JP4772390B2

JP4772390B2 - 可変分散補償器

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Publication number: JP4772390B2
Application number: JP2005174124A
Authority: JP
Inventors: 泰久島倉; 貞行松本; 正和高林; 喜市吉新
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-06-14
Also published as: JP2006349855A

Description

この発明は、光ファイバ通信システムにおける光信号の波長分散を補償する分散補償技術に関し、特に分散補償の可変速度を高速化させた可変分散補償器に関するものである。

光ファイバを伝送路に用いた光通信システムでは、光ファイバの持つ波長分散（以下、「分散」と称す）により光パルスが歪むため、信号の劣化を生じる。これは、波長の異なる光パルスの波束の群速度が異なるためで、光パルスの波束が一定距離を伝播するのに要する時間、すなわち群遅延時間（単位：ｐｓ）が異なるためである。この群遅延時間の波長に対する傾きが分散（単位：ｐｓ／ｎｍ）である。通常の光ファイバ伝送路に用いられるシングルモードファイバ（ＳＭＦ）では、波長１５５０ｎｍ近辺とした場合、伝送路１ｋｍ当り、約１６ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）の分散値を有する。これは波長が１ｎｍ異なる光パルスが１ｋｍのＳＭＦを伝搬するのに要する群遅延時間の差が１６ｐｓという意味であり、例えば、波長が１ｎｍ異なる光パルスが１００ｋｍの光ファイバを伝搬した場合の群遅延時間は、１００倍の１６００ｐｓとなる。

一方、変調された光パルスは、変調方式やビットレートにより決まる幾つかの線スペクトルの広がりを持ち、その包絡線はガウス分布型となる。例えばＲＺ（ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ）変調方式では、それぞれの線スペクトルの間隔は、ビットレート（伝送速度）１０Ｇｂｉｔ／ｓの場合には、０．０８ｎｍであるが、ビットレート４０Ｇｂｉｔ／ｓの場合には、０．３２ｎｍとなる。すなわち線スペクトルの広がりはビットレートに比例して増大する。また、ＮＲＺ（ｎｏｎ−ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ）変調方式では、ＲＺ変調方式における線スペクトルの半分の広がりとなる。このようにビットレートが高くなるに従い、光パルスの成分である線スペクトルの間隔が広がるため、光ファイバ伝送路を伝搬したときの群遅延時間の差が大きくなり、光パルスの歪みが増大する。また、光パルスが受ける光ファイバ伝送路の分散の影響はビットレートの二乗に比例して大きくなる。

このような分散を補償するために、伝送路である光ファイバの分散と反対の符号の分散を持つ分散補償ファイバやチャープグレーティング等が開発されている。他方、光ファイバの温度変動や外力による光ファイバの応力変化等により、光ファイバ中の分散が時間とともに変化するという問題があるが、上記の従来の分散補償装置においては、補償できる分散は一定であるので、このような問題には対応できないといった問題があった。

この問題を解決するために、補償できる分散値を可変できる可変分散補償器が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この従来の可変分散補償器では、格子ピッチが連続的に変化しているチャープド回折格子が形成されている光導波路を、基板上に１列に並んで形成された多数個のヒータ上に配置させ、各ヒータにパルス電流を流すように構成されている。そして、ヒータにパルス電流が流れると、各ヒータが発熱し光導波路の温度が上昇する。この時、各ヒータに流れるパルス電流のデューティ比を制御することで、様々な温度分布を形成できる。そして、光導波路の温度が変化すると、屈折率が変化し、その結果チャープド回折格子の各部分のブラッグ反射波長が変化し、光導波路に入射した光信号に付加される分散が変化する。

従来の可変分散補償器は、上記のように光導波路に温度分布を形成することによって分散を変化させるため、温度分布が定常状態になるまでの時間が長い。このことは、可変分散補償器の応答速度が遅いということを意味するが、従来の可変分散補償器は応答速度が３０秒程度あれば十分であった。これは、４０Ｇｂｉｔ／ｓなどの超高速光通信は、長距離伝送で用いられる事がほとんどで、長距離伝送における分散変化の要因が、ファイバの温度変化や応力変化であるため、この変動の速度が半日周期などといった長い周期の変化であり、これに対応する応答速度を有していれば十分であるためである。

しかし、今日では、伝送路にエラーが生じた際、自動的に別の光ファイバ伝送路に切り替わるシステムが構築されている（例えば、非特許文献１参照）。このとき、伝送路が切り替わると光ファイバの距離が変化するため、光信号に負荷される分散値も変化してしまう。このとき、エラーが発生してから、伝送路が切り替わり分散補償を完了するまで１秒以下で行なう必要があり、これに対応するためには可変分散補償器も１秒以下の応答速度が必要となる。

特開２００４−２５８４６２号公報笠史郎、外３名、「超高速波長パスネットワークにおける波長分散補償」、２００４年電子情報通信学会ソサエティ大会、ＢＣＳ−１−１

従来の可変分散補償器は、上記のように、応答速度が３０秒程度であったので、１秒以下の応答速度が必要なシステムには適用できなかった。

この発明は、１秒以下の応答速度が必要なシステムに適用できる、高速の応答速度を有した可変分散補償器を提供することを目的とする。

この発明による可変分散補償器は、回折格子を有する光導波路と、上記光導波路の光軸に沿って１列に配列された複数のヒータと、複数のパルス電流を生成して上記複数のヒータのそれぞれに供給する制御回路と、を備え、上記制御回路は、第１および第２記憶領域を備え、分散値を可変するコマンドを受け取ると、分散可変前に上記複数のヒータのそれぞれに供給している複数の第１パルス電流を上記第１記憶領域に記憶し、目標分散値にするために上記複数のヒータのそれぞれに供給する複数の第２パルス電流を上記第２記憶領域に記憶した後、上記第２パルス電流と上記第１パルス電流との差を計算し、計算された上記第２パルス電流と上記第１パルス電流との差に勾配係数を乗じ、上記第２パルス電流と上記第１パルス電流との差に勾配係数を乗じた値と上記第２パルス電流との和を計算して複数の第３パルス電流を算出し、算出された上記複数の第３パルス電流を上記複数のヒータのそれぞれに供給し、その後一定時間経過後に上記複数の第２パルス電流を上記複数のヒータのそれぞれに供給するものである。

この発明によれば、分散値を可変するコマンドを受け取ると、まず目標分散値が得られる温度分布より大きな傾きを持つ温度分布を形成する第３パルス電流が各ヒータに供給され、温度分布が第３パルス電流により形成される温度分布となるように急速に変化する。そして、一定時間経過後に、つまり温度分布が、目標分散値が得られる温度分布となる直前に、パルス電流が、第３パルス電流から目標分散値が得られる温度分布を形成する第２パルス電流に切り換えられ、分散値が目標値に維持される。これにより、分散値を可変にする際に、直ちに第２パルス電流をヒータに供給する場合に比べ、現在の分散値から所望の分散値への切り換え時間が大幅に短縮され、高速の応答速度を有した可変分散補償器が実現される。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る可変分散補償器の構成を示す概略図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る可変分散補償器における制御回路部分を示すブロック図である。

図１および図２において、可変分散補償器１は、チャープド回折格子５を有する光導波路２と、光導波路２のチャープド回折格子５に温度分布を付与するｎ個のヒータ７_１〜７_ｎと、各ヒータ７_ｉに電力を供給するｎ個の第１電極８_１〜８_ｎおよび１つの第２電極９と、各ヒータ７_ｉに流すパルス電流を制御する制御回路１０と、インターフェイス回路１１と、を備えている。

光導波路２は、コア３と、コア３の周囲を覆うように形成されたクラッド４とからなる光ファイバであり、格子ピッチが連続的に変化しているチャープド回折格子５が形成されている。そして、ｎ個のヒータ７_１〜７_ｎは、ほぼ１列並んで基板６上に形成されている。また、ｎ個の第１電極８_１〜８_ｎが対応するヒータ７ｉに電気的に接続するように基板６上に形成され、第２電極９がヒータ７_１〜７_ｎに電気的に接続するように基板６上に形成されている。なお、この第２電極９は接地されている。制御回路１０は、各ヒータ７_ｉにパルス電流を供給できるように、各第１電極８_ｉに電気的に接続されている。
そして、光導波路２は、チャープド回折格子５が形成されている領域をヒータ７_１〜７_ｎ上に位置させ、かつ密接させて基板６上に接着剤などにより固定されている。ここで、ヒータ７_１〜７_ｎは、光導波路２の光軸に沿って１列並んで配列されている。そして、パルス電流が第１電極ヒータ８_１〜８_ｎからヒータ７_１〜７_ｎに流され、チャープド回折格子５に所望の温度分布が付与される。

ここで、光導波路２は光ファイバを用いるものとしているが、平面光導波路（ＰＬＣ）を用いてもよい。また、基板６には、例えば石英基板が用いられ、各ヒータ７_ｉには、例えば窒化タンタルが用いられる。

ついで、制御回路１０の構成について図３を参照しつつ説明する。
制御回路１０は、分散可変前の温度分布を形成しているｎ個の第１パルス電流Ｉ_ａ１〜Ｉ_ａｎを記憶している第１記憶領域１２と、所望の分散値にするための温度分布を形成するｎ個の第２パルス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂｎを記憶している第２記憶領域１３と、勾配係数ｋを記憶している勾配係数記憶領域１４と、切換スイッチ１５と、切換スイッチ１５の切り換え時間を規定するカウンタ１６と、各演算を行う演算部分１７と、を備えている。そして、演算部分１７は、減算器１８と、乗算器１９と、加算器２０と、を備えている。

ここで、第１記憶領域１２、第２記憶領域１３および勾配係数記憶領域１４は、データを記憶できるデバイスならば全て適用できるが、読み出し速度、低コスト化の観点からＲＯＭなどの半導体メモリを用いた記憶デバイスを適用することが望ましい。

また、減算器１８、乗算器１９および加算器２０を実現する手段は種々あるが、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）やマイコン、ＩＣを用いたデジタル信号処理によって実現する手段とすることが好ましい。演算部分１７では、それぞれのヒータ７_ｉに応じた信号処理が必要となる。そのため、アナログ信号処理では、それぞれのヒータ７_ｉに応じた信号処理回路が必要となり、部品数が多く、消費電力も大きくなってしまう。一方、ＦＰＧＡなどを用いたデジタル処理では、１つのデバイスで多くの信号処理回路が実現でき、回路の小型化、低消費電力化を実現できる。また、信号処理の方式が変わったときにおいても、プログラムを変更するだけで方式変更に対応することができ、アナログ信号処理の場合と違い回路を変更する必要がない。

つぎに、制御回路１０の動作について説明する。
まず、分散値を可変するコマンドが可変分散補償器１に送信されると、該コマンドはインターフェイス回路１１で処理され、所望の分散値が制御回路１０に送信される。
そして、命令を受け取った制御回路１０は、現在の分散値を構成する第１パルス電流Ｉ_ａ１〜Ｉ_ａｎを第１記憶領域１２に記憶した後、受け取った命令に対応する分散値を構成する第２パルス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂｎを第２記憶領域１３に記憶する。
ついで、各ヒータ７_ｉに流すパルス電流値が第１および第２記憶領域１２，１３に記憶されているパルス電流値に基づいて演算部分１７により演算される。
まず、第２記憶領域１３に記憶されている第２パルス電流値と第１記憶領域１２に記憶されている第１パルス電流値との差が減算器１８により計算される。ついで、乗算器１９により、その結果に勾配係数記憶領域１４に記憶されている勾配係数ｋを乗じ、さらに加算器２０により、その結果と第２記憶領域１３に記憶されている第２パルス電流値との和が計算される。

つぎに、上述の演算の効果を図４〜図６を用いて説明する。図４〜図６において、縦軸は温度、横軸はヒータ番号である。
まず、図４中、温度分布３０は、現在の分散値を構成する温度分布、つまり第１パルス電流Ｉ_ａ１〜Ｉ_ａｎをヒータ７_１〜７_ｎに印加して形成される温度分布である。また、図４中、温度分布３１は、新しい分散値を構成する温度分布、つまり第２パルス電流Ｉ_ａ１〜Ｉ_ａｎをヒータ７_１〜７_ｎに印加して形成される温度分布である。
ここで、新しい分散値に可変するコマンドが可変分散補償器１に送信され、切換スイッチ１５が第２記憶領域１３側に切り換えられると、新しい分散値を構成する温度分布３１となるように第２パルス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂｎが各ヒータ７_ｉに流される。この時、現在の温度分布３０が新しい温度分布３１に変化すれば、所望の分散値に可変できたことになるが、前述したように、温度が定常状態になるまでに多くの時間がかかってしまう。
この時の分散値変化を図７に示す。この図７に示される分散値変化３３から分かるように、初期分散値から所望の分散値となるまでに長い時間を要してしまう。

この実施の形態１では、新しい分散値に可変するコマンドが可変分散補償器１に送信されると、切換スイッチ１５が演算部分１７の出力側に切り換えられる。そして、演算部分１７の演算結果である第３パルス電流が各ヒータ７_ｉに流され、図５に示される温度分布３２が形成される。例えば、勾配係数ｋが１の場合、温度分布３０と温度分布３１との差の２倍の傾きをもった温度分布３２が形成される。つまり、温度を上昇させなければならないヒータに関しては、所望の温度よりも高い温度となるようにパルス電流を印加し、温度を下降させなければならないヒータに関しては、所望の温度より低い温度となるようにパルス電流を印加することになる。

この勾配係数ｋは、通常０以上の数を設定しておき、得たい傾きに合わせて勾配係数を変化させる。勾配係数ｋが０の場合は、温度分布３０，３１が同じ温度分布となり、勾配係数ｋが１の場合には、温度分布３０，３１の差の２倍の傾きを持った温度分布３２となる。すなわち、勾配係数ｋは、大きい方がより高速に温度分布を可変させることができることになる。しかし、勾配係数ｋが大きすぎると、演算の結果で出てくる第３パルス電流値が、ヒータの上限値を超えたり、下限値を下回ったりする恐れがあるため、勾配係数ｋを２以下とすることが好ましい。

そして、切換スイッチ１５が演算部分１７の出力側に切り換えられると、カウンタ１６が作動する。そして、カウンタ１６が設定した一定時間を計測すると、切り換え信号が切換スイッチ１５に出力される。そこで、切換スイッチ１５が第２記憶領域１３側に切り換えられる。つまり、新たな分散値に可変とするコマンドが送信されてから予め設定された一定時間をカウンタ１６が計測し、ヒータに流されている第３パルス電流が温度分布３１を形成する第２パルス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂｎに切り換えられる。そこで、第２パルス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂｎが各ヒータ７_ｉに流され、図６に示されるように、温度分布３１が形成され、新しい分散値に可変される。
この時の分散値変化を図８に示す。この図８に示される分散値変化３４から分かるように、第３パルス電流がヒータ７_ｉに印加されている時間３５では、勾配係数ｋによって決められた勾配の大きい温度分布となっているため、分散値変化３３より変化の割合が大きい。即ち、初期分散値から所望の分散値まで短時間で可変する。そして、所望の分散値に到達した後、第２パルス電流が時間３６の間ヒータ７ｉに流され、所望の分散値が維持される。

ここで、切換スイッチ１５は機械的なスイッチでもよいが、機械的なスイッチはスイッチング速度が遅く、精密なスイッチング速度の制御ができないため好ましくはない。そこで、演算処理に使用したＦＰＧＡやマイコンの内部にスイッチ部分をプログラムすることで、高速、かつ精密な時間制御が可能なスイッチを簡単に実現することができる。

この実施の形態１によって得られる温度分布の変化は、設定した一定時間（第３パルス電流の印加時間）と勾配係数ｋとによって決まる。前述したように、勾配係数ｋは大きいほど高速に変化するため、可能な限り大きくした方がよい。
また、勾配係数ｋと一定時間（第３パルス電流の印加時間）との積を最適な一定値にしなければならない。この積が最適値より小さいと、所望の分散値に到達する前にパルス電流値が第３パルス電流値から第２パルス電流値に切り替わってしまい、そこから所望の分散値に達するまでの時間がかかってしまう。一方、この積が最適値より大きいと、所望の分散値を超えてからパルス電流値が第３パルス電流値から第２パルス電流値に切り替わることになり、分散値変化の曲線がオーバーシュートし、これもまた応答速度の低下をもたらしてしまう。そこで、可変後の分散値に対応して、勾配係数ｋと一定時間との積が最適値となるような勾配係数ｋおよび一定時間の組み合わせを予め見つけて記憶領域に記憶しておき、送信されたコマンドから得られた新たな分散値に対応する勾配係数ｋおよび一定時間を読み出して、演算部分１７での演算処理およびカウンタ１６の計測処理を行う。

このように、ヒータ７ｉに印加されるパルス電流を第１パルス電流→第３パルス電流→第２パルス電流と変化させることにより、温度分布３０→温度分布３１→温度分布３２と変化させ、現在の分散値から所望の分散値への切り換えを早くすることができる。これにより、伝送路にエラーが生じた際、自動的に別の光ファイバ伝送路に切り替わるシステムに適用できる高速の応答速度を有する可変分散補償器を実現できる。

なお、上記実施の形態１では、線形な温度分布に関して説明しているが、温度分布は線形である必要はなく、非線形な温度分布、或いは温度分布変化であってもよい。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２に係る可変分散補償器における制御回路部分を示すブロック図である。
図９において、制御回路１０Ａは、新たな分散値に可変とするコマンドが送信されてから予め設定された一定時間をカウンタ１６が計測すると、勾配係数記憶領域１４から勾配係数ｋ＝０を乗算器１９に出力するように構成され、切換スイッチ１５を省略している。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

つぎに、制御回路１０Ａの動作について説明する。
まず、分散値を可変するコマンドが可変分散補償器１に送信されると、該コマンドはインターフェイス回路１１で処理され。所望の分散値が制御回路１０Ａに送信される。
そして、命令を受け取った制御回路１０Ａは、現在の分散値を構成する第１パルス電流Ｉ_ａ１〜Ｉ_ａｎを第１記憶領域１２に記憶した後、受け取った命令に対応する分散値を構成する第２パルス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂｎを第２記憶領域１３に記憶する。
ついで、各ヒータ７ｉに流すパルス電流値が第１および第２記憶領域１２，１３に記憶されているパルス電流値に基づいて演算部分１７により演算される。
まず、第２記憶領域１３に記憶されている第２パルス電流値と第１記憶領域１２に記憶されている第１パルス電流値との差が減算器１８により計算される。ついで、乗算器１９により、その結果に勾配係数記憶領域１４に記憶されている勾配係数を乗じ、さらに加算器２０により、その結果と第２記憶領域１３に記憶されている第２パルス電流値との和が計算される。

その結果から得られた第３パルス電流が各ヒータ７_ｉに流される。一方、カウンタ１６は、命令を受け取った後作動し、設定された一定時間を計測すると、信号が勾配係数記憶領域１４に出力される。これにより、勾配係数記憶領域１４は記憶している勾配係数ｋの値を「０」に変化させる。そこで、乗算器１９は、減算器１８の計算値に０を乗じ、加算器２０の計算値は第２記憶領域１３に記憶されている第２パルス電流値となる。これにより、命令を受け取ってから設定された一定時間経過するまでは、第３パルス電流がヒータに印加され、一定時間経過後は、第２パルス電流がヒータに印加される。

従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、切換スイッチ１５が不要となり、構成の簡素化が図られる。

なお、上記実施の形態２では、初期分散値から所望の分散値に可変する際に、予め設定した勾配係数ｋと「０」とを選択して温度分布を変化させるものとして説明しているが、勾配係数は２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。３つ以上の勾配係数を時間変化とともに変化させていくことで、温度分布の時間変化をより正確に制御することも可能となる。

実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３に係る可変分散補償器における制御回路部分を示すブロック図、図１１はこの発明の実施の形態３に係る可変分散補償器におけるサーミスタ実装位置を説明する図である。
図１０において、制御回路１０Ｂでは、温度モニタ２１がサーミスタ２２の温度をモニタしており、サーミスタ２２の温度が設定温度となると、切換スイッチ１５を演算部分１７側から第２記憶領域１３側に切り換えるように構成されている。このサーミスタ２２はヒータ７_ｉの温度を計測している。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

つぎに、制御回路１０Ｂの動作について説明する。
まず、分散値を可変するコマンドが可変分散補償器１に送信されると、該コマンドはインターフェイス回路１１で処理され。所望の分散値が制御回路１０Ｂに送信される。
そして、命令を受け取った制御回路１０Ｂは、現在の分散値を構成する第１パルス電流Ｉ_ａ１〜Ｉ_ａｎを第１記憶領域１２に記憶した後、受け取った命令に対応する分散値を構成する第２パルス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂｎを第２記憶領域１３に記憶する。
ついで、各ヒータ７ｉに流すパルス電流値が第１および第２記憶領域１２，１３に記憶されているパルス電流値に基づいて演算部分１７により演算される。
まず、第２記憶領域１３に記憶されている第２パルス電流値と第１記憶領域１２に記憶されている第１パルス電流値との差が減算器１８により計算される。ついで、乗算器１９により、その結果に勾配係数記憶領域１４に記憶されている勾配係数を乗じ、さらに加算器２０により、その結果と第２記憶領域１３に記憶されている第２パルス電流値との和が計算される。

その結果から得られた第３パルス電流が各ヒータ７_ｉに流される。
一方、温度モニタ２１がサーミスタ２２を介して所定のヒータの温度をモニタしており、当該ヒータの温度が設定温度となると、切換スイッチ１５に切り換え信号を出力する。これにより、そこで、切換スイッチ１５が第２記憶領域１３側に切り換えられ、第２記憶領域１３に記憶されている第２パルス電流が各ヒータ７_ｉに流される。

従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態３では、特定のヒータの温度をモニタし、当該ヒータ温度が設定温度となるまでは第３パルス電流を印加し、設定温度となった後は第２パルス電流を印加するようにしている。そこで、ヒータの抵抗値の変動や制御回路１０Ｂへの供給電圧の変動などの外乱が発生しても、正確に所望の温度分布に近づけることができる。
また、上記実施の形態１，２では、予め可変後の分散値に対応して勾配係数ｋと一定時間との積の最適値を見つけておく必要があったが、この実施の形態３では、ヒータ温度をモニタしてその結果を反映するというフィードバック制御を行っているので、最適値という概念が不要となり、製造工程の簡略化が実現できる。

なお、この実施の形態３では、サーミスタ２２によって検出したヒータ温度が設定温度となった時に、切換スイッチ１５を切り換えて、ヒータに印加するパルス電流を第３パルス電流値から第２パルス電流値に切り換えるものとしているが、実施の形態２の制御回路１０Ａに適用することができる。つまり、サーミスタ２２によって検出したヒータ温度が設定温度となった時に、勾配係数ｋを「０」に変化させることで、ヒータに印加するパルス電流を第３パルス電流値から第２パルス電流値に切り換えるようにしてもよい。さらには、サーミスタ２２の検出したヒータ温度に応じて勾配係数を変化させるようにすることも可能である。

つぎに、サーミスタ２２の実装位置について説明する。
１つのサーミスタ２２を実装する場合には、図１１に実装位置２３，２４で示されるように、ヒータ列の両端に位置するヒータ７_１，７_ｎの一方にサーミスタ２２を実装することが好ましい。
分散値を可変する場合、中央のヒータを中心に温度勾配を変化させる。これは、ヒータで補償する全消費電力を、全ての分散値で等しくするためである。つまり、中央のヒータ温度は全ての分散値で一定の温度となる。このため、仮にサーミスタ２２を中央のヒータに配置した場合、分散値を変化させても温度の変化を検知できず、温度分布の時間的変化の情報を得ることができない。一方、端のヒータは、分散値を可変した場合一番大きな温度変化があるため、温度分布の時間的変化を検知することができる。

また、２つのサーミスタ２２を実装する場合には、１つのサーミスタ２２をヒータ列の両端に位置するヒータ７_１，７_ｎの一方に実装することが好ましい。残る１つのサーミスタ２２は、どのヒータに実装してもよいが、中央若しくは端に位置するヒータに実装するのが好ましい。

例えば、端のヒータと中央のヒータとにそれぞれサーミスタ２２を実装した場合、端のヒータに実装したサーミスタ２２では温度分布の時間的変化を検知し、切換スイッチ１５の制御に用いる。また、中央のヒータに実装したサーミスタ２２は、温度分布の時間的変化を検知できないが、環境温度の変化を検知することができるため、環境温度が変化した場合、それを吸収するような制御に用いることができる。
この環境温度への対応に関しては、先行文献１に記載されているように、ペルチェ素子の温度によって実現されている。しかし、この従来技術では、ヒータの下部にあるペルチェ素子の温度をサーミスタで検知しているため、実際のファイバグレーティングに伝わっている温度との間には誤差がある。さらに、サーミスタで検知する場所と実際の温度の場所とが離れており、熱抵抗が発生し、温度制御の発振などといった不安定の原因となっていた。この実施の形態３では、ヒータ温度を直接検知しているので、従来技術のような制御の不安定は発生せず、安定な制御を行うことができる。

また、両端のヒータにそれぞれサーミスタ２２を実装した場合、両方のサーミスタ２２で温度分布の時間的変化を検知することができる。これによって、線形な温度変化だけでなく、非線形な温度変化に対しても温度検知することが可能となる。例えば、温度を上昇させるヒータと、温度を下降させるヒータとに勾配差をつけた場合でも、温度検知が可能となるし、温度を上昇させるヒータと温度を下降させるヒータと対する勾配係数を変化させるタイミングに時間差を付けることも可能となる。また、両端のサーミスタによって検知された温度の平均値を算出すれば、環境温度の変化を検知することもできる。
なお、サーミスタ２２は３つ以上でもよく、数が多ければ多いほど、より正確な温度分布を検知することができるため好ましい。

実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、第３パルス電流値を演算する際に、ヒータの上限値や下限値を超えないように勾配係数を決定していた。しかし、分散値の可変範囲を変更したときに、そのままの勾配係数ではヒータの上限値や下限値を超える可能性もある。特に、上限値を超えた場合には、ヒータの切断、ファイバグレーティングの固定用接着剤の劣化などの修復不可能な致命的な欠陥を引き起こす可能性がある。そこで、上限値以上のパルス電流値に関しては上限値に、下限値以下のパルス電流値に関しては下限値に設定する機能であるヒータ保護機能を可変分散補償器に持たせることが有効である。

ここで、ヒータ保護機能の上限値はヒータに流すことのできる最大電流および固定用接着剤の耐熱温度により決定する。本発明で使用しているヒータは、例えば窒化タンタルなどの薄膜ヒータを使用しており、最大電流以上の電流が流れると、薄膜が異常発熱し切断される。この最大電流は薄膜の形状に依存し、断面積が小さいほど切断しやすい。また、固定用接着剤は、シリコーン系の接着剤を用いることが多く、一般的にシリコーンはおおよそ１５０℃を超えると劣化すると言われている。上記の２点によってヒータの上限値が決定されるが、本発明で使用している薄膜ヒータは１５０℃以上の温度に加熱できる性能を有していることから、本発明では固定用接着剤の耐熱温度が上限値の決定要因となる。一方下限値は、上限値以下であれば任意の値でよいが、ヒータ保護機能が働いたとしても、ヒータの全消費電力が一定であることが更に好ましいため、中心のヒータの設定値からの差が、上限値と下限値とで等しくなるように設定するのが好ましい。ヒータ保護機能は、ＦＰＧＡやマイコンの内部に、比較器をプログラムすることで容易に実現できる。アナログ信号処理回路を用いてもよいが、全ヒータに回路を設置する必要があるため、デジタル信号処理回路を用いることが好ましい。

この発明の実施の形態１に係る可変分散補償器の構成を示す概略図である。図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。この発明の実施の形態１に係る可変分散補償器における制御回路部分を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係る可変分散補償器における第１パルス電流を印加した場合の温度分布を示す図である。この発明の実施の形態１に係る可変分散補償器における第３パルス電流を印加した場合の温度分布を示す図である。この発明の実施の形態１に係る可変分散補償器における第２パルス電流を印加した場合の温度分布を示す図である。この発明の比較例の可変分散補償器における分散値変化を示す図である。この発明の実施の形態１に係る可変分散補償器における分散値変化を示す図である。この発明の実施の形態２に係る可変分散補償器における制御回路部分を示すブロック図である。この発明の実施の形態３に係る可変分散補償器における制御回路部分を示すブロック図である。この発明の実施の形態３に係る可変分散補償器におけるサーミスタ実装位置を説明する図である。

符号の説明

１可変分散補償器、２光導波路、５チャープド回折格子、７_１〜７_ｎヒータ、１０，１０Ａ，１０Ｂ制御回路、１２第１記憶領域、１３第２記憶領域、１５切換スイッチ、１６カウンタ、１７演算部分、１８減算器、１９乗算器、２０加算器、２１温度モニタ、２２サーミスタ。

Claims

回折格子を有する光導波路と、
上記光導波路の光軸に沿って１列に配列された複数のヒータと、
複数のパルス電流を生成して上記複数のヒータのそれぞれに供給する制御回路と、を備えた可変分散補償器において、
上記制御回路は、第１および第２記憶領域を備え、分散値を可変するコマンドを受け取ると、分散可変前に上記複数のヒータのそれぞれに供給している複数の第１パルス電流を上記第１記憶領域に記憶し、目標分散値にするために上記複数のヒータのそれぞれに供給する複数の第２パルス電流を上記第２記憶領域に記憶した後、上記第２パルス電流と上記第１パルス電流との差を計算し、計算された上記第２パルス電流と上記第１パルス電流との差に勾配係数を乗じ、上記第２パルス電流と上記第１パルス電流との差に勾配係数を乗じた値と上記第２パルス電流との和を計算して複数の第３パルス電流を算出し、算出された上記複数の第３パルス電流を上記複数のヒータのそれぞれに供給し、その後一定時間経過後に上記複数の第２パルス電流を上記複数のヒータのそれぞれに供給することを特徴とする可変分散補償器。
回折格子を有する光導波路と、
上記光導波路の光軸に沿って１列に配列された複数のヒータと、
複数のパルス電流を生成して上記複数のヒータのそれぞれに供給する制御回路と、
上記複数のヒータの少なくとも１つのヒータ温度を検知するサーミスタと、を備えた可変分散補償器において、
上記制御回路は、第１および第２記憶領域を備え、分散値を可変するコマンドを受け取ると、分散可変前に上記複数のヒータのそれぞれに供給している複数の第１パルス電流を上記第１記憶領域に記憶し、目標分散値にするために上記複数のヒータのそれぞれに供給する複数の第２パルス電流を上記第２記憶領域に記憶した後、上記第２パルス電流と上記第１パルス電流との差を計算し、計算された上記第２パルス電流と上記第１パルス電流との差に勾配係数を乗じ、上記第２パルス電流と上記第１パルス電流との差に勾配係数を乗じた値と上記第２パルス電流との和を計算して複数の第３パルス電流を算出し、算出された上記複数の第３パルス電流を上記複数のヒータのそれぞれに供給し、上記サーミスタで検知した上記ヒータ温度が設定値に到達した後、上記複数の第２パルス電流を上記複数のヒータのそれぞれに供給することを特徴とする可変分散補償器。
上記第１および第２記憶領域は、半導体メモリであることを特徴とする請求項１又は２記載の可変分散補償器。
上記制御回路は、上記複数の第３パルス電流の上限値および下限値が設定されており、算出された上記複数の第３パルス電流が上記上限値以上である場合には、当該第３パルス電流を上記上限値に設定し、算出された上記複数の第３パルス電流が上記下限値以下である場合には、当該第３パルス電流を上記下限値に設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可変分散補償器。