は以下のように示される。
【数７】
2006221075.tif 000009
ただし、ここでδθはコリメータと反射光との角度ずれ、ω１，ω２は二つのコリメータのビームウェストの半径、結合効率ηは、
【数８】
2006221075.tif 000010
で示される。結合効率ηの式中のκとω１（ｚ）は、さらに
【数９】
2006221075.tif 000011
と表される。これらの式より、エタロン１回反射時の戻り光全振幅Ａｒは、最終的に次式で表される。
【数１０】
2006221075.tif 000012
この時、振幅反射率ｒ1とＢ１，Ｂ２，…との関係であるが、図１１に示すように、ｒ1２
が（３―√５）／２、ｒ1が６１．８％より大きい場合は、Ｂ１＞Ｂ２、小さい場合は、Ｂ２＞Ｂ１となる。コリメータの結合効率は水平位置および波長の関数であるため、受光側コリメータの水平位置を変化させると波長に対する結合効率も変化し、損失および損失リップルの特性が変化する。特にｒ1の大きさによってエタロン出射後の強度分布が変わるため、反射率に応じた最適な状態となるよう受光側コリメータの水平位置を決定する必要がある。以上の考察より、コリメータ水平位置が損失リップル最小となる最適な条件で、かつエタロン入射角θをなるべく小さくすることで、損失および損失リップルの抑制が可能となる。
発明者は、この考え方を発展させ、本発明によるミラーとエタロンを対向させた構成で複数回反射したときの数式を導いた。すなわち、エタロンの多重反射を纏めて扱わずに、１つ１つの光線に分けて考え、その各々における結合効率を計算し、その合計をとる。これを図１２を用いて説明する。尚、簡単のため、ミラー角度Δθは０とする。
【００２０】
【数１１】
2006221075.tif 000013
クロネッカーδ関数、
【数１２】
2006221075.tif 000014
を用いると、
【数１３】
2006221075.tif 000015
【００２１】
このようにして、求めた損失と波長の依存性を図１３〜１４に示す。図１３では、コリメータの水平位置ｘ０を、０から１．０ｍｍまで変化させた。この図より、ｘ０を大きくしていくと、最大結合効率が悪い（最小損失が０ｄＢとならない）トップフラットな状態から、損失特性が二つの等しい高さのピークを持つ状態に移行し、さらに損失特性が反転した１つのへこんだピークを持つ状態に移行していることがわかる。
【００２２】
次に、図１４に、エタロン入射角θを変化させた場合の損失特性の振る舞いを示す。この際、ｘ０も同時に変化させ、最大損失が最小（二つの等しい高さのピークを持つ状態）となるよう、損失リップルについて最小となる状態を選び、示してある。この結果、最適に選んだコリメータの水平位置ｘ０において、エタロン入射角θをなるべく小さくすることで、損失リップルを著しく低減できることがわかった。
【００２３】
以上の数式を用いた検討結果から、本発明に至る重要なポイントが導かれた。すなわち、損失および損失リップルを低減するためには、一つ目に入射角θなるべく小さくとることが重要である。具体的には、（１）ミラーサイズを隣接ビームが重ならない程度に小さくする、（２）コリメータ動作距離にほぼ等しくする、あるいはそれ以下で、ミラーとエタロン間の距離をとればよい。このことを数式で示すと、２つのコリメータを動作距離がともにｌＷＤで最小損失が得られるものとし、ミラーとエタロンの平均距離をｈ（ただし、ここで平均距離とは、ミラーの両端点からエタロンまでの高さの平均を示すものとする）、１つ目のコリメータとエタロンの距離をａ１、２つ目のコリメータとエタロンの距離をａ２、エタロンでの反射回数をＮとしたとき、
【数１４】
2006221075.tif 000016
の関係式で表されることになる。さらに、損失リップルを最低にする最適なコリメータ水平位置ｘＳが存在し、このために受光側コリメータ位置は、低反射エタロンによるビーム広がりを考慮し、受光部でのビーム重心位置になるよう水平にずらす。例えば、ｒ１＝２５％程度の時は、この位置は近似的に
［水平ずれ量］≒２ Ｎ Ｌ ｔａｎ Θ 
と表すことができる。さらに反射率の低い場合も考慮すると、水平ずれ量はその倍の量の４ＮＬ ｔａｎ Θ までとればよいと言える。この水平位置の関係を図１５に示す。図１５に示すように、コリメータから出射された光が反射膜とミラー面との間を最短光学距離で反射して来た第一反射光の光軸に対して受光側コリメータの中心を合せると、先に述べたように振幅反射率ｒ１≦６１．８％の場合には強度が最も強い光の光軸からずれ、損失劣化および損失リップルを発生する。そこで、この劣化を抑制するために第一反射光の光軸に対して受光側コリメータの中心を出射側コリメータから遠ざかる方向に所定の距離ｘＳだけ変位させる。この距離ｘＳは、図１５で示すように、０から４ＮＬ ｔａｎ Θ程度までの範囲がよいと考えられる。本発明による可変分散補償器の構成と構成要素である光部品の位置関係とミラーの長さとの関係を図１６に示す。ここで、コリメータから出射されたビームのミラーとの各反射における実効的なビーム径をωｌとする。このビーム径ωｌをミラーとの全ての反射する分だけ足し合わせた長さよりミラーの長さｍが短い場合、ビームが重なることになる。その場合、エタロンでの反射回数が異なるビームが受光側コリメータに同時に入射することになるため、群遅延時間は数式（３）で示した関係にはならない。よって、この状態を避けるため、ミラーの長さｍはΣωｋと同じ（最もビーム同士を近づけた場合）、あるいは少しマージンをとってΣωｋよりも長くしなければならない。さらに言えば、損失および損失リップルを抑制するためには、先に述べたようにコリメータからエタロンへの入射角をなるべく小さくする方がよいので、ミラーの長さｍをなるべく小さく、すなわちΣωｋと同じとすることが好ましい。
【００２４】
また、図１２に示したように、ミラーとエタロンを交互に反射を繰り返した光ビームは、エタロン多重反射の影響によって水平方向に非対称となっている。このような非対称性は、コリメータで受光する際に結合効率の低下を生じる。このような非対称な光ビームは非球面レンズ系で補正できることが知られているため、さらに非球面レンズによる光学系を追加することで結合効率を改善することが可能となる。
【００２５】
ここまでの検討では、エタロンとミラーが平行の場合を述べたが、ミラー角度Δθが０でない場合についても述べる。この場合、エタロン入射角θｉが小さい方がエタロンによるビーム広がりの影響を小さくできる。よって、コリメータから出射した光ビームの入射角が最初大きくミラーとの反射によって小さくなる方向にした方が、最後に受光するコリメータでのビーム広がりを小さくすることができる。よって、図１７に示した向きに光を入射させることにより、損失を低減できることがわかる。ミラー角度Δθを０．０８°程度にした場合、ビームの向きを図１７に示した場合には、逆の場合より１ｄＢ程度損失が小さくなることを実験によって確認した。
【００２６】
また、図１で示したエタロンは、反射膜１１と反射膜１２に囲まれた１つの共振構造を持つシングルキャビティの構成であるが、これを図１８に示す複数の共振構造を持つマルチキャビティエタロンに置き換えて分散補償器を構成しても構わない。図１８に示すマルチキャビティエタロンにおいては、平面板１０と反射膜１１を交互に何段も積層した構造となっており、各々の反射率を変えることでシングルキャビティエタロンに比べ自由度が増えるので、所望の分散特性を実現することが可能となる。マルチキャビティエタロンの温度制御については、部品数削減という意味では、１組の伝熱剤４１と温度変化素子４０を反射膜１２に張り合わせる構造がよい。しかし、微細に温度制御を行うという観点からすると、図１８に示したようにマルチキャビティエタロンの層数Ｍに対し、Ｍ組の伝熱剤４１と温度変化素子４０を各々の平面板１０に張り合わせる構造がよい。この図では平面板１０の端の部分に温度制御素子が接触しているが、さらに言えば、平面板１０のまわりを取り囲むように温度制御素子が接触している方が好ましい。
以上に述べたように、本発明によって、広帯域で、低分散リップル（あるいは低群遅延リップル）、かつ可変分散量が大きく、中心波長の変化の少ない特性良好な可変分散補償
器が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の基本素子であるエタロンを示す図。
【図２】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の第一の構成を示す図。
【図３】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の第一の構成を詳細に説明するための図。
【図４】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の第一の構成を立体的に示した図。
【図５】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の第一の構成における光学部品固定部材の上面図。
【図６】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の第一の構成における光学部品固定部材の中空穴の構造を示す図。
【図７】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の原理と構成を示す図。
【図８】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器のプラス側可変分散補償部の分散および損失の波長に対する第一の関係を示す図。
【図９】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器のプラス側可変分散補償部の分散および損失の波長に対する第二の関係を示す図。
【図１０】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器のエタロン中の多重反射を示す図。
【図１１】本発明の一実施例を説明するための図であって、ａ）は本発明における可変分散補償器のエタロン多重反射による光強度を示す図。ｂ）はエタロン片側反射率r1との関係を示す図。
【図１２】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の対向するミラーとエタロンにおける多重反射を示す図。
【図１３】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器でコリメータの水平位置を変化したときの損失の波長に対する関係を示す図。
【図１４】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の損失の波長に対するリップルが抑制された効果を示す図。
【図１５】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の原理の詳細を示す図。
【図１６】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の構成と構成要素である光部品の位置関係を詳細に示す図。
【図１７】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の第二の構成を示す図。
【図１８】本発明の一実施例を説明するための図であって、本発明における可変分散補償器の基本素子であるマルチキャビティエタロンを示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１０…平面板、
２０…ミラー（基板）、
１１,１２,２１…反射膜、
３０,３１…コリメータ、
４０…温度変化素子、
４１…伝熱剤、
１００…可変分散補償器、
１１０…入力ポート、
１２０…出力ポート、
１３０…プラス側可変分散補償部、
１４０…マイナス側可変分散補償部、
２００…光学部品固定部材。
【図１】
2006221075.tif 000017
【図２】
2006221075.tif 000018
【図３】
2006221075.tif 000019
【図４】
2006221075.tif 000020
【図５】
2006221075.tif 000021
【図６】
2006221075.tif 000022
【図７】
2006221075.tif 000023
【図８】
2006221075.tif 000024
【図９】
2006221075.tif 000025
【図１０】
2006221075.tif 000026
【図１１】
2006221075.tif 000027
【図１２】
2006221075.tif 000028
【図１３】
2006221075.tif 000029
【図１４】
2006221075.tif 000030
【図１５】
2006221075.tif 000031
【図１６】
2006221075.tif 000032
【図１７】
2006221075.tif 000033
【図１８】
2006221075.tif 000034