JP2002508534A - 同調可能な非線形チャープ格子 - Google Patents

同調可能な非線形チャープ格子

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カイ ミン フェン
ジン シン カイ
アラン エリ ウィルナー
ビクター グラブスキー
ドミトリー スターオデュバー
ジャック ファインバーグ
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ユニバーシティ オブ サザン カリフォルニア
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Abstract

(57)【要約】 同調可能な分散補償、直接変調されるダイオードレーザ（１０２）のチャープの縮小、および光パルスの操作を達成するための非線形チャープファイバ格子（１００）を提供する。動的な分散補償の機構は、上記の非線形チャープファイバ格子（１００）に基づいたファイバ通信システムで実施され得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の属する技術分野）
【０００２】 本発明は光学分散の補償および光パルスの操作に関し、さらに具体的に述べる
と、波長依存遅延を起こすことができる光格子（グレーティング）を有する装置
およびシステムに関する。
【０００３】 （発明の背景）
【０００４】 多くの光学材料は、異なる波長の光波に対して異なる応答を示す。良く知られ
ている現象の一つは色分散であり、単に“分散”と呼ばれることが多く、そこで
は媒質の屈折率が光波の波長に依存している。光の速度は屈折率に依存している
ので、分散により、異なる波長の光波が、与えられた媒質中を異なった速度で進
まされる場合が多い。
【０００５】 光学材料の分散は、一般に、波長に対して非線形の関係になっている。群速度
は分散の特性を決定するのに使用されることが多い。群速度は、媒質中の光波の
伝搬定数の周波数に関する導関数に関連がある。一次群速度の分散（first-orde
r group velocity dispersion）は一般に、光の波長の変化に対するファイバの 単位長の光伝搬時間の変化として表される。電気通信における従来のファイバの
場合、一次群速度の分散は、１５５０ｎｍにおいて１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのオー
ダーである。
【０００６】 多くの用途で、光信号は異なる波長の分光成分で構成されている。例えば、単
一周波数の光伝搬波を変調させて、情報を伝搬波に組みつける（impose）ことが
できる。かような変調によって、伝搬波の周波数とは異なる周波数の変調側波帯
が生成する。他の例の場合、光データの処理および光データ通信の用途に広く使
用されている光パルスは、特定の分光範囲の分光成分をもっている。その分散作
用は、異なる分光成分に対する遅延が異なるため、信号に対して有害な作用を起
こす。
【０００７】 特に、分散は、単一チャネルまたは波長分割多重 (“ＷＤＭ”)ファイバの通 信システムにおいて、信号反応器（repeater）なしで、システムのデータ転送速
度と伝送距離を増大するのに障害になっている。市場で増大している需要を満た
すため、１０Ｇｂｉｔｓ／ｓ又はそれ以上のデータ伝送速度が要求されている。
分散は距離が増大するにつれて蓄積されて、パルスの広がり又は拡大を誘発する
。パルス列中の隣接する二つのパルスは、高いデータ伝送速度において互いにオ
ーバーラップすることがある。このようなパルスのオーバーラッピングによって
、データ伝送にエラーが起こることが多い。
【０００８】 ファイバシステムにおける分散作用は、そのファイバのゼロ分散波長のまたは
、その近くの線幅が狭い光伝搬波を使用することによって有意に減らすことがで
きる。例えば、光源としての単一モード（シングルモード）のＤＦＢレーザによ
って１．３μｍの近くで作動するファイバシステムは、上記目的に使用できる。
【０００９】 あるいは、分散は、分散補償素子を使用することによって補償することができ
る。この補償は、例えば、分散補償ファイバ（“ＤＣＦ”）を実現して、逆の符
号（サイン）を有する分散を、ファイバリンク（fiber link）に蓄積された分散
中に導入することによって達成できる。一般に、ＤＣＦは、通常のファイバより
、多数倍分散性である（例えば５〜１０倍）。ＤＣＦで補償されたシステムの一
例が、Nuytsら「Performance improvement of 10Gb/s standard fiber transmi
ssion systems by using SPM effect in the dispersion compensated fiber」 、IEEE Photon. Tech. Lett.、８巻１４０６〜１４０８頁１９９６年に記載され
ている。
【００１０】 分散を補償する他の方法は、線形にチャープされた格子ピリオド（格子周期）
（linearly chirped grating period）を有するファイバ格子を使用している（ 例えば、Lohら「10Gb/s transmission over 700km of standard single-mode fi
ber with 10-cm chirped fiber grating compensator and duobinary transmitt
er」IEEE photon.Tech.Lett.、８巻１２５８〜１２６０頁１９９６年参照）。ブ
ラッグの位相一致条件（Bragg phase-matching condition）を満たす波長を有す
る光信号の分光成分はファイバ格子から反射される。残りの分光成分は、ファイ
バ格子を透過する。ファイバ格子の異なる位置におけるブラッグの位相一致条件
は、格子ピリオド（grating period）をチャープすることによって区別される （differentiate）。
【００１１】 ファイバ格子の共鳴波長は、その位置によって変化する。格子ピリオドが、フ
ァイバ格子の方向にそって増減するにつれて、共鳴波長が増減する。したがって
光信号中の異なる分光成分は、異なる位置で反射されかつ異なる遅延を有する。
このような波長に依存する遅延を使用して、ファイバリンクに蓄積された分散を
打ち消す（negate）ことができる。
【００１２】 また、均一なピリオドを有するファイバ格子を使用して、異なる位置で反射さ
れた光波に、異なる遅延を起こさせて、分散を補償することができる。Ohnらは 、「Dispersion variable fibre Bragg grating using piezoelectric stack」 、Electron.Lett.、３２巻２０００〜２００１頁１９９６年に、２１個の伸長性
ピエゾセグメント（Stretching piezo segment）を使うことによって、均一な
ファイバ格子に、不均一な伸長を起こすことを報告している。ファイバ格子のセ
グメントは異なる大きさの伸長を行うことができるので、ファイバの異なる位置
で、異なる分光成分に対し異なる遅延が生じて、分散を補償することができる。
【００１３】 （発明の要約）
【００１４】 本発明を開示して、ブラッグの位相一致条件を調節する機構を有する非線形に
チャープされた格子（以後、非線形チャープ格子と呼ぶ）を説明する。このよう
な非線形チャープ格子の分散は、制御可能な方式で、異なる分光成分間に所望の
相対遅延（relative delay）を有する所望の分散を生成させるべく動的に変化さ
せられ得る。
【００１５】 本発明の一実施態様に、非線形チャープ格子ピリオドを有する格子が含まれて
いる。その格子は、機械的に伸長可能であるかまたは圧縮可能な材料で製造され
る。トランスデューサが、制御電気信号に応じ格子のベクトルの方向にそって格
子の全長を均一に変化させるため、格子に連結される。格子を圧縮または膨張さ
せると、作動分光範囲内で分光シフトが行われる。非線形チャーピングによって
、異なる波長の異なる分光成分の相対遅延が、格子の全長にわたって変化する。
前記トランスデューサを制御して、格子の全長を圧縮または伸長し、同調可能な
分散プロファイルを生成させることができる。
【００１６】 トランスデューサの一実施態様としては圧電素子がある。外部電圧制御信号を
、圧電素子に加えて、非線形チャープ格子の長さを変化させる。
【００１７】 別の実施態様は、磁気ひずみ素子を使用し、外部制御磁界によって、格子の長
さを変化させる。
【００１８】 本発明の他の実施態様としては、格子の方向にそって、均一な格子ピリオドを
有し、かつ非線形にチャープされた実効屈折率を有する格子がある。格子の材料
は、格子の方向にそった空間可変性外部制御領域（spatially-varying external
control field）、例えば電界、電磁放射線界、または温度領域に応答性を有す
るから、実効屈折率の非線形チャープを調節して、異なる分光成分の相対遅延を
変化させ、同調可能な分散プロファイルを生成させることができる。
【００１９】 さらに他の実施態様は、非線形チャープ格子ピリオドと、格子方向にそった実
効屈折率において外部から調節可能なプロファイルとを有する格子である。この
格子の全長と実効屈折率は、個々に調節され、異なる分光成分の相対遅延を変化
させ、格子の作動空間範囲をシフトさせることができる。
【００２０】 どのように構築されても、非線形チャープ格子の周波数応答性は、格子の方向
にそった音響波伝搬を利用することによって同調させることができる。その音響
波は、格子の周波数応答に、付加的な変調側波帯を誘発する。このような変調側
波帯は、前記音響波の周波数に依存する周波数間隔（frequency spacing）だけ 、ベースバンド（base band）から転置される。したがって調節可能な分散は、 音響波の周波数を同調させることによって達成することができる。
【００２１】 本発明の一つの側面は、分散の補償である。本発明による非線形チャープ格子
は、ファイバリンクに配置されて、分散の作用を小さくする。かような格子が引
き起こす分散は、分散アナライザおよびフィードバック制御装置を含むファイバ
リンク内で変動する分散を補償するために、能動的に同調可能である。この同調
性は、通信トラフィックパターンが時間の経過とともに変化する動的ファイバネ
ットワークで有利に利用できる。例えば、所定のチャネルが、時折、ネットワー
クの異なる位置で発生するため、特定のファイバリンク内の、そのチャネルの蓄
積された分散は可変（定まらない）分散になる。したがって、そのファイバリン
クに必要な分散の補償はその変化に従って変える必要がある。また二点間伝送の
操作（作動）条件が変化しうることから、固定ファイバリンク内の信号の蓄積分
散は変化する。
【００２２】 本発明の他の側面は、直接、変調される半導体レーザのチャープ取消しである
。本発明の非線形チャープ格子は、変調誘発チャープ（modulation-induced chi
rp）に関するレーザパルス内に相補チャープ（complementary chirp）を生成さ せて、チャープの取消しを行うのに使用できる。本発明の上記格子の同調性によ
って、レーザ出力に異なる周波数チャーププロファイルを起こす異なる変調信号
に対しチャープ取消しを行うことができる。
【００２３】 本発明の別の側面は、非線形にチャープされた分散を使用して光パルスを圧縮
または伸長して所望のパルスプロファイルにする調節可能なパルス整形である。
【００２４】 本発明の上記のおよびその外の実施態様、側面および利点は、添付図面および
前記特許請求の範囲を含めて、以下の詳細な説明によって一層明らかになるであ
ろう。
【００２５】 （発明の詳細な説明）
【００２６】 図１は本発明の非線形チャープ格子１００を示す。格子１００は、ファイバま
たは導波路などの光波誘導素子１０４で形成されている。格子ピリオドΛ（ｘ）
および格子の実効屈折率ｎ（ｘ）は、導波素子１０４にそった位置ｘに少なくと
も部分的に依存している。入力された光信号１０２はほぼ直入射で、格子１０４
に入り、反射信号１１２と透過信号１１０を生成する。
【００２７】 入力光信号１０２中の、波長がλの分光成分は、波長λ、格子ピリオドΛ（ｘ
）および実効屈折率ｎ（ｘ）が下記ブラッグの位相一致条件：
【００２８】
【数１】 ２ｎ（ｘ）Λ（ｘ）＝λ
【００２９】 を満たすとき位置ｘで反射される。したがって、反射波の波長λは、格子パラメ
ータｎ（ｘ）Λ（ｘ）にしたがって、位置ｘによって変化する。異なる波長の異
なる分光成分は、異なる位置で反射され、異なる位相遅延を有している。例えば
、格子パラメータｎ（ｘ）Λ（ｘ）がｘとともに増大すると、ブラッグの位相一
致条件を満たす短波長の分光成分は、長波長の成分より前の位置で反射される。
上記ブラッグの位相一致条件を満たさない入力信号１０２中の分光成分は、信号
１１０で示すように、導波素子１０４を透過する。格子パラメータｎ（ｘ）Λ（
ｘ）は、格子１００から反射される信号の分光範囲を決定する。このことは、分
散の補償とパルス整形の基礎になっている。
【００３０】 格子１００は、一般に、非線形チャープ格子パラメータｎ（ｘ）Λ（ｘ）を有
するよう配置構成されている。すなわち、ｎ（ｘ）Λ（ｘ）は、位置ｘによって
非線形に変化する。これらは非線形にチャープされたｎ（ｘ），Λ（ｘ）または
両者の組合せによって達成できる。
【００３１】 格子１００を調節して、異なる反射分光成分の反射スペクトルと相対遅延を変
えることができる。格子制御装置１２０は、格子１００のｎ（ｘ）とΛ（ｘ）の
うち少なくとも一方を変えることによって、格子パラメータｎ（ｘ）Λ（ｘ）の
制御を実行する。これによって、異なる反射分光成分の動的に同調可能な反射ス
ペクトル範囲と相対遅延が提供される。
【００３２】 図２は、非線形チャープ格子１００の一実施態様２００を示す。ファイバ格子
２０４は、一定の実効屈折率ｎ（ｘ）＝ｎおよび非線形チャープ格子ピリオドΛ
（ｘ）を有している。したがって、位相が一致した波長は、Λ（ｘ）のみにした
がって位置ｘによって（位置ｘとともに）変化する。ファイバ伸長装置２２０が
、ファイバ格子２０４に連結されて、格子２０４の全長を変える。これによって
、異なる分光成分の反射スペクトルと相対遅延が制御される。
【００３３】 ファイバ格子２０４が伸長されると、各格子間隔が増大する。したがって、各
格子位置での、位相が一致した波長は増大する。これにより、反射スペトルは長
波長側にシフトする。この作用を図３Ａに示す。図３Ａにおいて、曲線３０２と
３０４は、それぞれファイバの伸長の前と後の反射スペクトルのプロファイルを
示す。
【００３４】 格子ピリオドΛ（ｘ）は非線型にチャープされているので、反射分光成分の遅
延は、位置ｘに非線形に依存している。加えて、ファイバ全長が変化すると、フ
ァイバ格子２０４にそった異なる位置においてΛ（ｘ）の異なる変化が起こる。
これは、ブラッグの位相一致条件を満たす異なる波長に対して異なる相対遅延を
生成する。このような作用は、同調可能な分散補償プロファイルを作成するのに
利用できる。
【００３５】 図３Ｂは、ファイバ伸長の前後の二つの波長の相対時間遅延を示すチャートで
ある。曲線３０６は、ファイバを伸長する前の波長の関数とする時間遅延を示し
ている。二つの異なる波長λ１とλ２は、互いに対して相対時間遅延Δｔを有し
ている。ファイバ格子が伸長された後、両波長の時間遅延は増大し（曲線３０８
）、そして、相対時間遅延Δｔ’は一般にΔｔと異なっている。図示した実施例
において、相対時間遅延Δｔ’は増大している。
【００３６】 図２について述べれば、格子２０４を伸長できる装置はいずれも伸長装置２２
０として使用できる。例えば、圧電素子または磁気ひずみ素子は、外部の電圧界
または磁界に応じ、格子２０４の全長にわたる制御を行うために利用できる。圧
電トランスデューサおよび磁気ひずみトランスデューサは公知であるので、ここ
では説明しない。
【００３７】 不平等磁界でファイバを伸長するのに磁気ひずみロッドを使用する技術は、Cr
uzらが、「Fibre Bragg gratings tuned and chirped using magnetic fields」
、Electronics Letters，３３（３）巻２３５〜２３６頁１９９７年に開示して いる。なお、この文献は本願に援用するものである。この技術は、格子の長さを
調節するために、図２の実施態様２００に利用され得る。特に、ファイバ格子２
０４は、非線形にチャープされているので、分散応答を同調させるために、勾配
磁界ではなくて平等磁界がファイバ格子２０４を不平等に伸長するように使用さ
れ得る。
【００３８】 図４は、圧電素子を使用して行う実施態様２００の実行を示す。圧電素子（ピ
エゾ素子）４１０の二つの末端がそれぞれ、例えば、エポキシ樹脂などの接着剤
を使って、非線形にチャープされたファイバ格子４０６の二つの側部に固定され
ている。電圧源４１２が、制御電圧を圧電素子４１０に印加して圧電素子の長さ
を変化させ、その圧電素子が、その緊張（ひずみ）をファイバ格子２０４に結合
させる。光サーキュレータ４０４が、入力された光信号４０２をファイバ４０６
に結合するため、及び反射信号４０８を送るために使用される。任意の光アイソ
レータが、光フィードバック信号（光帰還信号）を拒絶するために、ファイバ格
子４０６の他方の末端に配置されうる。
【００３９】 非線形チャープファイバ格子２０４は、３００ｎｍの光ビームを用いる位相の
マスク（phase mask）でつくられる干渉パターンを使用する近紫外線法で製造す
ることができる。波長３００ｎｍの光の、ファイバコアへの吸収は、ファイバ内
のコアとクラッディングの界面の損傷を避けるのに十分に小さい。感光性ファイ
バ（例えば、QPS Technologyにより製造されるタイプのもの）を、まず、高圧の
分子水素チャンバー内に、約２５０ａｔｍで、約６０℃にて、約２日間、浸漬し
て、コアに、約２．５ｍｏｌ％の推定水素濃度を与える。
【００４０】 図５は、水素を負荷した感光性ファイバ５００内に、非線形チャープ格子２０
４が形成されるのを示す。３００ｎｍ近傍の一群のスペクトル線で作動するＵＶ
アルゴンレーザからの光ビーム５０２を、約２００Ｗ／ｃｍ２の強度で長さが５
０ｍｍの線形にチャープされた位相マスク５０４を通じて、ファイバコアに集中
させる。二つの一次回折ビーム５０２ａと５０２ｂが互いに干渉して、ファイバ
コアが位置している位相マスク５０４のすぐ近くに干渉パターンを生成する。フ
ァイバ５００上の１ｍｍのスポット各々が、５〜１００ｓｅｃの範囲の時間、露
光（暴露）される。各露光の後、ファイバ５００とマスク５０４を、紫外光ビー
ム５０２に対して１ｍｍ並進させ、そのプロセスを繰り返す。可変露光時間によ
って、図５の挿入図に示すように非線形チャープが誘発される。
【００４１】 図６Ａは、圧電素子４１０に印加される制御電圧の関数として測定された、反
射信号４０８の波長シフトを示す。図６Ｂは、圧電素子４１０に、５００Ｖと１
０００Ｖの電圧をそれぞれ印加してファイバを伸長することで起こる反射スペク
トルのシフトを示す。約１０００Ｖの制御電圧が圧電素子４１０に印加されると
、反射バンドは約１．５ｎｍシフトし、波長のシフトは電圧に対して線形（直線
的）である。そのバンド幅は約１ｎｍであり、その反射率は約８５％から１００
％まで変動する。すなわち約０．７ｄＢ変動する。分散は非線形にかつ滑らかに
、３００ｐｓ／ｎｍから１００ｐｓ／ｎｍまで変化する。印加電圧が増大するに
つれて、時間遅延曲線は、その滑らかな形をひずませることなく、長波長側にシ
フトする。したがって、与えられた透過されるチャネルの波長に対し、そのチャ
ネルは、非線形チャープファイバ格子の異なる伸長に対応する異なる分散の補償
に遭遇する。
【００４２】 図６Ｃは、さらに、ファイバ格子が、異なる制御電圧下で異なる大きさの伸長
がなされたときに、波長の関数として測定された、反射信号の非線形の時間遅延
を示す。
【００４３】 圧電素子４１０の長さを変調（調整）して、分散の切換えを行うことができる
。図６Ｄは、ファイバ格子４００を使用して、変調分散を有する信号を生成する
システムを示す。変調信号ジェネレータ６１０は、圧電制御装置４１２を変調（
調整）して、ファイバ格子４０６の長さを変調（調整）する。０．３ｎｍのバン
ド幅を有する帯域干渉フィルタを用いて、ファイバ格子４０６からの反射出力を
フィルターする。光検出器６３０が、フィルタ６２０からの透過信号（伝送信号
）を受信する。オシロスコープ６４０を用いて、光検出器６３０からの信号の時
間応答を見る。
【００４４】 図６Ｅは、圧電素子４１０に印加される変調制御電圧を示す。１０Ｈｚ、５０
Ｈｚ、１００Ｈｚ、および２５０Ｈｚの変調周波数における測定値を図６Ｆに示
す。圧電素子４１０は、０〜５００ボルトの変調を用いて、約１００Ｈｚまで変
調され得る。周波数応答の上限は、ＰＺＴの特性によって制限される。この動的
応答によって、１０ｍｓより小さい分散の補償が、回路によって切換えられる光
ネットワークにおいて達成される。
【００４５】 図１に示す非線形チャープ格子１００は、外部電界に依存する屈折率を有する
導波素子を使用しても実施できる。かような導波素子の一例は、電気光学効果を
示す誘電体導波路またはファイバである。ＬｉＮｂＯ３が通常使用される電気光
学材料である。図７は、かような導波素子７０４内の、非線形チャープ格子ピリ
オドを有する格子７００を示す。導波素子７０４の実効屈折率ｎ（ｘ）は電界に
よって変動する。一連の電極対７１２、７１４が導波素子７０４にそって配置さ
れて調節可能な局所領域（局所的な電界）を生成する。電界制御モジュール７１
０が、電界の空間変動を制御して、所望の非線形にチャープされたｎ（ｘ）を生
成して分散を調節する。
【００４６】 図８は、電磁放射線を使って、導波素子８０４の屈折率ｎ（ｘ）の空間変動を
制御する別の実施態様８００を示す。導波素子８０４は、放射線界８０２に応答
し、その放射線界に依存する屈折率ｎ（ｘ）を有している。例えば光屈折性の結
晶や重合体などの感光性材料が本発明を実施するために使用され得る。屈折率ｎ
（ｘ）の非線形チャーピングは、格子にそって非線形な強度分布を持つ電磁放射
線界８２０を加えることによって形成される。放射線発生器８１０は、電磁放射
線界８２０の強度変動Ｉ（ｘ）を制御するように配置構成されている。光周波数
の範囲の範囲内で、放射線発生器８１０はレーザでもよい。
【００４７】 さらに、音響波を使用して、上記いずれかの非線形チャープ格子の応答を変調
し、出力周波数を同調させることができると考えられる。図９は、かような音響
同調機構を有する非線形チャープ格子９００を示す。音響波発生器９１０が同調
可能な音響波９１２を生成する。音響波カプラ１１４、例えば音響集束ホーンは
、音響波を格子１０４の中に結合させる。
【００４８】 操作中、音響波は、格子と相互に作用して、ブラッグの共鳴条件によって生成
されるベースバント（ベース帯域）の両側に二つの追加の狭いバンド（帯域）の
ピークを誘発する。両側波帯（サイドバンド）の周波数成分は、ベースバンドの
周波数成分と同じ相対遅延を有しているが、特定の大きさの周波数だけ、ベース
バンドからシフトする。この周波数シフトは音響波の周波数に依存している。し
たがって、側波帯の周波数は、音響波の周波数を変えることによって調節可能で
ある。Liuらは、”Improved Efficiency Narrow-Band Acoustooptic Tunable R
eflector using Fibre Bragg grating”、post deadline Paper PD4、Annual Mee
ting Optical Society of America”、Bragg Gratings、Photosensitivity and P
oling in Glass Fibers and Waveguides；Applications and Fundamentals”、バ
ージニア州ウイリアムズバーグ、１９９７年１０月２６〜２８日に上記技術を開
示している。なおこの文献は本願に援用するものである。
【００４９】 本発明の非線形チャープファイバ格子は二つの側面で同調可能である。第一に
、反射された信号と透過された信号の周波数プロファイルは、所望どおりにシフ
トすることができる。第二に、入力パルス中の異なる周波数成分の相対遅延は、
制御可能な態様で調節することができる。同調性の第一の側面は、波長分割多重
（wavelength-division multiplexed）ファイバ通信システムのような多波長光 子システムに有用である。同調性の第二側面は、多くの分散形光学システム（di
spersive optical system）、特にファイバ通信システムにおける動的分散補償 に利用できる。
【００５０】 図１０Ａは、本発明の同調可能な分散補償素子１０２０を有するファイバシス
テム１０００を示す。この同調可能な分散素子１０２０は非線形チャープ格子で
あってもよい。分散形ファイバシステム１０１０は、特定量の分散を有する光信
号１０１２を生成する。分散アナライザ１０３０は、信号１０１２内の蓄積され
た分散の量とサイン（符号）を測定する。同調可能な分散補償素子１０２０は、
この情報を利用して、信号１１２内の分散が補償される方式で分散の補償を調節 する。分散形ファイバシステム１０１０の分散が変化すると、それに応じて、同
調可能な分散補償素子１０２０が、前記分散の変化に応答して、出力１０３０に 所望の分散補償を維持する。
【００５１】 図１０Ｂは、非線形チャープファイバ格子１０２０ａを用いて、図１０Ａに示
すシステム１０００を実施するファイバ通信システム１００１のブロック図を示
す。格子制御装置１０４０は、分散アナライザ１０３０からの制御コマンドにし
たがって、格子パラメータｎ（ｘ）Λ（ｘ）を調節して、出力１０３０を、適正
に補償された状態に維持する。格子制御装置１０４０は、図２、７および８に示
す技術のいずれかまたは組合せでもよい。
【００５２】 分散アナライザ１０３０は、いくつもの方法で実行される。図１０Ｃは、振幅
変調分散検出器に対する位相変調を示す。位相変調器１０５１が、信号経路に配
置され、信号の位相を、分散形ファイバ（dispersive fiber）１０５０を通過す
るのに先立って変調する。包絡線検波回路１０６０は、光検出器１０７０が受信
した信号中の変換された振幅変調（その振幅は相対蓄積分散（relative accumul
ated dispersion）に相当する）を測定する。さらに具体的に述べると、分散の 極性が、ファイバ中の群速度分散の全分散とファイバの非線形性（非直線性）に
よって起こる自己位相の変調（self-phase modulation）を含めることによって 検出され得る。（Tomizawa ら 「Nonlinear influence on PM-AM conversion me
asurement of group velocity dispersion in optical fiber」、Electronics L
etters、３０（１７）巻１４３４〜１４３５頁１９９４年参照）。次に、変換さ
れた振幅変調の振幅を用いて、蓄積された分散を確認（決定，推定）して、同調
可能な分散補償素子に対する制御信号を生成させる。
【００５３】 図１０Ｄは、分散アナライザ１０３０の別の実施態様を示す。電気光学変調器
１０５２が、信号経路に配置され、分散形ファイバ１０５０を通過するのに先だ
って、信号の振幅を変調する。方形波を検出した後、信号から抽出したクロック
成分（clock component）の振幅を監視することによって、相対分散値が測定で きる。これはクロック成分モニタ１０６１によって行われる。その分散は、信号
のパルスを広げて信号の振幅を小さくするので、クロック成分の大きさは上記広
がりにしたがって小さくなる。したがって、分散補償器を調節してクロック振幅
の振幅を最大にすることによって、蓄積された分散を減らすかまたは取り消すこ
とができる。
【００５４】 分散アナライザ１０３０はさらに、分散形ファイバを通過する信号のビット誤
り率を直接、測定することにより実施され得る。このことを図１０Ｅに示す。分
散はデータパルスを広げるので、ビット誤り率（“ＢＥＲ”）が劣化（低下）す
る。ビット誤り率試験装置１０６２はビット誤り率を測定して、蓄積された分散
の相対的な情報を抽出する。同調可能な分散補償器へのフィードバック信号によ
って、分散の補償を調節して、ビット誤り率を減らすかまたは最小限にすること
ができる。
【００５５】 図１１Ａはさらに、図１０Ｂに示す動的ファイバシステム１００１の具体的な
実施態様を示す。電気光学変調器が、レーザビームに、データを１０Ｇｂｉｔｓ
／ｓで組み付ける（impose）。さらに、位相変調器は、光信号の位相を、通過前
に変調する。同調可能な分散変調器１１２０は、図４に示すような非線形チャー
プファイバ格子４００に基づいたものである。ファイバループ１１１０ａ、１１
１０ｂおよび音響光学スイッチ１１１６ｂを通過する信号経路は、音響光学スイ
ッチ１１１６ａを通過する信号経路よりもより分散形である。Ｅｒでドープされ
たファイバ増幅器１１０８ａ〜ｃを用いて、信号強度を、指定レベルより高く維
持する。信号１１１９の分散は、信号１１１９の小部分（例えば１０％）を分割
することによって、分散アナライザ１１２２によって検出される。信号１１１９ の大部分はファイバ格子４００に送られ、格子４００は分散が補償された出力１ １２０ｃを生成する。
【００５６】 分散アナライザ１１２２はＰＭ−ＡＭコンバータを使用して分散を測定する。
信号中の異なる分光成分の分散は群速度が異なるため、信号がファイバ経路の特 定の距離を走行した後、位相変調が振幅変調に変換される。蓄積された分散は分 散アナライザ１１２２によって測定される。分散アナライザ１１２２はさらに、
対応する制御信号を、同調可能なファイバ格子４００に対して発する。
【００５７】 ビット誤り率試験器１１３０を使用して、ビット誤り率を測定して、分散補償
モジュール１１２０の性能を評価する。モジュール１１２０からの出力１１２０
ｃを増幅し、次いで帯域幅が０．３ｎｍである帯域フィルタ１１２６でフィルタ
ーする。
【００５８】 図１１Ｂは信号パワー（ｄＢｍ）の関数としてビット誤り率を測定した結果を
示す。図１１ＣはＰＺＴ同調に対する制御信号が、入力信号の分散のレベルに応
答してどのように生成するかを示す。図１１Ｄは、動的分散補償によって、ＢＥ
Ｒが有意に改善されたことを示すアイダイアグラム（eye diagram）の測定結果 を示す。
【００５９】 また、上記の非線形チャープ格子は、例えば、直接変調されたレーザのチャー
プ取消し、およびパルスの整形などの他の用途にも利用できる。
【００６０】 図１２は、変調チャープ（modulation chirp）を減らすための非線形チャープ
導波路格子１２３０を有するインテグレートされた（集積化）半導体レーザモジ
ュール１２００を示す。レーザダイオード１２１０が、基板１２０２上に形成さ
れている。変調信号１２１２がレーザダイオード１２１０に加えられて、駆動電
流が変調される。このような直接変調によって、レーザダイオード１２１０の出 力に周波数チャープが起こる。非線形チャープ導波路格子１２３０が基板１２０
２上に形成され、分散を形成して周波数チャープを減らす。
【００６１】 変調信号１２１２の変調周波数が変化すると、レーザ出力のチャープも変化す る。上記同調周波数と、レーザ出力のチャープとの関係は測定することができる
。この関係に基づいて、制御回路１２５０は対応する分散制御信号１２５２を生
成して格子１２３０の分散を調節するように配置構成され得る。
【００６２】 図１３はさらに、パルス整形を行うシステム１３００のブロック図を示す。非 線形チャープ格子１３３０が、レーザ１３１０からの入力パルス１３１２に対し
可変分散を生成して、格子１３３０からの出力１３４０が所望のパルス波形を有
するようにすることができる。
【００６３】 本発明を、いくつもの実施態様によって詳細に説明してきたが、特許請求の範
囲の範囲と精神を逸脱することなく、各種の変更と拡大を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 導波素子内の非線形チャープ格子を示す線図である。
【図２】 非線形チャープ格子ピリオドを有する格子を示す線図である。
【図３Ａ】 ファイバを伸長することによって起こる、非線形チャープファイバ
格子の反射スペクトルのシフトを示すチャートである。
【図３Ｂ】 ファイバを伸長することによって起こる、二つの異なる波長の反射
信号の相対時間遅延を示すチャートである。
【図４】 圧電素子を使う図２のシステムの一実施態様の線図である。
【図５】 感光性ファイバの非線形チャープ格子を製造する一方法を示す概略図
である。
【図６Ａ】 図４に示すシステムのファイバを伸長することによって起こる、反
射信号の波長シフトの測定結果を示すチャートである。
【図６Ｂ】 図４に示すシステムの反射スペクトルのシフトの測定結果を示すチ
ャートである。
【図６Ｃ】 図４に示すファイバ格子において測定される、波長の関数としての
反射信号の非線形時間遅延を示すチャートである。
【図６Ｄ】 変調される非線形チャープファイバ格子の線図である。
【図６Ｅ】 図６Ｄで使用される変調電圧信号を示すチャートである。
【図６Ｆ】 異なる変調周波数での時間の関数として反射出力の信号を示すチャ
ートである。
【図７】 電気光学作用に基づいて非線形にチャープされる格子を示す線図であ
る。
【図８】 感光性の非線形チャープ格子を示す線図である。
【図９】 音響同調素子を有する非線形チャープ格子を示す線図である。
【図１０Ａ】 動的に調節可能な分散補償システムのブロック図である。
【図１０Ｂ】 動的に調節可能な分散補償システムのブロック図である。
【図１０Ｃ】 図１０Ａと図１０Ｂにおける分散アナライザの代表的実施態様を
示す線図である。
【図１０Ｄ】 図１０Ａと図１０Ｂにおける分散アナライザの代表的実施態様を
示す線図である。
【図１０Ｅ】 図１０Ａと図１０Ｂにおける分散アナライザの代表的実施態様を
示す線図である。
【図１１Ａ】 非線形チャープファイバ格子を使用する、図１０Ｂに示す配置構
成に基づいたファイバ通信システムのブロック図である。
【図１１Ｂ】 図１１Ａに示すシステムの測定結果を示すチャートである。
【図１１Ｃ】 図１１Ａに示すシステムの測定結果を示すチャートである。
【図１１Ｄ】 図１１Ａに示すシステムの測定結果を示すチャートである。
【図１２】 レーザの出力における変調で誘発される周波数チャープを減らすた
めの非線形チャープ導波路格子を有する半導体レーザを示す線図である。
【図１３】 非線形チャープ格子に基づいたパルス整形システムを示す線図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/02 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｍ ５Ｋ００２ 10/18 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 カイ ジン シン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90007 ロサンゼルス ウエスト トゥエ ンティナインス ストリート 1102 ナン バー４ (72)発明者 ウィルナー アラン エリ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90035 ロサンゼルス ソウヤー ストリ ート 9326 (72)発明者 グラブスキー ビクター アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90012 ロサンゼルス フィゲロア テラ ス 1001 ナンバー305 (72)発明者 スターオデュバー ドミトリー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90004 ロサンゼルス ローレイン ブー ルバード 233 (72)発明者 ファインバーグ ジャック アメリカ合衆国 カリフォルニア州 マン ハッタン ビーチ サーティサード スト リート 725 Ｆターム(参考） 2H041 AA21 AB10 AB38 AC08 AZ05 AZ08 2H050 AC84 AD01 AD16 2H079 AA02 AA03 AA04 AA08 AA12 CA04 DA03 DA04 EA03 EB21 HA11 KA20 5F072 AB13 KK07 MM18 5F073 AB28 BA02 5K002 BA02 BA13 CA01 FA01

Claims (47)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光エネルギーを光軸にそって輸送するように作動可能で、かつ実効屈折率が前
    記光軸にそった異なる位置で異なっている導波素子、および 前記導波素子に形成され、かつ前記光軸にそってピリオドを有するように配置
    構成されている光摂動領域、を備えている光学装置であって、 前記ピリオドと前記実効屈折率が位相一致条件をもたらし、その結果、前記光
    摂動領域から反射される光波が特定の波長を有し、前記特定の波長が、前記光軸
    にそった位置に対して非線形に依存している光学装置。
  2. 【請求項２】 前記ピリオドが、前記光軸にそって非線形に変化する請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記導波素子がファイバを含んでいる請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記導波が光導波路を含んでいる請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記導波素子の少なくとも二つの部分に係合するトランスデューサをさらに備
    え、同トランスデューサが作動して前記導波素子の長さを変える請求項１に記載
    の装置。
  6. 【請求項６】 前記トランスデューサが、制御電圧に応じ前記導波素子の前記長さを変えるよ
    うに作動可能な圧電素子を有している請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記トランスデューサが、制御磁界に応じ前記導波素子の前記長さを変えるよ
    うに作動可能な磁気ひずみ素子を有している請求項５に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記制御磁界が、前記導波素子の前記光軸にそって均等な磁界分布をもってい
    る請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記実効屈折率が前記光軸にそって変化する請求項１に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記導波素子は制御電界に応答し、前記実効屈折率は同制御電界によって変化
    する請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記導波素子は電気光学材料を含んでいる請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記導波素子は電磁放射線界に応答し、前記実効屈折率は同電磁放射線界によ
    って変化する請求項９に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記導波素子は感光性材料を含み、前記電磁放射線界は前記導波素子の前記光
    軸にそって強度が変化する請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記感光性材料は光屈折率材料である請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記導波素子に対して配置され、かつ同導波素子の前記光軸にそって周波数同
    調可能な音響波を生成するように配置構成されている音響波発生器をさらに備え
    、前記音響波が前記光摂動領域の周波数応答を変える請求項１に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 ファイバに形成されたファイバ格子であって、前記ファイバにそって、同ファ
    イバ格子中でブラッグ位相一致をしている異なる周波数の光波に対して異なる遅
    延をもたらすように、非線形な態様で変化する格子ピリオドを有するファイバ格
    子と、 前記ファイバ格子に係合され、かつ前記ファイバ格子の長さを変えて、前記異
    なる周波数において前記光波の相対遅延に変化を生じさせるように配置構成され
    たファイバ伸長器と、 を備えてなる光学装置。
  17. 【請求項１７】 前記ファイバ伸長器と交信して、前記ファイバ格子の前記長さを制御する格子 制御ユニットをさらに備えている請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記ファイバ伸長器は、制御電圧に応じ、前記ファイバ格子に特定長さの変化
    を生じさせるように作動可能な圧電素子を備え、前記格子制御ユニットは前記制 御電圧を生成するように配置構成されている請求項１７に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記ファイバ伸長器は、制御磁界に応じ前記ファイバ格子の前記長さを変化さ
    せるように作動可能な磁気ひずみ素子を備え、前記格子制御ユニットは前記制御
    磁界を生成するように配置構成されている請求項１７に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記ファイバ格子は、前記ファイバにそった位置で変化する屈折率を有するよ
    うに配置構成されている請求項１６に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記ファイバ格子は、前記格子制御ユニットにより生成される制御電界ととも
    に変化する屈折率を有するように配置構成されている請求項１７に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記ファイバ格子は、電気光学材料を含んでいる請求項２１に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 前記制御電界は、前記ファイバにそった位置によって変化する請求項２１に記
    載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記ファイバ格子は、前記格子制御ユニットにより生成される電磁放射線界と
    ともに変化する屈折率を有するように配置構成されている請求項１７に記載の装
    置。
  25. 【請求項２５】 前記ファイバ格子は、感光性材料を含んでいる請求項２４に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記感光性材料は光屈折率材料である請求項２５に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 前記電磁放射線界は、前記ファイバにそって強度が変化する請求項２４に記載
    の装置。
  28. 【請求項２８】 前記ファイバ格子に対して配置され、かつ前記ファイバにそって周波数同調可
    能な音響波を生成するよう配置構成された音響波発生器をさらに備え、前記音響
    波が前記ファイバ格子の周波数応答を変える請求項１６に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 分散の補償を動的に調節できる光学システムであって、 光信号の一部を受信し、同光信号の分散についての情報を測定する作動を行う
    分散アナライザと、 前記分散アナライザと交信するように接続され、前記光信号の少なくとも一部
    を受信しかつ前記分散アナライザからの制御信号に応答して分散補償を同調させ
    るように配置構成されている分散補償素子と、 を備えている光学システム。
  30. 【請求項３０】 前記分散補償素子が、 光エネルギーを光軸にそって輸送するように作動可能であり、かつ前記光軸に
    そった位置の関数である実効屈折率を有する導波素子、および 前記導波素子内に形成されかつ前記光軸にそって可変格子ピリオドを有するよ
    うに配置構成された格子を含み、 前記可変格子ピリオドおよび実効屈折率が、ブラッグの位相一致条件をもたら
    して、前記格子からの反射光波が、前記光軸にそった位置に対して非線形に依存
    しいてる特定の波長を有している請求項２９に記載のシステム。
  31. 【請求項３１】 前記分散アナライザが、位相変調光信号を振幅変調信号に変換する変換素子を
    備えている請求項２９に記載のシステム。
  32. 【請求項３２】 前記分散アナライザが、前記光信号のビット誤り率を直接測定して前記分散を
    示すように作動可能な装置を備え、前記分散補償素子の前記同調可能な分散補償
    を調節するために前記調節信号を生成し、その結果、前記ビット誤り率が減少す
    る請求項２９に記載のシステム。
  33. 【請求項３３】 前記分散アナライザが、前記光信号のクロック振幅を測定し、次いで前記制御
    信号を生成するクロックモニタ装置を備え、その結果、前記分散補償素子が前記
    分散補償を調節して前記クロックの振幅を増大させる請求項２９に記載のシステ
    ム。
  34. 【請求項３４】 前記光信号が、波長分割多重信号を含む請求項２９に記載のシステム。
  35. 【請求項３５】 半導体レーザと、 前記半導体レーザに接続されて、前記レーザから変調レーザ出力を生成する変
    調駆動電流を提供する電力源と、 ブラッグ位相の一致条件をもたらす可変格子ピリオドおよび実効屈折率を有す
    る導波路格子であって、同導波路格子からの反射光波が、同導波路格子にそった
    位置に対して非線形に依存している特定の波長を有している導波路格子と、 前記電力源と交信するために接続され、かつ前記変調レーザ出力の周波数チャ
    ープを少なくするために前記導波路格子の分散特性を制御するように配置構成さ
    れた格子制御ユニットと、 を備えてなる光学装置。
  36. 【請求項３６】 レーザと前記導波路格子が、半導体基板上に形成されている請求項３５に記載
    の装置。
  37. 【請求項３７】 分散形信号経路を透過する光信号を、同調可能な非線形チャープファイバ格子
    に送り、前記光信号の分散を測定し、次いで、前記光信号の分散を減少させるた
    めに分散の前記極性と大きさにしたがって前記同調可能なファイバ格子を調節す
    ることを含んでなるファイバシステムの操作方法。
  38. 【請求項３８】 前記ファイバ格子が、前記ファイバにそって非線形な態様で変化する格子ピリ
    オドを有し、前記ファイバ格子においてブラッグ位相が一致している異なる周波
    数の光波に対して異なる遅延をもたらす請求項３７に記載の方法。
  39. 【請求項３９】 前記ファイバ格子が、前記ファイバにそって非線形な態様で変化する屈折率を
    有し、同ファイバ格子においてブラック位相が一致している異なる周波数の光波
    に対して異なる遅延をもたらす請求項３７に記載の方法。
  40. 【請求項４０】 前記同調可能なファイバ格子の調節が、前記ファイバ格子を伸長することによ
    って行われる請求項３７に記載の方法。
  41. 【請求項４１】 前記同調可能なファイバ格子の調節が、前記ファイバ格子に送り込まれる音響
    波の周波数を同調させることによって行われる請求項３７に記載の方法。
  42. 【請求項４２】 前記同調可能なファイバ格子の調節が、前記ファイバ格子に沿う電界を調節す
    ることによって行われる請求項３７に記載の方法。
  43. 【請求項４３】 前記同調可能なファイバ格子の調節が、前記ファイバ格子に沿う電磁放射線界
    の強度を調節することによって行われる請求項３７に記載の方法。
  44. 【請求項４４】 前記同調可能なファイバ格子の調節が、前記ファイバ格子に沿う磁界を調節す
    ることによって行われる請求項３７に記載の方法。
  45. 【請求項４５】 前記光信号の分散の測定が、前記光信号のビット誤り率を直接測定することに
    よって行われる請求項３７に記載の方法。
  46. 【請求項４６】 前記光信号の分散の測定が、前記光信号の位相変調から変換される振幅変調信
    号を測定することによって行われる請求項３７に記載の方法。
  47. 【請求項４７】 前記光信号の分散の測定が、クロック振幅を測定することによって行われる請
    求項３７に記載の方法。
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