JP2010060717A - 可変分散補償器 - Google Patents

Abstract

【課題】空間位相変調素子を用いて、チャンネル毎に独立に分散補償を行なう可変分散補償器においては、多チャンネル化に伴って、空間位相変調素子の１辺のサイズが大きくなる。空間位相変調素子の大型化は、量産性および製造コストの点で好ましくない。また、空間位相変調素子を利用して可変分散補償器を構成する場合、ＡＷＧのＦＳＲの端部に対応する光周波数（波長）において、光透過率が低下する問題があった。
【解決手段】ＡＷＧの分光軸に対応する方向のサイズを短く抑えた空間位相変調素子を利用した複数の可変分散補償器（ＴＯＤＣ）ブロックを組み合わせ、多チャンネルの可変分散補償器を構成する。ＴＯＤＣブロックにおいて使用されるＡＷＧのＦＳＲを、そのＴＯＤＣブロックによりカバーするＷＤＭ通信チャンネル群の全帯域幅と等しく成るように設定する。ＴＯＤＣブロックによってカバーするＷＤＭ通信チャンネル群の全帯域幅と所定の関係を満たすようにＦＳＲを設定し、光透過特性を平坦化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ通信において利用される分散補償器に関する。

インターネットの爆発的な普及を背景として、波長分割多重(ＷＤＭ: Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ)通信は、従来のポイントツーポイント型のシステムからリング・メッシュ型の構成のシステムへ移りつつある。これは、リング・メッシュ型構成のシステムが、光信号を光の状態のままで処理するトランスペアレントな波長選択スイッチ等を用いることにより、ノード間の通信需要の変化に柔軟に対応できるためである。しかしながら、リング・メッシュ型のネットワークにおいては、光のパスの切り替えに伴って、そのパスの分散値も動的に変化する。このため、光通信のパスの分散補償にも適応性が求められている。従来の分散補償器は、複数のチャンネルを一括に補償するタイプのものが主流であった。しかし、波長選択スイッチを用いるようなリング・メッシュ型構成のネットワークでは、波長ごとに通過するパスの距離が異なる。このため、ＷＤＭ波長ごとに異なる分散値を設定したいという要請もある。

このような要請に対応する適応的な分散補償技術として、例えば、分光器およびミラーアレイによるもの（特許文献１）、導波路によるもの（特許文献１、非特許文献１）、並びに３次元ミラーおよび分光素子によるもの（非特許文献２）などが提案されていた。

さらに、アレイ導波路回折格子（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ 以下ＡＷＧ）および空間光学系を組み合わせ、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）型空間位相変調素子を利用した、より小型で低コストの可変分散補償器も提案されている。ＡＷＧを利用した可変分散補償器は、ＡＷＧの柔軟な光学設計に基づいて、数十から数千までの高い次数の回折次数を利用することで、大きな分散値を設置することができる特徴を持つ。通信チャンネルの帯域幅とＡＷＧのＦＳＲ（Free Spectral Range）設計値との関係を適切に設定すれば、複数のチャンネルに対して一括して分散補償を行なうことができる。ＡＷＧにＬＣＯＳ型空間位相変調素子を組み合わせることによって、さらに柔軟な分散補償値の設定が可能であった。

図１１は、従来技術による可変分散補償器の構成例を示した図である。図１１の（Ａ）は、１つのＷＤＭ通信チャンネルとＡＷＧのＦＳＲ値を一致させた可変分散補償器（ＴＯＤＣ：Ｔｕｎａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）の構成を示す。ＴＯＤＣは、ＡＷＧ、集光レンズおよび空間位相変調素子などから構成されている。ＡＷＧのＦＳＲは、１つのＷＤＭ通信チャンネルに対応するように構成されている。図１１の（Ａ）の構成によれば、例えばλ_１からλ_４０までの４０のＷＤＭ通信チャンネルに対して、一括して分散補償を行なうことができる。

図１１の（Ｂ）には、（Ａ）に示した構成による可変分散補償器の光透過率を示した図である。光周波数軸上で、ＦＳＲの周期と一致した４０の通信チャンネルに対して一括して信号処理がなされることがわかる。しかしながら、各チャンネルに対して独立して分散補償を行なうことはできない。

図１２の（Ａ）は、通信チャンネル毎に独立して分散補償が可能な分散補償器の構成例を示す図である。この可変分散補償器は、ＡＷＧ３４、シリンドリカルレンズ３５、集光レンズ３６およびＬＣＯＳ素子３７などから構成される。この構成は、ＬＣＯＳ素子によって光信号が反射され、１つのＡＷＧ３４によって光信号の分波および合波を兼ねた反射型の可変分散補償器である。分散補償される光信号群は、光サーキュレータ１１の入力ポート３８へ入力される。分散補償された光信号群は、光サーキュレータ１１の出力ポート３９から出力される。ＬＣＯＳ素子３７上において、ＡＷＧ３４の分光軸方向（ｘ軸）に配列された複数のピクセル群を、６つのグループに分けて、各グループのピクセル群に１つのＷＤＭ通信チャンネル（ｃｈ１、・・ｃｈ６）を割り当てられている（非特許文献３）。ＬＣＯＳ素子上の各グループのピクセル群に対して異なる位相分布φ（ｘ）を与えて、チャンネル毎に独立して分散補償を行なうことができる。図１２の（Ｂ）には、各チャンネルに対して独立に設定された群遅延特性が示されている。

図１３は、図１２の（Ａ）の構成の可変分散補償器において、１つのＷＤＭ通信チャンネルに対する位相分布の設定例を示す図である。

特開２００２−３０３８０５号公報（第５〜７頁、図１、図１１） K. Takiguchi, K. Okamoto, and T. Goh, "Dispersion slope equalizer on planar Lightwave circuit for 40Gbit/s based WDM transmission," Electron. Lett, 37(24), p.1469-1470, 2001. 独立行政法人 情報通信研究機構, "平成１６年度 研究開発成果報告書 経済的な光ネットワークを実現する高機能集積化光スイッチングノードの研究開発," 2006 K. Seno, K. Suzuki, K. Watanabe et al., "Channel-by-channel tunable optical dispersion compensator consisting of arrayed-waveguide grating and liquid crystal on silicon"OWP4, Proceeding of OFC2008．

しかしながら、空間位相変調素子を利用した従来技術の可変分散補償器には、次に述べるような課題があった。前述したように、図１１の（Ａ）の構成によれば、各ＷＤＭ通信チャンネルに対して独立して分散補償を行なうことはできなかった。また、図１２の（Ａ）の構成によれば、複数のＷＤＭ通信チャンネルに対して、独立に分散補償を行なうことができるが、必要とされる空間位相変調素子が大型のものとなってしまう問題があった。すなわち、多くのチャンネルに対して分散補償を実現するためには、ＡＷＧの分光軸方向に対応する方向に長い空間位相変調素子が必要となる。

例えば、図１２の（Ａ）の構成では、帯域幅が１００ＧＨｚの６つの通信チャンネルに対して分散補償を行なっている。ここで、通信チャンネルの数が増えると、ＬＣＯＳ素子の分光軸方向（ｘ軸方向）のサイズが大きくなる。より具体的には、１つのＷＤＭ通信チャンネルに対応するＬＣＯＳ素子のピクセル数を１２８個として、ピクセルの配列ピッチを８μｍとする。このとき、１チャンネル当たりのＬＣＯＳ素子の分光軸（ｘ軸）方向の長さは、約１０００μｍ必要である。したがって、ＬＣＯＳ素子の全長は４０ｍｍを越える。ＬＣＯＳ素子の分光軸方向のサイズを短くしようとすると、分散補償量やチャンネル透過帯域等の特性が劣化する懸念がある。したがって、必要とされる波長分散値およびチャンネル数によっては、ピクセル数の多く、１辺のサイズが非常に長いＬＣＯＳ素子が必要となる。

一般的にも知られるように、チップサイズが大きくなると量産性が低下しおよびコストが増える。空間位相変調素子のサイズが大きくなることは、量産性および製造コストの点で好ましくない。従って、空間位相変調素子を利用した多チャンネルの可変分散補償器においては、より量産性と低コストを実現することが求められていた。

また、空間位相変調素子を利用して可変分散補償器を構成する場合に、ＡＷＧのＦＳＲの端部に対応する光周波数（波長）において、光透過特性が低下する問題がある。空間位相変調素子のピクセル群の中で、ＦＳＲの端部に対応するピクセル利用する場合の問題もあった。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、より高い量産性および低コストを実現した多チャンネルの可変分散補償器を実現することにある。さらに、ＦＳＲに対応する空間位相変調素子のピクセルを有効に利用して、光透過特性をより平坦化した多チャンネルの可変分散補償器を実現する。可変分散補償器の保守も簡単化し低コスト化する。

本発明は、このような目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、連続する複数の波長帯域に含まれる光信号群の分散補償器であって、前記各波長帯域は１つの通信波長群に対応し、前記通信波長群の各通信波長には１つの光信号が対応し、前記分散補償器は、前記光信号群を前記複数の波長帯域毎に分波する光群合分波手段と、前記光群合分波手段により分波された各通信波長群内の光信号群をさらに分波する、前記通信波長群の数の第１の光合分波手段群と、前記第１の光合分波手段群の各々の分波軸方向に配列された複数の要素素子を含む、前記通信波長群の数の空間位相変調素子群であって、各空間位相変調素子の前記複数の要素素子は、１つの前記波長帯域内の前記各光信号がそれぞれ集光する複数の区間に分けられ、前記各光信号に対応する前記各区間に独立に前記分波軸の距離をパラメータとして２次以上の関数で規定される位相が設定されることとを備えたことを特徴とする。

本明細書において用語「通信波長」は、通信チャンネルに対応している。より具体的には、例えば、ＷＤＭ通信チャンネルに対応する。したがって、１つの通信チャンネルに１つの光信号が対応し、１つの通信波長群内には、複数の通信チャンネルが含まれる。また、光群合分波手段は、群分波フィルタに対応する。

請求項２に記載の発明は、請求項１の可変分散補償器であって、前記第１の光合分波手段群の各々のＦＳＲは、前記波長帯域の帯域幅に等しく設定されていることを特徴とする。ここで、ＦＳＲは、Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅを意味する。

請求項３に記載の発明は、連続する複数の波長帯域に含まれる光信号群の分散補償器であって、前記各波長帯域は１つの通信波長群に対応し、前記通信波長群の各通信波長には１つの光信号が対応し、前記分散補償器は、前記光信号群を前記複数の波長帯域毎に分波する光群合分波手段と、前記光群合分波手段により分波された各通信波長群内の光信号群をさらに分波する、前記通信波長群の数の第１の光合分波手段群であって、前記光群合分波手段により分波された奇数番目の前記波長帯域の光信号群が入力される第１のポートと前記光群合分波手段により分波された偶数番目の前記波長帯域の光信号群が入力される第２のポートとを有し、前記第１のポートおよび前記第２のポートにより分波される光信号群の光周波数は、前記各第１の光合分波手段のＦＳＲの１／２に相当する光周波数差を持ち、前記ＦＳＲ値は前記波長帯域の帯域幅の２倍に等しいことと、前記各第１の光合分波手段の分波軸方向に配列された複数の要素素子を含む、前記通信波長群の数の空間位相変調素子群であって、各空間位相変調素子の前記複数の要素素子は１つの前記波長帯域内の前記各光信号がそれぞれ集光する複数の区間に分けられ、前記各光信号に対応する前記各区間に独立に前記分波軸の距離をパラメータとして２次以上の関数で規定される位相が設定されることとを備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、連続する複数の波長帯域に含まれる光信号群の分散補償器であって、前記各波長帯域は１つの通信波長群に対応し、前記通信波長群の各通信波長には１つの光信号が対応し、前記分散補償器は、ＦＳＲが前記波長帯域の帯域幅に等しく設定され、前記光信号群を分波する第１の光合分波手段と、前記第１の光合分波手段によって分波された光信号群を、前記第１の光合分波手段の分波軸方向に直交する第２の分波軸方向にさらに分波する第２の光合分波手段と、前記第１の光合分波手段群の分波軸方向に対応する第１の配列方向および前記第２の分光軸方向に対応する第２の配列方向に２次元配列された複数の要素素子を含む空間位相変調素子であって、前記第１の配列方向において前記複数の要素素子は１つの前記波長帯域内の前記各光信号がそれぞれ集光する複数の区間に分けられ、前記各光信号に対応する前記各区間に独立に前記第１の光合分波手段群の分波軸の距離をパラメータとして２次以上の関数で規定される位相が設定され、前記波長帯域の１つが連続する前記第１の配列方向の要素素子列に対応し、前記第２の配列方向においては、前記波長帯域毎に前記要素素子列が隣接して繰り返し配列されていることとを備えたことを特徴とする。第２の光合分波手段は、限定はされないが、例えばバルク型回折格子に対応している。

請求項５に記載の発明は、連続する複数の波長帯域に含まれる光信号群の分散補償器であって、前記各波長帯域は１つの通信波長群に対応し、前記通信波長群の各通信波長には１つの光信号が対応し、前記分散補償器は、前記光信号群を、奇数番目の波長帯域と偶数番目の波長帯域に群分波する光群分波手段と、前記光群合分波手段により分波された各波長帯域内の光信号群をさらに分波する第１の光合分波手段であって、前記光群合分波手段により分波された奇数番目の前記波長帯域の光信号群が入力される第１のポートと前記光群合分波手段により分波された偶数番目の前記波長帯域の光信号群が入力される第２のポートとを有し、前記第１のポートおよび前記第２のポートにより分波される光信号群の光周波数は、前記第１の光合分波手段のＦＳＲの１／２に相当する光周波数の差を持ち、前記ＦＳＲ値は前記波長帯域の帯域幅の２倍に等しいことと、前記第１の光合分波手段によって分波された光信号群を、前記第１の光合分波手段の分波軸方向に直交する第２の分波軸方向にさらに分波する第２の光合分波手段と、前記第１の光合分波手段の分波軸方向に対応する第１の配列方向および前記第２の分波軸方向に対応する第２の配列方向に２次元配列された複数の要素素子を含む空間位相変調素子であって、前記第１の配列方向において前記複数の要素素子は１つの前記波長帯域内の前記各光信号がそれぞれ集光する複数の区間に分けられ、前記各光信号に対応する前記各区間に独立に前記第１の光合分波手段群の分波軸の距離をパラメータとして２次以上の関数で規定される位相が設定され、前記波長帯域の１つが連続する前記第１の配列方向の要素素子列に対応し、前記第２の配列方向においては、前記波長帯域毎に前記要素素子列が隣接して繰り返し配列されていることとを備えたことを特徴とする。ここで、奇数番目の波長帯域と偶数番目の波長帯域に群分波する光群分波手段は、インターリーブ型群分波フィルタに対応している。

請求項６に記載の発明は、請求項３または５の可変分散補償器であって、前記空間位相制御素子の前記要素素子列は、前記第２の配列方向において少なくとも２つ以上の要素素子に分かれており、前記第２の配列方向に所定の位相分布が付与されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項３または５の可変分散補償器であって、前記第１の光合分波手段は、前記第１のポートおよび前記第２のポートにそれぞれ接続された２つの入出力導波路と、スラブ導波路と、アレイ導波路とが順次接続されたＡＷＧであり、前記２つの入出力導波路は、前記スラブ導波路との境界において、前記ＡＷＧの１／２ＦＳＲ相当離れた位置に接続されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７いずれかの可変分散補償器であって、前記空間位相変調素子は、ＬＣＯＳ素子またはＭＥＭＳミラーアレイであることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８いずれかの可変分散補償器であって、前記空間位相変調素子は、前記通信波長に対応する入射した光信号を反射させ、前記光群合分波手段、前記第１の光合分波手段および第２の光合分波手段は、分散補償された光信号を合波する反射型構成であること特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、ＡＷＧの分光軸に対応する方向のサイズを短く抑えた空間位相変調素子を利用した可変分散補償器ブロック（以下ＴＯＤＣブロックと呼ぶ）を複数組み合わせ、より良い量産性をおよび低コストを実現した多チャンネル可変分散補償器を実現することができる。可変分散補償器の保守・運用も簡単化・低コスト化することができる。さらに、ＴＯＤＣブロックにおいて使用されるＡＷＧのＦＳＲを、そのＴＯＤＣブロックによってカバーするＷＤＭ通信チャンネル群の全帯域幅と等しく成るように設定してＴＯＤＣブロックの種類を減らすことができる。さらに、ＦＳＲを、そのＴＯＤＣブロックによってカバーするＷＤＭ通信チャンネル群の全帯域幅と所定の関係と成るように設定することにより、光透過特性の平坦化も実現できる。

本発明は、ＡＷＧの分光軸に対応する方向のサイズを短く抑えた空間位相変調素子を利用した可変分散補償器ブロック（ＴＯＤＣブロック）を複数組み合わせ、多チャンネルの可変分散補償器を構成する点に特徴を有する。さらに、ＴＯＤＣブロックにおいて使用されるＡＷＧのＦＳＲを、そのＴＯＤＣブロックによってカバーするＷＤＭ通信チャンネル群の全帯域幅と等しく成るように設定する。さらに、ＦＳＲを、そのＴＯＤＣブロックによってカバーするＷＤＭ通信チャンネル群の全帯域幅と所定の関係と成るように設定することにより、光透過特性の平坦化も実現できる。

実施例１：図１は、本発明の実施例１に係る可変分散補償器の全体構成を示すブロック図である。本可変分散補償器１００は、複数のＴＯＤＣブロックおよび群分波フィルタから構成されている。例えば、λ_１からλ_４０までの４０の波長を持つ光信号群が多重化された光信号は、第１の群分波フィルタ１０１の入力ポートＩｎに入力される。多重化された光信号は、第１の群分波フィルタ１０１によってλ_１からλ_１０、λ_１１からλ_２０、λ_２１からλ_３０ならびにλ_３１からλ_４０の４つの波長群（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）に群分波される。波長群分波フィルタ１０１のポート１、ポート２、ポート３、ポート４から出力される各波長群の光信号群は、それぞれ、光ファイバなどによってＴＯＤＣブロック１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄに入力される。Ｇ１からＧ４の各波長群の光信号群は、それぞれＴＯＤＣブロック１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄによって分散補償されて、第２の波長群分波フィルタ１０２の各ポート１からポート４に接続される。分散補償後の４つの波長群（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）の光信号群は、第２の波長群分波フィルタ１０２によって合波され、再びλ_１からλ_４０までの中心波長を持つ４０の通信チャンネルの光信号に多重化されて、出力ポートｏｕｔから出力される。

図１に示したブロック図では、波長群分波フィルタ１０１、１０２が２つあるものとして記載されているが、ＴＯＤＣブロックとして反射型の構成のものを利用する場合は、反射板を設けて合波および分波ができる１つの波長群分波フィルタにより同等の機能を実現できる。波長群分波フィルタ１０１、１０２は、例えば、誘電多層膜により構成することができる。

本発明の可変分散補償器の各ＴＯＤＣブロック１０３は、例えば図１２の（Ａ）に示した可変分散補償器と同一構成ものを使用できる。したがって、図１における各ＴＯＤＣブロックの入力と出力は、図１２の（Ａ）においては光サーキュレータ１１の入力ポート３８および出力ポート３９に対応する。尚、図１２の（Ａ）では、反射型の構成の可変波長分散補償器を示しているが、ＡＷＧ等を２つ配置した透過型の構成によっても実現できることに留意されたい。

個々のＴＯＤＣブロック１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄについては、ＡＷＧの構成パラメータを、分光動作の中心波長をそれぞれＧ１−Ｇ４の各帯域の中心波長に対応させ、各帯域内にある所定の通信チャンネル数に適合した線分散値となるようにそれぞれ設定する。各ＴＯＤＣブロックの基本的な構成は、全く同一とすることができる。図１２の（Ａ）に示したように、各ＴＯＤＣブロックに含まれるＬＣＯＳ素子上における、ＡＷＧの分光軸方向に配列された複数のピクセルによって、チャンネル毎に独立して位相設定を行なうことができる。図１の構成の場合、１つの波長群帯域の中の１０のＷＤＭ通信チャンネルに対して、独立に分散補償を行なうことができる。

したがって、図１に示した構成により、各ＴＯＤＣブロックにおいて分散補償を行なう通信チャンネル数を少なく抑えることで、各ＬＣＯＳ素子の分光軸に対応するサイズを短くすることができる。すなわち、ＬＣＯＳ素子の大型化を抑えて、量産性およびコストに優れた多チャンネル可変分散補償器を実現することができる。特に、分散補償が必要なチャンネル数が非常に多い場合は、１辺が大きいサイズの、ＬＣＯＳ素子を１つだけ使用したＴＯＤＣブロックを１つ使用する場合と比較して、小型のＬＣＯＳ素子を使用した複数のＴＯＤＣブロックによって構成するほうが、コストが安くなる。

より好ましくは、本実施例の各ＴＯＤＣブロックにおいては、ＡＷＧのＦＳＲが、１つの波長群に含まれる通信チャンネルの全帯域幅と等しくなるように設定することができる。具体的には、ＡＷＧのＦＳＲを、ＷＤＭ通信チャンネルの１０チャンネル分に相当する光周波数幅に設定することができる。例えば、１つのＷＤＭ通信チャンネル幅を１００ＧＨｚとすると、ＦＳＲを、１０００ＧＨｚに設定する。

ＡＷＧのＦＳＲと１つの波長群に含まれる複数の通信チャンネルの全帯域幅とを、等しい値に設定することによって、ＴＯＤＣブロック１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄの構成を全く同一のものとすることができる。すなわち、図１に示した可変分散補償器１００を、同一の設計仕様の１種類のＴＯＤＣブロックのみで構成できる。可変分散補償器１００の構成要素の種類を減らすことができるので、可変分散補償器の製造コストを減らすことができる。さらには、可変分散補償器の保守および運用の観点においても、保守作業のより簡易化と、低コスト化を実現できる。可変分散補償器の故障に対応するために、複数種類（例えば４種類）のＴＯＤＣブロックを備える必要がなく、保守用に１種類のＴＯＤＣブロックだけ備えておけば良い。保守交換作業も簡単化できることに注目されたい。

図２は、本発明の可変分散補償器の光透過率特性の一例を示す図である。ＡＷＧのＦＳＲを、１つの波長群に含まれる通信チャンネルの全帯域幅と同一の値に設定した場合を示している。横軸は、光周波数を示し、縦軸は分散補償器としての光透過特性を示している。分散補償特性は、ＡＷＧの周回性によって、ＦＳＲ毎に同じ特性が繰り返される。光透過率についても、ＦＳＲ毎に繰り返す帯域特性を示す。１つのＦＳＲには、１つの波長群（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）の１０の通信チャンネルの波長が対応している。

図１に示した構成の可変分散補償器では、１つの波長群に１０のＷＤＭ通信チャンネルが含まれている構成を例として説明したが、これに限定されない。同様に、分散補償の対象とするシステムのチャンネル総数を４０、波長群の数を４、ならびに対応するＴＯＤＣブロックの数も４として説明したが、これらの数もなんら限定されない。

以上説明した実施例１の可変波長分散補償器によれば、多重化されたＷＤＭ光信号を複数の波長群に分離して、波長群毎に対応するＴＯＤＣブロックを備えることで、分光軸方向にサイズが短いＬＣＯＳ素子を使用することができる。大型のＬＣＯＳ素子を必要とせずに、量産性およびコストに優れた、多チャンネル可変分散補償器を実現することができる。さらに、ＡＷＧのＦＳＲと１つの波長群内に含まれる通信チャンネルの全帯域幅とを、等しい値に設定することによって、可変分散補償器の低コスト化ならびに保守の簡易化および低コスト化を実現できる。

実施例２：本実施例においては、完全に同一仕様のＴＯＤＣブロックを利用可能とし、さらに光透過特性を平坦化させた可変分散補償器を示す。実施例１においては、各ＴＯＤＣブロックの基本的な構成を、同一のものとすることができる。しかしながら、ＡＷＧのＦＳＲと１つの波長群内に含まれる通信チャンネルの全帯域幅とを等しい値に設定しない限り、各波長群に対応した専用のＴＯＤＣブロックを準備する必要がある。すなわち、波長群毎に、ＡＷＧの分光動作の中心波長がそれぞれＧ１−Ｇ４の各帯域の中心波長に対応するように、ＴＯＤＣブロック内に含まれるＡＷＧの構成パラメータを設定する必要がある。ＴＯＤＣブロックを構成しているＡＷＧのチップは、ＴＯＤＣブロック毎に異なるものを使用しなければならない。

ＡＷＧのＦＳＲと１つの波長群内に含まれる通信チャンネルの全帯域幅とを等しい値に設定した場合は、ＴＯＤＣブロックを１種類とすることができる。しかしながら、図２に示したように、ＦＳＲの両端部に対応する通信チャンネルにおいて光透過率が低下することが避けられなかった。ＡＷＧのＦＳＲと１つの波長群内に含まれる通信チャンネルの全帯域幅とを等しい値に設定すると、分散補償器の透過率についても、ＦＳＲ毎に繰り返す特性を示す。図２に示したように、一般に、１つの波長群の両端の通信チャンネルでは、透過率が低下する。例えば、λ_１およびλ_１０に対応する通信チャンネルにおいては、１つの波長群の中央部にある通信チャンネルと比較して、光透過率が低下している。本実施例においては、この問題をさらに改善する。

図３は、実施例２に係る可変分散補償器において使用されるＴＯＤＣブロックの構成を示す図である。このＴＯＤＣブロック１０３は、図５とともに後述する実施例２に係る可変分散補償器の構成要素として使用される。図３に示したＴＯＤＣブロック１０３の基本的構成は、図１２の（Ａ）で示した従来技術における可変分散補償器の構成と同じである。また、図１３に示した位相分布のように、分波軸の距離をパラメータとして、２次以上の関数で規定される。ＡＷＧが、スラブ導波路の境界面上で０．５ＦＳＲ相当離れた位置に接続された２つの入出力導波路を持つ点で、従来技術の構成と相違している。

図３を参照すれば、ＴＯＤＣブロックは、ＡＷＧ１、シリンドリカルレンズ６、集光レンズ７およびＬＣＯＳ素子などによる空間位相変調素子８から構成されている。ＡＷＧ１はスラブ導波路３およびアレイ導波路４を含んでいる。多重化された光信号群は、アレイ導波路４の一端から光信号の波長に応じた出射角度で分波され、ＡＷＧ基板の端面Ａから出射される。ＬＣＯＳ素子８上には、複数のＷＤＭ通信チャンネル（例えば１０チャンネル）に対応して、ＡＷＧ１の分光軸（ｘ軸方向）に沿って複数のピクセルが配置されている。本ＴＯＤＣブロック１０３は反射型構成であり、ＡＷＧ１から出射した各光信号は、ＬＣＯＳ素子８において所定の位相が付与された後に反射され、再びＡＷＧ１へ戻る。

本ＴＯＤＣブロックのＡＷＧ１は、異なる複数の波長群の光信号群を入出力することができる２つの入出力導波路１６、１７を持つ。第１の入出力導波路１６は、スラブ導波路３のアレイ導波路４との接続面とは反対側の境界面Ｂ上のａ点で、スラブ導波路３と接続される。第１の入出力導波路１６は、光ファイバなどを経て第１の光サーキュレータ１１に接続される。第１の光サーキュレータ１１は、ポートＡとして機能し、所定の波長群の光信号が入力（Ａｉｎ）および出力（Ａｏｕｔ）される。同様に、第２の入出力導波路１７は、スラブ導波路３の境界面Ｂ上のｂ点で、スラブ導波路３と接続される。第２の入出力導波路１７は、光ファイバなどを経て第２の光サーキュレータ１４に接続される。第２の光サーキュレータ１４は、ポートＢとして機能し、ポートＡとは別の波長群の光信号が入力（Ｂｉｎ）および出力（Ｂｏｕｔ）される。

２つの入出力導波路１６、１７が接続されるａ点およびｂ点は、ＡＷＧ１に設定されるＦＳＲの１／２に相当する距離だけずれた位置にあることに注目されたい。したがって、ポートＡから入出力される光信号の透過帯域と、ポートＢから入出力される光信号の透過帯域とは、光周波数軸上において０．５ＦＳＲだけずれることとなる。

図４は、実施例２に係るＴＯＤＣブロックの光透過率を示した図である。ポートＡを使用して入出力された光信号の光透過率は、実線の透過率線２１で表示され、ポートＢを使用して入出力された光信号の光透過率は、点線の透過率線２２で表示されている。いずれの透過率線も、同一のＡＷＧの透過率であるので、ＦＳＲを繰り返しの周期とした透過率特性を示す。しかしながら、透過帯域の中心は、２つのポート間で０．５ＦＳＲずれている点に注目されたい。

ポートＡによる透過率特性において、透過帯域の中央にある平坦部を波長群Ｇ１の光信号の使用のために割り当てることができる。波長群Ｇ１に隣接する波長群Ｇ２の光信号の使用のためには、ポートＢによる透過率特性における透過帯域の中央にある平坦部を利用できる。さらに波長群Ｇ２に隣接する波長群Ｇ３については、再びポートＡによる透過率特性において、波長群Ｇ１に使用した透過帯域からＦＳＲ離れた次の透過帯域の中央にある平坦部を利用できる。同様に、波長群Ｇ３に隣接する波長群Ｇ４については、再びポートＢによる透過率特性において、波長群Ｇ２に使用した透過帯域からＦＳＲ離れた次の透過帯域の中央にある平坦部を利用できる。

上述のように、図３に示したＴＯＤＣブロックにおいて使用するポートを、波長群毎に交互に選択することによって、多数のＷＤＭ通信チャンネルを含む連続した通信帯域に対して光透過特性が平坦な可変分散補償を実現できる。このとき、ＴＯＤＣブロック内のＡＷＧ１に設定されるＦＳＲは、１つの波長群内にあるチャンネルの全帯域幅の２倍となっている。実施例１においては、図２に示したように、ＡＷＧのＦＳＲと１つの波長群内にあるチャンネルの全帯域幅と同一に設定されていた。すなわち、実施例１では、ＴＯＤＣブロックのＡＷＧのＦＳＲ値を、群分波フィルタ１０１、１０２の波長分離間隔に一致するように設定していた。これに対し、実施例２では、ＴＯＤＣブロックのＡＷＧのＦＳＲ値を、群分波フィルタの分離間隔の２倍に設定している点に注目されたい。次に、図３に示したＴＯＤＣブロックを使用した可変波長分散補償器の全体構成についてさらに説明する。

図５は、本発明の実施例２に係る可変分散補償器の全体構成を示すブロック図である。実施例１と同様に、λ_１からλ_４０までの４０の波長を持つ光信号が多重化された光信号を、４つの波長群（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）に群分波をして、４つのＴＯＤＣブロックを使用して分散補償を行なう。実施例２においては、ＴＯＤＣブロックにおいて２つの群分波フィルタと接続されるポートが、ＡポートおよびＢポートの間で、波長群ごとに順次交互に選択される点で、実施例１と相違する。

λ_１からλ_４０までの４０の波長を持つ光信号群が多重化された光信号は、第１の群分波フィルタ２０１の入力ポートｉｎに入力される。多重化された光信号は、第１の群分波フィルタ２０１によって、λ_１からλ_１０、λ_１１からλ_２０、λ_２１からλ_３０ならびにλ_３１からλ_４０の４つの波長群（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）に群分波される。波長群分波フィルタ２０１のポート１、ポート２、ポート３、ポート４から出力される各波長群の光信号群は、それぞれ、光ファイバなどによってＴＯＤＣブロック２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄに入力される。各波長群の光信号は、それぞれＴＯＤＣブロック２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄによって分散補償されて、第２の波長群分波フィルタ２０２の各ポートに接続される。分散補償された４つの波長群（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）の光信号群は、第２の波長群分波フィルタ２０２によって合波され、再びλ_１からλ_４０までの中心波長を持つ４０の通信チャンネルの光信号群を含む光信号に多重化される。

波長群Ｇ１の光信号群を分散補償するＴＯＤＣ２０３ａにおいては、ポートＡが使用されている。波長群Ｇ１に隣接する波長群Ｇ２の光信号群を分散補償するＴＯＤＣ２０３ｂにおいては、ポートＢが使用されている。さらに、波長群Ｇ２に隣接する波長群Ｇ３の光信号群を分散補償するＴＯＤＣ２０３ｃにおいては、再びポートＡが使用されている。波長群Ｇ３に隣接する波長群Ｇ４の光信号群を分散補償するＴＯＤＣ２０３ｄにおいては、再びポートＢが使用されている。上述のように、Ｇ１からＧ４の各波長群に対して、ＡポートおよびＢポートが順次交互に使用される。この結果、図４に示したように隣接する波長群に対して、順次交互に、ポートＡおよびポートＢに対応した透過帯域が使用されることが分かる。ここで、波長分散補償器としては、光周波数軸上でＦＳＲに対応する１つの透過帯域の内で、平坦な光透過率を持つ中央領域だけが使用される。このため、ＦＳＲの両端に対応し、透過帯域の両端部であって光透過率が低下する領域を使用することなしに、平坦な中央領域のみが使用される。

本実施例２の構成によれば、多重化されたＷＤＭ光信号を複数の波長群に分離し、複数の１種類のＴＯＤＣブロックを備えることで、分光軸方向にサイズが短いＬＣＯＳ素子を使用することができる。大型のＬＣＯＳ素子を必要とせずに、量産性およびコストに優れた、多チャンネル可変分散補償器を実現することができる。ＴＯＤＣブロックのＡＷＧのＦＳＲ値を、群分波フィルタの分離間隔の２倍に設定することによって、光透過帯域が平坦な可変分散補償器を実現できる。可変分散補償器の低コスト化ならびに保守の簡易化および低コスト化を実現できる。

尚、上述の実施例２では、２つの入出力導波路のスラブ導波路との接続点は、ＡＷＧ１に設定されるＦＳＲの１／２に相当する距離だけずれた位置にあった。しかしながら、同じ技術思想を適応すれば、ＦＳＲの１／３に相当する距離だけずれた位置でスラブ導波路と接続された３つの入出力導波路を備えた構成とすることもできる。この場合、ＴＯＤＣブロックとしては、ポートＡ、ポートＢおよびポートＣの３つのポート備えることになる。連続する複数の波長群を、順次交互に繰り返す３つのグループに分けることで、１つの波長群において、光透過率の平坦部分を使用できることは容易に理解できるだろう。このとき、ＴＯＤＣブロックのＡＷＧのＦＳＲ値を、群分波フィルタの分離間隔の３倍に設定することになる。さらに、同様の考え方により、入出力導波路の数およびポート数を３以上に拡張することも可能である。

実施例３：上述の実施例１および実施例２では、ＬＣＯＳ素子としてＡＷＧの分光軸方向にのみピクセルが配列された１次元構成のＬＣＯＳ素子を使用していた。しかし、ＬＣＯＳ素子上に２次元にピクセルを配列するとともに、ＴＯＤＣブロックに第２の分光素子を導入することによって、さらに可変分散補償器の構成を簡単化し、ＬＣＯＳ素子も小型化することができる。まず、２次元にピクセルが構成されたＬＣＯＳ素子を含むＴＯＤＣブロックについて説明する。

図６は、本発明の実施例３に係るＴＯＤＣブロックの構成を示す図である。実施例１、実施例２と同様に反射型の構成であるが、バルク型回折格子１５をさらに含み、光信号をバルク型回折格子によっても分波する構成である点で、相違している。さらに、本実施例においては、光路を通して見た場合にＡＷＧとバルク型回折格子の分波面が直交している点に大きな特徴を持っている。以下、実施例１および実施例２のＴＯＤＣブロックとの差異に着目して、詳しく説明する。

実施例１および実施例２のＴＯＤＣブロックと同様に、入力ファイバ１０より入力された光信号は、サーキュレータ１１および接続ファイバ１３を介して、ＡＷＧ１の入力導波路２に入射する。入力導波路２に入射した光信号は、スラブ導波路３を介してアレイ導波路４へ伝搬する。アレイ導波路４において、異なる波長を持つ光信号群が分波される。すなわち、出射端５から出射される光信号は、ｘ−ｚ面（分波面）内で、その波長に応じた異なる出射角度でｚ軸方向のバルク型回折格子１５へ向かって伝搬する。

出射端５から出射された光信号は、ＡＷＧ基板の厚さ方向すなわちｙ方向に対しては、シリンドリカルレンズ６によって平行ビームに変換される。シリンドリカルレンズ６から出射する光信号はｙ−ｚ面内で平行光とみなすことができる。一方、ＡＷＧ基板の面内のｘ方向に対しては、スラブ導波路３のレンズ作用によって十分幅広い平行ビームに変換される。すなわち、出射端５から出射した時点で、ＡＷＧ１から出射する光信号はｘ−ｚ面内で平行光とみなすことができる。シリンドリカルレンズ６を通過することで、光信号をｘ方向、ｙ方向いずれについても平行光とみなすことができる。

実施例３のＴＯＤＣブロックの構成は、ＡＷＧ１により分波された光信号をさらに分波するバルク型回折格子を備えている点に特徴がある。シリンドリカルレンズ６から出射した光信号は、その法線がz軸に対してθｉだけ傾き、格子ベクトルがｙｚ面内に設定されたバルク型回折格子１５により、さらに分波される。バルク型回折格子１５により分波された光信号は、集光レンズ７によって空間位相制御素子８上に集光される。ここで、ＡＷＧ１の分散方向およびバルク型回折格子１５の分散方向は、光路に沿ってそれぞれの分波面を見ると、２つの分波面が直交する関係にある。

図６の（Ａ）によれば、ＡＷＧ１および空間位相制御素子８は、互いに平行な位置関係に配置されているように記載されているが、厳密には平行でなくて良い。図６は、後述する特定のバルク型回折格子を使用する場合であって、入射角θｉが４６．７６°の場合を例示的に示している。この時、光路はバルク型回折格子おいてほぼ９０°で屈折する。このため、図面上は、ＡＷＧおよび空間位相制御素子が、互いに平行な位置関係に配置されているかのように表現されている。したがって、本実施例において、バルク型回折格子の屈折角θｉには何ら限定はない。本実施例のＴＯＤＣブロックは、光路に沿って見た場合に、ＡＷＧ１の分波面とバルク型回折格子１５の分波面とが相対的に直交する関係であることにより、空間位相制御素子のピクセルを、異方性を持った２次元に構成できる点に特徴がある。

波長（光周波数）と光信号の集光ビームの位置との関係を説明するため、仮想的に波長を連続的に変えた場合に、集光ビームが空間位相制御素子上に描く軌跡を検討してみる。本実施例においては、ＡＷＧ１の角度分散をバルク型回折格子１５の角度分散よりも十分大きく設定することによって、空間位相制御素子８上の集光ビームは光信号の波長に応じてラスタ状スキャンされる。

例えば、バルク型回折格子１５の回折次数を１に、ＡＷＧ１のＦＳＲを、分散補償の対象となる通信システムにおける１つの波長群のＷＤＭ通信チャンネルの全帯域幅に等しくなるように設定すれば良い。このようなビームのラスタ状スキャンは、第１の分光素子として、設計パラメータの自由度が大きく、簡単に所望のＦＳＲを実現できるＡＷＧを用いることで可能となる。第１の分光素子としてバルク型の回折格子を用いても、簡単に所望の角度分散を設定できない。第１の分光素子の分波特性および第２の分光素子の分波特性に適切な角度分散を配分し組み合わせることによって、本実施例に特有の分散補償の動作が実現される点に注目されたい。空間位相制御素子８おいて反射された光信号は、実施例１、２のＴＯＤＣブロックと同様に、その光路を反転させて往路とは逆方向へ伝搬し、サーキュレータ１１を介して、出力ファイバ１２から出射される。

図７の（Ａ）は、実施例３のＴＯＤＣブロックに好適な空間位相制御（ＬＣＯＳ）素子の構成を示す図である。空間位相制御素子８上の座標系を、ｕ軸−ｖ軸と定義する。上述のようにＡＷＧ１のＦＳＲは、分散補償の対象となる通信システムにおける１つの波長群内にあるＷＤＭ通信チャンネルの全帯域幅に等しく設定されている。このとき、１つの波長群の全帯域内にある光信号は、ＡＷＧ１のある回折次数の干渉光に対応する。仮想的に無変調の光信号の波長を連続的に変化させたとすれば、ＡＷＧ１の分波作用によって、回折次数ｍの光信号については、集光ビームの位置は線分Ｌｍ上の軌跡を描く。

この回折次数ｍの光信号は、例えばｍ番目の特定の波長群内にある光信号群に対応する。同様に、回折次数ｍ＋１の光信号については、隣接するＬｍ＋１上の軌跡を描く。この回折次数ｍ＋１の光信号は、ｍ番目の波長群に隣接するｍ＋１番目の波長群にある光信号群に対応する。したがって、１つの波長群の全帯域内にある光信号成分は、空間位相制御素子８上をスキャンされて描かれる１つの軌跡線Ｌｍ上に局在するピクセル列に対応する。換言すれば、１つの波長群の全帯域内にある各光信号は、１つの軌跡Ｌｍ上に局在するｕ軸方向に配列された複数のピクセル列によってそれぞれ独立に位相が付与され、分散補償が実現される。

上述のｕ軸方向に配列されたピクセル列毎に、異なる波長群に対して分散特性（群遅延特性）を設定できる。すなわち、実施例３のＴＯＤＣブロックは、ピクセル列毎に独立して異なる位相分布を設定することによって、波長群毎に異なる分散特性（群遅延特性）を設定できる特徴を持つ。図６において、バルク型回折格子１５の分光面（すなわちｙｚ面）と空間位相制御素子８のピクセル形成面との交線の方向が、空間位相制御素子８上におけるバルク型回折格子１５による分散方向となる。この交線で規定される分散軸をｚ’軸とする。図７の（Ａ）および（Ｂ）においては、ｚ’軸は、Ｌｍ、Ｌｍ＋１等の各軌跡線の終了点を結ぶ方向または開始点を結ぶ方向となる。

図７の（Ａ）を用いて、集光ビーム径と、ｕ軸およびｖ軸面上に形成されるピクセル構造との関係についてさらに検討する。図７の（Ａ）では、簡単のため各ピクセルの形状を正方形のものとして表示している。以下では、ｕ軸およびｖ軸それぞれにおいて、集光スポットビーム半径とピクセルピッチとの相対関係に着目して、各ピクセルに対する位相の設定方法が説明されることに留意されたい。また、変調を受けていないある光周波数（波長）の光信号に対応する集光ビームの形状は、集光レンズおよびシリンドリカルレンズの特性に応じて、一般に楕円となる。ここで、ｖ軸方向の楕円半径をｗｖとする。楕円半径は、集光スポットの光強度がピーク値の１／ｅ^２となる半径、すなわちピーク光強度の１３．５％となる半径を言うものとする。

ｖ軸方向については、軌跡Ｌｍを描く集光スポットラスタは、バルク型回折格子１５の角度分散に基づいて、アレイ導波路格子のＦＳＲに対応する光周波数毎にｄｖ移動する。したがって、集光スポットのｖ軸方向の楕円半径について、次式を満たすようにすることによって、隣接する波長群のビームの重なりを除去することができる。
ｗｖ≦ｄｖ／２ 式（１）
ｖ軸方向の楕円半径ｗｖは集光スポットの光強度がピーク値の１／ｅ^２となる半径であるので、式（１）の条件を満たすことによって、光通信で一般に求められる−３０ｄＢ以下のクロストーク性能を実現することができる。

図７の（Ａ）の構成では、ＡＷＧ１およびバルク回折格子１５の線分散値によって決まる軌跡Ｌｍの方向を、空間位相変調素子８のｕ軸方向と一致させている。さらに、ｖ軸方向のピクセルピッチをｐＳＬＭｖとして、ｐＳＬＭｖとｄｖとを一致させている。上述のピクセル構成によって、１つの波長群の全帯域内にある各光信号を、ｕ軸方向に並んだピクセル列１列に対応させることができる。その結果、最少のピクセル数を持つＬＣＯＳを用いて、全波長群内の光信号へ分散付与することが可能となる。ピクセル数を減らすことによって、ＬＣＯＳに掛かるコストを低く抑えることができる。

以下に、具体的な数値例とともに本実施例のＴＯＤＣブロックの例を示す。アレイ導波路格子は比屈折率差が１．５％の石英系光導波路を用いて作製した。アレイ導波路の行路長差ΔＬを２０２μｍ、アレイ導波路の出射端５におけるアレイ導波路ピッチを１２μｍとした。この構成によれば、アレイ導波路格子の自由スペクトルレンジはおよそ１０００ＧＨｚになる。

バルク型回折格子１５は、例えば、格子周期が９４０本／ｍｍの体積位相ホログラフィック回折格子（ＶＰＨＧ： Ｖｏｌｕｍｅ ｐｈａｓｅ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｇｒａｔｉｎｇ）を用いる。バルク型回折格子１５はＶＰＨＧタイプに限られず、透過型ブレーズ回折格子、反射型のホログラフィック回折格子または反射型のブレーズ回折格子を用いても、ＶＰＨＧと同様の機能を実現できる。入射角θｉが４６．７６°のとき格子周期９４０本／ｍｍのＶＰＨＧの角度分散値は、１．３７ｍｒａｄ／ｎｍである。シリンドリカルレンズ６の焦点距離は１ｍｍ、集光レンズ７の焦点距離は８０ｍｍとした。

ＬＣＯＳ型空間位相制御素子８は、ｕ軸方向のピクセル数およびピッチが、それぞれ１２８０個および８μｍであり、ｖ軸方向のピクセル数およびピッチが、それぞれ４個および９２０μｍである。したがって、ＬＣＯＳのピクセルが形成された領域のサイズは、約１０．２ｍｍ×３．７ｍｍである。この構成は、あくまで一例であって、ｕ軸方向のピクセルピッチは５μｍ〜１０μｍの範囲あってもよい。

上述の光学系の構成によれば、ｖ軸方向のビーム半径ｗｖは、約３００μｍとなり、式（１）の関係を満たしていることを確認した。ＬＣＯＳ上におけるｖ軸方向の線分散値は、前述のＶＰＨＧの角度分散値と集光レンズの７の焦点距離の積として、０．１１ｍｍ／ｎｍと求まる。よって、集光スポットの位置は、ＡＷＧのＦＳＲである１０００ＧＨｚ（約８．４ｎｍ）当り、ｄｖ＝９２０μｍ移動する。アレイ導波路格子のＦＳＲに対応するスポット移動量ｄｖと、ｖ軸方向のピクセルピッチｐＳＬＭｖとがいずれも９２０μｍに一致していることを確認した。

ＬＣＯＳ素子のｕ軸方向の線分散値は、１．２２ｍｍ／ｎｍとなり、１２８個のピクセルが、１００ＧＨｚの周波数レンジを持つ光信号の位相変調に寄与することになる。したがって、本実施例の構成のＴＯＤＣブロックによって、１つの波長群において、１００ＧＨｚ間隔で配置された１０のＷＤＭ通信チャンネルの各光信号に対して、独立して分散補償することが可能になる。さらに、ｖ軸方向に配列したピクセル列毎に、複数の異なる波長群の光信号群に対しても独立して分散補償することができる。

図７の(Ａ)に示したＬＣＯＳの構成例では、ｐＳＬＭｖとｄｖとをほぼ一致させて、ｕ軸方向に並んだピクセル列１列を１つの波長群に対応させた場合を、例示的に説明した。別の構成例として、図７の（Ｂ）に示すように、ｄｖをｐＳＬＭｖより大きく設定して、ｖ軸方向について複数のピクセルを１つの波長群に割り当てる構成例を説明する。この場合も、式（１）の関係を満たすことによって、隣接する波長群の間のクロストークを低く抑えることができる。図７の（Ａ）のピクセル構成では、軌跡Ｌｍの方向とｕ軸の方向とを一致させる必要があった。これに対し、図７の（Ｂ）のピクセル構成では、ｖ軸方向について、軌跡Ｌｍを中心としてｄｖの幅に含まれる複数のピクセルを、１つの波長群ｍの制御のために用いることによって、軌跡Ｌｍとｕ軸とが平行である必要がなくなる。

図７の（Ｂ）のピクセル構成の利点は、光信号に任意の光結合損失を付加できるところにある。ｖ軸方向における複数のピクセルによって、ｕ軸方向に対する位相設定とは独立して、ｖ軸方向に対して傾いた位相を設定することができる。再び図６を参照すれば、ＬＣＯＳにおいて反射してバルク型回折格子１５を通過した光信号は、アレイ導波路格子の出射端５において、ｙ軸方向のＡＷＧ導波路固有モードに対して傾いた電界分布を持った状態で、ＡＷＧ１へ入射する。したがって、ＴＯＤＣブロックの透過特性に波長依存性を持った損失を付加し、光信号強度の波長依存を補償することが可能となる。

図７の(Ｂ）の構成を実現するＬＣＯＳとして、一般的な正方格子上にピクセルが並んだＬＣＯＳを使用した。ピクセルピッチは、ｕ軸方向およびｖ軸方向共に８μｍである。ＬＣＯＳ以外の光学系の構成は、図７の(Ａ)で説明したのと同様のものを用いた。ｄｖ＝９２０μｍであるので、軌跡Ｌｍを中心にしてｖ軸方向に１１５個のピクセルを１つの波長群に割り当てた。任意の波長、すなわち、任意の波長群番号ｍおよび任意のｕ軸上の位置において、ｖ軸方向に割り当てられた１１５のピクセルに与える位相値を、最大で、傾き角０．３度の位相変化に相当するだけｖ軸方向に線形的に変化させた。この線形的に傾斜させた位相により、その波長の光信号強度を０ｄＢ〜−４０ｄＢの範囲で制御する事が出来た。

図７の（Ａ）または（Ｂ）に示したピクセルが２次元に配列されたＬＣＯＳ素子で構成されたＴＯＤＣブロックを利用することによって、図１に示した実施例１に係る可変分散補償器を、より簡単な構成に変形することができる。

以上のＬＣＯＳに関わる説明では、ピクセルピッチのみに着目して、ピクセルの幅およびピクセル間のスペースには触れなかったが、用法を問わず、ピクセル間スペースは、光の制御効率を高めるために狭くすることが好ましい。一般には、１μｍ以下が好ましい。

図８は、実施例３に係る分散補償器の全体構成を示したブロック図である。図８は、分散補償器としての機能に着目したブロックに分けて分散補償器を表現している。以下、図６に示したＴＯＤＣブロックと、具体的な構成との対比関係を説明する。図６のＴＯＤＣブロックにおけるＬＣＯＳ素子８は、図７の（Ａ）および（Ｂ）に示したように、２次元（2-Dimension）にピクセルが配列された構成を持つものとし、以下２Ｄ−ＬＣＯＳ素子と呼ぶ。

図８の可変分散補償器３００においては、例えば、λ_１からλ_４０までの４０の波長を持つ光信号群が多重化された光信号が、分光器３０１の入力ポートＩｎに入力されて分波され、さらに第１の群分波フィルタ３０２に入力される。多重化された光信号は、第１の群分波フィルタ３０２によってλ_１からλ_１０、λ_１１からλ_２０、λ_２１からλ_３０ならびにλ_３１からλ_４０の４つの波長群（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）に群分波される。第１の波長群分波フィルタ３０２からの各波長群の光信号群は、２Ｄ−ＬＣＯＳ素子３０５上の、各列（第１列、第２列、第３列第４列）のピクセル群３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３０６ｄによって分散補償される。分散補償後の４つの波長群（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）の光信号群は、第２の波長群分波フィルタ３０３および分光器３０４によって合波され、再びλ_１からλ_４０までの中心波長を持つ４０の通信チャンネルの光信号に多重化されて、出力ポートｏｕｔから出力される。

図８における２つの分光器３０１、３０４は、図６のＴＯＤＣブロックにおけるＡＷＧ１に対応する。ここで、図６に示したＴＯＤＣブロックは反射型の構成を持つために、１つのＡＷＧによって分光器３０１および分光器３０４の機能を実現できることに留意されたい。図８における２つの群分波フィルタ３０２、３０３は、図６に示したＴＯＤＣブロックにおけるバルク型回折格子１５（第２の分光手段）に対応する。ＡＷＧ１と同様に、１つのバルク型回折格子１５によって、２つの群分波フィルタ３０２、３０３の機能を実現できる。

２Ｄ−ＬＣＯＳ素子３０５は、波長群Ｇ１に対応する第１列のピクセル群３０６ａ、波長群Ｇ２に対応する第２列のピクセル群３０６ｂ、波長群Ｇ３に対応する第３列のピクセル群３０６ｃ、波長群Ｇ４に対応する第４列のピクセル群３０６ｄによって、それぞれ分散補償される。ここで、２Ｄ−ＬＣＯＳ素子は、１つの素子面内にｕ軸方向に並んだ各列（第１列、第２列、第３列、第４列）のピクセル群が一体となって２次元にピクセルが配置されて構成されることに注目されたい。したがって、光信号が分光器３０１（ＡＷＧ１）から空間に出射し、バルク型回折格子および２Ｄ−ＬＣＯＳ素子によって光信号処理をされて、再び分光器３０４（ＡＷＧ１）に入射するまでの光信号処理は、１式のＴＯＤＣブロックによって実現される。すなわち、図６に示された１つのＴＯＤＣブロックによって、図１に示した４つのＴＯＤＣブロックを必要とする可変分散補償器と同じ機能を実現できる。

尚、２Ｄ−ＬＣＯＳ素子３０５の各ピクセル列は、第１列から第４列まであるものとして説明したが、１つの波長群に対してｖ軸方向に複数のピクセルを使用して位相設定を行なうこともできることに留意されたい。この場合、１つの波長群に対して、ｕ軸方向に配列されたピクセル列が複数列配置されることになる。

図１に示した実施例１に係る可変分散補償器によれば、４つのＴＯＤＣブロックのほかに個別の波長群分波フィルタ１０１、１０２を必要とした。これに対して、実施例３の可変分散補償器３００は、図６に示したＴＯＤＣブロックを１つだけで構成できるので、可変分散補償器の構成を大幅に簡略化することができる。

実施例４： 実施例１の可変分散補償器と同様に、図５に示した実施例２の可変分散補償器も、図６に示した２Ｄ−ＬＣＯＳ素子を利用することによって、より簡単な構成に変形することができる。すなわち、図６に示した２次元にピクセルが構成されたＬＣＯＳ素子を利用したＴＯＤＣブロックにおいて、図３と同様にＡＷＧに接続された２つの入出力導波路１６、１７を備えることによって、多数のＷＤＭ通信チャンネルを含む連続した通信帯域（波長群）に対して光透過特性が平坦な可変分散補償を実現できる。

図９は、実施例４の可変分散補償器で使用されるＴＯＤＣブロックの構成図である。図９に示した構成は、実施例２の可変分散補償器に使用されるＴＯＤＣブロック（図３）に第２の分波手段（バルク型回折格子）１５を追加している点で、図３に示したＴＯＤＣブロックの構成と相違している。さらに、スラブ導波路３の境界面上で０．５ＦＳＲ相当離れた位置に接続された２つの入出力導波路１６、１７を持つ点では、図３のＴＯＤＣブロックの構成と共通するが、接続されるインターリーブ型群分波フィルタ１９を持つ点で相違している。以下、これらの相違点に着目して説明する。尚、図９は、簡単のため第２の分波手段１５による光路の折り曲がりは省略し、簡略化して記載している。

図９に示したＴＯＤＣブロックは反射型構成をしている。λ_１からλ_４０までの４０の波長を持つ光信号群が多重化された光信号が、光サーキュレータ１１を経由して、ＴＯＤＣブロックに入力される。ＴＯＤＣブロックにおいて分散補償された後で、再び光サーキュレータ１１から出力される。光サーキュレータ１１への多重化された入力光信号は、インターリーブ型群分波フィルタ１９に入力される。インターリーブ型群分波フィルタ１９は、複数の波長群を含む多重化された光信号群を、奇数番目の波長群と偶数番目の波長群とに群分波をする。すなわち、インターリーブ型群分波フィルタ１９のポートＡ側の出力には、λ_１からλ_１０、λ_２１からλ_３０の２つの波長群（Ｇ１、Ｇ３）が群分波される。インターリーブ型群分波フィルタ１９のポートＢ側の出力には、λ_１１からλ_２０、λ_３１からλ_４０の２つの波長群（Ｇ２、Ｇ４）が群分波される。ＡポートおよびＢポートからの光信号群は、それぞれスラブ導波路３の境界面上で０．５ＦＳＲ相当離れた位置に接続された２つの入出力導波路１６、１７に入力される。実施例２のＴＯＤＣと同様に、ＡＷＧ１のＦＳＲ値を、インターリーブ型群分波フィルタ１９の波長群分離間隔の２倍に設定している。

図９のＴＯＤＣブロックにおけるＬＣＯＳ素子８は、第３の実施例と同様に、図７に示した２次元（2-Dimension）にピクセルが配列された２Ｄ−ＬＣＯＳ素子である。

図１０は、実施例４に係る分散補償器の全体構成を示すブロック図である。図１０は、分散補償器としての機能に着目したブロックに分けて分散補償器を表現している。以下、図９に示したＴＯＤＣブロックの具体的な構成と対比して説明する。

図１０の可変分散補償器４００においては、例えば、λ_１からλ_４０までの４０の波長を持つ光信号群が多重化された光信号が、インターリーブ型群分波フィルタ４０１によって、奇数番目の波長群と偶数番目の波長群とにインターリーブ群分波される。インターリーブ群分波された、Ａの波長群（Ｇ１、Ｇ３）およびＢの波長群（Ｇ２、Ｇ４）は、それぞれ分光器４０２のＡポートおよびＢポートに入力される。ここで分光器４０２は、図９におけるＡＷＧ１に対応する。さらに、実施例３と同様に、第１の波長群分波フィルタ４０３が図９の第２の分波手段１５に対応する。第１の波長群分波フィルタ４０３からの各波長群の光信号群は、２Ｄ−ＬＣＯＳ素子４０７上の、各列（第１列、第２列、第３列、第４列）のピクセル群４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃ、４０８ｄによって分散補償される。分散補償後の４つの波長群（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）の光信号群は、第２の波長群分波フィルタ４０４および分光器４０５によって合波される。さらに、インターリーブ型群分波フィルタ４０６によって、奇数番目の波長群および偶数番目の波長群はインターリーブ群合波され、再びλ_１からλ_４０までの中心波長を持つ４０の通信チャンネルの光信号に多重化されて、出力ポートＯｕｔから出力される。

実施例３と同様に、図９の反射型の構成のＴＯＤＣブロックによって、分光器４０２、４０５および群分波フィルタ４０３、４０４は、それぞれ１つのＡＷＧ１および１つの第２の分波手段１５によって実現できるのは言うまでもない。

２Ｄ−ＬＣＯＳ素子４０７は、波長群Ｇ１に対応する第１列のピクセル群４０８ａ、波長群Ｇ２に対応する第２列のピクセル群４０８ｂ、波長群Ｇ３に対応する第３列のピクセル群４０８ｃ、波長群Ｇ４に対応する第４列のピクセル群４０８ｄによって、それぞれ分散補償される。ここで、２Ｄ−ＬＣＯＳ素子４０７は、１つの素子面内に各列のピクセル群が一体となって２次元にピクセルが配置構成されることに注目されたい。したがって、光信号が分光器４０２（ＡＷＧ１）から空間に出射し、バルク型回折格子１５および２Ｄ−ＬＣＯＳ素子によって光信号処理をされて、再び分光器４０５（ＡＷＧ１）に入射するまでの光信号処理は、１式のＴＯＤＣブロックによって実現される。すなわち、図９によって示された１つのＴＯＤＣブロックは、図５に示した可変分散補償器と同じ機能を実現できることに注意されたい。

図５に示した実施例２に係る可変分散補償器では、４つのＴＯＤＣブロックのほかに個別の波長群分波フィルタ２０１、２０２を必要とした。これに対して、実施例４の可変分散補償器４００は、図９に示したＴＯＤＣブロックを１つだけで構成できるので、可変分散補償器の構成を大幅に簡単にすることができる。

実施例２と同様に、多重化されたＷＤＭ光信号を複数の波長群に分離し、ただ１つのＴＯＤＣブロックを備えることで、分光軸方向にサイズが短いＬＣＯＳ素子を使用することができる。大型のＬＣＯＳ素子を必要とせずに、量産性およびコストに優れた、多チャンネル可変分散補償器を実現することができる。ＴＯＤＣブロックのＡＷＧのＦＳＲ値を、インターリーブ型群分波フィルタの波長群分離間隔の２倍に設定することによって、光透過帯域が平坦な可変分散補償器を実現できる。可変分散補償器の低コスト化ならびに保守の簡易化および低コスト化を実現できる。

実施例３および実施例４で詳細に説明したように、２Ｄ−ＬＣＯＳ素子を使用してピクセルを２次元に構成することで、ＡＷＧの分光軸に対応する方向のサイズを短く抑えたＬＣＯＳ素子を利用するのと同じ効果が得られることに注目されたい。実施例１または実施例２の構成の可変分散補償器よりもさらにＴＯＤＣブロックの数を減らして、多チャンネルの可変分散補償器を構成することができる。さらに、ＴＯＤＣブロックにおいて使用されるＡＷＧのＦＳＲを、そのＴＯＤＣブロックによってカバーするＷＤＭ通信チャンネル群の全帯域幅と等しく成るように設定する。さらに、ＦＳＲを、そのＴＯＤＣブロックによってカバーするＷＤＭ通信チャンネル群の全帯域幅と所定の関係に成るように設定することにより、光透過特性の平坦化を実現することもできる。

本発明は、光通信システムにおける波長分散補償器に利用することができる。

実施例１に係る可変分散補償器の全体構成を示すブロック図である。 実施例１に係る可変分散補償器の光透過率特性を示す図である。 実施例２の可変分散補償器で使用されるＴＯＤＣブロックの構成図である。 実施例２に係るＴＯＤＣブロックの光透過率を示す図である。 実施例２に係る可変分散補償器の全体構成を示すブロック図である。 実施例３の可変分散補償器で使用されるＴＯＤＣブロックの構成図である。 実施例３の可変分散補償器で使用されるＴＯＤＣブロックで使用されるＬＣＯＳ素子の構成図である。 実施例３に係る可変分散補償器の全体構成を示すブロック図である。 実施例４の可変分散補償器で使用されるＴＯＤＣブロックの構成図である。 実施例４に係る可変分散補償器の全体構成を示すブロック図である。 空間位相変調素子を用いた従来技術の可変分散補償器の構成を示す図である。 空間位相変調素子を用いた従来技術の可変分散補償器の他の構成を示す図である。 空間位相変調素子を用いた従来技術の可変分散補償器における位相設定の例を示す図である。

符号の説明

１、３４ ＡＷＧ
３ スラブ導波路
４ アレイ導波路
７、３６ 集光レンズ
８、３７ 空間位相変調素子
１１、１４、３０ 光サーキュレータ
１５ バルク型回折格子
１６、１７ 入出力導波路
１９、４０１、４０６ インターリーブ型群分波フィルタ
１００、２００、３００ 可変分散補償器
１０１、１０２、２０１、２０２、３０２、３０３ 群分波フィルタ
１０３、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄ、４００ ＴＯＤＣブロック
３０１、３０４ 分波器
３０５、４０７ ２Ｄ−ＬＣＯＳ素子

Claims (9)

1. 連続する複数の波長帯域に含まれる光信号群の分散補償器であって、前記各波長帯域は１つの通信波長群に対応し、前記通信波長群の各通信波長には１つの光信号が対応し、前記分散補償器は、
   前記光信号群を前記複数の波長帯域毎に分波する光群合分波手段と、
   前記光群合分波手段により分波された各通信波長群内の光信号群をさらに分波する、前記通信波長群の数の第１の光合分波手段群と、
   前記第１の光合分波手段群の各々の分波軸方向に配列された複数の要素素子を含む、前記通信波長群の数の空間位相変調素子群であって、各空間位相変調素子の前記複数の要素素子は、１つの前記波長帯域内の前記各光信号がそれぞれ集光する複数の区間に分けられ、前記各光信号に対応する前記各区間に独立に前記分波軸の距離をパラメータとして２次以上の関数で規定される位相が設定されることと
   を備えたことを特徴とする可変分散補償器。
2. 前記第１の光合分波手段群の各々のＦＳＲは、前記波長帯域の帯域幅に等しく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の可変分散補償器。
3. 連続する複数の波長帯域に含まれる光信号群の分散補償器であって、前記各波長帯域は１つの通信波長群に対応し、前記通信波長群の各通信波長には１つの光信号が対応し、前記分散補償器は、
   前記光信号群を前記複数の波長帯域毎に分波する光群合分波手段と、
   前記光群合分波手段により分波された各通信波長群内の光信号群をさらに分波する、前記通信波長群の数の第１の光合分波手段群であって、前記光群合分波手段により分波された奇数番目の前記波長帯域の光信号群が入力される第１のポートと前記光群合分波手段により分波された偶数番目の前記波長帯域の光信号群が入力される第２のポートとを有し、前記第１のポートおよび前記第２のポートにより分波される光信号群の光周波数は、前記各第１の光合分波手段のＦＳＲの１／２に相当する光周波数差を持ち、前記ＦＳＲ値は前記波長帯域の帯域幅の２倍に等しいことと、
   前記各第１の光合分波手段の分波軸方向に配列された複数の要素素子を含む、前記通信波長群の数の空間位相変調素子群であって、各空間位相変調素子の前記複数の要素素子は１つの前記波長帯域内の前記各光信号がそれぞれ集光する複数の区間に分けられ、前記各光信号に対応する前記各区間に独立に前記分波軸の距離をパラメータとして２次以上の関数で規定される位相が設定されることと
   を備えたことを特徴とする可変分散補償器。
4. 連続する複数の波長帯域に含まれる光信号群の分散補償器であって、前記各波長帯域は１つの通信波長群に対応し、前記通信波長群の各通信波長には１つの光信号が対応し、前記分散補償器は、
   ＦＳＲが前記波長帯域の帯域幅に等しく設定され、前記光信号群を分波する第１の光合分波手段と、
   前記第１の光合分波手段によって分波された光信号群を、前記第１の光合分波手段の分波軸方向に直交する第２の分波軸方向にさらに分波する第２の光合分波手段と、
   前記第１の光合分波手段群の分波軸方向に対応する第１の配列方向および前記第２の分光軸方向に対応する第２の配列方向に２次元配列された複数の要素素子を含む空間位相変調素子であって、前記第１の配列方向において前記複数の要素素子は１つの前記波長帯域内の前記各光信号がそれぞれ集光する複数の区間に分けられ、前記各光信号に対応する前記各区間に独立に前記第１の光合分波手段群の分波軸の距離をパラメータとして２次以上の関数で規定される位相が設定され、前記波長帯域の１つが連続する前記第１の配列方向の要素素子列に対応し、前記第２の配列方向においては、前記波長帯域毎に前記要素素子列が隣接して繰り返し配列されていることと
   を備えたことを特徴とする可変分散補償器。
5. 連続する複数の波長帯域に含まれる光信号群の分散補償器であって、前記各波長帯域は１つの通信波長群に対応し、前記通信波長群の各通信波長には１つの光信号が対応し、前記分散補償器は、
   前記光信号群を、奇数番目の波長帯域と偶数番目の波長帯域に群分波する光群分波手段と、
   前記光群合分波手段により分波された各波長帯域内の光信号群をさらに分波する第１の光合分波手段であって、前記光群合分波手段により分波された奇数番目の前記波長帯域の光信号群が入力される第１のポートと前記光群合分波手段により分波された偶数番目の前記波長帯域の光信号群が入力される第２のポートとを有し、前記第１のポートおよび前記第２のポートにより分波される光信号群の光周波数は、前記第１の光合分波手段のＦＳＲの１／２に相当する光周波数の差を持ち、前記ＦＳＲ値は前記波長帯域の帯域幅の２倍に等しいことと、
   前記第１の光合分波手段によって分波された光信号群を、前記第１の光合分波手段の分波軸方向に直交する第２の分波軸方向にさらに分波する第２の光合分波手段と、
   前記第１の光合分波手段の分波軸方向に対応する第１の配列方向および前記第２の分波軸方向に対応する第２の配列方向に２次元配列された複数の要素素子を含む空間位相変調素子であって、前記第１の配列方向において前記複数の要素素子は１つの前記波長帯域内の前記各光信号がそれぞれ集光する複数の区間に分けられ、前記各光信号に対応する前記各区間に独立に前記第１の光合分波手段群の分波軸の距離をパラメータとして２次以上の関数で規定される位相が設定され、前記波長帯域の１つが連続する前記第１の配列方向の要素素子列に対応し、前記第２の配列方向においては、前記波長帯域毎に前記要素素子列が隣接して繰り返し配列されていることと
   を備えたことを特徴とする可変分散補償器。
6. 前記空間位相制御素子の前記要素素子列は、前記第２の配列方向において少なくとも２つ以上の要素素子に分かれており、前記第２の配列方向に所定の位相分布が付与されていることを特徴とする請求項３または５に記載の可変分散補償器。
7. 前記第１の光合分波手段は、前記第１のポートおよび前記第２のポートにそれぞれ接続された２つの入出力導波路と、スラブ導波路と、アレイ導波路とが順次接続されたＡＷＧであり、前記２つの入出力導波路は、前記スラブ導波路との境界において、前記ＡＷＧの１／２ＦＳＲ相当離れた位置に接続されていることを特徴とする前記各請求項３または５に記載の可変分散補償器。
8. 前記空間位相変調素子は、ＬＣＯＳ素子またはＭＥＭＳミラーアレイであることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の可変分散補償器。
9. 前記空間位相変調素子は、前記通信波長に対応する入射した光信号を反射させ、前記光群合分波手段、前記第１の光合分波手段および第２の光合分波手段は、分散補償された光信号を合波する反射型構成であること特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の可変分散補償器。

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