(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの残留分散を電気信号として補償する電気分散補償器であって、
ストリップ導体の幅が長手方向に不均一に分布し、前記光ファイバの残留分散として分散Ｄおよび分散スロープＳを補償するための前記電気信号の群遅延特性を有する反射型のマイクロストリップ線路から構成され、
前記反射型のマイクロストリップ線路は、Zakharov-Shabat方程式における、スペクトルデータからポテンシャルを導く逆問題に基づく設計法を用いて前記ストリップ導体の幅の分布が設定され、
前記反射型のマイクロストリップ線路の透過端が無反射終端により終端され、前記反射型のマイクロストリップ線路の反射端には、入力と出力を分離するためのサーキュレータまたは方向性結合器が設けられていることを特徴とする電気分散補償器。
【請求項２】
前記スペクトルデータとして、マイクロストリップ線路のスペクトル応答Ｇ（ω）を、下記式
【数１】
0005658991.tif 000014
（ただし、ｊは虚数単位、ωは信号の角周波数、β２は光ファイバの２次伝搬定数、β３は光ファイバの３次伝搬定数、Ｌは光ファイバの長さ、Ｇ＊はＧの複素共役である。）により表し、前記スペクトル応答に対して前記ポテンシャルが導かれていることを特徴とする請求項１に記載の電気分散補償器。
【請求項３】
前記マイクロストリップ線路は、幅方向の一方の側が長手方向に沿った直線状であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気分散補償器。
【請求項４】
前記マイクロストリップ線路は、幅方向の一方の側と他方の側とが対称であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気分散補償器。
【請求項５】
前記マイクロストリップ線路は、メアンダ状であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気分散補償器。
【請求項６】
特性インピーダンスＺ０が２５Ω≦Ｚ０≦３００Ωの範囲内であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気分散補償器。
【請求項７】
伝送帯域の中心波長における分散Ｄが−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ≦Ｄ≦＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内であり、分散スロープＳと分散Ｄとの比Ｓ／ＤであるＲＤＳが−０．０１ｎｍ−１≦ＲＤＳ≦＋０．０１ｎｍ−１の範囲内であり、長さが５０〜５０００ｋｍである光ファイバの残留分散を補償することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気分散補償器。
【請求項８】
前記光ファイバにおける信号光の波長λが１３００ｎｍ≦λ≦１６００ｎｍであ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電気分散補償器。
【請求項９】
前記光ファイバの分散Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満であり、前記反射型のマイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれて群遅延量が小さくなる特性を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気分散補償器。
【請求項１０】
信号光を生成する送信部と、前記信号光を伝搬する光ファイバと、前記信号光を受信する受信部とを備えるコヒーレント方式またはＯＳＳＢ方式の光通信システムであって、前記送信部または前記受信部に請求項１〜９のいずれか一項に記載の電気分散補償器を備えることを特徴とする光通信システム。
【請求項１１】
ストリップ導体の幅が長手方向に不均一に分布し、光ファイバの残留分散を電気信号として補償する前記電気信号の群遅延特性を有する反射型のマイクロストリップ線路から構成され、前記反射型のマイクロストリップ線路の透過端が無反射終端により終端され、前記反射型のマイクロストリップ線路の反射端には、入力と出力を分離するためのサーキュレータまたは方向性結合器が設けられている電気分散補償器の設計方法であって、
前記光ファイバの分散Ｄ、分散スロープＳと分散Ｄとの比Ｓ／ＤであるＲＤＳ、および光ファイバの長さＬを、それぞれ非零の値に設定したスペクトルデータを用意し、
Zakharov-Shabat方程式における、スペクトルデータからポテンシャルを導く逆問題に基づく設計法を用いて前記ストリップ導体の幅の分布を設定することを特徴とする電気分散補償器の設計方法。
【請求項１２】
前記スペクトルデータとして、マイクロストリップ線路のスペクトル応答Ｇ（ω）を、下記式
【数２】
0005658991.tif 000015
（ただし、ｊは虚数単位、ωは信号の角周波数、β２は光ファイバの２次伝搬定数、β３は光ファイバの３次伝搬定数、Ｌは光ファイバの長さ、Ｇ＊はＧの複素共役である。）により表し、前記スペクトル応答に対して前記ポテンシャルを導くことを特徴とする請求項１１に記載の電気分散補償器の設計方法。
【請求項１３】
前記光ファイバの分散Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満であり、前記反射型のマイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれて群遅延量が小さくなる特性を有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の電気分散補償器の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの残留分散を電気信号として補償する電気分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の長距離化および高速化が進められるとともに、光ファイバをユーザーの住宅等まで敷設するファイバ・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）サービスが急速に普及している。伝送線路に用いられる光ファイバとしては、伝送帯域で波長分散ができるだけ小さく、かつ非線形効果を抑制するために波長分散が零にならない光ファイバが望ましい。また、既に広範囲に敷設されている光ファイバは、波長分散が大きい波長帯域で使用されることが多い。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（ＳＳＭＦ：Standard Single-Mode Fiber）は、エルビウム添加光ファイバ増幅器の実用化により、波長１．５３〜１．６３μｍ帯で使用される。また、零分散を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バンドだけではなく、ＳバンドやＬバンドで使用されることがある。その他、１．５５μｍ帯で零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）が知られている。これらの光ファイバは、長距離伝送だけでなく、ＦＴＴＨのような中・短距離伝送にも使用されている。高速伝送にとって、光ファイバによる残留分散の補償技術が重要である。
【０００３】
分散補償には、様々な技術が使用されている。光信号の段階で分散補償する技術としては、分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Dispersion Compensation Fiber）が最も実用化された技術である（特許文献１，２参照）。しかし、ＤＣＦは通常、補償の対象となる光ファイバの長さに比べて約５分の１程度の長さが必要であり（例えば特許文献２の段落００４２参照）、リール状に巻回してモジュール化するものの比較的大きな設置面積を必要とするだけでなく、ＤＣＦによる伝送損失も無視できない。また、ＤＣＦの製造には正確な屈折率分布の制御が必要となる上、広帯域伝送に要求される分散補償特性を満足する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）も分散補償に良く用いられる技術の一つである（特許文献３参照）。ＦＢＧは、光ファイバに紫外（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、屈折率変化によるグレーティングを形成することで、分散補償を行う。ＦＢＧは、小型デバイスが実現可能であるが、屈折率変化の制御が難しく、さらに屈折率の変化量に限度があるため、実現可能な分散補償特性に限界がある。また、デバイスの小型化と大量生産にも限界がある。
【０００５】
光平面回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）は、平面に構築された光回路を用いて分散補償を行う。ラティス型ＰＬＣは、その一例である（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、デジタル無限インパルス応答（ＩＩＲ：Infinite Impulse Response）フィルタの原理に基づいているため、実現可能な分散補償特性に限界がある。
【０００６】
アレイ導波路格子（ＡＷＧ：Array waveguide grating）は、分波した信号を波長ごとに行路差を付けて遅延時間を調整することができるため、コリメートレンズを介して再び合波して分散補償する仕組みも考えられている（特許文献４参照）。しかし、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。
【０００７】
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ＶＩＰＡ板と呼ばれる波長分散素子と反射ミラーにより構成されている（特許文献５参照）。このデバイスは、三次元の構造で分散を調整しており、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。
【０００８】
以上説明した光学的な分散補償技術に対して、光ファイバを介して送受信されるベースバンド信号を電気信号処理により分散補償する電気分散補償（ＥＤＣ：Electrical Dispersion Compensation）も開発されている。
【０００９】
フィードフォーワード型の線形等化器は、光ファイバへの送信側にデジタルフィルターを設置し、計算によって光ファイバの分散歪みを補償する（非特許文献２，３参照）。また、フィードバック型の線形等化器は、光ファイバへの受信側にデジタルフィルターを設置して光ファイバの分散歪みを補償する（非特許文献４参照）。しかしながら、フィードフォーワード型とフィードバック型のいずれも、高速信号処理と高速化されたデジタルフィルター技術がベースであり、大変高価であるとともに伝送レートの増加に対処できない。
【００１０】
光伝送においてコヒーレント方式や、光キャリアスペクトルの半分のみを使用する抑圧搬送波単側波帯（ＯＳＳＢ：optical single side-band）方式が用いられた場合、ベースバンド信号の位相歪みの情報が保存されるので、マイクロ波の受動（パッシブ）デバイスを用いてＥＤＣを行うことができる（非特許文献５〜７参照）。しかしながら、これらのデバイスには導波管やマイクロストリップ線路のような透過型デバイスの分散性を使用しており、長距離光ファイバの分散補償に必要なデバイスが非常に長くなる。例えば非特許文献５のＦｉｇ．６や特許文献６の段落００１２には、マイクロストリップ線路を用いたＥＤＣにおいて、約１００ｋｍの光ファイバの分散補償する線路長が２１ｃｍであることが記載されている。また、透過型のＥＤＣデバイスは、光ファイバの分散歪みを正確に打ち消すことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３８５７２１１号公報
【特許文献２】特許第３８１９２６４号公報
【特許文献３】特開２００４−３２５５４９号公報
【特許文献４】特許第３８５２４０９号公報
【特許文献５】特開２００５−２７５１０１号公報
【特許文献６】特許第３１５７２５４号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】K. Takiguchiら、“Dispersion slope equalizer for dispersion shifted fiber using a lattice-form programmable optical filter on a planar lightwave circuit”、Journal of  Lightwave Technology、１９９８年、第１６巻、第９号、ｐ．１６４７−１６５６
【非特許文献２】D. McGhanら、“5120 km RZ-DPSK transmission over G652 fiber at 10 Gb/s with no optical dispersion compensation”、OFC/NFOEC 2005、２００５年３月、ＰＤＰ２７、米国カリフォルニア州アナハイム（Anaheim, CA）
【非特許文献３】Ying Jiangら、“Electronic Pre-Compensation of Narrow Optical Filtering for OOK, DPSK and DQPSK Modulation Formats”、Journal of Lightwave Technology、２００９年、第２７巻、第１６号、ｐ．３６８９−３６９８
【非特許文献４】G. Katzら、“Minimum BER criterion for electrical equalizer in optical communication systems”、Journal of Lightwave Technology、２００６年、第２４巻、第７号、ｐ．２８４４−２８５０
【非特許文献５】K. Iwashitaら、“Chromatic dispersion compensation in coherent optical communications”、Journal of Lightwave Technology、１９９０年、第８巻、第３号、ｐ．３６７−３７５
【非特許文献６】J.H.Winters、“Equalization in coherent lightwave systems using microwave waveguides”、Journal of Lightwave Technology、１９８９年、第７巻、第５号、ｐ．８１３−８１５
【非特許文献７】D.Fonsecaら、“On the use of electrical precompensation of dispersion in optical single-sideband transmission systems”、IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics、２００６年、第１２巻、第４号、ｐ．６０３−６１４
【非特許文献８】Gaobiao Xiaoら、“An effective method for designing nonuniformly coupled transmission-line filters”、IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques、２００１年６月、第４９巻、第６号、ｐ．１０２７−１０３１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、長距離光ファイバに対しても小型なデバイスが実現でき、分散スロープＳを含めて残留分散をより正確に打ち消すことが可能な電気分散補償器およびその設計方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するため、光ファイバの残留分散を電気信号として補償する電気分散補償器であって、ストリップ導体の幅が長手方向に不均一に分布し、前記光ファイバの残留分散として分散Ｄおよび分散スロープＳを補償するための前記電気信号の群遅延特性を有する反射型のマイクロストリップ線路から構成されることを特徴とする電気分散補償器を提供する。
前記反射型のマイクロストリップ線路は、Zakharov-Shabat方程式における、スペクトルデータからポテンシャルを導く逆問題に基づく設計法を用いて前記ストリップ導体の幅の分布を設定することも可能である。
前記反射型のマイクロストリップ線路の透過端が無反射終端により終端され、前記反射型のマイクロストリップ線路の反射端には、入力と出力を分離するためのサーキュレータまたは方向性結合器が設けられていることも可能である。
前記マイクロストリップ線路は、幅方向の一方の側が長手方向に沿った直線状であることも可能である。
前記マイクロストリップ線路は、幅方向の一方の側と他方の側とが対称であることも可能である。
前記マイクロストリップ線路は、メアンダ状であることも可能である。
【００１５】
電気分散補償器の特性インピーダンスＺ０が２５Ω≦Ｚ０≦３００Ωの範囲内であることも可能である。
本発明の電気分散補償器は、伝送帯域の中心波長における分散Ｄが−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ≦Ｄ≦＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内であり、分散スロープＳと分散Ｄとの比Ｓ／ＤであるＲＤＳが−０．０１ｎｍ−１≦ＲＤＳ≦＋０．０１ｎｍ−１の範囲内であり、長さが５０〜５０００ｋｍである光ファイバの残留分散を補償することも可能である。
前記光ファイバにおける信号光の波長λが１３００ｎｍ≦λ≦１６００ｎｍであることも可能である。
また、本発明は、信号光を生成する送信部と、前記信号光を伝搬する光ファイバと、前記信号光を受信する受信部とを備えるコヒーレント方式またはＯＳＳＢ方式の光通信システムであって、前記送信部または前記受信部に上記の電気分散補償器を備えることを特徴とする光通信システムを提供する。
前記光ファイバの分散Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満（すなわち負）である場合、前記反射型のマイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれて群遅延量が小さくなる特性を有することも可能である。
【００１６】
また、本発明は、ストリップ導体の幅が長手方向に不均一に分布し、光ファイバの残留分散を電気信号として補償する前記電気信号の群遅延特性を有する反射型のマイクロストリップ線路から構成される電気分散補償器の設計方法であって、前記光ファイバの分散Ｄ、分散スロープＳと分散Ｄとの比Ｓ／ＤであるＲＤＳ、および光ファイバの長さＬを、それぞれ非零の値に設定したスペクトルデータを用意し、Zakharov-Shabat方程式における、スペクトルデータからポテンシャルを導く逆問題に基づく設計法を用いて前記ストリップ導体の幅の分布を設定することを特徴とする電気分散補償器の設計方法を提供する。
【００１７】
前記スペクトルデータとして、マイクロストリップ線路のスペクトル応答Ｇ（ω）を、
ω≧０のとき、Ｇ（ω）＝ｅｘｐ［ｊ（β２／２×ω２＋β３／６×ω３）Ｌ］、
ω＜０のとき、Ｇ（ω）＝Ｇ＊（−ω）、
（ただし、ｊは虚数単位、ωは信号の角周波数、β２は光ファイバの２次伝搬定数、β３は光ファイバの３次伝搬定数、Ｌは光ファイバの長さ、Ｇ＊はＧの複素共役である。）により表し、前記スペクトル応答に対して前記ポテンシャルを導くことも可能である。
前記光ファイバの分散Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満（すなわち負）である場合、前記反射型のマイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれて群遅延量が小さくなる特性を有することも可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ストリップ導体の幅が長手方向に不均一に分布する反射型のマイクロストリップ線路から電気分散補償器を構成することにより、分散スロープＳを含めて光ファイバの残留分散をより正確に打ち消すことが可能になり、長距離光ファイバに対しても小型なデバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】不均一マイクロストリップ線路の一例を示す模式的斜視図である。
【図２】不均一分布伝送線路の等価回路を説明する回路図である。
【図３】反射型電気分散補償器の構成の一例を示す構成図である。
【図４】送信側で電気分散補償を行う光通信システムの一例を示す構成図である。
【図５】受信側で電気分散補償を行う光通信システムの一例を示す構成図である。
【図６】（ａ）は幅方向に対称なストリップ導体の一例を示す平面図であり、（ｂ）は片側のみが直線状であるストリップ導体の一例を示す平面図である。
【図７】メアンダ状のストリップ導体の一例を示す平面図である。
【図８】実施例１における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。
【図９】実施例１における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。
【図１０】実施例１における反射波の振幅特性を示すグラフである。
【図１１】実施例１における反射波の群遅延特性を示すグラフである。
【図１２】実施例１における初期入力のアイパターンを示すグラフである。
【図１３】実施例１におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。
【図１４】実施例１におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。
【図１５】実施例１における特性インピーダンスを２５Ωとした反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。
【図１６】実施例１における特性インピーダンスを２５Ωとした反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。
【図１７】実施例１における特性インピーダンスを１００Ωとした反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。
【図１８】実施例１における特性インピーダンスを１００Ωとした反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。
【図１９】実施例１における特性インピーダンスを３００Ωとした反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。
【図２０】実施例１における特性インピーダンスを３００Ωとした反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。
【図２１】実施例２における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。
【図２２】実施例２における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。
【図２３】実施例２における反射波の振幅特性を示すグラフである。
【図２４】実施例２における反射波の群遅延特性を示すグラフである。
【図２５】実施例２における初期入力のアイパターンを示すグラフである。
【図２６】実施例２におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。
【図２７】実施例２におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。
【図２８】実施例３における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。
【図２９】実施例３における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。
【図３０】実施例３における反射波の振幅特性を示すグラフである。
【図３１】実施例３における反射波の群遅延特性を示すグラフである。
【図３２】実施例３における初期入力のアイパターンを示すグラフである。
【図３３】実施例３におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。
【図３４】実施例３におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。
【図３５】実施例４における初期入力のアイパターンを示すグラフである。
【図３６】実施例４におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。
【図３７】実施例４におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。
【図３８】実施例５における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。
【図３９】実施例５における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。
【図４０】実施例５における反射波の振幅特性を示すグラフである。
【図４１】実施例５における反射波の群遅延特性を示すグラフである。
【図４２】実施例５における初期入力のアイパターンを示すグラフである。
【図４３】実施例５におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。
【図４４】実施例５におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。
【図４５】実施例６における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。
【図４６】実施例６における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。
【図４７】実施例６における反射波の振幅特性を示すグラフである。
【図４８】実施例６における反射波の群遅延特性を示すグラフである。
【図４９】実施例６における初期入力のアイパターンを示すグラフである。
【図５０】実施例６におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。
【図５１】実施例６におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。
【図５２】実施例７における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。
【図５３】実施例７における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。
【図５４】実施例７における反射波の振幅特性を示すグラフである。
【図５５】実施例７における反射波の群遅延特性を示すグラフである。
【図５６】実施例７における初期入力のアイパターンを示すグラフである。
【図５７】実施例７におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。
【図５８】実施例７におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。
【図５９】実施例８における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。
【図６０】実施例８における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。
【図６１】実施例８における反射波の振幅特性を示すグラフである。
【図６２】実施例８における反射波の群遅延特性を示すグラフである。
【図６３】実施例８における初期入力のアイパターンを示すグラフである。
【図６４】実施例８におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。
【図６５】実施例８におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本形態例の電気分散補償器に用いられる不均一（非均一）マイクロストリップ線路の一例を示す斜視図である。この不均一マイクロストリップ線路１は、接地導体層３と誘電体層４とが積層された基板２の誘電体層４上にストリップ導体５が設けられたマイクロストリップ線路において、ストリップ導体５の幅ｗ（ｚ）が長手方向（図１のｚ方向）に不均一に分布する。
【００２１】
本形態例の電気分散補償器は、不均一マイクロストリップ線路１を反射型のＥＤＣデバイスとして使用する。光伝送がコヒーレント方式やＯＳＳＢ方式による場合、ベースバンド信号の位相歪みの情報が保存されるので、マイクロ波の受動（パッシブ）デバイスを用いてＥＤＣを行うことができる。
【００２２】
ＥＤＣにおいては、光ファイバの残留分散を電気信号として補償する。
光伝送において、ベースバンドの電気信号は、光に変調され、光伝送路である光ファイバを通過することにより、光ファイバの波長分散の影響を受ける。したがって、入出力周波数スペクトルは、次の式（１）のように表すことができる。
【００２３】
【数１】
0005658991.tif 000002
【００２４】
式（１）において、Ｓ（ω）はベースバンドの入力スペクトル、Ｈ（ω）は光ファイバの伝達関数、Ｒ（ω）は出力スペクトルである。また、ωは角周波数である。また、伝達関数Ｈ（ω）は、次の式（２）のように表すことができる。
【００２５】
【数２】
0005658991.tif 000003
【００２６】
ここで、ｊは虚数単位、ωは信号の角周波数、Ｌは光ファイバの長さ、β２は光ファイバの２次の伝搬定数（角周波数ωによる伝搬定数βの２階微分値ｄ２β／ｄω２）、β３は光ファイバの３次の伝搬定数（角周波数ωによる伝搬定数βの３階微分値ｄ３β／ｄω３）である。
これらの係数β２およびβ３は、信号の波長λ、円周率π、光速ｃ＝λω／２π、光ファイバの分散Ｄ、光ファイバの分散スロープＳ＝ｄＤ／ｄλにより、次の式（３）および式（４）のように表すことができる。
【００２７】
【数３】
0005658991.tif 000004
【００２８】
【数４】
0005658991.tif 000005
【００２９】
ヘテロダイン検波のようなコヒーレント方式では、式（２）の逆特性をもつ電気分散補償器を使用すれば、光ファイバの残留分散を打ち消すことができる（非特許文献５参照）。また、ＯＳＳＢ方式では、変調された信号において、キャリアの片側スペクトルを抑制することにより、位相歪みが保存されるので、コヒーレント方式と同様に、式（２）の逆特性をもつ電気分散補償器で分散補償を行うことができる（非特許文献７参照）。
【００３０】
しかしながら、従来の透過型の導波管やマイクロストリップ線路を用いた電気分散補償器では、線路長に対する分散が小さく、光ファイバの分散補償に必要となるデバイスがより大きくなる。例えば、非特許文献５のＦｉｇ．６によれば、１００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ：Single-Mode Fiber）の分散補償に２１ｃｍのマイクロストリップ線路が必要であった。マイクロ波伝送線路の損失を考慮すると、従来の透過型マイクロ波伝送線路による１００ｋｍ以上の光ファイバの分散補償は、現実的ではない。さらに、透過型マイクロ波伝送線路による分散補償は、マイクロ波伝送線路の固有分散に頼った仕組みであり、光ファイバ残留分散を、特に分散スロープＳを含めて残留分散をより正確に打ち消すことが不可能である。さらに、信号の伝送レートが高くなるにつれて、分散補償が一層難しくなる。
これらの従来技術に対して、本発明の電機分散補償器は、図１に示すような不均一マイクロストリップ線路１により構成される反射型デバイスであるので、長距離光ファイバに対しても小型のデバイスが実現できるだけでなく、光ファイバの残留分散を、分散スロープを含めて正確に補償することができる。
【００３１】
図２に、不均一マイクロストリップ線路１の等価回路を示す。図２において、ｖは、位置ｚにおける線路電圧、ｖ＋Δｖは、位置ｚ＋Δｚにおける線路電圧、ｉは、位置ｚにおける線路電流、ｉ＋Δｉは、位置ｚ＋Δｚにおける線路電流、Ｌは、位置ｚにおける単位長さ当りのインダクタンス、Ｃは、位置ｚにおける単位長さ当りのキャパシタンスを表す。
【００３２】
図２に示す等価回路より、位置ｚおよび時間ｔの関数として表される線路電圧ｖ（ｚ，ｔ）と線路電流ｉ（ｚ，ｔ）との間に、次の式（５）で表される関係が成り立つ。
【００３３】
【数５】
0005658991.tif 000006
【００３４】
ただし、Ｌ（ｚ）およびＣ（ｚ）は、それぞれ位置ｚの関数として表される伝送線路における単位長さ当りのインダクタンスおよびキャパシタンスである。ここで、次の式（６）で定義される関数φ１（ｚ、ｔ）およびφ２（ｚ、ｔ）を導入する。
【００３５】
【数６】
0005658991.tif 000007
【００３６】
ここで、Ｚ（ｚ）は、局所特性インピーダンスであり、φ１（ｚ、ｔ）は、＋ｚ方向に伝搬する電力波振幅であり、φ２（ｚ、ｔ）は、−ｚ方向に伝搬する電力波振幅である。
式（６）をｖおよびｉについて解き、その結果を式（５）に代入し、さらに∂φ１／∂ｚおよび∂φ２／∂ｚについて解くと、ｃ（ｚ）＝Ｚ（ｚ）／Ｌ（ｚ）として、次の式（７）が得られる。
【００３７】
【数７】
0005658991.tif 000008
【００３８】
ここで、時間因子をｅｘｐ（ｊωｔ）と置き、次の式（８）で表される変数変換を行うと、式（９）で表されるZakharov-Shabat方程式が得られる。
【００３９】
【数８】
0005658991.tif 000009
【００４０】
【数９】
0005658991.tif 000010
【００４１】
ただし、式（９）において、ｑ（ｘ）は、次の式（１０）で定義されるポテンシャルである。
【００４２】
【数１０】
0005658991.tif 000011
【００４３】
Zakharov-Shabat方程式における逆問題とは、上記式（９）を満足する解のスペクトルデータからポテンシャルｑ（ｘ）を合成することであり（非特許文献８参照）、本形態例における不均一伝送線路の設計も、上記のZakharov-Shabatの逆散乱問題を解くことに帰着される。すなわち、次の式（１１）で与えられるスペクトル応答Ｇ（ω）に対して、ポテンシャルｑ（ｘ）が求められれば、局所特性インピーダンスＺ（ｘ）は、次の式（１２）のように求められる。
【００４４】
【数１１】
0005658991.tif 000012
【００４５】
【数１２】
0005658991.tif 000013
【００４６】
なお、式（１１）において、虚数単位ｊ、角周波数ω、光ファイバの長さＬ、２次の伝搬定数β２、３次の伝搬定数β３の定義は、上述の式（２）で表される伝達関数Ｈ（ω）に使用されるものと同じである。
また、局所特性インピーダンスＺ（ｚ）は、ｘからｚに変数変換したときとは逆に、ｚからｘに変数変換すれば求めることが可能である。
【００４７】
本形態例の電気分散補償器によれば、従来の透過型マイクロ波伝送線路からなるＥＤＣに比べて小型な構成でも、分散と分散スロープを補償することができるので、光ファイバ伝送路の残留分散をより正確に打ち消すことができる。この電気分散補償器を用いた光通信システムは、残留分散の大きい長距離伝送であっても、ＥＤＣを非常に安価に構成でき、高価な光分散補償デバイスやデジタルフィルターを使用することなく、高速伝送を実現できる。また、ＦＴＴＨのような短距離・中距離通信網においても、より安価な光通信システムを構成することができる。
【００４８】
図１に示すように、マイクロストリップ線路１は、接地導体層３とストリップ導体５との間に、厚さｈと比誘電率εｒの誘電体層４が介在した構造である。
グランドとなる導体層３としては、例えば銅箔や銅箔膜などの導体層が挙げられる。
誘電体層４としては、特に限定されるものではないが、例えばＭｇＯやＡｌ２Ｏ３等の無機物や絶縁樹脂等の有機物が挙げられる。
ストリップ導体５を構成する導体層としては、例えば銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）や合金等の箔、鍍金、蒸着膜などを用いることができる。導体層は、複数層の積層体でもよい。導体層のパターニングは、例えば露光マスクを用いたフォトリソグラフィなどを用いることができる。
【００４９】
反射型の電気分散補償器２０は、図３に示すように、幅の不均一なストリップ導体１１を有する反射型のマイクロストリップ線路１０の透過端１４が無反射終端１６により終端され、マイクロストリップ線路１０の反射端１３には、入力と出力を分離するためのサーキュレータまたは方向性結合器１５が設けられた構成とすることができる。サーキュレータ１５としては、マイクロ波サーキュレータが挙げられる。
【００５０】
本形態例の電気分散補償器は、信号光を生成する送信部と、信号光を伝搬する光ファイバと、信号光を受信する受信部とを備えるコヒーレント方式またはＯＳＳＢ方式の光通信システムにおいて、送信部に電気分散補償器を設けて行うプリ分散補償、受信部に電気分散補償器を設けて行うポスト分散補償のいずれにも好適に使用可能である。
【００５１】
図４に、ＯＳＳＢ方式においてプリ分散補償を行う光通信システムの構成例を示す。
送信部は、光源３１と、変調信号を発生する信号発生器３２と、変調信号のプリ分散補償を行う電気分散補償器３３と、光源３１からの出射光を変調信号により変調する光変調器３５とを備え、変調した光信号を光ファイバ３６に入力する。電気増幅器３４を用いると、電気分散補償器３３による信号の減衰を補うことができる。
光伝送路は、光ファイバ３６の光信号を増幅する光増幅器３７を所定の間隔で備える。図４において破線で囲み“Ｎ  ｓｅｃｔｉｏｎｓ”と添えた範囲は、複数繰り返される１つの区間を表している。
受信部は、光フィルタ３８を介して光信号を受光するフォトダイオード３９と、フォトダイオード３９により光電変換された電気信号を検出する信号検出器４０を備える。
なお、図４は、ＯＳＳＢ方式におけるプリ分散補償の構成例を例示するが、コヒーレント方式でも送信部に電気分散補償器を設けることにより、プリ分散補償を行うことができる。
【００５２】
図５に、ＯＳＳＢ方式においてポスト分散補償を行う光通信システムの構成例を示す。
送信部は、光源４１と、変調信号を発生する信号発生器４２と、光源４１からの出射光を変調信号により変調する光変調器４３とを備え、変調した光信号を光ファイバ４４に入力する。
光伝送路は、光ファイバ４４の光信号を増幅する光増幅器４５を所定の間隔で備える。図５において破線で囲み“Ｎ  ｓｅｃｔｉｏｎｓ”と添えた範囲は、複数繰り返される１つの区間を表している。
受信部は、光フィルタ４６を介して光信号を受光するフォトダイオード４７と、フォトダイオード４７により光電変換された電気信号を処理する電気フィルタ４８と、信号のポスト分散補償を行う電気分散補償器４９と、分散補償された信号を検出する信号検出器５１を備える。電気増幅器５０を用いると、電気分散補償器４９による信号の減衰を補うことができる。
なお、図５は、ＯＳＳＢ方式におけるポスト分散補償の構成例を例示するが、コヒーレント方式でも受信部に電気分散補償器を設けることにより、ポスト分散補償を行うことができる。
【００５３】
マイクロストリップ線路は、図６（ａ）に示すように、ストリップ導体５の幅方向の一方の側と他方の側とが対称であってもよい。この場合、中央線を長手方向に沿った直線状としてマイクロストリップ線路を形成することができる。
マイクロストリップ線路は、図６（ｂ）に示すように、ストリップ導体５の幅方向の一方の側が長手方向に沿った直線状であり、他方の側の形状変化によって幅分布ｗ（ｚ）が設けられていても良い。
マイクロストリップ線路は、全体が直線状であっても良く、必要に応じて湾曲させても良い。
マイクロストリップ線路は、図７に示すように、メアンダ状であっても良い。なお、図７では、作図の便宜上、幅分布ｗ（ｚ）を無視してマイクロストリップ線路１のストリップ導体５を図示している。メアンダ状の場合、線路長さに対して基板の長さを抑えることができ、デバイスの寸法を小さくすることができる。ストリップ導体５の湾曲部を除く直線部は、図６（ａ）または図６（ｂ）に示す形状とすることができる。
【００５４】
本形態例の電気分散補償器は、システム全体でインピーダンスを整合させるため、適宜の特性インピーダンスを有するように設計することが好ましい。特性インピーダンスＺ０は、例えば２５Ω≦Ｚ０≦３００Ωの範囲内から選択することができる。
本形態例の電気分散補償器は、伝送帯域の中心波長における分散Ｄが−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ≦Ｄ≦＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内であり、分散スロープＳと分散Ｄとの比Ｓ／ＤであるＲＤＳが−０．０１ｎｍ−１≦ＲＤＳ≦＋０．０１ｎｍ−１の範囲内であり、長さが５０〜５０００ｋｍである光ファイバの残留分散を補償することも可能である。
光ファイバにおける信号光の波長λは、特に限定されないが、例えば１３００ｎｍ≦λ≦１６００ｎｍの範囲内から選択することができる。
分散補償する周波数帯域幅は、特に限定されるものではないが、例えば０〜４０ＧＨｚである。
【００５５】
本形態例の電気分散補償器によれば、後述する実施例７，８に示すように、周波数が高くなるにつれ、群速度が速く（群遅延量が小さく）なり、周波数に対する群遅延の傾き（ｐｓ／ＧＨｚ）が負である遅延特性が得られ、しかも、低周波信号が０ＧＨｚ付近まで通過可能である。この場合、光ファイバの伝送帯域の長波長側（低周波数側）が電気信号の低周波数側に対応し、光ファイバの伝送帯域の短波長側（高周波数側）が電気信号の高周波数側に対応するような光電変換をして、分散Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満（すなわち負）の光ファイバからなる伝送路を分散補償するために好適である。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００５７】
（実施例１）
実施例１として、波長１５５０ｎｍにおいて、分散Ｄ＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１である長さ１０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は１７０００ｐｓ／ｎｍ（波長１５５０ｎｍにおいて−１３６．２４ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは５７．８ｐｓ／ｎｍ２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが２０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．５、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図８は、厚さｈ＝１ｍｍ、比誘電率εｒ＝１０の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図９は、図８に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約２３ｃｍと小型である。
図１０および図１１は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図１１に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約１３６ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
図１２、図１３および図１４は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図１４に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。
【００５８】
（実施例１において特性インピーダンスを変更した例）
上記設計は、特性インピーダンスを５０Ωとした例を示したが、特性インピーダンスは特に限定されるものではなく、システムに要求される特性インピーダンスに合わせることができる。
図１５および図１６は、特性インピーダンスを２５Ωとして設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布および形状をそれぞれ示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約２１ｃｍと小型である。
図１７および図１８は、特性インピーダンスを１００Ωとして設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布および形状をそれぞれ示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約２４ｃｍと小型である。
図１９および図２０は、特性インピーダンスを３００Ωとして設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布および形状をそれぞれ示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約４８ｃｍと小型である。
いずれも、厚さｈ＝１ｍｍ、比誘電率εｒ＝１０の誘電体層を備える基板を用いた場合であり、その他の条件も、特性インピーダンス以外は、同じにした。
【００５９】
（実施例２）
実施例２として、波長１５５０ｎｍにおいて、分散Ｄ＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１である長さ１０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は１７０００ｐｓ／ｎｍ（波長１５５０ｎｍにおいて−１３６．２４ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは５７．８ｐｓ／ｎｍ２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが実施例１より狭い帯域である１０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．５、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図２１は、厚さｈ＝１ｍｍ、比誘電率εｒ＝１０の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図２２は、図２１に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約１６ｃｍと小型である。
図２３および図２４は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図２４に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約１３６ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
図２５、図２６および図２７は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図２７に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。
【００６０】
（実施例３）
実施例３として、波長１５９０ｎｍにおいて、分散Ｄ＝２．９５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝０．０１８ｎｍ−１である長さ２０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は５９００ｐｓ／ｎｍ（波長１５９０ｎｍにおいて−４９．７５ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは１０６．２ｐｓ／ｎｍ２である。
光伝送方式は、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが４０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．４、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図２８は、厚さｈ＝１ｍｍ、比誘電率εｒ＝１０の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図２９は、図２８に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ２０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約１８ｃｍと小型である。
図３０および図３１は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図３１に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約５０ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
図３２、図３３および図３４は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図３４に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ２０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。
【００６１】
（実施例４）
設計の中心波長と異なる近傍の波長でもＥＤＣが使用可能であるかを検証するため、実施例１により波長１５５０ｎｍに合わせて設計したＥＤＣを、波長１５５５ｎｍで使用した。なお、この波長は、周波数間隔１００ＧＨｚのＩＴＵグリッドでは、５チャンネルも長波長側に位置するチャンネルに相当する。本実施例において、波長１５５５ｎｍにおける分散Ｄは、１７．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。
図３５、図３６および図３７は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図３７に示すように、信号波長が設計波長と異なる場合でも、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。
すなわち、このＥＤＣは、設計波長の近傍のチャンネルでも使用できる。
【００６２】
（実施例５）
実施例５として、波長１５５０ｎｍにおいて、分散Ｄ＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１である長さ１０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は１７０００ｐｓ／ｎｍ（波長１５５０ｎｍにおいて−１３６．２４ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは５７．８ｐｓ／ｎｍ２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが実施例１より広い帯域である３０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．３、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図３８は、厚さｈ＝０．６３５ｍｍ、比誘電率εｒ＝１０．２の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図３９は、図３８に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約３５ｃｍと小型である。
図４０および図４１は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図４１に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約１３６ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
図４２、図４３および図４４は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図４４に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。図４４は、実施例１の図１４に比べると、より広い周波数帯域での分散補償を考慮した分、口が開いたアイパターンになっている。
【００６３】
（実施例６）
実施例６として、波長１５５０ｎｍにおいて、分散Ｄ＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１である長さ１００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は１７００ｐｓ／ｎｍ（波長１５５０ｎｍにおいて−１３．６２ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは５．７８ｐｓ／ｎｍ２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが２０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．５、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図４５は、厚さｈ＝０．５０８ｍｍ、比誘電率εｒ＝２．２の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図４６は、図４５に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ１００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約８．５ｃｍと小型である。
図４７および図４８は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図４８に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約１３．６ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
図４９、図５０および図５１は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図５１に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。
【００６４】
（実施例７）
実施例７として、波長１３００ｎｍにおいて、分散Ｄ＝−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝−０．０４ｎｍ−１である長さ５０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は−１００００ｐｓ／ｎｍ（波長１３００ｎｍにおいて５６．３７ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは４００ｐｓ／ｎｍ２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが２０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．５、システムの特性インピーダンスが７５Ωとして、設計を行った。図５２は、厚さｈ＝０．６３５ｍｍ、比誘電率εｒ＝１０．２の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図５３は、図５２に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ５０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約１７ｃｍと小型である。
図５４および図５５は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図５５に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約−５６ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
なお、図５５の遅延特性は従来技術の透過型のマイクロストリップ線路などの分散特性を利用する透過型デバイス（非特許文献５〜７）で実現できない。透過型のマイクロストリップ線路は、通常周波数が高くなるにつれ、群速度が遅く（群遅延量が大きく）なる特性をもち、本件のように周波数が高くなるにつれ、群速度が速く（群遅延量が小さく）なる特性が得られない。また、空洞導波管は周波数が高くなると、群速度が速くなるが、カットオフ周波数があり、低周波信号が通過できない。本件の反射型マイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれ、群速度が速く（群遅延量が小さく）なり、群遅延スロープ（ｐｓ／ＧＨｚ）が負である遅延特性が得られる上、低周波信号が０ＧＨｚ付近まで通過可能であり、分散補償が可能な帯域幅をより広くすることができる。
図５６、図５７および図５８は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図５８に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ５０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。
【００６５】
（実施例８）
実施例８として、波長１３００ｎｍにおいて、分散Ｄ＝−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝−０．０４ｎｍ−１である長さ１０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は−２０００ｐｓ／ｎｍ（波長１３００ｎｍにおいて１１．２７ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは８０ｐｓ／ｎｍ２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが２０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．８、システムの特性インピーダンスが７５Ωとして、設計を行った。図５９は、厚さｈ＝０．６３５ｍｍ、比誘電率εｒ＝１０．２の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図６０は、図５９に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約３．３ｃｍと小型である。
図６１および図６２は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図６２に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約−１１ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
なお、図６２の遅延特性は従来技術の透過型のマイクロストリップ線路などの分散特性を利用する透過型デバイス（非特許文献５〜７）で実現できない。透過型のマイクロストリップ線路は、通常周波数が高くなるにつれ、群速度が遅く（群遅延量が大きく）なる特性をもち、本件のように周波数が高くなるにつれ、群速度が速く（群遅延量が小さく）なる特性が得られない。また、空洞導波管は周波数が高くなると、群速度が速くなるが、カットオフ周波数があり、低周波信号が通過できない。本件の反射型マイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれ、群速度が速く（群遅延量が小さく）なり、群遅延スロープ（ｐｓ／ＧＨｚ）が負である遅延特性が得られる上、低周波信号が０ＧＨｚ付近まで通過可能であり、分散補償が可能な帯域幅をより広くすることができる。
図６３、図６４および図６５は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図６５に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。
【符号の説明】
【００６６】
１…不均一マイクロストリップ線路、２…基板、３…接地導体層、４…誘電体層、５…ストリップ導体、１０…反射型のマイクロストリップ線路、１１…不均一ストリップ導体、１３…反射端、１４…透過端、１５…サーキュレータまたは方向性結合器、１６…無反射終端、２０…電気分散補償器。
【図１】
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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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