(57)【要約】【課題】従来、通信ビットレートが１０Ｇｂｐｓ以上、特に４０Ｇｂｐｓ以上の光通信においては、光ファイバを伝送する信号に波長分散が生じ、通信上大きな支障があり、これを解決しようと、種々の分散補償方法や素子が提案されてきたが、広帯域にすると接続による損失が大きくしかも大型で高価になるという課題があった。【解決手段】複数の光分散補償素子を直列に接続して構成した複合型の光分散補償素子において、入射面を対向させて配置した少なくとも一対の光分散補償素子を用いて、その対向して配置した入射面の間で信号光を複数回反射させて分散補償を行うこと、および、対向配置した一対の光分散補償素子に対応して少なくとも１つの反射体を配置することで低損失広帯域化が可能な複合型の光分散補償素子を実現した。【選択図】      図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを通信伝送路に用いる通信に使用して波長分散（以下、単に、分散ともいう）を補償することが出来る光分散補償素子（以下、単に、光分散補償素子ともいう）を複数組み合わせた複合型の光分散補償素子であって、前記複合型の光分散補償素子を構成する光分散補償素子のうちの少なくとも一組の光分散補償素子（以下、後述の一対の光分散補償素子のことを一組の光分散補償素子とも称す）が、光の入射面（以下、光の入射面を、単に、入射面ともいう）が対向して配置された少なくとも一対の光分散補償素子（以下、前記一対の光分散補償素子のそれぞれを、光分散補償素子単体ともいう）で構成されていることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項２】
請求項１に記載の複合型の光分散補償素子において、前記光分散補償素子単体が少なくとも２層の光反射層（以下、光反射層のことを、単に、反射層ともいう）と少なくとも１層の光透過層を有する多層膜を有し、前記１層の光透過層は前記２層の反射層に挟まれているように形成されており、前記多層膜は入射光の中心波長（以下、中心波長のことを、その波長がλであるという意味で、中心波長λともいう）に対する前記反射層の反射率が９９．５％以上の反射層を少なくとも１層有しており、入射面から前記多層膜の厚み方向にすすむにつれて最初に現れる前記反射率が９９．５％以上の反射層の位置までにある各反射層の反射率が、入射面側から前記多層膜の厚み方向にすすむにつれて順次大きくなっていることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の複合型の光分散補償素子において、少なくとも一組の前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の少なくとも一部もしくは近傍に対応して、反射体もしくは反射部（以下、とくに区別を要しない時、反射体と反射部を区別しないで単に反射体ともいう）が設けられていることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項４】
請求項３に記載の複合型の光分散補償素子において、前記反射体が、入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子から出力される光（以下、光Ａともいう）を反射して光分散補償素子へ入射させることが出来るように配置されていることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項５】
請求項４に記載の複合型の光分散補償素子において、前記光Ａが前記反射体による反射光（以下、光Ｂともいう）として入射される光分散補償素子が、前記光Ａが出射された光分散補償素子であることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項６】
請求項５に記載の複合型の光分散補償素子において、前記光分散補償素子における前記光Ａの出射位置と前記光Ｂの入射位置が異なる位置であることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項７】
請求項５または６に記載の複合型の光分散補償素子において、前記光Ａと光Ｂは平行で進行方向が逆向きであることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、前記反射体が少なくとも３つの反射面を有することを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項９】
請求項８に記載の複合型の光分散補償素子において、前記反射体の少なくとも１つの反射面が可動であることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の複合型の光分散補償素子において、反射体の前記可動な反射面を駆動する手段が、手動による手段もしくは電気的な手段であることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項１１】
請求項３〜１０のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、前記反射体が、前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の各光分散補償素子単体に対応して、前記各光分散補償素子のいずれかからの出射光を反射することができるように、前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の同じ側の端部に少なくとも一対設けられているかまたは一対の反射体部が一体に設けられていることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項１２】
請求項３〜１１のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、前記反射体がコーナーキューブであることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項１３】
請求項５〜１２のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、前記光Ｂが前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子に入射して後に進行する方向は、前記光Ａが出射する前に該光分散補償素子内を進行してきた進行方向に対して平行でありかつ逆方向であることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項１４】
請求項３〜１３のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の端部の複数箇所に対応して反射体が設けられていることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項１５】
請求項１４に記載の複合型の光分散補償素子において、前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の各光分散補償素子単体の入射面を分散補償を受けながら進行する信号光の進行方向が、前記入射面の一方の側から他方の側に移動した位置において、順に、交互に反対向きであることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、前記光分散補償素子単体がそれぞれ異なる基板上に形成されていることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、前記入射面が対向して配置されている少なくとも一対の前記光分散補償素子の各光分散補償素子単体が、入射光を透過することが出来る同一の基板の互いに対向する面上に、入射面が前記基板側になるように形成されていることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の複合型の光分散補償素子において、前記光分散補償素子や各光分散補償素子単体の少なくとも１つを構成する多層膜の前記基板側から少なくとも３層の反射層の反射率が、前記基板に近い方の反射層から遠い方の反射層になるにつれて大きくなっていることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、少なくとも一組の前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の信号光の入射位置と出射位置が、前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の異なる側にあることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項２０】
請求項１〜１８いずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、少なくとも一組の前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の信号光の入射位置と出射位置が、前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の同じ側にあることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項２１】
請求項２〜２０のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、少なくとも１つの前記光分散補償素子単体が、光学的性質が異なる積層膜を少なくとも５種類（すなわち、光の反射率や膜厚などの光学的な性質の異なる積層膜を少なくとも５層）有する多層膜を有し、前記多層膜が、光の反射率が互いに異なる少なくとも２種類の反射層を含む少なくとも３種類の反射層を有するとともに、前記３種類の反射層の他に少なくとも２つの光透過層を有し、前記３種類の反射層の各１層と前記２つの光透過層の各１層とが交互に配置されており、前記多層膜が、膜の厚み方向の一方の側から順に、第１の反射層である第１層、第１の光透過層である第２層、第２の反射層である第３層、第２の光透過層である第４層、第３の反射層である第５層から構成されており、入射光の中心波長をλとして、前記第１〜第５層において、入射光の中心波長λの光に対する光路長（以下、単に、光路長ともいう）として考えたときの前記多層膜各層の膜厚（以下、単に、膜厚あるいは膜の厚みともいう）が、λ/４の整数倍±１％の範囲の値（以下、λ/４の整数倍、あるいは、λ/４のほぼ整数倍ともいう）の膜厚であり、かつ、前記多層膜が、膜厚がλの１/４倍（以下、λの１/４倍±１％の膜厚の意味でλの１/４倍の膜厚という）で屈折率が高い方の層（以下、層Ｈともいう）と膜厚がλの１/４倍で屈折率が低い方の層（以下、層Ｌともいう）を組み合わせた層の複数組で構成されており、
多層膜Ａを、前記５層の積層膜すなわち前記第１〜第５層が、前記多層膜の厚み方向の一方の側から順に、層Ｈ、層Ｌの順に各１層ずつ組み合わせた層（以下、ＨＬの層ともいう）を３セット（層Ｈ１層と層Ｌ１層とを組み合わせた層をＨＬの層１セットと称する。以下同様）積層して構成される第１層、層Ｈと層Ｈを組み合わせた層（すなわち、層Ｈを２層重ねて形成した層。以下、ＨＨの層ともいう）を１０セット積層して構成される第２層、層Ｌを１層とＨＬの層を７セットとを積層して構成される第３層、ＨＨの層を３８セット積層して構成される第４層、層Ｌを１層とＨＬの層を１３セットとを積層して構成される第５層でそれぞれ形成されている多層膜とし、
多層膜Ｂを、前記多層膜ＡのＨＨの層を１０セット積層して形成されている前記第２層の代わりに、前記第２層が、多層膜Ａの場合と同じ方向の膜の厚み方向の一方の側から順に、ＨＨの層を３セット、層Ｌと層Ｌを組み合わせた層（すなわち、層Ｌを２層重ねて形成した層。以下、ＬＬの層ともいう）を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を２セット、ＨＨの層を１セットをこの順に積層して構成される積層膜で形成されている多層膜とし、
多層膜Ｃを、前記多層膜ＡまたはＢのＨＨの層を３８セット積層して形成されている前記第４層の代わりに、前記第４層が、多層膜Ａの場合と同じ方向の膜の厚み方向の一方の側から順に、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を２セットをこの順に積層して構成される積層膜で形成されている多層膜とし、
多層膜Ｄを、前記５層の積層膜すなわち前記第１〜第５層が、前記多層膜の厚み方向の一方の側から順に、層Ｌ、層Ｈの順に各１層ずつ組み合わせた層（以下、ＬＨの層ともいう）を５セット積層して構成される第１層、ＬＬの層を７セット積層して構成される第２層、層Ｈを１層とＬＨの層を７セットとを積層して構成される第３層、ＬＬの層を５７セット積層して構成される第４層、層Ｈを１層とＬＨの層を１３セットとを積層して構成される第５層でそれぞれ形成されている多層膜とし、
多層膜Ｅを、前記５層の積層膜すなわち前記第１〜第５層が、前記多層膜の厚み方向の一方の側から順に、ＨＬの層を２セット積層して構成される第１層、ＨＨの層を１４セット積層して構成される第２層、層Ｌを１層とＨＬの層を６セットとを積層して構成される第３層、ＨＨの層を２４セット積層して構成される第４層、層Ｌを１層とＨＬの層を１３セットとを積層して構成される第５層でそれぞれ形成されている多層膜とし、
多層膜Ｆを、前記多層膜Ｅの前記ＨＨの層を１４セット積層して形成されている第２層の代わりに、前記第２層が、多層膜Ｅの場合と同じ方向の膜の厚み方向の一方の側から順に、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を２セット、ＬＬの層を１セット、ＨＨの層を１セットをこの順に積層して構成される積層膜で形成されている多層膜とし、
多層膜Ｇを、前記多層膜ＥまたはＦの前記ＨＨの層を２４セット積層して形成されている第４層の代わりに、前記第４層が、多層膜Ｅの場合と同じ方向の膜の厚み方向の一方の側から順に、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を２セット、ＬＬの層を１セット、ＨＨの層を１セットをこの順に積層して構成される積層膜で形成されている多層膜とし、
多層膜Ｈを、前記５層の積層膜すなわち前記第１〜第５層が、前記多層膜の厚み方向の一方の側から順に、層Ｌ、ＬＨの層を４セット積層して構成される第１層、ＬＬの層を９セット積層して構成される第２層、層Ｈを１層とＬＨの層を６セットとを積層して構成される第３層、ＬＬの層を３５セット積層して構成される第４層、層Ｈを１層とＬＨの層を１３セットとを積層して構成される第５層でそれぞれ形成されている多層膜とするとき、
少なくとも１つの前記光分散補償素子が、前記多層膜Ａ〜Ｈのうちの少なくとも１つを有することを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項２２】
請求項２〜２１のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、少なくとも１つの前記光分散補償素子の多層膜を構成する少なくとも１つの積層膜の膜厚が、前記多層膜の光の入射面に平行な断面における面内方向（以下、入射面内方向ともいう）において変化している（以下、単に膜厚が変化しているともいう）ことを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項２３】
請求項２２に記載の複合型の光分散補償素子において、前記複合型の光分散補償素子を構成する少なくとも一対の前記入射面が互いに対向して配置された光分散補償素子の各光分散補償素子単体の多層膜の少なくとも各１つの光透過層の膜厚の変化方向が互いに異なることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項２４】
請求項２３に記載の複合型の光分散補償素子において、前記複合型の光分散補償素子を構成する少なくとも一対の前記互いに対向して配置された光分散補償素子の各光分散補償素子単体の多層膜の少なくとも各１つの光透過層の膜厚が、互いに逆方向に変化していることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項２５】
請求項２２〜２４のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、前記光分散補償素子に係合して、前記多層膜の少なくとも１つの積層膜の膜厚を調整する調整手段、あるいは、前記多層膜の入射面における光の入射位置を変える手段が設けられていることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、前記複合型の光分散補償素子を構成する前記光分散補償素子の少なくとも１つが主として３次の分散を補償可能な光分散補償素子であることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償素子において、前記複合型の光分散補償素子を構成する少なくとも１つの前記光分散補償素子が２次の分散を補償可能な光分散補償素子であることを特徴とする複合型の光分散補償素子。
【請求項２８】
光ファイバを通信伝送路に用いる通信において光分散補償素子を使用して波長分散（以下、単に、分散ともいう）を補償する光分散補償方法であって、少なくとも一対の前記光分散補償素子を入射面を対向させて配置し（以下、入射面を対向させて配置した前記一対の光分散補償素子のそれぞれを、光分散補償素子単体ともいう）、かつ、前記対向して配置した双方の光分散補償素子の入射面をその間に入射光の光路を形成することができるように配置し、該対向して配置した両入射面の間に入射した入射光が双方の光分散補償素子の入射面に主として交互に入射して反射されることを複数回行うことができるように形成し、この光路を入射光を進行させて入射光の分散補償を行うことを特徴とする光分散補償方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の複合型の光分散補償方法において、少なくとも一組の前記入射面を対向させて配置した一対の光分散補償素子の少なくとも一部もしくは近傍に対応して反射体もしくは反射部（以下、とくに区別を要しない場合は、前記反射体と反射部を区別しないで、単に、反射体ともいう）を配置することを特徴とする光分散補償方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の複合型の光分散補償方法において、前記反射体が、入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子から出力される光（以下、光Ａともいう）を反射して光分散補償素子へ入射させることが出来るように配置することを特徴とする複合型の光分散補償方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の複合型の光分散補償方法において、前記光Ａが前記反射体による反射光（以下、光Ｂともいう）として入射する光分散補償素子が、前記光Ａが出射された光分散補償素子であることを特徴とする複合型の光分散補償方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の複合型の光分散補償方法において、前記光分散補償素子における前記光Ａの出射位置と前記光Ｂの入射位置が異なる位置であることを特徴とする複合型の光分散補償方法。
【請求項３３】
請求項３１または３２に記載の複合型の光分散補償方法において、前記光Ａと光Ｂは平行で直進方向が逆向きであることを特徴とする複合型の光分散補償方法。
【請求項３４】
請求項２９〜３３のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償方法において、前記反射体が少なくとも３つの反射面を有することを特徴とする複合型の光分散補償方法。
【請求項３５】
請求項２９〜３４のいずれか１項に記載の複合型の光分散補償方法において、前記反射体がコーナーキューブであることを特徴とする複合型の光分散補償方法。
【請求項３６】
請求項２８〜３５のいずれか１項に記載の光分散補償方法において、少なくとも１つの前記光分散補償素子単体として、多層膜を有する素子を用いることを特徴とする光分散補償方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の光分散補償方法において、少なくとも１つの前記光分散補償素子単体の前記多層膜を構成する少なくとも１つの積層膜の膜厚が、前記多層膜の光の入射面に平行な断面における面内方向において変化していることを特徴とする光分散補償方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の以下の説明において、光分散補償のことを単に分散補償とも称し、光分散補償素子のことを単に分散補償素子ともいい、光分散補償方法のことを単に分散補償方法ともいう。
【０００２】
本発明は、伝送路に光ファイバ（以下、光ファイバのことを、単に、ファイバともいう）を用い、信号光として、たとえば、波長が１．５５μｍ近傍の光などを用いた光通信において生ずる２次以上（後述）の波長分散（以下、単に、分散ともいう）を補償可能な素子（以下、２次の分散を補償可能な素子のことを２次の分散を変えることができる素子、あるいは、２次分散補償素子ともいう。また、後述の３次の分散を補償可能な素子についても、これと同様に、３次の分散を変えることができる素子、あるいは、３次分散補償素子ともいう。）を有する分散補償素子を少なくとも一対、光の入射面を対向させて配置した、損失の少ない、複合型の光分散補償素子および前記と同様の構成をした素子等を用いて行う光分散補償方法に関する。
【０００３】
そして、本発明は、特に、低損失で３次以上の分散を補償することが出来る複合型の分散補償素子およびそれを用いた分散補償方法、あるいは、低損失で２次と３次以上の分散補償を行うことが出来る分散補償素子およびそれを用いた分散補償方法に関して大きな効果をもたらすものである。
【０００４】
そして、本発明の複合型の分散補償素子は、前記の３次分散補償素子だけの場合もあり、また、後述の入射面内における入射光の入射位置等を変化させる手段を含む場合もあり、また、３次以上の分散補償のみならず、２次の分散補償が可能なように構成されている場合もあり、ケースに実装されている場合もあり、ケースに実装されていないいわゆるチップ状やウェハー状の場合もある。
【０００５】
本発明の分散補償素子は、これらのすべての形態を含んでおり、使用状況や販売などの目的に応じて、種々の形態をとることができるものである。
【０００６】
本発明では、２次の分散補償とは「図１２（Ａ）を用いて後述する波長−時間特性曲線の分散の傾きを補償すること」を意味し、３次の分散補償とは「図１２（Ａ）を用いて後述する波長−時間特性曲線の曲がりを補償すること」を意味する。
【０００７】
【従来の技術】
通信伝送路に光ファイバを用いる光通信においては、利用技術の進展および利用範囲の拡大とともに、通信伝送路の長距離化や通信ビットレートの高速化が求められている。このような環境下では、光ファイバを伝送するときに生じる分散が大きな問題となり、分散の補償が種々試みられている。現在、２次の分散が大きな問題となり、その補償が種々提案され、そのうちのいくつかの提案が効果をあげている。
【０００８】
しかし、光通信に対する要求が高度になるにつれて、送信中の２次の分散の補償だけでは不充分になり、３次の分散の補償が課題になりつつある。
【０００９】
以下、図１２および図１３を使用して、従来の２次の分散補償方法を説明する。
【００１０】
図１３は、シングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦとも称す）と分散補償ファイバ、および分散シフトファイバ（以下、ＤＳＦともいう）の分散−波長特性を説明する図である。図１３において、符号６０１はＳＭＦの分散−波長特性を示すグラフ、６０２は分散補償ファイバの分散−波長特性を示すグラフ、６０３はＤＳＦの分散−波長特性を示すグラフで、縦軸を分散、横軸を波長にとったグラフである。
【００１１】
図１３で明らかなように，ＳＭＦでは、ファイバに入力する（以下、入射するともいう）光の波長が１．３μｍから１．８μｍへと長くなるにつれて分散は増大し，分散補償ファイバでは，入力光（以下、入射光ともいう）の波長が１．３μｍから１．８μｍまで長くなるにつれて分散は減少する。また、ＤＳＦでは、入力光の波長が１．２μｍから１．５５μｍ付近へと長くなるにつれて分散は減少し、入力光の波長が１．５５μｍ付近から１．８μｍへと長くなるにつれて分散が増大する。そして、ＤＳＦでは、従来の２．５Ｇｂｐｓ（毎秒２．５ギガビット）程度の通信ビットレートの光通信においては、入力光の波長が１．５５μｍ付近では、分散は光通信上支障を生じない。
【００１２】
図１２は、主として２次の分散の補償方法を説明する図であり、（Ａ）は波長−時間特性と光強度−時間特性を、（Ｂ）はＳＭＦを用いた伝送路において分散補償ファイバを用いて２次の分散補償を行った伝送例を、（Ｃ）はＳＭＦだけで構成した伝送路での伝送例を説明する図である。
【００１３】
図１２において、符号５０１と５１１は伝送路に入力する前の信号光の特性を示すグラフを、５３０はＳＭＦ５３１で構成された伝送路を、５０２と５１２は、グラフ５０１と５１１で示した特性の信号光が伝送路５３０を伝送されて伝送路５３０から出力された信号光の特性を示すグラフ、５２０は分散補償ファイバ５２１とＳＭＦ５２２から構成された伝送路、５０３と５１３は、グラフ５０１と５１１で示した特性の信号光が伝送路５２０を伝送されて伝送路５２０から出力された信号光の特性を示すグラフである。符号５０４および５１４は、グラフ５０１と５１１で示した特性の信号光が伝送路５２０を伝送されて伝送路５２０から出力されて後、本発明によって後述の望ましい３次分散補償を施したときの信号光の特性を示すグラフであり、グラフ５０１および５１１とほとんど一致している。また、グラフ５０１、５０２、５０３、５０４はそれぞれ縦軸を波長、横軸を時間（または時刻）にとったグラフであり、グラフ５１１、５１２、５１３、５１４はそれぞれ縦軸を光強度、横軸を時間（または時刻）にとったグラフである。なお、符号５２４と５３４は送信器、５２５と５３５は受信器である。
【００１４】
従来のＳＭＦは、前述のように、信号光の波長が１．３μｍから１．８μｍへと長くなるにつれて分散が増加するため、高速通信や長距離伝送の際には、分散による群速度遅延を生じる。ＳＭＦで構成された伝送路５３０では、信号光は伝送中に長波長側が短波長側に比べ大きく遅延して、グラフ５０２と５１２に示すようになる。このように変化した信号光は、たとえば高速通信・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。
【００１５】
このような問題を解決するため、従来は、たとえば、図１２（Ｂ）に示すように分散補償ファイバを用いて分散を補償（あるいは、補正ともいう）している。
【００１６】
従来の分散補償ファイバは、波長が１．３μｍから１．８μｍへと長くなるにつれて分散が増加するというＳＭＦの問題点を解決するため、前述のように、波長が１．３μｍから１．８μｍへと長くなるにつれて分散が減少するように作られている。
【００１７】
分散補償ファイバは、たとえば、図１２の伝送路５２０で示すように、ＳＭＦ５２２に分散補償ファイバ５２１を接続して用いることができる。上記伝送路５２０では、信号光は、ＳＭＦ５２２では長波長側が短波長側に比べて大きく遅延し、分散補償ファイバ５２１では短波長側が長波長側に比べて大きく遅延することにより、グラフ５０３と５１３に示すように、グラフ５０２と５１２に示す変化よりも変化量を小さく抑えることが出来る。
【００１８】
しかし、分散補償ファイバを使用した上記従来の２次の波長分散の補償方法では、伝送路を伝送した信号光の波長分散を、伝送路に入力する前の信号光の状態、すなわち、グラフ５０１の形までには分散補償することができず、グラフ５０３の形まで補償するのが限界である。グラフ５０３に示すように、分散補償ファイバを使用した従来の２次の波長分散の補償方法では、信号光の中心波長の光が短波長側の光および長波長側の光に比べて遅延せず、信号光の中心波長成分の光より短波長側および長波長側の成分の光のみが遅延する。そして、グラフ５１３に示すようにグラフの一部にリップルが生じることがある。
【００１９】
これらの現象は、光通信の伝送距離の長距離化と通信速度の高速化のニーズが高まるに従い、正確な信号受信ができなくなるなどの大きな問題となりつつある。
【００２０】
たとえば、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は、これらの現象がかなり心配されており、特に、通信ビットレートが４０Ｇｂｐｓ以上の通信においては極めて重大な課題として心配されている。
【００２１】
そして、このような高速通信においては、従来の光ファイバ通信システムを使用することは困難と考えられており、たとえば、光ファイバ自体の材質も変える必要が叫ばれるなど、システム構築の経済的な観点からも重大問題となっている。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
このような分散の補償を行うには、２次の分散補償だけでは困難であり、３次以上の分散補償が必要になる。
【００２３】
従来、波長が１．５５μｍ付近の光に対して２次の分散が少なくなるような光ファイバとしてＤＳＦがあるが、このファイバでは前述の、図１２、図１３の特性からも明らかなように本発明の課題とする３次の分散補償はできない。
【００２４】
光通信の高速通信化、長距離通信化を実現するにあたり、３次の分散は大きな問題として次第に認識され、その補償が重要な課題となりつつある。３次の分散の補償問題を解決すべく、多くの試みが行なわれているが、従来の課題を十分に解決することができる３次分散補償素子や補償方法はまだ実用化されていない。
【００２５】
前記の３次分散の補償に用いる光分散補償素子の一例として本発明者らが提案した誘電体などの多層膜は、３次の分散補償に成功し、従来の光通信技術を大きく前進させることが出来た。
【００２６】
しかし、たとえば通信ビットレートを４０Ｇｂｐｓ、８０Ｇｂｐｓなどのように高速化した場合の３次の分散補償を理想的に行ったり、複数チャンネルの光通信における３次の分散の補償を十分に行うには、さらに広い波長域において、２次と３次以上の分散を十分に補償できる分散補償素子が望まれる。
【００２７】
その１つの提案として、群速度遅延の波長帯域および群速度遅延の遅延時間を調整可能な３次分散補償素子の提案が行われている。特に、各チャンネルの波長にも適する３次以上の分散補償素子を安価に実用化する１つの方法として、波長可変な（すなわち、分散補償対象波長を選択可能な）分散補償素子が提案された。
【００２８】
しかしながら、これらの分散補償素子単体で広い波長域で十分な分散補償を行い得るような群速度遅延時間−波長特性を有する分散補償素子を得ることはかなり難しい。
【００２９】
広い波長域で良好な分散補償を行ない得るような群速度遅延時間−波長特性を有する分散補償素子を得る方法として、本発明者らが提案した分散補償を行うことが出来る素子を信号光の光路において複数個直列に接続する方法がある。この場合、分散補償を行うことが出来る素子を、たとえば、光ファイバとレンズを有する光ファイバコリメータを介して直列に接続すると、分散補償素子全体としての形状寸法が大型になり、さらに、その損失が積算されることになる。そのため、分散補償素子の使用条件によっては、分散補償素子の損失をいかに少なくすることが出来るかが大きな問題である。
【００３０】
さらに、信号光の分散状況に応じて分散補償を変える必要がある場合、光分散補償素子を変えなければならない。しかし、３０ｎｍ、４０ｎｍという広い波長帯域に関して、光分散補償素子の内容を変えることは非常に難しい。
【００３１】
分散補償を行うことが出来る素子複数個を、光路において直列に接続して、たとえば、３０ｎｍのように広い波長帯域に用いることが出来る光分散補償素子を構成する場合、損失が少なく接続しやすい分散補償素子の構成方法の実現が望まれる。
【００３２】
この課題を解決せんとして、本発明の発明者らは、この課題を解決するため、入射面を対向させて配置した一対の光分散補償素子を少なくとも一組用いることを特徴とした複合型の光分散補償素子を提案した。これによって、光分散補償素子の低損失化と小型化を大幅に改善した。
【００３３】
しかしながら、前記入射面を対向させて配置した一対の光分散補償素子を複数組使用したり、同じ素子の別の場所を使用したりする場合に、前記一対の光分散補償素子のいずれかから出射した出射光を再び光分散補償素子に入射させる際に、光ファイバコリメータを用いているため、光分散補償素子に要求される仕様によっては、大型になり損失も大きくなってしまう。
【００３４】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、従来実用化することが出来なかった広い波長域にわたっても十分な分散補償、特に３次の分散補償を行うことが出来るような優れた群速度遅延時間−波長特性を有する光分散補償素子を、小型で、使いやすく、損失が少なく、信頼性が高く、量産に適した状態で、安価に提供することにあるとともに、さらに、群速度遅延の波長帯域および遅延時間の調整機能を有する多層膜素子を用いた、３次以上の分散補償を可能にする分散補償素子および分散補償方法、あるいは、２次と３次以上の分散補償を合わせて行うことが出来る分散補償素子および分散補償方法を提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的の達成を図るため、本発明の光分散補償素子は、光ファイバを通信伝送路に用いる通信に使用して波長分散を補償することが出来る光分散補償素子を複数組み合わせた複合型の光分散補償素子であって、前記複合型の光分散補償素子を構成する光分散補償素子のうちの少なくとも一組の光分散補償素子（以下、後述の一対の光分散補償素子のことを一組の光分散補償素子とも称す）が、光の入射面（以下、光の入射面のことを、単に、入射面ともいう）が対向して配置された少なくとも一対の光分散補償素子（以下、前記一対の光分散補償素子のそれぞれを、光分散補償素子単体ともいう）で構成されていることを特徴としている。そして、本発明の光分散補償素子は、前記入射面を対向配置した一対の光分散補償素子の間を信号光の光路として、そこに入射した信号光を前記入射面を対向配置した両光分散補償素子単体の入射面に主として交互に入射させて分散補償を施して反射させ、信号光の分散を補償することを特徴としている。この場合、前記一対の光分散補償素子の一部にミラーなどの分散補償素子として機能するものでないものを配置しておいてもよい。なお、本発明において、前記の主として交互に入射させるということは、たとえば前記の光分散補償素子の一部にミラーなどを配置したことにより、一部交互に入射しないが、前記配置したミラーにより交互に入射しない部分を除いて、概ね交互に入射させるような場合も含めて交互に入射させるという意味である。
【００３６】
このように構成することにより、光分散補償素子を接続するレンズと光ファイバから構成されるコリメータの数を大幅に減少することが出来、従来提案されていた光分散補償素子では全く実現することができなかったような多数の分散補償を行うことが出来る素子を極めて小さな接続損失で信号光の光路に沿って直列に接続した小型の複合型の光分散補償素子を実現し、光分散補償素子としての後述の群速度遅延時間ー波長特性の分散補償量と帯域幅をそれぞれ大きくすることが出来る。
【００３７】
そして、本発明の複合型の光分散補償素子の好適な例は、前記光分散補償素子単体が、少なくとも２層の光反射層（以下、光反射層のことを、単に、反射層ともいう）と少なくとも１層の光透過層を有する多層膜を有し、前記１層の光透過層は前記２層の反射層に挟まれているように形成されており、前記多層膜は入射光の中心波長（以下、中心波長のことを、その波長がλであるという意味で中心波長λともいう）に対する前記反射層の反射率が９９．５％以上の反射層を少なくとも１層有しており、入射面から前記多層膜の厚み方向にすすむにつれて最初に現れる前記反射率が９９．５％以上の反射層の位置までにある各反射層の反射率が、入射面側から前記多層膜の厚み方向にすすむにつれて順次大きくなっていることを特徴としている。
【００３８】
このように構成することにより、一層優れた群速度遅延時間ー波長特性を有する光分散補償素子を組み合わせた複合型の光分散補償素子を安価に実現することができる。
【００３９】
そして、本発明の複合型の光分散補償素子の他の好適な例は、少なくとも一組の前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の少なくとも一部に対応して反射体もしくは反射部（以下、とくに区別を要しない時、反射体と反射部を区別しないで単に反射体ともいう）が設けられていることを特徴としている。
【００４０】
そして、本発明の複合型の光分散補償素子の例では、前記反射体が、入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子から出力される光（以下、光Ａともいう）を反射して光分散補償素子へ入射させることもでき、前記光Ａが前記反射体による反射光（以下、光Ｂともいう）として入射する光分散補償素子が、前記光Ａが出射された光分散補償素子であるように構成することもできる。また、前記光Ａの出射位置と前記光Ｂの入射位置が異なる位置にすることができ、前記光Ａと光Ｂを平行で直進方向が逆向きにすることができる。
【００４１】
このように構成することにより、使用する光ファイバコリメータの数を増やさなくても、光路にそって直列に接続する後述の「分散補償を行うことが出来る素子」の数を大幅に増やすことができ、後述の各種バリエーションと組み合わせるなどにより、分散補償の波長範囲と分散補償の程度を適切にすることが出来るなど、用途を広くすることもできる。
【００４２】
そして、本発明の複合型の光分散補償素子の例では、前記反射体を少なくとも３つの反射面を有するように構成することもでき、そして、前記反射体の少なくとも１つの反射面を可動にすることもでき、また、使用する状況によっては、前記反射体の可動な反射面を駆動する手段が、手動による手段や電気的な手段などにすることもできる。このようにすることにより、複合型の光分散補償素子およびそれを用いた光分散補償素子に要求される条件に適合するように前記複合型の光分散補償素子を構成することができる。
【００４３】
そして、本発明の複合型の光分散補償素子の例では、前記反射体が、前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の各光分散補償素子単体に対応して、前記各光分散補償素子単体のいずれかからの出射光を反射することができるように、前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の同じ側の端部に一対設けられているかまたは一対の反射体部が一体に設けられていることを特徴としている。そして、前記反射体をコーナーキューブとすることもでき、前記光Ｂの入射する位置を、前記光Ａの出射位置から前記光Ａが出射する前に該入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子内を進行してきた進行方向に対して直行する方向にずれた位置にすることもできる。そして、前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の端部の複数箇所に対応してそれぞれ反射体を設けることもでき、前記入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子の各光分散補償素子単体の入射面で分散補償を受けながら進行する信号光の進行方向を、交互に反対向きにすることもできる。こうすることにより、前記各光分散補償素子単体の入射面上を、たとえば、一方の端部から他方の端部にまで、一定の幅で平行でかつ交互に逆向きの光路として前記の分散補償を行うための光路を設けることができ、該光分散補償素子単体の入射面を有効に活用し、小型で損失が少なく、そして、必要に応じて、分散補償対象波長帯域幅（後述）が広く、補償量の大きい複合型の光分散補償素子を安価に提供することができる。
【００４４】
そして、本発明の複合型の光分散補償素子の例では、前記入射面が対向配置された一対の光分散補償素子の各光分散補償素子単体をそれぞれ異なる基板上に形成させて構成することもでき、また、使用する状況によっては、一対の前記光分散補償素子単体を、入射光を透過することが出来る同一の基板の互いに対向する面上に形成させて構成することもできる。このようにすることにより、本発明の複合型の光分散補償素子の特性を向上させたり、小型化したり、製造コストを低減させることができる。
【００４５】
そして、本発明の複合型の光分散補償素子の例では、前記入射面が対向配置された一対の光分散補償素子への信号光の入射位置と出射位置を、前記入射面が対向配置された一対の光分散補償素子の異なる側に設けるように複合型の光分散補償素子を形成することもでき、また、使用する条件によっては、前記複合型の光分散補償素子の信号光の入射位置と出射位置を、前記入射面が対向配置された一対の光分散補償素子の同じ側に設けるように複合型の光分散補償素子を形成することもできる。このようにすることにより、用途を広くすることができる。
【００４６】
そして、本発明の複合型の光分散補償素子の例としての２つのキャビティを有する多層膜の例においては、少なくとも１つの前記光分散補償素子単体が、光学的性質が異なる積層膜を少なくとも５種類（すなわち、光の反射率や膜厚などの光学的な性質の異なる積層膜を少なくとも５層）有する多層膜を有し、前記多層膜が、光の反射率が互いに異なる少なくとも２種類の反射層を含む少なくとも３種類の反射層を有するとともに、前記３種類の反射層の他に少なくとも２つの光透過層を有し、前記３種類の反射層の各１層と前記２つの光透過層の各１層とが交互に配置されており、前記多層膜が、膜の厚み方向の一方の側から順に、第１の反射層である第１層、第１の光透過層である第２層、第２の反射層である第３層、第２の光透過層である第４層、第３の反射層である第５層から構成されており、入射光の中心波長をλとして、前記第１〜第５層において、入射光の中心波長λの光に対する光路長（以下、単に、光路長ともいう）として考えたときの前記多層膜各層の膜厚（以下、単に、膜厚あるいは膜の厚みともいう）が、λ/４の整数倍±１％の範囲の値（以下、λ/４の整数倍、あるいは、λ/４のほぼ整数倍ともいう）の膜厚であり、かつ、前記多層膜が、膜厚がλの１/４倍（以下、λの１/４倍±１％の膜厚の意味でλの１/４倍の膜厚という）で屈折率が高い方の層（以下、層Ｈともいう）と膜厚がλの１/４倍で屈折率が低い方の層（以下、層Ｌともいう）を組み合わせた層の複数組で構成されており、
多層膜Ａを、前記５層の積層膜すなわち前記第１〜第５層が、前記多層膜の厚み方向の一方の側から順に、層Ｈ、層Ｌの順に各１層ずつ組み合わせた層（以下、ＨＬの層ともいう）を３セット（層Ｈ１層と層Ｌ１層とを組み合わせた層をＨＬの層１セットと称する。以下同様）積層して構成される第１層、層Ｈと層Ｈを組み合わせた層（すなわち、層Ｈを２層重ねて形成した層。以下、ＨＨの層ともいう）を１０セット積層して構成される第２層、層Ｌを１層とＨＬの層を７セットとを積層して構成される第３層、ＨＨの層を３８セット積層して構成される第４層、層Ｌを１層とＨＬの層を１３セットとを積層して構成される第５層でそれぞれ形成されている多層膜とし、
多層膜Ｂを、前記多層膜ＡのＨＨの層を１０セット積層して形成されている前記第２層の代わりに、前記第２層が、多層膜Ａの場合と同じ方向の膜の厚み方向の一方の側から順に、ＨＨの層を３セット、層Ｌと層Ｌを組み合わせた層（すなわち、層Ｌを２層重ねて形成した層。以下、ＬＬの層ともいう）を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を２セット、ＨＨの層を１セットをこの順に積層して構成される積層膜で形成されている多層膜とし、
多層膜Ｃを、前記多層膜ＡまたはＢのＨＨの層を３８セット積層して形成されている前記第４層の代わりに、前記第４層が、多層膜Ａの場合と同じ方向の膜の厚み方向の一方の側から順に、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を２セットをこの順に積層して構成される積層膜で形成されている多層膜とし、
多層膜Ｄを、前記５層の積層膜すなわち前記第１〜第５層が、前記多層膜の厚み方向の一方の側から順に、層Ｌ、層Ｈの順に各１層ずつ組み合わせた層（以下、ＬＨの層ともいう）を５セット積層して構成される第１層、ＬＬの層を７セット積層して構成される第２層、層Ｈを１層とＬＨの層を７セットとを積層して構成される第３層、ＬＬの層を５７セット積層して構成される第４層、層Ｈを１層とＬＨの層を１３セットとを積層して構成される第５層でそれぞれ形成されている多層膜とし、
多層膜Ｅを、前記５層の積層膜すなわち前記第１〜第５層が、前記多層膜の厚み方向の一方の側から順に、ＨＬの層を２セット積層して構成される第１層、ＨＨの層を１４セット積層して構成される第２層、層Ｌを１層とＨＬの層を６セットとを積層して構成される第３層、ＨＨの層を２４セット積層して構成される第４層、層Ｌを１層とＨＬの層を１３セットとを積層して構成される第５層でそれぞれ形成されている多層膜とし、
多層膜Ｆを、前記多層膜Ｅの前記ＨＨの層を１４セット積層して形成されている第２層の代わりに、前記第２層が、多層膜Ｅの場合と同じ方向の膜の厚み方向の一方の側から順に、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を２セット、ＬＬの層を１セット、ＨＨの層を１セットをこの順に積層して構成される積層膜で形成されている多層膜とし、
多層膜Ｇを、前記多層膜ＥまたはＦの前記ＨＨの層を２４セット積層して形成されている第４層の代わりに、前記第４層が、多層膜Ｅの場合と同じ方向の膜の厚み方向の一方の側から順に、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を３セット、ＬＬの層を３セット、ＨＨの層を２セット、ＬＬの層を１セット、ＨＨの層を１セットをこの順に積層して構成される積層膜で形成されている多層膜とし、
多層膜Ｈを、前記５層の積層膜すなわち前記第１〜第５層が、前記多層膜の厚み方向の一方の側から順に、層Ｌ、ＬＨの層を４セット積層して構成される第１層、ＬＬの層を９セット積層して構成される第２層、層Ｈを１層とＬＨの層を６セットとを積層して構成される第３層、ＬＬの層を３５セット積層して構成される第４層、層Ｈを１層とＬＨの層を１３セットとを積層して構成される第５層でそれぞれ形成されている多層膜とするとき、
前記光分散補償素子が、前記多層膜Ａ〜Ｈのうちの少なくとも１つを有することを特徴としている。
【００４７】
そして、本発明の複合型の光分散補償素子の例では、少なくとも１つの前記光分散補償素子の多層膜を構成する少なくとも１つの積層膜の膜厚が、前記多層膜の光の入射面に平行な断面における面内方向（以下、入射面内方向ともいう）において変化している（以下、単に、膜厚が変化しているともいう）ように形成しておくことができる。
【００４８】
そして、前記複合型の光分散補償素子を構成する少なくとも一対の互いに対向して配置された光分散補償素子の、各光分散補償素子単体の多層膜の少なくとも各１つの光透過層の膜厚の変化方向が互いに異なるように前記多層膜を構成することができ、たとえば、対向配置された各光分散補償素子単体の多層膜の少なくとも各１つの光透過層の膜厚が、互いに逆方向に変化しているように前記多層膜を構成することができる。
【００４９】
また、前記入射面が対向配置されている一対の各光分散補償素子単体の前記膜厚の変化方向を同じ方向にすることもできる。
【００５０】
このようにすることにより、図２〜図５を用いて後述するように、本発明の複合型の光分散補償素子の群速度遅延時間ー波長特性を自在に選択することができる。
【００５１】
そして、前記、本発明の複合型の光分散補償素子の例において、膜厚が変化している前記光分散補償素子単体に係合して、前記多層膜の少なくとも１つの積層膜の膜厚を調整する調整手段、あるいは、前記多層膜の入射面における光の入射位置を変える手段を設けることができる。
【００５２】
このように構成することにより、本発明の複合型の光分散補償素子の分散補償特性を容易に調整することができ、コストも安くできるなど、本発明が一層大きな効果をもたらすようにすることができる。
【００５３】
そして、本発明の複合型の光分散補償素子において、前記複合型の光分散補償素子を構成する前記光分散補償素子の少なくとも１つを、主として３次分散を補償可能な光分散補償素子にすることができ、また、前記複合型の光分散補償素子を構成する前記光分散補償素子の少なくとも１つを、主として２次分散を補償可能な光分散補償素子であるようにすることもできる。このようにすることにより、本発明を広い利用範囲に用いることができる。
【００５４】
上記の説明で本発明の複合型の光分散補償素子の概略の特徴が明らかになったが、本発明の目的はこれに限られず、この複合型の光分散補償素子の特徴を活用して分散補償を行う方法も提供することにある。これを以下に説明する。
【００５５】
本発明による分散補償方法の好適な例は、光ファイバを通信伝送路に用いる通信において光分散補償素子を使用して波長分散を補償する光分散補償方法であって、少なくとも一対の前記光分散補償素子を入射面を対向させて配置し、かつ、前記対向して配置した双方の入射面をその間に入射光の光路を形成することができるように配置し、該対向して配置した両入射面の間に入射された光が双方の入射面に主として交互に入射して反射されることを複数回行うように形成して入射光の分散補償を行うことを特徴としている。ここで、前記双方の入射面に主として交互に入射して反射されるとは、本発明の複合型の光分散補償素子について前記の如く、該対向して配置した両入射面の間に入射された光が一方の入射面に入射して反射され、その次に他方の反射面に入射して反射されるということを複数回繰り返して分散補償を受けることを意味し、該対向して配置した両入射面の間に入射された光が出射されるまでに、前記一方の入射面に入射して反射され、その次に他方の反射面に入射して反射される以外の光路が含まれていても良い。たとえば、前記光分散補償素子単体の一部にミラーやプリズムなどの他の光学部品があっても、全体として本発明の範囲に含まれるものである。
【００５６】
そして、本発明の光分散補償方法の例では、少なくとも一組の前記入射面を対向させて配置した一対の光分散補償素子の少なくとも一部に対応して反射体を配置することができる。
【００５７】
そして、本発明の光分散補償方法の例では、前記反射体が、入射面が対向して配置された一対の光分散補償素子から出力される光Ａを反射して光分散補償素子へ入射させることができ、前記光Ａが前記反射体による反射光、光Ｂとして入射する光分散補償素子を、前記光Ａが出射された光分散補償素子にすることもでき、前記光分散補償素子における前記光Ａの出射位置と前記光Ｂの入射位置を異なる位置にすることもでき、前記光Ａと光Ｂを平行で直進方向が逆向きにすることもできる。
【００５８】
そして、本発明の光分散補償方法の例では、前記反射体を少なくとも３つの反射面を有する反射体、たとえば、コーナーキューブにすることもできる。
【００５９】
そして、本発明の光分散補償方法の例では、前記対向して配置した各光分散補償素子単体の入射面が平行になるように前記各光分散補償素子単体を配置して入射光の分散補償を行うことができるが、前記各光分散補償素子単体の入射面が平行でないように前記各光分散補償素子単体を配置し、入射光の分散補償を行うことができる。後者の場合、各入射面のなす角度を適切に選ぶことによって、前記対向配置された各光分散補償素子における入射光と出射光の位置を近接させることができる。このことは複合型の光分散補償素子の使い勝手の向上をもたらす効果がある。
【００６０】
そして、本発明の光分散補償方法の好適な例では、少なくとも１つの前記光分散補償素子として、多層膜を有する素子を用いることができる。そして、本発明の光分散補償方法の例では、前記光分散補償素子の前記多層膜を構成する少なくとも１つの積層膜の膜厚が、前記多層膜の入射面内方向において変化しているように構成されているものを使用することができる。
【００６１】
そして、本発明の光分散補償方法に用いる光分散補償素子の例では、少なくとも１つの前記光分散補償素子の多層膜の群速度遅延時間−波長特性曲線が、１４６０〜１６４０ｎｍの波長帯域において少なくとも１つの極値を有するものを用いることができる。
【００６２】
そして、本発明の光分散補償方法の例は、本発明に用いる少なくとも１つの前記光分散補償素子を主として３次の分散を補償可能な光分散補償素子にすることができ、そして、本発明の光分散補償方法の例においては、本発明に用いる少なくとも１つの前記光分散補償素子を主として２次の分散を補償可能な光分散補償素子にすることができる。
【００６３】
上記の如き本発明の光分散補償方法は、前記の本発明の複合型の光分散補償素子について説明した本発明の効果と同様の多大な効果を発揮するものである。
【００６４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、説明に用いる各図は本発明を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。そして本発明の説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本発明の説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。また、各図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。
【００６５】
図１は光ファイバを伝送路に用いる通信において生じる分散を光分散補償素子で補償する方法を説明する図で、符号１１０１は伝送路を伝送させた信号光の２次の分散を補償して残った信号光の３次の分散を示す群速度遅延時間−波長特性曲線、１１０２は３次の分散を補償することができる光分散補償素子の群速度遅延時間−波長特性曲線で、１１０３は、曲線１１０１の分散特性を有する信号光の分散を、曲線１１０２の分散特性を有する分散補償素子で補償したあとの補償対象波長帯域λ1〜λ2の間の群速度遅延時間−波長特性曲線で、縦軸は群速度遅延時間、横軸は波長である。
【００６６】
図２〜図４は、本発明に用いる各光分散補償素子（本発明では、分散補償を行うことができる素子自体およびそれらで構成したもののことを広く光分散補償素子と称し、説明上の必要性により、たとえば、本発明の複合型の光分散補償素子を構成する各素子を光分散補償素子ということがあり、そしてそれらのうちで入射面を対向して配置される各光分散補償素子単体を特に区別を必要としないときは、光分散補償素子単体のことも光分散補償素子と称することもあり、特に、前記入射面を対向して配置されている各光分散補償素子単体を区別して述べる必要があるときは、それを光分散補償素子単体と称することもある。そして、後述のように、光分散補償素子が複数の分散補償を行うことが出来る素子から構成されている場合にその構成要素としての分散補償を行うことが出来る素子自体を説明あるいは定義などする場合には、それを分散補償を行うことが出来る素子とも称する。）を構成する分散補償を行うことが出来る素子の例を説明する図で、図２は後述の多層膜の断面図、図３は膜厚を変化させた多層膜の斜視図、図４は多層膜の群速度遅延時間−波長特性曲線である。
【００６７】
図２は本発明に用いる３次の光分散補償素子の例として用いる多層膜の断面をモデル的に説明する図である。図２において、符号１００は本発明に用いる光分散補償素子の例としての多層膜、１０１は入射光の方向を示す矢印、１０２は出射光の方向を示す矢印、１０３、１０４は反射率が１００％未満の反射層（以下、反射膜あるいは光反射層ともいう）、１０５は反射率が９８〜１００％の反射層、１０８、１０９は光透過層（以下、単に透過層ともいう）、１１１、１１２はキャビティである。また、符号１０７は基板で、たとえば、ＢＫ―７ガラスを使用している。
【００６８】
図２の各反射層１０３、１０４、１０５の反射率Ｒ（１０３）、Ｒ（１０４）、Ｒ（１０５）は、Ｒ（１０３）≦Ｒ（１０４）≦Ｒ（１０５）の関係にある。各反射層の反射率を、少なくとも光透過層を挟んで隣り合う反射層間において互いに異なるように設定することが量産上好ましい。すなわち、入射光が入射する側から多層膜の厚み方向に向かって、入射光の中心波長λに対する各反射層の反射率が次第に大きくなるように形成する。そして、特に好ましくは、各反射層の前記波長λの光に対する反射率を、６０％≦Ｒ（１０３）≦７７％、９６％≦Ｒ（１０４）≦９９．８％、９８％≦Ｒ（１０５）の範囲にし、前記Ｒ（１０３）、Ｒ（１０４）、Ｒ（１０５）の大小関係を満たすように構成することにより、後述の図４，図５に示すような群速度遅延時間−波長特性曲線を得ることができる。そして、Ｒ（１０３）＜Ｒ（１０４）＜Ｒ（１０５）にすることがより好ましく、Ｒ（１０５）を１００％に近づけるか１００％にすることがより好ましく、本発明に用いる光分散補償素子の性能を一層高めることができる。
【００６９】
そして、本発明に用いる光分散補償素子をより製造し易くするために、隣り合う各反射層間の光路長として考えたときの間隔がそれぞれ異なるように各反射層の形成条件を選ぶことが好ましく、各反射層の反射率の設計条件をゆるめることができ、膜厚が波長λの４分の１の単位膜の組み合わせ（すなわち、λ/４の整数倍の膜厚の膜）で本発明に用いる３次の光分散補償素子に用いられる多層膜を形成することができ、信頼性が高く、量産性の優れた３次の光分散補償素子を安価に提供することができる。
【００７０】
なお、前記多層膜の単位膜の膜厚が波長λの４分の１であると記載したが、これは、もっとも好ましくは誤差がほとんど０がよいが、前記の如く、量産における膜の形成で許容される誤差の範囲内においてλ/４という意味であり、具体的には、λ/４±１０％（ただし、すべての膜の膜厚が同時に±１０％内の誤差の大きな方向に変動しても良いという意味ではなく、いくつかの膜の膜厚が±１０％内で誤差が大きな方向に変動しても他の多くの膜は±３％以内の変動であるとか、互いに特性に及ぼす悪い影響を相殺するとか、などを含み、本発明の主旨を損なわない範囲での意味であり、また、仕様によっては、後述の如くさらに狭い誤差範囲を意味する場合もある。）において本発明でいうλ/４の膜厚を意味しており、λ／４±１％の膜厚をλ／４の膜厚として実施したときに、この範囲において本発明は特に大きな効果を発する。特に、上記単位膜の厚みをλ/４±０．５％（この場合のλ／４は誤差無しのλ／４の意味）にすることにより、量産性を損なわずに、バラツキが少なく、信頼性の高い多層膜を形成することができ、図５および図７から図９を用いて後述するような光分散補償素子を安価に提供することができる。
【００７１】
また、本発明における多層膜が、膜厚がλ/４の単位膜を積層して形成すると説明している部分があるが、これは、１つの単位膜を形成してから次の単位膜を形成するという方法を繰り返して多層膜を形成することもできるが、これに限らず、一般的にはλ/４の整数倍の膜厚の膜を時間的に連続して形成することが多く、このような多層膜も当然のことながら本発明の、たとえば、膜厚がλ／４の整数倍である積層膜から成る多層膜に含まれるものである。そして、前記反射層と前記透過層を連続的に形成する膜形成工程を用いて本発明の多層膜のいくつかを形成することができる。
【００７２】
図３は、図２の多層膜１００の入射面内方向において、前記多層膜１００の膜厚を変化させた例を説明する図である。
【００７３】
図３において、符号２００は本発明に用いる光分散補償素子の一例としての多層膜、２０１は第１の反射層、２０２は第２の反射層、２０３は第３の反射層、２０５は基板、２０６は第１の光透過層、２０７は第２の光透過層、２１１は第１のキャビティ、２１２は第２のキャビティ、２２０は光入射面、２３０は入射光の方向を示す矢印、２４０は出射光の方向を示す矢印、２５０は第１の膜厚変化方向を示す矢印、２６０は第２の膜厚変化方向を示す矢印、２７０，２７１は入射光の入射位置を移動させる方向を示す矢印である。
【００７４】
図３において、たとえば、ＢＫ−７ガラス（ドイツ、ショット社の商品名）などから成る基板２０５の上に、第３の反射層２０３，第２の光透過層２０７、第２の反射層２０２、第１の光透過層２０６、第１の反射層２０１が、順次形成されている。
【００７５】
第１の光透過層２０６の入射面内方向における厚み（膜厚、以下同様）が図３の矢印２５０で示す方向に変化するように、そして、第２の光透過層２０７の入射面内方向における厚みが矢印２６０で示す方向に変化するように、前記多層膜を形成する。第１から第３の反射層の厚みと構成は、第１および第２のキャビティの共振波長が一致したときの波長が入射光の中心波長λに一致したときに、第１、第２、第３の各反射層の反射率が、前記Ｒ（１０３）、Ｒ（１０４）、Ｒ（１０５）の大小関係に準じた条件、すなわち、反射層２０１，２０２，２０３の反射率をそれぞれＲ（２０１）、Ｒ（２０２）、Ｒ（２０３）としたとき、Ｒ（２０１）≦Ｒ（２０２）≦Ｒ（２０３）など、を満たすような膜厚構成になるように形成する。
【００７６】
なお、前記多層膜を、入射光を透過できる適切な基板の上に、図３の第１の反射層２０１を形成し、その上に第１の透過層２０６，第２の反射層２０２，第２の透過層２０７，第３の反射層２０３の順になるように形成し、各反射層の反射率はＲ（２０１）≦Ｒ（２０２）≦Ｒ（２０３）になるように構成しても本発明の効果を発揮できる。この場合、前記多層膜への入射光は、前記基板側から入射される。
【００７７】
図４は、本発明に用いる光分散補償素子の例としての多層膜２００の入射面２２０において、図３の矢印２３０の方向から入射光を入射し、矢印２４０の方向に出射光を得るようにし、入射光の入射位置を後述のように図３の矢印２７０あるいは２７１の方向に移動した時の、群速度遅延時間−波長特性曲線の変化する様子を説明するものである。
【００７８】
図４は、図３の入射位置２８０〜２８２に中心波長λの入射光を入射させたときの群速度遅延時間−波長特性曲線を示し、縦軸は群速度遅延時間、横軸は波長である。
【００７９】
図３の反射層２０１〜２０３および光透過層２０６と２０７の各矢印２５０と２６０で示す方向に膜厚を変化させる条件を適切に選ぶことによって、前記入射光の入射面２２０における入射位置を矢印２７０で示す方向に移動させたとき、群速度遅延時間−波長特性曲線の形状をほぼ同様の形に維持しつつ、群速度遅延時間−波長特性曲線の帯域中心波長λ0（たとえば、図４のほぼ左右対称の形状の群速度遅延時間−波長特性曲線２８０１における極値を与える波長）が変化し、そして、その各位置から矢印２７１で示す方向に前記入射位置を移動させたとき、前記波長λ0はほぼ同じ範囲の値で、群速度遅延時間−波長特性曲線の形状を、図４の曲線２８１１、２８１２のように変化させることができる。図４の各曲線は、図３の矢印２５０と２６０の方向へそれぞれ各当該膜の膜厚を単調に増大するように形成した時のものである。
【００８０】
曲線２８０１、２８１１，２８１２における帯域中心波長λ0は、分散補償の目的によって、たとえば図４のグラフの適切な波長のところに設定するが、たとえば、図４に図示の曲線の波長の範囲のほぼ中央値にとってもよく、分散補償の目的に応じて適宜定めても良い。また、曲線２８０１から２８１２、曲線２８０１から２８１１，曲線２８１１から２８１２の間のそれぞれの極値波長など曲線の各特徴点の波長や曲線の形などの対応関係をあらかじめ調べておくことなどはここに記載しなくても当然のことである。
【００８１】
このようにして、たとえば、まず、分散補償すべき入射光の中心波長λに該当する帯域中心波長λ0を一致させるように、入射光の入射位置を矢印２７０の方向に移動して決め、次に分散補償すべき補償の内容、すなわち、入射光の分散状況に適合して、分散補償に用いる群速度遅延時間−波長特性曲線の形状を、たとえば図４の各曲線などから選択し、それに応じて、図３の矢印２７１で示す方向に前記入射位置をたとえば符号２８０〜２８２で示す各点などのように選択することにより、信号光に求められる分散補償を効果的に行うことができる。
【００８２】
図４の群速度遅延時間−波長特性曲線の形状からも明らかなように、本発明に用いる光分散補償素子をそのまま用いても、たとえば、曲線２８０１を用いて３次分散補償を行うことができ、曲線２８１１または２８１２の比較的直線成分に近い部分を用いて、２次の微妙な分散補償を行うことができる。
【００８３】
以上、図２〜図４を用いて説明したのは本発明に用いる「分散補償を行うことが出来る素子」であるが、この「分散補償を行うことが出来る素子」を用いれば、３次の分散をある程度補償することが出来ることは、図１と図４の各曲線の説明から明白である。また、上記説明から明らかに理解できるように、前記「分散補償を行うことが出来る素子」自体も、本発明の複合型の光分散補償素子を構成する光分散補償素子となり得るものである。
【００８４】
しかし、「分散補償を行うことが出来る素子」単独で補償できる分散補償の波長帯域幅は、波長が１．５５μｍ近傍の信号光について、たとえば、１．５ｎｍ前後、群速度遅延時間の極値の大きさは３〜６ｐｓ（ピコ秒）位の場合が多く、多層膜の構成条件を変えて、帯域幅約０．５〜３ｎｍ、群速度遅延時間のピーク値が２〜１０ｐｓ程度の群速度遅延時間−波長特性曲線は実現することが出来る。しかし、多数チャンネルの光通信に対応するために分散補償の波長帯域幅を１０ｎｍ、３０ｎｍのように広くすると前記群速度遅延時間のピーク値は極めて小さな値となり、分散補償を十分に行うことが出来る程度の群速度遅延時間を得ることが難しく、現実の通信に使い勝手よく広く用いるには、さらなる改善がなされることが望ましい。そこで、本発明を図５〜図１０を用いてさらに詳しく説明する。
【００８５】
図５は、たとえば、前記のごとき分散補償を行うことが出来る素子を複数個用いて群速度遅延時間−波長特性を改善する方法を説明する図であり、図５（Ａ）は本発明に用いる分散補償を行うことが出来る素子が１個の場合の群速度遅延時間−波長特性を、図５（Ｂ）は群速度遅延時間−波長特性曲線の形がほぼ同じで、群速度遅延時間−波長特性曲線のピーク値（以下、極値ともいう）を与える波長（以下、極値波長ともいう）が異なる分散補償を行うことが出来る素子を入射光の光路に沿って２個直列に接続した（以下、入射光の光路に沿って２個直列に接続したことを、単に、２個直列に接続したともいう。以下、３個直列、４個直列などの場合も同様。）本発明に用いる光分散補償素子の群速度遅延時間−波長特性を、図５（Ｃ）は群速度遅延時間−波長特性曲線の形がほぼ同じで極値波長が異なる分散補償を行うことが出来る素子を３個直列に接続した本発明に用いる光分散補償素子の群速度遅延時間−波長特性を、図５（Ｄ）は直列に接続する分散補償を行うことが出来る素子３個のうちの１個が他の２個と群速度遅延時間−波長特性曲線の形も極値波長も異なる分散補償を行うことが出来る図示のような特性の素子を３個直列に接続した本発明に用いる光分散補償素子単体の群速度遅延時間−波長特性を、それぞれ表すグラフであり、いずれも縦軸が群速度遅延時間、横軸が波長である。そして、本発明の光分散補償方法の基本は、たとえば図５（Ａ）から（Ｄ）に示したような特性を有する光分散補償素子を用いて、たとえば、図７，図８を用いて後述するような複合型の光分散補償素子を構成して、それを光分散補償素子を光伝送路したような中の適切なところ、たとえば、光ファイバに直列に接続させたり、伝送路に設けた増幅器、受信機、波長分波機、中継局の各種装置等の信号光の経路中に配置して前記光分散補償素子に信号光を入射させて信号光の分散を補償する分散補償方法にある。
【００８６】
図５において、符号３０１〜３０９は本発明に用いる分散補償を行うことが出来る素子１個の各群速度遅延時間−波長特性曲線、３１０は前記本発明に用いる群速度遅延時間−波長特性曲線の形がほぼ同じで極値波長が異なる分散補償を行うことが出来る素子を２個直列に接続した場合の群速度遅延時間−波長特性曲線、３１１は前記本発明に用いる群速度遅延時間−波長特性曲線の形がほぼ同じで極値波長が異なる分散補償を行うことが出来る素子を３個直列に接続した場合の群速度遅延時間−波長特性曲線、３１２は直列に接続する分散補償を行うことが出来る素子３個のうちの１個が他の２個と群速度遅延時間−波長特性曲線の形も極値波長も異なる分散補償を行うことが出来る図示のような特性の素子を３個直列に接続した場合の群速度遅延時間−波長特性曲線である。図５（Ａ）で符号ａは分散補償対象波長帯域の帯域幅、ｂは群速度遅延時間の極値の大きさ（以下、単に、極値ともいう）である。曲線３０２〜３０７および３０９の分散補償対象波長域の帯域幅と群速度遅延時間の極値はほぼ同じで、曲線３０８は曲線３０７や３０９よりも分散補償対象波長域の帯域幅が狭く群速度遅延時間の極値が大きい群速度遅延時間−波長特性曲線である。なお、上記曲線３０１〜３０９の極値波長は、図示の如く、それぞれ異なっている。
【００８７】
図５（Ｂ）と（Ｃ）において、群速度遅延時間−波長特性曲線３１０の群速度遅延時間の極値は、分散補償を行うことが出来る素子１個の場合の１．６倍、分散補償対象波長帯域の帯域幅は約１．８倍になっており、群速度遅延時間−波長特性曲線３１１の群速度遅延時間の極値は分散補償を行うことが出来る素子１個の場合の約２．３倍、分散補償対象波長の帯域幅は分散補償を行うことが出来る素子１個の場合の約２．５倍になっている。図５（Ｄ）においては、群速度遅延時間−波長特性曲線３１２の曲線の群速度遅延時間の極値が分散補償を行うことが出来る素子３０７と３０９の各１個の場合の約３倍、分散補償対象波長帯域の帯域幅は分散補償を行うことが出来る素子３０７と３０９の各１個の場合の約２．３倍になっている。
【００８８】
図２〜図４において説明したような多層膜を用いた分散補償を行うことが出来る素子の群速度遅延時間−波長特性曲線の群速度遅延時間の極値と分散補償対象波長帯域の帯域幅は、前記多層膜の各反射層と各光透過層の構成条件によって変化し、たとえば、図５（Ｄ）の曲線３０７のような分散補償対象波長帯域の帯域幅は比較的広いが群速度遅延時間の極値があまり大きくない群速度遅延時間−波長特性曲線と曲線３０８のように分散補償対象波長帯域の帯域幅は狭いが群速度遅延時間の極値は大きい群速度遅延時間−波長特性曲線を組み合わせるなどにより、種々の特性を有する分散補償を行うことが出来る素子を実現することが出来る。
【００８９】
このような分散補償を行うことが出来る素子に用いる多層膜としては、たとえば、前記「課題を解決するための手段」の項に記載した多層膜Ａ〜多層膜Ｈがあげられる。この多層膜Ａ〜Ｈを用いて、分散補償を行うことが出来る素子を作成したところ、波長が約１．５５μｍの信号光に対して、群速度遅延時間の極値が３ｐｓ（ピコ秒）で分散補償対象波長帯域の帯域幅が１．３〜２．０ｎｍの群速度遅延時間−波長特性曲線を実現することが出来た。
【００９０】
上記多層膜Ａ〜Ｈは、入射面から膜の厚み方向に、反射層に挟まれた光透過層（キャビティ、すなわち入射光に対する共振器を形成している。）が２つ、すなわち２キャビティの多層膜であるが、本発明はこれに限定されず、１キャビティ、３キャビティ、４キャビティなど種々の構成の多層膜を用いることを可能にするものである。
【００９１】
また、図４における群速度遅延時間−波長特性曲線や、図５（Ｄ）における群速度遅延時間−波長特性曲線など、直列に接続して用いる分散補償を行うことが出来る素子の群速度遅延時間−波長特性を適宜工夫して選択することにより、３次の分散のみならず分散補償ファイバで補償して残った２次の微細な分散をも補償することが出来る。
【００９２】
また、通信伝送路の分散補償をより効果的に行うには、光分散補償素子としての群速度遅延時間−波長特性曲線を利用目的により適したものにすることが望ましい。そのための１つの方法として、分散補償を行うことが出来る素子の群速度遅延時間−波長特性を調整できる手段を有する方法がある。
【００９３】
その１つの方法として、図２と図３を用いて説明したような、多層膜の光透過層と反射層の膜厚を入射面内方向において変化させ、分散補償を行うことが出来る素子における入射光の入射位置を変えて、分散補償を行うことが出来る素子の群速度遅延時間−波長特性を変えることがあげられる。この入射光の入射位置を変更する手段としては、たとえば、入射光の位置に対して、多層膜２００あるいは入射光の入射位置そのものの少なくとも一方を移動させる手段がある。前記多層膜または入射光の位置を移動させる手段としては、光分散補償素子の使用される事情、コストあるいは特性などの条件など、事情によって種々選択することができる。たとえば、コスト上あるいは装置の事情から、ネジなどの手動的手段により行う方法を用いることができ、また、正確に調整するため、あるいは手動で調整することができない時にも調整することができるようにするためには、たとえば電磁的なステップモータや連続駆動モータを用いることが効果的であり、また、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などを用いた圧電モーターを使用することも効果的である。また、これらの方法と組み合わせることもできるプリズムや二芯コリメータなどを用いたり、光導波路を利用するなどの光学的手段によって入射位置を選択することにより、容易に、正確に入射位置を選択することができる。また、前記多層膜の少なくとも１つのキャビティを、たとえばエア（空気）ギャップキャビティにしてエアギャップを可変にすることにより、群速度遅延時間−波長特性を変えることができる。
【００９４】
本発明の光分散補償素子に用いることができる前記分散補償を行うことが出来る素子を構成する多層膜の各層は、厚みが４分の１波長のＳｉＯ2のイオンアシスト蒸着で作成した膜（以下、イオンアシスト膜ともいう）で形成された層Ｌと、厚みが４分の１波長のＴａ2Ｏ5のイオンアシスト膜で形成された層Ｈとから構成されている。前記ＳｉＯ2のイオンアシスト膜（層Ｌ）１層とＴａ2Ｏ5のイオンアシスト膜（層Ｈ）１層の組みあわせ層でＬＨの層１セットと称し、たとえば、「ＬＨの層５セット積層して」とは、「層Ｌ・層Ｈ・層Ｌ・層Ｈ・層Ｌ・層Ｈ・層Ｌ・層Ｈ・層Ｌ・層Ｈの順に各層をそれぞれ１層ずつ重ねて形成して」ということを意味する。
【００９５】
同様に、前記ＬＬの層は、厚みが４分の１波長のＳｉＯ2のイオンアシスト膜で構成されている層Ｌを２層重ねて形成した層をＬＬの層１セットと称す。したがって、たとえば、「ＬＬの層を３セット積層して」とは、「層Ｌを６層重ねて形成して」を意味する。前記ＨＨの層に関しても同様である。
【００９６】
なお、層Ｈを形成する膜の組成として、誘電体の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｔａ2Ｏ5と同様の誘電体材料としてはＴａ2Ｏ5の他に、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5などを用いることができ、さらに、誘電体材料の他に、ＳｉやＧｅを用いて層Ｈを形成することもできる。また、層Ｌの組成としてＳｉＯ2の例を示したが、ＳｉＯ2は安価にしかも信頼性高く層Ｌを形成できる利点があるが、本発明はこれに限定されるものではなく、層Ｈの屈折率よりも屈折率が低くなる材質によって層Ｌを形成すれば、本発明の上記効果を発揮する光分散補償を行うことができる素子を実現することができる。
【００９７】
また、層Ｌ、層Ｈをそれぞれ１種類の材質により形成する例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数種類の材質で形成したり、層Ｌあるいは層Ｈの少なくとも一層を他の同種の層とは異なる材料で形成することもできる。さらに、層Ｌと層Ｈの他に、適当な第３の層を設けることがあってもよい。
【００９８】
また、本実施例では、前記多層膜を構成する層Ｌと層Ｈをイオンアシスト蒸着で形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、通常の蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングその他の方法で形成した多層膜を用いても本発明は大きな効果を発揮するものである。
【００９９】
本発明に用いる光分散補償素子は、図３に示す光分散補償素子としての多層膜２００のように、ウェハー状のものを適当に保持して用いることもでき、また、入射面２２０内での必要な部分を含むように、厚み方向に、すなわち、入射面２２０から基板２０５方向に、たとえば垂直にあるいは斜めに、小さく切断したチップ状にして、たとえばファイバコリメータとともに筒状のケースに実装して光分散補償素子として用いることもできるなど、その形態は多様な可能性を有するものである。
【０１００】
図６は図５で説明した例のような群速度遅延時間−波長特性曲線を実現するために本発明の発明者らが提案した分散補償を行うことが出来る素子を複数個直列に接続する方法を説明する図で、図６（Ａ）は、前記分散補償を行うことが出来る素子２個を信号光の光路に沿って直列に接続して光分散補償素子を構成した例を、図６（Ｂ）は前記分散補償を行うことが出来る素子３個を直列に接続して光分散補償素子を構成した例を、図６（Ｃ）は入射面内方向で膜厚が変化している多層膜上で、入射光の入射位置２箇所を、信号光の光路に沿って直列に接続して光分散補償素子を構成した例を、図６（Ｄ）は図６（Ａ）と同じ構成の光分散補償素子を１つのケースに実装した例を示す図である。
【０１０１】
図６において、符号４１０、４２０、４３０、４４０は上記の如く分散補償を行うことが出来る素子を複数個直列に接続して構成した光分散補償素子、４１１、４１２、４２１〜４２３、４３１、４４２、４４３は分散補償を行うことが出来る素子、４１６は分散補償を行うことが出来る素子に用いている多層膜、４１５、４１５１〜４１５４、４２６、４２６１、４２６２、４３６、４３６１、４３６２、４４６、４４６１、４４６２は光ファイバ、４１３、４１３１、４１４、４１４１、４２４、４２５、４３４、４３５、４４４、４４５は信号光の進行方向を示す矢印、４１７はレンズ、４１８はレンズ４１７と光ファイバ４１５１および４１５２とで構成している２芯コリメータ、４４１はケース、４３１は入射面内方向で膜厚が変化している多層膜を基板上に形成して分散補償を行うことができるように構成したウェハー状の分散補償を行うことが出来る素子で、４３２、４３３はそれぞれ「分散補償を行うことが出来る素子の部分」である。また、前記各光ファイバのうち、符号４１５、４１５２、４２６、４３６、４４６は内部接続部品としての光ファイバ、符号４１５１、４１５３、４１５４、４２６１、４２６２、４３６１、４３６２、４４６１、４４６２は外部接続部品としての光ファイバである。
【０１０２】
図６（Ａ）において、矢印４１３の方向に光ファイバ４１５３から、分散補償を行うことが出来る素子４１１に入射した信号光は、分散補償を受けて分散補償を行うことが出来る素子４１１から出射し、光ファイバ４１５を伝送されて分散補償を行うことが出来る素子４１２に入射し、再び分散補償を受けて分散補償を行うことが出来る素子４１２から出射し、矢印４１４の方向に光ファイバ４１５４を伝送される。
【０１０３】
符号４１１２は、分散補償を行うことが出来る素子４１１の破線４１１１で囲んだ部分であり、その内部構造を説明する図である。光ファイバ４１５１および４１５２とレンズ４１７は２芯コリメータ４１８を構成し、光ファイバ４１５１を矢印４１３１方向に進行した信号光はレンズ４１７を通り多層膜４１６に入射する。
【０１０４】
多層膜４１６は、たとえば、図５（Ａ）に示したような群速度遅延時間−波長特性を有しており、光ファイバ４１５１とレンズ４１７を通って多層膜４１６に入射した信号光は、３次の分散補償を施され、多層膜４１６から出て再びレンズ４１７を通り、光ファイバ４１５２に入射して矢印４１４１の方向に進み、分散補償を行うことが出来る素子４１２に入射する。この場合、光ファイバ４１５２と光ファイバ４１５は実質的に同じファイバであり、光ファイバ４１５１と光ファイバ４１５３も実質的に同じである。分散補償を行うことが出来る素子４１２でさらに分散補償を施された信号光は分散補償を行うことが出来る素子４１２から出射して、光ファイバ４１５４を矢印４１４で示した方向へ進行する。
【０１０５】
このような図６（Ａ）に示した光分散補償素子４１０は、図５（Ｂ）に示した群速度遅延時間−波長特性を有し、光分散補償素子４１０に入射した信号光は、図５（Ｂ）に示したような群速度遅延時間−波長特性曲線に応じた分散補償を施されて光分散補償素子４１０から出射される。
【０１０６】
このとき、光ファイバ４１５１を矢印４１３１方向に進行してきた信号光がたとえば２芯コリメータ４１８を介して、多層膜４１６に入射して分散補償を施されて多層膜４１６で反射され、光ファイバ４１５２に入射し、矢印４１４１方向に出射される過程において、光ファイバ４１５１を矢印４１３１方向に進行してきた光分散補償素子４１０の入射光に対して、光ファイバ４１５２を矢印４１４１方向に進行する光分散補償素子４１０の出射光は、約０．３〜０．５ｄＢ程度のカップリング損失（カップリングロスともいう）を受ける。この損失は、従来のファイバーグレーテイングを用いる分散補償の場合に比較すれば極めて小さな損失であるが、１５ｎｍ、３０ｎｍという広い波長帯域においてより少ない損失で分散補償を行いたい場合には、図５で説明した直列に接続する分散補償を行うことが出来る素子の数が多くなるため、このカップリングロスは積算されると大きなロスになる。たとえば、分散補償を行うことが出来る素子１０個を上記の接続方法で直列に接続すると、３〜３０ｄＢのカップリングロスを生じる。この損失は、１５ｎｍや３０ｎｍの広い波長帯域幅の光分散補償素子を構成するときに大きな問題になる。
【０１０７】
本発明の目的は、このような広い波長帯域にも小さな損失で分散補償を行うことができる光分散補償素子と光分散補償方法を提供することにあり、それに関しては、図７〜図１０を用いて後述する。
【０１０８】
その前に本発明の理解をさらに深めるため、分散補償についてさらに詳述する。
【０１０９】
図６（Ｂ）の光分散補償素子４２０においても同様に、矢印４２４の方向から光ファイバ４２６１を介して光分散補償素子４２０に入射した信号光は、まず、分散補償を行うことが出来る素子４２１に入射して分散補償を施されてから出射し、光ファイバ４２６を介して分散補償を行うことが出来る素子４２２〜４２３に順次入射して出射する過程において、たとえば、図５（Ｃ）のような群速度遅延時間−波長特性曲線に応じた分散補償を施されて光分散補償素子４２０から出射し、光ファイバ４２６２を矢印４２５で示した方向へと進行する。
【０１１０】
図６（Ｃ）は図６（Ａ）の分散補償を行うことが出来る素子４１１と４１２の代わりに、同一のウェハー上に形成された「分散補償を行うことが出来る素子４３１の部分４３２と４３３」を光ファイバ４３６を用いて信号光の経路に沿って直列に接続した例としての光分散補償素子４３０で、分散補償の施され方は図６（Ａ）について説明したのと同様である。
【０１１１】
ただし、分散補償の施され方は、分散補償を行うことが出来る素子の群速度遅延時間−波長特性によって変わるものであることは上記説明より明らかである。
【０１１２】
図６（Ｄ）は図６（Ａ）と同様の分散補償を行うことが出来る素子４４２と４４３を同一のケース４４１に組み込んで光ファイバ４４６を介して信号光の通信経路に沿って直列に接続して光分散補償素子４４０を構成したものであり、図示していないが、分散補償を行うことが出来る素子４４３は、図３を用いて説明した多層膜の入射面内方向において膜厚が変化している多層膜を使用しており、入射位置を調整する手段を有している。その入射位置調整手段は図示していないが、ケース４４１に設けられた制御回路とそれによって制御される入射位置調整手段駆動回路を利用して入射位置を調整することが出来るようになっている。信号光は光分散補償素子４４０へ光ファイバ４４６１を介して入射し、光ファイバ４４６２を介して光分散補償素子４４０から出射する。
【０１１３】
本発明における分散補償素子およびそれを用いた分散補償方法における分散補償の対象とする波長帯域を広くとることが出来るようにするためには、前記の如く、たとえば、多層膜を用いた分散補償を行うことが出来る素子を複数個、光路において直列に接続して、図５で説明したような主旨の分散補償素子を構成すればよく、そして、そのような分散補償素子を用いて分散を補償すればよい。
【０１１４】
しかし、図６を用いて説明したように、コリメータを用いて、本発明の分散補償を行うことが出来る素子を複数個接続する場合、接続すべき前記素子の数が多くなれば、接続に起因する光学的損失が大きな問題となる。そこで、この接続に起因する光学的損失を大幅に低減させる方法として、本発明の発明者らは図７および図８に例示する接続方法を用いた分散補償素子を本発明において提案する。
【０１１５】
図７は本発明の複合型の光分散補償素子を説明する図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は上方から見た図である。図７（Ｂ）中の点線は、その上方にある部分により見えない部分を説明する都合上示したものである。
【０１１６】
図７で、符号７０１は複合型の光分散補償素子、７０３と７０４は前記複合型の光分散補償素子７０１を構成する本発明に用いる光分散補償素子で、以下に説明するように、それぞれ本発明に用いる分散補償を行うことが出来る素子を信号光の光路に沿って複数個直列に接続したものの例、７１０と７２０は基板、７１１と７２１は前記基板上に形成されており入射光に対して前述のような群速度遅延時間―波長特性を有する多層膜、７３０は図７（Ａ）に示した後述の入射光の光路の位置を概略示す線、７４１〜７４７，７５０，７６０〜７６７は入射光の光路、７８１と７８２は光ファイバ、７８３と７８４はレンズ、７０８と７０９は多層膜を形成する光透過層の膜厚の変化する方向を示す矢印である。ｄ１とｄ２は光分散補償素子７０３と７０４のそれぞれ図示の位置における間隔である。
【０１１７】
複合型の光分散補償素子７０１は、図示のように対向して設けられた光分散補償素子７０３と７０４で構成されている。
【０１１８】
図７（Ａ）において、光ファイバ７８１を伝送された信号光は、レンズ７８３を通り、光路７４１から光分散補償素子７０１を構成する光分散補償素子７０３に入射して分散補償を行うことが出来る素子としての多層膜７１１の入射点（光路７４１と多層膜７１１の交点）で分散補償を受けて反射され、光路７４２を通り光分散補償素子７０４に至り、分散補償を行うことが出来る素子としての多層膜７２１の入射点で分散補償を受けて反射され、以下光路７４３〜７４７を通りそれぞれ分散補償を行うことが出来る素子としての多層膜７１１または７２１の入射点で交互に分散補償を受けて反射され、さらに光路７５０，７６０〜７６６を通りそれぞれ多層膜７２１または７１１の入射点で分散補償を受けて反射されて、光路７６７を通って複合型の光分散補償素子７０１から出射して、レンズ７８４から光ファイバ７８２に入射し、光ファイバ７８２を伝送される。
【０１１９】
以上の説明からわかるように、光分散補償素子７０３と７０４は、信号光の各入射点（この入射点は入射点であるとともに反射点でもある）における分散補償を行うことが出来る素子を入射光すなわち信号光の光路に沿って直列に接続した光分散補償素子になっている。
【０１２０】
複合型の光分散補償素子７０１を構成している光分散補償素子７０３と７０４は、図７（Ａ）のように、図の上側が間隔ｄ１で図の下側が間隔ｄ２で対向して配置されている。この場合は間隔d１は間隔d２よりも狭く形成されており、光路７４１を通って入射した光は、光路７５０に至って反射方向が反転し、順次光路７６０〜７６６を経由して光路７６７から出射する。好ましい一例において、これに限られないが、入射光の入射角を多層膜７１１の法線に対して約５度にとり、ｄ１を１０ｍｍとして、光路７４１の入射光のビーム径を約１ｍｍにすることにより、光路７６７から良好な出力光を得ることができる。
【０１２１】
光分散補償素子７０３と７０４は、それぞれ多層膜７１１と７２１が各基板７１０と７２０の上に形成されており、多層膜７１１と７２１は、図の下側から上側に向けて多層膜を構成する膜の厚みが、図３の場合と変化の方向は異なるが、図３を用いて説明したと同様に変化する（すなわち、膜の厚みが場所によって異なる）ように形成されている。
【０１２２】
１つの例として多層膜７１１と７２１の各光透過層の膜厚が矢印７０８と７０９の方向に厚くなるように形成されている。したがって、図７（Ａ）を用いて前述した入射光が光分散補償素子７０３と７０４の各当該位置で受ける分散補償の内容は、図３を用いて説明したのに準じて異なっており、それぞれの位置における群速度遅延時間−波長特性曲線の形および極値とその極値波長が異なっている。
【０１２３】
光路７４１から複合型の光分散補償素子７０１に入射して、光分散補償素子７０３と７０４でそれぞれ分散補償を受けて光路７６７から出射する信号光は、図５を用いて前述したのと同様の理由により、図９を用いて後述するように、光分散補償素子７０３と７０４の各位置における群速度遅延時間−波長特性曲線が合成された群速度遅延時間−波長特性曲線にほぼ近い群速度遅延時間−波長特性曲線に従った分散補償を受けることになる。
【０１２４】
この場合、信号光は、光ファイバから入射または出射する時と光分散補償素子において分散補償を受けて反射される時に光学的損失を生じ、前者では主にカップリングロス（損失）を、後者では主に反射ロスを生じる。
【０１２５】
一般にカップリングロスよりも反射ロスの方が大幅に小さく、その性質が異なっている。すなわち、分散補償を施される点における上記の反射ロスは、その位置における群速度遅延時間−波長特性曲線の極値を与える波長の近傍においてのみ生じ（概ね０．１ｄＢ以下）、それ以外の波長ではほとんど無視出来る程度である。
【０１２６】
本発明による複合型の光分散補償素子７０１に信号光が入射されて前記の如く分散補償を受けて出射されるまでに信号光の受ける損失（ロス）は、前記各入射点（反射点でもある）における反射ロスであり、それと同じ内容の分散補償を行うことが出来るだけ、図６で説明したように分散補償を行うことが出来る素子を光ファイバとレンズを介して信号光の光路に沿って直列に接続した場合のカップリングロスに比べて、大幅に低減される。
【０１２７】
図８は、本発明に用いる複合型の光分散補償素子の他の例であり、図中、符号７０２は本発明の複合型の光分散補償素子、７０５は基板、７０６と７０７は前記基板７０５上に形成されており入射光に対して前述のように群速度遅延時間―波長特性を有する多層膜で構成される光分散補償素子、７８５は信号光の入射方向を示す矢印、７８６は信号光の出射方向を示す矢印である。基板７０５は図の上方よりも下方が次第に厚くなるように形成されており、図７（Ａ）において説明した間隔ｄ１とｄ２の作用と同じ作用を呈するように形成されている。
【０１２８】
光分散補償素子７０６と７０７を構成している多層膜は、図７（Ａ）の場合と同様に多層膜を構成する膜の厚みが変化している（すなわち、膜の厚みが多層膜内における位置によって異なる）ように形成されている。
【０１２９】
図８において、矢印７８５から複合型の光分散補償素子７０２に入射した信号光は、図７（Ａ）の場合と同様の理由により、基板７０５内を進行し光分散補償素子７０６または７０７に入射して分散補償を受け、光分散補償素子７０６または７０７を構成する多層膜に反射されて基板７０５内を進行して、矢印７８６の方向へ出射する。
【０１３０】
前記の光分散補償素子７０６と７０７を構成する多層膜および多層膜７１１と７２１は、図２〜４を用いて説明したのと同様に、入射光に対して 群速度遅延時間―波長特性に対応した分散補償を施す作用を有するものである。
【０１３１】
図７（Ａ）の多層膜７１１と７２１は、それぞれ基板７１０と７２０の上に形成されており、少なくとも２層の反射層と少なくとも１層の光透過層を有している。各多層膜を構成する反射層の入射光の中心波長に対する反射率は、各多層膜の表面の入射光の入射面に存在する反射層もしくは各多層膜の表面に最も近い反射層よりも、その反射層の前記基板寄りに光透過層を挟んで設けられている次の反射層の方が高い反射率を有するように各反射層が形成されている。各多層膜は、反射率が９９．５％以上の反射層を少なくとも１層有しており、多層膜の表面もしくは表面に最も近い反射層から、多層膜の表面から最も近い前記反射率が９９．５％以上の反射層の間に存在する各反射層の反射率が、表面から基板の方向に順次大きい値になっているように各反射層が形成されている。この反射層とは、光透過層を挟んでその両側にある反射層をそれぞれ１層の反射層とし、各反射層の反射率とは、各反射層を構成する各層Ｈ、層Ｌなどの単位膜の反射率を指すのではなく、前記１層の反射層としての反射率を指している。
【０１３２】
図７（Ａ）の各多層膜における反射層と光透過層の層数は、たとえば、反射層が２層で光透過層が１層の１キヤビテイの場合、反射層が３層で光透過層が２層の２キヤビテイの場合、反射層が４層で光透過層が３層の３キヤビテイの場合、反射層が５層で光透過層が４層の４キヤビテイの場合など多くの形態が可能であり、要求される分散補償の内容に応じて多層膜を構成して用いるようにする。
【０１３３】
図８の光分散補償素子７０６と７０７も、それぞれ多層膜で構成されており、少なくとも２層の反射層と少なくとも１層の光透過を有すること、反射率が９９．５％以上の反射層を少なくとも１層有することは図７（Ａ）の場合と同様であるが、基板に最も近い反射層から最初の９９．５％以上の反射率を有する反射層まで、反射率が順次大きくなっている構成になっている点が図７（Ａ）の場合と異なっている。
【０１３４】
また、図７において、光分散補償素子７０３と７０４の間隔ｄ１とｄ２を、ｄ１＜ｄ２にとったが、このｄ１とｄ２の差を適当な値にすることにより、対向して配置されている光分散補償素子７０３と７０４に入射する入射光と反射光の位置を、図７（Ａ）に示したように、対向して配置されている光分散補償素子７０３と７０４の同じ側にすることが出来る。
【０１３５】
そして、前記間隔ｄ１とｄ２の差を変えることにより、前記入射光と反射光の位置を、対向して配置されている光分散補償素子７０３と７０４の異なる側にすることもできる。さらに、前記間隔ｄ１とｄ２をｄ１＝ｄ２にすることにより、前記入射光と反射光の位置を前記対向して配置されている光分散補償素子７０３と７０４の反対側にすることも出来る。
【０１３６】
図９は、図７（Ａ）の複合型の光分散補償素子７０１の群速度遅延時間―波長特性曲線を説明するグラフである。図９で、符号８０１は複合型の光分散補償素子７０１を構成する光分散補償素子７０３と７０４の各光路の入射位置での各群速度遅延時間−波長特性曲線の集合としての群速度遅延時間―波長特性曲線群であり、図７（Ａ）の矢印７０８と７０９で説明したように多層膜７１１と７２１の膜厚変化の方向を逆にしていることにより左右対称の曲線群になっている。符号８００は群速度遅延時間―波長特性曲線群８０１の各曲線をすべて合成した結果の群速度遅延時間―波長特性曲線すなわち本発明による複合型の光分散補償素子７０１の群速度遅延時間―波長特性曲線である。
【０１３７】
上記複合型の光分散補償素子７０１の群速度遅延時間―波長特性の特徴は、群速度遅延時間―波長特性曲線群８０１の個々の曲線よりも大きな極値と広い帯域幅を有しているのに加えて、光ファイバとレンズを用いて結合させて図６のように構成した場合に比べて、光強度の損失が前記の如く大幅に減少していることである。
【０１３８】
前記図９の群速度遅延時間―波長特性曲線は、従来の光分散補償素子に比較するとその分散補償波長帯域幅値と補償量としての群速度遅延時間をかなり大きくすることができるが、通信系によってはさらに広い帯域幅とさらに大きな補償量が要求されている。そのような要求を満たすことができる本発明の複合型の光分散補償素子の好適な形態を図１０と図１１を用いて以下に説明する。
【０１３９】
図１０および図１１は本発明の複合型の光分散補償素子の好適な実施の形態を説明する図であり、図１０（Ａ）は本発明の複合型の光分散補償素子の構成要素の１つである入射面を対向させて配置した一対の光分散補償素子９００のモデル的な断面図、図１０（Ｂ）は本発明の複合型の光分散補償素子を構成する入射面を対向させて配置した一対の光分散補償素子９００を図１０（Ａ）の矢印９４１の方向から見た図、図１１（Ａ）は、図１０の反射体９１１の一例としてのコーナーキューブを示す図、図１１（Ｂ）はコーナーキューブを説明するための図である。図１０（Ｂ）における点線は、その上方にある部分の下側にあるために見えない部分を説明の都合上示したものである。
【０１４０】
図１０および図１１で、符号９００は本発明の複合型の光分散補償素子の一部を構成する一対の入射面を対向して配置した一対の光分散補償素子、９０１および９０２は光分散補償素子単体、９１１〜９１３は反射体、９２１および９２２は光ファイバ、９３０〜９３５、９３０１〜９３０３、９３１１〜９３１３、９３２１〜９３２３、９３３１〜９３３３、９７１〜９７４は信号光の光路、９４１は矢印、９５０、９５００はコーナーキューブ、９５１〜９５３はコーナーキューブ９５０の反射面で立方体９６０の内壁面、９６０はコーナーキューブ９５０を説明するための立方体、９５１１〜９５１６と９６１〜９６３は立方体９６０の切断位置を示す実線と破線である。
【０１４１】
図１０（Ａ）で示すように、光分散補償素子単体９０１および９０２は、信号光の入射面が対向するように配置されており、光ファイバ９２１から出射された信号光は、光路９３０を通って光分散補償素子単体９０２の入射面に入射して分散補償を施されて反射し（すなわち、光分散補償素子単体９０２から出射し）、光路９３１を通って光分散補償素子単体９０１に入射して分散補償を施される。同様に、前記光分散補償素子単体９０１で分散補償を施された信号光は、光路９３２に進み、再び前記光分散補償素子単体９０２で分散補償を施されて反射し、光路９３３に進み、再び前記光分散補償素子単体９０１で分散補償を施されて反射し、光路９３４に進み、前記分散補償素子単体９０２で分散補償を施されて反射して光路９３５に進み、入射面を対向させて配置した一対の光分散補償素子９００から出射して反射体９１１へと入射される。そして、反射体９１１に入射された信号光は反射体９１１で反射されて再び前記光分散補償素子単体９０２に光路９３５と平行で逆向きであり、かつ、光路９３５から、たとえば図１０（Ａ）の奥の方向に少しずれた光路を通って入射し、前記で説明したのと同様に光分散補償素子単体９０２および９０１で複数回の分散補償を施される。
【０１４２】
また、前記で説明した信号光の進行方向を矢印９４１で示す方向から見た場合、図１０（Ｂ）で示すように、光ファイバ９２１から出射された信号光は、光路９３０１を進み、前記光分散補償素子単体９０２に入射し、前記光分散補償素子単体９０２および９０１で前記の如く交互に複数回の分散補償を施されながら光路９３０２を進み、前記光分散補償素子単体９０２から出射されて光路９３０３を進んで前記反射体９１１へと入射される。
【０１４３】
反射体９１１は、光路９３０３から入射した光を反射して光路９３１１へ出射する。光路９３０３と光路９３１１は、図示の如く光分散補償素子単体９０１，９０２の異なる位置にあり、互いに並行であり、かつ逆向きである。
【０１４４】
このように反射体９１１で反射された信号光は、光路９３１１を進んで再び光分散補償素子単体９０２および９０１で交互に複数回の分散補償を施されながら光路９３１２を進み、前記光分散補償素子単体９０２から出射されて光路９３１３を進んで、光分散補償素子９００の反射体９１１とは反対側に配置されている反射体９１２へと入射される。
【０１４５】
前記反射体９１２で反射された信号光は、光路９３２１を進んで光分散補償素子単体９０２および９０１で複数回の分散補償を施されながら光路９３２２を進み、前記光分散補償素子単体９０２から出射されて光路９３２３を進んで反射体９１３へと入射される。
【０１４６】
前記反射体９１３で反射された信号光は、光路９３３１を進んで光分散補償素子単体９０２および９０１で複数回の分散補償を施されながら光路９３３２を進み、前記光分散補償素子単体９０２から出射されて光路９３３３を進んで光ファイバ９２２へと入射される。
【０１４７】
また、光分散補償素子単体９０１および９０２は、どちらか一方をミラー（反射板）にすることもでき、その場合も、前記ミラーによって光分散補償素子に複数回入射されて複数回の分散補償を施すことができる。
【０１４８】
前記光路９３１３と光路９３２１、光路９３２３と光路９３３１はそれぞれ異なる位置にあり、平行でかつ光の進行方向が逆である。
【０１４９】
なお、図１０では入射面を対向配置した一対の光分散補償素子への信号光の入射および出射が光分散補償素子単体９０２において行われる場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、信号光の入射と出射が異なる光分散補償素子単体において行われることもあり、また入射光の入射のさせ方を変えることで、信号光が入射する光分散補償素子単体を適宜変えることも出来、その場合は、前記反射体９１１〜９１３を、たとえば図１０（Ａ）の矢印９４１に平行な方向に一対対向させた配置関係で配置させておくことにより実現することができる。そして、前記一対対向させて配置させる反射体を一体構造にしたり、各分散補償素子単体と一体に形成することにより、光分散補償素子の小型化を図るとともに、信頼性を高め、実装しやすく、量産コストの安い光分散補償素子を提供することができる。
【０１５０】
また、反射体９１１〜９１３の一例として、図１１で示すコーナーキューブ９５０を反射体として用いることができる。前記コーナーキューブは反射面９５１、９５２、９５３の３つの互いに直交する反射面から構成されており、図１１（Ｂ）に示す立方体９６０を、破線９６１〜９６３で示す位置で切断した形状を有している。そして反射面９５１〜９５３は、立方体９６０を符号９５１１〜９５１６で示す位置で切断したコーナーキューブの内側（すなわち、立方体の時の立方体の内側）の面である。
【０１５１】
前記コーナーキューブ９５０へ光路９７１から入射された信号光は、反射面９５１で反射されて光路９７２を通って反射面９５２に入射し、反射面９５２で反射されて光路９７３を通り反射面９５３に入射し、反射面９５３で反射されて光路９６４を通りコーナーキューブ９５０から出射される。
【０１５２】
なお、コーナーキューブ９５０の小型化の例として、立方体９６０を破線９６１〜９６３の位置で切断して、コーナーキューブ９５００を構成することができる。反射面の大きさがそれぞれコーナーキューブ９５０の場合の半分になるので、各光路に制約があるが、基本的にはコーナーキューブ９５０の場合と同様である。
【０１５３】
以上説明したように本発明の最大の特徴は、図７〜図１１を用いて説明したように、入射面を対向させて配置した少なくとも一対の光分散補償素子を含む複数の光分散補償素子を組み合わせた複合型の光分散補償素子を構成し、それを用いて分散補償を行うようにしたところにあり、前記の如く構成している前記各光分散補償素子の入力端と出力端を除いて接続のためのレンズと光ファイバを少なくし構成によってはそれらを必要としないところにあり、広い波長帯域においても分散補償を行うことが出来る、光学損失の極めて少ない光分散補償素子を安価に提供することができるところにある。
【０１５４】
以上、一組の、入射面が対向して配置された光分散補償素子で構成される複合型の光分散補償素子を例にとって本発明の光分散補償素子を説明したが、本発明はこれに限定されず、入射面が対向して配置された光分散補償素子を複数組組み合わせて構成したもの、さらには、入射面が対向配置された光分散補償素子に入射面が対向配置されていない光分散補償素子を組み合わせたものも本発明に含まれるものである。
【０１５５】
なお、本発明の複合型の分散補償素子およびそれと実質的に同様の構成にした分散補償素子を用いて分散補償を行う分散補償方法によれば、１５ｎｍ，３０ｎｍなどの広い波長帯域のみならず、たとえば、光通信における１ｎｍなどと狭い波長帯域を取扱う通信系に適用することも出来、３ｎｍあるいは５〜１０ｎｍの波長帯域を取扱う通信系に適用することも出来、いずれの場合も前記の如き極めて大きな効果をもたらすものである。
【０１５６】
このような本発明による複合型の光分散補償素子を用いて、４０Ｇｂｐｓの通信ビットレートで６０ｋｍの伝送を行う通信システムにおいて分散を補償した結果、きわめて良好な分散補償を行うことが出来た上に、信号光が光分散補償素子を透過することによる損失は、光分散補償素子をレンズと光ファイバで構成するコリメータのみで行った場合に比較して、きわめて低いものであった。
【０１５７】
以上、本発明に用いる光分散補償素子を中心に本発明の複合型の光分散補償素子とその素子を用いた光分散補償方法を説明したが、本発明の光分散補償方法のもっとも注目すべき特徴は、本発明に用いる複数の光分散補償素子の少なくとも一対を、入射面を対向させて配置し、その対向配置した一対の光分散補償素子の一方に信号光を入射し、分散補償を行なって反射し、他方の光分散補償素子に入射し、そこで分散補償を行なって反射し、再び前記一方の光分散補償素子に入射して分散補償を行なって反射するという分散補償を前記一対の光分散補償素子の間で複数回繰り返すことであり、前記一対の光分散補償素子に信号光を入射してから出射するまでの間に生ずる損失を、前記のカップリングロスを生じることなく、カップリングロスより損失が圧倒的に小さい反射ロスのみに抑え、広い波長帯域において２次や３次の低損失の分散補償をすることを可能にしたところにある。
【０１５８】
【発明の効果】
以上、本発明を詳細に説明したが、本発明によれば、図５（Ｂ）〜（Ｄ）を用いて基本的に説明した群速度遅延時間−波長特性曲線を種々用意するにあたり、入射面を対向させて配置した少なくとも一対の光分散補償素子を有する複合型の光分散補償素子の構成においては、図６（Ａ）を用いて説明した各内部接続部品による接続を図７〜図１１に示した信号光の反射で実現し、接続部における信号光の損失を極めて小さく抑え、各チャンネルの良好な分散補償を行うことが出来る上に、複数チャンネルの良好な分散補償をも行うことが出来る小型で安価な光分散補償素子と補償方法を提供することが出来る。  そして、本発明の複合型の光分散補償素子による分散補償は、３次以上の分散補償において特に大きな効果をもたらすことに加えて、群速度遅延時間−波長特性の適切な調整によって、２次の分散補償をも行い得るものである。
【０１５９】
そして、本発明の複合型の光分散補償素子を用いることにより、既存の光通信システムの多くを利用することを可能にする点で、社会的経済的効果が多大なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光分散補償を説明する図である。
【図２】本発明に用いる多層膜の断面図である。
【図３】本発明に用いる多層膜の斜視図である。
【図４】本発明に用いる多層膜の群速度遅延時間−波長特性曲線である。
【図５】本発明に用いる分散補償を行うことが出来る素子を複数個用いて群速度遅延時間−波長特性を改善する方法を説明する図である。
【図６】光分散補償素子の従来の接続の例を説明する図である。
【図７】本発明の複合型の光分散補償素子の例を説明する図である。
【図８】本発明の複合型の光分散補償素子の例を説明する図である。
【図９】本発明の複合型の光分散補償素子７０１の群速度遅延時間−波長特性曲線を説明するグラフである。
【図１０】本発明の複合型の光分散補償素子の好適な例を示す図である。
【図１１】本発明に用いる反射体の一例を示す図である。
【図１２】２次と３次の波長分散の補償方法を説明する図である。
【図１３】従来の光ファイバの分散−波長特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１００，２００，４１６，７１１，７２１：多層膜
１０１，２３０：入射光の方向を示す矢印
１０２，２４０：出射光の方向を示す矢印
１０３，１０４，１０５，２０１，２０２，２０３：反射層
１０８，１０９，２０６，２０７：光透過層
１０７，２０５，７０５，７１０，７２０：基板
１１１，１１２，２１１，２１２：キャビティ
２２０：光入射面
２５０，２６０：膜厚変化方向を示す矢印
２７０，２７１：入射光の入射位置を移動させる方向
２７１：曲線調整方向
２８０，２８１，２８２：入射位置
１１０１，１１０２，１１０３，２８０１，２８１１，２８１２，３０１〜３１２：群速度遅延時間−波長特性曲線
４１０，４２０，４３０，４４０、７０３，７０４，７０６，７０７：光分散補償素子
４１１，４１２，４２１〜４２３，４３１，４４２，４４３：分散補償を行うことが出来る素子
４１５，４１５１〜４１５４，４２６，４２６１，４２６２，４３６，４３６１，４３６２，４４６，４４６１，４４６２，７８１，７８２：光ファイバ
４１３，４１３１，４１４，４１４１，４２４，４２５，４３４，４３５，４４４，４４５：矢印
４１７，７８３，７８４：レンズ
４１８：２芯コリメータ
４３２，４３３：分散補償を行うことが出来る素子の部分
４４１：ケース
５０１，５０２，５０３，５０４，５１１，５１２，５１３，５１４：信号光の特性を示すグラフ
５２０，５３０：伝送路
５２１：分散補償ファイバ
５２２，５３１：ＳＭＦ
５２４，５３４：送信器
５２５，５３５：受信器
６０１：ＳＭＦの分散−波長特性曲線
６０２：分散補償ファイバの分散−波長特性曲線
６０３：ＤＳＦの分散−波長特性曲線
７０１，７０２：複合型の光分散補償素子
７３０：入射光の光路の位置を概略示す線
７４１〜７４７，７５０，７６０〜７６７：光路
７８５：入射方向を示す矢印
７８６：出射方向を示す矢印
８００：群速度遅延時間−波長特性曲線
８０１：群速度遅延時間−波長特性曲線群
９００：入射面を対向配置した一対の光分散補償素子
９０１、９０２：光分散補償素子単体
９１１〜９１３：反射体
９２１、９２２：光ファイバ
９３０〜９３５、９３０１〜９３０３、９３１１〜９３１３、９３２１〜９３２３、９３３１〜９３３３、９７１〜９７４：光路
９４１：矢印
９５０、９５００：コーナーキューブ
９５１〜９５３：反射面
９６０：立方体
９６１〜９６３：立方体９６０の切断面を示す破線
【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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