JP2004334052A

JP2004334052A - 可変分散補償モジュール

Info

Publication number: JP2004334052A
Application number: JP2003132425A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Wakabayashi; 信一若林; Teruhiro Ito; 彰宏伊藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】光ファイバ伝送において分散補償や波形整形を行うことができる高性能の可変分散補償モジュールを提供する。
【解決手段】チャープファイバグレーティング３２が形成されたグレーティング部を含む少なくとも１つの光ファイバ３１と、光ファイバ３１のグレーティング部の軸方向温度分布を調節する温度制御機構とを備えた可変分散補償モジュールである。温度制御機構は、光ファイバ３１の軸方向に沿って配列された複数の発熱／吸熱素子１４と、複数の発熱／吸熱素子１４の各々と光ファイバ３１のグレーティング部の外周面との間に配置された熱伝導手段（複数の金属リング３３）とを有する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス波形整形等の機能を有する波長分散補償モジュールに関し、特に、超高速光ファイバ通信に好適に用いられる可変分散補償モジュールに関している。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバ通信は、幹線系はもとより、メトロ系やアクセス系への導入が進められている。現在多く敷設されている１．３ミクロン帯ゼロ分散ファイバにおいて、１．５ミクロン帯の波長の光を用いて伝送を行う場合、伝送路全体としての分散値を少なくする分散補償技術が必要となる。これは、光ファイバに１７ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ程度の波長分散があるため、伝送距離が長くなる場合や、伝送速度がさらに高速になる場合、光信号の劣化を防ぐために伝送路全体としての分散値を少なくする必要があるからである。
【０００３】
さらに、伝送速度が高くなり、フェムト秒クラスの光パルスを用いるような場合には、温度等による環境変化に対応して動的に分散を補償すできる技術が求められる。
【０００４】
動的な分散補償を行うため、チャープファイバグレーティングの回折格子間隔を動的に調節することが有効である。「調整可能なチャープを有する光回折格子デバイス」が特許文献１に開示されている。
【０００５】
チャープファイバグレーティングとは、光ファイバの長軸方向に沿って回折格子のピッチ（屈折率変調構造の周期）を連続的に変化させたファイバ型グレーティングである。チャープファイバグレーティングでは、光ファイバのコア中に形成された回折格子のピッチが連続的に変化している。ファイバグレーティングは、回折格子のピッチによって決まる特定波長の光をブラッグ反射する特性を持つ。このようなファイバグレーティングにおける回折格子のピッチを光ファイバの長軸方向に沿って連続的に変化させておくと、光の波長に応じて反射位置が異なる。このような特徴を有するチャープファイバグレーティングを、光サーキュレータと組み合わせれば、小型の分散補償器としての機能させることができる（特許文献２）。
【０００６】
図１は、特許文献１に記載されているファイバグレーティングの製造方法を示すフローチャートである。特許文献１に記載されているファイバグレーティングの製造は、次のようにして行われる。すなわち、ステップＡで回折格子を含む導波路が準備された後、ステップＢで、回折格子領域が可変抵抗薄膜によって被覆される。そして、ステップＣでは、このような導波路のパッケージングが実行される。
【０００７】
図２は、上記の方法で作製された導波路回折格子デバイスの概略断面構成を示す。光ファイバ１０の回折格子１１は、コア部分に形成した屈折率摂動１２によって実現されている。光ファィバ１０の外周には、抵抗体として機能する基体１３が設けられ、熱変換基体１３の両端には電極１４、１５が設けられている。
【０００８】
熱変換基体１３は、ファイバ１０の軸方向に沿って温度勾配を形成するため、熱を発生させるか、ファイバから熱を除くことができる。特許文献１によれば、熱変換基体１３は、局所的な抵抗がファイバの軸方向に沿って変化する抵抗被膜から形成されている。電極１４、１５間に電圧を印加することにより、抵抗被膜を流れる電流がジュール熱を発生される。ジュール熱の大きさは、抵抗被膜の抵抗に応じて変化する。一方、抵抗被膜の抵抗は、抵抗被膜の厚さに反比例して変化する。このため、図２に示すような厚さを有する抵抗皮膜から熱変換気体１３が形成されている場合は、厚さに反比例するような温度分布がファイバ１０に与えられる。温度分布は、回折格子のピッチを位置に応じて変化させるため、熱変換基体１３に流す電流の大きさを調節することにより、チャープ特性を動的に変化させることができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１３７１９７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１６９０１２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のチャープファイバグレーティングによれば、薄膜の局所的な厚さの変化に応じて抵抗値を変え、それによって発熱量をコントロールするため、高次分散（３次分散以上）を制御することが困難である。また、あらかじめ与えられる抵抗体の形状によって局所的な発熱量が決定されるため、分散特性を任意に変化させることが困難である。光伝送速度がさらに向上すると、高次分散を制御する必要があり、より高性能の可変分散補償の実現が求められている。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、光ファイバ伝送において分散補償や波形整形を行うなど、光ファイバ伝送に用いられる可変分散補償モジュールを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
可変分散補償モジュールは、チャープファイバグレーティングが形成されたグレーティング部を含む少なくとも１つの光ファイバと、前記光ファイバのグレーティング部の軸方向温度分布を調節する温度制御機構とを備えた可変分散補償モジュールであって、前記温度制御機構は、前記光ファイバの軸方向に沿って配列された複数の発熱／吸熱素子と、前記複数の発熱／吸熱素子の各々と前記光ファイバのグレーティング部の外周面との間に配置された熱伝導手段とを有する。
【００１３】
好ましい実施形態において、１６０Ｇｂｐｓ以上の伝送レートで前記光ファイバを伝搬する光信号の分散を動的に補償する。
【００１４】
好ましい実施形態において、前記熱伝達手段は、前記光ファイバの軸方向に配列された複数の金属リングを有し、前記複数の金属リングの各々は、前記光ファイバのグルーティング部の外周を取り囲んでいる。
【００１５】
好ましい実施形態において、前記複数の金属リングは、前記光ファイバのグレーティング部が挿入された中空円筒に組み込まれている。
【００１６】
好ましい実施形態において、前記中空円筒は、円弧状に曲がっている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、図３および図４を参照しながら、本発明の可変分散補償モジュールの第１の実施形態を説明する。
【００１８】
図３は、本実施形態の可変分散補償モジュールに含まれる可変波長分散ファイバグレーティング部の概略構成を示している。
【００１９】
本実施形態の可変分散補償モジュールは、図３に示されるように、チャープファイバグレーティング３２が形成されたグレーティング部を含む光ファイバ３１と、光ファイバ３１のグレーティング部の軸方向温度分布を調節する温度制御機構とを備えている。温度制御機構は、光ファイバ３１の軸方向に沿って配列された５個の発熱／吸熱素子（温調素子）３４と、温調素子３４の各々と光ファイバ３１の外周面との間に配置された熱伝導手段（複数の金属リング３３）とを有している。
【００２０】
各温調素子３４は、温度コントローラ３５に接続され、独立して温度調節機能を発揮することができる。温調素子３４は、例えばペルチェ素子から構成され得る。このような構成によれば、図３において、「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ｄ」、および「ｅ」の符号で示す部位の温度を独立に制御することができる。例えば、部位ａ、部位ｂ、部位ｃ、部位ｄ、および部位ｅの温度を、それぞれ、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃に設定することができる。
【００２１】
このように、ファイバ３１の軸方向に沿って配列した複数の温調素子３４を独立して制御することにより、任意の軸方向温度分布をチャープファイバグレーティング３２に与えることができる。
【００２２】
本実施形態におけるファイバ３１は、中空円筒状の直線ガイド３６内に挿入されており、各金属リング３３は、この直線ガイド３６の一部に組み込まれている。金属リング３３は、熱伝導性に優れた材料（例えば銅など）から形成されることが好ましく、また、金属リング３３の内周面は、ファイバ３１のクラッド外周面と直接または熱伝導性の高い樹脂などが介して接触していることが好ましい。
【００２３】
金属リング３３は、ファイバ３１と温調素子３４との間にあって熱のスムーズな伝達に寄与するため、動的に分散を補償する上で重要な働きをする。
【００２４】
本実施形態では、隣接する２つの金属リング３３の間に、直線ガイド３６を構成する部材がリング状に存在している。この部材は、金属よりも熱伝導率の低い材料（樹脂やガラスなど）から形成されていることが好ましい。この部材の熱伝導性が高すぎると、隣接する２つの金属リング３３に大きな温度差を与えることが困難になるからである。
【００２５】
なお、本実施形態では、中空円筒状の直線ガイド３６がファイバの保護機能を発揮している。この中空円筒の直線ガイド３６は、光ファイバ３１のクラッド径よりも大きな内径を有するが、金属リング３３の内径は、直線ガイド３６の内径よりも小さいことが好ましい。熱伝達の観点からは、金属リング３３の内径と光ファイバ３１のクラッド径とがほぼ同じ大きさであることが好ましい。しかし、金属リング３３の内径が光ファイバ３１のクラッド径よりも大きい場合であっても、金属リング３３と光ファイバ３１との間に熱伝導性の高い樹脂層などを挿入すれば、金属リング３３と光ファイバ３１とを熱的に接触させることができるので、充分な熱伝導を確保することができる。
【００２６】
なお、金属リング３３は、完全に閉じたリングの形状を有している必要は無く、光ファイバの外周面をほぼ均一に加熱／冷却することができるような形状を有していれば良い。このため、金属リング３３の一部にスリットが存在していてもよい。
【００２７】
このように、本実施形態の構成によれば、離間して配置された複数の金属リングを用いて温度調整を行うことにより、ファイバの所定部位を、その帯状外周面のほぼ全体から速やかに加熱・冷却できるため、高精度の分散補償をダイナミックに実効することが可能になる。一方、このような複数の金属リングを用いる代わりに、１つの金属製中空円筒を用い、この中空円筒の上に複数の温調素子を配列した場合は、隣接する温調素子の間で熱的なクロストークが生じるため、緩やかな軸方向温度分布しか形成できなくなる。また、１つの金属製中空円筒を用いる場合は、その形状で決められる温度分布しか得られないという問題もある。
【００２８】
次に、図４（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本実施形態の可変分散補償モジュールで行う分散補償を説明する。
【００２９】
図４（ａ）は、温調素子３４によってファイバ３１に１次関数的な温度分布を与えた場合のファイバの温度分布を示すグラフである。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す温度分布を与える前と後の状態のそれぞれにおける、群速度遅延の波長依存性を示している。図４（ｂ）からわかるように、温調後には群速度遅延の波長依存性が低下し、分散が補償されていることがわかる。
【００３０】
（実施形態２）
次に、図５を参照しながら、本発明の可変分散補償モジュールの第２の実施形態を説明する。
【００３１】
本実施形態の可変分散補償モジュールは、図５に示されるように、チャープファイバグレーティング５２が形成されたグレーティング部を含む光ファイバ５１と、光ファイバ５１のグレーティング部の軸方向（円周方向）の温度分布を調節する温度制御機構とを備えている。温度制御機構は、光ファイバ５１の軸方向に沿って配列された５個の温調素子５４と、温調素子５４の各々と光ファイバ５１の外周面との間に配置された熱伝導手段（複数の金属リング５３）とを有している。各温調素子５４は、温度コントローラ５５に接続され、独立して温度調節機能を発揮することができる。
【００３２】
本実施形態の構成が第１の実施形態の構成と異なる点は、ファイバ５１の一部が円弧状ガイド５６の内部に挿入されている点にある。より具体的には、光ファイバ５１に含まれるチャープファイバグレーティング５２の部分は、曲げ損失が発生しない程度の曲率半径で円弧状に曲げられている。円弧状ガイド５６の内側では、５個の金属リング５３がファイバ５１のクラッド部の外周に接触している。金属リングの外側には、ペルチェ素子等の温調素子５４が設けられている。
【００３３】
このように本実施形態によれば、円弧状中空円筒のガイドを備えることにより、光ファイバ伝送路の分散補償を動的に行うコンパクトで安定性の高い可変分散補償モジュールを提供することができる。
【００３４】
なお、本発明の可変分散補償素子の構成は、上述した各実施形態の構成に限定されない。例えば、チャープファイバグレーティングの帯域や長さなどの構造パラメータ、温調素子の個数および配置間隔、温調素子の可変温度範囲および温度制御精度などは、動的に補償すべき分散量等の特性に応じて適宜設定され得る。また、チャープファイバグレーティングに設けるチャープは、線形チャープや非線形チャープであってもよい。
【００３５】
また、各実施形態の説明においては、１つのチャープファイバグレーティングについて温度制御を行う構成を例示したが、可変分散補償モジュールは、複数のチャープファイバグレーティングを有していても良い。回折格子のピッチが長くなる方向が反対向きとなるように配置された２つのチャープファイバグレーティングをサーキュレータを介して組み合わることにより、より高い精度での分散補償が可能になる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバ伝送の動的な分散補償や波形整形を高い精度で実行できる高性能な可変分散補償モジュールを提供することができる。このため、本発明は、フェムト秒クラスの超短パルスレーザを光源として用いて行う高速通信システム（伝送レート：例えば１６０Ｇｂｐｓ以上）に利用されて顕著な効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の可変分散補償素子におけるチャープ回折格子を調整する工程を示すフローチャートである。
【図２】従来の可変分散補償素子の構成を示す概略図である。
【図３】本発明による可変分散補償モジュールの第１の実施形態を概略構成を示す図である。
【図４】（ａ）は、本実施形態におけるファイバの温度分布の一例を示すグラフであり、（ｂ）は、温調前後における光信号の群速度遅延の波長依存性を示すグラフである。
【図５】本発明による可変分散補償モジュールの第２の実施形態を概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０光導波路、ファイバ
１１回折格子、ファイバ
１２屈折率摂動
１３基体、薄膜
１４電極
１５電極
１６パワー源
３１光ファイバ
３２チャープファイバグレーティング
３３金属リング
３４温調素子
３５温度コントローラ
３６直線ガイド
５１光ファイバ
５２チャープファイバグレーティング
５３金属リング
５４温調素子
５５温度コントローラ
５６円弧状ガイド

Claims

チャープファイバグレーティングが形成されたグレーティング部を含む少なくとも１つの光ファイバと、
前記光ファイバのグレーティング部の軸方向温度分布を調節する温度制御機構と、
を備えた可変分散補償モジュールであって、
前記温度制御機構は、
前記光ファイバの軸方向に沿って配列された複数の発熱／吸熱素子と、
前記複数の発熱／吸熱素子の各々と前記光ファイバのグレーティング部の外周面との間に配置された熱伝導手段とを有する、可変分散補償モジュール。
１６０ギガバイト／秒以上の伝送レートで前記光ファイバを伝搬する光信号の分散を補償する請求項１に記載の可変分散補償モジュール。
前記熱伝達手段は、前記光ファイバの軸方向に配列された複数の金属リングを有し、前記複数の金属リングの各々は、前記光ファイバのグルーティング部の外周を取り囲んでいる、請求項１または２に記載の可変分散補償モジュール。
前記複数の金属リングは、前記光ファイバのグレーティング部が挿入された中空円筒に組み込まれている請求項１から３のいずれかに記載の可変分散補償モジュール。
前記中空円筒は、円弧状に曲がっている請求項１から４のいずれかに記載の可変分散補償モジュール。