JP2005156584A

JP2005156584A - 分散補償モジュール

Info

Publication number: JP2005156584A
Application number: JP2003390510A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Wakabayashi; 信一若林; Teruhiro Ito; 彰宏伊藤; Jingo Adachi; 仁吾安達
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】光ファイバ伝送路の波長分散を補償するための分散補償モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】チャープファイバグレーティングを有する光ファイバを表面溝中に埋め込んだ基板と、表面に複数の抵抗線ヒータからなる温度分布領域を持つ基板の表面同士を張り合わせ固定された構成により、可変分散補償機能を有する分散補償モジュールを提供できるという作用を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超高速の光ファイバ通信等に用いられる分散補償モジュールに関するものである。

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、光ファイバには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には、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ための分散補償技術が必要となる。さらに、伝送速度が大きくなり、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する動的な分散補償技術も求められる。

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向かってピッチを連続的に変化させた回折格子のことであり、光ファイバのコア中に形成された屈折率変調構造の周期を連続的に変化させた構造をもつ。ファイバグレーティングは特定の波長の光を反射させる特性を持ち、光ファイバの長軸方向に向かってピッチを連続的に変化させた回折格子を形成することにより、光の波長によって反射位置が異なる素子となる。この特徴を用いて、このチャープファイバグレーティングは、光サーキュレータと組み合わせることにより、小型な分散補償器としての機能を有することが知られている。

従来の可変分散技術としては、温度制御によるファイバグレーティングの屈折率変化を生じさせるものがあった。例えば特許文献１にはチャープ回折格子の上に複数のマイクロヒータを形成して行うものが記載されている。

図４は可変分散補償器の一例である。周期を連続的にチャープさせた回折格子構造１１３を有する光導波路が必要となる。この光導波路としては、Ｓｉ基板上の石英ガラス導波路、半導体基板上の半導体導波路、光ファイバ等を用いることができる。分散量を変える手段は、図４（Ｂ）に示すように、光導波路上に形成した複数のマイクロヒータ１１６である。例えば、石英ガラス導波路の場合、材料である石英ガラスを加熱することにより、屈折率を変化させることができる。また石英ガラスは非常に熱伝導が悪いので、小さな一部分の領域のみを加熱することも可能である。従って、マイクロヒータ１１６に加える電力に分布をつければ、光導波路の長さ方向にわたって任意の温度分布をつけることができる。

マイクロヒータ１１６としては、例えばニッケルやタングステン等の金属を光導波路上に蒸着し分離して、そこに電流を流すための電極１１７を設ければ良い。加熱により屈折率が変化すれば、ブラッグ反射波長も変化する。

以上のように、動的な分散補償技術として可変分散補償器を提供できる。
特開２０００−２３５１７０号公報

しかしながら、上記の素子構成に用いられている可変分散補償器の構成では、チャープ回折格子（チャープファイバグレーティング）上に複数のヒータを形成しており、チャープファイバグレーティングと温度分布形成用のヒータとが一体構造として構成されている。もともと、チャープファイバグレーティングは固定分散補償機能を有しているが、固定分散補償用のチャープファイバグレーティングへの可変機能を付加するにあたり、固定分散補償機能と可変分散補償機能というそれぞれの機能に対応した機能部品を組み合わせる手法やそれに対応したデバイス構成がこれまでほとんどなかったという課題がある。

本発明は上記従来技術の課題を解決するもので、光ファイバ伝送システムに必要とされる分散補償機能に応じて、固定分散補償はもちろん、可変分散補償にも適用可能な分散補償モジュールを提供する。すなわち、固定分散補償機能が必要な場合、可変分散補償機能が必要な場合にそれぞれ対応できるようなデバイスとして、固定分散補償用のチャープファイバグレーティングへの部品追加によって可変機能を追加できる分散補償モジュールを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明の第１の構成は、チャープファイバグレーティングを有する光ファイバを表面溝中に埋め込んだ基板と、表面に複数の抵抗線ヒータからなる温度分布領域を持つ基板の表面同士を張り合わせ固定されたことを備えた構成を有する。

本発明の第１の構成により、可変分散補償機能を有する分散補償モジュールを提供できるという作用を奏する。

また、本発明の第２の構成は、異なる温度分布となるように形成した抵抗線ヒータ基板を複数用意し、補償すべき伝送路の分散特性に応じた基板を選択することを備えた構成を有する。

本発明の第２の構成により、異なった特性の可変分散補償機能を有する分散補償モジュールを提供できるという作用を奏する。

また、本発明の第３の構成は、チャープファイバグレーティングを有する光ファイバを表面溝中に埋め込んだ基板のみを備えた構成を有する。

本発明の第３の構成により、固定分散補償機能を有する分散補償モジュールを提供できるという作用を奏する。

以上説明したように、本発明の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を有する光ファイバを表面溝中に埋め込んだ基板と、表面に複数の抵抗線ヒータからなる温度分布領域を持つ基板をおのおの独立に形成し、その表面同士を張り合わせ固定されたことを備えた構成により、可変分散補償機能を有する分散補償モジュールを提供できるという効果を有する。また、異なる温度分布となるように形成した抵抗線ヒータ基板を複数用意し、補償すべき伝送路の分散特性に応じた基板を選択することを備えた構成により、異なった特性の可変分散補償機能を有する分散補償モジュールを提供できるという効果を有する。

また、チャープファイバグレーティングを有する光ファイバを表面溝中に埋め込んだ基板のみから構成される場合は、固定分散補償機能を有する分散補償モジュールを提供できるという効果を有する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施形態１を図１を用いて説明する。

実施形態１の分散補償モジュールは、光ファイバ１１、チャープファイバグレーティング固定用基板１２、チャープファイバグレーティング１３、Ｖ溝１４、抵抗線ヒータの搭載基板１５、第１の抵抗線ヒータ用電極１６、第２の抵抗線ヒータ用電極１７，抵抗線ヒータ１８を有する。

光ファイバ１１のコア部には、チャープファイバグレーティング１３が形成されており、チャープファイバグレーティング固定用基板１２には光ファイバ１１を埋め込むためのＶ溝１４が形成されている。この場合シングルモードファイバのクラッド径である１２５ミクロンのファイバがちょうど入るＶ溝の大きさとなっており、基板上面と上側のファイバ側面とが同じ高さになっている。ファイバがＶ溝中をファイバの長手方向にずれない程度に接着しておく。分散補償に用いるチャープファイバグレーティングの長さは通常数１０ミリメートルから１００ミリメートル程度であるので、基板のサイズも長さは同程度である。チャープファイバグレーティング固定用基板１２の材質は石英等のガラスや半導体材料であるシリコン、もしくはアルミや銅等の金属材料を使用することが可能である。基板同士の接着の際には、例えばシリコン等によるの熱伝導性の良好なペーストを介して接触させる方法や、あらかじめ光ファイバの周囲に金属等の熱伝導性の良好な薄膜を形成しておく方法が有効である。

抵抗線ヒータの搭載基板１５には抵抗線ヒータ１８が形成されており、通電用の第１の抵抗線ヒータ用電極１６と第２の抵抗線ヒータ用電極１７が接続されている。抵抗線ヒータはクロムやチタン、タングステン等の金属を使用し、厚さ数ミクロンから数１０ミクロン程度である。また幅や長さは発生させる電力に応じて変えればよいが、幅は数ミクロンから数１０ミクロン程度、長さは数ミリから数１０ミリ程度が妥当である。抵抗線ヒータ１８はヒータの線幅が右側にゆくにつれて大きくなっており、抵抗値が小さくなるように設計されているため電極間に通電した場合消費電力が各ヒータ部分で異なるために温度分布が発生する。

光ファイバ１１と抵抗線ヒータ１８全体が接触するように２つの基板を張り合わせることで分散補償モジュールを形成する。形成されている温度分布（温度勾配）により、チャープファイバグレーティングの位置ごとの温度が異なるため、チャープファイバグレーティングピッチの変化の度合いが異なる。従って、分散値を可変にすることができる。

チャープファイバグレーティングを通常の固定分散補償器として使用する場合は抵抗線ヒータの搭載基板の張り合わせを行わずにチャープファイバグレーティング及び固定用基板のみで利用することができる。また、抵抗線ヒータに通電せずに使用することも可能である。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２の分散補償モジュールについて図２を参照して説明する。実施形態２の分散補償モジュールは光ファイバ２１、チャープファイバグレーティング固定用基板２２、チャープファイバグレーティング２３、Ｖ溝１２４、Ｖ溝２２５、抵抗線ヒータの搭載基板２６、第１の抵抗線ヒータ用電極２７、第２の抵抗線ヒータ用電極２８、抵抗線ヒータ２９を有する。

光ファイバ２１のコア部には、チャープファイバグレーティング２３が形成されており、チャープファイバグレーティング固定用基板２２には光ファイバ２１を埋め込むためのＶ溝が形成されている。この場合のＶ溝は右端から左端に進むにつれて溝の深さが徐々に大きくなっており、右端のＶ溝ではシングルモードファイバのクラッド径である１２５ミクロンのファイバがちょうど入り、基板上面と上側のファイバ側面とが同じ高さになっている。一方、左端ではＶ溝が深いために基板上面よりもファイバ上面が低くなっている。

ファイバが動かないようにファイバとＶ溝の側面とを接着しておく。

光ファイバ２１と抵抗線ヒータ２９全体が接触するように２つの基板を張り合わせることで分散補償モジュールを形成する。抵抗線ヒータの搭載基板２６には抵抗線ヒータ２９が形成されており、通電用の第１の抵抗線ヒータ用電極２７と第２の抵抗線ヒータ用電極２８が接続されている。この場合、抵抗線ヒータ２９はヒータの線幅が等しくなっており、同じ抵抗値を持つように設計されているため電極間に通電した際の各ヒータ部分は同じ温度となる。一方、Ｖ溝の深さが光ファイバの長手方向で異なるため、ヒータとチャープファイバグレーティングとの間隔が位置により異なるため、各ヒータで同じ電力を発生してもチャープファイバグレーティングが形成されている光ファイバでは長手方向で温度分布が生じる。

従って、形成されている温度分布（温度勾配）により、チャープファイバグレーティングの位置ごとの温度が異なるため、チャープファイバグレーティングピッチの変化の度合いが異なる。従って、分散値を可変にすることができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３の分散補償モジュールについて図３を参照して説明する。

実施形態３では異なる温度分布を持つ抵抗線ヒータの搭載基板を複数用意しておき、補償すべき伝送路の分散特性に応じた基板を選択し、図１に示したチャープファイバグレーティングを搭載した基板と張り合わせて分散補償モジュールとする。

抵抗線ヒータの搭載基板として（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３種類を示している。１つは抵抗線ヒータの搭載基板３１、第１の抵抗線ヒータ用電極３２，第２の抵抗線ヒータ用電極３３、抵抗線ヒータ（１次関数的線幅変化）３４を有する。残り２つは、抵抗線ヒータ（１次関数的線幅変化）３４の代わりに、抵抗線ヒータ（等しい線幅）３５、抵抗線ヒータ（２次関数的線幅変化）３６をそれぞれ置き換えたものである。

（ａ）抵抗線ヒータの搭載基板（１）では、抵抗線ヒータ３４はヒータの線幅が右側にゆくにつれて大きくなっており、抵抗値が小さくなるように設計されているため電極間に通電した場合消費電力が各ヒータ部分で異なるために温度分布が発生する。また、（ｂ）抵抗線ヒータの搭載基板（２）では、ヒータの線幅が等しくなっており、同じ抵抗値を持つように設計されているため電極間に通電した際の各ヒータ部分は同じ温度となる。また、（ｃ）抵抗線ヒータの搭載基板（３）では、ヒータの線幅が２次関数状（上に凸）に変化しており、消費電力が各ヒータ部分で２次関数状の分布形状となるので、それを反映した温度分布が発生する。

図１の光ファイバ１１と抵抗線ヒータ３４，３５，３６とがそれぞれ接触するように２つの基板を張り合わせることで分散補償モジュールを形成する。形成されている温度分布（温度勾配）により、チャープファイバグレーティングの位置ごとの温度が異なるため、チャープファイバグレーティングピッチの変化の度合いが異なる。従って、分散値を可変にすることができる。

以上のように、本実施形態によれば、可変分散補償機能を有する分散補償モジュールを提供できる。また、異なる温度分布となるように形成した抵抗線ヒータ基板を複数用意し、補償すべき伝送路の分散特性に応じた基板を選択することを備えた構成により、異なった特性の可変分散補償機能を有する分散補償モジュールを提供できる。

なお、本実施の形態の、チャープファイバグレーティングのチャープ量や帯域は補償すべき分散値に応じて変えればよく、チャープファイバグレーティングの特性を適宜設定し実施することで本発明が有効となることは明らかである。

本発明にかかる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及び抵抗線ヒータを搭載した基板を張り合わせ固定することにより、固定分散補償機能のみならず可変分散補償機能を有し、作製の容易な分散補償デバイスとして有用である。

本発明の第１の実施形態における分散補償モジュールの構成図本発明の第２の実施形態における分散補償モジュールの構成図本発明の第３の実施形態における分散補償モジュール構成図従来の可変分散補償器の構成を示す概略図

符号の説明

１１光ファイバ
１２チャープファイバグレーティング固定用基板
１３チャープファイバグレーティング
１４Ｖ溝
１５抵抗線ヒータの搭載基板Ｖ溝
１６第１の抵抗線ヒータ用電極
１７第２の抵抗線ヒータ用電極
１８抵抗線ヒータ
２１光ファイバ
２２チャープファイバグレーティング固定用基板
２３チャープファイバグレーティング
２４Ｖ溝１
２５Ｖ溝２
２６抵抗線ヒータの搭載基板
２７第１の抵抗線ヒータ用電極
２８第２の抵抗線ヒータ用電極
２９抵抗線ヒータ
３１抵抗線ヒータの搭載基板
３２第１の抵抗線ヒータ用電極
３３第２の抵抗線ヒータ用電極
３４抵抗線ヒータ（１次関数的線幅変化）
３５抵抗線ヒータ（等しい線幅）
３６抵抗線ヒータ（２次関数的線幅変化）
１１３チャープ回折格子
１１４Ｙ分岐光導波路
１１６マイクロヒータ
１１７電極パッド
１１８電気配線

Claims

表面に溝を形成し、チャープファイバグレーティングを有する光ファイバを埋め込んだ光ファイバ固定用基板と、表面に複数の抵抗線ヒータからなる温度分布領域を持つ基板と、前記２つの基板の表面同士を張り合わせ固定することを供えた分散補償モジュール。
光ファイバ固定用の溝の深さが長手方向に連続的に変化していることを特徴とする請求項１記載の分散補償モジュール。
異なる温度分布を持つように形成した抵抗線ヒータからなる温度分布領域を持つ複数の基板を用意しておき、補償すべき伝送路の分散特性に合わせて前記基板の中から選択することを特徴とする請求項１記載の分散補償モジュール。
抵抗線ヒータの線幅を変化させることで抵抗値をコントロールして温度分布を変化させることを特徴とする請求項１記載の分散補償モジュール。
表面に溝を形成し、チャープファイバグレーティングを有する光ファイバを埋め込んだ光ファイバ固定用基板のみで動作させることを特徴とする請求項１記載の分散補償モジュール。