JP2003177248A - 可変群遅延補償器 - Google Patents

可変群遅延補償器

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JP2003177248A
JP2003177248A JP2001377162A JP2001377162A JP2003177248A JP 2003177248 A JP2003177248 A JP 2003177248A JP 2001377162 A JP2001377162 A JP 2001377162A JP 2001377162 A JP2001377162 A JP 2001377162A JP 2003177248 A JP2003177248 A JP 2003177248A
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wavelength
optical
reflector
group delay
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Dairetsu In
大烈 尹
Hiroshi Matsuura
寛 松浦
Tatsuya Hatano
達也 畑野
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】必要な次数以外の波長を光反射素子で反射させ
ることにより引き起こる遅延量の雑音を、光反射素子の
前にスリット部材を配置して排除する。 【解決手段】入射光を受光し各波長により異なる出射角
で出力光を生成する光多重反射体と、前記出力光を光多
重反射体に戻す光返送部品とからなり、前記光多重反射
体と光返送部品との間にスリット部材を備え、必要な次
数の光のみを通過させ、光反射素子で反射させる。ま
た、スリット部材の開口幅の設計方法、配置方法を確立
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、光通信システムお
よび光計測分野等に用いられる可変群遅延補償器に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光通信においては、情報量の増加
に伴い、単一波長による伝送方式では要求に応じること
が難しい状況にある。そこで、互いに異なる複数の波長
がそれぞれ強度変調された光を合波して波長分割多重光
とし、この波長分割多重光を一本の光ファイバで伝送す
る波長多重伝送方式が実施されるようになった。
【0003】しかしながら、強度変調を行った波長分割
多重光は、光ファイバ内を伝送されると、波長分割多重
光の伝播定数が波長によって異なる。このため、波長分
割多重光は、各波長により伝播速度が異なる分散現象が
生じる。
【0004】光ファイバ内を伝送する波長分割多重光
は、そのチャンネルの中心波長から広がったスペクトル
を持つ帯域を有する。上述したように、波長分割多重光
は、光ファイバ内を伝送される間に分散現象が生じるた
め、チャンネル内のスペクトルに対応する伝播速度がチ
ャンネル帯域内で異なり、入射波形と異なった波形で出
射される。
【0005】また、伝送信号をデジタル化し、強度変調
された光信号を光ファイバで伝送する場合、伝送距離が
長くなると、光信号のチャンネル内のスペクトルに対応
する伝播速度が異なるので、スペクトル幅が広がってし
まう。このため、隣接するチャンネル同士のパルスの区
別がつかなくなり、エラーが発生しやすくなる。特に光
ファイバの通信容量を大きくするために、波長分割多重
光の伝送速度を上げ、チャンネル間の周波数間隔を狭め
るほど、上述したエラーの影響が大きくなる。
【0006】したがって、大容量高速光通信において
は、伝送路としての光ファイバ自体の分散量を小さくす
るか、光ファイバの分散特性と逆特性を持つ分散補償器
を光ファイバに接続し、伝送波長帯域に亘って、光ファ
イバの分散特性の補償を行う方式が実施されている。
【0007】前者の光ファイバ自体の分散量を小さくす
る一方法は、1.55μmで零分散を有するディスパー
ジョンシフトファイバ(Dispersion Shifted Fiber)を
使用するものである。また、後者の光ファイバの分散特
性と逆特性を持つ分散補償器としては、ディスパージョ
ンコンペンセイションファイバ(Dispersion Compensat
ing Fiber)を使用した分散補償を使用するものが一般
的である。
【0008】さらに、別の分散補償器(可変群遅延補償
器)としては、US5,930,045の図13に開示されている
光多重反射体を用いた構造のものもある。図8を用い、
この従来の光多重反射体を用いた分散補償器を説明す
る。
【0009】従来の分散補償器(可変群遅延補償器)
は、光ファイバ1aとコリメータレンズとシリンドリカ
ルレンズとで構成される第一のレンズ1bとからなる光
入力・出力導波装置1と、相対する互いに平行な面から
なるガラスを基体として入射面4a、反射面4b、透過
面4cが形成された光多重反射体4と、集光レンズから
なる第二のレンズ5と、90%以上の反射率を持つよう
な反射膜が形成されたミラーからなる光返送部品6とが
配置されている。なお、光多重反射体4は、ある一面に
反射面4bが構成され、反射面4bの対向面に透過面4
cが構成されている。
【0010】光入力・出力導波装置1から入射面4aに
入射された波長分割多重光は、まず透過面4cに当た
り、一部は透過し、残りは反射する。なお、波長分割多
重光は、複数の波長を含む光である。透過面4cから反
射された光は、次に反射面4bにあたり、透過せずに透
過面4cに向けて反射される。反射面4bで反射され透
過面4cにあたった光は、再び一部が透過され、残りは
反射面4bに向けて反射される。光多重反射体4内で
は、反射面4bと透過面4cで、この反射が繰り返さ
れ、透過面4cに当たるたびに、一部の波長分割多重光
が第二のレンズ5に向けて出射されることになる。
【0011】透過面4cから波長毎に異なる方向へ放出
された波長分割多重光は、球面レンズからなる第二のレ
ンズ5を通過する。そして、第二のレンズ5を通過した
波長分割多重光は、波長毎に、光返送部品6表面の異な
った位置に、異なった角度で照射される。
【0012】光返送部品6で反射された波長分割多重光
は、再び、第二のレンズ5を通して、光多重反射体4の
透過面4cに異なる角度で、異なる位置に入射される。
その後、波長分割多重光は、反射面4bと透過面4cで
反射を繰り返し、入射面4aから出射される。入射面4
aから出射された光は、光入力・出力導波装置1を伝播
し出力される。つまり、波長分割多重光は、上述した順
番で伝播され、群遅延補償された後、出力されることに
なる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】従来の可変群遅延補償
器は、光多重反射体4から出射され、光返送部品6に照
射されるすべての波長分割多重光を反射する構成になっ
ている。図11に示すように、ある1つの波長λ1を例
にすると、光多重反射体4から光返送部品6で反射し、
再度、光多重反射体4に戻るまでには、3通りの光路が
存在する。つまり、一つの波長λ1は、3通りの伝播距
離を持った光路程からなる光が存在することになる。波
長毎の遅延量は、この光路長により決定されるため、一
つの波長λ 1に対し1通りの光路のみ存在することが好
ましい。言い換えれば、図11のように、3通りの光路
程を伝播する光が存在すると、2通りの光路を伝播する
光は雑音となってしまう。この結果、図4のグラフにお
いて、スリットなしのラベルが示すように、波長による
遅延量が不安定になる問題が生じる。
【0014】図11についてさらに詳細に説明する。次
数m1に属する全ての波長の光(例えばλ1、λ2
λ3)、および、この波長と同一の波長を持ち、次数m1
の他の次数に属する光は、分散の値が零に近づく領域に
おいて、光多重反射体4における透過面4cの元の出射
位置に戻る。これらの光において元の出射位置は、レン
ズの光軸5aから、レンズ5の焦点距離fの位置に相当
する光多重反射体4の近傍にある。光多重反射体4の次
数m1に属するある波長の光と同じ波長を有する他の次
数の光に対しても、入射面に至るまでの光路程はほぼ同
じである。また、分散が零でない場合に比べて、挿入損
失が小さく、m1の次数の波長と同じ、他の次数の波長
がm1の次数の波長に関する特性に結合するので、挿入
損失の波長特性、遅延量の波長特性の雑音特性は、更に
大きくなる。
【0015】このように、必要とする次数の特定の波長
に関する波長特性が、雑音の原因となる他の次数に属す
る特定の波長と同じ波長が原因となって、変動し、雑音
の原因となる。
【0016】図3には、従来の可変群遅延補償器による
透過率の雑音特性が記載されている。スリットなしのラ
ベルのグラフが従来の特性で、挿入損失の波長特性の原
因となる透過率の雑音特性が示されている。図4には、
遅延量の波長特性の変動特性が、スリットなしのラベル
のグラフで示されている。
【0017】この図3、図4からわかるように、従来の
可変群遅延補償器は、必要以外の次数に属する光も反射
させていたため、透過率および遅延量の変動特性が大き
いという問題があった。
【0018】このため、必要とする波長の特定の次数を
残し、他の次数に属する特定の波長を排除する方法とし
て、図12のような光返送部品6の大きさを制御した構
造のものがある。
【0019】この構造は、必要の次数に属する特定の波
長の光のみを反射し、雑音の原因となる他の次数に属す
る特定の波長と同じ波長の光を反射させないものであ
る。例えば、図12で示すと、波長λ1は、反射領域の
制限を行うために光返送部品6が小さく成形されたの
で、光返送部品6表面で波長λ1の光が反射するポイン
トは1箇所のみとなる。このため、波長λ1の光路程
は、一通りのみが存在するようになり、複数の光路程が
存在しない構成となる。図12では、波長λ1の光が光
多重反射体から2通りの光路で出射されているが、一つ
の光は光返送部品6で反射され光多重反射体4に戻り、
もう一方の光は光返送部品6にあたらず反射されない。
つまり、波長λ1の光には、一通りの光路のみ存在する
ことになる。これは、波長λ3の光についても同様のこ
とがいえる。
【0020】しかしながら、図12の構成は、光返送部
品の配置方法が困難である問題が生じる。以下に説明す
る。
【0021】便宜上、必要とする次数がm1として、こ
の次数m1に属する特定の波長を小さい方から順番にな
らべて、λ1、λ2、λ3とする。λ1、λ2、λ3に対応す
る出射角度をφoutm11、φoutm12、φoutm13とす
る。他の次数m1−1、m1+1に属して、λ1、λ2、λ
3に対応する出射角度を、m1−1に対してφoutm
1-11、φoutm1-12、φoutm1-13とし、m1+1に対
してφoutm1+11、φoutm1+ 12、φoutm1+13とす
る。これらの角度の大きさは、φoutm1+13<φoutm
1+ 12<φoutm1+11<φoutm13<φoutm12<φout
11<φoutm1-13<φoutm1-12<φoutm1-11と
する(図2参照)。
【0022】第二のレンズ5と光返送部品6の距離は、
一定の距離を保ち、第二のレンズ5の焦点距離fと等し
くしている。したがって、レンズの中心軸と光多重反射
体4の透過面4cのなす角度ψと、前記光多重反射体4
からの出射角φoutの差をΔφout≡φout−ψと定義す
ると、光返送部品上では、f×Δφoutの位置で反射さ
れる。各次数に属するλ1、λ2、λ3に対応する出射光
の光返送部品上の位置は、f×Δφoutm1+13<f×Δ
φoutm1+12<f×Δφoutm1+11<f×Δφoutm1
<f×Δφoutm12<f×Δφoutm11<f×Δφout
1-13<f×Δφoutm1-12<f×Δφoutm1-11の
大きさの順に、並んでいる。
【0023】したがって、次数m1に属するλ1、λ2
λ3が必要な光であるから、高さf×Δφoutm1-13以
上にくる光とf×Δφoutm1+11以下にくる光を排除す
るように、光返送部品の大きさを制限しなければならな
い。
【0024】φoutm1-13に対応する次数m1−1に属
する波長λ3が、図12の破線λ3に対応する。φoutm
1+11に対応する次数m1+1に属する波長λ1が、図1
2の破線λ1に対応する。したがって、次数m1に属する
波長λ1、λ2、λ3を反射素子上で反射し、次数m1−1
に属する波長λ3、次数m1+1に属する波長λ1を、反
射素子によって反射させないようにする。このために
は、まず次数m1に属する中心波長(図12ではλ2に相
当)に、光多重反射体4と第二のレンズ5と光返送部品
6の光軸を合わせる。次に、φoutm1-13に対応する次
数m1−1に属する波長λ3が、光返送部品6によって反
射されないように、光返送部品6の高さの上限を制限す
る位置合わせをする。さらに、φoutm1+11に対応する
次数m1+1に属する波長λ1が、光返送部品6によって
反射されないように、光返送部品6の高さの下限を制限
する位置合わせをする各ステップが必要である。
【0025】また波長分散がλ2を中心にして、補償さ
れ、挿入損失が小さくなるためには、次数m1に属する
中心波長(図12ではλ2に相当)の光が、光多重反射
体4の出射位置に戻ってくる必要がある。つまり、λ2
の光が、光多重反射体4の出射位置に戻るように、主と
して、光返送部品6の反射点での角度調整が必要であ
る。
【0026】上述した構造の光返送部品は、大きさを制
限するため、光返送部品の高さを制限するにあたって必
要な光学的な位置合わせが必要であるという問題もあっ
た。本発明は、光軸合わせも簡単で、光多重反射体4を
用い、必要とする次数に属する波長以外の光波長を排除
した、光分散補償器を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段と作用】上記課題を解決す
るため、可変群遅延補償器の第一の発明は、入射光を受
光し各波長により異なる出射角で出力光を生成する光多
重反射体と、前記出力光を光多重反射体に戻す光返送部
品とからなり、前記光多重反射体と光返送部品との間に
スリット部材を備えた可変群遅延補償器。
【0028】上記課題を解決するための第二の発明は、
前記光返送部品は、光反射素子であって、前記光反射素
子と前記光多重反射体との間には、レンズと、スリット
部材が配置されているものである。
【0029】上記課題を解決するための第三の発明は、
前記スリット部材は、前記光返送部品の表面に設置され
ているものである。
【0030】上記課題を解決するための第四の発明は、
前記スリット部材は、光多重反射体から異なる波長で、
異なる出射角で出力される出力光のうち、任意の波長に
対し、一つの出射角で出力された光のみを透過させる開
口部が形成されるものである。
【0031】上記課題を解決するための第五の発明は、
光多重反射体の屈折率をn、厚みをdとすると、干渉条
件mλ=2ndcos (sin-1(1/n・sinφout))におい
て、光多重反射体からの出力光の波長λと出射角度φou
t、次数mを変化させた場合に複数の曲線が形成され、
任意のλと前記複数の曲線との交点が一つ以下となるよ
うに出射角度φoutの領域が決定され、最大出射角度を
φoutmax、最小出射角度をφoutmin、第二のレンズの焦
点距離をfとすると、スリット部材の開口幅は、f×
(φoutmax−φoutmin)で決定されるものである。
【0032】上記課題を解決するための第六の発明は、
前記スリット部材は、その開口部が、光多重反射体側か
ら入射される中心光線方向に対して垂直になるように配
置されているものである。
【0033】上記課題を解決するための第七の発明は、
等周波数間隔からなる波長分割多重光のチャンネルの中
心周波数に対応する光が、光多重反射体から出射される
中心光線方向に出射される光の波長と等しいものであ
る。
【0034】上記課題を解決するための第八の発明は、
前記波長分割多重光は、光速をcとすると、等周波数間
隔が光多重反射体のフリースペクトルレンジc/2nd c
os(sin-1(1/n・sinφout))と等しいものである。
【0035】上記課題を解決するための第九の発明は、
前記スリット部材が、少なくともレンズ側に位置する表
面に波長分割多重光の光を吸収する光吸収膜が施されて
いるものである。
【0036】上記課題を解決するための第十の発明は、
前記光吸収膜が、インコネル、カーボンブラックが施さ
れているものである。
【0037】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を、図1
を用いて説明する。なお、従来例を示す図8の名称と、
本発明の実施形態を示す名称とが同一の場合には、同一
番号をつけ、従来例の実施形態に新たな部品が付加され
た場合、新たな番号をつけた。
【0038】図1に示す本実施形態の可変群遅延補償器
は、光ファイバ1aとコリメータレンズとシリンドリカ
ルレンズとで構成される第一のレンズ1bとからなる光
入力・出力導波装置1と、ガラスを基体として入射面4
a、反射面4b、透過面4cが形成された光多重反射体
4と、集光レンズからなる第二のレンズ5と、ミラーか
らなる光返送部品6とが図8のように配置され、光返送
部品6の第二のレンズ側にスリット部材7を配置したも
のである。
【0039】なお、光ファイバ1aは、三端子サーキュ
レータ2に接続されている。つまり、光ファイバ1aの
一端は第一のレンズ1bに接続され、もう一端はサーキ
ュレータのポート2bに接続されている。つまり、波長
分割多重光は、三端子サーキュレータ2のポート2aか
らポート2bを通って光ファイバ1aに入射され、第一
のレンズ1bから光多重反射体4に向けて出射される。
また、光多重反射体4から第一のレンズ1bに入射され
た波長分割多重光は、三端子サーキュレータ2のポート
2bからポート2cを通って出射される。
【0040】第一のレンズ1bを構成するコリメータレ
ンズは、適宜、球面レンズ、分布屈折形レンズ(GRINレ
ンズ)、非球面レンズ、マルチモードグレーデッドファ
イバレンズ、から選択されても良い。また、シリンドリ
カルレンズは、ロッドレンズ、アナモルフィックプリズ
ムペア等の焦線を結ばせる作用を持つ光部品であれば、
限定されるものではない。
【0041】光多重反射体4は、反射面4b、透過面4
cの反射率がそれぞれ設定される。反射面4bは、例え
ば波長分割多重光の設定波長に対して、90%以上の反
射率が形成されるように反射膜を施す。なお、反射面4
bは99%以上の反射率を持つことが好ましい。透過面
4cは、波長分割多重光の設定波長に対して、60%以
上の反射率が形成されるように反射膜を形成する。な
お、透過面4cは、95%から98%程度の反射率を持
つことが好ましい。つまり、透過面4cにあたる光は、
波長分割多重光の一部が透過し、残りが反射面4bに向
かって反射する。
【0042】また、光多重反射体4を形成する基体は、
互いに平行な面を持つガラスばかりではなく、波長分割
多重光に対して透明な材料からなる基体を挟んで互いに
平行で、反射面および透過面を持つような光多重反射体
でもよい。透明な材料は水晶体やニオブ酸リチウム等の
結晶体、また空気やガスでも良い。空気やガスの場合、
これを挟む材料は、波長分割多重光に対して透明な固体
材料で、互いに平行な面を形成すれば良い。たとえば、
ガラスがそれに相当する。なお、透過面や反射面を適宜
既に述べた所望の反射率や透過率を形成するには、誘電
膜を張る、あるいは、蒸着する等、適宜選択できる。
【0043】光多重反射体4の入射面4aは、図1のよ
うに反射面4bの一部に無反射膜を形成して作成する
が、傾斜面を作成してもよい。すなわち、反射面4bの
一部に透過面4cに向かって内角α(図1ではα=18
0度)をなす傾斜面を作成してもよい。この内角αは9
0度から180度に形成されるが、150度から175
度以下に設定されるのが好ましい。なお、入射面4aに
は、波長分割多重光に対する設定波長に対して、無反射
膜を形成しても良い。
【0044】光返送部品6は、平面ミラーまたはシリン
ドリカルミラー等から構成されている。このミラーは、
波長分割多重光の設定波長に対し、90%以上の反射率
を持つような反射膜が形成されている。
【0045】次に、光多重反射体4の透過面4cから出
射される波長分割多重光について説明する。
【0046】光多重反射体4の透過面4cから出射され
る波長分割多重光は、光入力・出力導波装置1を伝播さ
れた時と同数で、複数の異なる波長を有する。また、透
過面4cから出射される光は、複数の異なる波長を有
し、同じ方向に、放射状に広がる。透過面4cから出射
される光が強め合う条件は、下記(1)式の通りであ
る。光多重反射体4の反射面4bと透過面4cの平行間
隔をd、光多重反射体4の屈折率をn、波長をλ、光多
重反射体4内部の反射面4bと透過面4cに対して垂直
な方向からθの角度で光が侵入してくるものとし、次数
mは整数とする。 2nd・cosθ=mλ……(1)
【0047】光多重反射体4では、既にn、dは固定さ
れているから、次数mを固定すると、特定の波長λ1
対して、(1)式を満足する特定のθ1が決定される。
従って、ある一つの次数mに対応して、波長分割多重光
の複数の異なる波長に対し、複数の異なる特定の方向で
一対一に対応して光が強まり合う。
【0048】光多重反射体4の透過面4cに戻る位置及
び角度は、透過面4cから出射される角度によって異な
る。入射面4aから離れた位置の透過面4cに戻る光
は、入射面4aから近い位置の透過面4cに戻る光と比
較すると、光多重反射体4内の透過面4cと反射面4b
との間をより多く反射することになる。この結果、入射
面4aから離れた位置の透過面4cに戻る光の方が、よ
り長い距離を伝播して、入射面4aの位置に戻ることに
なる。つまり、入射面4aから入射され、再び入射面4
aから出射される光は、波長毎に光路長が異なることに
なる。すなわち群遅延が発生する。
【0049】このように配置すると、光多重反射体4か
ら出射された光は、その出射位置に関係なく、出射され
た光の出射角度によってのみ、光返送部品6上での反射
位置が決定される。
【0050】光多重反射体4の透過面4cから、出射さ
れる光の出射角度(透過角)をφout1、光多重反射体4
内部の反射面4b及び透過面4cにおける反射角をθ、
出射される光の波長をλ1、光多重反射体4の屈折率を
n、厚みに相当する透過面4cと反射面4bの距離をd
とする。
【0051】波長λ1の光が、強まり合う干渉条件
(1)式と、スネルの法則により,nsinθ=sinφout1
が成立する。このため、(1)式との関係により、下記
(2)式が成立する。なお、これらn、d、λ1、φout
1によって、 (2)式を満足する整数m=m1が決定され
る。 mλ1=2ndcos(sin-1(1/n・sinφout1))……(2)
【0052】次数mを整数m1に固定し、次数m1に対し
て、強まり合う波長λ、この波長に対応した出射角φou
tとすると、座標(λ1、φout1) を通る(λ、φout)の
組みからなる、一つの曲線が(1)式から決定される。
この曲線の物理的意味は、(λ1、φout1)のほかに、次
数m1を満足する強まり合う波長λ、この波長に対応し
た出射角φoutの組み(λ、φout)が無数に存在すること
である。
【0053】次数m1に対して、その前後に、m1±1、
1±2、…、なる次数が存在する。これらの各々の次
数に属する(λ、φout)の組からなる曲線は 、(λ1、φ
out1)は通らない。図2は、次数m1、次数m1+1、次
数m1−1の(λ、φout)の組からなる曲線を示す模式図
である。
【0054】次数m1+1、次数m1、次数m1−1の
(λ、φout)の組からなる曲線とφout1=0とのそれぞ
れの交点をλm1+1 λm1、λm1-1とすると、λm1+1<λ
m1<λm 1-1が成立する。一般に、次数mの(λ、φout)
の組からなる曲線とφout1=0とのそれぞれの交点・
・、λm1+2 λm1+1 λm1 λm1-1 λm1-2 ・・に対し
て、・<・<λm1+2<λm1+1<λm1<λm1-1<λm1-2
・<・が成立する。図2は、便宜上、中央にある(λ、
φout)の組からなる曲線を次数m1、この曲線の左側に
ある曲線を次数m1+1、この曲線の右側にある曲線を
次数m1−1の曲線として記載している。
【0055】図2を参照すると、次数m1曲線上にあ
る、出射角φout1を持つ一つの光の波長λ1に対して、
次数m1+1、次数m1−1の(λ、φout)の組からなる
曲線は、λ=λ1と交わる出射角φoutm1+1、φoutm1-1
を持つ。その他可付番無限個の次数の(λ、φout)の組
からなる曲線とλ=λ1と交わる出射角を考慮すると、
λ=λ1と交わる無数の異なる出射角をが存在すること
になる。
【0056】本発明の実施形態である光返送部品6の前
にスリット部材7を配置する構造では、必要とする次数
に属する波長以外の光は、スリット部材7で遮断され
る。また、本実施形態は、必要とする次数に属する波長
の光を通過させるためのスリット部材7の開口幅を設定
するものである。
【0057】図3、図4は、従来構造のスリット部材7
が配置されない場合と、本実施形態のスリットを配置し
た場合の透過率、及び、群遅延を示すグラフである。こ
の図3、図4からわかるように、スリット部材7を配置
した場合は、雑音のない透過率、及び、群遅延を示すグ
ラフとなっている。これは、スリット部材7の開口幅を
適切に設定することにより、必要とする次数に属する波
長以外の光は、スリット部材7で遮断されるからであ
る。
【0058】次に、スリット部材7の開口幅を決定する
方法について説明する。一般に、光多重反射体4の厚み
に相当する反射面4bと透過面4cとの平行距離d、光
多重反射体の屈折率n、透過(出射)角φout、入射面
4aに入射される光の波長λによって、干渉条件(2)
式を満足する次数mは、一義的に決定される。
【0059】しかし、与えられたd、n、φout、λで
は、求めた次数mは端数がでてしまう。したがって、設
計上調節のできる光多重反射体4の厚みd、φout、入
射面に入射される光の入射角を調整し、mの端数ができ
うる限り小さくなるように設定する。
【0060】このようにして、与えられたd、n、φou
t、λにより整数mの値が決定される。このmの値と、
与えられたd、n、φout 、λにより、mの前後の整数
による干渉次数も決定される。
【0061】干渉次数mに対応する光の波長λの中心波
長をλcとすれば、光多重反射体4のフリースペクトラ
ルレンジFSRは、cを光速とすると、c/2nd cos(sin-1
(1/n・sinφout))で与えられる。このため、中心波長
λcを周波数fcに変換すると、他の干渉次数の中心波
長に相当する周波数は、fcを中心としてFSRおきに配
置されることになる。なお、中心波長λcに対応する透
過角すなわち出射角度をφcoutとする。
【0062】このように決定された次数mと、この次数
mの前後の次数m+1、m−1を固定したパラメータと
して、(2)式の関係からλ、φoutを変数としてグラフ
化したものが図2である。次数m+1、m、m−1に対
応する(λ、φout)の組みからなる曲線がfm+1、f
m、fm−1である。
【0063】一旦、mが決定された後には、mも含めた
次数に対する(λ、φout)の組みからなる曲線、fm+
1、fm、fm−1、…、は、具体的に与えられたもの
となる。
【0064】このように具体的に与えられたfm+1、
fm、fm−1を示したグラフ図2から、光多重反射体
4の出射角すなわち出射角φoutの範囲を選択する。λ
cを含むある領域において、λ=λiに対し、fmとは
交わるが、fm+1、fm−1とは交わらない出射角φ
outの領域を設定できる。あるいは、φcoutを含むある
領域においてφout=φoutiに対し、fmとは交わる
が、fm+1、fm−1とは交わらない出射角φoutの
領域を設定できる。
【0065】このようにして、得られた出射角φoutの
角度範囲が図2のφout軸のaからa’の角度範囲であ
る。λの波長領域は、φoutのaからa’の領域に対し
て決定され、この設定領域内の(λ、φout)を群遅延補
償器として使用する。この設定領域内の波長λに対して
m次に対するfm上のφoutのみが存在することになる
ので、φoutの領域以外の光を、スリット部材を用いて
遮断すれば、他の次数からの雑音の原因となる光を遮断
できる。
【0066】上述では、平行距離d、屈折率n、透過角
φout、波長λによって次数mの値が決まり、mの前後
の次数による干渉次数Mが決定され、これらの次数Mを
パラメータとする(λ、φout)の組みからなる曲線fM
具体的に決定されることを示した。次に、図7を用いて
上述したfMを決定するアルゴリズムについて説明す
る。
【0067】平行距離d、屈折率n、出射角φcout、波
長λcを与えることによって、具体的に、次数Mをパラ
メータとするfMが具体的に決定される。図7は、M−
1、M、M+1をパラメータとする(λ、φout)の組み
合せからなる曲線fM-1、fM、fM+1が示されている。
【0068】図7において、 (λc、φcout)は、Mを
パラメータとする曲線fM上に存在するものとする。従
って、M−1の曲線fM-1は、fMの右側に、M+1の曲
線f M+1は、fMの左側にあるものとする。
【0069】φcoutを含むφoutの領域を予め設定す
る。φoutの領域は、φcoutよりも小さいφsupからφco
utよりも大きいφinfまでを想定する。φinfとfMおよび
fM-1の交点のλをそれぞれλinfM、λinfM-1とする。φ
supとfM上およびfM+1の交点のλをそれぞれλsupM、λ
supM+1とする。
【0070】求めるλ領域の上限は、λinfM-1がλsupM
よりも大きければ、λsupMで決定し、λinfM-1がλsupM
よりも小さければ、λinfM-1で決定する。求めるλ領域
の下限は、λinfMがλsupM+1よりも大きければ、λinfM
で決定し、λinfMがλsupM+1よりも小さければ、λsup
M+1で決定する。求めるφout領域は、上記決定されたλ
領域にあるfM上のφoutによって領域が決定される。
【0071】上述では、φcoutを含むφoutの領域を予
め設定した後、λcを含むλの領域を設定した。しか
し、λの領域を予め設定し、φoutの領域を設定しても
よい。λの領域は、λcよりも小さいλinfMからλcよ
りも大きいλsupMを想定する。λinfMとfMの交点のφo
utをφinfとし、λsupMとfMの交点φoutをφsupとす
る。φinfとfM-1上の交点のλをλinfM-1とし、φsup
とfM+1の交点のλをλsupM+ 1とする。
【0072】求めるλ領域の上限は、λinfM-1がλsup
Mよりも大きければ、λsupMで決定し、λinfM-1がλsu
pMよりも小さければ、λinfM-1で決定する。求めるλ
領域の下限は、λinfMがλsupM+1よりも大きければ、
λinfMで決定し、λinfMがλsupM+1よりも小さけれ
ば、λsupM+1で決定する。求めるφout領域は、上記決
定されたλ領域にあるfM上のφoutによって領域が決定
される。
【0073】この結果、M−1次の曲線fM-1がφout=
φinfと交わるλinfM-1が、λsupMよりも小さければ、
λの領域の上限は、λinfM-1によって決定される。一
方M+1次の曲線fM+1がφout=φsupと交わるλsup
M+1が、λinfMよりも大きければ、λの領域の下限は、
λsupM+1によって決定される。
【0074】一方、λinfM-1が、λsupMよりも大きけ
れば、λの領域の上限は、λsupMによって決定され、λ
supM+1が、λinfMよりも小さければ、λの領域の下限
は、λinfMによって決定される。これらの上限、下限
は、予めφinf、φsupを設定することにより決定されて
いる。
【0075】したがって、φoutの領域を、上限がφinf
よりも大きく、下限がφsupより小さく設定する場合が
予想される。λinfM-1が、λsupMよりも大きければ、
新たな下限φsup’は、φ=φsup’とM次の曲線fM
交わる交点λsupM’がλinfM -1よりも大きくなるよう
に、予め既に与えたφsupよりも更に小さくする。
【0076】λsupM+1が、λinfMよりも小さければ、新
たな上限φinf’は、φ=φinf’とM次の曲線fMが交
わる交点λinfM’がλsupM+1よりも小さくなるように、
予め既に与えたφinfよりも更に大きくする。
【0077】このように、予め既に与えたφinf、φsup
の範囲を変更し、既に述べたアルゴリズムを使用して、
求めるφoutの領域を決定すれば良い。(λsupM、φinf)
がfM- 1上に、(λinfM、φsup)がfM+1上に、あるとき
には求めるφinfの最大とφsupの最小の間が最大にな
る。
【0078】上述では、λcを含むλのある領域とφco
utを含むφoutのある領域を設定する方法を説明した。
つまり、図7より、M次の次数以外の雑音となる光の波
長を遮断するための出射角φoutの角度範囲とそれに伴
う波長範囲を求めた。
【0079】ラージMとスモールmを区別したが、図7
は仮想的なfM M-1、fM+1のグラフである。実際のグ
ラフはn、d、φcoutが与えられると、(λ、φout)の
組みとして、具体的に与えられる、数値上の、曲線、f
m+1、fm、fm−1であり、現実には図2のように
与えられる。
【0080】上述以外に、その他任意の次数Qの中心波
長と中心波長に対応する出射角を含むλ領域とφout領
域において、Q次の次数以外の雑音となる光の波長を遮
断するために、出射角φoutの角度範囲とそれに伴う波
長範囲を設定できる。
【0081】m次の中心波長λcを周波数fcに変換す
ると、他の干渉次数の中心波長に相当する周波数は、f
cを中心としてFSRおきに配置されることになる。した
がって、等周波数間隔からなる波長分割多重光の各チャ
ンネルの中心周波数に対応する光の波長が光多重反射体
の干渉次数の中心波長と等しければ、あるチャンネルに
属する次数以外の雑音となる光の波長を遮断するため
に、出射角φoutの角度範囲とそれに伴う波長範囲λを
設定し、引き続き、他のチャンネルに属する次数以外の
雑音となる光の波長を遮断するために、出射角φoutの
角度範囲とそれに伴う波長範囲λを設定することができ
る。
【0082】上述では、スリット部材の開口幅の設計
と、雑音とならないような出射角の範囲を示した。以下
に、この出射角および波長の範囲を満足するためのスリ
ット部材の配置、スリット部材の開口幅の構成について
説明する。まず、スリット部材の配置について説明す
る。
【0083】なお、図5、図6に示すように、可変群遅
延補償器は、光多重反射体4と第二のレンズ5の距離a
2を可変にし、第二のレンズ5と光返送部品6の前に置
かれたスリット部材7の距離を一定にした構造としても
よい。この一定の距離は、第二のレンズ5の焦点距離f
とする。なお、m次の中心波長λcの出射角φcoutと第
二のレンズ5の光軸は一致するものとする。
【0084】m次の中心波長λcに対する出射角φcou
tを有する光に対して、光返送部品6およびスリット部
材7の開口面は垂直になるように配置される。このよう
にすると、光多重反射素子4からの出射角φoutに応じ
た光の波長が、光返送部品6およびスリット部材7の開
口面上に、像を結ぶことになる。スリット部材7の開口
幅を形成するエッジ二辺7a、7bは、互いに平行に形
成され、出射角φcoutを有する光は、その開口幅の中
央を通ることが好ましい。このように設定すると、m次
の中心波長の光は、スリット部材7の開口幅の中央を伝
播するため、位置座標空間と波長空間が一致する接点を
与えることができる。
【0085】出射角φcoutは波長λcに対応している
ので、スリット部材7の開口幅を形成するエッジ二辺7
a、7bを結ぶ最短距離を形成する線と、出射角φcou
tを有する光が交わっている位置座標は、干渉次数の中
心波長に対応している。例えば、出射角φcoutは、波長
分割多重光のチャンネルの中心周波数に対応する中心波
長に対応する。または、波長分割多重光のチャンネルの
中心周波数に対応する中心波長に対応する。
【0086】波長λcを中心にしてスリット部材7によ
って遮断される光の出射角をφaout、φboutとし、波
長をλa、λbとすると、例えばλaからλbまでのあ
るチャンネルの波長成分が群遅延補償されることにな
る。
【0087】スリット部材7の開口幅を形成するエッジ
二辺7a、7bを結ぶ最短距離を形成する線と出射角φ
coutを有する光が交わっている位置座標が、スリット
部材7の開口幅を形成する二辺のどちらかの辺に偏って
いるとする。つまり、出射角φcoutを有する光が、ス
リット部材7の中央を伝播されないと仮定する。スリッ
ト部材7によって遮断される光の出射角をφdout、φ
eout(φdout>φeout)、それぞれの波長をλd、λ
eとし、例えばφdoutがφcoutに近いとすると、λc
はλdに偏って存在する。また、φeがφcoutに近いと
すると、λcはλeに偏って存在する。
【0088】m次に対する曲線fm上の波長以外の光
が、雑音とならないような出射角φoutを決定すると、
上述のように、φoutに応じて、群遅延補償される波長
範囲が決まされる。また、出射角φcoutに対応する中心
波長λcが群遅延補償される波長範囲で、中央にくる
か、どちらか、片一方に偏在する。
【0089】したがって、例えば、チャンネルの中心波
長より、長い波長成分を補償しようとすれば、スリット
部材7によって遮断される出射角φdout、φeout(φ
dout>φeout)を有するそれぞれの光の波長をλd、λ
eとし、φdoutがφcoutに近いように配置すれば良
い。
【0090】一方、チャンネルの中心波長より、短い波
長成分を補償しようとすれば、スリット部材7によって
遮断される出射角φdout、φeout(φdout>φeou
t)を有するそれぞれの光の波長をλd、λeとし、φ
eoutがφcoutに近いように配置すれば良い。
【0091】次に図5、図6より、スリット部材7の開
口幅の設定について一実施例を説明する。第二のレンズ
5と光スリット部材7との距離を第二のレンズ5の焦点
距離fに設定する。光多重反射体4の任意の位置から出
射された光は、その出射角度をφoutとすると、第二の
レンズ5の焦点fとの積によりスリット部材7の開口面
上に当たる位置が決まる。なお、この位置は、光多重反
射体4と第二のレンズ5の距離に係わらない。
【0092】光多重反射体4からの出射角度の設定方法
は上述した通りである。設定された出射角度をφA、φB
とし、前記φA、φBの角度で出射された光がレンズの中
心軸となす角度をそれぞれΔφA、ΔφBとすると、出射
角度φA、φB(φA>φB)とする光のスリット部材7面
上での位置はf×ΔφA、f×ΔφBである。このため、
スリット部材7の開口幅はf(ΔφA−ΔφB)=f×
(φA−φB)となり、光多重反射体4と第二のレンズ5
の距離を変化させても、スリット部材7の面上の位置、
開口幅は変化しない。
【0093】例えば図2で、aからa’の角度範囲を2
度とし、第二のレンズ5の焦点距離を12mmとする。
スリット部材7の開口幅を0.42mmにすることによ
り、必要とする次数mの波長以外の波長がもたらす雑音
を遮断することができる。
【0094】図5は、第二のレンズ5の中央から、第二
のレンズ5の光軸上に沿って光多重反射体4までの距離
a2が、レンズの焦点距離fよりも、十分大きい場合、
各波長による光路を示している。必要とする次数mの波
長以外の波長λ3、λ1がスリット部材7によって遮断さ
れる模式図が描かれている。
【0095】図6は、第二のレンズ5の中央から光軸上
に沿って光多重反射体4までの距離a2が、レンズの焦
点距離fよりも、十分小さい場合、各波長による光路を
示している。必要とする次数mの波長以外の波長λ3
λ1がスリット部材7によって遮断される模式図が描か
れている。
【0096】なお、スリット部材7により遮断された波
長を有する光は、スリット部材7によって反射され、可
変群遅延補償器内部で、迷光となり、雑音の原因となる
場合がある。このため、スリット部材7は、その表面、
裏面、またはその両面に、光を吸収する物質を施した光
吸収膜を形成する。スリット部材7は、光吸収膜を形成
することにより、反射を防止することが出来る。この結
果、迷光による雑音を排除することができる。なお、光
吸収膜の物質としては、インコーネル、カーボンブラッ
ク等の黒色物質があげられる。
【0097】次に、群遅延量(波長分散量)の制御方法
について説明する。第二のレンズ5と光返送部品6の距
離を一定に保った状態で、光多重反射体4と第二のレン
ズ5との距離を変化させると、波長分散量を変化させる
ことができる。これは図9、図10からわかるように、
光多重反射体4と第二のレンズ5との距離を変化させる
ことにより、各波長の光路長が変化するからである。な
お、第二のレンズ5と光返送部品6の距離は、第二のレ
ンズ5の焦点距離fに等しくなるように配置する。
【0098】分散量の正負は、下記(3)式、(4)式
により決定される。 f>a2+a1/n (3) f<a2+a1/n (4) なお、第二のレンズ5の焦点距離をf、第二のレンズ5
の中央の光軸から、この光軸上に沿って光多重反射体4
までの距離をa2、仮に入射面4aから入った光を透過
面4cに焦線を結ばさせた場合、第二のレンズ5の光軸
上に入ってくる光多重反射体4から出射する光が、光多
重反射体4の透過面4cに焦線を結んでから、光多重反
射体4の透過面4cと反射面4bの間で、反射を繰り返
したとき生じる光路程をa1とする。光返送部品6が、
平面の全反射ミラーのときには、(3)式の場合、負分
散となり、(4)式の場合、正分散となる。
【0099】分散は、光返送部品6が、全反射ミラーの
ときには、f−(a2+a1/n)に比例するので、第
二のレンズ5の中央から光軸上に沿って光多重反射体4
までの距離a2を変化させることによって分散を変化さ
せることができる。
【0100】したがって、第二のレンズ5の中央の光軸
上に沿って光多重反射体4までの距離a2を変化させる
ことによって、分散量、または、分散の正負を変えるこ
とができる。また、分散量の正負は、第二のレンズ5の
焦点距離fを、取り替えることによっても可能である。
【0101】なお、光返送部品6が、曲率半径Rのミラ
ーのときには、(5)式、(6)式により決定される。 f>a2+a1/n−f2/R (5) f<a2+a1/n−f2/R (6) (5)式の場合は、分散負となり、(6)式の場合は、
分散正となる。
【0102】光返送部品6が、曲率半径Rのミラーのと
きには、分散は、f−(a2+a1/n−f2/R)に比
例するので、第二のレンズ5の中央から光軸上に沿って
光多重反射体4までの距離a2を変化させることによっ
て分散を変化させることができる。
【0103】図9は、第二のレンズ5の中央から光軸上
に沿って光多重反射体4までの距離a2が、レンズの焦
点距離fよりも、十分大きい場合、各波長による光路を
示す図である。
【0104】図10は、第二のレンズ5の中央から光軸
上に沿って光多重反射体4までの距離a2が、レンズの
焦点距離fよりも、十分小さい場合、各波長による光路
を示す図である。
【0105】したがって、第二のレンズ5の中央の光軸
上に沿って光多重反射体4までの距離a2を変化させる
ことによって、分散量、または、分散の正負を変えるこ
とができる。また、分散量の正負は、レンズの焦点距離
fを、取り替えることによっても可能である。
【0106】
【発明の効果】従来の光返送部品の大きさを制限しない
分散補償器においては、分散が零に近いセッティングで
は、必要とする次数の波長に、必要としない次数の波長
により雑音が生じていた。しかし、本発明では、光返送
部品の前にスリット部材を配置することにより、必要と
しない次数の波長以外の波長がもたらす雑音を遮断する
ことができる。
【0107】本発明では、雑音を遮断するようにスリッ
ト部材の開口幅および配置を決定するので、極めて簡単
に、必要としない次数の波長がもたらす雑音を遮断する
ことができる。
【0108】また、スリット部材は、その開口幅の中央
と、出射角φcoutを有する光とが一致するように調整
して光軸を合わせれば良いので、極めて容易に光軸を合
わせることができる。
【0109】さらに、スリット部材に、光を吸収する物
質を施し、迷光の原因となる光を吸収することにより、
雑音を確実に排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における一実施例である。
【図2】m+1次、m次、m−1次の波長λと、光多重
反射体の透過面からの出射角度との関係を示すグラフで
ある。に対するfm+1、fm、fm−1のグラフであ
る。
【図3】スリットなしのラベル(図8に示す従来例)
と、スリットありのラベル(図1に示す本発明の一実施
例)の透過率と波長の関係を示すグラフである。
【図4】スリットなしのラベル(図8に示す従来例)
と、スリットありのラベル(図1に示す本発明の一実施
例)の群遅延量と波長の関係を示すグラフである。
【図5】第二のレンズから光多重反射体までの距離が、
第二のレンズの焦点距離よりも大きい場合の図1の他実
施例を示す図である。
【図6】第二のレンズから光多重反射体までの距離が、
第二のレンズの焦点距離よりも小さい場合の図1の他実
施例を示す図である。
【図7】光多重反射体の透過面からの出射角の角度範囲
と、それに伴う波長範囲を示す模式図である。
【図8】従来の可変群遅延補償器を示す構成図である。
【図9】図8において、第二のレンズから光多重反射体
までの距離が、第二のレンズの焦点距離よりも大きい場
合の波長毎の光路を示す一部拡大図である。
【図10】図8において、第二のレンズから光多重反射
体までの距離が、第二のレンズの焦点距離よりも小さい
場合の波長毎の光路を示す一部拡大図である。
【図11】図8における各次数の出射光の光路程を示す
光線図である。
【図12】図8の変形例で、ミラーの大きさを制限した
構成を示す模式図である。
【符号の説明】
1 光入力・出力導波装置 2 三端子サーキュレータ 4 光多重反射体 4a 入射面 4b 反射面 4c 透過面 5 第二のレンズ 6 光返送部品 7 スリット部材

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射光を受光し各波長により異なる出射角
    で出力光を生成する光多重反射体と、前記出力光を光多
    重反射体に戻す光返送部品とからなり、前記光多重反射
    体と光返送部品との間にスリット部材を備えたことを特
    徴とする可変群遅延補償器。
  2. 【請求項2】前記光返送部品は、光反射素子であって、
    前記光反射素子と前記光多重反射体との間には、レンズ
    と、スリット部材が配置されていることを特徴とする請
    求項1記載の可変群遅延補償器。
  3. 【請求項3】前記スリット部材は、前記光返送部品の表
    面に設置されていることを特徴とする請求項1記載の可
    変群遅延補償器。
  4. 【請求項4】前記スリット部材は、光多重反射体から異
    なる波長で、異なる出射角で出力される出力光のうち、
    任意の波長に対し、一つの出射角で出力された光のみを
    透過させる開口部が形成されることを特徴とする請求項
    1記載の可変群遅延補償器。
  5. 【請求項5】光多重反射体の屈折率をn、厚みをdとす
    ると、干渉条件mλ=2ndcos (sin-1(1/n・sinφo
    ut))において、光多重反射体からの出力光の波長λと
    出射角度φout、次数mを変化させた場合に複数の曲線
    が形成され、任意のλと前記複数の曲線との交点が一つ
    以下となるように出射角度φoutの領域が決定され、最
    大出射角度をφoutmax、最小出射角度をφoutmin、第二
    のレンズの焦点距離をfとすると、スリット部材の開口
    幅は、f×(φoutmax−φoutmin)で決定されることを
    特徴とする請求項4記載の可変群遅延補償器。
  6. 【請求項6】前記スリット部材は、その開口部が、光多
    重反射体側から入射される中心光線方向に対して垂直に
    なるように配置されていることを特徴とする請求項1記
    載の可変群遅延補償器。
  7. 【請求項7】等周波数間隔からなる波長分割多重光のチ
    ャンネルの中心周波数に対応する光が、光多重反射体か
    ら出射される中心光線方向に出射される光の波長と等し
    いことを特徴とする請求項1記載の可変群遅延補償器。
  8. 【請求項8】波長分割多重光は、光速をcとすると、等
    周波数間隔が光多重反射体のフリースペクトルレンジc
    /2nd cos(sin-1(1/n・sinφout))と等しいことを
    特徴とする請求項1記載の可変群遅延補償器。
  9. 【請求項9】前記スリット部材は、少なくともレンズ側
    に位置する表面に波長分割多重光の光を吸収する光吸収
    膜が施されていることを特徴とする請求項2記載の可変
    群遅延補償器。
  10. 【請求項10】前記光吸収膜は、インコネル、カーボン
    ブラックであることを特徴とする請求項9記載の可変群
    遅延補償器。
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