(57)【要約】光通信システムの性能を改善する光学的色分散補償装置である。分散補償装置（６０）には、光ファイバ（３０）の一端から空間的に発散する光ビームを受け取るコリメーティング手段（６１）が備わり、この空間的発散光ビームを大半平行化ビームに変換し、これを放出する。コリメーティング手段（６１）からの大半平行化ビームを光フェーザ（６２）が入力窓（６３）を通して受け取り、このビームを帯域化パターンに角分散して放出する。この角分散光を光反射手段（６６）が受け取って、光フェーザ（６２）を通して反射し戻し、その入射窓の近傍から出射する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信システムの性能を高めるのに適した光学的色分散補償装置であって、
光通信システムに含まれる光ファイバの一端から放出されるような、複数の周波数を含み、空間的に発散する光ビームを受け取るコリメーティング手段を備え、このコリメーティング手段はまた、受け取った空間的発散光ビームを大半平行化光ビームに変換し、これを放出するものであり、
上記コリメーティング手段から大半平行化光ビームを受け取る入射窓を提供すると共に、受け取った光ビームを帯域化パターンに角分散し、これを放出し、受け取った光ビームが帯域に分離して、特定帯域内の特定周波数をもつ光が同一帯域内の他の周波数の光から角変位されるようにする光フェーザを備え、且つ
上記光フェーザから放出される帯域化パターンの角分散光を受け取り、光フェーザを通してこの光を反射し戻し、これが上記入射窓近傍で光フェーザを出るようにする光反射手段を備えて成る補償装置。
【請求項２】
前記コリメーティング手段から放出される大半平行化光ビームの発散は、上記入射窓に当たる大半平行化光ビームのエネルギーの５０％余が、帯域化パターンで光フェーザから放出される角分散光の特定波長のどの光ビームに付いても、３未満の回折次数に確実に回折する程度に抑えられるようにして成る請求項１に記載の補償装置。
【請求項３】
光が前記入射窓を通して光フェーザに、略垂直入射で入射するようにして成る請求項１に記載の補償装置。
【請求項４】
前記光フェーザの入射窓を、入射する光に対して少なくとも部分透過性として成る請求項１に記載の補償装置。
【請求項５】
前記光反射手段が光集束手段と、この光集束手段の焦点面の近傍に配置されたミラーを備え、この光集束手段が前記光フェーザから放出される帯域化パターンを有する角分散光を集光し、これを上記ミラーに投射するようにして成り、且つこのミラーがそれに入射する光を上記光集束手段に向かって反射して戻すようにして成る請求項１に記載の補償装置。
【請求項６】
前記光集束手段が、前記光フェーザにより発生される角分散光の帯域化パターン内の各帯域を、前記ミラー上の個別位置に投射するようにして成る請求項５に記載の補償装置。
【請求項７】
前記光集束手段と前記光フェーザ間の距離を調整可能にして成る請求項５に記載の補償装置。
【請求項８】
前記ミラーが湾曲して成る請求項５に記載の補償装置。
【請求項９】
ミラーの曲率を調整可能にして成る請求項８に記載の補償装置。
【請求項１０】
前記ミラーの曲率が該ミラーの曲げで調整されるようにして成る請求項９に記載の補償装置。
【請求項１１】
前記ミラーを曲げる力が、機械的、電気的、磁気的及び熱的から成る群より選ばれるようにして成る請求項１０に記載の補償装置。
【請求項１２】
前記ミラーが多数の曲率を有し、ミラー曲率がミラーを並進させることにより調節されるようにして成る請求項９に記載の補償装置。
【請求項１３】
前記ミラーが交換可能であり、ミラー曲率がミラーを異なる曲率を有する別のミラーと交換することにより調節されるようにして成る請求項９に記載の補償装置。
【請求項１４】
前記光フェーザが２つの平行面を有する材料プレートから成り、前記入射窓を通して光フェーザに入る光がこれ等の平行面の間で反射するように構成し、上記入射窓がこのプレートの外面に形成されるようにして成る請求項１に記載の補償装置。
【請求項１５】
前記入射窓が前記プレートの斜縁によって形成されるようにして成る請求項１４に記載の補償装置。
【請求項１６】
前記光フェーザの２つの平行面の一方から突出するプリズムによって前記入射窓が形成され、この入射窓を通して光フェーザに入る光がこれ等２つの平行面の一方に当たる前に上記プリズム内で内部反射を受けるようにして成る請求項１４に記載の補償装置。
【請求項１７】
前記光フェーザの２つの平行面の一方が部分的に透明であって、それに入射する光の一部が光フェーザから出射し得るようにして成る請求項１４に記載の補償装置。
【請求項１８】
前記部分透明面を通して光フェーザから放出される光が、その面に対する法線の方向に対して４５°余の角度でデフラクト（ｄｅｆｒａｃｔ）するようにして成る請求項１７に記載の補償装置。
【請求項１９】
前記光フェーザが、光フェーザを取り囲む媒体の屈折率より大きい屈折率を有する材料から構成されるようにして成る請求項１に記載の補償装置。
【請求項２０】
光通信システムの性能を高めるのに適した色分散補償方法であって、
光通信システムに含まれる光ファイバの一端から放射されるような、複数の周波数を含み、空間的に発散する光ビームを大半平行化光ビームに平行化し、
光フェーザにおいて、大半平行化光ビームを帯域化パターンに角分散して放出し、それにより大半平行化光ビームが帯域に分離されて特定帯域内の特定周波数をもつ光が同一帯域内の他の周波数の光から角変位されるようにし、
角分散された光を上記フェーザを通して反射し戻し、この光が光フェーザからその入射窓近傍で出射するようにして成る方法。
【請求項２１】
平行化手段から放出される大半平行化光ビームの発散は、入射窓に当たる大半平行化光ビームのエネルギーの５０％余が、帯域化パターンで光フェーザから放出される角分散光の特定波長のどの光ビームに付いても、３未満の回折次数に確実に回折する程度に抑えられるようにして成る請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記光反射手段が光集束手段と、この光集束手段の焦点面の近傍に配置されたミラーを備え、この光集束手段が前記光フェーザから放出される帯域化パターンを有する角分散光を集光し、これを上記ミラーに投射するようにして成り、且つこのミラーがそれに入射する光を上記光集束手段に向かって反射して戻すようにして成る請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記光集束手段が、前記光フェーザにより発生される角分散光の帯域化パターン内の各帯域を、前記ミラー上の個別位置に投射するようにして成る請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
更に、前記光集束手段と前記光フェーザ間の距離を調整するステップを有して成る請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
更に、前記ミラーの曲率を調節するステップを有して成る請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記ミラーの曲率がミラーの曲げで調整されるようにして成る請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ミラーを曲げる力が、機械的、電気的、磁気的及び熱的から成る群より選ばれるようにして成る請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記ミラーが多数の曲率を有し、ミラー曲率がミラーを並進させることにより調節されるようにして成る請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記ミラーが交換可能であり、ミラー曲率がミラーを異なる曲率を有する別のミラーと交換することにより調節されるようにして成る請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
部分的に透明な面を通して光フェーザから放出される光が、その面に対する法線の方向から４５°余の角度でデフラクト（ｄｅｆｒａｃｔ）するようにして成る請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は一般に光ファイバ通信の技術分野、特に通信システムの光ファイバを伝搬する光として累積する色分散（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）の補償に関する。
【背景技術】
【０００２】  光ファイバ通信システムにおいて低コスト帯域幅の需要が増えるにつれ、ビット速度／伝達距離比と、光ファイバが運ぶ波長分割多重化（ＷＤＭ）チャネル数の両方を増大しようとする動機が生ずる。高ビット速度・長距離光通信システムにおける主な限定要因は、光が光ファイバを伝搬するとき生ずる色分散である。色分散が生じると、波長の異なる光波は光ファイバを異なる伝搬速度で伝わるようになる。色分散の結果、波長成分を多く含む光パルスは十分に長い光ファイバを伝わった後は、著しく歪んでしまう。光パルスが歪むと、光信号で運ばれる情報の質が低減し、失われる。【０００３】  光ファイバの色分散は２つのパラメタ、即ち
１．    波長に対する群速度の変化率である群速度分散（ＧＶＤ）及び
２．    波長に対する分散の変化率である分散勾配
によって特徴付けることができる。ＷＤＭシステムや直接変調レーザ又はファブリ・ペローレーザを用いるシステムのような、広範囲の光波長を運ぶ典型的な光ファイバ通信システムでは、光ファイバを伝搬する全波長範囲に跨ってＧＶＤと分散勾配の両方を補償する必要がある。【０００４】  近年、各々が異なる色分散特性を示す、異なる数種の光ファイバが光通信システムの構築に用いられている。これ等異種の光ファイバが示す分散特性は、光ファイバの長さ及び光ファイバの種類、並びに光ファイバの製造方法、光ファイバのケーブル化及び他の環境条件に依存している。従って、これ等種々の異種光ファイバが示す色分散を補償するためには、可変のＧＶＤ及び分散勾配を備え、それにより在庫管理と光通信ネットワーク管理を単純化する単一種の色分散補償装置を有することが望ましい。【０００５】  光ファイバ通信システムにおける色分散を軽減するため、解決策がいくつか提案されている。色分散の補償に用いられる一技術では図１Ａに概略的に示すように、長さが比較的短い特殊分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）３１を通常の送信光ファイバ３０に直列に挿入している。ＤＣＦ３１は特殊な断面積指標輪郭を有し、光ファイバ３０のものに対抗する色分散を示すようにしてある。このようにして連結されると、光は光ファイバ３０を伝搬するに際し、色分散を受け、光ファイバ３０を伝搬することによる色分散を相殺するＤＣＦ３１を伝搬することになる。だが、光ファイバ３０のそれに対抗する色分散を得るには、ＤＣＦ３１は光ファイバ３０よりモード場径がずっと小さく、従って非線形効果をより受けやすい。これに加えて、特定二種の光ファイバ、即ち分散シフト光ファイバ（ＤＤＦ）と非ゼロ分散シフト光ファイバ（ＮＺＤＦ）の示すＧＶＤ及び分散勾配を完全に相殺するように、その最低空間モードで動作するＤＣＦ３１を用いることは難しい。【０００６】  もう一つの直列色分散補償技術は図１Ｂに概略的に示すように、第１の光ファイバ３０の所定長を伝搬した光を受け取る第１のモード変換器３３を、第１の光ファイバ３０と高モードＤＣＦ３４の間に挿入するものである。高モードＤＣＦ３４を通り抜けた後、光は第２のモード変換器３５を通り、光ファイバ３０の所定長に入る。図１ＡのＤＣＦ３１と同様に、高モードＤＣＦ３４は光ファイバ３０のそれに対抗する色分散を示し、且つＤＣＦ３１が支持する空間モードより高次の空間モードを支持する。この高次空間モードに対する高モードＤＣＦ３４のモード場径は、両光ファイバ３０のそれと同等である。斯くして、モード変換器３３は第１の光ファイバ３０から放出される光を、高モードＤＣＦ３４により支持される高次空間モードに変換し、一方モード変換器３５は高モードＤＣＦ３４から放出されるこの変換帰還光を高次空間モードから低次空間モードに反転し、第２の光ファイバ３０に連結し直す。図１Ｂに示す装置の提示する一つの問題は、光を一つの空間モードからもう一つの空間モードに完全に変換するのが難しいことである。このため、図１Ｂに示す装置で色分散を補償しようとする信号の保全性が、多数の異なる空間モードで伝搬する光に対する群速度が異なるため生じるモード分散を蒙り易い。【０００７】  ���分野では種々の異なる種類の光ファイバ３０にＤＣＦをモード整合することが困難なため、ＤＣＦの示す色分散を或る特定の光ファイバの要求するそれに適合させることは実際的ではない。加えるに、ＤＣＦは高い挿入損失を示す。光信号強度のこの損失は光増幅器によって補われなければならない。従って、ＤＣＦを用いて色分散を補償しようとすると、光通信システムの全コストが増大することになる。【０００８】  図２に概略的に示す別の技術は、チャープファイバブラッグ格子４２を用いて色分散を補償しようとするものである。光ファイバ３０から放出される光パルスの異なる波長成分がサーキュレータ４１を通してチャープ格子４２に入り、チャープ格子４２の異なる部分からサーキュレータ４１に向かって反射される。従って、入念に設計されたチャープ格子４２であれば、光ファイバ３０に蓄積される色分散を補償することができる。チャープ格子４２が提供する色分散の量は、格子ファイバの応力及び／又は温度を変更することにより調節することができる。だがＷＤＭスペクトルのうち、ブラッグ格子の反射できる帯域はあいにく狭い。多数のチャープ格子４２を直列に接続すれば、スペクトル幅を広げることができる。だが、多数のチャープ格子４２を直列に接続すると、色分散補償装置が高価なものとなってしまう。【０００９】  図３Ａに概略的に示すもう一つの技術では、色分散を補償のためにバルク回折格子５０を用いる。即ち、送信光ファイバ３０を出る光は先ず平行ビーム５１に成形される。次いで、バルク回折格子５０を用いて平行ビーム５１から角分散（波長に対する回折角の変化率）を発生する。一般にはレンズ５３とレンズ５３の焦点面に置かれるミラー５４から成る光反射装置５２が、回折光を回折格子５３に反射して戻す。回折光が反射されて回折格子に戻ると、角分散が色分散に変換される。サーキュレータを用い、これを平行ビーム５１の経路に沿って挿入すれば、回折格子５０を出た色分散補償光を入射平行ビーム５１から分離することができる。図３Ａに示す装置では、色分散の量は回折格子５０とレンズ５３間の距離及び／又はビーム折り返しミラー５４の曲率を変更することにより調整することができる。だが、バルク回折格子５０の生成できる角分散は僅かである。従って、光通信システムで発生するような大きな色分散を補償すべく図３Ａに示す装置を用いると、非実際的に大型の装置が必要となる。【００１０】  類似の色分散補償技術では、回折格子５０を仮想画像化整相列（ＶＩＰＡ）で置き換えている。米国特許第６３９０６３３号（「仮想画像化整相列を用いて色分散を生成する光学装置」、Ｍａｓａｔａｋａ  Ｓｈｉｒａｓａｋｉ  ＆  Ｓｉｍｏｎ  Ｃａｏ，２００２年５月２１発行）参照（（以下、６３３特許と云う）。６３３特許の図７を再現する図３Ｂに示すようにＶＩＰＡは、円柱レンズ５７のような線状焦点素子と特殊被覆平行板５８を備える。線状焦点素子５７を通して平行ビーム５１が小さい入射角でＶＩＰＡに入射し、大きな角分散を有してＶＩＰＡを出る。図３Ａに示す光反射装置５２との組み合わせにおいて、ＶＩＰＡは十分な色分散を発生し、光ファイバ通信システムにおいて発生する分散を補償することができる。だが、ＶＩ��Ａはあいにく平行ビーム５１のエネルギーを多回折次数に分散する。各回折次が示す分散特性は異なっているため、色分散の補償にはこれ等回折次の一つしか用いることができない。従って、ＶＩＰＡの示す損失は大きく、ＶＩＰＡを用いて分散勾配の補償を具現化することは面倒であり、且つ高価なものとなる。ＶＩＰＡはまた、大きな分散リップル、即ち波長に対する残留分散の急激な変動を持ち込み、これがインライン色分散補償を不適切なものにする。【００１１】  色分散を補償するのに用いられるもう一つの技術は、全通過フィルタである。全通過フィルタとは、入力光信号に対して平坦な振幅応答と周期的位相応答を示す装置である。周知のように色分散は位相遅れの二次微分であるから、全通過フィルタを用いて色分散を補償することができる。色分散の補償における全通過フィルタの典型的実施例は、ギレ・ツールノワ（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ）干渉計とループミラー（ｌｏｏｐ  ｍｉｒｒｏｒｓ）である。ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．７（１９９８）のｐ．９４４に発表されたＣ．Ｍａｄｓｅｎ  ＆  Ｇ．Ｌｅｎｚによる記事“Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｌｌ−Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｗｉｔｈ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ”には、色分散の補償における全通過フィルタの用い方が開示されている。色分散の補償に全通過フィルタを用いることの問題には、大きな分散リップルが持ち込まれること、即ち実用に供するに十分な分散補償が得られないことが含まれる。従って、全通過フィルタもまた、インライン色分散補償には不適切である。【００１２】  色分散の補償は高性能光ファイバ通信システムに極めて重要であるので、分散リップルが少なく、挿入損失が比較的少ない、且つ既に配備されている種々の異なる種類の光ファイバが示す色分散を補償できる簡単な、調整自在の分散補償装置が有れば、ビット速度／伝達距離比と、光ファイバで運ばれるＷＤＭチャネルのチャネル数との両方を増大するのに極めて有利であろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】  本発明は色分散を可調整量として発生し、光ファイバシステムの色分散の補償に供する方法及び装置を提案するものである。【００１４】  本発明の一目的は、分散リップルの少ない色分散補償を提供することにある。【００１５】  本発明のもう一つの目的は、挿入損失の比較的少ない色分散補償を提供することにある。【００１６】  本発明のもう一つの目的は、実用的な色分散補償を提供することにある。【００１７】  本発明のもう一つの目的は、光ファイバ通信システムにおいて既に配備されている又は将来配備される種々の異なる種類の光ファイバの示す種々の異なる種類の色分散を補償できる色分散補償を提供することにある。【００１８】  本発明のもう一つの目的は、ビット速度／伝達距離比を大きくする色分散補償を提供することにある。【００１９】  本発明のもう一つの目的は、光ファイバの運ぶＷＤＭチャネルのチャネル数を増大する色分散補償を提供することにある。【００２０】  本発明のもう一つの目的は、ＧＶＤと分散勾配の両方を同時に補償する色分散補償を提供することにある。【００２１】  本発明のもう一つの目的は、光ファイバを伝搬する全波長範囲に亘ってＧＶＤと分散勾配の両方を同時に補償する色分散補償を提供することにある。【００２２】  本発明のもう一つの目的は、非線形効果を受け難い色分散補償を提供することにある。【００２３】  本発明のもう一つの目的は、異なる空間モード間で光の変換を要しない色分散補償を提供することにある。【００２４】  本発明のもう一つの目的は、モード分散を受け難い色分散補償を提供することにある。【００２５】  本発明のもう一つの目的は、占有する空間が比較的小さい色分散補償装置を提供することにある。【００２６】  本発明のもう一つの目的は、コストパフォーマンスの高い光通信システム用色分散補償を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】  本発明は簡単に云うと、光通信システムの性能を高めるのに適した光学的色分散補償装置及びその操作方法である。好適な実施態様において、この色分散補償装置には、光通信システムに含まれる光ファイバの一端から放出されるような、複数の周波数を含有する、空間的に発散する光ビームを受け取るためのコリメーティング手段が備わる。このコリメーティング手段は、空間的に発散する光ビームを、大半（大部分）が平行化した光ビームに変換し、これを放出する。【００２８】  色分散補償装置はまた、コリメーティング手段から大半平行化光ビームを受け取るための入射窓を提供する光フェーザ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｈａｓｅｒ）を備える。この光フェーザ（光学整相器）は、受け取った光ビームを帯域化パターンに角分散し、これを放出する。このようにして、光フェーザの受け取る光ビームは帯域に分離され、特定の帯域内の特定周波数をもつ光が同一帯域内の他の周波数の光から角変位されるようにする。【００２９】  色分散補償装置は最後に、光フェーザから放出される帯域化パターンの角分散光を受け取る光反射手段を備える。この光反射手段はこの光を反射して光フェーザを通して戻し、これが入射窓の近傍で光フェーザから出射するようにする。【００３０】  これ等及び他の目的、特徴及び利点は、種々の図面図に示す好適な実施態様に関する以下の詳細な記載から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】  図４は本発明による光学的色分散補償装置の実施例を示し、これを一般参照符号６０で表している。分散補償装置６０は一実施例において、コリメーティング（平行化）手段６１と光フェーザ６２と光反射手段６６の三つの構成部を備える。以下、より詳細に説明する光フェーザ６２は、入射窓６３と２つの平行面６４及び６５を備える。これも以下、より詳細に説明する光反射手段６６は、光集束素子６７と、光集束素子６７の焦点面の近傍に位置付けられた曲面ミラー６８を備える。【００３２】  図５Ａに示すように、コリメーティング手段６１の一優先実施例ではコリメータ７１が備わり、これが光ファイバ３０の一端から放出される、空間的に発散する光ビームを受け取る。当業者には明らかなように、光ファイバ３０の端部から放出される光は、光ファイバ３０を通ることにより２つの直交する面に分極されている場合がある。コリメータ７１は光ファイバ３０の一端から放出される空間発散光ビームを平行化ビーム７２に変換し、この平行化ビーム７２はコリメータ７１から放出されるとき、これ等２つの直交する偏光を保持している。平行化ビーム７２は複屈折板７３に当たり、この複屈折板７３は入射平行ビーム７２を、偏光が直交する２つの空間的に区別可能な成分７４及び７５に分離する。偏光７４をもつ光は第１の半波長板７６を通り、この半波長板は光を回転して、両ビームの偏光が同一平面内にあるようにする。偏光が同一平面にある両光ビームはプリズム７７に当たり、このプリズムが両ビームを僅かに角分散するようにする。僅かに角分散した両ビームは第２の半波長板７８に当たり、この半波長板が両ビームの偏光を９０°回転する。【００３４】  図５Ｂに示すコリメーティング手段６１のもう一つの実施例はプリズム７７の代わりにバルク回折格子７７ａを用い、同様の量の角分散を得る。バルク回折格子７７ａを備える、コリメーティング手段６１のこの代替的実施例では、第２の半波長板７８は省かれている。【００３５】  コリメーティング手段６１がプリズム７７を用いるか、バルク回折格子７７ａを用いるかを問わず、コリメーティング手段６１は下により詳細に説明するように大半平行化光ビームを放出する。尚、波長が限られた範囲にあるか、光ファイバが比較的短いシステムのような、分散勾配の制御は重要でない光輸送システムにおいては、プリズム７７又はバルク回折格子７ａを除いても、分散補償装置６０の性能には殆ど影響が無い。更に、光ファイバ３０を出る光が、単一の平面偏光を保つレーザや他の種の装置から直接入射する光のように、偏光が判然としていれば、図５Ａ及び図５Ｂに夫々示す光学装置が著しく簡単化できることは当業者には理解されよう。【００３６】  コリメーティング手段６１から放出される光は入射窓６３を通して光フェーザ６２に入り、平行面６４と６５の間で光フェーザ６２の長さ方向の前後に反射される。図５Ａ及び図５Ｂに夫々示すコリメーティング手段６１の何れの実施例の光学装置も、入射面に対して直角に、入射窓６３に入射するビームに対して偏光を設定する。入射窓６３に入射する光が分極しているため、光フェーザ６２内で臨界角に近い入射角で面６５に入射する光ビームは、たとえ面６５に光学被膜が設けられていなくても、殆どが面６５で反射されよう。【００３７】  現在の光通信システムに用いるため、光フェーザ６２は固体シリコンの板とするのが良いが、
１．    光フェーザ６２を伝搬する光を透し、且つ
２．    屈折率が周囲媒体より大きい
他のどんな物質から成るようにしても良い。光フェーザ６２の２つの平行面の一方、即ち面６４は好ましくは反射率の高い薄膜、例えば入射光の波長において反射率が９８％を超える薄膜で被覆すると良い。従って、面６４をここでは「反射性面」と呼ぶ。他の面６５は研磨したものが良いが、部分反射性の薄膜、例えば入射光の波長において反射率が約８０％の薄膜で被覆するようにしても良い。面６５はここでは「デフラクティブ（ｄｅｆｒａｃｔｉｖｅ）面」と呼ぶ。【００３８】  入射窓６３を構成する固体光フェーザ６２の一隅は面取りして斜縁としてある。面取りした入射窓６３には反射防止膜が被覆されていて、ビームの光フェーザ６２への入射を容易にしている。入射窓６３を通して光フェーザ６２に略垂直入射で入った後、ビームは光フェーザ６２のデフラクティブ面６５に逐次当たる毎に二分される。上に説明したように、各ビームの殆どは面６５に当たると、光フェーザ６２内で内側に反射する。面６５で反射されない各ビームの部分は屈折により面６５を通して光フェーザ６２を出る。光フェーザ６２を構成するとき、面６５に当たる各ビームが臨界角より僅かに小さい入射角θを向くようにすると良い。従って、光フェーザ６２のこの構成は、面６５における光の屈折が、デフラクティブ面６５に対する法線から４５°を上回る角度νでの斜め出射の近傍で生じることを意味する。面６５で屈折する各ビームのその部分は光フェーザ６２の２つの平行面６４と６５との間で前後反射を続け、面６５にビームが当たる度にビームの一部が光フェーザ６２から屈折して出る。ビームがデフラクティブ面６５に出会う毎に、ビームの小部が屈折により光フェーザ６２を出る。引き続く反射間の光路遅れΔｐが光フェーザ６２に入る光の波長λの整数倍に等しければ、面６５を出る全ビーム間に強めあう干渉が生じる。【００３９】
【数１】
2005533282.tif 000003
【００４０】  または【００４１】
【数２】
2005533282.tif 000004
【００４２】  光フェーザ６２の角分散能力は下の関係式（３）で与えられ、式（２）から得られる。【００４３】
【数３】
2005533282.tif 000005
【００４４】  φが臨界角に近いと、面６５を通って出る光に対して光フェーザ６２が生ずる角分散は大きい。大きな角分散はまた、光フェーザ６２の面６５の法線にφが近い場合にも実現できる。面６５から放出される光を後者のように向き付けることは、ＶＩＰＡの平行面５８から放出される光の向き付けに対応する。【００４５】  光フェーザ６２とＶＩＰＡは同様の角分散能力を有するが、両者の回折パターンは著しく異なる。図６Ａに概略的に示すように、ＶＩＰＡの平行板５８内のビーム胴は、角度φと光エネルギーの損失の両方を同時に小さくするためには極めて小さくなければならない。従って、一定の光波長に対して、平行板５８内の細いビーム胴の生ずる屈折ビームは角分散が大きい。云いかえれば、ＶＩＰＡによる回折光のエネルギーは多数次に分散する。次数の異なるビームの回折特性は異なるため、ＶＩＰＡに付いて前記したように、分散補償に用い得るのは回折次数の一つのみである。従って、ＶＩＰＡは本来的に損失の大きい装置である。また、光フェーザ６２内のビーム胴の幅は光フェーザ６２の厚みｈに近似する。このように光フェーザ６２内のビーム幅が広いと、面６５で屈折する光のエネルギーは、図６Ｂに概略的に示すように特定の波長のどんな光ビームに対しても、単一次数に集まる。【００４６】  多数のＷＤＭチャネルを含む光通信システムにおいて色分散を補償するためには、光フェーザ６２内のビーム入射角θを次の式に従って設計すると良い。【００４７】
【数４】
2005533282.tif 000006
【００４８】  光フェーザ６２の屈折率が波長に依存していることに注意したい。従って、入射角θは波長と共に変化する。特に、各ＷＤＭチャネルの光毎に特定の入射角θｉが存在する。光フェーザ６２内の光ビームの角拡大は、コリメーティング手段６１のプリズム６２又はバルク回折格子による角分散により可能になる。本実施例で優先されるように、入射角θが全内部反射角に近ければ、光フェーザ６２が関係式（３）で示すように特定波長で大きな角分散を生ずるだけでなく、光フェーザ６２はコリメーティング手段６１の角分散を増幅する。角分散が増幅されるなら、分散リップルを少なくする手段がもたらされることになる。【００４９】  コリメーティング手段６１から光フェーザ６２に入る光の損失を少なくし、且つ光フェーザ６２の面６５を出る、特定波長の任意のビームの回折パターンにおいて好ましくは一次数、場合によっては数字数を生成するため、コリメーティング手段６１により生成される角分散、即ちコリメーティング手段６１により放出されるビームのコリメーションが、平行面６４及び６５に直角な板の面において、以下の関係式（５）によるビーム胴ｗ０を有するようにすると良い。【００５０】
【数５】
2005533282.tif 000007
【００５１】  上の関係式（５）に従ってコリメーティング手段６１から放出される光ビームが平行化されると、入射窓６３に当たる大半平行化光ビームのエネルギーの５０％余が、光フェーザ６２から帯域化パターンで放出される角分散光における特定周波数のどんな光ビームに対しても、３未満の回折次数に確実に回折する。【００５２】  光フェーザ６２の代替的実施例数種を図７Ａ〜７Ｆに示す。光フェーザ６２のこれ等種々の代替的実施例において、入射窓６３は図４に示すようにベベル面（斜面）、又は図７Ｄ〜７Ｆに示すように平行面６４及び６５から突出するプリズム８２によって形成することができる。プリズム８２の入射窓６３に入る光はプリズム８２内部で反射してから初めて、平行面６４及び６５の一方に当たる。これ等種々の代替的実施例に対して示しているように、反射面６４は高反射率薄膜で被覆されているか、部分的に、即ち或る程度透明である。面６４が部分的に透明であれば、光フェーザ６２が示す光損失は大きくなる。だが、そのような光フェーザ６２の構成において、面６４から漏れる光は性能監視のために用いることができる。尚、平行面６４及び６５の反射率を特殊コーティングにより偏光非依存とすれば、光フェーザ６２の入射窓６３に当たる光のコリメーティング手段６１による偏光制御は不要となる。【００５３】  前記のように、光反射手段６６の優先実施例は光集束素子６７と、光集束素子６７の焦点面の近傍に設ける曲面ミラー６８を備える。光集束素子６７は、図４に示すようにレンズで良い。或いはまた、図８Ａに示すように凹面ミラーを用い、折り返し構成とした光反射手段６６における光集束素子６７としても良い。光集束素子６７は、光フェーザ６２の面６５から放出される回折ビームの方向に沿って、図８Ｂに示すように面６５から光集束素子６７の一焦点距離ｆだけ離して位置付けると良い。【００５４】  光反射手段６６の優先実施例において、光フェーザ６２の面６５から出る光ビームは光集束素子６７により集光され、光集束素子６７の焦点面の近傍に位置付けられる曲面ミラー６８に投射される。曲面ミラー６８により反射されて戻るビームは光反射手段６６、光フェーザ６２を通して経路を反転し、入射窓６３を通って出射し、コリメーティング手段６１のコリメータ７１を通って進む。好ましくは、図９Ａの平面図に示すように、光集束素子６７を分散補償装置６０の対称面に対して直角に僅かに傾動することにより、コリメータ７１を通って戻る光を、それを通って入る光から空間的に分離すると良い。或いはまた、図９Ｂに示すように、コリメータ７１を通って共線的に戻る光をサーキュレータ８６により、コリメータ７１に入る光から分離することもできる。図９Ｂではサーキュレータ８６が光ファイバ３０とコリメーティング手段６１の間にあるものとして示されているが、サーキュレータ８６をコリメーティング手段６１と光フェーザ６２の間に挿入しても良い。【００５５】  分散補償装置６０により生成される色分散βは、下に示す関係式（６）に従う。【００５６】
【数６】
2005533282.tif 000008
【００５７】  Ｒは凸面ミラーに対しては正、凹面ミラーに対しては負として定義されている。一定の回折角ν及び一定の焦点距離ｆに対して関係式（６）は、分散補償装置６０によって発生される色分散が曲面ミラー６８の曲率に正比例することを示している。特に、曲面ミラー６８の曲率を調整することにより、特定の光送信システムの色分散を、それを通る光の特定波長に対して完全に消去することが常にできる。【００５８】  更に、コリメーティング手段６１のプリズム７７又はバルク回折格子７７ａにより導入される小さな角分散は、光フェーザ６２の面６５から出る種々の波長の光ビームを角分散する帯域化パターンを生成する。即ち、光フェーザ６２は、種々の光波長をもつＷＤＭチャネルを僅かに異なる角度で回折する。更に、帯域化パターンの各特定帯域内の特定周波数をもつ光は、その同一帯域内の他の周波数の光から角変位される。更に、光フェーザ６２により発生される角分散光の帯域化パターンは、特定帯域内の中心周波数に対する角変化率が、他の帯域の中心周波数に対する角変化率とは異なることを示す。従って、図１０に概略的に示すように光集束素子６７は、各ＷＤＭチャネルの光のこの帯域化パターンを、光集束素子６７の焦点面に位置付けられる曲面ミラー６８上の特定位置に投射する。【００５９】  曲面ミラー６８が光集束素子６７の焦点面に亘って変化する曲率をもつ場合、光集束素子６７による帯域化パターンの曲面ミラー６８上の特定位置への投射を有利に活用することができる。曲率が適宜変化する曲面ミラー６８を用いることにより、分散補償装置６０は、光ファイバ３０を伝搬する全ＷＤＭチャネルを補償できるようになる。図１１は、種々の異なる種類の商業的に入手可能な光ファイバ３０に対してＧＶＤと分散勾配とを完全に補償する分散補償装置の典型的実施例による曲面ミラー６８の好適な形状を示している。
【産業上の利用可能性】
【００６０】  分散補償装置の一実施例において、光フェーザ６２は厚み約１ｍｍのシリコン板から成る。図７Ａ〜７Ｆに示す光フェーザ６２の種々の実施例では、入射窓６３はこの板の外面に形成されている。反射面６４には金被膜が設けられ、屈折面６５は研磨されている。光フェーザ６２内のビーム入射角θは約１６°であり、光集束素子６７の焦点距離は約１００ｍｍである。【００６１】  本発明の分散補償装置６０には、既存の分散補償装置に無い利点と特徴がいくつか有る。【００６２】  第１に、分散補償装置６０によれば、ＧＶＤと分散勾配の両方の制御が可能になる。即ち、一定の長さの任意の光ファイバ３０に対しても、折り返しミラー６８の曲率を適宜選ぶことによりそのＧＶＤを補償することができ、曲率の変化量を適宜選ぶことによりその分散勾配を補償することができる。【００６３】  第２に、特定の波長をもつどんな光ビームも、略平行になって光フェーザ６２内に入ると、回折光のエネルギーは数個の回折次数に集まり、通過帯域幅が広く、処理量損が最小になる。例えば、本発明の分散補償装置の示す０．５ｄＢ帯域幅は、直隣接するチャネルが１００ＧＨｚ離間するＷＤＭシステムで、４０ＧＨｚ余である。【００６４】  第３に、関係式（６）によれば、分散補償装置６０の生成するＧＶＤと分散勾配は折り返しミラー６８の曲率と共に線形に変化する。従って、光学系のＧＶＤと分散勾配を完全に補償する曲面ミラー６８の形状は、光ファイバ３０の種類によって独自に決まり、光ファイバ３０の長さと共に線形に変化する。従って、図１１において、曲率を種々異にする種々の曲面ミラー６８のグラフ表示に随伴する縦軸は種々の光ファイバ３０の長さに正規化されている。【００６５】  第４に、分散補償装置６０は、例えば折り返しミラー６８の半径を次の関係式（７）に従って設定することにより、分散勾配を最小にするように設計することができる。【００６６】
【数７】
2005533282.tif 000009
【００６７】  式（７）による曲面ミラー６８を備える分散補償装置６０は、
１．    未冷却のレーザからの光のように、波長が不安定、又は
２．    直接変調レーザからの光のように、スペクトルが広い
場合の光通信システムにおける色分散の補償に有用となる。【００６８】  最後に、分散補償装置６０は、光通信システムを伝搬する光に分散リップルをもたらすことが殆ど無い。従って、分散補償装置６０は末端の色分散の補償と共に、長距離光ファイバシステムのインライン色分散の補償に用いることができる。長距離光ファイバシステムのインライン色分散補償のためには、多数の分散補償装置６０を光ファイバ３０と直列に、光ファイバ３０に沿う離間した位置に設ける。例えば、図１２は、本発明の分散補償装置６０を光ファイバ３０に沿って互いに８０ｋｍ離間して設けたものにより、４０００ｋｍのファイバを含む１０Ｇｂｐｓの光ファイバ送信システムをシミュレートしたものを表す目視図である。当業者には明らかなように、図１２の目視図は色分散による劣化を殆ど示していない。【００６９】  以上本発明を現在のところ好ましい実施例に付いて述べてきたが、かかる開示は純粋に例示的であり、限定的に解釈されるべきでないことが理解されるべきである。例えば、上記分散補償装置６０の実施例はプリズム７７又はバルク回折格子７７ａを備え、コリメーティング手段６１を出て、入射窓６３に当たる光を角分散するようにすると良い。だが、冒頭の請求の範囲における請求項が包括する分散補償装置６０がかかる角分散素子を必須要件として含むように解釈させるべきではない。前記のように、分散勾配の補償が重大ではない分散補償装置６０の応用例では、略平行の光ビームを生成して、光ファイバ３０と光フェーザ６２とを効率的に連結する他の任意の種のモードカプラをコリメーティング手段６１として用いることができる。そのようなカプラは簡単に、標準的なオプティカルカプラでも良い。【００７０】  上記のように、光フェーザ６２の入射窓６３は反射防止膜で被覆するようにすると良い。だが、冒頭の請求の範囲における請求項が包括する分散補償装置６０がかかる被膜を必須要件として含むように解釈させるべきではない。必要なことは、光フェーザ６２の入射窓６３が、それに入射する光の波長において単に部分透過性でなければならないことである。【００７１】  本発明の上記実施例において、複屈折板７３と半波板７６、７８は光ファイバ３０から受け取る光ビームを偏光し、しかる後、適宜偏光の光ビームがプリズム７７と光フェーザ６２に入射して、それにより角分散される。だが、冒頭の請求の範囲に包括される分散補償装置６０はこれ等特定の偏光成分の使用に限らないものと解釈されるべきである。分散補償装置６０の要するところは単に、適宜偏光された光ビームが光フェーザ６２の入射窓６３に入射するようにすることである。【００７２】  更に、上記のように、光フェーザ６２の平行面６４及び６５が被膜でそれぞれ被覆して、ビーム偏光に不感応な反射率をもつようにして良い。そのような被膜を平行面６４及び６５に設けると、入射窓６３に当たる光ビームは偏光の制御を要せず、複屈折板７３や半波板７６、７８のような偏光制御成分をコリメーティング手段６１から除くことが出来る。同様に、光学的効率を高めるため、複屈折被膜を光集束素子６７に設け、レンズを通る光の損失を少なくするようにすると有利である。光学的効率のためには、曲��ミラー６８に反射性の高い被膜を設けるようにしても良く、有利である。【００７３】  上記のように、光フェーザ６２の面６５と光集束素子６７の間隔を、光集束素子の焦点距離ｆに等しくすると良い。だが、冒頭の請求の範囲で包括される分散補償装置６０はこのような特定の形状大きさに限らない。下により詳細に説明するように、この距離は調整自在にしても良い。【００７４】  一般に、本発明の装置により生成される色分散は、次の関係式（８）でその形状大きさに関係付けられる。【００７５】
【数８】
2005533282.tif 000010
【００７６】  上記ｕ又はＲ又はｕ及びＲを調整することにより、本発明による可同調分散補償装置６０を具現することができる。ｕの調整のため、分散補償装置６０の一優先実施例では、図４に矢印６９で示すように光反射手段６６を並進移動テーブル上に設置する。或いはまた、曲面ミラー６８の曲率半径を調整可能にしても良い。【００７７】  曲面ミラー６８を調整可能にするのに用い得る方法は多数有る。一つの方法は、弾性曲げ力を曲面ミラー６８に対して、図４に矢印７０で示す方向に加えることである。そのような曲げ力は押しネジによる等、機械的に発生することができる。或いはまた、このような力を微細電気機械的システムによる等、静電的又は電磁的に発生しても良い。ミラーをバイメタル材から形成するなら、曲面ミラー６８を熱的に調整することもできる。最適のミラー形状は、剛性が変化するように曲面ミラー６８を形成するか、曲面ミラー上の多数箇所に曲げ力を加えるか、これ等両技術を組み合わせることにより得ることができる。曲率が一様でない、光集束素子６７の焦点面近傍に位置付けた曲面ミラー６８を、光集束素子６７の光軸を横断する方向に並進移動、即ち光集束素子６７の焦点面に沿って並進移動させるようにして、曲面ミラー６８の曲率を調整することができる。また、特定の形状を有する曲面ミラー６８を形状の異なる別のもので置き換えることによって、曲面ミラー６８の曲率を調整できる。【００７８】  従って、発明の精神と範囲を逸脱せず、発明の種々の変更、集成及び／又は代替的用途が、以上の開示を読了した当業者に確実に示唆されよう。従って、以下に記載の請求項は、本発明の真の精神及び範囲に入る全ての変更、修正又は代替を包括するものと解釈されるよう意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１Ａ】光通信システムにおける色分散を減少するための特殊分散補償光ファイバを用いる従来の色分散補償技術を示す概略図である。
【図１Ｂ】光通信システムにおける色分散を減少するための、モード変換器と高モード分散補償光ファイバを用いる従来の色分散補償技術を示す概略図である。
【図２】光通信システムにおける色分散を減少するためのファイバブラッグ格子を用いる従来の色分散補償技術を示す概略図である。
【図３Ａ】光通信システムにおける色分散を減少するためのバルク回折格子及び光反射装置を用いる従来の色分散補償技術を示す概略図である。
【図３Ｂ】光通信システムにおける色分散を減少するため、ＶＩＰＡを用いて大きな角分散を生じる従来の色分散補償技術を示す概略図である。
【図４】光連結手段と光フェーザと光反射手段を備える、本発明による色分散補償装置の一実施例を示す概略図である。
【図５Ａ】本発明の一実施例である、図４に示すプリズムベース光連結手段を平面図で示す概略図である。
【図５Ｂ】本発明のもう一つの実施例である、図４に示すバルク回折格子ベース光連結手段を示す概略図である。
【図６Ａ】単一波長を有する光ビームに対して従来技術のＶＩＰＡで生成される回折パターンを示す概略図である。
【図６Ｂ】単一波長を有する光ビームに対して本発明による光フェーザで生成される回折パターンを示す概略図である。
【図７】図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆは本発明による光フェーザの典型的実施例の種々の異なる構成を示す概略図である。
【図８Ａ】光反射手段が光集束手段として凹面ミラーを用いる本発明の一実施例を示す概略図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施例における光集束手段及び光反射手段の光フェーザに対する位置を示す概略図である。
【図９Ａ】本発明の一実施例による、色分散補償光を通信システムに連結して戻す方法を示す概略図である。
【図９Ｂ】本発明による、色分散補償光を通信システムに連結して戻すもう一つの方法を示す概略図である。
【図１０】多数のＷＤＭチャネルを含む入射光ビームの、本発明の実施例による図４、８Ａ及び９Ａの光反射ミラーで発生する強度分布を示す概略図である。
【図１１】種々の種類の商業的入手可能な光ファイバが示す色分散を夫々完全に補償する、本発明による図４の光反射ミラーの種々の異なる形状を示す概略図である。
【図１２】本発明による分散補償装置を光ファイバの長さ方向に沿って８０ｋｍ離間して設けた場合に補償される、４０００ｋｍの光ファイバを含む１０Ｇｂｐｓ光ファイバ送信システムのシミュレーションの結果を示す目視図である。
【符号の説明】
【００８０】３０    光ファイバ
３１    特殊分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）
３３    モード変換器
３４    高モードＤＣＦ
３５    モード変換器
４１    サーキュレータ
４２    チャープ格子
５０    バルク回折格子
５１    平行ビーム５
５２    光反射装置
５３    レンズ
５４    ビーム折り返しミラー
５７    円柱レンズ
５８    特殊被覆平行板
６０    光学的色分散補償装置
６１    コリメーティング（平行化）手段
６２    光フェーザ
６３    入射窓
６４    面
６５    面
６６    光反射手段
６７    光集束素子
６８    曲面ミラー
７１    コリメータ
７２    平行化ビーム
７３    複屈折板
７４    偏光
７５    偏光
７６    半波長板
７７    プリズム
７７ａ  バルク回折格子
７８    半波長板
８６    サーキュレータ
【図１Ａ】
2005533282.tif 000011
【図１Ｂ】
2005533282.tif 000012
【図２】
2005533282.tif 000013
【図３Ａ】
2005533282.tif 000014
【図３Ｂ】
2005533282.tif 000015
【図４】
2005533282.tif 000016
【図５Ａ】
2005533282.tif 000017
【図５Ｂ】
2005533282.tif 000018
【図６Ａ】
2005533282.tif 000019
【図６Ｂ】
2005533282.tif 000020
【図７】
2005533282.tif 000021
【図８Ａ】
2005533282.tif 000022
【図８Ｂ】
2005533282.tif 000023
【図９Ａ】
2005533282.tif 000024
【図９Ｂ】
2005533282.tif 000025
【図１０】
2005533282.tif 000026
【図１１】
2005533282.tif 000027
【図１２】
2005533282.tif 000028
【国際調査報告】
2005533282.tif 000029