波長分散補償器
【課題】波長分散補償の際に生じる光損失を補償することができ、効率的な省スペース化が可能な波長分散補償器を提供する。
【解決手段】波長分散補償器は、入力ポートＩＮおよび出力ポートＯＵＴの間に光サーキュレータ１を介して波長分散補償部２が接続されており、該波長分散補償部２は、希土類イオンをドープした光路２１と、該光路２１に沿って形成されたグレーティング部２２とを有し、上記光路２１には、励起部３から出力される励起光が供給される。光サーキュレータ１を通って光路２１の一端に入力された信号光は、光路２１内を増幅されながら伝搬し、グレーティング部２２で反射されて光路２１の一端に戻されることにより、波長分散補償と光損失の補償とが同時に行われる。
【解決手段】波長分散補償器は、入力ポートＩＮおよび出力ポートＯＵＴの間に光サーキュレータ１を介して波長分散補償部２が接続されており、該波長分散補償部２は、希土類イオンをドープした光路２１と、該光路２１に沿って形成されたグレーティング部２２とを有し、上記光路２１には、励起部３から出力される励起光が供給される。光サーキュレータ１を通って光路２１の一端に入力された信号光は、光路２１内を増幅されながら伝搬し、グレーティング部２２で反射されて光路２１の一端に戻されることにより、波長分散補償と光損失の補償とが同時に行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に利用される信号光の波長分散補償を低損失で行う波長分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信トラフィックの増加を背景として、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）または光時分割多重（Optical Time Division Multiplexing：ＴＤＭ）を用い、超高速かつ大容量の通信を可能にするフォトニック網の構築が進んでおり、最近では、例えば４０ギガビット毎秒（Ｇｂ／ｓ）の伝送速度をベースとしたＷＤＭ光伝送システムが実稼動を始めている。
【０００３】
信号光の伝送速度が４０Ｇｂ／ｓ以上になると、該信号光の光パルス幅は数ピコ秒と狭くなる。このため、光ファイバの僅かな波長分散（Chromatic Dispersion）による波形歪みが、信号光の伝送特性を著しく劣化させる。また、光ファイバの波長分散値は温度等の環境の変化に伴って時間的に変動し、その僅かな変化が伝送特性に影響を及ぼすことも知られている。
【０００４】
上記のような波長分散による伝送特性劣化に対しては、波長分散補償技術の適用が有効である。従来の波長分散補償は、伝送路上に分散補償ファイバを配置し、伝送路の波長分散による波形歪みを分散補償ファイバで補償する構成がよく知られている（例えば、特許文献１参照）。ＷＤＭ光の波長分散補償を行う場合には、伝送路上に分散補償ファイバを配置するだけでなく、伝送路を伝搬したＷＤＭ光を分波して受信する光受信装置内についても、分波後の単一波長の信号光が伝搬する各光路上に、波長分散補償器を備えるようにするのが有効である。各光路上の波長分散補償器では、分波された信号光の波長に応じて好ましい波長分散補償が行われる。
【０００５】
上記波長分散補償器としては、ファイバブラッググレーティング（Fiber Bragg Grating：ＦＢＧ）、エタロン（Etalon）、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）などの光デバイスを利用した種々の構成が知られている。このような波長分散補償器では比較的大きな光損失が発生するため、信号光の受信パワーが小さくなるとビット誤り率（Bit Error Rate：ＢＥＲ）が急激に増加する。このＢＥＲの増加を抑えるためには、波長分散補償器の入力側または出力側に光増幅器を適用して波長分散補償器の挿入損失を補償することが必要になる。
【０００６】
図１は、従来のＦＢＧを用いた波長分散補償器について挿入損失を補償可能にした構成例である。この構成例では、入力ポートＩＮおよび出力ポートＯＵＴの間に、光サーキュレータ１０１を介して、ＦＢＧを用いた波長分散補償器１０２が接続されている。また、入力ポートＩＮと光サーキュレータ１０１の間の光路上には、入力側の光増幅器１０３Ａが設けられ、光サーキュレータ１０１と出力ポートＯＵＴの間の光路上には、出力側の光増幅器１０３Ｂが設けられている。入力ポートＩＮに与えられる信号光は、入力側の光増幅器１０３Ａで増幅された後に、光サーキュレータ１０１を通って波長分散補償器１０２の一端に入力される。波長分散補償器１０２内では、信号光がその波長に応じて異なる位置で反射されて光サーキュレータ１０１側に戻されることにより、該信号光の波長分散補償が行われる。波長分散補償器１０２の一端より出力される信号光は、光サーキュレータ１０１を通って出力側の光増幅器１０３Ｂに与えられ、所要の光パワーに増幅された信号光が出力ポートＯＵＴから出力される。各光増幅器１０３Ａ，１０３Ｂの利得は、各々の出力光パワーをモニタ（ＭＯＮ）１０４Ａ，１０４Ｂで検出した結果を基にして制御回路（ＣＯＮＴ）１０５Ａ，１０５Ｂにより制御される。このような構成により、波長分散補償器１０２の挿入損失の補償が入力側および出力側の光増幅器１０３Ａ，１０３Ｂによって実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１１５０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のような波長分散補償器および光増幅器を適用した構成は、部品点数の増加および実装面積の増大を招くことになる。これにより、例えば、前述したような分波後の単一波長の信号光が伝搬する各光路上に波長分散補償器が配置される光受信装置を考えると、各波長に対応した受信部構成に割り当てることが可能な実装スペースは、一般的に装置全体の大きさに制約されるため、波長分散補償器および光増幅器を含む種々の機能部品を所定のスペース内に実装することが困難になる可能性がある。
【０００９】
また、上記所定のスペース内に所要の機能部品を実装できたとしても、各機能部品が密に実装されることにより、装置内の通風が悪くなり温度が上昇し、個々の機能部品に定められた許容温度を超過するおそれがある。このような状況は、光受信装置の性能および信頼性を劣化させることは勿論のこと、光受信装置そのものが設計できなくなるという熱設計上の課題もある。
【００１０】
さらに、上記所定のスペース内に実装する機能部品の種類は、システムが高性能化していくのに伴って増加するため、実装スペースの不足が高性能化への対応を難しくしてしまう場合もある。特に、増加した機能部品の挿入損失を補償するために、光増幅器の台数を増やしたり、或いは、光増幅器の性能を限界近くまで引き伸ばしたりするなどの措置が必要な場合、それを限られた実装スペースで安定に実現するのは容易なことではない。
【００１１】
ＷＤＭ光の各波長に対応した受信部構成の実装スペースを拡大することは、個々の波長に対するスペースの拡大量が僅かであっても、光受信装置全体ではＷＤＭ光の波長数と同等数倍のサイズアップになるので、光受信装置の設計に大きな影響を及ぼす。このため、実装スペースの拡大は、小型化が要求される光受信装置の設計においては受け入れ難い。
【００１２】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、波長分散補償の際に生じる光損失を補償することができ、効率的な省スペース化が可能な波長分散補償器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明による波長分散補償器の一態様は、入力ポートおよび出力ポートの間に接続された光サーキュレータと、希土類イオンがドープされた光路、および、該光路の長手方向の少なくとも一部分に沿ってグレーティングを形成したグレーティング部を有し、前記入力ポートからの信号光が前記光サーキュレータを介して前記光路の一端に入力され、該光路を伝搬する信号光を前記グレーティング部により波長に応じて反射して前記光路の一端に戻すことで前記信号光の波長分散補償を行い、該波長分散補償された信号光を前記光サーキュレータを介して前記出力ポートに出力する波長分散補償部と、希土類イオンを励起可能な励起光を前記光路に供給する励起部と、を備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
上記のような波長分散補償器では、入力ポートに入力された信号光が、光サーキュレータを通って、波長分散補償部の希土類イオンがドープされた光路の一端に与えられる。この光路には励起部からの励起光が供給されており、希土類イオンの誘導放出作用により信号光が増幅されながら光路内を伝搬し、信号光がグレーティング部の形成部分に到達すると波長に応じて反射されて光路の一端に戻され、光サーキュレータを通って出力ポートより出力される。これにより、波長分散補償部において、信号光の波長分散補償を行うのと同時に、グレーティング部による光損失を往路および復路に亘る光増幅によって効率的に補償することができる。波長分散補償を行うための信号光の伝搬経路と、該信号光を増幅するための光増幅媒体とが波長分散補償部の光路により共通化されているので、効率的な省スペース化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の波長分散補償器の挿入損失を補償可能にした構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態における光ファイバ型の波長分散補償部の構成例を示す図である。
【図４】第１実施形態における光導波路型の波長分散補償部の構成例を示す図である。
【図５】第１実施形態における励起部の好ましい構成例を示す図である。
【図６】第１実施形態における励起光の波長固定化を説明する図である。
【図７】図５の構成例を具体化した図である。
【図８】第１実施形態における信号光の損失低減効果について説明する図である。
【図９】第１実施形態に関連した変形例を示す図である。
【図１０】第１実施形態に関連した他の変形例を示す図である。
【図１１】図９および図１０を組み合わせた構成を示す図である。
【図１２】第１実施形態に関連した別の変形例を示す図である。
【図１３】第２実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
【図１４】第３実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
【図１５】第３実施形態に関連した変形例を示す図である。
【図１６】第３実施形態に関連した他の変形例を示す図である。
【図１７】上記実施形態の波長分散補償器を適用した光受信装置の一例を示す図である。
【図１８】上記実施形態の波長分散補償器を適用した光中継装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、第１実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
図２において、本実施形態の波長分散補償器は、例えば、入力ポートＩＮおよび出力ポートＯＵＴの間の光路上に、光サーキュレータ１を介して接続された波長分散補償部２と、該波長分散補償部２に対して励起光を供給する励起部（ＰＵＭＰ）３と、該励起部３を制御する制御部４とを備えている。
【００１７】
光サーキュレータ１は、例えば、３つのポートを有しており、第１のポートＰ１が入力ポートＩＮに接続され、第２のポートＰ２が可変波長分散補償部１１に接続され、第３のポートＰ３が出力ポートＯＵＴに接続されている。この光サーキュレータ１は、各ポート間で光を一方向に伝達する特性を持ち、第１のポートＰ１に入力される光を第２のポートＰ２に出力し、第２のポートＰ２に入力される光を第３のポートＰ３に出力する。なお、一般的な光カプラおよび光アイソレータを組み合わせることにより、上記光サーキュレータ１と同様の機能を実現することも可能である。
【００１８】
波長分散補償部２は、例えば、希土類イオンがドープされた光路２１（図１の太線部分）と、該光路２１に沿って形成されたグレーティング部２２と、該グレーティング部２２の温度を調整する補償量可変部としての温度調整回路（ＴＥＭＰ）２３とを具備する。
【００１９】
光路２１は、その一端が光サーキュレータ１の第２のポートＰ２に接続され、他端が励起部３に接続されている。この光路２１は、波長分散補償を行うための信号光の伝搬経路になると共に、該信号光を増幅するための光増幅媒体としても機能する。光路２１の形態は、光ファイバのコア部に希土類イオンをドープした光ファイバ型、および、基板に形成された光導波路に希土類イオンをドープした光導波路型のいずれであってもよい。光路２１の全長は、グレーティング部２２に起因して発生する光損失を少なくとも補償できる利得が、励起部３からの励起光の供給を受けて実現されるように予め設定されている。
【００２０】
グレーティング部２２は、上記希土類イオンがドープされた光路２１の長手方向の一部分または全体に沿って、当該部分の屈折率を周期的に変化させることでグレーティングを形成し、ブラッグ回折を発生させて反射フィルタの機能を持たせたものである。このグレーティング部２２は、グレーティング（ブラッグ回折）のピッチを徐々に変えて反射光の戻り時間を波長に応じて変化させることで波長分散を発生させる。なお、ファイバグレーティングを用いた波長分散補償器の動作原理および特性に関しては、例えば「次世代高速通信用分散補償ファイバグレーティング」、フジクラ技報、２００４年４月、第１０６号に詳しく記述されているため、ここでの説明を省略する。
【００２１】
温度調整回路２３は、入力ポートＩＮに入力される信号光の波長情報に基づいて、グレーティング部２２の温度を調整する。この温度調整回路２３によってグレーティング部２２の温度が変化してグレーティングのピッチが変わることで、グレーティング部２２における波長分散補償量が可変となる。なお、ここではグレーティング部２２の温度調整により可変の波長分散補償を実現する一例を示したが、温度調整に代えて、若しくは温度調整と並行して、グレーティングが形成されている光路部分に応力を加えることにより、波長分散補償量を変化させるようにしてもよい。
【００２２】
図３および図４は、上記波長分散補償部２の光路２１とグレーティング部２２の具体的な構成を示した図である。図３は、光ファイバ型の構成例であり、上段が第１実施形態の波長分散補償部２に対応し、下段が従来のＦＢＧを用いた波長分散補償器に対応している。また、図４は、光導波路型の構成例である。
【００２３】
図３に示す光ファイバ型の構成例について、まず、従来のＦＢＧを用いた波長分散補償器の構成（下段）は、シングルモードファイバ（Single Mode Fiber：ＳＭＦ）を利用し、そのコア部の長手方向に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応した所要のピッチでグレーティングを形成したものが一般的である。この従来の波長分散補償器に利用されるＳＭＦのコア径は、通常１０μｍである。
【００２４】
これに対して本実施形態における波長分散補償部２（上段）は、上記ＳＭＦのコア径よりも小さなコア径を有する光ファイバを用い、そのコア部に希土類イオンをドープすることにより、好ましい光増幅特性が得られるようにしている。具体的には、例えば、ＳＭＦのコア径のおよそ半分の５μｍ前後のコア径を有する光ファイバを使用し、そのコア部にエルビウムイオンを高濃度（例えば、１０００ｐｐｍ以上）でドープすることで、コア部に光増幅媒体としての機能を持たせることが可能である。コア径の小さい光ファイバを用いる理由は、光ファイバの中心部分にドープされた希土類イオンに対して、信号光よりも波長の短い励起光を効率良くオーバーラップさせるためである。図３の上段右側は、光ファイバの断面方向についての励起光の強度分布を例示しており、励起光がコア部に集中していることが分かる。これにより、所望の利得を短い光路長で実現可能にしている。そして、上記希土類イオンがドープされたコア部の長手方向に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応した所要ピッチでグレーティング部２２を形成することにより、従来の波長分散補償器と同様な波長分散補償機能を実現している。つまり、図３上段に示した波長分散補償部２は、光増幅媒体としての機能と波長分散補償器としての機能とを兼ね備えており、両機能を共通の構成により実現することで省スペース化を図っている。
【００２５】
図４に示す光導波路型の構成例は、一般的な光導波路基板を利用し、その光導波路２１’に希土類イオンをドープすることで光増幅媒体としている。そして、光導波路２１’の長手方向に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応した所要ピッチでグレーティング部２２を形成することにより波長分散補償機能を実現している。光導波路型の光増幅媒体については、濃度消光が殆ど発生しないため、希土類イオンをより高濃度でドープすることが可能である。希土類イオンのドープ濃度が高くなれば、所要の利得を実現する光導波路長が短くなる。したがって、光導波路型の構成を適用することにより、前述した光ファイバ型の構成例と比べて、より省スペースの波長分散補償部２を実現することが可能である。
【００２６】
励起部３（図２）は、上記波長分散補償部２の光路２１内にドープされた希土類イオンを励起可能な波長を有する励起光を発生し、該励起光を光路２１の他端（光サーキュレータとの接続端とは反対側の端部）に直接与える。この励起部３は、例えば図５に示すように、励起光源３１および波長固定手段３２を備えるようにするのが好ましい。波長固定手段３２は、励起光源３１から出力される励起光の波長とスペクトル幅を、波長分散補償部２の周期的に繰り返される透過帯域に対応させて固定化するものである。
【００２７】
一般的に、希土類イオンの励起に用いられる励起光源は多モード発振であり、該励起光源から出力される励起光のスペクトル幅は５〜１０ｎｍ程度である。この励起光のスペクトル幅は、信号光のスペクトル幅として想定される１ｎｍ以下と比べると広い。波長分散補償部２は、前述したようにグレーティングを用いた共振器構造になっており、波長に対して透過損失が周期的に変化する特性を有している。前記透過損失は、波長分散補償部２の一方の端部に入力される光に対して、波長分散補償部２の他方の端部から出力される当該光がどれだけ損失を受けているかを表す。すなわち、波長分散補償部２の一方の端部に入力される波長λの光の入力パワーをＰｉｎ（λ）とし、波長分散補償部２の他方の端部から出力される当該光の出力パワーをＰｏｕｔ（λ）とすると、波長分散補償部２の透過損失は、Ｐｉｎ（λ）−Ｐｏｕｔ（λ）で定義される。この波長分散補償部２の波長λの光に対する透過損失は、基本的に、グレーティング部２２の波長λの光に対する反射率に応じた値となるので、透過損失を反射率に置き換えて考えてもよい。
【００２８】
前述したように波長分散補償部２は、光路２１の途中で信号光を反射し、該反射光の戻り時間を波長に応じて異ならせることにより波長分散補償を行う構成であるので、波長分散の補償帯域とグレーティング部２２の反射帯域とが同等となるように設計が行われる。このため、グレーティング部２２の周期的に繰り返される反射帯域の幅は、信号光のスペクトル幅（≦１ｎｍ）に近い狭い帯域幅になる。このグレーティング部２２の周期的な反射波長特性は、信号光の波長帯域付近だけでなく、励起光の波長帯域付近にも続いている。したがって、図６上段に示すように、スペクトル幅の広い励起光は、グレーティング部２２の周期的な反射波長特性により、スペクトル成分の一部が光路２１の途中で反射されることになる。つまり、グレーティング部２２の反射率が大きい帯域にある励起光のスペクトル成分は光路２１の途中までしか伝搬しないので、希土類イオンの励起に寄与する励起光のエネルギーが減少してしまう。上記の内容を前述した波長分散補償部２の透過損失で言い換えると、透過損失が大きい帯域にある励起光のスペクトル成分は、光路２１を一端から他端に透過することが困難であるので、励起効率の低下を招いてしまう。
【００２９】
そこで、上記図５に示した励起部３の好ましい構成例では、波長固定手段３２により、波長分散補償部２の透過損失（または、グレーティング部２２の反射率）が小さい帯域を選択して、励起光源３１から出力される励起光の波長とスペクトル幅を固定化している。これにより、図６下段に示すように、励起光のスペクトル幅は、信号光のスペクトル幅と同程度となり、波長分散補償部２の一つの透過帯域の幅と同等になるので、波長分散補償部２の光路２１上での励起光エネルギーの減少が回避される。よって、光路２１にドープされた希土類イオンを効率的に励起することができるようになる。
【００３０】
なお、一般的な希土類ドープファイバを用いた光増幅器では、光増幅に寄与する希土類イオンが反転分布を形成するにあたり、励起準位の幅が広いため、スペクトル幅の広い励起光を使用した方が好ましい増幅特性を得ることができる。このため、上記のように励起光のスペクトル幅を信号光のスペクトル幅と同等まで狭くする必要性は、通常の使用においては生じない。
【００３１】
図７は、上記図５に示した励起部３の構成例を具体化したものである。図７上段の具体例は、一般的な励起光源（ＬＤ）３３の出力側のファイバに、特定の波長だけを比較的低い反射率で反射するファイバグレーティング３４を形成し、該ファイバグレーティング３４と励起光源３３の後方チップ端面３３Ａとの間で共振器構造をとっている。ファイバグレーティング３４の反射波長を、波長分散補償部２の少なくとも１つの透過帯域の中心波長に一致するように設定しておくことにより、ファブリペローの原理に従って、波長の固定された狭帯域の励起光が励起部３から出力されるようになる。また、図７下段の具体例は、分布帰還型レーザー（distributed feedback laser）３５を励起光源として適用している。分布帰還型レーザーは、信号光の光源として一般的に利用されており、スペクトル幅の狭い固定波長の光を発生することが可能である。
【００３２】
制御部４（図２）は、例えば、入力ポートＩＮから光サーキュレータ１を介して波長分散補償部２に入力される信号光のパワーをモニタするための光分岐器４１Ａおよび入力モニタ（ＭＯＮ）４２Ａと、波長分散補償部２から光サーキュレータ１を介して出力ポートＯＵＴに出力される信号光のパワーをモニタするための光分岐器４１Ｂおよび出力モニタ（ＭＯＮ）４２Ｂと、入力モニタ４２Ａおよび出力モニタ４２Ｂの各モニタ結果を基に、励起部３を制御する制御回路（ＣＯＮＴ）４３と、を備えている。制御回路４３は、出力モニタ４２Ｂのモニタ結果を基に出力光パワーを判断し、その出力光パワーが予め設定したレベルで一定となるように、励起部３から波長分散補償部２に供給される励起光のパワーをフィードバック制御する。また、制御回路４３は、入力モニタ４２Ａのモニタ結果を基に入力光の異常を判断して、励起部３のシャットダウン制御などを行う。
【００３３】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
上記のような構成の波長分散補償器では、入力ポートＩＮに入力された信号光が、光サーキュレータ１の第１のポートＰ１から第２のポートＰ２を通って、波長分散補償部２の希土類イオンがドープされた光路２の一端に与えられる。なお、入力される信号光は、単一波長の信号光であっても、所定の間隔で波長配置された複数の信号光を含むＷＤＭ光であってもよい。入力される信号光の一部は、入力ポートＩＮおよび光サーキュレータ１の間に配置された光分岐器４１Ａで分岐され、該分岐光のパワーが入力モニタ４２Ａでモニタされて、そのモニタ結果が制御回路４３に伝えられる。制御回路４３では、入力モニタ４２Ａのモニタ結果を基に信号光の入力状態が判断され、異常が発生していなければ、励起部３が駆動状態にされる。励起部３から出力される励起光は、波長分散補償部２の光路２１に対して、信号光の入力端とは反対側の端部より供給される。これにより、光路２１の内部の希土類イオンが励起状態となる。また、波長分散補償部２の温度調整回路２３では、外部等から与えられる波長情報を基に、入力される信号光に対する波長分散補償量が判断され、その波長分散補償量が実現されるようにグレーティング部２２の温度調整が行われる。
【００３４】
波長分散補償部２の光路２１の一端に入力した信号光は、励起された希土類イオンの誘導放出作用により増幅されながら光路２を伝搬し、グレーティング部２２が形成されている部分に到達すると、波長に応じた位置で反射されて伝搬方向が反転される。この反射光も、希土類イオンの誘導放出作用により増幅されることになり、光路２を光サーキュレータ１に向けて伝搬する。信号光が波長分散補償部２内を往復して光サーキュレータ１の第２のポートＰ２に戻されることにより、該信号光の波長分散補償が行われると同時に、グレーティング部２２に起因して発生する光損失が往路および復路に亘る光増幅によって効率的に補償される。
【００３５】
光サーキュレータ１の第２のポートＰ２に戻された信号光は、光サーキュレータ１の第３のポートＰ３を通って出力ポートＯＵＴより外部に出力される。このとき、光サーキュレータ１および出力ポートＯＵＴの間に配置された光分岐器４１Ｂで信号光の一部が分岐され、該分岐光のパワーが出力モニタ４２Ｂでモニタされて、そのモニタ結果が制御回路４３に伝えられる。制御回路４３では、出力モニタ４２Ｂのモニタ結果を基に、出力ポートＯＵＴから出力される信号光のパワーが判断され、該出力光パワーが予め設定したレベルで一定となるように、励起部３の駆動状態をフィードバック制御する。これにより、波長分散補償された信号光が一定のパワーで出力ポートＯＵＴより外部に出力されるようになる。
【００３６】
上記のように第１実施形態の波長分散補償器によれば、希土類イオンをドープした光路２１に沿ってグレーティング部２２を形成し、該光路２１に励起光を供給して、信号光の波長分散補償とその際に生じる光損失の補償とを共通の波長分散補償部２で行うようにしたことで、効率的な省スペース化が可能になる。これに加えて、グレーティング部２２の形成された光路２１を光増幅媒体としたことにより、励起部３から出力される励起光を、信号光が伝搬する光路２１に光合波器等を介すことなく直接供給することができるので、光路２１上で信号光が受ける光損失を低減することが可能になる。
【００３７】
上記光損失の低減効果について図８を参照しながら詳しく説明する。図８に例示した構成は、上述の図１に示した従来の構成について、ＦＢＧを用いた波長分散補償器１０２と光サーキュレータ１０１の間に別途光ファイバ増幅器１１０を設けることにより、波長分散補償器１０２の挿入損失の補償を行うことを想定ものである。上記第１実施形態に対応させて言い換えると、グレーティング部の形成された光路を光増幅媒体とはせずに、波長分散補償の機能と光増幅（挿入損失の補償）の機能とを別個にした構成を想定している。この図８の構成では、光ファイバ増幅器１１０の光増幅媒体１１１に対して励起光源１１２から出力される励起光を供給するために、光サーキュレータ１０１と波長分散補償器１０２の間の光路上に光合波器１１３を挿入しなければならない。波長分散補償器１０２に対して入出力される信号光は、この光合波器１１３を通過するので、光合波器１１３の挿入損失を往復で２回受けることになる。
【００３８】
一方、第１実施形態の構成（図２）では、グレーティング部２２の形成された光路２１が光増幅媒体となっているので、励起部３から出力される励起光を光路２１の信号光入出力端とは反対側の端部より直接供給することができる。つまり、信号光の伝搬経路上に励起光を供給するための光合波器を必要としない。このため、図８の構成に比べて信号光が受ける光損失を減少させることができ、信号光のＳＮ劣化やＮＦ劣化を抑えることが可能になる。
【００３９】
また、第１実施形態の波長分散補償器によれば、波長分散補償量を可変にするために、温度調整回路２３によりグレーティング部２２の温度調整を行っているが、これは同時に、希土類イオンをドープした光路２１の温度の変化を抑えることにも寄与する。希土類イオンをドープした光増幅媒体で得られる利得は温度に依存して変動するので、温度調整回路２３により光路２１の温度が安定化されることにより、信号光の増幅特性が向上するという効果も得られる。
【００４０】
さらに、波長分散補償部２の周期的な透過損失の波長特性に対応させて、励起部３から出力される励起光の波長とスペクトル幅を固定化すれば、励起効率を一層高めることもできる。
加えて、波長分散補償部２に光導波路型の構成を適用した場合には、希土類イオンを高濃度でドープすることができるので、所要の利得を実現するのに必要な導波路長が短くなり、より一層の省スペース化が可能になる。
【００４１】
なお、上記第１実施形態では、励起部３から出力される励起光を波長分散補償部２の光路２１に直接供給するようにしたが、本発明における希土類イオンをドープした光路への励起光の供給方法は上記に限定されない。例えば図９に示すように、光路２１の信号光入出力端とは反対側の端部に光合波器３Ａを設け、該光合波器３Ａを介して、励起部３から出力される励起光を光路２１に供給するようにしてもよい。この場合、信号光はグレーティング部２２で反射されて光サーキュレータ１側に戻されるので、光合波器３Ａの挿入損失を信号光が受けることはない。光合波器３Ａに接続されている光終端器５は省略することも可能である。また、例えば図１０に示すように、光路２１の信号光入出力端に光合波器３Ａ’を設け、該光合波器３Ａ’を介して、励起部３から出力される励起光を光路２１に供給するようにしてもよい。この場合、信号光が光合波器３Ａ’を通過するので、光合波器３Ａ’の挿入損失を受けて信号光が減衰することにはなるが、それ以外の省スペース化などの効果は第１実施形態の場合と基本的に同様である。図１０の構成では、残留励起光が光路２１の他端より放出される可能性があるので、光終端器５を光路２１の他端に接続しておくのが好ましい。さらに、例えば図１１に示すように、図９および図１０を組み合わせて、光路２１の両端から励起光を供給することも勿論可能である。
【００４２】
また、上記第１実施形態では、希土類イオンをドープした光路２１に沿ってグレーティング部２２を一箇所に形成する構成を示したが、例えば図１２に示すように、グレーティング部を複数の場所に分けて形成するようにしてもよい。グレーティング部の数および光路２１上での配置は、光路２１の長さやグレーティングの形成のしやすさなどを考慮して適宜に決めることができる。なお、図の例では、各グレーティング部２２１，２２２にそれぞれ対応させて温度調整回路２３１，２３２を個別に設けているが、共通の温度調整回路により各グレーティング部２２１，２２２の温度調整を行うようにしても構わない。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１３は、第２実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
図１３において、本実施形態の波長分散補償器は、前述の図２に示した第１実施形態の構成について、光路２１の一端（光サーキュレータとの接続端）付近に、励起光反射部６を追加している。この励起光反射部６は、励起光を反射すると共に、信号光を透過するフィルタ特性を備えている。励起光反射部６の具体的な構成としては、例えば、励起光の波長λｐに対応した所要のピッチを有するグレーティングとすることにより、グレーティング部２２と同一の工程で励起光反射部６を形成できるようになるので好ましい。ただし、励起光反射部６の構成がグレーティングに限定されることを意味するものではない。
【００４４】
上記のような構成の波長分散補償器によれば、前述した第１実施形態の場合と同様の作用効果が得られるのに加えて、希土類イオンの励起に寄与しなかった残留励起光が励起光反射部６で反射されて再利用されるようになるため、励起効率の更なる向上を図ることが可能になる。
【００４５】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
上述した第１，２実施形態では、波長分散補償部に対する信号光の入出力を、３つのポートを有する光サーキュレータを用いて行うようにした。第４実施形態では、光サーキュレータのポート数を増やして光路長を伸長することによって、より高い性能の波長分散補償を実現可能にする応用例について説明する。
【００４６】
図１４は、第３実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
図１４において、本実施形態の波長分散補償器は、例えば、４つのポートを有する光サーキュレータ１’を用いており、その第１のポートＰ１には、入力モニタ用の光分岐器４２Ａを介して入力ポートＩＮが接続されている。また、第２のポートＰ２には、第１実施形態と同様の波長分散補償部２が接続され、第３のポートＰ３には、光増幅機能を有していない波長分散補償部７が接続されている。さらに、第４のポートＰ４には、出力モニタ用の光分岐器４２Ｂを介して出力ポートＯＵＴが接続されている。なお、ここでは４ポートの光サーキュレータを用いた構成例について説明するが、５ポート以上の光サーキュレータについても同様にして応用することが可能である。
【００４７】
波長分散補償部２の希土類イオンがドープされた光路２１には、第１実施形態と同様にして、励起部３から出力される励起光が供給されており、信号光の波長分散補償と光増幅が同時に行われる。また、制御部４による出力光パワーの一定制御も第１実施形態と同様に実施されている。
【００４８】
光サーキュレータ１の第３のポートＰ３に接続された波長分散補償部７は、上述の図１に示した従来のＦＢＧを用いた波長分散補償器１０２と基本的に同様のものであり、希土類イオンをドープしていない光路７１の長手方向に沿ってグレーティング部７２が形成されている。また、温度調整回路（ＴＥＭＰ）７３によるグレーティング部７２の温度調整によって、波長分散補償量が可変とされている。
【００４９】
上記のような構成の波長分散補償器では、第１実施形態の場合と同様にして、入力ポートＩＮに入力される信号光が、光サーキュレータ１’の第１のポートＰ１から第２のポートＰ２を通って波長分散補償部２に与えられ、波長分散補償部２の光路２１を往復する。波長分散補償部２から出力される信号光は、さらに、光サーキュレータ１’の第２のポートＰ２から第３のポートＰ３を通って波長分散補償部７に与えられ、波長分散補償部７の光路７１を往復する。これにより、波長分散補償部２だけでなく波長分散補償部７でも信号光の波長分散補償が行われるようになるので、より広い範囲の波長分散補償が可能になる。また、各波長分散補償部２，７のグレーティング部２２，７２による挿入損失は、波長分散補償部２の希土類イオンがドープされた光路２１における光増幅によって補償される。そして、波長分散補償部７から出力される信号光は、光サーキュレータ１’の第３のポートＰ３から第４のポートＰ４を通って出力ポートＯＵＴより外部に出力される。
【００５０】
上記のように第３実施形態の波長分散補償器によれば、第１実施形態の場合と同様の効果が得られるのに加えて、４つのポートを有する光サーキュレータ１’を用い、信号光の波長分散補償が行われる光路を伸長したことにより、波長分散補償量の可変範囲を拡大することができ、波長分散補償器の性能を向上させることが可能になる。
【００５１】
なお、上記第３実施形態では、２つの波長分散補償部のうちの一方にだけ光増幅機能を持たせた場合を説明したが、例えば図１５に示すように、光サーキュレータ１’の第２および第３のポートＰ２，Ｐ３の双方に第１実施形態と同様な波長分散補償部２，２’を接続してもよい。この場合、各波長分散補償部２，２’において光増幅による挿入損失の補償が行われることになる。これにより、波長分散補償器全体でより高い利得を得ることができ、挿入損失の補償範囲を拡大させることが可能になる。
【００５２】
さらに、例えば図１６に示すように、上記図１５の構成において後段の波長分散補償部２’に励起光を供給している励起部３’を省略する応用も可能である。図１６の構成では、前段の波長分散補償部２における残留励起光が光サーキュレータ１’を通って後段の波長分散補償部２’に供給される。これにより、各波長分散補償部２，２’での光増幅を共通の励起部３により実現でき、構成の簡略化および省スペース化を図ることが可能になる。
【００５３】
次に、上述した第１〜第３実施形態による波長分散補償器を適用した各種装置の実施例について説明する。
図１７は、ＷＤＭ光伝送システムに用いられる光受信装置の一例を示している。
図１７に示す光受信装置８は、光プリアンプ８１，光分波器８２、複数の光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…およびユニット制御回路８４を備える。また、各光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…は、上述した第１〜第３実施形態のいずれかによる波長分散補償器８３１および光受信モジュール８３２を有している。
【００５４】
光プリアンプ８１では、伝送路を伝搬してきたＷＤＭ光が所要のレベルまで一括して増幅されて光分波器８２に出力される。光分波器８２では、光プリアンプ８１からのＷＤＭ光が各波長の信号光に分波され、各々の信号光が各光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…に出力される。各光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…では、光分波部８２からの信号光が波長分散補償器８３１で波長分散補償された後、該波長分散補償器８３１から所要パワーで出力される信号光が光受信モジュール８３２に与えられてデータの再生処理等が行われる。このとき、各光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…の動作は、外部から通知される波長情報（光受信装置８で受信されるＷＤＭ光の波長数や使用波長など）に基づいてユニット制御回路８４により制御される。
【００５５】
上記のような光受信装置８においては、各光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…に割り当てられる実装スペースが、装置全体の大きさに制約されることになり、ＷＤＭ光の波長数が多くなるほど各々の波長に対応した実装スペースは狭くなる。しかし、上述したように各実施形態による波長分散補償器８３１は、光増幅機能を持たせつつ効率的に省スペース化が図られているので、限られたスペースへの実装が可能である。これにより、４０Ｇｂ／ｓ以上の超高速な信号光を確実に受信処理できる光受信装置の提供が可能になる。
【００５６】
図１８は、ＷＤＭ光伝送システムに用いられる光中継装置の一例を示している。
図１８に示す光中継装置９は、２段構成のＷＤＭ用光アンプ９１，９２の段間に、上述した第１〜第３実施形態のいずれかによる波長分散補償器９３および利得等化器９４を備えている。
【００５７】
上記光中継装置９では、前段のＷＤＭ用光アンプ９１で一括増幅されたＷＤＭ光が波長分散補償器９３に入力され、波長分散補償器９３において、ＷＤＭ光に含まれる各波長の信号光に対する波長分散補償がまとめて行われる。利得等化器９４は、各ＷＤＭ用光アンプ９１，９２および波長分散補償器９３における利得波長特性をキャンセルして、光中継装置９から出力されるＷＤＭ光パワーの波長間偏差を低減する。
【００５８】
なお、上記利得等化器９４は省略することも可能である。また、システムの受信端において各波長の信号光ごとに高精度の波長分散補償が行われる場合には、光中継装置９における波長分散補償の精度は比較的低くてもよいので、各信号光に対する波長分散補償量を固定とすることも可能である。
【００５９】
以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 入力ポートおよび出力ポートの間に接続された光サーキュレータと、
希土類イオンがドープされた光路、および、該光路の長手方向の少なくとも一部分に沿ってグレーティングを形成したグレーティング部を有し、前記入力ポートからの信号光が前記光サーキュレータを介して前記光路の一端に入力され、該光路を伝搬する信号光を前記グレーティング部により波長に応じて反射して前記光路の一端に戻すことで前記信号光の波長分散補償を行い、該波長分散補償された信号光を前記光サーキュレータを介して前記出力ポートに出力する波長分散補償部と、
希土類イオンを励起可能な励起光を前記光路に供給する励起部と、
を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【００６０】
（付記２） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記励起部は、励起光源から出力される励起光の波長およびスペクトル幅を、前記波長分散補償部の周期的に繰り返される透過帯域に対応させて固定化する手段を具備することを特徴とする波長分散補償器。
【００６１】
（付記３） 付記１または２に記載の波長分散補償器であって、
前記励起部は、前記光路の他端から励起光を供給することを特徴とする波長分散補償器。
【００６２】
（付記４） 付記３に記載の波長分散補償器であって、
前記光路の一端付近に、前記光路を伝搬した励起光を反射する励起光反射部を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【００６３】
（付記５） 付記１〜４のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記波長分散補償部は、前記グレーティング部のグレーティングピッチを変化させることで波長分散補償量を可変にする補償量可変部を有することを特徴とする波長分散補償器。
【００６４】
（付記６） 付記５に記載の波長分散補償器であって、
前記補償量可変部は、前記グレーティング部の温度を調整してグレーティングピッチを変化させることを特徴とする波長分散補償器。
【００６５】
（付記７） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記光路は、シングルモードファイバのコア径よりも小さいコア径を有する光ファイバのコア部に希土類イオンをドープしたものであり、
前記グレーティング部は、前記コア部の長手方向の少なくとも一部分に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応したピッチでグレーティングが形成されていることを特徴とする波長分散補償器。
【００６６】
（付記８） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記光路は、光導波路に希土類イオンをドープしたものであり、
前記グレーティング部は、前記光導波路の長手方向の少なくとも一部分に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応したピッチでグレーティングが形成されていることを特徴とする波長分散補償器。
【００６７】
（付記９） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記光路は、希土類イオンのドープ濃度が１０００ｐｐｍ以上であることを特徴とする波長分散補償器。
【００６８】
（付記１０） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記波長分散補償部から前記光サーキュレータを介して前記出力ポートに出力される信号光のパワーをモニタし、該パワーが予め設定した一定のレベルとなるように、前記励起部から前記光路に供給される励起光のパワーを制御する制御部を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【００６９】
（付記１１） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記光サーキュレータは、４つ以上のポートを有し、前記入力ポートが接続されるポートの隣のポートに前記波長分散補償部が接続され、該波長分散補償部が接続されるポートと前記出力ポートが接続されるポートとの間に位置する残りのポートには、グレーティングを用いて信号光の波長分散補償を行う別の光路が接続されることを特徴とする波長分散補償器。
【００７０】
（付記１２） 付記１１に記載の波長分散補償器であって、
前記光サーキュレータの残りのポートに接続される別の光路にも希土類イオンがドープされていることを特徴とする波長分散補償器。
【００７１】
（付記１３） 伝送路を伝搬した波長多重光を各波長の信号光に分波して受信する光受信装置であって、
付記１〜１２のいずれか１つに記載の波長分散補償器が、分波後の単一波長の信号光が伝搬する各光路上に配置されていることを特徴とする光受信装置。
【００７２】
（付記１４） 波長多重光が伝搬する伝送路上に配置される光中継装置であって、
付記１〜１２のいずれか１つに記載の波長分散補償器が、前段および後段の波長多重用光増幅器の段間に設けられていることを特徴とする光中継装置。
【符号の説明】
【００７３】
１，１’…光サーキュレータ
２，７…波長分散補償部
２１，７１…光路
２２，２２１，２２２，７２…グレーティング部
２３，２３１，２３２，７３…温度調整回路
３，３’…励起部
３Ａ，３Ａ’…光合波器
３１，３３…励起光源
３２…波長固定手段
３４…ファイバグレーティング
３５…分布帰還型レーザー
４…制御部
４１Ａ，４１Ｂ…光分岐器
４２Ａ…入力モニタ
４２Ｂ…出力モニタ
４３…制御回路
５…光終端器
６…励起光反射部
８…光受信装置
８１…光プリアンプ
８２…光分波器
８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…光受信ユニット
８３１…波長分散補償器
８３２…光受信モジュール
８４…ユニット制御回路
９…光中継装置
９１，９２…ＷＤＭ用光アンプ
９３…波長分散補償器
９４…利得等化器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に利用される信号光の波長分散補償を低損失で行う波長分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信トラフィックの増加を背景として、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）または光時分割多重（Optical Time Division Multiplexing：ＴＤＭ）を用い、超高速かつ大容量の通信を可能にするフォトニック網の構築が進んでおり、最近では、例えば４０ギガビット毎秒（Ｇｂ／ｓ）の伝送速度をベースとしたＷＤＭ光伝送システムが実稼動を始めている。
【０００３】
信号光の伝送速度が４０Ｇｂ／ｓ以上になると、該信号光の光パルス幅は数ピコ秒と狭くなる。このため、光ファイバの僅かな波長分散（Chromatic Dispersion）による波形歪みが、信号光の伝送特性を著しく劣化させる。また、光ファイバの波長分散値は温度等の環境の変化に伴って時間的に変動し、その僅かな変化が伝送特性に影響を及ぼすことも知られている。
【０００４】
上記のような波長分散による伝送特性劣化に対しては、波長分散補償技術の適用が有効である。従来の波長分散補償は、伝送路上に分散補償ファイバを配置し、伝送路の波長分散による波形歪みを分散補償ファイバで補償する構成がよく知られている（例えば、特許文献１参照）。ＷＤＭ光の波長分散補償を行う場合には、伝送路上に分散補償ファイバを配置するだけでなく、伝送路を伝搬したＷＤＭ光を分波して受信する光受信装置内についても、分波後の単一波長の信号光が伝搬する各光路上に、波長分散補償器を備えるようにするのが有効である。各光路上の波長分散補償器では、分波された信号光の波長に応じて好ましい波長分散補償が行われる。
【０００５】
上記波長分散補償器としては、ファイバブラッググレーティング（Fiber Bragg Grating：ＦＢＧ）、エタロン（Etalon）、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）などの光デバイスを利用した種々の構成が知られている。このような波長分散補償器では比較的大きな光損失が発生するため、信号光の受信パワーが小さくなるとビット誤り率（Bit Error Rate：ＢＥＲ）が急激に増加する。このＢＥＲの増加を抑えるためには、波長分散補償器の入力側または出力側に光増幅器を適用して波長分散補償器の挿入損失を補償することが必要になる。
【０００６】
図１は、従来のＦＢＧを用いた波長分散補償器について挿入損失を補償可能にした構成例である。この構成例では、入力ポートＩＮおよび出力ポートＯＵＴの間に、光サーキュレータ１０１を介して、ＦＢＧを用いた波長分散補償器１０２が接続されている。また、入力ポートＩＮと光サーキュレータ１０１の間の光路上には、入力側の光増幅器１０３Ａが設けられ、光サーキュレータ１０１と出力ポートＯＵＴの間の光路上には、出力側の光増幅器１０３Ｂが設けられている。入力ポートＩＮに与えられる信号光は、入力側の光増幅器１０３Ａで増幅された後に、光サーキュレータ１０１を通って波長分散補償器１０２の一端に入力される。波長分散補償器１０２内では、信号光がその波長に応じて異なる位置で反射されて光サーキュレータ１０１側に戻されることにより、該信号光の波長分散補償が行われる。波長分散補償器１０２の一端より出力される信号光は、光サーキュレータ１０１を通って出力側の光増幅器１０３Ｂに与えられ、所要の光パワーに増幅された信号光が出力ポートＯＵＴから出力される。各光増幅器１０３Ａ，１０３Ｂの利得は、各々の出力光パワーをモニタ（ＭＯＮ）１０４Ａ，１０４Ｂで検出した結果を基にして制御回路（ＣＯＮＴ）１０５Ａ，１０５Ｂにより制御される。このような構成により、波長分散補償器１０２の挿入損失の補償が入力側および出力側の光増幅器１０３Ａ，１０３Ｂによって実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１１５０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のような波長分散補償器および光増幅器を適用した構成は、部品点数の増加および実装面積の増大を招くことになる。これにより、例えば、前述したような分波後の単一波長の信号光が伝搬する各光路上に波長分散補償器が配置される光受信装置を考えると、各波長に対応した受信部構成に割り当てることが可能な実装スペースは、一般的に装置全体の大きさに制約されるため、波長分散補償器および光増幅器を含む種々の機能部品を所定のスペース内に実装することが困難になる可能性がある。
【０００９】
また、上記所定のスペース内に所要の機能部品を実装できたとしても、各機能部品が密に実装されることにより、装置内の通風が悪くなり温度が上昇し、個々の機能部品に定められた許容温度を超過するおそれがある。このような状況は、光受信装置の性能および信頼性を劣化させることは勿論のこと、光受信装置そのものが設計できなくなるという熱設計上の課題もある。
【００１０】
さらに、上記所定のスペース内に実装する機能部品の種類は、システムが高性能化していくのに伴って増加するため、実装スペースの不足が高性能化への対応を難しくしてしまう場合もある。特に、増加した機能部品の挿入損失を補償するために、光増幅器の台数を増やしたり、或いは、光増幅器の性能を限界近くまで引き伸ばしたりするなどの措置が必要な場合、それを限られた実装スペースで安定に実現するのは容易なことではない。
【００１１】
ＷＤＭ光の各波長に対応した受信部構成の実装スペースを拡大することは、個々の波長に対するスペースの拡大量が僅かであっても、光受信装置全体ではＷＤＭ光の波長数と同等数倍のサイズアップになるので、光受信装置の設計に大きな影響を及ぼす。このため、実装スペースの拡大は、小型化が要求される光受信装置の設計においては受け入れ難い。
【００１２】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、波長分散補償の際に生じる光損失を補償することができ、効率的な省スペース化が可能な波長分散補償器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明による波長分散補償器の一態様は、入力ポートおよび出力ポートの間に接続された光サーキュレータと、希土類イオンがドープされた光路、および、該光路の長手方向の少なくとも一部分に沿ってグレーティングを形成したグレーティング部を有し、前記入力ポートからの信号光が前記光サーキュレータを介して前記光路の一端に入力され、該光路を伝搬する信号光を前記グレーティング部により波長に応じて反射して前記光路の一端に戻すことで前記信号光の波長分散補償を行い、該波長分散補償された信号光を前記光サーキュレータを介して前記出力ポートに出力する波長分散補償部と、希土類イオンを励起可能な励起光を前記光路に供給する励起部と、を備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
上記のような波長分散補償器では、入力ポートに入力された信号光が、光サーキュレータを通って、波長分散補償部の希土類イオンがドープされた光路の一端に与えられる。この光路には励起部からの励起光が供給されており、希土類イオンの誘導放出作用により信号光が増幅されながら光路内を伝搬し、信号光がグレーティング部の形成部分に到達すると波長に応じて反射されて光路の一端に戻され、光サーキュレータを通って出力ポートより出力される。これにより、波長分散補償部において、信号光の波長分散補償を行うのと同時に、グレーティング部による光損失を往路および復路に亘る光増幅によって効率的に補償することができる。波長分散補償を行うための信号光の伝搬経路と、該信号光を増幅するための光増幅媒体とが波長分散補償部の光路により共通化されているので、効率的な省スペース化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の波長分散補償器の挿入損失を補償可能にした構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態における光ファイバ型の波長分散補償部の構成例を示す図である。
【図４】第１実施形態における光導波路型の波長分散補償部の構成例を示す図である。
【図５】第１実施形態における励起部の好ましい構成例を示す図である。
【図６】第１実施形態における励起光の波長固定化を説明する図である。
【図７】図５の構成例を具体化した図である。
【図８】第１実施形態における信号光の損失低減効果について説明する図である。
【図９】第１実施形態に関連した変形例を示す図である。
【図１０】第１実施形態に関連した他の変形例を示す図である。
【図１１】図９および図１０を組み合わせた構成を示す図である。
【図１２】第１実施形態に関連した別の変形例を示す図である。
【図１３】第２実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
【図１４】第３実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
【図１５】第３実施形態に関連した変形例を示す図である。
【図１６】第３実施形態に関連した他の変形例を示す図である。
【図１７】上記実施形態の波長分散補償器を適用した光受信装置の一例を示す図である。
【図１８】上記実施形態の波長分散補償器を適用した光中継装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、第１実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
図２において、本実施形態の波長分散補償器は、例えば、入力ポートＩＮおよび出力ポートＯＵＴの間の光路上に、光サーキュレータ１を介して接続された波長分散補償部２と、該波長分散補償部２に対して励起光を供給する励起部（ＰＵＭＰ）３と、該励起部３を制御する制御部４とを備えている。
【００１７】
光サーキュレータ１は、例えば、３つのポートを有しており、第１のポートＰ１が入力ポートＩＮに接続され、第２のポートＰ２が可変波長分散補償部１１に接続され、第３のポートＰ３が出力ポートＯＵＴに接続されている。この光サーキュレータ１は、各ポート間で光を一方向に伝達する特性を持ち、第１のポートＰ１に入力される光を第２のポートＰ２に出力し、第２のポートＰ２に入力される光を第３のポートＰ３に出力する。なお、一般的な光カプラおよび光アイソレータを組み合わせることにより、上記光サーキュレータ１と同様の機能を実現することも可能である。
【００１８】
波長分散補償部２は、例えば、希土類イオンがドープされた光路２１（図１の太線部分）と、該光路２１に沿って形成されたグレーティング部２２と、該グレーティング部２２の温度を調整する補償量可変部としての温度調整回路（ＴＥＭＰ）２３とを具備する。
【００１９】
光路２１は、その一端が光サーキュレータ１の第２のポートＰ２に接続され、他端が励起部３に接続されている。この光路２１は、波長分散補償を行うための信号光の伝搬経路になると共に、該信号光を増幅するための光増幅媒体としても機能する。光路２１の形態は、光ファイバのコア部に希土類イオンをドープした光ファイバ型、および、基板に形成された光導波路に希土類イオンをドープした光導波路型のいずれであってもよい。光路２１の全長は、グレーティング部２２に起因して発生する光損失を少なくとも補償できる利得が、励起部３からの励起光の供給を受けて実現されるように予め設定されている。
【００２０】
グレーティング部２２は、上記希土類イオンがドープされた光路２１の長手方向の一部分または全体に沿って、当該部分の屈折率を周期的に変化させることでグレーティングを形成し、ブラッグ回折を発生させて反射フィルタの機能を持たせたものである。このグレーティング部２２は、グレーティング（ブラッグ回折）のピッチを徐々に変えて反射光の戻り時間を波長に応じて変化させることで波長分散を発生させる。なお、ファイバグレーティングを用いた波長分散補償器の動作原理および特性に関しては、例えば「次世代高速通信用分散補償ファイバグレーティング」、フジクラ技報、２００４年４月、第１０６号に詳しく記述されているため、ここでの説明を省略する。
【００２１】
温度調整回路２３は、入力ポートＩＮに入力される信号光の波長情報に基づいて、グレーティング部２２の温度を調整する。この温度調整回路２３によってグレーティング部２２の温度が変化してグレーティングのピッチが変わることで、グレーティング部２２における波長分散補償量が可変となる。なお、ここではグレーティング部２２の温度調整により可変の波長分散補償を実現する一例を示したが、温度調整に代えて、若しくは温度調整と並行して、グレーティングが形成されている光路部分に応力を加えることにより、波長分散補償量を変化させるようにしてもよい。
【００２２】
図３および図４は、上記波長分散補償部２の光路２１とグレーティング部２２の具体的な構成を示した図である。図３は、光ファイバ型の構成例であり、上段が第１実施形態の波長分散補償部２に対応し、下段が従来のＦＢＧを用いた波長分散補償器に対応している。また、図４は、光導波路型の構成例である。
【００２３】
図３に示す光ファイバ型の構成例について、まず、従来のＦＢＧを用いた波長分散補償器の構成（下段）は、シングルモードファイバ（Single Mode Fiber：ＳＭＦ）を利用し、そのコア部の長手方向に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応した所要のピッチでグレーティングを形成したものが一般的である。この従来の波長分散補償器に利用されるＳＭＦのコア径は、通常１０μｍである。
【００２４】
これに対して本実施形態における波長分散補償部２（上段）は、上記ＳＭＦのコア径よりも小さなコア径を有する光ファイバを用い、そのコア部に希土類イオンをドープすることにより、好ましい光増幅特性が得られるようにしている。具体的には、例えば、ＳＭＦのコア径のおよそ半分の５μｍ前後のコア径を有する光ファイバを使用し、そのコア部にエルビウムイオンを高濃度（例えば、１０００ｐｐｍ以上）でドープすることで、コア部に光増幅媒体としての機能を持たせることが可能である。コア径の小さい光ファイバを用いる理由は、光ファイバの中心部分にドープされた希土類イオンに対して、信号光よりも波長の短い励起光を効率良くオーバーラップさせるためである。図３の上段右側は、光ファイバの断面方向についての励起光の強度分布を例示しており、励起光がコア部に集中していることが分かる。これにより、所望の利得を短い光路長で実現可能にしている。そして、上記希土類イオンがドープされたコア部の長手方向に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応した所要ピッチでグレーティング部２２を形成することにより、従来の波長分散補償器と同様な波長分散補償機能を実現している。つまり、図３上段に示した波長分散補償部２は、光増幅媒体としての機能と波長分散補償器としての機能とを兼ね備えており、両機能を共通の構成により実現することで省スペース化を図っている。
【００２５】
図４に示す光導波路型の構成例は、一般的な光導波路基板を利用し、その光導波路２１’に希土類イオンをドープすることで光増幅媒体としている。そして、光導波路２１’の長手方向に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応した所要ピッチでグレーティング部２２を形成することにより波長分散補償機能を実現している。光導波路型の光増幅媒体については、濃度消光が殆ど発生しないため、希土類イオンをより高濃度でドープすることが可能である。希土類イオンのドープ濃度が高くなれば、所要の利得を実現する光導波路長が短くなる。したがって、光導波路型の構成を適用することにより、前述した光ファイバ型の構成例と比べて、より省スペースの波長分散補償部２を実現することが可能である。
【００２６】
励起部３（図２）は、上記波長分散補償部２の光路２１内にドープされた希土類イオンを励起可能な波長を有する励起光を発生し、該励起光を光路２１の他端（光サーキュレータとの接続端とは反対側の端部）に直接与える。この励起部３は、例えば図５に示すように、励起光源３１および波長固定手段３２を備えるようにするのが好ましい。波長固定手段３２は、励起光源３１から出力される励起光の波長とスペクトル幅を、波長分散補償部２の周期的に繰り返される透過帯域に対応させて固定化するものである。
【００２７】
一般的に、希土類イオンの励起に用いられる励起光源は多モード発振であり、該励起光源から出力される励起光のスペクトル幅は５〜１０ｎｍ程度である。この励起光のスペクトル幅は、信号光のスペクトル幅として想定される１ｎｍ以下と比べると広い。波長分散補償部２は、前述したようにグレーティングを用いた共振器構造になっており、波長に対して透過損失が周期的に変化する特性を有している。前記透過損失は、波長分散補償部２の一方の端部に入力される光に対して、波長分散補償部２の他方の端部から出力される当該光がどれだけ損失を受けているかを表す。すなわち、波長分散補償部２の一方の端部に入力される波長λの光の入力パワーをＰｉｎ（λ）とし、波長分散補償部２の他方の端部から出力される当該光の出力パワーをＰｏｕｔ（λ）とすると、波長分散補償部２の透過損失は、Ｐｉｎ（λ）−Ｐｏｕｔ（λ）で定義される。この波長分散補償部２の波長λの光に対する透過損失は、基本的に、グレーティング部２２の波長λの光に対する反射率に応じた値となるので、透過損失を反射率に置き換えて考えてもよい。
【００２８】
前述したように波長分散補償部２は、光路２１の途中で信号光を反射し、該反射光の戻り時間を波長に応じて異ならせることにより波長分散補償を行う構成であるので、波長分散の補償帯域とグレーティング部２２の反射帯域とが同等となるように設計が行われる。このため、グレーティング部２２の周期的に繰り返される反射帯域の幅は、信号光のスペクトル幅（≦１ｎｍ）に近い狭い帯域幅になる。このグレーティング部２２の周期的な反射波長特性は、信号光の波長帯域付近だけでなく、励起光の波長帯域付近にも続いている。したがって、図６上段に示すように、スペクトル幅の広い励起光は、グレーティング部２２の周期的な反射波長特性により、スペクトル成分の一部が光路２１の途中で反射されることになる。つまり、グレーティング部２２の反射率が大きい帯域にある励起光のスペクトル成分は光路２１の途中までしか伝搬しないので、希土類イオンの励起に寄与する励起光のエネルギーが減少してしまう。上記の内容を前述した波長分散補償部２の透過損失で言い換えると、透過損失が大きい帯域にある励起光のスペクトル成分は、光路２１を一端から他端に透過することが困難であるので、励起効率の低下を招いてしまう。
【００２９】
そこで、上記図５に示した励起部３の好ましい構成例では、波長固定手段３２により、波長分散補償部２の透過損失（または、グレーティング部２２の反射率）が小さい帯域を選択して、励起光源３１から出力される励起光の波長とスペクトル幅を固定化している。これにより、図６下段に示すように、励起光のスペクトル幅は、信号光のスペクトル幅と同程度となり、波長分散補償部２の一つの透過帯域の幅と同等になるので、波長分散補償部２の光路２１上での励起光エネルギーの減少が回避される。よって、光路２１にドープされた希土類イオンを効率的に励起することができるようになる。
【００３０】
なお、一般的な希土類ドープファイバを用いた光増幅器では、光増幅に寄与する希土類イオンが反転分布を形成するにあたり、励起準位の幅が広いため、スペクトル幅の広い励起光を使用した方が好ましい増幅特性を得ることができる。このため、上記のように励起光のスペクトル幅を信号光のスペクトル幅と同等まで狭くする必要性は、通常の使用においては生じない。
【００３１】
図７は、上記図５に示した励起部３の構成例を具体化したものである。図７上段の具体例は、一般的な励起光源（ＬＤ）３３の出力側のファイバに、特定の波長だけを比較的低い反射率で反射するファイバグレーティング３４を形成し、該ファイバグレーティング３４と励起光源３３の後方チップ端面３３Ａとの間で共振器構造をとっている。ファイバグレーティング３４の反射波長を、波長分散補償部２の少なくとも１つの透過帯域の中心波長に一致するように設定しておくことにより、ファブリペローの原理に従って、波長の固定された狭帯域の励起光が励起部３から出力されるようになる。また、図７下段の具体例は、分布帰還型レーザー（distributed feedback laser）３５を励起光源として適用している。分布帰還型レーザーは、信号光の光源として一般的に利用されており、スペクトル幅の狭い固定波長の光を発生することが可能である。
【００３２】
制御部４（図２）は、例えば、入力ポートＩＮから光サーキュレータ１を介して波長分散補償部２に入力される信号光のパワーをモニタするための光分岐器４１Ａおよび入力モニタ（ＭＯＮ）４２Ａと、波長分散補償部２から光サーキュレータ１を介して出力ポートＯＵＴに出力される信号光のパワーをモニタするための光分岐器４１Ｂおよび出力モニタ（ＭＯＮ）４２Ｂと、入力モニタ４２Ａおよび出力モニタ４２Ｂの各モニタ結果を基に、励起部３を制御する制御回路（ＣＯＮＴ）４３と、を備えている。制御回路４３は、出力モニタ４２Ｂのモニタ結果を基に出力光パワーを判断し、その出力光パワーが予め設定したレベルで一定となるように、励起部３から波長分散補償部２に供給される励起光のパワーをフィードバック制御する。また、制御回路４３は、入力モニタ４２Ａのモニタ結果を基に入力光の異常を判断して、励起部３のシャットダウン制御などを行う。
【００３３】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
上記のような構成の波長分散補償器では、入力ポートＩＮに入力された信号光が、光サーキュレータ１の第１のポートＰ１から第２のポートＰ２を通って、波長分散補償部２の希土類イオンがドープされた光路２の一端に与えられる。なお、入力される信号光は、単一波長の信号光であっても、所定の間隔で波長配置された複数の信号光を含むＷＤＭ光であってもよい。入力される信号光の一部は、入力ポートＩＮおよび光サーキュレータ１の間に配置された光分岐器４１Ａで分岐され、該分岐光のパワーが入力モニタ４２Ａでモニタされて、そのモニタ結果が制御回路４３に伝えられる。制御回路４３では、入力モニタ４２Ａのモニタ結果を基に信号光の入力状態が判断され、異常が発生していなければ、励起部３が駆動状態にされる。励起部３から出力される励起光は、波長分散補償部２の光路２１に対して、信号光の入力端とは反対側の端部より供給される。これにより、光路２１の内部の希土類イオンが励起状態となる。また、波長分散補償部２の温度調整回路２３では、外部等から与えられる波長情報を基に、入力される信号光に対する波長分散補償量が判断され、その波長分散補償量が実現されるようにグレーティング部２２の温度調整が行われる。
【００３４】
波長分散補償部２の光路２１の一端に入力した信号光は、励起された希土類イオンの誘導放出作用により増幅されながら光路２を伝搬し、グレーティング部２２が形成されている部分に到達すると、波長に応じた位置で反射されて伝搬方向が反転される。この反射光も、希土類イオンの誘導放出作用により増幅されることになり、光路２を光サーキュレータ１に向けて伝搬する。信号光が波長分散補償部２内を往復して光サーキュレータ１の第２のポートＰ２に戻されることにより、該信号光の波長分散補償が行われると同時に、グレーティング部２２に起因して発生する光損失が往路および復路に亘る光増幅によって効率的に補償される。
【００３５】
光サーキュレータ１の第２のポートＰ２に戻された信号光は、光サーキュレータ１の第３のポートＰ３を通って出力ポートＯＵＴより外部に出力される。このとき、光サーキュレータ１および出力ポートＯＵＴの間に配置された光分岐器４１Ｂで信号光の一部が分岐され、該分岐光のパワーが出力モニタ４２Ｂでモニタされて、そのモニタ結果が制御回路４３に伝えられる。制御回路４３では、出力モニタ４２Ｂのモニタ結果を基に、出力ポートＯＵＴから出力される信号光のパワーが判断され、該出力光パワーが予め設定したレベルで一定となるように、励起部３の駆動状態をフィードバック制御する。これにより、波長分散補償された信号光が一定のパワーで出力ポートＯＵＴより外部に出力されるようになる。
【００３６】
上記のように第１実施形態の波長分散補償器によれば、希土類イオンをドープした光路２１に沿ってグレーティング部２２を形成し、該光路２１に励起光を供給して、信号光の波長分散補償とその際に生じる光損失の補償とを共通の波長分散補償部２で行うようにしたことで、効率的な省スペース化が可能になる。これに加えて、グレーティング部２２の形成された光路２１を光増幅媒体としたことにより、励起部３から出力される励起光を、信号光が伝搬する光路２１に光合波器等を介すことなく直接供給することができるので、光路２１上で信号光が受ける光損失を低減することが可能になる。
【００３７】
上記光損失の低減効果について図８を参照しながら詳しく説明する。図８に例示した構成は、上述の図１に示した従来の構成について、ＦＢＧを用いた波長分散補償器１０２と光サーキュレータ１０１の間に別途光ファイバ増幅器１１０を設けることにより、波長分散補償器１０２の挿入損失の補償を行うことを想定ものである。上記第１実施形態に対応させて言い換えると、グレーティング部の形成された光路を光増幅媒体とはせずに、波長分散補償の機能と光増幅（挿入損失の補償）の機能とを別個にした構成を想定している。この図８の構成では、光ファイバ増幅器１１０の光増幅媒体１１１に対して励起光源１１２から出力される励起光を供給するために、光サーキュレータ１０１と波長分散補償器１０２の間の光路上に光合波器１１３を挿入しなければならない。波長分散補償器１０２に対して入出力される信号光は、この光合波器１１３を通過するので、光合波器１１３の挿入損失を往復で２回受けることになる。
【００３８】
一方、第１実施形態の構成（図２）では、グレーティング部２２の形成された光路２１が光増幅媒体となっているので、励起部３から出力される励起光を光路２１の信号光入出力端とは反対側の端部より直接供給することができる。つまり、信号光の伝搬経路上に励起光を供給するための光合波器を必要としない。このため、図８の構成に比べて信号光が受ける光損失を減少させることができ、信号光のＳＮ劣化やＮＦ劣化を抑えることが可能になる。
【００３９】
また、第１実施形態の波長分散補償器によれば、波長分散補償量を可変にするために、温度調整回路２３によりグレーティング部２２の温度調整を行っているが、これは同時に、希土類イオンをドープした光路２１の温度の変化を抑えることにも寄与する。希土類イオンをドープした光増幅媒体で得られる利得は温度に依存して変動するので、温度調整回路２３により光路２１の温度が安定化されることにより、信号光の増幅特性が向上するという効果も得られる。
【００４０】
さらに、波長分散補償部２の周期的な透過損失の波長特性に対応させて、励起部３から出力される励起光の波長とスペクトル幅を固定化すれば、励起効率を一層高めることもできる。
加えて、波長分散補償部２に光導波路型の構成を適用した場合には、希土類イオンを高濃度でドープすることができるので、所要の利得を実現するのに必要な導波路長が短くなり、より一層の省スペース化が可能になる。
【００４１】
なお、上記第１実施形態では、励起部３から出力される励起光を波長分散補償部２の光路２１に直接供給するようにしたが、本発明における希土類イオンをドープした光路への励起光の供給方法は上記に限定されない。例えば図９に示すように、光路２１の信号光入出力端とは反対側の端部に光合波器３Ａを設け、該光合波器３Ａを介して、励起部３から出力される励起光を光路２１に供給するようにしてもよい。この場合、信号光はグレーティング部２２で反射されて光サーキュレータ１側に戻されるので、光合波器３Ａの挿入損失を信号光が受けることはない。光合波器３Ａに接続されている光終端器５は省略することも可能である。また、例えば図１０に示すように、光路２１の信号光入出力端に光合波器３Ａ’を設け、該光合波器３Ａ’を介して、励起部３から出力される励起光を光路２１に供給するようにしてもよい。この場合、信号光が光合波器３Ａ’を通過するので、光合波器３Ａ’の挿入損失を受けて信号光が減衰することにはなるが、それ以外の省スペース化などの効果は第１実施形態の場合と基本的に同様である。図１０の構成では、残留励起光が光路２１の他端より放出される可能性があるので、光終端器５を光路２１の他端に接続しておくのが好ましい。さらに、例えば図１１に示すように、図９および図１０を組み合わせて、光路２１の両端から励起光を供給することも勿論可能である。
【００４２】
また、上記第１実施形態では、希土類イオンをドープした光路２１に沿ってグレーティング部２２を一箇所に形成する構成を示したが、例えば図１２に示すように、グレーティング部を複数の場所に分けて形成するようにしてもよい。グレーティング部の数および光路２１上での配置は、光路２１の長さやグレーティングの形成のしやすさなどを考慮して適宜に決めることができる。なお、図の例では、各グレーティング部２２１，２２２にそれぞれ対応させて温度調整回路２３１，２３２を個別に設けているが、共通の温度調整回路により各グレーティング部２２１，２２２の温度調整を行うようにしても構わない。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１３は、第２実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
図１３において、本実施形態の波長分散補償器は、前述の図２に示した第１実施形態の構成について、光路２１の一端（光サーキュレータとの接続端）付近に、励起光反射部６を追加している。この励起光反射部６は、励起光を反射すると共に、信号光を透過するフィルタ特性を備えている。励起光反射部６の具体的な構成としては、例えば、励起光の波長λｐに対応した所要のピッチを有するグレーティングとすることにより、グレーティング部２２と同一の工程で励起光反射部６を形成できるようになるので好ましい。ただし、励起光反射部６の構成がグレーティングに限定されることを意味するものではない。
【００４４】
上記のような構成の波長分散補償器によれば、前述した第１実施形態の場合と同様の作用効果が得られるのに加えて、希土類イオンの励起に寄与しなかった残留励起光が励起光反射部６で反射されて再利用されるようになるため、励起効率の更なる向上を図ることが可能になる。
【００４５】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
上述した第１，２実施形態では、波長分散補償部に対する信号光の入出力を、３つのポートを有する光サーキュレータを用いて行うようにした。第４実施形態では、光サーキュレータのポート数を増やして光路長を伸長することによって、より高い性能の波長分散補償を実現可能にする応用例について説明する。
【００４６】
図１４は、第３実施形態による波長分散補償器の構成を示す図である。
図１４において、本実施形態の波長分散補償器は、例えば、４つのポートを有する光サーキュレータ１’を用いており、その第１のポートＰ１には、入力モニタ用の光分岐器４２Ａを介して入力ポートＩＮが接続されている。また、第２のポートＰ２には、第１実施形態と同様の波長分散補償部２が接続され、第３のポートＰ３には、光増幅機能を有していない波長分散補償部７が接続されている。さらに、第４のポートＰ４には、出力モニタ用の光分岐器４２Ｂを介して出力ポートＯＵＴが接続されている。なお、ここでは４ポートの光サーキュレータを用いた構成例について説明するが、５ポート以上の光サーキュレータについても同様にして応用することが可能である。
【００４７】
波長分散補償部２の希土類イオンがドープされた光路２１には、第１実施形態と同様にして、励起部３から出力される励起光が供給されており、信号光の波長分散補償と光増幅が同時に行われる。また、制御部４による出力光パワーの一定制御も第１実施形態と同様に実施されている。
【００４８】
光サーキュレータ１の第３のポートＰ３に接続された波長分散補償部７は、上述の図１に示した従来のＦＢＧを用いた波長分散補償器１０２と基本的に同様のものであり、希土類イオンをドープしていない光路７１の長手方向に沿ってグレーティング部７２が形成されている。また、温度調整回路（ＴＥＭＰ）７３によるグレーティング部７２の温度調整によって、波長分散補償量が可変とされている。
【００４９】
上記のような構成の波長分散補償器では、第１実施形態の場合と同様にして、入力ポートＩＮに入力される信号光が、光サーキュレータ１’の第１のポートＰ１から第２のポートＰ２を通って波長分散補償部２に与えられ、波長分散補償部２の光路２１を往復する。波長分散補償部２から出力される信号光は、さらに、光サーキュレータ１’の第２のポートＰ２から第３のポートＰ３を通って波長分散補償部７に与えられ、波長分散補償部７の光路７１を往復する。これにより、波長分散補償部２だけでなく波長分散補償部７でも信号光の波長分散補償が行われるようになるので、より広い範囲の波長分散補償が可能になる。また、各波長分散補償部２，７のグレーティング部２２，７２による挿入損失は、波長分散補償部２の希土類イオンがドープされた光路２１における光増幅によって補償される。そして、波長分散補償部７から出力される信号光は、光サーキュレータ１’の第３のポートＰ３から第４のポートＰ４を通って出力ポートＯＵＴより外部に出力される。
【００５０】
上記のように第３実施形態の波長分散補償器によれば、第１実施形態の場合と同様の効果が得られるのに加えて、４つのポートを有する光サーキュレータ１’を用い、信号光の波長分散補償が行われる光路を伸長したことにより、波長分散補償量の可変範囲を拡大することができ、波長分散補償器の性能を向上させることが可能になる。
【００５１】
なお、上記第３実施形態では、２つの波長分散補償部のうちの一方にだけ光増幅機能を持たせた場合を説明したが、例えば図１５に示すように、光サーキュレータ１’の第２および第３のポートＰ２，Ｐ３の双方に第１実施形態と同様な波長分散補償部２，２’を接続してもよい。この場合、各波長分散補償部２，２’において光増幅による挿入損失の補償が行われることになる。これにより、波長分散補償器全体でより高い利得を得ることができ、挿入損失の補償範囲を拡大させることが可能になる。
【００５２】
さらに、例えば図１６に示すように、上記図１５の構成において後段の波長分散補償部２’に励起光を供給している励起部３’を省略する応用も可能である。図１６の構成では、前段の波長分散補償部２における残留励起光が光サーキュレータ１’を通って後段の波長分散補償部２’に供給される。これにより、各波長分散補償部２，２’での光増幅を共通の励起部３により実現でき、構成の簡略化および省スペース化を図ることが可能になる。
【００５３】
次に、上述した第１〜第３実施形態による波長分散補償器を適用した各種装置の実施例について説明する。
図１７は、ＷＤＭ光伝送システムに用いられる光受信装置の一例を示している。
図１７に示す光受信装置８は、光プリアンプ８１，光分波器８２、複数の光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…およびユニット制御回路８４を備える。また、各光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…は、上述した第１〜第３実施形態のいずれかによる波長分散補償器８３１および光受信モジュール８３２を有している。
【００５４】
光プリアンプ８１では、伝送路を伝搬してきたＷＤＭ光が所要のレベルまで一括して増幅されて光分波器８２に出力される。光分波器８２では、光プリアンプ８１からのＷＤＭ光が各波長の信号光に分波され、各々の信号光が各光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…に出力される。各光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…では、光分波部８２からの信号光が波長分散補償器８３１で波長分散補償された後、該波長分散補償器８３１から所要パワーで出力される信号光が光受信モジュール８３２に与えられてデータの再生処理等が行われる。このとき、各光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…の動作は、外部から通知される波長情報（光受信装置８で受信されるＷＤＭ光の波長数や使用波長など）に基づいてユニット制御回路８４により制御される。
【００５５】
上記のような光受信装置８においては、各光受信ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…に割り当てられる実装スペースが、装置全体の大きさに制約されることになり、ＷＤＭ光の波長数が多くなるほど各々の波長に対応した実装スペースは狭くなる。しかし、上述したように各実施形態による波長分散補償器８３１は、光増幅機能を持たせつつ効率的に省スペース化が図られているので、限られたスペースへの実装が可能である。これにより、４０Ｇｂ／ｓ以上の超高速な信号光を確実に受信処理できる光受信装置の提供が可能になる。
【００５６】
図１８は、ＷＤＭ光伝送システムに用いられる光中継装置の一例を示している。
図１８に示す光中継装置９は、２段構成のＷＤＭ用光アンプ９１，９２の段間に、上述した第１〜第３実施形態のいずれかによる波長分散補償器９３および利得等化器９４を備えている。
【００５７】
上記光中継装置９では、前段のＷＤＭ用光アンプ９１で一括増幅されたＷＤＭ光が波長分散補償器９３に入力され、波長分散補償器９３において、ＷＤＭ光に含まれる各波長の信号光に対する波長分散補償がまとめて行われる。利得等化器９４は、各ＷＤＭ用光アンプ９１，９２および波長分散補償器９３における利得波長特性をキャンセルして、光中継装置９から出力されるＷＤＭ光パワーの波長間偏差を低減する。
【００５８】
なお、上記利得等化器９４は省略することも可能である。また、システムの受信端において各波長の信号光ごとに高精度の波長分散補償が行われる場合には、光中継装置９における波長分散補償の精度は比較的低くてもよいので、各信号光に対する波長分散補償量を固定とすることも可能である。
【００５９】
以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 入力ポートおよび出力ポートの間に接続された光サーキュレータと、
希土類イオンがドープされた光路、および、該光路の長手方向の少なくとも一部分に沿ってグレーティングを形成したグレーティング部を有し、前記入力ポートからの信号光が前記光サーキュレータを介して前記光路の一端に入力され、該光路を伝搬する信号光を前記グレーティング部により波長に応じて反射して前記光路の一端に戻すことで前記信号光の波長分散補償を行い、該波長分散補償された信号光を前記光サーキュレータを介して前記出力ポートに出力する波長分散補償部と、
希土類イオンを励起可能な励起光を前記光路に供給する励起部と、
を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【００６０】
（付記２） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記励起部は、励起光源から出力される励起光の波長およびスペクトル幅を、前記波長分散補償部の周期的に繰り返される透過帯域に対応させて固定化する手段を具備することを特徴とする波長分散補償器。
【００６１】
（付記３） 付記１または２に記載の波長分散補償器であって、
前記励起部は、前記光路の他端から励起光を供給することを特徴とする波長分散補償器。
【００６２】
（付記４） 付記３に記載の波長分散補償器であって、
前記光路の一端付近に、前記光路を伝搬した励起光を反射する励起光反射部を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【００６３】
（付記５） 付記１〜４のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記波長分散補償部は、前記グレーティング部のグレーティングピッチを変化させることで波長分散補償量を可変にする補償量可変部を有することを特徴とする波長分散補償器。
【００６４】
（付記６） 付記５に記載の波長分散補償器であって、
前記補償量可変部は、前記グレーティング部の温度を調整してグレーティングピッチを変化させることを特徴とする波長分散補償器。
【００６５】
（付記７） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記光路は、シングルモードファイバのコア径よりも小さいコア径を有する光ファイバのコア部に希土類イオンをドープしたものであり、
前記グレーティング部は、前記コア部の長手方向の少なくとも一部分に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応したピッチでグレーティングが形成されていることを特徴とする波長分散補償器。
【００６６】
（付記８） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記光路は、光導波路に希土類イオンをドープしたものであり、
前記グレーティング部は、前記光導波路の長手方向の少なくとも一部分に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応したピッチでグレーティングが形成されていることを特徴とする波長分散補償器。
【００６７】
（付記９） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記光路は、希土類イオンのドープ濃度が１０００ｐｐｍ以上であることを特徴とする波長分散補償器。
【００６８】
（付記１０） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記波長分散補償部から前記光サーキュレータを介して前記出力ポートに出力される信号光のパワーをモニタし、該パワーが予め設定した一定のレベルとなるように、前記励起部から前記光路に供給される励起光のパワーを制御する制御部を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【００６９】
（付記１１） 付記１に記載の波長分散補償器であって、
前記光サーキュレータは、４つ以上のポートを有し、前記入力ポートが接続されるポートの隣のポートに前記波長分散補償部が接続され、該波長分散補償部が接続されるポートと前記出力ポートが接続されるポートとの間に位置する残りのポートには、グレーティングを用いて信号光の波長分散補償を行う別の光路が接続されることを特徴とする波長分散補償器。
【００７０】
（付記１２） 付記１１に記載の波長分散補償器であって、
前記光サーキュレータの残りのポートに接続される別の光路にも希土類イオンがドープされていることを特徴とする波長分散補償器。
【００７１】
（付記１３） 伝送路を伝搬した波長多重光を各波長の信号光に分波して受信する光受信装置であって、
付記１〜１２のいずれか１つに記載の波長分散補償器が、分波後の単一波長の信号光が伝搬する各光路上に配置されていることを特徴とする光受信装置。
【００７２】
（付記１４） 波長多重光が伝搬する伝送路上に配置される光中継装置であって、
付記１〜１２のいずれか１つに記載の波長分散補償器が、前段および後段の波長多重用光増幅器の段間に設けられていることを特徴とする光中継装置。
【符号の説明】
【００７３】
１，１’…光サーキュレータ
２，７…波長分散補償部
２１，７１…光路
２２，２２１，２２２，７２…グレーティング部
２３，２３１，２３２，７３…温度調整回路
３，３’…励起部
３Ａ，３Ａ’…光合波器
３１，３３…励起光源
３２…波長固定手段
３４…ファイバグレーティング
３５…分布帰還型レーザー
４…制御部
４１Ａ，４１Ｂ…光分岐器
４２Ａ…入力モニタ
４２Ｂ…出力モニタ
４３…制御回路
５…光終端器
６…励起光反射部
８…光受信装置
８１…光プリアンプ
８２…光分波器
８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…光受信ユニット
８３１…波長分散補償器
８３２…光受信モジュール
８４…ユニット制御回路
９…光中継装置
９１，９２…ＷＤＭ用光アンプ
９３…波長分散補償器
９４…利得等化器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポートおよび出力ポートの間に接続された光サーキュレータと、
希土類イオンがドープされた光路、および、該光路の長手方向の少なくとも一部分に沿ってグレーティングを形成したグレーティング部を有し、前記入力ポートからの信号光が前記光サーキュレータを介して前記光路の一端に入力され、該光路を伝搬する信号光を前記グレーティング部により波長に応じて反射して前記光路の一端に戻すことで前記信号光の波長分散補償を行い、該波長分散補償された信号光を前記光サーキュレータを介して前記出力ポートに出力する波長分散補償部と、
希土類イオンを励起可能な励起光を前記光路に供給する励起部と、
を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項２】
請求項１に記載の波長分散補償器であって、
前記励起部は、励起光源から出力される励起光の波長およびスペクトル幅を、前記波長分散補償部の周期的に繰り返される透過帯域に対応させて固定化する手段を具備することを特徴とする波長分散補償器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の波長分散補償器であって、
前記励起部は、前記光路の他端から励起光を供給することを特徴とする波長分散補償器。
【請求項４】
請求項３に記載の波長分散補償器であって、
前記光路の一端付近に、前記光路を伝搬した励起光を反射する励起光反射部を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記波長分散補償部は、前記グレーティング部のグレーティングピッチを変化させることで波長分散補償量を可変にする補償量可変部を有することを特徴とする波長分散補償器。
【請求項６】
請求項５に記載の波長分散補償器であって、
前記補償量可変部は、前記グレーティング部の温度を調整してグレーティングピッチを変化させることを特徴とする波長分散補償器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記光路は、シングルモードファイバのコア径よりも小さいコア径を有する光ファイバのコア部に希土類イオンをドープしたものであり、
前記グレーティング部は、前記コア部の長手方向の少なくとも一部分に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応したピッチでグレーティングが形成されていることを特徴とする波長分散補償器。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記光路は、光導波路に希土類イオンをドープしたものであり、
前記グレーティング部は、前記光導波路の長手方向の少なくとも一部分に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応したピッチでグレーティングが形成されていることを特徴とする波長分散補償器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記波長分散補償部から前記光サーキュレータを介して前記出力ポートに出力される信号光のパワーをモニタし、該パワーが予め設定した一定のレベルとなるように、前記励起部から前記光路に供給される励起光のパワーを制御する制御部を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記光サーキュレータは、４つ以上のポートを有し、前記入力ポートが接続されるポートの隣のポートに前記波長分散補償部が接続され、該波長分散補償部が接続されるポートと前記出力ポートが接続されるポートとの間に位置する残りのポートには、グレーティングを用いて信号光の波長分散補償を行う別の光路が接続されることを特徴とする波長分散補償器。
【請求項１】
入力ポートおよび出力ポートの間に接続された光サーキュレータと、
希土類イオンがドープされた光路、および、該光路の長手方向の少なくとも一部分に沿ってグレーティングを形成したグレーティング部を有し、前記入力ポートからの信号光が前記光サーキュレータを介して前記光路の一端に入力され、該光路を伝搬する信号光を前記グレーティング部により波長に応じて反射して前記光路の一端に戻すことで前記信号光の波長分散補償を行い、該波長分散補償された信号光を前記光サーキュレータを介して前記出力ポートに出力する波長分散補償部と、
希土類イオンを励起可能な励起光を前記光路に供給する励起部と、
を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項２】
請求項１に記載の波長分散補償器であって、
前記励起部は、励起光源から出力される励起光の波長およびスペクトル幅を、前記波長分散補償部の周期的に繰り返される透過帯域に対応させて固定化する手段を具備することを特徴とする波長分散補償器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の波長分散補償器であって、
前記励起部は、前記光路の他端から励起光を供給することを特徴とする波長分散補償器。
【請求項４】
請求項３に記載の波長分散補償器であって、
前記光路の一端付近に、前記光路を伝搬した励起光を反射する励起光反射部を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記波長分散補償部は、前記グレーティング部のグレーティングピッチを変化させることで波長分散補償量を可変にする補償量可変部を有することを特徴とする波長分散補償器。
【請求項６】
請求項５に記載の波長分散補償器であって、
前記補償量可変部は、前記グレーティング部の温度を調整してグレーティングピッチを変化させることを特徴とする波長分散補償器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記光路は、シングルモードファイバのコア径よりも小さいコア径を有する光ファイバのコア部に希土類イオンをドープしたものであり、
前記グレーティング部は、前記コア部の長手方向の少なくとも一部分に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応したピッチでグレーティングが形成されていることを特徴とする波長分散補償器。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記光路は、光導波路に希土類イオンをドープしたものであり、
前記グレーティング部は、前記光導波路の長手方向の少なくとも一部分に沿って、波長分散補償の対象となり得る信号光の波長に対応したピッチでグレーティングが形成されていることを特徴とする波長分散補償器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記波長分散補償部から前記光サーキュレータを介して前記出力ポートに出力される信号光のパワーをモニタし、該パワーが予め設定した一定のレベルとなるように、前記励起部から前記光路に供給される励起光のパワーを制御する制御部を備えたことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の波長分散補償器であって、
前記光サーキュレータは、４つ以上のポートを有し、前記入力ポートが接続されるポートの隣のポートに前記波長分散補償部が接続され、該波長分散補償部が接続されるポートと前記出力ポートが接続されるポートとの間に位置する残りのポートには、グレーティングを用いて信号光の波長分散補償を行う別の光路が接続されることを特徴とする波長分散補償器。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−２５６５２７（Ｐ２０１０−２５６５２７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０５０７５（Ｐ２００９−１０５０７５）
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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