(57)【要約】【課題】任意の時間遅れを生じさせるための光遅延素子を提供することを目的とする。【解決手段】屈折率変調されたピッチが徐々に変化しているコア部を有するチャープファイバグレーティング（１４）からなる導波路と、チャープファイバグレーティングの長手方向に沿って接触させた温度制御可能な温調素子（１６）と、その温調素子の温度制御によりピッチを変化させチャープファイバグレーティングにおける波長毎の反射波長の位置をコントロールする構成により、光信号制御のための任意の時間遅れを生じさせるための光遅延素子を、小型で少ない部品点数で提供できるという作用を有する。【選択図】  図１
2004354710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部に、入力光の入射位置からの距離に応じて格子間隔を変化させて形成されたチャープファイバグレーティングを有する光ファイバと、
前記光ファイバに沿って配置され、入力光の入射位置からの距離に応じて前記チャープファイバグレーティングの温度を制御することにより、入力光に対する出力光の遅延時間を制御することが可能な温調素子とを有する可変光遅延モジュール。
【請求項２】
コア部に、複数の格子間隔の異なるファイバグレーティングを有する光ファイバと、
前記複数のファイバグレーティングの温度制御可能な複数の温調素子とを有する可変光遅延モジュール。
【請求項３】
更に、前記光ファイバと接続する広帯域のチャープファイバグレーティングを有する別の光ファイバを有する請求項１又は２に記載の可変光遅延モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信システム等の中継器（ノード）における光パケットの制御等に用いられる光制御素子、特に遅延時間の変化可能な光遅延線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバ通信においては、幹線系はもとより、光加入者系においても高速化が進展しており、超短パルスを用いた大容量化や、中継器における光−電気変換を行わないフォトニックネットワークも検討されている。特にこのような光通信システムの中継器（ノード）においては、光信号制御のため特定の時間遅れを生じさせるための光遅延線が必要であり、そのための光制御デバイスがキーデバイスの一つとなる。光遅延を生じさせる具体的な手段としては、特定の距離を持つ光ファイバループ等を通過させる方法が一般的であるが、特定の波長に対応させるためには、フィルタで波長を弁別し、その後カプラ等により光ファイバループへ接続する方法が用いられる。また、光ファイバのコア中へ回折格子を形成する光ファイバ回折格子（ファイバグレーティング）は、狭帯域なフィルタ特性を持ち、安定性や光の利用効率に優れ、光ファイバループ中での反射鏡として用いることも可能であり、光ファイバとの組み合わせで光遅延線として用いることが可能である。
【０００３】
しかしながら、光ファイバループを用いた光遅延線は通常数ナノ秒かそれ以上の遅延を与える場合に用いられており、光パケットの制御のための遅延を行うには不適当であるばかりでなく、遅延量はファイバループの長さで決定されるために遅延量を可変とすることが困難であった。また、遅延量を変化させるためには、予め用意してある複数の異なる長さの導波路に切り替えることにより調整することが必要であった。
【０００４】
従来技術としては以下が報告されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
この素子構成を図５に示す。００は光ファイバ長等化調整器、０１は導波路基板、０２は入力側光ファイバ、０３は出力側光ファイバ、０２Ａは入力側導波路、０３Ａは出力側導波路、０４は入力側分岐部、０５は出力側分岐部、０６は遅延導波路群、０６１−０６ｎは遅延導波路である。
【０００６】
この受信機が同一のクロックを用いて受信する場合、受信感度劣化量の増加を抑えるために許容される光セル間のスキューはおよそ１ビットの１０分の１程度である。光信号のビットレートを１０Ｇｂｐｓとすると許容スキューの時間は１０ｐｓｅｃに相当し、これを光ファイバ長さに換算すると２ｍｍとなる。すなわち、光ファイバ長の誤差は約２ｍｍ（±１ｍｍ）以下であることが要求される。このため、各遅延導波路０６１乃至０６ｎの光路長差は各々２ｍｍステップで製作することになる。
【０００７】
遅延導波路群０６を構成する遅延導波路０６１−０６ｎの数ｎは、吸収されるべき光ファイバ長の誤差により決定される。例えば、光コネクタの組立において、片端で最大±２ｍｍの誤差を許容すると、ファイバケーブル両端での誤差は最大±４ｍｍとなる。このため、４本の遅延導波路０６１乃至０６４が必要となる（±４ｍｍ÷±１ｍｍ＝４）。
【０００８】
導波路基板０１に形成する遅延導波路群０６の各遅延導波路０６１−０６ｎにおける光路長差は、経路長の差又は屈折率の差として設けることが可能である。
【０００９】
光スイッチとして機能する入力側分岐部０４の構成を説明する。入力側分岐部０４と出力側合流部０５はともに導波路により構成された１×ｎの光スイッチから構成されている。かかる構成において、光ファイバを光コネクタに組み付け、さらに、調整した後、実際に遅延調整器の内部に実装した後の調整を不要と仮定すると、入力側分岐部０４と出力側合流部０５に用いる経路選択手段としての１×ｎ光スイッチは実装後の制御などを必要としない固定的なものが適切である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−２９５５２９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光ファイバ長等化調整器の構成では予め光路長差を設定しておいた導波路群でトータルの光ファイバ長を微調整することは可能であるが、任意の光路長差をつけることすなわち任意の遅延量を与えるための光遅延線としては機能しない。また、導波路を石英基板等に形成するため導波損失や挿入損失が生じてしまうという課題がある。
【００１２】
本発明は上記従来技術の課題を解決するもので、光信号制御のため任意の時間遅れを生じさせるための光遅延モジュールを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明の第１の構成は、屈折率変調された間隔（ピッチ）が徐々に変化しているコア部を有するチャープファイバグレーティングからなる導波路と、前記チャープファイバグレーティングの長手方向に沿って接触させた温度制御可能な温調素子と、前記温調素子の温度を制御してチャープファイバグレーティングの反射波長の位置をコントロールする手段を備えた構成を有する。
【００１４】
本発明の第１の構成により、光信号制御のための任意の時間遅れを生じさせるための光遅延素子を、小型で少ない部品点数で提供できるという作用を奏する。
【００１５】
また、本発明の第２の構成は、屈折率変調されたコア部を有する複数のファイバグレーティングからなる導波路と、前記複数のファイバグレーティングからなる導波路の長手方向に沿って接触させた温度制御可能な温調素子と、前記温調素子の温度を制御してグレーティングの反射波長をコントロールする手段と、前記複数のファイバグレーティングからなる導波路と接続する広帯域のチャープファイバグレーティングからなる導波路を備えた構成を有する。
【００１６】
本発明の第２の構成により、異なった複数の波長の光に対して特定の時間遅延をさせることができるという作用を奏する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の可変光遅延モジュールについて、図面を用いて説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の可変光遅延モジュールの概略図を図１に示す。
【００１９】
実施の形態１の可変光遅延モジュールは、光ファイバ１５、温調素子１６およびその温度コントローラ１７を有する。
【００２０】
光ファイバ１５の図示しないコア部には、チャープファイバグレーティング１４が形成されている。
【００２１】
チャープファイバグレーティング１４は、入力光１１の入力端１３（付近のグレーティングの開始点）からの距離に応じて回折格子（ファイバグレーティング）の間隔（ピッチ）が変調して形成され、それによって屈折率が変調するように形成されている。
【００２２】
入力光１１は入力端１３から入射し、適当な位置のチャープファイバグレーティングで反射され、入力端１３から出力光となって出力される。特定の波長の入力光１１が反射される位置は、入力光の波長に応じた回折格子の間隔のファイバグレーティング１４の位置である。
【００２３】
チャープファイバグレーティング１４の回折格子の間隔は、少なくとも特定波長の入力光１１を反射することができる波長帯域を有する必要がある。
【００２４】
チャープファイバグレーティングの長手方向に単調に回折格子間隔が増加（または減少）している場合、単位ファイバ長さあたりの回折格子間隔の変化量を、チャープ量（単位はナノメートル／ミリ）と呼ぶ。チャープ量が小さすぎると、一定の波長帯域幅を反射するために、長いグレーティング長を必要とする。逆に、チャープ量が大きすぎると、一定の波長帯域幅を反射するためのグレーティング長は短くなりすぎ、制御が困難となる。このような観点から、チャープ量は、０．００１ｎｍ／ｍｍ以上、０．１ｎｍ／ｍｍ以下が適当である。より望ましくは、０．００５ｎｍ／ｍｍ以上、０．０５ｎｍ／ｍｍ以下が良い。もっとも適切なチャープ量は、０．０１ナノメートル／ミリ程度である。また、グレーティングの反射率は１００％に近いほど損失は少なくなるが、反射率は高くなくても機能する。
【００２５】
チャープファイバグレーティングの作製には、ＫｒＦエキシマレーザ等の紫外光を、上記のチャープ量が得られるように作製された露光用の位相マスクを介して光ファイバに照射すればよい。
【００２６】
次に、温調素子１６を用いて、光遅延素子の遅延量を調整する方法について説明する。
【００２７】
実施の形態１の可変光遅延モジュールにおいて、温調素子１６は、チャープファイバグレーティング１４にそって、入力端１３からの距離に応じて１〜ｎ番目の温調素子１６が配置されている。温調素子１６のそれぞれの温度を制御することにより、入力端１３からの距離に応じてチャープファイバグレーティング１４の温度を制御することが可能である。チャープファイバグレーティング１４の温度を変化させることにより、回折格子の間隔を変化させ、その間隔に応じた波長の光を反射することが可能となる。
【００２８】
温調素子１６のそれぞれの温度を制御するのが、温度コントローラ１７である。これは、図１に示すように、１つのコントローラで複数の温調素子を制御しても良いし、それぞれの温調素子１６を別個のコントローラで制御しても良い。
【００２９】
制御する入力光１１の反射位置は、初期温度（温調素子を動作させない状態）では、チャープファイバグレーティングの中央付近とするのが望ましい。温度コントローラ１７によって温調素子１６の温度を変化させてグレーティングピッチ（回折格子間隔）を変化させることができる。温度の与え方によって、入力光の反射位置を、ファイバグレーティング１４の中央付近から入力端に近づくようにすることも可能であるし、入力端から遠ざかるようにすることも可能である。反射位置が、入力端１３に近づく場合では、反射される光の光路長は短くなるので、遅延量は小さくなる。逆に、入力端から遠ざかる場合では、光路長は長くなるので、遅延量は大きくなる。
【００３０】
次に、実施の形態１の可変光遅延モジュールの動作を、より具体的に図２を用いて説明する。
【００３１】
図２の可変光遅延モジュールは、導波路としての光ファイバ２５、温調素子としてペルチェ素子２６および温度コントローラ２７を有する。光ファイバには図１と同様にチャープファイバグレーティング２４が形成されている。さらに、入力端として光ファイバコネクタ２３を有する。
【００３２】
いま、入力光２１として波長１．５５０ミクロンの赤外レーザ光を使用する場合を考えて、チャープファイバグレーティング２４の左端（光ファイバコネクタ付近）の反射波長を１．５５０５ミクロン、中心部分の反射波長を１．５５０ミクロン、右端の反射波長を１．５４９５ミクロンをとする。また、チャープファイバグレーティングの長さＬ１を１００ミリとする。チャープ量が０．０１ナノメートル／ミリの場合は、反射波長が左端の１．５５０５ミクロンから０．００１ミクロン／１００ミリ（すなわち，０．０１ナノメートル／ミリ）の割合で減少してゆき、入力端２３付近から１００ｍｍの右端での反射波長が１．５４９５ミクロンになる。
【００３３】
通常ファイバグレーティングの反射波長の温度特性（波長変化）は０．０１ナノメートル／℃程度である。１００℃の温度変化が生じた場合には、１ナノメートル変化する。
【００３４】
６つのペルチェ素子に５０℃の上昇を与えてチャープファイバグレーティングの温度を５０℃上昇させた場合は、全体の反射波長が０．５ナノメートル増加する。右端の位置での反射波長も０．５ナノメートル増加して１．５５０ミクロンとなる。したがって、波長１．５５０ミクロンの入力光１１が入射した場合、初期温度では、チャープファイバグレーティングの中心部分で入力光が反射していたが、温調素子の動作後は、右端で反射するようになる。つまり、グレーティング長（１００ｍｍ）の半分の２倍に相当する１００ミリの光路差を生じる。この場合の遅延時間としてはおよそ３３０ピコ秒である。
【００３５】
もし、温度上昇を２５℃与えた場合は、波長１．５５０ミクロンの入力光の反射波長位置は、チャープファイバグレーティングの中央と右端の中間位置となるため、光路差として１００ミリのグレーティング長の１／４半分の２倍すなわち５０ミリ生じる。この場合の遅延時間はおよそ１６５ピコ秒となる。
【００３６】
また、複数のペルチェ素子に対して個々の温度の与え方を変えることにより、入力光波長に対する反射位置を変えることにより光路差を変えて遅延時間をさらに細かく変化させることもできる。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、光信号制御のため任意の時間遅れを生じさせるための光遅延素子を、小型で少ない部品点数で実現できる。
【００３８】
なお、本実施の形態の、チャープファイバグレーティングのチャープ量は必要となる可変遅延量に応じて変えればよい。また、チャープファイバグレーティングの長さや温調素子の数等は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。
【００３９】
（実施の形態２）
本発明の実施形態２を図３を用いて、説明する。
【００４０】
実施形態２の可変光遅延モジュールは、光ファイバ３５、温調素子３８、温度コントローラ３９を有する。
【００４１】
光ファイバ３５には、図示していないコア部にｎ個のファイバグレーティング３４１〜３４ｎが形成されている。ファイバグレーティング３４１〜３４ｎは、入力光３１の入力端３３から直列に並べて配置されている。各ファイバグレーティングは、反射波長がわずかに異なるように間隔（ピッチ）がそれぞれ異なっている。また、各ファイバグレーティングには温調素子３８を接触させており、一つ一つのファイバグレーティングの温度を変化させることによりグレーティングピッチ（回折格子間隔）を変化させ反射波長を変えることができる。
【００４２】
実施形態２の可変光遅延モジュールは、必要に応じて、光ファイバ３７を有する。光ファイバ３７は、チャープファイバグレーティング３６を有する。チャープファイバグレーティング３６は入力光の波長帯域全てをカバーする反射帯域を持つよう形成されている。
【００４３】
特定の波長の入力光３１が入射された場合、その波長に対応して温調素子の温度を制御し、入力光の波長（入射波長）とファイバグレーティングの反射波長がマッチしたところで反射が生じる。もし入射波長がそれぞれのファイバグレーティングの反射波長にマッチングしない場合は、チャープファイバグレーティング３６で反射が生じる。従って、個々のファイバグレーティングの反射波長及び帯域やファイバグレーティング同士の間隔、さらにチャープファイバグレーティングとの間隔を予め設定しておけば、特定の光路差を与えることができ、遅延時間を変えることができる。
【００４４】
次に、実施形態２の可変光遅延モジュールをより具体的に図４の可変光遅延モジュールを用いて説明する。
【００４５】
図４は可変光遅延モジュールの全体構成の概略を示しており、４１は入力光、４２は出力光、４３は入力端である光ファイバコネクタ、４４１から４４６はファイバグレーティング、４５は光ファイバ、４６はチャープファイバグレーティング、４７は光ファイバ、４８は６個を直線上に並べたペルチェ素子、４９はペルチェ素子用温度コントローラである。
【００４６】
いま、６個のファイバグレーティング４４１〜４４６の構成として、左端から順番に反射波長をそれぞれ１．５５１０ミクロン、１．５５０８ミクロン、１．５５０６ミクロン、１．５５０４ミクロン、１．５５０２ミクロン、１．５５００ミクロンとする。また、ファイバグレーティングの長さを１０ミリ、各ファイバグレーティングの中心の間隔Ｌ２を５０ミリとする。チャープファイバグレーティング４６は、入射波長がそれぞれのファイバグレーティングの反射波長にマッチングしない場合のために入射光を反射させるためのものであり、入射光を反射させなくてもよい場合には不要である。
【００４７】
ファイバグレーティングの作製は、実施例１で述べた方法と同様に行う。
【００４８】
ファイバグレーティングの反射波長の温度特性（波長変化）は０．０１ナノメートル／℃程度であり、各ファイバグレーティング上のペルチェ素子により個別に反射波長を変化させる構成となっている。
【００４９】
例えば、入力光波長を１．５５０６ミクロンに設定した場合、室温（２０℃、初期設定温度とする）で、ファイバグレーティング４４３で反射する。ここで、ファイバグレーティング４４３へ＋２０℃の温度変化を与えて反射波長を１．５５０６ミクロンから１．５５０８ミクロンへ変化させ、さらに、ファイバグレーティング４４４へ＋２０℃の温度変化を与えて反射波長を１．５５０４ミクロンから１．５５０６ミクロンへ変化させると、入力光はファイバグレーティング４４４で反射され、ファイバグレーティング４４３とファイバグレーティング４４４の間隔の２倍の光路差１００ミリに相当する遅延を生じるようになる。
【００５０】
また、同様に、入力光波長を１．５５０６ミクロンに設定した場合で、温度変化を与えない状態では、ファイバグレーティング４４３で反射するが、ここで、ファイバグレーティング４４３へ＋２０℃、ファイバグレーティング４４４へ４０℃、ファイバグレーティング４４５へ＋４０℃の温度変化を与えると、それぞれの反射波長が、ファイバグレーティング４４３では１．５５０８ミクロン、ファイバグレーティング４４４では１．５５０８ミクロン、ファイバグレーティング４４５では１．５５０６ミクロンとなりファイバグレーティング４４５で反射するため、ファイバグレーティング４４３とファイバグレーティング４４５の間隔１００ｍｍの２倍の光路差である２００ミリに相当する遅延を生じるようになる。
【００５１】
複数のペルチェ素子における個々の温度差の与え方やファイバグレーティングの間隔等により、入力光波長に対する反射位置を変えることで光路差を変えて遅延時間をさらに細かく変化させることもできる。
【００５２】
以上のように、本実施形態によれば、光信号制御のため特定の時間遅れを生じさせるための光遅延素子を、小型で少ない部品点数で実現できる。
【００５３】
なお、本実施の形態の、ファイバグレーティングの数や間隔、構成する光ファイバの長さ等は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。
【００５４】
実施の形態１および２においては、ファイバグレーティングを加熱して、反射波長を増加させる場合について説明したが、ファイバグレーティングを冷却する場合もまったく同様である。この場合は、反射波長は減少する。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は上記構成によって、光信号制御のため任意の時間遅れを生じさせるための小型で部品点数の少ない可変光遅延モジュールを提供することができる。また、光ファイバ中の回折格子の形成位置は正確に制御できるので、複数のファイバグレーティングの位置及びチャープファイバグレーティングの位置によって決定される遅延量を予め付与しておくことで、遅延量の大きな可変光遅延モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における光遅延素子の全体構成の概略図
【図２】本発明の第１の実施形態における光遅延素子の構成図
【図３】本発明の第２の実施形態における光遅延素子の全体構成の概略図
【図４】本発明の第２の実施形態における光遅延素子の構成図
【図５】従来例における光ファイバ長等化調整器の全体構成を示す概略図
【符号の説明】
１１  入力光
１２  出力光
１３  入力端
１４  チャープファイバグレーティング
１５  光ファイバ
１６  温調素子
１７  温度コントローラ
２１  入力光
２２  出力光
２３  光ファイバコネクタ
２４  チャープファイバグレーティング
２５  光ファイバ
２６  温調素子
２７  温度コントローラ
３１  入力光
３２  出力光
３３  入力端
３４１  ファイバグレーティング
３４２  ファイバグレーティング
３４３  ファイバグレーティング
３４４  ファイバグレーティング
３４５  ファイバグレーティング
３４ｎ  ファイバグレーティング
３５  光ファイバ
３６  チャープファイバグレーティング
３７  光ファイバ
３８  温調素子
３９  温度コントローラ
４１  入力光
４２  出力光
４３  光ファイバコネクタ
４４１  ファイバグレーティング
４４２  ファイバグレーティング
４４３  ファイバグレーティング
４４４  ファイバグレーティング
４４５  ファイバグレーティング
４４６  ファイバグレーティング
４５  光ファイバ
４６  チャープファイバグレーティング
４７  光ファイバ
４８  ペルチェ素子
４９  温度コントローラ
００  光ファイバ長等化調整器
０１  導波路基板
０２  入力側光ファイバ
０３  出力側光ファイバ
０２Ａ  入力側導波路
０３Ａ  出力側導波路
０４  入力側分岐部
０５  出力側分岐部
０６  遅延導波路群
０６１−０６ｎ  遅延導波路
【図１】
2004354710.tif 000003
【図２】
2004354710.tif 000004
【図３】
2004354710.tif 000005
【図４】
2004354710.tif 000006
【図５】
2004354710.tif 000007