JP3866046B2 - 分散等化器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ伝送路の波長分散を等化する分散等化器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ伝送路の波長分散を等化あるいは補償する分散等化器としては、電子ビーム描画チャープ位相マスクを用いて作製されたチャープファイバグレーティング（Ｃｈｉｒｐｅｄ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）を用いたものがあり、分散補償ファイバと比較してコンパクトであり、低コストであるといった利点がある（R.Kashyap, A.Swanton and D.J.Armes, "Simple technique for apodising chirped and unchirped fiber Bragg gratings", Electronics Lett., Vol.32, No.13, pp.1226-1228, 1996（以下、文献１と呼ぶ）参照）。
【０００３】
このチャープファイバグレーティングの群遅延特性例を図１に示す。ここで、長さは１００ｍｍであり、アポディゼーション（Ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ）を施している（文献１参照）。また、測定のための変調信号光は長波長側（ピッチの長い方）から入射させている。
【０００４】
チャープファイバグレーティングは波長により異なる群遅延量を信号光に付与するが、波長変化に対する群遅延量の変化率がいわゆる群遅延分散（波長分散）となる。図１の場合、およそ−８００ｐｓ／ｎｍである。
【０００５】
このようにチャープファイバグレーティングはある帯域内において、ある量の群遅延分散（波長分散）を実現でき、その帯域でそれとは異符号の分散を有する光ファイバの分散を打ち消すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、チャープファイバグレーティングには群遅延リップルが存在し、それが伝送特性に悪影響を及ぼすという問題があった（K.Ennser, M.Ibsen, M.Durkin, M.N.Zervas and R.I.Laming,"Influence of non-ideal chirped fiber grating characteristics on dispersion cansellation", IEEE Photo.Tech.Lett., Vol.10, No.10, pp.1476-1478, 1998（以下、文献２と呼ぶ）参照）。
【０００７】
群遅延リップルとは群遅延特性のフィッティング直線からの偏差であり、例えば、図１に示した群遅延特性を有するチャープファイバグレーティングの群遅延リップルは図２に示すようになる。この発生原因としては種々な要因があり、低減化する方法も提案されている。
【０００８】
例えば、電子ビーム描画マスクの場合、多重描画したマスクを用いればリップルの振幅を低減させることができる（T.Komukai, T.Inui and M.Nakazawa,"Group delay ripple reduction and reflectivity increase in a chirped fiber Bragg grating by multiple-overwriting of a phase mask with an electron-beam", IEEE Photo.Tech.Lett., Vol.12, No.7, pp.816-818, 2000（以下、文献３と呼ぶ）参照）。
【０００９】
しかしながら、多重描画により位相マスクはその作製コストが上昇し、その結果、作製されるチャープファイバグレーティングもコスト高となる。また、多重描画マスクを用いても、ある程度のリップルはやはり残存する。
【００１０】
このように従来の群遅延リップルの低減化法においてはコスト上昇の問題と完全抑圧が困難という問題があった。
【００１１】
本発明における目的は、チャープファイバグレーティングを用いた、群遅延リップルを実質的に無視できるほど小さい分散等化器を低コストで提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
チャープファイバグレーティングの群遅延リップルの発生原因としては様々な要因が考えられているが、大きな原因としては作製の際に用いるチャープ位相マスクの位相エラーが大きな要因になっている（文献３参照）。
【００１３】
一般に、チャープ位相マスクは作製法により２種類に分類される。
【００１４】
一つはレーザ光の干渉縞を利用してライン／スペースを形成したホログラフィックマスクであり、もう一つは電子ビーム描画マスクである。どちらにも位相エラーが存在するが、特に電子ビーム描画マスクはステッチングエラーのため位相エラーが著しい。但し、前述したように多重描画法を用いれば位相エラーをホログラフィックマスク程度まで低減化することができる（文献３参照）。
【００１５】
ところで、電子ビーム描画マスクはチャープパターンではなく、ユニフォームなパターンなら位相エラーの全く存在しないものが得られる（T.Komukai and M.Nakazawa,"Long-phase error-free fiber Bragg gratings", IEEE Photon.Tech.Lett., Vol.10, No.5, pp.687-689, 1998（以下、文献４と呼ぶ）参照）。
【００１６】
即ち、ステージが連続移動方式の電子ビーム描画装置により一括描画したパターンはつなぎエラーが存在しないため、それを用いて作製したファイバグレーティングには、マスク要因の位相エラーは存在しない（文献４参照）。従って、このファイバグレーティングを何らかの手段でチャープファイバグレーティングに変換すれば、そのチャープファイバグレーティングは群遅延リップルが極めて小さくなる。
【００１７】
そこで、本発明では、図３に示すように、光ファイバ１に位相エラーのないパターンを有する位相マスクを用いて作製してなるファイバグレーティング２を、細くて可撓性のある支持体、例えば金属棒３とポリエチレン系の熱収縮スリーブ４等により一体化して１本の梁５を形成する（但し、図３では熱収縮する直前の状態を模式的に示しており、加熱によりスリーブ４が収縮し、ファイバグレーティング２と金属棒３とが一体化される）。
【００１８】
このようにして作製された梁５を、図４に示すようなｘ−ｚ直交座標を含む平面基板６上に形成された３次曲線（Ｓ字曲線）ｚ（ｘ）の溝７に沿って挿入する。さらに、それを上から板（図示せず）等で押さえる等して梁５を完全に溝７に固定させる。
【００１９】
こうすることにより、ファイバグレーティング２は歪み勾配が付与され、チャープファイバグレーティングに変換される。即ち、ファイバグレーティング２が曲線の内側になるところでは圧縮歪みを受け、Ｂｒａｇｇ波長は短波長側にシフトし、外側になるところでは伸び歪みを受け、Ｂｒａｇｇ波長は長波長側にシフトする。ここで、梁５の両端付近に近くなる程、曲率が大きいために歪みに勾配が生じ、Ｂｒａｇｇ波長に線形チャープが生じる。梁５の中央では歪みは零であるため、本来のＢｒａｇｇ波長のままである。
【００２０】
溝７の形状を表す３次曲線（Ｓ字曲線）ｚ（ｘ）は、図４に設定した座標系を用いると、
ｚ（ｘ）＝（６ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／３） ……（１）
のようになる。但し、ｚ0，ｌは図４に示した長さで、これらは定数である。
【００２１】
ここで、前記式（１）は理想曲線を表しており、実際には、光ファイバの半径程度のずれが許容される。従って、曲線ｚ（ｘ）は、光ファイバの半径をｒとして、
（６ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／３）−ｒ＜ｚ（ｘ）＜（６ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／３）＋ｒ
で表される範囲にあれば良い。
【００２２】
図５は溝に梁を挿入した状態の基板の断面を示すもので、任意のｘ座標における光ファイバ１の中心及び金属棒３の中心を結ぶ直線８と基板６とがなす角をθ、作製した梁（ここではスリーブ４が収縮した状態）５の直径をｄとすると、ファイバグレーティングにかかる歪みは、
ε（ｘ）＝（６ｄｚ0／ｌ3）ｃｏｓθ（ｘ−ｌ／２） ……（２）
となる。
【００２３】
ここで、光ファイバ１の中心及び金属棒３の中心を結ぶ直線８と基板面とが平行で、かつ光ファイバ１が金属棒３よりもｘ軸から離れている（ｚ軸において値が大）時の角度θを０と定義する。
【００２４】
また、局所的なＢｒａｇｇ波長の変化は
ΔλB／λB＝０．７８ε（ｘ） ……（３）
となる（E.R.Lyones and H.P.Lee,"Demonstration of an etched cladding fiber Bragg grating filter with reduced tuning force requirement", IEEE Photon.Tech.Lett., Vol.11, No.12, pp.1626-1628, 1999（以下、文献５と呼ぶ）参照）。
【００２５】
また、長さＬのファイバグレーティングの中央がｘ＝ｌ／２となるように挿入した時に実現される群遅延分散Ｄは、群屈折率をｎg、真空中の光速をｃとした時、
Ｄ＝−ｎgＬ／０．７８ｃλBε｛（Ｌ＋ｌ）／２｝ ……（４）
となる。ここで、図４において、ファイバグレーティングを挟んで原点とは反対側から信号光を入射させるものとする。
【００２６】
なお、図５では溝７の断面形状をＶ溝としたが、これに限られることなく、矩形状等でも良い。
【００２７】
従来、歪み勾配付与による、ファイバグレーティングのチャープグレーティングへの変換法としては、やはりファイバグレーティングを金属棒等に密着させて形成した梁の両端をクランプで固定し、どちらか一方のクランプに変位を与える方法が提案されていた（T.Imai, T.Komukai and M.Nakazawa,"Dispersion tuning of a linearly chirped fiber Bragg grating without a center wavelength shift by applying a strain gradient", IEEE Photon.Tech.Lett., Vol.10, No.6, pp.845-847, 1998（以下、文献６と呼ぶ）参照）。この時の梁もＳ字曲線に屈曲するが、複雑な機構を有する装置が必要になるという問題があった。
【００２８】
その他、コアがその中心から数十μｍ程度外れた光ファイバを用いてファイバグレーティングを作製し、そのまま梁として基板に形成されたＳ字曲線の溝に挿入する方法もある。しかし、この場合、コアの軸ずれ値がｄに相当するが、通常のファイバとの接続は困難であり、一方、梁という点からは逆にｄの値は極めて小さいためにｚ0を大きくする必要があり、結果としてＳ字曲線の曲率も大きくなり、曲げ損失が発生し易いという問題があった（P.A.Krug, T.Stephens, G.Yoffe, F.Ouellette, P.Hill and G.Dhosi,"Dispersion compensation over 270km at 10Gbit/s using an offset-core chirped fiber Bragg grating", Electron.Lett., Vol.31, No.13, pp.1091-1093, 1995（以下、文献７と呼ぶ）、A.Galvanauskas, P.A.Krug and D.Harter, "Nanosecond-to-picosecond pulse compression with fiber grating in a compact fiber-based chirped-pulse-amplification system", Opt.Lett., Vol.21, No.14, pp.1049-1051, 1996（以下、文献８と呼ぶ）参照）。
【００２９】
本発明は、プラスチックやアクリル等からなる基板に３次曲線の溝を彫り、そこに梁を挿入し固定するという大変簡単なものである。複雑な応力付加装置は一切不要であり、通常の光ファイバをベースとしたファイバグレーティングを用いるため、他の光ファイバとも容易に融着接続ができる。また、梁の直径を比較的大きくすることができるため、屈曲率も小さくて済むといった利点がある。
【００３０】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の第１の実施の形態（但し、特許請求の範囲には含まれない。）について説明する。
【００３１】
まず、図３に示したように、つなぎエラーのない電子ビーム位相マスク（ユニフォームパターン）で作製した長さＬ＝１００ｍｍのファイバグレーティング２と金属棒３とをポリエチレン系のスリーブ４内に格納して加熱することにより梁５を形成した（文献６参照）。
【００３２】
金属棒３の直径は１．５ｍｍであり、梁５の直径ｄは約２．７ｍｍである。金属棒３と一体化したファイバグレーティング２の反射スペクトルは図６に示すようになり（但し、アポディゼーションを施している）、帯域（半値全幅）は０．１６ｎｍであった。
【００３３】
次に、図４に示したように、ｌ＝１６０ｍｍのプラスチック製の基板６に式（１）で表される曲線の溝７を形成した。ここで、ｚ0＝４ｍｍである。
【００３４】
さらに、前述した梁５をファイバグレーティング部分の中央が丁度ｘ＝ｌ／２となるように溝７に挿入し固定する（但し、光ファイバの中心及び金属棒の中心を結ぶ直線と基板とのなす角度θはほぼ０度とする）と、反射スペクトルは図７に示すようになり、帯域は１．２９ｎｍと拡がってＢｒａｇｇ波長はチャープを有するようになった。即ち、チャープファイバグレーティングに変換された。
【００３５】
図８はこの時の群遅延特性を示すもので、分散値は−５８３ｐｓ／ｎｍである。また、図９にこの時の群遅延リップルも示す。図１及び図２で特性を示したチャープファイバグレーティングよりも明らかに特性が向上している。
【００３６】
ところで、分散値は式（２）、（４）から分かるようにファイバの中心及び金属棒の中心を結ぶ直線と基板との角度θに依存する。従って、梁を取り出して少し回転させ、再び挿入して固定することにより、分散値を変えることができる。
【００３７】
そこで梁を取り出し、少し回転（ここでは６０度回転）させて再び挿入したところ、図１０に示すように帯域は０．６９ｎｍと狭くなったが、図１１に示すように分散値は−１０９５ｐｓ／ｎｍと逆に大きくなった。式（３）、（４）から分かるように帯域と分散値とは反比例の関係にある。また、図１２にこの時の群遅延リップル特性を示す。
【００３８】
［実施の形態２］
第１の実施の形態は単一波長伝送システムに対応した例であるが、本発明は波長多重伝送システム（ＷＤＭシステム）にも適用可能である。
【００３９】
通常、チャープファイバグレーティングを用いたＷＤＭ用分散等化器は、図１３に示すように３ポート型光サーキュレータ１０の第２ポートに、複数、例えば３つのチャンネルに対応したチャープファイバグレーティング１１，１２，１３をカスケードに接続して実現する（文献１参照）。
【００４０】
本発明において、複数、ここでは３つのチャンネルに対応したチャープファイバグレーティングを実現するには、つなぎエラーがなく、ライン／スペースのピッチがそれぞれ異なるパターンを有する３個の電子ビーム位相マスクをそれぞれ用いて３本のファイバグレーティングを作製し、これらをそれぞれ第１の実施の形態で説明したように金属棒と一体化して梁を３本形成し（但し、それぞれＢｒａｇｇ波長が異なる）、それらのファイバ同士を互いにカスケードに接続するとともに、図１４に示すように、基板６上に必要なチャンネル数、ここでは３つのチャンネルに対応した溝７ａ，７ｂ，７ｃを形成し、前述した３本の梁をそれぞれ、第１の実施の形態の場合と同様に溝７ａ，７ｂ，７ｃに挿入し固定すれば良い。
【００４１】
この際、各梁の溝７ａ，７ｂ，７ｃへの挿入の仕方は、挿入方向が交互に入れ替わるようにしても良く（例えば、第１の梁を溝７ａに図面に対し左端から右端へ向かって挿入し、第１の梁に連続する第２の梁を溝７ｂに図面に対し右端から左端向かってへ挿入し、第２の梁に連続する第３の梁を溝７ｃに図面に対し左端から右端へ向かって挿入する）、また、挿入方向が全て同一となるようにしても良く（例えば、第１の梁を溝７ａに図面に対し左端から右端へ向かって挿入し、第１の梁に連続する第２の梁を溝７ｂに図面に対し左端から右端へ向かって挿入し、第２の梁に連続する第３の梁を溝７ｃに図面に対し左端から右端へ向かって挿入する）、さらにまた、これらを任意に組み合わせても良い（但し、同じ分散を付与しようとする場合、光ファイバの中心及び金属棒の中心を結ぶ直線と基板とのなす角度θは、挿入方向に依らず同一とする必要がある）。
【００４２】
ここで、それぞれのチャープファイバグレーティングの分散値は梁の回転によって制御する。また、各チャープファイバグレーティングのために個別に基板を用意しても構わない。また、３ポート型光サーキュレータの代わりに３ｄＢ光ファイバカップラを用いても良い。
【００４３】
［実施の形態３］
第２の実施の形態はＢｒａｇｇ波長の異なる複数のチャープファイバグレーティングを用いてＷＤＭシステムに対応させた例であるが、Ｂｒａｇｇ波長が同一の複数のチャープファイバグレーティングを用いて可変分散等化器を実現することもできる。
【００４４】
即ち、つなぎエラーのないパターンを有する電子ビーム位相マスクを用いてＢｒａｇｇ波長が同一の複数のファイバグレーティングを作製し、それぞれ第１の実施の形態で説明したように金属棒と一体化して複数の梁を形成し、それらのファイバをそのうちの任意の１本のみを信号光と結合させる光スイッチ機構に接続するとともに、基板上に複数の溝（但し、付与する分散値がそれぞれ異なる（なお、異なる分散値は角度θを変えて与える））を形成し、前述した複数の梁をそれぞれ、第１の実施の形態の場合と同様にそれぞれの溝に挿入し固定すれば、前記光スイッチ機構の切り替えに応じて、離散的ではあるが、分散値可変の分散等化器として使用可能になる。
【００４５】
［実施の形態４］
第１の実施の形態において、基板に形成する溝の曲線ｚ（ｘ）は式（１）で表されるが、
ｚ（ｘ）＝（３ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／６） ……（５）
で表せる曲線（但し、光ファイバの半径ｒをずれの許容範囲とした場合は、
（３ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／６）−ｒ＜ｚ（ｘ）＜（３ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／６）＋ｒ
）を用いた場合もファイバグレーティングに線形歪みを付与することができる（文献６参照）。
【００４６】
但し、この場合、歪みはｘ＝０の時に最大でｘが大きくなるにつれて小さくなり、ｘ＝ｌで最小の０になる。従って、実現されるチャープファイバグレーティングの中心波長は本来のＢｒａｇｇ波長から長波長側にかなりずれたものとなり、そのずれは付与される歪みが増大するにつれて大きくなる。
【００４７】
また、第２の実施の形態の場合にも同様の関数の曲線を用いても良いが、梁を回転させることによってチャンネル毎の分散値を制御する必要がある。
【００４８】
なお、これまで説明した実施の形態において、分散等化する波長の中心を調節するため、基板に周知の温度調節機構を設けても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、群遅延リップルの振幅が著しく小さく、かつ低コストな分散等化器が可能となる。この結果、従来と同レベルの伝送性能を維持しながら低コスト化した伝送システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のチャープファイバグレーティングの群遅延特性の一例を示す図
【図２】従来のチャープファイバグレーティングの群遅延リップル特性の一例を示す図
【図３】本発明の分散等化器を構成する梁の構造を示す模式図
【図４】本発明の分散等化器を構成する基板の模式図
【図５】溝に梁を挿入した状態の基板の断面の模式図
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるファイバグレーティングの反射スペクトルを示す図
【図７】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの反射スペクトルを示す図
【図８】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの群遅延特性を示す図
【図９】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの群遅延リップル特性を示す図
【図１０】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの反射スペクトルの他の例を示す図
【図１１】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの群遅延特性の他の例を示す図
【図１２】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの群遅延リップル特性の他の例を示す図
【図１３】３波長ＷＤＭ用分散等化器の構成図
【図１４】本発明の第２の実施の形態を構成する基板の模式図
【符号の説明】
１：光ファイバ、２：ファイバグレーティング、３：金属棒、４：ポリエチレン系スリーブ、５：梁、６：基板、７，７ａ，７ｂ，７ｃ：溝、８：光ファイバの中心及び金属棒の中心を結ぶ直線、１０：３ポート型光サーキュレータ、１１，１２，１３：チャープファイバグレーティング。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ伝送路の波長分散を等化する分散等化器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ伝送路の波長分散を等化あるいは補償する分散等化器としては、電子ビーム描画チャープ位相マスクを用いて作製されたチャープファイバグレーティング（Ｃｈｉｒｐｅｄ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）を用いたものがあり、分散補償ファイバと比較してコンパクトであり、低コストであるといった利点がある（R.Kashyap, A.Swanton and D.J.Armes, "Simple technique for apodising chirped and unchirped fiber Bragg gratings", Electronics Lett., Vol.32, No.13, pp.1226-1228, 1996（以下、文献１と呼ぶ）参照）。
【０００３】
このチャープファイバグレーティングの群遅延特性例を図１に示す。ここで、長さは１００ｍｍであり、アポディゼーション（Ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ）を施している（文献１参照）。また、測定のための変調信号光は長波長側（ピッチの長い方）から入射させている。
【０００４】
チャープファイバグレーティングは波長により異なる群遅延量を信号光に付与するが、波長変化に対する群遅延量の変化率がいわゆる群遅延分散（波長分散）となる。図１の場合、およそ−８００ｐｓ／ｎｍである。
【０００５】
このようにチャープファイバグレーティングはある帯域内において、ある量の群遅延分散（波長分散）を実現でき、その帯域でそれとは異符号の分散を有する光ファイバの分散を打ち消すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、チャープファイバグレーティングには群遅延リップルが存在し、それが伝送特性に悪影響を及ぼすという問題があった（K.Ennser, M.Ibsen, M.Durkin, M.N.Zervas and R.I.Laming,"Influence of non-ideal chirped fiber grating characteristics on dispersion cansellation", IEEE Photo.Tech.Lett., Vol.10, No.10, pp.1476-1478, 1998（以下、文献２と呼ぶ）参照）。
【０００７】
群遅延リップルとは群遅延特性のフィッティング直線からの偏差であり、例えば、図１に示した群遅延特性を有するチャープファイバグレーティングの群遅延リップルは図２に示すようになる。この発生原因としては種々な要因があり、低減化する方法も提案されている。
【０００８】
例えば、電子ビーム描画マスクの場合、多重描画したマスクを用いればリップルの振幅を低減させることができる（T.Komukai, T.Inui and M.Nakazawa,"Group delay ripple reduction and reflectivity increase in a chirped fiber Bragg grating by multiple-overwriting of a phase mask with an electron-beam", IEEE Photo.Tech.Lett., Vol.12, No.7, pp.816-818, 2000（以下、文献３と呼ぶ）参照）。
【０００９】
しかしながら、多重描画により位相マスクはその作製コストが上昇し、その結果、作製されるチャープファイバグレーティングもコスト高となる。また、多重描画マスクを用いても、ある程度のリップルはやはり残存する。
【００１０】
このように従来の群遅延リップルの低減化法においてはコスト上昇の問題と完全抑圧が困難という問題があった。
【００１１】
本発明における目的は、チャープファイバグレーティングを用いた、群遅延リップルを実質的に無視できるほど小さい分散等化器を低コストで提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
チャープファイバグレーティングの群遅延リップルの発生原因としては様々な要因が考えられているが、大きな原因としては作製の際に用いるチャープ位相マスクの位相エラーが大きな要因になっている（文献３参照）。
【００１３】
一般に、チャープ位相マスクは作製法により２種類に分類される。
【００１４】
一つはレーザ光の干渉縞を利用してライン／スペースを形成したホログラフィックマスクであり、もう一つは電子ビーム描画マスクである。どちらにも位相エラーが存在するが、特に電子ビーム描画マスクはステッチングエラーのため位相エラーが著しい。但し、前述したように多重描画法を用いれば位相エラーをホログラフィックマスク程度まで低減化することができる（文献３参照）。
【００１５】
ところで、電子ビーム描画マスクはチャープパターンではなく、ユニフォームなパターンなら位相エラーの全く存在しないものが得られる（T.Komukai and M.Nakazawa,"Long-phase error-free fiber Bragg gratings", IEEE Photon.Tech.Lett., Vol.10, No.5, pp.687-689, 1998（以下、文献４と呼ぶ）参照）。
【００１６】
即ち、ステージが連続移動方式の電子ビーム描画装置により一括描画したパターンはつなぎエラーが存在しないため、それを用いて作製したファイバグレーティングには、マスク要因の位相エラーは存在しない（文献４参照）。従って、このファイバグレーティングを何らかの手段でチャープファイバグレーティングに変換すれば、そのチャープファイバグレーティングは群遅延リップルが極めて小さくなる。
【００１７】
そこで、本発明では、図３に示すように、光ファイバ１に位相エラーのないパターンを有する位相マスクを用いて作製してなるファイバグレーティング２を、細くて可撓性のある支持体、例えば金属棒３とポリエチレン系の熱収縮スリーブ４等により一体化して１本の梁５を形成する（但し、図３では熱収縮する直前の状態を模式的に示しており、加熱によりスリーブ４が収縮し、ファイバグレーティング２と金属棒３とが一体化される）。
【００１８】
このようにして作製された梁５を、図４に示すようなｘ−ｚ直交座標を含む平面基板６上に形成された３次曲線（Ｓ字曲線）ｚ（ｘ）の溝７に沿って挿入する。さらに、それを上から板（図示せず）等で押さえる等して梁５を完全に溝７に固定させる。
【００１９】
こうすることにより、ファイバグレーティング２は歪み勾配が付与され、チャープファイバグレーティングに変換される。即ち、ファイバグレーティング２が曲線の内側になるところでは圧縮歪みを受け、Ｂｒａｇｇ波長は短波長側にシフトし、外側になるところでは伸び歪みを受け、Ｂｒａｇｇ波長は長波長側にシフトする。ここで、梁５の両端付近に近くなる程、曲率が大きいために歪みに勾配が生じ、Ｂｒａｇｇ波長に線形チャープが生じる。梁５の中央では歪みは零であるため、本来のＢｒａｇｇ波長のままである。
【００２０】
溝７の形状を表す３次曲線（Ｓ字曲線）ｚ（ｘ）は、図４に設定した座標系を用いると、
ｚ（ｘ）＝（６ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／３） ……（１）
のようになる。但し、ｚ0，ｌは図４に示した長さで、これらは定数である。
【００２１】
ここで、前記式（１）は理想曲線を表しており、実際には、光ファイバの半径程度のずれが許容される。従って、曲線ｚ（ｘ）は、光ファイバの半径をｒとして、
（６ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／３）−ｒ＜ｚ（ｘ）＜（６ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／３）＋ｒ
で表される範囲にあれば良い。
【００２２】
図５は溝に梁を挿入した状態の基板の断面を示すもので、任意のｘ座標における光ファイバ１の中心及び金属棒３の中心を結ぶ直線８と基板６とがなす角をθ、作製した梁（ここではスリーブ４が収縮した状態）５の直径をｄとすると、ファイバグレーティングにかかる歪みは、
ε（ｘ）＝（６ｄｚ0／ｌ3）ｃｏｓθ（ｘ−ｌ／２） ……（２）
となる。
【００２３】
ここで、光ファイバ１の中心及び金属棒３の中心を結ぶ直線８と基板面とが平行で、かつ光ファイバ１が金属棒３よりもｘ軸から離れている（ｚ軸において値が大）時の角度θを０と定義する。
【００２４】
また、局所的なＢｒａｇｇ波長の変化は
ΔλB／λB＝０．７８ε（ｘ） ……（３）
となる（E.R.Lyones and H.P.Lee,"Demonstration of an etched cladding fiber Bragg grating filter with reduced tuning force requirement", IEEE Photon.Tech.Lett., Vol.11, No.12, pp.1626-1628, 1999（以下、文献５と呼ぶ）参照）。
【００２５】
また、長さＬのファイバグレーティングの中央がｘ＝ｌ／２となるように挿入した時に実現される群遅延分散Ｄは、群屈折率をｎg、真空中の光速をｃとした時、
Ｄ＝−ｎgＬ／０．７８ｃλBε｛（Ｌ＋ｌ）／２｝ ……（４）
となる。ここで、図４において、ファイバグレーティングを挟んで原点とは反対側から信号光を入射させるものとする。
【００２６】
なお、図５では溝７の断面形状をＶ溝としたが、これに限られることなく、矩形状等でも良い。
【００２７】
従来、歪み勾配付与による、ファイバグレーティングのチャープグレーティングへの変換法としては、やはりファイバグレーティングを金属棒等に密着させて形成した梁の両端をクランプで固定し、どちらか一方のクランプに変位を与える方法が提案されていた（T.Imai, T.Komukai and M.Nakazawa,"Dispersion tuning of a linearly chirped fiber Bragg grating without a center wavelength shift by applying a strain gradient", IEEE Photon.Tech.Lett., Vol.10, No.6, pp.845-847, 1998（以下、文献６と呼ぶ）参照）。この時の梁もＳ字曲線に屈曲するが、複雑な機構を有する装置が必要になるという問題があった。
【００２８】
その他、コアがその中心から数十μｍ程度外れた光ファイバを用いてファイバグレーティングを作製し、そのまま梁として基板に形成されたＳ字曲線の溝に挿入する方法もある。しかし、この場合、コアの軸ずれ値がｄに相当するが、通常のファイバとの接続は困難であり、一方、梁という点からは逆にｄの値は極めて小さいためにｚ0を大きくする必要があり、結果としてＳ字曲線の曲率も大きくなり、曲げ損失が発生し易いという問題があった（P.A.Krug, T.Stephens, G.Yoffe, F.Ouellette, P.Hill and G.Dhosi,"Dispersion compensation over 270km at 10Gbit/s using an offset-core chirped fiber Bragg grating", Electron.Lett., Vol.31, No.13, pp.1091-1093, 1995（以下、文献７と呼ぶ）、A.Galvanauskas, P.A.Krug and D.Harter, "Nanosecond-to-picosecond pulse compression with fiber grating in a compact fiber-based chirped-pulse-amplification system", Opt.Lett., Vol.21, No.14, pp.1049-1051, 1996（以下、文献８と呼ぶ）参照）。
【００２９】
本発明は、プラスチックやアクリル等からなる基板に３次曲線の溝を彫り、そこに梁を挿入し固定するという大変簡単なものである。複雑な応力付加装置は一切不要であり、通常の光ファイバをベースとしたファイバグレーティングを用いるため、他の光ファイバとも容易に融着接続ができる。また、梁の直径を比較的大きくすることができるため、屈曲率も小さくて済むといった利点がある。
【００３０】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の第１の実施の形態（但し、特許請求の範囲には含まれない。）について説明する。
【００３１】
まず、図３に示したように、つなぎエラーのない電子ビーム位相マスク（ユニフォームパターン）で作製した長さＬ＝１００ｍｍのファイバグレーティング２と金属棒３とをポリエチレン系のスリーブ４内に格納して加熱することにより梁５を形成した（文献６参照）。
【００３２】
金属棒３の直径は１．５ｍｍであり、梁５の直径ｄは約２．７ｍｍである。金属棒３と一体化したファイバグレーティング２の反射スペクトルは図６に示すようになり（但し、アポディゼーションを施している）、帯域（半値全幅）は０．１６ｎｍであった。
【００３３】
次に、図４に示したように、ｌ＝１６０ｍｍのプラスチック製の基板６に式（１）で表される曲線の溝７を形成した。ここで、ｚ0＝４ｍｍである。
【００３４】
さらに、前述した梁５をファイバグレーティング部分の中央が丁度ｘ＝ｌ／２となるように溝７に挿入し固定する（但し、光ファイバの中心及び金属棒の中心を結ぶ直線と基板とのなす角度θはほぼ０度とする）と、反射スペクトルは図７に示すようになり、帯域は１．２９ｎｍと拡がってＢｒａｇｇ波長はチャープを有するようになった。即ち、チャープファイバグレーティングに変換された。
【００３５】
図８はこの時の群遅延特性を示すもので、分散値は−５８３ｐｓ／ｎｍである。また、図９にこの時の群遅延リップルも示す。図１及び図２で特性を示したチャープファイバグレーティングよりも明らかに特性が向上している。
【００３６】
ところで、分散値は式（２）、（４）から分かるようにファイバの中心及び金属棒の中心を結ぶ直線と基板との角度θに依存する。従って、梁を取り出して少し回転させ、再び挿入して固定することにより、分散値を変えることができる。
【００３７】
そこで梁を取り出し、少し回転（ここでは６０度回転）させて再び挿入したところ、図１０に示すように帯域は０．６９ｎｍと狭くなったが、図１１に示すように分散値は−１０９５ｐｓ／ｎｍと逆に大きくなった。式（３）、（４）から分かるように帯域と分散値とは反比例の関係にある。また、図１２にこの時の群遅延リップル特性を示す。
【００３８】
［実施の形態２］
第１の実施の形態は単一波長伝送システムに対応した例であるが、本発明は波長多重伝送システム（ＷＤＭシステム）にも適用可能である。
【００３９】
通常、チャープファイバグレーティングを用いたＷＤＭ用分散等化器は、図１３に示すように３ポート型光サーキュレータ１０の第２ポートに、複数、例えば３つのチャンネルに対応したチャープファイバグレーティング１１，１２，１３をカスケードに接続して実現する（文献１参照）。
【００４０】
本発明において、複数、ここでは３つのチャンネルに対応したチャープファイバグレーティングを実現するには、つなぎエラーがなく、ライン／スペースのピッチがそれぞれ異なるパターンを有する３個の電子ビーム位相マスクをそれぞれ用いて３本のファイバグレーティングを作製し、これらをそれぞれ第１の実施の形態で説明したように金属棒と一体化して梁を３本形成し（但し、それぞれＢｒａｇｇ波長が異なる）、それらのファイバ同士を互いにカスケードに接続するとともに、図１４に示すように、基板６上に必要なチャンネル数、ここでは３つのチャンネルに対応した溝７ａ，７ｂ，７ｃを形成し、前述した３本の梁をそれぞれ、第１の実施の形態の場合と同様に溝７ａ，７ｂ，７ｃに挿入し固定すれば良い。
【００４１】
この際、各梁の溝７ａ，７ｂ，７ｃへの挿入の仕方は、挿入方向が交互に入れ替わるようにしても良く（例えば、第１の梁を溝７ａに図面に対し左端から右端へ向かって挿入し、第１の梁に連続する第２の梁を溝７ｂに図面に対し右端から左端向かってへ挿入し、第２の梁に連続する第３の梁を溝７ｃに図面に対し左端から右端へ向かって挿入する）、また、挿入方向が全て同一となるようにしても良く（例えば、第１の梁を溝７ａに図面に対し左端から右端へ向かって挿入し、第１の梁に連続する第２の梁を溝７ｂに図面に対し左端から右端へ向かって挿入し、第２の梁に連続する第３の梁を溝７ｃに図面に対し左端から右端へ向かって挿入する）、さらにまた、これらを任意に組み合わせても良い（但し、同じ分散を付与しようとする場合、光ファイバの中心及び金属棒の中心を結ぶ直線と基板とのなす角度θは、挿入方向に依らず同一とする必要がある）。
【００４２】
ここで、それぞれのチャープファイバグレーティングの分散値は梁の回転によって制御する。また、各チャープファイバグレーティングのために個別に基板を用意しても構わない。また、３ポート型光サーキュレータの代わりに３ｄＢ光ファイバカップラを用いても良い。
【００４３】
［実施の形態３］
第２の実施の形態はＢｒａｇｇ波長の異なる複数のチャープファイバグレーティングを用いてＷＤＭシステムに対応させた例であるが、Ｂｒａｇｇ波長が同一の複数のチャープファイバグレーティングを用いて可変分散等化器を実現することもできる。
【００４４】
即ち、つなぎエラーのないパターンを有する電子ビーム位相マスクを用いてＢｒａｇｇ波長が同一の複数のファイバグレーティングを作製し、それぞれ第１の実施の形態で説明したように金属棒と一体化して複数の梁を形成し、それらのファイバをそのうちの任意の１本のみを信号光と結合させる光スイッチ機構に接続するとともに、基板上に複数の溝（但し、付与する分散値がそれぞれ異なる（なお、異なる分散値は角度θを変えて与える））を形成し、前述した複数の梁をそれぞれ、第１の実施の形態の場合と同様にそれぞれの溝に挿入し固定すれば、前記光スイッチ機構の切り替えに応じて、離散的ではあるが、分散値可変の分散等化器として使用可能になる。
【００４５】
［実施の形態４］
第１の実施の形態において、基板に形成する溝の曲線ｚ（ｘ）は式（１）で表されるが、
ｚ（ｘ）＝（３ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／６） ……（５）
で表せる曲線（但し、光ファイバの半径ｒをずれの許容範囲とした場合は、
（３ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／６）−ｒ＜ｚ（ｘ）＜（３ｚ0／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／６）＋ｒ
）を用いた場合もファイバグレーティングに線形歪みを付与することができる（文献６参照）。
【００４６】
但し、この場合、歪みはｘ＝０の時に最大でｘが大きくなるにつれて小さくなり、ｘ＝ｌで最小の０になる。従って、実現されるチャープファイバグレーティングの中心波長は本来のＢｒａｇｇ波長から長波長側にかなりずれたものとなり、そのずれは付与される歪みが増大するにつれて大きくなる。
【００４７】
また、第２の実施の形態の場合にも同様の関数の曲線を用いても良いが、梁を回転させることによってチャンネル毎の分散値を制御する必要がある。
【００４８】
なお、これまで説明した実施の形態において、分散等化する波長の中心を調節するため、基板に周知の温度調節機構を設けても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、群遅延リップルの振幅が著しく小さく、かつ低コストな分散等化器が可能となる。この結果、従来と同レベルの伝送性能を維持しながら低コスト化した伝送システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のチャープファイバグレーティングの群遅延特性の一例を示す図
【図２】従来のチャープファイバグレーティングの群遅延リップル特性の一例を示す図
【図３】本発明の分散等化器を構成する梁の構造を示す模式図
【図４】本発明の分散等化器を構成する基板の模式図
【図５】溝に梁を挿入した状態の基板の断面の模式図
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるファイバグレーティングの反射スペクトルを示す図
【図７】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの反射スペクトルを示す図
【図８】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの群遅延特性を示す図
【図９】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの群遅延リップル特性を示す図
【図１０】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの反射スペクトルの他の例を示す図
【図１１】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの群遅延特性の他の例を示す図
【図１２】本発明の第１の実施の形態によるチャープファイバグレーティングの群遅延リップル特性の他の例を示す図
【図１３】３波長ＷＤＭ用分散等化器の構成図
【図１４】本発明の第２の実施の形態を構成する基板の模式図
【符号の説明】
１：光ファイバ、２：ファイバグレーティング、３：金属棒、４：ポリエチレン系スリーブ、５：梁、６：基板、７，７ａ，７ｂ，７ｃ：溝、８：光ファイバの中心及び金属棒の中心を結ぶ直線、１０：３ポート型光サーキュレータ、１１，１２，１３：チャープファイバグレーティング。
Claims (7)
- つなぎエラーがなく、ライン／スペースのピッチが異なるパターンを有するＮ個の位相マスクをそれぞれ用いて作製したＢｒａｇｇ波長の異なるＮ本のファイバグレーティングをそれぞれ可撓性のある素材からなる棒状の支持体と一体化してＮ本の梁を形成し、それらのファイバ同士を互いに接続するとともに、各梁を、
ｚ 0 ，ｌを定数、ｒをファイバの半径として、Ｎ個のｘ−ｚ直交座標を含む平面基板上にそれぞれ形成された
（６ｚ 0 ／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／３）−ｒ＜ｚ（ｘ）＜（６ｚ 0 ／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／３）＋ｒ
で表される曲線ｚ（ｘ）の溝に、ファイバの中心及び支持体の中心を結ぶ直線と基板とのなす角θがそれぞれの梁で異なるように、それぞれ挿入して線形な歪み分布を付与することにより、前記各梁内のファイバグレーティングをチャープファイバグレーティングに変換させ、それらを波長分散媒質として用い、複数の波長を同時に分散等化する
ことを特徴とする分散等化器。 - つなぎエラーのないパターンを有する位相マスクを用いて作製したＮ本のファイバグレーティングをそれぞれ可撓性のある素材からなる棒状の支持体と一体化してＮ本の梁を形成し、それらのファイバをそのうちの任意の１本のみを信号光と結合させる光スイッチ機構に接続するとともに、各梁を、
ｚ 0 ，ｌを定数、ｒをファイバの半径として、Ｎ個のｘ−ｚ直交座標を含む平面基板上にそれぞれ形成された
（６ｚ 0 ／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／３）−ｒ＜ｚ（ｘ）＜（６ｚ 0 ／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／３）＋ｒ
で表される曲線ｚ（ｘ）の溝に、ファイバの中心及び支持体の中心を結ぶ直線と基板とのなす角θがそれぞれの梁で異なるように、それぞれ挿入して線形な歪み分布を付与することにより、前記各梁内のファイバグレーティングをチャープファイバグレーティングに変換させ、それらを分散値の異なる波長分散媒質として用いる
ことを特徴とする分散等化器。 - 請求項１または２記載の分散等化器において、基板に形成された溝の曲線ｚ（ｘ）が
（３ｚ 0 ／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／６）−ｒ＜ｚ（ｘ）＜（３ｚ 0 ／ｌ3）（ｌｘ2／２−ｘ3／６）＋ｒ
であることを特徴とする分散等化器。 - 請求項１乃至３いずれか記載の分散等化器において、同一の基板上に複数の曲線ｚ（ｘ）を形成することを特徴とする分散等化器。
- 請求項１乃至４いずれか記載の分散等化器において、チャープファイバグレーティングからの反射光の取り出しに３ポート型光サーキュレータを用いたことを特徴とする分散等化器。
- 請求項１乃至５いずれか記載の分散等化器において、チャープファイバグレーティングからの反射光の取り出しに３ｄＢファイバカップラを用いたことを特徴とする分散等化器。
- 請求項１乃至６いずれか記載の分散等化器において、分散等化する波長の中心を調節するために基板の温度調節機構を設けたことを特徴とする分散等化器。
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