JP3435031B2 - 波長分散補償器および波長分散補償ファイバ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光信号、例え
ば、波長多重（ＷＤＭ）光信号の波長分散補償に用いて
好適な波長分散補償器および波長分散補償ファイバに関
する。

【０００２】

【従来の技術】光信号は、ある程度の波長幅を有する。
このため、波長１．３μｍより伝送損失が小さい波長
１．５５μｍ付近の光信号がシングルモードファイバ
（１．３μｍ零分散の光ファイバ）を長距離伝送する場
合、この光ファイバを伝送する光信号には、伝送距離に
比例して波長分散が生じる。すなわち、光信号のうちの
長波長成分が短波長成分よりも遅れて伝送先に到達す
る。

【０００３】この波長分散を補償する方法の一例が文献
１：「分光研究、第４５巻、第６号（１９９６）ｐ．３
０２」に開示されている。この文献に開示の技術によれ
ば、ファイバーブラッググレーティング（以下、「ＦＢ
Ｇ」とも表記する。）の格子間隔を軸方向（光の導波方
向）に沿って単調に変化させたチャープドファイバーグ
レーティング（「チャープ・グレーティング」とも称す
る。）を用いて波長分散を補償している。

【０００４】波長分散の補償にあたっては、波長分散が
生じた光信号をチャープ・グレーティングへその格子間
隔の広い側から入射する。入射された光信号の短波長成
分は、入射端から遠い部分で反射される。一方、光信号
の長波長成分は、入射端に近い部分で反射される。その
結果、短波長成分と長波長成分との間には、これらの反
射位置どうしの距離の２倍の光路差が生じる。その結
果、この光路差の分だけ長波長成分と短波長成分との時
間差を短縮して、波長分散を補償することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】互いに異なる複数の波
長の光信号（例えば、波長多重（ＷＤＭ）光信号）の波
長分散を１つのチャープ・グレーティングでそれぞれ補
償するためには、そのチャープ・グレーティングのブラ
ッグ反射波長の波長帯域を、補償される光信号の波長帯
域以上に広くすることが必要である。チャープ・グレー
ティングのブラッグ反射波長の波長帯域、すなわち補償
可能な波長帯域を広くするためには、チャープ・グレー
ティングの最大格子間隔と最小格子間隔との差を大きく
する必要がある。最大格子間隔と最小格子間隔との差を
大きくして、補償可能な波長帯域を広くする方法とし
て、例えば、次の２つの方法が考えられる。

【０００６】第１の方法は、チャープ・グレーティング
の長さを一定にしたままで、格子間隔の導波方向に沿っ
た変化の割合（以下、「勾配」とも称する。）を急にす
る方法である。しかし、格子間隔を急勾配にすると、光
信号の短波長成分の反射位置と長波長成分の反射位置と
の距離が短くなる。その結果、短波長成分と長波長成分
との間の光路差が小さくなる。このため、格子間隔を急
勾配にすると、波長分散の補償が可能な光信号の伝送距
離が短くなるおそれがある。

【０００７】第２の方法は、格子間隔の勾配を一定にし
たままで、チャープ・グレーティングの長さを長くする
方法である。しかし、チャープ・グレーティングをはじ
めとするＦＢＧの長さは、ＦＢＧを製造する際に使用す
る位相マスクの長さによって実質的に制約を受ける。例
えば、位相マスクの長さは、最大１００ｍｍ程度であ
る。このため、１００ｍｍ程度以上の長さのＦＢＧを製
造することは困難である。

【０００８】その上、ＦＢＧが長尺になるほど、ＦＢＧ
の加工精度は低下する。例えば、ＦＢＧを長尺化するほ
ど、ＦＢＧのコアの長手方向に沿った屈折率分布の設計
値からのずれが大きくなる。その結果、例えばＦＢＧの
ブラッグ反射強度が波長によって異なってしまうといっ
た問題が生じる。

【０００９】このため、チャープドファイバーグレーテ
ィングを長尺化することなく、広い波長帯域にわたる複
数の波長の光信号の波長分散の補償を図ることができる
波長分散補償器および波長分散補償ファイバの出現が望
まれていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この出願に係る発明者
は、種々の実験および検討を重ねた結果、広い波長帯域
にわたる複数の波長の光信号の波長分散の補償を、個々
の波長の光信号毎に、個別のチャープドファイバーグレ
ーティングで行なえば良いことに想到した。

【００１１】そこで、この発明の波長分散補償器によれ
ば、入力ポート、入出力ポートおよび出力ポートを有す
る光サーキュレータと、入出力ポートに接続された光路
上に直列に設けられた、互いに異なるブラッグ反射波長
帯域を有する複数のチャープドファイバーグレーティン
グとを具え、チャープドファイバーグレーティングの各
々を、格子間隔の広い側のグレーティング端を光路上で
光サーキュレータ側にそれぞれ向けて設けてあることを
特徴とする。

【００１２】この発明の波長分散補償器において複数の
波長の光信号の波長分散を補償するにあたっては、先
ず、各光信号をそれぞれ光サーキュレータの入力ポート
に入射する。入力ポートに入射した光信号は、光サーキ
ュレータの入出力ポートから出射する。入出力ポートか
ら出射した光信号は、この入出力ポートに接続された光
路を進む。

【００１３】この光路上には、複数のチャープドファイ
バーグレーティング（チャープ・グレーティング）が直
列に設けてある。各チャープ・グレーティングは、それ
ぞれ互いに異なるブラッグ反射波長帯域を有する。この
ため、複数の波長の光信号は、その光信号の波長を含む
ブラッグ反射帯域を有するチャープ・グレーティングに
おいてそれぞれ反射される。その結果、複数の波長の光
信号の波長分散は、例えば、個々の光信号ごとに個別の
チャープ・グレーティングにおいてそれぞれ補償され
る。尚、個々のチャープ・グレーティングにおける波長
分散の補償原理は、従来の補償原理と同じである。

【００１４】各チャープ・グレーティングでそれぞれ反
射されて補償された各光信号は、それぞれ光サーキュレ
ータの入出力ポートに入射する。入出力ポートに入射し
た各光信号は、光サーキュレータの出力ポートから出射
する。

【００１５】このように、この発明の波長分散補償器に
よれば、互いに異なるブラッグ反射波長帯域を有する複
数のチャープドファイバーグレーティング（チャープ・
グレーティング）を設けている。このため、互いに異な
る複数の波長の光信号の波長分散を、それぞれ個別のチ
ャープ・グレーティングで補償することができる。その
結果、個々のチャープ・グレーティングの補償可能波長
帯域を、１つの波長の光信号の波長分散の補償に必要な
波長帯域だけに限定することもできる。無論、チャープ
・グレーティングの補償可能波長帯域を、より広い例え
ば２つの波長の光信号を含む波長帯域に対応した波長帯
域に限定しても良い。

【００１６】従って、この発明では、個々のチャープ・
グレーティングの補償可能波長帯域を、補償対象の各光
信号の全ての波長を含む波長帯域にまで拡げる必要がな
い。このため、この発明では、各チャープ・グレーティ
ングを長尺化する必要がない。そして、この発明では、
光信号の複数の波長にそれぞれ合わせて、複数のチャー
プ・グレーティングを設けることができるので、広い波
長帯域にわたる複数の波長の光信号の波長分散の補償を
図ることができる。従って、この発明によれば、ＦＢＧ
を長尺化することなく広い波長帯域わたる複数の波長の
光信号の波長分散の補償を図ることができる。

【００１７】ところで、チャープドファイバーグレーテ
ィングをはじめとするＦＢＧを透過する光は、そのＦＢ
Ｇのブラッグ反射波長よりも短波長側の成分に損失が発
生する（例えば、文献２：「電子情報通信学会論文誌
Ｃ−１ Ｖｏｌ．Ｊ８０−Ｃ−Ｉ Ｎｏ．１ ｐｐ．３
２−４０ １９９７年１月」の第３５頁の図６参
照。）。

【００１８】そこで、グレーティングのブラッグ反射波
長よりも短波側の成分の損失の発生を抑制するために、
この発明の波長分散補償器において、好ましくは、チャ
ープドファイバーグレーティングを、ブラッグ反射波長
帯域の波長が短い順に、光サーキュレータ側から設けて
あるのが良い。

【００１９】このように、この発明の波長分散補償器に
おいて、ブラッグ反射波長帯域の波長が短い順にチャー
プ・グレーティングを配置すれば、各波長の光信号は、
当該光信号の波長よりも短いブラッグ反射波長帯域を有
するチャープ・グレーティングを透過することになる。
すなわち、各光信号の波長が、当該光信号の透過するチ
ャープ・グレーティングのブラッグ反射波長よりも短く
なる場合を無くすることができる。その結果、前述した
ブラッグ反射波長よりも短波長側の成分であるために生
じる損失が、各光信号に発生することを回避することが
できる。このため、チャープ・グレーティングにおける
光信号の強度の損失の発生を抑制することができる。

【００２０】ところで、各チャープ・グレーティングに
おいて補償できる最大時間差は、当該チャープ・グレー
ティングの長さの２倍の光路差に相当する時間差であ
る。従って、波長分散による長波長成分と短波長成分と
の時間差が、この最大時間差よりも大きくなるような場
合には、チャープ・グレーティングでの１回の反射によ
る補償だけでは、十分な補償ができないおそれがある。

【００２１】そこで、より大きな波長分散の補償を図る
ために、この発明の波長分散補償器において、好ましく
は、入出力ポートを複数個とし、それぞれの光路上に設
けられたチャープドファイバーグレーティングの個数を
同数とし、光路毎のこれらチャープドファイバーグレー
ティングの異なるブラッグ反射波長帯域の組合せを、各
光路で、同一の組合せとしてあると良い。

【００２２】光サーキュレータの入力ポートに入射した
複数の波長の光信号は、先ず、光サーキュレータの１番
目の入出力ポートから出射する。１番目の入出力ポート
から出射した各光信号は、各チャープ・グレーティング
のいずれかで波長毎に反射されてある程度波長分散補償
されて、１番目の入出力ポートに入射する。

【００２３】次に、１番目の入出力ポートから入射した
各光信号は、光サーキュレータの２番目の入出力ポート
から出射する。２番目の入出力ポートから出射した各光
信号は、各チャープ・グレーティングのいずれかで波長
毎に反射されて、さらに波長分散補償されて、２番目の
入出力ポートに入射する。この段階では、ある程度補償
された光信号をさらに補償するので、より一層波長分散
の補償を図ることができる。さらに、３番目以上の入出
力ポートを設て、波長分散補償を繰返しても良い。

【００２４】このように、光サーキュレータの入出力ポ
ートを複数個とし、各光路ごとのチャープ・グレーティ
ングの異なるブラッグ反射波長帯域の組合せを、各光路
で同一の組合せとすれば、複数の波長の光信号の波長分
散の補償を、各波長の光信号についてそれぞれ複数回行
なうことができる。その結果、チャープ・グレーティン
グでの１回の反射で補償できる最大時間差以上の大きさ
の波長分散を補償することができる。このため、より大
きな波長分散の補償を図ることができる。

【００２５】また、波長分散の補償を図る場合には、補
償に必要な波長成分間の光路長差を、複数のチャープ・
グレーティングで分けて生じさせることができる。この
ため、個々のチャープ・グレーティングで生じさせる光
路長差を小さくすることができる。その結果、個々のチ
ャープ・グレーティングの長さを短くすることができ
る。また、個々のチャープ・グレーティングの勾配を急
勾配とすることもできる。

【００２６】また、この発明の波長分散補償器におい
て、好ましくは、前記光路を、光ファイバを以って構成
してあり、該光ファイバのコアに、複数の前記チャープ
ドファイバーグレーティングをそれぞれ形成してあるの
が良い。

【００２７】このように、複数のチャープドファイバー
グレーティングを１本の光ファイバに形成すれば、個々
のチャープドファイバーグレーティングどうしを融着し
たりコネクタを介して接続する場合に比べて、接続によ
る光信号の損失の発生を抑制することができる。尚、複
数のチャープドファイバーグレーティングを形成したこ
の光ファイバは、後述する、この発明の波長分散補償フ
ァイバに相当する。

【００２８】この発明の波長分散補償ファイバによれ
ば、光ファイバのコアに、互いに異なるブラッグ反射波
長帯域を有する複数のチャープドファイバーグレーティ
ングを、当該光ファイバの軸方向に沿って直列にそれぞ
れ設けてあり、チャープドファイバーグレーティングの
各々を、格子間隔の広い側のグレーティング端を軸方向
の一方の向きにそれぞれ向けて設けてあることを特徴と
する。

【００２９】このように、この発明の波長分散補償ファ
イバによれば、光ファイバのコアに、互いに異なるブラ
ッグ反射波長帯域を有する複数のチャープドファイバー
グレーティング（チャープ・グレーティング）を設けて
いる。このため、互いに異なる複数の波長の光信号の波
長分散を、それぞれ個別のチャープ・グレーティングで
補償することができる。その結果、個々のチャープ・グ
レーティングの補償可能波長帯域を、補償対象の各光信
号の全ての波長を含む波長帯域にまで拡げる必要がな
い。このため、この発明では、個々のチャープ・グレー
ティングを長尺化する必要がない。そして、この発明で
は、チャープ・グレーティングの数を増やすことによ
り、より広い波長帯域にわたるより多くの波長の光信号
の波長分散の補償を図ることができる。従って、この発
明によれば、チャープドファイバーグレーティングを長
尺化することなく、広い波長帯域にわたる複数の波長の
光信号の波長分散の補償を図ることができる。

【００３０】また、この発明の波長分散補償ファイバに
おいて、好ましくは、チャープドファイバーグレーティ
ングを、格子間隔の広い側のグレーティング端の軸方向
からブラッグ反射波長帯域の波長の短い順に設けてある
と良い。

【００３１】このように、この発明の波長分散補償ファ
イバにおいて、格子間隔の広い側のグレーティング端の
軸方向からブラッグ反射波長帯域の波長が短い順にチャ
ープドファイバーグレーティングを配置すれば、チャー
プドファイバーグレーティングにおける光信号の強度の
損失の発生を抑制することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の波長分散補償器および波長分散補償ファイバの実施の
形態について併せて説明する。尚、参照する図面は、こ
の発明が理解できる程度に各構成成分の大きさ、形状お
よび配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従っ
て、この発明は図示例に限定されるものではない。

【００３３】（第１の実施の形態）図１を参照して、第
１の実施の形態の波長分散補償器について説明する。図
１は、第１の実施の形態の波長分散補償器の説明に供す
る構成図である。

【００３４】第１の実施の形態の波長分散補償器は、光
サーキュレータ１０を具えている。この光サーキュレー
タ１０は、入力ポート１２、入出力ポート１４および出
力ポート１６を有する。

【００３５】そして、この入出力ポート１４には、光路
１８が接続されている。この光路１８上には、複数のチ
ャープドファイバーグレーティング（チャープ・グレー
ティング）２０が直列に設けてある。チャープ・グレー
ティング２０の各々は、互いに異なるブラッグ反射波長
帯域を有する。

【００３６】この実施の形態では、チャープ・グレーテ
ィング２０として、第１チャープ・グレーティング２
２、第２チャープ・グレーティング２４および第３チャ
ープ・グレーティング２６を設けている。

【００３７】そして、この第１チャープ・グレーティン
グ２２は、波長λａ〜λｂ（λａ＜λｂ）のブラッグ反
射波長帯域を有する。また、この第２チャープ・グレー
ティング２４は、波長λｂ〜λｃ（λｂ＜λｃ）のブラ
ッグ反射波長帯域を有する。また、この第３チャープ・
グレーティング２６は、波長λｃ〜λｄ（λｃ＜λｄ）
のブラッグ反射波長帯域を有する。尚、この実施の形態
では、チャープ・グレーティング２０の各々のブラッグ
反射波長帯域どうしを連続させているが、この発明で
は、ブラッグ反射波長帯域どうしは、必ずしも連続して
いなくとも良い。

【００３８】尚、図１においては、チャープ・グレーテ
ィング２２、２４および２６の部分に回折格子模様を模
式的に示してあるが、この回折格子模様の格子間隔は、
実際の格子間隔とは関係ない。実際の格子間隔は、チャ
ープ・グレーティング毎に異なっている。

【００３９】また、この実施の形態においては、チャー
プ・グレーティング２０の各々を、ブラッグ反射波長帯
域の波長が短い順にサーキュレータ１０側から配置して
ある。すなわち、光路１８上に、光サーキュレータ１０
側から第１チャープ・グレーティング２２、第２チャー
プ・グレーティング２４および第３チャープ・グレーテ
ィング２６の順に設けてある。

【００４０】また、チャープ・グレーティング２０の各
々は、格子間隔の広い側のグレーティング端を光路１８
上で光サーキュレータ１０側にそれぞれ向けて設けてあ
る。具体的には、第１、第２および第３チャープ・グレ
ーティング２２、２４および２６は、それぞれの格子間
隔の広い側のグレーティング端２２ａ、２４ａおよび２
６ａをそれぞれ光サーキュレータ１０側（図１の紙面上
で左側）に向けて配置してある。

【００４１】また、この実施の形態においては、光路１
８を光ファイバ（波長分散補償ファイバ）２８で以って
構成してある。

【００４２】ここで、図２を参照して、この実施の形態
の波長分散補償器の光路１８を構成する波長分散補償フ
ァイバ２８について説明する。図２は、波長分散補償フ
ァイバ２８の説明に供する模式図であり、光ファイバの
軸方向に沿った断面図である。

【００４３】尚、図２においては、断面を表すハッチン
グを省略する。また、図２においては、チャープ・グレ
ーティング２２、２４および２６の部分に回折格子模様
を模式的に示してあるが、この回折格子模様の格子間隔
は、実際の格子間隔とは関係ない。実際の格子間隔は、
ブラッグ反射波長帯域が互いに異なるためにチャープ・
グレーティング毎に異なっている。

【００４４】この波長分散補償ファイバ２８は、ファイ
バ２８の軸方向の中心部のコア３０と、その周囲のクラ
ッド３２を以って構成されている。そして、このコア３
０に、複数のチャープ・グレーティングを光ファイバ２
８の軸方向に沿って直列にそれぞれ形成してある。

【００４５】また、この実施の形態で用いる光ファイバ
２８は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）を主成分とする材料
で形成されている。また、この光ファイバ２８の直径
は、１１０〜１３０μｍ程度である。また、コア３０の
直径は１０μｍ程度である。また、隣り合ったチャープ
・グレーティングどうしの間隔は、任意の間隔として良
い。例えば、隣り合ったチャープ・グレーティングを間
隔をあけずに連続させても良い。

【００４６】光ファイバ２８のコア３０にチャープ・グ
レーティングを形成するにあたっては従来周知のＦＢＧ
の形成方法を用いると良い。このＦＢＧの形成方法とし
ては、例えば、文献３：「米国特許５３６７５８８号」
に開示されている位相マスク法を用いると良い。

【００４７】位相マスク法においては、位相マスクを介
して光ファイバに紫外線光を照射する。この発明の波長
分散補償ファイバ２８においては、個々のチャープ・グ
レーティングごとに、個別の位相マスクを介して紫外線
光を照射する。このため、位相マスクの大きさは、個々
のチャープ・グレーティングの長さ程度（例えば１００
ｍｍ程度）で良い。従って、波長分散補償ファイバ２８
全体の長さは、位相マスクの大きさの制約を受けない。

【００４８】各位相マスクは、紫外線光の透過が可能な
板状体である。この板状体の表面には、複数個の凹凸が
形成されている。各凹部は、徐々に間隔を広くしながら
直線的に配列している。そして、位相マスクに照射され
た紫外線光は、これら凹部により回折する。その回折光
の強度は、凹部の配列間隔に応じた位置で強められたり
弱められたりする。一方、光ファイバのコアは、紫外線
光の照射によってその屈折率が変化する材料で形成され
ている（このような光ファイバを光感光性ファイバと称
する。）。この回折光が光ファイバに対して照射される
ことにより、光ファイバのコアに、光ファイバの軸方向
（延在方向、長手方向、光導波方向）に沿って、チャー
プグレーティングが形成される。

【００４９】次に、第１の実施の形態の波長分散補償器
に、波長λ₁ 、λ₂ およびλ₃ の波長が多重された波長
多重光信号の波長分散を補償する例について説明する。

【００５０】この波長λ₁ は、第１チャープ・グレーテ
ィング２２のブラッグ反射波長帯域（λａ〜λｂ）に含
まれるものとする。すなわち、λａ＜λ₁ ＜λｂの関係
が成り立つ。また、波長λ₂ は、第２チャープ・グレー
ティング２４のブラッグ反射波長帯域（λｂ〜λｃ）に
含まれるものとする。すなわち、λｂ＜λ₂ ＜λｃの関
係が成り立つ。また、波長λ₃ は、第３チャープ・グレ
ーティング２６のブラッグ反射波長帯域（λｃ〜λｄ）
に含まれるものとする。すなわち、λｃ＜λ₃＜λｄの
関係が成り立つ。

【００５１】また、実際の波長多重光信号では、例え
ば、１５５０ｎｍ付近を中心波長として、約０．８ｎｍ
間隔で３２〜４０個の波長の光信号を用いる。その場合
は、波長の数に合わせて、例えば３２個のチャープ・グ
レーティングを設け、個々のチャープ・グレーティング
のブラッグ反射波長帯域を光信号の各波長にそれぞれ対
応させると良い。

【００５２】そして、波長分散の補償を行なうにあた
り、波長λ₁ 、λ₂ およびλ₃の光信号を、それぞれ光
サーキュレータ１０の入力ポート１２に入射する。尚、
各光信号は、入力ポート１２に同時に入射しても良い。
また、各光信号は、互いに異なる時刻に入射しても良
い。その場合、各波長の光信号の入射の順序は問わな
い。

【００５３】入力ポートに入射した各光信号は、光サー
キュレータ１０の入出力ポート１４から出射する。入出
力ポート１４から出射した光信号は、この入出力ポート
に接続された光路（波長分散補償ファイバ）１８（２
８）に入射する。

【００５４】この光路１８（２８）に入射した各光信号
は、先ず、第１チャープ・グレーティング２２に、その
格子間隔の広い側のグレーティング端２２ａから入射す
る。そして、第１チャープ・グレーティング２２におい
て、そのブラッグ反射波長帯域（λａ〜λｂ）に含まれ
る波長λ₁ の光信号のみが反射される。また、波長λ ₂
およびλ₃ の光信号は、第１チャープ・グレーティング
２２を透過する。

【００５５】そして、波長λ₁ の光信号の波長分散は、
第１チャープ・グレーティングで反射されることによっ
て補償される。この補償の原理は、後で図３を参照して
説明するように、従来のチャープ・グレーティングの補
償の原理と同じである。

【００５６】次に、第１チャープ・グレーティング２２
を透過した波長λ₂ およびλ₃ の光信号は、第２チャー
プ・グレーティング２４に、その格子間隔の広い側のグ
レーティング端２４ａから入射する。そして、第２チャ
ープ・グレーティング２４において、そのブラッグ反射
波長帯域（λｂ〜λｃ）に含まれる波長λ₂ の光信号の
みが反射される。また、波長λ₃ の光信号は、第２チャ
ープ・グレーティング２４を透過する。

【００５７】そして、波長λ₂ の光信号の波長分散は、
第２チャープ・グレーティング２４で反射されることに
よって補償される。

【００５８】次に、第２チャープ・グレーティング２４
を透過した波長λ₃ の光信号は、第３チャープ・グレー
ティング２６に、その格子間隔の広い側のグレーティン
グ端２６ａから入射する。そして、第３チャープ・グレ
ーティング２６のブラッグ反射波長帯域（λｃ〜λｄ）
に含まれる波長λ₃ の光信号は、第３チャープ・グレー
ティング２６において反射される。そして、波長λ₃ の
光信号の波長分散は、第３チャープ・グレーティング２
６で反射されることによって補償される。

【００５９】また、チャープ・グレーティング２０の各
々でそれぞれ反射されて補償された各光信号は、それぞ
れ光サーキュレータ１０の入出力ポート１４に入射す
る。入出力ポート１４に入射した各光信号は、光サーキ
ュレータ１０の出力ポート１６から出射する。

【００６０】このようにして、波長λ₁ 、λ₂ およびλ
₃ の光信号の波長分散をそれぞれ補償することができ
る。

【００６１】また、この実施の形態においては、チャー
プ・グレーティング２０の各々をそのブラッグ反射波長
帯域の短い順に、光サーキュレータ１０側から配置して
あるので、波長λ₁ 、λ₂ およびλ₃ のいずれの光信号
も、その光信号の波長よりもブラッグ反射波長帯域が長
いグレーティングを透過することがない。従って、光信
号の強度の損失の発生を抑制することができる。

【００６２】次に、図３を参照して、チャープ・グレー
ティングの補償原理について説明する。図３は、チャー
プ・グレーティングの補償原理の説明に供する模式図で
ある。図３では、第１チャープ・グレーティング２２を
拡大して模式的に示す。

【００６３】先ず、チャープ・グレーティングの構成に
ついて説明する。図３に示すように、第１チャープ・グ
レーティング２２の格子間隔の最も広い部分の間隔をΛ
_L とする。また、格子間隔の最も狭い部分の間隔をΛ_S
とする。この格子間隔と、ブラッグ反射波長帯域の最大
ブラッグ反射波長λｂおよび最小ブラッグ反射波長λａ
との間には、それぞれ下記の（１）式および（２）式の
関係が成り立つ。

【００６４】λａ＝２・ｎ_eff ・Λ_S ・・・（１） λｂ＝２・ｎ_eff ・Λ_L ・・・（２） 但し、ｎ_eff は、光ファイバ２８のコア３０の実効屈折
率を表す。

【００６５】また、第１チャープ・グレーティング２２
の長さＬと、その補償可能波長帯域の幅であるブラッグ
反射波長帯域幅Δλ（＝λｂ−λａ）との間には、下記
の（３）式の関係が成り立つ。

【００６６】Ｌ＝（Ｄ・Ｖ_g ・Δλ）／２・・・（３） 但し、Ｄは、逆分散量を表し、Ｖ_g は、群速度を表す。

【００６７】ここで、例えば、１ｎｍ間隔で８つに波長
分割された波長多重光信号の分散を補償する例について
検討する。この光信号の波長の帯域は、８ｎｍ（＝１ｎ
ｍ×８）にわたっている。

【００６８】８ｎｍにわたる波長帯域を従来のように１
つのチャープ・グレーティングで補償しようとすると、
グレーティングが極めて長尺となる。具体的には、上記
の（３）式に、Δλ＝８ｎｍ、Ｄ＝１８００×１０³ ｐ
ｓ／ｎｍ、Ｖ_g ＝３．０×１０⁸ ｍ／ｓをそれぞれ代入
して計算すると、グレーティングの長さＬは、約２ｍと
なる。これに対して、現在の位相マスク法で形成できる
ＦＢＧの長さは、せいぜい１００ｍｍ程度である。従っ
て、２ｍもの長尺のチャープ・グレーティングを形成す
ることは極めて困難である。

【００６９】この点、この発明においては、１つのチャ
ープ・グレーティングで、１つの波長の波長分散だけを
補償させれば良い。１つの波長の光信号の波長幅は、例
えば１０^-3ｎｍのオーダーである。一方、Ｌ＝１００ｍ
ｍのチャープ・グレーティングの補償可能波長帯域の幅
は、この長さを上記の（３）式に代入して計算すると、
Δλ＝０．４ｎｍ程度となる。従って、１つの波長の光
信号の波長分散を補償するためならば、チャープ・グレ
ーティングの長さは、Ｌ＝１００ｍｍ程度で十分である
ことが分かる。

【００７０】次に、波長λ₁ の光信号が、第１チャープ
・グレーティング２２で反射される場合について説明す
る。

【００７１】波長λ₁ の光信号には、波長幅がある。こ
こでは、この光信号の長波長成分をλ_L （＝λ₁ ＋Δ）
と表す。また、この光信号の短波長成分をλ_S ＝（λ₁
−Δ）と表す。波長分散の生じた光信号では、長波長成
分λ_L は、短波長成分λ_S よりも遅れて第１チャープ・
グレーティング２２に入射する。

【００７２】第１チャープ・グレーティング２２に、そ
の格子間隔の広い側（図３の紙面の左側）から入射した
短波長成分は、入射端から遠い位置ｘ₂ で反射される。
一方、長波長成分は、入射端に近い位置ｘ₁ で反射され
る。その結果、短波長成分と長波長成分との間には、こ
れらの反射位置間の距離Δｘの２倍の光路差２Δｘが生
じる。その結果、この光路差の分だけ長波長成分と短波
長成分との時間差を短縮して、波長分散を補償すること
ができる。

【００７３】（変形例）次に、図４を参照して、第１の
実施の形態の波長分散補償器の変形例について説明す
る。図４は、波長分散補償器の変形例の説明に供する構
成図である。

【００７４】この変形例においては、光路１８ａ上に、
チャープ・グレーティング２０ａとして、第１２チャー
プ・グレーティング３４および第３チャープ・グレーテ
ィング２６を設けてある。

【００７５】この第１２チャープ・グレーティング３４
の格子間隔は連続的に変化させてある。そして、この第
１２チャープ・グレーティング３４は、λａ〜λｃのブ
ラッグ反射波長帯域を有する。従って、第１２チャープ
・グレーティング３４は、その格子間隔の広い側のグレ
ーティング端３４ａから入射した、波長λ₁ 、λ₂ およ
びλ₃ の光信号のうちの、波長λ₁ およびλ₂ の両方の
光信号をそれぞれ反射する。その結果、波長λ₁ および
λ₂ の光信号は、それぞれ第１２チャープ・グレーティ
ング３４において、波長分散が補償される。

【００７６】また、λ₃ の光信号は、第１の実施の形態
の場合と同様に、第３チャープ・グレーティング２６に
おいて反射されることによって、波長分散が補償され
る。

【００７７】（第２の実施の形態）次に、図５を参照し
て、第２の実施の形態の波長分散補償器について説明す
る。図５は、第２の実施の形態の波長分散補償器の説明
に供する構成図である。

【００７８】第２の実施の形態の波長分散補償器の光サ
ーキュレータ１０ａは、第１入出力ポート１４ａおよび
第２入出力ポート１４ｂの２つの入出力ポートを有す
る。第１入出力ポート１４ａは、第１の実施の形態にお
ける入出力ポート１４に相当する。また、第１入出力ポ
ート１４ａに接続された第１光路１８は、第１の実施の
形態における光路１８と同一の構成である。すなわち、
第１光路１８上には、第１の実施の形態と同一の、第
１、第２、および第３チャープ・グレーティング２２、
２４および２６がそれぞれ設けてある。

【００７９】一方、第２入出力ポート１４ｂには、第２
光路１８０が接続されている。この第２光路は、第１光
路１８と同様に、波長分散補償ファイバで形成されてい
る。そして、この第２光路１８０上には、第１光路１８
上のチャープ・グレーティング２０の個数と同数の３つ
のチャープ・グレーティング２００が設けてある。具体
的には、第２光路１８０上に、第４、第５および第６チ
ャープ・グレーティング２２０、２４０および２６０が
それぞれ設けてある。

【００８０】また、第２の実施の形態においては、第１
光路１８のチャープ・グレーティング２０の各々の異な
るブラッグ反射波長帯域の組合せと、第２光路１８０の
チャープ・グレーティング２００の各々の異なるブラッ
グ反射波長帯域の組合せとを、同一の組合せとしてあ
る。

【００８１】具体的には、第４チャープ・グレーティン
グ２２０のブラッグ反射波長帯域を、第１チャープ・グ
レーティング２２のブラッグ反射波長帯域（λａ〜λ
ｂ）と同一とする。また、第５チャープ・グレーティン
グ２４０のブラッグ反射波長帯域を、第２チャープ・グ
レーティング２４のブラッグ反射波長帯域（λｂ〜λ
ｃ）と同一とする。また、第６チャープ・グレーティン
グ２６０のブラッグ反射波長帯域を、第３チャープ・グ
レーティング２６のブラッグ反射波長帯域（λｃ〜λ
ｄ）と同一とする。

【００８２】次に、第２の実施の形態の波長分散補償器
において、波長λ₁ 、λ₂ およびλ₃ の光信号の波長分
散をそれぞれ補償する例について説明する。

【００８３】先ず、光サーキュレータ１０ａの入力ポー
ト１２に、各光信号を入射する。入射した各光信号は、
第１の実施の形態の場合と同様に、第１入出力ポート１
４ａから第１光路１８に入射する。そして、波長λ₁ 、
λ₂ およびλ₃ の光信号は、それぞれ、第１、第２およ
び第３チャープ・グレーティング２２、２４および２６
において反射されることにより、波長分散の補償が図ら
れる。第１光路１８において反射された各光信号は、第
１入出力ポート１４ａに入射する。

【００８４】次に、各光信号は、第２入出力ポート１４
ｂから第２光路１８０へ入射する。第２光路１８０に入
射した波長λ₁ 、λ₂ およびλ₃ の光信号は、それぞ
れ、第４、第５および第６チャープ・グレーティング２
２０、２４０および２６０において反射されることによ
り、波長分散の一層の補償が図られる。

【００８５】ここで、図６を参照して、第２の実施の形
態の波長分散補償器における波長分散補償について説明
する。図６は、第２の実施の形態の波長分散補償の説明
に供するグラフである。図６のグラフの横軸は時間（任
意単位）を表し、縦軸は光信号強度（任意単位）を表
す。

【００８６】また、グラフ中の曲線Ｉは、入力ポート１
２に入射した段階での光信号（例えば波長λ₁ の光信
号）の分散の様子を示す。この段階の光信号は、波長分
散が補償されていない。

【００８７】また、曲線IIは、第１光路１８上のチャー
プ・グレーティング２０で反射された後の段階での光信
号の分散の様子を示す。この段階の光信号は、波長分散
がある程度補償されている。すなわち、曲線IIは、曲線
Ｉに比べて、時間の広がりが狭くなっているので、波長
分散がある程度補償されたことを示す。

【００８８】また、曲線III は、第２光路１８０上のチ
ャープ・グレーティング２００で反射された後の段階で
の光信号の分散の様子を示す。この段階の光信号は、波
長分散がさらに補償されている。すなわち、曲線III
は、曲線IIに比べて、時間の広がりがさらに狭くなって
いるので、波長分散がさらに補償されたことを示す。

【００８９】このように光信号の波長分散の補償を２回
行なうことにより、例えば、チャープ・グレーティング
における１回の反射で補償できる最大時間差以上の大き
さの波長分散を補償することができる。

【００９０】上述した各実施の形態では、これらの発明
を特定の材料を用い、特定の条件で構成した例について
のみ説明したが、これらの発明は多くの変更および変形
を行うことができる。例えば、上述した実施の形態で
は、隣り合ったチャープ・グレーティングのブラッグ反
射波長帯域どうしを互いに連続させたが、この発明で
は、各チャープ・グレーティングのブラッグ反射波長帯
域どうしは、必ずしも連続していなくとも良い。

【００９１】また、上述した実施の形態においては、１
つの光路上に３つのチャープ・グレーティングを設けた
例について説明したが、この発明では、チャープ・グレ
ーティングの数は３つに限定されない。この発明では、
例えば、２つ若しくは４つ以上のチャープ・グレーティ
ングを設けても良い。また、チャープグレーティングの
数は、例えば、補償対象の光信号の波長数（例えば、Ｗ
ＤＭの場合の波長多重数（例えば、１６個若しくは３２
個））と同数としても良い。

【００９２】また、上述した実施の形態においては、波
長λ₁ 、λ₂ およびλ₃ の３つの波長の光信号の例につ
いて説明したが、この発明では、光信号の波長数は、こ
れに限定する必要は無く、任意の波長数の光信号の波長
分散の補償を図ることが可能である。

【００９３】また、この発明では、各波長の光信号は、
同時に入力ポート１２へ入射する必要はない。例えば、
１度に１つの波長の光信号のみを入力ポート１２へ入射
しても良い。

【００９４】また、上述した実施の形態では、光路とし
て波長分散補償ファイバを用いた例について説明した
が、この発明では、光路を光ファイバに限定する必要は
ない。例えば、チャープ・グレーティングどうしを融着
したり、コネクタを介して接続しても良い。また、チャ
ープ・グレーティング間において、光信号に空気中や真
空中を直進させても良い。

【００９５】

【発明の効果】この発明の波長分散補償器および波長分
散補償ファイバによれば、互いに異なるブラッグ反射波
長帯域を有する複数のチャープドファイバーグレーティ
ング（チャープ・グレーティング）を設ける。このた
め、互いに異なる複数の波長の光信号の波長分散を、そ
れぞれ個別のチャープ・グレーティングで補償すること
ができる。その結果、個々のチャープ・グレーティング
の補償可能波長帯域を、１つの波長の光信号の波長分散
の補償に必要な波長帯域だけに限定することもできる。
無論、例えば、２つの波長の光信号に対応した波長帯域
に限定することもできる。このため、この発明では、個
々のチャープ・グレーティングを、補償可能波長帯域を
広げるために長尺化する必要がない。そして、この発明
では、光信号の複数の波長にそれぞれ合わせて、複数の
チャープ・グレーティングを設けることができるので、
広い波長帯域にわたる複数の波長の光信号の波長分散の
補償を図ることができる。従って、この発明によれば、
チャープ・グレーティングを長尺化することなく、広い
波長帯域にわたる複数の波長の光信号の波長分散の補償
を図ることができる。

【００９６】また、この発明の波長分散補償器および波
長分散補償ファイバにおいて、ブラッグ反射波長帯域の
波長が短い順に光の入射方向からチャープ・グレーティ
ングを配置すれば、各波長の光信号は、当該光信号の波
長よりも短いブラッグ反射波長帯域を有するチャープ・
グレーティングを透過することになる。すなわち、各光
信号の波長が、当該光信号の透過するチャープ・グレー
ティングのブラッグ反射波長よりも短くなる場合を無く
することができる。その結果、前述したグレーティング
のブラッグ反射波長よりも短波長であるために生じる損
失が、各光信号に発生することを回避することができ
る。このため、チャープ・グレーティングにおける光信
号の強度の損失の発生を抑制することができる。

【００９７】また、この発明の波長分散補償器におい
て、光サーキュレータの入出力ポートを複数個とし、光
路ごとのチャープ・グレーティングの異なるブラッグ反
射波長帯域の組合せを、各光路で同一の組合せとすれ
ば、複数の波長の光信号の波長分散の補償を、各波長の
光信号についてそれぞれ複数回行なうことができる。そ
の結果、チャープ・グレーティングにおける１回の反射
で補償できる最大時間差以上の大きさの波長分散を補償
することができる。このため、より大きな波長分散の補
償を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態の波長分散補償器
の説明に供する図である。

【図２】この発明の第１の実施の形態の波長分散補償器
を構成する波長分散補償ファイバの説明に供する図であ
る。

【図３】チャープドファイバーグレーティングの説明に
供する図である。

【図４】この発明の波長分散補償器の変形例の説明に供
する図である。

【図５】この発明の第２の実施の形態の波長分散補償器
の説明に供する図である。

【図６】この発明の第２の実施の形態の波長分散補償器
における波長分散補償の説明に供する図である。

【符号の説明】

１０、１０ａ：光サーキュレータ １２：入力ポート １４：入出力ポート １４ａ：第１入出力ポート １４ｂ：第２入出力ポート １６：出力ポート １８：光路、第１光路 １８ａ：光路 ２０、２０ａ：チャープドファイバーグレーティング
（チャープ・グレーティング） ２２：第１チャープ・グレーティング ２２ａ、２４ａ、２６ａ：グレーティング端 ２４：第２チャープ・グレーティング ２６：第３チャープ・グレーティング ２８：波長分散補償ファイバ、光ファイバ ３０：コア ３２：クラッド ３４：第１２チャープ・グレーティング ３４ａ：グレーティング端 １８０：第２光路 ２００：チャープ・グレーティング ２２０：第４チャープ・グレーティング ２２０ａ、２４０ａ、２６０ａ：グレーティング端 ２４０：第５チャープ・グレーティング ２６０：第６チャープ・グレーティング

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−136748（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−336324（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−164305（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−245584（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−195734（ＪＰ，Ａ) 国際公開96／024079（ＷＯ，Ａ１) 小向 哲郎（外３名），ファイバグレ ーティングのスペクトルフィルタリング への応用，電子情報通信学会論文誌，日 本，（社）電子情報通信学会，1997年 １月，Ｖｏｌ．Ｊ80−Ｃ１，Ｎｏ．１, ｐｐ．32−40 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00 - 6/02 G02B 6/10 G02B 6/16 - 6/22 G02B 6/44

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ポート、入出力ポートおよび出力ポ
   ートを有する光サーキュレータと、 前記入出力ポートに接続された光路上に直列に設けら
   れ、互いに異なる複数の波長の光信号のそれぞれに対応
   して、互いに異なるブラッグ反射波長帯域を有する複数
   のチャープドファイバーグレーティングとを具え、 前記チャープドファイバーグレーティングの各々を、格
   子間隔の広い側のグレーティング端を光路上で前記光サ
   ーキュレータ側にそれぞれ向けて設けてあると共に、 前記チャープドファイバーグレーティングの各々を、ブ
   ラッグ反射波長帯域の波長の短い順に、前記光サーキュ
   レータ側から設けてある ことを特徴とする波長分散補償
   器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の波長分散補償器におい
   て、 前記入出力ポートを複数個とし、 それぞれの前記光路上に設けられた前記チャープドファ
   イバーグレーティングの個数を同数とし、 前記光路毎のこれらチャープドファイバーグレーティン
   グの前記異なるブラッグ反射波長帯域の組合せを、それ
   ぞれの前記光路で、同一の組合せとしてあることを特徴
   とする波長分散補償器。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の波長分散補償器におい
   て、 前記光路を、光ファイバを以って構成してあり、 該光ファイバのコアに、複数の前記チャープドファイバ
   ーグレーティングをそれぞれ形成してあることを特徴と
   する波長分散補償器。
4. 【請求項４】 光ファイバのコアに、互いに異なる複数
   の波長の光信号のそれぞれに対応して、互いに異なるブ
   ラッグ反射波長帯域を有する複数のチャープドファイバ
   ーグレーティングを、当該光ファイバの軸方向に沿って
   直列にそれぞれ設けてあり、 前記チャープドファイバーグレーティングの各々を、格
   子間隔の広い側のグレーティング端をそれぞれ前記軸方
   向の一方の向きにそれぞれ向けて設けてあると共に、 前記チャープドファイバーグレーティングを、前記格子
   間隔の広い側のグレーティング端の軸方向からブラッグ
   反射波長帯域の波長の短い順に設けてある ことを特徴と
   する波長分散補償ファイバ。