可変分散補償器
【課題】従来技術の導波路型の可変分散補償器は、高分散値が付与可能であってしかも位相制御の柔軟性に優れたＬＣＯＳなどの空間位相変調器を使用することができない欠点を持っていた。導波路型の位相変調器は与えられる位相差量が限定され、分散補償器に大きな波長分散を設定できない。２つのアレイ導波路の中心波長を正確に一致させないと結合損失を生じる。一般的なアレイ導波路の製造誤差より小さい精度値が要求され、特殊な製造プロセスが必要となる。
【解決手段】ＰＬＣおよび空間光学系を組み合わせ、構成要素を線対称に配置することにより、動作帯域の周辺帯域における光結合損失を大幅に低減する。反射型の空間位相変調器を利用できる。ＬＣＯＳなどの反射型の空間位相変調器を利用することができるため、大きな分散補償値を設定することが可能となり、より柔軟な分散補償パターンを実現することができる。
【解決手段】ＰＬＣおよび空間光学系を組み合わせ、構成要素を線対称に配置することにより、動作帯域の周辺帯域における光結合損失を大幅に低減する。反射型の空間位相変調器を利用できる。ＬＣＯＳなどの反射型の空間位相変調器を利用することができるため、大きな分散補償値を設定することが可能となり、より柔軟な分散補償パターンを実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信等において利用される分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の急速な発展を見せる大容量の光通信ネットワークシステムは、従来主流であったポイントツーポイント型のシステムからリング・メッシュ型の構成のシステムへ移りつつある。リング・メッシュ型構成のシステムは、光信号を光の状態のままで処理するトランスペアレントな波長選択スイッチ等を用いることにより、ノード間の通信需要の変化に柔軟に対応ができるためである。具体的には、波長パスの動的切り替えによって、新規のパスの開通ならびに廃止に伴う現地作業量を大幅に減らすことができる利点を持つ。しかしながら、リング・メッシュ型のネットワークにおいては、波長パスの切り替えに伴って、パスの長さも変化してしまうため、そのパスの波長分散値も動的に変化してしまう。
【０００３】
従来の分散補償器は、分散補償ファイバや分散補償量が固定されたタイプのものであり、上述のようなリング・メッシュ型構成のネットワークで波長パスの距離が異なる場合に、ＷＤＭ波長ごとに異なる分散値を設定することはできなかった。このため、光通信における波長パスの分散補償にも適応性が求められている。
【０００４】
一方、信号処理装置の小型化・集積化の点から、導波路型光回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の開発研究が進められている。ＰＬＣでは、例えばシリコン基板上に石英系ガラスを材料としたコアを形成して１つのチップに多様な機能を集積し、低損失で信頼性の高い光機能デバイスが実現されている。さらには、複数のＰＬＣチップと他の光機能部品を組み合わせた複合的な光信号処理部品（装置）も登場している。
【０００５】
例えば、特許文献１には、アレイ導波路格子（以下、ＡＷＧという）などを含む導波路型光回路（ＰＬＣ）と液晶素子などの空間変調素子を組み合わせた、光信号処理装置が開示されている。より具体的には、液晶素子を中心として対称に配置されたＰＬＣ、コリメートレンズからなる波長ブロッカをはじめ、波長イコライザ、分散補償器などの検討が進められている。これらの光信号処理装置では、異なる波長を持つ複数の光信号に対して、波長毎に独立して光信号処理を行う。
【０００６】
図１１は、ＰＬＣを利用した可変分散補償器の一例を示す構成図である。分散補償を適用する入力光信号１００は、可変分散補償器２００により所定の分散値を与えられ、出力光信号１０６が得られる。入力光信号１００が入力される入力導波路１０１は、まず第１のＡＷＧへ接続され入力光信号が分波される。第１のＡＷＧは、第１のスラブ導波路１０２ａ、第１のアレイ導波路１０３ａおよび第２のスラブ導波路１０２ｂにより構成される。分波された光信号は、位相変調器１０７へ入力される。位相変調器１０７において、波長毎に所定の位相差が与えられた後に、第２のＡＷＧへ入力されて合波される。第２のＡＷＧは、第３のスラブ導波路１０２ｃ、第２のアレイ導波路１０３ｂおよび第４のスラブ導波路１０２ｄにより構成される。第４のスラブ導波路１０２ｄは、出力導波路１０４に接続されている。
【０００７】
導波路型の位相変調器１０７において、波長に対して２次関数によって表される位相差φを光信号に与える。すなわち、２次関数の係数に対応する分散補償値が光信号に与えられる。図１１には位相変調器１０７は示されていないが、例えば温度可変ヒータを含み、温度制御を行なうことにより、位相変調器１０７内の導波路屈折率を変化させることができる。この温度制御によって、波長パスに応じて付与する位相差を変化させて、可変分散補償を実現することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２５０８２８号公報（第１６頁、１９頁、第２０図、第２７図、第２９Ｄ図など）
【特許文献２】米国特許第７，２０３，４００号 明細書
【特許文献３】米国特許第７，１０６，９２３号 明細書
【非特許文献１】C. R. Doerr, et al. “Four-Stage Mach-Zehnder-Type Tunable Optical Dispersion Compensator With Single-Knob Control,” IEEE Photonics Technol. Lett., Vol. 17, No. 12, 2005, pp. 2637-2639
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図１１に示したＰＬＣを利用した可変分散補償器においては、透過帯域幅が制限されて、広帯域の光信号処理に制限を与える問題があり、十分な性能を持つものではなかった。図１１において、可変分散補償器２００内を伝播する光信号の光路に着目する。対象とする波長帯域の中心周波数λ0を持つ光信号は、光路５０により示されるように、第１のＡＷＧにおいて第１のアレイ導波路１０３ａからほぼ出射角度０°で出射し、位相変調器１０７の中央付近を通過して所定の位相差を付与される。その後、第２のＡＷＧにおいても、第１のＡＷＧと同様な光路を辿って、第４のスラブ導波路１０２ｄの端面Ａにおいて、垂直に出力導波路１０４へ入射する。
【００１０】
しかしながら、対象とする波長帯域の中心波長λ0から離れた帯域端部の周辺波長を持つ光信号は、破線で示した光路５１のように、出力導波１０４に対して斜めに入射するために原理的に光結合損失を生じる。周辺波長を持つ光信号は、第１のアレイ導波路１０３ａからある出射角度を持って分波され、位相変調器１０７の中央部を外れた位置を通過して所定の位相差を付与される。その後、第２のアレイ導波路１０３ｂに入射した光信号は、第４のスラブ導波路１０２ｄの端面Ａにおいては、出力導波路１０４に対して垂直ではなく、ある角度θを持って入射する。中心波長λ0から離れるほどこのθは大きくなるため、端面Ａにおいて発生する光結合損失も増加する。したがって、可変分散補償器の透過特性に着目すると、中心波長λ0から離れるほど光透過率は低下する。
【００１１】
図１２は、可変分散補償器における光結合損失による透過特性の帯域制限を説明する図である。上述した周辺波長帯域における光結合損失によって、可変分散補償器の透過率は、図１２の実線で示したように透過帯域の両端で低下する。可変分散補償器を一定の性能で動作させるためには、一定値以上の透過率を持つ波長範囲にその動作範囲は限られる。したがって、透過率の低下は、可変分散補償器の使用可能な帯域幅を制限することになる。高速の光信号処理を要する広帯域の光信号に対して分散補償を行なうためには、分散補償器の広帯域化が必須であり、上述の出力導波路の接続面における光結合損失に起因する過剰損失を解消する必要がある。尚、上記の光結合損失は、説明の便宜のために出力導波路１０４に対する光信号の入射角度θの問題として説明した。しかし、出射導波路１０４側を基点として、出射導波路１０４から光路を辿る場合には、入射導波路１０１と第１のスラブ導波路の境界面においても同様の問題が生じる。上述の可変分散補償器の透過帯域の制限の問題を解決する方法として、２つのＰＬＣ型の可変分散補償回路を点対称に配置して接続した可変分散補償器が提案されている（非特許文献２）。
【００１２】
図１３は、従来技術における点対称な構造を持つＰＬＣ型の可変分散補償器の構成を示す図である。本可変分散補償器２０１は、図１１に示した構成の可変分散補償器を２つ従属に接続した構成を持つ。すなわち、第１の可変分散補償器１１１ａと第２の可変分散補償器１１１ｂが、接続面１１２の中央点に対して全体で点対称の構成となるように配置されている。各可変分散補償器の構成は、図１１で説明した分散補償器と同一であるので、詳細な説明は省略するが、各可変分散補償器がそれぞれ位相変調器１０７ａ、１０７ｂを持つことに注意されたい。すなわち、可変分散補償器２０１においては、光信号は位相変調器を２回通過するので、図１１に示した構成と比較すれば２倍の分散補償値が与えられる。
【００１３】
図１３に示した構成においては、第２の可変分散補償器１１１ｂのスラブ導波路１０２ｈと出力導波路１０４とが接続される端面Ａにおいて、常に光信号が出力導波路１０４へ垂直に入射する点に特徴があった。すなわち、可変分散補償器の対象とする中心波長λ0であるか否かに関わらず、光路５０で示されるように、どの波長の光信号も出力導波路１０４に対して垂直に光信号が入射するため、出力導波路１０４において光軸ずれが生じない。したがって、波長に関係なく光結合損失は生じない。これは、本可変分散補償器２０１の各要素が、スラブ導波路１０２ｄとスラブ導波路１０２ｅとの境界線１１２の中間点を中心として、点対称に配置構成されているためである。本構成によって、図１２の実線で示した周辺波長帯域の透過率低下が大幅に抑制され、透過帯域は平坦化されて広帯域化を実現できる。
【００１４】
しかしながら、図１３に示した構成の可変分散補償器は、２つの可変分散補償器を縦続接続した構成であるため、全体で４つのアレイ導波路１０３ａ〜１０３ｄと８つのスラブ導波路１０２ａ〜１０２ｈを含み、多数の要素から構成される。したがって、ＰＬＣを構成する基板上に大規模な回路を形成する必要がある。１つの分散補償器２０１を構成するためのチップ面積は大きくなり、コストが高い。さらに、回路構成の複雑さのため製造歩留まりの低下の可能性がある。また、全体回路の大きさに起因する光学損失も大きくなる。上記のチップ面積の大きさおよび回路構成の複雑さなどの問題を解消するものとして、次に説明する線対称構造を持つ可変分散補償器がある。
【００１５】
図１４は、他の従来技術に係る可変分散補償器を示す構成図である。本可変分散補償器は、入力導波路１０１および出力導波路１０４の間に、６つのスラブ導波路１０２ａ〜１０２ｆと、３つのアレイ導波路１０３ａ〜１０３ｃが接続された構成を持つ。アレイ導波路１０３ｂの各導波路中間点を含む横断線（Ｘ１−Ｘ２）を対称軸として、線対称な構造を持ち、この対称軸をはさんで２つの可変分散補償器１３１ａ、１３１ｂが構成されているところに特徴がある。本構成も、光信号は入力導波路１０１から出力導波路１０４へ一方向に伝播し、いわゆる透過型の構成を持つ。（特許文献３、非特許文献１を参照）
【００１６】
光信号が伝播する光路を入力導波路１０１側からたどって、その構成を詳述すれば、入力導波路１０１は、最初に第１のスラブ導波路１０２ａに接続される。光信号は、さらに、第１のアレイ導波路１０３ａにより分波されて、第２のスラブ導波路１０２ｂおよび第３のスラブ導波路１０２ｃを伝播する。第２のスラブ導波路１０２ｂおよび第３のスラブ導波路１０２ｃの中間には、導波路型の第１の位相変調器１０７ａがある。第３のスラブ導波路１０２ｃは、さらにアレイ導波路１０３ｂに接続される。ここで、第２のアレイ導波路１０３ｂの各導波路は、第１のアレイ導波路１０３ａと比べて、それぞれ２倍の隣接導波路間光路差を持ち、各導波路の中間点を含む線（Ｘ１−Ｘ２）に対して、線対称の構造を持っている。したがって、第２のアレイ導波路１０３ｂは、２つの第１のアレイ導波路１０３ａを鏡面対称に連結して配置したものと同一構成であることに留意されたい。
【００１７】
先にも述べたように、第１のスラブ導波路から第２のスラブ導波路の線対称軸（Ｘ１−Ｘ２）までの第１の部分によって、第１の可変分散補償器１３１ａが構成される。さらに、第２のスラブ導波路の対称軸（Ｘ１―Ｘ２）より他方の第２の部分から、第４のスラブ導波路１０２ｄ、第５のスラブ導波路１０２ｅ、第３のアレイ導波路１０３ｃおよび第６のスラブ導波路１０２ｆまでによって、第２の可変分散補償器１３１ｂが構成される。第４のスラブ導波路１０２ｄおよび第５のスラブ導波路１０２ｅの中間には、導波路型の第２の位相変調器１０７ｂを備える。
【００１８】
第１のスラブ導波路１０２ａおよび第６のスラブ導波路１０２ｆ、第２のスラブ導波路１０２ｂおよび第５のスラブ導波路１０２ｅならびに第３のスラブ導波路１０２ｃおよび第４のスラブ導波路１０３ｄは、それぞれ同一形状を持ち、（Ｘ１−Ｘ２）軸に対して線対称に配置されている。したがって、本可変分散補償器は、全体として、対称軸（Ｘ１−Ｘ２）に対し、線対称の構造を持つ。
【００１９】
図１３に示した最初の従来技術の可変分散補償器の構成も参照すれば、図１４に示した可変分散補償器においても、光信号の光路に光軸ずれは生じないことが容易に理解できるだろう。ここでは、簡単のため、線対称軸（Ｘ１−Ｘ２）における光路に着目する。可変分散補償器の対象とする波長帯域の中心波長λ0を持つ光信号は、光路５０をたどりながら、位相変調器１０７ａ、１０７ｂのそれぞれ中央を透過して所定の位相差を与えられる。一方、対象とする波長帯域の中心波長λ0から離れた帯域端部の周辺波長を持つ光信号について見ると、破線で示した光路５１をたどる。光路５１を伝播する光信号は、位相変調器１０７ａ、１０７ｂの中央から外れた位置を透過して所定の位相差を与えられるとともに、第２のアレイ導波路１０３ｂの周辺部を伝播する。ここで、第２のアレイ導波路１０３ｂの構造の対称性および可変分散補償器全体の構成の対称性から、入力側および出力側のいずれから光路５１を追跡しても、光路５１は対称軸上において滑らかに連続し、光軸ずれは生じないことが理解されるだろう。
【００２０】
図１３に示した従来技術の構成と比較すれば、図１４に示した従来技術の可変分散補償器の構成は、入力と出力とを回路全体の同じ側に揃え、概ね図１３に示した構成全体を折り返した構造となっている。したがって、回路の全長は短く、図１３の構成と比較してチップ面積を減らすことができる。また、回路構成要素の数がより少ないので、光損失を低減することができる。
【００２１】
図１３に示した構成要素の配置は、本質的に点対称の構成であるので、ミラーを使用した反射型の線対称の構成に適用することもできない。これは、図１３に示した構成が透過型の可変分散補償器だけにしか適用できず、一般に小型化および低コスト化の点で優れた反射型の可変分散補償器へは適用できないことを意味している。また、図１３に示した構成における位相変調器は、透過型で導波路型の構成のものに限定されていた。したがって、背景技術において述べたような液晶などを利用した空間位相変調素子を利用することができなかった。
【００２２】
図１４に示した従来技術の可変分散補償器は、線対称の構成によって回路の小型化を実現している。しかし、図１３に示した可変分散補償器と同様に、例えば、分散補償器全体で高分散値が付与可能であってしかも位相制御の柔軟性に優れた、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）などの空間位相変調器を使用することができない欠点を持っていた。導波路型の位相変調器は、与えられる位相差量が限定されており、分散補償器に大きな波長分散を与えられない。例えば、ＦＳＲが１００ＧＨｚのアレイ導波路および熱光学位相変調器を用いた導波路型位相変調器を利用した場合は、高々±１００ｐｓ／ｎｍ程度の分散補償値しか得られない。
【００２３】
また、従来技術の可変分散補償器では、２つのアレイ導波路の中心波長を正確に一致させないと結合損失を生じる。特に、大きな波長分散を得るためにＦＳＲの小さいアレイ導波路を用いると、必要とされる波長精度が非常に高くなる。例えば、１００ＧＨｚのＦＳＲの場合、０．０１ｎｍ程度の精度が要求される。これは、一般的なアレイ導波路の製造誤差より小さい精度値となり、特殊な製造プロセスが必要となる。
【００２４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、透過帯域を平坦とした広帯域な特性を持ち、さらにより大きな位相差によって高い分散補償値を与えられる可変分散補償器を実現することにある。柔軟な位相設定が可能な空間位相変調器を利用可能として、より柔軟性の高い可変分散補償性能を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、前記第１の分光手段から出射された光信号を集光させる第１の集光手段と、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第１の集光手段によって集光された光信号に所定の位相量を付与する第１の空間位相変調器と、前記第１の空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第２の集光手段と、前記第１の空間位相変調器の位置を中心として前記第１の分光手段に対向して配置され、前記第２の集光手段により平行化された光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、前記等位相面を介して前記第２の分光手段に連接され、前記等位相面を持つ光信号を波長に応じた角度で出射する第３分光手段と、前記第３の分光手段から出射された光信号を集光させる第３の集光手段と、前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第３の集光手段によって集光された光信号に所定の位相量を付与する第２の空間位相変調器と、前記第２の空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第４の集光手段と、前記第２の空間位相変調器の位置を中心として前記第３の分光手段に対向して配置された第４の分光手段とを備え、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい第１の線分散値を持ちかつ前記第１の位相変調器上における分散方向が等しく、前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により決定される線分散値と、前記第４の分光手段および前記第４の集光手段により決定される線分散値とが、等しい第２の線分散値を持ちかつ前記第２の位相変調器上における分散方向が等しく、ならびに、前記第２の集光手段、前記第２の分光手段、前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により決定される線分散値が、前記第１の線分散値および前記第２の線分散値の和となることを特徴とする分散補償器である。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の可変分散補償器であって、前記第１の分光手段および前記第４の分光手段は、基板上に形成された、少なくとも１つの入力導波路と、前記入力導波路に接続するスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続し隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路とを有し、前記アレイ導波路の導波光を前記基板の端面から空間に結合するよう構成されることと、前記第２の分光手段および前記第３の分光手段は、基板上に形成され、前記等位相面を介して各々が連接され、隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路をそれぞれ有し、前記各アレイ導波路の導波光は前記等位相面の反対の各端面から空間に結合するようそれぞれ構成されることとを特徴とする。
【００２７】
請求項３の発明は、入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、前記第１の分光手段から出射される光信号を集光させる第１の集光手段と、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第１の集光手段で集光された光信号に所定の位相量を付与する空間位相変調器と、前記空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第２の集光手段と、前記空間位相変調器の位置を中心として前記第１の分光手段に対向して配置され、前記第２の集光手段により平行化された光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、前記等位相面において光信号の光路を折り返すミラーとを備え、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい線分散値を持ちかつ前記空間位相変調器上における分散方向が等しいことを特徴とする分散補償器である。
【００２８】
請求項４の発明は、入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、前記第１の分光手段から出射された光信号を集光させる第１の集光手段と、前記第１の集光手段から出射された光信号を平行化する第２の集光手段と、前記第２の集光手段から出射される光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、前記等位相面において光信号の光路を折り返すミラーとを備え、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい線分散値を持ち、かつ、前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の間の光路中間点にある主光軸垂直面における分散方向が等しいことと、前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の間の光路中間点にある主光軸垂直面において、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸および前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により形成される線分散軸に対して、それぞれ等しい量の位相量を光信号に付与できるように、前記第１の分光手段と前記第１の集光手段との間の光学距離、および、前記第２の集光手段と前記第２の分光手段の間の光学距離とを対応させながら可変させる移動機構をさらに備えたことを特徴とする分散補償器である。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項３に記載の可変分散補償器であって、前記空間位相変調器は反射型であり、前記第１の集光手段および前記第２の集光手段を１つの集光手段により兼ねていることを特徴とする。
【００３０】
請求項６の発明は、請求項４に記載の可変分散補償器であって、前記第１の集光手段および前記第２の集光手段との間の光路中間点に光路変換ミラーをさらに備え、前記第１の集光手段および前記第２の集光手段を１つの集光手段により兼ねていることを特徴とする。
【００３１】
請求項７の発明は、請求項５または６に記載の可変分散補償器であって、前記第１の分光手段および前記第２の分光手段は、分光面を共通として同一基板上に形成されたアレイ導波路型分光手段、または、各分光面に垂直方向に並列にそれぞれスタック配置されたアレイ導波路型分光手段であることを特徴とする。
【００３２】
請求項８の発明は、請求項３乃至７いずれかに記載の可変分散補償器であって、前記第１の分光手段は、基板上に形成した、少なくとも１つの入出力導波路と、前記入出力導波路に接続するスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続し隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路とを有し、前記アレイ導波路の導波光を前記基板の端面から空間に結合するよう構成されることと、前記第２の分光手段は、隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路を有し、前記アレイ導波路の導波光は前記等位相面とは反対側の基板端面から空間に結合するよう構成されることを特徴とする。
【００３３】
請求項９の発明は、請求項８に記載の可変分散補償器であって、前記第２の分光手段の前記アレイ導波路と前記ミラーとの間に、波面傾斜要素をさらに備え、前記第１の分光手段の前記スラブ導波路の異なる接合点において、２つの入出力導波路と光結合されることを特徴とする。
【００３４】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９いずれかに記載の可変分散補償器であって、前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の少なくとも１つは、集光性の信号光を出射し、前記少なくとも１つの集光手段の集光機能を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように、本発明によれば、透過帯域を平坦化した広帯域な透過率特性を持ち、さらに、大きな位相差を設定することでより高い分散補償値を与えられる可変分散補償器を実現できる。柔軟な位相設定が可能な空間位相変調器を利用可能として、柔軟性の高い可変分散補償性能を実現し、ＡＷＧの製造誤差の条件も緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の可変分散補償器は、ＰＬＣおよび空間光学系を組み合わせ、構成要素を線対称に配置することにより、動作帯域の周辺帯域における光結合損失を大幅に低減する。反射型の空間位相変調器を利用できる構成にも特徴がある。ＬＣＯＳなどの反射型の空間位相変調器を利用することができるため、大きな分散補償値を設定することが可能となり、より柔軟な分散補償パターンを実現することができる。
【００３７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本発明の可変分散補償器は、ＰＬＣ構成のアレイ導波路型回路および空間位相変調器を含む空間光学系を組み合わせた構成を持つ。空間光学系を介して、２つのアレイ導波路回路が対向して配置され、それぞれの中心波長光軸を容易に一致させる事ができる。
【００３８】
より詳細には、ＰＬＣによる導波路型の回路として、第１のＡＷＧ１０ａは、入力導波路１、スラブ導波路２およびアレイ導波路３ａを有する。後述する空間光学系を介して、第１のＡＷＧ１０ａに対向する第２のＡＷＧ１０ｂがさらに配置される。第２のＡＷＧ１０ｂは、アレイ導波路３ｂおよびミラー８を有する。ミラー８は、アレイ導波路３ｂの分光作用により形成される、波長に依存しない等位相面上に形成される。ミラー８は、ミラー形成面を対称軸として、本可変分散補償器内に光学的に線対称に配置された２つの可変分散補償器を構成するよう動作する。すなわち、第１のＡＷＧ１０ａからミラー８へ至る往路の光路で構成される第１の可変分散補償器と、ミラー８から第１のＡＷＧ１０ｂへ至る復路の光路で構成される第２の可変分散補償器とが、光学的に線対称に配置された系を形成している点に留意されたい。また、ミラー８において光路を折り返さずに、線対称な復路の光路を延長線上に展開して、第１の分散補償器と第２の分散補償器を別々に用意して接続した構成としても、図１と等価な機能の可変分散補償器を構成できることも明らかである。
【００３９】
光信号が伝播するｚ軸方向に沿って、空間光学系が構成される。すなわち、第１のＡＷＧ１０ｂの端面から出射する光信号は、まずシリンドリカルレンズ１１ａによって、ＡＷＧ基板の厚さ方向にコリメートされる。シリンドリカルレンズ１１ａを透過した光信号は、第１の集光レンズ１２ａにより集光される。集光された光信号は、透過型の空間位相変調器１７を透過して、所定の位相差が付与される。位相差を付与された光信号は、さらに第２の集光レンズ１２ｂおよびシリンドリカルレンズ１１ｂを経て、第２のＡＷＧ１０ｂへ入射する。
【００４０】
ＡＷＧ１０ａとＡＷＧ１０ｂとの光結合を取るために、空間位相変調器１７上における各波長の光信号の集光位置を、それぞれのＡＷＧを含む左右の光学系で一致させる必要がある。すなわち、ＡＷＧ１０ａおよび集光レンズ１２ａによって決まる線分散の値および分散軸における波長依存の方向は、ＡＷＧ１０ｂおよび集光レンズ１２ｂによって決まる線分散の値および分散軸における波長依存の方向と、それぞれ等しい必要がある。
【００４１】
前述したように、ミラー８を用いずにミラー８の位置の延長線上に第２の可変分散補償器を形成した場合は、第２の分散補償器内に含まれるＡＷＧと集光レンズとで決まる２組の線分散値と方向は一致する必要がある。ここで、第１の分散補償器および第２の分散補償器の間で、線分散値が一致している必要はない。しかしながらこの場合でも、後述するように透過帯域を平坦化する必要性から、第１の分散補償器と第２の分散補償器とは、同じ線分散方向となる必要がある。すなわち、第１の分散補償器の空間位相変調器を基点として、第２の分散補償器の空間位相変調器までを１つの分光器と見なした場合の線分散値が、第１の分散補償器の線分散値と第２の分散補償器の線分散値との和となる様に、２つの分散補償器を前述の等位相面で接続する必要がある。この条件は、少なくとも第１の分散補償器および第２の分散補償器が、接続した等位相面に対して対称構造であれば満たす事が出来る。しかし、線分散の方向に注意を払えば、完全に対称な構造でなくとも透過帯域の平坦性も満足することができる。
【００４２】
可変分散補償器としての機能は、空間位相変調器１７によって、光信号に波長に応じた位相差を与えることで実現される。具体的には、光信号が空間位相変調器１７を透過することによって、ｘ軸に対して２次関数のプロファイルを持つ位相差を光信号に付与する。
【００４３】
可変分散補償器の対象とする透過帯域の中心波長λ0を持つ光信号は、実線の光路５０に示されるように、第１のＡＷＧ１０ａの端面から垂直に出射し、空間位相変調器１７の中央部を透過して位相差を付与され、第２のＡＷＧ１０ｂへ垂直に入射する。一方、対象とする波長帯域の中心波長λ0から離れた帯域端部の周辺波長を持つ光信号について見ると、破線で示した光路５１をたどる。
【００４４】
２次関数プロファイルを持つ位相差を発生させることは、空間位相変調器１７がレンズとして作用することを意味する。したがって、周辺波長を持つ光信号は、光路５１のように曲がる。第２の集光レンズ１２ｂにより再び集光されて、第２のＡＷＧ１０ｂへの入射位置はわずかに光路５０とずれている。しかし、入射角度は維持されるので、往路の光路と復路の光路とは一致する。
【００４５】
第２のＡＷＧ１０ｂにおいて、アレイ導波路１２ｂの等位相面上にミラー８が形成されている。ミラー８において、光信号は反射して、上述した往路と同じ光路５０または光路５１を復路としｚ軸逆方向に伝播し、第１のＡＷＧ１０ａへ戻る。可変分散補償器全体では、ミラー８を挟んだ往路と復路とにおいて、空間位相変調器１７により位相差を２回付与される。光信号は、第１のＡＷＧ１０ａの出射端面上の同一位置へ同じ出射角度を維持したまま戻り、入出力導波路１へ垂直に光信号が入出力する。光信号の波長に関係なく、往路および復路いずれにおいても、光軸ずれは生じない。周辺波長帯域の透過率低下が大幅に抑制され、透過帯域は平坦化されて広帯域化を実現できるのは、従来技術と同様である。
【００４６】
本実施形態によれば、液晶、非線型結晶、可変焦点レンズなど、大きな位相差を与えることが可能で位相変調特性に優れる空間位相変調器を利用することができる。
【００４７】
本実施形態の可変分散補償器では、２つのアレイ導波路の中心波長に誤差があっても、２つのアレイ導波路チップの相対位置、もしくは、集光レンズと位相変調素子との距離を微調整する事で結合を回復することができる。
【００４８】
本実施例では、アレイ導波路型分光手段を用いたが、バルクグレーティング素子などの他の角度分散素子を分光手段として用いても、本実施例と同様の効果が得られる。
【００４９】
さらに、本実施例では、アレイ導波路型分光手段を用いたため、バルクグレーティング素子を用いた時に必要な、入力光を適度なビーム系に整形する光学系が不要となり、小型化と低コスト化が可能となる。
【００５０】
本実施形態の可変分散補償器では、空間位相変調器１７は、光信号を透過させて位相差を付与する透過型であるが、光信号を反射する反射型を利用することにより、さらに回路構成を簡略化できる。
【００５１】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態においては、反射型の空間位相変調器１７を利用することによって、２つのアレイ導波路３ａ、３ｂを、ＡＷＧ１０の同一の基板上に形成している点で、図１に示した構成と相違する。以下、図１に示した構成との相違点に注目して説明する。
【００５２】
反射型の空間位相変調器１７を利用することにより、図１における２つの集光レンズ１２ａ、１２ｂおよび２つのシリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂの機能を、それぞれ１つの集光レンズ１２および１つのシリンドリカルレンズ１１によって兼ねることができる。入出力導波路１、スラブ導波路２、第１のアレイ導波路３ａ、第２のアレイ導波路３ｂおよびミラー８は、１つのＡＷＧ基板１０上に一体として形成される。２つのアレイ導波路３ａ、３ｂを、同一平面上にあるが、それぞれ別個の基板に形成することができるのは言うまでもない。
【００５３】
可変分散補償器の対象とする透過帯域の中心波長λ0を持つ光信号は、光路５０ａ、５０ｂに示されるように、ＡＷＧ１０の第１のアレイ導波路３ａの端面から垂直にｚ軸方向へ出射し、空間位相変調器１７の中央部で位相差を付与された後に反射される。ここで、ｚ軸方向を進む往路５０ａにおいて、光信号は集光レンズ１２の中央から外れた部分を透過して、わずかな傾斜角度を持って空間位相変調器１７へ入射する。空間位相変調器１７で反射された後、ｚ軸の逆方向を進む往路５０ｂにおいて、光信号は集光レンズ１２の異なる位置を透過して、アレイ導波路３ｂに向かって伝播する。光信号は、アレイ導波路３ｂを経て等位相面上に形成されたミラー８で反射されて、引き続き、復路として上述した光路５０ｂ、５０ａと同一の光路を逆方向にアレイ導波路３ａへ向かって伝播する。
【００５４】
周辺波長を持つ光信号は、空間位相変調器１７の異なる位置において２次関数プロファイルを持つ位相差を与えられ、第３の実施形態同様に、空間位相変調器１７がレンズとして作用していることを意味する。周辺波長を持つ光信号は、光路５１ａ、５１ｂをたどり、第２のＡＷＧ１０ｂへのはわずかに光路５０ｂとずれた位置で入射する。しかし、入射角度は維持されるので、往路の光路５１ｂと復路の光路５１ｂとは一致する。
【００５５】
ＬＣＯＳや光アドレス方式の液晶セルなどの反射型の空間位相変調器は、ピクセル数が多く高い空間分解能で位相設定が可能である特徴を持つ。本実施形態では、空間位相変調器１７が反射型であるため、高い波長分解能で位相設定が出来る。多数のピクセルで1つの波長チャネルを制御するので、フレネルレンズ状の位相差パターンを与えることで、制約なく大きな分散を与えられる。また、２次関数形状の位相のみならずさらに高次の位相形状を発生させて、高次の分散補償を行うことが出来る。
【００５６】
さらに、空間光学系は第１の実施形態の半分の光路長さで構成できる。さらに、スラブ導波路２、アレイ導波路３ａ、３ｂおよびミラー８を、同一の基板上に形成し、単一のＰＬＣで構成することができる。別個の２つのＰＬＣを必要とする第１の実施形態と比べて、全体の回路構成をさらに簡略化し、低コスト化することができる。
【００５７】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る空間光学系を含む他の可変分散補償器を示す構成図である。図２に示した第２の実施形態の変形である。第２の実施形態においては、２つのアレイ導波路３ａ、３ｂを同一平面上に構成していたが、本実施形態では、異なるＡＷＧ基板上にそれぞれ形成し、２つの基板を重ねて構成するスタック配置構成である点で、相違している。図３においては、ｘ−ｚ面を見た２つのＡＷＧ１０ａ、１０ｂをそれぞれ含む２つの上段上面図（ａ）および下段上面図（ｂ）と、ｙ−ｚ面を見た側面図（ｃ）とを示している。スタック上段の第１のＡＷＧ１０ａには、入出力導波路１、スラブ導波路２ａおよびアレイ導波路３ａが形成されている。スタック下段の第２のＡＷＧ１０ｂには、アレイ導波路３ｂとミラー８が形成されている。第１のＡＷＧ１０ａの出射端面近傍に配置されたシリンドリカルレンズ１１ａおよび第２のＡＷＧ１０ｂの出射端面近傍に配置されたシリンドリカルレンズ１１ｂ、ならびに集光レンズ１２によって、ｙ軸方向に光学系を分離している。したがって、空間位相変調器１７の前後で、ｙ軸方向に、光路を、光路５０ａ、５１ａと光路５０ｂ、５１ｂとに分離している。
【００５８】
可変分散補償器の対象とする透過帯域の中心波長λ0を持つ光信号の光路５０ａ、５０ｂと、周辺波長を持つ光信号の光路５１ａ、５１ｂとは、ｙ軸方向に分離されている点を除いて、第２の実施形態と同様に動作する。第２の実施形態同様に、空間光学系の長さを短くして、可変分散補償器全体の小型化を実現することができる。第２および第３の実施形態いずれも、空間位相変調器として位相分解能に優れるＬＣＯＳ空間位相変調器、ＭＥＭＳ型位相変調器を利用できる。ＬＣＯＳなどのピクセル数が多く分解能が高い位相変調器を利用することによって、単チャンネルの波長分散補償動作をＦＳＲ毎に繰り返して波長分散を設定するだけでなく、多チャンネルに対して独立して波長分散を設定することが可能となる。このように、分散補償特性を多様に柔軟に設定が可能なことは、導波路型の位相変調器しか利用できなかった従来技術の可変分散補償器では得られない、優れた特徴である。
【００５９】
また、第２および第３の実施形態の可変分散補償器では、２つのアレイ導波路の中心波長に誤差があっても、集光レンズと空間位相変調器との距離を微調整することによって、結合を回復することができる。
【００６０】
上述した各実施形態のいずれの構成も、第１の実施形態に示したように、実効的に線対称に２つの可変分散補償器を形成するように構成要素を配置する構成によって、動作波長に関係なく光軸ずれが生じない光路を形成している点で共通する。いずれの各実施形態でも、線対称な構成を形成するように、全光路の中間点にある対称軸上にミラーを配置し、回路の小型および簡略化を実現した。上述の実施形態では、高機能な空間位相変調器を利用しているが、さらに簡易な構成で可変分散補償器を実現することもできる。
【００６１】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態は、第２の実施形態における空間位相変調器をミラー８ａに置き換え、さらにＡＷＧ１０をｚ軸上で平行移動させることにより、ＡＷＧ１０と集光レンズ１２との距離を変化させる点で相違する。
【００６２】
ＡＷＧ１０の出射端面から集光レンズ１２までの距離が、集光レンズ１２の焦点距離と異なる場合、ミラー８ａの位置において波長軸方向ｘ軸に２次の位相差を付与できることが知られている。したがって、ＡＷＧ１０およびシリンドリカルレンズ１１を一体として、ｚ軸上を移動させることにより、空間位相変調器を利用することなくミラー８ａ面上において２次の位相差を付与することができる。
【００６３】
上述の平行移動機構を持つ可変分散補償器においても、ＡＷＧ１０上に形成した第２のアレイ導波路３ｂの等位相面上に形成されたミラー８ｂによって、等価的に線対称に配置された２つの可変分散補償器を構成できる。第２の実施形態と比較すれば、空間位相変調器をミラー８ａに置き換えた構成であり、周辺波長帯域の透過率低下を大幅に抑えて、透過帯域は平坦化されて広帯域化を実現できるのは、他の実施形態と同様である。
【００６４】
図５は、本発明の第５の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態は、第５の実施形態における空間位相変調器をミラー８ａに置き換え、さらにＡＷＧ１０ａ、１０ｂをｚ軸上で平行移動させることにより、ＡＷＧ１０ａ、１０ｂと集光レンズ１２との距離を変化させる点で相違する。
【００６５】
第４の実施形態と同様に、ＡＷＧ１０ａ、１０ｂおよびシリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂを一体として、ｚ軸上を移動させることにより、空間位相変調器を利用することなくミラー８ａ面上において２次の位相差を付与することができる。第４の実施形態と同様に、周辺波長帯域の透過率低下を大幅に抑え、透過帯域を平坦化して広帯域化を実現できる。
【００６６】
第４の実施形態および第５の実施形態のいずれも、ピクセルを持つ位相変調器に伴うピクセルギャップに起因する特性悪化の問題を回避することができる。例えば、透過率特性、群遅延特性に生じるリップルの問題などが生じない点でメリットを持つ。高度な位相設定能力を持つものの複雑な駆動回路を必要とし、相対的に高価な空間位相変調器を使用しない点で特徴がある。
【００６７】
これまで述べた各実施形態は、いずれも入力導波路と出力導波路を１つの導波路で兼ねている構成であるため、可変分散補償器へ光信号を入出力するために外部にサーキュレータを必要とする。そこで、対向する２つのアレイ導波路の光路長差ΔＬをわずかに異なるものとすることによって、集光点を分離することで、スラブ導波路の境界面における光信号の入力位置と出力位置を分けることができる。
【００６８】
図６は、本発明の第６の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態は、図２に示した第２の実施形態において一方のアレイ導波路３ａの構成と、他方のアレイ導波路３ｂの構成とを異なるものとし、入力導波路１および出力導波路４を別個に設けた点で相違している。第１のアレイ導波路３ａは、隣り合う導波路間で光路長差ΔＬ＝Ａを持つ。一方、第２のアレイ導波路３ｂは、光路長差ΔＬ＝Ａ＋αを持つ。第２のアレイ導波路３ｂは、第１のアレイ導波路３ａと同じ角度分散をもつΔＬ＝Ａの部分と、光路をミラー８において折り返す際に波面を傾斜させるΔＬ＝αの部分を結合したものと見なせる。この波面傾斜要素を往復することによって、２α/（アレイ導波路ピッチ）だけ波面が傾く。この波面の傾きに対応して、第２のアレイ導波路３ｂから第１のアレイ導波路３ａへ戻る光信号は、スラブ導波路２の境界において入力導波路１とは異なる位置に集光する。すなわち、中心波長λ0を持つ光信号について考えると、入力導波路１から光路５０を経てミラー８に達する光信号は、破線で示した光路５２を経て出力導波路４から出力される。
【００６９】
ここで、往路の光路５０と復路の光路５２では、空間位相変調器７の異なる位置で位相差を付与される。しかしながら、波長分散値としては空間位相変調器で与えられる位相プロファイルの２次の係数が作用するので、位置の差異はほとんど影響を与えない。上述の本実施形態の構成により、ＡＷＧ１０の異なる導波路から入力光信号と出力光信号を入出力できる。さらに、位相変調器７がピクセル構造を持つ場合は、往路の集光位置と復路の集光位置とを、ピクセルの繰り返し周期の（Ｎ＋０．５）倍（Ｎは０を含む整数）の距離ずらすことによって、ピクセル間のギャップにより生じる位相付与量の誤差が往路と復路で加算されるのを防ぐことができる。可変分散補償器の外部にサーキュレータ等を必要としない。本実施形態は、入力導波路と出力導波路とを兼ねたこれまで述べたすべての他の実施形態にも適用可能である。
【００７０】
上述の実施形態は、いずれも、バルクの集光レンズを利用して空間位相変調器において焦点を結ぶように動作するが、ＡＷＧからの出射光の波面を制御することによって、集光レンズを省略することもできる。
【００７１】
図７の（ａ）は、本発明の第７の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態は、図１に示した構成において２つの集光レンズ１２ａ、１２ｂが存在せず、さらにアレイ導波路３ａ、３ｂの構成が異なる点で第１の実施形態と相違する。第１の実施形態では、アレイ導波路３ａ、３ｂは、各ＡＷＧ１０ａ、１０ｂの出射端面において平面波を出射するように各導波路長などが設計されている。一方、本実施形態におけるアレイ導波路３３ａ、３３ｂは、空間位相変調器７の位置において焦点を結ぶように、ＡＷＧ１０ａ、１０ｂの出射端から円弧波面を出射するように各導波路長などが設計されている。
【００７２】
光信号は、中心波長λ0を持つ光信号の光路５０および破線で示した周辺波長を持つ光信号の光路５１に示すように、直進して、円弧波面を持った状態で第２のＡＷＧ１０ｂに入射する。アレイ導波路３３ｂは、円弧波面を生成するように設計されており、ミラー８の反射面において、実効的に線対称な関係を維持して光信号を反射する。
【００７３】
本実施形態を適用することにより、集光レンズを省略することができる。ＡＷＧにより集光作用を持たせることによって、より収差が少なく低損失な光学系を形成することができる。本実施形態は、上述のアレイ導波路型の構成部と空間光学系とを備えるすべての構成に適用できる。
【００７４】
上述の各実施形態において、第２のアレイ導波路の等位相面上に形成したミラー８は、ＡＷＧ基板の面内に形成することもできるが、図７の（ｂ）に示したように、ＡＷＧ基板の端面を利用して形成することもできる。すなわち、空間光学系からのＡＷＧ１０へ光信号の出射端面とは異なるチップ側面に研磨面を形成して金属膜コートをすることで、ミラー１８をより簡単に形成できる。アレイ導波路３は、各導波路間で所定の光路長差ΔＬをを維持すれば良いので、アレイ導波路の配置を調整することで容易にチップ端面に垂直に光信号を終端することが可能である。以下に、より具体的な可変分散補償器の実施例を示す。
【００７５】
図８は、本発明の第８の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態は、スタック配置の第３の実施形態の構成を基にして、さらに偏波依存性を解消するために偏波ダイバーシティ構成を加えたものである。本実施形態と従来技術による可変分散所要器との補償特性の比較結果についても説明する。
【００７６】
図８には、ｘ−ｚ面を見た２つのＡＷＧ１０ａ、１０ｂをそれぞれ含む２つの上段上面図（ａ）および下段上面図（ｂ）と、ｙ−ｚ面を見た側面図（ｃ）とを示している。（ａ）に示したように、第１のＡＷＧ１０ａには、サーキュレータ３８を介して、入力および出力を光ネットワークアナライザ３５に接続して、可変分散補償器の透過特性等を測定する。
【００７７】
第３の実施形態との差異について直目して相違点のみを説明する。２つのＡＷＧ１０ａ、１０ｂの出射端面近傍には、偏光分離結晶３６が配置され、光信号をＴＥモード成分とＴＭモード成分とに分離または結合する。分離した光信号のうち光路６１ａ、６１ｂを進むＴＥモード成分の光信号は、λ／２板などの偏波回転素子３７ａ、３７ｂによって偏波モードを変換される。上段の偏波回転素子３７ａから下段の偏波回転素子３７ｂまでの光路では、光路６０ａ、６０ｂを進む分離されたＴＥモード光信号と、光路６１ａ、６１ｂを進むＴＭモードからＴＥモードへ変換された光信号のみとなるため、ＴＥモードのみが存在することとなる。光信号は、偏波分離結晶３６により２つの偏光成分を結合した後、λ／４板３８透過し、さらに下段のＡＷＧ１０ｂ内のミラー８で反射される。λ／４板３８を２回通るので、偏波回転を受ける。したがって、可変分散補償器の全体光路の中間点でも、ＴＥ−ＴＭ変換することで偏波ダイバーシティが実現される。
【００７８】
比較のために、従来技術の構成による可変分散補償器を、図８の上段のＡＷＧ系のみを用いて、空間位相変調器７からの反射光を上段のＡＷＧ１０ａへ折り返す構成によって実現した。すなわち、光信号が空間位相変調器７から直接ＡＷＧ１０ａへ戻るようにｙ軸方向に対して光軸を調整した。上述の従来技術の構成は、図１１に示した導波路型の構成を、空間光学系を含む反射型の構成によって実現したものである。全光路において１回だけ空間位相変調器７を透過する構成であるため、透過帯域の周辺波長を持つ光信号に対しては、光路中において従来技術で説明したのと同様の光軸ずれが生じる。
【００７９】
図９は、第８の実施形態の可変分散補償器の各要素の具体的な構成パラメータ示す図である。空間位相変調器７としてＬＣＯＳを使用し、分光軸のｘ軸方向に対して２次関数に相当するプロファイルを持つ位相差を与えた。ＬＣＯＳの両端位置付近のピクセルにおいて、中心波長をλ0として、約６λ0相当の位相差を与えた。
【００８０】
図１０は、第８の実施形態の可変分散補償器の透過率スペクトラムおよび群遅延特性を従来技術と比較してグラフを示した図である。（ａ）に示した透過率スペクトラムに注目すれば、本発明の構成による透過率は、従来技術と比較して著しく帯域特性が平坦化されていることがわかる。透過率が中心波長より１ｄＢ低下する帯域幅を示す１ｄＢ帯域幅は、従来型が１８ＧＨｚであるのに対し、本発明で９０ＧＨである。（ｂ）に示した対応する群遅延特性に基づいて波長分散値を求めると、従来技術によれば−６３０ｐｓ／ｎｍであり、本発明によれば−１２６０ｐｓ／ｎｍであった。
【００８１】
本発明の構成において、さらにＬＣＯＳに最大１５λ0相当の位相差を与えるように駆動することによって、±３０００ｐｓ／ｎｍの任意の波長分散値を設定できた。従来技術のように、ＦＳＲが１００ＧＨｚのアレイ導波路および熱光学位相変調器を用いた導波路型位相変調器を利用した場合は、高々±１００ｐｓ／ｎｍ程度の分散補償値しか得られないのと比較して、大きな分散補償値の設定が可能である。
【００８２】
以上、詳細に述べたように、本発明の可変分散補償器によれば、本透過帯域を平坦化した広帯域な透過率特性を持ち、さらに、大きな位相差を設定することでより高い分散補償値を与えられる可変分散補償器を実現できる。柔軟な位相設定が可能な空間位相変調器を利用可能として、柔軟性の高い可変分散補償性能を実現し、ＡＷＧの製造誤差の条件も緩和することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、光通信に適用できる。特に、波長選択スイッチを用いるようなリング・メッシュ型構成のネットワークでの利用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図８】本発明の第８の実施形態の空間位相変調器を使用した可変分散補償器の構成図である。
【図９】第８の実施形態の可変分散補償器の構成パラメータを示す図である。
【図１０】第８の実施形態の可変分散補償器の分散補償特性のグラフ示す図である。
【図１１】ＰＬＣを利用した可変分散補償器の一例を示す構成図である。
【図１２】可変分散補償器における透過特性の制限を説明する図である。
【図１３】点対象構造を持つＰＬＣ型の分散補償器の構成を示す図である。
【図１４】線対称構造を持つＰＬＣ型の分散補償器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１、１０１ 入力導波路
２、２ａ、２ｂ、１０２ａ−１０２ｆ スラブ導波路
３、３ａ、３ｂ、３３ａ、３３ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ アレイ導波路
４、１０４ 出力導波路
７、１７ 空間位相変調器
８、８ａ、８ｂ、１８ ミラー
１０、１０ａ、１０ｂ ＡＷＧ
１１ａ、１１ｂ シリンドリカルレンズ
１２、１２ａ、１２ｂ 集光レンズ
３６ 偏波分離結晶
３７ａ、３７ｂ λ／２板
３８ λ／４板
３９ サーキュレータ
５０、５０ａ、５０ｂ、５２ 中心波長を持つ光信号の光路
５１、５１ａ、５１ｂ 周辺波長を持つ光信号の光路
１１１ａ、１１１ｂ、１３１ａ、１３１ｂ 可変分散補償器
１０７、１０７ａ、１０７ｂ 導波路型位相変調器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信等において利用される分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の急速な発展を見せる大容量の光通信ネットワークシステムは、従来主流であったポイントツーポイント型のシステムからリング・メッシュ型の構成のシステムへ移りつつある。リング・メッシュ型構成のシステムは、光信号を光の状態のままで処理するトランスペアレントな波長選択スイッチ等を用いることにより、ノード間の通信需要の変化に柔軟に対応ができるためである。具体的には、波長パスの動的切り替えによって、新規のパスの開通ならびに廃止に伴う現地作業量を大幅に減らすことができる利点を持つ。しかしながら、リング・メッシュ型のネットワークにおいては、波長パスの切り替えに伴って、パスの長さも変化してしまうため、そのパスの波長分散値も動的に変化してしまう。
【０００３】
従来の分散補償器は、分散補償ファイバや分散補償量が固定されたタイプのものであり、上述のようなリング・メッシュ型構成のネットワークで波長パスの距離が異なる場合に、ＷＤＭ波長ごとに異なる分散値を設定することはできなかった。このため、光通信における波長パスの分散補償にも適応性が求められている。
【０００４】
一方、信号処理装置の小型化・集積化の点から、導波路型光回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の開発研究が進められている。ＰＬＣでは、例えばシリコン基板上に石英系ガラスを材料としたコアを形成して１つのチップに多様な機能を集積し、低損失で信頼性の高い光機能デバイスが実現されている。さらには、複数のＰＬＣチップと他の光機能部品を組み合わせた複合的な光信号処理部品（装置）も登場している。
【０００５】
例えば、特許文献１には、アレイ導波路格子（以下、ＡＷＧという）などを含む導波路型光回路（ＰＬＣ）と液晶素子などの空間変調素子を組み合わせた、光信号処理装置が開示されている。より具体的には、液晶素子を中心として対称に配置されたＰＬＣ、コリメートレンズからなる波長ブロッカをはじめ、波長イコライザ、分散補償器などの検討が進められている。これらの光信号処理装置では、異なる波長を持つ複数の光信号に対して、波長毎に独立して光信号処理を行う。
【０００６】
図１１は、ＰＬＣを利用した可変分散補償器の一例を示す構成図である。分散補償を適用する入力光信号１００は、可変分散補償器２００により所定の分散値を与えられ、出力光信号１０６が得られる。入力光信号１００が入力される入力導波路１０１は、まず第１のＡＷＧへ接続され入力光信号が分波される。第１のＡＷＧは、第１のスラブ導波路１０２ａ、第１のアレイ導波路１０３ａおよび第２のスラブ導波路１０２ｂにより構成される。分波された光信号は、位相変調器１０７へ入力される。位相変調器１０７において、波長毎に所定の位相差が与えられた後に、第２のＡＷＧへ入力されて合波される。第２のＡＷＧは、第３のスラブ導波路１０２ｃ、第２のアレイ導波路１０３ｂおよび第４のスラブ導波路１０２ｄにより構成される。第４のスラブ導波路１０２ｄは、出力導波路１０４に接続されている。
【０００７】
導波路型の位相変調器１０７において、波長に対して２次関数によって表される位相差φを光信号に与える。すなわち、２次関数の係数に対応する分散補償値が光信号に与えられる。図１１には位相変調器１０７は示されていないが、例えば温度可変ヒータを含み、温度制御を行なうことにより、位相変調器１０７内の導波路屈折率を変化させることができる。この温度制御によって、波長パスに応じて付与する位相差を変化させて、可変分散補償を実現することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２５０８２８号公報（第１６頁、１９頁、第２０図、第２７図、第２９Ｄ図など）
【特許文献２】米国特許第７，２０３，４００号 明細書
【特許文献３】米国特許第７，１０６，９２３号 明細書
【非特許文献１】C. R. Doerr, et al. “Four-Stage Mach-Zehnder-Type Tunable Optical Dispersion Compensator With Single-Knob Control,” IEEE Photonics Technol. Lett., Vol. 17, No. 12, 2005, pp. 2637-2639
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図１１に示したＰＬＣを利用した可変分散補償器においては、透過帯域幅が制限されて、広帯域の光信号処理に制限を与える問題があり、十分な性能を持つものではなかった。図１１において、可変分散補償器２００内を伝播する光信号の光路に着目する。対象とする波長帯域の中心周波数λ0を持つ光信号は、光路５０により示されるように、第１のＡＷＧにおいて第１のアレイ導波路１０３ａからほぼ出射角度０°で出射し、位相変調器１０７の中央付近を通過して所定の位相差を付与される。その後、第２のＡＷＧにおいても、第１のＡＷＧと同様な光路を辿って、第４のスラブ導波路１０２ｄの端面Ａにおいて、垂直に出力導波路１０４へ入射する。
【００１０】
しかしながら、対象とする波長帯域の中心波長λ0から離れた帯域端部の周辺波長を持つ光信号は、破線で示した光路５１のように、出力導波１０４に対して斜めに入射するために原理的に光結合損失を生じる。周辺波長を持つ光信号は、第１のアレイ導波路１０３ａからある出射角度を持って分波され、位相変調器１０７の中央部を外れた位置を通過して所定の位相差を付与される。その後、第２のアレイ導波路１０３ｂに入射した光信号は、第４のスラブ導波路１０２ｄの端面Ａにおいては、出力導波路１０４に対して垂直ではなく、ある角度θを持って入射する。中心波長λ0から離れるほどこのθは大きくなるため、端面Ａにおいて発生する光結合損失も増加する。したがって、可変分散補償器の透過特性に着目すると、中心波長λ0から離れるほど光透過率は低下する。
【００１１】
図１２は、可変分散補償器における光結合損失による透過特性の帯域制限を説明する図である。上述した周辺波長帯域における光結合損失によって、可変分散補償器の透過率は、図１２の実線で示したように透過帯域の両端で低下する。可変分散補償器を一定の性能で動作させるためには、一定値以上の透過率を持つ波長範囲にその動作範囲は限られる。したがって、透過率の低下は、可変分散補償器の使用可能な帯域幅を制限することになる。高速の光信号処理を要する広帯域の光信号に対して分散補償を行なうためには、分散補償器の広帯域化が必須であり、上述の出力導波路の接続面における光結合損失に起因する過剰損失を解消する必要がある。尚、上記の光結合損失は、説明の便宜のために出力導波路１０４に対する光信号の入射角度θの問題として説明した。しかし、出射導波路１０４側を基点として、出射導波路１０４から光路を辿る場合には、入射導波路１０１と第１のスラブ導波路の境界面においても同様の問題が生じる。上述の可変分散補償器の透過帯域の制限の問題を解決する方法として、２つのＰＬＣ型の可変分散補償回路を点対称に配置して接続した可変分散補償器が提案されている（非特許文献２）。
【００１２】
図１３は、従来技術における点対称な構造を持つＰＬＣ型の可変分散補償器の構成を示す図である。本可変分散補償器２０１は、図１１に示した構成の可変分散補償器を２つ従属に接続した構成を持つ。すなわち、第１の可変分散補償器１１１ａと第２の可変分散補償器１１１ｂが、接続面１１２の中央点に対して全体で点対称の構成となるように配置されている。各可変分散補償器の構成は、図１１で説明した分散補償器と同一であるので、詳細な説明は省略するが、各可変分散補償器がそれぞれ位相変調器１０７ａ、１０７ｂを持つことに注意されたい。すなわち、可変分散補償器２０１においては、光信号は位相変調器を２回通過するので、図１１に示した構成と比較すれば２倍の分散補償値が与えられる。
【００１３】
図１３に示した構成においては、第２の可変分散補償器１１１ｂのスラブ導波路１０２ｈと出力導波路１０４とが接続される端面Ａにおいて、常に光信号が出力導波路１０４へ垂直に入射する点に特徴があった。すなわち、可変分散補償器の対象とする中心波長λ0であるか否かに関わらず、光路５０で示されるように、どの波長の光信号も出力導波路１０４に対して垂直に光信号が入射するため、出力導波路１０４において光軸ずれが生じない。したがって、波長に関係なく光結合損失は生じない。これは、本可変分散補償器２０１の各要素が、スラブ導波路１０２ｄとスラブ導波路１０２ｅとの境界線１１２の中間点を中心として、点対称に配置構成されているためである。本構成によって、図１２の実線で示した周辺波長帯域の透過率低下が大幅に抑制され、透過帯域は平坦化されて広帯域化を実現できる。
【００１４】
しかしながら、図１３に示した構成の可変分散補償器は、２つの可変分散補償器を縦続接続した構成であるため、全体で４つのアレイ導波路１０３ａ〜１０３ｄと８つのスラブ導波路１０２ａ〜１０２ｈを含み、多数の要素から構成される。したがって、ＰＬＣを構成する基板上に大規模な回路を形成する必要がある。１つの分散補償器２０１を構成するためのチップ面積は大きくなり、コストが高い。さらに、回路構成の複雑さのため製造歩留まりの低下の可能性がある。また、全体回路の大きさに起因する光学損失も大きくなる。上記のチップ面積の大きさおよび回路構成の複雑さなどの問題を解消するものとして、次に説明する線対称構造を持つ可変分散補償器がある。
【００１５】
図１４は、他の従来技術に係る可変分散補償器を示す構成図である。本可変分散補償器は、入力導波路１０１および出力導波路１０４の間に、６つのスラブ導波路１０２ａ〜１０２ｆと、３つのアレイ導波路１０３ａ〜１０３ｃが接続された構成を持つ。アレイ導波路１０３ｂの各導波路中間点を含む横断線（Ｘ１−Ｘ２）を対称軸として、線対称な構造を持ち、この対称軸をはさんで２つの可変分散補償器１３１ａ、１３１ｂが構成されているところに特徴がある。本構成も、光信号は入力導波路１０１から出力導波路１０４へ一方向に伝播し、いわゆる透過型の構成を持つ。（特許文献３、非特許文献１を参照）
【００１６】
光信号が伝播する光路を入力導波路１０１側からたどって、その構成を詳述すれば、入力導波路１０１は、最初に第１のスラブ導波路１０２ａに接続される。光信号は、さらに、第１のアレイ導波路１０３ａにより分波されて、第２のスラブ導波路１０２ｂおよび第３のスラブ導波路１０２ｃを伝播する。第２のスラブ導波路１０２ｂおよび第３のスラブ導波路１０２ｃの中間には、導波路型の第１の位相変調器１０７ａがある。第３のスラブ導波路１０２ｃは、さらにアレイ導波路１０３ｂに接続される。ここで、第２のアレイ導波路１０３ｂの各導波路は、第１のアレイ導波路１０３ａと比べて、それぞれ２倍の隣接導波路間光路差を持ち、各導波路の中間点を含む線（Ｘ１−Ｘ２）に対して、線対称の構造を持っている。したがって、第２のアレイ導波路１０３ｂは、２つの第１のアレイ導波路１０３ａを鏡面対称に連結して配置したものと同一構成であることに留意されたい。
【００１７】
先にも述べたように、第１のスラブ導波路から第２のスラブ導波路の線対称軸（Ｘ１−Ｘ２）までの第１の部分によって、第１の可変分散補償器１３１ａが構成される。さらに、第２のスラブ導波路の対称軸（Ｘ１―Ｘ２）より他方の第２の部分から、第４のスラブ導波路１０２ｄ、第５のスラブ導波路１０２ｅ、第３のアレイ導波路１０３ｃおよび第６のスラブ導波路１０２ｆまでによって、第２の可変分散補償器１３１ｂが構成される。第４のスラブ導波路１０２ｄおよび第５のスラブ導波路１０２ｅの中間には、導波路型の第２の位相変調器１０７ｂを備える。
【００１８】
第１のスラブ導波路１０２ａおよび第６のスラブ導波路１０２ｆ、第２のスラブ導波路１０２ｂおよび第５のスラブ導波路１０２ｅならびに第３のスラブ導波路１０２ｃおよび第４のスラブ導波路１０３ｄは、それぞれ同一形状を持ち、（Ｘ１−Ｘ２）軸に対して線対称に配置されている。したがって、本可変分散補償器は、全体として、対称軸（Ｘ１−Ｘ２）に対し、線対称の構造を持つ。
【００１９】
図１３に示した最初の従来技術の可変分散補償器の構成も参照すれば、図１４に示した可変分散補償器においても、光信号の光路に光軸ずれは生じないことが容易に理解できるだろう。ここでは、簡単のため、線対称軸（Ｘ１−Ｘ２）における光路に着目する。可変分散補償器の対象とする波長帯域の中心波長λ0を持つ光信号は、光路５０をたどりながら、位相変調器１０７ａ、１０７ｂのそれぞれ中央を透過して所定の位相差を与えられる。一方、対象とする波長帯域の中心波長λ0から離れた帯域端部の周辺波長を持つ光信号について見ると、破線で示した光路５１をたどる。光路５１を伝播する光信号は、位相変調器１０７ａ、１０７ｂの中央から外れた位置を透過して所定の位相差を与えられるとともに、第２のアレイ導波路１０３ｂの周辺部を伝播する。ここで、第２のアレイ導波路１０３ｂの構造の対称性および可変分散補償器全体の構成の対称性から、入力側および出力側のいずれから光路５１を追跡しても、光路５１は対称軸上において滑らかに連続し、光軸ずれは生じないことが理解されるだろう。
【００２０】
図１３に示した従来技術の構成と比較すれば、図１４に示した従来技術の可変分散補償器の構成は、入力と出力とを回路全体の同じ側に揃え、概ね図１３に示した構成全体を折り返した構造となっている。したがって、回路の全長は短く、図１３の構成と比較してチップ面積を減らすことができる。また、回路構成要素の数がより少ないので、光損失を低減することができる。
【００２１】
図１３に示した構成要素の配置は、本質的に点対称の構成であるので、ミラーを使用した反射型の線対称の構成に適用することもできない。これは、図１３に示した構成が透過型の可変分散補償器だけにしか適用できず、一般に小型化および低コスト化の点で優れた反射型の可変分散補償器へは適用できないことを意味している。また、図１３に示した構成における位相変調器は、透過型で導波路型の構成のものに限定されていた。したがって、背景技術において述べたような液晶などを利用した空間位相変調素子を利用することができなかった。
【００２２】
図１４に示した従来技術の可変分散補償器は、線対称の構成によって回路の小型化を実現している。しかし、図１３に示した可変分散補償器と同様に、例えば、分散補償器全体で高分散値が付与可能であってしかも位相制御の柔軟性に優れた、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）などの空間位相変調器を使用することができない欠点を持っていた。導波路型の位相変調器は、与えられる位相差量が限定されており、分散補償器に大きな波長分散を与えられない。例えば、ＦＳＲが１００ＧＨｚのアレイ導波路および熱光学位相変調器を用いた導波路型位相変調器を利用した場合は、高々±１００ｐｓ／ｎｍ程度の分散補償値しか得られない。
【００２３】
また、従来技術の可変分散補償器では、２つのアレイ導波路の中心波長を正確に一致させないと結合損失を生じる。特に、大きな波長分散を得るためにＦＳＲの小さいアレイ導波路を用いると、必要とされる波長精度が非常に高くなる。例えば、１００ＧＨｚのＦＳＲの場合、０．０１ｎｍ程度の精度が要求される。これは、一般的なアレイ導波路の製造誤差より小さい精度値となり、特殊な製造プロセスが必要となる。
【００２４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、透過帯域を平坦とした広帯域な特性を持ち、さらにより大きな位相差によって高い分散補償値を与えられる可変分散補償器を実現することにある。柔軟な位相設定が可能な空間位相変調器を利用可能として、より柔軟性の高い可変分散補償性能を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、前記第１の分光手段から出射された光信号を集光させる第１の集光手段と、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第１の集光手段によって集光された光信号に所定の位相量を付与する第１の空間位相変調器と、前記第１の空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第２の集光手段と、前記第１の空間位相変調器の位置を中心として前記第１の分光手段に対向して配置され、前記第２の集光手段により平行化された光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、前記等位相面を介して前記第２の分光手段に連接され、前記等位相面を持つ光信号を波長に応じた角度で出射する第３分光手段と、前記第３の分光手段から出射された光信号を集光させる第３の集光手段と、前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第３の集光手段によって集光された光信号に所定の位相量を付与する第２の空間位相変調器と、前記第２の空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第４の集光手段と、前記第２の空間位相変調器の位置を中心として前記第３の分光手段に対向して配置された第４の分光手段とを備え、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい第１の線分散値を持ちかつ前記第１の位相変調器上における分散方向が等しく、前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により決定される線分散値と、前記第４の分光手段および前記第４の集光手段により決定される線分散値とが、等しい第２の線分散値を持ちかつ前記第２の位相変調器上における分散方向が等しく、ならびに、前記第２の集光手段、前記第２の分光手段、前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により決定される線分散値が、前記第１の線分散値および前記第２の線分散値の和となることを特徴とする分散補償器である。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の可変分散補償器であって、前記第１の分光手段および前記第４の分光手段は、基板上に形成された、少なくとも１つの入力導波路と、前記入力導波路に接続するスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続し隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路とを有し、前記アレイ導波路の導波光を前記基板の端面から空間に結合するよう構成されることと、前記第２の分光手段および前記第３の分光手段は、基板上に形成され、前記等位相面を介して各々が連接され、隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路をそれぞれ有し、前記各アレイ導波路の導波光は前記等位相面の反対の各端面から空間に結合するようそれぞれ構成されることとを特徴とする。
【００２７】
請求項３の発明は、入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、前記第１の分光手段から出射される光信号を集光させる第１の集光手段と、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第１の集光手段で集光された光信号に所定の位相量を付与する空間位相変調器と、前記空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第２の集光手段と、前記空間位相変調器の位置を中心として前記第１の分光手段に対向して配置され、前記第２の集光手段により平行化された光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、前記等位相面において光信号の光路を折り返すミラーとを備え、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい線分散値を持ちかつ前記空間位相変調器上における分散方向が等しいことを特徴とする分散補償器である。
【００２８】
請求項４の発明は、入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、前記第１の分光手段から出射された光信号を集光させる第１の集光手段と、前記第１の集光手段から出射された光信号を平行化する第２の集光手段と、前記第２の集光手段から出射される光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、前記等位相面において光信号の光路を折り返すミラーとを備え、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい線分散値を持ち、かつ、前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の間の光路中間点にある主光軸垂直面における分散方向が等しいことと、前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の間の光路中間点にある主光軸垂直面において、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸および前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により形成される線分散軸に対して、それぞれ等しい量の位相量を光信号に付与できるように、前記第１の分光手段と前記第１の集光手段との間の光学距離、および、前記第２の集光手段と前記第２の分光手段の間の光学距離とを対応させながら可変させる移動機構をさらに備えたことを特徴とする分散補償器である。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項３に記載の可変分散補償器であって、前記空間位相変調器は反射型であり、前記第１の集光手段および前記第２の集光手段を１つの集光手段により兼ねていることを特徴とする。
【００３０】
請求項６の発明は、請求項４に記載の可変分散補償器であって、前記第１の集光手段および前記第２の集光手段との間の光路中間点に光路変換ミラーをさらに備え、前記第１の集光手段および前記第２の集光手段を１つの集光手段により兼ねていることを特徴とする。
【００３１】
請求項７の発明は、請求項５または６に記載の可変分散補償器であって、前記第１の分光手段および前記第２の分光手段は、分光面を共通として同一基板上に形成されたアレイ導波路型分光手段、または、各分光面に垂直方向に並列にそれぞれスタック配置されたアレイ導波路型分光手段であることを特徴とする。
【００３２】
請求項８の発明は、請求項３乃至７いずれかに記載の可変分散補償器であって、前記第１の分光手段は、基板上に形成した、少なくとも１つの入出力導波路と、前記入出力導波路に接続するスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続し隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路とを有し、前記アレイ導波路の導波光を前記基板の端面から空間に結合するよう構成されることと、前記第２の分光手段は、隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路を有し、前記アレイ導波路の導波光は前記等位相面とは反対側の基板端面から空間に結合するよう構成されることを特徴とする。
【００３３】
請求項９の発明は、請求項８に記載の可変分散補償器であって、前記第２の分光手段の前記アレイ導波路と前記ミラーとの間に、波面傾斜要素をさらに備え、前記第１の分光手段の前記スラブ導波路の異なる接合点において、２つの入出力導波路と光結合されることを特徴とする。
【００３４】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９いずれかに記載の可変分散補償器であって、前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の少なくとも１つは、集光性の信号光を出射し、前記少なくとも１つの集光手段の集光機能を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように、本発明によれば、透過帯域を平坦化した広帯域な透過率特性を持ち、さらに、大きな位相差を設定することでより高い分散補償値を与えられる可変分散補償器を実現できる。柔軟な位相設定が可能な空間位相変調器を利用可能として、柔軟性の高い可変分散補償性能を実現し、ＡＷＧの製造誤差の条件も緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の可変分散補償器は、ＰＬＣおよび空間光学系を組み合わせ、構成要素を線対称に配置することにより、動作帯域の周辺帯域における光結合損失を大幅に低減する。反射型の空間位相変調器を利用できる構成にも特徴がある。ＬＣＯＳなどの反射型の空間位相変調器を利用することができるため、大きな分散補償値を設定することが可能となり、より柔軟な分散補償パターンを実現することができる。
【００３７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本発明の可変分散補償器は、ＰＬＣ構成のアレイ導波路型回路および空間位相変調器を含む空間光学系を組み合わせた構成を持つ。空間光学系を介して、２つのアレイ導波路回路が対向して配置され、それぞれの中心波長光軸を容易に一致させる事ができる。
【００３８】
より詳細には、ＰＬＣによる導波路型の回路として、第１のＡＷＧ１０ａは、入力導波路１、スラブ導波路２およびアレイ導波路３ａを有する。後述する空間光学系を介して、第１のＡＷＧ１０ａに対向する第２のＡＷＧ１０ｂがさらに配置される。第２のＡＷＧ１０ｂは、アレイ導波路３ｂおよびミラー８を有する。ミラー８は、アレイ導波路３ｂの分光作用により形成される、波長に依存しない等位相面上に形成される。ミラー８は、ミラー形成面を対称軸として、本可変分散補償器内に光学的に線対称に配置された２つの可変分散補償器を構成するよう動作する。すなわち、第１のＡＷＧ１０ａからミラー８へ至る往路の光路で構成される第１の可変分散補償器と、ミラー８から第１のＡＷＧ１０ｂへ至る復路の光路で構成される第２の可変分散補償器とが、光学的に線対称に配置された系を形成している点に留意されたい。また、ミラー８において光路を折り返さずに、線対称な復路の光路を延長線上に展開して、第１の分散補償器と第２の分散補償器を別々に用意して接続した構成としても、図１と等価な機能の可変分散補償器を構成できることも明らかである。
【００３９】
光信号が伝播するｚ軸方向に沿って、空間光学系が構成される。すなわち、第１のＡＷＧ１０ｂの端面から出射する光信号は、まずシリンドリカルレンズ１１ａによって、ＡＷＧ基板の厚さ方向にコリメートされる。シリンドリカルレンズ１１ａを透過した光信号は、第１の集光レンズ１２ａにより集光される。集光された光信号は、透過型の空間位相変調器１７を透過して、所定の位相差が付与される。位相差を付与された光信号は、さらに第２の集光レンズ１２ｂおよびシリンドリカルレンズ１１ｂを経て、第２のＡＷＧ１０ｂへ入射する。
【００４０】
ＡＷＧ１０ａとＡＷＧ１０ｂとの光結合を取るために、空間位相変調器１７上における各波長の光信号の集光位置を、それぞれのＡＷＧを含む左右の光学系で一致させる必要がある。すなわち、ＡＷＧ１０ａおよび集光レンズ１２ａによって決まる線分散の値および分散軸における波長依存の方向は、ＡＷＧ１０ｂおよび集光レンズ１２ｂによって決まる線分散の値および分散軸における波長依存の方向と、それぞれ等しい必要がある。
【００４１】
前述したように、ミラー８を用いずにミラー８の位置の延長線上に第２の可変分散補償器を形成した場合は、第２の分散補償器内に含まれるＡＷＧと集光レンズとで決まる２組の線分散値と方向は一致する必要がある。ここで、第１の分散補償器および第２の分散補償器の間で、線分散値が一致している必要はない。しかしながらこの場合でも、後述するように透過帯域を平坦化する必要性から、第１の分散補償器と第２の分散補償器とは、同じ線分散方向となる必要がある。すなわち、第１の分散補償器の空間位相変調器を基点として、第２の分散補償器の空間位相変調器までを１つの分光器と見なした場合の線分散値が、第１の分散補償器の線分散値と第２の分散補償器の線分散値との和となる様に、２つの分散補償器を前述の等位相面で接続する必要がある。この条件は、少なくとも第１の分散補償器および第２の分散補償器が、接続した等位相面に対して対称構造であれば満たす事が出来る。しかし、線分散の方向に注意を払えば、完全に対称な構造でなくとも透過帯域の平坦性も満足することができる。
【００４２】
可変分散補償器としての機能は、空間位相変調器１７によって、光信号に波長に応じた位相差を与えることで実現される。具体的には、光信号が空間位相変調器１７を透過することによって、ｘ軸に対して２次関数のプロファイルを持つ位相差を光信号に付与する。
【００４３】
可変分散補償器の対象とする透過帯域の中心波長λ0を持つ光信号は、実線の光路５０に示されるように、第１のＡＷＧ１０ａの端面から垂直に出射し、空間位相変調器１７の中央部を透過して位相差を付与され、第２のＡＷＧ１０ｂへ垂直に入射する。一方、対象とする波長帯域の中心波長λ0から離れた帯域端部の周辺波長を持つ光信号について見ると、破線で示した光路５１をたどる。
【００４４】
２次関数プロファイルを持つ位相差を発生させることは、空間位相変調器１７がレンズとして作用することを意味する。したがって、周辺波長を持つ光信号は、光路５１のように曲がる。第２の集光レンズ１２ｂにより再び集光されて、第２のＡＷＧ１０ｂへの入射位置はわずかに光路５０とずれている。しかし、入射角度は維持されるので、往路の光路と復路の光路とは一致する。
【００４５】
第２のＡＷＧ１０ｂにおいて、アレイ導波路１２ｂの等位相面上にミラー８が形成されている。ミラー８において、光信号は反射して、上述した往路と同じ光路５０または光路５１を復路としｚ軸逆方向に伝播し、第１のＡＷＧ１０ａへ戻る。可変分散補償器全体では、ミラー８を挟んだ往路と復路とにおいて、空間位相変調器１７により位相差を２回付与される。光信号は、第１のＡＷＧ１０ａの出射端面上の同一位置へ同じ出射角度を維持したまま戻り、入出力導波路１へ垂直に光信号が入出力する。光信号の波長に関係なく、往路および復路いずれにおいても、光軸ずれは生じない。周辺波長帯域の透過率低下が大幅に抑制され、透過帯域は平坦化されて広帯域化を実現できるのは、従来技術と同様である。
【００４６】
本実施形態によれば、液晶、非線型結晶、可変焦点レンズなど、大きな位相差を与えることが可能で位相変調特性に優れる空間位相変調器を利用することができる。
【００４７】
本実施形態の可変分散補償器では、２つのアレイ導波路の中心波長に誤差があっても、２つのアレイ導波路チップの相対位置、もしくは、集光レンズと位相変調素子との距離を微調整する事で結合を回復することができる。
【００４８】
本実施例では、アレイ導波路型分光手段を用いたが、バルクグレーティング素子などの他の角度分散素子を分光手段として用いても、本実施例と同様の効果が得られる。
【００４９】
さらに、本実施例では、アレイ導波路型分光手段を用いたため、バルクグレーティング素子を用いた時に必要な、入力光を適度なビーム系に整形する光学系が不要となり、小型化と低コスト化が可能となる。
【００５０】
本実施形態の可変分散補償器では、空間位相変調器１７は、光信号を透過させて位相差を付与する透過型であるが、光信号を反射する反射型を利用することにより、さらに回路構成を簡略化できる。
【００５１】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態においては、反射型の空間位相変調器１７を利用することによって、２つのアレイ導波路３ａ、３ｂを、ＡＷＧ１０の同一の基板上に形成している点で、図１に示した構成と相違する。以下、図１に示した構成との相違点に注目して説明する。
【００５２】
反射型の空間位相変調器１７を利用することにより、図１における２つの集光レンズ１２ａ、１２ｂおよび２つのシリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂの機能を、それぞれ１つの集光レンズ１２および１つのシリンドリカルレンズ１１によって兼ねることができる。入出力導波路１、スラブ導波路２、第１のアレイ導波路３ａ、第２のアレイ導波路３ｂおよびミラー８は、１つのＡＷＧ基板１０上に一体として形成される。２つのアレイ導波路３ａ、３ｂを、同一平面上にあるが、それぞれ別個の基板に形成することができるのは言うまでもない。
【００５３】
可変分散補償器の対象とする透過帯域の中心波長λ0を持つ光信号は、光路５０ａ、５０ｂに示されるように、ＡＷＧ１０の第１のアレイ導波路３ａの端面から垂直にｚ軸方向へ出射し、空間位相変調器１７の中央部で位相差を付与された後に反射される。ここで、ｚ軸方向を進む往路５０ａにおいて、光信号は集光レンズ１２の中央から外れた部分を透過して、わずかな傾斜角度を持って空間位相変調器１７へ入射する。空間位相変調器１７で反射された後、ｚ軸の逆方向を進む往路５０ｂにおいて、光信号は集光レンズ１２の異なる位置を透過して、アレイ導波路３ｂに向かって伝播する。光信号は、アレイ導波路３ｂを経て等位相面上に形成されたミラー８で反射されて、引き続き、復路として上述した光路５０ｂ、５０ａと同一の光路を逆方向にアレイ導波路３ａへ向かって伝播する。
【００５４】
周辺波長を持つ光信号は、空間位相変調器１７の異なる位置において２次関数プロファイルを持つ位相差を与えられ、第３の実施形態同様に、空間位相変調器１７がレンズとして作用していることを意味する。周辺波長を持つ光信号は、光路５１ａ、５１ｂをたどり、第２のＡＷＧ１０ｂへのはわずかに光路５０ｂとずれた位置で入射する。しかし、入射角度は維持されるので、往路の光路５１ｂと復路の光路５１ｂとは一致する。
【００５５】
ＬＣＯＳや光アドレス方式の液晶セルなどの反射型の空間位相変調器は、ピクセル数が多く高い空間分解能で位相設定が可能である特徴を持つ。本実施形態では、空間位相変調器１７が反射型であるため、高い波長分解能で位相設定が出来る。多数のピクセルで1つの波長チャネルを制御するので、フレネルレンズ状の位相差パターンを与えることで、制約なく大きな分散を与えられる。また、２次関数形状の位相のみならずさらに高次の位相形状を発生させて、高次の分散補償を行うことが出来る。
【００５６】
さらに、空間光学系は第１の実施形態の半分の光路長さで構成できる。さらに、スラブ導波路２、アレイ導波路３ａ、３ｂおよびミラー８を、同一の基板上に形成し、単一のＰＬＣで構成することができる。別個の２つのＰＬＣを必要とする第１の実施形態と比べて、全体の回路構成をさらに簡略化し、低コスト化することができる。
【００５７】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る空間光学系を含む他の可変分散補償器を示す構成図である。図２に示した第２の実施形態の変形である。第２の実施形態においては、２つのアレイ導波路３ａ、３ｂを同一平面上に構成していたが、本実施形態では、異なるＡＷＧ基板上にそれぞれ形成し、２つの基板を重ねて構成するスタック配置構成である点で、相違している。図３においては、ｘ−ｚ面を見た２つのＡＷＧ１０ａ、１０ｂをそれぞれ含む２つの上段上面図（ａ）および下段上面図（ｂ）と、ｙ−ｚ面を見た側面図（ｃ）とを示している。スタック上段の第１のＡＷＧ１０ａには、入出力導波路１、スラブ導波路２ａおよびアレイ導波路３ａが形成されている。スタック下段の第２のＡＷＧ１０ｂには、アレイ導波路３ｂとミラー８が形成されている。第１のＡＷＧ１０ａの出射端面近傍に配置されたシリンドリカルレンズ１１ａおよび第２のＡＷＧ１０ｂの出射端面近傍に配置されたシリンドリカルレンズ１１ｂ、ならびに集光レンズ１２によって、ｙ軸方向に光学系を分離している。したがって、空間位相変調器１７の前後で、ｙ軸方向に、光路を、光路５０ａ、５１ａと光路５０ｂ、５１ｂとに分離している。
【００５８】
可変分散補償器の対象とする透過帯域の中心波長λ0を持つ光信号の光路５０ａ、５０ｂと、周辺波長を持つ光信号の光路５１ａ、５１ｂとは、ｙ軸方向に分離されている点を除いて、第２の実施形態と同様に動作する。第２の実施形態同様に、空間光学系の長さを短くして、可変分散補償器全体の小型化を実現することができる。第２および第３の実施形態いずれも、空間位相変調器として位相分解能に優れるＬＣＯＳ空間位相変調器、ＭＥＭＳ型位相変調器を利用できる。ＬＣＯＳなどのピクセル数が多く分解能が高い位相変調器を利用することによって、単チャンネルの波長分散補償動作をＦＳＲ毎に繰り返して波長分散を設定するだけでなく、多チャンネルに対して独立して波長分散を設定することが可能となる。このように、分散補償特性を多様に柔軟に設定が可能なことは、導波路型の位相変調器しか利用できなかった従来技術の可変分散補償器では得られない、優れた特徴である。
【００５９】
また、第２および第３の実施形態の可変分散補償器では、２つのアレイ導波路の中心波長に誤差があっても、集光レンズと空間位相変調器との距離を微調整することによって、結合を回復することができる。
【００６０】
上述した各実施形態のいずれの構成も、第１の実施形態に示したように、実効的に線対称に２つの可変分散補償器を形成するように構成要素を配置する構成によって、動作波長に関係なく光軸ずれが生じない光路を形成している点で共通する。いずれの各実施形態でも、線対称な構成を形成するように、全光路の中間点にある対称軸上にミラーを配置し、回路の小型および簡略化を実現した。上述の実施形態では、高機能な空間位相変調器を利用しているが、さらに簡易な構成で可変分散補償器を実現することもできる。
【００６１】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態は、第２の実施形態における空間位相変調器をミラー８ａに置き換え、さらにＡＷＧ１０をｚ軸上で平行移動させることにより、ＡＷＧ１０と集光レンズ１２との距離を変化させる点で相違する。
【００６２】
ＡＷＧ１０の出射端面から集光レンズ１２までの距離が、集光レンズ１２の焦点距離と異なる場合、ミラー８ａの位置において波長軸方向ｘ軸に２次の位相差を付与できることが知られている。したがって、ＡＷＧ１０およびシリンドリカルレンズ１１を一体として、ｚ軸上を移動させることにより、空間位相変調器を利用することなくミラー８ａ面上において２次の位相差を付与することができる。
【００６３】
上述の平行移動機構を持つ可変分散補償器においても、ＡＷＧ１０上に形成した第２のアレイ導波路３ｂの等位相面上に形成されたミラー８ｂによって、等価的に線対称に配置された２つの可変分散補償器を構成できる。第２の実施形態と比較すれば、空間位相変調器をミラー８ａに置き換えた構成であり、周辺波長帯域の透過率低下を大幅に抑えて、透過帯域は平坦化されて広帯域化を実現できるのは、他の実施形態と同様である。
【００６４】
図５は、本発明の第５の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態は、第５の実施形態における空間位相変調器をミラー８ａに置き換え、さらにＡＷＧ１０ａ、１０ｂをｚ軸上で平行移動させることにより、ＡＷＧ１０ａ、１０ｂと集光レンズ１２との距離を変化させる点で相違する。
【００６５】
第４の実施形態と同様に、ＡＷＧ１０ａ、１０ｂおよびシリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂを一体として、ｚ軸上を移動させることにより、空間位相変調器を利用することなくミラー８ａ面上において２次の位相差を付与することができる。第４の実施形態と同様に、周辺波長帯域の透過率低下を大幅に抑え、透過帯域を平坦化して広帯域化を実現できる。
【００６６】
第４の実施形態および第５の実施形態のいずれも、ピクセルを持つ位相変調器に伴うピクセルギャップに起因する特性悪化の問題を回避することができる。例えば、透過率特性、群遅延特性に生じるリップルの問題などが生じない点でメリットを持つ。高度な位相設定能力を持つものの複雑な駆動回路を必要とし、相対的に高価な空間位相変調器を使用しない点で特徴がある。
【００６７】
これまで述べた各実施形態は、いずれも入力導波路と出力導波路を１つの導波路で兼ねている構成であるため、可変分散補償器へ光信号を入出力するために外部にサーキュレータを必要とする。そこで、対向する２つのアレイ導波路の光路長差ΔＬをわずかに異なるものとすることによって、集光点を分離することで、スラブ導波路の境界面における光信号の入力位置と出力位置を分けることができる。
【００６８】
図６は、本発明の第６の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態は、図２に示した第２の実施形態において一方のアレイ導波路３ａの構成と、他方のアレイ導波路３ｂの構成とを異なるものとし、入力導波路１および出力導波路４を別個に設けた点で相違している。第１のアレイ導波路３ａは、隣り合う導波路間で光路長差ΔＬ＝Ａを持つ。一方、第２のアレイ導波路３ｂは、光路長差ΔＬ＝Ａ＋αを持つ。第２のアレイ導波路３ｂは、第１のアレイ導波路３ａと同じ角度分散をもつΔＬ＝Ａの部分と、光路をミラー８において折り返す際に波面を傾斜させるΔＬ＝αの部分を結合したものと見なせる。この波面傾斜要素を往復することによって、２α/（アレイ導波路ピッチ）だけ波面が傾く。この波面の傾きに対応して、第２のアレイ導波路３ｂから第１のアレイ導波路３ａへ戻る光信号は、スラブ導波路２の境界において入力導波路１とは異なる位置に集光する。すなわち、中心波長λ0を持つ光信号について考えると、入力導波路１から光路５０を経てミラー８に達する光信号は、破線で示した光路５２を経て出力導波路４から出力される。
【００６９】
ここで、往路の光路５０と復路の光路５２では、空間位相変調器７の異なる位置で位相差を付与される。しかしながら、波長分散値としては空間位相変調器で与えられる位相プロファイルの２次の係数が作用するので、位置の差異はほとんど影響を与えない。上述の本実施形態の構成により、ＡＷＧ１０の異なる導波路から入力光信号と出力光信号を入出力できる。さらに、位相変調器７がピクセル構造を持つ場合は、往路の集光位置と復路の集光位置とを、ピクセルの繰り返し周期の（Ｎ＋０．５）倍（Ｎは０を含む整数）の距離ずらすことによって、ピクセル間のギャップにより生じる位相付与量の誤差が往路と復路で加算されるのを防ぐことができる。可変分散補償器の外部にサーキュレータ等を必要としない。本実施形態は、入力導波路と出力導波路とを兼ねたこれまで述べたすべての他の実施形態にも適用可能である。
【００７０】
上述の実施形態は、いずれも、バルクの集光レンズを利用して空間位相変調器において焦点を結ぶように動作するが、ＡＷＧからの出射光の波面を制御することによって、集光レンズを省略することもできる。
【００７１】
図７の（ａ）は、本発明の第７の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態は、図１に示した構成において２つの集光レンズ１２ａ、１２ｂが存在せず、さらにアレイ導波路３ａ、３ｂの構成が異なる点で第１の実施形態と相違する。第１の実施形態では、アレイ導波路３ａ、３ｂは、各ＡＷＧ１０ａ、１０ｂの出射端面において平面波を出射するように各導波路長などが設計されている。一方、本実施形態におけるアレイ導波路３３ａ、３３ｂは、空間位相変調器７の位置において焦点を結ぶように、ＡＷＧ１０ａ、１０ｂの出射端から円弧波面を出射するように各導波路長などが設計されている。
【００７２】
光信号は、中心波長λ0を持つ光信号の光路５０および破線で示した周辺波長を持つ光信号の光路５１に示すように、直進して、円弧波面を持った状態で第２のＡＷＧ１０ｂに入射する。アレイ導波路３３ｂは、円弧波面を生成するように設計されており、ミラー８の反射面において、実効的に線対称な関係を維持して光信号を反射する。
【００７３】
本実施形態を適用することにより、集光レンズを省略することができる。ＡＷＧにより集光作用を持たせることによって、より収差が少なく低損失な光学系を形成することができる。本実施形態は、上述のアレイ導波路型の構成部と空間光学系とを備えるすべての構成に適用できる。
【００７４】
上述の各実施形態において、第２のアレイ導波路の等位相面上に形成したミラー８は、ＡＷＧ基板の面内に形成することもできるが、図７の（ｂ）に示したように、ＡＷＧ基板の端面を利用して形成することもできる。すなわち、空間光学系からのＡＷＧ１０へ光信号の出射端面とは異なるチップ側面に研磨面を形成して金属膜コートをすることで、ミラー１８をより簡単に形成できる。アレイ導波路３は、各導波路間で所定の光路長差ΔＬをを維持すれば良いので、アレイ導波路の配置を調整することで容易にチップ端面に垂直に光信号を終端することが可能である。以下に、より具体的な可変分散補償器の実施例を示す。
【００７５】
図８は、本発明の第８の実施形態に係る空間光学系を含む可変分散補償器を示す構成図である。本実施形態は、スタック配置の第３の実施形態の構成を基にして、さらに偏波依存性を解消するために偏波ダイバーシティ構成を加えたものである。本実施形態と従来技術による可変分散所要器との補償特性の比較結果についても説明する。
【００７６】
図８には、ｘ−ｚ面を見た２つのＡＷＧ１０ａ、１０ｂをそれぞれ含む２つの上段上面図（ａ）および下段上面図（ｂ）と、ｙ−ｚ面を見た側面図（ｃ）とを示している。（ａ）に示したように、第１のＡＷＧ１０ａには、サーキュレータ３８を介して、入力および出力を光ネットワークアナライザ３５に接続して、可変分散補償器の透過特性等を測定する。
【００７７】
第３の実施形態との差異について直目して相違点のみを説明する。２つのＡＷＧ１０ａ、１０ｂの出射端面近傍には、偏光分離結晶３６が配置され、光信号をＴＥモード成分とＴＭモード成分とに分離または結合する。分離した光信号のうち光路６１ａ、６１ｂを進むＴＥモード成分の光信号は、λ／２板などの偏波回転素子３７ａ、３７ｂによって偏波モードを変換される。上段の偏波回転素子３７ａから下段の偏波回転素子３７ｂまでの光路では、光路６０ａ、６０ｂを進む分離されたＴＥモード光信号と、光路６１ａ、６１ｂを進むＴＭモードからＴＥモードへ変換された光信号のみとなるため、ＴＥモードのみが存在することとなる。光信号は、偏波分離結晶３６により２つの偏光成分を結合した後、λ／４板３８透過し、さらに下段のＡＷＧ１０ｂ内のミラー８で反射される。λ／４板３８を２回通るので、偏波回転を受ける。したがって、可変分散補償器の全体光路の中間点でも、ＴＥ−ＴＭ変換することで偏波ダイバーシティが実現される。
【００７８】
比較のために、従来技術の構成による可変分散補償器を、図８の上段のＡＷＧ系のみを用いて、空間位相変調器７からの反射光を上段のＡＷＧ１０ａへ折り返す構成によって実現した。すなわち、光信号が空間位相変調器７から直接ＡＷＧ１０ａへ戻るようにｙ軸方向に対して光軸を調整した。上述の従来技術の構成は、図１１に示した導波路型の構成を、空間光学系を含む反射型の構成によって実現したものである。全光路において１回だけ空間位相変調器７を透過する構成であるため、透過帯域の周辺波長を持つ光信号に対しては、光路中において従来技術で説明したのと同様の光軸ずれが生じる。
【００７９】
図９は、第８の実施形態の可変分散補償器の各要素の具体的な構成パラメータ示す図である。空間位相変調器７としてＬＣＯＳを使用し、分光軸のｘ軸方向に対して２次関数に相当するプロファイルを持つ位相差を与えた。ＬＣＯＳの両端位置付近のピクセルにおいて、中心波長をλ0として、約６λ0相当の位相差を与えた。
【００８０】
図１０は、第８の実施形態の可変分散補償器の透過率スペクトラムおよび群遅延特性を従来技術と比較してグラフを示した図である。（ａ）に示した透過率スペクトラムに注目すれば、本発明の構成による透過率は、従来技術と比較して著しく帯域特性が平坦化されていることがわかる。透過率が中心波長より１ｄＢ低下する帯域幅を示す１ｄＢ帯域幅は、従来型が１８ＧＨｚであるのに対し、本発明で９０ＧＨである。（ｂ）に示した対応する群遅延特性に基づいて波長分散値を求めると、従来技術によれば−６３０ｐｓ／ｎｍであり、本発明によれば−１２６０ｐｓ／ｎｍであった。
【００８１】
本発明の構成において、さらにＬＣＯＳに最大１５λ0相当の位相差を与えるように駆動することによって、±３０００ｐｓ／ｎｍの任意の波長分散値を設定できた。従来技術のように、ＦＳＲが１００ＧＨｚのアレイ導波路および熱光学位相変調器を用いた導波路型位相変調器を利用した場合は、高々±１００ｐｓ／ｎｍ程度の分散補償値しか得られないのと比較して、大きな分散補償値の設定が可能である。
【００８２】
以上、詳細に述べたように、本発明の可変分散補償器によれば、本透過帯域を平坦化した広帯域な透過率特性を持ち、さらに、大きな位相差を設定することでより高い分散補償値を与えられる可変分散補償器を実現できる。柔軟な位相設定が可能な空間位相変調器を利用可能として、柔軟性の高い可変分散補償性能を実現し、ＡＷＧの製造誤差の条件も緩和することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、光通信に適用できる。特に、波長選択スイッチを用いるようなリング・メッシュ型構成のネットワークでの利用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る可変分散補償器を示す構成図である。
【図８】本発明の第８の実施形態の空間位相変調器を使用した可変分散補償器の構成図である。
【図９】第８の実施形態の可変分散補償器の構成パラメータを示す図である。
【図１０】第８の実施形態の可変分散補償器の分散補償特性のグラフ示す図である。
【図１１】ＰＬＣを利用した可変分散補償器の一例を示す構成図である。
【図１２】可変分散補償器における透過特性の制限を説明する図である。
【図１３】点対象構造を持つＰＬＣ型の分散補償器の構成を示す図である。
【図１４】線対称構造を持つＰＬＣ型の分散補償器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１、１０１ 入力導波路
２、２ａ、２ｂ、１０２ａ−１０２ｆ スラブ導波路
３、３ａ、３ｂ、３３ａ、３３ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ アレイ導波路
４、１０４ 出力導波路
７、１７ 空間位相変調器
８、８ａ、８ｂ、１８ ミラー
１０、１０ａ、１０ｂ ＡＷＧ
１１ａ、１１ｂ シリンドリカルレンズ
１２、１２ａ、１２ｂ 集光レンズ
３６ 偏波分離結晶
３７ａ、３７ｂ λ／２板
３８ λ／４板
３９ サーキュレータ
５０、５０ａ、５０ｂ、５２ 中心波長を持つ光信号の光路
５１、５１ａ、５１ｂ 周辺波長を持つ光信号の光路
１１１ａ、１１１ｂ、１３１ａ、１３１ｂ 可変分散補償器
１０７、１０７ａ、１０７ｂ 導波路型位相変調器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、
前記第１の分光手段から出射された光信号を集光させる第１の集光手段と、
前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第１の集光手段によって集光された光信号に所定の位相量を付与する第１の空間位相変調器と、
前記第１の空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第２の集光手段と、
前記第１の空間位相変調器の位置を中心として前記第１の分光手段に対向して配置され、前記第２の集光手段により平行化された光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、
前記等位相面を介して前記第２の分光手段に連接され、前記等位相面を持つ光信号を波長に応じた角度で出射する第３分光手段と、
前記第３の分光手段から出射された光信号を集光させる第３の集光手段と、
前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第３の集光手段によって集光された光信号に所定の位相量を付与する第２の空間位相変調器と、
前記第２の空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第４の集光手段と、
前記第２の空間位相変調器の位置を中心として前記第３の分光手段に対向して配置された第４の分光手段とを備え、
前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい第１の線分散値を持ちかつ前記第１の位相変調器上における分散方向が等しく、前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により決定される線分散値と、前記第４の分光手段および前記第４の集光手段により決定される線分散値とが、等しい第２の線分散値を持ちかつ前記第２の位相変調器上における分散方向が等しく、ならびに、前記第２の集光手段、前記第２の分光手段、前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により決定される線分散値が、前記第１の線分散値および前記第２の線分散値の和となることを特徴とする分散補償器。
【請求項２】
前記第１の分光手段および前記第４の分光手段は、基板上に形成された、少なくとも１つの入力導波路と、前記入力導波路に接続するスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続し隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路とを有し、前記アレイ導波路の導波光を前記基板の端面から空間に結合するよう構成されることと、
前記第２の分光手段および前記第３の分光手段は、基板上に形成され、前記等位相面を介して各々が連接され、隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路をそれぞれ有し、前記各アレイ導波路の導波光は前記等位相面の反対の各端面から空間に結合するようそれぞれ構成されることと
を特徴とする請求項１に記載の分散補償器。
【請求項３】
入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、
前記第１の分光手段から出射される光信号を集光させる第１の集光手段と、
前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第１の集光手段で集光された光信号に所定の位相量を付与する空間位相変調器と、
前記空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第２の集光手段と、
前記空間位相変調器の位置を中心として前記第１の分光手段に対向して配置され、前記第２の集光手段により平行化された光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、
前記等位相面において光信号の光路を折り返すミラーとを備え、
前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい線分散値を持ちかつ前記空間位相変調器上における分散方向が等しいことを特徴とする分散補償器。
【請求項４】
入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、
前記第１の分光手段から出射された光信号を集光させる第１の集光手段と、
前記第１の集光手段から出射された光信号を平行化する第２の集光手段と、
前記第２の集光手段から出射される光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、
前記等位相面において光信号の光路を折り返すミラーとを備え、
前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい線分散値を持ち、かつ、前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の間の光路中間点にある主光軸垂直面における分散方向が等しいことと、
前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の間の光路中間点にある主光軸垂直面において、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸および前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により形成される線分散軸に対して、それぞれ等しい量の位相量を光信号に付与できるように、前記第１の分光手段と前記第１の集光手段との間の光学距離、および、前記第２の集光手段と前記第２の分光手段の間の光学距離とを対応させながら可変させる移動機構をさらに備えたことを特徴とする分散補償器。
【請求項５】
前記空間位相変調器は反射型であり、前記第１の集光手段および前記第２の集光手段を１つの集光手段により兼ねていることを特徴とする請求項３に記載の位相変調器。
【請求項６】
前記第１の集光手段および前記第２の集光手段との間の光路中間点に光路変換ミラーをさらに備え、前記第１の集光手段および前記第２の集光手段を１つの集光手段により兼ねていることを特徴とする請求項４に記載の位相変調器。
【請求項７】
前記第１の分光手段および前記第２の分光手段は、分光面を共通として同一基板上に形成されたアレイ導波路型分光手段、または、各分光面に垂直方向に並列にそれぞれスタック配置されたアレイ導波路型分光手段であることを特徴とする請求項５または６に記載の分散補償器。
【請求項８】
前記第１の分光手段は、基板上に形成した、少なくとも１つの入出力導波路と、前記入出力導波路に接続するスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続し隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路とを有し、前記アレイ導波路の導波光を前記基板の端面から空間に結合するよう構成されることと、
前記第２の分光手段は、隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路を有し、前記アレイ導波路の導波光は前記等位相面とは反対側の基板端面から空間に結合するよう構成されること
を特徴とする請求項３乃至７いずれかに記載の分散補償器。
【請求項９】
前記第２の分光手段の前記アレイ導波路と前記ミラーとの間に、波面傾斜要素をさらに備え、前記第１の分光手段の前記スラブ導波路の異なる接合点において、２つの入出力導波路と光結合されることを特徴とする請求項８に記載の分散補償器。
【請求項１０】
前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の少なくとも１つは、集光性の信号光を出射し、前記少なくとも１つの集光手段の集光機能を含むことを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の分散補償器。
【請求項１】
入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、
前記第１の分光手段から出射された光信号を集光させる第１の集光手段と、
前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第１の集光手段によって集光された光信号に所定の位相量を付与する第１の空間位相変調器と、
前記第１の空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第２の集光手段と、
前記第１の空間位相変調器の位置を中心として前記第１の分光手段に対向して配置され、前記第２の集光手段により平行化された光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、
前記等位相面を介して前記第２の分光手段に連接され、前記等位相面を持つ光信号を波長に応じた角度で出射する第３分光手段と、
前記第３の分光手段から出射された光信号を集光させる第３の集光手段と、
前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第３の集光手段によって集光された光信号に所定の位相量を付与する第２の空間位相変調器と、
前記第２の空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第４の集光手段と、
前記第２の空間位相変調器の位置を中心として前記第３の分光手段に対向して配置された第４の分光手段とを備え、
前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい第１の線分散値を持ちかつ前記第１の位相変調器上における分散方向が等しく、前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により決定される線分散値と、前記第４の分光手段および前記第４の集光手段により決定される線分散値とが、等しい第２の線分散値を持ちかつ前記第２の位相変調器上における分散方向が等しく、ならびに、前記第２の集光手段、前記第２の分光手段、前記第３の分光手段および前記第３の集光手段により決定される線分散値が、前記第１の線分散値および前記第２の線分散値の和となることを特徴とする分散補償器。
【請求項２】
前記第１の分光手段および前記第４の分光手段は、基板上に形成された、少なくとも１つの入力導波路と、前記入力導波路に接続するスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続し隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路とを有し、前記アレイ導波路の導波光を前記基板の端面から空間に結合するよう構成されることと、
前記第２の分光手段および前記第３の分光手段は、基板上に形成され、前記等位相面を介して各々が連接され、隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路をそれぞれ有し、前記各アレイ導波路の導波光は前記等位相面の反対の各端面から空間に結合するようそれぞれ構成されることと
を特徴とする請求項１に記載の分散補償器。
【請求項３】
入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、
前記第１の分光手段から出射される光信号を集光させる第１の集光手段と、
前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸に対して、前記第１の集光手段で集光された光信号に所定の位相量を付与する空間位相変調器と、
前記空間位相変調器から出射される光信号を平行化する第２の集光手段と、
前記空間位相変調器の位置を中心として前記第１の分光手段に対向して配置され、前記第２の集光手段により平行化された光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、
前記等位相面において光信号の光路を折り返すミラーとを備え、
前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい線分散値を持ちかつ前記空間位相変調器上における分散方向が等しいことを特徴とする分散補償器。
【請求項４】
入力光信号を波長に応じた角度で出射する第１の分光手段と、
前記第１の分光手段から出射された光信号を集光させる第１の集光手段と、
前記第１の集光手段から出射された光信号を平行化する第２の集光手段と、
前記第２の集光手段から出射される光信号を波長に依存しない等位相面を持って出射する第２の分光手段と、
前記等位相面において光信号の光路を折り返すミラーとを備え、
前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により決定される線分散値と、前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により決定される線分散値とが等しい線分散値を持ち、かつ、前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の間の光路中間点にある主光軸垂直面における分散方向が等しいことと、
前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の間の光路中間点にある主光軸垂直面において、前記第１の分光手段および前記第１の集光手段により形成される線分散軸および前記第２の分光手段および前記第２の集光手段により形成される線分散軸に対して、それぞれ等しい量の位相量を光信号に付与できるように、前記第１の分光手段と前記第１の集光手段との間の光学距離、および、前記第２の集光手段と前記第２の分光手段の間の光学距離とを対応させながら可変させる移動機構をさらに備えたことを特徴とする分散補償器。
【請求項５】
前記空間位相変調器は反射型であり、前記第１の集光手段および前記第２の集光手段を１つの集光手段により兼ねていることを特徴とする請求項３に記載の位相変調器。
【請求項６】
前記第１の集光手段および前記第２の集光手段との間の光路中間点に光路変換ミラーをさらに備え、前記第１の集光手段および前記第２の集光手段を１つの集光手段により兼ねていることを特徴とする請求項４に記載の位相変調器。
【請求項７】
前記第１の分光手段および前記第２の分光手段は、分光面を共通として同一基板上に形成されたアレイ導波路型分光手段、または、各分光面に垂直方向に並列にそれぞれスタック配置されたアレイ導波路型分光手段であることを特徴とする請求項５または６に記載の分散補償器。
【請求項８】
前記第１の分光手段は、基板上に形成した、少なくとも１つの入出力導波路と、前記入出力導波路に接続するスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続し隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路とを有し、前記アレイ導波路の導波光を前記基板の端面から空間に結合するよう構成されることと、
前記第２の分光手段は、隣接する導波路が一定の光路長差を持つ複数の導波路からなるアレイ導波路を有し、前記アレイ導波路の導波光は前記等位相面とは反対側の基板端面から空間に結合するよう構成されること
を特徴とする請求項３乃至７いずれかに記載の分散補償器。
【請求項９】
前記第２の分光手段の前記アレイ導波路と前記ミラーとの間に、波面傾斜要素をさらに備え、前記第１の分光手段の前記スラブ導波路の異なる接合点において、２つの入出力導波路と光結合されることを特徴とする請求項８に記載の分散補償器。
【請求項１０】
前記第１の分光手段および前記第２の分光手段の少なくとも１つは、集光性の信号光を出射し、前記少なくとも１つの集光手段の集光機能を含むことを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の分散補償器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−１９８５９３（Ｐ２００９−１９８５９３Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３７７９９（Ｐ２００８−３７７９９）
【出願日】平成２０年２月１９日（２００８．２．１９）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１９日（２００８．２．１９）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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