(57)【要約】同調可能型分散補償装置は、バルク型導波路つまり大きな径を有する導波路である回折格子素子を備えており、この回折格子素子は、内側コアおよびその周りに配置された外側クラッディングを備えている。前記回折格子素子にエッチング、研磨もしくは機械加工を行うことによって、回折格子素子の端部の径がこれらの間の中央部の径よりも大きい実質的な「ドッグボーン」形状とすることができる。前記回折格子素子の中央部におけるコアの部分には、チャープ回折格子が描き込まれ、つまり刻印されている。前記中央部がテーパ状とされていることによって、荷重Ｆにより前記回折格子素子が長手方向に圧縮された場合に、回折格子の全長に沿って加わる圧力に差が生じるようになっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路であって、
内側コアと、
前記内側コアの周りに配置されているとともに一部にテーパ状領域が設けられており、かつ断面の最小寸法が０．３ｍｍである外側クラッディングと、
前記外側クラッディングの前記テーパ状領域における前記内側コアに描き込まれたチャープ回折格子と、
を備えていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記テーパ状領域は、第１の端部から第２の端部まで、これらの間の距離の２乗根の関数として変化しており、前記の第１の端部の断面は、前記の第２の端部の断面よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
前記テーパ状領域は、第１の端部から第２の端部まで、線形的に変化しており、前記の第１の端部の断面は、前記の第２の端部の断面よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項４】
前記チャープ回折格子のブラッグ波長が前記テーパ状領域の前記の第１の端部から前記の第２の端部に向かって増大するように、前記チャープ回折格子が前記内側コアに描き込まれていることを特徴とする請求項２記載の光導波路。
【請求項５】
同調可能型分散補償装置であって、前記同調可能型分散補償装置は、
光導波路を備えており、前記光導波路は、
内側コアおよびその周りに配置された外側クラッディングを備えており、前記外側クラッディングの一部には、テーパ状領域が設けられており、前記外側クラッディングの断面の最小寸法は０．３ｍｍであり、前記光導波路は、さらに、
前記外側クラッディングの前記テーパ状領域の前記内側コアに描き込まれたチャープ回折格子を備えていることを特徴とする同調可能型分散補償装置。
【請求項６】
前記光導波路が、
反射素子が内部に描き込まれた光ファイバと、
長手方向軸線に沿って前記光ファイバおよび前記反射素子が収容されているとともに前記光ファイバの少なくとも一部に融接された管と、
を備えていることを特徴とする請求項５記載の同調可能型分散補償装置。
【請求項７】
前記光導波路を同時にかつ軸方向に圧縮するための圧縮装置を備えており、前記チャープ回折格子は、前記光導波路の軸方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項５記載の同調可能型分散補償装置。
【請求項８】
前記光導波路を軸方向に引張して前記チャープ回折格子を同調するための引張装置を備えており、前記チャープ回折格子は、前記光導波路の軸方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項５記載の同調可能型分散補償装置。
【請求項９】
非チャープ回折格子の温度を変化させて前記非チャープ回折格子を選択された中心波長に同調するための熱的素子を備えていることを特徴とする請求項７記載の同調可能型分散補償装置。
【請求項１０】
前記変位センサは、前記光導波路に連結されたキャパシタンスセンサであり、これによって、前記光導波路の変位の変化量に依存するキャパシタンスの変化量が測定されることを特徴とする請求項７記載の同調可能型分散装置。
【請求項１１】
前記テーパ状領域は、第１の端部から第２の端部まで、これらの間の距離の２乗根の関数として変化しており、前記の第１の端部の断面は、前記の第２の端部の断面よりも大きいことを特徴とする請求項５記載の光導波路。
【請求項１２】
前記テーパ状領域は、第１の端部から第２の端部まで、線形的に変化しており、前記の第１の端部の断面は、前記の第２の端部の断面よりも大きいことを特徴とする請求項５記載の光導波路。
【請求項１３】
前記チャープ回折格子のブラッグ波長が前記テーパ状領域の前記の第１の端部から前記の第２の端部に向かって増大するように、前記チャープ回折格子が前記内側コアに描き込まれていることを特徴とする請求項１１記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、分散補償装置に関し、特に、ブラッグ回折格子素子の分散特性が同調可能である、ブラッグ回折格子を備えた同調可能型分散補償装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
ファイバブラッグ回折格子は、光通信ネットワークにおける様々な用途において、効率的なフィルタとして利用可能なものである。性能および伝達の信頼性を決定する際に、通信リンクの分散特性が重要となる。分散補償のために、回折格子、特にチャープ回折格子を用いることができる。回折格子素子により生じる分散を同調する能力が、制御可能な素子を提供して性能を最適化する上で重要となる。
【０００３】
光学的ネットワークが進歩するに従って、光領域で通信信号が動的に伝送される「全光」ネットワークの開発に向かう傾向がある。ネットワーク技術者が伝送距離およびデータ速度を増大させる際に問題となる現象の１つは、信号の劣化である。リンクの重要なパラメータの１つは、システムの分散であり、これによって、１０Ｇビット／秒や４０Ｇビット／秒といった高ギガビットの光通信システムにおいて、信号の品質が著しく劣化する可能性がある。
【０００４】
通信リンクの分散を補償するために、チャープブラッグ回折格子を用いることができる。図１には、周知の光通信システム１０が示されている。光学的データ１２は、レーザ送信機１４から発生し、ファイバリンク１６に沿って受信機１８まで伝達される。ファイバリンク１６には、光学的増幅器や他の素子（これら自体が分散性を有する場合がある）が含まれたり、これらが含まれない場合もある。ファイバリンク１６に沿って伝送される間に、所定の波長を有する信号のそれぞれ異なる波長成分に群遅延時間差が生じることによって、光学的データ１２がある程度まで損なわれる。このような群遅延によりデータ１２が「汚染」され、これによって、受信端部において受信されるビット流２０のコントラストが小さくなる。信号に生じる群遅延時間差を、適切なチャープを有する回折格子２２を用いて補償することができる。図示されているように、ファイバリンク１６からの光（つまり受信されたビット流）２０は、サーキュレータ２４を介してチャープ回折格子２２に結合される。チャープ回折格子２２は、帯域幅Ｂおよび長さＬを有する。回折格子２２にチャープを設けることによって、強度の群遅延を発生させることができ、このような群遅延を、ファイバリンク１６のチャープと等しくかつこれを打ち消すようなものとすることができる。例えば、回折格子の長さが１０ｃｍである場合、回折格子の後方で反射した波長成分に対する回折格子の前方で反射した波長成分の群遅延は、１０００ｐｓ程度である。回折格子の帯域幅が１ｎｍである場合、その有効分散度は１０００ｐｓ／ｎｍである。現在のところ、通信リンクにおける分散に起因した群遅延時間差に適合するように回折格子２２を設計することが必要となっている。
【０００５】
【発明の開示】
本発明の目的は、ブラッグ回折格子素子の分散特性が同調可能である、ブラッグ回折格子を備えた同調可能型分散補償装置を提供することである。
【０００６】
本発明の実施例によると、光導波路が、内側コアおよびその周りに配置された外側クラッディングを備えている。前記導波路のクラッディングの一部分には、テーパ状領域が設けられている。クラッディングの断面の最小寸法は、０．３ｍｍである。クラッディングのテーパ状領域における内側コアには、チャープ回折格子が描き込まれている。
【０００７】
本発明の他の実施例によると、同調可能型分散補償装置は、内側コアおよびその周りに配置された外側クラッディングを備えている。クラッディングの断面の最小寸法は、０．３ｍｍである。クラッディングのテーパ状領域における内側コアには、チャープ回折格子が描き込まれている。
【０００８】
【発明を実施するための最良の形態】
図２に示されているように、同調可能型分散補償装置（全体を１００として示す）は、光学的ブラッグ回折格子素子１０２（図３に最も明確に示す）を備えている。回折格子素子１０２は、バルク型導波路つまり大きな径を有する導波路であり、内側のコア１０６の周りに外側のコア１０４を備えたものである。エッチング、研磨、もしくは機械加工によって、このような回折格子素子を実質的に「ドッグボーン」形状に形成することができる。「ドッグボーン」形状とは、回折格子素子の端部１０８の径を、これらの端部間の中央部１１０の径よりも大きく形成したものである。チャープ回折格子１１２は、回折格子素子１０２の中央部１１０に設けられたコア１０６の部分に描き込まれ、つまり刻印されている。中央部１１０は、テーパ状に機械加工されており、これによって、荷重Ｆにより回折格子素子１０２が長手方向に圧縮された場合に、回折格子の全長に沿って加わる応力に差が生じるようになっている。
【０００９】
図示された実施例では、回折格子素子１０２の中央部１１０の断面積が、ある値から第２の値へと線形的に徐々に減少している。すなわち、中央部の一方の端部から他方の端部に向かって、外径が、距離の２乗根の関数としてテーパ状とされており、これによって、回折格子素子が長手方向に圧縮された場合に、チャープ回折格子１１２の波長同調量がその長手方向に沿って線形的に増加するようになっている。このようにすることによって、回折格子素子１０２の初期のチャープおよび物理的テーパ形状の「向き」によって、回折格子のチャープ率１１４ａ〜１１４ｃを増減させることができる。
【００１０】
例えば、図３に示された回折格子素子１０２について考察する。この回折格子素子１０２においては、チャープ回折格子１１２の向きに起因してブラッグ波長が左側から右側へと増大する。すなわち、回折格子素子の中央部の太い方の端部における回折格子の間隔が、細い方の端部における回折格子の間隔よりも大きくなっている。回折格子素子１０２が物理的にテーパ状とされていることによって、短い波長よりも、長い波長の方が、圧縮力に対して高い感度を有する。従って、図４に示されているように、荷重Ｆにより回折格子素子が長手方向に圧縮されるに従って、回折格子のチャープ率１１４ａ〜１１４ｃが減少する。さらに、図５および図６に示されているように、回折格子素子に圧縮力を加えると、チャープ帯域幅が減少し、従って、回折格子の分散度が増大する（より狭い帯域幅で同じ群遅延が得られる）。
【００１１】
具体的には、図５に、圧縮力が印加されない状態では、回折格子素子１０２のチャープ帯域幅１１３が比較的広いことが示されている。図６には、圧縮力が印加された場合に、回折格子１０２のチャープ帯域幅１１５が減少し、中心波長λｃ０がλｃ１へとシフトすることが示されている。
【００１２】
他の実施例として、図７に示されているように、初期のチャープを逆の向きに回折格子素子１０２内部に描き込むことも可能である。このようにチャープ回折格子が逆の向きに描き込まれる場合、図示されているように、ブラッグ波長が右側から左側へと増大する。すなわち、回折格子素子１０２の中央部１１２の太い方の端部における回折格子の間隔は、細い方の端部における回折格子の間隔よりも小さい。回折格子素子がテーパ状に形成されていることによって、長い波長よりも短い波長の方が、圧縮力に対して高い感度を有する。従って、図８に示されているように、荷重Ｆにより回折格子が長手方向に圧縮されるに従って、回折格子のチャープ率１２０ａ〜１２０ｃが増大する。図３に示された回折格子素子とは逆に、回折格子素子に圧縮力を加えると、チャープ帯域幅が増大し、これによって、回折格子の分散度が減少する（より狭い帯域幅で同じ群遅延が得られる）。
【００１３】
従って、圧縮力を印加すると、回折格子素子１０２の回折格子１１２の全チャープが増大し、これによって、分散度が減少する。いずれの場合でも、回折格子素子の分散度を、現在の値から増減させることが可能である。このような方法によって、１対３以上の同調を可能とすべきである。
【００１４】
図６に示されているように、このような方法における１つの制限は、圧縮による同調により回折格子１１２の全中心波長λＣ０もまた同調つまりシフトされることである。回折格子の帯域幅がその同調範囲内で常に信号の帯域幅と重複するのでない場合、このことは問題となる。図６の破線１２１により示されているように、回折格子の熱的同調によって、このことを補償することができる。熱的同調によって、圧縮同調により生じたいかなる中心波長も補正できる。図２に示されているように、熱的同調を、加熱素子もしくはペルティエ（ＴＥＣ）冷却／加熱素子１２２を用いて行うことができる。
【００１５】
図３に示されているように、同調可能型分散補償装置１００の光学的回折格子素子１０２は、圧縮装置つまり圧縮ハウジング１２４内部に配置される。周知のように、回折格子素子は、内側コアに沿って光を伝搬するのに適したドーパントを含むシリカガラス（ＳｉＯ２）からなり、少なくとも０．３ｍｍの外径（ｄ）を有する。回折格子素子１０２を、コアおよび外径の寸法を所望の大きさにすることが可能な周知のもしくは開発途中のファイバ描き込み技術を用いて形成することができる。このような技術の例として、同時係属中の「大きな径を有する光導波路、回折格子およびレーザ」という名称の米国特許出願第０９／４５５，８６８号に開示された技術が挙げられる。続いて、回折格子素子１０２をエッチング、研磨、もしくは機械加工することによって、「ドッグボーン」形状とすることが可能である。一対のファイバつまり「ピグテール」１２６を、エポキシ接合やガラス溶接といった周知の技術により回折格子素子の端部に取り付けることが可能である。
【００１６】
代わりの実施例として、レーザ、フィラメントもしくは火炎などにより毛管をファイバ上で加熱し、押し潰して融接することによって、光学的回折格子素子１０２を形成することも可能である。このような方法は、「管収容型ファイバ回折格子」という名称の同時係属中の米国特許出願９／４５５，８６５号に開示されており、これを参照することができる。他の技術によって、ファイバ上で管を押し潰して融接することも可能である。例えば、ダック（Ｄｕｃｋ）等に付与された「光ファイバの収容およびその方法」という名称の米国特許第５，７４５，６２６号および／またはベーキー（Ｂｅｒｋｅｙ）に付与された「一体型結合ウェルを備えたファイバカプラの形成方法」という名称の米国特許第４，９１５，４６７号に開示された技術などを用いることができる。これらの特許を参照することにより、本発明を理解することができる。代わりの実施例として、他の技術を用いてファイバを管に融接することも可能である。例えば、高温のガラスはんだ（例えばシリカはんだ（粉末状もしくは固体状））を用いて、ファイバ、管およびはんだを互いに融接したり、もしくは、レーザー溶接／融接や他の融接技術を用いることが可能である。
【００１７】
チャープ型ブラッグ回折格子１１２は、回折格子素子１０２の内側コア１０６内部に描き込まれる（埋込まれるか刻印される）。ブラッグ回折格子１１２は、線１２８により示されるように光の一部を反射し、線１３０により示されるように、入射光のうちの残りの波長の光（所定の波長領域内の光）を透過させる。周知のように、チャープ回折格子１１２は、光導波路の有効屈折率および／または有効吸光係数の非周期的ばらつきである。このような回折格子の例として、グレン（Ｇｌｅｎｎ）等に付与された「光ファイバ内部に回折格子を刻印する方法」という名称の米国特許第４，７２５，１１０号および米国特許第４，８０７，９５０号、およびグレンに付与された「光ファイバ内部に非周期的回折格子を形成する装置および方法」という名称の米国特許第５，３８８，１７３号に開示されたものが挙げられる。これらの特許は、本発明を理解する上で参照することが可能である。
【００１８】
しかし、埋め込み、描き込み、エッチング、刻印もしくは他の方法で内側コア１０６に設けられたいかなる波長同調可能型回折格子つまり反射素子１１２も所望により用いることが可能である。本願において、「回折格子」という用語には、このような反射素子が全て含まれる。
【００１９】
さらに、所望により、光学的回折格子素子１０２の材料および寸法を、別のものにすることも可能である。例えば、回折格子素子１０２を、いかなるガラス（例えば、シリカや燐酸塩ガラスなど）からも形成することができ、また、ガラスおよびプラスティックから形成したり、プラスティックのみから形成することも可能である。
【００２０】
矢印１３４により示されているように、回折格子素子１０２は、アクチュエータ３２（例えば圧電アクチュエータ）によって、圧縮装置つまり圧縮ハウジング２４内部で軸方向に圧縮される。従って、ＰＺＴアクチュエータ１３２により所定の大きさの荷重が発生され、これによって、回折格子素子１０２が圧縮され、これによって、回折格子１１２が所望の中心波長に同調される。導線１３８を介して制御装置１３６から送られる制御信号に応答して、ＰＺＴアクチュエータ１３２に電力が供給され、これによって、回折格子１１２に所望のチャープ（すなわち、反射プロファイルの帯域幅および中心波長）が生じるように回折格子素子を同調するのに適した圧縮力が加えられる。制御装置１３６は、変位センサ１４０に応答して、アクチュエータ１３２の膨脹および収縮を制御する。変位センサ１４０は、回折格子素子１０２の歪みもしくは圧縮をフィードバックするものであり、これによって、非光学的閉ループ制御構成が構成されている。すなわち、ネットワークもしくは装置を伝搬する光１２は、回折格子１１２の同調のためのフィードバックには利用されない。
【００２１】
一実施例によると、変位センサ１４０は、一対の容量性素子１４２を備えたものである。このような構成は、２０００年３月６日に出願された「フィードバック制御を用いた同調可能型光学的構造」という名称の同時係属中の米国特許出願第０９／５１９，８１９号に開示された構成と同様なものである。制御装置によって、容量板１４４の間のキャパシタンスが測定され、キャパシタンスの測定値を示す検出信号が導線１４６を介して制御装置１３６へと送られる。回折格子素子１０２が歪むに従って、平行な容量板１４４の間隔が変動し、これに対応して、キャパシタンスが変化する。チャープ回折格子の向きに依存して、キャパシタンスは、回折格子１１２のチャープに正比例もしくは反比例する。
【００２２】
本発明においてキャパシタンスにより間隔を測定することが記載されたが、当業者であれば、別の間隔測定技術も利用可能であることは理解すべきである。例えば、誘導、光、磁気、マイクロ波、飛行時間に基づく間隔センサを用いることができる。さらに、本発明の範囲には、圧縮性素子上にもしくは圧縮性素子に対して加わる荷重を測定つまり検出し、これをフィードバックして光学的構造の圧縮同調を制御するものも含まれる。上述した実施例では、回折格子素子５４の変位をフィードバックする手段が用いられたが、回折格子ユニットを厳密かつ再現性良く圧縮／同調することによって、回折格子ユニットを開ループモードで動作させることも可能である。
【００２３】
他の実施例として、回折格子素子１０２に機械的に応力（すなわち引張りや曲げ）を加えて回折格子１１２を同調することも可能である。さらに、バルク型導波路である回折格子素子１０２内に回折格子１１２が配置されることが記載されたが、回折格子をファイバ内部に描き込むことも可能であり、この場合は、回折格子を熱的もしくは機械的に同調（圧縮もしくは引張）することができる。
【００２４】
図９には、図３の回折格子素子１０２の回折格子と類似した、他の実施例の回折格子素子１６０が示されている。回折格子素子１０２とは異なり、回折格子素子１６０の中央部１１０が線形的なテーパ状とされているとともに回折格子１６２が周期的に構成されている。従って、回折格子素子が長手方向に圧縮された場合に、回折格子に不均一にチャープが生じ、回折格子のチャープが２次的（ｑｕａｄｒａｔｉｃ）なものとなる。
【００２５】
図１０には、図３の回折格子素子１０２と類似した、他の実施例の回折格子素子１７０が示されている。回折格子素子１０２とは異なり、回折格子素子１７０の回折格子１７２は周期的なものであり、これによって、回折格子素子１７０が長手方向に圧縮された場合に、回折格子に線形的にチャープが生じる。
【００２６】
本願に記載された実施例に用いられた寸法および形状は、単に例示的なものであり、本願の教示に照らして、所望により、用途、寸法、性能、製造上の要求事項、もしくは他の要因に応じて別の寸法を用いることも可能である。
【００２７】
特に記載されていない限り、本願に開示された特定の実施例の特徴、特性、代替例、変更例を、本願に開示された他の実施例に適用することが可能である。また、本願に添付された図面の縮尺は一定ではない。
【００２８】
本発明は、その実施例に関して説明および図示が行われたが、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、上述した追加および省略、これ以外の追加および省略を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来技術において周知の、ブラッグ回折格子を備えた分散補償装置を備えた光学的通信システムのブロック図。
【図２】
本発明の同調可能型分散補償装置の側面図。
【図３】
チャープ回折格子が第１の向きに描き込まれた回折格子素子を備えた本発明の同調可能型分散補償装置の回折格子素子の側面図。
【図４】
回折格子が長手方向に圧縮された場合に図３の回折格子素子のチャープ率を示すグラフ。
【図５】
圧縮力が加えられない状態での図３の回折格子素子の反射プロファイルを示すグラフ。
【図６】
圧縮力が加えられた状態での図３の回折格子素子の反射プロファイルを示すグラフ。
【図７】
チャープ回折格子が第２の向きに描き込まれた回折格子素子を備えた本発明の同調可能型分散補償装置の回折格子素子の側面図。
【図８】
回折格子が長手方向に圧縮された場合の図７の回折格子素子のチャープ率を示すグラフ。
【図９】
本発明の他の実施例の回折格子素子を示す側面図。
【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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【国際公開パンフレット】
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2004510195.tif 000021
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2004510195.tif 000023
2004510195.tif 000024
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004510195.tif 000025
2004510195.tif 000026
【国際調査報告】
2004510195.tif 000027
2004510195.tif 000028
2004510195.tif 000029