(57)【要約】【課題】  本発明は、ＶＩＰＡを用いた可変波長分散補償器において、３Ｄミラーへ入射する光の入射方向及び３Ｄミラーで反射された光の反射方向を調整する手段を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の実施例の一態様においては、ＶＩＰＡにより波長毎に分波される光をそれぞれ集光するレンズと、該集光された光を反射し該レンズに戻すミラーと、該レンズの中心を通る光軸を含み、該レンズと該ミラーとの間に設けられた光学素子（好ましくは楔形の形状を有する光学素子）と、を備え、該光学素子は、該光学素子へ入射する光と該光学素子から出射する光とがそれぞれ該光軸となす角度の差が、該光軸に対する該ミラーの設置角度のずれと等しくなるよう構成されたことを特徴とする可変波長分散補償器を用いる。【選択図】      図６
2009265194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なる波長の光を含む光信号が光伝送路を伝搬する際に生じる波長分散を、ＶＩＰＡを用いて補償する可変波長分散補償器において、
該ＶＩＰＡにより波長毎に分波される光をそれぞれ集光するレンズと、
該集光された光を反射し該レンズに戻すミラーと、
該レンズの中心を通る光軸を含み、該レンズと該ミラーとの間に設けられた光学素子と、
を備え、
該光学素子は、該光学素子へ入射する光と該光学素子から出射する光とがそれぞれ該光軸となす角度の差が、該光軸に対する該ミラーの設置角度のずれと等しくなるよう構成されたことを特徴とする可変波長分散補償器。
【請求項２】
請求項１において、
該光学素子は、楔形の形状を有し、該光学素子へ入射する光と該光学素子から出射する光とがそれぞれ該光軸となす角度の差が、該光学素子の楔角度と屈折率との関数となることを特徴とする可変波長分散補償器。
【請求項３】
請求項２において、
該光学素子は、少なくとも該楔角度が可変であることを特徴とする可変波長分散補償器。
【請求項４】
請求項３において、
該光学素子は、底辺の長さを共通とする複数の三角形が、該複数の三角形のそれぞれについての、高さと該底辺の一端がなす楔角度とが、連続的に変化するよう配置された形状を有することを特徴とする可変波長分散補償器。
【請求項５】
請求項２、請求項３、又は請求項４において、
該光学素子は、温度の変化により該屈折率が変化することを特徴とする可変波長分散補償器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送路における波長分散を補償する可変波長分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムにおける伝送品質の劣化を低減する手段として波長分散補償がある。
【０００３】
これは、光伝送路を伝搬する光の波長による群速度の違いによって生じる波長分散を補償する技術であり、更なる通信容量の増大に対応するべく注目されている４０Ｇｂｐｓの高速光通信の実現にも貢献するものであると考えられる。
【０００４】
分散補償用デバイスの例としては、分散補償ファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ：ＤＣＦ）、分散補償グレーティング（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＤＣＧ）、などがある。これらの多くは分散補償量が固定であるが、特に４０Ｇｂｐｓ以上の高速光通信システムにおいては、波長分散トレランスが狭くなる為に、分散補償量を任意に調整可能な可変波長分散補償器が有効である。
【０００５】
可変波長分散補償器の一つに、ＶＩＰＡ（Ｖｉｒｔｕａｌｌｙ  Ｉｍａｇｅｄ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ）を用いた波長分散補償器がある（特許文献１）。
【０００６】
ＶＩＰＡは、波長分散を補償するための技術の一つとして、例えば、特許文献２に開示されている。
【０００７】
図１は、一般的な従来のＶＩＰＡを用いた可変波長分散補償器の構成である。
【０００８】
図１において、参照符号１は光サーキュレータ、２はコリメートレンズ、３はシリンドリカルレンズ、４はＶＩＰＡ、４ａは入射窓、４ｂは平行平板、４ｃ、４ｄは反射膜、５はフォーカシングレンズ、６は３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌミラー（以下、３Dミラーと記載）を示す。
【０００９】
光サーキュレータ１に接続された光伝送路から入射した光は、コリメートレンズ２により平行光へと変換され、シリンドリカルレンズ３によってＶＩＰＡ４の入射窓４ａを通って反射膜４ｄが施された面上へ集光される。
【００１０】
ＶＩＰＡ４は、ガラスの平行平板４ｂの両面に反射率の高い反射膜４ｃ（例えば、反射率約１００％）と反射膜４ｄ（例えば、反射率９５％）とを備える。
【００１１】
照射窓４ａから反射膜４ｃ、４ｄ間へ入った入射光は多重反射される。
【００１２】
ＶＩＰＡ４において多重反射された光は、波長毎に分波され、それぞれフォーカシングレンズ５により３Ｄミラー６へ集光される。この際、光は波長毎に３Ｄミラー６の異なる位置に集光される。
【００１３】
３Ｄミラー６は、例えば、図１に示すような、ｙ軸方向について凹凸の形状を有する。したがって、光の波長毎にミラー表面の集光位置（図のｙ軸方向の位置）でのミラーの傾きが異なるために、反射方向を波長毎に異ならせることが可能である。つまり、光の波長毎に光路長を変化させ、入反射に要する時間に差を設けることができる。さらに、図のｘ軸方向について３Ｄミラー６の設置位置を調整することにより、波長間の光路長差（時間差）を変化させることが可能となり、これにより波長分散量を変化させることができる。
【００１４】
３Ｄミラー６へ入射した光は反射され、当該反射された光はフォーカシングレンズ５を介して、ＶＩＰA４へ戻される。
【００１５】
ＶＩＰＡ４へ戻された光は、反射膜４ｃ、４ｄ間で多重反射され、入射窓４ａから出力される。
【００１６】
入射窓４ａから出力された光は、シリンドリカルレンズ３及びコリメートレンズ２を介して光伝送路へと返される。
【００１７】
以上の仕組みにより、光ファイバ伝送路における波長分散が補償される。
【００１８】
しかし、例えば波長分散補償器の製造過程では、何らかの原因により装置の調整エラーが生じることがある。ＶＩＰＡを用いた可変波長分散補償器についても、そのような調整エラーにより補償器としての特性が変化してしまう可能性がある。
【００１９】
例えば、図２は、３Ｄミラーの調整エラーにより光軸に対して３Ｄミラーが傾いて設置された場合を示す。
【００２０】
図２において、フォーカシングレンズ５の中心を通る光軸７に対し、Δθだけ傾いて３Ｄミラー６が取り付けられている。この角度ずれΔθにより、例えば、可変分散補償器の性能を評価する上で重要な指標である群遅延リップルや位相リップルに変化が生じる。
【００２１】
ここで、群遅延リップルとは、理想的な群遅延時間特性からのずれを表わす量を指し、位相リップルとは、理想的な位相特性からのずれを表わす量を指す。
【００２２】
したがって、これらのリップルを小さくするほど、可変波長分散補償器の性能を向上させることができる。
【００２３】
図３は、ＶＩＰＡを用いた可変分散補償器における理想的な特性を示す。
【００２４】
図３（ａ）は、波長（ｎｍ）に対して群遅延時間（ｐｓ）をプロットしたグラフである。
【００２５】
理想的な特性では群遅延時間は波長に対し直線的に変化する、すなわち、それぞれの直線の傾きである波長分散（ｐｓ／ｎｍ）は波長によらずほぼ一定値を示す。図３において各グラフａ１、ａ２及びａ３の波長分散はそれぞれ−５００ｐｓ／ｎｍ、０ｐｓ／ｎｍ及び５００ｐｓ／ｎｍである。
【００２６】
図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、それぞれ群遅延特性および群遅延リップルを表わすグラフである。理想的な特性においては、波長分散にかかわらず、すべての波長において群遅延リップル及び位相リップルはそれぞれ０ｐｓ、０ｍｒａｄで一定（直線）となる。
【００２７】
一方、図４は、上述のような調整エラーが生じた場合の特性を示す図である。
【００２８】
図３と同様、図４（ａ）は群遅延時間、図４（ｂ）は群遅延リップル、図４（ｃ）は位相リップルを表わすグラフである。
【００２９】
波長分散を効果的に補償する上で、上記理想的な特性を示すようにミラーの形状の設計及び設置位置・角度の調整をすることが好ましい。
【００３０】
一方、例えばミラーの調整エラーが生じると、図４（ａ）に示すように、波長と群遅延時間との関係は直線性を示さなくなる、すなわち波長分散は一定ではなくなる。これに伴い、図４（ｂ）の群遅延リップル及び図４（ｃ）の位相リップルはそれぞれ０ｐｓ及び０ｍｒａｄからずれた曲線を描くことがわかる。
【００３１】
可変波長分散補償器の調整エラーのうち、例えば上述のような光軸に対するミラーの設置角度のずれにより光の進行方向がずれ、群遅延時間特性が直線性を示さなくなる理由を以下に説明する。
【００３２】
非特許文献１には、ＶＩＰＡを用いた可変波長分散補償器に用いられるミラーにおいて、ある反射位置での当該ミラー表面の傾斜（以下、ミラーの傾斜と表記）と群遅延特性との関係が示されている。
【００３３】
上記文献によれば、群遅延時間特性は、（光路長変化）／（光速）で表わすことができる。すなわち、屈折率をｎ、光速をｃ、ＶＩＰＡへの入射角度をΘ、ＶＩＰＡからの出射角度（波長に依存）をΦ、フォーカシングレンズの焦点距離をｆ、フォーカシングレンズから中心ビームウェスト（ＶＩＰＡ内部での多重反射により、図５のようにＶＩＰＡに垂直な面上に多数の仮想的なビームウェストが作られるが、このうちの一つのビームウェスト）までの距離をａ、ミラーの傾斜をｈ（ｙ）（ｙは図１に示した軸に対応）とすると、群遅延時間は以下の式で表わされる。
【００３４】
【数１】
2009265194.tif 000003
したがって、上式[１]の波長微分、すなわち波長分散は、次の式［２］のようになる。
【００３５】
【数２】
2009265194.tif 000004
ここで、波長分散がほぼ一定の場合、式［２］の右辺の｛｝内はΦ3に比例するので、定数Ｋを用いて次のように表わすことができる。
【００３６】
【数３】
2009265194.tif 000005
【００３７】
【数４】
2009265194.tif 000006
式[４]はλを含むため波長分散は波長に依存するが、狭い波長範囲（例えば波長多重通信における単一チャネルの波長帯域）内ではほぼ一定となる。したがって、この波長範囲では実質的に波長分散は波長に依存しない一定値と考えられる。
【００３８】
ミラーはフォーカシングレンズの中心を通る光の進行方向の軸に垂直に設置されるため、ミラーの中心ではｈ（０）＝０となることを用いて式［３］を解くと、
【００３９】
【数５】
2009265194.tif 000007
のようにミラーの傾斜が決定される。
【００４０】
ところが、ミラーに上述のような光軸ずれ（角度ずれ）がある場合、波長分散がほぼ一定になる為の条件（[３]式）の下に決定されたミラーの傾斜ｈ（ｙ）が理想的な場合から変化する為、この変化したｈ（ｙ）を適用した場合、[２]式で表される波長分散は一定ではなくなる。このような場合、式［１］で表わされる群遅延時間特性は直線性を示さないこととなる。
【特許文献１】特開平９−４３０７５号
【特許文献２】特表２０００−５１１６５５
【非特許文献１】"Compensation of chromatic dispersion and dispersion slope using a virtually imaged phased array", M. Shirasaki et al., OFC 2001, paper TuS1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
上記図４の例に示すように、通信使用帯域において群遅延時間特性の一部又は全部が直線性を示さない場合、可変波長分散補償器によって効果的に波長分散の補償ができる波長範囲（帯域）が狭められてしまう可能性がある。
【００４２】
また、例えば可変波長分散補償器の３Ｄミラーの角度調整において誤差が生じた場合、装置製造後に当該誤差を修正することは難しいという問題がある。
【００４３】
そこで、本発明は、ＶＩＰＡを用いた可変波長分散補償器において、３Ｄミラーへ入射する光の入射方向及び３Ｄミラーで反射された光の反射方向を調整する手段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】
【００４４】
本発明の実施例の一態様においては、複数の異なる波長の光を含む光信号が光伝送路を伝搬する際に生じる波長分散を、ＶＩＰＡを用いて補償する可変波長分散補償器において、該ＶＩＰＡにより波長毎に分波される光をそれぞれ集光するレンズと、該集光された光を反射し該レンズに戻すミラーと、該レンズの中心を通る光軸を含み、該レンズと該ミラーとの間に設けられた光学素子（好ましくは楔形の形状を有する光学素子）と、を備え、該光学素子は、該光学素子へ入射する光と該光学素子から出射する光とがそれぞれ該光軸となす角度の差が、該光軸に対する該ミラーの設置角度のずれと等しくなるよう構成されたことを特徴とする可変波長分散補償器を用いる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、ＶＩＰＡを用いた可変波長分散補償器において、３Ｄミラーへ入射する光の入射方向及び３Ｄミラーで反射された光の反射方向を容易に調整することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
（１）全体構成
図６は実施例の代表的な構成を示す図である。
【００４７】
図６において、参照符号８はＶＩＰＡ、９はフォーカシングレンズ、１０は光学素子、１１は３Ｄミラーを示す。
【００４８】
ＶＩＰＡ８、フォーカシングレンズ９、及び３Ｄミラー１１は、図１、２と同様に設置される。
【００４９】
また、光学素子１０は、ＶＩＰＡ８及びフォーカシングレンズ９の中心を通る光軸１２を含むように設置される。
【００５０】
ＶＩＰＡ８から出射される波長毎に分波された光は、フォーカシングレンズ９により進行方向が変えられた光は、光学素子１０を介して３Ｄミラー１１へ入射する。
【００５１】
当該光は３Ｄミラー１１において反射し、再び光学素子１０、フォーカシングレンズ９、及びＶＩＰＡ８へと戻る。
【００５２】
図７及び図８は実施例の原理を説明する図である。
【００５３】
図７は、図６の構成において、３Ｄミラー１１が光軸１２に対して角度ずれ無く設置された場合及び角度ずれΔθを有して設置された場合の光反射の様子を示す。
【００５４】
図７において、１３ａは、ある波長の光が図６のフォーカシングレンズ９から３Ｄミラー１１へ入射するときの入射方向である。
【００５５】
３Ｄミラー１１が光軸１２に対して角度ずれ無く設置された場合、１３ａで入射した光は１３ｂの方向へ反射される。
【００５６】
一方、３Ｄミラー１１が光軸１２に対して角度ずれΔθを有して設置された場合、１３ａで入射した光は１３ｃの方向へ反射される。このようにして３Ｄミラー１１からの光の反射方向がずれることにより、上述のような群遅延時間特性の変化が生じる。
【００５７】
そこで、本実施例ではフォーカシングレンズ９と３Ｄミラー１１との間に光学素子１０を挿入し、角度ずれΔθを補正し本来の反射方向、すなわち、角度ずれが無い場合の反射方向へと光の進行方向を補正する。
【００５８】
具体的には、例えば、図８に示されるような形状を有する楔形の光学素子１０を用いる。
【００５９】
図８において、光学素子１０は、屈折率ｎ、楔角度αのプリズムである。１４ａ及び１４ｂはある光の進行方向を示す。
【００６０】
光は光軸（図６における光軸１２）に対しφｉｎの角度で光学素子１０に入射する（１４ａ）。入射した光は光学素子１０中で屈折率ｎに応じて屈折し、光学素子１０の入射面と反対面から光軸に対する角度φｏｕｔで出射する（１４ｂ）。
【００６１】
ここで、φｏｕｔは、φｉｎが十分に小さいときに近似的に、φｏｕｔ＝φｉｎ＋（ｎ−１）αとなる。つまり、光の進行方向１４ａと１４ｂとの角度差Δφ（＝φｏｕｔ−φｉｎ）は（ｎ−１）αである。
【００６２】
したがって、Δθ＝２Δφ＝２（ｎ−１）αの関係を満たすように、少なくとも屈折率ｎ又は楔角度αを設定すれば、角度ずれΔθに対する光の進行方向の補正が可能である。なお、ここでΔθは角度ずれの大きさを示すものとする。
【００６３】
例えば、屈折率ｎ＝１．５、楔角度α＝０．１°の光学硝子材料を光学素子１０として用いる場合、Δφ＝０．０５°となり、Δθ＝０．１°の角度ずれによる光の進行方向が補正されることとなる。
【００６４】
なお、光学素子１０は楔形のプリズムであることが好ましいが、上記の式を満たすものであれば形状はこれに限定されるものではない。
【００６５】
また、光学素子の少なくともいずれかの表面に反射防止膜を施すことが望ましい。
【００６６】
さらに、光学素子１０により光の進行方向が変化すると、図９に示すように、当該光が３Ｄミラー１１上に集光される位置がシフトする。このシフト量は光学素子１０と３Ｄミラー１１との間の距離が長いほど大きくなる。
【００６７】
したがって、光学素子１０から出射した光が確実に３Ｄミラー１１上へ入射し、当該光が反射されて再び光学素子１０に戻されるためには、できるだけ光学素子１０を３Ｄミラー１１に近い位置に設置することが好ましい。
（２）実施例１
図１０は、実施例１の装置構成の一態様である。
【００６８】
図１０において、参照符号１５は可動機構を示す。なお、図６と共通する箇所は同一の符号を付し説明を省略する。
【００６９】
本実施例に用いられる光学素子１０は、例えば、図１１に示すような形状を有する楔形プリズムとする。
【００７０】
図１１に示される光学素子１０ａは、底辺の長さを共通とする複数の三角形が、当該複数の三角形のそれぞれについての、高さと楔角度（底辺と他の一辺とがなす角度）αとが連続的に変化するように配置された形状を有する。
【００７１】
また、光学素子１０ｂのように光学素子１０ａの底面が厚みを有する平行板状であるものでもよい。ただし、光学素子１０ｂにおいて屈折率は全体的に均一であるものとする。
【００７２】
上記の構造を有する光学素子１０ａ及び１０ｂは、図の矢印の方向に移動させることにより光の入射位置におけるαを連続的に変化させることが可能である。
【００７３】
図１０において、光学素子１０は可動機構１５上に設置される。
【００７４】
可動機構１５は光学素子１０を移動させることにより、フォーカシングレンズ９から光学素子１０への入射位置を変化させる装置である。
【００７５】
すなわち、可動機構１５は、図１１に示した矢印に対応する方向に光学素子１０を移動させ、光の入射位置に応じてαを変化させることができる。
【００７６】
例えば、屈折率ｎ＝１．５、上記図１１に示されたものと同様の形状で楔角度αが０〜１°の範囲で連続的に変化する光学硝子材料を光学素子１０として用いると、上式により、Δθ＝０〜１°の角度ずれに対する光の進行方向が連続的に補正可能となる。
【００７７】
なお、ある角度ずれΔθに対して適切なαを設定する際には、例えば、光学素子１０を挿入する前の装置についての群遅延時間特性を測定器により測定し、理想的な群遅延時間特性からのずれに基づいて予め角度ずれΔθを求めることによりαを選ぶ。
【００７８】
また、装置に光学素子１０を挿入し、可動機構を用いてαを変化させながら群遅延時間特性を測定（モニタ）し、理想的な群遅延時間特性に近づいたときのαを選ぶようにしてもよい。
【００７９】
受信機で受信した信号光についての伝送特性を測定し、その測定結果が最適となるように当波長分散補償器をフィードバック制御する手段については、例えば、特開平８−３２１８０５に開示されている。
（３）実施例２
図１２は、実施例２の装置構成の一態様である。
【００８０】
図１２において、参照符号１６は温度制御機構を示す。なお、図６と共通する箇所は同一の符号を付し説明を省略する。
【００８１】
本実施例の光学素子１０には、屈折率が温度に依存して変化する材料、例えばシリコン等の材料が用いられる。
【００８２】
ただしその形状は、図１１に示す光学素子１０ａ又は１０ｂのような形状でもよいし、αが一定であるように構成された楔形形状等でもよい。
【００８３】
例えば、光学素子１０の材料として屈折率温度係数１６０×１０-6、温度２５℃での屈折率ｎ＝３．２、楔角度α＝８°のシリコン板を用いる場合、温度制御機構１６により光学素子の温度を２５〜１００℃の範囲で変化させることにより、上記φｏｕｔを約０．１°の角度範囲にわたって調整可能である。つまり、この場合、約０．２°のミラーの角度ずれを補正することが可能となる。
【００８４】
ただし、このときφｏｕｔが約１８°と大きくなってしまうため、ミラー調整角度を光軸に対して予め同角度程度傾けておくことが望ましい。
【００８５】
なお、ある角度ずれΔθに対して適切なｎを設定する際には、例えば、光学素子１０を挿入する前の装置についての群遅延時間特性を測定器により測定し、理想的な群遅延時間特性からのずれに基づいて予め角度ずれΔθを求めることによりｎを選ぶ。
【００８６】
また、装置に光学素子１０を挿入し、温度制御機構を用いてｎを変化させながら群遅延時間特性をモニタし、理想的な群遅延時間特性に近づいたときのｎを選ぶようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】ＶＩＰＡを用いた波長分散補償器の構成例。
【図２】ＶＩＰＡと３Ｄミラーの相対的な角度ずれを示す図。
【図３】ＶＩＰＡを用いた波長分散補償器の理想的な群遅延時間特性、群遅延リップル          特性、位相リップル特性の例。
【図４】ＶＩＰＡを用いた波長分散補償器においてミラーの角度ずれがある場合の群遅          延時間特性、群遅延リップル特性、位相リップル特性の例。
【図５】ＶＩＰＡから出射された波長毎の光を示す図。
【図６】実施例の代表的な構成例。
【図７】３Ｄミラーが光軸に対して角度ずれ無く設置された場合及び角度ずれΔθを有          して設置された場合の光反射の様子を示す図。
【図８】実施例に用いられる光学素子の特性による当該光学素子を通過する光の入射角          と出射角との関係の例。
【図９】３Ｄミラーの設置位置による集光位置シフトの例。
【図１０】実施例１の構成例。
【図１１】光学素子の例。
【図１２】実施例２の構成例。
【符号の説明】
【００８８】
１  光サーキュレータ
２  コリメートレンズ
３  シリンドリカルレンズ
４、８  ＶＩＰＡ
４ａ  入射窓
４ｂ  平行平板
４ｃ、４ｄ  反射膜
５、９  フォーカシングレンズ
６、１１  ３Ｄミラー
７、１２  光軸
１０、１０ａ、１０ｂ  光学素子
１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  光の進行方向
１５  可動機構
１６  温度制御機構
【図１】
2009265194.tif 000008
【図２】
2009265194.tif 000009
【図３】
2009265194.tif 000010
【図４】
2009265194.tif 000011
【図５】
2009265194.tif 000012
【図６】
2009265194.tif 000013
【図７】
2009265194.tif 000014
【図８】
2009265194.tif 000015
【図９】
2009265194.tif 000016
【図１０】
2009265194.tif 000017
【図１１】
2009265194.tif 000018
【図１２】
2009265194.tif 000019