專利名稱：分散補(bǔ)償元件、光學(xué)晶體、分散補(bǔ)償系統(tǒng)、分散補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)光脈沖傳送時(shí)產(chǎn)生的波長(zhǎng)分散進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆稚⒀a(bǔ)償元件、分散補(bǔ)償系統(tǒng)等。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，數(shù)據(jù)通信正進(jìn)入到經(jīng)光纖的數(shù)據(jù)通信，隨之，數(shù)據(jù)的傳送速度也比現(xiàn)有技術(shù)得到飛速提高。
在不久的將來(lái)，要研究在經(jīng)這種經(jīng)光纖的數(shù)據(jù)通信中，使用超短光脈沖，以比當(dāng)前的傳送速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高速的160Gbit/s或其以上的傳送速度來(lái)進(jìn)行通信的情況。
但是，在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的情況下，通常有串?dāng)_和傳送錯(cuò)誤的問(wèn)題，若提高數(shù)據(jù)的傳送速度，則自然而然地各個(gè)光脈沖的幅度和彼此前后的光脈沖的間隔變窄，所以該問(wèn)題成為非常重要的問(wèn)題。
光在物質(zhì)中行進(jìn)的速度由物質(zhì)的折射率決定，折射率越大，光速度越慢。在玻璃、半導(dǎo)體、光學(xué)晶體等物質(zhì)中，折射率因光的頻率(空氣中的波長(zhǎng))而變化，所以光速度依賴于波長(zhǎng)。已知因該折射率的波長(zhǎng)依賴性，成為光脈沖在物質(zhì)中行進(jìn)期間，光脈沖的波形失真、脈沖的時(shí)間寬度變寬的原因。這樣，下面，將光速度因光的波長(zhǎng)而不同的特性稱作波長(zhǎng)分散或僅稱作分散。
如上所述，在光纖中行進(jìn)期間，當(dāng)前有光脈沖的波形失真、光脈沖的時(shí)間寬度變寬，但是由于在現(xiàn)有的傳送速度下，光脈沖的時(shí)間寬度也大，所以不是特別大的問(wèn)題。但是，若數(shù)據(jù)的傳送速度提高，因前后的光脈沖彼此干涉等，就產(chǎn)生了串?dāng)_和傳送錯(cuò)誤。因此，在僅原樣通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)來(lái)提高傳送速度的情況中，不能實(shí)現(xiàn)更高速度的數(shù)據(jù)通信。
對(duì)于這種問(wèn)題，例如已經(jīng)進(jìn)行了使用光子晶體，來(lái)補(bǔ)償波長(zhǎng)分散的試驗(yàn)。
光子晶體中，具有周期性地排列折射率不同的兩種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)使該排列的一部分有缺損形成缺損波導(dǎo)(連續(xù)欠缺部)，來(lái)僅通過(guò)特定頻率的光，而產(chǎn)生對(duì)該光施加了特定的波長(zhǎng)分散的波導(dǎo)模式。通過(guò)利用該波導(dǎo)模式，來(lái)補(bǔ)償光纖傳送路徑的波長(zhǎng)分散(例如，參照細(xì)見和彥、勝山俊夫“光子晶體結(jié)合缺損波導(dǎo)的光傳送特性(2)”(フオトニツク結(jié)晶結(jié)合欠陷導(dǎo)波路の伝送搬特性(2))、“第63次應(yīng)用物理學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告預(yù)稿第三分冊(cè)”(第63回応用物理學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)講演會(huì)講演予稿集第3冊(cè))、社團(tuán)法人應(yīng)用物理學(xué)會(huì)，平成14年(2002年)9月24日，第917頁(yè))。
除此之外，作為與光子晶體類似的構(gòu)造，實(shí)施了將光纖衍射光柵作為分散補(bǔ)償元件來(lái)使用的技術(shù)。是使用使衍射光柵的周期沿光纖的長(zhǎng)向方向變化的啁啾(chirp)光纖折射光柵，來(lái)補(bǔ)償寬光譜區(qū)域的波長(zhǎng)分散的試驗(yàn)(例如，參照鈴木明、若林信一、“短脈沖的分散補(bǔ)償技術(shù)”(短パルスの分散補(bǔ)償技術(shù))、“光電工程”(オプトロニクス)、株式會(huì)社光電工程，平成14年(2002年)、21卷、4號(hào)、第161-165頁(yè))。
另外，對(duì)于以物理化學(xué)用的超短脈沖激光器產(chǎn)生的光脈沖為對(duì)象的分散補(bǔ)償，普及了使用了棱鏡對(duì)和衍射光柵對(duì)的技術(shù)。這些主要補(bǔ)償正的波長(zhǎng)分散(例如，參照J(rèn)-C Diels，W Rudolph、“UltrashortLaser Pulse Phenomena”、美國(guó)、Academic Press、1996年、第43-99頁(yè))。
但是，單純使用了上述現(xiàn)有的波長(zhǎng)分散補(bǔ)償技術(shù)有不能充分對(duì)應(yīng)于傳送速度的進(jìn)一步高速化的問(wèn)題。
即，如前所述，波長(zhǎng)分散由光脈沖的相位的波長(zhǎng)(或稱作頻率、下面，僅稱作波長(zhǎng))依賴性引起。通常，光波的相位作為以某個(gè)波長(zhǎng)為中心，通過(guò)波長(zhǎng)的次數(shù)(冪指數(shù))的不同項(xiàng)而展開的多項(xiàng)式來(lái)表示。2次項(xiàng)的系數(shù)對(duì)應(yīng)于最低次的波長(zhǎng)分散，作為接著的次數(shù)項(xiàng)的系數(shù)，已知接著為3次、4次、5次(例如，參照小川憲介、“超短光脈沖測(cè)量”(超短光パルス測(cè)定)、“超高速光電子技術(shù)手冊(cè)”(超高速光エレクトロニクス技術(shù)ハンドブツク)、サイペツク株式會(huì)社、平成15年(2003年)1月31日、第2章2.4)。
在現(xiàn)在的光脈沖的傳送速度中，對(duì)2次項(xiàng)來(lái)補(bǔ)償波長(zhǎng)分散時(shí)是充分的，但是隨著傳送速度提高，用于數(shù)據(jù)發(fā)送的光脈沖的時(shí)間寬度更短，與此成反比，光脈沖的光譜寬度增加。因此，傳送速度越高，經(jīng)過(guò)越寬的光譜頻帶，若不補(bǔ)償更高次為止的波長(zhǎng)分散系數(shù)，則不能去除光脈沖的波形失真。
但是，在使用了光子晶體或光纖衍射光柵的現(xiàn)有的波長(zhǎng)分散波長(zhǎng)技術(shù)中，可以對(duì)2次、3次、4次等各個(gè)次數(shù)補(bǔ)償波長(zhǎng)分散，但是不能對(duì)多個(gè)次數(shù)補(bǔ)償波長(zhǎng)分散。因此，不能實(shí)現(xiàn)與使用寬光譜頻帶的超高速大容量光通信相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分散補(bǔ)償。
但是，設(shè)計(jì)超高速大容量的光纖傳送路徑，使其自身光脈沖的傳送特性最佳。即，構(gòu)成為作為傳送路徑整體波長(zhǎng)分散為零。
但是，例如在海底等鋪設(shè)的光纖傳送路徑因溫度、氣壓、振動(dòng)等的影響，有光纖傳送路徑離開最佳化條件的情況。在這種狀態(tài)下，光纖傳送路徑的波長(zhǎng)分散在正負(fù)之間地連續(xù)變化。
與此相對(duì)，現(xiàn)有的技術(shù)中，在波長(zhǎng)分散正負(fù)變化的情況下，與波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值相獨(dú)立地改變波長(zhǎng)分散補(bǔ)償?shù)姆?hào)是困難的。其意味著對(duì)應(yīng)于使波長(zhǎng)分散值在零附近在正負(fù)之間連續(xù)變化的狀況是困難的。
另外，所謂“正”的波長(zhǎng)分散，是指波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光速度越增加，所謂“負(fù)”的波長(zhǎng)分散，是指波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光速度越減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于這種技術(shù)問(wèn)題而作出，目的是提供一種可以實(shí)現(xiàn)光脈沖的傳送速度的高速化的分散補(bǔ)償元件、分散補(bǔ)償系統(tǒng)等。
根據(jù)該目的，本發(fā)明的分散補(bǔ)償元件，對(duì)從外部入射的光脈沖的波長(zhǎng)分散進(jìn)行補(bǔ)償，其特征在于包括波導(dǎo)，將光脈沖從入射端引導(dǎo)到出射端；分散改變單元，使波導(dǎo)中提供給光脈沖的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)可變。
這樣，通過(guò)由分散改變單元來(lái)使提供給光脈沖的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)可變，在對(duì)該分散補(bǔ)償元件入射的光脈沖的波長(zhǎng)分散有改變的情況下也可進(jìn)行對(duì)應(yīng)于此的分散補(bǔ)償。
作為分散改變單元也可采用任何結(jié)構(gòu)，但是例如下面所示的最好。
首先，波導(dǎo)可以例如由光子晶體等光學(xué)元件形成。
光子晶體通過(guò)交替周期性排列介質(zhì)常數(shù)不同的兩種物質(zhì)來(lái)形成，波導(dǎo)可以通過(guò)連續(xù)欠缺存在于一個(gè)物質(zhì)中的另一個(gè)物質(zhì)來(lái)形成。本發(fā)明中，最好沿該波導(dǎo)連續(xù)的方向配置存在于一個(gè)物質(zhì)中的另一個(gè)物質(zhì)的大小和間隔的組合不同的多個(gè)區(qū)域。另外，若可以制造，對(duì)每個(gè)區(qū)域，可以使一個(gè)物質(zhì)和另一個(gè)物質(zhì)的一個(gè)或兩個(gè)不同。
多個(gè)區(qū)域中可以具有對(duì)光脈沖的波長(zhǎng)分散的符號(hào)相互不同的正負(fù)區(qū)域。另外，多個(gè)區(qū)域中，可以使對(duì)光脈沖的波長(zhǎng)分散的次數(shù)相互不同?；诖耍梢詫?duì)于正負(fù)或多次的波長(zhǎng)分散進(jìn)行分散補(bǔ)償。另外，若具有對(duì)于光脈沖的波長(zhǎng)分散的每個(gè)次數(shù)，波長(zhǎng)分散的符號(hào)相互不同的區(qū)域，則可以在各個(gè)次數(shù)中對(duì)應(yīng)于正負(fù)的改變。這種情況下，若分散補(bǔ)償元件對(duì)到n次為止的波長(zhǎng)分散進(jìn)行補(bǔ)償，則設(shè)置2(n-1)個(gè)所述區(qū)域。
這樣設(shè)置的多個(gè)區(qū)域最好以彼此前后的區(qū)域的邊界部的光脈沖的反射變成最小的排列來(lái)設(shè)置。
并且，由于對(duì)這多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)使波導(dǎo)的折射率變化，所以通過(guò)具有用于從外部獨(dú)立施加電、熱、壓力等能量的能量賦予部件，可以構(gòu)成使提供給光脈沖的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)自由改變的分散改變單元。
通過(guò)由能量賦予部件來(lái)施加電壓而使波導(dǎo)載流子密度改變，而可以使該波導(dǎo)的折射率改變。這時(shí)，最好具有端子部，載流子密度與波導(dǎo)不同。并且，將用于施加電壓的能量賦予部件電連接到端子部。
另外，若具有上述這種多個(gè)區(qū)域，光子晶體的晶體元件可以由一體的晶體構(gòu)成，也可以組合多個(gè)分體的晶體來(lái)構(gòu)成。
本發(fā)明可以作為包括波導(dǎo)，將光脈沖從入射端引導(dǎo)到出射端和分散改變單元，載流子密度與波導(dǎo)不同，通過(guò)從外部施加電壓而使波導(dǎo)的折射率變化，而使在該波導(dǎo)中施加給光脈沖的波長(zhǎng)分散可變，而對(duì)從外部入射的光脈沖的波長(zhǎng)分散進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆稚⒀a(bǔ)償元件來(lái)得到。
這種分散補(bǔ)償元件可以使用沿該波導(dǎo)連續(xù)方向配置了存在于一個(gè)物質(zhì)中的另一個(gè)物質(zhì)的大小和間隔組合不同的多個(gè)區(qū)域的光子晶體，但是也可使用存在于一個(gè)物質(zhì)中的另一個(gè)物質(zhì)的大小和間隔的組合單一的、僅有一個(gè)區(qū)域的光子晶體。
本發(fā)明可作為光子晶體等光子晶體單體來(lái)得到。即，本發(fā)明的光學(xué)晶體，其特征在于包括周期排列層，通過(guò)交替周期性排列介質(zhì)常數(shù)不同的兩種物質(zhì)而形成；該周期排列層形成了在一個(gè)物質(zhì)中周期性排列的另一個(gè)物質(zhì)連續(xù)欠缺的連續(xù)欠缺部，而且，在連續(xù)欠缺部連接的方向中，形成了一個(gè)物質(zhì)中的另一個(gè)物質(zhì)的周期性排列特性不同的多個(gè)區(qū)域。
這里，周期排列特性有在一個(gè)物質(zhì)中排列的另一個(gè)物質(zhì)的大小和間隔等。
在這種周期性排列側(cè)層中，最好在光脈沖通過(guò)連續(xù)欠缺部時(shí)，多個(gè)區(qū)域使施加給該光脈沖的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值或符號(hào)相互不同。
另外，周期排列層上，通過(guò)將形成該周期排列層的一個(gè)物質(zhì)和折射率不同的物質(zhì)形成的其它層層疊，而可形成光學(xué)晶體。
但是，雖然連續(xù)欠缺部可以在周期排列層上按三維狀形成，但是為了提高設(shè)計(jì)和制造的容易性，最好按二維狀形成。因同樣的原理，連續(xù)欠缺部最好從周期排列層的一端側(cè)向另一端側(cè)按直線狀形成。
也可在周期排列層上形成載流子密度與連續(xù)欠缺部不同的不同密度區(qū)域。這時(shí)，最好不同密度區(qū)域與連續(xù)欠缺部相比較，載流子密度高。
在這種不同密度區(qū)域上連接向周期排列層施加電壓用的電極。即，該不同密度區(qū)域作用為端子部。這時(shí)，為了抑制電阻，不同密度區(qū)域最好具有比多個(gè)區(qū)域大的面積。
本發(fā)明可作為經(jīng)光脈沖傳送路徑來(lái)傳播光脈沖的分散補(bǔ)償系統(tǒng)得到。這時(shí)的分散補(bǔ)償系統(tǒng)由在光脈沖傳送路徑上設(shè)置的光脈沖取出部取出經(jīng)光脈沖傳送路徑而被傳播的光脈沖，通過(guò)對(duì)經(jīng)光脈沖傳送路徑而被傳播的光脈沖，由分散補(bǔ)償部提供波長(zhǎng)分散來(lái)補(bǔ)償波長(zhǎng)分散。這時(shí)，在控制部上，根據(jù)由光脈沖取出部取出的光脈沖，控制由分散補(bǔ)償部施加給光脈沖的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)。
分散補(bǔ)償部可以為具有波導(dǎo)和能量賦予部的結(jié)構(gòu)，上述波導(dǎo)具有對(duì)從光脈沖傳送路徑入射的光脈沖提供的波長(zhǎng)分散相互不同的多個(gè)區(qū)域，上述能量賦予部對(duì)波導(dǎo)的每個(gè)區(qū)域，從外部獨(dú)立賦予使該波導(dǎo)的折射率變化的能量。并且，控制部通過(guò)控制由能量賦予部賦予的能量的量，來(lái)控制由分散補(bǔ)償部向光脈沖提供的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)。
另外，還可進(jìn)一步具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部，其存儲(chǔ)將由光脈沖取出部取出的光脈沖的特性和由能量賦予部賦予的能量的量關(guān)聯(lián)了的數(shù)據(jù)。這時(shí)，控制部根據(jù)由光脈沖取出部取出的光脈沖，即，通過(guò)監(jiān)視該光脈沖得到的補(bǔ)償前的光脈沖的特性，來(lái)參照數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部，得到由能量賦予部賦予的能量的量的數(shù)據(jù)。并且，根據(jù)該能量的量的數(shù)據(jù)，來(lái)控制由分散補(bǔ)償部向光脈沖施加的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)。
本發(fā)明可以作為分散補(bǔ)償系統(tǒng)來(lái)得到，經(jīng)光脈沖傳送路徑來(lái)傳播光脈沖，其包括光脈沖取出部，設(shè)置在光脈沖傳送路徑上，取出經(jīng)該光脈沖傳送路徑而被傳播的光脈沖；分散補(bǔ)償部，設(shè)置在光脈沖傳送路徑上，對(duì)經(jīng)該光脈沖傳送路徑而被傳播的光脈沖，提供波長(zhǎng)分散；電壓控制部，為了通過(guò)根據(jù)由光脈沖取出部取出的光脈沖，使分散補(bǔ)償部的載流子密度改變，來(lái)使該分散補(bǔ)償部的折射率變化，而控制向該分散補(bǔ)償部施加的電壓。
另外，本發(fā)明作為分散補(bǔ)償方法得到，其特征在于包括以下步驟取出經(jīng)該光脈沖傳送路徑而被傳播的光脈沖；根據(jù)取出的光脈沖，決定提供給經(jīng)光脈沖傳送路徑傳送的光脈沖的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)；根據(jù)所決定的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)，來(lái)改變施加給經(jīng)光脈沖傳送路徑而被傳播的光脈沖的波長(zhǎng)分散。


圖1是表示本實(shí)施方式的分散補(bǔ)償元件的結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖2(a)是表示分散補(bǔ)償元件的截面圖，(b)是(a)的平面圖。
圖3是芯層的斜視圖。
圖4是頻率-波數(shù)特性曲線，是表示(I)、(II)區(qū)域中的波導(dǎo)模式不同的圖。
圖5是表示標(biāo)準(zhǔn)化波數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化頻率的關(guān)系的圖，(a)是表示波導(dǎo)模式的分支在波數(shù)零上最鄰近的情況的圖，(b)是表示在布里淵區(qū)域(Brillouin zone)邊界中最鄰近的情況的圖。
圖6是表示進(jìn)行多次的分散補(bǔ)償情況下的分散補(bǔ)償元件的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是芯層的平面圖，(b)是表示各區(qū)域的波導(dǎo)模式不同的圖。
圖7是表示進(jìn)行多次的分散補(bǔ)償情況下的補(bǔ)償原理的圖。
圖8是表示分散補(bǔ)償系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是表示通過(guò)使缺損波導(dǎo)的載流子密度改變而使折射率可變的分散補(bǔ)償元件的例子的截面圖。
圖10是表示具有圖9所示的截面結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償元件的例子的平面圖。
圖11是表示具有圖9所示的截面結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償元件的另一例的平面圖。
圖12是表示具有圖9所示的截面結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償元件的又一例的斜視圖。
圖13是表示分散補(bǔ)償元件的又一例的圖。
具體實(shí)施例下面，根據(jù)附圖所示的實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
圖1是說(shuō)明構(gòu)成本實(shí)施方式的分散補(bǔ)償系統(tǒng)的分散補(bǔ)償元件的示意結(jié)構(gòu)用的圖。
如該圖1、圖2所示，分散補(bǔ)償元件(分散補(bǔ)償部)10X包括光子晶體部20、在光子晶體部20的一面?zhèn)仍O(shè)置的電極(分散改變單元，能量賦予部件)30。
光子晶體部20在基板21上層疊了包覆層(其它層)22和芯層(周期排列層)23，基板21例如由硅(Si)形成，包覆層22由硅氧化膜(SiO2)或氮化硅膜形成、芯層23由作為電介質(zhì)層的硅晶體(Si)形成。
這里，為了具有導(dǎo)電性，而在基板21中添加了雜質(zhì)。
另外，如圖3所示，芯層23周期性形成孔24。由此，芯層23形成為通過(guò)芯層23的母材(例如Si)和充滿在孔24的部分中的物質(zhì)(一般是空氣等氣體、也可以填充其他物質(zhì))，交替周期性地排列介質(zhì)常數(shù)(折射率)不同的兩種物質(zhì)。
另外，圖3中，孔24不僅形成到芯層23，還形成到包覆層22，但是其因制造上的原因而構(gòu)成，也可至少僅形成在芯層23上。
在芯層23上形成的孔24具有預(yù)定的半徑(大小)r，按以正三角形為單元胞的三角晶格狀排列，各單元胞的孔24彼此相隔預(yù)定的間隔(正三角形的一個(gè)邊長(zhǎng))a。
并且，該芯層23具有上述孔24的半徑r和間隔a不同地設(shè)定的區(qū)域(I)、(II)。
在這種芯層23上，通過(guò)使孔24缺損(不形成孔24)，使其在貫通區(qū)域(I)、(II)的方向中按直線狀連續(xù)，而形成所謂的缺損波導(dǎo)(波導(dǎo)、連續(xù)欠缺部)25。
在這種結(jié)構(gòu)的光子晶體部20中，通過(guò)在磁性層23的上下面存在折射率不同的不同物質(zhì)(下面?zhèn)仁前矊?2、上面?zhèn)仁强諝?，使得從缺損波導(dǎo)25的一端側(cè)的入射端入射的光在芯層23的上下面反射，同時(shí)進(jìn)行傳播，而從缺損波導(dǎo)25的另一端側(cè)的出射端射出。光在缺陷波導(dǎo)25上傳播時(shí)，在芯層23的區(qū)域(I)中傳播期間，接受與該區(qū)域(I)的孔24的半徑r和間隔a相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分散，接著，在區(qū)域(II)進(jìn)行傳播時(shí)，接受與該區(qū)域(II)的孔24的半徑r和間隔a相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分散。即，從該芯層23的缺損波導(dǎo)25中出射的光接受合成了區(qū)域(I)和(II)的波長(zhǎng)分散。
然后，如圖1和圖2所示，在光子晶體部20的一面?zhèn)?，具體的不是基板21側(cè)，而是與芯層23相對(duì)一側(cè)設(shè)置電極30。該電極用于從外部施加使芯層23的折射率變化的能量。本實(shí)施方式中，作為電極30，對(duì)應(yīng)于所述區(qū)域(I)和(II)獨(dú)立地設(shè)置電極30A、30B。
并且，在電極30A、30B上，外部連接電源(圖中未示)和控制電源的電壓施加量的控制器(圖中未示)，由此，構(gòu)成了分散改變單元。
若向電極30A、30B和具有導(dǎo)電性的基板21之間施加電壓(偏壓)，則對(duì)應(yīng)于所施加的電壓，芯層23的區(qū)域(I)和(II)的折射率變化。利用此，通過(guò)用控制器分別控制從電源施加給區(qū)域(I)的電極30A和區(qū)域(II)的電極30B的電壓，使在區(qū)域(I)、(II)中提供的波長(zhǎng)分散獨(dú)立改變，由此，進(jìn)行最佳的分散補(bǔ)償。
這里，具體表示如上所述的分散補(bǔ)償元件10X的最佳例子。
如前所述，光子晶體部20的基板21為了具有導(dǎo)電性，由包含雜質(zhì)的硅(Si)形成，包覆層22由硅氧化膜(SiO2)或氮化硅形成，芯層23由作為電介質(zhì)的硅晶體(Si)形成。并且，包覆層22和芯層23的厚度分別為1000nm和220nm。該包覆層22和芯層23的厚度處于缺損波導(dǎo)25的橫模為單一的條件(對(duì)于橫向電(transverseelectric TE)偏振為23nm以上且240nm以下)。
若將空氣、芯層23、包覆層22的折射率分別表示為nair、ncore、nclad，則nair＝1.00、ncore＝3.50、nclad＝1.45。
這種光子晶體部20通過(guò)在形成芯層23的材料上涂敷抗蝕劑，通過(guò)光刻等方法在抗蝕劑上形成預(yù)定的孔24的圖形。并且，通過(guò)干蝕在形成芯層23的材料上，形成用于形成缺損波導(dǎo)25的孔24的圖形。這里，孔24的部分為空氣。
孔24的排列為以正三角形為單元胞的三角晶格，使得在區(qū)域(I)和(II)中周期不同。在區(qū)域(I)中，設(shè)為a＝493nm，在區(qū)域(II)中，設(shè)為a＝473nm。各個(gè)區(qū)域還設(shè)定了半徑r，使得r/a＝0.4。另外，在區(qū)域(I)和(II)的邊界，相鄰的孔24之間的間隔d(參照?qǐng)D1)比三角晶格的周期大的值，即比473nm短。傳輸光的缺損波導(dǎo)25為以線P1-P2為中心，沿著線構(gòu)成的直線狀，該缺損波導(dǎo)25通過(guò)填補(bǔ)了(欠缺了)區(qū)域(I)的一個(gè)孔24來(lái)形成。區(qū)域(II)的缺損波導(dǎo)25的寬度取與區(qū)域(I)相等的值。區(qū)域(I)、(II)各自的缺損波導(dǎo)25的長(zhǎng)度為100μm，分散補(bǔ)償元件10X上的缺損波導(dǎo)25的全長(zhǎng)為200μm。
接著，圖4所示的是說(shuō)明分散補(bǔ)償元件10X的分散補(bǔ)償?shù)脑碛玫膱D。
光子晶體部20的區(qū)域(I)和(II)分別具有帶有圖4所示的光波傳輸特征的頻帶(band)特性。在缺損波導(dǎo)25中，曲率符號(hào)不同的分支1和2的波導(dǎo)模式在光子間隙中形成。
圖4的圖表的縱軸和橫軸是用1/a標(biāo)準(zhǔn)化后的光的頻率和波數(shù)。波導(dǎo)模式處于橫向電(transverse electric TE)偏振狀態(tài)。在缺損波導(dǎo)25中，光成為分支1或分支2的模式地進(jìn)行傳輸。
在入射的光脈沖的中心頻率為特定頻率時(shí)，相互不同地設(shè)定區(qū)域(I)、(II)的孔24的半徑r和間隔a，使得在缺損波導(dǎo)25的區(qū)域(I)上產(chǎn)生上側(cè)的分支2的模式，在區(qū)域(II)中產(chǎn)生下側(cè)的分支1的模式。
但是，有如下兩種情況，即，如圖5(a)所示，波導(dǎo)模式的分支1和2在波數(shù)零時(shí)最鄰近的情況，以及如圖5(b)所示，在布里淵區(qū)域邊界最鄰近的情況，任何一種情況都可適用，但是本實(shí)施方式中，以具有圖5(a)的特性的光子晶體為對(duì)象。
在調(diào)查光在物質(zhì)中傳輸時(shí)的情況時(shí)，頻率-波數(shù)的關(guān)系很重要。通過(guò)該關(guān)系，可求出光在物質(zhì)中傳輸時(shí)的速度。該速度是指光脈沖的重心移動(dòng)的速度，稱作群速度。將群速度作為頻率-波數(shù)特性曲線的斜率(微分系數(shù))來(lái)提供。在真空和空氣中，頻率-波數(shù)特性是直線，群速度一定，與頻率無(wú)關(guān)，但是在玻璃、半導(dǎo)體、金屬等物質(zhì)中，頻率-波數(shù)不為直線，群速度因頻率而變化。因此，在從空氣中入射的光透過(guò)物質(zhì)的情況下，根據(jù)從空氣中入射的光的頻率(換而言之也可為波長(zhǎng))，群速度發(fā)生變化。由于光脈沖不僅包含單一波長(zhǎng)，還包含各種的波長(zhǎng)成份，所以若群速度依賴于波長(zhǎng)，則隨著在物質(zhì)中傳輸，光脈沖的寬度擴(kuò)展，波形失真。在群速度依賴于波長(zhǎng)(或頻率)時(shí)，將該依賴性稱作波長(zhǎng)分散。另外，將群速度因波長(zhǎng)(或頻率)而變化的比例稱作群速度分散。群速度分散等于頻率-波數(shù)特性曲線的二重微分。
在圖4所示的表示頻率-波數(shù)關(guān)系的曲線中，在分支1和2中，群速度分散的符號(hào)彼此相反。因此，通過(guò)調(diào)整施加給區(qū)域(I)和(II)的偏壓而使曲線改變，由此，作為包含了區(qū)域(I)和(II)的缺損波導(dǎo)25整體，可以產(chǎn)生正、零或負(fù)的群速度分散。并且，在以某個(gè)光纖傳送路徑為對(duì)象時(shí)，通過(guò)使偏壓(I)和(II)變化，使得產(chǎn)生與該光纖傳送路徑具有的群速度分散符號(hào)相反，且絕對(duì)值相等的量的群速度分散，從而去除了作為對(duì)象的光纖傳送路徑的波長(zhǎng)分散。
圖6是相對(duì)圖1所示的分散補(bǔ)償元件10實(shí)現(xiàn)正負(fù)的分散補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于多次項(xiàng)的分散補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
這里，分散補(bǔ)償元件(分散補(bǔ)償部)10Y基本上與圖1所示的分散補(bǔ)償元件10X相同，所以對(duì)于公共的結(jié)構(gòu)施加同一符號(hào)而省略其說(shuō)明，但是光子晶體部20在基板21上層疊了包覆層22和芯層23。
在該光子晶體部20的芯層23上進(jìn)行設(shè)置，使得周期性形成的孔24的半徑r和間隔a對(duì)每個(gè)區(qū)域不同。
與多次的分散補(bǔ)償對(duì)應(yīng)的分散補(bǔ)償元件10Y若實(shí)現(xiàn)到n次為止的項(xiàng)的分散補(bǔ)償，則具有2(n-1)個(gè)區(qū)域。
如圖6所示，例如，若進(jìn)行到3次為止的項(xiàng)的分散補(bǔ)償，n＝3，將區(qū)域設(shè)定了2(n-1)＝2(3-1)＝4個(gè)。在這4個(gè)區(qū)域(I)、(II)、(III)、(IV)中，分別設(shè)定孔24的半徑r和間隔a，使其提供2次的項(xiàng)的正負(fù)、3次的項(xiàng)的正負(fù)、總共4個(gè)的波長(zhǎng)分散。
圖7用于說(shuō)明這種進(jìn)行到3次為止的項(xiàng)的分散補(bǔ)償?shù)那闆r。
如該圖7所示，為在區(qū)域(IV)提供了2次項(xiàng)的正、區(qū)域(I)提供了2次項(xiàng)的負(fù)、區(qū)域(III)提供了3次項(xiàng)的正、區(qū)域(II)提供了3次項(xiàng)的負(fù)的波長(zhǎng)分散的情況下，由區(qū)域(IV)中，k＝-c2υ2區(qū)域(I)中，k＝c’2υ2區(qū)域(III)中，k＝-c”2υ2-c3υ3區(qū)域(II)中，k＝c2υ2+c’3υ3的式子表示的曲線。其中，各式中，用υ的冪乘來(lái)近似表示中心頻率附近的頻率-波數(shù)特征曲線。
這里，k波數(shù)、c正的數(shù)，υ以中心頻率為源點(diǎn)表示的頻率。
并且，在總計(jì)區(qū)域(I)～(IV)的k＝(c’2-c2+c2-c”2)υ2+(c’3-c3)υ3的式子中，2次項(xiàng)的系數(shù)(c’2-c2+c2-c”2)提供了分散補(bǔ)償元件10Y的2次的分散補(bǔ)償值，三次項(xiàng)的系數(shù)(c’3-c3)提供了分散補(bǔ)償元件10Y的3次的分散補(bǔ)償值。
但是，在上述這種分散補(bǔ)償元件10Y中，為例如具有4個(gè)區(qū)域(I)～(II)的結(jié)構(gòu)，但是在這樣具有三個(gè)以上的區(qū)域的情況下，最好如圖6(b)所示，在彼此相鄰的區(qū)域間的邊界部中，為使由折射率不同而產(chǎn)生的反射造成的光衰減為最小的排列。具體的，最好以間隔a的大小的順序來(lái)排列區(qū)域(I)～(IV)。
接著，圖8表示使用了上述這種分散補(bǔ)償元件10X或10Y構(gòu)成的分散補(bǔ)償系統(tǒng)50的結(jié)構(gòu)。
分散補(bǔ)償系統(tǒng)50包含于光纖傳送路徑100上。
光纖傳送路徑100例如在海底等經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離地鋪設(shè)，使得經(jīng)過(guò)光纖傳送路徑100傳送從發(fā)送服務(wù)器等入射部101側(cè)入射的光脈沖序列，而從接收服務(wù)器等出射部102側(cè)射出。
分散補(bǔ)償系統(tǒng)50包含于出射部102的附近，具有耦合器(脈沖取出部)51、監(jiān)視裝置52、控制裝置(控制部、電壓控制部)53和分散補(bǔ)償元件10X或10Y(下面，僅簡(jiǎn)稱為10X)。
耦合器51從光纖傳送路徑100中取出光脈沖。
監(jiān)視裝置52經(jīng)可忽略波長(zhǎng)分散的影響的盡可能短的光纖54接收由耦合器51取出來(lái)的光脈沖，監(jiān)視該光脈沖。具體的，監(jiān)視(測(cè)量)從光纖傳送路徑100中取出的光脈沖的時(shí)間一光譜面上的波長(zhǎng)，將作為波形控制的對(duì)象的光脈沖具有的波長(zhǎng)分散分解為每次的系數(shù)求出，并將其作為波長(zhǎng)分散信息輸出。另外，對(duì)于該監(jiān)視裝置52，可使用在Kogawa、“Real-time intuitive spectrogrammeasurement of ultrashort optical pulses using two-photonabsorption in semiconductor”、“online”平成14年(2002年)3月11日，Optics Express、Vol.10，No.5，p.262-267，OpticalSociety of America“平成15年(2003年1月14日)檢索”、互聯(lián)網(wǎng)<URLhttp//www.opticsexpress.org/abstract.cfm？URL＝OPEX-10-5-262>上記載的結(jié)構(gòu)，這里不特別進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
控制裝置53經(jīng)短的光纖55接收從監(jiān)視裝置52輸出的波長(zhǎng)分散信息。該控制裝置53具有數(shù)據(jù)庫(kù)(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部)56，在該數(shù)據(jù)庫(kù)56中存儲(chǔ)了對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)分散的符號(hào)和絕對(duì)值的分散補(bǔ)償元件10X的電極30A、30B上的電壓施加量數(shù)據(jù)。
控制裝置53中，若接收了從監(jiān)視裝置52輸出的波長(zhǎng)分散信息，則通過(guò)參照數(shù)據(jù)庫(kù)56，得到分散補(bǔ)償元件10X產(chǎn)生與從監(jiān)視裝置52接收的波長(zhǎng)分散信息(波長(zhǎng)分散的系數(shù))絕對(duì)值相等且符號(hào)相反的波長(zhǎng)分散用的電極30A、30B上的電壓施加量的數(shù)據(jù)。并且，將所得到的電壓施加量的數(shù)據(jù)向分散補(bǔ)償元件10X輸出。
設(shè)置分散補(bǔ)償元件10X，使得其缺損波導(dǎo)25插在光纖從傳送路徑100上，從缺損波導(dǎo)25的一端側(cè)的入射端入射在光纖傳送路徑100上傳送來(lái)的光脈沖，并從另一端側(cè)的出射端出射到光纖傳送路徑100上。
并且，將向分散補(bǔ)償元件10X的電極30A、30B施加電壓用的電源(圖中未示)和控制電源上的電壓施加量的控制器(圖中未示)連接到分散補(bǔ)償元件10X上。
所述的從控制裝置53輸出的電壓施加量的數(shù)據(jù)經(jīng)光纖57，傳送到分散補(bǔ)償元件10X的控制器(圖中未示)上。在控制器中，根據(jù)所接收的電壓施加量的數(shù)據(jù)，從電源向電極30A、30B施加預(yù)定的電壓，從而使區(qū)域(I)、(II)各自的折射率變化。
這樣，在分散補(bǔ)償系統(tǒng)50中，為在監(jiān)視裝置52中監(jiān)視從光纖傳送路徑100中取出的光脈沖，并根據(jù)其波長(zhǎng)分散信息，由控制裝置53來(lái)控制由分散補(bǔ)償元件10X所施加的電壓施加量的結(jié)構(gòu)。由此，在光纖傳送路徑100中，即使產(chǎn)生因溫度、氣象等造成的條件改變，通常也可進(jìn)行最佳的分散補(bǔ)償。
并且，在分散補(bǔ)償元件10X中，由于為通過(guò)與波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值相獨(dú)立地變化波長(zhǎng)分散補(bǔ)償?shù)姆?hào)，來(lái)進(jìn)行正負(fù)的分散補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)，所以，即使在光纖傳送路徑100中的波長(zhǎng)分散在正負(fù)之間連續(xù)變化的情況下，也可進(jìn)行分散補(bǔ)償。
另外，上述觀點(diǎn)不僅在使用了分散補(bǔ)償元件10X的情況下適用，在使用了分散補(bǔ)償元件10Y的情況下同樣也可適用，若采用分散補(bǔ)償元件10Y，不僅正負(fù)，還可進(jìn)行多次的分散補(bǔ)償。
結(jié)果，通過(guò)使用分散補(bǔ)償元件10X、10Y和使用了該補(bǔ)償元件的分散補(bǔ)償系統(tǒng)50，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于使用寬光譜頻帶的超高速大容量光通信的波長(zhǎng)分散補(bǔ)償，可以充分實(shí)現(xiàn)傳送速度的進(jìn)一步高速化。
尤其，由于分散補(bǔ)償元件10X、10Y僅按在每個(gè)區(qū)域上使孔24的半徑r和間隔a不同，所以可以不使結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜地以較低成本實(shí)現(xiàn)上述效果。
另外，在控制裝置53中也為通過(guò)參照預(yù)先在數(shù)據(jù)庫(kù)56中存儲(chǔ)的信息，來(lái)控制在電極30A、30B上施加的電壓量的結(jié)構(gòu)，這時(shí)不需要進(jìn)行復(fù)雜的處理等，所以控制裝置53本身也可以低成本制造。
然后，上述分散補(bǔ)償元件10X或10Y雖然為通過(guò)使用電極30施加偏壓而使光子晶體部20的折射率變化的結(jié)構(gòu)，但是通過(guò)向芯層23注入作為雜質(zhì)的載流子(電子或空穴(hole))來(lái)施加偏壓，也可以使光子晶體部20的吸收光譜(折射率的虛部)變化。
圖9是這種分散補(bǔ)償元件10Z的例子。
如該圖9所示，分散補(bǔ)償元件10Z作為整體，具有在基板21上層疊了包覆層22、芯層23，進(jìn)一步，在芯層23上層疊了包覆層60的結(jié)構(gòu)?；?1例如由硅(Si)形成，包覆層22、60由硅氧化膜(SiO2)或氮化硅膜形成、芯層23由作為電介質(zhì)層的硅晶體(Si)形成。另外，基板21具有例如500μm左右的厚度，包覆層22和60例如具有200nm～1μm，作為具體例，為300nm的厚度，芯層23具有250nm左右的厚度。
分散補(bǔ)償元件10Z形成為在相對(duì)缺損波導(dǎo)25連續(xù)的方向垂直的截面、即，圖9所示的截面中，基板21、包覆層22、芯層23、包覆層60比形成了孔24的區(qū)域(下面，將其稱作光子晶體區(qū)域)R1還向側(cè)面延長(zhǎng)。即，存在以缺損導(dǎo)波路進(jìn)25為中心，在其兩側(cè)形成了孔24的光子晶體區(qū)域R1，進(jìn)一步，在其外側(cè)形成沒有形成孔24的擴(kuò)展區(qū)域R2。
在上下通過(guò)包覆層22和60夾著的芯層23上，在擴(kuò)展區(qū)域R2上，將相對(duì)中央部的缺損波導(dǎo)25載流子密度不同的區(qū)域(不同密度區(qū)域)作為端子部70形成。
并且，在這種分散補(bǔ)償元件10Z中，電連接向該端子部70施加電壓用的電極(分散改變單元、能量賦予部件)80，在基板21的底面?zhèn)入娺B接供給基準(zhǔn)電位用的基準(zhǔn)電極81。
端子部70通過(guò)摻雜或不摻雜包含于芯層23中的雜質(zhì)(電子或空穴)，而使載流子密度相對(duì)缺損波導(dǎo)25不同。若在該端子部70上電連接電極80，來(lái)施加偏壓，則因缺損波導(dǎo)25的部分和端子部70的部分的載流子密度的差，電子或空穴移動(dòng)，由此，缺損波導(dǎo)25的部分的載流子密度變化，吸收光譜變化。例如，在作為雜質(zhì)使用了p型元素的情況下，若施加+(正)的偏壓，則空穴從兩側(cè)的端子部70集中到中央部的缺損波導(dǎo)25上，缺損波導(dǎo)25的載流子密度升高，若施加-(負(fù))的偏壓，則空穴從缺損波導(dǎo)25向兩側(cè)的端子部70移動(dòng)，缺損波導(dǎo)25的載流子密度降低。
這里，也可相對(duì)缺損波導(dǎo)25的部分，端子部70的載流子密度低，但是最好相對(duì)缺損波導(dǎo)25的部分，端子部70的載流子密度高，即，通過(guò)離子注入雜質(zhì)等來(lái)?yè)诫s。這是因?yàn)槿粝鄬?duì)缺損波導(dǎo)25的部分，端子部70的載流子密度提高，則在連接了電極80的端子部70中，電阻變小，且缺損波導(dǎo)25部分的電阻變大，電場(chǎng)容易集中。
作為這種雜質(zhì)，有在半導(dǎo)體中使用的p型元素的B(硼)、Al(鋁)、Ga(鎵)、In(銦)、Tl(鉈)、n型元素的N(氮)、P(磷)、As(砷)、Sb(銻)、Bi(鉍)等。其中，p型元素中，由于容易進(jìn)行摻雜，所以B(硼)尤其適合。
在作為摻雜的雜質(zhì)，使用了p型元素的B(硼)的情況下，例如，若設(shè)缺損波導(dǎo)25的載流子密度(雜質(zhì)元素的數(shù)目)為1017個(gè)/cm3，則端子部70的載流子密度最好為5×1018～5×1019個(gè)/cm3，例如，為1×1019個(gè)/cm3。
這時(shí)，最好基板21載流子密度與缺損波導(dǎo)25相同。這是因?yàn)槿艋?1和缺損波導(dǎo)25中，載流子密度不同，則其之間產(chǎn)生了電荷分布，設(shè)計(jì)等變得復(fù)雜。
另外，由于在基準(zhǔn)電極81與基板21相連的面21a上電阻減小，所以最好通過(guò)摻雜雜質(zhì)，使例如與端子部70相同的載流子密度。
圖10是具有圖9所示的截面結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償元件10Z的一例。
如該圖10所示，分散補(bǔ)償元件10Z1裝載在裝配臺(tái)90上，形成為相對(duì)光子晶體區(qū)域R1的面積，在其兩側(cè)的擴(kuò)展區(qū)域R2上形成的端子部70的面積相對(duì)較大，在平面視圖的狀態(tài)具有大致H字狀。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)使端子部70的面積盡可能大，來(lái)減小其電阻。
另外，該分散補(bǔ)償元件10Z1與圖1所示的分散補(bǔ)償元件10X相同，具有孔24的半徑r和間隔a不同而設(shè)定的區(qū)域(I)、(II)。并且，由于獨(dú)立于各個(gè)區(qū)域(I)、(II)施加偏壓，所以分散補(bǔ)償元件10Z1分別在區(qū)域(I)、(II)的兩側(cè)設(shè)置端子部70和電極80，經(jīng)引線85，將在裝載臺(tái)90上設(shè)置的外部電極86分別電連接到總共4個(gè)的電極80上。
并且，配置球頭型的光纖F，使其與光子晶體區(qū)域R1的缺損波導(dǎo)25的兩端相對(duì)，由此，將光脈沖導(dǎo)入到缺損波導(dǎo)25上，受到了分散補(bǔ)償后導(dǎo)出。
圖11是具有圖9所示的截面結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償元件10Z的另一例。
如該圖11所示，分散補(bǔ)償元件10Z2為相對(duì)光子晶體區(qū)域R1，向其兩側(cè)變寬的擴(kuò)展區(qū)域R2上設(shè)置的端子部70和電極80為梯形狀(或扇形)。由此，盡可能縮短了到與端子部70和電極80相比面積較小的光子晶體區(qū)域R1的距離，同時(shí)，可以大大確保端子部70和電極80的面積。其對(duì)減小端子部70的電阻是有效的。
圖12是具有圖9所示的截面結(jié)構(gòu)的分散補(bǔ)償元件10Z的又一例。
如該圖12所示，分散補(bǔ)償元件10Z3形成為僅其表面與圖10所示的分散補(bǔ)償元件10Z1相同為大致H字狀，相對(duì)光子晶體區(qū)域R1，向其兩端變寬的端子部70和電極80的面積變大。并且，基板21僅上部在平面視圖中為大致H字狀，比其下的部分在平面視圖中為大致矩形狀。
這種分散補(bǔ)償元件10Z3通過(guò)在基板21上層疊包覆層22、芯層23、包覆層60而形成了平面視圖中的矩形狀的塊后，通過(guò)蝕刻等去除光子晶體區(qū)域R1的缺損波導(dǎo)25的兩端側(cè)而形成階梯部91來(lái)得到。這時(shí)，在光子晶體區(qū)域R1的缺損波導(dǎo)25的兩端形成突出部92，在該突出部92上，使光纖F相對(duì)。因此，臺(tái)階部91的深度最好根據(jù)光纖F的外徑來(lái)設(shè)定。
但是，雖然圖10～圖12所示的分散補(bǔ)償元件10Z1～1023具有孔24的半徑r、間隔a不同地設(shè)置的兩個(gè)區(qū)域(I)、(II)的結(jié)構(gòu)，但是，其也可與圖6所示的分散補(bǔ)償元件10Y等相同，例如，具有4個(gè)等不少于3個(gè)的區(qū)域。這時(shí)，根據(jù)區(qū)域的數(shù)目，來(lái)設(shè)置端子部70。
在這種分散補(bǔ)償元件10Z中，也可構(gòu)成圖8所示的分散補(bǔ)償系統(tǒng)50。
這時(shí)，控制裝置53在數(shù)據(jù)庫(kù)56中存儲(chǔ)了對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)分散的符號(hào)和絕對(duì)值的、電極80對(duì)于分散補(bǔ)償元件10Z的電壓施加量數(shù)據(jù)。并且，在控制裝置53中，通過(guò)參照數(shù)據(jù)庫(kù)56，得到對(duì)應(yīng)于從監(jiān)視裝置52接收的波長(zhǎng)分散信息的、電極80上的電壓施加量的數(shù)據(jù)，并將其向分散補(bǔ)償元件10Z輸出。
從控制裝置53輸出的電壓施加量數(shù)據(jù)經(jīng)光纖57，傳送到分散補(bǔ)償元件10Z的控制器中(圖中未示)?？刂破鞲鶕?jù)所接收到的電壓施加量的數(shù)據(jù)，從電源產(chǎn)生預(yù)定的電壓，并將其經(jīng)電極80施加到端子部70中，從而使缺損波導(dǎo)25的區(qū)域(I)、(II)各自的折射率。
這樣，分散補(bǔ)償元件10Z的情況下也通過(guò)分散補(bǔ)償系統(tǒng)50，即使在光纖傳送路徑100中產(chǎn)生由溫度、氣象等造成的條件改變，通常也可進(jìn)行最佳的分散補(bǔ)償。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于使用寬光譜頻帶的超高速大容量光通信的波長(zhǎng)分散補(bǔ)償，可以充分實(shí)現(xiàn)傳送速度的進(jìn)一步高速化。
另外，在上述實(shí)施方式中，為在分散補(bǔ)償元件10X、10Y、10Z中，通過(guò)使用電極30來(lái)施加偏壓而使光子晶體部20的折射率變化的結(jié)構(gòu)，但是也可將除此之外的手段作為分散補(bǔ)償手段來(lái)使用。
例如，在各區(qū)域上設(shè)置加熱器，向加熱器流過(guò)電流而使芯層23的溫度升高。可以通過(guò)折射率的溫度依賴性，使光子晶體波導(dǎo)的波長(zhǎng)分散，而用于波長(zhǎng)分散補(bǔ)償。
進(jìn)一步，通過(guò)壓電元件從光子晶體部20的兩面施加壓力，而施加翹曲，而可使折射率變化。
另外，光子晶體部20如圖13(a)所示，為在基板21上僅具有包覆層22、芯層23，芯層23的一面?zhèn)冉佑|空氣的結(jié)構(gòu)，但是也可代替此，如圖13(b)所示，在芯層23的上面?zhèn)冗M(jìn)一步設(shè)置包覆層(其他層)26。這時(shí)，包覆層26上，與包覆層22相同，可以使用SiO2。作為最好的方式的包覆層22的厚度是500nm。其他部分的厚度與上述相同。
另外，為在芯層23上形成直線狀的缺損波導(dǎo)25的結(jié)構(gòu)，但是并不限于直線狀，也可以是折曲或彎曲的形狀。進(jìn)一步，在上述實(shí)施方式中，缺損波導(dǎo)25為按二維狀形成的結(jié)構(gòu)，但是也可以是按三維狀形成的結(jié)構(gòu)。
除此之外，若具有與上述相同的對(duì)光的分散功能，則使用光子晶體之外的光學(xué)素材、光學(xué)元件也沒有任何問(wèn)題。
除此之外，分散補(bǔ)償系統(tǒng)50中，為由監(jiān)視裝置52、控制裝置53監(jiān)視光脈沖來(lái)控制分散補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)，但是若是光纖傳送路徑100中的光脈沖傳播條件并不怎么改變的使用環(huán)境，則也可省略耦合器51、監(jiān)視裝置52、控制裝置53，而為通常進(jìn)行一定的分散補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
另外，在入射部101、出射部102中所用的服務(wù)器和各終端裝置通常對(duì)光纖傳送路徑100進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送和接收兩者。上述分散補(bǔ)償系統(tǒng)50最好在信號(hào)的接收之前進(jìn)行分散補(bǔ)償，所以實(shí)際上，最好在光纖傳送路徑100的兩端部具有分散補(bǔ)償系統(tǒng)50。
除此之外，分散補(bǔ)償系統(tǒng)也可以是監(jiān)視裝置52、控制裝置53、分散補(bǔ)償元件10X、10Y或10Z為一體的裝置，也可分別是不同的單元。
除此之外，只要不脫離本發(fā)明的精神，通過(guò)取舍選擇上述實(shí)施方式中所舉例的結(jié)構(gòu)等，可以適當(dāng)改變?yōu)槠渌Y(jié)構(gòu)。
產(chǎn)業(yè)上的可用性根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)設(shè)置多個(gè)區(qū)域，可以進(jìn)行例如，正負(fù)的分散補(bǔ)償和多次的分散補(bǔ)償。另外，通過(guò)使各個(gè)區(qū)域的波長(zhǎng)分散改變，也可以使波長(zhǎng)分散補(bǔ)償?shù)慕^對(duì)值和符號(hào)可變。
另外，通過(guò)施加電壓，使波導(dǎo)的載流子密度改變，而使波導(dǎo)的折射率變化，也可以進(jìn)行分散補(bǔ)償。
并且，監(jiān)視從光纖傳送路徑中取出的光脈沖，根據(jù)其波長(zhǎng)分散信息，控制波長(zhǎng)分散，從而即使在光纖傳送路徑中產(chǎn)生溫度、氣象等造成的條件改變，通常也可進(jìn)行最佳的分散補(bǔ)償。
結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于使用寬光譜頻帶的超高速大容量光通信的波長(zhǎng)分散補(bǔ)償，可以充分實(shí)現(xiàn)傳送速度的進(jìn)一步高速化。
權(quán)利要求
1.一種分散補(bǔ)償元件，對(duì)從外部入射的光脈沖的波長(zhǎng)分散進(jìn)行補(bǔ)償，其特征在于，包括波導(dǎo)，將所述光脈沖從入射端引導(dǎo)到出射端；分散改變單元，使所述波導(dǎo)中提供給所述光脈沖的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)可變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分散補(bǔ)償元件，其特征在于在所述波導(dǎo)連續(xù)的方向中交替周期性地排列介質(zhì)常數(shù)不同的兩種物質(zhì)而形成、且一種所述物質(zhì)中存在的另一種所述物質(zhì)的大小和間隔的組合不同的多個(gè)區(qū)域，沿所述波導(dǎo)連續(xù)的方向配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分散補(bǔ)償元件，其特征在于多個(gè)所述區(qū)域?qū)λ龉饷}沖的波長(zhǎng)分散的符號(hào)相互不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分散補(bǔ)償元件，其特征在于多個(gè)所述區(qū)域?qū)λ龉饷}沖的波長(zhǎng)分散的次數(shù)相互不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分散補(bǔ)償元件，其特征在于所述分散補(bǔ)償元件對(duì)到n次為止的波長(zhǎng)分散進(jìn)行補(bǔ)償，設(shè)置了2(n-1)個(gè)所述區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分散補(bǔ)償元件，其特征在于多個(gè)所述區(qū)域以彼此前后的所述區(qū)域的邊界部的、所述光脈沖的反射變成最小的排列來(lái)設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分散補(bǔ)償元件，其特征在于作為所述分散改變單元包括能量賦予部件，用于對(duì)所述波導(dǎo)的每個(gè)所述區(qū)域，從外部獨(dú)立賦予使該波導(dǎo)的折射率改變的能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的分散補(bǔ)償元件，其特征在于所述能量賦予部件通過(guò)施加電壓而使所述波導(dǎo)的載流子密度改變，從而使該波導(dǎo)的折射率改變。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分散補(bǔ)償元件，其特征在于還具有載流子密度與所述波導(dǎo)不同的端子部；用于施加電壓的所述能量賦予部件電被連接到所述端子部。
10.一種分散補(bǔ)償元件，對(duì)從外部入射的光脈沖的波長(zhǎng)分散進(jìn)行補(bǔ)償，其特征在于，包括波導(dǎo)，將所述光脈沖從入射端引導(dǎo)到出射端；分散改變單元，載流子密度與所述波導(dǎo)不同，通過(guò)從外部施加電壓而使所述波導(dǎo)的折射率變化，而使得在該波導(dǎo)中提供給所述光脈沖的波長(zhǎng)分散可變。
11.一種光學(xué)晶體，其特征在于包括周期排列層，通過(guò)交替周期性排列介質(zhì)常數(shù)不同的兩種物質(zhì)而形成；所述周期排列層形成了在一種所述物質(zhì)中周期性排列的另一種所述物質(zhì)連續(xù)欠缺的連續(xù)欠缺部，而且，在所述連續(xù)欠缺部連續(xù)的方向中，形成一種所述物質(zhì)中的另一種所述物質(zhì)的周期性排列特性不同的多個(gè)區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)晶體，其特征在于所述周期性排列層上，在光脈沖通過(guò)所述連續(xù)欠缺部時(shí)，多個(gè)所述區(qū)域使施加給該光脈沖的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值或符號(hào)相互不同。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)晶體，其特征在于所述周期排列層上，層疊了由折射率與形成該周期排列層的所述一個(gè)物質(zhì)不同的物質(zhì)形成的其它層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)晶體，其特征在于在所述周期排列層上，按二維狀形成所述連續(xù)欠缺部。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)晶體，其特征在于所述連續(xù)欠缺部從所述周期排列層的一端側(cè)向另一端側(cè)按直線狀形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)晶體，其特征在于所述周期排列層形成了載流子密度與所述連續(xù)欠缺部不同的不同密度區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)晶體，其特征在于所述不同密度區(qū)域的載流子密度比所述連續(xù)欠缺部高。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)晶體，其特征在于所述不同密度區(qū)域具有比所述多個(gè)區(qū)域大的面積。
19.一種分散補(bǔ)償系統(tǒng)，經(jīng)光脈沖傳送路徑來(lái)傳播光脈沖；其特征在于，包括光脈沖取出部，設(shè)置在所述光脈沖傳送路徑上，取出經(jīng)該光脈沖傳送路徑而被傳播的所述光脈沖；分散補(bǔ)償部，設(shè)置在所述光脈沖傳送路徑上，對(duì)于經(jīng)該光脈沖傳送路徑而被傳播的光脈沖，施加波長(zhǎng)分散；控制部，根據(jù)由所述光脈沖取出部取出的所述光脈沖，控制由所述分散補(bǔ)償部施加給所述光脈沖的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的分散補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于所述分散補(bǔ)償部具有波導(dǎo)，具有對(duì)從所述光脈沖傳送路徑入射的所述光脈沖提供的波長(zhǎng)分散相互不同的多個(gè)區(qū)域；能量賦予部，對(duì)所述波導(dǎo)的每個(gè)所述區(qū)域，從外部獨(dú)立賦予使該波導(dǎo)的折射率變化的能量；所述控制部通過(guò)控制由所述能量賦予部賦予的能量的量，來(lái)控制由所述分散補(bǔ)償部向所述光脈沖提供的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的分散補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)將由所述光脈沖取出部取出的所述光脈沖的特性和由所述能量賦予部賦予的能量的量相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)；所述控制部根據(jù)由所述光脈沖取出部取出的所述光脈沖，通過(guò)參照所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部而得到的所述能量的量的數(shù)據(jù)，來(lái)控制由所述分散補(bǔ)償部向所述光脈沖施加的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)。
22.一種分散補(bǔ)償系統(tǒng)，經(jīng)光脈沖傳送路徑來(lái)傳播光脈沖，其特征在于，包括光脈沖取出部，設(shè)置在所述光脈沖傳送路徑上，取出經(jīng)該光脈沖傳送路徑而被傳播的所述光脈沖；分散補(bǔ)償部，設(shè)置在所述光脈沖傳送路徑上，對(duì)經(jīng)該光脈沖傳送路徑而被傳播的光脈沖，提供波長(zhǎng)分散；電壓控制部，為了通過(guò)根據(jù)由所述光脈沖取出部取出的所述光脈沖，使所述分散補(bǔ)償部的載流子密度改變，來(lái)使該分散補(bǔ)償部的折射率變化，而控制向該分散補(bǔ)償部施加的電壓。
23.一種分散補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟取出經(jīng)該光脈沖傳送路徑而被傳播的光脈沖；根據(jù)取出的所述光脈沖，決定向經(jīng)所述光脈沖傳送路徑而被傳播的光脈沖提供的波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)；根據(jù)所決定的所述波長(zhǎng)分散的絕對(duì)值和符號(hào)，來(lái)改變向經(jīng)所述光脈沖傳送路徑而被傳播的光脈沖提供的波長(zhǎng)分散。
全文摘要
在分散補(bǔ)償元件(10X)中，設(shè)定孔(24)的半徑和間隔相互不同的多個(gè)區(qū)域(I)、(II)，在各個(gè)區(qū)域(I)、(II)中，通過(guò)控制由電極(30A、30B)施加的電壓，而可使波長(zhǎng)分散補(bǔ)償?shù)姆?hào)和絕對(duì)值可變。在使用這種分散補(bǔ)償元件(10X)而構(gòu)成的分散補(bǔ)償系統(tǒng)中，監(jiān)視從光纖傳送路徑中取出的光脈沖，并根據(jù)該波長(zhǎng)分散信息，控制由分散補(bǔ)償元件(10X)施加的電壓施加量，而進(jìn)行在光纖傳送路徑中傳送的光脈沖的分散補(bǔ)償。另外，通過(guò)施加電壓，而使波導(dǎo)的載流子密度可變，來(lái)使波導(dǎo)的折射率變化，從而可進(jìn)行分散補(bǔ)償。
文檔編號(hào)G02F1/03GK1717612SQ200480001470
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2004年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月15日
發(fā)明者小川憲介, 藤井充 申請(qǐng)人:株式會(huì)社物產(chǎn)納米技術(shù)研究所