(57)【要約】【課題】波長多重伝送システムに適用可能な広帯域で低群遅延リップルの分散補償器を提供する。【解決手段】一つの面の反射率がほぼ１００％のエタロンとミラーを平行あるいは僅かに角度を与えて第１のコリメータから出射される光がエタロンとミラーを交互に複数回反射された後、第２のコリメータへ入射する構成とする。さらに、反射率または厚さの少なくとも一方を長手方向に変化させたエタロンを長手方向にスライドさせるか、或いはエタロンの温度を変化させて分散量を可変にする。さらに、この分散補償部を多段に設け、広帯域で低群遅延リップルの可変分散補償器を実現する。【選択図】  図３
2004191521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１および第２の平面を有する平板形状のエタロンの前記第２の平面と、
一つの反射面を有するミラーの前記反射面とが平行に対向して配置されているか、又は前記第２の平面を包含する仮想的な面と、前記反射面を包含する仮想的な面とは線で交わるか、又は点で交わるように、前記第２の平面と前記反射面とは傾いて、かつ、対向して配置され、
前記第１の平面の反射率の値は前記第２の平面の反射率の値よりも大きいことを特徴とする光分散補償器。
【請求項２】
前記第１の平面の反射率は１００％以下９０％以上であり、前記第２の平面の反射率は９０％以下０％以上であり、
前記ミラーの反射面の反射率は１００％以下９０％以上であり、
前記第２の平面と前記反射面との間から光ビームを入射させ、
前記光ビームを前記エタロンと前記ミラーとの間を１回又は複数回交互に反射させた後、
前記第２の平面と前記反射面との間から前記光ビームを出射させることにより、一つまたは波長の異なる複数の信号光に波長分散を与えるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の光分散補償器。
【請求項３】
前記エタロンの第２の平面は四角形の形状を有し、前記四角形のある一辺の方向に、
前記エタロンの第２の平面の反射率、または前記エタロンの厚さの少なくとも一方を変化するように構成されており、
前記エタロンは前記方向に平行移動可能に構成されていることを特徴とする請求項２記載の光分散補償器。
【請求項４】
前記エタロンに温度変化を与えるための温度調節手段が前記エタロンに近接して設けられていることを特徴とする請求項２記載の光分散補償器。
【請求項５】
自然数ｎにおいて、
前記ミラーは２ｎ個のミラーであり、
前記エタロンは２ｎ個のエタロンであり、
正の可変分散補償機能を持たせたｎ個のプラス可変分散補償部と、
負の可変分散補償機能を持たせたｎ個のマイナス可変分散補償部とを多段に接続されていることを特徴とする請求項３記載の光分散補償器。
【請求項６】
自然数ｎにおいて、
前記ミラーは２ｎ個のミラーであり、
前記エタロンは２ｎ個のエタロンであり、
正の可変高次分散補償機能を持たせたｎ個のプラス可変高次分散補償部と、
負の可変高次分散補償機能を持たせたｎ個のマイナス可変高次分散補償部とを多段に接続されていることを特徴とする請求項４記載の光分散補償器。
【請求項７】
前記エタロンは複数個あって、第１のエタロンと、第２のエタロンとを有し、前記第１および第２のエタロンはそれぞれ前記第１および第２の平面を有し、
前記第１のエタロンの前記第２の平面と前記反射面とが平行に対向して配置されているか、又は前記第１のエタロンの前記第２の平面を包含する仮想的な面と、前記反射面を包含する仮想的な面とは線で交わるか又は点で交わるように前記第１のエタロンの前記第２の平面と前記反射面とは傾いて、かつ、対向して配置され、
前記第２のエタロンの前記第２の平面と前記反射面とが平行に対向して配置されているか、又は前記第２のエタロンの前記第２の平面を包含する仮想的な面と、前記反射面を包含する仮想的な面とは線で交わるか又は点で交わるように前記第２のエタロンの前記第２の平面と前記反射面とは傾いて、かつ、対向して配置されていることを特徴とする請求項１記載の光分散補償器。
【請求項８】
前記第１および第２のエタロンのそれぞれの前記第１の平面の反射率は１００％以下９０％以上であり、前記第１および第２のエタロンのそれぞれの前記第２の平面の反射率は９０％以下０％以上であり、
前記ミラーの反射面の反射率は１００％以下９０％以上であり、
前記第１のエタロンの前記第２の平面と前記反射面との間から光ビームを入射させ、前記光ビームを前記エタロンと前記ミラーとの間を１回又は複数回交互に反射させた後、前記第１のエタロンの前記第２の平面と前記反射面との間から前記光ビームを出射させ、その光ビームを前記第２のエタロンの前記第２の平面と前記反射面との間から入射させ、前記光ビームを前記第２のエタロンと前記ミラーとの間を１回又は複数回交互に反射させた後、前記第２のエタロンの前記第２の平面と前記反射面との間から前記光ビームを出射させることにより、一つまたは波長の異なる複数の信号光に波長分散を与えるように構成されたことを特徴とする請求項７記載の光分散補償器。
【請求項９】
前記第１および第２のエタロンのそれぞれの第２の平面は四角形の形状を有し、前記四角形のある一辺の方向に、
前記第１または第２のエタロンの第２の平面の反射率、または前記第１または第２のエタロンの厚さの少なくとも一つを変化するように構成されており、
前記第１および第２のエタロンのそれぞれは前記方向に平行移動可能に構成されていることを特徴とする請求項８記載の光分散補償器。
【請求項１０】
前記第１または第２のエタロンの少なくとも一方に温度変化を与えるための温度調節手段が前記第１または第２のエタロンの少なくとも一方に近接して設けられていることを特徴とする請求項８記載の光分散補償器。
【請求項１１】
自然数ｎにおいて、
前記ミラーは２ｎ個のミラーであり、
前記エタロンは４ｎ個のエタロンであり、
正の可変分散補償機能を持たせたｎ個のプラス可変分散補償部と、
負の可変分散補償機能を持たせたｎ個のマイナス可変分散補償部とを多段に接続されていることを特徴とする請求項９記載の光分散補償器。
【請求項１２】
自然数ｎにおいて、
前記ミラーは２ｎ個のミラーであり、
前記エタロンは４ｎ個のエタロンであり、
正の可変高次分散補償機能を持たせたｎ個のプラス可変高次分散補償部と、
負の可変高次分散補償機能を持たせたｎ個のマイナス可変高次分散補償部とを多段に接続されていることを特徴とする請求項１０記載の光分散補償器。
【請求項１３】
前記ミラーは複数個あって、第１のミラーと、第２のミラーとを有し、
前記第１および第２のミラーはそれぞれ前記第１および第２の反射面を有し、
前記第１のエタロンの前記第２の平面と前記第１のミラーの第１の反射面とが平行に対向して配置されているか、又は前記第１のエタロンの第２の平面を包含する仮想的な面と前記第１のミラーの第１の反射面を包含する仮想的な面とは線で交わるか又は点で交わるように前記第１のエタロンの前記第２の平面と前記第１のミラーの第１の反射面とは傾いて、かつ、対向して配置され、
前記第２のミラーの前記第２の反射面と前記第１のミラーの前記第１の反射面とが平行に対向して配置されているか、又は前記第２のミラーの前記第２の反射面を包含する仮想的な面と前記第１のミラーの前記第１の反射面を包含する仮想的な面とは線で交わるか又は点で交わるように前記第２のミラーの前記第２の反射面と前記第１のミラーの前記第１の反射面とは傾いて、かつ、対向して配置され、
前記第２のエタロンの前記第２の平面と前記第１のミラーの第１の反射面とが平行に対向して配置されているか、又は前記第２のエタロンの第２の平面を包含する仮想的な面と前記第１のミラーの第１の反射面を包含する仮想的な面とは線で交わるか又は点で交わるように前記第２のエタロンの前記第２の平面と前記第１のミラーの第１の反射面とは傾いて、かつ、対向して配置されていることを特徴とする請求項７記載の光分散補償器。
【請求項１４】
前記第１および第２のエタロンのそれぞれの前記第１の平面の反射率は１００％以下９０％以上であり、前記第１および第２のエタロンのそれぞれの前記第２の平面の反射率は９０％以下０％以上であり、
前記第１および第２のミラーの反射面の反射率は１００％以下９０％以上であり、
前記第１のエタロンの第２の平面と前記第１のミラーの前記反射面との間から光ビームを入射させ、前記光ビームを前記エタロンと前記ミラーとの間を１回又は複数回交互に反射させた後、前記第１のエタロンの第２の平面と前記第１のミラーの反射面との間から前記光ビームを出射させ、
その光ビームを前記第２のミラーの第２の反射面に反射させた後、光ビームを出射させ、
その光ビームを前記第２のエタロンの第２の平面と前記第１のミラーの前記第１の反射面との間から入射させ、前記光ビームを前記第２のエタロンの第２の平面と前記第２のミラーの第２の反射面との間を１回又は複数回交互に反射させた後、前記第２の平面と前記第２のミラーの反射面との間から前記光ビームを出射させることにより、一つまたは波長の異なる複数の信号光に波長分散を与えるように構成されたことを特徴とする請求項１３記載の光分散補償器。
【請求項１５】
前記第１および第２のエタロンのそれぞれの第２の平面は四角形の形状を有し、前記四角形のある一辺の方向に、
前記第１または第２のエタロンの第２の平面の反射率、または前記第１または第２のエタロンの厚さの少なくとも一つを変化するように構成されており、
前記第１および第２のエタロン、および第２のミラーのそれぞれは前記方向に平行移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１４記載の光分散補償器。
【請求項１６】
前記第１または第２のエタロンの少なくとも一方に温度変化を与えるための温度調節手段が前記第１または第２のエタロンの少なくとも一方に近接して設けられていることを特徴とする請求項１４記載の光分散補償器。
【請求項１７】
自然数ｎにおいて、
前記ミラーは４ｎ個のミラーであり、
前記エタロンは４ｎ個のエタロンであり、
正の可変分散補償機能を持たせたｎ個のプラス可変分散補償部と、
負の可変分散補償機能を持たせたｎ個のマイナス可変分散補償部とを多段に接続されていることを特徴とする請求項１５記載の光分散補償器。
【請求項１８】
自然数ｎにおいて、
前記ミラーは４ｎ個のミラーであり、
前記エタロンは４ｎ個のエタロンであり、
正の可変高次分散補償機能を持たせたｎ個のプラス可変高次分散補償部と、
負の可変高次分散補償機能を持たせたｎ個のマイナス可変高次分散補償部とを多段に接続されていることを特徴とする請求項１６記載の光分散補償器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いた光伝送システムや、波長多重による光伝送方式を採用したシステムに適用して好適な光分散補償器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光増幅器を中継器として用いる長距離光伝送システムの研究・実用化が盛んである。特に、インターネットを中心としたマルチメディアサービスに対応するために、波長の異なる複数信号光を通信伝送路である１本の光ファイバに多重化するＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）による大容量化が有効な技術と考えられている。このような長距離光伝送システムにおいては、光ファイバの波長分散という現象により伝送速度や伝送距離が大きく制限される。波長分散とは、波長の異なる光が光ファイバ中を異なる速度で伝播する現象である。高速で変調された光信号の光スペクトルは異なる波長成分を含むため、これらの成分は光ファイバを伝播する際に波長分散の影響により異なる時刻に受信器に到達する。この結果、ファイバ伝送後の光信号波形は歪みを生じることになる。このような分散による波形劣化を抑えるために、分散補償という技術が重要となる。分散補償とは、伝送路に用いられる光ファイバと逆の波長分散特性を持った光学素子を光送信器、受信器、あるいは中継器などに配置することで光ファイバの波長分散特性を打ち消し、波形劣化を防ぐ手法である。
このような光学素子、すなわち分散補償器としては、分散補償ファイバや光ファイバグレーティングなどの逆分散特性を持つデバイスの研究や実用化が行われてきた。
【０００３】
分散耐力とは、ある基準の伝送品質を満たす残留分散（伝送路ファイバと分散補償器による分散量の総和）の範囲を示す。分散耐力は光信号のビットレートの２乗に反比例して小さくなるため、分散補償技術は伝送速度が上がるにつれ、一層重要となる。例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送システムでは光信号の分散耐力はおよそ１０００ｐｓ／ｎｍ程度であり、シングルモードファイバの分散量がおよそ１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることを考慮すると、分散補償技術を用いないと６０ｋｍ程度しか伝送できないことになる。一方、４０Ｇｂｉｔ／ｓ伝送における分散耐力は、この１／１６の６０ｐｓ／ｎｍ程度であり、シングルモードファイバ４ｋｍ程度に相当する。現在、光中継器を用いた幹線系光ファイバ伝送の伝送距離は数十ｋｍから数千ｋｍ程度であるが、伝送距離に応じて分散補償器の分散量を変える必要がある。例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送システムでは、分散耐力を考慮し１００ｐｓ乃至数１００ｐｓ程度の刻みで、あらかじめ固定補償量の分散補償器を用意しておき、伝送距離に応じインストール時に補償量を決定し、設置するなどの方法がとられてきた。この場合の分散補償器としては、伝送路と逆符号の波長分散を持つ分散補償ファイバを用いる方法が代表的である。次に、４０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送システムでは、同様に１０ｐｓ乃至数１０ｐｓ程度の刻みで、補償分散量が変化できる分散補償器が必要と考えられる。しかも、この場合には伝送路ファイバの温度による波長分散量の変化が無視できなくなる。このため、分散量を可変に制御できる分散補償器が必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来の分散補償器にも様々な問題がある。固定量の分散補償を行う場合、分散補償ファイバでは数ｋｍ〜数１００ｋｍにもわたる長大な補償用ファイバが必要となるためファイバの収納スペースが大きくなる。また分散補償ファイバの損失を補償するために余分の光増幅器が必要となる可能性がある。さらに分散補償ファイバは一般にモードフィールド径が小さく、大きなファイバ非線型効果を生じ、伝送波形の歪みを引き起こす可能性がある。
【０００５】
光ファイバグレーティングの場合、透過特性や波長分散特性上に波長に対するリップルが存在するため、わずかな波長変化に対して補償特性が大きく変化する。従って分散補償に用いた場合の伝送特性は分散補償ファイバに比べて劣ることが知られている。また、製造上の問題から分散量や波長帯域の大きなものは作りにくく、狭帯域のものは温度や波長の安定化が必要になるなどの問題点がある。
また分散補償ファイバでは原理的に、連続的に分散量を可変することができず、伝送路の分散量の変化に応じて連続的に分散量を変化させるような可変分散補償を実現することは難しい。
【０００６】
光ファイバグレーティングの場合、連続的な可変分散補償を実現する方法としては例えば、光ファイバグレーティングの長手方向に温度勾配を作ることにより、チャープトグレーティングを生成し、分散補償伝送を行う方式が報告されている。この場合、温度勾配を制御することにより可変量の分散補償を行うことが可能となる。しかしながら、この方式では均一な温度勾配を得ることが難しく、波長分散にリップルが発生するなど十分な性能の分散補償ができないなどの問題点があり、実用性に問題がある。本発明の目的は、上記のような問題点を解決した広帯域でリップルの少ない分散補償器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その一つの面の反射率がほぼ１００％のエタロンと、ミラーを平行、あるいはわずかに角度を与えることで第一のコリメータから出射される光がエタロンに複数回共振と出射を繰り返された後、第二のコリメータへ入射する構成とする。さらに、反射率、または厚さの少なくとも一方を長手方向に変化させたエタロンを用い、そのエタロンをスライドさせるか、あるいはヒータ等により温度を変化させることにより、分散補償器に分散量を可変にする仕組みを設ける。さらには、これらの分散補償部を多段に設けることにより、広帯域でリップルを抑えた波長多重光伝送システムに適用可能な可変分散補償器の実現が可能になる。より詳細な実施様態については、「発明の実施の形態」の欄で述べるものとする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。初めにＧｉｒｅｓ  Ｔｏｕｎｏｉｒｅｓ（ＧＴ）エタロンについて説明する。図１にエタロンの構造を示す。エタロンとは、精度よく平行にした平面板１０の両面に反射膜１１，１２をコーティングしたものである。反射膜には、反射率の高い金や銀などの金属膜、あるいは誘電体多層膜などが用いられる。特に、片側の反射率を１００％としたエタロンをＧＴエタロンとよぶ。このようなエタロンの場合、透過率は波長に対して一定となるためオールパスフィルタと呼ばれている。しかし、位相（群遅延時間）については、波長依存性を有する。この時の群遅延時間τは次式で表される。
【０００９】
【数１】
2004191521.tif 000003
ここで、ｒは振幅反射率，ωは光の各周波数，φ０は反射膜で生じる光学的位相変化，△Ｌは平行平面板を１往復することによって生じる光学的な距離を示す。ここで、図２に振幅反射率ｒを８０％，４０％とした場合の群遅延特性を示す。波長分散Ｄは、群遅延時間τを波長で微分したものである。
【００１０】
【数２】
2004191521.tif 000004
これは図２の曲線の傾きに等しい。高次分散（分散の波長微分，分散スロープとも言う。）を無視した場合、可変分散補償器は、なるべく平坦な特性を持つことが好ましい。すなわち、図２に示した傾きがなるべく広い範囲で直線的になっているところを用いればよく、この部分を有効帯域と呼ぶことにする。これより、反射率が大きい場合（Ｒ＝８０％）には、分散量（図中の傾き）は大きいが有効帯域は狭くなり、反射率が小さい場合（Ｒ＝４０％）には、分散量は小さいが有効帯域は広くなることがわかる。
【００１１】
しかし、高速信号、特に４０Ｇｂｉｔ／ｓ長距離光伝送システムにおける分散補償器では有効帯域が広いこと（４０ＧＨｚ以上）と、大きな可変範囲がとれることが重要となる。今回、ミラーを用いて複数回反射させることにより、少ない光部品で有効帯域を拡大する方法を発明した。図３に本発明による分散補償器の基本的な構成について説明する。エタロンに対して、ミラー２０を平行あるいはわずかに角度をつけて配置する。詳細に言えば、ミラー２０は基板の片面に高反射率の反射膜２１をコーティングしたものである。群遅延特性を数式により示すため、図４を用いて説明する。２つのコリメータ３０，３１は、ミラー２０に対して垂直方向から僅かに斜め、入射角θ０に配置する。コリメータとは、光ファイバを伝播する光を平行ビームとして空間に放射する光部品のことである。コリメータ３０を出射した光は、ミラー２１で反射し、エタロン（１０，１１，１２）で共振してから出射し、これを複数回繰り返してコリメータ３１へ入射する。
この時、エタロン（１０，１１，１２）とミラー２０の位置関係が、平行から△θだけ角度が与えられている場合には、エタロンに対する入射角θはθ  ＝  θ０＋θ，θ０＋３△θ，…となる。エタロンへの入射角が大きくなると、共振する光路長も大きくなり、群遅延のピークが長波長側にずれ、同時に反射率も下がる。合計の群遅延特性τｔｏｔａｌ、を数式化すると以下のように表される。
【００１２】
【数３】
2004191521.tif 000005
【数４】
2004191521.tif 000006
ただし、Θはエタロン中での入射角でｎ  ｓｉｎ  Θ  ＝  ｓｉｎ  θと表される。図５に各反射時における群遅延特性とその合計τｔｏｔａｌ、すなわち図３に示した構成における群遅延特性について示す。分散は群遅延の波長微分で表されるが、１回での共振、すなわち図６に示すような単体のエタロンで与えられる有効帯域よりも、提案構成の方が拡大できることがわかる。図６で示した構成では、コリメータ３０，３１と平面板１０と、反射膜１１，１２から成る。コリメータ３０から出射された光ビームは、平面板１０と反射膜１１，１２から構成されるエタロンで１回だけ共振した後、コリメータ３１に入射する。図３，図５では、△θ≠０の場合を示したが、△θ＝０としても構わない。この場合、群遅延のピーク波長がずれる効果はないので広帯域化にはならないが、分散量を大きくとることができる。
これによって、任意の分散量あるいは帯域を有する分散補償器の設計が可能となる。このようにして、分散補償器の広帯域化とリップルの抑制が可能となる。さらに、この方式をもとに分散補償量を可変にする方法を図７に示す。ここでは、長手方向に反射率、厚さを変化させ、異なる群遅延特性が得られるＧＴエタロンを用いる。ＧＴエタロン（１１，１２）においては、反射膜１２の反射率はなるべく高いもの（理想的には１００％のもの）とし、反射膜１１の反射率は長手方向に変化させている。反射率の変化の方法であるが、コーティングの厚さを変える、コーティングの組成をわずかずつ変える等の方法がある。このように反射率を変えた方向にＧＴエタロン（１１，１２）をスライドさせることによって、分散補償量を可変にする機構を設けることができる。スライドさせるために、固定台６０はガイドレール６１を有し、ＧＴエタロン（１１，１２）が動作する方向をガイドする。また、固定台６０は、コリメータ３０，３１と反射膜２１を固定している。ＧＴエタロン（１１，１２）は、コリメータ３０から出射したビームがコリメータ３１へ入射するように、ビームの方向を変えることなく、ステッピングモータなどの手段により、ガイドレール６１に沿ってスライドすることが可能となる。可変機構の別な方法として、図８に示すようにヒータ４０を加えエタロンの温度を変えることも考えられる。この場合、エタロン基板の膨張率が変化し共振する波長がわずかに変化する。よって、図２，５に示した群遅延のピーク波長がシフトすることに相当する。もちろん、可変機構としては、エタロンをスライドさせる方式と、ヒータによって変化させる方式を両方組み合わせてもよい。尚、このようなＧＴエタロンを用いた分散補償器においては、群遅延および分散特性において波長依存性を示す。この周期はＦｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ（ＦＳＲ）と呼ばれ、この図では１００ＧＨｚ（約０．８ｎｍ）である。このような波長周期性を持つことは波長多重伝送において特に有効となる。ＦＳＲを波長多重伝送時の波長間隔と等しくすれば、ＧＴエタロンは全ての波長の信号に対して同じような効果を与えることができる。よって、このような可変分散補償器は波長多重伝送システムにおいて極めて有効である。
【００１３】
さらに広帯域化およびリップルを抑制するための方法としては、２種類以上の反射率の異なるＧＴエタロンを組み合わせて反射させることが考えられる。このための構成を示したものが図９であり、図３でのミラー（２０，２１）の代わりに２つめのＧＴエタロン（１３，１４，１５）を設けた構成としてある。図９の可変分散補償器は、コリメータ３０，３１と、平面板１０と反射膜１１，１２から成る一つ目のＧＴエタロンと、平面板１３と反射膜１４，１５から成る二つ目のＧＴエタロンから構成される。コリメータ３０から出射した光ビームは、２つのＧＴエタロンで共振と出射を交互に何回も繰り返した後、コリメータ３１に入射する。この図では、一つ目のＧＴエタロン（１０，１１，１２）と二つ目のＧＴエタロン（１３，１４，１５）はわずかに角度をつけて対向させてあるが、前述のように平行に対向させても構わない。このようにわずかに角度をつけた場合には、コリメータ３０から出射した光ビームは、図示したようにＧＴエタロンとの入射角を少しずつ変えながら共振を繰り返す。これによって、前述したように広帯域で群遅延リップルの少ない分散補償器が実現できる。
【００１４】
また、２種類のＧＴエタロンを並べた別の構成を図１０に示す。この構成では、２種類のＧＴエタロン（１０，１１，１２）と（１３，１４，１５）をミラー（２０，２１）に対して、平行の関係から△θ１，△θ２の角度を与えて並べた構成としてある。このようにすることで、２つのＧＴエタロンで生じるピークの位置や反射率の変化を独立に設定することができ、広帯域化，リップル，分散量に関してさらに設計の自由度を広げることができる。図１０に示した可変分散補償器は、コリメータ３０，３１と、平面板１０と反射膜１１，１２から成る一つ目のＧＴエタロンと、平面板１３と反射膜１４，１５から成る二つ目のＧＴエタロンと、基板２０と反射膜２１から成るミラーとから構成される。コリメータ３０から出射した光ビームは、一つ目のＧＴエタロンで共振して出射し、ミラーで反射し、これを何回も繰り返した後、同様に二つ目のＧＴエタロンで共振して出射し、ミラーで反射し、これを何回も繰り返した後、コリメータ３１に入射する。
この図では、一つ目のＧＴエタロン（１０，１１，１２），二つ目のＧＴエタロン（１３，１４，１５）とミラー（２０，２１）はわずかに角度をつけて対向させてあるが、前述のように平行に対向させても構わない。このようにわずかに角度をつけた場合には、コリメータ３０から出射した光ビームは、図示したように２つのＧＴエタロンとの入射角を少しずつ変えながら共振を繰り返す。これによって、さらに広帯域で群遅延リップルの少ない分散補償が実現できる。
【００１５】
次に、可変機構を設けるための構成を図１１に示す。図１１の可変分散補償器は、コリメータ３０，３１と、反射膜１１，１２から成る一つ目のＧＴエタロンと、反射膜１３，１４から成る二つ目のＧＴエタロンと、２つのエタロンを固定する固定台５０と、反射膜２１から成るミラーと、ガイドレール６１を有する固定台６０とから構成される。ここで、反射膜１１と１３は、図の濃淡で示すように、コリメータ３０から出射された光ビームが、ミラーと２つのエタロンで共振と反射を繰返しながら進む方向と垂直方向、（ここでは長手方向と呼ぶ）に反射率を変化させている。２つのＧＴエタロンは、固定台５０によって角度を固定されており、図に示した方向に同時にスライドさせることにより、分散補償量を可変にすることができる。スライドさせるために、固定台６０はガイドレール６１を有し、２つのＧＴエタロンが動作する方向をガイドする。また、固定台６０は、コリメータ３０，３１と反射膜２１を固定している。２つのＧＴエタロンは、コリメータ３０から出射したビームがコリメータ３１へ入射するように、ビームの方向を変えることなく、ステッピングモータなどの手段により、ガイドレール６１に沿ってスライドすることが可能となる。このような構成により、広帯域で群遅延リップルの少ない分散補償器の可変機構を実現することができる。ただし、この構成の場合、２種類のＧＴエタロンが持つ群遅延のピーク波長は、広帯域な分散特性を満たす関係である必要がある。群遅延のピーク波長は、エタロンへの入射角，基板屈折率，コーティングでの反射による光の位相変化量等で決まる。これらの量が全て設計通りに製造することができればよいが、製造できなかった場合には歩留まりを落とすことになる。このために、エタロンへの入射角を２種類のＧＴエタロンに対して独立に設定するためには、図１２に示す２つ目のミラーをＧＴエタロンの間に設けるような構成が考えられる。図１２に示した可変分散補償器は、コリメータ３０，３１と、平面板１０と反射膜１１，１２から成る一つ目のＧＴエタロンと、平面板１３と反射膜１４，１５から成る二つ目のＧＴエタロンと、基板２０と反射膜２１から成る一つ目のミラーと、基板２２と反射膜２３から成る二つ目のミラーとから構成される。コリメータ３０から出射した光ビームは、一つ目のＧＴエタロン（１０，１１，１２）で共振と出射をし、一つ目のミラー（２０，２１）で反射し、これを何回も繰り返し、二つ目のミラー（２２，２３）によって入射角を調整され、二つ目のＧＴエタロン（１３，１４，１５）で共振と出射をし、一つ目のミラー（２０，２１）で反射し、これを何回も繰り返した後、コリメータ３１に入射する。この図では、一つ目のミラー（２０，２１）に対して、ＧＴエタロン（１０，１１，１２），ＧＴエタロン（１３，１４，１５），ミラー（２２，２３）をわずかに角度をつけ、さらに各々異なる角度で対向させてあるが、前述のように平行に対向させても構わない。このようにわずかに角度をつけた場合には、コリメータ３０から出射した光ビームは、図示したように２つのＧＴエタロンとの入射角を少しずつ変えながら共振を繰り返す。これによって、さらに広帯域で群遅延リップルの少ない分散補償が実現できる。
【００１６】
次に、可変機構を設けるための構成を図１３に示す。図１３の可変分散補償器は、コリメータ３０，３１と、反射膜１１，１２から成る一つ目のＧＴエタロンと、反射膜１３，１４から成る二つ目のＧＴエタロンと、２つのエタロンを固定する固定台５０と、反射膜２１から成る一つ目のミラーと反射膜２３から成る二つ目のミラーと、ガイドレール６１を有する固定台６０とから構成される。ここで、反射膜１１と１３は、図の濃淡で示すように、コリメータ３０から出射された光ビームが、ミラーと２つのエタロンで共振と反射を繰り返しながら進む方向と垂直方向、すなわち長手方向に反射率、厚さを変化させている。２つのＧＴエタロンと反射膜２３から成る二つ目のミラーは、固定台５０によって角度を固定されており、図に示した方向に同時にスライドさせることにより、分散補償量を可変にすることができる。スライドさせるために、固定台６０はガイドレール６１を有し、２つのＧＴエタロンと反射膜２３から成る二つ目のミラーが動作する方向をガイドする。また、固定台６０は、コリメータ３０，３１と反射膜２１を固定している。２つのＧＴエタロンと反射膜２３から成る二つ目のミラーは、コリメータ３０から出射したビームがコリメータ３１へ入射するように、ビームの方向を変えることなく、ステッピングモータなどの手段により、ガイドレール６１に沿ってスライドすることが可能となる。このような構成により、広帯域で群遅延リップルの少ない分散補償器の可変機構を実現することができる。
【００１７】
このような構成にして、実験により群遅延特性を測定した結果を図１４に示す。今回の実験で用いた２種類のエタロンは振幅反射率ｒ＝４０％，１６％の２種類のものを用いている。このようにすることで、有効帯域５３ＧＨｚ、分散１２３ｐｓ／ｎｍ，リップル１．９ｐｓ以下の特性が得られた。２種類のエタロンを用いることによって、有効帯域が広がる効果を図２０に示す。図２０では、１つ目のエタロン１で５回共振させた時に生じる各々の群遅延と、２つ目のエタロン２で５回共振させた時に生じる各々の群遅延と、その合計を示している。この図では、有効帯域が広がるように２つのエタロンのピーク位置を調整してある。通常、ＷＤＭ伝送システムでは、国際標準化機関であるＩＴＵ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｎｉｏｎ）で定められた光波長（ＩＴＵグリッド）が用いられる。このため、分散補償器の有効帯域を広くとり、かつ中心波長をＩＴＵグリッドに合わせるためには、２つのエタロンの入射角は独立に設定される必要がある。
この設定のために、反射膜２３から成る二つ目のミラーの存在が必要となる。また、図１４には、同時に計算によってエタロンの反射率を変えた場合の群遅延特性について示したものである。この結果より、可変分散量−３００ｐｓ／ｎｍ〜＋３００ｐｓ／ｎｍの分散補償器が実現できた。
【００１８】
可変分散補償器の構成としては、図１５に示すような構成も考えられる。この構成では、入力ポート１００，プラス側可変分散補償部１２０，マイナス側可変分散補償部１３０，出力ポート１１０から成る。そして、プラス側可変分散補償部１２０は０からプラス側への分散補償量を与える分散補償器となっている。また、マイナス側可変分散補償部１３０は０からマイナス側への分散補償量を与える分散補償器となっている。例えば、分散補償器にプラスの分散補償量を与えたい場合には、マイナス側可変分散補償部１３０で与える分散補償量を０とし、プラス側可変分散補償部１２０でプラス側の分散補償量を変更する。その逆に、分散補償器にマイナスの分散補償量を与えたい場合には、プラス側可変分散補償部１２０で与える分散補償量を０とし、マイナス側可変分散補償部１３０でプラス側の分散補償量を変更する。
【００１９】
前述のように、本発明による分散補償器はＦＳＲの波長周期性を有するので、波長多重伝送時に一括して分散補償ができることを説明した。しかし、このＦＳＲを波長間隔とわずかにずらすことによって、波長毎の信号に対してわずかに分散補償量を変えることも可能となる。これによって、高次分散（分散スロープ）を補償することも可能となる。ここで、高次分散Ｄ２とは分散をさらに波長で微分した下記の数式で表される量である。
【００２０】
【数５】
2004191521.tif 000007
そのような高次分散まで補償できる分散補償器の構成を図１６に示す。この構成では、入力ポート１００，プラス側可変分散補償部１２０，マイナス側可変分散補償部１３０，プラス側可変高次分散補償部１４０，マイナス側可変高次分散補償部１５０，出力ポート１１０から成る。
【００２１】
分散、および高次分散の補償器の例について、図１７，１８を用いて説明する。図１７は、群遅延特性の波長依存性がほぼ２次関数（放物線）となる場合を示したものであり、実線が正の曲率、すなわち正の分散スロープで、点線が負の曲率、すなわち負の分散スロープを持つ場合について示してある。さらに、数式（２）を用いて、この時の分散量の波長依存性を図１８に示す。図１７と同様に、実線が正の分散スロープ、点線が負の分散スロープの場合を示している。可変機構として、前述したように長手方向に反射率や厚さを変化させる、あるいはヒータ等による温度変化を与えることで、分散スロープの量を変更することができる。また、同じ絶対値で正と負の分散スロープを持つ高次分散補償器が一組あれば、高次分散を打ち消し合うことで、さらに群遅延リップルの少ない分散補償器とすることも可能である。その例を図１９を用いて説明する。この構成では、入力ポート１００，プラス側可変高次分散補償部１４０，マイナス側可変高次分散補償部１５０，出力ポート１１０から成る。例えば、高次分散補償部の可変機構としてヒータ等による温度変化を用いた場合、図１８に示した分散のピークは温度と共にシフトする。温度変化によって図１８に示した矢印の方向にシフトさせた場合には、分散補償器としての分散量は正となり、矢印の逆方向にシフトさせた場合には、分散補償器としての分散量は負となる。お互いのピーク位置が近づくほど、有効帯域は狭くなるが分散量の絶対値は大きくすることが可能となる。このような構成により、群遅延リップルの少ない可変分散補償器を実現することが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の実施例により、波長多重伝送時に各信号光に対して一括で分散補償を行うことができ、伝送システムにおける伝送距離を拡張することができる。さらには、高次分散についても一括で分散補償を行うことができる。そして、本発明分散補償器を用いることで、伝送特性の優れた簡易で安価な光通信システムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における光分散補償器の基本素子であるエタロンを示す図。
【図２】本発明の実施例における光分散補償器の基本素子であるエタロンの群遅延特性を示す図。
【図３】本発明の実施例における光分散補償器の第一の構成を示す図。
【図４】本発明の実施例における光分散補償器の第一の構成を詳細に説明するための図。
【図５】本発明の実施例における光分散補償器の第一の構成における群遅延特性を示す図。
【図６】本発明の実施例における光分散補償器の基本素子であるエタロンを用いた基本的な構成を示す図。
【図７】本発明の実施例における光可変分散補償器の第一の構成を示す図。
【図８】本発明の実施例における光可変分散補償器の第二の構成を示す図。
【図９】本発明の実施例における光分散補償器の第二の構成を示す図。
【図１０】本発明の実施例における光分散補償器の第三の構成を示す図。
【図１１】本発明の実施例における光可変分散補償器の第二の構成を示す図。
【図１２】本発明の実施例における光分散補償器の第四の構成を示す図。
【図１３】本発明の実施例における光可変分散補償器の第三の構成を示す図。
【図１４】本発明の実施例における光可変分散補償器の第一の群遅延特性の例を示す図。
【図１５】本発明の実施例における光可変分散補償器の第四の構成を示す図。
【図１６】本発明の実施例における光可変分散補償器の第五の構成を示す図。
【図１７】本発明の実施例における光可変分散補償器の第二の群遅延特性の例を示す図。
【図１８】本発明の実施例における光可変分散補償器の波長分散特性の例を示す図。
【図１９】本発明の実施例における光可変分散補償器の第六の構成を示す図。
【図２０】本発明の実施例における光可変分散補償器の第三の群遅延特性の例を示す図。
【符号の説明】
１０，１３，１６：平面板
２０，２２：ミラー（基板）
１１，１２，１４，１５，１７，１８，２１，２３：反射膜
３０，３１：コリメータ
４０：ヒータ
５０：固定台
６０：固定台
６１：ガイドレール
１００：入力ポート
１１０：出力ポート
１２０：プラス側可変分散補償部
１３０：マイナス側可変分散補償部
１４０：プラス側可変高次分散補償部
１５０：マイナス側可変高次分散補償部。
【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】
2004191521.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
2004191521.tif 000021
【図１５】
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【図１６】
2004191521.tif 000023
【図１７】
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【図１８】
2004191521.tif 000025
【図１９】
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【図２０】
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