專利名稱：色散補償器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光通信領域中的色散補償器，該色散補償器對在通過光纖傳輸線路傳播的光信號中積累的色散進行補償，更具體地，本發明涉及下述的色散補償器，該色散補償器通過利用具有根據波長對輸入光進行解復用的功能的光學組件，來生成可變色散。
背景技術：
例如，傳統的色散補償器包括其中使用所謂的虛擬成像相位陣列(VIPA)的色散補償器(例如，參見日本專利申請特開(JP-A)No.2000-511655和JP-A No.2002-514323)。VIPA將波分復用(WDM)光解復用為多個光通量，這些光通量可以在空間上根據波長來識別。
圖8是表示傳統的VIPA型色散補償器的結構示例的立體圖。圖9是圖8中所示的結構示例的俯視圖。
如圖所示，在傳統的VIPA型色散補償器中，例如，在使用準直透鏡140將通過光循環器120從光纖130的一端射出的光轉換為平行光之后，使用線聚焦透鏡150將該光聚焦到一條線段上，并且該光通過VIPA板110的光入射窗口116入射到彼此相對的平行平面之間的空間中。入射到VIPA板110中的光在反射多層膜112和反射多層膜114之間被重復地多次反射。反射多層膜112形成在VIPA板110的兩個平面之一上，并且該反射多層膜112具有低于100％的反射率。反射多層膜114形成在另一平面上，并且該反射多層膜114具有大約100％的反射率。這里，在反射多層膜112的表面上的每一次反射中，都有百分之幾的光透過該反射平面，并射出到VIPA板110的外部。
透過VIPA板110的光相互干涉，從而形成根據波長而具有不同傳播方向的多個光通量。結果，當通過透鏡160使這些光通量聚焦到一個點時，各個光通量的焦點位置根據波長的變化而在一直線上移動。通過設置三維反射鏡170，使得從VIPA板110射出并通過透鏡160聚焦的光根據波長而在三維反射鏡170上的不同位置反射，并返回到VIPA板110。從三維反射鏡170反射的光根據波長而沿不同的方向傳播，并且當光返回到VIPA板110時，這些光的光程發生變化(shift)。不同波長的分量通過根據波長改變光程變化量而傳播不同的距離，這對輸入光進行了色散補償。
因此，當考慮圖10中所示的模型時，通過VIPA板110多次反射的光的行為與作為階梯形衍射光柵的已知Echelon光柵中的光相似。因此，可以認為，VIPA板110是虛擬衍射光柵。當考慮VIPA板110處的干涉條件時，如圖10的右側所示，所射出光的上部在基于光軸的短波長的條件下產生干涉，而其下部在長波長的條件下產生干涉，從而具有這些波長的光信號的短波長分量射出到上部，而長波長分量射出到下部。傳統的VIPA型色散補償器的優點在于，可以在寬范圍內對色散進行補償，可以通過調整VIPA板110以改變沿波長軸方向周期性產生的光的透射頻帶等，來改變要進行補償的光信號的波長(透射波長)。
此外，對于傳統的VIPA型色散補償器，例如，通過利用具有二維可變透射損耗特性的空間濾波器或者通過二維地改變三維反射鏡170的反射面的反射率來進行光的透射波段的平整化的技術(例如，參見JP-ANo.2003-207618)也是已知的。還提出了一種通過根據波長來改變三維反射鏡170的角度以改變反射效率，從而實現透射頻帶的平整化的技術(例如，參見JP-A No.2003-294999)。
在傳統的VIPA型色散補償器中，往往希望可以對較大的色散進行補償。然而，在原理上，VIPA型色散補償器具有下述的特性當色散補償量(絕對值)增大時，周期性產生的透射頻帶的寬度減小，并且透射光損耗增大，從而存在可補償的色散量受限的問題。
下面將簡單地說明色散補償量的增加使得VIPA型色散補償器的透射帶寬減小的原因。例如，如圖11所示，當具有中心波長λc的光信號入射到VIPA板110的光入射窗口116時，根據強度分布I1，從VIPA板110射出該光(在這些平行平面之間多次反射)的具有中心波長λc的分量，在該強度分布I1中，強度隨著多次反射次數的增大而衰減。然后，具有中心波長λc的光通過會聚透鏡160由三維反射鏡170反射，并返回到VIPA板110。具有中心波長λc的光再次入射到VIPA板110中，同時具有與所射出光的強度分布I1對稱的強度分布I2，并且該光被多次反射。然后，從光入射窗口116射出該光。這里，從光入射窗口116射出的具有中心波長λc的光(透射光)的強度可以通過強度分布I1和I2相互重疊的陰影區域來概念性地表示。
如圖12所示，在負色散補償期間，在包含于該光信號中的短波長λs側的光中，返回到VIPA板110的光的強度分布I2’根據三維反射鏡170處的反射位置，相對于中心波長λc的光向上偏移，如圖12所示，造成強度分布I1和I2’相互重疊的區域減小。因此，短波長λs側的光的透射率降低，即，損耗增大。
如圖13所示，在負色散補償期間，在包含于該光信號中的長波長λL側的光中，返回到VIPA板110的光的強度分布I2”在圖13中向下偏移，然而與短波長λs側相比，偏移量較小，從而透射率降低。當色散補償量(絕對值)增大時，由于短波長λs側的向上的偏移量和長波長λL側的向下的偏移量分別增大，所以相對于中心波長λc的短波長λs側的透射率和長波長λL側的透射率降低(損耗增大)。因此，如圖14的上部所示，當色散補償量(絕對值)增大時，透射帶寬減小。圖14的下部表示了在色散補償量發生變化時，波長和組延遲時間之間的關系。
在傳統的VIPA型色散補償器的結構中，增大色散補償量的方法的示例包括使VIPA板110的平行平面之間的距離加長的方法；減小VIPA板110相對于入射光的傾斜角度的方法；以及增大三維反射鏡170的反射面的曲率的方法。
然而，由于VIPA板110的平行平面之間的距離確定了透射頻帶以恒定的波長(頻率)間隔重復的周期(自由光譜范圍(FSR))，所以需要將該平行平面之間的距離設定為與包含在要進行補償的WDM光中的光信號的波長間隔(信道間隔)相對應的值。需要將VIPA板110的傾斜角度設定為下述的值，該值使得在從光入射窗口116入射的光由相對表面112反射之后，該光不通過光入射窗口116射出到VIPA板110的外部。因此，需要保證該傾斜角度不小于預定的角度，該預定的角度是根據由線聚焦透鏡150聚焦的入射光的光束直徑來確定的。制造具有大曲率的三維反射鏡170很困難，并且在具有大曲率的三維反射鏡170情況下，透射帶寬大大減小。
因此，為了實現能夠對較大色散進行補償的VIPA型色散補償器，需要在充分考慮上述VIPA型色散補償器的結構特有的各種約束條件的情況下進行設計。
除了與色散補償量增大相關的問題以外，傳統的VIPA型色散補償器還存在與VIAP板的溫度控制相關的以下問題。
在傳統的VIPA型色散補償器中，實際上，為了使包含在要進行補償的WDM光中的各個信道的波長帶包含在該周期性產生的透射頻帶中，通過控制VIPA板110的溫度以改變光程長度，來優化該周期性的透射頻帶。通常，如圖15中所示，對于與該周期性的透射頻帶中的一個信道相對應的透射頻帶，將VIPA板110的溫度控制為使得3-dB中心波長與光信號的中心波長一致。該3-dB中心波長是在將其中透射率從最大值減小3dB的范圍設定為該透射頻帶時的中心波長。
如圖14所示，在傳統的VIPA型色散補償器中，由于在色散補償量發生變化時，透射頻帶的光譜形狀變化很大，所以在色散補償量的各個設定變化中，需要通過控制VIPA板110的溫度來調整透射頻帶。
由于通過移動三維反射鏡170來改變光的反射位置，所以可以花費相對短的時間來改變色散補償量的設定。另一方面，在VIPA板110的溫度控制中，因為用于VIPA板的光學玻璃具有較小的折射率溫度系數(例如，典型光學玻璃BK7的折射率溫度系數為2.2×10-6(1/℃))，所以存在下述的問題，需要較長時間來調整與色散補償量的設定變化相關的波長。
發明內容
鑒于以上內容，本發明的目的在于，對于利用VIPA的色散補償器，容易地實現VIPA的溫度控制，以對透射頻帶進行優化，同時可以通過抑制透射帶寬的減小，對較大色散進行補償。
為了實現以上目的，本發明的色散補償器包括光學組件，其包括具有彼此相對的兩個平行反射平面的元件，該光學組件具有解復用功能，其中沿一維方向聚焦的光入射到這兩個反射平面之間的空間中，入射光在這兩個反射平面之間多次反射的同時，其一部分透過這兩個反射平面之一并從該反射平面射出，并且通過所射出光的干涉而根據波長形成具有不同傳播方向的光通量；反射器，該反射器對具有所述波長的所述光通量進行反射，所述光通量從所述光學組件的兩個反射平面之一朝向不同的方向射出，該反射器使所述光通量返回到所述光學組件；以及反射位置控制單元，該反射位置控制單元與色散補償量相對應地對所述反射器的位置進行控制，其中，所述光學組件的所述元件由折射率比光學玻璃高的材料制成。
在本發明的色散補償器中，所述光學組件具有根據波長對輸入光進行解復用的功能，即，構成VIPA的元件由折射率比光學玻璃高的材料制成。因此，由于在彼此相對的平行反射平面之間多次反射的光的每單位長度的反射次數增加，所以在所述光學組件中，有效光程長度加長。
根據本發明的色散補償器，可以對具有較大絕對值的色散進行補償，同時抑制透射帶寬的減小。
此外，由于在色散補償量發生變化時，透射頻帶的變化減小，所以在色散發生變化時，可以容易地執行所述光學組件的溫度控制。
根據以下參照附圖對實施例的描述，本發明的其它目的、特征和優點將變得明了。
圖1表示根據本發明一實施例的色散補償器的結構；圖2表示與由光學玻璃制成的VIPA板相比，通過在該實施例中使用的高折射率VIPA板傳播的光的光程；圖3表示在色散補償量發生變化時，該實施例中的透射頻帶的形狀；
圖4表示與由光學玻璃制成的VIPA板相比，該實施例中的透射帶寬和色散補償量之間的關系；圖5是用于說明從VIPA板射出的光的擴展角度的概念圖；圖6表示高折射率VIPA板和由光學玻璃制成的VIPA板的光射出角度的計算結果；圖7表示在對高折射率VIPA板和由光學玻璃制成的VIPA板設定相同的色散補償量時透射特性的計算結果；圖8是表示傳統的VIPA型色散補償器的結構示例的立體圖；圖9是表示圖8中所示的結構示例的俯視圖；圖10是用于說明VIPA的工作原理的模型；圖11是用于說明傳統色散補償器中的中心波長的透射特性的概念圖；圖12是用于說明在傳統色散補償器的負色散補償中，短波長側的光的透射特性的概念圖；圖13是用于說明在傳統色散補償器的負色散補償中，長波長側的光的透射特性的概念圖；圖14表示在色散補償量發生變化時，傳統的色散補償器中的透射頻帶和組延遲時間的形狀；以及圖15表示在傳統的色散補償器中，與色散補償量相對應的透射頻帶的優化。
具體實施例方式
下面將參照
本發明的優選實施例。在以下所有附圖中，相同的標號表示相同或相對應的組成部分。
圖1表示根據本發明一實施例的色散補償器的結構。
參照圖1，本實施例的色散補償器包括高折射率VIPA板1、光循環器2、光學系統、會聚透鏡6、三維反射鏡7、殼體8以及控制單元10。高折射率VIPA板1是具有彼此相對的兩個平行反射平面的元件。光循環器2使得光信號能夠聚焦到一條線段上，同時入射到高折射率VIPA板1的光入射窗口1D中。該光學系統包括光纖3、準直透鏡4以及線聚焦透鏡5。該光通量在高折射率VIPA板1中多次反射，并且該光通量從這兩個平行平面之一射出，并被輸入到會聚透鏡6。會聚透鏡6將該光通量聚焦到一個點上。三維反射鏡7為反射器，其對通過會聚透鏡6聚焦的光進行反射，并使該光通過會聚透鏡6返回到高折射率VIPA板1。包括高折射率VIPA板1在內的所需光學組件容納在殼體8中。控制單元10對三維反射鏡7的位置以及高折射率VIPA板1的溫度進行控制。
高折射率VIPA板1包括基板1A、反射多層膜1B、反射多層膜1C以及光入射窗口1D。基板1A具有彼此相對的平行平面。反射多層膜1B形成在基板1A的平行平面之一上，而反射多層膜1C形成在另一平行平面上。高折射率VIPA板1相對于使入射到光入射窗口1D的光的光軸變為垂直入射的角度傾斜所需角度。
使用滿足以下條件的材料作為基板1A·該材料在要進行補償的光信號的波長帶(服務波長帶)內是透明的(小的吸收率)，·該材料是各向同性材料，并且不會產生雙折射，·該材料可以通過拋光等形成為具有較高平整性的平行板(良好的可加工性)，·該材料具有高的光學均勻性(該材料中的折射率波動較小)，·可以在經拋光的表面上淀積膜，·該材料具有高的耐熱性和高的防潮性能，并且·該材料具有比光學玻璃高的折射率。
在這種情況下，例如，使用硅(Si)作為滿足以上條件的材料。硅對于具有通常用于光纖通信的波長帶的光信號是透明的，并且硅對于波長為1550nm的光的折射率為3.2。雖然在傳統的VIPA板中使用了具有各種成分的各種類型的光學玻璃，但是到目前為止，對于波長大約為1550nm的光具有大于2的折射率的材料還是未知的。例如，在作為典型的光學玻璃的BK7(硼硅玻璃)中，對于波長為1550nm的光的折射率為1.5。與傳統光學玻璃的折射率相比，硅的折射率足夠高。此外，當與光學玻璃相比時，硅具有較小的線膨脹系數(Si2.6×10-6(1/℃)，BK77.2×10-6(1/℃))，并且由于硅在溫度變化時的形狀變化較小，所以硅是穩定的材料。
在該實施例中，將硅用作基板1A的材料。然而，可以應用于本發明的基板材料并不限于硅，而是可以將滿足以上條件的任意材料用作基板1A。可以使用硒化鋅(ZnSe)而不是硅作為基板材料的示例。硒化鋅對于1550nm的波長的折射率為2.5。
反射多層膜1B對于通過光入射窗口1D入射的光信號具有低于100％的反射率(優選地在大約95％到大約98％的范圍內)。反射多層膜1B形成在基板1A的平面之一的整個區域上。反射多層膜1C對于通過光入射窗口1D入射的光信號具有大約100％的反射率。反射多層膜1C部分地形成在基板1A的另一平面上。在基板1A的另一平面中，沒有形成反射多層膜1C的部分成為光入射窗口1D，其對于光信號是透明的。
光循環器2是具有例如三個端口的普通光學組件。光循環器2沿第一端口到第二端口的方向、第二端口到第三端口的方向、以及第三端口到第一端口的方向傳輸光。在這種情況下，將輸入到本實施例的色散補償器中的光信號輸入到光循環器2的第一端口，通過第二端口將該光信號發送到光纖3的一端，并且將返回到光纖3的另一端的光信號通過第二端口從第三端口射出，作為本實施例的色散補償器的輸出光。
在光纖3中，將單模光纖等的一端連接到光循環器2的第二端口，并且將另一端設置在準直透鏡4附近。然而，光纖3的類型并不限于上述的那些。
準直透鏡4是普通透鏡，其將來自光纖3的射出光轉換為平行光，以將該平行光輸入到線聚焦透鏡5。
線聚焦透鏡5是用于將來自準直透鏡4的平行光聚焦到一條線段上的透鏡。具體地，可以將柱面透鏡、漸變折射率透鏡等用作線聚焦透鏡5。
會聚透鏡6為普通透鏡，其將多個光通量分別聚焦到一個點上。該多個光通量由高折射率VIPA板1多次反射，并從反射多層膜1B側射出。該多個光通量相互干涉，并根據波長沿彼此不同的方向傳播。
三維反射鏡7例如具有表面形狀為非球面的三維結構。該非球面反射鏡上具有作為設計基準的中心軸。該三維反射鏡7設置在移動工作臺7A上，并且該三維反射鏡7被設置為使得移動工作臺7A的運行軸與中心軸的方向(圖1中的X軸方向)平行。可以通過根據從控制單元10發出的控制信號Cp對脈沖電機(未示出)等進行驅動，來使移動工作臺7A沿X軸方向運動。在這種情況下，將進入高折射率VIPA板1的光信號的光軸方向設定為Z軸，將與從高折射率VIPA板1射出的光的角度分散方向垂直的方向設定為X軸，并且將與光的角度分散方向平行的方向設定為Y軸。
例如，殼體8為內表面設置有薄膜加熱器(未示出)的圓柱形容器。在這種情況下，準直透鏡4、線聚焦透鏡5、高折射率VIPA板1以及會聚透鏡6容納在該容器內部的預定位置處。在該薄膜加熱器中，根據來自控制單元10的控制信號Ct對其操作進行控制。
控制單元10向移動工作臺7A輸出控制信號Cp。該控制信號Cp根據從外部等輸入的色散補償量的設定值，將三維反射鏡7移動到預定位置。控制單元10與色散補償量的設定值無關地向薄膜加熱器輸出控制信號Ct。該控制信號Ct使高折射率VIPA板1的溫度保持恒定。假設與色散補償量的設定值相對應的三維反射鏡7的位置信息被預先存儲在存儲器(未示出)等中。
然后，將描述本實施例的色散補償器的操作。
在具有以上結構的色散補償器中，將通過光纖傳輸線路傳播而產生色散的WDM光輸入到光循環器2的第一端口，并且通過光循環器2的第二端口將該WDM光發送到光纖3。在通過準直透鏡4將從光纖3射出的WDM光轉換為平行光以后，通過線聚焦透鏡5將該WDM光聚焦到一條線段上，并且使該WDM光入射到高折射率VIPA板1中的彼此相對的平行平面之間的空間中，該高折射率VIPA板1由控制單元10控制為恒定溫度。
入射到高折射率VIPA板1中的光在形成在基板1A的平行平面上的反射多層膜1B和1C之間重復地多次反射。當該WDM光每一次從反射多層膜1B的表面反射時，都通過該反射平面透射百分之幾的WDM光，并且該透射光射出到高折射率VIPA板1的外部。這里，在通過高折射率VIPA板1傳播的光的光程中，如圖2的左側所示，因為使用了折射率比光學玻璃高的硅作為基板1A的材料，所以與其中使用傳統光學玻璃的光程(圖2的右側)相比，每單位長度的反射次數增大。因此，高折射率VIPA板1內部的有效光程長度加長。稍后將詳細說明有效光程長度的加長。
從高折射率VIPA板1的反射多層膜1B側射出的光相互干涉，以形成根據波長而具有不同的傳播方向的多個光通量(圖10)。通過會聚透鏡6對各個波長的光通量進行聚焦，并且使該各個波長的光通量在三維反射鏡7的反射面上的沿Y軸方向的相互不同的位置處反射。這里，通過控制單元10將三維反射鏡7沿X軸方向的位置控制為與色散補償量相對應的預定位置。由三維反射鏡7反射的光朝向與該光在反射之前傳播的光程相反的方向行進。該光依次通過會聚透鏡6、高折射率VIPA板1、線聚焦透鏡5、準直透鏡4、以及光纖3，并且該光從光循環器2的第三端口射出。由此，對于輸入到本實施例的色散補償器中的WDM光，從該色散補償器射出進行了所需量的色散補償的WDM光，該所需量是根據三維反射鏡7的位置設定的。
如圖2所示，由于高折射率VIPA板1內部的有效光程長度變長，所以與其中使用光學玻璃作為VIPA板的傳統結構相比，在本實施例的色散補償器中，可以將色散補償量設定為較大值。此外，由于高折射率VIPA板1內部的有效光程長度變長，所以即使將色散補償量設定為較大值，也可以抑制透射帶寬的減小。
然后，將詳細說明即使在高色散補償的情況下，也可以通過使用高折射率VIPA板1來抑制透射帶寬減小的原因。
如上所述，VIPA的透射波長特性具有周期性，其中具有所需帶寬的透射頻帶以恒定的波長(頻率)間隔重復。該重復周期也被稱為“信道間隔”、“FSR(自由光譜范圍)”等。已知的VIPA型色散補償器中設定的FSR通常在從100GHz到200GHz的范圍內，并且實際上還存在其它的值。VIPA的FSR是根據用于VIPA板的材料的折射率、VIPA板的厚度以及VIPA板中的反射角度來確定的。因此，當確定了用于VIPA板的材料、與要進行補償的光信號的信道間隔相對應的FSR的設定值，以及VIPA板中的反射角度的設定時，可以根據以下表達式(1)來確定VIPA板的厚度t＝c/(2·n·FSR·cosθg) (1)其中，t為VIPA板的厚度，c為光速，n為折射率，而θg為VIPA板的反射角度。
這里，假設FSR和VIPA板中的反射角度θg為常數。當將兩種類型的材料，即，具有高折射率nH的材料和具有低折射率nL(nH＞nL)的材料，作為用于VIPA板的材料時，由高折射率的材料制成的VIPA板的厚度為由低射率的材料制成的VIPA板的厚度的nL/nH(＜1)，并且由高折射率的材料制成的VIPA板的厚度變薄。因此，在由高折射率的材料制成的VIPA板內部多次反射的光通過圖2所示的路徑傳播。如圖2所示，當使用高折射率的材料時，在VIPA板的長度方向上的每單位長度的反射次數增大。另一方而，由于FSR保持恒定，所以在VIPA板中，在每一次往復的有效光程長度方面，高折射率材料與低折射率材料相等，而與折射率無關。
因此，當使用高折射率材料時，可以通過較短的VIPA板來獲得較長的有效光程長度。也就是說，當使用高折射率材料時，可以產生較大的色散。換句話說，當光在VIPA板的平行平面之間往復一次之后返回到同一表面時，可以減小沿縱向方向(長度方向)的光程偏移。因此，可以在縱向方向上的狹小區域中保證較長的有效光程長度，并且可以獲得較大的色散。
這里，當包括在單個信道中的各個波長的光分量由三維反射鏡7反射并返回到該高折射率VIPA板1時，為了使VIPA型色散補償器的透射帶寬變寬，必須使該光分量再次入射到高折射率VIPA板1上的位置與該光分量的射出位置相比沒有很大偏移。如圖11到13所示，在使用諸如光學玻璃的低折射率材料的情況下，當產生較大的色散時，為了增大波長之間的光程差，必須使信道中的短波長側的光返回到VIPA板的上側，而使信道中的長波長側的光返回到VIPA板的下側。因此，單個信道兩端之間的損耗增大，即，透射頻段變窄。
另一方面，在使用高折射率材料的情況下，由于在VIPA板的縱向方向的狹小區域中包括相當長的光程，所以即使返回位置沒有很大變化，也可以獲得較大的光程差。因此，可以抑制透射帶寬的減小。當色散補償量增大時，由VIPA板所使用材料的折射率導致的差異變得顯著。
VIPA型色散補償器的透射特性，尤其是透射帶寬，對于VIPA板的形狀(例如，表面粗糙度)敏感。當VIPA板中存在翹曲時，有效地用于色散補償的部分變得僅為VIPA板的縱向方向的一部分。因此，與傳統的VIPA板相似，很難通過增大由低折射率材料制成的VIPA板的縱向方向的長度來增大色散補償量。根據該觀點，為了增大色散補償量，同時抑制透射帶寬的減小，對VIPA板應用高折射率的材料是有用的。
圖3表示將色散補償量分別設定為0ps/nm、-1800ps/nm以及-6000ps/nm時，本實施例的色散補償器的一個透射頻帶的光譜形狀。通過這種方式，也可以通過應用高折射率VIPA板1來獲得下述的效果可以防止由于色散補償量(絕對值)的增大而導致的透射帶寬的減小。
圖4表示當將由硅制成的高折射率VIPA板1與由傳統的光學玻璃制成的VIPA板相比時，1-dB帶寬與色散補償量之間的關系的示例。該1-dB帶寬是其中透射率從最大值減小1dB的波長帶寬度(參見圖15)。根據圖4，在傳統的VIPA板中，當色散量從大約-1000ps/nm減小到大約-2000ps/nm(絕對值增大)時，1-dB帶寬比0.2nm要窄。相反，在高折射率VIPA板1中，可以看到，可以保證0.2nm的1-dB帶寬達到大約-5000ps/nm的色散量。因此，當與傳統的VIPA板相比較時，通過采用由硅制成的高折射率VIPA板1，可以對較大的色散進行補償。
除了如上所述的可以設定具有較大絕對值的色散補償量的效果以外，在使用高折射率VIPA板1的色散補償器中，當與傳統的VIPA板相似，對具有相對較小值的色散進行補償時，也可以獲得能夠實現較寬透射頻帶的效果。以下將詳細說明其原因。
如上所述，由于VIPA是一種衍射光柵，所以除了根據波長對輸入光進行解復用所需的主級次的衍射光以外，往往還從VIPA板射出不需要的相鄰級次的衍射光。該不需要的級次的衍射光導致對主級次的衍射光的干擾。當射出許多不需要的級次的衍射光時，在入射到VIPA板中的光中，被作為不需要的光而丟棄的光的比率增大，這導致光損耗增大。
如圖5所示，是否從VIPA板射出不需要的級次的衍射光取決于不需要的級次的衍射方向是否包括在來自VIPA板的射出光的擴展角度θd的范圍內。另一方面，該射出光的擴展角度θd的大小是由光入射到VIPA板上時會聚在VIPA板的射出表面上的束腰的大小(光束半徑)w0確定的。具體地，當將VIPA板中的光的波長設定為λ時，可以通過使用光束半徑w0的以下表達式(2)來大致地表示擴展角度θdθd≈λ/(π·w0) (2)圖6表示光的傳播方向對于波長的依賴關系的計算結果。分別從由諸如硅的高折射率材料制成的VIPA板以及由普通光學玻璃制成的VIPA板射出光。在這種情況下，計算來自高折射率VIPA板(nH＝3.2)的光射出角度以及來自由光學玻璃制成的VIPA板(nL＝1.8)的光射出角度，并將相對波長設置在橫軸上。附圖中心所示的粗線表示主級次的光的射出方向，而附圖上部所示的細線以及下部所示的虛線表示相鄰的不需要級次的光的射出方向。
如圖6所示，在高折射率材料中，由于主級次的光與相鄰的不需要級次的光相分離，所以相鄰級次的光的傳播方向幾乎不會包括在擴展角度θd中(參見圖5)。當使用典型的VIPA型色散補償器的透鏡結構時，擴展角度θd變為大約2度。在這種情況下，對于圖6的上側所示的高折射率VIPA板，相鄰級次的光沒有包括在-0.3到+0.2nm的寬范圍的擴展角度θd中。另一方面，對于下側所示的由光學玻璃制成的VIPA板，不存在其中不包括相鄰級次的光的波長范圍。因此，與由光學玻璃制成的傳統VIPA板相比，相鄰級次的光對高折射率VIPA板幾乎沒有影響。
此外，從以上說明可以看出，在單個信道的波長帶內，在該波長帶周邊的波長區域中而不是中心波長處，容易出現相鄰級次的光的傳播方向包括在來自VIPA板的射出光的擴展角度θd中的現象。因此，可以發現，該現象是導致透射帶寬減小的原因之一。然而，如上所述，由于相鄰級次的光對由高折射率材料制成的VIPA板幾乎沒有影響，所以可以使透射帶寬變寬。
在由光學玻璃制成的傳統VIPA板中，當擴展角度θd減小時，也可以消除相鄰級次的光的影響。然而，為了實現擴展角度θd的減小，由于需要增大入射到VIPA板中的光的光束半徑w0，所以必須使線聚焦透鏡的焦距變長。這與VIPA型色散補償器的微型化相沖突。此外，從光學系統的穩定性的角度看，使光學系統變大不是優選的。如可以根據圖6的計算結果看出，在傳統的光學玻璃中，當與高折射率材料進行比較時，由于主級次的光與相鄰級次的光之間的分離角度很小，所以很難精確地將主級次的光與相鄰級次的光分離。根據以上觀點，由高折射率材料制成的VIPA板比減小由光學玻璃制成的傳統VIPA板中的擴展角度θd更有用。
圖7表示在對由高折射率材料制成的VIPA板和由光學玻璃制成的VIPA板設定相同的色散補償量時，透射特性的計算結果的示例。在這種情況下，例如，通過分別設定一3000ps/nm的色散補償量來對多個單個的透射頻帶相互進行比較。如可以從圖7的計算結果看出，特別地，通過采用高折射率VIPA板，有效地抑制了特別是短波長側的透射率的減小。
考慮當在與獲得寬透射頻帶的效果相關的色散補償量的設定值的相對小的范圍內使用本實施例的色散補償器時而獲得的其他效果，即使三維反射鏡7的反射面的曲率減小，也可以進行與傳統VIPA板相當的色散補償。因此，在可以容易地制造三維反射鏡7的同時，還可以防止由于三維反射鏡7的橫向方向的傾斜而導致的透射頻帶的減小。
通常，在色散補償量發生變化時，光譜形狀發生變化。因此，當色散補償量發生變化時，改變VIPA板的溫度，以高精度地進行控制，這使得要進行補償的光信號的中心波長能夠與透射頻帶的中心波長一致。
另一方面，在采用高折射率VIPA板1的色散補償器中，即使色散補償量發生變化，透射頻帶的光譜形狀也僅稍微變化，從而可以通過保持VIPA板的溫度恒定來對光信號色散進行補償，而不考慮色散補償量。
具體地，根據預想的色散補償量的設定范圍，即使由于設定的變化而使透射頻帶發生偏移，單個信道的光信號光譜也通常包括在該透射頻帶中。在這種情況下，可以通過保持VIPA板的溫度恒定來執行所期望光信號的色散補償，而與色散補償量無關。在圖1所示實施例的結構中，在以上情況的假設下，控制單元10應該將高折射率VIPA板1控制為恒定溫度。
在采用高折射率VIPA板1的情況下，與使用傳統的VIPA板一樣，顯然可以根據色散補償量的設定值來控制高折射率VIPA板1的溫度(與恒溫控制不同)，以執行透射頻帶的調整。在這種情況下，與光學玻璃相比較，硅具有較大的折射率溫度系數(Si160×10-6(1/℃)，BK72.2×10-6(1/℃))，從而可以通過溫度控制來快速地改變折射率。因此，在高折射率VIPA板1中，可以使對溫度的優化控制所需的時間比以前更短。
在將高折射率VIPA板1控制為恒定溫度以及將高折射率VIPA板1控制為最優值的兩種情況下，也存在可以通過使用硅作為高折射率VIPA板1的基板材料以增大折射率來抑制熱膨脹的影響的效果。當有效光程長度變短時，熱膨脹的影響增大。也就是說，當VIPA板的基板材料的折射率增大時，由于基板材料的熱膨脹變化而導致的光程長度的變化增大，這對于溫度波動容易產生透射頻帶周期(FSR)的波動。然而，如上所述，與光學玻璃相比較，硅具有較小的線膨脹系數(Si2.6×10-6(1/℃)，BK77.2×10-6(1/℃))，從而對于硅的溫度變化，其形狀變化較小。由此，高折射率VIPA板1的平行平面之間的距離幾乎不會因為溫度而發生變化，可以使透射頻帶的周期(FSR)更加穩定。
權利要求
1.一種色散補償器，其包括光學組件，該光學組件包括具有彼此相對的兩個平行反射平面的元件，該光學組件具有解復用功能，其中將沿一維方向聚焦的光入射到所述反射平面之間的空間中，所述入射光在所述反射平面之間多次反射的同時，其一部分透過所述反射平面之一并從該反射平面射出，并且通過所射出光的干涉，根據波長而形成具有不同傳播方向的多個光通量；反射器，該反射器對各個波長的所述光通量進行反射，所述光通量從所述光學組件的所述反射平面之一朝向不同的方向射出，該反射器使該光通量返回到所述光學組件；以及反射位置控制單元，該反射位置控制單元與色散補償量相對應地對所述反射器的位置進行控制，其中，所述光學組件的所述元件由折射率比光學玻璃更高的材料制成。
2.根據權利要求1所述的色散補償器，其中，用于所述元件的材料對于1550nm波長的光具有比光學玻璃更高的折射率。
3.根據權利要求1所述的色散補償器，其中，制成所述光學組件的所述元件的所述材料具有比光學玻璃更低的熱膨脹系數。
4.根據權利要求3所述的色散補償器，其中，制成所述光學組件的所述元件的所述材料具有比光學玻璃更高的折射率溫度系數。
5.根據權利要求1所述的色散補償器，其中，制成所述光學組件的所述元件的所述材料為硅，即Si。
6.根據權利要求1所述的色散補償器，其中，制成所述光學組件的所述元件的所述材料為硒化鋅，即ZnSe。
7.根據權利要求1所述的色散補償器，其中，所述光學組件的溫度被控制為恒定，而與色散補償量無關。
8.根據權利要求1所述的色散補償器，其中，所述反射器的反射面的曲率比在所述元件由光學玻璃制成時的反射面的曲率要小。
全文摘要
本發明的色散補償器包括高折射率VIPA板、三維反射鏡以及控制單元。該高折射率VIPA板由諸如硅的折射率比光學玻璃高的材料制成，并且能夠根據波長將入射光朝向不同的方向輸出。該三維反射鏡在預定位置處對從該高折射率VIPA板射出的各個波長的光進行反射，并且使該光返回到該VIPA板。該控制單元將該高折射率VIPA板的溫度控制為恒定水平，同時與色散補償量相對應地對該三維反射鏡的位置進行控制。由此，可以對較大的色散進行補償，同時抑制透射帶寬的減小。
文檔編號G02B6/34GK1828353SQ200610001950
公開日2006年9月6日 申請日期2006年1月23日 優先權日2005年3月4日
發明者山內康寬, 園田裕彥, 古川博之, 久保田嘉伸 申請人:富士通株式會社