(57)【要約】  【課題】光ファイバを伝播して蓄積されたＷＤＭ光の波長分散および波長分散スロープを広範な波長帯域に亘って補償することのできる波長分散補償装置を提供する。  【解決手段】本波長分散補償装置は、入射光を波長に応じて異なる角度に出力することが可能なＶＩＰＡ板１０と、そのＶＩＰＡ板１０から出力される各波長の光をＶＩＰＡ板１０における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向に角度分散させ、かつ、当該角度分散量を変化させることのできる分散可変回折格子２０と、分散可変回折格子２０からの出力光をレンズ３１で集束させてミラー３２で反射しＶＩＰＡ板１０側に戻す返光装置３９と、分散可変回折格子２０における回折角に応じてレンズ３１およびミラー３２の搭載された可動ステージ３３を回転させるステージ回転機構と、を備えて構成され、ＷＤＭ光に与える波長分散および波長分散スロープを独立に変化させることができるようしたものである。  【選択図】図１
2005275101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対する平行な２つの反射面を有し、一次元方向に集光した光が前記各反射面の間に入射し、該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過し、該透過光が干渉することにより波長に応じて異なる角度で実質的に直線方向に分散した光を出力する光部品と、
該光部品から出力される各波長の光を集束させるレンズと、
該レンズを通過して集束された光を反射する反射面を持ち、該反射面が、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に平行な方向について、前記光部品から出力される各波長の光に一定の波長分散を与えることが可能な形状を有し、かつ、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向について、前記光部品から出力される各波長の光に異なる波長分散を与えることが可能な形状を有するミラーと、
前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向に前記ミラーをスライドさせ、当該スライド量に応じて前記光部品から出力される各波長の光に与える波長分散を変化させるスライド機構と、を備えた波長分散補償装置であって、
前記光部品および前記レンズの間に配置され、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向について、前記光部品から出力される光を波長に応じて異なる角度に分散させ、かつ、当該角度分散量を変化させることのできる分散可変回折格子と、
該分散可変回折格子における回折角に応じて、前記レンズおよび前記ミラーを一体として、前記分散可変回折格子上の基準点を中心に回転させる回転機構と、を備え、
前記分散可変回折格子の角度分散量および前記回転機構の回転量に応じて、波長分散スロープを波長分散とは独立に変化させることを特徴とする波長分散補償装置。
【請求項２】
請求項１に記載の波長分散補償装置であって、
前記分散可変回折格子から前記レンズまでの距離と、前記レンズから前記ミラーまでの距離とが略等しくなるようにしたことを特徴とする波長分散補償装置。
【請求項３】
請求項１に記載の波長分散補償装置であって、
前記レンズに代えて、前記光部品および前記分散可変回折格子の間に配置され、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に平行な方向について、前記光部品から出力される各波長の光を集束する第１シリンドリカルレンズと、前記分散可変回折格子および前記ミラーの間に配置され、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向について、前記分散可変回折格子から出力される各波長の光を集束する第２シリンドリカルレンズと、を設け、
前記回転機構は、前記分散可変回折格子における回折角に応じて、前記第２シリンドリカルレンズおよび前記ミラーを一体として、前記分散可変回折格子上の基準点を中心に回転することを特徴とする波長分散補償装置。
【請求項４】
請求項１に記載の波長分散補償装置であって、
前記レンズの配置を前記光部品および前記分散可変回折格子の間に変更し、前記光部品から出力される各波長の光が前記レンズおよび前記分散可変回折格子を順に通って前記ミラーに与えられるようにし、
前記回転機構は、前記分散可変回折格子における回折角に応じて、前記ミラーを前記分散可変回折格子上の基準点を中心に回転することを特徴とする波長分散補償装置。
【請求項５】
請求項１に記載の波長分散補償装置であって、
前記光部品は、導波路基板上に形成され、導波路を伝播した光が前記各反射面の間に入射され、前記一方の反射面を透過した光がスラブ導波路を伝播して干渉することを特徴とする波長分散補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）方式の光通信において、光ファイバを伝送された各波長の信号光に発生する波長分散および波長分散スロープを補償するための波長分散補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を用いて情報を送信するための従来の光ファイバ通信システムでは、送信器は光パルスを光ファイバを通して受光器に送出する。しかし、「色分散」ともいわれる、光ファイバで生じる波長分散は、システムの信号の質を劣化させる。
具体的には、光ファイバの波長分散特性により、光ファイバ中の信号光の伝播速度はその信号光の波長に依存する。例えば、長い波長をもつ光パルス（例えば赤色を示す波長をもつ光パルス）が、短い波長を持つ光パルス（例えば青色を示す波長をもつ光パルス）よりも速く伝播するとき、その波長分散は正常分散と呼ばれる。逆に、短い波長を持つ光パルス（例えば青色パルス）が、長い波長を持つパルス（例えば赤色パルス）よりも速く伝播するとき、その波長分散は異常分散と呼ばれる。
【０００３】
従って、信号光が送信器から送出される際に赤色パルスおよび青色パルスを含む場合、信号光は光ファイバ内を伝播する間に赤色パルスおよび青色パルスに分離され、それぞれの光パルスが異なる時間に受光器によって受光される。
光パルス送信の他の例として、青色から赤色へ連続する波長成分を持つ信号光を送信する場合には、各成分は異なる速度で光ファイバ内を伝播するため、信号光のパルス波形は光ファイバ内でその時間幅が広げられ、歪みが生じる。全てのパルスは有限な波長範囲内の成分を含むため、このような波長分散は光ファイバ通信システムにおいては、極めて一般的である。
【０００４】
したがって、特に高速の光ファイバ通信システムにおいては、高送信能力を得るために、波長分散を補償することが必要となる。
このような波長分散を補償するために、光ファイバ通信システムには、光ファイバにおいて発生する波長分散と逆の波長分散を光パルスに与える「逆分散コンポーネント」が必要となる。従来の装置の中には、この逆分散コンポーネントとして用いることのできるものが存在する。例えば、分散補償ファイバは、特定の断面屈折率分布を持ち、通常の伝送路ファイバにおいて生じる波長分散とは逆の波長分散を光パルスに与えることが可能であるため、逆分散コンポーネントとして用いることができる。
【０００５】
しかし、分散補償ファイバは製造コストが高価であり、また、伝送路ファイバで発生する波長分散を十分に補償するためにはファイバ長を比較的長くすることが必要である。例えば、伝送路ファイバ１００ｋｍで発生した波長分散を完全に補償するためには、２０ｋｍから３０ｋｍ程度の長さの分散補償ファイバが必要となる。このため、光損失が大きくなり、また、寸法が大きくなるという問題点がある。
【０００６】
また、上記分散補償ファイバの他に、チャープ・ファイバグレーティングも波長分散を補償するための逆分散コンポーネントとして用いることができる。ファイバグレーティングは、コアにドープした酸化ゲルマニウムの屈折率が紫外光照射によって変化する現象を用いて、コア中に屈折率が半波長周期で変化するグレーティング構造を形成したものである。チャープ・ファイバグレーティングは、上記のようなファイバグレーティングの長手方向にグレーティング間隔を少しずつ変化させることにより、長い波長成分が遠い距離で反射されるようにして短い波長成分よりも長い距離を伝播するように設計されたものである。従って、チャープ・ファイバグレーティングも光パルスに逆分散を与えることができる。
【０００７】
しかし、チャープ・ファイバグレーティングは、反射帯域の波長幅が非常に狭いため、ＷＤＭ光のような多くの波長を含む光についての波長分散を補償するような十分な反射帯域を実現することが困難である。多数のチャープ・ファイバグレーティングをカスケード接続してＷＤＭ光に対応した反射帯域を実現させることはできるが、そのような逆分散コンポーネントを適用したシステムは高価になってしまうという問題点がある。
【０００８】
このような問題点に対処した従来の技術の１つとして、例えば図１８に示すようなバーチャリ・イメージド・フェイズド・アレイ（Virtually Imaged Phased Array：以下、ＶＩＰＡと表記する）と呼ばれるデバイスを利用してＷＤＭ光に生じた波長分散を補償する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この装置は、ＷＤＭ光を波長に応じて空間的に区別できる（例えば、異なる方向に進む）複数の光束に分波するＶＩＰＡ板１１０と、そのＶＩＰＡ板１１０からの出力光を反射して再びＶＩＰＡ板１１０に戻す返光装置とを含む。ＶＩＰＡ板１１０には、平行な第１および第２の表面１１２，１１３を持つ透明部材１１１が含まれる。透明部材１１１の第１の表面１１２は、その一部に形成された透過域１１４を除いて略１００％の反射率で光を反射する特性を持ち、光は透過域１１４を通ることによって透明部材１１１に入出力される。透明部材１１１の第２の表面１１３は、１００％よりも低い反射率で光を反射する特性を持つ。透過域１１４を通って透明部材１１１に入力された光は、第１および第２の表面１１２，１１３の間で多重反射を繰り返す。その際、数％の光は第２の表面１１３を透過して透明部材１１１の外に出射される。透明部材１１１を透過した光は相互に干渉し、波長に応じて進行方向が異なる空間的に区別可能な複数の光束を作る。このように、ＶＩＰＡ板１１０は、出力光が進行角度に応じて区別できるため、角度分散があるデバイスである。返光装置は、ＶＩＰＡ板１１０からの出力光を反射してＶＩＰＡ板１１０へと返す。返光装置で反射された光は、第２の表面１１３を透過して透明部材１１１に入力され、第１および第２の表面１１２，１１３の間で多重反射して透過域１１４から入力経路へ出力される。
【０００９】
また、上記ＶＩＰＡ板１１０は、入力光の波長と同じ波長を持ち、異なる干渉次数を持つ複数の出力光を生成する機能を有し、返光装置は、１つの干渉次数にある出力光をＶＩＰＡ板１１０に返し、その他の干渉次数の出力光はＶＩＰＡ板１１０に返さない構造を備えている。これにより、１つの干渉次数に対応する光のみがＶＩＰＡ板１１０を通過して入力経路へ出力される。
【００１０】
さらに、上記返光装置は、その具体的な構成としてレンズ１６０およびミラー１７０を備える。レンズ１７０は、ＶＩＰＡ板１１０から波長に応じて異なる方向に出力される各光をミラー１７０の表面の異なる位置に集光させると共に、そのミラー１７０で反射された光をＶＩＰＡ板１１０に方向付ける機能をもつ。ミラー１７０は、ＶＩＰＡ板１１０からレンズ１６０に進む光とレンズ１６０からＶＩＰＡ板１１０に返る光とが平行および逆方向に伝播し、かつ、互いに重ならないように位置決めされている。これにより、返光装置で反射される各波長の光は異なる距離を伝搬することになって、ＷＤＭ光の波長分散補償が行われるようになる。
【００１１】
上記のようにＶＩＰＡ板１１０を用いた装置は、回折格子と同様に角度分散の機能を持ち、ＷＤＭ光に生じた波長分散を補償することが可能である。特に、ＶＩＰＡ型の波長分散補償装置は、大きな角度分散を発生させることができるという特徴を有し、実用的な逆分散コンポーネントを容易に提供することができる。
【特許文献１】特開２００２−２５８２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、ＷＤＭ伝送システムに用いるための実用的な逆分散コンポーネントとしては、さらに次のような特別なニーズが存在する。
一般に実用化されている光ファイバの有する波長分散特性は、例えば図１９に示すように波長によって一定になるのではなく、わずかに正の傾きを有する（波長が長くなるほど波長分散が大きくなる）ことが多い。このような波長分散の傾きを波長分散スロープまたは２次の波長分散と呼ぶ。具体的には、図１９の点線で示した一般的な１．３μｍ零分散シングルモードファイバ（ＳＭＦ）の場合、１５５０ｎｍの波長光に対する１ｋｍ当たりの波長分散が＋１６．７９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるのに対し、波長分散スロープは１ｋｍ当たり０．０５７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍであり、必要な波長帯域幅が例えば３５ｎｍである場合には、＋２ｐｓ／ｎｍ程度の波長分散の変化が当該波長帯域内で発生する。
【００１３】
なお、図１９の実線で示した特性は、コーニング（Corning）社製のＥ−ＬＥＡＦという光ファイバであり、１５５０ｎｍの波長光に対する波長分散は３．８５２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープは０．０８３ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍである。一方、図１９の破線に示した特性は、ルーセント（Lucent）社製のＴＷ−ＲＳという光ファイバであり、１５５０ｎｍの波長光に対する波長分散は４．２１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ：０．０４５ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍである。また、図１９の各波長分散特性は実際には直線ではなく、波長分散の傾き（波長分散スロープ）も厳密には一定ではないが、このような３次の波長分散については、４０Ｇｂ／ｓ程度の伝送速度では問題となることが少ないため、無視することできる。
【００１４】
ここで、実際に光ファイバ伝送路の波長分散を考えると、図１９に示したように伝送路として使用される光ファイバの種類によって単位長さ当たりの波長分散および波長分散スロープが決まり、次に光ファイバの長さ（伝送距離）によって、実際の波長分散および波長分散スロープが決定される。このような実際の光ファイバ伝送路の波長分散を逆分散コンポーネントにより補償する場合には、逆分散コンポーネントの特性として、波長分散をある程度の範囲で可変にすることが望ましい。これは、光ファイバの種類や伝送距離は、伝送システムの伝送速度や波長帯域、光ファイバの敷設された時期や敷設する現地の状況によって千差万別だからである。
【００１５】
また、ＷＤＭ伝送の場合には、前述したように波長分散のみを補償できても十分ではなく、波長分散スロープも問題となってくる。仮に、ある信号チャンネルの波長で分散が補償できたとしても、逆分散コンポーネントの波長分散が一定であるならば、異なる信号チャンネルの波長では波長分散を完全に補償できないからである。このため、ＷＤＭ伝送用の逆分散コンポーネントの特性としては、波長分散スロープを有することが望ましい。さらに、前述したように伝送距離は千差万別であり、波長分散スロープは長さに比例して波長分散とともに変化するため、波長分散スロープもある程度の範囲で可変にすることが望ましい。
【００１６】
しかも、与えるべき波長分散スロープの値は、波長分散の値で一義的に決まるものではない。なぜなら、光ファイバの種類が変われば、図１９から明らかなように波長分散だけでなく、波長分散スロープも変わるからである。すなわち、ＷＤＭ伝送の場合、光ファイバ伝送路の波長分散を逆分散コンポーネントにより補償するためには、波長分散と波長分散スロープとを独立にある程度の範囲で可変にすることが最も望ましい。
【００１７】
しかしながら、前述したような従来の逆分散コンポーネントでは、波長分散を所要の範囲で可変にすることはできるものの、上記のように波長分散と波長分散スロープとを独立に変えることまでは実現できていない。
具体的に、分散補償ファイバに関しては、逆分散スロープを有するようなインデックスプロファルの設計が可能であるので、所要の波長分散および波長分散スロープを持つ分散補償ファイバを実現することはできる。しかし、波長分散と波長分散スロープとを独立に変えるためには、千差万別のインデックスプロファルと千差万別の長さを持つ分散補償ファイバが必要となるため、現実的ではない。また、そのような分散補償ファイバは、前述したように高価であり、損失が大きく、寸法も大きいなどという問題点がある。
【００１８】
また、チャープ・ファイバグレーティングに関しても、分散補償ファイバの場合と同様に、ファイバグレーティングのチャープの設計を最適化すれば逆分散スロープを与えることはできるが、その値を変えるには千差万別のインデックスプロファルと千差万別の長さが必要で、やはり現実的ではない。仮に、温度を変化させて波長分散と波長分散スロープを変えたとしても、波長分散スロープの値は波長分散の値で一義的に決まり、波長分散と波長分散スロープとを独立に変化させることはできない。加えて、前述したように、ＷＤＭ光のような多くの波長を含む光を補償するために十分な波長帯域を得ることもチャープ・ファイバグレーティングでは困難である。
【００１９】
また、従来の回折格子を用いた逆分散コンポーネントに関しては、回折格子の組合せ方によっては波長分散と波長分散スロープとを独立にある程度可変できる可能性はある。しかし、ＶＩＰＡ以外の一般的な回折格子では現実的な寸法で得られる角度分散に限界があるため、光ファイバ通信システムにおいて生じる比較的大きな値の波長分散を補償できるような十分大きな角度分散を与えることが難しく、実用的ではない。
【００２０】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、任意の波長分散および波長分散スロープを発生し、光ファイバを伝播して蓄積されたＷＤＭ光の波長分散および波長分散スロープを広範な波長帯域に亘って補償することのできる波長分散補償装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の目的を達成するため、本発明の波長分散補償装置は、相対する平行な２つの反射面を有し、一次元方向に集光した光が前記各反射面の間に入射し、該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過し、該透過光が干渉することにより波長に応じて異なる角度で実質的に直線方向に分散した光を出力する光部品と、該光部品から出力される各波長の光を集束させるレンズと、該レンズを通過して集束された光を反射する反射面を持ち、該反射面が、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に平行な方向について、前記光部品から出力される各波長の光に一定の波長分散を与えることが可能な形状を有し、かつ、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向について、前記光部品から出力される各波長の光に異なる波長分散を与えることが可能な形状を有するミラーと、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向に前記ミラーをスライドさせ、当該スライド量に応じて前記光部品から出力される各波長の光に与える波長分散を変化させるスライド機構と、を備える。また、この波長分散補償装置は、前記光部品および前記レンズの間に配置され、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向について、前記光部品から出力される光を波長に応じて異なる角度に分散させ、かつ、当該角度分散量を変化させることのできる分散可変回折格子と、該分散可変回折格子における回折角に応じて、前記レンズおよび前記ミラーを一体として、前記分散可変回折格子上の基準点を中心に回転させる回転機構と、を備え、前記分散可変回折格子の角度分散量および前記回転機構の回転量に応じて、波長分散スロープを波長分散とは独立に変化させる。
【００２２】
かかる構成の波長分散補償装置では、上記の光部品が前述した従来のＶＩＰＡに相当し、その光部品とレンズの間に、可変の角度分散を発生する分散可変回折格子が配置される。この分散可変回折格子では、光部品からの出力光が光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向に角度分散されるので、その角度分散量を変化させると共に、分散可変回折格子における回折角に応じてレンズおよびミラーを一体に回転させることで、光部品から出力される各波長の光信号に対して可変の波長分散スロープが与えられるようになる。この波長分散スロープは、スライド機構によるミラーの移動によって可変となる波長分散とは独立に変化させることが可能であるため、任意の波長分散および波長分散スロープを各波長の光に対して与えることができるようになる。
【発明の効果】
【００２３】
上記のように本発明の波長分散補償装置によれば、入力光に対して与える波長分散および波長分散スロープを独立に変化させることができるようになるため、光ファイバを伝播して蓄積されたＷＤＭ光の波長分散および波長分散スロープを広範な波長帯域に亘って確実に補償することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の波長分散補償装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の第１実施形態による波長分散補償装置の構成を示す斜視図である。
図１において、本実施形態の波長分散補償装置は、例えば、ＶＩＰＡ板１０と、そのＶＩＰＡ板１０の透過域１４に対して一線分上に集光するＷＤＭ光を入射可能にする、光ファイバ１、コリメートレンズ２およびシリンドリカルレンズ３からなる光学系と、ＶＩＰＡ板１０で多重反射されて一方の面から出射される光が与えられる分散可変回折格子２０と、分散可変回折格子２０を通過した光を反射し、分散可変回折格子２０介してＶＩＰＡ板１０に返す返光装置３０と、を備えて構成される。
【００２５】
ＶＩＰＡ板１０は、上述の図１８に示した従来の構成と同様に、対向する平行平面を備えたガラス薄板等の透明部材１１と、その透明部材１１の一方の平行平面に形成された反射膜１２と、他方の平行平面に形成された反射膜１３および透過域１４と、を有する。このＶＩＰＡ板１０は、透過域１４に入射される光の光軸が垂直入射となる角度に対して所要の角度だけ傾けられている。透過域１４とは反対側の平行平面に形成される反射膜１２は、透過域１４から入射されるＷＤＭ光に対して１００％より低い（好ましくは９８％程度）反射率を有し、透明部材１１の一方の平面全体に形成されている。また、この反射膜１２に対向する反射膜１３は、透過域１４から入射されるＷＤＭ光に対して略１００％の反射率を有し、透明部材１１の他方の平面の一部分に形成されている。透明部材１１の他方の平面の反射膜１３が形成されていない部分は、ＷＤＭ光に対して透明な透過域１４となっている。
【００２６】
光ファイバ１は、例えばシングルモードファイバ等の一端がここでは図示を省略した光サーキュレータ等に接続され（図１８参照）、他端がコリメートレンズ２の近傍に配置されたものである。コリメートレンズ２は、光ファイバ１の他端から出射される光ビームを平行光に変換してシリンドリカルレンズ３に与える一般的なレンズである。シリンドリカルレンズ３は、コリメートレンズ２からの平行光を１つの線分の上に集光させるライン焦点レンズである。なお、シリンドリカルレンズ３に代えて屈折率分布レンズなどのライン焦点レンズを用いることも可能である。
【００２７】
分散可変回折格子２０は、ＶＩＰＡ板１０と返光装置３０の間に配置され、ＶＩＰＡ板１０の角度分散方向に対して実質的に垂直な方向について、各波長の光を異なる出力角度で分散させ、かつ、当該角度分散を変化させることのできる公知の光デバイスである。ここでは、分散可変回折格子２０として、例えば、音響光学効果を利用した回折格子を用いる。この音響光学型の分散可変回折格子２０は、音響光学材料からなる薄い平板２１に図示を省略した電極を形成し、その電極に駆動電源２２から出力される高周波信号を供給することで弾性表面波を発生させ、その弾性表面波による材料の屈折率の疎密によって回折格子を形成したものである。このような音響光学型の分散可変回折格子２０では、駆動電源２２から電極に印加される高周波信号の周波数を変えることにより回折格子の周期を変化させて角度分散を可変にすることができる。具体的には、駆動電源２２からの駆動周波数が高いほど、回折格子の周期が小さくなって角度分散が大きくなる。ただし、角度分散が大きくなるにつれて、回折角も大きくなる。なお、上記のような音響光学型の分散可変回折格子２０については、例えば特開平６−５０８４４等にも記載されている。
【００２８】
返光装置３０は、例えば、フォーカスレンズ３１、３次元ミラー３２および可動ステージ３３を備える。フォーカスレンズ３１は、分散可変回折格子２０を通過した回折光を波長ごとに１点に集光する一般的なレンズである。３次元ミラー３２は、後述するように本装置で与えられる波長分散を任意に変化させるために、その反射面の断面形状が、ＶＩＰＡ板１０の角度分散方向に対して垂直な方向について、徐々に凸面から平面さらに凹面へと変わる３次元構造となっている。この３次元ミラー３２には、ＶＩＰＡ板１０の角度分散方向に対して垂直な方向に３次元ミラー３２をスライドさせるミラースライド機構Ｍ１が設けられている。可動ステージ３３は、上記のフォーカスレンズ３１と３次元ミラー３２（およびミラースライド機構Ｍ１）とが搭載されている。この可動ステージ３３には、分散可変回折格子２０の設定に応じてフォーカスレンズ３１および３次元ミラー３２を一体に回転させるステージ回転機構Ｍ２が設けられている。なお、ミラースライド機構Ｍ１およびステージ回転機構Ｍ２の詳細については後述する。
【００２９】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
上記のような構成の波長分散補償装置では、光ファイバ１から出射されるＷＤＭ光が、コリメートレンズ２で平行光に変換された後、シリンドリカルレンズ３によって一線分上に集光されてＶＩＰＡ板１０の対向する平行平面の間に入射される。このＶＩＰＡ板１０への入射光は、ＶＩＰＡ板１０の平行平面に形成された各反射膜１２，１３の間で多重反射を繰り返す。その際、反射膜１２で反射するごとに数％の光が当該反射面を透過してＶＩＰＡ板１０の外に出射される。
【００３０】
このようにＶＩＰＡ板１０で多重反射される光の振る舞いは、例えば図２に示すようなモデルを考えると、階段状の回折格子として周知のエシュロン格子（Echelon grating）と同様の振る舞いをする。このため、ＶＩＰＡ板１０は仮想的な回折格子として考えることができる。ＶＩＰＡ板１０における干渉条件を考えると、図２の右側に示すように、出射光はその光軸を基準にして上側が短波長、下側が長波長の条件で干渉するので、ＷＤＭ光に含まれる複数の光信号のうちの短波長側の光信号が光軸の上側に出射され、長波長側の光信号が光軸の下側に出射されることになる。
【００３１】
そして、例えば図３に示すように、フォーカスレンズ３１の後方に配置された３次元ミラー３２の反射面上に集光された光は、その集光位置における３次元ミラー３２の断面形状に応じて決まる反射角度で折り返され、入射時の経路とは逆に、フォーカスレンズ３１、ＶＩＰＡ板１０、シリンドリカルレンズ３およびコリメートレンズ２を順に通って光ファイバ１から出力される。具体的に、図３に示したようにミラー３１の断面が凸形状である場合は、短波長側の光が、上側のビームウェストに戻り、長波長側の光と比べ光路長が長くなり遅延が増大する。従ってこの場合、本波長分散補償装置は負分散を発生する。逆に、ここでは図示を省略するが３次元ミラー３１の断面が凹形状である場合には、正分散を発生する。なお、本実施形態のようなＶＩＰＡ１０を用いた分散補償装置では、出力光が入力光と同じ経路を戻ってくる構成であるため、上述の図１８に示した従来の構成と同様にして、光ファイバ１に入出力される光を光サーキュレータを用いてインラインで取り扱うことができる。
【００３２】
ここで、ＶＩＰＡ板１０を利用した波長分散補償について詳しく説明する。
本実施形態で用いるＶＩＰＡ板１０は、各波長のチャンネル光についての波長分散を同時に補償するために、次の（１）式および（２）式の関係を満足するように設計されている。
２・ｎ・ｔ・ｃｏｓθ＝ｍ・λ…（１）
ＦＳＲ＝ｃ／（２・ｎ・ｔ・ｃｏｓθ）…（２）
ただし、ｎは透明部材１１の屈折率、ｔは透明部材１１の物理的厚さ、θはＶＩＰＡ板１０の傾き角（入射光が垂直入射となるＶＩＰＡ板１０の角度に対する傾斜角度；図２参照）、ＦＳＲは各チャンネルの中心波長の間隔、ｃは光速を示す。
【００３３】
上記のような条件（以下、「ＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さ」の条件と呼ぶ）では、図３に示したように、各チャンネルの中心波長に対応するすべての波長成分はＶＩＰＡ板１０から同じ角度で出射されるので、フォーカスレンズ３１は、各チャンネルの中心波長に対応する波長成分（中間波長光）を３次元ミラー３２上の点３２ａに集束させ、各チャンネルの長い波長の要素に対応する波長成分（長波長光）を３次元ミラー３２上の点３２ｂに集束させ、各チャンネルの短い波長の成分に対応する波長成分（短波長光）を３次元ミラー３２上の点３２ｃに集束させることができる。したがって、ＶＩＰＡ板１０を使用してＷＤＭ光のすべてのチャンネルについて波長分散を補償することができる。
【００３４】
例えば、ＶＩＰＡ板１０の厚さがｔ＝１ｍｍ、屈折率がｎ＝１．５であれば、１００ＧＨｚ間隔のすべての波長が「ＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さ」の条件に合う（ＦＳＲ＝１００ＧＨｚ）。その結果、ＶＩＰＡ板１０は、１００ＧＨｚ間隔のＷＤＭ光のすべてのチャンネルについて同時に同じ波長分散を与えることができる。
また、上記ＷＤＭ光のすべてのチャンネルに与えられる波長分散の値は、ミラースライド機構Ｍ１によって３次元ミラー３２をスライドさせることで変化させることができる。すなわち、３次元ミラー３２の断面形状は、ＶＩＰＡ板１０の角度分散方向に対して垂直な方向について、徐々に凸面から平面、さらに凹面と形状が変わるような３次元構造となっているので、このような３次元ミラー３２をＶＩＰＡ板１０の角度分散方向に対して垂直な方向にスライドさせることにより、ＶＩＰＡ板１０からの角度分散された光が当たる３次元ミラー３２の断面形状を凸面や凹面に変えることが可能となる。これにより、３次元ミラー３２の断面形状に応じて、ＷＤＭ光に異なる波長分散を与えることができる。なお、ミラースライド機構Ｍ１の具体例としては、リニアスライダーとモーター等で主に構成することが可能である。
【００３５】
上述したように、ＶＩＰＡ板１０の厚さを「ＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さ」の条件を満足するように設定することで、ＷＤＭ光のすべてのチャンネルで同時に波長分散を補償することが可能になり、かつ、３次元ミラー３２をミラースライド機構Ｍ１によりスライドさせることで、波長分散を変化させることが可能となる。ここまでに説明した動作は、従来のＶＩＰＡを用いた波長分散補償装置の場合と同様である。
【００３６】
さらに、本実施形態は、以下に示すように分散可変回折格子２０およびステージ回転機構Ｍ２によって波長分散と波長分散スロープとを独立に可変にしている。以下、これについて詳しく説明する。
一般に、回折格子では、次の（３）式示す関係が成り立つ。
ｓｉｎα±ｓｉｎβ＝Ｎ・ｍ・λ…（３）
ここで、αは入射光と回折格子の法線とのなす角、βは回折光と回折格子の法線とのなす角、Ｎは１ｍｍ当たりの回折格子の溝の本数（回折格子の周期ｓの逆数）、ｍは回折次数（ｍ＝±１，±２，…）、λは波長を示す。
【００３７】
次に、入射角αを一定として、（３）式の両辺をλで微分すると、次の（４）式が得られる。
ｄβ／ｄλ＝Ｎｍ／ｃｏｓβ…（４）
ｄβ／ｄλは、波長変化ｄλに対する回折角度変化ｄβであり、角度分散（または角分散）と呼ばれる。ここで例えば、波長１μｍオーダーの光を回折させるには、周期１μｍオーダーで回折格子の溝を作るので、Ｎ＝１０００とし、ｍ＝１次の回折光を用いるとすると、Ｎ・ｍ＝１０００≫ｃｏｓβとなり、ｃｏｓβは略一定と見なすことができる。そこで、Ｃを定数とすると、上記（４）式は次の（５）式のようになる。
【００３８】
ｄβ／ｄλ＝Ｎ・Ｃ…（５）
上記（５）式より、回折格子の溝本数Ｎが大きくなる、すなわち回折格子の周期ｓが小さくなるに従い、角度分散が大きくなることが分かる。
なお、（３）式を変形すると、次の（６）式が成り立つ。
β＝ｓｉｎ-1（｜Ｎｍλ−ｓｉｎα｜）…（６）
上記（６）式より、入射角αを一定にしたとき、回折格子の溝本数Ｎが大きくなる、すなわち回折格子の周期ｓが小さくなるに従い、回折角βも大きくなることに注意が必要である。
【００３９】
本実施形態では、前述したように分散可変回折格子２０として、音響光学効果を利用した回折格子を用いる。このような音響光学型の分散可変回折格子２０では、電極に対して高周波信号を供給しない場合、すなわち、回折格子の分散が零となるときには、例えば図１の構成を上方より見た図４の上面図における点線部分に示すように、各波長のチャンネル光は３次元ミラー３２の反射面上の同じ位置に集光する。この状態は、上述の図１８に示した従来の構成の場合と同様である。
【００４０】
ここで、音響光学型の分散可変回折格子２０の電極に高周波信号を供給して回折格子による角度分散を発生させると、ＶＩＰＡ板１０における角度分散方向（図１の斜視図における垂直方向）に対して実質的に垂直な方向（図１の斜視図における水平方向）について、各波長のチャンネル光の出力角度が相違するようになる。これにより、図４の実線部分に示すように、フォーカスレンズ３１を介して３次元ミラー３２の反射面上に集光される各々のチャンネル光の位置が横にずれるようになる。この時、各波長のチャンネル光の集光ビームの中心線の方向は、フォーカスレンズ３１によってそれぞれ曲げられることですべてのチャンネル光で同じ方向となる。具体的に、ＷＤＭ光に含まれる各波長のチャンネル光のうちの中間波長のチャンネル光が図４の実線に示すような位置に集光されるのに対して、短波長側のチャンネル光は図４の破線に示すように図で右方にずれた位置に集光され、長波長側のチャンネル光は図４の２点鎖線に示すように図で左方にずれた位置に集光されるようになる。このように３次元ミラー３２の反射面上に集光される位置が波長に応じて横方向にずれるということは、各波長のチャンネル光ごとに異なる波長分散が与えられることであり、波長分散スロープが発生することを意味している。さらに、音響光学型の分散可変回折格子２０の駆動信号の周波数を変えることにより、分散可変回折格子２０における角度分散を変化させることができる。これにより、３次元ミラー３２の反射面上に集光される各チャンネル光の位置の横ずれ量を変えることが可能になり、波長分散スロープを変化させることもできるようになる。
【００４１】
ただし、前述したように分散可変回折格子２０における角度分散が大きくなるにつれて、分散可変回折格子２０での回折角も大きくなり、各チャンネル光が伝播する光路も大きくずれる。このため、光路（回折角）に応じて、図５の拡大図に示すように、回折格子２０上の基準点Ｏを中心として、フォーカスレンズ３１および３次元ミラー３２を一体で回転させる必要がある。そこで、本実施例では、分散可変回折格子２０に与えられる高周波信号の周波数に応じて、フォーカスレンズ３１と３次元ミラー３２（およびミラースライド機構Ｍ１）とが搭載されている可動ステージ３３を回転させるためのステージ回転機構Ｍ２が設けられる。なお、上記回折格子２０上の基準点Ｏは、ＶＩＰＡ板１０回折格子２０に入射されるＷＤＭ光のパワー分布が最大になる中心位置に対応している。
【００４２】
以上説明したような本実施形態の動作を整理すると、本波長分散装置で波長分散スロープを変える場合には、音響光学型の分散可変回折格子２０の駆動周波数を変えて横方向の角度分散を変えると共に、分散可変回折格子２０で変化した回折角に応じて、可動ステージ３３をステージ回転機構Ｍ２により最適な位置まで回転させればよい。更に、波長分散スロープを保ったまま、波長分散の値を変化させるためには、分散可変回折格子２０の駆動周波数および可動ステージ３３の位置はそのままの状態で、従来の場合と同様にミラースライド機構Ｍ１によって３次元ミラー３２をスライドさせればよい。このように本実施形態では、波長分散と波長分散スロープとをそれぞれ独立に変化させることができるようになる。
【００４３】
また、本実施形態の構成では、例えば図５に示したように、フォーカスレンズ３１を通過したビームの中心線が３次元ミラー３２の反射面に対して略垂直に入射されない場合、反射したビームが横にずれてしまい、損失となってしまう。このような損失の発生を最小限に抑えるためには、分散可変回折格子２０からフォーカスレンズ３１までの距離Ｄ１が、フォーカスレンズ３１から３次元ミラー３２までの距離Ｄ２、すなわち、フォーカスレンズ３１の焦点距離ｆに略等しくなるように（Ｄ１≒Ｄ２＝ｆ）光学系を設計することが望ましい。
【００４４】
上述したような本実施形態の波長分散装置により実現される波長分散および波長分散スロープの一例を図６に示す。ここでは例えば、（Ａ）に示すＥ−ＬＥＡＦ（Corning社製、分散：３．８５２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ：０．０８３ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）、（Ｂ）に示すＴＷ−ＲＳ（Lucent社製、分散：４．２１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ：０．０４５ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）、（Ｃ）に示すＳＭＦ（分散：１６．７９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ：０．０５７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）の３種類の伝送路ファイバについて、それぞれ伝送距離を８０ｋｍと想定した場合に発生する波長分散および波長分散スロープが補償可能となるように本波長分散装置を最適化した結果を示している。このように、種類の異なる各光ファイバの波長分散および波長分散スロープに対して、全く逆の波長分散および波長分散スロープが本波長分散装置で実現できることが分かる。したがって、このように伝送路に用いられる光ファイバの種類に応じて最適化した本波長分散補償装置を使用してＷＤＭ光を伝送すれば、例えば４０Ｇｂｉｔ／ｓ等の超高速なＷＤＭ光であっても各波長のチャンネル光の受信波形について良好なアイ開口を得ることが可能になる。
【００４５】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図７は、第２実施形態の波長分散補償装置の構成を示す上面図である。
図７において、本実施形態の構成が上述した第１実施形態の構成と異なる部分は、第１実施形態で用いた音響光学型の分散可変回折格子２０に代えて、フォトリフラクティブ型の分散可変回折格子４０を設けた部分であり、その他の部分の構成は第１実施形態の場合と同様である。
【００４６】
フォトリフラクティブ型の分散可変回折格子４０は、例えば特開２００１−３２４７３１号公報等に記載された公知の回折格子である。すなわち、フォトリフラクティブ型回折格子とは、フォトリフラクティブ材料からなる薄い平板４１の表面上に、フォトリフラクティブ材料が効率的に吸収する波長の制御用レーザ光で干渉縞を形成し、その干渉縞の光強度に応じて生じるフォトリフラクティブ材料の屈折率の疎密により回折格子を形成するものである。上記の干渉縞を形成するためには、図７に示したように、２光束干渉計等を利用することができる。この２光束干渉計は、光源４２からの出力光をコリメートレンズ４３で平行光とし、ハーフミラー４４で２光路に分岐し、一方の光路をミラー４５で折り返して他方の光路と光路差をつけ、再度２つの光路を結合することで干渉縞を形成する。
【００４７】
ここで、干渉縞の間隔（周期）ｓは、２光路の交差角度をγ、光源４２からの出力の波長をλとして、次の（７）式で表すことができる。
ｓ＝λ／ｓｉｎγ…（７）
上記の（７）式より、干渉縞の周期ｓは、波長λおよび２光路の交差角度γによって変えることができ、干渉縞の周期ｓを小さくする（すなわち溝本数を大きくする）には、波長λを短くするか、または、２光路の交差角度γを大きくすれば良いことが分かる。実際に波長λを変えるためには、例えば、光源４２として可変波長レーザ光源を用いればよい。また、２光路の交差角度γを変えるには、図７の点線部分に示すように、ミラー回転機構Ｍ３により一方の光路のミラー４５を回転移動させて、ミラー４５における反射光の出射角度を変化させればよい。
【００４８】
このように、フォトリフラクティブ型の分散可変回折格子４０では、２光束干渉計の光源４２の波長λを変えるか、または、ミラー４５を回転移動させて２光路の交差角度γを変えることにより、回折格子の周期ｓを変化させて角度分散を可変にすることができる。また、前述したように、波長λが短くなるほど、または、２光路の交差角度γが大きくなるほど、回折格子の周期ｓが小さくなり、角度分散が大きくなる。ただし、上述した第１実施形態の場合と同様の理由により、分散可変回折格子４０における角度分散が大きくなるにつれて回折角も大きくなり、分散可変回折格子４０から出力される各波長のチャンネル光の伝播方向も大きくずれる。このため、第１実施形態の場合と同様にして、分散可変回折格子４０における回折角に応じて、可動ステージ３３をステージ回転機構Ｍ２によって回転させる必要がある。
【００４９】
したがって、本波長分散補償装置において、波長分散スロープを変化させる場合には、２光束干渉計の光源４２の波長λを変えるか、または、ミラー４５を回転移動させて２光路の交差角度γを変えることにより、フォトリフラクティブ型の分散可変回折格子４０の角度分散を変化させると共に、その分散可変回折格子４０における回折角に応じて可動ステージ３３をステージ回転機構２７により最適な位置まで回転させればよい。更に、波長分散スロープを保ったまま、波長分散の値を可変するには、２光束干渉計の設定およびステージ３３の位置はそのままの状態で、従来の場合と同様にミラースライド機構Ｍ１により３次元ミラー３２をスライドさせればよい。
【００５０】
以上のように、フォトリフラクティブ型の分散可変回折格子４０を用いた第２実施形態の波長分散補償装置においても、波長分散と波長分散スロープとをそれぞれ独立に変化させることができ、上述した第１実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能になる。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図８は、第３実施形態の波長分散補償装置の構成を示す斜視図である。また、図９は、図８の構成を上方から見た上面図である。
【００５１】
各図において、本実施形態の構成が上述した第１実施形態の構成と異なる部分は、第１実施形態においてＶＩＰＡ板１０からの出力光を３次元ミラー３２の反射面上に集光させていた１つのフォーカスレンズ３１に代えて、２つのシリンドリカルレンズ３４，３５を設けた部分であり、その他の部分の構成は第１実施形態の場合と同様である。
シリンドリカルレンズ３４は、例えば、ＶＩＰＡ板１０と分散可変回折格子２０との間に配置され、ＶＩＰＡ板１０からの出力光をＶＩＰＡ板１０における角度分散方向と同じ方向（図９の上面図で紙面に垂直な方向）に集光させるライン焦点レンズである。一方、シリンドリカルレンズ３５は、分散可変回折格子２０と３次元ミラー３３との間で可動ステージ３３上に搭載され、分散可変回折格子２０からの出力光を分散可変回折格子２０における角度分散方向と同じ方向（図９の上面図で紙面に平行な方向）に集光させるライン焦点レンズである。ここでは、各々の集光方向に対応させて、シリンドリカルレンズ３４のことを縦シリンドリカルレンズ、シリンドリカルレンズ３５のことを横シリンドリカルレンズと呼ぶことにする。
【００５２】
上述した第１実施形態の構成では、分散可変回折格子２０からフォーカスレンズ３１までの距離Ｄ１と、フォーカスレンズ３１から３次元ミラー３２までの距離Ｄ２（すなわちレンズの焦点距離ｆ）とを略等しくすることによって損失の発生を最小限に抑えるようにした。この場合、フォーカスレンズ３１の焦点距離ｆを長くすると、波長分散補償装置の寸法も大きくなってしまう。一方、波長分散補償装置の寸法を小さくするために、フォーカスレンズ３１の焦点距離ｆを短くした場合、ＶＩＰＡ板１０での波長分散の発生量が焦点距離を短くする前と略同等になるようにするためには、３次元ミラー３２の反射面の凹凸を大きくする必要があり、そのような３次元ミラー３２の加工が容易ではないという課題があった。
【００５３】
このような課題に対処して、本実施形態の構成では、波長分散補償装置の寸法を大きくすることなく、３次元ミラー３２の反射面の形状に影響する縦シリンドリカルレンズ３４と３次元ミラー３２の間の距離を大きくすることができる。この縦シリンドリカルレンズ３４と３次元ミラー３２の間の光路上で、分散可変回折格子２０から横シリンドリカルレンズ３５までの距離と、横シリンドリカルレンズ３５から３次元ミラー３２までの距離とが略等しくなるように、分散可変回折格子２０および横シリンドリカルレンズ３５が配置される。そして、分散可変回折格子２０における回折角に応じて、横シリンドリカルレンズ３５と３次元ミラー３２（およびミラースライド機構Ｍ１）を搭載した可動ステージを、分散可変回折格子２０の基準点Ｏを中心として、ステージ回転機構Ｍ２により最適な位置まで回転させる。これにより、第１実施形態の場合と同様の作用効果を得ることができると共に、波長分散補償装置の小型化を図ることが可能になる。
【００５４】
なお、上記の第３実施形態では、音響光学型の分散可変回折格子２０を使用した第１実施形態の構成について縦シリンドリカルレンズ３４および横シリンドリカルレンズ３５を用いる一例を示したが、これと同様にして、フォトリフラクティブ型の分散可変回折格子４０を使用した第２実施形態の構成について縦シリンドリカルレンズ３４および横シリンドリカルレンズ３５を用いることも可能である。図１０の上面図は、この場合の波長分散補償装置の構成例を示したものである。
【００５５】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図１１は、第４実施形態の波長分散補償装置の構成を示す斜視図である。また、図１２は、図１１の構成を上方から見た上面図である。
各図に示すように、本実施形態の波長分散補償装置は、例えば第１実施形態の構成について、分散可変回折格子２０の配置を、ＶＩＰＡ板１０とフォーカスレンズ３１の間から、フォーカスレンズ３１と３次元ミラー３２の間に変更し、３次元ミラー３２の反射面の形状を後述するように湾曲させることで、ミラースライド機構Ｍ１およびステージ回転機構Ｍ２を共通化できるようにした応用例である。なお、上記以外の構成は第１実施形態の場合と同様である。
【００５６】
上記のような構成の波長分散補償装置では、ＶＩＰＡ板１０から出力される各波長のチャンネル光が、フォーカスレンズ３１により３次元ミラー３２の反射面上に集光される途中で、分散可変回折格子２０によって、ＶＩＰＡ板１０における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向に角度分散され、これにより３次元ミラー３２の反射面上に集光する位置が波長に応じて図１２の上面図における横方向にずれる。またこれと同時に、各波長の集光ビームの中心線の方向（角度）が、各々の波長に応じて異なるようになる。このため、第１実施形態の場合と同様の反射面形状を有する３次元ミラー３２を用いた場合を考えると、集光ビームの中心線が３次元ミラー３２の反射面に対して垂直に入射しない波長が生じるので、そのような波長では反射したビームが横にずれて損失となってしまう。すなわち、損失の波長依存性が発生してしまう。
【００５７】
そこで、本実施形態では、３次元ミラー３２について、分散可変回折格子２０の基準点Ｏを中心とし、反射面の中心（凹凸形状を平均化した面）を通る円弧に沿って凹面状となるように反射面全体の形状を湾曲させるようにする。これにより、分散可変回折格子２０で角度分散が発生して各波長の集光ビームの中心線の方向（角度）が、波長に応じて異なるようになっても、各々の集光ビームは３次元ミラー３２の反射面に対して略垂直に入射するため、反射ビームが横にずれて損失となるようなことがなく、損失の波長依存性は発生しない。
【００５８】
上記のように凹凸形状を有する反射面全体を凹面状に湾曲させた３次元ミラー３２を用いた場合、波長分散を変化させるためには、第１実施形態の場合のように３次元ミラー３２を直線的にスライドさせるのではなく、分散可変回折格子２２の基準点Ｏを中心とし、反射面の中心を通る円弧に沿って３次元ミラー３２を回転させることが必要になる。また、波長分散スロープを変化させる場合にも、分散可変回折格子２０における回折角の変化に応じて、３次元ミラー３２を最適な位置まで回転させる必要があるが、この回転も分散可変回折格子２２の基準Ｏを中心とし、３次元ミラー３２の反射面の中心を通る円弧に沿った回転であるため、波長分散を変化させる場合とまったく同じ動作となる。したがって、共通のステージ回転機構Ｍ２を利用して、波長分散および波長分散スロープを独立に変化させることが可能になる。これにより、波長分散補償装置の構成の簡略化、小型化および低コスト化を図ることができる。
【００５９】
なお、上記の第４実施形態では、音響光学型の分散可変回折格子２０を使用した第１実施形態の構成についてミラースライド機構Ｍ１およびステージ回転機構Ｍ２の共通化を図るようにしたが、これと同様にして、フォトリフラクティブ型の分散可変回折格子４０を使用した第２実施形態の構成についてもミラースライド機構Ｍ１およびステージ回転機構Ｍ２を共通化することが可能である。図１３の上面図は、この場合の波長分散補償装置の構成例を示したものである。
【００６０】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
図１４は、第５実施形態の波長分散補償装置の構成を示す上面図である。また、図１５は、図１４の構成において用いられる導波路型のＶＩＰＡ板の構成を示す斜視図である。
各図に示すように、本実施形態の波長分散補償装置は、ＶＩＰＡ板１０の構成をバルク型から導波路型に代えたものである。具体的に、第１実施形態においてＶＩＰＡ板１０にＷＤＭ光を導くための光ファイバ１、コリメートレンズ２およびシリンドリカルレンズ３に代わる構成として、基板５１上に形成した１本の導波路５２が設けられる。そして、導波路５２の端部に位置する基板５０上にＶＩＰＡ板１０が設けられる。この基板５１上に設けられたＶＩＰＡ板１０の構成は、第１実施形態で用いられるバルク型のＶＩＰＡ板１０と同様である。ＶＩＰＡ板１０で多重反射した光は、基板５０の表面に形成されたスラブ導波路５２を伝播して干渉し、波長ごとに異なる角度で基板５０の端面から出射する。基板５０からの出射光は、シリンドリカルレンズ５４を通過することで基板５９の表面に平行な方向に角度分散した平行光となる。このシリンドリカルレンズ５４から出力される各波長の光の状態が、第１実施形態におけるバルク型のＶＩＰＡ板１０から出力される光と同じ状態となり、分散可変回折格子２０に与えられて、基板５９の表面に対して実質的に垂直な方向に角度分散され、以降、第１実施形態の場合と同様にして、フォーカスレンズ３１で集光されて３次元ミラー３２で反射される。したがって、導波路型のＶＩＰＡ板１０を用いた波長分散補償装置によっても第１実施形態の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００６１】
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
図１６は、第６実施形態の波長分散補償装置に用いられる導波路型のＶＩＰＡ板および分散可変回折格子の構成を示す斜視図である。
図１６に示すように、本実施形態の波長分散補償装置は、前述した第５実施形態の構成について、ＶＩＰＡ板１０を形成した基板５０上に分散可変回折格子２０も形成するようにした応用例である。具体的には、基板５０に音響光学効果を有する材料を使用し、その基板５０の表面のスラブ導波路５２が形成されている部分に櫛歯型電極６１を設ける。そして、図示を省略した駆動電源から出力される高周波信号を櫛歯型電極６１に供給することで弾性表面波を発生させ、その弾性表面波による材料の屈折率の疎密によってスラブ導波路５２上に回折格子が形成されるようにする。なお、ＶＩＰＡ板１０と櫛歯型電極６１の間には、弾性表面波がＶＩＰＡ板１０側に伝播するのを防止する吸収体６２を設けておくのが好ましい。
【００６２】
上記のような構成では、ＶＩＰＡ板１０から出射されスラブ導波路５２を伝播して角度分散した各波長のチャネル光が、音響光学効果による回折格子によって、基板５０の表面から波長ごとに異なる角度で出力されるようになる。図１７は、基板５０の表面から出力される波長λA〜λCのチャネル光の様子を例示した図であり、（Ａ）は図１６のＡ方向から基板５０を見た側面図、（Ｂ）は図１６のＢ方向から基板５０を見た側面図である。このように、ＶＩＰＡ板１０およびスラブ導波路５２において基板５０の表面に平行な方向に角度分散の生じた各波長のチャネル光は、さらに、基板５０上に形成された分散可変回折格子２０において基板５０の表面に対して実質的に垂直な方向に角度分散されて基板外に出力される。したがって、この基板５０の上方に、分散可変回折格子２０における回折角に応じてフォーカスレンズ３１を配置し、基板５０からの出力光を３次元ミラー３２の反射面上に集光させるようにすることで、第５実施形態と同様の光学系が形成されるようになる。これにより、第５実施形態の場合と同様の作用効果が得られるようになると共に、装置構成を簡略なものにできるため、波長分散補償装置の小型化および低コスト化を図ることが可能になる。
【００６３】
なお、上記の第５および第６実施形態では、第１実施形態について導波路型の構成を適用した一例を示したが、これと同様にして上述した第２〜第４実施形態についても導波路型の構成を適用することが可能である。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００６４】
（付記１）相対する平行な２つの反射面を有し、一次元方向に集光した光が前記各反射面の間に入射し、該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過し、該透過光が干渉することにより波長に応じて異なる角度で実質的に直線方向に分散した光を出力する光部品と、
該光部品から出力される各波長の光を集束させるレンズと、
該レンズを通過して集束された光を反射する反射面を持ち、該反射面が、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に平行な方向について、前記光部品から出力される各波長の光に一定の波長分散を与えることが可能な形状を有し、かつ、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向について、前記光部品から出力される各波長の光に異なる波長分散を与えることが可能な形状を有するミラーと、
前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向に前記ミラーをスライドさせ、当該スライド量に応じて前記光部品から出力される各波長の光に与える波長分散を変化させるスライド機構と、を備えた波長分散補償装置であって、
前記光部品および前記レンズの間に配置され、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向について、前記光部品から出力される光を波長に応じて異なる角度に分散させ、かつ、当該角度分散量を変化させることのできる分散可変回折格子と、
該分散可変回折格子における回折角に応じて、前記レンズおよび前記ミラーを一体として、前記分散可変回折格子上の基準点を中心に回転させる回転機構と、を備え、
前記分散可変回折格子の角度分散量および前記回転機構の回転量に応じて、波長分散スロープを波長分散とは独立に変化させることを特徴とする波長分散補償装置。
【００６５】
（付記２）付記１に記載の波長分散補償装置であって、
前記分散可変回折格子から前記レンズまでの距離と、前記レンズから前記ミラーまでの距離とが略等しくなるようにしたことを特徴とする波長分散補償装置。
【００６６】
（付記３）付記１に記載の波長分散補償装置であって、
前記レンズに代えて、前記光部品および前記分散可変回折格子の間に配置され、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に平行な方向について、前記光部品から出力される各波長の光を集束する第１シリンドリカルレンズと、前記分散可変回折格子および前記ミラーの間に配置され、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向について、前記分散可変回折格子から出力される各波長の光を集束する第２シリンドリカルレンズと、を設け、
前記回転機構は、前記分散可変回折格子における回折角に応じて、前記第２シリンドリカルレンズおよび前記ミラーを一体として、前記分散可変回折格子上の基準点を中心に回転することを特徴とする波長分散補償装置。
【００６７】
（付記４）付記３に記載の波長分散補償装置であって、
前記分散可変回折格子から前記第２シリンドリカルレンズまでの距離と、前記第２シリンドリカルレンズから前記ミラーまでの距離とが略等しくなるようにしたことを特徴とする波長分散補償装置。
【００６８】
（付記５）付記１に記載の波長分散補償装置であって、
前記レンズの配置を前記光部品および前記分散可変回折格子の間に変更し、前記光部品から出力される各波長の光が前記レンズおよび前記分散可変回折格子を順に通って前記ミラーに与えられるようにし、
前記回転機構は、前記分散可変回折格子における回折角に応じて、前記ミラーを前記分散可変回折格子上の基準点を中心に回転することを特徴とする波長分散補償装置。
【００６９】
（付記６）付記５に記載の波長分散補償装置であって、
前記ミラーは、前記光部品における角度分散方向に対して実質的に垂直な方向について、前記分散可変回折格子の基準点を中心とし、反射面の中心を通る円弧に沿った凹面状の形状を有する反射面を持ち、前記スライド機構に代えて前記回転機構により回転されることを特徴とする波長分散補償装置。
【００７０】
（付記７）付記１に記載の波長分散補償装置であって、
前記分散可変回折格子は、音響光学材料からなる平板と、該平板の表面に形成した電極と、該電極に高周波信号を供給して前記平板に弾性表面波を発生させる駆動電源とを有し、該駆動電源から前記電極に供給される高周波信号の周波数に応じて、前記平板上に形成される回折格子の周期を変化させることを特徴とする波長分散補償装置。
【００７１】
（付記８）付記１に記載の波長分散補償装置であって、
前記分散可変回折格子は、フォトリフラクティブ材料からなる平板と、該平板上に光の干渉縞を発生させる波長可変の２光束干渉計とを有し、該２光束干渉計における２光束の波長および交差角度に応じて、前記平板上に形成される回折格子の周期を変化させることを特徴とする波長分散補償装置。
【００７２】
（付記９）付記１に記載の波長分散補償装置であって、
前記光部品は、導波路基板上に形成され、導波路を伝播した光が前記各反射面の間に入射され、前記一方の反射面を透過した光がスラブ導波路を伝播して干渉することを特徴とする波長分散補償装置。
【００７３】
（付記１０）付記９に記載の波長分散補償装置であって、
前記分散可変回折格子は、前記導波路基板上のスラブ導波路に対応する部分に形成され、
前記レンズは、前記分散可変回折格子によって前記導波路基板の表面から波長に応じて異なる角度で出射される各波長の光を集束させて前記レンズに与えることを特徴とする波長分散補償装置。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１実施形態による波長分散補償装置の構成を示す斜視図である。
【図２】ＶＩＰＡの動作原理を説明するためのモデルを示す図である。
【図３】返光装置によって折り返される光路の一例を示す図である。
【図４】図１の構成を上方より見た上面図である。
【図５】図４の分散可変回折格子および返光装置の付近を拡大して示した図である。
【図６】第１実施形態の波長分散補償装置によって実現される波長分散および波長分散スロープの一例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態による波長分散補償装置の構成を示す上面図である。
【図８】本発明の第３実施形態による波長分散補償装置の構成を示す斜視図である。
【図９】図８の構成を上方より見た上面図である。
【図１０】第３実施形態についてフォトリフラクティブ型の分散可変回折格子を使用した場合の構成例を示す上面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態による波長分散補償装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】図１１の構成を上方より見た上面図である。
【図１３】第４実施形態についてフォトリフラクティブ型の分散可変回折格子を使用した場合の構成例を示す上面図である。
【図１４】本発明の第５実施形態による波長分散補償装置の構成を示す上面図である。
【図１５】第５実施形態における導波路型のＶＩＰＡ板の構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第６実施形態による波長分散補償装置に用いられる導波路型のＶＩ
【図１７】第６実施形態において基板の表面から出力されるチャネル光の様子を例示した図である。
【図１８】従来のＶＩＰＡ型波長分散補償装置の構成例を示す斜視図である。
【図１９】各種光ファイバの波長分散および波長分散スロープを例示した図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…光ファイバ
２…コリメートレンズ
３…シリンドリカルレンズ
１０…ＶＩＰＡ板
１１…透明部材
１２，１３…反射膜
１４…透過域
２０…音響光学型の分散可変回折格子
２１…平板
２２…駆動電源
３０…返光装置
３１…フォーカスレンズ
３２…３次元ミラー
３３…可動ステージ
３４，３５…シリンドリカルレンズ
Ｍ１…ミラースライド機構
Ｍ２…ステージ回転機構
４０…フォトリフラクティブ型の分散可変回折格子
４１…フォトリフラクティブ材料
４２…光源
４３…コリメートレンズ
４４…ハーフミラー
４５…ミラー
Ｍ３…ミラー回転機構
５０…基板
５１…導波路
５２…スラブ導波路
５４…シリンドリカルレンズ
６１…櫛歯型電極
６２…吸収体
【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】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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