JP2003029168A - 可変波長分散補償器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】波長分散スロープも補償することができる可変
波長分散補償器を提供する。 【解決手段】ファイバ１０から入射した光は、レンズ１
１によって集光され、ＶＩＰＡ１２によって角分散を受
ける。ＶＩＰＡからの光束は、レンズ１３によって表面
形状可変ミラー２０に集光される。表面形状可変ミラー
２０は、鏡面形状がピエゾステージ２１によって制御さ
れ、必要に応じて必要な波長分散を光に与えるように構
成されている。表面形状可変ミラー２０から反射した光
は、光路を逆走するが、ＶＩＰＡ１２に入るときに、出
射された位置とは異なる位置に入力される。従って、波
長毎に、ＶＩＰＡ１２への入射位置を表面形状可変ミラ
ー２０によって制御することによって、所望の波長分散
を光に与えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信シ
ステムにおける波長分散を可変的に補償する可変波長分
散補償器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信システムでは、一般的
に、光ファイバ波長分散（色分散）に起因する伝搬波形
のゆがみが、信号品質を低下させる問題がある。そこ
で、波長分散を補償する必要がある。

【０００３】分散補償方式として、光ファイバと逆の分
散特性を有する素子（分散補償ファイバ）を、伝送路内
に挿入し、波形のゆがみを回復する方式がある。更に、
光ファイバの温度・圧力などによる分散特性の変化に対
応するため、色分散生成装置（ＶＩＰＡ）と光返送装置
（非球面ミラー）を組み合わせた可変分散補償器（特願
平１０−５３４４５０号、特願平１１−５１３１３３
号）が開発されている。

【０００４】図１０は、ＶＩＰＡを用いた可変分散補償
器の概略の原理を説明する図である。ファイバ１０から
入射した光は、レンズ１１によって線状あるいは点状に
集光され、ＶＩＰＡ１２に入射する。ＶＩＰＡは、透明
な平行平板の両側に反射膜を形成したものであり、反射
膜の一方は１００％の反射率を有するが、他方は１００
％以下、典型的には９５％の反射率を有する。従って、
ＶＩＰＡ１２に入射した光は、これらの反射膜の間で反
射を繰り返すと共に、反射率の低い面から少しずつ外部
の照射される。外部に照射された光は、各反射毎に出射
されるものであるので、互いに位相差が付けられてお
り、従って、これらが干渉することにより、所定の波長
の光は所定の方向に向かう光束とされる。このように、
ＶＩＰＡ１２は、光の波長に従って、進行方向の違う光
束を生成する素子である。

【０００５】出射された光は、レンズ１３で集光され、
非球面ミラー１４で反射される。ここで、図１０の点線
に示されるように、光束の中の一つの光線に注目する
と、ある光線を非球面ミラー１４で反射することによ
り、ＶＩＰＡ１２に返送した場合、ＶＩＰＡからの出射
位置と返送後の入射位置とを変えることにより、光が逆
走してレンズ１１からファイバ１０へと進む距離を変え
ることができる。すなわち、伝搬距離が伸びて、光に伝
搬遅延を与えることができる。これを波長の異なる光に
ついて異なる経路を進ませることにより、波長によって
伝搬遅延を変えることができ、従って、波長分散を生成
することができる。光ファイバの波長分散を補償する場
合には、光ファイバの波長分散をうち消すような逆の特
性を持った逆分散を光に与えることにより行う。

【０００６】この補償器では、分散値に応じて、非球面
ミラーを移動することにより、補償量を可変できる特徴
がある。非球面ミラーは凹面、凸面などのグラディエー
ション構造となっている。図１１は、非球面ミラーを説
明する図である。この非球面ミラーは、移動ステージ上
に配置されており、図１１の矢印方向へ移動すると、光
入射位置に対するミラーの形状が変わるので、異なる色
分散（波長分散）を生成できる。図１２は、伝送路の波
長分散と信号劣化及びこの補償について説明する図であ
る。

【０００７】例えば、図１２に示すように、送信機から
入力パルス（１）を送信し、光ファイバを経由し、受信
機で受信した場合、出力パルス（２）は、波長分散によ
り、パルス幅が広がり歪む。そこで、可変分散補償器
（以下、一例としてＶＩＰＡであるとする）を挿入し、
出力パルス（２）に逆分散を与えると、パルスの歪みを
補償できるため、受信機では、歪みのないパルス（３）
を受信できることになる。

【０００８】図１３は、ＶＩＰＡによって補償される分
散を説明する図である。パルスの波長をλ０、出力パル
ス（３）の分散を１００ｐｓ／ｎｍとすると、波長と分
散の関係は図１３のようになる。このとき、ＶＩＰＡに
て分散を補償するとは、トータルの分散量を０ｐｓ／ｎ
ｍにすることであり、これが補償後パルス（３）にな
る。よって、ＶＩＰＡは、図１３の中で、光ファイバを
伝搬することによって光が受けた分散量を、上、もしく
は、下へシフト（＝逆分散）してトータルの分散量を零
にするものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】＜問題点その１＞上記
の従来方式は、分散補償量に応じてステージを動かす必
要がある。よって、補償範囲を広げると、非球面ミラー
を長くする必要があり、かつ、ステージの移動量も増え
ることになる。しかし、ステージ移動量が増えれば、ス
テージ移動精度が大きく影響するため、分散を正しく補
償できなくなる問題が発生する。

【００１０】また、一度設計した非球面ミラーは特定の
帯域しか補償できないため、新たな帯域を補償する場合
には、再度、非球面ミラーを作り直さなければならな
い。 ＜問題点その２＞上記の従来方式は、パルスに対して逆
分散を与えるものであるが、これをWDM光に対して適用
した場合を考える。図１４は、WDM光に従来の波長分散
方式を適用した場合を説明する図である。ここで、３波
（λ１＜λ０＜λ２）を例とする。光ファイバは図１４
に示すように、波長に依存した分散、すなわち、分散ス
ロープにより、λ１、λ０、λ２は異なる分散値を取る
（曲線１）。このとき、ＶＩＰＡにて、図１３で示した
ように、λ０の分散値が零となるように分散をシフトす
ると、λ１とλ２の分散値は零にはならない。ＶＩＰＡ
は、波長全体にわたって一定の分散値をシフトするもの
なので、図１４において、曲線１を上下方向へシフトす
るものであり、λ１、λ０、λ２の分散を全て零にでき
ない問題がある。本発明の課題は、波長分散スロープも
補償することができる可変波長分散補償器を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の可変波長分散補
償器は、入射光に角分散を与える角分散手段と、該角分
散された光を該角分散手段に返送する、表面形状を変形
可能な表面形状可変ミラー手段とを備え、該角分散手段
から来た光を該表面形状可変ミラー手段で反射し、該反
射した光を該角分散手段に再入射させ、該角分散手段か
ら出射させることによって所望の波長分散を光に与える
ことを特徴とする。

【００１２】本発明によれば、表面形状を変形可能な表
面形状可変ミラーを使用するので、従来とは異なり、各
波長毎にミラー形状を変えて、適切に波長分散を補償す
ることができるようになり、波長分散スロープを適切に
補償することができる。

【００１３】また、光ファイバが経年劣化により波長分
散特性が変化した場合や、伝送路の延長などによって補
償すべき波長分散量が変わってしまった場合にも、本発
明の可変波長分散補償器を使えば、補償器自体を取り替
える必要はなく、補償器のミラーの表面形状を変えるだ
けで対応が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態の基本
構成を説明する図である。本実施形態では、ＶＩＰＡを
用いた波長分散補償器において、非球面ミラーとして表
面形状を可変できるミラーを使用する。

【００１５】図１に示す、表面形状可変ミラーは、「薄
いミラー」、「ピエゾステージ」、「針」から構成され
る。ピエゾステージの先端に針を取り付けて、この針と
ミラーを接合する。

【００１６】図２は、本実施形態の表面形状可変ミラー
の動作を説明する図である。ピエゾステージは伸縮する
ので、例えば、図２（ａ）に示すように、真ん中のステ
ージのみ縮めれば、凹面を形成することができる。これ
は、図２に示した非球面ミラーの断面（１）に相当す
る。また、上下を縮め、真ん中を伸ばせば、図２（ｂ）
のようになる。これは、図２の断面（３）に相当する。

【００１７】すなわち、表面形状可変ミラーは、１つの
ミラーと複数のピエゾステージで構成され、ピエゾステ
ージを伸縮させることにより、様々なミラー形状を作成
できる。従って、非球面ミラーのように、必要なすべて
の形状を作り込んでおく必要はなく、１つのミラーのみ
で、所望の形状を作り出すことが可能である。

【００１８】また、ピエゾステージは数ナノメートル単
位で制御可能なので、微細な表面形状を作成可能であ
る。ミラーは、薄いミラーとしたが、例えば、１００μ
ｍ程度の薄いガラス板上に、金を蒸着するなどを行い作
成すればよい。基本的には、ガラス板の厚さや金の蒸着
の厚さなどは、ピエゾステージで伸縮させる時に、破壊
しないこと、及び、表面が鏡面であることを満たせばよ
い。

【００１９】上記の表面形状可変ミラーを用いれば、＜
問題点その１＞に対して、補償帯域を増やしても、レン
ズで適切に集光し、ピエゾステージの移動量を変化させ
ることにより、鏡面形状を変えるだけでよいため、ミラ
ーの長さの拡大、ステージ移動量の拡大に伴う精度劣化
の問題は発生しない。また、補償範囲を変更しても、作
り替える必要はなく、鏡面形状を変えるだけで柔軟に対
応可能となる。

【００２０】次に、＜問題点その２＞に対しては、回折
格子などで、WDM光を波長毎に分離して、各波長毎に、
本ミラーを適用し、各波長に対して最適な分散補償を行
うことにより、各波長の分散を零とすることが可能とな
る。

【００２１】図３は、本発明の実施形態の第１の構成例
を示す図である。第１の構成例では、従来技術（図１
０）で用いた、非球面ミラーと移動ステージを、表面形
状可変ミラーへ変更することにより実現できる。ファイ
バ１０から入射した光は、レンズ１１によってＶＩＰＡ
１２に集光され、波長毎に異なった光束として出射され
る。出射された光はレンズ１３によって表面形状可変ミ
ラー２０上に集光される。表面形状可変ミラー２０の背
面には、ピエゾステージ２１が取り付けられ、表面形状
可変ミラー２０の鏡面が任意の形状に変形される。所定
の波長分散を生成しようとする場合には、ＶＩＰＡ１２
によって生成される波長分散を計算によって求め、所望
の分散を生成するように鏡面の形を決定する。

【００２２】図４は、本発明の実施形態に従った第２の
構成例を示す図である。本構成例では、ＶＩＰＡ１２か
らの出力光を、回折格子２５を用いて波長毎に分波し
て、レンズ１３にて、表面形状可変ミラー（可変ミラー
１〜３）へ集光する。回折格子２５を用いると、光は波
長毎に分波でき、例えば、図中のλ１、λ０、λ２（λ
１＜λ０＜λ２）のように分波できる。ここで、波長を
分波するために、回折格子２５を用いたが、波長に分散
を与えられるものであれば何でも良く、プリズムなどで
も良い。

【００２３】各波長は、レンズを通して、異なる点に集
光する。図では、λ１は表面形状可変ミラー１（可変ミ
ラー１）へ、λ０は、表面形状可変ミラー２（可変ミラ
ー２）へ、λ２は表面形状可変ミラー３（可変ミラー
３）へそれぞれ集光する。

【００２４】表面形状可変ミラー１〜３（可変ミラー１
〜３）は、それぞれ異なる表面形状を形成可能である。
よって、λ１、λ０、λ２には、それぞれ異なる分散値
を与えることが可能となる。図５は、図４の構成の効果
を示す図である。すなわち、図５に示すように、補償前
の分散が破線のようになっている時に、本実施形態の表
面形状可変ミラーを用いて、波長毎に異なる分散を与え
ると、補償後は、実線で示したように、全ての分散値を
零とすることが可能となる。よって、WDM光における分
散スロープを補償できることになる。

【００２５】なお、図中では、表面形状可変ミラーを個
別に並列に配置したが、ミラーは分離させる必要は無
く、例えば、一枚の大きなミラーに対して、ピエゾステ
ージを２次元に配置してもよい。

【００２６】図６及び図７は、可変ミラーの構成をより
詳細に示した図である。可変ミラーは、例えば、ガラス
板（シリカ系ガラス）であって、厚み１００μｍ、外形
が１０×３ｍｍを使う。図６及び図７では、ガラス板の
長い方の側面から見た図を示している。ガラス板の硬さ
は、弾性変形可能な範囲で使用し、壊れない範囲で使用
する。ミラーの両端は機械的に固定する。この固定部と
ピエゾステージは半田などで固定する。針とミラーの裏
面も半田などで固定する。変位量が小さく半田層の塑性
変形が起こらない領域での使用を想定し、半田が剥がれ
ない程度の範囲内で使用する。

【００２７】なお、同図では、中段のピエゾステージの
位置がずれているが、これは、針と半田の部分を見やす
くするためであり、可変ミラーからの距離が、上段及び
下段のピエゾステージと同じような位置関係に配置す
る。更に、中段のピエゾステージは、同図では、１段だ
け記載しているが、実際にはもっと多くのピエゾステー
ジを用いても良い。多くのピエゾステージを設けること
によって、より複雑な形状の鏡面を作成することができ
る。

【００２８】また、ガラス板の鏡面となる面には、金な
どのメッキを施す。メッキの厚さは、ガラス板の変形に
伴って弾性変形する程度に薄く、ガラス板の弾性変形に
伴ってメッキが剥がれない程度の厚さとする。ピエゾス
テージの保持台は、同図には図示されていないが、適切
にピエゾステージを所定位置に固定できるもので有れば
特に限定するものではない。

【００２９】図７に示されるように、ピエゾステージ
は、１軸のステージである。図６では、鏡面に対して垂
直方向（紙面の水平方向）に移動する。例えば、中段の
ピエゾステージの針を伸ばすと図７のように、凸面を作
ることができる。逆に、中段のピエゾステージの針を縮
めると、凹面となる。

【００３０】また、図６、７では、中段のピエゾステー
ジを１つのみしか示していないが、より多くのピエゾス
テージを設け、これらを交互に伸ばしたり、縮めたりす
ることによって、波打った形状の鏡面も作ることがで
き、ピエゾステージを多く設けることによって、より複
雑な鏡面を作成することができる。

【００３１】図８は、本発明の実施形態の第３の構成例
を示す図である。図４の実施形態においては、複数の波
長の波長分散を補償し、分散スロープの影響を光から取
り除くために、波長毎に別個の可変ミラーを設けてい
た。本構成例では、別個に複数の可変ミラーを設ける変
わりに、これらのミラーを１体化した２次元可変ミラー
３０を使用する。

【００３２】ファイバ１０から入射した光は、レンズ１
１、ＶＩＰＡ１２を通り、角分散を受けた後、回折格子
２５によって各波長の光に分波される。ここれは、それ
ぞれ波長λ１、λ０、λ２の波長に分波されるとしてい
る。２次元可変ミラー３０においては、ピエゾステージ
３１が２次元的に配置されており、鏡面３２をより複雑
に変形することができる。従って、波長λ１が当たる面
の形状は波長λ１の光を分散補償する形状とし、鏡面３
２は、波長λ０の光が当たる部分まで連続的に変形し、
波長λ０が当たる部分において、波長λ０に適切な分散
補償を行う形状とする。同様に、鏡面３２は、波長λ０
の光が当たる部分から波長λ２の光が当たる部分まで連
続的に変形し、波長λ２の光が当たる部分において、波
長λ２の光に適切な分散補償を行うようする。

【００３３】このように、ピエゾステージ３１の数を増
やして、より複雑な鏡面を作成することができるように
すると、１つの鏡面で、複数の波長の光を分散補償する
ことができる。

【００３４】図９は、ピエゾステージの構成を示す図で
ある。ピエゾステージは、先端に針が付けられたピエゾ
スタックを備えている。ピエゾスタックは、ケースの中
に入れられている。ピエゾスタックは、複数のセラミッ
クディスクが電極を挟んで積み重ねられた構成をしてお
り、電極に電圧をかけることにより、セラミックディス
クが膨張したり、収縮したりすることにより、ピエゾス
タックの先端に付けられた針を移動させる。ピエゾスタ
ックが入れられるケースには電源ケーブルが設けられ、
該電極に電圧をかけるようになっている。

【００３５】なお、本実施形態の説明においては、入射
光を角分散する素子としてＶＩＰＡを例にとって説明し
たが、本発明は、これに限定されるものではなく、ＶＩ
ＰＡと同等な機能を果たす、透過型回折格子や、反射型
回折格子を組み合わせたものを使用しても良く、同様
に、表面形状可変ミラーは、ガラス板とピエゾステージ
の組み合わせに限定されるものではなく、これらやその
他の変形については当該業者によれば、容易に認識され
るであろう。

【００３６】（付記１）入射光に角分散を与える角分散
手段と、該角分散された光を該角分散手段に返送する、
表面形状を変形可能な表面形状可変ミラー手段とを備
え、該角分散手段から来た光を該表面形状可変ミラー手
段で反射し、該反射した光を該角分散手段に再入射さ
せ、該角分散手段から出射させることによって所望の波
長分散を光に与えることを特徴とする可変波長分散補償
器。 （付記２）該表面形状可変ミラー手段は、光を反射する
鏡面手段と、該鏡面の裏面に接触し、該鏡面を所望の形
状に設定する複数のステージ手段とを備えることを特徴
とする付記１に記載の可変波長分散補償器。 （付記３）前記鏡面手段は、弾性変形可能な薄板にメッ
キを施したものであることを特徴とする付記２に記載の
可変波長分散補償器。 （付記４）前記角分散された光を異なる光に分波する分
波手段を備え、前記表面形状可変ミラー手段を複数設
け、分波された各光毎にそれぞれ波長分散を補償するよ
うに表面形状を設定した付記１に記載の可変波長分散補
償器。 （付記５）前記表面形状可変ミラー手段は、複数の該表
面形状可変ミラー手段を１つに構成し、前記分波された
光をそれぞれ表面の一部で受け、分波された光に所定の
波長分散を与えるように、２次元的広がり方向に、変形
した表面を有することを特徴とする付記４に記載の可変
波長分散補償器。 （付記６）前記分波手段は、回折格子であることを特徴
とする付記４に記載の可変波長分散補償器。 （付記７）前記角分散手段は、ＶＩＰＡであることを特
徴とする付記１に記載の可変波長分散補償器。

【００３７】

【発明の効果】以上に述べた、本発明の表面形状可変ミ
ラーによれば、様々なミラー表面形状を形成できるた
め、補償帯域の変更や拡大による、補償精度の劣化やミ
ラーの作り直しといった問題を解決できる。

【００３８】さらには、従来法では困難であった、分散
スロープ補償を実現することが可能となる。また、光フ
ァイバの敷設が新たに行われたり、配線拡張工事などが
行われ、新たに中継器が組み込まれた場合など、補償す
べき分散補償量が変わったときにも、本発明の分散補償
器は鏡面の形状を変えるのみで対応でき、別の分散補償
器を持ってくる必要がない。また、光ファイバなどの経
年変化により、補償すべき分散量が変化した場合にも、
同様に鏡面を変形させるのみで対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の基本構成を説明する図であ
る。

【図２】本実施形態の表面形状可変ミラーの動作を説明
する図である。

【図３】本発明の実施形態の第１の構成例を示す図であ
る。

【図４】本発明の実施形態に従った第２の構成例を示す
図である。

【図５】図４の構成の効果を示す図である。

【図６】可変ミラーの構成をより詳細に示した図（その
１）である。

【図７】可変ミラーの構成をより詳細に示した図（その
２）である。

【図８】本発明の実施形態の第３の構成例を示す図であ
る。

【図９】ピエゾステージの構成を示す図である。

【図１０】ＶＩＰＡを用いた可変分散補償器の概略の原
理を説明する図である。

【図１１】非球面ミラーを説明する図である。

【図１２】伝送路の波長分散と信号劣化及びこの補償に
ついて説明する図である。

【図１３】ＶＩＰＡによって補償される分散を説明する
図である。

【図１４】WDM光に従来の波長分散方式を適用した場合
を説明する図である。

【符号の説明】

１０ ファイバ １１ レンズ １２ ＶＩＰＡ １３ レンズ ２０ 表面形状可変ミラー ２１ ピエゾステージ ２５ 回折格子 ３０ ２次元可変ミラー ３１ ピエゾステージ ３２ 鏡面

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H041 AA23 AB38 AC08 AZ02 AZ03 AZ05 5K002 BA02 CA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射光に角分散を与える角分散手段と、 該角分散された光を該角分散手段に返送する、表面形状
   を変形可能な表面形状可変ミラー手段とを備え、 該角分散手段から来た光を該表面形状可変ミラー手段で
   反射し、該反射した光を該角分散手段に再入射させ、該
   角分散手段から出射させることによって所望の波長分散
   を光に与えることを特徴とする可変波長分散補償器。
2. 【請求項２】該表面形状可変ミラー手段は、光を反射す
   る鏡面手段と、 該鏡面の裏面に接触し、該鏡面を所望の形状に設定する
   複数のステージ手段とを備えることを特徴とする請求項
   １に記載の可変波長分散補償器。
3. 【請求項３】前記角分散された光を異なる光に分波する
   分波手段を備え、 前記表面形状可変ミラー手段を複数設け、分波された各
   光毎にそれぞれ波長分散を補償するように表面形状を設
   定した請求項１に記載の可変波長分散補償器。
4. 【請求項４】前記表面形状可変ミラー手段は、複数の該
   表面形状可変ミラー手段を１つに構成し、前記分波され
   た光をそれぞれ表面の一部で受け、分波された光に所定
   の波長分散を与えるように、２次元的広がり方向に、変
   形した表面を有することを特徴とする請求項３に記載の
   可変波長分散補償器。