JP3868317B2 - 可変分散等化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高速光通信システムにおける分散補償技術に関し、特にチャープグレーティングを用いた可変分散等化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバケーブルを伝送路に用いた光通信システムでは、光ファイバの波長分散（単に分散ともいい、以下、「分散」と称す）により光パルスが歪むため、信号の劣化を生じる。これは波長の異なる光パルスの波束の群速度が異なるためで、光パルスの波束がある一定距離を伝搬するのに要する時間、すなわち群遅延時間（単位：ｐｓ）が異なるためである。この群遅延時間の波長に対する割合が分散（単位：ｐｓ／ｎｍ）である。通常の光ファイバに用いられるシングルモードファイバ（ＳＭＦ）では、波長１５５０ｎｍ近辺で伝送路１ｋｍあたりで生じる分散は、約１６ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）の値を有する。これは波長が１ｎｍ異なる光パルスが１ｋｍのシングルモードファイバを伝搬するのに要する群遅延時間の差が１６ｐｓという意味で、例えば波長が１ｎｍ異なる光パルスが１００ｋｍの光ファイバを伝搬した場合の群遅延時間は１００倍の１６００ｐｓとなる。
【０００３】
一方、変調された光パルスは、変調方式やビットレートにより決まる幾つかの線スペクトルの広がりを持ち、その包絡線はガウス分布型となる。例えばＲＺ（ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ）変調方式では、それぞれの線スペクトルの間隔は、ビットレート（伝送速度）が１０Ｇｂｉｔ／ｓの場合には０．０８ｎｍであるが、ビットレート４０Ｇｂｉｔ／ｓの場合には０．３２ｎｍとなる。すなわち線スペクトルの広がりはビットレートに比例して増大する。またＮＲＺ（ｎｏｎｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ）変調方式では、ＲＺ変調方式の半分の線スペクトル広がりとなる。このようにビットレートが高くなるに従い、光パルスの成分である線スペクトルの間隔が広がるため、光ファイバ伝送路を伝搬したときの群遅延時間の差が大きくなり光パルスの歪みが増大する。光パルスが受ける光ファイバ伝送路の分散の影響はビットレートの二乗に比例して大きくなる。このために光ファイバ伝送路の分散を打ち消す分散を有するデバイスを伝送路に挿入し、全体として分散を零に近づける技術が分散補償技術であり、特に４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のビットレートでは伝送路の分散を精密に零に近づける必要がある。
【０００４】
このような分散を補償するデバイスとして、チャープグレーティングを用いた可変分散等化器がある。図１６は、例えば、特開２０００−１３７１９７号公報あるいは特開２０００−２４４３９４号公報に示された従来の可変分散等化器の構成を示す断面図である。この可変分散等化器６０は、図１６に示すように、光ファイバ５０に所定の長さのグレーティング５１が形成されている。また、光ファイバ５０のグレーティング５１を形成した周囲にグレーティング５１の長手方向に所定の割合で膜厚を変化させた抵抗膜からなるヒータ５３が形成されている。さらに、ヒータ５３の両端には一対の電極５４，５５が設けられている。このグレーティング５１は、紫外レーザー光を位相マスクを通して光ファイバに照射して、位相マスクによる紫外レーザー光の干渉縞により屈折率変調が形成されている。このグレーティング５１としては、グレーティングピッチが長手方向に一定なユニフォームグレーティング、またはグレーティングピッチが長手方向に一次関数的に変化するチャープグレーティングが用いられる。グレーティング５１の周囲に形成されたヒータ５３は、その両端に設けられた電極５４，５５に電力を印加すると、グレーティング５１の長手方向に一次関数的な発熱を生じるように抵抗膜の厚さが調整されて形成されている。そこで、ヒータ５３の両端に設けた電極５４，５５に電力を印加することにより、グレーティング５１に温度が一次関数的に変化する温度勾配を印加することができる。その結果、グレーティング５１の等価屈折率が印加温度に比例して変化する。等価屈折率は実効屈折率とも呼ばれ、光ファイバを伝搬する光が受ける等価的な屈折率で、コアとクラッドの屈折率と光の伝搬経路との相互作用からなる屈折率である。なお、厳密に言えば温度変化によってグレーティング５１のグレーティングピッチも変化するが、等価屈折率の変化に比べ影響が小さい。グレーティング５１で反射する光の波長（ブラッグ波長）は、グレーティングピッチΛと等価屈折率Ｎｅｆｆの積の２倍となるため、ヒータ５３による温度勾配に比例してブラッグ波長の変化率、すなわちチャープ率を変化させることができ、ヒータ５３に印加する電力によってグレーティング５１の波長分散を可変することができる。
【０００５】
このような可変分散等化器について、以下のような先行技術文献がある。従来の可変分散等化器について、Ｂ．Ｊ．Ｅｇｇｌｅｔｏｎ等によって、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１０，１４１８頁〜１４３２頁（２０００年１０月発行）、あるいはＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．７，８５４頁〜８５６頁（１９９９年７月発行）にさらに詳細に示されている。グレーティング１１に、グレーティング長７５ｍｍでグレーティングピッチが一定のユニフォームグレーティングを標準的なアポダイゼーションで形成し、ヒータ１３に印加する電圧を７〜１３Ｖまで変化させることで、グレーティング１１の分散を−２２００〜−５００ｐｓ／ｎｍまで変化させている。しかし、４０Ｇｂｉｔ／ｓのシステムでは少なくとも０．８ｎｍ以上の帯域が必要であるため、ユニフォームグレーティングよりもむしろチャープグレーティングを用いた方が適していると述べられている。彼等はグレーティングピッチが１ｃｍあたり０．１７５ｎｍの割合で変化するチャープグレーティングを用いて、分散可変幅が２２０ｐｓ／ｎｍの可変分散等化器を実現しており、分散可変幅２００ｐｓ／ｎｍ以上を得るために、室温で２５℃〜１７５℃の温度勾配を印加したと述べられている。
【０００６】
一方、本発明者等によって別の従来の可変分散等化器（第２の従来例）が、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．８，８２７頁〜８２９頁（２００１年８月発行）に示されている。これはチャープグレーティングを３２個の薄膜ヒータ上に設置し、３２個の薄膜ヒータの温度をそれぞれ独立に制御することにより、チャープグレーティングに直線的な温度勾配を印加して、チャープグレーティングの分散を可変するものである。ここでは、グレーティング長４０ｍｍで、６次のスーパーガウス型のアポダイゼーションで形成したチャープグレーティングを使用している。ここで本発明者等は、一次関数的に変化する０〜６０℃の温度勾配を設け、分散可変幅が１００ｐｓ／ｎｍ以上の可変分散等化器を実現し、４０Ｇｂｉｔ／ｓの光信号伝送を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにチャープグレーティングに一次関数的に変化する温度勾配を印加し、その温度勾配を制御することにより分散を可変する可変分散等化器は、簡単に分散を可変制御できるデバイスとして有用である。しかし、上記第１の従来の可変分散等化器では、２００ｐｓ／ｎｍ以上の分散可変幅を得るためには、室温に加えて１７５℃（室温２５℃のとき、２００℃）もの温度を印加する必要がある。このような高温を印加することは、グレーティングを構成する光ファイバの信頼性を悪化させ、さらにグレーティング周辺部を高温に耐えるような構成にしなければらないという問題点があった。一方、上記第２の従来の可変分散等化器では６０℃という低い温度で１００ｐｓ／ｎｍの分散可変幅を実現しているが、分散可変幅をさらに大きくするためにはさらに温度勾配を大きくする必要がある。しかも、分散可変幅は温度勾配に比例して大きくなるものではないため、４０Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートで必要とされる２００ｐｓ／ｎｍ以上の分散可変幅を得るにはかなり高い温度が必要になるといった問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、グレーティングに付与する温度勾配を低く抑えながら、大きな分散可変幅が得られる可変分散等化装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る可変分散等化装置は、グレーティングの長手方向に沿ってブラッグ波長を変化させたチャープグレーティングを有する光導波路と、
前記チャープグレーティングの前記ブラッグ波長を変化させて波長分散を制御する波長分散制御装置と
を備え、
前記チャープグレーティングの長さは、６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内であると共に、
前記チャープグレーティングの両端部での中央部に対する屈折率変調の比は５％以下であり、
前記チャープグレーティングは、グレーティングの両端でのグレーティングピッチの差が０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲内であって、
前記チャープグレーティングは、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）が、次式
Ｎ（Ｘ）＝ｓｉｎｃ ａ （Ｘ ｎ ）
［ただし、Ｘ＝（ｘ−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）、（ここで、Ｌは前記チャープグレーティングの長さ、ｘは前記チャープグレーティングの一方の端部を原点Ｏ（ｘ＝０）としたときの前記チャープグレーティングに沿って原点Ｏからの距離ｘである）、ｓｉｎｃ（Ｘ）＝ｓｉｎ（Ｘ）／Ｘ、 ａ≧１７．３、 ｎは４〜３０の範囲内の実数である］
を満足することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る可変分散等化装置は、グレーティングの長手方向に沿ってブラッグ波長を変化させたチャープグレーティングを有する光導波路と、
前記チャープグレーティングの前記ブラッグ波長を変化させて波長分散を制御する波長分散制御装置と
を備え、
前記チャープグレーティングの長さは、６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内であると共に、
前記チャープグレーティングの両端部での中央部に対する屈折率変調の比は５％以下であり、
前記チャープグレーティングは、グレーティングの両端でのグレーティングピッチの差が０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲内であって、
前記チャープグレーティングは、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）が、次式
Ｎ（Ｘ）＝ｅｘｐ（−（Ｘ／ｂ）２ｎ）
［ただし、Ｘ＝（ｘ−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）（ここで、Ｌは前記チャープグレーティングの長さ、ｘは前記チャープグレーティングの一方の端部を原点Ｏ（ｘ＝０）としたときの前記チャープグレーティングに沿って原点Ｏからの距離ｘである）、ｂ≦（１．７３） −１／ｎ 、ｎは４〜３０の範囲内の実数である］
を満足することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る可変分散等化装置は、前記可変分散等化装置であって、前記波長分散制御装置は、チャープグレーティングの長手方向に対する温度分布を制御する温度分布制御装置であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る可変分散等化装置は、前記可変分散等化装置であって、前記温度分布制御装置は、チャープグレーティングの長手方向に沿って正又は負の温度勾配を付与可能なことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る可変分散等化装置について、添付図面を用いて説明する。なお、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００１７】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置について、図１を用いて説明する。なお、図１の（ａ）は、この可変分散等化装置の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。この可変分散等化装置は、チャープグレーティング２を有するチャープファイバグレーティング２ａと、該チャープグレーティング２に配置された波長分散制御装置とを備える。この波長分散制御装置は、チャープグレーティング２の近傍に設けられたヒータ３、電極５、ヒータ制御装置６及びインタフェース７からなる。このチャープグレーティング２は、屈折率変調によりグレーティングの長手方向に沿ってブラッグ波長を変化させている。具体的には、グレーティングピッチを長手方向に一次関数的に変化させてブラッグ波長を一次関数的に変化させている。なお、ブラッグ波長を変化させる方法はこれに限られない。また、波長分散制御装置によってブラッグ波長を変化させて波長分散を制御する。さらに、チャープグレーティングの長さを６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内とすると共に、チャープグレーティング２の両端部での中央部に対する屈折率変調の比を５％以下としている。これによって群遅延特性でのリップルの発生を抑制し、伝送品質を維持することができる。
【００１８】
なお、この可変分散等化装置は、ハードウエア構成として２つの部分からなると考えることができる。この場合には、この可変分散等化装置は、図１の（ａ）に示すように、チャープファイバグレーティング２ａとヒータ３と電極５とを備える可変分散等化器１と、ヒータ制御装置６及びインタフェース７からなる制御部とからなる。
【００１９】
さらに、この可変分散等化装置のチャープグレーティングにおける屈折率変調の包絡線、即ち、アポダイズの形状について種々検討を行なったところ、ｓｉｎｃ関数型とスーパーガウス関数型の２つが好ましいことを見出した。このアポダイズに関する条件としては次の２つである。
（１）まず、チャープグレーティングの群遅延特性はアポダイズの影響を受けるため、アポダイズの中央付近では屈折率変調の大きさが均一な方がよい。
（２）また、チャープグレーティングの両端では屈折率変調の大きさが滑らかにゼロになる必要がある。例えば、チャープグレーティングの両端で屈折率変調の大きさが急激にゼロになったり、ゼロまで小さくならなかった場合には、群遅延特性にリップル（群遅延リップル）を生じ伝送品質を劣化させてしまう。
そこで、Ｃｏｓ関数型，Ｔａｎｈ関数型など種々のアポダイズを検討した結果、以下の式（３）で表されるＳｉｎｃ関数型と、式（４）で表わされるスーパーガウス関数型が、群遅延リップルの発生を抑え、グレーティング中央付近で屈折率変調の大きさを均一にすることが出来ることを見出した。
【００２０】
（ａ）Ｓｉｎｃ関数型［Ｎ（Ｘ）：屈折率変調の包絡線］
Ｎ（Ｘ）＝ｓｉｎｃａ（Ｘｎ） （３）
ただし、
Ｘ＝（ｘ−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）、
ｓｉｎｃ（Ｘ）＝ｓｉｎ（Ｘ）／Ｘ、
ａ≧１７．３、
ｎは任意定数である。
ここで、Ｌは前記チャープグレーティングの長さ、ｘは前記チャープグレーティングの一方の端部を原点Ｏ（ｘ＝０）としたときの前記チャープグレーティングに沿って原点Ｏからの距離ｘである。
【００２１】
（ｂ）スーパーガウス関数型［Ｎ（Ｘ）：屈折率変調の分布］
Ｎ（Ｘ）＝ｅｘｐ（−（Ｘ／ｂ） ２ｎ ） （４）
ただし、
Ｘ＝（ｘ−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）、
ｎは任意定数である。
ここで、Ｌは前記チャープグレーティングの長さ、ｘは前記チャープグレーティングの一方の端部を原点Ｏ（ｘ＝０）としたときの前記チャープグレーティングに沿って原点Ｏからの距離ｘである。
【００２２】
また、上記式（３）、（４）で定数ａおよび定数ｂの値は、グレーティングの両端（ｘ＝０、Ｌ）で中央部（ｘ＝Ｌ／２）に対する屈折率変調の大きさの比が５％以下になる値である。この定数ａの値の範囲について、図４から図７を用いて説明する。図４は、式（３）のｓｉｎｃ関数型の屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）＝ｓｉｎｃａ（Ｘｎ）について、定数ａの値を種々変えた場合の屈折率変調の包絡線を示すグラフである。また、図５は、図４のチャープグレーティング２の端部（ｘ＝０）での拡大図である。図６は、定数ａを変化させた場合の波長とアイ開口ペナルティ（Ｅｙｅ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｐｅｎａｌｔｙ）との関係を示すグラフである。図７は、定数ａと帯域内アイ開口ペナルティの平均値との関係を示すグラフである。このアイ開口ペナルティとは伝送後の光信号の品質を評価する方法の一つで、いわゆるアイパターンにおいてアイ（Ｅｙｅ）の開き度合をｄＢ単位で示したものであり、この値が小さいほど伝送後の光信号に品質劣化が生じていないことを示す。このアイ開口ペナルティは、例えば、光信号をフォトダイオードで光電変換した電気信号をオシロスコープに入力して測定することができる。
【００２３】
図４及び図５に示すように、定数ａの値が大きくなるにつれて上記条件の（２）に示すように、屈折率変調の大きさは端部で滑らかに０となることがわかる。この場合、おおよそ端部で中央部に対する屈折率変調の大きさの比が５％となる包絡線の形状が好ましい。また、図６及び図７に示すように、定数ａが大きくなるにつれて帯域内アイ開口ペナルティの平均値をほぼゼロとなる。この場合、おおよそ０．０５ｄＢ以下が好ましい。そこで、上記２つの条件から、定数ａの値は、約１５以上が好ましい。具体的には、以下に示すように、前者の条件から定数ａの範囲を算出することができる。
【００２４】
以下に、チャープグレーティングの端部で中央部に対する屈折率変調の大きさの比が５％以下となる定数ａの範囲を求める。ここで、グレーティングの長さＬを８０ｍｍ、次数ｎを１０とした。まず、チャープグレーティングの端部（ｘ＝０）に対応するＸの値を求める。対応するＸの値は、
Ｘ＝（０−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）＝−１
である。そこで端部での屈折率変調の大きさＮ（−１）は、下記式で得られる。
Ｎ（−１）＝ｓｉｎｃａ｛（−１）ｎ｝
ここで、
ｓｉｎｃ｛（−１）ｎ｝＝ｓｉｎ｛（−１）ｎ｝／｛（−１）ｎ｝
であるので、このｎが偶数又は奇数のいずれであっても
ｓｉｎｃ｛（−１）ｎ｝＝０．８４１４７
である。そこで、端部での屈折率変調の大きさＮ（−１）は、
Ｎ（−１）＝ｓｉｎｃａ｛（−１）ｎ｝＝（０．８４１４７）ａ
が得られる。
【００２５】
一方、屈折率変調の最大値は、チャープグレーティングの中央部（ｘ＝Ｌ／２）であり、このときのＸは、下記式で得られる。
Ｘ＝（（Ｌ／２）−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）＝０
そこで、チャープグレーティングの中央部での屈折率変調の大きさＮ（０）は、Ｎ（０）＝ｓｉｎｃａ（０ｎ）＝｛ｓｉｎ（０ｎ）／（０ｎ）｝ａ＝１ａ＝１
となる。
【００２６】
そこで、チャープグレーティングの端部（ｘ＝０）での中央部に対する屈折率変調の大きさの比が５％以下となるａの値の条件は、下記式の範囲である。
Ｎ（−１）≦０．０５×Ｎ（０）
（０．８４１４７）ａ≦０．０５
さらに、両辺の対数をとり、整理すると、
ａ・ｌｏｇ（０．８４１４７）≦ｌｏｇ（０．０５）
ａ≧ｌｏｇ（０．０５）／ｌｏｇ（０．８４１４７）
ａ≧１７．３５６ （５）
の関係式が得られる。よって、定数ａは１７．３以上であることが条件となる。
【００２７】
なお、チャープグレーティングの屈折率変調の包絡線が式（４）に示すようなスーパーガウス型関数の場合には、チャープグレーティングの端部での中央部に対する屈折率変調の大きさの比が５％以下となる場合について、上記と同様にして計算すればよい。この場合には、定数ｂの範囲は、
ｂ≦（１．７３） −１／ｎ （６）
の関係式を満たす範囲である。
【００２８】
なお、上記式（３）及び（４）を満足するチャープグレーティングのアポダイズを形成する方法としては、例えば、紫外光の照射量を制御することによって行うことができる。具体的には、紫外光レーザを位相マスクを介して光ファイバに照射してチャープグレーティングを作製するにあたって、紫外光の強度と照射時間との積算値が上記式（３）、（４）を満足するように複数回走査させることによって所望の屈折率変調の包絡線を形成することができる。なお、屈折率変調の制御方法は上述の場合に限定されない。
【００２９】
次に、チャープグレーティングの屈折率変調の大きさの測定方法を図８を用いて説明する。即ち、チャープグレーティングの屈折率変調は、以下の手順で測定することができる。
（ａ）光ファイバの外部側面からチャープグレーティングの所定箇所に対してレーザ光を照射する。レーザ光源としては、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源２１を用いることができる。なお、レーザ光を照射する範囲は１ｍｍ以下の範囲が好ましい。さらに好ましくは０．１ｍｍ以下の範囲である。
（ｂ）グレーティング２で反射されるレーザ光の強度をディテクタ２２で測定する。
（ｃ）グレーティング２で反射されるレーザ光は、入射角度θが下記式を満足する場合に反射光の強度が大きくなる。
レーザ光の波長λ＝２・Ｎｅｆｆ・Λ・ｓｉｎθ
ここでΛはグレーティングピッチであり、Ｎｅｆｆはグレーティングを形成した光ファイバの等価屈折率である。そこで、入射角度θを変化させて、反射されるレーザ光の強度が最大になる角度θで、反射されたレーザ光の光強度を測定する。この光強度はグレーティングのレーザ光を入射した部分の屈折率変調の大きさに比例する。また、等価屈折率Ｎｅｆｆは通常グレーティングに沿って一定であるため、反射されるレーザ光の強度が最大になる角度θを測定することでその場所のグレーティングピッチΛを測定することが出来る。また、等価屈折率Ｎｅｆｆがグレーティングに沿って一定でない場合であっても、他の方法で等価屈折率Ｎｅｆｆの分布を測定し、反射されるレーザ光の強度が最大になる角度θを測定することでグレーティングピッチΛを測定することができる。なお、屈折率変調の大きさは、反射される光の強度に比例するので、等価屈折率ＮｅｆｆやグレーティングピッチΛには依存しない。
（ｄ）チャープグレーティング２に沿ってレーザ光を照射する箇所を移動させて、上記（ａ）から（ｃ）の手順を繰り返して、チャープグレーティング２に沿って屈折率変調の大きさ、グレーティングピッチΛの変化を測定することができる。
なお、屈折率変調の測定は上記方法に限られない。
【００３０】
さらに、この可変分散等化装置におけるチャープグレーティング２の屈折率変調の包絡線は、具体的には、下記式（７）に示すＳｉｎｃ関数型となるように形成した。この屈折率変調の包絡線は一般にアポダイズまたはアポダイゼーションと呼ばれる。
Ｎ（Ｘ）＝ｓｉｎｃ６０（Ｘ６） （７）
ただし、
Ｘ=（ｘ−３０)／３０、
ｓｉｎｃ（Ｘ）＝ｓｉｎ（Ｘ）／Ｘ、
ここで、ｘはグレーティングの一端を０ｍｍとしたときの位置（ｍｍ）である。
【００３１】
このチャープグレーティング２は、上記式（３）において、定数ａを６０、次数ｎを６とし、グレーティング長Ｌを６０ｍｍとした場合に該当する。また、このチャープグレーティング２は、光ファイバにグレーティングピッチが線形に０．０８ｎｍ／ｃｍの割合で変化するように形成されている。
【００３２】
さらに、この可変分散等化装置の波長分散制御装置の構成について説明する。この波長分散制御装置は、光導波路のチャープグレーティング近傍に設けられた複数の温度可変手段を制御し、ブラッグ波長を変化させてチャープグレーティングの分散を制御する。具体的には、この波長分散制御装置は、光導波路に温度分布を付与する温度分布付与手段、即ち、ヒータ及びその制御回路等で構成される。即ち、この波長分散制御装置は、図１のブロック図に示すように、光導波路のグレーティング近傍に設けたヒータ３に電極部５を介して制御信号を印加する制御部であるヒータ制御回路６、インターフェース回路７からなる。この波長分散制御装置では、設定しようとする分散をインターフェース回路７に入力すると、このインターフェース回路７からの制御信号に基づいてヒータ制御回路６を介して各薄膜ヒータ３１，３２，…，３Ｎにそれぞれ独立に電力を印加して、グレーティングに所定の温度分布を与える。
【００３３】
さらに、この可変分散等化装置によって波長分散制御する光導波路の構成について説明する。この光導波路２ａは、図１の（ｂ）の断面図に示すように、グレーティングピッチが線形に変化するチャープグレーティング２が形成されたコア１１と該コア１１の周囲を覆うクラッド１２とからなる光ファイバ２ａである。この光ファイバは、熱伝導率の低い基板４上に配置されている。この熱伝導率の低い基板４としては、例えば、石英，ガラスなどのセラミックスやポリイミドなどの樹脂からなる基板を用いることができる。また、薄膜ヒータ３１，３２、…、３Ｎは、この光ファイバ２ａと基板４との間に配置されている。なお、電極部５１ａ，５２ａ，…，５Ｎａ，５１ｂ，５２ｂ，…，５Ｎｂは、薄膜ヒータ３１，３２，…，３Ｎと同時に薄膜プロセスにより形成される。この電極部５１ａ，５２ａ，…，５Ｎａ，５１ｂ，５２ｂ，…，５Ｎｂは、薄膜ヒータと同じ材質であるが線幅を十分広くして抵抗値を小さくしている。そのため、各電極部５では、薄膜ヒータ３に比較し温度上昇は無視できるほど小さい。さらに上部に銅や銀など電気伝導率の高い金属薄膜を形成すればさらに高効率化できる。この電極部５１ａ，５２ａ，…，５Ｎａはリード線によってヒータ制御回路６に接続され、一方、電極部５１ｂ，５２ｂ，…，５Ｎｂはリード線によってグランド（ＧＮＤ）に接続される。また、チャープグレーティング２の一端には光信号入出力部となる光ファイバ８が設けられている。なお、チャープグレーティング２の上にはチャープグレーティング２を保護し、薄膜ヒータ３への密着を補助する保護部材（不図示）を設けてもよい。また、ヒータ制御回路６、インターフェース回路７などの構成や動作はこれに限られるものではない。例えば、ヒータ制御回路６では、制御信号をＤ−Ａ変換器によってアナログ電圧や電流に変換することなく、パルス電圧または電流を時間分割でデジタル的に印加してもよい。また、光導波路として、光ファイバではなく平面光波回路（Planar Lightwave Circuit:以下ＰＬＣと称す）を用いた場合においても同様の構成とすることができる。
【００３４】
次に、この可変分散等化装置の動作について説明する。図２はチャープグレーティングを有する可変分散等化装置の動作について説明する図であり、図３は可変分散等化装置を構成する波長分散制御装置のヒータの温度分布と群遅延時間の関係を示す図である。光ファイバ８より入力された波長λＢの光は、チャープグレーティング２のグレーティングピッチΛと等価屈折率Ｎｅｆｆが次式（８）を満足する場合に反射される。
λＢ＝２・Ｎｅｆｆ・Λ （８）
【００３５】
そこで、図２に示すように、入出力側でグレーティングピッチが広く、入出力側から右に行くほどグレーティングピッチが密になっているチャープグレーティング２に入力される光がどのように反射されるかを考えてみる。この場合には、波長の長い光λｌｏｎｇは、入出力側に近いａｌｏｎｇの位置で反射され、一方、波長の短い光λｓｈｏｒｔは、入出力側から遠いａｓｈｏｒｔの位置で反射される。このため、波長の短い光λｓｈｏｒｔは波長の長い光λｌｏｎｇよに比べてより長い距離を伝搬するため群遅延時間は長くなる。このようにチャープグレーティングでは波長の違いによって群遅延時間が異なり、所定の分散を得ることができる。そこで、光ファイバ伝送路とは逆の符号の分散を伝送路に付与することで分散等化を行うことができる。
【００３６】
しかし、光ファイバ伝送路の分散は距離や温度などの周囲環境によって変化し、一定ではないので、光ファイバ伝送路の分散に応じて分散等化デバイスの分散を変化させる必要がある。このためにグレーティングに温度分布を与えて、等価屈折率Ｎｅｆｆを変化させて各波長の光を反射する位置を変化させて分散を可変にしている。この可変分散等化装置の分散を変化させる例を、図３の（ａ）のグレーティング位置による温度分布と、（ｂ）の波長と群遅延時間との関係に示した。このように、グレーティング近傍に設けたヒータでグレーティングに与える温度分布によって分散は変化する。
【００３７】
具体的には、図３の（ａ）のグレーティング位置による温度分布のグラフにおいて、直線ａは薄膜ヒータ３１，３２，…，３Ｎの各温度が一定で、チャープグレーティングの等価屈折率Ｎｅｆｆがグレーティングの長手方向に対して一定である場合である。この場合、上記のように温度制御しない場合と同様であり、チャープグレーティングで反射される光の波長は、グレーティングピッチΛに比例する。従って波長の短い光λshortは波長の長い光λlongより長い距離を伝搬するため群遅延時間が長くなる。このときの波長に対する群遅延時間の関係を示すと図４の（ｂ）に示す直線ａのようになる。また、このヒータ３の温度分布を図４の（ａ）の直線ｂに示すように入出力側に近い側で高温にし、入出力側から遠い側で低温にすると、入出力側に近い側の等価屈折率が大きくなり、入出力側から遠い側の等価屈折率が小さくなる。従って波長の長い光λlongは、図３に示すように、ｂlongの場所で反射され、一方、波長の短い光λshortはｂshortの場所で反射されて、波長に対する群遅延時間の関係は図４の（ｂ）の直線ｂのようになる。同様にヒータ３の温度分布を図４の（ａ）の直線ｃのようにすると、波長に対する群遅延時間の関係は図４の（ｂ）の直線ｃのように傾きが大きくなる。分散は群遅延時間の傾き、即ち群遅延時間の波長微分であるので、以上のようにヒータの温度分布を変化することで分散可変を実現することができる。
【００３８】
図９は、この可変分散等化装置のチャープグレーティングに−５０℃，±０℃，＋５０℃の３通りの温度勾配を印加したときの群遅延特性および損失特性（振幅特性）を示すグラフである。この図７の群遅延特性に示すように、それぞれの温度勾配における分散値は、−５０℃：−６７０ｐｓ／ｎｍ、±０℃：−４２５ｐｓ／ｎｍ、＋５０℃：−３１０ｐｓ／ｎｍである。このようにチャープグレーティングに±５０℃、すなわち絶対値で５０℃の温度勾配を印加するだけで、分散値を−６７０ｐｓ／ｎｍから−３１０ｐｓ／ｎｍまで可変し、３６０ｐｓ／ｎｍの分散可変幅を得ることができた。このようにグレーティングの長手方向に対して異なる正負の符号の温度勾配を付与することによって、従来の可変分散等化器のように同一方向の符号の温度勾配を付与するより、小さな温度勾配の絶対値で大きな可変分散幅を得ることができる。また、低消費電力および最高温度を抑制できる。
【００３９】
ここで、温度勾配の符号＋または−は、チャープグレーティングのチャープ率を大きくする場合を符号＋とし、チャープ率を小さくする場合を符号−としている。即ち、この図９に示したチャープグレーティングは入出力側のグレーティングピッチΛが大きく、入出力側から遠ざかるに従って小さくなるため、入出力側から見ればグレーティングピッチのチャープ率が減少するチャープグレーティングである。そこで、チャープグレーティングの入出力側で温度が高く、入出力側から遠ざかるに従い温度が低くなる温度勾配は、入出力側から見れば温度勾配は負であるが、チャープグレーティングのチャープ率と同じ変化率を示すので、この場合の温度勾配の符号を＋とした。一方、チャープグレーティングの入出力側は温度が低く、入出力側から遠ざかるに従い温度が高くなる温度勾配はチャープグレーティングのチャープ率と異なる変化率を示すため、この場合の温度勾配の符号を−とした。すなわちこのチャープグレーティングのチャープ率を大きくする方向の温度勾配が＋符号で、チャープ率を小さくする方向の温度勾配が−符号である。なお、±０℃とはチャープグレーティングに温度勾配を設けていないことを示す。
【００４０】
図１０は、この可変分散等化装置を用いて４３Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調された光信号を伝送したときのアイ開口ペナルティ（Ｅｙｅ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｐｅｎａｌｔｙ）を示したものである。このアイ開口ペナルティとは伝送後の光信号の品質を評価する方法の一つで、いわゆるアイパターンにおいてアイの開き度合をｄＢ単位で示したものであり、この値が小さいほど伝送後の光信号に品質劣化が生じていないことを示す。このアイ開口ペナルティは、例えば、光信号をフォトダイオードで光電変換した電気信号をオシロスコープに入力して測定することができる。図１０より、光信号の波長１５５０．９ｎｍ付近で、温度勾配が−５０℃，±０℃，＋５０℃の全てにおいて、アイ開口ペナルティがほぼ０ｄＢとなっていることが分かる。これは伝送品質が全く劣化していないことを示しており、この可変分散等化装置が±５０℃の温度勾配変化で３６０ｐｓ／ｎｍの分散可変幅を得ると共に、４３Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調された光信号伝送に使用可能であることを示している。図１０から分かるように、アイ開口ペナルティが小さい波長帯域は分散値の絶対値が最も大きい場合に狭くなる。
【００４１】
図１１は、温度勾配が−５０℃（分散値：−６７０ｐｓ／ｎｍ）のときの、アイ開口ペナルティと損失特性および分散特性を同一グラフ上に示したものである。分散特性は群遅延特性を波長で微分して求められる。なお、ここでは測定ノイズの影響を抑えるため、さらに群遅延時間を波長で微分して求めた分散特性を０．１ｎｍの波長範囲で移動平均して示した。図１１から分かるように、アイ開口ペナルティが最小となる波長は、損失特性の１ｄＢ帯域の中心の波長より少し短波長で、○で囲んだＡの部分でアイ開口ペナルティが大きくなって伝送品質が劣化している。これは分散特性の○で囲んだＢの部分で分散が大きく変化しているためである。このことから、この種のチャープグレーティングを用いた可変分散等化装置では、従来必要な帯域幅として損失特性の１ｄＢ帯域を元に設計されていたが、損失特性の１ｄＢ帯域ではなく、分散特性の分散が平坦な帯域を元に設計する必要があることが分かる。
【００４２】
図１２は、チャープグレーティング２に＋４０℃、±０℃、−４０℃の３通りの温度勾配を印加した場合における、グレーティング長と分散平坦帯域幅及び分散可変幅との関係を示すグラフである。なお、グレーティング長は、４０ｍｍから１００ｍｍまでの間で検討した。また、グレーティングのアポダイズは式（７）で示したものを用いた。ここで分散平坦帯域幅は、−４０℃の温度勾配を印加したときの分散特性で、分散の変動値が±１０ｐｓ／ｎｍに収まる帯域幅を示したものである。また、分散可変幅は−４０℃の温度勾配を印加したときの分散値と、＋４０℃の温度勾配を印加したときの分散値の差である。これらをグレーティングピッチのチャープ率を幾つか変えて求めグラフ化したものである。図１２より分散平坦帯域幅に対する分散可変幅はグレーティング長が長くなるに従って大きくなるのではなく、７０〜８０ｍｍで最大値となり、それ以上グレーティング長が長くなっても大きな分散可変幅が得られないことが分かる。
【００４３】
図１３は、図１２の分散平坦帯域幅０．４ｎｍの分散可変幅をグレーティング長に対して示したグラフである。図１３より分散可変幅はグレーティング長５０ｍｍ以上で急激に増大し、７０ｍｍで最大値を示し、それ以上長くなると徐々に小さくなることが分かる。グレーティング長が長くなるに従って分散可変幅が徐々に減少するのは、グレーティング長が長くなるほど損失特性がシャープな形状になり、その影響が分散特性の平坦な部分を減少させるためである。図１３よりグレーティング長６０ｍｍとグレーティング長１００ｍｍでは、分散平坦帯域幅０．４ｎｍに対してほぼ同じ分散可変幅が得られるが、グレーティングの両端で絶対値４０℃の温度勾配を印加する場合、グレーティング長１００ｍｍは、グレーティング長６０ｍｍの１０／６倍の消費電力を必要とするため、グレーティング長６０ｍｍの方が好ましい。従って、消費電力を大きくせず、大きい分散可変幅を得るにはグレーティング長を６０〜８０ｍｍの範囲内の長さとすればよい。以上は温度勾配を±４０℃印加した場合について述べたが、温度勾配はこれに限らず他の温度勾配でも同様にグレーティング長６０〜８０ｍｍが最適なグレーティング長であった。
【００４４】
以上のように、この可変分散等化装置によれば、屈折率変調の包絡線を式（３）で表されるＳｉｎｃ関数型、または式（４）表されるスーパーガウス関数型とし、グレーティング長を６０〜８０ｍｍとすることで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅が得られる。
【００４５】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る可変分散等化装置について説明する。この可変分散等化装置は、実施の形態１に係る可変分散等化装置と比較すると、チャープグレーティングは、式（３）に示すｓｉｎｃ関数型の屈折率変調の包絡線において、次数ｎを４〜３０の範囲を満足している点で相違する。このように式（３）で次数ｎを４〜３０の範囲とすることによってアイ開口ペナルティ０．５ｄＢ以下の波長範囲を広くとることができる。
【００４６】
次に、この可変分散等化装置におけるチャープグレーティングの屈折率変調の包絡線に関する上記式（３）および式（４）における次数ｎについての検討結果を説明する。図１４は、チャープグレーティングに、−５０℃の温度勾配を印加した場合の次数ｎと、４３Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調光信号を伝送したときのアイ開口ペナルティが０．５ｄＢ以下の波長範囲の関係を示したものである。なお、屈折率変調の包絡線は、式（３）のＳｉｎｃ関数で表されるアポダイズで、グレーティング長を６０ｍｍ、定数ａを６０とした。この図１４から次数ｎが４〜３０でアイ開口ペナルティ０．５ｄＢ以下の波長範囲は最も広くなることが分かる。次数ｎが小さい場合はグレーティング中央部での屈折率変調の大きさが均一な部分が短くなり群遅延特性が直線ではなくなり分散が平坦な領域が減少する。一方、次数ｎが３０より大きくなると屈折率変調がグレーティングの両端で急激にゼロになるため、群遅延特性に群遅延リップルが生じ、やはり分散が平坦な領域が減少し、アイ開口ペナルティ０．５ｄＢ以下の波長範囲が狭くなる。
【００４７】
このように次数ｎを４〜３０の範囲とすることによってアイ開口ペナルティが０．５ｄＢ以下となる波長範囲を最も広くすることができる。なお、上記のパラメータに限るものではなく、定数ａが他の値でも同様の結果が得られた。またグレーティング長が６０ｍｍ以外の場合にも同様の結果が得られた。さらに式（４）に示したスーパーガウス関数型のアポダイズを用いたチャープグレーティングでも、定数ｂやグレーティング長に関わらず同様の結果を得ることができる。
【００４８】
以上に述べたように、この可変分散等化装置によれば、チャープグレーティングの屈折率変調の包絡線を式（３）で表されるＳｉｎｃ関数型、または式（４）表されるスーパーガウス関数型とし、次数ｎを４〜３０とし、グレーティング長を６０〜８０ｍｍとしている。これによって、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅が得られる。
【００４９】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る可変分散等化装置について説明する。この可変分散等化装置は、実施の形態１及び２に係る可変分散等化装置と比較すると、チャープグレーティングの両端部のグレーティングピッチの差を０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲内としている点で相違する。これによって分散平坦帯域幅を必要な幅以上獲得し、分散可変幅を十分大きくすることができる。
【００５０】
次に、この可変分散等化装置において、チャープグレーティング２のグレーティングピッチのチャープ率と分散可変幅および分散平坦帯域幅の関係について説明する。図１５は、チャープグレーティングにおいて、チャープグレーティング両端のグレーティングピッチの差に対する、±４０℃の温度勾配を印加したときの分散可変幅および分散平坦帯域幅の関係を示すグラフである。なお、このチャープグレーティングは、グレーティングピッチが長手方向に一次関数的に変化する。また、チャープグレーティングの屈折率変調の包絡線は式（３）で示すＳｉｎｃ関数型とし、定数ａは６０，次数ｎは６とした。ここで分散平坦帯域幅は分散の変動が±１０ｐｓ／ｎｍの範囲に収まる波長帯域である。図１５よりチャープグレーティング両端のグレーティングピッチの差が大きくなるほど、分散平坦帯域幅は広くなるが、分散可変幅は大きく出来ないことが分かる。一方、チャープグレーティング両端のグレーティングピッチの差が小さくなるほど、分散可変幅は大きくなるが、分散平坦帯域幅は狭くなることが分かる。この傾向は印加する温度勾配の大きさによらず、同様の傾向を示す。温度勾配の大きさとしては、消費電力や高温に対する信頼性を考慮すると、±３０℃〜±６０℃以下に抑えることが好ましい。従って、分散平坦帯域幅を必要な幅以上獲得し、分散可変幅を十分大きくするには、チャープグレーティングの両端のグレーティングピッチの差を０．４ｎｍ〜０．７ｎｍとすればよい。
【００５１】
以上のように屈折率変調の包絡線を式（３）で表されるＳｉｎｃ関数型、または式（４）表されるスーパーガウス関数型とし、グレーティング長を６０〜８０ｍｍとし、チャープグレーティング両端のグレーティングピッチの差を０．４ｎｍ〜０．７ｎｍとすることで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅が得られる。
【００５２】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る可変分散等化装置について説明する。この可変分散等化装置は、実施の形態１から３に係る可変分散等化装置と比較すると、波長分散制御装置がチャープグレーティングのチャープ率を増加させるか又は減少させるかのいずれか一方のみ、即ち、同一符号の温度勾配のみを付与する点で相違する。これによって装置の構成を簡易化することができる。
【００５３】
この可変分散等化装置によれば、屈折率変調の包絡線を式（３）で表されるＳｉｎｃ関数型、または式（４）表されるスーパーガウス関数型とし、グレーティング長を６０〜８０ｍｍとすることで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅が得られる。なお、この場合には温度勾配を正負両方向に印加する場合に比べ、同一分散可変幅を得るには２倍の温度勾配を要する。
【００５４】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る可変分散等化装置について説明する。この可変分散等化装置は、実施の形態１から４に係る可変分散等化装置と比較すると、波長分散制御装置は、機械的応力を印加してチャープグレーティングを伸ばし、チャープ率を変化させて分散を制御する点で相違する。このように、機械的応力によっても波長分散を制御することができる。なお、波長分散制御装置は、上記温度分布制御装置や、上記機械的応力印加手段の他、電界を印加して分散を制御してもよい。これらの場合においても、可変分散等化装置における屈折率変調の包絡線を所定のＳｉｎｃ関数型、または所定のスーパーガウス関数型とし、グレーティング長を６０〜８０ｍｍとすることで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな応力印加や電界印加で大きな分散可変幅が得られる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明に係る可変分散等化装置によれば、チャープグレーティングを有する光導波路と、ブラッグ波長を変化させて分散を制御する波長分散制御装置とを備える。この波長分散制御装置によってブラッグ波長を変化させて波長分散を制御することができる。またこの可変分散等化装置では、チャープグレーティングの長さを６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内とすると共に、チャープグレーティングの両端部での中央部に対する屈折率変調の比を５％以下としている。これによって群遅延特性でのリップルの発生を抑制し、伝送品質を維持することができる。また、本発明に係る可変分散等化装置によれば、チャープグレーティングは、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）が所定のＳｉｎｃ関数型である。そこで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。さらに、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）の次数ｎが４〜３０の実数である。そこで、アイ開口ペナルティが０．５ｄＢ以下の波長範囲を広くできると共に、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。またさらに、上記チャープグレーティングの両端でグレーティングピッチが０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの差を有するので、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。
【００５７】
本発明に係る可変分散等化装置によれば、チャープグレーティングを有する光導波路と、ブラッグ波長を変化させて分散を制御する波長分散制御装置とを備える。この波長分散制御装置によってブラッグ波長を変化させて波長分散を制御することができる。またこの可変分散等化装置では、チャープグレーティングの長さを６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内とすると共に、チャープグレーティングの両端部での中央部に対する屈折率変調の比を５％以下としている。これによって群遅延特性でのリップルの発生を抑制し、伝送品質を維持することができる。また、チャープグレーティングは、屈折率変調の分布Ｎ（Ｘ）が所定のスーパーガウス関数型である。そこで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。さらに、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）の次数ｎが４〜３０の実数である。そこで、アイ開口ペナルティが０．５ｄＢ以下の波長範囲を広くできると共に、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。またさらに、上記チャープグレーティングの両端でグレーティングピッチが０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの差を有するので、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。
【００５９】
また、本発明に係る可変分散等化装置によれば、上記波長分散制御装置は、温度分布制御装置であるので、分散可変を容易に行うことができ、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。
【００６０】
さらに、本発明に係る可変分散等化装置によれば、上記波長分散制御装置は、グレーティングの長手方向に正又は負の温度勾配を付与できる。そこで、最高温度を抑制しながら大きな分散可変幅を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は、本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置の構成図であり、（ｂ）は、（ａ）の可変分散等化装置のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置の動作について説明する概略図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置のヒータの温度分布（ａ）と群遅延時間の関係（ｂ）を示すグラフである。
【図４】 チャープグレーティングのアポダイゼーションがｓｉｎｃ関数型である場合の定数ａによるアポダイゼーションの変化を示すグラフである。
【図５】 図４のグレーティングの端部についての拡大図である。
【図６】 ｓｉｎｃ関数型の包絡線で定数ａを変化させた場合の波長とアイ開口ペナルティとの関係を示すグラフである。
【図７】 図６で定数ａと帯域内アイ開口ペナルティの平均値との関係を示すグラフである。
【図８】 グレーティングでの屈折率変調を測定する原理を示す概略図である。
【図９】 本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置のチャープグレーティングに−５０℃，±０℃，＋５０℃の３通りの温度勾配を印加したときの群遅延特性および損失特性を示すグラフである。
【図１０】 本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置を用いて４３Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調された光信号を伝送したときのアイ開口ペナルティを示すグラフである。
【図１１】 温度勾配が−５０℃（分散値：−６７０ｐｓ／ｎｍ）のときの、アイ開口ペナルティと損失特性および分散特性をそれぞれ示すグラフである。
【図１２】 ±４０℃の温度勾配を印加したときに実現される分散平坦帯域幅と分散可変幅の関係を示したもので、グレーティング長をパラメータとして４０ｍｍから１００ｍｍまで検討したグラフである。
【図１３】 図１２の分散平坦帯域幅０．４ｎｍが得られる分散可変幅と、グレーティング長との関係を示すグラフである。
【図１４】 本発明の実施の形態２に係る可変分散等化装置において、−５０℃の温度勾配を印加した場合における、ｓｉｎｃ関数の次数ｎと４３Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調光信号を伝送したときのアイ開口ペナルティが０．５ｄＢ以下の波長範囲の関係を示したグラフである。
【図１５】 本発明の実施の形態３に係る可変分散等化装置に、チャープグレーティング両端のグレーティングピッチの差に対する、±４０℃の温度勾配を印加したときの分散可変幅及び分散平坦帯域幅との関係を示したグラフである。
【図１６】 従来の可変分散等化器を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 可変分散等化器、２ チャープグレーティング、２ａ チャープファイバグレーティング、３ ヒータ、４ 基板、５ リード線、６ ヒータ制御回路、７インターフェース回路、８ 光ファイバ、１０ チャープファイバグレーティング、１１ コア、１２ クラッド、２１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源、２２ ディテクタ、５０ ファイバ、５１ グレーティング、５２ 屈折率摂動、５３ ヒータ、５４、５５ 電極、５６ 電源、６０ 可変分散補償グレーティング
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高速光通信システムにおける分散補償技術に関し、特にチャープグレーティングを用いた可変分散等化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバケーブルを伝送路に用いた光通信システムでは、光ファイバの波長分散（単に分散ともいい、以下、「分散」と称す）により光パルスが歪むため、信号の劣化を生じる。これは波長の異なる光パルスの波束の群速度が異なるためで、光パルスの波束がある一定距離を伝搬するのに要する時間、すなわち群遅延時間（単位：ｐｓ）が異なるためである。この群遅延時間の波長に対する割合が分散（単位：ｐｓ／ｎｍ）である。通常の光ファイバに用いられるシングルモードファイバ（ＳＭＦ）では、波長１５５０ｎｍ近辺で伝送路１ｋｍあたりで生じる分散は、約１６ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）の値を有する。これは波長が１ｎｍ異なる光パルスが１ｋｍのシングルモードファイバを伝搬するのに要する群遅延時間の差が１６ｐｓという意味で、例えば波長が１ｎｍ異なる光パルスが１００ｋｍの光ファイバを伝搬した場合の群遅延時間は１００倍の１６００ｐｓとなる。
【０００３】
一方、変調された光パルスは、変調方式やビットレートにより決まる幾つかの線スペクトルの広がりを持ち、その包絡線はガウス分布型となる。例えばＲＺ（ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ）変調方式では、それぞれの線スペクトルの間隔は、ビットレート（伝送速度）が１０Ｇｂｉｔ／ｓの場合には０．０８ｎｍであるが、ビットレート４０Ｇｂｉｔ／ｓの場合には０．３２ｎｍとなる。すなわち線スペクトルの広がりはビットレートに比例して増大する。またＮＲＺ（ｎｏｎｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ）変調方式では、ＲＺ変調方式の半分の線スペクトル広がりとなる。このようにビットレートが高くなるに従い、光パルスの成分である線スペクトルの間隔が広がるため、光ファイバ伝送路を伝搬したときの群遅延時間の差が大きくなり光パルスの歪みが増大する。光パルスが受ける光ファイバ伝送路の分散の影響はビットレートの二乗に比例して大きくなる。このために光ファイバ伝送路の分散を打ち消す分散を有するデバイスを伝送路に挿入し、全体として分散を零に近づける技術が分散補償技術であり、特に４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のビットレートでは伝送路の分散を精密に零に近づける必要がある。
【０００４】
このような分散を補償するデバイスとして、チャープグレーティングを用いた可変分散等化器がある。図１６は、例えば、特開２０００−１３７１９７号公報あるいは特開２０００−２４４３９４号公報に示された従来の可変分散等化器の構成を示す断面図である。この可変分散等化器６０は、図１６に示すように、光ファイバ５０に所定の長さのグレーティング５１が形成されている。また、光ファイバ５０のグレーティング５１を形成した周囲にグレーティング５１の長手方向に所定の割合で膜厚を変化させた抵抗膜からなるヒータ５３が形成されている。さらに、ヒータ５３の両端には一対の電極５４，５５が設けられている。このグレーティング５１は、紫外レーザー光を位相マスクを通して光ファイバに照射して、位相マスクによる紫外レーザー光の干渉縞により屈折率変調が形成されている。このグレーティング５１としては、グレーティングピッチが長手方向に一定なユニフォームグレーティング、またはグレーティングピッチが長手方向に一次関数的に変化するチャープグレーティングが用いられる。グレーティング５１の周囲に形成されたヒータ５３は、その両端に設けられた電極５４，５５に電力を印加すると、グレーティング５１の長手方向に一次関数的な発熱を生じるように抵抗膜の厚さが調整されて形成されている。そこで、ヒータ５３の両端に設けた電極５４，５５に電力を印加することにより、グレーティング５１に温度が一次関数的に変化する温度勾配を印加することができる。その結果、グレーティング５１の等価屈折率が印加温度に比例して変化する。等価屈折率は実効屈折率とも呼ばれ、光ファイバを伝搬する光が受ける等価的な屈折率で、コアとクラッドの屈折率と光の伝搬経路との相互作用からなる屈折率である。なお、厳密に言えば温度変化によってグレーティング５１のグレーティングピッチも変化するが、等価屈折率の変化に比べ影響が小さい。グレーティング５１で反射する光の波長（ブラッグ波長）は、グレーティングピッチΛと等価屈折率Ｎｅｆｆの積の２倍となるため、ヒータ５３による温度勾配に比例してブラッグ波長の変化率、すなわちチャープ率を変化させることができ、ヒータ５３に印加する電力によってグレーティング５１の波長分散を可変することができる。
【０００５】
このような可変分散等化器について、以下のような先行技術文献がある。従来の可変分散等化器について、Ｂ．Ｊ．Ｅｇｇｌｅｔｏｎ等によって、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１０，１４１８頁〜１４３２頁（２０００年１０月発行）、あるいはＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．７，８５４頁〜８５６頁（１９９９年７月発行）にさらに詳細に示されている。グレーティング１１に、グレーティング長７５ｍｍでグレーティングピッチが一定のユニフォームグレーティングを標準的なアポダイゼーションで形成し、ヒータ１３に印加する電圧を７〜１３Ｖまで変化させることで、グレーティング１１の分散を−２２００〜−５００ｐｓ／ｎｍまで変化させている。しかし、４０Ｇｂｉｔ／ｓのシステムでは少なくとも０．８ｎｍ以上の帯域が必要であるため、ユニフォームグレーティングよりもむしろチャープグレーティングを用いた方が適していると述べられている。彼等はグレーティングピッチが１ｃｍあたり０．１７５ｎｍの割合で変化するチャープグレーティングを用いて、分散可変幅が２２０ｐｓ／ｎｍの可変分散等化器を実現しており、分散可変幅２００ｐｓ／ｎｍ以上を得るために、室温で２５℃〜１７５℃の温度勾配を印加したと述べられている。
【０００６】
一方、本発明者等によって別の従来の可変分散等化器（第２の従来例）が、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．８，８２７頁〜８２９頁（２００１年８月発行）に示されている。これはチャープグレーティングを３２個の薄膜ヒータ上に設置し、３２個の薄膜ヒータの温度をそれぞれ独立に制御することにより、チャープグレーティングに直線的な温度勾配を印加して、チャープグレーティングの分散を可変するものである。ここでは、グレーティング長４０ｍｍで、６次のスーパーガウス型のアポダイゼーションで形成したチャープグレーティングを使用している。ここで本発明者等は、一次関数的に変化する０〜６０℃の温度勾配を設け、分散可変幅が１００ｐｓ／ｎｍ以上の可変分散等化器を実現し、４０Ｇｂｉｔ／ｓの光信号伝送を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにチャープグレーティングに一次関数的に変化する温度勾配を印加し、その温度勾配を制御することにより分散を可変する可変分散等化器は、簡単に分散を可変制御できるデバイスとして有用である。しかし、上記第１の従来の可変分散等化器では、２００ｐｓ／ｎｍ以上の分散可変幅を得るためには、室温に加えて１７５℃（室温２５℃のとき、２００℃）もの温度を印加する必要がある。このような高温を印加することは、グレーティングを構成する光ファイバの信頼性を悪化させ、さらにグレーティング周辺部を高温に耐えるような構成にしなければらないという問題点があった。一方、上記第２の従来の可変分散等化器では６０℃という低い温度で１００ｐｓ／ｎｍの分散可変幅を実現しているが、分散可変幅をさらに大きくするためにはさらに温度勾配を大きくする必要がある。しかも、分散可変幅は温度勾配に比例して大きくなるものではないため、４０Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートで必要とされる２００ｐｓ／ｎｍ以上の分散可変幅を得るにはかなり高い温度が必要になるといった問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、グレーティングに付与する温度勾配を低く抑えながら、大きな分散可変幅が得られる可変分散等化装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る可変分散等化装置は、グレーティングの長手方向に沿ってブラッグ波長を変化させたチャープグレーティングを有する光導波路と、
前記チャープグレーティングの前記ブラッグ波長を変化させて波長分散を制御する波長分散制御装置と
を備え、
前記チャープグレーティングの長さは、６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内であると共に、
前記チャープグレーティングの両端部での中央部に対する屈折率変調の比は５％以下であり、
前記チャープグレーティングは、グレーティングの両端でのグレーティングピッチの差が０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲内であって、
前記チャープグレーティングは、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）が、次式
Ｎ（Ｘ）＝ｓｉｎｃ ａ （Ｘ ｎ ）
［ただし、Ｘ＝（ｘ−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）、（ここで、Ｌは前記チャープグレーティングの長さ、ｘは前記チャープグレーティングの一方の端部を原点Ｏ（ｘ＝０）としたときの前記チャープグレーティングに沿って原点Ｏからの距離ｘである）、ｓｉｎｃ（Ｘ）＝ｓｉｎ（Ｘ）／Ｘ、 ａ≧１７．３、 ｎは４〜３０の範囲内の実数である］
を満足することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る可変分散等化装置は、グレーティングの長手方向に沿ってブラッグ波長を変化させたチャープグレーティングを有する光導波路と、
前記チャープグレーティングの前記ブラッグ波長を変化させて波長分散を制御する波長分散制御装置と
を備え、
前記チャープグレーティングの長さは、６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内であると共に、
前記チャープグレーティングの両端部での中央部に対する屈折率変調の比は５％以下であり、
前記チャープグレーティングは、グレーティングの両端でのグレーティングピッチの差が０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲内であって、
前記チャープグレーティングは、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）が、次式
Ｎ（Ｘ）＝ｅｘｐ（−（Ｘ／ｂ）２ｎ）
［ただし、Ｘ＝（ｘ−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）（ここで、Ｌは前記チャープグレーティングの長さ、ｘは前記チャープグレーティングの一方の端部を原点Ｏ（ｘ＝０）としたときの前記チャープグレーティングに沿って原点Ｏからの距離ｘである）、ｂ≦（１．７３） −１／ｎ 、ｎは４〜３０の範囲内の実数である］
を満足することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る可変分散等化装置は、前記可変分散等化装置であって、前記波長分散制御装置は、チャープグレーティングの長手方向に対する温度分布を制御する温度分布制御装置であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る可変分散等化装置は、前記可変分散等化装置であって、前記温度分布制御装置は、チャープグレーティングの長手方向に沿って正又は負の温度勾配を付与可能なことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る可変分散等化装置について、添付図面を用いて説明する。なお、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００１７】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置について、図１を用いて説明する。なお、図１の（ａ）は、この可変分散等化装置の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。この可変分散等化装置は、チャープグレーティング２を有するチャープファイバグレーティング２ａと、該チャープグレーティング２に配置された波長分散制御装置とを備える。この波長分散制御装置は、チャープグレーティング２の近傍に設けられたヒータ３、電極５、ヒータ制御装置６及びインタフェース７からなる。このチャープグレーティング２は、屈折率変調によりグレーティングの長手方向に沿ってブラッグ波長を変化させている。具体的には、グレーティングピッチを長手方向に一次関数的に変化させてブラッグ波長を一次関数的に変化させている。なお、ブラッグ波長を変化させる方法はこれに限られない。また、波長分散制御装置によってブラッグ波長を変化させて波長分散を制御する。さらに、チャープグレーティングの長さを６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内とすると共に、チャープグレーティング２の両端部での中央部に対する屈折率変調の比を５％以下としている。これによって群遅延特性でのリップルの発生を抑制し、伝送品質を維持することができる。
【００１８】
なお、この可変分散等化装置は、ハードウエア構成として２つの部分からなると考えることができる。この場合には、この可変分散等化装置は、図１の（ａ）に示すように、チャープファイバグレーティング２ａとヒータ３と電極５とを備える可変分散等化器１と、ヒータ制御装置６及びインタフェース７からなる制御部とからなる。
【００１９】
さらに、この可変分散等化装置のチャープグレーティングにおける屈折率変調の包絡線、即ち、アポダイズの形状について種々検討を行なったところ、ｓｉｎｃ関数型とスーパーガウス関数型の２つが好ましいことを見出した。このアポダイズに関する条件としては次の２つである。
（１）まず、チャープグレーティングの群遅延特性はアポダイズの影響を受けるため、アポダイズの中央付近では屈折率変調の大きさが均一な方がよい。
（２）また、チャープグレーティングの両端では屈折率変調の大きさが滑らかにゼロになる必要がある。例えば、チャープグレーティングの両端で屈折率変調の大きさが急激にゼロになったり、ゼロまで小さくならなかった場合には、群遅延特性にリップル（群遅延リップル）を生じ伝送品質を劣化させてしまう。
そこで、Ｃｏｓ関数型，Ｔａｎｈ関数型など種々のアポダイズを検討した結果、以下の式（３）で表されるＳｉｎｃ関数型と、式（４）で表わされるスーパーガウス関数型が、群遅延リップルの発生を抑え、グレーティング中央付近で屈折率変調の大きさを均一にすることが出来ることを見出した。
【００２０】
（ａ）Ｓｉｎｃ関数型［Ｎ（Ｘ）：屈折率変調の包絡線］
Ｎ（Ｘ）＝ｓｉｎｃａ（Ｘｎ） （３）
ただし、
Ｘ＝（ｘ−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）、
ｓｉｎｃ（Ｘ）＝ｓｉｎ（Ｘ）／Ｘ、
ａ≧１７．３、
ｎは任意定数である。
ここで、Ｌは前記チャープグレーティングの長さ、ｘは前記チャープグレーティングの一方の端部を原点Ｏ（ｘ＝０）としたときの前記チャープグレーティングに沿って原点Ｏからの距離ｘである。
【００２１】
（ｂ）スーパーガウス関数型［Ｎ（Ｘ）：屈折率変調の分布］
Ｎ（Ｘ）＝ｅｘｐ（−（Ｘ／ｂ） ２ｎ ） （４）
ただし、
Ｘ＝（ｘ−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）、
ｎは任意定数である。
ここで、Ｌは前記チャープグレーティングの長さ、ｘは前記チャープグレーティングの一方の端部を原点Ｏ（ｘ＝０）としたときの前記チャープグレーティングに沿って原点Ｏからの距離ｘである。
【００２２】
また、上記式（３）、（４）で定数ａおよび定数ｂの値は、グレーティングの両端（ｘ＝０、Ｌ）で中央部（ｘ＝Ｌ／２）に対する屈折率変調の大きさの比が５％以下になる値である。この定数ａの値の範囲について、図４から図７を用いて説明する。図４は、式（３）のｓｉｎｃ関数型の屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）＝ｓｉｎｃａ（Ｘｎ）について、定数ａの値を種々変えた場合の屈折率変調の包絡線を示すグラフである。また、図５は、図４のチャープグレーティング２の端部（ｘ＝０）での拡大図である。図６は、定数ａを変化させた場合の波長とアイ開口ペナルティ（Ｅｙｅ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｐｅｎａｌｔｙ）との関係を示すグラフである。図７は、定数ａと帯域内アイ開口ペナルティの平均値との関係を示すグラフである。このアイ開口ペナルティとは伝送後の光信号の品質を評価する方法の一つで、いわゆるアイパターンにおいてアイ（Ｅｙｅ）の開き度合をｄＢ単位で示したものであり、この値が小さいほど伝送後の光信号に品質劣化が生じていないことを示す。このアイ開口ペナルティは、例えば、光信号をフォトダイオードで光電変換した電気信号をオシロスコープに入力して測定することができる。
【００２３】
図４及び図５に示すように、定数ａの値が大きくなるにつれて上記条件の（２）に示すように、屈折率変調の大きさは端部で滑らかに０となることがわかる。この場合、おおよそ端部で中央部に対する屈折率変調の大きさの比が５％となる包絡線の形状が好ましい。また、図６及び図７に示すように、定数ａが大きくなるにつれて帯域内アイ開口ペナルティの平均値をほぼゼロとなる。この場合、おおよそ０．０５ｄＢ以下が好ましい。そこで、上記２つの条件から、定数ａの値は、約１５以上が好ましい。具体的には、以下に示すように、前者の条件から定数ａの範囲を算出することができる。
【００２４】
以下に、チャープグレーティングの端部で中央部に対する屈折率変調の大きさの比が５％以下となる定数ａの範囲を求める。ここで、グレーティングの長さＬを８０ｍｍ、次数ｎを１０とした。まず、チャープグレーティングの端部（ｘ＝０）に対応するＸの値を求める。対応するＸの値は、
Ｘ＝（０−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）＝−１
である。そこで端部での屈折率変調の大きさＮ（−１）は、下記式で得られる。
Ｎ（−１）＝ｓｉｎｃａ｛（−１）ｎ｝
ここで、
ｓｉｎｃ｛（−１）ｎ｝＝ｓｉｎ｛（−１）ｎ｝／｛（−１）ｎ｝
であるので、このｎが偶数又は奇数のいずれであっても
ｓｉｎｃ｛（−１）ｎ｝＝０．８４１４７
である。そこで、端部での屈折率変調の大きさＮ（−１）は、
Ｎ（−１）＝ｓｉｎｃａ｛（−１）ｎ｝＝（０．８４１４７）ａ
が得られる。
【００２５】
一方、屈折率変調の最大値は、チャープグレーティングの中央部（ｘ＝Ｌ／２）であり、このときのＸは、下記式で得られる。
Ｘ＝（（Ｌ／２）−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）＝０
そこで、チャープグレーティングの中央部での屈折率変調の大きさＮ（０）は、Ｎ（０）＝ｓｉｎｃａ（０ｎ）＝｛ｓｉｎ（０ｎ）／（０ｎ）｝ａ＝１ａ＝１
となる。
【００２６】
そこで、チャープグレーティングの端部（ｘ＝０）での中央部に対する屈折率変調の大きさの比が５％以下となるａの値の条件は、下記式の範囲である。
Ｎ（−１）≦０．０５×Ｎ（０）
（０．８４１４７）ａ≦０．０５
さらに、両辺の対数をとり、整理すると、
ａ・ｌｏｇ（０．８４１４７）≦ｌｏｇ（０．０５）
ａ≧ｌｏｇ（０．０５）／ｌｏｇ（０．８４１４７）
ａ≧１７．３５６ （５）
の関係式が得られる。よって、定数ａは１７．３以上であることが条件となる。
【００２７】
なお、チャープグレーティングの屈折率変調の包絡線が式（４）に示すようなスーパーガウス型関数の場合には、チャープグレーティングの端部での中央部に対する屈折率変調の大きさの比が５％以下となる場合について、上記と同様にして計算すればよい。この場合には、定数ｂの範囲は、
ｂ≦（１．７３） −１／ｎ （６）
の関係式を満たす範囲である。
【００２８】
なお、上記式（３）及び（４）を満足するチャープグレーティングのアポダイズを形成する方法としては、例えば、紫外光の照射量を制御することによって行うことができる。具体的には、紫外光レーザを位相マスクを介して光ファイバに照射してチャープグレーティングを作製するにあたって、紫外光の強度と照射時間との積算値が上記式（３）、（４）を満足するように複数回走査させることによって所望の屈折率変調の包絡線を形成することができる。なお、屈折率変調の制御方法は上述の場合に限定されない。
【００２９】
次に、チャープグレーティングの屈折率変調の大きさの測定方法を図８を用いて説明する。即ち、チャープグレーティングの屈折率変調は、以下の手順で測定することができる。
（ａ）光ファイバの外部側面からチャープグレーティングの所定箇所に対してレーザ光を照射する。レーザ光源としては、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源２１を用いることができる。なお、レーザ光を照射する範囲は１ｍｍ以下の範囲が好ましい。さらに好ましくは０．１ｍｍ以下の範囲である。
（ｂ）グレーティング２で反射されるレーザ光の強度をディテクタ２２で測定する。
（ｃ）グレーティング２で反射されるレーザ光は、入射角度θが下記式を満足する場合に反射光の強度が大きくなる。
レーザ光の波長λ＝２・Ｎｅｆｆ・Λ・ｓｉｎθ
ここでΛはグレーティングピッチであり、Ｎｅｆｆはグレーティングを形成した光ファイバの等価屈折率である。そこで、入射角度θを変化させて、反射されるレーザ光の強度が最大になる角度θで、反射されたレーザ光の光強度を測定する。この光強度はグレーティングのレーザ光を入射した部分の屈折率変調の大きさに比例する。また、等価屈折率Ｎｅｆｆは通常グレーティングに沿って一定であるため、反射されるレーザ光の強度が最大になる角度θを測定することでその場所のグレーティングピッチΛを測定することが出来る。また、等価屈折率Ｎｅｆｆがグレーティングに沿って一定でない場合であっても、他の方法で等価屈折率Ｎｅｆｆの分布を測定し、反射されるレーザ光の強度が最大になる角度θを測定することでグレーティングピッチΛを測定することができる。なお、屈折率変調の大きさは、反射される光の強度に比例するので、等価屈折率ＮｅｆｆやグレーティングピッチΛには依存しない。
（ｄ）チャープグレーティング２に沿ってレーザ光を照射する箇所を移動させて、上記（ａ）から（ｃ）の手順を繰り返して、チャープグレーティング２に沿って屈折率変調の大きさ、グレーティングピッチΛの変化を測定することができる。
なお、屈折率変調の測定は上記方法に限られない。
【００３０】
さらに、この可変分散等化装置におけるチャープグレーティング２の屈折率変調の包絡線は、具体的には、下記式（７）に示すＳｉｎｃ関数型となるように形成した。この屈折率変調の包絡線は一般にアポダイズまたはアポダイゼーションと呼ばれる。
Ｎ（Ｘ）＝ｓｉｎｃ６０（Ｘ６） （７）
ただし、
Ｘ=（ｘ−３０)／３０、
ｓｉｎｃ（Ｘ）＝ｓｉｎ（Ｘ）／Ｘ、
ここで、ｘはグレーティングの一端を０ｍｍとしたときの位置（ｍｍ）である。
【００３１】
このチャープグレーティング２は、上記式（３）において、定数ａを６０、次数ｎを６とし、グレーティング長Ｌを６０ｍｍとした場合に該当する。また、このチャープグレーティング２は、光ファイバにグレーティングピッチが線形に０．０８ｎｍ／ｃｍの割合で変化するように形成されている。
【００３２】
さらに、この可変分散等化装置の波長分散制御装置の構成について説明する。この波長分散制御装置は、光導波路のチャープグレーティング近傍に設けられた複数の温度可変手段を制御し、ブラッグ波長を変化させてチャープグレーティングの分散を制御する。具体的には、この波長分散制御装置は、光導波路に温度分布を付与する温度分布付与手段、即ち、ヒータ及びその制御回路等で構成される。即ち、この波長分散制御装置は、図１のブロック図に示すように、光導波路のグレーティング近傍に設けたヒータ３に電極部５を介して制御信号を印加する制御部であるヒータ制御回路６、インターフェース回路７からなる。この波長分散制御装置では、設定しようとする分散をインターフェース回路７に入力すると、このインターフェース回路７からの制御信号に基づいてヒータ制御回路６を介して各薄膜ヒータ３１，３２，…，３Ｎにそれぞれ独立に電力を印加して、グレーティングに所定の温度分布を与える。
【００３３】
さらに、この可変分散等化装置によって波長分散制御する光導波路の構成について説明する。この光導波路２ａは、図１の（ｂ）の断面図に示すように、グレーティングピッチが線形に変化するチャープグレーティング２が形成されたコア１１と該コア１１の周囲を覆うクラッド１２とからなる光ファイバ２ａである。この光ファイバは、熱伝導率の低い基板４上に配置されている。この熱伝導率の低い基板４としては、例えば、石英，ガラスなどのセラミックスやポリイミドなどの樹脂からなる基板を用いることができる。また、薄膜ヒータ３１，３２、…、３Ｎは、この光ファイバ２ａと基板４との間に配置されている。なお、電極部５１ａ，５２ａ，…，５Ｎａ，５１ｂ，５２ｂ，…，５Ｎｂは、薄膜ヒータ３１，３２，…，３Ｎと同時に薄膜プロセスにより形成される。この電極部５１ａ，５２ａ，…，５Ｎａ，５１ｂ，５２ｂ，…，５Ｎｂは、薄膜ヒータと同じ材質であるが線幅を十分広くして抵抗値を小さくしている。そのため、各電極部５では、薄膜ヒータ３に比較し温度上昇は無視できるほど小さい。さらに上部に銅や銀など電気伝導率の高い金属薄膜を形成すればさらに高効率化できる。この電極部５１ａ，５２ａ，…，５Ｎａはリード線によってヒータ制御回路６に接続され、一方、電極部５１ｂ，５２ｂ，…，５Ｎｂはリード線によってグランド（ＧＮＤ）に接続される。また、チャープグレーティング２の一端には光信号入出力部となる光ファイバ８が設けられている。なお、チャープグレーティング２の上にはチャープグレーティング２を保護し、薄膜ヒータ３への密着を補助する保護部材（不図示）を設けてもよい。また、ヒータ制御回路６、インターフェース回路７などの構成や動作はこれに限られるものではない。例えば、ヒータ制御回路６では、制御信号をＤ−Ａ変換器によってアナログ電圧や電流に変換することなく、パルス電圧または電流を時間分割でデジタル的に印加してもよい。また、光導波路として、光ファイバではなく平面光波回路（Planar Lightwave Circuit:以下ＰＬＣと称す）を用いた場合においても同様の構成とすることができる。
【００３４】
次に、この可変分散等化装置の動作について説明する。図２はチャープグレーティングを有する可変分散等化装置の動作について説明する図であり、図３は可変分散等化装置を構成する波長分散制御装置のヒータの温度分布と群遅延時間の関係を示す図である。光ファイバ８より入力された波長λＢの光は、チャープグレーティング２のグレーティングピッチΛと等価屈折率Ｎｅｆｆが次式（８）を満足する場合に反射される。
λＢ＝２・Ｎｅｆｆ・Λ （８）
【００３５】
そこで、図２に示すように、入出力側でグレーティングピッチが広く、入出力側から右に行くほどグレーティングピッチが密になっているチャープグレーティング２に入力される光がどのように反射されるかを考えてみる。この場合には、波長の長い光λｌｏｎｇは、入出力側に近いａｌｏｎｇの位置で反射され、一方、波長の短い光λｓｈｏｒｔは、入出力側から遠いａｓｈｏｒｔの位置で反射される。このため、波長の短い光λｓｈｏｒｔは波長の長い光λｌｏｎｇよに比べてより長い距離を伝搬するため群遅延時間は長くなる。このようにチャープグレーティングでは波長の違いによって群遅延時間が異なり、所定の分散を得ることができる。そこで、光ファイバ伝送路とは逆の符号の分散を伝送路に付与することで分散等化を行うことができる。
【００３６】
しかし、光ファイバ伝送路の分散は距離や温度などの周囲環境によって変化し、一定ではないので、光ファイバ伝送路の分散に応じて分散等化デバイスの分散を変化させる必要がある。このためにグレーティングに温度分布を与えて、等価屈折率Ｎｅｆｆを変化させて各波長の光を反射する位置を変化させて分散を可変にしている。この可変分散等化装置の分散を変化させる例を、図３の（ａ）のグレーティング位置による温度分布と、（ｂ）の波長と群遅延時間との関係に示した。このように、グレーティング近傍に設けたヒータでグレーティングに与える温度分布によって分散は変化する。
【００３７】
具体的には、図３の（ａ）のグレーティング位置による温度分布のグラフにおいて、直線ａは薄膜ヒータ３１，３２，…，３Ｎの各温度が一定で、チャープグレーティングの等価屈折率Ｎｅｆｆがグレーティングの長手方向に対して一定である場合である。この場合、上記のように温度制御しない場合と同様であり、チャープグレーティングで反射される光の波長は、グレーティングピッチΛに比例する。従って波長の短い光λshortは波長の長い光λlongより長い距離を伝搬するため群遅延時間が長くなる。このときの波長に対する群遅延時間の関係を示すと図４の（ｂ）に示す直線ａのようになる。また、このヒータ３の温度分布を図４の（ａ）の直線ｂに示すように入出力側に近い側で高温にし、入出力側から遠い側で低温にすると、入出力側に近い側の等価屈折率が大きくなり、入出力側から遠い側の等価屈折率が小さくなる。従って波長の長い光λlongは、図３に示すように、ｂlongの場所で反射され、一方、波長の短い光λshortはｂshortの場所で反射されて、波長に対する群遅延時間の関係は図４の（ｂ）の直線ｂのようになる。同様にヒータ３の温度分布を図４の（ａ）の直線ｃのようにすると、波長に対する群遅延時間の関係は図４の（ｂ）の直線ｃのように傾きが大きくなる。分散は群遅延時間の傾き、即ち群遅延時間の波長微分であるので、以上のようにヒータの温度分布を変化することで分散可変を実現することができる。
【００３８】
図９は、この可変分散等化装置のチャープグレーティングに−５０℃，±０℃，＋５０℃の３通りの温度勾配を印加したときの群遅延特性および損失特性（振幅特性）を示すグラフである。この図７の群遅延特性に示すように、それぞれの温度勾配における分散値は、−５０℃：−６７０ｐｓ／ｎｍ、±０℃：−４２５ｐｓ／ｎｍ、＋５０℃：−３１０ｐｓ／ｎｍである。このようにチャープグレーティングに±５０℃、すなわち絶対値で５０℃の温度勾配を印加するだけで、分散値を−６７０ｐｓ／ｎｍから−３１０ｐｓ／ｎｍまで可変し、３６０ｐｓ／ｎｍの分散可変幅を得ることができた。このようにグレーティングの長手方向に対して異なる正負の符号の温度勾配を付与することによって、従来の可変分散等化器のように同一方向の符号の温度勾配を付与するより、小さな温度勾配の絶対値で大きな可変分散幅を得ることができる。また、低消費電力および最高温度を抑制できる。
【００３９】
ここで、温度勾配の符号＋または−は、チャープグレーティングのチャープ率を大きくする場合を符号＋とし、チャープ率を小さくする場合を符号−としている。即ち、この図９に示したチャープグレーティングは入出力側のグレーティングピッチΛが大きく、入出力側から遠ざかるに従って小さくなるため、入出力側から見ればグレーティングピッチのチャープ率が減少するチャープグレーティングである。そこで、チャープグレーティングの入出力側で温度が高く、入出力側から遠ざかるに従い温度が低くなる温度勾配は、入出力側から見れば温度勾配は負であるが、チャープグレーティングのチャープ率と同じ変化率を示すので、この場合の温度勾配の符号を＋とした。一方、チャープグレーティングの入出力側は温度が低く、入出力側から遠ざかるに従い温度が高くなる温度勾配はチャープグレーティングのチャープ率と異なる変化率を示すため、この場合の温度勾配の符号を−とした。すなわちこのチャープグレーティングのチャープ率を大きくする方向の温度勾配が＋符号で、チャープ率を小さくする方向の温度勾配が−符号である。なお、±０℃とはチャープグレーティングに温度勾配を設けていないことを示す。
【００４０】
図１０は、この可変分散等化装置を用いて４３Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調された光信号を伝送したときのアイ開口ペナルティ（Ｅｙｅ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｐｅｎａｌｔｙ）を示したものである。このアイ開口ペナルティとは伝送後の光信号の品質を評価する方法の一つで、いわゆるアイパターンにおいてアイの開き度合をｄＢ単位で示したものであり、この値が小さいほど伝送後の光信号に品質劣化が生じていないことを示す。このアイ開口ペナルティは、例えば、光信号をフォトダイオードで光電変換した電気信号をオシロスコープに入力して測定することができる。図１０より、光信号の波長１５５０．９ｎｍ付近で、温度勾配が−５０℃，±０℃，＋５０℃の全てにおいて、アイ開口ペナルティがほぼ０ｄＢとなっていることが分かる。これは伝送品質が全く劣化していないことを示しており、この可変分散等化装置が±５０℃の温度勾配変化で３６０ｐｓ／ｎｍの分散可変幅を得ると共に、４３Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調された光信号伝送に使用可能であることを示している。図１０から分かるように、アイ開口ペナルティが小さい波長帯域は分散値の絶対値が最も大きい場合に狭くなる。
【００４１】
図１１は、温度勾配が−５０℃（分散値：−６７０ｐｓ／ｎｍ）のときの、アイ開口ペナルティと損失特性および分散特性を同一グラフ上に示したものである。分散特性は群遅延特性を波長で微分して求められる。なお、ここでは測定ノイズの影響を抑えるため、さらに群遅延時間を波長で微分して求めた分散特性を０．１ｎｍの波長範囲で移動平均して示した。図１１から分かるように、アイ開口ペナルティが最小となる波長は、損失特性の１ｄＢ帯域の中心の波長より少し短波長で、○で囲んだＡの部分でアイ開口ペナルティが大きくなって伝送品質が劣化している。これは分散特性の○で囲んだＢの部分で分散が大きく変化しているためである。このことから、この種のチャープグレーティングを用いた可変分散等化装置では、従来必要な帯域幅として損失特性の１ｄＢ帯域を元に設計されていたが、損失特性の１ｄＢ帯域ではなく、分散特性の分散が平坦な帯域を元に設計する必要があることが分かる。
【００４２】
図１２は、チャープグレーティング２に＋４０℃、±０℃、−４０℃の３通りの温度勾配を印加した場合における、グレーティング長と分散平坦帯域幅及び分散可変幅との関係を示すグラフである。なお、グレーティング長は、４０ｍｍから１００ｍｍまでの間で検討した。また、グレーティングのアポダイズは式（７）で示したものを用いた。ここで分散平坦帯域幅は、−４０℃の温度勾配を印加したときの分散特性で、分散の変動値が±１０ｐｓ／ｎｍに収まる帯域幅を示したものである。また、分散可変幅は−４０℃の温度勾配を印加したときの分散値と、＋４０℃の温度勾配を印加したときの分散値の差である。これらをグレーティングピッチのチャープ率を幾つか変えて求めグラフ化したものである。図１２より分散平坦帯域幅に対する分散可変幅はグレーティング長が長くなるに従って大きくなるのではなく、７０〜８０ｍｍで最大値となり、それ以上グレーティング長が長くなっても大きな分散可変幅が得られないことが分かる。
【００４３】
図１３は、図１２の分散平坦帯域幅０．４ｎｍの分散可変幅をグレーティング長に対して示したグラフである。図１３より分散可変幅はグレーティング長５０ｍｍ以上で急激に増大し、７０ｍｍで最大値を示し、それ以上長くなると徐々に小さくなることが分かる。グレーティング長が長くなるに従って分散可変幅が徐々に減少するのは、グレーティング長が長くなるほど損失特性がシャープな形状になり、その影響が分散特性の平坦な部分を減少させるためである。図１３よりグレーティング長６０ｍｍとグレーティング長１００ｍｍでは、分散平坦帯域幅０．４ｎｍに対してほぼ同じ分散可変幅が得られるが、グレーティングの両端で絶対値４０℃の温度勾配を印加する場合、グレーティング長１００ｍｍは、グレーティング長６０ｍｍの１０／６倍の消費電力を必要とするため、グレーティング長６０ｍｍの方が好ましい。従って、消費電力を大きくせず、大きい分散可変幅を得るにはグレーティング長を６０〜８０ｍｍの範囲内の長さとすればよい。以上は温度勾配を±４０℃印加した場合について述べたが、温度勾配はこれに限らず他の温度勾配でも同様にグレーティング長６０〜８０ｍｍが最適なグレーティング長であった。
【００４４】
以上のように、この可変分散等化装置によれば、屈折率変調の包絡線を式（３）で表されるＳｉｎｃ関数型、または式（４）表されるスーパーガウス関数型とし、グレーティング長を６０〜８０ｍｍとすることで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅が得られる。
【００４５】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る可変分散等化装置について説明する。この可変分散等化装置は、実施の形態１に係る可変分散等化装置と比較すると、チャープグレーティングは、式（３）に示すｓｉｎｃ関数型の屈折率変調の包絡線において、次数ｎを４〜３０の範囲を満足している点で相違する。このように式（３）で次数ｎを４〜３０の範囲とすることによってアイ開口ペナルティ０．５ｄＢ以下の波長範囲を広くとることができる。
【００４６】
次に、この可変分散等化装置におけるチャープグレーティングの屈折率変調の包絡線に関する上記式（３）および式（４）における次数ｎについての検討結果を説明する。図１４は、チャープグレーティングに、−５０℃の温度勾配を印加した場合の次数ｎと、４３Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調光信号を伝送したときのアイ開口ペナルティが０．５ｄＢ以下の波長範囲の関係を示したものである。なお、屈折率変調の包絡線は、式（３）のＳｉｎｃ関数で表されるアポダイズで、グレーティング長を６０ｍｍ、定数ａを６０とした。この図１４から次数ｎが４〜３０でアイ開口ペナルティ０．５ｄＢ以下の波長範囲は最も広くなることが分かる。次数ｎが小さい場合はグレーティング中央部での屈折率変調の大きさが均一な部分が短くなり群遅延特性が直線ではなくなり分散が平坦な領域が減少する。一方、次数ｎが３０より大きくなると屈折率変調がグレーティングの両端で急激にゼロになるため、群遅延特性に群遅延リップルが生じ、やはり分散が平坦な領域が減少し、アイ開口ペナルティ０．５ｄＢ以下の波長範囲が狭くなる。
【００４７】
このように次数ｎを４〜３０の範囲とすることによってアイ開口ペナルティが０．５ｄＢ以下となる波長範囲を最も広くすることができる。なお、上記のパラメータに限るものではなく、定数ａが他の値でも同様の結果が得られた。またグレーティング長が６０ｍｍ以外の場合にも同様の結果が得られた。さらに式（４）に示したスーパーガウス関数型のアポダイズを用いたチャープグレーティングでも、定数ｂやグレーティング長に関わらず同様の結果を得ることができる。
【００４８】
以上に述べたように、この可変分散等化装置によれば、チャープグレーティングの屈折率変調の包絡線を式（３）で表されるＳｉｎｃ関数型、または式（４）表されるスーパーガウス関数型とし、次数ｎを４〜３０とし、グレーティング長を６０〜８０ｍｍとしている。これによって、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅が得られる。
【００４９】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る可変分散等化装置について説明する。この可変分散等化装置は、実施の形態１及び２に係る可変分散等化装置と比較すると、チャープグレーティングの両端部のグレーティングピッチの差を０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲内としている点で相違する。これによって分散平坦帯域幅を必要な幅以上獲得し、分散可変幅を十分大きくすることができる。
【００５０】
次に、この可変分散等化装置において、チャープグレーティング２のグレーティングピッチのチャープ率と分散可変幅および分散平坦帯域幅の関係について説明する。図１５は、チャープグレーティングにおいて、チャープグレーティング両端のグレーティングピッチの差に対する、±４０℃の温度勾配を印加したときの分散可変幅および分散平坦帯域幅の関係を示すグラフである。なお、このチャープグレーティングは、グレーティングピッチが長手方向に一次関数的に変化する。また、チャープグレーティングの屈折率変調の包絡線は式（３）で示すＳｉｎｃ関数型とし、定数ａは６０，次数ｎは６とした。ここで分散平坦帯域幅は分散の変動が±１０ｐｓ／ｎｍの範囲に収まる波長帯域である。図１５よりチャープグレーティング両端のグレーティングピッチの差が大きくなるほど、分散平坦帯域幅は広くなるが、分散可変幅は大きく出来ないことが分かる。一方、チャープグレーティング両端のグレーティングピッチの差が小さくなるほど、分散可変幅は大きくなるが、分散平坦帯域幅は狭くなることが分かる。この傾向は印加する温度勾配の大きさによらず、同様の傾向を示す。温度勾配の大きさとしては、消費電力や高温に対する信頼性を考慮すると、±３０℃〜±６０℃以下に抑えることが好ましい。従って、分散平坦帯域幅を必要な幅以上獲得し、分散可変幅を十分大きくするには、チャープグレーティングの両端のグレーティングピッチの差を０．４ｎｍ〜０．７ｎｍとすればよい。
【００５１】
以上のように屈折率変調の包絡線を式（３）で表されるＳｉｎｃ関数型、または式（４）表されるスーパーガウス関数型とし、グレーティング長を６０〜８０ｍｍとし、チャープグレーティング両端のグレーティングピッチの差を０．４ｎｍ〜０．７ｎｍとすることで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅が得られる。
【００５２】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る可変分散等化装置について説明する。この可変分散等化装置は、実施の形態１から３に係る可変分散等化装置と比較すると、波長分散制御装置がチャープグレーティングのチャープ率を増加させるか又は減少させるかのいずれか一方のみ、即ち、同一符号の温度勾配のみを付与する点で相違する。これによって装置の構成を簡易化することができる。
【００５３】
この可変分散等化装置によれば、屈折率変調の包絡線を式（３）で表されるＳｉｎｃ関数型、または式（４）表されるスーパーガウス関数型とし、グレーティング長を６０〜８０ｍｍとすることで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅が得られる。なお、この場合には温度勾配を正負両方向に印加する場合に比べ、同一分散可変幅を得るには２倍の温度勾配を要する。
【００５４】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る可変分散等化装置について説明する。この可変分散等化装置は、実施の形態１から４に係る可変分散等化装置と比較すると、波長分散制御装置は、機械的応力を印加してチャープグレーティングを伸ばし、チャープ率を変化させて分散を制御する点で相違する。このように、機械的応力によっても波長分散を制御することができる。なお、波長分散制御装置は、上記温度分布制御装置や、上記機械的応力印加手段の他、電界を印加して分散を制御してもよい。これらの場合においても、可変分散等化装置における屈折率変調の包絡線を所定のＳｉｎｃ関数型、または所定のスーパーガウス関数型とし、グレーティング長を６０〜８０ｍｍとすることで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな応力印加や電界印加で大きな分散可変幅が得られる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明に係る可変分散等化装置によれば、チャープグレーティングを有する光導波路と、ブラッグ波長を変化させて分散を制御する波長分散制御装置とを備える。この波長分散制御装置によってブラッグ波長を変化させて波長分散を制御することができる。またこの可変分散等化装置では、チャープグレーティングの長さを６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内とすると共に、チャープグレーティングの両端部での中央部に対する屈折率変調の比を５％以下としている。これによって群遅延特性でのリップルの発生を抑制し、伝送品質を維持することができる。また、本発明に係る可変分散等化装置によれば、チャープグレーティングは、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）が所定のＳｉｎｃ関数型である。そこで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。さらに、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）の次数ｎが４〜３０の実数である。そこで、アイ開口ペナルティが０．５ｄＢ以下の波長範囲を広くできると共に、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。またさらに、上記チャープグレーティングの両端でグレーティングピッチが０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの差を有するので、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。
【００５７】
本発明に係る可変分散等化装置によれば、チャープグレーティングを有する光導波路と、ブラッグ波長を変化させて分散を制御する波長分散制御装置とを備える。この波長分散制御装置によってブラッグ波長を変化させて波長分散を制御することができる。またこの可変分散等化装置では、チャープグレーティングの長さを６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内とすると共に、チャープグレーティングの両端部での中央部に対する屈折率変調の比を５％以下としている。これによって群遅延特性でのリップルの発生を抑制し、伝送品質を維持することができる。また、チャープグレーティングは、屈折率変調の分布Ｎ（Ｘ）が所定のスーパーガウス関数型である。そこで、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。さらに、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）の次数ｎが４〜３０の実数である。そこで、アイ開口ペナルティが０．５ｄＢ以下の波長範囲を広くできると共に、伝送後の光信号を劣化させることなく、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。またさらに、上記チャープグレーティングの両端でグレーティングピッチが０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの差を有するので、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。
【００５９】
また、本発明に係る可変分散等化装置によれば、上記波長分散制御装置は、温度分布制御装置であるので、分散可変を容易に行うことができ、小さな温度勾配で大きな分散可変幅を得ることができる。
【００６０】
さらに、本発明に係る可変分散等化装置によれば、上記波長分散制御装置は、グレーティングの長手方向に正又は負の温度勾配を付与できる。そこで、最高温度を抑制しながら大きな分散可変幅を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は、本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置の構成図であり、（ｂ）は、（ａ）の可変分散等化装置のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置の動作について説明する概略図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置のヒータの温度分布（ａ）と群遅延時間の関係（ｂ）を示すグラフである。
【図４】 チャープグレーティングのアポダイゼーションがｓｉｎｃ関数型である場合の定数ａによるアポダイゼーションの変化を示すグラフである。
【図５】 図４のグレーティングの端部についての拡大図である。
【図６】 ｓｉｎｃ関数型の包絡線で定数ａを変化させた場合の波長とアイ開口ペナルティとの関係を示すグラフである。
【図７】 図６で定数ａと帯域内アイ開口ペナルティの平均値との関係を示すグラフである。
【図８】 グレーティングでの屈折率変調を測定する原理を示す概略図である。
【図９】 本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置のチャープグレーティングに−５０℃，±０℃，＋５０℃の３通りの温度勾配を印加したときの群遅延特性および損失特性を示すグラフである。
【図１０】 本発明の実施の形態１に係る可変分散等化装置を用いて４３Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調された光信号を伝送したときのアイ開口ペナルティを示すグラフである。
【図１１】 温度勾配が−５０℃（分散値：−６７０ｐｓ／ｎｍ）のときの、アイ開口ペナルティと損失特性および分散特性をそれぞれ示すグラフである。
【図１２】 ±４０℃の温度勾配を印加したときに実現される分散平坦帯域幅と分散可変幅の関係を示したもので、グレーティング長をパラメータとして４０ｍｍから１００ｍｍまで検討したグラフである。
【図１３】 図１２の分散平坦帯域幅０．４ｎｍが得られる分散可変幅と、グレーティング長との関係を示すグラフである。
【図１４】 本発明の実施の形態２に係る可変分散等化装置において、−５０℃の温度勾配を印加した場合における、ｓｉｎｃ関数の次数ｎと４３Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調光信号を伝送したときのアイ開口ペナルティが０．５ｄＢ以下の波長範囲の関係を示したグラフである。
【図１５】 本発明の実施の形態３に係る可変分散等化装置に、チャープグレーティング両端のグレーティングピッチの差に対する、±４０℃の温度勾配を印加したときの分散可変幅及び分散平坦帯域幅との関係を示したグラフである。
【図１６】 従来の可変分散等化器を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 可変分散等化器、２ チャープグレーティング、２ａ チャープファイバグレーティング、３ ヒータ、４ 基板、５ リード線、６ ヒータ制御回路、７インターフェース回路、８ 光ファイバ、１０ チャープファイバグレーティング、１１ コア、１２ クラッド、２１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源、２２ ディテクタ、５０ ファイバ、５１ グレーティング、５２ 屈折率摂動、５３ ヒータ、５４、５５ 電極、５６ 電源、６０ 可変分散補償グレーティング
Claims (4)
- グレーティングの長手方向に沿ってブラッグ波長を変化させたチャープグレーティングを有する光導波路と、
前記チャープグレーティングの前記ブラッグ波長を変化させて波長分散を制御する波長分散制御装置と
を備え、
前記チャープグレーティングの長さは、６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内であると共に、
前記チャープグレーティングの両端部での中央部に対する屈折率変調の比は５％以下であり、
前記チャープグレーティングは、グレーティングの両端でのグレーティングピッチの差が０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲内であって、
前記チャープグレーティングは、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）が、次式
Ｎ（Ｘ）＝ｓｉｎｃ ａ （Ｘ ｎ ）
［ただし、Ｘ＝（ｘ−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）、（ここで、Ｌは前記チャープグレーティングの長さ、ｘは前記チャープグレーティングの一方の端部を原点Ｏ（ｘ＝０）としたときの前記チャープグレーティングに沿って原点Ｏからの距離ｘである）、ｓｉｎｃ（Ｘ）＝ｓｉｎ（Ｘ）／Ｘ、 ａ≧１７．３、 ｎは４〜３０の範囲内の実数である］
を満足することを特徴とする可変分散等化装置。 - グレーティングの長手方向に沿ってブラッグ波長を変化させたチャープグレーティングを有する光導波路と、
前記チャープグレーティングの前記ブラッグ波長を変化させて波長分散を制御する波長分散制御装置と
を備え、
前記チャープグレーティングの長さは、６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲内であると共に、
前記チャープグレーティングの両端部での中央部に対する屈折率変調の比は５％以下であり、
前記チャープグレーティングは、グレーティングの両端でのグレーティングピッチの差が０．４ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲内であって、
前記チャープグレーティングは、屈折率変調の包絡線Ｎ（Ｘ）が、次式
Ｎ（Ｘ）＝ｅｘｐ（−（Ｘ／ｂ）２ｎ）
［ただし、Ｘ＝（ｘ−（Ｌ／２））／（Ｌ／２）（ここで、Ｌは前記チャープグレーティングの長さ、ｘは前記チャープグレーティングの一方の端部を原点Ｏ（ｘ＝０）としたときの前記チャープグレーティングに沿って原点Ｏからの距離ｘである）、ｂ≦（１．７３） −１／ｎ 、ｎは４〜３０の範囲内の実数である］
を満足することを特徴とする可変分散等化装置。 - 前記波長分散制御装置は、チャープグレーティングの長手方向に対する温度分布を制御する温度分布制御装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変分散等化装置。
- 前記温度分布制御装置は、チャープグレーティングの長手方向に沿って正又は負の温度勾配を付与可能なことを特徴とする請求項１又は２に記載の可変分散等化装置。
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