CN1828353A - 色散补偿器 - Google Patents

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Abstract

本发明的色散补偿器包括高折射率VIPA板、三维反射镜以及控制单元。该高折射率VIPA板由诸如硅的折射率比光学玻璃高的材料制成，并且能够根据波长将入射光朝向不同的方向输出。该三维反射镜在预定位置处对从该高折射率VIPA板射出的各个波长的光进行反射，并且使该光返回到该VIPA板。该控制单元将该高折射率VIPA板的温度控制为恒定水平，同时与色散补偿量相对应地对该三维反射镜的位置进行控制。由此，可以对较大的色散进行补偿，同时抑制透射带宽的减小。

Description

色散补偿器
技术领域
本发明涉及光通信领域中的色散补偿器，该色散补偿器对在通过光纤传输线路传播的光信号中积累的色散进行补偿，更具体地，本发明涉及下述的色散补偿器，该色散补偿器通过利用具有根据波长对输入光进行解复用的功能的光学组件，来生成可变色散。
背景技术
例如，传统的色散补偿器包括其中使用所谓的虚拟成像相位阵列(VIPA)的色散补偿器(例如，参见日本专利申请特开(JP-A)No.2000-511655和JP-A No.2002-514323)。VIPA将波分复用(WDM)光解复用为多个光通量，这些光通量可以在空间上根据波长来识别。
图8是表示传统的VIPA型色散补偿器的结构示例的立体图。图9是图8中所示的结构示例的俯视图。
如图所示，在传统的VIPA型色散补偿器中，例如，在使用准直透镜140将通过光循环器120从光纤130的一端射出的光转换为平行光之后，使用线聚焦透镜150将该光聚焦到一条线段上，并且该光通过VIPA板110的光入射窗口116入射到彼此相对的平行平面之间的空间中。入射到VIPA板110中的光在反射多层膜112和反射多层膜114之间被重复地多次反射。反射多层膜112形成在VIPA板110的两个平面之一上，并且该反射多层膜112具有低于100％的反射率。反射多层膜114形成在另一平面上，并且该反射多层膜114具有大约100％的反射率。这里，在反射多层膜112的表面上的每一次反射中，都有百分之几的光透过该反射平面，并射出到VIPA板110的外部。
透过VIPA板110的光相互干涉，从而形成根据波长而具有不同传播方向的多个光通量。结果，当通过透镜160使这些光通量聚焦到一个点时，各个光通量的焦点位置根据波长的变化而在一直线上移动。通过设置三维反射镜170，使得从VIPA板110射出并通过透镜160聚焦的光根据波长而在三维反射镜170上的不同位置反射，并返回到VIPA板110。从三维反射镜170反射的光根据波长而沿不同的方向传播，并且当光返回到VIPA板110时，这些光的光程发生变化(shift)。不同波长的分量通过根据波长改变光程变化量而传播不同的距离，这对输入光进行了色散补偿。
因此，当考虑图10中所示的模型时，通过VIPA板110多次反射的光的行为与作为阶梯形衍射光栅的已知Echelon光栅中的光相似。因此，可以认为，VIPA板110是虚拟衍射光栅。当考虑VIPA板110处的干涉条件时，如图10的右侧所示，所射出光的上部在基于光轴的短波长的条件下产生干涉，而其下部在长波长的条件下产生干涉，从而具有这些波长的光信号的短波长分量射出到上部，而长波长分量射出到下部。传统的VIPA型色散补偿器的优点在于，可以在宽范围内对色散进行补偿，可以通过调整VIPA板110以改变沿波长轴方向周期性产生的光的透射频带等，来改变要进行补偿的光信号的波长(透射波长)。
此外，对于传统的VIPA型色散补偿器，例如，通过利用具有二维可变透射损耗特性的空间滤波器或者通过二维地改变三维反射镜170的反射面的反射率来进行光的透射波段的平整化的技术(例如，参见JP-ANo.2003-207618)也是已知的。还提出了一种通过根据波长来改变三维反射镜170的角度以改变反射效率，从而实现透射频带的平整化的技术(例如，参见JP-A No.2003-294999)。
在传统的VIPA型色散补偿器中，往往希望可以对较大的色散进行补偿。然而，在原理上，VIPA型色散补偿器具有下述的特性：当色散补偿量(绝对值)增大时，周期性产生的透射频带的宽度减小，并且透射光损耗增大，从而存在可补偿的色散量受限的问题。
下面将简单地说明色散补偿量的增加使得VIPA型色散补偿器的透射带宽减小的原因。例如，如图11所示，当具有中心波长λc的光信号入射到VIPA板110的光入射窗口116时，根据强度分布I1，从VIPA板110射出该光(在这些平行平面之间多次反射)的具有中心波长λc的分量，在该强度分布I1中，强度随着多次反射次数的增大而衰减。然后，具有中心波长λc的光通过会聚透镜160由三维反射镜170反射，并返回到VIPA板110。具有中心波长λc的光再次入射到VIPA板110中，同时具有与所射出光的强度分布I1对称的强度分布I2，并且该光被多次反射。然后，从光入射窗口116射出该光。这里，从光入射窗口116射出的具有中心波长λc的光(透射光)的强度可以通过强度分布I1和I2相互重叠的阴影区域来概念性地表示。
如图12所示，在负色散补偿期间，在包含于该光信号中的短波长λs侧的光中，返回到VIPA板110的光的强度分布I2’根据三维反射镜170处的反射位置，相对于中心波长λc的光向上偏移，如图12所示，造成强度分布I1和I2’相互重叠的区域减小。因此，短波长λs侧的光的透射率降低，即，损耗增大。
如图13所示，在负色散补偿期间，在包含于该光信号中的长波长λL侧的光中，返回到VIPA板110的光的强度分布I2”在图13中向下偏移，然而与短波长λs侧相比，偏移量较小，从而透射率降低。当色散补偿量(绝对值)增大时，由于短波长λs侧的向上的偏移量和长波长λL侧的向下的偏移量分别增大，所以相对于中心波长λc的短波长λs侧的透射率和长波长λL侧的透射率降低(损耗增大)。因此，如图14的上部所示，当色散补偿量(绝对值)增大时，透射带宽减小。图14的下部表示了在色散补偿量发生变化时，波长和组延迟时间之间的关系。
在传统的VIPA型色散补偿器的结构中，增大色散补偿量的方法的示例包括：使VIPA板110的平行平面之间的距离加长的方法；减小VIPA板110相对于入射光的倾斜角度的方法；以及增大三维反射镜170的反射面的曲率的方法。
然而，由于VIPA板110的平行平面之间的距离确定了透射频带以恒定的波长(频率)间隔重复的周期(自由光谱范围(FSR))，所以需要将该平行平面之间的距离设定为与包含在要进行补偿的WDM光中的光信号的波长间隔(信道间隔)相对应的值。需要将VIPA板110的倾斜角度设定为下述的值，该值使得在从光入射窗口116入射的光由相对表面112反射之后，该光不通过光入射窗口116射出到VIPA板110的外部。因此，需要保证该倾斜角度不小于预定的角度，该预定的角度是根据由线聚焦透镜150聚焦的入射光的光束直径来确定的。制造具有大曲率的三维反射镜170很困难，并且在具有大曲率的三维反射镜170情况下，透射带宽大大减小。
因此，为了实现能够对较大色散进行补偿的VIPA型色散补偿器，需要在充分考虑上述VIPA型色散补偿器的结构特有的各种约束条件的情况下进行设计。
除了与色散补偿量增大相关的问题以外，传统的VIPA型色散补偿器还存在与VIAP板的温度控制相关的以下问题。
在传统的VIPA型色散补偿器中，实际上，为了使包含在要进行补偿的WDM光中的各个信道的波长带包含在该周期性产生的透射频带中，通过控制VIPA板110的温度以改变光程长度，来优化该周期性的透射频带。通常，如图15中所示，对于与该周期性的透射频带中的一个信道相对应的透射频带，将VIPA板110的温度控制为使得3-dB中心波长与光信号的中心波长一致。该3-dB中心波长是在将其中透射率从最大值减小3dB的范围设定为该透射频带时的中心波长。
如图14所示，在传统的VIPA型色散补偿器中，由于在色散补偿量发生变化时，透射频带的光谱形状变化很大，所以在色散补偿量的各个设定变化中，需要通过控制VIPA板110的温度来调整透射频带。
由于通过移动三维反射镜170来改变光的反射位置，所以可以花费相对短的时间来改变色散补偿量的设定。另一方面，在VIPA板110的温度控制中，因为用于VIPA板的光学玻璃具有较小的折射率温度系数(例如，典型光学玻璃BK7的折射率温度系数为2.2×10-6(1/℃))，所以存在下述的问题，需要较长时间来调整与色散补偿量的设定变化相关的波长。
发明内容
鉴于以上内容，本发明的目的在于，对于利用VIPA的色散补偿器，容易地实现VIPA的温度控制，以对透射频带进行优化，同时可以通过抑制透射带宽的减小，对较大色散进行补偿。
为了实现以上目的，本发明的色散补偿器包括：光学组件，其包括具有彼此相对的两个平行反射平面的元件，该光学组件具有解复用功能，其中沿一维方向聚焦的光入射到这两个反射平面之间的空间中，入射光在这两个反射平面之间多次反射的同时，其一部分透过这两个反射平面之一并从该反射平面射出，并且通过所射出光的干涉而根据波长形成具有不同传播方向的光通量；反射器，该反射器对具有所述波长的所述光通量进行反射，所述光通量从所述光学组件的两个反射平面之一朝向不同的方向射出，该反射器使所述光通量返回到所述光学组件；以及反射位置控制单元，该反射位置控制单元与色散补偿量相对应地对所述反射器的位置进行控制，其中，所述光学组件的所述元件由折射率比光学玻璃高的材料制成。
在本发明的色散补偿器中，所述光学组件具有根据波长对输入光进行解复用的功能，即，构成VIPA的元件由折射率比光学玻璃高的材料制成。因此，由于在彼此相对的平行反射平面之间多次反射的光的每单位长度的反射次数增加，所以在所述光学组件中，有效光程长度加长。
根据本发明的色散补偿器，可以对具有较大绝对值的色散进行补偿，同时抑制透射带宽的减小。
此外，由于在色散补偿量发生变化时，透射频带的变化减小，所以在色散发生变化时，可以容易地执行所述光学组件的温度控制。
根据以下参照附图对实施例的描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得明了。
附图说明
图1表示根据本发明一实施例的色散补偿器的结构；
图2表示与由光学玻璃制成的VIPA板相比，通过在该实施例中使用的高折射率VIPA板传播的光的光程；
图3表示在色散补偿量发生变化时，该实施例中的透射频带的形状；
图4表示与由光学玻璃制成的VIPA板相比，该实施例中的透射带宽和色散补偿量之间的关系；
图5是用于说明从VIPA板射出的光的扩展角度的概念图；
图6表示高折射率VIPA板和由光学玻璃制成的VIPA板的光射出角度的计算结果；
图7表示在对高折射率VIPA板和由光学玻璃制成的VIPA板设定相同的色散补偿量时透射特性的计算结果；
图8是表示传统的VIPA型色散补偿器的结构示例的立体图；
图9是表示图8中所示的结构示例的俯视图；
图10是用于说明VIPA的工作原理的模型；
图11是用于说明传统色散补偿器中的中心波长的透射特性的概念图；
图12是用于说明在传统色散补偿器的负色散补偿中，短波长侧的光的透射特性的概念图；
图13是用于说明在传统色散补偿器的负色散补偿中，长波长侧的光的透射特性的概念图；
图14表示在色散补偿量发生变化时，传统的色散补偿器中的透射频带和组延迟时间的形状；以及
图15表示在传统的色散补偿器中，与色散补偿量相对应的透射频带的优化。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的优选实施例。在以下所有附图中，相同的标号表示相同或相对应的组成部分。
图1表示根据本发明一实施例的色散补偿器的结构。
参照图1，本实施例的色散补偿器包括高折射率VIPA板1、光循环器2、光学系统、会聚透镜6、三维反射镜7、壳体8以及控制单元10。高折射率VIPA板1是具有彼此相对的两个平行反射平面的元件。光循环器2使得光信号能够聚焦到一条线段上，同时入射到高折射率VIPA板1的光入射窗口1D中。该光学系统包括光纤3、准直透镜4以及线聚焦透镜5。该光通量在高折射率VIPA板1中多次反射，并且该光通量从这两个平行平面之一射出，并被输入到会聚透镜6。会聚透镜6将该光通量聚焦到一个点上。三维反射镜7为反射器，其对通过会聚透镜6聚焦的光进行反射，并使该光通过会聚透镜6返回到高折射率VIPA板1。包括高折射率VIPA板1在内的所需光学组件容纳在壳体8中。控制单元10对三维反射镜7的位置以及高折射率VIPA板1的温度进行控制。
高折射率VIPA板1包括基板1A、反射多层膜1B、反射多层膜1C以及光入射窗口1D。基板1A具有彼此相对的平行平面。反射多层膜1B形成在基板1A的平行平面之一上，而反射多层膜1C形成在另一平行平面上。高折射率VIPA板1相对于使入射到光入射窗口1D的光的光轴变为垂直入射的角度倾斜所需角度。
使用满足以下条件的材料作为基板1A：
·该材料在要进行补偿的光信号的波长带(服务波长带)内是透明的(小的吸收率)，
·该材料是各向同性材料，并且不会产生双折射，
·该材料可以通过抛光等形成为具有较高平整性的平行板(良好的可加工性)，
·该材料具有高的光学均匀性(该材料中的折射率波动较小)，
·可以在经抛光的表面上淀积膜，
·该材料具有高的耐热性和高的防潮性能，并且
·该材料具有比光学玻璃高的折射率。
在这种情况下，例如，使用硅(Si)作为满足以上条件的材料。硅对于具有通常用于光纤通信的波长带的光信号是透明的，并且硅对于波长为1550nm的光的折射率为3.2。虽然在传统的VIPA板中使用了具有各种成分的各种类型的光学玻璃，但是到目前为止，对于波长大约为1550nm的光具有大于2的折射率的材料还是未知的。例如，在作为典型的光学玻璃的BK7(硼硅玻璃)中，对于波长为1550nm的光的折射率为1.5。与传统光学玻璃的折射率相比，硅的折射率足够高。此外，当与光学玻璃相比时，硅具有较小的线膨胀系数(Si：2.6×10-6(1/℃)，BK7：7.2×10-6(1/℃))，并且由于硅在温度变化时的形状变化较小，所以硅是稳定的材料。
在该实施例中，将硅用作基板1A的材料。然而，可以应用于本发明的基板材料并不限于硅，而是可以将满足以上条件的任意材料用作基板1A。可以使用硒化锌(ZnSe)而不是硅作为基板材料的示例。硒化锌对于1550nm的波长的折射率为2.5。
反射多层膜1B对于通过光入射窗口1D入射的光信号具有低于100％的反射率(优选地在大约95％到大约98％的范围内)。反射多层膜1B形成在基板1A的平面之一的整个区域上。反射多层膜1C对于通过光入射窗口1D入射的光信号具有大约100％的反射率。反射多层膜1C部分地形成在基板1A的另一平面上。在基板1A的另一平面中，没有形成反射多层膜1C的部分成为光入射窗口1D，其对于光信号是透明的。
光循环器2是具有例如三个端口的普通光学组件。光循环器2沿第一端口到第二端口的方向、第二端口到第三端口的方向、以及第三端口到第一端口的方向传输光。在这种情况下，将输入到本实施例的色散补偿器中的光信号输入到光循环器2的第一端口，通过第二端口将该光信号发送到光纤3的一端，并且将返回到光纤3的另一端的光信号通过第二端口从第三端口射出，作为本实施例的色散补偿器的输出光。
在光纤3中，将单模光纤等的一端连接到光循环器2的第二端口，并且将另一端设置在准直透镜4附近。然而，光纤3的类型并不限于上述的那些。
准直透镜4是普通透镜，其将来自光纤3的射出光转换为平行光，以将该平行光输入到线聚焦透镜5。
线聚焦透镜5是用于将来自准直透镜4的平行光聚焦到一条线段上的透镜。具体地，可以将柱面透镜、渐变折射率透镜等用作线聚焦透镜5。
会聚透镜6为普通透镜，其将多个光通量分别聚焦到一个点上。该多个光通量由高折射率VIPA板1多次反射，并从反射多层膜1B侧射出。该多个光通量相互干涉，并根据波长沿彼此不同的方向传播。
三维反射镜7例如具有表面形状为非球面的三维结构。该非球面反射镜上具有作为设计基准的中心轴。该三维反射镜7设置在移动工作台7A上，并且该三维反射镜7被设置为使得移动工作台7A的运行轴与中心轴的方向(图1中的X轴方向)平行。可以通过根据从控制单元10发出的控制信号Cp对脉冲电机(未示出)等进行驱动，来使移动工作台7A沿X轴方向运动。在这种情况下，将进入高折射率VIPA板1的光信号的光轴方向设定为Z轴，将与从高折射率VIPA板1射出的光的角度分散方向垂直的方向设定为X轴，并且将与光的角度分散方向平行的方向设定为Y轴。
例如，壳体8为内表面设置有薄膜加热器(未示出)的圆柱形容器。在这种情况下，准直透镜4、线聚焦透镜5、高折射率VIPA板1以及会聚透镜6容纳在该容器内部的预定位置处。在该薄膜加热器中，根据来自控制单元10的控制信号Ct对其操作进行控制。
控制单元10向移动工作台7A输出控制信号Cp。该控制信号Cp根据从外部等输入的色散补偿量的设定值，将三维反射镜7移动到预定位置。控制单元10与色散补偿量的设定值无关地向薄膜加热器输出控制信号Ct。该控制信号Ct使高折射率VIPA板1的温度保持恒定。假设与色散补偿量的设定值相对应的三维反射镜7的位置信息被预先存储在存储器(未示出)等中。
然后，将描述本实施例的色散补偿器的操作。
在具有以上结构的色散补偿器中，将通过光纤传输线路传播而产生色散的WDM光输入到光循环器2的第一端口，并且通过光循环器2的第二端口将该WDM光发送到光纤3。在通过准直透镜4将从光纤3射出的WDM光转换为平行光以后，通过线聚焦透镜5将该WDM光聚焦到一条线段上，并且使该WDM光入射到高折射率VIPA板1中的彼此相对的平行平面之间的空间中，该高折射率VIPA板1由控制单元10控制为恒定温度。
入射到高折射率VIPA板1中的光在形成在基板1A的平行平面上的反射多层膜1B和1C之间重复地多次反射。当该WDM光每一次从反射多层膜1B的表面反射时，都通过该反射平面透射百分之几的WDM光，并且该透射光射出到高折射率VIPA板1的外部。这里，在通过高折射率VIPA板1传播的光的光程中，如图2的左侧所示，因为使用了折射率比光学玻璃高的硅作为基板1A的材料，所以与其中使用传统光学玻璃的光程(图2的右侧)相比，每单位长度的反射次数增大。因此，高折射率VIPA板1内部的有效光程长度加长。稍后将详细说明有效光程长度的加长。
从高折射率VIPA板1的反射多层膜1B侧射出的光相互干涉，以形成根据波长而具有不同的传播方向的多个光通量(图10)。通过会聚透镜6对各个波长的光通量进行聚焦，并且使该各个波长的光通量在三维反射镜7的反射面上的沿Y轴方向的相互不同的位置处反射。这里，通过控制单元10将三维反射镜7沿X轴方向的位置控制为与色散补偿量相对应的预定位置。由三维反射镜7反射的光朝向与该光在反射之前传播的光程相反的方向行进。该光依次通过会聚透镜6、高折射率VIPA板1、线聚焦透镜5、准直透镜4、以及光纤3，并且该光从光循环器2的第三端口射出。由此，对于输入到本实施例的色散补偿器中的WDM光，从该色散补偿器射出进行了所需量的色散补偿的WDM光，该所需量是根据三维反射镜7的位置设定的。
如图2所示，由于高折射率VIPA板1内部的有效光程长度变长，所以与其中使用光学玻璃作为VIPA板的传统结构相比，在本实施例的色散补偿器中，可以将色散补偿量设定为较大值。此外，由于高折射率VIPA板1内部的有效光程长度变长，所以即使将色散补偿量设定为较大值，也可以抑制透射带宽的减小。
然后，将详细说明即使在高色散补偿的情况下，也可以通过使用高折射率VIPA板1来抑制透射带宽减小的原因。
如上所述，VIPA的透射波长特性具有周期性，其中具有所需带宽的透射频带以恒定的波长(频率)间隔重复。该重复周期也被称为“信道间隔”、“FSR(自由光谱范围)”等。已知的VIPA型色散补偿器中设定的FSR通常在从100GHz到200GHz的范围内，并且实际上还存在其它的值。VIPA的FSR是根据用于VIPA板的材料的折射率、VIPA板的厚度以及VIPA板中的反射角度来确定的。因此，当确定了用于VIPA板的材料、与要进行补偿的光信号的信道间隔相对应的FSR的设定值，以及VIPA板中的反射角度的设定时，可以根据以下表达式(1)来确定VIPA板的厚度：
            t＝c/(2·n·FSR·cosθg)              (1)
其中，t为VIPA板的厚度，c为光速，n为折射率，而θg为VIPA板的反射角度。
这里，假设FSR和VIPA板中的反射角度θg为常数。当将两种类型的材料，即，具有高折射率nH的材料和具有低折射率nL(nH＞nL)的材料，作为用于VIPA板的材料时，由高折射率的材料制成的VIPA板的厚度为由低射率的材料制成的VIPA板的厚度的nL/nH(＜1)，并且由高折射率的材料制成的VIPA板的厚度变薄。因此，在由高折射率的材料制成的VIPA板内部多次反射的光通过图2所示的路径传播。如图2所示，当使用高折射率的材料时，在VIPA板的长度方向上的每单位长度的反射次数增大。另一方而，由于FSR保持恒定，所以在VIPA板中，在每一次往复的有效光程长度方面，高折射率材料与低折射率材料相等，而与折射率无关。
因此，当使用高折射率材料时，可以通过较短的VIPA板来获得较长的有效光程长度。也就是说，当使用高折射率材料时，可以产生较大的色散。换句话说，当光在VIPA板的平行平面之间往复一次之后返回到同一表面时，可以减小沿纵向方向(长度方向)的光程偏移。因此，可以在纵向方向上的狭小区域中保证较长的有效光程长度，并且可以获得较大的色散。
这里，当包括在单个信道中的各个波长的光分量由三维反射镜7反射并返回到该高折射率VIPA板1时，为了使VIPA型色散补偿器的透射带宽变宽，必须使该光分量再次入射到高折射率VIPA板1上的位置与该光分量的射出位置相比没有很大偏移。如图11到13所示，在使用诸如光学玻璃的低折射率材料的情况下，当产生较大的色散时，为了增大波长之间的光程差，必须使信道中的短波长侧的光返回到VIPA板的上侧，而使信道中的长波长侧的光返回到VIPA板的下侧。因此，单个信道两端之间的损耗增大，即，透射频段变窄。
另一方面，在使用高折射率材料的情况下，由于在VIPA板的纵向方向的狭小区域中包括相当长的光程，所以即使返回位置没有很大变化，也可以获得较大的光程差。因此，可以抑制透射带宽的减小。当色散补偿量增大时，由VIPA板所使用材料的折射率导致的差异变得显著。
VIPA型色散补偿器的透射特性，尤其是透射带宽，对于VIPA板的形状(例如，表面粗糙度)敏感。当VIPA板中存在翘曲时，有效地用于色散补偿的部分变得仅为VIPA板的纵向方向的一部分。因此，与传统的VIPA板相似，很难通过增大由低折射率材料制成的VIPA板的纵向方向的长度来增大色散补偿量。根据该观点，为了增大色散补偿量，同时抑制透射带宽的减小，对VIPA板应用高折射率的材料是有用的。
图3表示将色散补偿量分别设定为0ps/nm、-1800ps/nm以及-6000ps/nm时，本实施例的色散补偿器的一个透射频带的光谱形状。通过这种方式，也可以通过应用高折射率VIPA板1来获得下述的效果：可以防止由于色散补偿量(绝对值)的增大而导致的透射带宽的减小。
图4表示当将由硅制成的高折射率VIPA板1与由传统的光学玻璃制成的VIPA板相比时，1-dB带宽与色散补偿量之间的关系的示例。该1-dB带宽是其中透射率从最大值减小1dB的波长带宽度(参见图15)。根据图4，在传统的VIPA板中，当色散量从大约-1000ps/nm减小到大约-2000ps/nm(绝对值增大)时，1-dB带宽比0.2nm要窄。相反，在高折射率VIPA板1中，可以看到，可以保证0.2nm的1-dB带宽达到大约-5000ps/nm的色散量。因此，当与传统的VIPA板相比较时，通过采用由硅制成的高折射率VIPA板1，可以对较大的色散进行补偿。
除了如上所述的可以设定具有较大绝对值的色散补偿量的效果以外，在使用高折射率VIPA板1的色散补偿器中，当与传统的VIPA板相似，对具有相对较小值的色散进行补偿时，也可以获得能够实现较宽透射频带的效果。以下将详细说明其原因。
如上所述，由于VIPA是一种衍射光栅，所以除了根据波长对输入光进行解复用所需的主级次的衍射光以外，往往还从VIPA板射出不需要的相邻级次的衍射光。该不需要的级次的衍射光导致对主级次的衍射光的干扰。当射出许多不需要的级次的衍射光时，在入射到VIPA板中的光中，被作为不需要的光而丢弃的光的比率增大，这导致光损耗增大。
如图5所示，是否从VIPA板射出不需要的级次的衍射光取决于不需要的级次的衍射方向是否包括在来自VIPA板的射出光的扩展角度θd的范围内。另一方面，该射出光的扩展角度θd的大小是由光入射到VIPA板上时会聚在VIPA板的射出表面上的束腰的大小(光束半径)w0确定的。具体地，当将VIPA板中的光的波长设定为λ时，可以通过使用光束半径w0的以下表达式(2)来大致地表示扩展角度θd：
                  θd≈λ/(π·w0)                   (2)
图6表示光的传播方向对于波长的依赖关系的计算结果。分别从由诸如硅的高折射率材料制成的VIPA板以及由普通光学玻璃制成的VIPA板射出光。在这种情况下，计算来自高折射率VIPA板(nH＝3.2)的光射出角度以及来自由光学玻璃制成的VIPA板(nL＝1.8)的光射出角度，并将相对波长设置在横轴上。附图中心所示的粗线表示主级次的光的射出方向，而附图上部所示的细线以及下部所示的虚线表示相邻的不需要级次的光的射出方向。
如图6所示，在高折射率材料中，由于主级次的光与相邻的不需要级次的光相分离，所以相邻级次的光的传播方向几乎不会包括在扩展角度θd中(参见图5)。当使用典型的VIPA型色散补偿器的透镜结构时，扩展角度θd变为大约2度。在这种情况下，对于图6的上侧所示的高折射率VIPA板，相邻级次的光没有包括在-0.3到+0.2nm的宽范围的扩展角度θd中。另一方面，对于下侧所示的由光学玻璃制成的VIPA板，不存在其中不包括相邻级次的光的波长范围。因此，与由光学玻璃制成的传统VIPA板相比，相邻级次的光对高折射率VIPA板几乎没有影响。
此外，从以上说明可以看出，在单个信道的波长带内，在该波长带周边的波长区域中而不是中心波长处，容易出现相邻级次的光的传播方向包括在来自VIPA板的射出光的扩展角度θd中的现象。因此，可以发现，该现象是导致透射带宽减小的原因之一。然而，如上所述，由于相邻级次的光对由高折射率材料制成的VIPA板几乎没有影响，所以可以使透射带宽变宽。
在由光学玻璃制成的传统VIPA板中，当扩展角度θd减小时，也可以消除相邻级次的光的影响。然而，为了实现扩展角度θd的减小，由于需要增大入射到VIPA板中的光的光束半径w0，所以必须使线聚焦透镜的焦距变长。这与VIPA型色散补偿器的微型化相冲突。此外，从光学系统的稳定性的角度看，使光学系统变大不是优选的。如可以根据图6的计算结果看出，在传统的光学玻璃中，当与高折射率材料进行比较时，由于主级次的光与相邻级次的光之间的分离角度很小，所以很难精确地将主级次的光与相邻级次的光分离。根据以上观点，由高折射率材料制成的VIPA板比减小由光学玻璃制成的传统VIPA板中的扩展角度θd更有用。
图7表示在对由高折射率材料制成的VIPA板和由光学玻璃制成的VIPA板设定相同的色散补偿量时，透射特性的计算结果的示例。在这种情况下，例如，通过分别设定一3000ps/nm的色散补偿量来对多个单个的透射频带相互进行比较。如可以从图7的计算结果看出，特别地，通过采用高折射率VIPA板，有效地抑制了特别是短波长侧的透射率的减小。
考虑当在与获得宽透射频带的效果相关的色散补偿量的设定值的相对小的范围内使用本实施例的色散补偿器时而获得的其他效果，即使三维反射镜7的反射面的曲率减小，也可以进行与传统VIPA板相当的色散补偿。因此，在可以容易地制造三维反射镜7的同时，还可以防止由于三维反射镜7的横向方向的倾斜而导致的透射频带的减小。
通常，在色散补偿量发生变化时，光谱形状发生变化。因此，当色散补偿量发生变化时，改变VIPA板的温度，以高精度地进行控制，这使得要进行补偿的光信号的中心波长能够与透射频带的中心波长一致。
另一方面，在采用高折射率VIPA板1的色散补偿器中，即使色散补偿量发生变化，透射频带的光谱形状也仅稍微变化，从而可以通过保持VIPA板的温度恒定来对光信号色散进行补偿，而不考虑色散补偿量。
具体地，根据预想的色散补偿量的设定范围，即使由于设定的变化而使透射频带发生偏移，单个信道的光信号光谱也通常包括在该透射频带中。在这种情况下，可以通过保持VIPA板的温度恒定来执行所期望光信号的色散补偿，而与色散补偿量无关。在图1所示实施例的结构中，在以上情况的假设下，控制单元10应该将高折射率VIPA板1控制为恒定温度。
在采用高折射率VIPA板1的情况下，与使用传统的VIPA板一样，显然可以根据色散补偿量的设定值来控制高折射率VIPA板1的温度(与恒温控制不同)，以执行透射频带的调整。在这种情况下，与光学玻璃相比较，硅具有较大的折射率温度系数(Si：160×10-6(1/℃)，BK7：2.2×10-6(1/℃))，从而可以通过温度控制来快速地改变折射率。因此，在高折射率VIPA板1中，可以使对温度的优化控制所需的时间比以前更短。
在将高折射率VIPA板1控制为恒定温度以及将高折射率VIPA板1控制为最优值的两种情况下，也存在可以通过使用硅作为高折射率VIPA板1的基板材料以增大折射率来抑制热膨胀的影响的效果。当有效光程长度变短时，热膨胀的影响增大。也就是说，当VIPA板的基板材料的折射率增大时，由于基板材料的热膨胀变化而导致的光程长度的变化增大，这对于温度波动容易产生透射频带周期(FSR)的波动。然而，如上所述，与光学玻璃相比较，硅具有较小的线膨胀系数(Si：2.6×10-6(1/℃)，BK7：7.2×10-6(1/℃))，从而对于硅的温度变化，其形状变化较小。由此，高折射率VIPA板1的平行平面之间的距离几乎不会因为温度而发生变化，可以使透射频带的周期(FSR)更加稳定。

Claims (8)

1、一种色散补偿器，其包括：
光学组件，该光学组件包括具有彼此相对的两个平行反射平面的元件，该光学组件具有解复用功能，其中将沿一维方向聚焦的光入射到所述反射平面之间的空间中，所述入射光在所述反射平面之间多次反射的同时，其一部分透过所述反射平面之一并从该反射平面射出，并且通过所射出光的干涉，根据波长而形成具有不同传播方向的多个光通量；
反射器，该反射器对各个波长的所述光通量进行反射，所述光通量从所述光学组件的所述反射平面之一朝向不同的方向射出，该反射器使该光通量返回到所述光学组件；以及
反射位置控制单元，该反射位置控制单元与色散补偿量相对应地对所述反射器的位置进行控制，
其中，所述光学组件的所述元件由折射率比光学玻璃更高的材料制成。
2、根据权利要求1所述的色散补偿器，
其中，用于所述元件的材料对于1550nm波长的光具有比光学玻璃更高的折射率。
3、根据权利要求1所述的色散补偿器，
其中，制成所述光学组件的所述元件的所述材料具有比光学玻璃更低的热膨胀系数。
4、根据权利要求3所述的色散补偿器，
其中，制成所述光学组件的所述元件的所述材料具有比光学玻璃更高的折射率温度系数。
5、根据权利要求1所述的色散补偿器，
其中，制成所述光学组件的所述元件的所述材料为硅，即Si。
6、根据权利要求1所述的色散补偿器，
其中，制成所述光学组件的所述元件的所述材料为硒化锌，即ZnSe。
7、根据权利要求1所述的色散补偿器，
其中，所述光学组件的温度被控制为恒定，而与色散补偿量无关。
8、根据权利要求1所述的色散补偿器，
其中，所述反射器的反射面的曲率比在所述元件由光学玻璃制成时的反射面的曲率要小。
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