(57)【要約】【課題】構造が簡単で波長分散補償特性を調整することができ、しかも消費電力の低減が可能な波長分散補償器等の光デバイスを得ること。【解決手段】入力側光ファイバ２０２と、この出力光を平行光とするコリメータレンズ２０３と、これと所定の距離を置いて対向配置され、出力側光ファイバ２０５に光学的に結合する集光レンズ２０４を備えている。平行ビーム通過領域２０６には平行基板２０７1〜２０７mがこれらの挿入量を調整して配置されている。異なった光路が形成されることで、波長分散補償特性等の各種の特性を実現できる。平行基板２０７が１枚の場合にはマッハツェンダ干渉計を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一光源の光を所定の断面積の平行ビームとして出力する平行ビーム出力手段と、
この平行ビーム出力手段から出力される平行ビームを１つの光路に収束させるビーム収束手段と、
このビーム収束手段によって収束される前の平行ビームからなる全光束の一部を横切るように挿入され、それ自体は光を透過させる平行な板材からなる１または複数の平行基板
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
伝搬されてきた光を出射する第１のファイバと、
光を入射して伝搬する第２のファイバと、
前記第１のファイバから出射された光を平行ビームとする第１のレンズと、
この第１のレンズによって平行ビームとされた光を前記第２のファイバに光学的に結合させる第２のレンズと、
前記第１のレンズによって平行ビームとされ第２のレンズによって前記第２のファイバに光学的に結合される全光束の一部を横切るように挿入され、それ自体は光を透過させる平行な板材からなる１または複数の平行基板
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
前記１または複数の平行基板が前記全光束を横切る割合あるいは前記平行基板と前記平行ビームのなす傾斜角を調整する平行基板調整手段を具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光デバイス。
【請求項４】
前記平行基板は複数であり、最も薄い平行基板に対して他の平行基板の厚さが等倍あるいは整数倍となっていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光デバイス。
【請求項５】
前記光デバイスは、群遅延分散特性を可変させる波長分散補償器であることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載の光デバイス。
【請求項６】
前記光デバイスは光フィルタであり、前記平行基板調整手段の調整によって振幅特性を可変することを特徴とする請求項３記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の伝送に使用する光デバイスに係わり、特に光信号の伝送時に発生する波長分散を補償するための波長分散補償器や光の透過特性を変える光フィルタのように光信号の周波数特性を変化させる光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット等の通信技術を使用するＩＴ（Information Technology）社会の到来により、光ファイバを使用した高速光伝送網の構築が急務とされている。
【０００３】
ディジタル信号は、信号“０”と信号“１”の２種類の値で表わされるのが通常である。光伝送技術では、これらのディジタル信号を伝送するための複数の伝送フォーマットを用意している。波長多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）では、光強度の有無により信号情報を表わしている。高速な光伝送あるいは長距離の光伝送では、光ファイバ等のデバイスを光信号が通過する際に光パルスの幅が広がったり、パルス波形が歪むといった現象が顕著に発生することになる。この結果として、そのような光信号を使用した信号処理系で信号のビットエラーが増大する。
【０００４】
そこで、光ファイバを用いた伝送路の一部に波長分散補償器としての分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Dispersion Compensated Fiber）を配置し、光の分散を高精度に補償する第１の提案が行われている（たとえば特許文献１参照）。この第１の提案では、光ファイバのコア部およびクラッド部の屈折率分布を適時最適化することにより所望の波長分散特性をもつ分散補償光ファイバを実現している。
【０００５】
しかしながら、この提案の波長分散補償器は、分散補償ファイバで構成されているため、分散補償に必要な長さが数キロメートルにもなる。また、異なった波長のそれぞれについて分散量が異なる場合には、波長ごとに分散補償ファイバを用意する必要があるので、全体的な波長分散補償器のサイズが大型化するという問題があった。
【０００６】
そこで、波長分散補償器をファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）と、分散補償ファイバおよび光サーキュレータによって構成することが第２の提案として提案されている（たとえば特許文献２参照）。この第２の提案では、波長多重信号光に対して、異なるピッチを有する複数のファイバ・ブラッグ・グレーティングとその間に分散補償ファイバを配置することで、多波長に対して同時に波長分散補償を行うことができる。
【０００７】
しかしながら、これら第１および第２の提案の波長分散補償器は、共に分散補償特性を変更できない固定型の波長分散補償器を構成している。したがって、光信号を伝送する伝送路の経路が変更されたり、伝送路の途中に設けたデバイスが変更される等によって光の分散の様子が異なった場合には、分散特性を変更してこれに対処することができない。
【０００８】
また、第１の提案によれば、通常の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber）の伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｍ以下であるのに対して、分散補償ファイバの場合には伝送損失が１ｄＢ／ｋｍと比較的大きい。したがって、この伝送損失を補うために光増幅器等の増幅器を用いた光信号の増強が必要となり、光伝送システムが高価となるという問題があった。
【０００９】
第２の提案の場合には、高価な光サーキュレータを使用しているので、波長分散補償器自体がコストアップしてしまうという問題がある。更に、第２の提案では、複数の光部品を接合して使用する構成となっている。したがって、これらの接合部分で光の伝搬損失が比較的大きくなる。そこで、光増幅器等の増幅手段を使用して光信号を増幅する必要があり、波長分散補償器全体のコストを押し上げるという問題があった。
【００１０】
そこで、光導波路に複数のヒータを配置し、これらのマイクロヒータの通電量を調整することで、光の分散補償量を変更することのできる分散補償器が提案されている（たとえば特許文献３参照）。この第３の提案を更に進展させ、光導波路上にマッハ・ツェンダ（ＭＺ）干渉計を用いたラティスフィルタからなる分散補償器を実現する第４の提案も行われている（たとえば非特許文献１参照）。
【００１１】
図１８は、この第４の提案による分散補償器の原理的な構成を表わしたものである。この分散補償器１０１は、対称マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）１０２1、１０２2、……と、非対称マッハツェンダ干渉計１０３1、１０３2、……とを５０パーセントカプラ１０４1、１０４2、……を介して交互にカスケード接続した構造となっている。ここで、対称マッハツェンダ干渉計１０２1、１０２2、……を構成する上側導波路１０５には薄膜ヒータからなる光強度制御器１０６が配置され、非対称マッハツェンダ干渉計１０３1、１０３2、……を構成する上側導波路１０７には同じく薄膜ヒータからなる光遅延器（ＤＬ：Delay line）１０８がそれぞれ配置されている。
【００１２】
この分散補償器１０１では、光強度制御器１０６への通電量を制御することで、上側導波路１０５と下側導波路１０９の２つの光路を伝搬する光強度の結合率を制御する。非対称マッハツェンダ干渉計１０３1、１０３2、……は位相調整に使用される。また、光遅延器１０８への通電量を制御することで、２つの光路を伝搬する光の遅延時間を制御して、波長ごとの結合の度合いによる波長分散補償が行われる。更に、基本的にはマッハツェンダ干渉計の位相差と分岐比を変化させることによりマッハツェンダ干渉計の数に応じた精度で任意のフィルタ特性を実現できることから、可変光イコライザへの応用もあり得る。
【００１３】
しかしながら、この第４の提案では複数の薄膜ヒータを補償量に応じて個別制御するための電気回路が複雑となる。これにより、光通信システム全体の波長分散補償のための設備費用が高価となる。またラッチング機能が無いために、常に薄膜ヒータを通電し発熱させる必要がある。このため、システムが大きくなると電力消費のための費用もかなり必要になるという問題がある。また、停電時に薄膜ヒータへの電力供給が途絶えた場合に波長分散補償量が変動してしまう欠点がある。
【００１４】
更に、第４の提案では、光導波路上に複数の干渉計を配置して光を伝搬させるので伝搬損失が大きくなる。たとえば、１００ＧＨｚ間隔の光伝送システムでは、６段のカスケード接続時に±１５０ｐｓ／ｎｍの波長分散補償量が確保できるものの、伝搬損失が４ｄＢ以上にもなり、制御すべき薄膜ヒータの個所は１２箇所以上となって制御が大変複雑となる。
【００１５】
そこで、分散補償量を変更する場合以外は電力を特に消費しないような分散補償器として、波長分散素子を用いて分散補償器を構成した第５の提案（たとえば特許文献４参照）が行われている。
【００１６】
図１９は、この第５の提案の原理的な構成を表わしたものである。この第５の提案の分散補償器１２１は、光サーキュレータ１２２を経た光ファイバ１２３から射出される光をコリメータレンズ１２４によって平行光とし、ラインフォーカシングレンズ１２５によってＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）ガラスプレート１２６に入射させる。ＶＩＰＡガラスプレート１２６は、薄板の両面に反射膜をコーティングした多重干渉板であり、その透過光はフォーカスレンズ１２７を経て３次元自由曲面ミラー１２８上に焦点を結び、反射されるようになっている。３次元自由曲面ミラー１２８は、Ｘ軸方向１２９とＹ軸方向１３０に移動自在となっている。このような構成の分散補償器１２１は、単一波長信号に対して、分散補償量の大きい可変型の分散補償機能を実現するようになっている。
【特許文献１】特開２００４−２１０７５（第００２３、第００２４段落、図１）
【特許文献２】特許第３４９０６３１号（第０００５段落、図１）
【特許文献３】特開２００３−０６６３８８号公報（第００３９〜第００４１段落、図１、図２）
【特許文献４】特開２００３−３０９５２１号公報（第００１２、第００１３段落、図６）
【非特許文献１】学会名：Optical Fiber Communication(OFC) 2003, 発表番号：ThE7
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、第５の提案による分散補償器１２１は、伝搬損失が１０ｄＢ程度と比較的大きく、光増幅器等を用いて光信号を増強する必要がある。したがって、この分だけシステムが高価になる。また、３次元自由曲面ミラー１２８という特殊な非球面ミラーを用いるので、これもシステムを高価とする原因となる。更に、複数の光部品を精密に組立てて調整する必要がり、大量生産に適さないという問題がある。
【００１８】
以上、光ファイバを伝搬される光信号の波長分散を補償する波長分散補償器について説明したが、光信号の周波数特性を変更するための光フィルタ等の各種光デバイスについても構造が複雑あるいは価格が高価である等の各種の問題があった。
【００１９】
そこで本発明の目的は、構造が簡単で各種の周波数特性を実現可能な光デバイスを提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、構造が簡単で波長分散補償特性を調整することができ、しかも消費電力の低減が可能な光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
請求項１記載の発明では、（イ）同一光源の光を所定の断面積の平行ビームとして出力する平行ビーム出力手段と、（ロ）この平行ビーム出力手段から出力される平行ビームを１つの光路に収束させるビーム収束手段と、（ハ）このビーム収束手段によって収束される前の平行ビームからなる全光束の一部を横切るように挿入され、それ自体は光を透過させる平行な板材からなる１または複数の平行基板とを光デバイスに具備させる。
【００２２】
すなわち請求項１記載の発明では、平行ビームからなる全光束の一部を、１または複数の平行基板が横切るように挿入され、これによる光の経路の違いによって、波長分散補償器や光フィルタ等の各種の光デバイスを実現させることにしている。
【００２３】
請求項２記載の発明では、（イ）伝搬されてきた光を出射する第１のファイバと、（ロ）光を入射して伝搬する第２のファイバと、（ハ）第１のファイバから出射された光を平行ビームとする第１のレンズと、（ニ）この第１のレンズによって平行ビームとされた光を第２のファイバに光学的に結合させる第２のレンズと、（ホ）第１のレンズによって平行ビームとされ第２のレンズによって第２のファイバに光学的に結合される全光束の一部を横切るように挿入され、それ自体は光を透過させる平行な板材からなる１または複数の平行基板とを光デバイスに具備させる。
【００２４】
すなわち請求項２記載の発明では、第１のレンズ（コリメートレンズ）と第２のレンズ（集光レンズ）の間に存在する平行ビームにおける第２のファイバに光学的に結合される全光束の一部を、１または複数の平行基板が横切るように挿入され、これによる光の経路の違いによって、波長分散補償器や光フィルタ等の各種の光デバイスを実現させることにしている。なお、光は逆方向に進行可能なので、この場合には第２のレンズがコリメータレンズとなり、第１のレンズが集光レンズとなる。
【発明の効果】
【００２５】
このように本発明によれば、簡単な構成の光学系を使用して波長分散補償器や光フィルタ等の各種の光デバイスを実現することができる。しかも、平行基板を機械的に移動させることで特性を調整するようにすることができ、これにより電源を供給しないときのラッチング機能を実現することができるので、消費電力の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態における波長分散補償器の構成を表わしたものである。この波長分散補償器２０１は、入力側光ファイバ２０２と、この出力光を平行光とするコリメータレンズ２０３と、このコリメータレンズ２０３と所定の距離を置いて対向配置された集光レンズ２０４と、この集光レンズ２０４によって光学的に結合する出力側光ファイバ２０５とを備えている。コリメータレンズ２０３と集光レンズ２０４の間には、これらの間の空間ビームとしての平行ビーム通過領域２０６と交差するように、厚さｄで光周波数ｆ0における屈折率が“ｎ”である透明な第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mが、この平行ビームに対して挿入する量を調整可能な状態で配置されている。図示しない挿入量調整手段が、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mを平行ビーム通過領域２０６に挿入する量を調整できるようになっている。
【００２７】
このような構成の波長分散補償器２０１では、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mを平行ビーム通過領域２０６にすべて挿入し、また挿入位置を異ならせることで、この平行ビーム通過領域２０６はｍ＋１個の領域に分割される。今、真空中での光の速度をｃとし、この波長分散補償器２０１が配置された空気の屈折率を“１”とする。このとき、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mのそれぞれによる平行ビーム通過領域２０６における光の遅延時間Ｔは、次の（１）式で与えられる。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mの存在によって、平行ビーム通過領域２０６では光の遅延時間Ｔの整数倍の遅延時間が生じた状態で出力側光ファイバ２０５に光が到達する。ただし、平行ビーム通過領域２０６に対する第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mの挿入量が異なると、それぞれの部位でこの遅延量が異なってくる。
【００３０】
図２は、一例としての平行ビーム通過領域での光ビームの遅延量が異なる様子を表わしたものである。この図では、値“ｍ”が“４”の場合、すなわち第１〜第４の平行基板２０７1〜２０７4が平行ビーム通過領域２０６に挿入されている場合を示している。一般に、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mの存在する平行ビーム通過領域２０６に入射する光量に対して遅延時間ｋＴ（ここで値“ｋ”は“０”から“ｍ”の間の整数）を持つ部分の光量の割合を“ａk”と表現することにする。ただし、すべての割合の和（ａ1＋ａ2＋……ａk”）は、値“１”である。
【００３１】
また、遅延時間ｋＴを持つ部分が入力側光ファイバ２０２を出て出力側光ファイバ２０５へ入力されるまでに生じる位相差をφkとする。位相差φkは、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mの光軸に対する傾き角により精密に調整可能である。
【００３２】
図３は、図１に示した波長分散補償器の等価光回路を示したものである。波長分散補償器２０１の等価光回路では、入力される光２１１を第１の光分波器２１２を経て、図２に示した例では５種類の光遅延線２１３0〜２１３4に分波する。そして、そのまま透過させるか、遅延時間Ｔの整数倍の遅延を位相器２１４0〜２１４4で与えることによって、位相差φ0〜φ4を生じさせ、この後、合波器２１５によって合波して出力光２１６を得ることになる。
【００３３】
このような波長分散補償器２０１で、光周波数ｆ0＋ｆでの伝達関数ｈ（ｆ）は次の（２）式のように表わされる。
【００３４】
【数２】
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【００３５】
ただし係数“ｂk”は、次の（３）式で表わされる。
【００３６】
【数３】
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【００３７】
（２）式は、係数“ｂk”をインパルス列とみなしたときのフーリエ変換の関係式とまったく同じである。
【００３８】
図４は、本実施の形態における波長分散補償器と等価のトランスバーサルフィルタの回路構成を表わしたものである。このトランスバーサルフィルタあるいはＦＩＲ（Finite-duration Impulse Response）ディジタルフィルタは、入力２２１を遅延時間Ｔの遅延線２２２の直列回路に通すと共に、この直列回路の手前およびそれぞれの遅延線２２２を経た箇所で個別に乗算器２２３、……２２３に入力し、これらの出力を順次、加算器２２４で加算して出力２２５としたものである。
【００３９】
このような実施の形態の波長分散補償器２０１で（２）式における係数“ｂk”は、図４に示したトランスバーサルフィルタでのタップ係数に相当する。したがって、所望の伝達関数ｈ（ｆ）があったとき、必要な光量の分岐比と位相差を求める作業は、通常のＦＩＲディジタルフィルタの設計と同じであり、公知の設計手法から適宜好適なものを選べばよい。伝達関数ｈ（ｆ）は、通常の振幅特性を操作する光フィルタのようなもの、あるいは位相だけを操作する群速度分散補償器のようなものなどどのようなものでもよく、挿入する平行基板２０７の枚数に応じた精度で任意の振幅位相特性を実現することができる。
【００４０】
図５は、１枚の平行基板を使用した波長分散補償器の構成を表わしたものである。この波長分散補償器２０１Ａで図１に示した波長分散補償器２０１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この波長分散補償器２０１Ａでは、第１の平行基板２０７1のみが平行ビーム通過領域２０６に挿入されている。平行ビームのうち第１の平行基板２０７1と交差している上側領域２３１と交差していない下側領域２３２とによって、２つの経路からなるマッハツェンダ干渉計を構成することが分かる。２つの経路間の光学長差ΔＬは、次の（４）式で表わすことができる。
【００４１】
【数４】
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【００４２】
したがって、第１の平行基板２０７1による光ビームの交差量を制御することで、結合率すなわち、グループディレイを制御することができる。また、第１の平行基板２０７1の回転により位相調整を行うことができる。すなわち、第１の平行基板２０７1を光ビームの進行方向と直交する矢印２３４方向に移動すると、図１８で示した光強度制御器１０６と同様に結合率を調整することができる。また、矢印２３５で示すように、第１の平行基板２０７1が光ビームの進行方向とのなす角度を変化させると、図１８で示した光遅延器１０８と同様に光信号の遅延による位相調整を行うことができる。このように、図１８に示したラティスフィルタ型の波長分散補償器と等価回路を構成することができる。
【００４３】
図６は、２枚の平行基板を使用した波長分散補償器の構成を表わしたものである。この波長分散補償器２０１Ｂで、図１に示した波長分散補償器２０１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この波長分散補償器２０１Ｂでは、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2が平行ビーム通過領域２０６にそれぞれ挿入されている。平行ビーム通過領域２０６における、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2が共通して挿入されている図で一番上の領域部分では、これらの平行基板の厚さの合計が２ｄとなり、第２の平行基板２０７2のみが挿入されている図で真ん中の領域部分でこの厚さはｄとなる。第１および第２の平行基板２０７1、２０７2のいずれも挿入されていない図で一番下の領域部分における平行基板の厚さは“０”である。
【００４４】
今、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2によって３つに分岐された光パワーの分岐比を次の（５）で表わすものとする。また、位相遅延をそれぞれπ／２、０、π／２とする。
【００４５】
【数５】
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【００４６】
χがａに等しいこの場合、この波長分散補償器２０１Ｂの波長分散量Ｄは、中心波長付近で次の（６）式で与えられる。
【００４７】
【数６】
2005292248.tif 000008
【００４８】
図６に示した波長分散補償器２０１Ｂは、図１８に示した鈴木らによる光導波路構成のラティスフィルタ型波長分散補償器と等価回路を形成することができる。更に図６に示した波長分散補償器２０１Ｂの場合には、偏波依存性は極めて小さい。したがって、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2の両面に減反射（ＡＲ）コーティングを施せば、伝搬損失についても、従来例に比して格段に低損失な特性を得ることができる。
【００４９】
また、伝達関数ｈ（ｆ）としては、振幅特性を操作するようなフィルタが実現可能である。係数を工夫すれば全く分散のないフィルタも構成することができる。たとえば、係数“ｂk”と係数“−ｂk”が等しくなるように、これらの係数を対称とし、位相遅延を“０”とする。すると伝達関数は次の（７）式で表わされる。
【００５０】
【数７】
2005292248.tif 000009
【００５１】
ここで係数“ｂk”はすべて実数である。したがって、伝達関数ｈ（ｆ）は虚部を持たず、群遅延分散は常に零である。また、１／Ｔを自由スペクトルレンジ(free spectrum range：FSR)とした周期的な透過スペクトルを持つ。更に、“ｆ＝０”または自由スペクトルレンジの整数倍のところで常に透過率が“１”になる。各係数の大きさを調整することにより、平行基板２０７の枚数に応じた精度において任意の振幅および位相特性を実現することができる。
【００５２】
以上の説明の前提として、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mはすべて等しい厚さｄのものであるとしたが、これに限るものではない。たとえば自由スペクトルレンジごとの周期性的な特性を利用する必要がない場合には、これらの厚さを適宜変更してもよい。また、これらの平行基板２０７1〜２０７mの厚さが互いに整数倍の関係にある必要もない。
【実施例１】
【００５３】
次に、図６に示した第１および第２の平行基板２０７1、２０７2を用いた波長分散補償器２０１Ｂを具体化したものを、第１の実施例として更に詳細に説明する。この波長分散補償器２０１Ｂの構成は、“ｂ-1”、“ｂ0”および“ｂ+1”の３つの係数からなる図４に示したトランスバーサルフィルタと同じである。ここで、各係数は図６の波長分散補償器２０１Ｂにおける遅延時間と次の表の対応関係にある。
【００５４】
【表１】
2005292248.tif 000010
【００５５】
ここで係数“ｂk”の絶対値が光量の割合を、また偏角が位相遅延を表わしている。
【００５６】
ところで、理想的な分散補償器の周波数応答は、次の（８）式で表わされる。
【００５７】
【数８】
2005292248.tif 000011
【００５８】
ここで値Ｄは、波長分散（群遅延分散）である。これを逆フーリエ変換することにより、次の（９）式で示すように目的とする波長分散補償器のインパルスレスポンスが求められる。
【００５９】
【数９】
2005292248.tif 000012
【００６０】
インパルス応答は値“ｋ”がマイナス無限大からプラス無限大までの無限の区間で非零であり、“ｋ＝０”に対して対称である。つまり、波長分散補償器の場合は、次の（１０）式の関係となる。
【００６１】
【数１０】
2005292248.tif 000013
【００６２】
実際に実現できる分散補償器のインパルス応答は有限であるので、インパルス応答のうち、“ｋ＝０”の付近だけを近似することになる。
【００６３】
値Ｄがあまり大きくない場合は、“ｋ”の絶対値が“２”以上の成分が十分に小さくなる。したがって、図６に示したような第１および第２の平行基板２０７1、２０７2を使用した波長分散補償器２０１Ｂで実用的な応答特性を実現することができる。“ｂ-1”、“ｂ0”および“ｂ+1”の３つの係数のそれぞれの絶対値の和は“１”であり、（１０）式より次の（１１）式が導かれる。
【００６４】
【数１１】
2005292248.tif 000014
【００６５】
したがって、光量の分岐比をχとし、これが係数“ｂ＋１”の絶対値と等しいとき、光量の分岐比は、次の（１２）で表わす比となる。
【００６６】
【数１２】
2005292248.tif 000015
【００６７】
設計の自由度は係数“ｂ-1”の偏角のみであるが、ここでは±９０度であり、±は分散の符号に対応する。すなわち、次の（１３）、（１４）式で示す関係が成立する。
【００６８】
【数１３】
2005292248.tif 000016
【００６９】
【数１４】
2005292248.tif 000017
【００７０】
図６に示した波長分散補償器２０１Ｂの周波数応答は、次の（１５）式で表わされる。
【００７１】
【数１５】
2005292248.tif 000018
【００７２】
図７は、第１の実施例の遅延時間の周波数特性と、このときの挿入損失と群遅延特性を示したものである。同図（ａ）が波長分散補償器での規格化された群遅延特性を示しており、同図（ｂ）が伝搬損失特性を示している。分散値は、次の（１６）式で表わされる。
【００７３】
【数１６】
2005292248.tif 000019
【００７４】
光量の分岐比x、すなわち平行平板２０７とビームの交差部分を増減することにより分散量は可変となる。分岐比xを比較的大きくとっても挿入損失は低い。たとえば分岐比xが“０．２７”の場合でも３ｄＢ程度の損失で抑えることができる。多少、偏角を調整することにより帯域幅と分散量を調整することができる。
【００７５】
次に、分岐比と位相遅延量の調整法の一例について述べる。パワーの分岐比と位相遅延量の調整は第１および第２の平行基板２０７1、２０７2を１枚ずつ差し込むことにより行うことができる。たとえば、図６に示した波長分散補償器２０１Ｂで平行ビーム通過領域２０６に対する挿入量あるいは押し込み量が多い（ビームとの重なりが大きい）方の平行基板（たとえば第１の平行基板２０７1だけ）を押し込んだ場合の周波数応答は、次の（１７）式で表わされる。
【００７６】
【数１７】
2005292248.tif 000020
【００７７】
このとき、等化特性のピークは±１／（４Ｔ）のところにあり、最大透過点と最小透過点の強度比は次の（１８）で示す関係となる。
【００７８】
【数１８】
2005292248.tif 000021
【００７９】
したがって、透過強度を測定し、強度のピーク位置を±１／（４Ｔ）に合わせて、透過特性のリプルの深さを“１／（１−２χ）2”に合わせることにより、周波数応答を精密に調整することができる。一般的には、位相遅延を位相差φkに調整するためには最大透過となる周波数が中心から“φk／２πＴ”だけずれるように調整すればよい。
【００８０】
図８は、図６に示した波長分散補償器の挿入損失と群遅延特性を示したものである。ここでは、平行ビーム通過領域２０６のビーム直径が３ｍｍである。この平行ビーム光学系で、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2は、これらの厚さｄが５ｍｍで、これらを構成する透明なガラス基板の屈折率ｎが１．５２のものを使用した。また、パワー分岐比ａは０．２７となるように調整した。これにより、波長分散量として４０ｐｓ／ｎｍが得られた。これは（１６）式で与えられる値とほぼ一致した。ちなみにこの分散量はシングルモードファイバを用いた場合の長さ２．５ｋｍに相当する。
【実施例２】
【００８１】
次に第２の実施例として４枚の平行基板を用いた波長分散補償器について説明する。
【００８２】
図９は、本発明の第２の実施例における波長分散補償器を示したものである。この波長分散補償器２０１Ｃで図１に示した波長分散補償器２０１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この波長分散補償器２０１Ｃでは、第１〜第４の平行基板２０７1〜２０７4が平行ビーム通過領域２０６に挿入されている。
【００８３】
本実施例でも、図６で示した第１の実施例の波長分散補償器２０１Ｂの場合と同様に係数“ｂk”を対称にしている。具体的には（１９）式に示す関係となっている。
【００８４】
【数１９】
2005292248.tif 000022
【００８５】
一般に波長分散補償器２０１の設計指針は、振幅特性をできるだけ平坦にする場合、群遅延分散をできるだけ大きくする場合などいろいろと異なる。これらは、ＦＩＲディジタルフィルタの設計理論と全く同じであり、適宜好適な設計法を選ぶことができる。
【００８６】
図１０は、分散値を０．４Ｔ2と０．７２Ｔ2に設計した場合の分散補償器の群遅延特性と損失を示したものである。同図（ａ）は群遅延特性を示したもので、横軸は正規化周波数（ｆＴ0）を表わし、縦軸は正規化遅延時間（τ／Ｔ0）を表わしている。同図（ｂ）は損失を示したもので、横軸は正規化周波数（ｆＴ）を表わし、縦軸はデシベル（ｄＢ）表示で損失を表わしている。
【００８７】
この第２の実施例では第１〜第４の平行基板２０７1〜２０７4を使用することで、２枚の平行基板を用いる第１の実施例よりも大きな群遅延分散を採ることができる。数値例を挙げる。厚さ５ｍｍの透明基板を用い遅延時間Ｔを１０ｐｓにとると、図１０に示される特性の群遅延分散は、次の（２０）式で表わすようになる。
【００８８】
【数２０】
2005292248.tif 000023
【実施例３】
【００８９】
次に第３の実施例として２枚の平行基板を用いた構成の分散フリー波長インターリーバについて説明する。
【００９０】
図１１は、本発明の第３の実施例における分散フリー波長インターリーバの透過特性を示したものである。横軸は正規化周波数（ｆＴ）を表わし、縦軸はデシベル表示で透過率を表わしている。本実施例の分散フリー波長インターリーバは、図６に示した第１および第２の平行基板２０７1、２０７2の傾きを調整することで光信号の遅延による位相調整を行い、分散のないフィルタを実現する。すなわち、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2の光パワーの分岐比を（５）式で示した状態にすると共に、係数ｂを対称にして、位相遅延を“０”とする。すると次の（２１）式で示す伝達関数が得られる。
【００９１】
【数２１】
2005292248.tif 000024
【００９２】
群遅延分散は分岐比χの大きさにかかわらず零である。図１１は、分岐比χが０．２７のときの分散フリー波長インターリーバの透過特性を示したものである。光周波数ｆが次の（２２）式に示す値のとき、常に透過率が“１”となり、周期的に透過帯域を持つ。
【００９３】
【数２２】
2005292248.tif 000025
ただしｊは整数
【００９４】
したがって、波長分割多重伝送システムで、密に配置された波長チャネルを偶数チャネルと奇数チャネルに分割するような波長インターリーバが構成されることになる。遅延時間Ｔを１０ｐｓとした場合、この装置は５０ＧＨｚあるいは１００ＧＨｚのインターリーバとして働き、３ｄＢ帯域幅は３５ＧＨｚ、遮断部の２０ｄＢ帯域幅が２７ＧＨｚとなる。
【００９５】
図１２は、２枚の平行基板にＢＫ７を使用した場合の分散フリー波長インターリーバの透過特性を示したものである。第１および第２の平行基板２０７1、２０７2として共に厚さ５ｍｍのホウケイ酸クラウン光学ガラスとしてのＢＫ７を使用した。このときのＦＳＲは１１５ＧＨｚである。３ｄＢ帯域幅、２０ｄＢ遮断域幅の両方が理論値とよく一致している。
【００９６】
図１３は、第３の実施例の応用例として４枚の平行基板を用いた分散フリー波長インターリーバの特性を示したものである。第１〜第４の平行基板２０７1〜２０７4を用いた場合の伝達関数は、次の（２３）式で表わすことができる。
【００９７】
【数２３】
2005292248.tif 000026
【００９８】
この図１３に示した例では、３ｄＢ帯域幅と２０ｄＢ遮断帯域幅の両方ができるだけ広くなるように、光量の一方の分岐比χ1を０．２７６に、また他方の分岐比χ2を０．０１７５とした。この特性を５０ＧＨｚあるいは１００ＧＨｚのインターリーバに当てはめた場合、３ｄＢ帯域幅は３１ＧＨｚに、また２０ｄＢ遮断帯域幅は３２ＧＨｚとなる。係数を変えることにより遮断減衰量を制御することができる。
【００９９】
図１４は、４枚の平行基板を用いた分散フリー波長インターリーバの透過特性で遮断量を大きくなるように調整した場合を示したものである。この図で横軸は正規化周波数を、また縦軸は透過率をデシベルで表示したものである。この図に示すように４０ｄＢ近い減衰量を得ることも可能である。このときの３ｄＢ帯域幅は２５ＧＨｚである。
【実施例４】
【０１００】
図１５は、本発明の第４の実施例としての利得等化器の構成を表わしたものである。この利得等化器４０１で、図１に示した波長分散補償器２０１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。利得等化器４０１は、図示しないエルビウム添加光ファイバ増幅器用に使用されるものである。コリメータレンズ２０３と集光レンズ２０４の間の平行ビーム通過領域２０６には、厚さが０．１８ｍｍのガラス平板としての第１および第２の遅延板（Delay plate）４０７1、４０７2が光ビームの進行方向に垂直な面を形成する状態で互いに間隔を置いて移動自在に配置されている。このうち、第１の遅延板４０７1は、図示しない水平移動機構によって、矢印４１１で示す水平方向に移動自在となっている。また、第２の遅延板４０７2は、同じく図示しない垂直移動機構によって、矢印４１２で示す垂直方向に移動自在となっている。なお、これら第１および第２の遅延板４０７1、４０７2の移動方向がこれら２方向に限定されるものではない。
【０１０１】
すでに説明した第１〜第３の実施例では、スペクトル上での周期的な特性を光学デバイスに応用することにしていた。第４の実施例では、非常に薄いガラス板で構成される第１および第２の遅延板４０７1、４０７2を使用することで、広い波長範囲を一括して補償できるフィルタを構成している。これにより、コアに希土類元素のエルビウムイオンを添加したファイバを使用した光増幅器の利得を調整することができる。
【０１０２】
図１６は、このようなＥＤＦＡ（エルビウム・ドープ・ファイバ）利得等化器の透過特性の一例を示している。横軸は波長を示しており、縦軸は透過率を示している。
【０１０３】
図１７は、光ファイバ通信用のＣバンドと呼ばれる１．５５μｍ帯における第４の実施例の利得等化器の等化が行われる前後のＥＤＦＡについての利得スペクトルを表わしたものである。図１５に示した第１および第２の遅延板４０７1、４０７2の平行ビーム通過領域２０６における押し込み量と光ビームの進行方向に対する傾斜角を調整することで、図１７（ａ）に示した利得スペクトルを同図（ｂ）に示すように平坦化することができる。等化特性が対称にならないので、フィルタを構成する係数ｂk（（２）式参照）も対称にはなっていない。
【０１０４】
同図（ｂ）に示すように利得リプルが０．６ｄＢ以内に制御されている。本実施例では互いに厚さが等しい２枚の遅延板４０７1、４０７2を使用したが、厚さの異なるものを更に複数枚追加して使用することで、利得の平坦化を更に図ることができる。
【０１０５】
以上説明した実施例では、平行基板２０７を複数使用するとき、平行ビーム通過領域２０６内でこれらの平行基板２０７の間隔を開けて配置することにしたが、これらの一部についてあらかじめ平行基板２０７同士を貼り合せていてもよい。この場合に、これらの平行基板は互いに重なり合わない部分を有するようにしたり、予め一方の面に対して他方の面が所定の角度で傾斜しているようになっていてもよい。これにより、複数の平行基板２０７同士を予め所定の配置関係に保っておくことができる。もちろん、平行ビーム通過領域２０６に挿入される全部の平行基板２０７を一緒に貼り合せる必要はない。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施の形態における波長分散補償器の構成を表わした概略構成図である。
【図２】平行ビーム通過領域での光ビームの遅延量が異なる様子の一例を表わした説明図である。
【図３】図１に示した波長分散補償器の等価光回路を示した回路図である。
【図４】本実施の形態における波長分散補償器と等価のトランスバーサルフィルタの回路構成を表わしたブロック図である。
【図５】１枚の平行基板を使用した波長分散補償器の構成を表わした概略構成図である。
【図６】２枚の平行基板を使用した波長分散補償器の概略構成図である。
【図７】第１の実施例の波長分散補償器での規格化された群遅延特性と伝搬損失特性を示した特性図である。
【図８】図６に示した波長分散補償器の挿入損失と群遅延特性を示した特性図である。
【図９】本発明の第２の実施例における波長分散補償器の概略構成図である。
【図１０】第２の実施例で分散値を０．４Ｔ2と０．７２Ｔ2に設計した場合の群遅延特性と損失を示した特性図である。
【図１１】本発明の第３の実施例における分散フリー波長インターリーバの透過特性を示した特性図である。
【図１２】第３の実施例で２枚の平行基板にＢＫ７を使用した分散フリー波長インターリーバの特性図である。
【図１３】第３の実施例の応用例として４枚の平行基板を用いた分散フリー波長インターリーバの特性図である。
【図１４】分散フリー波長インターリーバの透過特性で遮断量を大きくなるように調整した場合の特性図である。
【図１５】本発明の第４の実施例としての利得等化器の概略構成図である。
【図１６】第４の実施例で利得等化器の透過特性の一例を示した特性図である。
【図１７】第４の実施例の利得等化器の等化が行われる前後の利得スペクトルを表わした特性図である。。
【図１８】第４の提案による分散補償器の原理的な構成を表わした概略構成図である。
【図１９】第５の提案の原理的な構成を表わした斜視図である。
【符号の説明】
【０１０７】
２０１、２０１Ａ、２０１Ｂ  波長分散補償器
２０２  入力側光ファイバ
２０３  コリメータレンズ
２０４  集光レンズ
２０５  出力側光ファイバ
２０６  平行ビーム通過領域
２０７  平行基板
４０１  利得等化器
４０７  遅延板
【図１】
2005292248.tif 000027
【図２】
2005292248.tif 000028
【図３】
2005292248.tif 000029
【図４】
2005292248.tif 000030
【図５】
2005292248.tif 000031
【図６】
2005292248.tif 000032
【図７】
2005292248.tif 000033
【図８】
2005292248.tif 000034
【図９】
2005292248.tif 000035
【図１０】
2005292248.tif 000036
【図１１】
2005292248.tif 000037
【図１２】
2005292248.tif 000038
【図１３】
2005292248.tif 000039
【図１４】
2005292248.tif 000040
【図１５】
2005292248.tif 000041
【図１６】
2005292248.tif 000042
【図１７】
2005292248.tif 000043
【図１８】
2005292248.tif 000044
【図１９】
2005292248.tif 000045