JP3973021B2 - 出力光の透過波長特性を改善したバーチャリ・イメージド・フェイズド・アレイ（ｖｉｐａ）を使用した装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分散を生成する装置及び、光ファイバ伝送路において蓄積する波長分散を補償するために用いる装置に係り、特には、バーチャリ・イメージド・フェイズド・アレイを、波長分散を生成するために用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を用いて情報を送信するための従来の光ファイバ通信システムでは、送信器は、光パルスを光ファイバを通して受光器に送出する。しかし、「色分散」ともいわれる、光ファイバの波長分散は、システムの信号の質を劣化させる。
【０００３】
より具体的には、波長分散の結果、光ファイバ中の信号光の伝搬速度は、その信号光の波長に依存する。例えば、長い波長を持つ光パルス（例えば赤色を示す波長を持つ光パルス）が、短い波長を持つ光パルス（例えば青色を示す波長を持つ光パルス）よりも速く伝搬するとき、その分散は正常分散と呼ばれる。逆に、短い波長を持つ光パルス（例えば青色パルス）が、長い波長を持つパルス（例えば赤色パルス）よりも速く伝搬するとき、その分散は異常分散と呼ばれる。
【０００４】
従って、信号光パルスが送信器から送出される際に赤色パルス及び青色パルスを含む場合、信号光パルスは光ファイバ内を伝搬する間に赤色パルス及び青色パルスに分離され、それぞれの光パルスが異なる時間に受光器によって受光される。
【０００５】
光パルス送信の他の例として、青色から赤色へ連続する波長成分を持つ信号光パルスを送信する場合には、各成分は異なる速度で光ファイバ内を伝搬するため、信号光パルスは光ファイバ内でその時間幅が広げられ、歪みが生じる。全てのパルスは有限な波長範囲内の成分を含むため、このような波長分散は光ファイバ通信システムにおいては、きわめて一般的である。
【０００６】
従って、特に高速の光ファイバ通信システムにおいては、高送信能力を得るために、波長分散を補償することが必要となる。
このような波長分散を補償するために、光ファイバ通信システムには、光ファイバにおいて発生する波長分散と逆の波長分散を光パルスに与える「逆分散コンポーネント」が必要となる。
【０００７】
従来の装置の中には、この「逆分散コンポーネント」として用いることのできるものが存在する。例えば、分散補償ファイルは特定の断面屈折率分布を持ち、通常の伝送路ファイバにおいて生じるのと逆の波長分散を与え、「逆分散コンポーネント」として用いることができる。しかし、分散補償ファイバは製造するのに高価であり、また、伝送路ファイバで発生する波長分散を十分に補償するためには比較的長いものが必要である。例えば、伝送路ファイバ１００ｋｍで発生した波長分散を完全に補償するためには、２０ｋｍから３０ｋｍ程度の長さの分散補償ファイバが必要となる。このため、光損失が大きくなり、また、寸法が大きくなるという問題がある。
【０００８】
図１は、波長分散を補償するための「逆分散コンポーネント」の機能を持つチャープ・ファイバグレーティングを示している。
図１に示すように、光ファイバ内を伝搬し、波長分散を与えられた光は、光サーキュレータ５０の入力ポート４８に供給される。
【０００９】
サーキュレータ５０は、光をチャープ・ファイバグレーティング５２へ供給する。チャープ・ファイバグレーティング５２は、異なる波長成分は異なる距離を伝搬し、それにより波長分散を補償することができるように、光をサーキュレータ５０に戻す。
【００１０】
例えば、チャープ・ファイバグレーティング５２は、長い波長成分はチャープ・ファイバグレーティングによって遠い距離で反射され、それにより、短い波長成分よりも長い距離を伝搬するように設計することが可能である。サーキュレータ５０は、その後、チャープ・ファイバグレーティング５２から出力ポート５４へ反射された光を供給する。従って、チャープファイバグレーティング５２は、光パルスに逆分散を与えることができる。
【００１１】
しかし、チャープ・ファイバグレーティング５２は、反射する光パルスについて、大変狭い帯域しか持たない。従って、波長分割多重光のような多くの波長を含む光を補償するために十分な波長帯域を得ることができない。たくさんのチャープ・ファイバグレーティングを、波長多重信号について、カスケードさせることは可能である。しかし、この結果、システムが高価になる。このように、図１に示すような、サーキュレータと組み合わせたチャープ・ファイバグレーティングは、１つのチャネルの光ファイバ通信システムに用いるのに適している。
【００１２】
図２は、波長分散を生成するために用いることができる、従来の回折格子を示す図である。図２に示すように、回折格子５６は、格子面５８を持つ。異なる波長を持つ平行光６０は、格子面５８に入射する。光は、格子面５８の各段で反射され、互いに干渉する。その結果、異なる波長を持つ光６２、６４及び６６は回折格子５８から異なる角度で出力される。回折格子を用いて波長分散を補償するためには、以下でより詳しく述べる空間格子対配列で用いることができる。
【００１３】
より詳しくは、図３（Ａ）は、波長分散を補償するために、逆分散コンポーネントとして用いる空間格子対配列を示す図である。図３（Ａ）に示すように、光６７は、第一の回折格子６８から回折され、短い波長についての光６９及び長い波長についての光７０になる。これら光６７及び７０は、その後、第二の回折格子７１により回折され、同じ方向に伝搬する光になる。図３（Ａ）に示すように、逆分散を加えるために、異なる波長を持つ波長成分は異なる距離を伝搬し、それにより、波長分散を補償する。（光７０のような）長い波長は、（光６９のような）短い波長よりも長い距離を伝搬するので、図３（Ａ）に示す空間格子対配列は、異常分散を持つ。
【００１４】
図３（Ｂ）は、色分散を補償するために、逆分散コンポーネントとして用いる他の空間格子対配列を示す図である。図３（Ｂ）に示すように、レンズ７２および７４は、焦点の１つを共有するように、第一及び第二の回折格子６８および７１の間に位置する。（光７０のような）長い波長は、（光６９のような）短い波長よりも短い距離を伝搬するので、図３（Ｂ）に示す空間格子対配列は、正常分散を持つ。
【００１５】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すような空間格子対配列は、一般に、レーザ共振器で分散を制御するために用いられる。しかし、実際の空間格子対配列は、光ファイバ通信システムにおいて生じる比較的大きな量の色分散を補償するために十分大きな分散を与えることができない。より具体的には、回折格子によって生じる角分散は、普通、極端に小さく、一般に約０．０５度／ｎｍである。従って、光ファイバ通信システムにおいて生じる波長分散を補償するためには、第一及び第二の回折格子６８および７１は、大きな距離を隔てていなければならないことになり、このことにより、そのような空間格子対配列は、実用的ではないことになる。
【００１６】
上記のような従来の装置に対して、特許出願番号 平成１０年−５３４４５０及び平成１１年−５１３１３３には、図４に示すような、「Virtually Imaged Phased Array（バーチャリ・イメージド・フェーズド・アレイ）」、すなわちＶＩＰＡ１と呼ぶ部分を含む装置が提案されている。
【００１７】
ＶＩＰＡは、ＶＩＰＡから伝搬する光を生成する。この装置には、ＶＩＰＡに光を戻し、ＶＩＰＡ内で多重反射が発生するようにするための返光装置も含む。
上記装置は、連続する波長範囲内の波長の入力光を受け取り、対応する出力光を連続して生成する、ＶＩＰＡを含む装置を備えることによって達成される。この出力光は、連続する波長範囲内の他の波長の出力光とは空間的に区別できる（例えば、異なる方向に進む）。この出力光が進行角度で区別できれば、この装置は角度分散があるということである。
【００１８】
更に上記装置は、ＶＩＰＡおよび返光装置２を備えることによって達成される。ＶＩＰＡには、透過域および透明部材が含まれる。透過域を通ることによって光はＶＩＰＡに入出力することができる。透明部材３は、第１及び第２の表面を持つ。第２の表面は反射性を有し、入射光の一部を透過する。入力光は透過域を通ってＶＩＰＡに受光され、透明部材の第１及び第２の表面の間で何度も反射され、複数の光が第２の表面を透過する。複数の透過光が互いに干渉して出力光４が生成される。入力光は、連続する波長範囲内の波長を持ち、出力光は、その波長範囲内の他の波長を持つ光とは空間的に区別することができる。返光装置は、出力光を完全に逆方向に第２の表面へと返すことができ、第２の表面を透過してＶＩＰＡに入力され、その出力光がＶＩＰＡ内を多重反射してＶＩＰＡの透過域から入力経路へ出力される。
【００１９】
更に、上記装置は、入力光の波長と同じ波長を持ち、異なる干渉次数を持つ複数の出力光を生成するＶＩＰＡを備えた装置を用意することによって達成される。本装置はまた、１つの干渉次数にある出力光をＶＩＰＡに返し、その他の出力光は返さない返光装置も備えている。これによって、一つの干渉次数に対応する光のみをＶＩＰＡに返す。
【００２０】
更に、上記装置は、ＶＩＰＡ、返光装置、及びレンズ５を含む装置を備えることによって達成される。ＶＩＰＡは、入力光を受け取り、ＶＩＰＡから伝搬する、対応する出力光を生成する。返光装置は、ＶＩＰＡから出力光を受け取り、その出力光をＶＩＰＡに返す。レンズは、（ａ）出力光が、ＶＩＰＡからレンズを通り、更にレンズによって返光装置に集光されることによってＶＩＰＡから返光装置に進み、（ｂ）出力光が、返光装置からレンズへ、そしてレンズによってＶＩＰＡに方向付けされることによって返光装置からＶＩＰＡに返され、更に、（ｃ）ＶＩＰＡからレンズに進む出力光が、レンズからＶＩＰＡに返る出力光に対して平行及び逆方向に進むように位置決めされる。更に、ＶＩＰＡからレンズに進む出力光は、レンズからＶＩＰＡに返される出力光とは重ならない。
【００２１】
更に、上記装置は、ＶＩＰＡ、ミラー６、及びレンズを含む装置を備えることによって達成される。ＶＩＰＡは、入力光を受け取り、対応するＶＩＰＡから伝搬する出力光を生成する。レンズは、出力光をミラーに集光させ、ミラーが出力光を反射して、反射光がレンズによってＶＩＰＡに返される。ミラーは、装置が一定の波長分散を行うように形成する。
【００２２】
以上のようにＶＩＰＡは、回折格子のように角分散の機能を持ち、波長分散補償を可能とするが、特に大きな角分散を有することが特徴であり、実用的な逆分散コンポーネントを容易に提供することができる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
図５〜図７は、ＶＩＰＡを用いた装置の特性を説明する図である。
しかし、波長分散を補償するためのＶＩＰＡを用いた装置には、波長に対する透過率の特性が平坦でなく、図５のような、各透過帯域内の中心波長付近にピークを持つ、ピークの頂上あたりが丸みを帯びてしまうラウンドトップ型になってしまうという問題がある。
【００２４】
このような透過特性を持つ装置が光伝送路内に存在すると、送信器から送出された信号光パルス波形に歪みが生じ、信号を正確に伝送することができなくなってしまう。特に、大きな波長分散を補償することが必要な、長距離の光ファイバ通信システムにおいて、ＶＩＰＡを用いた装置を多段に用いて波長分散補償を行う場合、上記のような望ましくない透過特性が重ね合わされるため、信号光パルスの劣化が非常に大きくなってしまう。従って、ＶＩＰＡを用いた装置は、図６のような平坦な出力光の波長特性を持つことが望ましい。
【００２５】
上記のような平坦でない透過特性は、以下のような理由で、ＶＩＰＡを用いた装置において原理的に生じるものである。
第一に、ＶＩＰＡからの出力光の進行方向は波長によって異なるが、このときＶＩＰＡに入力した光の光軸と平行な方向に進行する光の強度が最も強く、ＶＩＰＡへの入力光の光軸から外れた方向に進行する光の強度は弱い。これは次のように考えられる。ＶＩＰＡへの入力光は通常、図４に示されているようにレンズによって収束された光であるために、入力光には進行方向の異なる複数の平行光の成分が含まれており、かつ、各平行成分の光の強度は、入力光の光軸に平行な進行方向を持つ平行光成分において最大であり、光軸から外れた方向に進行する成分ほど小さくなる。一方、ＶＩＰＡ内で多重反射した複数の光が干渉し、強め合って出力される条件を満たす波長は、上記進行方向の異なる平行光成分毎に異なる。以上により、ＶＩＰＡからの出力光の波長によって光の強度が異なることになる。
【００２６】
このＶＩＰＡからの出力光強度の波長依存性を反映して、ＶＩＰＡを用いた装置の透過特性にも透過率に波長依存性が生じる。すなわち、透過特性は平坦でなくなる。
【００２７】
第二に、ＶＩＰＡから出力される各波長の光は、干渉次数の異なる複数の可能な進行方向を持つため、光の強度がこれら複数の干渉次数光に分散されてしまう。ＶＩＰＡを用いた装置においては、不要な干渉次数光はカットし、必要な一つの干渉次数の光のみ取り出さなければならない。従って、カットされるべき不要な干渉次数光がＶＩＰＡから出力されると、その分、光損失が発生することになる。一方、各干渉次数光がＶＩＰＡから出力されるか否かは、各干渉次数光の進行すべき方向が、レンズによってＶＩＰＡに収束される入力光に含まれる平行光成分の進行方向のなかに含まれるか否かによる。したがって、波長によって不要な干渉次数光が発生する度合いは異なることになる。不要次数光が発生しない波長の光は損失が小さく、不要次数光の発生の度合いが大きい波長の光は損失が大きい。これを反映して、ＶＩＰＡを用いた装置の透過波長特性に波長依存性が生じる。すなわち、透過波長特性が平坦でなくなる。
【００２８】
第三に、ＶＩＰＡを用いた装置によって波長分散を補償するためには、ＶＩＰＡからの出力光がミラーで反射されてＶＩＰＡに戻される際に、波長によって異なる位置に光を戻すことにより、波長によって異なる光路長を与える必要がある。波長分散が補償された光を光ファイバによって受け取り、出力光として取り出す場合には、上記のような波長によるＶＩＰＡ上の戻り位置の違いにより、ファイバへの結合効率が波長によって異なることになる。通常、各透過帯域内の中心波長付近の光が最も効率よくファイバに結合するように光学系が調整されるので、中心波長から離れた波長の光の結合効率が相対的に低くなる。このために、ＶＩＰＡを用いた装置によって波長分散補償を行う場合、上記のような平坦でない透過特性が得られることになる。
【００２９】
ＶＩＰＡを用いた装置において、このような透過特性を改善し、望ましい平坦な透過特性を実現する方法については、前記、特許出願番号 平成１０年−５３４４５０及び平成１１年−５１３１３３には具体的には記載されていない。
【００３０】
従来のエタロンフィルタなどを用いて、ＶＩＰＡからの出力光の波長特性と逆の特性を与え、出力光の波長特性をある程度平坦化することは可能である。しかし、ＶＩＰＡを用いた装置の透過特性は、設計によっては、図７のようにピークの波長に対して短波長側と長波長側の幅が異なる非対称な形をしている場合があり、厳密な平坦化は不可能である。透過光の周期が異なるエタロンフィルタを多段に重ねて、非対称のフィルタを実現することは可能であるが、フィルタの数が多くなるほど透過光の損失が大きくなり、また、システムが高価になるため現実的ではない。
【００３１】
したがって、本発明の課題は、波長分散を補償するための、ＶＩＰＡを用いた装置において、光損失を抑え、かつ経済的な方法で、出力光の波長特性を望ましいものに改善するための手段を提供することである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明の装置は、光を受け取り、光を出力する複数の透過域を持ち、その透過域を通じて連続する波長範囲内の各波長を有する入力光を受け取り、入力光の多重反射を行って、入力光の自己干渉を行わせることにより、前記連続する波長範囲内の各波長を有する光を、波長毎に異なる角度で分散させ、前記連続する波長範囲内の他の波長を有する入力光に対して形成されてアクセス出力光とは空間的に区別することのできる出力光を形成するバーチャリ・イメージド・フェイズド・アレイ（ＶＩＰＡ）と、該ＶＩＰＡによって形成された、前記波長毎に異なる出力角度を有する出力光を、波長毎に異なる位置に集束させるレンズと、集束した光を前記レンズに反射して戻し、前記レンズは、反射された出力光をＶＩＰＡに戻し、それによって反射された出力光がＶＩＰＡ内で多重反射を受けて、ＶＩＰＡから透過域を通じて出力されるようにするためのミラーであり、かつＶＩＰＡによる角分散方向に対して、ＶＩＰＡからの出力光に波長によらず略一定の波長分散を与えるような形状を有するミラーと、前記ミラーによってＶＩＰＡに戻される光の連続する波長範囲内の波長毎に、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向へ、異なる大きさの光路ずれを生じさせる手段を備え、出力光を波長によって異なる結合効率で光ファイバに結合させることにより、所望の透過波長特性を与えることを特徴とする。
【００３３】
本発明によれば、ＶＩＰＡの透過波長特性を、簡易かつ安価な方法で平坦化でき、従って、ＶＩＰＡの透過帯域を通過する光信号の劣化を抑え、品質の良い光信号を伝送することのできる光ファイバ通信システムを提供することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、前記ＶＩＰＡを含む装置において、ＶＩＰＡによる角分散方向に対して、ＶＩＰＡからの出力光に各波長によらず略一定の波長分散を与えるような形状を有するミラーと、ミラーで反射された後にＶＩＰＡに戻る光の光路ずれの大きさを波長毎に制御することのできる手段を有する装置を提供する。
【００３５】
本発明の実施形態を以下に詳細に述べる。添付の図面では、同じ機能の装置には同じ番号を付けて示す。
図８は、本発明の一実施形態で用いるVirtually Imaged PhasedArray（ＶＩＰＡ）を示す図である。また、以後は、「Virtually Imaged Phased Array」と「ＶＩＰＡ」は、互いに置き換えて使用できる用語とする。
【００３６】
図８によれば、ＶＩＰＡ７６は、薄いガラス板で作成するのが望ましい。入力光７７は、半円筒レンズなどのレンズ８０を使用してライン７８に集光され、入力光７７がＶＩＰＡ７６を進むようにする。ライン７８は、以後、焦点ライン７８と呼ぶ。入力光７７は、焦点ライン７８から放射状に伝搬し、ＶＩＰＡ７６内に受け取られる。次に、ＶＩＰＡ７６は、平行光の光束８２を出力する。光束８２の出射角は、入力光７７の波長の変化と共に変わる。例えば、入力光７７の波長がλ１の時、ＶＩＰＡ７６は波長がλ１の光束８２ａを特定の方向に出力する。入力光７７の波長がλ２のとき、ＶＩＰＡ７６は波長がλ２の光束８２ｂを異なる方向に出力する。したがって、ＶＩＰＡ７６は、互いに空間的に区別することが可能な光束８２ａ及び８２ｂを生成する。
【００３７】
図９は、本発明の一実施形態で用いるＶＩＰＡ７６の詳細図である。図９によれば、ＶＩＰＡ７６は、例えば、ガラス製で表面に反射膜１２２及び１２４を持つプレート１２０を備える。反射膜１２２は、反射率が約９５％以上であることが望ましいが、１００％より小さいこととする。反射膜１２４は、反射率がおよそ１００％であるのが望ましい。照射ウィンドウ１２６はプレート１２０上に形成され、その反射率はおよそ０％であるのが望ましい。入力光７７はレンズ８０によって照射ウィンドウ１２６を通じて焦点ライン７８に集光され、反射膜１２２と１２４の間で多重反射が起こるようにする。焦点ライン７８は、反射膜１２２が取り付けられているプレート１２０上にあるのが望ましい。このように、焦点ライン７８は本質的には照射ウィンドウ１２６を通じて反射膜１２２上に集光させるラインである。レンズ８０によって集光される焦点ライン７８の幅は、入力光７７のビームウエストとも呼ばれる。このように、図９に示される本発明の実施形態では、入力光７７のビームウエストは、プレート１２０の遠い方の表面（すなわち反射膜１２２の面）に集光される。プレート１２０の遠い方の表面にビームウエストを集光させることによって、本発明の実施形態では、照射ウィンドウ１２６の領域（ｉ）（例えば、以下で詳細を説明するが、図１２に示す領域ａ）と、入力光７７が反射膜１２４によって最初に反射されるときに入ってくる反射膜１２４上の領域（例えば、下記に詳細を説明する、図１２に示す領域ｂ）とが重なってしまう可能性を低くすることが望ましい。
【００３８】
図９では、入力光７７の光軸１３２にはわずかな傾き角θが見られる。反射膜１２２の最初の反射では、５％の光が反射膜１２２を透過し、ビームウエストのあとで発散する。また、９５％の光が反射膜１２４に向かって反射する。最初に反射膜１２４によって反射された後、光は再度反射膜１２２にあたるが、今度はｄだけずれている。次に、５％の光が反射膜１２２を透過する。同じように、図９に示すように、光は一定の間隔ｄを保ちながら多数の経路に分岐する。各経路での光線の形は、光がビームウエストの虚像１３４から広がる形となる。虚像１３４は、プレート１２０に対する垂直線にそって一定の間隔２ｔで配置される。ここで、ｔはプレート１２０の厚さである。虚像１３４におけるビームウエストの位置は、自己設定であり、それぞれの位置を調整する必要はない。虚像１３４からの光は互いに干渉し、入力光７７の波長に従って異なる方向に伝搬する平行光１３６を形成する。
【００３９】
光経路の間隔は、ｄ＝２ｔＳｉｎθであり、隣接する光線の経路長の差は、２ｔＣｏｓθである。角分散は、これらの２つの値の割合に正比例する。すなわち、ｃｏｔθである。この結果、ＶＩＰＡはかなり大きい角分散を生じる。
【００４０】
図９から明らかなように、「Virtually Imaged Phased Array」という用語は、虚像１３４の配列の形成から生まれたものである。
図１０は、本発明の実施形態による図８に示すＶＩＰＡ７６のＩＸ−ＩＸの線に沿った横断面を示す。図１０によると、プレート１２０には反射面１２２、及び１２４がある。反射面１２２および１２４は、互いに平行でありプレート１２０の厚さｔの間隔で配置されている。反射面１２２及び１２４は、プレート１２０に配置される典型的な反射膜である。上記の通り、反射面１２４の反射率は、照射ウィンドウ１２６をのぞき、およそ１００％である。反射面１２２の反射率は、およそ９５％以上である。したがって、反射面１２２の透過率はおよそ５％以下であるので、入射光の約５％以下が反射面１２２で透過し、約９５％以上が反射される。反射面１２２及び１２４の反射率は、特別にＶＩＰＡを応用して使用することによって容易に変更することができる。ただし、一般には、反射面１２２の反射率は１００％より小さくして入射光の一部が透過できるようにしなければならない。
【００４１】
反射面１２４には照射ウィンドウ１２６が設けられている。照射ウィンドウ１２６は、光を透過させ、できれば光を反射しないか、または非常に小さい反射率であることが望ましい。照射ウィンドウ１２６は、入力光７７を、反射面１２２と反射面１２４間で受光し、反射させる。
【００４２】
図１０は、図８の直線ＩＸ−ＩＸに沿った横断面を示す、図８に示した焦点ライン７８は、図１０では「点」と表現されている。ここで、入力光７７は、焦点ライン７８から放射状に伝搬する。更に、図１０に示すように、焦点ライン７８は反射面１２２上に位置する。焦点ライン７８が反射面１２２上にある必要はないが、焦点ライン７８の位置ずれによってＶＩＰＡ７６の特性がわずかに変化する。
【００４３】
図１０に示すとおり、入力光７７は照射ウィンドウ１２６の領域Ａ０を通ってプレート１２０に入る。ここで、点Ｐ０は領域Ａ０の周辺の点を示す。
反射面１２２の反射率によって、およそ９５％以上の入力光７７が反射面１２２によって反射され、反射面１２４の領域Ａ１に入射する。点Ｐ１は、領域Ａ１の周辺の点を示す。反射面１２４の領域Ａ１で反射されたのち入力光７７は、反射面１２２に進み、一部が反射面１２２を透過して光線Ｒ１が定義する出力光Ｏｕｔ１となる。
【００４４】
このように、図１０に示すように、入力光７７は反射面１２２と反射面１２４の間で多重反射される。ここで、反射面１２２に反射される毎に透過光が発生することになる。従って、例えば、入力光７７が反射面１２４の領域Ａ２、Ａ３、Ａ４で反射した直後に反射面１２２で反射され、出力光Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、及びＯｕｔ４が生成される。点Ｐ２は、領域Ａ２の周辺の点を示し、点Ｐ３は、領域Ａ３の周辺の点を示す、点Ｐ４は領域Ａ４の周辺の点を示す。出力光Ｏｕｔ２は、光線Ｒ２によって定義され、出力光Ｏｕｔ３は、光線Ｒ３によって定義され、出力光Ｏｕｔ４は、光線Ｒ４によって定義される。図１０は、出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４のみを示しているが、実際は、入力光７７の強さや反射面１２２、１２４の反射率によってもっと多くの光が存在する。下記に詳細を示すが、出力光は互いに干渉して、入力光７７の波長によって異なる方向を持つ光束を生成する。従って、光束を出力光Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４の干渉から生じた出力光として記述することができる。
【００４５】
図１１は、本発明の実施形態に用いるＶＩＰＡによる反射光の干渉を示す図である。図１２によれば、焦点ライン７８から進んでくる光は、反射面１２４によって反射される。前記の通り、反射面１２４の反射率はおよそ１００％であり、本質的にはミラーの機能を持つ。この結果、反射面１２２および１２４が存在せず、その代わりとして、出力光Ｏｕｔ１が焦点ラインＩ１から出射したものとして出力光Ｏｕｔ１を光学的に分析することができる。同様に、出力光Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４が焦点ラインＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４から出射したものとして光学的に分析することができる。焦点ラインＩ２、Ｉ３、Ｉ４は、焦点ラインＩ０の虚像である。
【００４６】
従って、図１１に示すように、焦点ラインＩ１は焦点ラインＩ０から２ｔの距離にある。ｔは、反射面１２２と１２４との距離を表す。同様に、そのあとに続く各焦点ラインは、その直前の焦点ラインから２ｔの距離にある。したがって、焦点ラインＩ２は、焦点ラインＩ１から２ｔの距離にある。更に、反射面１２２、反射面１２４の間に生じる後続の多重反射によって、直前の出力光よりも弱い出力光が発生する。したがって、出力光Ｏｕｔ２の強度は、出力光Ｏｕｔ１よりも弱い。
【００４７】
図１１に示すように、焦点ラインからの出力光は、重なり、干渉し合う。更に詳しくは、焦点ラインＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、焦点ラインＩ０の虚像であるので、出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４は、焦点ラインＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４で同じ光位相を持つ。したがって、干渉により、入力光７７の波長によって異なる方向に進む光束が生じる。
【００４８】
本発明の実施形態で用いるＶＩＰＡには、ＶＩＰＡの設計上の特性である強め合いの条件が含まれている。この強め合いの条件によって、出力光の干渉が増加し、光束が形成される。ＶＩＰＡの強め合いの条件は、次の数式（１）で表される。
２ｔ×ｃｏｓφ＝ｍλ・・・・（１）
ここで、φは、形成された光束の、反射面１２２及び１２４に垂直な線から見た伝搬方向を示す。λは、入力光の波長を示す。ｔは、反射面１２２と１２４の間の距離を示す。ｍは整数を示す。
【００４９】
したがって、ｔが定数で、ｍに特定の値が与えられている場合には、波長λの入力光に対して形成される光束の伝搬方向φが決定する。
更には、入力光７７は、焦点ライン７８から特定の角度で放射状に拡散する。したがって、同じ波長の入力光は、焦点ライン７８から多くの異なる方向に進み、反射面１２２および１２４の間で反射する。ＶＩＰＡの強め合いの条件によって、ある特定の方向に進む光は、出力光の干渉を通じて強め合い、入力光の波長に対する方向の光束を形成する。強め合いの条件に基づく特定の方向とは異なる方向に進む光は、出力光の干渉によって弱められる。
【００５０】
図１２は、図８に示すＶＩＰＡの直線ＩＸ−ＩＸの横断面を示す図であり、本発明の一実施形態で用いる入力光の入射角または傾き角を決めるＶＩＰＡの特性を示す。
【００５１】
図１２によれば、入力光７７は、円筒形レンズ（図示しない）によって集光され、焦点ライン７８に集光される。図１２に示すように入力光７７は、照射ウィンドウ１２６の「ａ」に等しい幅の領域をカバーする。入力光７７が反射面１２２に一度反射されたあと、入力光７７は、反射面１２４に入射し、反射面１２４の「ｂ」に等しい幅の領域をカバーする。更に、図１２に示すように、入力光７７は、反射面１２２の垂線に対してθ０の傾き角を持つ光軸１３２に沿って進む。
【００５２】
傾き角θ０は、入力光７７が反射面１２２によって一度反射されたあと、照射ウィンドウ１２６を通ってプレートから外れた位置に出てしまわないような値に設定しなければならない。すなわち、傾き角θ０は、入力光７７が反射面１２２と反射面１２４の間に取り込まれた状態になり、照射ウィンドウ１２６を通ってプレートから外れないようにするためには、傾き角θ０は、次の数式（２）に従って設定する。
【００５３】
光軸の傾き角θ０≧（ａ＋ｂ）／４ｔ・・・・・・（２）
従って、図８〜１２に示すように、本発明の実施形態では、連続する波長領域内の各波長を持つ入力光を受光するＶＩＰＡを備えている。ＶＩＰＡは、入力光の多重反射によって自己干渉が行われるようにし、その結果として出力光を形成する。出力光は、連続する波長領域内の他の波長を持つ入力光とは空間的に区別できる。例えば、図１０に、反射膜１２２と１２４の間で多重反射を生じる入力光７７を示す。この多重反射によって、互いに干渉し、入力光７７の各波長に対して空間的に区別することのできる光束を生成する、複数の出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４を生成する。
【００５４】
「自己干渉」とは、同じ光源から発生した複数の光または光線の間に生じる干渉である。したがって、出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４は全て同じ光源（すなわち、入力光７７）から発生しているので、出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４の干渉は、入力光７７の自己干渉と呼ばれる。
【００５５】
本発明の実施形態では、入力光は連続する波長範囲内の任意の波長であって良い。このように、入力光は、不連続の値の範囲から選択した値の波長に限定されることはない。さらに、本発明の実施形態によると、連続する波長範囲内の特定の波長の入力光に対して生成される出力光は、入力光が連続する波長範囲内の異なる波長であった場合に生成される出力光とは、空間上で区別される。
【００５６】
したがって、たとえば、図６に示すように、光束８２の進行方向（すなわち「空間特性」）は、入力光７７が連続する波長範囲内の異なる波長であった場合には異なる。
【００５７】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）、図１３（Ｄ）に本発明の実施形態で用いるＶＩＰＡの作成方法を示す。
図１３（Ａ）によれば、平行板１６４は、ガラス製であることが望ましく、優れた平行性を持つ。反射膜１６６、１６８は、真空蒸着、イオンビームアシスト蒸着、スパッタリングなどの方法により、平行板１６４の両面に備えられる。反射膜１６６、１６８の一つは、反射率が１００％であり、他の一つは反射率が１００％より小さく、８０％より大きいことが望ましい。
【００５８】
図１３（Ｂ）によれば、反射膜１６６、１６８の一つは、一部削られて照射ウィンドウ１７０を形成する。図１３（Ｂ）で示す反射膜１６６は削られ、照射ウィンドウ１７０が平行板１６４の反射膜１６６と同じ表面に形成されるようにする。ただし、その代わりに、反射膜１６８は、一部を削って照射ウィンドウが平行板１６４上の反射膜１６８と同じ面に形成されるようにする。本発明の各種の実施形態に示すように、照射ウィンドウは、平行板１６４のどちら側にでも形成することができる。
【００５９】
反射膜は、エッチング処理で削ることができるが、機械的な切削処理を使用することもでき、費用も少ない。ただし、反射膜を機械的に切削すれば、平行板１６４を慎重に処理し、平行板１６４への損傷を最小にしなければならない。例えば、照射ウィンドウを形成する平行板１６４部分の損傷が大きい場合には、平行板１６４は受け取った入力光の分散によって過剰な損失を受けることになる。
【００６０】
最初に反射膜の形成及び切削を行う代わりに、事前に平行板１６４の一部を照射ウィンドウに対応してマスキングし、その部分を反射膜で覆われないようにして照射ウィンドウを作成することができる。
【００６１】
図１３（Ｃ）によれば、透明接着剤１７２を反射膜１６６、及び反射膜１６６を取り除いた平行板１６４の一部に塗る。透明接着剤１７２は、照射ウィンドウを形成する平行板１６４の一部に塗布するので、光の損失が最小限になるものである。
【００６２】
図１３（Ｄ）によれば、透明保護板１７４は、透明接着剤１７２を塗布した上に載せ、反射膜１６６及び平行板１６４を保護する。
透明接着剤１７２は、反射膜１６６を取り除いて凹んだ部分に満たすように塗布するため、透明保護板１７４は、平行板１６４の上部表面に平行に備えられる。
【００６３】
同様に、反射膜１６８を保護するため、接着剤（図示しない）を反射膜１６８の上部表面に塗布し、保護板（図示しない）を備えなければならない。反射膜１６８がおよそ１００％の反射率であり、同じ平行板１６４の表面上に照射ウィンドウがない場合には、接着剤および保護板は透明である必要がない。
【００６４】
更に、反射防止膜１７６を透明保護板１７４に塗布することもできる。例えば、透明保護板１７４および照射ウィンドウ１７０は、反射防止膜１７６で覆うことができる。
【００６５】
本発明の前記実施例では、焦点ラインは、照射ウィンドウ上、または入力光が入る、平行板の反対側表面にあるものとされるが、焦点ラインは平行板内または照射ウィンドウの前にある。
【００６６】
本発明の前期実施形態では、二つの反射膜の間にある光を反射し、その反射膜の一つの反射率はおよそ１００％である。ただし、同様の効果は、それぞれ１００％未満の反射率を持つ二つの反射膜によっても得られる。例えば、二つの反射膜が、反射率９５％であってもよい。この場合には、それぞれの反射膜は、光を透過し、干渉を生じる。その結果、波長によって進む方向の異なる光束が、反射膜のある平行板の両面に形成される。このように、本発明の様々な実施形態の様々な反射率は、ＶＩＰＡの必要な特性に従って変えることができる。
【００６７】
本発明の前記実施形態に用いる導波路装置は、平行板または互いに平行な二つの反射面によって形成されるが、これらの板または反射面は必ずしも平行でなくても良い。
【００６８】
本発明の前記実施形態に用いるＶＩＰＡは、多重反射を利用し、干渉光の間の一定の位相差を維持する。その結果、ＶＩＰＡの特性は安定し、それによって偏光によって生じる光学的特性の変化を小さくすることができる。
【００６９】
本発明の前記実施形態によれば、互いに空間的に区別可能な光束を与えることができる。「空間的に区別可能な」とは、光束が空間的に区別することができることを意味する。例えば、各種の光束は、平行であり、異なる方向に進む場合、または異なる位置に集光される場合には、空間的に区別することができるという。ただし、本発明はこれらの詳細な例に限定されることはなく、光束を互いに空間的に区別することのできる方法は他にも多数ある。
【００７０】
図１４に、波長分散を生じさせるために、回折格子ではなく、ＶＩＰＡを角分散部として使用する従来の装置を示す。図１４によれば、ＶＩＰＡ２４０は、例えば、およそ１００％の反射率を持つ第１の表面２４２と、およそ９８％の反射率を持つ第２の表面２４４とを持つ。ＶＩＰＡ２４０は、また照射ウィンドウも含む。ＶＩＰＡ２４０は、この構成には限定されず、ここに記述されている多くの異なる構成が可能である。
【００７１】
図１３に示すように、光がファイバ２４６から出力され、コリメートレンズ２４８によってコリメートされ、照射ウィンドウ２４７を通して筒型レンズ２５０によってＶＩＰＡ２４０に線状に集光される。それから、ＶＩＰＡ２４０は、焦点レンズ２５２によってミラー２５４に集光されるコリメート光２５１を生成する。ミラー２５４は、基板２５８上に形成されるミラー部分２５６であってもよい。
【００７２】
ミラー２５４は、光を反射し、焦点レンズ２５２を通してその光をＶＩＰＡ２４０に送る。それから、その光は、ＶＩＰＡ２４０内で多重反射し、照射ウィンドウ２４７から出力される。照射ウィンドウ２４７から出力された光は、筒型レンズ２５０及びコリメートレンズ２４８を通り、ファイバ２４６に受光される。
【００７３】
したがって、光は、ＶＩＰＡ２４０から出力され、ミラー２５４に反射されてＶＩＰＡ２４０に戻る。ミラー２５４に反射された光は、もと進んできた経路と正反対の経路を進む。以下に詳細に記述するように、光の異なる波長成分は、ミラー２５４上の異なる地点に焦点を持ち、反射してＶＩＰＡ２４０に戻る。その結果、異なる波長成分は、異なる距離を進み、波長分散を生じる。
【００７４】
図１５に、図１４のＶＩＰＡの動作原理を更に詳細に示す。様々な波長成分を持つ光がＶＩＰＡ２４０に受け取られるものと仮定する。図１４に示すように、ＶＩＰＡ２４０はビームウエスト２６２の虚像２６０を形成し、虚像２６０は光を発する。図１４に示すように、焦点レンズ２５２は、ＶＩＰＡ２４０からのコリメート光の異なる波長成分の焦点をミラー２５４上の異なる点に集光させる。更には、長いほうの波長２６４は点２７２に、中心波長２６６は点２７０に、短いほうの波長２６８は点２７４に、それぞれ集光する。そこで、長いほうの波長２６４は、中心波長２６６と比較して、ビームウエスト２６２により近い虚像２６０に戻る。短いほうの波長２６８は、中心波長２６６と比較して、ビームウエスト２６２から遠いほうの虚像２６０に戻る。このような配列によって、正常分散を生じる。
【００７５】
ミラー２５４は、特定の干渉オーダの光だけを反射し、他の干渉オーダの光は、ミラー２５４から外に集光される。さらには、前記の通り、ＶＩＰＡがコリメート光を出力する。このコリメート光は、各虚像からの経路がｍλの差を持つ方向に進む。ここで、ｍは整数を示す。ｍ番目の干渉オーダは、ｍに対応する出力光と定義する。
【００７６】
例えば、図１６は、ＶＩＰＡの各種の干渉オーダを示す。図１６によれば、ＶＩＰＡ２４０などのＶＩＰＡは、コリメート光２７６、２７８、２８０を発する。それぞれのコリメート光２７６、２７８、２８０は、異なる干渉オーダに対応している。したがって、例えば、コリメート光２７６は、（ｎ＋２）番目の干渉オーダのコリメート光に対応しており、コリメート光２７８は、（ｎ＋１）番目の干渉オーダのコリメート光に対応しており、コリメート光２８０は、ｎ番目の干渉オーダのコリメート光に対応している。ここで、ｎは整数を示す。コリメート光２７６は、複数の波長成分２７６ａ、２７６ｂ、２７６ｃを持つものとして示されている。同様にコリメート光２７８は、波長成分２７８ａ、２７８ｂ、２７８ｃを持つものとして示されて、コリメート光２８０は、波長成分２８０ａ、２８０ｂ、２８０ｃを持つものとして示される。ここで、波長成分２７６ａ、２７８ａ、２８０ａは、同じ波長である。波長成分２７６ｂ、２７８ｂ、２８０ｂも同じ波長を持つ（波長成分２７６ａ、２７８ａ、２８０ａの波長とは異なる）。波長成分２７６ｃ、２７８ｃ、２８０ｃも同じ波長を持つ（波長成分２７６ａ、２７８ａ、２８０ａ、および波長成分２７６ｂ、２７８ｂ、２８０ｂの波長とは異なる）。図１６には、３つの異なる干渉オーダのコリメート光を示しているだけであるが、コリメート光は、他の干渉オーダに対しても発光される。
【００７７】
異なる干渉オーダに対して同じ波長で異なる方向にコリメート光が進み、異なる位置に集光されるので、ミラー２５４は、単一の干渉オーダからの光のみを反射してＶＩＰＡ２４０に戻すようにすることができる。例えば、図１６に示すように、ミラー２５４の反射部分の長さは、比較的小さく作成してあり、単一の干渉オーダに対応する光のみが反射される。更には、図１６では、コリメート光１７８のみがミラー２５４に反射される。このように、コリメート光２７６、２７８は、ミラー２５４から外に集光される。
【００７８】
波長多重光は、普通は多数のチャネルを含んでいる。図１４を再度参照すると、ＶＩＰＡ２４０の第１の表面２４２と第２の表面２４４の間の厚さｔが特定の値に設定される場合には、その構成で各チャネルでの分散が同時に補償される。
【００７９】
更に詳しくは、各チャネルには中心波長がある。中心波長は、普通は一定の周波数間隔で互いに離れている。ＶＩＰＡ２４０の第１の表面２４２と第２の表面２４４の間の厚さｔは、中心波長に対応するすべての波長成分がＶＩＰＡ２４０から同じ出射角で出力されるように設定し、ミラー２５４上で同じ焦点位置を持つようにしなければならない。これは、中心波長に対応した波長成分が進むＶＩＰＡ２４０上の往復の光の進行距離が、各チャネルの中心波長の倍数となるように、厚さｔを各チャネルに対して設定した場合に可能となる。この厚さｔの大きさは、以下では「ＷＤＭマッチングフリースペクトル範囲の厚さ」または「ＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さ」と呼ばれる。
【００８０】
更に、この場合には、ＶＩＰＡ２４０を介した往復の光の進行距離（２ｎｔｃｏｓθ）は、同じθで異なる整数に対する各チャネルの中心波長に整数をかけた波長に等しい。ここでｎは、第１の表面２４２と第２の表面２４４の間にある部材の屈折率であり、θは各チャネルの中心波長に対応する光束伝搬方向を示す。更には、前記の通り、θは、入力光の光軸の傾き角を示す（図９を参照）。
【００８１】
したがって、各チャネルでの中心波長に対応する波長成分に対して、２ｎｔｃｏｓθが、同じθで異なる整数に対する各チャネルの中心波長の整数倍に等しくなるようにｔを設定した場合には、中心波長に対応するすべての波長成分は、ＶＩＰＡ２４０から同じ出射角を持ち、ミラー２５４上で同じ焦点位置を持つ。
【００８２】
例えば、往復で２ｍｍの物理的長さ（ＶＩＰＡ２４０の厚さ１ｍｍの約２倍）及び屈折率１．５であれば、１００ＧＨｚ間隔のすべての波長がこの条件に合う。その結果、ＶＩＰＡ２４０は、波長多重光の全てのチャネルで同時に分散を補償することができる。
【００８３】
したがって、図１５によると、厚さｔをＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さに設定した場合、ＶＩＰＡ２４０および焦点レンズ２５２は、（ａ）各チャネルの中心波長に対応する波長成分をミラー２５４上の点２７０に集束させ、（ｂ）各チャネルの長い波長の要素に対応する波長成分をミラー２５４上の点２７２に集束させ、（ｃ）各チャネルの短い波長の成分に対応する波長成分をミラー２５４上の点２７４に集束させることができる。したがって、ＶＩＰＡ２４０を使用して波長多重光のすべてのチャネルで波長分散を補償することができる。
【００８４】
図１７は、本発明の実施形態によって、厚さｔが、ＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さに設定される場合の、波長多重光のいくつかのチャネルの分散量を示すグラフである。図１７に示すように、すべてのチャネルに同じ分散が見られる。ただし、分散はチャネル間で連続してはいない。更に、ＶＩＰＡ２４０が分散を補償する各チャネルの波長範囲は、ミラー２５４のサイズを適切に設定することによって設定することができる。
【００８５】
図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、図１５と、ビームウエスト２６２の虚像２６０によって発する光の長いほうの波長２６４、中心波長２６６、及び短いほうの波長２６８の進行方向を示す点で類似している。
【００８６】
図１８（Ａ）によれば、ミラー２５４は、凸ミラーである。凸ミラーを使用すると、ビーム・シフトは拡大する。したがって、短い焦点距離、かつ、小さい間隔で、大きな色分散が得られる。ミラー２５４が凸型の場合には、図１８（Ａ）に示すように、その凸型は、側面からのみ見え、上から見たときには見えない。
【００８７】
図１８（Ｂ）によれば、ミラー２５４は、凹ミラーである。凹ミラーを使用すると、分散の符号は反転する。従って、短い焦点距離、かつ、小さい間隔で、異常分散が生じる。ミラー２５４が凹型の場合には、図１８（Ｂ）に示すように、その凹型は、側面からのみ見え、上から見たときには見えない。
【００８８】
従って、通常は、ミラー２５４は上から見ると平面に見える。ただし、ミラー２５４も上から見たときに凹または凸ミラーにして、それが一次元ミラーであることを示すことができる。
【００８９】
図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）では、ミラー２５４は焦点レンズ２５２の焦点または焦点に近い点に配置する。
したがって、前記の通り、例えば、図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）にそれぞれ示すように、ミラー２５４は側面から見て、凸型または凹型にすることができる。凸ミラーは、波長分散を進行させ、凹ミラーは波長分散を減少させるか、または負（通常）から正（異常）に反転させることができる。更に詳しくは、凸ミラーは、負の方向に大きい分散を生じ、凹ミラーは、負の方向に小さい分散を生じるか、または分散を正に反転する。これは、色分散の強さが、側面から見たミラーの曲率の関数に等しいことによって実現する。
【００９０】
図１９は、光束の波長に対するＶＩＰＡ２４０からの光束の出射角を示すグラフである。図１９から分かるように、出射角に対する波長は線形ではない。
波長とＶＩＰＡによって生成された光束の出射角との関係は線形ではないので、ミラー２５４として平面ミラー、通常の凸面ミラー、または通常の凹面ミラーを使用している限りは、波長分散は一つの波長帯域で一定にはならない。この波長分散における非線形は、上位の分散とされる。
【００９１】
一般に、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示す装置について、波長分散における非線形は、次の数式（３）によって理解することができる。
（角分散）・（１−ｆ・（１／Ｒ））∝波長分散・・・・・（３）
ここで、ｆは、焦点レンズ２５２の焦点距離を示し、Ｒは、ミラー２５４の曲率半径を表す。
【００９２】
図２０は、光束の波長に対するＶＩＰＡ２４０の角分散を示すグラフである。一般に、図２０の曲線２８４は、図１９の曲線２８２の傾斜を表したものである。図２０から分かるように、角分散は一定ではない。その代わり、角分散は、波長の変化に応じて変化する。
【００９３】
図２１は、波長に対して数式（３）の（１−ｆ・（１／Ｒ））の部分を示すグラフである。更に詳しくは、直線２８６は、平面ミラーの場合の波長に対する（１−ｆ・（１／Ｒ））のグラフである。（曲率半径は、“∞”（無限大））。直線２８８は、凹面ミラーの場合の波長に対する（１−ｆ・（１／Ｒ））のグラフである（曲率半径は、“＋”）。直線２９０は、凸面ミラーの場合の波長に対する（１−ｆ・（１／Ｒ））のグラフである（曲率半径は、“−”）。図２１に示したとおり、それぞれのミラーは、一定の曲率半径を持つ。
【００９４】
図２２は、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）などのような装置の波長に対する波長分散を示すグラフである。ここでは、ミラー２５４は、一般的な球面の凸面ミラー、平面ミラー、および球面の凹面ミラーである。更に詳しくは、曲線２９２は、ミラー２５４が凸面ミラーである場合の波長に対する波長分散を表す曲線である。曲線２９４は、ミラー２５４が平面ミラーである場合の波長に対する波長分散を表す曲線である。曲線２９６は、ミラー２５４が凹面ミラーである場合の波長に対する波長分散を表す曲線である。
【００９５】
一般的に、曲線２９２、２９４、２９６は、前記数式（３）に表されるように、それぞれ図２０に示す角分散と、図２１の適当な直線との積をそれぞれ表している。さらに詳しくは、一般に、曲線２９４は、図２０に示す曲線２８４と、図２１に示す直線２８６の積を表している。一般に、曲線２９４は、図２０に示す曲線２８４と、図２１に示す直線２９０の積を表している。曲線２９６は、図２０に示す曲線２８４と、図２１に示す直線２８８の積を表している。
【００９６】
図２２から分かるように、ミラー２５４として一般的な球面の凸面ミラー、平面ミラー、または球面の凹面ミラーが使用されても、波長分散は一定ではない。このような波長分散の波長依存性は、ミラー２５４の曲率をチャーピングすることによって減少させるか、または取り除くことができる。
【００９７】
更に詳しくは、図２３は、波長に対する数式（３）の（１−ｆ・（１／Ｒ））の曲線２９８を示すグラフである。一般には、図２３の曲線２９８は、図２０の曲線２８４を反転したものである。したがって、図２４の曲線３００に示すように、図２３の特性を持つミラーは、一定の波長分散を生じる。
【００９８】
例えば、図２５は、数式（３）の値が一定で、波長分散値が２０００ｐｓ／ｎｍとなるような分散ミラーの形状（断面）の一例である。図２５から分かるように、ミラーの形状は自由曲面になっている。ＶＩＰＡの角分散は、この断面に平行な方向になるように、ＶＩＰＡとミラーは空間的に配置される。ここで、波長分散をある特定の値（例えば、−２０００ｐｓ／ｎｍ）にするためには、ミラーの形状は、図２６に示すように、この断面に垂直な方向には同じ形状（すなわちシリンドリカル型）であればよい。ただし、断面に垂直な方向には光は波長によらずレンズにより焦点を結んでいるため、断面に垂直な方向にあまり長さを取る必要はない。
【００９９】
以上に説明した本発明の実施形態では、角分散の大きいＶＩＰＡを用いることで、実用的な大きさで波長分散補償を行うこと、ＶＩＰＡの厚さをＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さに設定することにより、波長多重光の全てのチャネルで同時に分散を補償すること、ミラーの形状を最適な自由曲面形状にすることにより、波長分散の波長依存性を低減する、すなわち、波長分散を略一定にすることが可能となる。
【０１００】
しかし、本発明の上記実施形態では、ＶＩＰＡを用いた装置を光が通過した際の、光の波長に対する透過率の特性は、望ましい平坦な特性になっておらず、図５に示されているような、連続する透過波長帯域内の中心波長付近にピークを持つ、ラウンドトップ型の特性となっている。
【０１０１】
この特性を改善するために、本発明の実施形態によるＶＩＰＡを用いた装置では、前記自由曲面ミラーによって反射された後、ＶＩＰＡに戻される光に、ＶＩＰＡによる角分散方向と垂直な方向に、波長によって大きさの異なる光路ずれを生じさせる手段を備える。このとき、各波長の光の光路は互いに平行である。
【０１０２】
図２７は、図１４に示されている、色分散を生じさせるＶＩＰＡを用いた装置を上から見た図である。図中の各直線は、ＶＩＰＡから出射した各波長の光の光軸（反射ミラーによる反射後の）を示している。図１４のような構成で、反射ミラーとして図２６のようなシリンドリカル型のミラーを用いた場合は、図２７（Ａ）のように、出力ファイバ３０９から出力される各波長の光軸は一致しており、この光軸と出力ファイバ３０９の光軸を一致させることにより、出力ファイバへの結合効率は最大となる。すなわち、出力ファイバ３０９からコリメートレンズ３０８に入力される光は、コリメートレンズ３０８によって平行光にされ、筒型レンズ３０７によって線状に集光され、ＶＩＰＡ３０６に入力する。そして、ＶＩＰＡ３０６によって角度分散が与えられた各波長の光は、焦点レンズ３０５によってミラー３０４上に集束される。ミラー３０４上に集束された光は、ミラー３０４によって反射され、焦点レンズ３０５に戻り、ＶＩＰＡ３０６を通って、筒型レンズ３０７に入力される。筒型レンズ３０７によって、光は平行光となり、コリメートレンズ３０８を逆方向に進むことによって、出力ファイバ３０９に結合される。このとき、各波長の光は等しい結合効率で出力ファイバに結合する。これに対して、図２７（Ｂ）のように何らかの手段で、上から見たときの各波長の光の光軸を、互いに平行で、波長によって光軸と垂直な方向に異なる量だけシフトさせることができれば、出力ファイバに入射する際の光軸と出力ファイバの光軸とのなす角度θ1、θ2、θ3が波長によって異なることになる。ファイバに入射する光の光軸とファイバの軸の間の角度がずれると、ファイバへの光の結合効率は劣化する。この結合効率の劣化量は、上記角度ずれが大きいほど大きい。したがって、本実施形態によるＶＩＰＡを用いた装置では、波長によって出力ファイバへの結合効率が異なることになる。すなわち、波長分散補償された光が出力ファイバに結合する際の結合損失の大きさが波長によって異なる。したがって、上記光路ずれの大きさを波長毎に制御して、上記光路ずれがないときのＶＩＰＡを用いた装置の透過特性と逆の特性を与える（ＶＩＰＡを用いた装置の透過率が高い波長の光は上記結合損失が大きくなるように、透過率が低い波長の光は結合損失が小さくなるようにする）ことにより、望ましい平坦な透過特性を得ることができる。
【０１０３】
以下に、上記光路ずれを生じさせる具体的な手段について例を挙げて説明する。
図２８は、本発明の実施形態を示す図である。本実施形態では、上記自由曲面ミラーの形状を、シリンドリカル型から、シリンドリカル型では形状変化のない方向にも形状が変化するものに変更することによって、上記光路ずれを発生させる。なお、同図においては、図２７と同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明を省略する。
【０１０４】
図２８によれば、ＶＩＰＡにより異なる方向に出射された、異なる波長の光λ1、λ2、λ3は焦点レンズによって、ミラー上の異なる位置３０１、３０２、３０３に集光される。３０１、３０２、３０３は同一のミラー３０４上の異なる位置を表している。これら波長の異なる光が集光される点はミラー上に連続的に並んで、図２８のｙ方向に平行な直線を形成するが、この直線に沿ったミラーの形状は、上記の波長によらず略一定の波長分散を与えるような形状である。更に、この直線と垂直な方向（図２８のｘ方向）の傾斜が、直線に沿って（ｙ軸に沿って）変化するような形状のミラーを用いることにより、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向の反射角度（図２８のｘｚ面内の反射角度）を波長によって変えることができる。この反射光は、焦点レンズを通過してＶＩＰＡに戻る際に、ＶＩＰＡからの出力光の進行方向（図２８のｚ方向）と平行で、角分散方向と垂直な方向（図２８のｘ方向）にずれた光路を通ることになる。このように、波長によって異なる光路ずれを生じさせることができる。
【０１０５】
なお、同図においては、光路ずれを、光を同図の下方に生成しているが、もちろん、同図の上方に生成しても良い。また、波長毎に、１つの波長が上方への光路ずれで、次の波長は下方への光路ずれと言うように、それぞれ異なった方向に光路ずれを生成しても良い。重要なことは、光ファイバに結合する光が、適当な結合効率で光ファイバに結合するように、適切な角度を持って、光ファイバの端部に入射することである。
【０１０６】
図２９は、光ファイバの端部への光の結合効率を説明する図である。
光ファイバからの出射光と光ファイバへの入射光がともにガウシアンビームであるとすると、光ファイバへの戻り光に角度ずれがある場合の結合効率は、次の式で表される。
η＝κ・ｅｘｐ［−κ・π2θ2（ｗ1 2＋ｗ2 2）／（２λ2）］
ここで、
κ＝４／｛（ｗ1／ｗ2＋ｗ1／ｗ2）2｝
ｗ1：光ファイバからの出射光のビームウエスト経
ｗ2：光ファイバへの入射光のビームウエスト経
λ：波長
θ：角度ずれ量
である。なお、光ファイバと光の結合についての詳細は、河野健治著「光デバイスのための光結合系の基礎と応用」を参照されたい。
【０１０７】
また、図３０は、角度ずれ量と結合効率の関係を示した図である。この図によれば、結合角度が２度ずれると結合効率が２ｄＢ以上落ちることが分かる。なお、図３０は、ｗ1＝ｗ2＝１０μｍ、λ１．５５μｍの場合である。
【０１０８】
図３１は、ミラーの傾きと結合効率の関係を説明する図である。
図３１のような光学系で、
コリメートレンズの焦点距離ｆc＝５０ｍｍ
フォーカシングレンズの焦点距離ｆm＝６ｍｍ
ミラーの傾き角度θm＝０．１°
の場合、光軸の横ずれは、約０．１７ｍｍ、光ファイバへの戻り光の角度ずれθは、約０．８３°となる。従って、この場合の結合効率は、約９２％（−０．３８ｄＢ）となる。
【０１０９】
図３２（Ａ）に、本実施形態で用いられる、波長によって異なる光路ずれを生じさせる自由曲面ミラーの一例を示す。図３２（Ａ）の座標軸は、図２８の座標軸に対応している。このような三次元の自由曲面ミラーを作成することは、現有の加工技術をもってすれば困難ではなく、ダイヤモンド製のバイトと精密な可動ステージを有する精密な三次元加工機でＡｌや真鍮などの金属を加工すればよい。このような削り加工したミラーは一般に高価となることが多いので、必要な形状とは反転した形状を有する金型を加工し、その金型を用いて、プラスチックや低融点ガラス、ゾルゲルガラスなどで転写成形した後、ＡｕやＡｌなどの金属や誘電体多層膜をその上に成膜してミラーを形成すればよい。この他、イオンビームエッチングと厚さの異なるレジストを用いてこのような三次元形状を得ることもできる。
【０１１０】
また、図３２（Ｂ）に、図３２（Ａ）に示すような形状のミラーを用いて透過帯域を平坦化した場合と、従来のシリンドリカル型のミラーを用いた場合（平坦化前）の、ＶＩＰＡを用いた装置の透過特性の一例（計算結果）を示す。図３２（Ｂ）に示すように、上記ミラーによって、ラウンドトップ型の透過特性を望ましい平坦な特性に改善することができる。
【０１１１】
上記の実施形態では、ＶＩＰＡを用いた装置によって与えることのできる波長分散補償量は、図２８、図３２（Ａ）のｙ方向のミラー形状によって決定される一つの分散補償量に限られるが、本発明の別の実施形態によれば、一台で複数の波長分散補償量を与えることができ、かつ、それぞれの分散補償量を与える際の透過特性が平坦な、ＶＩＰＡを用いた装置を実現することが可能である。
【０１１２】
図３３は、本発明の別の本実施形態を示す図である。同図においては、図２７と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。図３３によれば、ミラー３１０上には複数の領域（図３３では領域Ａ、Ｂ）が設けられている。各領域内のＶＩＰＡの角分散方向（図３３のｙ方向）と平行な一つの直線に沿ったミラー形状は、各々異なる分散補償量を与えるような形状となっている。更に、各領域内の上記直線に沿った、直線と垂直な方向の傾斜（図３３のｙ方向に沿ったｘ方向の傾斜）は、各分散補償量を与える際のＶＩＰＡの透過特性が平坦になるように決定される。また、本実施形態では、ミラー３１０上の使用領域を、必要な分散補償量によって切り替えることのできる機構が設けられており、これにより、複数の分散補償量を与えることができ、かつ透過特性が平坦な、ＶＩＰＡを用いた装置を実現できる。なお、図３３では、ミラー３１０上の領域はＡ、Ｂの２つとなっているが、３つ以上の領域があってもかまわない。また、図３３では、ある一つの波長λの光の光軸と、この波長の光が当たる位置でのミラー形状（ｘ方向の形状）のみを示している。
【０１１３】
ミラーの使用領域を切り替える機構は、例えば、ミラー３１０を載せるステージなどであり、機械的に、ミラー３１０の位置をシフトするものであればよい。このようなステージは、既知のものが多く存在するので、詳細な説明は省略する。
【０１１４】
更に、本発明の更に別の実施形態によれば、分散補償量をある一定範囲内の任意の値に設定でき、かつ、上記一定範囲内のいかなる分散補償量に設定した場合にも透過特性が平坦となる、ＶＩＰＡを用いた装置を実現することが可能である。
【０１１５】
図３４は本実施形態を示す図である。同図において、図３３と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。図３４によれば、本実施形態では上記自由曲面ミラーとしては、任意の三次元形状を形成することが可能な、可変形状ミラーを用いる。可変形状ミラーはある有限な領域内の形状を任意に変えることのできる形状可変部を持っている。ミラー形状は、以下を満たすように制御される。まず、ミラー上の、ＶＩＰＡの角分散方向（図３４のｙ方向）と平行な一つの直線に沿った形状は、所望の分散補償量を与えるような形状となるようにする。更に、この直線に沿った、直線と垂直な方向の傾斜（図３４のｙ方向に沿ったｘ方向の傾斜）が、該分散補償量を与える際のＶＩＰＡの透過特性を平坦にするような形状となるようにする。以上のようなミラー形状が形成されるように制御を行うことによって、上記の任意分散補償量において平坦な出力光特性を得ることができる。
【０１１６】
可変形状ミラーについては、特願２００１−２１６４１５号明細書あるいは、http://www.hikari-trading.com/oko.htmlなどを参照いただきたい。
また、図３５は、可変形状ミラーを搭載したＶＩＰＡを用いた装置と、ＶＩＰＡからの出力光の分散特性、透過特性をモニタする装置とを組み合わせたシステムの構成を示す図である。
【０１１７】
以上により、出力光の分散特性と透過特性とが同時に、常に最適となるようにミラー形状を制御するシステムを作ることができる。このようなシステムは、環境温度の経時的な変動などによる伝送路ファイバの分散量変動の影響が無視できないために、常時、分散補償を行う必要がある超高速の光ファイバ通信システムにおいて有用である。
【０１１８】
図３５のシステムでは、ファイバからなる伝送路４００を介して受け取った入力光を可変形状ミラーを有するＶＩＰＡを用いた装置４０１を介して伝送路４００に送出し、後段で波長分散をモニタする装置４０２、４０３によって波長分散のモニタを行い、これをミラー形状を制御する装置４０４で、モニタ値を可変形状ミラーの駆動信号にして可変形状ミラーに信号を与え、ＶＩＰＡの波長特性を最適化する。
【０１１９】
以上に説明した実施形態では、透過特性を平坦化するために必要な、ＶＩＰＡに戻される光の光路ずれを、ミラーの、ＶＩＰＡによる角分散方向と垂直な方向傾斜により与えることとしたが、このような光路ずれを与える手段はこれだけではなく、他の手段を用いてもよい。
【０１２０】
また、上記の実施形態では、ＶＩＰＡに戻される光に、ＶＩＰＡからの出射光の光路と平行で、波長によって異なる大きさの光路ずれを生じさせることにより、波長によって出力ファイバへの結合効率を変化させ、波長特性を平坦化したが、必ずしもＶＩＰＡからの出射光と平行な光路ずれを生じさせる必要はなく、波長によって異なる角度ずれを生じさせてもよい。角度ずれによっても出力ファイバへの結合効率は劣化し、波長特性を平坦化することができる。
【０１２１】
また、本実施形態では、図４のファイバの先に図１と同様のサーキュレータを挿入することにより、波長分散が補償された出力光を取り出すことができる。
また、本発明の前記実施形態では、ＶＩＰＡは、光を反射するための反射膜を持つ。例えば、図８は、光を反射する反射膜１２２および１２４を持つＶＩＰＡ７６を示す。ただし、ＶＩＰＡを、反射面を提供するための膜として使用することに限定はしない。その代わり、ＶＩＰＡは適切な反射面を持っていなければならないが、膜である必要はない。
【０１２２】
更に、本発明の前記実施形態では、ＶＩＰＡは多重反射を生じる透明のガラス板を含む。例えば、図８は、反射面を持つ透明のガラス板１２０を備えたＶＩＰＡ７６を示す。ただし、反射面を隔離するために、ＶＩＰＡをガラス部材、または任意のタイプの板のみに限定はしない。その代わり、反射面は、ある種のスペーサによって互いに隔離しておかなければならない。例えば、ＶＩＰＡの反射面は、ガラス板を介在させなくても“空気”によって隔離することができる。したがって、反射面を、例えば光ガラスまたは空気などの透明の部材によって隔離するものとして記述することができる。
【０１２３】
また、ＶＩＰＡの動作は、ＶＩＰＡの反射面の間にある部材の厚さと屈折率によって異なる。さらに、ＶＩＰＡの動作波長は、ＶＩＰＡの温度をコントロールすることによって正確に調整することができる。
【０１２４】
以上説明したように、本発明の前記実施形態によれば、波長によらず略一定の波長分散を生じさせ、実際に光ファイバに蓄積された波長分散を多チャネルの多波長領域において同時に分散補償する装置を提供することができ、更に、透過率の波長特性を所望のものにすることができる。このために、本発明の実施形態では、ＶＩＰＡを特定の構成に限定しない。例えば、ＶＩＰＡは、照射ウィンドウを持っていても良く、ＶＩＰＡの各表面の反射は、特定の例に限定されることはない。
【０１２５】
また、ここまで説明してきた実施形態では、波長分散を積極的に与えた例を示してきたが、波長分散を略ゼロとし、多チャネルの多波長領域において、所望の透過波長特性を与えるような、多波長チャネル用の透過帯域フィルタ装置としても用いることができ、例えば、アレイ導波路型合分波器（ＡＷＧ）等のような平坦ではない透過波長特性を有する装置の波長特性を改善することも可能である。特に図３１に示された実施形態は、多波長チャネル用の可変透過帯域フィルタ装置として使用でき、いかなる透過波長特性を有する装置の波長特性を改善することも可能である。
【０１２６】
（付記１）光を受け取り、光を出力する複数の透過域を持ち、その透過域を通じて連続する波長範囲内の各波長を有する入力光を受け取り、入力光の多重反射を行って、入力光の自己干渉を行わせることにより、前記連続する波長範囲内の各波長を有する光を、波長毎に異なる角度で分散させ、前記連続する波長範囲内の他の波長を有する入力光に対して形成されてアクセス出力光とは空間的に区別することのできる出力光を形成するバーチャリ・イメージド・フェイズド・アレイ（ＶＩＰＡ）と、
該ＶＩＰＡによって形成された、前記波長毎に異なる出力角度を有する出力光を、波長毎に異なる位置に集束させるレンズと、
集束した光を前記レンズに反射して戻し、前記レンズは、反射された出力光をＶＩＰＡに戻し、それによって反射された出力光がＶＩＰＡ内で多重反射を受けて、ＶＩＰＡから透過域を通じて出力されるようにするためのミラーであり、かつＶＩＰＡによる角分散方向に対して、ＶＩＰＡからの出力光に波長によらず略一定の波長分散を与えるような形状を有するミラーと、
前記ミラーによってＶＩＰＡに戻される光の連続する波長範囲内の波長毎に、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向へ、異なる大きさの光路ずれを生じさせる手段を備え、
出力光を波長によって異なる結合効率で光ファイバに結合させることにより、所望の透過波長特性を与えることを特徴とする装置。
【０１２７】
（付記２）前記ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向へ、異なる大きさの光路ずれを生じさせる手段が、前記レンズによって前記ミラー上の異なる位置に集束された異なる波長を有する光に対して、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向に異なる反射方向を与える様な形状を有しているミラーであることを特徴とする付記１に記載の装置。
【０１２８】
（付記３）前記ミラーが、それぞれ異なる波長分散を与える複数の領域を有すると共に、各領域毎に、異なる波長を有する光にＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向に異なる反射方向を与えるような形状を有し、更に前記ミラーを空間的に移動させる手段を有し、
ミラーの異なる領域に光を反射させることにより、異なる波長分散で所望の透過波長特性を与えることを特徴とする付記２に記載の装置。
【０１２９】
（付記４）前記ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向へ、異なる大きさの光路ずれを生じさせる手段が、前記レンズによって前記ミラー上の異なる位置に集束された異なる波長を有する光に対して、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向に異なる反射方向を与えるような形状を有し、かつ形状を任意に変形させることのできる部分と、形状を制御する手段を有する可変形状ミラーであって、波長分散を任意に可変すると共に、各波長分散において、光路ずれ量を可変することにより所望の透過波長特性を与えることを特徴とする付記１に記載の装置。
【０１３０】
（付記５）付記５に記載の装置と、出力光の分散特性と波長特性をモニタする装置とを有し、モニタ結果をミラー形状に反映させ、最適な分散特性と透過波長特性を与えるようにミラー形状を制御することを特徴とする装置。
【０１３１】
（付記６）集光された光を受光し、内部での多重反射を介して、各反射毎に光の一部を放出し、該放出された光の干渉によって、角度分散を生成することによって波長毎に異なる伝搬方向を有する光束を生成するバーチャリ・イメージド・フェーズド・アレイ（ＶＩＰＡ）と、
該ＶＩＰＡから出力される光束を、各波長毎に、該角度分散の方向の面内で、所定の方向に反射し、該ＶＩＰＡに該光束を入射して、該ＶＩＰＡから出射されるときに、各波長毎に、特定の伝搬遅延を与えるミラーと、
該ミラーによって反射される光束に、波長毎に異なった光路ずれを与え、該光束が、該ＶＩＰＡから出射され、光ファイバに結合する場合の結合効率を、光束の該光ファイバへの入射角度を調整することによって可変する結合効率可変手段と、
を備えることを特徴とする装置。
【０１３２】
（付記７）前記結合効率可変手段は、前記ミラーの反射面の形状を、ミラーに入射する光束を前記ＶＩＰＡの角分散の方向の面外の方向に反射するように構成することによって実現されることを特徴とする付記６に記載の装置。
【０１３３】
（付記８）前記結合効率可変手段を実現するためのミラーの反射面の形状は、前記光束に与えられる伝搬遅延量の違いによって、変えられることを特徴とする付記７に記載の装置。
【０１３４】
（付記９）前記ミラーは、異なる反射面の形状を有する複数のミラーを一体化した構成となっていることを特徴とする付記８に記載の装置。
（付記１０）前記ミラーの反射面の形状は、必要に応じて可変できることを特徴とする附記８に記載の装置。
【０１３５】
（付記１１）前記ミラーの形状は、前記装置から出力され、光ファイバを伝搬した後の光信号への波長分散の影響をモニタした結果に基づいて、適応的に可変されることを特徴とする付記１０に記載の装置。
【０１３６】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単かつ安価な方法で、ＶＩＰＡを含む分散補償器の波長特性の形状をラウンドトップ型から平坦化したものに変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】波長分散を補償するための「逆分散コンポーネント」の機能を持つチャープ・ファイバグレーティングを示す図である。
【図２】波長分散を生成するために用いることができる、従来の回折格子を示す図である。
【図３】波長分散を補償するために、逆分散コンポーネントとして用いる空間格子対配列を示す図である。
【図４】ＶＩＰＡを用いた波長分散を補償する装置を示す図である。
【図５】ＶＩＰＡを用いた装置の透過特性を示す図である。
【図６】ＶＩＰＡを用いた装置の、望ましい平坦な透過特性を示す図である。
【図７】ＶＩＰＡを用いた装置の、非対称な透過特性を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるＶＩＰＡを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による図８のＶＩＰＡを詳細に示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による図８に示すＶＩＰＡの直線ＩＸ−ＩＸに沿った横断面を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるＶＩＰＡによって行われる反射光間の干渉を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態による入力光の傾き角度を決定するための、図８に示すＶＩＰＡの直線ＩＸ−ＩＸに沿った横断面を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態によるＶＩＰＡを作成する方法を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、色分散を生じさせるための角分散部としてＶＩＰＡを使用する装置を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、図１４に示す装置の動作を詳細に示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡの干渉のさまざまな次数を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態による、波長分割多重光のいくつかのチャネルの色分散を示す図である。
【図１８】本発明の他の実施形態による、光を分散させるためにＶＩＰＡを使用した装置の側面を示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態による、光束の波長に対するＶＩＰＡの光束の出射角を示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態による、光束の波長に対するＶＩＰＡの角分散を示す図である。
【図２１】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置の異なるミラータイプの効果を示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置の波長に対する色分散を、使用する異なるミラータイプ毎に示す図である。
【図２３】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置のミラーの効果を示す図である。
【図２４】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置の一定の色分散を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置のためのミラーの断面形状の一例を示す図である。
【図２６】本発明の実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置のためのミラーの三次元形状の一例を示す図である。
【図２７】図１４に側面図が示されているＶＩＰＡを用いた装置を上から見たときの各波長の光の光軸を示す図である。
【図２８】本発明の一実施形態による、波長によって異なる大きさの光路ずれを生じさせるミラーを用いた、ＶＩＰＡを用いた装置の上面図である。
【図２９】角度ずれ量と結合効率の関係を説明する図である。
【図３０】角度ずれ量と結合効率の関係を示すグラフである。
【図３１】ミラーの傾きと結合効率の関係を示す図である。
【図３２】本発明の実施形態で用いる、波長によって異なる大きさの光路ずれを生じさせるミラー形状の一例とそのミラーの効果を示す図である。
【図３３】本発明の一実施形態による、図３２のような形状の複数のミラー領域を持つ、ＶＩＰＡを用いた装置の上面図である。
【図３４】本発明の一実施形態による、可変形状ミラーを持つ、ＶＩＰＡを用いた装置の上面図である。
【図３５】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡを用いた装置と、波長分散及び透過特性をモニタする装置を組み合わせたシステムの構成を示す図である。
【符号の説明】
３０４ ミラー
３０５ 焦点レンズ
３０６ ＶＩＰＡ
３０７ 筒型レンズ
３０８ コリメートレンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分散を生成する装置及び、光ファイバ伝送路において蓄積する波長分散を補償するために用いる装置に係り、特には、バーチャリ・イメージド・フェイズド・アレイを、波長分散を生成するために用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を用いて情報を送信するための従来の光ファイバ通信システムでは、送信器は、光パルスを光ファイバを通して受光器に送出する。しかし、「色分散」ともいわれる、光ファイバの波長分散は、システムの信号の質を劣化させる。
【０００３】
より具体的には、波長分散の結果、光ファイバ中の信号光の伝搬速度は、その信号光の波長に依存する。例えば、長い波長を持つ光パルス（例えば赤色を示す波長を持つ光パルス）が、短い波長を持つ光パルス（例えば青色を示す波長を持つ光パルス）よりも速く伝搬するとき、その分散は正常分散と呼ばれる。逆に、短い波長を持つ光パルス（例えば青色パルス）が、長い波長を持つパルス（例えば赤色パルス）よりも速く伝搬するとき、その分散は異常分散と呼ばれる。
【０００４】
従って、信号光パルスが送信器から送出される際に赤色パルス及び青色パルスを含む場合、信号光パルスは光ファイバ内を伝搬する間に赤色パルス及び青色パルスに分離され、それぞれの光パルスが異なる時間に受光器によって受光される。
【０００５】
光パルス送信の他の例として、青色から赤色へ連続する波長成分を持つ信号光パルスを送信する場合には、各成分は異なる速度で光ファイバ内を伝搬するため、信号光パルスは光ファイバ内でその時間幅が広げられ、歪みが生じる。全てのパルスは有限な波長範囲内の成分を含むため、このような波長分散は光ファイバ通信システムにおいては、きわめて一般的である。
【０００６】
従って、特に高速の光ファイバ通信システムにおいては、高送信能力を得るために、波長分散を補償することが必要となる。
このような波長分散を補償するために、光ファイバ通信システムには、光ファイバにおいて発生する波長分散と逆の波長分散を光パルスに与える「逆分散コンポーネント」が必要となる。
【０００７】
従来の装置の中には、この「逆分散コンポーネント」として用いることのできるものが存在する。例えば、分散補償ファイルは特定の断面屈折率分布を持ち、通常の伝送路ファイバにおいて生じるのと逆の波長分散を与え、「逆分散コンポーネント」として用いることができる。しかし、分散補償ファイバは製造するのに高価であり、また、伝送路ファイバで発生する波長分散を十分に補償するためには比較的長いものが必要である。例えば、伝送路ファイバ１００ｋｍで発生した波長分散を完全に補償するためには、２０ｋｍから３０ｋｍ程度の長さの分散補償ファイバが必要となる。このため、光損失が大きくなり、また、寸法が大きくなるという問題がある。
【０００８】
図１は、波長分散を補償するための「逆分散コンポーネント」の機能を持つチャープ・ファイバグレーティングを示している。
図１に示すように、光ファイバ内を伝搬し、波長分散を与えられた光は、光サーキュレータ５０の入力ポート４８に供給される。
【０００９】
サーキュレータ５０は、光をチャープ・ファイバグレーティング５２へ供給する。チャープ・ファイバグレーティング５２は、異なる波長成分は異なる距離を伝搬し、それにより波長分散を補償することができるように、光をサーキュレータ５０に戻す。
【００１０】
例えば、チャープ・ファイバグレーティング５２は、長い波長成分はチャープ・ファイバグレーティングによって遠い距離で反射され、それにより、短い波長成分よりも長い距離を伝搬するように設計することが可能である。サーキュレータ５０は、その後、チャープ・ファイバグレーティング５２から出力ポート５４へ反射された光を供給する。従って、チャープファイバグレーティング５２は、光パルスに逆分散を与えることができる。
【００１１】
しかし、チャープ・ファイバグレーティング５２は、反射する光パルスについて、大変狭い帯域しか持たない。従って、波長分割多重光のような多くの波長を含む光を補償するために十分な波長帯域を得ることができない。たくさんのチャープ・ファイバグレーティングを、波長多重信号について、カスケードさせることは可能である。しかし、この結果、システムが高価になる。このように、図１に示すような、サーキュレータと組み合わせたチャープ・ファイバグレーティングは、１つのチャネルの光ファイバ通信システムに用いるのに適している。
【００１２】
図２は、波長分散を生成するために用いることができる、従来の回折格子を示す図である。図２に示すように、回折格子５６は、格子面５８を持つ。異なる波長を持つ平行光６０は、格子面５８に入射する。光は、格子面５８の各段で反射され、互いに干渉する。その結果、異なる波長を持つ光６２、６４及び６６は回折格子５８から異なる角度で出力される。回折格子を用いて波長分散を補償するためには、以下でより詳しく述べる空間格子対配列で用いることができる。
【００１３】
より詳しくは、図３（Ａ）は、波長分散を補償するために、逆分散コンポーネントとして用いる空間格子対配列を示す図である。図３（Ａ）に示すように、光６７は、第一の回折格子６８から回折され、短い波長についての光６９及び長い波長についての光７０になる。これら光６７及び７０は、その後、第二の回折格子７１により回折され、同じ方向に伝搬する光になる。図３（Ａ）に示すように、逆分散を加えるために、異なる波長を持つ波長成分は異なる距離を伝搬し、それにより、波長分散を補償する。（光７０のような）長い波長は、（光６９のような）短い波長よりも長い距離を伝搬するので、図３（Ａ）に示す空間格子対配列は、異常分散を持つ。
【００１４】
図３（Ｂ）は、色分散を補償するために、逆分散コンポーネントとして用いる他の空間格子対配列を示す図である。図３（Ｂ）に示すように、レンズ７２および７４は、焦点の１つを共有するように、第一及び第二の回折格子６８および７１の間に位置する。（光７０のような）長い波長は、（光６９のような）短い波長よりも短い距離を伝搬するので、図３（Ｂ）に示す空間格子対配列は、正常分散を持つ。
【００１５】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すような空間格子対配列は、一般に、レーザ共振器で分散を制御するために用いられる。しかし、実際の空間格子対配列は、光ファイバ通信システムにおいて生じる比較的大きな量の色分散を補償するために十分大きな分散を与えることができない。より具体的には、回折格子によって生じる角分散は、普通、極端に小さく、一般に約０．０５度／ｎｍである。従って、光ファイバ通信システムにおいて生じる波長分散を補償するためには、第一及び第二の回折格子６８および７１は、大きな距離を隔てていなければならないことになり、このことにより、そのような空間格子対配列は、実用的ではないことになる。
【００１６】
上記のような従来の装置に対して、特許出願番号 平成１０年−５３４４５０及び平成１１年−５１３１３３には、図４に示すような、「Virtually Imaged Phased Array（バーチャリ・イメージド・フェーズド・アレイ）」、すなわちＶＩＰＡ１と呼ぶ部分を含む装置が提案されている。
【００１７】
ＶＩＰＡは、ＶＩＰＡから伝搬する光を生成する。この装置には、ＶＩＰＡに光を戻し、ＶＩＰＡ内で多重反射が発生するようにするための返光装置も含む。
上記装置は、連続する波長範囲内の波長の入力光を受け取り、対応する出力光を連続して生成する、ＶＩＰＡを含む装置を備えることによって達成される。この出力光は、連続する波長範囲内の他の波長の出力光とは空間的に区別できる（例えば、異なる方向に進む）。この出力光が進行角度で区別できれば、この装置は角度分散があるということである。
【００１８】
更に上記装置は、ＶＩＰＡおよび返光装置２を備えることによって達成される。ＶＩＰＡには、透過域および透明部材が含まれる。透過域を通ることによって光はＶＩＰＡに入出力することができる。透明部材３は、第１及び第２の表面を持つ。第２の表面は反射性を有し、入射光の一部を透過する。入力光は透過域を通ってＶＩＰＡに受光され、透明部材の第１及び第２の表面の間で何度も反射され、複数の光が第２の表面を透過する。複数の透過光が互いに干渉して出力光４が生成される。入力光は、連続する波長範囲内の波長を持ち、出力光は、その波長範囲内の他の波長を持つ光とは空間的に区別することができる。返光装置は、出力光を完全に逆方向に第２の表面へと返すことができ、第２の表面を透過してＶＩＰＡに入力され、その出力光がＶＩＰＡ内を多重反射してＶＩＰＡの透過域から入力経路へ出力される。
【００１９】
更に、上記装置は、入力光の波長と同じ波長を持ち、異なる干渉次数を持つ複数の出力光を生成するＶＩＰＡを備えた装置を用意することによって達成される。本装置はまた、１つの干渉次数にある出力光をＶＩＰＡに返し、その他の出力光は返さない返光装置も備えている。これによって、一つの干渉次数に対応する光のみをＶＩＰＡに返す。
【００２０】
更に、上記装置は、ＶＩＰＡ、返光装置、及びレンズ５を含む装置を備えることによって達成される。ＶＩＰＡは、入力光を受け取り、ＶＩＰＡから伝搬する、対応する出力光を生成する。返光装置は、ＶＩＰＡから出力光を受け取り、その出力光をＶＩＰＡに返す。レンズは、（ａ）出力光が、ＶＩＰＡからレンズを通り、更にレンズによって返光装置に集光されることによってＶＩＰＡから返光装置に進み、（ｂ）出力光が、返光装置からレンズへ、そしてレンズによってＶＩＰＡに方向付けされることによって返光装置からＶＩＰＡに返され、更に、（ｃ）ＶＩＰＡからレンズに進む出力光が、レンズからＶＩＰＡに返る出力光に対して平行及び逆方向に進むように位置決めされる。更に、ＶＩＰＡからレンズに進む出力光は、レンズからＶＩＰＡに返される出力光とは重ならない。
【００２１】
更に、上記装置は、ＶＩＰＡ、ミラー６、及びレンズを含む装置を備えることによって達成される。ＶＩＰＡは、入力光を受け取り、対応するＶＩＰＡから伝搬する出力光を生成する。レンズは、出力光をミラーに集光させ、ミラーが出力光を反射して、反射光がレンズによってＶＩＰＡに返される。ミラーは、装置が一定の波長分散を行うように形成する。
【００２２】
以上のようにＶＩＰＡは、回折格子のように角分散の機能を持ち、波長分散補償を可能とするが、特に大きな角分散を有することが特徴であり、実用的な逆分散コンポーネントを容易に提供することができる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
図５〜図７は、ＶＩＰＡを用いた装置の特性を説明する図である。
しかし、波長分散を補償するためのＶＩＰＡを用いた装置には、波長に対する透過率の特性が平坦でなく、図５のような、各透過帯域内の中心波長付近にピークを持つ、ピークの頂上あたりが丸みを帯びてしまうラウンドトップ型になってしまうという問題がある。
【００２４】
このような透過特性を持つ装置が光伝送路内に存在すると、送信器から送出された信号光パルス波形に歪みが生じ、信号を正確に伝送することができなくなってしまう。特に、大きな波長分散を補償することが必要な、長距離の光ファイバ通信システムにおいて、ＶＩＰＡを用いた装置を多段に用いて波長分散補償を行う場合、上記のような望ましくない透過特性が重ね合わされるため、信号光パルスの劣化が非常に大きくなってしまう。従って、ＶＩＰＡを用いた装置は、図６のような平坦な出力光の波長特性を持つことが望ましい。
【００２５】
上記のような平坦でない透過特性は、以下のような理由で、ＶＩＰＡを用いた装置において原理的に生じるものである。
第一に、ＶＩＰＡからの出力光の進行方向は波長によって異なるが、このときＶＩＰＡに入力した光の光軸と平行な方向に進行する光の強度が最も強く、ＶＩＰＡへの入力光の光軸から外れた方向に進行する光の強度は弱い。これは次のように考えられる。ＶＩＰＡへの入力光は通常、図４に示されているようにレンズによって収束された光であるために、入力光には進行方向の異なる複数の平行光の成分が含まれており、かつ、各平行成分の光の強度は、入力光の光軸に平行な進行方向を持つ平行光成分において最大であり、光軸から外れた方向に進行する成分ほど小さくなる。一方、ＶＩＰＡ内で多重反射した複数の光が干渉し、強め合って出力される条件を満たす波長は、上記進行方向の異なる平行光成分毎に異なる。以上により、ＶＩＰＡからの出力光の波長によって光の強度が異なることになる。
【００２６】
このＶＩＰＡからの出力光強度の波長依存性を反映して、ＶＩＰＡを用いた装置の透過特性にも透過率に波長依存性が生じる。すなわち、透過特性は平坦でなくなる。
【００２７】
第二に、ＶＩＰＡから出力される各波長の光は、干渉次数の異なる複数の可能な進行方向を持つため、光の強度がこれら複数の干渉次数光に分散されてしまう。ＶＩＰＡを用いた装置においては、不要な干渉次数光はカットし、必要な一つの干渉次数の光のみ取り出さなければならない。従って、カットされるべき不要な干渉次数光がＶＩＰＡから出力されると、その分、光損失が発生することになる。一方、各干渉次数光がＶＩＰＡから出力されるか否かは、各干渉次数光の進行すべき方向が、レンズによってＶＩＰＡに収束される入力光に含まれる平行光成分の進行方向のなかに含まれるか否かによる。したがって、波長によって不要な干渉次数光が発生する度合いは異なることになる。不要次数光が発生しない波長の光は損失が小さく、不要次数光の発生の度合いが大きい波長の光は損失が大きい。これを反映して、ＶＩＰＡを用いた装置の透過波長特性に波長依存性が生じる。すなわち、透過波長特性が平坦でなくなる。
【００２８】
第三に、ＶＩＰＡを用いた装置によって波長分散を補償するためには、ＶＩＰＡからの出力光がミラーで反射されてＶＩＰＡに戻される際に、波長によって異なる位置に光を戻すことにより、波長によって異なる光路長を与える必要がある。波長分散が補償された光を光ファイバによって受け取り、出力光として取り出す場合には、上記のような波長によるＶＩＰＡ上の戻り位置の違いにより、ファイバへの結合効率が波長によって異なることになる。通常、各透過帯域内の中心波長付近の光が最も効率よくファイバに結合するように光学系が調整されるので、中心波長から離れた波長の光の結合効率が相対的に低くなる。このために、ＶＩＰＡを用いた装置によって波長分散補償を行う場合、上記のような平坦でない透過特性が得られることになる。
【００２９】
ＶＩＰＡを用いた装置において、このような透過特性を改善し、望ましい平坦な透過特性を実現する方法については、前記、特許出願番号 平成１０年−５３４４５０及び平成１１年−５１３１３３には具体的には記載されていない。
【００３０】
従来のエタロンフィルタなどを用いて、ＶＩＰＡからの出力光の波長特性と逆の特性を与え、出力光の波長特性をある程度平坦化することは可能である。しかし、ＶＩＰＡを用いた装置の透過特性は、設計によっては、図７のようにピークの波長に対して短波長側と長波長側の幅が異なる非対称な形をしている場合があり、厳密な平坦化は不可能である。透過光の周期が異なるエタロンフィルタを多段に重ねて、非対称のフィルタを実現することは可能であるが、フィルタの数が多くなるほど透過光の損失が大きくなり、また、システムが高価になるため現実的ではない。
【００３１】
したがって、本発明の課題は、波長分散を補償するための、ＶＩＰＡを用いた装置において、光損失を抑え、かつ経済的な方法で、出力光の波長特性を望ましいものに改善するための手段を提供することである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明の装置は、光を受け取り、光を出力する複数の透過域を持ち、その透過域を通じて連続する波長範囲内の各波長を有する入力光を受け取り、入力光の多重反射を行って、入力光の自己干渉を行わせることにより、前記連続する波長範囲内の各波長を有する光を、波長毎に異なる角度で分散させ、前記連続する波長範囲内の他の波長を有する入力光に対して形成されてアクセス出力光とは空間的に区別することのできる出力光を形成するバーチャリ・イメージド・フェイズド・アレイ（ＶＩＰＡ）と、該ＶＩＰＡによって形成された、前記波長毎に異なる出力角度を有する出力光を、波長毎に異なる位置に集束させるレンズと、集束した光を前記レンズに反射して戻し、前記レンズは、反射された出力光をＶＩＰＡに戻し、それによって反射された出力光がＶＩＰＡ内で多重反射を受けて、ＶＩＰＡから透過域を通じて出力されるようにするためのミラーであり、かつＶＩＰＡによる角分散方向に対して、ＶＩＰＡからの出力光に波長によらず略一定の波長分散を与えるような形状を有するミラーと、前記ミラーによってＶＩＰＡに戻される光の連続する波長範囲内の波長毎に、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向へ、異なる大きさの光路ずれを生じさせる手段を備え、出力光を波長によって異なる結合効率で光ファイバに結合させることにより、所望の透過波長特性を与えることを特徴とする。
【００３３】
本発明によれば、ＶＩＰＡの透過波長特性を、簡易かつ安価な方法で平坦化でき、従って、ＶＩＰＡの透過帯域を通過する光信号の劣化を抑え、品質の良い光信号を伝送することのできる光ファイバ通信システムを提供することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、前記ＶＩＰＡを含む装置において、ＶＩＰＡによる角分散方向に対して、ＶＩＰＡからの出力光に各波長によらず略一定の波長分散を与えるような形状を有するミラーと、ミラーで反射された後にＶＩＰＡに戻る光の光路ずれの大きさを波長毎に制御することのできる手段を有する装置を提供する。
【００３５】
本発明の実施形態を以下に詳細に述べる。添付の図面では、同じ機能の装置には同じ番号を付けて示す。
図８は、本発明の一実施形態で用いるVirtually Imaged PhasedArray（ＶＩＰＡ）を示す図である。また、以後は、「Virtually Imaged Phased Array」と「ＶＩＰＡ」は、互いに置き換えて使用できる用語とする。
【００３６】
図８によれば、ＶＩＰＡ７６は、薄いガラス板で作成するのが望ましい。入力光７７は、半円筒レンズなどのレンズ８０を使用してライン７８に集光され、入力光７７がＶＩＰＡ７６を進むようにする。ライン７８は、以後、焦点ライン７８と呼ぶ。入力光７７は、焦点ライン７８から放射状に伝搬し、ＶＩＰＡ７６内に受け取られる。次に、ＶＩＰＡ７６は、平行光の光束８２を出力する。光束８２の出射角は、入力光７７の波長の変化と共に変わる。例えば、入力光７７の波長がλ１の時、ＶＩＰＡ７６は波長がλ１の光束８２ａを特定の方向に出力する。入力光７７の波長がλ２のとき、ＶＩＰＡ７６は波長がλ２の光束８２ｂを異なる方向に出力する。したがって、ＶＩＰＡ７６は、互いに空間的に区別することが可能な光束８２ａ及び８２ｂを生成する。
【００３７】
図９は、本発明の一実施形態で用いるＶＩＰＡ７６の詳細図である。図９によれば、ＶＩＰＡ７６は、例えば、ガラス製で表面に反射膜１２２及び１２４を持つプレート１２０を備える。反射膜１２２は、反射率が約９５％以上であることが望ましいが、１００％より小さいこととする。反射膜１２４は、反射率がおよそ１００％であるのが望ましい。照射ウィンドウ１２６はプレート１２０上に形成され、その反射率はおよそ０％であるのが望ましい。入力光７７はレンズ８０によって照射ウィンドウ１２６を通じて焦点ライン７８に集光され、反射膜１２２と１２４の間で多重反射が起こるようにする。焦点ライン７８は、反射膜１２２が取り付けられているプレート１２０上にあるのが望ましい。このように、焦点ライン７８は本質的には照射ウィンドウ１２６を通じて反射膜１２２上に集光させるラインである。レンズ８０によって集光される焦点ライン７８の幅は、入力光７７のビームウエストとも呼ばれる。このように、図９に示される本発明の実施形態では、入力光７７のビームウエストは、プレート１２０の遠い方の表面（すなわち反射膜１２２の面）に集光される。プレート１２０の遠い方の表面にビームウエストを集光させることによって、本発明の実施形態では、照射ウィンドウ１２６の領域（ｉ）（例えば、以下で詳細を説明するが、図１２に示す領域ａ）と、入力光７７が反射膜１２４によって最初に反射されるときに入ってくる反射膜１２４上の領域（例えば、下記に詳細を説明する、図１２に示す領域ｂ）とが重なってしまう可能性を低くすることが望ましい。
【００３８】
図９では、入力光７７の光軸１３２にはわずかな傾き角θが見られる。反射膜１２２の最初の反射では、５％の光が反射膜１２２を透過し、ビームウエストのあとで発散する。また、９５％の光が反射膜１２４に向かって反射する。最初に反射膜１２４によって反射された後、光は再度反射膜１２２にあたるが、今度はｄだけずれている。次に、５％の光が反射膜１２２を透過する。同じように、図９に示すように、光は一定の間隔ｄを保ちながら多数の経路に分岐する。各経路での光線の形は、光がビームウエストの虚像１３４から広がる形となる。虚像１３４は、プレート１２０に対する垂直線にそって一定の間隔２ｔで配置される。ここで、ｔはプレート１２０の厚さである。虚像１３４におけるビームウエストの位置は、自己設定であり、それぞれの位置を調整する必要はない。虚像１３４からの光は互いに干渉し、入力光７７の波長に従って異なる方向に伝搬する平行光１３６を形成する。
【００３９】
光経路の間隔は、ｄ＝２ｔＳｉｎθであり、隣接する光線の経路長の差は、２ｔＣｏｓθである。角分散は、これらの２つの値の割合に正比例する。すなわち、ｃｏｔθである。この結果、ＶＩＰＡはかなり大きい角分散を生じる。
【００４０】
図９から明らかなように、「Virtually Imaged Phased Array」という用語は、虚像１３４の配列の形成から生まれたものである。
図１０は、本発明の実施形態による図８に示すＶＩＰＡ７６のＩＸ−ＩＸの線に沿った横断面を示す。図１０によると、プレート１２０には反射面１２２、及び１２４がある。反射面１２２および１２４は、互いに平行でありプレート１２０の厚さｔの間隔で配置されている。反射面１２２及び１２４は、プレート１２０に配置される典型的な反射膜である。上記の通り、反射面１２４の反射率は、照射ウィンドウ１２６をのぞき、およそ１００％である。反射面１２２の反射率は、およそ９５％以上である。したがって、反射面１２２の透過率はおよそ５％以下であるので、入射光の約５％以下が反射面１２２で透過し、約９５％以上が反射される。反射面１２２及び１２４の反射率は、特別にＶＩＰＡを応用して使用することによって容易に変更することができる。ただし、一般には、反射面１２２の反射率は１００％より小さくして入射光の一部が透過できるようにしなければならない。
【００４１】
反射面１２４には照射ウィンドウ１２６が設けられている。照射ウィンドウ１２６は、光を透過させ、できれば光を反射しないか、または非常に小さい反射率であることが望ましい。照射ウィンドウ１２６は、入力光７７を、反射面１２２と反射面１２４間で受光し、反射させる。
【００４２】
図１０は、図８の直線ＩＸ−ＩＸに沿った横断面を示す、図８に示した焦点ライン７８は、図１０では「点」と表現されている。ここで、入力光７７は、焦点ライン７８から放射状に伝搬する。更に、図１０に示すように、焦点ライン７８は反射面１２２上に位置する。焦点ライン７８が反射面１２２上にある必要はないが、焦点ライン７８の位置ずれによってＶＩＰＡ７６の特性がわずかに変化する。
【００４３】
図１０に示すとおり、入力光７７は照射ウィンドウ１２６の領域Ａ０を通ってプレート１２０に入る。ここで、点Ｐ０は領域Ａ０の周辺の点を示す。
反射面１２２の反射率によって、およそ９５％以上の入力光７７が反射面１２２によって反射され、反射面１２４の領域Ａ１に入射する。点Ｐ１は、領域Ａ１の周辺の点を示す。反射面１２４の領域Ａ１で反射されたのち入力光７７は、反射面１２２に進み、一部が反射面１２２を透過して光線Ｒ１が定義する出力光Ｏｕｔ１となる。
【００４４】
このように、図１０に示すように、入力光７７は反射面１２２と反射面１２４の間で多重反射される。ここで、反射面１２２に反射される毎に透過光が発生することになる。従って、例えば、入力光７７が反射面１２４の領域Ａ２、Ａ３、Ａ４で反射した直後に反射面１２２で反射され、出力光Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、及びＯｕｔ４が生成される。点Ｐ２は、領域Ａ２の周辺の点を示し、点Ｐ３は、領域Ａ３の周辺の点を示す、点Ｐ４は領域Ａ４の周辺の点を示す。出力光Ｏｕｔ２は、光線Ｒ２によって定義され、出力光Ｏｕｔ３は、光線Ｒ３によって定義され、出力光Ｏｕｔ４は、光線Ｒ４によって定義される。図１０は、出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４のみを示しているが、実際は、入力光７７の強さや反射面１２２、１２４の反射率によってもっと多くの光が存在する。下記に詳細を示すが、出力光は互いに干渉して、入力光７７の波長によって異なる方向を持つ光束を生成する。従って、光束を出力光Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４の干渉から生じた出力光として記述することができる。
【００４５】
図１１は、本発明の実施形態に用いるＶＩＰＡによる反射光の干渉を示す図である。図１２によれば、焦点ライン７８から進んでくる光は、反射面１２４によって反射される。前記の通り、反射面１２４の反射率はおよそ１００％であり、本質的にはミラーの機能を持つ。この結果、反射面１２２および１２４が存在せず、その代わりとして、出力光Ｏｕｔ１が焦点ラインＩ１から出射したものとして出力光Ｏｕｔ１を光学的に分析することができる。同様に、出力光Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４が焦点ラインＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４から出射したものとして光学的に分析することができる。焦点ラインＩ２、Ｉ３、Ｉ４は、焦点ラインＩ０の虚像である。
【００４６】
従って、図１１に示すように、焦点ラインＩ１は焦点ラインＩ０から２ｔの距離にある。ｔは、反射面１２２と１２４との距離を表す。同様に、そのあとに続く各焦点ラインは、その直前の焦点ラインから２ｔの距離にある。したがって、焦点ラインＩ２は、焦点ラインＩ１から２ｔの距離にある。更に、反射面１２２、反射面１２４の間に生じる後続の多重反射によって、直前の出力光よりも弱い出力光が発生する。したがって、出力光Ｏｕｔ２の強度は、出力光Ｏｕｔ１よりも弱い。
【００４７】
図１１に示すように、焦点ラインからの出力光は、重なり、干渉し合う。更に詳しくは、焦点ラインＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、焦点ラインＩ０の虚像であるので、出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４は、焦点ラインＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４で同じ光位相を持つ。したがって、干渉により、入力光７７の波長によって異なる方向に進む光束が生じる。
【００４８】
本発明の実施形態で用いるＶＩＰＡには、ＶＩＰＡの設計上の特性である強め合いの条件が含まれている。この強め合いの条件によって、出力光の干渉が増加し、光束が形成される。ＶＩＰＡの強め合いの条件は、次の数式（１）で表される。
２ｔ×ｃｏｓφ＝ｍλ・・・・（１）
ここで、φは、形成された光束の、反射面１２２及び１２４に垂直な線から見た伝搬方向を示す。λは、入力光の波長を示す。ｔは、反射面１２２と１２４の間の距離を示す。ｍは整数を示す。
【００４９】
したがって、ｔが定数で、ｍに特定の値が与えられている場合には、波長λの入力光に対して形成される光束の伝搬方向φが決定する。
更には、入力光７７は、焦点ライン７８から特定の角度で放射状に拡散する。したがって、同じ波長の入力光は、焦点ライン７８から多くの異なる方向に進み、反射面１２２および１２４の間で反射する。ＶＩＰＡの強め合いの条件によって、ある特定の方向に進む光は、出力光の干渉を通じて強め合い、入力光の波長に対する方向の光束を形成する。強め合いの条件に基づく特定の方向とは異なる方向に進む光は、出力光の干渉によって弱められる。
【００５０】
図１２は、図８に示すＶＩＰＡの直線ＩＸ−ＩＸの横断面を示す図であり、本発明の一実施形態で用いる入力光の入射角または傾き角を決めるＶＩＰＡの特性を示す。
【００５１】
図１２によれば、入力光７７は、円筒形レンズ（図示しない）によって集光され、焦点ライン７８に集光される。図１２に示すように入力光７７は、照射ウィンドウ１２６の「ａ」に等しい幅の領域をカバーする。入力光７７が反射面１２２に一度反射されたあと、入力光７７は、反射面１２４に入射し、反射面１２４の「ｂ」に等しい幅の領域をカバーする。更に、図１２に示すように、入力光７７は、反射面１２２の垂線に対してθ０の傾き角を持つ光軸１３２に沿って進む。
【００５２】
傾き角θ０は、入力光７７が反射面１２２によって一度反射されたあと、照射ウィンドウ１２６を通ってプレートから外れた位置に出てしまわないような値に設定しなければならない。すなわち、傾き角θ０は、入力光７７が反射面１２２と反射面１２４の間に取り込まれた状態になり、照射ウィンドウ１２６を通ってプレートから外れないようにするためには、傾き角θ０は、次の数式（２）に従って設定する。
【００５３】
光軸の傾き角θ０≧（ａ＋ｂ）／４ｔ・・・・・・（２）
従って、図８〜１２に示すように、本発明の実施形態では、連続する波長領域内の各波長を持つ入力光を受光するＶＩＰＡを備えている。ＶＩＰＡは、入力光の多重反射によって自己干渉が行われるようにし、その結果として出力光を形成する。出力光は、連続する波長領域内の他の波長を持つ入力光とは空間的に区別できる。例えば、図１０に、反射膜１２２と１２４の間で多重反射を生じる入力光７７を示す。この多重反射によって、互いに干渉し、入力光７７の各波長に対して空間的に区別することのできる光束を生成する、複数の出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４を生成する。
【００５４】
「自己干渉」とは、同じ光源から発生した複数の光または光線の間に生じる干渉である。したがって、出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４は全て同じ光源（すなわち、入力光７７）から発生しているので、出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４の干渉は、入力光７７の自己干渉と呼ばれる。
【００５５】
本発明の実施形態では、入力光は連続する波長範囲内の任意の波長であって良い。このように、入力光は、不連続の値の範囲から選択した値の波長に限定されることはない。さらに、本発明の実施形態によると、連続する波長範囲内の特定の波長の入力光に対して生成される出力光は、入力光が連続する波長範囲内の異なる波長であった場合に生成される出力光とは、空間上で区別される。
【００５６】
したがって、たとえば、図６に示すように、光束８２の進行方向（すなわち「空間特性」）は、入力光７７が連続する波長範囲内の異なる波長であった場合には異なる。
【００５７】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）、図１３（Ｄ）に本発明の実施形態で用いるＶＩＰＡの作成方法を示す。
図１３（Ａ）によれば、平行板１６４は、ガラス製であることが望ましく、優れた平行性を持つ。反射膜１６６、１６８は、真空蒸着、イオンビームアシスト蒸着、スパッタリングなどの方法により、平行板１６４の両面に備えられる。反射膜１６６、１６８の一つは、反射率が１００％であり、他の一つは反射率が１００％より小さく、８０％より大きいことが望ましい。
【００５８】
図１３（Ｂ）によれば、反射膜１６６、１６８の一つは、一部削られて照射ウィンドウ１７０を形成する。図１３（Ｂ）で示す反射膜１６６は削られ、照射ウィンドウ１７０が平行板１６４の反射膜１６６と同じ表面に形成されるようにする。ただし、その代わりに、反射膜１６８は、一部を削って照射ウィンドウが平行板１６４上の反射膜１６８と同じ面に形成されるようにする。本発明の各種の実施形態に示すように、照射ウィンドウは、平行板１６４のどちら側にでも形成することができる。
【００５９】
反射膜は、エッチング処理で削ることができるが、機械的な切削処理を使用することもでき、費用も少ない。ただし、反射膜を機械的に切削すれば、平行板１６４を慎重に処理し、平行板１６４への損傷を最小にしなければならない。例えば、照射ウィンドウを形成する平行板１６４部分の損傷が大きい場合には、平行板１６４は受け取った入力光の分散によって過剰な損失を受けることになる。
【００６０】
最初に反射膜の形成及び切削を行う代わりに、事前に平行板１６４の一部を照射ウィンドウに対応してマスキングし、その部分を反射膜で覆われないようにして照射ウィンドウを作成することができる。
【００６１】
図１３（Ｃ）によれば、透明接着剤１７２を反射膜１６６、及び反射膜１６６を取り除いた平行板１６４の一部に塗る。透明接着剤１７２は、照射ウィンドウを形成する平行板１６４の一部に塗布するので、光の損失が最小限になるものである。
【００６２】
図１３（Ｄ）によれば、透明保護板１７４は、透明接着剤１７２を塗布した上に載せ、反射膜１６６及び平行板１６４を保護する。
透明接着剤１７２は、反射膜１６６を取り除いて凹んだ部分に満たすように塗布するため、透明保護板１７４は、平行板１６４の上部表面に平行に備えられる。
【００６３】
同様に、反射膜１６８を保護するため、接着剤（図示しない）を反射膜１６８の上部表面に塗布し、保護板（図示しない）を備えなければならない。反射膜１６８がおよそ１００％の反射率であり、同じ平行板１６４の表面上に照射ウィンドウがない場合には、接着剤および保護板は透明である必要がない。
【００６４】
更に、反射防止膜１７６を透明保護板１７４に塗布することもできる。例えば、透明保護板１７４および照射ウィンドウ１７０は、反射防止膜１７６で覆うことができる。
【００６５】
本発明の前記実施例では、焦点ラインは、照射ウィンドウ上、または入力光が入る、平行板の反対側表面にあるものとされるが、焦点ラインは平行板内または照射ウィンドウの前にある。
【００６６】
本発明の前期実施形態では、二つの反射膜の間にある光を反射し、その反射膜の一つの反射率はおよそ１００％である。ただし、同様の効果は、それぞれ１００％未満の反射率を持つ二つの反射膜によっても得られる。例えば、二つの反射膜が、反射率９５％であってもよい。この場合には、それぞれの反射膜は、光を透過し、干渉を生じる。その結果、波長によって進む方向の異なる光束が、反射膜のある平行板の両面に形成される。このように、本発明の様々な実施形態の様々な反射率は、ＶＩＰＡの必要な特性に従って変えることができる。
【００６７】
本発明の前記実施形態に用いる導波路装置は、平行板または互いに平行な二つの反射面によって形成されるが、これらの板または反射面は必ずしも平行でなくても良い。
【００６８】
本発明の前記実施形態に用いるＶＩＰＡは、多重反射を利用し、干渉光の間の一定の位相差を維持する。その結果、ＶＩＰＡの特性は安定し、それによって偏光によって生じる光学的特性の変化を小さくすることができる。
【００６９】
本発明の前記実施形態によれば、互いに空間的に区別可能な光束を与えることができる。「空間的に区別可能な」とは、光束が空間的に区別することができることを意味する。例えば、各種の光束は、平行であり、異なる方向に進む場合、または異なる位置に集光される場合には、空間的に区別することができるという。ただし、本発明はこれらの詳細な例に限定されることはなく、光束を互いに空間的に区別することのできる方法は他にも多数ある。
【００７０】
図１４に、波長分散を生じさせるために、回折格子ではなく、ＶＩＰＡを角分散部として使用する従来の装置を示す。図１４によれば、ＶＩＰＡ２４０は、例えば、およそ１００％の反射率を持つ第１の表面２４２と、およそ９８％の反射率を持つ第２の表面２４４とを持つ。ＶＩＰＡ２４０は、また照射ウィンドウも含む。ＶＩＰＡ２４０は、この構成には限定されず、ここに記述されている多くの異なる構成が可能である。
【００７１】
図１３に示すように、光がファイバ２４６から出力され、コリメートレンズ２４８によってコリメートされ、照射ウィンドウ２４７を通して筒型レンズ２５０によってＶＩＰＡ２４０に線状に集光される。それから、ＶＩＰＡ２４０は、焦点レンズ２５２によってミラー２５４に集光されるコリメート光２５１を生成する。ミラー２５４は、基板２５８上に形成されるミラー部分２５６であってもよい。
【００７２】
ミラー２５４は、光を反射し、焦点レンズ２５２を通してその光をＶＩＰＡ２４０に送る。それから、その光は、ＶＩＰＡ２４０内で多重反射し、照射ウィンドウ２４７から出力される。照射ウィンドウ２４７から出力された光は、筒型レンズ２５０及びコリメートレンズ２４８を通り、ファイバ２４６に受光される。
【００７３】
したがって、光は、ＶＩＰＡ２４０から出力され、ミラー２５４に反射されてＶＩＰＡ２４０に戻る。ミラー２５４に反射された光は、もと進んできた経路と正反対の経路を進む。以下に詳細に記述するように、光の異なる波長成分は、ミラー２５４上の異なる地点に焦点を持ち、反射してＶＩＰＡ２４０に戻る。その結果、異なる波長成分は、異なる距離を進み、波長分散を生じる。
【００７４】
図１５に、図１４のＶＩＰＡの動作原理を更に詳細に示す。様々な波長成分を持つ光がＶＩＰＡ２４０に受け取られるものと仮定する。図１４に示すように、ＶＩＰＡ２４０はビームウエスト２６２の虚像２６０を形成し、虚像２６０は光を発する。図１４に示すように、焦点レンズ２５２は、ＶＩＰＡ２４０からのコリメート光の異なる波長成分の焦点をミラー２５４上の異なる点に集光させる。更には、長いほうの波長２６４は点２７２に、中心波長２６６は点２７０に、短いほうの波長２６８は点２７４に、それぞれ集光する。そこで、長いほうの波長２６４は、中心波長２６６と比較して、ビームウエスト２６２により近い虚像２６０に戻る。短いほうの波長２６８は、中心波長２６６と比較して、ビームウエスト２６２から遠いほうの虚像２６０に戻る。このような配列によって、正常分散を生じる。
【００７５】
ミラー２５４は、特定の干渉オーダの光だけを反射し、他の干渉オーダの光は、ミラー２５４から外に集光される。さらには、前記の通り、ＶＩＰＡがコリメート光を出力する。このコリメート光は、各虚像からの経路がｍλの差を持つ方向に進む。ここで、ｍは整数を示す。ｍ番目の干渉オーダは、ｍに対応する出力光と定義する。
【００７６】
例えば、図１６は、ＶＩＰＡの各種の干渉オーダを示す。図１６によれば、ＶＩＰＡ２４０などのＶＩＰＡは、コリメート光２７６、２７８、２８０を発する。それぞれのコリメート光２７６、２７８、２８０は、異なる干渉オーダに対応している。したがって、例えば、コリメート光２７６は、（ｎ＋２）番目の干渉オーダのコリメート光に対応しており、コリメート光２７８は、（ｎ＋１）番目の干渉オーダのコリメート光に対応しており、コリメート光２８０は、ｎ番目の干渉オーダのコリメート光に対応している。ここで、ｎは整数を示す。コリメート光２７６は、複数の波長成分２７６ａ、２７６ｂ、２７６ｃを持つものとして示されている。同様にコリメート光２７８は、波長成分２７８ａ、２７８ｂ、２７８ｃを持つものとして示されて、コリメート光２８０は、波長成分２８０ａ、２８０ｂ、２８０ｃを持つものとして示される。ここで、波長成分２７６ａ、２７８ａ、２８０ａは、同じ波長である。波長成分２７６ｂ、２７８ｂ、２８０ｂも同じ波長を持つ（波長成分２７６ａ、２７８ａ、２８０ａの波長とは異なる）。波長成分２７６ｃ、２７８ｃ、２８０ｃも同じ波長を持つ（波長成分２７６ａ、２７８ａ、２８０ａ、および波長成分２７６ｂ、２７８ｂ、２８０ｂの波長とは異なる）。図１６には、３つの異なる干渉オーダのコリメート光を示しているだけであるが、コリメート光は、他の干渉オーダに対しても発光される。
【００７７】
異なる干渉オーダに対して同じ波長で異なる方向にコリメート光が進み、異なる位置に集光されるので、ミラー２５４は、単一の干渉オーダからの光のみを反射してＶＩＰＡ２４０に戻すようにすることができる。例えば、図１６に示すように、ミラー２５４の反射部分の長さは、比較的小さく作成してあり、単一の干渉オーダに対応する光のみが反射される。更には、図１６では、コリメート光１７８のみがミラー２５４に反射される。このように、コリメート光２７６、２７８は、ミラー２５４から外に集光される。
【００７８】
波長多重光は、普通は多数のチャネルを含んでいる。図１４を再度参照すると、ＶＩＰＡ２４０の第１の表面２４２と第２の表面２４４の間の厚さｔが特定の値に設定される場合には、その構成で各チャネルでの分散が同時に補償される。
【００７９】
更に詳しくは、各チャネルには中心波長がある。中心波長は、普通は一定の周波数間隔で互いに離れている。ＶＩＰＡ２４０の第１の表面２４２と第２の表面２４４の間の厚さｔは、中心波長に対応するすべての波長成分がＶＩＰＡ２４０から同じ出射角で出力されるように設定し、ミラー２５４上で同じ焦点位置を持つようにしなければならない。これは、中心波長に対応した波長成分が進むＶＩＰＡ２４０上の往復の光の進行距離が、各チャネルの中心波長の倍数となるように、厚さｔを各チャネルに対して設定した場合に可能となる。この厚さｔの大きさは、以下では「ＷＤＭマッチングフリースペクトル範囲の厚さ」または「ＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さ」と呼ばれる。
【００８０】
更に、この場合には、ＶＩＰＡ２４０を介した往復の光の進行距離（２ｎｔｃｏｓθ）は、同じθで異なる整数に対する各チャネルの中心波長に整数をかけた波長に等しい。ここでｎは、第１の表面２４２と第２の表面２４４の間にある部材の屈折率であり、θは各チャネルの中心波長に対応する光束伝搬方向を示す。更には、前記の通り、θは、入力光の光軸の傾き角を示す（図９を参照）。
【００８１】
したがって、各チャネルでの中心波長に対応する波長成分に対して、２ｎｔｃｏｓθが、同じθで異なる整数に対する各チャネルの中心波長の整数倍に等しくなるようにｔを設定した場合には、中心波長に対応するすべての波長成分は、ＶＩＰＡ２４０から同じ出射角を持ち、ミラー２５４上で同じ焦点位置を持つ。
【００８２】
例えば、往復で２ｍｍの物理的長さ（ＶＩＰＡ２４０の厚さ１ｍｍの約２倍）及び屈折率１．５であれば、１００ＧＨｚ間隔のすべての波長がこの条件に合う。その結果、ＶＩＰＡ２４０は、波長多重光の全てのチャネルで同時に分散を補償することができる。
【００８３】
したがって、図１５によると、厚さｔをＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さに設定した場合、ＶＩＰＡ２４０および焦点レンズ２５２は、（ａ）各チャネルの中心波長に対応する波長成分をミラー２５４上の点２７０に集束させ、（ｂ）各チャネルの長い波長の要素に対応する波長成分をミラー２５４上の点２７２に集束させ、（ｃ）各チャネルの短い波長の成分に対応する波長成分をミラー２５４上の点２７４に集束させることができる。したがって、ＶＩＰＡ２４０を使用して波長多重光のすべてのチャネルで波長分散を補償することができる。
【００８４】
図１７は、本発明の実施形態によって、厚さｔが、ＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さに設定される場合の、波長多重光のいくつかのチャネルの分散量を示すグラフである。図１７に示すように、すべてのチャネルに同じ分散が見られる。ただし、分散はチャネル間で連続してはいない。更に、ＶＩＰＡ２４０が分散を補償する各チャネルの波長範囲は、ミラー２５４のサイズを適切に設定することによって設定することができる。
【００８５】
図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、図１５と、ビームウエスト２６２の虚像２６０によって発する光の長いほうの波長２６４、中心波長２６６、及び短いほうの波長２６８の進行方向を示す点で類似している。
【００８６】
図１８（Ａ）によれば、ミラー２５４は、凸ミラーである。凸ミラーを使用すると、ビーム・シフトは拡大する。したがって、短い焦点距離、かつ、小さい間隔で、大きな色分散が得られる。ミラー２５４が凸型の場合には、図１８（Ａ）に示すように、その凸型は、側面からのみ見え、上から見たときには見えない。
【００８７】
図１８（Ｂ）によれば、ミラー２５４は、凹ミラーである。凹ミラーを使用すると、分散の符号は反転する。従って、短い焦点距離、かつ、小さい間隔で、異常分散が生じる。ミラー２５４が凹型の場合には、図１８（Ｂ）に示すように、その凹型は、側面からのみ見え、上から見たときには見えない。
【００８８】
従って、通常は、ミラー２５４は上から見ると平面に見える。ただし、ミラー２５４も上から見たときに凹または凸ミラーにして、それが一次元ミラーであることを示すことができる。
【００８９】
図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）では、ミラー２５４は焦点レンズ２５２の焦点または焦点に近い点に配置する。
したがって、前記の通り、例えば、図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）にそれぞれ示すように、ミラー２５４は側面から見て、凸型または凹型にすることができる。凸ミラーは、波長分散を進行させ、凹ミラーは波長分散を減少させるか、または負（通常）から正（異常）に反転させることができる。更に詳しくは、凸ミラーは、負の方向に大きい分散を生じ、凹ミラーは、負の方向に小さい分散を生じるか、または分散を正に反転する。これは、色分散の強さが、側面から見たミラーの曲率の関数に等しいことによって実現する。
【００９０】
図１９は、光束の波長に対するＶＩＰＡ２４０からの光束の出射角を示すグラフである。図１９から分かるように、出射角に対する波長は線形ではない。
波長とＶＩＰＡによって生成された光束の出射角との関係は線形ではないので、ミラー２５４として平面ミラー、通常の凸面ミラー、または通常の凹面ミラーを使用している限りは、波長分散は一つの波長帯域で一定にはならない。この波長分散における非線形は、上位の分散とされる。
【００９１】
一般に、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示す装置について、波長分散における非線形は、次の数式（３）によって理解することができる。
（角分散）・（１−ｆ・（１／Ｒ））∝波長分散・・・・・（３）
ここで、ｆは、焦点レンズ２５２の焦点距離を示し、Ｒは、ミラー２５４の曲率半径を表す。
【００９２】
図２０は、光束の波長に対するＶＩＰＡ２４０の角分散を示すグラフである。一般に、図２０の曲線２８４は、図１９の曲線２８２の傾斜を表したものである。図２０から分かるように、角分散は一定ではない。その代わり、角分散は、波長の変化に応じて変化する。
【００９３】
図２１は、波長に対して数式（３）の（１−ｆ・（１／Ｒ））の部分を示すグラフである。更に詳しくは、直線２８６は、平面ミラーの場合の波長に対する（１−ｆ・（１／Ｒ））のグラフである。（曲率半径は、“∞”（無限大））。直線２８８は、凹面ミラーの場合の波長に対する（１−ｆ・（１／Ｒ））のグラフである（曲率半径は、“＋”）。直線２９０は、凸面ミラーの場合の波長に対する（１−ｆ・（１／Ｒ））のグラフである（曲率半径は、“−”）。図２１に示したとおり、それぞれのミラーは、一定の曲率半径を持つ。
【００９４】
図２２は、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）などのような装置の波長に対する波長分散を示すグラフである。ここでは、ミラー２５４は、一般的な球面の凸面ミラー、平面ミラー、および球面の凹面ミラーである。更に詳しくは、曲線２９２は、ミラー２５４が凸面ミラーである場合の波長に対する波長分散を表す曲線である。曲線２９４は、ミラー２５４が平面ミラーである場合の波長に対する波長分散を表す曲線である。曲線２９６は、ミラー２５４が凹面ミラーである場合の波長に対する波長分散を表す曲線である。
【００９５】
一般的に、曲線２９２、２９４、２９６は、前記数式（３）に表されるように、それぞれ図２０に示す角分散と、図２１の適当な直線との積をそれぞれ表している。さらに詳しくは、一般に、曲線２９４は、図２０に示す曲線２８４と、図２１に示す直線２８６の積を表している。一般に、曲線２９４は、図２０に示す曲線２８４と、図２１に示す直線２９０の積を表している。曲線２９６は、図２０に示す曲線２８４と、図２１に示す直線２８８の積を表している。
【００９６】
図２２から分かるように、ミラー２５４として一般的な球面の凸面ミラー、平面ミラー、または球面の凹面ミラーが使用されても、波長分散は一定ではない。このような波長分散の波長依存性は、ミラー２５４の曲率をチャーピングすることによって減少させるか、または取り除くことができる。
【００９７】
更に詳しくは、図２３は、波長に対する数式（３）の（１−ｆ・（１／Ｒ））の曲線２９８を示すグラフである。一般には、図２３の曲線２９８は、図２０の曲線２８４を反転したものである。したがって、図２４の曲線３００に示すように、図２３の特性を持つミラーは、一定の波長分散を生じる。
【００９８】
例えば、図２５は、数式（３）の値が一定で、波長分散値が２０００ｐｓ／ｎｍとなるような分散ミラーの形状（断面）の一例である。図２５から分かるように、ミラーの形状は自由曲面になっている。ＶＩＰＡの角分散は、この断面に平行な方向になるように、ＶＩＰＡとミラーは空間的に配置される。ここで、波長分散をある特定の値（例えば、−２０００ｐｓ／ｎｍ）にするためには、ミラーの形状は、図２６に示すように、この断面に垂直な方向には同じ形状（すなわちシリンドリカル型）であればよい。ただし、断面に垂直な方向には光は波長によらずレンズにより焦点を結んでいるため、断面に垂直な方向にあまり長さを取る必要はない。
【００９９】
以上に説明した本発明の実施形態では、角分散の大きいＶＩＰＡを用いることで、実用的な大きさで波長分散補償を行うこと、ＶＩＰＡの厚さをＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さに設定することにより、波長多重光の全てのチャネルで同時に分散を補償すること、ミラーの形状を最適な自由曲面形状にすることにより、波長分散の波長依存性を低減する、すなわち、波長分散を略一定にすることが可能となる。
【０１００】
しかし、本発明の上記実施形態では、ＶＩＰＡを用いた装置を光が通過した際の、光の波長に対する透過率の特性は、望ましい平坦な特性になっておらず、図５に示されているような、連続する透過波長帯域内の中心波長付近にピークを持つ、ラウンドトップ型の特性となっている。
【０１０１】
この特性を改善するために、本発明の実施形態によるＶＩＰＡを用いた装置では、前記自由曲面ミラーによって反射された後、ＶＩＰＡに戻される光に、ＶＩＰＡによる角分散方向と垂直な方向に、波長によって大きさの異なる光路ずれを生じさせる手段を備える。このとき、各波長の光の光路は互いに平行である。
【０１０２】
図２７は、図１４に示されている、色分散を生じさせるＶＩＰＡを用いた装置を上から見た図である。図中の各直線は、ＶＩＰＡから出射した各波長の光の光軸（反射ミラーによる反射後の）を示している。図１４のような構成で、反射ミラーとして図２６のようなシリンドリカル型のミラーを用いた場合は、図２７（Ａ）のように、出力ファイバ３０９から出力される各波長の光軸は一致しており、この光軸と出力ファイバ３０９の光軸を一致させることにより、出力ファイバへの結合効率は最大となる。すなわち、出力ファイバ３０９からコリメートレンズ３０８に入力される光は、コリメートレンズ３０８によって平行光にされ、筒型レンズ３０７によって線状に集光され、ＶＩＰＡ３０６に入力する。そして、ＶＩＰＡ３０６によって角度分散が与えられた各波長の光は、焦点レンズ３０５によってミラー３０４上に集束される。ミラー３０４上に集束された光は、ミラー３０４によって反射され、焦点レンズ３０５に戻り、ＶＩＰＡ３０６を通って、筒型レンズ３０７に入力される。筒型レンズ３０７によって、光は平行光となり、コリメートレンズ３０８を逆方向に進むことによって、出力ファイバ３０９に結合される。このとき、各波長の光は等しい結合効率で出力ファイバに結合する。これに対して、図２７（Ｂ）のように何らかの手段で、上から見たときの各波長の光の光軸を、互いに平行で、波長によって光軸と垂直な方向に異なる量だけシフトさせることができれば、出力ファイバに入射する際の光軸と出力ファイバの光軸とのなす角度θ1、θ2、θ3が波長によって異なることになる。ファイバに入射する光の光軸とファイバの軸の間の角度がずれると、ファイバへの光の結合効率は劣化する。この結合効率の劣化量は、上記角度ずれが大きいほど大きい。したがって、本実施形態によるＶＩＰＡを用いた装置では、波長によって出力ファイバへの結合効率が異なることになる。すなわち、波長分散補償された光が出力ファイバに結合する際の結合損失の大きさが波長によって異なる。したがって、上記光路ずれの大きさを波長毎に制御して、上記光路ずれがないときのＶＩＰＡを用いた装置の透過特性と逆の特性を与える（ＶＩＰＡを用いた装置の透過率が高い波長の光は上記結合損失が大きくなるように、透過率が低い波長の光は結合損失が小さくなるようにする）ことにより、望ましい平坦な透過特性を得ることができる。
【０１０３】
以下に、上記光路ずれを生じさせる具体的な手段について例を挙げて説明する。
図２８は、本発明の実施形態を示す図である。本実施形態では、上記自由曲面ミラーの形状を、シリンドリカル型から、シリンドリカル型では形状変化のない方向にも形状が変化するものに変更することによって、上記光路ずれを発生させる。なお、同図においては、図２７と同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明を省略する。
【０１０４】
図２８によれば、ＶＩＰＡにより異なる方向に出射された、異なる波長の光λ1、λ2、λ3は焦点レンズによって、ミラー上の異なる位置３０１、３０２、３０３に集光される。３０１、３０２、３０３は同一のミラー３０４上の異なる位置を表している。これら波長の異なる光が集光される点はミラー上に連続的に並んで、図２８のｙ方向に平行な直線を形成するが、この直線に沿ったミラーの形状は、上記の波長によらず略一定の波長分散を与えるような形状である。更に、この直線と垂直な方向（図２８のｘ方向）の傾斜が、直線に沿って（ｙ軸に沿って）変化するような形状のミラーを用いることにより、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向の反射角度（図２８のｘｚ面内の反射角度）を波長によって変えることができる。この反射光は、焦点レンズを通過してＶＩＰＡに戻る際に、ＶＩＰＡからの出力光の進行方向（図２８のｚ方向）と平行で、角分散方向と垂直な方向（図２８のｘ方向）にずれた光路を通ることになる。このように、波長によって異なる光路ずれを生じさせることができる。
【０１０５】
なお、同図においては、光路ずれを、光を同図の下方に生成しているが、もちろん、同図の上方に生成しても良い。また、波長毎に、１つの波長が上方への光路ずれで、次の波長は下方への光路ずれと言うように、それぞれ異なった方向に光路ずれを生成しても良い。重要なことは、光ファイバに結合する光が、適当な結合効率で光ファイバに結合するように、適切な角度を持って、光ファイバの端部に入射することである。
【０１０６】
図２９は、光ファイバの端部への光の結合効率を説明する図である。
光ファイバからの出射光と光ファイバへの入射光がともにガウシアンビームであるとすると、光ファイバへの戻り光に角度ずれがある場合の結合効率は、次の式で表される。
η＝κ・ｅｘｐ［−κ・π2θ2（ｗ1 2＋ｗ2 2）／（２λ2）］
ここで、
κ＝４／｛（ｗ1／ｗ2＋ｗ1／ｗ2）2｝
ｗ1：光ファイバからの出射光のビームウエスト経
ｗ2：光ファイバへの入射光のビームウエスト経
λ：波長
θ：角度ずれ量
である。なお、光ファイバと光の結合についての詳細は、河野健治著「光デバイスのための光結合系の基礎と応用」を参照されたい。
【０１０７】
また、図３０は、角度ずれ量と結合効率の関係を示した図である。この図によれば、結合角度が２度ずれると結合効率が２ｄＢ以上落ちることが分かる。なお、図３０は、ｗ1＝ｗ2＝１０μｍ、λ１．５５μｍの場合である。
【０１０８】
図３１は、ミラーの傾きと結合効率の関係を説明する図である。
図３１のような光学系で、
コリメートレンズの焦点距離ｆc＝５０ｍｍ
フォーカシングレンズの焦点距離ｆm＝６ｍｍ
ミラーの傾き角度θm＝０．１°
の場合、光軸の横ずれは、約０．１７ｍｍ、光ファイバへの戻り光の角度ずれθは、約０．８３°となる。従って、この場合の結合効率は、約９２％（−０．３８ｄＢ）となる。
【０１０９】
図３２（Ａ）に、本実施形態で用いられる、波長によって異なる光路ずれを生じさせる自由曲面ミラーの一例を示す。図３２（Ａ）の座標軸は、図２８の座標軸に対応している。このような三次元の自由曲面ミラーを作成することは、現有の加工技術をもってすれば困難ではなく、ダイヤモンド製のバイトと精密な可動ステージを有する精密な三次元加工機でＡｌや真鍮などの金属を加工すればよい。このような削り加工したミラーは一般に高価となることが多いので、必要な形状とは反転した形状を有する金型を加工し、その金型を用いて、プラスチックや低融点ガラス、ゾルゲルガラスなどで転写成形した後、ＡｕやＡｌなどの金属や誘電体多層膜をその上に成膜してミラーを形成すればよい。この他、イオンビームエッチングと厚さの異なるレジストを用いてこのような三次元形状を得ることもできる。
【０１１０】
また、図３２（Ｂ）に、図３２（Ａ）に示すような形状のミラーを用いて透過帯域を平坦化した場合と、従来のシリンドリカル型のミラーを用いた場合（平坦化前）の、ＶＩＰＡを用いた装置の透過特性の一例（計算結果）を示す。図３２（Ｂ）に示すように、上記ミラーによって、ラウンドトップ型の透過特性を望ましい平坦な特性に改善することができる。
【０１１１】
上記の実施形態では、ＶＩＰＡを用いた装置によって与えることのできる波長分散補償量は、図２８、図３２（Ａ）のｙ方向のミラー形状によって決定される一つの分散補償量に限られるが、本発明の別の実施形態によれば、一台で複数の波長分散補償量を与えることができ、かつ、それぞれの分散補償量を与える際の透過特性が平坦な、ＶＩＰＡを用いた装置を実現することが可能である。
【０１１２】
図３３は、本発明の別の本実施形態を示す図である。同図においては、図２７と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。図３３によれば、ミラー３１０上には複数の領域（図３３では領域Ａ、Ｂ）が設けられている。各領域内のＶＩＰＡの角分散方向（図３３のｙ方向）と平行な一つの直線に沿ったミラー形状は、各々異なる分散補償量を与えるような形状となっている。更に、各領域内の上記直線に沿った、直線と垂直な方向の傾斜（図３３のｙ方向に沿ったｘ方向の傾斜）は、各分散補償量を与える際のＶＩＰＡの透過特性が平坦になるように決定される。また、本実施形態では、ミラー３１０上の使用領域を、必要な分散補償量によって切り替えることのできる機構が設けられており、これにより、複数の分散補償量を与えることができ、かつ透過特性が平坦な、ＶＩＰＡを用いた装置を実現できる。なお、図３３では、ミラー３１０上の領域はＡ、Ｂの２つとなっているが、３つ以上の領域があってもかまわない。また、図３３では、ある一つの波長λの光の光軸と、この波長の光が当たる位置でのミラー形状（ｘ方向の形状）のみを示している。
【０１１３】
ミラーの使用領域を切り替える機構は、例えば、ミラー３１０を載せるステージなどであり、機械的に、ミラー３１０の位置をシフトするものであればよい。このようなステージは、既知のものが多く存在するので、詳細な説明は省略する。
【０１１４】
更に、本発明の更に別の実施形態によれば、分散補償量をある一定範囲内の任意の値に設定でき、かつ、上記一定範囲内のいかなる分散補償量に設定した場合にも透過特性が平坦となる、ＶＩＰＡを用いた装置を実現することが可能である。
【０１１５】
図３４は本実施形態を示す図である。同図において、図３３と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。図３４によれば、本実施形態では上記自由曲面ミラーとしては、任意の三次元形状を形成することが可能な、可変形状ミラーを用いる。可変形状ミラーはある有限な領域内の形状を任意に変えることのできる形状可変部を持っている。ミラー形状は、以下を満たすように制御される。まず、ミラー上の、ＶＩＰＡの角分散方向（図３４のｙ方向）と平行な一つの直線に沿った形状は、所望の分散補償量を与えるような形状となるようにする。更に、この直線に沿った、直線と垂直な方向の傾斜（図３４のｙ方向に沿ったｘ方向の傾斜）が、該分散補償量を与える際のＶＩＰＡの透過特性を平坦にするような形状となるようにする。以上のようなミラー形状が形成されるように制御を行うことによって、上記の任意分散補償量において平坦な出力光特性を得ることができる。
【０１１６】
可変形状ミラーについては、特願２００１−２１６４１５号明細書あるいは、http://www.hikari-trading.com/oko.htmlなどを参照いただきたい。
また、図３５は、可変形状ミラーを搭載したＶＩＰＡを用いた装置と、ＶＩＰＡからの出力光の分散特性、透過特性をモニタする装置とを組み合わせたシステムの構成を示す図である。
【０１１７】
以上により、出力光の分散特性と透過特性とが同時に、常に最適となるようにミラー形状を制御するシステムを作ることができる。このようなシステムは、環境温度の経時的な変動などによる伝送路ファイバの分散量変動の影響が無視できないために、常時、分散補償を行う必要がある超高速の光ファイバ通信システムにおいて有用である。
【０１１８】
図３５のシステムでは、ファイバからなる伝送路４００を介して受け取った入力光を可変形状ミラーを有するＶＩＰＡを用いた装置４０１を介して伝送路４００に送出し、後段で波長分散をモニタする装置４０２、４０３によって波長分散のモニタを行い、これをミラー形状を制御する装置４０４で、モニタ値を可変形状ミラーの駆動信号にして可変形状ミラーに信号を与え、ＶＩＰＡの波長特性を最適化する。
【０１１９】
以上に説明した実施形態では、透過特性を平坦化するために必要な、ＶＩＰＡに戻される光の光路ずれを、ミラーの、ＶＩＰＡによる角分散方向と垂直な方向傾斜により与えることとしたが、このような光路ずれを与える手段はこれだけではなく、他の手段を用いてもよい。
【０１２０】
また、上記の実施形態では、ＶＩＰＡに戻される光に、ＶＩＰＡからの出射光の光路と平行で、波長によって異なる大きさの光路ずれを生じさせることにより、波長によって出力ファイバへの結合効率を変化させ、波長特性を平坦化したが、必ずしもＶＩＰＡからの出射光と平行な光路ずれを生じさせる必要はなく、波長によって異なる角度ずれを生じさせてもよい。角度ずれによっても出力ファイバへの結合効率は劣化し、波長特性を平坦化することができる。
【０１２１】
また、本実施形態では、図４のファイバの先に図１と同様のサーキュレータを挿入することにより、波長分散が補償された出力光を取り出すことができる。
また、本発明の前記実施形態では、ＶＩＰＡは、光を反射するための反射膜を持つ。例えば、図８は、光を反射する反射膜１２２および１２４を持つＶＩＰＡ７６を示す。ただし、ＶＩＰＡを、反射面を提供するための膜として使用することに限定はしない。その代わり、ＶＩＰＡは適切な反射面を持っていなければならないが、膜である必要はない。
【０１２２】
更に、本発明の前記実施形態では、ＶＩＰＡは多重反射を生じる透明のガラス板を含む。例えば、図８は、反射面を持つ透明のガラス板１２０を備えたＶＩＰＡ７６を示す。ただし、反射面を隔離するために、ＶＩＰＡをガラス部材、または任意のタイプの板のみに限定はしない。その代わり、反射面は、ある種のスペーサによって互いに隔離しておかなければならない。例えば、ＶＩＰＡの反射面は、ガラス板を介在させなくても“空気”によって隔離することができる。したがって、反射面を、例えば光ガラスまたは空気などの透明の部材によって隔離するものとして記述することができる。
【０１２３】
また、ＶＩＰＡの動作は、ＶＩＰＡの反射面の間にある部材の厚さと屈折率によって異なる。さらに、ＶＩＰＡの動作波長は、ＶＩＰＡの温度をコントロールすることによって正確に調整することができる。
【０１２４】
以上説明したように、本発明の前記実施形態によれば、波長によらず略一定の波長分散を生じさせ、実際に光ファイバに蓄積された波長分散を多チャネルの多波長領域において同時に分散補償する装置を提供することができ、更に、透過率の波長特性を所望のものにすることができる。このために、本発明の実施形態では、ＶＩＰＡを特定の構成に限定しない。例えば、ＶＩＰＡは、照射ウィンドウを持っていても良く、ＶＩＰＡの各表面の反射は、特定の例に限定されることはない。
【０１２５】
また、ここまで説明してきた実施形態では、波長分散を積極的に与えた例を示してきたが、波長分散を略ゼロとし、多チャネルの多波長領域において、所望の透過波長特性を与えるような、多波長チャネル用の透過帯域フィルタ装置としても用いることができ、例えば、アレイ導波路型合分波器（ＡＷＧ）等のような平坦ではない透過波長特性を有する装置の波長特性を改善することも可能である。特に図３１に示された実施形態は、多波長チャネル用の可変透過帯域フィルタ装置として使用でき、いかなる透過波長特性を有する装置の波長特性を改善することも可能である。
【０１２６】
（付記１）光を受け取り、光を出力する複数の透過域を持ち、その透過域を通じて連続する波長範囲内の各波長を有する入力光を受け取り、入力光の多重反射を行って、入力光の自己干渉を行わせることにより、前記連続する波長範囲内の各波長を有する光を、波長毎に異なる角度で分散させ、前記連続する波長範囲内の他の波長を有する入力光に対して形成されてアクセス出力光とは空間的に区別することのできる出力光を形成するバーチャリ・イメージド・フェイズド・アレイ（ＶＩＰＡ）と、
該ＶＩＰＡによって形成された、前記波長毎に異なる出力角度を有する出力光を、波長毎に異なる位置に集束させるレンズと、
集束した光を前記レンズに反射して戻し、前記レンズは、反射された出力光をＶＩＰＡに戻し、それによって反射された出力光がＶＩＰＡ内で多重反射を受けて、ＶＩＰＡから透過域を通じて出力されるようにするためのミラーであり、かつＶＩＰＡによる角分散方向に対して、ＶＩＰＡからの出力光に波長によらず略一定の波長分散を与えるような形状を有するミラーと、
前記ミラーによってＶＩＰＡに戻される光の連続する波長範囲内の波長毎に、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向へ、異なる大きさの光路ずれを生じさせる手段を備え、
出力光を波長によって異なる結合効率で光ファイバに結合させることにより、所望の透過波長特性を与えることを特徴とする装置。
【０１２７】
（付記２）前記ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向へ、異なる大きさの光路ずれを生じさせる手段が、前記レンズによって前記ミラー上の異なる位置に集束された異なる波長を有する光に対して、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向に異なる反射方向を与える様な形状を有しているミラーであることを特徴とする付記１に記載の装置。
【０１２８】
（付記３）前記ミラーが、それぞれ異なる波長分散を与える複数の領域を有すると共に、各領域毎に、異なる波長を有する光にＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向に異なる反射方向を与えるような形状を有し、更に前記ミラーを空間的に移動させる手段を有し、
ミラーの異なる領域に光を反射させることにより、異なる波長分散で所望の透過波長特性を与えることを特徴とする付記２に記載の装置。
【０１２９】
（付記４）前記ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向へ、異なる大きさの光路ずれを生じさせる手段が、前記レンズによって前記ミラー上の異なる位置に集束された異なる波長を有する光に対して、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向に異なる反射方向を与えるような形状を有し、かつ形状を任意に変形させることのできる部分と、形状を制御する手段を有する可変形状ミラーであって、波長分散を任意に可変すると共に、各波長分散において、光路ずれ量を可変することにより所望の透過波長特性を与えることを特徴とする付記１に記載の装置。
【０１３０】
（付記５）付記５に記載の装置と、出力光の分散特性と波長特性をモニタする装置とを有し、モニタ結果をミラー形状に反映させ、最適な分散特性と透過波長特性を与えるようにミラー形状を制御することを特徴とする装置。
【０１３１】
（付記６）集光された光を受光し、内部での多重反射を介して、各反射毎に光の一部を放出し、該放出された光の干渉によって、角度分散を生成することによって波長毎に異なる伝搬方向を有する光束を生成するバーチャリ・イメージド・フェーズド・アレイ（ＶＩＰＡ）と、
該ＶＩＰＡから出力される光束を、各波長毎に、該角度分散の方向の面内で、所定の方向に反射し、該ＶＩＰＡに該光束を入射して、該ＶＩＰＡから出射されるときに、各波長毎に、特定の伝搬遅延を与えるミラーと、
該ミラーによって反射される光束に、波長毎に異なった光路ずれを与え、該光束が、該ＶＩＰＡから出射され、光ファイバに結合する場合の結合効率を、光束の該光ファイバへの入射角度を調整することによって可変する結合効率可変手段と、
を備えることを特徴とする装置。
【０１３２】
（付記７）前記結合効率可変手段は、前記ミラーの反射面の形状を、ミラーに入射する光束を前記ＶＩＰＡの角分散の方向の面外の方向に反射するように構成することによって実現されることを特徴とする付記６に記載の装置。
【０１３３】
（付記８）前記結合効率可変手段を実現するためのミラーの反射面の形状は、前記光束に与えられる伝搬遅延量の違いによって、変えられることを特徴とする付記７に記載の装置。
【０１３４】
（付記９）前記ミラーは、異なる反射面の形状を有する複数のミラーを一体化した構成となっていることを特徴とする付記８に記載の装置。
（付記１０）前記ミラーの反射面の形状は、必要に応じて可変できることを特徴とする附記８に記載の装置。
【０１３５】
（付記１１）前記ミラーの形状は、前記装置から出力され、光ファイバを伝搬した後の光信号への波長分散の影響をモニタした結果に基づいて、適応的に可変されることを特徴とする付記１０に記載の装置。
【０１３６】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単かつ安価な方法で、ＶＩＰＡを含む分散補償器の波長特性の形状をラウンドトップ型から平坦化したものに変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】波長分散を補償するための「逆分散コンポーネント」の機能を持つチャープ・ファイバグレーティングを示す図である。
【図２】波長分散を生成するために用いることができる、従来の回折格子を示す図である。
【図３】波長分散を補償するために、逆分散コンポーネントとして用いる空間格子対配列を示す図である。
【図４】ＶＩＰＡを用いた波長分散を補償する装置を示す図である。
【図５】ＶＩＰＡを用いた装置の透過特性を示す図である。
【図６】ＶＩＰＡを用いた装置の、望ましい平坦な透過特性を示す図である。
【図７】ＶＩＰＡを用いた装置の、非対称な透過特性を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるＶＩＰＡを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による図８のＶＩＰＡを詳細に示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による図８に示すＶＩＰＡの直線ＩＸ−ＩＸに沿った横断面を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるＶＩＰＡによって行われる反射光間の干渉を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態による入力光の傾き角度を決定するための、図８に示すＶＩＰＡの直線ＩＸ−ＩＸに沿った横断面を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態によるＶＩＰＡを作成する方法を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、色分散を生じさせるための角分散部としてＶＩＰＡを使用する装置を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、図１４に示す装置の動作を詳細に示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡの干渉のさまざまな次数を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態による、波長分割多重光のいくつかのチャネルの色分散を示す図である。
【図１８】本発明の他の実施形態による、光を分散させるためにＶＩＰＡを使用した装置の側面を示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態による、光束の波長に対するＶＩＰＡの光束の出射角を示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態による、光束の波長に対するＶＩＰＡの角分散を示す図である。
【図２１】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置の異なるミラータイプの効果を示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置の波長に対する色分散を、使用する異なるミラータイプ毎に示す図である。
【図２３】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置のミラーの効果を示す図である。
【図２４】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置の一定の色分散を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置のためのミラーの断面形状の一例を示す図である。
【図２６】本発明の実施形態による、ＶＩＰＡを使用する装置のためのミラーの三次元形状の一例を示す図である。
【図２７】図１４に側面図が示されているＶＩＰＡを用いた装置を上から見たときの各波長の光の光軸を示す図である。
【図２８】本発明の一実施形態による、波長によって異なる大きさの光路ずれを生じさせるミラーを用いた、ＶＩＰＡを用いた装置の上面図である。
【図２９】角度ずれ量と結合効率の関係を説明する図である。
【図３０】角度ずれ量と結合効率の関係を示すグラフである。
【図３１】ミラーの傾きと結合効率の関係を示す図である。
【図３２】本発明の実施形態で用いる、波長によって異なる大きさの光路ずれを生じさせるミラー形状の一例とそのミラーの効果を示す図である。
【図３３】本発明の一実施形態による、図３２のような形状の複数のミラー領域を持つ、ＶＩＰＡを用いた装置の上面図である。
【図３４】本発明の一実施形態による、可変形状ミラーを持つ、ＶＩＰＡを用いた装置の上面図である。
【図３５】本発明の一実施形態による、ＶＩＰＡを用いた装置と、波長分散及び透過特性をモニタする装置を組み合わせたシステムの構成を示す図である。
【符号の説明】
３０４ ミラー
３０５ 焦点レンズ
３０６ ＶＩＰＡ
３０７ 筒型レンズ
３０８ コリメートレンズ
Claims (5)
- 光を受け取り、光を出力する複数の透過域を持ち、その透過域を通じて連続する波長範囲内の各波長を有する入力光を受け取り、入力光の多重反射を行って、入力光の自己干渉を行わせることにより、前記連続する波長範囲内の各波長を有する光を、波長毎に異なる角度で分散させ、前記連続する波長範囲内の他の波長を有する入力光に対して形成されてアクセス出力光とは空間的に区別することのできる出力光を形成するバーチャリ・イメージド・フェイズド・アレイ（ＶＩＰＡ）と、
該ＶＩＰＡによって形成された、前記波長毎に異なる出力角度を有する出力光を、波長毎に異なる位置に集束させるレンズと、
集束した光を前記レンズに反射して戻し、前記レンズは、反射された出力光をＶＩＰＡに戻し、それによって反射された出力光がＶＩＰＡ内で多重反射を受けて、ＶＩＰＡから透過域を通じて出力されるようにするためのミラーであり、かつＶＩＰＡによる角分散方向に対して、ＶＩＰＡからの出力光に波長によらず略一定の波長分散を与えるような形状を有するミラーと、
前記ミラーによってＶＩＰＡに戻される光の連続する波長範囲内の波長毎に、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向へ、異なる大きさの光路ずれを生じさせる手段を備え、
出力光を波長によって異なる結合効率で光ファイバに結合させることにより、所望の透過波長特性を与えることを特徴とする装置。 - 前記ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向へ、異なる大きさの光路ずれを生じさせる手段が、前記レンズによって前記ミラー上の異なる位置に集束された異なる波長を有する光に対して、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向に異なる反射方向を与える様な形状を有しているミラーであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記ミラーが、それぞれ異なる波長分散を与える複数の領域を有すると共に、各領域毎に、異なる波長を有する光にＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向に異なる反射方向を与えるような形状を有し、更に前記ミラーを空間的に移動させる手段を有し、
ミラーの異なる領域に光を反射させることにより、異なる波長分散で所望の透過波長特性を与えることを特徴とする請求項２に記載の装置。 - 前記ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向へ、異なる大きさの光路ずれを生じさせる手段が、前記レンズによって前記ミラー上の異なる位置に集束された異なる波長を有する光に対して、ＶＩＰＡの角分散方向と垂直な方向に異なる反射方向を与えるような形状を有し、かつ形状を任意に変形させることのできる部分と、形状を制御する手段を有する可変形状ミラーであって、波長分散を任意に可変すると共に、各波長分散において、光路ずれ量を可変することにより所望の透過波長特性を与えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 請求項１に記載の装置と、出力光の分散特性と波長特性をモニタする装置とを有し、モニタ結果をミラー形状に反映させ、最適な分散特性と透過波長特性を与えるようにミラー形状を制御することを特徴とする装置。
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