(57)【要約】【課題】光ファイバの長手方向に沿って電気抵抗が変化する抵抗膜を配置し、通電によりチャープブラッググレーティングを加熱する技術では、分散特性を任意に変化させることが困難である。【解決手段】光ファイバ１１中に形成されたチャープファイバブラッググレーティング１２の長さ方向に沿って、光ファイバ１１の上下または左右に接触して独立に温度調整の可能な複数の温調素子１３、１４を備える。独立に温度調整可能な複数の温調素子１３、１４を用いて光ファイバ１１を加熱することにより、チャープファイバブラッググレーティング１２に温度勾配を与えることができ、分散特性を任意に制御することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャープブラッググレーティングを形成された光ファイバと、前記チャープブラッググレーティングの長さ方向に沿って配置され、前記光ファイバの上下または左右に接触して独立に温度調整の可能な複数の熱源とを備えたことを特徴とする可変分散補償モジュール。
【請求項２】
前記光ファイバの上下または左右に接触する複数の熱源のうち、一方の側の熱源により１次関数的な温度分布を与え、他方の側の熱源により２次関数的な温度分布を与えることを特徴とする請求項１記載の可変分散補償モジュール。
【請求項３】
前記光ファイバを固定する有底溝を有する基板を備え、前記有底溝の深さを前記光ファイバの直径に略等しく設定して、前記有底溝の上下に前記熱源を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の可変分散補償モジュール。
【請求項４】
前記光ファイバを固定する貫通溝を有する基板を備え、前記基板の厚さを前記光ファイバの直径に等しく設定して、前記貫通溝の上下に前記熱源を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の可変分散補償モジュール。
【請求項５】
前記光ファイバを固定する貫通溝を有する基板を備え、前記基板の厚さを前記光ファイバの直径よりも大きく設定して、前記貫通溝内の前記光ファイバの上下にエアギャップを形成し、前記貫通溝の上下に前記熱源を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の可変分散補償モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス波形整形等の機能を有する波長分散補償技術に関し、特に、超高速の光ファイバ通信に用いられる可変分散補償モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバ通信は、幹線系はもとより、メトロ系やアクセス系への導入が進められている。現在多く敷設されている１．３ミクロン帯ゼロ分散ファイバにおいて１．５ミクロン帯の波長の光を用いて伝送を行う場合、光ファイバには１７ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ程度の波長分散があるため、伝送距離が長くなる場合や、伝送速度がさらに高速になる場合には、光信号の劣化を防ぐために伝送路全体としての分散値を少なくするための分散補償技術が必要となる。さらに、伝送速度が大きくなり、フェムト秒クラスの光パルスを用いるような場合には、温度等による環境変化に対応する動的な分散補償技術が求められる。
【０００３】
動的な分散補償の従来例として、チャープファイバブラッググレーティングに対して動的に調整可能なチャープを導入する試みの１つが提案されている（例えば、特許文献１参照）。チャープファイバブラッググレーティングとは、光ファイバの長軸方向に向かってピッチを連続的に変化させた回折格子のことであり、光ファイバのコア中に形成された屈折率変調構造の周期を連続的に変化させた構造を持つ。ファイバブラッググレーティングは特定の波長の光を反射させる特性を持ち、光ファイバの長軸方向に向かってピッチを連続的に変化させた回折格子を形成することにより、光の波長によって反射位置が異なる素子を構成することができる。この特徴を用いて、チャープブラッグファイバグレーティングと光サーキュレータとを組み合わせることにより、小型で低コストの分散補償器を実現することができる。
【０００４】
図４は調整可能なチャープ回折格子を作製する工程をブロックダイヤグラムとして示してある。図４において、プロセスＡは「回折格子を含む導波路の準備」、プロセスＢは「可変抵抗薄膜による回折格子領域の被覆」、プロセスＣは「デバイスのパッケージ」である。動作を説明すると、プロセスＡで示されるように、第１の工程は光回折格子を含む一定の長さの光導波路を準備することである。導波路は被覆されていないファイバが好ましいが、一様な抵抗の電気的に絶縁された抵抗薄膜を含むことができる。導波路はシングルモードまたはマルチモードでよい。回折格子はブラッグ回折格子または長周期回折格子でよい。次の第２の工程は、プロセスＢに示されるように、導波路を局所的な抵抗が本質的に連続して、回折格子の長さに沿って増すような抵抗材料の薄膜で被覆することである。第３の工程であるプロセス枠Ｃは、必要に応じて行うが、動作のためデバイスをパッケージに入れる作業である。
【０００５】
図５は具体的な構成例として、調整可能なチャープを有する導波路回折格子デバイスの概略断面図を示している。１１０は光ファイバ、１１１は回折格子、１１２は屈折率摂動、１１３は熱変換基体、１１４、１１５は電極、１１６はパワー源である。調整可能なチャープを有する光導波路回折格子は、その長さ方向に沿って温度が変る電気的に制御可能な熱変換基体１１３と熱的に接触した導波路回折格子１１１を含む。熱変換基体１１３は、回折格子１１１に沿って温度勾配を作るため、光ファイバ１１０上に熱を発生させるか、または光ファイバ１１０から熱を除くことができる。一例において、熱変換基体１１３は、局所的な抵抗が回折格子の長さに沿って変化する抵抗被膜である。薄膜を通過する電流は、薄膜の局所的抵抗にほぼ比例する回折格子に沿った温度勾配を発生し、チャープの大きさは電流により調整できる。得られるデバイスは簡単で、コンパクトで、パワーは効率的である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１３７１９７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のチャープブラッググレーティングを作る方法では、あらかじめ与えられる抵抗体の形状により局所的な発熱量は決定され、分散特性を任意に変化させることは困難であるという課題を有していた。また、温度勾配を生じさせる抵抗体は、薄膜の局所的な厚さの変化に応じて抵抗値を変えて発熱量をコントロールする構成となっているが、このような構成では、波長分散（２次分散）よりも高次の分散（３次分散以上）を制御することが困難であるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するもので、分散特性を任意に変化させることができ、また波長分散（２次分散）よりも高次の分散（３次分散以上）を制御することが可能な小型で安定性の高い可変分散補償モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の可変分散補償モジュールは、チャープブラッググレーティングを形成された光ファイバと、前記チャープブラッググレーティングの長さ方向に沿って配置され、前記光ファイバの上下または左右に接触して独立に温度調整の可能な複数の熱源とを備えたことを特徴とする。この構成により、長さ方向に沿って配置された複数の熱源を光ファイバに接触させて熱を加えることにより、チャープブラッググレーティングに温度勾配を与えることができ、分散特性を任意に制御することができる。
【００１０】
また、本発明の可変分散補償モジュールは、前記光ファイバの上下または左右に接触する複数の熱源のうち、一方の側の熱源により１次関数的な温度分布を与え、他方の側の熱源により２次関数的な温度分布を与えることを特徴とする。この構成により、上記の作用効果に加え、波長分散（２次分散）よりも高次の分散（３次分散以上）をも制御することができる。
【００１１】
また、本発明の可変分散補償モジュールは、前記光ファイバを固定する有底溝を有する基板を備え、前記有底溝の深さを前記光ファイバの直径に略等しく設定して、前記有底溝の上下に前記熱源を配置したことを特徴とする。この構成により、光ファイバの破断や変形等を生じるような無理な力が光ファイバにはかからず、安定で機械的な破壊の生じにくい可変分散補償モジュールを実現することができる。
【００１２】
また、本発明の可変分散補償モジュールは、前記光ファイバを固定する貫通溝を有する基板を備え、前記基板の厚さを前記光ファイバの直径に等しく設定して、前記貫通溝の上下に前記熱源を配置したことを特徴とする。この構成により、光ファイバの破断や変形等を生じるような無理な力が光ファイバにはかからず、安定で機械的な破壊の生じにくい可変分散補償モジュールを実現することができる。
【００１３】
また、本発明の可変分散補償モジュールは、前記光ファイバを固定する貫通溝を有する基板を備え、前記基板の厚さを前記光ファイバの直径よりも大きく設定して前記貫通溝内の前記光ファイバの上下にエアギャップを形成し、前記貫通溝の上下に前記熱源を配置したことを特徴とする。この構成により、熱源が直接光ファイバに接触しないため、光ファイバの破断や変形等を生じるような力が光ファイバには全くかからず、安定で機械的な破壊の生じない可変分散補償モジュールを実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における可変分散補償モジュールの構成を示している。図１において、光ファイバ１１は、コア部にチャープファイバブラッググレーティング１２が形成されている。チャープファイバブラッググレーティング１２の長さ方向に沿って、光ファイバ１１の外周の上下（または左右、斜めも含む。）には、独立に温度調整が可能な複数の一対の第１温調素子１３および第２温調素子１４が配置され、第１温調素子１３は第１温度コントローラ１５に接続され、第２温調素子１４は第２温度コントローラ１６に接続されている。光ファイバ１１は任意の固定手段により固定され、第１温調素子１３および第２温調素子１４も任意の固定手段により固定されている。
【００１５】
以上のように構成されたチャープファイバブラッググレーティングの可変分散制御動作について説明する。チャープファイバブラッググレーティング１２がコア中にされた光ファイバ１１の上下には、それぞれ５個の一対のペルチェ素子等の第１温調素子１３および第２温調素子１４が光ファイバ１１の側面に接触して配置されている。各温調素子１３、１４は、それぞれ温度コントローラ１５、１６により温度が個別に調整される。例えば、上側の第１温調素子１３では、温調素子１３ａを２５℃、１３ｂを３０℃、１３ｃを３５℃、１３ｄを４０℃、１３ｅを４５℃のように、隣り合った温調素子間で一定の温度差となるように１次関数的な温度分布を与えられている。また、下側の第２温調素子１４では、温調素子１４ａを２５℃、１４ｂを１０℃、１４ｃを５℃、１４ｄを１０℃、１４ｅを２５℃のように２次関数的な温度分布を与えるように設定されている。このように設定された温度分布を上下の温調素子に対し独立に制御することにより、その合成された温度分布をチャープファイバブラッググレーティング１２に与えることができる。
【００１６】
図２（ａ）は上側の温調素子１３により１次関数形状の温度分布を与えた場合の温度分布と、それによって生じる温度印加前後の群速度遅延を示している。図２（ｂ）は下側の温調素子１４により２次関数形状の温度分布を与えた場合の温度分布と、それによって生じる温度印加前後の群速度遅延を示している。さらに、図２（ｃ）は温調素子１３と温調素子１４の合成温度分布と、それによって生じる温度印加前後の群速度遅延を示している。図２からも明らかなように、上下の温調素子１３、１４だけによる加熱よりも、上下両方の温調素子１３、１４による加熱の方が、分散特性をより任意に細かく制御することができる。
【００１７】
このように、本実施の形態１によれば、チャープファイバブラッググレーティング１２の長さ方向に沿って光ファイバ１１の上下に接触して配置された複数の一対の温調素子１３、１４のうち、上側の温調素子１３により１次関数的な温度分布を与え、下側の温調素子１４により２次関数的な温度分布を与えるようにしたので、チャープファイバブラッググレーティング１２の分散特性を任意に制御でき、また、波長分散（２次分散）よりも高次の分散（３次分散以上）をも制御することができる。
【００１８】
なお、本実施の形態１において、上側もしくは下側一方のみの温調素子に上記の１次関数的な温度分布と２次関数的な温度分布との合成された分布をあらかじめ与えて温度分布制御を行うことも可能である。しかしながら、光ファイバ伝送路の動的な分散補償を行う場合、まずは分散量の大きい２次分散を補償し、次に３次以上の高次分散を補償していく方法を取るため、２次分散補償と３次分散補償とは切り分けられる方法が望ましい。また、光ファイバ長手方向側面の２方向から独立に熱源を接触させる方法は、１方向からの制御よりも、きめ細かな温度分布形状が得られること、温度分布形状制御の任意性が高まること等の優位性がある。
【００１９】
また、本実施の形態１において、チャープファイバブラッググレーティングの帯域、長さ等の構造パラメータや温調素子数や可変温度範囲や温度制御精度等は、動的に補償すべき分散量等の特性に応じて適宜設定し実施することで本発明が有効となることは明らかである。また、チャープファイバブラッググレーティングは、必要に応じて線形チャープや非線形チャープでも良いことは明らかである。
【００２０】
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態２は、上記した可変分散補償モジュールおける光ファイバを保持する構造に関するもので、可変分散補償モジュール自体の構成は図１に示した実施の形態１と同様である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ光ファイバ１１を保持する溝と第１温調素子１３および第２温調素子１４との関係を示す断面図である。
【００２１】
図３（ａ）では、ガラス基板２１に光ファイバ１１の直径に等しい１２５ミクロンの深さの有底溝２２を形成し、チャープファイバブラッググレーティングが形成されている光ファイバ１１を溝に埋め込み、接着材等により固定する。第１温調素子１３および第２温調素子１４は、それぞれ有底溝２２の上下に配置される。有底溝２２の底面のガラス基板２１の厚さは、第２温調素子１４と光ファイバ１１の熱接触がなるべく良くなるように極力薄くする。なお、この有底溝２２は、左右２枚のガラス板２１を対向させて溝を形成し、その下面全体に有底溝２２の底面を構成する薄板ガラスを配置するようにしてもよい。
【００２２】
このように、光ファイバ１１を固定するための有底溝２２の深さを光ファイバ１１の直径付近に設定することにより、上面から第１温調素子１３を光ファイバ１１に接近させても、または接触させても光ファイバ１１の破断や変形等を生じるような無理な力が光ファイバ１１にかかることがなく、安定で機械的な破壊の生じにくい可変分散補償モジュールを実現することができる。
【００２３】
また、図３（ｂ）では、２枚のガラス基板２１の厚さを光ファイバ１１の直径に等しい１２５ミクロンとし、両者でチャープファイバブラッググレーティングが形成されている光ファイバ１１を挟み込むことで貫通溝２３を形成し、接着材等により光ファイバ１１貫通溝２３内に固定する。貫通溝２３の深さはガラス基板２１の厚さとなり、第１温調素子１３と第２温調素子１４とがそれぞれ光ファイバ１１と熱的に接触する。
【００２４】
このように、光ファイバ１１を固定するための貫通溝２３の深さを光ファイバ１１の直径付近に設定することにより、上面から第１温調素子１３を光ファイバ１１に接近させ、下面から第２温調素子１４を光ファイバに接近させても、または接触させても光ファイバ１１の破断や変形等を生じるような無理な力が光ファイバ１１にかかることがなく、安定で機械的な破壊の生じにくい可変分散補償モジュールを実現することができる。
【００２５】
また、図３（ｃ）では、２枚のガラス基板２１の厚さを光ファイバの直径である１５０ミクロンよりも大きい２００ミクロンとし、両者でチャープファイバブラッググレーティングが形成されている光ファイバ１１を挟み込むことで貫通溝２３を形成し、ガラス基板２１の厚さ方向の中心位置に光ファイバ１１が置かれるように配置して接着材等により固定する。第１温調素子１３と第２温調素子１４とがそれぞれガラス基板２１に接触し、第１温調素子１３および第２温調素子１４と光ファイバ１１との間に形成されたエアギャップ２４を介して光ファイバ１１に熱が伝わり温度分布が生じる。
【００２６】
このように、光ファイバ１１を固定するための貫通溝２３の深さを光ファイバ１１の直径よりも大きく設定して、貫通溝２３内の光ファイバ１１の上下にエアギャップ２４を形成することにより、上下の第１温調素子１３および第２温調素子１４が直接光ファイバ１１に接触せず、光ファイバの破断や変形等を生じるような力が光ファイバ１１にかかることがなく、安定で機械的な破壊の生じにくい可変分散補償モジュールを実現することができる。
【００２７】
なお、本実施の形態２において、ガラス基板２１の種類や温調素子１３、１４の形状等のパラメータは、動的に補償すべき可変分散量や可変精度等の特性に応じて適宜設定し実施することで本発明が有効となることは明らかである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の可変分散補償モジュールは、チャープブラッググレーティングを形成された光ファイバと、チャープブラッググレーティングの長さ方向に沿って配置され、光ファイバの上下または左右に接触して独立に温度調整の可能な複数の熱源とを備えているので、長さ方向に沿って配置された複数の熱源を光ファイバに接触させて熱を加えることにより、チャープブラッググレーティングに温度勾配を与えることができ、分散特性を任意に制御することができる。
【００２９】
また、本発明の可変分散補償モジュールは、上記チャープブラッググレーティングを形成された光ファイバの上下または左右に接触する複数の熱源のうち、一方の側の熱源により１次関数的な温度分布を与え、他方の側の熱源により２次関数的な温度分布を与えるようにしたので、波長分散（２次分散）よりも高次の分散（３次分散以上）をも制御することができる。
【００３０】
さらに、本発明の可変分散補償モジュールは、上記光ファイバを固定する溝を有する基板を備え、溝の深さを光ファイバの直径またはそれよりも少し大きく設定して、溝の上下に熱源を配置したので、光ファイバの破断や変形等を生じるような無理な力が光ファイバにはかからず、安定で機械的な破壊の生じにくい可変分散補償モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における可変分散補償モジュールの概略構成を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態における可変分散補償モジュールの可変分散特性図
【図３】本発明の実施の形態における可変分散補償モジュールの光ファイバと温調素子との接触部の概略断面図
【図４】従来の可変分散補償素子におけるチャープ回折格子を調整するプロセスを示す工程図
【図５】従来の可変分散補償素子の構成を示す概略断面図
【符号の説明】
１１  光ファイバ
１２  チャープファイバブラッググレーティング
１３  第１温調素子
１４  第２温調素子
１５  第１温度コントローラ
１６  第２温度コントローラ
２１  ガラス基板
２２  有底溝
２３  貫通溝
２４  エアギャプ
１１０  光ファイバ
１１１  回折格子
１１２  屈折率摂動
１１３  熱変換基体
１１４  電極
１１５  電極
１１６  パワー源
【図１】
2004191510.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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