JP2003195192A - 分散補償器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャープド回折格子に与える温度分布を変動
させる方式の従来の可変分散補償器では、使用可能な波
長帯域が狭く、また波長分散の可変範囲を大きくとるこ
とが困難であるという課題があった。 【解決手段】 この発明による可変分散補償器は、厚み
傾斜のついたエタロンと、このエタロンと平行に設置さ
れた反射鏡と、エタロンと反射鏡の間に信号光を出射す
る信号光出射部とを備え、信号光出射部の光出射方向の
角度とエタロンと反射鏡間の距離を調整できるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバ通信
システム用の伝送路である光ファイバの波長分散を補償
する分散補償器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、波長分割多重（ＷＤＭ）システム
等の光ファイバ通信システムにおいて、より多くの情報
を運ぶために多数のチャネル（すなわち光信号）をより
広い波長領域にわたって用いることが必要になってきて
いる。これに伴い伝送路である光ファイバの波長分散
（群遅延分散）をより精密に補償することが要求されて
いる。光ファイバ中の波長分散により、光信号の異なる
波長成分が異なる速度で伝搬されるため、光信号のパル
ス波形が広がる現象が発生する。例えば、光ファイバ通
信システムに用いられるシングルモードファイバは、１
５５０ｎｍの波長の光信号に対して異常分散（負の群速
度分散）を示し、その波長分散は正であり典型的にはほ
ぼ１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍに等しい。すなわち、光信号の
波長の短い方の成分は波長の長い方の成分より速く光フ
ァイバ中を伝搬し、例えば１ｎｍのスペクトル幅を有す
る光信号は、１ｋｍ伝搬する度に、ほぼ１７ｐｓだけパ
ルス幅が広がることになる。したがって、光ファイバ中
を伝搬する光パルス列の隣接する２つのパルスは、高デ
ータレートでは互いに重なる可能性があり、このような
パルスの重なりはデータ伝送においてエラーを引き起こ
す事になる。

【０００３】このような光ファイバの波長分散を補償す
るために、伝送路である光ファイバの分散とは反対の符
号の群速度分散を示す分散補償ファイバやチャープド回
折格子を有する光ファイバ等の光導波路が開発されてい
る。他方、光ファイバ中での波長分散が時間とともに変
化するという問題があり、これらの従来の分散補償装置
は、補償できる波長分散は一定であるので、このような
問題には対処できないという欠点がある。特に、４０Ｇ
ｂｉｔ／ｓの光ファイバ通信システムにおいては伝送路
のわずかな状態変化が波長分散を変化させるので、動的
な分散補償が必要であると予想されている。

【０００４】図５は上記のような問題を解決するために
特開平１０−２２１６５８号公報、特開２０００−２３
５１７０号公報、特開２０００−２５２９２０号公報等
に開示された従来の分散補償器の構成を示す図である。
図において、８は格子ピッチ（すなわち格子周期）が連
続的に変化しているチャープド回折格子が形成されてい
る光導波路であり、１０−１〜１０−ｎは光導波路８に
所望の温度分布を生成するヒータであり、９−１〜９−
ｎはそれぞれ対応するヒータに電流を流すための電極で
ある。

【０００５】次に動作について説明する。光導波路８の
入射／出射端に近いほど回折格子の格子ピッチはより長
くブラッグ反射波長はより長いので、波長が長いほど光
導波路８の入射／出射端により近いところで反射されて
光導波路８を戻って入射／出射端から出射される。すな
わち、波長が短いほど光導波路８のより奥まで進入し、
格子ピッチで決まるブラッグ反射波長と一致した点で反
射される。したがって、光信号中の異なるスペクトル成
分は、光導波路８の異なった場所で反射され異なった遅
延時間をもつことになる。この結果、波長のより短い方
の成分がより前方にあるパルス幅が広がった光信号が光
導波路８に入射すると、光信号はパルス幅が圧縮されて
光導波路８から出射する。

【０００６】光導波路８は石英ガラス等の温度に応じて
屈折率が変化する材料から成る。したがって、複数の電
極９−１〜９−ｎを介して複数のヒータ１０−１〜１０
−ｎに印加する電力を調整することにより光導波路８の
長さ方向に所望の温度分布を得ることができ、複数のヒ
ータ１０−１〜１０−ｎにより光導波路８が所望の温度
分布を有するように加熱されると、各ヒータにより加熱
される光導波路８中に形成されたチャープド回折格子の
各部分の格子ピッチと屈折率は変化する。この結果、チ
ャープド回折格子の各部分のブラッグ反射波長が変化
し、光導波路８により入射した光信号に与えられる波長
分散が変化する。

【０００７】このチャープド回折格子の反射波長帯域は
回折格子の長さによって決まるが、現在の技術で作成可
能な回折格子の長さは高々数十ｍｍであり、反射波長帯
域は１ｎｍ未満である。このため、ＷＤＭ光信号のよう
な複数の波長を含む広帯域光信号の波長分散を補償する
には適していない。

【０００８】また、上記のようにチャープド回折格子に
温度分布を与えて波長分散を制御する方式では、例え
ば、チャープド回折格子に沿って約５０℃の温度勾配を
付加すると、波長分散は１００ｐｓ／ｎｍ程度変化させ
ることができる。しかし、実際のシステムでは数１００
〜１０００ｐｓ／ｎｍ程度の分散可変範囲が必要である
とされており、チャープド回折格子を用いてこれだけの
分散可変範囲を得るには数１００℃の温度勾配をチャー
プド回折格子に与えなければならない。デバイスの信頼
性等を考慮すれば、このような温度勾配をチャープド回
折格子に与えるのは非現実的であり、したがって分散可
変範囲を大きくとることは困難である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の分散補償器にお
いては、チャープド回折格子に温度分布を与え、波長分
散を変化させる方式がとられているが、この方式では使
用可能な波長帯域が非常に狭く、また波長分散の可変範
囲を大きくとることが困難であるという課題があった。

【００１０】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、使用できる波長帯域が広く、ま
た波長分散の可変範囲が大きな分散補償器を得ることを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、信号光を
出射する信号光出射部と、前記信号光出射部からの信号
光の一部を反射し、一部を透過する、厚み傾斜を持った
エタロンと、前記エタロンで反射された信号光を反射
し、反射した光を再度エタロンへ向けて出射する、前記
エタロンと相対して平行に配置された反射鏡とを備えた
ことを特徴とする分散補償器に関するものである。

【００１２】第２の発明は、前記信号光出射部が、前記
エタロンの前記反射鏡と相対している面へ、光を出射す
る光ファイバであることを特徴とする分散補償器に関す
るものである。

【００１３】第３の発明は、前記反射鏡は、前記エタロ
ンと相対して、平行関係を保ったまま、前記エタロンと
の距離を調整できる位置調整手段と、前記信号光出射部
は、前記エタロンに対する入射角度を調整できる角度調
整手段と特徴とする分散補償器に関するものである。

【００１４】第４の発明は、信号光を出射する信号光出
射部と、前記信号光出射部からの信号光の一部を反射
し、一部を透過する、長手方向に透過波長が変化するフ
ィルタと、前記フィルタで反射された信号光を反射し、
反射した光を再度前記フィルタへ出射する、前記フィル
タと相対して平行に配置された反射鏡とを備えたことを
特徴とする分散補償器に関するものである。

【００１５】第５の発明は、前記反射鏡は、前記フィル
タと相対して、平行関係を保ったまま、前記フィルタと
の距離を調整できる位置調整手段と、前記信号光出射部
は、前記フィルタに対する入射角度を調整できる角度調
整手段とを備えたこと特徴とする分散補償器に関するも
のである。

【００１６】第６の発明は、光を集光する集光装置を備
えたことを特徴とする分散補償器に関するものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１から図２は、
この発明の実施の形態１による分散補償器を示す。図に
おいて、１は信号光の一部を反射し、一部を透過する、
厚み傾斜を持ったエタロン、２はエタロン１で反射され
た信号光を反射し、反射した光をエタロン１へ向けて出
射する、前記エタロン１と相対して平行に配置された反
射鏡、３はエタロン１と反射鏡２との間に信号光を出射
する信号光出射部、４は信号光出射部３からの光がエタ
ロン１へ入射する部分を示したエタロン入射位置、５は
エタロン１を透過した光であるエタロン透過光である。
なお、信号光出射部の一例として、図１には光ファイバ
を用いた例を示したが、その構成はこれに限ったことで
はなく、光ファイバの出射光を集光するレンズを備えた
ものであっても良い。

【００１８】エタロン１は、光を透過する材料の表面
に、光を反射する反射材が蒸着してある固体物質をい
う。光を透過する材料の一例として石英ガラス等が上げ
られる。エタロン1の表面に蒸着されている反射材の一
例として、反射率９５％程度、透過率５％程度を示す材
料であればよく、設計に応じ適宜決定すればよい。エタ
ロン１は、光の共振現象を利用して、信号光出射部３か
ら出射される光を波長ごとに分割するために、厚み傾斜
を有している。具体的には、エタロン１の内部に入射し
た光は、その１／２波長の整数倍がエタロン１の厚みに
一致した場合のみ、エタロン１の内部で共振現象を起こ
す。共振した光は、エタロン１の内部で互いに強め合
い、その後、エタロン１を透過する。従って、エタロン
１を透過する透過光の波長は、エタロン１の厚みによっ
て決まる。すなわち、整数値をｋとしたとき、エタロン
１の厚みがｋ×λ／２のときのλの波長の光のみがエタ
ロン１を透過することができる。したがって、エタロン
１の透過波長は、エタロン１の厚みが厚いほど、長くな
るという特徴を持つ。

【００１９】以下に、この実施の形態による可変分散補
償の原理を説明する。図１に示すように、エタロン1と
反射鏡２との間に信号光出射部３からの信号光が入射す
る。入射された信号光は、エタロン１のエタロン入射位
置４へ到達する。エタロン入射位置４では、一部の光は
反射され、一部の光はエタロン１の内部へ入る。エタロ
ン入射位置４のエタロン厚みが、入射された光の１／２
波長の整数倍の時、入射された光は、エタロン１の中で
共振した後、エタロン１から反射鏡２と反対方向へエタ
ロンの反射光５として出射される。ここで、図１のエタ
ロン入射位置４−１での透過波長をλ₁ とする。

【００２０】エタロン1の内部に入射せずに反射した光
は、エタロン１と反射鏡２に挟まれた空間を伝搬後、反
射鏡２で反射され、再度エタロン１のエタロン入射位置
４−２に到達する。その後の動作は、エタロン入射位置
４−１へ到達した光同様である。なお、エタロン入射位
置４−２での透過波長をλ_２ とする。

【００２１】波長λ_２ の透過光５−２は、波長λ_１ の
透過光５−１よりも、エタロン１と反射鏡２の間の空間
1往復分、すなわち２Ｌ／cｏsθだけ長い距離光信号が
伝搬される。この距離に対応する時間分、波長λ_２ の
透過光５−２は、波長λ_１の透過光５−１よりも、遅延
が発生する。以上をｎ回繰り返した場合、波長λ_nの光
信号は、波長λ_１の光信号と比較して、２（ｎ−１）Ｌ
／ｃｏｓθだけ長い距離を伝搬する。よって、波長λ_n
の光信号と、波長λ_１の光信号とは、前記距離に相当し
た遅延時間が発生する。

【００２２】エタロン１の透過波長は、エタロンの厚さ
が厚いほど長くなるので、図１のようにエタロン１の厚
さの薄い方から信号光を入射するように、エタロン１を
配置すれば、波長の短い成分は反射回数が少なく、波長
の長い成分は反射回数が多くなる。すなわち、波長の短
い成分には少ない遅延時間を与え、波長の長い成分には
大きな遅延時間を与えることになるここで、隣り合う透
過光の透過波長間隔は、エタロン１の厚み傾斜を設計す
ることにより任意に決めることができる。

【００２３】したがって、透過光５−１〜５−ｎを集光
すれば、結果として、信号光出射部３より出射された信
号光に負の波長分散を与えた信号光を得ることができ
る。なお、光を集光する方法としては、例えばレンズ、
または凹面鏡を使用する方法がある。レンズを使用した
場合は、収差が発生するため、分散を補償する観点から
は、凹面鏡を使用した方が有利となる場合があるが、集
光手段に関しては、設計に応じて適宜設定すればよい。

【００２４】また、エタロン１と反射鏡２との間での反
射回数が多く取れるような構成、例えばエタロン１及び
反射鏡２の長手方向の長さを長くする様な構成にすれ
ば、透過光の波長帯域λ_１ 〜λ_ｎ が広くなり、波長帯
域の広い信号光に対しても波長分散を与えることが可能
となる。

【００２５】図２において、１から７は図１と同じであ
り、２０は反射鏡２に位置調整手段を設けた位置調整手
段付き反射鏡、３０は信号光出射部３に位置調整手段を
設けた位置調整手段付き信号光出射部である。なお、位
置調整手段付き反射鏡２０及び、位置調整手段付き信号
光出射部３０は、ミクロンオーダまたはサブミクロンオ
ーダで移動する必要があり、圧電素子等を使用すること
で実現する。

【００２６】図２において、エタロン入射位置４−１〜
４−ｎを保持するように、すなわち図２中のｄｘ（＝２
Ｌｔａｎθ）が常に一定値となるように、位置調整手段
付き信号光出射部３０の光出射端の位置と光出射方向の
角度を調整しながら、それと連動させて位置調整手段付
き反射鏡２０を平行移動させると、隣り合う透過光の伝
搬光路長差を調節することができる。具体的には、隣り
合う透過光の伝搬光路長差は、２Ｌ／ｃｏｓθであるか
ら、Ｌを大きくとることによって、隣り合う透過光の伝
搬光路長差を大きく設定することが可能である。その結
果、隣り合う透過光の伝搬時間差、すなわち群遅延時間
が長くなり、与える波長分散の絶対値を大きくとること
ができる。 逆に、Ｌを小さくすれば、与える波長分散
の絶対値は小さくなる。

【００２７】以上のように、位置調整手段付き反射鏡２
０と、位置調整手段付き信号光出射部３０を同時に動か
すことによって、各透過波長に与える遅延時間を任意に
変化させることができ、したがって信号光に与える波長
分散を任意に変化させることができる。

【００２８】なお、信号光出射部３からの信号光を、エ
タロン１の厚さの厚い方から入射すれば、正の波長分散
を与えることができる。

【００２９】実施の形態２ 図３から図４は、この発明の実施の形態２による分散補
償器を示す。図において、１から３は実施の形態１と同
じであり、６は信号光の透過できる波長が長手方向に変
化するフィルタであり、７は信号光出射部３からの光が
フィルタ６へ入射する部分を示したフィルタ入射位置、
５０はフィルタ６を透過した光であるフィルタ透過光で
あるである。

【００３０】ここでフィルタ６とは、ＳｉＯ_２ やＴｉ
Ｏ_２等を蒸着した積層構造をもつ固体物質である。フィ
ルタ６は、積層数や厚み等のパラメータを設計すること
により、任意の透過特性および反射特性を得ることがで
きる。フィルタへの積層は、連続的でも、断続的（階段
状）であってもよく、設計に応じて適宜決定すればよ
い。図３は、一例としてフィルタ６の長手方向に沿っ
て、透過波長が連続的に長くなる場合を示している。フ
ィルタ６のある特定の位置では、特定の波長のみが透過
し、それ以外の波長は反射するように設定されている。

【００３１】以下にこの実施の形態による可変分散の原
理を説明する。図３に示すように、フィルタ６と反射鏡
２との間に、信号光出射部３からの信号光が入射する。
入射された信号光は、フィルタ６のフィルタ入射位置７
へ到達する。フィルタ入射位置７では、フィルタ６の特
性に応じて選択された光がフィルタ６の内部へ入り、そ
れ以外の光は反射される。図３において、フィルタ入射
位置７−１から入射された光は、フィルタ６の中で、共
振後、フィルタ透過光５０−１として出射される。ここ
で、図３のフィルタ入射位置７−１での透過波長をλ₁
とする。

【００３２】フィルタ６の内部に入射せずに反射した光
は、フィルタ６と反射鏡２に挟まれた空間を伝搬後、反
射鏡２で反射され、再度フィルタ６のフィルタ入射位置
７−２に到達する。その後の動作は、フィルタ入射位置
７−１へ到達した光同様である。なお、フィルタ入射位
置７−２での透過波長をλ_２ とする。

【００３３】波長λ_２ の透過光５０−２は、波長λ_１
の透過光５０−１よりも、フィルタ６と反射鏡２の間の
空間1往復分、すなわち２Ｌ／cｏsθだけ長い距離光信
号が伝搬される。この距離に対応する時間分、波長λ_２
の透過光５０−２は、波長λ _１の透過光５０−１より
も、遅延が発生する。以上をｎ回繰り返した場合、波長
λ_nの光信号は、波長λ_１の光信号と比較して、２（ｎ
−１）Ｌ／ｃｏｓθだけ長い距離を伝搬する。よって、
波長λ_nの光信号と、波長λ_１の光信号とは、前記距離
に相当した遅延時間が発生する。

【００３４】ここで、隣り合う透過光の透過波長間隔
は、フィルタの積層数や厚み等のパラメータを設定する
ことにより任意に決めることができる。

【００３５】次に、透過光５０−１〜５０−ｎを集光す
れば、結果として、信号光出射部３より出射された信号
光に負の波長分散を与えた信号光を得ることができる。
なお、光を集光する方法としては、例えばレンズ、また
は凹面鏡を使用する方法がある。レンズを使用した場合
は、収差が発生するため、分散を補償する観点からは、
凹面鏡を使用した方が有利となる場合があるが、集光手
段に関しては、設計に応じて適宜設定すればよい。

【００３６】また、フィルタ６と反射鏡２との間での反
射回数が多く取れるような構成、例えばフィルタ６及び
反射鏡２の長手方向の長さを長くする様な構成にすれ
ば、透過光の波長帯域λ_１ 〜λ_ｎ が広くなり、波長帯
域の広い信号光に対しても波長分散を与えることが可能
となる。

【００３７】図４において、５から３０は図３と同じで
ある。フィルタ入射位置７−１〜７−ｎを保持するよう
に、すなわち図４中のｄｘ（＝２Ｌｔａｎθ）が常に一
定値となるように、位置調整手段付き信号光出射部３０
の光出射端の位置と光出射方向の角度を調整しながら、
それと連動させて位置調整手段付き反射鏡２０を平行移
動すると、隣り合う透過光の伝搬光路長差を調節するこ
とができる。具体的には、隣り合う透過光の伝搬光路長
差は、２Ｌ／ｃｏｓθであるから、Ｌを大きくとること
によって、隣り合う透過光の伝搬光路長差を大きく設定
することが可能である。その結果、隣り合う透過光の伝
搬時間差、すなわち群遅延時間が長くなり、与える波長
分散の絶対値を大きくとることができる。 逆に、Ｌを
小さくすれば、与える波長分散の絶対値は小さくなる。
以上のように、位置調整手段付き反射鏡２０と、位置調
整手段付き信号光出射部３０とを同時に動かすことによ
って、各透過波長に与える遅延時間を任意に各波長成分
に与える遅延時間を変化させることができ、したがって
信号光に与える波長分散を変化させることができる。

【００３８】なお、透過波長が長手方向に連続的に短く
なるフィルタを採用すれば、信号光出射部３より出射さ
れた信号光に対して正の波長分散を与えることができる
のは言うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明による分散
補償器では、使用できる波長帯域が広く、また波長分散
の可変範囲が大きな分散補償器を得ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による分散補償器を
示す図である。

【図２】 図１に示す実施の形態１による分散補償器
の、分散可変動作を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態２による分散補償器を
示す図である。

【図４】 図３に示す実施の形態２による分散補償器
の、分散可変動作を示す図である。

【図5】 従来の分散補償器の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ エタロン ２ 反射鏡 ３ 信号光出射部 ４ エタロン入射位置 ５ エタロン透過光 ６ フィルタ ７ フィルタ入射位置 ８ 光導波路 ９ 電極 １０ ヒータ ２０ 位置調整手段付き反射鏡 ３０ 位置調整手段付き信号光出射部 ５０ フィルタ透過光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今城 正雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 高木 晋一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H041 AA23 AB10 AZ00 AZ05 5K002 BA05 BA21 CA01 FA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号光を出射する信号光出射部と、 前記信号光出射部からの信号光の一部を反射し、一部を
   透過する、厚み傾斜を持ったエタロンと、 前記エタロンで反射された信号光を反射し、反射した光
   を再度エタロンへ向けて出射する、前記エタロンと相対
   して平行に配置された反射鏡とを備えたことを特徴とす
   る分散補償器。
2. 【請求項２】 前記信号光出射部が、前記エタロンの前
   記反射鏡と相対している面へ、光を出射する光ファイバ
   であることを特徴とする分散補償器。
3. 【請求項３】 前記反射鏡は、前記エタロンと相対し
   て、平行関係を保ったまま、前記エタロンとの距離を調
   整できる位置調整手段と、 前記信号光出射部は、前記エタロンに対する入射角度を
   調整できる角度調整手段とを備えたことを特徴とする請
   求項１または請求項２に記載の分散補償器。
4. 【請求項４】 信号光を出射する信号光出射部と、 前記信号光出射部からの信号光の一部を反射し、一部を
   透過する、長手方向に透過波長が変化するフィルタと、 前記フィルタで反射された信号光を反射し、反射した光
   を再度前記フィルタへ出射する、前記フィルタと相対し
   て平行に配置された反射鏡とを備えたことを特徴とする
   分散補償器。
5. 【請求項５】 前記反射鏡は、前記フィルタと相対し
   て、平行関係を保ったまま、前記フィルタとの距離を調
   整できる位置調整手段と、 前記信号光出射部は、前記フィルタに対する入射角度を
   調整できる角度調整手段とを備えたことを特徴とする請
   求項４に記載の分散補償器。
6. 【請求項６】 光を集光する集光装置を備えたことを特
   徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の分
   散補償器。