JP2009180836A

JP2009180836A - 光信号処理装置および光信号処理装置の制御方法

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Publication number: JP2009180836A
Application number: JP2008018292A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Senoo; 和則妹尾; Masaya Suzuki; 賢哉鈴木; Naoki Oba; 直樹大庭; Shinji Mino; 真司美野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2028-01-29
Also published as: JP4974918B2

Abstract

【課題】矩形の透過スペクトルを得ることができ、駆動に関して低消費電力な、複数のチャネルに関して透過帯域と透過強度を独立に制御可能な光信号処理装置および光信号処理装置の制御方法を提供する。
【解決手段】光信号処理装置は、光信号の波長に応じた出射角度で、異なる波長を有する複数の光信号に分光するアレイ導波路格子（１０１）と、アレイ導波路格子から出射された光信号を集光させるレンズ（１０２，１０３）と、集光された光信号を変調する空間光変調器（１０４）とを備え、空間光変調器は、各波長の光信号に対応した、複数の位相付与セルを備え、複数の位相付与セルは集光された光信号に０以上π以下の位相変化を与える素子を少なくとも一つ含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号処理装置および光信号処理装置の制御方法に関し、より詳細には、透過帯域と透過強度を任意に設定可能な光信号処理装置および光信号処理装置の制御方法に関する。

近年急速な発展を見せる大容量の光通信ネットワークの構築は、従来主流であったPoint-to-Point型からリング・メッシュ型へと移行しつつある。リング・メッシュ型ネットワークの代表的な例であるＲＯＡＤＭ(Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer)では各リングネットワークを中継するノードにおいて、波長多重信号光を電気信号に変換することなく特定のチャネルのアド・ドロップを行う必要がある。このような柔軟な光ネットワークを構築するにあたって透過帯域および透過強度を任意に設定できるフィルタリングデバイスは非常に重要である。このデバイスの例としては、中心波長および透過帯域を任意に設定可能な光波長可変フィルタをはじめ、光ファイバアンプにおける利得スペクトルを波長によらず均一化する光ゲインイコライザ、周波数チャネルごとのスペクトル特性をモニタする光チャネルモニタや光パフォーマンスモニタを挙げることができ、またチャネルごとの透過強度を制御することが可能な波長ブロッカも前記フィルタリングデバイスの一形態とみなせることから、透過帯域および透過強度の制御は大容量光通信の発展に大きな意味を持っている。

前記のようなデバイスのうち、たとえば波長可変フィルタの報告例として、誘電体多層膜を用いるタイプ（非特許文献１参照）、ファイバブラッググレーティングを用いるタイプ（非特許文献２参照）などが挙げられる。

N.Mekada et al., "Polarization independent, linear-tuned interference filter with constant transmission characteristics over 1530-1570-nm tuning range", IEEE Photonics Technology. Letters, Vol.9, No.6, June 1997, pp.782-784. A.Iocco et al., "Tension and compression tuned Bragg grating filter", Proceeding of ECOC 1998, Vol.1, September 1998, pp.229-230.

従来の波長可変フィルタの場合、例えば非特許文献１に示された誘電体多層膜を用いるタイプのフィルタでは、入射光に対する誘電体多層膜の角度を変える方式や、膜厚が傾斜的に形成された特殊な誘電体多層膜に対して信号光の入射位置を変える方式などが報告されている。これらのタイプのフィルタでは透過帯域チューニングによって挿入損失が変動する。したがって、誘電体多層膜を多段用いなければ透過スペクトルがブロードになり透過スペクトルが矩形にならないという問題があった。またファイバブラッググレーティングを用いるタイプのフィルタでは、透過帯域チューニングを行う手段として温度変化や張力印加を行う方式が一般的であるが、温度変化を行う場合にはヒータを駆動させる莫大な電力を保持する必要があり、張力印加を行うには機械的振動対策の必要があるため、実用化には様々な障壁が存在する。

またいずれの方式においても単チャネル動作が主な機能であり、複数チャネルを同時に制御可能なデバイスの実現は困難を極める。

以上説明したとおり、波長可変フィルタに用いられる特徴としては、１：矩形の透過スペクトルを得ることができ、２：駆動に関して低消費電力であり、３：さらに多チャネル動作が可能といった点が重要である。また、波長ブロッカとしても機能させることができる点も重要である。これらの点は波長可変フィルタに限らず、透過帯域および透過強度を同時に制御するフィルタリングデバイス全般に共通する懸念事項である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、矩形の透過スペクトルを得ることができ、駆動に関して低消費電力な、複数のチャネルに関して透過帯域と透過強度を独立に制御可能な光信号処理装置および光信号処理装置の制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願発明に係る光信号処理装置は、光信号を分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して信号処理を行う光信号処理装置であって、光信号の波長に応じた出射角度で、異なる波長を有する複数の光信号に分光する分光手段と、前記分光手段から出射された光信号を集光させる手段と、前記集光された光信号を変調する信号処理手段とを備える。信号処理手段は、各波長の光信号に対応した、分光手段からの信号光により形成される分光面との交線方向に配列された複数の信号処理素子を含む。また、複数の信号処理素子は前記集光された光信号に０以上π以下の位相変化を与える素子を少なくとも一つ備え、当該素子は光信号に与える位相変化の量を自在に設定可能である。

また、本願発明に係る光信号処理装置の制御方法は、上記の光信号処理装置が備えた複数の信号処理素子から少なくとも２つの信号処理素子を選択することと、選択した信号処理素子の各々が独立に前記集光された光信号に０より大きくπ未満の位相変化を与えるように、当該選択した信号処理素子の素子の位相変化量を設定すること、選択した信号処理素子を除く信号処理素子が、集光された光信号に０とπの位相変化を交互に与えるように、当該選択した信号処理素子を除く信号処理素子の素子の位相変化量を設定することとを含む。あるいは、上記の光信号処理装置が備えた複数の信号処理素子のすべてが、前記集光された光信号に０より大きくπ未満の位相変化を与えるように、当該すべての信号処理素子の前記素子の位相変化量を設定することを含む。

本発明の光信号処理装置の実施形態は、透過波長範囲と透過光強度を任意に設定可能な光信号処理装置であって、少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも１つの出力ポートと、前記入力ポートより入射する波長多重信号を分波する分光手段としての波長分波素子と、集光手段としての少なくとも１つのレンズと、信号処理手段としての空間光変調器とを備える。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。以下の説明および図面中における同一の符合は同一または相当する要素を示し、重複する説明は省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明による光信号処理装置の第１の実施形態の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。

図１に示すように、本実施形態に関わる光信号処理装置は、入力ファイバ１０５、接続ファイバ１０７および出力ファイバ１０８が接続されたサーキュレータ１０６と、接続ファイバ１０７に接続されたアレイ導波路格子１０１と、焦点距離がｆＹの第１Ｙシリンドリカルレンズ１０２と、焦点距離がｆＸの集光レンズ１０３と、空間光変調器１０４がこの順に配置されている。本実施形態における説明ではレンズ系としてＹシリンドリカルレンズ１０２および集光レンズ１０３をこの順番に用いているが、同様の光学特性を有する構成であれば何枚のレンズを用いても構わず、またどのような配置を用いても問題はない。

またここでは第一アレイ導波路格子１０１の基板における信号光の出射端面と水平な方向をＸ、垂直な方向をＹとし、光波の進行方向すなわち光軸をＺとする。

図２は、波長分波器および合波器としてのアレイ導波路格子１０１の詳細な構成を示す図である。図２に示すように、アレイ導波路格子１０１は、入力側光導波路２０１に接続された第１スラブ導波路２０２と、第１スラブ導波路に接続されたアレイ導波路２０３と、アレイ導波路２０３に接続された第２スラブ導波路２０４とを備える。第２スラブ導波路２０４は備えていても、備えていなくてもよい。

図３（ａ）は空間光変調器１０４の詳細な構成を示す図である。図３（ａ）に示すように、空間光変調器１０４は、基板３０１上に、入射光に対して任意の位相シフトを付与することができる位相付与セル３０２が一次元配列した構造をとる。この空間光変調器１０４において、セル間のピッチをＰ、セル間のギャップ量をＧ、配列しているセルの個数をＮと定義し、後述する説明において用いるものとする。なお、本実施形態においては、Ｎ個のセルによって光信号処理装置の信号処理手段が構成され、Ｎ個のセルの一部（少なくとも一つのセルを含む）によってある波長の光信号に対応した信号処理素子が構成されるものとして説明する。また、本発明において各セルが信号光に対して変調し得る位相シフト量は最低でπ必要であるが、実際のデバイスに用いる観点から少なくとも位相シフト量が２π以上変調し得る空間光変調器であることが好ましい。また、各セルが位相シフトを与える手段として一般的なものは、微小電気機械素子（ＭＥＭＳ：Micro-Electro-Mechanical Systems）を用いるものと、液晶などに代表される屈折率変調素子を用いたもの、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）と呼ばれる素子を用いるものである。位相シフトを与える手段にＭＥＭＳを用いる空間光変調器は、各セルが可動ミラー構造になっており、いずれかの方向に光を反射可能な構造が多いが、後述する本発明の原理から本実施例においてはＺ軸に平行にミラーが可動である構造が最も好ましい。また、位相シフトを与える手段に屈折率変調素子を用いるものでも上記ＭＥＭＳによる特長と同様に位相変調された信号光がＺ軸方向に反射する構造が好ましい。

次に、本実施形態の光信号処理装置の動作を説明する。まず、入力ファイバ１０５に入力された信号光がサーキュレータ１０６を介してアレイ導波路格子１０１に入力される。入力された信号光は、入力側光導波路２０１、第１スラブ導波路２０２、アレイ導波路２０３および第２スラブ導波路２０４をこの順に通過する。アレイ導波路格子１０１は、動作中心波長λ₀、自由スペクトルレンジＦＳＲの分波特性を有するように設計される。アレイ導波路格子１０１より出力された光信号は、基板出射直後には基板垂直方向に発散するが、アレイ導波路格子端面よりｆＹの位置に配置されたＹシリンドリカルレンズ１０２によりＹ方向に平行光に変換される（図２（ｂ））。Ｙシリンドリカルレンズ１０２を通過した光信号は、アレイ導波路格子１０１の端面からＺ軸方向にｆＸだけ離れた位置に配置されている集光レンズ１０３を通過することで、波長ごとに分波され、集光レンズの主面からｆＸの位置に配置された空間光変調器１０４上に集光する（図２（ａ））。詳しくは後述するが、集光した光はそれぞれ波長ごとに空間光変調器１０４によって任意の位相変化を与えられた上で反射され、同一のアレイ導波路格子１０１を介して接続ファイバ１０７およびサーキュレータ１０６に導かれ、出力ファイバ１０８より出力される。

本発明においては、空間光変調器１０４上で付与される波長依存の位相変化量を生じさせることによって光信号処理装置として動作する。アレイ導波路格子１０１により分波された複数の波長の光の各々が空間光変調器１０４の隣接する複数の位相付与セル３０２に跨るように集光する場合、各位相付与セル３０２で異なる位相変化を受けた光は互いに干渉する。したがって、アレイ導波路格子１０１に再結合する光強度は空間光変調器１０４における各位相付与セル３０２で付与する位相の設定により変化する。空間光変調器１０４のある隣接するセル１および２に入射する、ある波長のセル１および２によって位相変化を受けた後の強度がそれぞれＩ１、Ｉ２であるとき、セル１および２の位相差をφとすれば、干渉光の強度Ｉは以下の式（１）にて示される。

式（１）を変形し、セル１および２の位相差から干渉光の強度を求める式を導出すると、以下の式（２）にて示される。

式（１）および（２）において位相差φがπである場合では、完全に弱め合う干渉条件が成立するため、アレイ導波路格子１０１に再結合する光強度は最小となり、理想的にはＩ₁＝Ｉ₂が成立する場合に完全に消光する。よって、Ｉ₁＝Ｉ₂が成立する条件のもとで隣接するセルの位相差が常にπである位相周期構造を設定すると、空間光変調器１０４に入射した光はアレイ導波路格子１０１に再結合せず、透過強度は最低となる。

ここで、図３（ａ）における空間光変調器１０４の位相制御方法に関して、図３（ｂ）に示すように、ある一部の位相付与セルに対し、隣接するセルとの位相差がπとならないような位相差をφ₀に設定する（本明細書において、このような位相差を設定する位相付与セル群を位相欠陥部という。）。このセルの位相差がφ₀≠πである場合、アレイ導波路格子１０１によって分波された光のうち当該セルの近傍に集光される波長の光に対しては式（１）に基づく干渉が発生し、周波数の位相周期構造部における変調強度とは異なった強度に変調されて反射する。すなわち、位相周期構造部に照射される光は消光し、意図的に生じさせた位相欠陥部に照射される光のみは完全に消光せずに一部もしくは全部がアレイ導波路格子１０１に結合する。特に前記位相欠陥部の位相差φ₀＝０が成立する場合は原理的に入射光の強度Ｉに等しい強度でアレイ導波路格子１０１に結合する。

以上の原理により本発明による光信号処理装置は制御され、所望の機能が実現される。例えば、この位相欠陥部の位置を制御することで中心波長を、位相欠陥部の範囲を制御することで透過帯域を変化することが可能である。また前述の干渉後の光強度を求める式から明らかなように、位相欠陥部における位相差φ₀を制御することで透過強度を変化させることも可能である。

さらに詳細に本発明における構成について検討を行う。図３（ａ）に示したように空間光変調器１０４におけるセル間のピッチをＰ、セル間のギャップ量をＧ、用いるセルの個数をＮと規定した場合、Ｘ軸方向におけるセルの充填率Fill Factorは次の式で定義できる。

このFill Factorで定義される値が１未満の場合、任意の位相変化が付与できないギャップの部分の存在に起因する漏れ光が発生する。この漏れ光の強度が大きくなるほど回折損が増大し、挿入損失が増える、完全に消光せずにクロストークが大きくなるなどの影響が懸念されるため、Fill Factorが１である空間光変調器を用いるのが最良である。なお、Fill Factorの値が０．５の空間光変調器を用いて、漏れ光を反射させたときの位相変化量を仮に０とすると（すなわち、セル間の基板３０１が位相変化量を０に設定した位相付与セルとして機能するように構成すると）、位相付与セルでの位相変化量をπに設定することで前記原理と同様な特性を得ることが可能である点に留意されたい。このような空間光変調器では設定波長分解能が低下するものの、比較的簡便な構成で空間光変調器を作成可能であるため低コスト化を促進できる点が有効である。

また、ある波長の光が空間光変調器１０４に集光するときのビームサイズに関して検討する。ビームサイズ（ビーム半径）は、小さいほど透過スペクトルの形状が矩形となりフィルタとして良好な特性を得ることができる。しかしながら、セル間ピッチＰに対しビームサイズ（ビーム半径）があまりに小さすぎる場合、セルの中央に照射された光はほぼ干渉せずに反射されるため、ほとんど消光せずにアレイ導波路格子１０１に結合してしまう、あるいは透過特性に揺らぎを生じさせるといった影響が懸念される。反対にビームサイズがあまりに大きすぎる場合、位相欠陥部の影響が小さくなり、消光比が劣化する、あるいは透過スペクトルの形状が周波数軸に対してブロードになるといった影響が懸念される。このため、ビームサイズがＰの１から２倍程度の設計とすることが最も好ましい。このようにビームサイズを設計することにより、ビームが少なくとも２セルに跨って照射され、透過スペクトルの形状がより矩形に近い状態となる。さらに、アレイ導波路格子１０１の自由スペクトルレンジＦＳＲに対し、空間光変調器１０４におけるセル３０２の個数Ｎに関してはＮが大きいほど周波数に対して高い分解能で中心波長を設定可能であり、また透過スペクトルの形状を矩形に近づけることができるため、Ｎはできるだけ大きい方が好ましい。

図４に本実施形態による光信号処理装置の空間光変調器における位相欠陥部の一設定例を示す。図４においては、中心周波数の左右の４０ピクセル（合計８０ピクセル）が位相設定０とした位相欠陥部に、他の部分が位相周期構造となるように位相設定している。

図５に本実施形態による光信号処理装置の特性例を示す。図５は、具体的な数値として、アレイ導波路格子１０１のＦＳＲを１００ＧＨｚ、中心波長を１．５５ｕｍと設計し、空間光変調器のFill Factorが１となるように、ピクセル間ピッチＰを５ｕｍ、セル間のギャップ量Ｇを０（ピクセルの幅Ｗ＝Ｐ、高さＨがビームの直径よりも大きい）とし，セルの個数を２５６ピクセル／ＦＳＲとし、ある波長のビームサイズを２ピクセル分の半径（すなわち、Ｐの２倍）とした場合のアレイ導波路格子１０１により分波されたある１つの信号光の透過スペクトルの特性を示している。図５には位相欠陥部をそれぞれ２ピクセル、８０ピクセル、１６０ピクセルおよび２４０ピクセルと設定した場合の信号光の周波数に対する透過スペクトルの特性を示している。この結果により、位相周期構造内における位相欠陥部の範囲を制御することで透過帯域を変化可能であることがわかる。また本実施例における３ｄＢ帯域は１．６ＧＨｚ、設定波長分解能は３．２８×１０^-3ｎｍと非常に高精度な設定を実現している。さらなる３ｄＢ帯域の狭帯化および設定波長分解能の向上は、Ｎを大きくすることで達成可能である。また、図５の特性例では、透過波長の選択を行うのみ（すなわち、波長ブロッカとして機能するのみ）であるが、後述するように位相欠陥部における位相差φ₀の値を変化させることによって強度変調を同時に行うことができることに注意されたい。

また、本実施例の特長として、波長分波素子としてアレイ導波路格子を用いているため、小型の光学系で高い設定波長分解能を有する光信号処理装置を実現可能である。またアレイ導波路格子は光ファイバとの直接接続が容易であるため、実装性も高い。さらに本実施例においては空間光変調器の位相変調量制御のみで動作するため、一般的に空間光変調器の消費電力は低く抑えることができる。さらに、空間光変調器として例えば液晶に代表される屈折率変調素子を用いることで可動部が全く存在せず、高い信頼性を確保できる。

また、特定の波長のみを透過抑制するノッチフィルタとしての動作も前記のように容易に行うことができる。

（第２の実施の形態）
本発明の光信号処理装置は、基本的にアレイ導波路格子１０１の設計変更によって適用周波数帯やチャネル数を変えることができ、異なる仕様の光信号処理装置の作製において非常に柔軟な対応が可能である。例えば、図３を参照して説明した位相欠陥部の位置を可変とするように制御することで、光信号処理装置を多チャネルに対応した波長可変フィルタとして機能させることができる。

図６は、光信号処理装置を波長可変フィルタとして機能させるように、位相欠陥部を配置した一例を示す図である。図６に示すように、位相欠陥部へ入射している光のみがＡＷＧに結合し、位相周期構造部に入射した光は打ち消しあいＡＷＧに結合しないため、光信号処理装置を複数チャネルの同時独立動作が可能な波長可変フィルタとして機能させることができる。前述のアレイ導波路格子のＦＳＲを１０００ＧＨｚとした場合の特性例を図７に示す。図７は、分波された互いに中心周波数が異なる１０ｃｈの信号光の透過スペクトルの特性を示している。これらの信号光の中心波長は、１００ＧＨｚずつ異なり、１００ＧＨｚを１チャネルと規定すれば、図７では位相欠陥部の適用範囲を制御することで１０チャネルの同時独立動作例を示しているが、さらなる多チャネルに対応した波長可変フィルタを実現することも可能である。図７では、中心波長が−４５０，−５０，３５０ＧＨｚの各信号光に対しては位相欠陥部を２４０ピクセルに設定し、中心波長が−３５０，２５０ＧＨｚの各信号光に対しては位相欠陥部を１６０ピクセルに設定し、中心波長が１５０ＧＨｚの信号光に対しては位相欠陥部を８０ピクセルに設定し、中心波長が−２５０，５０ＧＨｚの信号光に対しては位相欠陥部を２ピクセルに設定し、中心波長が−１５０，４５０ＧＨｚの信号光に対しては位相欠陥部を０ピクセルに設定した例を示している。

さらに、透過スペクトルの形状は本実施形態における特性例として図５および図７に示した矩形のスペクトルに限定されるものではなく、各波長独立に強度を制御できることから、任意の形状の透過スペクトルを実現できる。この特長を利用することで光ゲインイコライザへの応用が可能である。

さらに、図１の構成に加えて出力ファイバ１０８に光ディテクタを接続し、空間光変調器１０４の位相設定を、位相欠陥部の幅は一定のまま位置を連続的に変化させてディテクタの強度をモニタすることで特定の周波数領域の透過強度スイープが可能である。

図８は、特定の周波数領域の透過強度スイープするように、位相欠陥部の位置を制御する様子を示す図である。図８において、ある時間帯において、位相欠陥部に照射する波長の光のみが透過してＡＷＧに結合し、フォトディテクタで光強度が測定される。次いで、位相欠陥部の幅を保った状態でその位置を矢印の方向（すなわち高周波数側）に移動すると、移動後の位相欠陥部に照射する波長の光のみが透過してＡＷＧに結合して、フォトディテクタで光強度が測定される。位相欠陥部の幅を保った状態でその位置を−５０ＧＨｚ〜５０ＧＨｚの周期にわたって高速に繰り返すことで、各波長の光強度をほぼリアルタイムに測定可能な光パフォーマンスモニタなどへの応用が可能となる。

図９に、図８を参照して説明したように位相欠陥部の位置を制御した場合の透過特性の一例を示す。この特性から光パフォーマンスモニタへも用いることができ、フィルタリングデバイスとして非常に広範な用途に対応することが可能である。

（第３の実施の形態）
図１０は、本発明による光信号処理装置の第３の実施形態の構成を示す図である。（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。

図１０に示すように、本実施形態に関わる光信号処理装置の特徴として反射型の空間光変調器を用いず、透過型構成である点が特徴的である。本実施形態に関わる光信号処理装置は位相変調を付与するために、入力接続ファイバ７０８に接続された第１アレイ導波路格子７０１と、焦点距離がｆＹの第１Ｙシリンドリカルレンズ７０２および焦点距離がｆＸの第１集光レンズ７０３を有する第１集光光学系と、空間光変調器７０４と、位相変調された光が出力されるための、焦点距離がｆＸの第２集光レンズ７０５および焦点距離がｆＹの第２Ｙシリンドリカルレンズ７０６を有する第２集光光学系と、出力接続ファイバ７０９に接続された第２アレイ導波路格子７０７とがこの順に配置されている。本実施形態における説明ではレンズ系としてＹシリンドリカルレンズ７０２および７０６、集光レンズ７０３および７０５を前記の順番に用いているが、同様の光学特性を有する構成であれば何枚のレンズを用いても構わず、またどのような配置を用いても問題はない。またアレイ導波路格子７０１から出射された光が最も効率よくアレイ導波路格子７０９に結合するために、アレイ導波路格子７０１および７０９が同一の構造であることが最も好ましい。

アレイ導波路格子７０１および７０９は実施形態１におけるアレイ導波路格子１０１に、Ｙシリンドリカルレンズ７０２および７０６は実施形態１におけるＹシリンドリカルレンズ１０２に、ならびに集光レンズ７０３および７０５は実施形態１における集光レンズ１０３に相当する。したがって、これらの作用についての詳細な説明は省略する。

本実施例における空間光変調器７０４の詳細を図１１に示す。空間光変調器７０４は液晶基板８０１と位相付与セル８０２とを備え、位相付与セル８０２を構成するために入力側透明電極８０３と出力側透明電極８０４をｚ軸方向に液晶基板８０１を挟むようにそれぞれＮ個ずつ配置されているが、位相付与セル８０２がそれぞれ独立に位相変化を与える構造であれば、例えば出力側電極をすべて連結した単一のグランド電極構造を用いても問題はない。また透明電極の材料としては最も一般的な酸化インジウムスズを用いたが、同様の機能を有するものならばどのような材料を用いても問題はなく、また異なる構造であってもよい。さらに、本実施例においては液晶による空間光変調器を用いているが、同様の機能を有する素子であれば、例えばタンタル酸ニオブ酸カリウムやニオブ酸リチウムといった電気光学結晶を用いてもよく、屈折率可変な材料を用いる構成であればどのような素子を用いても当然ながら問題はない。

本実施例では、空間光変調器を用いた透過型構成の光信号処理装置の例を示す。入力光は実施形態１とは異なり、空間光変調器によって各波長独立に所望の位相変化を与えられた後で同様の構造を持つアレイ導波路格子に結合する。このときの空間光変調器の位相分布に関しては、上記実施形態１と同様に、位相周期構造に位相欠陥部を設けることで特定の波長を透過させることが可能である。また、後述するように波長ブロッカとし機能させることもできる。本実施例においては、分波素子と合波素子を個別に用いているため、反射型構成で必要であったサーキュレータを省略することが可能であり、低コスト化、さらには低挿入損失な光信号処理装置を実現できる。また、反射型では各光学素子端面における不要な反射光がアレイ導波路格子に結合することで特性劣化の原因となっていたが、本実施例における透過型構成では不要な反射光は第２アレイ導波路格子に結合しないため、より計算結果に近い良好な特性に大きく寄与する。

（第４の実施の形態）
本実施形態４では、波長ブロッカとして動作可能な光強度制御に関して説明する。基本的な構成は上記実施形態１または３における構成と同一であるが、空間光変調器における位相付与方法が異なる。本実施例における説明では図１に示す反射型構成を用いているが、図１０に示す透過型構成を用いても当然ながら問題はない。

空間光変調器１０４によって干渉を受けた信号光の強度については、上記式（１）および（２）に示したとおりである。これらの式におけるφがすなわち二つのセルの位相差に相当し、φ＝πのときに消光比は最大となり、φ＝０のときに消光比は最低となる。ところが、位相変化φがπおよび０の間の値と設定することで、完全に弱め合うことができず、干渉光の一部がアレイ導波路格子に結合する。この原理から、周期的位相構造における位相差φを制御することにより透過強度を任意に制御することが可能である。この強度制御機構に関しては、上記実施形態１および３で示した位相欠陥部の透過範囲制御機構と組み合わせることで、透過波長と透過強度を同時に制御可能なフィルタを実現できることを付記しておく。

図１２は、光信号処理装置を波長ブロッカとして機能させるための空間光変調器における位相欠陥部の一設定例を示す図である。図１２に示すように、空間光変調器における位相欠陥部のセルの位相が、交互に０とＡとが並ぶようにそれぞれ設定される。このとき、すべての波長において上記式（１）に基づいて透過強度が変化する。したがって、位相Ａを変化させることにより、光信号処理装置を波長ブロッカとして機能させることができる。

図１３に本実施形態による光信号処理装置の特性例を示す。図１３は、具体的な数値として、アレイ導波路格子１０１のＦＳＲを１００ＧＨｚ、中心波長は１．５５ｕｍと設計し、空間光変調器のFill Factorは１、セルの個数は２５６ピクセル／ＦＳＲであり、ある波長のビームサイズを２ピクセル分の半径とした。また、位相変化量φ（０≦φ≦π）を変化させることで、透過強度を０ｄＢから−３５ｄＢまで制御している。図１３における透過範囲は１チャネル制御を行った際の特性例であるが、アレイ導波路格子１０１のＦＳＲを広くし、空間光変調器１０４のセル数を対応させることで、前記実施形態１にて示した図７と同様な１０チャネル一括動作を行うことも当然ながら容易である。

図１４は、光信号処理装置を複数ｃｈ一括動作する波長ブロッカとして機能させるように、位相欠陥部を配置した一例を示す図である。図１４においては、空間光変調器における位相欠陥部のセルの位相が交互に０とＡとが並ぶようにそれぞれ設定される点で図１２に示した位相欠陥部の設定例と同様であるが、周波数毎にＡの値を変化させて設定することにより、複数チャネルの同時独立動作を可能にしている。Ａの値の値をπに近づけるほど透過強度は小さくなり、０に近づけるほど完全に透過するようになる。

図１５にこのような１０チャネル独立動作の強度制御器の特性例を示す。本実施例では各チャネル独立に透過強度を制御できる波長ブロッカとして動作させることができる。本実施例の波長ブロッカの特長として、チャネル間の構成がシームレスであるため、チャネル端での帯域劣化が生じにくい広帯域な波長ブロッカが実現できる点が優位である。

第１の実施形態の光信号処理装置の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。第１の実施形態の光信号処理装置のアレイ導波路格子の構成を示す図である。（ａ）は第１の実施形態の光信号処理装置の空間光変調器の詳細な構成を示す図であり、（ｂ）は空間光変調器における位相変調量の一例を示す図である。本実施形態による光信号処理装置の空間光変調器における位相欠陥部の一設定例を示す図である。第１の実施形態による光信号処理装置の波長可変フィルタとしての特性例を示す図である。第２の実施形態による光信号処理装置を複数ｃｈ波長可変フィルタとして機能させるように、位相欠陥部を配置した一例を示す図である。第２の実施形態による光信号処理装置の１０ｃｈ波長可変フィルタとしての特性例を示す図である。第２の実施形態による光信号処理装置を特定の周波数領域の透過強度スイープするように、位相欠陥部の位置を制御する様子を説明するための図である。第２の実施形態による光信号処理装置の光パフォーマンスモニタとしての特性例を示す図である。第３の実施形態の光信号処理装置の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。第３の実施形態の光信号処理装置の空間光変調器の詳細な構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。第４の実施形態の光信号処理装置を波長ブロッカとして機能させるための空間光変調器における位相欠陥部の一設定例を示す図である。第４の実施形態の光信号処理装置の波長ブロッカとしての特性を示す図である。第４の実施形態による光信号処理装置を複数ｃｈ一括動作する波長ブロッカとして機能させるための空間光変調器における位相欠陥部の一設定例を示す図である。第４の実施形態の光信号処理装置の１０ｃｈ波長ブロッカとしての特性を示す図である。

符号の説明

１０１，７０１，７０７アレイ導波路格子
１０２，７０２，７０６シリンドリカルレンズ
１０３，７０３，７０５集光レンズ
１０４，７０４空間光変調器
３０２，８０２位相付与セル
８０３，８０４電極

Claims

光信号を分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して信号処理を行う光信号処理装置であって、
光信号の波長に応じた出射角度で、異なる波長を有する複数の光信号に分光する分光手段と、
前記分光手段から出射された光信号を集光させる集光手段と、
前記集光された光信号を変調する信号処理手段とを備え、
前記信号処理手段は、前記各波長の光信号に対応した、前記分光手段からの信号光により形成される分光面との交線方向に配列された複数の信号処理素子を含み、前記複数の信号処理素子は前記集光された光信号に０以上π以下の位相変化を与える素子を少なくとも一つ備え、前記素子は前記位相変化の量を自在に設定可能であることを特徴とした光信号処理装置。
前記複数の信号処理素子の一部が前記集光された光信号に０より大きくπ未満の位相変化を与え、前記複数の信号処理素子の一部を除く信号処理素子が前記集光された光信号に０とπの位相変化を交互に与えるように、前記素子の位相変化の量を設定可能であることを特徴とした請求項１に記載の光信号処理装置。
前記信号処理手段の隣接する第１の素子および第２の素子に入射するある波長の光信号が前記第１の素子および第２の素子によって位相変化を受けた後の強度がそれぞれＩ₁およびＩ₂であるとき、前記第１の素子および第２の素子による干渉光信号の強度をＩにするために前記第１の素子および第２の素子に設定する位相変化の量の差Φが、

を満たすように、前記第１の素子および第２の素子の位相変化の量を設定することを特長とする請求項１または２に記載の光信号処理装置。
前記分光手段として、入力導波路、スラブ導波路およびアレイ導波路を含むアレイ導波路格子を用いたことを特長とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号処理装置。
前記信号処理手段は、前記素子としての屈折率変調素子を配列した構造を特長とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光信号処理装置。
前記信号処理素子は、前記素子間のピッチが前記集光された光信号のビームの直径の４分の１倍から２分の１倍となるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光信号処理装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載の光信号処理装置の制御方法であって、
前記複数の信号処理素子から少なくとも２つの信号処理素子を選択すること、
前記選択した信号処理素子の各々が独立に前記集光された光信号に０より大きくπ未満の位相変化を与えるように、当該選択した信号処理素子の前記素子の位相変化量を設定すること、および
前記選択した信号処理素子を除く信号処理素子が、前記集光された光信号に０とπの位相変化を交互に与えるように、当該選択した信号処理素子を除く信号処理素子の前記素子の位相変化量を設定すること
を含むことを特徴とする光信号処理装置の制御方法。
請求項１乃至６のいずれかに記載の光信号処理装置の制御方法であって、
前記複数の信号処理素子のすべてが、前記集光された光信号に０より大きくπ未満の位相変化を与えるように、当該すべての信号処理素子の前記素子の位相変化量を設定することを含むことを特徴とする光信号処理装置の制御方法。