(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長分割多重化光学送信機、
前記光学送信機からの信号を伝送する所定長の光ファイバ及び、
不要な色分散を生成する前記ファイバと、
前記信号内の色分散を低減するための補償器と、
前記信号用の光学受信機と
からなる光ファイバ通信システムにおいて、
前記分散補償器は、反射率可変のミラー、高反射率固定ミラー及び前記ミラー間の光学パス内の光学キャビティとからなるオールパスフィルタからなり、
前記反射率可変のミラーは、静電気的に移動可能な膜と、前記膜に隣接した基板、及び前記膜と前記膜を移動させるための基板間に静電界を印加するための制御可能な電圧源を含むことを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項２】
波長分割多重化光学送信機、
前記光学送信機からの信号を伝送する所定長の光ファイバ及び、
不要な色分散を生成する前記ファイバと、
前記信号内の色分散を低減するための補償器と、
前記信号用の光学受信機と
からなる光ファイバ通信システムにおいて、
前記分散補償器は、反射率可変のミラー、高反射率固定ミラー及び前記ミラー間の光学パス内の光学キャビティとからなるオールパスフィルタからなり、
前記送信機は、複数の離間した波長信号チャネルを送信し、
前記オールパスフィルタの光学キャビティは、フィルタの自由スペクトラルレンジ（ＦＳＲ）が少なくとも２つの信号チャネルの間の波長スペースに等しいような寸法である
ことを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項３】
前記光学キャビティは、基板からなり、該基板は、第１表面とこの第１表面に平行な第２表面を有し、該第２表面が固定ミラーをサポートしていることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記反射率可変ミラーと前記固定ミラーは、離間した２つの別々の基板の上にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記光学キャビティは、離間した基板間のスペースを含むことを特徴とする請求項４記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに関し、特に可調マルチ分散補償フィルタを用いた波長分割多重化光通信システム（ＷＤＭと高密度ＷＤＭシステム）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムは、伝送媒体として高純度シリカ製の光ファイバに依存している。従来の地上システムは、長波長成分が短波長よりも若干長い伝搬時間遅延を有する（正の色分散）波長範囲で光学信号を伝送するよう企図されていた。この分散が光学信号の情報コンテントを悪化させないように初期のシステムは、分散が低い、あるいはゼロの波長でのシングルチャネルを用いていた。
【０００３】
幅広い光学波長（ＷＤＭシステム）にわたって、多くのチャネルを利用することが望ましくなるにつれて色分散は、より正確な補償を必要とするようになっている。ＷＤＭシステムは、大量の情報を送信するために、そして追加（add）／ドロップ（drop）接続と相互接続のようなネットワーク機能を組み込むために重要となっている。しかしＷＤＭチャンネルのビットレートが増加するにつれて色分散補償がより重要となっている。
【０００４】
ＷＤＭシステムにおける従来の分散補償スキームは、分散補償ファイバと分散補償グレーティングを用いている。地上システムで使用される伝送用の光ファイバは、ＷＤＭシステムに対し正の色分散を示し、分散ファイバにより全体を補償することはできなっかた。このようなファイバに一部を用いて伝送用光ファイバスパンの累積した分散を補償することはできるが、最適の補償は選択されたチャネル（通常伝送帯域の中央部にある）でのみ達成できる。分散傾斜に起因して伝送帯域の端部にあるチャネルには、波長依存性の分散が依然として残る。
【０００５】
端部のチャネルでの累積した分散を補償するには、分散補償グレーティング（dispersion compensating grating;DCG）が必要である。このＤＣＧは、反射モードで用いられるチャープファイバブラググレーティングであり、長波長が短波長よりも先に反射されるよう方向付けられている。このようにして累積した正の色分散に起因して広がった光学パルスを時間で再度圧縮することができる。ＤＣＧを用いたこのような構成は、米国特許第４，９５３，９３９号と米国特許第５，７０１，１８８号に開示されている。ＤＣＧを用いる主な利点の１つは、分散量と分散傾斜がグレーティングチャープパラメータを設定することにより容易に調整できることである。別の利点は、非線形性が小さい（逆に言えば線形性が高い）ことである。
【０００６】
しかし、分散補償ファイバとＤＣＧを用いた従来の補償スキームは、様々な欠点がある。この分散補償ファイバは大きな損失を導入し、非線形な入力信号パワーに応答してしまう。ＤＣＧは、極性モード分散を導入し、そしてそれらが長いために最小化しなければならないグループ遅延リップルを導入してしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、広いバンド幅にわたって低損失かつ低極性依存性の補償を行うことができる新たなＷＤＭ通信システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、本発明のＷＤＭ光通信システムは、新たな可調マルチチャネル分散補償ファイバを有し、このファイバは、低損失で極性依存性が低くかつ広い波長範囲にわたって数多くのチャネルを補償できる機能を有する。本発明のフィルタは、一側にほぼ１００％の反射器と他側に可変の部分反射器とを具備する光学キャビティを含む。この本発明のデバイスは、可調で全てのオールパスフィルタとして機能できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１において本発明のＷＤＭ光ファイバ通信システム１０は、多重波長光送信機１１と伝送用光ファイバ１２と、この伝送用光ファイバ１２の分散補償をするための可調マルチチャネル分散補償フィルタ１３とを有する。更にまたＷＤＭ光ファイバ通信システム１０は、受信機１４を有する。システムの長さによっては、光学増幅器１５を多重波長光送信機１１と受信機１４の間に配置することもできる。長距離伝送システムは、伝送用光ファイバの複数のセグメントを有し、それぞれのセグメントが可調マルチチャネル分散補償フィルタ１３を含む増幅器と分散補償器により接続される。長距離システムはまた伝送用光ファイバの間に１つあるいは複数の追加／ドロップモ−ド（図示せず）を有する。
【００１０】
反射デバイスである可調マルチチャネル分散補償フィルタ１３が伝送用光ファイバに二重ファイバ光学フェルールパッケージ１６により結合される。この１６は米国特許出願第０８／６８８，１７８号に開示されている。
【００１１】
次に動作について説明すると波長λ1，λ2，．．．，λnの複数の波長信号チャネルが多重波長光送信機１１により伝送用光ファイバに向けて放射される。信号がファイバを伝搬するにつれてチャネルには損失と分散が発生する。この信号は光学増幅器１５により増幅され、可調マルチチャネル分散補償フィルタ１３により分散が補償される。
【００１２】
図２は、可調マルチチャネル分散補償フィルタ１３の一実施例を示す。この可調マルチチャネル分散補償フィルタ１３は機械反射防止スイッチ変調器（mechanical anti-reflection switch modulator;MARS 変調器）を修正したもので米国特許第５，５００，７６１号に開示されている。可調マルチチャネル分散補償フィルタ１３は前掲の特許のデバイスに比較すると一平行側面２８，平行側面２９の間に規定された低損失の光学材料性の光学キャビティ２７を含んでいる点が異なる。平行側面２９は固定ミラー（ほぼ１００％の反射器で反射率は９５％以上）である。
【００１３】
本発明のデバイスは、可変部分反射器１９と固定ミラー２９とそれらの間の光学パスに配置された光学キャビティ２７を有する。可変部分反射器１９はほぼ平面上の表面を有する基板２０と前記表面に平行に離間した可変の薄膜２１を有し、これにより薄膜２１と基板２０との間にギャップ２２を規定する。基板２０は結晶性の結晶シリコンであり、薄膜２１は多結晶シリコンである。薄膜２１と基板２０は、絶縁材料性の周囲サポート層２３により離間されている。電極２４，２５が制御電圧ソース２６の端子にそれぞれ薄膜２１と基板２０を接続している。
【００１４】
平行な側２８，平行側面２９が厚さＬの光学キャビティを規定する。光学厚さはフィルタの周期性すなわち自由スペクトラルレンジ（free spectral range;FSR）を決定する。長さ即ち厚さＬは、ＦＳＲがシステムの光学チャネル間のスペースの整数倍となるように選択される。このようにして多くのチャネルが同時に補償される。厚さＬは熱チューニングにより同調される。キャビティの光学パス長さをλ／２（translate)だけ変化させると完全なＦＳＲによるフィルタ周波数応答になる。
【００１５】
薄膜２１と一平行側面２８の間のスペースは、印加電圧により制御できる。薄膜２１と基板２０との間の距離がλ／４の奇数倍のときには、反射は最大となる。この距離がλ／４の偶数倍のときには最小となる。必要によってはキャビティ長さを温度チューニングにより同調して波長ロックを維持することもできる。
【００１６】
図３は可調マルチチャネル分散補償フィルタ１３の他の実施例を示し、可変部分反射器１９と平行側面である固定ミラー２９がそれぞれ２つの別々の基板３０，３１の上に配置され、そして光学キャビティ２７は、可変部分反射器１９と平行側面２９との間にギャップを含む。基板３０は透明で、好ましくは反射防止コーティングが施されている。
【００１７】
図４は２つの異なる膜の偏向用を示す図２のデバイスを通過する信号のグループ遅延を示す。同図から判るように信号のグループ遅延は、波長依存性がある。部分反射が増加するにつれてピーク遅延も増加する。
【００１８】
可調マルチチャネル分散補償フィルタ１３により生成された分散は、波長に対するフィルタ遅延の微分によって測定できる。多くのアプリケーションによっては、一定の分散が必要である。ほぼ一定の分散の増加したパスバンド幅を有する合成フィルタは、複数の可調マルチチャネル分散補償フィルタ１３を連結することにより構成できる。必要によってはフィルタは、波長シフトを制御することによりオフセットすることもできる。同調のフィードバック制御を用いて活性状態で安定化させることもできる。
【００１９】
図５は２つのフィルタ１３Ａ，１３Ｂを連結することにより構成した合成フィルタ４０を示す。フィルタ１３Ａ，１３Ｂの各々は、図２に示す構造を有する。
【００２０】
図６は一周期（ＦＳＲ）に対する図５の２段フィルタに対する遅延を示す。比較のために点線は、理想的な線形遅延特性を示す。この遅延は、単位Ｔでもって与えられ、これは信号がキャビティ内を往復するのに必要な時間として定義されている。１００ＧＨｚのＦＳＲを有するフィルタに対しては、往復遅延はＴ＝１０ｐｓである。キャビティの反射率と光学パス長さを偏向することにより遅延応答は、一定の分散の範囲を創り出すために偏向することができる。
【００２１】
実際のフィルタにおいては幾分かの損失が存在する。図７は図６の２段フィルタに対するキャビティの往復あたり０．６５ｄＢ損失の一般的な損失の影響を示す。この損失はパスバンド全体に対し、ほぼ線形に変化する。波長に対するより小さなフィルタ損失変動は、小さなキャビティ損失から発生する。
【００２２】
分散補償フィルタに対し考慮すべき重要な点は、必要な分散応答がパスバンド全部にわたって達成できる程度である。この達成度は、所望の線形応答からグループ遅延の変動を計算するグループ遅延リップルと称する数字で測定できる。図８は図６のフィルタに対するグループ遅延リップルを示す。図８から判るようにピーク間のリップルは、パスバンド全体にわたって０．０５×Ｔだけである。
【００２３】
パスバンド幅と分散とリップルは、ＦＳＲで換算できる。設計例として幾つかのＦＳＲに対する標準的な単位でのこれらのパラメータの値を次に示す。
（表１）
0004689791.tif 000002
上記の表１は、異なるキャビティ厚さ（異なるＦＳＲ）に対するデザインパラメータでそれぞれの場合ＦＳＲの４０％に等しいパスバンド幅を仮定している。
【００２４】
１００ＧＨｚのＦＳＲに対してはパスバンド幅は、この例では４０ＧＨｚである。６０ｐｓ／ｎｍの最大分散は、０．５ｐｓ以下のリップルで達成できる。このリップルは、チャープドブラッググレーティングフィルタ（chirped Bragg grating filter）に比較すると非常に小さく、リップルは１０ｐｓである。フィルタ分散の符号は、２段のキャビティ長さを変化することにより、たとえば温度チューニングにより容易に反転させることができる。かくして完全なチューニング範囲は、ピーク分散の２倍である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可調マルチチャネル分散補償フィルタを採用したＷＤＭ光ファイバ通信システムを表す図。
【図２】図１のシステムで使用される分散補償フィルタの一実施例を表す図。
【図３】分散補償フィルタの他の実施例を表す図。
【図４】システムとフィルタの動作を理解するためのグラフ。
【図５】２段フィルタの他の実施例を表す図。
【図６】図５の装置を理解するためのグラフ。
【図７】図５の装置を理解するためのグラフ。
【図８】図５の装置を理解するためのグラフ。
【符号の説明】
１０  ＷＤＭ光ファイバ通信システム
１１  多重波長光送信機
１２  伝送用光ファイバ
１３  可調マルチチャネル分散補償フィルタ
１３Ａ，１３Ｂ  フィルタ
１４  受信機
１５  光学増幅器
１９  可変部分反射器
２０  基板
２１  薄膜
２２  ギャップ
２３  サポート層
２４，２５  電極
２６  制御電圧ソース
２７  光学キャビティ
２８  一平行側面
２９  平行側面（固定ミラー）
３０，３１  基板
３２  反射防止コーティング
４０  フィルタ
【図１】
0004689791.tif 000003
【図２】
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【図３】
0004689791.tif 000005
【図４】
0004689791.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004689791.tif 000010