JP2004533014A - 波長分散及び分散勾配制御 - Google Patents
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Abstract
光信号の波長分散を動的に制御するための装置は、複合導波路構造体(７０４)及び波長分散に変化を生じさせるために複合導波路構造体の屈折率を変えるデバイス(７０８，７０９)を備える。波長分散を制御するための方法は、光信号の波長分散に変化を生じさせるために複合導波路構造体の屈折率プロファイルを選択的に変える工程を含む。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的には光通信システムに関し、特に、光信号の波長分散及び分散勾配を補償するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信システムを含む光伝送システムは、音声及びデータを高速で伝えるための魅力的な選択肢となっている。光伝送システムにおいては、光伝送媒体内の波長分散(ＣＤ)による波形劣化が、特に伝送速度が高まり続けていることから、問題となり得る。
【０００３】
光信号の波長分散は、ガラス光導波路のような伝送媒体では光信号の周波数が高くなるほど屈折率が大きくなるという事実により生じる。したがって、高周波側の光信号成分は“減速”し、対比して、低周波側の信号は“増速”することになろう。
【０００４】
単一モード光ファイバでは、材料分散及び導波路分散という２つの要因効果の相互作用により波長分散が生じる。材料分散は、例えばドープトシリカである、材料の波長、及び対応する群速度に対する屈折率の非線形依存性により生じる。導波路分散は、コア径及びコアとクラッドの間の屈折率差に対する、群速度の波長依存関係により生じる。
【０００５】
上述したＣＤ源に加えて、導波路材料内の不純物、機械的応力及び歪並びに温度効果も屈折率に影響し、波長分散の悪影響をさらに強め得る。
【０００６】
光信号が理想的には方形波であるデジタル光通信においては、波長分散によるビット幅拡大が特に問題になり得る。すなわち、波長分散の結果として、信号内の“速周波数”が減速し、信号内の“遅周波数”が増速するから、波形形状がかなりの影響を受け得る。この種の分散効果は、既に別のビットに割り当てられている時間枠へのパルスのオーバーフローを生じさせる、原パルスの時間幅拡大である。オーバーフローが過剰になると符号間干渉(ＩＳＩ)がおこり得る。ＩＳＩは許容できないレベルまでビット誤り率を増大させ得る。
【０００７】
理解されるように、長距離及び高速通信システムの設計及び構築には、光通信システムにおける伝送路の総波長分散の制御が必須である。この制御を達成するためには、信号のビット誤り率への総分散の寄与が許容され得る大きさまで総分散を低減する必要がある。普通に用いられている稠密波長分割マルチプレックス(ＤＷＤＭ)光通信システムにおいては、それぞれのチャネルの中心波長が隣接チャネルから約０.８ｎｍないし約１.０ｎｍ隔てられた、４０またはそれより多くの波長チャネルがあり得る。例えば、４０チャネルシステムは、約１５３０ｎｍから約１５７０ｎｍの範囲にチャネル中心波長を有することができよう。理解されるように、そのような光システムにおいては波長分散を補償することが重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光伝送システムにおいて波長分散及び分散勾配を動的に補償するための装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の例示的な一実施形態にしたがえば、光信号の波長分散を動的に制御するための装置は、複合された導波路(以降、複合導波路と称する)構造体及び、波長分散の変化を生じさせるために複合導波路構造体の屈折率を変える、デバイスを備える。
【００１０】
本発明の別の例示的実施形態にしたがえば、波長分散を動的に制御するための方法は、複合導波路構造体を提供する工程及び、光信号の波長分散に変化を生じさせるために、複合導波路構造体の屈折率プロファイルを選択的に変える工程を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、以下の詳細な説明を添付図面とともに読んだ場合に、最善に理解される。様々な特徴が必ずしも比例寸法で描かれてはいないことを強調しておく。実際上、議論を簡明にするため、寸法は任意に拡大または縮小されていることがある。
【００１２】
以下の詳細な説明では、説明のためであって限定のためではない、特定の詳細を開示する例示的実施形態が本発明の完全な理解を提供するために述べられる。しかし、本開示の恩恵を得た当業者には、本明細書に開示される特定の詳細とは異なる別の実施形態で本発明が実施され得ることが明らかであろう。さらに、本発明の説明を曖昧にしないため、良く知られたデバイス、方法及び材料の説明は省略されることがある。
【００１３】
簡単にいえば、例示的実施形態とともに説明するように、本発明は光信号の波長分散及び／または分散勾配を制御するための方法及び装置に関する。本制御は動的に実施され得るが、本発明の例示的な一実施例にしたがって静的にも達成され得る。
【００１４】
本発明の例示的な一実施例にしたがって複合光導波路構造体の屈折率プロファイルを変えることにより、波長分散及び／または分散勾配の制御を動的に実施することができる。例えば、屈折率プロファイルは複合導波路構造体の温度制御により変えられる。本発明の別の例示的実施形態にしたがえば、屈折率プロファイルは光導波路に(例えば二次レーザによる)放射光を導入することにより変えられる。
【００１５】
屈折率プロファイルの変化により、複合導波路構造体に励起されるスーパーモードの光伝搬特性が変わる。波長分散及び／または分散勾配の制御は、屈折率及びスーパーモードの分散特性の制御された変化により動的に実施される。複合導波路構造体におけるスーパーモード伝搬及び分散特性のさらなる詳細が本明細書に説明される。光信号に存在する合成波長分散及び／または分散勾配を、本発明の例示的方法及び装置により、ゼロ(すなわち補償済)、正または負に調節し得ることが利点である。
【００１６】
しかし、光導波路の屈折率プロファイルを制御された態様で変えるための上記の手法は例示に過ぎず、本発明の例示的な一実施例にしたがって光導波路の屈折率プロファイルを変えるための別の手法を用い得ることに注意されたい。例えば、複合導波路構造体に外部から印加される機械的力により屈折率変化を誘起することもできる。さらに、信号が増幅されるラマン共鳴二次レーザポンピングも複合導波路構造体の屈折率プロファイルに実質的変化を生じさせることができる。さらに、電気光学または音響光学特性をもつガラスまたは結晶を複合導波路構造体に用いれば、導波路に電場または音波を印加することにより、屈折率プロファイルの制御を実現することができる。
【００１７】
本発明の例示的な一実施形態にしたがって複合導波路構造体は中心コア及びコア周縁を囲むリングを有する光ファイバである。コア及びリングは、コアとリングの間のクラッド層及びリングの外部を囲むクラッド材料の屈折率より大きい屈折率を有する。
【００１８】
上述の複合導波路構造体は例示であって、スーパーモードに対応し得る複合導波路構造体を含む別のタイプの光導波路を本発明の教示と調和して用いることができる。例えば、コア周縁を囲んで重ねて配された１つより多くのリングをもつ光ファイバを用いることができる。単一リングファイバに関して説明した材料と同様のクラッド材料が一連のリングとリングの間に配されることになろう。さらに、スーパーモードに対応し得るプレーナ型複合導波路を用いることができる。すなわち、集積光学に用いられるような、基板にある多数のプレーナ型導波路を用いることができる。もちろん、本発明の目的を達成するために様々な構造及び材料を用いることができる。
【００１９】
図１を取り上げると、例示的複合導波路構造体の屈折率対半径の断面プロファイルが示されている。円筒形複合導波路構造体について、コア１０１の屈折率及びリング１０２の屈折率が半径の関数として示されている。さらに、コア１０１とリング１０２の間のクラッド材料１０３の屈折率がリング１０２の外側のクラッド材料１０３の屈折率とともに示されている。図１に示される例示的実施形態では、コア及びリングは所望の屈折率プロファイルを得るに適するようにドープされた同じ材料でつくられている。あるいは、コアとリングの材料を異なる材料とすることができる。さらに、コアとリングの間のクラッド層１０３の屈折率とリングの外側のクラッド層１０３の屈折率は、同じとするかまたは互いに異ならせることができる。さらに、リングの材料は同じとするかまたは異ならせることができ、これらのリングの屈折率は同じとするかまたは異ならせることができることに注意されたい。複数のリングがある場合、それぞれのリングは相異なる屈折率を有することができる。
【００２０】
次に図２を取り上げれば、別の複合導波路構造体の屈折率対半径のグラフ表示が示される。図２においても、複合導波路構造体は、コア２０１，リング２０２及びコア２０１とリング２０２の間及びリング２０２の外側に配されたクラッド２０３を有する、例示的な、円筒形複合導波路構造体である。この例示的実施形態におけるコア２０１及びリング２０２は異なる材料でつくられている。この実施形態でも、それぞれのクラッド層は同じかまたは相異なる屈折率を有することができる。
【００２１】
図１及び２にグラフで示されるような複合導波路構造体では、光が導波路のコアに結合される場合に、ある条件の下で、及び様々な態様で、光はリングに結合され得る。このタイプの結合は一般に方向性結合として知られる。さらに、そのような複合導波路システムの固有モードはスーパーモードと称される。複合導波路及びスーパーモードのさらなる詳細は、例えば、アムノン・ヤリフ(Amnon Yariv)著，「光エレクトロニクス」(第３版)，ｐ.４３７−４４７、及び、コールドレン(Coldren)及びコージン(Corzine)著，「誘電体レーザ及びフォトニック集積回路」，ｐ.２８２−２８７に見ることができる。
【００２２】
基本及び一次高調波スーパーモードの分散特性が、本発明の例示的な一実施形態にしたがって分散補償を実施するために用いられる。
【００２３】
リングとコアの間の結合により、上記の複合光導波路の分散は主として複合系の導波路分散によって支配される。詳しくは、群速度分散(波長分散)が式(１)：
【数１】
【００２４】
で近似され得ることを示すことができる。ここで、ＧＶＤは対称及び非対称スーパーモードの群速度分散、ｖ１及びｖ２はそれぞれ(波長λ０に対応する)角周波数ω０における第１及び第２の導波路の群速度、ｋは導波路の結合係数である。
【００２５】
ここで式(１)に関し、いくつかの点は論じる価値がある。第１に、結合係数ｋは複合導波路構造体の屈折率プロファイルに比例するとして示すことができる。さらに、ω＝ω０である場合に、２本の導波路間において光パワーが最大効率で結合されることを示すことができる。これはスーパーモードの共鳴条件として知られ、個々の導波路の固有モード速度間に位相速度差がない場合におこる。共鳴時には、伝搬モードが群速度の最大シフトを受け、波長分散は相対最大となる。本発明は全般的に、所望に応じて波長分散を変えるための屈折率プロファイルの動的操作に関する。
【００２６】
次に図３を取り上げれば、相異なる結合係数ｋを有する様々な複合導波路構造体についての波長分散対波長の代表的なグラフの例が示されている。特定の波長λ０において、波長分散は、対称固有モード(基本モード)については最大ピーク３０１に達し、非対称固有モード(一次高調波)については最小ピーク３０２に達する。
【００２７】
図３を見ればわかるように、波長分散(正または負の分散)の絶対値は結合係数ｋにも依存する。さらに、式(１)を見ると、ｋ及び群速度ｖ１とｖ２の変化により波長λ０まわりの値に変化が生じるであろう。コア、リングまたはクラッドの屈折率(あるいはこれらの組合せ)における小さな変化により波長分散に実質的な変化が生じ得るはずである。屈折率プロファイルの変化による分散値の変化には共鳴波長のシフトもともなう。プロファイルが変えられた場合には、分散値を変化させ、共鳴波長をシフトさせる、これらの効果の全てが結合され、分離することはできない。特に、屈折率の変化により、図３に示されるグラフの横座標(波長軸)に沿う曲線のシフトがおこり得る。
【００２８】
最後に、分散勾配(波長の単位変化当りの分散の変化)は、屈折率プロファイルを変えることにより制御可能な態様で変え得ることに注意されたい。知られているように、分散勾配の悪化は信号伝送に悪影響を与え得る。分散勾配の悪化は、光導波路(例えばファイバ)の分散勾配、光伝送システムの光コンポーネント及び装置の分散勾配、及び分散勾配を変化させ得る温度変動から生じ得る。分散勾配の制御及び補正はある種の伝送方式で動作する高伝送速度システムに対して益々重要になっている。例えば、ＲＺ(リターンツーゼロ)方式を用いる４０Ｇｂｐｓ(ビット／秒)光ネットワークは、受信光信号に１００ｐｓ(ピコ秒)/ｎｍ２ないしこれより大きい波長分散勾配があれば、品位が下がり得る。
【００２９】
したがって、例示的実施形態に関して説明されるような本発明の利点の１つは光信号の分散勾配を制御し得る能力である。分散勾配は、補償する(ゼロにする)ことができ、あるいは光信号の正味の分散勾配が正または負になるように調節することができる。
【００３０】
次に図４を取り上げれば、本発明の例示的な一実施形態にしたがうコア及びリング構成を有する例示的複合導波路構造体について実験で測定された、様々な温度に対する波長分散対波長のグラフが示されている。この例示的実施形態に用いられた複合導波路は、図３に示される分散特性を有する複合導波路と同じではないが、説明された物理的原理と同じ原理にしたがう。詳しくは、先に説明されたコア／リング複合導波路構造体の波長分散は導波路依存性を示し、温度依存性でもある。やはり、温度の変化により複合導波路についての屈折率プロファイルの変化が生じ、これが波長分散の温度依存性として現れる。
【００３１】
相異なる材料でつくられたコア及びリングを有する光ファイバを用いることにより、分散の温度ドリフトが増加し得る。この場合、材料の屈折率変化の温度係数に応じて、より高いドリフト効率を達成することができる。屈折率変化の温度係数の符号が反対であれば、変化効率をさらに高くすることができる。例えば、コアの屈折率の温度による変化が正であり、リングの屈折率の温度による変化が負であれば、効果がさらに顕著になる。この場合も、複合導波路のコア及び／またはリングと同じかまたは異なる材料でクラッド材料を作成し得ることに注意されたい。さらに、１つより多いリング(したがって１つより多いクラッド層)が複合導波路構造体に組み込まれている場合、一連のリングの屈折率は一般に同じではない。
【００３２】
先に述べたように、複合導波路構造体の温度を変えることは分散特性を変えるための一方法である。別の方法には二次光エネルギー源の使用がある。例えば、二次光源から光パワーを複合導波路構造体に入力して、共鳴波長のシフトをおこさせ得る非線形効果を生じさせることができる。すなわち、周波数の関数としての材料の屈折率が印加光源の強度により変化する。詳しくは：
【数２】
【００３３】
を光源の角周波数ω及び強度|Ｅ|２の関数としての屈折率、ｎ２を材料の非線形屈折率、Ｅを導波路を伝搬する光の電場成分として、式(２)：
【数３】
【００３４】
で表わされる。
【００３５】
光信号のエネルギーは複合導波路システムのコア導波路とリング導波路の間で実質的に均等に配分されるが、二次光源による励起の場合、共鳴波長λ０より長い波長についてはパワーのほとんどがリングに集中するであろうことに注意されたい。したがって、ポンピング波長及びファイバを通過している光信号の波長に依存して、異なる導波路部分、すなわちリング及びコアが別々に励起され得る。これにより、導波路の一方の部分の屈折率が高められ、二次光源の光が実質的に結合されない、他方の部分の屈折率は変化しないままとなる。
【００３６】
理解されるように、例示的な二次光源法を用いれば、導波路が共鳴波長近傍で動作するように設計され、適切な材料及び光パワーが選ばれる場合に、波長分散の完全光制御が可能である。このことは、理論ファイバが高い分散値で約１.５６μｍの共鳴波長を有している、図３にやはり見ることができる。可調デバイスを達成するための屈折率の代表的な変化の大きさは、共鳴波長まわりの分散値に依存して、１×１０−６から１×１０−２である。
【００３７】
さらに、完全光パワー制御は、先に述べたように、コアとリングに異なる材料を用いることによりさらに大きく強化することができる。この場合、相異なる非線形屈折率ｎ２をもつ材料により、分散値のさらに大きなドリフトを生じさせる光パワーをもって、λ０のシフトを大きくすることができる。最後に、容易に理解されるように、波長分散はｐｓ/ｎｍ-ｋｍの単位で与えられるから、ファイバ構造及び所望の分散補償の大きさに依存して、ファイバ長を大きくするかまたは小さくすることができる。実際の敷設においては、ファイバを、比較的短い直線ファイバまたは、コイルに巻かれた、より長いファイバとすることができる。
【００３８】
さらに、複合導波路光ファイバの屈折率プロファイルの動的変化が、本発明の例示的実施例にしたがって、温度制御、二次光源光パワー制御、または両者の組合せにより実施され得ることに注意されたい。圧力(外力)の使用、ファイバのドーパントとして用いられる電気光学材料への電場の使用、及び歪光学係数の利用をともなう音波の使用も、複合導波路構造体の屈折率プロファイルを動的に変えるために利用され得る。これらの手法の組合せにより、おそらく、さらに広い範囲の制御が得られるであろう。
【００３９】
図５は、本発明の例示的な一実施形態にしたがって完全光制御を用いる動的分散補償装置を示す。入力光信号５０２を二次光源信号５０３と結合するために、マルチプレクサ５０１が用いられる。例えば、二次光源はレーザである。もちろん、その他の光源を二次光源に用いることができる。
【００４０】
複合導波路構造体を備える分散補償モジュール(ＤＣＭ)５０４に信号が入力される。複合導波路構造体は、例えば上述したコア／リング構成を有する複合導波路光ファイバである。本発明の例示的な一実施形態にしたがって波長分散が補償された出力信号５０６を分離するためにデマルチプレクサ５０５が用いられる。ビット誤り率アナライザ５０７または同様のシステム性能モニタを用いて、二次光源信号５０３の入力パワーに任意の変化を生じさせることができる。入力パワーの変化は、例えばレーザコントローラ５０８の使用により生じる。
【００４１】
可調デバイスを達成するための代表的な屈折率の変化の大きさは、共鳴波長まわりの分散値に依存して、約１×１０−６から約１×１０−２の範囲にある。分散値の変化は、用いられるプロファイルに依存して、約−１０５ｐｓ/ｎｍ-ｋｍから約１０５ｐｓ/ｎｍ-ｋｍの範囲となり得る。例示される分散補償を達成するために二次光源信号５０３により与えられる光パワーは、約０Ｗから約１ｋＷの範囲にある。二次光源信号の波長は、例えば、約０.０１μｍから約１００μｍの範囲にある。
【００４２】
図６は、本発明の例示的な一実施形態にしたがって完全温度制御を用いる動的分散補償装置を示す。上述した本発明の例示的実施形態にしたがってコア及びリングを有する光ファイバのような複合導波路構造体を備える、分散補償モジュール(ＤＣＭ)６０２に入力光信号６０１が入射する。温度コントローラ６０３によりＤＣＭ６０２の温度が制御される。ビット誤り率アナライザ６０４または同様のシステム性能モニタを用いて、出力信号６０５の波長分散補正を解析することができる。ビット誤り率に基づく任意の必要な温度変化を、図示されるフィードバックループにある温度コントローラにより生じさせることができる。可調デバイスを達成するための代表的な屈折率の変化の大きさは、共鳴波長まわりの分散値に依存して、約１×１０−６から約１×１０−２の範囲にある。分散値の変化は、用いられるプロファイルに依存して、約−１０００００ｐｓ/ｎｍ-ｋｍから約＋１０００００ｐｓ/ｎｍ-ｋｍの範囲となり得る。例示される範囲で分散補償を実施するための温度変化は、約−１００℃から約＋１００℃の範囲にある。
【００４３】
図７は、本発明の例示的な一実施形態にしたがって分散補償を実施するために用いられる光パワー制御及び温度制御の組合せを示す。入力信号７０１がマルチプレクサ７０２に入射し、そこで二次光信号７０３と結合される。複合信号は分散補償モジュール(ＤＣＭ)７０４のＤＣＭ複合導波路に入射する。温度コントローラ７０８によりＤＣＭ７０４の温度が制御される。ＤＣＭ７０４の出力はデマルチプレクサ７０５に入力される。ＤＣＭ７０４による波長分散補償の大きさの変更を可能にするため、ビット誤り率アナライザ７０７により出力信号７０６が解析される。波長分散補償の大きさの変更は、温度コントローラ７０８による温度の変更及び／またはレーザコントローラ７０９による入力光パワーの変更により実施することができる。
【００４４】
図７の例示的実施形態に関して説明された様々な要素は図５及び６の例示的実施形態とともに説明された要素と実質的に同一であることに注意されたい。すなわち、ビット誤り率アナライザ７０７，温度コントローラ７０８，二次光源７０９等のような共通要素は、先に説明された要素と実質的に同じである。同様に、光パワー／温度複合制御分散補償装置において、可調デバイスを達成するための代表的な屈折率の変化の大きさは、共鳴波長まわりの分散値に依存して、約１×１０−６から約１×１０−２である。分散値の変化は、用いられるプロファイルに依存して、約−１０００００ｐｓ/ｎｍ-ｋｍから約＋１０００００ｐｓ/ｎｍ-ｋｍの範囲となり得る。温度変化はほぼ、約−１００℃から約＋１００℃の範囲にあり、二次光源からの光パワーは、約０.０１μｍから約１００μｍの範囲にあるポンピング信号波長において、約０Ｗから約１ｋＷである。
【００４５】
さらに、ＣＤ補償を達成するための上述したいずれかの手法は、アーキテクチャが図５〜７の例示的実施形態に関して説明した手法と同様の装置において、個別にまたは組み合わせて用い得ることに注意されたい。これらのいずれかの手法は、本質上、電気光学または音響光学による手法とすることができ、いずれも、個別にまたは本明細書に説明される１つまたはそれより多くの手法と組み合わせて用いられ得る。
【実施例１】
【００４６】
本実施例で説明されるような本発明の例示的な一実施形態にしたがって、分散補償モジュールはコイル巻きファイバ及び、コイル巻きファイバを通過している光信号に存在する波長分散を選択的に補償するためにコイル巻きファイバの温度を変える、温度源を備える。
【００４７】
本明細書でさらに詳細に説明されるように、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散補償装置及び方法は、分散補償のために特別に設計された光ファイバを用いる。例えば、分散補償ファイバは、光信号に存在する波長分散に値がほぼ等しいが、もちろん符号が反対であり、よって正味の波長分散がゼロになる、波長分散補償値を与える。すなわち、光信号の分散が正であれば、光信号の分散の総効果をほぼ相殺するように、補償ファイバは絶対値が等しい負の分散を有効に与える。しかし、正味の波長分散がゼロではないことが望ましい場合があり得ることに注意されたい。もちろん、例示的実施形態は、そのような結果を生じるように適合させることができる。
【００４８】
本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散補償方法及び装置の結果として、ほぼ１０Ｇビット程度またはそれより高い伝送速度を有する光通信システムにおいて、分散補償を動的に制御することができる。さらに、例えば約１５３０ｎｍから約１５７０ｎｍの範囲にある波長を含む、比較的広い波長帯にかけて本分散補償を実施することができる。最後に、説明が進めばさらに明確になるであろう態様で、分散補償に加えて、本発明の例示的な一実施形態にしたがう方法及び装置は波長分散補償の波長帯にわたる分散曲線の勾配の制御を可能にする。
【００４９】
図８を取り上げれば、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散補償モジュール８００が示されている。入力光ファイバ８０１がファイバコイル８０２に光結合される。ファイバコイル８０２はヒートシールパッケージ８０３内に配される。コントローラ８０４を用いてファイバコイル８０２の温度変化を生じさせることができる。ファイバコイル８０２の温度制御は、システム性能のフィードバックをもたない(例えば、温度が一定レベルに設定されて保たれる)開ループ制御方式とすることができる。あるいは、ファイバコイル８０２の温度制御は、システム性能のフィードバックに基づいてコイル温度を動的に調節する閉ループ制御方式とすることができる。例えば、閉ループ制御方式は、システムのビット誤り率(ＢＥＲ)測定値に基づくことができよう。ビット誤り率を制御するため、ある範囲(例えば約−４０℃から約１００℃)にわたってコイルの温度を変えることができよう。もちろん、システムのＢＥＲはシステム性能の一尺度でしかない。別の性能尺度を例示的閉ループ制御方式に用いることができるであろう。
【００５０】
制御方式の上記説明は、第一義的に開ループまたは閉ループ方式におけるファイバコイルの温度制御に向けられているが、本発明の例示的実施形態にしたがって光信号のＣＤを動的に補償するための屈折率変化を生じさせるために、別の手法を用いることができる。例えば、コイルの曲率半径及び／またはファイバにかかる張力を変えることによりファイバコイル８０２の屈折率を変えるために、コントローラ８０４を用いることができる。ファイバコイル８０２の応力及びファイバコイル８０２の曲率半径をコントローラ８０４が制御する例示的な一実施形態においては、コントローラ８０４により制御された回転をすることができる、円筒形素子(例えばマンドレル)またはその他の適切な形状につくられた素子を芯にしてファイバコイル８０２を配することができる。あるいは、ファイバコイル８０２を静止状態に配置することができ、コントローラ８０４はコイルの温度を変えるだけであることもあろう。
【００５１】
最後に、本例示的実施例の説明が進むにつれてさらに明確になるであろうように、屈折率制御は、１つの例示的手法を用いるかまたは例示的手法の組合せを用いて達成することができる。いずれにせよ、本ＣＤ補償は閉ループ制御方式または開ループ制御方式で達成することができる。
【００５２】
巻かれてファイバコイル８０２を形成する光ファイバは、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散補償のために特に設計される。知られているように、一般的な遠距離通信及びデータ通信の動作波長において、従来の分散補償ファイバは、絶対値で導波路分散が材料分散より大きい領域で動作するように特別に設計されている。一般に、シリカベース光ファイバの材料分散は通常約１.３３μｍでゼロ分散レベルを通過して正に転じるので、上記の領域は約１.５５μｍ領域にある。
【００５３】
非ゼロ分散シフト型ファイバは、導波路パラメータを変化させ、導波路分散、したがって導波路分散及び材料分散を含む総波長分散を、約１.５５μｍにおいてゼロに近い値にシフトさせることにより、ほとんどゼロの分散値で動作し、またそのように設計される。多くの場合、動作波長においてほとんどゼロの分散値を有する分散補償ファイバが得られるが、このファイバは通常、正の分散曲線勾配を示す。
【００５４】
光通信システムのビットレートは１０Ｇビット／秒を上まわるから、選ばれた波長帯にかけて低ビット誤り率伝送を保証するには、絶対分散値も分散勾配も補償することが有効である。このことは、多重チャネル波長分散マルチプレックス(ＷＤＭ)及び稠密波長分割マルチプレックス(ＤＷＤＭ)光システムにおいて特に当てはまる。
【００５５】
本発明の例示的な実施形態にしたがうファイバコイル８０２に用いられる光ファイバは、全動作波長において勾配及び分散のいずれの補償にも役立つように設計される。ファイバコイル８０２に用いられる光ファイバは、一般に、ＳＭＦ−２８のような通常の単一モードファイバに比べて、比較的小さなコア径及び比較的大きいコア−クラッド層間屈折率差を有する。
【００５６】
上述した光ファイバ(またはその他の光導波路)の性質により、屈折率変化に特に敏感な、ファイバの波長分散特性が得られる。例えば、ファイバコイル８０２の光ファイバにおける波長分散はファイバの温度変化に特に敏感である。さらに、説明が進めばさらに明確になるであろうように、光ファイバの曲率半径及び光ファイバにかけられる張力／応力のいずれも、本発明の例示的な一実施形態にしたがって用いられる特定の光ファイバに対する分散補償の大きさ対波長に影響を与え得る。
【００５７】
次に図９を取り上げれば、例示的光ファイバについての、様々な温度における分散対波長が示される。見てわかるように、光ファイバが−５℃の温度にあるときの分散曲線９０１は特異な分散対波長プロファイルを示す。２５℃の温度において、同じファイバが、波長が長くなるとともに下降するプロファイルを有する、異なる勾配を示す(曲線９０２)。この温度では、特定の波長に対してファイバは若干低いレベルの波長分散を有する。最後に、見てわかるように、５５℃の温度では同じファイバが、波長が長くなるとともに減少するが、与えられたそれぞれに波長において先の２つの温度におけるより絶対値が小さい、波長分散を示す(曲線９０３)。図９に示されるプロファイルは、ここでも、本発明の例示的な一実施形態にしたがう代表的な光ファイバについてのプロファイルである。
【００５８】
図９を見れば理解されるように、温度変化の結果としての波長分散対波長の変化は、光信号における波長分散補償の大きさを選択的に制御するために用いることができる。図８に示される例示的実施形態において、本発明の例示的実施形態にしたがう光ファイバは、ファイバコイル８０２にして、特定の波長帯にわたり分散の大きさを変化させるために適切に加熱または冷却することができる。分散補償モジュール８００において、光ファイバの加熱または冷却は、コントローラ８０４で温度源(図示せず)を制御することにより実施されよう。
【００５９】
本実施例の別の例示的実施形態と同じく、図８に示される例示的実施形態においても光ファイバがコイル巻きされた態様で配されていることに注意されたい。これは本発明の実施形態の例であるが、必ずしも必要ではない。すなわち、ファイバを、図８，１２及び１３の例示的実施形態に示されるように、コイル巻きにすることができる。あるいは、ファイバを全くコイルに巻かず、光信号における分散補償を実施するために適切に加熱／冷却するだけとすることができる。最後に、光ファイバ以外の光導波路を、本発明の例示的実施形態と調和させて用いることができる。これらの導波路は、コイルに巻くことも、巻かないでおくこともできる。これらの光導波路の屈折率は、本明細書に説明される手法により、選択的に、また動的に、変えることができる。
【００６０】
先に述べたように、本発明の例示的実施形態にしたがって波長分散補償に用いられる光導波路の形態は、堅くまたは緩く巻かれたコイルとすることができる。すなわち、例示的光ファイバの曲率半径は、用途に応じて、比較的小さくするかまたは比較的大きくすることができる。さらに、屈折率、最終的には波長分散の大きさ、を変えるためには、ファイバに応力を導入することが有効であり得る。これは、例えば、必要に応じてファイバにかかる張力を強めるかまたは弱めるために回転させることができるマンドレルを芯にしてファイバコイルを配することにより、行うことができる。図８に示される例示的実施形態にしたがって、それを芯にしてファイバコイル８０２が配されているマンドレルに接続されたサーボモーターを回転させるためにコントローラ８０４を用いることができる。
【００６１】
曲率半径及びファイバにかかる応力は独立に変え得ることに注意されたい。例えば、分散補償ファイバは比較的大きな半径を有するマンドレルを芯にして堅く巻くことができる。この場合、曲率半径及びファイバにかかる応力のいずれもが比較的大きくなろう。さらに、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散補償は、説明される様々な要因を個別にまたは組み合わせてとることにより実施され得ることに注意されたい。例えば、温度変化の使用は例示に過ぎず、単独で用いるか、他の手法と組み合わされて用いるか、あるいは単独でまたは組み合わせて用いられる他の手法の代わりに先行して用いることができる。
【００６２】
既に述べたように、分散補償を導入するために屈折率を変えるための様々な手法を用いることができる。ここでも、これらの手法は個別にまたは互いに及び／または温度変化と組み合わせて実施することができる。次に図１０を取り上げれば、本発明の例示的な一実施例にしたがう、維持温度が−５℃から＋５５℃に変えられたときの、５つの相異なる分散補償ファイバについての分散変化対波長が示されている。図１０に示される例示的実施形態の分散補償ファイバは、比較的小さな曲率半径を有する。この例示的実施形態では、比較的小さな曲率半径にともない比較的大きな張力／応力がファイバにかかっている。特定の温度に対し、図１０に示される光ファイバのそれぞれは大きさが異なる波長分散変化を示す。理解されるように、図示される特定の波長帯にかけて、本発明の例示的な一実施形態にしたがうそれぞれのファイバは、約４％から約１２％の範囲の分散変化を示す。分散変化の大きさは、用いられる特定のファイバ及びそのファイバの導波路構造による感温性に依存する。図１０の例示的実施形態の比較的堅く巻かれたファイバコイルについての全般的傾向は、波長の増大にともなう分散変化の減少であることにも注意されたい。
【００６３】
次に図１１を取り上げると、比較的大きな同じ曲率半径を有する３つの相異なる光ファイバについての総分散変化対波長が示されている。この場合、ファイバにかかる張力／応力は比較的小さい。ここでも、図１１にグラフで示される光ファイバのそれぞれについて温度が−５℃から＋５５℃の範囲で変えられている。図１１を見ればわかるように、それぞれの光ファイバは特定の温度においてかなり異なる波長分散変化を有する。しかし、理解されるように、総分散変化は全般的に波長の増大にともない大きくなる。
【００６４】
上記の説明から、温度、コイル巻き光ファイバの曲率半径及び光ファイバにかかる張力／応力の変化は、それぞれ単独で、あるいは組み合わされて、比較的広い波長帯にわたり広い範囲の波長分散補償を可能にすることがわかる。さらに、他の光導波路を用い得ること及びファイバを必ずしもコイルに巻く必要はないことに、再度、注意されたい。
【００６５】
例示的な一実施形態にしたがえば、１つまたはそれより多くのコイル巻きファイバを、分散補償モジュール８００のような分散補償モジュールに配備することができる。例えば、１つのコイルには曲率半径が比較的小さなファイバを有し、別のコイルには曲率半径が比較的大きな別のファイバを有することが有用であり得る。最終的に、そのような分散補償モジュールにより、様々な分散補償値及び勾配を実現できる。前と同様に、望ましければ、光ファイバ８０１を通過している光信号に望ましい大きさの波長分散補償を行うために、コントローラ８０４を用いて分散補償モジュール８００の光ファイバの温度を変化させ、制御することができる。最後に、曲率半径だけでなく個々のファイバコイルにかかる張力も、先に述べた態様で動的に制御することができる。
【００６６】
次に図１２を取り上げれば、本発明の別の例示的実施形態にしたがう分散補償モジュール１２００が示されている。分散補償モジュール１２００は、図８の分散補償モジュール８００の実質的に全ての要素を、顕著ないくつかの付加要素とともに備える。したがって、同様の要素及びその性質の詳細は簡潔のために省略し、分散補償モジュール８００と１２００の間の差異だけを詳細に説明する。
【００６７】
本発明の例示的実施形態にしたがう分散補償モジュール１２００は入力光ファイバ１２０１及びファイバコイル１２０２を備える。コントローラ１２０５が、ファイバコイルの温度及び／または、ファイバコイルにかかる張力または応力並びにファイバコイルの曲率半径のいずれをも、有効に制御する。ファイバコイル１２０２に用いられる光ファイバ１２０１、コントローラ１２０５及び分散補償の動的制御は先に説明した通りである。図１２に示される例示的実施形態にしたがい、モードストリッパ１２０３が有効に用いられる。これらのモードストリッパ１２０３はヒートシールパッケージ１２０４内に配される。モードストリッパ１２０３は、例えば、マンドレルを芯にして配された光ファイバ１２０１またはその他の適する光導波路を備える。光ファイバ／導波路は一般に、光ファイバ１２０１と同じ分散特性を示す。マンドレルは一般に、ファイバコイル１２０２の曲率半径より実質的に小さい曲率半径を有する。モードストリッパは、マンドレルを芯にして配された光ファイバにマイクロベンディングを誘起するために用いることができる。最終的に、マイクロベンディングは、光ファイバが多重モードに対応している場合には特に、分散変化を改善することができる。モードストリッパ１２０３もコントローラ１２０５により動的に制御され得ることに注意されたい。すなわち、モードストリッパ１２０３に用いられるファイバの曲率半径を変えて、所望の大きさの分散変化を生じさせることができる。
【００６８】
次に図１３を取り上げると、本発明の別の例示的実施形態にしたがう分散補償モジュール１３００が示されている。入力光ファイバ１３０１は第１のピンアレイ１３０２に結合される。ピンアレイ１３０２は第１のモードストリッパ１３０３に結合され、モードストリッパ１３０３はファイバコイル１３０４に結合される。ファイバコイル１３０４からの出力は第２のモードストリッパ１３０８に入力され、第２のモードストリッパ１３０８は第２のピンアレイ１３０５に結合される。これらの要素は全て、ヒートシールパッケージ１３０７内に配される。分散補償モジュール１３００の様々な要素の、温度、曲率半径及び各要素にかかる応力を制御するためにコントローラ１３０６を用いることができる。理解されるように、図１３に示される要素の多くは、図１２に示される例示的実施形態の共通要素と実質的に同じであり、実質的に同じ機能を果たす。したがって、それらの詳細を繰り返すことはせず、差異だけを詳細に説明する。
【００６９】
第１及び第２のピンアレイ１３０２及び１３０５は、光ファイバへのマイクロベンディングの導入に特に有効である。第１のピンアレイ１３０２は例示に過ぎず、光ファイバにマイクロベンディングを誘起して分散変化を改善するために、別の要素を用いることもできる。ファイバのマイクロベンディングは、コントローラ１３０６を使用しても、マイクロベンディングを変えるに適する機構を使用しても、動的に制御し、変え得ることに注意されたい。マイクロベンディングは様々な方法で生じさせることができる。その例には、様々な寸法及びピン間隔のピンアレイの使用がある。さらに、拡大／縮小するように適合されたマンドレルを用いることができる。あるいは、ファイバに選択的に圧力を加えるために金属ワイアでつくられたメッシュを用いることができる。当業者には容易に明らかであろうように、マイクロベンディングの誘起に対しては、また別の手法が可能である。
【実施例２】
【００７０】
これまで説明した方法及び装置は、波長帯の特定の領域における所望の大きさの波長分散補償及び／または分散勾配補償を実施するために分散補償導波路の屈折率プロファイルを動的に変化させていた。しかし、本実施例で説明される例示的実施形態は、波長分散補償、分散勾配補償、または両者を、静的態様で可能にする。
【００７１】
本発明の例示的な一実施形態にしたがい、光装置は直列接続された整数(ｎ)本の分散補償光導波路を備える。分散補償導波路のそれぞれは、光装置が動作するように選ばれた波長帯の特定の領域において特定の分散特性を有するように選ばれる。さらに、分散は通常、ｐｓ/ｎｍ-ｋｍを単位として測定されるから、直列接続分散補償光導波路のそれぞれの適切な長さは、波長帯のそれぞれの領域において所望の大きさの分散補償を実施するように選ばれる。
【００７２】
したがって、本実施例の説明が進むにつれてさらに明確になるであろうように、光装置が動作する波長帯の特定の領域における特定の分散特性に対する、それぞれの分散補償光導波路の適切な選択、及び所望の大きさの分散補償を実施するためのそれぞれの導波路の長さの適切な選択により、本発明の例示的な一実施形態にしたがう光装置に対して分散特性を合成することができる。この合成分散特性は、光信号の波長分散、光信号の分散勾配、または両者をゼロにするように選ぶことができる。さらに、またはあるいは、この合成分散特性は、光信号の正味の正または負の波長分散の大きさを、光信号の正味の正または負の分散勾配とともに与えるように選ぶことができる。
【００７３】
図１４を取り上げれば、本発明の例示的な一実施形態にしたがう光装置１４００は、既知の光結合手法により直列に光結合されたｎ本の分散補償導波路を備えている。例えば、第１の分散補償導波路１４０１が第２の分散導波路１４０２に直列に結合され、以下同様にして、ｎ−１番目の分散補償導波路(図示せず)が光装置１４００の終端のｎ番目の分散補償導波路１４０３に結合される。説明の目的のためであって限定する目的ではなしに、分散補償導波路の本数(ｎ)は、例えば、２(ｎ＝２)以上であり、２０未満(ｎ＜２０)である。
【００７４】
光通信システムの入力光導波路１４０４を入力光信号１４０５が通過する。入力光信号１４０５は、例えば、複数の光チャネルを有するＷＤＭまたはＤＷＤＭ信号であり、それぞれのチャネルは規定された中心波長及びチャネル帯域幅を有し、それぞれのチャネルは規定されたチャネル間隔で隣接チャネルから隔てられている。
【００７５】
上で述べたように、様々な波長分散源が入力光信号１４０５に存在する総波長分散に寄与する。さらに、波長分散は波長に関して変化して、信号品質に有害な影響を及ぼし得る分散勾配に寄与する。様々な波長分散源からの光信号に存在する合成波長分散は、特定の波長帯(例えば、多重化入力光信号１４０５の波長帯)にかけて(分散特性と称されることが多い)特定の分散‘形状’すなわち分散曲線を有する。
【００７６】
本説明が進むにつれてさらに明確になるであろう理由のため、光装置１４００の分散補償光導波路のそれぞれは、選ばれた波長帯にわたるそれぞれの波長分散特性及び／またはそれぞれの分散勾配特性に関して選ばれる。直列結合波長分散補償導波路の合成波長分散特性及び分散勾配特性は、例えば、光信号に存在する分散及び／または分散勾配をゼロにする。すなわち、光装置１４００は、入力光信号１４０５の波長帯にわたり、入力光信号１４０５に悪影響を与える分散曲線に絶対値が等しく符号が反対の分散曲線を波長帯のどの点においても有するように、設計される。
【００７７】
したがって、本例示的実施形態において、入力光信号１４０５に存在する分散及び／または分散勾配はゼロにされ、よって出力光ファイバ１４０６の出力信号１４０７には実質的に波長分散及び／または分散勾配がない。しかし、先に述べたように、光装置１４００は、出力光信号１４０７が有限(正または負)の正味の波長分散、分散勾配、または両者を有するように、入力光信号１４０５に波長分散及び／または分散勾配を導入するために用いることができる。さらに、選択された波長帯にわたり、正味の波長分散は、(波長帯の)１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけて正とし、１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけて負として、１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけてゼロとすることができる。同様に、分散勾配は、１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけて正とし、１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけて負として、１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけてゼロとすることができる。
【００７８】
光装置１４００は様々な用途に用いることができる。すなわち、光装置１４００は光通信システムの伝送ファイバの一体部分とすることができ、及び／または光装置１４００は単一光装置または直列接続された複数のそのような光装置からなる単体機能モジュールとすることができる。さらに、ｎ本−分散補償導波路は例えば本実施例において以下で説明されるタイプの分散補償光ファイバである。
【００７９】
光装置１４００のｎ本−直列結合分散補償光導波路は、ここで説明される様々なタイプの分散補償光導波路から選ぶことができる。これらの分散補償光導波路は例示を目的とするものであり、いかなる点においても本発明を限定することは目的とされていないことに注意されたい。さらに、ｎ本−直列結合分散補償光導波路は、全てを同じタイプの分散補償光導波路とするか、特定の波長帯にわたるそれぞれの特定の波長分散及び／または分散勾配特性に関して選ばれる、様々なタイプの分散補償光導波路の組合せとし得ることに注意されたい。
【００８０】
光装置１４００のｎ本−直列結合分散補償光導波路の幾本かまたは全てに用い得る分散補償光導波路の例は、選択された長さをもつ既知の分散補償光ファイバである。さらに、分散補償光導波路は、線形チャーピングまたは非線形チャーピングをかけることができる、ファイバブラッグ回折格子(ＦＢＧ)のような、複数の分散補償回折格子とすることができる。もちろん、本実施例に調和して、光装置１４００の個々の分散補償光導波路のそれぞれは、出力光信号１４０７がそれぞれの波長帯のいずれの点においても所望の大きさの分散(正、負またはゼロ)及び分散勾配(同じく、正、負またはゼロ)を有するように、所望の波長範囲にわたり光装置の総分散曲線のある部分に寄与するように選ばれる。
【００８１】
これまで説明した分散補償導波路に加えて、ここで説明される例示的実施形態にしたがうｎ本−直列結合分散補償光導波路の幾本かまたは全てとして、複合導波路を用いることができる。これらの複合導波路は上で詳細に説明したタイプの複合導波路とすることができる。
【００８２】
この複合導波路構造体の屈折率プロファイルは、上で詳細に説明した方法により動的に変え得ることに注意されたい。これにより、複合導波路構造体の分散特性を選択的に変化させることが可能になる。あるいは、式(１)の選択されたパラメータを固定しておくことにより、屈折率プロファイルを実質的に不変に保つことができる。
【００８３】
次に図１５を取り上げれば、結合係数ｋが異なる様々な複合導波路構造体についての波長分散対波長のグラフの代表例が示されている。特定の波長λ０において、波長分散は、対称固有モード(基本モード)については最大ピーク２０１に達し、非対称固有モード(一次高調波)については最小ピーク２０２に達する。
【００８４】
図３を見ればわかるように、波長分散(正または負の分散)の絶対値は結合係数ｋにも依存する。さらに、式(１)からすれば、ｋ及び群速度ｖ１とｖ２の変化により波長λ０まわりで群速度分散の値が変わることになろう。コア、リングまたはクラッドの屈折率(またはこれらの組合せ)の小さな変化により波長分散に実質的な変化が生じ得るはずである。屈折率プロファイルの変化による分散値の変化には共鳴波長λ０のシフトもともなう。上述したように、例示的な一実施形態のｎ本−直列結合光導波路のそれぞれに対して、選択された、コア、リングまたはクラッドの屈折率のようなパラメータを、所望の分散曲線に対して設定することができるか、所望の分散曲線を達成するために選択的に変えることができるか、またはこれらの手法の組合せを用いることができる。
【００８５】
プロファイルが変えられたときに分散値の変化及び共鳴波長のシフトを変化させる上記効果の全ては、結合されており、分離することはできない。特に、屈折率の変化により、分散の形状だけでなく、図１６に示されるグラフの横座標(波長軸)に沿う曲線のシフトも生じ得る。これにより、分散特性、したがって波長分散及び分散勾配の調整が可能になる。
【００８６】
本発明のｎ本−直列結合分散補償導波路の内の１本またはそれより多くに対して複合導波路を用いることにより、特定の分散勾配をもつ所望の波長分散特性の選択を達成することができる。あるいは、本発明のｎ本−直列結合分散補償導波路の内の１本またはそれより多くに対して複合導波路を用いることにより、波長分散及び／または分散勾配の調整が可能になる。この調整は、出力信号１４０７の正味の分散及び／または分散勾配を動的に変化させるために用いることができる。複合導波路構造体及び複合導波路構造体を用いる分散及び／または分散勾配の動的補償はいずれも、上でさらに詳細に説明されている。
【００８７】
図１５に示されるように、複合導波路を用いた分散補償導波路の分散特性は近似的に、表示されている通り、平坦、線形、凹及び凸形状をとり得る。さらに、この説明が進めばさらに明確になるであろうように、特定の複合ファイバに対する式(１)の変数(例えば結合係数ｋ)の適切な選択により、特定の波長範囲にかけて特定の曲線形状を選択することができる。これにより、光装置１４００のｎ本−直列結合分散補償光導波路の合成された総分散特性を得ることが可能になる。
【００８８】
図１６は、様々な結合係数を有する複合導波路構造体による、ある波長帯にわたる分散勾配(波長の単位変化当りの分散の変化)の例を示す。
【００８９】
本実施例の上記説明から、直列結合分散補償導波路の選択に応じて様々な分散曲線が得られることがわかる。所望の大きさの分散及び／または分散勾配を実施するための所望の分散曲線の合成は、特定の分散補償導波路及びそれぞれの分散補償導波路の長さの選択により容易に達成できる。例示的直列結合分散補償導波路を取り入れている例示的実施形態をここで説明する。
【００９０】
図１７は例示的な一実施例にしたがう直列接続された複合導波路構造体(例えば、上述した分散補償ファイバ)を用いて達成することができる分散特性の例を示す。すなわち、２本またはそれより多くの複合導波路を直列に結合することにより特定の波長帯にかけて多様な分散特性を実現することができる。これらの分散特性は例えば、正の線形勾配、負の線形勾配、無勾配、凹形上昇、凹形下降、凸形上昇及び凸形下降である(大きな正の分散値及び特性には通常、複合導波路構造体での高次モードの励起及び伝搬が必要となり得ることに注意されたい)。さらに、これらの曲線のそれぞれは正または負とすることができ、波長帯の特定の領域にかけて正であり、波長帯の別の特定の領域にかけて負であって、正の領域と負の領域の間の遷移領域にかけてはゼロである、分散曲線を合成することが可能である。ここでも、ｎ本−直列結合分散補償導波路の合成分散特性は、(このファイバに)選ばれる分散補償導波路の本数、及びそれぞれの分散補償導波路の分散特性及び長さに依存する。
【００９１】
さらに、ある波長帯にわたる分散特性は、その波長帯の一領域にかけて１つの形状を有し、その波長帯の別の領域にかけて別の形状を有するように、合成することができる。最後に、線形勾配、凸／凹曲線の曲率半径及び無勾配部の値は例示に過ぎないことに注意されたい。それぞれは、複合導波路構造体の適切な選択及びそれぞれの複合導波路構造体の長さの選択により、大きくすることも小さくすることもできる。
【００９２】
図１８は、それぞれが特有の分散及び分散勾配特性を有する、３種の例示的な分散補償光ファイバ(ファイバＡ，Ｂ及びＣ)についての波長分散対波長を示す。
【００９３】
図１８を見ればわかるように、ファイバＡ，Ｂ及びＣは、相異なる公称分散/ｋｍを有する。したがって、これらのファイバの長さが変われば相異なる結果が導かれることになろう。
【００９４】
ファイバＡは、選ばれた波長帯にかけて、上に凸の勾配をもつ負の分散特性を有する。ファイバＢはやや正の線形勾配をもつ正の分散特性を有し、ファイバＣは勾配のない負の分散特性を有する。これらのファイバの長さが変われば全く異なる結果が生じるであろうことに改めて注意されたい。分散値及び分散勾配値をさらに広い波長範囲に適合させるために、長さの変化に対する特性の変化の関係を用いることができる。
【００９５】
例えば、１.５ｋｍのファイバＡ，０.５ｋｍのファイバＢ及び１ｋｍのファイバＣから選んで直列接続することにより、図１９ａに示される合成分散曲線が得られる。図１９ａを見ればわかるように、それぞれが相異なる分散特性を有する例示的分散補償ファイバの上記の例示的な長さの組合せにより、曲線に沿うそれぞれの点において相異なる分散値及び分散勾配を得ることができる。本例示的実施形態においては、選ばれた長さのファイバＡ，Ｂ及びＣから選んで直列接続したそれぞれの結果は、この波長帯にかけて負の総分散及び上に凸の負の分散勾配を有する分散特性である。
【００９６】
図１９ａに示される分散特性は上記３種の例示的光ファイバを用いて実現可能な組合せの例示に過ぎないことを強調しておく。例えば、図１９ｂは５ｋｍのファイバＢ及び１ｋｍのファイバＣの直列結合により実現された分散特性を示す。この例示的実施形態では、上記の例示的な波長帯にわたり正の分散及び分散勾配を分散特性が示す。
【００９７】
図１９ａ及び１９ｂに関して説明した実施例が本明細書に開示される発明の例示に過ぎないことも強調しておく。もちろん、様々な結果を達成するために別の長さの別の分散補償光導波路を選ぶことができる。所望の分散及び分散勾配特性を有する特定の導波路の特定の長さの選択により、直列に結合した場合に、選択された波長帯にわたる多様な分散特性が可能になる。
【実施例３】
【００９８】
ここまで、本開示の焦点は光信号の波長分散及び／または分散勾配の動的及び静的制御の様々な装置及び方法にあった。本実施例に関して説明する例示的実施形態にしたがって、これまで説明した原理が制御アーキテクチャに実装される。
【００９９】
本実施例の例示的な一実施形態にしたがって、個々の分波波長チャネルのそれぞれがそれぞれの分散制御モジュールに入力される。それぞれの分散制御モジュールは、光信号に波長分散及び／または分散勾配を、選択的に、調整可能な態様で導入する、少なくとも１つの複合導波路構造体を備える。正及び負の波長分散及び／または分散勾配を１つまたはそれより多くの複合導波路構造体をもつ比較的単純な構成を用いて光信号に導入できることが利点である。
【０１００】
光信号に導入される波長分散及び分散勾配は、動的に調整することができ、特定の１つまたは複数の波長において可変とすることができる。勾配または波長分散の絶対値の変化は、特定の中心波長における波長分散調節または分散勾配調節の可変性と一般に称されることに注意されたい。さらに、本発明の例示的実施形態にしたがう分散制御モジュールのそれぞれは、所要の許容度及び信号条件に依存して、１つまたはそれより多くの波長チャネルにわたって動作するように適合させることができる。
【０１０１】
説明が進めば明解になるであろうように、本発明の波長分散制御モジュールは非常に多くの目的に適用できる。例えば、例示的な一実施形態にしたがう波長分散制御モジュールは光信号のＣＤを補償することができる。すなわち、ＣＤ制御モジュールの入力において光信号に存在する波長分散は、大きさは等しいが符号が反対のＣＤを信号に導入することにより、出力においてはゼロにされる(すなわち補償される)であろう。同様に、どのような分散勾配も、本波長分散補償モジュールによりゼロにされ得る。
【０１０２】
あるいは、本発明の例示的な一実施形態にしたがって波長分散及び／または分散勾配をいずれか必要な(非ゼロの)レベルにするために、補正、調整または変更のための波長分散及び／または分散勾配を光信号に導入することが有用であり得る。例えば、このことは、増幅点及び／または、光信号に存在する波長分散及び／または分散勾配をゼロにすることが望ましくないことがある、波長挿入／分岐モジュール(ＷＡＤＭ)では望ましいことがある。むしろ、光信号に正味の正または負の波長分散値または分散勾配値を有することが望ましいことがある。
【０１０３】
さらに、全てのチャネルの波長分散がある所望の滑らかに変化する関数に調節される分散等化を実施するために、本発明の例示的な一実施例にしたがうＣＤ制御モジュールを用いることが望ましいことがある。分散等化は、全てのチャネルの光パワーがあらかじめ定められたあるレベルになっていることが望ましい、挿入／分岐モジュールにおける利得等化器に類似している。同様に、分散等化は、全ての波長チャネルをとり、これらをある光ＣＤプロファイルに設定することと類似しているともいえる。
【０１０４】
図２０を取り上げれば、本発明の例示的な一実施形態にしたがう光デバイス２０００が示されている。伝送区間において光マルチプレクサ２００２(ＭＵＸ)が複数の個別波長チャネル２００１を多重化する。多重化光信号は、当業者には良く知られた、例えばエルビウムドープファイバ増幅器である、光増幅器２００３(ＡＭＰ)に入力される。第１の分散制御モジュール２００４をこの増幅段に備えることができる。増幅された信号が増幅器２００３から出力され、第２の分散制御モジュール２００５が増幅器２００３からの出力信号に波長分散及び／または分散勾配を選択的に導入する。
【０１０５】
光伝送システムは波長挿入／分岐モジュール２００６を備えることができる。そのようなモジュールは、光信号への光チャネルの挿入または光信号からの光チャネルの分岐に有用である。第３の分散制御モジュール２０１２をＷＡＤＭに接続して、波長チャネルが主光経路に挿入されたときに波長分散を選択的に調整することができる。上述したように、この調整はＷＡＤＭの適用において特に有利である。
【０１０６】
最終的に，多重化光信号はデマルチプレクサ(ＤＥＭＵＸ)２００７に入射する。デマルチプレクサ２００７からの出力は複数の個別波長チャネル２００８である。ｎ本の個別波長チャネルはそれぞれの中心周波数λ１,λ２,λ３,...,λｎを有し、それぞれの個別波長チャネルの帯域幅は一般に、国際電気通信連合(ＩＴＵ)規格のような既知の遠距離通信規格にしたがう。
【０１０７】
複数の個別波長チャネル２００８のそれぞれは、許容し得ない大きさの波長分散及び／または分散勾配を有していることがある。当業者にはよく知られているように、この波長分散の発生源は、光通信システムの光デバイス及び素子、及び／または機械的歪及び応力並びに温度を含む環境要因である。
【０１０８】
光システムにおける波長分散および分散勾配に対する許容度は、伝送速度が高くなるにつれて益々狭くなっている。例えば、４０Ｇビット/秒光通信システムにおける分散補償に対する許容度は１０Ｇビット/秒光通信システムの約１/１６である(すなわち、データレートの乗数は２の冪である)。したがって、光信号の伝送中だけではなく、光通信システムの受信端における個別波長チャネルへの分波後にも、波長分散および／または分散勾配を補償することは有用であり得る。
【０１０９】
分波された波長チャネルはそれぞれ、図２０の例示的実施形態の複数の受信端分散制御モジュール(ｒ-ＤＣＭ)２００９のそれぞれ１つに入る。もちろん、これは例示に過ぎず、１つまたはそれより多くの個別波長チャネルが１つのｒ−ＤＣＭに入力され得ることを、本明細書でさらに十分に説明する。図２０の例示的実施形態にしたがう受信端分散制御モジュールにより、選択的な波長分散調節及び分散勾配調節が、調整可能で、実質的に複合された光導波路構造体を用いて変え得る態様で可能になる。波長分散調節および分散勾配調節の調整可能性及び可変性は、分散制御モジュール２００９の１本またはそれより多くの光ファイバの屈折率を変えることにより、モジュールに生じる。最終的に、波長分散が補償された波長チャネルからの出力は受信器(Ｒｘ)２０１０に入力される。
【０１１０】
受信端分散制御モジュール２００９は、少なくとも１本の複合光導波路構造体(図示せず)を備えていると有用である。共鳴周波数においてスーパーモードに対応する、１本(または複数本)の複合導波路により示される波長分散は、導波路の屈折率を変えることにより、絶対値、符号及び勾配を変えることができる。波長分散調節及び分散勾配調節に用いられる１本(または複数本)の光導波路のさらなる詳細は、複合導波路の屈折率プロファイルを選択的に変えるための例示的機構とともに、上で説明されている。受信端分散制御モジュール２００９には、例えば、上述した例示的実施形態の光導波路及び機構が、適宜、組み込まれて、利用される。
【０１１１】
第１及び第２の分散制御モジュール、２００４及び２００５はそれぞれ、比較的広帯域の分散制御モジュールであると有用であることにも注意されたい。これらの分散制御モジュールは、上述した例示的実施形態の分散制御方法及び装置に基づくことができる。あるいは、これらの分散制御モジュールは、上述した分散制御手法に基づくことができる。
【０１１２】
複合光導波路のそのような使用の一例が図２１ａにグラフで示される。図２１ａは、本発明の例示的な一実施形態にしたがう受信端分散制御モジュール２００９についての分散対波長のグラフである。受信端分散制御モジュールは、例えば３本の導波路を備える。これらの導波路のそれぞれは、上述したような複合導波路構造体である。第１の導波路は第１の分散曲線２１０１を有し、第２の導波路は第２の分散曲線２１０２を有する。第３の分散曲線２１０３を有する第３の導波路は、分散の勾配の制御に特に有用である。図２１ａに示される例示的実施形態において、分散曲線は、複合導波路の第１高調波スーパーモード(対称スーパーモードまたはＬＰ０１とも称される)の分散曲線である。第１高調波スーパーモードはモード変換器(図示せず)を用いて有効に励起される。本例示的実施形態において、付加される波長分散は正である。したがって、本モジュールで与えられる分散調節は正である。本明細書で説明されているように、基本スーパーモード(非対称スーパーモードまたはＬＰ０１とも称される)を励起することにより負の分散調節を達成することができる。
【０１１３】
第１の分散曲線２１０１は、共鳴波長λ０１に対応する共鳴角周波数ω０１を有する第１の光導波路の対応光モードに対する分散曲線である。同様に、第２の導波路の第２の分散曲線２１０２は共鳴波長λ０２を有し、第３の分散曲線２１０３は共鳴波長λ０３を有する。第１と第２の曲線の交点２１０４において、特定の大きさの波長分散が受信端分散制御モジュールにより導入され得る。この交点２１０４は、特定の分散制御モジュールを通過する特定の波長チャネルの中心波長に対応する特定の波長λｃにあるように選ばれる。特定の大きさの波長分散調節Ｄａの導入に加えて、分散曲線２１０３を有する第３の導波路により、波長分散勾配調節を制御することもできる。
【０１１４】
理解されるように、本例示的実施形態で導入される波長分散は正であるが、分散勾配は負である。さらに、本例示的実施形態において、受信端分散制御モジュールに入力される光信号の波長分散及び分散勾配は、光信号に存在するＣＤ及び分散勾配と絶対値が等しく符号が反対のＣＤ及び勾配の導入によりゼロに調節される(すなわち補償される)。これは本発明の例示に過ぎず、上述したように、本発明の例示的な一実施形態にしたがえば、ＣＤ制御モジュールはＣＤ及び分散勾配を正味で正または負の値に調節することができる。
【０１１５】
例示的実施形態の分散制御モジュールの特定の複合導波路の屈折率を変え得る能力により、個々の導波路の共鳴周波数／共鳴波長を変えることができる。すなわち、複合導波路構造体を用いる分散補償に関して上で説明したように、分散曲線をシフトさせることができる。これにより、分散制御モジュールの個々の光導波路のそれぞれの“同調”が可能になる。この“同調”は、全体的に、図２１ａの波長軸に沿う正及び負の方向の矢印で示される。したがって、特定の中心波長λｃにおける波長分散調節の絶対値を、屈折率を変えることにより、必要に応じて変えることができる。さらに、第３の分散曲線２１０３をシフトさせることにより、分散勾配調節の絶対値及び符号の変化を生じさせることができる。加えて、曲線をシフトさせる(例えば曲線２１０２を曲線２１０２'にシフトさせる)ことにより交点の波長を変えることができ、したがって、別の中心波長λｃ'における波長分散及び分散勾配の導入が可能になる。この場合も、波長分散調節及び／または勾配調節の絶対値は、屈折率を変える(１つまたはそれより多くの分散曲線をシフトさせる)ことにより、上記の別の中心波長において変えることができる。
【０１１６】
さらに、知られているように、分散勾配の悪化は信号伝送に悪影響を与え得る。分散勾配の悪化は、光導波路(例えばファイバ)の分散勾配、光伝送システムの光コンポーネント及び装置の分散勾配、及び分散勾配を変え得る温度変動により生じ得る。ある種の伝送方式で動作する高伝送速度システムに対しては分散勾配の制御及び補正が益々重要になる。例えば、ＲＺ方式を用いる４０Ｇｂｐｓ光ネットワークは、受信光信号の波長分散勾配が１００ｐｓ/ｎｍ２ないしそれより大きい場合には、品位が下がる。
【０１１７】
したがって、本発明の例示的実施形態の特に有利な面の１つは、分散勾配を動的に、調整可能な態様で、制御及び調節できる能力である。例えば、図２１ａでλｃにおける勾配調節は負である。しかし、第３の導波路を“同調”させることにより、λｃにおける勾配調節を、所望の結果を得るために絶対値及び符号のいずれについても変えることができる。
【０１１８】
最後に、図２１ａに関して説明した例示的実施例にしたがう受信端分散制御モジュールには、いくつかの特に注記すべき点がある。
【０１１９】
第一に、受信端分散制御モジュールは、例示として、中心波長がλｃの単一波長チャネルにおける波長分散を調節していることに注意されたい。しかし、受信端ＤＣＭは、１つより多くの波長チャネルにおいて波長分散及び／または分散勾配を調節するように設計することができるであろう。もちろん、これは選択性調整(例えば、分散曲線２１０２を分散曲線２１０２'にシフトさせ、よって分散曲線２１０２'と分散曲線２１０１との交点を別の中心周波数λｃ'におく)により達成できるであろう。これは、他の波長チャネルの特定の１つ(または複数)の中心波長において、特定の分散値で、交差するように選ばれる分散曲線を有する導波路を分散制御モジュールに付加することによっても達成できる。さらに、必要に応じて、これらの波長チャネルの中心波長において特定の分散勾配を付加することができるであろう。
【０１２０】
第２に、分散調節及び分散勾配調節を達成するための３本の導波路の使用は例示に過ぎないことに注意されたい。すなわち、光信号に特定の大きさの波長分散及び／または分散勾配を導入するために備える導波路を、より多くするかまたはより少なくすることができる。例えば、上述したように、所望の波長で選択的に交差するように選ばれる様々な分散曲線を有する複数本の導波路を用いて、多数の波長チャネルの中心周波数において波長分散及び分散勾配を所望の大きさだけ調節することが可能である。さらに、３本より少ない導波路を用いて所望の１つまたは複数の波長における分散及び分散勾配を調節することが可能であり得る。
【０１２１】
第３に、光信号に分散勾配を付加する分散曲線２１０３がある大きさの波長分散も付加することに注意されたい。分散調節の最終レベルＤａの実現には、この付加された波長分散が考慮されなければならない。
【０１２２】
図２１ａに関して説明した例示的実施形態は特に正の波長分散及び負の分散勾配の導入による波長分散及び分散勾配の調節に関する。本発明の例示的実施形態にしたがう波長分散調節及び勾配調節は、正、負またはゼロとし得ることに注意されたい。波長分散の負の調節及び分散勾配の正の調節の例をここで説明する。
【０１２３】
図２１ａの例示的実施形態と同じく、図２１ｂに関して説明される例示的実施形態は３本の導波路を備える受信端ＤＣＭである。これらの導波路は、上で説明したような複合導波路である。しかし、図２１ｂに示されるように、負の波長分散特性を有するスーパーモードが、絶対値が等しく符号が反対(正)の分散特性を示すスーパーモードに直交していることに注意されたい。すなわち、ここで説明されるスーパーモードは、例示的な受信端ＤＣＭの複合導波路の基本モードである。これらの基本モードは複合導波路の非対称(またはＬＰ０１)スーパーモードである。
【０１２４】
受信端ＤＣＭの与えられた１本または複数本の導波路の対称及び非対称モードの同時励起は避けるべきであることに注意されたい。すなわち、基本モード及び第１高調波モードの分散曲線は互いに鏡像であり、同時に励起されると、受信端ＤＣＭによる波長分散調節がおこらないであろう。実際上は、好ましいことに、例示的受信端ＤＣＭの光モード入力は、所望の波長分散調節及び／または勾配調節を行うに必要な特定のモードを励起するための１つまたはそれより多くの光結合器(モード結合器)を用いて複合導波路の対称または非対称モードのいずれかに結合させることができる。
【０１２５】
図２１ｂに示される例示的実施形態において、第１の導波路の第１の分散曲線２１０５は、特定の波長チャネルの中心波長λｃに対応する点２１０７において第２の導波路の第２の分散曲線２１０６と交差する。これにより、大きさが(−)Ｄａだけの、波長分散補償の調節が得られる。さらに、分散曲線２１０８を有する、モジュールの第３の導波路により、分散勾配調節が導入される。例示的に、分散勾配調節は正である。もちろん、これは例示に過ぎず、この勾配はゼロまたは負にすることもできるであろう。
【０１２６】
図２１ａの例示的実施形態に関して注意を促したように、曲線をシフトさせることにより(この場合も、図に“同調”で示される)、他の中心波長において選択された大きさの分散調節及び／または勾配調節を行うために、図２１ｂの例示的実施形態の受信端ＤＣＭを動的に調整することができる。同様に、選択された波長(λｃ)における波長分散調節及び／または分散勾配調節の大きさを選択的に変えることができる。
【０１２７】
最後に、図２１ａに関して説明した受信端ＤＣＭに関して説明した注意点は、図２１ｂの例示的実施形態にも適用される。したがって、簡潔のため、これらの注意点の再度の説明は行わない。
【０１２８】
次に図２２ａ〜２２ｃを取り上げれば、本発明の例示的な一実施形態にしたがう代表的な分散対波長曲線が、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散制御モジュールの調整能力をさらに単純に説明するために示されている。これらのグラフ表示は、図２１ａ及び／または図２１ｂに示される分散曲線の、補償されている特定の波長チャネルの中心波長λｃにおける交点に近い部分の例示である。
【０１２９】
図２２ａ及び２２ｂに示されるように、特定の中心波長において受信端ＤＣＭにより導入される波長分散の大きさを同調できる能力は、複合導波路の屈折率プロファイルを変えることにより、本発明の例示的実施形態にしたがい、容易にもたらされる。図２２ａ及び２２ｂのグラフの矢印で示される同調により、最終的に、図２２ｃに示されるように特定の中心波長において分散の絶対値を大きくまたは小さくできる能力が得られる。本例示的実施形態において、分散調節は正であり、調節の絶対値を変えるために２本の光ファイバが用いられている。もちろん、上述したように、曲線の交点を変えて、異なる中心波長λｃ'における波長分散調節を得るために、この同調能力を用いることができるであろう。さらに、上述したように、分散勾配の調節も同調させることができる。
【０１３０】
上で注意したように、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散制御モジュールは、１本またはそれより多くの光ファイバを組み込むことができ、光通信システムにおける様々な情況に適用することができる。上述したように、特定の光通信システムにおける波長分散に対する許容度が、様々な規格制定機関(例えばＩＴＵ)により規定されている。指定された許容度範囲内への動的波長分散補償の実施に対する本発明の適合能力を示すため、３種の情況をここで説明する。
【０１３１】
第１の例では、挿入／分岐マルチプレクサ(例えば図２０の波長挿入／分岐マルチプレクサ２００６)において、事実上、それぞれの波長チャネルに対して、個々の分散制御モジュール２００９を調整する必要があり得る。すなわち、それぞれの波長チャネルに対して相異なる分散制御モジュール２００９を備える必要があり得る。この情況では、特定の波長チャネルに整合される、それぞれの分散制御モジュールは、比較的狭い(すなわち、波長チャネルの帯域幅よりやや広い)帯域幅を有することになろう。この帯域幅にわたり、分散制御モジュールは、分散制御モジュールからの出力及び受信器(例えば受信器２０１０)への入力が規定された許容度範囲内の所望の分散値及び分散勾配を有するように、所望の絶対値及び勾配をもつ波長分散を、調整可能な態様で、光信号に生じさせることになろう。上述したように、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散制御モジュールの出力は、ゼロの波長分散及びゼロの分散勾配を有することができ、この場合は、波長分散及び勾配が補償されている。あるいは、必要に応じて、出力は正または負の波長分散レベル及び正または負の分散勾配を有することができる。本例示的実施形態の分散制御モジュール２００９のそれぞれは、１本またはそれより多くの、複合導波路波長分散調節を示す上述の例示的実施形態で説明した、光導波路及び制御された態様で屈折率を変化させるデバイスを備えることができる。
【０１３２】
別の例では、分散制御モジュール２００９は複数のチャネルにかけて波長分散を有効に調節することが可能であり得る。例えば、例示的な一実施例にしたがえば、特定の一モジュールにより分散許容度範囲内で４本の波長チャネルを十分に調節することができるであろう。少なくとも１本の複合光導波路構造体が必要であり、複合光導波路の屈折率プロファイルを有効に変えるためのデバイスが備えられることになろう。
【０１３３】
また別の例示的実施形態にしたがえば、特定の帯域(例えば特定のＤＷＤＭ光通信システムの全４０チャネル)にかけてどの中心チャネル波長にも有効に同調させることができ、規定された分散許容度範囲内にある適切な大きさの分散調節を個別波長チャネルのそれぞれの光信号に導入できるであろう、分散制御モジュール２００９を備えることが可能である。これは、やはり、１本またはそれより多くの複合導波路構造体を、１本(または複数本)の複合導波路について屈折率プロファイルを変えるためのデバイスとともに有する分散制御モジュールを用いて実施することができる。どの光チャネルの波長分散及び／または分散勾配も制御するために用いることができる分散制御モジュールは、“無色”と称される。そのような分散制御モジュールは、波長チャネル経路が調整可能な態様で定められる光ネットワークに有用である。そのような場合には、どの波長チャネルがどの光受信器で受信されるかが事前には分からない。
【０１３４】
多くの連続する光チャネルの内の１つのチャネルで波長分散を制御できる分散制御モジュールを備えれば十分である場合もある。そのような分散制御モジュールは“帯域限定”と称され得る；本モジュールは多くの連続する光チャネルの内のいずれか１本のチャネルを受信でき、受信チャネルの分散悪化を補正するように同調させることができる。帯域限定または無色の波長分散制御モジュールを備えることは、例示的実施形態に関して説明したような本発明の範囲内にある。
【０１３５】
例示的実施形態の議論により例示的実施形態に関して本発明を詳細に説明したが、本開示の恩恵を有する当業者には本発明の改変が明らかであろうことは明白である。そのような改変及び変形は特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の例示的な一実施形態にしたがう複合導波路構造体の屈折率対半径のグラフ表示である
【図２】本発明の例示的な一実施形態にしたがう複合導波路構造体の屈折率対半径のグラフ表示である
【図３】本発明の例示的な一実施形態にしたがう波長分散対波長のグラフ表示である
【図４】本発明の例示的な一実施形態にしたがう波長分散対波長のグラフ表示である
【図５】本発明の例示的な一実施形態にしたがう動的分散補償装置の簡略なブロック図である
【図６】本発明の例示的な一実施形態にしたがう動的分散補償装置の簡略なブロック図である
【図７】本発明の例示的な一実施形態にしたがう動的分散補償装置の簡略なブロック図である
【図８】本発明の例示的な一実施形態にしたがう波長分散補償モジュールの機能ブロック図である
【図９】様々な試験温度における光ファイバについての総波長分散対波長のグラフ表示である
【図１０】比較的小さい曲率半径を有するコイルに巻かれた様々な分散補償ファイバについての、温度による総分散変化のグラフ表示である
【図１１】比較的大きな曲率半径を有するコイルに巻かれた様々な分散補償ファイバについての、温度による総分散変化のグラフ表示である
【図１２】本発明の別の例示的実施形態にしたがう分散補償モジュールの機能ブロック図である
【図１３】本発明の別の例示的実施形態にしたがう波長分散補償モジュールの機能ブロック図である
【図１４】本発明の例示的な一実施形態にしたがう光装置の略図である
【図１５】本発明の例示的な一実施形態にしたがう光装置に用いられる例示的分散光補償ファイバについての波長分散対波長のグラフ表示である
【図１６】本発明の例示的な一実施形態にしたがう光装置に用いられる例示的分散光補償ファイバについての波長分散勾配対波長のグラフ表示である
【図１７】本発明の例示的な一実施形態にしたがう代表的な分散補償ファイバについての波長分散対波長のグラフ表示である
【図１８】本発明の例示的な一実施形態にしたがう３種の光ファイバの常分散特性のグラフ表示である
【図１９ａ】本発明の例示的実施形態にしたがう選択的に直列に結合された光導波路ファイバの分散対波長のグラフ表示である
【図１９ｂ】本発明の例示的実施形態にしたがう選択的に直列に結合された光導波路ファイバの分散対波長のグラフ表示である
【図２０】本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散制御モジュールを備える光通信システムの簡略なブロック図である
【図２１ａ】本発明の例示的な一実施形態にしたがう３種の光導波路の分散対波長のグラフ表示である
【図２１ｂ】本発明の例示的な一実施形態にしたがう３種の光導波路の分散対波長のグラフ表示である
【図２２ａ】本発明の例示的な一実施形態にしたがう一光導波路についての分散入力対波長を示す
【図２２ｂ】本発明の例示的な一実施形態にしたがう別の光導波路についての分散入力対波長を示す
【図２２ｃ】本発明の例示的な一実施形態にしたがうまた別の光導波路についての分散入力対波長を示す
【符号の説明】
【０１３７】
７０１ 入力光信号
７０２ マルチプレクサ
７０３ 二次光信号
７０４ 分散補償モジュール
７０５ デマルチプレクサ
７０６ 出力光信号
７０７ ビット誤り率アナライザ
７０８ 温度コントローラ
７０９ レーザコントローラ
【０００１】
本発明は全般的には光通信システムに関し、特に、光信号の波長分散及び分散勾配を補償するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信システムを含む光伝送システムは、音声及びデータを高速で伝えるための魅力的な選択肢となっている。光伝送システムにおいては、光伝送媒体内の波長分散(ＣＤ)による波形劣化が、特に伝送速度が高まり続けていることから、問題となり得る。
【０００３】
光信号の波長分散は、ガラス光導波路のような伝送媒体では光信号の周波数が高くなるほど屈折率が大きくなるという事実により生じる。したがって、高周波側の光信号成分は“減速”し、対比して、低周波側の信号は“増速”することになろう。
【０００４】
単一モード光ファイバでは、材料分散及び導波路分散という２つの要因効果の相互作用により波長分散が生じる。材料分散は、例えばドープトシリカである、材料の波長、及び対応する群速度に対する屈折率の非線形依存性により生じる。導波路分散は、コア径及びコアとクラッドの間の屈折率差に対する、群速度の波長依存関係により生じる。
【０００５】
上述したＣＤ源に加えて、導波路材料内の不純物、機械的応力及び歪並びに温度効果も屈折率に影響し、波長分散の悪影響をさらに強め得る。
【０００６】
光信号が理想的には方形波であるデジタル光通信においては、波長分散によるビット幅拡大が特に問題になり得る。すなわち、波長分散の結果として、信号内の“速周波数”が減速し、信号内の“遅周波数”が増速するから、波形形状がかなりの影響を受け得る。この種の分散効果は、既に別のビットに割り当てられている時間枠へのパルスのオーバーフローを生じさせる、原パルスの時間幅拡大である。オーバーフローが過剰になると符号間干渉(ＩＳＩ)がおこり得る。ＩＳＩは許容できないレベルまでビット誤り率を増大させ得る。
【０００７】
理解されるように、長距離及び高速通信システムの設計及び構築には、光通信システムにおける伝送路の総波長分散の制御が必須である。この制御を達成するためには、信号のビット誤り率への総分散の寄与が許容され得る大きさまで総分散を低減する必要がある。普通に用いられている稠密波長分割マルチプレックス(ＤＷＤＭ)光通信システムにおいては、それぞれのチャネルの中心波長が隣接チャネルから約０.８ｎｍないし約１.０ｎｍ隔てられた、４０またはそれより多くの波長チャネルがあり得る。例えば、４０チャネルシステムは、約１５３０ｎｍから約１５７０ｎｍの範囲にチャネル中心波長を有することができよう。理解されるように、そのような光システムにおいては波長分散を補償することが重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光伝送システムにおいて波長分散及び分散勾配を動的に補償するための装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の例示的な一実施形態にしたがえば、光信号の波長分散を動的に制御するための装置は、複合された導波路(以降、複合導波路と称する)構造体及び、波長分散の変化を生じさせるために複合導波路構造体の屈折率を変える、デバイスを備える。
【００１０】
本発明の別の例示的実施形態にしたがえば、波長分散を動的に制御するための方法は、複合導波路構造体を提供する工程及び、光信号の波長分散に変化を生じさせるために、複合導波路構造体の屈折率プロファイルを選択的に変える工程を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、以下の詳細な説明を添付図面とともに読んだ場合に、最善に理解される。様々な特徴が必ずしも比例寸法で描かれてはいないことを強調しておく。実際上、議論を簡明にするため、寸法は任意に拡大または縮小されていることがある。
【００１２】
以下の詳細な説明では、説明のためであって限定のためではない、特定の詳細を開示する例示的実施形態が本発明の完全な理解を提供するために述べられる。しかし、本開示の恩恵を得た当業者には、本明細書に開示される特定の詳細とは異なる別の実施形態で本発明が実施され得ることが明らかであろう。さらに、本発明の説明を曖昧にしないため、良く知られたデバイス、方法及び材料の説明は省略されることがある。
【００１３】
簡単にいえば、例示的実施形態とともに説明するように、本発明は光信号の波長分散及び／または分散勾配を制御するための方法及び装置に関する。本制御は動的に実施され得るが、本発明の例示的な一実施例にしたがって静的にも達成され得る。
【００１４】
本発明の例示的な一実施例にしたがって複合光導波路構造体の屈折率プロファイルを変えることにより、波長分散及び／または分散勾配の制御を動的に実施することができる。例えば、屈折率プロファイルは複合導波路構造体の温度制御により変えられる。本発明の別の例示的実施形態にしたがえば、屈折率プロファイルは光導波路に(例えば二次レーザによる)放射光を導入することにより変えられる。
【００１５】
屈折率プロファイルの変化により、複合導波路構造体に励起されるスーパーモードの光伝搬特性が変わる。波長分散及び／または分散勾配の制御は、屈折率及びスーパーモードの分散特性の制御された変化により動的に実施される。複合導波路構造体におけるスーパーモード伝搬及び分散特性のさらなる詳細が本明細書に説明される。光信号に存在する合成波長分散及び／または分散勾配を、本発明の例示的方法及び装置により、ゼロ(すなわち補償済)、正または負に調節し得ることが利点である。
【００１６】
しかし、光導波路の屈折率プロファイルを制御された態様で変えるための上記の手法は例示に過ぎず、本発明の例示的な一実施例にしたがって光導波路の屈折率プロファイルを変えるための別の手法を用い得ることに注意されたい。例えば、複合導波路構造体に外部から印加される機械的力により屈折率変化を誘起することもできる。さらに、信号が増幅されるラマン共鳴二次レーザポンピングも複合導波路構造体の屈折率プロファイルに実質的変化を生じさせることができる。さらに、電気光学または音響光学特性をもつガラスまたは結晶を複合導波路構造体に用いれば、導波路に電場または音波を印加することにより、屈折率プロファイルの制御を実現することができる。
【００１７】
本発明の例示的な一実施形態にしたがって複合導波路構造体は中心コア及びコア周縁を囲むリングを有する光ファイバである。コア及びリングは、コアとリングの間のクラッド層及びリングの外部を囲むクラッド材料の屈折率より大きい屈折率を有する。
【００１８】
上述の複合導波路構造体は例示であって、スーパーモードに対応し得る複合導波路構造体を含む別のタイプの光導波路を本発明の教示と調和して用いることができる。例えば、コア周縁を囲んで重ねて配された１つより多くのリングをもつ光ファイバを用いることができる。単一リングファイバに関して説明した材料と同様のクラッド材料が一連のリングとリングの間に配されることになろう。さらに、スーパーモードに対応し得るプレーナ型複合導波路を用いることができる。すなわち、集積光学に用いられるような、基板にある多数のプレーナ型導波路を用いることができる。もちろん、本発明の目的を達成するために様々な構造及び材料を用いることができる。
【００１９】
図１を取り上げると、例示的複合導波路構造体の屈折率対半径の断面プロファイルが示されている。円筒形複合導波路構造体について、コア１０１の屈折率及びリング１０２の屈折率が半径の関数として示されている。さらに、コア１０１とリング１０２の間のクラッド材料１０３の屈折率がリング１０２の外側のクラッド材料１０３の屈折率とともに示されている。図１に示される例示的実施形態では、コア及びリングは所望の屈折率プロファイルを得るに適するようにドープされた同じ材料でつくられている。あるいは、コアとリングの材料を異なる材料とすることができる。さらに、コアとリングの間のクラッド層１０３の屈折率とリングの外側のクラッド層１０３の屈折率は、同じとするかまたは互いに異ならせることができる。さらに、リングの材料は同じとするかまたは異ならせることができ、これらのリングの屈折率は同じとするかまたは異ならせることができることに注意されたい。複数のリングがある場合、それぞれのリングは相異なる屈折率を有することができる。
【００２０】
次に図２を取り上げれば、別の複合導波路構造体の屈折率対半径のグラフ表示が示される。図２においても、複合導波路構造体は、コア２０１，リング２０２及びコア２０１とリング２０２の間及びリング２０２の外側に配されたクラッド２０３を有する、例示的な、円筒形複合導波路構造体である。この例示的実施形態におけるコア２０１及びリング２０２は異なる材料でつくられている。この実施形態でも、それぞれのクラッド層は同じかまたは相異なる屈折率を有することができる。
【００２１】
図１及び２にグラフで示されるような複合導波路構造体では、光が導波路のコアに結合される場合に、ある条件の下で、及び様々な態様で、光はリングに結合され得る。このタイプの結合は一般に方向性結合として知られる。さらに、そのような複合導波路システムの固有モードはスーパーモードと称される。複合導波路及びスーパーモードのさらなる詳細は、例えば、アムノン・ヤリフ(Amnon Yariv)著，「光エレクトロニクス」(第３版)，ｐ.４３７−４４７、及び、コールドレン(Coldren)及びコージン(Corzine)著，「誘電体レーザ及びフォトニック集積回路」，ｐ.２８２−２８７に見ることができる。
【００２２】
基本及び一次高調波スーパーモードの分散特性が、本発明の例示的な一実施形態にしたがって分散補償を実施するために用いられる。
【００２３】
リングとコアの間の結合により、上記の複合光導波路の分散は主として複合系の導波路分散によって支配される。詳しくは、群速度分散(波長分散)が式(１)：
【数１】
で近似され得ることを示すことができる。ここで、ＧＶＤは対称及び非対称スーパーモードの群速度分散、ｖ１及びｖ２はそれぞれ(波長λ０に対応する)角周波数ω０における第１及び第２の導波路の群速度、ｋは導波路の結合係数である。
【００２５】
ここで式(１)に関し、いくつかの点は論じる価値がある。第１に、結合係数ｋは複合導波路構造体の屈折率プロファイルに比例するとして示すことができる。さらに、ω＝ω０である場合に、２本の導波路間において光パワーが最大効率で結合されることを示すことができる。これはスーパーモードの共鳴条件として知られ、個々の導波路の固有モード速度間に位相速度差がない場合におこる。共鳴時には、伝搬モードが群速度の最大シフトを受け、波長分散は相対最大となる。本発明は全般的に、所望に応じて波長分散を変えるための屈折率プロファイルの動的操作に関する。
【００２６】
次に図３を取り上げれば、相異なる結合係数ｋを有する様々な複合導波路構造体についての波長分散対波長の代表的なグラフの例が示されている。特定の波長λ０において、波長分散は、対称固有モード(基本モード)については最大ピーク３０１に達し、非対称固有モード(一次高調波)については最小ピーク３０２に達する。
【００２７】
図３を見ればわかるように、波長分散(正または負の分散)の絶対値は結合係数ｋにも依存する。さらに、式(１)を見ると、ｋ及び群速度ｖ１とｖ２の変化により波長λ０まわりの値に変化が生じるであろう。コア、リングまたはクラッドの屈折率(あるいはこれらの組合せ)における小さな変化により波長分散に実質的な変化が生じ得るはずである。屈折率プロファイルの変化による分散値の変化には共鳴波長のシフトもともなう。プロファイルが変えられた場合には、分散値を変化させ、共鳴波長をシフトさせる、これらの効果の全てが結合され、分離することはできない。特に、屈折率の変化により、図３に示されるグラフの横座標(波長軸)に沿う曲線のシフトがおこり得る。
【００２８】
最後に、分散勾配(波長の単位変化当りの分散の変化)は、屈折率プロファイルを変えることにより制御可能な態様で変え得ることに注意されたい。知られているように、分散勾配の悪化は信号伝送に悪影響を与え得る。分散勾配の悪化は、光導波路(例えばファイバ)の分散勾配、光伝送システムの光コンポーネント及び装置の分散勾配、及び分散勾配を変化させ得る温度変動から生じ得る。分散勾配の制御及び補正はある種の伝送方式で動作する高伝送速度システムに対して益々重要になっている。例えば、ＲＺ(リターンツーゼロ)方式を用いる４０Ｇｂｐｓ(ビット／秒)光ネットワークは、受信光信号に１００ｐｓ(ピコ秒)/ｎｍ２ないしこれより大きい波長分散勾配があれば、品位が下がり得る。
【００２９】
したがって、例示的実施形態に関して説明されるような本発明の利点の１つは光信号の分散勾配を制御し得る能力である。分散勾配は、補償する(ゼロにする)ことができ、あるいは光信号の正味の分散勾配が正または負になるように調節することができる。
【００３０】
次に図４を取り上げれば、本発明の例示的な一実施形態にしたがうコア及びリング構成を有する例示的複合導波路構造体について実験で測定された、様々な温度に対する波長分散対波長のグラフが示されている。この例示的実施形態に用いられた複合導波路は、図３に示される分散特性を有する複合導波路と同じではないが、説明された物理的原理と同じ原理にしたがう。詳しくは、先に説明されたコア／リング複合導波路構造体の波長分散は導波路依存性を示し、温度依存性でもある。やはり、温度の変化により複合導波路についての屈折率プロファイルの変化が生じ、これが波長分散の温度依存性として現れる。
【００３１】
相異なる材料でつくられたコア及びリングを有する光ファイバを用いることにより、分散の温度ドリフトが増加し得る。この場合、材料の屈折率変化の温度係数に応じて、より高いドリフト効率を達成することができる。屈折率変化の温度係数の符号が反対であれば、変化効率をさらに高くすることができる。例えば、コアの屈折率の温度による変化が正であり、リングの屈折率の温度による変化が負であれば、効果がさらに顕著になる。この場合も、複合導波路のコア及び／またはリングと同じかまたは異なる材料でクラッド材料を作成し得ることに注意されたい。さらに、１つより多いリング(したがって１つより多いクラッド層)が複合導波路構造体に組み込まれている場合、一連のリングの屈折率は一般に同じではない。
【００３２】
先に述べたように、複合導波路構造体の温度を変えることは分散特性を変えるための一方法である。別の方法には二次光エネルギー源の使用がある。例えば、二次光源から光パワーを複合導波路構造体に入力して、共鳴波長のシフトをおこさせ得る非線形効果を生じさせることができる。すなわち、周波数の関数としての材料の屈折率が印加光源の強度により変化する。詳しくは：
【数２】
を光源の角周波数ω及び強度|Ｅ|２の関数としての屈折率、ｎ２を材料の非線形屈折率、Ｅを導波路を伝搬する光の電場成分として、式(２)：
【数３】
で表わされる。
【００３５】
光信号のエネルギーは複合導波路システムのコア導波路とリング導波路の間で実質的に均等に配分されるが、二次光源による励起の場合、共鳴波長λ０より長い波長についてはパワーのほとんどがリングに集中するであろうことに注意されたい。したがって、ポンピング波長及びファイバを通過している光信号の波長に依存して、異なる導波路部分、すなわちリング及びコアが別々に励起され得る。これにより、導波路の一方の部分の屈折率が高められ、二次光源の光が実質的に結合されない、他方の部分の屈折率は変化しないままとなる。
【００３６】
理解されるように、例示的な二次光源法を用いれば、導波路が共鳴波長近傍で動作するように設計され、適切な材料及び光パワーが選ばれる場合に、波長分散の完全光制御が可能である。このことは、理論ファイバが高い分散値で約１.５６μｍの共鳴波長を有している、図３にやはり見ることができる。可調デバイスを達成するための屈折率の代表的な変化の大きさは、共鳴波長まわりの分散値に依存して、１×１０−６から１×１０−２である。
【００３７】
さらに、完全光パワー制御は、先に述べたように、コアとリングに異なる材料を用いることによりさらに大きく強化することができる。この場合、相異なる非線形屈折率ｎ２をもつ材料により、分散値のさらに大きなドリフトを生じさせる光パワーをもって、λ０のシフトを大きくすることができる。最後に、容易に理解されるように、波長分散はｐｓ/ｎｍ-ｋｍの単位で与えられるから、ファイバ構造及び所望の分散補償の大きさに依存して、ファイバ長を大きくするかまたは小さくすることができる。実際の敷設においては、ファイバを、比較的短い直線ファイバまたは、コイルに巻かれた、より長いファイバとすることができる。
【００３８】
さらに、複合導波路光ファイバの屈折率プロファイルの動的変化が、本発明の例示的実施例にしたがって、温度制御、二次光源光パワー制御、または両者の組合せにより実施され得ることに注意されたい。圧力(外力)の使用、ファイバのドーパントとして用いられる電気光学材料への電場の使用、及び歪光学係数の利用をともなう音波の使用も、複合導波路構造体の屈折率プロファイルを動的に変えるために利用され得る。これらの手法の組合せにより、おそらく、さらに広い範囲の制御が得られるであろう。
【００３９】
図５は、本発明の例示的な一実施形態にしたがって完全光制御を用いる動的分散補償装置を示す。入力光信号５０２を二次光源信号５０３と結合するために、マルチプレクサ５０１が用いられる。例えば、二次光源はレーザである。もちろん、その他の光源を二次光源に用いることができる。
【００４０】
複合導波路構造体を備える分散補償モジュール(ＤＣＭ)５０４に信号が入力される。複合導波路構造体は、例えば上述したコア／リング構成を有する複合導波路光ファイバである。本発明の例示的な一実施形態にしたがって波長分散が補償された出力信号５０６を分離するためにデマルチプレクサ５０５が用いられる。ビット誤り率アナライザ５０７または同様のシステム性能モニタを用いて、二次光源信号５０３の入力パワーに任意の変化を生じさせることができる。入力パワーの変化は、例えばレーザコントローラ５０８の使用により生じる。
【００４１】
可調デバイスを達成するための代表的な屈折率の変化の大きさは、共鳴波長まわりの分散値に依存して、約１×１０−６から約１×１０−２の範囲にある。分散値の変化は、用いられるプロファイルに依存して、約−１０５ｐｓ/ｎｍ-ｋｍから約１０５ｐｓ/ｎｍ-ｋｍの範囲となり得る。例示される分散補償を達成するために二次光源信号５０３により与えられる光パワーは、約０Ｗから約１ｋＷの範囲にある。二次光源信号の波長は、例えば、約０.０１μｍから約１００μｍの範囲にある。
【００４２】
図６は、本発明の例示的な一実施形態にしたがって完全温度制御を用いる動的分散補償装置を示す。上述した本発明の例示的実施形態にしたがってコア及びリングを有する光ファイバのような複合導波路構造体を備える、分散補償モジュール(ＤＣＭ)６０２に入力光信号６０１が入射する。温度コントローラ６０３によりＤＣＭ６０２の温度が制御される。ビット誤り率アナライザ６０４または同様のシステム性能モニタを用いて、出力信号６０５の波長分散補正を解析することができる。ビット誤り率に基づく任意の必要な温度変化を、図示されるフィードバックループにある温度コントローラにより生じさせることができる。可調デバイスを達成するための代表的な屈折率の変化の大きさは、共鳴波長まわりの分散値に依存して、約１×１０−６から約１×１０−２の範囲にある。分散値の変化は、用いられるプロファイルに依存して、約−１０００００ｐｓ/ｎｍ-ｋｍから約＋１０００００ｐｓ/ｎｍ-ｋｍの範囲となり得る。例示される範囲で分散補償を実施するための温度変化は、約−１００℃から約＋１００℃の範囲にある。
【００４３】
図７は、本発明の例示的な一実施形態にしたがって分散補償を実施するために用いられる光パワー制御及び温度制御の組合せを示す。入力信号７０１がマルチプレクサ７０２に入射し、そこで二次光信号７０３と結合される。複合信号は分散補償モジュール(ＤＣＭ)７０４のＤＣＭ複合導波路に入射する。温度コントローラ７０８によりＤＣＭ７０４の温度が制御される。ＤＣＭ７０４の出力はデマルチプレクサ７０５に入力される。ＤＣＭ７０４による波長分散補償の大きさの変更を可能にするため、ビット誤り率アナライザ７０７により出力信号７０６が解析される。波長分散補償の大きさの変更は、温度コントローラ７０８による温度の変更及び／またはレーザコントローラ７０９による入力光パワーの変更により実施することができる。
【００４４】
図７の例示的実施形態に関して説明された様々な要素は図５及び６の例示的実施形態とともに説明された要素と実質的に同一であることに注意されたい。すなわち、ビット誤り率アナライザ７０７，温度コントローラ７０８，二次光源７０９等のような共通要素は、先に説明された要素と実質的に同じである。同様に、光パワー／温度複合制御分散補償装置において、可調デバイスを達成するための代表的な屈折率の変化の大きさは、共鳴波長まわりの分散値に依存して、約１×１０−６から約１×１０−２である。分散値の変化は、用いられるプロファイルに依存して、約−１０００００ｐｓ/ｎｍ-ｋｍから約＋１０００００ｐｓ/ｎｍ-ｋｍの範囲となり得る。温度変化はほぼ、約−１００℃から約＋１００℃の範囲にあり、二次光源からの光パワーは、約０.０１μｍから約１００μｍの範囲にあるポンピング信号波長において、約０Ｗから約１ｋＷである。
【００４５】
さらに、ＣＤ補償を達成するための上述したいずれかの手法は、アーキテクチャが図５〜７の例示的実施形態に関して説明した手法と同様の装置において、個別にまたは組み合わせて用い得ることに注意されたい。これらのいずれかの手法は、本質上、電気光学または音響光学による手法とすることができ、いずれも、個別にまたは本明細書に説明される１つまたはそれより多くの手法と組み合わせて用いられ得る。
【実施例１】
【００４６】
本実施例で説明されるような本発明の例示的な一実施形態にしたがって、分散補償モジュールはコイル巻きファイバ及び、コイル巻きファイバを通過している光信号に存在する波長分散を選択的に補償するためにコイル巻きファイバの温度を変える、温度源を備える。
【００４７】
本明細書でさらに詳細に説明されるように、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散補償装置及び方法は、分散補償のために特別に設計された光ファイバを用いる。例えば、分散補償ファイバは、光信号に存在する波長分散に値がほぼ等しいが、もちろん符号が反対であり、よって正味の波長分散がゼロになる、波長分散補償値を与える。すなわち、光信号の分散が正であれば、光信号の分散の総効果をほぼ相殺するように、補償ファイバは絶対値が等しい負の分散を有効に与える。しかし、正味の波長分散がゼロではないことが望ましい場合があり得ることに注意されたい。もちろん、例示的実施形態は、そのような結果を生じるように適合させることができる。
【００４８】
本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散補償方法及び装置の結果として、ほぼ１０Ｇビット程度またはそれより高い伝送速度を有する光通信システムにおいて、分散補償を動的に制御することができる。さらに、例えば約１５３０ｎｍから約１５７０ｎｍの範囲にある波長を含む、比較的広い波長帯にかけて本分散補償を実施することができる。最後に、説明が進めばさらに明確になるであろう態様で、分散補償に加えて、本発明の例示的な一実施形態にしたがう方法及び装置は波長分散補償の波長帯にわたる分散曲線の勾配の制御を可能にする。
【００４９】
図８を取り上げれば、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散補償モジュール８００が示されている。入力光ファイバ８０１がファイバコイル８０２に光結合される。ファイバコイル８０２はヒートシールパッケージ８０３内に配される。コントローラ８０４を用いてファイバコイル８０２の温度変化を生じさせることができる。ファイバコイル８０２の温度制御は、システム性能のフィードバックをもたない(例えば、温度が一定レベルに設定されて保たれる)開ループ制御方式とすることができる。あるいは、ファイバコイル８０２の温度制御は、システム性能のフィードバックに基づいてコイル温度を動的に調節する閉ループ制御方式とすることができる。例えば、閉ループ制御方式は、システムのビット誤り率(ＢＥＲ)測定値に基づくことができよう。ビット誤り率を制御するため、ある範囲(例えば約−４０℃から約１００℃)にわたってコイルの温度を変えることができよう。もちろん、システムのＢＥＲはシステム性能の一尺度でしかない。別の性能尺度を例示的閉ループ制御方式に用いることができるであろう。
【００５０】
制御方式の上記説明は、第一義的に開ループまたは閉ループ方式におけるファイバコイルの温度制御に向けられているが、本発明の例示的実施形態にしたがって光信号のＣＤを動的に補償するための屈折率変化を生じさせるために、別の手法を用いることができる。例えば、コイルの曲率半径及び／またはファイバにかかる張力を変えることによりファイバコイル８０２の屈折率を変えるために、コントローラ８０４を用いることができる。ファイバコイル８０２の応力及びファイバコイル８０２の曲率半径をコントローラ８０４が制御する例示的な一実施形態においては、コントローラ８０４により制御された回転をすることができる、円筒形素子(例えばマンドレル)またはその他の適切な形状につくられた素子を芯にしてファイバコイル８０２を配することができる。あるいは、ファイバコイル８０２を静止状態に配置することができ、コントローラ８０４はコイルの温度を変えるだけであることもあろう。
【００５１】
最後に、本例示的実施例の説明が進むにつれてさらに明確になるであろうように、屈折率制御は、１つの例示的手法を用いるかまたは例示的手法の組合せを用いて達成することができる。いずれにせよ、本ＣＤ補償は閉ループ制御方式または開ループ制御方式で達成することができる。
【００５２】
巻かれてファイバコイル８０２を形成する光ファイバは、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散補償のために特に設計される。知られているように、一般的な遠距離通信及びデータ通信の動作波長において、従来の分散補償ファイバは、絶対値で導波路分散が材料分散より大きい領域で動作するように特別に設計されている。一般に、シリカベース光ファイバの材料分散は通常約１.３３μｍでゼロ分散レベルを通過して正に転じるので、上記の領域は約１.５５μｍ領域にある。
【００５３】
非ゼロ分散シフト型ファイバは、導波路パラメータを変化させ、導波路分散、したがって導波路分散及び材料分散を含む総波長分散を、約１.５５μｍにおいてゼロに近い値にシフトさせることにより、ほとんどゼロの分散値で動作し、またそのように設計される。多くの場合、動作波長においてほとんどゼロの分散値を有する分散補償ファイバが得られるが、このファイバは通常、正の分散曲線勾配を示す。
【００５４】
光通信システムのビットレートは１０Ｇビット／秒を上まわるから、選ばれた波長帯にかけて低ビット誤り率伝送を保証するには、絶対分散値も分散勾配も補償することが有効である。このことは、多重チャネル波長分散マルチプレックス(ＷＤＭ)及び稠密波長分割マルチプレックス(ＤＷＤＭ)光システムにおいて特に当てはまる。
【００５５】
本発明の例示的な実施形態にしたがうファイバコイル８０２に用いられる光ファイバは、全動作波長において勾配及び分散のいずれの補償にも役立つように設計される。ファイバコイル８０２に用いられる光ファイバは、一般に、ＳＭＦ−２８のような通常の単一モードファイバに比べて、比較的小さなコア径及び比較的大きいコア−クラッド層間屈折率差を有する。
【００５６】
上述した光ファイバ(またはその他の光導波路)の性質により、屈折率変化に特に敏感な、ファイバの波長分散特性が得られる。例えば、ファイバコイル８０２の光ファイバにおける波長分散はファイバの温度変化に特に敏感である。さらに、説明が進めばさらに明確になるであろうように、光ファイバの曲率半径及び光ファイバにかけられる張力／応力のいずれも、本発明の例示的な一実施形態にしたがって用いられる特定の光ファイバに対する分散補償の大きさ対波長に影響を与え得る。
【００５７】
次に図９を取り上げれば、例示的光ファイバについての、様々な温度における分散対波長が示される。見てわかるように、光ファイバが−５℃の温度にあるときの分散曲線９０１は特異な分散対波長プロファイルを示す。２５℃の温度において、同じファイバが、波長が長くなるとともに下降するプロファイルを有する、異なる勾配を示す(曲線９０２)。この温度では、特定の波長に対してファイバは若干低いレベルの波長分散を有する。最後に、見てわかるように、５５℃の温度では同じファイバが、波長が長くなるとともに減少するが、与えられたそれぞれに波長において先の２つの温度におけるより絶対値が小さい、波長分散を示す(曲線９０３)。図９に示されるプロファイルは、ここでも、本発明の例示的な一実施形態にしたがう代表的な光ファイバについてのプロファイルである。
【００５８】
図９を見れば理解されるように、温度変化の結果としての波長分散対波長の変化は、光信号における波長分散補償の大きさを選択的に制御するために用いることができる。図８に示される例示的実施形態において、本発明の例示的実施形態にしたがう光ファイバは、ファイバコイル８０２にして、特定の波長帯にわたり分散の大きさを変化させるために適切に加熱または冷却することができる。分散補償モジュール８００において、光ファイバの加熱または冷却は、コントローラ８０４で温度源(図示せず)を制御することにより実施されよう。
【００５９】
本実施例の別の例示的実施形態と同じく、図８に示される例示的実施形態においても光ファイバがコイル巻きされた態様で配されていることに注意されたい。これは本発明の実施形態の例であるが、必ずしも必要ではない。すなわち、ファイバを、図８，１２及び１３の例示的実施形態に示されるように、コイル巻きにすることができる。あるいは、ファイバを全くコイルに巻かず、光信号における分散補償を実施するために適切に加熱／冷却するだけとすることができる。最後に、光ファイバ以外の光導波路を、本発明の例示的実施形態と調和させて用いることができる。これらの導波路は、コイルに巻くことも、巻かないでおくこともできる。これらの光導波路の屈折率は、本明細書に説明される手法により、選択的に、また動的に、変えることができる。
【００６０】
先に述べたように、本発明の例示的実施形態にしたがって波長分散補償に用いられる光導波路の形態は、堅くまたは緩く巻かれたコイルとすることができる。すなわち、例示的光ファイバの曲率半径は、用途に応じて、比較的小さくするかまたは比較的大きくすることができる。さらに、屈折率、最終的には波長分散の大きさ、を変えるためには、ファイバに応力を導入することが有効であり得る。これは、例えば、必要に応じてファイバにかかる張力を強めるかまたは弱めるために回転させることができるマンドレルを芯にしてファイバコイルを配することにより、行うことができる。図８に示される例示的実施形態にしたがって、それを芯にしてファイバコイル８０２が配されているマンドレルに接続されたサーボモーターを回転させるためにコントローラ８０４を用いることができる。
【００６１】
曲率半径及びファイバにかかる応力は独立に変え得ることに注意されたい。例えば、分散補償ファイバは比較的大きな半径を有するマンドレルを芯にして堅く巻くことができる。この場合、曲率半径及びファイバにかかる応力のいずれもが比較的大きくなろう。さらに、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散補償は、説明される様々な要因を個別にまたは組み合わせてとることにより実施され得ることに注意されたい。例えば、温度変化の使用は例示に過ぎず、単独で用いるか、他の手法と組み合わされて用いるか、あるいは単独でまたは組み合わせて用いられる他の手法の代わりに先行して用いることができる。
【００６２】
既に述べたように、分散補償を導入するために屈折率を変えるための様々な手法を用いることができる。ここでも、これらの手法は個別にまたは互いに及び／または温度変化と組み合わせて実施することができる。次に図１０を取り上げれば、本発明の例示的な一実施例にしたがう、維持温度が−５℃から＋５５℃に変えられたときの、５つの相異なる分散補償ファイバについての分散変化対波長が示されている。図１０に示される例示的実施形態の分散補償ファイバは、比較的小さな曲率半径を有する。この例示的実施形態では、比較的小さな曲率半径にともない比較的大きな張力／応力がファイバにかかっている。特定の温度に対し、図１０に示される光ファイバのそれぞれは大きさが異なる波長分散変化を示す。理解されるように、図示される特定の波長帯にかけて、本発明の例示的な一実施形態にしたがうそれぞれのファイバは、約４％から約１２％の範囲の分散変化を示す。分散変化の大きさは、用いられる特定のファイバ及びそのファイバの導波路構造による感温性に依存する。図１０の例示的実施形態の比較的堅く巻かれたファイバコイルについての全般的傾向は、波長の増大にともなう分散変化の減少であることにも注意されたい。
【００６３】
次に図１１を取り上げると、比較的大きな同じ曲率半径を有する３つの相異なる光ファイバについての総分散変化対波長が示されている。この場合、ファイバにかかる張力／応力は比較的小さい。ここでも、図１１にグラフで示される光ファイバのそれぞれについて温度が−５℃から＋５５℃の範囲で変えられている。図１１を見ればわかるように、それぞれの光ファイバは特定の温度においてかなり異なる波長分散変化を有する。しかし、理解されるように、総分散変化は全般的に波長の増大にともない大きくなる。
【００６４】
上記の説明から、温度、コイル巻き光ファイバの曲率半径及び光ファイバにかかる張力／応力の変化は、それぞれ単独で、あるいは組み合わされて、比較的広い波長帯にわたり広い範囲の波長分散補償を可能にすることがわかる。さらに、他の光導波路を用い得ること及びファイバを必ずしもコイルに巻く必要はないことに、再度、注意されたい。
【００６５】
例示的な一実施形態にしたがえば、１つまたはそれより多くのコイル巻きファイバを、分散補償モジュール８００のような分散補償モジュールに配備することができる。例えば、１つのコイルには曲率半径が比較的小さなファイバを有し、別のコイルには曲率半径が比較的大きな別のファイバを有することが有用であり得る。最終的に、そのような分散補償モジュールにより、様々な分散補償値及び勾配を実現できる。前と同様に、望ましければ、光ファイバ８０１を通過している光信号に望ましい大きさの波長分散補償を行うために、コントローラ８０４を用いて分散補償モジュール８００の光ファイバの温度を変化させ、制御することができる。最後に、曲率半径だけでなく個々のファイバコイルにかかる張力も、先に述べた態様で動的に制御することができる。
【００６６】
次に図１２を取り上げれば、本発明の別の例示的実施形態にしたがう分散補償モジュール１２００が示されている。分散補償モジュール１２００は、図８の分散補償モジュール８００の実質的に全ての要素を、顕著ないくつかの付加要素とともに備える。したがって、同様の要素及びその性質の詳細は簡潔のために省略し、分散補償モジュール８００と１２００の間の差異だけを詳細に説明する。
【００６７】
本発明の例示的実施形態にしたがう分散補償モジュール１２００は入力光ファイバ１２０１及びファイバコイル１２０２を備える。コントローラ１２０５が、ファイバコイルの温度及び／または、ファイバコイルにかかる張力または応力並びにファイバコイルの曲率半径のいずれをも、有効に制御する。ファイバコイル１２０２に用いられる光ファイバ１２０１、コントローラ１２０５及び分散補償の動的制御は先に説明した通りである。図１２に示される例示的実施形態にしたがい、モードストリッパ１２０３が有効に用いられる。これらのモードストリッパ１２０３はヒートシールパッケージ１２０４内に配される。モードストリッパ１２０３は、例えば、マンドレルを芯にして配された光ファイバ１２０１またはその他の適する光導波路を備える。光ファイバ／導波路は一般に、光ファイバ１２０１と同じ分散特性を示す。マンドレルは一般に、ファイバコイル１２０２の曲率半径より実質的に小さい曲率半径を有する。モードストリッパは、マンドレルを芯にして配された光ファイバにマイクロベンディングを誘起するために用いることができる。最終的に、マイクロベンディングは、光ファイバが多重モードに対応している場合には特に、分散変化を改善することができる。モードストリッパ１２０３もコントローラ１２０５により動的に制御され得ることに注意されたい。すなわち、モードストリッパ１２０３に用いられるファイバの曲率半径を変えて、所望の大きさの分散変化を生じさせることができる。
【００６８】
次に図１３を取り上げると、本発明の別の例示的実施形態にしたがう分散補償モジュール１３００が示されている。入力光ファイバ１３０１は第１のピンアレイ１３０２に結合される。ピンアレイ１３０２は第１のモードストリッパ１３０３に結合され、モードストリッパ１３０３はファイバコイル１３０４に結合される。ファイバコイル１３０４からの出力は第２のモードストリッパ１３０８に入力され、第２のモードストリッパ１３０８は第２のピンアレイ１３０５に結合される。これらの要素は全て、ヒートシールパッケージ１３０７内に配される。分散補償モジュール１３００の様々な要素の、温度、曲率半径及び各要素にかかる応力を制御するためにコントローラ１３０６を用いることができる。理解されるように、図１３に示される要素の多くは、図１２に示される例示的実施形態の共通要素と実質的に同じであり、実質的に同じ機能を果たす。したがって、それらの詳細を繰り返すことはせず、差異だけを詳細に説明する。
【００６９】
第１及び第２のピンアレイ１３０２及び１３０５は、光ファイバへのマイクロベンディングの導入に特に有効である。第１のピンアレイ１３０２は例示に過ぎず、光ファイバにマイクロベンディングを誘起して分散変化を改善するために、別の要素を用いることもできる。ファイバのマイクロベンディングは、コントローラ１３０６を使用しても、マイクロベンディングを変えるに適する機構を使用しても、動的に制御し、変え得ることに注意されたい。マイクロベンディングは様々な方法で生じさせることができる。その例には、様々な寸法及びピン間隔のピンアレイの使用がある。さらに、拡大／縮小するように適合されたマンドレルを用いることができる。あるいは、ファイバに選択的に圧力を加えるために金属ワイアでつくられたメッシュを用いることができる。当業者には容易に明らかであろうように、マイクロベンディングの誘起に対しては、また別の手法が可能である。
【実施例２】
【００７０】
これまで説明した方法及び装置は、波長帯の特定の領域における所望の大きさの波長分散補償及び／または分散勾配補償を実施するために分散補償導波路の屈折率プロファイルを動的に変化させていた。しかし、本実施例で説明される例示的実施形態は、波長分散補償、分散勾配補償、または両者を、静的態様で可能にする。
【００７１】
本発明の例示的な一実施形態にしたがい、光装置は直列接続された整数(ｎ)本の分散補償光導波路を備える。分散補償導波路のそれぞれは、光装置が動作するように選ばれた波長帯の特定の領域において特定の分散特性を有するように選ばれる。さらに、分散は通常、ｐｓ/ｎｍ-ｋｍを単位として測定されるから、直列接続分散補償光導波路のそれぞれの適切な長さは、波長帯のそれぞれの領域において所望の大きさの分散補償を実施するように選ばれる。
【００７２】
したがって、本実施例の説明が進むにつれてさらに明確になるであろうように、光装置が動作する波長帯の特定の領域における特定の分散特性に対する、それぞれの分散補償光導波路の適切な選択、及び所望の大きさの分散補償を実施するためのそれぞれの導波路の長さの適切な選択により、本発明の例示的な一実施形態にしたがう光装置に対して分散特性を合成することができる。この合成分散特性は、光信号の波長分散、光信号の分散勾配、または両者をゼロにするように選ぶことができる。さらに、またはあるいは、この合成分散特性は、光信号の正味の正または負の波長分散の大きさを、光信号の正味の正または負の分散勾配とともに与えるように選ぶことができる。
【００７３】
図１４を取り上げれば、本発明の例示的な一実施形態にしたがう光装置１４００は、既知の光結合手法により直列に光結合されたｎ本の分散補償導波路を備えている。例えば、第１の分散補償導波路１４０１が第２の分散導波路１４０２に直列に結合され、以下同様にして、ｎ−１番目の分散補償導波路(図示せず)が光装置１４００の終端のｎ番目の分散補償導波路１４０３に結合される。説明の目的のためであって限定する目的ではなしに、分散補償導波路の本数(ｎ)は、例えば、２(ｎ＝２)以上であり、２０未満(ｎ＜２０)である。
【００７４】
光通信システムの入力光導波路１４０４を入力光信号１４０５が通過する。入力光信号１４０５は、例えば、複数の光チャネルを有するＷＤＭまたはＤＷＤＭ信号であり、それぞれのチャネルは規定された中心波長及びチャネル帯域幅を有し、それぞれのチャネルは規定されたチャネル間隔で隣接チャネルから隔てられている。
【００７５】
上で述べたように、様々な波長分散源が入力光信号１４０５に存在する総波長分散に寄与する。さらに、波長分散は波長に関して変化して、信号品質に有害な影響を及ぼし得る分散勾配に寄与する。様々な波長分散源からの光信号に存在する合成波長分散は、特定の波長帯(例えば、多重化入力光信号１４０５の波長帯)にかけて(分散特性と称されることが多い)特定の分散‘形状’すなわち分散曲線を有する。
【００７６】
本説明が進むにつれてさらに明確になるであろう理由のため、光装置１４００の分散補償光導波路のそれぞれは、選ばれた波長帯にわたるそれぞれの波長分散特性及び／またはそれぞれの分散勾配特性に関して選ばれる。直列結合波長分散補償導波路の合成波長分散特性及び分散勾配特性は、例えば、光信号に存在する分散及び／または分散勾配をゼロにする。すなわち、光装置１４００は、入力光信号１４０５の波長帯にわたり、入力光信号１４０５に悪影響を与える分散曲線に絶対値が等しく符号が反対の分散曲線を波長帯のどの点においても有するように、設計される。
【００７７】
したがって、本例示的実施形態において、入力光信号１４０５に存在する分散及び／または分散勾配はゼロにされ、よって出力光ファイバ１４０６の出力信号１４０７には実質的に波長分散及び／または分散勾配がない。しかし、先に述べたように、光装置１４００は、出力光信号１４０７が有限(正または負)の正味の波長分散、分散勾配、または両者を有するように、入力光信号１４０５に波長分散及び／または分散勾配を導入するために用いることができる。さらに、選択された波長帯にわたり、正味の波長分散は、(波長帯の)１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけて正とし、１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけて負として、１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけてゼロとすることができる。同様に、分散勾配は、１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけて正とし、１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけて負として、１つまたはそれより多くの部分波長帯にかけてゼロとすることができる。
【００７８】
光装置１４００は様々な用途に用いることができる。すなわち、光装置１４００は光通信システムの伝送ファイバの一体部分とすることができ、及び／または光装置１４００は単一光装置または直列接続された複数のそのような光装置からなる単体機能モジュールとすることができる。さらに、ｎ本−分散補償導波路は例えば本実施例において以下で説明されるタイプの分散補償光ファイバである。
【００７９】
光装置１４００のｎ本−直列結合分散補償光導波路は、ここで説明される様々なタイプの分散補償光導波路から選ぶことができる。これらの分散補償光導波路は例示を目的とするものであり、いかなる点においても本発明を限定することは目的とされていないことに注意されたい。さらに、ｎ本−直列結合分散補償光導波路は、全てを同じタイプの分散補償光導波路とするか、特定の波長帯にわたるそれぞれの特定の波長分散及び／または分散勾配特性に関して選ばれる、様々なタイプの分散補償光導波路の組合せとし得ることに注意されたい。
【００８０】
光装置１４００のｎ本−直列結合分散補償光導波路の幾本かまたは全てに用い得る分散補償光導波路の例は、選択された長さをもつ既知の分散補償光ファイバである。さらに、分散補償光導波路は、線形チャーピングまたは非線形チャーピングをかけることができる、ファイバブラッグ回折格子(ＦＢＧ)のような、複数の分散補償回折格子とすることができる。もちろん、本実施例に調和して、光装置１４００の個々の分散補償光導波路のそれぞれは、出力光信号１４０７がそれぞれの波長帯のいずれの点においても所望の大きさの分散(正、負またはゼロ)及び分散勾配(同じく、正、負またはゼロ)を有するように、所望の波長範囲にわたり光装置の総分散曲線のある部分に寄与するように選ばれる。
【００８１】
これまで説明した分散補償導波路に加えて、ここで説明される例示的実施形態にしたがうｎ本−直列結合分散補償光導波路の幾本かまたは全てとして、複合導波路を用いることができる。これらの複合導波路は上で詳細に説明したタイプの複合導波路とすることができる。
【００８２】
この複合導波路構造体の屈折率プロファイルは、上で詳細に説明した方法により動的に変え得ることに注意されたい。これにより、複合導波路構造体の分散特性を選択的に変化させることが可能になる。あるいは、式(１)の選択されたパラメータを固定しておくことにより、屈折率プロファイルを実質的に不変に保つことができる。
【００８３】
次に図１５を取り上げれば、結合係数ｋが異なる様々な複合導波路構造体についての波長分散対波長のグラフの代表例が示されている。特定の波長λ０において、波長分散は、対称固有モード(基本モード)については最大ピーク２０１に達し、非対称固有モード(一次高調波)については最小ピーク２０２に達する。
【００８４】
図３を見ればわかるように、波長分散(正または負の分散)の絶対値は結合係数ｋにも依存する。さらに、式(１)からすれば、ｋ及び群速度ｖ１とｖ２の変化により波長λ０まわりで群速度分散の値が変わることになろう。コア、リングまたはクラッドの屈折率(またはこれらの組合せ)の小さな変化により波長分散に実質的な変化が生じ得るはずである。屈折率プロファイルの変化による分散値の変化には共鳴波長λ０のシフトもともなう。上述したように、例示的な一実施形態のｎ本−直列結合光導波路のそれぞれに対して、選択された、コア、リングまたはクラッドの屈折率のようなパラメータを、所望の分散曲線に対して設定することができるか、所望の分散曲線を達成するために選択的に変えることができるか、またはこれらの手法の組合せを用いることができる。
【００８５】
プロファイルが変えられたときに分散値の変化及び共鳴波長のシフトを変化させる上記効果の全ては、結合されており、分離することはできない。特に、屈折率の変化により、分散の形状だけでなく、図１６に示されるグラフの横座標(波長軸)に沿う曲線のシフトも生じ得る。これにより、分散特性、したがって波長分散及び分散勾配の調整が可能になる。
【００８６】
本発明のｎ本−直列結合分散補償導波路の内の１本またはそれより多くに対して複合導波路を用いることにより、特定の分散勾配をもつ所望の波長分散特性の選択を達成することができる。あるいは、本発明のｎ本−直列結合分散補償導波路の内の１本またはそれより多くに対して複合導波路を用いることにより、波長分散及び／または分散勾配の調整が可能になる。この調整は、出力信号１４０７の正味の分散及び／または分散勾配を動的に変化させるために用いることができる。複合導波路構造体及び複合導波路構造体を用いる分散及び／または分散勾配の動的補償はいずれも、上でさらに詳細に説明されている。
【００８７】
図１５に示されるように、複合導波路を用いた分散補償導波路の分散特性は近似的に、表示されている通り、平坦、線形、凹及び凸形状をとり得る。さらに、この説明が進めばさらに明確になるであろうように、特定の複合ファイバに対する式(１)の変数(例えば結合係数ｋ)の適切な選択により、特定の波長範囲にかけて特定の曲線形状を選択することができる。これにより、光装置１４００のｎ本−直列結合分散補償光導波路の合成された総分散特性を得ることが可能になる。
【００８８】
図１６は、様々な結合係数を有する複合導波路構造体による、ある波長帯にわたる分散勾配(波長の単位変化当りの分散の変化)の例を示す。
【００８９】
本実施例の上記説明から、直列結合分散補償導波路の選択に応じて様々な分散曲線が得られることがわかる。所望の大きさの分散及び／または分散勾配を実施するための所望の分散曲線の合成は、特定の分散補償導波路及びそれぞれの分散補償導波路の長さの選択により容易に達成できる。例示的直列結合分散補償導波路を取り入れている例示的実施形態をここで説明する。
【００９０】
図１７は例示的な一実施例にしたがう直列接続された複合導波路構造体(例えば、上述した分散補償ファイバ)を用いて達成することができる分散特性の例を示す。すなわち、２本またはそれより多くの複合導波路を直列に結合することにより特定の波長帯にかけて多様な分散特性を実現することができる。これらの分散特性は例えば、正の線形勾配、負の線形勾配、無勾配、凹形上昇、凹形下降、凸形上昇及び凸形下降である(大きな正の分散値及び特性には通常、複合導波路構造体での高次モードの励起及び伝搬が必要となり得ることに注意されたい)。さらに、これらの曲線のそれぞれは正または負とすることができ、波長帯の特定の領域にかけて正であり、波長帯の別の特定の領域にかけて負であって、正の領域と負の領域の間の遷移領域にかけてはゼロである、分散曲線を合成することが可能である。ここでも、ｎ本−直列結合分散補償導波路の合成分散特性は、(このファイバに)選ばれる分散補償導波路の本数、及びそれぞれの分散補償導波路の分散特性及び長さに依存する。
【００９１】
さらに、ある波長帯にわたる分散特性は、その波長帯の一領域にかけて１つの形状を有し、その波長帯の別の領域にかけて別の形状を有するように、合成することができる。最後に、線形勾配、凸／凹曲線の曲率半径及び無勾配部の値は例示に過ぎないことに注意されたい。それぞれは、複合導波路構造体の適切な選択及びそれぞれの複合導波路構造体の長さの選択により、大きくすることも小さくすることもできる。
【００９２】
図１８は、それぞれが特有の分散及び分散勾配特性を有する、３種の例示的な分散補償光ファイバ(ファイバＡ，Ｂ及びＣ)についての波長分散対波長を示す。
【００９３】
図１８を見ればわかるように、ファイバＡ，Ｂ及びＣは、相異なる公称分散/ｋｍを有する。したがって、これらのファイバの長さが変われば相異なる結果が導かれることになろう。
【００９４】
ファイバＡは、選ばれた波長帯にかけて、上に凸の勾配をもつ負の分散特性を有する。ファイバＢはやや正の線形勾配をもつ正の分散特性を有し、ファイバＣは勾配のない負の分散特性を有する。これらのファイバの長さが変われば全く異なる結果が生じるであろうことに改めて注意されたい。分散値及び分散勾配値をさらに広い波長範囲に適合させるために、長さの変化に対する特性の変化の関係を用いることができる。
【００９５】
例えば、１.５ｋｍのファイバＡ，０.５ｋｍのファイバＢ及び１ｋｍのファイバＣから選んで直列接続することにより、図１９ａに示される合成分散曲線が得られる。図１９ａを見ればわかるように、それぞれが相異なる分散特性を有する例示的分散補償ファイバの上記の例示的な長さの組合せにより、曲線に沿うそれぞれの点において相異なる分散値及び分散勾配を得ることができる。本例示的実施形態においては、選ばれた長さのファイバＡ，Ｂ及びＣから選んで直列接続したそれぞれの結果は、この波長帯にかけて負の総分散及び上に凸の負の分散勾配を有する分散特性である。
【００９６】
図１９ａに示される分散特性は上記３種の例示的光ファイバを用いて実現可能な組合せの例示に過ぎないことを強調しておく。例えば、図１９ｂは５ｋｍのファイバＢ及び１ｋｍのファイバＣの直列結合により実現された分散特性を示す。この例示的実施形態では、上記の例示的な波長帯にわたり正の分散及び分散勾配を分散特性が示す。
【００９７】
図１９ａ及び１９ｂに関して説明した実施例が本明細書に開示される発明の例示に過ぎないことも強調しておく。もちろん、様々な結果を達成するために別の長さの別の分散補償光導波路を選ぶことができる。所望の分散及び分散勾配特性を有する特定の導波路の特定の長さの選択により、直列に結合した場合に、選択された波長帯にわたる多様な分散特性が可能になる。
【実施例３】
【００９８】
ここまで、本開示の焦点は光信号の波長分散及び／または分散勾配の動的及び静的制御の様々な装置及び方法にあった。本実施例に関して説明する例示的実施形態にしたがって、これまで説明した原理が制御アーキテクチャに実装される。
【００９９】
本実施例の例示的な一実施形態にしたがって、個々の分波波長チャネルのそれぞれがそれぞれの分散制御モジュールに入力される。それぞれの分散制御モジュールは、光信号に波長分散及び／または分散勾配を、選択的に、調整可能な態様で導入する、少なくとも１つの複合導波路構造体を備える。正及び負の波長分散及び／または分散勾配を１つまたはそれより多くの複合導波路構造体をもつ比較的単純な構成を用いて光信号に導入できることが利点である。
【０１００】
光信号に導入される波長分散及び分散勾配は、動的に調整することができ、特定の１つまたは複数の波長において可変とすることができる。勾配または波長分散の絶対値の変化は、特定の中心波長における波長分散調節または分散勾配調節の可変性と一般に称されることに注意されたい。さらに、本発明の例示的実施形態にしたがう分散制御モジュールのそれぞれは、所要の許容度及び信号条件に依存して、１つまたはそれより多くの波長チャネルにわたって動作するように適合させることができる。
【０１０１】
説明が進めば明解になるであろうように、本発明の波長分散制御モジュールは非常に多くの目的に適用できる。例えば、例示的な一実施形態にしたがう波長分散制御モジュールは光信号のＣＤを補償することができる。すなわち、ＣＤ制御モジュールの入力において光信号に存在する波長分散は、大きさは等しいが符号が反対のＣＤを信号に導入することにより、出力においてはゼロにされる(すなわち補償される)であろう。同様に、どのような分散勾配も、本波長分散補償モジュールによりゼロにされ得る。
【０１０２】
あるいは、本発明の例示的な一実施形態にしたがって波長分散及び／または分散勾配をいずれか必要な(非ゼロの)レベルにするために、補正、調整または変更のための波長分散及び／または分散勾配を光信号に導入することが有用であり得る。例えば、このことは、増幅点及び／または、光信号に存在する波長分散及び／または分散勾配をゼロにすることが望ましくないことがある、波長挿入／分岐モジュール(ＷＡＤＭ)では望ましいことがある。むしろ、光信号に正味の正または負の波長分散値または分散勾配値を有することが望ましいことがある。
【０１０３】
さらに、全てのチャネルの波長分散がある所望の滑らかに変化する関数に調節される分散等化を実施するために、本発明の例示的な一実施例にしたがうＣＤ制御モジュールを用いることが望ましいことがある。分散等化は、全てのチャネルの光パワーがあらかじめ定められたあるレベルになっていることが望ましい、挿入／分岐モジュールにおける利得等化器に類似している。同様に、分散等化は、全ての波長チャネルをとり、これらをある光ＣＤプロファイルに設定することと類似しているともいえる。
【０１０４】
図２０を取り上げれば、本発明の例示的な一実施形態にしたがう光デバイス２０００が示されている。伝送区間において光マルチプレクサ２００２(ＭＵＸ)が複数の個別波長チャネル２００１を多重化する。多重化光信号は、当業者には良く知られた、例えばエルビウムドープファイバ増幅器である、光増幅器２００３(ＡＭＰ)に入力される。第１の分散制御モジュール２００４をこの増幅段に備えることができる。増幅された信号が増幅器２００３から出力され、第２の分散制御モジュール２００５が増幅器２００３からの出力信号に波長分散及び／または分散勾配を選択的に導入する。
【０１０５】
光伝送システムは波長挿入／分岐モジュール２００６を備えることができる。そのようなモジュールは、光信号への光チャネルの挿入または光信号からの光チャネルの分岐に有用である。第３の分散制御モジュール２０１２をＷＡＤＭに接続して、波長チャネルが主光経路に挿入されたときに波長分散を選択的に調整することができる。上述したように、この調整はＷＡＤＭの適用において特に有利である。
【０１０６】
最終的に，多重化光信号はデマルチプレクサ(ＤＥＭＵＸ)２００７に入射する。デマルチプレクサ２００７からの出力は複数の個別波長チャネル２００８である。ｎ本の個別波長チャネルはそれぞれの中心周波数λ１,λ２,λ３,...,λｎを有し、それぞれの個別波長チャネルの帯域幅は一般に、国際電気通信連合(ＩＴＵ)規格のような既知の遠距離通信規格にしたがう。
【０１０７】
複数の個別波長チャネル２００８のそれぞれは、許容し得ない大きさの波長分散及び／または分散勾配を有していることがある。当業者にはよく知られているように、この波長分散の発生源は、光通信システムの光デバイス及び素子、及び／または機械的歪及び応力並びに温度を含む環境要因である。
【０１０８】
光システムにおける波長分散および分散勾配に対する許容度は、伝送速度が高くなるにつれて益々狭くなっている。例えば、４０Ｇビット/秒光通信システムにおける分散補償に対する許容度は１０Ｇビット/秒光通信システムの約１/１６である(すなわち、データレートの乗数は２の冪である)。したがって、光信号の伝送中だけではなく、光通信システムの受信端における個別波長チャネルへの分波後にも、波長分散および／または分散勾配を補償することは有用であり得る。
【０１０９】
分波された波長チャネルはそれぞれ、図２０の例示的実施形態の複数の受信端分散制御モジュール(ｒ-ＤＣＭ)２００９のそれぞれ１つに入る。もちろん、これは例示に過ぎず、１つまたはそれより多くの個別波長チャネルが１つのｒ−ＤＣＭに入力され得ることを、本明細書でさらに十分に説明する。図２０の例示的実施形態にしたがう受信端分散制御モジュールにより、選択的な波長分散調節及び分散勾配調節が、調整可能で、実質的に複合された光導波路構造体を用いて変え得る態様で可能になる。波長分散調節および分散勾配調節の調整可能性及び可変性は、分散制御モジュール２００９の１本またはそれより多くの光ファイバの屈折率を変えることにより、モジュールに生じる。最終的に、波長分散が補償された波長チャネルからの出力は受信器(Ｒｘ)２０１０に入力される。
【０１１０】
受信端分散制御モジュール２００９は、少なくとも１本の複合光導波路構造体(図示せず)を備えていると有用である。共鳴周波数においてスーパーモードに対応する、１本(または複数本)の複合導波路により示される波長分散は、導波路の屈折率を変えることにより、絶対値、符号及び勾配を変えることができる。波長分散調節及び分散勾配調節に用いられる１本(または複数本)の光導波路のさらなる詳細は、複合導波路の屈折率プロファイルを選択的に変えるための例示的機構とともに、上で説明されている。受信端分散制御モジュール２００９には、例えば、上述した例示的実施形態の光導波路及び機構が、適宜、組み込まれて、利用される。
【０１１１】
第１及び第２の分散制御モジュール、２００４及び２００５はそれぞれ、比較的広帯域の分散制御モジュールであると有用であることにも注意されたい。これらの分散制御モジュールは、上述した例示的実施形態の分散制御方法及び装置に基づくことができる。あるいは、これらの分散制御モジュールは、上述した分散制御手法に基づくことができる。
【０１１２】
複合光導波路のそのような使用の一例が図２１ａにグラフで示される。図２１ａは、本発明の例示的な一実施形態にしたがう受信端分散制御モジュール２００９についての分散対波長のグラフである。受信端分散制御モジュールは、例えば３本の導波路を備える。これらの導波路のそれぞれは、上述したような複合導波路構造体である。第１の導波路は第１の分散曲線２１０１を有し、第２の導波路は第２の分散曲線２１０２を有する。第３の分散曲線２１０３を有する第３の導波路は、分散の勾配の制御に特に有用である。図２１ａに示される例示的実施形態において、分散曲線は、複合導波路の第１高調波スーパーモード(対称スーパーモードまたはＬＰ０１とも称される)の分散曲線である。第１高調波スーパーモードはモード変換器(図示せず)を用いて有効に励起される。本例示的実施形態において、付加される波長分散は正である。したがって、本モジュールで与えられる分散調節は正である。本明細書で説明されているように、基本スーパーモード(非対称スーパーモードまたはＬＰ０１とも称される)を励起することにより負の分散調節を達成することができる。
【０１１３】
第１の分散曲線２１０１は、共鳴波長λ０１に対応する共鳴角周波数ω０１を有する第１の光導波路の対応光モードに対する分散曲線である。同様に、第２の導波路の第２の分散曲線２１０２は共鳴波長λ０２を有し、第３の分散曲線２１０３は共鳴波長λ０３を有する。第１と第２の曲線の交点２１０４において、特定の大きさの波長分散が受信端分散制御モジュールにより導入され得る。この交点２１０４は、特定の分散制御モジュールを通過する特定の波長チャネルの中心波長に対応する特定の波長λｃにあるように選ばれる。特定の大きさの波長分散調節Ｄａの導入に加えて、分散曲線２１０３を有する第３の導波路により、波長分散勾配調節を制御することもできる。
【０１１４】
理解されるように、本例示的実施形態で導入される波長分散は正であるが、分散勾配は負である。さらに、本例示的実施形態において、受信端分散制御モジュールに入力される光信号の波長分散及び分散勾配は、光信号に存在するＣＤ及び分散勾配と絶対値が等しく符号が反対のＣＤ及び勾配の導入によりゼロに調節される(すなわち補償される)。これは本発明の例示に過ぎず、上述したように、本発明の例示的な一実施形態にしたがえば、ＣＤ制御モジュールはＣＤ及び分散勾配を正味で正または負の値に調節することができる。
【０１１５】
例示的実施形態の分散制御モジュールの特定の複合導波路の屈折率を変え得る能力により、個々の導波路の共鳴周波数／共鳴波長を変えることができる。すなわち、複合導波路構造体を用いる分散補償に関して上で説明したように、分散曲線をシフトさせることができる。これにより、分散制御モジュールの個々の光導波路のそれぞれの“同調”が可能になる。この“同調”は、全体的に、図２１ａの波長軸に沿う正及び負の方向の矢印で示される。したがって、特定の中心波長λｃにおける波長分散調節の絶対値を、屈折率を変えることにより、必要に応じて変えることができる。さらに、第３の分散曲線２１０３をシフトさせることにより、分散勾配調節の絶対値及び符号の変化を生じさせることができる。加えて、曲線をシフトさせる(例えば曲線２１０２を曲線２１０２'にシフトさせる)ことにより交点の波長を変えることができ、したがって、別の中心波長λｃ'における波長分散及び分散勾配の導入が可能になる。この場合も、波長分散調節及び／または勾配調節の絶対値は、屈折率を変える(１つまたはそれより多くの分散曲線をシフトさせる)ことにより、上記の別の中心波長において変えることができる。
【０１１６】
さらに、知られているように、分散勾配の悪化は信号伝送に悪影響を与え得る。分散勾配の悪化は、光導波路(例えばファイバ)の分散勾配、光伝送システムの光コンポーネント及び装置の分散勾配、及び分散勾配を変え得る温度変動により生じ得る。ある種の伝送方式で動作する高伝送速度システムに対しては分散勾配の制御及び補正が益々重要になる。例えば、ＲＺ方式を用いる４０Ｇｂｐｓ光ネットワークは、受信光信号の波長分散勾配が１００ｐｓ/ｎｍ２ないしそれより大きい場合には、品位が下がる。
【０１１７】
したがって、本発明の例示的実施形態の特に有利な面の１つは、分散勾配を動的に、調整可能な態様で、制御及び調節できる能力である。例えば、図２１ａでλｃにおける勾配調節は負である。しかし、第３の導波路を“同調”させることにより、λｃにおける勾配調節を、所望の結果を得るために絶対値及び符号のいずれについても変えることができる。
【０１１８】
最後に、図２１ａに関して説明した例示的実施例にしたがう受信端分散制御モジュールには、いくつかの特に注記すべき点がある。
【０１１９】
第一に、受信端分散制御モジュールは、例示として、中心波長がλｃの単一波長チャネルにおける波長分散を調節していることに注意されたい。しかし、受信端ＤＣＭは、１つより多くの波長チャネルにおいて波長分散及び／または分散勾配を調節するように設計することができるであろう。もちろん、これは選択性調整(例えば、分散曲線２１０２を分散曲線２１０２'にシフトさせ、よって分散曲線２１０２'と分散曲線２１０１との交点を別の中心周波数λｃ'におく)により達成できるであろう。これは、他の波長チャネルの特定の１つ(または複数)の中心波長において、特定の分散値で、交差するように選ばれる分散曲線を有する導波路を分散制御モジュールに付加することによっても達成できる。さらに、必要に応じて、これらの波長チャネルの中心波長において特定の分散勾配を付加することができるであろう。
【０１２０】
第２に、分散調節及び分散勾配調節を達成するための３本の導波路の使用は例示に過ぎないことに注意されたい。すなわち、光信号に特定の大きさの波長分散及び／または分散勾配を導入するために備える導波路を、より多くするかまたはより少なくすることができる。例えば、上述したように、所望の波長で選択的に交差するように選ばれる様々な分散曲線を有する複数本の導波路を用いて、多数の波長チャネルの中心周波数において波長分散及び分散勾配を所望の大きさだけ調節することが可能である。さらに、３本より少ない導波路を用いて所望の１つまたは複数の波長における分散及び分散勾配を調節することが可能であり得る。
【０１２１】
第３に、光信号に分散勾配を付加する分散曲線２１０３がある大きさの波長分散も付加することに注意されたい。分散調節の最終レベルＤａの実現には、この付加された波長分散が考慮されなければならない。
【０１２２】
図２１ａに関して説明した例示的実施形態は特に正の波長分散及び負の分散勾配の導入による波長分散及び分散勾配の調節に関する。本発明の例示的実施形態にしたがう波長分散調節及び勾配調節は、正、負またはゼロとし得ることに注意されたい。波長分散の負の調節及び分散勾配の正の調節の例をここで説明する。
【０１２３】
図２１ａの例示的実施形態と同じく、図２１ｂに関して説明される例示的実施形態は３本の導波路を備える受信端ＤＣＭである。これらの導波路は、上で説明したような複合導波路である。しかし、図２１ｂに示されるように、負の波長分散特性を有するスーパーモードが、絶対値が等しく符号が反対(正)の分散特性を示すスーパーモードに直交していることに注意されたい。すなわち、ここで説明されるスーパーモードは、例示的な受信端ＤＣＭの複合導波路の基本モードである。これらの基本モードは複合導波路の非対称(またはＬＰ０１)スーパーモードである。
【０１２４】
受信端ＤＣＭの与えられた１本または複数本の導波路の対称及び非対称モードの同時励起は避けるべきであることに注意されたい。すなわち、基本モード及び第１高調波モードの分散曲線は互いに鏡像であり、同時に励起されると、受信端ＤＣＭによる波長分散調節がおこらないであろう。実際上は、好ましいことに、例示的受信端ＤＣＭの光モード入力は、所望の波長分散調節及び／または勾配調節を行うに必要な特定のモードを励起するための１つまたはそれより多くの光結合器(モード結合器)を用いて複合導波路の対称または非対称モードのいずれかに結合させることができる。
【０１２５】
図２１ｂに示される例示的実施形態において、第１の導波路の第１の分散曲線２１０５は、特定の波長チャネルの中心波長λｃに対応する点２１０７において第２の導波路の第２の分散曲線２１０６と交差する。これにより、大きさが(−)Ｄａだけの、波長分散補償の調節が得られる。さらに、分散曲線２１０８を有する、モジュールの第３の導波路により、分散勾配調節が導入される。例示的に、分散勾配調節は正である。もちろん、これは例示に過ぎず、この勾配はゼロまたは負にすることもできるであろう。
【０１２６】
図２１ａの例示的実施形態に関して注意を促したように、曲線をシフトさせることにより(この場合も、図に“同調”で示される)、他の中心波長において選択された大きさの分散調節及び／または勾配調節を行うために、図２１ｂの例示的実施形態の受信端ＤＣＭを動的に調整することができる。同様に、選択された波長(λｃ)における波長分散調節及び／または分散勾配調節の大きさを選択的に変えることができる。
【０１２７】
最後に、図２１ａに関して説明した受信端ＤＣＭに関して説明した注意点は、図２１ｂの例示的実施形態にも適用される。したがって、簡潔のため、これらの注意点の再度の説明は行わない。
【０１２８】
次に図２２ａ〜２２ｃを取り上げれば、本発明の例示的な一実施形態にしたがう代表的な分散対波長曲線が、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散制御モジュールの調整能力をさらに単純に説明するために示されている。これらのグラフ表示は、図２１ａ及び／または図２１ｂに示される分散曲線の、補償されている特定の波長チャネルの中心波長λｃにおける交点に近い部分の例示である。
【０１２９】
図２２ａ及び２２ｂに示されるように、特定の中心波長において受信端ＤＣＭにより導入される波長分散の大きさを同調できる能力は、複合導波路の屈折率プロファイルを変えることにより、本発明の例示的実施形態にしたがい、容易にもたらされる。図２２ａ及び２２ｂのグラフの矢印で示される同調により、最終的に、図２２ｃに示されるように特定の中心波長において分散の絶対値を大きくまたは小さくできる能力が得られる。本例示的実施形態において、分散調節は正であり、調節の絶対値を変えるために２本の光ファイバが用いられている。もちろん、上述したように、曲線の交点を変えて、異なる中心波長λｃ'における波長分散調節を得るために、この同調能力を用いることができるであろう。さらに、上述したように、分散勾配の調節も同調させることができる。
【０１３０】
上で注意したように、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散制御モジュールは、１本またはそれより多くの光ファイバを組み込むことができ、光通信システムにおける様々な情況に適用することができる。上述したように、特定の光通信システムにおける波長分散に対する許容度が、様々な規格制定機関(例えばＩＴＵ)により規定されている。指定された許容度範囲内への動的波長分散補償の実施に対する本発明の適合能力を示すため、３種の情況をここで説明する。
【０１３１】
第１の例では、挿入／分岐マルチプレクサ(例えば図２０の波長挿入／分岐マルチプレクサ２００６)において、事実上、それぞれの波長チャネルに対して、個々の分散制御モジュール２００９を調整する必要があり得る。すなわち、それぞれの波長チャネルに対して相異なる分散制御モジュール２００９を備える必要があり得る。この情況では、特定の波長チャネルに整合される、それぞれの分散制御モジュールは、比較的狭い(すなわち、波長チャネルの帯域幅よりやや広い)帯域幅を有することになろう。この帯域幅にわたり、分散制御モジュールは、分散制御モジュールからの出力及び受信器(例えば受信器２０１０)への入力が規定された許容度範囲内の所望の分散値及び分散勾配を有するように、所望の絶対値及び勾配をもつ波長分散を、調整可能な態様で、光信号に生じさせることになろう。上述したように、本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散制御モジュールの出力は、ゼロの波長分散及びゼロの分散勾配を有することができ、この場合は、波長分散及び勾配が補償されている。あるいは、必要に応じて、出力は正または負の波長分散レベル及び正または負の分散勾配を有することができる。本例示的実施形態の分散制御モジュール２００９のそれぞれは、１本またはそれより多くの、複合導波路波長分散調節を示す上述の例示的実施形態で説明した、光導波路及び制御された態様で屈折率を変化させるデバイスを備えることができる。
【０１３２】
別の例では、分散制御モジュール２００９は複数のチャネルにかけて波長分散を有効に調節することが可能であり得る。例えば、例示的な一実施例にしたがえば、特定の一モジュールにより分散許容度範囲内で４本の波長チャネルを十分に調節することができるであろう。少なくとも１本の複合光導波路構造体が必要であり、複合光導波路の屈折率プロファイルを有効に変えるためのデバイスが備えられることになろう。
【０１３３】
また別の例示的実施形態にしたがえば、特定の帯域(例えば特定のＤＷＤＭ光通信システムの全４０チャネル)にかけてどの中心チャネル波長にも有効に同調させることができ、規定された分散許容度範囲内にある適切な大きさの分散調節を個別波長チャネルのそれぞれの光信号に導入できるであろう、分散制御モジュール２００９を備えることが可能である。これは、やはり、１本またはそれより多くの複合導波路構造体を、１本(または複数本)の複合導波路について屈折率プロファイルを変えるためのデバイスとともに有する分散制御モジュールを用いて実施することができる。どの光チャネルの波長分散及び／または分散勾配も制御するために用いることができる分散制御モジュールは、“無色”と称される。そのような分散制御モジュールは、波長チャネル経路が調整可能な態様で定められる光ネットワークに有用である。そのような場合には、どの波長チャネルがどの光受信器で受信されるかが事前には分からない。
【０１３４】
多くの連続する光チャネルの内の１つのチャネルで波長分散を制御できる分散制御モジュールを備えれば十分である場合もある。そのような分散制御モジュールは“帯域限定”と称され得る；本モジュールは多くの連続する光チャネルの内のいずれか１本のチャネルを受信でき、受信チャネルの分散悪化を補正するように同調させることができる。帯域限定または無色の波長分散制御モジュールを備えることは、例示的実施形態に関して説明したような本発明の範囲内にある。
【０１３５】
例示的実施形態の議論により例示的実施形態に関して本発明を詳細に説明したが、本開示の恩恵を有する当業者には本発明の改変が明らかであろうことは明白である。そのような改変及び変形は特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の例示的な一実施形態にしたがう複合導波路構造体の屈折率対半径のグラフ表示である
【図２】本発明の例示的な一実施形態にしたがう複合導波路構造体の屈折率対半径のグラフ表示である
【図３】本発明の例示的な一実施形態にしたがう波長分散対波長のグラフ表示である
【図４】本発明の例示的な一実施形態にしたがう波長分散対波長のグラフ表示である
【図５】本発明の例示的な一実施形態にしたがう動的分散補償装置の簡略なブロック図である
【図６】本発明の例示的な一実施形態にしたがう動的分散補償装置の簡略なブロック図である
【図７】本発明の例示的な一実施形態にしたがう動的分散補償装置の簡略なブロック図である
【図８】本発明の例示的な一実施形態にしたがう波長分散補償モジュールの機能ブロック図である
【図９】様々な試験温度における光ファイバについての総波長分散対波長のグラフ表示である
【図１０】比較的小さい曲率半径を有するコイルに巻かれた様々な分散補償ファイバについての、温度による総分散変化のグラフ表示である
【図１１】比較的大きな曲率半径を有するコイルに巻かれた様々な分散補償ファイバについての、温度による総分散変化のグラフ表示である
【図１２】本発明の別の例示的実施形態にしたがう分散補償モジュールの機能ブロック図である
【図１３】本発明の別の例示的実施形態にしたがう波長分散補償モジュールの機能ブロック図である
【図１４】本発明の例示的な一実施形態にしたがう光装置の略図である
【図１５】本発明の例示的な一実施形態にしたがう光装置に用いられる例示的分散光補償ファイバについての波長分散対波長のグラフ表示である
【図１６】本発明の例示的な一実施形態にしたがう光装置に用いられる例示的分散光補償ファイバについての波長分散勾配対波長のグラフ表示である
【図１７】本発明の例示的な一実施形態にしたがう代表的な分散補償ファイバについての波長分散対波長のグラフ表示である
【図１８】本発明の例示的な一実施形態にしたがう３種の光ファイバの常分散特性のグラフ表示である
【図１９ａ】本発明の例示的実施形態にしたがう選択的に直列に結合された光導波路ファイバの分散対波長のグラフ表示である
【図１９ｂ】本発明の例示的実施形態にしたがう選択的に直列に結合された光導波路ファイバの分散対波長のグラフ表示である
【図２０】本発明の例示的な一実施形態にしたがう分散制御モジュールを備える光通信システムの簡略なブロック図である
【図２１ａ】本発明の例示的な一実施形態にしたがう３種の光導波路の分散対波長のグラフ表示である
【図２１ｂ】本発明の例示的な一実施形態にしたがう３種の光導波路の分散対波長のグラフ表示である
【図２２ａ】本発明の例示的な一実施形態にしたがう一光導波路についての分散入力対波長を示す
【図２２ｂ】本発明の例示的な一実施形態にしたがう別の光導波路についての分散入力対波長を示す
【図２２ｃ】本発明の例示的な一実施形態にしたがうまた別の光導波路についての分散入力対波長を示す
【符号の説明】
【０１３７】
７０１ 入力光信号
７０２ マルチプレクサ
７０３ 二次光信号
７０４ 分散補償モジュール
７０５ デマルチプレクサ
７０６ 出力光信号
７０７ ビット誤り率アナライザ
７０８ 温度コントローラ
７０９ レーザコントローラ
Claims (106)
- 光信号の波長分散を動的に制御するための装置において：
複合導波路構造体；及び
前記波長分散に変化を生じさせるために前記複合導波路構造体の屈折率を変えるデバイス；
を備えることを特徴とする装置。 - 前記複合導波路構造体が少なくとも１つのリングで周縁を囲まれているコアをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記コアと前記少なくとも１つのリングの間にクラッド層が配されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
- 前記少なくとも１つのリングの周りにクラッド層が配されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
- 前記クラッド層が複数の個別層をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
- 前記クラッド層が複数の個別層をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
- 前記コアの屈折率及び前記少なくとも１つのリングの屈折率が等しいことを特徴とする請求項２に記載の装置。
- 前記コアの屈折率及び前記少なくとも１つのリングの屈折率が異なることを特徴とする請求項２に記載の装置。
- 前記複合導波路構造体がプレーナ型導波路構造体であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記デバイスが前記複合導波路構造体を制御可能な態様で加熱及び冷却するための温度源をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記光信号の前記波長分散に所望の変化を生じさせるために前記デバイスを制御するように適合されたフィードバック制御ループをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記フィードバック制御ループが前記装置からの出力の一部を受け取るビット誤り率アナライザをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
- 前記デバイスが前記複合導波路構造体に選択的に結合する二次光パワー源をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記フィードバック制御ループが前記装置からの出力の一部を受け取るビット誤り率アナライザをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
- 前記デバイスが前記複合導波路構造体を制御可能な態様で加熱及び冷却するための温度源及び前記複合導波路構造体に選択的に結合する二次光源をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記フィードバック制御ループが前記装置からの出力の一部を受け取るビット誤り率アナライザをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
- 前記装置が分散勾配を動的に制御することを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 波長分散の前記動的制御により前記光信号にゼロ波長分散が得られることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 波長分散の前記動的制御により前記光信号に正の波長分散が得られることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 波長分散の前記動的制御により前記光信号に負の波長分散が得られることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 分散勾配の前記動的制御により前記光信号にゼロの分散勾配が得られることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
- 分散勾配の前記動的制御により前記光信号に正の分散勾配が得られることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
- 分散勾配の前記動的制御により前記光信号に負の分散勾配が得られることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
- 前記デバイスが、基本的に、前記複合導波路構造体を制御可能な態様で加熱及び冷却するための温度源、前記複合導波路構造体に選択的に結合する二次光源、電気光学効果デバイス、及び音響光学効果デバイスからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記フィードバック制御ループが前記装置からの出力の一部を受け取るビット誤り率アナライザをさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
- 前記光信号の波長分散の変化が約−１０００００ｐｓ/ｎｍ-ｋｍから約＋１０００００ｐｓ/ｎｍ-ｋｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 光信号の波長分散を動的に制御するための方法において、前記方法が：
複合導波路構造体を提供する工程；及び
光信号の前記波長分散に変化を生じさせるために前記複合導波路構造体の屈折率を選択的に変える工程；
を含むことを特徴とする方法。 - 前記選択的に変える工程が前記複合導波路構造体を加熱及び冷却する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
- 前記選択的に変える工程が前記複合導波路構造体に二次光信号を導入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
- 前記加熱及び冷却が約−１００℃から約＋１００℃の範囲にあることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
- 前記二次光信号のパワーが約０Ｗから約１ｋＷの範囲にあることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
- 前記二次光信号の波長が約０.０１μｍから約１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
- 前記選択的に変える工程が電気光学効果を用いて実施されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
- 前記選択的に変える工程が音響光学効果を用いて実施されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
- 前記変える工程が、基本的に、前記複合導波路構造体の加熱及び冷却、前記複合導波路構造体への二次光信号の導入、電気光学効果の使用、及び音響光学効果の使用からなる群から選ばれる手法を用いて実施されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
- 前記方法がビット誤り率を解析する工程及び前記解析に基づいて前記波長分散を補償する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
- 前記方法にフィードバック制御ループが用いられることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
- 波長分散の前記動的制御により前記光信号にゼロの波長分散が得られることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
- 波長分散の前記動的制御により前記光信号に正の波長分散が得られることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
- 波長分散の前記動的制御により前記光信号に負の波長分散が得られることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
- 前記方法が分散勾配を動的に制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
- 分散勾配の前記動的制御によりゼロの分散勾配が得られることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
- 分散勾配の前記動的制御により負の分散勾配が得られることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
- 分散勾配の前記動的制御により正の分散勾配が得られることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
- 波長分散補償装置において：
光導波路；及び
前記光導波路を通過している光信号への前記波長分散補償を調節するために前記光導波路の屈折率を動的に変えるデバイス；
を備えることを特徴とする波長分散補償装置。 - 前記デバイスが、基本的に、前記導波路の温度、前記導波路の曲率半径、及び前記導波路に加えられる張力からなる群から選ばれるパラメータを制御することにより前記屈折率を動的に変えることを特徴とする請求項４５に記載の波長分散補償装置。
- 前記デバイスが前記光導波路の温度を動的に変えることを特徴とする請求項４５に記載の波長分散補償装置。
- 前記デバイスが前記光導波路の曲率半径を動的に変えることを特徴とする請求項４５に記載の波長分散補償装置。
- 前記デバイスが前記光導波路に加えられる張力を動的に変えることを特徴とする請求項４５に記載の波長分散補償装置。
- 前記光導波路が光ファイバであることを特徴とする請求項４５に記載の波長分散補償装置。
- 前記光ファイバのコア直径が比較的小さいことを特徴とする請求項５０に記載の波長分散補償装置。
- 前記光ファイバのコアとクラッド層の間の屈折率差が比較的高いことを特徴とする請求項５０に記載の波長分散補償装置。
- 前記導波路がコイルに巻かれていることを特徴とする請求項４５に記載の波長分散補償装置。
- 前記コイル巻きされた光導波路がマンドレルを芯にして配されることを特徴とする請求項５３に記載の波長分散補償装置。
- 前記コイル巻きされた光導波路に制御された可変張力が加えられることを特徴とする請求項５３に記載の波長分散補償装置。
- 前記コイル巻きされた光導波路の曲率半径が可変であることを特徴とする請求項５５に記載の波長分散補償装置。
- コントローラが前記デバイスに有効に接続されていることを特徴とする請求項５５に記載の波長分散補償装置。
- 前記コントローラが開ループ制御機構の一部であることを特徴とする請求項５７に記載の波長分散補償装置。
- 前記コントローラが閉ループ制御機構の一部であることを特徴とする請求項５７に記載の波長分散補償装置。
- 少なくとも１つのモードスプリッタをさらに備えることを特徴とする請求項４５に記載の波長分散補償装置。
- 光ファイバにマイクロベンディングを選択的に導入するデバイスをさらに備えることを特徴とする請求項４５に記載の波長分散補償装置。
- 前記装置がヒートシールされたモジュール内に配されていることを特徴とする請求項４５に記載の装置。
- 前記導波路の前記温度が約−５℃から約＋５５℃の範囲にあることを特徴とする請求項４７に記載の波長分散補償装置。
- 前記分散補償が、約１５２０ｎｍから約１５７０ｎｍの波長範囲において、約−７０ｐｓ/ｎｍ-ｋｍから約−１４０ｐｓ/ｎｍ-ｋｍの範囲にあることを特徴とする請求項４５に記載の波長分散補償装置。
- 前記波長分散補償の変化範囲が、約１５２０ｎｍから約１５７０ｎｍの波長範囲にかけて、約４％から約１２％であることを特徴とする請求項４５に記載の波長分散補償装置。
- 前記波長分散補償の変化範囲が、約１５２０ｎｍから約１５７０ｎｍの波長範囲にかけて、約−１％から約４％であることを特徴とする請求項４５に記載の波長分散補償装置。
- 光デバイスにおいて：
規定された波長範囲にかけて動的に調整可能であり、導波路回折格子を備えていない、波長分散制御モジュール；
を備えることを特徴とする光デバイス。 - 前記モジュールが少なくとも１本の複合導波路構造体をさらに備えることを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記モジュールが前記少なくとも１本の複合導波路構造体のそれぞれの屈折率プロファイルを制御可能な態様で変えるデバイスをさらに備えることを特徴とする請求項６８に記載の光デバイス。
- 前記屈折率プロファイルの前記変更が動的であることを特徴とする請求項６９に記載の光デバイス。
- 前記屈折率プロファイルの前記変更により前記モジュールの前記動的調整が実施されることを特徴とする請求項６９に記載の光デバイス。
- 前記モジュールが、動的に、調整可能な態様で、分散勾配を補償することを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記モジュールが、動的に、調整可能な態様で、波長分散及び分散勾配のいずれをも調節することを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記モジュールが３本の複合導波路を備え、特定の波長チャネル中心波長において波長分散を可変調節するように前記モジュールが適合されていることを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記中心波長において分散勾配を可変調節するように前記モジュールが適合されることを特徴とする請求項７４に記載の光デバイス。
- 前記デバイスが、基本的に、温度コントローラ及び光エネルギー源からなる群から選ばれることを特徴とする請求項６９に記載の光デバイス。
- 前記モジュールが、中心波長がλｃの波長チャネルを受け取るように適合されることを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記モジュールが、前記波長範囲の少なくとも一部にわたり、それぞれの中心波長を有する複数の波長チャネルを受け取るように適合されることを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記中心波長のそれぞれにおいて波長分散を可変調節するように前記モジュールが適合されることを特徴とする請求項７８に記載の光デバイス。
- 前記中心波長のそれぞれにおいて分散勾配を可変調節するように前記モジュールが適合されることを特徴とする請求項７８に記載の光デバイス。
- 前記波長範囲が約１５３０ｎｍから約１５７０ｎｍであることを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記複数の波長チャネルが約２チャネルから約４０チャネルの範囲にあることを特徴とする請求項７８に記載の光デバイス。
- 前記波長分散制御モジュールが無色であることを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 少なくとも２つの前記波長分散制御モジュールが１つまたはそれより多くの波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサとともに用いられることを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記１つまたはそれより多くの波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサが複数の波長チャネルのそれぞれを前記波長分散制御モジュールのそれぞれ１つに向けることを特徴とする請求項８４に記載の光デバイス。
- 前記波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサの内の１つが複数の波長チャネル帯を１つまたはそれより多くの個別波長分散制御モジュールに向けることを特徴とする請求項８４に記載の光デバイス。
- 前記分散制御モジュールが光信号に存在する波長分散をゼロに調節することを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記分散制御モジュールが光信号に存在する分散勾配をゼロに調節することを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記分散制御モジュールが光信号に存在する波長分散を正の値に調節することを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記分散制御モジュールが光信号に存在する波長分散を負の値に調節することを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記分散制御モジュールが光信号に存在する分散勾配を正の値に調節することを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 前記分散制御モジュールが光信号に存在する分散勾配を負の値に調節することを特徴とする請求項６７に記載の光デバイス。
- 波長分散及び／または分散勾配を補償する光装置において：
複数本の直列に結合された光導波路；前記光導波路のそれぞれは前記光導波路のそれぞれを通過する光信号に波長分散及び／または分散勾配を導入する；
を備えることを特徴とする光装置。 - 前記直列に結合された光導波路が、基本的に、複合導波路構造体、分散補償光ファイバ、及びファイバブラッグ回折格子からなる群から選ばれることを特徴とする請求項９３に記載の光装置。
- 前記光装置が、選ばれた波長範囲にわたり、前記複数本の直列に結合された光導波路のそれぞれの分散特性から合成された分散特性を有することを特徴とする請求項９３に記載の光装置。
- 前記合成分散特性が、前記選ばれた波長範囲にわたり、前記光装置が結合される光通信システムの分散特性に絶対値は等しいが符号が反対であることを特徴とする請求項９５に記載の光装置
- 前記複数本の光導波路のそれぞれが、所望の正味の波長分散及び／または分散勾配補償効果を、合同して、与えるように選ばれた分散特性を有することを特徴とする請求項９３に記載の光装置。
- 前記選ばれた波長範囲にわたり、前記正味の波長分散及び／または分散勾配補償効果が波長分散及び／または分散勾配をゼロにするか、あるいは正または負の分散及び／または分散勾配を付加するか、あるいはこれらの組み合わせを付加することを特徴とする請求項９７に記載の光装置。
- 前記複数本とは２本以上であり２０本より少ないことを特徴とする請求項９３に記載の光装置。
- 前記複数本の直列に結合された光導波路の内の少なくとも１本は、特定の波長範囲にわたり、特定の分散特性への調整が可能であることを特徴とする請求項９３に記載の光装置。
- 前記少なくとも１本の直列に結合された光導波路が複合導波路構造体であることを特徴とする請求項１００に記載の光装置。
- 前記複合導波路構造体が調整可能な分散共鳴波長及び調整可能な分散勾配を有することを特徴とする請求項１０１に記載の光装置。
- 前記複数本の光導波路の内の少なくとも１本が基本モードに対応することを特徴とする請求項９３に記載の光装置。
- 前記複数本の光導波路の内の少なくとも１本が少なくとも１つの高次モードに対応することを特徴とする請求項９３に記載の光装置。
- 少なくとも１つの前記光装置が光通信リンクに配されることを特徴とする請求項９３に記載の光装置。
- 前記複数本の光導波路のそれぞれが選ばれた長さを有することを特徴とする請求項９７に記載の光装置。
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