JP3520072B2 - 光信号処理装置および光信号処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速の光信号を処
理、測定または記憶する方法および装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の光信号処理回路の一例を図１に示
す。この図において、２０１，２０５は回折格子、２０
２，２０４はレンズ、２０３は空間フィルタあるいは光
記憶媒体である。この光回路に時系列信号光を入射する
と、回折格子２０１の周波数分解機能とレンズ２０２の
フーリエ変換機能により、時系列信号光のフーリエ変
換、すなわち周波数スペクトル分布が空間フィルタ２０
３上に形成される。周波数スペクトル分布に空間フィル
タ２０３で変調を加えると、時系列信号の波形を変調す
ることができる。ここでは、時系列信号が極めて高速で
ある場合にも空間フィルタ２０３によって波形の制御が
可能である。

【０００３】一例として、図２上段にて示すパルス幅２
００ｆｓ、パルス間隔５ｐｓの光信号を入射した場合、
入射光スペクトルは図３上段に示す形状を有しており、
回折格子２０１、レンズ２０２を透過後空間フィルタ２
０３上では図３中段の破線にて示す光強度分を有し、こ
れを空間フィルタ２０３にて変調すると、空間フィルタ
２０３透過後のスペクトルには図３下段にて示す形状と
なる。そして、このスペクトルに対応する時間波形は図
２下段にて示すパルス列となる。こうして、光信号の周
波数スペクトルを空間フィルタ２０３にて変調すること
により、光信号処理を行うことができる。つまり、フィ
ルタに対応した各種の波形整形が可能となる。

【０００４】また、図１に示す２０３を光記憶媒体とし
て、時系列信号光と参照光とを同時に入射することによ
り光記憶媒体２０３上にて双方の光の干渉縞がホログラ
ム記録される。記録後、参照光のみ入射すれば、信号光
が再生されて出力される。このような研究の報告は、例
えば、A. M. Weiner, “Programable shaping of Femto
second optical pulses by use of 128-Element Liquid
Crystal Phase Modulator, ” IEEE J Quntun Electro
nics, Vol.28, No.4, pp.908-920(1992) : A.Weiner et
al.,“Optics Letters, vol.17, pp.224-226(1992)が
ある。

【０００５】光通信技術の進歩に従って光伝送に利用さ
れる光信号のパルス幅は実用化段階で１００ｐｓ（ｅ
ｘ；ＦＡ−１０Ｇシステム）、次世代の超大容量伝送装
置では１−１０ｐｓのピコ秒パルスが利用されると考え
られる。フェムト秒領域の光パルスは、安定な光源の研
究開発および材料評価へ用いることが当面の適用領域で
あり、光通信への適用は当面ないものと考えられる。す
なわち、１〜１０ｐｓの光パルスの光パルス発生、波形
整形、波形測定、波形記録、相関処理等を可能とする基
本的装置、方法が次世代の超大容量システムを構成する
ために必要とされている。

【０００６】しかしながら、上述の従来技術では次の問
題を有する。すなわち、上述の変調を行うにしてもある
いはホログラム記録をするにしても、回折格子２０１，
２０５、レンズ２０２，２０４、空間フィルタ２０３全
てを高精度に配置する必要があり、外部環境に対して影
響を受けやすくモジュール化も困難で、いわゆる実験室
環境でなければ動作させることが不可能に近い。すなわ
ち、実用として現実的ではない。

【０００７】また、時系列信号を扱う場合原理的に一次
元の回折格子、レンズにて信号処理が可能なのである
が、回折格子やレンズは二次元配置の冗長な構成とな
り、その点本来的に必要以上な位置合せが必要となる。

【０００８】さらに、例えば１０ｐｓ以上の長いパルス
列を扱う場合あるいはパルス幅の長いパルスを扱う場合
には、入射ビーム径を大きくし大型の回折格子やレンズ
が必要となって装置が大型化せざるを得ない。

【０００９】すなわち、従来のフェムト秒パルスに対し
て有効な回折格子対とレンズを用いた構成は、ピコ秒パ
ルスに対しては装置が極めて大型になり、伝送装置の３
０×４０×３ｃｍ程度のパッケージに組み込むことは困
難である。さらに、光ファイバとの接続光学系が必要で
あり、パルスに応じた柔軟な装置設計ができない。

【００１０】従来、ピコ秒パルスの発生手段には、半導
体モードロックレーザが知られている。

【００１１】図４は、従来の短パルス光源として用いら
れるモードロック型レーザの構成を示す。

【００１２】図において、モードロック型レーザは、光
増幅媒質５１、光増幅媒質５１に反転分布を形成する励
起回路５２、光共振器を構成するミラー５３−１，５３
−２、光共振器内に配置される光変調器５４、光変調器
５４を駆動する回路であるクロック発生器５５により構
成される。本構成では、クロック発生器５５が光共振器
の共振モード間隔にほぼ等しい周波数またはそのほぼ整
数倍の周波数のクロックで光変調器５４を駆動すると、
クロック周波数またはその整数倍の周波数に等しい繰り
返し周波数の光短パルス列が発生する。

【００１３】図５は、多数の波長の光を同時に発振する
多波長光源の構成を示す。

【００１４】図において、多波長光源は、光増幅媒質６
１、導波路アレイ回折格子６２、光増幅媒質６１と導波
路アレイ回折格子６２を結合するレンズ６３、光増幅媒
体６１の両端面に配置される高反射ミラー６４および低
反射コーティング６５と、導波路アレイ回折格子６２の
他端に配置される高反射ミラー６６により構成される。

【００１５】導波路アレイ回折格子６２は、基板７０上
に、１本の入力導波路７１と、導波路長差ΔＬで順次長
くなる複数本の導波路からなる導波路アレイ７３と、複
数本の出力導波路７５と、入力導波路７１と導波路アレ
イ７３とを接続するスラブ導波路７２と、導波路アレイ
７３と出力導波路７５とを接続するスラブ導波路７４と
を形成したものである。

【００１６】入力導波路７１に入射された光は、スラブ
導波路７２で回折により広がり、その回折面と垂直に配
置された導波路アレイ７３の各導波路に等位相で入射し
分配される。導波路アレイ７３の各導波路を伝搬してス
ラブ導波路７４に到達した光には、導波路長差ΔＬに対
応する位相差が生じている。この位相差は波長により異
なるので、スラブ導波路７４のレンズ効果でその焦点面
（出力導波路７５の入力端）に結像する際に、波長ごと
に異なる位置に結像する。したがって、出力導波路７５
の各導波路には異なる波長の光が取り出される。

【００１７】このような導波路アレイ回折格子６２を用
いた多波長光源では、高反射ミラー６４と高反射ミラー
６６との間に光共振器が形成され、光増幅媒質６１を定
常的に励起することにより多数の波長の光を同時に発振
させることができる。

【００１８】ところで、従来のモードロック型レーザに
は次のような３つの問題点がある。

【００１９】（１）発振モード包絡線スペクトルが動作
条件で大きく変動し、中心波長およびパルス幅を設定す
ることが困難である。

【００２０】（２）各モードごとの強度と位相を独立に
制御することができないので、パルス形状の設計が困難
である。

【００２１】（３）非常に多数のモードが励起される
と、長共振器の半導体媒質の分散および非線形効果でモ
ード間の相関が不十分となり、トランスフォームリミッ
トの光短パルス列を発生させることが困難である。

【００２２】また、図５に示すような多波長光源は、各
モードに対する位相が制御されていないので、モードロ
ックして高繰り返し周波数の光短パルス列を発生させる
ことができない。

【００２３】以上説明したように、従来、ピコ秒パルス
の発生手段には、半導体モードロックレーザがあるが、
光通信用光源として利用するためには、位相、強度が安
定であること、中心波長およびパルス幅・パルス形状の
設定（設計・製作）が可能であること、トランスフォー
ムリミットに近い高品質なパルスを発生することが必要
である。しかしながら、現状の半導体モードロックレー
ザではこれらの要求を同時に満たすことは困難である。
また、図１に示す従来技術を半導体モードロック光源に
組み込むことは極めて難しく、研究報告例もない。

【００２４】ところで、超高速の光伝送装置において
は、光ファイバ中の群速度分散による波形の歪みが伝送
距離を制限する第１の要因である。伝送路の分散特性
は、環境温度の変化、経時的な材質は被覆の変化によっ
て生じる。この分散特性は、また、伝送路の支障切り替
えに付随して別の光ファイバに切り替える場合に変化す
る。あるいは、光ファイバの分散に変化が無くとも、光
源波長やフィルタ特性の変化によって信号光の感受する
分散値は変化する。

【００２５】一般に用いられている分散の少ない分散シ
フト光ファイバでも±１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の分散が
あるので、８０ｋｍの伝送区間では±８０ｐｓ／ｎｍの
分散となる。２０Ｇｂｉｔ／ｓでパルス幅１０ｐｓの信
号光の光帯域は約１ｎｍであるので、最大８０ｐｓ程度
のパルス広がりを生じる。ところが、２０Ｇｂｉｔ／ｓ
信号のタイムスロットは５０ｐｓであるから、多大な符
号間干渉が生じて大きな誤りが生じる。このため、伝送
路の分散を補償（等化）する装置が、超高速の伝送装置
では不可欠である。

【００２６】従来の技術の一例を図６に示す。ここで、
図６中、符号０１は光増幅器、０２は光スイッチ、０３
は分散補償ファイバである。

【００２７】従来の技術は、光信号を伝送路中の分散と
正反対の分散特性を持つ別の光ファイバを通して分散を
補償して良好な波形を得る構成である。

【００２８】分散補償ファイバ０３の分散特性は可変で
きないので、いくつかの分散特性を持つファイバを用意
し、伝送路の分散特性の変化に対応して分散を補償する
のが一般的である。

【００２９】しかしながら、従来の技術には以下のよう
な問題があった。

【００３０】（ｉ）高次の分散の補償が困難である。

【００３１】（ii）分散を補償するために多数のファイ
バを用意する必要がある。特に、超高速の光信号では分
散の許容範囲が狭いので、僅かずつ分散値を変えたファ
イバが必要である。このため、装置が大型化し多端子の
光スイッチが必要である。

【００３２】（iii ）光スイッチによって分散補償ファ
イバを切り替えるため、切り替え中に光信号の瞬断が生
じる。

【００３３】また、従来の別の技術の一例として、チャ
ープドファイバグレーティング、多断接続されたＭＺ干
渉器の構成があるが、以下のような問題があった。

【００３４】（iv）分散補償の中心波長の制御幅が小さ
く、補償帯域が狭い。

【００３５】超高速の光伝送装置において光ファイバ中
の自己位相変調による波形の歪みが伝送距離を制限する
第２の原因である。従来の他の一例を図７に示す。ここ
で、図７中、符号０４は光送信器、０５は高分散ファイ
バ、０６は光増幅器、０７は光伝送路、０８は分散補償
回路、０９は光受信器である。

【００３６】この構成では分散補償を前提に予め高分散
媒体中に光信号を通してパルス幅を広げて自己位相変調
を低減する伝送方法である。自己位相変調は、光パルス
ピーク強度にほぼ比例して生じるので、パルス幅を広げ
てピークパワーを下げると、低減することができる。分
散は補償して波形を再生できるが、非線形現象である自
己位相変調による波形の劣化は、通常の線形の波形等化
方法では再生することができないので、伝送路中ででき
る限り非線形現象が生じない伝送装置が要求される。

【００３７】しかしながら、従来の技術には以下のよう
な問題があった。

【００３８】（ｖ）伝送路中の分散の変化が予め予測が
できないので、伝送途中で分散が偶然に等化され、自己
位相変調が生じて波形の劣化、誤りの増大が起こる可能
性がある。

【００３９】このように、従来、ピコ秒パルスの波形整
形（例えば分散補償）手段としては、伝送路中の分散と
正反対の分散特性を持つ別の光ファイバ、チャープドフ
ァイバグレーティング、多段接続されたＭＺ干渉器があ
る。しかしながら、高次の分散の補償、可変分散補償、
広帯域な補償が困難である。また、図１に示す従来技術
では、補償可能な分散量が非常に小さい。例えば、２ｐ
ｓのパルス幅の光パルスに対しては５ｐｓ／ｎｍ程度の
補償しかできない。

【００４０】また、上述のような光信号処理装置では、
より高速の光信号の波形を観測することが必要になって
きている。

【００４１】従来、波形測定・記録手段としては、超高
速のＯ／Ｅ変換器あるいは、ストリークカメラがある。
しかしながら、Ｏ／Ｅ変換器の帯域は高々５０ＧＨｚで
あり１−１０ｐｓのピコ秒パルスの測定は不可能であ
る。また、ストリークカメラは光通信の波長帯では感度
が低いため、単一掃引では十分なＳ／Ｎが得られず実時
間波形が観測できない。図１に示す従来技術を用いた研
究報告例はない。従来技術をそのまま適用した場合には
フーリエ変換面上に２次元的に光が分布するため、特殊
な光学系を考案しないとＳ／Ｎの高い測定が困難であ
る。

【００４２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前述
のように、１〜１０ｐｓの光パルスの発生、波形整形、
波形測定、波形記録、相関処理等を可能にする光信号処
理装置および光信号処理方法を提供することにある。

【００４３】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光信号
が入力される光導波路と、当該光導波路の出力光を分配
する分配手段と、当該分配手段に接続され、光路長が一
定間隔で変化する光導波路の集合体で構成された導波路
アレイと、当該導波路アレイの光出力を結像するスラブ
導波路と、光の強度または位相を変調する空間フィルタ
とを備え、前記導波路アレイの光導波路は前記スラブ導
波路の片側にのみ接続されており、前記スラブ導波路は
前記入力される光信号を周波数スペクトル像として結像
して直線上に分布させ、前記空間フィルタは、前記周波
数スペクトル像の結像位置に配置され、前記周波数スペ
クトル像を前記直線上の位置に応じて所望の強度または
位相に変調して反射することを特徴とする。

【００４４】また、請求項２に記載の発明は、光信号が
入力される第１の光導波路と、当該第１の光導波路の出
力光を分配する分配手段と、当該分配手段に接続され、
光路長が一定間隔で変化する光導波路の集合体で構成さ
れた第１の導波路アレイと、当該第１の光導波路アレイ
の光導波路が片側にのみ接続され、前記第１の導波路ア
レイの光出力を結像する第１のスラブ導波路と、当該第
１のスラブ導波路が入力側に接続され、光の強度または
位相を変調する空間フィルタと、当該空間フィルタの出
力側に接続された第２のスラブ導波路と、光路長が一定
間隔で変化する光導波路の集合体で構成され、当該光導
波路が前記第２のスラブ導波路の片側にのみ接続されて
前記空間フィルタにより変調された光が入射する第２の
導波路アレイと、当該第２の導波路アレイの出力光を一
点に収束する収束手段と、当該収束手段からの出力光が
入射する第２の光導波路とを備え、前記第１のスラブ導
波路は前記入力される光信号を周波数スペクトル像とし
て結像して直線上に分布させ、前記空間フィルタは、前
記周波数スペクトル像の結像位置に配置され、前記周波
数スペクトル像を前記直線上の位置に応じて所望の強度
または位相に変調して透過することを特徴とする。

【００４５】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の光信号処理装置において、前記スラブ導波路の
焦点面近傍には、当該焦点面を平面に変換する焦点面変
換手段が設けられており、前記空間フィルタは前記焦点
面変換手段を介して配置され、前記光導波路の入力端側
には、前記空間フィルタからの反射光を取り出すための
光分岐手段が備えられていることを特徴とする。

【００４６】また、請求項４に記載の発明は、請求項３
に記載の光信号処理装置において、前記空間フィルタが
位相フィルタであることを特徴とする。

【００４７】また、請求項５に記載の発明は、請求項３
に記載の光信号処理装置において、前記空間フィルタが
強度フィルタであることを特徴とする。

【００４８】また、請求項６に記載の発明は、 請求項
３に記載の光信号処理装置において、前記空間フィルタ
が、強度フィルタと位相フィルタとを多段に接続した空
間フィルタであることを特徴とする。

【００４９】また、請求項７に記載の発明は、請求項３
に記載の光信号処理装置において、前記焦点面変換手段
として、前記スラブ導波路端に導波路と垂直方向に光を
屈曲させる光屈曲手段を備えていることを特徴とする。

【００５０】また、請求項８に記載の発明は、請求項３
に記載の光信号処理装置において、前記光分岐手段は、
入力側に第１の光増幅手段と光波長フィルタとが接続さ
れる一方、出力側に第２の光増幅手段が接続されている
ことを特徴とする。

【００５１】また、請求項９に記載の発明は、請求項２
に記載の光信号処理装置において、前記第１の光導波路
は入力側に第１の光増幅手段と光波長フィルタとが接続
され、前記第２の光導波路は出力側に第２の光増幅手段
が接続されていることを特徴とする。

【００５２】また、請求項１０に記載の発明は、請求項
８または９に記載の光信号処理装置の入力側に、光変調
信号発生回路を具備する光変調器を介して、光源が接続
されていることを特徴とする。

【００５３】また、請求項１１に記載の発明は、請求項
８または９に記載の光信号処理装置の出力側に、光受信
器が接続されていることを特徴とする。

【００５４】また、請求項１２に記載の発明は、請求項
１０に記載の光信号処理装置を備えた光信号送信回路
と、請求項１１に記載の光信号処理装置を備えた光信号
受信回路とが、光伝送路を介して接続されていることを
特徴とする。

【００５５】また、請求項１３に記載の発明は、請求項
８に記載の光信号処理装置において、空間フィルタが位
相フィルタであり、相対位相φが空間フィルタ上の位置
（ｘ）に対して、φ（ｘ）＝Ｍｏｄ［ａｘ^２ ，π］
（ａ：定数）を近似した特性をもつことを特徴とする。

【００５６】また、請求項１４に記載の発明は、請求項
８に記載の光信号処理装置において、空間フィルタが位
相フィルタであり、相対位相φが空間フィルタ上の位置
（ｘ）に対して、φ（ｘ）＝Ｍｏｄ［ａｘ^２ ，２π］
（ａ：定数）を近似した特性をもつことを特徴とする。

【００５７】また、請求項１５に記載の発明は、請求項
８に記載の光信号処理装置において、空間フィルタが位
相フィルタであり、相対位相φが空間フィルタ上の位置
（ｘ）に対して、φ（ｘ）＝π／２（ｘ＞０）かつφ
（ｘ）＝０（ｘ＜０）、あるいは、φ（ｘ）＝０（ｘ＞
０）かつφ（ｘ）＝π／２（ｘ＜０）を近似した特性を
もつ、強度変調−角度変調変換することを特徴とする。

【００５８】また、請求項１６に記載の発明は、請求項
８に記載の光信号処理装置において、空間フィルタが位
相フィルタであり、相対位相φが空間フィルタ上の位置
（ｘ）に対して、φ（ｘ）＝π（ｘ＞０）かつφ（ｘ）
＝０（ｘ＜０）、あるいは、φ（ｘ）＝０（ｘ＞０）か
つφ（ｘ）＝π（ｘ＜０）を近似した特性をもつ、強度
変調−角度変調変換することを特徴とする。

【００５９】また、請求項１７に記載の発明は、請求項
８乃至１２のいずれかに記載の光信号処理装置におい
て、空間フィルタが位相フィルタと強度フィルタとから
構成されていることを特徴とする。

【００６０】また、請求項１８に記載の発明は、請求項
８乃至１６のいずれかに記載の光信号処理装置におい
て、空間フィルタが、ガラス基板、透明電極、液晶、液
晶配向膜から構成された液晶空間変調器であることを特
徴とする。

【００６１】また、請求項１９に記載の発明は、光信号
処理方法であって、請求項１２に記載の光信号処理装置
を用いて、前記光信号送信回路の発生する光信号の周波
数スペクトル位相を変調し、前記光受信回路で前記光伝
送路中の分散と、前記光信号送信回路による周波数スペ
クトル位相変調を補償することを特徴とする。

【００６２】また、請求項２０に記載の発明は、光信号
処理方法であって、請求項１２に記載の光信号処理装置
を用いて、前記光信号送信回路の発生する光信号の周波
数スペクトル強度を変調し、前記光受信回路で前記光伝
送路中の分散と、前記光信号送信回路による周波数スペ
クトル強度変調を補償することを特徴とする。

【００６３】さらに、請求項２１に記載の発明は、光信
号処理方法であって、請求項１２に記載の光信号処理装
置を用いて、前記光信号送信回路の発生する光信号の周
波数スペクトル位相及び周波数スペクトル強度を変調
し、前記光受信回路で前記光伝送路中の分散と、前記光
信号送信回路による周波数スペクトル位相変調及び周波
数スペクトル強度変調を補償することを特徴とする。

【００６４】

【００６５】

【００６６】

【００６７】

【００６８】

【００６９】

【００７０】

【００７１】

【００７２】

【００７３】

【００７４】

【００７５】

【００７６】

【００７７】

【００７８】

【００７９】

【００８０】

【００８１】

【００８２】

【００８３】

【００８４】

【００８５】

【００８６】

【００８７】

【００８８】

【００８９】

【００９０】

【００９１】

【００９２】

【００９３】

【００９４】

【００９５】

【００９６】

【００９７】

【００９８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するが、本発明は以下の実施形態例に限定されるもので
はない。 （実施形態例１）本発明の第１の実施形態例に係る光信
号の処理を行う方法とその構成を、図８を参照して説明
する。

【００９９】図８に示すように、入力光信号ｕ（ｔ）
は、石英導波路１に入射した後、スターカップラ２によ
って、Ｎ本の導波路アレイ３に分岐される。導波路アレ
イ３は、入射面Ｓ_１ と出射面Ｓ_２ の間でそれぞれがΔ
Ｌの光路長差を持つように設定されている。ここで、Ｓ
_１ は石英導波路１のスターカップラ２への入射端を中
心とする円周上にあり、Ｓ_２ はＳ_３ の中心を中心とす
る円周上に配置した場合にもっとも高性能な分光特性を
示す。

【０１００】そのため、導波路アレイ３からスラブ導波
路４への出射端において、それぞれの光ビームはｎΔＬ
の位相差（ｎは導波路の屈折率）を持つため、回折格子
と同様な分波機能を持つことが知られている（例えば、
H. Takahashi et al., IEEEJ. Lightwave Tech. Vol.12
(No.6), pp.989-995(1994)); M. K. Smit Electron.Let
t. vol.24, pp.385-386, (1988); C. Dragone et al.,
IEEE photon. Technol. Lett., vol.3, pp.896-899 (19
91) 。

【０１０１】従来、このような導波路アレイ２，３，４
は、波長多重光伝送における光分波器としての使用がよ
く知られている。

【０１０２】本発明者らは、導波路アレイ３に時系列な
光信号を入射したとき、この光信号の時間周波数スペク
トルがレンズを用いなくとも空間的な像として形成でき
ることを発見した。さらに、本発明者らは、高分解能な
導波路アレイ設計法を見出し、この原理に基づく光信号
処理への応用を考案した。

【０１０３】すなわち、導波路アレイを用いれば、スラ
ブ導波路４の焦点面Ｓ_３ においては、入射光信号のフ
ーリエ変換Ｕ（ｎ）を空間的に結像することができる。

【０１０４】周波数分解能は、ｍ次の回折光を用いたと
き、Ｎｍに比例することを見いだした。ただし、Ｎは、
導波路アレイ３の導波路の数である。したがって、ｍを
大きくすれば、周波数分解能がＮに比例する通常の回折
格子に比較して、大きな分解能を得ることができる。こ
の指針にしたがって最適に設計すれば、極めて光分解能
の高い導波路アレイを得ることができ、高速で長い光パ
ルス列のスペクトル分解が可能となる。

【０１０５】以上のような高分解能の導波路アレイの焦
点面Ｓ_３に反射型の空間フィルタ５を設置してやると、
この空間フィルタ５の空間周波数のパターンをＨ（ｖ）
とすれば、Ｕ（ｖ）Ｈ（ｖ）の光パターンが反射され
て、導波路アレイ３、スターカップラ２を戻り、石英導
波路１から出射される。

【０１０６】このときの出力光信号は、ｕ（ｔ）＊ｈ
（ｔ）となる。ここで、＊は、２つの信号のコンボリュ
ーションを表す。

【０１０７】すなわち、任意の空間フィルタ５を置くこ
とにより、入射信号光の周波数領域での処理を行うこと
ができる。外部と石英導波路１との入出力は、例えば、
カップラのついた光ファイバを用いて行う。

【０１０８】図８の構成において、焦点面Ｓ_３ は、Ｓ
_２ の中心を中心とする円周上にあるので、空間フィル
タ５が平面である場合、一般に出力波形に歪みが生じ
る。この歪みは中心周波数に対して２次関数的に位相が
変化すると、近似されるので、本構成は２次分散特性を
持っていることと、近似的に等しい。これを補正するに
は、入力光あるいは出力光を本構成と逆の符号で大きさ
の等しい分散媒質を透過させればよい。また、あるいは
空間フィルタ５を分散を補償する効果を含めて設計すれ
ばよい。

【０１０９】この方法の具体的な応用例として、光信号
ｕ（ｔ）が何らかの装置、例えば、長距離の光ファイバ
通信回線を通り、ｆ（ｔ）＝ｕ（ｔ）＊ｈ（ｔ）のよう
な歪みを受けた場合を考える。

【０１１０】この歪んだ信号ｆ（ｔ）を元の信号ｕ
（ｔ）に戻すために、図９に示すような光信号処理装置
を用いることができる。光信号処理の原理を示した図８
では反射型の構成としたが、この図９に示す装置では、
透過型とした。

【０１１１】図９に示すように、何らかの歪みを持つ光
信号ｆ（ｔ）が光コネクタ６を介して光ファイバ７から
石英光回路８に入射する。

【０１１２】石英光回路８は、図１０に示すように、導
波路９，１３、スターカップラ１０，１４、導波路アレ
イ１１，１５およびスラブ導波路１２，１６が、空間フ
ィルタ１７に対して、左右対称に配置されたものであ
る。

【０１１３】導波路アレイ１１，１５には、偏波依存性
をなくすために、必要に応じて、途中に、半波長板１
８，１８が設置される。

【０１１４】入力信号光は、導波路９を伝搬した後、ス
ターカップラ１０により導波路アレイ１１に入射し、ス
ラブ導波路１２内の焦点面Ｓ_３ にフーリエ変換Ｆ
（ｖ）＝Ｕ（ｖ）Ｈ（ｖ）を結像する。

【０１１５】ここで、空間フィルタ１７としては、次の
ようなパターンのものを焦点面に置くと、信号との積に
より、Ｕ（ｖ）となる。

【０１１６】Ｈ^＊ （ｖ）／｜Ｈ（ｖ）｜^２ これがスラブ導波路１６、導波路アレイ１５、スターカ
ップラ１４を通ると、逆フーリエ変換され復元された光
信号ｕ（ｔ）が導波路１３から取り出せる。強度的に減
衰が大きい場合には、光増幅器１９を通して光コネクタ
６により外部に出力される。

【０１１７】ここで、空間フィルタ１７は、固定パター
ンでも書き換え可能なパターンでもよい。固定パターン
の場合には、ガラス基板などの基板上に蒸着などにより
所定の位相や透過率のパターンを形成したものを設置す
ればよい。また、書き換え可能なパターンとするには、
液晶や半導体からなる光変調器を空間フィルタとして用
い、空間フィルタ制御装置２０から出力される電圧によ
り、光変調器上の各ピクセルの位相や透過率を制御す
る。

【０１１８】実際に、図１０の構成の光回路を用い、ガ
ラス基板上に作られた固定パターンの空間フィルタによ
り、単パルス幅０．２ｐｓ、周期０．５ｐｓ、パルス数
１００個からなる波長１５００ｎｍの光パルス列の歪み
の整形が可能なことを確認した。 （実施形態例２）本発明の第２の実施形態例に係る光パ
ルスを発生する方法とその構成について、図１１を参照
して説明する。

【０１１９】本実施形態例は、反射型の計算機ホログラ
ム（ＣＧＨ）２１を焦点面Ｓ_３ に設置したものであ
る。この計算機ホルグラム２１は、例えば、ある光パル
ス列ｕ（ｔ）のフーリエ変換Ｕ（ｖ）が空間周波数パタ
ーンとして書かれている。

【０１２０】したがって、読み出し光を光導波路２２か
らスラブ導波路２３へ入射すれば、ホログラムから反射
した光パターンＵ（ｖ）はスラブ導波路２３、導波路ア
レイ２４、スターカップラ２５の順に伝搬し、実施形態
例１で述べた原理により逆フーリエ変換されて、導波路
２６から光パルス列ｕ（ｔ）が出射される。

【０１２１】この実施形態例では、単なる光パルスを読
み出し光として入射するだけで、計算機ホログラム２１
に書かれた任意の光パルス列を発生することができる。

【０１２２】なお、本実施形態例の変形例として、例え
ば、図１２に示すように、導波路４１、スターカップラ
４２を介して、読み出し光も導波路アレイ４３に入射し
てフーリエ変換像として計算機ホログラム２１に入射し
ても良い。ただし、読み出し光は、短い光パルスとすれ
ばよい。

【０１２３】また、本実施形態例の他の変形例として、
例えば、図１３に示すように、透過型の計算機ホログラ
ム３１を用いることもできる。すなわち、導波路アレイ
３２と反対側の導波路３３からスラブ導波路３４へ読み
出し光を入射すると、ホログラムを透過した光パターン
ｕ（ｖ）は、スラブ導波路３５、導波路アレイ３２、ス
ターカップラ３６の順に伝搬し、上記と同様に逆フーリ
エ変換されて、光導波路３７から光パルス列ｕ（ｖ）が
出射される。

【０１２４】実際に、図１１の構成の光回路を用い、単
パルス幅０．２ｐｓ、周期０．５ｐｓ、パルス数１００
個からなる波長１５００ｎｍの光パルス列の発生を確認
した。 （実施形態例３）本発明の第３の実施形態例に係る光パ
ルスを一時記憶する方法と構成について、図１４を参照
して説明する。本実施形態例では、感光性の光記録媒体
５１を焦点面Ｓ_３ に設置する。

【０１２５】図１４に示すように、入力光信号ｕ（ｔ）
は、外部から光コネクタ５２により装置に導入され、光
増幅器５３で増幅される。次に、光カップラ５４により
信号用と参照用の光に分けられ、信号光はそのまま石英
光回路５５に入射する。

【０１２６】石英光回路５５において、図１５（Ａ）に
示すように、信号光は、導波路５６に入射した後、スタ
ーカップラ５７によって導波路アレイ５８に分岐され
る。

【０１２７】それぞれの導波路アレイ５８からの出射し
た光は、スラブ導波路５９を伝搬し、焦点面Ｓ_３ にお
いて、入射光信号のフーリエ変換Ｕ（ｖ）を空間的に結
像する。

【０１２８】一方、信号光から分岐した参照光用の光
は、光カップラ５４により分けられ、光変調器６０を通
った後、石英光回路５５に入射し、図１５（Ａ）に示す
ように、参照用導波路６１を通り、スラブ導波路５９へ
入射する。

【０１２９】図１５（Ａ）におけるスターカップラ５７
の拡大図を図１５（Ｂ）に示す。ここで、導波路アレイ
５８の入射導波路端は円周上に配置されるが、参照用導
波路６１からスターカップラ５７への入射端を中心とす
る円周上、あるいは導波路５６からスターカップラ５７
への入射端を中心とする円周上のいずれかに配置され
る。通常は、各々の円周上に配置される導波路数は、ほ
ぼ等しく設定される。

【０１３０】その結果、参照光と信号光との干渉により
光記録媒体５１上にＵ（ｖ）がホログラムとして記録さ
れる。

【０１３１】その後、参照光と同一波長の光を読み出し
光として導波路Ｗ２から入射すれば、ホログラムに記録
されたＵ（ｖ）が読み出され、スラブ導波路５９、導波
路アレイ５８、スターカップラ５７の順に伝搬する間に
逆フーリエ変換されて導波路５６から光パルス列ｕ
（ｔ）が出射される。

【０１３２】なお、ここでは、光変調器６０は、参照光
あるいは読み出し光のための光パルスを信号光の一部か
ら切り出す役割を果たす。

【０１３３】このような原理により、光パルス列の記憶
がなされる。

【０１３４】また、本実施形態例では、反射型の構成で
示したが、ホログラムの反対側に読み出し用の導波路を
設けて透過型のホログラムを用いた構成も可能である。
さらに、図１２と同様に参照光および読み出し光を導波
路アレイを通して入射する構成も可能である。

【０１３５】光記録媒体５１としては、例えば、半導体
の多重量子井戸構造のフォトリフラクティブ素子、感光
膜などを用いることができる。

【０１３６】また、参照光用導波路を複数設け、それぞ
れの参照光に対応して多数の光パルス列のパターンをホ
ログラム上に多重に記録することも可能である。

【０１３７】なお、焦点面にホログラム媒体のかわりに
光センサアレイを置き、参照光を導入せずに信号光のみ
を導入すれば、信号光のパワースペクトルの観察もでき
る。 （実施形態例４）図８の構成を用いて、導波路アレイの
本数Ｎを３４０、回折次数ｍを５９とした。入射光は、
Ｃｒ／ＹＡＧレーザの出力を波長フィルタによって、帯
域制限を行い、中心波長１５４９ｎｍ、スペクトル幅
２．３ｎｍ、パルス幅１．１ｐｓのパルスを生成して用
いた。

【０１３８】以上のような構成で光信号発生を行った場
合の、入射光のパルス波形を図１６に示した。また、フ
ィルタとして、焦点面にそれぞれ１２０ＧＨｚ、２４０
ＧＨｚのパルス発生用の反射型強度フィルタを設けて処
理した場合の出力波形を図１７および図１８に示す。図
１７および図１８により、本発明の光信号処理装置およ
び光信号処理方法が設計通りに機能していることが確認
された。

【０１３９】また、図１９に導波路アレイを用いた場合
と、従来の回折格子とレンズを用いた場合とにおいて、
取り扱うパルス幅と処理可能な最大パルス数との関係を
示す。

【０１４０】本発明の第１の効果は、信号処理能力（処
理可能パルス列長）が原理的に高いことである。図１８
から明らかなように、本発明の構成は従来構成に比較し
て処理可能なパルス列長が長く、回折次数（ｍ）を変え
て処理する光パルスのパルス幅に合わせた設計が可能で
ある。数式を用いて、処理可能最大パルス列長（Ｔ_０）
および最小パルス幅（τ）を示すと以下のようになる。

【０１４１】

【数１】

【０１４２】（ただし、従来技術においてはｍ＝１、ν
_０ ：中心周波数、Ｎ：導波路数、従来技術においては
光ビームの照射されている回折格子本数）

【０１４３】

【数２】

【０１４４】（従来技術、ｄ：回折格子の溝間隔、λ_０
：中心波長、ｆ：レンズ焦点距離、Ｈフィルタ寸法、
α：定数（通常０．３〜０．４、パルス形状による））

【０１４５】

【数３】

【０１４６】本発明を用いて分散補償等を行う場合、処
理能力は処理可能パルス列長に比例する。すなわち、発
明の回路は、おおよそ従来技術に比較して１０倍の能力
を持つ。

【０１４７】第２の効果は、装置の小型化が可能なこと
である。従来技術においては図１から明らかなように全
長４ｆの大きさになるが、レンズの歪みが少ないことを
条件にすると図１８の性能を得るためには少なくともｆ
＝１０ｃｍ以上、口径１０ｃｍ以上が必要であり、全長
は６０〜７０ｃｍ程度、幅／高さが３０ｃｍ程度の大き
さになる。さらに光ファイバ入出力光学系を含めると非
常に大きな装置となり、光通信装置に搭載することは不
可能である。ところが、本発明では光回路を平面内で屈
曲させて配置できることおよび空気よりも導波路材料の
方が屈折率が高いため小型化され、図１９の性能を得る
ために１０ｃｍ角程度の石英基板で製作可能である。半
導体導波路であれば、寸法は５ｃｍ角程度になる。

【０１４８】第３の効果は、その他の光回路との集積化
が可能になることである。例えば光増幅器を内蔵し、損
失の少ない光信号処理が可能となる。

【０１４９】ピコ秒パルスの発生手段に適用した場合の
効果は、共振器内の分散補償により容易にトランスフォ
ームリミットに近いパルス列を発生することができるこ
と、各モードの制御によりパルス形状を設計できること
である。

【０１５０】分散補償回路に適用した場合の効果は、高
次の分散の補償、可変分散補償、高帯域な補償が可能と
なる。また、２ｐｓのパルス幅の光パルスに対しては１
００ｐｓ／ｎｍ程度の補償まで可能である。また、キノ
フォーム（フレネルレンズ）をスラブ導波路とフィルタ
／ミラー間に配置して、歪みのない波形整形が可能であ
る。

【０１５１】伝送装置に適用した場合の効果は、伝送路
の分散の変化に追従した分散補償が可能であること、自
己位相変調による伝送波形劣化を低減したシステムの構
成が可能であること、強度変調−角度変調変換回路が容
易に構成できることである。 （実施形態例５） 図２０は、本発明の第５の実施形態例を示すものであ
る。この実施形態例の装置では、石英基板１０１上に、
光導波路１０４の出力光を分配する第１のスラブ導波路
１０５、導波路長を順次長くした複数本の光導波路にて
形成されスラブ導波路１０５の分配光の光路長を異なら
しめて位相差を生ぜしめ分波する導波路アレイ１０６、
円周端面を有してレンズ機能を有する第２のスラブ導波
路１０７が集積化されて形成されている。２００は導波
路アレイ回折格子である。

【０１５２】石英基板１０１への光入力側には光ファイ
バ１０３を介して信号光が入力されるが、この光ファイ
バ１０３の途中には戻り反射光を取り出すための光サー
キュレータ１０２が介在されている。この場合、光ファ
イバカップラによっても同じ機能を有して使用可能であ
るが、過剰損失が最低６ｄＢは生じる。

【０１５３】他方、石英基板１０１の光出力側には、フ
レネルレンズ１０８やキノフォームに代表される位相空
間変調素子、空間フィルタ１０９、反射手段であるミラ
ー１１０が存在する。

【０１５４】図２１は、石英基板１０１に備えられる位
相空間変調素子であるフレネルレンズ１０８や空間フィ
ルタ１０９等の拡大図である。図２１（Ａ）の如く石英
基板１１１に挟まれるようにしてフレネルレンズ（キノ
フォーム）１０８、保持基板１１３、空間フィルタ１０
９、ミラー１１０が設けられ、フレネルレンズ（キノフ
ォーム）１０８の表面および空間フィルタ１０９の表面
に低反射フィルタ１１２が被着形成されている。この場
合、フレネルレンズ（キノフォーム）１０８の側面形状
は、図２１（Ｂ）に示すように、等高部分が楕円形状を
なすように形成され、短軸方向の曲率はこのレンズ面と
スラブ導波路１０７の端面との光学的距離を焦点距離と
するようにし、長軸方向の曲率はスラブ導波路１０７の
焦点距離と等しくしており、動作波長域にて透明な材料
をエッチングにより製作することができる。なお、上記
フレネルレンズ１０８の構造およびその製造方法につい
ては、後の実施形態例においてさらに詳しく説明する。

【０１５５】フレネルレンズよりも、膜厚が厚くなる
が、球面ないし非球面レンズ等を薄膜をエッチングして
製作して、フレネルレンズ１０８の代わりに用いても良
い。製作方法は、フレネルレンズと同様である。

【０１５６】図２０、図２１に示す構成に係る機能は、
図１に示す従来の構成での機能と本質的に透過であり、
従来技術にて問題の一つとなっている大型化に関して
は、例えばパルス間隔５０ｐｓ、パルス幅２ｐｓの繰り
返し信号（図２２上段）の例をとると、例えば少なくと
も１５ｍｍ以上のビーム径の光学系が必要であり、レン
ズの有効径を考慮すると５０×１００ｃｍ程度の大きさ
の装置を要することに基づく。これに対して本例では石
英導波路中にて最大約１０ｍｍの光路差を設けらればよ
いので、５×５ｃｍ程度の基板上に集積化することがで
き、大きさに格段の差が生ずる。

【０１５７】第１のスラブ導波路１０５、導波路アレイ
１０６、第２のスラブ導波路１０７は、石英基板上に集
積化されるのであるが、このうち導波路アレイ１０６
は、隣接する各導波路をΔＬずつ導波路長を異ならし
め、導波路に屈折率をｎとするとき隣接する導波路はｎ
ΔＬの光路差を有することになる。すなわち、導波路ア
レイ１０６は回折格子と同じ分波機能を有する。

【０１５８】導波路アレイ１０６の出射端は、半径ｆの
円周状に形成されて第２のスラブ導波路１０７に接続さ
れており、この第２のスラブ導波路１０７は焦点距離ｆ
のレンズとして機能する。すなわち、レンズの場合、光
軸近傍にてレンズの両側の焦点面間で像のフーリエ変換
機能を有するが、第２のスラブ導波路１０７についても
導波路アレイ１０６の出射像の１次元フーリエ変換機能
を有する。なお、第２のスラブ導波路１０７の焦点は、
この第２のスラブ導波路１０７の光軸上にて円周面上に
位置することになるので、出射側にフレネルレンズ（キ
ノフォーム）１０８を備えて焦点面が平面となるように
している。なお、フレネルレンズ（キノフォーム）１０
８の導波路面内の焦点距離は上述のｆに等しく設定され
る。低反射コーティング１１２を介して変調をかける空
間フィルタ１０９、反射のためのミラー１１０の配置
は、図２１（Ａ）に示すとおりであるが、フレネルレン
ズ（キノフォーム）１０８および空間フィルタ１０９
（位相フィルタの場合）は、動作波長にて透明な材料を
エッチングして段差を形成して製作でき、また、電子ビ
ームの直接描画により感光材料に対する露光量を調節す
ることにより、露光量に逆比例して現像される厚さが決
まるので、所望の形状を製作できる。また、感光材料を
マスクとして基板をエッチングし、基板の形状を加工
し、フレネルレンズ１０８および空間フィルタ１０９を
製作することも可能である。また、強度フィルタの場合
には光吸収膜を短冊状にエッチングし、ラインスペース
比を制御することにより製作できる。なお、位相フィル
タにするか強度フィルタにするかは、前者は設計上難し
いという面があり、後者は損失が大きいという面がある
ので、目的に応じて使い分け、あるいは両者を備えるよ
うにすればよい。

【０１５９】図２２上段はパルス間隔５０ｐｓ、パルス
幅２ｐｓの繰り返し信号である入射パルス波形を示す。
この入射信号光は図２０に示すサーキュレータ１０２を
透過し、光導波路１０４に入射し、第１のスラブ導波路
１０５にて導波路アレイ１０６の各導波路に分配され
る。ついで、導波路アレイ１０６にて光路長差に基づき
分波され、第２のスラブ導波路１０７にてフーリエ変換
が行われ、フレネルレンズ（キノフォーム）１０８を介
して空間フィルタ（ここでは仮に位相フィルタ）１０９
にて位相変調を受け、ミラー１１０にて反射されて戻
り、逆フーリエ変換され光サーキュレータ１０２から出
力光として取り出される。図２２下段は出射光波形を示
しパルスの繰り返しが５倍となっている。

【０１６０】この場合、空間フィルタ１０９は図２３中
段に示す相対位相の位置依存性を有する。

【０１６１】処理される光パルスのパルス幅をｔ_１ 、
中心周波数をｖ_０ とすると、パルス内でｎ回光振幅が
振動する。

【０１６２】ｎ＝ｖ_０ｔ_１ このとき、位相変化ｄが次式を満たす場合、 ｎ≧ｄ／２π 位相変化を ｄ′≡Ｍｏｄ［ｄ，２π］ と近似しても良い（ただし、［ｕ，ｖ］は、ｖを法とす
る剰余）。

【０１６３】すなわち、反射型の構成では、位相フィル
タを光が２回透過するので、最大πの位相変化でフィル
タを製作可能である。

【０１６４】また、透過型の場合は、位相変化をｄ″≡
Ｍｏｄ［ｄ，π］と近似してもよく、最大２πの位相変
化でフィルタを製作可能である。

【０１６５】もちろん、膜厚が厚くなるが、必要な位相
変調量が得られる位相フィルタを用いても良いことは言
うまでもない。

【０１６６】図２３上段は入射信号の周波数スペクトル
を示し、図２３下段は空間フィルタ１０９透過後の信号
光の周波数スペクトルを示す。なお、図２３下段は位相
変調のみでありスペクトル変化はない。

【０１６７】このようにして時系列波形の変調を行うこ
とができる。

【０１６８】数式によりこの変調を表現すれば、入射信
号光をｕ（ｔ）フィルタの透過関数（往復）をｈ（ｘ）
とし、ｔを時間、ｘをフィルタ上の構造上の位置とす
る。周波数スペクトル像はｕのフーリエ変換Ｕを用いて
Ｕ（ν（ｘ））と表わされる。ここでνはフィルタの繰
り返し構造に係る周波数を示す。

【０１６９】フィルタ透過後のスペクトルは、Ｓ（ν
（ｘ））＝Ｕ（ν（ｘ））・ｈ（ｘ）となる。そして出
射光の波形は、逆フーリエ変換が施されｓ（ｔ）＝ｕ
（ｔ）＊Ｈ（ｔ）となる。ここで、＊は畳み込み積分を
示す。

【０１７０】図２２に示すようにパルスの繰り返し周波
数は５倍となっており、位相フィルタでは同じパターン
の繰り返しで構成されるが、パターンをｇ（ｘ）、繰り
返し周期をν_１ （ｘ_１ ）とすれば、パルスの繰り返し
周期はその逆数１／ν_１ （ｘ_１ ）となる。

【０１７１】また、一般には周期内のパルス強度は異な
り、パルス強度を揃えるためには、各パターンをＭ系列
に従った２値の位相とすれば良く、例えば繰り返し周期
内を１５部分に分割して各位相を（π，０，０，０，
π，０，０，π，π，０，π，０，π，π，π）とすれ
ばよい。

【０１７２】所望の波形をｓ（ｔ）、そのフーリエ変換
をＳ（ν（ｘ））とすればｈ（ｘ）＝Ｓ（ν（ｘ））／
Ｕ（ν（ｘ））で表わされる透過関数を持つフィルタに
て所望の波形を得ることができる。

【０１７３】図２４は、図２０、図２１の構造（実施形
態例５）上の変形例を示しており、図２４（Ａ）は前述
した空間フィルタ１０９について位相フィルタ１０９ａ
と強度フィルタ１０９ｂとを双方備えた例を示してお
り、位相と強度とのいずれか一方の制御とは異なり両方
の制御によって光信号処理範囲が広がるという効果を有
する。

【０１７４】図２４（Ｂ）は図２１と機能は同じである
が、フレネルレンズ（キノフォーム）１０８がフィルタ
上面に取付けられた例を示しており、製作は容易とな
る。ただし、フレネルレンズ（キノフォーム）１０８の
焦点距離はスラブ導波路１０７の屈折率をｎｓとすると
きｆ／ｎｓとしなければならない。

【０１７５】図２４（Ｃ）は、図２１に示すミラー１１
０と強度フィルタ１０９とを兼用したパターンミラー１
１４を形成した例を示しており、製作が簡単となる。

【０１７６】図２４（Ｄ）は、スラブ導波路１０７やフ
レネルレンズ（キノフォーム）１０８の代りに、この部
分のみレンズ１１５を備えた例を示しており、形は若干
大型化するが精度の高いフーリエ変換が可能である。

【０１７７】また図２４（Ｅ）は、フレネルレンズ１０
８と空間フィルタ（位相フィルタ）１０９との機能を兼
ねる位相フィルタ１１６を備えた例を示しており、設計
は煩雑となるが、製作は容易となる。

【０１７８】本実施形態例５では、石英導波路を用いる
ことを前提に説明したが、ＩｎＰ，ＧａＡｓ，Ｓｉ等の
半導体光導波路、ＬｉＮｂＯ_３ 等の誘電体光導波路、
ポリミド等の有機材料光導波路で同様の光回路を製作で
きることは言うまでもない。特に、半導体光導波路は屈
折率が大きいためさらに小型化が可能で、光回路内に光
増幅器を設けることも可能である。 （実施形態例６）図２５（Ａ）は図２０、図２１に示す
空間フィルタを液晶によって製作した例を示しており、
３０１ａ，３０１ｂは透明電極、３０２は配向膜、３０
３はスペーサ、３０４はネマティック液晶、３０５は１
／４波長板である。１／４波長板は偏波依存性のある空
間フィルタを用いた場合に、偏波無依存化するために必
要であり、この１／４波長板のｆ軸・ｓ軸は導波路面
（図２５（Ａ）中のＡ−Ａ′線部分）に対して４５度傾
けて配置される。液晶の配向は導波路面（図２５（Ａ）
中のＡ−Ａ′線部分）に平行あるいは垂直なホモジニア
ス配向する液晶と配向膜が用いられる。

【０１７９】図２５（Ｂ）は透明電極３０１ａの構成を
示しており、短冊状の電極を有して、各電極に任意の電
圧が印加できるようになっている。電圧を印加すること
によって液晶の配向が変化し透明電極３０１ａ，３０１
ｂ間にて位相差が変化し、短冊状に電極が設けられてい
るので任意の空間位相フィルタを実現することができ
る。すなわち、本例においては、位相フィルタを調整す
ることで必要に応じた光信号処理を行うことが可能とな
る。また、液晶にツイストネマティック液晶を用いても
良い。この場合１／４波長板は不要である。印加電圧が
十分に高いと偏波無依存の位相変調器として機能する。 （実施形態例７） 図２６は、本発明の第７の実施形態例を示しており、光
路を屈曲させて一層小型化した例を示している。図２６
において、４０１は光導波路のコア、４０２はミラー、
４０３は斜め（７〜８度）の端面の溝である。本例では
スラブ導波路１０７の焦点面がミラー１１０上になるよ
うに光を屈曲するための溝４０３とミラー４０２から光
屈曲部が形成される。本例では、フィルタを石英基板上
に配置できるのでいっそうの小型化が可能となる。溝は
反応性イオンエッチング装置を用いて容易に作成可能で
ある。 （実施形態例８） 図２７は透過型の構造を示しており、ここではヒートシ
ンク１０１Ａに第１の導波路アレイ１０６を有する第１
の石英基板１０１Ａと第２の導波路アレイ５０５を有す
る第２の石英基板１０１Ｂとが配置された構造となって
いる。そして、この二個の石英基板１０１Ａ，１０１Ｂ
上の配置は対称な構造となっている。つまり、第１の石
英基板１０１Ａ上には分布のための第１のスラブ導波路
１０５、第１の導波路アレイ１０６、結像のための第２
のスラブ導波路１０７が集積され、第２の石英基板１０
１Ｂ上にも結像のための第１のスラブ導波路５０４、
（第２の）導波路アレイ５０５、合波のための第２のス
ラブ導波路５０６が集積されている。そして、石英基板
１０１Ａと１０１Ｂ間に空間フィルタ等が配置される。
なお、５０２は光増幅器を示す。

【０１８０】第１の導波路アレイ回折格子２００Ａはヒ
ートシンク５０１上の石英基板１０１Ａ上に形成され、
第２の導波路アレイ回折格子２００Ｂは同じくヒートシ
ンク５０１上の石英基板１０１Ｂ上に形成され、空間フ
ィルタを中心に対称に配置されている。第１の導波路ア
レイ回折格子２００Ａは光導波路１０４、第１のスラブ
導波路１０５、導波路アレイ１０６、第２のスラブ導波
路１０７から構成されている。他方の第２の導波路アレ
イ回折格子２００Ｂも、同様に第１のスラブ導波路５０
４、導波路アレイ５０５、第２のスラブ導波路５０６、
光導波路５０７とから構成されている。

【０１８１】図２８は拡大図であり、空間フィルタは図
２５と同様のフィルタであるが、透過型のため少なくと
も位相差（２π）が得られるようにする必要がある。ま
た、図２５のミラー１１０および１／４波長板３０５は
不要なので省かれている。この構成は偏波依存性がある
ので、偏波無依存化する場合は、フィルタを２段直交し
て接続すればよい。本例の透過型の構成は図２０で示し
た構成と動作上は透過である。装置は大型化するが、図
２０のサーキュレータ１０２が不要となり損失が低減で
きる。図２７の５０３はフィルタ制御装置を示す。

【０１８２】図２９は、図２７、図２８に示した前記実
施形態例８の変形例を示しており、図２９（Ａ）は、固
定の空間フィルタ１０９を用いる例、図２９（Ｂ）はフ
レネルレンズ（キノフォーム）１０８をフィルタ基板上
に形成した例、図２９（Ｃ）はフレネルレンズ（キノフ
ォーム）と位相フィルタとを兼用する位相フィルタ１１
６を用いた例、図２９（Ｄ）は第１のスラブ導波路１０
７，５０４の代りにレンズ１１５を用いた例を示してい
る。この場合、空間フィルタは透過型のため位相差が少
なくとも（２π）得られるようになっている。 （実施形態例９） 図３０は透過型の他の例を示すもので、加熱により位相
調整を行う例を示している。すなわち、６０１は導波路
アレイ、６０２は加熱電極、６０３は配線、６０４は制
御装置である。図３１に導波路アレイ６０１の拡大図を
示す。ここで、６０５は導波路中に設けられた溝、６０
６は接続損失を減らすための導波路テーパ構造、６０７
は１／２波長板である。溝６０５、テーパ６０６、１／
２波長板６０７の構造は、導波路の偏波依存性を低減す
る構造で、必要に応じて他の導波路アレイにも用いるこ
とができる。一般に材料の屈折率は温度依存性を持つの
で加熱することにより導波路の光路長すなわち位相を変
調することができる。ここでは電極６０２の電流を調整
することで導波路アレイ６０１の各導波路の位相を調整
することが可能である。すなわち、導波路アレイ６０１
の入射端がスラブ導波路１０７によるフーリエ変換面に
なるように配置されれば、導波路アレイ６０１、加熱電
極６０２、溝６０５、テーパ６０６、１／２波長板６０
７は、可変の位相フィルタとして機能する。位相制御を
容易にするために導波路アレイ６０１の各導波路間の位
相差は２πの整数倍となるように製作される。本例にお
いても図２５の場合と同様に任意の位相変化と、柔軟な
光信号が可能となる。

【０１８３】なお、図３１内において仮想線にて示すよ
うに中央に空間フィルタと１／２波長板を置いて位相調
整導波路アレイ端に接続されるようにも構成することが
できる。 （実施形態例１０） 図３２は、ホログラム記録についての例を示しており、
７０１は参照光入力用導波路、７０２は第２の分配手段
であるスラブ導波路、７０３は第２の導波路アレイ、７
０４は光記録媒体である。７０４には半導体ＭＱＷ、チ
タン酸バリウム等のフォトリフラクティブ結晶、サーモ
プラスチック等を用いることができる。ここで、信号光
の光学系１０４〜１０６と参照光の光学系７０１〜７０
３は同じ構成である。サーキュレータ１０２に信号光、
光導波路７０１にコヒーレントな短パルス参照光を入射
すると、信号光と参照光はフーリエ変換されて媒体７０
４上で干渉し、ホログラム記録される。記録後、再びコ
ヒーレントな短パルス参照光を入射すると、サーキュレ
ータ１０２より信号光の位相共役光出力される。すなわ
ち、本例は超高速の光信号を記録し位相共役光を発生す
る機能を持つ。 （実施形態例１１） 図３３は、ホログラム記録の他の例であり、透過型を示
している。ここで、８０１は第２の結像手段であるスラ
ブ導波路、８０２は導波路アレイ、８０３は合波手段で
あるスラブ導波路、８０４は光導波路である。図３２の
例と同様に第１の導波路１０４に信号光、導波路７０１
に参照光を入射すると、導波路７０４上に光信号がホロ
グラム記録される。記録後、再びコヒーレントな短パル
ス参照光を入射すると導波路８０４より、信号光が再生
される。参照光の代わりに別の信号光を入射すれば二つ
の信号光間の相関信号を出力することが可能である。 （実施形態例１２） 図３４は、超高速光信号の波形観測例を示すもので、９
０１は単色光のＣＷ光源、９０２は光導波路、９０３は
スラブ導波路、９０４は光受光器アレイである。導波路
１０４は信号光、導波路７０１に参照光を入射すると、
媒体７０４上のホログラムにより回折される。回折光が
アレイ９０４上に結像すると、時間波形が空間光強度分
布として形成される。アレイ９０４で電気信号に変換
し、パラレルシリアル変換回路９０５にて時系列信号に
変換することで超高速の光信号の波形を観測することが
できる。また、光フィルタ９０６は必要に応じてＣＷ光
源９０１の波長を信号光および制御光と異なる波長に設
定し、信号光および参照光のアレイ９０４への入射をさ
えぎるようになっている。

【０１８４】なお、今までの各図の説明において、同一
符号は同一部分を示している。

【０１８５】また、結像手段としてのスラブ導波路１０
７，５０４等は、フレネルレンズ（キノフォーム）１０
８と組合せて、焦点面を平面としたのであるが、また周
波数空間での光信号処理は焦点面で行わないと一般に大
きな歪みが生ずるのであるが、焦点面の湾曲の程度によ
っては、フレネルレンズ等を除くことも可能となる。す
なわち、結像手段をスラブ導波路のみにて形成すること
ができる。

【０１８６】また、上記各図の説明にあって前述の如く
空間位相フィルタまたは強度フィルタとし、もしくは双
方を備えたものでもよい。

【０１８７】また、図２０の例ではフレネルレンズ（キ
ノフォーム）の焦点距離を結合手段のスラブ導波路の焦
点距離と等しいことを述べたが、必ずしも等しくする必
要もなく分散を生ずるか分散補償をするかの違いにより
決定できる。

【０１８８】さらに、図２６（Ｂ）に示す垂直方向屈曲
手段を、例えば図３２にても適用できるが、この場合に
は図２６（Ｂ）に示す空間フィルタ１０９やミラー１１
０は光記録媒体に置き換えることになる。

【０１８９】以上の例示にても明らかな如く、前記各実
施形態例の各図の例示は必要に応じて相互に適用するこ
とが可能である。 （実施形態例１３）図３５に本発明の実施形態例１３を
示す。この実施形態例１２は、前記実施形態例４の装置
と基本構造は類似しているが、光源側に光増幅器１２
０、光フィルタ１２１、光増幅器１２２が設けられてい
ることが異なる。

【０１９０】フレネルレンズ近傍の詳しい構成図を図３
６に示す。ここで、図３６中、符号１１１は石英基板、
１１２は低反射コーティング膜、１１３は保持基板であ
る。

【０１９１】上記フレネルレンズ１０８は、動作波長域
で透明な材料をエッチングして製作することができる。
フレネルレンズ１０８の等高図は楕円形状をしている。
フレネルレンズ１０８の短軸方向の曲率はレンズ面とス
ラブ導波路１０７の端面の光学的距離の焦点距離を持つ
ようにする。また、フレネルレンズ１０８の長軸方向の
曲率はスラブ導波路１０７の焦点距離と等しくなるよう
にする。

【０１９２】光ファイバ１０３に入射された信号光は、
光増幅器１２０で増幅され、光フィルタ１２１で不要な
ＡＳＥ光を除去された後、サーキュレータ１０２を透過
し、光導波路１０４に入力する。次に、第１のスラブ導
波路１０５で信号光は導波路アレイ１０６の各導波路に
分配される。導波路アレイ１０６の隣接する各導波路は
ΔＬずつ導波路長が異なる。このため、導波路の屈折率
をｎとすると、隣接する導波路はｎΔＬの位相差を持
つ。すなわち、導波路アレイ１０６は回折格子と同じ分
波機能を持つ。

【０１９３】このため、第１のスラブ導波路１０５、導
波路アレイ１０６および第２のスラブ導波路１０７で構
成される導波路アレイ回折格子２００は、波長多重伝送
装置における合分波器として従来より用いられている。

【０１９４】導波路アレイ１０６の出射端は、第２のス
ラブ導波路１０７に接続されているが、半径ｆの円周上
に配置されている。すなわち、第２のスラブ導波路１０
７は焦点距離ｆのレンズとして機能する。

【０１９５】上記第２のスラブ導波路１０７の焦点面
は、該第２のスラブ導波路１０７の光軸上で導波路アレ
イ１０６の出射端を中心とする円周上に位置することに
なる。

【０１９６】本発明における周波数空間での光信号処理
は、焦点面で行わないと、一般に大きな歪みが生じる。
このため、フレネルレンズ１０８が上記スラブ導波路１
０７の出射側に配置される。該フレネルレンズ１０８に
より焦点面が平面に変換される。フレネルレンズ１０８
の導波路面内の焦点距離はｆに等しく設定される。

【０１９７】入射光は空間フィルタ１０９を透過し、ミ
ラー１１０で反射し、再び空間フィルタ１０９を透過す
る。

【０１９８】図３７および図３８に空間フィルタ１０９
およびフレネルレンズ１０８の詳細図を示す。ここで、
空間フィルタ１０９およびフレネルレンズ１０８は同様
のプロセスで作製が可能である。空間フィルタ１０９の
厚みは、信号の中心波長λ_０、ｎ_Ｌ は空間フィルタ１
０９の材質の屈折率とすると、反射型では往復で最大２
πの位相差が必要であるから、λ_０ ／（２ｎ_Ｌ ）に等
しい。

【０１９９】また、フレネルレンズはレンズ中から空気
中に光が出射するので、レンズのあつみは内方向（ｘ）
では第２のスラブ導波路１０７の焦点面を平面に変換す
るため、第２のスラブ導波路１０７に等しい焦点距離を
持つように設計される。

【０２００】また、導波路基板に垂直な方向（ｙ）の曲
率は、レンズからの出射光を平行光に変換するため、石
英基板１１１内での焦点距離が該石英基板１１１の厚さ
に等しくなるように設定される。ｘ方向およびｙ方向の
曲率をＲ_ｘ およびＲ_ｙ とするとフレネルレンズ１０８
の楕円環は次の式（１）で示される。

【０２０１】なお、ｍ＝１，２，…（整数）曲面の不連
続に対応する。

【０２０２】

【数４】

【０２０３】また、曲率Ｒと焦点距離ｆとは次の式
（２）で変換される。

【０２０４】 Ｒ＝（ｎ_Ｌ−１）ｆ （２） 空間フィルタ１０９およびフレネルレンズ１０８は、例
えばＰＭＧＩ(PolyMethiGlutarImide)を電子ビーム露光
機で露光して、現像することで製作することができる。

【０２０５】図３９にはＰＭＧＩの現像深さの露光依存
性のグラフを示す。

【０２０６】また、ＰＭＧＩをマスクにして、石英基板
１１１をエッチングして製作することも可能である。こ
れを図４０に示す。

【０２０７】形状が反転するので、必要に応じて反転し
た露光パターンが必要である。

【０２０８】また、石英基板１１１を元にしてレプリカ
を作製しても良いことはいうまでもない。

【０２０９】数式で表現するために、入射信号光をｕ
（ｔ）、空間フィルタ１０９の透過関数（往復）をｈ
（ｘ）と仮定する。

【０２１０】ここで、ｔは時間、ｘは空間フィルタ１０
９上での位置である。

【０２１１】信号光ｕ（ｔ）は、上記導波路アレイ１０
６によって分光され、空間フィルタ１０９上の異なった
位置ｘに焦点を結ぶ。この分光された周波数スペクトル
像はｕのフーリエ変換Ｕを用いてＵ（ω（ｘ））と表さ
れる。信号の中心周波数がｘ＝０に対応するとする空間
フィルタ１０９の透過後のスペクトルは、下記（３）式
のように示される。

【０２１２】 Ｕ（ω（ｘ））・ｈ（ｘ） （３） 反射光は再び導波路アレイ１０６を透過し、逆フーリエ
変換される。

【０２１３】さて、群速度分散のある媒質中を光が透過
すると、周波数空間での入出力関係は下記（４）および
（５）式で示される。

【０２１４】

【数５】

【０２１５】ここで、ωは角周波数でω_０ は中心角周
波数であり、位相項の第１項は絶対位相、第２項は時間
軸上での位置、第３項が群速度分散を示す。第４項以降
は高次の分散効果を示す。主として第３項の効果によっ
てパルス広がりが生じる。

【０２１６】ところが、下記（６）式で示される位相フ
ィルタを用意して、本実施の形態の光回路でフーリエ変
換後に位相フィルタを透過させれば、上記（３）式よ
り、第３項をキャンセルすることができるので、群速度
分散による波形劣化を等化することができる。

【０２１７】

【数６】

【０２１８】位相フィルタは図４０に示したように、動
作波長帯域で透明な材料をエッチングして製作すること
が可能である。位相差の大きいフィルタの製作は困難で
あるので、反射型の構成ではπの位相差で折り返してフ
ィルタを製作すると良い。反射型の場合は、光がフィル
タを２回透過するので、分散補償フィルタの特性式は、
次式となる。

【０２１９】

【数７】

【０２２０】（６）および（６′）式は、１００ｆｓ以
上のパルス幅の光に対して、この近似は有効である。も
ちろん、位相差に等しい厚さのフィルタを製作しても良
いことは言うまでもない。

【０２２１】図４１および図４２に実施形態例１２のフ
ィルタ特性の例を示す。ここでは、群速度分散のある媒
質でのフーリエ位相の変化を補償する分散補償用フィル
タの特性がフーリエ変換面においてａｘ^２ であると仮
定した。

【０２２２】図４１および図４２は分散の正負に対応し
ている。

【０２２３】この結果、相対位相φが空間フィルタ上の
位置（ｘ）に対して、φ（ｘ）＝Ｍｏｄ［ａｘ^２ ，
π］（ａ：定数）を近似した特性を持つ光回路を作製す
ることができる（Ｍｏｄ［ｕ，ｖ］はｕのｖに対する剰
余を示す）。

【０２２４】本実施形態例１３では固定の分散値の補償
しかできないが、上記式（５）の高次の項まで補償する
フィルタを用意すれば、上記式（３）〜式（６′）よ
り、高次の分散を補償できることが可能となる。 （実施形態例１４）本発明の第１４の実施形態例を前出
の図２５（Ａ）、図２５（Ｂ）と、図３５を参照して説
明する。本実施形態例装置の位相フィルタは図２５
（Ａ）、図２５（Ｂ）に示したものであり、その他の部
分は図３５に示す第１の実施形態例と同じ構成であるの
で、その説明は省略する。

【０２２５】上記１／４波長３０５は偏波依存性のある
空間フィルタを用いた場合に、偏波無依存化するために
必要である。液晶の配向は導波路面に平行あるいは垂直
なホモジニアス配向する液晶と配向膜が用いられる。１
／４波長板３０５のｆ軸・ｓ軸は導波路面（図２５
（Ａ）のＡ−Ａ′線部分）に対して４５度傾けて配置さ
れる。

【０２２６】図２５（Ｂ）に示すように、透明電極３０
１−ａは短冊状の電極になっており、各電極に任意の電
圧が印加できるようになっている。電圧を印加すると液
晶の配向が変化し、透明電極３０１−ａと３０１−ｂ間
の位相差が変化する。短冊状に電極が設けられているの
で、任意の空間位相フィルタを実現することができる。
すなわち、本実施形態例においては、位相フィルタを調
整することで、分散補償の中心波長を変えたり、分散補
償量を変えたり、必要に応じた分散補償を行うことが可
能となる。 （実施形態例１５）本発明の実施形態例１５を図４３
と、前出の図２８とを参照して説明する。

【０２２７】ここで、図４３中、符号２００Ａは第１の
導波路アレイ回折格子、２００Ｂは第２の導波路アレイ
回折格子、５０１はヒートシンク、５０３はフィルタ制
御装置、５０４は第２の結像手段であるスラブ導波路、
５０５は第２の導波路アレイ、５０６は合波手段である
スラブ導波路、５０７は第２の光導波路である。

【０２２８】前記光導波路１０４、第１のスラブ導波路
１０５、導波路アレイ１０６および第２のスラブ導波路
１０７と、第１のスラブ導波路４０４、導波路アレイ５
０５および第２のスラブ導波路５０６、光導波路５０７
とは、対称の構造である。

【０２２９】本実施形態例の空間フィルタ（図２８）は
第１４の実施形態例と同様のフィルタであるが、透過型
のため倍の位相差（２π）が得られるようにする必要が
ある。また、ミラーおよび１／４波長板は不要なので省
かれている。この構成は偏波依存性があるので、偏波無
依存化する場合は、位相差（π）が得られるフィルタを
２段直交して接続すればよい。本実施形態例の透過型の
構成は第１３および第１４の実施形態例で示した反射型
構成と動作上は等価である。 （実施形態例１６）図４４に本発明の実施形態例１６を
示す。

【０２３０】ここで、図４４中、符号１００１は光源、
１００２は光変調器、１００３は光変調信号発生回路、
１００４は第１２から第１４の実施形態例に示したいず
れかの光信号処理装置、１００５は光伝送路で光ファイ
バ、光フィルタ、光増幅器等で構成され、１００６は第
１２から第１４の実施形態例に示したいずれかの光信号
処理装置、１００７は光受信器である。

【０２３１】伝送路中で、信号劣化の大きな要因である
自己位相変調は、光パルスピーク強度にほぼ比例して生
じる。平均パワーを維持したままパルス幅を広げてピー
クパワーを下げて自己位相変調を低減することができ
る。

【０２３２】本実施形態例では、光信号処理装置１００
４において位相変調を施し、波形をスクランブルして光
強度を平坦化し、光信号のピーク強度を低減する。

【０２３３】図４５に変調器出力光強度の時間波形と、
光信号処理装置１００４透過後の出力波形の例を示す。

【０２３４】伝送路の分散は主として上記式（３）の第
３項の群速度分散で、周波数に対して２次の項である。

【０２３５】光信号処理装置１００４の位相フィルタに
よるスクランブルを２次の項主体で行うと、伝送路途中
で伝送路の分散特性と補償しあって波形が再生し、自己
位相変調が大きく生じて波形が補償不可能に劣化する可
能性がある。このため、位相フィルタの特性は、２次の
項ならば伝送路の分散と同じ符号の分散が生じるように
する。あるいは、３次以上の項を用いるか、あるいは全
くランダムな位相変化を持つフィルタを用いる。

【０２３６】実施形態例１３の光信号処理装置を用いた
場合について、位相フィルタの例を図４６（３次以上の
項を用いる）および図４７（全くランダムな位相変化）
に示す。受信側の光信号処理装置１００６の位相フィル
タは、伝送路で分散と光信号処理装置１００４で予め与
えられた位相スクランブルを補償するように設計され
る。数式で表現するために、光変調器１００２から出力
される信号光をｕ（ｔ）、光信号処理装置１００４の位
相フィルタの特性を（反射型の場合は往復）をｈ _１
（ω（ｘ））（フーリエ変換をＨ_１ （ｔ））、伝送路
の分散で生じる波形歪みをＪ（ｔ）と過程すると、光信
号処理装置１００６へ入射される信号光ｓ（ｔ）は次式
（７）で近似される。なお、式中、＊はコンボリューシ
ョンを意味する。

【０２３７】 ｓ（ｔ）＝ｕ（ｔ）＊Ｈ_１（ｔ）＊Ｊ（ｔ） （７） 元の波形を再生するためには、光信号処理装置５０６の
位相フィルタの特性を次の式（８）のように定めればよ
い。

【０２３８】

【数８】

【０２３９】また、光スペクトル強度の送信側での変調
が受信側での光Ｓ／Ｎを改善できる場合がある。すなわ
ち、Ｓ／Ｎは周波数に対して一様ではないので、光信号
処理装置５０４は強度フィルタを用いてＳ／Ｎが低い周
波数の信号を強調して送信し、受信側で伝送路の分散を
補償する位相フィルタと、送信側と逆の特性の強度フィ
ルタを用いるとＳ／Ｎが周波数に対して等化されて受信
感度を高めることができる。

【０２４０】また、受信側の光信号処理装置１００６の
強度フィルタに中心周波数近傍のみを低減するフィルタ
を用いて、時間波形の低周波数成分を減衰させて、非線
形効果などで生じる符号間干渉を低減して受信感度を高
めることができる。このような強度フィルタの特性を図
４８に示す。 （実施形態例１７）本発明の実施形態例１７の位相フィ
ルタの特性図を反射型構成について図４９（Ａ）、図４
９（Ｂ）に示す。フィルタ以外の回路の構成は実施形態
例１３〜１６と同様である。入射信号光が強度変調され
た信号光であるとする。強度変調信号の周波数スペクト
ル振幅を図５０（Ａ）に示す。キャリア周波数の上下に
側波帯が生じる。これに対して角度変調された信号光の
スペクトル振幅は図５０（Ｂ）に示す形状になり、上下
の側波帯の位相が反転しているところが強度変調の周波
数スペクトル振幅との相違点である。

【０２４１】すなわち、図５０（Ａ）、図５０（Ｂ）に
示したように、位相フィルタの特性を反射型の場合、 φ（ｘ）＝π／２（ｘ＞０）かつφ（ｘ）＝０（ｘ＜
０）、あるいは φ（ｘ）＝０（ｘ＞０）かつφ（ｘ）＝π／２（ｘ＜
０） とすれば、強度変調から角度変調への変調形式の変換が
行われる。逆変換は位相反転したフィルタを用いれば良
いことは言うまでもない。また、透過型のフィルタで
は、位相変化量が２倍になるので、 φ（ｘ）＝π（ｘ＞０）かつφ（ｘ）＝０（ｘ＜０）、
あるいは φ（ｘ）＝０（ｘ＞０）かつφ（ｘ）＝π（ｘ＜０） とすればよい。角度変調光は、光平均強度がほぼ一定で
あるので、非線形効果が生じにくく伝送距離を長くする
ことが可能である。

【０２４２】また、実施形態例１６と同様に、強度フィ
ルタも用いてＳ／Ｎが低い周波数の信号を強調して送信
し、受信側で送信側と逆の特性の強度フィルタを用いて
受信感度を高めることが可能である。 （実施形態例１８）本発明の実施形態例１８を示す。こ
こで、図５１中、符号１０１１は短パルス光源、１０１
２は光増幅器、１０１３は光波長フィルタ、１０１４は
光分岐素子、１０１５はｎ台の光変調回路、１０１６は
ｎ台の光サーキュレータ、１０１７はｎ本の入力用導波
路、１０１８は光合分波素子、１０１９は光増幅器、１
０２０は光伝送路、１０２１は光増幅器、１０２２は光
波長フィルタ、１０２３は光分岐素子、１０２４はｎ台
の光サーキュレータ、１０２５はｎ台の光受信回路であ
る。

【０２４３】前述した実施形態例１７とは、主として光
信号の多重化を行っている点が異なる。

【０２４４】短パルスを用いた光通信の場合、多くはパ
ルス幅で光の帯域幅が決定する。

【０２４５】最小パルス間隔がパルス幅程度まで狭める
ことができれば、帯域を有効利用できる。

【０２４６】しかしながら、変調回路の動作速度は高々
５０Ｇｂｉｔ／ｓであるので、パルス幅１ｐｓの場合の
帯域（ガウス波形で約４００ＧＨｚ）を有効に利用する
ことができない。このため、本実施形態例では、変調回
路の動作速度範囲内にするため、パルスをｎ個の変調回
路に分岐して変調する。

【０２４７】本実施形態例では、各々の変調信号に周波
数領域で異なる位相変調を加えた上で合波・多重するよ
うにしている。

【０２４８】この場合、各々の変調信号に対する位相変
調が互いに相関が少なくなるように行う。

【０２４９】このような位相変調には、例えば異なるＰ
Ｎ(Pseudorandom Noise)系列やＭ(Maximum Length cod
e) 系列を用いればよい。

【０２５０】空間フィルタの位相は系列の［１，０］に
従って、反射型の構成では、相対位相が［０，π／２］
で変化させて構成する。

【０２５１】図５２にフィルタ平面上での平均光強度分
布の包絡線を示す。

【０２５２】各変調信号の中心周波数は同じであるが、
フィルタ平面上では入力導波路の位置が異なることを反
映して異なる位置に結像する。

【０２５３】ｋ−１，ｋ，ｋ＋１番目のチャンネルに対
応する光強度分布は、入力光導波路のスラブ導波路１０
５への接続部での間隔ｄ_ｉｎに等しい間隔で分離され
る。

【０２５４】このため、各々の変調信号に異なる位相変
調を周波数領域で行うことが可能となる。位相変調され
た光は光サーキュレータ１０１６で光号は素子１０１８
に導波され、多重される。

【０２５５】受信側では、光信号はｎ本に分岐される
が、各々の分岐信号に対して送信側の光信号処理装置と
位相共役の空間フィルタを用いて周波数領域で復調を行
う。

【０２５６】各磯変調の相関が少なければ、その他の信
号波形は再生されず、平均的な背景雑音が存在するだけ
である。

【０２５７】パルスの有無を背景雑音から識別するため
に、受信回路はパルスに十分に応答する高速性を持たな
ければならない。超高速の識別には、光非線形素子、非
線形受光素子を用いるか、高速の光電変換素子とフリッ
プフロップ回路が用いられる。

【０２５８】図５３には、変調信号、位相変調後、再生
後の復調信号の波形を図示する。すなわち、本実施形態
例は、光周波数領域でのスペクトラム拡散伝送装置とし
て機能する。多重数が多くなるに従って、位相変調の相
関を全ての組合せに対して減らすことが困難になるの
で、背景雑音が増大し、多重が困難となるが、パルス幅
に相当する帯域を５０％程度の効率で利用することが可
能である。

【０２５９】例えば１ｐｓのパルスを用いて、チャンネ
ル変調速度５０Ｇｂｉｔ／ｓで４チャンネル、総計２０
０Ｇｂｉｔ／ｓ程度の伝送装置を構成することが可能と
なる。 （実施形態例１９）本発明の実施形態例１９を示す。こ
こで、図５４中、符号１０３１は短パルス光源、１０３
２は光増幅器、１０３３は光波長フィルタ、１０３４は
光分岐素子、１０３５はｎ台の光変調回路、１０３６，
１０３７，１０９は図４３に示したのと同様な透過型光
信号処理装置であり、入出力導波路をｎ本に増やした装
置、１０３８は光号は素子、１０３９は光増幅器、１０
４０は光伝送路、１０４１は光増幅器、１０４２は光波
長フィルタ、１０４３は光分岐素子、１０４４，１０４
５，１０９は前述と同様図４３に示したのと同様な透過
型光信号処理装置であり、１０４６はｎ台の光受信回路
である。

【０２６０】本実施形態例では、前述した実施形態例１
８を透過型の位相変調回路で構成したもので、その動作
は実施形態例１８と同様である。

【０２６１】ただし、透過型のため、空間フィルタは相
対位相が［０，π］で変化させて構成する。 （実施形態例２０）図５５は本発明の実施形態例２０を
示すもので、この実施形態例２０の装置は短パルス光源
である。

【０２６２】図において、本発明の短パルス光源は、光
変調器２０１１、光変調器２０１１を駆動する駆動回路
２０１２、光増幅媒質２０１３、光増幅媒質１０１３に
反転分布を形成する励起回路２０１４、図５に示した導
波路アレイ回折格子６２から入力導波路７１を省いた導
波路アレイ回折格子２０１５、光変調器（光変調手段）
２０１１と光増幅媒質（光増幅手段）２０１３を結合す
る光結合手段２０１６、光増幅媒質１０１３と導波路ア
レイ回折格子２０１５を２０１３を結合する光結合手段
２０１７を有する。光変調器２０１１の光結合手段２０
１６側には低反射コーティング２０１８が施され、その
反対側（外側）には高反射ミラー２０１９が配置され
る。導波路アレイ回折格子２０１５の光結合手段２０１
７側には低反射コーティング２０２０が施され、その反
対側（外側）には高反射ミラー２０２１が配置される。

【０２６３】なお、光変調器２０１１には、ＭＱＷ変調
器、ＬＮ変調器、その他を用いることができる。光増幅
媒質２０１３には、進行波型半導体光増幅器、希土類添
加光ファイバ増幅器、その他を用いることができる。励
起回路１０１４は、光増幅媒質１０１３が進行波型半導
体光増幅器の場合は電流源、希土類添加光ファイバ増幅
器の場合は励起光源となる。また、導波路アレイ回折格
子２０１５の基板７０には、石英基板の他に、ＩｎＰや
ＧａＡｓ等の半導体基板を用いることができる。

【０２６４】導波路アレイ回折格子２０１５は、基板７
０上にスラブ導波路７２、導波路長差ΔＬで順次長くな
る複数本の導波路からなる導波路アレイ７３、スラブ導
波路７４、複数本の出力導波路７５が形成された構成で
ある。

【０２６５】ここで、スラブ導波路７２，７４の屈折率
をｎ_ｓ、導波路アレイ７３の屈折率をｎ_ｃ、導波路アレ
イ７３のスラブ導波路端面における間隔をｄ、スラブ導
波路７４の中心軸を基準にした結像方向をθ、焦点距離
をｆ_ｓ、光の波長をλとすると、結像位置は、 ｎ_ｓｄ ｓｉｎθ＋ｎ_ｃΔＬ＝ｍλ （ｍ＝１，２，…） で与えられる。ｍの値は、通常数十から数百である。ス
ラブ導波路７２に入射する光の周波数とスラブ導波路７
４の焦点面における結像位置ｘの関係は、図５６に示す
ようになる。なお、導波路アレイ７３の線分散（ｄｘ／
ｄｆ＝ｆ_ｓ・ｄθ／ｄｆ）は、１〔μｍ／ＧＨｚ〕であ
る。

【０２６６】スラブ導波路７２に入射した光は、スラブ
導波路７４の端面にΔｘの間隔で接続された出力導波路
７５を介して高反射ミラー２０２１で反射され、再びス
ラブ導波路７２から逆方向に出射される。このような導
波路アレイ回折格子２０１５の反射スペクトルは、出力
導波路７５の間隔Δｘとコア幅に応じたものとなる。例
えば、Δｘを５０μｍ、コア幅を１０μｍとしたときの
反射スペクトルを図５７に示す。出力導波路７５の配置
に応じて、５０ＧＨｚごとに反射ピークをもつくし形の
反射スペクトルが得られる。

【０２６７】本実施形態例の構成では、高反射ミラー２
０１９と高反射ミラー２０２１との間に光共振器が形成
され、光増幅媒質２０１３での利得が十分に大きい場合
に多数の波長の光を同時に発振させることができる。さ
らに、駆動回路２０１２により周波数ｆの制限波で光変
調器２０１１を駆動して十分に深い変調をかけると、発
振縦モード間に結合が生じてモードロック発振する。な
お、駆動する周波数ｆは、高反射ミラー２０１９と高反
射ミラー２０２１の等価光学距離をＬ_ｅｆｆ、ｋを整数
として、 ｆ＝ｋ・ｃ／（２・Ｌ_ｅｆｆ）＝Δｘ／（ｄｘ／ｄｆ） と表される。このとき、各縦モードの位相関係が一定に
保たれ、繰り返し周波数ｆの光短パルス列が生成され
る。発振波長スペクトルを図５８に示し、発振パルス波
形を図５９に示す。

【０２６８】従来のモードロック型レーザでは、各モー
ドの周波数を設定することが困難であった。しかし、本
実施形態例の構成では、各モードの周波数が導波路アレ
イ回折格子２０１５の出力導波路７５の間隔Δｘによっ
て決められるので、各モードの周波数を詳細に設定する
ことができる。さらに、導波路アレイ回折格子２０１５
が石英基板上に形成される場合には、温度変動に対して
も安定な周波数での発振が可能である。

【０２６９】また、従来のモードロック型レーザでは、
パルス幅を設定することが困難であった。しかし、本実
施形態例の構成では、導波路アレイ回折格子１５の出力
導波路７５の本数および高反射ミラー２０２１の反射率
を制御することにより、すなわち発振スペクトル幅を設
定することにより、パルス幅をあらかじめ設定すること
ができる。例えば、図６０に示すようなガウス型の包絡
線スペクトルを実現することができる。このとき、時間
軸上でのパルス波形もガウス型となる。 （実施形態例２１） 図６１は、本発明の実施形態例２１を示すもので、この
実施形態例装置は短パルス光源である。

【０２７０】基本的な構成は、図５５に示す実施形態例
２０と同じである。ここでは、導波路アレイ回折格子２
０１５のスラブ導波路７４および出力導波路７５部分の
拡大図を示す。

【０２７１】本実施形態例の特徴は、出力導波路７５の
各導波路の長さを変え、光共振器内の分散を補償できる
ように設定したところにある。

【０２７２】一般に、半導体材料は大きな分散をもって
おり、本発明の光共振器内の分散のほとんどは、光変調
器２０１１および光増幅媒質２０１３における半導体の
材料分散であると考えられる。この分散の大きさは、
０．００５ｐｓ／ｎｍ程度である。１μｍ／ＧＨｚの線
分散をもつ導波路アレイ７３に対して、５０μｍ間隔に
出力導波路７５を配置する場合には、隣接する導波路長
の差を０．４μｍとすれば、光共振器内の分散を補償す
ることが可能である。ただし、各導波路長は各モードに
対する共振器中の位相差がｍπ（ｍ＝０，１，２，…）
となるように微調整される。

【０２７３】このため、隣接する導波路長の差を以下の
ようにしてもよい。

【０２７４】

【数９】

【０２７５】ここで、λ_ＫはＫ番目のモードの波長、ｎ
_ｅｆｆは出力導波路の実効屈折率である。これにより、
トランスフォームリミットに近いパルスを生成すること
ができる。また、フリースペクトルレンジの大きい導波
路アレイ回折格子２０１５を用いれば、サブピコ秒の極
超短パルス列を生成することができる。 （実施形態例２２） 図６２（Ａ）は、本発明の実施形態例２２を示すもの
で、本実施形態例装置は短パルス光源である。

【０２７６】本実施形態例の基本的な構成は、図５５に
示す実施形態例２０と同じである。ここでは、実施形態
例２０における導波路アレイ回折格子２０１５の出力導
波路７５部分の拡大図を示す。

【０２７７】本実施形態例の特徴は、出力導波路７５の
端面の高反射ミラー２０２１に代えて、レンズアレイと
片面に高反射ミラーを有する液晶空間変調器を配置する
ところにある。レンズアレイは、Δｘの間隔で配置され
る分布屈折率型レンズ２０２２により構成される。液晶
空間変調器は、偏光板２０２３、ガラス基板２０２４−
１、Δｘの間隔で配置される透明電極２０２５および配
向膜２０２６に挟まれたツイストネマティック液晶２０
２７、高反射ミラー２０２８、ガラス基板２０２４−２
を積層した構成である。出力導波路７５の端面、分布屈
折率型レンズ２０２２および偏光板２０２３の両面に
は、低反射コーティング２０２９が施される。

【０２７８】液晶空間変調器は、対向する透明電極２０
２５間に電圧を印加することにより、高反射ミラー２０
２８から出力導波路７５への反射率を制御することがで
きる。これにより、ダイナミックにモードの制御が可能
であり、必要に応じてパルス波形を代えることができ
る。

【０２７９】なお、この場合の空間変調器は上記液晶空
間変調器に限らず、ＭＱＷ変調器、フランツケルディッ
シュ効果による変調器、ＬＮ変調器、光非線形材料によ
る変調器など、他の変調器を利用することができる。

【０２８０】また、共振器内分散補償を行うには、前述
した分散補償用の位相フィルタを用いても良いことは言
うまでもない。この場合の断面構成を図６２（Ｂ）に示
す。図中、符号７４はスラブ導波路であり、２０２４は
保持基板、２０２８は高反射ミラー、３０００は分散補
償用位相フィルタである。 （実施形態例２３）図６３は、本発明の実施形態例２３
を示すものである（短パルス光源）。

【０２８１】本実施形態例の基本的な構成は、図５５に
示す実施形態例２０と同じである。ここでは、導波路ア
レイ回折格子２０１５のスラブ導波路７４および出力導
波路７５部分の拡大図を示す。

【０２８２】本実施形態例の特徴は、高反射ミラー２０
２１を用いる代わりに、出力導波路７５の中に回折格子
２０３０を形成するところにある。この回折格子２０３
０は、非常に狭帯域の高反射ミラーとして機能させるこ
とができ、また分光特性をもつので、非常に詳細にモー
ド波長を設定することができる。さらに、回折格子２０
３０をそれぞれ適当な位置に配置することにより、前記
実施形態例２１と同様に光共振器内の分散補償が可能と
なり、トランスフォームリミットに近いパルスを生成す
ることができる。 （実施形態例２４）図６４は、本発明の実施形態例２４
を示すものである（短パルス光源）。

【０２８３】本実施形態例の基本的な構成は、図５５に
示す実施形態例２０と同じである。ここでは、導波路ア
レイ回折格子２０１５のスラブ導波路７４および出力導
波路７５部分の拡大図を示す。

【０２８４】本実施形態例の特徴は、実施形態例２３の
ように回折格子２０３０が形成された出力導波路７５の
２本または３本以上の導波路を光合波器２０３１に接続
するところにある。光合波器２０３１によって出力導波
路７５の所定の導波路からの光を結合することにより、
モードロック発振している場合の所定のモードを結合
し、各種のパルス波形を生成することができる。例え
ば、奇数または偶数番号のモードのみを結合して出力す
れば、モードロック周波数の２倍繰り返し周波数の光短
パルス列を生成することができる。 （実施形態例２５）図６５は、本発明の実施形態例２５
を示すものである（短パルス光源）。

【０２８５】図において、導波路アレイ回折格子２０３
２は、実施形態例２０における導波路アレイ回折格子２
０１５から出力導波路７５を省き、スラブ導波路７４の
焦点面にΔｘの間隔で複数個の高反射ミラー２０２１を
配置した構成である。その他の構成は実施形態例２０と
同様である。

【０２８６】図６６は、導波路アレイ回折格子２０３２
のスラブ導波路７４部分の拡大図を示す。

【０２８７】図において、導波路アレイ回折格子２０３
２の基板７０の端面は、スラブ導波路７４の焦点面に沿
って切断され、その端面上にΔｘの間隔で複数個の高反
射ミラー２０２１が配置される。また、高反射ミラー２
０２１以外の部分からの端面反射を低減するために、基
板７０の端面には全面に低反射コーティングが施されて
いる。 （実施形態例２６） 図６７は、本発明の実施形態例２６を示すものである
（短パルス光源）。

【０２８８】本実施形態例２６の基本的な構成は、図６
５に示す実施形態例２５と同じである。ここでは、導波
路アレイ回折格子２０３２のスラブ導波路７４部分の拡
大図を示す。

【０２８９】本実施形態例の特徴は、高反射ミラー２０
２１を用いる代わりに、スラブ導波路７４の焦点面上に
回折格子２０３３を形成するところにある。

【０２９０】この回折格子２０３３は、光ファイバ中に
形成する回折格子と同様に紫外線を用いて書き込むこと
ができる。石英基板では、回折格子の結合定数が小さく
かつ損失が小さいので、回折格子２０３３を非常に狭帯
域の高反射ミラーとして機能させることができる。さら
に、導波路アレイ回折格子２０３２の分光機能を加え
て、スラブ導波路７４中の回折格子２０３３による高反
射ミラーが分光特性をもつので、非常に詳細にモード波
長を設定することができる。また、回折格子２０３３の
各位置をそれぞれ焦点面の法線上に変位させて形成する
ことにより、実施形態例２１と同様に光共振器内の分散
補償が可能となり、トランスフォームリミットに近いパ
ルスを生成することができる。 （実施形態例２７） 図６８は、本発明の実施形態例２７を示すものである
（短パルス光源）。

【０２９１】基本的な構成は、図６７に示す実施形態例
２６と同じである。ここでは、導波路アレイ回折格子２
０３２のスラブ導波路７４部分の拡大図を示す。図６８
（Ａ）は平面図であり、図６８（Ｂ）は図６８（Ａ）の
Ａ−Ａ′線で沿う断面図である。符号７６は導波路コア
である。

【０２９２】本実施形態例の特徴は、高反射ミラー２０
２１を用いる代わりに、スラブ導波路７４の焦点面上に
沿って基板７０に対して垂直な溝２０３４を形成し、そ
の溝中に複数のミラー２０３５が形成されたポリイミド
フィルム２０３６を挿入したところにある。

【０２９３】このポリイミドフィルム２０３６は、導波
路端面からの不要な反射光を除くために、動作波長で透
明で導波路の等価屈折率との屈折率差が小さい接着剤２
０３７で固定される。また、ポリイミドフィルム２０３
６のミラー２０３５のない部分からの反射光を除くため
に、その表面には低反射コーティング２０３８が施され
る。また、裏面からの反射を避けるために、裏面側には
光吸収フィルム２０３９が積層される。なお、本実施形
態例では、ポリイミドフィルム以外にも各種フィルムを
用いることができる。なお、上記実施形態例２１〜２７
における導波路アレイ回折格子は、短パルス光源におい
て設定したが、これら実施形態例における導波路アレイ
回折格子は、波形整形、分散補償などの別の応用にも適
用可能である。 （実施形態例２８） 図６９は、本発明の実施形態例２８を示すものである
（短パルス光源）。

【０２９４】本実施形態例では、光変調器２０１１と光
増幅媒質２０１３を集積化した構成を示す。ｎ−ＩｎＰ
基板２０４０に、光変調用ＭＱＷ層２０４１、ｉ−Ｉｎ
Ｐエッチストップ層２０４２、レーザ用ＭＱＷ層２０４
３、ｎ−ＩｎＰ層２０４４、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層２０
４５、ＡｕＺｎＮｉ電極２０４６を積層し、ｎ−ＩｎＰ
層２０４０の裏面にＡｕＧｅＮｉ電極２０４７を取り付
ける。光変調器２０１１側の端面には高反射ミラー２０
４８（２０１９）、光増幅媒質２０１３側の端面には低
反射コーティング２０４９が施される。このような集積
化により、短パルス光源の部品点数が減少し、光結合手
段が導波路アレイ回折格子２０１５，２０３２との間の
１ケ所ですむので、経済的で信頼性の高い短パルス光源
を実現することができる。 （実施形態例２９） 図７０において、２１０１は、出力面に低反射構造が設
けられ、反対の端面に高反射構造が設けられたファイバ
出力型光変調器であり、２１０２は変調器駆動回路、２
１０３はファイバ出力型光増幅媒質、２１０４は増幅媒
質励起回路、２１０５は４端子型光サーキュレータ、２
１０６は無反射終端器、２１０７は光カップラ、２１０
８は偏波保持型光ファイバ、２１０９は導波路アレイ回
折格子、２１１０は光導波路、２１１１は第１のスラブ
導波路、２１１２は導波路アレイ、２１１３は第２のス
ラブ導波路、２１１４はレンズ、２１１５は高反射ミラ
ー、２１１６は微動台である。

【０２９５】図７０の高反射ミラー２１１５の拡大図を
図７１に示す。図７１（Ａ）は平面構成図、図７１
（Ｂ）は端面図である。ここで、２１１７は石英基板、
２１１８は点反射コーティング、２１１９はＡｕ／Ｃｒ
等の高反射ミラーである。各ミラー２１１９の幅は一定
であり、図７１（Ａ）のｙ方向に隣接ミラー間隔が変化
するように構成されている。

【０２９６】図７２に、高反射ミラー２１１５近傍の配
置図を示す。図中、２１２０はレンズ基板、２１１４は
レンズで、２１０９の結像面を円筒面から平面に変換す
る作用を有する。ミラー２１１５のある面が結像面に一
致するように配置される。この図で紙面に垂直な向きが
ｙ方向、また、ｙ軸の回りの回転角をθとする。ミラー
２１１５に連結された微動台２１１６により、ｘ，ｙ方
向およびθ方向に微動することができる。この実施形態
例では、ミラー２１１５をｘ方向に移動することによ
り、モードロック発振時の中心周波数と各モードの発振
周波数を制御することができる。ｙ方向に移動すること
により、ミラー２１１９の間隔が変化するので、モード
の間隔、すなわち、パルスの繰り返し周期を制御するこ
とができる。さらに、モードロック状態が生じやすいよ
うに、θ方向を制御し、共振器内の遅延時間をパルスの
繰り返し周期の整数倍あるいは整数分の一になるように
する。

【０２９７】本実施形態例２９では、パルス列の繰り返
し周期および中心周波数を容易に制御できる特徴を持
つ。図面では、光ファイバの各部品を接続するように示
したが、他の実施形態例と同様にレンズで接続してもよ
いことは、言うまでもない。また、他の実施形態例にお
いても、本実施形態例と同様に光ファイバで接続するこ
とは、言うまでもない。 （実施形態例３０）図７３（Ａ）は、本発明の実施形態
例３０を示すもので、本実施形態例は、光信号の実時間
波形の観察が可能な光信号処理装置に関する。

【０２９８】図７３（Ａ）において、３１０１は信号光
を入射させるための信号光用入射導波路である。３１０
２は第１のスラブ導波路であって、信号光用入射導波路
３１０１の出力光を導波路アレイ３１０３に分配する機
能を持つ。導波路アレイ３１０３は入射信号光を時間−
空間変換する機能を持つ。

【０２９９】また、３１０４は参照光を入射させるため
の参照光用入射導波路である。３１０５は参照光用の第
１のスラブ導波路であって、参照光用入射導波路３１０
４の出力光を導波路アレイ３１０６に分配する機能を持
つ。導波路アレイ３１０６は入射参照光を時間−空間変
換する機能を持つ。

【０３００】３１０７は第２のスラブ導波路であり、導
波路アレイ３１０３と導波路アレイ３１０６とから出力
した出力光をそれぞれフーリエ変換させる機能を持つ。
３１０８は光検出ダイオード（ＰＤ）アレイであり、第
２のスラブ導波路３１０７によりフーリエ変換された信
号光と参照光との干渉によって、第２のスラブ導波路３
１０７の焦点面に形成されるフーリエ変換ホログラムの
電界強度分布を検出する。３１０９はＰＤアレイ３１０
８により検出されたフーリエ変換ホログラムの電界強度
分布から入力した上記信号光を復元する光信号復元回路
である。また、２００は、前記導波路３１０１，３１０
４、スラブ導波路３１０２、３１０５、４１０７、導波
路アレイ３１０３，３１０６から構成される導波路アレ
イ回折格子である。

【０３０１】ここで、導波路アレイ３１０３と導波路ア
レイ３１０６によって信号光を時間−空間変換する際
に、時間軸に対して空間軸が互いに反転すると、ホログ
ラムが得られないので、２つの導波路アレイ３１０３，
３１０６は、図７３（Ａ）に示したように同じ方向に曲
げ、これにより導波路アレイの出射面上で時間軸に対す
る空間軸の符号を揃えている。

【０３０２】また、本実施形態例３０では、ＰＤアレイ
３１０８は第２のスラブ導波路３１０７の焦点面にほぼ
密着させているが、さらに第２のスラブ導波路１０７の
焦点面上にレンズを設けて位相補償を行ってもよい。ま
た、２つの導波路アレイを設計する際には、図７３のよ
うに、信号光用導波路アレイ３１０３はその出射側、ま
た参照光用導波路アレイ３１０６はその入射側に、それ
ぞれ１ｃｍ程度の直線の導波路アレイを付け加えること
で、導波路アレイ同士が互いに重ならないようにしてい
る。

【０３０３】また、同等の機能を有する構成として、図
７３（Ｂ）のようにすることも可能である。図７３
（Ｂ）において、符号３１１０は参照光用の第２のスラ
ブ導波路、３１１１はハーフミラーである。ハーフミラ
ー３１１１は導波路を形成後、基板にダイシングソーに
よって溝を作製し、挿入することで導入する。ハーフミ
ラー３１１１の位置は、スラブ導波路３１１０に入射し
た参照光がハーフミラー３１１１において反射し、スラ
ブ導波路３１０７の焦点面に結像するように決定する。
このとき、オフアクシスホログラムの構成にするために
は、参照光の光軸は、信号光の光軸に対して、３度から
３０度程度の角度をなすようにする必要がある。信号光
と参照光のなる角度はできるだけ小さい方が分解能が良
くなるが、信号光と参照光とを分離させるためには、図
７３（Ｃ）に示すように、参照光および信号光のそれぞ
れのビームが重ならない程度に大きくする必要がある。

【０３０４】図７３（Ａ）における導波路は、一例とし
て次のようにして形成した。まず、単結晶シリコンの基
板上に、火炎加水分解体積法（ＦＨＤ法）によって下部
クラッド層、コア層の順にガラス微粒子膜として堆積さ
せた後、アニール炉中で高温に加熱し、シリコン基板上
を覆う透明なガラス膜とする。その後、導波路の形にパ
ターニングを施し、ドライエッチングを用いて、不要な
コア層を除去した後、再びＦＨＤ法を用いて上部クラッ
ド層を堆積させ、高温に加熱して上部クラッド層を透明
化させる。本実施形態例３０では、このような作製法を
用いたが、ＩｎＰなどの半導体層にコア層としてＩｎＧ
ａＡｓＰなどのクラッドよりも屈折率の高い半導体をエ
ピタキシャル成長させ、パターニング、エッチングの
後、再びＩｎＰを上部クラッド層として再成長させて作
製した半導体の導波路構造についても同様の機能を持つ
ことは明らかである。この場合は、使用したい波長域に
おいて材料が透明であることが望ましい。

【０３０５】また、本実施形態例で用いた光検出ダイオ
ードアレイの詳細図を図７３（Ｄ）に示す。２５６個の
１次元アレイで１個の光検出ダイオードの大きさは、縦
２００μｍ、横３０μｍであり、それぞれのピクセルが
周期５０μｍで並んでいる。各ピクセルで発生した電荷
は、電荷積分器３１１４に蓄積される。蓄積された電荷
は、ＣＭＯＳのシフトレジスタ３１１５によって、ピク
セルを順次操作していくことで読み出される。また、光
信号復元回路３１０９は、光検出ダイオードアレイによ
って検出したホログラム干渉縞の分布に対して、後述の
数学的操作を行うための電子計算機およびプログラム、
復元した元の光信号の電界分布を表示させるための表示
装置から構成されている。

【０３０６】また、本実施形態例で用いた光検出ダイオ
ードアレイの詳細図を図７３（Ｄ）に示す。２５６個の
１次元アレイで１個の光検出ダイオードの大きさは、縦
２００μｍ、横３０μｍであり、それぞれのピクセルが
周期５０μｍで並んでいる。各ピクセルで発生した電荷
は、電荷積分器３１１４に蓄積される。蓄積された電荷
は、ＣＭＯＳのシフトレジスタ３１１５によって、ピク
セルを順次操作していくことで読み出される。

【０３０７】また、光信号復元回路３１０９は、光検出
ダイオードアレイによって検出したホログラム干渉縞の
分布に対して、後述の数学的操作を行うための電子計算
機およびプログラム、復元した元の光信号の電界分布を
表示させるための表示装置から構成されている。

【０３０８】導波路３１０１に観測を行いたい信号光ｓ
１（ｔ）を入射させ、導波路３１０２に既知の参照光ｒ
１（ｔ）を入射させた場合には、それぞれの導波路アレ
イ３１０３，３１０６の出射端では、座標軸をｘ１とし
た場合、信号光および参照光は時間−空間変換を受け、
それぞれｓ２（ｘ１）およびｒ２（ｘ１）と変換され
る。これらの光信号ｓ２（ｘ１）およびｒ２（ｘ１）は
スラブ導波路１０７を伝搬する際に回折によってフーリ
エ変換され、スラブ導波路３１０７の焦点面上で信号光
および参照光は焦点面座標における空間周波数軸をξと
すると、それぞれＳ（ξ）およびＲ（ξ）と変換され
る。ただし、Ｓ（ξ），Ｒ（ξ）はそれぞれｓ２（ｘ
１），ｒ２（ｘ１）のフーリエ変換である。スラブ導波
路３１０７の焦点面ではＳ（ξ）およびＲ（ξ）は互い
に干渉してホログラムを形成する。このホログラムの電
界強度分布Ｇ（ξ）を数式で表現すると、 G(ξ)=|S(ξ)+R(ξ)|^２ =|S(ξ)|^２+|R(ξ)|^２+S(ξ)×R^＊(ξ)+S^＊(ξ)×R(ξ) （１１） と表すことができる。ただし、上式（１１）においてＳ
^＊（ξ），Ｒ^＊（ξ）はそれぞれＳ（ξ），Ｒ（ξ）の
複素共役をあらわしている。このようなホログラムＧ
（ξ）の分布をＰＤアレイ３１０８で検出し、数学的操
作により、Ｇ（ξ）／｜Ｒ（ξ）｜^２ を掛けること
で、 G(ξ)×R(ξ)/|R(ξ)|^２ =(|S(ξ)|^２/|R(ξ)|^２＋１)×R(ξ)+S(ξ)+S^＊(ξ)×{R(ξ)}^２/|R(ξ)|^２ （１２） が導出できる。上式（１２）中には明示されていない
が、ここでスラブ導波路３１０７において、信号光ｓ２
（ｘ１）と参照光ｒ２（ｘ１）とは異なる位置から入射
させていることから、これはホログラフイ技術における
オフアクシス法と等価な構成である。

【０３０９】したがって、上式（１２）に現れるそれぞ
れの項、 (|S(ξ)|^２/|R(ξ)|^２＋１)×R(ξ) S(ξ) S^＊(ξ)×(R(ξ))^２/|R(ξ)|^２ は、それぞれ０次、＋１次、−１次の回折成分に相当
し、その回折方向は異なる。故に、光信号復元回路３１
０９において、観測したい電界成分S(ξ) を数式上で分
離して導出することが可能となる。

【０３１０】また、実際には、第２のスラブ導波路３１
０７の焦点面は、円弧状であるが、本実施形態例では、
焦点面の近傍で直線上に切断しており、焦点面と切断面
とは厳密には一致しない。つまり、時間−空間変化され
た信号光は、直線切断面において厳密なフーリエ変換像
にはなっていない。このため、光検出ダイオードアレイ
３１０８で受光したホログラムの干渉縞から元の信号波
形を再生する場合、逆フーリエ変換を行う時点で誤差が
生じる。

【０３１１】本実施形態例では、このような誤差が生じ
る問題を解決する方法として、第２のスラブ導波路３１
０７の切断面に位相のずれによる分散を補償するフレネ
ルレンズを貼り付けることにより補正を行ったが、フレ
ネルレンズによらなくとも、上述のように計算によって
信号光の波形を再生する場合、レンズによる回折を計算
する過程、つまり、逆フーリエ変換を行う過程におい
て、フーリエ変換によらず、より一般的な回折の式を用
い、位相のズレによる分散を補償して、回折光の計算を
することにより、その補正を行うことも可能である。

【０３１２】また、実際には、第２のスラブ導波路３１
０７の焦点面は、円弧状であるが、本実施形態例では、
焦点面の近傍で直線上に切断しており、焦点面と切断面
とは厳密には一致しない。つまり、時間−空間変化され
た信号光は、直線切断面において厳密なフーリエ変換像
にはなっていない。このため、光検出ダイオードアレイ
３１０８で受光したホログラムの干渉縞から元の信号波
形を再生する場合、逆フーリエ変換を行う時点で誤差が
生じる。

【０３１３】本実施形態例では、このような誤差が生じ
る問題を解決する方法として、第２のスラブ導波路３１
０７の切断面に位相のずれによる分散を補償するフレネ
ルレンズを貼り付けることにより補正を行ったが、フレ
ネルレンズによらなくとも、上述のように計算によって
信号光の波形を再生する場合、レンズによる回折を計算
する過程、つまり、逆フーリエ変換を行う過程におい
て、フーリエ変換によらず、より一般的な回折の式を用
い、位相のズレによる分散を補償して、回折光の計算を
することにより、その補正を行うことも可能である。

【０３１４】実際に図７３（Ａ）の光学系を用いて、パ
ルス幅１ｐｓ、パルス間隔が約４．２ｐｓの１３個のパ
ルス列１組を、信号光として信号光用入射導波路３１０
１から入射し、パルス幅１ｐｓのトランスフォームリミ
テッドに近い単パルス光を、参照光として参照光用入射
導波路３１０４から入射した場合の、フーリエ変換ホロ
グラムの電界強度分布から、入射した信号光パルス列の
電界分布を数学的に復元することが可能なことを確認し
た。 （実施形態例３１）図７４は、本発明の実施形態例３１
を示すもので、波形観測可能な光信号処理装置に関す
る。図７４において、３２０１は回折格子であり、入射
信号光３２０４と入射参照光３２０５とを時間−空間変
換する機能を持つ。３２０２はレンズであり、回折格子
３２０１で回折された信号光と参照光とをフーリエ変換
する機能を持つ。３２０３は光検出ダイオード（ＰＤ）
アレイであり、レンズ３２０２の焦点面近傍に配置され
ており、フーリエ変換された信号光と参照光との干渉に
よってレンズ３２０２の焦点面に形成されるフーリエ変
換ホログラムの電界強度分布を検出する。３２０６はＰ
Ｄアレイ３２０３により検出されたフーリエ変換ホログ
ラムの電界強度分布から入力した上記信号光を復元する
光信号復元回路である。前記実施形態例３０の場合と同
様にオフアクシス法のフーリエ変換ホログラムから数学
的操作によって信号光を導出することが可能である。

【０３１５】実際に光学定盤上に、図７４のような光学
系を配置し、この光学系に、パルス幅０．３ｐｓ、パル
ス間隔が約８．３ｐｓの１００個のパルス列に適当な変
調を加えたランダムな信号を入射し、パルス幅０．１ｐ
ｓのトランスフオームリミテッドに近い単パルスを参照
光として入射した場合のフーリエ変換ホログラムの電界
強度分布から、入射したパルス信号の電界分布を数学的
に復元することが可能なことを確認した。

【０３１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１〜１０ｐｓの光パルスの発生、波形整形、波形測定、
波形記録、相関処理等を可能にする光信号処理装置およ
び光信号処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光信号処理装置の一例を示す構成図であ
る。

【図２】従来装置における入射光信号および出力信号の
パルス強度を示す図である。

【図３】従来装置における入射光信号の光スペクトル
と、該光信号の空間フィルタ透過率と、出射光信号の光
スペクトルとの関係を示す図である。

【図４】従来の短パルス光源として用いられるモードロ
ック型レーザの構成図である。

【図５】従来の、多数の波長の光を同時に発振する多波
長光源の構成図である。

【図６】従来の、分散補償可能な光信号処理装置の構成
図である。

【図７】従来の他の、分散補償可能な光信号処理装置の
構成図である。

【図８】本発明の第１の実施形態例を示すもので、本発
明の光信号処理装置の構成図である。

【図９】本発明の第１の実施形態例を示すもので、本発
明の光信号処理装置の他の構成図である。

【図１０】本発明の第１の実施形態例を示すもので、本
発明の光信号処理装置のさらに他の構成図である。

【図１１】本発明の第２の実施形態例を示すもので、本
発明の光信号処理装置の構成図である。

【図１２】本発明の第２の実施形態例の光信号処理装置
の変形例を示す構成図である。

【図１３】本発明の第２の実施形態例の光信号処理装置
の他の変形例を示す構成図である。

【図１４】本発明の第３の実施形態例を示すもので、本
発明の光信号処理装置の構成図である。

【図１５】（Ａ）は本発明の第３の実施形態例の光信号
処理装置の導波路アレイ部分の構成図、（Ｂ）は（Ａ）
に示した光信号処理装置のスターカップラ部分の拡大図
である。

【図１６】本発明の第４の実施形態例を説明するための
もので、本実施形態例の光信号処理装置装置への入射光
のパルス波形を示す図である。

【図１７】本発明の第４の実施形態例を説明するための
もので、本実施形態例の光信号処理装置装置への出射光
のパルス波形を示す図である。

【図１８】本発明の第４の実施形態例を説明するための
もので、本実施形態例の光信号処理装置装置への出射光
のパルス波形を示す図である。

【図１９】本発明の第４の実施形態例の装置と従来装置
を用いた場合における、それぞれの取り扱う光パルス幅
と、処理可能な最大光パルス数との関係を示す図であ
る。

【図２０】本発明の第５の実施形態例を示すもので、本
発明の光信号処理装置の構成図である。

【図２１】（Ａ）は本発明の第５の実施形態例の光信号
処理装置のフレネルレンズ部分の拡大断面図、（Ｂ）は
本発明の第５の実施形態例の光信号処理装置のフレネル
レンズの平面構成図である。

【図２２】本発明の第５の実施形態例の光信号処理装置
における入射光信号および出力信号のパルス強度を示す
図である。

【図２３】本発明の第５の実施形態例の光信号処理装置
における入射光信号の光スペクトルと、位相フィルタの
相対位置と、出射光信号の光スペクトルとの関係を示す
図である。

【図２４】（Ａ）は本発明の第５の実施形態例の光信号
処理装置の変形例のフレネルレンズ部分の拡大断面図、
（Ｂ）は本発明の第５の実施形態例の光信号処理装置の
他の変形例のフレネルレンズ部分の拡大断面図、（Ｃ）
は本発明の第５の実施形態例の光信号処理装置のさらに
他の変形例のフレネルレンズ部分の拡大断面図、（Ｄ）
は本発明の第５の実施形態例の光信号処理装置のさらに
他の変形例のフレネルレンズ部分の拡大断面図、（Ｅ）
は本発明の第５の実施形態例の光信号処理装置のさらに
他の変形例のフレネルレンズ部分の拡大断面図である。

【図２５】（Ａ）は本発明の第６の実施形態例を示すも
ので、本発明の光信号処理装置の液晶からなる空間フィ
ルタ部分の断面構成図、（Ｂ）は本発明の第６の実施形
態例の光信号処理装置の空間フィルタを構成する透明電
極の平面構成図である。

【図２６】（Ａ）は本発明の第７の実施形態例を示すも
ので、本発明の光信号処理装置のスラブ導波路の出口近
傍の平面構成図、（Ｂ）は本発明の第７の実施形態例の
光信号処理装置のスラブ導波路の出口近傍の断面構成図
である。

【図２７】本発明の第８の実施形態例の光信号処理装置
の構成図である。

【図２８】本発明の第８の実施形態例の光信号処理装置
の中央部分に設けた空間フィルタ近傍の拡大断面図であ
る。

【図２９】（Ａ）は本発明の第８の実施形態例の光信号
処理装置の変形例を示すもので、同装置の空間フィルタ
近傍の拡大断面図、（Ｂ）は本発明の第８の実施形態例
の光信号処理装置の他の変形例を示すもので、同装置の
空間フィルタ近傍の拡大断面図、（Ｃ）は本発明の第８
の実施形態例の光信号処理装置のさらに他の変形例を示
すもので、同装置の空間フィルタ近傍の拡大断面図、
（Ｄ）は本発明の第８の実施形態例の光信号処理装置の
さらに他の変形例を示すもので、同装置の空間フィルタ
近傍の拡大断面図である。

【図３０】本発明の第９の実施形態例の光信号処理装置
の構成図である。

【図３１】本発明の第９の実施形態例の光信号処理装置
の導波路アレイの拡大構成図である。

【図３２】本発明の第１０の実施形態例の光信号処理装
置の構成図である。

【図３３】本発明の第１１の実施形態例の光信号処理装
置の構成図である。

【図３４】本発明の第１２の実施形態例の光信号処理装
置の構成図である。

【図３５】本発明の第１３の実施形態例の光信号処理装
置の構成図である。

【図３６】本発明の第１３の実施形態例の光信号処理装
置のフレネルレンズ近傍の断面構成図である。

【図３７】（Ａ）は本発明の第１３の実施形態例の光信
号処理装置の空間フィルタの上面図、（Ｂ）は本発明の
第１３の実施形態例の光信号処理装置の空間フィルタの
断面図である。

【図３８】（Ａ）は本発明の第１３の実施形態例の光信
号処理装置のフレネルレンズの縦断面図、（Ｂ）は本発
明の第１３の実施形態例の光信号処理装置のフレネルレ
ンズの上面図、（Ｃ）は本発明の第１３の実施形態例の
光信号処理装置のフレネルレンズの横断面図である。

【図３９】本発明の第１３の実施形態例の光信号処理装
置の空間フィルタおよびフレネルレンズに用いられるＰ
ＭＧＩの現像深さの露光依存性を示す図である。

【図４０】本発明の第１３の実施形態例の光信号処理装
置において、ＰＭＧＩをマスクにして石英基板をエッチ
ングして形成したフレネルレンズの断面構成図である。

【図４１】本発明の第１３の実施形態例の光信号処理装
置のフィルタ特性（正の分散）を示す図である。

【図４２】本発明の第１３の実施形態例の光信号処理装
置のフィルタ特性（負の分散）を示す図である。

【図４３】本発明の第１５の実施形態例の光信号処理装
置の構成図である。

【図４４】本発明の第１６の実施形態例を示すもので、
本発明における広義の光信号処理装置のブロック図であ
る。

【図４５】本発明の第１６の実施形態例の光信号処理装
置の変調器の出力光強度の時間波形と、本装置の構成要
素の一つである光信号処理装置を透過後の出力波形とを
示す図である。

【図４６】本発明の第１６の実施形態例において、構成
要素の光信号処理装置として実施形態例１３の装置を用
いた場合の位相フィルタ（３次以上の項を用いる）の特
性を示す図である。

【図４７】本発明の第１６の実施形態例において、構成
要素の光信号処理装置として実施形態例１３の装置を用
いた場合の位相フィルタ（全くランダムな位相変化）の
特性を示す図である。

【図４８】本発明の第１６の実施形態例において、構成
要素の受信側の光信号処理装置の強度フィルタに中心周
波数近傍のみを低減するフィルタを用いた場合の強度フ
ィルタの特性を示す図である。

【図４９】（Ａ）は本発明の第１７の実施形態例の光信
号処理装置の位相フィルタの特性を反射型構成の場合に
ついて示す図、（Ｂ）は本発明の第１７の実施形態例の
光信号処理装置の位相フィルタの特性を反射型構成の場
合について示す図である。

【図５０】（Ａ）は本発明の第１７の実施形態例におい
て、強度変調信号の周波数スペクトル振幅を示す図、
（Ｂ）は本発明の第１７の実施形態例において、角度変
調信号の周波数スペクトル振幅を示す図である。

【図５１】本発明の第１８の実施形態例の光信号処理装
置の構成図である。

【図５２】本発明の第１８の実施形態例におけるフィル
タ平面上での平均光強度分布を示す図である。

【図５３】本発明の第１８の実施形態例における、変調
信号、位相変調後の信号、および再生後の復調信号の、
それぞれの波形を示す図である。

【図５４】本発明の第１９の実施形態例の光信号処理装
置の構成図である。

【図５５】本発明の第２０の実施形態例の光信号処理装
置（短パルス光源）の構成図である。

【図５６】本発明の第２０の実施形態例において、スラ
ブ導波路７２に入射する光の周波数と、スラブ導波路７
４の焦点面における結像位置ｘの関係を示す図である。

【図５７】本発明の第２０の実施形態例において、出力
導波路７５の間隔Δｘを５０μｍ、コア幅を１０μｍと
した時の反射スペクトルを示す図である。

【図５８】本発明の第２０の実施形態例の光信号処理装
置の発振波長スペクトルを示す図である。

【図５９】本発明の第２０の実施形態例の光信号処理装
置の発振パルス波長を示す図である。

【図６０】本発明の第２０の実施形態例の光信号処理装
置によって実現することのできる発振波長スペクトルの
一例を示す図である。

【図６１】本発明の第２１の実施形態例の光信号処理装
置（短パルス光源）の要部の拡大図である。

【図６２】（Ａ）は本発明の第２２の実施形態例の光信
号処理装置（短パルス光源）の要部の拡大図、（Ｂ）は
本発明の第２２の実施形態例の光信号処理装置（短パル
ス光源）において共振器内の分散補償を行うために用い
る位相フィルタ近傍の構成図である。

【図６３】本発明の第２３の実施形態例の光信号処理装
置（短パルス光源）の要部の拡大図である。

【図６４】本発明の第２４の実施形態例の光信号処理装
置（短パルス光源）の要部の拡大図である。

【図６５】本発明の第２５の実施形態例の光信号処理装
置（短パルス光源）の構成図である。

【図６６】図６５に示した装置の要部の拡大図である。

【図６７】本発明の第２６の実施形態例の光信号処理装
置（短パルス光源）の要部の拡大図である。

【図６８】（Ａ）は本発明の第２７の実施形態例の光信
号処理装置（短パルス光源）の要部の拡大図、（Ｂ）は
（Ａ）のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。

【図６９】本発明の第２８の実施形態例の光信号処理装
置（短パルス光源）の断面構成図である。

【図７０】本発明の第２９の実施形態例の光信号処理装
置の構成図である。

【図７１】（Ａ）は本発明の第２９の実施形態例の光信
号処理装置の高反射ミラーの平面構成図、（Ｂ）は本発
明の第２９の実施形態例の光信号処理装置の高反射ミラ
ー部分の断面構成図である。

【図７２】本発明の第２９の実施形態例の光信号処理装
置の高反射ミラー近傍の配置を示す図である。

【図７３】（Ａ）は本発明の第３０の実施形態例の光信
号処理装置の構成図、（Ｂ）は本発明の第３０の実施形
態例の光信号処理装置の変形例の構成図、（Ｃ）は
（Ｂ）に示した構成の要部拡大図、（Ｄ）は本発明の第
３０の実施形態例の光信号処理装置に用いた光検出ダイ
オードアレイの構成図である。

【図７４】本発明の第３１の実施形態例の光信号処理装
置の構成図である。

【符号の説明】

１ 石英導波路 ２，１０，１４，２５，３６，４２，５７ スターカッ
プラ ３，１１，１５，２４，３２，４３，５８ 導波路アレ
イ ４，１２，１６，２３，３４，３５，５９ スラブ導波
路 ５，１７，１０９ 空間フィルタ ６，５２ 光コネクタ ７ 光ファイバ ８ 石英光回路 ９，１３，２２，２６，３３，３７，４１，５６ 光導
波路 １８ 半波長板 １９，５３，１２０，１２２，５０２，１０１７，１０
１９，１０２１，１０３２，１０３９ 光増幅器 ２０ 空間フィルタ制御装置 ２１ 反射型の計算機ホログラム（ＣＧＨ） ３１ 透過型の計算機ホログラム ５１ 光記録媒体 ５４ 光カップラ ５５ 石英光回路 ６０ 光変調器 ６１ 参照用導波路 １０１，１１１ 石英基板 １０２ 光サーキュレータ １０３ 光ファイバ １０４，５０７，８０４，９０２ 光導波路 １０５，５０４，２１１，３１０２ 第１のスラブ導波
路 １０６，６０１，８０２，３１０３，３１０６ 導波路
アレイ １０７，５０６，２１１３，３１０７ 第２のスラブ導
波路 １０８ フレネルレンズ １０９ａ，１１６ 位相フィルタ １０９ｂ 強度フィルタ １１０，４０２，２０３５ ミラー １０１Ａ 第１の石英基板 １０１Ｂ 第２の石英基板 １１２ 低反射フィルタ １１３ 保持基板 １１４ パターンミラー １１５，２１１４，３２０２ レンズ １２１，９０６ 光フィルタ ２００ 導波路アレイ回折格子 ２００Ａ 第１の導波路アレイ回折格子 ２００Ｂ 第２の導波路アレイ回折格子 ３０１ａ，３０１ｂ 透明電極 ３０２ 配向膜 ３０３ スペーサ ３０４ ネマティック液晶 ３０５ １／４波長板 ４０１ 光導波路のコア ４０３ 斜め（７−８度）の端面の溝 ５０１ ヒートシンク ５０３ フィルタ制御装置 ５０５ 第２の導波路アレイ ６０２ 加熱電極 ６０３ 配線 ６０４ 制御装置 ６０５ 導波路中に設けられた溝 ６０６ 接続損失を減らすための導波路テーパ構造 ６０７ １／２波長板 ７０１ 参照光入力用導波路 ７０２ 第２の分配手段であるスラブ導波路 ７０３ 第２の導波路アレイ ７０４ 光記録媒体 ８０１ 第２の結像手段であるスラブ導波路 ８０３ 合波手段であるスラブ導波路 ９０１ 単色光のＣＷ光源 ９０３ スラブ導波路 ９０４ 光受光器アレイ ９０５ パラレルシリアル変換回路 １００１ 光源 １００２，２０１１ 光変調器 １００３ 光変調信号発生回路 １００４ 第１３から第１５の実施例に示したいずれか
の光信号処理装置 １００５，１０２０，１０４０ 光伝送路 １００６ 第１３から第１５の実施例に示したいずれか
の光信号処理装置 １００７ 光受信器 １０１１，１０３１ 短パルス光源 １０１３，１０２２，１０３３，１０４１ 光波長フィ
ルタ １０１４，１０２３，１０３４，１０４２ 光分岐素子 １０１５，１０３５ ｎ台の光変調回路 １０１６，１０２４ ｎ台の光サーキュレータ １０１７ ｎ本の入力用導波路 １０１８ 光合分波素子 １０２５ ｎ台の光受信回路 １０３６，１０３７，１０９，１０４４，１０４５，１
０４９ 透過型光信号処理装置 １０３８ 光合波素子 １０４６ ｎ台の光受信回路 ２０１２ 駆動回路 ２０１３，２１０３ 光増幅媒質 ２０１４ 励起回路 ２０１５，２０３２，２１０９ 導波路アレイ回折格子 ２０１６，２０１７ 光結合手段 ２０１８，２０２０，２０２８，２０３８，２０４９
低反射コーティング ２０１９，２０２１，２０４８，２１１５ 高反射ミラ
ー ２０２０ 分布屈折率型レンズ ２０２３ 偏光板 ２０２４ 保持基板 ２０２４−１，２０２４−２ ガラス基板 ２０２５ 透明電極 ２０２６ 配向膜 ２０２７ ツイストネマティック液晶 ２０２９ 反射コーティング ２０３０，２０３３，３２０１ 回折格子 ２０３１ 光合波器 ２０３４ 基板に対して垂直な溝 ２０３６ ポリイミドフィルム ２０３９ 光吸収フィルム ２０４０ ｎ−ＩｎＰ基板 ２０４１ 光変調用ＭＱＷ層 ２０４２ ｉ−ＩｎＰエッチストップ層 ２０４３ レーザ用ＭＱＷ層 ２０４４ ｎ−ＩｎＰ層 ２０４５ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層 ２０４６ ＡｕＺｎＮｉ電極 ２０４７ ＡｕＧｅＮｉ電極 ２１０２ 変調器駆動回路 ２１０４ 増幅媒質励起回路 ２１０５ ４端子型光サーキュレータ ２１０６ 無反射終端器 ２１０７ 光カップラ ２１０８ 偏波保持型光ファイバ ２１１０ 光導波路 ２１１２ 導波路アレイ ２１１６，２１１６ 微動台 ２１１７ 石英基板 ２１１８ 点反射コーティング ２１１９ Ａｕ／Ｃｒ等の高反射ミラー ２１２０ レンズ基板 ２１１５，２１１９ ミラー ３０００ 分散補償用位相フィルタ ３１０１ 信号光を入射させるための信号光用入射導波
路 ３１０４ 参照光を入射させるための参照光用入射導波
路 ３１０５ 参照光用の第１のスラブ導波路 ３１０８，３２０３ 光検出ダイオード（ＰＤ）アレイ ３１０９，３２０６ ＰＤアレイにより検出されたフー
リエ変換ホログラムの電界強度分布から入力した信号光
を復元する光信号復元回路 ３１１０ 参照光用の第２のスラブ導波路 ３１１１ ハーフミラー ３１１４ 電荷積分器 ３１１５ ＣＭＯＳのシフトレジスタ ３２０４ 入射信号光 ３２０５ 入射参照光

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｓ 3/098 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｆ Ｈ０４Ｂ 10/02 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｍ 10/18 (31)優先権主張番号 特願平9−58877 (32)優先日 平成９年３月13日(1997．3．13) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平9−179469 (32)優先日 平成９年７月４日(1997．7．4) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平9−199704 (32)優先日 平成９年７月25日(1997．7．25) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 長沼 和則 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 竹ノ内 弘和 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 石井 哲好 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−346515（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−212346（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−104137（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−334792（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−21932（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−133826（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−172226（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−105892（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−65505（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−159849（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−150304（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−507502（ＪＰ，Ａ) 特表2000−515993（ＪＰ，Ａ) 米国特許3600594（ＵＳ，Ａ) 米国特許4296319（ＵＳ，Ａ) 米国特許5448417（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開657754（ＥＰ，Ａ １) 欧州特許出願公開713107（ＥＰ，Ａ ２) Ａ．Ｍ．Ｗｅｉｎｅｒ，Ｐｒｏｇｒｅ ｓｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃ ｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．19 Ｎｏ．３ （Ｍａｙ 1995） ，ｐｐ．167−237 Ａ．Ｍ．Ｗｅｉｎｅｒ ｅｔ．ａ ｌ．，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ ｃｓ，Ａｐｒｉｌ 1992， Ｖｏｌ．28 Ｎｏ．４，ｐｐ．908−920 Ａ．Ｍ．Ｗｅｉｎｅｒ ｅｔ．ａ ｌ．，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ ｃｓ，Ｏｃｔｏｂｅｒ 1992， Ｖｏ ｌ．28 Ｎｏ．10，ｐｐ．2251−2261 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 G02B 6/28 - 6/34 G02F 1/00 - 3/02 H04B 10/00 - 10/18 G01M 11/00 - 11/02 G02B 27/46 H01S 3/098

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光信号が入力される光導波路と、当該 光導波路の出力光を分配する分配手段と、当該分配手段に接続され、 光路長が一定間隔で変化する
   光導波路の集合体で構成された導波路アレイと、当該導波路アレイの光出力を結像するスラブ導波路と、 光の強度または位相を変調する空間フィルタとを備え、 前記導波路アレイの光導波路は前記スラブ導波路の片側
   にのみ接続されており、 前記スラブ導波路は前記入力される光信号を周波数スペ
   クトル像として結像して直線上に分布させ、前記空間フィルタは、前記周波数スペクトル像の結像位
   置に配置され、前記周波数スペクトル像を前記直線上の
   位置に応じて所望の強度または位相に変調して反射する
   ことを特徴とする光信号処理装置。
2. 【請求項２】 光信号が入力される第１の光導波路と、当該 第１の光導波路の出力光を分配する分配手段と、当該分配手段に接続され、 光路長が一定間隔で変化する
   光導波路の集合体で構成された第１の導波路アレイと、当該第１の光導波路アレイの光導波路が片側にのみ接続
   され、前記 第１の導波路アレイの光出力を結像する第１
   のスラブ導波路と、 当該第１のスラブ導波路が入力側に接続され、光の強度
   または位相を変調する空間フィルタと、当該空間フィルタの出力側に接続された第２のスラブ導
   波路と、 光路長が一定間隔で変化する光導波路の集合体で構成さ
   れ、当該光導波路が前記第２のスラブ導波路の片側にの
   み接続されて前記空間フィルタにより変調された光が入
   射する第２の導波路アレイと、当該第２の導波路アレイの出力光を一点に収束する収束
   手段と、 当該収束手段からの出力光が入射する第２の光導波路と
   を備え、 前記第１のスラブ導波路は前記入力される光信号を周波
   数スペクトル像として 結像して直線上に分布させ、 前記空間フィルタは、前記周波数スペクトル像の結像位
   置に配置され、前記周波数スペクトル像を前記直線上の
   位置に応じて所望の強度または位相に変調して透過する
   ことを特徴とする光信号処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の光信号処理装置におい
   て、 前記スラブ導波路の焦点面近傍には、当該焦点面を平面
   に変換する焦点面変換手段が設けられており、 前記空間フィルタは前記焦点面変換手段を介して配置さ
   れ、前記光導波路の入力端側には、前記空間フィルタからの
   反射光を取り出すための光分岐手段が備えられているこ
   とを特徴とする光信号処理装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の光信号処理装置におい
   て、前記空間フィルタが位相フィルタであることを特徴
   とする光信号処理装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の光信号処理装置におい
   て、前記空間フィルタが強度フィルタであることを特徴
   とする光信号処理装置。
6. 【請求項６】 請求項３に記載の光信号処理装置におい
   て、前記空間フィルタが、強度フィルタと位相フィルタ
   とを多段に接続した空間フィルタであることを特徴とす
   る光信号処理装置。
7. 【請求項７】 請求項３に記載の光信号処理装置におい
   て、前記焦点面変換手段として、前記スラブ導波路端に
   導波路と垂直方向に光を屈曲させる光屈曲手段を備えて
   いることを特徴とする光信号処理装置。
8. 【請求項８】 請求項３に記載の光信号処理装置におい
   て、前記光分岐手段は、入力側に第１の光増幅手段と光
   波長フィルタとが接続される一方、出力側に第２の光増
   幅手段が接続されていることを特徴とする光信号処理装
   置。
9. 【請求項９】 請求項２に記載の光信号処理装置におい
   て、前記第１の光導波路は入力側に第１の光増幅手段と
   光波長フィルタとが接続され、前記第２の光導波路は出
   力側に第２の光増幅手段が接続されていることを特徴と
   する光信号処理装置。
10. 【請求項１０】 請求項８または９に記載の光信号処理
    装置の入力側に、光変調信号発生回路を具備する光変調
    器を介して、光源が接続されていることを特徴とする光
    信号処理装置。
11. 【請求項１１】 請求項８または９に記載の光信号処理
    装置の出力側に、光受信器が接続されていることを特徴
    とする光信号処理装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の光信号処理装置を
    備えた光信号送信回路と、請求項１１に記載の光信号処
    理装置を備えた光信号受信回路とが、光伝送路を介して
    接続されていることを特徴とする光信号処理装置。
13. 【請求項１３】 請求項８に記載の光信号処理装置にお
    いて、 空間フィルタが位相フィルタであり、 相対位相φが空間フィルタ上の位置（ｘ）に対して、 φ（ｘ）＝Ｍｏｄ［ａｘ^２ ，π］（ａ：定数）を近似
    した特性をもつことを特徴とする光信号処理装置。
14. 【請求項１４】 請求項８に記載の光信号処理装置にお
    いて、 空間フィルタが位相フィルタであり、 相対位相φが空間フィルタ上の位置（ｘ）に対して、 φ（ｘ）＝Ｍｏｄ［ａｘ^２ ，２π］（ａ：定数）を近
    似した特性をもつことを特徴とする光信号処理装置。
15. 【請求項１５】 請求項８に記載の光信号処理装置にお
    いて、 空間フィルタが位相フィルタであり、 相対位相φが空間フィルタ上の位置（ｘ）に対して、 φ（ｘ）＝π／２（ｘ＞０）かつφ（ｘ）＝０（ｘ＜
    ０）、あるいは、 φ（ｘ）＝０（ｘ＞０）かつφ（ｘ）＝π／２（ｘ＜
    ０）を近似した特性をもつ、強度変調−角度変調変換す
    ることを特徴とする光信号処理装置。
16. 【請求項１６】 請求項８に記載の光信号処理装置にお
    いて、 空間フィルタが位相フィルタであり、 相対位相φが空間フィルタ上の位置（ｘ）に対して、 φ（ｘ）＝π（ｘ＞０）かつφ（ｘ）＝０（ｘ＜０）、
    あるいは、 φ（ｘ）＝０（ｘ＞０）かつφ（ｘ）＝π（ｘ＜０）を
    近似した特性をもつ、強度変調−角度変調変換すること
    を特徴とする光信号処理装置。
17. 【請求項１７】 請求項８乃至１２のいずれかに記載の
    光信号処理装置において、 空間フィルタが位相フィルタと強度フィルタとから構成
    されていることを特徴とする光信号処理装置。
18. 【請求項１８】 請求項８乃至１６のいずれかに記載の
    光信号処理装置において、 空間フィルタが、ガラス基板、透明電極、液晶、液晶配
    向膜から構成された液晶空間変調器であることを特徴と
    する光信号処理装置。
19. 【請求項１９】 請求項１２に記載の光信号処理装置を
    用いて、 前記光信号送信回路の発生する光信号の周波数スペクト
    ル位相を変調し、 前記光受信回路で前記光伝送路中の分散と、前記光信号
    送信回路による周波数スペクトル位相変調を補償するこ
    とを特徴とする光信号処理方法。
20. 【請求項２０】 請求項１２に記載の光信号処理装置を
    用いて、 前記光信号送信回路の発生する光信号の周波数スペクト
    ル強度を変調し、 前記光受信回路で前記光伝送路中の分散と、前記光信号
    送信回路による周波数スペクトル強度変調を補償するこ
    とを特徴とする光信号処理方法。
21. 【請求項２１】 請求項１２に記載の光信号処理装置を
    用いて、 前記光信号送信回路の発生する光信号の周波数スペクト
    ル位相及び周波数スペクトル強度を変調し、 前記光受信回路で前記光伝送路中の分散と、前記光信号
    送信回路による周波数スペクトル位相変調及び周波数ス
    ペクトル強度変調を補償することを特徴とする光信号処
    理方法。