(57)【要約】本発明の熱光学レンズは、ほぼ一定の中心間間隔と、最も外側の加熱素子から最も内側の加熱素子に向かって変化するそれぞれの寸法とを有する複数個の並列加熱素子と、加熱素子に電位を供給する少なくとも２個の導電性素子とを含んでいる。加熱素子の寸法は放物線状の温度分布が前記熱光学レンズ内に発生するように変化する。  本発明の分散補償器は、第一導波路グレーティングおよび第二導波路グレーティングを含み、この導波路グレーティングは各々、第一スターカプラと、導波路のアレイの該各導波路の第一端が第一スターカプラに光学的に結合された、経路の長さが増大する導波路のアレイと、導波路のアレイの該各導波路の第二端が第二スターカプラに光学的に結合されている第二スターカプラとを有している。分散補償器はさらに、第一導波路グレーティングの第二スターカプラと第二導波路グレーティングの第二スターカプラとを光学的に結合する、放物線状の屈折率分布を有するレンズを含んでいる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱光学レンズであって、
ほぼ一定の中心間間隔と、最も外側の加熱素子から最も内側の加熱素子に向かって変化するそれぞれの寸法とを有する複数個の並列加熱素子（２１０１−２１０ｎ）と、
前記加熱素子（２１０１−２１０ｎ）に電位を供給する少なくとも２個の導電性素子（２２０１−２２０２）と、を備え、
前記加熱素子の寸法は放物線状の温度分布が前記熱光学レンズ内に発生するように変化する熱光学レンズ。
【請求項２】
前記加熱素子（２１０１−２１０ｎ）の寸法は均一かつ対称に変化する請求項１に記載の熱光学レンズ。
【請求項３】
前記各々の加熱素子（２１０１−２１０ｎ）は実質的に等しい長さと、該最も外側の加熱素子から該最も内側の加熱素子に向かって増大する幅を有している請求項１に記載の熱光学レンズ。
【請求項４】
前記各々の加熱素子（２１０１−２１０ｎ）は実質的に等しい長さと、該最も外側の加熱素子から該最も内側の加熱素子に向かって減少する幅を有している請求項１に記載の熱光学レンズ。
【請求項５】
前記各々の加熱素子（２１０１−２１０ｎ）は実質的に等しい幅と、該最も外側の加熱素子から該最も内側の加熱素子に向かって減少する長さを有している請求項１に記載の熱光学レンズ。
【請求項６】
前記各々の加熱素子（２１０１−２１０ｎ）は実質的に等しい幅と、該最も外側の加熱素子から該最も内側の加熱素子に向かって増大する長さを有している請求項１に記載の熱光学レンズ。
【請求項７】
前記複数個の加熱素子（２１０１−２１０ｎ）は各々、前記熱光学レンズ内で発生される屈折率のリップルが低減し、前記熱光学レンズのレンズ強度がほとんど影響されないように前記熱光学レンズ内の所期の光ビーム軸に対して小さい角度を呈して形成される請求項１に記載の熱光学レンズ。
【請求項８】
該熱光学レンズの断面に沿って一定の電位を保つために、前記複数個の加熱素子（２１０１−２１０ｎ）各々に対して横向きに、かつ電気的に接触するように配置された少なくとも１つの導電性素子（２６０１−２６０２）を更に備えた請求項１に記載の熱光学レンズ。
【請求項９】
分散補償器であって、
第一導波路グレーティングおよび第二導波路グレーティング（１１０１−１１０２）を有し、該導波路グレーティング（１１０１−１１０２）は各々、
第一スターカプラ（１３０１−１３２１）と、
経路の長さが増大する導波路のアレイ（１２０１−１２０ｎ、１２２１−１２２ｎ）であって、前記導波路のアレイ（１２０１−１２０ｎ、１２２１−１２２ｎ）の該各導波路の第一端が前記第一スターカプラ（１３０１−１３２１）に光学的に結合された導波路のアレイと、
前記導波路のアレイ（１２０１−１２０ｎ、１２２１−１２２ｎ）の該各導波路の第二端が第二スターカプラ（１３０２−１３２２）に光学的に結合されている第二スターカプラ（１３０２−１３２２）と、
前記第一導波路グレーティング（１１０１）の前記第二スターカプラ（１３０２）と前記第二導波路グレーティング（１１０２）の前記第二スターカプラ（１３２２）とを光学的に結合する、放物線状の屈折率分布を有するレンズ（１５０）と、を備えた分散補償器。
【請求項１０】
前記レンズ（１５０）は熱光学レンズである請求項９に記載の分散補償器。
【請求項１１】
前記熱光学レンズ（１５０）は、
ほぼ一定の中心間間隔と、最も外側の加熱素子から最も内側の加熱素子に向かって変化するそれぞれの寸法とを有する複数個の並列加熱素子（２１０１−２１０ｎ）と、
前記加熱素子（２１０１−２１０ｎ）に電位を供給する少なくとも２個の導電性素子（２２０１−２２０２）と、を備え、
前記加熱素子（２１０１−２１０ｎ）の寸法は放物線状の温度分布が前記熱光学レンズ内（１５０）に発生するように変化する請求項１０に記載の分散補償器。
【請求項１２】
前記複数個の加熱素子（２１０１−２１０ｎ）は各々、前記熱光学レンズ（１５０）内で発生される屈折率のリップルが低減し、前記熱光学レンズのレンズ強度がほとんど影響されないように前記熱光学レンズ（１５０）内の所期の光ビーム軸に対して小さい角度を呈して形成される請求項１１に記載の熱光学レンズ。
【請求項１３】
前記加熱素子（２１０１−２１０ｎ）に印加される電位を変更することによって、前記熱光学レンズ（１５０）の屈折率を同調可能である請求項１１に記載の分散補償器。
【請求項１４】
前記熱光学レンズ（１５０）の屈折率の前記同調は、前記分散補償器によって伝播光信号に対してなされる分散補償の量を同調する請求項１３に記載の分散補償器。
【請求項１５】
増幅された自然放出光（ＡＳＥ）を濾波するための波長可変フィルタ（１４０）を更に備えた請求項９に記載の分散補償器。
【請求項１６】
前記波長可変フィルタは少なくとも１つの波長可変マッハツェンダー干渉計フィルタ（１４２１，１４２２，１４２３）を備えている請求項１５に記載の分散補償器。
【請求項１７】
偏波無依存を達成するためのサーキュレーター／偏波スプリッタ（１６０）を更に備えた請求項９に記載の分散補償器。
【請求項１８】
前記レンズは、該レンズのレンズ強度がほとんど影響されないように、該レンズ内で発生される屈折率リップルを低減するため前記第一導波路グレーティング（１１０１）の前記第二スターカプラ（１３０２）と前記第二導波路グレーティング（１１０２）の前記第二スターカプラ（１３２２）との間に所期の光ビーム軸に対して小さい角度を呈して配置される請求項９に記載の分散補償器。
【請求項１９】
分散補償器であって、
導波路グレーティング（１１０１）を備え、該導波路グレーティングは各々、
第一スターカプラ（１３０１）と、
経路の長さが増大する導波路のアレイであって、前記導波路のアレイの該各導波路の第一端が前記第一スターカプラ（１３０１）の第一端に光学的に結合された導波路のアレイと、
前記導波路のアレイの該各導波路の第二端が第二スターカプラ（１３０２）の第一端に光学的に結合されている第二スターカプラ（１３０２）と、
レンズ（１５０）の第一端が前記第二スターカプラ（１３０２）の第二端と光学的に結合されている、放物線状の屈折率分布を有するレンズ（１５０）と、
前記レンズ（１５０）を通って伝播する前記導波路グレーティング（１１０１）からの光信号が前記レンズ（１５０）を通って反射されて前記導波路グレーティング（１１０１）の方向に戻るように、前記レンズ（１５０）の第二端に光学的に結合されたミラー（７１０）と、を備えた分散補償器。
【請求項２０】
前記ミラー（７１０）は、ファセット上に反射性コーティングが被覆された前記分散補償器を備えた導波路チップの端部の研磨されたファセットである請求項１９に記載の分散補償器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分散補償器の分野に関し、特に熱光学レンズを使用した可変分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本特許出願は参照により本明細書に組み込まれている、２００２年３月１５日に出願した米国特許仮出願第６０／３６４，９３０号の利益を主張するものである。
４０Ｇｂ／ｓおよびそれ以上の高速データ・システムのような伝送速度が速い送信システムはチャネルごとの分散補償器を必要とする大きい帯域幅を有している。このような高速システムの利点は、これらの分散補償器を同調可能であることである。ファイバ、バルク光学、および導波路をベースにしたＴＤＣを含むさまざまな種類の可変分散補償器（ＴＤＣ）が提案されている。
【特許文献１】米国特許仮出願第６０／３６４，９３０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ファイバＴＤＣの場合は、それらを構成するために熱調整可能なチャープ・ファイバ・ブラッグ・グレーティングが実装されてきた。ファイバＴＤＣは大きい同調範囲を有しているが、各デバイスは１つまたは２つの波長チャネルにしか使用できない。また、これらは一般にゼロ分散に同調されることもできず、また同調には比較的長時間を要する（すなわち秒単位）。
【０００４】
バルク光学ＴＤＣの場合は、それらを構成するためにバーチャリイ・イメージド・フェーズド・アレイ型（ＶＩＰＡ型）ＴＤＣおよびＧｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ干渉計が実装されてきた。バーチャリイ・イメージド・フェーズド・アレイ型ＴＤＣは以前には超短パルスを形成するために使用されたグレーティング・プラス・位相板構造を有しており、傾倒したエタロンはグレーティングとして作用し、湾曲ミラーは位相板として作用する。これも以前は超短パルスを成形するために使用されたＧｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ型ＴＤＣは直列で２つ以上が使用されるマルチキャビティ・エタロンである。双方の種類のバルクＴＤＣともほぼどの波長チャネルにも使用される（“カラーレス”ＴＤＣとして知られている）。しかし、双方の種類とも同調が極めて遅い（すなわち１０秒単位）。
【０００５】
導波路をベースにしたＴＤＣの場合は、リング共振器および熱光学レンズ導波路グレーティング・ルータ（ＷＧＲ）ＴＤＣが提案されている。バルク光学の解決策とは異なり、導波路をベースにしたＴＤＣは量産でき、自動的にかつ非密封式にパッケージでき、迅速に同調され（ミリ秒）、その他の機能と統合できる。リング共振器ＴＤＣは優良で極めてコンパクトであり、無色であるが、屈折率段階が極めて高い導波路、および幾つかの電気的制御が必要である。熱光学レンズをベースにしたＴＤＣは無色であり、屈折率段階が低い導波路を使用し、１つの制御しか使用しないが、それほどコンパクトではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は有利に、屈折率段階が低い導波路を使用可能であり、損失が少なく、電気駆動信号を１つしか必要とせず、同調時間がミリ秒単位であり、同調範囲が増大するカラーレスの導波路をベースにした（集積）熱光学レンズ、および可変分散補償器（ＴＤＣ）を提供する。
【０００７】
本発明の一実施形態では、熱光学レンズはほぼ一定の中心間間隔と、最も外側の加熱素子から最も内側の加熱素子に向かって変化するそれぞれの寸法とを有する複数個の並列加熱素子と、加熱素子に電位を供給するための少なくとも２個の導電性素子とを備えている。加熱素子の寸法は放物線状の温度分布が前記熱光学レンズ内に発生するように変化する。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、分散補償器は第一導波路グレーティングおよび第二導波路グレーティングを含み、該導波路グレーティングは各々、第一スターカプラと、導波路のアレイの該各導波路の第一端が第一スターカプラに光学的に結合された、経路の長さが増大する導波路のアレイと、導波路のアレイの該各導波路の第二端が第二スターカプラに光学的に結合されている第二スターカプラとを備えている。分散補償器はさらに、第一導波路グレーティングの第二スターカプラと第二導波路グレーティングの第二スターカプラとを光学的に結合する、放物線状の屈折率分布を有するレンズとを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の教示内容は添付図面と合わせて以下の詳細な説明を検討することによって容易に理解される。
【００１０】
理解し易いように、各図面に共通の同一の素子を示すために、可能な場合には同一の参照番号を用いている。
【００１１】
本明細書の本発明は熱光学レンズを実装した可変分散補償器に関して説明されるが、例えばシリコン導波路内へのキャリヤ注入を利用した電気光学レンズのような放物線状の屈折率分布を有するその他のデバイスを熱光学レンズの代わりに本発明の可変分散補償器内に実装してもよい。
【００１２】
図１は本発明による可変分散補償器（ＴＤＣ）の実施形態の高レベルのブロック図である。図１のＴＤＣ１００は２個の導波路グレーティング・ルータ（ＷＧＲ）１１０１、１１０２（総称してＷＧＲ１１０、導波路グレーティングとしても知られている）、波長可変フィルタ１４０、放物線状の屈折率分布を有する可変レンズ（一例として熱光学レンズ）１５０、およびサーキュレーター／偏波スプリッタ（ＣＰＳ）１６０を備えている。
【００１３】
各ＷＧＲ１１０１および１１０２は経路の長さが増大する複数の導波路１２０１−１２０ｎ、および１２２１−１２２ｎのそれぞれと（一例として各１８個の導波路）（総称して導波路１２０および１２２）と、第一のスターカプラおよび第二のスターカプラ１３０１、１３０２および１３２１、１３２２のそれぞれを備えている。
【００１４】
波長可変フィルタ１４０は一例として、３個の波長可変マッハ−ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）フィルタ１４２１、１４２２、１４２３を備えている。図１のＴＤＣ１００では波長可変フィルタは３個のＭＺＩフィルタを備えているものとして示されているが、本発明の構想によって、増幅された自然放出光（ＡＳＥ）を濾波するために、ＴＤＣ内に他の個数のＭＺＩおよび光イコライザまたはリング共振器のような実質的に同じ機能を果たす別の個数および種類の部品を実装してもよい。さらに、図１のＴＤＣ１００はＣＰＳ１６０を備えているものとして示されているが、本発明はＣＰＳなしで実施してもよい。同様に、図１のＴＤＣ１００は波長可変フィルタ１４０を備えているものとして示されているが、本発明の構想によるＴＤＣは波長可変フィルタなしで実施してもよい。
【００１５】
導波路１２０，１２２は一例として屈折率段階が０．８０％のシリカ埋設コアを備えており、シリコン基板上にある。ＴＤＣ１００はそれぞれの第二スターカプラ１３０２および１３２２の端部で互いに連結されたほぼ同様の回折効率が高い２個のＷＧＲ１１０からなっている。熱光学レンズ１５０は連結されたスターカプラ１３０２と１３２２の間に位置している（連結されたスターカプラは以下では“ダブルスター”と呼ばれる）。ダブルスターは、より高次の回折を消すために中心のグレーティング回折効率の幅まで狭められている。このように狭めによって、水平磁場（ＴＭ）偏波光の場合のほうが水平電場（ＴＥ）偏波光の場合より少ない反射による回折次エッジでのスペクトル・リップルが少なくなる。
【００１６】
図１の熱光学レンズ１５０は主として表面に配置された金属ヒータの配列からなっている。熱光学レンズ１５０は図２を参照して後に詳述する。
【００１７】
偏波無依存を達成するため、図１に示すようにオプションのＣＰＳ１６０を実装することによって、偏波ダイバーシティ方式が達成される。このような場合、１つの偏光だけを利用できる。それ以外の場合は、０．５ｐｓ未満の偏波モード分散を達成するため、グレーティング内での偏波依存波長（ＰＤＷ）偏移は０．５ｐｓ／Ｄｍａｘ未満である必要があり、ただしＤｍａｘはＴＤＣ１００が適応する最大分散値である。例えば図１の、分散同調範囲が±２００ｐｓ／ｎｍであるＴＤＣ１００の場合、グレーティングＰＤＷは２．５ｐｍ未満でなければならず、これは達成が極めて困難である。
【００１８】
ＴＤＣ１００は４０Ｇｂ／ｓシステムで必要な場合が多いチャネルごとの光プリアンプからの増幅された自然放出光（ＡＳＥ）を抑制するためにオプションの波長可変フィルタ１４０を使用する。図１のＴＤＣ１００の実施形態では、波長可変フィルタ１４０の３個の波長可変（ＭＺＩ）フィルタ１４２１，１４２２、および１４２３が下記の自由スペクトル領域、すなわち３２００，１６００、および８００ＧＨｚのそれぞれと直列に配列される。したがって、波長可変フィルタ１４０は３２００ＧＨｚの正味自由スペクトル領域と、ほぼ３９０ＧＨｚの３−ｄＢ帯域幅とを有している。
【００１９】
図１のＴＤＣ１００は放物線状の屈折率分布を備えた可変レンズ（図１の例では熱光学レンズ１５０）を使用して同調可能に、分散値が変化する入力光信号を分散補償することができる。
【００２０】
図２ａは図１のＴＤＣ１００で使用するのに適した熱光学レンズ１５０のような熱光学レンズの実施形態の高レベルのブロック図を示している。図２ａの熱光学レンズ１５０は２個の垂直なコンダクタ（電位板）２２０１と２２０２との間に位置する並列加熱素子２１０１−２１０ｎのアレイを備えている。並列加熱素子２１０１−２１０ｎは全て長さが等しく、中心間の間隔は一定であるが、幅は変化する。すなわち、並列加熱素子２１０１−２１０ｎの幅は図２ａに示すように熱光学レンズ１５０の中心に近づくとともに増大する。熱光学レンズ１５０内の並列加熱素子２１０１−２１０ｎの構造によって、本発明の所望の放物線状の屈折率分布（すなわち、この実施形態では放物線状の温度分布）が生ずる。
【００２１】
図２ａでは並列加熱素子２１０１−２１０ｎの幅は熱光学レンズ１５０の中心に近づくとともに増大するように示されているが、本発明の代替実施形態では上記の図の熱光学レンズはその代わりに、加熱素子の長さまたは幅を決定するために用いられる放物線関数の符号を逆にして構成してもよい。すなわち、加熱素子２１０１−２１０ｎの幅は熱光学レンズ１５０の中心に近づくとともに減少するように構成してもよい。さらに、加熱素子２１０１−２１０ｎの幅は並列加熱素子２１０１−２１０ｎのアレイ内の相対位置に対して均一かつ対称に増大、または減少するように構成してもよく、または例えば加熱素子２１０１−２１０ｎの間の電位差を補正するために、加熱素子２１０１−２１０ｎを不均一かつ非対称に増大、または減少するように構成してもよい。後述するように、本発明の熱光学レンズの代替実施形態に関して加熱素子の長さの増大または短縮についても同じことが言える。
【００２２】
図２ａを再び参照すると、熱光学レンズ１５０はダブルスター内に放物線状の温度分布が作成されるように構成されている。温度は面積単位当たりで散逸する電力に比例し、また加熱素子当たりの電力はＶ２ｗに比例するので（ただしＶは電圧、ｗはヒータの幅である）、放物線状の温度分布は並列加熱素子２１０１−２１０ｎのアレイに電位を印加することによって達成され、並列加熱素子２１０１−２１０ｎの幅が変化することによって放物線状の温度分布が生ずる。本発明の熱光学レンズ１５０の放物線状の温度分布によって有利に、従来技術のレンズ設計と比較してレンズの最高温度が低下し、熱光学レンズ１５０の長期にわたる信頼性が高まる。並列加熱素子２１０１−２１０ｎの中心間間隔は熱光学レンズ１５０のコアでの熱拡散幅と比較して比較的小さくなければならない。例えば、熱拡散コアが約８０μｍ、並列加熱素子２１０１−２１０ｎの中心間間隔が約１６μｍのウエーハを使用してもよい。加熱素子２１０１−２１０ｎの間の熱クロストークは熱光学レンズ１５０の総電力消費量を実際に低減するので、熱光学レンズ１５０の幅をできるだけ狭く保つことが好適である。
【００２３】
図２ｂは図１のＴＤＣ１００に使用するのに適した熱光学レンズの代替実施形態の高レベルの構成図である。図２ｂの熱光学レンズ２５０の場合、図２ａの熱光学レンズ１５０に２個の垂直な導電性ストリップ２６０１、２６０２が追加されている。２個の垂直な導電性ストリップ２６０１、２６０２は電圧を熱光学レンズ２５０の断面に沿って一定に保つ機能を果たし、したがってレンズの均一性が高まる。図２ｂでは熱光学レンズ２５０は２個の垂直な導電性ストリップ２６０１、２６０２を備えているものとして図示されているが、本発明の熱光学レンズには別の個数の垂直な導電性ストリップを実装してもよい。
【００２４】
図３ａ−３ｃは本発明による熱光学レンズの別のさまざまな実施形態を示している。図３ａ−３ｃの加熱素子の構成も図２ａおよび２ｂの熱光学レンズ１５０の場合と同様に所望の放物線状の温度分布を達成する。例えば、図３ａでは加熱素子の幅は熱光学レンズの中心に近づくとともに減少する。
【００２５】
図３ｂおよび３ｃの熱光学レンズの場合は、所望の放物線状の温度分布を達成するため、加熱素子の長さが変化する。例えば、図３ｂでは加熱素子の長さは熱光学レンズの中心に近づくとともに減少する。したがって、図３ｂの熱光学レンズの温度分布は放物線状の分布になる。
【００２６】
図３ｃでは加熱素子の長さは熱光学レンズの中心に近づくとともに増大する。図３ｃの熱光学レンズの温度分布も再び放物線状の分布になる。図２ａおよび２ｂ、および図３ａ−３ｃは本発明による熱光学レンズのさまざまな実施形態を図示しているが、本発明の教示内容を伝えられた当業者は、本発明による放物線状の屈折率分布を達成するために加熱素子の長さおよび幅の他のさまざまな構成を開発できることが理解されよう。さらに、本発明による放物線状の屈折率分布を有するために本発明の教示内容を利用して、例えばシリコン導波路内のキャリヤ注入を利用した電気光学レンズのような他の種類のレンズを構成してもよく、したがって本発明のＴＤＣは熱光学レンズの実施に限定されるものではない。
【００２７】
発明者はさらに、図２ａ−２ｂに示すように、熱光学レンズ１５０がダブルスターの間に配置されている場合、これを所期の光ビーム軸に対してわずかに傾倒させることによって、屈折率のリップルが大幅に低減することを解明した。熱光学レンズ１５０の傾倒はレンズ強度にはほとんど影響しないが、熱光学レンズ１５０内に発生する屈折率のリップルを大幅に軽減する。すなわち、本発明の熱光学レンズが傾倒されなければ、レンズに沿った平均温度分布は加熱素子によるリップルをわずかしか含まない。これらのリップルによって熱光学レンズの色分散のリップルが生ずる。したがって、熱光学レンズを所期の光ビーム軸に対して傾倒させることによって、リップルは大幅に軽減される。屈折率のリップルを低減するために本発明による熱光学レンズを傾倒させてもよいが、本発明の代替実施形態では、ダブルスターの間の熱光学レンズの向きを実質的にまっすぐに保ちつつ上記の傾倒を構造的に行うようにするため、本発明の熱光学レンズ内の加熱素子を熱光学レンズ内の所期の光ビーム軸に対してわずかな角度を呈して構成してもよい。
【００２８】
図４ａおよび４ｂは熱光学レンズ１５０をそれぞれターンオフ、ターンオンした図１のＴＤＣ１００の動作原理を図形で示している。図４ａは熱光学レンズ１５０をターンオフした（電圧が印加されない）ＴＤＣ１００のダブルスターの高レベルのブロック図および動作原理を示している。自由スペクトル領域内で、左側のＷＧＲ１１０１からの波長が短い光線は、経路の長さがより長い右側のＷＧＲ１１０２の導波路１２２によって受光され、左側のＷＧＲ１１０１からの波長が長い光線は、経路の長さがより短い右側のＷＧＲ１１０２の導波路１２２によって受光される。したがってＴＤＣ１００は負の分散を呈する。「レンズ・オフ」状態の間の分散量は下記の方程式（１）によって記述される。
【数１】
2005521075.tif 000003
【００２９】
ただし、Ｍはグレーティング・アームの数に等しく、αはダブルスター入力導波路間の中心間間隔であり、ｂはダブルスターの中心での空間的な「チャネル」幅であり（例えばｂ＝（ダブルスター中心におけるＷＧＲの空間的Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎゾーン幅／Ｍ）、λ０は対象となる光波長であり、Ｃ０は光線の真空速度であり、また△ｆＦＳＲは自由スペクトル領域である。
【００３０】
図４ｂは熱光学レンズ１５０をターンオンした（電圧が印加された）ＴＤＣ１００のダブルスターの高レベルのブロック図および動作原理を示している。電流が熱光学レンズ１５０の加熱素子を流れると、レンズの屈折率が熱光学効果によって変化し、熱光学レンズ１５０の焦点距離自体も変化することができる。したがって、印加される電圧を制御することによって、光線は所定位置（例えばＷＧＲ１１０２の特定の導波路１２２）で精確に集束させることができる。熱光学レンズ１５０がターンオンすると、レンズ強度の上昇とともに分散は増加し、正になる。熱光学レンズ１５０の強度はレンズを励起するために必要な熱光学出力に比例するレンズの中心と上下のエッジとの間の位相偏移として定義される。分散領域Ｄ０から−Ｄ０の全体を通してＴＤＣ１００を同調させるために必要なレンズ強度は下記の方程式（２）によって記述される。
【数２】
2005521075.tif 000004
【００３１】
ただし、△ｆＧＤＢＷはＴＤＣ１００の群遅延の直線部分の帯域幅である（すなわち、△ｆＧＤＢＷ／△ｆＦＳＲは熱光学レンズ１５０が占めるダブルスターの中心Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎゾーンの分数である）。
【００３２】
最小分散（熱光学レンズ１５０の電力がターンオフ）における３−ｄＢ透過帯域幅は下記の方程式（３）によって記述される。
【数３】
2005521075.tif 000005
【００３３】
ただし、αはグレーティング・アーム内の出力分布およびダブルスターのＢｒｉｌｌｏｕｉｎゾーンの効率形状に依存する定数であり、αは標準的には０．２８程度である。
【００３４】
本発明による熱光学レンズの一実施形態では、熱光学凸レンズの設計パラメータは、熱光学レンズがターンオフされると分散が有効範囲の負の終端にあるように選択される。そこで、熱光学レンズはその強度を変更することによって分散領域全体にわたって波長を変更することが可能である。
【００３５】
本発明による熱光学レンズの場合、加熱素子の温度は熱光学レンズのコアの温度よりも高い。そこで、加熱素子の温度を最低限にし、長期にわたる信頼性を確保するため、熱光学レンズはその長さが下記の方程式（４）によって制限されることを念頭に置きつつできるだけ長くする必要があろう。
【数４】
2005521075.tif 000006
【００３６】
ただしＭはグレーティング・アームの数に等しく、ｂはこの場合もダブルスターの中心での空間的「チャネル」幅であり、λ０は対象となる光波長であり、ｎはＴＤＣ１００の導波路１２０，１２２の屈折率である。
【００３７】
加えて、温度上昇に伴う加熱素子の抵抗の変化を考慮に入れなければならない。具体的には、熱光学レンズが過熱すると、抵抗は中心部で一層上昇し、熱光学レンズは「自己平坦化」する。そこで、分散領域の第二半部を同調するには第一半部を同調するよりも多くの熱光学出力を要する。レンズの歪みを緩和するため、熱光学レンズの加熱素子の幅は放物線状の幅分布の二乗の比較的少ない比率を加算することによって事前重み付けされる。しかし、温度変化に対する抵抗感度が低い加熱素子材料（金属）を使用することが好適である。
【００３８】
本発明によってＴＤＣを設計するには、先ずＤ０、△ｆＦＳＲ、△ｆＧＤＢＷ、および△ｆＴＢＷの値が選択されなければならない。次に上記の方程式（２）および（４）を用いて、レンズが許容温度内で動作するようにｂおよびｌの値を算定できる。次に上記の方程式（３）を用いてａを算定でき、方程式（１）を用いてＭを算定できる。
【００３９】
図５ａはＴＤＣ１００の熱光学レンズ１５０について３つの異なる電力、０Ｗ、２．９Ｗ、および７．３Ｗで測定された透過率対波長をグラフで示している。図５ｂは図５ａの３つの異なる電力、０Ｗ、２．９Ｗ、および７．３Ｗで測定された群遅延対波長をグラフで示している。３つの電力レベルでの平均色分散はそれぞれ−２０５ｐｓ／ｎｍ、０ｐｓ／ｎｍ、および＋２０２ｐｓ／ｎｍである。レンズの自己平坦化のため、０から＋２００ｐｓ／ｎｍまで同調させる電力は−２００ｐｓ／ｎｍから０まで同調させる電力よりも５０％大きい。透過帯域幅は＞４０ＧＨｚ（＋２００ｐｓ／ｎｍの同調状態で制限される）であり、線形の群遅延帯域幅＞４８ＧＨｚ（０ｐｓ／ｎｍの同調状態で制限される）である。３個のノイズ・フィルタＭＺＩは測定されるＴＤＣ通過帯域の透過性が最大になるように調整された。
【００４０】
一実施形態では、１９３．３５０ＴＨｚにおける４０Ｇｂ／ｓのキャリヤ抑圧ゼロ・リターン（ＣＳＲＺ）データが分散値＋１８１ｐｓ／ｎｍ、０、および−２２０ｐｓ／ｎｍを有するファイバ・スプールを経て伝播され、次にＴＤＣ１００を経て伝播された。熱光学レンズ１５０への電圧はそれに従って分散を補償するように調整された。図６は４０Ｇｂ／ｓのＣＳＲＺデータの３つの分散値の測定されたビット誤り率（ＢＥＲ）対受信された光出力をグラフで示している。図６に示された測定されたビット誤り率（ＢＥＲ）から明らかであるように、ＴＤＣ１００は不利益なく容易に−２２０ｐｓ／ｎｍに及ぶ分散を補償する。図６の差込図は、ＴＤＣ１００による補償がなされない場合（上のアイ）、およびＴＤＣ１００による補償がなされた場合（下のアイ）の−２２０ｐｓ／ｎｍ分散を含むファイバ・スプールを伝播した場合の、４０Ｇｂ／ｓのＣＳＲＺデータについての対応するアイダイアグラムをグラフで示している。ＴＤＣ１００の同調応答は発明者によって２ｍｓの領域にあることが確認された。
【００４１】
図７は本発明によるＴＤＣの代替実施形態を示している。図７のＴＤＣ７００では、図１の第二の導波路グレーティング・ルータ１１０２の代わりにミラー７１０が使用されている。図７のＴＤＣ７００は導波路グレーティング・ルータ１１０１と、放物線状の屈折率分布を有する波長可変レンズ（一例として熱光学レンズ）１５０と、ミラー７１０とを備えている。図１の場合と同様に、導波路グレーティング・ルータ１１０１は経路長さが増大する複数の導波路と、第一および第二のスターカプラ１３０１、１３０２とを備えている。
【００４２】
図１のＴＤＣ１００のような本発明のＴＤＣは中心を軸に対称であるので、図７のＴＤＣ７００はミラー７１０が熱光学レンズ１５０の後部に配置された、１個の導波路グレーティング・ルータ１１０１だけを備えて構成されている。図７のＴＤＣ７００では、導波路グレーティング１１０１からの入力光信号は熱光学レンズ１５０を経て伝播され、熱光学レンズ１５０を通って反射されて導波路グレーティング・ルータ１１０１の方向に戻る。導波路グレーティング・ルータ１１０１、および熱光学レンズ１５０の動作に関しては、図７のＴＤＣ７００の動作と機能は図１のＴＤＣ１００と同様である。図７のＴＤＣ７００のような本発明の上記のような実施形態では、ミラーはファセット上に反射性コーティングが被覆された、ＴＤＣが形成された導波路チップの端部の研磨されたファセットであってよい。図７のＴＤＣ７００は図１のＴＤＣ１００と同様に、さらにＣＰＳ（図示せず）および波長可変フィルタ（図示せず）を備えてもよい。
【００４３】
これまでの記述は本発明のさまざまな実施形態に関するものであるが、本発明の基本的範囲から離れることなく本発明の別の、その他の実施形態も考えられる。したがって、本発明の適切な範囲は特許請求の範囲によって定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による可変分散補償器の実施形態の高レベルのブロック図である。
【図２ａ】図１の可変分散補償器で使用するのに適した熱光学レンズの実施形態の高レベルのブロック図である。
【図２ｂ】図１の可変分散補償器で使用するのに適した熱光学レンズの代替実施形態の高レベルのブロック図である。
【図３ａ】放物線状の温度分布を有する熱光学レンズの代替実施形態を示す図である。
【図３ｂ】放物線状の温度分布を有する熱光学レンズの別の実施形態を示す図である。
【図３ｃ】放物線状の温度分布を有する熱光学レンズのさらに別の実施形態を示す図である。
【図４ａ】熱光学レンズをターンオフした図１の可変分散補償器のダブルスターの高レベルのブロック図および動作原理を示す図である。
【図４ｂ】熱光学レンズをターンオンした図１の可変分散補償器のダブルスターの高レベルのブロック図および動作原理を示す図である。
【図５ａ】図１の可変分散補償器の熱光学レンズの３つの異なる電力で測定された透過率対波長を示すグラフである。
【図５ｂ】図１の可変分散補償器の熱光学レンズの３つの異なる電力で測定された群遅延対波長を示すグラフである。
【図６】図１の可変分散補償器を伝播された４０Ｇｂ／ｓのＣＳＲＺデータの３つの分散値について測定されたビット誤り率を示すグラフである。
【図７】本発明による可変分散補償器の代替実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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