JP2005091451A

JP2005091451A - 分散補償器

Info

Publication number: JP2005091451A
Application number: JP2003321327A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Wakabayashi; 信一若林; Teruhiro Ito; 彰宏伊藤; Jingo Adachi; 仁吾安達
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】光ファイバ伝送路の波長分散を補償するための分散補償器を提供することを目的とする。
【解決手段】第１の分散補償器と同様な構成からなる第２の分散補償器とを縦続接続させた分散補償器において、一つのチャープブラッググレーティングの両端をそれぞれの光サーキュレータに接続する手段を備えた構成により、分散値の補償量の大きな分散補償器や微小な分散を制御可能な分散補償器を少ない部品点数で提供できるという作用を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス波形整形等の機能を有する波長分散補償法に関し、超高速の光ファイバ通信等に用いられる分散補償器に関するものである。

近年、光ファイバ通信は、幹線系はもとより、メトロ系やアクセス系への導入が進められている。現在多く敷設されている１．３ミクロン帯ゼロ分散ファイバにおいて１．５ミクロン帯の波長の光を用いて伝送を行う場合、光ファイバには１７ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ程度の波長分散があるため、伝送距離が長くなる場合や、伝送速度がさらに高速になる場合には、光信号の劣化を防ぐために伝送路全体としての分散値を少なくするための分散補償技術が必要となる。さらに、伝送速度が大きくなり、フェムト秒クラスの光パルスを用いるような場合には、温度等による環境変化に対応する動的な分散補償技術も求められる。

チャープファイバグレーティングとは、光ファイバの長軸方向に向かってピッチを連続的に変化させた回折格子のことであり、光ファイバのコア中に形成された屈折率変調構造の周期を連続的に変化させた構造をもつ。ファイバグレーティングは特定の波長の光を反射させる特性を持ち、光ファイバの長軸方向に向かってピッチを連続的に変化させた回折格子を形成することにより、光の波長によって反射位置が異なる素子となる。この特徴を用いて、このチャープファイバグレーティングは、光サーキュレータと組み合わせることにより、小型な分散補償器としての機能を有することが知られている。

しかしながら、伝送速度の増大に伴って微小な分散を制御しなければならない場合や、複雑な分散特性を補償する場合には、複数のチャープファイバグレーティングを接続し、分散特性の重ね合わせによって全体の特性を補償する必要がある。

従来技術としては以下が報告されている（例えば特許文献１参照。）。

この素子構成を図５に示す。４０１は入力光、４０２は第１の光サーキュレータ、４０３は第１の非線形チャープブラッグファイバグレーティング、４０４は第１の温度勾配印加装置、４０５は光ファイバ、４０６は第２の光サーキュレータ、４０７は第２の非線形チャープブラッグファイバグレーティング、４０８は第２の温度勾配印加装置、４１０は光カプラ、４１１はスペクトル分解装置、４１２は光スペクトラムアナライザ、４１３はコントローラ、４１４は光ファイバ、４１５は出力光である。

デバイスの動作について説明する。

入力光４０１は第１の光サーキュレータ４０２を通過して第１の非線形チャープブラッグファイバグレーティング４０３に入射し分散が補償された光として反射し、再び第１の光サーキュレータ４０２に戻る。次に、第２の光サーキュレータ４０６を通過して第２のチャープブラッグファイバグレーティング４０７に入射し、分散が補償された光として反射し、再び第２の光サーキュレータ４０６に戻る。この時、第１のチャープブラッグファイバグレーティング４０３と第２のチャープブラッグファイバグレーティング４０７は、光サーキュレータとの接続において、チャープさせる方向が逆向きとなるように接続されており、この分散補償素子で発生する２次分散をキャンセルできる構成となっている。

以上のように、光ファイバ伝送において分散補償や波形整形を行うなど、光ファイバ伝送路における分散制御等を行う分散補償素子として、この分散補償素子で発生する２次分散をキャンセルし、３次分散等の高次分散補償を実現できる。
特開２００２−１６９０１２号公報

しかしながら、上記の素子構成に用いられているチャープファイバグレーティングでは接続する複数のファイバグレーティングの特性が必ずしも同一であるとは限らず、帯域が異なるファイバグレーティングを用いると十分な機能を発揮できない場合がある。特に超高速伝送の場合には、わずかな特性の違いによる損失や分散特性によって伝送品質劣化が生じてしまうという課題がある。

本発明は上記従来技術の課題を解決するもので、光ファイバ伝送路の微小な波長分散を補償するための分散補償器を提供する。特に、伝送速度が大きくなり、フェムト秒クラスの光パルスを用いる際に必要となる広帯域分散補償器や可変分散補償器を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、
本発明の第１の構成は、第１の分散補償器と、同様な構成からなる第２の分散補償器とを縦続接続させた分散補償器において、一つのチャープブラッググレーティングの両端をそれぞれの光サーキュレータに接続されたことを備えた構成を有する。

本発明の第１の構成により、伝送速度の増大に伴って微小な分散を制御可能な分散補償器や複雑な分散特性を補償可能な分散補償器を提供できるという作用を奏する。

本発明の上記構成により、分散値の補償量の大きな分散補償器を提供することができる。また、微小な分散を制御可能で可変特性をもつ部品点数の少ない分散補償器を提供することができる。

以下、本発明の分散補償器について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施形態１を図１及び図２を用いて説明する。

実施形態１の分散補償器は、第１の光サーキュレータ１２、光ファイバ１３、チャープファイバグレーティング１４、第２の光サーキュレータ１５を有する。

光ファイバ１３のコア部には、チャープファイバグレーティング１４が形成されている。

第１の光サーキュレータ１２と第２の光サーキュレータ１５にはチャープファイバグレーティング１４のみが接続されている。すなわち、光サーキュレータとの接続において、チャープさせる方向が逆向きのとなるように接続されており、この分散補償素子で発生する２次分散をキャンセルできる構成となっている。この場合、一つのチャープファイバグレーティングを用いているため、初期特性が同じであることはもちろん、環境温度変化による特性変化や、特性の経時変化も同じであり、同一の特性を有するチャープファイバグレーティングを使用できることになる。

図２は図１の構成による分散補償器の特性を示している。（１）は線形チャープファイバグレーティングを用いた場合の群遅延特性を示しており、（ａ）は第１の光サーキュレータ側から測定した相対群遅延、（ｂ）は第２の光サーキュレータ側から測定した相対群遅延、（ｃ）は全体の相対群遅延をそれぞれ示している。また、（２）は非線形チャープファイバグレーティングを用いた場合の群遅延特性を示している。

図２（１）について説明すると、ファイバグレーティングは線形チャープ特性を持つため相対群遅延は直線となる。第１の光サーキュレータ側から測定した相対群遅延（ａ）と第２の光サーキュレータ側から測定した相対群遅延（ｂ）は、横軸の波長に対して逆の特性を持つため、２つの特性の重ねあわせとして示される全体の特性（ｃ）では相対群遅延がほぼ一定値となり、グラフの勾配（１次微分）で示される分散値はほぼ０となる。実験的には、第１の光サーキュレータ側から測定した場合と、第２の光サーキュレータ側から測定した場合とでは、得られる帯域は同じとなるが、群遅延は完全に逆の特性が得られることはなく、従って全体の相対群遅延が完全に一定値とはならず、わずかの分散値が残る。例えば、160Gb/s以上の超高速伝送に用いる場合を想定すると、分散補償ファイバ等による伝送路の分散補償を行うことは当然であるが、そのような分散補償ファイバによる補償では補償しきれないわずかな分散（残留分散）の補償が必要になる。伝送に用いる短パルスの帯域を考慮すると、チャープファイバグレーティングの帯域として3nm以上が必要である。また、チャープファイバグレーティングの反射率としては９９％程度は必要であるが、実験的には得られている値である。本構成によれば微小な分散を制御可能な分散補償器を少ない部品点数で実現できる。

また、通常の光伝送システムにおいては、光ファイバ内の非線形効果を防止するためにプラスの分散値とマイナスの分散値を持つ異種のファイバを繋ぎトータルの分散をゼロに近づける分散マネージメントを行っている。従って本実施形態によるデバイス構成で分散が完全に０となる場合であっても、分散補償器の一つとして用いることも可能である。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２の可変分散補償器の動作を図３及び図４を用いて説明する。

この分散補償器は、第１の光サーキュレータ２２、光ファイバ２３、チャープファイバグレーティング２４、第２の光サーキュレータ２５、温度勾配印加装置２６を有する。

光ファイバ２３のコア部には、チャープファイバグレーティング２４が形成されている。

分散補償器中のチャープファイバグレーティング２４の長さ方向にそって、温度勾配印加装置２６が配置されている。

温度勾配印加装置２６を制御することにより、チャープファイバグレーティング２４の入力端からの距離に応じてチャープファイバグレーティング２４の温度を制御する。チャープファイバグレーティングの温度を変化させることにより、回折格子の間隔を変化させ、その間隔変化に応じて反射位置が変わり、補償する分散特性を可変とすることができる。

図４は図３の構成による温度勾配印加による分散補償器の特性を示している。上から順番に温度分布、相対群遅延、分散の特性をそれぞれ示している。（１）は１次関数状の温度勾配を与えた場合を示しており、また、（２）は２次関数状の温度勾配を与えた場合を示している。

（１）の場合は温度勾配に伴う相対群遅延が、第１の光サーキュレータ側からの相対群遅延変化と第２の光サーキュレータ側からの相対群遅延変化とが互いにキャンセルしてしまうため、全体の相対群遅延も０となる。従って、温度勾配を与えても分散を変化させることはできない。

一方、（２）の場合は温度勾配に伴う相対群遅延が、第１の光サーキュレータ側からの下に凸の２次関数的な相対群遅延と第２の光サーキュレータ側からの同様な下に凸の２次関数的な相対群遅延との重ね合わせで示されるため、全体の相対群遅延変化がキャンセルされずに２次関数上の形状が得られる。温度印加後の相対群遅延の波長微分で表される分散はゼロにならず右上がりの直線で表される。従って、グラフの２次微分で示される分散スロープ（３次分散）値が０とはならず、ある正値をとることができる。もちろん温度勾配を上に凸形状に与えることも可能であり、その場合は、温度勾配を下に凸形状に与えた場合の分散スロープ（３次分散）値が逆に負値となる。

160Gb/s以上の超高速伝送に用いる場合では、分散補償ファイバ等による伝送路の分散補償を行うことは当然であるが、２次分散補償とともに３次以上の高次分散補償も必要になる。伝送に用いる短パルスの帯域を考慮すると、チャープファイバグレーティングの帯域として3nm以上が必要である。また、チャープファイバグレーティングの反射率としては９９％程度は必要であるが、実験的には得られている値である。

本構成によれば微小な分散を制御可能でかつ可変動作可能な分散補償器を少ない部品点数で実現できる。

以上のように、本実施形態によれば、本発明の第２の構成により、微小な分散を制御可能な分散補償器を提供できる。

なお、本実施の形態の、チャープファイバグレーティングのチャープ量や帯域は補償すべき分散値に応じて変えればよく、チャープファイバグレーティングの特性を適宜設定し実施することで本発明が有効となることは明らかである。

本発明にかかる分散補償器は、微小な分散を制御可能でかつ可変動作可能であり、超高速の光ファイバ通信等に用いられる分散補償器に応用できる。

本発明の第１の実施形態における分散補償器の全体構成の概略図本発明の第１の実施形態における分散補償器の特性例を示す図本発明の第２の実施形態における分散補償器の全体構成の概略図本発明の第２の実施形態における分散補償器の特性例を示す図従来例における分散補償器の全体構成を示す概略図

符号の説明

１１入力光
１２第１の光サーキュレータ
１３光ファイバ
１４チャープファイバグレーティング
１５第２の光サーキュレータ
１６出力光
２１入力光
２２第１の光サーキュレータ
２３光ファイバ
２４チャープファイバグレーティング
２５第２の光サーキュレータ
２６温度勾配印加装置
２７出力光
４０１入力光
４０２第１の光サーキュレータ
４０３第１の非線形チャープブラッグファイバグレーティング
４０４第１の温度勾配印加装置
４０５光ファイバ
４０６第２の光サーキュレータ
４０７第２の非線形チャープブラッグファイバグレーティング
４０８第２の温度勾配印加装置
４１０光カプラ
４１１スペクトル分解装置
４１２光スペクトラムアナライザ
４１３コントローラ
４１４光ファイバ
４１５出力光

Claims

コア部に、入力光の入射位置からの距離に応じて格子間隔を変化させて形成されたチャープファイバグレーティングを有する光ファイバと前記光ファイバに接続された第１の光サーキュレータとからなる第１の分散補償器と、同様な構成からなる第２の分散補償器とを縦続接続させた構成のうち、第１、第２の光サーキュレータに一つのチャープブラッググレーティングを接続したことを特徴とする分散補償器。
チャープファイバグレーティングを有する光ファイバの長さ方向に沿って温度勾配を印加する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の分散補償器。