(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を伝送するコア部と該コア部の周囲を包んでいるクラッド部とからなり、入力される所定波長の光信号をブラッグ反射するグレーティングが形成され、周囲に熱伝導率が６０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなる部材が配置され、これに固定されている光ファイバと、
前記光ファイバの前記グレーティングに沿って前記光ファイバに接して設けられた複数のヒータと、
前記複数のヒータを独立に制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記複数のヒータを制御して前記光ファイバの長手方向に温度勾配を付与すると共に、
前記制御部は、前記グレーティングの遅延時間−波長曲線において分散リップルの部分の歪みが存在する場合に、前記複数のヒータを局所的に温度変化させて特定波長に対応するグレーティングの部分的な波長分散を制御して、前記分散リップルの部分の歪みを解消させることを特徴とする光分散等化器。
【請求項２】
熱伝導率が６０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなる基板と、
光信号を伝送するコア部と該コア部の周囲を包んでいるクラッド部とからなり、入力される所定波長の光信号をブラッグ反射するグレーティングが形成されていると共に、前記基板に設けられた溝部に固定されている光ファイバと、
前記光ファイバの前記グレーティングに沿って前記光ファイバに接しかつ基板上に設けられた複数のヒータと、
前記複数のヒータを独立に制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記複数のヒータを制御して前記光ファイバの長手方向に温度勾配を付与すると共に、
前記制御部は、前記グレーティングの遅延時間−波長曲線において分散リップルの部分の歪みが存在する場合に、前記複数のヒータを局所的に温度変化させて特定波長に対応するグレーティングの部分的な波長分散を制御して、前記分散リップルの部分の歪みを解消させることを特徴とする光分散等化器。
【請求項３】
熱伝導率が６０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなる基板と、
光信号を伝送するコア部と該コア部の周囲を包んでいるクラッド部とからなり、入力される所定波長の光信号をブラッグ反射するグレーティングが形成されていると共に、前記基板に固定されている光ファイバと、
前記光ファイバの前記グレーティングに沿って前記光ファイバに接しかつ基板上に設けられた複数のヒータと、
前記光ファイバと前記複数のヒータとを覆って、熱伝導率が６０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなる被覆部材と、
前記複数のヒータを独立に制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記複数のヒータを制御して前記光ファイバの長手方向に温度勾配を付与すると共に、
前記制御部は、前記グレーティングの遅延時間−波長曲線において分散リップルの部分の歪みが存在する場合に、前記複数のヒータを局所的に温度変化させて特定波長に対応するグレーティングの部分的な波長分散を制御して、前記分散リップルの部分の歪みを解消させることを特徴とする光分散等化器。
【請求項４】
前記光ファイバに形成されている前記グレーティングは、複数の波長の光をブラッグ反射するチャープグレーティングであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光分散等化器。
【請求項５】
前記光ファイバに形成されているグレーティングの周辺近傍に前記グレーティングの全体を均一に昇温させる全体加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光分散等化器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム、特に超高速光通信における光信号の分散補償技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を伝送させる光伝送路としては、例えば光を伝送媒体の一部に閉じ込めて伝送させる光ファイバがある。一定の波長の広がりを持つ光を用いて光信号の伝送をする場合、光ファイバ内での光の閉じ込めの状態によっては波長毎に伝搬速度差が生じることがある。これは、波長毎に伝送媒体での屈折率が異なることから、波長毎に伝送路の伝搬速度差を生じるものであり、波長毎に伝搬速度差を生じる現象は「波長分散」又は単に「分散」と呼ばれている。この「分散」は、伝搬速度を波長の関数として表わした場合に波長についての微分として与えられる。
【０００３】
この分散は、高速光伝送を行う場合に主に利用されるシングルモードファイバ（ＳＭＦ）においても避けることができず、伝送における信号波形の劣化原因となる。例えば、光ファイバを使って伝送レート１０Ｇｂ／ｓで光信号を伝送する場合には、許容できる分散値は約１０００ｐｓ／ｎｍである。これはシングルモードファイバの場合には約７０ｋｍの伝送後に生じる分散量に相当し、長距離伝送においては、信号波形を劣化させないために分散を補償することが必要となる。このため、光ファイバを使って行う長距離伝送、高速光伝送には分散を補償する技術、即ち、分散補償または分散等化が非常に重要となってくる。
【０００４】
通常用いられている分散補償器としては、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）がある。この分散補償ファイバは既に市販されている。この分散補償ファイバは、光信号の伝送路として用いられるシングルモードファイバの分散とは逆の符号の分散を入射光に与える。即ち、伝送路の光ファイバで伝送されてきた光信号を分散補償ファイバに入射して、入射光の持つ分散とは逆の符号の分散を付与することで分散を補償できる。しかし、この分散補償ファイバは、長尺の光ファイバとなるため、実装容積が大きくなってしまう。
【０００５】
また、光導波路に、光の伝搬方向の距離に応じて漸減する線間隔のグレーティングを設けた光等化器によって光伝送路により光伝送信号に生じた波長分散を打ち消す光ファイバ通信方式（特開昭５７−１２９０３６号公報）や、光伝送媒体の伝搬定数を光伝送信号の伝搬方向における距離に応じて変化させた光遅延等化器（特開昭５９−１２６３３６号公報）が知られている。前者はいわゆるチャープグレーティングと呼ばれるものである。一方、後者では格子を等ピッチとしておき、材料の組成等によって伝搬定数を変化させる。しかし、上記の所定の線間隔を持つ場合（特開昭５７−１２９０３６号公報）と伝搬定数を変化させている場合（特開昭５９−１２６３３６号公報）のいずれでも、伝送路に書き込まれたグレーティングは固定されている。したがって、入射光に対して一定の分散補償は行なうことができるが、光ファイバの使用状況によって変化する分散への対応は十分ではない。
【０００６】
さらに、ファイバグレーティングに張力と温度勾配とをそれぞれ与え、ファイバグレーティングの帯域とチャープ量とをそれぞれ独立に制御する波長分散等化方法（特開平１０−２２４２９７号公報）がある（図１９）。これは、温度勾配を与えることでチャープグレーティングのチャープ量を制御して、分散補償量を可変にしている。また、屈折率変調手段として、光導波路に温度分布を持たせて屈折率の変調制御をなすようにした可変分散補償器（特開２０００−２３５１７０号公報）がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
通常、光ファイバの形状の僅かな歪みやグレーティングの書き込み方の不整が存在する。このような光ファイバの形状の歪みやグレーティングの不整があると、伝送レート１０Ｇｂ／ｓ以上の超高速光信号を分散補償する場合に部分的な歪みを生じることがある。すなわち、群遅延時間の波長依存性が部分的な領域で変化して、入射光へ与える分散に部分的な歪みを生じるためである。これは「分散リップル」と呼ばれ、この「分散リップル」が存在すると精度の高い分散補償を行なうことができない。また、分散補償量を可変する場合、隣接するヒータの影響があると、所定の温度勾配を付けることができない。そのため精度の高い分散補償を行なうことができない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、精度の高い分散補償ができる光分散等化器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光分散等化器は、熱伝導率が４０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなる基板と、
光信号を伝送するコア部と該コア部の周囲を包んでいるクラッド部とからなり、入力される所定波長の光信号をブラッグ反射するグレーティングが形成されていると共に、前記基板上に固定されている光ファイバと、
前記光ファイバの前記グレーティングに沿って前記光ファイバに近接して設けられた複数のヒータと、
前記複数のヒータを独立に制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記複数のヒータを制御して前記光ファイバの長手方向に温度勾配を付与することを特徴とする。
【００１０】
また、前記制御部は、前記複数のヒータを局所的に温度変化させて、特定波長に対応するグレーティングの部分的な波長分散を制御することを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記光ファイバに形成されている前記グレーティングは、複数の波長の光をブラッグ反射するチャープグレーティングであることを特徴とする。
【００１２】
またさらに、前記光ファイバの周辺近傍に、前記光ファイバと前記複数のヒータとを覆って、熱伝導率が４０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなる被覆部材をさらに設けることを特徴とする。
【００１３】
また、前記光ファイバに形成されているグレーティングの周辺近傍に前記グレーティングの全体を均一に昇温させる全体加熱手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
さらに、前記光ファイバに形成されたグレーティングの長手方向の中央部に設けられた温度を検出する温度検出手段と、
前記光ファイバを固定した面とは反対側の面に設けられ、前記基板を介して前記グレーティングを全体にわたって加熱又は冷却する温度可変手段と、
前記温度検出手段による信号によって前記温度可変手段を制御し、前記グレーティングの中央部を加熱又は冷却して所定温度に制御する制御装置と
をさらに備えたことを特徴とする。
【００１５】
またさらに、前記複数のヒータと前記光ファイバとの間に、前記光ファイバより熱伝導率が高い材料からなる伝熱部材を前記光ファイバの長手方向に沿ってさらに設けることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の理解を容易にするために実施の形態について添付図面を用いて説明する。本発明に係る光分散等化器は、光信号をブラッグ反射するグレーティングを形成した光ファイバを用い、さらに少なくとも一つのヒータを、グレーティングの周辺近傍であって、光ファイバに近接して設けている。このグレーティングによる波長分散によって分散補償が行われる。さらに、精度の高い分散補償のため、ヒータによりグレーティングの温度を局部的に制御して分散リップルを解消する。具体的な分散補償の説明は以下の各実施の形態において行なう。
【００２３】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る光分散等化器は、グレーティングの周辺近傍であって、光ファイバに近接して設けた複数のヒータでグレーティングの部分的な温度調整を行って、「分散リップル」を解消することを特徴とする。図１に、本発明の実施の形態１に係る光分散等化器１の上面図を示す。この光分散等化器１は、溝１２を形成している基板４と、該溝に挿入してなるグレーティング３を有する光ファイバ２と、該光ファイバ２を加熱するヒータである薄膜Ｃｒヒータ２１とからなる。この光分散等化器１は、分散補償を行なう入射光を光ファイバ２の一方の入出力端子から入力して、同じ入出力端子から出射光を出力する。
【００２４】
図２は、図１のＡ−Ａ’線断面図である。この光分散等化器１の作成方法について、図２を用いて以下に説明する。この光分散等化器１の一部を構成する基板４に深さ約１２５μｍ、幅１２５μｍの溝１２を形成する。なお、溝の形状は矩形形状に限られず、Ｕ字溝やＶ字溝であってもよい。この光分散等化器１の一部を構成する直径１２５μｍの光ファイバ２は、チャープグレーティング３が形成されている。このチャープグレーティング３は、グレーティングピッチが光ファイバ２の長手方向に長さに比例して変化している。この光ファイバ２を溝１２に挿入し、エポキシ樹脂８を注入して光ファイバ２を固定する。次いで、エポキシ樹脂を固化した後、樹脂のはみ出し部を研磨して基板４の表面と同一面とする。なお、このファイバを固定する材料としては、エポキシ樹脂に限られず、石英、石英ガラス、ガラス、アルミナ、ポリイミド、シリコン系樹脂、ラダーポリマとＳｉＯ２との複合物等を用いることができる。次に、基板４の溝１２に埋設した光ファイバ２のチャープグレーティング３部分の上部に、ヒータとして光ファイバ２の長手方向の長さ３．９５ｍｍ、幅０．０６ｍｍ、厚さ０．５μｍの薄膜Ｃｒヒータ２１を、間隔０．０５ｍｍづつ空けて１０本形成する。以上の過程によってこの光分散等化器１を作成することができる。それぞれのヒータは、光ファイバ２の長手方向に３．９５ｍｍの長さにわたって加熱し、隣接するヒータとは０．０５ｍｍの間隔を有している。
【００２５】
この光分散等化器は、上述の通り、グレーティングの上部に、光ファイバに近接してヒータを設ける構成としている。この構成により、ヒータによってグレーティングの部分的な温度調整ができる。これによって、分散の特定波長の領域に生じる「分散リップル」を解消して精度の高い分散補償ができる。
【００２６】
次に、この光分散等化器１による分散補償の原理について図３を用いて以下に説明する。分散補償は、まず、チャープグレーティングによる波長分散により行なう。光分散等化器１を用いた分散補償において、光信号は、光信号入力端子１６からサーキュレータ１８を介して光分散等化器１に入力される。光分散等化器１に入力された光信号は、下記数１に該当する条件を満たす所定の波長の光信号がグレーティング３でブラッグ反射され、サーキュレータ１８を介して光信号出力端子２０から出力される。
【００２７】
【数１】
0003841657.tif 000002
ここで、λBはブラッグ反射される光の波長、Ｎeffはグレーティング３の等価屈折率、Λはグレーティングピッチである。
【００２８】
チャープグレーティングのグレーティングピッチを光ファイバ２の長手方向に線形に変化させている場合、ブラッグ反射される波長は光ファイバ２の長手方向の長さについて一次関数的に分布する。このとき、ブラッグ反射される各波長の光の反射点は、光ファイバの長手方向に波長に応じて一次関数的に分布している。グレーティング３で反射される光は、反射点までの距離に応じて時間遅延するため、その時間遅延量は図４の（ａ）に示すように、波長の一次関数として表わされる。光の入射側からグレーティングピッチが増加するチャープグレーティングの場合、波長λ1、λ2、λ3（λ1＜λ2＜λ3）の光の時間遅延量は波長が長くなるにつれて線形的に増加する。そのため、群遅延の波長微分として表わされる波長分散は、図４の（ｂ）に示すように、波長について一定値を示す。即ち、チャープグレーティングによって入射光に所定の波長分散を付与することができる。このため、所定の波長分散を持つ入射光に対して、その波長分散とは逆符号の波長分散をチャープグレーティングによって与えることで、分散を補償できる。
【００２９】
この光分散等化器１では、さらに、群遅延時間が特定波長の周辺領域で部分的に変化する「分散リップル」を解消してより精度の高い分散補償ができる。この「分散リップル」は、光ファイバの形状における部分的な歪みや、グレーティングの書きこみ方の部分的な不整に由来して発生する。「分散リップル」は、例えば、時間遅延と波長との間の関係を示す図５において、丸囲み中にあらわしたような歪みである。
【００３０】
この光分散等化器１は、この「分散リップル」を解消するために光ファイバを加熱するヒータとして、図１に示すように、１０本の薄膜Ｃｒヒータ２１を光ファイバの長手方向に沿って設けている。この薄膜Ｃｒヒータ２１で光ファイバ２を加熱することによって、光ファイバを構成する材料の屈折率が変化する。
【００３１】
この光分散等化器１において、薄膜Ｃｒヒータにより「分散リップル」を解消する原理について以下に説明する。「分散リップル」は特定波長で生じるので、特定波長に対応するグレーティングの部分的な領域の波長分散を調整することで解消できる。そこで、図６に示すように、薄膜Ｃｒヒータ２１を制御部１０で制御してグレーティングの部分的な調整を行っている。具体的には、制御部１０によって、薄膜Ｃｒヒータ２１の部分的な温度制御により、温度の関数であるグレーティングの等価屈折率を変化させて部分的な領域の波長分散を調整できる。これにより、図５の点線部分で示すように、遅延時間−波長曲線における「分散リップル」の部分の歪みは解消されて遅延時間−波長曲線が滑らかな精度の高い分散補償ができる。
【００３２】
なお、特定のグレーティングピッチを変化させることによってグレーティングの部分的な領域の波長分散を調整できる。また、これは、１０本の薄膜Ｃｒヒータのうち、少なくとも一つの薄膜Ｃｒヒータで発生する熱をわずかに変えることで部分的な温度制御を行って特定のグレーティングピッチについて変化させることができる。グレーティングピッチをわずかに変化させると、特定のグレーティングピッチに対応する波長の光について反射点の位置が変化して遅延時間が変わる。ただし、この作用は、光ファイバの熱膨張率が約１０−６程度と非常に小さいことから、上記作用に比べて無視できる程度に小さい。
【００３３】
この光分散等化器１では、ヒータ２１として薄膜Ｃｒヒータを用いたが、これに限られず、例えば、窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）等を用いることができる。このヒータ２１としては、１０年以上の長期信頼性を有し、電気抵抗が大きく、抵抗の温度変化が比較的少ないことが好ましい。使用中に変形がなく、使用環境における雰囲気中のガスに侵されにくく、加工、取扱いが容易なことがさらに好ましい。また、このヒータ２１は、少なくとも一つあればよいが、調整すべき特定波長が不明な場合には複数のヒータを形成しておくのが好ましい。また、ヒータを配置する位置を任意に調整できる形態が好ましい。さらに、グレーティング全体を均一に昇温させる全体加熱手段としての機能や、グレーティング全体に温度勾配を付与する温度勾配付与手段としての機能を併せて持たせる場合には、複数のヒータを形成するのが好ましい。グレーティングの部分的な領域の温度調整にあたって、微小領域の温度調整を行うためにはヒータの幅は、例えば５ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下である。さらに、ヒータの数は、好ましくは１０以上、さらに好ましくは３０以上、より好ましくは１００以上である。温度の微調整のためにはヒータの数は多いほうが好ましいが、隣接するヒータからの干渉を受けることがないように所定間隔を空けて設けるのが好ましい。ヒータは、グレーティングの周辺近傍であって、光ファイバに近接するように設ける。ここで、グレーティングの周辺近傍とは、加熱しようとするグレーティングに対してクラッド部を挟んで、光ファイバの周囲を意味している。具体的には、グレーティングの形成されている直上、直下、それに側方である。また、光ファイバを局部的に加熱するために、ヒータを光ファイバに近接して設ける。
【００３４】
また、この光分散等化器１を構成する基板４は、石英ガラス（ＳｉＯ2：熱伝導率１．３８Ｗ／（Ｋ・ｍ））である。この基板４としては、熱伝導率が６０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなるものが好ましく、さらに好ましくは４０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなるものである。具体的には、基板４としては、好ましくは、石英（熱伝導率：６〜１１Ｗ／（Ｋ・ｍ））、石英ガラス（熱伝導率：１．３８Ｗ／（Ｋ・ｍ））、ガラス（熱伝導率：０．７〜４Ｗ／（Ｋ・ｍ））、アルミナ（熱伝導率：３６Ｗ／（Ｋ・ｍ））、ポリイミド、Ｓｉ系樹脂、ラダーポリマとＳｉＯ2との複合物、のうちの少なくとも一種からなる。なお、ここで、ラダーポリマとＳｉＯ2との複合物とは、例えば、網目状のＳｉＯ2を層状に重ねたものにラダーポリマを充填させて、熱膨張係数を光ファイバに近づけている。さらに基板として好ましくは光ファイバよりも熱伝導率が低い材料からなる。
【００３５】
この光分散等化器１を構成する基板４として、石英ガラス等の熱伝導率が４０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなる基板が好ましい理由について図７を用いて以下に説明する。この光分散等化器１では、ヒータによって光ファイバに形成しているグレーティングの部分的な領域の温度制御を行っている。このとき、熱伝導率が高い基板を用いた場合には、ヒータによって生じる熱が光ファイバ自体を伝わるよりも基板を経由して伝熱してしまい、光ファイバの所定部分の温度調整をうまく行うことができない。そのため、所定部分の周辺領域にあるグレーティングの温度をも変化させる場合がある。その例として、図７に、基板として石英ガラス基板（１．３８Ｗ／（Ｋ・ｍ））を用いた場合と、Ｓｉ基板（１４８Ｗ／（Ｋ・ｍ））を用いた場合の伝熱の様子を比較したグラフを示す。ここで、ヒータである薄膜Ｃｒヒータ１０本（ヒータＮｏ．１〜１０）に対して光ファイバを挟んで反対側の各位置（以下、測定点という。）に温度センサを配置して、光ファイバの温度をモニタする。
【００３６】
このヒータＮｏ．１にのみ電力を与えて光ファイバを加熱したとき、各測定点で測定された光ファイバの温度を図７に示す。この図７から、基板を経由した伝熱による光ファイバの温度への影響がわかる。図７において、石英ガラス基板を用いてヒータＮｏ．１に０．５４Ｗを与えた場合には、測定点１は約１２０℃まで昇温させることができるが、隣接する測定点２は約４０℃程度に抑えることができる。一方、Ｓｉ基板を用いてヒータＮｏ．１に０．６Ｗを与えた場合には、測定点１でさえほとんど昇温させることができない。これはヒータＮｏ．１から基板を経由して熱が拡散して、光ファイバの昇温に寄与しなかったものと考えられる。さらにＳｉ基板を用いた場合、ヒータＮｏ．１に５．０Ｗを与えた場合には、測定点１は約７０℃程度に昇温できるものの、隣接する測定点２から測定点１０までにわたって少しずつ昇温させている。この場合、基板を経由して隣接領域にまで熱が伝わっていることから、部分的な領域の温度調整は困難となっている。この例から、測定点１で同じ温度に調整する場合には、石英ガラス基板のほうがＳｉ基板より熱効率がよく、隣接する測定点に与える影響についても石英ガラス基板のほうがＳｉ基板より低い。従って、基板として用いる材料は、石英ガラス等のように、熱伝導率がおよそ４０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下のものが好ましい。
【００３７】
なお、あらかじめ光ファイバに形成するグレーティングとしては、グレーティングピッチが等間隔の場合、グレーティングピッチが光ファイバの長手方向について変化しているチャープグレーティングの場合のいずれであってもよい。好ましくは、グレーティングピッチが光ファイバの長手方向について線形に変化しているチャープグレーティングである。グレーティングピッチが等間隔の場合には、薄膜Ｃｒヒータでグレーティングに温度勾配を与えることでグレーティングピッチを光ファイバの長手方向について変化させることができ、チャープグレーティングと同様に入射光に均一な波長分散を付与する機能を持たせることができる。
【００３８】
さらに、この光分散等化器１では、ヒータ２１によってグレーティング全体に温度勾配を付与しているが、ヒータと別にグレーティング全体に温度勾配を付与する温度勾配付与手段としての第２ヒータを設けてもよい。
【００３９】
また、この光分散等化器１では、ヒータ２１によってグレーティング全体を均一に昇温しているが、グレーティング全体を均一に昇温する全体加熱手段としての第３ヒータをヒータとは別に設けてもよい。なお、ヒータとは別に設ける第２ヒータによってグレーティング全体を均一に昇温すると共に、グレーティング全体に温度勾配を付与してもよい。この全体加熱手段によって、全体的に均一に昇温して、グレーティング間隔を均一に拡大させると共に、全体の屈折率を変化させることができる。この場合には、１０本の薄膜Ｃｒヒータに同一の電力を与えて加熱することによって行うことができる。これによりグレーティングによってブラッグ反射する波長が全体としてシフトするので、グレーティングで反射する波長帯域を調整できる。
【００４０】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る光分散等化器は、温度勾配付与手段として第２ヒータをヒータとは別に設けておき、ヒータではグレーティングの部分的な調整のみを行うことを特徴とする。図８に、本発明の実施の形態２に係る光分散等化器について、光ファイバ２の長手方向に垂直な面での断面図を示す。この光分散等化器は、実施の形態１に係る光分散等化器と比較して、ヒータ２１とは別にグレーティング３全体に温度勾配を付与する温度勾配付与手段として第２ヒータ２２が設けられている点で相違する。この第２ヒータは、ヒータ２１と光ファイバ２を挟んだ位置である溝１２の下部に設けられている。さらに、この第２ヒータ２２の形状は、ヒータ２１と同様の形状でもよく、一方、第２ヒータ２２から光ファイバに与える熱が光ファイバ２の長手方向について一様に増加又は減少するように温度勾配を効率的に付与する所定形状であってもよい。例えば、発熱体の幅が光ファイバ２の長手方向に沿って徐々に増加又は減少するような形状であってもよい。別の方法としては、複数の第２ヒータを設けておき、各第２ヒータごとの発熱が勾配を形成するように制御して温度勾配を付与してもよい。さらに各第２ヒータの発熱量を制御する第２ヒータ制御部を備えていてもよい。
【００４１】
この温度勾配付与手段によって、グレーティングに温度勾配を与えて波長分散の値を可変にできる。温度勾配付与手段としては、例えば、１０本の薄膜Ｃｒヒータに光ファイバ２の長手方向の長さに比例して加熱する手段がある。この温度勾配付与手段には、以下に説明する２つの作用がある。第１の作用として、温度勾配を与えることで熱膨張の量を長手方向で変えることができる。熱膨張の量を長手方向で変えることで、グレーティングピッチの一次関数を変化させて波長分散の値を調整できる。さらに、第２の作用として、光ファイバの屈折率は温度の関数であるため、温度勾配そのものによってチャープグレーティングと同様な効果が生まれ、波長分散の値を可変にできる。これは、グレーティング３の等価屈折率Ｎeffが温度の関数であるため、上記数１に従ってブラッグ反射する波長の分布が温度によって変化することによる。具体的には、例えば、図９に示すようにグレーティング３の両端部の周辺近傍に温度勾配付与手段として、第２ヒータ９ａ，９ｂを設ける場合を考える。それぞれの第２ヒータ９ａ，９ｂで光ファイバに与える熱を変えて、図１１の（ａ）に示すように、光ファイバの長手方向に与える温度勾配が急な場合（実線）と、緩い場合（点線）とする。温度が高い場合には等価屈折率Ｎeffが大きくなるため同じグレーティングピッチΛでブラッグ反射される波長λBは温度が低い場合に比べて大きくなる。そのため、図１１の（ｂ）に示すように、遅延量Ｄは、温度勾配の緩い場合の方が、温度勾配の急な場合よりも傾きが大きい。従って、図１１の（ｃ）に示すように、波長による微分である分散ｄＤ／ｄλは、温度勾配の緩い場合の方が、温度勾配の急な場合よりも大きくなる。そこで、光ファイバに付与する温度勾配を変えることで、光分散等化器が入射光に付与する波長分散を調整することができる。
【００４２】
また、この光分散等化器１では、温度勾配付与手段である第２ヒータ２２によってグレーティング３全体に温度勾配を付与できるので、ヒータ２１によってグレーティング３の部分的な領域の温度調整のみを行うことができ、より精度の高い分散補償を行なうことができる。
【００４３】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る光分散等化器は、温度勾配付与手段としての第２ヒータと光ファイバとの間に伝熱部材を設けて速やかに温度勾配を付与することを特徴とする。図１０に、本発明の実施の形態３に係る光分散等化器について、光ファイバ２の長手方向に垂直な面での断面図を示す。この光分散等化器は、実施の形態２に係る光分散等化器と比較して、第２ヒータ２２と光ファイバ２との間に伝熱部材としてシリコン膜２４（熱伝導率：１４８Ｗ／（Ｋ・ｍ））を設けている点で相違する。この光分散等化器は、第２ヒータ２２で発生する熱を熱伝導率の良好なシリコン膜２４で光ファイバの長手方向に伝熱して、グレーティング３全体に温度勾配を速やかに付与することができる。この光分散等化器では、この伝熱部材であるシリコン膜２４を設けたことによって、光ファイバ２そのものの伝熱による場合よりも速やかに光ファイバの長手方向に伝熱させることができる。
【００４４】
この光分散等化器において、第２ヒータと光ファイバとの間に設ける伝熱部材２４は、光ファイバよりも熱伝導率の高い材料からなる。具体的には、伝熱部材として、シリコン膜（熱伝導率：１４８Ｗ／（Ｋ・ｍ））、ジルコニア（ＺｒＯ2）、銅（Ｃｕ：熱伝導率４００Ｗ／（Ｋ・ｍ））等を用いることができる。さらに、この伝熱部材としては、熱伝導率が室温で６０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であるものが好ましい。
【００４５】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る光分散等化器は、光ファイバの上部のクラッド部が一部削られて、薄膜Ｃｒヒータとコア部とが接近して効率的に熱を伝えることを特徴とする。図１２に、実施の形態４に係る光分散等化器１について、光ファイバ２の長手方向に垂直な面での断面図を示す。この光分散等化器は、実施の形態１に係る光分散等化器と比較して、基板４に形成する溝１２の深さを９０μｍとして、挿入する光ファイバ２の上部のクラッド部７が一部削られている点で相違する。光ファイバ２のクラッド部７は、図１２に示されるように上部から約３５μｍ削られている。この光分散等化器では、クラッド上部を一部削ることで薄膜Ｃｒヒータ２１と光ファイバ２のコア部６との距離が近くなり、薄膜Ｃｒヒータ２１からグレーティング３を形成しているコア部６に効率的に熱を伝えることができる。なお、シングルモードファイバの場合には、コア部６から２０μｍ以上の厚さのクラッド部を残すことが好ましい。一方、分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）の場合には、コア部６から１０μｍ以上の厚さのクラッド部を残すことが好ましい。
【００４６】
この光分散等化器では、光ファイバ２を基板４に固定する固定方法としては、以下の手順によって行った。まず、ガラスペーストを塗布し、光ファイバ２を仮固定した後、高温で熱処理してペーストをガラス化させて固定する。次いで、ガラスと光ファイバ２上部のクラッドの一部を削って、基板とクラッド切削面とを同一平面にする。この光ファイバの固定後、光ファイバの側面及び下部にはガラスが存在し、光ファイバに応力がかかっているが、上部にはガラスがなく、光ファイバ２にかかる応力に異方性を生じる場合がある。この応力の異方性のために光ファイバ２に偏波モード分散（ＰＭＤ）が発生した場合には、クラッド切削面上にガラスを被覆して応力の異方性を解消することによって、偏波モード分散を解消することができる。このガラスの成膜は、ヒータ形成前あるいはヒータ形成後に行ってもよい。また、光ファイバを基板に固定するファイバ固定材としては、ガラスに限られず、石英、石英ガラス、アルミナ、エポキシ樹脂、ポリイミド、シリコン系樹脂、ラダーポリマとＳｉＯ２との複合物等を用いることができる。また、応力の異方性を解消するために被覆する被覆材は、上記ファイバ固定材と同一の材料である場合に限られず、ガラスの他、石英、石英ガラス、アルミナ、エポキシ樹脂、ポリイミド、シリコン樹脂、ラダーポリマとＳｉＯ２との複合物等を用いることができる。
【００４７】
なお、ヒータの周辺近傍の光ファイバ２を構成しているクラッド部の一部を除去するのが好ましい。この光分散等化器１では、基板４に形成した溝１２からはみ出ているクラッド部を削って除去しているが、クラッド部の除去手段はこれに限られない。ヒータ２１を溝の下部に設ける場合には、光ファイバ２を溝１２に挿入する前にあらかじめクラッド部７を削って除去した後、溝１２に挿入してもよい。
【００４８】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る光分散等化器は、基板に側溝を設けて空気の断熱層を形成して光ファイバに効率よく熱を伝えることを特徴とする。図１３に、本発明の実施の形態５に係る光分散等化器について、光ファイバ２の長手方向に垂直な面での断面図を示す。この光分散等化器は、実施の形態１に係る光分散等化器と比較して、光ファイバ２を挿入している基板４に設けた溝１２から左右に０．５ｍｍ離れて光ファイバに平行に側溝１４を設けている点で相違する。この側溝１４によって光ファイバの左右に空気の断熱層を形成することができ、基板４を経由しての伝熱を抑制してヒータである薄膜Ｃｒヒータ２１から光ファイバに効率よく熱を伝えることができる。そこで、この光分散等化器により、グレーティング３の部分的な領域の温度調整ができ、「分散リップル」を解消して精度の高い分散補償ができる。なお、空気の断熱層の形成方法は上記の場合に限られない。
【００４９】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係る光分散等化器は、基板上に光ファイバをそのまま固定しており、ヒータによってグレーティングの部分的な調整ができる点を特徴とする。図１４に、本発明の実施の形態６に係る光分散等化器について、光ファイバ２の長手方向に垂直な面での断面図を示す。この光分散等化器は、光ファイバ２を、実施の形態１に係る光分散等化器のように基板４に設けた溝に挿入するのでなく、基板４上にそのまま固定している点で相違する。より詳細には、ヒータ２１は、基板４と光ファイバ２との間に形成している。この光分散等化器１では、ヒータ２１によってグレーティングの部分的な領域の温度調整をすることができるので、精度の高い分散補償をすることができる。
【００５０】
実施の形態７．
本発明の実施の形態７に係る光分散等化器は、光ファイバとヒータを被覆部材で覆って、ヒータの熱が隣接する領域に伝わるのを防止していることを特徴とする。この光分散等化器は、ヒータによってグレーティングの部分的な温度調整を行って、図５に示すような「分散リップル」を解消でき、精度の高い分散補償ができる。さらに、被覆部材を設けたことによって、ヒータの熱が外部を経由して光ファイバの隣接する領域に伝わるのを防止でき、より精度の高い分散補償ができる。図１５に、本発明の実施の形態７に係る光分散等化器について、光ファイバ２の長手方向に垂直な面での断面図を示す。この光分散等化器は、実施の形態６に係る光分散等化器と比較すると、図１５に示すように、光ファイバ２を被覆部材として石英ガラス２３（熱伝導率：１．３８Ｗ／（Ｋ・ｍ））で被覆している点で相違する。この石英ガラス２３によって光ファイバ２を保護するとともに、ヒータ２１から光ファイバ２に伝わる熱が被覆部材を介して光ファイバ２の隣接する領域に伝熱するのを防止している。
【００５１】
この光分散等化器の構成について以下に説明する。この光分散等化器において、被覆部材である石英ガラス２３による被覆は、高さ０．５ｍｍ、幅１ｍｍとした。また、ヒータは、光ファイバの長手方向の長さ１．２４５ｍｍ、幅０．０６ｍｍ、厚さ０．５μｍの薄膜Ｃｒヒータを０．００５ｍｍの間隔ごとに３４本形成している。
【００５２】
また、この光分散等化器で用いている光ファイバ２を被覆する被覆部材としては、石英ガラス（熱伝導率：１．３８Ｗ／（Ｋ・ｍ））に限られず、外部からの熱を伝えにくく、同時に光ファイバから外部に放出する熱を防ぐように熱伝導率が低い材料からなることが好ましい。この被覆部材２３としては、熱伝導率が６０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなる被覆部材２３が好ましい。さらに好ましくは、熱伝導率が４０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料である。具体的には、被覆部材２３は、好ましくは、石英、石英ガラス、ガラス、アルミナ（熱伝導率：３６Ｗ／（Ｋ・ｍ））、ポリイミド、Ｓｉ系樹脂のうちの少なくとも一種からなる。
【００５３】
次に、この光分散等化器において、被覆材に関する検討について、図１６を用いて説明する。光分散等化器の全体の構成は、被覆材を石英ガラス、アルミナ、シリコンのそれぞれを用いた点で相違するが、これ以外の構成は図１５の断面図に示すものと実質的に同じである。図１６は、それぞれの被覆材を用い、同様な電力を与えた場合に得られるグレーティング位置の温度分布である。この図１６について、説明する。第１に、石英ガラスによって被覆した場合には、実質的に温度がグレーティング位置について一定の傾きを持つ直線的な温度分布を得ることができ、両端部の温度差を約５０℃とすることができた。第２に、アルミナによって被覆した場合には、温度分布は若干直線からずれ、石英ガラスの場合と若干の差異が見られる。ただ、両端部の温度差もほぼ５０℃とすることができた。第３に、シリコンによって被覆した場合には、シリコンの熱伝導率が高いため、被覆材のシリコンを介して熱伝導してしまう。このため、グレーティング位置に対して一定の傾きを持つ直線的な温度分布を形成することができず、直線から大きく外れてしまう。この場合の群遅延時間の波長依存性は、曲線的な特性となり、一定の分散値ではなくなる。このことから、光ファイバの被覆材は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）（熱伝導率：３６Ｗ／（Ｋ・ｍ））の熱伝導率と同じかそれ以下の熱伝導率、具体的には好ましくは４０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下、さらに好ましくは３６Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の熱伝導率を有する被覆材が好ましい。このような被覆材を用いることで一定の傾きを持つ直線的な温度分布の他、曲線的な温度分布も作ることができる。
【００５４】
実施の形態８．
本発明の実施の形態８に係る光分散等化器について説明する。この光分散等化器は、実施の形態７に係る光分散等化器と比較すると、図１７に示すように、グレーティングの長手方向の中央部にサーミスタ２５、基板４の下部に設けられたヒートスプレッダ２６、ペルチエ素子２７と、ペルチエコントローラ２８とからなる温度制御回路を備えている点で相違する。グレーティング全体にわたってヒータで加熱して分散を変化させると、この温度制御回路は、サーミスタ２５からの信号によってペルチエコントローラ２８でペルチエ素子２７による加熱又は冷却温度を制御し、グレーティングの長手方向の中央部における温度を実質的に一定に保持している。これによってグレーティング全体の分散を変化させた場合にも中心波長の群遅延時間を一定に保持している。
【００５５】
次に、上記温度制御回路の構成について説明する。この温度制御回路のヒートスプレッダには、熱伝導率が高いシリコン板を用いている。また、この温度制御回路の動作は、以下の手順で行われる。
（１）まずグレーティングの長手方向の中央部に設けられたサーミスタ２５で温度上昇を検出した場合には、温度上昇ΔＴがあったことをペルチエコントローラ２８に伝える。
（２）ペルチエコントローラ２８で、グレーティング温度を所定値に制御するようにペルチエ素子２７へ制御信号を伝達する。
（３）ペルチエ素子２７によって、ヒートスプレッダ２６を介して基板４及びグレーティングを加熱又は冷却し、グレーティングの中央部を所定温度に保持する。
【００５６】
なお、この温度制御回路では、ペルチエ素子２７によって基板４及びグレーティングの全体にわたって加熱又は冷却しているがこれに限られず、グレーティングの長手方向を複数の領域に分割した局部的な領域ごとにそれぞれペルチエ素子を配置して、各領域ごとに加熱又は冷却してもよい。また、サーミスタによる検出温度によってペルチエ素子による加熱又は冷却とヒータによる加熱とのフィードバックを行って温度制御してもよい。また、ヒートスプレッダ２６は、熱伝導率の高いシリコン板を用いているが、これに限られず、熱伝導率の高い、好ましくは熱伝導率が６０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上のものを用いることができる。
【００５７】
上記温度制御回路によって、グレーティングに種々の傾きの温度分布を付与した場合にもグレーティングの中央部の温度を実質的に一定に保持することができる。例えば、図１８の（ａ）の線ａ、ｂ、ｃに示すように、グレーティング位置について種々の温度分布を形成した場合、図１８の（ｂ）の線ａ、ｂ、ｃに示すように、分散を変化させることができる。この場合にも、中心波長の群遅延時間を実質的に一定に保持することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上、詳述した通り、本発明に係る光分散等化器によれば、ヒータによってグレーティングの部分的な領域の温度調整を行うことができるので、「分散リップル」を解消して精度の高い分散補償ができる。
【００５９】
本発明に係る光分散等化器によれば、ヒータによってグレーティングの部分的な領域の温度調整を行うことができるので、「分散リップル」を解消して精度の高い分散補償ができる。
【００６０】
また、本発明に係る光分散等化器によれば、制御部によって、少なくとも一つのヒータを制御してグレーティングを局所的に加熱して部分的な領域の温度調整を行うことができるので、「分散リップル」を解消して精度の高い分散補償ができる。
【００６１】
さらに、本発明に係る光分散等化器によれば、チャープグレーティングを用いることで所定の分散を与える分散補償を行うことができる。
【００６２】
またさらに、本発明に係る光分散等化器によれば、グレーティングに温度勾配を付与する温度勾配付与手段をさらに備えるので、ヒータでは部分的な温度調整のみを行うことができる。
【００６３】
また、本発明に係る光分散等化器によれば、温度勾配付与手段と光ファイバとの間に基板より熱伝導率の高い伝熱部材を設けているので、光ファイバに効率よく温度勾配を付与することができる。
【００６４】
さらに、本発明に係る光分散等化器によれば、伝熱部材に熱伝導率が６０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上の材料からなるものを用いているので、光ファイバにより効率よく温度勾配を付与することができる。
【００６６】
また、本発明に係る光分散等化器によれば、光ファイバの周辺近傍に熱伝導率が４０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなる被覆部材を設けているので、ヒータからの熱が外部を経由して逃げたり、光ファイバの隣接領域に伝熱することを防止でき、より精度の高い分散補償ができる。
【００６８】
またさらに、本発明に係る光分散等化器によれば、熱伝導率が４０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下の材料からなる基板を用いているので、ヒータからの熱が外部を経由して逃げたり、光ファイバの隣接領域に伝熱することを防止できる。
【００６９】
また、本発明に係る光分散等化器によれば、グレーティングの全体を加熱する全体加熱手段をさらに備えるので、ヒータでは部分的な温度調整のみを行うことができる。
【００７０】
さらに、本発明に係る光分散等化器によれば、グレーティングに付与する温度分布を種々変化させた場合にも、グレーティングの中央部の温度を所定温度に保持している。これによって中心波長の群遅延時間を一定に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る光分散等化器の上面図である。
【図２】  図１におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】  チャープグレーティングでの波長による遅延の発生を示す概念図である。
【図４】  （ａ）は、図３のチャープグレーティングによってブラッグ反射される波長と群遅延Ｄの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、分散ｄＤ／ｄλと波長との関係を示すグラフである。
【図５】  本発明の実施の形態１に係る光分散等化器によって入射光に与える群遅延時間と波長との関係について、部分的な領域の温度調整を行う前（直線）と、部分的な領域の温度調整後（点線）のグラフである。
【図６】  図５の部分的な領域の温度調整を行う場合のブロック図である。
【図７】  基板として、石英ガラス基板を用いた場合と、Ｓｉ基板を用いた場合に、所定のヒータで加熱した場合の光ファイバの各測定点における温度を示すグラフである。
【図８】  本発明の実施の形態２に係る光分散等化器における光ファイバの長手方向に垂直な面での断面図である。
【図９】  本発明の実施の形態２に係る光分散等化器における温度勾配によって形成したチャープグレーティングでの波長による時間遅延の発生を示す概念図である。
【図１０】  本発明の実施の形態３に係る光分散等化器における光ファイバの長手方向に垂直な面での断面図である。
【図１１】  （ａ）は、図１０の長手方向の温度勾配の緩急を示すグラフ、（ｂ）は、（ａ）による時間遅延量と波長との関係を示すグラフ、（ｃ）は、（ｂ）の傾きである分散ｄＤ／ｄλと波長との関係を示すグラフである。
【図１２】  本発明の実施の形態４に係る光分散等化器における光ファイバの長手方向に垂直な面での断面図である。
【図１３】  本発明の実施の形態５に係る光分散等化器における光ファイバの長手方向に垂直な面での断面図である。
【図１４】  本発明の実施の形態６に係る光分散等化器における光ファイバの長手方向に垂直な面での断面図である。
【図１５】  本発明の実施の形態７に係る光分散等化器における光ファイバの長手方向に垂直な面での断面図である。
【図１６】  本発明の実施の形態７に係る光分散等化器において、種々の被覆材を用いた場合の温度分布を示すグラフである。
【図１７】  本発明の実施の形態８に係る光分散等化器における光ファイバの長手方向に垂直な面での断面図である。
【図１８】  （ａ）は、グレーティング位置とその温度分布を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）の温度分布によって調整された群遅延時間の波長依存性を示すグラフである。
【図１９】  従来の分散補償器を示す平面図である。
【符号の説明】
１  光分散等化器、２  光ファイバ、３  グレーティング、４  基板、５  入出力光、６  コア部、７  クラッド部、８  樹脂、９ａ、９ｂ  温度印加手段、１０  制御部、１２  溝、１４  側溝、１６  光信号入力端子、１８  光サーキュレータ、２０  光信号出力端子、２１  ヒータ（薄膜Ｃｒヒータ）、２２  温度勾配付与手段（第２ヒータ）、２３  被覆部材（石英ガラス層）、２４  伝熱部材（シリコン膜）、２５  サーミスタ、２６  ヒートスプレッダ、２７  ペルチエ素子（温度可変手段）、２８  ペルチエコントローラ、３０  分散補償器、３１  温度コントローラ、３２  温度伝達部分、３３  ファイバグレーティング、３４  張力伝達部分、３５  張力コントローラ、３６  サーマルプレート
【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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