(57)【要約】  【課題】ＶＩＰＡを利用した波長分散補償器について、透過帯域幅の減少を抑えてより大きな波長分散を補償可能にする。  【解決手段】本波長分散補償器は、光学ガラスよりも高い屈折率を有するシリコン等の材料を用いて形成され、入射光を波長に応じて異なる方向に出射することが可能な高屈折率ＶＩＰＡ板１と、高屈折率ＶＩＰＡ板１から出射される各波長の光を予め設定した位置で反射してＶＩＰＡ板１に戻す３次元ミラー７と、波長分散の補償量に対応させて３次元ミラー７の位置を制御すると共に、高屈折率ＶＩＰＡ板１の温度を一定に制御する制御部１０と、を備えて構成される。  【選択図】図１
2006243500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、１次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、
該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を反射して前記光部品に戻す反射器と、
波長分散の補償量に対応させて前記反射器の位置を制御する反射位置制御部と、を備えて構成された波長分散補償器において、
前記光部品は、光学ガラスよりも高い屈折率を有する材料を用いて前記素子が形成されていることを特徴とする波長分散補償器。
【請求項２】
前記素子に用いられる材料は、１５５０ｎｍの光に対する屈折率が２よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の波長分散補償器。
【請求項３】
請求項１に記載の波長分散補償器であって、前記光部品の前記素子を形成する前記材料は、光学ガラスよりも低い熱膨張係数を有することを特徴とする波長分散補償器。
【請求項４】
請求項３に記載の波長分散補償器であって、前記光部品の前記素子を形成する前記材料は、光学ガラスよりも高い屈折率の温度係数を有することを特徴とする波長分散補償器。
【請求項５】
分散補償量にかかわらず前記光部品の温度を一定に制御することを特徴とする請求項１に記載の波長分散補償器。
【請求項６】
前記反射器は、反射面の曲率が、光学ガラスを用いて前記素子を形成したときの反射面の曲率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の波長分散補償器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の分野において、光ファイバ伝送路を伝搬した光信号に蓄積する波長分散を補償するための波長分散補償器に関し、特に、入力光を波長に応じて分波する機能を備えた光部品を利用して可変の波長分散を発生する波長分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の波長分散補償器の１つとして、例えば、波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）光を波長に応じて空間的に区別可能な複数の光束に分波する、いわゆるバーチャリ・イメージド・フェイズド・アレイ（Virtually Imaged Phased Array：ＶＩＰＡ）を利用して構成したものが提案されている（例えば、下記の特許文献１，２参照）。
【０００３】
図８は、従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器の構成例を示す斜視図である。また、図９は、図８の構成例の上面図である。
各図に示すように従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器では、例えば、光サーキュレータ１２０を介して光ファイバ１３０の一端から出射された光が、コリメートレンズ１４０で平行光に変換された後に、ライン焦点レンズ１５０によって１つの線分の上に集光され、ＶＩＰＡ板１１０の照射窓１１６を通って対向する平行平面の間に入射される。このＶＩＰＡ板１１０への入射光は、例えば、ＶＩＰＡ板１１０の一方の平面に形成された１００％より低い反射率を有する反射多層膜１１２と、他方の平面に形成された略１００％の反射率を有する反射多層膜１１４との間で多重反射を繰り返す。その際、反射多層膜１１２の面で反射するごとに数％の光が当該反射面を透過してＶＩＰＡ板１１０の外に出射される。
【０００４】
ＶＩＰＡ板１１０を透過した光は、相互に干渉し、波長に応じて進行方向が異なる複数の光束を作る。その結果、各光束を収束レンズ１６０で１点に集光すると、各々の集光位置は波長の変化に伴って直線上を移動するようになる。この直線上に例えば３次元ミラー１７０を配置することにより、ＶＩＰＡ板１１０から出射され収束レンズ１６０で集光された光は、各々の波長に応じて３次元ミラー１７０上の異なる位置で反射されてＶＩＰＡ板１１０に戻される。３次元ミラー１７０で反射された光は波長によって異なる方向に進行し、ＶＩＰＡ板１１０に戻される際に光路がずれる。この光路ずれ量を波長によって変えることにより異なる波長成分は異なる距離を伝搬することになって、入力光の波長分散補償が行われる。
【０００５】
上記のようにＶＩＰＡ板１１０で多重反射される光の振る舞いは、例えば図１０に示すようなモデルを考えると、階段状の回折格子として周知のエシュロン格子（Echelon grating）と同様の振る舞いをする。このため、ＶＩＰＡ板１１０は仮想的な回折格子として考えることができる。ＶＩＰＡ板１１０における干渉条件を考えると、図１０の右側に示すように、出射光はその光軸を基準にして上側が短波長、下側が長波長の条件で干渉するので、各波長の光信号の短波長成分が光軸の上側に出射され、長波長成分が光軸の下側に出射されることになる。このような従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器は、波長分散を広い範囲で補償することができ、また、周期的に発生する光の透過帯域をＶＩＰＡ板１１０の温度を調整して波長軸方向にシフトさせることにより、補償する光信号の波長（透過波長）を変化させることが可能であるなどの長所がある。
【０００６】
さらに、上記のＶＩＰＡ型波長分散補償器については、例えば、２次元的に変化する透過損失特性を有する空間フィルタを利用し、または、３次元ミラー１７０の反射面の反射率を２次元的に変化させることによって、光の透過帯域を平坦化する技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。また、３次元ミラー１７０の角度を波長に応じて変えて反射効率を変化させることで透過帯域の平坦化を図る技術も提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特表２０００−５１１６５５号公報
【特許文献２】特表２００２−５１４３２３号公報
【特許文献３】特開２００３−２０７６１８号公報
【特許文献４】特開２００３−２９４９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のような従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器については、より大きな波長分散を補償できることが望まれる場合がある。しかし、ＶＩＰＡ型波長分散補償器は、原理的に、波長分散の補償量（絶対値）を増加させていくと、周期的に発生する各透過帯域の幅が減少して透過光の損失が増大するという特性があるため、補償可能な波長分散量が制約されてしまうという問題がある。
【０００８】
ここで、ＶＩＰＡ型波長分散補償器において波長分散補償量を増加させると透過帯域幅が減少する理由について簡単に説明する。例えば図１１に示すように、波長λＣを中心とする光信号がＶＩＰＡ板１１０の照射窓１１６に入射されると、平行平面間で多重反射した光の中心波長λＣ成分は、多重反射の回数の増加とともに減衰していく強度分布Ｉ１に従ってＶＩＰＡ板１１０から出射される。そして、収束レンズ１６０を介して３次元ミラー１７０で反射され、ＶＩＰＡ板１１０に戻されてきた中心波長λＣの光は、出射時の強度分布Ｉ１とは対称な強度分布Ｉ２でＶＩＰＡ板１１０に再び入射され多重反射した後に照射窓１１６から出射される。このとき照射窓１１６から出射される中心波長λＣの光（透過光）の強度は、図の斜線で示した各強度分布Ｉ１，Ｉ２の重なり部分の面積に相当するものとして概念的に表すことができる。
【０００９】
このような中心波長λＣの光に対して、光信号に含まれる短波長λＳ側の光は、負分散補償時では、図１２に示すように、３次元ミラー１７０での反射位置に応じて、ＶＩＰＡ板１１０に戻される光の強度分布Ｉ２’が図で上方にシフトするため、強度分布Ｉ１，Ｉ２’の重なり部分の面積が減少する。このため、短波長λＳ側の光の透過率が減少、すなわち損失が増加するようになる。
【００１０】
また、光信号に含まれる長波長λＬ側の光は、負分散補償時では、図１３に示すように、ＶＩＰＡ板１１０に戻される光の強度分布Ｉ２”が図で下方にシフトするため、短波長λＳ側に比べて変化量は少ないが、透過率が減少するようになる。そして、波長分散の補償量（絶対値）が増加すると、上記のような短波長λＳ側の上方へのシフト量および長波長λＬ側の下方へのシフト量がそれぞれ増大するため、中心波長λＣに対する短波長λＳ側および長波長λＬ側の透過率が減少（損失が増加）する。したがって、例えば図１４の上段に示すように、波長分散補償量（絶対値）の増加と伴に透過帯域幅が減少するようになる。なお、図１４の下段は、波長に対する群遅延時間の関係を波長分散の補償量に対応させて例示したものである。
【００１１】
ＶＩＰＡ型波長分散補償器の従来構成において、波長分散の補償量を増加させるためには、例えば、ＶＩＰＡ板１１０の平行平面間の距離を長くする、入射光に対するＶＩＰＡ板１１０の傾き角を小さくする、または、３次元ミラー１７０の反射面の曲率を大きくするなどの方法が考えられる。
しかし、ＶＩＰＡ板１１０の平行平面間の距離は、一定の波長（周波数）間隔で繰り返される透過帯域の周期（Free Spectral Range：ＦＳＲ）を決めるため、補償するＷＤＭ光に含まれる光信号の波長間隔（チャネル間隔）に対応した値に設定する必要がある。また、ＶＩＰＡ板１１０の傾き角は、照射窓１１６から入射した光が対向面１１２で反射された後、照射窓１１６を通ってＶＩＰＡ板１１０の外に出てしまわないような値に設定しなければならず、ライン焦点レンズ１５０によって集光された入射光のビーム径に応じて決まる一定の角度以上の傾きを確保する必要がある。また、曲率の大きな３次元ミラー１７０は、製造が難しく、かつ、前述したような透過帯域幅の減少を顕著にする。
【００１２】
したがって、より大きな波長分散を補償可能なＶＩＰＡ型波長分散補償器を実現するためには、上記のようなＶＩＰＡ型の構成に特有な様々な制約条件を十分に考慮した設計を行うことが重要になる。
また、上記のような波長分散補償量の増大に関する課題とは別に、従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器については、ＶＩＰＡ板１１０の温度制御に関連した次のような問題点もある。
【００１３】
従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器は、実用上、補償するＷＤＭ光に含まれる各チャネルの光信号の波長帯域が、周期的に発生する各透過帯域内に含まれるようにするために、ＶＩＰＡ板１１０の温度を制御して光路長を変化させることによって、周期的な透過帯域の最適化を図っている。通常、例えば図１５に示すように、周期的な透過帯域のうちのある１チャネルに対応した透過帯域について、その３ｄＢ中心波長が光信号の中心波長と一致するように、ＶＩＰＡ板１１０の温度制御が行われる。なお、３ｄＢ中心波長は、透過率が最大値から３ｄＢ減少する範囲を透過帯域としたときの中心波長である。
【００１４】
前述の図１４にも示したように従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器では、波長分散補償量を変化させたときの透過帯域のスペクトル形状の変化が大きいため、波長分散補償量の設定変更の度にＶＩＰＡ板１１０の温度を制御して透過帯域の調整を行う必要があった。
波長分散補償量の設定変更自体は、３次元ミラー１７０の移動により光の反射位置を変えればよいため比較的短時間で完了する。一方、ＶＩＰＡ板１１０の温度制御は、ＶＩＰＡ板１１０に用いられる光学ガラスの屈折率の温度係数が小さいため（例えば、典型的な光学ガラスであるＢＫ７の屈折率の温度係数は２．２×１０−６［１／℃］）、波長分散補償量の設定変更に伴う波長の調整に長時間を要してしまうという欠点がある。
【００１５】
本発明は上記のような問題点に着目してなされたもので、ＶＩＰＡを利用した波長分散補償器について、透過帯域幅の減少を抑えてより大きな波長分散を補償可能にすると共に、透過帯域の最適化のためのＶＩＰＡの温度制御を容易に実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するため、本発明の波長分散補償器は、相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、１次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を反射して前記光部品に戻す反射器と、波長分散の補償量に対応させて前記反射器の位置を制御する反射位置制御部と、を備えて構成され、さらに、前記光部品は、光学ガラスよりも高い屈折率を有する材料を用いて前記素子が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記のような波長分散補償器では、入力光を波長に応じて分波する機能を備えた光部品、すなわち、前述したＶＩＰＡを構成する素子の材料として、光学ガラスと比べて高屈折率のものを用いることにより、素子の相対する平行な反射面間で多重反射される光の単位長さあたりの反射回数が多くなるため、光部品の内部での実効的な光路長が長くなる。
【発明の効果】
【００１８】
上記のような本発明の波長分散補償器によれば、透過帯域幅の減少を抑えながら絶対値の大きな波長分散を補償することが可能になる。
また、波長分散補償量を変更したときの透過帯域の変化が低減されるため、波長分散量を変化させたときの光部品の温度制御を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の波長分散補償器を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の波長分散補償器の一実施形態を示す構成図である。
図１において、本実施形態の波長分散補償器は、例えば、相対する平行な２つの反射面を有する素子としての高屈折率ＶＩＰＡ板１と、その高屈折率ＶＩＰＡ板１の照射窓１Ｄに対して一線分上に集光する光信号を入射可能にする、光サーキュレータ２、光ファイバ３、コリメートレンズ４およびライン焦点レンズ５からなる光学系と、高屈折率ＶＩＰＡ板１で多重反射されて一方の平行平面から出射される光束を１点に集光する収束レンズ６と、その収束レンズ６で集光された光を所要の位置で反射し、収束レンズ６を介して高屈折率ＶＩＰＡ板１に戻すための反射器としての３次元ミラー７と、高屈折率ＶＩＰＡ板１を含む所要の光部品が内部に収納されるケース８と、３次元ミラー７の位置および高屈折率ＶＩＰＡ板１の温度を制御する制御部１０と、を備えて構成される。
【００２０】
高屈折率ＶＩＰＡ板１は、対向する平行平面を備えた基板１Ａと、その基板１Ａの一方の平行平面に形成された反射多層膜１Ｂと、他方の平行平面に形成された反射多層膜１Ｃおよび照射窓１Ｄと、を有する。この高屈折率ＶＩＰＡ板１は、照射窓１Ｄに入射される光の光軸が垂直入射となる角度に対して所要の角度だけ傾けられている。
基板１Ａには、次に示す各条件を満たす材料が使用される。
・補償する光信号の波長帯域（使用波長帯域）内で透明である（吸収が小さい）。
・等方性材料で複屈折が発生しない。
・研磨等により高い平面度を有する平行平板に加工可能である（加工性が良い）。
・光学的均一性が高い（材料内部の屈折率ばらつきが小さい）。
・研磨面に成膜可能である。
・耐熱性および耐湿性が高い。
・光学ガラスよりも高屈折率である。
上記の各条件を満たす材料として、ここでは例えばシリコン（Ｓｉ）を使用する。シリコンは、光ファイバ通信に使用される一般的な波長帯域の光信号に対して透明であり、その屈折率は例えば１５５０ｎｍの光に対して３．２である。従来のＶＩＰＡ板に用いられてきた光学ガラスには多様な組成のものがあるが、１５５０ｎｍ付近の光に対する屈折率が２を超えるような材料は知られていない。例えば、典型的な光学ガラスであるＢＫ７（硼珪酸ガラス）の１５５０ｎｍの光に対する屈折率は１．５であり、このような光学ガラスの屈折率に対してシリコンの屈折率は十分に高い。また、シリコンは、光学ガラスと比べて線膨張係数が小さく（Ｓｉ：２．６×１０−６［１／℃］、ＢＫ７：７．２×１０−６［１／℃］）、温度変化に対する形状変化が少ない安定な材料である。
【００２１】
なお、ここでは基板１Ａの材料としてシリコンを用いる一例を示したが、本発明に適用可能な基板材料はシリコンに限定されるものではなく、前述したような各条件を満たす任意の材料を使用することが可能である。シリコン以外の基板材料の１つとして、例えばセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）なども好適である。セレン化亜鉛の１５５０ｎｍの屈折率は２．５である。
【００２２】
反射多層膜１Ｂは、照射窓１Ｄから入射される光信号に対して１００％より低い（好ましくは９５〜９８％程度）反射率を有し、基板１Ａの一方の平面全体に形成されている。また、反射多層膜１Ｃは、照射窓１Ｄから入射される光信号に対して略１００％の反射率を有し、基板１Ａの他方の平面の一部分に形成されている。基板１Ａの他方の平面の反射多層膜１Ｃが形成されていない部分は、光信号に対して透明な照射窓１Ｄとなっている。
【００２３】
光サーキュレータ２は、例えば、３つのポートを有し、第１ポートから第２ポートに向かう方向、第２ポートから第３ポートに向かう方向、第３ポートから第１ポートに向かう方向に光を伝達する一般的な光部品である。ここでは本波長分散補償器に入力される光信号が、光サーキュレータ２の第１ポートに与えられ、第２ポートを介して光ファイバ３の一端に送られると共に、光ファイバ３の他端に戻されてきた光信号が、第２ポートを介して第３ポートから本波長分散補償器の出力光として出力される。
【００２４】
光ファイバ３は、例えばシングルモードファイバ等の一端を光サーキュレータ２の第２ポートに接続し、他端をコリメートレンズ４の近傍に配置したものである。なお、光ファイバ３の種類は上記に限られるものではない。
コリメートレンズ４は、光ファイバ３の他端から出射される光ビームを平行光に変換してライン焦点レンズ５に与える一般的なレンズである。
【００２５】
ライン焦点レンズ５は、コリメートレンズ４からの平行光を１つの線分の上に集光させるものであり、具体的にはシリンドリカルレンズや屈折率分布レンズなどを用いることが可能である。
収束レンズ６は、高屈折率ＶＩＰＡ板１で多重反射して反射多層膜１Ｂ側から出射され、相互に干渉して進行方向が波長に応じて異なる複数の光束をそれぞれ１点に集光する一般的なレンズである。
【００２６】
３次元ミラー７は、例えば、表面形状が非球面の３次元構造となっており、その非球面ミラー上には設計基準となる中心軸が存在する。この３次元ミラー７は、移動ステージ７Ａ上に載置されており、移動ステージ７Ａの走行軸と中心軸の各方向（図１におけるＸ軸方向）とが平行となるように配置されている。移動ステージ７Ａは、制御部１０から出力される制御信号Ｃｐに従って図示を省略したパルスモータ等を駆動することによりＸ軸方向に走行する。なお、ここでは高屈折率ＶＩＰＡ板１に照射される光信号の光軸方向をＺ軸とし、高屈折率ＶＩＰＡ板１から出射される光の角度分散方向に対して垂直方向をＸ軸、平行方向をＹ軸としている。
【００２７】
ケース８は、例えば、図示を省略したフィルムヒータを側面に設けた円筒形の容器等であって、ここでは、コリメートレンズ４、ライン焦点レンズ５、高屈折率ＶＩＰＡ板１および収束レンズ６が上記容器内部の所定の位置に収容されている。フィルムヒータは、その動作が制御部１０からの制御信号Ｃｔに従って制御される。
制御部１０は、外部等から入力される波長分散補償量の設定値に従って、３次元ミラー７を所定の位置に移動させるための制御信号Ｃｐを移動ステージ７Ａに出力すると共に、ここでは波長分散補償量の設定値に関係なく、高屈折率ＶＩＰＡ板１の温度を一定にするための制御信号Ｃｔをフィルムヒータに出力する。なお、波長分散補償量の設定値に対応した３次元ミラー７の位置に関する情報は、図示しないメモリ等に予め記憶されているものとする。
【００２８】
次に、本実施形態の波長分散補償器の動作について説明する。
上記のような構成の波長分散補償器では、光ファイバ伝送路等を伝搬して波長分散の発生したＷＤＭ光が光サーキュレータ２の第１ポートに入力され、そのＷＤＭ光が光サーキュレータ２の第２ポートを介して光ファイバ３に送られる。光ファイバ３から出射されたＷＤＭ光は、コリメートレンズ４で平行光に変換された後、ライン焦点レンズ５によって一線分上に集光されて、制御部１０により一定の温度に制御された高屈折率ＶＩＰＡ板１の対向する平行平面の間に入射される。
【００２９】
高屈折率ＶＩＰＡ板１への入射光は、基板１Ａの平行平面に形成された各反射多層膜１Ｂ，１Ｃの間で多重反射を繰り返し、反射多層膜１Ｂの面で反射するごとに数％の光が当該反射面を透過してＶＩＰＡ板１の外に出射される。このとき、高屈折率ＶＩＰＡ板１内を伝搬する光の経路は、基板１Ａの材料として従来の光学ガラスよりも屈折率の高いシリコンを用いたことにより、例えば図２の左側に示すように、光学ガラスを用いたときの経路（図２の右側）と比較して、単位長さあたりの反射回数が増加するようになり、高屈折率ＶＩＰＡ板１の内部での実効的な光路長が長くなる。なお、この実効的な光路長が長くなることの詳細については後述する。
【００３０】
高屈折率ＶＩＰＡ板１の反射多層膜１Ｂ側から出射された光は、相互に干渉し、波長に応じて進行方向の異なる複数の光束がそれぞれ形成される（図１０参照）。各波長の光束は、収束レンズ６により集光されて、３次元ミラー７の反射面上のＹ軸方向に異なる位置でそれぞれ反射される。このときの３次元ミラー７のＸ軸方向の位置は、制御部１０によって波長分散補償量に対応した所定の位置に制御されている。そして、３次元ミラー７で反射された光は、反射前に伝搬してきた経路を反対の方向に進み、収束レンズ６、高屈折率ＶＩＰＡ板１、ライン焦点レンズ５、コリメートレンズ４および光ファイバ３を順に通過して、光サーキュレータ２の第３ポートから出力される。これにより、本波長分散補償器に入力されるＷＤＭ光に対して、３次元ミラー７の位置に応じて設定される所要量の波長分散補償を施したＷＤＭ光が波長分散補償器から出力されるようになる。
【００３１】
本波長分散補償器における波長分散補償量は、上記図２に示したように、高屈折率ＶＩＰＡ板１の内部での実効的な光路長が長くなるため、ＶＩＰＡ板に光学ガラスを用いた従来の構成と比べてより大きな値を設定することができる。また、高屈折率ＶＩＰＡ板１の内部での実効的な光路長が長くなったことにより、大きな値の波長分散補償量を設定しても透過帯域幅の減少を抑えることが可能になる。
【００３２】
ここで、高屈折率ＶＩＰＡ板１の使用によって高波長分散補償時でも透過帯域幅の減少を抑えることができる理由について詳しく説明する。
上述したように、ＶＩＰＡの透過波長特性は、所要の帯域幅をもつ透過帯域が一定の波長（周波数）間隔で繰り返される周期性を有している。この繰返しの周期は「チャネル間隔」または「ＦＳＲ（Free Spectral Range）」等とも呼ばれる。公知のＶＩＰＡ型波長分散補償器に設定されるＦＳＲは、典型的な値として１００ＧＨｚおよび２００ＧＨｚが挙げられ、また、上記以外の値も実用上存在する。ＶＩＰＡのＦＳＲは、ＶＩＰＡ板に用いられる材料の屈折率、ＶＩＰＡ板の厚さ、および、ＶＩＰＡ板内部での反射角度によって決まる。したがって、ＶＩＰＡ板に使用する材料、補償する光信号のチャネル間隔に対応したＦＳＲの設定値、および、ＶＩＰＡ板内部の反射角度の設定が決まると、次の（１）式の関係に従って、ＶＩＰＡ板の厚さが決定される。
【００３３】
ｔ＝ｃ／（２・ｎ・ＦＳＲ・ｃｏｓθｇ）  …（１）
ただし、ｔはＶＩＰＡ板の厚さ、ｃは光速、ｎは屈折率、θｇはＶＩＰＡ板内部の反射角度である。
ここで、ＦＳＲおよびＶＩＰＡ板内部の反射角度θｇを一定とし、ＶＩＰＡ板に使用する材料として、高屈折率ｎＨを有する材料および低屈折率ｎＬ（ｎＨ＞ｎＬ）を有する材料の２種類を考えると、高屈折率材料を用いたＶＩＰＡ板の厚さは、低屈折率材料を用いたＶＩＰＡ板の厚さのｎＬ／ｎＨ（＜１）倍となり、薄くなる。したがって、高屈折率材料を用いたＶＩＰＡ板の内部で多重反射される光は、前述の図２に示したような経路を伝搬するようになる。図２より明らかなように、ＶＩＰＡ板の長さ方向（図の縦方向）の単位長さあたりの反射回数は、高屈折率材料を使用した場合のほうが多くなる。一方、ＦＳＲが一定としているので、ＶＩＰＡ板内部での一往復あたりの実効的な光路長は屈折率に関係なく等しくなっている。
【００３４】
したがって、高屈折率材料を使用した場合は、短いＶＩＰＡ板の長さで、長い実効的な光路長を得ることができる、つまり、大きな波長分散を発生させることができるようになる。言い換えると、ＶＩＰＡ板の平行平面間を一往復して同じ面に光が戻ってきたときに、縦方向（長さ方向）への光路のシフトを小さくできるために、縦方向の狭い領域で長い実効光路長をとることができ、大きな波長分散が得られるようになる。
【００３５】
ここで、ＶＩＰＡ型波長分散補償器の透過帯域幅を広くするためには、単一のチャネル内に含まれる各波長の光成分が３次元ミラー７で反射されて高屈折率ＶＩＰＡ板１に戻ってきた際に、高屈折率ＶＩＰＡ板１に再入射する位置が出射時の位置と比べてあまりずれないようにすることが必要である。上述の図１１〜図１３に示したように、光学ガラスなどの低屈折率材料を使用した場合、大きな波長分散を発生させようとすると、波長間の光路差を大きくするためにチャネル内の短波長側の光はＶＩＰＡ板の上部に戻し、長波長側の光はＶＩＰＡ板の下部に戻す必要があり、単一チャネルの両端での損失が大きくなってしまう。すなわち、透過帯域が狭くなってしまう。
【００３６】
一方、高屈折率材料を使用した場合には、ＶＩＰＡ板１の縦方向の狭い領域内に非常に長い光路が含まれているので、それほど大きく戻り位置を変えなくても大きな光路差をつけることが可能であり、透過帯域幅の減少を抑えることができる。このようなＶＩＰＡ板に使用する材料の屈折率の違いによる差は、波長分散補償量が増加するほど顕著になる。
なお、ＶＩＰＡ型波長分散補償器の透過特性、特に透過帯域幅は、ＶＩＰＡ板の形状（例えば、面精度等）に対して敏感であり、もしＶＩＰＡ板に反りがある場合、波長分散補償に実効的に機能する部分がＶＩＰＡ板の縦方向の一部だけになってしまう。このため、従来と同様にＶＩＰＡ板に低屈折率材料を使用し、ＶＩＰＡ板の縦方向の長さを伸ばすことで波長分散補償量を増大させることは困難である。このような観点からもＶＩＰＡ板への高屈折率材料の適用は、透過帯域幅の減少を抑えつつ波長分散補償量を増加させるのに有効である。
【００３７】
図３は、本波長分散補償器のある１つの透過帯域について、波長分散補償量を例えば０ｐｓ/ｎｍ、−１８００ｐｓ/ｎｍおよび−６０００ｐｓ/ｎｍに設定したときのスペクトル形状を示したものである。このように、高屈折率ＶＩＰＡ板１を適用することによって、波長分散補償量（絶対値）の増加による透過帯域幅の減少を防ぐことができるという効果も得られる。
【００３８】
図４は、波長分散補償量に対する１ｄＢ帯域幅の関係を、シリコンを用いた高屈折率ＶＩＰＡ板１を適用した場合と、従来の光学ガラスを用いたＶＩＰＡ板を適用した場合とについて比較した一例である。なお、１ｄＢ帯域幅は、透過率が最大値から１ｄＢ減少する波長帯域の幅である（図１５参照）。図４より、従来のＶＩＰＡ板では、波長分散量が約−１０００ｐｓ／ｎｍから約−２０００ｐｓ／ｎｍに減少（絶対値が増加）した段階で１ｄＢ帯域幅が０．２ｎｍよりも狭くなってしまうのに対して、高屈折率ＶＩＰＡ板１では、波長分散量が約−５０００ｐｓ／ｎｍの前後まで、０．２ｎｍの１ｄＢ帯域幅を確保できることがわかる。このように、シリコンを用いた高屈折率ＶＩＰＡ板１を適用することによって、従来よりも大きな波長分散を補償することが可能になる。
【００３９】
また、高屈折率ＶＩＰＡ板１を用いた波長分散補償器は、上記のような絶対値の大きな波長分散補償量を設定できるという効果とは別に、従来と同様に比較的小さな値の波長分散を補償する場合に、より広い透過帯域を実現できるという効果も得られる。その理由を以下に詳しく説明する。
上述したようにＶＩＰＡは一種の回折格子であるため、入力光を波長に応じて分波するのに必要となる主要な回折次数の光の他に、不要な隣接次数の回折光もＶＩＰＡ板から出射される場合がある。この不要な次数の回折光は、主要な次数の回折光を乱す原因となる。不要な次数の回折光が多く出射されると、ＶＩＰＡ板に入射された光のうち不要な光として捨てられる割合が大きくなり、光損失が増大する原因となる。
【００４０】
ＶＩＰＡ板から不要な次数の回折光が出射されるか否かは、図５の概念図に示すように、ＶＩＰＡ板からの出射光の広がり角θｄの範囲内に、不要な次数の回折方向が含まれているかどうかによる。一方、出射光の広がり角θｄの大きさは、ＶＩＰＡ板に光が入射される際に、ＶＩＰＡ板の出射面上に収束されたビームウェストの大きさ（ビーム半径）ｗ０によって決まる。具体的に、広がり角θｄは、ＶＩＰＡ板内での光の波長λとすると、ビーム半径ｗ０を用いて次の（２）式により近似的に表すことができる。
【００４１】
θｄ≒λ／（π・ｗ０）  …（２）
図６は、シリコン等の高屈折率材料を用いたＶＩＰＡ板および一般的な光学ガラスを用いたＶＩＰＡ板からそれぞれ出射される光の進行方向の波長依存性を計算した結果を示したものである。ここでは、高屈折率ＶＩＰＡ板（ｎＨ≒３．２）からの光の出射角度と、光学ガラスを用いたＶＩＰＡ板（ｎＬ≒１．８）からの光の出射角度とを計算し、その結果を横軸に相対波長をとって示してある。なお、図の中央に示した太線が主要な次数の光の出射方向であり、上部に示した細線および下部に示した破線が隣接する不要な次数の光の出射方向である。
【００４２】
図６に示すように、高屈折率材料では、主要な次数の光とそれに隣接する不要な次数の光とが離れているために、ビームの広がり角θｄ（図５参照）内に隣接次数光の進行方向が含まれ難い。典型的なＶＩＰＡ型波長分散補償器のレンズ構成を用いると、広がり角θｄは２°程度となり、この場合、図６の上段に示した高屈折率ＶＩＰＡ板については、−０．３〜＋０．２ｎｍの広い波長範囲に亘って隣接次数光が広がり角θｄ内に含まれないことになる。一方、図６の下段に示した光学ガラスを用いたＶＩＰＡ板については、広がり角θｄ内に隣接次数光が含まれない波長範囲は存在しない。このように、高屈折率ＶＩＰＡ板では、従来の光学ガラスを用いたＶＩＰＡ板と比べて、隣接次数光による影響が少ない。
【００４３】
また、上の説明からも分かるように、隣接次数光の進行方向がＶＩＰＡ板からの出射光の広がり角θｄ内に含まれる現象は、単一チャネルの波長帯域内の中心波長よりも、帯域の周辺部の波長領域において、より発生し易い。したがって、この現象は、透過帯域幅を減少させる一因となっていることが分かる。ところが、上記のように高屈折率材料を用いたＶＩＰＡ板では隣接次数光の影響が少ないので、透過帯域幅を広くすることができる。
【００４４】
なお、従来の光学ガラスを用いたＶＩＰＡ板においても、広がり角θｄを小さくすれば隣接次数光の影響を除くことができる。しかし、これを実現するためには、ＶＩＰＡ板に入射される光のビーム半径ｗ０を大きくする必要があり、ラインフォーカスレンズの焦点距離を長くすることが必要となる。これは、ＶＩＰＡ型波長分散補償器の小型化とは相反する方向であり、また、光学系を大きくすることは、系の安定性の面からも好ましくない。さらに、上記の図６の計算結果からも分かるように、従来の光学ガラスでは高屈折率材料と比べて主要次数光と隣接次数光の分離角度が小さく、これらを精密に分離することは困難である。上記のような観点から考えても、従来の光学ガラスを用いたＶＩＰＡ板において広がり角θｄを小さくするよりも、高屈折率材料を用いてＶＩＰＡ板を構成するのが有効である。
【００４５】
図７は、高屈折材率料を用いたＶＩＰＡ板および光学ガラスを用いたＶＩＰＡ板について、同一の波長分散補償量を設定したときに得られる透過特性を計算した一例である。ここでは、例えば−３０００ｐｓ／ｎｍの波長分散補償量を各々に設定して単一チャネルの透過帯域を比較している。図７の計算結果より、高屈折材率ＶＩＰＡ板を適用することによって、特に短波長側の透過率の減少（損失の増加）が効果的に抑えられていることが分かる。
【００４６】
ここで、上記のような広い透過帯域が得られるという効果に関連させて、波長分散補償量の設定値が比較的小さな範囲で本波長分散補償器を使用する場合に得られる他の効果を考えると、３次元ミラー７の反射面の曲率を小さくしても従来と同等の波長分散補償を行うことが可能になる。これにより、３次元ミラー７を容易に製造することができるようになると共に、３次元ミラー７の横方向の傾きに起因する透過帯域の減少を防ぐことが可能になるという効果も得られる。
【００４７】
また、従来は、分散補償量を変化させるとスペクトル形状が変化するため、分散補償量を変化させるときは、ＶＩＰＡ板の温度を変化させて精度よく制御し、補償する光信号の中心波長と透過帯域の中心波長を一致させていた。
一方、高屈折材率ＶＩＰＡ板１を適用した波長分散補償器では、分散補償量を変化させても透過帯域のスペクトル形状の変化が僅かであるため、分散補償量にかかわらずＶＩＰＡ板の温度を一定に保つ制御によっても、光信号の分散を補償することができる。
【００４８】
具体的には、想定される波長分散補償量の設定範囲にもよるが、設定変更により透過帯域がシフトしても単一チャネルの光信号のスペクトルが透過帯域内に含まれるようになる場合が多くなる。この場合には、分散補償量とは関係なく、ＶＩＰＡ板の温度を一定に制御しておくだけで、所望の光信号の波長分散補償を行うことが可能になる。図１に示した実施形態の構成では上記の場合を想定して、制御部１０が高屈折率ＶＩＰＡ板１の温度一定制御を行うものとしている。
【００４９】
なお、高屈折率ＶＩＰＡ板１を適用する場合でも、従来と同様にして、波長分散補償量の設定値に対応させて高屈折率ＶＩＰＡ板１の温度を制御し（温度一定制御とは異なる）、透過帯域の調整を行うことも勿論可能である。この場合、例えばシリコンは、光学ガラスと比べて屈折率の温度係数が大きい（Ｓｉ：１６０×１０−６［１／℃］、ＢＫ７：２．２×１０−６［１／℃］）ため、温度の制御によって屈折率を高速に変化せることができる。したがって、高屈折率ＶＩＰＡ板１の温度の最適化制御に要する時間を従来よりも短縮することが可能である。
【００５０】
また、高屈折率ＶＩＰＡ板１の温度を一定に制御する場合にも最適値に制御する場合にも共通に得られる他の効果として、高屈折率ＶＩＰＡ板１の基板材料にシリコンを用いることによって、屈折率を高くして実光路長が短くなることで影響が大きくなる、熱膨張の影響を抑えることができるという効果もある。すなわち、ＶＩＰＡ板の基板材料の屈折率を高くすると、基板材料の熱膨張変化による光路長変化が大となり、温度変動に対して透過帯域の周期（ＦＳＲ）が変動しやすくなるが、前述したようにシリコンは、光学ガラスと比べて線膨張係数が小さい（Ｓｉ：２．６×１０−６［１／℃］、ＢＫ７：７．２×１０−６［１／℃］）ので、温度変化に対する形状変化が少ない。このため、高屈折率ＶＩＰＡ板１の平行平面間の距離が温度によって変化し難くなり、透過帯域の周期（ＦＳＲ）をより安定にすることが可能である。
【００５１】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００５２】
（付記１）相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、１次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、
該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を反射して前記光部品に戻す反射器と、
波長分散の補償量に対応させて前記反射器の位置を制御する反射位置制御部と、を備えて構成された波長分散補償器において、
前記光部品は、光学ガラスよりも高い屈折率を有する材料を用いて前記素子が形成されていることを特徴とする波長分散補償器。
【００５３】
（付記２）前記素子に用いられる材料は、１５５０ｎｍの光に対する屈折率が２よりも高いことを特徴とする付記１に記載の波長分散補償器。
【００５４】
（付記３）付記１に記載の波長分散補償器であって、前記光部品の前記素子を形成する前記材料は、光学ガラスよりも低い熱膨張係数を有することを特徴とする波長分散補償器。
【００５５】
（付記４）付記３に記載の波長分散補償器であって、前記光部品の前記素子を形成する前記材料は、光学ガラスよりも高い屈折率の温度係数を有することを特徴とする波長分散補償器。
【００５６】
（付記５）付記１に記載の波長分散補償器であって、前記光部品の前記素子を形成する前記材料は、シリコン（Ｓｉ）であることを特徴とする波長分散補償器。
【００５７】
（付記６）付記１に記載の波長分散補償器であって、前記光部品の前記素子を形成する前記材料は、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）であることを特徴とする波長分散補償器。
【００５８】
（付記７）分散補償量にかかわらず前記光部品の温度を一定に制御することを特徴とする付記１に記載の波長分散補償器。
【００５９】
（付記８）前記反射器は、反射面の曲率が、光学ガラスを用いて前記素子を形成したときの反射面の曲率よりも小さいことを特徴とする付記１に記載の波長分散補償器。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の波長分散補償器の一実施形態を示す構成図である。
【図２】上記実施形態に用いる高屈折率ＶＩＰＡ板内を伝搬する光の経路をＶＩＰＡ板に光学ガラスを用いた場合と比較した図である。
【図３】上記実施形態における透過帯域の形状を波長分散補償量に対応させて示した図である。
【図４】上記実施形態における波長分散補償量に対する透過帯域幅の関係をＶＩＰＡ板に光学ガラスを用いた場合と比較した図である。
【図５】ＶＩＰＡ板から出射される光の広がり角を説明する概念図である。
【図６】高屈折率ＶＩＰＡ板および光学ガラスを用いたＶＩＰＡ板について光の出射角度を計算した結果を示す図である。
【図７】高屈折率ＶＩＰＡ板および光学ガラスを用いたＶＩＰＡ板について同一の波長分散補償量を設定したときの透過特性を計算した結果を示す図である。
【図８】従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器の構成例を示す斜視図である。
【図９】図８の構成例の上面図である。
【図１０】ＶＩＰＡの動作原理を説明するためのモデルを示す図である。
【図１１】従来の波長分散補償器における中心波長の光についての透過特性を説明するための概念図である。
【図１２】従来の波長分散補償器の負分散補償時における短波長側の光についての透過特性を説明するための概念図である。
【図１３】従来の波長分散補償器の負分散補償時における長波長側の光についての透過特性を説明するための概念図である。
【図１４】従来の波長分散補償器における透過帯域の形状および群遅延時間を波長分散補償量に対応させて示した図である。
【図１５】従来の波長分散補償器における波長分散補償量に対応した透過帯域の最適化を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…高屈折率ＶＩＰＡ板
１Ａ…基板
１Ｂ，１Ｃ…反射多層膜
１Ｄ…照射窓
２…光サーキュレータ
３…光ファイバ
４…コリメートレンズ
５…ライン焦点レンズ
６…収束レンズ
７…３次元ミラー
７Ａ…移動ステージ
８…ケース
１０…制御部
【図１】
2006243500.tif 000003
【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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