特許 5658991 電気分散補償器およびその設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5658991

(24)【登録日】2014年12月5日

(45)【発行日】2015年1月28日

(54)【発明の名称】電気分散補償器およびその設計方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/2513 20130101AFI20150108BHJP

   H01P 3/08 20060101ALI20150108BHJP

   H04B 3/14 20060101ALI20150108BHJP

【ＦＩ】

   H04B9/00 253

   H01P3/08

   H04B3/14

【請求項の数】13

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2010-278517(P2010-278517)

(22)【出願日】2010年12月14日

(65)【公開番号】特開2012-129737(P2012-129737A)

(43)【公開日】2012年7月5日

【審査請求日】2013年6月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(72)【発明者】

【氏名】官 寧

【審査官】 後澤 瑞征

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／０８１９０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０５０６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１２５４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Katsuaki Iwashita, Noboru Takachio，Chromatic Dispersion Compensation in Coherent Optical Communications，Journal of Lightwave Technology，１９９０年 ３月，Vol.8 No.3，pp.367-375

【文献】 Daniel Fonseca, Adolfo V.T. Cartaxo, Paulo Monteiro，On the use of electrical precompensation of dispersion in optical single-sideband transmission systems，IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，２００６年 ８月，Volume 12, Issue 4，pp.603-614

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ１０／００−１０／９０

Ｈ０４Ｊ１４／００−１４／０８

Ｈ０１Ｐ ３／０８

Ｈ０４Ｂ ３／１４

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバの残留分散を電気信号として補償する電気分散補償器であって、
ストリップ導体の幅が長手方向に不均一に分布し、前記光ファイバの残留分散として分散Ｄおよび分散スロープＳを補償するための前記電気信号の群遅延特性を有する反射型のマイクロストリップ線路から構成され、
前記反射型のマイクロストリップ線路は、Zakharov-Shabat方程式における、スペクトルデータからポテンシャルを導く逆問題に基づく設計法を用いて前記ストリップ導体の幅の分布が設定され、
前記反射型のマイクロストリップ線路の透過端が無反射終端により終端され、前記反射型のマイクロストリップ線路の反射端には、入力と出力を分離するためのサーキュレータまたは方向性結合器が設けられていることを特徴とする電気分散補償器。

【請求項2】

前記スペクトルデータとして、マイクロストリップ線路のスペクトル応答Ｇ（ω）を、下記式

【数1】

（ただし、ｊは虚数単位、ωは信号の角周波数、β_２は光ファイバの２次伝搬定数、β_３は光ファイバの３次伝搬定数、Ｌは光ファイバの長さ、Ｇ^＊はＧの複素共役である。）により表し、前記スペクトル応答に対して前記ポテンシャルが導かれていることを特徴とする請求項１に記載の電気分散補償器。

【請求項3】

前記マイクロストリップ線路は、幅方向の一方の側が長手方向に沿った直線状であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気分散補償器。

【請求項4】

前記マイクロストリップ線路は、幅方向の一方の側と他方の側とが対称であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気分散補償器。

【請求項5】

前記マイクロストリップ線路は、メアンダ状であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気分散補償器。

【請求項6】

特性インピーダンスＺ_０が２５Ω≦Ｚ_０≦３００Ωの範囲内であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気分散補償器。

【請求項7】

伝送帯域の中心波長における分散Ｄが−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ≦Ｄ≦＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内であり、分散スロープＳと分散Ｄとの比Ｓ／ＤであるＲＤＳが−０．０１ｎｍ^−１≦ＲＤＳ≦＋０．０１ｎｍ^−１の範囲内であり、長さが５０〜５０００ｋｍである光ファイバの残留分散を補償することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気分散補償器。

【請求項8】

前記光ファイバにおける信号光の波長λが１３００ｎｍ≦λ≦１６００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気分散補償器。

【請求項9】

前記光ファイバの分散Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満であり、前記反射型のマイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれて群遅延量が小さくなる特性を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気分散補償器。

【請求項10】

信号光を生成する送信部と、前記信号光を伝搬する光ファイバと、前記信号光を受信する受信部とを備えるコヒーレント方式またはＯＳＳＢ方式の光通信システムであって、前記送信部または前記受信部に請求項１〜９のいずれか一項に記載の電気分散補償器を備えることを特徴とする光通信システム。

【請求項11】

ストリップ導体の幅が長手方向に不均一に分布し、光ファイバの残留分散を電気信号として補償する前記電気信号の群遅延特性を有する反射型のマイクロストリップ線路から構成され、前記反射型のマイクロストリップ線路の透過端が無反射終端により終端され、前記反射型のマイクロストリップ線路の反射端には、入力と出力を分離するためのサーキュレータまたは方向性結合器が設けられている電気分散補償器の設計方法であって、
前記光ファイバの分散Ｄ、分散スロープＳと分散Ｄとの比Ｓ／ＤであるＲＤＳ、および光ファイバの長さＬを、それぞれ非零の値に設定したスペクトルデータを用意し、
Zakharov-Shabat方程式における、スペクトルデータからポテンシャルを導く逆問題に基づく設計法を用いて前記ストリップ導体の幅の分布を設定することを特徴とする電気分散補償器の設計方法。

【請求項12】

前記スペクトルデータとして、マイクロストリップ線路のスペクトル応答Ｇ（ω）を、下記式

【数2】

（ただし、ｊは虚数単位、ωは信号の角周波数、β_２は光ファイバの２次伝搬定数、β_３は光ファイバの３次伝搬定数、Ｌは光ファイバの長さ、Ｇ^＊はＧの複素共役である。）により表し、前記スペクトル応答に対して前記ポテンシャルを導くことを特徴とする請求項１１に記載の電気分散補償器の設計方法。

【請求項13】

前記光ファイバの分散Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満であり、前記反射型のマイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれて群遅延量が小さくなる特性を有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の電気分散補償器の設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバの残留分散を電気信号として補償する電気分散補償器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、光通信の長距離化および高速化が進められるとともに、光ファイバをユーザーの住宅等まで敷設するファイバ・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）サービスが急速に普及している。伝送線路に用いられる光ファイバとしては、伝送帯域で波長分散ができるだけ小さく、かつ非線形効果を抑制するために波長分散が零にならない光ファイバが望ましい。また、既に広範囲に敷設されている光ファイバは、波長分散が大きい波長帯域で使用されることが多い。例えば、波長１．３μｍ付近で零分散を有する標準シングルモードファイバ（ＳＳＭＦ：Standard Single-Mode Fiber）は、エルビウム添加光ファイバ増幅器の実用化により、波長１．５３〜１．６３μｍ帯で使用される。また、零分散を１．５５μｍ付近にシフトさせた分散シフトファイバ（ＤＳＦ：Dispersion Shifted Fiber）は、Ｃバンドだけではなく、ＳバンドやＬバンドで使用されることがある。その他、１．５５μｍ帯で零分散にならない各種ノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ：Non-zero Dispersion Shifted Fiber）が知られている。これらの光ファイバは、長距離伝送だけでなく、ＦＴＴＨのような中・短距離伝送にも使用されている。高速伝送にとって、光ファイバによる残留分散の補償技術が重要である。

【0003】

分散補償には、様々な技術が使用されている。光信号の段階で分散補償する技術としては、分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Dispersion Compensation Fiber）が最も実用化された技術である（特許文献１，２参照）。しかし、ＤＣＦは通常、補償の対象となる光ファイバの長さに比べて約５分の１程度の長さが必要であり（例えば特許文献２の段落００４２参照）、リール状に巻回してモジュール化するものの比較的大きな設置面積を必要とするだけでなく、ＤＣＦによる伝送損失も無視できない。また、ＤＣＦの製造には正確な屈折率分布の制御が必要となる上、広帯域伝送に要求される分散補償特性を満足することが困難になることも多い。

【0004】

ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）も分散補償に良く用いられる技術の一つである（特許文献３参照）。ＦＢＧは、光ファイバに紫外（ＵＶ）光を照射することにより、ファイバコアの屈折率を変化させ、屈折率変化によるグレーティングを形成することで、分散補償を行う。ＦＢＧは、小型デバイスが実現可能であるが、屈折率変化の制御が難しく、さらに屈折率の変化量に限度があるため、実現可能な分散補償特性に限界がある。また、デバイスの小型化と大量生産にも限界がある。

【0005】

光平面回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）は、平面に構築された光回路を用いて分散補償を行う。ラティス型ＰＬＣは、その一例である（非特許文献１参照）。しかし、ラティス型ＰＬＣは結合共振器をカスケード接続して分散を制御し、デジタル無限インパルス応答（ＩＩＲ：Infinite Impulse Response）フィルタの原理に基づいているため、実現可能な分散補償特性に限界がある。

【0006】

アレイ導波路格子（ＡＷＧ：Array waveguide grating）は、分波した信号を波長ごとに行路差を付けて遅延時間を調整することができるため、コリメートレンズを介して再び合波して分散補償する仕組みも考えられている（特許文献４参照）。しかし、構造が複雑で作製が難しいだけでなく、必要とするスペースが大きい。

【0007】

ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）型分散補償器は、薄板の両面に反射膜をコーティングしたＶＩＰＡ板と呼ばれる波長分散素子と反射ミラーにより構成されている（特許文献５参照）。このデバイスは、三次元の構造で分散を調整しており、構造的に複雑であり、製造上極めて高い精度が要求される。

【0008】

以上説明した光学的な分散補償技術に対して、光ファイバを介して送受信されるベースバンド信号を電気信号処理により分散補償する電気分散補償（ＥＤＣ：Electrical Dispersion Compensation）も開発されている。

【0009】

フィードフォーワード型の線形等化器は、光ファイバへの送信側にデジタルフィルターを設置し、計算によって光ファイバの分散歪みを補償する（非特許文献２，３参照）。また、フィードバック型の線形等化器は、光ファイバへの受信側にデジタルフィルターを設置して光ファイバの分散歪みを補償する（非特許文献４参照）。しかしながら、フィードフォーワード型とフィードバック型のいずれも、高速信号処理と高速化されたデジタルフィルター技術がベースであり、大変高価であるとともに伝送レートの増加に対処できない。

【0010】

光伝送においてコヒーレント方式や、光キャリアスペクトルの半分のみを使用する抑圧搬送波単側波帯（ＯＳＳＢ：optical single side-band）方式が用いられた場合、ベースバンド信号の位相歪みの情報が保存されるので、マイクロ波の受動（パッシブ）デバイスを用いてＥＤＣを行うことができる（非特許文献５〜７参照）。しかしながら、これらのデバイスには導波管やマイクロストリップ線路のような透過型デバイスの分散性を使用しており、長距離光ファイバの分散補償に必要なデバイスが非常に長くなる。例えば非特許文献５のＦｉｇ．６や特許文献６の段落００１２には、マイクロストリップ線路を用いたＥＤＣにおいて、約１００ｋｍの光ファイバの分散補償する線路長が２１ｃｍであることが記載されている。また、透過型のＥＤＣデバイスは、光ファイバの分散歪みを正確に打ち消すことができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特許第３８５７２１１号公報

【特許文献2】特許第３８１９２６４号公報

【特許文献3】特開２００４−３２５５４９号公報

【特許文献4】特許第３８５２４０９号公報

【特許文献5】特開２００５−２７５１０１号公報

【特許文献6】特許第３１５７２５４号公報

【非特許文献】

【0012】

【非特許文献1】K. Takiguchiら、“Dispersion slope equalizer for dispersion shifted fiber using a lattice-form programmable optical filter on a planar lightwave circuit”、Journal of Lightwave Technology、１９９８年、第１６巻、第９号、ｐ．１６４７−１６５６

【非特許文献2】D. McGhanら、“5120 km RZ-DPSK transmission over G652 fiber at 10 Gb/s with no optical dispersion compensation”、OFC/NFOEC 2005、２００５年３月、ＰＤＰ２７、米国カリフォルニア州アナハイム（Anaheim, CA）

【非特許文献3】Ying Jiangら、“Electronic Pre-Compensation of Narrow Optical Filtering for OOK, DPSK and DQPSK Modulation Formats”、Journal of Lightwave Technology、２００９年、第２７巻、第１６号、ｐ．３６８９−３６９８

【非特許文献4】G. Katzら、“Minimum BER criterion for electrical equalizer in optical communication systems”、Journal of Lightwave Technology、２００６年、第２４巻、第７号、ｐ．２８４４−２８５０

【非特許文献5】K. Iwashitaら、“Chromatic dispersion compensation in coherent optical communications”、Journal of Lightwave Technology、１９９０年、第８巻、第３号、ｐ．３６７−３７５

【非特許文献6】J.H.Winters、“Equalization in coherent lightwave systems using microwave waveguides”、Journal of Lightwave Technology、１９８９年、第７巻、第５号、ｐ．８１３−８１５

【非特許文献7】D.Fonsecaら、“On the use of electrical precompensation of dispersion in optical single-sideband transmission systems”、IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics、２００６年、第１２巻、第４号、ｐ．６０３−６１４

【非特許文献8】Gaobiao Xiaoら、“An effective method for designing nonuniformly coupled transmission-line filters”、IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques、２００１年６月、第４９巻、第６号、ｐ．１０２７−１０３１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、長距離光ファイバに対しても小型なデバイスが実現でき、分散スロープＳを含めて残留分散をより正確に打ち消すことが可能な電気分散補償器およびその設計方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

前記課題を解決するため、光ファイバの残留分散を電気信号として補償する電気分散補償器であって、ストリップ導体の幅が長手方向に不均一に分布し、前記光ファイバの残留分散として分散Ｄおよび分散スロープＳを補償するための前記電気信号の群遅延特性を有する反射型のマイクロストリップ線路から構成されることを特徴とする電気分散補償器を提供する。
前記反射型のマイクロストリップ線路は、Zakharov-Shabat方程式における、スペクトルデータからポテンシャルを導く逆問題に基づく設計法を用いて前記ストリップ導体の幅の分布を設定することも可能である。
前記反射型のマイクロストリップ線路の透過端が無反射終端により終端され、前記反射型のマイクロストリップ線路の反射端には、入力と出力を分離するためのサーキュレータまたは方向性結合器が設けられていることも可能である。
前記マイクロストリップ線路は、幅方向の一方の側が長手方向に沿った直線状であることも可能である。
前記マイクロストリップ線路は、幅方向の一方の側と他方の側とが対称であることも可能である。
前記マイクロストリップ線路は、メアンダ状であることも可能である。

【0015】

電気分散補償器の特性インピーダンスＺ_０が２５Ω≦Ｚ_０≦３００Ωの範囲内であることも可能である。
本発明の電気分散補償器は、伝送帯域の中心波長における分散Ｄが−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ≦Ｄ≦＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内であり、分散スロープＳと分散Ｄとの比Ｓ／ＤであるＲＤＳが−０．０１ｎｍ^−１≦ＲＤＳ≦＋０．０１ｎｍ^−１の範囲内であり、長さが５０〜５０００ｋｍである光ファイバの残留分散を補償することも可能である。
前記光ファイバにおける信号光の波長λが１３００ｎｍ≦λ≦１６００ｎｍであることも可能である。
また、本発明は、信号光を生成する送信部と、前記信号光を伝搬する光ファイバと、前記信号光を受信する受信部とを備えるコヒーレント方式またはＯＳＳＢ方式の光通信システムであって、前記送信部または前記受信部に上記の電気分散補償器を備えることを特徴とする光通信システムを提供する。
前記光ファイバの分散Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満（すなわち負）である場合、前記反射型のマイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれて群遅延量が小さくなる特性を有することも可能である。

【0016】

また、本発明は、ストリップ導体の幅が長手方向に不均一に分布し、光ファイバの残留分散を電気信号として補償する前記電気信号の群遅延特性を有する反射型のマイクロストリップ線路から構成される電気分散補償器の設計方法であって、前記光ファイバの分散Ｄ、分散スロープＳと分散Ｄとの比Ｓ／ＤであるＲＤＳ、および光ファイバの長さＬを、それぞれ非零の値に設定したスペクトルデータを用意し、Zakharov-Shabat方程式における、スペクトルデータからポテンシャルを導く逆問題に基づく設計法を用いて前記ストリップ導体の幅の分布を設定することを特徴とする電気分散補償器の設計方法を提供する。

【0017】

前記スペクトルデータとして、マイクロストリップ線路のスペクトル応答Ｇ（ω）を、
ω≧０のとき、Ｇ（ω）＝ｅｘｐ［ｊ（β_２／２×ω^２＋β_３／６×ω^３）Ｌ］、
ω＜０のとき、Ｇ（ω）＝Ｇ^＊（−ω）、
（ただし、ｊは虚数単位、ωは信号の角周波数、β_２は光ファイバの２次伝搬定数、β_３は光ファイバの３次伝搬定数、Ｌは光ファイバの長さ、Ｇ^＊はＧの複素共役である。）により表し、前記スペクトル応答に対して前記ポテンシャルを導くことも可能である。
前記光ファイバの分散Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満（すなわち負）である場合、前記反射型のマイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれて群遅延量が小さくなる特性を有することも可能である。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ストリップ導体の幅が長手方向に不均一に分布する反射型のマイクロストリップ線路から電気分散補償器を構成することにより、分散スロープＳを含めて光ファイバの残留分散をより正確に打ち消すことが可能になり、長距離光ファイバに対しても小型なデバイスが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】不均一マイクロストリップ線路の一例を示す模式的斜視図である。

【図2】不均一分布伝送線路の等価回路を説明する回路図である。

【図3】反射型電気分散補償器の構成の一例を示す構成図である。

【図4】送信側で電気分散補償を行う光通信システムの一例を示す構成図である。

【図5】受信側で電気分散補償を行う光通信システムの一例を示す構成図である。

【図6】（ａ）は幅方向に対称なストリップ導体の一例を示す平面図であり、（ｂ）は片側のみが直線状であるストリップ導体の一例を示す平面図である。

【図7】メアンダ状のストリップ導体の一例を示す平面図である。

【図8】実施例１における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。

【図9】実施例１における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。

【図10】実施例１における反射波の振幅特性を示すグラフである。

【図11】実施例１における反射波の群遅延特性を示すグラフである。

【図12】実施例１における初期入力のアイパターンを示すグラフである。

【図13】実施例１におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。

【図14】実施例１におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。

【図15】実施例１における特性インピーダンスを２５Ωとした反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。

【図16】実施例１における特性インピーダンスを２５Ωとした反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。

【図17】実施例１における特性インピーダンスを１００Ωとした反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。

【図18】実施例１における特性インピーダンスを１００Ωとした反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。

【図19】実施例１における特性インピーダンスを３００Ωとした反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。

【図20】実施例１における特性インピーダンスを３００Ωとした反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。

【図21】実施例２における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。

【図22】実施例２における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。

【図23】実施例２における反射波の振幅特性を示すグラフである。

【図24】実施例２における反射波の群遅延特性を示すグラフである。

【図25】実施例２における初期入力のアイパターンを示すグラフである。

【図26】実施例２におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。

【図27】実施例２におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。

【図28】実施例３における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。

【図29】実施例３における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。

【図30】実施例３における反射波の振幅特性を示すグラフである。

【図31】実施例３における反射波の群遅延特性を示すグラフである。

【図32】実施例３における初期入力のアイパターンを示すグラフである。

【図33】実施例３におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。

【図34】実施例３におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。

【図35】実施例４における初期入力のアイパターンを示すグラフである。

【図36】実施例４におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。

【図37】実施例４におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。

【図38】実施例５における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。

【図39】実施例５における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。

【図40】実施例５における反射波の振幅特性を示すグラフである。

【図41】実施例５における反射波の群遅延特性を示すグラフである。

【図42】実施例５における初期入力のアイパターンを示すグラフである。

【図43】実施例５におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。

【図44】実施例５におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。

【図45】実施例６における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。

【図46】実施例６における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。

【図47】実施例６における反射波の振幅特性を示すグラフである。

【図48】実施例６における反射波の群遅延特性を示すグラフである。

【図49】実施例６における初期入力のアイパターンを示すグラフである。

【図50】実施例６におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。

【図51】実施例６におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。

【図52】実施例７における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。

【図53】実施例７における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。

【図54】実施例７における反射波の振幅特性を示すグラフである。

【図55】実施例７における反射波の群遅延特性を示すグラフである。

【図56】実施例７における初期入力のアイパターンを示すグラフである。

【図57】実施例７におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。

【図58】実施例７におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。

【図59】実施例８における反射型マイクロストリップ線路の幅分布のグラフである。

【図60】実施例８における反射型マイクロストリップ線路の形状を示すグラフである。

【図61】実施例８における反射波の振幅特性を示すグラフである。

【図62】実施例８における反射波の群遅延特性を示すグラフである。

【図63】実施例８における初期入力のアイパターンを示すグラフである。

【図64】実施例８におけるＥＤＣを省略した出力のアイパターンを示すグラフである。

【図65】実施例８におけるＥＤＣを行った出力のアイパターンを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本形態例の電気分散補償器に用いられる不均一（非均一）マイクロストリップ線路の一例を示す斜視図である。この不均一マイクロストリップ線路１は、接地導体層３と誘電体層４とが積層された基板２の誘電体層４上にストリップ導体５が設けられたマイクロストリップ線路において、ストリップ導体５の幅ｗ（ｚ）が長手方向（図１のｚ方向）に不均一に分布する。

【0021】

本形態例の電気分散補償器は、不均一マイクロストリップ線路１を反射型のＥＤＣデバイスとして使用する。光伝送がコヒーレント方式やＯＳＳＢ方式による場合、ベースバンド信号の位相歪みの情報が保存されるので、マイクロ波の受動（パッシブ）デバイスを用いてＥＤＣを行うことができる。

【0022】

ＥＤＣにおいては、光ファイバの残留分散を電気信号として補償する。
光伝送において、ベースバンドの電気信号は、光に変調され、光伝送路である光ファイバを通過することにより、光ファイバの波長分散の影響を受ける。したがって、入出力周波数スペクトルは、次の式（１）のように表すことができる。

【0023】

【数1】

【0024】

式（１）において、Ｓ（ω）はベースバンドの入力スペクトル、Ｈ（ω）は光ファイバの伝達関数、Ｒ（ω）は出力スペクトルである。また、ωは角周波数である。また、伝達関数Ｈ（ω）は、次の式（２）のように表すことができる。

【0025】

【数2】

【0026】

ここで、ｊは虚数単位、ωは信号の角周波数、Ｌは光ファイバの長さ、β_２は光ファイバの２次の伝搬定数（角周波数ωによる伝搬定数βの２階微分値ｄ^２β／ｄω^２）、β_３は光ファイバの３次の伝搬定数（角周波数ωによる伝搬定数βの３階微分値ｄ^３β／ｄω^３）である。
これらの係数β_２およびβ_３は、信号の波長λ、円周率π、光速ｃ＝λω／２π、光ファイバの分散Ｄ、光ファイバの分散スロープＳ＝ｄＤ／ｄλにより、次の式（３）および式（４）のように表すことができる。

【0027】

【数3】

【0028】

【数4】

【0029】

ヘテロダイン検波のようなコヒーレント方式では、式（２）の逆特性をもつ電気分散補償器を使用すれば、光ファイバの残留分散を打ち消すことができる（非特許文献５参照）。また、ＯＳＳＢ方式では、変調された信号において、キャリアの片側スペクトルを抑制することにより、位相歪みが保存されるので、コヒーレント方式と同様に、式（２）の逆特性をもつ電気分散補償器で分散補償を行うことができる（非特許文献７参照）。

【0030】

しかしながら、従来の透過型の導波管やマイクロストリップ線路を用いた電気分散補償器では、線路長に対する分散が小さく、光ファイバの分散補償に必要となるデバイスがより大きくなる。例えば、非特許文献５のＦｉｇ．６によれば、１００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ：Single-Mode Fiber）の分散補償に２１ｃｍのマイクロストリップ線路が必要であった。マイクロ波伝送線路の損失を考慮すると、従来の透過型マイクロ波伝送線路による１００ｋｍ以上の光ファイバの分散補償は、現実的ではない。さらに、透過型マイクロ波伝送線路による分散補償は、マイクロ波伝送線路の固有分散に頼った仕組みであり、光ファイバ残留分散を、特に分散スロープＳを含めて残留分散をより正確に打ち消すことが不可能である。さらに、信号の伝送レートが高くなるにつれて、分散補償が一層難しくなる。
これらの従来技術に対して、本発明の電機分散補償器は、図１に示すような不均一マイクロストリップ線路１により構成される反射型デバイスであるので、長距離光ファイバに対しても小型のデバイスが実現できるだけでなく、光ファイバの残留分散を、分散スロープを含めて正確に補償することができる。

【0031】

図２に、不均一マイクロストリップ線路１の等価回路を示す。図２において、ｖは、位置ｚにおける線路電圧、ｖ＋Δｖは、位置ｚ＋Δｚにおける線路電圧、ｉは、位置ｚにおける線路電流、ｉ＋Δｉは、位置ｚ＋Δｚにおける線路電流、Ｌは、位置ｚにおける単位長さ当りのインダクタンス、Ｃは、位置ｚにおける単位長さ当りのキャパシタンスを表す。

【0032】

図２に示す等価回路より、位置ｚおよび時間ｔの関数として表される線路電圧ｖ（ｚ，ｔ）と線路電流ｉ（ｚ，ｔ）との間に、次の式（５）で表される関係が成り立つ。

【0033】

【数5】

【0034】

ただし、Ｌ（ｚ）およびＣ（ｚ）は、それぞれ位置ｚの関数として表される伝送線路における単位長さ当りのインダクタンスおよびキャパシタンスである。ここで、次の式（６）で定義される関数φ_１（ｚ、ｔ）およびφ_２（ｚ、ｔ）を導入する。

【0035】

【数6】

【0036】

ここで、Ｚ（ｚ）は、局所特性インピーダンスであり、φ_１（ｚ、ｔ）は、＋ｚ方向に伝搬する電力波振幅であり、φ_２（ｚ、ｔ）は、−ｚ方向に伝搬する電力波振幅である。
式（６）をｖおよびｉについて解き、その結果を式（５）に代入し、さらに∂φ_１／∂ｚおよび∂φ_２／∂ｚについて解くと、ｃ（ｚ）＝Ｚ（ｚ）／Ｌ（ｚ）として、次の式（７）が得られる。

【0037】

【数7】

【0038】

ここで、時間因子をｅｘｐ（ｊωｔ）と置き、次の式（８）で表される変数変換を行うと、式（９）で表されるZakharov-Shabat方程式が得られる。

【0039】

【数8】

【0040】

【数9】

【0041】

ただし、式（９）において、ｑ（ｘ）は、次の式（１０）で定義されるポテンシャルである。

【0042】

【数10】

【0043】

Zakharov-Shabat方程式における逆問題とは、上記式（９）を満足する解のスペクトルデータからポテンシャルｑ（ｘ）を合成することであり（非特許文献８参照）、本形態例における不均一伝送線路の設計も、上記のZakharov-Shabatの逆散乱問題を解くことに帰着される。すなわち、次の式（１１）で与えられるスペクトル応答Ｇ（ω）に対して、ポテンシャルｑ（ｘ）が求められれば、局所特性インピーダンスＺ（ｘ）は、次の式（１２）のように求められる。

【0044】

【数11】

【0045】

【数12】

【0046】

なお、式（１１）において、虚数単位ｊ、角周波数ω、光ファイバの長さＬ、２次の伝搬定数β_２、３次の伝搬定数β_３の定義は、上述の式（２）で表される伝達関数Ｈ（ω）に使用されるものと同じである。
また、局所特性インピーダンスＺ（ｚ）は、ｘからｚに変数変換したときとは逆に、ｚからｘに変数変換すれば求めることが可能である。

【0047】

本形態例の電気分散補償器によれば、従来の透過型マイクロ波伝送線路からなるＥＤＣに比べて小型な構成でも、分散と分散スロープを補償することができるので、光ファイバ伝送路の残留分散をより正確に打ち消すことができる。この電気分散補償器を用いた光通信システムは、残留分散の大きい長距離伝送であっても、ＥＤＣを非常に安価に構成でき、高価な光分散補償デバイスやデジタルフィルターを使用することなく、高速伝送を実現できる。また、ＦＴＴＨのような短距離・中距離通信網においても、より安価な光通信システムを構成することができる。

【0048】

図１に示すように、マイクロストリップ線路１は、接地導体層３とストリップ導体５との間に、厚さｈと比誘電率ε_ｒの誘電体層４が介在した構造である。
グランドとなる導体層３としては、例えば銅箔や銅箔膜などの導体層が挙げられる。
誘電体層４としては、特に限定されるものではないが、例えばＭｇＯやＡｌ_２Ｏ_３等の無機物や絶縁樹脂等の有機物が挙げられる。
ストリップ導体５を構成する導体層としては、例えば銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）や合金等の箔、鍍金、蒸着膜などを用いることができる。導体層は、複数層の積層体でもよい。導体層のパターニングは、例えば露光マスクを用いたフォトリソグラフィなどを用いることができる。

【0049】

反射型の電気分散補償器２０は、図３に示すように、幅の不均一なストリップ導体１１を有する反射型のマイクロストリップ線路１０の透過端１４が無反射終端１６により終端され、マイクロストリップ線路１０の反射端１３には、入力と出力を分離するためのサーキュレータまたは方向性結合器１５が設けられた構成とすることができる。サーキュレータ１５としては、マイクロ波サーキュレータが挙げられる。

【0050】

本形態例の電気分散補償器は、信号光を生成する送信部と、信号光を伝搬する光ファイバと、信号光を受信する受信部とを備えるコヒーレント方式またはＯＳＳＢ方式の光通信システムにおいて、送信部に電気分散補償器を設けて行うプリ分散補償、受信部に電気分散補償器を設けて行うポスト分散補償のいずれにも好適に使用可能である。

【0051】

図４に、ＯＳＳＢ方式においてプリ分散補償を行う光通信システムの構成例を示す。
送信部は、光源３１と、変調信号を発生する信号発生器３２と、変調信号のプリ分散補償を行う電気分散補償器３３と、光源３１からの出射光を変調信号により変調する光変調器３５とを備え、変調した光信号を光ファイバ３６に入力する。電気増幅器３４を用いると、電気分散補償器３３による信号の減衰を補うことができる。
光伝送路は、光ファイバ３６の光信号を増幅する光増幅器３７を所定の間隔で備える。図４において破線で囲み“Ｎ ｓｅｃｔｉｏｎｓ”と添えた範囲は、複数繰り返される１つの区間を表している。
受信部は、光フィルタ３８を介して光信号を受光するフォトダイオード３９と、フォトダイオード３９により光電変換された電気信号を検出する信号検出器４０を備える。
なお、図４は、ＯＳＳＢ方式におけるプリ分散補償の構成例を例示するが、コヒーレント方式でも送信部に電気分散補償器を設けることにより、プリ分散補償を行うことができる。

【0052】

図５に、ＯＳＳＢ方式においてポスト分散補償を行う光通信システムの構成例を示す。
送信部は、光源４１と、変調信号を発生する信号発生器４２と、光源４１からの出射光を変調信号により変調する光変調器４３とを備え、変調した光信号を光ファイバ４４に入力する。
光伝送路は、光ファイバ４４の光信号を増幅する光増幅器４５を所定の間隔で備える。図５において破線で囲み“Ｎ ｓｅｃｔｉｏｎｓ”と添えた範囲は、複数繰り返される１つの区間を表している。
受信部は、光フィルタ４６を介して光信号を受光するフォトダイオード４７と、フォトダイオード４７により光電変換された電気信号を処理する電気フィルタ４８と、信号のポスト分散補償を行う電気分散補償器４９と、分散補償された信号を検出する信号検出器５１を備える。電気増幅器５０を用いると、電気分散補償器４９による信号の減衰を補うことができる。
なお、図５は、ＯＳＳＢ方式におけるポスト分散補償の構成例を例示するが、コヒーレント方式でも受信部に電気分散補償器を設けることにより、ポスト分散補償を行うことができる。

【0053】

マイクロストリップ線路は、図６（ａ）に示すように、ストリップ導体５の幅方向の一方の側と他方の側とが対称であってもよい。この場合、中央線を長手方向に沿った直線状としてマイクロストリップ線路を形成することができる。
マイクロストリップ線路は、図６（ｂ）に示すように、ストリップ導体５の幅方向の一方の側が長手方向に沿った直線状であり、他方の側の形状変化によって幅分布ｗ（ｚ）が設けられていても良い。
マイクロストリップ線路は、全体が直線状であっても良く、必要に応じて湾曲させても良い。
マイクロストリップ線路は、図７に示すように、メアンダ状であっても良い。なお、図７では、作図の便宜上、幅分布ｗ（ｚ）を無視してマイクロストリップ線路１のストリップ導体５を図示している。メアンダ状の場合、線路長さに対して基板の長さを抑えることができ、デバイスの寸法を小さくすることができる。ストリップ導体５の湾曲部を除く直線部は、図６（ａ）または図６（ｂ）に示す形状とすることができる。

【0054】

本形態例の電気分散補償器は、システム全体でインピーダンスを整合させるため、適宜の特性インピーダンスを有するように設計することが好ましい。特性インピーダンスＺ_０は、例えば２５Ω≦Ｚ_０≦３００Ωの範囲内から選択することができる。
本形態例の電気分散補償器は、伝送帯域の中心波長における分散Ｄが−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ≦Ｄ≦＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲内であり、分散スロープＳと分散Ｄとの比Ｓ／ＤであるＲＤＳが−０．０１ｎｍ^−１≦ＲＤＳ≦＋０．０１ｎｍ^−１の範囲内であり、長さが５０〜５０００ｋｍである光ファイバの残留分散を補償することも可能である。
光ファイバにおける信号光の波長λは、特に限定されないが、例えば１３００ｎｍ≦λ≦１６００ｎｍの範囲内から選択することができる。
分散補償する周波数帯域幅は、特に限定されるものではないが、例えば０〜４０ＧＨｚである。

【0055】

本形態例の電気分散補償器によれば、後述する実施例７，８に示すように、周波数が高くなるにつれ、群速度が速く（群遅延量が小さく）なり、周波数に対する群遅延の傾き（ｐｓ／ＧＨｚ）が負である遅延特性が得られ、しかも、低周波信号が０ＧＨｚ付近まで通過可能である。この場合、光ファイバの伝送帯域の長波長側（低周波数側）が電気信号の低周波数側に対応し、光ファイバの伝送帯域の短波長側（高周波数側）が電気信号の高周波数側に対応するような光電変換をして、分散Ｄが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満（すなわち負）の光ファイバからなる伝送路を分散補償するために好適である。

【実施例】

【0056】

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

【0057】

（実施例１）
実施例１として、波長１５５０ｎｍにおいて、分散Ｄ＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ^−１である長さ１０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は１７０００ｐｓ／ｎｍ（波長１５５０ｎｍにおいて−１３６．２４ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは５７．８ｐｓ／ｎｍ^２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが２０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．５、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図８は、厚さｈ＝１ｍｍ、比誘電率ε_ｒ＝１０の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図９は、図８に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約２３ｃｍと小型である。
図１０および図１１は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図１１に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約１３６ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
図１２、図１３および図１４は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図１４に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。

【0058】

（実施例１において特性インピーダンスを変更した例）
上記設計は、特性インピーダンスを５０Ωとした例を示したが、特性インピーダンスは特に限定されるものではなく、システムに要求される特性インピーダンスに合わせることができる。
図１５および図１６は、特性インピーダンスを２５Ωとして設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布および形状をそれぞれ示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約２１ｃｍと小型である。
図１７および図１８は、特性インピーダンスを１００Ωとして設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布および形状をそれぞれ示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約２４ｃｍと小型である。
図１９および図２０は、特性インピーダンスを３００Ωとして設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布および形状をそれぞれ示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約４８ｃｍと小型である。
いずれも、厚さｈ＝１ｍｍ、比誘電率ε_ｒ＝１０の誘電体層を備える基板を用いた場合であり、その他の条件も、特性インピーダンス以外は、同じにした。

【0059】

（実施例２）
実施例２として、波長１５５０ｎｍにおいて、分散Ｄ＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ^−１である長さ１０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は１７０００ｐｓ／ｎｍ（波長１５５０ｎｍにおいて−１３６．２４ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは５７．８ｐｓ／ｎｍ^２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが実施例１より狭い帯域である１０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．５、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図２１は、厚さｈ＝１ｍｍ、比誘電率ε_ｒ＝１０の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図２２は、図２１に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約１６ｃｍと小型である。
図２３および図２４は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図２４に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約１３６ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
図２５、図２６および図２７は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図２７に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。

【0060】

（実施例３）
実施例３として、波長１５９０ｎｍにおいて、分散Ｄ＝２．９５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝０．０１８ｎｍ^−１である長さ２０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は５９００ｐｓ／ｎｍ（波長１５９０ｎｍにおいて−４９．７５ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは１０６．２ｐｓ／ｎｍ^２である。
光伝送方式は、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが４０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．４、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図２８は、厚さｈ＝１ｍｍ、比誘電率ε_ｒ＝１０の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図２９は、図２８に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ２０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約１８ｃｍと小型である。
図３０および図３１は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図３１に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約５０ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
図３２、図３３および図３４は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図３４に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ２０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。

【0061】

（実施例４）
設計の中心波長と異なる近傍の波長でもＥＤＣが使用可能であるかを検証するため、実施例１により波長１５５０ｎｍに合わせて設計したＥＤＣを、波長１５５５ｎｍで使用した。なお、この波長は、周波数間隔１００ＧＨｚのＩＴＵグリッドでは、５チャンネルも長波長側に位置するチャンネルに相当する。本実施例において、波長１５５５ｎｍにおける分散Ｄは、１７．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。
図３５、図３６および図３７は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図３７に示すように、信号波長が設計波長と異なる場合でも、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。
すなわち、このＥＤＣは、設計波長の近傍のチャンネルでも使用できる。

【0062】

（実施例５）
実施例５として、波長１５５０ｎｍにおいて、分散Ｄ＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ^−１である長さ１０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は１７０００ｐｓ／ｎｍ（波長１５５０ｎｍにおいて−１３６．２４ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは５７．８ｐｓ／ｎｍ^２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが実施例１より広い帯域である３０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．３、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図３８は、厚さｈ＝０．６３５ｍｍ、比誘電率ε_ｒ＝１０．２の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図３９は、図３８に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約３５ｃｍと小型である。
図４０および図４１は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図４１に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約１３６ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
図４２、図４３および図４４は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図４４に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。図４４は、実施例１の図１４に比べると、より広い周波数帯域での分散補償を考慮した分、口が開いたアイパターンになっている。

【0063】

（実施例６）
実施例６として、波長１５５０ｎｍにおいて、分散Ｄ＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ^−１である長さ１００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は１７００ｐｓ／ｎｍ（波長１５５０ｎｍにおいて−１３．６２ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは５．７８ｐｓ／ｎｍ^２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが２０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．５、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図４５は、厚さｈ＝０．５０８ｍｍ、比誘電率ε_ｒ＝２．２の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図４６は、図４５に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ１００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約８．５ｃｍと小型である。
図４７および図４８は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図４８に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約１３．６ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
図４９、図５０および図５１は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図５１に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。

【0064】

（実施例７）
実施例７として、波長１３００ｎｍにおいて、分散Ｄ＝−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝−０．０４ｎｍ^−１である長さ５０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は−１００００ｐｓ／ｎｍ（波長１３００ｎｍにおいて５６．３７ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは４００ｐｓ／ｎｍ^２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが２０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．５、システムの特性インピーダンスが７５Ωとして、設計を行った。図５２は、厚さｈ＝０．６３５ｍｍ、比誘電率ε_ｒ＝１０．２の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図５３は、図５２に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ５０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約１７ｃｍと小型である。
図５４および図５５は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図５５に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約−５６ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
なお、図５５の遅延特性は従来技術の透過型のマイクロストリップ線路などの分散特性を利用する透過型デバイス（非特許文献５〜７）で実現できない。透過型のマイクロストリップ線路は、通常周波数が高くなるにつれ、群速度が遅く（群遅延量が大きく）なる特性をもち、本件のように周波数が高くなるにつれ、群速度が速く（群遅延量が小さく）なる特性が得られない。また、空洞導波管は周波数が高くなると、群速度が速くなるが、カットオフ周波数があり、低周波信号が通過できない。本件の反射型マイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれ、群速度が速く（群遅延量が小さく）なり、群遅延スロープ（ｐｓ／ＧＨｚ）が負である遅延特性が得られる上、低周波信号が０ＧＨｚ付近まで通過可能であり、分散補償が可能な帯域幅をより広くすることができる。
図５６、図５７および図５８は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図５８に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ５０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。

【0065】

（実施例８）
実施例８として、波長１３００ｎｍにおいて、分散Ｄ＝−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散と分散スロープとの比ＲＤＳ＝−０．０４ｎｍ^−１である長さ１０００ｋｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の残留分散を補償する電気分散補償器（ＥＤＣ）を設計した。この場合、光ファイバ伝送路全体の分散は−２０００ｐｓ／ｎｍ（波長１３００ｎｍにおいて１１．２７ｐｓ／ＧＨｚ）であり、光ファイバ伝送路全体の分散スロープは８０ｐｓ／ｎｍ^２である。
光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号をＯＳＳＢ変調する場合を想定し、ＥＤＣが２０ＧＨｚまでＳＭＦの残留分散を打ち消すようにした。ただし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような光増幅器を用いて光信号の強度が保たれるものとし、非線形による歪みは考慮していない。
ＥＤＣの反射率が０．８、システムの特性インピーダンスが７５Ωとして、設計を行った。図５９は、厚さｈ＝０．６３５ｍｍ、比誘電率ε_ｒ＝１０．２の誘電体層を備える基板を用いて設計した反射型マイクロストリップ線路の幅分布ｗ（ｚ）を示す。また、図６０は、図５９に示す幅分布ｗ（ｚ）を有し、伝送線路の中心線を直線状とし、中心線に対して対称とした反射型マイクロストリップ線路の形状を示す。長さ１０００ｋｍという長距離のＳＭＦの残留分散を補償するにもかかわらず、本実施例のＥＤＣの線路長は約３．３ｃｍと小型である。
図６１および図６２は、本実施例の反射型マイクロストリップ線路が無反射終端されたときの反射波の振幅特性および群遅延特性を示す。これらの図中の“designed”は設計に用いた値を示し、“realized”は得られた結果を示す。図示のように、“designed”と“realized”とにはほとんど差異がないことが分かる。また、図６２に示されるＥＤＣの群遅延スロープは約−１１ｐｓ／ＧＨｚであり、光ファイバ伝送路の残留分散を正確に補償するために必要な特性が得られている。
なお、図６２の遅延特性は従来技術の透過型のマイクロストリップ線路などの分散特性を利用する透過型デバイス（非特許文献５〜７）で実現できない。透過型のマイクロストリップ線路は、通常周波数が高くなるにつれ、群速度が遅く（群遅延量が大きく）なる特性をもち、本件のように周波数が高くなるにつれ、群速度が速く（群遅延量が小さく）なる特性が得られない。また、空洞導波管は周波数が高くなると、群速度が速くなるが、カットオフ周波数があり、低周波信号が通過できない。本件の反射型マイクロストリップ線路は、周波数が高くなるにつれ、群速度が速く（群遅延量が小さく）なり、群遅延スロープ（ｐｓ／ＧＨｚ）が負である遅延特性が得られる上、低周波信号が０ＧＨｚ付近まで通過可能であり、分散補償が可能な帯域幅をより広くすることができる。
図６３、図６４および図６５は、それぞれ初期入力のアイパターン、ＥＤＣを省略した出力のアイパターン、ＥＤＣを行った出力のアイパターンを示す。ＥＤＣはＯＳＳＢ変調器の前で行うプリ分散補償でも、フォトダイオード（ＰＤ）で検波した後に行うポスト分散補償でも有効である。図６５に示すように、ＥＤＣを行うことによりきれいなアイパターンを示し、長さ１０００ｋｍのＳＭＦを伝搬した後でもＳＭＦの残留分散を正確に補償することができた。

【符号の説明】

【0066】

１…不均一マイクロストリップ線路、２…基板、３…接地導体層、４…誘電体層、５…ストリップ導体、１０…反射型のマイクロストリップ線路、１１…不均一ストリップ導体、１３…反射端、１４…透過端、１５…サーキュレータまたは方向性結合器、１６…無反射終端、２０…電気分散補償器。

【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19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】

【図52】

【図53】

【図54】

【図55】

【図56】

【図57】

【図58】

【図59】

【図60】

【図61】

【図62】

【図63】

【図64】

【図65】