JP4492232B2 - 可変分散補償器および可変分散補償方法 - Google Patents

Description

本発明は、光信号の分散を補償するための可変分散補償器および可変分散補償方法に関する。

情報通信の需要の拡大に伴い、伝送容量の拡大が要求されている。その要求に答えるため、光通信システムにおいては、伝送レートの上昇が図られている。伝送レートを上昇させると、光ファイバ中で、波長分散による光波形の劣化が生じてくる。波長分散とは、波長により光ファイバを伝送する光信号の速度が、異なる現象をいう。そこで、波長分散による光波形の劣化を抑制するために、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）が広く使用されている。

分散補償ファイバは、通常の光ファイバよりもコア径を狭く設計している。これにより、波長分散は負となる。それにより、分散補償ファイバの波長分散は、通常の光ファイバと逆方向の特性となる。したがって、通常の光ファイバと、この分散補償ファイバを組み合わせることで、通常の光ファイバで生じた波長分散を分散補償ファイバでキャンセルし、光波形の劣化を抑制することが可能となる。

しかしながら、分散補償ファイバは、長さあたりの負の分散量が余り大きくない。よって、長距離通信に耐えうる分散補償量を得るためには、分散補償ファイバに必要な長さは、数十ｋｍ程度になる。このため、波長分散の補償を行う設備のサイズが、大きくなる、という問題がある。また、分散補償ファイバは、光信号の伝送損失が非常に大きいため、それを補う高価な光アンプを必要とする、という問題がある。また分散補償ファイバはコア径が狭いため、光信号が狭い領域に閉じ込められる。そのため、非線形相互作用が発生し、光波形の劣化が生じる、という問題もある。さらに、分散補償量を可変にできない、という問題もある。このように、分散補償ファイバは、使用上に多くの問題点がある。そこで、これらの問題点を改善する可変分散補償器の実現が、求められている。

その第１の提案として、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）で形成したリング共振器による可変分散補償器がある（たとえば特許文献１参照）。ここでＰＬＣとは、シリコンもしくは石英基板上に、石英ガラス等を堆積させて形成した石英光導波路のことを示す。また、それに光ファイバアレイを接続して光部品あるいは光回路を構成したものも含む。この第１の提案では、１段構成のリング共振器を、光ファイバの間、または光ファイバと光多重受信装置の間に配置して、光多重信号が時間遅延を受けて出力される構成となっている。この第１の提案は、光多重信号が光ファイバ内で受ける波長分散について、使用する全波長を一括で補償する試みである。

図８は、従来提案された可変分散補償デバイスとしてのリング共振器の一例を表わす。このリング共振器１０１は、光信号の入出力を行う導波路１０２と、その光信号を分配する光カプラ１０３と、分配された光信号を遅延するリング状導波路１０４とを備えている。リング状導波路１０４には、加熱制御するためのヒータ１０５が配置されている。光カプラ１０３は、たとえば方向性結合器で構成されている。

この図８に示すリング共振器１０１の動作について、説明する。光ファイバ等から導波路１０２に光信号１０６が入力されると、その光信号１０６は、光カプラ１０３により所定の割合でリング状導波路１０４側に分配される。その分配された光信号は、リング状導波路１０４によって遅延される。この遅延された光信号は、光カプラ１０３によって、再び導波路１０２に戻される。そして、光信号１０７として出力される。

なお、リング共振器１０１において、ヒータ１０５に電流を流すことで、リング状導波路１０４の温度が制御されている。これにより、リング状導波路１０４の共振している中心波長λが変えられている。すなわち、リング共振器１０１は、この中心波長をヒータ１０５の通電制御で変更している。

図９は、図８のリング共振器における共振している中心波長の温度特性による変動を表わす。横軸は波長λを表わし、縦軸は遅延時間τを表わす。実線は、図８に示すヒータ１０５が所定の温度に制御されている状態を示す。この時の遅延時間スペクトルの中心波長はλ_Aである。この状態でヒータ１０５の温度を上昇させると、中心波長λ_Aは、矢印１２１で示すように長波長側に移動する。一方、温度を低下させると、中心波長λ_Aは、矢印１２２で示すように短波長側に移動する。

なお、リング共振器が、多段に接続されている場合もある（たとえば特許文献２参照。）。このようにリング共振器が多段接続された場合には、図８に示す１段のリング共振器１０１から出力される光信号１０７が、導波路１０２に接続された図示しない次の段のリング共振器に入力される。

図１０は、そのようなリング共振器を多段に接続した可変分散補償器を表わす。この可変分散補償器１４１は、第１〜第４のリング共振器１０１₁〜１０１₄を１本の共通した導波路１０２に沿って直列に接続している。この図１０で、図８と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。ただし、第１〜第４のリング共振器１０１₁〜１０１₄内の各部を示す符号には、リング共振器１０１₁〜１０１₄のそれぞれを示す数字“１”〜“４”を添え字として付記している。

この図１０に示す可変分散補償器１４１は、第１〜第４のリング共振器１０１₁〜１０１₄のヒータ１０５₁〜１０５₄のそれぞれが個別に制御されている。それにより、可変分散補償器１４１は、任意の分散スロープを得ることができる。すなわち、図８および図９で説明したように、１つのリング共振器１０１を使用しただけでは、その遅延時間スペクトルの形状は、図９に示すようにガウシアン分布に近い形状となる。しかしながら、第１〜第４のリング共振器１０１₁〜１０１₄のそれぞれの共振している中心波長をずらして、これらを足し合わせることで、直線状のスロープが作り出せる。

図１１は、直線状のスロープが合成された例を示す。この例では、図１０に示す第１〜第３のリング共振器１０１₁〜１０１₃のヒータ１０５₁〜１０５₃が、所定の温度に制御されて、共振している中心波長はλ₁、λ₂、λ₃に設定されている。このときに、第１〜第３のリング共振器１０１₁〜１０１₃の合成波形の中心波長は、λ_Aとされている。ヒータ１０５₄が、所定の温度に設定された時、第４のリング共振器１０１₄の中心波長は、λ_B（＝λ₄）とされている。ここで、これらの中心波長λ_Aと中心波長λ_Bが重ね合わせられる。そこで、たとえば図１１の実線で示すような分散スロープ１４５が得られる。

ここで、この分散スロープ１４５は、図９で示す１つのリング共振器で共振された信号波形（遅延時間スペクトル）の右側部分の傾斜と対比される。結果として、分散スロープ１４５の方が、傾斜が緩やかになっている。さらに、図９で示す１つのリング共振器の中心波長の右側部分の傾斜に比べ、直線に近いラインが得られる。したがって、この分散スロープ１４５を用いて、分散補償を行うことができる。
特開平６−２２４８６０号公報（第００３６段落、図１０） 特開２０００−１５１５１３号公報（第００４２段落、図６Ｂ）

しかしながら、リング共振器１０１を多段に接続した可変分散補償器１４１では、導波路１０２を光が伝送する際に、基本モードに派生して高次モードが生じる。その影響によって、主信号のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）が劣化し、それぞれのリング共振器の中心波長が正確に定まり難くなる。その結果として、光ファイバの波長分散を良好に補正することが困難である。

そこで本発明の目的は、良好な分散補償特性を有する可変分散補償器および可変分散補償方法を提供することにある。

この発明では、（イ）光信号を入力し、光信号の高次モードを除去し、基本モードのみを出力するモードフィルタと、（ロ）モードフィルタから出力される光信号を入力して、光信号に遅延時間を与えて出力する共振器と、（ハ）共振器を可変制御する可変制御手段とを可変分散補償器に具備させる。

また、この発明では、（イ）光信号を入力する入力工程と、（ロ）光信号の高次モードを除去し、基本モードのみを出力するモードフィルタ工程と、（ハ）出力された光信号を共振する共振工程と、（ニ）共振された光信号を出力する出力工程とを可変分散補償方法に具備させる。

すなわち、この発明では、共振器に入力される光信号は、モードフィルタによって、高次モードの雑音成分が除去され、基本モードのみとなる。よって、共振器で得られる信号波形は、高次モードの雑音成分による影響を受けず、歪みの少ない良好な波形が得られる。従って、これらの信号波形を組み合わせて形成され、信号波形も、歪みが少ない特性が得られる。結果として、良好な分散補償特性が得られる。

また、共振器は、直列に複数備えられており、共振器の入力側と出力側の少なくとも一方のそれぞれにモードフィルタが備えられていてもよい。これにより、各共振器に入力される高次モードの光信号が、各モードフィルタにより除去され、良好な分散補償特性が得られる。

また、モードフィルタと共振器は、基板上に光導波路で構成されており、可変制御手段は、その光導波路近傍に設置されていてもよい。これにより、モードフィルタと共振器を一チップで形成することができる。

また、モードフィルタは、線状導波路で構成されており、その線状導波路は、高次モードが放射され、基本モードのみが透過される箇所である、幅が狭い部分や、曲げ部分を有していてもよい。これにより、モードフィルタを簡易な構成で形成することができる。

また、共振器はリング共振器であってもよく、そのリング共振器は、線状導波路と、線状導波路に沿って配置されるリング状導波路と、そして線状導波路とリング状導波路のそれぞれを光学的に結合する光学的結合器とを備えていてもよい。そして、リング共振器のそれぞれの入力側と出力側の少なくとも一方の線状導波路には、モードフィルタが備えられていてもよい。これにより、共振器を簡易な構成で形成することができる。

さらに、モードフィルタは、高次モードが放射され、基本モードのみが透過される曲げ部分を有しており、その曲げ部分は、リング状導波路の外周に沿って配置されていてもよい。これにより、モードフィルタとなる曲げ部分を、リング状導波路に対して省スペースで配置することができる。よって、可変分散補償器の小型化が可能となる。

また、リング共振器は、マトリクス状に互いに隣接して配置されており、線状導波路は、そのリング共振器のリング状導波路の外周を縫うように配置されており、曲げ部分がリング状導波路の外周に沿って配置されていてもよい。または、線状導波路は、蛇行しており、リング共振器は、線状導波路が蛇行する曲線部に配置されており、曲げ部分は、リング共振器のリング状導波路の外周に沿って配置されていてもよい。これにより、モードフィルタとなる曲げ部分を、リング共振器に対して省スペースで配置することができる。さらに、各リング共振器と各モードフィルタを効率的に配置することができる。よって、可変分散補償器をさらに小型化できる。

なお、共振器の前後にモードフィルタを配置してもよい。これにより、双方向から光信号が入力されても、その光信号はモードフィルタを介して、共振器に入力される。よって、特に、偏波ダイバーシティとして使用するのに適している。

本発明では、モードフィルタにより、光信号の高次モードの成分を除いて、基本モードの光信号のみを共振器に入力している。そのため、共振器から出力される信号波形にリップルがなくなる。よって、これらが合成されて形成される信号波形も歪みが少ない特性が得られ、光分散の補償を良好に行うことができる。さらに、共振器に光信号を入出力する導波路自体に、モードフィルタの役割を持たせているので、別部品を付加する必要がない。よって、可変分散補償器のコストを低減することができ、サイズを小型化することができる。

以下に、本発明の可変分散補償器および可変分散補償方法の基本構成およびその動作原理について説明する。

最初に、共振器において、基本モードの光信号に対する高次モードの光信号の影響を説明する。

図１２は、基本モードの光信号に対する高次モードの光信号の影響を説明するためのものである。同図（ａ）〜（ｃ）の横軸は時間、縦軸は光のパワーを示す。また、同図（ａ）は、主信号としての基本モードの光信号１５１のみが、導波路内を伝送されている理想的な信号波形を示す。これに対して同図（ｂ）は、基本モードの光信号１５１と共に、高次モードの光信号１５２、１５３が伝送されている状態について、それぞれの光信号の信号波形を表わす。

高次モードの光信号１５２、１５３は、雑音成分である。これらは、基本モードの光信号１５１と伝送速度が異なる。その要因の１つとして、高次モードの光信号の一部は、コアからクラッドへ染み出して伝搬されることによる。ここで、クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも低くなっている。そのため、クラッドに染み出して伝搬する高次モードの光信号は、コア内を伝搬する基本モードの光信号よりも伝搬速度が速くなる。また、別の要因として、コア内を伝搬する高次モードの光信号は、基本モードの光信号よりも、コア内での伝搬軸方向の伝送速度（＝群速度）が遅くなる。いわゆるモード分散を引き起こす。これらが、複雑に影響するため、高次モードの光信号１５２、１５３は、基本モードの光信号１５１に対して、様々に異なる位相関係を生じる。

図１２（ｃ）は、基本モードの光信号１５１と高次モードの光信号１５２、１５３が合成された信号波形の一例を示す。この合成波形１５４は、高次モードの光信号１５２、１５３の影響を受けている。合成波形１５４は、基本モードの光信号１５１の波形にリップルを生じさせたような、波形歪みを持つ。また、合成波形１５４は、高次モードの光信号１５２、１５３の位相変化が原因して、一定の形状にならない。したがって、シングルモードで光信号を伝送する通信系において、波長分散を補償する場合には、高次モードの光信号の影響をまず除去する必要がある。その後、共振を行わないと分散補償を良好に行うことができない。

＜第１の実施例＞

次に、上記の問題を解決する本発明の第１の実施例の可変分散補償器の基本構成について説明する。

図１は、本発明の第１の実施例の可変分散補償器として、リング共振器を４段備えた場合の概要構成を表わす。この可変分散補償器２０１は、第１〜第４の合計４段のリング共振器２０２₁〜２０２₄を、１本の共通した線状導波路２０３に沿って直列に接続している。１本の線状導波路２０３には、それぞれのリング共振器２０２₁〜２０２₄を１つずつ入力側と出力側から挟むように、第１〜第５のモードフィルタ２０４₁〜２０４₅が、配置されている。これらのモードフィルタ２０４₁〜２０４₅は、線状導波路２０３を伝送する高次モードの雑音成分を除去するためのものである。

第１のリング共振器２０２₁は、第１のモードフィルタ２０４₁が出力する光信号２０８を伝送する線状導波路２０３と、その光信号を分配する光カプラ２０５₁と、分配された光信号を遅延するリング状導波路２０６₁とを備えている。第１のリング状導波路２０６₁には、これを加熱制御するためのヒータ２０７₁が配置されている。このヒータ２０７₁は、第１のリング状導波路２０６₁に対して、光カプラ２０５₁を構成する領域を除いたほぼ全域に、配置されているほうが望ましい。これにより、第１のリング状導波路２１６₁の温度をより均一にできる。また、光カプラ２０５₁は、図１で示すように、たとえば方向性結合器で構成されている。光カプラ２０５₁を経た線状導波路２０３は、第２のモードフィルタ２０４₂を介して第２のリング共振器２０２₂に入力される。なお、光カプラ２０５は、多モード干渉器(Multi Mode Interference, ＭＭＩ)導波路で構成してもよい。

第２〜第４のリング共振器２０２₂〜２０２₄は、第１のリング共振器２０２₁と同様の構成としてもよい。さらに、設計を同一にするため、同一の構成としてもよい。ここでは同一の構成で説明する。第１のリング共振器２０２₁と同一部分には、同一の符号を付す。第２のリング共振器２０２₂については、これらに添付する添え字を“１”の代わりに“２”に置き換える。同様に、第３または第４のリング共振器２０２₃，２０２₄についても、これらに添付する添え字を“１”の代わりに“３”または“４”に置き換える。

本実施例では、光信号が線状導波路２０３を矢印２０８方向に伝送する場合で説明する。第１〜第４のリング共振器２０２₁〜２０２₄のそれぞれの直前に、第１〜第４のモードフィルタ２０４₁〜２０４₄が配置されている。これらは、第１〜第４のリング共振器２０２₁〜２０２₄に、高次の光信号が、雑音成分として入力されるのを防止する。但し、可変分散補償器２０１を偏波ダイバーシティに使用するような場合には、光信号は線状導波路２０３を双方向に伝送される。したがって第４のリング共振器２０２₄の直後にも、モードフィルタとして第５のモードフィルタ２０４₅を配置している。このような用途に使用しない場合には、第５のモードフィルタ２０４₅は、配置を省略することができる。

また、線状導波路２０３の入力側には、光ファイバが接続されており、分散補償前の光信号２０８が入力される。同じく、線状導波路２０３の出力側には、光ファイバが接続されており、分散補償後の光信号２０９が出力される。

ここで、設計パラメータの一例を記す。リング状導波路のコア径は、０．１〜１０μｍの範囲であり、例えば５μｍ程度である。リング状導波路の円周の長さは、１〜１６ｍｍの範囲であり、例えば２〜３ｍｍ程度である。また、方向性結合器の結合効率は、数十パーセントであり、例えば５０％程度である。共振器のＦＳＲ（Free Spectral Range）は、１２．５〜２００ＧＨｚの範囲であり、例えば１００ＧＨｚ程度である。また、共振する中心波長の温度係数は、０．０１ｎｍ／℃程度である。

なお、これらの導波路の基板は、シリコンまたはガラス（石英ガラスなど）で形成されている。また、これらの導波路は、石英ガラスを基板上に堆積して形成される。コアは、石英ガラスに添加するＧｅなどで屈折率調整されている。また、ヒータは、薄膜ヒータで形成されており、リング状導波路の上部に蒸着または固着されている。薄膜ヒータは、好ましくは、金属で形成されており、Ｃｒ、Ｐｔ、ＴｉＮなどが用いられている。

次に、本発明の第１の実施例の第１のモードフィルタの基本構成について説明する。

図２は、第１の実施例における第１のモードフィルタ２０４₁の構成を示す。第１のモードフィルタ２０４₁は、光信号が伝送する線状導波路２０３の幅Ｄ₁を、入り口近傍から中央部に進むに従って徐々に狭め、中央部で幅Ｄ₂にしている。そして、この中央部から出口側に向けて、線状導波路２０３の幅は、徐々に広げられ、出口側で再び幅Ｄ₁に戻されている。ここで、幅Ｄ₁が５μｍ（ミクロン）のとき、幅Ｄ₂は０．１〜４μｍ程度まで狭められ、より好ましくはＤ₁の５０％程度まで狭められる。一例としては２μｍである。このように、第１の実施例では、共振器に光信号を入出力する導波路自体に、モードフィルタの役割を持たせているので、別部品を付加する必要がない。また、モードフィルタと共振器は、共に光導波路で構成されているため、モードフィルタと共振器を一体で形成することができる。よって、可変分散補償器のサイズを小型化することができ、コストを低減することができる。

次に、本発明の第１の実施例の第１のモードフィルタの動作原理について説明する。

図２において、矢印２３３方向に進行する光信号は、第１のモードフィルタ２０４₁内を進行する。そして、線状導波路２０３の幅がＤ₁からＤ₂に狭くなると、高次モードの光信号は、この線状導波路２０３から外部に発散していく。これは、高次モードの光信号は、コア内への閉じ込めが弱いためである。そのため、高次モードの光信号は、コア径が小さくなると、コア内に留まることができず、発散されることになる。これにより、第１のモードフィルタ２０４₁からは、基本モードの光信号２３４のみが出力される。

なお、第２〜第５のモードフィルタ２０４₂〜２０４₅も、第１のモードフィルタ２０４₁と同様の構成としてもよい。さらに、設計を同一にするため、同一の構成としてもよい。よって、これらの動作原理の説明は省略する。

ここで、本発明の第１の実施例の可変分散補償器の動作原理について説明する。

線状導波路２０３より送信されてきた光信号２０８は、第１のモードフィルタ２０４₁に入力される。ここで、光信号は、上述したように高次モードの成分が除去され、基本モードだけがリング共振器２０２₁に出力される。よって、リング共振器２０２₁には、図１２（ａ）に示すように理想的な基本モードの光信号だけが入力される。そのため、リング共振器２０２₁では、理想的な共振が起こり、出力される信号波形は、図９のように理想的な共振波形となる。よって、この可変分散補償器２０１から出力される光信号２０９は、歪みの少ない信号波形となる。なお、図１のように、出力側に第５のモードフィルタ２０４₅を配置する場合には、光信号２０９と反対方向から入力される光信号に対しても高次モードを除去することが可能になり、偏波ダイバーシティとしても使用できる。

＜第２の実施例＞

次に、本発明の第２の実施例の可変分散補償器の基本構成について説明する。

図３は、本発明の第２の実施例の可変分散補償器の概要構成を表わす。この可変分散補償器３０１は、第１〜第４のリング共振器３０２₁〜３０２₄を、共通した線状導波路３０３に沿って直列に接続されたものである。ここでは、例として４段構成を示す。第１のリング共振器３０２₁は、光信号を伝送する線状導波路３０３と、その光信号を分配する第１の光カプラ３０５₁と、分配された光信号を遅延するリング状導波路３０６₁とを備えている。第１のリング状導波路３０６₁には、加熱制御するためのヒータ３０７₁が配置されている。このヒータ３０７₁は、第１のリング状導波路３０６₁に対して、光カプラ３０５₁を構成する領域を除いたほぼ全域に、配置されているほうが望ましい。これにより、第１のリング状導波路３０６₁の温度をより均一にできる。また、第１の光カプラ３０５₁は、図３で示すように、たとえば方向性結合器で構成されている。なお、光カプラ３０５は、多モード干渉器（Multi Mode Interference, ＭＭＩ）導波路で構成してもよい。

なお、第２〜第４のリング共振器３０２₂〜３０２₄は、第１のリング共振器３０２₁と同様の構成としてもよい。さらに、設計を同一にするため、同一の構成としてもよい。ここでは同一の構成で説明する。第１のリング共振器３０２₁と同一部分には、同一の符号を付す。第２のリング共振器３０２₂については、これらに添付する添え字を“１”の代わりに“２”に置き換える。同様に、第３または第４のリング共振器３０２₃，３０２₄についても、これらに添付する添え字を“１”の代わりに“３”または“４”に置き換える。

第１のリング共振器３０２₁の直前の線状導波路３０３の一部は、曲がり導波路となっており、第１のモードフィルタ３０９₁を構成している。同様に、第１のリング共振器３０２₁と第２のリング共振器３０２₂を連結する線状導波路３０３の一部は、曲がり導波路となっており、第２のモードフィルタ３０９₂を構成している。また、第２のリング共振器３０２₂と第３のリング共振器３０２₃を連結する線状導波路３０３の一部は、曲がり導波路となっており、第３のモードフィルタ３０９₃と第４のモードフィルタ３０９₄を構成している。なお、ここでは左右対称にしているため、第２と第３のリング共振器の間にモードフィルタが２つ配置された構成となっているが、１つだけにしてもよい。また、第３のリング共振器３０２₃と第４のリング共振器３０２₄を連結する線状導波路３０３の一部は、曲がり導波路となっており、第５のモードフィルタ３０９₅を構成している。

更に、第５のリング共振器３０２₅の直後の線状導波路３０３の一部は、曲がり導波路となっており、これが第６のモードフィルタ３０９₆を構成している。この第６のモードフィルタ３０９₆は、偏波ダイバーシティ用のものであり、それ以外の用途では省略可能である。このように、第２の実施例でも、共振器に光信号を入出力する導波路自体に、モードフィルタの役割を持たせているので、別部品を付加する必要がない。また、モードフィルタと共振器は、共に光導波路で構成されているため、モードフィルタと共振器を一体で形成することができる。更に、モードフィルタを曲げ導波路で構成しているため、各リング共振器を接続する部分にモードフィルタを配置することができる。よって、可変分散補償器のサイズを小型化することができ、コストを低減することができる。

また、線状導波路３０３の入力側には、光ファイバが接続されており、分散補償前の光信号３１０が入力される。同じく、線状導波路３０３の出力側には、光ファイバが接続されており、分散補償後の光信号３１１が出力される。

なお、設計パラメータの一例としては、上述した第１の実施例の可変分散補償器と同等の値である。また、各種材質についても、第１の実施例の可変分散補償器と同等である。

次に、本発明の第２の実施例の可変分散補償器の動作原理について説明する。

図４は、第１のリング共振器の周辺を詳細に表わす。第１のリング共振器３０２₁の直前の線状導波路３０３は、上述したように曲線導波路となっており、第１のモードフィルタ３０９₁を構成している。線状導波路の一部をこのように曲線形状にすることにより、高次モードの光信号が除去されて、基本モードの光信号のみが伝送される。よって、第１のモードフィルタ３０９₁を通過した光信号は基本モードの成分のみとなり、第１のリング共振器３０２₁に入力される。これは、高次モードの光信号は、コア内への閉じ込めが弱いためである。そのため、高次モードの光信号は、第１のモードフィルタ３０９₁による曲線形状において、コア内に留まることができず、コアの外側に発散する。なお、高次モードの光信号の一部は、モード変換されて基本モードに戻されるものもある。

ここで、中心点３１１から第１のリング状導波路３０６₁までの距離は、第１の半径ｒ₁とされている。また、中心点３１１から第１のモードフィルタ３０９₁までの距離は、第２の半径ｒ₂とされている。これらの第１の半径ｒ₁と第２の半径ｒ₂の関係が次式（１）で示される範囲の時に、この曲がり導波路は、高次モードの光成分を除去する。そして、この曲がり導波路は、モードフィルタとしての機能を果たす。

ｒ₁＜ｒ₂＜３ｒ₁ ……（１）

なお、次式（２）で示される範囲の時には、高次モードは、さらに良好に除去される。

ｒ₁＜ｒ₂＜１．５ｒ₁ ……（２）

また、図３に示すように、第１〜第６のモードフィルタ３０９₁〜３０９₆の長さは、モードフィルタの曲率半径である半径ｒ₂の円における円周の４分の１程度の長さがあれば、高次モードの光信号を十分除去することができる。なお、モードフィルタの曲率半径ｒ₂を小さくすることによって、高次モードが除去されやすくなるため、モードフィルタの長さを更に短くすることも可能である。

なお、第２の半径ｒ₂は、第１の半径ｒ₁に近くなるほど、高次モードの光信号を除去する効率が高くなる。そこで、リング状導波路３０６の近傍に、モードフィルタ３０９を省スペースで配置する場合を考える。第１および第２の半径ｒ₁、ｒ₂が等しくなると、２つの導波路が重なり合うため、配置が不可能である。そこで、第２の半径ｒ₂は、第１の半径ｒ₁の１．２倍以上が必要となる。よって、第１と第２の半径ｒ₁，ｒ₂の関係は、式（２）よりさらに好ましくは、次式（３）で示される。

１．２ｒ₁≦ｒ₂＜１．５ｒ₁ ……（３）

以上、第１のモードフィルタ３０９₁について説明したが、第２のモードフィルタ３０９₂についても同様の構成である。第２のモードフィルタ３０９₂によって、第２のリング共振器３０２₂に入力される光信号が、基本モードの光信号のみとなる。よって、高次モードの信号成分が混入することによる不具合が回避される。他の第３〜第５のモードフィルタ３０９₃〜３０９₅についても同様の構成である。さらに、偏波ダイバーシティとして用いられる第６のモードフィルタ３０９₆についても同様の構成である。

この第２の実施例の可変分散補償器３０１は、モードフィルタ３０９を曲げ導波路としている。そのため、高次モードを除去するために、線状導波路３０３自体の幅は、変化させる必要がない。したがって、第１の実施例のモードフィルタでは、幅が狭い部分を作製するため、サブμｍオーダのフォトリソグラフィー技術を必要としているが、第２の実施例のモードフィルタでは、同一の幅で導波路が作製できるため、製作が容易である。また、線状導波路３０３の外に発散した高次モードの光信号は、各方向に発散される。そのため、高次モードの光信号が、線状導波路３０３に再入力する確率が低い。なお、高次モードの光信号が再入力したとしても、各リング共振器３０２の手前にモードフィルタ３０９が配置されているので、除去される。したがって、再入力による高次モードの光信号の影響は、事実上無視することができる。これは、第１の実施例でも同様である。第２の実施例では、更に、図３に示すように、第１〜第４のリング共振器３０２₁〜３０２₄を、第１〜第６のモードフィルタ３０９₁〜３０９₆で効率的に連結することで、可変分散補償器３０１全体のサイズを小型化することができる。なお、図３では、光カプラは方向性結合器を用いているが、多モード干渉器導波路を用いてもよい。

この第２の実施例においても、光信号は、上述したように高次モードの成分が除去され、基本モードだけがリング共振器３０２₁が入力される。そのため、リング共振器３０２₁では、理想的な共振が起こり、出力される信号波形は、図９のように理想的な共振波形となる。よって、この可変分散補償器３０１から出力される光信号３１１は、歪みの少ない信号波形となる。なお、図３のように、出力側に第６のモードフィルタ３０９₆を配置する場合には、光信号３１１と反対方向から入力される光信号に対しても高次モードを除去することが可能になり、偏波ダイバーシティとしても使用できる。

＜変形例＞

以下に、本発明の実施例の変形例について説明する。

図３では、高次モードを除去する曲げ導波路が、円弧によって構成されているが、その他の形状の曲線導波路で構成することも可能である。その例として、図５は、Ｓ字状導波路を示す。このＳ字状導波路４０１が幾つか連結し、蛇行した導波路も、本発明のモードフィルタとして使用することができる。またその他の例として、図６は、放物線状導波路を示す。放物線状導波路４０２の中の最も小さい曲率半径が、前記した（１）式を満足することで、高次モードの光信号の除去が行われる。

また以上説明した実施例では、リング共振器が４段構成のものについて説明した。しかし、段数はこれに限るものではなく、一般的には３段〜１２段程度の構成が適している。段数は、分散補償に要求される精度や補償する帯域などに応じて選択すればよい。

更に第１の実施例のモードフィルタと、第２の実施例のモードフィルタを、組み合わせてもよい。図７は異なったモードフィルタを組み合わせた可変分散補償器の一例を示す。図７では、図３に示す符号をそのまま使用し、一部については図１で示す符号を使用している。変形例の可変分散補償器５０１では、第１のリング共振器３０２₁の入力側に第１のモードフィルタ２０４₁が配置され、第４のリング共振器３０２₄の出力側に第６のモードフィルタ２０４₆が配置されている。これらは、図２に示す第１の実施例のモードフィルタで構成されている。次に、第１のリング共振器３０２₁から第４のリング共振器３０２₄を連結する線状導波路３０３には、第２〜第５のモードフィルタ３０９₂〜３０９₅が配置されている。これらは、図４に示す第２の実施例のモードフィルタで構成されている。なお、動作については、第１の実施例および第２の実施例と同様である。

ここで、図３に示す第２の実施例では、入出力用の線状導波路が、第１および第６のモードフィルタ３０９₁，３０９₆の曲げ導波路の形状に影響されて、図の上方に引き出されている。これに対して、変形例では、入出力用の線状導波路が、その影響を受けないという効果がある。図７では、入出力用の線状導波路が、図の左右方向に引き出されている一例を示す。なお、これらの変形例でも、モードフィルタと共振器は、共に光導波路で構成されているため、モードフィルタと共振器を一体で形成することができる。

本発明の可変分散補償器の構成を表わす平面図である。 本発明の第１の実施例におけるモードフィルタの具体的な構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施例におけるモードフィルタの具体的な構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施例における第１のリング共振器の周辺を具体的に表わす平面図である。 本発明の変形例におけるモードフィルタの具体的な構成を示す平面図である。 本発明の変形例におけるモードフィルタの具体的な構成を示す平面図である。 本発明の変形例として２種類のモードファイバを組み合わせた可変分散補償器の構成の一例を示す平面図である。 従来提案された可変分散補償デバイスとしてのリング共振器の一例を表す平面図である。 従来のリング共振器の共振している中心波長の温度特性の変動を表わす説明図である。 図８に示すリング共振器を多段に接続した可変分散補償器を表わす平面図である。 従来提案された直線状のスロープを合成する例を示す特性図である。 基本モードの光信号に対する高次モードの光信号の影響を示す説明図である。

符号の説明

２０１、３０１ 可変分散補償器
２０２、３０２ リング共振器
２０３、３０３ 線状導波路
２０４、３０９ モードフィルタ
２０５、３０５ 光カプラ
２０６、３０６ リング状導波路
２０７、３０７ ヒータ
４０１ Ｓ字状導波路
４０２ 放物線状導波路

Claims (31)

1. 光信号を入力し、前記光信号の高次モードを除去し、基本モードのみを出力するモードフィルタと、
   前記モードフィルタから出力される光信号を入力して、前記光信号に遅延時間を与えて出力する共振器と、
   前記共振器を可変制御する可変制御手段
   とを具備することを特徴とする可変分散補償器。
2. 前記共振器は、直列に複数備えられており、前記共振器の入力側と出力側の少なくとも一方のそれぞれに前記モードフィルタが備えられている
   ことを特徴とする請求項１記載の可変分散補償器。
3. 前記モードフィルタと前記共振器は、基板上に光導波路で構成されており、前記可変制御手段は、前記光導波路近傍に設置されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変分散補償器。
4. 前記モードフィルタは、線状導波路で構成され、
   前記線状導波路は、高次モードが放射され、基本モードのみが透過される箇所である、幅が狭い部分を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の可変分散補償器。
5. 前記幅が狭い部分の幅は、前記線状導波路の幅の半分程度以下である
   ことを特徴とする請求項４記載の可変分散補償器。
6. 前記モードフィルタは、線状導波路で構成され、
   前記線状導波路は、高次モードが放射され、基本モードのみが透過される曲げ部分を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の可変分散補償器。
7. 前記曲げ部分は、円弧状である
   ことを特徴とする請求項６記載の可変分散補償器。
8. 前記曲げ部分は、Ｓ字状である
   ことを特徴とする請求項６記載の可変分散補償器。
9. 前記曲げ部分は、蛇行した形状である
   ことを特徴とする請求項６記載の可変分散補償器。
10. 前記曲げ部分は、放射線状である
    ことを特徴とする請求項６記載の可変分散補償器。
11. 前記共振器がリング共振器である
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０いずれかに記載の可変分散補償器。
12. 前記リング共振器は、
    線状導波路と、
    前記線状導波路に沿って配置されるリング状導波路と、
    前記線状導波路と前記リング状導波路のそれぞれを光学的に結合する光学的結合器
    とを備え、
    前記リング共振器のそれぞれの入力側と出力側の少なくとも一方の前記線状導波路には、前記モードフィルタが備えられている
    ことを特徴とする請求項１１記載の可変分散補償器。
13. 前記モードフィルタは、高次モードが放射され、基本モードのみが透過される曲げ部分を有しており、
    前記曲げ部分は、前記リング状導波路の外周に沿って配置されている
    ことを特徴とする請求項１２記載の可変分散補償器。
14. 前記曲げ部分の曲率半径は、前記リング状導波路の曲率半径よりも大きく、その３倍よりも小さい
    ことを特徴とする請求項１３記載の可変分散補償器。
15. 前記曲げ部分の曲率半径は、さらに、前記リング状導波路の曲率半径の１．２倍よりも大きく、その１．５倍よりも小さい
    ことを特徴とする請求項１４記載の可変分散補償器。
16. 前記曲げ部分の長さは、前記曲げ部分の曲率半径と同一の半径の円における円周の約４分の１よりも長い
    ことを特徴とする請求項１３記載の可変分散補償器。
17. 前記リング共振器は、マトリクス状に互いに隣接して配置されており、
    前記線状導波路は、前記リング共振器の前記リング状導波路の外周を縫うように配置されており、
    前記曲げ部分が前記リング状導波路の外周に沿って配置されている
    ことを特徴とする請求項１３記載の可変分散補償器。
18. 前記線状導波路は、湾曲しており、
    前記リング共振器は、前記線状導波路が湾曲している曲げ部分に配置されており、
    前記曲げ部分は、前記リング共振器の前記リング状導波路の外周に沿って配置されている
    ことを特徴とする請求項１３記載の可変分散補償器。
19. 前記光学的結合器は、方向性結合器である
    ことを特徴とする請求項１２乃至請求項１８のいずれかに記載の可変分散補償器。
20. 前記光学的結合器は、多モード干渉器である
    ことを特徴とする請求項１２乃至請求項１８のいずれかに記載の可変分散補償器。
21. 前記リング共振器に備えられている前記線状導波路、前記リング状導波路および前記光学的結合器は、石英光導波路で形成されている
    ことを特徴とする請求項１２乃至請求項２０いずれかに記載の可変分散補償器。
22. 前記可変制御手段は、前記共振器の中心波長制御手段である
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項２１いずれかに記載の可変分散補償器。
23. 前記中心波長制御手段は、温度制御手段である
    ことを特徴とする請求項２２記載の可変分散補償器。
24. 前記温度制御手段は、ヒータである
    ことを特徴とする請求項２３記載の可変分散補償器。
25. 前記共振器の前後に前記モードフィルタが配置されており、双方向から前記光信号が入力されて使用される
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項２４いずれかに記載の可変分散補償器。
26. さらに、入力用光ファイバと出力用光ファイバが備えられている
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項２５いずれかに記載の可変分散補償器。
27. 光信号を入力する入力工程と、
    前記光信号の高次モードを除去し、基本モードのみを出力するモードフィルタ工程と、
    出力された前記光信号を共振する共振工程と、
    共振された前記光信号を出力する出力工程
    とを具備することを特徴とする可変分散補償方法。
28. 前記一連の工程が、連続して行われる
    ことを特徴とする請求項２７記載の可変分散補償方法。
29. 前記一連の工程が、光導波路内で行われる
    ことを特徴とする請求項２７または請求項２８記載の可変分散補償方法。
30. 前記モードフィルタ工程は、光導波路内で行われ、前記光信号の高次モードが放射され、基本モードのみが透過されるように、前記光導波路の幅が細くなることによって、行なわれている
    ことを特徴とする請求項２７乃至請求項２９いずれかに記載の可変分散補償方法。
31. 前記モードフィルタ工程は、光導波路内で行われ、前記光信号の高次モードが放射され、基本モードのみが透過されるように、前記光導波路が湾曲することによって、行なわれている
    ことを特徴とする請求項２７乃至請求項３０いずれかに記載の可変分散補償方法。

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