專利名稱：色散補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域中的色散補(bǔ)償器，該色散補(bǔ)償器對(duì)在通過(guò)光纖傳輸線路傳播的光信號(hào)中積累的色散進(jìn)行補(bǔ)償，更具體地，本發(fā)明涉及下述的色散補(bǔ)償器，該色散補(bǔ)償器通過(guò)利用具有根據(jù)波長(zhǎng)對(duì)輸入光進(jìn)行解復(fù)用的功能的光學(xué)組件，來(lái)生成可變色散。
背景技術(shù)：
例如，傳統(tǒng)的色散補(bǔ)償器包括其中使用所謂的虛擬成像相位陣列(VIPA)的色散補(bǔ)償器(例如，參見(jiàn)日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)(JP-A)No.2000-511655和JP-A No.2002-514323)。VIPA將波分復(fù)用(WDM)光解復(fù)用為多個(gè)光通量，這些光通量可以在空間上根據(jù)波長(zhǎng)來(lái)識(shí)別。
圖8是表示傳統(tǒng)的VIPA型色散補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示例的立體圖。圖9是圖8中所示的結(jié)構(gòu)示例的俯視圖。
如圖所示，在傳統(tǒng)的VIPA型色散補(bǔ)償器中，例如，在使用準(zhǔn)直透鏡140將通過(guò)光循環(huán)器120從光纖130的一端射出的光轉(zhuǎn)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(guò)VIPA板110的光入射窗口116入射到彼此相對(duì)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(fù)地多次反射。反射多層膜112形成在VIPA板110的兩個(gè)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(guò)該反射平面，并射出到VIPA板110的外部。
透過(guò)VIPA板110的光相互干涉，從而形成根據(jù)波長(zhǎng)而具有不同傳播方向的多個(gè)光通量。結(jié)果，當(dāng)通過(guò)透鏡160使這些光通量聚焦到一個(gè)點(diǎn)時(shí)，各個(gè)光通量的焦點(diǎn)位置根據(jù)波長(zhǎng)的變化而在一直線上移動(dòng)。通過(guò)設(shè)置三維反射鏡170，使得從VIPA板110射出并通過(guò)透鏡160聚焦的光根據(jù)波長(zhǎng)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(jù)波長(zhǎng)而沿不同的方向傳播，并且當(dāng)光返回到VIPA板110時(shí)，這些光的光程發(fā)生變化(shift)。不同波長(zhǎng)的分量通過(guò)根據(jù)波長(zhǎng)改變光程變化量而傳播不同的距離，這對(duì)輸入光進(jìn)行了色散補(bǔ)償。
因此，當(dāng)考慮圖10中所示的模型時(shí)，通過(guò)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(rèn)為，VIPA板110是虛擬衍射光柵。當(dāng)考慮VIPA板110處的干涉條件時(shí)，如圖10的右側(cè)所示，所射出光的上部在基于光軸的短波長(zhǎng)的條件下產(chǎn)生干涉，而其下部在長(zhǎng)波長(zhǎng)的條件下產(chǎn)生干涉，從而具有這些波長(zhǎng)的光信號(hào)的短波長(zhǎng)分量射出到上部，而長(zhǎng)波長(zhǎng)分量射出到下部。傳統(tǒng)的VIPA型色散補(bǔ)償器的優(yōu)點(diǎn)在于，可以在寬范圍內(nèi)對(duì)色散進(jìn)行補(bǔ)償，可以通過(guò)調(diào)整VIPA板110以改變沿波長(zhǎng)軸方向周期性產(chǎn)生的光的透射頻帶等，來(lái)改變要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓庑盘?hào)的波長(zhǎng)(透射波長(zhǎng))。
此外，對(duì)于傳統(tǒng)的VIPA型色散補(bǔ)償器，例如，通過(guò)利用具有二維可變透射損耗特性的空間濾波器或者通過(guò)二維地改變?nèi)S反射鏡170的反射面的反射率來(lái)進(jìn)行光的透射波段的平整化的技術(shù)(例如，參見(jiàn)JP-ANo.2003-207618)也是已知的。還提出了一種通過(guò)根據(jù)波長(zhǎng)來(lái)改變?nèi)S反射鏡170的角度以改變反射效率，從而實(shí)現(xiàn)透射頻帶的平整化的技術(shù)(例如，參見(jiàn)JP-A No.2003-294999)。
在傳統(tǒng)的VIPA型色散補(bǔ)償器中，往往希望可以對(duì)較大的色散進(jìn)行補(bǔ)償。然而，在原理上，VIPA型色散補(bǔ)償器具有下述的特性當(dāng)色散補(bǔ)償量(絕對(duì)值)增大時(shí)，周期性產(chǎn)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(bǔ)償?shù)纳⒘渴芟薜膯?wèn)題。
下面將簡(jiǎn)單地說(shuō)明色散補(bǔ)償量的增加使得VIPA型色散補(bǔ)償器的透射帶寬減小的原因。例如，如圖11所示，當(dāng)具有中心波長(zhǎng)λc的光信號(hào)入射到VIPA板110的光入射窗口116時(shí)，根據(jù)強(qiáng)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(zhǎng)λc的分量，在該強(qiáng)度分布I1中，強(qiáng)度隨著多次反射次數(shù)的增大而衰減。然后，具有中心波長(zhǎng)λc的光通過(guò)會(huì)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(zhǎng)λc的光再次入射到VIPA板110中，同時(shí)具有與所射出光的強(qiáng)度分布I1對(duì)稱的強(qiáng)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(zhǎng)λc的光(透射光)的強(qiáng)度可以通過(guò)強(qiáng)度分布I1和I2相互重疊的陰影區(qū)域來(lái)概念性地表示。
如圖12所示，在負(fù)色散補(bǔ)償期間，在包含于該光信號(hào)中的短波長(zhǎng)λs側(cè)的光中，返回到VIPA板110的光的強(qiáng)度分布I2’根據(jù)三維反射鏡170處的反射位置，相對(duì)于中心波長(zhǎng)λc的光向上偏移，如圖12所示，造成強(qiáng)度分布I1和I2’相互重疊的區(qū)域減小。因此，短波長(zhǎng)λs側(cè)的光的透射率降低，即，損耗增大。
如圖13所示，在負(fù)色散補(bǔ)償期間，在包含于該光信號(hào)中的長(zhǎng)波長(zhǎng)λL側(cè)的光中，返回到VIPA板110的光的強(qiáng)度分布I2”在圖13中向下偏移，然而與短波長(zhǎng)λs側(cè)相比，偏移量較小，從而透射率降低。當(dāng)色散補(bǔ)償量(絕對(duì)值)增大時(shí)，由于短波長(zhǎng)λs側(cè)的向上的偏移量和長(zhǎng)波長(zhǎng)λL側(cè)的向下的偏移量分別增大，所以相對(duì)于中心波長(zhǎng)λc的短波長(zhǎng)λs側(cè)的透射率和長(zhǎng)波長(zhǎng)λL側(cè)的透射率降低(損耗增大)。因此，如圖14的上部所示，當(dāng)色散補(bǔ)償量(絕對(duì)值)增大時(shí)，透射帶寬減小。圖14的下部表示了在色散補(bǔ)償量發(fā)生變化時(shí)，波長(zhǎng)和組延遲時(shí)間之間的關(guān)系。
在傳統(tǒng)的VIPA型色散補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)中，增大色散補(bǔ)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(zhǎng)的方法；減小VIPA板110相對(duì)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(zhǎng)(頻率)間隔重復(fù)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(shè)定為與包含在要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腤DM光中的光信號(hào)的波長(zhǎng)間隔(信道間隔)相對(duì)應(yīng)的值。需要將VIPA板110的傾斜角度設(shè)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(duì)表面112反射之后，該光不通過(guò)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(yù)定的角度，該預(yù)定的角度是根據(jù)由線聚焦透鏡150聚焦的入射光的光束直徑來(lái)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(shí)現(xiàn)能夠?qū)^大色散進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腣IPA型色散補(bǔ)償器，需要在充分考慮上述VIPA型色散補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)特有的各種約束條件的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)。
除了與色散補(bǔ)償量增大相關(guān)的問(wèn)題以外，傳統(tǒng)的VIPA型色散補(bǔ)償器還存在與VIAP板的溫度控制相關(guān)的以下問(wèn)題。
在傳統(tǒng)的VIPA型色散補(bǔ)償器中，實(shí)際上，為了使包含在要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腤DM光中的各個(gè)信道的波長(zhǎng)帶包含在該周期性產(chǎn)生的透射頻帶中，通過(guò)控制VIPA板110的溫度以改變光程長(zhǎng)度，來(lái)優(yōu)化該周期性的透射頻帶。通常，如圖15中所示，對(duì)于與該周期性的透射頻帶中的一個(gè)信道相對(duì)應(yīng)的透射頻帶，將VIPA板110的溫度控制為使得3-dB中心波長(zhǎng)與光信號(hào)的中心波長(zhǎng)一致。該3-dB中心波長(zhǎng)是在將其中透射率從最大值減小3dB的范圍設(shè)定為該透射頻帶時(shí)的中心波長(zhǎng)。
如圖14所示，在傳統(tǒng)的VIPA型色散補(bǔ)償器中，由于在色散補(bǔ)償量發(fā)生變化時(shí)，透射頻帶的光譜形狀變化很大，所以在色散補(bǔ)償量的各個(gè)設(shè)定變化中，需要通過(guò)控制VIPA板110的溫度來(lái)調(diào)整透射頻帶。
由于通過(guò)移動(dòng)三維反射鏡170來(lái)改變光的反射位置，所以可以花費(fèi)相對(duì)短的時(shí)間來(lái)改變色散補(bǔ)償量的設(shè)定。另一方面，在VIPA板110的溫度控制中，因?yàn)橛糜赩IPA板的光學(xué)玻璃具有較小的折射率溫度系數(shù)(例如，典型光學(xué)玻璃BK7的折射率溫度系數(shù)為2.2×10-6(1/℃))，所以存在下述的問(wèn)題，需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整與色散補(bǔ)償量的設(shè)定變化相關(guān)的波長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，本發(fā)明的目的在于，對(duì)于利用VIPA的色散補(bǔ)償器，容易地實(shí)現(xiàn)VIPA的溫度控制，以對(duì)透射頻帶進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)可以通過(guò)抑制透射帶寬的減小，對(duì)較大色散進(jìn)行補(bǔ)償。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的色散補(bǔ)償器包括光學(xué)組件，其包括具有彼此相對(duì)的兩個(gè)平行反射平面的元件，該光學(xué)組件具有解復(fù)用功能，其中沿一維方向聚焦的光入射到這兩個(gè)反射平面之間的空間中，入射光在這兩個(gè)反射平面之間多次反射的同時(shí)，其一部分透過(guò)這兩個(gè)反射平面之一并從該反射平面射出，并且通過(guò)所射出光的干涉而根據(jù)波長(zhǎng)形成具有不同傳播方向的光通量；反射器，該反射器對(duì)具有所述波長(zhǎng)的所述光通量進(jìn)行反射，所述光通量從所述光學(xué)組件的兩個(gè)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(xué)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(bǔ)償量相對(duì)應(yīng)地對(duì)所述反射器的位置進(jìn)行控制，其中，所述光學(xué)組件的所述元件由折射率比光學(xué)玻璃高的材料制成。
在本發(fā)明的色散補(bǔ)償器中，所述光學(xué)組件具有根據(jù)波長(zhǎng)對(duì)輸入光進(jìn)行解復(fù)用的功能，即，構(gòu)成VIPA的元件由折射率比光學(xué)玻璃高的材料制成。因此，由于在彼此相對(duì)的平行反射平面之間多次反射的光的每單位長(zhǎng)度的反射次數(shù)增加，所以在所述光學(xué)組件中，有效光程長(zhǎng)度加長(zhǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的色散補(bǔ)償器，可以對(duì)具有較大絕對(duì)值的色散進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)抑制透射帶寬的減小。
此外，由于在色散補(bǔ)償量發(fā)生變化時(shí)，透射頻帶的變化減小，所以在色散發(fā)生變化時(shí)，可以容易地執(zhí)行所述光學(xué)組件的溫度控制。
根據(jù)以下參照附圖對(duì)實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明了。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的色散補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)；圖2表示與由光學(xué)玻璃制成的VIPA板相比，通過(guò)在該實(shí)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(bǔ)償量發(fā)生變化時(shí)，該實(shí)施例中的透射頻帶的形狀；
圖4表示與由光學(xué)玻璃制成的VIPA板相比，該實(shí)施例中的透射帶寬和色散補(bǔ)償量之間的關(guān)系；圖5是用于說(shuō)明從VIPA板射出的光的擴(kuò)展角度的概念圖；圖6表示高折射率VIPA板和由光學(xué)玻璃制成的VIPA板的光射出角度的計(jì)算結(jié)果；圖7表示在對(duì)高折射率VIPA板和由光學(xué)玻璃制成的VIPA板設(shè)定相同的色散補(bǔ)償量時(shí)透射特性的計(jì)算結(jié)果；圖8是表示傳統(tǒng)的VIPA型色散補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示例的立體圖；圖9是表示圖8中所示的結(jié)構(gòu)示例的俯視圖；圖10是用于說(shuō)明VIPA的工作原理的模型；圖11是用于說(shuō)明傳統(tǒng)色散補(bǔ)償器中的中心波長(zhǎng)的透射特性的概念圖；圖12是用于說(shuō)明在傳統(tǒng)色散補(bǔ)償器的負(fù)色散補(bǔ)償中，短波長(zhǎng)側(cè)的光的透射特性的概念圖；圖13是用于說(shuō)明在傳統(tǒng)色散補(bǔ)償器的負(fù)色散補(bǔ)償中，長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的光的透射特性的概念圖；圖14表示在色散補(bǔ)償量發(fā)生變化時(shí)，傳統(tǒng)的色散補(bǔ)償器中的透射頻帶和組延遲時(shí)間的形狀；以及圖15表示在傳統(tǒng)的色散補(bǔ)償器中，與色散補(bǔ)償量相對(duì)應(yīng)的透射頻帶的優(yōu)化。
具體實(shí)施例方式
下面將參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在以下所有附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同或相對(duì)應(yīng)的組成部分。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的色散補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D1，本實(shí)施例的色散補(bǔ)償器包括高折射率VIPA板1、光循環(huán)器2、光學(xué)系統(tǒng)、會(huì)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(duì)的兩個(gè)平行反射平面的元件。光循環(huán)器2使得光信號(hào)能夠聚焦到一條線段上，同時(shí)入射到高折射率VIPA板1的光入射窗口1D中。該光學(xué)系統(tǒng)包括光纖3、準(zhǔn)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(gè)平行平面之一射出，并被輸入到會(huì)聚透鏡6。會(huì)聚透鏡6將該光通量聚焦到一個(gè)點(diǎn)上。三維反射鏡7為反射器，其對(duì)通過(guò)會(huì)聚透鏡6聚焦的光進(jìn)行反射，并使該光通過(guò)會(huì)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(nèi)的所需光學(xué)組件容納在殼體8中。控制單元10對(duì)三維反射鏡7的位置以及高折射率VIPA板1的溫度進(jìn)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?；?A具有彼此相對(duì)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(duì)于使入射到光入射窗口1D的光的光軸變?yōu)榇怪比肷涞慕嵌葍A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(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓庑盘?hào)的波長(zhǎng)帶(服務(wù)波長(zhǎng)帶)內(nèi)是透明的(小的吸收率)，·該材料是各向同性材料，并且不會(huì)產(chǎn)生雙折射，·該材料可以通過(guò)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(xué)均勻性(該材料中的折射率波動(dòng)較小)，·可以在經(jīng)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(xué)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(duì)于具有通常用于光纖通信的波長(zhǎng)帶的光信號(hào)是透明的，并且硅對(duì)于波長(zhǎng)為1550nm的光的折射率為3.2。雖然在傳統(tǒng)的VIPA板中使用了具有各種成分的各種類型的光學(xué)玻璃，但是到目前為止，對(duì)于波長(zhǎng)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(xué)玻璃的BK7(硼硅玻璃)中，對(duì)于波長(zhǎng)為1550nm的光的折射率為1.5。與傳統(tǒng)光學(xué)玻璃的折射率相比，硅的折射率足夠高。此外，當(dāng)與光學(xué)玻璃相比時(shí)，硅具有較小的線膨脹系數(shù)(Si2.6×10-6(1/℃)，BK77.2×10-6(1/℃))，并且由于硅在溫度變化時(shí)的形狀變化較小，所以硅是穩(wěn)定的材料。
在該實(shí)施例中，將硅用作基板1A的材料。然而，可以應(yīng)用于本發(fā)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?？梢允褂梦\(ZnSe)而不是硅作為基板材料的示例。硒化鋅對(duì)于1550nm的波長(zhǎng)的折射率為2.5。
反射多層膜1B對(duì)于通過(guò)光入射窗口1D入射的光信號(hào)具有低于100％的反射率(優(yōu)選地在大約95％到大約98％的范圍內(nèi))。反射多層膜1B形成在基板1A的平面之一的整個(gè)區(qū)域上。反射多層膜1C對(duì)于通過(guò)光入射窗口1D入射的光信號(hào)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(méi)有形成反射多層膜1C的部分成為光入射窗口1D，其對(duì)于光信號(hào)是透明的。
光循環(huán)器2是具有例如三個(gè)端口的普通光學(xué)組件。光循環(huán)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(shí)施例的色散補(bǔ)償器中的光信號(hào)輸入到光循環(huán)器2的第一端口，通過(guò)第二端口將該光信號(hào)發(fā)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(hào)通過(guò)第二端口從第三端口射出，作為本實(shí)施例的色散補(bǔ)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(huán)器2的第二端口，并且將另一端設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡4附近。然而，光纖3的類型并不限于上述的那些。
準(zhǔn)直透鏡4是普通透鏡，其將來(lái)自光纖3的射出光轉(zhuǎn)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(lái)自準(zhǔn)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(huì)聚透鏡6為普通透鏡，其將多個(gè)光通量分別聚焦到一個(gè)點(diǎn)上。該多個(gè)光通量由高折射率VIPA板1多次反射，并從反射多層膜1B側(cè)射出。該多個(gè)光通量相互干涉，并根據(jù)波長(zhǎng)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(jié)構(gòu)。該非球面反射鏡上具有作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的中心軸。該三維反射鏡7設(shè)置在移動(dòng)工作臺(tái)7A上，并且該三維反射鏡7被設(shè)置為使得移動(dòng)工作臺(tái)7A的運(yùn)行軸與中心軸的方向(圖1中的X軸方向)平行。可以通過(guò)根據(jù)從控制單元10發(fā)出的控制信號(hào)Cp對(duì)脈沖電機(jī)(未示出)等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，來(lái)使移動(dòng)工作臺(tái)7A沿X軸方向運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，將進(jìn)入高折射率VIPA板1的光信號(hào)的光軸方向設(shè)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(shè)定為X軸，并且將與光的角度分散方向平行的方向設(shè)定為Y軸。
例如，殼體8為內(nèi)表面設(shè)置有薄膜加熱器(未示出)的圓柱形容器。在這種情況下，準(zhǔn)直透鏡4、線聚焦透鏡5、高折射率VIPA板1以及會(huì)聚透鏡6容納在該容器內(nèi)部的預(yù)定位置處。在該薄膜加熱器中，根據(jù)來(lái)自控制單元10的控制信號(hào)Ct對(duì)其操作進(jìn)行控制。
控制單元10向移動(dòng)工作臺(tái)7A輸出控制信號(hào)Cp。該控制信號(hào)Cp根據(jù)從外部等輸入的色散補(bǔ)償量的設(shè)定值，將三維反射鏡7移動(dòng)到預(yù)定位置?？刂茊卧?0與色散補(bǔ)償量的設(shè)定值無(wú)關(guān)地向薄膜加熱器輸出控制信號(hào)Ct。該控制信號(hào)Ct使高折射率VIPA板1的溫度保持恒定。假設(shè)與色散補(bǔ)償量的設(shè)定值相對(duì)應(yīng)的三維反射鏡7的位置信息被預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(未示出)等中。
然后，將描述本實(shí)施例的色散補(bǔ)償器的操作。
在具有以上結(jié)構(gòu)的色散補(bǔ)償器中，將通過(guò)光纖傳輸線路傳播而產(chǎn)生色散的WDM光輸入到光循環(huán)器2的第一端口，并且通過(guò)光循環(huán)器2的第二端口將該WDM光發(fā)送到光纖3。在通過(guò)準(zhǔn)直透鏡4將從光纖3射出的WDM光轉(zhuǎn)換為平行光以后，通過(guò)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(duì)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(fù)地多次反射。當(dāng)該WDM光每一次從反射多層膜1B的表面反射時(shí)，都通過(guò)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(guò)高折射率VIPA板1傳播的光的光程中，如圖2的左側(cè)所示，因?yàn)槭褂昧苏凵渎时裙鈱W(xué)玻璃高的硅作為基板1A的材料，所以與其中使用傳統(tǒng)光學(xué)玻璃的光程(圖2的右側(cè))相比，每單位長(zhǎng)度的反射次數(shù)增大。因此，高折射率VIPA板1內(nèi)部的有效光程長(zhǎng)度加長(zhǎng)。稍后將詳細(xì)說(shuō)明有效光程長(zhǎng)度的加長(zhǎng)。
從高折射率VIPA板1的反射多層膜1B側(cè)射出的光相互干涉，以形成根據(jù)波長(zhǎng)而具有不同的傳播方向的多個(gè)光通量(圖10)。通過(guò)會(huì)聚透鏡6對(duì)各個(gè)波長(zhǎng)的光通量進(jìn)行聚焦，并且使該各個(gè)波長(zhǎng)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(guò)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(bǔ)償量相對(duì)應(yīng)的預(yù)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(jìn)。該光依次通過(guò)會(huì)聚透鏡6、高折射率VIPA板1、線聚焦透鏡5、準(zhǔn)直透鏡4、以及光纖3，并且該光從光循環(huán)器2的第三端口射出。由此，對(duì)于輸入到本實(shí)施例的色散補(bǔ)償器中的WDM光，從該色散補(bǔ)償器射出進(jìn)行了所需量的色散補(bǔ)償?shù)腤DM光，該所需量是根據(jù)三維反射鏡7的位置設(shè)定的。
如圖2所示，由于高折射率VIPA板1內(nèi)部的有效光程長(zhǎng)度變長(zhǎng)，所以與其中使用光學(xué)玻璃作為VIPA板的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，在本實(shí)施例的色散補(bǔ)償器中，可以將色散補(bǔ)償量設(shè)定為較大值。此外，由于高折射率VIPA板1內(nèi)部的有效光程長(zhǎng)度變長(zhǎng)，所以即使將色散補(bǔ)償量設(shè)定為較大值，也可以抑制透射帶寬的減小。
然后，將詳細(xì)說(shuō)明即使在高色散補(bǔ)償?shù)那闆r下，也可以通過(guò)使用高折射率VIPA板1來(lái)抑制透射帶寬減小的原因。
如上所述，VIPA的透射波長(zhǎng)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(zhǎng)(頻率)間隔重復(fù)。該重復(fù)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(bǔ)償器中設(shè)定的FSR通常在從100GHz到200GHz的范圍內(nèi)，并且實(shí)際上還存在其它的值。VIPA的FSR是根據(jù)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(lái)確定的。因此，當(dāng)確定了用于VIPA板的材料、與要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓庑盘?hào)的信道間隔相對(duì)應(yīng)的FSR的設(shè)定值，以及VIPA板中的反射角度的設(shè)定時(shí)，可以根據(jù)以下表達(dá)式(1)來(lái)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(shè)FSR和VIPA板中的反射角度θg為常數(shù)。當(dāng)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(shí)，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(nèi)部多次反射的光通過(guò)圖2所示的路徑傳播。如圖2所示，當(dāng)使用高折射率的材料時(shí)，在VIPA板的長(zhǎng)度方向上的每單位長(zhǎng)度的反射次數(shù)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(fù)的有效光程長(zhǎng)度方面，高折射率材料與低折射率材料相等，而與折射率無(wú)關(guān)。
因此，當(dāng)使用高折射率材料時(shí)，可以通過(guò)較短的VIPA板來(lái)獲得較長(zhǎng)的有效光程長(zhǎng)度。也就是說(shuō)，當(dāng)使用高折射率材料時(shí)，可以產(chǎn)生較大的色散。換句話說(shuō)，當(dāng)光在VIPA板的平行平面之間往復(fù)一次之后返回到同一表面時(shí)，可以減小沿縱向方向(長(zhǎng)度方向)的光程偏移。因此，可以在縱向方向上的狹小區(qū)域中保證較長(zhǎng)的有效光程長(zhǎng)度，并且可以獲得較大的色散。
這里，當(dāng)包括在單個(gè)信道中的各個(gè)波長(zhǎng)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(shí)，為了使VIPA型色散補(bǔ)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(méi)有很大偏移。如圖11到13所示，在使用諸如光學(xué)玻璃的低折射率材料的情況下，當(dāng)產(chǎn)生較大的色散時(shí)，為了增大波長(zhǎng)之間的光程差，必須使信道中的短波長(zhǎng)側(cè)的光返回到VIPA板的上側(cè)，而使信道中的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的光返回到VIPA板的下側(cè)。因此，單個(gè)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(qū)域中包括相當(dāng)長(zhǎng)的光程，所以即使返回位置沒(méi)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(dāng)色散補(bǔ)償量增大時(shí)，由VIPA板所使用材料的折射率導(dǎo)致的差異變得顯著。
VIPA型色散補(bǔ)償器的透射特性，尤其是透射帶寬，對(duì)于VIPA板的形狀(例如，表面粗糙度)敏感。當(dāng)VIPA板中存在翹曲時(shí)，有效地用于色散補(bǔ)償?shù)牟糠肿兊脙H為VIPA板的縱向方向的一部分。因此，與傳統(tǒng)的VIPA板相似，很難通過(guò)增大由低折射率材料制成的VIPA板的縱向方向的長(zhǎng)度來(lái)增大色散補(bǔ)償量。根據(jù)該觀點(diǎn)，為了增大色散補(bǔ)償量，同時(shí)抑制透射帶寬的減小，對(duì)VIPA板應(yīng)用高折射率的材料是有用的。
圖3表示將色散補(bǔ)償量分別設(shè)定為0ps/nm、-1800ps/nm以及-6000ps/nm時(shí)，本實(shí)施例的色散補(bǔ)償器的一個(gè)透射頻帶的光譜形狀。通過(guò)這種方式，也可以通過(guò)應(yīng)用高折射率VIPA板1來(lái)獲得下述的效果可以防止由于色散補(bǔ)償量(絕對(duì)值)的增大而導(dǎo)致的透射帶寬的減小。
圖4表示當(dāng)將由硅制成的高折射率VIPA板1與由傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃制成的VIPA板相比時(shí)，1-dB帶寬與色散補(bǔ)償量之間的關(guān)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(zhǎng)帶寬度(參見(jiàn)圖15)。根據(jù)圖4，在傳統(tǒng)的VIPA板中，當(dāng)色散量從大約-1000ps/nm減小到大約-2000ps/nm(絕對(duì)值增大)時(shí)，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(dá)到大約-5000ps/nm的色散量。因此，當(dāng)與傳統(tǒng)的VIPA板相比較時(shí)，通過(guò)采用由硅制成的高折射率VIPA板1，可以對(duì)較大的色散進(jìn)行補(bǔ)償。
除了如上所述的可以設(shè)定具有較大絕對(duì)值的色散補(bǔ)償量的效果以外，在使用高折射率VIPA板1的色散補(bǔ)償器中，當(dāng)與傳統(tǒng)的VIPA板相似，對(duì)具有相對(duì)較小值的色散進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，也可以獲得能夠?qū)崿F(xiàn)較寬透射頻帶的效果。以下將詳細(xì)說(shuō)明其原因。
如上所述，由于VIPA是一種衍射光柵，所以除了根據(jù)波長(zhǎng)對(duì)輸入光進(jìn)行解復(fù)用所需的主級(jí)次的衍射光以外，往往還從VIPA板射出不需要的相鄰級(jí)次的衍射光。該不需要的級(jí)次的衍射光導(dǎo)致對(duì)主級(jí)次的衍射光的干擾。當(dāng)射出許多不需要的級(jí)次的衍射光時(shí)，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(dǎo)致光損耗增大。
如圖5所示，是否從VIPA板射出不需要的級(jí)次的衍射光取決于不需要的級(jí)次的衍射方向是否包括在來(lái)自VIPA板的射出光的擴(kuò)展角度θd的范圍內(nèi)。另一方面，該射出光的擴(kuò)展角度θd的大小是由光入射到VIPA板上時(shí)會(huì)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(dāng)將VIPA板中的光的波長(zhǎng)設(shè)定為λ時(shí)，可以通過(guò)使用光束半徑w0的以下表達(dá)式(2)來(lái)大致地表示擴(kuò)展角度θdθd≈λ/(π·w0) (2)圖6表示光的傳播方向?qū)τ诓ㄩL(zhǎng)的依賴關(guān)系的計(jì)算結(jié)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(xué)玻璃制成的VIPA板射出光。在這種情況下，計(jì)算來(lái)自高折射率VIPA板(nH＝3.2)的光射出角度以及來(lái)自由光學(xué)玻璃制成的VIPA板(nL＝1.8)的光射出角度，并將相對(duì)波長(zhǎng)設(shè)置在橫軸上。附圖中心所示的粗線表示主級(jí)次的光的射出方向，而附圖上部所示的細(xì)線以及下部所示的虛線表示相鄰的不需要級(jí)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(jí)次的光與相鄰的不需要級(jí)次的光相分離，所以相鄰級(jí)次的光的傳播方向幾乎不會(huì)包括在擴(kuò)展角度θd中(參見(jiàn)圖5)。當(dāng)使用典型的VIPA型色散補(bǔ)償器的透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)，擴(kuò)展角度θd變?yōu)榇蠹s2度。在這種情況下，對(duì)于圖6的上側(cè)所示的高折射率VIPA板，相鄰級(jí)次的光沒(méi)有包括在-0.3到+0.2nm的寬范圍的擴(kuò)展角度θd中。另一方面，對(duì)于下側(cè)所示的由光學(xué)玻璃制成的VIPA板，不存在其中不包括相鄰級(jí)次的光的波長(zhǎng)范圍。因此，與由光學(xué)玻璃制成的傳統(tǒng)VIPA板相比，相鄰級(jí)次的光對(duì)高折射率VIPA板幾乎沒(méi)有影響。
此外，從以上說(shuō)明可以看出，在單個(gè)信道的波長(zhǎng)帶內(nèi)，在該波長(zhǎng)帶周邊的波長(zhǎng)區(qū)域中而不是中心波長(zhǎng)處，容易出現(xiàn)相鄰級(jí)次的光的傳播方向包括在來(lái)自VIPA板的射出光的擴(kuò)展角度θd中的現(xiàn)象。因此，可以發(fā)現(xiàn)，該現(xiàn)象是導(dǎo)致透射帶寬減小的原因之一。然而，如上所述，由于相鄰級(jí)次的光對(duì)由高折射率材料制成的VIPA板幾乎沒(méi)有影響，所以可以使透射帶寬變寬。
在由光學(xué)玻璃制成的傳統(tǒng)VIPA板中，當(dāng)擴(kuò)展角度θd減小時(shí)，也可以消除相鄰級(jí)次的光的影響。然而，為了實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(zhǎng)。這與VIPA型色散補(bǔ)償器的微型化相沖突。此外，從光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的角度看，使光學(xué)系統(tǒng)變大不是優(yōu)選的。如可以根據(jù)圖6的計(jì)算結(jié)果看出，在傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃中，當(dāng)與高折射率材料進(jìn)行比較時(shí)，由于主級(jí)次的光與相鄰級(jí)次的光之間的分離角度很小，所以很難精確地將主級(jí)次的光與相鄰級(jí)次的光分離。根據(jù)以上觀點(diǎn)，由高折射率材料制成的VIPA板比減小由光學(xué)玻璃制成的傳統(tǒng)VIPA板中的擴(kuò)展角度θd更有用。
圖7表示在對(duì)由高折射率材料制成的VIPA板和由光學(xué)玻璃制成的VIPA板設(shè)定相同的色散補(bǔ)償量時(shí)，透射特性的計(jì)算結(jié)果的示例。在這種情況下，例如，通過(guò)分別設(shè)定一3000ps/nm的色散補(bǔ)償量來(lái)對(duì)多個(gè)單個(gè)的透射頻帶相互進(jìn)行比較。如可以從圖7的計(jì)算結(jié)果看出，特別地，通過(guò)采用高折射率VIPA板，有效地抑制了特別是短波長(zhǎng)側(cè)的透射率的減小。
考慮當(dāng)在與獲得寬透射頻帶的效果相關(guān)的色散補(bǔ)償量的設(shè)定值的相對(duì)小的范圍內(nèi)使用本實(shí)施例的色散補(bǔ)償器時(shí)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(jìn)行與傳統(tǒng)VIPA板相當(dāng)?shù)纳⒀a(bǔ)償。因此，在可以容易地制造三維反射鏡7的同時(shí)，還可以防止由于三維反射鏡7的橫向方向的傾斜而導(dǎo)致的透射頻帶的減小。
通常，在色散補(bǔ)償量發(fā)生變化時(shí)，光譜形狀發(fā)生變化。因此，當(dāng)色散補(bǔ)償量發(fā)生變化時(shí)，改變VIPA板的溫度，以高精度地進(jìn)行控制，這使得要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓庑盘?hào)的中心波長(zhǎng)能夠與透射頻帶的中心波長(zhǎng)一致。
另一方面，在采用高折射率VIPA板1的色散補(bǔ)償器中，即使色散補(bǔ)償量發(fā)生變化，透射頻帶的光譜形狀也僅稍微變化，從而可以通過(guò)保持VIPA板的溫度恒定來(lái)對(duì)光信號(hào)色散進(jìn)行補(bǔ)償，而不考慮色散補(bǔ)償量。
具體地，根據(jù)預(yù)想的色散補(bǔ)償量的設(shè)定范圍，即使由于設(shè)定的變化而使透射頻帶發(fā)生偏移，單個(gè)信道的光信號(hào)光譜也通常包括在該透射頻帶中。在這種情況下，可以通過(guò)保持VIPA板的溫度恒定來(lái)執(zhí)行所期望光信號(hào)的色散補(bǔ)償，而與色散補(bǔ)償量無(wú)關(guān)。在圖1所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，在以上情況的假設(shè)下，控制單元10應(yīng)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(tǒng)的VIPA板一樣，顯然可以根據(jù)色散補(bǔ)償量的設(shè)定值來(lái)控制高折射率VIPA板1的溫度(與恒溫控制不同)，以執(zhí)行透射頻帶的調(diào)整。在這種情況下，與光學(xué)玻璃相比較，硅具有較大的折射率溫度系數(shù)(Si160×10-6(1/℃)，BK72.2×10-6(1/℃))，從而可以通過(guò)溫度控制來(lái)快速地改變折射率。因此，在高折射率VIPA板1中，可以使對(duì)溫度的優(yōu)化控制所需的時(shí)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(yōu)值的兩種情況下，也存在可以通過(guò)使用硅作為高折射率VIPA板1的基板材料以增大折射率來(lái)抑制熱膨脹的影響的效果。當(dāng)有效光程長(zhǎng)度變短時(shí)，熱膨脹的影響增大。也就是說(shuō)，當(dāng)VIPA板的基板材料的折射率增大時(shí)，由于基板材料的熱膨脹變化而導(dǎo)致的光程長(zhǎng)度的變化增大，這對(duì)于溫度波動(dòng)容易產(chǎn)生透射頻帶周期(FSR)的波動(dòng)。然而，如上所述，與光學(xué)玻璃相比較，硅具有較小的線膨脹系數(shù)(Si2.6×10-6(1/℃)，BK77.2×10-6(1/℃))，從而對(duì)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(huì)因?yàn)闇囟榷l(fā)生變化，可以使透射頻帶的周期(FSR)更加穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種色散補(bǔ)償器，其包括光學(xué)組件，該光學(xué)組件包括具有彼此相對(duì)的兩個(gè)平行反射平面的元件，該光學(xué)組件具有解復(fù)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(shí)，其一部分透過(guò)所述反射平面之一并從該反射平面射出，并且通過(guò)所射出光的干涉，根據(jù)波長(zhǎng)而形成具有不同傳播方向的多個(gè)光通量；反射器，該反射器對(duì)各個(gè)波長(zhǎng)的所述光通量進(jìn)行反射，所述光通量從所述光學(xué)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(xué)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(bǔ)償量相對(duì)應(yīng)地對(duì)所述反射器的位置進(jìn)行控制，其中，所述光學(xué)組件的所述元件由折射率比光學(xué)玻璃更高的材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散補(bǔ)償器，其中，用于所述元件的材料對(duì)于1550nm波長(zhǎng)的光具有比光學(xué)玻璃更高的折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散補(bǔ)償器，其中，制成所述光學(xué)組件的所述元件的所述材料具有比光學(xué)玻璃更低的熱膨脹系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的色散補(bǔ)償器，其中，制成所述光學(xué)組件的所述元件的所述材料具有比光學(xué)玻璃更高的折射率溫度系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散補(bǔ)償器，其中，制成所述光學(xué)組件的所述元件的所述材料為硅，即Si。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散補(bǔ)償器，其中，制成所述光學(xué)組件的所述元件的所述材料為硒化鋅，即ZnSe。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散補(bǔ)償器，其中，所述光學(xué)組件的溫度被控制為恒定，而與色散補(bǔ)償量無(wú)關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散補(bǔ)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(xué)玻璃制成時(shí)的反射面的曲率要小。
全文摘要
本發(fā)明的色散補(bǔ)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(xué)玻璃高的材料制成，并且能夠根據(jù)波長(zhǎng)將入射光朝向不同的方向輸出。該三維反射鏡在預(yù)定位置處對(duì)從該高折射率VIPA板射出的各個(gè)波長(zhǎng)的光進(jìn)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(shí)與色散補(bǔ)償量相對(duì)應(yīng)地對(duì)該三維反射鏡的位置進(jìn)行控制。由此，可以對(duì)較大的色散進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)抑制透射帶寬的減小。
文檔編號(hào)G02B6/34GK1828353SQ200610001950
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者山內(nèi)康寬, 園田裕彥, 古川博之, 久保田嘉伸 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社