JP2001251246A

JP2001251246A - 光分散補償素子

Info

Publication number: JP2001251246A
Application number: JP2000061012A
Authority: JP
Inventors: Kazuro Kikuchi; 和朗菊池; Yuichi Takushima; 裕一多久島; Kenneth Zhaboronski Mark; ケンネスジャボロンスキーマーク; Yuichi Tanaka; 佑一田中; Haruki Kataoka; 春樹片岡; Shin Azuma; 伸東; Kenji Kojo; 健司古城
Original assignee: Oyokoden Lab Co Ltd
Current assignee: Oyokoden Lab Co Ltd
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバを使用する光通信システムにおい
て、通信ビットレートの高速化、通信距離の長距離化に
よって、従来の波長分散補償方法では正確な通信ができ
なくなり、３次以上の波長分散補償が必要になると予測
されている。しかし、３次の波長分散補償の十分な対策
は提案されていない。【解決手段】光透過層１０７を挟んで反射層１０４と
１０５を有する多層膜１０１と反射板１０６とをエアギ
ャップを形成して配置して３次分散補償素子１００を構
成する。反射層１０４，１０５、反射体１０６の順に反
射率が大きくなるようにし、信号光に群速度遅延を生じ
させ、３次の波長分散を補償する。エアギャップの間隔
を調整可能にして、特性を調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、伝送路に光ファイ
バを用いた光通信において生ずる３次の波長分散（以
下、単に分散ともいう）を補償可能な素子（以下、３次
の分散を変えることができる素子、あるいは、３次分散
補償素子ともいう）を有する光分散補償素子に関する。
本発明の光分散補償素子は、前記の３次分散補償素子だ
けの場合もあり、また、後述のエアギャップ長を変化さ
せる手段を含む場合もあり、また、２次の分散補償も可
能なように構成されている場合もあり、実装されている
場合もあり、実装されていないいわゆるチップ状の場合
もある。本発明の光分散補償素子は、これらのすべての
形態を含んでおり、使用や販売などの目的に応じて、種
々の形態をとることができるものである。

【０００２】なお、伝送路にＷＤＭを用いて、各チャン
ネルに信号を分ける場合、本発明でいう２次の分散補償
と同様の分散補償を、ＷＤＭの前段で各チャンネルに分
ける前に行うのを２次の分散補償といい、ＷＤＭの後段
で、すなわち、各チャンネルに分けてから行うのを３次
の分散補償ということもある。このような場合、ＷＤＭ
の後段で行う本発明の３次分散補償と同様の分散補償
は、４次の分散補償と呼ぶべき場合がある。このような
４次の分散補償も含めて、本発明では３次の分散補償と
称することにする。

【０００３】

【従来の技術】通信伝送路に光ファイバを用いた光通信
においては、利用技術の進展および利用範囲の拡大とと
もに、通信伝送路の長距離化や通信ビットレートの高速
化が求められている。このような環境下では、光ファイ
バを伝送するときに生じる波長分散が大きな問題とな
り、波長分散の補償が種々試みられている。現在、２次
の波長分散が大きな問題となり、その補償が種々提案さ
れ、そのうちのいくつかの提案が効果をあげている。

【０００４】しかし、光通信に対する要求が高度になる
につれて、送信中の２次の波長分散の補償だけでは不充
分になり、３次の波長分散の補償が課題になりつつあ
る。

【０００５】以下、図５および図６を使用して、従来の
２次の波長分散の補償方法を説明する。

【０００６】図６は、シングルモード光ファイバ（以
下、ＳＭＦとも称す）と分散補償ファイバ、およびＤＳ
Ｆ（分散シフトファイバ）の分散−波長特性を説明する
図である。図６において、符号６０１はＳＭＦの分散−
波長特性を示すグラフ、６０２は分散補償ファイバの分
散−波長特性を示すグラフ、６０３はＤＳＦの分散−波
長特性を示すグラフで、縦軸を分散、横軸を波長にとっ
たグラフである。

【０００７】図６で明らかなように，ＳＭＦでは、ファ
イバに入力する光の波長が１．３μｍから長くなるにつ
れて分散は増大し，分散補償ファイバでは，入力光の波
長が１．２μｍから１．７μｍまで長くなるにつれて分
散は減少する。また、ＤＳＦでは、入力光の波長が１．
２μｍから１．５５μｍ付近まで長くなるにつれて分散
は小さくなり、波長が１．５５μｍ付近から１．８μｍ
へと長くなるにつれて分散が増大する。そして、ＤＳＦ
では、入力光の波長が１．５５μｍ付近では，分散は波
長の変化に対してほぼ一定であるという特性を有してい
る。

【０００８】図５は、２次の波長分散の補償方法を説明
する図であり、（Ａ）は波長−時間特性を、（Ｂ）はＳ
ＭＦと分散補償ファイバを用いて２次の波長分散補償を
行った伝送路の例を、（Ｃ）はＳＭＦだけで構成した伝
送路を説明する図である。

【０００９】図５において、符号５０１と５１１は伝送
路に入力する前の信号光の特性を示すグラフを、５３０
はＳＭＦ５３１で構成された伝送路を、５０２と５１２
は伝送路５３０から出力された信号光の特性を示すグラ
フを、５２０は分散補償ファイバ５２１とＳＭＦ５２２
から構成された伝送路を、５０３と５１３は伝送路５２
０から出力された信号光の特性を示すグラフである。符
号５０４および５１４は、信号光が、本発明によって、
後述の望ましい３次分散補償を施されたときの信号光の
特性を示すグラフであり、グラフ５０１および５１１と
ほとんど一致している。また、グラフ５０１、５０２、
５０３、５０４はそれぞれ縦軸を波長、横軸を時間（ま
たは時刻）にとったグラフであり、グラフ５１１、５１
２、５１３、５１４はそれぞれ縦軸を光強度、横軸を時
間（または時刻）にとったグラフである。なお、符号５
２４と５３４は送信器、５２５と５３５は受信器であ
る。

【００１０】従来のＳＭＦは、前述のように、信号光の
波長が１．３μｍから長くなるにつれて分散が増加する
ため、高速通信や長距離伝送の際には、波長分散による
群速度遅延を生じる。ＳＭＦで構成された伝送路５３０
では、信号光は伝送中に長波長側が短波長側に比べ大き
く遅延して、グラフ５０２と５１２に示すようになる。
このように変化した信号光は、たとえば高速長距離伝送
においては、前後の信号光と重なって正確な信号として
受信できない場合がある。

【００１１】このような問題を解決するため、従来は図
５（Ｂ）に示すように分散補償ファイバを用いて分散を
補償（以下、補正ともいう）している。従来の分散補償
ファイバは、波長が１．３μｍから長くなるにつれて分
散が増加するというＳＭＦの問題点を解決するため、前
述のように、波長が１．３μｍから長くなるにつれて分
散が減少するように作られている。また、分散補償ファ
イバは、たとえば、図５の伝送路５２０で示すように、
ＳＭＦ５２２に分散補償ファイバ５２１を接続して用い
ることができる。上記伝送路５２０では、信号光は、Ｓ
ＭＦ５２２では長波長側が短波長側に比べて大きく遅延
し、分散補償ファイバ５２１では短波長側が長波長側に
比べて大きく遅延することにより、グラフ５０３と５１
３に示すように、グラフ５０２と５１２に示す変化より
も変化を抑えることが出来る。

【００１２】しかし、分散補償ファイバを使用した上記
従来の２次の波長分散の補償方法では、伝送路を伝送し
た信号光の波長分散を、伝送路に入力する前の信号光の
状態すなわち、グラフ５０１の形まで分散補償すること
はできず、グラフ５０３の形まで補償するのが限界であ
る。グラフ５０３に示すように、信号光の波長の中心が
短波長側および長波長側に比べて遅延せず、また、信号
光の短波長側および長波長側のみが遅延する。そして、
グラフ５１３に示すようにリップルが生じることがあ
る。

【００１３】これらの現象は、光通信の伝送距離の長距
離化と通信速度の高速化のニーズが高まるに従い、正確
な信号受信ができなくなるなどの大きな問題となりつつ
ある。たとえば、通信ビットレートが２０Ｇｂｐｓ（毎
秒２０ギガビット）以上の高速通信においては、これら
の現象がかなり心配されており、特に、通信ビットレー
トが４０Ｇｂｐｓ以上の通信においては極めて重大な課
題として心配されている。そして、高速通信において
は、従来の光ファイバ通信システムを使用することは困
難と考えられて、たとえば、光ファイバ自体の材質も変
える必要が叫ばれており、システム構築の経済的重大問
題となっている。

【００１４】

【本発明が解決しようとする課題】このような波長分散
の補償は、２次の波長分散の補償だけでは困難であり、
３次の波長分散の補償が必要になる。

【００１５】従来、波長が１．５５μｍ付近の光に対し
て２次の波長分散が少なくなるような光ファイバ（以
下、単に、ファイバともいう）としてＤＳＦがあるが、
このファイバでは、本発明の課題とする３次の波長分散
補償はできない。

【００１６】光通信の高速通信化、長距離通信化を実現
するにあたり、３次の波長分散は大きな問題として次第
に認識され、その補償が重要な課題となりつつある。３
次の波長分散の補償問題を解決すべく、多くの試みが行
なわれているが、まだ従来の課題を十分に解決すること
ができる３次分散補償素子や補償方法は実現されていな
い。

【００１７】前記の３次分散の補償方法に用いる光分散
補償素子および光学装置を構成する主要な素子である３
次分散補償素子の一例として、本発明者らが提案した誘
電体多層膜は、３次の波長分散の補償に成功し、従来の
光通信技術を大きく前進させることが出来た。しかし、
多チャンネルの光通信における３次の波長分散（前記の
ように、通信系にＷＤＭを用いる場合は、ＷＤＭと各受
信端末の間における４次の波長分散ということもある）
の補償を行うには、群速度遅延の波長帯域および群速度
遅延の遅延時間を調整可能な３次分散補償素子が必要で
ある。特に、光通信の各チャンネルの波長に適する３次
以上の分散補償素子を安価に実現するには、波長可変な
分散補償素子を実現する必要がある。

【００１８】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、本発明の目的は、従来実現することが出来な
かった、群速度遅延の波長帯域および遅延時間の調整機
能を有する多層膜素子とエアギャップ式キャビティを併
用した、３次以上の波長分散補償を可能にする光分散補
償素子を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の目的の達成を図
るため、本発明の光分散補償素子は、入射光の中心波長
をλとして、「入射光の中心波長の光に対する光路長
（以下、単に、光路長ともいう）として考えたときの膜
厚」（以下、単に、膜厚あるいは膜の厚みともいう）が
λの４分の１（λ／４）の整数倍である積層膜を少なく
とも３種類（すなわち、光の反射率など光学的な性質の
異なる積層膜を３層）有する多層膜と、前記多層膜と空
気層（以下、エアギャップともいう）を介して対向する
反射率９８％以上の反射層を基板上に有する反射体とで
構成されており、前記多層膜は、入射光に対して、前記
多層膜が少なくとも２つの光反射層（以下、単に、反射
層ともいう）を有するように形成されており、前記多層
膜と前記反射体の間隔（以下、単にエアギャップ長とも
いう）が可変に構成されていることを特徴としている。

【００２０】そして、本発明の効果を大ならしめるた
め、本発明では、前記エアギャップ長を変える手段（以
下、ギャップ調整手段ともいう）を有することを特徴と
している。そして、前記多層膜を構成する少なくとも３
種類の積層膜（以下、特に区別が必要な時を除いて、前
記多層膜と積層膜を、単に多層膜と総称することもあ
る）のうち、本発明の目的達成に有効な３層を、反射層
を２層と光透過層を１層（以下、単に、透過層ともい
う）を交互に形成するように構成することを特徴として
いる。

【００２１】本発明の３次の分散補償素子は、共振（共
鳴）波長の異なる２つのキャビティを有することを特徴
としている。

【００２２】本発明では、前記３層の多層膜を、前記多
層膜の前記反射体と対向する側とは反対側を本発明の光
分散補償素子への光の入射側とし（以下、単に光の入射
側ともいう）、光の入射側から順に前記３層を第１層、
第２層、第３層と称するとき、反射層が第１層と第３層
であり、その反射率をそれぞれＲ１とＲ３とし、前記反
射体の反射率をＲＭすると、Ｒ１≦Ｒ３≦ＲＭであるよ
うに構成することを特徴としている。

【００２３】そして、本発明の効果を大ならしめるため
に、前記多層膜は、入射光の中心波長をλとして、入射
光に対する光路長として考えたときの膜厚が、λの１/
４倍である層を単位層として多数層重ねて構成されてい
ることを特徴としている。そして、各反射層は、厚みが
４分の１波長で比較的反射率の高い層（層Ｈ）と、厚み
が４分の１波長で比較的反射率の低い層（層Ｌ）の組み
合わせによる多層膜で構成されていることを特徴として
いる。

【００２４】本発明の３次分散補償素子の１例として、
前記多層膜が、膜厚がλの１/４倍で屈折率が高い方の
層（層Ｈ）と膜厚がλの１/４倍で屈折率が低い方の層
（層Ｌ）を組み合わせた層の複数組で構成されており、
前記多層膜が、光の入射側から順に、層Ｌ、層Ｈの順に
組み合わせた層（以下、ＬＨの層、あるいは、ＬＨの膜
ともいう）を５セット積層して構成される層、層Ｌと層
Ｌを組み合わせた層（以下、ＬＬの層ともいう）を３セ
ット積層して構成される層、層Ｈを１層とＬＨの層を５
セットとを積層して構成される層の各層（すなわち、各
積層膜）で形成されている多層膜をあげることができ
る。

【００２５】そして、本発明の効果を大ならしめるた
め、本発明の３次分散補償素子は、主として、Ｓｉ（シ
リコン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＴｉＯ₂（二酸化チ
タン）、Ｔａ₂Ｏ₅（五酸化タンタル）、Ｎｂ₂Ｏ₅（五酸
化ニオブ）のいずれかで形成される層と前記各材料より
も屈折率の低い材料（その典型的な例として、量産に有
利なＳｉＯ₂（二酸化珪素）など）で形成される層のい
ずれか一方または双方の組み合わせで構成されている多
層膜を有することを特徴としている。

【００２６】そして、本発明の効果を大ならしめるた
め、上記層Ｈが主としてＳｉ、Ｇｅ、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ
₅、Ｎｂ₂Ｏ₅のいずれかからなる層で形成され、層Ｌが
主としてＳｉＯ₂などの層Ｈを形成する材料よりも屈折
率が低い材料からなる層で形成されていることを特徴と
している。

【００２７】本発明の反射体の一例として、前記反射体
の前記多層膜に対向する反射面が、前記エアギャップ長
が一様な平面であることをあげることができる。

【００２８】前記エアギャップ長は、補償する信号光の
波長に応じて設定することができる。このギャップ長の
設定は、本発明の分散補償素子を設計する段階で決める
ことができ、また、前記多層膜を製造後に実装段階で調
整することもでき、また、実装後に調整できるようにす
ることもできる。

【００２９】本発明の反射体の他の一例として、前記反
射体の、前記多層膜に対向する反射面が多角形状の領域
に区切られており、互いに隣り合った前記多角形状の各
領域における前記エアギャップ長がそれぞれ異なるよう
に構成された反射体をあげることができる。

【００３０】本発明の反射体のさらに他の一例として、
前記反射体の形状が円板状であり、前記円板状の反射体
が一点を軸に回転可能な構造であり、前記反射体の、前
記多層膜に対向する反射面が扇形の領域に区切られてお
り、互いに隣り合った前記各扇形の領域の前記エアギャ
ップ長がそれぞれ異なっており、前記反射体を回転させ
ることによって前記エアギャップ長を変化させることが
出来るように構成された反射体をあげることができる。

【００３１】本発明の反射体のさらに他の一例として、
前記反射体の反射面が多角柱の表面であって、前記多角
柱状の反射体は、その多角形断面内の一点を軸に回転可
能な構造であり、前記多角柱状反射体の側面（すなわ
ち、表面）が反射面になっており、互いに隣り合った各
反射面に対応する前記エアギャップ長がそれぞれ異なっ
ており、前記多角柱を回転させることにより前記エアギ
ャップ長を変化させることが出来る反射体をあげること
ができる。

【００３２】そして、本発明の光分散補償素子は、各異
なるエアギャップ長に対応する位置または補償対象の光
の代表波長を表示する手段を有するように構成すること
もでき、そして、前記エアギャップ長、光の波長、群速
度遅延特性などの分散補償に関係する事柄を測定し、表
示することができるように構成することもできる。

【００３３】本発明のギャップ調整手段の一例として、
ねじやバネなどの電気的手段でないことをあげることが
できる。

【００３４】本発明のギャップ調整手段の他の一例とし
て、前記エアギャップ長調整手段がステップモータや連
続駆動モータなどの電気的制御手段を有するものであ
り、前記モータが圧電モータであることをあげることが
できる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。なお、説明に用いる各図は
本発明を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配
置関係などを概略的に示してある。そして本発明の都合
上、部分的に拡大率を変えて図示する場ありもあり、本
発明の説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や
記述と相似形でない場合もある。また、各図において、
同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重
複する説明を省略することもある。

【００３６】図１は本発明の３次分散補償素子を説明す
る図である。図１において、符号１００は３次分散補償
素子、１０１は多層膜、１０２は第１のキャビティ、１
０３は第２のキャビティ、１０４、１０５は反射率が１
００％未満の反射層（以下、反射膜ともいう）、１０６
は反射率が約１００％の反射層で基板１１３により保持
されて本発明の反射体を形成している。符号１０７は光
透過層（以下、単に、透過層ともいう）、１０８は空気
層（エアギャップ）、１０９は多層膜１０１の基板、１
１０はサーキュレータ、１１１はネジ、１３０は内側に
ねじ１１１用の溝を切ってある部品、１１２はモータ、
１１４はホルダでねじ１１１に係合する部品１１６を保
持するとともに基板１０９をも保持している。１１７と
１１８は光ファイバ、１１５と１１６は入射光を示す矢
印、１１９と１２０は出射光を示す矢印である。

【００３７】図１の各反射層１０４、１０５の反射率Ｒ
（１０４）、Ｒ（１０５）および反射体の反射率ＲＭ
は、Ｒ（１０４）≦Ｒ（１０５）≦ＲＭの関係にする。
そして、反射体１０６には、保持用の基板１１３が取り
付けられており、前記基板１１３は図１に示すようにネ
ジ１１１の右側端部と係合している。また、前記ネジ１
１１はモータ１１２によってホルダ１１４との相対位置
関係を変えることができる。そして、前記モータ１１２
によって前記ネジ１１１とホルダ１１４との位置関係を
変えることによって、前記反射体１０６と前記ホルダ１
１４と係合している多層膜１０１との位置関係が変わ
り、エアギャップ長を調節することが出来る。そして、
前記エアギャップ長を変えることで、群速度遅延時間−
波長特性を調整することが出来る３次分散補償素子を実
現することが出来る。

【００３８】図２は、本発明の３次分散補償素子の反射
体の他の例を説明する図であり、図２（Ａ）は階段型反
射体、図２（Ｂ）は円板型多面反射体、図２（Ｃ）は多
角柱型多面反射体である。図２において、符号２００、
２１０、２２０は反射体、２０１〜２０４、２１１〜２
１３、２２１〜２２３は反射面、２０５、２０６、２１
４、２２４は矢印、２１５、２２５は回転中心をあらわ
す点である。

【００３９】反射板２００は、３次分散補償素子の多層
膜の反射層１０５に対向する面が、反射面２０１〜２０
４で例示するように段階的に反射面の高さが変化してお
り、各反射面は各反射面ごとに前記エアギャップ長が異
なるように設計することが出来、入射光の位置を矢印２
０５および２０６で示す方向へ位置をずらすことによっ
て、入射光が反射する反射面を選択することが出来、前
記エアギャップ長を選択することが出来る。さらに、図
１で説明したネジ１１１、モータ１１２、基板１１３、
ホルダ１１４によって前記エアギャップ長を調整する手
段を設けることも出来る。

【００４０】反射体２１０は、３次分散補償素子の多層
膜の反射層１０５に対向する面が、反射面２１１〜２１
３で示すように段階的に反射板の厚さが変化しており、
各反射面は各反射面ごとに前記エアギャップ長をそれぞ
れに設計することが出来、前記反射板２１０を点２１５
を通る軸を中心に矢印２１４方向へ回転させることによ
って、前記入射光の反射する反射面を選択することが出
来、前記エアギャップ長を選択することが出来る。さら
に、図１で説明したネジ１１１、モータ１１２、基板１
１３、ホルダ１１４によって前記エアギャップ長を選択
する手段を設けることも出来る。

【００４１】反射体２２０は多角柱状であり、反射面２
２１〜２２３で示すように多角柱の側面に各反射面が設
けられおり、それぞれ点２２５を中心に前記反射板２２
０を回転させた場合の各反射面の前記エアギャップ長が
異なるように設計することが出来、反射体板２２０を矢
印２２４方向へ回転させることによって、入射光が反射
する反射面を選択することが出来、前記エアギャップ長
を選択することが出来る。さらに、図１で説明したネジ
１１１、モータ１１２、基板１１３、ホルダ１１４によ
って前記エアギャップ長を選択する手段を設けることも
出来る。

【００４２】なお、前記エアギャップ長の選択あるいは
調整の手段として、モータを用いる方法を説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、前記選択ある
いは調整手段は手動のねじやバネあるいはステップ状な
どの切り替え装置でもよく、コストやサイズなどの仕様
によってそれぞれ効果的に選択使用することができる。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１を用いて説明す
る。

【００４４】図１において、多層膜１０１は誘電体多層
膜であり、厚みが４分の１波長で比較的反射率の高い層
（以下、層Ｈともいう）と厚みが４分の１波長で比較的
反射率の低い層（以下、層Ｌともいう）との組み合わせ
層で構成されている。基板１０９はＢＫ−７（ガラス）
で構成されており、前記基板１０９上に積層される反射
層１０４は第１の反射層でＬＨの層を３セット積層して
形成されており、反射層１０５は第２の反射層で層Ｈを
１層とその上方（すなわち、前記基板１０９とは反対側
を意味する）にＬＨの層を５セット積層して形成されて
おり、透過層１０７は前記反射層１０４と１０５の間に
ＬＬの層を３セット積層して形成されている。

【００４５】前記ＬＨの層は、厚みが４分の１波長のＳ
ｉＯ₂のイオンアシスト蒸着で作成した膜（以下、イオ
ンアシスト膜ともいう）で形成された層Ｌと、厚みが４
分の１波長のＴｉＯ₂のイオンアシスト膜で形成された
層Ｈとから構成されており、前記ＳｉＯ₂のイオンアシ
スト膜（層Ｌ）１層とＴｉＯ₂のイオンアシスト膜（層
Ｈ）１層の組みあわせ層でＬＨの層１セットと称し、た
とえば、「ＬＨの層５セット積層して」とは、「層Ｌ・
層Ｈ・層Ｌ・層Ｈ・層Ｌ・層Ｈ・層Ｌ・層Ｈ・層Ｌ・層
Ｈの順に各層がそれぞれ１層ずつ重ねて形成して」とい
うことを意味する。

【００４６】同様に、前記ＬＬの層は、厚みが４分の１
波長のＳｉＯ₂のイオンアシスト膜で構成されている層
Ｌを２層重ねて形成した層をＬＬの層１セットと称す。
したがって、たとえば、「ＬＬの層を３セット積層し
て」とは、「層Ｌを６層重ねて形成して」を意味する。

【００４７】前記第１および第２の反射層の膜厚は、そ
れぞれ入射光の中心波長λの１０／４倍、１１／４倍で
あり、前記透過層の膜厚は、λの６／４倍である。

【００４８】前記第１、第２および前記反射体の各反射
層の反射率は第１の反射層、第２の反射層、反射体の順
に大きく、それぞれ９０．７３％、９５．３０％、９
９．０％である。

【００４９】なお、上記の各反射率は、上記の値から３
％以内にすることが好ましい。さらに、後述の図３に示
すような特性を有する優れた分散補償素子を量産的に提
供するためには、第１の反射層の反射率を８５．０％以
上９２．０％以下にし、第２の反射層の反射率を９２．
０％以上９８．０％以下にし、反射体の反射率を９８．
０％以上にすることが好ましい。この範囲の外の条件で
は、後述の図３に示すような素子を量産的に提供するこ
とが簡単ではない。

【００５０】また、モータ１１２にはＰＺＴ（チタン酸
ジルコン酸鉛）などの圧電体が使われており、ネジ１１
１を回転させて、１１３と１１４の位置を変化させるこ
とによって、連続的にもステップ状にも前記エアギャッ
プ長を調節あるいは選択することが出来る。

【００５１】なお、前記エアギャップ長は、λの１／４
倍毎に調節するのが望ましく、量産時の品質を安定させ
ることができるとともにコストを低減することができ
る。

【００５２】図３は、図１の誘電体多層膜を用いた３次
分散補償素子に、矢印１１６の方向から入射した入射光
が矢印１２１の方向に出射した時の出射光の、入射光に
対する群速度遅延時間―波長特性曲線（図中の符号３０
１で示した曲線）を示す図で、縦軸は群速度遅延時間
（ｐｓ；ピコ秒）を横軸は入射光の中心波長からの波長
変移（ｎｍ）である。入射光の中心波長は１５５０ｎｍ
で、最大群速度遅延時間は４．３ｐｓ（ピコ秒）であ
る。３次分散補償素子としての帯域幅は約２．０ｎｍで
ある。

【００５３】また、上記共振で得られる反射光の各波長
の群速度遅延時間および中心波長は、エアギャップ長を
調節することにより変えることが可能である。また、多
層膜の各層の膜厚を調整することによっても変えること
が可能であり、入射光の誘電体多層膜１０１に対する入
射角を変えることによっても調整が可能である。

【００５４】また、本実施例では、前記多層膜を構成す
る層Ｌと層Ｈをイオンアシスト蒸着で形成したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、通常の蒸着、スパ
ッタリング、イオンプレーティングその他の方法で形成
した多層膜を用いても本発明は大きな効果を発揮するも
のである。

【００５５】

【発明の効果】以上、実施例も含めて説明したように、
本発明の光分散補償素子は、従来は補償が行われなかっ
た３次以上の分散すなわち長距離通信や高速通信におい
て問題になる分散を効果的に補償することができ、構造
が簡単で、製造し易く、量産コストも安いという大きな
効果を有するとともに、既存の光通信システムの多くを
利用することの可能性を有する点で、この社会での経済
効果が多大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光分散補償素子を説明する図であ
る。

【図２】本発明の反射体を説明する図であり、（Ａ）
は階段型反射板、（Ｂ）は円板型多面反射体、（Ｃ）は
多角柱型多面反射体である。

【図３】本発明の実施例の群速度遅延時間―波長特性
を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例の補償量とバンド幅を説明す
るグラフである。

【図５】２次と３次の波長分散の補償方法を説明する
図であり、（Ａ）は波長−時間特性と光強度−時間特性
を、（Ｂ）および（Ｃ）は伝送路を説明する図である。

【図６】従来の光ファイバの分散−波長特性を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１００：光分散補償素子１０１：多層膜１０２、１０３：キャビティ１０４、１０５、１０６：反射層１０７：透過層１０８：空気層（エアギャップ）１０９、１１３：基板１１０：サーキュレータ１１１：ネジ１１２：モータ１１４：ホルダ２００，２１０，２２０：反射体２０１〜２０４、２１１〜２１３、２２１〜２２３：反
射面２０５，２０６，２１４，２２４：矢印２１５，２２５：回転中心３０１：実施例での群速度遅延時間−波長特性曲線４０１：補償量−バンド幅特性曲線５０１、５０２、５０３、５０４、５１１、５１２、５
１３、５１４：信号光５２０：伝送路５２１：分散補償ファイバ５２２：ＳＭＦ５３０：伝送路５３１：ＳＭＦ６０１：ＳＭＦの屈折率−波長特性曲線６０２：分散補正ファイバの屈折率−波長特性曲線６０３：ＤＳＦの屈折率−波長特性曲線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者多久島裕一埼玉県川口市芝富士２丁目18番18号セイケイハイツ202号 (72)発明者マークケンネスジャボロンスキー東京都目黒区駒場４丁目６番29号Ｋ518 (72)発明者田中佑一埼玉県戸田市新曽南３丁目１番23号株式会社応用光電研究室内 (72)発明者片岡春樹埼玉県戸田市新曽南３丁目１番23号株式会社応用光電研究室内 (72)発明者東伸埼玉県戸田市新曽南３丁目１番23号株式会社応用光電研究室内 (72)発明者古城健司埼玉県戸田市新曽南３丁目１番23号株式会社応用光電研究室内Ｆターム(参考） 2H041 AA23 AB13 AC04 AZ01 AZ05 2H042 DA20 DB02 DD04 DE00 2H048 GA01 GA07 GA11 GA23 GA46 GA51 GA62 5K002 BA02 CA01 CA12 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバを通信伝送路に使用する通信
システムに使用することが出来る光分散補償素子であっ
て、前記光分散補償素子は、少なくとも、入射光の中心
波長をλとして、入射光の中心波長の光に対する光路長
（以下、単に、光路長ともいう）として考えたときの膜
厚（以下、単に、膜厚あるいは膜の厚みともいう）がλ
の４分の１（λ／４）の整数倍である光学的性質が異な
る積層膜を少なくとも３種類（すなわち、光の反射率な
ど光学的な性質の異なる積層膜を３層）有する多層膜
と、前記多層膜と空気層（以下、エアギャップともい
う）を介して対向する反射率９８％以上の反射層を基板
上に有する反射体とで構成されており、前記多層膜は、
入射光に対して、少なくとも２つの光反射層（以下、単
に、反射層ともいう）を有するように形成されており、
前記２つの光反射層の間にはλ／４の整数倍の膜厚の積
層膜で形成された光透過層が形成されており、前記多層
膜と前記反射体の間隔（以下、単にエアギャップ長とも
いう）が可変に構成されていることを特徴とする光分散
補償素子。
【請求項２】請求項１に記載の光分散補償素子におい
て、前記エアギャップ長を変える手段（以下、ギャップ
調整手段ともいう）を有することを特徴とする光分散補
償素子。
【請求項３】請求項１または２に記載の光分散補償素
子において、前記多層膜の積層膜の数が３層（以下、多
層膜が３層ともいう）であり、前記多層膜の、前記反射
体側に向いている側とは反対側を光分散補償素子への光
の入射側とし（以下、単に光の入射側とも言う）、光の
入射側から順に前記３層を第１層、第２層、第３層と称
するとき、反射層が第１層（以下、第１の反射層ともい
う）と第３層（以下、第２の反射層ともいう）であり、
その反射率をそれぞれＲ１とＲ３とし、前記反射体の反
射率をＲＭとすると、Ｒ１≦Ｒ３≦ＲＭであることを特
徴とする光分散補償素子。
【請求項４】請求項１または２に記載の光分散補償素
子において、前記多層膜の、光の入射側から順に第１の
反射層と第２の反射層の間に第１のキャビティを形成
し、第２の反射層と前記反射体との間に第２のキャビテ
ィを形成するように構成されていることを特徴とする光
分散補償素子。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の光分散
補償素子において、前記多層膜を構成する各積層膜の厚
みが、前記多層膜の光の入射側から順に、λの１０/４
倍、λの６/４倍、λの１１/４倍であることを特徴とす
る光分散補償素子。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の光分散
補償素子において、前記多層膜を構成する３層の積層膜
が、膜厚がλの１/４倍で屈折率が高い方の層（以下、
層Ｈともいう）と膜厚がλの１/４倍で屈折率が低い方
の層（以下、層Ｌともいう）を組み合わせた層の複数組
で構成されており、前記３層の積層膜が、それぞれ光の
入射側から順に、層Ｌ、層Ｈの順に組み合わせた層（以
下、ＬＨの層ともいう）を５セット積層して構成される
層、層Ｌと層Ｌを組み合わせた層（以下、ＬＬの層とも
いう）を３セット積層して構成される層、層Ｈを１層と
ＬＨの層を５セットとを積層して構成される層の各層で
形成されていることを特徴とする光分散補償素子。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の光分散
補償素子において、層ＨがＳｉ、Ｇｅ、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂
Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅のいずれかから成る層で形成されている
ことを特徴とする光分散補償素子。
【請求項８】請求項６または７に記載の光分散補償素
子において、前記層Ｌが、層Ｈに使用されている材質よ
りも屈折率の低い材質を用いて形成されていることを特
徴とする光分散補償素子。
【請求項９】請求項６または７に記載の光分散補償素
子において、層ＬがＳｉＯ₂から成る層で形成されてい
ることを特徴とする光分散補償素子。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の光分
散補償素子において、前記多層膜の各反射層の反射率
が、光の入射側から順に、第１の反射層において８５．
０％以上９２．０％以下、第２の反射層において９２．
０％以上９８．０％以下であり、前記反射体の反射率が
９８．０％以上であることを特徴とする光分散補償素
子。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の光
分散補償素子において、前記反射体の、前記多層膜に対
向する反射面が、前記エアギャップ長が一様な面である
ことを特徴とする光分散補償素子。
【請求項１２】請求項１〜１０のいずれかに記載の光
分散補償素子において、前記反射体の、前記多層膜に対
向する反射面が多角形状の領域に区切られており、互い
に隣り合った前記多角形状の各領域の前記エアギャップ
長がそれぞれ異なることを特徴とする光分散補償素子。
【請求項１３】請求項１〜１０のいずれかに記載の光
分散補償素子において、前記反射体の、前記多層膜に対
向する反射面が扇形の領域に区切られており、互いに隣
り合った前記各扇形の領域の前記エアギャップ長がそれ
ぞれ異なることを特徴とする光分散補償素子。
【請求項１４】請求項１３に記載の光分散補償素子に
おいて、前記反射体の形状が円板状であり、前記円板状
の反射体が一点を軸に回転可能な構造であり、前記反射
体を回転させることによって前記エアギャップ長を変化
させることが出来ることを特徴とする光分散補償素子。
【請求項１５】請求項１〜１０のいずれかに記載の光
分散補償素子において、前記反射体が多角柱状であっ
て、前記多角柱の側面が前記反射体の反射面になってお
り、互いに隣り合った各反射面に対応する前記エアギャ
ップ長がそれぞれ異なることを特徴とする光分散補償素
子。
【請求項１６】請求項１５に記載の光分散補償素子に
おいて、前記多角柱状の反射体の多角形断面内の一点を
軸に回転可能な構造であり、前記多角柱を回転させるこ
とにより前記エアギャップ長を変化させることが出来る
ことを特徴とする光分散補償素子。
【請求項１７】請求項1２〜１６のいずれかに記載の
光分散補償素子において、各異なるエアギャップ長に対
応する位置または光の波長を表示する手段を有すること
を特徴とする光分散補償素子。
【請求項１８】請求項２〜１７のいずれかに記載の光
分散補償素子において、前記ギャップ調整手段が電気的
手段でないことを特徴とする光分散補償素子。
【請求項１９】請求項２〜１７のいずれかに記載の光
分散補償素子において、前記エアギャップ長調整手段が
ステップモータか、連続的に位置変化が可能なモータに
よる手段であることを特徴とする光分散補償素子。
【請求項２０】請求項１９に記載の光分散補償素子に
おいて、前記モータが圧電モータであることを特徴とす
る光分散補償素子。