(57)【要約】【課題】２つ以上のモードのモード伝搬特性の選択に基づいて調節することが可能な分散補償装置を提供すること。【解決手段】基本的装置構造は、基本モードならびに１つまたは複数の高次モード（ＨＯＭ）をサポートするファイバの２つ以上の区画を有する。ＨＯＭファイバは切り換え可能な空間モード変換器（ＭＣ）によって互いに接続される。ＭＣは、例えば、長周期ファイバ・グレーティング（ＬＰＧ）、結合型導波路装置、自由空間位相遅延素子、微小電子機械装置、または音響−光学結合器で作製されることが可能である。ＭＣは、入来するいかなる空間モードもＨＯＭファイバ内でいずれか１つの他の導波モードに変換するように組み立てられる。切り換えは、歪力、温度、電子−光学もしくは非線形光学効果、あるいはＭＣを組み立てるのに使用される光学材料の屈折率を変えるいかなる他の物理的効果によっても達成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　ａ．少なくとも第１のコア導波モードと第２のコア導波モードをサポートし、長さＬ１を有する第１所定長光ファイバ、
　ｂ．少なくとも第１のコア導波モードと第２のコア導波モードをサポートし、長さＬ２を有する第２所定長光ファイバ、
　ｃ．第１のコア導波モードと第２のコア導波モードの間で光を変換するためにＬ１の入力部に結合された第１のモード変換器（ＭＣ）手段、
　ｄ．第１のコア導波モードと第２のコア導波モードの間で光を変換するためにＬ１の出力部とＬ２の入力部の間に結合された第２のＭＣ手段、
　ｅ．第１のコア導波モードと第２のコア導波モードの間で光を変換するためにＬ２の出力部に結合された第３のＭＣ手段、
　ｆ．およびＭＣ手段の各々を、コア導波モードを通す状態から第１のコア導波モードと第２のコア導波モードの間の変換を行なう状態へと独立して切り換える手段を含む光学装置。
【請求項２】
　Ｌ１とＬ２が等しくない、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
　各所定長光ファイバ中の第１のコア導波モードが同じモードに相当する、請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
　ａ．各所定長ファイバが少なくとも２つのコア導波モードをサポートする、所定長Ｌ１〜ＬＮの光ファイバの列、
　ｂ．Ｌ１〜ＬＮ列の間で交互に位置するモード変換器（ＭＣ）のＭＣ１〜ＭＣＮ＋１の列、
　ｃ．各ＭＣを、コア導波モードを通す状態からコア導波モードの変換を行なう状態へと独立して切り換える手段を含む光学装置。
【請求項５】
　所定長Ｌ１〜ＬＮの光ファイバの列が異なる長さを有し、それらの長さがＬ１の倍数である、請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
　各々のモード変換器が、
　ｉ．ＴＡＰを有し、かつ少なくとも第１のコア導波モードと第２のコア導波モードを有する所定長の光ファイバ、
　ｉｉ．第１のコア導波モードの光を第２のコア導波モードへと変換し、かつ該所定長光ファイバ内でＬＰＧを含む手段、および
　ｉｉｉ．該所定長光ファイバの少なくとも一部分の屈折率を調節する手段を有する、請求項４に記載の光学装置。
【請求項７】
　ＬＰＧがグレーティング周期Λを有し、かつΛが５％以内までＴＡＰに相当する、請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】
　ＭＣを切り換えるための手段が温度制御手段である、請求項４に記載の光学装置。
【請求項９】
　ＭＣを切り換えるための手段が歪力である、請求項４に記載の光学装置。
【請求項１０】
　ＭＣを切り換えるための手段が非線形光学の手段である、請求項４に記載の光学装置。
【請求項１１】
　ＭＣを切り換えるための手段が音響−光学の手段である、請求項４に記載の光学装置。
【請求項１２】
　ＭＣを切り換えるための手段が応力−光学の手段である、請求項４に記載の光学装置。
【請求項１３】
　ＭＣを切り換えるための手段が電子−光学の手段である、請求項４に記載の光学装置。
【請求項１４】
　請求項４に記載の光学装置と組み合わせになった伝送ファイバを有する光通信システム。
【請求項１５】
　請求項４に記載の光学装置と組み合わせになった伝送ファイバを有し、さらに静的分散補償装置を有する光通信システム。
【請求項１６】
　光学的受信装置が静的分散補償装置と組み合わせになった請求項４に記載の光学装置を有し、光検出器がその後に続く光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は高速光通信システムに関し、さらに特定すると、調整可能な分散補償装置を使用した広帯域多重波長（波長分割多重−ＷＤＭ）伝送媒体内の差動分散の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
　分散補償装置は高速光通信システムの根本的な構成ブロックである。重要な要求項目には低損失および波長分割多重（ＷＤＭ）光波システムの各波長で分散を補償する能力が含まれる。静的な分散補償に加えて、高速光通信システムは調整可能な分散補償装置（ＴＤＣ）をもやはり必要とする。それらは光ファイバ伝送ライン内で分散の変化を相殺することを容易にする。この変化は環境変化（伝送ファイバおよび部品の応力あるいは温度の変化）、非線形位相シフトの変化につながるパワー変動、あるいは様々なＷＤＭチャネルの経路長を変えるネットワークの動的再構成に起因する可能性がある（Ｂ．Ｊ．Ｅｇｇｌｅｔｏｎら、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈ．、１８巻、１４１９頁（２０００年）参照）。場合によっては、伝送ファイバ内の分散の統計的変動、ならびに隣り合う増幅器収納部間の伝送ファイバの長さの統計的変化から生じる可能性もある。
【特許文献１】米国特許第６，１４８，１２７号
【特許文献２】米国特許第６，３３０，３８３号
【特許文献３】米国特許第６，３９２，８０７号
【非特許文献１】Ｂ．Ｊ．Ｅｇｇｌｅｔｏｎら、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈ．、１８巻、１４１９頁（２０００年）
【非特許文献２】Ｃ．Ｋ．Ｍａｄｓｅｎ、Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｎｆ．２００２年、論文番号ＴＵＴ−１およびＦＤ−９
【非特許文献３】Ｓｈｉｒａｓａｋｉら、Ｐｒｏｃ．Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｎｆ．−２０００、ＰＤ−２，３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
　現在まで、いくつかの調整可能もしくは調節可能な分散補償装置が提案および示されてきた。光波信号の分散を調整するためにチャープ型ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）が広く使用されてきた。例えば、装置の分散を変えるために、線形または非線形のチャープを備えたＦＢＧが加熱素子またはラッチ操作可能な磁気歪力によって調整される可能性がある（米国特許第６，１４８，１２７号および第６，３３０，３８３号参照）。１〜１．５ｎｍの帯域幅にわたる約２０００ｐｓ／ｎｍの分散調整範囲がこの技術によって示された。そのような調整可能な装置の限定された帯域幅はその用途を単一のチャネル応用に制限する。ＷＤＭシステムにこの装置を使用することは信号の個別波長チャネルへのデマルチプレキシング、および各チャネルのためのＦＢＧを主体としたＴＤＣの使用を伴ない、極めて高コストになる。単一チャネルＦＢＧ−ＴＤＣの代替品には、３つもしくは４つのチャネルを同時に分散補償することのできる標本ＦＢＧが含まれる。これはＷＤＭシステムで必要となる装置の数を因数３〜４で減少させるが、それでも調整可能な分散管理を導入するのにコスト高な手段であることに変わりはない。さらに、ＦＢＧを利用するすべてのＴＤＣはビット誤り率（ＢＥＲ）パワー・ペナルティにつながる群遅延（ＧＤ）リップル障害に煩わされる。さらに、ＧＤリップルは装置の帯域幅または分散に伴なって増加する。追加的な複雑さは、実際上のＦＢＧを主体とするＴＤＣは全通信帯域にわたる分散補償のためにメートル長さのファイが上のＦＢＧの製造を伴なうであろうということである。そのような長いグレーティングの製造と調整は非実用的と考えられる。
【０００４】
　代替技術は光学フィルタの可変位相応答を使用して分散を調整するものである。４０Ｇｂ／ｓで５００ｐｓ／ｎｍまでの調整範囲を備えたＴＤＣを供給するためにプレーナ型導波路に基づく全透過フィルタが示された（Ｃ．Ｋ．Ｍａｄｓｅｎ、Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｎｆ．２００２年、論文番号ＴＵＴ−１およびＦＤ−９参照）。仮想イメージ位相アレー（ＶＩＰＡ）装置の分散は米国特許第６，３９２，８０７号に述べられたような特別に設計された自由空間ミラーを中継することによって調整することができる。この装置は＋／−８００ｐｓ／ｎｍの調整範囲を供給することが立証された（Ｓｈｉｒａｓａｋｉら、Ｐｒｏｃ．Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｎｆ．Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｍ．−２０００、ＰＤ−２，３参照）。これらの技術の両方、ならびに光ファイバの位相応答を利用するいくつかの他の技術は波長に関して間欠的であり、その結果、それらがＷＤＭチャネルと符合する間欠性を有するように設計される限り、すべてのチャネルに対する同時の補償を供給することができる。しかしながら、そのような装置のすべては各「通過帯域」内の波長依存性応答に煩わされる。したがって、分散と帯域幅の間の妥協が原因となってこれらの装置は高ビット速度の用途に不適切となる可能性がある。それらはまた、ＦＢＧに基づくＴＤＣと同様にＧＤリップル障害に煩わされる。最後に、位相応答に基づく装置は伝送ファイバ内外の光の結合を必要とし、高損失となる。
【０００５】
　したがって、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）あるいは静的分散補償に一般的に使用される高次モード分散補償モジュール（ＨＯＭ−ＤＣＭ）と同様の光学性能を備えた調整可能もしくは調節可能な分散を提供することのできる装置の必要性が存在する。望ましい特性は低損失、低マルチパス干渉、および無視できるＧＤリップルであって、最も重要なものは波長連続性の応答である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　本発明は、複数モード・ファイバの各空間的モードが異なるモードの分散を有することを実現することに基づく。したがって、そのようなファイバ内で異なる空間的モードを進む光は、伝搬モードおよび使用されるファイバの長さに応じて異なる量の分散を蓄積するであろう。この実現はこの概念を導入する新式の装置構造につながる。基礎的装置構造は、基本モードならびに１つまたは複数の高次モード（ＨＯＭ）をサポートする２つ以上の光ファイバ区画を有する。この特性を備えた光ファイバはしばしば複数モード・ファイバと称される。複数モード・ファイバは切り換え可能な空間モード変換器（ＭＣ）によって互いに接続される。空間モード変換器は、その最も一般的形式では、１つの入来空間モードを別のものに変換する。切り換え可能なモード変換器は或る状態でモード変換を実行するが、他の状態ではいかなる変換もせずに光を通過させることはない。このＭＣは、長周期ファイバ・グレーティング（ＬＰＧ）、結合された導波路装置、自由空間位相遅延素子、または微小電子機械（ＭＥＭｓ）に基づくルータとスイッチを備えて製造される可能性がある。最も一般的な形式では、ＭＣは、いかなる入来空間モードもＨＯＭファイバ内でいずれか１つの他の導波モードへと変換するように組み立てられる。切り換えは、歪力、温度、電子−光学もしくは非線形光学効果、あるいはＭＣ作製に使用される光学材料内の屈折率もしくは物理的経路長を変えるようにはたらくいずれかの他の物理的効果によって達成される。付け加えると、ＭＥＭｓに基づくＭＣのケースでは、ＨＯＭファイバのいかなるモードもそれによってサポートされるいずれか１つの他のモードへと変換するようにはたらく機械的経路決定作用によって切り換えが導入される。
【０００７】
　さらに特定すると、調節可能な高次モード特性（これ以降はＡＨＯＭと称する）を備えた分散補償装置（ＤＣ）は、長さＮのファイバおよびそれらを互いに接続し、かつ入力部と出力部でそれぞれ伝送ファイバに接続するＮ＋１個のＭＣで構成される。Ｎ＋１個のＭＣの切り換え状態の各組み合わせは光波信号によってとられる独自の経路に対応するであろう。これは、各ＭＣの切り換え状態に応じて、ファイバの２つ以上の空間モードのうちの１つを信号が進むからである。したがって、ＭＣ群に関する切り換え状態の様々な置き換えは信号によって蓄積される分散値の多様性につながる。言い換えると、入来光波信号について装置が生じさせる分散の量はＮ＋１個のＭＣのうちの１つまたは複数の切り換え状態を変えることによって単純に変えることができる。
【０００８】
　以前のＴＤＣの手法を上回る第１の利点は、ファイバそれ自体によって分散が供給され、それゆえにＭＣ群によってカバーされるスペクトル帯域を通して波長で連続的であることである。分散がファイバ導波路に起因するので、ＧＤリップルの問題は最小限にされる。調整範囲を大きくすること、または調整過程のサイズを小さくすることは各ＭＣ間のファイバの長さと数の再構成を単純に生じる。こうして、この装置は分散帯域の妥協、あるいは調整範囲または分散度合いによって見積もられる製造条件に煩わされることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　図１を参照すると、図示した配列はＡＨＯＭ装置の包括的な形を表わす。それは長さＬ１のＨＯＭファイバのＳ１〜ＳＮのＮ個のスプールを備えた装置を示しており、各スプールＳはモード変換器の一連ＭＣ１〜ＭＣ１＋Ｎの２つのモード変換器の間に挟まれている。装置に対する入力は１１で示され、出力は１５で示される。ＭＣ装置とファイバのスプールＳＮは１３で示されたスプライスを通じて接続される。点線は、所望の場合の追加的なスプールとモード変換器を示唆している。もしもＨＯＭファイバが異なるモード分散値のＭ通りのモードをサポートする場合、光はＭＮ通りの異なる経路をとることが可能であり、各経路は異なる全体的分散値を生じる。このケースでは、この装置の分散値は次式で与えられ、
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ここでＤＡＨＯＭはＡＨＯＭによって生じる全体的分散であり、Ｄｋ（ｉ）はファイバのｋ番目のモードの分散であり、ｋ（ｉ）は切り換え構成であってそれが、どのＭＣが光をそのｋ番目のモードへと切り換えるかを決定する（ｋは１からファイバによってサポートされる異なる分散値のモードの数、Ｍまでの値をとる）。
【００１０】
　ＡＨＯＭによって達成可能な分散値範囲がＤｒａｎｇｅである場合、この構成はＤｒａｎｇｅ／（ＭＮ−１）個の過程で分散を変えることを可能にする。したがって、ＭおよびＮの比較的小さな値に関すると、達成可能な分散値の極めて微小な粒状性が実現可能である。さらに一般的には、Ｄｋ（ｉ）、スプール長Ｌｉ、モードの数Ｍ、区画の数Ｎの異なる系列の数列は、任意の分散値、分散調整範囲、ならびに分散過程サイズの達成を可能にする複数の装置構造を作り出す。
【００１１】
　本発明のＡＨＯＭ装置のモード変換器構成部分は多様な形式をとることができる。好ましいモード変換器は、本出願と同じ日付で出願したＴＵＮＡＢＬＥ　ＭＯＤＥ−ＣＯＮＶＥＲＴＥＲＳ　ＵＳＩＮＧ　ＦＥＷ　ＭＯＤＥ　ＦＩＢＥＲＳというタイトルの筆者の係属特許出願に記載および権利主張されている。そのモード変換器では、複数モード・ファイバが使用され、基本、もしくは近基本の伝搬モードと次もしくは近くに隣り合う高次モード（ＨＯＭ）の間の結合が為される。両方のモードはコア導波され、すなわちそれらは光ファイバのコアに伝搬し、その結果、ＨＯＭファイバを通る効率的な伝送を保つ。モード結合は長周期グレーティング（ＬＰＧ）を使用して有効化され、モード結合の強さはグレーティングの周期を変えるか、または結合される２つのモードの伝搬定数を変えることによって動的に変えられる。グレーティングの周期はグレーティング素子間の間隔を物理的に変える、例えばグレーティング上の歪力を変えてＬＰＧを物理的に引き伸ばすことによって変えられる。他方で、結合されるモードの伝搬定数は熱−光学、非線形光学、音響−光学、電気−工学、応力あるいはその他の効果といったいかなる物理的効果によっても変えることができ、それはファイバ内のモードの実効屈折率を変えるのに役立つ。ＬＰＧが音響−光学励起によって形成される場合、グレーティングの周期はファイバに印加される音響−光学変調の周波数を変えることによって変えることができる。これらの光ファイバの位相整合曲線で重要な特徴はターンアラウンド・ポイント（ＴＡＰ）の存在である。ＴＡＰで結合するようにＬＰＧのグレーティング周期が選択されると、大きな帯域幅のモード結合が達成される。２つ（またはそれ以上）のモードが本質的に同じ群屈折率を有するとき、光ファイバ内にＴＡＰが存在する。伝搬モードの群屈折率はよく知られ、かつよく定義された光学パラメータである。それは、
　　ｎｇ＝ｎ−λｄｎ／ｄλ　　　　　　　（２）
で表わすことが可能であり、ここでｎｇは群屈折率、ｎは屈折率、λは波長である。
【００１２】
　上記に参照した用途では、複数モード・ファイバに形成された調節可能なＬＰＧはＨＯＭ−ＬＰＧと称される。ＨＯＭ−ＬＰＧの概略図は図２に示されている。光ファイバはコア１５とクラッド層１６を備えて示されている。ＬＰＧは１７で示される。ＨＯＭ−ＬＰＧを調整するための温度制御素子は１８で示される。
【００１３】
　図３を参照すると、曲線２１と２２は、光ファイバ内のＬＰ０１およびＬＰ０２コア導波モードそれぞれについて測定した分散値を示す。１５５０ｎｍで、ＬＰ０２モードはＤ０２＝−１６８．９ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの分散を有し、それに対してＬＰ０１モードはＤ０１＝＋２１．４６ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの分散を有する。
【００１４】
　図４はこのファイバに組み込むことのできるＡＨＯＭ装置の概略を表わす。ファイバ区画の数Ｎ（図１と式１の用語を参照）は６であり、「オン」状態から「オフ」状態に切り換えることのできる７つの（この範例では）同じＭＣによって接続される。「オン」状態では、ＭＣは入来するＬＰ０１モードをＬＰ０２モードへと、またはその逆へと変換する。反対に「オフ」状態では、入来するモードは何らモード変換されることなく伝送される。ファイバの６区画の長さＬｉは、Ｌｉ＝２×Ｌｉ−１となるように配列される。したがって、各スプール内にいずれかのモードで蓄積される分散は前のスプールに蓄積される量の２倍である。最も短いファイバ区画は５０メートルの長さＬｉを有し、装置内で合計のファイバ長さＬｔｏｔａｌ＝３．１５ｋｍを生じる。
【００１５】
　前に示したように、この装置がとることのできる分散値の数は２６＝６４である。さらに、各ファイバ区画は隣りの区画と因数２で長さが異なるので、達成可能な分散値が等間隔であることを示すことができる。光が排他的にＬＰ０１モードで進むときに最大の分散値が得られる。他方で、光が排他的にＬＰ０２モードで進むときに最小の分散値が得られる。
　　Ｄｍａｘ＝Ｄ０１×Ｌｔｏｔａｌ＝＋６７．５９９ｐｓ／ｎｍ　　　　　（３）
　　Ｄｍｉｎ＝Ｄ０２×Ｌｔｏｔａｌ＝−５３２．０３５ｐｓ／ｎｍ　　　　（４）
ここでＤｍｉｎとＤｍａｘはそれぞれ、図４に例示したＡＨＯＭが生じることのできる最小および最大の分散値である。したがって、この装置の分散調整のための最小過程サイズＤｓｔｅｐは以下となる。
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【００１６】
　図５は、６個のＭＣの一連を６４通りの許容される構成のうちの１つへと切り換えることによって得ることのできる（１５５０ｎｍでの）分散値（各々が丸、例えば４１で表わされる）を示す。明らかに、７個のＭＣで連結された６つの区画で３．１５ｋｍのＨＯＭファイバを組み立てることによって１０ｐｓ／ｎｍ未満のステップで６００ｐｓ／ｎｍの大きさの調整範囲が実現可能であることをこれは示している。状態０〜６３は、以下の方式で、ＭＣ群の「オン」および「オフ」状態の特異的な構成へと容易に翻訳することができる。連結されたファイバとＭＣのセットが２の累乗で増加する単調な数列を表わし、ＡＨＯＭの可能な各構成が６ディジットの２進数によって表わされ得ることを実現する。ＬＰ０１モードで光が伝搬する区画に「０」、ＬＰ０２モードで光が伝搬する区画に「１」を割り当てると、（以上に構成された配列から）結果的に得られる２進数を（０〜６３の範囲にわたるであろう）１０進数へと変換することによってＡＨＯＭの分散を単純に引き出すことができる。こうして得られた１０進数ｄについて、装置の分散値ＤＡＨＯＭは、
　　ＤＡＨＯＭ＝Ｄｍａｘ−（ｄ×Ｄｓｔｅｐ）　　　　　　（６）
で与えられる。
【００１７】
　切り換え状態＃５３についてこれらの関係を示すフローチャートが図６に示されており、それは装置の分散値ＤＡＨＯＭ＝−４３６．８５５ｐｓ／ｎｍに相当する。反対に、所望の分散Ｄｔａｒｇｅｔが与えられると、逆の計算が２進数を生じ、それが各ＭＣの切り換え状態を独特に規定する。このフローチャートはＤｔａｒｇｅｔ＝−２００ｐｓ／ｎｍに関して図７に示されている。この目標に関して得られる構成はＤＡＨＯＭ＝−１９８．９ｐｓ／ｎｍを生じる。
【００１８】
　図８は、様々なＭＣ切り換え状態０、１０、２０、３０、４０、５０、６０および６３それぞれに関するこのＡＨＯＭの広帯域分散調整特性を示している。この装置の帯域幅がＭＣの帯域幅によってのみ制限されることに留意すべきである。６０ｎｍを超える帯域幅を備えたＬＰＧ　ＭＣ群を示してきたので、ＧＤリップルのようないかなる付加的な障害も加えずにそのような装置が光通信システムのＣまたはＬ帯域全体をカバーすることは明らかである。付け加えると、この装置の分散調整範囲はスプールのＨＯＭファイバの長さを変えることによって、またはさらに多くの区画を追加することによって変えることが可能である。
【００１９】
　上記で示した範例は２進の長さ数列のＨＯＭファイバの６つの区画（式１でＮ＝６）および２つのモード（式１でＭ＝２）を使用する。多数の別の選択肢となる装置構成が使用される可能性がある。例えば、いかなる所望の分散調整範囲、過程のサイズおよび分散値も達成するように２つよりも多くのモード（Ｍ＞２）、異なる数の区画（Ｎ）、および異なるＨＯＭファイバ長さの数列を装置が使用する可能性がある。場合によっては、ＨＯＭファイバの異なる区画が、異なる分散、分散勾配、および分散曲線特性を備えたＨＯＭファイバを有して、その結果、装置を組み立てる追加的な自由度を生じることも可能である。これらすべては広帯域で調整可能な分散補償装置ばかりでなく、調整可能な分散勾配および／または分散曲線の補償装置を生じることも可能である。最も一般的な構成では、ＡＨＯＭは波長との関係となる分散のいかなる所望の関数的変化も生じるように調整される可能性がある。
【００２０】
　前に述べたように、この装置の重要な構成要素は切り換え可能なＭＣである。筆者の係属出願（前記参照）に記載および権利主張されているＭＣは特に適しているが、別の選択肢のＭＣ装置が使用されることも可能である。これらは中でも、例えば、結合型導波路、位相遅延プレート、ＭＥＭ装置を使用することがあり得る。これらのＭＣ装置は切り換え動作の性能を有していなければならない。歪力、温度または電子−光学もしくは非線形光学変化によって変えることのできる屈折率を有する、装置構造内の光学材料層に含まれることで切り換えが実現される可能性もある。場合によっては、切り換え動作は歪力印加、そうでなければ装置の光学経路長を変えることによって達成されることも可能である。ＬＰＧ群が音響−光学励起によって形成される場合、グレーティングの周期は、ファイバに印加される音響−光学変調の周波数を変えることによって変えることが可能である。
【００２１】
　適切な別の選択肢が図９のシステム規模に示されている。ここでは目的は電子−光学材料、例えばニオブ酸リチウムでＭＣ素子を形成することであり、そこでは便利な電気的切り換え手段を備えた導波路の大きなアレーが集積化可能である。図９は電子−光学、非線形光学、または音響−光学材料の基板９１を示している。基板９１は、図４に示した装置のＭＣ装置ＭＣ１〜ＭＣ７の各々について１つとして、７つの導波路９２ａ〜９２ｇを含む。光ファイバ経路は入力部９３、出力部９４、および光ファイバ・スプール９５ａ〜９５ｆを含む。スプール９５ａ〜９５ｆは図４の装置のスプールＬ１〜Ｌ６に相当する。切り換え素子は９７で示される。それらは導波路内のカップラもしくはグレーティング（図示せず）に被せられた金属フィルム電極を有する。金属フィルム電極は図示したランナーによって適切な電圧源に相互接続される。
【００２２】
　モード変換器との関連で説明した長周期グレーティングは様々な技術によって形成されることが可能である。一般的な手法はドープしたファイバにＵＶ光を使用してグレーティングを書き込むものである。そのようなグレーティングはまた、熱、圧力、またはＵＶ光以外の光に起因する周期指数の変化を導入することによって実現されることも可能である。しかしながら、他の方法もやはり使用される可能性がある。例えば、マイクロベンドを導入したＬＰＧが適切である。これらは音響−光学グレーティング、アーク・スプライサで導入した周期的マイクロベンドで、または必要なグレーティング周期性を有する波型のブロックの間にファイバを押圧することによって実現される可能性もある。
【００２３】
　上記で説明したＡＨＯＭ装置は多くの度合いの設計自由度を有する。これらのうちのいくつかは異なる長さの光ファイバ・スプールの使用に帰することができる。これは２つ（またはそれ以上）の伝搬モード用に選択した相対的経路長に応じて全体的分散値が変えられることを可能にする。光ファイバの長さは、たとえそれらが同じ長さであっても所定のモードに関して異なる分散値を有するように選択もしくは設計されることが可能である。さらに、２つのモードは同じファイバ内で異なる分散値で伝搬するので、ファイバの長さが等しいか、またはほぼ等しい図４のような装置は、それでもなお本発明の利点を提供することが可能である。
【００２４】
　２つよりも多いコア導波モードを使用するシステムに本発明の原理が適用され得ることは明らかなはずである。前述した装置で、装置の各ステージ、すなわち、例えば図４の各長さＬ１〜Ｌ６について同じ２つのモードが想定されている。場合によっては、異なるファイバ区画が使用され、そこでは２つのモードが異なることもあり得る。例えば、装置の一方のステージ用に選択されるモードがＬＰ０１とＬＰ０２である場合、装置の他方のステージ用に選択されるモードがＬＰ１１とＬＰ０２であることも可能である。
【００２５】
　やはり本発明の範囲内にあるものは、多重ＨＯＭ光ファイバ区画を備えたＡＨＯＭ装置であって、そこでは異なる区画は異なるファイバ設計と特性を有する。このケースでは、異なるＨＯＭファイバ内で同じ次数のモードに起因する分散が異なるであろう。これは、調整可能な分散、分散勾配、分散曲線、または波長の関数となる分散のいずれか任意の高次派生物であるいかなる光学特性も供給する装置を生じる。
【００２６】
　本発明によるＡＨＯＭ装置は光通信システムに数多くの用途を有する。図１０はＡＨＯＭ装置によって可能になる光通信システムの１つの好ましい実施形態を示す。図１０ａは光ファイバ伝送ラインの概略を示しており、そこでは光信号は予め決められた長さの伝送ファイバ１０１を通じて伝送され、光学増幅モジュール１０２がその後に続く。光学増幅モジュール１０２はその入力部と出力部それぞれに利得ブロック１０３を有する。利得ブロック１０３は、本発明によるＡＨＯＭ装置１０４、および既存の通信システムで一般に使用される静的分散補償装置（スタティックＤＣ）１０５によって互いに接続される。図１０ｂは類似した光通信システムを示しており、そこでは分散補償のすべてはＡＨＯＭ装置だけによって供給され、スタティックＤＣを必要とせずに済む。予め決められた長さの伝送ファイバを通って伝送された後では、信号は減衰される。それはまた、時間または伝送ファイバの特異的分散特性で変化する可能性のある分散の有意の量を蓄積する。利得ブロックは信号パワーの損失を補償するのに必要な増幅を提供する。ＡＨＯＭ装置は信号によって蓄積された分散を補償するために調整可能な分散を提供する。２つの図式、図１０ａと１０ｂは、ＡＨＯＭ装置がスタティックＤＣによって提供される分散補償の大部分でもって調整可能な分散補正を提供するか、あるいは信号にとって必要な分散補償のすべてを提供するかのいずれかである可能性があることを例示している。
【００２７】
　図１１はＡＨＯＭ装置によって可能となる光通信システムの別の好ましい実施形態を示している。図１１ａは、光学増幅モジュール１１１、その後に続いて、入来光学信号を電気信号へと変換する光学検出機構１１５を有する受信装置の概略を示す。光学増幅モジュール１１１はその入力部と出力部それぞれに利得ブロック１１２を有する。利得ブロック１１２は、本発明によるＡＨＯＭ装置１１３、および既存の通信システムで一般に使用されるスタティックＤＣ１１４によって互いに接続される。図１１ｂは類似した光通信システムを示しており、そこでは分散補償のすべてがＡＨＯＭ装置だけによって供給され、スタティックＤＣを必要とせずに済む。２つの図式、図１１ａと１１ｂは、ＡＨＯＭ装置がスタティックＤＣによって提供される分散補償の大部分でもって調整可能な分散補正を提供するか、あるいは光学検出装置に入る前の信号にとって必要な分散補償のすべてを提供するかのいずれかである可能性があることを例示している。光学検出機構１１５のエレクトロニクス部分は、ＡＨＯＭ装置の分散を変えることによってフィードバック・メカニズムが受信装置の性能を最適化するように、光学増幅モジュール１１１内のＡＨＯＭ装置１１３の電気的制御部に接続されることが可能である。
【００２８】
　本発明の様々な追加的改造が当業者に生じるであろう。本原理および技術を進歩させてきたそれと同等のものに基本的に頼るもので、本明細書の特異的教示から逸脱するものはすべて、記述および権利主張した本発明の範囲内であると考えることが適切である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の分散補償装置の概略を表わす図である。
【図２】図１の分散補償装置に適したモード変換器の概略を表わす図である。
【図３】ＨＯＭファイバのＬＰ０１およびＬＰ０２モードについて測定した分散値を示す、波長に対して分散を記入した図である。
【図４】本発明によるＡＨＯＭの特定の実施形態の概略を表わす図である。
【図５】多数の構成に切り換えられる６個のＭＣの一連について分散値（図中の丸で表わされる）を記入した図である。
【図６】前もって決められた数の伝搬モードを前提とした、本発明の調節可能な分散補償装置の設計手法を例示する図である。
【図７】図６と類似した図であって、目標分散値を前提とした、本発明の調節可能な分散補償装置の設計手法を例示する図である。
【図８】様々な切り換え状態に関して図４の装置の広帯域分散調整特性を示す図である。
【図９】図４のシステムに関して、モード変換器の別の選択肢となる形式および配列の概略を示す図である。
【図１０】図１０ａは、伝送ファイバと、本発明によるＡＨＯＭ装置を有する光通信システムの概略を示す図である。図１０ｂは、伝送ファイバと、本発明によるＡＨＯＭ装置に加えて静的なＤＣを有する光通信システムの概略を示す図である。
【図１１】図１１ａは、本発明によるＡＨＯＭ装置を有する光通信システムの受信装置の概略を示す図である。図１１ｂは、本発明によるＡＨＯＭ装置に加えて静的なＤＣを有し、その後に光学信号を電気信号へと変換する光学検出機構が続く、光通信システムの受信装置の概略を示す図である。
【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】
2004104782.tif 000011
【図８】
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【図９】
2004104782.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月11日(2003.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　ａ．少なくとも第１のコア導波モードと第２のコア導波モードをサポートし、長さＬ１を有する第１所定長光ファイバ、
　ｂ．少なくとも第１のコア導波モードと第２のコア導波モードをサポートし、長さＬ２を有する第２所定長光ファイバ、
　ｃ．第１のコア導波モードと第２のコア導波モードの間で光を変換するためにＬ１の入力部に結合された第１のモード変換器（ＭＣ）手段、
　ｄ．第１のコア導波モードと第２のコア導波モードの間で光を変換するためにＬ１の出力部とＬ２の入力部の間に結合された第２のＭＣ手段、
　ｅ．第１のコア導波モードと第２のコア導波モードの間で光を変換するためにＬ２の出力部に結合された第３のＭＣ手段、
　ｆ．およびＭＣ手段の各々を、コア導波モードを通す状態から第１のコア導波モードと第２のコア導波モードの間の変換を行なう状態へと独立して切り換える手段を含む光学装置。
【請求項２】
　Ｌ１とＬ２が等しくない、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
　各所定長光ファイバ中の第１のコア導波モードが同じモードに相当する、請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
　ａ．各所定長ファイバが少なくとも２つのコア導波モードをサポートする、所定長Ｌ１〜ＬＮの光ファイバの列、
　ｂ．Ｌ１〜ＬＮ列の間で交互に位置するモード変換器（ＭＣ）のＭＣ１〜ＭＣＮ＋１の列、
　ｃ．各ＭＣを、コア導波モードを通す状態からコア導波モードの変換を行なう状態へと独立して切り換える手段を含む光学装置。
【請求項５】
　所定長Ｌ１〜ＬＮの光ファイバの列が異なる長さを有し、それらの長さがＬ１の倍数である、請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
　各々のモード変換器が、
　ｉ．ＴＡＰを有し、かつ少なくとも第１のコア導波モードと第２のコア導波モードを有する所定長の光ファイバ、
　ｉｉ．第１のコア導波モードの光を第２のコア導波モードへと変換し、かつ該所定長光ファイバ内でＬＰＧを含む手段、および
　ｉｉｉ．該所定長光ファイバの少なくとも一部分の屈折率を調節する手段を有する、請求項４に記載の光学装置。
【請求項７】
　ＬＰＧがグレーティング周期Λを有し、かつΛが５％以内までＴＡＰに相当する、請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】
　ＭＣを切り換えるための手段が温度制御手段、歪力手段、非線形光学手段、音響−光学手段、応力−光学手段又は電子−光学手段である、請求項４に記載の光学装置。
【請求項９】
　請求項４に記載の光学装置と組み合わせになった伝送ファイバを有し、さらに静的分散補償装置を有する光通信システム。
【請求項１０】
　光学的受信装置が静的分散補償装置と組み合わせになった請求項４に記載の光学装置を有し、光検出器がその後に続く光通信システム。