CN104823089B - 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，该光信号处理装置能够会聚来自输入波导的光而形成细小直径的光束阵列。光信号处理装置包括：输入波导(302a～302c)、阵列波导(305)、以及平板波导(304)，该平板波导(304)中以同一点(C)为中心的第一圆弧(304a)与输入波导(302a～302c)连接，并且以同一点(C)为中心的第二圆弧(404b)与阵列波导(305)连接。

Description

光信号处理装置
技术领域
本发明涉及在光通信网络中使用的光信号处理装置。
背景技术
由于互联网等数据通信网络爆发性地普及，对于光通信网络的大容量化的要求日益增大。虽然为了应对这样的网络需求的增大而应用了波分复用通信，但是近年来对于能够实现针对各波长的路由切换的波长选择开关(WSS：Wavelength Selective Switch)的需求也在日益增长。作为以往的波长选择开关，有非专利文献1所公开的波长选择开关。
图12是非专利文献1所公开的波长选择开关。在非专利文献1所记载的波长选择开关中，公开了将构成在波导上的透镜光学系统用作WSS的输入光学系统，并将WSS的光学系统简化，从而实现小型化和低价格化的方案。
具体而言，对形成于基板100上的光波导集成了WSS的输入光学系统。从输入波导101输入的光信号经由输入平板波导102向阵列波导103入射。阵列波导103以各个波导成为相等长度的方式形成，在其输出平板波导104处的输出端Point A，宽幅地输出高斯光束。
此处，在阵列波导103中的输入平板波导102侧的波导之间的间距d1与输出平板波导104侧的波导之间的间距d2相等的情况下，也就是说，在d1＝d2的情况下，如果将输入波导101的波导模式的宽度设为w0，则上述的输出端Point A处的高斯光束的宽度W以下述式(1)表示。
[数1]
还从波导输出端输出具有式(1)所示的W的宽度的准直光束。而且，从输入波导101以外的输入波导(例如，输入波导101b)输入的光信号作为以下的光束从波导输出端输出，该光束的中心存在于上述的输出端Point A，且具有与输入波导101、101b之间的距离x对应的斜率的波阵面。
图12所示的基板100上所形成的输入光学系统适合于空间光学系统具有4f的开关结构的情况。如图12所示，4f如下表示，4f＝(从波导芯片100到透镜105a的距离f)+(从透镜105a到衍射光栅106的距离f)+(从衍射光栅106到透镜105b的距离f)+(从透镜105b到LCOS107的距离f)。
上述的空间光学系统适合于将同一光学功率元件(透镜)用于开关轴方向和波长方向两者来进行波阵面成形那样的光学系统的情况。在图12中，从基板100输出的光信号经由两个透镜105a、105b以及衍射光栅106向作为光偏转元件的LCOS107入射，但从不同的输入端口、例如输入端口101、101b输入的光信号以不同的角度向LCOS107入射。这些光束的主光线到达LCOS107的位置为相同点。因此，通过由LCOS107使光束偏转，能够使来自不同的输入端口的光信号高效地光耦合，实现开关功能。
图12所示的光学系统适合于4f的光学系统，但是不能应用于其它的构成的光学系统。例如，在图13所示那样的2f光学系统的情况下，从输入光纤201a输出的光信号经过光路204并经由透镜202而向作为光偏转元件的LCOS203入射。而且，入射光被LCOS203偏转，经过光路205在光纤201b耦合。此时，光信号优选作为准直光束入射到LCOS203。来自输入光纤201a的光信号在透镜202的跟前(输入光纤201a与透镜202之间)作为扩散光束204a传输。
在2f光学系统的情况下，不能应用以往的基板上制作了的输入光学系统，不能进行光学系统的简化和组装的简化。在2f光学系统中，优选从光纤201a、201b输出其主光线互相平行的直径较小的光束，但是以往的构成并不适合形成这样的光束。理想地，来自光纤的输出光束优选小到在传输了透镜的焦距f时成为弗劳恩霍夫区域的程度。另一方面，在输出光束过小的情况下，光束会在空间的传输中扩展而变得过大。因此，还需要通过如图14所示那样在光纤的输出端分别设置微透镜阵列205，使它具有一定程度的大小的光束腰(beamwaist)，并且抑制光学输出端的光束腰尺寸，由此，减小开口数的方案。
这种需要在专利文献1中所公开的光学系统中增强。图15是与专利文献1中的图7相同的图，示出了将LCOS用作开关元件的波长选择开关的构成。在图15所示的波长选择开关中，LCOS元件具有偏振相关性，所以需要能够将向LCOS的入射光的偏振状态调整成同一方向的偏振多样性光学系统。在这种偏振多样性光学系统中，通过偏振分离元件215，将来自各个输入光纤201～205的光信号(参照光束291、294)分离成正交的偏振分量的光束(参照光束292～296)。然后，利用将玻璃板221和λ/2波长板222配置成梯子状而成的光元件220，将分离后的正交波长分量的光束排列为同一方向。在这种情况下，光元件220需要具有由玻璃板221和λ/2波长板222构成的极小开口，并使入射光在其内部不被遮断地通过。
此外，在图15中，标记210表示微透镜阵列，标记230表示双折射楔形元件。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Kazunori Seno，Kenya Suzuki，Naoki Ooba，Toshio Watanabe，Masayuki Itoh，Tadashi Sakamoto and Tetsuo Takahashi，“Spatial beam transformerfor wavelength selective switch consisting of silica-based planar lightwavecircuit”，in Optical Fiber Communication Conference and Exposition(OFC)andNational Fiber Optic Engineers Conference(NFOEC)(Optical Society of America，Washington，DC，2012)，JTh2A.5.
专利文献
专利文献1：美国专利第7397980号说明书
发明内容
在2f光学系统中，来自光纤的输出光束优选为：来自各个光纤的光信号的主光线平行，且各个光束腰尺寸收敛成一定程度的宽度。虽然这样的输入光学系统可以通过在光纤阵列中设置微透镜阵列来实现，但是存在需要实现微透镜阵列与光纤阵列的对位精度、制造公差严苛这样的问题。
在专利文献1的光学系统中，光元件220需要具有由玻璃板221和λ/2波长板222构成的极小开口，并使入射光在其内部不被遮断地通过。然而，这种情况下，由于需要精密地调整微透镜阵列210与光纤201～205的位置，所以从量产性的观点看来存在大的问题。也就是说，微透镜阵列210与光纤201～205的对位要求高精度，对该光学系统的量产可能造成困难。
于是，本发明为了应对上述问题而完成，其目的在于提供能够会聚来自输入波导的光而形成细小直径的光束阵列的光信号处理装置。此外，其目的在于提供能够量产的光信号处理装置。
为了解决上述问题，本发明提供具有形成在基板上的波导的光信号处理装置，包括：输入波导、阵列波导、以及平板波导，该平板波导中以同一点为中心的至少一个第一圆弧与所述输入波导连接，并且以所述同一点为中心的第二圆弧与所述阵列波导连接。
此处，也可以将上述输入波导的射出端朝向上述同一点地形成。或者，也可以将上述输入波导的射出端朝向与上述同一点不同的点地形成。
也可以将上述波导阵列的各波导的入射端朝向上述同一点地形成。
也可以上述波导阵列的光程具有相对于分配给该波导阵列内的波导的编号而通过多项式表示的长度的分布。
也可以上述波导阵列的入射端处的波导的位置以及上述波导阵列的射出端处的波导的位置能够进行一一对应的坐标变换。
也可以将上述波导阵列相对于成为上述平板波导的射出端面的圆弧，连接到对从上述同一点到圆弧的距离进行调制而得到的位置。
也可以将上述波导阵列的射出端在光轴方向上配置成通过多项式表示的曲线状。
根据本发明，能够会聚来自输入波导的光而形成细小直径的光束阵列。
附图说明
图1是示出第一实施方式的光信号处理装置的结构例的图。
图2是示出第六实施方式中的阵列波导的入射端和射出端的位置关系的一例的图。
图3是示出第六实施方式中的平板波导的各圆弧面和相对光强度的关系的一例的图。
图4是示出第七实施方式的光信号处理装置的结构例的图。
图5是示出第八实施方式的光信号处理装置的结构例的图。
图6是示出第九实施方式的光信号处理装置的结构例的图。
图7是示出第十实施方式的光信号处理装置的结构例的图。
图8是将第十实施方式的变形例的光信号处理装置中输入波导和平板波导的连接部分放大了的图。
图9是示出第十实施方式的变形例的光信号处理装置中从输出波导输出的光信号的光束腰位置的图。
图10是示出第十实施方式的光信号处理装置中为了调整输出光束的聚光位置而使用了空气和波长板的情况下的聚光位置的图。
图11是示出第十一实施方式的光信号处理装置的结构例的图。
图12是示出以往的波长选择开关的构成的图。
图13是示出一般的2f光学系统的构成的图。
图14是示出微透镜阵列形成在光纤的输出端侧的构成方式的图。
图15是示出以往的波长选择开关的构成的图。
具体实施方式
以下，说明本发明的第一至第十一实施方式的光信号处理装置。各实施方式的光信号处理装置是波长选择开关。
<第一实施方式>
以下，说明本发明的光信号处理装置的第一实施方式。
[光信号处理装置的构成]
图1是示出本发明的第一实施方式的光信号处理装置的结构例的图。
在图1所示的光学系统中，光信号处理装置具有形成在波导基板301上的光波导。光波导包含输入波导302a、302b、302c、平板波导304和阵列波导305。
平板波导304具有以点C为中心的半径r0的圆弧面(第一圆弧)304a、以点C为中心的半径r1的圆弧面(第二圆弧)304b。在图1中，r0＜r1，但是也可以设为r0＞r1，r0＝r1。此外，r0≥0。
输入波导302a～302c与平板波导304的圆弧面304a连接，来自输入波导302a至302的光信号经由圆弧面304a入射到平板波导304。此处，输入波导302a～302c的各间距都是如图1所示那样设为x0。
与平板波导304的圆弧面304a连接的输入波导302a～302c的射出端分别朝向点C地配置。在图1的例子中，示出了例如输入波导302b的射出端P朝向点C的情况。
阵列波导305的各波导与平板波导304的圆弧面304b连接，来自平板波导304的光信号经由圆弧面304b入射到平板波导305。在该实施方式中，在阵列波导305中，设为各个波导的光程差为零。此外，将配置在阵列波导305的入射端304b的波导之间的各间距都设为d1，将配置在阵列波导305的射出端305a的波导之间的各间距都设为d2。也就是说，上述的入射端304b和射出端305a的各间距分别相等。
平板波导305的各波导的入射端分别朝向点C地配置。
此外，在本实施方式的以下的说明中，为了方便说明，假设阵列波导305的射出端305a为平面。
[光信号处理装置的工作]
接着，再次参照图1对本实施方式的光信号处理装置的工作进行说明。
对在该光信号处理装置中，例如利用从输入波导302b输入的光信号，向点Q提供具有宽度w2的高斯光束的例子进行说明。
来自输入波导302b的光信号从输入波导302b的射出端P输入到平板波导304。在该实施方式中，输入波导302b的射出端P朝向点C的方向地形成，所以向平板波导304输出的光信号如图1的实线所示那样，其主光线通过点C的附近并且扩散而到达平板波导304的圆弧面304b。平板波导304的圆弧面304b处的光束直径如下述式(2)所表示。
[数2]
在式(2)中，ns表示平板波导304的折射率，λ表示光信号的波长，w0表示输入波导302b的零次模式的模式直径。
如图1所示，光信号的波阵面成为以点P为中心的球面形状，所以波阵面的两端的分量比波阵面的中心部分的分量更早地到达阵列波导305的入射端304b，波阵面中心部分的分量比其两端的分量更晚地到达阵列波导305的入射端304b。
因此，波阵面相对于阵列波导305内的各波导的空间分布为形成阵列波导的圆弧面304b的圆弧的曲率半径与圆弧面304b处的波阵面的相位的空间分布之差。具体地，用以点C为中心的极坐标形式以(-r1+r1×cos(θ)，r1×sin(θ))来表示阵列波导305的输入侧和输出侧的界面的任意的坐标Xa。此外，若将阵列波导305处的光信号的输入点、即输入波导302b的端部P的坐标设为(z0，x0)，则波阵面相对于阵列波导305内的各波导的空间分布如下述式(3)表示。
[数3]
在式(3)中，表示在阵列波导305内的相位的分布，β表示平板波导内的光信号的传输常数(β＝2πns/λ)。
在阵列波导305的输出端305a，配置各波导的位置的坐标与θ成比例，所以式(3)所示的空间分布为自由空间中的相位分布本身。
关于式(3)所示的θ，如果进行麦克劳林展开并采用到二次项，则如下式(4)表示。
[数4]
在式(4)中，若将从点C看阵列边界304b上的点Xa的角度设为θ，将阵列波导305的入射端304b处的波导间的间距设为d1，阵列编号设为i，则θ如下述式(5)所表示。
[数5]
此时，θ等于阵列波导304的射出端305a侧(空间侧)的坐标xa2。也就是说，若将阵列波导305的射出端305a处的波导间的间距设为d2，则θ如下述式(6)所表示。
[数6]
θ＝d2 i (6)
基于上述内容，式(4)原样地表示了输出侧的空间中的正交坐标系中的相位的空间分布。
接着，求出计算式(4)所示的空间分布的波阵面的曲率。一般地，球面波的波阵面如果以其中心为原点，则距离原点r的位置如下述式(7)所示。
[数7]
如果将该式(7)进行麦克劳林展开到二次项，则得到下述式(8)。
[数8]
如果比较该式(8)和式(4)，则可以得到式(9)。
[数9]
也就是说，输出侧的波阵面的曲率半径r2如下述式(10)所表示。
[数10]
光信号会聚到距离阵列波导305的射出端305a有r2的位置Q。此时，聚光位置Q处的光束腰尺寸w2如果使用式(2)所示的W，则在r2充分长的情况下，如下述式(11)所表示。
[数11]
然而，将输入波导302b设置于r0＞0的区域。因此，当比在连接光轴与边界304b(平板波导304与阵列波导305的连接面)的交点的连线上具有中心的圆弧更外侧配置输入波导302a、302b、302c与平板波导304的连接点时，输出到射出端的光信号的波阵面收敛。
此外，来自各输入波导302a～302c的光信号的各自的空间侧的输出波阵面的主光线与光轴水平的条件、即远心(telecentric)条件可以如下求得。一般地，抛物线y＝ax2+bx的轴是x＝-b/2a，所以式(4)的空间侧的波阵面的轴00(抛物线的顶点)如下述式(12)所表示。
[数12]
在图1中，x0存在于负方向，所以角度θ0为正值(∵z0＞r1)。因此，如果从点P向式(12)的方向发射光束，则在空间侧的输出中，光束的主光线在θ0＞0的一侧平行于光轴。
在上述的说明中，以从特定的一个端口(例如，输入波导302b)输入光信号的情况为例进行了说明，但是通过从其它端口(例如，输入波导302a、302c)输入光信号，能够实现在距离光波导输出端305a有r2的位置具有期望的光束尺寸的准直器阵列。
此外，本实施方式的平板波导304形成为具有以点C为中心的半径r0的圆弧面304a和以点C为中心的半径r1的圆弧面304b，且不具备专利文献1中的微透镜阵列和光纤。由此，不需要进行专利文献1中的微透镜阵列与光纤的对位，本实施方式的光学系统的量产变得容易。
<第二实施方式>
在第一实施方式中，说明了将阵列波导305的各光程差都设为零的情况。然而，不将阵列波导305的各光程差设为零，能够实现自由度高的输入光学系统。
也就是说，若例如将阵列波导305的光程差设为从阵列波导305的中心起按二次分布变化，则能够使式(4)所示的θ的二次系数变化。这是指，将适当的系数设为a来将式(4)的θ置换为θ→aθ。因此，对式(10)所示的空间侧的光束腰的位置Q的调整成为可能。
对于阵列波导305的光程差，不仅是二次分布，也可以设为提供高于二次的高次分布。若提供例如4次的相位分布的分量，则能够进一步调整光束的收敛，且能够使点Q更高效地在光轴方向上移动。而且，通过提供三次的相位量，象差的校正等也成为可能。
<第三实施方式>
在第一和第二实施方式中，假定空间侧的阵列波导305的射出端305a的曲率无限大、即射出端305a是平面来进行了说明。然而，在布局上，将阵列波导305的射出端305a形成为具有曲面也是可以的。例如，如果假设从点Q看阵列波导305的入射端305a为凹面，则由于其自身具有聚光功能，所以使聚光位置(光束腰位置)向光波导基板301侧移动是可能的。
<第四实施方式>
图1所示的平板波导304的入射端304a和阵列波导305的射出端305a的形状是可变更的。例如，通过以阵列波导305的各波导的光程为恒定的方式形成阵列波导305，而且在阵列波导的射出端305a，按阵列编号提供三次或者四次的高次分量，具有与第二实施方式相同的功能的输入光学系统的实现成为可能。
相对于输入波导302a、302b和302c的第一圆弧304a也可以设成保持同一中心的状态不变而具有分别不同的半径。也就是说，可以使相对于输入波导302a的圆弧304a的半径、相对于输入波导302b的圆弧304a的半径、相对于输入波导302c的圆弧304a的半径各不相同。通过这样设定，也能够使在自由空间侧的波阵面的曲率半径r2根据各输入而不同。
<第五实施方式>
在上述各实施方式中，对阵列波导305内的波导之间的间距在平板波导305的入射端304b和射出端305a都相等的情况进行了说明。然而，通过设定在平板波导305的入射端304a与射出端305a具有不同的大小那样的间距，能够改变式(11)的左边的W。例如，在将入射端305a处的波导之间的间距设为d1，将射出端305a处的波导之间的间距设为d2的情况下，能够根据式(2)和式(11)，得到下述式(13)。
[数13]
在该情况下，获得能够任意地调整光束腰尺寸w2的效果。
<第六实施方式>
在阵列波导305的各端面304a、305a处的波导之间的间距d1、d2分别未被设定为恒定的间隔的情况下，改变聚光位置(光束腰)Q处的光束的形状也是可能的。例如，在将点Q处的光束形状设为Sinc函数形状的情况下，阵列波导305的射出端305a处的波阵面形状设定为矩形形状即可。因为射出端305a处的波阵面形状与点Q处的波阵面形状处于傅里叶变换的关系。
在该情况下，在图8所示的2f光学系统中，可以将LCOS203上的光束形状也设为矩形。通过将LCOS203上的光束设为矩形，与设为高斯形状相比，更能够使光能量局部存在于LCOS203的中心部，由此，有效地利用LCO像素成为可能。
以下，说明上述的矩形光束的形成方法。理想地，优选设为矩形光束，但是在本实施方式中，示出了用高次高斯光束代替矩形形状的例子。将阵列波导305的射出端304b处的波导之间的间距d1设为等间距，而且使阵列波导305的射出端305a的位置可变。在该情况下的高次高斯光束如下述式(14)所表示。
[数14]
在式(14)中，α表示高斯光束的次数。
此处，若将沿平板波导304的入射端304a的坐标轴设为xa1，将沿平板波导304的入射端304a的坐标轴设为xa2，则将阵列波导305内的入射端304a处的间距变更为阵列波导305内的射出端305a处的间距等同于将xa1的坐标系变换为xa2的坐标系。
在入射端侧的坐标系xa1中，光信号作为高斯光束而到达，所以式(14)所示的α成为α＝1，因此，从坐标系xa1到xa2的坐标变换如下述式(15)所示。
[数15]
从这个观点看来，按下述式(16)所示那样进行坐标变换即可。
[数16]
接着，参照图2说明在阵列波导305中入射端304a的坐标与射出端305a的坐标的关系。图2是示出阵列波导305的入射端304b和射出端305a的位置关系的一例的图。
如图2所示，示出了阵列波导305的入射端304b的坐标(-250～+250)和阵列波导305的射出端305a的坐标(-250～+250)。利用这样的坐标，进行上述的坐标变换。
图3示出进行这样的坐标变换时的阵列波导305的各波导的强度分布。图3是示出阵列波导305的各波导的强度分布的一例的图。在图3中，横轴表示xa1、xa2的坐标系，纵轴表示相对光强度。
此外，在图3中，示出了高斯光束的次数α设为α＝8的情况。此外，输入侧分布图表示阵列波导305的入射端304b处的光强度，输出侧分布图表示阵列波导305的射出端305a处的光强度。
此外，在该实施方式中，将上述的间距d1设为恒定间隔，而且将上述的间距d2设为可变，但是只要是能够成为期望的形状的坐标变换，就可以进行变更。例如，既可以设为间距d1可变，间距d2为恒定间隔，也可以设为间距d1、d2这两者可变。
此外，为了获得期望的输出波形、波阵面，也可以除了进行坐标系xa1、xa2之间的坐标变换之外，还调制阵列波导305的光程而使相位分布变化。在该情况下，例如，为了获得sinc函数状的分布图，应当使相位分布也变化，但是也可以根据光波阵面的相位的变化来调制阵列波导305的长度。而且，显然地，也可以通过将入射端304a和射出端305a设为任意的形状而非只是圆、平面，来调制相位分布。
而且，通过在阵列波导305的入射端304a和射出端305a改变开口宽度来调制强度分布也是可以的。
<第七实施方式>
第七实施方式的光信号处理装置设为在一个基板上例如具有两组图1所示的输入光学系统。图4是示出第七实施方式的光信号处理装置的结构例的图。
在图4所示的光学系统中，光信号处理装置具有形成在基板401上的两个输入光学系统401A、401B。设定图4所示的Φ的角度来配置各输入光学系统401A、401B。
输入光学系统401A包含输入波导402a、平板波导403a、阵列波导412a、准直器阵列404a。输入光学系统401B包含输入波导402b、平板波导403b、阵列波导412b、准直器阵列404b。
接着，再次参照图4对本实施方式的光信号处理装置的工作进行说明。
在该光信息处理装置中，从输入光学系统401A输出到空间的光信号以准直器阵列404a的各主光线相对于光轴z呈的角度的方式来输出。另一方面，从输入光学系统401B输出到空间的光信号以准直器阵列404a的各主光线相对于光轴z呈的角度的方式来输出。
以下，说明输入光学系统401A、401B的工作。
在图4中，在离点Q有距离f的位置配置有焦距为f的透镜413，而且，在相距距离f的位置配置有LCOS411。在该情况下，其主光线从光轴z到达位于上方的S1。无论是在从输入光学系统401A中的输入波导402a内的哪一个波导入射光信号的情况下，该S1的位置都相同。
另一方面，关于来自输入光学系统401B的光信号，其主光线也从光轴z到达位于下方的S2。无论是在从输入光学系统401B中的输入波导402b内的哪一个波导入射光信号的情况下，该S2的位置都相同。
根据输入光学系统401A、401B的构成，光信号将到达不同的位置S1、S2，由此使一个LCOS411被两个光学系统401A、401B所共有。
另一方面，通过来自输入光学系统401A的光输入，在点Q处具有光束腰的光信号在到达透镜413之前扩大地传输，在通过了透镜413之后成为平行光。然后，平行光入射到LCOS411的区域410a。通过同样的作用，关于来自输入光学系统401B的光信号，如图4所示，入射到LCOS411的区域410b。
这样的光学系统难以用光纤和微透镜构成，而通过应用本实施方式的光学系统能够实现。此外，在本实施方式中，说明了是应用两个输入光学系统401A、401B的情况，但是也可以在基板上集成三个以上的数量的输入光学系统。
<第八实施方式>
第八实施方式的光信号处理装置设为在一个基板上具有不同的输入光学系统。图5是示出第八实施方式的光信号处理装置的结构例的图。
图5所示的光信号处理装置具有形成在基板301上的两个输入光学系统301A、301B。
输入光学系统301A具有与图1所示的输入光学系统同样的构成。也就是说，输入光学系统301A具有形成在波导基板301上的光波导。光波导包含输入波导302a、302b、302c、平板波导304和阵列波导305。
另一方面，输入光学系统301B具有与图1所示的输入光学系统不同的构成。输入光学系统301B具有形成在波导基板301上的光波导。光波导包含输入波导402、平板波导404和阵列波导405。
平板波导404具有以点C’为中心的半径r0’的圆弧面、和以点C’为中心的半径r1’的圆弧面。在该情况下，r0’＜r1’，但是也可以设为r0’＞r1’，r0’＝r1’。
在图5中，w2’示出了聚光位置处的光束腰尺寸。
<第九实施方式>
第九实施方式的光信号处理装置设为在图6所示的输入波导中配置马赫-曾德尔干涉仪。图6是示出第九实施方式的光信号处理装置的结构例的图。
图6中，将第一输入光学系统中的输入波导表示为A-1、A-2、……、A-5，将第二输入光学系统中的输入波导表示为B-1、B-2、……、B-5。在图6中，将各自的输入波导设为5个，但是这个数字可以变更。
在图6中，在输入波导A-5、B-1中，分别设置有利用马赫-曾德尔干涉仪的开关501a、501b，而且，它们的一侧的端口互相连接。在这些利用马赫-曾德尔干涉仪的开关501a、501b都是直通(through)状态时，具有平板波导403a的输入光学系统、以及具有平板波导403b的输入光学系统都作为独立的1×4开关而工作。这被称作“方式A”。用图6的方式A的箭头表示该状态。
另一方面，在利用马赫-曾德尔干涉仪的开关501a、501b都是交叉(cross)状态时，作为1×7开关而工作。该状态被称作“方式B”。用图6的方式B的箭头表示该状态。
在方式B的情况下，从输入波导A-3输入的光信号被路由到输入波导A-1、A-2、A-4、A-5中的某一个。在被路由到输入波导A-5时，纵向排列地连接到具有平板波导403b的输入光学系统的光信号处理装置，该输入光学系统作为将输入波导B-1设为输入并向输入波导B-2、B-3、B-4、B-5进行路由的光信号处理装置而进行工作，其结果，作为1×7开关而工作。
这样，通过将马赫-曾德尔干涉仪配置到输入波导中，实现了开关规模可变的光信号处理装置。
如图6所示，光信号处理装置进一步地也可以在输入波导A-1～A-5、B-1～B-5中分别设置利用马赫曾德尔干涉仪的可变衰减器502。在该情况下，通过将马赫-曾德尔干涉仪的四个输入输出端口中的一边的输入输出端口分别连接到输入波导A-1～A-5、B-1～B-5来实现。
如图6所示，光信号处理装置进一步地也可以附加光学功率监视器功能。在图6中，在输入波导A-1中附加了利用马赫-曾德尔干涉仪的抽头电路503，在其输出设置光电二极管504。通过该构成，能够在例如将光信号的输入设为输入波导A-3而路由至输入波导A-1的情况下，监视被输入到输入波导A-3的光信号的强度。而且，如现有例所示的光学系统那样，在空间光学部分含有波长选择功能的情况下，使用该波长选择功能能够实现各波长的功率监视器。关于这样的功能，已知有光通道监视器、光性能监视器，扩展了光信号处理装置的功能。
<第十实施方式>
第十实施方式的光信号处理装置实现了简化图15所示的现有例的光学系统而得到的构成。图7是示出第十实施方式的光信号处理装置的结构例的图。此外，该光信号处理装置的构成与图1和图5所示的构成相同。本实施方式的以下的说明，只要没有特别记载，将图1和图5的说明中所使用的标记等直接沿用。
图7的例子与图1和图5的情况不同，明示了存在多个从光波导301输出的光束的情况。也就是说，图1和图5中示出了在位置Q处形成一个光束腰的例子。与此不同，在图7中，作为将多个光束腰形成在点Q、Q1、Q2的例子，示出了用于在光波导301的外侧形成从输入波导302a～302c入射的光信号的例子。图7与图1至图5的情况相同，用图1至图5的结构也能够实现同样的功能，但图7明示了该功能。
此外，在图7中，点Q、Q1、Q2是离光波导端面305a的距离为r2的位置。
在该情况下，来自输入波导302a、302c的光信号与来自输入波导302b的光信号同样地，被调整成光信号的主光线通过平板波导304内的点C。由此，能够使来自这些输入波导302a、302c的输出光都在来自光波导301的输出时朝向与来自输入波导302b的输出光相同的方向。
在本实施方式中，为了实现偏振多样性，需要在连接上述的Q、Q1、Q2的位置与阵列波导输出端305的直线(图7的实线)的位置设置与专利文献1相同的光元件220，但是该情况下的结构可以简便地实现。这是因为，在本实施方式所例示的光学系统的结构中，微透镜阵列与光纤的对位在制作光波导301时的光刻工序中进行即可。因此，能够提高微透镜阵列与光纤的对位精度。
(变形例)
接着说明第十实施方式的变形例。
在图7中，说明了输入波导302a、302b、302c与平板波导304的连接点被设定在以点C为中心的半径r0的位置的情况。然而，也可以以相邻的输入波导所对应的半径r0的值不同的方式形成多个输入波导。在该情况下，形成光束腰的位置(在图7中是Q、Q1、Q2)变化。
图8示出将上述变形例中的输入波导302a～302e与平板波导304的连接点放大了的情形。
在图8的例子中，除了图7所示的输入波导302a～302c之外，还追加有输入波导302d、302e。如图8所示，各输入波导302a、302c、302e在以点C为中心的半径r0的圆弧上与平板波导304连接。
另一方面，输入波导302b、302d在以点C为中心的半径r0’的圆弧上与平板波导304连接。在该情况下，来自输入波导302a～302e的光信号与图7所示同样地，在光波导301的外侧形成光束腰。
图9例示了形成这样的光束腰的位置。图9所示的五个输出光311a～311e分别对应于来自输入波导302a、302d、302e、302b、302c的光信号。
在图9中，输出光311b、311d的光束腰形成在相距阵列波导输出端305a距离r2的位置。而且，输出光311a、311c、311e的光束腰形成在相距阵列波导输出端305a距离r2’的位置。也就是说，光信号311a～311e的光束腰被设定在不同的位置。
这样，根据本实施方式的变形例，通过改变输入波导301a～301e和平板波304之间的连接点与点C的距离(图8所示的例子中是r0、r0’)，能够任意地调整输出光311a～311e会聚的位置。
此外，在上述的变形例的光信号处理装置中，在设置与专利文献1同样的光元件220的情况下，优选不使用专利文献1所示的光元件的结构(玻璃板/波长板/玻璃板/波长板/……)，而使用由空气与波长板构成的光元件(空气/波长板/空气/波长板/……)。
图10示出该光元件的内部的结构例。在图10的光元件内，具有波长板区域312和空气区域313。
在图10中示出透过波长板区域312的光信号311c和透过空气区域313的光信号311b。
例如，在通过波长板区域312的光信号311c的光束腰的位置Q1与通过空气区域313的光信号311b的光束腰的位置被设定为相同的情况下，根据斯奈尔法则，光信号311c的光束腰的位置被设定为图10中的右侧、即相比Q1更远离光波导的z方向上的位置。
另一方面，在通过波长板区域312的光信号311c的光束腰的位置预先被设定为形成在Q2(图10)的情况下，根据上述的斯奈尔法则，光信号311的光束腰的位置在Z方向上偏离，而成为与Q1相同的中心位置。也就是说，由空气和波长板构成的光元件的情况下，通过调整光信号311b、311c的光束腰的位置，能够使光信号311b、311c在光元件内的狭小的开口内有效地通过。
<第十一实施方式>
在上述各实施方式和变形例中，说明了来自光波导的多个光信号(光束)平行地输出的情况。然而，也可以使各光信号朝不同的方向输出。此外，以下的说明中，为了简化说明，光线仅仅示出了主光线。
图11是示出第十一实施方式的光信号处理装置的结构例的图。图11例示了波长选择开关的开关光学系统。
在图11所例示的开关光学系统中，在光波导301上，与上述的实施方式同样地，形成有输入波导502a～502f、503a～503f、平板波导304以及阵列波导305。
在图11中，将阵列波导305中的位于中心的波导与平板波导304的交点(连接点)设为C’，将以该交点C’为中心的任意的半径的圆弧设为505，将该圆弧505上的与点C不同的两点设为S1、S2。此处，为了简单，将圆弧505的半径设为r1。此时，经由输入波导502a～502f输入的光信号被设定为其主光线通过S1。此外，经由输入波导503a～503f输入的光信号被设定为其主光线通过S2。S1、S2是圆弧505上的任意的点。
进一步地，在该开关光学系统中，来自输入波导502a、503f的各光信号的主光线被设定为入射到阵列波导305中的同一波导。此外，来自输入波导502b、503e的各光信号的主光线被设定为入射到阵列波导305中的同一波导。
来自输入波导502c、503d的各光信号的主光线被设定为入射到阵列波导305中的同一波导。来自输入波导502d、503c的各光信号的主光线被设定为入射到阵列波导305中的同一波导。
来自输入波导502e、503b的各光信号的主光线被设定为入射到阵列波导305中的同一波导。来自输入波导502f、503a的各光信号的主光线被设定为入射到阵列波导305中的同一波导。
通过这样地形成光信号处理装置，在从光波导301输出光信号时，来自输入波导502a～502f的光信号分别成为光线504a～504f，来自输入波导503a～503f的光信号分别成为光线505a～505f。在刚刚从波导射出之后，光线504a～504f分别相互平行，光线505a～505f分别平行。
进一步地，在图11中，(1)光线504a、505f从光波导的同一点输出；(2)光线504b、505e从光波导的同一点输出；(3)光线504c、505d从光波导的同一点输出；(4)光线504d、505c从光波导的同一点输出；(5)光线504e、505b从光波导的同一点输出；(6)光线504f、505a从光波导的同一点输出。
各光线504a～504f、505a～505f通过透镜413进行光路变换并向LCOS411入射。此处，透镜413的焦距设为f。此外，从光波导端面305a到透镜413的距离和从透镜413到LCOS411的距离都设为f。
通过透镜413进行光路变换后的光线504a～504f击中LCOS411上的点T1，光线505a～505f击中LCOS411上的点T2。在图11中，击中点T1的光线组用虚线表示，击中点T2的光线组用实线表示。
根据本实施方式，与第七实施方式所示的同样地，能够由一个LCOS共有两个光学系统。
此外，本实施方式中，以集成两个光学系统的情况为例进行了说明，但是通过变更输入波导的配置，将图11所示的圆弧505上的点增加成S1、S2、S3、……，从而集成两个以上的光学系统也是可以的。
此外，可以将上述各实施方式和变形例的光信号处理装置任意地组合使用。

Claims (8)

1.一种光信号处理装置，具有形成在基板上的波导，所述光信号处理装置的特征在于，包括：
输入波导、阵列波导、以及平板波导，该平板波导中以同一点为中心的至少一个第一圆弧与所述输入波导连接，并且以所述同一点为中心的第二圆弧与所述阵列波导连接，
朝向所述同一点形成所述输入波导的射出端，以使输出到所述平板波导的光信号到达所述平板波导的所述第二圆弧的圆弧面，
所述平板波导的所述第二圆弧的所述圆弧面处的光束直径是基于所述第一圆弧的第一半径和所述第二圆弧的第二半径得到的。
2.一种光信号处理装置，具有形成在基板上的波导，所述光信号处理装置的特征在于，包括：
输入波导、阵列波导、以及平板波导，该平板波导中以同一点为中心的至少一个第一圆弧与所述输入波导连接，并且以所述同一点为中心的第二圆弧与所述阵列波导连接，
所述输入波导包括第一输入波导组和第二输入波导组，
朝向第一点形成所述第一输入波导组的射出端，以使从所述第一输入波导组的射出端射出的主光线通过与所述同一点不同的所述第一点，
朝向第二点形成所述第二输入波导组的射出端，以使从所述第二输入波导组的射出端射出的主光线通过与所述同一点以及所述第一点不同的所述第二点。
3.根据权利要求1或2所述的光信号处理装置，其特征在于，
所述阵列波导的光程具有相对于分配给该阵列波导内的波导的编号而通过多项式表示的长度的分布。
4.根据权利要求1或2所述的光信号处理装置，其特征在于，
所述阵列波导的入射端处的波导的位置以及所述阵列波导的射出端处的波导的位置能够进行一一对应的坐标变换。
5.根据权利要求1或2所述的光信号处理装置，其特征在于，
所述阵列波导的射出端在光轴方向上配置成通过多项式表示的曲线状。
6.根据权利要求1或2所述的光信号处理装置，其特征在于，
还具有连接到所述输入波导的马赫-曾德尔干涉仪。
7.根据权利要求1或2所述的光信号处理装置，其特征在于，
在所述输入波导中还具有抽头电路和电源监视器。
8.一种光信号处理装置，其特征在于，
在基板上具有多个权利要求1或2所述的光信号处理装置。
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