JP2005049618A

JP2005049618A - 分散補償器

Info

Publication number: JP2005049618A
Application number: JP2003281626A
Authority: JP
Inventors: Ayako Baba; 彩子馬場
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】ファイバグレーティングの分散値を可変にする場合に、複数配置したヒータで温度の分布を与え、ファイバグレーティングに変位を与えているが、理想的な温度分布を与えることは難しく、複数のヒータを配置したとしても、何らかの温度分布の揺らぎが生じてしまうため、ファイバグレーティングの群遅延曲線上に、リップルを生じさせることとなり、温度分布による可変前と可変後とを比較すると、補償の精度が悪くなるという問題がある。
【課題手段】群遅延特性が非線形を示すファイバグレーティング１１と、ファイバグレーティングに均一な応力を印可する張力印可機構１３とを備え、光サーキュレータ１０を用いて光を入出射させる。
【選択図】図１

Description

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に関する。

近年、光ファイバ通信の光加入者系への導入がすすめられている。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。ＤＦＢレーザなどの波長チャープ量は約０．０２〜０．０５ｎｍと小さいが、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ある。また、加入者系でアナログ信号を用いた場合には、分散の影響も大きく分散の補償量を可変に微調整できることが望ましい。

また、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。

一方で、光ファイバのコア中へ回折格子を形成するファイバグレーティングは、特定の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となる。この特性を利用し、コンパクトな分散補償を実現することができる。更に、ファイバグレーティングに、何らかの不均一な応力を印可することによる可変の分散補償が試みられている。従来の手段による構成を図５に示す（例えば、特許文献１参照）。

図５において、光ファイバ３１は、光通信を行うものであり、ヒータ３２は、ファイバグレーティング３４の温度を調整するものであり、ファイバグレーティング３４は、光ファイバ３１の分散を補償するものであり、制御部３３は、ヒータ３２の温度調整を行うものであり、基板３５は、ヒータ３２、ファイバグレーティング３４及び制御部３３が配置されたものである。

以下にその動作を説明する。基板３５上のヒータ３２は、多数配置され、制御部３３によって温度がそれぞれコントロールされる。ファイバグレーティング３４は、複数のヒータ３２上に設置され、ヒータ３２のそれぞれの温度によりファイバグレーティング３４の温度がコントロールされる。

また、光ファイバ３１に入射された光は、ファイバグレーティング３４で反射される。この時、光は、ファイバグレーティング３４の波長チャープ量による分散が与えられ、ファイバグレーティング３４の分散の大きさと、入射した光の分散量の大きさとが等しく、更に、符号が逆の場合、入射された光の分散は補償され、光ファイバ３１から出射される。

ここで、ファイバグレーティング３４にヒータ３２で温度が印可されると、ファイバグレーティング３４は膨張し、格子の屈折率や周期が変わるため、分散の大きさは変化する。また、温度の印可がない場合は、ファイバグレーティング３４の群遅延特性は、波長に対し、特定の傾きの直線状の特性となり、特定の分散値を持つ。

また、複数のヒータ３２の温度を１次関数状に分布をすることで、群遅延曲線の傾きが変わり、分散を変化させることができる。従って、複数のヒータ３２の温度を制御することにより、分散値をコントロールすることができる。
特開平１０−２２４２９７号公報（第４頁、第７図）

分散値を可変にするには、ファイバグレーティングに何らかの不均一な変位を与えなければならない。従来の技術では、複数配置したヒータで温度の分布を与え、ファイバグレーティングに変位を与えている。

ファイバグレーティングの群遅延特性をｆ（λ）とすると、分散値は、ｄｆ（λ）／ｄλで表される。線形の群遅延特性を持つ従来のファイバグレーティングでは、ｆ（λ）＝Ａλ＋Ｂで表すことができ、ヒータの温度分布を変えることにより、ｆ（λ）＝Ａ^*λ＋Ｂ^*とすることができる。従って、可変調整前の分散量はｄｆ（λ）／ｄλ＝Ａ、可変調整後の分散量は、ｄｆ（λ）／ｄλ＝Ａ^*とすることができる。なお、Ａ、Ｂ、Ａ^*及びＢ^*は、定数である。

しかしながら、理想的な温度分布を与えることは難しく、複数のヒータを配置したとしても、何らかの温度分布の揺らぎが生じてしまう。

この温度揺らぎは、ファイバグレーティングの群遅延曲線上に、リップルを生じさせることとなり、温度分布による可変前と可変後とを比較すると、補償の精度が悪くなるという問題がある。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、補償精度を下げることなく、低損失でコンパクトな可変の分散補償器を低コストで提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の分散補償器は、群遅延特性が非線形を示すファイバグレーティングと、ファイバグレーティングに均一な応力を印可する機構とを備え、光サーキュレータなどを用いて光を入出射させる。

本構成によって、ファイバグレーティングを用いた可変の分散補償の課題であった可変による分散値の精度の劣化問題を解消し、小型で低コストの分散補償器を可能とするものである。

本発明の分散補償器によれば、ファイバグレーティングを用いた分散補償を可変とした場合の分散値の精度を向上させ、小型で低コストの分散補償器を可能とするものである。

第１の発明は、群遅延特性が非線形であるファイバグレーティングと、前記ファイバグレーティングに均一な応力を印可する張力印可機構とを含む分散補償器としたものであり、可変の分散補償の作用を有する。

第２の発明は、回折格子の配置間隔が非線形にチャープしたファイバグレーティングと、前記ファイバグレーティングに均一な応力を印可する張力印可機能とを含む分散補償器としたものであり、可変の分散補償の作用を有する。

第３の発明は、回折格子の配置間隔が線形にチャープしたファイバグレーティングと、前記ファイバグレーティングに均一な応力を印可する張力印可機能とを含み、更に、前記ファイバグレーティングは、長手方向に有効屈折率が非線形に変化している分散補償器としたものであり、回折格子の配置間隔が線形にチャープしたファイバグレーティングを用いても非線形の群遅延特性を示すことができ、可変の分散補償の作用を有する。

第４の発明は、ファイバグレーティングの群遅延特性が、２次関数である分散補償器としたものであり、応力に比例して分散量を可変に補償できる。

第５の発明は、ファイバグレーティングの群遅延特性が、複数の１次関数の組み合わせであり、不連続部分を含む構成である分散補償器としたものであり、応力に比例して分散量を可変に補償できる。

第６の発明は、ファイバグレーティングの群遅延特性が、複数の２次関数の組み合わせであり、不連続部分を含む構成である分散補償器としたものであり、ブラッグ波長の数ｎｍ短波長側に放射モードによる損失の影響を避けることができ、低挿入損失の分散補償器を提供できる作用を有する。

第７の発明は、張力印可機構は、マイクロメータを用いてファイバグレーティングに張力を印可する機構である分散補償器としたものであり、無給電で可変に調整し、その後固定できる作用を有する。

第８の発明は、張力印可機構は、ピエゾ素子を用いてファイバグレーティングに張力を印可する機構である分散補償器としたものものであり、分散量を微小に調整することができる。

第９の発明は、張力印可機構は、ペルチェ素子又はヒータを用いてファイバグレーティングに張力を印可する機構である分散補償器としたものであり、１個のペルチェ素子又はヒータによる温度調整部により分散量を可変にする作用を有する。

（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分散補償器の全体構成を示す図である。図１において、光サーキュレータ１０は、光の進行方向により結合する端子が異なる機能を持つ３端子の光デバイスであり、ファイバグレーティング１１は、光ファイバの分散補償を行うものであり、非線形チャープファイバ回折格子１２は、群遅延特性が非線形を示し、ファイバグレーティング１１を構成する光ファイバのコア中に形成されているものであり、張力印可機構１３は、マイクロメータなどを備えていてファイバグレーティング１１に一様な張力を印可するものであり、図１では、点線で囲った部分である。

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。

図２（ａ）は、ファイバグレーティング１１における波長と群遅延特性との関係を示した図であり、図２（ｂ）は、ファイバグレーティング１１における波長と分散値との関係を示した図である。ここでは、波長チャーピング量がδλで中心波長λ₀のＤＦＢレーザの分散補償を想定する。

図２（ａ）に示すように、群遅延特性が非線形を示すファイバグレーティング１１の群遅延特性が、ｆ（λ）＝Ａ×λ²＋Ｂ×λの２次関数で表されるとすると、図２（ｂ）に示す分散値は、ｄｆ（λ）／ｄλ＝ｇ（λ）と表すことができる。なお、Ａ及びＢは定数である。

ここで、ファイバグレーティング１１に張力印可機構１３で一様な張力を印可する。一様な張力変化は、非線形チャープファイバ回折格子１２の配置間隔を、一律に変化させることになり、波長シフトしたことと同等の効果を与える。従って、一様な張力印可後、分散値は、ｄｆ（λ）／ｄλ＝ｇ（λ−λ_t）で表すことができる。ここでは、実線が張力印可前の群遅延特性を示し、点線が張力印可後の群遅延特性を示す。

こうして、光サーキュレータ１０から入力される入力波長帯域の光λ₀に対し、分散値は、張力印可前のｇ（λ₀）から張力印可後のｇ（λ₀−λ_t）へ変化したことになる。張力の大きさに対し、波長シフト相当量λ_tは線形に変化するので、張力の大きさの調整で、分散量も線形に変化させることができる。

なお、入力光の波長チャーピング量δλは、通常約０．０２〜０．０５ｎｍと小さいため、可変による波長シフト分λ_tに対しλ_t＞＞δλが成り立てば、波長チャーピング量の波長範囲内で分散値は、ほぼ一定のｇ（λ₀±δλ）＝ｇ（λ₀）と考えてよい。

以上の構成により、ファイバグレーティング１１の両端に張力を印可した場合は、高い精度で均一な応力を印可することができる。従って、応力印可が理想通りに行うことができ、群遅延曲線上にリップルを増やすことなく、応力印可前後で分散値の精度が一定である。

また、マイクロメータで調整するため電力供給が不要であり、任意の分散値に調整後固定することも可能である。

また、本実施の形態では均一な応力印可のためにマイクロメータを用いたが、このほかにピエゾ素子などを用いても良い。この場合、ピエゾ素子への電力供給が必要となるが、張力の微調整が可能となる。

また、均一な応力印可のために均一な温度変化を与えることでも良い。この場合は、ペルチェ効果を利用して電力を熱に変換するペルチェ素子などのヒータは１個でよく、従来のように、多数ヒータを並べて温度勾配を形成するときに比べ、温度制御が容易である。

また、本実施の形態では、回折格子の配置間隔を、ファイバグレーティングの長手方向に非線形にチャープすることで、非線形の群遅延特性を示すことができる。例えば、回折格子の配置間隔を、２次関数状に徐々に広げることで、非線形の群遅延特性を示すことができる。

また、回折格子の配置間隔が、１次関数であっても、ファイバグレーティング１１の有効屈折率の分布が、ファイバグレーティング１１の長手方向に２次関数に近似できる場合は、ファイバグレーティング１１の群遅延特性も、２次関数に近似できるため、非線形ファイバチャープ回折格子１２と等化になる。

次に、回折格子の配置間隔が２次関数に限らない他の場合について、図３、図４に示す。

図３（ａ）は、複数の１次関数の群遅延特性を組み合わせた場合における群遅延特性と波長との関係を示した図であり、図３（ａ）の群遅延特性による分散値は、図３（ｂ）に示すように離散的なものとなり、分散値の変化量を大きく取りたい時や入力光の波長帯域が広い場合に用いると良い。

例えば、１００ｐｓ／ｎｍ、１５０ｐｓ／ｎｍ、２００ｐｓ／ｎｍの離散的な分散量を補償する場合に、連続的な群遅延特性を持つファイバグレーティング１１で構成すると、ファイバ長が長くなり作製が困難、もしくは限られたファイバ長の中で実現するには、波長に対して分散の変化が急激になるため、入力光の波長帯域が著しく小さく制限されてしまう。

しかしながら、補償すべき分散値が１００ｐｓ／ｎｍ、１５０ｐｓ／ｎｍ、２００ｐｓ／ｎｍに限定されていれば、他の分散値は、補償を行わないため、１次関数の群遅延特性の組み合わせで作ることが可能となり、個々の１次関数の群遅延特性は、波長に対する分散の変化が無いので波長帯域も広く設計することができる。

また、図４（ａ）の群遅延特性は、図２（ａ）の２次関数状の群遅延特性を波長軸上で数ｎｍごとに分割し、順序を変えて不連続に配置したものである。図４（ａ）の構成による分散値は、図４（ｂ）に示すように、ブラッグ波長の数ｎｍ短波長側に放射モードによる損失の影響を避けることができ、低挿入損失の分散補償器を提供することができる。

ここで、ファイバグレーティング１１の回折格子は、ブラッグ反射波長より数ｎｍ短い波長の光を吸収する特性をもち、放射モード損失といわれる。このため、図２（ａ）の短い波長の光は、長い波長を反射している回折格子部分を通過する際に、一部光が吸収され、損失となっている。従って、図２（ａ）では、最長波の波長から数ｎｍ短波長側の範囲にある波長の光のみ吸収損失なしに反射され、残りの短波長側の光は、長波長側の回折格子部分を通過する際に、吸収損失を被る。

しかしながら、図４（ｂ）の構成で、連続になっている波長の範囲を数ｎｍとすると、最短波長の光は、第１の分散値関数４１に相当する回折格子によって吸収されることはない。これは波長の違いが数ｎｍ以内に収まっているからである。次に、第２の分散値関数４２の回折格子による吸収を考えると、この回折格子は、ブラッグ波長が最短波長より数ｎｍ以上長いため、最短波長の光を吸収する性質があるが、第１の分散値関数に相当する回折格子よりも光の入出射側に対し遠い位置にあるため、遅延が大きくなり、最短波長を含む第１の分散値関数４１上の波長の光は、既に反射され、第２の分散値関数４２上の回折格子を通過することが無く、従って吸収損失を生じないことになる。

このように、図４（ｂ）の構成では、光の入出射側に向かって、ある波長の反射位置より後ろ側に吸収を被る回折格子が常に位置するように構成されているので、放射モードによる損失を受けない。

以上のように、群遅延特性が非線形であるファイバグレーティングと、前記ファイバグレーティングに均一な応力を印可する張力印可機構とを含む分散補償器とすることで、可変の分散補償の作用を有し、ファイバグレーティングを用いた可変の分散補償の課題であった可変による分散値の精度の劣化問題を解消し、小型で低コストの分散補償器を可能とすることができる。

本発明にかかる分散補償器は、ファイバグレーティングを用いた分散補償を可変とした場合の分散値の精度を向上させ、小型で低コストの分散補償器を可能とするものであり、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等として有用である。

本発明の第１の実施の形態による分散補償器の構成を示す図（ａ）本発明の第１の実施の形態による２次関数型非線形ファイバ回折格子の群遅延特性を示す図（ｂ）本発明の第１の実施の形態による２次関数型非線形ファイバ回折格子の分散値を示す図（ａ）本発明の第１の実施の形態による１次関数組み合わせた回折格子の群遅延特性を示す図（ｂ）本発明の第１の実施の形態による１次関数組み合わせた回折格子の分散値を示す図（ａ）本発明の第１の実施の形態による２次関数組み合わせた回折格子の群遅延特性を示す図（ｂ）本発明の第１の実施の形態による２次関数組み合わせた回折格子の分散値を示す図従来の分散補償器の構成を示す図

符号の説明

１０光サーキュレータ
１１ファイバグレーティング
１２非線形チャープファイバ回折格子
１３張力印可機構
４１第１の分散値関数
４２第２の分散値関数

Claims

群遅延特性が非線形であるファイバグレーティングと、前記ファイバグレーティングとに均一な応力を印可する張力印可機構とを含む分散補償器。
回折格子の配置間隔が非線形にチャープしたファイバグレーティングと、前記ファイバグレーティングに均一な応力を印可する張力印可機能とを含む分散補償器。
回折格子の配置間隔が線形にチャープしたファイバグレーティングと、前記ファイバグレーティングに均一な応力を印可する張力印可機能とを含み、更に、前記ファイバグレーティングは、長手方向に有効屈折率が非線形に変化している分散補償器。
ファイバグレーティングの群遅延特性が、２次関数である請求項１ないし３のいずれか記載の分散補償器。
ファイバグレーティングの群遅延特性が、複数の１次関数の組み合わせであり、不連続部分を含む構成である請求項１ないし３のいずれか記載の分散補償器。
ファイバグレーティングの群遅延特性が、複数の２次関数の組み合わせであり、不連続部分を含む構成である請求項１ないし３のいずれか記載の分散補償器
張力印可機構は、マイクロメータを用いてファイバグレーティングに張力を印可する機構である請求項１ないし６のいずれか記載の分散補償器
張力印可機構は、ピエゾ素子を用いてファイバグレーティングに張力を印可する機構である請求項１ないし６のいずれか記載の分散補償器
張力印可機構は、ペルチェ素子又はヒータを用いてファイバグレーティングに張力を印可する機構である請求項１ないし６のいずれか記載の分散補償器。