CN105452950B - 光信号处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光信号处理装置，其在单片透镜上可集成多个WSS功能部，低成本且对准容易。输入于第一输入输出端口组(101‑1)的光信号经过微透镜阵列(102)，作为准直光向空间射出。在空间中传播的信号光通过衍射光栅(103)进行波长解复用，并通过透镜(104)进行聚光，相对于空间光调制器(105)的y轴方向聚光于图的上侧。由空间光调制器(105)施以所希望的相位调制进行反射的光根据其相位设定，在y‑z平面内偏转向所希望的角度，进而再次穿过透镜(104)，由此，光耦合至任意的端口，完成切换动作。
Description
技术领域
本发明涉及一种直接用光信号进行信号处理，集成了多种功能的光信号处理装置。
背景技术
随着近年来显出急速进展的大容量的光通信网络建设，波分复用(WDM：Wavelength Division Multiplexing)通信技术受到注目，并且设备的普及推进，但对于WDM节点而言，较为普遍的方法是不直接控制光信号，在一次转换成电信号之后进行路径切换。
但是，对于上述的方法而言，节点处的处理能力的高负荷化、通行速度受限、高耗电化的问题还有隐忧。因此，为了不经由电切换地直接用光信号进行信号处理，以可重构光分插复用器(ROADM：Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer)为代表的透明的网络***的重要性增加，因此构成ROADM的光学装置，例如波长选择开关(WSS：WavelengthSelective Switch)及可调色散补偿器(TODC：Tunable Optical DispersionCompensator)等的开发被大力推进。
对WSS、TODC等光信号处理装置的一般结构和动作原理进行说明。从输入光纤输入的WDM信号通过准直器作为准直光在空间中传播，通过多个透镜和用于波长解复用的衍射光栅之后，再次经过透镜进行聚光。在聚光位置配置有用于对光信号赋予所希望的相位变化的空间光调制器(SLM：Spatial Light Modulator)。
作为该SLM，可以列出基于微机电***(MEMS：Micro Electro mechanicalsystems)技术的微反射镜阵列、液晶元件阵列、数字微镜装置(DMD：Digital mirrordevice)、液晶附硅(LCOS：Liquid crystal on silicon)等为代表的装置，各光信号通过这些装置被赋予所希望的相位变化，进行反射。反射的各光信号经过透镜入射到衍射光栅被波长复用之后，经由透镜耦合于输出光纤。
在将光信号处理装置作为以TODC为代表的补偿装置来使用时，频繁使用使输入光纤和输出光纤两用，并使用循环器使补偿前后的信号分离的方法。此外，像WSS那样的切换装置能采用除了至少一根输入光纤之外，配置多根输出光纤，从输入光纤入射的信号光经过SLM从被选择的输出光纤射出的结构。通过由SLM将信号光偏转向所希望的角度，反射的信号光能选择进行耦合的输出光纤，进行切换。
对于WDM节点而言，公开了同时安装多个如上所述的光信号处理装置的方式(参照非专利文献1)。
在图8中示出了在一个节点安装有多个现有的WSS的光信号处理装置的结构。入射到光节点的光信号通过WSS组801，波长选择性地被设定分出或者通过的路径。通过WSS组801被分出的光信号通过波长解复用功能部组802，按照波长决定路径，入射到接收器组803，到达所希望的接收器。另一方面，该光节点处的从发送器组804发送的光信号经由波长复用功能部组805，通过WSS组806被传输向邻接的节点。
这种方式根据输入到光节点或从光节点输出的端口位置决定波长和路径(Colored/Directed)。因此，提出了如下方式等多种方式，以使其对应不同的方式具有灵活的功能：通过将波长解复用功能部组802和波长复用功能部组805置换为WSS组从而能发送接收任意波长的信号的方式(Colorless)；通过在波长解复用功能部组802和接收器组803、发送器组804和波长复用功能部组805之间***矩阵开关组从而能发送接收来自任意路径的信号的方式(Directionless)。
此处，无论是哪种方式，多数情况下在图8所示的波长交叉连接功能部807中设置一组***用和分出用的WSS，并需要与路径数对应的WSS组。因此，将两台以上的WSS功能集成于单个装置的低成本的N-in-1WSS从初始投入费用的抑制、耗电的降低、控制***的负荷降低这么多优点来很有吸引力。当然，集成于单个装置的WSS的功能不限于N台份的功能，即使作为与WSS、TODC等不同的功能形态也具有较高的效果。
在图9A、9B中示出了集成了多种功能的光信号处理装置的一般结构的概念图。作为集成于光信号处理装置的功能定义为两台份的WSS功能，将通过衍射光栅进行波长解复用的方向定义为x轴、将光信号从光纤输出时的前进方向定义为z轴、将与x轴和z轴正交的方向定义为y轴。此外，为了便于说明，在一台WSS中，设置一个输入端口、两个输出端口，但对于端口数和结构，并不限于本说明(参照非专利文献2)。此外，从第一台WSS功能部射出的光信号的主光线通过实线，从第二台WSS功能部射出的光信号的主光线通过虚线分别进行表示。
首先，对图9A的结构进行说明。对于光信号的输入输出而言，虽然经由输入输出端口组901来进行，但该输入输出端口组901可分为相当于第一WSS功能部的第一输入输出端口组901-1和相当于第二WSS功能部的第二输入输出端口组901-2。在图9A的结构中，第一输入输出端口组901-1在图9A的下侧例示出三个，第二输入输出端口组901-2在上侧例示出三个。分别从第一输入输出端口组901-1和第二输入输出端口组901-2射出的光信号的前进方向都平行，在该例中与z轴一致。
从输入输出端口组901向空间射出的光信号按照与约束于端口的光束径对应的一定的数值孔径(NA：Numerical aperture)一边扩散一边传播。一般而言，输入输出端口组901多数情况下以使从端***出的光信号变为准直光的方式，通过光纤阵列和微透镜阵列902的组合来实现。在空间中传播的光信号通过按WSS功能部进行分离配置的透镜组903被傅里叶变换，进行位置/角度变换。此后，通过经由透镜904按WSS功能部以规定的角度入射到衍射光栅905，从而在x轴方向波长解复用，进而经由透镜906在空间光调制器907上聚光。
空间光调制器907具有光束的偏转功能，由此，通过适当控制偏转角度，能切换输出的端口。此时，以使第一输入输出端口组901-1的所涉光轴在图9A中与空间光调制器907的上侧的某一点相交，并使第二输入输出端口组901-2的所涉光轴与下侧的某一点相交的方式进行光学设计。即，对每个WSS功能部，聚光于空间光调制器907上的光信号在y轴方向上于不同的位置独立聚光。通过使用空间光调制器907对每个WSS功能部独立设定偏转角度，从而能用一台装置实现两台份的WSS功能。
集成了多种功能的光信号处理装置不限于如图9A所示的结构。图9B是省略了图9A的结构中的透镜903和透镜904的情况的结构例。在此例中，分别从第一输入输出端口组901-1和第二输入输出端口组901-2射出的光信号的前进方向也都平行，在此例中与z轴一致。为了按WSS功能部在空间光调制器907上的不同位置进行聚光，通过将目前为止为单片结构的透镜906设为两片结构，并将它们分离配置于每个功能部，从而能实现多种功能的集成。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：妹尾外，“集成于石英系平面光波回路的波长选择开关用空间光束变换器”，电子部件·材料研究会12年8月期研究会，东北大学，信学技报，vol.112,no.182,CPM2012-78,pp.127-132.
非专利文献2：Dan M.Marom,et al.,“Wavelength-Selective 1×K SwitchesUsing Free-Space Optics and MEMS Micromirrors:Theory,Design,andImplementation,”IEEE J.Lightwave Technology,2005,Vol.23,No.4,pp.1620-1630
发明内容
发明要解决的问题
但是，在实现如上所述的集成多种功能的光信号处理装置的方面，在图9A的结构例中，从光学***的整个长度会变长，有必要额外准备透镜等角度来看存在尺寸上、成本上都不利的问题。
此外，图9B的结构例可缩短光学***的尺寸的另一方面，需要在y轴方向叠加结构的透镜。这一点对于设计、安装都可能造成较大的缺陷。
例如，对于在y轴方向分离的透镜906，存在以使从第一输入输出端口组901-1出来的信号光和从第二输入输出端口组901-2出来的信号光不进入邻接的透镜的方式对透镜906的y轴方向的厚度要求足够的冗余的问题。虽然完全不考虑装置整体的厚度的话不会造成问题，但是一般而言，由于光通信用装置的厚度是非常重要的参数，因此不希望在y轴方向堆加不必要的冗余。
除此之外，在安装方面存在如下问题：将两个透镜粘合固定进行配置的方式是一种简便的安装方式，但由于对于与输入输出端口组的y轴方向的位置对齐特别需要高精度的安装，因此光学***的对准不容易。另一方面存在如下问题：在独立保持两个透镜的结构的情况下，对准会变得容易，但随着与对准有关的配置冗余的增加，y轴方向的厚度会变厚，进而会有部件增加、可靠性降低等隐患，导致成本增加。
根据上述，只要分别从第一输入输出端口组901-1和第二输入输出端口组901-2射出的光信号的前进方向都平行，则无法避免透镜的分开配置，作为结果，希望有能实现低成本和对准简单化的构成方法。
本发明是鉴于这样的问题而完成的技术方案，其目的在于，提供一种仅通过单片透镜就能集成多个WSS功能部的低成本且对准容易的光信号处理装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的一种方式的光信号处理装置，其特征在于，具备：M个光输入输出部，分别具有N个输入输出端口，其中，M为2以上的整数，N为1以上的整数；分光单元，对从所述M个光输入输出部射出的光信号进行波长解复用；聚光单元，将通过所述分光单元按波长进行分光的后光信号分别聚光；以及空间光调制单元，对通过所述聚光单元聚光的各光信号进行相位调制，从所述M个光输入输出部射出的光信号的前进方向彼此不同。
此外，发明的其他实施方式的特征在于，从所述各光输入输出部的N个输入输出端***出的各光的主光线分别与从其它的所述光输入输出部的N个输入输出端***出的光的主光线之一在同一平面上相交。
此外，发明的其他实施方式的特征在于，所述光输入输出部由平面光波回路构成。
此外，发明的其他实施方式的特征在于，所述平面光波回路包括设置于所述分光单元侧的输入输出端的平板波导。
此外，发明的其他实施方式的特征在于，所述平面光波回路包括对从所述平面光波回路向空间射出的光的数值孔径进行控制的数值孔径控制机构。
此外，发明的其他实施方式的特征在于，所述数值孔径控制机构包括所述平面光波回路的波导宽度随着波导内的光的前进方向发生变化的锥形结构。
此外，发明的其他实施方式的特征在于，所述数值孔径控制机构包括平板波导和仅在所述平面光波回路的面内具有光学能力的透镜结构。
此外，发明的其他实施方式的特征在于，所述数值孔径控制机构包括至少一个平板波导和连接于所述平板波导的阵列波导。
此外，发明的其他实施方式的特征在于，所述阵列波导的所有波导都等长。
此外，发明的其他实施方式的特征在于，所述数值孔径控制机构的总和少于N×M。
发明效果
本发明减少了用于集成多个WSS功能部的透镜的片数，起到低成本且容易对准的效果，进而通过在信号光的输入输出部采用平面光波回路(PLC：Planar lightwavecircuit)，从而能通过光学部件的削减进一步实现成本削减和对准的简化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的光信号处理装置结构的图。
图2是表示本发明的实施方式2的光信号处理装置结构的图。
图3A是表示实施方式2的光波导基板201的详细结构的图。
图3B是表示实施方式2的其它光波导基板201的详细结构的图。
图4A是表示用于调整光波导基板的输入输出波导的光束径的波导结构的图。
图4B是表示用于调整光波导基板的输入输出波导的光束径的波导结构的图。
图4C是表示用于调整光波导基板的输入输出波导的光束径的波导结构的图。
图4D是表示用于调整光波导基板的输入输出波导的光束径的波导结构的图。
图5是表示本发明的实施方式3的光信号处理装置结构的图。
图6是表示实施方式3的光波导基板501的详细结构的图。
图7是对光波导基板501的具体动作进行说明的图。
图8是表示将多个现有的WSS安装于一个节点的光信号处理装置结构的图。
图9A是集成多种功能的光信号处理装置的一般结构的概念图。
图9B是集成多种功能的光信号处理装置的一般结构的概念图。
具体实施方式
(实施方式1)
以下，对本发明的实施方式进行说明，但本发明并不限于这些实施方式。
在图1中示出了本发明的实施方式1的光信号处理装置的结构。实施方式1的光信号处理装置按照如下顺序配置有输入输出端口组101、微透镜阵列102、衍射光栅103、透镜104、空间相位调制器105。在本实施方式的说明中，对于透镜，仅使用了一片透镜104，但只要是具有同样的光学特性的结构，使用多少片透镜都没关系，此外，使用怎样的配置方式都没有问题。根据光学***设计，也可以是在微透镜阵列102和衍射光栅103的中间配置透镜104的结构。此外，以像差的减少、光学***的缩短为目的，也可以采用配置两片透镜104夹住衍射光栅103的结构。
在实施方式1的说明中，对于分别从第一输入输出端口组101-1和第二输入输出端口组101-2射出的光信号，以越接近衍射光栅103，越使从第一输入端口组101-1输出的光信号和从第二输入端口组101-2输出的光信号接近的结构进行了说明。但是，采用如下结构也没问题：分别从第一输入输出端口组101-1和第二输入输出端口组101-2射出的光信号随着光束射出并在空间中前进而彼此远离。
本发明的光信号处理装置的动作以与第一输入输出端口组101-1有关的功能部为例进行说明时，如下所示。首先，输入第一输入输出端口组101-1的光信号经过微透镜阵列102，以准直光的形式向空间射出。在空间中传播的信号光通过衍射光栅103进行波长解复用，并通过透镜104进行聚光，相对于空间光调制器105的y轴方向聚光于图中的上侧。通过空间光调制器105被施以所希望的相位调制进行反射的光按照其相位设定，在y-z平面内偏转向所希望的角度，进而通过再次穿过透镜104，从而光耦合至任意的端口，完成切换动作。
需要说明的是，第二输入输出端口组101-2的相关光信号由于以与第一输入输出端口组101-1的相关光信号不同的角度向空间射出，因此在空间光调制器105上聚光于图下侧，并且，由于第一输入输出端口组101-1和第二输入输出端口组101-2的相关光信号可以分别作为独立的光学***来考虑，因此能实现多种功能的集成。
在本实施例中，其特征在于，在透镜输入输出端口组之中，对于第一输入输出端口组101-1和第二输入输出端口组101-2，通过将各自的设置角度不设平行而设为某一有限的值，从而无需将透镜104在y轴方向上分离配置多个。
透镜为傅里叶变换元件，其具有使入射的光的位置和相位(角度)相互变换的功能。因此，为了按WSS功能部，使光在空间光调制器105上于不同的位置聚光，需要事先在透镜104的前段改变相互角度。但是，由于平常使用的光纤阵列的光纤各自平行地配置，因此只使用一片透镜104的话，会以各自的入射角度不同的方式聚光于空间光调制器105上的同一位置，而不可能进行独立控制。因此，在实现多功能集成型光学装置方面，使用普通的光纤阵列的限制是只能采用如图9A、9B所示的方式，在y轴方向分离配置的透镜形状必不可少。
进而，在图9B的结构中，穿过衍射光栅905的光由于在y轴方向广泛分布，因此有必要准备不会发生遮光的面积足够宽的衍射光栅905。在数量众多的光学元件之中衍射光栅属于昂贵的类别，且其价格与面积成比例。鉴于这一点，在实施方式1中，通过采用在透镜104的焦点位置配置衍射光栅103的结构，能将衍射光栅103的面积抑制到以往的一半程度，能实现更进一步的成本削减。根据上述，实施方式1解决了上述现有技术存在的问题，能实现低成本且安装性良好的光信号处理装置。
(实施方式2)
在图2中示出了本发明的实施方式2的光信号处理装置的结构。在实施方式2中按照如下顺序配置有光波导基板201、衍射光栅202、透镜203、空间相位调制器204。在本实施方式的说明中，对于透镜，仅使用了一片透镜203，但只要是具有同样的光学特性的结构，使用多少片透镜都没关系，此外，使用怎样的配置方式都没有问题。根据光学***设计也可以是在光导波基板201和衍射光栅202的中间配置透镜203的结构。此外，详细内容将在后面说明，但由于其特征在于从光波导基板201向空间射出的光束一般为高数值孔径(NA：Numerical Aperture)，因此也能将用于调整NA的功能包含于光波导基板201，此外，能采用通过将微透镜、柱面透镜等配置于光波导基板201附近，从而调整向空间射出的光束的NA的方法。
在图3A中示出了实施方式2的光波导基板201的详细结构。如图3A所示，光波导基板201具备作为光信号的输入输出部的第一输入输出端口组301-1和第二输入输出端口组301-2，进而在光束向空间射出的端面具备平板波导302。平板波导302分别相对于第一输入输出端口组301-1和第二输入输出端口组301-2调整各输入输出端口和平板波导302的角度，使得光信号以不同的角度耦合于平板波导302，向空间射出。
在实施方式2的说明中，由于以越接近向光波导基板201的空间的射出端面，从第一输入输出端口组301-1输出的光信号和从第二输入输出端口组301-2输出的光信号越是接近的结构进行了说明，因此平板波导302记载为以在y轴方向，在第一输入输出端口组301-1与第二输入输出端口组301-2的中间具有顶点的等腰三角形。但是，第一输入输出端口组301-1和第二输入输出端口组301-2也可以是越接近向光波导基板201空间的光束射出端面越是远离的结构。进而，还可以以从第一输入输出端口组311-1射出的光信号和从第二输入输出端口组311-2射出的光信号接近时，如图3B所示经由长方形的平板波导312向空间射出的方式配置波导。
本发明的光信号处理装置的动作以第一输入输出端口组301-1的相关功能部为例进行说明时，如下所述。首先，输入到第一输入输出端口组301-1的光信号以相互以适当的角度、位置向空间射出的方式，在对长度、角度进行过调整的波导中传播，并经过平板波导302从光波导基板201向空间射出。向空间射出的信号光通过衍射光栅202进行波长解复用，并通过透镜203进行聚光，相对于空间光调制器204的y轴方向聚光于图的上侧。通过空间光调制器204被施以所希望的相位调制进行反射的光按照其相位设定，在y-z平面内偏转向所希望的角度，进而再次穿过透镜203，由此，光耦合至任意的端口，完成切换动作。
需要说明的是，第二输入输出端口组301-2的相关光信号由于以与第一输入输出端口组301-1的相关光信号不同的角度向空间射出，因此在空间光调制器204上聚光于图下侧，并且，由于第一输入输出端口组301-1和第二输入输出端口组301-2的相关光信号可以各自作为独立的光学***来考虑，因此能实现多种功能的集成。
此处，在空间中传播的光信号的NA在光学设计上是极其重要的信息，极大地影响了从光学***整体的高度、光学长度、像差的设计、甚至部件大小到成本。因此，优选在第一输入输出端口组301-1和第二输入输出端口组301-2的各输入输出波导与平板波导302的边界区域，具备调整NA即光束径的装置。
在图4A～4D中示出了用于调整光波导基板的输入输出波导的光束径的波导结构。图4A～4D是抽出图3A的用点划线围起来的区域303的部分。
图4A是在图3A所示的结构中所采用的方式，连接有相当于输入输出波导的线性波导401和平板波导402。通过封闭性非常强且较细的线性波导401，从平板波导402传播的光信号具有大的NA。并且，与该图4A中所示的方式相比，往减小NA的方向进行控制的例子为图4B～4D。
图4B是在线性波导401和平板波导402之间配置有从线性波导401的波导开始逐渐增加宽度的锥形结构波导403的例子。由于通过锥形结构波导进行了隔热传播的光具有变换光束径的功能，因此能通过简单的设计实现光束大径化。
图4C是在平板波导402中装入具有凸透镜功能的透镜功能部404的例子。对于透镜功能部的实现方法，通过以适当的形式配置具有与线性波导401的折射率不同的折射率的物质，例如树脂、空气等，使得光束在光波导基板201内传播的同时，使光束准直。
图4D是在线性波导401之后按照如下顺序配置有第一平板波导405、阵列波导406、相当于目前为止的平板波导402的第二平板波导407的结构。该结构具有与一般作为波分复用/解复用器来使用的阵列波导光栅(AWG：Arrayed-Waveguide Grating)接近的结构，但基板面以平行于与分光轴X正交的方向Y的方式配置。此外，优选采用邻接的阵列波导的光路长度差相等(即为ΔL＝0)的结构。
在图4D的结构中，由于第一平板波导405具有通过自由空间传播而产生的光束扩展功能或透镜功能，而且阵列波导406具有各波导的相位校正功能，因此可以作为在y轴方向上足够厚的平面波形成从第二平板波导407射出的光束。在本发明的光信号处理装置中，虽然第二平板波导407不是必要的，但由于以下的理由，最好设置第二平板波导407。在使用形成于硅晶片上的石英系光波导时，其往空间的输出断面需要进行研磨形成光学面。此时，由于难以正确地控制研磨所造成的减少量即研磨余量，因此优选将能在波导内作为自由空间想到的区域即第二的平板波导407设置于空间侧的输出端。第二平板波导407优选在研磨余量方面确保足够的长度。
如以上所代表的那样，通过在图3A、图3B中示出的第一输入输出端口组301-1和第二输入输出端口组301-2的各输入输出波导、以及平板波导的边界区域改变回路布局，即使不设置微透镜等承载部件，也能进行光束径即NA的调整。
当然，NA调整方法不限于图4A～4D中举出的方式，或者也可以是组合了多种方式的回路设计，或者也可以使用完全不同的结构。
在本实施方式2中，由于在光波导基板201上将图1中的输入输出端口组101和微透镜阵列102全都集成，因此不需要单独准备平常使用的光纤阵列、微透镜阵列等并进行对准，此外仅通过回路布局设计就能解决必须按WSS功能部以不同的角度进行配置的安装负担，在实施方式1中记载的显著好处是能用原本的结构实现更进一步的成本降低且能大幅降低对准负担。
(实施方式3)
在图5中示出了本发明的实施方式3的光信号处理装置的结构。在实施方式3中按照如下顺序配置有光波导基板501、衍射光栅502、透镜503、空间光调制器504。
在图6中示出了实施方式3的光波导基板501的详细结构。如图6所示，光波导基板501具备：第一输入输出端口组601-1或第二输入输出端口组601-2的相关波导之中的至少一个、连接有输入输出端口的平板波导602、连接于平板波导602的阵列波导603、以及平板波导604。
对于输入输出端口601而言，以使从各个波导射出信号光并在平板波导602内传播时的主光线相交于平板波导602的终端(平板波导602和阵列波导603的边界部分)处的某一点的方式，确定输入输出端口601的设置角度。此外，在本实施方式中，其特征在于，采用第一输入输出端口601-1和第二输入输出端口601-2的相关输入输出端口在y轴方向上交替配置的结构。
首先，输入到第一输入输出端口601-1的信号光在平板波导602中，以在x轴方向封闭，就此在光波导基板501的面内扩展的方式在波导中传播。由于该扩展信号光的波面具有与传播距离对应的曲率，因此平板波导602的终端以与该波面的曲率一致的形状构成。在平板波导602的终端连接有各自的长度相等的阵列波导603。
此处，光波导基板501的端面中的连接有阵列波导603的端面(光向空间射出侧的端面)与y轴一致。在采用该结构时，从阵列波导603向空间输出的光信号由于作为在y轴方向相位一致的平面波被输出，因此作为在y轴方向被对准的光束在空间中传播。穿过光波导基板501的光信号通过衍射光栅502按波长被角度分波，进而穿过透镜503，由此，按各自的波长进行角度位置变换，相对于空间光调制器504垂直地入射。光信号分别按波长，通过空间光调制器504以任意的角度被反射，再次经由透镜503、衍射光栅502再次耦合于光波导基板501。
在图7中示出了对光波导基板501的动作进行详细说明的图。当将到第一输入输出端口701和平板波导703的中心线为止的距离设为x，将在平板波导703内从第一输入输出端口701射出的信号光的主光线与z轴所成的角度设为θ，将平板波导703的长度设为fslab，进而将平板波导703的折射率设为ns，将连接于平板波导703的阵列波导704的间距设为d2，将在光波导基板501的端面的阵列波导704的间距设为d1，进而将从第一输入输出端口701输入的信号光的空间侧的光信号的主光线与z轴所成的角度设为θ1时，上述的参数如非专利文献1所示，遵循以下的关系式。
[数学公式1]
因此，第一输入输出端口701和第二输入输出端口702由于各自的θ2或x不同，因此，虽然无论是从第一输入输出端口701和第二输入输出端口702的哪一个入射光信号，光束向空间射出的位置都相同，但是能按WSS功能部以不同的角度θ1向空间射出，能实现集成了多种功能的光信号处理装置。
对于本实施方式3而言，由于在具有实施方式2的好处的同时，还完全不用配置额外的部件，就能将设置于光波导基板内的NA调整回路的数量减半，因此PLC芯片的y轴方向高度变为1/2，同时回路数量也变为一半，因此具有PLC制造时的成品率变高的重要的优点。
此外，通过采用第一输入输出端口601-1和第二输入输出端口601-2的相关输入输出端口相对于y轴方向交替配置的结构，还能获得第一或第二输入输出端口的邻接的端口间的串扰(邻接端口间的信号光的泄漏或干涉)变小的效果。
附图标记说明
101、301、601、901：输入输出端口组；102、902：微透镜阵列；103、202、502、905：衍射光栅；104、203、503、903、904、906：透镜；105、204、504、907：空间相位调制器；201、501：光波导基板；302、402、405、407、602、604、703：平板波导；401：线性波导；403：锥形结构波导；404：透镜功能部；406、603、704：阵列波导；701、702：输入输出端口；801、806：WSS组；802：波长解复用功能部组；803：接收器组；804：发送器组；805：波长复用功能部组；807：波长交叉连接功能部。
Claims (8)
1.一种光信号处理装置，其特征在于，具备N个波长选择开关，
该N个波长选择开关包括：
M个光输入输出部，分别具有N个输入输出端口，其中，M为2以上的整数，N为1以上的整数；
分光单元，对从所述M个光输入输出部射出的光信号进行波长解复用；
聚光单元，将通过所述分光单元按波长进行分光后的光信号分别聚光；以及
空间光调制单元，对通过所述聚光单元聚光的各光信号进行相位调制，
所述M个光输入输出部的各所述N个输入输出端口分别隶属于不同的所述波长选择开关，从隶属于相同的所述波长选择开关的多个所述输入输出端口输入并从所述光输入输出部射出的多个光信号的前进方向相互平行，从隶属于不同的所述波长选择开关的多个所述输入输出端口输入并从所述光输入输出部射出的多个光信号即使波长相同，其前进方向也非平行。
2.根据权利要求1所述的光信号处理装置，其特征在于，
从所述各光输入输出部的N个输入输出端***出的光的主光线分别与从其它的所述光输入输出部的N个输入输出端***出的光的主光线之一在同一平面上相交。
3.根据权利要求1所述的光信号处理装置，其特征在于，
所述光输入输出部由平面光波回路构成，所述平面光波回路包括设置于所述分光单元侧的输入输出端的平板波导。
4.根据权利要求3所述的光信号处理装置，其特征在于，
所述平面光波回路包括对从所述平面光波回路向空间射出的光的数值孔径进行控制的数值孔径控制机构，
所述数值孔径控制机构包括所述平面光波回路的波导宽度随着波导内的光的前进方向发生变化的锥形结构。
5.根据权利要求4所述的光信号处理装置，其特征在于，
所述数值孔径控制机构包括：
平板波导；和
仅在所述平面光波回路的面内具有光学能力的透镜机构。
6.根据权利要求4所述的光信号处理装置，其特征在于，
所述数值孔径控制机构包括：
至少一个平板波导；和
连接于所述平板波导的阵列波导。
7.根据权利要求6所述的光信号处理装置，其特征在于，
所述阵列波导的所有波导都等长。
8.根据权利要求6所述的光信号处理装置，其特征在于，
所述数值孔径控制机构的总和少于N×M。
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| JP6420715B2 (ja) * | 2015-04-28 | 2018-11-07 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置 |
| JP2017009871A (ja) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチ |
| JP6630098B2 (ja) * | 2015-09-25 | 2020-01-15 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置 |
| JP6502837B2 (ja) * | 2015-11-27 | 2019-04-17 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置 |
| JP6499603B2 (ja) * | 2016-03-03 | 2019-04-10 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置 |
| JP2017219560A (ja) * | 2016-06-02 | 2017-12-14 | 日本電信電話株式会社 | 光ビーム制御装置 |
| JP6649846B2 (ja) * | 2016-06-07 | 2020-02-19 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置 |
| JP6898553B2 (ja) * | 2017-02-28 | 2021-07-07 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置 |
| CN114355514A (zh) * | 2020-10-13 | 2022-04-15 | 华为技术有限公司 | 光交换的方法和装置、硅基液晶和波长选择开关 |
| CN113568096B (zh) * | 2021-07-12 | 2023-06-02 | 西湖大学 | 导波到自由空间成像的阵列波导透镜和阵列波导光谱仪 |
| WO2023017563A1 (ja) * | 2021-08-10 | 2023-02-16 | サンテック株式会社 | 光マルチプレクサ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101118305A (zh) * | 2006-08-03 | 2008-02-06 | Jds尤尼弗思公司 | 基于平面光波回路的波长选择开关 |
| CN101283303A (zh) * | 2005-10-06 | 2008-10-08 | 卢森特技术有限公司 | 波长选择开关和调制器的方法和设备 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003098961A2 (en) * | 2002-05-20 | 2003-11-27 | Metconnex Canada Inc. | Wavelength selective switch |
| JP3721565B2 (ja) | 2004-02-27 | 2005-11-30 | 学校法人慶應義塾 | 光機能導波路、光変調器、アレイ導波路回折格子及び分散補償回路 |
| US20070160321A1 (en) * | 2005-12-01 | 2007-07-12 | The Regents Of The University Of California | Monolithic mems-based wavelength-selective switches and cross connects |
| JP2008224824A (ja) | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Ntt Electornics Corp | 波長選択スイッチ |
| JP4939341B2 (ja) * | 2007-08-23 | 2012-05-23 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置 |
| JP5016009B2 (ja) * | 2009-09-02 | 2012-09-05 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置およびその組み立て方法 |
| JP5432047B2 (ja) * | 2010-04-15 | 2014-03-05 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチ及び波長選択スイッチ |
| JP6019466B2 (ja) * | 2012-07-17 | 2016-11-02 | サンテック株式会社 | 波長選択光スイッチ装置 |
| JP5840176B2 (ja) * | 2012-09-07 | 2016-01-06 | 古河電気工業株式会社 | 光スイッチ |
| CN104756422B (zh) * | 2013-09-27 | 2018-03-02 | 华为技术有限公司 | 波长选择开关和控制波长选择开关中的空间相位调制器的方法 |
| US10359155B2 (en) * | 2015-08-20 | 2019-07-23 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Light-emitting apparatus |
-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101283303A (zh) * | 2005-10-06 | 2008-10-08 | 卢森特技术有限公司 | 波长选择开关和调制器的方法和设备 |
| CN101118305A (zh) * | 2006-08-03 | 2008-02-06 | Jds尤尼弗思公司 | 基于平面光波回路的波长选择开关 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 1.5％－Δ導波路を用いた超低損失アレイ導波路回折格子;井藤幹隆等;《電子情報通信学会技術研究報告》;20020531;参见第29页右栏至第30页左栏 * |
| Spatial beam transformer for wavelength selective switch consisting of silica-based planar lightwave circuit;Kazunori Seno等;《Optical Fiber Communication Conference and Exposotion》;20120308;参见第1-2页第二部分2.Principle and design，附图1 * |
| 石英系光波回路に集積した波長選択スィッチ用空間ビーム変調器;妹尾和則等;《電子情報通信学会エレクトロ二クスソサイェテ ィ大会エレクトロニクス講演論文集1 》;20120828;第138页，附图1-3 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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