JP2009198824A - 波長分散および波長分散スロープの可変補償器 - Google Patents

Abstract

【課題】波長分散および波長分散スロープの可変補償器を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態による波長分散および波長分散スロープの可変補償器は、複数の方向性結合器を備え、隣り合う方向性結合器間の２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分と、ΔＬ_aである部分とが交互に形成されたラティス型回路を含む。ここで、導波路長差ΔＬ_aの絶対値は、導波路長差ΔＬ_bの絶対値よりも大きい。また、導波路長差がΔＬ_bである部分は、少なくとも一方の導波路に位相調節手段を備えている。この構成において、導波路長差ΔＬ_bの大きさおよび位相調節手段の位相を調節することによって、光の通過導波路長の波長依存性がＷＤＭチャネル毎に変化し、光ファイバの波長分散スロープ特性を補償する特性を得ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、波長分散および波長分散スロープの可変補償器に関する。特に、本発明は、光ファイバ中の波長分散スロープ特性（波長分散が波長によって異なる特性）によって歪みを受けた波長多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）信号を一括して波形整形可能であり、補償特性が可変な波長分散スロープ補償器に関する。

高速のＷＤＷ伝送用として、ファイバの最低損失波長帯である１．５５μｍ帯において、数ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の波長分散（群遅延時間の波長依存性）を有し、光非線形効果を抑圧可能な、ノンゼロ分散シフトファイバ（Ｎｏｎ−Ｚｅｒｏ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ：ＮＺＤＳＦ）が広く用いられている。ＮＺＤＳＦにおいても、波長分散スロープ（０．０６ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ程度）の存在により、図１に示すように、各波長チャネルの波長分散が異なった値になる。そのため、各波長チャネルにおいて異なった信号パルスの歪が生じ、伝送容量、あるいは伝送（中継）距離が制限される。

波長分散スロープを有するファイバを伝搬して歪を受けたＷＤＭ信号を波形整形する波長分散スロープ補償法としては、従来、図２に示すように、伝送用ファイバ１の後段に分散補償ファイバ２を挿入する方法が用いられてきた（非特許文献１）。この方法では、分散補償ファイバの波長分散特性をファイバ伝送路とは逆の傾きを有するように設計することで波長分散特性が補償される。

A. M. Vengsarkar and W. A. Reed, "Dispersion-compensating single-mode fibers: efficient designs for first- and second-order compensation," Opt. Lett., vol.１８, no.１１, pp.924-926, 1993. K. Takiguchi, K. Jinguji, K. Okamoto and Y. Ohmori, "Variable group-delay dispersion equalizer using lattice-form programmable optical filter on planar lightwave circuit," J. Sel. Topics Quantum Electron., vol.2, no.2, pp.270-276, 1996 K. Takiguchi, K. Okamoto and K. Moriwaki, "Planar lightwave circuit dispersion equalizer," J. Lightwave Technol., vol.14, no.9, pp.2003-2011, 1996.

上述した従来の分散補償ファイバを用いた波長分散スロープ補償法では、ＮＺＤＳＦ、ＤＳＦの補償の場合、１．５５μｍ帯での波長分散スロープ補償は、分散補償ファイバの損失が大きくなりすぎるため、本質的に不可能である。また、図２の構成では、補償系の構成が煩雑でサイズが大きくなるという問題がある。さらに、分散補償ファイバの補償量が固定され、伝送用ファイバの交換、あるいは温度変化などによる波長分散や波長分散スロープの変動の補償には適用困難であるといった問題がある。

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、波長分散および波長分散スロープの変動にも対応可能な波長分散および波長分散スロープの可変補償器を提供することにある。本発明によれば、波長分散および波長分散スロープを有するファイバを伝搬して歪を受けたＷＤＭ信号を小型の単一素子構成で波形整形することができる。また、異なる波長分散および波長分散スロープの補償に対しても１素子で対応することができる。

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、波長分散および波長分散スロープの可変補償器であって、複数の方向性結合器を備え、隣り合う方向性結合器間の２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分と、ΔＬ_aである部分とが交互に形成されたラティス型回路を含み、｜ΔＬ_a｜＞｜ΔＬ_b｜の条件を満たし、前記２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分は、少なくとも一方の導波路に位相調節手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、波長分散および波長分散スロープの可変補償器であって、複数の方向性結合器を備え、隣り合う方向性結合器間の２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分と、ΔＬ_aまたはΔＬ_cである部分とが交互に形成されたラティス型回路を含み、｜ΔＬ_a｜＝２｜ΔＬ_c｜および｜ΔＬ_c｜＞｜ΔＬ_b｜の条件を満たし、前記２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分は、少なくとも一方の導波路に位相調節手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の可変補償器であって、前記２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分は、前記ラティス型回路の両端に配置されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の可変補償器であって、前記２本の導波路長の差がΔＬ_aである部分は、前記ラティス型回路の両端に配置されていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の可変補償器であって、前記２本の導波路長の差がΔＬ_cである部分は、前記ラティス型回路の両端に配置されていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の可変補償器であって、前記ラティス型回路は、その両側に２本の導波路長の差が等しい部分をさらに備えたことを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の可変補償器であって、前記２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分は、ΔＬ_bが可変であるように構成されたことを特徴とする。

本発明による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路において、結合率可変の方向性結合器として動作する対称マッハツェンダ型干渉計の振幅結合率を変化させることによって、チャネル帯域内で回路内の波長による通過長を変化させることができる。群遅延時間の波長微分特性が波長分散であるため、振幅結合率の変化によって波長分散補償値を変化させることができる。すなわち、可変波長分散補償を実現することができる。チャネル間隔をラティス型回路の自由スペクトルレンジ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）の整数倍に設定した場合、波長分散補償特性はいずれのチャネルにおいても同一となる。なお、この場合、波長分散の波長微分特性、すなわち波長によって波長分散が異なる波長分散スロープ特性を補償することはできない。

本発明による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路において、対称マッハツェンダ型干渉計の代わりに、アーム間に微小な長さの差を有する非対称マッハツェンダ型干渉計を用いた場合、干渉計の振幅結合率に波長依存性が付加されるために、可変波長分散補償に加えて波長分散スロープ補償も実現することができる。さらに、非対称マッハツェンダ型干渉計のアーム間の長さの差を可変にした場合、波長分散スロープ補償特性を可変にすることができる。

（第１の実施形態）
図３に、本発明の第１の実施形態による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路の構成例を示す。図３に示すように、このラティス型回路１００は、２本の導波路１０−１および１０−２と、複数の方向性結合器１１−１から１１−Ｎと、複数の位相調節部１２−１から１２−（Ｎ−１）とを備えている。ここで、Ｎは４以上の偶数である。

ラティス型回路１００は、図に示すように、２本の導波路１０−１および１０−２を複数の箇所で近接させることによって方向性結合器１１−１〜Ｎを構成している。また、隣り合う方向性結合器の間では、導波路長に差が設けられており、小さい差（ΔＬ_b）と、大きい差（ΔＬ_a）（すなわち、｜ΔＬ_a｜＞｜ΔＬ_b｜）とが交互に配置されている。図３の構成においては、方向性結合器１１−１および１１−２の間では、導波路長差がΔＬ_bであり、方向性結合器１１−２および１１−３の間では、導波路長差がΔＬ_aである。この導波路長差の大小が交互に繰り返され、方向性結合器１１−（Ｎ−１）および１１−Ｎとの間では、導波路長差がΔＬ_bになっている。

このラティス型回路は、基板上に導波路１０−１，１０−２および方向性結合器１１−１〜Ｎを形成することによって作製することができる。例えば、石英平面光波回路技術を用いてシリコン基板上でクラッドをＳｉＯ₂とし、コアをＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂として石英導波路を作製する。これにより、回路としての安定および低損失化を図ることができる。位相調節部１２−１〜Ｎ−１は、熱光学効果により導波光の位相調節を行うことができ、導波路上にＣｒやＴａ₂Ｎ等の薄膜ヒータを形成することによって作製することができる。なお、石英導波路部分を、半導体導波路、ＬＮ等の強誘電体導波路、ポリマー導波路、光ファイバなど、またはこれらを複合した導波路構成で置き換えることももちろん可能である。この場合、位相調節手段はそれぞれの導波路に適したものが用いられる（例えば、強誘電体導波路には電気光学効果による位相調節手段を用いる）。

図３の構成において、導波路長差がΔＬ_bの干渉計、すなわち、奇数番目の位相調節部１２−ｊ（ｊ：１以上の奇数）を含む干渉計は、結合率可変の方向性結合器として動作する。まず、図３の結合率可変の方向性結合器が全て対称マッハツェンダ型干渉計（すなわち、導波路長差ΔＬ_b＝０）からなる特別な場合について説明する。

位相調節部１２−ｊを調節することにより、導波路長差がΔＬ_aの部分において、光の長波長成分は相対的に短い導波路を通り、短波長成分は相対的に長い導波路を通るようにすることができる。あるいは、その逆に、長波長成分は相対的に長い導波路を通り、短波長成分は相対的に短い導波路を通るようにすることができる。そのため、図３のラティス型回路は、可変の波長分散補償器として動作する。なお、このラティス型波長分散可変補償器の動作原理に関する詳細は、非特許文献２に記載されている。

本構成では、結合率可変の方向性結合器の結合率は波長依存性を持たないため、ｃ／ｎΔＬ_a（ｃ：真空中の光速、ｎ：導波路の等化屈折率）で表されるＦＳＲ毎に、すなわちＷＤＭチャネル毎に、波長によらず同一の波長分散補償特性が生じる。そのため、本構成では、波長分散スロープの補償はできない。

図４に、結合率可変の方向性結合器が全て対称マッハツェンダ型干渉計（すなわち、導波路長差ΔＬ_b＝０）の場合において、位相調節部１２−ｊでの位相シフト量φ_j（ｊによらず同じ値）と波長分散値との関係を示す。なお、導波路長差ΔＬ_a（＝２．０６ｍｍ）を持つ非対称マッハツェンダ型干渉計数は１４である。図４からわかるように、位相シフト量φ_jの変化に対して波長分散値はほぼ線形に変化する。

図３の構成において、結合率可変の方向性結合器が非対称マッハツェンダ型干渉計（導波路長差ΔＬ_b≠０）の場合、結合率可変の方向性結合器の結合率は波長依存性を持つ。導波路長差ΔＬ_bの大きさおよび位相調節部１２−ｊの位相を調節することによって、光の通過導波路長の波長依存性がＷＤＭチャネル毎に変化し、光ファイバの波長分散スロープ特性（例えば図１に示す特性）を補償する特性を図３のラティス型回路に持たせることができる。

方向性結合器１１−ｊ，１１−（ｊ＋１）および位相調節部１２−ｊで構成される非対称マッハツェンダ型干渉計、すなわち導波路長差ΔＬ_bを持つ非対称マッハツェンダ型干渉計においては、干渉計アームの位相シフトの総計ψ_jおよび干渉計の振幅結合率ｋ_jはそれぞれ以下の（１）および（２）式であらわされる。

ただし、ｎは導波路の屈折率、λは光の波長、φ_jは位相調節部１２−ｊでの位相シフト量である。位相シフト量φ_jが波長分散値を決め、導波路長差ΔＬ_bが波長分散スロープ値を決める。１５５０ｎｍ帯の光通信波長帯（Ｃ帯）は波長３０ｎｍ程度の帯域を持つ。これは中心波長λ₀と比較して１／５０程度の充分小さい値である。従って、中心波長からの波長ずれをΔλとすると、（１）式は以下のように近似的に変形することができる。

干渉計アームの位相シフトの総計ψ_jと中心波長からの波長ずれΔλとは線形関係で近似できる。結合率可変の方向性結合器が非対称マッハツェンダ型干渉計の場合、図４のφ_jはψ_jに置き換えられる。従って、この場合、波長分散値は波長に対して図５のように変化する。なお、１５３０ｎｍにおいて約−５００ｐｓ／ｎｍの波長分散値を持つようにφ_jを調節している。図５からわかるように、図３の構成において、波長により波長分散値が変化する波長分散スロープ特性が得られ、ΔＬ_bの長さを変化させることによって波長分散スロープ特性を可変にすることができる。波長分散値は、φ_jの値を変えることによって可変にすることができる。｜ΔＬ_a｜＞｜ΔＬ_b｜という条件は、各ＷＤＭチャネル内において波長分散値が変化しないようにするために必要である。図５においても、ΔＬ_a、ΔＬ_bはそれぞれ、２．０６ｍｍ（ＦＳＲ＝１００ＧＨｚ）、１〜５μｍ（ＦＳＲ＝２００〜４０ＴＨｚ）程度であり、上記の条件を満たしている。

（第２の実施形態）
図３のラティス型回路１００において、結合率可変の方向性結合器の一部を対称マッハツェンダ型干渉計とし、その位相調節部の設定値をπ／２＋Ｉπ（I：整数）のいずれかの値に固定し、波長無依存の強度結合率５０％の方向性結合器とすることができる。本発明の第２の実施形態は、このような構成を特徴としている。

図６に、本発明の第２の実施形態による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路の構成例を示す。このラティス型回路２００は、２本の導波路２０−１および２０−２と、複数の方向性結合器２１−１から２１−Ｋと、複数の位相調節部２２−１から２２−（Ｋ−１）とを備えている。ここで、Ｋは６以上の偶数である。

ラティス型回路２００は、図に示すように、両端の対称マッハツェンダ型干渉計、すなわち、位相調節部２２−１および２２−（Ｋ−１）を含む対称マッハツェンダ型干渉計内の位相調節部２２−１および２２−（Ｋ−１）の位相を、π／２＋Ｉπ（Ｉ：整数）のいずれかの値に固定したものである。図６の構成において、導波路長差がΔＬ_aの非対称マッハツェンダ型干渉計の数およびΔＬ_aの値が図３の場合と同一という条件で、導波路長差がΔＬ_bの非対称マッハツェンダ型干渉計部の位相調節部を調節することによって図５の特性と同様の特性が得られる。

本実施形態においては、第１の実施形態と比較して、導波路長差がΔＬ_bの部分の非対称マッハツェンダ干渉計の数が減らせるので、調節しなければならない位相調節部２２−３〜（Ｋ−３）の数を削減することができる。

（第３の実施形態）
図３のラティス型回路１００において、結合率可変の方向性結合器の一部を波長無依存の強度結合率５０％の方向性結合器とすることができるので、この部分を強度結合率５０％の導波路近接型の固定方向性結合器、あるいは強度分岐率５０％のＹ分岐導波路で置き換えることもできる。本発明の第３の実施形態は、このような構成を特徴としている。

図７に、本発明の第３の実施形態による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路の構成例を示す。このラティス型回路３００は、２本の導波路３０−１および３０−２と、複数の方向性結合器３１−１から３１−Ｐと、複数の位相調節部３２−１から３２−（Ｐ−１）とを備えている。ここで、Ｐは４以上の偶数である。

このラティス型回路３００は、図に示すように、図６の両端の対称マッハツェンダ型干渉計を強度結合率５０％の導波路近接型の固定の方向性結合器に置きかえたものである。なお、この部分を強度分岐率５０％のＹ分岐導波路で置き換えることもできる。図７の構成において、導波路長差がΔＬ_aの非対称マッハツェンダ型干渉計の数およびΔＬ_aの値が図３の場合と同一という条件で、導波路長差がΔＬ_bの非対称マッハツェンダ型干渉計部の位相調節部を調節することによって図５の特性と同様の特性が得られる。

本実施形態においては、第１の実施形態と比較して、導波路長差がΔＬ_bの部分の非対称マッハツェンダ干渉計の数が減らせるので、調節しなければならない位相調節部３２−２〜（Ｐ−２）の数を削減することができる。

（第４の実施形態）
図８に、本発明の第４の実施形態による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路の構成例を示す。このラティス型回路４００は、２本の導波路４０−１および４０−２と、複数の方向性結合器４１−１から４１−Ｑと、複数の位相調節部４２−１から４２−（Ｑ−１）とを備えている。ここで、Ｑは８以上の偶数である。

このラティス型回路４００は、図に示すように、２本の導波路４０−１および４０−２を複数箇所で近接させることによって方向性結合器４１−１〜Ｑを構成している。また、隣り合う方向性結合器の間では、両端の対称マッハツェンダ型干渉計を除き、導波路長に差が設けられており、小さい差ΔＬ_bと、大きい差ΔＬ_aと、中くらいの差ΔＬ_cとで構成されている。ただし、ΔＬ_cの絶対値は、ΔＬ_aの絶対値の半分であり、ΔＬ_bの絶対値よりも大きい（すなわち、｜ΔＬ_a｜＝２｜ΔＬ_c｜、｜ΔＬ_c｜＞｜ΔＬ_b｜）。

図８の構成において、方向性結合器４１−１および４１−２の間では、導波路長差が０であり、方向性結合器４１−２および４１−３の間では、導波路長差がΔＬ_cであり、方向性結合器４１−３および４１−４の間では、導波路長差がΔＬ_bであり、方向性結合器４１−４および４１−５の間では、導波路長差がΔＬ_aである。その後、導波路長差がΔＬ_bとΔＬ_aとで交互に繰り返され、方向性結合器４１−（Ｑ−２）および４１−（Ｑ−１）の間では、導波路長差がΔＬ_cであり、方向性結合器４１−（Ｑ−１）および４１−Ｑの間では、導波路長差が０になっている。すなわち、ラティス型回路４００の両端では、対称マッハツェンダ型干渉計が構成され、その内側では、導波路長差ΔＬ_cの非対称マッハツェンダ型干渉計が構成され、さらにその内側では、導波路長差ΔＬ_bの非対称マッハツェンダ型干渉計と導波路長差ΔＬ_aの非対称マッハツェンダ型干渉計とが交互に配置されるように構成されている。また、両端の位相調節部４２−１、４２−（Ｑ−１）の設定値をπ／２＋Ｉπ（Ｉ：整数）のいずれかの値に固定し、波長無依存の強度結合率５０％の方向性結合器としている。

図８に示す構成において、ΔＬ_b＝０の場合をまず考える。位相調節部４２−ｊ（ｊ：１以上の奇数）を調節することにより、導波路長差がΔＬ_aおよびΔＬ_cの部分において、光の長波長成分は相対的に短い導波路を通り、短波長成分は相対的に長い導波路を通るようにすることができる。あるいは、その逆に、長波長成分は相対的に長い導波路を通り、短波長成分は相対的に短い導波路を通るようにすることができる。そのため、図８のラティス型回路は、ＷＤＭチャネル毎に同一の波長分散補償値を示す可変の波長分散補償器として動作する。なお、このラティス型波長分散可変補償器の動作原理に関する詳細は、非特許文献３に示されている。

このように、図８の構成においても、位相調節部４２−ｊでの位相シフト量φ_j（ｊによらず同一値）と波長分散値との関係は、ΔＬ_c＝２．０６ｍｍと図４のΔＬ_aと等しい場合には、図４の場合と同様になる。また、動作帯域も同様になる。ただし、ラティス型回路の波長分散値は、動作帯域が同じ場合、導波路長差が０以外の部分の導波路長差の総和によってほぼ決定されるため、導波路長差を持つ非対称マッハツェンダ型干渉計数は８に低減される効果を持つ（図３の場合は１４必要）。

図８の構成において、対称マッハツェンダ型干渉計からなる結合率可変の方向性結合器の一部に導波路長差ΔＬ_b（≠０）を与えた場合、結合率可変の方向性結合器の結合率は波長依存性を持つことになる。従って、図３と同様、図８の構成においても、導波路長差ΔＬ_bの大きさおよび位相調節部４２−ｊの位相を調節することによって、光の通過導波路長の波長依存性がＷＤＭチャネル毎に変化し、光ファイバの波長分散スロープ特性（例えば図１に示す特性）を補償する特性を図８のラティス型回路に持たせることができる。

ΔＬ_c＝２．０６ｍｍとし、ΔＬ_aまたはΔＬ_cの導波路長差を持つ非対称マッハツェンダ型干渉計数が８の場合、図５と同様の波長分散スロープ特性が得られる。波長分散値は、φ_jの値を変えることによって可変にすることができる。｜ΔＬ_c｜＞｜ΔＬ_b｜という条件は、各ＷＤＭチャネル内において波長分散値が変化しないようにするために必要である。図５においても、ΔＬ_c、ΔＬ_bはそれぞれ、２．０６ｍｍ（ＦＳＲ＝１００ＧＨｚ）、１〜５μｍ（ＦＳＲ＝２００〜４０ＴＨｚ）程度であり、上記の条件を満たしている。

なお、図８において、両端の対称マッハツェンダ型干渉計、すなわち、位相調節部４２−１および４２−（Ｑ−１）を含む干渉計を、強度結合率５０％の導波路近接型の固定方向性結合器、あるいは強度分岐率５０％のＹ分岐導波路で置き換えてもよい。この場合、他のパラメータが同じであれば、図８と同様の可変波長分散補償特性および可変波長分散スロープ補償特性を得ることができる。また、図８において、両端の対称マッハツェンダ型干渉計、すなわち、位相調節部４２−１および４２−（Ｑ−１）を含む干渉計に、ΔＬ_bの導波路長差を与え、位相調節部４２−１および４２−（Ｑ−１）も他の位相調節部と同じ値に保ちつつ可変としてもよい。この場合、他のパラメータが同じであれば、図８と同様の可変波長分散補償特性および可変波長分散スロープ補償特性を得ることができる。

（第５の実施形態）
図８のラティス型回路４００において、導波路長差ΔＬ_bを与え、位相調節部を設けた部分を可変遅延線に置き換えることもできる。本発明の第５の実施形態は、このような構成を特徴としている。

図９に、本発明の第５の実施形態による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路の構成例を示す。このラティス型回路５００は、２本の導波路５０−１および５０−２と、複数の方向性結合器５１−１から５１−２Ｒと、複数の位相調節部５２−１から５２−（Ｒ＋１）と、複数の可変遅延線５３−１から５３−（Ｒ−２）とを備えている。ここで、Ｒは４以上の整数である。

図５に示す結果から、導波路長差ΔＬ_bを各部で同じ値に保ちつつ変化させることによって波長分散スロープ特性を変化させることができることがわかる。従って、導波路長差ΔＬ_bを可変遅延線５３−１から５３−（２Ｒ−２）で可変にすることにより、１つの回路で波長分散のみならず、波長分散スロープも任意に設定可能な補償器を実現することができる。なお、本明細書で説明した他の実施形態においても、導波路長差ΔＬ_bを可変遅延線で可変にしても同様の効果が得られる。

図１０は、本発明に使用することができる可変遅延線の構成例を示している。この可変遅延線６００は、複数の２×２光スイッチ６２−１から６２−（Ｓ＋１）を、非対称アーム対６３ａ−１から６３ａ−Ｓおよび６３ｂ−１から６３ｂ−Ｓで縦続接続して構成されている。ここで、Ｓは１以上の整数である。２×２光スイッチ６２−１から６２−（Ｓ＋１）はそれぞれ対称マッハツェンダ型干渉計を構成し、一方のアームに位相調節部６１−１から６１−（Ｓ＋１）を有している。可変遅延線６００を構成する２本の導波路６０−１および６０−２は、いずれを入力導波路としてもよく、いずれを出力導波路としてもよい。

非対称アーム間の導波路長差ΔＬ_Sは、本構成例では、ΔＬ_S＝２^S-1ΔＬ₁と設定する。ここで、ΔＬ₁は、非対称アーム６３ａ−１および６３ｂ−１の間の導波路長差である。２×２光スイッチ６２−１〜６２−（Ｓ＋１）のスイッチング状態を変化させることによって、可変遅延線の入出力間の特性として、０から（２^S−１）ΔＬ₁の範囲をΔＬ₁刻みで可変可能な計２^S通りの相対遅延を最小構成で実現することができる。たかだかＳ＝１０で、１０２４通りもの遅延時間を設定することが可能となる。なお、ΔＬ_Sは任意の値でよいが、上記のように２倍ずつ変化させる方法が最も効率的である。また、図１０では左から右にΔＬ_Sを増加させているが、この順序も任意でよい。

なお、位相調節部６１−（Ｓ＋２）は、波長分散値を可変にするためのもの（例えば図８の４２−３から４２−Ｑ−３に相当）であり、入力側または出力側のいずれに設置してもよい。なお、この位相調節部６１−（Ｓ＋２）は、図９の可変遅延線５３−１から５３−（Ｒ−２）が設けられていない方のアームに設置してもよい。また、導波路６０−１および６０−２のいずれかを可変遅延線の入力または出力として用いるのではなく、導波路６０−１および６０−２を方向性結合器５１−Ｖおよび５１−（Ｖ＋１）｛Ｖ：３〜（２Ｒ−３）の奇数｝の間でそれぞれの方向性結合器の２端に接続してもよい。

他の可変遅延線としては、図１１や図１２の構成例が考えられる。図１１の可変遅延線７００は、入力導波路７０と、光分流器７１と、Ｔ個の固定遅延線７２−１から７２−Ｔと、Ｔ個の２×２光スイッチ７３−１から７３−Ｔと、光合流器７５と、出力導波路７６と、位相調節部７７とから構成されている。ここで、Ｔは２以上の整数である。固定遅延線７２−１〜Ｔの長さをあらかじめそれぞれ変えておき、所望の光路長を得るため、光スイッチ７３−１〜Ｔのいずれか１つのみをクロス状態にして、固定遅延線７２−１〜Ｔを通過した光のうち１つのみを光合流器７５に導くようにする。他の経路の光は、光スイッチ７３がバー状態であるため光合流器７５には出射されず、出力導波路７６からは出射されない。このようにして、図９のラティス型回路に使用することができる可変遅延線を実現することができる。

光分流器７１や光合流器７５としては、良く知られているように、スターカプラ、多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ、２×２の方向性結合器を多段に縦続接続する構成、２×２の対称マッハツェンダ型干渉計を多段に縦続接続する構成、Ｙ分岐導波路を多段に縦続接続する構成などが考えられる。位相調節部７７は、波長分散値可変のためのものであり、入力導波路７０上に設置してもよい。

図１２の可変遅延線８００は、入力導波路８０−１，８０−２と、複数の２×２光スイッチ８１−１から８１−Ｕと、光合流器８２と、出力導波路８３と、位相調節部８４とから構成されている。ここで、Ｕは２以上の整数である。例として、所望の光路長を得るため光スイッチ８１−１〜８１−Ｕのいずれか１つのみをクロス状態にして入力導波路８０−１から光を入射すると、この光は、クロス状態の光スイッチを介して、光合流器８２に導かれ、出力導波路８３から出射される。このようにして、光スイッチのいずれかをクロス状態にすることにより、入力導波路８０−１から出力導波路８３までの遅延量を可変にすることができる。なお、位相調節部８４は、波長分散値可変のためのものであり、入力導波路８０−１および８０−２のいずれかの上に設置してもよい。

なお、上記の実施形態で例示した石英光導波路の熱光学効果を用いた位相調節では、２π／Ｗ（１波長／Ｗ）程度の位相シフトを発生させることができる。そのため、第１から第４の実施形態において、導波路長差ΔＬ_bを与えた部分に位相調節部を付加するか、あるいはΔＬ_b＝０として導波路長差ΔＬ_bを与えた部分を位相調節部に置き換えることによっても、分散ではなく分散スロープを変化させる長さの差を等価的に補填または付与することができる。これにより、図５に示す数μｍ程度の導波路長差を等価的に与えることができ、波長分散スロープ値を変化させることができる。

以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。

ノンゼロ分散シフトファイバにおいて、波長に対する波長分散の関係（波長分散スロープ特性）を示す図である。 従来の波長分散スロープ補償法の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路の構成例を示す図である。 図３の構成例において、導波路長差ΔＬ_b＝０の場合、位相調節部の位相シフト量φ_jと波長分散値との関係を示す図である。 図３の構成例において、波長に対する波長分散の関係（波長分散スロープ補償特性）を示す図である。 本発明の第２の実施形態による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路の構成例を示す図である。 本発明の第３の実施形態による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路の構成例を示す図である。 本発明の第４の実施形態による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路の構成例を示す図である。 本発明の第５の実施形態による波長分散および波長分散スロープの可変補償器を構成するラティス型回路の構成例を示す図である。 本発明に使用することができる可変遅延線の構成例を示す図である。 本発明に使用することができる可変遅延線の構成例を示す図である。 本発明に使用することができる可変遅延線の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 伝送用ファイバ
２ 分散補償ファイバ
１０−１，２ 導波路
１１−１〜Ｎ 方向性結合器
１２−１〜（Ｎ−１） 位相調節部
２０−１，２ 導波路
２１−１〜Ｋ 方向性結合器
２２−１〜（Ｋ−１） 位相調節部
３０−１，２ 導波路
３１−１〜Ｐ 方向性結合器
３２−１〜（Ｐ−１） 位相調節部
４０−１，２ 導波路
４１−１〜Ｑ 方向性結合器
４２−１〜（Ｑ−１） 位相調節部
５０−１，２ 導波路
５１−１〜２Ｒ 方向性結合器
５２−１〜（Ｒ＋１） 位相調節部
５３−１〜（Ｒ−２） 可変遅延線
６０−１，２ 導波路
６１−１〜（Ｓ＋２） 位相調節部
６２−１〜（Ｓ＋１） ２×２光スイッチ
６３ａ−１〜Ｓ アーム
６３ｂ−１〜Ｓ アーム
７０ 入力導波路
７１ 光分流器
７２−１〜Ｔ 固定遅延線
７３−１〜Ｔ ２×２光スイッチ
７５ 光合流器
７６ 出力導波路
７７ 位相調節部
８０−１，２ 入力導波路
８１−１〜Ｕ ２×２光スイッチ
８２ 光合流器
８３ 出力導波路
８４ 位相調節部
１００，２００，３００，４００，５００ ラティス型回路
６００，７００，８００ 可変遅延線

Claims (7)

1. 波長分散および波長分散スロープの可変補償器であって、
   複数の方向性結合器を備え、隣り合う方向性結合器間の２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分と、ΔＬ_aである部分とが交互に形成されたラティス型回路を含み、
   ｜ΔＬ_a｜＞｜ΔＬ_b｜の条件を満たし、
   前記２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分は、少なくとも一方の導波路に位相調節手段を備えたことを特徴とする可変補償器。
2. 波長分散および波長分散スロープの可変補償器であって、
   複数の方向性結合器を備え、隣り合う方向性結合器間の２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分と、ΔＬ_aまたはΔＬ_cである部分とが交互に形成されたラティス型回路を含み、
   ｜ΔＬ_a｜＝２｜ΔＬ_c｜および｜ΔＬ_c｜＞｜ΔＬ_b｜の条件を満たし、
   前記２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分は、少なくとも一方の導波路に位相調節手段を備えたことを特徴とする可変補償器。
3. 請求項１または２に記載の可変補償器であって、
   前記２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分は、前記ラティス型回路の両端に配置されていることを特徴とする可変補償器。
4. 請求項１に記載の可変補償器であって、
   前記２本の導波路長の差がΔＬ_aである部分は、前記ラティス型回路の両端に配置されていることを特徴とする可変補償器。
5. 請求項２に記載の可変補償器であって、
   前記２本の導波路長の差がΔＬ_cである部分は、前記ラティス型回路の両端に配置されていることを特徴とする可変補償器。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の可変補償器であって、
   前記ラティス型回路は、その両側に２本の導波路長の差が等しい部分をさらに備えたことを特徴とする可変補償器。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の可変補償器であって、
   前記２本の導波路長の差がΔＬ_bである部分は、ΔＬ_bが可変であるように構成されたことを特徴とする可変補償器。

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