JP2006243012A - 可変分散等化器 - Google Patents

Abstract

【課題】 １種類のチャープファイバグレーティングで正負どちらの分散値にも対応できる可変分散等化器を提供する。
【解決手段】 短波長側を光サーキュレータ３のポートに結合した第１の非線形チャープファイバグレーティング１と、長波長側を光サーキュレータ３の他のポートに結合した第２の非線形チャープファイバグレーティング２と、第１および第２の非線形チャープファイバグレーティング１，２の反射帯域を独立にシフトさせる制御手段とを備え、第１および第２の非線形チャープファイバグレーティング１，２は、同一のブラグ波長分布を有する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、可変分散等化器に関し、より詳細には、光ファイバを伝搬してきた光信号の歪みを補正する光等化器であって、特に、分散量を可変させることができる可変分散等化器置に関する。

光ファイバ伝送システムにおいては、波長分散の影響を避けるために、光ファイバ伝送路の零分散波長に近い波長の光が用いられている。零分散波長と伝送される信号光の波長とのずれは、波長分散の増大を伴うが、比較的近距離の伝送の場合、伝送速度が低い場合にはほとんど問題とならない。しかし、長距離伝送の場合、高速伝送の場合には、波長分散の増加は、信号の伝送特性に悪影響を及ぼす。従って、信号光の波長をできるだけ零分散波長に近づける必要があるが、波長分割多重伝送システムの場合、すべてのチャンネルの信号光を、零分散波長に近づけることができないため、各チャンネルに対して何らかの分散補償を行う必要がある。

従来、このような分散補償を実施するために、分散補償ファイバを用いるのが一般的である。しかし、実際の光ファイバ伝送路の分散値は様々であり、敷設された光ファイバに新たに光ケーブルを挿入すると、再度、分散調整を行う必要が生ずる。従って、常に相当な種類の分散補償ファイバを多数用意するとともに、最適な分散補償ファイバを決定するために伝送路の波長分散を精密に測定する必要がある。

特許第３４４２２８９号公報 特開２００３−２０４３０３号公報 Morten Ibsen、Ricardo Feced 、Optics Letters（米国光学協会）、vol.28、no.12 、p.980-982 、２００３年６月１５日。

分散補償ファイバの代わりに可変分散等化器を用いることは、光ファイバ伝送路の構築や運用のために非常に有効と考えられ、様々な可変分散等化器が提案されている。その中でもチャープファイバグレーティングを用いた可変分散等化器が有望視されている。分散補償は、分散量だけでなく、分散符号、すなわち正負どちらの分散信号にも対処する必要がある。そこで、２種類の非線形チャープファイバグレーティングを組み合わせた可変分散等化器がすでに提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１に、従来の可変分散等化器の波長分散特性を示す。帯域は、波長λ_Ｓから波長λ_Ｌである。従来の可変分散等化器は、２種類の非線形チャープファイバグレーティングを同時に物理的に伸縮させるか、またはヒータ等により非線形チャープファイバグレーティングの温度を変化させる。これによって、反射帯域を初期状態からシフトさせ、特定の波長での分散値を、−Ｄ_Ｏから＋Ｄ_Ｏまで変化させる。ここでＤ_Ｏはある正の定数である。分散値が零の初期状態で、信号波長を帯域の中心付近（λ_Ｓ＋λ_Ｌ）／２に設定する。

非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域を、短波長側または長波長側にシフトさせるために、伸張機能と圧縮機能、または加熱機能と冷却機能とを合わせ持つ必要があり、可変分散等化器の構造が複雑になりコストが上昇する。シフト方向を一方向に限定すれば、構造は簡単になるが、分散値にかかわらず、常に何らかの負荷が必要になり、過剰なエネルギー消費をするという問題があった。また、２種類の異なる仕様の非線形チャープファイバグレーティングを用意する必要があり、コストを上昇させる要因になっている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、構造を簡単にし、過剰なエネルギー消費をせず、１種類のチャープファイバグレーティングで正負どちらの分散値にも対応できる、低コストの可変分散等化器を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、短波長側を光サーキュレータのポートに結合した第１の非線形チャープファイバグレーティングと、長波長側を前記光サーキュレータの他のポートに結合した第２の非線形チャープファイバグレーティングと、前記第１および第２の非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域を独立にシフトさせる制御手段とを備え、前記第１および第２の非線形チャープファイバグレーティングは、同一のブラグ（Ｂｒａｇｇ）波長分布を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記ブラグ波長分布は、ブラグ波長λ_Ｂ、ファイバグレーティング長Ｌ_ＦＧ、反射帯域の最短波長λ_Ｓ、最長波長λ_Ｌのとき、Δλ＝λ_Ｌ−λ_Ｓの関係があり、最短波長を原点として長手方向にとった座標軸をｚとしたときに、

で表され、前記制御手段は、前記第１および第２の非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域を独立に長波長側にシフトさせることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の前記ブラグ波長分布は、ブラグ波長λ_Ｂ、ファイバグレーティング長Ｌ_ＦＧ、反射帯域の最短波長λ_Ｓ、最長波長λ_Ｌのとき、Δλ＝λ_Ｌ−λ_Ｓの関係があり、最短波長を原点として長手方向にとった座標軸をｚとしたときに、

で表され、前記制御手段は、前記第１および第２の非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域を独立に短波長側にシフトさせることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の可変分散等化器において、前記第１および第２の非線形チャープファイバグレーティングは、中心波長の異なる複数の非線形チャープファイバグレーティングから構成され、前記制御手段は、各々の非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域を独立にシフトさせることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、分散特性が互いに逆になるように、それぞれ光サーキュレータのポートに結合された第１のファイバグレーティングおよび第２のファイバグレーティングと、前記第１および第２のファイバグレーティングの反射帯域を独立にシフトさせる制御手段とを備え、前記第１および第２のファイバグレーティングは、長手方向に同一の屈折率分布を有することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の可変分散等化器において、前記第１および第２のファイバグレーティングは、中心波長の異なる複数のファイバグレーティングから構成され、前記制御手段は、各々のファイバグレーティングの反射帯域を独立にシフトさせることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、１種類のチャープファイバグレーティングの反射帯域を長波長側または短波長側にシフトさせることにより、正負どちらの分散値にも対応できる可変分散等化器を構成することができる。

また、本発明によれば、分散値が零のときは、いずれの非線形チャープファイバグレーティングにも張力や熱は加わらないため、不要なエネルギー消費がなく、信頼性を向上することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。ブラグ波長λ_Ｂが以下の式（１）で分布する長さＬ_ＦＧの非線形チャープファイバグレーティングを２本用意し、光サーキュレータ等を介して結合させる。このとき光の入射方向を、それぞれ長波長側と短波長側とに違えて、透過型光フィルタを構成する。発生すべき分散の符号に応じて、ファイバグレーティングのいずれか１つの帯域を長波長側にシフトさせる。

ここで、λ_Ｓは非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域の最短波長であり、λ_Ｌは最長波長であり、Δλ＝λ_Ｌ−λ_Ｓの関係がある。ｚはλ_Ｓの点を原点とした長手方向の座標上の位置を表す。

以下、具体的に説明する。図２に、非線形チャープファイバグレーティングに短波長側から光を入射する場合を示す。式（１）で表されるブラグ波長の分布を有する非線形チャープファイバグレーティングの群遅延特性は、以下の式で表される。

ここで、ｎ_ｇは群屈折率であり、ｃは光速である。図３に、このときの群遅延特性を示す（特許文献１参照）。このとき、波長分散特性Ｄ_１は、式（２）を波長λで微分することにより、以下の式で表される。

図４に、このときの波長分散特性を示す。分散スロープは負となる。

一方、図５に、非線形チャープファイバグレーティングに長波長側から光を入射する場合を示す。群遅延特性は、τ_２(λ) ＝２ｎ_ｇＬ_ＦＧ／ｃ−τ_１(λ) で与えられ、以下の式で表される。

図６に、このときの群遅延特性を示す。このとき、波長分散特性Ｄ_２は、式（４）を波長λで微分することにより、以下の式で表される。

図７に、このときの波長分散特性を示す。分散スロープは正となる。

図８に、本発明の一実施形態にかかる可変分散等化器の構成を示す。上述した非線形チャープファイバグレーティング１，２を、４ポート型光サーキュレータ３に結合させて、透過型光フィルタを構成する。非線形チャープファイバグレーティング１は短波長側を結合し、非線形チャープファイバグレーティング２は長波長側を結合する。さらに、可変分散等化器は、非線形チャープファイバグレーティング１，２のそれぞれに対して、張力を印加して反射帯域を独立に長波長側にシフトさせる制御手段を備える。光サーキュレータは、４ポート型の代わりに３ポート型を２つ用いてもよい。また、非線形チャープファイバグレーティング１，２と４ポート型光サーキュレータ３との結合は、逆でも本質的な差はない。

可変分散等化器は、λ_Ｓからλ_Ｌまでの光を透過するが、非線形チャープファイバグレーティング１と非線形チャープファイバグレーティング２の分散が打ち消し合い、帯域内では分散値は零である。ここで、信号波長をλ_Ｌに十分近接して設定する。非線形チャープファイバグレーティング１のみに張力を印加して、反射帯域を長波長側にシフトさせると、図９に示したように、信号波長では分散値が増大し、最大値４ｎ_ｇＬ_ＦＧ／ｃΔλをとる。一方、非線形チャープファイバグレーティング２のみに張力を印加して、反射帯域を長波長側にシフトさせると、図１０に示したように、信号波長での分散値は減少し、最低値−４ｎ_ｇＬ_ＦＧ／ｃΔλをとる。このようにして、２つの非線形チャープファイバグレーティングのいずれか１つの反射帯域をシフトさせることにより、−４ｎ_ｇＬ_ＦＧ／ｃΔλから４ｎ_ｇＬ_ＦＧ／ｃΔλまでの任意の分散値を実現できる可変分散等化器として動作する。

このようにして、正負両符号の波長分散に対応できる可変分散等化器を、１種類の特性の非線形チャープファイバグレーティングだけで実現すすることができる。

信号波長をλ_Ｌより短くすると分散可変範囲は、その分小さくなる。しかし、高速変調信号の場合、帯域が広くなるため、信号波長は、帯域の分だけλ_Ｌより短波長側に設定する必要があり、分散可変時も信号波長がλ_Ｓよりも十分、長波長でなければならない。そのため光信号の帯域を考えると、可変範囲は、実際には±４ｎ_ｇＬ_ＦＧ／ｃΔλを若干下回る。十分帯域が狭い光信号（低速の信号）のときは、ほぼ±４ｎ_ｇＬ_ＦＧ／ｃΔλとなる。なお、どちらのチャープファイバグレーティングの帯域をシフトさせるか決定するために分散検知装置（例えば、特許文献２参照）を併用するのが望ましい。

これまでの説明は、反射帯域を長波長側にシフトさせたが、ブラグ波長が以下の式（６）で表される分布の場合には、短波長側にシフトさせればよく、動作は全く同様なものとなる。

この場合、信号波長は、λ_Ｓ付近に設定し、分散値を減少させたい場合は、長波長側に光を入射する非線形チャープファイバグレーティングの帯域をシフトさせ、分散値を増加させたい場合は、短波長側に光を入射する非線形チャープファイバグレーティングの帯域をシフトさせればよい。

本実施形態の可変分散等化器は、分散値が零のときは、いずれの非線形チャープファイバグレーティングにも張力や熱は加わらないため、不要なエネルギー消費がなく、信頼性も向上する。また、非線形チャープファイバグレーティングは、一種類の特性で済むため、作製にチャープ型位相マスクを用いる場合に、マスクは１種類で済む。

長手方向にある種の特殊な屈折率変調構造を有するファイバグレーティング（例えば、非特許文献１参照）は、ある入射方向では図１に示したような分散特性を有し、反対の入射方向では波長軸に関して反転した分散特性を有する。従って、非線形チャープファイバグレーティングに代えて適用することができる。ただし、信号波長を帯域の中心λ_Ｓ＋λ_Ｌ／２に設定する必要があり、分散可変のために、長波長側への帯域シフトを用いる場合には、中心波長から短波長側の帯域、すなわち全体の半分の帯域を用いる。一方、短波長側への帯域シフトを用いる場合には、中心波長から長波長側の帯域、すなわち全体の半分の帯域を用いることになる。

図８に示した可変分散等化器の構成において、非線形チャープファイバグレーティング１，２を、長手方向に同一の屈折率分布を有するファイバグレーティングに置き換えて、透過型光フィルタを構成する。ファイバグレーティングは、分散特性が互いに逆になるようにして、それぞれ４ポート型光サーキュレータ３と結合する。可変分散等化器は、ファイバグレーティングのそれぞれに対して、張力を印加して反射帯域を独立に長波長側にシフトさせる制御手段を備える。この構成によれば、ファイバグレーティングを作製するために、チャープ型位相マスクが不要のため製造コストを削減することができる。

図８に示した本実施形態にかかる可変分散等化器の構成において、非線形チャープファイバグレーティング１，２を、Ｌ_ＦＧ＝１００ｍｍ、Δλ＝４ｎｍ、λ_Ｓ＝１５４８．５ｎｍ、λ_Ｌ＝１５５２．５ｎｍとする。可変分散等化器として、最大シフト量を３ｎｍとすると、信号光波長１５５２ｎｍにおいて、約−４００ｐｓ／ｎｍから約＋４００ｐｓ／ｎｍまで分散を変えることができる。ここで、群屈折率は１．４６である。この場合、信号光の帯域として常に１ｎｍ以上確保できるため、４０Ｇｂ／ｓまでの伝送信号に対応できる。

また、Ｌ_ＦＧ＝２５０ｍｍとすれば、信号光の帯域を１ｎｍ以上確保しながら、約−１０００ｐｓ／ｎｍから約＋１０００ｐｓ／ｎｍまで分散を変えることができる。

光伝送路に可変分散等化器を用いて分散補償する場合、最適な分散値への設定は自動的になされるのが望ましい。図１１に、本発明の実施例２にかかる可変分散等化器の構成を示す。図８に示した可変分散等化器の入射信号光のポートに光伝送路４を接続し、出射信号光のポートに分岐手段６を接続する。分岐手段６により等価信号光の一部を分岐して、分散検知装置８により、分散量を検出し、分散量に応じた差分信号を出力する。

制御装置７は、分散検知装置８からの差分信号に応じて、可変分散等化器５の非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域のシフト量を電気的に制御する。

上述した可変分散等化器は、単一チャンネル対応である。次に、波長多重伝送方式に適用する場合を考える。ＰＬＣ（Planner lightwave circuit）を用いたアレイ導波路との併用が考えられるが、比較的波長間隔が大きい場合には、図８に示した可変分散等化器の構成において、複数の非線形チャープファイバグレーティングを縦続接続する。図１２に、本発明の実施例３にかかる可変分散等化器の構成を示す。

ここでは、３チャンネルを想定し、４ポート型光サーキュレータ３の第２ポートに、各チャンネルの分散スロープが負である非線形チャープファイバグレーティング９ａ，９ｂ，９ｃを縦続接続する。４ポート型光サーキュレータ３の第３ポートには、各チャンネルの分散スロープが正である非線形チャープファイバグレーティング１０ａ，１０ｂ，１０ｃを縦続接続する。各々のグレーティングには、張力によって反射帯域をシフトさせるための可動部が取り付けられている。各チャンネルごとに、対応する非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域のシフト量を、電気的に制御することにより、分散を変えることができる。

光ファイバ伝送システムにおいて、分散補償を行う可変分散等化器に適用することができ、エネルギー消費が小さく、低コストの可変分散等化器を提供することができる。

従来の可変分散等化器の波長分散特性を示す模式図である。 非線形チャープファイバグレーティングに短波長側から光を入射する場合の模式図である。 非線形チャープファイバグレーティングに短波長側から光を入射した場合の群遅延特性を示す図である。 非線形チャープファイバグレーティングに短波長側から光を入射した場合の波長分散特性を示す図である。 非線形チャープファイバグレーティングに長波長側から光を入射する場合の模式図である。 非線形チャープファイバグレーティングに長波長側から光を入射した場合の群遅延特性を示す図である。 非線形チャープファイバグレーティングに長波長側から光を入射した場合の波長分散特性を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる可変分散等化器の構成を示す図である。 非線形チャープファイバグレーティング１の反射帯域を長波長側にシフトした場合の波長分散特性の変化を示す図である。 非線形チャープファイバグレーティング２の反射帯域を長波長側にシフトした場合の波長分散特性の変化を示す図である。 本発明の実施例２にかかる可変分散等化器の構成を示す図である。 本発明の実施例３にかかる可変分散等化器の構成を示す図である。

符号の説明

１，２，９，１０ 非線形チャープファイバグレーティング
３ ４ポート型光サーキュレータ
４ 光伝送路
５ 可変分散等化器
６ 分岐手段
７ 制御装置
８ 分散検知装置

Claims (6)

1. 短波長側を光サーキュレータのポートに結合した第１の非線形チャープファイバグレーティングと、
   長波長側を前記光サーキュレータの他のポートに結合した第２の非線形チャープファイバグレーティングと、
   前記第１および第２の非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域を独立にシフトさせる制御手段とを備え、
   前記第１および第２の非線形チャープファイバグレーティングは、同一のブラグ波長分布を有することを特徴とする可変分散等化器。
2. 前記ブラグ波長分布は、ブラグ波長λ_Ｂ、ファイバグレーティング長Ｌ_ＦＧ、反射帯域の最短波長λ_Ｓ、最長波長λ_Ｌのとき、Δλ＝λ_Ｌ−λ_Ｓの関係があり、最短波長を原点として長手方向にとった座標軸をｚとしたときに、
   

   

   で表され、
   前記制御手段は、前記第１および第２の非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域を独立に長波長側にシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の可変分散等化器。
3. 前記ブラグ波長分布は、ブラグ波長λ_Ｂ、ファイバグレーティング長Ｌ_ＦＧ、反射帯域の最短波長λ_Ｓ、最長波長λ_Ｌのとき、Δλ＝λ_Ｌ−λ_Ｓの関係があり、最短波長を原点として長手方向にとった座標軸をｚとしたときに、
   

   

   で表され、
   前記制御手段は、前記第１および第２の非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域を独立に短波長側にシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の可変分散等化器。
4. 前記第１および第２の非線形チャープファイバグレーティングは、中心波長の異なる複数の非線形チャープファイバグレーティングから構成され、
   前記制御手段は、各々の非線形チャープファイバグレーティングの反射帯域を独立にシフトさせることを特徴とする請求項１、２または３に記載の可変分散等化器。
5. 分散特性が互いに逆になるように、それぞれ光サーキュレータのポートに結合された第１のファイバグレーティングおよび第２のファイバグレーティングと、
   前記第１および第２のファイバグレーティングの反射帯域を独立にシフトさせる制御手段とを備え、
   前記第１および第２のファイバグレーティングは、長手方向に同一の屈折率分布を有することを特徴とする可変分散等化器。
6. 前記第１および第２のファイバグレーティングは、中心波長の異なる複数のファイバグレーティングから構成され、
   前記制御手段は、各々のファイバグレーティングの反射帯域を独立にシフトさせることを特徴とする請求項５に記載の可変分散等化器。

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