(57)【要約】【課題】  可変制御する際の分散制御量が大きなフィルタ型の分散制御素子及びそれを用いた分散補償器を提供を提供するものである。【解決手段】  本発明に係る分散制御素子１０は、光通信の際に生じる信号光の波長分散を補償するための分散補償素子であり、多層膜構造のフォトニック結晶を用いたものであって、基板１１上に、ある波長帯域の信号光を全て反射するように設計された多層膜構造の光学素子を少なくとも１つ有し、その光学素子に、基板１１面と交差する角度で信号光を入射させるようにしたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信の際に生じる信号光の波長分散を補償するための分散補償素子であり、多層膜構造のフォトニック結晶を用いた分散制御素子において、基板上に、ある波長帯域の信号光を全て反射するように設計された多層膜構造の光学素子を少なくとも１つ有し、その光学素子に、基板面と交差する角度で信号光を入射させるようにしたことを特徴とする分散制御素子。
【請求項２】
上記基板上に、面内格子定数の異なる複数の上記光学素子を有する請求項１記載の分散制御素子。
【請求項３】
上記フォトニック結晶は、誘電体膜を多層に設けてなる請求項１又は２記載の分散制御素子。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載の分散制御素子を用い、分散制御素子を駆動させ、上記光学素子又は各光学素子の光の分散量を変えることを特徴とする分散制御素子を用いた分散制御方法。
【請求項５】
請求項１から３いずれかに記載の分散制御素子を用い、分散制御素子の温度を制御し、上記光学素子又は各光学素子の光の分散量を変えることを特徴とする分散制御素子を用いた分散制御方法。
【請求項６】
請求項１又は３記載の分散制御素子を用い、光学素子の少なくとも１層の屈折率を変化させ、その光学素子の光の分散量を変えることを特徴とする分散制御素子を用いた分散制御方法。
【請求項７】
請求項２又は３記載の分散制御素子を用い、各光学素子の少なくとも１層の屈折率を変化させ、各光学素子の光の分散量をそれぞれ変えることを特徴とする分散制御素子を用いた分散制御方法。
【請求項８】
請求項１から３いずれかに記載の分散制御素子と、分散制御素子の光学素子又は各光学素子に信号光を入射させる光伝送路と、分散制御素子を駆動させる駆動手段とを備えたことを特徴とする分散制御素子を用いた分散補償器。
【請求項９】
上記駆動手段が、上記分散制御素子を機械的に並進、回転、傾斜させるものである請求項８記載の分散制御素子を用いた分散補償器。
【請求項１０】
上記駆動手段が、上記分散制御素子を電気的に並進、回転、傾斜させるものである請求項８記載の分散制御素子を用いた分散補償器。
【請求項１１】
上記分散制御素子に温度制御手段を設けた請求項８から１０いずれかに記載の分散制御素子を用いた分散補償器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散制御素子及びそれを用いた分散補償器に係り、特に、光通信の際に生じる信号光の波長分散を補償する分散制御素子及びそれを用いた分散補償器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信ビットレートが１０Ｇｂｐｓ（毎秒１０ギガビット）以上の高速通信において、信号光は、光伝送路が有する波長分散によって、伝送中に長波長側が短波長側に比べ大きく遅延して、光パルスの波形が大きく歪む。その歪み量は伝送路が長くなればなるほど大きくなる。
【０００３】
シングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦと表す）を光伝送路として用いた場合の波長分散の状態を図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に示す。ここで、図１６（ａ）は光ファイバ中の光の遅延の様子を、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）は光伝送路の概略図を示している。
【０００４】
従来のＳＭＦのみを用いた光伝送路では、信号光の波長が１３００ｎｍから１８００ｎｍへと長くなるにつれ、光の分散が増加するため、高速通信や長距離伝送の際には、光の分散による群速度遅延を生じる。このため、図１６（ａ）に示す光伝送路に入力する前の信号光の特性を表す曲線ループ１６１は、光伝送路の伝送距離が長くなると、伝送中に長波長側が短波長側に比べ大きく遅延し、曲線ループ１６２，１６３のように変化する。このように変化した信号光は、例えば高速通信・長距離伝送においては前後の信号光と重なって正確な信号として受信できない場合がある。また、図１６（ｂ）に示す伝送距離ｌの光伝送路１６５と、図１６（ｃ）に示す伝送距離２ｌの光伝送路１６６とを比較すると、伝送距離が２倍になることで、光パルス波形の歪み量も２倍となり、正確な信号光の受信がさらに困難となってしまう。
【０００５】
そこで、伝送系光ファイバの光の分散を制御、補償する装置として、一般に分散補償器が挙げられる。この分散補償器の内、従来から知られる可変動作が可能なものとして、主に、光ファイバ型、平面光波回路型、ＶＩＰＡ型、ファイバブラッググレーティング型、フィルタ型などが挙げられる。
【０００６】
これらの従来の分散補償器の内、光ファイバ型としては、光伝送路の波長分散と逆の符号を持つ光ファイバを接続したものなどが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、平面光波回路型の分散補償器としては、２つの導波路型方向性結合器を構成要素としたマッハツェンダー干渉計を多段に設け、波長によって伝搬経路長に差を生じさせることにより分散を補償するものが知られている（例えば、特許文献２、非特許文献１参照）。平面光波回路型の場合、マッハツェンダー干渉計のアームと呼ばれる部分を加熱し、その加熱温度の制御を精度良く行うことにより、分散量を可変制御することが可能である。
【０００８】
また、ＶＩＰＡ型の分散補償器としては、表面に等面積の凹面及び凸面を有する特殊形状のミラーを動かすことにより、可変動作を可能とするものが知られている（例えば、特許文献３、非特許文献２参照）。
【０００９】
また、ファイバグレーティング型の分散補償器としては、ファイバグレーティングに機械的な変形を与えることにより、可変動作を可能とするものが知られている（例えば、特許文献４、非特許文献３参照）。
【００１０】
また、フィルタ型の分散補償器としては、フィルタとミラーとを組み合わせてなるものが知られている（例えば、特許文献５、非特許文献４参照）。このフィルタタイプの分散補償器は、挿入損失が小さく、補償できる分散も高次（２次）以上を可能にしているという特長を有しており、実用的な観点から有用であると考えられる。また、制御可能な群速度遅延時間は、大きくても２〜１０ｐｓ程度である。さらに、膜厚を基板面内で傾斜させるように形成した膜をキャビティとして、分散補償できる波長帯域を数ｎｍから１５ｎｍあるいは３０ｎｍと増大させることを提案している。
【００１１】
【特許文献１】特開昭５６−８７００４号公報
【特許文献２】特許第３２０９３００号公報
【特許文献３】特開２０００−７５１６５号公報
【特許文献４】特開平８−３１６９１２号公報
【特許文献５】特開昭６１−３８９０８号公報
【非特許文献１】K.Takiguchi et al.,「J.Select.Topics Quantum Electron.2」,1996,pp.270-276
【非特許文献２】M.Shirasaki et al.,「ECOC2000」,PD2,3
【非特許文献３】電子情報通信学会2002年ソサイエティー大会 C-3-40
【非特許文献４】R.J.Eggleton et al.,「J.Lightwave Technol.」,2000,18,pp.1418-1432
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、光ファイバ型の場合、補償できる分散量は固定であるため、光ファイバの長さが様々に異なっている場合、分散量を可変制御することは困難であった。
【００１３】
また、平面光波回路型の場合、分散制御可能な波長帯域が０．８ｎｍ以下、言い換えれば１００ＧＨｚ以下であるので、１波長のみしか使用しない場合はそれで十分であるが、多波長通信には不十分であった。
【００１４】
また、ＶＩＰＡ型の場合、可変制御する際の分散制御量は±８００ｐｓ／ｎｍまで可能であり、動作波長帯域も数１０ｎｍと広いが、挿入損失が１０ｄＢ以上となるため、挿入損失を小さくすることが課題となっている。
【００１５】
また、ファイバグレーティング型分散補償器では、分散の波長依存性におけるリップル（雑音）が問題となっており、これを克服することはなかなか困難であり、未だ解決の見通しが無いのが実情である。
【００１６】
また、フィルタ型の分散補償器の場合は、可変制御する際の分散制御量が約３０ｐｓ／ｎｍ以下と小さく、基板面内で傾斜させるように形成した膜を作製することは、その制御性、再現性が十分でないという問題があった。
【００１７】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、可変制御する際の分散制御量が大きなフィルタ型の分散制御素子及びそれを用いた分散補償器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成すべく本発明に係る分散制御素子は、光通信の際に生じる信号光の波長分散を補償するための分散補償素子であり、多層膜構造のフォトニック結晶を用いた分散制御素子において、基板上に、ある波長帯域の信号光を全て反射するように設計された多層膜構造の光学素子を少なくとも１つ有し、その光学素子に、基板面と交差する角度で信号光を入射させるようにしたものである。基板上には、面内格子定数の異なる複数の上記光学素子を有することが好ましい。これらによって、分散量を可変にすることができる。分散制御素子を駆動させることによって、光学素子又は各光学素子の光の分散量を変えることができる。また、分散制御素子の温度を制御することによって、光学素子又は各光学素子の光の分散量を変えることができる。
【００１９】
ここで、フォトニック結晶は、誘電体膜を多層に設けてなるものである。これによって、波長４００〜７００ｎｍの可視域、１３００〜１６５０ｎｍの通信波長域で動作可能な分散制御素子となる。
【００２０】
一方、本発明に係る分散制御素子を用いた分散制御方法の内、その素子を駆動させたり、温度制御したりする以外の方法としては、上述した分散制御素子を用い、光学素子の少なくとも１層の屈折率を変化させ、その光学素子の光の分散量を変えるものである。また、本発明に係る分散制御素子を用いた分散制御方法は、上述した分散制御素子を用い、各光学素子の少なくとも１層の屈折率を変化させ、各光学素子の光の分散量をそれぞれ変えるものである。これらによって、分散量を変えることができる。
【００２１】
一方、本発明に係る分散制御素子を用いた分散補償器は、上述した分散制御素子と、分散制御素子の光学素子又は各光学素子に信号光を入射させる光伝送路と、分散制御素子を駆動させる駆動手段とを備えたものである。
【００２２】
ここで、駆動手段が、分散制御素子を機械的に並進、回転、傾斜させるものであってもよい。また、駆動手段が、分散制御素子を電気的に並進、回転、傾斜させるものであってもよい。これらによって、サブミクロン以下の高精度な位置決めを行うことができ、分散制御素子の動作が再現性良好、精度良好となる。
【００２３】
また、分散制御素子に温度制御手段を設けてもよい。これによって、分散量の可変動作を安定させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光の分散量が可変な分散制御素子を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
本発明の好適な一実施形態に係る分散制御素子の斜視図を図１に示す。
【００２７】
本実施の形態に係る分散制御素子は、図１に示すように、基板１１上に、光の分散量の異なる複数個（図１中では７個を図示）の領域１２ａ〜１２ｇを設けたものである。それぞれの領域１２ａ〜１２ｇの分散量は異なっており、領域１２ａが最も分散量が大きく、領域１２ｂ，１２ｃ，…，１２ｇとなるにしたがって分散量が徐々に小さくなる。
【００２８】
Ｓｉ又はＳｉＯ2（石英）からなる基板１１の表面構造は、例えば領域１２ａの断面図を図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、電子ビーム露光によるフォトリソグラフィー技術とドライエッチングにより、ｘ方向及びｙ方向の両方向を凸凹に加工したＬｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅパターン部２１となっている。また、基板１１は、図３に示すウェハ３１に多数個形成されたチップ３２を、ダイシングにより切り出してなるものであり、例えば約２ｍｍ×８ｍｍのサイズを呈している。ここで、ｘ方向及びｙ方向のピッチ間隔Ｌｘ，Ｌｙは、Ｌｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅパターン部２１の一つのＬｉｎｅ２２の幅と一つのＳｐａｃｅ２３の幅との和であり、ｘ，ｙ方向のＬｉｎｅ２２の幅及びＳｐａｃｅ２３の幅をそれぞれＬｉｎｅ−ｘ，Ｌｉｎｅ−ｙ，Ｓｐａｃｅ−ｘ，Ｓｐａｃｅ−ｙとすれば、
Ｌｘ＝（Ｌｉｎｅ−ｘ）＋（Ｓｐａｃｅ−ｘ）
Ｌｙ＝（Ｌｉｎｅ−ｘ）＋（Ｓｐａｃｅ−ｙ）
と表すことができる。ピッチ間隔Ｌｘ，Ｌｙは、基板１１に垂直に光を入射したときの偏波依存性を低減するために、Ｌｘ＝Ｌｙとすることが好ましい。
【００２９】
分散制御素子１０のより具体的な構成を図４（ｂ）に示すように、面内格子定数の異なる複数個（図４（ｂ）中では７個を図示）の格子領域４２ａ〜４２ｇを有する基板１１の表面に多層膜構造のフォトニック結晶２４を設け、基板１１上に、図４（ａ）に示すように光の分散量の異なる複数個の領域１２ａ〜１２ｇを設けたものである。
【００３０】
フォトニック結晶２４のある領域、例えば領域１２ｇの斜視図を図５に示すように、基板１１の表面に設けられた多層膜構造のフォトニック結晶２４は、基板１１の表面に設けた基板整形膜５２上に設けられる２種類の反射用多層膜５４とキャビティ多層膜５３とで構成される。反射用多層膜５４とキャビティ多層膜５３とは、多層膜５４ａ、多層膜５３ａ、多層膜５４ｂ、多層膜５３ｂ、多層膜５４ｃ、多層膜５３ｃ、多層膜５４ｄ、…のように交互に積層して多層膜の多層構造（図５中では７種類の多層膜）に設けられる。フォトニック結晶２４の表面には四角錐状の凸部５５が形成されており、この凸部５５は、基板１１の表面のＬｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅパターン部２１を反映して形成される。
【００３１】
フォトニック結晶２４における反射用多層膜５４の、各多層膜５４ａ〜５４ｄの反射率は、多層膜５４ａ＞多層膜５４ｂ＞多層膜５４ｃ＞多層膜５４ｄとなるように、例えば、多層膜５４ｄの反射率は数〜５０％、多層膜５４ｃの反射率は５０．１〜８０％、多層膜５４ｂの反射率は８０．１〜９８％、多層膜５４ａの反射率は９８．１〜９９％となるように調整される。また、フォトニック結晶２４に用いる材料としては、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｓｉ又はＧｅなどの酸化物、Ｓｉなどの半導体が挙げられるが、現在、既に製品化されている誘電体多層膜型のバンドパスフィルタに用いられているＴａ2Ｏ5／ＳｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5／ＳｉＯ2などの酸化物の組み合わせが好ましい。
【００３２】
格子領域４２ａ〜４２ｇは、格子領域４２ａ側から格子領域４２ｇ側（図４（ａ）、（ｂ）中では左側から右側）に向かって面内格子定数が徐々に小さくなるように形成される。面内格子定数が小さくなるに従って、フォトニック結晶２４における凸部５５の密度が高くなり（図４（ａ）参照）、Ｌｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅパターン部２１における凸凹の密度が高くなる（図４（ｂ）参照）。
【００３３】
つまり、本実施の形態に係る分散制御素子１０は、基板１１の表面に、面内格子定数の異なる２次元の格子パターン（又はピッチの異なる１次元パターン）からなる複数個の格子領域４２ａ〜４２ｇを形成しておき、各格子領域４２ａ〜４２ｇ上に、屈折率の異なる２種類の膜を積層してなる多層膜構造の３次元（又は２次元）のフォトニック結晶２４を形成してなるものである。２次元の格子パターン（又は１次元パターン）の変調、パターン変化は、連続的であっても、断続的（段階的）であっても良い。
【００３４】
尚、本実施の形態で言う面内格子定数とは、ピッチ間隔Ｌｘ，Ｌｙ（Ｌｘ＝Ｌｙ）によって形成される正方形の一辺の長さのことである。
【００３５】
フォトニック結晶２４の成膜方法について説明する。
【００３６】
先ず、基板１１の表面の、Ｌｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅパターン部２１の上に、基板整形膜５２を形成する。
【００３７】
次に、バイアススパッタリング法を用い、基板整形膜５２の上に、Ｔａ2Ｏ5／ＳｉＯ2又はＮｂ2Ｏ5／ＳｉＯ2等で構成される誘電体の多層膜を堆積、積層することで、フォトニック結晶２４が得られる。
【００３８】
多層膜は、入射光の中心波長をλ，屈折率が高い層の屈折率をｎH，屈折率が低い層の屈折率をｎLとした時、中心波長λの入射光に対する光路長として考えたときの膜厚がλの１／（１０ｎH）〜１／（２ｎH）、好ましくは１／（１０ｎH）〜１／（４ｎH）で、屈折率が比較的高いＨ層と、膜厚がλの１／（１０ｎL）〜１／（２ｎL）、好ましくは１／（１０L）〜１／（４ｎL）で、屈折率が比較的低いＬ層とを適宜組み合わせてなる膜を積層したものである。例えば、比較的屈折率の高いＨ層の構成材としてＴａ2Ｏ5やＮｂ2Ｏ5等が、比較的屈折率の低いＬ層の材料としてＳｉＯ2等が挙げられる。
【００３９】
バイアススパッタリング法は、ターゲットにＲ.Ｆ.電力を印加させるだけではなく、基板にもＲ.Ｆ.電力を印加しながら、従来からあるスパッタリング成膜と基板のスパッタエッチングを可能とする方法である。バイアススパッタリング法によれば、基板側にバイアス印加を行わない従来のスパッタリング法と比較して、誘電体膜の原子（分子）オーダでの密度を向上させることができる。また、膜厚は目的とするデバイスの特性により適宜決められる。一般的なスパッタリング法では、ターゲット材がＡｒ+イオンによってスパッタされ、ターゲットを構成する中性原子やそのイオン、多原子分子（クラスター）などになり、それらが基板上に拡散入射され、デポジッションがなされる。これに対して、バイアススパッタリング方法、装置を利用することにより、ターゲットだけでなく基板にもＲ.Ｆ.電力を印加することで、基板に積極的にＡｒ+イオンを打ち込むスパッタデポジッションを行うと同時（又は交互）に、基板のスパッタエッチングを行うことができる。
【００４０】
この時、自己クローニング法を用いることで、堆積とエッチングの比率を適正化することができ、Ｔａ2Ｏ5膜及びＳｉＯ2膜の各膜を、ある一定の形状を維持しながら堆積していくことが可能となり、フォトニック結晶２４の表面には、Ｌｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅパターン部２１における格子領域４２ａ〜４２ｇの各格子パターンを反映した四角錐状の凸部５５を形成することができる。自己クローニング法については、川上彰二郎、花泉  修、佐藤  尚、大寺康夫、川嶋貴之,「信学論（Ｃ）」,1997,vol.J80-C-I,pp.296-297や、特開平１０−３３５７５８号公報参照。
【００４１】
本実施の形態に係る分散制御素子の作用を説明する。
【００４２】
図５に示したように、入射光（信号光）５６は、光伝送路（図示せず）を経てフォトニック結晶２４のある領域１２ｇに入射される。この時、入射光５６は、基板１１の平面と交差する角度で入射される（基板１１と所定角を形成する角度で入射される）。ある領域１２ｇに入射された入射光５６は、その領域１２ｇ内部の多層膜構造内で共振および反射を繰り返し、最終的には全ての波長が多層膜構造から反射され、反射光５７が光伝送路に出射される。ここで、入射光５６が多層膜構造内で共振および反射を繰り返す際、波長の長い光ほど、多層膜の浅い部分（図５中では上側部分）で反射され、波長の短い光ほど、多層膜の奥深い部分（図５中では下側部分）で反射されるため、光の波長によって群速度遅延時間が異なる。
【００４３】
一方、多層膜の設計によっては、波長の短い光ほど、多層膜の浅い部分（図５中では上側部分）で反射され、波長の長い光ほど、多層膜の奥深い部分（図５中では下側部分）で反射されるように、反射光の波長を制御することができる。
【００４４】
面内格子定数が小さい場合と大きい場合の、フォトニック結晶２４の部分断面模式図を図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、フォトニック結晶２４の面内格子定数が小さい領域に、入射光が照射された場合、その領域の多層膜構造は、イメージ的に平坦な多層膜に近いので、各膜の実効屈折率は平坦な多層膜の場合と同じように大きく、群速度遅延時間の波長依存性を示すことから、大きな光の分散量が得られる。一方、フォトニック結晶２４の面内格子定数が大きい領域に、入射光が照射された場合、その領域の多層膜構造における各膜の実効屈折率は、平坦な多層膜と比較して小さく、群速度遅延時間の波長依存性が平坦な多層膜よりも小さくなり、その結果、得られる光の分散量も小さくなる。
【００４５】
また、フォトニック結晶２４における面内格子定数と実効屈折率との関係を図６（ｃ）に示す。ここで、実効屈折率（ｎeff）はＦＤＴＤ法により計算したバンド構造を基に算出した。また、フォトニック結晶２４の凸部の傾斜角度は約４０°と一定とした。さらに、フォトニック結晶２４における各膜の膜厚は、波長λの１／（４ｎH）倍或いは１／（４ｎL）倍とした。図６（ｃ）中のβyは、光の伝搬方向と面内で垂直な方向の伝搬定数を示しており、一般的に、βy＝ｎeff・ｋ0で表される。ｋ0は波数であり、ｋ0＝２π／λで表される（λ：波長、π：円周率）。また、ＥXは伝搬方向の光の電界を示している。
【００４６】
図６に示すように、面内格子定数の増大に伴って（横長になるのに伴って）、実効屈折率（ｎeff）は低下することがわかる。
【００４７】
このように、フォトニック結晶２４の屈折率を変化させることで、また、フォトニック結晶２４の面内格子定数を変化させることで、光の分散量を可変とすることができる。
【００４８】
よって、本実施の形態に係る分散制御素子１０においては、基板１１上に、光の分散量の異なる複数個の領域１２ａ〜１２ｇを設け、入射光を当てる領域を適宜選択することで、光の分散量を可変制御することができる。
【００４９】
また、分散制御素子１０を用いて可変制御する際の分散制御量は、Ｌｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅパターン部２１の面内格子定数を調整することで、自在に調整可能である。具体的には、面内格子定数を小さくすることで、つまりＬｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅパターン部２１のピッチ間隔Ｌｘ，Ｌｙを小さくすることで、その領域の光の分散量は大きくなる。また、面内格子定数を大きくすることで、つまりピッチ間隔Ｌｘ，Ｌｙを大きくすることで、その領域の光の分散量は小さくなる。これにより、基板１１の表面に形成するＬｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅパターン部２１の面内格子定数の範囲を調整することで、分散制御量を自在に調整することができる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る分散制御素子１０のフォトニック結晶２４は、前述したバイアススパッタリング法及び自己クローニング法を用いることで、容易に、制御性良く、かつ、再現性良く成膜することができる。その結果、所望の分散量の領域１２ａ〜１２ｇを、容易に、精度良く、かつ、確実に得ることができる。
【００５１】
また、本実施の形態に係る分散制御素子１０のフォトニック結晶２４を、誘電体の多層膜構造とすることで、波長４００〜７００ｎｍの可視域及び１３００〜１６５０ｎｍの通信波長域での分散制御が可能となる。
【００５２】
本発明の好適な一実施形態に係る分散制御素子を用いた分散補償器の斜視図を図７に示す。
【００５３】
本実施の形態に係る分散補償器７０は、図７に示すように、枠体７１内に、基板１１の表面に多層膜構造のフォトニック結晶２４を設けてなる分散制御素子１０と、分散制御素子１０を載置するブロック台７２と、分散制御素子１０を矢印Ｙ１の方向にスライド移動させるスライド手段（駆動手段；図示せず）と、分散制御素子１０の各領域１２ａ〜１２ｇに信号光（入射光）７３を入射させると共に、各領域１２ａ〜１２ｇで反射された信号光７３の反射光７４を出射させる光伝送路７５とを設けてなる。また、分散制御素子１０における領域１２ａ〜１２ｇの形成面と反対側の面に、分散制御素子１０の基板１１の温度を制御する温度制御手段７６が設けられる。
【００５４】
光伝送路７５としては、汎用的なシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の他に、光伝送路として慣用的に用いられている全ての光ファイバが適用可能である。
【００５５】
スライド手段としては、ステップ間隔がｍｍオーダのピエゾ素子が内蔵されたスライド機構や、モータなどが挙げられる。また、スライド手段の他に、分散制御素子１０を回転駆動させる回転手段や、分散制御素子１０を傾斜駆動させる傾斜手段等の駆動手段を用いてもよい。
【００５６】
本実施の形態に係る分散補償器７０によれば、スライド手段を用い、分散制御素子１０を矢印Ｙ１の方向にスライド移動させることで、分散制御素子１０に照射される入射光７３の領域１２ａ〜１２ｇを適宜変えることができる。これによって、光の分散量を可変制御することができ、所望の光の分散を得ることができる。ここで、入射光７３が透過するフォトニック結晶２４の厚みは、各領域１２ａ〜１２ｇにおいて一定であるため、それぞれの領域１２ａ〜１２ｇでの損失は一定となる。この時、ピッチ間隔Ｌｘとピッチ間隔ＬｙとをＬｘ＝Ｌｙとすることで、偏波依存性も無くなる。
【００５７】
また、本実施の形態に係る分散補償器７０によれば、温度制御手段６６を用いて分散制御素子１０の基板１１を加熱、冷却することで、フォトニック結晶２４の屈折率自体を変化させることができる。これによって、分散制御素子１０の、各領域１２ａ〜１２ｇ自体の屈折率もそれぞれ変化させることができ、可変制御可能な光の分散量の範囲を更に大きくすることができる。
【００５８】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００５９】
（第２の実施形態）
本発明の他の好適な一実施形態に係る分散制御素子を用いた分散補償器の模式図を図８に示す。尚、図１と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【００６０】
図８に示すように、本実施の形態に係る分散補償器９０は、前実施の形態に係る分散補償器７０と同様の分散補償器７０ａ，７０ｂを２つ直列に並べて設け、一方（図８中では左側）の分散補償器７０ａの光伝送路７５ａに光サーキュレータ９２ａを接続し、その光サーキュレータ９２ａに光伝送路９１ａを接続し、また、他方（図８中では右側）の分散補償器７０ｂの光伝送路７５ｂに光サーキュレータ９２ｂを接続し、その光サーキュレータ９２ｂに光伝送路９１ｃを接続し、光サーキュレータ９２ａ，９２ｂを光伝送路９１ｂで接続したものである。
【００６１】
各分散補償器７０ａ，７０ｂの分散制御素子（図示せず；図７参照）は、温度制御手段（図示せず；図７参照）を備えている。
【００６２】
本実施の形態に係る分散補償器９０の作用を説明する。
【００６３】
信号光９３は、光伝送路９１ａから入射され、サーキュレータ９２ａにより伝送方向を一方の分散補償器７０ａの光伝送路７５ａに切り替えられる。その信号光９３は、光伝送路７５ａから一方の分散補償器７０ａに入射され、分散制御素子（図示せず）によって分散制御され、反射される。反射された信号光９４は、光伝送路７５ａを介してサーキュレータ９２ａに戻る。
【００６４】
次に、信号光９４は、サーキュレータ９２ａにより伝送方向を光伝送路９１ｂに切り替えられる。その後、サーキュレータ９２ｂにより伝送方向を他方の分散補償器７０ｂの光伝送路７５ｂに切り替えられる。その信号光９４は、光伝送路７５ｂから他方の分散補償器７０ｂに入射され、分散制御素子（図示せず）によって分散制御され、反射される。反射された信号光９５は、光伝送路７５ｂを介してサーキュレータ９２ｂに戻る。
【００６５】
最後に、信号光９５は、サーキュレータ９２ｂにより伝送方向を光伝送路９１ｃに切り替えられ、出力される。
【００６６】
本実施の形態に係る分散補償器９０の分散可変の原理を図９、図１０に示す。
【００６７】
波長帯域λ１〜λ２間の信号光の、群速度遅延時間を補償するために、各各分散補償器７０ａ，７０ｂの分散制御素子を、同じ絶対値で、かつ、互いに符号の異なる分散スロープ（遅延量の傾き）を持つように設計し、図９に示したように接続することで、各分散制御素子の分散特性を合算させることができる。
【００６８】
図９に示すように、一方の分散制御素子の群速度遅延時間−波長特性の曲線１０１と、他方の分散補償素子の群速度遅延時間−波長特性の曲線１０２とを合算させることで、波長帯域λ１〜λ２間の群速度遅延時間が破線１０３で示すように一定となる。
【００６９】
また、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、各分散制御素子の少なくとも一方の群速度遅延時間カーブ（分散特性）を、温度制御手段を用いて温度制御することにより、波長シフトさせることができる。この波長シフト量を制御することにより、信号帯域内において波長シフトに線形な分散量が得られる。具体的には、信号帯域内において群速度遅延時間の波長依存性が負の傾き（図１０（ａ）中の破線１１１）、傾きゼロ（図１０（ｂ）中の破線１１２）、正の傾き（図１０（ｃ）中の破線１１３）となる。その結果、分散量を負、ゼロ、正の値と制御することができる。
【００７０】
また、本実施の形態に係る分散補償器９０により得られた群速度遅延時間−波長特性の一例を図１１に示すように、温度を４０℃変化させることにより、分散量を−２５０ｐｓ／ｎｍ〜＋２５０ｐｓ／ｎｍの範囲で可変制御することができる。
【００７１】
本実施の形態に係る分散補償器９０によれば、少なくとも一方の分散補償器７０ａ（又は７０ｂ）における分散制御素子（図示せず；図７参照）を、温度制御手段（図示せず；図７参照）を用いて温度制御することにより、図７に示した前実施の形態に係る分散補償器７０と比較して、可変制御できる光の分散量の範囲を更に増大させることができる。
【００７２】
（第３の実施形態）
本発明の他の好適な一実施形態に係る分散制御素子を用いた分散補償器の斜視図を図１２に、図１２の１３−１３線断面図を図１３に示す。尚、図７と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【００７３】
図１２に示すように、本実施の形態に係る分散補償器１３０の、基本的な構成は第１の実施の形態に係る分散補償器７０と同様であり、図１３に示すように、ブロック台１３２に断面Ｖ字状の溝１３３を形成すると共に、基板１３１のブロック台１３２と当接する部分（図１３中では下部分）に溝１３３と同形状の突起部１３１ａを形成し、突起部１３１ａを溝１３３に嵌合させ、溝１３３の長手方向（図１２中では矢印Ｙ１方向）スライド自在に設けたものである。
【００７４】
溝１３３の断面形状はＶ字状に特に限定するものではなく、その他に、凹字状、半円状などが挙げられる。
【００７５】
本実施の形態に係る分散補償器１３０によれば、分散制御素子１０の突起部１３１ａを、ブロック台１３２の溝１３３に嵌合させた状態で、分散制御素子１０をスライド自在に設けたことで、分散制御素子１０を精度良く、例えば０．５μｍ以下の精度でスライド移動させることができ、その結果、入射光７３の焦点を、精度良く分散制御素子１０の各領域１２ａ〜１２ｇに合わせることができる。
【００７６】
本実施の形態に係る分散補償器１３０においても、第１の実施の形態に係る分散補償器７０と同様の作用効果を得ることができる。
【００７７】
（第４の実施形態）
本発明の他の好適な一実施形態に係る分散制御素子を用いた分散補償器の斜視図を図１４に示す。尚、図７と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【００７８】
図１４に示すように、本実施の形態に係る分散補償器１５０の、基本的な構成は第１の実施の形態に係る分散補償器７０と同様であり、スライド手段として、基板１１に強磁性体１５１，１５２と、電磁石１５３，１５４とを設けたものである。電磁石１５３，１５４の設置位置は、分散制御素子１０を矢印Ｙ１の方向にスライド可能で、かつ、分散制御素子１０のスライド移動を阻害しない位置であれば、枠体７１内のいずこであってもよい。
【００７９】
強磁性体１５１，１５２としては、薄膜体、バルク体のいずれであってもよいが、より軽量な薄膜体の方が好ましい。
【００８０】
本実施の形態に係る分散補償器１５０によれば、電磁石１５３，１５４のいずれか一方をON/OFFさせて、基板１１に設けたいずれか一方の強磁性体１５１，１５２を引き寄せることで、分散制御素子１０をスライド移動する。この時、電磁石１５３，１５４のON/OFF時間を制御することで、分散制御素子１０を精度良くスライド移動させることができ、その結果、入射光７３の焦点を、精度良く分散制御素子１０の各領域１２ａ〜１２ｇに合わせることができる。
【００８１】
本実施の形態に係る分散補償器１５０においても、第１の実施の形態に係る分散補償器７０と同様の作用効果を得ることができる。
【００８２】
また、本実施の形態に係る分散補償器１５０のブロック台７２及び基板１１に、第３の実施の形態に係る分散補償器１３０のブロック台１３２及び基板１３１の構成を適用するようにしてもよい。
【００８３】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【実施例】
【００８４】
次に、本発明の実施の形態について、実施例に基づいて説明するが、本発明の実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８５】
波長１５５０ｎｍで透明な石英基板の表面に、ピッチ間隔Ｌｘ（＝Ｌｙ）が、２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００（ｎｍ）の７種類のＬｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅパターン部を形成した。この面内格子定数の異なる７個の領域を有する基板上に、膜厚が５００ｎｍのＳｉＯ2膜で構成される基板整形膜を形成する。
【００８６】
次に、基板整形膜上に、バイアススパッタリング法及び自己クローニング法を用い、Ｔａ2Ｏ5／ＳｉＯ2の誘電体で構成され、図５に示した７層構造の多層膜（フォトニック結晶）を堆積、積層する。
【００８７】
多層膜は、入射光の中心波長をλ，屈折率が高い層の屈折率をｎH，屈折率が低い層の屈折率をｎLとした時、中心波長λの入射光に対する光路長として考えたときの膜厚がλの１／（４ｎH）で、屈折率が比較的高いＨ層（Ｔａ2Ｏ5膜）と、膜厚がλの１／（４ｎL）で、屈折率が比較的低いＬ層（ＳｉＯ2膜）とを適宜組み合わせてなる膜を積層したものである。反射用多層膜５４ａは、Ｌ層とＨ層とを組み合わせた層（以下、ＬＨの層と表す）で構成した。反射用多層膜５４ｂは、１層のＨ層とＬＨの層を２組積層して構成した。反射用多層膜５４ｃは、１層のＨ層とＬＨの層を４組積層して構成した。反射用多層膜５４ｄは、１層のＨ層とＬＨの層を１３組積層して構成した。一方、キャビティ多層膜５３ａは、Ｌ層とＬ層を組み合わせた層（すなわちＬ層を２層積層した層、以下、ＬＬの層と表す）を９組積層して構成した。キャビティ多層膜５３ｂは、ＬＬの層を１１組積層して構成した。キャビティ多層膜５３ｃは、ＬＬの層を９組積層して構成した。
【００８８】
これによって、基板上に、光の分散量の異なる７個の領域を有する分散制御素子を得る。
【００８９】
得られた分散制御素子を、図７に示した分散補償器に組み込んだ後、ピッチ間隔（面内格子定数）が小さい領域からピッチ間隔が大きい領域に向かって分散制御素子をスライド移動させる。この時の、分散量の測定結果を図１５に示すように、面内格子定数（nm）が大きくなるに従って、群速度遅延量の波長に対する傾きである分散量（ps/nm）が小さくなることがわかる。また、透過中心波長が長波長側にシフトしても、１３００ｎｍ〜１８００ｎｍの波長帯域における損失は変わらず、損失量は０．３ｄＢと一定であった。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る分散制御素子の斜視図である。
【図２】図２（ａ）は図１の分散制御素子の２ａ−２ａ線断面図であり、図２（ｂ）は図１の分散制御素子の２ｂ−２ｂ線断面図である。
【図３】チップを多数個形成したウェハの斜視図である。
【図４】図４（ａ）は図３のチップの４ａ方向矢視図の一部であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面図である。
【図５】フォトニック結晶のある領域の斜視図である。
【図６】図６（ａ）、図６（ｂ）はフォトニック結晶の部分断面模式図、図６（ｃ）はフォトニック結晶における面内格子定数と実効屈折率との関係を示す図である。
【図７】本発明の好適な一実施形態に係る分散制御素子を用いた分散補償器の斜視図である。
【図８】本発明の他の好適な一実施形態に係る分散制御素子を用いた分散補償器の模式図である。
【図９】図８の分散補償器における分散可変の原理を示す図であり、横軸は波長を、縦軸は群速度遅延時間を示している。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、図８の分散補償器における温度制御による分散可変の原理を示す図であり、横軸は波長を、縦軸は群速度遅延時間を示している。
【図１１】図８の分散補償器における群速度遅延時間−波長特性の一例を示す図である。
【図１２】本発明の他の好適な一実施形態に係る分散制御素子を用いた分散補償器の斜視図である。
【図１３】図１２の１３−１３線断面図である。
【図１４】本発明の他の好適な一実施形態に係る分散制御素子を用いた分散補償器の斜視図である。
【図１５】実施例１の分散制御素子における面内格子定数と分散量との関係を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）は信号光の群速度遅延を説明するための図であり、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）は光伝送路の概略図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０  分散制御素子
１１  基板
１２ａ〜１２ｇ  領域（光学素子）
２４  フォトニック結晶
４２ａ〜４２ｇ  格子領域
【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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