CN101681030B - 光波形整形装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种具有高分辨率的光波形整形装置。为解决上述课题，本发明的光波形整形装置(10)包括：分波器(11)，其将来自于光源的光按照不同频率分解；聚光部(12)，其将由上述分波器(11)分解的多路光汇集；偏振分离装置(13)，经过了上述聚光部(12)的光入射到其中，其对入射的光的偏振面进行调整；空间光调制器(14)，经过了上述偏振分离装置(13)的光入射到该空间光调制器(14)具有的相位调制部及强度调制部中。

Description

光波形整形装置

技术领域

本发明涉及光波形整形装置等。

背景技术

在光信号传输***中，所传输的光信号因受到ASE噪音和光纤的非线性特性的影响，其波形会发生畸变，从而降低了传输质量。此时，要通过具有调整光信号波形作用的光波形整形装置，对畸变的光信号波形进行恢复。另外，例如在使用飞秒激光器等的观测装置中，对激光波形的整形也是非常重要的，所以也要使用到光波形整形装置。

例如在日本发明专利特开2001-42274号公报中公开了一种光波整形装置，该光波整形装置具有相位调制用的空间光调制器和强度调制用的空间光调制器。然而，在该公报所公开的光波整形装置上，因为使用了2个各自具有玻璃基板的调制器，这必然会导致波束径的增大，所以其具有分辨率低的缺点。

专利文献1：日本发明专利特开2003-90926号公报

专利文献2：日本发明专利特开2002-131710号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的目的在于，提供一种具有高分辨率的光波形整形装置。

本发明的目的在于，所提供的高分辨率的光波形整形装置能够对在光强度调制时产生的相位变化进行补偿。

本发明的目的在于，所提供的光波形整形装置，其通带的形状近似于矩形。本发明的目的在于，所提供的光波形整形装置能够生成具有万亿赫兹数量级的超高速光脉冲。

本发明的目的在于，提供一种可实现小型化的可变带宽光波形整形装置。

解决问题的方法

本发明是基于以下的认识而得以实现的，通过使用具有相位调制部及强度调制部的空间光调制器，能够获得具有高分辨率的光波形整形装置，并能够获得包括产生万亿赫兹数量级超高速光脉冲在内的新应用技术。

即，本发明第1形态的光波整形装置(10)包括：偏振分离器(1)，由该偏振分离器(1)使来自于光源的光产生偏振分离；半波片(2)，由上述偏振分离器(1)使来自于光源的光偏振分离为第1光波与第2光波，通过该半波片(2)对该第1光波与第2光波的偏振面进行调整使二者呈一定关系；偏振光束分离器(3)，经过了上述半波片(2)的光入射到该偏振光束分离器(3)中；法拉第旋转器(4)，该法拉第旋转器(4)使经过了上述偏振光束分离器(3)的第1光波及第2光波的偏振面产生一定量的转动；第1准直器(5)，经过了上述法拉第旋转器(4)的第1光波入射到该第1准直器(5)中；第2准直器(6)，经过了上述法拉第旋转器(4)的第2光波入射到该第2准直器(6)中；2轴保偏光纤(7)，来自于上述第1准直器(5)及第2准直器(6)的光波入射到该2轴保偏光纤(7)中；第3准直器(8)，经过了上述2轴保偏光纤(7)的光入射到该第3准直器(8)中；分波器(11)，该分波器(11)将来自于上述第3准直器(8)的光按照不同频率分解；聚光透镜(12)，该聚光透镜(12)使由上述分波器(11)分解的多路光分别汇聚；偏振分离部件(13)，经过了上述聚光透镜(12)的光入射到该偏振分离部件(13)中，由该偏振分离部件(13)对入射光的偏振面进行调整；空间光调制器(14)，经过了上述偏振分离部件(13)的光入射到该空间光调制器(14)中，该空间光调制器(14)具有相位调制部及强度调制部，而且该空间光调制器(14)具有多个设置在各自所对应的空间位置上的呈线性或矩阵形排列的液晶元件，上述相位调制部的液晶的取向与由上述偏振分离部件(13)调整后的光的偏振面平行，上述强度调制部的液晶的取向与上述相位调制部的液晶的取向方向呈45度角；折返用反射器(15)，该折返用反射器(15)为棱镜型的反射器，经过了上述液晶空间相位调制部及液晶空间强度调制部的光，入射到该折返用反射器(15)中；半波片(16)，被上述折返用反射器(15)反射，并从上述偏振光束分离器(3)输出的光入射到到上述半波片(16)中，由该半波片(16)对其的偏振面进行调整；第4准直器(17)，经过了上述半波片(16)的光入射到该第4准直器(17)中。从第3准直器(8)中发出的光，通过分波器(11)按照不同的频率分解并在空间上分散。通过分波器(11)按照不同的频率分解的在空间上分散的光，分别被聚光透镜(12)所汇聚。被汇聚的光，通过上述偏振分离部件(13)，对其偏振面进行调整。经过调整偏振面后的光，通过空间光调制器(14)进行可控的相位调制或强度调制，或者是既进行可控的相位调制又进行可控的强度调制。进行调制之后，光被折返用反射器(15)反射回来。反射回来的光通过聚光透镜(12)被汇聚，

并通过分波器(11)使按照不同频率被分解的光合波。由第1光波产生的反射光经过第2准直器(6)入射到法拉第旋转器(4)中。由第2光波产生的反射光经过第1准直器(5)入射到法拉第旋转器(4)中。由第1光波及第2光波产生的反射光经过了法拉第旋转器(4)后，通过偏振光束分离器(3)调整其传播方向。经过了偏振光束分离器(3)的光，由半波片(16)进行偏振面调整，从而使2个光波的偏振面相垂直。经过了该偏振面调整的光，通过第4准直器(17)被输出。

如实施例所证明的那样，本发明的光波形整形装置具有极高的规格、性能。

本发明第1形态优选，在上述空间光调制器(14)的多个液晶元件中，根据入射光的直径不同，由2个元件或3个元件构成1个信道。1个信道的意思是指，对应于一路输入光所需要元件的基本单位。具体的如可使上述空间光调制器(14)的多个液晶元件，具有10μm以上40μm以下的液晶单元格中心距。如上述地，根据衍射光栅等的分波器的色散特性与波长的关系设置元件数目，从而提高空间分辨率。

本发明的第2形态优选，光波形整形装置(10)包括：偏振分离器(1)，由该偏振分离器(1)使来自于光源的光产生偏振分离；分波器(11)，该分波器(11)将由上述偏振分离器(1)分离产生的第1光波及第2光波按照不同频率分解；聚光部(12)，该聚光部(12)使由上述分波器(11)分解的多路光分别汇聚；偏振分离部件(13)，经过了上述聚光部(12)的光入射到该偏振分离部件(13)中，由该偏振分离部件(13)对入射光的偏振面进行调整；空间光调制器(14)，经过了上述偏振分离部件(13)的光入射到该空间光调制器(14)中，该空间光调制器(14)具有相位调制部及强度调制部；折返用反射器(15)，该折返用反射器(15)为棱镜型的反射器，经过了上述具有液晶空间相位调制部及液晶空间强度调制部的空间光调制器(14)的光，入射到该折返用反射器(15)中。

如上所述，由于在偏振分离后的2个光路中，通过两侧远心光学***使2个光路在往返过程中产生互相产生交替，从而能够消除在偏振分离的部分产生的相位变化对输出光造成的影响。

本发明的第2形态优选，在上述光波形整形装置(10)中，上述第1光波及第2光波，分别经过2轴保偏光纤的第1轴及第2轴到达上述分波器(11)，同时，经过上述反射器(15)被反射回来的第1光波及第2光波，分别经过2轴保偏光纤的第1轴及第2轴被输出。

进行偏振分离控制会使波束质量降低，但通过2轴PMF进行滤波，可消除光束强度分布的不规则变化。这样能够防止空间光调制器(14)的光强度调制部及光相位调制部的聚光径增大的问题，最终使分辨率得到提高。

本发明的第2形态优选，在上述空间光调制器(14)的多个液晶元件中，根据入射光的直径不同，由2个元件或3个元件构成1个信道。1个信道的意思是指，对应于一路输入光所需要元件的基本单位。具体的如可使上述空间光调制器(14)的多个液晶元件，具有10μm以上40μm以下的液晶单元格中心距。如上述地，根据衍射光栅等的分波器的色散特性与波长的关系设置元件数目，从而提高空间分辨率。

本发明的第3形态优选，在上述第1或第2形态的光波形整形装置(10)中，上述偏振分离部件(13)包括：偏振光束分离器(61)；光学***，该光学***将由上述偏振光束分离器(61)分离产生的第1分离光及第2分离光导向分波器(11)。因为具有这样的结构，从空间光调制器(14)返回的被偏振分离但无用的光被有效地利用起来。

本发明的第3形态优选，上述第3准直器(8)还具有偏振组件(51)，该偏振组件(51)位于2轴保偏光纤(7)的端面处。上述偏振组件(51)具有：第1光学***(53、52、57)和第2光学***(56、54、55)。由该第1光学***(53、52、57)，对向空间光调制器(14)传播的光，以及经过空间光调制器(14)并被上述偏振光束分离器(61)分离产生的第1分离光进行控制。由第2光学***(56、54、55)，对经过空间光调制器(14)并被上述偏振光束分离器(61)分离产生的第2分离光进行控制。

通过上述结构，使由偏振分离产生的***损失降低约1.5dB。

发明的效果

在本发明的光波形整形装置中，由于在同一个空间光调制器(14)中设置相位调制部及强度调制部，且该相位调制部及强度调制部共用一片玻璃基板，因而，能够防止产生波束径增大的现象，从而能够获得较高的分辨率。

在本发明的光波形整形装置中，由于将光强度调制时产生的相位变化进行反馈以调整液晶的控制电压，或者是调整空间光调制器中的相位调制部的液晶的取向，所以可使光强度调制时产生的相位变化得到补偿。

采用本发明的光波形整形装置，如通过实际的装置进行确认的那样，可使通带的形状接近于矩形。

采用本发明的光波形整形装置，可形成相邻通带连续的通带，所以本发明的光波形整形装置能够作为可变带宽光波形整形装置来使用。本发明的光波形整形装置能够生成具有万亿赫兹数量级的超高速光脉冲。

在本发明的光波形整形装置中，若采用反射的形式，能够节省光学元件，而且可使色散的影响相互抵消，因此，能够实现光波形整形装置的高精度且小型化。

附图说明

图1为表示本发明的光波形整形装置的结构例的示意图；

图2为具有相位调制部和强度调制部的空间光调制器的示意图；

图3为表示强度调制部及相位调制部的液晶的取向的示意图；

图4为说明偏振控制、强度控制及相位控制的示意图；

图5所示为采用棱镜作为折返用反射器的光波形整形装置的例子；

图6所示为光束入射到元件上的情况，图6中(a)所示为短波长的光入射到元件上的情况，图6中(b)所示为长波长的光入射到元件上的情况；

图7所示为，能够进行相位变化补偿的本发明的光波整形装置。图7中(a)为使用现有的驱动器的例子，图7中(b)所示为进行DIO直接控制时的例子；

图8为实施例1中的光波整形装置的示意图；

图9为实施例1中的光学***的示意图。图9中(a)为俯视图，图9中(b)为侧视图；

图10为为确定光学单元的位置所进行的模拟的概念图；

图11所示为液晶空间光调制器的例子。图11中(a)～(c)表示的是，实际制造的空间光调制器的示意图；

图12为，表示光波形整形装置的光强度调制特性的曲线图。图12中(a)为，使用ASE光源，在对全部波道一并进行调制时，检测到的光强度调制特性，图12中(b)为，对全部波道进行中间调制时，检测到的光强度调制特性，图12中(c)为，对全部波道关闭调制时，检测到的光强度调制特性；

图13为，表示光波整形装置的频率间隔的曲线图。将波长可变LD光源的波长在步进幅度为0.01nm的方式下扫描，用功率计对实现光强度调制的各波长的功率进行测定。对每一个波道进行强度设定，确定频率间隔。图13中(a)所示为对1个波道打开调制的情况，图13中(b)所示为对相接近的2个波道打开调制的情况，图13中(c)所示为对3个波道打开调制的情况，图13中(d)所示为对相远离的2个波道打开调制的情况；

图14为表示光波形整形装置的空间分辨率的曲线图；

图15所示为测定***损失的装置结构的示意图；

图16所示为说明本发明第3形态的光波形整形装置的示意图，图16中(a)为说明第3形态与图1所示的光波形整形装置的不同点的图，图16中(b)所示为偏振组件；

图17为说明本发明第3形态的光波形整形装置的示意图；

符号说明

1分波器

2聚光部

3偏振片

4空间光调制器

10光波形整形装置

具体实施方式

图1为表示本发明的光波形整形装置的结构例的示意图。图1中(a)为俯视图，图1中(b)为侧视图。如图1所示，本发明第1形态的光波形整形装置包括：偏振分离器(1)，由该偏振分离器(1)使来自于光源的光产生偏振分离；半波片(2)，由上述偏振分离器(1)使来自于光源的光偏振分离为第1光波与第2光波，通过该半波片(2)对该第1光波与第2光波的偏振面进行调整；偏振光束分离器(3)，经过了上述半波片(2)的光入射到该偏振光束分离器(3)中；法拉第旋转器(4)，该法拉第旋转器(4)使经过了上述偏振光束分离器(3)的第1光波及第2光波的偏振面产生一定量的转动；第1准直器(5)，经过了上述法拉第旋转器(4)的第1光波入射到该第1准直器(5)中；第2准直器(6)，经过了上述法拉第旋转器(4)的第2光波入射到该第2准直器(6)中；2轴保偏光纤(2-PMF)(7)，来自于上述第1准直器(5)及第2准直器(6)的光波入射到该2轴保偏光纤(7)中；第3准直器(8)，经过了上述2轴保偏光纤(7)的光入射到该第3准直器(8)中；分波器(11)，该分波器(11)将来自于上述第3准直器(8)的光按照不同频率分解；聚光透镜(12)，该聚光透镜(12)使由上述分波器(11)分解的多路光分别汇聚；偏振分离部件(13)，经过了上述聚光透镜(12)的光入射到该偏振分离部件(13)中，由该偏振分离部件(13)对入射光的偏振面进行调整；空间光调制器(14)，经过了上述偏振分离部件(13)的光入射到该空间光调制器(14)中，该空间光调制器(14)具有相位调制部及强度调制部，而且该空间光调制器(14)具有多个设置在各自所对应的空间位置上的呈线性或矩阵形排列的液晶元件，上述相位调制部的液晶的取向与由上述偏振分离部件(13)调整后的光的偏振面平行，上述强度调制部的液晶的取向与上述相位调制部的液晶的取向方向呈45度角；折返用反射器(15)，该折返用反射器(15)为棱镜型的反射器，经过了上述具有液晶空间相位调制部及液晶空间强度调制部的空间光调制器(14)的光入射到该折返用反射器(15)中；半波片(16)，被上述折返用反射器(15)反射后，光经上述偏振光束分离器(3)输出到该半波片(16)中，该半波片(16)对入射的光的偏振面进行调整；第4准直器(17)，经过了上述半波片(16)的光入射到该第4准直器(17)中。

从光源发出的光例如可以通过单模光纤并经由准直器入射到偏振分离器(1)中。在偏振分离器(1)中，入射的光产生偏振分离。这种情况时，2路光的偏振面互相垂直。

通过偏振分离器(1)使光偏振分离为第1光波与第2光波入射到半波片(2)中。半波片(2)使由偏振分离器(1)偏振分离产生的第1光波及第2光波的任意一方的偏振面发生转动，调整二者的偏振面之间的关系。即，使2个光波的偏振面的方向变得相同。

经过了半波片(2)的光入射到偏振光束分离器(3)中，经过了偏振光束分离器(3)的第1光波及第2光波入射到法拉第旋转器(4)中。法拉第旋转器(4)使经过了偏振光束分离器(3)的第1光波及第2光波的偏振面产生一定量的转动。

经过了法拉第旋转器(4)的第1光波入射到第1准直器(5)中，而经过了法拉第旋转器(4)的第2光波入射到第2准直器(6)中。继而，从第1准直器(5)及第2准直器(6)发出的光波入射到2轴保偏光纤(7)中。2轴保偏光纤(7)保持入射光的偏振面并将其输出。并且，由2轴保偏光纤(7)对入射光进行空间滤波处理。

经过了2轴保偏光纤(7)的光入射到第3准直器(8)中。从第3准直器(8)中发出的光，通过分波器(11)按照不同的频率分解并在空间上分散。通过分波器(11)按照不同的频率分解的在空间上分散的光，被聚光透镜(12)分别所汇聚。

被汇聚的光，通过上述偏振分离部件(13)，对其偏振面进行调整。经过调整偏振面后的光，通过空间光调制器(14)进行可控的相位调制或强度调制，或者是既进行可控的可控的相位调制又进行可控的强度调制。

进行调制之后，光被折返用反射器(15)反射回来。于是，反射回来的光再通过聚光透镜(12)被汇聚，通过分波器(11)按照不同频率被分解的光合波。

由第1光波产生的反射光经过第2准直器(6)入射到法拉第旋转器(4)中。而由第2光波产生反射光经过第1准直器(5)入射到法拉第旋转器(4)中。并且，在法拉第旋转器(4)中，光的偏振面产生一定量的转动。由第1光波及第2光波产生的反射光经过了法拉第旋转器(4)后，由偏振光束分离器(3)，改变其传播方向。

从偏振光束分离器(3)发出的光，由半波片(16)对其偏振面进行调整，从而使2个光波的偏振面相垂直，经过了该偏振面调整后的光，通过第4准直器(17)被输出。

分波器(11)的功能是使来自于光源的光按照不同频率分解。作为分波器，可以采用衍射光栅，也可以采用其他的如棱镜、棱栅等的高色散元件，或者采用AWG。作为光源，可以采用例如白色光或包含多个不同波长光的复色光，也可以采用波长在1550nm左右的脉冲光。来自于光源的光，也可以通过偏振控制器或偏振片等来预先调整其偏振面，而且可以使其偏振分解为具有互相垂直的偏振面的2种光。

作为聚光部的聚光透镜(12)的功能是，将由分波器(11)分解产生的多个光信号汇聚。聚光透镜可以适当地采用公知的聚光透镜。聚光透镜(12)在空间上的设置位置应该使得，聚光透镜(12)能够将因分波器(11)的作用而在空间上分散的光汇聚，并将其导向空间光调制器(14)中的特定元件。

经过了聚光透镜(12)的光入射到偏振分离部件(13)中，该偏振分离部件(13)是一个为了调整入射光偏振面的光学元件。可以适当地采用公知的偏振片或起偏器来作为偏振分离部件。另外，偏振分离部件或偏振光束分离器的类型优选干涉膜型的起偏器。采用干涉膜型的起偏器，这样可以使用具有较大口径的起偏器，提高了便利性。

经过了偏振分离部件(13)的光入射到具有相位调制部和强度调制部的空间光调制器(14)中，该空间光调制器(14)具有多个液晶元件，这些液晶元件呈线形或矩阵形排列分别位于各自所对应的空间位置上。在上述专利文献1中，空间相位调制部与空间强度调制部是分开的。而在本发明中，使相位调制部与强度调制部结合在一起，共同设置在玻璃基板上。如此一来，可以将用于空间光调制器的玻璃基板的数量降低为1片，能够防止波束径变大的问题，从而能够获得较高的分辨率。并且为防止产生不需要的反射，所以，本发明优选，使相位调制部和强度调制部的折射率相匹配从而使二者结合在一起的结构。另外，多个线形排列的液晶元件的意思是，在一条直线上排列的多个液晶元件，而多个矩阵形排列的液晶元件的意思是，例如多个液晶元件在上下左右方向上规则且端正的排列。其中，优选的是，具有的多个液晶元件排列在一条直线上。相位调制部的液晶的取向，例如与通过偏振分离部件(13)调整后的偏振面相平行，而强度调制部的液晶的取向与上述相位调制部的液晶的取向有偏角。具体的强度调制部的液晶的取向的偏角为，30度以上60度以下，也可以为40度以上50度以下，最好是取45度。液晶空间相位调制部分可以位于液晶空间强度调制部分的前面(偏振分离部件一侧)，不过液晶空间强度调制部分位于前面也可。

图2为，具有相位调制部和强度调制部的空间光调制器的示意图。如图2所示，空间光调制器(14)具有强度调制部(22)和相位调制部(24)，上述强度调制部(22)具有多个形成为线形或矩阵形排列的液晶元件(21)，上述相位调制部(24)具有与强度调制部(22)的液晶元件相对应的多个液晶元件(23)。上述强度调制部(22)的液晶元件(21)及上述相位调制部(24)的液晶元件(23)，分别具有液晶物质，同时还具有隔着上述液晶物质而设置的电极。该电极可以是透明电极，也可以是设置于元件周围的金属电极。具体的结构为，例如，将2片液晶组件结合起来，该液晶组件具有10μm～40μm的单元格中心距，结合后的构件只要是安装在玻璃基板上即可。上述单元格中心距是决定元件宽度的重要因素。另外，如图2所示，可以在相邻的两个液晶元件(21、23)之间设置间隙(液晶元件间隙)。

图3为，表示强度调制部及相位调制部的液晶的取向的示意图。如图3所示，强度调制部的液晶的取向与相位调制部的液晶的取向偏离45度角。为了使用这些液晶元件来构成相位调制部及强度调制部，使通过之前的偏振片产生的偏振面与相位调制部上的液晶的取向相平行，强度调制部的液晶的取向从通过偏振片产生的偏振面偏离45度角即可。另外，强度调制部的偏角除了0度之外取任何值都可以。但是，为了容易地控制强度，取45度为佳。

图4为，说明偏振控制、强度控制及相位控制的示意图。图4中(a)图所示为本发明的强度、相位调制的情况。图4中(b)图所示为仅进行强度调制时光的相位变化。如图4中(b)所示，仅进行强度调制时，通过强度调制器来调整强度的同时，直线偏振光变为圆形偏振光。然后，通过起偏器的作用圆形偏振光变回直线偏振光。通过这样的过程来进行强度调制。然而，如图4中(b)所示，虽然变回了直线偏振光，相位状态却产生了变化。在兼具强度调制与相位调制的***中，相位调制补偿了因强度调制而产生的相位的变化，所以能够使输出光的相位与输入光的相位一致。

上述液晶元件中的位于聚光透镜侧的液晶元件上的聚光径较小为佳，这是因为该聚光径越小所得到的通带宽也越小。从这一点来看，聚光径的范围在20μm以上80μm以下，优选30μm以上70μm以下。液晶元件的尺寸为10μm以上40μm以下，优选15μm以上30μm以下，15μm以上25μm以下也可。采用这样小的元件，能够获得例如具有10GHz间隔的通带。另外，波长越长聚光径也越大，所以，例如，一个短波长的光所照射的是2个液晶元件，而一个长波长的光所照射的是3个液晶元件。上述的聚光径是指，由聚光透镜聚集的多路光分别在液晶元件上成像时所形成的光的直径。

经过了具有相位调制部及强度调制部的空间光调制器(14)的光入射到折返用反射器(15)中，该折返用反射器(15)是一个改变光的传输方向的光学元件。该折返用反射器(15)可以适当地采用公知的如镜子、棱镜等的光学元件。通过采用这样的反射形式，能够重复利用这些光学元件，还能够将分散等的影响抵消，所以，能够使光波形整形装置精度较高且体积较小。

图5所示为，采用棱镜作为折返用反射器的光波形整形装置的例子。如图5所示的采用棱镜(26)，能够得到上下或左右方向上的光路。其结果是，2种光可经过对称的光传播路径，从而受到的光传播路径中产生的噪音等的影响也可以相同。

通过分波器(11)的光按照频率在空间上分散。这些在空间上分散的光波通过聚光透镜(12)被聚集，之后经过偏振片(13)向空间光调制器(14)入射。在空间光调制器(14)中它们被分别进行可控的相位调制及强度调制。在空间光调制器(14)中，被分离的光按照不同的频率入射到不同的元件上。图6所示为，光束入射到元件上的情况。图6中(a)所示为短波长的光入射到元件上的情况，图6中(b)所示为长波长的光入射到元件上的情况。例如，元件的中心距为20μm，短波长的光入射到2个元件上，而长波长的光入射到3个元件上。通过上述的过程，能够实时地将光按照频率分解，展开在实际空间上。另外，可以根据分波器(11)的对不同波长的分散特性来适当地调整某个波束所对应的元件的数目。通过折返用反射器(15)的作用光被反射回来。反射回来的光经过聚光透镜(12)被聚集，通过分波器(11)使按照频率分解的光合波。如此一来，按照频率分解的光在进行强度调制及相位调制后被合波。

上述中对反射式的光波形整形装置进行了说明。但是，本发明的光波形整形装置也可以是透射式的。具体是指，透射式的光波形整形装置包括：分波器，第1聚光透镜，偏振分离部件，具有相位调制部及强度调制部的空间光调制器，第2聚光透镜，合波器。第1聚光透镜与第2聚光透镜可以采用相同的结构。而合波器可以采用与分波器相同的装置。

图7所示为，能够进行相位变化补偿的本发明的光波整形装置。图7中(a)为使用现有的驱动器的例子，图7中(b)所示为进行DIO直接控制时的例子。在图7的(a)中，如计算机等构成的控制装置(32)与电压调整部(33)连接，电压调整部(33)具有SLM驱动器1及SLM驱动器2，该SLM驱动器1及SLM驱动器2对向空间相位调制部及空间强度调制部施加的电压进行控制。而如图7中(b)所示的进行DIO直接控制的装置，则按照来自于控制装置的指令，直接控制向空间相位调制部及空间强度调制部施加的驱动电压。如图7所示，该光波整形装置包括：空间光调制器(14)，检测部(31)，控制装置(32)，电压调整部(33)。基于检测部检测出的相位的偏差，控制装置输出控制信号以指示电压调整部。电压调整部按照接收到的控制信号，向各个元件的电极输出所需的电压。若采用这样的本发明的光波整形装置，能够使强度调制时产生的相位的偏差得到补偿。

检测部(31)为，在通过强度调制部(22)进行强度调制时，对光波形整形装置的输出光进行检测的装置。该检测部可以适当地采用如光电二极管等构成的公知检测装置。另外，将检测部(31)设置在光波整形装置的构架内部为佳。而且，检测部可对光强度与光相位二者的控制量进行监测为佳。

控制装置(32)的功能是，接收关于检测部(31)检测出的不同频率的光的相位偏差的信息，从而对施加在上述相位调制部(24)的各液晶元件(23)的电极上的电压进行控制。具体的方式是采用计算机来发挥作为控制装置的功能。控制装置可以与光波整形装置设置成一体，也可以附加在光波整形装置之外。从装置的紧凑性的角度来看，将控制装置设置在光波整形装置的架构内部为佳。本发明优选，检测部对光强度与光相位二者的控制量进行监测时，将检测出的光强度和光相位与设定值相比较，通过闭环控制对光强度和光相位进行控制以使其接近设定值。通过如上述地对光强度和光相位进行控制，能够提高装置的稳定性。

电压调整部(33)，按照控制装置(32)的指令，将要施加在相位调制部(24)的各液晶元件(23)的电极上的电压，向相位调制部(24)的各液晶元件(23)输出。另外，可以不通过反馈进行控制，而是调整起偏器与相位调制部(24)的取向方向，从而能够通过进行相位调制而补偿因强度调制产生的相位变化。即，本发明优选的方式是，起偏器的偏振面与相位调制部(24)的液晶的取向方向，使得，相位得到调制以补偿因强度调制而产生的相位变化。而且，强度调制部也可以具有与上述相同的结构，从而使相位调制时产生的强度变化得到补偿。

本发明的光波整形装置可以作为WDM等的光源来使用。而且，本发明的光波整形装置还可以作为EDFA等的光均衡装置来使用。

图16为说明本发明第3形态的光波形整形装置的图。图16中(a)为说明第3形态与图1所示的光波形整形装置的不同点的图。图16中(b)所示为偏振组件。在图中，符号51表示偏振组件，符号52～55表示偏振光束分离器，符号56及56表示λ/2波片。另外，符号52、54也可以为反射镜。在图16的(a)中，2轴保偏光纤(7)位于第3准直器(8)中，在2轴保偏光纤(7)的端面设置有偏振组件。偏振组件可以使用光学用粘着剂粘着在2轴保偏光纤(7)的端面上。这样构成后，第3准直器能够进行偏振分离。

图17为说明本发明第3形态的光波形整形装置的图。如图17所示，在本发明的第3形态的光波形整形装置中，偏振分离部件(13)不单单是偏振片或起偏器，而是具有如图17所示的结构。图中符号61及62表示偏振光束分离器，符号64表示λ/2波片，符号65表示双面AR板。另外，符号62也可为反射镜。

下面对本发明的第3形态的光波形整形装置的工作状态进行说明。基本的工作状态与本发明的第1形态的光波形整形装置相同。在此对如图17所示的空间光调制器部分的工作状态进行说明。在本发明的第1形态的光波形整形装置中，可以采用偏振片来作为偏振分离部件。如此一来，被偏振分离的一部分光就会变得无用。而在本发明的第3形态的光波形整形装置中，因为具有如图17所示的结构，能够将这些无用的光有效地利用起来。即，如图17所示，偏振分离部件(13)具有偏振光束分离器(61)。并且，具有将由偏振光束分离器(61)分离产生的第1分离光及第2分离光导向分波器(11)的光学***。该第1分离光及第2分离光为通过偏振光束分离器(61)偏振分离所产生，具有不同的偏振面。因为具有这样的结构，从空间光调制器(14)返回的被偏振分离但无用的光被有效地利用起来。作为光学***的一例，具有：偏振光束分离器(61)，偏振光束分离器(62)，λ/2波片(64)及双面AR板(65)。经过了空间光调制器(14)，被反射器(15)反射回来的光入射到偏振光束分离器(61)中。入射到偏振光束分离器(61)中的光被分离为第1分离光和第2分离光。其中分离产生的1路光，与本发明的第1形态的光波形整形装置相同，入射到分波器(11)中。本说明书中将此光称为第1分离光。另外，被偏振分离的剩余的光(本说明书将此光称为第2分离光)，通过偏振光束分离器(62)被偏振分离或者改变传播方向后，入射到λ/2波片(64)中，由λ/2波片(64)对其偏光面进行调整。这样做的好处是，偏振分离后剩余的光也能够被有效地利用。另外，在这里，将第2分离光导向分波器的光学***可以适当地设计采用这样的结构，即采用反射镜代替偏振光束分离器(62)的结构。

如图16所示的偏振组件最好具有第1光学***(53、52、57)与第2光学***(56、54、55)。经过第1光学***(53、52、57)的光有，向空间光调制器(14)传播的光，以及经过空间光调制器(14)被偏振分离的第1分离光。经过第2光学***(56、54、55)的光为，经过空间光调制器(14)被偏振分离的第2分离光。第1光学***(53、52、57)包括：偏振光束分离器(53)，从2轴保偏光纤(7)输出的光输入到该偏振光束分离器(53)中；光学元件(52)，在上述偏振光束分离器(53)中被偏振分离的光中的一路入射到该光学元件(52)中；λ/2波片(57)，经过了上述光学元件(52)的光入射到该λ/2波片(57)中。可以采用偏振光束分离器、偏振片、起偏器、反射镜等来作为光学元件(52)。经过空间光调制器(14)被偏振分离的第1分离光向偏振组件(51)返回时，该第1分离光经过λ/2波片(57)、光学元件(52)及偏振光束分离器(53)，返向2轴保偏光纤(7)。第2光学***(56、54、55)包括：偏振光束分离器(55)，光学元件(54)，λ/2波片(56)。可以采用偏振光束分离器、偏振片、起偏器、反射镜等来作为光学元件(54)。经过空间光调制器(14)被偏振分离的第2分离光，依次经过λ/2波片(56)、光学元件(54)及偏振光束分离器(55)，返向2轴保偏光纤(7)。即，经过空间光调制器(14)被偏振分离的第2分离光，由λ/2波片(56)调整偏振面，由偏振光束分离器(反射镜)(54、55)进行偏振分离，而且调整光的传播方向，从而返向2轴保偏光纤(7)。若采用这样的结构，能够呈现双向的工作状态。而且，因设置有多个光分离部件，实现了多信道化。

实施例1

图8为实施例1中的光波整形装置的示意图。图9为实施例1中的光学***的示意图。图9中(a)为俯视图，图9中(b)为侧视图。图中，PBS表示偏振光束分离器，FR表示法拉第旋转器，SMF表示单模光纤，2-PMF表示2轴保偏光纤。如图9所示，该光学***包括：2轴保偏光纤，经过偏振分离的光输入到该2轴保偏光纤中；准直透镜，该准直透镜的直径为15cm，焦距为6cm；衍射光栅，该衍射光栅的表面中心处位于距离准直透镜6cm的位置；聚光透镜(f15cm)，该聚光透镜设置于距离衍射光栅的表面中心处15cm的位置；偏振片、液晶空间强度调制部分、液晶空间相位调制部分及折返用反射器。折返用反射器(棱栅)位于距离聚光透镜15cm的位置。液晶元件的控制区域的宽度为17μm，间隙部分的宽度为3μm。即，一个元件的尺寸是20μm。另外，准直透镜到衍射光栅的距离以及准直透镜到聚光透镜的距离，可通过进行如图10所示的模拟来求得。

相位对于光纤的张力或温度等条件的变化会产生敏感性的变动。在此实施例中，因具有如上所述的结构，使2个光路在往返过程中产生互相产生交替，从往返的总体过程来看，产生的相位变化相同。其结果是，尽管光纤等的相位稳定性不太好，然而光波整形装置的相位稳定性却较高。

图11所示为液晶空间光调制器的例子。图11中(a)～(c)表示的是，实际制造的空间光调制器的示意图。图11中(a)所示的结构是，采用的玻璃基板长宽为65mm×48mm厚度为0.5mm。使位于分别具有普通电极和图形电极的玻璃基板间的液晶元件间隙为8μm。整体液晶格设置在玻璃基板中央附近且其尺寸为14mm×14mm。液晶单元格中心距为20μm(具体结构为控制区域17μm，间隙3μm)。液晶的取向，在强度调制时，使取向方向为45度，在相位调制时，使取向方向为0度。强度调制用空间光调制器和相位调制用空间光调制器分别独立制作。

图11中(b)所示的结构是，采用的玻璃基板长宽为65mm×30mm厚度为0.3mm。使位于分别具有普通电极和图形电极的玻璃基板间的液晶元件间隙为8μm。采用的整体液晶格的尺寸为10mm×5mm。在图11中(b)所示的例子上，使液晶空间光调制器靠近玻璃基板的左侧或右侧。像这样地使液晶空间光调制器的位置离开玻璃基板中心的结构，制作起来容易。液晶格的单元格中心距有以下3种制造模式：

(i)液晶单元格中心距：20μm(控制区域：17μm，间隙：3μm)

(ii)液晶单元格中心距：20μm(控制区域：18μm，间隙：2μm)

(iii)液晶单元格中心距：10μm(控制区域：8μm，间隙：2μm)液晶的取向为，在强度调制时，使取向方向为45度，在相位调制时，使取向方向为0度。强度调制用空间光调制器和相位调制用空间光调制器分别独立制作。在将2片液晶单元结合时，为了使液晶格位置关系正确，设置有液晶格位置标识。另外，将控制IC统一配置在玻璃基板的一侧。

图11中(c)所示的结构是，具有图形电极的玻璃基板的正面和背面分别设置，强度调制用液晶空间光调制器与相位调制用液晶空间光调制器。调整好液晶格的位置关系从而制作成上述结构。如图11中(c)所示，该液晶空间光调制器的形状是，上述具有图形电极的玻璃基板，被2片具有普通电极的玻璃基板所夹。使位于分别具有普通电极和图形电极的基板间的液晶元件间隙为8μm。采用的整体液晶格的尺寸为～20mm×～5mm。在图11中(c)所示的例子上，使液晶空间光调制器靠近玻璃基板的左侧或右侧。像这样地使液晶空间光调制器的位置离开玻璃基板中心的结构，制作起来容易。液晶格的单元中心距有以下3种制造模式：

(i)液晶单元格中心距：20μm(控制区域：17μm，间隙：3μm)

(ii)液晶单元格中心距：20μm(控制区域：18μm，间隙：2μm)

(iii)液晶单元格中心距：10μm(控制区域：8μm，间隙：2μm)液晶的取向，在强度调制时，使取向方向为45度，在相位调制时，使取向方向为0度。强度调制用空间光调制器与相位调制用空间光调制器，共用一个具有图形电极的玻璃基板而与其制作成一体。

图12为，表示光波形整形装置的光强度调制特性的曲线图。图12中(a)为，使用ASE光源，在对全部波道一并进行调制时，检测到的光强度调制特性。图12中(b)为，对全部波道进行中间调制时，检测到的光强度调制特性。图12中(c)为，对全部波道关闭调制时，检测到的光强度调制特性。从图12中(a)看出，本发明的光波形整形装置，形成邻接带域的通带相连续的通带。从图12中(b)看出，强度调制的调制量可在调制范围内任意设定。从图12中(c)看出，当关闭调制时，能够抑制输出功率。

图13为，表示光波整形装置的频率间隔的曲线图。将波长可变LD光源的波长在步进幅度为0.01nm的方式下扫描，用功率计对实现光强度调制的各波长的功率进行测定。对每一个波道进行强度设定，确定频率间隔。图13中(a)所示为对1个波道打开调制的情况，图13中(b)所示为对相接近的2个波道打开调制的情况，图13中(c)所示为对3个波道打开调制的情况，图13中(d)所示为对相远离的2个波道打开调制的情况。

图14为，表示光波形整形装置的空间分辨率的曲线图。使用ASE光源，以48个波道为单位对光强度进行调制(每隔48个波道关闭1个波道的调制，其余的波道全部打开调制)，根据调制波长差，对各波长带的PAL-SLM1元件对应的空间分辨率进行测定。其结果为，波长为1535nm时空间分辨率为12.1GHz每个元件，波长为1550nm时空间分辨率为10.7GHz每个元件，波长为1565nm时空间分辨率为9.2GHz每个元件。

图15所示为，测定***损失的装置结构的示意图。其结果为，波长为1535nm时***损失是6.5dB，波长为1550nm时***损失是5.0dB，波长为1565nm时***损失是7.5dB。

表1表示的是衍射光栅的色散特性。

表1

表2表示的是PAL-SLM入射波束的直径。

表2

产业上应用的可能性

本发明的光波整形装置可适当地应用于光信息通信等领域。

Claims (11)

1.一种光波形整形装置(10)，其特征在于，所述光波形整形装置(10)包括：

偏振分离器(1)，由该偏振分离器(1)使来自于光源的光产生偏振分离；

第1半波片(2)，由上述偏振分离器(1)使来自于光源的光偏振分离为第1光波与第2光波，通过该第1半波片(2)对该第1光波与第2光波的偏振面进行调整使二者呈一定关系；

偏振光束分离器(3)，经过了上述第1半波片(2)的光入射到该偏振光束分离器(3)中；

法拉第旋转器(4)，该法拉第旋转器(4)使经过了上述偏振光束分离器(3)的第1光波及第2光波的偏振面产生一定量的转动；

第1准直器(5)，经过了上述法拉第旋转器(4)的第1光波入射到该第1准直器(5)中；

第2准直器(6)，经过了上述法拉第旋转器(4)的第2光波入射到该第2准直器(6)中；

2轴保偏光纤(7)，来自于上述第1准直器(5)及第2准直器(6)的光波入射到该2轴保偏光纤(7)中；

第3准直器(8)，经过了上述2轴保偏光纤(7)的光入射到该第3准直器(8)中；

分波器(11)，该分波器(11)将来自于上述第3准直器(8)的光按照不同频率分解；

聚光透镜(12)，该聚光透镜(12)使由上述分波器(11)分解的多路光分别汇聚；

偏振分离部件(13)，经过了上述聚光透镜(12)的光入射到该偏振分离部件(13)中，由该偏振分离部件(13)对入射光的偏振面进行调整；

空间光调制器(14)，经过了上述偏振分离部件(13)的光入射到该空间光调制器(14)中，该空间光调制器(14)具有相位调制部及强度调制部，而且该空间光调制器(14)具有多个设置在各自所对应的空间位置上的呈线性或矩阵形排列的液晶元件，上述相位调制部的液晶的取向与由上述偏振分离部件(13)调整后的光的偏振面平行，上述强度调制部的液晶的取向与上述相位调制部的液晶的取向方向呈45度角；

折返用反射器(15)，该折返用反射器(15)为棱镜型的反射器，经过了上述液晶空间相位调制部及液晶空间强度调制部的光，入射到该折返用反射器(15)中；

第2半波片(16)，被上述折返用反射器(15)反射，并从上述偏振光束分离器(3)输出的光入射到到上述第2半波片(16)中，由该第2半波片(16)对其的偏振面进行调整；

第4准直器(17)，经过了上述第2半波片(16)的光入射到该第4准直器(17)中，

从第3准直器(8)中发出的光，通过分波器(11)按照不同的频率分解并在空间上分散，

通过分波器(11)按照不同的频率分解的在空间上分散的光，分别被聚光透镜(12)所汇聚，

被汇聚的光，通过上述偏振分离部件(13)，对其偏振面进行调整，

经过调整偏振面后的光，通过空间光调制器(14)进行可控的相位调制或强度调制，或者是既进行可控的相位调制又进行可控的强度调制，

进行调制之后，光被折返用反射器(15)反射回来，

反射回来的光通过聚光透镜(12)被汇聚，

并通过分波器(11)使按照不同频率被分解的光合波，

由第1光波产生的反射光经过第2准直器(6)入射到法拉第旋转器(4)中，

由第2光波产生的反射光经过第1准直器(5)入射到法拉第旋转器(4)中，

由第1光波及第2光波产生的反射光经过了法拉第旋转器(4)后，通过偏振光束分离器(3)调整其传播方向，

经过了偏振光束分离器(3)的光，由第2半波片(16)进行偏振面调整，从而使2个光波的偏振面相垂直，

经过了该偏振面调整的光，通过第4准直器(17)被输出。

2.根据权利要求1所述的光波形整形装置(10)，其特征在于，在上述空间光调制器(14)的多个液晶元件中，根据入射光的直径不同，由2个元件或3个元件构成1个信道。

3.根据权利要求1所述的光波形整形装置(10)，其特征在于，上述空间光调制器(14)的多个液晶元件，具有10μm以上40μm以下的液晶单元格中心距。

4.根据权利要求1所述的光波形整形装置(10)，其特征在于，所述光波形整形装置(10)的上述偏振分离部件(13)包括：

偏振光束分离器(61)；

光学***，该光学***将由上述偏振光束分离器(61)分离产生的第1分离光及第2分离光导向分波器(11)。

5.根据权利要求4所述的光波形整形装置(10)，其特征在于，

上述第3准直器(8)还具有偏振组件(51)，该偏振组件(51)位于2轴保偏光纤(7)的端面处，

上述偏振组件(51)具有：第1光学***(53、52、57)和第2光学***(56、54、55)，

由该第1光学***(53、52、57)，对向空间光调制器(14)传播的光，以及经过空间光调制器(14)并被上述偏振光束分离器(61)分离产生的第1分离光进行控制，

由第2光学***(56、54、55)，对经过空间光调制器(14)并被上述偏振光束分离器(61)分离产生的第2分离光进行控制。

6.一种光波形整形装置(10)，其特征在于，上述光波形整形装置(10)包括：

偏振分离器(1)，由该偏振分离器(1)使来自于光源的光产生偏振分离；

分波器(11)，该分波器(11)将由上述偏振分离器(1)分离产生的第1光波及第2光波按照不同频率分解；

聚光部(12)，该聚光部(12)使由上述分波器(11)分解的多路光分别汇聚；

偏振分离部件(13)，经过了上述聚光部(12)的光入射到该偏振分离部件(13)中，由该偏振分离部件(13)对入射光的偏振面进行调整；

空间光调制器(14)，经过了上述偏振分离部件(13)的光入射到该空间光调制器(14)中，该空间光调制器(14)具有多个液晶元件且具有液晶空间相位调制部及液晶空间强度调制部；

折返用反射器(15)，该折返用反射器(15)为棱镜型的反射器，经过了上述液晶空间相位调制部及液晶空间强度调制部的光，入射到该折返用反射器(15)中。

7.根据权利要求6所述的光波形整形装置(10)，其特征在于，

上述第1光波及第2光波，分别经过2轴保偏光纤的第1轴及第2轴到达上述分波器(11)并且，

经过上述折返用反射器(15)被反射回来的第1光波及第2光波，分别经过2轴保偏光纤的第1轴及第2轴被输出。

8.根据权利要求6所述的光波形整形装置(10)，其特征在于，在上述空间光调制器(14)的多个液晶元件中，根据入射光的直径不同，由2个元件或3个元件构成1个信道。

9.根据权利要求6所述的光波形整形装置(10)，其特征在于，上述空间光调制器(14)的多个液晶元件，具有10μm以上40μm以下的液晶单元格中心距。

10.根据权利要求6所述的光波形整形装置(10)，其特征在于，上述偏振分离部件(13)包括：

偏振光束分离器(61)；

光学***，该光学***将由上述偏振光束分离器(61)分离产生的第1分离光及第2分离光导向分波器(11)。

11.根据权利要求7所述的光波形整形装置(10)，其特征在于，

还包括第3准直器(8)，经过了上述2轴保偏光纤(7)的光入射到该第3准直器(8)中，

上述第3准直器(8)还具有偏振组件(51)，该偏振组件(51)位于2轴保偏光纤(7)的端面处，

上述偏振组件(51)具有：第1光学***(53、52、57)和第2光学***(56、54、55)，

由该第1光学***(53、52、57)，对向空间光调制器(14)传播的光，以及经过空间光调制器(14)并被上述偏振光束分离器(61)分离产生的第1分离光进行控制，

由第2光学***(56、54、55)，对经过空间光调制器(14)并被上述偏振光束分离器(61)分离产生的第2分离光进行控制。

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