(57)【要約】【課題】３次分散とゼロ分散波長を独立に制御可能な分散補償器を提供すること。【解決手段】屈折率変調の周期が一定のチャープ量で互いに逆向きに連続的に変化するファイバグレーティング２、６それぞれ形成した第１光ファイバ１と第２光ファイバ５を使用し、ファイバグレーティング２、６の分散を制御するために行う加熱を、ファイバ長さ方向に沿って２次関数状または１次関数状の温度分布を得るように、それぞれ櫛型電極３ａ、７ａの幅寸法を設定したヒータ３、７を用いて行うので、ヒータ制御部９から櫛型電極３ａ、７ａに印加する温度を制御することにより、２次分散値と３次分散値、または３次分散値と０分散波長を独立に制御することができる。【選択図】  図１
2004191860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率変調の周期が一定のチャープ量で連続的に変化したファイバグレーティングを有する光ファイバと、前記光ファイバを固定する基板と、前記基板上に前記光ファイバに接するように配置されて、前記光ファイバの長手方向に沿ってその中心付近で対称な２次関数状にそれぞれの幅寸法を分布させた櫛型電極を有するヒータと、前記ヒータに供給する電源を制御するヒータ制御部とを備えた分散補償器。
【請求項２】
屈折率変調の周期が一定のチャープ量で連続的に変化したファイバグレーティングを有する光ファイバと、前記光ファイバを固定する基板と、前記基板上に前記光ファイバに接するように配置されて、前記光ファイバの長手方向に沿ってその一端から他端に向かって１次関数状にそれぞれの幅寸法を分布させた櫛型電極を有するヒータと、前記ヒータに供給する電源を制御するヒータ制御部とを備えた分散補償器。
【請求項３】
屈折率変調の周期が一定のチャープ量で連続的に変化したファイバグレーティングを有する第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバを固定する基板と、前記基板上に前記第１の光ファイバに接するように配置されて、前記第１の光ファイバの長手方向に沿ってその中心付近で対称な２次関数状にそれぞれの幅寸法を分布させた櫛型電極を有する第１のヒータと、
屈折率変調の周期が一定のチャープ量で連続的に変化したファイバグレーティングを有する第２の光ファイバと、前記第２の光ファイバを固定する基板上に前記第２の光ファイバに接するように配置されて、前記第２の光ファイバの長手方向に沿ってその一端から他端に向かって１次関数状にそれぞれの幅寸法を分布させた櫛型電極を有する第２のヒータと、
前記第１のヒータおよび第２のヒータに並列に接続されて供給する電源を制御するヒータ制御部と、
前記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバに対し光信号の授受を行う４端子の光サーキュレータとを備え、
前記光サーキュレータの第３端子に前記第１の光ファイバの入出力端が接続され、前記光サーキュレータの第４端子に前記第２の光ファイバの入出力端が接続されていることを特徴とする分散補償器。
【請求項４】
前記第１の光ファイバおよび前記第２の光ファイバのそれぞれのファイバグレーティングの屈折率変調の周期が、互いにチャープ量が等しく、かつチャープの向きが逆となるように設定されていることを特徴とする請求項３記載の分散補償器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分散の補償技術に関し、特に光ファイバ通信に用いられる波長分散補償器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバ通信の光加入者系への導入がすすめられている。低伝送損失である１．５ミクロン帯の光を用いる場合、波長分散があるため、伝送速度が高速になるに従って分散を補償する必要がある。分散補償ファイバや、分散シフトファイバを用いれば波長分散を補償することができるが、多くの場合補償できるのは２次の分散であり、３次の分散（分散スロープ）やさらに高次の分散が残留してしまう。より高速な光通信や、超短パルスを用いる場合はこれらの３次分散（分散スロープ）が伝送距離を制限してしまい、２次分散のみならず３次分散も補償する必要がある。
【０００３】
光ファイバのコア中へ回折格子を形成するファイバ回折格子（ファイバグレーティング）は、ある波長の光を反射する特徴を持ち、光ファイバの長軸方向に向かって回折格子の周期を変化させた回折格子（チャープ回折格子またはチャープファイバグレーティング）を形成することで、光の波長により反射位置が異なる特徴を持った素子を構成することができる。この特性を利用したコンパクトな分散補償器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図３は従来の分散補償器の概略構成を示している。図３において、光ファイバ３１のコア部には、光ファイバ３１の長軸方向に向かって回折格子の周期を変化させたファイバグレーティング３２が形成されている。光ファイバ３１は、基板３３上に載置固定される。基板３３上には多数のヒータ電極３４が光ファイバ３１の長手方向に沿って等間隔に形成され、その上に光ファイバ３１が載置されている。基板３３上のヒータ電極３４は、それぞれヒータ制御部３５に接続されて、光ファイバ３１ひいてはファイバグレーティング３２に印加する温度をコントロールする。
【０００５】
上記のように構成された分散補償器の動作について説明する。光ファイバ３１の入出力端３１ａから入射した光は、ファイバグレーティング３２で反射される。この時、光は、ファイバグレーティング３２のチャープ量によって決まる分散が与えられ、分散の大きさが入射した光の分散量と大きさが等しく符号が逆の場合、分散は補償されて、光ファイバ３１の入出力端３１ａから出射される。ファイバグレーティング３２にヒータ電極３４で温度が印加されると、ファイバグレーティング３２は膨張し、格子の屈折率や周期が変わるため、分散の大きさが変化する。温度の印加がない場合、ファイバグレーティング３２の群遅延特性は、波長に対し直線状の特性となり、２次分散のみを持つ。多数あるヒータ電極３４の温度を１次関数状に分布をつけると群遅延曲線の傾きが変わり、２次の分散を変化させることができ、温度を２次関数状に分布をつけると、群遅延曲線は２次関数状の曲線となり、３次の分散値を変化させることができる。従って、各ヒータ電極３４の温度を制御することにより、２次分散値および３次分散値をコントロールすることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１９６１５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の分散補償器では、多数あるヒータ電極を個々に独立に制御する必要があるため、ヒータ制御部の回路構成が複雑になり、より小型化、低コスト化することが難しいという問題があった。ヒータ電極の個数が少ないと群遅延曲線の曲線上にリップルが生じ、補償の精度が悪くなってしまう。また、従来例では、２次分散と３次分散とをそれぞれ可変にすることができるものの、２次分散を０にして３次分散値のみを可変にすることはできなかった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するのものであり、２次分散値と３次分散値を独立に可変することができる小型で低コストの分散補償器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、本発明の分散補償器は、屈折率変調の周期が一定のチャープ量で連続的に変化したファイバグレーティングを有する光ファイバと、前記光ファイバを固定する基板と、前記基板上に前記光ファイバに接するように配置されて、前記光ファイバの長手方向に沿ってその中心付近で対称な２次関数状にそれぞれの幅寸法を分布させた櫛型電極を有するヒータと、前記ヒータに供給する電源を制御するヒータ制御部とを備えたものである。この構成により、櫛型電極によりファイバグレーティングに印加する温度を２次関数状に分布させることができ、群遅延曲線は２次関数状の曲線となり、３次の分散値を変化させることができる。
【００１０】
また、本発明の分散補償器は、屈折率変調の周期が一定のチャープ量で連続的に変化したファイバグレーティングを有する光ファイバと、前記光ファイバを固定する基板と、前記基板上に前記光ファイバに接するように配置されて、前記光ファイバの長手方向に沿ってその一端から他端に向かって１次関数状にそれぞれの幅寸法を分布させた櫛型電極を有するヒータと、前記ヒータに供給する電源を制御するヒータ制御部とを備えたものである。この構成により、櫛型電極によりファイバグレーティングに印加する温度を１次関数状に分布させることができ、群遅延曲線は直線となり、２次の分散値を変化させることができる。
【００１１】
また、本発明の分散補償器は、屈折率変調の周期が一定のチャープ量で連続的に変化したファイバグレーティングを有する第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバを固定する基板と、前記基板上に前記第１の光ファイバに接するように配置されて、前記第１の光ファイバの長手方向に沿ってその中心付近で対称な２次関数状にそれぞれの幅寸法を分布させた櫛型電極を有する第１のヒータと、屈折率変調の周期が一定のチャープ量で連続的に変化したファイバグレーティングを有する第２の光ファイバと、前記第２の光ファイバを固定する基板上に前記第２の光ファイバに接するように配置されて、前記第２の光ファイバの長手方向に沿ってその一端から他端に向かって１次関数状にそれぞれの幅寸法を分布させた櫛型電極を有する第２のヒータと、前記第１のヒータおよび第２のヒータに並列に接続されて供給する電源を制御するヒータ制御部と、前記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバに対し光信号の授受を行う４端子の光サーキュレータとを備え、前記光サーキュレータの第３端子に前記第１の光ファイバの入出力端が接続され、前記光サーキュレータの第４端子に前記第２の光ファイバの入出力端が接続されていることを特徴とする。この構成により、２個の櫛形電極の電流値をコントロールすることで、２次分散値もしくは０分散波長と３次分散値とをそれぞれ独立に可変に制御し、可変分散補償することができる。
【００１２】
また、本発明の分散補償器は、前記第１の光ファイバおよび前記第２の光ファイバのそれぞれのファイバグレーティングの屈折率変調の周期が、互いにチャープ量が等しく、かつチャープの向きが逆となるように設定されていることを特徴とする。この構成により、２個の櫛形電極の電流値をコントロールすることで、２次分散値もしくは０分散波長と３次分散値とをそれぞれ独立に可変に制御し、可変分散補償することができる。
【００１３】
【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参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態における分散補償器の概略構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の第１ヒータの部分拡大図を示している。図１において、第１光ファイバ１のコア部にはファイバグレーティング２が形成されている。このファイバグレーティング２は、第１光ファイバ１の長手方向に沿って屈折率変調の周期が一定のチャープ量で減少するように連続的に変化している。第１光ファイバ１は、石英、ガラスなどのセラミックまたはポリイミドなどの樹脂材料からなる第１基板４上に載置固定される。第１基板４の第１光ファイバ１が載置される部分には、第１光ファイバ１の長手方向に沿って、幅寸法がその中心付近で対称な２次関数状に分布した、すなわち幅寸法が中心付近から両端側に向かって漸次減少する多数の櫛型電極３ａを有する第１ヒータ３が形成されている。櫛型電極３ａは、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、第１光ファイバ１の下で櫛型電極３ａどうしが連結しており、それぞれの両側部に連結電極３ｂ、３ｃを有する。第１ヒータ３は、金属蒸着または印刷により第１基板４上に形成される。
【００１４】
一方、コア部にファイバグレーティング６が形成された第２光ファイバ５は、第１基板４と同じ材料、大きさに形成された第２基板８上に載置固定されている。このファイバグレーティング６は、第２光ファイバ５の長手方向に沿って屈折率変調の周期が一定のチャープ量で増加するように連続的に変化している。すなわち、第１光ファイバ１および第２光ファイバ５のそれぞれのファイバグレーティング２、６の屈折率変調の周期は、互いにチャープ量が等しく、かつチャープの向きが逆となるように設定されている。第２基板８の第２光ファイバ５が載置される部分には、第２光ファイバ５の長手方向に沿ってその入出力端５ａから他端側に向かって幅寸法が漸次１次関数状に増大するように形成された多数の櫛型電極７ａを有する第２ヒータ７が形成されている。櫛型電極７ａは、櫛型電極３ａと同様に、第２光ファイバ５の下で互いに連結されており、それぞれの両側部に連結電極７ｂ、７ｃを有している。第２ヒータ７は、第１ヒータ３と同様に、金属蒸着または印刷により第２基板８上に形成される。
【００１５】
第１ヒータ３の連結電極３ｂと第２ヒータ７の連結電極７ｂとは、それぞれヒータ制御部９に接続され、第１ヒータ３の連結電極３ｃと第２ヒータ７の連結電極７ｃとは、それぞれ接地されている。したがって、第１ヒータ３および第２ヒータ７は、ヒータ制御部９から並列に電源電流を供給され、その電流値を制御される。また、第１光ファイバ１の入出力端１ａは、４端子の光サーキュレータ１０の第３端子１０ｃに接続され、第２光ファイバ５の入出力端５ａは、光サーキュレータ１０の第４端子１０ｄに接続される。光サーキュレータ１０の第１端子１０ａには分散補償前の光信号が入力され、第２端子１０ｂからは分散補償後の光信号が出力される。
【００１６】
次に、上記のように構成された分散補償器の動作について説明する。波長分散した光は、光サーキュレータ１０の第１端子１０ａから第３端子１０ｃを経て第１光ファイバ１の入出力端１ａから入射してファイバグレーティング２を通過する。ファイバグレーティング２のグレーティングすなわち回折格子は屈折率変調の周期（グレーティングピッチ）が一定のチャープ量で連続的に減少している。入射した光は、このファイバグレーティング２で分散を受けて反射され、再び第１光ファイバ１の入出力端１ａから出射され、光サーキュレータ１０の第３端子１０ｃを経て第４端子１０ｄから出射し、他方の第２光ファイバ５の入出力端５ａから入射してファイバグレーティング６を通過する。ファイバグレーティング６のグレーティングすなわち回折格子は屈折率変調の周期（グレーティングピッチ）が一定のチャープ量で連続的に増加している。入射した光は、ここでもファイバグレーティング６の分散を受けて反射され、入出力端６ａから出射し、再度光サーキュレータ１０の第４端子１０ｄに入射した後に第２端子１０ｂから出力される。したがって、光サーキュレータ１０の第１端子１０ａに入射した光は、ファイバグレーティング２と６の両方の分散を受けて第２端子１０ｂから出力される。
【００１７】
ここで図２を用いて、本実施の形態における分散補償特性について説明する。図２（ａ）は第１光ファイバ１のファイバグレーティング２の群遅延特性を示したものである。第１ヒータ３により温度を印加しない場合は、ファイバグレーティング２のチャープ量により直線１１のような群遅延特性を示すものとする。他方、図２（ｂ）はファイバグレーティング６の群遅延特性を示したものである。こちらも第２ヒータ７による温度印加がない場合は、直線１３のような群遅延特性を示すものとする。ファイバグレーティング２と６のグレーティングのチャープ量は同じでチャープの向きが逆とすると、群遅延特性直線１１と１３の傾きの大きさは等しくなる。したがって、ファイバグレーティング２と６の両方を通ると群遅延曲線は図２（ｃ）の直線１５のように０分散となる。ここで第１ヒータ３に電流を通してファイバグレーティング２に温度を印加する。第１ヒータ３の櫛型電極３ａの各電極の幅は、ファイバ長手方向の中心位置から対称に２次関数状に減少するように形成してあるので、ファイバグレーティング２に印加される温度分布は、図２（ｄ）の曲線１９のような２次関数状を呈することになる。図２（ｄ）の直線１８は温度印加していない場合の温度分布である。このような分布の温度印加によって、グレーティング２の周期が微小に広くなるため波長がシフトし、群遅延特性は図２（ａ）の曲線１２のように変化する。したがって、温度印加されたファイバグレーティング２と温度印加されないファイバグレーティング６とを合わせた分散補償機全体の群遅延特性は、図２（ｃ）の曲線１６（＝曲線１２＋直線１３）のようになり、λ１を０分散波長とした３次分散を補償する群遅延特性が得られることになる。
【００１８】
一方、第２ヒータ７の櫛型電極７ａの各電極の幅は、ファイバ長手方向に沿って１次関数状に増加するように形成してあるので、ファイバグレーティング６に印加される温度分布は、図２（ｅ）の直線２１のようなファイバ長手方向に沿って１次関数状に増加することになる。図２（ｅ）の直線２０は温度印加していない場合の温度分布である。このような分布の温度印加によって、グレーティング６の周期がファイバ長手方向に沿って微小に狭くなるため、群遅延特性は図２（ｂ）の直線１４のように変化する。したがって、温度印加されたファイバグレーティング２と６とを合わせた分散補償機全体の群遅延特性は図２（ｃ）の曲線１７（＝曲線１２＋直線１４）のようになり、λ２を０分散波長とした３次分散を補償する群遅延特性が得られることになる。この場合、ゼロ分散波長はλ１からλ２へシフトするが、３次分散値の大きさ（分散曲線のカーブの形）は変わらない。
【００１９】
この結果、第２ヒータ７の温度を変えることにより３次分散値を、第１ヒータ３の温度を変えることによりゼロ分散波長を変えることができるので、ヒータ制御部９でそれぞれのヒータの櫛型電極３ａ、７ａの電流値を制御することで、３次分散値と０分散波長をコントロールし、可変の分散補償が可能となる。
【００２０】
このように、本実施の形態によれば、屈折率変調の周期が一定のチャープ量で連続的に減少しているファイバグレーティング２を形成した第１光ファイバ１と、屈折率変調の周期が光ファイバ１と同じ一定のチャープ量で向きが逆に連続的に増加しているファイバグレーティング６を形成した第２光ファイバ５とを使用し、ファイバグレーティング２に櫛型電極３ａによりファイバ長手方向の中心位置から対称に２次関数状に減少する温度分布の温度を印加し、ファイバグレーティング６に櫛型電極７ａによりファイバ長手方向に沿って１次関数状に増加する温度分布の温度を印加し、ヒータ制御部９によりファイバグレーティング６の印加電流を変えることで３次分散値を変化させ、ファイバグレーティング２の印加電流を変えることで０分波長または２次分散値を変化させることができる。また、本実施の形態によれば、ファイバ回折格子を曲げる必要もないので偏波の依存性もなく、安定性にも優れる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、光ファイバを２個用いて、それぞれに形状の異なるヒータを設けたが、いずれか一方の光ファイバだけを用いても、ある程度の分散のコントロールが可能である。例えば第１光ファイバ１のみの場合は、ファイバグレーティング２のチャープ量で決まる２次分散量に可変できる３次分散量が加わることになる。また、第２光ファイバ５のみの場合は、ファイバグレーティング６のチャープ量できまる２次分散量に可変部分として温度でコントロールされる２次分散量が加わることになる。
【００２２】
また、本実施の形態では、ファイバグレーティング２と６のチャープ量を同じ大きさとしたが、異なる大きさでもかまわない。チャープ量が大きく異なる場合は、０分散波長が制御する波長帯域から外れることがあり、３次分散量と０分散波長の制御というよりも、３次分散量と２次分散量をそれぞれ制御することになる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チャープファイバグレーティングの分散を制御するために行う加熱を、ファイバ長さ方向に沿って２次関数状または１次関数状の温度分布を得るように幅寸法を設定した櫛型ヒータを用いて行うので、この櫛型ヒータに印加する温度を制御することにより、２次分散値と３次分散値、もしくは３次分散値と０分散波長を独立にコントロールすることができる。このため、従来のような多数のヒータ部分を制御する必要がなく、よりコンパクトで、低コストな分散補償器を実現することができ、その実用的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態における分散補償器の概略構成を示す平面図
（ｂ）（ａ）におけるｂ−ｂ線に沿う断面図
（ｃ）（ａ）における第１ヒータの部分拡大図
【図２】本発明の実施の形態における各ファイバグレーティングの群遅延特性およびファイバ回折格子の長手方向における温度分布を模式的に示した特性図
【図３】従来例における分散補償器の概略構成を示す平面図
【符号の説明】
１  第１光ファイバ
１ａ  入出力端
２  ファイバグレーティング
３  第１ヒータ
３ａ  櫛型電極
３ｂ、３ｃ  連結電極
４  第１基板
５  第２光ファイバ
５ａ  入出力端
６  ファイバグレーティング
７  第２ヒータ
７ａ  櫛型電極
７ｂ、７ｃ  連結電極
８  第２基板
９  ヒータ制御部
１０  光サーキュレータ
１０ａ  第１端子
１０ｂ  第２端子
１０ｃ  第３端子
１０ｄ  第４端子
３１  光ファイバ
３２  ファイバグレーティング
３３  基板
３４  ヒータ電極
３５  ヒータ制御部
【図１】
2004191860.tif 000003
【図２】
2004191860.tif 000004
【図３】
2004191860.tif 000005