JP3552761B2 - 分散補償方法および分散補償装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、伝送用の光ファイバを伝搬する光信号の波長分散により生ずる、光信号中の遅延時間を相殺することにより分散を補償する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
文献１：「Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ＯＥＣ’９４，１４Ｂ１−１，１９９４」には、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ’ｓ）を用いた場合、１．５４μｍ程度の波長領域（以下、１．５５μｍ帯とも称する）において光信号の損失が極小となることが記載されている。そこで、既に世界中に敷設されている光ファイバを用いて、１．５５μｍ帯の光信号を伝搬させれば、効率良く光信号を伝搬できると考えられる。ところが、既存の光ファイバは、１．３μｍの波長の光信号を伝搬する際に波長分散が極小となる分散特性を具えている。このため、１．５５μｍ帯の光信号を伝搬させると周波数分散が発生してしまう。上記文献１には、１．５５μｍ帯において１７ｐｓ／ｋｍ−ｎｍの分散が発生することが記載されている。
【０００３】
そこで、文献２：「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＯＦＣ’９４）会議録」には、波長分散を補償するために、通常の光通信路としての光ファイバの後に、通常の光ファイバの分散特性と波長に関して逆の分散特性を具えた逆分散光ファイバ（ＤＣＦ）を設ける方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、分散を補償するためには、非常に長い逆分散光ファイバを設けることが必要となるという問題点があった。例えば、文献２によれば、伝送用の光ファイバの分散が１７．５ｐｓ／ｋｍ−ｎｍであるのに対して、ＤＣＦの分散は−８０ｐｓ／ｋｍ−ｎｍである。このため、伝送用光ファイバの長さの約０．２２倍（１７．５／８０倍）程度の長さのＤＣＦが必要となる。従って、数１０ｋｍ、あるいは数１００ｋｍに及ぶ伝送用光ファイバを伝搬する光信号の分散を補償するためには、非常に長いＤＣＦが必要となる。
【０００５】
このため、１．５５μｍ帯に限らず、光信号の波長分散を容易に補償することができる分散補償方法および装置の実現が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願に係る第１の発明の分散補償方法によれば、ＴＥ／ＴＭモード変換素子に直線偏光の光信号を入力し、この光信号をこの光信号の波長に応じて偏光回転させて、偏波面が波長に依存した回転率を有する光信号をこのＴＥ／ＴＭモード変換素子から出力させ、出力されたこの光信号を、伝搬に要する時間が回転率に依存して異なる偏波分散発生手段に入力することにより、この光信号が伝送用の光ファイバを伝送することにより生じる波長分散の分散特性と逆の分散特性を有する逆分散を生じさせ、この逆分散と波長分散の少なくとも一部分とを相殺させることにより、光信号の波長分散を補償することを特徴とする。
【０００７】
また、第１の発明の分散補償方法において、好ましくは、偏波分散発生手段として、複屈折光ファイバからなる偏波保存光ファイバを用いると良い。
【０００８】
また、第１の発明の分散補償方法において、好ましくは、偏波分散発生手段として、光路長が回転率によって異なる光路長差発生手段を用いる
と良い。
【０００９】
また、この出願に係る第２の発明の分散補償装置によれば、直線偏光の光信号を入力し、この光信号をこの光信号の波長に応じて偏光回転させて、偏波面が波長に依存した回転率を有する光信号を出力するＴＥ／ＴＭモード変換素子を具え、このＴＥ／ＴＭモード変換素子の出力端に接続された、伝搬に要する時間が回転率によって異なる偏波分散発生手段を具えてなることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明の分散補償装置において、好ましくは、偏波分散発生手段として、複屈折光ファイバからなる偏波保存光ファイバを具えてなると良い。
【００１１】
また、第２の発明の分散補償装置において、好ましくは、偏波分散発生手段として、光路長が回転率によって異なる光路長差発生手段を具えてなると良い。
【００１２】
また、この光路長差発生手段は、偏波ビームスプリッタ、反射手段、互いに光路長の異なる第１の光路および第２の光路を具え、
この偏波ビームスプリッタは、ＴＥ／ＴＭモード変換素子から出力した光信号を互いに偏波面の直交する偏光に分離して、それぞれ第１の光路と第２の光路とに出射する構成となっており、
反射手段は、第１の光路の終点および第２の光路の終点にそれぞれ設けてあり、各光路を進んできた光をそれぞれ偏波面を９０°回転させて偏波ビームスプリッタのそれぞれの出射端に入射させる構成となっていることが望ましい。
【００１３】
尚、理想的には、波長分散と逆分散とを完全に相殺することが望ましいが、第１および第２の発明における分散補償には、波長分散と逆分散とを部分的に相殺して波長分散を低減する場合も含む。
【００１４】
【作用】
ＴＥ／ＴＭモード変換素子は、従来、光波長フィルタとして用いられている。光波長フィルタとして用いる場合は、ＴＥ／ＴＭモード変換素子に直線偏光の光を入射し、ＴＥ／ＴＭモード変換されて、入射光の偏波面と直交する偏波面となった特定波長の光のみを偏光子によって分離して取り出していた。特定波長におけるＴＥ／ＴＭモード変換の偏光回転率は、通常１００％（偏波面の回転角度は９０°）である。
【００１５】
ところで、ＴＥ／ＴＭモード変換素子においては、特定波長の光だけでなく、特定波長の直近の波長の入射光も、偏光回転の回転率がほぼ１００〜ほぼ０％の範囲（偏波面の回転角は、ほぼ９０°〜ほぼ０°の範囲）で偏光変換される。即ち、偏波面が波長に依存して回転する。
【００１６】
そこで、この出願に係る各発明では、第１段階として、ＴＥ／ＴＭモード変換素子の特定波長の直近の波長において、光信号を当該光信号の波長に応じて偏光回転させることにより、波長に依存した偏波面の回転率を生じた光信号を出力させる。
【００１７】
次に、この特定波長の直近の波長の入射光も連続的に偏光変換される様子について、図２を参照して説明する。図２の（Ａ）は、変換素子にＴＥ波を入射した場合の偏光回転率の説明に供するグラフである。このグラフの横軸は波長を表し、左側の縦軸は偏光の回転率を表している。また、このグラフ中の曲線Ｉは、変換素子における偏光回転率を表している。曲線Ｉで示すように、偏光回転率は特定波長λ M において極大となっている。そして、その特定波長の直近の波長においても、偏光回転率がほぼ１００〜ほぼ０％の範囲（偏波面の回転角は、ほぼ９０°〜ほぼ０°の範囲）で連続的に偏光変換される。図２の（Ａ）中にΔλで示された、この直近の波長の範囲は１〜２ｎｍ程度である。
【００１８】
次に、図２の（Ａ）のグラフ中のＺで示す点線で囲まれた部分の拡大図を図２の（Ｂ）に示す。図２の（Ｂ）に示す領域は、特定波長よりも長波長側の領域である。従って、この領域においては、波長が短くなる程偏波面の回転率が大きくなる。
【００１９】
ここで、この領域中の波長λ０ の光信号を変換素子に入射した場合を考える。光信号はこの波長λ０ を中心波長として、その前後に変調周波数程度の波長の幅を持っている。従って、光信号の中心波長λ０ よりも僅かに長い波長λＬ の光は、波長λ０ の光よりも回転率が小さくなる（即ち、回転角度が０°により近くなる）。一方、この中心波長λ０ よりも僅かに短い波長λＳ の光は、波長λ０ の光よりも回転率が大きくなる（即ち、回転角度が９０°により近くなる）。
【００２０】
このように、ＴＥ／ＴＭモード変換素子に、中心波長λ０ の光信号を入力すると、光信号の偏波面は、波長に依存して回転し、ここでは、波長の短い領域ほど回転率が大きくなった、出力光を得ることができる。
【００２１】
尚、上述した様に、光信号の中心波長λ０ が特定波長よりも僅かに長波長の場合は、波長が短い程回転率が大きくなるが、一方、光信号の中心波長が特定波長よりも僅かに短波長の場合は、逆に波長が長い程回転率が大きくなる。
【００２２】
さらに、この出願に係る各発明では、第２段階として、出力された光信号を、伝搬に要する時間が回転率に依存して異なる偏波分散発生手段に入力する。光信号は、この偏波分散発生手段を伝搬することによって、偏波面の回転角度（回転率）に依存した遅延（以下、偏波分散とも称する）を生じる。光信号の回転率は周波数に依存しているので、光信号に波長分散を生じさせることができる。この出願に係る各発明では、この波長分散として、光信号が伝送用の光ファイバを伝送することにより生じる波長分散の分散特性と逆の分散特性を有する逆分散を生じさせる。
【００２３】
そして、この伝送用光ファイバによる波長分散とこの逆分散とを少なくとも部分的に相殺させることにより、光信号の分散の補償を図ることができる。
【００２４】
【実施例】
以下、図面を参照して、この出願に係る第１の発明の分散補償方法装置および第２の発明の分散補償装置の実施例について併せて説明する。尚、参照する図面は、これら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すぎない。従って、これらの発明は図示例にのみ限定されるものでない。
【００２５】
＜第１実施例＞
第１実施例では、ＴＥ／ＴＭモード変換素子（変換素子）１０として音響光学（ＡＯ）素子を用い、偏波分散発生手段として複屈折光ファイバからなる偏波保存光ファイバ１２を用いた例について説明する。
【００２６】
図１は、第１実施例の分散補償装置の構成の説明に供する図である。図１に示す様に、変換素子の出力端に偏波保存光ファイバを接続している。
【００２７】
この実施例で用いる変換素子は、音響光学効果を示すＸカットＬｉＮｂＯ3基板１４に、光導波路１６を具えている。そして、この光導波路１６上に、表面弾性波（ＳＡＷ）を励起するための櫛形電極（ＩＤＴ）およびＳＡＷ導波路を含むモード変換域には、電極（ＩＤＴ）により励起されたＳＡＷを用いている。この櫛形電極１８は互い違いに対向した歯を有する櫛状の電極からなる。尚、図１では、櫛形電極１８は模式的に示している。尚、変換素子の特定波長は、電極の歯の周波数で制御することができ、特定波長のモード変換による回転率のピーク値は、電極により励起されるＳＡＷのパワーによって制御することができる。
【００２８】
そして、変換素子の出力端１６ｂには、偏波保存光ファイバ１２を接続している。
【００２９】
そして、この分散補償装置によって予め逆分散を生じさせた光信号を伝送用の光ファイバ（図示せず）に入射させる。その結果、伝送用の光ファイバを伝搬することによって生じる波長分散とこの逆分散とを相殺することができる。従って、光信号の分散による遅延を低減し、信号の劣化を防ぐことができる。
【００３０】
以下、変換素子１６の入力端１６ａにＴＥ波の光信号を入射する場合について説明する。
【００３１】
ここでは、光信号として、変換素子１６においてモード変換される特定波長λＭ の直近の波長であり、かつ、この特定波長λＭ よりも僅かに長波長側の中心波長λ０ を有する光信号を入力する。特定波長λＭ の長波長側では、波長が短い程（特定波長に近い程）偏波面の回転角度が大きくなる（回転率が高くなる）。従って、光信号は、波長に依存した回転率を有することになる。
【００３２】
ところで、この実施例において、光導波路１６は、ＸカットＬｉＮｂＯ３ 基板１４に設けられているため、複屈折性を有する。モード変換によって波長に依存した回転率が生じた光信号は、この光導波路１６を伝搬する際に、ＴＥ波とＴＭ波とに分離されて伝搬する。その結果、光信号中の波長が短い成分程、回転率が大きいので、ＴＭ波に分離される割合が多くなり、ＴＥ波に分離される割合が少なくなる。一方、波長が長い成分程、回転率が小さいので、ＴＭ波に分離される割合が少なくなり、ＴＥ波に分離される割合が多くなる。その結果、出力端１６ｂから出射される光信号は、短い波長成分程遅延した分散特性を有する波長分散を生じる。
【００３３】
そして、ＸカットのＬｉＮｂＯ３ 基板１４を用いる場合、光導波路１６のＴＭ波に対する屈折率ｎＭ は、このＴＭ波と直交する偏波面を有するＴＥ波に対する屈折率ｎＥ よりも大きくなる。その結果、この導波路を伝搬するＴＭ波の伝搬速度は、ＴＥ波の伝搬速度よりも遅くなる。このため、出力端１６ｂから出射した光信号では、ＴＥ波に対するＴＭ波の遅延が生じている。
【００３４】
ところで、以下に説明するように、変換素子１０の光導波路１６による遅延だけでは、光信号の周波数分散を完全に相殺するだけの逆分散を得ることは困難である。
【００３５】
例えば、変調周波数が１０ＧＨｚの光信号は、０．１４ｎｍ程度の波長の幅を有している。この光信号を、文献１に記載の伝送用の光ファイバを８０ｋｍ伝搬した場合、周波数分散により２００ｐｓ程度の遅延が生じる。この伝送用の光ファイバでは、長波長の光の伝搬速度が、短波長の光の伝搬速度よりも遅い。この遅延を相殺するためには、逆分散により、長い波長成分に対して短い波長成分に２００ｐｓ分の遅延を生じさせる必要がある。
【００３６】
一般に、光信号の周波数分散（ｄτ／ｄλ）は、下記の（１）式で与えられる。
【００３７】
ｄτ／ｄλ＝Ｌ×ｄＶ−１／ｄλ・・・（１）
（但し、τは遅延時間、λは波長、Ｖは伝搬速度、Ｌは伝搬距離を表す。）
光信号が伝搬距離Ｌを伝搬した場合の周波数分散による遅延時間Δτは、（１）式より下記の（２）式として導出される。
【００３８】
Δτ＝Ｌ×ΔＶ／Ｖ2 ・・・（２）
（但し、ΔＶは伝搬速度差を表す。）
第１実施例の変換素子の光導波路１６では、ＴＥ波に対する屈折率はｎE２．１４であり、ＴＭ波に対する屈折率ｎMは２．２２である。従って、この光導波路１６を伝搬するＴＥ波とＴＭ波との伝搬速度差ΔＶは下記の式（３）で表される。
【００３９】
ΔＶ＝ＶＥ −ＶＭ ＝Ｃ／ｎＥ −Ｃ／ｎＭ ・・・（３）
≒０．５ｃｍ／ｎｓ
（但し、Ｃ＝３０ｃｍ／ｎｓ）
また、伝搬距離Ｌとなる変換素子１６の長さは、せいぜい１０ｃｍであるので、上記（２）式に、ΔＶ＝０．５ｃｍ／ｎｓ、Ｖ＝３０ｃｍ／ｎｓおよびＬ＝１０ｃｍを代入すると、光導波路１６による遅延時間Δτはせいぜい約６ｐｓとなる。
【００４０】
従って、伝送用光ファイバによる波長分散による遅延（約２００ｐｓ）を充分に補償するためには、変換素子１０から出力された光信号にさらに逆分散を生じさせて、充分な遅延を生じさせることが必要となる。
【００４１】
そこで、第１実施例では、変換素子１０から出力された光信号を、偏波分散発生手段としての、複屈折光ファイバからなる偏波保存光ファイバ１２を導波させる。この偏波保存光ファイバ１２は、２つの互いに直交する偏波モードを有している。以下、屈折率が小さく、伝搬速度の速い偏波モードを高速偏波モード、屈折率が大きく、伝搬速度の遅い偏波モードを低速偏波モードと称する。
【００４２】
偏波保存光ファイバ１２と変換素子１０との接続にあたっては、変換素子１０から出射されたＴＥ波の偏波面と高速偏波モードとを一致させ、ＴＭ波の偏波面と低速偏波モードとを一致させると良い。
【００４３】
波長に依存した回転率を有する光信号は、この偏波保存光ファイバ１２を伝搬する際に、光導波路１６を伝搬したときと同様に、高速偏波モードと低速偏波モードとに分離されて伝搬する。その結果、光信号中の波長が短い成分程、回転率が大きいので低速偏波モード分離される割合が多くなり、高速偏波モードに分離される割合が少なくなる。一方、波長が長い成分程、回転率が小さいので高速偏波モード分離される割合が多くなり、低速偏波モードに分離される割合が少なくなる。その結果、偏波保存光ファイバ１２の出射端１２ｂから出射される光信号は、短い波長成分程より遅延した分散特性を有する波長分散（逆分散）を生じる。従って、偏波保存光ファイバ１２の長さを適当にとることにより、分散を補償するのに充分な逆分散を得ることができる。
【００４４】
次に、分散を補償するに必要な偏波保存光ファイバ１２の長さについて説明する。
【００４５】
先ず、（１）式を変形すると、下記の（４）式が導出される。
【００４６】
（ｄτ／ｄλ）／Ｌ＝２Δｎ／（ＣΔλ3）・・・（４）
但し、Δλ3はピークの波長幅、Δｎは屈折率差、Ｃは光速を表す。
【００４７】
この実施例で用いる偏波保存光ファイバ１２の各モードの屈折率は、高速偏波モードでは１．４５３であり、低速偏波モード保存では１．４４７である。従って、両偏波モード間の屈折率差Δｎは６×１０−４である。
【００４８】
上記（４）式に、Ｃ＝３０ｃｍ／ｎｓ、Δτ＝２００ｐｓ（＝０．２ｎｓ）、Δλ３ ＝２ｎｍおよびΔｎ＝６×１０−４をそれぞれ代入すると、波長分散は偏波保存ファイバ１ｋあたり−２０００ｐｓ／ｋｍ・ｎｍであり、波長分散による１０ＧＨｚでの２００ｐｓの遅延時間を補償するのに要する偏波保存光ファイバ１２の長さＬは、約７２０ｍとなる。
【００４９】
一方、従来の逆分散光ファイバ（ＤＣＦ）を用いて、波長分散による２００ｐｓの遅延を補償するためには、８０ｋｍの０．２２倍、即ち１７ｋｍあまりの長さのＤＣＦが必要となる。この点、この実施例では、偏波保存光ファイバの長さは僅か１／２５の７２０ｍで済むので、容易に分散を補償することができる。
【００５０】
尚、第１実施例では、送信側で、分散補償装置により予め逆分散を生じさせた光信号を伝送用光ファイバに入射することにより分散の補償を図ったが、受信側で、伝送用光ファイバを伝搬してきて波長分散の生じた光信号の分散を補償しても良い。但し、その場合は、光信号を偏光素子を用いて直線偏光にしてから変換素子に入射する必要がある。
【００５１】
また、この実施例では、変換素子の特定波長を、光信号の中心波長よりも短波長としたが、変換素子の特定波長を光信号の中心波長よりも長波長とすることもできる。その場合、偏波保持光ファイバの出射端から出射される光信号の分散の波長特性は、この実施例における光信号の波長特性とは逆になる。光信号にどのような分散特性の逆分散を生じさせるかは、伝送用光ファイバによって生じる波長分散、即ち補償される波長分散の波長特性によって決めれば良い。
【００５２】
また、この実施例では用いたＡＯ素子の変換素子は、複数のマイクロ波を合成して電極に印加すると、複数の波長のＳＡＷを同時に発生させることができる。各波長のＳＡＷはそれぞれ特定波長となる。その結果、複数の特定波長それぞれに対応した複数の光信号に対して同時に分散補償を行うことができる。例えば、図３に、５つの波長のＳＡＷを励起した場合のモード変換の様子を示す。図３の横軸は波長を表し、縦軸は回転率を表す。図３では、各特定波長λＭ１〜λＭ５よりもそれぞれ僅かに長波長側の中心波長λ１ 〜λ５ の光信号の偏波面を波長に応じてそれぞれ同時に回転させることができる。従って、ＡＯ素子の変換素子は、波長多重された光信号の分散補償に用いて好適である。
【００５３】
＜第２実施例＞
第２実施例では、２つの分散補償装置を接続して用いた一例について説明する。
【００５４】
上述の第１実施例では、変換素子の特定波長の直近に、光信号の中心波長が有った。このため、中心波長においても光信号の偏波端面が回転していた。その結果、中心波長においても光信号がＴＥ波とＴＭ波とに分離されて光導波路を伝搬する。その結果、中心波長においてＴＭ波の成分がＴＥ波の成分に対して遅延を生じる。
【００５５】
ところで、中心波長においては、光信号は、ＴＥ波とＴＭ波とに分離されずに、ＴＥ波またはＴＭ波いずれか一方の偏光として伝搬することが望ましい。
【００５６】
そこで、第２実施例では、２つの補償分散装置を接続して用いることにより、光信号の中心波長の入射時の偏波面を変換素子により回転させることなく伝搬させる。
【００５７】
図４は、第２実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。
【００５８】
第２実施例では、第１実施例で用いた分散補償装置を２段接続している。但し、接続にあたっては、第１段目の変換素子１０でのＴＥ波、即ち、第１段目の偏波保持光ファイバ１２の出射端での高速偏波モードが、第２段目の変換素子１０ａにＴＭ波として入射する様に接続する。
【００５９】
第２段目の変換素子１０ａにおいては、ＴＭ波として入射した光のうち、特定波長の光がＴＥ波にモード変換される。そして、ＴＥ波を高速偏波モードに対応させ、ＴＭ波を低速偏波モードに対応させて、第２段目の偏波保存光ファイバ１２ａに光信号を入射させる。その結果、第１段目では、ＴＭ波にモード変換される特定波長λＡ での伝搬速度が遅くなり、一方、第２段目では、ＴＥ波にモード変換される特定波長λＢ の伝搬速度が速くなる。
【００６０】
この実施例では、光信号の中心波長λ０ を挟んで、第１段目の変換素子の特定波長λＡ を中心波長よりも短波長にし、一方、第２段目の特定波長λＢ を中心波長よりも長波長とする。そして、中心波長λ０ において、ちょうど遅延が０となるようにする。
【００６１】
第２実施例における遅延量の波長依存性を図５のグラフに示す。図５のグラフの横軸は波長を表し、縦軸は遅延量を表している。また、グラフ中の曲線ＩＩは、遅延量の波長依存性を表している。曲線ＩＩのうち、図５中でＡで示す左側の上に凸の部分は、第１段目の分散補償装置による遅延分である。一方、Ｂで示す右側の下に凸の部分は、第２段目の分散補償装置による遅延分である。但し、第２段目では、負の遅延であるので実際には早くなっている。
【００６２】
このように、第２実施例では、中心波長の光信号の遅延を０としたまま、光信号に、短波長ほど遅延した逆分散を生じさせることができる。
【００６３】
＜第３実施例＞
第３実施例では、偏波分散発生手段として、光路長が回転率によって異なる光路長差発生手段２０を設けた例について説明する。
【００６４】
図６は、第３実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。第３実施例の分散補償装置は、ＴＥ／ＴＭモード変換素子１０および光路差発生手段２０を具えている。この変換素子１０は、第１実施例で用いた変換素子１０と同一の構造を有している。また、この光路長差発生手段２０は、偏波ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳとも略称する）２２、反射手段２４、互いに光路長の異なる第１の光路２６および第２の光路２８を具えている。
【００６５】
この実施例においても第１実施例と同じく、変換素子１０の出力端１６ｂから出射した光信号は、波長に依存した回転率を有しており、長波長成分を主に含むＴＥ波と短波長成分を主に含むＴＭ波と分離している。そして、この実施例では、出射した光信号を光路長差発生手段２０に入射する。
【００６６】
以下、この実施例の光路長差発生手段２０について説明する。
【００６７】
ＴＥ／ＴＭモード変換素子１０から出力した光信号は先ず、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２２に入射する。このＰＢＳ２２において、光信号は、互いに偏波面の直交する偏光に分離し、第１の光路２６と第２の光路２８とにそれぞれ出射する。ここでは、第２の光路２８の光路長Ｌ２ を第１の光路２６の光路長Ｌ１ よりも長くする。そして、第１の光路２６へ光信号のＴＭ波成分を入射し、第２の光路２８へは光信号のＴＥ波成分を入射する。
【００６８】
第１の光路２６の終点および第２の光路２８の終点には、それぞれ反射手段２４ａおよび２４ｂが設けてある。この反射手段２４ａおよび２４ｂは、ファラデー回転子および全反射鏡（図示せず）からなり、各光路２６および２８を進んできたＴＥ波成分およびＴＭ波成分をそれぞれその偏波面を９０°回転させてＰＢＳ２２のそれぞれの出射端に入射させる。
【００６９】
第１の光路２６に対して第２の光路２８の伝搬距離が長いので、第２の光路２８を伝搬したＴＭ波成分は、第１の光路を伝搬したＴＥ波成分に対して遅延を生じる。この遅延時間τは、第１の光路２６と第２の光路２８との光路長差をΔＬとし、伝搬速度をＶと表すと、下記の（６）式で表される。
【００７０】
τ＝２×ΔＬ／Ｖ・・・（６）
この（６）から、遅延時間τを生じさせるために必要な光路長差ΔＬは、下記の（７）式で表される。
【００７１】
ΔＬ＝τ×Ｖ／２・・・（７）
従って、例えば、２００ｐｓの遅延時間τを生じさせるためには、Ｖ＝３０ｃｍ／ｎｓとすると、（７）式から、光路長差ΔＬは約３ｃｍあれば良い。尚、ピークの半値幅を１ｎｍとすると、１０ＧＨｚ（０．１４ｎｍ）の変調で２００ｐｓなので、実際には３×（１／０．１４）＝２１．４ｃｍ必要となる。
【００７２】
第１の光路２６および第２の光路２８からＰＢＳ２２に再び入射した光は、ＰＢＳ２２で合波され、それぞれ偏波面が９０°回転しているので、合波されてＰＢＳ２２から分散補償装置の外部へ出射される。出射された光信号は、伝送用の光ファイバ（図示せず）に入射される。
【００７３】
尚、上述した第３実施例では、変換素子から出射した信号光を空中を伝搬させて光路長差を設けたが、例えば、通常の光ファイバ中を伝搬させることにより光路長差を設けても良い。
【００７４】
＜第４実施例＞
第４実施例では、複屈折性をほとんど有さない導波路３６を有するＴＥ／ＴＭモード変換素子３０を用いる例について説明する。
【００７５】
図７は、第４実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。
【００７６】
第４実施例で用いる分散補償装置は、変換素子３０と偏波分散発生手段としての偏波保存光ファイバ１２とを具えている。この偏波保存光ファイバ１２は、第１実施例で用いたものと同一の構造である。
【００７７】
この実施例で用いる変換素子３０は、波長フィルタ３２と偏光変換器３４とを具えている。この変換素子３０に入射した光信号は、この波長フィルタ３４によって、図２に示した特定と相似して、長波長成分と短波長成分とに分離される。分離された光信号はそれぞれ個別の導波路３６ａおよび３６ｂを伝搬する。この導波路の一方には、偏光変換器３４が設けてある。ここでは、長波長成分が伝搬する導波路３６ａに偏光変換器を設ける。この偏光変換器３４により長波長成分の光はその偏波面が９０°回転する。そして、９０°偏光回転した長波長成分と短波長成分とは、合波されて変化素子３０の出力端３６ｃから出射される。
【００７８】
出力端３６ｃから出射された光信号は、変換素子３０に接続された偏波保存光ファイバ１２に入力される。ここでは、短波長成分に、長波長成分に対して遅延を生じさせるために、長波長成分を偏波保存ファイバ１２の高速偏波モードとし、短波長成分を低速偏波モードとして、偏波保存ファイバ１２に入力する。その結果、偏波保存光ファイバ１２の出射端１２ｃからは、逆分散の生じた光信号が出射される。そして、この光信号を伝送用の光ファイバ（図示せず）に入力することにより分散の補償を図ることができる。
【００７９】
上述した実施例は、これらの発明を特定の材料を使用し、特定の条件で構成した例について説明したが、これらの発明は多くの偏光および変形を行うことができる。例えば、上述した実施例では、ＴＥ／ＴＭモード変換素子として、音響光学（ＡＯ）素子を用いたが、これらの発明では、ＴＥ／ＴＭモード変換素子として、電気光学（ＥＯ）素子を用いても良い。ＥＯ素子においては、チューニング電圧によって特定波長を制御することができる。
【００８０】
尚、特定波長の偏光回転率は、例えばＡＯ素子やＥＯ素子においては、印加電圧の大きさによって、１００％〜０％の範囲で調節することができる。
【００８１】
【発明の効果】
そこで、この出願に係る各発明では、第１段階として、ＴＥ／ＴＭモード変換素子の、モード変換される特定波長の直近の波長において、光信号を当該光信号の波長に応じて偏光回転させることにより、波長に依存した偏波面の回転率を有する光信号を出力させる。
【００８２】
さらに、この出願に係る各発明では、第２段階として、出力された光信号を、伝搬に要する時間が前記回転率によって異なる偏波分散発生手段に入力する。光信号は、この偏波分散発生手段を伝搬することによって、偏波面の回転角度（回転率）に依存した遅延を生じる。光信号の回転率は周波数に依存している。従って、光信号に波長分散を生じさせることができる。この出願に係る各発明では、この波長分散として、光信号が伝送用の光ファイバを伝送することにより生じる波長分散の分散特性と逆の分散特性を有する逆分散を生じさせる。
【００８３】
そして、この伝送用光ファイバによる波長分散とこの逆分散とを少なくとも部分的に相殺させることにより、光信号の分散の補償を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例で用いる分散補償装置の説明に供する図である。
【図２】（Ａ）は、ＴＥ波を入射したＴＥ／ＴＭモード変換素子における偏波面の回転角度（偏波面の回転率）の説明に供するグラフであり、（Ｂ）は、（Ａ）の部分拡大図である。
【図３】複数の波長のＳＡＷを提起した場合の回転率の説明に供する図である。
【図４】第２実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。
【図５】第２実施例の分散補償装置における遅延量の波長依存性を示すグラフである。
【図６】第３実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。
【図７】第４実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ：ＴＥ／ＴＭモード変換素子（変換素子）
１２、１２ａ：偏波保存光ファイバ
１２ｂ：出射端
１４：ＬｉＮｂＯ３ 基板
１６：光導波路
１６ａ：入力端
１６ｂ：出力端
１８：電極
２０：光路長差発生手段
２２：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
２４ａ、２４ｂ：反射手段
２６：第１の光路
２８：第２の光路
３０：ＴＥ／ＴＭモード変換素子（変換素子）
３２：波長フィルタ
３４：偏光変換器
３６、３６ａ、３６ｂ：光導波路
３６ｃ：出力端
【産業上の利用分野】
この発明は、伝送用の光ファイバを伝搬する光信号の波長分散により生ずる、光信号中の遅延時間を相殺することにより分散を補償する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
文献１：「Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ＯＥＣ’９４，１４Ｂ１−１，１９９４」には、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ’ｓ）を用いた場合、１．５４μｍ程度の波長領域（以下、１．５５μｍ帯とも称する）において光信号の損失が極小となることが記載されている。そこで、既に世界中に敷設されている光ファイバを用いて、１．５５μｍ帯の光信号を伝搬させれば、効率良く光信号を伝搬できると考えられる。ところが、既存の光ファイバは、１．３μｍの波長の光信号を伝搬する際に波長分散が極小となる分散特性を具えている。このため、１．５５μｍ帯の光信号を伝搬させると周波数分散が発生してしまう。上記文献１には、１．５５μｍ帯において１７ｐｓ／ｋｍ−ｎｍの分散が発生することが記載されている。
【０００３】
そこで、文献２：「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＯＦＣ’９４）会議録」には、波長分散を補償するために、通常の光通信路としての光ファイバの後に、通常の光ファイバの分散特性と波長に関して逆の分散特性を具えた逆分散光ファイバ（ＤＣＦ）を設ける方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、分散を補償するためには、非常に長い逆分散光ファイバを設けることが必要となるという問題点があった。例えば、文献２によれば、伝送用の光ファイバの分散が１７．５ｐｓ／ｋｍ−ｎｍであるのに対して、ＤＣＦの分散は−８０ｐｓ／ｋｍ−ｎｍである。このため、伝送用光ファイバの長さの約０．２２倍（１７．５／８０倍）程度の長さのＤＣＦが必要となる。従って、数１０ｋｍ、あるいは数１００ｋｍに及ぶ伝送用光ファイバを伝搬する光信号の分散を補償するためには、非常に長いＤＣＦが必要となる。
【０００５】
このため、１．５５μｍ帯に限らず、光信号の波長分散を容易に補償することができる分散補償方法および装置の実現が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願に係る第１の発明の分散補償方法によれば、ＴＥ／ＴＭモード変換素子に直線偏光の光信号を入力し、この光信号をこの光信号の波長に応じて偏光回転させて、偏波面が波長に依存した回転率を有する光信号をこのＴＥ／ＴＭモード変換素子から出力させ、出力されたこの光信号を、伝搬に要する時間が回転率に依存して異なる偏波分散発生手段に入力することにより、この光信号が伝送用の光ファイバを伝送することにより生じる波長分散の分散特性と逆の分散特性を有する逆分散を生じさせ、この逆分散と波長分散の少なくとも一部分とを相殺させることにより、光信号の波長分散を補償することを特徴とする。
【０００７】
また、第１の発明の分散補償方法において、好ましくは、偏波分散発生手段として、複屈折光ファイバからなる偏波保存光ファイバを用いると良い。
【０００８】
また、第１の発明の分散補償方法において、好ましくは、偏波分散発生手段として、光路長が回転率によって異なる光路長差発生手段を用いる
と良い。
【０００９】
また、この出願に係る第２の発明の分散補償装置によれば、直線偏光の光信号を入力し、この光信号をこの光信号の波長に応じて偏光回転させて、偏波面が波長に依存した回転率を有する光信号を出力するＴＥ／ＴＭモード変換素子を具え、このＴＥ／ＴＭモード変換素子の出力端に接続された、伝搬に要する時間が回転率によって異なる偏波分散発生手段を具えてなることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明の分散補償装置において、好ましくは、偏波分散発生手段として、複屈折光ファイバからなる偏波保存光ファイバを具えてなると良い。
【００１１】
また、第２の発明の分散補償装置において、好ましくは、偏波分散発生手段として、光路長が回転率によって異なる光路長差発生手段を具えてなると良い。
【００１２】
また、この光路長差発生手段は、偏波ビームスプリッタ、反射手段、互いに光路長の異なる第１の光路および第２の光路を具え、
この偏波ビームスプリッタは、ＴＥ／ＴＭモード変換素子から出力した光信号を互いに偏波面の直交する偏光に分離して、それぞれ第１の光路と第２の光路とに出射する構成となっており、
反射手段は、第１の光路の終点および第２の光路の終点にそれぞれ設けてあり、各光路を進んできた光をそれぞれ偏波面を９０°回転させて偏波ビームスプリッタのそれぞれの出射端に入射させる構成となっていることが望ましい。
【００１３】
尚、理想的には、波長分散と逆分散とを完全に相殺することが望ましいが、第１および第２の発明における分散補償には、波長分散と逆分散とを部分的に相殺して波長分散を低減する場合も含む。
【００１４】
【作用】
ＴＥ／ＴＭモード変換素子は、従来、光波長フィルタとして用いられている。光波長フィルタとして用いる場合は、ＴＥ／ＴＭモード変換素子に直線偏光の光を入射し、ＴＥ／ＴＭモード変換されて、入射光の偏波面と直交する偏波面となった特定波長の光のみを偏光子によって分離して取り出していた。特定波長におけるＴＥ／ＴＭモード変換の偏光回転率は、通常１００％（偏波面の回転角度は９０°）である。
【００１５】
ところで、ＴＥ／ＴＭモード変換素子においては、特定波長の光だけでなく、特定波長の直近の波長の入射光も、偏光回転の回転率がほぼ１００〜ほぼ０％の範囲（偏波面の回転角は、ほぼ９０°〜ほぼ０°の範囲）で偏光変換される。即ち、偏波面が波長に依存して回転する。
【００１６】
そこで、この出願に係る各発明では、第１段階として、ＴＥ／ＴＭモード変換素子の特定波長の直近の波長において、光信号を当該光信号の波長に応じて偏光回転させることにより、波長に依存した偏波面の回転率を生じた光信号を出力させる。
【００１７】
次に、この特定波長の直近の波長の入射光も連続的に偏光変換される様子について、図２を参照して説明する。図２の（Ａ）は、変換素子にＴＥ波を入射した場合の偏光回転率の説明に供するグラフである。このグラフの横軸は波長を表し、左側の縦軸は偏光の回転率を表している。また、このグラフ中の曲線Ｉは、変換素子における偏光回転率を表している。曲線Ｉで示すように、偏光回転率は特定波長λ M において極大となっている。そして、その特定波長の直近の波長においても、偏光回転率がほぼ１００〜ほぼ０％の範囲（偏波面の回転角は、ほぼ９０°〜ほぼ０°の範囲）で連続的に偏光変換される。図２の（Ａ）中にΔλで示された、この直近の波長の範囲は１〜２ｎｍ程度である。
【００１８】
次に、図２の（Ａ）のグラフ中のＺで示す点線で囲まれた部分の拡大図を図２の（Ｂ）に示す。図２の（Ｂ）に示す領域は、特定波長よりも長波長側の領域である。従って、この領域においては、波長が短くなる程偏波面の回転率が大きくなる。
【００１９】
ここで、この領域中の波長λ０ の光信号を変換素子に入射した場合を考える。光信号はこの波長λ０ を中心波長として、その前後に変調周波数程度の波長の幅を持っている。従って、光信号の中心波長λ０ よりも僅かに長い波長λＬ の光は、波長λ０ の光よりも回転率が小さくなる（即ち、回転角度が０°により近くなる）。一方、この中心波長λ０ よりも僅かに短い波長λＳ の光は、波長λ０ の光よりも回転率が大きくなる（即ち、回転角度が９０°により近くなる）。
【００２０】
このように、ＴＥ／ＴＭモード変換素子に、中心波長λ０ の光信号を入力すると、光信号の偏波面は、波長に依存して回転し、ここでは、波長の短い領域ほど回転率が大きくなった、出力光を得ることができる。
【００２１】
尚、上述した様に、光信号の中心波長λ０ が特定波長よりも僅かに長波長の場合は、波長が短い程回転率が大きくなるが、一方、光信号の中心波長が特定波長よりも僅かに短波長の場合は、逆に波長が長い程回転率が大きくなる。
【００２２】
さらに、この出願に係る各発明では、第２段階として、出力された光信号を、伝搬に要する時間が回転率に依存して異なる偏波分散発生手段に入力する。光信号は、この偏波分散発生手段を伝搬することによって、偏波面の回転角度（回転率）に依存した遅延（以下、偏波分散とも称する）を生じる。光信号の回転率は周波数に依存しているので、光信号に波長分散を生じさせることができる。この出願に係る各発明では、この波長分散として、光信号が伝送用の光ファイバを伝送することにより生じる波長分散の分散特性と逆の分散特性を有する逆分散を生じさせる。
【００２３】
そして、この伝送用光ファイバによる波長分散とこの逆分散とを少なくとも部分的に相殺させることにより、光信号の分散の補償を図ることができる。
【００２４】
【実施例】
以下、図面を参照して、この出願に係る第１の発明の分散補償方法装置および第２の発明の分散補償装置の実施例について併せて説明する。尚、参照する図面は、これら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すぎない。従って、これらの発明は図示例にのみ限定されるものでない。
【００２５】
＜第１実施例＞
第１実施例では、ＴＥ／ＴＭモード変換素子（変換素子）１０として音響光学（ＡＯ）素子を用い、偏波分散発生手段として複屈折光ファイバからなる偏波保存光ファイバ１２を用いた例について説明する。
【００２６】
図１は、第１実施例の分散補償装置の構成の説明に供する図である。図１に示す様に、変換素子の出力端に偏波保存光ファイバを接続している。
【００２７】
この実施例で用いる変換素子は、音響光学効果を示すＸカットＬｉＮｂＯ3基板１４に、光導波路１６を具えている。そして、この光導波路１６上に、表面弾性波（ＳＡＷ）を励起するための櫛形電極（ＩＤＴ）およびＳＡＷ導波路を含むモード変換域には、電極（ＩＤＴ）により励起されたＳＡＷを用いている。この櫛形電極１８は互い違いに対向した歯を有する櫛状の電極からなる。尚、図１では、櫛形電極１８は模式的に示している。尚、変換素子の特定波長は、電極の歯の周波数で制御することができ、特定波長のモード変換による回転率のピーク値は、電極により励起されるＳＡＷのパワーによって制御することができる。
【００２８】
そして、変換素子の出力端１６ｂには、偏波保存光ファイバ１２を接続している。
【００２９】
そして、この分散補償装置によって予め逆分散を生じさせた光信号を伝送用の光ファイバ（図示せず）に入射させる。その結果、伝送用の光ファイバを伝搬することによって生じる波長分散とこの逆分散とを相殺することができる。従って、光信号の分散による遅延を低減し、信号の劣化を防ぐことができる。
【００３０】
以下、変換素子１６の入力端１６ａにＴＥ波の光信号を入射する場合について説明する。
【００３１】
ここでは、光信号として、変換素子１６においてモード変換される特定波長λＭ の直近の波長であり、かつ、この特定波長λＭ よりも僅かに長波長側の中心波長λ０ を有する光信号を入力する。特定波長λＭ の長波長側では、波長が短い程（特定波長に近い程）偏波面の回転角度が大きくなる（回転率が高くなる）。従って、光信号は、波長に依存した回転率を有することになる。
【００３２】
ところで、この実施例において、光導波路１６は、ＸカットＬｉＮｂＯ３ 基板１４に設けられているため、複屈折性を有する。モード変換によって波長に依存した回転率が生じた光信号は、この光導波路１６を伝搬する際に、ＴＥ波とＴＭ波とに分離されて伝搬する。その結果、光信号中の波長が短い成分程、回転率が大きいので、ＴＭ波に分離される割合が多くなり、ＴＥ波に分離される割合が少なくなる。一方、波長が長い成分程、回転率が小さいので、ＴＭ波に分離される割合が少なくなり、ＴＥ波に分離される割合が多くなる。その結果、出力端１６ｂから出射される光信号は、短い波長成分程遅延した分散特性を有する波長分散を生じる。
【００３３】
そして、ＸカットのＬｉＮｂＯ３ 基板１４を用いる場合、光導波路１６のＴＭ波に対する屈折率ｎＭ は、このＴＭ波と直交する偏波面を有するＴＥ波に対する屈折率ｎＥ よりも大きくなる。その結果、この導波路を伝搬するＴＭ波の伝搬速度は、ＴＥ波の伝搬速度よりも遅くなる。このため、出力端１６ｂから出射した光信号では、ＴＥ波に対するＴＭ波の遅延が生じている。
【００３４】
ところで、以下に説明するように、変換素子１０の光導波路１６による遅延だけでは、光信号の周波数分散を完全に相殺するだけの逆分散を得ることは困難である。
【００３５】
例えば、変調周波数が１０ＧＨｚの光信号は、０．１４ｎｍ程度の波長の幅を有している。この光信号を、文献１に記載の伝送用の光ファイバを８０ｋｍ伝搬した場合、周波数分散により２００ｐｓ程度の遅延が生じる。この伝送用の光ファイバでは、長波長の光の伝搬速度が、短波長の光の伝搬速度よりも遅い。この遅延を相殺するためには、逆分散により、長い波長成分に対して短い波長成分に２００ｐｓ分の遅延を生じさせる必要がある。
【００３６】
一般に、光信号の周波数分散（ｄτ／ｄλ）は、下記の（１）式で与えられる。
【００３７】
ｄτ／ｄλ＝Ｌ×ｄＶ−１／ｄλ・・・（１）
（但し、τは遅延時間、λは波長、Ｖは伝搬速度、Ｌは伝搬距離を表す。）
光信号が伝搬距離Ｌを伝搬した場合の周波数分散による遅延時間Δτは、（１）式より下記の（２）式として導出される。
【００３８】
Δτ＝Ｌ×ΔＶ／Ｖ2 ・・・（２）
（但し、ΔＶは伝搬速度差を表す。）
第１実施例の変換素子の光導波路１６では、ＴＥ波に対する屈折率はｎE２．１４であり、ＴＭ波に対する屈折率ｎMは２．２２である。従って、この光導波路１６を伝搬するＴＥ波とＴＭ波との伝搬速度差ΔＶは下記の式（３）で表される。
【００３９】
ΔＶ＝ＶＥ −ＶＭ ＝Ｃ／ｎＥ −Ｃ／ｎＭ ・・・（３）
≒０．５ｃｍ／ｎｓ
（但し、Ｃ＝３０ｃｍ／ｎｓ）
また、伝搬距離Ｌとなる変換素子１６の長さは、せいぜい１０ｃｍであるので、上記（２）式に、ΔＶ＝０．５ｃｍ／ｎｓ、Ｖ＝３０ｃｍ／ｎｓおよびＬ＝１０ｃｍを代入すると、光導波路１６による遅延時間Δτはせいぜい約６ｐｓとなる。
【００４０】
従って、伝送用光ファイバによる波長分散による遅延（約２００ｐｓ）を充分に補償するためには、変換素子１０から出力された光信号にさらに逆分散を生じさせて、充分な遅延を生じさせることが必要となる。
【００４１】
そこで、第１実施例では、変換素子１０から出力された光信号を、偏波分散発生手段としての、複屈折光ファイバからなる偏波保存光ファイバ１２を導波させる。この偏波保存光ファイバ１２は、２つの互いに直交する偏波モードを有している。以下、屈折率が小さく、伝搬速度の速い偏波モードを高速偏波モード、屈折率が大きく、伝搬速度の遅い偏波モードを低速偏波モードと称する。
【００４２】
偏波保存光ファイバ１２と変換素子１０との接続にあたっては、変換素子１０から出射されたＴＥ波の偏波面と高速偏波モードとを一致させ、ＴＭ波の偏波面と低速偏波モードとを一致させると良い。
【００４３】
波長に依存した回転率を有する光信号は、この偏波保存光ファイバ１２を伝搬する際に、光導波路１６を伝搬したときと同様に、高速偏波モードと低速偏波モードとに分離されて伝搬する。その結果、光信号中の波長が短い成分程、回転率が大きいので低速偏波モード分離される割合が多くなり、高速偏波モードに分離される割合が少なくなる。一方、波長が長い成分程、回転率が小さいので高速偏波モード分離される割合が多くなり、低速偏波モードに分離される割合が少なくなる。その結果、偏波保存光ファイバ１２の出射端１２ｂから出射される光信号は、短い波長成分程より遅延した分散特性を有する波長分散（逆分散）を生じる。従って、偏波保存光ファイバ１２の長さを適当にとることにより、分散を補償するのに充分な逆分散を得ることができる。
【００４４】
次に、分散を補償するに必要な偏波保存光ファイバ１２の長さについて説明する。
【００４５】
先ず、（１）式を変形すると、下記の（４）式が導出される。
【００４６】
（ｄτ／ｄλ）／Ｌ＝２Δｎ／（ＣΔλ3）・・・（４）
但し、Δλ3はピークの波長幅、Δｎは屈折率差、Ｃは光速を表す。
【００４７】
この実施例で用いる偏波保存光ファイバ１２の各モードの屈折率は、高速偏波モードでは１．４５３であり、低速偏波モード保存では１．４４７である。従って、両偏波モード間の屈折率差Δｎは６×１０−４である。
【００４８】
上記（４）式に、Ｃ＝３０ｃｍ／ｎｓ、Δτ＝２００ｐｓ（＝０．２ｎｓ）、Δλ３ ＝２ｎｍおよびΔｎ＝６×１０−４をそれぞれ代入すると、波長分散は偏波保存ファイバ１ｋあたり−２０００ｐｓ／ｋｍ・ｎｍであり、波長分散による１０ＧＨｚでの２００ｐｓの遅延時間を補償するのに要する偏波保存光ファイバ１２の長さＬは、約７２０ｍとなる。
【００４９】
一方、従来の逆分散光ファイバ（ＤＣＦ）を用いて、波長分散による２００ｐｓの遅延を補償するためには、８０ｋｍの０．２２倍、即ち１７ｋｍあまりの長さのＤＣＦが必要となる。この点、この実施例では、偏波保存光ファイバの長さは僅か１／２５の７２０ｍで済むので、容易に分散を補償することができる。
【００５０】
尚、第１実施例では、送信側で、分散補償装置により予め逆分散を生じさせた光信号を伝送用光ファイバに入射することにより分散の補償を図ったが、受信側で、伝送用光ファイバを伝搬してきて波長分散の生じた光信号の分散を補償しても良い。但し、その場合は、光信号を偏光素子を用いて直線偏光にしてから変換素子に入射する必要がある。
【００５１】
また、この実施例では、変換素子の特定波長を、光信号の中心波長よりも短波長としたが、変換素子の特定波長を光信号の中心波長よりも長波長とすることもできる。その場合、偏波保持光ファイバの出射端から出射される光信号の分散の波長特性は、この実施例における光信号の波長特性とは逆になる。光信号にどのような分散特性の逆分散を生じさせるかは、伝送用光ファイバによって生じる波長分散、即ち補償される波長分散の波長特性によって決めれば良い。
【００５２】
また、この実施例では用いたＡＯ素子の変換素子は、複数のマイクロ波を合成して電極に印加すると、複数の波長のＳＡＷを同時に発生させることができる。各波長のＳＡＷはそれぞれ特定波長となる。その結果、複数の特定波長それぞれに対応した複数の光信号に対して同時に分散補償を行うことができる。例えば、図３に、５つの波長のＳＡＷを励起した場合のモード変換の様子を示す。図３の横軸は波長を表し、縦軸は回転率を表す。図３では、各特定波長λＭ１〜λＭ５よりもそれぞれ僅かに長波長側の中心波長λ１ 〜λ５ の光信号の偏波面を波長に応じてそれぞれ同時に回転させることができる。従って、ＡＯ素子の変換素子は、波長多重された光信号の分散補償に用いて好適である。
【００５３】
＜第２実施例＞
第２実施例では、２つの分散補償装置を接続して用いた一例について説明する。
【００５４】
上述の第１実施例では、変換素子の特定波長の直近に、光信号の中心波長が有った。このため、中心波長においても光信号の偏波端面が回転していた。その結果、中心波長においても光信号がＴＥ波とＴＭ波とに分離されて光導波路を伝搬する。その結果、中心波長においてＴＭ波の成分がＴＥ波の成分に対して遅延を生じる。
【００５５】
ところで、中心波長においては、光信号は、ＴＥ波とＴＭ波とに分離されずに、ＴＥ波またはＴＭ波いずれか一方の偏光として伝搬することが望ましい。
【００５６】
そこで、第２実施例では、２つの補償分散装置を接続して用いることにより、光信号の中心波長の入射時の偏波面を変換素子により回転させることなく伝搬させる。
【００５７】
図４は、第２実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。
【００５８】
第２実施例では、第１実施例で用いた分散補償装置を２段接続している。但し、接続にあたっては、第１段目の変換素子１０でのＴＥ波、即ち、第１段目の偏波保持光ファイバ１２の出射端での高速偏波モードが、第２段目の変換素子１０ａにＴＭ波として入射する様に接続する。
【００５９】
第２段目の変換素子１０ａにおいては、ＴＭ波として入射した光のうち、特定波長の光がＴＥ波にモード変換される。そして、ＴＥ波を高速偏波モードに対応させ、ＴＭ波を低速偏波モードに対応させて、第２段目の偏波保存光ファイバ１２ａに光信号を入射させる。その結果、第１段目では、ＴＭ波にモード変換される特定波長λＡ での伝搬速度が遅くなり、一方、第２段目では、ＴＥ波にモード変換される特定波長λＢ の伝搬速度が速くなる。
【００６０】
この実施例では、光信号の中心波長λ０ を挟んで、第１段目の変換素子の特定波長λＡ を中心波長よりも短波長にし、一方、第２段目の特定波長λＢ を中心波長よりも長波長とする。そして、中心波長λ０ において、ちょうど遅延が０となるようにする。
【００６１】
第２実施例における遅延量の波長依存性を図５のグラフに示す。図５のグラフの横軸は波長を表し、縦軸は遅延量を表している。また、グラフ中の曲線ＩＩは、遅延量の波長依存性を表している。曲線ＩＩのうち、図５中でＡで示す左側の上に凸の部分は、第１段目の分散補償装置による遅延分である。一方、Ｂで示す右側の下に凸の部分は、第２段目の分散補償装置による遅延分である。但し、第２段目では、負の遅延であるので実際には早くなっている。
【００６２】
このように、第２実施例では、中心波長の光信号の遅延を０としたまま、光信号に、短波長ほど遅延した逆分散を生じさせることができる。
【００６３】
＜第３実施例＞
第３実施例では、偏波分散発生手段として、光路長が回転率によって異なる光路長差発生手段２０を設けた例について説明する。
【００６４】
図６は、第３実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。第３実施例の分散補償装置は、ＴＥ／ＴＭモード変換素子１０および光路差発生手段２０を具えている。この変換素子１０は、第１実施例で用いた変換素子１０と同一の構造を有している。また、この光路長差発生手段２０は、偏波ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳとも略称する）２２、反射手段２４、互いに光路長の異なる第１の光路２６および第２の光路２８を具えている。
【００６５】
この実施例においても第１実施例と同じく、変換素子１０の出力端１６ｂから出射した光信号は、波長に依存した回転率を有しており、長波長成分を主に含むＴＥ波と短波長成分を主に含むＴＭ波と分離している。そして、この実施例では、出射した光信号を光路長差発生手段２０に入射する。
【００６６】
以下、この実施例の光路長差発生手段２０について説明する。
【００６７】
ＴＥ／ＴＭモード変換素子１０から出力した光信号は先ず、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２２に入射する。このＰＢＳ２２において、光信号は、互いに偏波面の直交する偏光に分離し、第１の光路２６と第２の光路２８とにそれぞれ出射する。ここでは、第２の光路２８の光路長Ｌ２ を第１の光路２６の光路長Ｌ１ よりも長くする。そして、第１の光路２６へ光信号のＴＭ波成分を入射し、第２の光路２８へは光信号のＴＥ波成分を入射する。
【００６８】
第１の光路２６の終点および第２の光路２８の終点には、それぞれ反射手段２４ａおよび２４ｂが設けてある。この反射手段２４ａおよび２４ｂは、ファラデー回転子および全反射鏡（図示せず）からなり、各光路２６および２８を進んできたＴＥ波成分およびＴＭ波成分をそれぞれその偏波面を９０°回転させてＰＢＳ２２のそれぞれの出射端に入射させる。
【００６９】
第１の光路２６に対して第２の光路２８の伝搬距離が長いので、第２の光路２８を伝搬したＴＭ波成分は、第１の光路を伝搬したＴＥ波成分に対して遅延を生じる。この遅延時間τは、第１の光路２６と第２の光路２８との光路長差をΔＬとし、伝搬速度をＶと表すと、下記の（６）式で表される。
【００７０】
τ＝２×ΔＬ／Ｖ・・・（６）
この（６）から、遅延時間τを生じさせるために必要な光路長差ΔＬは、下記の（７）式で表される。
【００７１】
ΔＬ＝τ×Ｖ／２・・・（７）
従って、例えば、２００ｐｓの遅延時間τを生じさせるためには、Ｖ＝３０ｃｍ／ｎｓとすると、（７）式から、光路長差ΔＬは約３ｃｍあれば良い。尚、ピークの半値幅を１ｎｍとすると、１０ＧＨｚ（０．１４ｎｍ）の変調で２００ｐｓなので、実際には３×（１／０．１４）＝２１．４ｃｍ必要となる。
【００７２】
第１の光路２６および第２の光路２８からＰＢＳ２２に再び入射した光は、ＰＢＳ２２で合波され、それぞれ偏波面が９０°回転しているので、合波されてＰＢＳ２２から分散補償装置の外部へ出射される。出射された光信号は、伝送用の光ファイバ（図示せず）に入射される。
【００７３】
尚、上述した第３実施例では、変換素子から出射した信号光を空中を伝搬させて光路長差を設けたが、例えば、通常の光ファイバ中を伝搬させることにより光路長差を設けても良い。
【００７４】
＜第４実施例＞
第４実施例では、複屈折性をほとんど有さない導波路３６を有するＴＥ／ＴＭモード変換素子３０を用いる例について説明する。
【００７５】
図７は、第４実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。
【００７６】
第４実施例で用いる分散補償装置は、変換素子３０と偏波分散発生手段としての偏波保存光ファイバ１２とを具えている。この偏波保存光ファイバ１２は、第１実施例で用いたものと同一の構造である。
【００７７】
この実施例で用いる変換素子３０は、波長フィルタ３２と偏光変換器３４とを具えている。この変換素子３０に入射した光信号は、この波長フィルタ３４によって、図２に示した特定と相似して、長波長成分と短波長成分とに分離される。分離された光信号はそれぞれ個別の導波路３６ａおよび３６ｂを伝搬する。この導波路の一方には、偏光変換器３４が設けてある。ここでは、長波長成分が伝搬する導波路３６ａに偏光変換器を設ける。この偏光変換器３４により長波長成分の光はその偏波面が９０°回転する。そして、９０°偏光回転した長波長成分と短波長成分とは、合波されて変化素子３０の出力端３６ｃから出射される。
【００７８】
出力端３６ｃから出射された光信号は、変換素子３０に接続された偏波保存光ファイバ１２に入力される。ここでは、短波長成分に、長波長成分に対して遅延を生じさせるために、長波長成分を偏波保存ファイバ１２の高速偏波モードとし、短波長成分を低速偏波モードとして、偏波保存ファイバ１２に入力する。その結果、偏波保存光ファイバ１２の出射端１２ｃからは、逆分散の生じた光信号が出射される。そして、この光信号を伝送用の光ファイバ（図示せず）に入力することにより分散の補償を図ることができる。
【００７９】
上述した実施例は、これらの発明を特定の材料を使用し、特定の条件で構成した例について説明したが、これらの発明は多くの偏光および変形を行うことができる。例えば、上述した実施例では、ＴＥ／ＴＭモード変換素子として、音響光学（ＡＯ）素子を用いたが、これらの発明では、ＴＥ／ＴＭモード変換素子として、電気光学（ＥＯ）素子を用いても良い。ＥＯ素子においては、チューニング電圧によって特定波長を制御することができる。
【００８０】
尚、特定波長の偏光回転率は、例えばＡＯ素子やＥＯ素子においては、印加電圧の大きさによって、１００％〜０％の範囲で調節することができる。
【００８１】
【発明の効果】
そこで、この出願に係る各発明では、第１段階として、ＴＥ／ＴＭモード変換素子の、モード変換される特定波長の直近の波長において、光信号を当該光信号の波長に応じて偏光回転させることにより、波長に依存した偏波面の回転率を有する光信号を出力させる。
【００８２】
さらに、この出願に係る各発明では、第２段階として、出力された光信号を、伝搬に要する時間が前記回転率によって異なる偏波分散発生手段に入力する。光信号は、この偏波分散発生手段を伝搬することによって、偏波面の回転角度（回転率）に依存した遅延を生じる。光信号の回転率は周波数に依存している。従って、光信号に波長分散を生じさせることができる。この出願に係る各発明では、この波長分散として、光信号が伝送用の光ファイバを伝送することにより生じる波長分散の分散特性と逆の分散特性を有する逆分散を生じさせる。
【００８３】
そして、この伝送用光ファイバによる波長分散とこの逆分散とを少なくとも部分的に相殺させることにより、光信号の分散の補償を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例で用いる分散補償装置の説明に供する図である。
【図２】（Ａ）は、ＴＥ波を入射したＴＥ／ＴＭモード変換素子における偏波面の回転角度（偏波面の回転率）の説明に供するグラフであり、（Ｂ）は、（Ａ）の部分拡大図である。
【図３】複数の波長のＳＡＷを提起した場合の回転率の説明に供する図である。
【図４】第２実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。
【図５】第２実施例の分散補償装置における遅延量の波長依存性を示すグラフである。
【図６】第３実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。
【図７】第４実施例で用いる分散補償装置の構成の説明に供する図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ：ＴＥ／ＴＭモード変換素子（変換素子）
１２、１２ａ：偏波保存光ファイバ
１２ｂ：出射端
１４：ＬｉＮｂＯ３ 基板
１６：光導波路
１６ａ：入力端
１６ｂ：出力端
１８：電極
２０：光路長差発生手段
２２：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
２４ａ、２４ｂ：反射手段
２６：第１の光路
２８：第２の光路
３０：ＴＥ／ＴＭモード変換素子（変換素子）
３２：波長フィルタ
３４：偏光変換器
３６、３６ａ、３６ｂ：光導波路
３６ｃ：出力端
Claims (7)
- ＴＥ／ＴＭモード変換素子に直線偏光の光信号を入力し、該光信号を当該光信号の波長に応じて偏光回転させて、偏波面が波長に依存した回転率を有する光信号を当該ＴＥ／ＴＭモード変換素子から出力させ、
出力された該光信号を、伝搬に要する時間が前記回転率に依存して異なる偏波分散発生手段に入力することにより、該光信号が伝送用の光ファイバを伝送することにより生じる波長分散の分散特性と逆の分散特性を有する逆分散を生じさせ、
該逆分散と前記波長分散の少なくとも一部分とを相殺させることにより、光信号の波長分散を補償する
ことを特徴とする分散補償方法。 - 請求項１に記載の分散補償方法において、
前記偏波分散発生手段として、複屈折光ファイバからなる偏波保存光ファイバを用いる
ことを特徴とする分散補償方法。 - 請求項１に記載の分散補償方法において、
前記偏波分散発生手段として、光路長が前記回転率によって異なる光路長差発生手段を用いる
ことを特徴とする分散補償方法。 - 直線偏光の光信号を入力し、該光信号を当該光信号の波長に応じて偏光回転させて、偏波面が波長に依存した回転率を有する光信号を出力するＴＥ／ＴＭモード変換素子を具え、
当該ＴＥ／ＴＭモード変換素子の出力端に接続された、伝搬に要する時間が前記回転率によって異なる偏波分散発生手段を具えてなる
ことを特徴とする分散補償装置。 - 請求項４に記載の分散補償装置において、
前記偏波分散発生手段として、複屈折光ファイバからなる偏波保存光ファイバを具えてなる
ことを特徴とする分散補償装置。 - 請求項４に記載の分散補償装置において、
前記偏波分散発生手段として、光路長が前記回転率によって異なる光路長差発生手段を具えてなる
ことを特徴とする分散補償装置。 - 請求項６に記載の分散補償装置において、
前記光路長差発生手段は、偏波ビームスプリッタ、反射手段、互いに光路長の異なる第１の光路および第２の光路を具え、
該偏波ビームスプリッタは、前記ＴＥ／ＴＭモード変換素子から出力した光信号を互いに偏波面の直交する偏光に分離して、それぞれ第１の光路と第２の光路とに出射する構成となっており、
前記反射手段は、前記第１の光路の終点および前記第２の光路の終点にそれぞれ設けてあり、各光路を進んできた光をそれぞれ偏波面を９０°回転させて前記偏波ビームスプリッタのそれぞれの出射端に入射させる構成となっている
ことを特徴とする分散補償装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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- 1994-10-24 JP JP25818694A patent/JP3552761B2/ja not_active Expired - Fee Related
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