(57)【要約】【課題】線形チャープのファイバ回折格子で高次の分散も補償する光ファイバおよい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連続的に変化し、かつ有効屈折率が長手方向に分布をなすコア部１２ａを有するファイバ回折格子１２ｃを用いる。ファイバ回折格子１２ｃ中の回折周期（ピッチ）をΛ、有効屈折率をｎとすると、反射波長λはλ＝２・Λ・ｎで決まるので、回折格子の周期Λが一定のチャープ量でもでも有効屈折率ｎにある分布が形成されていれば、反射波長もファイバの長さ方向に対して非線形にチャープするファイバ回折格子を作ることができ、３次分散（分散スロープ）や高次の分散、残留分散を補償することができる。【選択図】  図１
2004191509.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、かつ有効屈折率が長手方向に分布をなすファイバ回折格子を備えたことを特徴とする光ファイバ。
【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、かつファイバの長手方向における回折格子の中心付近の有効屈折率が、回折格子の両端の有効屈折率より高い分布形状なすファイバ回折格子を備えたことを特徴とする光ファイバ。
【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、かつファイバの長手方向における回折格子の中心付近の有効屈折率が、回折格子の両端の有効屈折率より低い分布形状なすファイバ回折格子を備えたことを特徴とする光ファイバ。
【請求項４】
有効屈折率の分布を放物線形状としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項５】
入力端子と入出力端子と出力端子とを有する３端子の光サーキュレータと、前記光サーキュレータの入出力端子に接続した請求項１ないし４のいずれかに記載の光ファイバとを備えたことを特徴とする分散補償器。
【請求項６】
入力端子と第１入出力端子と第２入出力端子と出力端子とを有する４端子の光サーキュレータと、前記光サーキュレータの第１入出力端子に接続した請求項１ないし４のいずれかに記載の第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバの回折格子と同じチャープ量でチャープの向きが逆のファイバ回折格子を備え、前記光サーキュレータの第２入出力端子に接続した第２の光ファイバとを備えたことを特徴とする分散補償器。
【請求項７】
前記光ファイバに張力または温度を印加する機構を備えたことを特徴とする請求項５または請求項６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、光ファイバ通信技術におけるファイバ回折格子を有する光ファイバおよび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進められている。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。また、分散補償ファイバの長さを調整して２次分散を完全に補償するのも難しく、残留する分散もある。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）や高次の分散、残留する２次分散などが伝送距離を制限してしまうため、これらの残留分散を補償する必要がある。
【０００３】
従来の分散補償器は、通常の光ファイバの分散特性と逆分散の特性を持つ分散補償ファイバを用いて波長分散を補償している。分散と同時に分散スロープもある程度補償することはできるが、広い波長範囲にわたって分散と分散スロープとを同時に補償する構造の分散補償ファイバの実現は非常に困難である。また、このような手段では、分散を補償するための分散補償ファイバが数ｋｍ以上必要であり、装置を小型にできないといった欠点もある。
【０００４】
一方、光ファイバのコア部中へ回折格子を形成するファイバ回折格子（ファイバ回折格子）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形成することができる。この特性を利用してコンパクトな分散補償を実現する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図５は従来の分散補償器の構成を示している。図５において、光サーキュレータ１０１は、入力端子１０１ａ、入出力端子１０１ｂ、出力端子１０１ｃを有する。光ファイバ１０２のコア部１０２ａに形成されたファイバ回折格子１０２ｃは、格子間隔が略２次関数的に変化するファイバグレーティングである。以下、この分散補償器の動作を説明する。波長分散した信号光が、光サーキュレータ１０１の入力端子１０１ａから入力し、入出力端子１０１ｂから出力されて光ファイバ１０２の入出力端１０２ｂに入力する。光ファイバ１０２には、２次関数的に格子間隔が変化するファイバ回折格子１０２ｃが形成されている。２次分散と分散スロープが示す群遅延曲線は、２次関数に近似できるので、ファイバ回折格子１０２ｃの格子間隔も２次関数的に形成できれば、群遅延曲線の逆の群遅延曲線を持つことができる。したがって、ファイバ回折格子１０２ｃで発生する波長分散は、入出力端子１０１ｂから入力した光信号の波長分散を補償することができる。光ファイバ１０２の入出力端１０２ｂから出力された補償された信号光は、光サーキュレータ１０１の入出力端子１０１ｂを経て出力端子１０１ｃから出力される。こうして波長分散が補償された光信号を得ることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２２１３３８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例による分散補償技術では、回折周期が２次関数的に変化する回折格子によって２次分散と分散スロープを補償することができるものの、回折周期が２次関数状に変化する回折格子を形成するためには、回折周期が２次関数状に変化する回折周期を持つ位相マスクが必要である。位相マスクを使った回折格子の作製法は、二光束干渉法に比べて作製が容易で高精度で作製できるが、位相マスクはそれ自体が高価である。また、位相マスクの周期も一定の周期の位相マスクや周期がリニア（１次関数状）に変化するいわゆる線形チャープした位相マスクの作製は可能であるが、２次関数状に変化する回折周期を持つ位相マスク（非線形チャープの位相マスク）の作製は非常に困難である。そこで、２次関数を階段近似し、一定の周期に近似したの部分の組み合わせで位相マスクを作製する方法が用いられるが、この手法で作製したファイバ回折格子は、理想的な回折周期からのずれが伴うため、反射する光の位相のずれが生じ、ファイバ回折格子の群遅延曲線に大きなリップルを伴い、分散補償を精度よく行うことができないという問題がある。また、非線形の群遅延特性をもたらすために線形チャープのファイバ回折格子を曲げたりする手法もあるが、安定性に欠ける点や偏波依存性がある。また、ファイバ回折格子に温度分布を与えて非線形な群遅延曲線をもたらす方法もあるが、この場合も安定性に欠ける点や給電が必要となる問題がある。
【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次分散のみならず３次分散（分散スロープ）や高次の分散、残留分散を補償することのできる光ファイバおよびこの光ファイバを使用した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、本発明の光ファイバは、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、かつ有効屈折率が長手方向に分布をなすファイバ回折格子を備えたことを特徴とするものであり、２次分散補償のみならず３次分散（分散スロープ）や高次の分散、残留分散を補償することができる。
【００１０】
また、本発明の光ファイバは、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、かつファイバの長手方向における回折格子の中心付近の有効屈折率が、回折格子の両端の有効屈折率より高い分布形状なすファイバ回折格子を備えたことを特徴とするものであり、２次分散補償のみならず正の３次分散（分散スロープ）や高次の分散、残留分散を補償することができる。
【００１１】
また、本発明の光ファイバは、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、かつファイバの長手方向における回折格子の中心付近の有効屈折率が、回折格子の両端の有効屈折率より低い分布形状なすファイバ回折格子を備えたことを特徴とするものであり、２次分散補償のみならず負の３次分散（分散スロープ）や高次の分散、残留分散を補償することができる。
【００１２】
また、本発明の光ファイバは、有効屈折率の分布を放物線形状としたことを特徴とするものであり、２次分散と３次分散（分散スロープ）のみを補償することができる。
【００１３】
また、本発明の分散補償器は、入力端子と入出力端子と出力端子とを有する３端子の光サーキュレータと、前記光サーキュレータの入出力端子に接続した請求項１ないし４のいずれかに記載の光ファイバとを備えたことを特徴とするものであり、２次分散のみならず３次分散（分散スロープ）や高次の分散、残留分散を補償する分散補償器を小型で低コストに提供することができる。
【００１４】
また、本発明の分散補償器は、入力端子と第１入出力端子と第２入出力端子と出力端子とを有する４端子の光サーキュレータと、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、かつ有効屈折率が長手方向に分布をなすファイバ回折格子を備え、前記光サーキュレータの第１入出力端子に接続した第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバの回折格子と同じチャープ量でチャープの向きが逆のファイバ回折格子を備え、前記光サーキュレータの第２入出力端子に接続した第２の光ファイバとを備えたことを特徴とするものであり、上記効果に加え３次分散（分散スロープ）のみを補償したり、残留分散、高次分散のみを補償することができる。
【００１５】
また、本発明の分散補償器は、前記光ファイバに張力または温度を印加する機構を備えたことを特徴とするものであり、０分散波長をコントロールしたり、分散量や波長を変えることができる。
【００１６】
【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分散補償器の構成を示している。図１において、光サーキュレータ１１は、入力端子１１と入出力端子１１ｂと出力端子１１ｃの３端子を備える。光ファイバ１２は、コア部１２ａ中に屈折率が変調されたファイバ回折格子１２を備えており、光ファイバ１２の光サーキュレータ１１側の端面にある入出力端１２ｂは、光サーキュレータ１１の入出力端子１１ｂに接続されている。
【００１７】
以上のように構成された分散補償器について以下その動作を説明する。波長分散した光は、光サーキュレータ１１の入力端子１１ａから入力されて、入出力端子１１ｂから出力される。入出力端子１１ｂから出力された光は、光ファイバ１２の入出力端１２ｂに入力する。光ファイバ１２は、コア部１２ａにファイバ回折格子１２ｃが形成されており、このファイバ回折格子１２ｃは、屈折率変調の周期すなわち回折格子のピッチが一定のチャープ量で連続的に変化し、かつ有効屈折率が長手方向に分布をなしている。
【００１８】
図２はファイバ回折格子１２ｃの長手方向におけるピッチと有効屈折率の分布と群遅延時間を模式的に示した図である。図２（ａ）に示すように、長手方向である長軸方向Ｚに対して回折格子のピッチは一定の割合で減少している。一方、図２（ｂ）に示すように、有効屈折率は長軸方向Ｚに対して中心付近が両端よりも高くなるように放物線形状に分布している。回折格子中の回折周期（ピッチ）をΛ、ファイバ回折格子の有効屈折率をｎとすると、ファイバ回折格子中の反射波長λはλ＝２・Λ・ｎ  で決まるので、回折格子の周期Λが線形（一定の割合で増加する）のチャープ量でも、有効屈折率ｎにある分布が形成されていれば、図２（ｃ）に示すように、反射波長はファイバの長軸方向Ｚに対して非線形にチャープするファイバ回折格子を作ることができる。したがって図２（ｄ）に示すように、この構成のファイバ回折格子１２ｃにおける群遅延時間特性τは、２次分散のみの場合の直線から３次や高次の分散も含む曲線へ変わることになる。この曲線が  ３次分散（分散スロープ）や高次の分散、残留分散を補償するように適正な有効屈折率を与えることで、高次や残留分散の分散補償を行うことができる。
【００１９】
このように、本実施の形態１おける分散補償器によれば、屈折率変調の周期が一定のチャープ量で連続的に変化し、かつ有効屈折率が長手方向に分布をなすファイバ回折格子１２ｃを備えた光ファイバ１２を使用するので、ファイバ回折格子１２ｃの回折格子周期のチャープは線形でよく、線形チャープの位相マスクを使って非線形の群遅延時間を持つファイバ回折格子を作ることができ、３次分散や高次分散を無給電で補償することができる。また、本実施の形態１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。したがって、従来例に見られる非線形なチャープを形成する必要がなく、有効屈折率に分布を形成するといった容易な形成方法で高次を含めた分散補償器が実現可能となる。
【００２０】
なお、本実施の形態１では、有効屈折率ｎは長軸方向Ｚに対して中心付近が両端よりも高くなるように分布した場合を説明したが、補償しなければならない分散特性に応じて、有効屈折率ｎの分布を形成するので、場合によっては長軸方向Ｚに対して中心付近が両端よりも低くなるように分布させることもある。これら有効屈折率ｎの分布を形成させる手法としては、紫外光を位相マスクを通さずに照射することで形成することができる。紫外光の照射量が大きいほど有効屈折率ｎは大きくなるので、光ファイバ１２の長軸方向Ｚに対し紫外光の強度に分布を持たせて照射することで形成可能である。また、光ファイバ１２の長軸方向Ｚに対し、スキャンして照射する場合なら、スキャンのスピードを変えることで強度分布を形成することができる。
【００２１】
また、ファイバ回折格子の屈折率変調に分布を持たせる場合、いわゆるアボダイズを施す場合は、屈折率変調の分布の作用で有効屈折率は長軸方向Ｚに均一ではなく分布を生じる。したがって、有効屈折率の分布を形成するための紫外光をさらに照射しなくても、ファイバ回折格子の分散は非線形となり、高次の分散補償ができることも考えられる。
【００２２】
（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。図３は本発明の実施の形態２における分散補償器の構成を示している。図３において、光サーキュレータ３１は、入力端子３１と第１入出力端子３１ｂと第２入出力端子３１ｃと出力端子３１ｄの４端子を備える。第１光ファイバ３２は、コア部３２ａ中に屈折率が変調されたファイバ回折格子３２ｃを備えており、第１光ファイバ３２の光サーキュレータ３１側の端面にある入出力端３２ｂは、光サーキュレータ３１の第１入出力端子３１ｂに接続されている。第１光ファイバ３２のファイバ回折格子３２ｃは、屈折率変調の周期すなわち回折格子のピッチが一定のチャープ量で連続的に変化し、かつ有効屈折率が長軸方向Ｚに分布をなしている。第２光ファイバ３３は、コア部３３ａ中に屈折率が変調されたファイバ回折格子３３ｃを備えており、光ファイバ３３の光サーキュレータ３１側の端面にある入出力端３３ｂは、光サーキュレータ３１の第２入出力端子３１ｃに接続されている。第２光ファイバ３３のファイバ回折格子３３ｃは、屈折率変調の周期すなわち回折格子のピッチが一定のチャープ量で連続的に変化し、かつ有効屈折率が長軸方向Ｚに一定である。ファイバ回折格子３３ｃの回折格子のチャープ量は、第１光ファイバ３２のファイバ回折格子３２ｃとチャープの割合は同じであるが、長軸方向Ｚに対してチャープが増加または減少するといったチャープの向きはファイバ回折格子３２ｃとは逆になっている。
【００２３】
以上のように構成された分散補償器について以下その動作を説明する。波長分散した光は、光サーキュレータ３１の入力端子３１ａから入力されて、第１入出力端子３１ｂから出力される。第１入出力端子３１ｂから出力された光は、第１光ファイバ３２の入出力端３２ｂに入力し、ファイバ回折格子３２ｃで分散補償された後、入出力端３２ｂから出力し、光サーキュレータ３１の第１入出力端子３１ｂから入力し、第２入出力端子３１ｃから出力する。第２入出力端子３１ｃから第２光ファイバ３３の入出力端３３ｂに入力した光は、ファイバ回折格子３３ｃで分散補償された後、入出力端３３ｂから出力し、光サーキュレータ３１の第２入出力端子３１ｃから入力し、出力端子３１ｄから出力する。
【００２４】
図４は本実施の形態２におけるファイバ回折格子の群遅延特性を模式的に示したものである。上記実施の形態１で説明したのと同様に、ファイバ回折格子３２ｃは、図４（ａ）に示すような群遅延曲線Ａを持つことができ、２次分散だけでなく３次分散も伴った分散曲線となる。一方、ファイバ回折格子３３ｃの群遅延曲線は、図４（ｂ）に示すように、チャープが一定でかつ有効屈折率も一定のため、２次分散のみを持つ直線Ｂとなる。分散曲線Ａと直線Ｂは分散の向きが逆のため、ＡとＢとを足し合わすと、図４（ｃ）に示すように、Ａ＋Ｂに示した分散曲線となり、ちょうど２次分散が相殺され、３次分散のみを持つ群遅延曲線になる。したがって、ファイバ回折格子３２ｃとファイバ回折格子３３ｃとを経て入出力端子３３ｂから出力された光は、３次分散が補償された光となり、３次分散だけを補償したい場合に有効である。
【００２５】
このように、本実施の形態２によれば、４端子の光サーキュレータ３１の第１入出力端子３１ｂに、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、かつ有効屈折率が長手方向に分布をなすファイバ回折格子３２ｃを備えた第１光ファイバ３２を接続し、光サーキュレータ３１の第２入出力端子３１ｃに、第１光ファイバ３２の回折格子３２ｃと同じチャープ量でチャープの向きが逆のファイバ回折格子３３ｃを備えた第２光ファイバ３３を接続したので、上記実施の形態１の作用効果に加え、３次分散（分散スロープ）のみを補償することができる。
【００２６】
また、本実施の形態２によれば、同様な手法で適切な有効屈折率の分布を形成することにより、３次分散の補償のみならず高次の分散や、分散補償ファイバなので補償しきれなかった残留する２次分散も含めた残留分散などの補償も可能となる。
【００２７】
なお、上記実施の形態１または２において、ファイバ回折格子１２ｃ、３２ｃまたは３３ｃに張力を印加する機構を設けることにより、波長を全体にシフト可能なので、０分散波長をコントロールすることができる。また、ファイバ回折格子１２ｃ、３２ｃまたは３３ｃに温度を印加する機構を設けることにより、分散量や波長を変えることができる。なお、この場合は温度印加のための電力が必要となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光ファイバによれば、高次の分散や残留分散の分散補償器を線形のチャープの回折格子を用いた構成で実現することができ、位相マスクも線形のチャープマスクを用いることができるとともに、高次分散補償可能な分散補償器を低コストで実現することができる。このため、光通信システムの大容量化のための分散補償を実現する分散補償器を提供することができ、その実用的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における分散補償器の概略構成を示す模式図
【図２】（ａ）本発明の第１の実施の形態におけるファイバ回折格子の長軸方向Ｚにおけるピッチの変化を示す特性図
（ｂ）本発明の第１の実施の形態におけるファイバ回折格子の長軸方向Ｚにおける有効屈折率の変化を示す特性図
（ｃ）本発明の第１の実施の形態におけるファイバ回折格子の長軸方向Ｚにおける反射波長の変化を示す特性図
（ｄ）本発明の第１の実施の形態におけるファイバ回折格子の長軸方向Ｚにおける群遅延時間の変化を示す特性図
【図３】本発明の第２の実施の形態における分散補償器の概略構成を示す模式図
【図４】（ａ）本発明の第２の実施の形態における第１光ファイバの長軸方向Ｚにおけるファイバ回折格子の群遅延時間の変化を示す特性図
（ｂ）本発明の第２の実施の形態における第２光ファイバの長軸方向Ｚにおけるファイバ回折格子の群遅延時間の変化を示す特性図
（ｃ）本発明の第２の実施の形態における第１および第２光ファイバを合わせた長軸方向Ｚにおけるファイバ回折格子の群遅延時間の変化を示す特性図
【図５】従来例における分散補償器の概略構成を示す模式図
【符号の説明】
１１  光サーキュレータ
１１ａ  入力端子
１１ｂ  入出力端子
１１ｃ  出力端子
１２  光ファイバ
１２ａ  コア部
１２ｂ  入出力端
１２ｃ  ファイバ回折格子
３１  光サーキュレータ
３１ａ  入力端子
３１ｂ  第１入出力端子
３１ｃ  第２入出力端子
３１ｄ  出力端子
３２  第１光ファイバ
３２ａ  コア部
３２ｂ  入出力端
３２ｃ  ファイバ回折格子
３３  第２光ファイバ
３３ａ  コア部
３３ｂ  入出力端
３３ｃ  ファイバ回折格子
１０１  光サーキュレータ
１０３ａ  入力端子
１０１ｂ  入出力端子
１０１ｃ  出力端子
１０２    光ファイバ
１０２ａ  コア部
１０２ｂ  入出力端
１０２ｃ  ファイバ回折格子
【図１】
2004191509.tif 000003
【図２】
2004191509.tif 000004
【図３】
2004191509.tif 000005
【図４】
2004191509.tif 000006
【図５】
2004191509.tif 000007