JP2003015076A

JP2003015076A - 高次分散まで補償できる波長分散補償器

Info

Publication number: JP2003015076A
Application number: JP2001203204A
Authority: JP
Inventors: Hirotomo Izumi; 裕友泉; Sadao Yoshida; 節生吉田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-15
Also published as: US20030053737A1; US6836580B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバに蓄積された波長分散及び波長分散
スロープその他の高次波長分散を多チャネルの多波長領
域において同時に分散補償する波長分散補償器を提供す
ることである。【解決手段】異なる次数の波長分散をそれぞれ補償する
ＶＩＰＡ型波長分散補償器１１−１〜１１−ｎを光サー
キュレータ１０−１〜１０−ｎによって接続し、入射光
を各ＶＩＰＡ型波長分散補償器１１−１〜１１−ｎに順
次入れることによって、高次の波長分散まで補償された
光を出射光として出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高次分散まで補償
できる波長分散補償器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信において、光パルスが長距離伝送
することで生じる長距離伝送後の信号劣化の問題を解決
するという波長分散補償器に関しては多くの要求があ
る。図１１は、光を介して情報を送信するための従来の
ファイバ光通信システム図である。

【０００３】図１１では、送信器１は、パルスを光ファ
イバ２を介して受光器に送出する。しかし、「色分散」
ともいわれる、光ファイバの波長分散は、システムの信
号の質を劣化させる。より具体的には、波長分散の結
果、光ファイバの信号の伝搬速度はその信号の波長に依
存する。例えば、（例えば、「赤」色パルスを示す波長
を持つパルス３）長い波長を持つパルスが、（例えば、
「青」色パルスを示す波長を持つパルス４）短い波長を
持つパルスよりも速く伝搬するとき、一般に「正常」分
散という。逆に、（例えば、青色パルスのような）短い
波長を持つパルスが、（例えば、赤色パルスのような）
長い波長を持つパルスよりも速く伝搬するとき、一般に
「異常」分散という。従って、パルスが赤色及び青色パ
ルスを含む場合で、送信器から送出される場合、パルス
５は光ファイバを介して伝搬する時に分かれて、分離さ
れた赤色パルス及び青色パルスが、異なる時間に受光器
６によって受光される。ここで、赤色パルスが青色パル
スよりも速く伝搬する場合を「正常」分散という。パル
ス送信の他の例として、青から赤へ連続する波長成分を
持つ場合には、赤色成分及び青色成分は、異なる速度で
伝搬するため、パルスは、光ファイバ内で広げられ、波
長分散によって歪む。全てのパルスは有限の波長領域を
含むため、このような波長分散はファイバ光通信システ
ムにおいて、大変良く起こることである。従って、ファ
イバ光通信システムについて、高送信能力を得るため
に、ファイバ光通信システムは、波長分散を補償するこ
とが必要となる。従って、ファイバ光通信システムにつ
いて、高送信能力を得るために、ファイバ光通信システ
ムは、波長分散を補償することが必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】色分散を補償するため
に、チャープ・ファイバグレーティング、分散補償ファ
イバ、さらにファイバにおける色分散の補償のためでは
なく古くから色分散の補償目的として利用されてきた回
折格子対などがある。また、特願平１０−５３４４５０
号及び特願平１１−５１３１３３号には、「Virtually
Imaged PhasedArray」、すなわち、ＶＩＰＡと呼ぶ
部分を含む装置が逆分散コンポーネントとして提案され
ている。

【０００５】図１２は、ＶＩＰＡの動作を説明する図で
ある。同図（ａ）に示されるように、複数の波長成分を
含む入射光は、円柱レンズによって集光され、ＶＩＰＡ
板に入射される。入射された光は、ＶＩＰＡ板内におい
て、広がりながら、ＶＩＰＡ板の両面に設けられている
反射膜間で多重反射する。この多重反射の間に、光は、
ＶＩＰＡ板から少しずつ出力される。出力された光は、
互いに干渉しあい、波長毎に異なる方向に進む平行光を
生成する。このＶＩＰＡ板の動作は、同図（ｂ）に示さ
れるように理解される。すなわち、ＶＩＰＡ板内で多重
反射される光を反射面で折り返して考えると、複数の虚
像から光が出射されると考えられる。すなわち、光ａ〜
ｅが直線状に配列したものと考えられる。虚像間の距離
は互いに同じ距離となっている。このように、虚像が位
相整合されて配列されている構成と考えられることか
ら、ＶＩＰＡという名前が考えられた。

【０００６】図１３は、ＶＩＰＡと同等の機能を示す透
過型回折格子を用いた分散補償器の説明図である。ここ
で、分散補償をどのように行うかは、ＶＩＰＡを参照し
て後に説明するので、ここでは、透過型回折格子の動作
について説明する。

【０００７】透過型回折格子では、透明な材質に階段型
のステップが形成され、このステップの面から光ａ〜ｅ
が出射されることとなる。光ａ〜ｅは、透過型回折格子
内を、それぞれｌ１〜ｌ５の距離を伝搬した後出射され
るので、出射される時点で、光ａ〜ｅの間に位相差が生
じている。出射された光ａ〜ｅは、出射された後に互い
に干渉し、波長毎に異なる方向に進む平行光を生成す
る。従って、透過型回折格子の光ａ〜ｅが実際の光源か
ら直接送られてくる光が配列していると考えられるとこ
ろ、ＶＩＰＡにおいては、虚像から送られてくる光が配
列しているという点で差異はあるが、実質的な動作につ
いては、いずれも同様であることが見て取れるであろ
う。

【０００８】図１４及び図１５は、ＶＩＰＡ板を用いた
分散補償器の動作の原理を説明する図である。図１４
は、ＶＩＰＡ板を用いた分散補償器の概観を示す図であ
り、光ファイバから入射した光は、コリメートレンズに
よって平行光にされ、円柱レンズによってＶＩＰＡ板内
に集光される。ＶＩＰＡ板では、前述したように、波長
によって異なる方向に進む平行光を生成し、出射する。
この出射光は、レンズによってミラー上に集光される。
ミラーでは、ミラー上に当たった光を異なる方向へと反
射し、再びレンズに入射する。レンズは、入射した光を
平行光にしてＶＩＰＡ板に戻し、円柱レンズへと出射す
る。円柱レンズは、光を平行光にしてコリメートレンズ
に入射し、コリメートレンズは入射した平行光を集光し
て、光ファイバに結合させる。

【０００９】図１５は、図１４の構成によって波長分散
が補償される仕組みを説明する図である。ＶＩＰＡ板か
ら出力される光は、前述したように虚像ａ〜ｄから出力
される光と考えることが出来る。例えば、虚像ａ（この
場合には実像であるが）から出射された光は、レンズに
向かい、レンズによって偏向されてミラー上に当たる。
ミラーは、入射した光を異なる方向へと反射し、レンズ
の異なる位置に光を入力する。レンズは、入力された光
を平行光にして、ＶＩＰＡ板に戻す。このとき、ＶＩＰ
Ａ板に戻される光は、最初ＶＩＰＡ板から出射した位置
とは異なる位置に入力される。これは、図１５に示され
るように、ことなる虚像ｃに戻されると考えることが出
来る。ところで、虚像ａと虚像ｃは、距離的にはなれて
いるので、光は距離ｌだけ余分に伝搬してもとに戻され
ることになる。従って、このように伝搬した光には、余
分な伝搬距離を伝送したために生じる遅延が与えられて
もとに戻されることになる。従って、波長分散により、
青色パルスが赤色パルスよりも遅れた場合には、赤色パ
ルスが図１５に示す経路を伝搬するように構成すること
により、赤色パルスの伝搬を遅らせて、青色パルスとの
伝搬遅延の差を解消することが出来る。逆に、図１５の
構成において、光の経路が短くなるように構成すれば、
伝搬時間を短くすることが出来るので、青色パルスが赤
色パルスよりも進んだ場合には、赤色パルスの分散補償
器内の伝搬距離を青色パルスの伝搬距離よりも短くする
ことにより、やはり伝搬遅延差を解消することが出来、
従って、分散補償をすることが出来る。

【００１０】しかし、波長多重伝送システムに用いるた
めの実用的な逆分散コンポーネント（波長分散補償器）
としては、更に特別なニーズが存在する。一般に実用化
されている光ファイバの有する波長分散は波長によって
一定なのではなく、わずかに正の傾き（波長が長くなる
ほど波長分散が大きくなる）を有することが多い。例え
ば、一般的なシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の場合
には、１ｋｍ当たりの波長分散が＋１７ｐｓ／ｎｍであ
るのに対し、波長分散スロープは１ｋｍ当たり０．０６
ｐｓ／ｎｍ²であり、必要な波長帯域幅が例えば３５ｎ
ｍである場合には、＋２ｐｓ／ｎｍ程度の波長分散の変
化となる。このような波長分散の傾きを波長分散スロー
プないしは２次の波長分散と呼ぶことがある。なお、波
長分散スロープは必ずしも正（波長が長くなるほど波長
分散が大きくなる）とは限らず、ファイバの構造分散を
変えることにより零分散波長を１．５μｍの波長帯域に
シフトさせた、分散シフトファイバで零分散波長よりも
長い波長域などでは負の波長分散スロープもあり得る。
実際に光ファイバの伝送路の波長分散を考えると、光フ
ァイバの種類によって単位長さ当たりの波長分散及び波
長分散スロープが決まり、次に光ファイバの長さ（伝送
距離）によって、実際の波長分散及び波長分散スロープ
が決定される。このような実際の光ファイバ伝送路の波
長分散を逆分散コンポーネントにより補償する場合に
は、まず波長分散補償器が補償する波長分散量をある程
度可変できることが望ましい。これは、光ファイバの種
類や伝送距離は、伝送システムの伝送速度や波長帯域、
光ファイバの敷設された時期や敷設する現地の状況によ
って千差万別だからである。更に、波長多重伝送の場合
には、前述したように波長分散のみを補償できても十分
ではなく、波長分散スロープも問題となってくる。仮
に、ある信号チャネルの波長で分散が補償できたとして
も、逆分散コンポーネントの波長分散が一定であるなら
ば、異なる信号チャネルの波長では波長分散を完全に補
償できないからである。このため、波長多重伝送用の逆
分散コンポーネントは、波長分散スロープを有すること
が望ましい。更に、前述したように、伝送距離は千差万
別なので、波長分散スロープは長さに比例して波長分散
と共に変化するため、波長分散スロープもある程度可変
出来ることが望ましい。しかも、与えるべき波長分散ス
ロープの値は波長分散の値で一義的に決まるものではな
い。なぜなら光ファイバの種類が変われば、波長分散だ
けでなく、波長分散スロープも変わるからである。

【００１１】すなわち、波長多重伝送の場合、光ファイ
バ伝送路の波長分散を逆分散コンポーネントにより補償
する場合には、波長分散と波長分散スロープとを独立に
可変するこのが望ましいが、この方法は、前記特願平１
０−５３４４５０号及び特願平１１−５１３１３３号に
は具体的に記載されていない。また、従来存在する逆分
散コンポーネントでは実現されていない。まず、分散補
償ファイバは逆分散スロープを有するようなインデック
スプロファイルの設計が可能であるが、その値を変える
には千差万別のインデックスプロファイルと千差万別の
長さが必要で、現実的ではない。また、前述したよう
に、高価であると共に、損失が大きい、寸法が大きいと
いう問題も有している。また、チャープ・ファイバグレ
ーティングも、ファイバグレーティングのチャープの設
計を最適化すれば、逆分散スロープを与えることはでき
るが、その値を変えるには千差万別のインデックスプロ
ファイルと千差万別の長さが必要で、やはり現実的では
ない。仮に、温度を変化させても波長分散と波長分散ス
ロープとを独立には可変出来ない。また、前述したよう
に、波長分割多重光のような多くの波長を含む光を補償
するために十分な波長帯域を得ることもできない。従来
の回折格子では、回折格子の組み合わせ方によっては、
波長分散と波長分散スロープとを独立にある程度可変出
来る可能性はあるが、前述したように、現実的な寸法で
はファイバ光通信システムにおいて生じる比較的大きな
量の色分散を補償するために十分大きな分散を与えるこ
とができず、実用的ではない。また、今後更なるビット
レートの増大がなされると、これまで述べてきた波長分
散スロープのスロープ、すなわち、３次分散といった高
次分散の補償も考慮しなくてはならないことが予想され
る。

【００１２】本発明の課題は、光ファイバに蓄積された
波長分散及び波長分散スロープその他の高次波長分散を
多チャネルの多波長領域において同時に分散補償する波
長分散補償器を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の波長分散補償器
は、光ファイバを伝搬することによって光が受けた波長
分散を補償する波長分散補償器であって、各次数の波長
分散をそれぞれ補償する複数の波長分散補償手段と、該
複数の波長分散補償器に該光を順次通過させる接続手段
とを備えることを特徴とする。

【００１４】本発明によれば、各次数の波長分散を補償
するように作られた各波長分散補償手段を接続し、波長
分散を受けた光を順次波長分散手段に通過させることに
よって、各次数の波長分散を補償するので、任意の次数
の波長分散を補償することが出来る。特に、波長分散補
償器を波長分散を行わないで、光を返送するだけのモジ
ュールと置き換えることにより、波長分散器全体の構造
を変えることなく、補償したい次数の波長分散のみ補償
する波長分散補償器を柔軟に構成することが出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、ＶＩＰＡ板を用いた分散補
償器に基づいて説明するが、ＶＩＰＡ板と同等の機能を
有する素子を利用した分散補償器にも以下の議論が適用
可能であることは当業者によれば容易に理解されるであ
ろう。

【００１６】本発明の実施形態においては、従来のＶＩ
ＰＡ型分散補償器の光学系にある反射ミラーの形状を高
次分散まで考慮し設計することで、ＶＩＰＡ型分散補償
器で発生させる分散量を調節するというものである。

【００１７】図１〜図６は、本実施形態の反射ミラーの
形状の決定方法を説明する図である。シリンドリカルレ
ンズ（円柱レンズ）で絞られた光を反射率を入射側の光
を１００％、出射側の光を１００％より少し減らしたよ
うな反射率にコーティングしたエタロンのような構造を
持たせたもの（以下、ＶＩＰＡ板）に入射する。このと
き、ＶＩＰＡ板と光とのなす角度をΘ、ｎをＶＩＰＡ板
の屈折率とするとスネルの法則によって、式（１）の関
係が求まる（図１）。

【００１８】

【数１】

【００１９】図１は、ＶＩＰＡ板に入射する光の屈折の
様子を示したものであり、ＶＩＰＡ板に垂直な直線から
の入射光の傾きをΘとし、ＶＩＰＡ板に入射した後の光
のうＶＩＰＡ板に垂直な直線となす角度をθとしたもの
である。光が出射する時のＶＩＰＡ板に垂直な直線との
間の角度は、入射する光と出射する光が同じ空気に出射
し、同じＶＩＰＡ板に入る、あるいは、出るので、屈折
率の関係から、同じ角度となる。なお、ここで、空気の
屈折率を１、ＶＩＰＡ板の厚さをｔとしている。入射角
度は小さいので、一次近似すると、

【００２０】

【数２】

【００２１】となる。ＶＩＰＡ板内で光は多重反射を繰
り返し、ビーム径を広げながら伝搬位置を変えていく。
この光の挙動は、透過型の階段状回折格子から出射され
た光の挙動と等価であるため分光器として作用する。Ｖ
ＩＰＡ板によって分光された光は異なる波長毎に出射さ
れているので、ΦをＶＩＰＡから出たときの波長の関数
で表す角度、φをＶＩＰＡ内の波長の関数で表す角度と
するとスネルの法則が成り立つ（図１）。

【００２２】

【数３】

【００２３】これを（２）式と同様に近似すると、

【数４】

【００２４】となる。次にバーチャリ・イメージド・フ
ェーズド・アレイ（仮想的な回折格子：ＶＩＰＡ）の隣
接する虚像２点について着目すると（図２）、スリット
から出射した光が無限遠で強め合う条件は、ｔをＶＩＰ
Ａ板の厚み、ｍを次数とすると、

【００２５】

【数５】

【００２６】この式（５）を用いて、ＶＩＰＡの分光性
能である角度分散を求めることができ、使っている角度
が一次近似の範囲で

【００２７】

【数６】となる。更に、式（４）を用いることで、

【００２８】

【数７】

【００２９】となる。次にＶＩＰＡから生じさせる遅延
時間を反射ミラーのカーブの微分量を用いて記述する。
反射ミラーの形状を決定するために設けた座標軸をｙと
し、反射カーブをｃ（ｙ）とすると、反射ミラーのカー
ブの微分量は、

【００３０】

【数８】

【００３１】となる。このｈ（ｙ）がミラーの傾きであ
る微分量にあたる。ＶＩＰＡ板から出射された一波長に
ついて着目する。この光がレンズを通過してミラーで反
射されて、また、レンズを通過してＶＩＰＡ板に戻るま
での光線追跡することにより、着目した波長がどれだけ
出射口から平行移動してＶＩＰＡ板に結合するかを求め
る。この平行移動量（Beam shift）を導く。まず、Bea
m shiftを求める準備としてミラーにあたる前までの光
線の動きから、図３よりＨ１、Ｈ２を定義する。

【００３２】

【数９】

【００３３】ここで、図３について説明する。図３のレ
ンズの中心を通る点線は補助線である。この補助線のよ
うに理想的なレンズの中心を光が通過したときは屈折し
ない。しかし、レンズの中心以外の箇所を通過するとき
には、ある波長について着目したときの実線のように屈
折して集光される。このとき、入射側の実線と補助線が
平行なときには、同じ箇所に光が集光される。以上のこ
とから図３の角度が成り立ち、更にＨ１、Ｈ２が上記に
よって求めることができる。

【００３４】また、ＶＩＰＡ板からの出射ビームはＶＩ
ＰＡ板の反射率が均一の場合、光の入射位置から遠ざか
るにつれて指数関数的にビームパワーが減衰するような
プロファイルになる（図５の実線１）。この光が一連の
光学系を通過してＶＩＰＡ板に結合するときには点線１
で描かれるような像となって戻ってくるので、レンズの
中心に垂直な軸に対して折り返した像がＶＩＰＡ板に戻
ってくる。このことからレンズの中心を光学系のどこに
設定するかによって点線で描かれた位置が変化する。レ
ンズの中心を図の点線（レンズ点線）方向に設置すると
点線で描かれた像（点線２）のように上に移動する。ま
た、同様にして実線（レンズ実線）の位置にレンズの中
心を置くと点線で描かれた像（点線１）のように下に移
動する。以上のことからレンズの配置によって図３のａ
の長さが変わってしまうことが分かる。つまり点線で描
かれた像が上の方にシフトした場合は、ａの長さは長く
なり下にシフトした場合は短くなる。ａの最適な位置の
決定の仕方は、ＶＩＰＡ板に沿った座標系をｙ軸にと
り、出射ビームのプロファイルを表す関数をＴ（ｙ）、
点線で描かれた像を表す関数をＲ（ｙ）と表したとき
に、

【００３５】

【数１０】

【００３６】が最大になるときのｙを求めて、このｙを
利用してａの値を求めることが可能になる。式（１１）
は、Ｔ（ｙ）とＲ（ｙ）の畳み込み積分であるが、これ
は、図４の実線と点線の重なり部分を計算するものであ
り、これを最大にするとは、重なり部分を最大にして、
返送されてきた光がＶＩＰＡ板に最大効率で結合する条
件を示したものである。

【００３７】図５はミラーに反射した光の角度の関係を
用いることで反射した光の光線の軌跡を導出するための
準備の図である。左の太線の実線はレンズ、右の太めの
実線はミラーを表す。反射ミラーによって反射した光の
位置からレンズに入射する位置までの距離をＨ３とす
る。Ｈ３の導出にあたり、２つの角度を定義しておく必
要がある。

【００３８】

【数１１】

【００３９】さらに図５より、

【００４０】

【数１２】

【００４１】これらの２つの角度を用いることで、Ｈ３
は、

【００４２】

【数１３】

【００４３】非球面ミラーからの反射ビームがレンズに
当たる位置は（図６）、

【００４４】

【数１４】となる。

【００４５】以上のことから求めるBeam shiftは、

【数１５】

【００４６】この結果を用いて、遅延時間（delay）、
波長分散を求める。図６の太線で書いてあるDistance
changeは、ある波長について着目した光が一連の光学系
を経由してＶＩＰＡ板に戻ってきたときに生じる光路長
の差である。この差は実際の系において、ＶＩＰＡ板の
中を多重反射して、元の出射口までに費やす光路長に等
しいので、遅延時間を定義できる。

【００４７】

【数１６】

【００４８】ここで、ｃは光速を表す。また、式（８）
も利用した。波長分散は、どれだけ遅延時間が発生する
かを表す量であるから、遅延時間の波長微分で求めるこ
とができる。

【００４９】

【数１７】

【００５０】この式がＶＩＰＡ型分散補償器から生み出
すことのできる波長分散である。次に、この式と式
（８）を用いて変形すると、

【００５１】

【数１８】

【００５２】となる。次に、パラメータを減らすことを
考える。図３より、

【００５３】

【数１９】

【００５４】式（１８）の左辺をファイバで生じる波長
分散特性の逆分散を多項式で近似したもので置き換え
る。また、近似の精度をそれほど必要としないときに
は、式（１９）の左辺を波長分散特性の逆分散を示す多
項式としても良い。この微分方程式、式（２１）（ここ
では、式（１８）を用いて表した）と、式（２０）、
（２２）、（２３）との連立微分方程式の解が高次分散
を補償するミラーの形状を決定する。

【００５５】

【数２０】

【００５６】ここで、式（２１）以下の式では、分散補
償量を波長のべき乗で展開した場合の最高次をｎと表
し、また、ＶＩＰＡ板の屈折率もｎとしているが、当業
者によれば特に混乱は生じないものとして、同じ記号を
使う。

【００５７】もし、式（２１）を式（１９）を用いて表
しても良い程度の精度のときには、式（２２）を近似し
た式（７）を用いると計算が簡単になる。ここまでの一
連の考え方は、前述したように、ＶＩＰＡ板の変わりに
用いた透過型回折格子でも成り立つものである。例え
ば、３次までの分散を必要とする場合、ｎ＝２までの多
項式として、連立微分方程式を解くと良い。この連立方
程式の解は、高次分散まで補償できるような形状を持つ
ことになる。このとき、分散スロープなど、Ｃ−ｂａｎ
ｄ、Ｌ−ｂａｎｄといった広帯域の補償が必要になる時
にはＶＩＰＡ板が作るバーチャル・イメージ（虚像）と
同等な透過型回折格子をＶＩＰＡ板の代わりにすること
によって実現する。次に式（２１）の左辺を各項ごとに
分解すると、

【００５８】

【数２１】

【００５９】となる。これらの式と式（２０）、（２
２）、（２３）との連立微分方程式の解は、それぞれの
次数の波長分散を行うミラー形状を決定する方程式とな
る。すなわち、補償する次数の分散値毎にミラー形状を
つくることができることを示す。ここで、式（２４）の
一番上の式を使ってミラー形状を決定した場合には、１
次の波長分散を補償するためのミラーが得られる。同様
に、上から２番目の式を使うと、２次分散を補償するこ
とが出来、以下、ｎ＋１次の波長分散まで補償するため
のミラー形状が得られる。このｎは幾らでも大きくする
ことが出来るが、式（２１）の左辺が表す分散補償量
が、光ファイバの波長分散特性を十分良く補償すること
ができるように設定しなくてはならない。

【００６０】また、これらのミラーを搭載したＶＩＰＡ
型分散補償器（透過型回折格子である場合も含む）を光
サーキュレータなどで直接結ぶことにより、高次の分散
補償をすることが可能になる（図９、後述）。更に、こ
の回路は補償したい分散の次数の選択性をもたせること
が可能になる。なお、多項式で書かれた係数は光ファイ
バ伝送距離に依存する量である。また、前記説明では、
補償すべき分散量を波長の多項式として表したが、分散
量をチェビシェフ多項式を使って表すとチェビシェフ多
項式が直交関数なので、光ファイバの分散特性をより厳
密に表現することが可能になり、ミラーの精度が向上す
る。ただし、チェビシェフ多項式は、変数の範囲が０〜
１の範囲内で定義された規格化された関数なので、微分
方程式に補正するための係数をかける必要がある。ある
いは、チェビシェフ多項式でなくても、直交関数系を構
成する他の関数を使って、補償すべき分散量を記述して
もよい。

【００６１】図７及び図８は、一次波長分散が一波帯域
内で一定になるように多項式で書かれた波長分散補償量
を定数にして解いた時の反射ミラーの表面形状を示す図
である。

【００６２】図７から分かるように、ミラーの形状は非
球面になっている。ＶＩＰＡの角分散がこの断面に平行
な方向になるように、ＶＩＰＡ板と反射ミラーは空間的
に配置される。ただし、断面に垂直な方向には光は波長
によらずレンズにより焦点を結んでいるため、断面に垂
直な方向にあまり長さを取る必要ない。更に、本発明の
実施形態では、異なる波長分散を与えるために、非球面
ミラーの形状をＶＩＰＡ板の角分散方向に対して垂直な
方向に対して、徐々に形状が変わるような３次元の非球
面ミラーとする。断面は図８のような形状となってい
る。

【００６３】図７のように、与える分散値が負から正に
なるに従い、反射ミラー表面形状が非球面の凸面から非
球面の凹面に変化している。なお、分散値零では、ほぼ
平面に近い形状になっている。ＶＩＰＡからの角分散さ
れた光が、このような３次元の非球面ミラーに当たる位
置によって、与えられる波長分散が異なることになる。
また、このような３次元の非球面ミラーを作成すること
は、現有の加工技術をもってすれば困難ではなく、ダイ
ヤモンド製のバイトと精密な可動ステージを有する精密
な３次元加工機でＡｌ（アルミニウム）や真鍮などの金
属を加工すればよい。このような削り加工したミラー
は、一般に高価となることが多いので、必要な形状とは
反転した形状を有する金型を加工し、その金型を用い
て、プラスチックや低融点ガラス、ゾルゲルガラスなど
で転写成形した後、Ａｕ（金）やＡｌ（アルミニウム）
などの金属や誘電体多層膜をその上に成膜してミラーを
形成すればよい。この他、イオンビームエッチングと厚
さの異なるレジストを用いて、このような３次元形状を
得ることもできる。更に、実際に波長分散を可変するた
めには、前記３次元の非球面ミラーをＶＩＰＡ板の角分
散方向に対して垂直な方向に可動させる手段が必要とな
る。すなわち、本発明の実施形態では、ＶＩＰＡ板の角
分散方向に対して垂直な方向に前記３次元の非球面ミラ
ーを可動させる手段を有する。可動させる手段は、例え
ば、リニアスライダーとモータなどで主に構成すること
が出来るが、リニアスライダーの代わりに微動台を、モ
ータの代わりにアクチュエータなどを用いることもで
き、これらに限定されるものではない。以上の考え方を
用いれば高次の分散補償を可能にするミラーを設計する
ことが可能となる。Ｃ−ｂａｎｄ、Ｌ−ｂａｎｄといっ
た広帯域にまたがる全波長の高次の分散補償までをひと
つのミラーで行うときには、ＶＩＰＡ板の厚みの制約上
ＶＩＰＡ板と等価な透過型回折格子を用いて光学系を組
むと良い。次に次数の異なる分散値を別々に処理すると
きには、式（２０）〜（２３）の一連の方程式で解いた
ときのミラーを搭載したＶＩＰＡ型分散補償器を光サー
キュレータなどで直接に結ぶ光回路を構成するとよい。
また、このような光学系を用いるとロスがとれないこと
が考えられるので、そのときには、光アンプを随時接続
することにより補うと良い。

【００６４】図９及び図１０は、本発明の実施形態に従
った分散補償器の構成例を示した図である。図９は、本
発明の実施形態に従った分散補償器の構成を示してい
る。複数のＶＩＰＡ型分散補償器１１−１〜１１−ｎが
光サーキュレータ１０−１〜１０−ｎによって接続さ
れ、入射光は、光サーキュレータ１０−１、・・・によ
って、順次ＶＩＰＡ型分散補償器１１−１〜１１−ｎに
入力され、光サーキュレータ１０−ｎから出射される。
各ＶＩＰＡ型分散補償器１１−１〜１１−ｎは、ＶＩＰ
Ａ板を用いた前述のような分散補償器でも良いし、ＶＩ
ＰＡ板と等価の動作を行う等価型回折格子を使ったもの
でも良い。また、各ＶＩＰＡ型分散補償器１１−１〜１
１−ｎは、それぞれ、式（２４）によって、各次数の分
散補償を行うように構成されたものとする。すなわち、
ＶＩＰＡ型分散補償器１１−１は、１次分散、１１−２
は、２次分散、１１−ｎは、ｎ次分散を補償するように
構成する。各次数の分散補償を行うための、ＶＩＰＡ型
分散補償器に設けられる非球面ミラーの反射面の設計
は、前述の式（２４）によって行う。

【００６５】このようにすることによって、任意の次数
の波長分散を補償することが出来るようになると共に、
各次数の分散補償を別々のＶＩＰＡ型波長分散補償器に
担当させているので、各ＶＩＰＡ型波長分散補償器に含
まれる非球面ミラーの形状が複雑になり過ぎず、非球面
ミラーの製作が楽になるという利点がある。図１０は、
図９の構成において、ＶＩＰＡ型分散補償器をモジュー
ル化して使用する構成を説明する図である。

【００６６】各ＶＩＰＡ型波長分散補償器１１−１、・
・・、１１−ｎは、前述同様光サーキュレータ１０−１
〜１０−ｎによって接続されるが、光通信システムの使
用環境によっては、特定の次数の波長分散は補償する必
要がない場合がありうる。この場合、各ＶＩＰＡ型波長
分散補償器をコネクタによって光サーキュレータ１０−
１〜１０−ｎに接続し、必要のない次数のＶＩＰＡ型波
長分散補償器を随時取り外し可能にしておく。そして、
ＶＩＰＡ型波長分散補償器を取り外したコネクタに、光
軸を変更することなく、入射した光を単純に反射するの
みの平面ミラーを搭載したミラーモジュール１２を取り
付けるようにする。このようにすることによって、任意
の次数のみの波長分散を補償する分散補償器を構成する
ことができる。

【００６７】（付記１）光ファイバを伝搬することによ
って光が受けた波長分散を補償する波長分散補償器であ
って、各次数の波長分散をそれぞれ補償する複数の波長
分散補償手段と、該複数の波長分散補償手段に該光を順
次通過させる接続手段と、を備えることを特徴とする波
長分散補償器。

【００６８】（付記２）前記複数の波長分散補償手段の
少なくとも１つは、波長分散補償を行わないまま光を返
送する少なくとも１つの返送手段と置き換え可能である
ことを特徴とする付記１に記載の波長分散補償器。

【００６９】（付記３）前記返送手段は、入力される光
の光軸を変えないまま返送するように設定されたミラー
を備えることを特徴とする付記２に記載の波長分散補償
器。

【００７０】（付記４）前記接続手段は、光サーキュレ
ータを備えることを特徴とする付記１に記載の波長分散
補償器。（付記５）前記複数の波長分散補償手段は、それぞれ、
ＶＩＰＡ板と該ＶＩＰＡ板から出力された光をＶＩＰＡ
板に返送することによって、光に伝搬遅延を与える反射
ミラーとからなることを特徴とする付記１に記載の波長
分散補償器。

【００７１】（付記６）前記複数の波長分散補償手段
は、それぞれ、透過型回折格子と該ＶＩＰＡ板から出力
された光をＶＩＰＡ板に返送することによって、光に伝
搬遅延を与える反射ミラーとからなることを特徴とする
付記１に記載の波長分散補償器。

【００７２】（付記７）前記反射ミラーの反射面の形状
は、該反射面の勾配を微分量で表し、前記ＶＩＰＡ板あ
るいは前記透過型回折格子から出射された光が該反射面
によって反射され、再び該ＶＩＰＡ板あるいは該透過型
回折格子に結合するまでの光線追跡を行うことで導出し
た波長分散特性を示す第１の式と、補償すべき波長分散
特性の逆特性を、波長を変数として表す関数で記述した
ものとを等しいと置いて得られる第２の式を解くことに
よって決定されることを特徴とする付記５又は６に記載
の波長分散補償器。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、本発明の実施形態に従
ったＶＩＰＡ型分散補償器は、将来のビットレートの増
大により時間軸領域での光パルスが狭くなったときに予
想される高次分散への影響を補償出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の反射ミラーの形状の決定方法を説
明する図（その１）である。

【図２】本実施形態の反射ミラーの形状の決定方法を説
明する図（その２）である。

【図３】本実施形態の反射ミラーの形状の決定方法を説
明する図（その３）である。

【図４】本実施形態の反射ミラーの形状の決定方法を説
明する図（その４）である。

【図５】本実施形態の反射ミラーの形状の決定方法を説
明する図（その５）である。

【図６】本実施形態の反射ミラーの形状の決定方法を説
明する図（その６）である。

【図７】一次波長分散が一波帯域内で一定になるように
多項式で書かれた波長分散補償量を定数にして解いた時
の反射ミラーの表面形状を示す図（その１）である。

【図８】一次波長分散が一波帯域内で一定になるように
多項式で書かれた波長分散補償量を定数にして解いた時
の反射ミラーの表面形状を示す図（その２）である。

【図９】本発明の実施形態に従った分散補償器の構成例
を示した図（その１）である。

【図１０】本発明の実施形態に従った分散補償器の構成
例を示した図（その２）である。

【図１１】光を介して情報を送信するための従来のファ
イバ光通信システム図である。

【図１２】ＶＩＰＡの動作を説明する図である。

【図１３】ＶＩＰＡと同等の機能を示す透過型回折格子
を用いた分散補償器の説明図である。

【図１４】ＶＩＰＡ板を用いた分散補償器の動作の原理
を説明する図（その１）である。

【図１５】ＶＩＰＡ板を用いた分散補償器の動作の原理
を説明する図（その２）である。

【符号の説明】

１０−１〜１０−ｎ光サーキュレータ１１−１〜１１−ｎＶＩＰＡ型波長分散補償器１２ミラーモジュール

───────────────────────────────────────────────────── 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 10/18 (72)発明者吉田節生北海道札幌市北区北七条西四丁目３番地１富士通東日本ディジタル・テクノロジ株式会社内Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA32 CA31 CA38 2H042 DA02 DA05 DA08 DA11 DC08 DC12 DD10 DE00 2H049 AA03 AA13 AA59 AA62 AA65 5K002 AA06 BA33 CA01 DA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバを伝搬することによって光が受
けた波長分散を補償する波長分散補償器であって、各次数の波長分散をそれぞれ補償する複数の波長分散補
償手段と、該複数の波長分散補償手段に該光を順次通過させる接続
手段と、を備えることを特徴とする波長分散補償器。
【請求項２】前記複数の波長分散補償手段の少なくとも
１つは、波長分散補償を行わないまま光を返送する少な
くとも１つの返送手段と置き換え可能であることを特徴
とする請求項１に記載の波長分散補償器。
【請求項３】前記接続手段は、光サーキュレータを備え
ることを特徴とする請求項１に記載の波長分散補償器。
【請求項４】前記複数の波長分散補償手段は、それぞ
れ、ＶＩＰＡ板と該ＶＩＰＡ板から出力された光をＶＩ
ＰＡ板に返送することによって、光に伝搬遅延を与える
反射ミラーとからなることを特徴とする請求項１に記載
の波長分散補償器。
【請求項５】前記複数の波長分散補償手段は、それぞ
れ、透過型回折格子と該ＶＩＰＡ板から出力された光を
ＶＩＰＡ板に返送することによって、光に伝搬遅延を与
える反射ミラーとからなることを特徴とする請求項１に
記載の波長分散補償器。