JP2004045747A - 光モジュールおよびその光モジュールを用いた分散スロープ補償器 - Google Patents
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Abstract
【課題】分散補償する波長数が増えても部品点数の増加を低く抑えることができる安価な光モジュールと分散スロープ補償器を提供する。
【解決手段】光入力導波路２と、第１のスラブ導波路３と、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路４ａから成るアレイ導波路４と、第２のスラブ導波路５と、複数並設された光出力導波路６とを有するアレイ導波路回折格子２０を備え、アレイ導波路回折格子２０の少なくとも１つの光出力導波路６に、対応する光出力導波路６の出力波長光を反射するグレーティング部７を接続する。グレーティング部７には長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部７の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段１９を設ける。
【選択図】 図１
【解決手段】光入力導波路２と、第１のスラブ導波路３と、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路４ａから成るアレイ導波路４と、第２のスラブ導波路５と、複数並設された光出力導波路６とを有するアレイ導波路回折格子２０を備え、アレイ導波路回折格子２０の少なくとも１つの光出力導波路６に、対応する光出力導波路６の出力波長光を反射するグレーティング部７を接続する。グレーティング部７には長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部７の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段１９を設ける。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば波長分割多重伝送等の光通信用として用いられる光モジュールおよびその光モジュールを用いた分散スロープ補償器に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、光通信においては、その伝送容量を増加させることが行われており、高速度、大容量通信を行う場合、累積分散による伝送劣化を抑制するため、分散補償技術を適用することが必須となっている。
【０００３】
分散補償は、一般的に、伝送用光ファイバと逆の符号の分散を持つ分散補償光ファイバを用いて行われている。分散補償光ファイバにはモジュール化して使用するものだけでなく、分散補償光ファイバをケーブル化し、伝送線路として使用するものもある。
【０００４】
しかし、一般に、伝送線路に使用されている伝送線路用の光ファイバと分散補償光ファイバは、互いに異なる分散スロープをもっており、線路全体（伝送路用光ファイバ＋分散補償光ファイバ）では波長に対して残留分散量が異なる。つまり、敷設した伝送線路の種類、長さと、分散補償光ファイバの種類、長さにより、線路全体の残留分散が異なる。また、線路全体の環境温度の違い等により分散量が変動する。
【０００５】
そこで、それぞれの伝送線路において、波長ごとに分散量を設定でき、波長ごとに分散を補償できる分散スロープ補償デバイスの開発が望まれている。このようなデバイスの要望は、特に高速伝送において高い。
【０００６】
上記のように、波長ごとに分散量を可変できる分散スロープ補償器（分散スロープ補償デバイス）の例として、図５に示すような例が考えられる。この分散スロープ補償器は、分散補償光ファイバ１４の出力側に光波長合分波器１５を接続し、光波長合分波器１５の出力端にはそれぞれ出力用光ファイバ１６を接続して形成されている。
【０００７】
それぞれの出力用光ファイバ１６の途中部には、サーキュレータ１１（１１ａ〜１１ｄ，・・・）を介して分散補償手段１７（１７ａ〜１７ｄ，・・・）が接続されている。分散補償手段１７は、例えば光ファイバにグレーティングを形成した光ファイバグレーティングを有して形成されている。
【０００８】
図５に示すように、この分散スロープ補償器は、例えば伝送用光ファイバ４０に接続されて用いられるものであり、この場合、分散スロープ補償器の入力端である分散補償光ファイバ１４の入力端２４が伝送用光ファイバ４０に接続される。また、分散スロープ補償器の出力端（各出力用光ファイバ１６の出力端）２５は、それぞれ、レシーバー（図示せず）に接続される。
【０００９】
この分散スロープ補償器は、伝送用光ファイバ４０の波長分散の殆どを分散補償光ファイバ１４により補償し、残りの波長分散を、波長ごとに対応する分散補償手段１７により補償するものである。
【００１０】
つまり、伝送用光ファイバ４０を伝搬した波長多重光は、分散補償光ファイバ１４により波長分散の殆どを補償された状態で、光波長合分波器１５に入力され、光波長合分波器１５によって波長ごとに分波される。そして、それぞれの波長の光は対応する出力用光ファイバ１６に入射し、それぞれ、対応するサーキュレータ１１の第１ポート２１に入射する。
【００１１】
上記サーキュレータ１１は、図６に示すように、第１ポート２１から入力される光を第２ポート２２から出力し、かつ、第２ポート２２から入力される光を第３ポート２３から出力する。つまり、サーキュレータ１１の第１ポート２１に光を入力すると、この光は、第１ポート２１→第２ポート２２、第２ポート２２→第３ポート２３の順に伝送する。
【００１２】
したがって、図５に示したように、それぞれのサーキュレータ１１の第１ポート２１に入射した光は、サーキュレータ１１の第２ポート２２から分散補償手段１７に入射し、分散補償手段１７によって波長ごとに分散補償される。この分散補償された光は、第２ポート２２から再びサーキュレータ１１に入射し、サーキュレータ１１の第３ポート２３から出力用光ファイバ１６に戻る。
【００１３】
出力用光ファイバ１６に戻った光は、例えば出力用光ファイバ１６に接続されているレシーバー（図示せず）に受光される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示した分散スロープ補償器は、分散補償する波長数が増えると、その波長数に比例して、サーキュレータ１１と分散補償手段１７を増やす必要があるため、部品点数が多くなり、コストが高くなってしまうといった問題があった。
【００１５】
特に、図７に示すように、分散スロープ補償器からの出力光強度を確保するために、出力用光ファイバ１６の途中部に光増幅器１８を設ける場合には、分散補償する波長数増加に比例して光増幅器１８も増やさなければならないため、さらにコストが高くなってしまう。
【００１６】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、分散補償する波長数が多くても分散スロープ補償器の部品点数の増加を低く抑えることができ、コストの低減を図ることができる光モジュールおよびそのモジュールを用いた分散スロープ補償器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の光モジュールは、少なくとも１本の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波路の出力側に接続され、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２のスラブ導波路と、該第２のスラブ導波路の出力側に接続されて複数並設された光出力導波路とを有するアレイ導波路回折格子を備え、該アレイ導波路回折格子の少なくとも１つの光出力導波路には対応する光出力導波路の出力波長光を反射するグレーティング部が接続され、該グレーティング部には長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段を設けた構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１８】
また、第２の発明の光モジュールは、少なくとも１本の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波路の出力側に接続され、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２のスラブ導波路と、該第２のスラブ導波路の出力側に接続されて複数並設された光出力導波路とを有するアレイ導波路回折格子を備え、該アレイ導波路回折格子の少なくとも１つの光出力導波路には対応する光出力導波路の出力波長光を反射するグレーティング部が形成され、それぞれのグレーティング部には長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段を設けた構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】
さらに、第３の発明の光モジュールは、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記分散量可変手段は、グレーティング部にその一端側から他端側に向かうにつれて温度が高くなる熱分布を与える第１の熱分布付与手段と、前記グレーティング部にその一端側から他端側に向かうにつれて温度が低くなる熱分布を与える第２の熱分布付与手段の少なくとも一方を有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
さらに、第４の発明の光モジュールは、上記第３の発明の構成に加え、前記第１の熱分布付与手段はグレーティング部の長手方向に沿って形成された第１のヒーターを有し、該第１のヒーターはその抵抗値が前記グレーティング部の一端側から他端側に向かうにつれて大きくなるように形成されており、第２の熱分布付与手段はグレーティング部の長手方向に沿って形成された第２のヒーターを有し、該第２のヒーターはその抵抗値が前記グレーティング部の一端側から他端側に向かうにつれて小さくなるように形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第５の発明の光モジュールは、上記第４の発明の構成に加え、前記分散量可変手段は第１の熱分布付与手段と第２の熱分布付与手段を有しており、前記第１の熱分布付与手段を形成する第１のヒーターと前記第２の熱分布付与手段を形成する第２のヒーターはグレーティング部を挟んで互いに反対側に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第６の発明の分散スロープ補償器は、上記第１乃至第５の発明のいずれか一つの光モジュールに設けられているアレイ導波路回折格子の入力側にサーキュレータの一端側を設け、該サーキュレータの他端側に設けられる接続相手側の分散スロープを低減する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、前記提案例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。図１の（ａ）には、本発明に係る光モジュールを用いた分散スロープ補償器の第１実施形態例の概略図が模式的に示されている。
【００２４】
図１の（ａ）に示すように、本実施形態例の分散スロープ補償器は光モジュール５０を有しており、該光モジュール５０は、アレイ導波路回折格子２０と、その出力側に接続したグレーティング部７および分散量可変手段１９を有している。
【００２５】
また、本実施形態例の分散スロープ補償器は、光モジュール５０のアレイ導波路回折格子２０の入力側に、サーキュレータ１１の一端側である第２ポート２２を接続して形成されている。
【００２６】
本実施形態例の分散スロープ補償器は、サーキュレータ１１の他端側である第１ポート２１に設けられる接続相手側の分散スロープを低減するものであり、例えば接続相手側としての伝送用光ファイバ４０の分散スロープを補償する。
【００２７】
伝送用光ファイバ４０は、例えば波長１．５５μｍ帯内の設定波長（約１５６２ｎｍ）に零分散波長を持つ分散シフト光ファイバにより形成されるものである。この適用例の伝送用光ファイバ４０は、図２の特性線ｂに示すように、波長１．５５μｍ帯のうち、波長１５３０ｎｍ〜約１５６５ｎｍにおいて、負の分散と正の分散スロープを有する。
【００２８】
図１の（ａ）に示すように、アレイ導波路回折格子２０は、基板１上に、少なくとも１本（ここでは複数）の光入力導波路２と、該光入力導波路２の出力側に接続された第１のスラブ導波路３と、該第１のスラブ導波路３の出力側に接続されたアレイ導波路４と、該アレイ導波路４の出力側に接続された第２のスラブ導波路５と、該第２のスラブ導波路５の出力側に接続されて複数（ここでは２０本）並設された光出力導波路６とを有する導波路形成領域１０を形成している。
【００２９】
上記アレイ導波路４は、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路４ａから成り、チャンネル導波路４ａは、通常、例えば１００本といったように多数設けられる。ただし、図１の（ａ）においてはチャンネル導波路４ａの数を簡略化して示しており、同様に、光入力導波路２や光出力導波路６の本数も簡略化して示している。
【００３０】
アレイ導波路回折格子２０は、例えば１本の光入力導波路２に入力される波長多重光を、波長の異なった光に分波し、この分波光を波長ごとに異なる光出力導波路６から出力する機能を有している。なお、周知の如く、分波される光の中心波長は、アレイ導波路４の隣り合うチャンネル導波路４ａの長さの差（ΔＬ）及びアレイ導波路４の実効屈折率（等価屈折率）ｎｃに比例する。
【００３１】
本実施形態例に適用しているアレイ導波路回折格子２０は、比屈折率差Δが０．８％であり、光出力導波路６の出力端部におけるコアの断面寸法が６．５μｍ×６．５μｍ、コア間ピッチは２５０μｍである。
【００３２】
また、このアレイ導波路回折格子２０は、周波数間隔２００ＧＨｚの合分波機能を有し、波長１．５５μｍ帯（例えば波長約１５３０ｎｍ〜約１５６５ｎｍ）において、波長間隔が約１．６ｎｍの２０チャンネル光を合分波する機能を有する。このアレイ導波路回折格子２０の合分波波長は、ほぼＩＴＵグリッド波長となるように設定されており、このアレイ導波路回折格子２０の自由スペクトル領域は６４００ＧＨｚである。
【００３３】
本実施形態例において、上記アレイ導波路回折格子２０の光出力導波路６側には、アレイ導波路回折格子２０の基板１とは別個の基板３０が接続されている。基板３０上にはグレーティング用光導波路３１が形成されており、それぞれのグレーティング用光導波路３１には前記グレーティング部７が形成されている。
【００３４】
本実施形態例において、アレイ導波路回折格子２０には２０本の光出力導波路６が形成されており、それぞれの光出力導波路６に対応するグレーティング用光導波路３１が接続され、それにより、前記グレーティング部７が対応する光出力導波路６に接続されている。
【００３５】
グレーティング用光導波路３１は、比屈折率差Δが０．８％であり、光出力導波路６の出力端部と同様に、コアの断面寸法が６．５μｍ×６．５μｍ、コア間ピッチは２５０μｍである。また、グレーティング用光導波路３１は直線導波路であり、その長さは約７ｃｍである。
【００３６】
前記グレーティング部７は、対応する光出力導波路６の出力波長を含む予め設定された設定波長帯域の光を反射するように構成されており、この構成により、それぞれのグレーティング部７が前記対応する光出力導波路６の出力波長を反射する機能を有している。
【００３７】
各グレーティング部７のグレーティング周期は、［予め設計した温度において対応する出力中心波長（ｎｍ）］／２／［光ファイバの実効屈折率（ここでは１．４５１）］により決定しており、グレーティング部７の長さは約６ｃｍとしている。
【００３８】
それぞれのグレーティング部７は、出力用光ファイバ１６の一端側に周知の位相マスク法を用いて紫外光を照射し、屈折率が高い領域と屈折率が低い領域を光ファイバ長手方向に一定の周期（グレーティングピッチ）で周期的に形成したファイバブラッググレーティングである。
【００３９】
上記紫外光照射は、高圧水素容器中で光ファイバに水素を含浸させて行われている。グレーティング形成後、脱水素が行われ、その後、２５０℃で５分間加熱エージングが行われている。
【００４０】
本実施形態例において、それぞれのグレーティング部７には、その長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部７の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段１９が設けられている。なお、図１の（ａ）においては、１番上に示したグレーティング用光導波路３１のグレーティング部７に形成された分散量可変手段１９以外の分散量可変手段１９は省略して示している。
【００４１】
分散量可変手段１９は、図１の（ｂ）に示すように、それぞれのグレーティング部の長手方向に沿って形成された第１のヒーター９ａと第２のヒーター９ｂを有している。第１のヒーター９ａと第２のヒーター９ｂは、グレーティング部７を挟んで互いに反対側に形成されている。第１、第２のヒーター９ａ，９ｂは、膜厚が０．５μｍのＣｒ製薄膜ヒーターであり、スパッタ法およびリフトオフ法により形成されている。
【００４２】
第１のヒーター９ａはその抵抗値がグレーティング部７の一端側１２から他端側１３に向かうにつれて大きくなるように形成されている。第１のヒーター９ａは、グレーティング部７に、その一端側１２から他端側１３に向かうにつれて温度が高くなる熱分布を与える第１の熱分布付与手段８ａを形成している。
【００４３】
前記第２のヒーター９ｂはその抵抗値がグレーティング部７の一端側１２から他端側１３に向かうにつれて小さくなるように形成されている。第２のヒーター９ｂは、グレーティング部７に、その一端側１２から他端側１３に向かうにつれて温度が低くなる熱分布を与える第２の熱分布付与手段８ｂを形成している。
【００４４】
なお、第１、第２のヒーター９ａ，９ｂには、図示されていない通電手段が接続されており、第１と第２の熱分布付与手段８ａ，８ｂは、この通電手段と第１、第２のヒーター９ａ，９ｂを有して形成され、前記分散量可変手段１９を形成している。
【００４５】
つまり、本実施形態例において、通電手段が第１のヒーター９ａに通電したときには、グレーティング部７の一端側から他端側に向かうにつれて温度が高くなる熱分布が生じ、第２のヒーター９ｂに通電したときには、グレーティング部７の一端側から他端側に向かうにつれて温度が低くなる熱分布が生じる。よって、非常に簡単にヒーターが形成でき、かつ、熱分布が形成できる。
【００４６】
また、通電手段により電圧を可変して第１、第２のヒーター９ａ，９ｂへの通電量を多くすると、上記熱分布の傾きが大きくなり、通電量を少なくすると、上記熱分布の傾きが小さくなる。
【００４７】
ここで、グレーティング部７による反射波長光の分散量の設計方法について述べる。
【００４８】
光ファイバや光導波路のような光通過通路の長手方向の長さを、グレーティング部７への入射端を基準としてｘで表し、ｘ＝０（つまり、基準位置）でのグレーティング周期（グレーティング部７の入射端でのグレーティング周期）を∧０、位置ｘにおけるグレーティングの周期を∧（ｘ）、グレーティング周期の長手方向の変化率であるチャープ率をαとすると、次式（１）が成り立つ。
【００４９】
∧（ｘ）＝∧０＋α・ｘ・・・・・（１）
【００５０】
また、グレーティング周期がグレーティング部の長手方向に沿って、グレーティング部の光入射端側からその反対側に向かうにつれて大きくなる場合、αは正である。一方、グレーティング周期がグレーティング部の長手方向に沿って、グレーティング部の光入射端側からその反対側に向かうにつれて小さくなる場合、αは負である。
【００５１】
また、位置ｘでのグレーティングの反射波長λ（ｘ）は、次式（２）で表される。
【００５２】
λ（ｘ）＝２ｎｅｆｆ・∧（ｘ）＝２ｎｅｆｆ（∧０＋α・ｘ）・・・・・（２）
【００５３】
なお、ｎｅｆｆは光通過通路の実効屈折率である。本実施形態例では、波長１．５５μｍにおいて、ｎｅｆｆ＝１．４５１とした。
【００５４】
グレーティング部７に入射した光が位置ｘで再び入射端に戻ってくるまでの時間（遅延時間）τは、光速をｃとして、次式（３）により表される。
【００５５】
τ（ｘ）＝２ｎｅｆｆ・ｘ／ｃ・・・・・（３）
【００５６】
式（２）、（３）から、反射される光の波長とその光に対する遅延時間の関係は、次式（４）により表される。
【００５７】
τ（ｘ）＝｛λ（ｘ）−２ｎｅｆｆ・∧０｝／（α・ｃ）・・・・・（４）
【００５８】
この式（４）を波長で微分すると、波長分散Ｄとなり、次式（５）で表され、前記チャープ率のみで決定される。
【００５９】
Ｄ＝∂τ／∂λ＝１／（α・ｃ）・・・・・（５）
【００６０】
上記チャープ率（グレーティング周期の長手方向の変化率）は、グレーティング部７の長手方向の熱分布を変化させて、光透過通路のグレーティング周期を長手方向に変化させることにより可変設定できるものである。したがって、本実施形態例において、グレーティング部７の長手方向に変化する熱分布の変化割合を適宜設定することにより、それぞれのグレーティング部７の反射光波長の分散量を適宜設定できる。
【００６１】
また、グレーティング部７は、例えばその入射端側に近い側は短波長側の光を反射し、遠い側は長波長側の光を反射するように設定できるものであり、それぞれのグレーティング部７の反射波長帯域幅（グレーティング部７による補償帯域幅）は、グレーティング部７の両端での反射波長の差から求まる。
【００６２】
つまり、グレーティング部７の反射波長帯域幅を前記式（２）に基づいて決定すると、グレーティング部７の長さをｌとして、グレーティング部７の反射波長帯域幅ＢＷは、次式（６）で示される。
【００６３】
ＢＷ＝２ｎｅｆｆ・α・ｌ・・・・・（６）
【００６４】
本実施形態例は、上記式（５）、（６）に基づき、それぞれのグレーティング部７が、アレイ導波路回折格子２０の対応する光出力導波路６の出力波長光を含む設定反射波長帯域の光を反射する機能を有し、かつ、対応する光出力導波路６の出力波長光に、適宜の設定分散量を与えられるように、グレーティング部７のグレーティング周期のチャープ率αとグレーティング部７の長さｌを決定している。
【００６５】
また、前記の如く、第１の熱分布付与手段８ａは、グレーティング部７に、その一端側１２から他端側１３に向かうにつれて温度が高くなる熱分布を与えるので、第１の熱分布付与手段８ａによりグレーティング部７に熱分布を与えると（第１のヒーター９ａに通電すると）、正の波長分散が生じる。
【００６６】
一方、第２の熱分布付与手段８ｂは、グレーティング部７に、その一端側１２から他端側１３に向かうにつれて温度が低くなる熱分布を与えるので、第２の熱分布付与手段８ｂによりグレーティング部７に熱分布を与えると（第２のヒーター９ｂに通電すると）、負の波長分散が生じる。
【００６７】
そこで、上記適用例の伝送用光ファイバ４０の分散補償を行うときは、第１の熱分布付与手段８ａによりグレーティング部７に熱分布を与えて正の波長分散を生じさせることにした。
【００６８】
本実施形態例は以上のように構成されており、例えば伝送用光ファイバ４０から本実施形態例の分散スロープ補償器に波長多重光が入力されると、この波長多重光は、サーキュレータ１１の第１ポート２１からサーキュレータ１１に入射し、サーキュレータ１１の第２ポート２２からアレイ導波路型回折格子２０に入射する。
【００６９】
そして、この波長多重光はアレイ導波路回折格子２０の１本の光入力導波路２に入射し、アレイ導波路回折格子２０によって分波され、アレイ導波路回折格子２０の各光出力導波路６から出射する。各光出力導波路６から出射したそれぞれの波長光は、グレーティング用光導波路３１に入射し、伝搬していく。
【００７０】
そうすると、各光出力導波路６の出力波長光が対応するグレーティング部７によって反射するが、グレーティング部７の反射光波長の分散量が分散量可変手段１９によって可変され、それぞれの反射光波長に設定分散量が付与され（群遅延時間差が与えられて）、各光出力導波路６の出力波長光の波長分散量が補償された状態となる。そして、この分散補償された各波長の光がアレイ導波路回折格子２０を前記と逆の経路をたどって伝搬し、合波される。
【００７１】
つまり、本実施形態例の分散スロープ補償器において、各グレーティング部７の反射波長光に与えられる群遅延時間は図２の○に示す特性となり、各光出力導波路６からの出力波長とほぼ一致する、ＩＴＵグリッド波長±０．２ｎｍの範囲において、設定分散（設定群遅延時間差）が与えられる。
【００７２】
図２の○に示す特性は図２の特性線ａ上にあり、この特性線ａは、図２の特性線ｂに示した伝送用光ファイバ４０の群遅延特性を補償するために必要な群遅延特性である。したがって、本実施形態例は、各グレーティング部７の反射波長光に与える群遅延時間によって、伝送用光ファイバ４０の群遅延特性をほぼ０に補償でき、波長分散の補償が行われる。
【００７３】
なお、本実施形態例において、例えば、図１の（ａ）に示したサーキュレータ１１の第３ポート２３には例えば光分波器を通してレシーバー（図示せず）が接続され、上記のようにして分散補償されて、アレイ導波路回折格子２０により合波された合波光は、サーキュレータ１１の第２ポート２２からサーキュレータ１１に入射し、サーキュレータ１１の第３ポート２３から光分波器を通してレシーバーに受信される。
【００７４】
本実施形態例によれば、上記のように、アレイ導波路回折格子２０の各光出力導波路６にグレーティング部７を接続し、グレーティング部の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段１９を設けた非常に簡単な構成で、ＩＴＵグリッド波長±０．２ｎｍの範囲にある複数（ここでは２０）の波長光の波長分散を同時にほぼ０に補償することができ、分散スロープを補償できる。
【００７５】
また、本実施形態例の構成は、分散補償する波長数に対応させてアレイ導波路回折格子２０により合分波する波長数を決定し、グレーティング部７と分散量可変手段１９の数を設定すればよいため、分散補償する波長数が多くても、装置構成が複雑になることはなく、大幅な部品点数増加や大幅なコストアップを招くことはない。
【００７６】
また、本実施形態例では、例えば分散スロープ補償器からの出力光強度を確保するために、分散スロープ補償器に光増幅器を設ける場合にも、光増幅器をサーキュレータ１１のアレイ導波路回折格子２０からの戻り光の出力側に設ければよく、部品点数の増大を抑制できる。
【００７７】
なお、前記の如く、本実施形態例は、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂを有し、これらの熱分布付与手段８ａ，８ｂのいずれかまたは両方を動作させることによってグレーティング部７に与える分散の符号を適宜設定できる。
【００７８】
したがって、本実施形態例の分散スロープ補償器は、上記適用例に限らず、分散スロープ補償器に接続される伝送用光ファイバ４０の波長分散に対応させて、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂの一方または両方を動作させ、ヒーター９ａ，９ｂへの通電量を可変することにより、様々な伝送用光ファイバ４０の波長分散を補償することができる。
【００７９】
図３の（ａ）には、本発明に係る光モジュールを用いた分散スロープ補償器の第２実施形態例の概略図が模式的に示されている。第２実施形態例は、上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されており、第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、アレイ導波路回折格子２０の光出力導波路６に、導波路型のグレーティング部７を形成したことである。
【００８０】
第２実施形態例は以上のように構成されており、第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００８１】
また、第２実施形態例は、アレイ導波路回折格子２０の光出力導波路６にグレーティング部７を形成しているので、分散スロープ補償器の装置構成をより一層簡略化できるし、光通過損失も例えば第１実施形態例に対して０．５ｄＢ程度小さくできる。
【００８２】
図４の（ａ）には、本発明に係る光モジュールを用いた分散スロープ補償器の第３実施形態例の概略図が模式的に示されている。
【００８３】
第３実施形態例は、アレイ導波路回折格子２０の出力側に複数の出力用光ファイバ１６を接続して光モジュール５０が形成されており、それぞれの出力用光ファイバ１６にグレーティング部７が形成されてアレイ導波路回折格子２０の対応する光出力導波路６に接続されている。なお、出力用光ファイバ１６は、ファイバアレイ２６によりアレイ導波路回折格子２０に接続固定された光ファイバテープ心線２７を介して、アレイ導波路回折格子２０に接続されている。
【００８４】
第３実施形態例でも、例えば波長１．５５μｍ帯内の設定波長（約１５６２ｎｍ）に零分散波長を持つ分散シフト光ファイバにより伝送用光ファイバ４０を形成した場合について、この伝送用光ファイバ４０の波長分散を補償できるように、それぞれのグレーティング部７には長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部７の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段１９を取り付けた。なお、分散量可変手段１９は市販の部品でもよい。
【００８５】
また、第３実施形態例において、光モジュール５０のアレイ導波路回折格子２０の入力側にはサーキュレータ１１を接続した。
【００８６】
第３実施形態例は以上のように構成されており、第３実施形態例も上記第１、第２実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００８７】
なお、本発明は上記各実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記各実施形態例では、分散量可変手段１９は、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂを有する構成としたが、例えば分散スロープ補償器を接続する接続相手側の波長分散に対応させて、分散量可変手段１９は、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂのいずれか一方側のみを設けて形成してもよい。
【００８８】
また、上記各実施形態例では、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂは、それぞれグレーティング部７に沿って、その両側にそれぞれ形成したヒーター９ａ，９ｂを有していたが、第１の熱分布付与手段８ａや第２の熱分布付与手段８ｂの構成は特に限定されるものではなく適宜設定されるものである。
【００８９】
例えば、上記各実施形態例に比べると精度が非常に高いヒーター作製技術が必要となるが、グレーティング部７のグレーティングピッチ間にヒーターを形成し、このヒーターの抵抗値を適宜設定することにより、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂを形成してもよい。
【００９０】
さらに、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器に適用されるアレイ導波路回折格子２０の詳細な構成は、必ずしも上記各実施形態例に適用したアレイ導波路回折格子２０の構成とするとは限らず、従来の構成または提案されている様々なアレイ導波路回折格子を適宜適用することができ、その合分波波長数も適宜設定されるものである。
【００９１】
さらに、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器において、アレイ導波路回折格子２０の光出力導波路６とグレーティング部７との接続形態およびアレイ導波路回折格子２０の光出力導波路６に形成するグレーティング部７の形成形態は特に限定されるものでなく適宜設定されるものである。
【００９２】
ただし、上記第２実施形態例のように光出力導波路６にグレーティング部７を形成すると、上記第３実施形態例のように出力用光ファイバ１６にグレーティング部７を形成して、出力用光ファイバ１６をアレイ導波路回折格子２０に接続するた場合に比べ、光透過損失を１ｄＢ程度低減できるので、好ましい。
【００９３】
【発明の効果】
本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器によれば、アレイ導波路回折格子の少なくとも１つの光出力導波路に、対応する光出力導波路の出力波長光を反射するグレーティング部を接続または形成し、グレーティング部には分散量可変手段により長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部の反射光波長の分散量を可変することにより、複数波長光の分散量を複数波長光ごとに別々に一度に補償できる。
【００９４】
つまり、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器は、分散補償する波長数が多い場合でも、その波長数に対応させてアレイ導波路回折格子とグレーティング部を形成し、グレーティング部に長手方向に変化する熱分布を与えるだけで、簡単な構成で容易に複数波長光の分散量を一度に低減でき、コストアップを抑制できる。
【００９５】
さらに、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器において、分散量可変手段が第１の熱分布付与手段と第２の熱分布付与手段の少なくとも一方を有する構成によれば、これらの熱分布付与手段によって、グレーティング部に適宜の熱分布を与えて上記効果を発揮することができる。
【００９６】
さらに、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器において、分散量可変手段を形成する第１の熱分布付与手段が第１のヒーターを有して形成され、第２の熱分布付与手段が第２のヒーターを有して形成されている構成によれば、熱分布付与手段を容易に形成することができる。
【００９７】
さらに、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器において、分散量可変手段が第１のヒーターを有する第１の熱分布付与手段と第２のヒーターを有する第２の熱分布付与手段を有する構成によれば、グレーティング部の反射光波長の波長分散を正にも負にもできるので、必要に応じてより一層的確に接続相手側の波長分散補償を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分散スロープ補償器の第１実施形態例の要部構成図（ａ）と、この第１実施形態例のグレーティング部周辺構成を示す模式図（ｂ）である。
【図２】上記実施形態例の分散スロープ補償器の群遅延特性例と接続相手側の伝送用光ファイバの群遅延特性例を示すグラフである。
【図３】本発明に係る分散スロープ補償器の第２実施形態例の要部構成図（ａ）と、この第１実施形態例のグレーティング部周辺構成を示す模式図（ｂ）である。
【図４】本発明に係る分散スロープ補償器の第３実施形態例の要部構成図である。
【図５】分散スロープ補償器の提案例を示す説明図である。
【図６】サーキュレータの動作例を示す説明図である。
【図７】分散スロープ補償器の別の提案例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 光入力導波路
３ 第１のスラブ導波路
４ アレイ導波路
４ａ チャンネル導波路
５ 第２のスラブ導波路
６ 光出力導波路
７ グレーティング部
８ａ 第１の熱分布付与手段
８ｂ 第２の熱分布付与手段
９ａ 第１のヒーター
９ｂ 第２のヒーター
１９ 分散量可変手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば波長分割多重伝送等の光通信用として用いられる光モジュールおよびその光モジュールを用いた分散スロープ補償器に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、光通信においては、その伝送容量を増加させることが行われており、高速度、大容量通信を行う場合、累積分散による伝送劣化を抑制するため、分散補償技術を適用することが必須となっている。
【０００３】
分散補償は、一般的に、伝送用光ファイバと逆の符号の分散を持つ分散補償光ファイバを用いて行われている。分散補償光ファイバにはモジュール化して使用するものだけでなく、分散補償光ファイバをケーブル化し、伝送線路として使用するものもある。
【０００４】
しかし、一般に、伝送線路に使用されている伝送線路用の光ファイバと分散補償光ファイバは、互いに異なる分散スロープをもっており、線路全体（伝送路用光ファイバ＋分散補償光ファイバ）では波長に対して残留分散量が異なる。つまり、敷設した伝送線路の種類、長さと、分散補償光ファイバの種類、長さにより、線路全体の残留分散が異なる。また、線路全体の環境温度の違い等により分散量が変動する。
【０００５】
そこで、それぞれの伝送線路において、波長ごとに分散量を設定でき、波長ごとに分散を補償できる分散スロープ補償デバイスの開発が望まれている。このようなデバイスの要望は、特に高速伝送において高い。
【０００６】
上記のように、波長ごとに分散量を可変できる分散スロープ補償器（分散スロープ補償デバイス）の例として、図５に示すような例が考えられる。この分散スロープ補償器は、分散補償光ファイバ１４の出力側に光波長合分波器１５を接続し、光波長合分波器１５の出力端にはそれぞれ出力用光ファイバ１６を接続して形成されている。
【０００７】
それぞれの出力用光ファイバ１６の途中部には、サーキュレータ１１（１１ａ〜１１ｄ，・・・）を介して分散補償手段１７（１７ａ〜１７ｄ，・・・）が接続されている。分散補償手段１７は、例えば光ファイバにグレーティングを形成した光ファイバグレーティングを有して形成されている。
【０００８】
図５に示すように、この分散スロープ補償器は、例えば伝送用光ファイバ４０に接続されて用いられるものであり、この場合、分散スロープ補償器の入力端である分散補償光ファイバ１４の入力端２４が伝送用光ファイバ４０に接続される。また、分散スロープ補償器の出力端（各出力用光ファイバ１６の出力端）２５は、それぞれ、レシーバー（図示せず）に接続される。
【０００９】
この分散スロープ補償器は、伝送用光ファイバ４０の波長分散の殆どを分散補償光ファイバ１４により補償し、残りの波長分散を、波長ごとに対応する分散補償手段１７により補償するものである。
【００１０】
つまり、伝送用光ファイバ４０を伝搬した波長多重光は、分散補償光ファイバ１４により波長分散の殆どを補償された状態で、光波長合分波器１５に入力され、光波長合分波器１５によって波長ごとに分波される。そして、それぞれの波長の光は対応する出力用光ファイバ１６に入射し、それぞれ、対応するサーキュレータ１１の第１ポート２１に入射する。
【００１１】
上記サーキュレータ１１は、図６に示すように、第１ポート２１から入力される光を第２ポート２２から出力し、かつ、第２ポート２２から入力される光を第３ポート２３から出力する。つまり、サーキュレータ１１の第１ポート２１に光を入力すると、この光は、第１ポート２１→第２ポート２２、第２ポート２２→第３ポート２３の順に伝送する。
【００１２】
したがって、図５に示したように、それぞれのサーキュレータ１１の第１ポート２１に入射した光は、サーキュレータ１１の第２ポート２２から分散補償手段１７に入射し、分散補償手段１７によって波長ごとに分散補償される。この分散補償された光は、第２ポート２２から再びサーキュレータ１１に入射し、サーキュレータ１１の第３ポート２３から出力用光ファイバ１６に戻る。
【００１３】
出力用光ファイバ１６に戻った光は、例えば出力用光ファイバ１６に接続されているレシーバー（図示せず）に受光される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示した分散スロープ補償器は、分散補償する波長数が増えると、その波長数に比例して、サーキュレータ１１と分散補償手段１７を増やす必要があるため、部品点数が多くなり、コストが高くなってしまうといった問題があった。
【００１５】
特に、図７に示すように、分散スロープ補償器からの出力光強度を確保するために、出力用光ファイバ１６の途中部に光増幅器１８を設ける場合には、分散補償する波長数増加に比例して光増幅器１８も増やさなければならないため、さらにコストが高くなってしまう。
【００１６】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、分散補償する波長数が多くても分散スロープ補償器の部品点数の増加を低く抑えることができ、コストの低減を図ることができる光モジュールおよびそのモジュールを用いた分散スロープ補償器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の光モジュールは、少なくとも１本の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波路の出力側に接続され、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２のスラブ導波路と、該第２のスラブ導波路の出力側に接続されて複数並設された光出力導波路とを有するアレイ導波路回折格子を備え、該アレイ導波路回折格子の少なくとも１つの光出力導波路には対応する光出力導波路の出力波長光を反射するグレーティング部が接続され、該グレーティング部には長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段を設けた構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１８】
また、第２の発明の光モジュールは、少なくとも１本の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波路の出力側に接続され、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２のスラブ導波路と、該第２のスラブ導波路の出力側に接続されて複数並設された光出力導波路とを有するアレイ導波路回折格子を備え、該アレイ導波路回折格子の少なくとも１つの光出力導波路には対応する光出力導波路の出力波長光を反射するグレーティング部が形成され、それぞれのグレーティング部には長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段を設けた構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】
さらに、第３の発明の光モジュールは、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記分散量可変手段は、グレーティング部にその一端側から他端側に向かうにつれて温度が高くなる熱分布を与える第１の熱分布付与手段と、前記グレーティング部にその一端側から他端側に向かうにつれて温度が低くなる熱分布を与える第２の熱分布付与手段の少なくとも一方を有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
さらに、第４の発明の光モジュールは、上記第３の発明の構成に加え、前記第１の熱分布付与手段はグレーティング部の長手方向に沿って形成された第１のヒーターを有し、該第１のヒーターはその抵抗値が前記グレーティング部の一端側から他端側に向かうにつれて大きくなるように形成されており、第２の熱分布付与手段はグレーティング部の長手方向に沿って形成された第２のヒーターを有し、該第２のヒーターはその抵抗値が前記グレーティング部の一端側から他端側に向かうにつれて小さくなるように形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第５の発明の光モジュールは、上記第４の発明の構成に加え、前記分散量可変手段は第１の熱分布付与手段と第２の熱分布付与手段を有しており、前記第１の熱分布付与手段を形成する第１のヒーターと前記第２の熱分布付与手段を形成する第２のヒーターはグレーティング部を挟んで互いに反対側に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第６の発明の分散スロープ補償器は、上記第１乃至第５の発明のいずれか一つの光モジュールに設けられているアレイ導波路回折格子の入力側にサーキュレータの一端側を設け、該サーキュレータの他端側に設けられる接続相手側の分散スロープを低減する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、前記提案例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。図１の（ａ）には、本発明に係る光モジュールを用いた分散スロープ補償器の第１実施形態例の概略図が模式的に示されている。
【００２４】
図１の（ａ）に示すように、本実施形態例の分散スロープ補償器は光モジュール５０を有しており、該光モジュール５０は、アレイ導波路回折格子２０と、その出力側に接続したグレーティング部７および分散量可変手段１９を有している。
【００２５】
また、本実施形態例の分散スロープ補償器は、光モジュール５０のアレイ導波路回折格子２０の入力側に、サーキュレータ１１の一端側である第２ポート２２を接続して形成されている。
【００２６】
本実施形態例の分散スロープ補償器は、サーキュレータ１１の他端側である第１ポート２１に設けられる接続相手側の分散スロープを低減するものであり、例えば接続相手側としての伝送用光ファイバ４０の分散スロープを補償する。
【００２７】
伝送用光ファイバ４０は、例えば波長１．５５μｍ帯内の設定波長（約１５６２ｎｍ）に零分散波長を持つ分散シフト光ファイバにより形成されるものである。この適用例の伝送用光ファイバ４０は、図２の特性線ｂに示すように、波長１．５５μｍ帯のうち、波長１５３０ｎｍ〜約１５６５ｎｍにおいて、負の分散と正の分散スロープを有する。
【００２８】
図１の（ａ）に示すように、アレイ導波路回折格子２０は、基板１上に、少なくとも１本（ここでは複数）の光入力導波路２と、該光入力導波路２の出力側に接続された第１のスラブ導波路３と、該第１のスラブ導波路３の出力側に接続されたアレイ導波路４と、該アレイ導波路４の出力側に接続された第２のスラブ導波路５と、該第２のスラブ導波路５の出力側に接続されて複数（ここでは２０本）並設された光出力導波路６とを有する導波路形成領域１０を形成している。
【００２９】
上記アレイ導波路４は、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路４ａから成り、チャンネル導波路４ａは、通常、例えば１００本といったように多数設けられる。ただし、図１の（ａ）においてはチャンネル導波路４ａの数を簡略化して示しており、同様に、光入力導波路２や光出力導波路６の本数も簡略化して示している。
【００３０】
アレイ導波路回折格子２０は、例えば１本の光入力導波路２に入力される波長多重光を、波長の異なった光に分波し、この分波光を波長ごとに異なる光出力導波路６から出力する機能を有している。なお、周知の如く、分波される光の中心波長は、アレイ導波路４の隣り合うチャンネル導波路４ａの長さの差（ΔＬ）及びアレイ導波路４の実効屈折率（等価屈折率）ｎｃに比例する。
【００３１】
本実施形態例に適用しているアレイ導波路回折格子２０は、比屈折率差Δが０．８％であり、光出力導波路６の出力端部におけるコアの断面寸法が６．５μｍ×６．５μｍ、コア間ピッチは２５０μｍである。
【００３２】
また、このアレイ導波路回折格子２０は、周波数間隔２００ＧＨｚの合分波機能を有し、波長１．５５μｍ帯（例えば波長約１５３０ｎｍ〜約１５６５ｎｍ）において、波長間隔が約１．６ｎｍの２０チャンネル光を合分波する機能を有する。このアレイ導波路回折格子２０の合分波波長は、ほぼＩＴＵグリッド波長となるように設定されており、このアレイ導波路回折格子２０の自由スペクトル領域は６４００ＧＨｚである。
【００３３】
本実施形態例において、上記アレイ導波路回折格子２０の光出力導波路６側には、アレイ導波路回折格子２０の基板１とは別個の基板３０が接続されている。基板３０上にはグレーティング用光導波路３１が形成されており、それぞれのグレーティング用光導波路３１には前記グレーティング部７が形成されている。
【００３４】
本実施形態例において、アレイ導波路回折格子２０には２０本の光出力導波路６が形成されており、それぞれの光出力導波路６に対応するグレーティング用光導波路３１が接続され、それにより、前記グレーティング部７が対応する光出力導波路６に接続されている。
【００３５】
グレーティング用光導波路３１は、比屈折率差Δが０．８％であり、光出力導波路６の出力端部と同様に、コアの断面寸法が６．５μｍ×６．５μｍ、コア間ピッチは２５０μｍである。また、グレーティング用光導波路３１は直線導波路であり、その長さは約７ｃｍである。
【００３６】
前記グレーティング部７は、対応する光出力導波路６の出力波長を含む予め設定された設定波長帯域の光を反射するように構成されており、この構成により、それぞれのグレーティング部７が前記対応する光出力導波路６の出力波長を反射する機能を有している。
【００３７】
各グレーティング部７のグレーティング周期は、［予め設計した温度において対応する出力中心波長（ｎｍ）］／２／［光ファイバの実効屈折率（ここでは１．４５１）］により決定しており、グレーティング部７の長さは約６ｃｍとしている。
【００３８】
それぞれのグレーティング部７は、出力用光ファイバ１６の一端側に周知の位相マスク法を用いて紫外光を照射し、屈折率が高い領域と屈折率が低い領域を光ファイバ長手方向に一定の周期（グレーティングピッチ）で周期的に形成したファイバブラッググレーティングである。
【００３９】
上記紫外光照射は、高圧水素容器中で光ファイバに水素を含浸させて行われている。グレーティング形成後、脱水素が行われ、その後、２５０℃で５分間加熱エージングが行われている。
【００４０】
本実施形態例において、それぞれのグレーティング部７には、その長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部７の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段１９が設けられている。なお、図１の（ａ）においては、１番上に示したグレーティング用光導波路３１のグレーティング部７に形成された分散量可変手段１９以外の分散量可変手段１９は省略して示している。
【００４１】
分散量可変手段１９は、図１の（ｂ）に示すように、それぞれのグレーティング部の長手方向に沿って形成された第１のヒーター９ａと第２のヒーター９ｂを有している。第１のヒーター９ａと第２のヒーター９ｂは、グレーティング部７を挟んで互いに反対側に形成されている。第１、第２のヒーター９ａ，９ｂは、膜厚が０．５μｍのＣｒ製薄膜ヒーターであり、スパッタ法およびリフトオフ法により形成されている。
【００４２】
第１のヒーター９ａはその抵抗値がグレーティング部７の一端側１２から他端側１３に向かうにつれて大きくなるように形成されている。第１のヒーター９ａは、グレーティング部７に、その一端側１２から他端側１３に向かうにつれて温度が高くなる熱分布を与える第１の熱分布付与手段８ａを形成している。
【００４３】
前記第２のヒーター９ｂはその抵抗値がグレーティング部７の一端側１２から他端側１３に向かうにつれて小さくなるように形成されている。第２のヒーター９ｂは、グレーティング部７に、その一端側１２から他端側１３に向かうにつれて温度が低くなる熱分布を与える第２の熱分布付与手段８ｂを形成している。
【００４４】
なお、第１、第２のヒーター９ａ，９ｂには、図示されていない通電手段が接続されており、第１と第２の熱分布付与手段８ａ，８ｂは、この通電手段と第１、第２のヒーター９ａ，９ｂを有して形成され、前記分散量可変手段１９を形成している。
【００４５】
つまり、本実施形態例において、通電手段が第１のヒーター９ａに通電したときには、グレーティング部７の一端側から他端側に向かうにつれて温度が高くなる熱分布が生じ、第２のヒーター９ｂに通電したときには、グレーティング部７の一端側から他端側に向かうにつれて温度が低くなる熱分布が生じる。よって、非常に簡単にヒーターが形成でき、かつ、熱分布が形成できる。
【００４６】
また、通電手段により電圧を可変して第１、第２のヒーター９ａ，９ｂへの通電量を多くすると、上記熱分布の傾きが大きくなり、通電量を少なくすると、上記熱分布の傾きが小さくなる。
【００４７】
ここで、グレーティング部７による反射波長光の分散量の設計方法について述べる。
【００４８】
光ファイバや光導波路のような光通過通路の長手方向の長さを、グレーティング部７への入射端を基準としてｘで表し、ｘ＝０（つまり、基準位置）でのグレーティング周期（グレーティング部７の入射端でのグレーティング周期）を∧０、位置ｘにおけるグレーティングの周期を∧（ｘ）、グレーティング周期の長手方向の変化率であるチャープ率をαとすると、次式（１）が成り立つ。
【００４９】
∧（ｘ）＝∧０＋α・ｘ・・・・・（１）
【００５０】
また、グレーティング周期がグレーティング部の長手方向に沿って、グレーティング部の光入射端側からその反対側に向かうにつれて大きくなる場合、αは正である。一方、グレーティング周期がグレーティング部の長手方向に沿って、グレーティング部の光入射端側からその反対側に向かうにつれて小さくなる場合、αは負である。
【００５１】
また、位置ｘでのグレーティングの反射波長λ（ｘ）は、次式（２）で表される。
【００５２】
λ（ｘ）＝２ｎｅｆｆ・∧（ｘ）＝２ｎｅｆｆ（∧０＋α・ｘ）・・・・・（２）
【００５３】
なお、ｎｅｆｆは光通過通路の実効屈折率である。本実施形態例では、波長１．５５μｍにおいて、ｎｅｆｆ＝１．４５１とした。
【００５４】
グレーティング部７に入射した光が位置ｘで再び入射端に戻ってくるまでの時間（遅延時間）τは、光速をｃとして、次式（３）により表される。
【００５５】
τ（ｘ）＝２ｎｅｆｆ・ｘ／ｃ・・・・・（３）
【００５６】
式（２）、（３）から、反射される光の波長とその光に対する遅延時間の関係は、次式（４）により表される。
【００５７】
τ（ｘ）＝｛λ（ｘ）−２ｎｅｆｆ・∧０｝／（α・ｃ）・・・・・（４）
【００５８】
この式（４）を波長で微分すると、波長分散Ｄとなり、次式（５）で表され、前記チャープ率のみで決定される。
【００５９】
Ｄ＝∂τ／∂λ＝１／（α・ｃ）・・・・・（５）
【００６０】
上記チャープ率（グレーティング周期の長手方向の変化率）は、グレーティング部７の長手方向の熱分布を変化させて、光透過通路のグレーティング周期を長手方向に変化させることにより可変設定できるものである。したがって、本実施形態例において、グレーティング部７の長手方向に変化する熱分布の変化割合を適宜設定することにより、それぞれのグレーティング部７の反射光波長の分散量を適宜設定できる。
【００６１】
また、グレーティング部７は、例えばその入射端側に近い側は短波長側の光を反射し、遠い側は長波長側の光を反射するように設定できるものであり、それぞれのグレーティング部７の反射波長帯域幅（グレーティング部７による補償帯域幅）は、グレーティング部７の両端での反射波長の差から求まる。
【００６２】
つまり、グレーティング部７の反射波長帯域幅を前記式（２）に基づいて決定すると、グレーティング部７の長さをｌとして、グレーティング部７の反射波長帯域幅ＢＷは、次式（６）で示される。
【００６３】
ＢＷ＝２ｎｅｆｆ・α・ｌ・・・・・（６）
【００６４】
本実施形態例は、上記式（５）、（６）に基づき、それぞれのグレーティング部７が、アレイ導波路回折格子２０の対応する光出力導波路６の出力波長光を含む設定反射波長帯域の光を反射する機能を有し、かつ、対応する光出力導波路６の出力波長光に、適宜の設定分散量を与えられるように、グレーティング部７のグレーティング周期のチャープ率αとグレーティング部７の長さｌを決定している。
【００６５】
また、前記の如く、第１の熱分布付与手段８ａは、グレーティング部７に、その一端側１２から他端側１３に向かうにつれて温度が高くなる熱分布を与えるので、第１の熱分布付与手段８ａによりグレーティング部７に熱分布を与えると（第１のヒーター９ａに通電すると）、正の波長分散が生じる。
【００６６】
一方、第２の熱分布付与手段８ｂは、グレーティング部７に、その一端側１２から他端側１３に向かうにつれて温度が低くなる熱分布を与えるので、第２の熱分布付与手段８ｂによりグレーティング部７に熱分布を与えると（第２のヒーター９ｂに通電すると）、負の波長分散が生じる。
【００６７】
そこで、上記適用例の伝送用光ファイバ４０の分散補償を行うときは、第１の熱分布付与手段８ａによりグレーティング部７に熱分布を与えて正の波長分散を生じさせることにした。
【００６８】
本実施形態例は以上のように構成されており、例えば伝送用光ファイバ４０から本実施形態例の分散スロープ補償器に波長多重光が入力されると、この波長多重光は、サーキュレータ１１の第１ポート２１からサーキュレータ１１に入射し、サーキュレータ１１の第２ポート２２からアレイ導波路型回折格子２０に入射する。
【００６９】
そして、この波長多重光はアレイ導波路回折格子２０の１本の光入力導波路２に入射し、アレイ導波路回折格子２０によって分波され、アレイ導波路回折格子２０の各光出力導波路６から出射する。各光出力導波路６から出射したそれぞれの波長光は、グレーティング用光導波路３１に入射し、伝搬していく。
【００７０】
そうすると、各光出力導波路６の出力波長光が対応するグレーティング部７によって反射するが、グレーティング部７の反射光波長の分散量が分散量可変手段１９によって可変され、それぞれの反射光波長に設定分散量が付与され（群遅延時間差が与えられて）、各光出力導波路６の出力波長光の波長分散量が補償された状態となる。そして、この分散補償された各波長の光がアレイ導波路回折格子２０を前記と逆の経路をたどって伝搬し、合波される。
【００７１】
つまり、本実施形態例の分散スロープ補償器において、各グレーティング部７の反射波長光に与えられる群遅延時間は図２の○に示す特性となり、各光出力導波路６からの出力波長とほぼ一致する、ＩＴＵグリッド波長±０．２ｎｍの範囲において、設定分散（設定群遅延時間差）が与えられる。
【００７２】
図２の○に示す特性は図２の特性線ａ上にあり、この特性線ａは、図２の特性線ｂに示した伝送用光ファイバ４０の群遅延特性を補償するために必要な群遅延特性である。したがって、本実施形態例は、各グレーティング部７の反射波長光に与える群遅延時間によって、伝送用光ファイバ４０の群遅延特性をほぼ０に補償でき、波長分散の補償が行われる。
【００７３】
なお、本実施形態例において、例えば、図１の（ａ）に示したサーキュレータ１１の第３ポート２３には例えば光分波器を通してレシーバー（図示せず）が接続され、上記のようにして分散補償されて、アレイ導波路回折格子２０により合波された合波光は、サーキュレータ１１の第２ポート２２からサーキュレータ１１に入射し、サーキュレータ１１の第３ポート２３から光分波器を通してレシーバーに受信される。
【００７４】
本実施形態例によれば、上記のように、アレイ導波路回折格子２０の各光出力導波路６にグレーティング部７を接続し、グレーティング部の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段１９を設けた非常に簡単な構成で、ＩＴＵグリッド波長±０．２ｎｍの範囲にある複数（ここでは２０）の波長光の波長分散を同時にほぼ０に補償することができ、分散スロープを補償できる。
【００７５】
また、本実施形態例の構成は、分散補償する波長数に対応させてアレイ導波路回折格子２０により合分波する波長数を決定し、グレーティング部７と分散量可変手段１９の数を設定すればよいため、分散補償する波長数が多くても、装置構成が複雑になることはなく、大幅な部品点数増加や大幅なコストアップを招くことはない。
【００７６】
また、本実施形態例では、例えば分散スロープ補償器からの出力光強度を確保するために、分散スロープ補償器に光増幅器を設ける場合にも、光増幅器をサーキュレータ１１のアレイ導波路回折格子２０からの戻り光の出力側に設ければよく、部品点数の増大を抑制できる。
【００７７】
なお、前記の如く、本実施形態例は、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂを有し、これらの熱分布付与手段８ａ，８ｂのいずれかまたは両方を動作させることによってグレーティング部７に与える分散の符号を適宜設定できる。
【００７８】
したがって、本実施形態例の分散スロープ補償器は、上記適用例に限らず、分散スロープ補償器に接続される伝送用光ファイバ４０の波長分散に対応させて、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂの一方または両方を動作させ、ヒーター９ａ，９ｂへの通電量を可変することにより、様々な伝送用光ファイバ４０の波長分散を補償することができる。
【００７９】
図３の（ａ）には、本発明に係る光モジュールを用いた分散スロープ補償器の第２実施形態例の概略図が模式的に示されている。第２実施形態例は、上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されており、第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、アレイ導波路回折格子２０の光出力導波路６に、導波路型のグレーティング部７を形成したことである。
【００８０】
第２実施形態例は以上のように構成されており、第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００８１】
また、第２実施形態例は、アレイ導波路回折格子２０の光出力導波路６にグレーティング部７を形成しているので、分散スロープ補償器の装置構成をより一層簡略化できるし、光通過損失も例えば第１実施形態例に対して０．５ｄＢ程度小さくできる。
【００８２】
図４の（ａ）には、本発明に係る光モジュールを用いた分散スロープ補償器の第３実施形態例の概略図が模式的に示されている。
【００８３】
第３実施形態例は、アレイ導波路回折格子２０の出力側に複数の出力用光ファイバ１６を接続して光モジュール５０が形成されており、それぞれの出力用光ファイバ１６にグレーティング部７が形成されてアレイ導波路回折格子２０の対応する光出力導波路６に接続されている。なお、出力用光ファイバ１６は、ファイバアレイ２６によりアレイ導波路回折格子２０に接続固定された光ファイバテープ心線２７を介して、アレイ導波路回折格子２０に接続されている。
【００８４】
第３実施形態例でも、例えば波長１．５５μｍ帯内の設定波長（約１５６２ｎｍ）に零分散波長を持つ分散シフト光ファイバにより伝送用光ファイバ４０を形成した場合について、この伝送用光ファイバ４０の波長分散を補償できるように、それぞれのグレーティング部７には長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部７の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段１９を取り付けた。なお、分散量可変手段１９は市販の部品でもよい。
【００８５】
また、第３実施形態例において、光モジュール５０のアレイ導波路回折格子２０の入力側にはサーキュレータ１１を接続した。
【００８６】
第３実施形態例は以上のように構成されており、第３実施形態例も上記第１、第２実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００８７】
なお、本発明は上記各実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記各実施形態例では、分散量可変手段１９は、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂを有する構成としたが、例えば分散スロープ補償器を接続する接続相手側の波長分散に対応させて、分散量可変手段１９は、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂのいずれか一方側のみを設けて形成してもよい。
【００８８】
また、上記各実施形態例では、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂは、それぞれグレーティング部７に沿って、その両側にそれぞれ形成したヒーター９ａ，９ｂを有していたが、第１の熱分布付与手段８ａや第２の熱分布付与手段８ｂの構成は特に限定されるものではなく適宜設定されるものである。
【００８９】
例えば、上記各実施形態例に比べると精度が非常に高いヒーター作製技術が必要となるが、グレーティング部７のグレーティングピッチ間にヒーターを形成し、このヒーターの抵抗値を適宜設定することにより、第１の熱分布付与手段８ａと第２の熱分布付与手段８ｂを形成してもよい。
【００９０】
さらに、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器に適用されるアレイ導波路回折格子２０の詳細な構成は、必ずしも上記各実施形態例に適用したアレイ導波路回折格子２０の構成とするとは限らず、従来の構成または提案されている様々なアレイ導波路回折格子を適宜適用することができ、その合分波波長数も適宜設定されるものである。
【００９１】
さらに、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器において、アレイ導波路回折格子２０の光出力導波路６とグレーティング部７との接続形態およびアレイ導波路回折格子２０の光出力導波路６に形成するグレーティング部７の形成形態は特に限定されるものでなく適宜設定されるものである。
【００９２】
ただし、上記第２実施形態例のように光出力導波路６にグレーティング部７を形成すると、上記第３実施形態例のように出力用光ファイバ１６にグレーティング部７を形成して、出力用光ファイバ１６をアレイ導波路回折格子２０に接続するた場合に比べ、光透過損失を１ｄＢ程度低減できるので、好ましい。
【００９３】
【発明の効果】
本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器によれば、アレイ導波路回折格子の少なくとも１つの光出力導波路に、対応する光出力導波路の出力波長光を反射するグレーティング部を接続または形成し、グレーティング部には分散量可変手段により長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部の反射光波長の分散量を可変することにより、複数波長光の分散量を複数波長光ごとに別々に一度に補償できる。
【００９４】
つまり、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器は、分散補償する波長数が多い場合でも、その波長数に対応させてアレイ導波路回折格子とグレーティング部を形成し、グレーティング部に長手方向に変化する熱分布を与えるだけで、簡単な構成で容易に複数波長光の分散量を一度に低減でき、コストアップを抑制できる。
【００９５】
さらに、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器において、分散量可変手段が第１の熱分布付与手段と第２の熱分布付与手段の少なくとも一方を有する構成によれば、これらの熱分布付与手段によって、グレーティング部に適宜の熱分布を与えて上記効果を発揮することができる。
【００９６】
さらに、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器において、分散量可変手段を形成する第１の熱分布付与手段が第１のヒーターを有して形成され、第２の熱分布付与手段が第２のヒーターを有して形成されている構成によれば、熱分布付与手段を容易に形成することができる。
【００９７】
さらに、本発明の光モジュールおよび分散スロープ補償器において、分散量可変手段が第１のヒーターを有する第１の熱分布付与手段と第２のヒーターを有する第２の熱分布付与手段を有する構成によれば、グレーティング部の反射光波長の波長分散を正にも負にもできるので、必要に応じてより一層的確に接続相手側の波長分散補償を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分散スロープ補償器の第１実施形態例の要部構成図（ａ）と、この第１実施形態例のグレーティング部周辺構成を示す模式図（ｂ）である。
【図２】上記実施形態例の分散スロープ補償器の群遅延特性例と接続相手側の伝送用光ファイバの群遅延特性例を示すグラフである。
【図３】本発明に係る分散スロープ補償器の第２実施形態例の要部構成図（ａ）と、この第１実施形態例のグレーティング部周辺構成を示す模式図（ｂ）である。
【図４】本発明に係る分散スロープ補償器の第３実施形態例の要部構成図である。
【図５】分散スロープ補償器の提案例を示す説明図である。
【図６】サーキュレータの動作例を示す説明図である。
【図７】分散スロープ補償器の別の提案例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 光入力導波路
３ 第１のスラブ導波路
４ アレイ導波路
４ａ チャンネル導波路
５ 第２のスラブ導波路
６ 光出力導波路
７ グレーティング部
８ａ 第１の熱分布付与手段
８ｂ 第２の熱分布付与手段
９ａ 第１のヒーター
９ｂ 第２のヒーター
１９ 分散量可変手段
Claims (6)
- 少なくとも１本の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波路の出力側に接続され、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２のスラブ導波路と、該第２のスラブ導波路の出力側に接続されて複数並設された光出力導波路とを有するアレイ導波路回折格子を備え、該アレイ導波路回折格子の少なくとも１つの光出力導波路には対応する光出力導波路の出力波長光を反射するグレーティング部が接続され、該グレーティング部には長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段を設けたことを特徴とする光モジュール。
- 少なくとも１本の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波路の出力側に接続され、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２のスラブ導波路と、該第２のスラブ導波路の出力側に接続されて複数並設された光出力導波路とを有するアレイ導波路回折格子を備え、該アレイ導波路回折格子の少なくとも１つの光出力導波路には対応する光出力導波路の出力波長光を反射するグレーティング部が形成され、それぞれのグレーティング部には長手方向に変化する熱分布を与えて対応するグレーティング部の反射光波長の分散量を可変する分散量可変手段を設けたことを特徴とする光モジュール。
- 分散量可変手段は、グレーティング部にその一端側から他端側に向かうにつれて温度が高くなる熱分布を与える第１の熱分布付与手段と、前記グレーティング部にその一端側から他端側に向かうにつれて温度が低くなる熱分布を与える第２の熱分布付与手段の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光モジュール。
- 第１の熱分布付与手段はグレーティング部の長手方向に沿って形成された第１のヒーターを有し、該第１のヒーターはその抵抗値が前記グレーティング部の一端側から他端側に向かうにつれて大きくなるように形成されており、第２の熱分布付与手段はグレーティング部の長手方向に沿って形成された第２のヒーターを有し、該第２のヒーターはその抵抗値が前記グレーティング部の一端側から他端側に向かうにつれて小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項３記載の光モジュール。
- 分散量可変手段は第１の熱分布付与手段と第２の熱分布付与手段を有しており、前記第１の熱分布付与手段を形成する第１のヒーターと前記第２の熱分布付与手段を形成する第２のヒーターはグレーティング部を挟んで互いに反対側に形成されていることを特徴とする請求項４記載の光モジュール。
- 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の光モジュールに設けられているアレイ導波路回折格子の入力側にサーキュレータの一端側を設け、該サーキュレータの他端側に設けられる接続相手側の分散スロープを低減することを特徴とする可変分散スロープ補償器。
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|---|---|---|---|---|
| JP2005242214A (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-08 | Keio Gijuku | 光機能導波路、光変調器、アレイ導波路回折格子及び分散補償回路 |
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-
2002
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