JP3902372B2 - 可変コーティングの光格子デバイス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ格子デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】
＜関連出願＞
本出願は、１９９８年９月２３日に出願された米国特許出願第０９／１５９，１７８号の一部継続出願である。
【０００３】
光ファイバおよびファイバ格子は、電気通信伝送およびネットワーキングに対して有用である。基本的に、光ファイバは情報を含んでいる光信号を、長い距離にわたって低損失で伝送することができるガラスの細い繊維である。本質において、光ファイバは、第１の屈折率のコアを、第２の（より低い）屈折率のクラッディングによって取り囲んだものを含んでいる小さい直径の導波器である。コアの屈折率がクラッディングの屈折率を超えている限り、そのコアに沿って伝播される光ビームは内部で全反射し、そのコアの長さ方向に沿って導かれる。代表的な光ファイバは、高純度のシリカから作られ、そして各種の濃度のドーパントを追加して屈折率を制御することができる。
【０００４】
光格子は、通過する光の径路または特性を選択的に制御するための重要な要素である。光ファイバに基づいた格子は現代の電気通信システムにおけるコンポーネントとして特に興味深いものである。たとえば、光信号の長距離伝送において、信号の分散の累積は重要な問題となり得る。この問題は信号がより長い距離を伝わる時、あるいは、波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムにおけるチャネル数の増加に伴って大きくなる。色彩的な分散に対する補正のためのこれまでの方法は、分散補正用格子を使う必要があった。それは分散補正用ファイバと組み合わせて使うことができる。Ｍ．Ｉ．ヘイ（Ｈａｙｅｅ）他のＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴ．、第９巻、９号、１２７１ページ（１９９７）；Ｒ．Ｉ．ラミング（Ｌａｍｉｎｇ）他の、ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴ．、第８巻、３号（１９９６）；Ｗ．Ｈ．ロー（Ｌｏｈ）他の、ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴ．、第８巻７号（１９９６）；Ｋ．Ｏ．ヒル（Ｈｉｌｌ）他の、ＯＰＴ．ＬＥＴＴ．、第１９巻、１３１４ページ（１９９４）；および１９９７年１２月２３日付けでＭ．シゲマツ（Ｓｈｉｇｅｍａｔｓｕ）に対して発行された米国特許第５，７０１，１８８号を参照されたい。これらの資料は引用によって本明細書の記載に援用する。しかし、上記の分散用デバイスは柔軟性がなく、色彩分散に対して固定の補正だけしか提供しない。高速のシステムに対して分散のアクティブ制御が重要なので、より柔軟性の高い設計が望ましい。
【０００５】
チャープ型のブラッグ格子に基づいたファイバ内の調整可能な分散補正要素のいくつかの設計が記述されてきた。チャープ型の格子はファイバの長さに沿って外部摂動発生フィールド（「外部勾配」）を非一様に印加することによって得られ、結果としてそのファイバ格子の性質における非一様な変化およびチャープが生じる。ファイバ格子上でチャープを付けるために外部勾配として温度勾配を使う方法が、たとえば、１９９７年９月２３日付けで発行されたローゾン（Ｌａｕｚｏｎ）に対する米国特許第５，６７１，３０７号（この特許は引用によって本明細書の記載に援用する）の中で記述されている。同様に、歪み勾配を使って格子の中にチャープを導入できることが、Ｐ．Ｃ．ヒル（Ｈｉｌｌ）およびＢ．Ｊ．エグルトン（Ｅｇｇｌｅｔｏｎ）によって、ＥＬＥＣＴ．ＬＥＴＴ．第３０巻、１１７２‐７４（１９９４）の中で提案された。ファイバ格子領域の中にチャープを提供するためにテーパを作り出すためのファイバの外面のエッチングを含んでいるデバイスが、Ｍ．Ａ．プットナム（Ｐｕｔｎａｍ）他の“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔａｐｅｒｅｄ，Ｓｔｒａｉｎ‐Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇｓ”（テーパが付けられた歪み勾配チャープ型ファイバ・ブラッグ格子の製造）ＥＬＥＣＴ ＬＥＴＴ．第３１巻（１９９５）の３０９ページに説明されている。この資料も引用によって本明細書の記載に援用する。これらのエッチングされたデバイスには、ファイバの表面をエッチングするために製造時にフッ化水素酸が使われること、そしてその結果のファイバはそのクラッディングのかなりな部分がエッチングされて取り去られてしまうために脆いという欠点がある。
【０００６】
理解できるように、光通信システムに関係する技術に携わる人は、チャープ型の格子を提供するため、そして色彩的分散に対して補正するための、より柔軟性の高い方法を可能にする新しい設計を探索し続けている。調整可能な分散補正用デバイスとして使うことができ、その特性および性能を選択的に変えることができ、パワーを連続的には必要とせず、ファイバの安定度を損なうような処理方法を必要としない光格子デバイスがあることが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
要約すると、本発明は、格子領域と、その格子領域に近接しているファイバに付着されるコーティングとを有するある長さの導波器を含んでいるデバイスに関する。そのコーティングは外部形状が可変であり、外径が可変である導波器の長さを定義するためにテーパが好ましく、その導波器の長さに対して軸方向の歪みが加えられる時、格子の性質において一様でない変化が誘起されるようにする。その可変コーティングは導波器と同じか、あるいはそれより高い弾性係数を有しており、導波器の長さに対して歪みが加えられる時、格子の性質における変化をそのコーティングの幾何学形状において決定することができる。分散補正器、増幅器、およびＷＤＭシステムなどの、多くの実施形態および応用が考えられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の利点、性質及びその他の特徴は、添付された図面と共に実施例を考慮することにより、よりいっそう明らかなものとなるであろう。
添付の図面は本発明のコンセプトを説明するためのものであって、性質において制限するものではなく、そしてグラフ以外は正確な縮尺図ではないことを理解されたい。
【０００９】
出願人はテーパ付きの歪みレリーフ・コーティングを含んでいる可変コーティングを、格子デバイス（たとえば、ブラッグ格子または長周期格子）に適用して、調整可能なチャープを実現できることを発見した。そのコーティングが施されているファイバの端に力が印加されると、軸方向の歪みが発生され、それはそのコーティングの機械的性質および厚さの変化によって決定される方法で格子に沿って変化する。その歪みによって格子の中にチャープが発生し、それによって伸張および光弾性効果を生じさせることができる。発生させるチャープはそのコーティングの幾何学形状によって変わる可能性がある。たとえば、線形的にテーパが付けられたコーティングは、線形のチャープを発生することができる。チャーピングのレートは印加される力における変化によって変わる可能性がある。コートされたファイバの端に加えられた力によって軸方向の歪みが発生され、その膜の厚さの変化および弾性係数によって決定される方法で、コートされたファイバの長さに沿って変化する。コーティングの厚さまたは弾性係数が増加すると、歪みは減少する。分散型の歪みによって、格子の光学的特性が変化し、そして制御された調整可能なチャープが生じる。
【００１０】
さらに、図１Ａを参照して詳しく言えば、格子領域１２と、その格子領域においてファイバ１１の外面上に設けられたテーパ付きのコーティング１４とを備えているファイバ１１が示されている。そのファイバには矢印「ｆ」で一般的に示されている軸方向の力が加えられる。そのコーティングは電着または、１９９８年９月２３日に出願された米国特許出願０９／１５９，１７８号（本発明の発明者による、そしてその譲受人に対して譲渡されている）に記述されている既知の方法を含んでいる、膜を堆積するための他の方法によって付着させることができる。この特許出願は引用によって本明細書の記載に援用する。コーティング１４を堆積するための都合のよい材料の例としては、ガラス、セラミック、金属または複合材料などがある。
【００１１】
たとえば、ファイバ格子そのものが、通常は、シリカ・ガラスで製造され、そしてその同じ材料をコーティング１４のために使うことができる。代わりに、シリカ・ガラスを使って、コーティング１４を光ファイバと一緒に一体に形成することができる。たとえば、ファイバがそのコーティングを定義する可変の直径を有するように変化するような形状とすることができ、そしてそのコートされたファイバが製造される前または後のいずれかにおいて、格子構造をそのファイバの中に書き込むことができる。金属および合金もコーティングのために都合よく使うことができる。というのは、それらは幅または厚さが可変である勾配の構造に容易に製造することができ、そして接着剤、たとえば、ガラス接着剤、（たとえば、低融点ガラス）、エポキシなどによって、あるいは半田付けの接合によってその格子領域においてファイバ上に接合することができるからである。コーティングを形成するための別の有利な方法は、所望の厚さまたは特性の勾配を有している金属またはセラミックのコーティングを、格子領域においてファイバの表面上に堆積する必要がある。各種の物理的または化学的処理方法、たとえば、スパッタリング、蒸着、化学蒸着、電着、非電着、およびディップ・コーティングなどを使って材料を堆積することができる。
【００１２】
本発明は、弾性係数がファイバに似ているテーパ付きのコーティングを使うことによって半径を効果的に変化させることができる。長さ方向に沿ってのファイバの半径における変化のために、そのファイバに印加される張力がその格子の波長を変化させる。軸方向の力が（ｉ）格子の周期を変えること、および（ｉｉ）屈折率を変えること（光弾性効果によって）によって波長をシフトする。たとえば、ブラッグ格子、および、ファイバの直径に比べて薄いコーティング（たとえば、コーティングの厚さが３〜３０μｍであって、ファイバの直径が約１２０μｍである）を備えているファイバであって、その膜の弾性係数がそのファイバの弾性係数に似ている場合を考える。ブラッグ波長における正味の変化率（８Ｂ）を、以下の式を適用して計算することができる。
【数１】

ここで、Ｆは印加される力であり、χは光弾性定数であり、Ｅはヤング率であり、ｒはファイバの半径であり、ε_zzは軸方向の歪みを反映する。軸方向の歪みε_zzは以下の式を適用して計算することができる。
Ｅ_zz＝／（Ｅπｒ²）
【００１３】
これらの式はファイバの弾性係数と膜の弾性係数が似ている時（たとえば、ガラス・ファイバのヤング率とポアソン比はそれぞれＥ＝６．２ＭＰａおよびν＝０．２４であり、そしてたとえば、銀で製造されるコーティングに対するこれらの値は、それぞれＥ＝７．４ＭＰａおよびν＝０．３８である）にコーティングのエッジからの歪みの分布を記述する。機械的応答は膜およびファイバの弾性係数とコーティングの厚さに関連している。コーティングの厚さまたは膜とファイバの弾性係数の間の差のいずれかが増加する時、その構造の機械的応答の変動が大きくなる。コーティングの弾性係数とファイバの弾性係数との間の差が大きければ大きいほど、その構造の機械的応答における変動が大きくなる。弾性係数が似ている場合、厚さの線形のテーパによって、位置とともにほぼ線形に変化する歪みが生じる。また、高い弾性係数（ガラスに比較して）のコーティングを使うことによって、歪みの分布を、薄いコーティング（たとえば、３０μｍ以下）がファイバに対して適用される時でさえも、大幅に変えることができる。たとえば、半径が６０μｍのファイバ上に堆積された１５μｍの平均厚さで厚さが３０μｍだけ変化する線形にテーパが付けられたコーティングによって、位置とともにほぼ線形に変化する歪みが生じる。この場合、コーティングの厚さにおける変動はそのファイバの半径と平均のコーティング厚さとの和の２分の１より小さい。
【００１４】
任意の弾性係数および厚さの変化でのコーティングに対する応答を、円筒形対称のシステムに対する運動方程式に対して適応のメッシュ・リファインメントを行った有限要素解析を使って次のように計算することができる。
【数２】

【００１５】
ここで、Ｆ_rおよびＦ_zはボディの力のｒ成分およびｚ成分である。張力、Ｔ_rr、Ｔ_θθ、Ｔ_zzおよびＴ_rzは以下の式で与えられる。
【数３】

【００１６】
ここで、Ｅおよびνはそれぞれ、ヤング率およびポアソン比である。歪みε_rr、ε_θθ、ε_zzおよびε_rzは、半径方向の変位（Ｕ_r）および軸方向の変位（Ｕ_z）に対して次のように関連付けられている。
【数４】

歪みのｚｚ成分はチャープを次のように決定する。
【数５】

【００１７】
図１Ｂは、図１Ａのファイバに沿っての軸方向の歪み（ｇ_ｚｚ（Ｚ，ｒ＝０））の有限要素モデリングおよび概略の解析的な計算を示している。計算は厚さが３〜３０μｍの範囲で１２０μｍの直径のファイバ上に設けられた線形にテーパが付けられたコーティングに基づいて行われた。この場合のコーティングはヤング率およびポアソン比がガラス・ファイバと同じである（Ｅ＝６．２ＭＰａそしてν＝０．２４）。コーティングのエッジから約数ｍｍの場所において、ＦＥＭおよび解析的計算が一致した。両方とも歪みにおける僅かな非線形変動を示す。図１Ｂのボトムのフレームは、ガラスおよび銀のコーティングでの同様なサンプル（Ｅ＝７．４ＭＰａ、ν＝０．３８）についてのＦＥＭ計算を示し、そしてコーティングの弾性係数が増加すると、歪みを緩和するための機能が改善されることを示している。
【００１８】
導波器の長さ方向における歪みを、たとえば、図１Ｃに示されているようなデバイスを使うことによって磁気的に誘起させることができる。図１Ｃにおいては、移動可能な磁石１５ａがファイバの中に歪みを誘起させるために格子領域に隣接してファイバ・コーティング１４に対して直接に付加されている。動かない磁石１５ｂが固定された基板１６またはボンド領域１３ｂにおけるガイド・レールに対して付加されている。ファイバ１１は、これもガイド・レール１６に対して固定されている別の点において付加することができる。ここで、コンポーネント１５ａがいくつかの分散補正の応用に対して有用である可能性のある波長分布におけるシフトを誘起する。導電性の巻線によるソレノイド１９がその磁気的コンポーネントの回りに配置され、その中に電流が流れる時に磁場を発生することができるようになっている。ソレノイドは単独のソレノイドであるか、あるいは２つまたはそれ以上のセグメントに分割されていてもよく、そして必要な場合、発生される磁場についての制御を改善するために独立の制御を使うことができる。磁石の中で誘起される磁気モーメントによって、向き合っている極間に吸引（または反発）力が生成され、その力によってコーティング１４および付加されているファイバ格子１２の中に伸張（または圧縮）歪みが生じる。歪みを磁気的に誘起するためのデバイスに関する、磁気的コンポーネントおよびコーティングを製造するための材料に関する事項などについての詳細は、１９９８年９月２３日出願の米国特許出願０９／１５９，１７８号（引用によって本明細書の記載に援用する）の中で説明されている。
【００１９】
図２Ａ−図２Ｃは、電気めっきによって光ファイバ上に堆積されたテーパ付きの銀膜の厚さの光学的測定値を示している。これらの結果から分かるように、コーティングは異なる傾斜で発生される可能性がある。これらのグラフは本発明による線形のテーパを実現する際の代表的な再現性の程度を反映している。
【００２０】
図３Ａは、厚さの変化が図２Ｃに示されているテーパ付きの膜でコートされた、ブラッグ格子デバイスに対する反射波のスペクトルを示している。図３Ａにおいて、３つの力がそのファイバの端に加えられ、各瞬間におけるスペクトル・データが、ピークＡ、Ｂ、およびＣで示されているように記録された。反射ピークの広がりおよびシフト（たとえば、ピークＡからＣへの）は、格子の長さに沿って変化する歪みと密接に関連している。図３Ｂは、反射のピークの幅における変化の関数としての反射のピークの中央のシフトをプロットしている。このデータの直線性は線形の機械的応答および、チャープと歪みとの間の線形の関係と密接に関連している。歪みの変動が格子に沿っての位置に関してほぼ線形である場合、この曲線の傾斜（すなわち、反射のピークの幅における変化に対する中央位置のシフトの比）は以下の式で書くことができる。
【数６】

【００２１】
ここで、ｚ＝０およびｚ＝Ｌはそれぞれ格子の薄い方の端および厚い方の端である。図３Ｂに示されているデータの傾斜の測定値は１．５±０．１である。この値は有限要素解析によって計算された値、すなわち、１．３７と程良く一致している。僅かな違いは電気めっきされた銀の膜とバルクの銀との弾性係数における違いによって生じている可能性がある。
【００２２】
図４は、厚さの変化が図２Ｃに示されているようにコートされているファイバに対する、異なる力における反射のピークについて測定された群遅延をプロットしている。これから分かるように、群遅延は本質的に線形である。線形の群遅延は提示された理論と密接に関連している。その分散はすべての場合においてほぼ一定であり、その分散の変動は印加される力において線形である。
【００２３】
次の例は特定の実施形態を表しており、それは本発明の理解を援けるために例として示されることが意図されており、本質において制限するものではない。 ＜例１＞
アポダイズされたファイバ・ブラッグ格子（長さが約５ｃｍで、端のピークが約１５５３ｎｍにある）が、位相マスク走査の技法を使って光に感じる光ファイバのコアの中に書き込まれた。そのファイバの外側のポリマー層は、その格子を含んでいるファイバのセクションから剥ぎ取られている。次にそのファイバ格子が自動化された回転ステージの上にマウントされ、電子ビーム蒸着器の中に置かれた。チタン（接着促進材料として、約１００Ｄ）および金（約１５００Ｄ）が、剥ぎ取られた領域の外面上にメタルの一様なコーティングを形成するために回転されながら、そのファイバ上に蒸着された。銀の堆積に対する電気的接続を提供するために、剥ぎ取られたセクションの端に細い配線が銀エポキシで接着された。そのファイバは一定の電流でめっきするために電気めっき槽の中に置かれ、めっき中にそれは勾配を形成するために、銀の厚さにおける変動を制御するためのプログラム可能な変換ステージによって、めっき槽から引き上げられた。約１．５ｍＡまでの一定の電流でファイバの格子セグメント上に電着が室温で行われた。そのファイバは約１２ｍｍ／分までの一定レートでめっき槽から引き上げられた。たとえば、その堆積は銀の厚さを増すために４〜５回繰り返された。テーパが付けられたメタル・コーティングにおける厚さの勾配は、その格子の長さに沿って線形であり、コーティングの厚さは一端において約５μｍであり、他端において約３０μｍであり、ファイバ上の一体に形成された可変コーティングを定義した。
【００２４】
伸張力がそのファイバに対して加えられ、その格子の中心波長（最初は約１５５３．１３ｎｍ）が図５に示されているように約１ｎｍおよび２ｎｍだけシフトされた。図５を見ると、厚さの勾配が存在していることによって格子のチャーピング効果が誘起されたことは明らかである。伸張歪みが印加された時、ファイバ・ブラッグ格子の透過スペクトルはかなり広げられ（チャープされ）、そしてその広がりの範囲は張力の増加とともに増加した。
【００２５】
図６Ａ−図６Ｅは、異なる格子領域を使っている本発明の格子デバイスの異なる実施形態に対する、波長λの関数としての時間遅延特性Ｔ_d（それは波長分散の測度である）のプロットである。これらのプロットは色彩分散特性の面での本発明のデバイスの各種の機能を示している。図６Ａは、非チャープ型の格子が使われて、チャープ型の格子を形成するための各種のコーティングを使って歪まされている場合のデータをプロットしている。印加される歪みを変えることによって、その傾斜Ｔ_d（時間遅延）／λ（波長）を調整することができる。図６Ｂは、一様に（線形に）チャープされた格子の中に歪みが誘起された場合の、Ｔ_d‐λ曲線の平行移動的なシフトを示している。図６Ｃおよび図６Ｄは、線形的にチャープされた分散補正用格子が使われ、非線形のチャープ型格子の特性を示すように歪まされた場合の実施形態の効果を示している。図６Ｅは、より非線形性の強い非線形的にチャープされた格子の使用を反映している。この分野の技術に熟達した人にとっては明らかなように、補正されるべき分散のタイプおよび広がりに依存して、これらの実施形態のそれぞれについて特定の利点がある。
【００２６】
本発明のテーパ付き歪みレリーフ・コーティングは、調整可能なチャープ型のブラッグ格子および長周期格子などの、調整可能なチャープ型の格子を実現するための便利な手段を提供する。テーパ付きのコーティングはそのコーティングの厚さの変化および弾性係数および印加される力（または電流）によって決定される、調整可能で制御可能な線形および非線形のチャープを提供する。そのようなコートされたファイバは、それらが単純で、製造するためのコストが低く、サイズがコンパクトであり、制御された堆積変化が可能であるという利点を提供する。本発明のデバイスはラッチ可能なアクチュエータ（ブラッグ格子を調整するために開発された、図１Ｃに示されているような磁気的システムなど）と一体化することができ、これらのデバイスがパワーの連続的な供給を必要とせずに動作するという追加の利点を提供する。
【００２７】
本発明のデバイスの１つの追加の利点は、チャープが増加される時に、より長い波長への反射ピークの中心におけるシフトに対抗するためにそれが使えることである。テーパ付きのコーティングを熱的効果と一緒に使って、反射ピークの中心のシフトに対抗することができる。たとえば、発明者のエグルトン（Ｅｇｇｌｅｔｏｎ）、ロジャース（Ｒｏｇｅｒｓ）、およびストラッサ（Ｓｔｒａｓｓｅｒ）によって１９９８年１０月３０日付けで出願された、米国特許出願０９／１８３，０４８号（これは本発明の譲受人に対して譲渡され、引用によって本明細書の記載に援用する）の中に記述されているように、出願人はファイバに印加された温度勾配によってチャープを誘起するか、あるいは変更するための格子領域においてファイバ上に熱変換ボディを堆積できることを発見した。分散型の薄膜抵抗ヒータを従来のアポダイズされたブラッグ格子などの格子を含んでいるファイバ上に電気的に形成することができる。ファイバがめっき層から制御されたレートで引き上げられている時に、そのファイバの外面上に薄いテーパ付きのメタル・コーティングから構成されているヒータを、ファイバ上に形成することができる。これらの構造において、温度勾配がその薄膜および印加電流によって定義されるチャーピングのレートでその格子をチャープする。これらの熱的にアクチュエートされた格子は、調整可能な線形および非線形のチャープを提供することができる。たとえば、約６ｃｍの長さの格子を使っている反射モードのデバイスは、約１２００〜３００ｐｓ／ｎｍの間の分散を消去するように調整することができる。
【００２８】
熱変換ボディを備えているファイバは、テーパ付きの歪みレリーフ・コーティングと組み合わせて使うことができ、その歪みレリーフ・コーティングまたは熱変換ボディのいずれかから、反射ピークの中心におけるシフトに対抗させることができる。たとえば、厚さが約５００Ａ〜０．５μｍの間で変化する銀のコーティングは、大きな機械的効果に貢献することなしに、格子に対して温度勾配を提供することができる。この場合、テーパが付けられたコーティング（ヒータとして働く）の機械的効果は、力を印加した時にそのチャープの中に望ましくない変化を生じることはない。しかし、そのテーパ付きのコーティングは反射ピークの中心におけるシフトに対抗することができる。逆に、歪まされたデバイスの場合（たとえば、機械的な効果がチャープを変化させる場合）、力の印加に関連付けられるシフトに対抗するために一様な加熱を与えることができる。そのような一様な加熱は非電導性の歪みレリーフ・コーティングを備えているファイバ上に一様な抵抗膜を堆積することによって得られる。代わりに、テーパ付きのメタル・コーティング上に形成された薄い絶縁層は、一様な抵抗性ヒータの堆積のためのプラットホームとして役立てることができる。
【００２９】
分散補正器モジュール、増幅器、およびＷＤＭシステムなどの多くの実施形態および応用が考えられる。図７において、波長分割多重（ＷＤＭ）通信システムの一例が概略的に示されており、それは発信器７０と、改善されたＮチャネル・マルチプレクサ／デマルチプレクサ７１と、受信機７２とを含んでいて、それらはすべて幹線ファイバ１１に接続されている。ソース７０からファイバ１１への入力はいくつかの波長λ₁〜λ_nにおける光信号から構成されている。改善されたマルチプレクサ７１は少なくとも１つのサーキュレータ７３と、独立に調整可能な一連の分散補正用ファイバ格子（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）とを含み、各ファイバ格子は非チャープ型、線形のチャープ型または非線形のチャープ型が可能である。本発明の分散補正器は帯域幅を広くすることができ、各分散補正器がいくつかのチャネルに対して補正することができるので、そのシステムの中で使われる調整可能な分散補正器の合計個数を、以前のシステムに比べて大幅に減らすことができる。
【００３０】
図８−図１１は、本発明の調整可能な分散補正用デバイスを含んでいる光通信システムを概略的に示している。図８において、ボックスで囲まれた領域８０にある分散補正用モジュール（ＤＣＭ）は、１つの光サーキュレータと、合計「ｎ」個の独立に調整可能な分散補正用格子１０ｎを含む。モジュールの中で格子を配置することができる順序は、ＤＣＭに達する前にシステムの中に累積された色彩的分散によって変わる。たとえば、λ₁におけるチャネル１に対する累積された分散（Ａ_D）がλ_nにおけるチャネルｎのそれよりも大きい場合（Ａ_Dλ₁＞Ａ_Dλ_nの場合）、その格子は図に示されている順序で、すなわち、ＤＣＭの第１の補正用格子がλ₁にあり、そして最後のものがλ_nにあるように配置される。λ₁におけるチャネル１に対する累積された分散がλ_nにおけるチャネルｎのそれよりも小さかった場合（Ａ_Dλ₁＜Ａ_Dλ_nの場合）、その格子は示されている逆の順序で、すなわち、ＤＣＭの最初の補正用格子がλ_nにあり、最後の補正用格子がλ₁にあるように配置される。このＤＣＭは、多重波長送信機７０と、ある長さの光ファイバ１１と、多重波長受信機７２とをさらに含んでいる、密集した（ｄｅｎｓｅ）ＷＤＭシステム（ＤＷＤＭ）の部分を含むことができる。
【００３１】
図８の実施形態の代わりに、ＤＣＭは「ｎ」個の独立に調整可能な分散補正用格子１０ｎの場所に、以前に記述されたような単独の調整可能な分散補正用チャープ型ファイバ格子を含むことができる。この場合、そのチャープ型の格子の方向は累積された色彩分散によって変わることになる。すなわち、チャネル１においてＡ_Dλ₁＞Ａ_Dλ_nの場合、そのチャープ型のファイバ格子は入口の点において、その格子がλ₁にあるように配置されるが、チャネル１においてＡ_Dλ₁＜Ａ_Dλ_nであった場合、そのチャープ型のファイバ格子は、入口の点においてその格子がλ_nにあるように配置される。
【００３２】
図９は、ＤＣＭ ８２が光サーキュレータ７３と、ある長さの分散補正用ファイバ（ＤＣＦ）８５と、単独の調整可能な分散補正用ファイバ格子１０ｇを含んでいるシステムを概略的に示している。単独のチャープ型格子デバイス１０ｇの代わりに、複数のまたはｎ個の独立に調整可能な分散補正用格子を使うことができる（たとえば、図８のｎ個の格子１０ｎを図９の単独のチャープ型格子１０ｇに対して置き換えることができる）。この場合、色彩分散補正の大部分がＤＣＦ８５によって実行される。理想の補正器とそのＤＣＦとの間の分散傾斜のミスマッチに起因して各チャネルの中に残っている色彩分散は、補正用のチャープ型格子１０ｇ（または、ｎ個の独立に調整可能な分散補正用格子１０ｎ）を使って補正される。チャープ型分散格子１０ｇの方向または格子１０ｎの順序に関連して図８を参照して上で説明されたのと同じ原理が、図９の実施形態に関して適用される。また、図８のように、このＤＣＭ ８２は多重波長送信機７０と、ある長さの光ファイバ１１と、多重波長受信機７２とをさらに含んでいるＤＷＤＭの部分を含むことができる。
【００３３】
図１０は、分散補正用モジュールを備えている増幅器９５を概略的に示している。この増幅器は入力アイソレータ９０と、第１の長さの稀土類ドープ型のファイバ１１ａと、第１の長さのファイバ１１ａを光学的にポンプするための第１のポンプ９１と、第２の長さの稀土類ドープ型のファイバ１１ｂと、第２の長さのファイバ１１ｂを光学的にポンプするための第２のポンプ９１ｂと、出力アイソレータ９２と、サーキュレータ７３と、「ｎ」個の独立に調整可能な分散補正用格子１０ｎとを含む。この光増幅器は色彩的分散に対して補正するだけでなく、調整可能な補正器によって導入される損失をオフセットするための信号を増幅する。オプションとして、分散補正用ファイバ８５は、図８と同様に、この増幅器アセンブリの中で使うことができる。図１０は多重波長送信機７０と、ある長さの光ファイバ１１と、ＤＣＭを含んでいる図９の増幅器を含むことができる増幅器９５と、ＤＣＭと、多重波長受信機７２とを含んでいるＤＷＤＭを概略的に示している。ここでそのＤＣＭは光サーキュレータ７３と、オプションの長さの分散補正用ファイバ（ＤＣＦ）８５と、一連の調整可能な分散補正用ファイバ格子１０ｎとを含む。
【００３４】
上記の実施形態は本発明の応用を代表することができる多くの実施形態のうちのごく僅かなものの例を示しているにすぎないことを理解されたい。本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、この分野の技術に熟達した人によって多くの、そして変形された他の装置を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】軸方向の力が加えられている線形のテーパ付きのコーティングが施されているファイバを示す。
【図１Ｂ】直径が１２０：ｍで、厚さが３０：ｍ〜５：ｍのコーティングを有しているファイバでの、図１Ａのファイバに沿っての軸方向の歪みの有限要素モデリングおよび概略の解析的計算を反映している。
【図１Ｃ】ファイバの中に磁気誘起の歪みを加えるためのデバイスと一緒に、可変のコーティングを有しているファイバを示す。
【図２Ａ】テーパが付けられた銀の膜が電気めっきによってファイバ上に堆積された光ファイバのあるサンプルに対する光学的に測定された厚さを反映している。
【図２Ｂ】テーパが付けられた銀の膜が電気めっきによってファイバ上に堆積された光ファイバのあるサンプルに対する光学的に測定された厚さを反映している。
【図２Ｃ】テーパが付けられた銀の膜が電気めっきによってファイバ上に堆積された光ファイバのあるサンプルに対する光学的に測定された厚さを反映している。
【図３Ａ】図２Ｃに示されているような厚さの変化を有している、テーパが付けられたフィルムでコートされた格子に対する反射率のスペクトルをプロットしている。
【図３Ｂ】幅の変化の関数としての反射のピークの中央位置のシフトをプロットしている。
【図４】厚さの変化が図２Ｃに示されている、テーパ付きの膜でコートされている格子に対して印加される異なる力での、反射のピークにわたって測定された群遅延をプロットしている。
【図５】可変のコーティングによってチャープ型の格子へ変えられた、非チャープ型の格子に対する波長の関数としての伝送のための実験的データを表している。
【図６Ａ】本発明のデバイスによって達成することができる分散調整のタイプを示しているグラフである。
【図６Ｂ】本発明のデバイスによって達成することができる分散調整のタイプを示しているグラフである。
【図６Ｃ】本発明のデバイスによって達成することができる分散調整のタイプを示しているグラフである。
【図６Ｄ】本発明のデバイスによって達成することができる分散調整のタイプを示しているグラフである。
【図６Ｅ】本発明のデバイスによって達成することができる分散調整のタイプを示しているグラフである。
【図７】ｎチャネルのＷＤＭ通信システムに対する分散補正器アセンブリを概略的に示す。
【図８】本発明の格子デバイスを含んでいる光通信システムを概略的に示す。
【図９】本発明の格子デバイスを含んでいる光通信システムを概略的に示す。
【図１０】本発明の格子デバイスを含んでいる光通信システムを概略的に示す。
【図１１】本発明の格子デバイスを含んでいる光通信システムを概略的に示す。

Claims (11)

1. 相互に離間した格子要素からなるチャープ型格子領域を有する均一な径の所定長のファイバ導波器；
   前記格子領域に近接して前記ファイバ導波器の外面上に付されており、外形が可変となっており、前記導波器に軸方向の歪が加えられたときに、その歪を軸方向に変化させるようにテーパー状の形状を有するコーティング；及び
   前記ファイバ導波器に並置された２つの磁気コンポーネントを有し、一方の磁気コンポーネントは前記コーティングに取り付けられ、かつ前記一方の磁気コンポーネントは前記ファイバ導波器に沿って移動可能であり、前記２つの磁気コンポーネントの対をなす磁極の反発又は吸引に応じて前記ファイバ導波器内に軸方向の歪を誘起するように前記対をなす磁極が対向するように他方の磁気コンポーネントがファイバ導波器に沿って配置されていることを特徴とする格子デバイス。
2. 請求項１に記載の格子デバイスにおいて、前記格子がブラッグ格子であることを特徴とする格子デバイス。
3. 請求項１に記載の格子デバイスにおいて、前記格子が長周期格子であることを特徴とする格子デバイス。
4. 請求項１に記載の格子デバイスにおいて、少なくとも一つの磁気コンポーネントが、磁気特性がパルス磁場によって変更可能な材料から構成されていることを特徴とする格子デバイス。
5. 請求項１に記載の格子デバイスにおいて、前記歪がラッチ可能であり、前記導波器の分散補正特性がパワーを連続的に供給することなしに、制御して変えられることを特徴とする格子デバイス。
6. 請求項１に記載の格子デバイスにおいて、前記コーティングが第一の厚さから第二の厚さまで変化し、前記ファイバ導波器はある直径を有し、そして前記第一の厚さから前記第二の厚さまでの前記コーティングの厚さにおける変動が前記ファイバ導波器の半径と前記コーティングの平均厚さとの和の半分より小さいことを特徴とする格子デバイス。
7. 請求項１に記載の格子デバイスにおいて、前記コーティングが前記ファイバ導波器上に一体的に形成されたガラスを含むことを特徴とする格子デバイス。
8. 分散を補正するために、光サーキュレータと、少なくとも一つの請求項１に記載の格子デバイスとを含む分散補正用モジュール。
9. 多重波長の光信号チャネルのソースと、光ファイバ幹線と、多重光信号チャネルを受信するための受信機と、マルチプレクサ/デマルチプレクサと、一つ又はそれ以上の分散を補正するための、請求項１に記載の格子デバイスとを含む波長分割多重光通信システム。
10. 請求項９に記載のシステムにおいて、所定長の分散補正用ファイバを更に含むことを特徴とするシステム。
11. 入力アイソレータと、第一の長さの希土類ドープ型のファイバと、前記第一の長さのファイバを光学的にポンピングするための第一のポンプと、第二の長さの希土類ドープ型のファイバと、前記第二の長さのファイバを光学的にポンピングするための第二のポンプと、出力アイソレータと、サーキュレータと、独立に調整可能な複数の分散補正用の請求項１に記載の格子デバイスとを含む光増幅器。

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