JP2004045929A - 分散補償器および波長分散補償装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】放射モードによる損失の問題を解消し、広帯域で低挿入損失かつ小型で低コストの分散補償器を提供すること。
【解決手段】いろいろな波長の光が反射するように屈折率変調されたファイバ回折格子からなり、ファイバ回折格子のコア部が、光の入射側から長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向の位置の異なる複数の屈折率変調部Ａ、Ｂ、Ｃと、これらの屈折率変調部の間に設けられて、反射波長が不連続に長波長側にシフトする不連続部Ｄとを有する。このようなファイバ回折格子に光サーキュレータなどを用いて光を入出射させる。
【選択図】 図２
【解決手段】いろいろな波長の光が反射するように屈折率変調されたファイバ回折格子からなり、ファイバ回折格子のコア部が、光の入射側から長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向の位置の異なる複数の屈折率変調部Ａ、Ｂ、Ｃと、これらの屈折率変調部の間に設けられて、反射波長が不連続に長波長側にシフトする不連続部Ｄとを有する。このようなファイバ回折格子に光サーキュレータなどを用いて光を入出射させる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分散の補償法に関し、特に光ファイバ通信に用いられる波長分散補償器および波長分散補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバ通信の光加入者系への導入が進められている。低伝送損失である１．５ミクロン帯の光を用いる場合、１７ｐｓ／ｋｍ・ｎｍの波長分散があるため、伝送速度が高速になるに従って分散を補償する必要がある。また、加入者系への導入を考慮した場合、光の伝送距離が加入者ごとに異なるため、個々の伝送距離に応じた補償を行う必要がある。
【０００３】
従来の分散補償器は、通常の光ファイバの分散特性と逆分散の特性を持つ分散補償ファイバを用いて波長分散を補償している。このような手段では、分散を補償するための分散補償ファイバが数ｋｍ以上必要であり、装置を小型にできないといった欠点がある。
【０００４】
一方、光ファイバのコア部に回折格子を形成したファイバ回折格子は、ある波長の光を反射する特徴を持ち、光ファイバの長軸方向に向かって回折格子の周期を変化させた回折格子を形成することによって、光の波長により反射位置が異なる特徴を持った素子になる。この特性を利用してコンパクトな分散補償を実現できる波長分散補償装置が、特開平７−１２８５２４号公報に記載されている。この波長分散補償装置の構成を図７に示す。
【０００５】
図７において、方向性結合器７１の入射端面および出射端面にはそれぞれ端子７２、７３、７４が接続されている。端子７２の他端には光ファイバ７５が接続され、端子７３の他端には、連続的に格子間隔が変化する回折格子が形成されたファイバ回折格子７６が接続されている。ファイバ回折格子７６は、支持部材７７により支持されている。このファイバ回折格子７６と支持部材７７とで波長分散補償器７８が構成されている。
【０００６】
以下、この図においてその動作を説明する。光ファイバ７５から波長分散した信号光が端子７２を通じて方向性結合器７１に入力し、端子７３から出力されて波長分散補償器７８に入力する。波長分散補償器７８は、光入出力端７６ａから入力した信号光の波長分散に対して逆の極性を有し、波長分散の全体値が逆同一に調整されたものを使用する。従って、波長分散補償器７８で発生する波長分散は、端子７２から入力した光信号の波長分散を補償し、波長分散が補償された信号光は、波長分散補償器７８の光入出力端７６ａから出力され、端子７３から方向性結合器７１に入力した後、端子７４から出力される。こうして波長分散が補償された光信号が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光伝送路に用いられているシングルモードファイバの波長帯１．５μｍでの分散は、短波長側が速く、長波長側が遅い。このため、ファイバ回折格子を用いた分散補償の場合、長波長側の反射点が短波長側の反射点より光の入出力端に近くなるようにファイバ回折格子を接続しなければならない。シングルモードファイバ中に形成されたファイバ回折格子は、回折格子周期に対応したブラッグ波長（λｂ）より短い、ある波長以下の連続した波長帯に対し放射モードと呼ばれる通過損失を生じる。ファイバ回折格子のコアの屈折率をｎｃｏ、クラッドの屈折率をｎｃｌ、回折格子の周期をΛ、放射モードの番号をｐとすると、通過損失を生じ始める波長λＬは、
λＬ＝Λ（ｐ）・（ｎｃｏ−ｎｃｌ（ｐ））
で表され、λＬ以下の波長は通過損失を受ける。このため、連続的に格子間隔が変化するファイバ回折格子に光を入射すると、短波長側の波長帯では放射モードの通過損失を受けしまう。この結果、１００％近い反射率が得られる帯域は１ｎｍ程度であり、閉じ込めが大きくλｂ−λＬが比較的大きい特殊なファイバでも数ｎｍ程度である。また、放射モードの通過損失を生じないファイバも研究されているが、高価なだけでなくシングルモードファイバとの整合性が悪く、結合損失を生じてしまう。光通信に用いるＤＦＢレーザなどのチャープ量は約０．０２ｎｍ〜０．０５ｎｍなので、ファイバ回折格子で可能な帯域１ｎｍでも十分であるが、レーザ個々の波長のばらつきが約５ｎｍあるので、この帯域を高い反射率で確保しなければならない。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、広帯域かつ低損失でコンパクトかつ低コストな分散補償器および波長分散補償装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の分散補償器は、ファイバ回折格子を有する分散補償器であって、前記ファイバ回折格子のコア部が、光の入射側から長軸方向に向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向の位置の異なる複数の屈折率変調部と、前記複数の屈折率変調部の間に設けられて、反射波長が不連続に長波長側にシフトする不連続部とを有することを特徴とするものである。この構成により、従来のファイバ回折格子を用いた分散補償の課題であった放射モードによる損失の問題を解消し、広帯域で低挿入損失かつコンパクトで低コストの分散補償器を実現することができる。
【００１０】
また、本発明の分散補償器は、前記屈折率変調部における回折格子のピッチが前記長軸方向に向けて次第に小さくなることを特徴とするものであり、上記効果に加えて、より大きい分散量を補償することができる。
【００１１】
また、本発明の分散補償器は、前記屈折率変調部における回折格子のピッチが前記長軸方向に向けて次第に小さくなるとともに、前記屈折率変調部における有効屈折率が連続的に変化することを特徴とするものであり、屈折率変調部における有効屈折率を連続的に変化させることにより、ピッチの変化率で決まる分散量とは異なった分散量の分散補償器を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の分散補償器は、前記屈折率変調部における回折格子のピッチが前記長軸方向に向けて一定で、かつ前記屈折率変調部における有効屈折率が連続的に変化しているような屈折率変調部を複数有することを特徴とするものであり、有効屈折率の変化に従って反射波長が変わるという原理に基づき、微少なチャープ量の回折格子として機能するので、大きい分散量を補償することができる。
【００１３】
また、本発明の分散補償器は、前記不連続部が屈折率変調しない部分を含むことを特徴とするものであり、不連続部に屈折率変調のない部分があっても本発明を実施することができる。
【００１４】
また、本発明の分散補償器は、前記ファイバ回折格子に長軸方向に張力を付加する機構を備えたことを特徴とするものであり、ファイバ回折格子に長軸方向の張力を加えることにより、不連続部の反射波長を長波長側へ所定量だけシフトできるので、不連続部における波長を使用する場合でも、分散を補償することができる。
【００１５】
また、本発明の分散補償器は、前記ファイバ回折格子にファイバの温度を調整する機構を備えたことを特徴とするものであり、ファイバ回折格子を加熱して膨張させることにより、不連続部の反射波長を長波長側へ所定量だけシフトできるので、不連続部における波長を使用する場合でも、分散を補償することができる。
【００１６】
また、本発明の波長分散補償装置は、入出力端子を１つ有する３端子の光サーキュレータと、上記した分散補償器のいずれかを１個備え、前記分散補償器のファイバ回折格子の入出力端に、前記光サーキュレータの入出力端子を接続したことを特徴とするものである。この構成により、広帯域で放射モードによる通過損失のない波長分散補償装置を実現することができる。
【００１７】
また、本発明の波長分散補償装置は、入出力端子を２つ有する４端子の光サーキュレータと、上記した分散補償器のいずれかを２個備え、前記２個の分散補償器のそれぞれのファイバ回折格子の入出力端に、前記光サーキュレータのそれぞれの入出力端子を接続したことを特徴とするものである。この構成により、広帯域で放射モードによる通過損失のない波長分散補償装置を実現することができる。
【００１８】
また、本発明の波長分散補償装置は、方向性結合器と、上記した分散補償器のいずれかを少なくとも１個備え、前記分散補償器のファイバ回折格子の入出力端に、前記方向性結合器の入出力端子を接続したことを特徴とするものである。この構成により、広帯域で放射モードによる通過損失のない波長分散補償装置を低コストで実現することができる。
【００１９】
また、本発明の波長分散補償装置は、前記ファイバ回折格子のコア部に反射型の波長フィルタ機能を有する屈折率変調部を少なくとも１箇所設けたことを特徴とするものである。この構成により、ファイバ回折格子の反射不連続帯域を避けることができ、広帯域で放射モードによる通過損失のない波長分散補償装置を低コストで実現することができる。
【００２０】
また、本発明の波長分散補償装置は、前記ファイバ回折格子の入出力端に接続された波長フィルタを備えたことを特徴とするものである。この構成により、特定の波長の光を波長フィルタで２方向に分岐することで、ファイバ回折格子の反射不連続帯域を避けることができ、広帯域で放射モードによる通過損失のない波長分散補償装置を実現することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における波長分散補償装置の全体構成の概略を示している。図１において、光サーキュレータ１は、入力端子１ａ、入出力端子１ｂ、出力端子１ｃを有する３端子の光サーキュレータである。分散補償器を構成するファイバ回折格子２は、周囲をクラッドで囲まれたコア部２ａに複数の屈折率変調部を有し、コア部２ａの光サーキュレータ１側の端面が入出力端２ｂとなっている。張力付加機構３は、ファイバ回折格子２に長軸方向Ｚに張力を加えるものである。
【００２２】
以上のような構成において、以下分散補償動作について説明する。通常のシングルモードファイバは、波長差１ｎｍで約１７ｐｓの分散量を持ち、信号光をｘｋｍ伝送すると、短波長側の伝送速度が速く、１７ｘｐｓ／ｎｍの遅延時間を生じる。このように波長分散している光は、光サーキュレータ１の入力端子１ａに入力され、入出力端子１ｂから出射してファイバ回折格子２の入出力端２ｂに入射する。ファイバ回折格子２に入射した光は、コア部２ａの屈折率変調部の作用により、波長によって異なる反射位置ｚで反射する。
【００２３】
図２はファイバ回折格子２における反射位置と反射波長の関係を示したものである。ファイバ回折格子２のコア部２ａには、光の入出力端２ｂから長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向Ｚの位置の異なる複数の屈折率変調部Ａ、Ｂ、Ｃが、反射波長が不連続に長波長側にシフトする不連続部Ｄを介して設けられている。従来例では、回折格子は図のＡ’、Ｂ’、Ｃで示すように一直線状に連続していた。しかしながら、このような構成では、回折格子Ｃがもたらす放射モードの通過損失が回折格子Ａ’とＢ’の反射率を減少させてしまうといった影響を及ぼしてきた。しかしながら、本実施の形態では、回折格子をＡ、Ｂ、Ｃのように不連続に配置し、Ｂ’をＢのようにＣよりも入出射端側に設けることで、Ｃの放射損失を避けることができる。同様にＡ’をＢよりもさらに入出力端側に設けることにより、回折格子ＣとＢの放射モード損失を避けることができる。このようにしてＡ、Ｂ、Ｃのつなぎ目に当たる不連続部Ｄの波長を除けば、ファイバ回折格子の屈折率変調部Ａ、Ｂ、Ｃで反射された光は、それぞれ遅延時間が相殺されるので、分散が補償されることになる。
【００２４】
ここで、本実施の形態における遅延時間と波長の関係について説明する。反射波長λと反射位置ｚの関係は、
λ＝Ｒ（ｚ）
（Ｒは関数）
で表せるとする。
反射位置ｚと反射位置の違いによって生じる遅延時間τの関係は、
τ＝２・（ｎ／ｃ）・ｚ
（ｎは屈折率、ｃは光速）
なので、この関係を分散補償に必要な遅延時間と波長の関係に置き換えると、
τ＝２・（ｎ／ｃ）・Ｒ−１（λ）
（Ｒ−１はＲの逆関数）
となる。
【００２５】
図３は本実施の形態において試作した分散補償器の遅延時間と波長の関係を示している。このグラフから単位波長あたりの遅延時間は−３５０．８ｐｓ／ｎｍであり、伝送距離約２０．６ｋｍ用の分散補償器であることが分かる。分散補償できる波長は、不連続部の１５５７．２ｎｍ、１５５８．７ｎｍを除く１５５５．７〜１５５９．８ｎｍの範囲である。図４は本実施の形態において試作した分散補償器のファイバ回折格子２における反射強度を示している。分散補償できる波長帯域１５５５．７〜１５５９．８ｎｍにおいて高い反射率を実現し、短波長側に放射モードの通過損失の影響が全くないことが分かる。
【００２６】
次に、不連続部の波長１５５７．２ｎｍ、１５５８．７ｎｍを使用する場合について説明する。本実施の形態における分散補償器のファイバ回折格子２は、張力付加機構３を備えている。張力付加機構３は、ファイバ回折格子２をその両端を保持して長軸方向Ｚに引っ張ることにより、ファイバ回折格子２に張力を加えるものである。ファイバ回折格子２は、張力を加えられると回折格子周期が大きくなり、約０．０１３３ｎｍ／ｇ重の割合で波長がシフトする。従って、約３０ｇ重の張力を印加すれば、波長帯が約０．４ｎｍ長波長にシフトさせることができ、不連続部の波長１５５７．２ｎｍ、１５５８．７ｎｍを使用する場合においても、分散を補償することができる。
【００２７】
このように、本実施の形態１によれば、ファイバ回折格子のコア部に、光の入出力端から長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなる複数の屈折率変調部Ａ、Ｂ、Ｃを、反射波長が不連続に長波長側にシフトする不連続部Ｄを介して設けたので、ファイバ回折格子を用いた分散補償の課題であった放射モードによる損失の問題を解消し、広帯域で低挿入損失かつ小型で低コストの分散補償器が可能となる。
【００２８】
なお、本実施の形態１において、ファイバ回折格子２の反射波長と反射位置の関係は、図２のグラフに示すように、屈折率変調部Ａ、Ｂ、Ｃの間に不連続部Ｄを２カ所含むものとしたが、不連続部は屈折率変調部の間に設けるので、不連続部の数は、屈折率変調部の数に依存し、屈折率変調部の数が多くなればそれに応じて多くなる。また、ファイバ回折格子２は、１個用いるものとしたが、ファイバ回折格子２を長軸方向Ｚに繋げて複数配置しても、１個として扱うことができる。
【００２９】
また、本実施の形態１において、分散を補償する屈折率変調部でリップルの少ない分散曲線を得るために、長波長側から反射率を徐々に大きくし、短波長側で徐々に小さい形状のアボダイズを施す場合にも有効である。この場合、アボダイズを施すと分散を補償する複数の屈折率変調部での不連続になる波長付近で反射率が小さくなってしまう。そこで張力付加機構３で不連続波長を回避する場合と同様に、張力付加機構３で張力を印加して反射率が小さい波長をシフトさせればよい。
【００３０】
また、本実施の形態１において、ファイバ回折格子２として、屈折率変調部における回折格子のピッチが、入出力端２ｂから長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなる、いわゆるチャープ回折格子を複数箇所配置したものであって、隣接するチャープ回折格子毎のピッチの変化は、長軸方向Ｚに向けて順次不連続に大きくなるものを用いてもよい。この場合、より大きい分散量を補償することができる。また、屈折率変調部における有効屈折率を連続的に変化させるようにしてもよい。この場合は、周期の変化率で決まる分散量とは異なった分散量の分散補償素子を提供することができる。また、屈折率変調部の回折格子のピッチが一定のものを複数箇設け、周期が一定の範囲において有効屈折率が連続的に変化しているものを用いてもよい。この場合は、有効屈折率の変化に従って反射波長が変わるという原理を利用するため、微少なチャープ量の回折格子として機能するので、大きい分散量を補償することができる。また、ファイバ回折格子２は、隣接する屈折率変調部の間の不連続部において、屈折率変調のない部分が含まれていてもかまわない。不連続部に屈折率変調作用の部分があっても、本発明の実施には差し支えない。
【００３１】
また、本実施の形態１において、不連続部における波長分散ができない問題を回避するために張力付加機構３を用いたが、その代わりに温度制御機構を取り付け、ファイバ回折格子２を加熱して膨張させることにより、不連続部の波長を長波長側へずらすようにしてもよい。温度制御機構としては、回折格子が形成してあるファイバにヒータを取り付けたり、ペルチェ素子を搭載するような手段を用いることができる。また、不連続部の波長の異なるファイバ回折格子を予め用意し、入力される光源の波長に応じて光サーキュレータに付け替えても良い。また、予め入力される光の波長が不連続部の波長と異なっている場合は、不連続部の波長をずらす張力付加機構３を用いなくてもよい。
【００３２】
また、本実施の形態１において、光の入出力に３端子の光サーキュレータ１を用いたが、この代わりに方向性結合器を用いてもよい。また、３端子の光サーキュレータ１の代わりに４端子の光サーキュレータを用いて、２個のファイバ回折格子２の入出力端に、光サーキュレータのそれぞれの入出力端子を接続するようにしてもよい。この場合の補償量は、光サーキュレータの２つの入出力端子におけるファイバ回折格子の分散補償量の合計が補償量となる。
【００３３】
（実施の形態２）
図５は本発明の第２の実施の形態における波長分散補償装置の全体構成の概略を示している。図５において、光サーキュレータ５１は、入力端子５１ａ、２つの入出力端子５１ｂ、５１ｃ、出力端子５１ｄを有する４端子の光サーキュレータである。第１のファイバ回折格子５２は、コア部５２ａが５個の屈折率変調部５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅを有し、入出力端５２ｂは、光サーキュレータ５１の第１の入出力端子５１ｂに接続されている。第２のファイバ回折格子５４は、コア部５４ａが５個の屈折率変調部５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅを有し、入出力端５４ｂは、光サーキュレータ５１の第２の入出力端子５１ｃに接続されている。
【００３４】
第１のファイバ回折格子５２の屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅは、実施の形態１の図２と同様に、光の入出力端５２ｂから長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向Ｚの位置が異なる屈折率変調部であり、波長分散を補償するための時間遅延を与える。これらの屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅにおける変調周期すなわち回折格子のピッチは、長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなっている。また、これらの屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅの間には、ピッチが一定で波長分散を生じない屈折率変調部５３ｂ、５３ｄが、変調のない部分ｄ１、ｄ２を介して形成されている。
【００３５】
第２のファイバ回折格子５４の屈折率変調部５５ｂ、５５ｄは、実施の形態１の図２と同様に、光の入出力端５４ｂから長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向Ｚの位置が異なる屈折率変調部であり、波長分散を補償するための時間遅延を与える。これらの屈折率変調部５５ｂ、５５ｄにおける変調周期は、長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなっている。また、これらの屈折率変調部５５ｂ、５５ｄの前後には、ピッチが一定で波長分散を生じない、波長フィルタ機能を有する屈折率変調部５５ａ、５５ｃ、５５ｅが、変調のない部分ｄ３、ｄ４、ｄ５を介して形成されている。
【００３６】
以上のような構成において、以下分散補償動作について説明する。第２の実施の形態では、分散補償すべき光は異なる波長の複数の光で、いわゆる波長多重であり、個々の波長は固定されている。ここでの説明に用いるそれぞれの光の波長を短波長側よりλ１、λ２〜λ１３とする。波長分散している各波長λの光は、光サーキュレータ５１の入力端子５１ａに入力され、入出力端子５１ｂから第１のファイバ回折格子５２の入出力端５２ｂに入射する。第１のファイバ回折格子５２に入射した光は、コア部５２ａの屈折率変調作用により、波長によって異なる反射位置ｚで反射する。ここで屈折率変調部５３ａでは、長軸方向Ｚにλ３、λ２、λ１の光の分散が補償され、屈折率変調部５３ｃでは、長軸方向Ｚにλ８、λ７、λ６の光の分散が補償され、屈折率変調部５３ｅでは、長軸方向Ｚにλ１３、λ１２、λ１１の光の分散が補償される。屈折率変調部５３ａと屈折率変調部５３ｃとの間の屈折率変調部５３ｂで、波長λ４、λ５の光は分散を補償されることなく反射される。同様に、屈折率変調部５３ｃと屈折率変調部５３ｅとの間の屈折率変調部５３ｄで、波長λ９、λ１０の光は分散を補償されることなく反射される。もちろん、各波長の光は図２に示す原理に従ってグレーティングの放射モードの通過損失を受けないように、屈折率変調部が配置されている。
【００３７】
このようにして第１のファイバ回折格子５２で反射したλ１〜λ１３の光は、再び入出力端子５２ｂから光サーキュレータ５１の第１の入出力端子５１ｂに入射された後、第２の入出力端子５１ｃから第２のファイバ回折格子５４の入出力端５４ｂに入射する。ここでは分散の補償されていない光（λ４、λ５とλ９、λ１０）に対して、それぞれ屈折率変調部５５ｂと屈折率変調５５ｄとで分散補償を行い、屈折率変調部５５ａと５５ｃと５５ｄとでは波長分散を与えることなく、それぞれλ１、λ２、λ３の光とλ６、λ７、λ８の光とλ１１、λ１２、λ１３の光を反射する。ここでも、各波長の光は図２の原理に従いグレーティングの放射モードの通過損失を受けない屈折率変調部の配置になっている。こうしてファイバ回折格子５４で反射された光λ１〜λ１３は、どの波長も分散が補償され、入出力端５４ｂから光サーキュレータ５１の第２の入出力端子５１ｃに入射し、出力端子５１ｄから出射される。
【００３８】
このように、本実施の形態２によれば、光サーキュレータ５１からの波長分散された光を２個のファイバ回折格子５２、５４によって逆の分散を与え、さらに放射損失の影響を受けないように屈折率変調部を配置した２個のファイバ回折格子５２、５４を用いることで、従来のファイバ回折格子を用いた場合の放射モードによる損失の問題を解消し、広帯域で低挿入損失かつコンパクトで低コストの分散補償器を実現することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態２において、分散を補償する屈折率変調部でリップルの少ない分散曲線を得るために、長波長側から反射率を徐々に大きくし、短波長側で徐々に小さい形状のアボダイズを施す場合にも有効である。アボダイズを施すと分散を補償する屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅ、５５ｂ、５５ｄ部分での不連続部となる波長付近で反射率が小さくなるので、不連続部付近の波長は補償せずに反射させて、他方のファイバ回折格子で補償すればよいので、本実施の形態２のようなファイバ回折格子を２個で補償する構成が有効である。
【００４０】
また、本実施の形態２において、第１のファイバ回折格子５２および第２のファイバ回折格子５４の屈折率変調部を、それぞれ５個としたが、２個以上であれば何個配置してもかまわない。また、光の入出力に４端子の光サーキュレータ５１を用いたが、この代わりに４端子の方向性結合器を用いてもよい。
【００４１】
また、本実施の形態２において、ファイバ回折格子５２、５４として、屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅ、５５ｂ、５５ｄの周期が、入出力端５２ｂ、５４ｂから長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなる、いわゆるチャープ回折格子を複数箇所配置したものを用いたが、それぞれの屈折率変調部における有効屈折率を連続的に変化させてもよい。この場合は周期の変化率で決まる分散量と異なった分散量の分散補償器を実現することができる。また、屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅ、５５ｂ、５５ｄの変調周期が一定で、かつ、有効屈折率が連続的に変化しているものを用いてもよい。この場合は、有効屈折率の変化に従って反射波長が変わるという原理を利用するため、微少なチャープ量の回折格子として機能するので、大きい分散量を補償することができる。また、その際、複数の屈折率変調部は、互いに異なる変調周期とし、長軸方向Ｚに向けて有効屈折率を大きくしてもよい。また、ファイバ回折格子５２、５４は、隣接する屈折率変調部の間の不連続部において、屈折率変調のない部分が含まれていてもかまわない。
【００４２】
（実施の形態３）
図６は本発明の第３の実施の形態における分散補償器の全体構成の概略を示している。図６において、光サーキュレータ６１は、入力端子６１ａ、入出力端子６１ｂ、出力端子６１ｃを有する３端子の光サーキュレータである。第１のファイバ回折格子６２は、コア部６２ａが３個の屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃを有し、入出力端６２ｂは、波長フィルタ６６を介して光サーキュレータ６１の入出力端子６１ｂに接続されている。第２のファイバ回折格子６４は、コア部６４ａが２個の屈折率変調部６５ａ、６５ｂを有し、入出力端６４ｂは、波長フィルタ６６を介して光サーキュレータ６１の入出力端子６１ｂに接続されている。
【００４３】
第１のファイバ回折格子６２の屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃは、実施の形態１の図２と同様に、光の入出力端６２ｂから長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向Ｚの位置が異なる屈折率変調部であり、波長分散を補償するための時間遅延を与える。これらの屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃにおける変調周期すなわち回折格子のピッチは、長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなっている。また、これらの屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃの間には、変調のない部分ｄ１、ｄ２が形成されている。
【００４４】
第２のファイバ回折格子６４の屈折率変調部６５ａ、６５ｂは、実施の形態１の図２と同様に、光の入出力端６４ｂから長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向Ｚの位置が異なる屈折率変調部であり、波長分散を補償するための時間遅延を与える。これらの屈折率変調部６５ａ、６５ｂにおける変調周期すなわち回折格子のピッチは、長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなっている。また、これらの屈折率変調部６５ａ、６５ｂの間には、変調のない部分ｄ３が形成されている。
【００４５】
以上のような構成において、以下分散補償動作について説明する。第３の実施の形態は第２の実施の形態と同様、分散補償される光は異なる波長の複数の光で、いわゆる波長多重であり、個々の波長は固定されている。ここでの説明に用いるそれぞれの光の波長を短波長側よりλ１、λ２〜λ１３とする。
【００４６】
本実施の形態３は、上記実施の形態２と比較すると、ファイバ回折格子６２、６４中の屈折率変調は、分散を補償するための時間遅延を与える屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃおよび６５ａ、６５ｂのみであり、ピッチが一定で時間遅延を与えない反射の屈折率変調部は存在しない代わりに、光サーキュレータ６１とファイバ回折格子６２、６４の間に波長フィルタ６６を配置してある。ファイバ回折格子６２、６４の反射波長の不連続な波長の光を避けるように波長フィルタ６６で２方向に分けられ、λ１、 λ２、 λ３、 λ６、 λ７、 λ８、 λ１１、 λ１２、 λ１３は第１のファイバ回折格子６２に入射し、λ４、 λ５、 λ９、 λ１０は第２のファイバ回折格子６４に入射する。ファイバ回折格子６２およびファイバ回折格子６４に入射した光は、実施の形態２と同様にそれぞれファイバ回折格子中の屈折率変調の作用により反射して分散が補償される。もちろん各波長の光は、回折格子の放射モードの通過損失を受けることのないように、各屈折率変調部が図２に示すような原理に基づいて配置されている。ファイバ回折格子６２、６４で分散が補償された各波長の光は、再び波長フィルタ６６に入射し、光サーキュレータ６１の入出力端子６１ｂを経て、出力端子６１ｃから出射される。
【００４７】
このように、本実施の形態３によれば、分散を補償するための時間遅延を与える屈折率変調部を有する２個のファイバ回折格子６２、６４と、ファイバ回折格子６２、６４の反射波長の不連続な波長の光を避けるように、光を２方向に分岐する波長フィルタ６６とを用いることにより、ファイバ回折格子６２、６４の反射不連続帯域を避けることができ、種々の波長の光を分散補償することができるので、ファイバ回折格子の放射損失の影響を受けずに低挿入損失かつコンパクトで低コストの分散補償器を実現することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態３において、屈折率変調部にアボダイズをして用いることもできる。また、ファイバ回折格子６２、６４の屈折率変調部は、２個以上であれば何個配置してもかまわない。また、光の入出力に３端子の光サーキュレータ６１の代わりに、方向性結合器を用いてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態３において、ファイバ回折格子６２、６４は、屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６５ａ、６５ｂの周期が、入出力端６２ｂ、６４ｂから長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなる、いわゆるチャープ回折格子を複数箇所配置したものを用いているが、これらの屈折率変調部における有効屈折率を連続的に変化させるようにしてもよい。この場合は周期の変化率で決まる分散量と異なった分散量の分散補償素子を提供することができる。また、ファイバ回折格子６２、６４は、隣接する屈折率変調部の間の不連続部において、屈折率変調のない部分が含まれていてもかまわない。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の分散補償器および波長分散補償装置は、ファイバ回折格子のコア部が、光の入射側から長軸方向に向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向の位置の異なる複数の屈折率変調部と、こららの屈折率変調部の間に設けられた、反射波長が不連続に長波長側にシフトする不連続部とを有するので、従来のファイバ回折格子を用いた分散補償の課題であった放射モードによる損失の問題を解消し、広帯域で低挿入損失かつコンパクトで低コストの分散補償器および波長分散補償装置を実現することができ、その実用的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における波長分散補償装置の全体構成を示すの概略構成図
【図２】本発明の各実施の形態におけるファイバ回折格子における反射位置と反射波長の関係を示す原理図
【図３】本発明の実施の形態１において試作した分散補償器の遅延時間と波長の関係を示す特性図
【図４】本発明の実施の形態１において試作した分散補償器に搭載のファイバ回折格子の反射強度を示す特性図
【図５】本発明の第２の実施の形態における波長分散補償装置の全体構成を示す概略構成図
【図６】本発明の第３の実施の形態における波長分散補償装置の全体構成を示す概略構成図
【図７】従来例における波長分散補償装置の構成を示す概略構成図
【符号の説明】
１ 光サーキュレータ
１ａ 入力端子
１ｂ 入出力端子
１ｃ 出力端子
２ ファイバ回折格子
２ａ コア部
２ｂ 入出力端
３ 張力付加機構
５１ 光サーキュレータ
５１ａ 入力端子
５１ｂ 入出力端子
５１ｃ 入出力端子
５１ｄ 出力端子
５２、５４ ファイバ回折格子
５２ａ、５４ａ コア部
５２ｂ、５４ｂ 入出力端
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ 屈折率変調部
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅ 屈折率変調部
６１ 光サーキュレータ
６１ａ 入力端子
６１ｂ 入出力端子
６１ｃ 出力端子
６２、６４ ファイバ回折格子
６２ａ、６４ａ コア部
６２ｂ、６４ｂ 入出力端
６３ａ、６３ｂ、６３ｃ 屈折率変調部
６５ａ、６５ｂ 屈折率変調部
６６ 波長フィルタ
７１ 方向性結合器
７２、７３、７４ 端子
７５ 光ファイバ
７６ ファイバ回折格子
７６ａ 光入出力端
７７ 支持部材
７８ 波長分散補償器
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分散の補償法に関し、特に光ファイバ通信に用いられる波長分散補償器および波長分散補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバ通信の光加入者系への導入が進められている。低伝送損失である１．５ミクロン帯の光を用いる場合、１７ｐｓ／ｋｍ・ｎｍの波長分散があるため、伝送速度が高速になるに従って分散を補償する必要がある。また、加入者系への導入を考慮した場合、光の伝送距離が加入者ごとに異なるため、個々の伝送距離に応じた補償を行う必要がある。
【０００３】
従来の分散補償器は、通常の光ファイバの分散特性と逆分散の特性を持つ分散補償ファイバを用いて波長分散を補償している。このような手段では、分散を補償するための分散補償ファイバが数ｋｍ以上必要であり、装置を小型にできないといった欠点がある。
【０００４】
一方、光ファイバのコア部に回折格子を形成したファイバ回折格子は、ある波長の光を反射する特徴を持ち、光ファイバの長軸方向に向かって回折格子の周期を変化させた回折格子を形成することによって、光の波長により反射位置が異なる特徴を持った素子になる。この特性を利用してコンパクトな分散補償を実現できる波長分散補償装置が、特開平７−１２８５２４号公報に記載されている。この波長分散補償装置の構成を図７に示す。
【０００５】
図７において、方向性結合器７１の入射端面および出射端面にはそれぞれ端子７２、７３、７４が接続されている。端子７２の他端には光ファイバ７５が接続され、端子７３の他端には、連続的に格子間隔が変化する回折格子が形成されたファイバ回折格子７６が接続されている。ファイバ回折格子７６は、支持部材７７により支持されている。このファイバ回折格子７６と支持部材７７とで波長分散補償器７８が構成されている。
【０００６】
以下、この図においてその動作を説明する。光ファイバ７５から波長分散した信号光が端子７２を通じて方向性結合器７１に入力し、端子７３から出力されて波長分散補償器７８に入力する。波長分散補償器７８は、光入出力端７６ａから入力した信号光の波長分散に対して逆の極性を有し、波長分散の全体値が逆同一に調整されたものを使用する。従って、波長分散補償器７８で発生する波長分散は、端子７２から入力した光信号の波長分散を補償し、波長分散が補償された信号光は、波長分散補償器７８の光入出力端７６ａから出力され、端子７３から方向性結合器７１に入力した後、端子７４から出力される。こうして波長分散が補償された光信号が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光伝送路に用いられているシングルモードファイバの波長帯１．５μｍでの分散は、短波長側が速く、長波長側が遅い。このため、ファイバ回折格子を用いた分散補償の場合、長波長側の反射点が短波長側の反射点より光の入出力端に近くなるようにファイバ回折格子を接続しなければならない。シングルモードファイバ中に形成されたファイバ回折格子は、回折格子周期に対応したブラッグ波長（λｂ）より短い、ある波長以下の連続した波長帯に対し放射モードと呼ばれる通過損失を生じる。ファイバ回折格子のコアの屈折率をｎｃｏ、クラッドの屈折率をｎｃｌ、回折格子の周期をΛ、放射モードの番号をｐとすると、通過損失を生じ始める波長λＬは、
λＬ＝Λ（ｐ）・（ｎｃｏ−ｎｃｌ（ｐ））
で表され、λＬ以下の波長は通過損失を受ける。このため、連続的に格子間隔が変化するファイバ回折格子に光を入射すると、短波長側の波長帯では放射モードの通過損失を受けしまう。この結果、１００％近い反射率が得られる帯域は１ｎｍ程度であり、閉じ込めが大きくλｂ−λＬが比較的大きい特殊なファイバでも数ｎｍ程度である。また、放射モードの通過損失を生じないファイバも研究されているが、高価なだけでなくシングルモードファイバとの整合性が悪く、結合損失を生じてしまう。光通信に用いるＤＦＢレーザなどのチャープ量は約０．０２ｎｍ〜０．０５ｎｍなので、ファイバ回折格子で可能な帯域１ｎｍでも十分であるが、レーザ個々の波長のばらつきが約５ｎｍあるので、この帯域を高い反射率で確保しなければならない。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、広帯域かつ低損失でコンパクトかつ低コストな分散補償器および波長分散補償装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の分散補償器は、ファイバ回折格子を有する分散補償器であって、前記ファイバ回折格子のコア部が、光の入射側から長軸方向に向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向の位置の異なる複数の屈折率変調部と、前記複数の屈折率変調部の間に設けられて、反射波長が不連続に長波長側にシフトする不連続部とを有することを特徴とするものである。この構成により、従来のファイバ回折格子を用いた分散補償の課題であった放射モードによる損失の問題を解消し、広帯域で低挿入損失かつコンパクトで低コストの分散補償器を実現することができる。
【００１０】
また、本発明の分散補償器は、前記屈折率変調部における回折格子のピッチが前記長軸方向に向けて次第に小さくなることを特徴とするものであり、上記効果に加えて、より大きい分散量を補償することができる。
【００１１】
また、本発明の分散補償器は、前記屈折率変調部における回折格子のピッチが前記長軸方向に向けて次第に小さくなるとともに、前記屈折率変調部における有効屈折率が連続的に変化することを特徴とするものであり、屈折率変調部における有効屈折率を連続的に変化させることにより、ピッチの変化率で決まる分散量とは異なった分散量の分散補償器を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の分散補償器は、前記屈折率変調部における回折格子のピッチが前記長軸方向に向けて一定で、かつ前記屈折率変調部における有効屈折率が連続的に変化しているような屈折率変調部を複数有することを特徴とするものであり、有効屈折率の変化に従って反射波長が変わるという原理に基づき、微少なチャープ量の回折格子として機能するので、大きい分散量を補償することができる。
【００１３】
また、本発明の分散補償器は、前記不連続部が屈折率変調しない部分を含むことを特徴とするものであり、不連続部に屈折率変調のない部分があっても本発明を実施することができる。
【００１４】
また、本発明の分散補償器は、前記ファイバ回折格子に長軸方向に張力を付加する機構を備えたことを特徴とするものであり、ファイバ回折格子に長軸方向の張力を加えることにより、不連続部の反射波長を長波長側へ所定量だけシフトできるので、不連続部における波長を使用する場合でも、分散を補償することができる。
【００１５】
また、本発明の分散補償器は、前記ファイバ回折格子にファイバの温度を調整する機構を備えたことを特徴とするものであり、ファイバ回折格子を加熱して膨張させることにより、不連続部の反射波長を長波長側へ所定量だけシフトできるので、不連続部における波長を使用する場合でも、分散を補償することができる。
【００１６】
また、本発明の波長分散補償装置は、入出力端子を１つ有する３端子の光サーキュレータと、上記した分散補償器のいずれかを１個備え、前記分散補償器のファイバ回折格子の入出力端に、前記光サーキュレータの入出力端子を接続したことを特徴とするものである。この構成により、広帯域で放射モードによる通過損失のない波長分散補償装置を実現することができる。
【００１７】
また、本発明の波長分散補償装置は、入出力端子を２つ有する４端子の光サーキュレータと、上記した分散補償器のいずれかを２個備え、前記２個の分散補償器のそれぞれのファイバ回折格子の入出力端に、前記光サーキュレータのそれぞれの入出力端子を接続したことを特徴とするものである。この構成により、広帯域で放射モードによる通過損失のない波長分散補償装置を実現することができる。
【００１８】
また、本発明の波長分散補償装置は、方向性結合器と、上記した分散補償器のいずれかを少なくとも１個備え、前記分散補償器のファイバ回折格子の入出力端に、前記方向性結合器の入出力端子を接続したことを特徴とするものである。この構成により、広帯域で放射モードによる通過損失のない波長分散補償装置を低コストで実現することができる。
【００１９】
また、本発明の波長分散補償装置は、前記ファイバ回折格子のコア部に反射型の波長フィルタ機能を有する屈折率変調部を少なくとも１箇所設けたことを特徴とするものである。この構成により、ファイバ回折格子の反射不連続帯域を避けることができ、広帯域で放射モードによる通過損失のない波長分散補償装置を低コストで実現することができる。
【００２０】
また、本発明の波長分散補償装置は、前記ファイバ回折格子の入出力端に接続された波長フィルタを備えたことを特徴とするものである。この構成により、特定の波長の光を波長フィルタで２方向に分岐することで、ファイバ回折格子の反射不連続帯域を避けることができ、広帯域で放射モードによる通過損失のない波長分散補償装置を実現することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における波長分散補償装置の全体構成の概略を示している。図１において、光サーキュレータ１は、入力端子１ａ、入出力端子１ｂ、出力端子１ｃを有する３端子の光サーキュレータである。分散補償器を構成するファイバ回折格子２は、周囲をクラッドで囲まれたコア部２ａに複数の屈折率変調部を有し、コア部２ａの光サーキュレータ１側の端面が入出力端２ｂとなっている。張力付加機構３は、ファイバ回折格子２に長軸方向Ｚに張力を加えるものである。
【００２２】
以上のような構成において、以下分散補償動作について説明する。通常のシングルモードファイバは、波長差１ｎｍで約１７ｐｓの分散量を持ち、信号光をｘｋｍ伝送すると、短波長側の伝送速度が速く、１７ｘｐｓ／ｎｍの遅延時間を生じる。このように波長分散している光は、光サーキュレータ１の入力端子１ａに入力され、入出力端子１ｂから出射してファイバ回折格子２の入出力端２ｂに入射する。ファイバ回折格子２に入射した光は、コア部２ａの屈折率変調部の作用により、波長によって異なる反射位置ｚで反射する。
【００２３】
図２はファイバ回折格子２における反射位置と反射波長の関係を示したものである。ファイバ回折格子２のコア部２ａには、光の入出力端２ｂから長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向Ｚの位置の異なる複数の屈折率変調部Ａ、Ｂ、Ｃが、反射波長が不連続に長波長側にシフトする不連続部Ｄを介して設けられている。従来例では、回折格子は図のＡ’、Ｂ’、Ｃで示すように一直線状に連続していた。しかしながら、このような構成では、回折格子Ｃがもたらす放射モードの通過損失が回折格子Ａ’とＢ’の反射率を減少させてしまうといった影響を及ぼしてきた。しかしながら、本実施の形態では、回折格子をＡ、Ｂ、Ｃのように不連続に配置し、Ｂ’をＢのようにＣよりも入出射端側に設けることで、Ｃの放射損失を避けることができる。同様にＡ’をＢよりもさらに入出力端側に設けることにより、回折格子ＣとＢの放射モード損失を避けることができる。このようにしてＡ、Ｂ、Ｃのつなぎ目に当たる不連続部Ｄの波長を除けば、ファイバ回折格子の屈折率変調部Ａ、Ｂ、Ｃで反射された光は、それぞれ遅延時間が相殺されるので、分散が補償されることになる。
【００２４】
ここで、本実施の形態における遅延時間と波長の関係について説明する。反射波長λと反射位置ｚの関係は、
λ＝Ｒ（ｚ）
（Ｒは関数）
で表せるとする。
反射位置ｚと反射位置の違いによって生じる遅延時間τの関係は、
τ＝２・（ｎ／ｃ）・ｚ
（ｎは屈折率、ｃは光速）
なので、この関係を分散補償に必要な遅延時間と波長の関係に置き換えると、
τ＝２・（ｎ／ｃ）・Ｒ−１（λ）
（Ｒ−１はＲの逆関数）
となる。
【００２５】
図３は本実施の形態において試作した分散補償器の遅延時間と波長の関係を示している。このグラフから単位波長あたりの遅延時間は−３５０．８ｐｓ／ｎｍであり、伝送距離約２０．６ｋｍ用の分散補償器であることが分かる。分散補償できる波長は、不連続部の１５５７．２ｎｍ、１５５８．７ｎｍを除く１５５５．７〜１５５９．８ｎｍの範囲である。図４は本実施の形態において試作した分散補償器のファイバ回折格子２における反射強度を示している。分散補償できる波長帯域１５５５．７〜１５５９．８ｎｍにおいて高い反射率を実現し、短波長側に放射モードの通過損失の影響が全くないことが分かる。
【００２６】
次に、不連続部の波長１５５７．２ｎｍ、１５５８．７ｎｍを使用する場合について説明する。本実施の形態における分散補償器のファイバ回折格子２は、張力付加機構３を備えている。張力付加機構３は、ファイバ回折格子２をその両端を保持して長軸方向Ｚに引っ張ることにより、ファイバ回折格子２に張力を加えるものである。ファイバ回折格子２は、張力を加えられると回折格子周期が大きくなり、約０．０１３３ｎｍ／ｇ重の割合で波長がシフトする。従って、約３０ｇ重の張力を印加すれば、波長帯が約０．４ｎｍ長波長にシフトさせることができ、不連続部の波長１５５７．２ｎｍ、１５５８．７ｎｍを使用する場合においても、分散を補償することができる。
【００２７】
このように、本実施の形態１によれば、ファイバ回折格子のコア部に、光の入出力端から長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなる複数の屈折率変調部Ａ、Ｂ、Ｃを、反射波長が不連続に長波長側にシフトする不連続部Ｄを介して設けたので、ファイバ回折格子を用いた分散補償の課題であった放射モードによる損失の問題を解消し、広帯域で低挿入損失かつ小型で低コストの分散補償器が可能となる。
【００２８】
なお、本実施の形態１において、ファイバ回折格子２の反射波長と反射位置の関係は、図２のグラフに示すように、屈折率変調部Ａ、Ｂ、Ｃの間に不連続部Ｄを２カ所含むものとしたが、不連続部は屈折率変調部の間に設けるので、不連続部の数は、屈折率変調部の数に依存し、屈折率変調部の数が多くなればそれに応じて多くなる。また、ファイバ回折格子２は、１個用いるものとしたが、ファイバ回折格子２を長軸方向Ｚに繋げて複数配置しても、１個として扱うことができる。
【００２９】
また、本実施の形態１において、分散を補償する屈折率変調部でリップルの少ない分散曲線を得るために、長波長側から反射率を徐々に大きくし、短波長側で徐々に小さい形状のアボダイズを施す場合にも有効である。この場合、アボダイズを施すと分散を補償する複数の屈折率変調部での不連続になる波長付近で反射率が小さくなってしまう。そこで張力付加機構３で不連続波長を回避する場合と同様に、張力付加機構３で張力を印加して反射率が小さい波長をシフトさせればよい。
【００３０】
また、本実施の形態１において、ファイバ回折格子２として、屈折率変調部における回折格子のピッチが、入出力端２ｂから長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなる、いわゆるチャープ回折格子を複数箇所配置したものであって、隣接するチャープ回折格子毎のピッチの変化は、長軸方向Ｚに向けて順次不連続に大きくなるものを用いてもよい。この場合、より大きい分散量を補償することができる。また、屈折率変調部における有効屈折率を連続的に変化させるようにしてもよい。この場合は、周期の変化率で決まる分散量とは異なった分散量の分散補償素子を提供することができる。また、屈折率変調部の回折格子のピッチが一定のものを複数箇設け、周期が一定の範囲において有効屈折率が連続的に変化しているものを用いてもよい。この場合は、有効屈折率の変化に従って反射波長が変わるという原理を利用するため、微少なチャープ量の回折格子として機能するので、大きい分散量を補償することができる。また、ファイバ回折格子２は、隣接する屈折率変調部の間の不連続部において、屈折率変調のない部分が含まれていてもかまわない。不連続部に屈折率変調作用の部分があっても、本発明の実施には差し支えない。
【００３１】
また、本実施の形態１において、不連続部における波長分散ができない問題を回避するために張力付加機構３を用いたが、その代わりに温度制御機構を取り付け、ファイバ回折格子２を加熱して膨張させることにより、不連続部の波長を長波長側へずらすようにしてもよい。温度制御機構としては、回折格子が形成してあるファイバにヒータを取り付けたり、ペルチェ素子を搭載するような手段を用いることができる。また、不連続部の波長の異なるファイバ回折格子を予め用意し、入力される光源の波長に応じて光サーキュレータに付け替えても良い。また、予め入力される光の波長が不連続部の波長と異なっている場合は、不連続部の波長をずらす張力付加機構３を用いなくてもよい。
【００３２】
また、本実施の形態１において、光の入出力に３端子の光サーキュレータ１を用いたが、この代わりに方向性結合器を用いてもよい。また、３端子の光サーキュレータ１の代わりに４端子の光サーキュレータを用いて、２個のファイバ回折格子２の入出力端に、光サーキュレータのそれぞれの入出力端子を接続するようにしてもよい。この場合の補償量は、光サーキュレータの２つの入出力端子におけるファイバ回折格子の分散補償量の合計が補償量となる。
【００３３】
（実施の形態２）
図５は本発明の第２の実施の形態における波長分散補償装置の全体構成の概略を示している。図５において、光サーキュレータ５１は、入力端子５１ａ、２つの入出力端子５１ｂ、５１ｃ、出力端子５１ｄを有する４端子の光サーキュレータである。第１のファイバ回折格子５２は、コア部５２ａが５個の屈折率変調部５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅを有し、入出力端５２ｂは、光サーキュレータ５１の第１の入出力端子５１ｂに接続されている。第２のファイバ回折格子５４は、コア部５４ａが５個の屈折率変調部５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅを有し、入出力端５４ｂは、光サーキュレータ５１の第２の入出力端子５１ｃに接続されている。
【００３４】
第１のファイバ回折格子５２の屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅは、実施の形態１の図２と同様に、光の入出力端５２ｂから長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向Ｚの位置が異なる屈折率変調部であり、波長分散を補償するための時間遅延を与える。これらの屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅにおける変調周期すなわち回折格子のピッチは、長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなっている。また、これらの屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅの間には、ピッチが一定で波長分散を生じない屈折率変調部５３ｂ、５３ｄが、変調のない部分ｄ１、ｄ２を介して形成されている。
【００３５】
第２のファイバ回折格子５４の屈折率変調部５５ｂ、５５ｄは、実施の形態１の図２と同様に、光の入出力端５４ｂから長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向Ｚの位置が異なる屈折率変調部であり、波長分散を補償するための時間遅延を与える。これらの屈折率変調部５５ｂ、５５ｄにおける変調周期は、長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなっている。また、これらの屈折率変調部５５ｂ、５５ｄの前後には、ピッチが一定で波長分散を生じない、波長フィルタ機能を有する屈折率変調部５５ａ、５５ｃ、５５ｅが、変調のない部分ｄ３、ｄ４、ｄ５を介して形成されている。
【００３６】
以上のような構成において、以下分散補償動作について説明する。第２の実施の形態では、分散補償すべき光は異なる波長の複数の光で、いわゆる波長多重であり、個々の波長は固定されている。ここでの説明に用いるそれぞれの光の波長を短波長側よりλ１、λ２〜λ１３とする。波長分散している各波長λの光は、光サーキュレータ５１の入力端子５１ａに入力され、入出力端子５１ｂから第１のファイバ回折格子５２の入出力端５２ｂに入射する。第１のファイバ回折格子５２に入射した光は、コア部５２ａの屈折率変調作用により、波長によって異なる反射位置ｚで反射する。ここで屈折率変調部５３ａでは、長軸方向Ｚにλ３、λ２、λ１の光の分散が補償され、屈折率変調部５３ｃでは、長軸方向Ｚにλ８、λ７、λ６の光の分散が補償され、屈折率変調部５３ｅでは、長軸方向Ｚにλ１３、λ１２、λ１１の光の分散が補償される。屈折率変調部５３ａと屈折率変調部５３ｃとの間の屈折率変調部５３ｂで、波長λ４、λ５の光は分散を補償されることなく反射される。同様に、屈折率変調部５３ｃと屈折率変調部５３ｅとの間の屈折率変調部５３ｄで、波長λ９、λ１０の光は分散を補償されることなく反射される。もちろん、各波長の光は図２に示す原理に従ってグレーティングの放射モードの通過損失を受けないように、屈折率変調部が配置されている。
【００３７】
このようにして第１のファイバ回折格子５２で反射したλ１〜λ１３の光は、再び入出力端子５２ｂから光サーキュレータ５１の第１の入出力端子５１ｂに入射された後、第２の入出力端子５１ｃから第２のファイバ回折格子５４の入出力端５４ｂに入射する。ここでは分散の補償されていない光（λ４、λ５とλ９、λ１０）に対して、それぞれ屈折率変調部５５ｂと屈折率変調５５ｄとで分散補償を行い、屈折率変調部５５ａと５５ｃと５５ｄとでは波長分散を与えることなく、それぞれλ１、λ２、λ３の光とλ６、λ７、λ８の光とλ１１、λ１２、λ１３の光を反射する。ここでも、各波長の光は図２の原理に従いグレーティングの放射モードの通過損失を受けない屈折率変調部の配置になっている。こうしてファイバ回折格子５４で反射された光λ１〜λ１３は、どの波長も分散が補償され、入出力端５４ｂから光サーキュレータ５１の第２の入出力端子５１ｃに入射し、出力端子５１ｄから出射される。
【００３８】
このように、本実施の形態２によれば、光サーキュレータ５１からの波長分散された光を２個のファイバ回折格子５２、５４によって逆の分散を与え、さらに放射損失の影響を受けないように屈折率変調部を配置した２個のファイバ回折格子５２、５４を用いることで、従来のファイバ回折格子を用いた場合の放射モードによる損失の問題を解消し、広帯域で低挿入損失かつコンパクトで低コストの分散補償器を実現することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態２において、分散を補償する屈折率変調部でリップルの少ない分散曲線を得るために、長波長側から反射率を徐々に大きくし、短波長側で徐々に小さい形状のアボダイズを施す場合にも有効である。アボダイズを施すと分散を補償する屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅ、５５ｂ、５５ｄ部分での不連続部となる波長付近で反射率が小さくなるので、不連続部付近の波長は補償せずに反射させて、他方のファイバ回折格子で補償すればよいので、本実施の形態２のようなファイバ回折格子を２個で補償する構成が有効である。
【００４０】
また、本実施の形態２において、第１のファイバ回折格子５２および第２のファイバ回折格子５４の屈折率変調部を、それぞれ５個としたが、２個以上であれば何個配置してもかまわない。また、光の入出力に４端子の光サーキュレータ５１を用いたが、この代わりに４端子の方向性結合器を用いてもよい。
【００４１】
また、本実施の形態２において、ファイバ回折格子５２、５４として、屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅ、５５ｂ、５５ｄの周期が、入出力端５２ｂ、５４ｂから長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなる、いわゆるチャープ回折格子を複数箇所配置したものを用いたが、それぞれの屈折率変調部における有効屈折率を連続的に変化させてもよい。この場合は周期の変化率で決まる分散量と異なった分散量の分散補償器を実現することができる。また、屈折率変調部５３ａ、５３ｃ、５３ｅ、５５ｂ、５５ｄの変調周期が一定で、かつ、有効屈折率が連続的に変化しているものを用いてもよい。この場合は、有効屈折率の変化に従って反射波長が変わるという原理を利用するため、微少なチャープ量の回折格子として機能するので、大きい分散量を補償することができる。また、その際、複数の屈折率変調部は、互いに異なる変調周期とし、長軸方向Ｚに向けて有効屈折率を大きくしてもよい。また、ファイバ回折格子５２、５４は、隣接する屈折率変調部の間の不連続部において、屈折率変調のない部分が含まれていてもかまわない。
【００４２】
（実施の形態３）
図６は本発明の第３の実施の形態における分散補償器の全体構成の概略を示している。図６において、光サーキュレータ６１は、入力端子６１ａ、入出力端子６１ｂ、出力端子６１ｃを有する３端子の光サーキュレータである。第１のファイバ回折格子６２は、コア部６２ａが３個の屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃを有し、入出力端６２ｂは、波長フィルタ６６を介して光サーキュレータ６１の入出力端子６１ｂに接続されている。第２のファイバ回折格子６４は、コア部６４ａが２個の屈折率変調部６５ａ、６５ｂを有し、入出力端６４ｂは、波長フィルタ６６を介して光サーキュレータ６１の入出力端子６１ｂに接続されている。
【００４３】
第１のファイバ回折格子６２の屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃは、実施の形態１の図２と同様に、光の入出力端６２ｂから長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向Ｚの位置が異なる屈折率変調部であり、波長分散を補償するための時間遅延を与える。これらの屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃにおける変調周期すなわち回折格子のピッチは、長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなっている。また、これらの屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃの間には、変調のない部分ｄ１、ｄ２が形成されている。
【００４４】
第２のファイバ回折格子６４の屈折率変調部６５ａ、６５ｂは、実施の形態１の図２と同様に、光の入出力端６４ｂから長軸方向Ｚに向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向Ｚの位置が異なる屈折率変調部であり、波長分散を補償するための時間遅延を与える。これらの屈折率変調部６５ａ、６５ｂにおける変調周期すなわち回折格子のピッチは、長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなっている。また、これらの屈折率変調部６５ａ、６５ｂの間には、変調のない部分ｄ３が形成されている。
【００４５】
以上のような構成において、以下分散補償動作について説明する。第３の実施の形態は第２の実施の形態と同様、分散補償される光は異なる波長の複数の光で、いわゆる波長多重であり、個々の波長は固定されている。ここでの説明に用いるそれぞれの光の波長を短波長側よりλ１、λ２〜λ１３とする。
【００４６】
本実施の形態３は、上記実施の形態２と比較すると、ファイバ回折格子６２、６４中の屈折率変調は、分散を補償するための時間遅延を与える屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃおよび６５ａ、６５ｂのみであり、ピッチが一定で時間遅延を与えない反射の屈折率変調部は存在しない代わりに、光サーキュレータ６１とファイバ回折格子６２、６４の間に波長フィルタ６６を配置してある。ファイバ回折格子６２、６４の反射波長の不連続な波長の光を避けるように波長フィルタ６６で２方向に分けられ、λ１、 λ２、 λ３、 λ６、 λ７、 λ８、 λ１１、 λ１２、 λ１３は第１のファイバ回折格子６２に入射し、λ４、 λ５、 λ９、 λ１０は第２のファイバ回折格子６４に入射する。ファイバ回折格子６２およびファイバ回折格子６４に入射した光は、実施の形態２と同様にそれぞれファイバ回折格子中の屈折率変調の作用により反射して分散が補償される。もちろん各波長の光は、回折格子の放射モードの通過損失を受けることのないように、各屈折率変調部が図２に示すような原理に基づいて配置されている。ファイバ回折格子６２、６４で分散が補償された各波長の光は、再び波長フィルタ６６に入射し、光サーキュレータ６１の入出力端子６１ｂを経て、出力端子６１ｃから出射される。
【００４７】
このように、本実施の形態３によれば、分散を補償するための時間遅延を与える屈折率変調部を有する２個のファイバ回折格子６２、６４と、ファイバ回折格子６２、６４の反射波長の不連続な波長の光を避けるように、光を２方向に分岐する波長フィルタ６６とを用いることにより、ファイバ回折格子６２、６４の反射不連続帯域を避けることができ、種々の波長の光を分散補償することができるので、ファイバ回折格子の放射損失の影響を受けずに低挿入損失かつコンパクトで低コストの分散補償器を実現することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態３において、屈折率変調部にアボダイズをして用いることもできる。また、ファイバ回折格子６２、６４の屈折率変調部は、２個以上であれば何個配置してもかまわない。また、光の入出力に３端子の光サーキュレータ６１の代わりに、方向性結合器を用いてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態３において、ファイバ回折格子６２、６４は、屈折率変調部６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６５ａ、６５ｂの周期が、入出力端６２ｂ、６４ｂから長軸方向Ｚに向けて次第に小さくなる、いわゆるチャープ回折格子を複数箇所配置したものを用いているが、これらの屈折率変調部における有効屈折率を連続的に変化させるようにしてもよい。この場合は周期の変化率で決まる分散量と異なった分散量の分散補償素子を提供することができる。また、ファイバ回折格子６２、６４は、隣接する屈折率変調部の間の不連続部において、屈折率変調のない部分が含まれていてもかまわない。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の分散補償器および波長分散補償装置は、ファイバ回折格子のコア部が、光の入射側から長軸方向に向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向の位置の異なる複数の屈折率変調部と、こららの屈折率変調部の間に設けられた、反射波長が不連続に長波長側にシフトする不連続部とを有するので、従来のファイバ回折格子を用いた分散補償の課題であった放射モードによる損失の問題を解消し、広帯域で低挿入損失かつコンパクトで低コストの分散補償器および波長分散補償装置を実現することができ、その実用的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における波長分散補償装置の全体構成を示すの概略構成図
【図２】本発明の各実施の形態におけるファイバ回折格子における反射位置と反射波長の関係を示す原理図
【図３】本発明の実施の形態１において試作した分散補償器の遅延時間と波長の関係を示す特性図
【図４】本発明の実施の形態１において試作した分散補償器に搭載のファイバ回折格子の反射強度を示す特性図
【図５】本発明の第２の実施の形態における波長分散補償装置の全体構成を示す概略構成図
【図６】本発明の第３の実施の形態における波長分散補償装置の全体構成を示す概略構成図
【図７】従来例における波長分散補償装置の構成を示す概略構成図
【符号の説明】
１ 光サーキュレータ
１ａ 入力端子
１ｂ 入出力端子
１ｃ 出力端子
２ ファイバ回折格子
２ａ コア部
２ｂ 入出力端
３ 張力付加機構
５１ 光サーキュレータ
５１ａ 入力端子
５１ｂ 入出力端子
５１ｃ 入出力端子
５１ｄ 出力端子
５２、５４ ファイバ回折格子
５２ａ、５４ａ コア部
５２ｂ、５４ｂ 入出力端
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ 屈折率変調部
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅ 屈折率変調部
６１ 光サーキュレータ
６１ａ 入力端子
６１ｂ 入出力端子
６１ｃ 出力端子
６２、６４ ファイバ回折格子
６２ａ、６４ａ コア部
６２ｂ、６４ｂ 入出力端
６３ａ、６３ｂ、６３ｃ 屈折率変調部
６５ａ、６５ｂ 屈折率変調部
６６ 波長フィルタ
７１ 方向性結合器
７２、７３、７４ 端子
７５ 光ファイバ
７６ ファイバ回折格子
７６ａ 光入出力端
７７ 支持部材
７８ 波長分散補償器
Claims (12)
- ファイバ回折格子を有する分散補償器であって、前記ファイバ回折格子のコア部が、光の入射側から長軸方向に向けて反射波長が連続的に短くなり、かつ互いに長軸方向の位置の異なる複数の屈折率変調部と、前記複数の屈折率変調部の間に設けられて、反射波長が不連続に長波長側にシフトする不連続部とを有することを特徴とする分散補償器。
- 前記屈折率変調部における回折格子のピッチが前記長軸方向に向けて次第に小さくなることを特徴とする請求項１記載の分散補償器。
- 前記屈折率変調部における回折格子のピッチが前記長軸方向に向けて次第に小さくなるとともに、前記屈折率変調部における有効屈折率が連続的に変化することを特徴とする請求項１記載の分散補償器。
- 前記屈折率変調部における回折格子のピッチが前記長軸方向に向けて一定で、かつ前記屈折率変調部における有効屈折率が連続的に変化しているような屈折率変調部を複数有することを特徴とする請求項１記載の分散補償器。
- 前記不連続部が屈折率変調しない部分を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の分散補償器。
- 前記ファイバ回折格子に長軸方向に張力を付加する機構を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の分散補償器。
- 前記ファイバ回折格子にファイバの温度を調整する機構を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の分散補償器。
- 入出力端子を１つ有する３端子の光サーキュレータと、請求項１から７のいずれかに記載の分散補償器を１個備え、前記分散補償器のファイバ回折格子の入出力端に、前記光サーキュレータの入出力端子を接続したことを特徴とする波長分散補償装置。
- 入出力端子を２つ有する４端子の光サーキュレータと、請求項１から７のいずれかに記載の分散補償器を２個備え、前記２個の分散補償器のそれぞれのファイバ回折格子の入出力端に、前記光サーキュレータのそれぞれの入出力端子を接続したことを特徴とする波長分散補償装置。
- 方向性結合器と、請求項１から７のいずれかに記載の分散補償器を少なくとも１個備え、前記分散補償器のファイバ回折格子の入出力端に、前記方向性結合器の入出力端子を接続したことを特徴とする波長分散補償装置。
- 前記ファイバ回折格子のコア部に反射型の波長フィルタ機能を有する屈折率変調部を少なくとも１箇所設けたことを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の波長分散補償装置。
- 前記ファイバ回折格子の入出力端に接続された波長フィルタを備えたことを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の波長分散補償装置。
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