JP2001313607A - 分散補償器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非線形光学効果による伝送特性劣化と群遅延
特性のリプルを回避でき、分散補償量を可変できるとと
もに小型化が容易な分散補償器を得る。 【解決手段】 入力光パルスをポート０からポート１へ
出力する光サーキュレータと、その出力光をコリメート
するコリメートレンズと、その入力光パルスに含まれる
波長成分を分光するプリズムと、分光された各波長成分
を含む光ビームを多重反射させるように平行配置した第
１および第２の反射鏡と、そこで多重反射された光ビー
ムを所定の入射角で入射し、コリメートして出力するく
さび型プリズムと、くさび型プリズムの出力光を入射角
９０度で入射して反射する第３の反射鏡とを備え、その
反射光をくさび型プリズム、第１および第２の反射鏡、
プリズム、コリメートレンズを介して、光サーキュレー
タのポート１に入力し、ポート２から光ファイバ伝送路
の波長分散を補償した出力光パルスとして出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ伝送路
の波長分散を補償する分散補償器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ伝送システムでは、波長分散
の影響を避けるために、通常は光ファイバ伝送路の零分
散波長付近の波長の光が用いられる。例えば、シングル
モードファイバを伝送路に用いた場合には、その零分散
波長である １．３μｍ帯の光信号が用いられ、零分散
波長を光ファイバの最低損失波長１．５５μｍに設定し
た分散シフトファイバを伝送路に用いた場合には、１．
５５μｍ帯の光信号が用いられる。

【０００３】ここで、信号光波長が零分散波長からずれ
ると、伝送路の波長分散の影響がでてくるが、比較的近
距離の伝送の場合や伝送速度が遅い場合はほとんど問題
にならない。しかし、長距離伝送や高速伝送の場合は、
伝送路の波長分散が伝送特性を劣化させる要因となる。
そのため、信号光波長をできるだけ零分散波長に近づけ
る必要があるが、その一方で非線形光学効果（例えば四
光波混合）の影響もあり、信号光波長と零分散波長を単
純に一致させてよいものでもない。

【０００４】すなわち、光ファイバ伝送路の波長分散の
影響は不可避であり、特に波長多重伝送する場合には各
信号光波長に対する波長分散の影響は避けられない。ま
た、現在敷設されているシングルモードファイバを伝送
路に用いた１．５５μｍ帯の波長多重伝送には、なおさ
ら波長分散の影響は無視できなくなる。したがって、こ
のような光ファイバ伝送システムでは、光ファイバ伝送
路の波長分散の補償が重要な課題の一つになっている。

【０００５】図６は、光ファイバ伝送システムの概略構
成を示す。図において、６１は光送信装置、６２は光フ
ァイバ伝送路、６３は光中継器、６４は分散補償器、６
５は光受信装置である。光送信装置６１から光ファイバ
伝送路６２に送信された光信号は、所定の距離ごとに挿
入された光中継器６３で光増幅されながら光受信装置６
５に伝送される。

【０００６】伝送直後の光信号は、光ファイバ伝送路６
２および光中継器６３の波長分散により波形歪みが生
じ、隣接光パルス間の干渉により伝送特性が劣化する。
また、光信号の速度が増加するほど、１タイムスロット
（１ビットの占める時間幅）が減少するので、波長分散
による伝送特性への影響は増大する。そこで、この伝送
路（光ファイバ伝送路６２および光中継器６３）の波長
分散を補償する分散補償器６４が用いられる。

【０００７】従来の分散補償器６４は、伝送路と逆の符
号で絶対値が等しい分散値を有する光ファイバまたはチ
ャープファイバグレーティングを用い、伝送路の波長分
散を補償している。

【０００８】図７は、チャープファイバグレーティング
のモデルを示す。ファイバグレーティングは、光ファイ
バのコアに紫外線を照射し、周期的な屈折率変化を誘起
してブラッグ回折格子を形成し、そのピッチに対応する
波長の光を反射させる反射型フィルタである。チャープ
ファイバグレーティングは、このピッチを光ファイバの
長さ方向に変化させることにより、波長によって反射す
る領域を変化させて波長ごとに異なる遅延時間を与え、
分散補償器として機能させるものである。図７に示すモ
デルでは、反射波長の短波長側（青）のピッチを細か
く、長波長側（赤）のピッチを粗く表現している。

【０００９】すなわち、伝送路の波長分散によって図７
に示すような波形歪みを受けた光パルスをチャープファ
イバグレーティングに入射したとき、光パルスの立ち上
がり部分（赤）はチャープファイバグレーティングの遠
端で反射され、立ち下がり部分（青）は近端で反射す
る。これにより、光ファイバ伝送路の波長分散を補償
し、反射光のパルス幅を狭くすることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】光ファイバを用いた分
散補償器は、光ファイバ伝送路との結合が容易かつ接続
損失が小さいという利点があるが、非線形光学効果によ
り伝送特性を劣化させやすい問題点があった。さらに、
分散補償量が固定であるために、光ファイバ伝送路の温
度変化等による分散値の変動に対応できず、また曲げ損
失が大きいために小型化が困難であった。

【００１１】一方、チャープファイバグレーティングを
用いた分散補償器はファイバ構造であるために、光ファ
イバを用いた分散補償器と同様に光ファイバ伝送路との
結合が容易かつ接続損失が小さく、さらに小型化が容易
である利点がある。しかし、同様に分散補償量が固定で
あるために、光ファイバ伝送路の分散値の変動には対応
できないこと、温度調整機能が必要であること、群遅延
特性にリプルが生じるなどの問題点があった。

【００１２】本発明は、超高速光ファイバ伝送システム
に用いられる分散補償器として、非線形光学効果による
伝送特性劣化および群遅延特性のリプルを回避でき、さ
らに分散補償量を可変できるとともに小型化が容易な分
散補償器を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の分散補償器は、
光ファイバ伝送路の波長分散によって波形歪みを受けた
入力光パルスをポート０から入力し、ポート１から出力
する光サーキュレータと、光サーキュレータのポート１
の出力光をコリメートするコリメートレンズと、コリメ
ートレンズの出力光を所定の入射角で入射し、入力光パ
ルスに含まれる波長成分を分光するプリズムと、プリズ
ムで分光された各波長成分を含む光ビームを多重反射さ
せるように平行配置した第１および第２の反射鏡と、第
１および第２の反射鏡で多重反射された光ビームを所定
の入射角で入射し、コリメートして出力するくさび型プ
リズムと、くさび型プリズムの出力光を入射角9０度で
入射し、くさび型プリズムに対して反射する第３の反射
鏡とを備え、第３の反射鏡の反射光をくさび型プリズ
ム、第１および第２の反射鏡、プリズム、コリメートレ
ンズを介して、光サーキュレータのポート１に入力し、
ポート２から光ファイバ伝送路の波長分散を補償した出
力光パルスとして出力する構成である。

【００１４】また、プリズムからの光ビームを最初に反
射する反射鏡を第１の反射鏡とし、第２の反射鏡との間
で多重反射させた後に第２の反射鏡の反射光をくさび型
プリズムに入射する構成としたときに、第１の反射鏡と
くさび型プリズムと第３の反射鏡を固定して平行移動さ
せる可動ステージを備え、分散補償量を可変させる構成
としてもよい。

【００１５】可動ステージは、第１および第２の反射鏡
の間隔が変化しない方向に平行移動させ、反射回数を変
化させる構成としてもよい。また、可動ステージは、第
１および第２の反射鏡の間隔が変化する方向に平行移動
させる構成としてもよい。また、第１および第２の反射
鏡は、両面に反射鏡コーティングを施したガラスプレー
トにより形成して第１および第２の反射鏡を固定とし、
分散補償量を固定とする構成としてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発
明の分散補償器の第１の実施形態を示す。図において、
本実施形態の分散補償器は、ポート０，１，２を有する
光サーキュレータ１、コリメートレンズ２、プリズム
３、対向させた反射鏡４，５、くさび型プリズム６、反
射鏡７、反射鏡４とくさび型プリズム６と反射鏡７を固
定して平行移動させる可動ステージ８により構成され
る。可動ステージ８の移動方向を図中に矢印で示す。

【００１７】光ファイバ伝送路の波長分散によって波形
歪みを受けた入力光パルスは、光サーキュレータ１のポ
ート０に入力され、ポート１から出力される。コリメー
トレンズ２は、光サーキュレータ１のポート１の出力光
をコリメートしてプリズム３に所定の入射角で入射す
る。プリズム３は、入力光パルスに含まれる波長成分を
分光する。これにより、入力光パルスの波長成分に応じ
た光路分布が生ずる。ここでは、簡単のために最短波長
成分の光路Ｓと最長波長成分の光路Ｌのみを図示する
が、他の波長成分の光路は光路Ｓと光路Ｌとの間に連続
的に分布している。ここで、プリズム３で分光された各
波長成分をまとめて光ビームという。

【００１８】反射鏡４，５は、プリズム３から出力され
た光ビームを多重反射させ、くさび型プリズム６に入射
する。くさび型プリズム６は、入射する光ビームをコリ
メートするようなくさび角を有する。反射鏡７は、くさ
び型プリズム６でコリメートされ、入射角9０度で入射
された光ビームを全反射する。これにより、光サーキュ
レータ１のポート１と反射鏡７との間に往復の光路が形
成され、波形整形された出力光パルスが光サーキュレー
タ１のポート１に入力し、ポート２から出力される。

【００１９】なお、反射鏡４，５，７の反射率は、使用
波長帯域内で１とする。また、本分散補償器において分
散補償量を決定するパラメータは、反射鏡４への光ビー
ムの入射角、反射鏡４，５の間隔および反射鏡４の移動
長（反射鏡４，５による反射回数）、プリズム３および
くさび型プリズム６の屈折率および寸法、光学系の光ビ
ームのコリメート幅などである。

【００２０】以上の構成に基づいて、本実施形態の分散
補償器の動作について説明する。波形歪みを受けた入力
光パルスは、光サーキュレータ１のポート０に入力さ
れ、ポート１から出力してコリメートレンズ２でコリメ
ートされ、プリズム３に入射する。プリズム３の入射面
および出射面では、入力光パルスの波長成分に応じた屈
折率で屈折するので、図１に示すような波長成分による
光路分布を生ずる。プリズム３から出射する光ビーム
は、光ビーム幅をわずかずつ広げながら反射鏡４に入射
される。さらに、反射鏡４，５の間で多重反射され、反
射鏡５で反射した光ビームがくさび型プリズム６により
コリメートされ、反射鏡７に入射角9０度で入射する。
反射鏡７の反射光は、以上の光路を逆方向に光サーキュ
レータ１のポート１まで進行し、ポート２から出力され
る。

【００２１】次に、本発明における分散補償の原理につ
いて、図２を参照して説明する。図１に示す可動ステー
ジ８により可動する反射鏡４と固定の反射鏡５の相対位
置に応じて、光ビームの反射回数が決まる。この反射回
数に応じてプリズム３とくさび型プリズム６との距離が
決まり、くさび型プリズム６に入射する光ビームの光ビ
ーム幅が決まる。図２は、図１におけるプリズム３とく
さび型プリズム６を反射鏡４，５を省略して直線的に配
置したものである。ここでも、簡単のために最短波長成
分の光路Ｓと最長波長成分の光路Ｌのみを図示する。

【００２２】光路Ｌは経路（ａ−ｆ）を通過し、反射鏡
７への入射角は9０度となる。光路Ｓは経路（ｂ−ｃ−
ｄ−ｅ）を通過し、反射鏡７への入射角は9０度とな
る。ここで、光路Ｓと光路Ｌの往路の光路差は、経路
（ｂ−ｃ−ｄ−ｅ）と経路（ａ−ｆ）の差であり、光路
Ｓの方が長くなる。なお、光路Ｓと光路Ｌの往復の光路
差は、往路の２倍となる。さらに、くさび型プリズム６
の屈折率を考慮した光路Ｓと光路Ｌの光路長差について
も、光路Ｓの方が長くなる。これにより、短波長成分の
方が長波長成分よりも大きな遅延を受けることになる。
これは、光ファイバの波長分散と逆の特性を示し、光フ
ァイバの波長分散による各波長成分の遅延差をキャンセ
ルしてパルス波形が整形される、すなわち分散補償され
ることになる。

【００２３】次に、本発明における分散補償量の可変原
理について、図３を参照して説明する。図１に示す可動
ステージ８により可動する反射鏡４と固定の反射鏡５の
相対位置に応じて、光ビームの反射回数が決まる。反射
鏡４が移動すると反射回数が変化し、その反射回数に応
じてプリズム３とくさび型プリズム６との距離が変化
し、くさび型プリズム６に入射する光ビームの光ビーム
幅が変化する。図３は、反射鏡４，５の相対位置を変え
たときのプリズム３とくさび型プリズム６の距離を示
す。すなわち、反射回数が増す方向に反射鏡４を移動す
ることは、くさび型プリズム６を位置Ａに対してプリズ
ム３から遠くなる位置Ｂに移動することと等価になる。

【００２４】くさび型プリズム６の位置Ａと位置Ｂで
は、位置Ｂで入射する光ビームの光ビーム幅が広がって
いるために、光路Ｓと光路Ｌの光路長差はさらに大きく
なる。すなわち、光路Ｌの経路（ａ−ｆ）の光路長が位
置Ａと位置Ｂで不変とすると、位置Ｂにおける光路Ｓの
経路（ｂ′−ｃ′−ｄ′−ｅ′）の光路長は、位置Ａに
おける光路Ｓの経路（ｂ−ｃ−ｄ−ｅ）の光路長より長
くなる。したがって、反射鏡４，５における反射回数を
増やし、プリズム３とくさび型プリズム６の距離を遠ざ
けるほど、光路Ｓと光路Ｌの光路長差が大きくなり、分
散補償量が大きくなる。

【００２５】このとき、くさび型プリズム６に入射する
光ビーム幅も広がるが、くさび型プリズム６の入射面と
プリズム３からの光路Ｓおよび光路Ｌのなす角度が不変
であるので、くさび型プリズム６からの出射光はコリメ
ート状態を保つ。すなわち、分散補償量を変えるために
複雑な光学調整を行う必要はない。このように、可動ス
テージ８を移動して反射鏡４，５における光ビームの反
射回数を増減することにより、光路Ｓと光路Ｌの光路長
差も段階的に増減するので、分散補償量も段階的に変化
させることができる。なお、反射鏡４，５の間隔を小さ
くするほど、最小分散可変量を小さくすることができ
る。

【００２６】（第２の実施形態）第１の実施形態は、図
１において反射鏡４，５の平行位置関係を保ったまま可
動ステージ８を上下方向（一次元的）に移動させ、反射
回数の増減によって分散補償量を段階的に変化させる構
成である。第２の実施形態では、分散補償量を連続的に
変化させるための構成例を示す。

【００２７】分散補償量を連続的に変化させるために
は、反射鏡４，５の間隔を連続的に変化させればよい。
これは、図４に示すように可動ステージ８を反射鏡４，
５の平行位置関係を保ったまま斜め方向（二次元的）に
移動させる。この方法では、反射鏡４，５における反射
回数が変化しないように、反射鏡４，５の間隔だけを連
続的に変化させることができる。

【００２８】また、図１および図４に示す移動方向を組
み合わせることにより、例えばある範囲では分散補償量
の連続可変を実現し、その他の範囲では段階的に分散補
償量を可変させ、かつ補償範囲を拡大させるような構成
とすることも可能である。

【００２９】（第３の実施形態）分散補償量を可変させ
る必要がない場合には、反射鏡４，５として、図５に示
すように両面に反射鏡コーティング９を施したガラスプ
レート１０を用いてもよい。ただし、ガラスプレート１
０の光ビームの入射部および出射部は、反射鏡コーティ
ングは施されていない。本構成は、分散補償量が固定の
場合に、製造および調整が容易な分散補償器として用い
ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の分散補償
器は、プリズム、レンズおよび反射鏡を用いた空間系で
構成されており、従来の光ファイバ構造に見られるよう
な光学系内に光パワー密度が著しく高くなる部分がない
ので、非線形光学効果による波形劣化が原理的に生じな
い効果がある。

【００３１】また、本発明の分散補償器は、グレーティ
ングのような周期的な反射特性を有するデバイスを用い
ていないので、群遅延特性のリプルを回避することがで
きる。

【００３２】また、本発明の分散補償器は、波長成分ご
との光路長差を変化させるために反射鏡による多重反射
および可動ステージ構成をとっているので、簡単な構成
で煩雑な光軸調整を全く必要とせずに分散補償量を可変
させることができる。また、本発明の分散補償器は、プ
リズム、レンズおよび反射鏡などの基本的な光学部品で
構成し、かつ可動ステージ構成をとっているので、マイ
クロオプティクス技術を利用することにより容易に小型
化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の分散補償器の第１の実施形態を示す
構成図である。

【図２】 本発明における分散補償の原理について説明
する図である。

【図３】 本発明における分散補償量の可変原理につい
て説明する図である。

【図４】 本発明の分散補償器の第２の実施形態を示す
構成図である。

【図５】 本発明の分散補償器の第３の実施形態を示す
構成図である。

【図６】 光ファイバ伝送システムの概略構成を示すブ
ロック図である。

【図７】 チャープファイバグレーティングのモデルを
示す図である。

【符号の説明】

１ 光サーキュレータ ２ コリメートレンズ ３ プリズム ４，５，７ 反射鏡 ６ くさび型プリズム ８ 可動ステージ ９ 反射鏡コーティング １０ ガラスプレート

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ伝送路の波長分散によって波
   形歪みを受けた入力光パルスをポート０から入力し、ポ
   ート１から出力する光サーキュレータと、 前記光サーキュレータのポート１の出力光をコリメート
   するコリメートレンズと、 前記コリメートレンズの出力光を所定の入射角で入射
   し、前記入力光パルスに含まれる波長成分を分光するプ
   リズムと、 前記プリズムで分光された各波長成分を含む光ビームを
   多重反射させるように平行配置した第１および第２の反
   射鏡と、 前記第１および第２の反射鏡で多重反射された光ビーム
   を所定の入射角で入射し、コリメートして出力するくさ
   び型プリズムと、 前記くさび型プリズムの出力光を入射角9０度で入射
   し、くさび型プリズムに対して反射する第３の反射鏡と
   を備え、 前記第３の反射鏡の反射光を前記くさび型プリズム、前
   記第１および第２の反射鏡、前記プリズム、前記コリメ
   ートレンズを介して、前記光サーキュレータのポート１
   に入力し、ポート２から前記光ファイバ伝送路の波長分
   散を補償した出力光パルスとして出力する構成であるこ
   とを特徴とする分散補償器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の分散補償器において、 前記プリズムからの光ビームを最初に反射する反射鏡を
   第１の反射鏡とし、第２の反射鏡との間で多重反射させ
   た後に第２の反射鏡の反射光を前記くさび型プリズムに
   入射する構成としたときに、第１の反射鏡と前記くさび
   型プリズムと前記第３の反射鏡を固定して平行移動させ
   る可動ステージを備えたことを特徴とする分散補償器。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の分散補償器において、 前記可動ステージは、前記第１および第２の反射鏡の間
   隔が変化しない方向に平行移動させ、反射回数を変化さ
   せる構成であることを特徴とする分散補償器。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の分散補償器において、 前記可動ステージは、前記第１および第２の反射鏡の間
   隔が変化する方向に平行移動させる構成であることを特
   徴とする分散補償器。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の分散補償器において、 前記第１および第２の反射鏡は、両面に反射鏡コーティ
   ングを施したガラスプレートにより形成し、前記第１お
   よび第２の反射鏡を固定とした構成であることを特徴と
   する分散補償器。