JP4497042B2 - 可変分散補償器 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバを用いた光伝送システムや、波長多重による光伝送方式を採用したシステムに適用して好適な光分散補償器に関する。

近年、光増幅器を中継器として用いる長距離光伝送システムの研究・実用化が盛んである。特に、インターネットを中心としたマルチメディアサービスに対応するために、波長の異なる複数信号光を通信伝送路である１本の光ファイバに多重化するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）による大容量化が有効な技術と考えられている。このような長距離光伝送システムにおいては、光ファイバの波長分散という現象により伝送速度や伝送距離が大きく制限される。波長分散とは、波長の異なる光が光ファイバ中を異なる速度で伝播する現象である。高速で変調された光信号の光スペクトルは異なる波長成分を含むため、これらの成分は光ファイバを伝播する際に波長分散の影響により異なる時刻に受信器に到達する。この結果、ファイバ伝送後の光信号波形は歪みを生じることになる。

このような分散による波形劣化を抑えるために、分散補償という技術が重要となる。分散補償とは、伝送路に用いられる光ファイバと逆の波長分散特性を持った光学素子を光送信器、受信器、あるいは中継器などに配置することで光ファイバの波長分散特性を打ち消し、波形劣化を防ぐ手法である。このような光学素子、すなわち分散補償器としては、分散補償ファイバや光ファイバグレーティング（例えば、特許文献１）などの逆分散特性を持つデバイスの研究や実用化が行われてきた。

分散耐力とは、ある基準の伝送品質を満たす残留分散（伝送路ファイバと分散補償器による分散量の総和）の範囲を示す。分散耐力は光信号のビットレートの２乗に反比例して小さくなるため、分散補償技術は伝送速度が上がるにつれて、より重要となる。例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送システムでは光信号の分散耐力はおよそ１０００ｐｓ／ｎｍ程度であり、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）の分散量がおよそ１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであることを考慮すると、分散補償技術を用いないと６０ｋｍ程度しか伝送できないことになる。さらに、４０Ｇｂｉｔ／ｓ伝送における分散耐力は、この１／１６の６０ｐｓ／ｎｍ程度であり、ＳＭＦでは４ｋｍ程度しか伝送できないことになる。

現在、光中継器を用いた幹線系光ファイバ伝送の伝送距離は数十ｋｍから数千ｋｍ程度であるが、伝送距離に応じて分散補償器の分散量を変える必要がある。例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送システムでは、分散耐力を考慮し１００ｐｓ／ｎｍ乃至数１００ｐｓ／ｎｍ程度の刻みで、あらかじめ固定補償量の分散補償器を用意しておき、伝送距離に応じインストール時に補償量を決定し、設置するなどの方法がとられてきた。この場合の分散補償器としては、伝送路と逆符号の波長分散を持つ分散補償ファイバを用いる方法が代表的である。４０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送システムでは、同様に１０ｐｓ／ｎｍ乃至数１０ｐｓ／ｎｍ程度の刻みで、補償分散量が変化できる分散補償器が必要と考えられる。しかも、この場合には伝送路ファイバの温度による波長分散量の変化が無視できなくなる。このため、分散量を可変に制御できる分散補償器が必要となる。

特開平１０−２２１６５８号公報

しかしながら、これら従来の分散補償器にも様々な問題がある。固定量の分散補償を行う場合、分散補償ファイバでは数ｋｍ〜数１００ｋｍにもわたる長大な補償用ファイバが必要となるためファイバの収納スペースが大きくなる。また分散補償ファイバの損失を補償するために余分の光増幅器が必要となる可能性がある。さらに分散補償ファイバは一般にモードフィールド径が小さく、大きな光ファイバ非線型効果を生じ、伝送波形の歪みを引き起こす可能性がある。

光ファイバグレーティングの場合、透過特性や波長分散特性上に波長に対するリップルが存在するため、わずかな波長変化に対して補償特性が大きく変化する。従って分散補償に用いた場合の伝送特性は分散補償ファイバに比べて劣ることが知られている。また、製造上の問題から分散量や波長帯域の大きなものは作りにくく、狭帯域のものは温度や波長の安定化が必要になるなどの問題点がある。また分散補償ファイバでは原理的に、連続的に分散量を可変にすることができず、伝送路の分散量の変化に応じて連続的に分散量を変化させるような可変分散補償を実現することは難しい。

光ファイバグレーティングの場合、連続的な可変分散補償を実現する方法としては、例えば、上述した発明のように、光ファイバグレーティングの長手方向に温度勾配を作ることにより、チャープトグレーティングを生成し、分散補償伝送を行う方式が提案されている。この場合、温度勾配を制御することにより可変量の分散補償を行うことが可能となる。しかしながら、この方式では均一な温度勾配を得ることが難しく、波長分散にリップルが発生するなど十分な性能の分散補償ができないなどの問題点があり、実用性に問題がある。

次に、分散補償器の可変範囲についての課題を述べる。リング共振器やエタロンを用いた方式の場合、分散の波長（周波数）特性はＦＳＲ（Free Spectral Range）と呼ばれる周期を持ち、かつＦＳＲの範囲内では分散の平均値が０となる。このため、このような共振器を組み合わせた分散補償器では可変分散量の範囲を正負対称にすることは容易であるが、非対称にすることは難しい。

しかし、先に述べたように、４０Ｇｂｉｔ／ｓのような高速伝送ではＳＭＦの距離の違いに応じて可変分散量を変化する必要があるが、その可変範囲は正負対称であるよりも負側にシフトしている方が実用的である。このために、分散補償器に、固定の分散補償器と可変の分散補償器を組み合わせて補償する方法があるが、これでは２つの補償器が必要となるため、サイズおよびコストの面で不利である。また、伝送ファイバとしてはＳＭＦの他に分散量を負側にシフトさせたノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺＤＳＦ）もあるが、この場合には可変範囲が正側にシフトした可変分散補償器の方が実用上有効である。

本発明の目的は、上記のような問題点を解決した広帯域で分散リップルが少なく、かつ損失および損失リップルの少ない可変分散補償器を提供することにある。さらに、可変範囲を正負対称ではなく、正側あるいは負側にシフトした実用上有効な可変分散補償器を提供することにある。

上記の目的は、波長分散特性が周波数周期ＦＳＲ_１を有し、傾きａ_１の直線で近似される帯域Ｗ_１を有し、該帯域Ｗ_１と隣接する帯域Ｗ_２における波長分散特性の最大と最小を結んだ線分の傾きａ_２を有し、波長分散特性を周波数方向にシフトする可変機構を有する第１の可変分散補償部と、波長分散特性が周波数周期ＦＳＲ_２を有し、傾きａ_３の直線で近似される帯域Ｗ_３を有し、波長分散特性を周波数方向にシフトする可変機構を有する第２の可変分散補償部からなり、前記第１の可変分散補償部と前記第２の可変分散補償部をカスケードに接続して、前記帯域Ｗ_１がＷ_２より大きく、前記ａ_１の絶対値がａ_２の絶対値より小さく、前記傾きａ_１とａ_３の符号が反対で、且つ、ほぼ等しく、可変分散量の範囲が正側と負側で非対称であって、一つまたは波長の異なる複数の信号光に波長分散を与える構成により、達成できる。

ここで、前記第１の可変分散補償部と前記第２の可変分散補償部は、所定の反射率を有するエタロンとエタロンの反射面と所定の角度を有する反射面を持つミラーにより構成される。

本発明により、広帯域、低群遅延リップル、可変分散量の大きな特性のよい可変分散補償器が得られた。それにより、波長多重伝送時に各信号光に対して一括で分散補償を行うことができ、伝送システムにおける伝送距離を拡張することができる。

さらには、高次分散についても一括で分散補償を行うことができる。そして、本発明分散補償器を用いることで、伝送特性の優れた簡易で安価な光通信システムを構築できる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

まず、エタロンについて説明する。図１にエタロンの断面構造を示す。１はエタロンであり、精度よく平行にした平面板１０の両面に反射膜１１，１２をコーティングしたものである。反射膜には、反射率の高い金や銀などの金属膜、あるいは誘電体多層膜などが用いられる。特に理想的には片側の反射率を１００％としたエタロンを提案者ＧｉｒｅｓとＴｏｕｒｎｏｉｓの名前にちなみＧＴエタロンと呼ぶ。ただし、実際には１００％の反射率を実現することは難しいので、９０％程度以上の反射率を有する反射膜を用いるということでも構わない。また、他方の反射率は、分散補償に用いる場合はさほど高いものである必要はなく、後で具体的な数値を示すように９０％を超えることはない。このようなＧＴエタロンにおいては、透過率は波長（周波数）に対して一定となるためオールパスフィルタと呼ばれている。しかし、位相（群遅延時間）については波長（周波数）依存性を有する。この時の群遅延時間τは式（１）で表される。

ここで、ｒは振幅反射率、ωは光の角周波数、ΔＴは平行平面板を１往復することによって生じる光学的な遅延時間を示す。ここで、角周波数ωは周波数ｆと、ω＝２πｆ の関係にあり、波長λとは、光速ｃを用いて、λ＝ｃ／ｆ＝２πｃ／ω で現される。波長分散Ｄは、式（２）に示すように、群遅延時間τを波長で微分したものである。

高速信号、特に４０Ｇｂｉｔ／ｓ長距離光伝送システムにおける分散補償器には、有効帯域が広いこと（４０ＧＨｚ以上）、大きな可変範囲をとれること、分散のリップルが小さいことが重要となる。そこで、分散補償器として所望の特性を得るためには、図２に示すように、ミラーを用いて複数回反射させる方法が有効である。図２の構成では、図１を参照して説明したエタロン１に対して、ミラー２（ミラー基板２０に高反射率の反射膜２１をコーティングすることによって構成される）を平行あるいはわずかに角度をつけて配置する。後で具体的な数値を示すように、この角度は大体１度以下であれば、本発明による有効帯域拡大の効果が得られる。コリメータ３０から出射した光は、エタロン１とミラー２を交互に反射して、コリメータ３１に入射する。コリメータとは、光ファイバを伝播する光を平行ビームとして空間に放射する光部品のことである。エタロン１は温度変化素子４０（例えばペルチェ素子）によって温度を制御することができる。このとき、エタロンの熱分布を均一にするために温度変化素子４０とエタロン１の間に伝熱材４１を介在させる。この伝熱材としては、伝熱シートやサーマルグリースを用いる。

図３を用いて群遅延特性を数式によって説明する。図３（Ａ）に示すように、エタロン１の反射膜１１に対するミラー２の反射膜２１の傾き角度をΔθとすると、エタロン１に対して入射角θ_０で入射した光はミラー２とｉ回反射した後θ_ｉ＝θ_０＋２ｉΔθの角度で再びエタロン１に入射する。ミラー２の全反射回数をｋとすると，補償部全体の群遅延時間τ_{ｔｏｔａｌ}は、式（３）に示すように、各反射時のエタロン群遅延時間τ_ｉを（ｋ＋１）回合計することで求められる。

ここで、ΔＴ_ｉはエタロン１の各反射において平行平面板を１往復することによって生じる光学的な遅延時間である。さらに、図３（Ｂ）に示すように、エタロン１への入射角度Θ_ｉを考慮するとΔＴ_ｉは式（４）で表される。

ここで，Θ_ｉはエタロン１への入射角、ｎは屈折率、Ｌはエタロン反射膜間隔である。エタロン中での入射角Θ_ｉとエタロン入射角θ_ｉの関係は式（５）で表される。

エタロン１、ミラー２、コリメータ３０、３１を光学部品固定部材２００によって制御して固定する方法を図４に示す。ここで、光学部品固定部材２００は、熱膨張率の低い金属やガラスを用いて実現する。光学部品固定部材２００は、中空になっており、これは超音波ドリル等を用いて加工することで作成できる。光学部品固定部材２００の上面図を図５に、斜め上から見た図を図６に示す。図５に示すように、光学部品固定部材２００の中空穴２０１は、エタロン１とミラー２の間を反射するビームを通すための楕円状の穴と、コリメータ３０，３１を固定するための丸状の２つの穴を合わせたような形となっている。また、図６に示したように、部品固定部材２００の上部を斜めに研磨することで、エタロン１とミラー２の角度Δθを精密に制御して固定することができる。また、コリメータ固定用の穴も同様に精密に加工することで、コリメータ３０からエタロン１への入射角θ_０を精密に制御して固定することが可能である。これらの光学部品は、光学部品用の接着剤等を用いて固定する。

温度制御を用いた可変方式の一例について図７を用いて説明する。図７（Ａ）に示すように、可変分散補償器１００は、入力ポート１１０、出力ポート１２０を持ち、内部は第１の可変分散補償部に相当するプラス側可変分散補償部（Ｄ＋）１３０と第２の可変分散補償部に相当するマイナス側可変分散補償部（Ｄ−）１４０の２つの補償部から構成され、カスケードに接続される。各々の補償部は、図２に示したようにエタロン１とミラー２を斜め、あるいは、平行に対向させ、コリメータ３０から出射したレーザビームを斜めに複数回反射させる構成で実現される。図７（Ａ）に示すように、プラス側可変分散補償部１３０は、一点鎖線で挟まれた矢印の範囲の分散と波長の関係が正の傾きを持つ１次関数、マイナス側可変分散補償部１４０は、一点鎖線で挟まれた矢印の範囲の負の傾きを持つ１次関数の部分が使用される。これらの分散補償器ではＦＳＲの範囲内では分散の平均値が０となる。

エタロンの温度を変えると、エタロン基板の熱膨張により共振波長が変化する。このため、図７（Ａ）に示した分散特性は波長方向にシフト（平行移動）する。このとき、エタロン基板の熱膨張係数が１０^−４以下１０^−６以上のガラス部材で構成されていることが、共振波長を制御する上で望ましい。例えば、今回評価した条件では、光学ガラスとして広く使われている硼珪酸光学ガラスで、熱膨張係数が０．８７×１０^−５／℃のものを基板として用いると、周波数で１００ＧＨｚ（光の波長で約０．８ｎｍ）分散特性をシフトさせるには６０℃の温度変化が必要となる。後で具体的な数値を示すように、可変分散補償器としては１段で１０ＧＨｚ程度以上の波長シフトが必要なので、温度制御範囲は５℃以上であることが好ましい。ここで、プラス側可変分散補償部１３０、マイナス側可変分散補償部１４０は、各々独立に温度制御できる構成とする。このとき、可変分散補償器全体の分散特性は２つの補償部の合計となる。したがって、図７（Ｂ）に示すように、正の傾きを持つ直線部分と負の傾きを持つ直線部分の重なりが大きければ、上側の平らな部分が広く低い特性となり、逆に、図７（Ｃ）に示すように、重なりが小さければ、上側の平らな部分が狭く高い特性となる。このように、プラス側可変分散補償部、マイナス側可変分散補償部に温度制御をかけることで、分散量を変化させることができる。

プラス側可変分散補償部（Ｄ＋）１３０とマイナス側可変分散補償部（Ｄ−）１４０と、これらの合計となる可変分散補償器１００の関係を図８に示す。図８では周波数周期で１周期分の分散特性を示している。図中、プラス側可変分散補償部１３０の分散特性を破線で同じ参照符号１３０を付して示し、マイナス側可変分散補償部１４０の分散特性を一点鎖線で同じ参照符号１４０を付して示してある。尚、図８の横軸は周波数なので、分散特性の直線部分の傾きは図７と符号が逆となる。この状態で、両特性を足し合わせた可変分散補償器１００の分散特性を同じ参照符号を付した実線１００で示す。図８において、可変分散補償器１００の有効帯域を分散特性が平らな波長の範囲としてみなすことにする。

図９は、プラス側可変分散補償部１３０およびマイナス側可変分散補償部１４０のそれぞれの温度制御を行い、可変分散補償器１００の分散特性を制御する具体例を説明する図である。プラス側可変分散補償部１３０の温度を上げて分散特性を波長に対して図中のＤ（＋）の矢印の向きに１３０_１，１３０_２，１３０_３のようにシフトさせ、マイナス側可変分散補償部１４０の温度を下げて分散特性を波長に対して図中のＤ（−）の矢印の向きに１４０_１，１４０_２，１４０_３のようにシフトさせると、可変分散補償器１００の分散特性は、実線１００_１，１００_２，１００_３のように変化する。

図８と図９とを対比して分かるように、プラス側可変分散補償部１３０およびマイナス側可変分散補償部１４０のそれぞれの特性が１３０_１，１４０_１から１３０_２，１４０_２となると、可変分散補償器１００の分散特性１００_１は分散特性１００_２のように分散量が小さくなり、ゼロとなる。さらに、それぞれの特性が１３０_３，１４０_３となると分散特性が反転し、可変分散補償器１００の分散特性１００_３は負となる。このように、ある有効帯域を規定すると分散特性１００_１，１００_３は正負に対して対称、すなわち可変分散補償器１００の分散特性は正負対称となっていることがわかる。

先に述べたように、実用上有効な可変分散補償器では、分散量の可変範囲が負側で大きく取れる、あるいは正側で大きく取れるものである方が好ましい。そこで、本発明により分散量の可変範囲が正負で偏ったものにする方法を述べる。

まず、分散量の可変範囲が負側で大きく取れる可変分散補償器の実現の概念を図２９（Ａ）を用いて説明する。図中の破線は図７で示したプラス側可変分散補償部１３０の特性に対応し、実線が本発明による分散特性の概念を示している。尚、図２９の横軸は周波数なので、分散特性の直線部分の傾きは図７と符号が逆となる。図２９（Ａ）では帯域Ｗ_１において、まずプラス側可変分散補償部１３０の分散量の特性を負側にシフトさせている。しかし、補償部の分散（群遅延時間）特性は式（１），（２）で表されるので、ＦＳＲの範囲内における分散の平均値は必然的に０となる。このため、帯域Ｗ_１以外の範囲でプラス側可変分散補償部１３０の分散量が正側に大きく変化している。以上より、可変分散補償器の分散特性を負側にシフトさせるためには、図２９（Ａ）に示すような帯域Ｗ_１、Ｗ_２において傾きａ_１、ａ_２となる折線特性を持たせればよいことがわかる。ここでは、プラス側可変分散補償部１３０についてのみ示したが、マイナス側可変分散補償部１４０でも同様に折線形状とすればよい。
図１０は、この考え方で分散補償器１００を実現するときの周波数と分散量との関係を示す図である。図１０では周波数周期で２周期分の分散特性を示している。図８と図１０を比較すると、プラス側可変分散補償部１３０の特性１３０は、帯域１００において分散量を負側に大きくシフトしている。
図１０の例では、マイナス側可変分散補償部１4０の特性１４０は図８と同じである。この結果、分散補償器１００は帯域１００で大きな負の分散量を持つものとなっている。ここで、プラス側可変分散補償部１３０の温度を下げてＤ（＋）の方向に特性をシフトさせるか、マイナス側可変分散補償部１4０の温度を上げてＤ（−）の方向に特性をシフトさせるか、あるいは両方の制御をすれば、図９で説明したのと同様に分散補償器１００の分散量を増やす（図中で上がる方向）ことが可能となる。図９と図１０で同じ有効帯域で比較すると、前者の例では−２１０〜＋２１０ｐｓ／ｎｍの範囲で（特性１００_３、１００_１に対応）分散量を可変に制御でき、後者の例では−３５５〜＋６５ｐｓ／ｎｍの範囲で分散量を可変に制御できる。

次に、分散量の可変範囲が正側で大きく取れる可変分散補償器の実現の概念を図２９（Ｂ）を用いて説明する。この場合は、上述の説明と逆に、プラス側可変分散補償部１３０の特性を、分散量が正側に大きくシフトしたものとする。図２９（Ｂ）では帯域Ｗ_１において、まずプラス側可変分散補償部１３０の分散量の特性を正側にシフトさせている。前述したように分散補償器としてはＦＳＲの範囲内では分散の平均値が０となる。このため、帯域Ｗ_１以外の範囲でプラス側可変分散補償部１３０の分散量が負側に大きく変化している。

以上より、可変分散補償器の分散特性を負側あるいは正側にシフトさせるためには、図２９（Ａ）あるいは（Ｂ）に示すような帯域Ｗ_１、Ｗ_２において傾きａ_１、ａ_２となる折線特性を持たせればよいことがわかる。ここでは、プラス側可変分散補償部１３０についてのみ示したが、マイナス側可変分散補償部１４０でも同様に折線形状とすればよい。

図１１は、この考え方で分散補償器１００を実現するときの周波数と分散量との関係を示す図である。図１１では周波数周期で２周期分の分散特性を示している。図８と図１１を比較すると、プラス側可変分散補償部１３０の特性１３０は、帯域１００において分散量を正側に大きくシフトしている。

図１１の例では、マイナス側可変分散補償部１4０の特性１４０は図８と同じである。この結果、分散補償器１００は帯域１００で大きな正の分散量を持つものとなっている。ここで、プラス側可変分散補償部１３０の温度を下げてＤ（＋）の方向に特性をシフトさせるか、マイナス側可変分散補償部１4０の温度を上げてＤ（−）の方向に特性をシフトさせるか、あるいは両方の制御をすれば、図９で説明したのと同様に分散補償器１００の分散量を減らす（図中で下がる方向）ことが可能となる。図９と図１１で同じ有効帯域で比較すると、前者の例では−２１０〜＋２１０ｐｓ／ｎｍの範囲で、後者の例では−４０〜＋３８０ｐｓ／ｎｍの範囲で分散量を可変に制御できる。

このように、分散量が有効帯域で正あるいは負にシフトされ、有効帯域外で負あるいは正側に大きく変化するものとすることにより、分散の平均値を０とするプラス側可変分散補償部１３０を実現でき、これとマイナス側可変分散補償部１4０を組み合わせることで、分散量が有効帯域で正あるいは負側にシフトされた分散補償器１００が実現できる。ここで、分散量が有効帯域で負側にシフトされるプラス側可変分散補償部１３０の構成の具体例を説明する。

まず、ミラー２のエタロン１に対する角度Δθとエタロンの振幅反射率ｒを最適化するための方法を述べる。そのために、まず、振幅反射率ｒが異なるときのエタロン単体での分散特性について説明する。式（３）でｋ＝０としてｒ＝５％，２６％および５８％としたときの、波長に対する分散特性を図１２（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）に示す。図１２（Ａ）のｒ＝５％の場合は、分散の振幅は小さく、正弦関数に近い形状を示す。図１２（Ｂ）のｒ＝２６％の場合は，分散の振幅は図１２（Ａ）に比べやや大きくなり、三角波的な形状を示す。これは、先に、図８を参照して説明したプラス側可変分散補償部１３０の特性に近い形状と言える。以後の説明では、正の傾きを持つ部分と負の傾きを持つ部分に分け、分散が最小から最大となる範囲を「正の傾きの帯域」、最大から最小になる範囲を「負の傾きの帯域」と呼ぶことにする。図１２（Ｃ）のｒ＝５８％の場合には、分散の振幅が大きくなり、図１２（Ｂ）で示した直線部分は歪んだ形状となる。ここで、破線で示したのは、正の傾きの帯域に対応する領域での分散の正負のピークを結ぶ線である。なお、図１２（Ａ）−（Ｃ）では、横軸の波長のスケールは全部同じであるが、縦軸の分散量のスケールは異なる。

尚、図１２（Ａ）−（Ｃ）からわかるようにＧＴエタロンを用いた分散補償器においては、群遅延および分散特性において波長（周波数）周期性を示す。この周期はＦＳＲであり、この図では１００ＧＨｚ（約０．８ｎｍ）である。このような周波数周期を持つことは波長多重伝送において特に有効となる。ＦＳＲを波長多重伝送時の波長間隔と等しくすれば、ＧＴエタロンは全ての波長の信号に対して同じような効果を与えることができる。よって、このような可変分散補償器は波長多重伝送システムにおいて極めて有効である。

以上の性質を踏まえ、本発明による波長分散が負側にシフトされた特性を持つプラス側可変分散補償部１３０を実現する構成を述べる。

まず、振幅反射率ｒ≒２６％のエタロン（図１２（Ｂ）から分かるように、正の傾きの傾斜部の直線性がよい）を用いて、図１３（Ａ）に示すようにミラー２をエタロン１と平行に対向させ、ビームを往復させ分散量を増やすようにする。この時の分散特性を図１３（Ｂ）に示す。図１３（Ｂ）に1回だけの反射とした場合の分散量と５回の反射の分散量とを重ねて表示したことから分かるように、反射回数を増加させることにより、分散量が大きくなるとともに、正の傾きの傾斜部の傾きが大きくなる。しかし、このことは、図からも容易に分かるように、分散特性が負側にシフトされたことを意味するわけでなく、ＦＳＲの範囲で平均すれば分散量は０である。

次に、図１４（Ａ）に示すように、図１３（Ａ）に示したミラー２_１をエタロン１_１と平行に対向させた前段補償部の次に、ミラー２_２をエタロン１_２と平行に対向させた後段補償部を設ける。後段補償部では、エタロン１_２は振幅反射率の高い（例えば、ｒ≒５８％）ものとする。前段補償部で得られる分散特性は、例えば、反射回数を５回とすれば、図１３（Ｂ）の５回合計に示すようになるが、これを図１４（Ｂ）の上段に示す。このコリメータ３１_１で得られる出力光を後段補償部のコリメータ３０_２にファイバ６０を通して導入する。後段補償部では、エタロン１_２は振幅反射率が高いもの（例えば、ｒ≒５８％）とされているので、後段補償部で得られる分散特性は、図１２（Ｃ）に示したようなピークの鋭い形となる。これを図１４（Ｂ）の中段に示す。ただし、ここでプラス側可変分散補償部１３０の分散特性を負側にシフトするように、後段の補償部の分散特性のピーク位置を短波長側にずらす（図１４（Ｂ）の破線位置で図示）。ピーク位置を波長の短い側にずらすのは、図９を参照して説明したように、エタロン１_２の温度を低いほうに制御すればよい。図１４（Ｂ）の下段に、前段補償部で得られる分散特性と負側にシフトされた後段補償部の分散特性とを合計した分散特性を示す。図１４（Ｃ）は、図１４（Ｂ） の三つの特性を同じグラフに重ねて表示したものである。

図１４（Ｂ）の下段に示す特性（図１４（Ｃ）の合計特性と同じ）と、図１０に示したプラス側可変分散補償部（Ｄ＋）１３０の特性を示す破線１３０とを対比してみると分かるように、図１４（Ａ）に示す構成で、分散特性が負側にシフトされたプラス側可変分散補償部（Ｄ＋）１３０が実現できたことが分かる（ただし、図１０の横軸は周波数、図１４（Ｃ）の横軸は波長で、反比例の関係にあるので、左右に反転している）。なお、光を通す向きは、コリメータ３０_１→エタロン１_１→コリメータ３１_１→コリメータ３０_２→エタロン１_２→コリメータ３１_２としたが、逆に、コリメータ３１_２→エタロン１_２→コリメータ３０_２→コリメータ３１_１→エタロン１_１→コリメータ３０_１としても同じ結果が得られる。

次に、図１４（Ａ）と同じ構成で、分散特性が正側にシフトされたプラス側可変分散補償部（Ｄ＋）１３０を実現する方法を示す。図３０（Ａ）上段に、前段補償部の反射回数を５回として図１３（Ｂ）の５回合計に示したものと同じ特性を示す。同様に後段補償部では、エタロン１_２は振幅反射率が高いもの（例えば、ｒ≒５８％）とし、後段補償部で得られる分散特性は、図１２（Ｃ）に示したようなピークの鋭い形となる。これを図３０（Ａ）の中段に示す。ただし、今度はプラス側可変分散補償部１３０の分散特性を正側にシフトするように、後段の補償部の分散特性のピーク位置を長波長側にずらす。ピーク位置を波長の長い側にずらすのは、図９を参照して説明したように、エタロン１_２の温度を高いほうに制御すればよい。図３０（Ａ）の下段に、前段補償部で得られる分散特性と正側にシフトされた後段補償部の分散特性とを合計した分散特性を示す。図３０（Ｂ）は、図３０（Ａ） の三つの特性を同じグラフに重ねて表示したものである。

図３０（Ａ）の下段に示す特性（図３０（Ｂ）の合計特性と同じ）と、図１１に示したプラス側可変分散補償部（Ｄ＋）１３０の特性を示す破線１３０とを対比してみると分かるように、図１４（Ａ）に示す構成で、分散特性が正側にシフトされたプラス側可変分散補償部（Ｄ＋）１３０が実現できたことが分かる（ただし、図１１の横軸は周波数、図３０（Ｂ）の横軸は波長で、反比例の関係にあるので、左右に反転している）。

尚、図１４（Ａ）で示した構成において、振幅反射率の高いエタロンでは１回だけの反射としても良い。この場合、エタロン１_２に複数反射しないのでミラー２_２は不要となる。この構成を図１５に示す。さらに、この考え方を発展させて、このような後段補償部には、エタロン以外の素子を用いても構わない。その構成を図１６に示す。前段補償部は図１４に示したものと同じであるが、後段補償部１５０は比較的帯域の小さい素子でよい。例えば、従来の光ファイバグレーティング、マルチキャビティエタロン、リングキャビティ、フォトニック結晶やフォトニック結晶ファイバを用いても構わない。

ここで、マルチキャビティエタロンとは図１７（Ａ）に示すような複数の共振構造を持つものである。ここでは、エタロン１_１−１_４を４段積層した構造となっている。すなわち、図１を参照して説明した平面板１０とその両面に反射膜を設けたエタロンを何段も積層した構造である。各エタロンの反射膜の反射率を変えることでシングルキャビティエタロンに比べ自由度が増えるので、所望の分散特性を実現することが容易となる。マルチキャビティエタロンの温度制御については、部品数削減という意味では、図１７（Ｂ）に示すように１組の伝熱材４１と温度制御素子４０を最下段のエタロン１_４の反射膜に張り合わせる構造がよい。しかし、微細に温度制御を行うという観点からすると、図１７（Ｃ）に示すようにマルチキャビティエタロンの層数ｎに対し、ｎ組の伝熱材４１と温度変化素子４０をエタロン１_１−１_４の平面板の端面に張り合わせる構造がよい。この図では平面板の一つの端面にのみ温度制御素子が接触しているが、さらに言えば、平面板のまわりを全て取り囲むように温度制御素子が接触している方が好ましい。

また、マルチキャビティエタロンに代えてリングキャビティを用いても構わない。リングキャビティの遅延特性を表す式はエタロンの場合と同じなので、本発明による概念を適用することが可能である。リングキャビティの構造を図１８（Ａ），（Ｂ）に示す。図１８（Ａ）で示されるリングキャビティは、光基板４００とリング共振部４１０と光導波路４２０と光カプラ部４３０から構成される。光導波路では、基板よりも光の屈折率が高くなっており、光は導波路中に閉じ込められ基板には漏れない。導波路の左側から入射した光は導波路中を右側に進み、光カプラ部４３０で光導波路４２０をそのまま直進していく光と、分岐して一部リング共振部４１０に進んでいく光とに分かれる。リング共振部４１０を１周した光は、光カプラ部４３０で一部は光導波路４２０を直進し、残りは再びリング共振部４１０を回周する。このように、リング共振部４１０を何周かした光が合わさって導波路４２０に出て行き、共振器が実現される。また、図１８（Ｂ）に示すように、リング共振部４１０と光カプラ部４３０を多段構造にとることが可能である。すなわち、リング共振部４１０にリング共振部４１１，４１２を積み上げて、この接触部を光カプラ部４３１，４３２として結合させることで、１段の構成よりも自由度が増えるので、所望の分散特性を容易に実現することが可能となる。

あるいは、マルチキャビティエタロンに代えて、近年、分散補償素子への応用が期待され活発に研究されているフォトニック結晶やフォトニック結晶ファイバを用いても構わない。フォトニック結晶とは、屈折率の異なる物質を光の波長以下のサイズで規則正しく周期的に配列させた構造体で、結晶の周期によって特定の波長領域の光が透過できないため、光を閉じ込めることが可能となり、所望の分散特性を与える素子への応用が期待されている。また、フォトニック結晶ファイバとは多数のエアホールが規則正しく配列した構造のクラッドを持つ光ファイバであり、これも通常のファイバに比べ、大きな波長分散を持たせることが可能となることが知られている。

図８−図１１に示すように、可変分散補償器１００が有効帯域内で平坦な特性を持つためには、プラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０の直線の傾きが、符号が反対で大きさが同じとなる必要がある。よって、図１２−図１４を参照して説明したように、プラス側可変分散補償部１３０の構成を決定した後に、マイナス側可変分散補償部１４０を構成するエタロンの振幅反射率と反射回数を決定する。

マイナス側可変分散補償部１４０は、プラス側可変分散補償部１３０のような折線特性としなくてもよく、この場合の実現方法を説明する。図１９（Ａ）−（Ｃ）は、マイナス側可変分散補償部で理想的な特性を実現するために、三角波の基本的な性質を応用する考え方を説明する図である。図１９（Ａ）は正の傾きの帯域が広い三角波を示す図であり、図１２（Ｂ）を参照して説明した特性に対応する。図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）の三角波のピーク位置を少しずつずらした（三角波を波長方向にシフトした）ものを複数個準備した状態を示す。図１９（Ｃ）は、図１９（Ｂ）示す複数の三角波を破線で示し、これを加算した波形を実線で示す。図１９（Ａ）の波形と、図１９（Ｃ）の実線の波形とを対比して容易に分かるように、正の傾きの帯域が縮小され、負の傾きの帯域が拡大されている。この場合、負の傾きの帯域を最大とするための最適なシフト量は、足し合わせる回数と正の傾きの帯域から一意的に決まる。

ピーク位置をずらす方法としては、簡単には、プラス側可変分散補償部１３０の後段補償部のエタロンの温度を下げてピーク位置をずらしたのと同じ方法が採用できる。すなわち、図１３を参照して説明した構成を多数設け、それぞれのエタロンの温度を制御することも可能である。ただし、この場合には損失が増え部品数も増えることになる。

別の方法として、本発明のエタロン斜め反射方式により、負の傾きを持つ狭い帯域をミラー２とエタロン１にわずかに角度を与え、反射ごとにピーク位置を徐々にずらしながら足し合わせることで広帯域化を実現することが可能である。図１９で示した考え方を実現するための構成を図２０（Ａ）に、得られる分散特性を図２０（Ｂ）に各々示す。ここでは、エタロン１の振幅反射率ｒ＝４０％とした。図２０（Ｂ）に示すように、ミラー２とエタロン１に所定の角度を与えることで、反射ごとに１回反射，２回反射，…，５回反射と分散特性のピーク位置をずらすことができる。この足し合せにより、図２０（Ｂ）に破線で示したような図８で示す負の傾きを持つマイナス側可変分散補償部１４０の特性に近い特性を得ることができる。なお、シフト量は、三角波の検討により、あらかじめ足し合わせ回数と正の傾きの帯域から求めておき、エタロン斜め反射方式におけるミラー角度と振幅反射率の候補を絞り、最適なシフト量の計算の効率化を図るのがよい。

図２０（Ｂ）に示す分散特性が理想的な特性（図中に示す破線）に比べて歪みを生じているが、この理由は図１２（ｃ）に示したように高い振幅反射率ではもともとのエタロンの特性が三角波と異なる歪みを持っているためである。図２０（Ａ）に示すエタロン斜め反射方式で大きな分散量を稼ぐためには、（１）エタロンの振幅反射率ｒを高くする、（２）エタロン斜め反射方式を多段にする、といった方法が考えられる。損失の点では前者の方が好ましいが、エタロンの反射率ｒを高くすると三角波と比べた歪み成分も大きくなるので、図１９を参照して説明した三角波の性質を利用する方法に歪が生ずることになる。

以下、図２０（Ａ）に示した構成よりも、マイナス側可変分散補償部１４０の理想的な特性を、より忠実に再現するための工夫について説明する。図２１は、この工夫を模式的に説明する図である。最初の引き算は、図２０（Ｂ）に示した５回反射合計の特性が理想的な特性（図中に示す破線）を持つ三角波と誤差分（以後、この差を高次分散リップルと呼ぶ）が正弦波に近いことを示している。そして「≒」で結んだように、この正弦波に近い高次分散リップルが図１２（Ａ）で示したエタロンの振幅反射率が低い場合（例えば、ｒ＝５％）に近い形状と考えられる。よって、「⇒」で示すように、振幅反射率の低いエタロンでエタロンとミラーを平行に配置して複数反射させ振幅を増倍（４倍）させて補正を行う。

図２１を参照して説明した考え方を実現するための構成を図２２（Ａ）に、得られる分散特性を図２２（Ｂ）に各々示す。ここで、図２２（Ａ）の左側に下付き文字を付して示すエタロン斜め反射方式の前段分散補償部ではエタロン１_１とミラー２_１の角度は０．０５１°、振幅反射率ｒは４０％、反射回数は５回とした。前段分散補償部のコリメータ３１_１の出力光をファイバ６０を介して、後段分散補償部のコリメータ３０_２に入力する。後段分散補償部のエタロン１_２とミラー２_２は平行とし、振幅反射率ｒは１０％、反射回数は４回とした。図２２（Ｂ）に示す分散特性の１回反射から５回反射は前段分散補償部によるものであり、後段補償部合計は後段分散補償部によるものである。２段補償部合計は前段分散補償部および後段分散補償部による分散特性を合計したものである。図２２（Ｂ）に示す２段補償部合計による分散補償特性は、理想的な特性である破線と実質的に重なっていて、図２０（Ｂ）に示す特性と比較して直線性を大幅に改善できていることがわかる。尚、本実施例では、ミラー角度を大きくすると各エタロンの反射におけるピークの波長に対するシフト量も大きくなりすぎ、所望の特性を得られなくなるので１°以下であることが好ましい。

なお、図１４、図２２を参照して説明したプラス側可変分散補償部１３０、マイナス側可変分散補償部１４０のそれぞれの分散特性を、図９に示すように波長（周波数）方向にシフトするには、具体的な説明は省略するが、それぞれの前段分散補償部および後段分散補償部のエタロンの温度を相互の特性がずれないように制御すればよい。

本発明における分散補償器では、光の入射と出射の順番を逆にしても構わない。すなわち、図２２（Ａ）に示した構成で、光を通す向きは、図１４の構成の場合と同じように、コリメータ３０_１→エタロン１_１→コリメータ３１_１→コリメータ３０_２→エタロン１_２→コリメータ３１_２としたが、逆に、コリメータ３１_２→エタロン１_２→コリメータ３０_２→コリメータ３１_１→エタロン１_１→コリメータ３０_１としても同じ結果が得られる。

ここで、振幅反射率の低いエタロンで補正を行うには、エタロンに１回だけ反射を行うことでも構わない。この場合の構成を図２３に示す。この場合、エタロンに複数反射しないのでミラーは不要となる。また、図２２（Ａ）に示した構成同様に、光を通す向きは、コリメータ３０_１→エタロン１_１→コリメータ３１_１→コリメータ３０_２→エタロン１_２→コリメータ３１_２としたが、逆に、コリメータ３１_２→エタロン１_２→コリメータ３０_２→コリメータ３１_１→エタロン１_１→コリメータ３０_１としても同じ結果が得られる。

さらに、この考え方を発展させて、高次分散リップルを補正するための分散補償（後段分散補償部）には、エタロン以外の素子を用いても構わない。その構成を図２４に示す。図中では可変分散補償部１５０によって、高次分散リップルを補正する。可変分散補償部１５０は比較的小さな分散量を稼ぐ素子でよい。例えば、従来の光ファイバグレーティング、マルチキャビティエタロンあるいはリングキャビティを用いてもよい。

ここでは、プラス側可変分散補償部１３０の分散特性を負側、あるいは正側にシフトすることを説明してきたが、同様にマイナス側可変分散補償部１４０分散特性を負側あるいは正側にシフトすることもエタロン斜め反射方式を多段に接続することで可能である。

次に、プラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０の本発明による制御方法について説明する。図２５は、制御方法を説明するために理想的な直線モデルを示す。プラス側可変分散補償部１３０の正の傾きの帯域をＷ_１、その帯域内での傾きをａ_１、帯域Ｗ_１と隣接する帯域をＷ_２、そしてその帯域Ｗ_２内での傾きをａ_２とする。そしてマイナス側可変分散補償部１４０の負の傾きの帯域をＷ_３、その帯域内での傾きをａ_３とする。尚、この図では横軸は周波数で、前述したように周波数と波長は反比例の関係にあるので、ａ_１、ａ_２、ａ_３の符号は波長で定義する場合と逆の符号になる。また、この図ではＷ_１＞Ｗ_２でかつＷ_１＞Ｗ_３ の場合を示してある。可変分散補償器として高次分散（式（６）で示す）を０にするためには、傾きａ_１とａ_３は符号が反対で絶対値が同じでなければならない。

ただし、理想的には絶対値が同じであることが好ましいが、製造上の問題やシステムの違い等を考慮し、差の相対量｜（ａ_１−ａ_３）／ａ_１｜が０．１以下程度まで許容される場合もある。また、図２５に示したように中心周波数に対して、可変分散補償器の有効帯域の小さい方の周波数をＴ_１、大きい方をＴ_２とする。また、図７〜図１１で述べたように、プラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０について、周波数（波長）特性を変化させるようシフト量を与える。このシフト量ｍについて図２５に示すように＋ｍ、−ｍと符号の向きを定義する。

ＷＤＭ光伝送システムでは、各々の波長はＩＴＵ（International Telecommunication Union）に定められたグリッドによって定められている。従って、可変分散補償器の中心波長は制御時に変化してはならない。言い換えれば、中心波長が変化することは有効帯域を減らすことになる。Ｗ_１＝Ｗ_３の場合は中心波長（周波数）を変化させないようにｍを与える制御方法は簡単である。すなわち、プラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０に与えるシフト量は、絶対値が同じで符号が反対になるようにすればよい。ここで、プラス側可変分散補償部に＋ｍのシフト量を与え、マイナス側可変分散補償部に−ｍのシフト量（図２５で、二つのピークを寄せる向き）を与えるとする。この場合、図２５で示した合計値はｍ＝０の場合を示しているが、重なりの部分が小さくなるので、図７（Ｃ）で述べたように分散補償器全体の特性としては帯域が狭く、分散量が増えることになる。プラス側可変分散補償部１３０に−ｍのシフト量を与え、マイナス側可変分散補償部に＋ｍのシフト量を与える場合は、図７（Ｂ）で述べたように、重なりの部分が大きくなるので、分散補償器全体の特性としては帯域が広く、分散量が減ることになる。しかし、図２５に示した例では、Ｗ_１＞Ｗ_３であるため、プラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０のシフト量の与え方として、符号を反対にするだけでは不十分である。それについて説明する。

Ｗ_１＞Ｗ_３の場合、シフト量ｍを変えた場合のＴ_１とＴ_２、およびその平均値Ｔ_Ｃ（中心周波数）の変化を図２６に示す。このとき、プラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０に与えるシフト量は、絶対値が同じで符号が反対になるように与えてある。図２６では、各パラメータは、ＦＳＲ＝１００［ＧＨｚ］、Ｗ_１＝７０［ＧＨｚ］、Ｗ_２＝１０［ＧＨｚ］、Ｗ_３＝６０［ＧＨｚ］としてある。ｍ＝−５０［ＧＨｚ］の場合では、Ｔ_１、Ｔ_２は１９３．９０ＴＨｚであり、可変分散補償器の有効帯域は０ＧＨｚとなる。ｍを徐々に増やすことにより、Ｔ_１とＴ_２は各々１９３．９０ＴＨｚより小さく、あるいは大きくなり、その変化の絶対量は等しい。このため、中心周波数は１９３．９０ＴＨｚで一定である。しかし、Ｗ_１＞Ｗ_３であるため、ｍが（Ｗ_３−ＦＳＲ）／２を越えるとＴ_２は減少を始め、中心周波数も変化する。これは、ｍが（Ｗ_３−ＦＳＲ）／２＋（Ｗ_１−Ｗ_３）／２＝（Ｗ_１−ＦＳＲ）／２に増加するまで続く。その後は、ｍの増加とともにＴ_１も増加を始め、中心周波数の変化量ΔＴ_Ｃは（Ｗ_１−Ｗ_３）／２で一定となる。図３２におけるｍと中心周波数の変化量ΔＴ_Ｃの関係をまとめると式（７）のようになる。

Ｗ_１≠Ｗ_３の場合に生じる中心周波数の変化を抑えるために、プラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０に与えるシフト量を、パラメータｍ_offsetを用いて以下のように与えることにする。
プラス側可変分散補償部シフト量＋ｍをｍ_offset＋ｍに変える。
マイナス側可変分散補償部シフト量−ｍをｍ_offset−ｍに変える。
ここで、中心周波数を変化させないためのｍ_offsetの値は、式（７）から式（８）のように与えればよい。

この制御方法を行ったときのＴ_１とＴ_２、およびその平均値Ｔ_Ｃ（中心周波数）の変化を図２７に示す。Ｔ_Ｃを一定に制御できていることがわかる。

以上が、本発明による中心周波数を一定のまま可変分散量を制御するプラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０の制御方式の基本的な考え方であるが、実際にエタロンを温度制御する際に製造上の個体差等の理由により理想通りの制御が出来ない場合もある。このような場合には、あらかじめ分散量と各補償部の最適な温度の対応関係を評価して換算表を設けておく。そして、図２８に示す構成により、使用者が設定した分散量に対応する温度で、換算表１６１を設けた換算部１６０がプラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０の各補償部１５１，１５２，１５３，１５４を制御する構成とする。この例では、プラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０のそれぞれが図１４（Ａ）に示したような、前段補償部および後段補償部の２つを持つ構成を示しているがそれ以上であっても構わない。

さらに言えば、プラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０の分散特性が製造上の個体差等の理由により理想通りの特性にならない場合もある。この場合には、図３３に示すようにプラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０の両方の特性を補正するために補正用可変分散補償部３００を設けるようにして、これら３つの補償部を分散量と各補償部の最適な温度の対応関係を示す換算表１６１を設けた換算部１６０によって独立に温度制御する。具体的には補正用可変分散補償部３００として図２２におけるマイナス側可変分散補償部１４０の後段補償部を用いても構わない。この場合、図２２におけるマイナス側可変分散補償部１４０の前段補償部は図３３のマイナス側可変分散補償部１４０として用い、補正用可変分散補償部３００と独立に制御することで実現される。 さらに、図３４にプラス側可変分散補償部１３０を２段の可変分散補償部１５１，１５２で、マイナス側可変分散補償部１４０と補正用可変分散補償部３００を各々１段の可変分散補償部１５３，１５４で構成する場合を示す。可変分散補償部１５１と１５２におけるエタロンの片側振幅反射率は同じにしてもよいし、異なってもよい。また、可変分散補償部１５１と１５２をミラーとエタロンを対向させて構成する場合、エタロンの反射回数についても同じにしてもよいし、異なるようにしてもよい。これらの値はマイナス側可変分散補償部１４０の負側の分散特性の傾きにあうように設計すればよい。すなわち、製造上理想通りの分散特性が得られない場合には、図３４に示す可変分散補償部１５１〜１５４で振幅反射率が異なる３種類、あるいは４種類のエタロンを用いた４段構成として、換算表１６１を設けた換算部１６０によって３系統あるいは４系統の独立な温度制御を行えばよい。より簡単には、可変分散補償部１５１〜１５４で振幅反射率が異なる３種類の（１５１と１５２の反射率が同じ）エタロンを用いた４段構成として、プラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０と補正用可変分散補償部３００を３系統の独立な温度制御を行うことにしても可能である。ただし、ここまで簡単にする場合にはプラス側可変分散補償部１３０の分散特性は必ずしも折線特性にはならない場合もあり、可変分散量を正負非対称に、あるいは大きくとれない。しかし、部品点数や温度制御部の簡素化により、低コストな可変分散補償器を製造することが可能となる。

制御方法についてさらに言えば、図１４、３０で述べたようにエタロン斜め反射方式を２段に構成し、分散特性のピーク波長を短波あるいは長波側にずらすことで、合計の分散特性を正側および負側にシフトできることを示したが、これを連続して行うことも可能である。この制御方法について図３１を用いて説明する。図３１（Ａ）は、図１４（Ａ）で述べた２段構成において前段補償部、後段補償部およびその合計の分散特性を示したものである。図３１（Ａ）上段は、後段補償部の分散特性のピーク位置を前段補償部のピーク位置に対し各補償部に温度制御をかけることで長波長側にずらした状態を示している。この結果、前述のように合計特性（図中の破線）は、正側にシフトしたプラス側可変分散補償部１３０の分散特性を実現できる。図３１（Ａ）中段は、後段補償部の分散特性のピーク位置を前段補償部のピーク位置に対し各補償部に温度制御をかけることでほぼ同じ波長にした状態を示している。この結果、合計特性（図中の破線）は、正負のどちらにもシフトせずに対称なプラス側可変分散補償部１３０の分散特性となる。図３１（Ａ）下段は、後段補償部の分散特性のピーク位置を前段補償部のピーク位置に対し各補償部に温度制御をかけることで短波長側にずらした状態を示している。この結果、前述のように合計特性（図中の破線）は、負側にシフトしたプラス側可変分散補償部１３０の分散特性を実現できる。これをさらに、前に述べたようなマイナス側可変分散補償部１４０の分散特性と合せて、可変分散補償器全体の特性を示したものが図３１（Ｂ）である。すなわち、図３１（Ｂ）上段に示したように可変分散補償器全体で正の可変分散量を稼ぎたいときは、正側にシフトしたプラス側可変分散補償部１３０の分散特性（図３１（Ａ）上段）を利用する。次に、図３１（Ｂ）中段に示したように可変分散補償器全体でゼロ近辺の可変分散量を稼ぎたいときは、正負のどちらにもシフトせずに対称なプラス側可変分散補償部１３０の分散特性（図３１（Ａ）中段）を利用する。最後に、図３１（Ｂ）下段に示したように可変分散補償器全体で負の可変分散量を稼ぎたいときは、負側にシフトしたプラス側可変分散補償部１３０の分散特性（図３１（Ａ）下段）を利用する。この制御を行うためには、図２８に示した構成によって実現することが可能である。すなわち、必要な各補償部の温度情報を換算表１６１に設け、プラス側可変分散補償部の分散特性を正側および負側にシフトさせた状態を連続して、あるいは段階的に実現し制御すればよい。

本発明の可変分散補償器の基本的な特性を図３２に示す。波長分散特性を周波数方向にシフトする可変機構を有する第１の可変分散補償部の波長分散特性は、周波数周期ＦＳＲ_１を有し、傾きａ_１の直線でほぼ近似される帯域Ｗ_１を有し、帯域Ｗ_１と隣接する帯域Ｗ_２における波長分散特性の最大と最小を結んだ線分の傾きａ_２を有し、波長分散特性を周波数方向にシフトする可変機構を有する第２の可変分散補償部の波長分散特性は周波数周期ＦＳＲ_２を有し、傾きａ_３の直線でほぼ近似される帯域Ｗ_３を有している。そして、本発明による可変分散補償器は、この第１の可変分散補償部と第２の可変分散補償部をカスケードに接続して、帯域Ｗ_１がＷ_２より大きく、ａ_１の絶対値がａ_２の絶対値より小さく、傾きａ_１とａ_３の符号が反対で、且つ、ほぼ等しく、可変分散量の範囲が正側と負側で非対称であって、一つまたは波長の異なる複数の信号光に波長分散を与えることを特徴とする。

以上に述べたように、本発明によって可変分散量が正あるいは負側にシフトした広帯域で、かつ有効帯域が広く可変分散量の大きな波長多重光伝送システムに適した実用的な可変分散補償器を得られた。

本発明の可変分散補償器の基本素子であるエタロンを示す図である。 エタロンに対して、ミラーをわずかに角度をつけて配置したミラーを用いて複数回反射させる例を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）はエタロンによる群遅延特性を数式によって説明するための参照図である。 本発明の可変分散補償器のエタロン、ミラーおよび二つのコリメータを光学部品固定部材によって制御して固定する一例を示す斜視図である。 図４の光学部品固定部材の上面図である。 図４のエタロンとミラーに角度を与えるための光学部品固定部材の上面の加工例を示す斜視図である。 （Ａ）は本発明における可変分散補償器の基本構成を示す図、（Ｂ）および（Ｃ）は温度制御により分散量が変化する様子を模式的に示す図である。 図７（Ａ）に示す構成によって実現できる可変分散補償器の可変分散特性の例を示す図である。 図７（Ａ）に示す構成によって実現できる可変分散補償器の可変分散特性が温度制御によって変化できることを示す図である。 本発明の一実施例のプラス側可変分散補償部の特性を、分散量が負側に大きくシフトしたものとしたときの分散補償器の特性を示す図である。 本発明の一実施例のプラス側可変分散補償部の特性を、分散量が正側にシフトしたものとしたときの分散補償器の特性を示す図である。 （Ａ）−（Ｃ）は本発明における可変分散補償器の基本素子であるエタロン単体での分散特性を、エタロンの振幅反射率ｒが異なるときについて示す図である。 （Ａ）はミラーをエタロンと平行に対向させ、ビームを往復させ分散量を増やすようにする構成例を示す図、（Ｂ）は反射回数の増加により分散量が大きくなる分散特性を示す図である。 （Ａ）は本発明の一実施例のミラーをエタロンと平行に対向させた前段補償部の後段に、ミラーをエタロンと平行に対向させた後段補償部を設けた構造を示す図、（Ｂ）および（Ｃ）は２段構造による分散特性を説明する図である。 図１４（Ａ）の後段補償部のミラーを省略した構造を示す図である。 図１４（Ａ）の後段補償部が種々の構成をとりうることを説明する図である。 （Ａ）−（Ｃ）はマルチキャビティエタロンと温度制御の構造例を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）はリング共振器の構成例を示す図である。 （Ａ）−（Ｃ）は本発明の一実施例のマイナス側可変分散補償部で理想的な特性を実現するために三角波の基本的な性質を応用する考え方を説明する図である。 （Ａ）は図１９で説明した考え方をエタロン斜め反射方式で実現する構成を示す図、（Ｂ）は得られる分散特性を示す図である。 マイナス側可変分散補償部の理想的な特性を、より忠実に再現するための工夫を模式的に説明する図である。 （Ａ）は図２１で説明した考え方を実現するための構成を示す図、（Ｂ）は得られる分散特性を示す図である。 図２２（Ａ）の後段補償部のミラーを省略した構造を示す図である。 図２３（Ａ）の後段補償部が種々の構成をとりうることを説明する図である。 プラス側可変分散補償部１３０とマイナス側可変分散補償部１４０の本発明による制御方法について説明する図である。 図２５に示した例で、シフト量を変えた場合の可変分散補償器の有効帯域の小さい方の周波数Ｔ_１、大きい方の周波数Ｔ_２、およびその平均値Ｔ_Ｃ（中心周波数）の変化を示す図である。 図２５に示した例で、中心周波数の変化を抑えるためにシフト量に適切なオフセットを設定したときのＴ_１、Ｔ_２、およびＴ_Ｃの変化を示す図である。 分散量と各補償部の最適な温度の対応関係を評価した換算表を備えた可変分散補償器の第一の構成を示す図である。 （Ａ）は可変分散補償器の可変分散特性が負側にシフトするためのプラス側可変分散補償部の折線特性を示す図、（Ｂ）は可変分散補償器の可変分散特性が正側にシフトするためのプラス側可変分散補償部の折線特性を示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）は２段構造により可変分散特性が正側にシフトするためのプラス側可変分散補償部を実現する場合の各補償部の特性を示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、可変分散特性が負側にシフトするためのプラス側可変分散補償部の折線特性と、可変分散特性が正側にシフトするためのプラス側可変分散補償部の折線特性を連続して制御するための方法を説明するために各補償部の分散特性を示した図である。 可変分散補償器の折線特性と傾き、帯域の関係を示す図である。 分散量と各補償部の最適な温度の対応関係を評価した換算表を備えた可変分散補償器の第二の構成を示す図である。 分散量と各補償部の最適な温度の対応関係を評価した換算表を備えた可変分散補償器の第三の構成を示す図である。

符号の説明

１…エタロン、２…ミラー、１０…平面板、１１，１２，２１…反射膜、３０，３１…コリメータ、４０…温度変化素子、４１…伝熱材、１００…可変分散補償器、１１０…入力ポート、１２０…出力ポート、１３０…プラス側可変分散補償部およびその分散特性、１４０…マイナス側可変分散補償部およびその分散特性、１５０…後段補償部、１５１，１５２，１５３，１５４…可変分散補償部、１６０…換算部、１６１…換算表、２００…光学部品固定部材、３００…補正用可変分散補償部、４００…光基板、４１０，４１１，４１２…リング共振部、４２０…光導波路、４３０，４３１，４３２…光カプラ部。

Claims (18)

1. 波長分散特性が周波数周期ＦＳＲ_１を有し、
   前記ＦＳＲ_１の帯域内に傾きａ_１の直線で近似される帯域Ｗ_１と、該帯域Ｗ_１と隣接し、所定の帯域幅を有する帯域Ｗ_２とを有し、波長分散特性を周波数方向にシフトする可変機構を有する第１の可変分散補償部と、
   波長分散特性が周波数周期ＦＳＲ_２を有し、
   前記ＦＳＲ_２の帯域内に傾きａ_３の直線で近似される帯域Ｗ_３を有し、波長分散特性を周波数方向にシフトする可変機構を有する第２の可変分散補償部とを備え、
   前記帯域Ｗ_１がＷ_２より大きく、
   前記帯域Ｗ_２における波長分散特性の最大と最小を結んだ線分の傾きａ_２の絶対値が前記ａ_１の絶対値より大きく、且つ、前記傾きａ _１ と前記傾きａ _２ とは符号が反対であり、
   前記傾きａ_１とａ_３は符号が反対で、且つ、絶対値がほぼ等しく、
   前記第１の可変分散補償部と前記第２の可変分散補償部をカスケードに接続して、
   可変分散量の範囲が正側と負側で非対称であって、一つまたは波長の異なる複数の信号光に波長分散を与えることを特徴とする可変分散補償器。
2. コリメータから光ビームを照射される所定の振幅反射率を有する第１のエタロンと、前記第１のエタロンと零度以上の所定の角度で傾けられ、かつ対向して配置された第１のミラーを備えｎ_１回(ｎ_１は自然数)の反射をさせる前段補償部と、該前段補償部から得られる光ビームをコリメータを介して照射され、且つ、前記第１のエタロンの振幅反射率以上の所定の振幅反射率を有するとともに波長分散特性のピーク位置が前段補償部から得られるピーク位置より光の波長方向にシフトされた第２のエタロンを備える後段補償部とを有する第１の可変分散補償部と、
   コリメータから光ビームを照射される所定の振幅反射率を有する第３のエタロンと、
   前記第３のエタロンと零度以上の所定の角度で傾けられ、かつ対向して配置された第３のミラーとを備えｎ_３回(ｎ_３は自然数)の反射をさせる前段補償部と、
   該前段補償部から得られる光ビームをコリメータを介して照射され、且つ、前記第３のエタロンの振幅反射率より小きい振幅反射率を有する第４のエタロンを備える後段補償部を有する第２の可変分散補償部とを有し、
   前記第１の可変分散補償部と前記第２の可変分散補償部をカスケードに接続したことを特徴とする可変分散補償器。
3. 前記第１の可変分散補償部の後段補償部が、前記第２のエタロンに零度以上の所定の角度で傾けられ、かつ対向して配置された第２のミラーを備えｎ_２回（ｎ_２は自然数）の反射をさせる請求項２記載の可変分散補償器。
4. 前記第１のエタロンは、対向する第１および第２の平面を有し、
   前記第２の平面と前記第１のミラーの反射面とが、零度以上の第１の角度で傾けられ、かつ、対向して配置され、
   前記第２のエタロンは、対向する第３および第４の平面を有し、
   前記第４の平面と前記第２のミラーの反射面とが、零度以上の第２の角度で傾けられ、かつ、対向して配置され、
   前記第１の平面の反射率の値は１００％以下で、かつ９０％以上であり、前記第２の平面の反射率は第１の平面の反射率より低く、
   前記第３の平面の反射率の値は１００％以下で、かつ９０％以上であり、前記第４の平面の反射率は第３の平面の反射率より低く、
   前記第１の可変分散補償部の前段補償部の分散特性のピーク波長が前記第１の可変分散補償部の後段補償部の分散特性のピーク波長に対して、短波長側あるいは長波長側に所定の一定の量でずらしてあることを特徴とする請求項２記載の可変分散補償器。
5. 前記第２の可変分散補償部の後段補償部が、前記第４のエタロンに零度以上の所定の角度で傾けられ、かつ対向して配置された第４のミラーを備えｎ_４回（ｎ_４は自然数）の反射をさせる請求項３記載の可変分散補償器。
6. 前記エタロンのそれぞれが独立に温度制御手段を備える請求項２記載の可変分散補償器。
7. 前記光ビームの入射がそれぞれの後段補償部の前記光ビームの出力側から行われる請求項２記載の可変分散補償器。
8. 前記第１の可変分散補償部の後段補償部および／または前記第２の可変分散補償部の後段補償部がマルチキャビティエタロンを使用したものである請求項２記載の可変分散補償器。
9. 前記第１の可変分散補償部の後段補償部および／または前記第２の可変分散補償部の後段補償部がリングキャビティを使用したものである請求項２記載の可変分散補償器。
10. 前記第３のエタロンと前記第３のミラーとのなす角度が１度以下である請求項２記載の可変分散補償器。
11. 前記エタロンのそれぞれが独立に備える温度制御手段の温度制御範囲が５℃以上である請求項６記載の可変分散補償器。
12. 前記エタロンの基板の熱膨張係数が１０^−４以下１０^−６以上の部材で構成されている請求項２記載の可変分散補償器。
13. 前記第１の可変分散補償部の分散特性を波長方向にシフトする第１の温度調節手段が設けられ、
    前記第２の可変分散補償部の分散特性を前記第１の可変分散補償部とは逆の波長方向にシフトする第２の温度調節手段が設けられ、
    前記ａ_１と前記ａ_３の符号が反対で絶対量が等しいかまたは差の相対量｜（ａ_１−ａ_３）／ａ_１｜が０．１以下である請求項１記載の可変分散補償器。
14. 前記第１の可変分散補償部の周波数周期ＦＳＲ_１と前記第２の可変分散補償部の周波数周期ＦＳＲ_２が等しく、所定の周期ＦＳＲであり、
    分散特性の調整のための周波数方向のシフト量をｍ、オフセットシフト量をｍ_offsetとして、
    前記第１の温度調節手段が第１の可変分散補償部の分散特性を波長方向にシフトする量は（ｍ_offset＋ｍ）で与えられ、
    前記第２の温度調節手段が第２の可変分散補償部の分散特性を波長方向にシフトする量は（ｍ_offset−ｍ）で与えられるとともに、
    前記ｍ_offsetはｍが（Ｗ_３−ＦＳＲ）／２以下の時には０と設定され、ｍが（Ｗ_３−ＦＳＲ）／２より大きく（Ｗ_１−ＦＳＲ）／２以下の時にはｍ＋（ＦＳＲ−Ｗ_３）／２と設定され、ｍが（Ｗ_１−ＦＳＲ）／２より大きい時には（Ｗ_１−Ｗ_３）／２と設定されることを特徴とする請求項１３に記載の可変分散補償器。
15. 前記エタロンのそれぞれが独立に備える温度制御手段は、設定された分散量に基づき前記各エタロンの最適な温度に設定する換算部を有する請求項６記載の可変分散補償器。
16. 前記第１の可変分散補償部の前段補償部の分散特性のピーク波長が前記第２の可変分散補償部の後段補償部の分散特性のピーク波長に対して短波長側にある一定量でずらしてある状態から長波長側にある一定量でずらした状態に、連続的あるいは段階的に制御することを特徴とする請求項４記載の可変分散補償器。
17. コリメータから光ビームを照射される第１の振幅反射率を有する第１のエタロンと、前記第１のエタロンと平行に配置された第１のミラーを備えｎ_１回(ｎ_１は自然数)の反射をさせる第１の可変分散補償部と、
    コリメータから光ビームを照射される第２の振幅反射率を有する第２のエタロンと、前記第２のエタロンと所定の角度を持って配置された第２のミラーとを備えｎ_２回(ｎ_２は自然数)の反射をさせる第２の可変分散補償部と、
    コリメータから光ビームを照射される第３の振幅反射率を有する第３のエタロンを有する第３の可変分散補償部とを有し、
    前記３の振幅反射率は前記１の振幅反射率又は前記２の振幅反射率よりも小さく、
    前記第１の可変分散補償部と前記第２の可変分散補償部と前記第３の可変分散補償部をカスケードに接続し、
    前記エタロンのそれぞれが独立に温度制御手段を備え、前記温度制御手段は、設定された分散量に基づき前記各エタロンの最適な温度に設定する換算部を有することを特徴とする可変分散補償器。
18. 前記第３の可変分散補償部が、前記第３のエタロンに零度以上の所定の角度で傾けられ、かつ対向して配置された第３のミラーを備えｎ_３回（ｎ_３は自然数）の反射をさせる請求項１７記載の可変分散補償器。

Images