专利名称：光波导型波长色散补偿器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及补偿光纤的波长色散的小型的光波导型波长色散补偿器件及其制造 方法。该器件能够应用于光纤通信网等中。本申请主张基于2007年12月21日在日本提出的专利申请2007-331006号的优 先权，并将其内容引入本申请。
背景技术：
在光通信中，高密度波长复用(DWDM:DenseWavelength-DivisionMultiplexing) 传送的宽波段化、高速化不断发展。为了进行高速传送，作为该传送线路，希望使传送波段 中的波长色散尽可能地小，另一方面，为了抑制非线形效应，希望使用波长色散不为零的光 纤。但是，对于已经在广范围中铺设的光纤来说，在色散较大的波长区域中使用的情况较
多ο例如，在波长1. 3 μ m附近具有零色散的标准单模光纤(S-SMF =Standard Single-Mode Fiber)，由于添加铒的光纤放大器被实用化，能够在波长1. 53 1. 63 μ m波 段中使用。此外，使零色散在波长1.55μπι附近偏移的色散移位光纤(DSF dispersion Shifted Fiber)，不仅能够在C波段中使用，也能够在S波段或L波段中使用。此外，还 具有在波长1. 55 μ m不是零色散的各种非零色散移位光纤(NZ-DSF =Non-ZeroDispersion Shifted Fiber)。在DWDM中使用这些光纤时，在广泛的波长范围内的残留色散的补偿技术 非常重要。使用各种技术进行色散补偿。其中，使用色散补偿光纤(DCF dispersion Compensation Fiber)的色散补偿是最为实用化的技术(例如，参照专利文献1、2)。为了 得到期望的色散补偿量，DCF控制光纤的折射率分布。但是，DCF通常需要成为与作为补偿 的对象的光纤相同程度的长度。因此，在模块化该DCF时，不仅需要大的设置空间，传送损 失也不能够忽略。此外，需要对DCF进行正确的折射率分布的控制，不仅难以制作，也难以 实现在广波段中要求的色散补偿量。光纤布拉格光栅(FBG =Fiber Bragg Granting)也是用于色散的一种技术(例如， 参照专利文献3)。FBG是，通过对光纤照射UV光，使光纤芯的折射率变化，形成由于折射率 的不同而产生的光栅，由此进行色散补偿。由此，能够实现色散补偿用的小型器件，但难以 进行折射率变化的控制。进一步，光纤的折射率的变化存在极限，因此，能够实现的色散补 偿特性存在极限。此外，使用FBG的器件的小型化和大量生产也存在极限。提出了将进行色散补偿的区域分配给每个波道，在各个波道内进行色散补偿的线 性调制(chirp)后的FBG，重合于一个位置的结构(例如，参照专利文献4)。通过使用该结 构，能够使需要的纤维的长度变短。但是，在该现有技术中，仅是设计重合多个FBG，因此各 波道的结构接近，对各波道特性造成影响。因此，能够实现的色散补偿特性存在极限。此外，为了重合FBG所要求的折射率的变化，不能够以UV照射而得到，因此也产生 不能够实现的构造。
平面光波导(PLC =Planar Lightwave Circuit)使用在平面中构造的光回路，进行 色散补偿。晶格型PLC是其一个例子(例如参照非专利文献1)。但是，晶格型PLC是，使 耦合共振器级联连接而控制色散，基于数字IIRdnfinite Impulse Response，无限脉冲响 应)滤波器的原理。因此，实现的色散量有限。也可以考虑由阵列波导光栅(AWG:Arrayed Waveguide Grating)进行分波，对每 个波道施加波程差，调整延迟时间后，由准直透镜再次进行合波的方法(例如，参照专利文 献5)。但是，在该方法中结构复杂制作困难，而且需要的空间变大。VIPA(VirtualIy Imaged Phased Array，成虚像的相控阵列)型色散补偿器，是由 在薄板两面涂层有反射膜的波长色散元件(VIPA板)和反射镜构成的色散补偿器件(例如 参照专利文献8)。该器件以三维结构调整色散。因此，结构复杂，在制造上要求极高的精 度。专利文献1 日本专利第3857211号公报专利文献2 日本专利第3819264号公报专利文献3 日本特开2004-325549号公报专利文献4 :W003/010586号小册子非专 利文献 1 :K. Takiguchi, et. al, "Dispersion slope equalizer fordispersion shifted fiber using a lattice- form programmable opticalfilter on a planar lightwave circuit, "J. Lightwave Technol. ,pp. 1647-1656,vol. 16,no. 9, 1998专利文献5 日本专利第3852409号公报专利文献6 日本特开2005-275101号公报上述现有技术的问题如下所述。1 使用DCF的色散补偿，由于使用较长的光纤而需要的空间变大，难以小型化。此 外，能够实现的色散补偿特性存在极限。2 使用FBG的色散补偿所能够实现的色散补偿特性存在极限。3 使用FBG的重合的色散补偿所能够实现的色散补偿特性存在极限。4 使用晶格型PLC的色散补偿能够实现的色散补偿量较小。5:使用AWG的PLC，结构复杂，制造困难，成本变高。此外，要求空间变大，器件的 小型化困难。6 =VIPA型色散补偿器的结构复杂，制造困难，成本变高。
发明内容
本发明鉴于上述问题而提出，目的在于提供一种能够小型化、具有优异的色散补 偿特性、制造容易且能够进行低成本化的光波导型波长色散补偿器件。本发明为了解决上述问题而采用以下手段。(1)本发明的光波导型波长色散补偿器件，作为反射型的波长色散补偿单元，通过 改变埋入在包层中的芯的物理尺寸，具有该芯的等效折射率在光传送方向上不均勻变化的 光波导，上述芯通过下述方式设计(a)最初忽略上述光波导的传送损失，设定期望的第一 反射光谱来设计能够对被补偿光纤的波长色散进行补偿的光波导，(b)接着，根据在上述(a)中设计出的上述光波导的有效长度，导出该光波导的传送损失量的波长依存特性，(C) 接着，将上述波长依存特性的反依存特性加于第一反射光谱，修正为第二反射光谱，使用上 述第二反射光谱，对在上述(a)中设计的光波导的等效折射率分布进行再设计。(2)优选多次重复进行上述(a) (C)，以设计上述芯的上述等效折射率分布。(3)上述光波导优选是，进行色散补偿的波长区域被分为多个波道；在上述各波 道的上述波长区域内，具有上述被补偿光纤的波长色散被补偿的色散补偿特性。(4)优选上述芯的宽度在上述光传送方向上不均勻地分布。(5)优选上述芯的宽度以从上述芯的中心起的上述芯宽度方向的两侧对称的方式 在上述光传送方向上不均勻地分布。(6)优选上述芯的宽度以从上述芯的中心起的上述芯宽度方向的两侧非对称的方 式在上述光传送方向上不均勻地分布。(7)优选上述芯的宽度以从上述芯的中心起的上述芯宽度方向的两侧中仅一侧在 上述光传送方向上不均勻分布。(8)优选上述芯在上述光波导内直线状地设置。(9)优选上述芯在上述光波导内弯曲状地设置。(10)优选上述芯的宽度具有从上述光波导的上述光传送方向一端侧向另一端侧， 宽度变化逐渐变大，在另一端侧附近具有变化极大部的分布形状。(11)优选上述芯的宽度具有，从上述光波导的上述光传送方向一端侧向另一端 侧，具有宽度变化较小的中央部、宽度变化比该中央部大的上述一端侧的第一变化部、宽度 变化比该第一变化部大的上述另一端侧的变化极大部的分布形状。(12)优选上述光波导的一端为透射端，上述光波导的另一端为反射端；上述透射 端由无反射终端终结；在上述反射端经由循环器或方向性耦合器输出光输出。(13)优选上述光波导具有在规定的波长区域中，抵消规定长度的被补偿光纤的波 长色散的色散补偿特性。(13)上述光波导优选在中心波长λ。为1490nm彡λ。彡1613nm的范围、动作波 段 Δ BW 为 0. Inm < ABff ^ 60nm 的范围中，具有色散 D 为 _3000ps/nm ^ D ^ 3000ps/nm 的范围、相对色散的色散斜率的比RDS为-0. InnT1 ( RDS ( 0. InnT1的范围的特性。(14)优选上述光波导的光传送方向上的芯的等效折射率分布由下述设计法设计 在Zakharov-Shabat方程式中，根据反射系数的光谱数据，作为数值导出位势函数的逆散 射问题进行求解，推测用于实现期望的反射光谱的位势。(15)优选上述光波导的光传送方向上的芯的等效折射率分布由下述设计法设计 在Zakharov-Shabat方程式中，根据反射系数的光谱数据，作为数值导出的逆散射问题，对 位势函数进行求解；根据由该逆散射问题得到的值，推测用于实现期望的反射光谱的位势。(16)优选上述光波导的上述光传送方向上的上述芯的等效折射率分布由下 述方法设计使用导入了作为向上述光波导的前方和后方传送的电力波的振幅的变 量的波动方程式，回归至具有从上述光波导的等效折射率的对数的微分导出的位势的 Zakharov-Shabat方程式，根据反射系数的光谱数据，作为数值导出的逆散射问题，对位势 函数进行求解；根据由该逆散射问题得到的值，推测用于实现期望的反射光谱的位势；基 于该位势求取等效折射率；根据预先求得的规定的上述芯的厚度、上述等效折射率、上述芯
6的尺寸的关系，计算出上述光波导的上述光传送方向上的上述芯的尺寸。(17)优选上述光波导的上述光传送方向上的上述芯的等效折射率分布是，按照进 行色散补偿的波段的中心波长的尺度(scale)，为大致周期结构；按照比中心波长大的尺 度，具有由上述逆散射问题决定的非周期结构的两层结构。(18)本发明的光波导型波长色散补偿器件的制造方法是，设置光波导的下包层； 接着，在上述下包层上，设置比该下包层折射率大的芯层；接着，对上述芯层实施，留下以芯 的等效折射率在光传送方向上不均勻变化的方式设计的规定的芯形状，而除去这之外的部 分的加工，形成上述芯；接着，设置覆盖上述芯的上包层，由此，制造出光波导，制造出上述 的本发明的光波导型波长色散补偿器件。上述(1)所述的光波导型波长色散补偿器件，作为反射型的波长色散补偿单元， 具有埋入在包层中的芯的等效折射率在光传送方向上不均勻变化的光波导。因此，与使用 色散补偿光纤等的现有技术相比较，能够进行小型化，使得设置空间较小。此外，上述(1)记载的光波导型波长色散补偿器件，与现在的使用FBG的色散补偿 相比，能够实现的色散补偿特性变广等，得到优异的色散补偿特性。此外，上述(1)记载的光波导型波长色散补偿器件，与PLC、VIPA等现有的色散补 偿器件相比，能够以简单的结构以低成本制造。此外，上述(1)记载的光波导型波长色散补偿器件，具有通过下述方式设计的芯 (a)最初忽略上述光波导的传送损失，设定期望的反射光谱，设计能够对被补偿光纤的波长 色散进行补偿的光波导，(b)接着，根据在上述(a)中设计出的上述光波导的有效长度，导 出该光波导的传送损失量的波长依存特性，(c)接着，将上述波长依存特性的反依存特性加 于上述反射光谱，规定修正后的反射光谱，对在上述(a)中设计的光波导的等效折射率分 布进行再设计。因此，该光波导型波长色散补偿器件能够实现的群延迟特性，与不考虑器件 的传送损失的情况相比，相对于期望的特性的变动较少。结果，能够改善包含光纤的传送系 统的传送特性。根据上述(18)记载的光波导型波长色散补偿器件的制造方法，能够以低成本高 效地制造上述的具有优异的色散补偿特性的小型的色散补偿器件。
图1是表示在本发明的色散补偿器件中使用的NPWG结构的概略立体图；图2是表示忽略色散补偿器件的传送损失的，进行长度IOOkm的光纤的10波道的 色散补偿的色散补偿器件的位势分布的图；图3是表示具有图2的位势分布的色散补偿器件的群延迟特性的图；图4是表示具有图2的位势分布的色散补偿器件的反射率特性的图；图5是表示使用本发明的色散补偿器件的传送特性的评价的传送评价系统的结 构图；图6是表示100Gb/S的NRZ初始脉冲的波形的图；图7是表示100Gb/S的NRZ初始脉冲的眼形图的图；图8是表示100Gb/S的NRZ初始脉冲的光谱的图；图9是表示通过长度100km的S-SMF后的脉冲的波形的图10是表示通过长度IOOkm的S-SMF后的脉冲的眼形图的图；图11是表示通过长度IOOkm的S-SMF后的脉冲的光谱的图；图12是表示通过无传送损失的色散补偿器件后的脉冲的波形的图；图13是表示通过无传送损失的色散补偿器件后的脉冲的眼形图的图；图14是表示通过无传送损失的色散补偿器件后的脉中的光谱的图；图15是表示令色散补偿器件的传送损失为10dB，进行长度IOOkm的光纤的10波 道的色散补偿的色散补偿器件的群延迟特性的图；图16是表示令色散补偿器件的传送损失为10dB，进行长度IOOkm的光纤的10波 道的色散补偿的色散补偿器件的反射率特性的图；图17是表示令色散补偿器件的传送损失为10dB，通过进行长度IOOkm的光纤的 10波道的色散补偿的色散补偿器件后的脉冲的波形的图；图18是表示令色散补偿器件的传送损失为10dB，通过进行长度IOOkm的光纤的 10波道的色散补偿的色散补偿器件后的100Gb/S的NRZ脉冲的眼形图的图；图19是表示令色散补偿器件的传送损失为10dB，通过进行长度100km的光纤的 10波道的色散补偿的色散补偿器件后的脉冲的光谱的图； 图20是表40Gb/s的NRZ初始脉冲的眼形图的图；图21是表示通过长度100km的S-SMF后的40Gb/s的NRZ脉冲的眼形图的图；图22是表示令色散补偿器件的传送损失为10dB，通过进行长度100km的光纤的 10波道的色散补偿的色散补偿器件后的40Gb/s的NRZ脉冲的眼形图的图；图23是表示令色散补偿器件的传送损失为2dB，通过进行长度100km的光纤的10 波道的色散补偿的色散补偿器件后的40Gb/s脉冲的眼形图的图；图24是表示令色散补偿器件的传送损失为5dB，通过进行长度100km的光纤的10 波道的色散补偿的色散补偿器件后的40Gb/s脉冲的眼形图的图；图25是表示令色散补偿器件的传送损失为10dB，通过进行长度100km的光纤的 10波道的色散补偿的色散补偿器件后的40Gb/s的NRZ脉冲的眼形图的图；图26A是表示芯的宽度的分布形状的一例的概略平面图；图26B是表示芯的宽度的分布形状的变形例的概略平面图；图27是举例表示将芯设置为弯曲状的情况的概略平面图；图28是表示本发明的色散补偿器件的一个实施方式的结构图；图29是表示比较例1的令色散补偿器件的传送损失为10dB，进行长度100km的光 纤的10波道的色散补偿的色散补偿器件的反射率特性的图；图30是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为20dB的、 进行长度100km的光纤的10波道的色散补偿的、实施例1的色散补偿器件的反射率特性的 图。其中，令色散补偿器件的传送损失为IOdB;图31是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为20dB的、 进行长度100km的光纤的10波道的色散补偿的、实施例1的色散补偿器件的群延迟特性的 图。其中，令色散补偿器件的传送损失为IOdB;图32是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为20dB的、 进行长度100km的光纤的10波道的色散补偿的、实施例1的色散补偿器件的位势分布的图；图33是表示通过设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为20dB 的、进行长度IOOkm的光纤的10波道的色散补偿的、实施例1的色散补偿器件后的40Gb/s 的NRZ脉冲的眼形图的图；图34是通过没有修正传送损失的比较例1的色散补偿器件后的40Gb/s的NRZ脉 冲的眼形图的图。其中，令色散补偿器件的传送损失为IOdB;图35是表示比较例2的令色散补偿器件的传送损失为10dB，进行长度IOOkm的光 纤的10波道的色散补偿的色散补偿器件的反射率特性的图；图36是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为25dB的、 进行长度IOOkm的光纤的10波道的色散补偿的、实施例2的色散补偿器件的反射率特性的 图。其中，令色散补偿器件的传送损失为IOdB;图37是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为25dB的、 进行长度IOOkm的光纤的10波道的色散补偿的、实施例2的色散补偿器件的群延迟特性的 图。其中，令色散补偿器件的传送损失为IOdB;图38是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为25dB的、 进行长度IOOkm的光纤的10波道的色散补偿的、实施例2的色散补偿器件的位势分布的 图；图39是表示通过设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为25dB 的、进行长度IOOkm的光纤的10波道的色散补偿的、实施例2的色散补偿器件后的40Gb/s 的NRZ脉冲的眼形图的图；图40是表示通过没有修正传送损失的比较例2的色散补偿器件后的40Gb/s的 NRZ脉冲的眼形图的图。其中，令色散补偿器件传送损失为IOdB;图41是表示比较例3的令色散补偿器件的传送损失为10dB，进行长度IOOkm的光 纤的10波道的色散补偿的色散补偿器件的反射率特性的图；图42是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为30dB的、 进行长度IOOkm的光纤的10波道的色散补偿的、实施例3的色散补偿器件的反射率特性的 图。其中，令色散补偿器件的传送损失为IOdB;图43是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为30dB的、 进行长度IOOkm的光纤的10波道的色散补偿的、实施例3的色散补偿器件的群延迟特性的 图。其中，令色散补偿器件的传送损失为IOdB;图44是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为30dB的、 进行长度IOOkm的光纤的10波道的色散补偿的、实施例3的色散补偿器件的位势分布的 图；图45是表示通过设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为30dB 的、进行长度IOOkm的光纤的10波道的色散补偿的、实施例3的色散补偿器件后的40Gb/s 的NRZ脉冲的眼形图的图；图46是表示通过没有修正传送损失的比较例3的色散补偿器件后的40Gb/s的 NRZ脉冲的眼形图的图。其中，令色散补偿器件传送损失为IOdB;图47是表示令色散补偿器件的传送损失为10dB，进行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的比较例4的色散补偿器件的反射率特性的图；图48是图47的部分放大图；图49是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为5dB的、进 行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例4的色散补偿器件的反射率特性的图。 其中，令色散补偿器件的传送损失为2dB ；图50是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为5dB的、进 行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例4和比较例4的群延迟特性的图。其 中，令色散补偿器件的传送损失为2dB ；图51是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为5dB的、进 行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例4的色散补偿器件的位势分布的图；图52是表示通过设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为5dB 的、进行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例4的色散补偿器件后的lOGb/s 的NRZ脉冲的眼形图的图。其中，令色散补偿器件的传送损失为2dB ；图53是表示通过忽略色散补偿器件的传送损失的、进行长度50km的光纤的50波 道的色散补偿的、比较例4的色散补偿器件后的lOGb/s的NRZ脉冲的眼形图的图。其中， 令色散补偿器件传送损失为2dB ；图54是表示令色散补偿器件的传送损失为5dB，进行长度50km的光纤的50波道 的色散补偿的比较例5的色散补偿器件的反射率特性的图；图55是图54的部分放大图；图56是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为12dB的、 进行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例5的色散补偿器件的反射率特性的 图。其中，令色散补偿器件的传送损失为5dB;图57是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为12dB的、 进行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例5和比较例5的群延迟特性的图。其 中，令色散补偿器件的传送损失为5dB ；图58是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为12dB的、 进行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例5的色散补偿器件的位势分布的图；图59是表示通过设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为12dB 的、进行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例5的色散补偿器件后的lOGb/s 的NRZ脉冲的眼形图的图。其中，令色散补偿器件的传送损失为5dB ；图60是表示通过忽略色散补偿器件的传送损失的、进行长度50km的光纤的50波 道的色散补偿的、比较例5的色散补偿器件后的lOGb/s的NRZ脉冲的眼形图的图。其中， 令色散补偿器件传送损失为5dB ；图61是表示令色散补偿器件的传送损失为10dB，进行长度50km的光纤的50波道 的色散补偿的比较例6的色散补偿器件的反射率特性的图；图62是图61的部分放大图；图63是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为25dB的、 进行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例6的色散补偿器件的反射率特性的 图。其中，令色散补偿器件的传送损失为IOdB;
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图64是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为25dB的、 进行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例6和比较例6的群延迟特性的图。其 中，令色散补偿器件的传送损失为IOdB ；图65是表示设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为25dB的、 进行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例6的色散补偿器件的位势分布的图；图66是表示通过设计为随着波长变长波道内的损失增加且最大损失的差为25dB 的、进行长度50km的光纤的50波道的色散补偿的、实施例6的色散补偿器件后的lOGb/s 的NRZ脉冲的眼形图的图。其中，令色散补偿器件的传送损失为IOdB ；以及图67是表示通过忽略色散补偿器件的传送损失的、进行长度50km的光纤的50波 道的色散补偿的、比较例6的色散补偿器件后的lOGb/s的NRZ脉冲的眼形图的图。其中， 令色散补偿器件传送损失为10dB。附图符号说明10 NPffG5Il芯；12包层；13反射端；14透射端；15循环器；16无反射终端； 20色散补偿器件
具体实施例方式本发明的色散补偿器件，作为反射型的波长色散补偿单元，具有通过改变埋入在 包层中的芯的物理尺寸，使芯的等效折射率在光传送方向不均勻变化的光波导。该光波导的芯通过下述方式设计(a)最初忽略光波导的传送损失，设定期望的 第一反射光谱，设计能够对被补偿光纤的波长色散进行补偿的光波导，(b)接着，根据在该 (a)中设计出的光波导的有效长度，导出该光波导的传送损失量的波长依存特性，(c)接 着，将在(b)中导出的波长依存特性的反依存特性，施加于第一反射光谱，修正为第二反射 光谱，使用该第二反射光谱，对在(a)中设计的光波导的等效折射率分布进行再设计。以下，参照
本发明的光波导型波长色散补偿器件(以下简称为色散补偿 器件)的实施方式。例如图28所示，本发明的色散补偿器件大致由光波导10和与其反射端13侧连接 的循环器15构成。光波导10的透射端14成为无反射终端16。在循环器15，在其输入侧 (input)连接有未图示的被补偿光纤。在循环器15的输出侧(output)连接有下游侧的光 纤。该下游侧的光纤在光传送通路内使用。本发明的色散补偿器件20是反射型器件，从被补偿光纤输入循环器15的输入侧 的光信号，进入光波导10被反射，该反射波经由循环器15被输出。图1是表示本发明的色散补偿器件的主要构成部件即光波导的一个实施方式的 概要立体图。本实施方式的光波导，作为使芯的等效折射率在光的传送方向上不均勻变 化的单元，优选使用使芯的宽度w在长度方向(ζ)变化的具有非均勻的宽度的平面波导 (Non-uniform PlanarffaveGuide,以下记为NPWG)。此处，非均勻是指，物理尺寸与波导的前 进方向的位置一同变化。图1中，符号10是NPWG，11是芯，12是包层。本实施方式的NPWG10在包层12中具有芯11。如图1所示，芯11具有一定的高 度h3。此外，芯11的宽度w在长度方向(ζ)方向不均勻地变化，使波导的传送模式的局部 等效折射率变化。通过该折射率的变化，使得NPWG10具有反射型的波长色散补偿功能。
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作为该NPWG10，能够使用石英玻璃类材料。在该情况下，例如，以纯石英玻璃制作 包层，芯使用添加有锗的石英玻璃即可。此外，也能够使用树脂类材料。此外，在使用硅类材料作用NPWGlO的情况下，如果在该硅类材料上加以电极并进 行控制，则能够实现可变器件。此外，在对该器件施加热的情况下，由于材料的热膨胀而波 导变长。因此，使用的波长偏移至较长。利用该特性，则能够实现利用热控制的可变器件。NPffGlO的动作原理与FBG的光栅看起来类似。但是，关于等效折射率的变化，在 FBG中使介质的折射率变化，与此相对，本实施方式的NPWG10，通过使芯11的宽度沿着长度 方向变化，使等效折射率变化。像这样，关于等效折射率的变化，两者的动作原理是完全不 同的。NPffGlO中，通过使芯11的宽度沿长度方向变化而得到的等效折射率的变化率，与 FBG的情况相比较大，而且能够容易地进行精细且正确的控制。NPffGlO的结构是平面性的，因此，能够以公知的制造工艺大量地进行制造，能够实 现低成本化。在本发明的优选实施方式中，举例表示NPWGlO的色散补偿器件将补偿对象的区 域分为多个波道，在各个波道内进行色散补偿的方式。通过使用该方式，需要的波导的长度 变短，器件能够小型化，能够进一步减少波导的损失。在使用该NPWGlO的色散补偿器件中 ，在色散补偿器件中也存在损失。由于该损 失，不能够得到期望的特性，会引起特性的劣化。以下举出色散补偿器件的损失对该器件的 色散补偿特性造成影响的例子。例如，假定以下述方式进行设计的情况作为在每个以ITU栅格分开的波道中，补 偿长度IOOkm的S-SMF的残留色散的色散补偿器件，在波长区域[1547. 12nm 1554. 13nm] 中，实现色散量D = -1700pS/nm，色散斜率与色散的比RDS = 0. 034nm-1的波长色散。在本 例中，将波长区域分为满足频率f满足(193. 4+0. In^f ^ 193. 5+0. InTHz)的10波道，在 各个波道内进行波长色散。此处，η表示满足-5 SnS 4的整数。这些波道满足ITU栅格 间隔。图2是表示本例的色散补偿器件的位势(potential)分布的图。图中的横轴表示 以中心波长1550. 12mm进行了规格化的位置。使用该位势，忽略色散补偿器件的传送损失 的情况下，得到图3所示的群延迟特性和图4所示的反射率特性。在两图中表示在设计中 使用的光谱数据(designed)和得到的光谱数据(realized)。接着，对于本例的色散补偿，使用图5所示的评价系统计算色散补偿器件的效果。 图5中，符号1是进行评价的色散补偿器件，2是被补偿光纤，3是输入信号输出部，4是光 源，5是调制器，6是光检测部。该评价系统中，将输入信号通过调制器5加以光信号，将该 光信号传送至被补偿光纤2，之后输入色散补偿器件1，最后从色散补偿器件1输出的光信 号被光检测部6检波而输出。图6表示由该评价系统得到的lOGb/s的NRZ初始脉冲的波形。图7表示同样由 该评价系统得到的lOGb/s的NRZ初始脉冲的眼形图。图8表示同样由该评价系统得到的 10Gb/s的NRZ初始脉冲的光谱。图9表示通过长度IOOkm的S-SMF (传送损失为0. 02dB/km,波长1550nm时色散为 17ps/nm/km，色散斜率的比0. 0034nm_1)后，波长区域为[1549. 32nm 1550. 12nm]的波道的波形。图10表示同样通过长度IOOkm的S-SMF后，成为上述波长区域的波道的眼形图。 图11表示同样通过长度IOOkm的S-SMF后，成为上述波长区域的波道的光谱。图12表示通过上述色散补偿器件1后的波形。图13表示同样通过上述色散补偿 器件1后的眼形图。图14表示同样通过上述色散补偿器件1后的光谱。此处的色散补偿 器件假设不存在传送损失。通过分别比较图6 图8、图9 图11、图12 图14可知，如 果忽略色散补偿器件的传送损失，则能够得到非常好的传送特性。但是，NPWG在制造时需要微细的处理。此外，NPWG中由于材料损失等，难以避免 存在传送通路中的传送损失。因此，使用NPWG构成的色散补偿器件常伴随有很大的传送损 失。NPWG的传送损失不仅对色散补偿器件的振幅特性造成影响，还会对期望的群延迟特性 造成影响。图15是表示假设存在IOdB的传送损失时在色散补偿器件的单程全长中的群延迟 特性，此外，图16是表示同样假设存在IOdB的传送损失时的反射率特性。图17是表示通过传送损失为IOdB的色散补偿器件后的波形。图18表示同样通过 传送损失为IOdB的色散补偿器件后的眼形图。图19表示同样通过传送损失为IOdB的色 散补偿器件后的光谱。如图18的眼形图所示，群延迟的不完全补偿对系统特性产生影响。如果信号的传送率变快，则色散补偿器件的传送损失的影响更为显著。图20 表示40Gb/s的NRZ初始脉冲的眼形图。图21表示通过IOOkm的S-SMF后，波长区域为 [1549. 32nm 1550. 12nm]的波道内信号的眼形图。图22表示在没有色散补偿器件的传送损失(OdB)的情况下，通过进行长度IOOkm 的S-SMF的10波道的色散补偿的色散补偿器件后的40Gb/s脉冲的眼形图。图23表示在 令该色散补偿器件的传送损搂失为2dB时的眼形图。图24表示在令该色散补偿器件的传送 损失为5dB时的眼形图。图25表示在令该色散补偿器件的传送损失为IOdB时的眼形图。 如这些图21 图25所示，随着色散补偿器件的传送损失变大，传送特性变差。本发明，为了防止由于色散补偿器件的NPWG的传送损失，如上所述色散补偿后的 传送特性变差，在设计使用NPWG的色散补偿器件时，对色散补偿器件的传送损失进行补 偿。即，在设计的阶段考虑减少NPWG的传送损失引起的色散补偿器件的反射系数的波长依 存性。这样设计的色散补偿器件能够实现的群延迟特性，与不考虑色散补偿器件的传送损 失的情况相比，从期望的特性的变动变小。结果，能够改善包含光纤的传送系统的特性。该色散补偿器件的NPWG的设计顺序如下所述。(a)首先，忽略NPWG的传送损失，设定期望的第一反射光谱，设计能够补偿被补偿 光纤的波长色散的NPWG。(b)接着，根据上述(a)设计出的NPWG的有效长度，导出NPWG的 传送损失量的波长依存性。(c)接着，将NPWG的传送损失量的波长依存特性的反依存特性 加在上述第一反射光谱上，修正为第二反射光谱，使用该第二反射光谱，再次设计NPWG的 等效折射率分布。通过这样做，能够抑制传送损失带来的群延迟特性的变动。该色散补偿器件的NPWGlO的设计，使用根据期望的反射光谱得到需要的宽度分 布的逆散射问题的方法。首先，如下所述地将传送至波导的电磁场定式化(参考文献J.E.Sipe， L.Poladian, and C. Martijn de Sterke, "Propagation throughnonuniform grating 率。
其中，上述式(1)、(2)中，E、H分别表示电场和磁场的复振幅，η表示波导的折射
此处，将由下式(3)、⑷
Α+(ζ)
1
=T 一 2
η⑷
1/2
E(z) + Z0
明S ifs丄⑷=
2 L "ο.
1/2-Z0^)
Φ)
a m m
m Μ m
(3)
⑷ 定义的，向ζ的前方传送的电力波的振幅A+(ζ)和向ζ的后方传送的电力波的振 A_(z)分别导入上述式(1)和式(2)。其中，Ztj=/"" 表示真空中的阻抗，nQ表示参 照折射率。由这些变量分别导出下式(5)、(6)
dA+(z)w ... . . 1 /rf{ln[n(z)]}\ , t、
dA.(z)
dz
-^n(杜⑷ +⑷
■ ■ ■
■ ■圓
(5)
(6)其中，c表示真空中的光速。这些式(5)、(6)由下式(7)
ωο Γ i \J AΛ 2 Γω ,、 1 d{inin(a;)l}
r— / n(s)ds, V1 = Α-, v2 = A+, k=-’ u(x) = ---L-L-LJLL2Trcy0十， ’ 、, 2 dx
■ ■
(7)
(10)
进行变量变换，分别回归到下式(9)、(10)所示的Zakharov-Shabat方程式 dvi(x,k)
dx
+ ikv\ (χ, fe) = -u(x)t^z(x, k)
dv2{x) k)
-~- ikv2 (x, k) = -u{x)vi {x, k)
■ _ ■
■ ■ ■
8)9 (￡(
其中，Oci表示参照角频率。
这些Zakharov-Shabat方程式能够作为逆散射问题进行求解。即，根据由下式
(fc)
Iim
Γ—C*
^i(^fc)
exp(2ifcar)
■崎·
(10)
v2(xtk)_
定义的反射系数的光谱数据，能够数值求解位势函数U(X)(参考文献: P.V.Frangos and D. L. Jaggard,"A numerical solution to theZakharov-Shabat inverse
14 ^IM =—⑶ E(2)
structures, " J. Opt. Soc. Am. A, vol. 11,no. 4. pp. 1307-1320,1994)。假设电磁场的时间变 化为exp(_i cot)，根据Maxwell方程式，传送至NPWGlO的电磁场以下式(1)、(2)表示。 ^ifl = ζωμ0Η{ζ)■ ■ ■ (1)scattering problem,"IEEE Trans. Antennasand Propag. ,vol. 39,no. Ι,ρρ. 74-79,1991)。将其应用于本发明的色散补偿器件的设计。首先，规定忽略波导的传送损失时的 期望的第一反射光谱，由上述方法导出波导的位势。此处，反射光谱是指，由相对波长的群 延迟量和反射率得到的复反射数据。如果得到了位势u(x)，则局部等效折射率n(x)如下式(11)那样被求得。 进一步，根据要实际制作的波导的芯的厚度与，由芯的折射率和包层的折射率求 得的相对芯的宽度的等效折射率的关系，求取光的传送方向的规定位置的芯宽度W(X)。接着，根据这样设计的NPWGlO的有效长度，导出该NPWGlO的传送损失量的波长依 存性。传送损失量的波长依存性，例如，首先由测定等确定波导的每单位长度的损失量。 将该损失项的信息反映于式(5)、(6)中的折射率n(Z)并重新进行计算，能够导出传送损失 量。此时，因为不同的波长的光在不同的位置被反射，所以即使假设波导的每单位长度的损 失量中波长依存性较小，在从波导反射的光的传送损失量也产生很大的波长依存性。接着，将上述求得的波长依存性的反依存特性，加在上述使用的第一反射光谱上 进行修正，成为第二反射光谱。然后，使用该第二反射光谱，与使用第一反射光谱时同样，求 得芯宽度W(X)，由此设计出在本发明的色散补偿器件中使用的NPWG10。通过以上的工序，能够利用包含在实际的光波导中必然存在的传送损失的反射特 性，设计期望的反射型色散补偿器件。通过使用该方法，在重合FBG的方法(例如，参照专利文献1)中产生的波道间的 干涉，由于设计方法中已经考虑了该问题而不会产生。此外，通过该设计得到的NPWGlO是 与专利文献4中公开的结构不同的结构。作为本发明的色散补偿器件20的主要构成部件的NPWGlO例如能够以下述方式制造。首先，设置NPWGlO的下包层。接着，在上述下包层上，设置比该下包层折射率大的 芯层。接着，对上述芯层实施，留下以芯的等效折射率在光传送方向上不均勻变化的方式设 计的(以上述(a) (c)设计的)规定的芯形状，而除去这之外的部分的加工，形成上述芯 11。接着，设置覆盖上述芯11的上包层，制造出NPWG10。这样，在形成NPWGlO的芯11时，优选使用具有上述芯宽度w (χ)的形状(以芯10 的等效折射率在光传送方向上不均勻变化的方式设计的)掩模，通过光刻法形成芯11。在 该光刻法中使用的材料、顺序，能够使用在半导体制造领域等中公知的光刻法所使用的材 料、顺序而实施。此外，包层和芯层的成膜方法，能够使用在一般的光波导的制造中使用的 公知的成膜技术而实施。本发明的色散补偿器件20，在如上所述制造出NPWGlO之后，由无反射终端16终结 该NPWGlO的透射端14。而且，在NPWGlO的反射端13连接循环器15或方向性耦合器。通 过以上过程，得到图28所示的色散补偿器件20。该色散补偿器件20的NPWG10，如前所述，具有能够补偿被补偿光纤的波长色散的 反射率特性。因此，在从被补偿光纤输出的光信号被NPWGlO反射时，该光信号的波长色散
15被修正而输出。于是，从色散补偿器件20输出的光信号，输入与循环器15的输出侧连接的 下游侧的光纤，传送至该光纤内。在上述实施方式中，如图1所示，举例表示了在包层12中埋设有高度(厚度)一 定且宽度在长度方向不均勻变化的芯11的结构的NPWG10。本发明所使用的光波导，并不限 定于本例，能够有各种变更。例如，如图26A所示，也可以采用使芯11的宽度分布为以从芯11中心起的宽度方 向两侧对称的方式在光传送方向上不均勻分布的结构。此外，如图26B所示，也可以采用以 从芯11中心起的宽度方向两侧非对称的方式在光传送方向上不均勻分布的结构。此外，在图1所示的芯11沿着NPWGlO的长度方向(ζ)直线状设置的结构之外，也 可以如图27所示，采用弯曲状设置芯11的结构。通过这样采用弯曲状地设置芯11的结构，能够使NPWGlO更小型化。实施例(实施例1)设计在波长区域[1546. 12nm 1554. 13nm]中，实现色散量D = _1700ps/nm、色 散斜率与色散的比RDS = 0. 003^的波长色散的补偿的色散补偿器件。此时，以进行色 散补偿的波长区域分为频率f满足193. 4+0. InTHz彡f彡193. 5+0. InTHz的10波道的方 式，设计NPWG。此处，η表示满足_5 SnS 4的整数。该色散补偿器件，在各个波道内进行 色散补偿。此时，如后述的图29所示，存在随着在各波道内波长变短，损失增加的波长依存 性。因此，在本实施例中，为了能够减小该波长依存性，将随着在各波道内波长变长而损失 增加的波长依存性添加于NPWG的设计范围。此时，以最大损失量为20dB的方式进行设计。 这些各个波道满足ITU栅格间隔。本实施例的色散补偿器件能够补偿长度IOOkm的S-SMF 的残留色散。(比较例1)除了忽略传送损失地进行设计(不向NPWG的设计光谱附加随着在各波道内波长 变长而损失增加的波长依存性)之外，与实施例1同样地制作色散补偿器件。图29对于比较例1的忽略传送损失而设计的色散补偿器件，表示实际上色散补偿 器件的单程全长的传送损失为IOdB时的反射率特性。如图29所示，产生随着各波道内波 长变短，损失增加的波长依存性。图30表示实施例1的反射率特性(designed)。此外，图30同时表示实施例1的 色散补偿器件的传送损失为IOdB时的反射率特性(realized)。图31表示该情况下的群延 迟特性。图32表示实施例1的设计所得的NPWG的位势分布。图中，色散补偿器件的入口 (图中左侧)的位势的变化平均较小，在接近入口的位置被反射，即在波道内波长较长的信 号较小地被反射。另一方面，色散补偿器件的内部(图中右侧)的位势变动较大，在远离入 口的位置被反射，即波道内波长较短的信号被较大地反射。实际上在色散补偿器件的NPWG 中存在传送损失，因此，由于该设计，整体的信号的反射率的波长依存性被平坦化。基于图 32的位势分布设计的NPWG的芯的宽度具有，从NPWG的光传送方向一端侧(入口侧)向另 一端侧，宽度变化逐渐变大，在另一端侧附近具有变化极大部的分布形状。图33表示对通过长度IOOkm的S-SMF的波长区域为[1549. 32nm 1550. 12nm]
16的波道内的信号，由实施例1的色散补偿器件进行色散补偿后的，40Gb/s的NRZ脉冲的眼形 图。图34表示通过没有修正传送损失的比较例1的色散补偿器件后的，40Gb/s的NRZ脉冲 眼形图。与没有修正传送损失的比较例1(图34)相比较，修正了传送损失的实施例1(图 33)中传送特性大幅改善。(实施例2)设计在波长区域[1546. 12nm 1554. 13nm]中，实现色散量D = _1700ps/nm、色 散斜率与色散的比RDS = 0. 003^的波长色散的补偿的色散补偿器件。此时，以进行色 散补偿的波长区域分为频率f满足193. 4+0. InTHz彡f彡193. 5+0. InTHz的10波道的方 式，设计NPWG。此处，η表示满足_5 SnS 4的整数。该色散补偿器件，在各个波道内进行 色散补偿。此时，如后述的图35所示，存在随着在各波道内波长变短，损失增加的波长依存 性。因此，在本实施例中，为了能够减小该波长依存性，将随着在各波道内波长变长而损失 增加的波长依存性附加于NPWG的设计光谱。此时，以最大损失量为25dB的方式进行设计。 这些各个波道满足ITU栅格间隔。本实施例的色散补偿器件能够补偿长度IOOkm的S-SMF 的残留色散。(比较例2)除了忽略传送损失地进行设计(不向NPWG的设计光谱附加随着在各波道内波长 变长而损失增加的波长依存性)之外，与实施例2同样地制作色散补偿器件。图35对于比较例2的忽略传送损失而设计的色散补偿器件，表示实际上色散补偿 器件的单程全长的传送损失为IOdB时的反射率特性。如图35所示，产生随着各波道内波 长变短，损失增加的波长依存性。图36表示实施例2的反射率特性(designed)。此外，图36同时表示实施例2的 色散补偿器件的传送损失为IOdB时的反射率特性(realized)。图37表示该情况下的群延 迟特性。图38表示实施例2的设计所得的位势分布。图中，器件的入口(图中左侧)的位 势的变化平均较小，在接近入口的位置被反射，即在波道内波长较长的信号较小地被反射。 另一方面，器件的内部(图中右侧)的位势变动较大，在远离入口的位置被反射，即波道内 波长较短的信号被较大地反射。实际上在器件的波导中存在传送损失，因此，由于该设计， 整体的信号的反射率的波长依存性被平坦化。基于图38的位势分布设计的NPWG的芯的宽 度具有，从NPWG的光传送方向一端侧(入口侧)向另一端侧，宽度变化逐渐变大，在另一端 侧附近具有变化极大部的分布形状。图39表示对通过长度IOOkm的S-SMF的波长区域为[1549. 32nm 1550. 12nm] 的波道内的信号，由实施例2的色散补偿器件进行色散补偿后的，40Gb/s的NRZ脉冲的眼形 图。图40表示通过没有修正传送损失的比较例2的色散补偿器件后的，40Gb/s的NRZ脉冲 的眼形图。与没有修正传送损失的比较例2(图40)相比较，修正了传送损失的实施例2(图 39)中传送特性大幅改善。(实施例3)设计在波长区域[1546. 12nm 1554. 13nm]中，实现色散量D = _1700ps/nm、色 散斜率与色散的比RDS = 0. 003^的波长色散的补偿的色散补偿器件。此时，以进行色 散补偿的波长区域分为频率f满足193. 4+0. InTHz彡f彡193. 5+0. InTHz的10波道的方
17式，设计NPWG。此处，η表示满足KnS 4的整数。该色散补偿器件，在各个波道内进行 色散补偿。此时，如后述的图41所示，存在随着在各波道内波长变短，损失增加的波长依存 性。因此，在本实施例中，为了能够减小该波长依存性，将随着在各波道内波长变长而损失 增加的波长依存性添加于NPWG的设计光谱。此时，以最大损失量为30dB的方式进行设计。 这些各个波道满足ITU栅格间隔。本实施例的色散补偿器件能够补偿长度IOOkm的S-SMF 的残留色散。(比较例3)除了忽略传送损失地进行设计(不向NPWG的设计光谱附加随着在各波道内波长 变长而损失增加的波长依存性)之外，与实施例3同样地制作色散补偿器件。图41对于比较例3的忽略传送损失而设计的色散补偿器件，表示实际上色散补偿 器件的单程全长的传送损失为IOdB时的反射率特性。如图41所示，产生随着各波道内波 长变短，损失增加的波长依存性。图42表示实施例3的反射率特性(designed)。此外，图42同时表示实施例3的 色散补偿器件的传送损失为IOdB时的反射率特性(realized)。图43表示该情况下的群延 迟特性。图44表示实施例3的设计所得的位势分布。图中，器件的入口(图中左侧)的位 势的变化平均较小，在接近入口的位置被反射，即在波道内波长较长的信号较小地被反射。 另一方面，器件的内部(图中右侧)的位势变动较大，在远离入口的位置被反射，即波道内 波长较短的信号被较大地反射。实际上在器件的波导中存在传送损失，因此，由于该设计， 整体的信号的反射率的波长依存性被平坦化。基于图44的位势分布设计的NPWG的芯的宽 度具有，从NPWG的光传送方向一端侧(入口侧)向另一端侧，宽度变化逐渐变大，在另一端 侧附近具有变化极大部的分布形状。图45表示对通过长度IOOkm的S-SMF的波长区域为[1549. 32nm 1550. 12nm] 的波道内的信号，由实施例3的偿器件进行色散补偿后的，40Gb/s的NRZ脉冲的眼形图。图 46表示通过没有修正传送损失的比较例3的色散补偿器件后的，40Gb/s的NRZ脉冲的眼形 图。与没有修正传送损失的比较例3(图46)相比较，修正了传送损失的实施例3(图 45)中传送特性大幅改善。(实施例4)设计在波长区域[1570. Olnm 1612. 22nm]中，实现色散量D = -950ps/nm、色散 斜率与色散的比RDS = 0. 003ΠΠΓ1的波长色散的补偿的色散补偿器件。此时，以进行色散 补偿的波长区域分为频率f满足188. 45+0. InTHz ^ f ^ 188. 55+0. InTHz的50波道的方 式，设计NPWG。此处，η表示满足-25 Sn <24的整数。该色散补偿器件，在各个波道内进 行色散补偿。此时，如后述的图47、48所示，存在随着在各波道内波长变短，损失增加的波 长依存性。因此，在本实施例中，为了能够减小该波长依存性，将随着在各波道内波长变长 而损失增加的波长依存性附加于NPWG的设计光谱。此时，以最大损失量为5dB的方式进行 设计。这些各个波道满足ITU栅格间隔。本实施例的色散补偿器件能够补偿长度IOOkm的 S-SMF的残留色散。(比较例4)
除了忽略传送损失地进行设计(不向NPWG的设计光谱附加随着在各波道内波长 变长而损失增加的波长依存性)之外，与实施例4同样地制作色散补偿器件。此处，假设色散补偿器件的波导中单程全长存在2dB的传送损失。图47对于比较例4的忽略传送损失而设计的色散补偿器件，表示实际上色散补偿 器件的传送损失为IOdB时的反射率特性。此外，图48是图47的局部放大图。如图47、48 所示，产生随着各波道内波长变短，损失增加的波长依存性。图49表示实施例4的反射率特性(designed)。此外，图49同时表示器件的传送 损失为2dB时的反射率特性(realized)。图50表示该情况下的群延迟特性。图中，对进行了损失修正的实施例4的 特性(realized(with loss compensation))，和没有进行损失修正的比较例4的特性 (realized(without loss compensation))进行比较。根据图50可知，进行了修正的实施 例4得到更接近期望的特性(designed)的特性。图51表示实施例4的设计所得的位势分布。图中，色散补偿器件的入口(图中左 侧)的位势的变化平均较小，在接近入口的位置被反射，即在波道内波长较长的信号较小 地被反射。另一方面，色散补偿器件的内部(图中右侧)的位势变动较大，在远离入口的位 置被反射，即波道内波长较短的信号被较大地反射。实际上在色散补偿器件的NPWG中存在 传送损失，因此，由于该设计，整体的信号的反射率的波长依存性被平坦化。基于图51的位 势分布设计的NPWG的芯的宽度具有，从NPWG的光传送方向一端侧(入口侧)向另一端侧， 具有宽度变化较小的中央部、宽度变化比该中央部大的一端侧的第一变化部、宽度变化比 该第一变化部大的另一端侧的变化极大部的分布形状。图52表示对通过长度50km的S-SMF的波长区域为[1589. 99nm 1590. 83nm]的 波道内的信号，由实施例4的色散补偿器件进行色散补偿后的，10Gb/s的NRZ脉冲的眼形 图。图53表示通过没有修正传送损失的比较例4的色散补偿器件后的，10Gb/s的NRZ脉冲 的眼形图。与没有修正传送损失的比较例4(图53)相比较，修正了传送损失的实施例4(图 52)中传送特性大幅改善。(实施例5)设计在波长区域[1570. Olnm 1612. 22nm]中，实现色散量D = -950ps/nm、色散 斜率与色散的比RDS = 0. OOSnm-1的波长色散的补偿的色散补偿器件。此时，以进行色散补 偿的波长区域分为频率f满足188. 45+0. InTHz ^ f ^ 188. 55+0. InTHz的50波道的方式， 设计NPWG。此处，η表示满足-25 Sn <24的整数。该色散补偿器件，在各个波道内进行 色散补偿。此时，如后述的图54、55所示，存在随着在各波道内波长变短，损失增加的波长 依存性。因此，在本实施例中，为了能够减小该波长依存性，将随着在各波道内波长变长而 损失增加的波长依存性附加于NPWG的设计光谱。此时，以最大损失量为12dB的方式进行 设计。这些各个波道满足ITU栅格间隔。本实施例的色散补偿器件能够补偿长度100km的 S-SMF的残留色散。(比较例5)除了忽略传送损失地进行设计(不向NPWG的设计光谱附加随着在各波道内波长 变长而损失增加的波长依存性)之外，与实施例5同样地制作色散补偿器件。此处，假设色散补偿器件的NPWG中单程全长存在5dB的传送损失。图54对于比较例5的忽略传送损失而设计的色散补偿器件，表示实际上传送损失为2dB时的反射率特 性。此外，图55是图54的局部放大图。如图54、55所示，产生随着各波道内波长变短，损 失增加的波长依存性。图56表示实施例5的反射率特性(designed)。此外，图56同时表示色散补偿器 件的传送损失为5dB时的反射率特性(realized)。图57表示该情况下的群延迟特性。图中，对进行了损失修正的实施例5的 特性(realized(with loss compensation))，和没有进行损失修正的比较例5的特性 (realized(without loss compensation))进行比较。根据图57可知，进行了修正的实施 例5得到更接近期望的特性(designed)的特性。图58表示实施例5的设计所得的位势分布。图中，器件的入口(图中左侧)的位 势的变化平均较小，在接近入口的位置被反射，即在波道内波长较长的信号较小地被反射。 另一方面，器件的内部(图中右侧)的位势变动较大，在远离入口的位置被反射，即波道内 波长较短的信号被较大地反射。实际上在器件的波导中存在传送损失，因此，由于该设计， 整体的信号的反射率的波长依存性被平坦化。基于图58的位势分布设计的NPWG的芯的宽 度具有，从NPWG的光传送方向一端侧(入口侧)向另一端侧，具有宽度变化较小的中央部、 宽度变化比该中央部大的一端侧的第一变化部、宽度变化比该第一变化部大的另一端侧的 变化极大部的分布形状。图59表示对通过长度50km的S-SMF的波长区域为[1589. 99nm 1590. 83nm]的 波道内的信号，由实施例5的色散补偿器件进行色散补偿后的，10Gb/s的NRZ脉冲的眼形 图。此外，图60表示通过没有修正传送损失的比较例5的色散补偿器件后的，10Gb/s的NRZ 脉冲的眼形图。与没有修正传送损失的比较例5(图60)相比较，修正了传送损失的实施例 5(图59)中传送特性大幅改善。(实施例6)设计在波长区域[1570. Olnm 1612. 22nm]中，实现色散量D = -950ps/nm、色散 斜率与色散的比RDS = 0. OOSnm-1的波长色散的补偿的色散补偿器件。此时，以进行色散补 偿的波长区域分为频率f满足188. 45+0. InTHz ^ f ^ 188. 55+0. InTHz的50波道的方式， 设计NPWG。此处，η表示满足-25 Sn <24的整数。该色散补偿器件，在各个波道内进行 色散补偿。此时，如后述的图61、62所示，存在随着在各波道内波长变短，损失增加的波长 依存性。因此，在本实施例中，为了能够减小该波长依存性，将随着在各波道内波长变长而 损失增加的波长依存性附加于NPWG的设计光谱。此时，以最大损失量为25dB的方式进行 设计。这些各个波道满足ITU栅格间隔。本实施例的色散补偿器件能够补偿长度100km的 S-SMF的残留色散。(比较例6)除了忽略传送损失地进行设计(不向NPWG的设计光谱附加随着在各波道内波长 变长而损失增加的波长依存性)之外，与实施例6同样地制作色散补偿器件。此处，假设色散补偿器件的NPWG中单程全长存在IOdB的传送损失。图61对于忽 略传送损失而设计的比较例6的色散补偿器件，表示实际上传送损失为2dB时的反射率特 性。此外，图62是图61的局部放大图。如图61、62所示，产生随着各波道内波长变短，损 失增加的波长依存性。
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图63表示实施例6的反射率特性(designed)。此外，图63同时表示色散补偿器 件的传送损失为IOdB时的反射率特性(realized)。图64表示该情况下的群延迟特性。图中，对进行了损失修正的实施例6的 特性(realized(with loss compensation))，和没有进行损失修正的比较例6的特性 (realized(without loss compensation))进行比较。进行了修正的实施例6得到更接近 期望的特性(designed)的特性。图65表示实施例6的设计所得的位势分布。图中，色散补偿器件的入口(图中左 侧)的位势的变化平均较小，在接近入口的位置被反射，即在波道内波长较长的信号较小 地被反射。另一方面，色散补偿器件的内部(图中右侧)的位势变动较大，在远离入口的位 置被反射，即波道内波长较短的信号被较大地反射。实际上在色散补偿器件的波导中存在 传送损失，因此，由于该设计，整体的信号的反射率的波长依存性被平坦化。基于图65的位 势分布设计的NPWG的芯的宽度具有，从NPWG的光传送方向一端侧(入口侧)向另一端侧， 宽度变化逐渐变大，在另一端侧附近具有变化极大部的分布形状。图66表示对通过长度50km的S-SMF的波长区域为[1589. 99nm 1590. 83nm]的 波道内的信号，由实施例6的色散补偿器件进行了色散补偿时的，10Gb/s的NRZ脉冲的眼形 图。图67表示通过没有修正传送损失的比较例6的色散补偿器件后的，10Gb/s的NRZ脉冲 的眼形图。与没有修正传送损失的比较例6(图67)相比较，修正了传送损失的实施例6(图 66)中传送特性大幅改善。产业上的可利用性本发明的光波导型波长色散补偿器件，通过改变埋入在包层中的芯的物理尺寸， 作为反射型的光波色散补偿单元，具有该芯的等效折射率在光传送方向上不均勻变化的光 波导，上述芯通过下述方式设计(a)最初忽略上述光波导的传送损失，设定期望的第一反 射光谱，设计能够对被补偿光纤的波长色散进行补偿的光波导，(b)接着，根据在上述(a) 中设计出的上述光波导的有效长度，导出该光波导的传送损失量的波长依存特性，(c)接 着，将上述波长依存特性的反依存特性，施加于第一反射光谱，修正为第二反射光谱，使用 上述第二反射光谱，对在上述(a)中设计的光波导的等效折射率分布进行再设计。
2权利要求
一种光波导型波长色散补偿器件，其特征在于，其作为反射型的波长色散补偿单元，通过改变埋入在包层中的芯的物理尺寸，具有该芯的等效折射率在光传送方向上不均匀变化的光波导，所述芯通过下述方式设计(a)最初忽略所述光波导的传送损失来设定期望的第一反射光谱，设计能够对被补偿光纤的波长色散进行补偿的光波导，(b)接着，根据在所述(a)中设计出的所述光波导的有效长度，导出该光波导的传送损失量的波长依存特性，(c)接着，将所述波长依存特性的反依存特性加于所述第一反射光谱，修正为第二反射光谱，使用所述第二反射光谱，对在所述(a)中设计的光波导的等效折射率分布进行再设计。
2.如权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于多次重复进行所述(a) (c)，以设计所述芯的所述等效折射率分布。
3.如权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于所述光波导是，进行色散补偿的波长区域被分为多个波道；在所述各波道的所述波长区域内，具有所述被补偿光纤的波长色散被补偿的色散补偿 特性。
4.如权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于所述芯的宽度在所述光传送方向上不均勻地分布。
5.如权利要求4所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于所述芯的宽度以从所述芯的中心起的所述芯宽度方向的两侧对称的方式在所述光传 送方向上不均勻地分布。
6.如权利要求4所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于所述芯的宽度以从所述芯的中心起的所述芯宽度方向的两侧非对称的方式在所述光 传送方向上不均勻地分布。
7.如权利要求4所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于所述芯的宽度以从所述芯的中心起的所述芯宽度方向的两侧中仅一侧在所述光传送 方向上不均勻分布。
8.如权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于所述芯在所述光波导内直线状地设置。
9.如权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于所述芯在所述光波导内弯曲状地设置。
10.如权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于所述芯的宽度具有从所述光波导的所述光传送方向一端侧向另一端侧，宽度变化逐渐 变大，在另一端侧附近具有变化极大部的分布形状。
11.如权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于所述芯的宽度具有，从所述光波导的所述光传送方向一端侧向另一端侧，具有宽度变 化较小的中央部、宽度变化比该中央部大的所述一端侧的第一变化部、宽度变化比该第一 变化部大的所述另一端侧的变化极大部的分布形状。
12.如权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于 所述光波导的一端为透射端，所述光波导的另一端为反射端；所述透射端由无反射终端终结；在所述反射端经由循环器或方向性耦合器取出光输出。
13.如权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于所述光波导具有在规定的波长区域中，抵消规定长度的被补偿光纤的波长色散的色散 补偿特性。
14.如权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于所述光波导在中心波长K为1490nm彡λ。彡1613nm的范围、动作波段ABW为 0. Inm彡ABW彡60nm的范围中，具有色散D为-3000pS/nm彡D彡3000ps/nm的范围、色散斜率与色散的比RDS 为-0. InnT1 ( RDS ( 0. InnT1的范围的特性。
15.如权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于 所述光波导的光传送方向上的芯的等效折射率分布由下述设计法设计使用Zakharov-Shabat方程式，根据反射系数的光谱数据，作为数值导出的逆散射问 题，对位势函数进行求解；根据由该逆散射问题得到的值，推测用于实现期望的反射光谱的位势。
16.如权利要求15所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于 所述光波导的所述光传送方向上的所述芯的等效折射率分布由下述方法设计 使用导入了作为向所述光波导的前方和后方传送的电力波的振幅的变量的波动方程式，回归至具有从所述光波导的等效折射率的对数的微分导出的位势的Zakharov-Shabat 方程式，根据反射系数的光谱数据，作为数值导出的逆散射问题，对位势函数进行求解； 根据由该逆散射问题得到的值，推测用于实现期望的反射光谱的位势； 基于该位势求取等效折射率；根据预先求得的规定的所述芯的厚度、所述等效折射率、所述芯的尺寸的关系，计算出 所述光波导的所述光传送方向上的所述芯的尺寸。
17.如权利要求15所述的光波导型波长色散补偿器件，其特征在于 所述光波导的所述光传送方向上的所述芯的等效折射率分布是， 按照进行色散补偿的波段的中心波长的尺度，为大致周期结构；按照比中心波长大的尺度，具有由所述逆散射问题决定的非周期结构的两层结构。
18.一种光波导型波长色散补偿器件的制造方法，其特征在于 设置光波导的下包层；接着，在所述下包层上，设置比该下包层折射率大的芯层；接着，对所述芯层实施，留下以芯的等效折射率在光传送方向上不均勻变化的方式设 计的规定的芯形状，而除去这之外的部分的加工，形成所述芯； 接着，设置覆盖所述芯的上包层，由此，制造出光波导； 制造出权利要求1所述的光波导型波长色散补偿器件。
全文摘要
本发明提供光波导型波长色散补偿器件和其制造方法，该光波导型波长色散补偿器件通过改变埋入在包层中的芯的物理尺寸，作为反射型的光波色散补偿单元，具有该芯的等效折射率在光传送方向上不均匀变化的光波导，上述芯通过下述方式设计(a)最初忽略上述光波导的传送损失，设定期望的第一反射光谱，设计能够对被补偿光纤的波长色散进行补偿的光波导，(b)接着，根据在上述(a)中设计出的上述光波导的有效长度，导出该光波导的传送损失量的波长依存特性，(c)接着，将上述波长依存特性的反依存特性加于上述第一反射光谱，修正为第二反射光谱，使用上述第二反射光谱，对在上述(a)中设计的光波导的等效折射率分布进行再设计。
文档编号G02B6/122GK101918871SQ200880122069
公开日2010年12月15日 申请日期2008年12月22日 优先权日2007年12月21日
发明者官宁, 小川宪介 申请人:株式会社藤仓