JP4479130B2 - 可変分散補償器及び光伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ伝送路などの光伝送路を伝搬されることによって信号光に生じる分散を補償する可変分散補償器、及びそれを備える光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ伝送路などで信号光を伝搬させる光伝送システムでは、光ファイバが有する分散により、信号光に含まれる各周波数（各波長）の光成分に分散が累積される。これに対して、光伝送路での伝搬による信号光の波形劣化を抑制するため、信号光周波数を含む周波数帯域における光伝送システムでの分散量を小さくすることが望まれている。また、多波長信号光を伝搬させる波長多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）伝送システムでは、同様に、多波長信号光それぞれの信号光周波数（信号光波長）を含む周波数帯域における分散量を小さくすることが必要となる。
【０００３】
信号光の各周波数成分に累積される分散を補償するものとして、光伝送路上に設けられる分散補償器がある。分散補償器では、信号光に適当な位相シフトを与えることによって、信号光に生じる分散を補償する。このような分散補償器としては、例えば、文献１「電子情報通信学会技術研究報告（信学技報） Vol.100, No.379、OCS2000-61」、文献２「ＯｐｌｕｓＥ Vol.22, No.9、p.1151」、及び文献３「ＯＦＣ２０００、Shirasaki et al.、Variable dispersion compensator using the virtually imaged phased array (VIPA) for 40-Gbit/s WDM transmission systems」に記載されたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光伝送システムの発展により、光伝送路上に設置される分散補償器に対し、さらに高い精度で分散補償が可能であるとともに、分散補償の制御性に優れた分散補償器が要求されている。これに対して、従来の分散補償器では、分散補償の精度及び制御性が充分に得られていない。
【０００５】
例えば、上記の文献１に記載された分散補償器は、アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ：Arrayed-Waveguide Grating）を備えて構成されている。そして、ＡＷＧの第１スラブ導波路側から信号光を入力し、反対側の第２スラブ導波路から出力された各周波数成分に対して空間位相フィルタによる位相調整を行って、信号光の分散を補償している。しかしながら、このような構成では、信号光の各周波数成分に対する位相調整に空間位相フィルタを用いているため、与えられる位相シフトが固定であって、分散補償の制御ができない。
【０００６】
また、文献２に記載された分散補償器は、マッハツェンダ型光回路（ＭＺＩ：Mach Zender Interferometer）による光路差可変の平面導波路型光回路を利用して分散補償を行う構成となっている。しかしながら、このような構成では、光回路の構造が複雑となり、その大きさも大きく（例えば５ｃｍ角程度）なってしまう。また、位相調整のレスポンスも低い（例えば１０ｍｓ程度）。
【０００７】
また、文献３に記載された分散補償器では、信号光を空間で伝搬させるデバイスを利用して光路長を変化させているが、このような構成では、システムが大きく、高精度での位相調整が困難である。また、光ファイバ伝送路への挿入損失も例えば１０ｄＢ以上と大きい。
【０００８】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、分散補償の精度及び制御性に優れるとともに、その光回路が小型化される可変分散補償器、及びそれを備える光伝送システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による分散補償器は、信号光に位相シフトを与えて、信号光の分散を補償する可変分散補償器であって、（１）分散補償の対象となる信号光を入力し、所定の周波数帯域内の信号光を周波数成分毎に分波する光分波手段と、（２）光分波手段で分波された周波数成分それぞれを反射して、各周波数成分に所定の位相シフトを与えるとともに、周波数成分それぞれに対する反射位置が信号光伝搬方向について可変に構成された反射手段と、（３）反射手段で反射された周波数成分を合波して、分散補償された信号光とする光合波手段とを備え、（４）反射手段は単一の反射ミラーからなり、単一の反射ミラーは、その全体の反射面を変形することにより、周波数成分に対応する反射面部分のそれぞれを信号光伝搬方向について移動することが可能な可動ミラーであり、単一の反射ミラーである可動ミラーは、その中央近傍に設けられた固定部位を固定とし、両側の端部近傍にそれぞれ設けられた印加部位である第１印加部位及び第２印加部位にモーメント印加手段によってモーメントを印加して、全体の反射面を変形するとともに、モーメント印加手段は、可動ミラーの第１印加部位に一方の端部が接続され、他方の端部に第１コムドライブが接続されている第１モーメント印加機構と、可動ミラーの第２印加部位に一方の端部が接続され、他方の端部に第２コムドライブが接続されている第２モーメント印加機構とによって構成され、第１コムドライブ及び第２コムドライブのそれぞれは、駆動用電極に設けられたクシ歯型電極部と、固定に設けられたクシ歯型電極とを組み合わせた構造を有し、それらの電極の間に電圧を印加することで駆動用電極を駆動することが可能に構成されたコムドライブであり、第１コムドライブ及び第２コムドライブによって第１モーメント印加機構及び第２モーメント印加機構の端部を駆動することによって、可動ミラーの全体の反射面を変形することを特徴とする。
【００１０】
上記した可変分散補償器においては、光分波手段から反射手段を介して光合波手段に到達するまでの光路長差を利用して、信号光の各周波数成分に対してそれぞれ所定の位相シフトを与える。そして、各周波数成分に対する反射位置が可変となる反射手段を用いることにより、各周波数成分に与える位相シフトを可変としている。
【００１１】
このような構成により、信号光に生じる分散を高い精度で補償することが可能となる。また、反射手段での各周波数成分の反射位置を制御することにより、位相シフトを与えることによる分散補償が制御可能となる。また、反射手段のみで分散補償を制御しているので、光回路の構造を簡単化することが可能であり、したがって、光回路を小型化することができる。
【００１２】
反射手段の具体的な構成及びその駆動方法としては、例えば、単一の反射ミラーである可動ミラーは、その中央近傍に設けられた駆動部位を駆動手段によって信号光伝搬方向に駆動して、全体の反射面を変形する構成がある。
【００１３】
このように可動ミラーの中央近傍の部位を変位させる構成によれば、中央の駆動部位の変位に連動させることによって反射ミラーの全体の反射面を変形させて、その反射面部分のそれぞれを効率的に信号光伝搬方向について移動することができる。この場合、駆動手段によって駆動する駆動部位以外の所定の部位、例えば可動ミラーの両側の端部近傍の部位、を固定とすることが好ましい。
【００１４】
また、単一の反射ミラーである可動ミラーは、その中央近傍に設けられた固定部位を固定とするとともに、両側の端部近傍にそれぞれ設けられた印加部位にモーメント印加手段によってモーメントを印加して、全体の反射面を変形する構成がある。
【００１５】
あるいは、単一の反射ミラーである可動ミラーは、その中央近傍に設けられた固定部位を固定とするとともに、両側の端部近傍にそれぞれ設けられた駆動部位を駆動手段によって信号光伝搬方向に駆動して、全体の反射面を変形する構成がある。
【００１６】
このように可動ミラーの端部近傍の部位を変位させる構成によれば、モーメントを印加する場合及び信号光伝搬方向に駆動する場合のいずれにおいても、可動ミラーを変形させるために印加が必要な力が小さくなり、その全体の反射面を容易に変形させることができる。
【００１７】
また、単一の反射ミラーである可動ミラーは、その所定の部位を加熱手段によって加熱して変位させて、全体の反射面を変形する構成がある。
【００１８】
このように可動ミラーを加熱して変形する構成によれば、加熱手段を用いて可動ミラーの反射面を変形することができるので、その構成の簡単化と分散補償器の小型化が可能となる。
【００１９】
ここで、光分波手段及び光合波手段は、単一の光合分波手段からなることが好ましい。これによって、可変分散補償器の構成を簡単化することができる。
【００２０】
また、単一の反射ミラーである可動ミラーが、可動ミラーに設けられた第１電極と、第１電極に対して所定の位置に設けられた第２電極との間に電圧を印加して生じる静電気力を用いて、その全体の反射面を変形することが可能に構成されていることが好ましい。
【００２１】
このような構成を有する反射手段は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製することが可能である。また、その駆動方法については、上記のようにそれぞれ静電気力を利用して可動ミラーを駆動制御することにより、位相シフト及びそれによる分散補償の制御が高速化される。
【００２２】
反射手段全体の構成については、反射手段を構成する反射ミラーの反射面の形状が、反射される周波数成分に関して略放物線状となっていることが好ましい。これにより、光伝送路で生じる分散において２次分散Ｄ(2)が支配的となっている場合に、分散補償の対象となっている周波数帯域の全体にわたって、信号光に対して良好に分散補償を実現することができる。
【００２３】
また、本発明による光伝送システムは、（ａ）所定の周波数帯域内の周波数成分を有する信号光を伝搬する光伝送路と、（ｂ）光伝送路上の所定位置に設置され、光伝送路を伝搬される信号光に生じる分散を補償する上記した可変分散補償器とを備えることを特徴とする。
【００２４】
これにより、光ファイバ伝送路などの光伝送路を伝搬される信号光に生じる分散が高精度で制御性良く補償されて、信号光の波形劣化等が防止される光伝送システムが実現される。
【００２５】
また、信号光のビットレートが１０Ｇｂｐｓ以上であることを特徴とする。あるいは、さらに、ビットレートが４０Ｇｂｐｓ以上であることを特徴とする。このような高速のビットレートでは、特に光伝送路での分散の発生が問題となるが、このような場合にも、上記した構成の可変分散補償器を適用することにより、信号光に対して充分に分散補償を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による可変分散補償器及び光伝送システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２７】
まず、可変分散補償器の概略構成について説明する。図１は、本発明による可変分散補償器の一実施形態を模式的に示す構成図である。本実施形態の可変分散補償器１は、入力された信号光に対して所定の位相シフトを与えて、信号光の分散を補償するものであり、光合分波器２と、反射ミラー群３とを備えて構成されている。また、その分散補償機能について、分散補償のために信号光の各周波数成分に与えられる位相シフト量が可変となっている。
【００２８】
所定の周波数帯域（波長帯域）内の周波数成分（波長成分）を有し、分散補償の対象となる信号光は、可変分散補償器１の入力端１ａから入力され、所定の位相シフトが与えられた後、分散補償された信号光として出力端１ｂから出力される。入力端１ａと出力端１ｂとの間には、信号光が伝搬される光伝送路１１が設けられている。
【００２９】
光伝送路１１上の所定位置には、光サーキュレータ１２が設置されている。また、この光サーキュレータ１２には、分散補償用の光伝送路１３が接続されている。これにより、入力端１ａ側の光伝送路１１からの分散補償前の信号光は、光サーキュレータ１２を通過して光伝送路１３へと出力される。また、光伝送路１３からの分散補償後の信号光は、光サーキュレータ１２を通過して出力端１ｂ側の光伝送路１１へと出力される。
【００３０】
分散補償用の光伝送路１３の光サーキュレータ１２とは反対側の端部には、上記した光合分波器２と、反射ミラー群３とがこの順で設置されている。これらの光合分波器２及び反射ミラー群３によって、信号光に対して位相シフトが与えられて、その分散が補償される。
【００３１】
光合分波器２は、分散補償前の信号光を入力し、所定の周波数帯域内の信号光を周波数成分毎に分波する光分波手段としての機能と、信号光の各周波数成分を合波して、分散補償後の信号光とする光合波手段としての機能とを有する単一の光合分波手段である。分散補償の対象となる信号光は、この光合分波器２において、所定の分波方向（図１中に示すν軸方向）に沿って、周波数ν（波長λ）により分波または合波される。
【００３２】
また、反射ミラー群３は、光合分波器２で分波された信号光の周波数成分それぞれを反射して、各周波数成分に所定の位相シフトを与える反射手段である。位相シフトは、光合分波器２（光分波手段）から反射ミラー群３（反射手段）を介して再び光合分波器２（光合波手段）に到達するまでの光路長及び光路長差を利用して、信号光の各周波数成分に与えられる。また、この反射ミラー群３は、周波数成分それぞれに対する反射位置が信号光伝搬方向（図１中に示すｄ軸方向）について可変に構成されている。
【００３３】
本実施形態における反射手段である反射ミラー群３は、光合分波器２で分波された信号光の各周波数成分に対応して、周波数毎に分割された複数の反射ミラー３０からなる。これらの反射ミラー３０は、信号光の分波方向であって信号光伝搬方向に略垂直なν軸方向を配列方向として略連続的に配列されており、これによって、分散補償を行う周波数帯域全体でそれぞれ信号光の周波数成分を反射する反射ミラー群３が構成されている。
【００３４】
また、反射ミラー群３を構成している反射ミラー３０のそれぞれは、反射面の形状は一定であるが、個別かつ互いに独立に信号光伝搬方向であるｄ軸方向について移動することが可能な可動ミラーとなっている。
【００３５】
以上の構成において、入力端１ａから可変分散補償器１に入力された分散補償の対象である信号光は、光伝送路１１、光サーキュレータ１２、及び光伝送路１３を介して光合分波器２に入力されて、その周波数νによって各周波数成分に分波される。分波された信号光の各周波数成分は反射ミラー群３に向けて伝搬され、反射ミラー群３の対応する反射ミラー３０により、所定の反射位置で反射される。そして、反射された各周波数成分は、再び光合分波器２で合波されて分散補償後の信号光となり、光伝送路１３、光サーキュレータ１２、及び光伝送路１１を介して出力端１ｂから外部へと出力される。
【００３６】
ここで、反射ミラー群３の各反射ミラー３０における信号光の周波数成分の反射位置は、その周波数成分に対して与えるべき位相シフト量に基づいて決められる。そして、可動ミラーである反射ミラー３０をそれぞれ駆動制御して、設定された反射位置となるように信号光伝搬方向に移動しておくことによって、全体の周波数帯域内での信号光に対する分散補償を実現する。
【００３７】
次に、上記した可変分散補償器を備える光伝送システムについて説明する。図２は、本発明による光伝送システムの一実施形態を模式的に示す構成図である。
【００３８】
本実施形態の光伝送システムは、信号光を送信する送信器（送信局）Ｔと、送信器Ｔから送信された信号光を伝搬する光伝送路である光ファイバ伝送路Ｌと、光ファイバ伝送路Ｌを伝搬された信号光を受信する受信器（受信局）Ｒとを備えて構成されている。
【００３９】
光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、図１に示した構成を有する可変分散補償器１が設置されている。この可変分散補償器１は、好ましくは受信器Ｒに近い光ファイバ伝送路Ｌ上の位置、例えば受信器Ｒの直前位置、に設けられる。これにより、送信器Ｔから受信器Ｒへと光ファイバ伝送路Ｌを伝搬される間に信号光に累積された分散に対して、受信器Ｒで信号光が受信される前に、可変分散補償器１によって分散補償が行われる。
【００４０】
本実施形態による可変分散補償器及び光伝送システムにおいては、光分波手段である光合分波器２で分波された信号光が、再び光合波手段である光合分波器２で合波されるまでの光路長を利用して、信号光の各周波数成分に対して位相シフトを与える。そして、各周波数成分に対する光路長及び位相シフトの設定に用いられる反射手段である反射ミラー群３について、反射ミラー群３を構成している複数の反射ミラー３０による周波数成分の反射位置を、それぞれの反射ミラー３０で可変としている。
【００４１】
これにより、各周波数成分に対して与えられる位相シフトが可変となるため、任意の位相調整を行うことが可能となり、信号光に生じる分散を高い精度で補償することが可能となる。また、反射ミラー群３を構成している反射ミラー３０それぞれによる周波数成分の反射位置を個別に制御することができるので、信号光に付与する位相シフト量を制御性良く制御して、分散補償の条件を詳細に設定または変更することが可能となる。
【００４２】
さらに、反射手段のみで分散補償の制御を行っているので、光回路の構造を簡単化することが可能であり、光回路を小型化することができる。なお、このような反射手段は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製することが可能である。
【００４３】
このような構成を有する可変分散補償器を適用した光伝送システムによれば、光ファイバ伝送路Ｌなどの光伝送路を伝搬される信号光に生じる分散が高精度で制御性良く補償されて、信号光の波形劣化等が確実に防止される光伝送システムが実現される。
【００４４】
なお、図１に示した可変分散補償器１では、分散補償前の信号光を周波数成分に分波する光分波手段、及び周波数成分を合波して分散補償後の信号光とする光合波手段を、単一の光合分波器２としている。これによって、可変分散補償器１の構成を簡単化し、その光回路をさらに小型化することができる。ただし、これらの光分波手段及び光合波手段は、別々に構成されていても良い。
【００４５】
図３は、図１に示した実施形態による可変分散補償器の具体的な構成例を示す平面図である。なお、図３においては、光伝送路１１及び光サーキュレータ１２等については図示せず、信号光に対して実際に分散補償を行う光合分波器２及び反射ミラー群３からなる光回路のみを示している。
【００４６】
本実施例の可変分散補償器１においては、分散補償の対象となる信号光を分波または合波する光合分波器２として、基板１０上に所定の導波路パターンで形成された平面導波路型光回路によるアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）２ａが用いられている。
【００４７】
ＡＷＧ２ａは、その端部が入出力ポートとなっている入出力用チャネル導波路２１と、入出力用チャネル導波路２１に接続された第１スラブ導波路２２と、第１スラブ導波路２２に接続され各々の光路長が互いに異なる複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路部２３と、アレイ導波路部２３に接続された第２スラブ導波路２４とを有して構成されている。
【００４８】
第２スラブ導波路２４のアレイ導波路部２３とは反対側には、さらに、複数本（ｎ本）のチャネル導波路２６1〜２６nからなるチャネル導波路群２５が接続されている。また、チャネル導波路群２５の第２スラブ導波路２４とは反対側には、ｎ本のチャネル導波路２６1、２６2、…、２６nにそれぞれ対応するｎ個の可動反射ミラー３０1、３０2、…、３０nからなる反射ミラー群３が設けられている。これらの反射ミラー３０1〜３０nは、基板１０上にチャネル導波路群２５を横切るように形成された溝部３１内に、対応するチャネル導波路２６1〜２６nを伝搬されたきた信号光成分を反射するようにそれぞれ設置されている。
【００４９】
溝部３１は、具体的には、チャネル導波路群２５のチャネル導波路２６1〜２６nでの信号光伝搬方向に略垂直で信号光の分波方向となっている方向に沿って形成されている（図１参照）。そして、反射ミラー群３の反射ミラー３０1〜３０nは、この溝部３１内で、それぞれ対応するチャネル導波路２６1〜２６nに対向する位置（チャネル導波路のコア部に対向する位置）に設置されている。
【００５０】
以上の構成において、ＡＷＧ２ａの入出力ポートから入出力用チャネル導波路２１に信号光が入力されると、第１スラブ導波路２２、アレイ導波路部２３、及び第２スラブ導波路２４を順次に経て導波される間に信号光が周波数毎（波長毎）に分波される。分波された信号光の各周波数成分は、チャネル導波路群２５のチャネル導波路２６1〜２６nにそれぞれ分割されて入力される。
【００５１】
チャネル導波路２６1〜２６nのそれぞれを伝搬された周波数成分は、反射ミラー群３の対応する可動反射ミラー３０1〜３０nによって反射され、再びチャネル導波路２６1〜２６nのそれぞれを逆方向に伝搬される。そして、第２スラブ導波路２４、アレイ導波路部２３、及び第１スラブ導波路２２を順次に経て導波される間に各周波数成分が合波されて、入出力用チャネル導波路２１を介して分散補償された信号光として入出力ポートから出力される。
【００５２】
ここで、本実施例における反射手段である反射ミラー群３は、上述したように、その反射面を個別に移動することが可能な複数の可動反射ミラー３０によって構成されている。これらの可動反射ミラー３０の駆動方法としては、可動ミラー３０に設けられた電極（第１電極）と、第１電極に対して所定の位置に設けられた電極（第２電極）との間に電圧を印加して生じる静電気力を用いて、その駆動制御を行うことが好ましい。これにより、反射ミラーでの反射位置、及びそれによって設定される位相シフト量、分散補償の条件の制御を容易かつ高速に行うことができる。
【００５３】
図４は、図３に示した可変分散補償器での反射ミラー群に用いられる可動反射ミラーの一例を示す構成図である。この反射ミラー群３は、上記のように溝部３１内に配列された複数の可動反射ミラー３０を有する。また、隣接する可動反射ミラー３０の間には、それぞれガイドレール３２が設けられており、可動反射ミラー３０の移動方向がガイドされている。
【００５４】
それぞれの可動反射ミラー３０は、好ましくは絶縁体からなるミラー支持部３３によって支持されている。ミラー支持部３３は、反射ミラー３０とは反対側の端部を支点として可動となっており、その一方側には、第１電極である電極３４が形成されている。また、ミラー支持部３３を挟んで電極３４の反対側に、第２電極である電極３５が設けられている。この電極３５は、基板１０に対して固定されている。
【００５５】
ミラー支持部３３に設けられた電極３４と、基板１０に固定の電極３５との間には、電圧を可変に印加する可変電源が接続されている。そして、この電極３４と電極３５との間の印加電圧を変えると、発生する静電気力またはその変化によってミラー支持部３３にたわみが生じ、このたわみに可動反射ミラー３０が連動して、ガイドレール３２によってガイドされた移動方向に移動する。
【００５６】
図５は、可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。この反射ミラー群３は、溝部３１内に配列された可動反射ミラー３０、ガイドレール３２、及びミラー支持部３３については、図４の構成例と同様であるが、反射ミラー３０を駆動するための電極の構造が異なっている。
【００５７】
ミラー支持部３３には、その両側にクシ歯型電極３６が形成されている。これに対して、ミラー支持部３３の両側に、それぞれ同様のクシ歯型電極３７、３８が設けられている。そして、これらの電極３６、３７、３８にそれぞれ印加される電圧を変えることによって、可動反射ミラー３０が移動する。このようにクシ歯型電極を用いた場合、反射ミラー３０を効率的に精度良く駆動することができる。
【００５８】
光伝送システムにおいて信号光に生じる分散、及び可変分散補償器による分散補償について、図１及び図２を参照しつつさらに説明する。なお、以下においては、分散補償の対象である信号光の光強度を、その電界の振幅｜Ｅ｜の値またはその二乗値によって表すこととする。
【００５９】
光伝送システムにおいて光ファイバ伝送路Ｌを伝搬される信号光は、図２に示すように、送信器Ｔにおいて、その光強度｜Ｅ｜が所定の信号波形Ａを有するように生成されて、光伝送システムに対する入力信号光として送信される。この入力信号光は、信号光周波数ν0（信号光波長λ0＝ｃ／ν0）を中心周波数として、所定の信号光周波数帯域（波長帯域）に広がった信号光成分を有している。
【００６０】
このような信号光が光ファイバ伝送路Ｌを伝搬されると、光ファイバ伝送路Ｌでの分散が信号光に累積される。そして、伝搬後の信号光では、図２に信号波形Ｂとして示すように、その光強度｜Ｅ’｜の信号波形が入力信号光の信号波形Ａから歪む波形劣化が発生する。
【００６１】
この波形劣化を生じた信号光を分散補償の対象として、可変分散補償器１において、光ファイバ伝送路Ｌで累積した分散による位相シフトを打ち消すように、信号光の各周波数成分に分散補償のための位相シフトを与えて、その分散を補償する。これにより、光ファイバ伝送路Ｌを伝搬されることによる分散の影響が極力除去された光強度｜Ｅ”｜の信号波形Ｃを有する信号光が得られる。
【００６２】
詳述すると、光ファイバ伝送路Ｌに２次分散（分散）Ｄ(2)及び３次分散（分散スロープ）Ｄ(3)が存在する場合、波長λ（＝ｃ／ν）の信号光成分に対する全分散Ｄの値は、群遅延時間をτとして、次式
によって表される。ただし、λ0は上記した信号光の中心波長である。
この全分散Ｄにおいて２次分散Ｄ(2)が支配的であるとすると、波長λの信号光成分に対する群遅延時間τは、
τ（λ）＝Ｄ(2)（λ−λ0）
となる。このとき、光ファイバ伝送路Ｌを伝搬された信号光の各信号光成分に発生する分散による位相シフトφは、中心周波数ν0（中心波長λ0）での位相シフトを０として、以下のようになる。
φ＝−πｃＤ(2)（（ν−ν0）／ν0）2
また、位相シフトφの変化率は、
である。すなわち、光ファイバ伝送路Ｌを伝搬される信号光には、分散Ｄ(2)により、中心周波数ν0を中心として放物線状に変化する位相シフトが発生する。
【００６３】
このような位相シフトが発生した信号光に対して、図１及び図３に示した可変分散補償器１によって分散補償を行う。ここで、図１に示すように、分散補償を行う周波数帯域となる反射ミラー群３の全体での周波数帯域全幅を２δν、反射ミラー群３に含まれる複数の反射ミラー３０のそれぞれでの周波数幅である分散補償分解能をΔνとする。
【００６４】
また、反射ミラー群３に含まれる反射ミラー３０1〜３０nのそれぞれについて、反射ミラー３０iによって反射される信号光の周波数成分の中心周波数をνi、信号光の各周波数成分に対して分散補償のために与えられる位相シフトをψとする。
【００６５】
反射ミラー３０1〜３０nのそれぞれによる各周波数成分の反射位置は、反射ミラー３０iでの反射によって信号光の周波数成分に与えられる位相シフトがψ＝−φ（νi）となって、反射ミラー３０iの中心周波数νiで光ファイバ伝送路Ｌでの位相シフトφが打ち消されるように設定される。
【００６６】
反射ミラー３０それぞれに対する反射位置が設定されたら、各可動反射ミラー３０を設定した反射位置となるように移動する。これによって、光伝送システムでの分散を補償可能な構成が実現される。位相シフトψ＝−φ（νi）を与えるための可動反射ミラー３０iの位置ｄ（図１参照）は、光合分波器２と反射ミラー群３との間の媒質の屈折率をｎとして、次式
ｄ＝ｃφ（νi）／４πｎνi
で求められる。
【００６７】
ここで、上記した例のように、反射手段である反射ミラー群３が分割された複数の反射ミラー３０から構成されている場合、各反射ミラー３０の範囲内では、信号光の周波数成分に対して与えられる位相シフト量ψが一定となる。したがって、信号光に対して有効に分散補償を行うためには、１個の反射ミラー３０に対応する周波数範囲Δν内で、信号光に発生している位相シフトφ（ν）が大きく変化しないように、反射ミラー群３での分散補償の周波数分解能Δνを設定することが好ましい。具体的には、位相シフトφの変化率ｄφ／ｄνに対して、周波数分解能Δνが次式の条件を満たすことが好ましい。
｜Δν×（ｄφ／ｄν）｜≦π
【００６８】
全分散Ｄにおいて２次分散Ｄ(2)が支配的であるとすると、位相シフトφの変化率の絶対値｜（ｄφ／ｄν）｜は、周波数ν＝ν0±δν、すなわち中心周波数ν0から全幅２δνの半分の周波数δνだけ離れた、周波数帯域の端となる周波数成分において最大となり、その最大値は、
である。したがって、上記した好適な条件
を満たす補償可能な分散Ｄ(2)の最大値は、
となる。
【００６９】
例えば、分散補償の対象となる信号光について、その中心周波数をν0＝１８９．１ＴＨｚ（中心波長をλ0＝１５８５ｎｍ）、周波数帯域の半幅をδν＝５０ＧＨｚ、１個の反射ミラー当りの周波数範囲である周波数分解能をΔν＝５ＧＨｚとすると、補償可能な最大分散は｜Ｄ(2)｜max＝２４０ｐｓ／ｎｍとなる。また、同様の条件で、周波数帯域の半幅をδν＝１５ＧＨｚ、周波数分解能をΔν＝３ＧＨｚとすると、補償可能な最大分散は｜Ｄ(2)｜max＝１３００ｐｓ／ｎｍとなる。
【００７０】
なお、上記の式より、補償可能な最大分散｜Ｄ(2)｜maxの値は、周波数分解能Δνを細かくすることによって大きくなることがわかる。この周波数分解能Δνについては、可変分散補償器の具体的な構成、例えば、図３に示した可変分散補償器１でのＡＷＧ２ａによる信号光の分波条件、及び基板１０上に形成可能な分割可動ミラーの幅などを考慮して、好適な値に設定することが好ましい。
【００７１】
ここで、図３に示したＡＷＧ２ａを含む可変分散補償器１の具体的な構成例を示しておく。第２スラブ導波路２４に接続されているチャネル導波路群２５での隣接するチャネル導波路同士の間隔をΔｘ、隣接するチャネル導波路を伝搬される信号光の周波数成分同士の波長間隔をΔλとすると、次式
Δｘ／Δλ
＝ＮcｆΔＬ／ｎsΔｘλ0
が成り立つ。ただし、Ｎcは導波路の群屈折率、ｆはスラブ導波路の長手方向の長さ、ΔＬはアレイ導波路部でのチャネル導波路同士の光路長差、ｎsはスラブ導波路の実効屈折率である。これらのうち、群屈折率Ｎc及び実効屈折率ｎsは、それぞれ１．５程度である。
【００７２】
これに対して、信号光の中心波長をλ0＝１５５０ｎｍ、分散補償を行う周波数帯域を２δν＝１００ＧＨｚ（波長帯域０．８ｎｍに相当）とし、この周波数帯域を１０分割して周波数分解能をΔν＝１０ＧＨｚとする。このとき、波長分解能は、Δλ＝０．０８ｎｍである。また、チャネル導波路同士の間隔をΔｘ＝２０μｍとする。
【００７３】
これらの数値を代入すると、可変分散補償器１のＡＷＧ２ａが満たすべき構成条件として、
ｆΔＬ＝７．７５×１０-6ｍ
が得られる。この条件は、例えば、スラブ導波路をｆ＝３０ｍｍとし、アレイ導波路部をΔＬ＝２５８μｍとした構成によって満たすことが可能である。
【００７４】
なお、分散補償の周波数帯域２δνについては、分散補償の対象となる信号光の信号光成分が分布している周波数範囲を充分に含むように設定することが好ましい。
【００７５】
また、分散補償の対象となる信号光が、互いに異なる信号光波長を有する複数の信号光からなる多波長信号光であれば、多波長信号光に含まれる単一の信号光に対して分散補償を行う場合には、例えば、隣接する信号光同士の周波数間隔を周波数全幅２δνとすることができる。また、周波数全幅２δνを信号光同士の周波数間隔よりも大きく（例えば整数倍）すれば、多波長信号光に含まれる複数の信号光に対する分散補償が可能な構成となる。
【００７６】
また、信号光のビットレート（変調速度）については、ビットレートが１０Ｇｂｐｓ以上であることが好ましく、あるいは、さらに、４０Ｇｂｐｓ以上であることが好ましい。このような高速のビットレートでは、特に光伝送路での分散の発生が問題となるが、このような場合にも、上記した構成の可変分散補償器を適用することにより、信号光に対して充分な精度で良好に分散補償を行うことができる。ただし、可変分散補償器１は、上記より小さいビットレートの信号光に対しても有効に適用することができることは言うまでもない。
【００７７】
また、反射手段を構成する反射ミラーの配列または反射面の形状が、反射される周波数成分に関して略放物線状となっていることが好ましい。これにより、光伝送路で生じる分散において２次分散Ｄ(2)が支配的となっている場合に、分散補償の対象となっている周波数帯域の全体にわたって、信号光に対して良好に分散補償を実現することができる。
【００７８】
以上の構成による光伝送システム及び可変分散補償器における、光伝送路での分散による信号光の波形劣化、及び信号光に対する分散補償について、具体的な条件を適用してシミュレーションを行い、その効果の確認を行った。
【００７９】
分散補償の対象となる信号光については、その中心周波数をν0＝１８９．１ＴＨｚ（中心波長をλ0＝１５８５ｎｍ）とし、また、光の変調方式をＮＲＺ、変調速度（ビットレート）Ｍを１０Ｇｂｐｓまたは４０Ｇｂｐｓとした。また、信号光の光パルスの波形については、non-chirp の super-Gaussian 形状とした。このとき、１ビットの信号の継続時間を２ｔ0（＝１／Ｍ）とすると、信号光の信号波形は、
によって与えられる。ただし、ｍは光パルス形状を定めるパラメータで、ここではｍ＝２とした。
【００８０】
また、実際に分散補償を行う信号光としては、２9＝５１２ビットのランダム符号を伝送させ、得られる信号波形をアイパターンで表示することによって評価した。
【００８１】
まず、ビットレートをＭ＝１０Ｇｂｐｓとした場合の分散補償の例を示す。このビットレート１０Ｇｂｐｓでは、信号の周期となるクロックは、１００ｐｓである。
【００８２】
図６は、１０Ｇｂｐｓの光伝送システムを伝送される信号光の一例を示すグラフであり、図６（ａ）は送信器の直後での入力信号光の信号波形（図２における信号波形Ａを参照）を、また、図６（ｂ）は分散補償前（分散補償なし）での出力信号光の信号波形（図２における信号波形Ｂを参照）を示している。
【００８３】
図６（ａ）に示す信号波形を有する入力信号光は、信号光周波数ν0＝１８９．１ＴＨｚを中心として、およそ±１５ＧＨｚの周波数範囲での周波数成分を有している。これに対して、光伝送路を伝搬されることによって信号光に発生する分散をＤ(2)＝＋１２００ｐｓ／ｎｍ、Ｄ(3)＝０ｐｓ／ｎｍ2とすると、伝搬後の出力信号光では、図６（ｂ）に示すように、分散による波形劣化を生じた信号波形となる。
【００８４】
図７は、１０Ｇｂｐｓの光伝送システムを伝送される信号光に対する分散補償の一例を示すグラフであり、図７（ａ）は信号光の位相シフトを、また、図７（ｂ）は分散補償後（分散補償あり）での出力信号光の信号波形（図２における信号波形Ｃを参照）を示している。
【００８５】
ここで、図７（ａ）において、横軸は、中心周波数ν0＝１８９．１ＴＨｚに対する相対周波数ν−ν0（ＧＨｚ）を示している。また、縦軸は、分散Ｄ(2)＝＋１２００ｐｓ／ｎｍに対応する位相シフト変化率ｄφ／ｄν（ｒａｄ／ＧＨｚ）、及び位相シフトφ、−ψ（ｒａｄ）を示している。
【００８６】
図６（ａ）に示した入力信号光の各周波数成分に対し、上記した光伝送路での分散Ｄ(2)によって、図６（ｂ）に示した伝搬後の出力信号光では、図７（ａ）に示す放物線状の位相シフトφが発生している。これに対して、本実施例では、周波数帯域の半幅をδν＝１５ＧＨｚ、周波数分解能をΔν＝３ＧＨｚとして分散補償を行った。
【００８７】
このとき、可変分散補償器１では、信号光の各周波数成分に対して、図７（ａ）中に−ψのグラフで示す位相シフトψが与えられる。この周波数幅Δν＝３ＧＨｚでの階段状の位相シフトψのグラフは、反射ミラー群３における複数の反射ミラー３０の配列に対応している。すなわち、位相シフトψの横軸方向は、反射ミラー３０のν軸方向についての位置に対応している。また、縦軸方向は、反射ミラー３０のｄ軸方向についての位置に対応している（図１参照）。
【００８８】
反射ミラー群３は、図７（ａ）に示すように、それぞれの反射ミラー３０iで反射される周波数幅Δνの周波数成分に対し、その中心周波数νiで２つの位相シフトが−ψ＝φ（νi）と一致するように構成されている。このような構成により、光伝送路で信号光に生じた位相シフトφが可変分散補償器１で与えられる位相シフトψによって極力打ち消される。そして、図７（ｂ）に分散補償後の出力信号光の信号波形を示すように、信号光の分散が充分に補償される。
【００８９】
図８は、１０Ｇｂｐｓの光伝送システムを伝送される信号光に対する分散補償の他の例を示すグラフであり、図８（ａ）は信号光の位相シフトを、また、図８（ｂ）は分散補償後での出力信号光の信号波形を示している。なお、図８（ａ）のグラフにおいては、位相シフト変化率ｄφ／ｄν及び位相シフトφは、図７（ａ）に示したものと同一である。
【００９０】
図６（ａ）に示した入力信号光の各周波数成分に対し、上記した光伝送路での分散Ｄ(2)によって、図６（ｂ）に示した伝搬後の出力信号光では、図８（ａ）に示す放物線状の位相シフトφが発生している。これに対して、本実施例では、周波数帯域の半幅をδν＝１５ＧＨｚ、周波数分解能をΔν＝１ＧＨｚとして分散補償を行った。
【００９１】
このとき、可変分散補償器１では、信号光の各周波数成分に対して、図８（ａ）中に−ψのグラフで示す位相シフトψが与えられる。この周波数幅Δν＝１ＧＨｚでの階段状の位相シフトψのグラフは、反射ミラー群３における複数の反射ミラー３０の配列に対応している。
【００９２】
反射ミラー群３は、図８（ａ）に示すように、それぞれの反射ミラー３０iで反射される周波数幅Δνの周波数成分に対し、その中心周波数νiで２つの位相シフトが−ψ＝φ（νi）と一致するように構成されている。このような構成により、光伝送路で信号光に生じた位相シフトφが可変分散補償器１で与えられる位相シフトψによって極力打ち消される。そして、図８（ｂ）に分散補償後の出力信号光の信号波形を示すように、信号光の分散が充分に補償される。特に、本実施例では、周波数分解能Δνを図７に示した例での３ＧＨｚよりも小さい１ＧＨｚとすることによって、分散補償の精度が向上されている。
【００９３】
次に、ビットレートをＭ＝４０Ｇｂｐｓとした場合の分散補償の例を示す。このビットレート４０Ｇｂｐｓでは、信号の周期となるクロックは、２５ｐｓである。
【００９４】
図９は、４０Ｇｂｐｓの光伝送システムを伝送される信号光の一例を示すグラフであり、図９（ａ）は送信器の直後での入力信号光の信号波形を、また、図９（ｂ）は分散補償前での出力信号光の信号波形を示している。
【００９５】
図９（ａ）に示す信号波形を有する入力信号光は、信号光周波数ν0＝１８９．１ＴＨｚを中心として、およそ±５０ＧＨｚの周波数範囲での周波数成分を有している。これに対して、光伝送路を伝搬されることによって信号光に発生する分散をＤ(2)＝＋２００ｐｓ／ｎｍ、Ｄ(3)＝０ｐｓ／ｎｍ2とすると、伝搬後の出力信号光では、図９（ｂ）に示すように、分散による波形劣化を生じた信号波形となる。
【００９６】
図１０は、４０Ｇｂｐｓの光伝送システムを伝送される信号光に対する分散補償の一例を示すグラフであり、図１０（ａ）は信号光の位相シフトを、また、図１０（ｂ）は分散補償後での出力信号光の信号波形を示している。
【００９７】
ここで、図１０（ａ）において、横軸は、中心周波数ν0＝１８９．１ＴＨｚに対する相対周波数ν−ν0（ＧＨｚ）を示している。また、縦軸は、分散Ｄ(2)＝＋２００ｐｓ／ｎｍに対応する位相シフト変化率ｄφ／ｄν（ｒａｄ／ＧＨｚ）、及び位相シフトφ、−ψ（ｒａｄ）を示している。
【００９８】
図９（ａ）に示した入力信号光の各周波数成分に対し、上記した光伝送路での分散Ｄ(2)によって、図９（ｂ）に示した伝搬後の出力信号光では、図１０（ａ）に示す放物線状の位相シフトφが発生している。これに対して、本実施例では、周波数帯域の半幅をδν＝５０ＧＨｚ、周波数分解能をΔν＝２ＧＨｚとして分散補償を行った。
【００９９】
このとき、可変分散補償器１では、信号光の各周波数成分に対して、図１０（ａ）中に−ψのグラフで示す位相シフトψが与えられる。この周波数幅Δν＝２ＧＨｚでの階段状の位相シフトψのグラフは、反射ミラー群３における複数の反射ミラー３０の配列に対応している。
【０１００】
反射ミラー群３は、図１０（ａ）に示すように、それぞれの反射ミラー３０iで反射される周波数幅Δνの周波数成分に対し、その中心周波数νiで２つの位相シフトが−ψ＝φ（νi）と一致するように構成されている。このような構成により、光伝送路で信号光に生じた位相シフトφが可変分散補償器１で与えられる位相シフトψによって極力打ち消される。そして、図１０（ｂ）に分散補償後の出力信号光の信号波形を示すように、信号光の分散が充分に補償される。
【０１０１】
上述した実施形態及び実施例では、図１及び図３に示したように、反射手段として複数の可動反射ミラー３０からなる反射ミラー群３を用いている。これに対して、反射手段として、複数の反射ミラーに分割されていない単一の可動反射ミラーを用いることも可能である。
【０１０２】
図１１は、可変分散補償器での反射手段として単一の反射ミラーを用いた場合における可動反射ミラーについて示す図であり、図１１（ａ）はその形状及び駆動方法を示す模式図、図１１（ｂ）は具体的な構成例を示す図である。
【０１０３】
図１１に示す反射手段４は、単一の可動反射ミラー４０からなる。この可動反射ミラー４０は、図１１（ａ）に示すように、その全体の反射面の曲面形状を変形（例えば放物線状の形状に変形）することにより、信号光の各周波数成分に対応する反射面部分のそれぞれを信号光伝搬方向について移動することが可能となっている。これにより、分割された複数の可動反射ミラー３０からなる反射ミラー群３と同様に、可変に精度良く分散補償を行うことができる。
【０１０４】
このような単一の可動反射ミラー４０を有する反射手段４の具体的な構成としては、例えば図１１（ｂ）に示す構成例がある。この反射手段４では、ポリシリコン層４１上に、可動反射ミラーとなる金属層４０が形成されている。また、この金属層４０は、可動ミラーに設けられた第１電極としても機能する。
【０１０５】
ポリシリコン層４１の金属層４０とは反対側には、シリコン層４４上に形成された金属層４３が配置されている。この金属層４３は、第１電極に対して所定の位置に設けられた第２電極となっている。また、ポリシリコン層４１と金属層４３とは、酸化シリコン層４２によって隔てられている。この酸化シリコン層４２は、ポリシリコン層４１及び金属層４３の端部に対して設けられている。
【０１０６】
可動反射ミラーとして機能するとともに第１電極である金属層４０と、第２電極である金属層４３との間には、電圧を可変に印加する可変電源が接続されている。そして、この金属層４０と金属層４３との間の印加電圧を変えると、発生する静電気力またはその変化によって酸化シリコン層４２が設けられていない中央部分の金属層４０及びポリシリコン層４１にたわみが生じて反射面の曲面形状が変形し、反射面部分のそれぞれが移動する。このような構成の反射手段４は、例えば、光合分波器２として図３に示した実施形態と同様にＡＷＧを用いた場合には、その第２スラブ導波路の出力端に沿って設置することが好ましい。
【０１０７】
図１２は、単一の反射ミラーを用いた場合における可動反射ミラーの他の構成例を示す図である。この反射手段４では、図１１に示した反射手段と同様に、単一の可動反射ミラー４０が用いられており、その全体の反射面の曲面形状を変形することによって、反射面部分のそれぞれを信号光伝搬方向について移動する構成となっている。
【０１０８】
図１２（ａ）に示す反射手段４の可動反射ミラー４０では、その両側の端部近傍の部位４０１、４０２を固定部位とし、中央近傍の部位４０３を駆動手段によって信号光伝搬方向に駆動することが可能な駆動部位としている。そして、この駆動部位４０３に対して、駆動部位４０３を信号光伝搬方向に駆動するための駆動手段であるコムドライブ４５が接続されている。
【０１０９】
本実施例におけるコムドライブ４５は、クシ歯型電極を７段に組み合わせた構造を有している。可動反射ミラー４０を信号光伝搬方向に駆動させる駆動用電極４６には、駆動方向の幅ｗ０の枠状電極部４６０に対して、７段のクシ歯型電極部４６１〜４６７が設けられている。この駆動用電極４６は、可動反射ミラー４０で反射される信号光の伝搬方向となる可動反射ミラー４０に略垂直な方向を駆動方向として設置されており、接続部４６８を介して可動反射ミラー４０の駆動部位４０３に接続されている。
【０１１０】
これらの駆動用電極４６のクシ歯型電極部４６１〜４６７に対して、７段のクシ歯型電極４７１〜４７７が、それぞれ対応するクシ歯型電極部４６１〜４６７と相互に入り組むように設けられている。これらのクシ歯型電極４７１〜４７７は、可動反射ミラー４０及び各電極が設けられる基板等に固定されており、また、例えば、互いに同電位となるように電気的に接続されている。
【０１１１】
以上の電極構成を有するコムドライブ４５において、クシ歯型電極部４６１〜４６７を含む駆動用電極４６と、クシ歯型電極４７１〜４７７との間に電圧を印加すると、固定されているクシ歯型電極４７１〜４７７に対して、駆動用電極４６が静電気力によって信号光伝搬方向である駆動方向に移動する。このとき、駆動用電極４６と接続部４６８を介して接続されている可動反射ミラー４０の中央近傍の駆動部位４０３が信号光伝搬方向に駆動されて、その全体の反射面が変形する。
【０１１２】
このように、可動反射ミラー４０の中央近傍の部位を駆動して変位させる構成によれば、中央の駆動部位４０３の変位に連動させることによって反射ミラー４０の全体の反射面を変形させて、その反射面部分のそれぞれを効率的に信号光伝搬方向について移動することができる。
【０１１３】
なお、可動反射ミラー４０の中央近傍の部位４０３を駆動部位とする場合には、駆動部位４０３以外の所定の部位を固定とする必要がある。この固定する部位については、例えば、図１２（ａ）に示す構成例のように、両側の端部近傍の部位４０１、４０２を固定部位とすることが好ましい。あるいは、端部近傍以外の部位、例えば中央部と端部の中間の部位などを固定しても良い。
【０１１４】
図１２（ｂ）に示す駆動用電極４６のクシ歯型電極部４６１及び対応するクシ歯型電極４７１の部分拡大図を参照して、図１２（ａ）に示したコムドライブ４５の具体的な構成の一例を説明する。まず、駆動用電極４６の全体としては、枠状電極部４６０の長手方向の幅をｗ０＝６１０μｍとし、また、図１２（ａ）に示したように７段の電極構成とした。
【０１１５】
また、各クシ歯型電極の構成等については、クシ歯型電極の幅をｗ２＝１０μｍ、駆動用電極４６が初期位置にある状態でのクシ歯型電極間の駆動方向でのギャップをｇ１＝６０μｍ、駆動方向に直交する方向でのクシ歯間のギャップをｇ２＝１０μｍ、クシ歯型電極同士のオーバーラップ部分の長さをｔ＝１０μｍ、各電極の高さを５０μｍ、クシ歯型電極の本数を１９とした。また、可動反射ミラー４０については、中央の駆動部位４０３から端部の固定部位４０１または４０２までの距離を１００μｍ、厚さを２．５μｍとした。
【０１１６】
以上の構成からなるコムドライブ４５において、駆動用電極４６とクシ歯型電極４７１〜４７７との間に１００Ｖの電圧を印加したところ、駆動用電極４６及び電極４６に接続された可動反射ミラー４０の駆動部位４０３の変位は０．２μｍであった。可動反射ミラー４０は、この駆動部位４０３の変位によってたわみを生じ、これによって全体の反射面が変形する。
【０１１７】
図１３は、単一の反射ミラーを用いた場合における可動反射ミラーの他の構成例を示す図である。この反射手段４では、図１１に示した反射手段と同様に、単一の可動反射ミラー４０が用いられており、その全体の反射面の曲面形状を変形することによって、反射面部分のそれぞれを信号光伝搬方向について移動する構成となっている。
【０１１８】
図１３に示す反射手段４の可動反射ミラー４０は、その中央近傍の部位４０３を固定部位とし、両側の端部近傍の部位４０１、４０２を、それぞれ変位させることが可能な部位としている。本実施例では、これらの部位４０１、４０２を印加部位とするとともに、印加部位４０１、４０２のそれぞれに対して、モーメントを印加することによって印加部位４０１、４０２を変位させるモーメント印加手段であるモーメント印加機構５１、５２が接続されている。
【０１１９】
これらのモーメント印加機構５１、５２には、可動反射ミラー４０の印加部位４０１、４０２に接続されている端部とは反対側の端部に、それぞれコムドライブ５３、５４が接続されている。これらのコムドライブは、それぞれ図１２（ａ）に示すコムドライブ４５と同様の構成を有するものであり、図１３においては、そのモーメント印加機構５１、５２への接続位置及び駆動方向を模式的に示してある。
【０１２０】
以上の構成において、コムドライブ５３、５４によってモーメント印加機構５１、５２の端部が駆動されると、印加機構５１、５２の全体が移動または変形する。このとき、これらのモーメント印加機構５１、５２が接続されている可動反射ミラー４０の印加部位４０１、４０２にモーメントが印加されてそれらの部位が変位し、それに連動して可動反射ミラー４０の全体の反射面が変形する。
【０１２１】
このように、可動反射ミラー４０の端部近傍の部位を変位させる構成によれば、可動ミラーを変形させるために印加が必要な力が小さくなり、その全体の反射面を容易に変形させることができる。モーメント印加機構５１、５２を駆動するコムドライブ５３、５４として、図１２（ａ）に示したものと同様の構成を有するコムドライブを図１３に示した構成の反射手段４に適用して、可動反射ミラー４０の変位について調べたところ、１５Ｖの電圧を印加（３０μＮの力の印加に相当）したときに、可動反射ミラー４０の印加部位４０１、４０２の変位はそれぞれ４μｍであった。
【０１２２】
図１４は、単一の反射ミラーを用いた場合における可動反射ミラーの他の構成例を示す図である。この反射手段４では、図１１に示した反射手段と同様に、単一の可動反射ミラー４０が用いられており、その全体の反射面の曲面形状を変形することによって、反射面部分のそれぞれを信号光伝搬方向について移動する構成となっている。
【０１２３】
図１４に示す反射手段４の可動反射ミラー４０は、その両側の端部近傍の部位４０１、４０２を固定部位としている。そして、可動反射ミラー４０の所定の部位（一部分または全体の部位）に対して、図１４に模式的に示すように、可動反射ミラー４０を加熱するための加熱手段５０が設置されている。
【０１２４】
以上の構成において、加熱手段５０によって可動反射ミラー４０の一部分または全体の部位が加熱されると、可動反射ミラー４０が熱膨張等によって変形し、その全体の反射面が変形する。
【０１２５】
このように、可動反射ミラー４０を加熱して変形する構成によれば、加熱手段を用いて可動ミラーの反射面を変形することができるので、その構成の簡単化と分散補償器の小型化が可能となる。例えば、厚さ２．５μｍのＳｉのビームにΔｔ＝３００℃の熱を加えたところ、可動反射ミラー４０の中央近傍の部位で、４μｍの変位が得られた。
【０１２６】
ここで、可動反射ミラー４０の両側の端部近傍の部位を固定して反射面を変形する構成と、可動反射ミラー４０の中央近傍の部位を固定して反射面を変形する構成とを比較すると、中央近傍の部位を固定して端部近傍の部位を駆動する構成の方が、反射ミラー４０に印加する力が小さくなる。
【０１２７】
すなわち、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、同様の形状を有する可動反射ミラー４０に対して、その両側の端部近傍の部位４０１、４０２を固定した場合と、中央近傍の部位４０３を固定した場合とを比較すると、端部近傍の部位４０１、４０２を固定した構成（図１５（ａ））では、その中央近傍の部位を５μｍ変位させるのにｆ０＝８．７×１０4μＮの力が必要であった。
【０１２８】
これに対して、中央近傍の部位４０３を固定した構成（図１５（ｂ））では、端部近傍の部位に対して、加えた力の合計が上記の例と等しくなるようにそれぞれｆ１＝ｆ２＝ｆ０／２＝４．３５×１０4μＮの力を加えたときに、それらの端部近傍の部位の変位は約４倍の１９．６μｍであった。また、可動反射ミラー４０の変位を上記と同様に５μｍとすると、端部近傍の部位に加える力の合計は約２×１０4μＮと約１／４の力となった。
【０１２９】
このように、可動ミラーの端部近傍の部位を駆動する構成によれば、モーメントを印加する構成及び信号光伝搬方向に駆動する構成のいずれにおいても、可動ミラーを駆動するために印加が必要な力が小さくなり、その全体の反射面を容易に変形させることができる。
【０１３０】
図１６は、単一の反射ミラーを用いた場合における可動反射ミラーについて、その中央近傍の部位を固定したときの構成例を示す図である。この反射手段４は、単一の可動反射ミラー４０と、枠状電極部５６０とクシ歯型電極部５６１〜５６７からなる駆動用電極５６及びクシ歯型電極５７１〜５７７を含むコムドライブ５５とを有し、端部近傍の部位を固定した例について図１２（ａ）に示した反射手段と類似の構成となっている。
【０１３１】
図１６に示す反射手段４の可動反射ミラー４０では、その中央近傍の部位４０３を固定部位とし、両側の端部近傍の部位４０１、４０２を駆動手段によって信号光伝搬方向に駆動することが可能な駆動部位としている。そして、これらの駆動部位４０１、４０２に対して、それぞれ接続部５６８、５６９を介して、駆動部位４０１、４０２を信号光伝搬方向に駆動するための駆動手段である上記したコムドライブ５５が接続されている。
【０１３２】
以上の構成において、クシ歯型電極部５６１〜５６７を含む駆動用電極５６と、クシ歯型電極５７１〜５７７との間に電圧を印加すると、固定されているクシ歯型電極５７１〜５７７に対して、駆動用電極５６が静電気力によって信号光伝搬方向である駆動方向に移動する。このとき、駆動用電極５６と接続部５６８、５６９を介して接続されている可動反射ミラー４０の端部近傍の駆動部位４０１、４０２がそれぞれ信号光伝搬方向に駆動されて、その全体の反射面が変形する。このように可動反射ミラー４０の端部近傍の駆動部位４０１、４０２を駆動する構成によれば、上述したように、比較的小さい力で反射面を変形させることができる。
【０１３３】
本発明による可変分散補償器、及びそれを備える光伝送システムは、上述した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、信号光の分波及び合波を行う光合分波器としては、ＡＷＧに限らず、様々なものを用いて良く、また、光分波器及び光合波器を別々に設けても良い。また、信号光の分波については、反射手段の構成等に応じて、複数の周波数成分に分割されるように分波しても良いし、あるいは、周波数によってスペクトル状に連続的に分波しても良い。
【０１３４】
図１７は、可変分散補償器の他の実施形態を模式的に示す構成図である。本実施形態では、分散補償用の光ファイバ伝送路１３からの信号光は、光合分波手段である回折格子２ｂに入力して分波され、反射手段５において周波数成分毎に反射される。そして、反射された各周波数成分は、再び回折格子２ｂで合波されて分散補償後の信号光となり、光ファイバ伝送路１３へと入力される。
【０１３５】
図１８は、可変分散補償器の他の実施形態を模式的に示す構成図である。本実施形態では、光合分波手段として、その下面側に２つの回折格子２ｄ、２ｅが形成された酸化シリコン（ＳｉＯ2）プレート２ｃを用いている。入力用の光ファイバ伝送路１４からの信号光は、プレート２ｃに上面側から入射された後、光分波手段である回折格子２ｄに入力して分波され、反射手段６において周波数成分毎に反射される。そして、反射された各周波数成分は、光合波手段である回折格子２ｅで合波されて分散補償後の信号光となり、プレート２ｃの上面を通過して出力用の光ファイバ伝送路１５へと入力される。
【０１３６】
これらの構成例以外にも、光分波手段、反射手段、及び光合波手段、あるいはそれらの組み合わせについて、それぞれ様々な形態のものを適用することが可能である。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明による可変分散補償器及び光伝送システムは、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、光分波手段から反射手段を介して光合波手段に到達するまでの光路長差を利用して、信号光の各周波数成分に対して位相シフトを与えるとともに、各周波数成分に対する反射位置が可変な反射手段を用いて位相シフトを可変とした可変分散補償器によれば、信号光に生じる分散を高い精度で制御性良く補償することが可能となる。また、反射手段のみで分散補償を制御しているので、光回路の構造を簡単化することが可能であり、したがって、光回路を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】可変分散補償器の一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】光伝送システムの一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図３】図１に示した実施形態による可変分散補償器の具体的な構成例を示す平面図である。
【図４】可動反射ミラーの一例を示す構成図である。
【図５】可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。
【図６】１０Ｇｂｐｓの光伝送システムでの（ａ）入力信号光、及び（ｂ）分散補償前の出力信号光の一例を示すグラフである。
【図７】１０Ｇｂｐｓの光伝送システムでの（ａ）信号光の位相シフト、及び（ｂ）分散補償後の出力信号光の一例を示すグラフである。
【図８】１０Ｇｂｐｓの光伝送システムでの（ａ）信号光の位相シフト、及び（ｂ）分散補償後の出力信号光の他の例を示すグラフである。
【図９】４０Ｇｂｐｓの光伝送システムでの（ａ）入力信号光、及び（ｂ）分散補償前の出力信号光の一例を示すグラフである。
【図１０】４０Ｇｂｐｓの光伝送システムでの（ａ）信号光の位相シフト、及び（ｂ）分散補償後の出力信号光の一例を示すグラフである。
【図１１】可動反射ミラーの他の例を示す図である。
【図１２】可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。
【図１３】可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。
【図１４】可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。
【図１５】可動反射ミラーの駆動方法について説明する図である。
【図１６】可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。
【図１７】可変分散補償器の他の実施形態を模式的に示す構成図である。
【図１８】可変分散補償器の他の実施形態を模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
１…可変分散補償器、１ａ…入力端、１ｂ…出力端、１０…基板、１１…光伝送路、１２…光サーキュレータ、１３…光伝送路、Ｔ…送信器、Ｒ…受信器、Ｌ…光ファイバ伝送路、
２…光合分波器、２ａ…アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）、２１…入出力用チャネル導波路、２２…第１スラブ導波路、２３…アレイ導波路部、２４…第２スラブ導波路、２５…チャネル導波路群、２６1〜２６n…チャネル導波路、
３…反射ミラー群、３０、３０1〜３０n…可動反射ミラー、３１…溝部、３２…ガイドレール、３３…ミラー支持部、３４〜３８…電極、
４…反射手段、４０…可動反射ミラー、４１…ポリシリコン層、４２…酸化シリコン層、４３…金属層、４４…シリコン層、４５、５３、５４、５５…コムドライブ、５０…加熱手段、５１、５２…モーメント印加機構。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ伝送路などの光伝送路を伝搬されることによって信号光に生じる分散を補償する可変分散補償器、及びそれを備える光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ伝送路などで信号光を伝搬させる光伝送システムでは、光ファイバが有する分散により、信号光に含まれる各周波数（各波長）の光成分に分散が累積される。これに対して、光伝送路での伝搬による信号光の波形劣化を抑制するため、信号光周波数を含む周波数帯域における光伝送システムでの分散量を小さくすることが望まれている。また、多波長信号光を伝搬させる波長多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）伝送システムでは、同様に、多波長信号光それぞれの信号光周波数（信号光波長）を含む周波数帯域における分散量を小さくすることが必要となる。
【０００３】
信号光の各周波数成分に累積される分散を補償するものとして、光伝送路上に設けられる分散補償器がある。分散補償器では、信号光に適当な位相シフトを与えることによって、信号光に生じる分散を補償する。このような分散補償器としては、例えば、文献１「電子情報通信学会技術研究報告（信学技報） Vol.100, No.379、OCS2000-61」、文献２「ＯｐｌｕｓＥ Vol.22, No.9、p.1151」、及び文献３「ＯＦＣ２０００、Shirasaki et al.、Variable dispersion compensator using the virtually imaged phased array (VIPA) for 40-Gbit/s WDM transmission systems」に記載されたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光伝送システムの発展により、光伝送路上に設置される分散補償器に対し、さらに高い精度で分散補償が可能であるとともに、分散補償の制御性に優れた分散補償器が要求されている。これに対して、従来の分散補償器では、分散補償の精度及び制御性が充分に得られていない。
【０００５】
例えば、上記の文献１に記載された分散補償器は、アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ：Arrayed-Waveguide Grating）を備えて構成されている。そして、ＡＷＧの第１スラブ導波路側から信号光を入力し、反対側の第２スラブ導波路から出力された各周波数成分に対して空間位相フィルタによる位相調整を行って、信号光の分散を補償している。しかしながら、このような構成では、信号光の各周波数成分に対する位相調整に空間位相フィルタを用いているため、与えられる位相シフトが固定であって、分散補償の制御ができない。
【０００６】
また、文献２に記載された分散補償器は、マッハツェンダ型光回路（ＭＺＩ：Mach Zender Interferometer）による光路差可変の平面導波路型光回路を利用して分散補償を行う構成となっている。しかしながら、このような構成では、光回路の構造が複雑となり、その大きさも大きく（例えば５ｃｍ角程度）なってしまう。また、位相調整のレスポンスも低い（例えば１０ｍｓ程度）。
【０００７】
また、文献３に記載された分散補償器では、信号光を空間で伝搬させるデバイスを利用して光路長を変化させているが、このような構成では、システムが大きく、高精度での位相調整が困難である。また、光ファイバ伝送路への挿入損失も例えば１０ｄＢ以上と大きい。
【０００８】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、分散補償の精度及び制御性に優れるとともに、その光回路が小型化される可変分散補償器、及びそれを備える光伝送システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による分散補償器は、信号光に位相シフトを与えて、信号光の分散を補償する可変分散補償器であって、（１）分散補償の対象となる信号光を入力し、所定の周波数帯域内の信号光を周波数成分毎に分波する光分波手段と、（２）光分波手段で分波された周波数成分それぞれを反射して、各周波数成分に所定の位相シフトを与えるとともに、周波数成分それぞれに対する反射位置が信号光伝搬方向について可変に構成された反射手段と、（３）反射手段で反射された周波数成分を合波して、分散補償された信号光とする光合波手段とを備え、（４）反射手段は単一の反射ミラーからなり、単一の反射ミラーは、その全体の反射面を変形することにより、周波数成分に対応する反射面部分のそれぞれを信号光伝搬方向について移動することが可能な可動ミラーであり、単一の反射ミラーである可動ミラーは、その中央近傍に設けられた固定部位を固定とし、両側の端部近傍にそれぞれ設けられた印加部位である第１印加部位及び第２印加部位にモーメント印加手段によってモーメントを印加して、全体の反射面を変形するとともに、モーメント印加手段は、可動ミラーの第１印加部位に一方の端部が接続され、他方の端部に第１コムドライブが接続されている第１モーメント印加機構と、可動ミラーの第２印加部位に一方の端部が接続され、他方の端部に第２コムドライブが接続されている第２モーメント印加機構とによって構成され、第１コムドライブ及び第２コムドライブのそれぞれは、駆動用電極に設けられたクシ歯型電極部と、固定に設けられたクシ歯型電極とを組み合わせた構造を有し、それらの電極の間に電圧を印加することで駆動用電極を駆動することが可能に構成されたコムドライブであり、第１コムドライブ及び第２コムドライブによって第１モーメント印加機構及び第２モーメント印加機構の端部を駆動することによって、可動ミラーの全体の反射面を変形することを特徴とする。
【００１０】
上記した可変分散補償器においては、光分波手段から反射手段を介して光合波手段に到達するまでの光路長差を利用して、信号光の各周波数成分に対してそれぞれ所定の位相シフトを与える。そして、各周波数成分に対する反射位置が可変となる反射手段を用いることにより、各周波数成分に与える位相シフトを可変としている。
【００１１】
このような構成により、信号光に生じる分散を高い精度で補償することが可能となる。また、反射手段での各周波数成分の反射位置を制御することにより、位相シフトを与えることによる分散補償が制御可能となる。また、反射手段のみで分散補償を制御しているので、光回路の構造を簡単化することが可能であり、したがって、光回路を小型化することができる。
【００１２】
反射手段の具体的な構成及びその駆動方法としては、例えば、単一の反射ミラーである可動ミラーは、その中央近傍に設けられた駆動部位を駆動手段によって信号光伝搬方向に駆動して、全体の反射面を変形する構成がある。
【００１３】
このように可動ミラーの中央近傍の部位を変位させる構成によれば、中央の駆動部位の変位に連動させることによって反射ミラーの全体の反射面を変形させて、その反射面部分のそれぞれを効率的に信号光伝搬方向について移動することができる。この場合、駆動手段によって駆動する駆動部位以外の所定の部位、例えば可動ミラーの両側の端部近傍の部位、を固定とすることが好ましい。
【００１４】
また、単一の反射ミラーである可動ミラーは、その中央近傍に設けられた固定部位を固定とするとともに、両側の端部近傍にそれぞれ設けられた印加部位にモーメント印加手段によってモーメントを印加して、全体の反射面を変形する構成がある。
【００１５】
あるいは、単一の反射ミラーである可動ミラーは、その中央近傍に設けられた固定部位を固定とするとともに、両側の端部近傍にそれぞれ設けられた駆動部位を駆動手段によって信号光伝搬方向に駆動して、全体の反射面を変形する構成がある。
【００１６】
このように可動ミラーの端部近傍の部位を変位させる構成によれば、モーメントを印加する場合及び信号光伝搬方向に駆動する場合のいずれにおいても、可動ミラーを変形させるために印加が必要な力が小さくなり、その全体の反射面を容易に変形させることができる。
【００１７】
また、単一の反射ミラーである可動ミラーは、その所定の部位を加熱手段によって加熱して変位させて、全体の反射面を変形する構成がある。
【００１８】
このように可動ミラーを加熱して変形する構成によれば、加熱手段を用いて可動ミラーの反射面を変形することができるので、その構成の簡単化と分散補償器の小型化が可能となる。
【００１９】
ここで、光分波手段及び光合波手段は、単一の光合分波手段からなることが好ましい。これによって、可変分散補償器の構成を簡単化することができる。
【００２０】
また、単一の反射ミラーである可動ミラーが、可動ミラーに設けられた第１電極と、第１電極に対して所定の位置に設けられた第２電極との間に電圧を印加して生じる静電気力を用いて、その全体の反射面を変形することが可能に構成されていることが好ましい。
【００２１】
このような構成を有する反射手段は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製することが可能である。また、その駆動方法については、上記のようにそれぞれ静電気力を利用して可動ミラーを駆動制御することにより、位相シフト及びそれによる分散補償の制御が高速化される。
【００２２】
反射手段全体の構成については、反射手段を構成する反射ミラーの反射面の形状が、反射される周波数成分に関して略放物線状となっていることが好ましい。これにより、光伝送路で生じる分散において２次分散Ｄ(2)が支配的となっている場合に、分散補償の対象となっている周波数帯域の全体にわたって、信号光に対して良好に分散補償を実現することができる。
【００２３】
また、本発明による光伝送システムは、（ａ）所定の周波数帯域内の周波数成分を有する信号光を伝搬する光伝送路と、（ｂ）光伝送路上の所定位置に設置され、光伝送路を伝搬される信号光に生じる分散を補償する上記した可変分散補償器とを備えることを特徴とする。
【００２４】
これにより、光ファイバ伝送路などの光伝送路を伝搬される信号光に生じる分散が高精度で制御性良く補償されて、信号光の波形劣化等が防止される光伝送システムが実現される。
【００２５】
また、信号光のビットレートが１０Ｇｂｐｓ以上であることを特徴とする。あるいは、さらに、ビットレートが４０Ｇｂｐｓ以上であることを特徴とする。このような高速のビットレートでは、特に光伝送路での分散の発生が問題となるが、このような場合にも、上記した構成の可変分散補償器を適用することにより、信号光に対して充分に分散補償を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による可変分散補償器及び光伝送システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２７】
まず、可変分散補償器の概略構成について説明する。図１は、本発明による可変分散補償器の一実施形態を模式的に示す構成図である。本実施形態の可変分散補償器１は、入力された信号光に対して所定の位相シフトを与えて、信号光の分散を補償するものであり、光合分波器２と、反射ミラー群３とを備えて構成されている。また、その分散補償機能について、分散補償のために信号光の各周波数成分に与えられる位相シフト量が可変となっている。
【００２８】
所定の周波数帯域（波長帯域）内の周波数成分（波長成分）を有し、分散補償の対象となる信号光は、可変分散補償器１の入力端１ａから入力され、所定の位相シフトが与えられた後、分散補償された信号光として出力端１ｂから出力される。入力端１ａと出力端１ｂとの間には、信号光が伝搬される光伝送路１１が設けられている。
【００２９】
光伝送路１１上の所定位置には、光サーキュレータ１２が設置されている。また、この光サーキュレータ１２には、分散補償用の光伝送路１３が接続されている。これにより、入力端１ａ側の光伝送路１１からの分散補償前の信号光は、光サーキュレータ１２を通過して光伝送路１３へと出力される。また、光伝送路１３からの分散補償後の信号光は、光サーキュレータ１２を通過して出力端１ｂ側の光伝送路１１へと出力される。
【００３０】
分散補償用の光伝送路１３の光サーキュレータ１２とは反対側の端部には、上記した光合分波器２と、反射ミラー群３とがこの順で設置されている。これらの光合分波器２及び反射ミラー群３によって、信号光に対して位相シフトが与えられて、その分散が補償される。
【００３１】
光合分波器２は、分散補償前の信号光を入力し、所定の周波数帯域内の信号光を周波数成分毎に分波する光分波手段としての機能と、信号光の各周波数成分を合波して、分散補償後の信号光とする光合波手段としての機能とを有する単一の光合分波手段である。分散補償の対象となる信号光は、この光合分波器２において、所定の分波方向（図１中に示すν軸方向）に沿って、周波数ν（波長λ）により分波または合波される。
【００３２】
また、反射ミラー群３は、光合分波器２で分波された信号光の周波数成分それぞれを反射して、各周波数成分に所定の位相シフトを与える反射手段である。位相シフトは、光合分波器２（光分波手段）から反射ミラー群３（反射手段）を介して再び光合分波器２（光合波手段）に到達するまでの光路長及び光路長差を利用して、信号光の各周波数成分に与えられる。また、この反射ミラー群３は、周波数成分それぞれに対する反射位置が信号光伝搬方向（図１中に示すｄ軸方向）について可変に構成されている。
【００３３】
本実施形態における反射手段である反射ミラー群３は、光合分波器２で分波された信号光の各周波数成分に対応して、周波数毎に分割された複数の反射ミラー３０からなる。これらの反射ミラー３０は、信号光の分波方向であって信号光伝搬方向に略垂直なν軸方向を配列方向として略連続的に配列されており、これによって、分散補償を行う周波数帯域全体でそれぞれ信号光の周波数成分を反射する反射ミラー群３が構成されている。
【００３４】
また、反射ミラー群３を構成している反射ミラー３０のそれぞれは、反射面の形状は一定であるが、個別かつ互いに独立に信号光伝搬方向であるｄ軸方向について移動することが可能な可動ミラーとなっている。
【００３５】
以上の構成において、入力端１ａから可変分散補償器１に入力された分散補償の対象である信号光は、光伝送路１１、光サーキュレータ１２、及び光伝送路１３を介して光合分波器２に入力されて、その周波数νによって各周波数成分に分波される。分波された信号光の各周波数成分は反射ミラー群３に向けて伝搬され、反射ミラー群３の対応する反射ミラー３０により、所定の反射位置で反射される。そして、反射された各周波数成分は、再び光合分波器２で合波されて分散補償後の信号光となり、光伝送路１３、光サーキュレータ１２、及び光伝送路１１を介して出力端１ｂから外部へと出力される。
【００３６】
ここで、反射ミラー群３の各反射ミラー３０における信号光の周波数成分の反射位置は、その周波数成分に対して与えるべき位相シフト量に基づいて決められる。そして、可動ミラーである反射ミラー３０をそれぞれ駆動制御して、設定された反射位置となるように信号光伝搬方向に移動しておくことによって、全体の周波数帯域内での信号光に対する分散補償を実現する。
【００３７】
次に、上記した可変分散補償器を備える光伝送システムについて説明する。図２は、本発明による光伝送システムの一実施形態を模式的に示す構成図である。
【００３８】
本実施形態の光伝送システムは、信号光を送信する送信器（送信局）Ｔと、送信器Ｔから送信された信号光を伝搬する光伝送路である光ファイバ伝送路Ｌと、光ファイバ伝送路Ｌを伝搬された信号光を受信する受信器（受信局）Ｒとを備えて構成されている。
【００３９】
光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、図１に示した構成を有する可変分散補償器１が設置されている。この可変分散補償器１は、好ましくは受信器Ｒに近い光ファイバ伝送路Ｌ上の位置、例えば受信器Ｒの直前位置、に設けられる。これにより、送信器Ｔから受信器Ｒへと光ファイバ伝送路Ｌを伝搬される間に信号光に累積された分散に対して、受信器Ｒで信号光が受信される前に、可変分散補償器１によって分散補償が行われる。
【００４０】
本実施形態による可変分散補償器及び光伝送システムにおいては、光分波手段である光合分波器２で分波された信号光が、再び光合波手段である光合分波器２で合波されるまでの光路長を利用して、信号光の各周波数成分に対して位相シフトを与える。そして、各周波数成分に対する光路長及び位相シフトの設定に用いられる反射手段である反射ミラー群３について、反射ミラー群３を構成している複数の反射ミラー３０による周波数成分の反射位置を、それぞれの反射ミラー３０で可変としている。
【００４１】
これにより、各周波数成分に対して与えられる位相シフトが可変となるため、任意の位相調整を行うことが可能となり、信号光に生じる分散を高い精度で補償することが可能となる。また、反射ミラー群３を構成している反射ミラー３０それぞれによる周波数成分の反射位置を個別に制御することができるので、信号光に付与する位相シフト量を制御性良く制御して、分散補償の条件を詳細に設定または変更することが可能となる。
【００４２】
さらに、反射手段のみで分散補償の制御を行っているので、光回路の構造を簡単化することが可能であり、光回路を小型化することができる。なお、このような反射手段は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製することが可能である。
【００４３】
このような構成を有する可変分散補償器を適用した光伝送システムによれば、光ファイバ伝送路Ｌなどの光伝送路を伝搬される信号光に生じる分散が高精度で制御性良く補償されて、信号光の波形劣化等が確実に防止される光伝送システムが実現される。
【００４４】
なお、図１に示した可変分散補償器１では、分散補償前の信号光を周波数成分に分波する光分波手段、及び周波数成分を合波して分散補償後の信号光とする光合波手段を、単一の光合分波器２としている。これによって、可変分散補償器１の構成を簡単化し、その光回路をさらに小型化することができる。ただし、これらの光分波手段及び光合波手段は、別々に構成されていても良い。
【００４５】
図３は、図１に示した実施形態による可変分散補償器の具体的な構成例を示す平面図である。なお、図３においては、光伝送路１１及び光サーキュレータ１２等については図示せず、信号光に対して実際に分散補償を行う光合分波器２及び反射ミラー群３からなる光回路のみを示している。
【００４６】
本実施例の可変分散補償器１においては、分散補償の対象となる信号光を分波または合波する光合分波器２として、基板１０上に所定の導波路パターンで形成された平面導波路型光回路によるアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）２ａが用いられている。
【００４７】
ＡＷＧ２ａは、その端部が入出力ポートとなっている入出力用チャネル導波路２１と、入出力用チャネル導波路２１に接続された第１スラブ導波路２２と、第１スラブ導波路２２に接続され各々の光路長が互いに異なる複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路部２３と、アレイ導波路部２３に接続された第２スラブ導波路２４とを有して構成されている。
【００４８】
第２スラブ導波路２４のアレイ導波路部２３とは反対側には、さらに、複数本（ｎ本）のチャネル導波路２６1〜２６nからなるチャネル導波路群２５が接続されている。また、チャネル導波路群２５の第２スラブ導波路２４とは反対側には、ｎ本のチャネル導波路２６1、２６2、…、２６nにそれぞれ対応するｎ個の可動反射ミラー３０1、３０2、…、３０nからなる反射ミラー群３が設けられている。これらの反射ミラー３０1〜３０nは、基板１０上にチャネル導波路群２５を横切るように形成された溝部３１内に、対応するチャネル導波路２６1〜２６nを伝搬されたきた信号光成分を反射するようにそれぞれ設置されている。
【００４９】
溝部３１は、具体的には、チャネル導波路群２５のチャネル導波路２６1〜２６nでの信号光伝搬方向に略垂直で信号光の分波方向となっている方向に沿って形成されている（図１参照）。そして、反射ミラー群３の反射ミラー３０1〜３０nは、この溝部３１内で、それぞれ対応するチャネル導波路２６1〜２６nに対向する位置（チャネル導波路のコア部に対向する位置）に設置されている。
【００５０】
以上の構成において、ＡＷＧ２ａの入出力ポートから入出力用チャネル導波路２１に信号光が入力されると、第１スラブ導波路２２、アレイ導波路部２３、及び第２スラブ導波路２４を順次に経て導波される間に信号光が周波数毎（波長毎）に分波される。分波された信号光の各周波数成分は、チャネル導波路群２５のチャネル導波路２６1〜２６nにそれぞれ分割されて入力される。
【００５１】
チャネル導波路２６1〜２６nのそれぞれを伝搬された周波数成分は、反射ミラー群３の対応する可動反射ミラー３０1〜３０nによって反射され、再びチャネル導波路２６1〜２６nのそれぞれを逆方向に伝搬される。そして、第２スラブ導波路２４、アレイ導波路部２３、及び第１スラブ導波路２２を順次に経て導波される間に各周波数成分が合波されて、入出力用チャネル導波路２１を介して分散補償された信号光として入出力ポートから出力される。
【００５２】
ここで、本実施例における反射手段である反射ミラー群３は、上述したように、その反射面を個別に移動することが可能な複数の可動反射ミラー３０によって構成されている。これらの可動反射ミラー３０の駆動方法としては、可動ミラー３０に設けられた電極（第１電極）と、第１電極に対して所定の位置に設けられた電極（第２電極）との間に電圧を印加して生じる静電気力を用いて、その駆動制御を行うことが好ましい。これにより、反射ミラーでの反射位置、及びそれによって設定される位相シフト量、分散補償の条件の制御を容易かつ高速に行うことができる。
【００５３】
図４は、図３に示した可変分散補償器での反射ミラー群に用いられる可動反射ミラーの一例を示す構成図である。この反射ミラー群３は、上記のように溝部３１内に配列された複数の可動反射ミラー３０を有する。また、隣接する可動反射ミラー３０の間には、それぞれガイドレール３２が設けられており、可動反射ミラー３０の移動方向がガイドされている。
【００５４】
それぞれの可動反射ミラー３０は、好ましくは絶縁体からなるミラー支持部３３によって支持されている。ミラー支持部３３は、反射ミラー３０とは反対側の端部を支点として可動となっており、その一方側には、第１電極である電極３４が形成されている。また、ミラー支持部３３を挟んで電極３４の反対側に、第２電極である電極３５が設けられている。この電極３５は、基板１０に対して固定されている。
【００５５】
ミラー支持部３３に設けられた電極３４と、基板１０に固定の電極３５との間には、電圧を可変に印加する可変電源が接続されている。そして、この電極３４と電極３５との間の印加電圧を変えると、発生する静電気力またはその変化によってミラー支持部３３にたわみが生じ、このたわみに可動反射ミラー３０が連動して、ガイドレール３２によってガイドされた移動方向に移動する。
【００５６】
図５は、可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。この反射ミラー群３は、溝部３１内に配列された可動反射ミラー３０、ガイドレール３２、及びミラー支持部３３については、図４の構成例と同様であるが、反射ミラー３０を駆動するための電極の構造が異なっている。
【００５７】
ミラー支持部３３には、その両側にクシ歯型電極３６が形成されている。これに対して、ミラー支持部３３の両側に、それぞれ同様のクシ歯型電極３７、３８が設けられている。そして、これらの電極３６、３７、３８にそれぞれ印加される電圧を変えることによって、可動反射ミラー３０が移動する。このようにクシ歯型電極を用いた場合、反射ミラー３０を効率的に精度良く駆動することができる。
【００５８】
光伝送システムにおいて信号光に生じる分散、及び可変分散補償器による分散補償について、図１及び図２を参照しつつさらに説明する。なお、以下においては、分散補償の対象である信号光の光強度を、その電界の振幅｜Ｅ｜の値またはその二乗値によって表すこととする。
【００５９】
光伝送システムにおいて光ファイバ伝送路Ｌを伝搬される信号光は、図２に示すように、送信器Ｔにおいて、その光強度｜Ｅ｜が所定の信号波形Ａを有するように生成されて、光伝送システムに対する入力信号光として送信される。この入力信号光は、信号光周波数ν0（信号光波長λ0＝ｃ／ν0）を中心周波数として、所定の信号光周波数帯域（波長帯域）に広がった信号光成分を有している。
【００６０】
このような信号光が光ファイバ伝送路Ｌを伝搬されると、光ファイバ伝送路Ｌでの分散が信号光に累積される。そして、伝搬後の信号光では、図２に信号波形Ｂとして示すように、その光強度｜Ｅ’｜の信号波形が入力信号光の信号波形Ａから歪む波形劣化が発生する。
【００６１】
この波形劣化を生じた信号光を分散補償の対象として、可変分散補償器１において、光ファイバ伝送路Ｌで累積した分散による位相シフトを打ち消すように、信号光の各周波数成分に分散補償のための位相シフトを与えて、その分散を補償する。これにより、光ファイバ伝送路Ｌを伝搬されることによる分散の影響が極力除去された光強度｜Ｅ”｜の信号波形Ｃを有する信号光が得られる。
【００６２】
詳述すると、光ファイバ伝送路Ｌに２次分散（分散）Ｄ(2)及び３次分散（分散スロープ）Ｄ(3)が存在する場合、波長λ（＝ｃ／ν）の信号光成分に対する全分散Ｄの値は、群遅延時間をτとして、次式
この全分散Ｄにおいて２次分散Ｄ(2)が支配的であるとすると、波長λの信号光成分に対する群遅延時間τは、
τ（λ）＝Ｄ(2)（λ−λ0）
となる。このとき、光ファイバ伝送路Ｌを伝搬された信号光の各信号光成分に発生する分散による位相シフトφは、中心周波数ν0（中心波長λ0）での位相シフトを０として、以下のようになる。
φ＝−πｃＤ(2)（（ν−ν0）／ν0）2
また、位相シフトφの変化率は、
【００６３】
このような位相シフトが発生した信号光に対して、図１及び図３に示した可変分散補償器１によって分散補償を行う。ここで、図１に示すように、分散補償を行う周波数帯域となる反射ミラー群３の全体での周波数帯域全幅を２δν、反射ミラー群３に含まれる複数の反射ミラー３０のそれぞれでの周波数幅である分散補償分解能をΔνとする。
【００６４】
また、反射ミラー群３に含まれる反射ミラー３０1〜３０nのそれぞれについて、反射ミラー３０iによって反射される信号光の周波数成分の中心周波数をνi、信号光の各周波数成分に対して分散補償のために与えられる位相シフトをψとする。
【００６５】
反射ミラー３０1〜３０nのそれぞれによる各周波数成分の反射位置は、反射ミラー３０iでの反射によって信号光の周波数成分に与えられる位相シフトがψ＝−φ（νi）となって、反射ミラー３０iの中心周波数νiで光ファイバ伝送路Ｌでの位相シフトφが打ち消されるように設定される。
【００６６】
反射ミラー３０それぞれに対する反射位置が設定されたら、各可動反射ミラー３０を設定した反射位置となるように移動する。これによって、光伝送システムでの分散を補償可能な構成が実現される。位相シフトψ＝−φ（νi）を与えるための可動反射ミラー３０iの位置ｄ（図１参照）は、光合分波器２と反射ミラー群３との間の媒質の屈折率をｎとして、次式
ｄ＝ｃφ（νi）／４πｎνi
で求められる。
【００６７】
ここで、上記した例のように、反射手段である反射ミラー群３が分割された複数の反射ミラー３０から構成されている場合、各反射ミラー３０の範囲内では、信号光の周波数成分に対して与えられる位相シフト量ψが一定となる。したがって、信号光に対して有効に分散補償を行うためには、１個の反射ミラー３０に対応する周波数範囲Δν内で、信号光に発生している位相シフトφ（ν）が大きく変化しないように、反射ミラー群３での分散補償の周波数分解能Δνを設定することが好ましい。具体的には、位相シフトφの変化率ｄφ／ｄνに対して、周波数分解能Δνが次式の条件を満たすことが好ましい。
｜Δν×（ｄφ／ｄν）｜≦π
【００６８】
全分散Ｄにおいて２次分散Ｄ(2)が支配的であるとすると、位相シフトφの変化率の絶対値｜（ｄφ／ｄν）｜は、周波数ν＝ν0±δν、すなわち中心周波数ν0から全幅２δνの半分の周波数δνだけ離れた、周波数帯域の端となる周波数成分において最大となり、その最大値は、
【００６９】
例えば、分散補償の対象となる信号光について、その中心周波数をν0＝１８９．１ＴＨｚ（中心波長をλ0＝１５８５ｎｍ）、周波数帯域の半幅をδν＝５０ＧＨｚ、１個の反射ミラー当りの周波数範囲である周波数分解能をΔν＝５ＧＨｚとすると、補償可能な最大分散は｜Ｄ(2)｜max＝２４０ｐｓ／ｎｍとなる。また、同様の条件で、周波数帯域の半幅をδν＝１５ＧＨｚ、周波数分解能をΔν＝３ＧＨｚとすると、補償可能な最大分散は｜Ｄ(2)｜max＝１３００ｐｓ／ｎｍとなる。
【００７０】
なお、上記の式より、補償可能な最大分散｜Ｄ(2)｜maxの値は、周波数分解能Δνを細かくすることによって大きくなることがわかる。この周波数分解能Δνについては、可変分散補償器の具体的な構成、例えば、図３に示した可変分散補償器１でのＡＷＧ２ａによる信号光の分波条件、及び基板１０上に形成可能な分割可動ミラーの幅などを考慮して、好適な値に設定することが好ましい。
【００７１】
ここで、図３に示したＡＷＧ２ａを含む可変分散補償器１の具体的な構成例を示しておく。第２スラブ導波路２４に接続されているチャネル導波路群２５での隣接するチャネル導波路同士の間隔をΔｘ、隣接するチャネル導波路を伝搬される信号光の周波数成分同士の波長間隔をΔλとすると、次式
Δｘ／Δλ
＝ＮcｆΔＬ／ｎsΔｘλ0
が成り立つ。ただし、Ｎcは導波路の群屈折率、ｆはスラブ導波路の長手方向の長さ、ΔＬはアレイ導波路部でのチャネル導波路同士の光路長差、ｎsはスラブ導波路の実効屈折率である。これらのうち、群屈折率Ｎc及び実効屈折率ｎsは、それぞれ１．５程度である。
【００７２】
これに対して、信号光の中心波長をλ0＝１５５０ｎｍ、分散補償を行う周波数帯域を２δν＝１００ＧＨｚ（波長帯域０．８ｎｍに相当）とし、この周波数帯域を１０分割して周波数分解能をΔν＝１０ＧＨｚとする。このとき、波長分解能は、Δλ＝０．０８ｎｍである。また、チャネル導波路同士の間隔をΔｘ＝２０μｍとする。
【００７３】
これらの数値を代入すると、可変分散補償器１のＡＷＧ２ａが満たすべき構成条件として、
ｆΔＬ＝７．７５×１０-6ｍ
が得られる。この条件は、例えば、スラブ導波路をｆ＝３０ｍｍとし、アレイ導波路部をΔＬ＝２５８μｍとした構成によって満たすことが可能である。
【００７４】
なお、分散補償の周波数帯域２δνについては、分散補償の対象となる信号光の信号光成分が分布している周波数範囲を充分に含むように設定することが好ましい。
【００７５】
また、分散補償の対象となる信号光が、互いに異なる信号光波長を有する複数の信号光からなる多波長信号光であれば、多波長信号光に含まれる単一の信号光に対して分散補償を行う場合には、例えば、隣接する信号光同士の周波数間隔を周波数全幅２δνとすることができる。また、周波数全幅２δνを信号光同士の周波数間隔よりも大きく（例えば整数倍）すれば、多波長信号光に含まれる複数の信号光に対する分散補償が可能な構成となる。
【００７６】
また、信号光のビットレート（変調速度）については、ビットレートが１０Ｇｂｐｓ以上であることが好ましく、あるいは、さらに、４０Ｇｂｐｓ以上であることが好ましい。このような高速のビットレートでは、特に光伝送路での分散の発生が問題となるが、このような場合にも、上記した構成の可変分散補償器を適用することにより、信号光に対して充分な精度で良好に分散補償を行うことができる。ただし、可変分散補償器１は、上記より小さいビットレートの信号光に対しても有効に適用することができることは言うまでもない。
【００７７】
また、反射手段を構成する反射ミラーの配列または反射面の形状が、反射される周波数成分に関して略放物線状となっていることが好ましい。これにより、光伝送路で生じる分散において２次分散Ｄ(2)が支配的となっている場合に、分散補償の対象となっている周波数帯域の全体にわたって、信号光に対して良好に分散補償を実現することができる。
【００７８】
以上の構成による光伝送システム及び可変分散補償器における、光伝送路での分散による信号光の波形劣化、及び信号光に対する分散補償について、具体的な条件を適用してシミュレーションを行い、その効果の確認を行った。
【００７９】
分散補償の対象となる信号光については、その中心周波数をν0＝１８９．１ＴＨｚ（中心波長をλ0＝１５８５ｎｍ）とし、また、光の変調方式をＮＲＺ、変調速度（ビットレート）Ｍを１０Ｇｂｐｓまたは４０Ｇｂｐｓとした。また、信号光の光パルスの波形については、non-chirp の super-Gaussian 形状とした。このとき、１ビットの信号の継続時間を２ｔ0（＝１／Ｍ）とすると、信号光の信号波形は、
【００８０】
また、実際に分散補償を行う信号光としては、２9＝５１２ビットのランダム符号を伝送させ、得られる信号波形をアイパターンで表示することによって評価した。
【００８１】
まず、ビットレートをＭ＝１０Ｇｂｐｓとした場合の分散補償の例を示す。このビットレート１０Ｇｂｐｓでは、信号の周期となるクロックは、１００ｐｓである。
【００８２】
図６は、１０Ｇｂｐｓの光伝送システムを伝送される信号光の一例を示すグラフであり、図６（ａ）は送信器の直後での入力信号光の信号波形（図２における信号波形Ａを参照）を、また、図６（ｂ）は分散補償前（分散補償なし）での出力信号光の信号波形（図２における信号波形Ｂを参照）を示している。
【００８３】
図６（ａ）に示す信号波形を有する入力信号光は、信号光周波数ν0＝１８９．１ＴＨｚを中心として、およそ±１５ＧＨｚの周波数範囲での周波数成分を有している。これに対して、光伝送路を伝搬されることによって信号光に発生する分散をＤ(2)＝＋１２００ｐｓ／ｎｍ、Ｄ(3)＝０ｐｓ／ｎｍ2とすると、伝搬後の出力信号光では、図６（ｂ）に示すように、分散による波形劣化を生じた信号波形となる。
【００８４】
図７は、１０Ｇｂｐｓの光伝送システムを伝送される信号光に対する分散補償の一例を示すグラフであり、図７（ａ）は信号光の位相シフトを、また、図７（ｂ）は分散補償後（分散補償あり）での出力信号光の信号波形（図２における信号波形Ｃを参照）を示している。
【００８５】
ここで、図７（ａ）において、横軸は、中心周波数ν0＝１８９．１ＴＨｚに対する相対周波数ν−ν0（ＧＨｚ）を示している。また、縦軸は、分散Ｄ(2)＝＋１２００ｐｓ／ｎｍに対応する位相シフト変化率ｄφ／ｄν（ｒａｄ／ＧＨｚ）、及び位相シフトφ、−ψ（ｒａｄ）を示している。
【００８６】
図６（ａ）に示した入力信号光の各周波数成分に対し、上記した光伝送路での分散Ｄ(2)によって、図６（ｂ）に示した伝搬後の出力信号光では、図７（ａ）に示す放物線状の位相シフトφが発生している。これに対して、本実施例では、周波数帯域の半幅をδν＝１５ＧＨｚ、周波数分解能をΔν＝３ＧＨｚとして分散補償を行った。
【００８７】
このとき、可変分散補償器１では、信号光の各周波数成分に対して、図７（ａ）中に−ψのグラフで示す位相シフトψが与えられる。この周波数幅Δν＝３ＧＨｚでの階段状の位相シフトψのグラフは、反射ミラー群３における複数の反射ミラー３０の配列に対応している。すなわち、位相シフトψの横軸方向は、反射ミラー３０のν軸方向についての位置に対応している。また、縦軸方向は、反射ミラー３０のｄ軸方向についての位置に対応している（図１参照）。
【００８８】
反射ミラー群３は、図７（ａ）に示すように、それぞれの反射ミラー３０iで反射される周波数幅Δνの周波数成分に対し、その中心周波数νiで２つの位相シフトが−ψ＝φ（νi）と一致するように構成されている。このような構成により、光伝送路で信号光に生じた位相シフトφが可変分散補償器１で与えられる位相シフトψによって極力打ち消される。そして、図７（ｂ）に分散補償後の出力信号光の信号波形を示すように、信号光の分散が充分に補償される。
【００８９】
図８は、１０Ｇｂｐｓの光伝送システムを伝送される信号光に対する分散補償の他の例を示すグラフであり、図８（ａ）は信号光の位相シフトを、また、図８（ｂ）は分散補償後での出力信号光の信号波形を示している。なお、図８（ａ）のグラフにおいては、位相シフト変化率ｄφ／ｄν及び位相シフトφは、図７（ａ）に示したものと同一である。
【００９０】
図６（ａ）に示した入力信号光の各周波数成分に対し、上記した光伝送路での分散Ｄ(2)によって、図６（ｂ）に示した伝搬後の出力信号光では、図８（ａ）に示す放物線状の位相シフトφが発生している。これに対して、本実施例では、周波数帯域の半幅をδν＝１５ＧＨｚ、周波数分解能をΔν＝１ＧＨｚとして分散補償を行った。
【００９１】
このとき、可変分散補償器１では、信号光の各周波数成分に対して、図８（ａ）中に−ψのグラフで示す位相シフトψが与えられる。この周波数幅Δν＝１ＧＨｚでの階段状の位相シフトψのグラフは、反射ミラー群３における複数の反射ミラー３０の配列に対応している。
【００９２】
反射ミラー群３は、図８（ａ）に示すように、それぞれの反射ミラー３０iで反射される周波数幅Δνの周波数成分に対し、その中心周波数νiで２つの位相シフトが−ψ＝φ（νi）と一致するように構成されている。このような構成により、光伝送路で信号光に生じた位相シフトφが可変分散補償器１で与えられる位相シフトψによって極力打ち消される。そして、図８（ｂ）に分散補償後の出力信号光の信号波形を示すように、信号光の分散が充分に補償される。特に、本実施例では、周波数分解能Δνを図７に示した例での３ＧＨｚよりも小さい１ＧＨｚとすることによって、分散補償の精度が向上されている。
【００９３】
次に、ビットレートをＭ＝４０Ｇｂｐｓとした場合の分散補償の例を示す。このビットレート４０Ｇｂｐｓでは、信号の周期となるクロックは、２５ｐｓである。
【００９４】
図９は、４０Ｇｂｐｓの光伝送システムを伝送される信号光の一例を示すグラフであり、図９（ａ）は送信器の直後での入力信号光の信号波形を、また、図９（ｂ）は分散補償前での出力信号光の信号波形を示している。
【００９５】
図９（ａ）に示す信号波形を有する入力信号光は、信号光周波数ν0＝１８９．１ＴＨｚを中心として、およそ±５０ＧＨｚの周波数範囲での周波数成分を有している。これに対して、光伝送路を伝搬されることによって信号光に発生する分散をＤ(2)＝＋２００ｐｓ／ｎｍ、Ｄ(3)＝０ｐｓ／ｎｍ2とすると、伝搬後の出力信号光では、図９（ｂ）に示すように、分散による波形劣化を生じた信号波形となる。
【００９６】
図１０は、４０Ｇｂｐｓの光伝送システムを伝送される信号光に対する分散補償の一例を示すグラフであり、図１０（ａ）は信号光の位相シフトを、また、図１０（ｂ）は分散補償後での出力信号光の信号波形を示している。
【００９７】
ここで、図１０（ａ）において、横軸は、中心周波数ν0＝１８９．１ＴＨｚに対する相対周波数ν−ν0（ＧＨｚ）を示している。また、縦軸は、分散Ｄ(2)＝＋２００ｐｓ／ｎｍに対応する位相シフト変化率ｄφ／ｄν（ｒａｄ／ＧＨｚ）、及び位相シフトφ、−ψ（ｒａｄ）を示している。
【００９８】
図９（ａ）に示した入力信号光の各周波数成分に対し、上記した光伝送路での分散Ｄ(2)によって、図９（ｂ）に示した伝搬後の出力信号光では、図１０（ａ）に示す放物線状の位相シフトφが発生している。これに対して、本実施例では、周波数帯域の半幅をδν＝５０ＧＨｚ、周波数分解能をΔν＝２ＧＨｚとして分散補償を行った。
【００９９】
このとき、可変分散補償器１では、信号光の各周波数成分に対して、図１０（ａ）中に−ψのグラフで示す位相シフトψが与えられる。この周波数幅Δν＝２ＧＨｚでの階段状の位相シフトψのグラフは、反射ミラー群３における複数の反射ミラー３０の配列に対応している。
【０１００】
反射ミラー群３は、図１０（ａ）に示すように、それぞれの反射ミラー３０iで反射される周波数幅Δνの周波数成分に対し、その中心周波数νiで２つの位相シフトが−ψ＝φ（νi）と一致するように構成されている。このような構成により、光伝送路で信号光に生じた位相シフトφが可変分散補償器１で与えられる位相シフトψによって極力打ち消される。そして、図１０（ｂ）に分散補償後の出力信号光の信号波形を示すように、信号光の分散が充分に補償される。
【０１０１】
上述した実施形態及び実施例では、図１及び図３に示したように、反射手段として複数の可動反射ミラー３０からなる反射ミラー群３を用いている。これに対して、反射手段として、複数の反射ミラーに分割されていない単一の可動反射ミラーを用いることも可能である。
【０１０２】
図１１は、可変分散補償器での反射手段として単一の反射ミラーを用いた場合における可動反射ミラーについて示す図であり、図１１（ａ）はその形状及び駆動方法を示す模式図、図１１（ｂ）は具体的な構成例を示す図である。
【０１０３】
図１１に示す反射手段４は、単一の可動反射ミラー４０からなる。この可動反射ミラー４０は、図１１（ａ）に示すように、その全体の反射面の曲面形状を変形（例えば放物線状の形状に変形）することにより、信号光の各周波数成分に対応する反射面部分のそれぞれを信号光伝搬方向について移動することが可能となっている。これにより、分割された複数の可動反射ミラー３０からなる反射ミラー群３と同様に、可変に精度良く分散補償を行うことができる。
【０１０４】
このような単一の可動反射ミラー４０を有する反射手段４の具体的な構成としては、例えば図１１（ｂ）に示す構成例がある。この反射手段４では、ポリシリコン層４１上に、可動反射ミラーとなる金属層４０が形成されている。また、この金属層４０は、可動ミラーに設けられた第１電極としても機能する。
【０１０５】
ポリシリコン層４１の金属層４０とは反対側には、シリコン層４４上に形成された金属層４３が配置されている。この金属層４３は、第１電極に対して所定の位置に設けられた第２電極となっている。また、ポリシリコン層４１と金属層４３とは、酸化シリコン層４２によって隔てられている。この酸化シリコン層４２は、ポリシリコン層４１及び金属層４３の端部に対して設けられている。
【０１０６】
可動反射ミラーとして機能するとともに第１電極である金属層４０と、第２電極である金属層４３との間には、電圧を可変に印加する可変電源が接続されている。そして、この金属層４０と金属層４３との間の印加電圧を変えると、発生する静電気力またはその変化によって酸化シリコン層４２が設けられていない中央部分の金属層４０及びポリシリコン層４１にたわみが生じて反射面の曲面形状が変形し、反射面部分のそれぞれが移動する。このような構成の反射手段４は、例えば、光合分波器２として図３に示した実施形態と同様にＡＷＧを用いた場合には、その第２スラブ導波路の出力端に沿って設置することが好ましい。
【０１０７】
図１２は、単一の反射ミラーを用いた場合における可動反射ミラーの他の構成例を示す図である。この反射手段４では、図１１に示した反射手段と同様に、単一の可動反射ミラー４０が用いられており、その全体の反射面の曲面形状を変形することによって、反射面部分のそれぞれを信号光伝搬方向について移動する構成となっている。
【０１０８】
図１２（ａ）に示す反射手段４の可動反射ミラー４０では、その両側の端部近傍の部位４０１、４０２を固定部位とし、中央近傍の部位４０３を駆動手段によって信号光伝搬方向に駆動することが可能な駆動部位としている。そして、この駆動部位４０３に対して、駆動部位４０３を信号光伝搬方向に駆動するための駆動手段であるコムドライブ４５が接続されている。
【０１０９】
本実施例におけるコムドライブ４５は、クシ歯型電極を７段に組み合わせた構造を有している。可動反射ミラー４０を信号光伝搬方向に駆動させる駆動用電極４６には、駆動方向の幅ｗ０の枠状電極部４６０に対して、７段のクシ歯型電極部４６１〜４６７が設けられている。この駆動用電極４６は、可動反射ミラー４０で反射される信号光の伝搬方向となる可動反射ミラー４０に略垂直な方向を駆動方向として設置されており、接続部４６８を介して可動反射ミラー４０の駆動部位４０３に接続されている。
【０１１０】
これらの駆動用電極４６のクシ歯型電極部４６１〜４６７に対して、７段のクシ歯型電極４７１〜４７７が、それぞれ対応するクシ歯型電極部４６１〜４６７と相互に入り組むように設けられている。これらのクシ歯型電極４７１〜４７７は、可動反射ミラー４０及び各電極が設けられる基板等に固定されており、また、例えば、互いに同電位となるように電気的に接続されている。
【０１１１】
以上の電極構成を有するコムドライブ４５において、クシ歯型電極部４６１〜４６７を含む駆動用電極４６と、クシ歯型電極４７１〜４７７との間に電圧を印加すると、固定されているクシ歯型電極４７１〜４７７に対して、駆動用電極４６が静電気力によって信号光伝搬方向である駆動方向に移動する。このとき、駆動用電極４６と接続部４６８を介して接続されている可動反射ミラー４０の中央近傍の駆動部位４０３が信号光伝搬方向に駆動されて、その全体の反射面が変形する。
【０１１２】
このように、可動反射ミラー４０の中央近傍の部位を駆動して変位させる構成によれば、中央の駆動部位４０３の変位に連動させることによって反射ミラー４０の全体の反射面を変形させて、その反射面部分のそれぞれを効率的に信号光伝搬方向について移動することができる。
【０１１３】
なお、可動反射ミラー４０の中央近傍の部位４０３を駆動部位とする場合には、駆動部位４０３以外の所定の部位を固定とする必要がある。この固定する部位については、例えば、図１２（ａ）に示す構成例のように、両側の端部近傍の部位４０１、４０２を固定部位とすることが好ましい。あるいは、端部近傍以外の部位、例えば中央部と端部の中間の部位などを固定しても良い。
【０１１４】
図１２（ｂ）に示す駆動用電極４６のクシ歯型電極部４６１及び対応するクシ歯型電極４７１の部分拡大図を参照して、図１２（ａ）に示したコムドライブ４５の具体的な構成の一例を説明する。まず、駆動用電極４６の全体としては、枠状電極部４６０の長手方向の幅をｗ０＝６１０μｍとし、また、図１２（ａ）に示したように７段の電極構成とした。
【０１１５】
また、各クシ歯型電極の構成等については、クシ歯型電極の幅をｗ２＝１０μｍ、駆動用電極４６が初期位置にある状態でのクシ歯型電極間の駆動方向でのギャップをｇ１＝６０μｍ、駆動方向に直交する方向でのクシ歯間のギャップをｇ２＝１０μｍ、クシ歯型電極同士のオーバーラップ部分の長さをｔ＝１０μｍ、各電極の高さを５０μｍ、クシ歯型電極の本数を１９とした。また、可動反射ミラー４０については、中央の駆動部位４０３から端部の固定部位４０１または４０２までの距離を１００μｍ、厚さを２．５μｍとした。
【０１１６】
以上の構成からなるコムドライブ４５において、駆動用電極４６とクシ歯型電極４７１〜４７７との間に１００Ｖの電圧を印加したところ、駆動用電極４６及び電極４６に接続された可動反射ミラー４０の駆動部位４０３の変位は０．２μｍであった。可動反射ミラー４０は、この駆動部位４０３の変位によってたわみを生じ、これによって全体の反射面が変形する。
【０１１７】
図１３は、単一の反射ミラーを用いた場合における可動反射ミラーの他の構成例を示す図である。この反射手段４では、図１１に示した反射手段と同様に、単一の可動反射ミラー４０が用いられており、その全体の反射面の曲面形状を変形することによって、反射面部分のそれぞれを信号光伝搬方向について移動する構成となっている。
【０１１８】
図１３に示す反射手段４の可動反射ミラー４０は、その中央近傍の部位４０３を固定部位とし、両側の端部近傍の部位４０１、４０２を、それぞれ変位させることが可能な部位としている。本実施例では、これらの部位４０１、４０２を印加部位とするとともに、印加部位４０１、４０２のそれぞれに対して、モーメントを印加することによって印加部位４０１、４０２を変位させるモーメント印加手段であるモーメント印加機構５１、５２が接続されている。
【０１１９】
これらのモーメント印加機構５１、５２には、可動反射ミラー４０の印加部位４０１、４０２に接続されている端部とは反対側の端部に、それぞれコムドライブ５３、５４が接続されている。これらのコムドライブは、それぞれ図１２（ａ）に示すコムドライブ４５と同様の構成を有するものであり、図１３においては、そのモーメント印加機構５１、５２への接続位置及び駆動方向を模式的に示してある。
【０１２０】
以上の構成において、コムドライブ５３、５４によってモーメント印加機構５１、５２の端部が駆動されると、印加機構５１、５２の全体が移動または変形する。このとき、これらのモーメント印加機構５１、５２が接続されている可動反射ミラー４０の印加部位４０１、４０２にモーメントが印加されてそれらの部位が変位し、それに連動して可動反射ミラー４０の全体の反射面が変形する。
【０１２１】
このように、可動反射ミラー４０の端部近傍の部位を変位させる構成によれば、可動ミラーを変形させるために印加が必要な力が小さくなり、その全体の反射面を容易に変形させることができる。モーメント印加機構５１、５２を駆動するコムドライブ５３、５４として、図１２（ａ）に示したものと同様の構成を有するコムドライブを図１３に示した構成の反射手段４に適用して、可動反射ミラー４０の変位について調べたところ、１５Ｖの電圧を印加（３０μＮの力の印加に相当）したときに、可動反射ミラー４０の印加部位４０１、４０２の変位はそれぞれ４μｍであった。
【０１２２】
図１４は、単一の反射ミラーを用いた場合における可動反射ミラーの他の構成例を示す図である。この反射手段４では、図１１に示した反射手段と同様に、単一の可動反射ミラー４０が用いられており、その全体の反射面の曲面形状を変形することによって、反射面部分のそれぞれを信号光伝搬方向について移動する構成となっている。
【０１２３】
図１４に示す反射手段４の可動反射ミラー４０は、その両側の端部近傍の部位４０１、４０２を固定部位としている。そして、可動反射ミラー４０の所定の部位（一部分または全体の部位）に対して、図１４に模式的に示すように、可動反射ミラー４０を加熱するための加熱手段５０が設置されている。
【０１２４】
以上の構成において、加熱手段５０によって可動反射ミラー４０の一部分または全体の部位が加熱されると、可動反射ミラー４０が熱膨張等によって変形し、その全体の反射面が変形する。
【０１２５】
このように、可動反射ミラー４０を加熱して変形する構成によれば、加熱手段を用いて可動ミラーの反射面を変形することができるので、その構成の簡単化と分散補償器の小型化が可能となる。例えば、厚さ２．５μｍのＳｉのビームにΔｔ＝３００℃の熱を加えたところ、可動反射ミラー４０の中央近傍の部位で、４μｍの変位が得られた。
【０１２６】
ここで、可動反射ミラー４０の両側の端部近傍の部位を固定して反射面を変形する構成と、可動反射ミラー４０の中央近傍の部位を固定して反射面を変形する構成とを比較すると、中央近傍の部位を固定して端部近傍の部位を駆動する構成の方が、反射ミラー４０に印加する力が小さくなる。
【０１２７】
すなわち、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、同様の形状を有する可動反射ミラー４０に対して、その両側の端部近傍の部位４０１、４０２を固定した場合と、中央近傍の部位４０３を固定した場合とを比較すると、端部近傍の部位４０１、４０２を固定した構成（図１５（ａ））では、その中央近傍の部位を５μｍ変位させるのにｆ０＝８．７×１０4μＮの力が必要であった。
【０１２８】
これに対して、中央近傍の部位４０３を固定した構成（図１５（ｂ））では、端部近傍の部位に対して、加えた力の合計が上記の例と等しくなるようにそれぞれｆ１＝ｆ２＝ｆ０／２＝４．３５×１０4μＮの力を加えたときに、それらの端部近傍の部位の変位は約４倍の１９．６μｍであった。また、可動反射ミラー４０の変位を上記と同様に５μｍとすると、端部近傍の部位に加える力の合計は約２×１０4μＮと約１／４の力となった。
【０１２９】
このように、可動ミラーの端部近傍の部位を駆動する構成によれば、モーメントを印加する構成及び信号光伝搬方向に駆動する構成のいずれにおいても、可動ミラーを駆動するために印加が必要な力が小さくなり、その全体の反射面を容易に変形させることができる。
【０１３０】
図１６は、単一の反射ミラーを用いた場合における可動反射ミラーについて、その中央近傍の部位を固定したときの構成例を示す図である。この反射手段４は、単一の可動反射ミラー４０と、枠状電極部５６０とクシ歯型電極部５６１〜５６７からなる駆動用電極５６及びクシ歯型電極５７１〜５７７を含むコムドライブ５５とを有し、端部近傍の部位を固定した例について図１２（ａ）に示した反射手段と類似の構成となっている。
【０１３１】
図１６に示す反射手段４の可動反射ミラー４０では、その中央近傍の部位４０３を固定部位とし、両側の端部近傍の部位４０１、４０２を駆動手段によって信号光伝搬方向に駆動することが可能な駆動部位としている。そして、これらの駆動部位４０１、４０２に対して、それぞれ接続部５６８、５６９を介して、駆動部位４０１、４０２を信号光伝搬方向に駆動するための駆動手段である上記したコムドライブ５５が接続されている。
【０１３２】
以上の構成において、クシ歯型電極部５６１〜５６７を含む駆動用電極５６と、クシ歯型電極５７１〜５７７との間に電圧を印加すると、固定されているクシ歯型電極５７１〜５７７に対して、駆動用電極５６が静電気力によって信号光伝搬方向である駆動方向に移動する。このとき、駆動用電極５６と接続部５６８、５６９を介して接続されている可動反射ミラー４０の端部近傍の駆動部位４０１、４０２がそれぞれ信号光伝搬方向に駆動されて、その全体の反射面が変形する。このように可動反射ミラー４０の端部近傍の駆動部位４０１、４０２を駆動する構成によれば、上述したように、比較的小さい力で反射面を変形させることができる。
【０１３３】
本発明による可変分散補償器、及びそれを備える光伝送システムは、上述した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、信号光の分波及び合波を行う光合分波器としては、ＡＷＧに限らず、様々なものを用いて良く、また、光分波器及び光合波器を別々に設けても良い。また、信号光の分波については、反射手段の構成等に応じて、複数の周波数成分に分割されるように分波しても良いし、あるいは、周波数によってスペクトル状に連続的に分波しても良い。
【０１３４】
図１７は、可変分散補償器の他の実施形態を模式的に示す構成図である。本実施形態では、分散補償用の光ファイバ伝送路１３からの信号光は、光合分波手段である回折格子２ｂに入力して分波され、反射手段５において周波数成分毎に反射される。そして、反射された各周波数成分は、再び回折格子２ｂで合波されて分散補償後の信号光となり、光ファイバ伝送路１３へと入力される。
【０１３５】
図１８は、可変分散補償器の他の実施形態を模式的に示す構成図である。本実施形態では、光合分波手段として、その下面側に２つの回折格子２ｄ、２ｅが形成された酸化シリコン（ＳｉＯ2）プレート２ｃを用いている。入力用の光ファイバ伝送路１４からの信号光は、プレート２ｃに上面側から入射された後、光分波手段である回折格子２ｄに入力して分波され、反射手段６において周波数成分毎に反射される。そして、反射された各周波数成分は、光合波手段である回折格子２ｅで合波されて分散補償後の信号光となり、プレート２ｃの上面を通過して出力用の光ファイバ伝送路１５へと入力される。
【０１３６】
これらの構成例以外にも、光分波手段、反射手段、及び光合波手段、あるいはそれらの組み合わせについて、それぞれ様々な形態のものを適用することが可能である。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明による可変分散補償器及び光伝送システムは、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、光分波手段から反射手段を介して光合波手段に到達するまでの光路長差を利用して、信号光の各周波数成分に対して位相シフトを与えるとともに、各周波数成分に対する反射位置が可変な反射手段を用いて位相シフトを可変とした可変分散補償器によれば、信号光に生じる分散を高い精度で制御性良く補償することが可能となる。また、反射手段のみで分散補償を制御しているので、光回路の構造を簡単化することが可能であり、したがって、光回路を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】可変分散補償器の一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】光伝送システムの一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図３】図１に示した実施形態による可変分散補償器の具体的な構成例を示す平面図である。
【図４】可動反射ミラーの一例を示す構成図である。
【図５】可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。
【図６】１０Ｇｂｐｓの光伝送システムでの（ａ）入力信号光、及び（ｂ）分散補償前の出力信号光の一例を示すグラフである。
【図７】１０Ｇｂｐｓの光伝送システムでの（ａ）信号光の位相シフト、及び（ｂ）分散補償後の出力信号光の一例を示すグラフである。
【図８】１０Ｇｂｐｓの光伝送システムでの（ａ）信号光の位相シフト、及び（ｂ）分散補償後の出力信号光の他の例を示すグラフである。
【図９】４０Ｇｂｐｓの光伝送システムでの（ａ）入力信号光、及び（ｂ）分散補償前の出力信号光の一例を示すグラフである。
【図１０】４０Ｇｂｐｓの光伝送システムでの（ａ）信号光の位相シフト、及び（ｂ）分散補償後の出力信号光の一例を示すグラフである。
【図１１】可動反射ミラーの他の例を示す図である。
【図１２】可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。
【図１３】可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。
【図１４】可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。
【図１５】可動反射ミラーの駆動方法について説明する図である。
【図１６】可動反射ミラーの他の例を示す構成図である。
【図１７】可変分散補償器の他の実施形態を模式的に示す構成図である。
【図１８】可変分散補償器の他の実施形態を模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
１…可変分散補償器、１ａ…入力端、１ｂ…出力端、１０…基板、１１…光伝送路、１２…光サーキュレータ、１３…光伝送路、Ｔ…送信器、Ｒ…受信器、Ｌ…光ファイバ伝送路、
２…光合分波器、２ａ…アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）、２１…入出力用チャネル導波路、２２…第１スラブ導波路、２３…アレイ導波路部、２４…第２スラブ導波路、２５…チャネル導波路群、２６1〜２６n…チャネル導波路、
３…反射ミラー群、３０、３０1〜３０n…可動反射ミラー、３１…溝部、３２…ガイドレール、３３…ミラー支持部、３４〜３８…電極、
４…反射手段、４０…可動反射ミラー、４１…ポリシリコン層、４２…酸化シリコン層、４３…金属層、４４…シリコン層、４５、５３、５４、５５…コムドライブ、５０…加熱手段、５１、５２…モーメント印加機構。
Claims (5)
- 信号光に位相シフトを与えて、前記信号光の分散を補償する可変分散補償器であって、
分散補償の対象となる信号光を入力し、所定の周波数帯域内の前記信号光を周波数成分毎に分波する光分波手段と、
前記光分波手段で分波された前記周波数成分それぞれを反射して、各周波数成分に所定の位相シフトを与えるとともに、前記周波数成分それぞれに対する反射位置が信号光伝搬方向について可変に構成された反射手段と、
前記反射手段で反射された前記周波数成分を合波して、分散補償された信号光とする光合波手段とを備え、
前記反射手段は単一の反射ミラーからなり、前記単一の反射ミラーは、その全体の反射面を変形することにより、前記周波数成分に対応する反射面部分のそれぞれを前記信号光伝搬方向について移動することが可能な可動ミラーであり、
前記単一の反射ミラーである前記可動ミラーは、その中央近傍に設けられた固定部位を固定とし、両側の端部近傍にそれぞれ設けられた印加部位である第１印加部位及び第２印加部位にモーメント印加手段によってモーメントを印加して、全体の反射面を変形するとともに、
前記モーメント印加手段は、前記可動ミラーの前記第１印加部位に一方の端部が接続され、他方の端部に第１コムドライブが接続されている第１モーメント印加機構と、前記可動ミラーの前記第２印加部位に一方の端部が接続され、他方の端部に第２コムドライブが接続されている第２モーメント印加機構とによって構成され、
前記第１コムドライブ及び前記第２コムドライブのそれぞれは、駆動用電極に設けられたクシ歯型電極部と、固定に設けられたクシ歯型電極とを組み合わせた構造を有し、それらの電極の間に電圧を印加することで前記駆動用電極を駆動することが可能に構成されたコムドライブであり、
前記第１コムドライブ及び前記第２コムドライブによって前記第１モーメント印加機構及び前記第２モーメント印加機構の端部を駆動することによって、前記可動ミラーの全体の反射面を変形することを特徴とする可変分散補償器。 - 前記光分波手段及び前記光合波手段は、単一の光合分波手段からなることを特徴とする請求項１記載の可変分散補償器。
- 前記反射手段を構成する反射ミラーの反射面の形状が、反射される前記周波数成分に関して略放物線状となっていることを特徴とする請求項１または２記載の可変分散補償器。
- 所定の周波数帯域内の周波数成分を有する信号光を伝搬する光伝送路と、
前記光伝送路上の所定位置に設置され、前記光伝送路を伝搬される前記信号光に生じる分散を補償する請求項１〜３のいずれか一項記載の可変分散補償器と
を備えることを特徴とする光伝送システム。 - 前記信号光のビットレートが１０Ｇｂｐｓ以上であることを特徴とする請求項４記載の光伝送システム。
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