JP2006251609A - 波長分散および分散スロープ補償装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡略な制御機構によって波長分散および分散スロープをそれぞれ独立に可変補償できる低コストの装置を提供する。
【解決手段】本発明の波長分散および分散スロープ補償装置は、ＶＩＰＡ板１で第１の方向（Ｙ_０軸）に角度分散させたＷＤＭ光を、回折格子７で第１の方向と垂直な第２の方向（Ｘ軸）に角度分散させ、回折格子７から出力される各波長の光信号を、互いに異なる曲面形状を有する反射面を持った複数の３次元ミラー９−１，９−２，９−３，…のうちのいずれか１つで反射させてＶＩＰＡ板１に戻すようにする。これにより、複数の３次元ミラーを第２の方向に移動させるだけの簡略な制御機構によって、波長分散および分散スロープの可変補償が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ伝送路を伝送された波長多重光に含まれる各波長の光信号に発生する波長分散および分散スロープを補償するための装置に関し、特に、波長分散および分散スロープを独立に可変補償することが可能な装置に関する。

光ファイバ伝送路を介して光信号を高速に伝送する光伝送システムでは、変調された光信号の各波長成分に対する光ファイバ伝播時間が異なることで生じる波形劣化を抑圧するために、波長分散補償を行うことが必要である。従来の波長分散補償器の１つとして、例えば、信号光を波長に応じて空間的に区別できる（例えば、異なる方向に進む）複数の光束に分波する、いわゆるバーチャリ・イメージド・フェイズド・アレイ（Virtually Imaged Phased Array：ＶＩＰＡ）を利用して構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器について簡単に説明する。
図１３は、従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器の構成例を示す斜視図である。また、図１４は、図１３の構成例の上面図である。
各図に示すように従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器では、例えば、光サーキュレータ１２０を介して光ファイバ１３０の一端から出射された光が、コリメートレンズ１４０で平行光に変換された後に、ライン焦点レンズ１５０によって１つの線分の上に集光され、ＶＩＰＡ板１１０の照射窓１１６を通って対向する平行平面の間に入射される。このＶＩＰＡ板１１０への入射光は、例えば、ＶＩＰＡ板１１０の一方の平面に形成された１００％より低い反射率を有する反射多層膜１１２と、他方の平面に形成された略１００％の反射率を有する反射多層膜１１４との間で多重反射を繰り返す。その際、反射多層膜１１２の面で反射するごとに数％の光が当該反射面を透過してＶＩＰＡ板１１０の外に出射される。

ＶＩＰＡ板１１０を透過した光は、相互に干渉し、波長に応じて進行方向が異なる複数の光束を作る。その結果、各光束を収束レンズ１６０で１点に集光すると、各々の集光位置は波長の変化に伴って直線上を移動するようになる。この直線上に例えば３次元ミラー１７０を配置することにより、ＶＩＰＡ板１１０から出射され収束レンズ１６０で集光された光は、各々の波長に応じて３次元ミラー１７０上の異なる位置で反射されてＶＩＰＡ板１１０に戻される。３次元ミラー１７０で反射された光は波長によって異なる方向に進行し、ＶＩＰＡ板１１０に戻される際に光路がずれる。この光路ずれ量を波長によって変えることにより異なる波長成分は異なる距離を伝播することになって、入力光の波長分散補償が行われる。

上記のようにＶＩＰＡ板１１０で多重反射される光の振る舞いは、例えば図１５に示すようなモデルを考えると、階段状の回折格子として周知のエシュロン格子（Echelon grating）と同様の振る舞いをする。このため、ＶＩＰＡ板１１０は仮想的な回折格子として考えることができる。ＶＩＰＡ板１１０における干渉条件を考えると、図１５の右側に示すように、出射光はその光軸を基準にして上側が短波長、下側が長波長の条件で干渉するので、各波長の光信号の短波長成分が光軸の上側に出射され、長波長成分が光軸の下側に出射されることになる。このような従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器は、波長分散を広い範囲で補償することができ、また、補償する光信号の波長（透過波長）を変化させることが可能であるなどの長所がある。

また、波長の異なる複数の光信号を含んだ波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）光を伝送するシステムにおいては、各波長の光信号に対して適切な波長分散補償を行なう必要があり、分散スロープと呼ばれる波長分散の波長依存性までを補償することが要求される場合がある。補償すべき波長分散および分散スロープの組み合わせは、光ファイバの種類および光ファイバ伝送路長の組み合わせが無数にあるので、無数に存在する。このため、波長分散および分散スロープをそれぞれ独立に可変補償できる装置が求められる。

波長分散および分散スロープを独立に可変補償する従来の技術としては、例えば図１６に示すように、前述したＶＩＰＡ型波長分散補償器について、ＶＩＰＡ板１１０で角分散された各波長の光に対して、その角分散方向とは垂直な方向に、波長に応じて平行に光路ずれを生じさせる手段１８０を設けることにより、ＷＤＭ光の各波長の光信号に与える波長分散および分散スロープをそれぞれ独立に制御できるようにした装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特表２０００−５１１６５５号公報 特開２００２−２５８２０７号公報

しかしながら、上記のようなＶＩＰＡを利用した従来の波長分散および分散スロープ補償装置は、複雑な制御機構を必要とするという課題がある。すなわち、従来の装置は、波長分散を可変補償するために３次元ミラー１７０の位置を制御する機構と、分散スロープを可変補償するために、ＶＩＰＡの角分散方向とは垂直な方向に光路ずれを生じさせる手段１８０、具体的には屈折率波長分散を有する透明材料からなる平行平板若しくは２枚のプリズム、または、２枚の回折格子などを制御する機構とを設ける必要がある。これらの機構は、分散スロープの補償量を変えるために平行平板等の手段１８０を制御して光路ずれ量を変化させると、３次元ミラー１７０に向かう各波長の光路自体も全体にずれ、波長分散の補償量も変化してしまうため、各々の機構の制御を連動させる必要がある。しかし、３次元ミラー１７０と手段１８０とを連動して微小距離移動させるためには複雑な調整機構が必要になり、そのような調整機構の設計および製造は容易ではなく、膨大なコストを要することになる。このため、従来の装置は、実用化が現実的でないということが問題となっていた。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、簡略な制御機構によって波長分散および分散スロープをそれぞれ独立に可変補償できる低コストの装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の波長分散および分散スロープ補償装置は、波長の異なる複数の光信号を含んだ波長多重光が入力され、該波長多重光を一次元方向に集光させて出力する光学系と、相対する平行な２つの反射面を有し、前記光学系から出力される波長多重光が前記各反射面の間に入射し、該入射光が前記各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過し、該透過光が干渉することにより、前記波長多重光に含まれる各波長の光信号ごとに、波長に応じて異なる角度で第１の方向に分散した光を出力する光部品と、前記光部品から出力される各波長の光信号を、前記第１の方向に垂直な第２の方向に対して波長に応じて異なる角度で分散させる回折格子と、前記第１の方向の曲率が前記第２の方向に沿って変化する曲面形状を有する反射面をそれぞれ持ち、前記第１の方向の曲率の前記第２の方向に対する変化率が互いに異なる複数の３次元ミラーを備えた反射部と、波長分散および分散スロープの各補償量に対応させて前記反射部の複数の３次元ミラーを前記第２の方向に移動させ、前記回折格子から出力される各波長の光信号が前記反射部の複数の３次元ミラーのうちのいずれか１つの３次元ミラーで反射され、該反射光が前記回折格子を介して前記光部品に戻されるようにする可動ステージと、を含んで構成される。

このような構成の波長分散および分散スロープ補償装置では、上記の光部品が前述した従来のＶＩＰＡに相当し、その光部品と反射部の間に回折格子が配置され、この回折格子において、光部品から出力される各波長の光信号が第２の方向、すなわち、光部品における角度分散方向に対して垂直な方向に角度分散される。これにより、第２の方向に角度分散した各波長の光信号が反射部に送られ、複数の３次元ミラーのうちのいずれか１つで反射される。このとき、各波長の光信号は第１の方向の曲率が異なる反射面で反射されるため、各波長の光信号に対して異なる波長分散が与えられて分散スロープが補償されるようになる。また、複数の３次元ミラーは第１の方向の曲率の第２の方向に対する変化率が互いに異なるので、可動ステージにより複数の３次元ミラーを第２の方向に移動させて回折格子からの出力光を反射する３次元ミラーを変えることにより、分散スロープの補償量が可変になる。

上記のような本発明の波長分散および分散スロープ補償装置によれば、反射部の複数の３次元ミラーを可動ステージにより第２の方向に移動させるという簡略な制御機構により、波長分散および分散スロープを独立に可変補償することができる。よって、実用化が容易で低コストの波長分散および分散スロープ補償装置を提供することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明による波長分散および分散スロープ補償装置の一実施形態の構成を示す斜視図である。また、図２は、図１の構成の上面図である。
図１において、本実施形態の装置は、例えば、相対する平行な２つの反射面を有する光部品としてのＶＩＰＡ板１と、そのＶＩＰＡ板１の照射窓１Ｄに対して一線分上に集光するＷＤＭ光を入射可能にする、光サーキュレータ２、光ファイバ３、コリメートレンズ４およびシリンドリカルレンズ５からなる光学系と、ＶＩＰＡ板１で多重反射されて一方の面から出射される光が順に与えられる、シリンドリカルレンズ６（第１のレンズ）、回折格子７およびシリンドリカルレンズ８（第２のレンズ）と、シリンドリカルレンズ８を通過した光を反射し、シリンドリカルレンズ８、回折格子７およびシリンドリカルレンズ６を介してＶＩＰＡ板１に戻す反射部９と、反射部９が搭載される可動ステージ１０と、を備えて構成される。

ＶＩＰＡ板１は、上述の図１３に示した従来の構成と同様に、対向する平行平面を備えた基板１Ａと、その基板１Ａの一方の平行平面に形成された反射多層膜１Ｂと、他方の平行平面に形成された反射多層膜１Ｃおよび照射窓１Ｄと、を有する。このＶＩＰＡ板１は、照射窓１Ｄに入射されるＷＤＭ光の光軸が垂直入射となる角度に対して所要の角度だけ傾けられている。反射多層膜１Ｂは、照射窓１Ｄから入射されるＷＤＭ光に対して１００％より低い（好ましくは９５〜９８％程度）反射率を有し、基板１Ａの一方の平面全体に形成されている。また、反射多層膜１Ｃは、照射窓１Ｄから入射されるＷＤＭ光に対して略１００％の反射率を有し、基板１Ａの他方の平面の一部分に形成されている。基板１Ａの他方の平面の反射多層膜１Ｃが形成されていない部分は、ＷＤＭ光に対して透明な照射窓１Ｄとなっている。

光サーキュレータ２は、例えば、３つのポートを有し、第１ポートから第２ポートに向かう方向、第２ポートから第３ポートに向かう方向、第３ポートから第１ポートに向かう方向に光を伝達する一般的な光部品である。ここでは本装置に入力されるＷＤＭ光が、光サーキュレータ２の第１ポートに与えられ、第２ポートを介して光ファイバ３の一端に送られると共に、光ファイバ３の他端に戻されてきたＷＤＭ光が、第２ポートを介して第３ポートから本装置の出力光として出力される。

光ファイバ３は、例えばシングルモードファイバ等の一端を光サーキュレータ２の第２ポートに接続し、他端をコリメートレンズ４の近傍に配置したものである。なお、光ファイバ３の種類は上記に限られるものではない。
コリメートレンズ４は、光ファイバ３の他端から出射される光ビームを平行光に変換してシリンドリカルレンズ５に与える一般的なレンズである。

シリンドリカルレンズ５は、コリメートレンズ４からの平行光を１次元方向に集光させるライン焦点レンズである。このシリンドリカルレンズ５により一線分上に集光された光がＶＩＰＡ板１の照射窓１Ｄから平行平面間に入射される。
シリンドリカルレンズ６は、ＶＩＰＡ板１から出射され波長に応じて異なる方向に進む光を、ＶＩＰＡ板１における角度分散方向（図のＹ_０軸方向）と同じ方向に集光させるライン焦点レンズである。なお、図示した直交座標系Ｘ_０−Ｙ_０−Ｚ_０のＺ_０軸方向は、光ファイバ３から出射される光の光軸方向に一致する。

回折格子７は、シリンドリカルレンズ６によって集光された光を、ＶＩＰＡ板１の角度分散方向に垂直な面（Ｘ−Ｚ平面）に対して水平方向に回折させ、ＷＤＭ光に含まれる各波長（チャネル）の光信号を波長に応じて異なる出力角度で分散させるものである。なお、図示した直交座標系Ｘ−Ｙ−Ｚは、上記のＺ_０軸を回折格子７の回折角に対応させてＺ軸に変換したものであり、Ｘ_０−Ｚ_０平面とＸ−Ｚ平面とは平行である。

シリンドリカルレンズ８は、回折格子７からの出力光を、回折格子７における角度分散方向と同じ方向（図のＸ軸方向）に集光させるライン焦点レンズである。このシリンドリカルレンズ８は、回折格子７と反射部９の間の光路上で、回折格子７までの距離と反射部９までの距離とが略等しくなる位置に配置するのが好ましい。このような配置とすることにより本装置で発生する損失を低く抑えることが可能になる。

反射部９は、反射面の形状が異な複数の３次元ミラー９−１，９−２，９−３，…を有する。各３次元ミラー９−１，９−２，９−３，…は、各々の反射面が、本装置における波長分散の補償量を可変にするために、Ｙ軸方向の曲率がＸ軸方向に沿って変化する曲面形状、ここではＸ軸方向に沿って徐々に凸面から平面さらに凹面へと変わる３次元構造となっている。また、本装置における分散スロープの補償量を可変にするために、Ｙ軸方向の曲率のＸ軸方向に対する変化率が３次元ミラーごとに異なるように設計されている。上記のような反射面を持つ３次元ミラー９−１，９−２，９−３，…は、各々の反射面をＸ軸方向に揃えて一列に並べられ、可動ステージ１０上に搭載される。可動ステージ１０は、例えばステッピングモータ等によって駆動されＸ軸方向に移動自由である。なお、各３次元ミラー９−１，９−２，９−３，…の反射面の具体的な形状については後述する。

次に、本実施形態の動作について説明する。
上記のような構成の波長分散および分散スロープ補償装置では、光ファイバ伝送路を伝播して波長分散の発生したＷＤＭ光が光サーキュレータ２の第１ポートに入力され、そのＷＤＭ光が光サーキュレータ２の第２ポートを介して光ファイバ３に送られる。光ファイバ３から出射されたＷＤＭ光は、コリメートレンズ４で平行光に変換された後、シリンドリカルレンズ５によって一線分上に集光されて、ＶＩＰＡ板１の照射窓１Ｄを通って基板１Ａ内に入射される。ＶＩＰＡ板１内に入射したＷＤＭ光は、基板１Ａの平行平面に形成された各反射多層膜１Ｂ，１Ｃの間で多重反射を繰り返し、反射多層膜１Ｂの面で反射するごとに数％の光が当該反射面を透過してＶＩＰＡ板１の外に出射される。

ＶＩＰＡ板１の反射多層膜１Ｂ側からの出射光は、相互に干渉することにより、ＷＤＭ光に含まれる各チャネルの光信号ごとに、波長に応じて進行方向の異なる複数の光束を形成し、Ｙ_０軸方向に角度分散される。各々の光束は、シリンドリカルレンズ６によりＹ_０軸方向に集光されて回折格子７に入射される。回折格子７への入射光は、Ｘ−Ｚ平面に対して水平方向に回折され、Ｘ軸方向に角度分散した各チャネルの光信号が出射される。回折格子７を透過した光は、シリンドリカルレンズ８によりＸ軸方向に集光されて、反射部９のいずれかの３次元ミラーで反射される。

ここで、３次元ミラー上での各チャネルの光信号の反射位置について詳しく説明する。
本装置に入力されるＷＤＭ光に含まれる各チャネルの光信号は、図３のスペクトル波形に示すように、各々が変調されているために波長方向に有限の広がりを有している。ここでは、例えばΔの波長間隔を有する２つのチャネルＣｈ１，Ｃｈ２の光信号について、それぞれの短波長側の光をＳ１，Ｓ２、中心波長の光をＣ１，Ｃ２、長波長側の光をＬ１，Ｌ２として、各々の光の３次元ミラー上での反射位置を具体的に考えることにする。

上記のような各チャネルＣｈ１，Ｃｈ２の光信号を含んだＷＤＭ光がＶＩＰＡ板１で多重反射されることにより、図４の側面図に示すように、同一チャネル内の各波長成分がＹ_０軸方向に角度分散され、各チャネルの短波長側の光Ｓ１，Ｓ２が図で上側の光路を伝播し、中心波長の光Ｃ１，Ｃ２が図で中央の光路を伝播し、長波長側の光Ｌ１，Ｌ２が図で下側の光路を伝播するようになる。

そして、上記のようにＶＩＰＡ板１でＹ_０軸方向に角度分散された各チャネルＣｈ１，Ｃｈ２の光信号が回折格子７を透過することにより、チャネルごとにＸ軸方向に角度分散され、図５の上面図に示すように、チャネルＣｈ１内の各波長の光Ｓ１，Ｃ１，Ｌ１が進行方向左側（図で上側）の光路を伝播し、チャネルＣｈ２内の各波長の光Ｓ２，Ｃ２，Ｌ２が進行方向右側（図で下側）の光路を伝播するようになる。

したがって、反射部９の３次元ミラー上では、図６の斜視図に示すように、チャネルＣｈ１内の各波長の光Ｓ１，Ｃ１，Ｌ１が、等しいＸ座標上の異なるＹ座標でそれぞれ反射され、チャネルＣｈ２内の各波長の光Ｓ２，Ｃ２，Ｌ２が、チャネルＣｈ１のＸ座標とは異なる、等しいＸ座標上の異なるＹ座標でそれぞれ反射されるようになる。
上記のようにして３次元ミラーで反射された各チャネルの光信号は、反射面の曲面形状に応じて各々の波長成分が異なる方向に進行し、ＶＩＰＡ板１に戻される際に光路がずれることにより、異なる波長成分は異なる距離を伝播するようになって、各チャネルの光信号に対する波長分散および分散スロープの可変補償が行われることになる。

ここで、本装置における波長分散および分散スロープの可変補償について詳しく説明する。
上述の図３に示したようにＷＤＭ光に含まれる各チャネルの光信号は波長方向に有限の広がりを有しており、光ファイバや光デバイス中の伝播速度が短波長側の成分と長波長側の成分とで異なるために、光信号の波形が歪み、伝送品質が劣化する。波長分散補償と分散スロープ補償を独立に行うとは、全てのチャネルの光信号に対して、短波長側と長波長側の群遅延差を補償するということである。すなわち、図３の一例において、チャネルＣｈ１に対して短波長側の光Ｓ１と長波長側の光Ｌ１の群遅延差を補償し、かつ、チャネルＣｈ２に対して短波長側の光Ｓ２と長波長側の光Ｌ２の群遅延差を補償することである。

本装置における波長分散の可変補償に関しては、基本的に、従来のＶＩＡＰを利用した波長分散補償器の場合と同様にして行われる。具体的に、例えば図３に示したチャネルＣｈ１の光信号について説明すると、短波長側の光Ｓ１、中心波長の光Ｃ１および長波長側の光Ｌ１は、図６に示したように３次元ミラー上の等しいＸ座標上の異なるＹ座標位置にて反射される。これにより、各々の光に対する光路長が異なるようになって波長分散が生じ、チャネルＣｈ１の光信号に対して波長分散補償がなされる。このときの波長分散の補償量は、３次元ミラーのＹ軸方向の曲率で決まる。３次元ミラーのＹ軸方向の曲率は、Ｘ軸方向に沿って変化するように反射面の形状が設計されている。このため、３次元ミラー全体をＸ軸方向に動かして各波長の光Ｓ１，Ｃ１，Ｌ１が反射する３次元ミラー上のＸ座標を変えることにより、チャネルＣｈ１の光信号に対して与えられる波長分散を変化させることができるようになり、波長分散の可変補償が可能になる。

一方、本装置における分散スロープの可変補償に関しては、ＶＩＰＡ板１でチャネルごとにＹ_０軸方向へ角度分散されたＷＤＭ光の各チャネルの光信号を回折格子７でＸ軸方向に角度分散させ、それをＹ軸方向の曲率のＸ軸方向に対する変化率が異なる複数の３次元ミラー９−１，９−２，９−３，…のいずれか１つで反射させてＶＩＰＡ板に戻すことにより実現される。具体的に、図３に示した２つのチャネルＣｈ１，Ｃｈ２について説明すると、各チャネルＣｈ１，Ｃｈ２の光信号は、図６に示したように３次元ミラー上の異なるＸ座標位置で反射される。単一の３次元ミラーのＹ軸方向の曲率は、Ｘ軸方向に沿って変化しているため、各チャネルＣｈ１，Ｃｈ２の光信号に対して異なる値の波長分散が与えられる。すなわち、分散スロープが補償される。このときの分散スロープの補償量は、回折格子７の回折角と、各チャネルＣｈ１，Ｃｈ２の光信号が反射された３次元ミラーのＹ軸方向の曲率のＸ軸方向に対する変化率とによって決まる。本装置では、回折格子７の回折角を固定とし、Ｙ軸方向の曲率のＸ軸方向に対する変化率が異なる複数の３次元ミラー９−１，９−２，９−３，…をＸ軸方向に並べ、それらをＸ軸方向に移動させて各チャネルＣｈ１，Ｃｈ２の光信号を反射する３次元ミラーが切り替えられるようにする。これにより、各チャネルＣｈ１，Ｃｈ２の光信号に対して与えられる波長分散値の差分が３次元ミラーごとに異なるようになり、分散スロープの可変補償が可能になる。

なお、本装置では、回折格子７の回折角を固定とし、複数の３次元ミラーを設けることで分散スロープの補償量を可変にしているが、回折角が可変の回折格子を適用し、単一の３次元ミラーを設けるようにしても分散スロープの可変補償を実現することが可能である（例えば、特願２００４−８９７４０号参照）。しかし、回折格子の回折角を変化させて各チャネルの光信号のＸ軸方向の分散角度を制御し、分散スロープの補償量を変化させるようにした場合、回折角を可変とするための機構が別途必要になるのに加えて、回折角の変化に合わせて３次元ミラーの位置を円状に調整することが必要になるので、３次元ミラーの位置を制御する機構が複雑化してしまうという欠点がある。一方、本装置は、固定の回折格子を用いるので回折角の可変機構が不要であり、３次元ミラーの位置の制御は、Ｘ軸方向への直線移動を可能にする機構、すなわち、従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器と同じものを適用すれば実現できるため、制御機構の複雑化を招くことがない。

次に、上記のような分散スロープの可変補償を実現する反射部９に使用される複数の３次元ミラーの具体例について説明する。
ここでは、例えば、ＷＤＭ光に含まれる各チャネルの光信号について、−１００ｐｓ／ｎｍ〜＋１００ｐｓ／ｎｍの範囲の波長分散と、−１０ｐｓ／ｎｍ^２〜＋１０ｐｓ／ｎｍ^２の範囲の分散スロープとを独立に可変補償する場合を想定する。この場合、例えば図７に示すように、−１０ｐｓ／ｎｍ^２、−５ｐｓ／ｎｍ^２、０ｐｓ／ｎｍ^２、＋５ｐｓ／ｎｍ^２および＋１０ｐｓ／ｎｍ^２の分散スロープを実現する５つの３次元ミラー９−１〜９−５を使用する。各３次元ミラー９−１〜９−５の反射面の形状は、次の（１）式によって表される。

ｚ（ｘ，ｙ）＝｛Ａ１・ｘ＋Ａ２・ｘ^２｝・ｙ^４＋｛Ａ３・ｘ＋Ａ４・ｘ^２｝・ｙ^３
＋｛Ａ５・ｘ＋Ａ６・ｘ^２＋Ａ７｝・ｙ^２ …（１）
ただし、３次元ミラーの中心をｘ＝０，ｙ＝０とする。また、係数Ａ１〜Ａ７は、実現する分散スロープ値によって異なる。次の表１は、上記５つの分散スロープを実現させる３次元ミラー９−１〜９−５について、（１）式の係数Ａ１〜Ａ７を纏めたものである。

上記のような反射面の形状の異なる５つの３次元ミラー９−１〜９−５は、各々の反射面をＸ軸方向に揃えて一列に並べて可動ステージ１０上に搭載される。そして、可動ステージ１０をＸ軸方向にスライドさせることにより、補償すべき分散スロープ値に一致する若しくは最も近い３次元ミラーがシリンドリカルレンズ８からの出射光の集光範囲内となるようにし、さらに、可動ステージ１０をＸ軸方向に微調整することで、上記の分散スロープ値を保ったまま波長分散値を−１００ｐｓ／ｎｍ〜＋１００ｐｓ／ｎｍの範囲で変化させることが可能になる。

また、上記のような３次元ミラー９−１〜９−５を使用する場合の回折格子７の具体例を挙げておくと、回折格子７の格子溝の本数は、例えば６６７本／ｎｍとすることが可能である。このような回折格子７で分光されたＷＤＭ光は、波長が１ｎｍ異なると、３次元ミラー上でＸ軸方向に約１４μｍ異なる位置にて反射することになる。すなわち、ＷＤＭ光の波長帯域が例えば４０ｎｍであるとき、ＷＤＭ光が３次元ミラー上に占める範囲はＸ軸方向に５６０μｍとなり、図７に例示したような反射面の形状を有する３次元ミラーを使用して、上記のようなＷＤＭ光に含まれる全てのチャネルの光信号の波長分散および分散スロープを補償することが可能である。

なお、本発明に用いられる複数の３次元ミラーおよび回折格子の構成は上記の具体例に限定されるものではない。
次に、上述したような本実施形態の波長分散および分散スロープ補償装置を光伝送システムに適用した場合の効果について、具体的な事例を挙げて説明する。
図８は、数ノードごとに補償ノード（ＣＮ）を設けて分散スロープ補償を行なうようにした光伝送システムの一例（上段）と、その光伝送システムにおける累積波長分散量のマップ（下段）とを示した図である。また、図９は、図８の光伝送システムに関連させて、（ａ）分散スロープ補償を行なわない場合、（ｂ）受信端のみで分散スロープ補償を行なった場合、（ｃ）補償ノードと受信端の両方で分散スロープ補償を行なった場合のそれぞれにおける、光線形中継器１台あたりでの分散補償ずれに対するペナルティを比較した一例である。

図８に示した光伝送システムの構成例にあるように、受信端だけでなく、光ファイバ伝送路の途中に設けた補償ノードで分散スロープの補償を行うことにより、波長分散補償量のずれによる伝送品質の劣化が効果的に抑えられることが、図９の一例より明らかである。このため、上記のような補償ノードや受信端に本装置を適用して、波長分散補償とは独立に分散スロープ補償を行うことは非常に有効である。

具体的に、図８に示した光伝送システムにおいて、補償ノードに入力するＷＤＭ光の波長分散が、例えば図１０に示すように全波長帯域で−２５０ｐｓ／ｎｍ〜＋２５０ｐｓ／ｎｍの範囲でばらつくとする。なお、これらのばらつきが発生する原因は、ファイバ単位長さあたりの波長分散値のずれ、分散スロープ値のずれ、温度変動、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）メニューステップおよび分散値測定誤差などである。図１０のような状況において、ＷＤＭ光の帯域幅を４０ｎｍとすると、補償ノードに入力するＷＤＭ光の分散スロープは、図１１に示すように、最大値が＋１２．５ｐｓ／ｎｍ^２、最小値が−１２．５ｐｓ／ｎｍ^２となる。

上記のような場合に、前述の図７に示した５つの３次元ミラー９−１〜９−５を用いた波長分散および分散スロープ補償装置を補償ノードに適用することにより、次の表２に示すように、−１２．５ｐｓ／ｎｍ^２〜＋１２．５ｐｓ／ｎｍ^２の分散スロープばらつきは１／１０、すなわち−１．２５ｐｓ／ｎｍ^２〜＋１．２５ｐｓ／ｎｍ^２の分散スロープばらつきまで縮小する。

上述したように、本実施形態の波長分散および分散スロープ補償装置によれば、分散スロープを可変補償するために、複数の３次元ミラーをＸ軸方向にのみ移動させれば良く、その３次元ミラーの移動には、従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器と同様の可動機構（例えば、ステッピングモータによる可動ステージの駆動など）を利用することができる。よって、制御機構の複雑化を招くことなく、波長分散および分散スロープを独立に可変補償することが可能になる、また、従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器に対して、固定の回折格子と形状の異なる複数の３次元ミラーとを追加するという僅かな変更により、本装置を実現できるという利点もある。したがって、実用化が容易で低コストの波長分散および分散スロープ補償装置を提供することが可能になる。

なお、上述した実施形態では、５つの３次元ミラーを使用する具体例を示したが、本発明に用いられる３次元ミラーの個数は上記の一例に限定されるものではなく、補償する分散スロープの範囲やＷＤＭ光の波長帯域、分散スロープ補償の精度等に応じて２個以上の任意の数の３次元ミラーを使用することが可能である。
また、ＶＩＰＡ板１からの出射光をシリンドリカルレンズ５で集光して回折格子７に送り、さらに回折格子７の透過光をシリンドリカルレンズ８で集光して反射部９に送る構成例を示したが、回折格子７の前後に配置されるシリンドリカルレンズ６，８に代えて、回折格子７の透過光を各チャネルの各々の波長ごとに１点に集光するフォーカスレンズを回折格子７と反射部９の間に設けるようにしてもよい。この場合、回折格子７からフォーカスレンズまでの距離とフォーカスレンズから反射部９までの距離とが略等しくなるようにすれば、本装置で発生する損失を低く抑えることが可能になる。

さらに、バルク型のＶＩＰＡを利用した構成例を示したが、本発明に適用可能なＶＩＰＡはバルク型に限らず、例えば図１２に示すような導波路型のＶＩＰＡを利用することも可能である。具体的に、図１２の構成例では、基板２０上に形成した１本の導波路２１の端部にＶＩＰＡ板１’が設けられ、ＶＩＰＡ板１’で多重反射した光は、基板２０の表面に形成されたスラブ導波路２２を伝播して干渉し、波長ごとに異なる角度で基板２０の端面から出射される。基板２０からの出射光は、シリンドリカルレンズ２３を通過することで基板２０の表面に平行な方向に角度分散した平行光となる。このシリンドリカルレンズ２３から出力される光の状態が、バルク型のＶＩＰＡ板１から出力される光と同じ状態となる。このような導波路型のＶＩＰＡを利用してもバルク型の場合と同様の作用効果を得ることができる。

以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。

(付記１）波長の異なる複数の光信号を含んだ波長多重光が入力され、該波長多重光を一次元方向に集光させて出力する光学系と、
相対する平行な２つの反射面を有し、前記光学系から出力される波長多重光が前記各反射面の間に入射し、該入射光が前記各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過し、該透過光が干渉することにより、前記波長多重光に含まれる各波長の光信号ごとに、波長に応じて異なる角度で第１の方向に分散した光を出力する光部品と、
前記光部品から出力される各波長の光信号を、前記第１の方向に垂直な第２の方向に対して波長に応じて異なる角度で分散させる回折格子と、
前記第１の方向の曲率が前記第２の方向に沿って変化する曲面形状を有する反射面をそれぞれ持ち、前記第１の方向の曲率の前記第２の方向に対する変化率が互いに異なる複数の３次元ミラーを備えた反射部と、
波長分散および分散スロープの各補償量に対応させて前記反射部の複数の３次元ミラーを前記第２の方向に移動させ、前記回折格子から出力される各波長の光信号が前記反射部の複数の３次元ミラーのうちのいずれか１つの３次元ミラーで反射され、該反射光が前記回折格子を介して前記光部品に戻されるようにする可動ステージと、
を含んで構成されたことを特徴とする波長分散および分散スロープ補償装置。

(付記２）前記反射部の複数の３次元ミラーは、各々の反射面を前記第２の方向に揃えて一列に並べられたことを特徴とする付記１に記載の波長分散および分散スロープ補償装置。

(付記３）前記可動ステージは、前記反射部の複数の３次元ミラーのうちから分散スロープの補償量に応じて選択される１つの３次元ミラーの反射面が前記回折格子から出力される各波長の光信号の到達範囲内となり、さらに、当該３次元ミラーの反射面上の波長分散の補償量に対応した位置で前記回折格子から出力される各波長の光信号が反射されるように、前記反射部の複数の３次元ミラーを前記第２の方向に移動させることを特徴とする付記１に記載の波長分散および分散スロープ補償装置。

(付記４）前記光部品から出力される各波長の光信号を前記第１の方向に集光させて前記回折格子に与える第１のレンズと、前記回折格子から出力される各波長の光信号を前記第２の方向に集光させて前記反射部に与える第２のレンズと、を備えたことを特徴とする付記１に記載の波長分散および分散スロープ補償装置。

(付記５）前記回折格子から前記第２のレンズまでの距離と、前記第２のレンズから前記反射部までの距離とが略等しくなるようにしたことを特徴とする付記４に記載の波長分散補償装置。

(付記６）前記回折格子から出力される各波長の光信号を各々の波長成分ごとに１点に集光させて前記反射部に与えるレンズを備えたことを特徴とする付記１に記載の波長分散および分散スロープ補償装置。

(付記７）前記回折格子から前記レンズまでの距離と、前記レンズから前記反射部までの距離とが略等しくなるようにしたことを特徴とする付記６に記載の波長分散補償装置。

本発明による波長分散および分散スロープ補償装置の一実施形態の構成を示す斜視図である。 図１の構成の上面図である。 上記実施形態の装置に入力されるＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号のスペクトル波形を例示した図である。 上記実施形態の装置においてＶＩＰＡ板で角度分散された光の光路を示す側面図である。 上記実施形態の装置において回折格子で角度分散された光の光路を示す上面図である。 上記実施形態の装置における３次元ミラー上での光信号の反射位置を示す斜視図である。 上記実施形態の装置に用いられる複数の３次元ミラーの具体的な形状の一例を示す図である。 上記実施形態の装置を適用するのに好適な光伝送システムの一例を示す図である。 図８の光伝送システムにおける分散スロープ補償の効果を説明するための図である。 図８の光伝送システムにおいて補償ノードに入力するＷＤＭ光の波長分散値の一例を示す図である。 図１０の一例に対応した分散スロープを示す図である。 導波路型のＶＩＰＡの構成例を示す図である。 従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器の構成例を示す斜視図である。 図１３の構成例の上面図である。 ＶＩＰＡの動作原理を説明するためのモデルを示す図である。 従来のＶＩＰＡを利用した波長分散および分散スロープ補償装置の構成例を示す斜視図である。

符号の説明

１，１’…ＶＩＰＡ板
１Ａ…基板
１Ｂ，１Ｃ…反射多層膜
１Ｄ…照射窓
２…光サーキュレータ
３…光ファイバ
４…コリメートレンズ
５，６，８，２３…シリンドリカルレンズ
７…回折格子
９…反射部
９−１〜９−５…３次元ミラー
１０…可動ステージ
２１…導波路
２２…スラブ導波路

Claims (5)

1. 波長の異なる複数の光信号を含んだ波長多重光が入力され、該波長多重光を一次元方向に集光させて出力する光学系と、
   相対する平行な２つの反射面を有し、前記光学系から出力される波長多重光が前記各反射面の間に入射し、該入射光が前記各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過し、該透過光が干渉することにより、前記波長多重光に含まれる各波長の光信号ごとに、波長に応じて異なる角度で第１の方向に分散した光を出力する光部品と、
   前記光部品から出力される各波長の光信号を、前記第１の方向に垂直な第２の方向に対して波長に応じて異なる角度で分散させる回折格子と、
   前記第１の方向の曲率が前記第２の方向に沿って変化する曲面形状を有する反射面をそれぞれ持ち、前記第１の方向の曲率の前記第２の方向に対する変化率が互いに異なる複数の３次元ミラーを備えた反射部と、
   波長分散および分散スロープの各補償量に対応させて前記反射部の複数の３次元ミラーを前記第２の方向に移動させ、前記回折格子から出力される各波長の光信号が前記反射部の複数の３次元ミラーのうちのいずれか１つの３次元ミラーで反射され、該反射光が前記回折格子を介して前記光部品に戻されるようにする可動ステージと、
   を含んで構成されたことを特徴とする波長分散および分散スロープ補償装置。
2. 前記反射部の複数の３次元ミラーは、各々の反射面を前記第２の方向に揃えて一列に並べられたことを特徴とする請求項１に記載の波長分散および分散スロープ補償装置。
3. 前記可動ステージは、前記反射部の複数の３次元ミラーのうちから分散スロープの補償量に応じて選択される１つの３次元ミラーの反射面が前記回折格子から出力される各波長の光信号の到達範囲内となり、さらに、当該３次元ミラーの反射面上の波長分散の補償量に対応した位置で前記回折格子から出力される各波長の光信号が反射されるように、前記反射部の複数の３次元ミラーを前記第２の方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の波長分散および分散スロープ補償装置。
4. 前記光部品から出力される各波長の光信号を前記第１の方向に集光させて前記回折格子に与える第１のレンズと、前記回折格子から出力される各波長の光信号を前記第２の方向に集光させて前記反射部に与える第２のレンズと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の波長分散および分散スロープ補償装置。
5. 前記回折格子から前記第２のレンズまでの距離と、前記第２のレンズから前記反射部までの距離とが略等しくなるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の波長分散補償装置。

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