JP4137746B2 - 波長分散補償器の制御方法および波長分散補償器 - Google Patents

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Description

本発明は、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）光を波長に応じて分波する機能を備えた光部品を利用して構成した波長分散補償器について、高い精度の波長分散補償を実現するための制御技術に関する。
従来の波長分散補償器の１つとして、例えば、ＷＤＭ光を波長に応じて空間的に区別可能な複数の光束に分波する、いわゆるバーチャリ・イメージド・フェーズド・アレイ（Virtually Imaged Phased Array：ＶＩＰＡ）を利用して構成したものが提案されている（例えば、下記の特許文献１，２参照）。
図６は、従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器の構成例を示す斜視図である。また、図７は、図６の構成例の上面図である。
各図に示すように、従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器では、光サーキュレータ１２０を介して光ファイバ１３０の一端から出射されたＷＤＭ光が、コリメートレンズ１４０で平行光に変換された後に、ライン焦点レンズ１５０によって１つの線分の上に集光され、ＶＩＰＡ板１１０の照射窓１１６を通って対向する平行平面の間に入射される。このＶＩＰＡ板１０への入射光は、例えば、ＶＩＰＡ板１１０の一方の平面に形成された１００％より低い反射率を有する反射多層膜１１２と、他方の平面に形成された略１００％の反射率を有する反射多層膜１１４との間で多重反射を繰り返す。その際、反射多層膜１１２の面で反射するごとに数％の光が当該反射面を透過してＶＩＰＡ板１１０の外に出射される。
ＶＩＰＡ板１１０を透過した光は、相互に干渉し、波長に応じて進行方向が異なる複数の光束を作る。その結果、各光束を収束レンズ１６０で１点に集光すると、各々の集光位置は波長の変化に伴って直線上を移動するようになる。この直線上に例えば自由曲面ミラー１７０を配置することにより、ＶＩＰＡ板１１０から出射され収束レンズ１６０で集光された光は、各々の波長に応じて自由曲面ミラー１７０上の異なる位置で反射されてＶＩＰＡ板１１０に戻される。自由曲面ミラー１７０で反射された光は、元に伝搬した光路に対して、正確に反対の方向の光路を通って伝搬するため、異なる波長成分は異なる距離を伝搬することになって、ＷＤＭ光の波長分散補償が行われるようになる。
上記のようにＶＩＰＡ板１１０で多重反射される光の振る舞いは、例えば図８に示すようなモデルを考えると、階段状の回折格子として周知のエシュロン格子（Echelon grating）と同様の振る舞いをする。このため、ＶＩＰＡ板１１０は仮想的な回折格子として考えることができる。ＶＩＰＡ板１１０における干渉条件を考えると、図８の右側に示すように、出射光はその光軸を基準にして上側が短波長、下側が長波長の条件で干渉するので、ＷＤＭ光に含まれる複数の光信号のうちの短波長側の光信号が光軸の上側に出射され、長波長側の光信号が光軸の下側に出射されることになる。
特開平９−４３０５７号公報 特表２０００−５１１６５５号公報
ところで、上記のような従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器について、ＶＩＰＡ板１１０で発生する角分散（angler dispersion)は、単位波長あたりの分光角度に波長依存性を有することが知られている。ＶＩＰＡ型波長分散補償器では、ＷＤＭ光の波長帯域の中心波長などを基準として、任意の波長分散（wavelength dispersion）が生じるように自由曲面ミラー１７０の形状が最適設計されている。しかしながら、上記のようなＶＩＰＡ板１１０における角分散の波長依存性によって、所望の波長分散値に対する自由曲面ミラー１７０の最適な波長は設計の基準とした中心波長が唯一のものとなり、光波長が中心波長から離れていくほど所望の波長分散値に対する誤差が大きくなってしまうという課題がある。具体的には、図９（ａ）〜（ｃ）にその一例を示す。図９（ａ）〜（ｃ）は透過損失を各波長帯において一定にした場合の各波長における分散の値の違いを示している。すなわち、ＷＤＭ光の波長帯域を１５３０〜１５６０ｎｍのＣ−バンドとして、図９（ａ）はＣ−バンドの短波長側の透過特性を示し、図９（ｂ）はＣ−バンドの中心波長付近の透過特性を示し、図９（ｃ）はＣ−バンドの長波長側の透過特性を示している。図９（ｂ）に示す中心波長付近で−１２００ｐｓ／ｎｍの波長分散値が得られるように設計した場合、Ｃ−バンド内で約０．０１°の角分散の差が生じることによって、図９（ａ）に示す短波長側では−１２１４ｐｓ／ｎｍ程度の波長分散値が得られ、図９（ｃ）に示す長波長側では−１１８８ｐｓ／ｎｍ程度の波長分散値が得られることになる。
また、公知のＶＩＰＡ板１１０は、線形熱膨張を有する物質および温度に依存した屈折率変化を有する物質を用いて製作されており、周囲環境（例えば、空気）の温度が変動すると透過波長特性（エタロン透過周期特性）が変化し、ＶＩＰＡ型波長分散補償器の透過帯域における挿入損失特性が劣化してしまうという問題点もある。例えば図１０に示すように、ＶＩＰＡ板１１０の温度が０〜７５℃の範囲で変化することによって、透過波長特性が波長軸方向にシフトするようになり、所要の信号光波長に対する透過率が温度に応じて変化してしまう。
さらに、ＶＩＰＡ型波長分散補償器の周囲環境の温度を一定に制御したとしても、自由曲面ミラー１７０を移動させるなどして波長分散値の設定を変更すると、ＶＩＰＡ型波長分散補償器の透過波長特性が変化してしまうという課題もある。具体的には、例えば図１１に示すように、一定の周囲環境温度において、波長分散値の設定を１０３６．９ｐｓ／ｎｍ、１８．７ｐｓ／ｎｍおよび−１１０６．４ｐｓ／ｎｍにそれぞれ変更すると、透過帯域の中心波長や挿入損失最小値等が各々の波長分散値に依存して変化するようになる。このような特性を有するＶＩＰＡ型波長分散補償器では、ＷＤＭ光に発生した任意の波長分散を安定して補償することが難しくなってしまう。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、波長分散補償器について波長分散値の波長依存性を低減させるための制御技術を提供することを目的とする。また、周囲環境の温度変動や波長分散値の設定変更に伴う透過波長特性の変化を抑えるための制御技術を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため本発明は、相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、一次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、当該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、当該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を予め設定した位置で反射して前記光部品に戻す反射器とを備えて構成された波長分散補償器の制御方法を提供する。この制御方法の第１の態様は、（１）前記波長分散補償器による波長分散補償の運用を開始する前に、前記反射器の位置に対応させて、入射光の波長帯域内の各波長における波長分散値に関するデータを取得して記憶し、（２）運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件を入力し、（３）前記記憶したデータのうちから前記設定条件に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、運用時における前記光部品の角分散の波長依存性によって発生する波長分散値の誤差を低減可能にする前記反射器の位置を判断し、（４）該判断結果に従って前記反射器の位置を制御し、波長分散補償の運用を開始する、（１）〜（４）の各工程を含んでなる。このような制御方法によれば、波長分散補償器に入射される光の波長に対応させて反射器の位置が最適化されるため、光部品の角分散の波長依存性によって発生する波長分散値の誤差が低減されるようになる。
また、本発明による制御方法の第２の態様は、（１）前記波長分散補償器による波長分散補償の運用を開始する前に、前記光部品の温度に対応させて、前記光部品の透過波長特性に関するデータを取得して記憶すると共に、該光部品の温度に対応した透過波長特性について、前記波長分散補償器の周囲環境の温度が変動したときの誤差に関するデータを取得して記憶し、（２）運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件を入力し、（３）前記光部品の温度および前記波長分散補償器の周囲環境の温度を測定し、（４）前記記憶したデータのうちから前記設定条件および前記光部品の温度に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、前記光部品の透過波長特性が波長分散値の設定の変化に拘わらずに略一定となるような前記光部品の温度を判断し、（５）前記測定した波長分散補償器の周囲環境の温度に応じて前記記憶したデータを読み取り、該読み取ったデータに従って、前記判断した光部品の温度を補正し、（６）該補正後の温度従って前記光部品の温度を制御し、波長分散補償の運用を開始する、（１）〜（６）の各工程を含んでなる。このような制御方法によれば、光部品の温度が最適化されるため、周囲環境の温度変動や波長分散値の設定変更に伴う透過波長特性の変化が抑えられるようになる。
上述したような第１および第２の態様による波長分散補償器の制御方法は、反射器の位置の制御および光部品の温度の制御が独立しているので、各々の制御の組み合わせも可能である。また、本発明の波長分散補償器は、上述したような制御方法を適用して構成したものである。
上記のように温度制御と反射器の位置制御とを組み合わせることで、分散値と透過特性を最適な値に調整することが可能となる。
本発明の波長分散補償器の制御方法および波長分散補償器によれば、波長分散補償器に入射される光の波長に対応させて反射器の位置を最適化することで、光部品の角分散の波長依存性によって発生する波長分散値の誤差を低減させることができる。また、分波機能を備えた光部品の温度を最適化することで、周囲環境の温度変動や波長分散値の設定変更に伴う透過波長特性の変化を効果的に抑えることができる。これにより、入射光の任意の波長について安定した波長分散補償を実現することが可能になる。
なお、本発明の他の目的、特徴および利点に関しては、添付図面に関連する実施の形態についての以下の説明で明白になるであろう。
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明にかかる波長分散補償器の一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。
図１において、本実施形態の波長分散補償器は、例えば、相対する平行な２つの反射面を有する素子としてのＶＩＰＡ板１と、そのＶＩＰＡ板１の照射窓１Ｄに対して一線分上に集光するＷＤＭ光を入射可能にする、光サーキュレータ２、光ファイバ３、コリメートレンズ４およびライン焦点レンズ５からなる光学系と、ＶＩＰＡ板１で多重反射されて一方の平行平面から出射される光束を１点に集光する収束レンズ６と、その収束レンズ６で集光された光を所要の位置で反射し、収束レンズ６を介してＶＩＰＡ板１に戻すための反射器としての自由曲面ミラー７と、ＶＩＰＡ板１を含む所要の光部品が内部に収納されＶＩＰＡ板１の温度を調整するヒータを備えたケース８と、ＶＩＰＡ板１の温度を測定する第１温度センサ９ａおよび本波長分散補償器の周囲環境の温度を測定する第２温度センサ９ｂと、各温度センサ９ａ，９ｂで測定される温度および記憶部１１に記憶されたデータに基づいて自由曲面ミラー７の位置およびＶＩＰＡ板１の温度を制御する制御部１０と、を備えて構成される。
ＶＩＰＡ板１は、上述の図６〜図８に示した従来の構成で用いられるＶＩＰＡ板１１０と同様に、対向する平行平面を備えたガラス板１Ａと、そのガラス板１Ａの一方の平行平面に形成された反射多層膜１Ｂと、他方の平行平面に形成された反射多層膜１Ｃおよび照射窓１Ｄと、を有する。このＶＩＰＡ板１は、照射窓１Ｄに入射される光の光軸が垂直入射となる角度に対して所要の角度だけ傾けられている。
ガラス板１Ａは、線形熱膨張および温度に依存した屈折率変化を有する物質を用いて製作されている。具体的には、例えばオハラ株式会社製ガラスＳ−ＴＩＨ５３などの公知の材料を使用することが可能である。なお、ガラス板１Ａに使用する材料は上記の具体例に限定されるものではない。
反射多層膜１Ｂは、照射窓１Ｄから入射されるＷＤＭ光に対して１００％より低い（好ましくは９５〜９８％程度）反射率を有し、ガラス板１Ａの一方の平面全体に形成されている。また、反射多層膜１Ｃは、照射窓１Ｄから入射されるＷＤＭ光に対して略１００％の反射率を有し、ガラス板１Ａの他方の平面の一部分に形成されている。ガラス板１Ａの他方の平面の反射多層膜１Ｃが形成されていない部分は、ＷＤＭ光に対して透明な照射窓１Ｄとなっている。
光サーキュレータ２は、例えば、３つのポートを有し、第１ポートから第２ポートに向かう方向、第２ポートから第３ポートに向かう方向、第３ポートから第１ポートに向かう方向に光を伝達する一般的な光部品である。ここでは本波長分散補償器に入力されるＷＤＭ光が、光サーキュレータ２の第１ポートに与えられ、第２ポートを介して光ファイバ３の一端に送られると共に、光ファイバ３の他端に戻されてきたＷＤＭ光が、第２ポートを介して第３ポートから本波長分散補償器の出力光として出力される。
光ファイバ３は、例えばシングルモードファイバ等の一端を光サーキュレータ２の第２ポートに接続し、他端をコリメートレンズ４の近傍に配置したものである。なお、光ファイバ３の種類は上記に限られるものではない。
コリメートレンズ４は、光ファイバ３の他端から出射される光ビームを平行光に変換してライン焦点レンズ５に与える一般的なレンズである。
ライン焦点レンズ５は、コリメートレンズ４からの平行光を１つの線分の上に集光させるものであり、具体的にはシリンドリカルレンズや屈折率分布レンズなどを用いることが可能である。
収束レンズ６は、ＶＩＰＡ板１で多重反射して反射多層膜１Ｂ側から出射され、相互に干渉して進行方向が波長ごとに異なる複数の光束をそれぞれ１点に集光する一般的なレンズである。
自由曲面ミラー７は、例えば、表面形状が非球面の３次元構造となっており、その非球面ミラー上には設計基準となる中心軸が存在する。この自由曲面ミラー７は、位置調整部として機能する図示しない移動ステージ上に取り付けられていて、移動ステージの走行軸と中心軸の各方向（図１におけるＸ軸方向）とが平行となるように配置されている。この自由曲面ミラー７は、後述するように制御部１０からの制御信号Ｃｐに従って移動ステージによりＸ軸またはＹ軸方向に移動される。
ケース８は、例えば、温度調整部として機能する図示しないフィルムヒータを外側の側面に設けた円筒形の容器等であって、ここでは、コリメートレンズ４、ライン焦点レンズ５、ＶＩＰＡ板１および収束レンズ６が上記容器内部の所定の位置に収容されている。フィルムヒータは、その動作が後述するように制御部１０からの制御信号Ｃｔに従って制御される。
温度センサ９ａは、例えば、ＶＩＰＡ板１の反射多層膜１Ｃの外側表面に取り付けられていて、測定したＶＩＰＡ板１の温度を示す信号Ｔａを制御部１０に出力する。なお、温度センサ９ａの取り付け場所は上記の位置に限られるものではなく、ＶＩＰＡ板１の温度が測定可能な任意の場所に取り付けることが可能である。一方、温度センサ９ｂは、例えば、ケース８の外方に設けられていて、本波長分散補償器が設置される周囲環境の温度を測定し、その測定結果を示す信号Ｔｂを制御部１０に出力する。この温度センサ９ｂで測定される温度は、ケース８のフィルムヒータの動作状態には殆ど影響されないものとする。
制御部１０は、各温度センサ９ａ，９ｂにおける測定結果および記憶部１１に記憶されたデータに基づいて、波長分散値の波長依存性を低減させるために自由曲面ミラー７の位置を最適化する制御信号Ｃｐを移動ステージに送ると共に、周囲環境の温度変動や波長分散値の設定変更に伴う透過波長特性の変化を抑えるためにＶＩＰＡ板１の温度を最適化する制御信号Ｃｔをフィルムヒータに送る。
次に、本実施形態の動作について図２のフローチャートを参照しながら説明する。
上記のような構成の波長分散補償器では、ＷＤＭ光に対する波長分散補償動作を開始する前に、図２のステップ１０（図中Ｓ１０で示し、以下同様とする）において、制御部１０による自由曲面ミラー７の位置およびＶＩＰＡ板１の温度の最適化制御のために必要となる各種のデータが計測により取得されて記憶部１１に記憶される。
この記憶部１１に記憶されるデータは、例えば、自由曲面ミラー７の位置に対応させて計測した、信号光波長帯域内の各波長について実際に得られる波長分散値のデータを含んでいる。この波長分散値のデータは、具体的には、自由曲面ミラー７の形状を設計する際に基準とした中心波長で得られる波長分散値に対して他の波長で得られる波長分散値の差を示すデータとなる。また、記憶部１１の記憶データは、ＶＩＰＡ板１の温度に対応させて計測した透過波長特性に関するデータも含んでいる。透過波長特性に関するデータとしては、例えば、エタロンの周期的な透過帯域の中心波長や、透過帯域内の最小挿入損失波長、透過帯域内の挿入損失特性の変曲点波長などといった透過波長特性の基準となるパラメータが挙げられる。さらに、記憶部１１の記憶データは、上記ＶＩＰＡ板１の温度に対応した透過波長特性に関するデータについて、波長分散補償器の周囲環境の温度が変動したときの誤差に関するデータを含むものとする。
なお、ここでは記憶部１１に事前に記憶させるデータを計測により取得するものとしたが、少なくとも２つのポイントで計測したデータを基に多項近似式などを用いて他のポイントでのデータを推定することもできる。また、記憶部１１の記憶データは、上記の具体例に限定されるものではなく、自由曲面ミラー７の位置およびＶＩＰＡ板１の温度の最適化制御のために利用可能な任意のデータとすることができる。
上記のようにして記憶部１１へのデータの記憶が行われると、次に、ステップ２０において、運用時の設定条件が制御部１０に対して入力される。ここで入力される設定条件は、例えば、本波長分散補償器において補償する波長分散値の設定や、入力されるＷＤＭ光の波長情報（具体的には、チャネル数や使用波長等）、前述した透過波長特性に関するデータに対応した波長設定条件（具体的には、周期的な透過帯域の幅を定義するための条件等）を含んでいる。
設定条件の入力が終了すると、ステップ３０において、波長分散補償に要求される精度等に応じて、温度センサ９ｂの測定結果を制御に利用するか否かの判定が行われる。より高い精度の波長分散補償が要求される場合には温度センサ９ｂの測定結果を制御に利用するためにステップ４０に進み、それ以外の場合にはステップ５０に進む。
ステップ４０では、温度センサ９ａによりＶＩＰＡ板１の温度が測定されると共に、温度センサ９ｂにより波長分散補償器の周囲環境の温度が測定され、各温度センサ９ａ，９ｂの測定結果を示す信号Ｔａ，Ｔｂが制御部１０に出力される。
ステップ４２では、各温度センサ９ａ，９ｂからの出力信号Ｔａ，Ｔｂを受けた制御部１０において、ＶＩＰＡ板１の温度および波長分散補償器の周囲環境の温度に応じて記憶部１１の記憶データが読み取られ、ステップ２０で入力された設定条件に対応させて、所望の波長分散値がＷＤＭ光の各波長について得られるような自由曲面ミラー７の最適な位置と、温度変動や波長分散値の設定に拘わらず略一定な透過波長特性が得られるようなＶＩＰＡ板１の最適な温度とがそれぞれ判断される。なお、ＶＩＰＡ板１の最適温度については、温度センサ９ｂで測定された波長分散補償器の周囲環境の温度に応じて、ＶＩＰＡ板１の実際の温度に関する補正が行われるものとし、透過波長特性がより高い精度で一定となるようにしている。そして、判断された自由曲面ミラー７の最適な位置に従って、自由曲面ミラー７の移動ステージを制御するための制御信号Ｃｐが制御部１０から出力されると共に、ＶＩＰＡ板１の最適な温度に従って、ケース８のフィルムヒータを制御するための制御信号Ｃｔが制御部１０から出力される。
ステップ４４では、制御部１０からの制御信号Ｃｐに従って移動ステージが駆動され、自由曲面ミラー７が最適な位置にフィードフォワード制御される。また、制御部１０からの制御信号Ｃｔに従ってフィルムヒータの動作状態が調整され、ＶＩＰＡ板１が最適な温度にフィードフォワード制御される。
一方、温度センサ９ｂの測定結果を制御に利用した場合のステップ５０では、温度センサ９ａによりＶＩＰＡ板１の温度が測定され、その測定結果を示す信号Ｔａのみが制御部１０に出力される。
ステップ５２では、温度センサ９ａからの出力信号Ｔａを受けた制御部１０において、ＶＩＰＡ板１の温度に応じて記憶部１１の記憶データが読み取られ、ステップ２０で入力された設定条件に対応させて、所望の波長分散値がＷＤＭ光の各波長チャネルについて得られるような自由曲面ミラー７の最適な位置と、温度変動や波長分散値の設定に拘わらず略一定な透過波長特性が得られるようなＶＩＰＡ板１の最適な温度とがそれぞれ判断される。そして、判断された自由曲面ミラー７の最適な位置に従って、自由曲面ミラー７の移動ステージを制御するための制御信号Ｃｐが制御部１０から出力されると共に、ＶＩＰＡ板１の最適な温度に従って、ケース８のフィルムヒータを制御するための制御信号Ｃｔが制御部１０から出力される。
ステップ５４では、制御部１０からの制御信号Ｃｐに従って移動ステージが駆動され、自由曲面ミラー７が最適な位置にフィードフォワード制御される。また、制御部１０からの制御信号Ｃｔに従ってフィルムヒータの動作状態が調整され、ＶＩＰＡ板１が最適な温度にフィードフォワード制御される。
上記のような一連の処理によって自由曲面ミラー７の位置およびＶＩＰＡ板１の温度のフィードフォワード制御が終了すると、ステップ６０に移って、本波長分散補償器の運用が開始され、入力されるＷＤＭ光の波長分散補償が行われる。
具体的に、運用時の波長分散補償器の動作を説明すると、ＷＤＭ光が光サーキュレータ２の第１ポートに入力され、そのＷＤＭ光が光サーキュレータ２の第２ポートを介して光ファイバ３に送られる。光ファイバ３から出射されたＷＤＭ光は、コリメートレンズ４で平行光に変換された後、ライン焦点レンズ５によって一線分上に集光されて、制御部１０により温度が最適化されたＶＩＰＡ板１の対向する平行平面の間に入射される。このＶＩＰＡ板１への入射光は、上述の図８に示した従来の場合と同様にして、ＶＩＰＡ板１の平行平面に形成された各反射多層膜１Ｂ，１Ｃの間で多重反射を繰り返す。その際、反射多層膜１Ｂの面で反射するごとに数％の光が当該反射面を透過してＶＩＰＡ板１の外に出射される。
ＶＩＰＡ板１を透過した光は、相互に干渉し、波長に応じて進行方向の異なる複数の光束がそれぞれ形成される。ＶＩＰＡ板１の反射多層膜１Ｂ側から異なる方向に出射された各波長の光束は、収束レンズ６により集光されて、制御部１０により位置が最適化された自由曲面ミラー７の中心軸上の異なる位置でそれぞれ反射される。そして、自由曲面ミラー７で反射された各波長の光は、反射される前に伝搬してきた光路を反対の方向にそれぞれ進み、収束レンズ６、ＶＩＰＡ板１、ライン焦点レンズ５、コリメートレンズ４および光ファイバ３を順に通過して、光サーキュレータ２の第３ポートから出力される。これにより、本波長分散補償器に入力されるＷＤＭ光に対して、自由曲面ミラー７の位置に応じて設定される所要量の波長分散補償を施したＷＤＭ光が波長分散補償器から出力されるようになる。
上記のような運用時の一連の動作が行われている間においても、前述したステップ３０およびステップ４０〜４４またはステップ５０〜５４の各処理が繰り返して実行され、自由曲面ミラー７の位置およびＶＩＰＡ板１の温度がフィードバック制御されるようにする。このようなフィードバック制御により、安定した波長分散補償を行うことが可能になる。
図３および図４は、本波長分散補償器によって実現される透過波長特性の一例を示したものである。具体的に、図３は、波長分散補償器の周囲環境の温度が０℃、３０℃および７５℃に変動したときの各透過波長特性を表し、図４は、波長分散値の設定を１０３６．９ｐｓ／ｎｍ、１８．７ｐｓ／ｎｍおよび−１１０６．４ｐｓ／ｎｍに変更したときの各透過波長特性を表している。
図３に示すように、本波長分散補償器によれば、周囲環境の温度が０〜７５℃の範囲で変動しても、フィルムヒータによりＶＩＰＡ板１の温度を制御することによって、上述の図１０に示したような透過波長特性の波長軸方向のシフトを利用して、透過波長特性を略一定に保つことが可能である。また、図４に示すように、波長分散値の設定が変更されても、透過帯域の中心波長若しくは透過帯域内の最小挿入損失波長が略同じ値になっており、上述の図１１に示した従来の場合のような透過波長特性の変化を抑圧することが可能になっている。
なお、図４の一例では、透過帯域の中心波長若しくは透過帯域内の最小挿入損失波長が略同一になる場合を示したが、例えば、透過帯域内で挿入損失が極大になるような変曲点が存在するようなときには、その変曲点波長が略同じ値になるように、ＶＩＰＡ板１の温度を制御することも可能である。
上記のように本実施形態の波長分散補償器によれば、ＷＤＭ光の波長に対応させて自由曲面ミラー７の位置を最適化することで、波長分散値の波長依存性を低減させることができる。また、ＶＩＰＡ板１の温度を最適化することで、周囲環境の温度変動や波長分散値の設定変更に伴う透過波長特性の変化を効果的に抑えることができる。これにより、ＷＤＭ光の任意の波長について安定した波長分散補償を実現することが可能になる。
次に、上述したような本発明による波長分散補償器を用いて構成した光伝送ネットワークについて説明する。
図５は、上記光伝送ネットワークの一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。
図５において、本光伝送ネットワークは、例えば、光送信局５０および光受信局５１の間を光ファイバ伝送路５２によって接続し、その光ファイバ伝送路５２上に所要の中継間隔で光増幅器５３を配置し、さらに、各光増幅器５３には、各々の中継区間を伝送されたＷＤＭ光に発生した波長分散を補償することが可能な分散補償ファイバ（ＤＣＦ）５４または上述した本発明による波長分散補償器（ＶＩＰＡ）５５を接続して構成される。
光送信局５０は、例えば、波長の異なるＮ波の光信号を生成する光送信器（Ｔｘ＃１〜Ｔｘ＃Ｎ）５０Ａと、各光送信器５０Ａから出力される光信号を合波してＷＤＭ光を光ファイバ伝送路５２に送信するＷＤＭカプラ５０Ｂとを有する。光受信局５１は、光ファイバ伝送路５２および光増幅器５３を介して中継伝送されたＷＤＭ光を波長に応じて分波するＷＤＭカプラ５１Ａと、分波されたＮ波の光信号をそれぞれ受信処理する光受信器（Ｒｘ＃１〜Ｒｘ＃Ｎ）５１Ｂとを有する。光ファイバ伝送路５２は、例えばシングルモードファイバや分散シフトファイバ等の一般的な光伝送用ファイバが用いられている。
各光増幅器５３は、光ファイバ伝送路５２を伝送されるＷＤＭ光を一括して所要のレベルまで増幅することが可能な希土類ドープ光ファイバ増幅器、ラマン増幅器または半導体光増幅器等の公知の光増幅器である。分散補償ファイバ５３は、光増幅器５３内の所要の位置からＷＤＭ光を取り出し、そのＷＤＭ光に生じた波長分散を補償することが可能な周知の分散補償ファイバである。本実施形態では、予め設定した中継区間数ごとに光増幅器５３に接続される分散補償ファイバ５３が、本発明を適用したＶＩＰＡ型波長分散補償器５５に置き換えられている。
上記のような構成の光伝送ネットワークでは、光送信局５０から送信されたＷＤＭ光が光ファイバ伝送路５２および光増幅器５３を介して光受信局５１まで中継伝送される。このＷＤＭ光の中継伝送の際に各中継区間で発生する波長分散が各々の中継区間の光増幅器に接続された分散補償ファイバ５４またはＶＩＰＡ型波長分散補償器５５によって補償される。特に、ＶＩＰＡ型波長分散補償器５５で行われる波長分散補償は上述したようにその補償量が波長に対応させて任意に設定できるため、波長分散補償量が固定となる分散補償ファイバ５４で補償しきれずに累積した波長分散がＶＩＰＡ型波長分散補償器５５によってまとめて補償できるようになる。これにより、光送信局５０および光受信局５１の間を伝送されるＷＤＭ光に発生する波長分散を確実に補償して、安定したＷＤＭ光の中継伝送を実現することが可能になる。
なお、上記の実施形態の光伝送ネットワークでは、本発明を適用したＶＩＰＡ型波長分散補償器５５を予め設定した中継区間数ごとに配置した一例を示したが、すべての中継区間における波長分散補償を本発明によるＶＩＰＡ型波長分散補償器５５によって行うようにしてもよい。また、分散補償ファイバ５４またはＶＩＰＡ型波長分散補償器５５が光増幅器５３内に接続される場合を説明したが、本発明はこれに限らず、光ファイバ伝送路上の任意の位置に分散補償ファイバ５４またはＶＩＰＡ型波長分散補償器５５を配置してＷＤＭ光の波長分散補償を行うことも勿論可能である。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
（付記１）相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、一次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、当該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、当該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を予め設定した位置で反射して前記光部品に戻す反射器とを備えて構成された波長分散補償器の制御方法であって、
前記波長分散補償器による波長分散補償の運用を開始する前に、前記反射器の位置に対応させて、入射光の波長帯域内の各波長における波長分散値に関するデータを取得して記憶し、
運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件を入力し、
前記記憶したデータのうちから前記設定条件に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、運用時における波長分散値の波長依存性を低減可能にする前記反射器の位置を判断し、
該判断結果に従って前記反射器の位置を制御し、波長分散補償の運用を開始することを特徴とする波長分散補償器の制御方法。
（付記２）相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、一次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、当該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、当該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を予め設定した位置で反射して前記光部品に戻す反射器とを備えて構成された波長分散補償器の制御方法であって、
前記波長分散補償器による波長分散補償の運用を開始する前に、前記光部品の温度に対応させて、前記光部品の透過波長特性に関するデータを取得して記憶し、
運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件を入力し、
前記光部品の温度を測定し、
前記記憶したデータのうちから前記設定条件および前記光部品の温度に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、前記光部品の透過波長特性の基準となるパラメータを略一定にする前記光部品の温度を判断し、
該判断結果に従って前記光部品の温度を制御し、波長分散補償の運用を開始することを特徴とする波長分散補償器の制御方法。
（付記３）付記２に記載の波長分散補償器の制御方法であって、
前記波長分散補償器による波長分散補償の運用を開始する前に、前記光部品の温度に対応した透過波長特性について、前記波長分散補償器の周囲環境の温度が変動したときの誤差に関するデータを取得して記憶し、
前記波長分散補償器の周囲環境の温度を測定し、
該測定した波長分散補償器の周囲環境の温度に応じて前記記憶したデータを読み取り、該読み取ったデータに従って、前記判断した光部品の温度を補正することを特徴とする波長分散補償器の制御方法。
（付記４）付記２に記載の波長分散補償器の制御方法であって、
波長分散補償の運用を開始した後に、前記光部品の温度を測定し、該測定した光部品の温度に応じて前記記憶したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて前記光部品の温度をフィードバック制御することを特徴とする波長分散補償器の制御方法。
（付記５）付記２に記載の波長分散補償器の制御方法であって、
前記光部品の透過波長特性の基準となるパラメータが、透過帯域の中心波長であることを特徴とする波長分散補償器の制御方法。
（付記６）付記２に記載の波長分散補償器の制御方法であって、
前記光部品の透過波長特性の基準となるパラメータが、透過帯域内の最小挿入損失波長であることを特徴とする波長分散補償器の制御方法。
（付記７）付記２に記載の波長分散補償器の制御方法であって、
前記光部品の透過波長特性の基準となるパラメータが、透過帯域内の挿入損失特性の変曲点波長であることを特徴とする波長分散補償器の制御方法。
（付記８）相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、一次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、当該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、当該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を予め設定した位置で反射して前記光部品に戻す反射器とを備えて構成された波長分散補償器の制御方法であって、
前記波長分散補償器による波長分散補償の運用を開始する前に、前記反射器の位置に対応させて、入射光の波長帯域内の各波長における波長分散値に関するデータを取得して記憶すると共に、前記光部品の温度に対応させて、前記光部品の透過波長特性に関するデータを取得して記憶し、
運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件を入力し、
前記光部品の温度を測定し、
前記記憶したデータのうちから前記設定条件および前記光部品の温度に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、運用時における波長分散値の波長依存性を低減可能にする前記反射器の位置を判断すると共に、前記光部品の透過波長特性の基準となるパラメータを略一定にする前記光部品の温度を判断し、
該各判断結果に従って前記反射器の位置および前記光部品の温度をそれぞれ制御し、波長分散補償の運用を開始することを特徴とする波長分散補償器の制御方法。
（付記９）相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、一次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、当該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、当該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を予め設定した位置で反射して前記光部品に戻す反射器とを備えて構成された波長分散補償器であって、
波長分散補償の運用を開始する前に、前記反射器の位置に対応させて取得した、入射光の波長帯域内の各波長における波長分散値に関するデータを記憶する記憶部と、
前記反射器の位置を可変にする位置調整部と、
運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件が入力され、前記記憶部に記憶されたデータのうちから前記設定条件に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、運用時における波長分散値の波長依存性を低減可能にする前記反射器の位置を判断し、該判断結果に従って前記位置調整部を制御する制御部と、
を備えて構成されたことを特徴とする波長分散補償器。
（付記１０）相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、一次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、当該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、当該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を予め設定した位置で反射して前記光部品に戻す反射器とを備えて構成された波長分散補償器であって、
波長分散補償の運用を開始する前に、前記光部品の温度に対応させて取得した、前記光部品の透過波長特性に関するデータを記憶する記憶部と、
前記光部品の温度を測定する第１温度センサと、
前記光部品の温度を可変にする温度調整部と、
運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件が入力され、前記記憶部に記憶されたデータのうちから前記設定条件および前記第１温度センサでの測定温度に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、前記光部品の透過波長特性の基準となるパラメータを略一定にする前記光部品の温度を判断し、該判断結果に従って前記温度調整部を制御する制御部と、
を備えて構成されたことを特徴とする波長分散補償器。
（付記１１）付記１０に記載の波長分散補償器であって、
周囲環境の温度を測定する第２温度センサを備え、
前記記憶部は、前記光部品の温度に対応した透過波長特性について、周囲環境の温度が変動したときの誤差に関するデータを予め記憶し、
前記制御部は、前記第２温度センサで測定した周囲環境の温度に応じて前記記憶部に記憶されたデータを読み取り、該読み取ったデータに従って、前記判断した光部品の温度を補正することを特徴とする波長分散補償器。
（付記１２）付記１０に記載の波長分散補償器であって、
前記制御部は、波長分散補償の運用を開始した後に、前記第１温度センサで測定される光部品の温度に応じて前記記憶部に記憶されたデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて前記温度調整部をフィードバック制御することを特徴とする波長分散補償器。
（付記１３）相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、一次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、当該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、当該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を予め設定した位置で反射して前記光部品に戻す反射器とを備えて構成された波長分散補償器であって、
波長分散補償の運用を開始する前に、前記反射器の位置に対応させて取得した、入射光の波長帯域内の各波長における波長分散値に関するデータを記憶すると共に、前記光部品の温度に対応させて取得した、前記光部品の透過波長特性に関するデータを記憶する記憶部と、
前記反射器の位置を可変にする位置調整部と、
前記光部品の温度を測定する第１温度センサと、
前記光部品の温度を可変にする温度調整部と、
運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件が入力され、前記記憶部に記憶されたデータのうちから前記設定条件および前記第１温度センサでの測定温度に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、運用時における波長分散値の波長依存性を低減可能にする前記反射器の位置を判断すると共に、前記光部品の透過波長特性の基準となるパラメータを略一定にする前記光部品の温度を判断し、該各判断結果に従って前記位置調整部および前記温度調整部をそれぞれ制御する制御部と、
を備えて構成されたことを特徴とする波長分散補償器。
（付記１４）光送信局および光受信局の間で光ファイバ伝送路を介して信号光の伝送を行う光伝送ネットワークにおいて、
付記９〜１３のいずれか１つに記載の波長分散補償器を用いて、前記光ファイバ伝送路上を伝送される信号光に発生した波長分散の補償を行うことを特徴とする光伝送ネットワーク。
本発明にかかる波長分散補償器の一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 上記実施形態による波長分散補償器の動作を説明するためのフローチャートである。 上記実施形態の波長分散補償器について温度変動に対する透過波長特性の一例を示す特性図である。 上記実施形態の波長分散補償器について波長分散値の設定を変更したときの透過波長特性の一例を示す特性図である。 本発明にかかる光伝送ネットワークの一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器の構成例を示す斜視図である。 図６の構成例の上面図である。 従来のＶＩＰＡの動作原理を説明するためのモデルを示す図である。 ＶＩＰＡ板における角分散の波長依存性に起因して発生する波長分散値の誤差を説明するための図である。 ＶＩＰＡ板の温度変化に対して透過波長特性が波長軸方向にシフトする様子を例示した図である。 従来のＶＩＰＡ型波長分散補償器について波長分散値の設定に応じて透過波長特性が変化する様子を例示した図である。
符号の説明
１…ＶＩＰＡ板
１Ａ…ガラス板
１Ｂ，１Ｃ…反射多層膜
１Ｄ…照射窓
２…光サーキュレータ
３…光ファイバ
４…コリメートレンズ
５…ライン焦点レンズ
６…収束レンズ
７…自由曲面ミラー
８…ケース
９ａ，９ｂ…温度センサ
１０…制御部
１１…記憶部
５０…光送信局
５１…光受信局
５２…光ファイバ伝送路
５３…光増幅器
５４…分散補償ファイバ
５５…ＶＩＰＡ型波長分散補償器

Claims (4)

  1. 相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、一次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、当該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、当該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を予め設定した位置で反射して前記光部品に戻す反射器とを備えて構成された波長分散補償器の制御方法であって、
    前記波長分散補償器による波長分散補償の運用を開始する前に、前記反射器の位置に対応させて、入射光の波長帯域内の各波長における波長分散値に関するデータを取得して記憶し、
    運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件を入力し、
    前記記憶したデータのうちから前記設定条件に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、運用時における前記光部品の角分散の波長依存性によって発生する波長分散値の誤差を低減可能にする前記反射器の位置を判断し、
    該判断結果に従って前記反射器の位置を制御し、波長分散補償の運用を開始することを特徴とする波長分散補償器の制御方法。
  2. 相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、一次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、当該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、当該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を予め設定した位置で反射して前記光部品に戻す反射器とを備えて構成された波長分散補償器の制御方法であって、
    前記波長分散補償器による波長分散補償の運用を開始する前に、前記光部品の温度に対応させて、前記光部品の透過波長特性に関するデータを取得して記憶すると共に、該光部品の温度に対応した透過波長特性について、前記波長分散補償器の周囲環境の温度が変動したときの誤差に関するデータを取得して記憶し、
    運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件を入力し、
    前記光部品の温度および前記波長分散補償器の周囲環境の温度を測定し、
    前記記憶したデータのうちから前記設定条件および前記光部品の温度に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、前記光部品の透過波長特性が波長分散値の設定の変化に拘わらずに略一定となるような前記光部品の温度を判断し、
    前記測定した波長分散補償器の周囲環境の温度に応じて前記記憶したデータを読み取り、該読み取ったデータに従って、前記判断した光部品の温度を補正し、
    該補正後の温度に従って前記光部品の温度を制御し、波長分散補償の運用を開始することを特徴とする波長分散補償器の制御方法。
  3. 相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、一次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、当該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、当該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を予め設定した位置で反射して前記光部品に戻す反射器とを備えて構成された波長分散補償器であって、
    波長分散補償の運用を開始する前に、前記反射器の位置に対応させて取得した、入射光の波長帯域内の各波長における波長分散値に関するデータを記憶する記憶部と、
    運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件が入力され、前記記憶部に記憶されたデータのうちから前記設定条件に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、運用時における前記光部品の角分散の波長依存性によって発生する波長分散値の誤差を低減可能にする前記反射器の位置を判断し、該判断結果に従って前記反射器の位置を制御する制御部と、
    を備えて構成されたことを特徴とする波長分散補償器。
  4. 相対する平行な２つの反射面を有する素子を含み、一次元方向に集光した光が前記素子の各反射面の間に入射され、当該入射光が各反射面で多重反射されながらその一部が一方の反射面を透過して出射され、当該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、該光部品の一方の反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を予め設定した位置で反射して前記光部品に戻す反射器とを備えて構成された波長分散補償器であって、
    波長分散補償の運用を開始する前に、前記光部品の温度に対応させて取得した、前記光部品の透過波長特性に関するデータを記憶すると共に、該光部品の温度に対応した透過波長特性について、前記波長分散補償器の周囲環境の温度が変動したときの誤差に関するデータを記憶する記憶部と、
    前記光部品の温度を測定する第１温度センサと、
    周囲環境の温度を測定する第２温度センサと、
    運用時に補償する波長分散値および入射光の波長情報を含んだ設定条件が入力され、前記記憶部に記憶されたデータのうちから前記設定条件および前記第１温度センサでの測定温度に対応したデータを読み取り、該読み取ったデータに基づいて、前記光部品の透過波長特性が波長分散値の設定の変化に拘わらずに略一定となるような前記光部品の温度を判断し、さらに、前記第２温度センサで測定した周囲環境の温度に応じて前記記憶部に記憶されたデータを読み取り、該読み取ったデータに従って、前記判断した光部品の温度を補正し、該補正後の温度に従って前記光部品の温度を制御する制御部と、
    を備えて構成されたことを特徴とする波長分散補償器。
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