JP2004013113A

JP2004013113A - 光信号処理器

Info

Publication number: JP2004013113A
Application number: JP2002170481A
Authority: JP
Inventors: Michiko Takushima; 多久島　道子; Tomoki Sano; 佐野　知己; Hiroshi Suganuma; 菅沼　寛
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15
Also published as: US6810170B2; US20030228108A1

Abstract

【課題】所望の光学特性を有するものを容易に実現することができる光信号処理器を提供する。
【解決手段】光ファイバ型コリメータ８０の先端より出力された光は、透明部材１０の第１面１１０に形成された第１回折格子１１１に入力し、この第１回折格子１１１において波長に応じた回折角で回折されることにより波長分岐される。第１回折格子１１１により波長分岐された各波長の光は、透明部材１０内を伝搬して、透明部材１０の第２面１２０に形成された第２回折格子１２１において回折され、透明部材１０の外部へ出力される。第２回折格子１２１により回折されて外部へ出力する各波長の光は、光ファイバ型コリメータ８１〜８４のうちの何れかの光ファイバ型コリメータの先端に入力すると、集光されて当該光ファイバを伝搬していく。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多波長の光の合分波等をすることができる光信号処理器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多波長の光の合分波等をすることができる光信号処理器として、米国特許第５，３１１，６０６号明細書に開示されたものが知られている。この明細書に記載された光信号処理器は、第１の回折格子素子および第２の回折格子素子を含む。回折格子素子は、空間を伝搬してきた光を入力し、波長に応じた角度で光を回折することで、各波長の光を空間的に分岐することができ、空間的波長分岐手段として用いられている。上記の光信号処理器は、光分波器として用いられる場合には、波長多重化された光を第１の回折格子素子が回折して波長分岐し、その波長分岐した各波長の光を第２の回折格子素子が再度回折して互いに平行にして出力する。この光信号処理器は、光合波器として用いられる場合には、各波長の光を第２の回折格子素子が先ず回折し、その回折した光を第１の回折格子素子が再度回折して合波する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光信号処理器は、複数の回折格子素子の相対的な位置が設計値からずれると、損失が大きくなり、或いは、所望の光学特性が得られない。そこで、この光信号処理器は、組み立ての際に複数の回折格子素子それぞれの高精度な位置決めが不可欠であり、それ故、製造コストが高くなる。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、所望の光学特性を有するものを容易に実現することができる光信号処理器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光信号処理器は、透明部材の第１面に第１空間的波長分岐手段が形成され、透明部材の第１面と平行な第２面に第２空間的波長分岐手段が形成されており、入力した光を第１空間的波長分岐手段が波長分岐し、その波長分岐した各波長の光を第２空間的波長分岐手段が互いに平行にして出力することを特徴とする。この光信号処理器によれば、入力した光は、透明部材の第１面に形成された第１空間的波長分岐手段により波長分岐され、その波長分岐された各波長の光は、第１面と平行な第２面に形成された第２空間的波長分岐手段により互いに平行にして出力される。この光信号処理器は、光分波器、光合波器および分散調整器などとして動作し得る。第１空間的波長分岐手段および第２空間的波長分岐手段が１つの透明部材の表面に形成されているので、所望の光学特性を有する光信号処理器が容易に実現され得る。
【０００６】
本発明に係る光信号処理器は、透明部材が石英ガラスからなるのが好適であり、この場合には、透明部材における光の損失が小さい。また、透明部材がプラスチックからなるのが好適であり、この場合には、型を用いてレプリカを作成するようにすることが可能であり、透明部材が安価に量産され得る。
【０００７】
本発明に係る光信号処理器は、第１空間的波長分岐手段および第２空間的波長分岐手段それぞれが回折格子を含むのが好適であり、第１空間的波長分岐手段および第２空間的波長分岐手段それぞれの回折格子の格子方向が互いに平行であるのが好適であり、また、第１空間的波長分岐手段および第２空間的波長分岐手段それぞれの回折格子の格子構造が互いに等しいのが好適である。この場合には、透明部材が容易に製造され得る。
【０００８】
本発明に係る光信号処理器は、第１面に透過型の第１空間的波長分岐手段が形成され、第２面に透過型の第２空間的波長分岐手段が形成されており、第１空間的波長分岐手段が、外部より入力した光を波長分岐して透明部材内に伝搬させ、第２空間的波長分岐手段が、その波長分岐した各波長の光を互いに平行にして外部へ出力するのが好適である。
【０００９】
本発明に係る光信号処理器は、第１面に反射型の第１空間的波長分岐手段が形成され、第２面に反射型の第２空間的波長分岐手段が形成され、透明部材の何れかの面に光入力窓および光出力窓を有しており、光入力窓が、外部より入力した光を透明部材内に伝搬させ、第１空間的波長分岐手段が、光入力窓より入力した光を波長分岐して透明部材内に伝搬させ、第２空間的波長分岐手段が、その波長分岐した各波長の光を互いに平行にして透明部材内に伝搬させ、光出力窓が、その平行とした各波長の光を外部へ出力するのが好適である。光入力窓が第２面にあり、光出力窓が第１面にあるのが好適である。また、第１面に反射型の第１空間的波長分岐手段が形成されている領域、および、第２面に反射型の第２空間的波長分岐手段が形成されている領域それぞれに、反射コーティングがなされているのが好適であり、反射コーティングがアルミニウムまたは金であるのが好適である。これらの場合には、第１回折格子および第２回折格子それぞれにより光は高効率に回折される。
【００１０】
本発明に係る光信号処理器は、光入力窓および光出力窓の双方または何れか一方にレンズが形成されているのが好適である。また、光入力窓に形成されたレンズの光軸と第１面との交点を含む領域に第１空間的波長分岐手段が形成されており、第２面に平行な方向に交点からの距離がΔｔ・ｔａｎβ_ｎだけ離れた第２面上の点を含む領域に第２空間的波長分岐手段が形成されているのが好適である。ただし、ｍλ_ｎ＝Λ（ｓｉｎβ_０＋ｓｉｎβ_ｎ）、ｍは回折次数、λ_ｎは使用波長域内の波長、Λは回折格子の格子間隔、β_０は第１面の法線とレンズの光軸とがなす角度、Δｔは第１面と第２面との間の距離である。
【００１１】
本発明に係る光信号処理器は、第２空間的波長分岐手段より出力された何れかの波長の光の光路を第２空間的波長分岐手段へ折り返す光路折り返し手段を備えるのが好適であり、この場合には、光路折り返し手段による光路の折り返しにより光の往路と復路とが互いに同等のものとなり、光学性能が優れたものとなる。光路折り返し手段が反射ミラーを含むのが好適であり、また、光路折り返し手段が直角プリズムを含むのも好適である。
【００１２】
本発明に係る光信号処理器は、第２空間的波長分岐手段より出力された各波長の光の光路ごとに光路折り返し手段が設けられており、各波長に対応する光路折り返し手段による光路折り返し位置が同一直線上にないのが好適であり、この場合には、光路折り返し手段による光路折り返し位置が波長に応じたものであることにより、各波長の光の波長分散が調整される。透明部材の何れかの面に光路折り返し手段が形成されているのが好適であり、また、透明部材の外部に光路折り返し手段が設けられているのも好適である。また、第２空間的波長分岐手段より出力された各波長の光の光路ごとに光路折り返し手段が設けられており、各波長に対応する光路折り返し手段が設けられる位置が可変であるのが好適であり、この場合には、各波長の光の波長分散の調整量が可変となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
（第１実施形態）
先ず、本発明の光信号処理器の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光信号処理器１に含まれる透明部材１０の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る光信号処理器１の平面図である。これらの図中には、説明の便宜のためにｘｙｚ直交座標系も示されている。図２は、ｚ軸方向に見たときの図であり、各波長の光の光路が一点鎖線で示されている。第１実施形態に係る光信号処理器１は、透明部材１０および光ファイバ型コリメータ８０〜８４を備える。
【００１５】
透明部材１０は、使用波長帯域において透明な材料からなり、例えば、石英ガラスからなり、或いは、一般に光学レンズ等に用いられているプラスティックからなる。透明部材１０は、互いに平行な第１面１１０および第２面１２０を有する。透明部材１０の第１面１１０には、第１空間的波長分岐手段として透過型の第１回折格子１１１が形成されている。また、透明部材１０の第２面１２０には、第２空間的波長分岐手段として透過型の第２回折格子１２１が形成されている。第１面１１０および第２面１２０それぞれは、ｙｚ平面に平行である。第１回折格子１１１および第２回折格子１２１それぞれは、格子方向がｚ軸に平行であり、互いに同一の格子周期を有していて、互いに同一の構造のものである。
【００１６】
光ファイバ型コリメータ８０〜８４それぞれは、光ファイバの先端が球状に加工されたものであり、或いは、光ファイバの先端にレンズが接続されたものであって、コリメート機能を有する。光ファイバ型コリメータ８０〜８４それぞれは、該光ファイバを伝搬してきて先端に達した光をコリメートして出力し、或いは、外部より先端に達した光を集光して該光ファイバに伝搬させることができる。光ファイバ型コリメータ８０〜８４それぞれは、光軸がｘｙ平面に平行であって互いに平行となるように配置されている。
【００１７】
この光信号処理器１は光分波器として以下のように動作する。光ファイバ型コリメータ８０の先端よりコリメートされて出力された光は、透明部材１０の第１面１１０に形成された第１回折格子１１１に入力し、この第１回折格子１１１において波長に応じた回折角で回折されることにより波長分岐される。第１回折格子１１１により波長分岐された各波長の光は、透明部材１０内を伝搬して、透明部材１０の第２面１２０に向かう。波長分岐された各波長の光が第２面１２０へ入力する位置を含む領域には第２回折格子１２１が形成されている。第２回折格子１２１に入力した各波長の光は、この第２回折格子１２１において回折され、透明部材１０の外部へ出力される。第１回折格子１１１および第２回折格子１２１それぞれが互いに同一の構造のものであるので、第２回折格子１２１により回折されて外部へ出力する各波長の光の出射角（光の進行方向と第２面１２０の法線とがなす角度）は、第１回折格子１１１に入力する光の入射角（光の進行方向と第１面１１０の法線とがなす角度）と等しい。そして、第２回折格子１２１により回折されて外部へ出力する各波長の光は、光ファイバ型コリメータ８１〜８４のうちの何れかの光ファイバ型コリメータの先端に入力すると、集光されて当該光ファイバを伝搬していく。
【００１８】
このように、光信号処理器１は、光ファイバ型コリメータ８０の先端よりコリメートされて出力された光を、透明部材１０の第１回折格子１１１および第２回折格子１２１により波長分岐するとともに、その波長分岐した各波長の光を互いに平行にして透明部材１０より出力する。そして、光信号処理器１は、透明部材１０より光ファイバ型コリメータ８１の先端に到達した波長λ_１の光を当該光ファイバに伝搬させ、光ファイバ型コリメータ８２の先端に到達した波長λ_２の光を当該光ファイバに伝搬させ、光ファイバ型コリメータ８３の先端に到達した波長λ_３の光を当該光ファイバに伝搬させ、光ファイバ型コリメータ８４の先端に到達した波長λ_４の光を当該光ファイバに伝搬させる。以上のように、光信号処理器１は光分波器として動作することができる。
【００１９】
また、この光信号処理器１は、光ファイバ型コリメータ８１の先端よりコリメートされて出力された波長λ_１の光、光ファイバ型コリメータ８２の先端よりコリメートされて出力された波長λ_２の光、光ファイバ型コリメータ８３の先端よりコリメートされて出力された波長λ_３の光、および、光ファイバ型コリメータ８４の先端よりコリメートされて出力された波長λ_４の光を、透明部材１０の第２回折格子１２１および第１回折格子１１１により合波して、その合波した光を透明部材１０より出力する。そして、光信号処理器１は、透明部材１０より光ファイバ型コリメータ８０の先端に到達した波長λ_１〜λ_４の光を当該光ファイバに伝搬させる。以上のように、光信号処理器１は光合波器としても動作することができる。
【００２０】
図３は、第１実施形態に係る光信号処理器１の光分波特性を示す図である。ここでは、透明部材１０は石英ガラスからなり、透明部材１０の第１面１１０と第２面１２０との間の間隔は３０ｍｍであり、第１回折格子１１１および第２回折格子１２１それぞれの格子間隔は４μｍであった。また、光ファイバ型コリメータ８０の先端より出力され第１回折格子１１１へ入力する光は、広い波長範囲に亘ってスペクトルが平坦であって、入射角が１０度であった。この図には、光ファイバ型コリメータ８１〜８４ぞれぞれの先端に入力した光のスペクトルが示されている。この図から判るように、光信号処理器１は光分波器として動作することができる。
【００２１】
以上のように第１実施形態に係る光信号処理器１は光合波器または光分波器として動作することができる。また、この光信号処理器１は、合波または分波するための手段として、透明部材１０の表面に形成された透過型の第１回折格子１１１および第２回折格子１２１を含んでいる。このような透明部材１０は、切削などにより容易に作成され得る。また、型を用いてレプリカを作成するようにすれば、安価に透明部材１０が量産され得る。さらに、第１回折格子１１１および第２回折格子１２１の相対的な位置は、固定されており、設計値どおりとすることができる。したがって、この光信号処理器１は、所望の光学特性を有し、安価で、容易に製造され得る。
【００２２】
（第２実施形態）
次に、本発明の光信号処理器の第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係る光信号処理器２に含まれる透明部材２０の斜視図である。図５は、第２実施形態に係る光信号処理器２の平面図である。これらの図中には、説明の便宜のためにｘｙｚ直交座標系も示されている。図５は、ｚ軸方向に見たときの図であり、各波長の光の光路が一点鎖線で示されている。第２実施形態に係る光信号処理器２は、透明部材２０および光ファイバ９０〜９４を備える。
【００２３】
透明部材２０は、使用波長帯域において透明な材料からなり、例えば、石英ガラスからなり、或いは、一般に光学レンズ等に用いられているプラスティックからなる。透明部材２０は、互いに平行な第１面２１０および第２面２２０を有する。透明部材２０の第１面２１０には、第１空間的波長分岐手段として反射型の第１回折格子２１１が形成されている。また、透明部材２０の第２面２２０には、第２空間的波長分岐手段として反射型の第２回折格子２２１が形成されている。第１面２１０および第２面２２０それぞれは、ｙｚ平面に平行である。第１回折格子２１１および第２回折格子２２１それぞれは、格子方向がｚ軸に平行であり、互いに同一の格子周期を有していて、互いに同一の構造のものである。第１回折格子２１１および第２回折格子２２１それぞれは、アルミニウムおよび金などの金属により反射コーティングが施されている。
【００２４】
また、透明部材２０の第２面２２０上であって、第２回折格子２２１が形成されていない領域に、光入力窓２２２が設けられている。この光入力窓２２２は、表面が凸レンズ状に加工されており、透明部材２０の内部より外部へ出力する光を光ファイバ９０の端面に集光し、光ファイバ９０の端面より出力され透明部材２０の内部へ伝搬する光をコリメートする。
【００２５】
透明部材２０の第１面２１０上であって、第１回折格子２１１が形成されていない領域に、光出力窓２１３_１〜２１３_４が設けられている。この光出力窓２１３_１〜２１３_４は、表面が凸レンズ状に加工されており、透明部材２０の内部より外部へ出力する光を光ファイバ９１〜９４の端面に集光し、光ファイバ９１〜９４の端面より出力され透明部材２０の内部へ伝搬する光をコリメートする。
【００２６】
本実施形態においては、光入力窓２２２および光出力窓２１３_１〜２１３_４それぞれがコリメート機能を有しているので、光ファイバ９０〜９４それぞれはコリメート機能を有していない。光ファイバ９０〜９４それぞれは、光軸がｘｙ平面に平行であって互いに平行となるように配置されている。
【００２７】
光入力窓２２２、光出力窓２１３_１〜２１３_４、第１回折格子２１１および第２回折格子２１３それぞれの相対的位置関係は以下のとおりである。第１回折格子２１１における光の入射角をβ_０とし、第１回折格子２１１における波長λ_ｎの光の回折角をβ_ｎとし、第１回折格子２１１の格子間隔をΛとし、回折次数をｍとすると、
【００２８】
ｍλ_ｎ＝Λ（ｓｉｎβ_０＋ｓｉｎβ_ｎ）　　　　…（１）
【００２９】
なる関係式が成り立つ（ただし、ｎ＝１，２，３，４）。また、第１面２１０上の光の入力位置をＰ_０とし、第２面２２０上の波長λ_ｎの光の入力位置をＰ_ｎとし、第１面２１０と第２面２２０との間の距離をΔｔとすると、ｙ軸方向に関して点Ｐ_０と点Ｐ_ｎとの間の距離Ｌ_ｎは　Δｔ・ｔａｎβ_ｎ　で表される。そこで、光入力窓２２２のレンズの光軸と第１面２１０の法線とがなす角度を上記β_０とし、また、光出力窓２１３_ｎのレンズの光軸と第２面２２０の法線とがなす角度を上記β_０とする。光入力窓２２２のレンズの光軸と第１面２１０との交点Ｐ_０を含む領域に第１回折格子２１１が形成され、また、光出力窓２１３_ｎのレンズの光軸と第２面２２０との交点Ｐ_ｎを含む領域に第２回折格子２２１が形成される。
【００３０】
第２実施形態に係る光信号処理器２は具体的には以下のように構成される。透明部材２０は石英ガラスからなり、透明部材２０の第１面２１０と第２面２２０との間の間隔Δｔは３０ｍｍであり、第１回折格子２１１および第２回折格子２２１それぞれの格子間隔Λは１．６７μｍである。また、光入力窓２２２より第１回折格子２１１へ入力する光の入射角β_０は１５度である。このとき、回折次数ｍを１とすると、光ファイバ９０から光ファイバ９１へ透過する光の波長λ_１は１５１０ｎｍであり、光ファイバ９０から光ファイバ９２へ透過する光の波長λ_２は１５３０ｎｍであり、光ファイバ９０から光ファイバ９３へ透過する光の波長λ_３は１５５０ｎｍであり、光ファイバ９０から光ファイバ９４へ透過する光の波長λ_４は１５７０ｎｍである。ｙ軸方向に関して、点Ｐ_０と点Ｐ_１との間の距離Ｌ_１は２５．３５ｍｍであり、点Ｐ_０と点Ｐ_４との間の距離Ｌ_４は２７．９２ｍｍである。第２面２２０上で第２回折格子２２１が形成される領域は、ｙ軸方向に関して、上記の点Ｐ_１と点Ｐ_４との間の領域に加えて、その両側に２ｍｍ程度の領域を含むのが好適である。また、第１面２１０上で第１回折格子２１１が形成される領域は、ｙ軸方向に関して、上記の点Ｐ_０を挟んで両側に２ｍｍ程度の領域を含むのが好適である。
【００３１】
この光信号処理器２は光分波器として以下のように動作する。光ファイバ９０の先端より出力された光は、透明部材２０の第２面２２０に形成された光入力窓２２２に入力し、この光入力窓２２２によりコリメートされて透明部材２０内を伝搬し、透明部材２０の第１面２１０に向かう。光入力窓２２２より第１面２１０へ光が入力する位置を含む領域には第１回折格子２１１が形成されている。第１回折格子２１１に入力した光は、この第１回折格子２１１において波長に応じた回折角で回折されることにより波長分岐され、その後、透明部材２０内を伝搬して、透明部材２０の第２面２２０に向かう。波長分岐された各波長の光が第２面２２０へ入力する位置を含む領域には第２回折格子２２１が形成されている。
【００３２】
第２回折格子２２１に入力した各波長の光は、この第２回折格子２２１において回折され、その後、透明部材２０内を互いに平行に伝搬して、透明部材２０の第１面２１０に向かう。第２回折格子２２１より第１面２１０へ波長λ_１〜λ_４の光が入力する位置を含む領域には光出力窓２１３_１〜２１３_４が形成されている。光出力窓２１３_１に入力した波長λ_１の光は、光出力窓２１３_１により光ファイバ９１の端面に集光されて、光ファイバ９１を伝搬していく。光出力窓２１３_２に入力した波長λ_２の光は、光出力窓２１３_２により光ファイバ９２の端面に集光されて、光ファイバ９２を伝搬していく。光出力窓２１３_３に入力した波長λ_３の光は、光出力窓２１３_３により光ファイバ９３の端面に集光されて、光ファイバ９３を伝搬していく。また、光出力窓２１３_４に入力した波長λ_４の光は、光出力窓２１３_４により光ファイバ９４の端面に集光されて、光ファイバ９４を伝搬していく。
【００３３】
このように、光信号処理器２は、光ファイバ９０の先端より出力された光を、透明部材２０の第１回折格子２１１および第２回折格子２２１により波長分岐するとともに、その波長分岐した各波長の光を互いに平行にして透明部材２０より出力する。そして、光信号処理器２は、透明部材２０より光ファイバ９１の先端に到達した波長λ_１の光を該光ファイバ９１に伝搬させ、光ファイバ９２の先端に到達した波長λ_２の光を該光ファイバ９２に伝搬させ、光ファイバ９３の先端に到達した波長λ_３の光を該光ファイバ９３に伝搬させ、光ファイバ９４の先端に到達した波長λ_４の光を該光ファイバ９４に伝搬させる。以上のように、光信号処理器２は光分波器として動作することができる。
【００３４】
また、この光信号処理器２は、光ファイバ９１の先端より出力された波長λ_１の光、光ファイバ９２の先端より出力された波長λ_２の光、光ファイバ９３の先端より出力された波長λ_３の光、および、光ファイバ９４の先端より出力された波長λ_４の光を、透明部材２０の第２回折格子２２１および第１回折格子２１１により合波して、その合波した光を透明部材２０より出力する。そして、光信号処理器２は、透明部材２０より光ファイバ９０の先端に到達した波長λ_１〜λ_４の光を該光ファイバ９０に伝搬させる。以上のように、光信号処理器２は光合波器としても動作することができる。
【００３５】
以上のように第２実施形態に係る光信号処理器２は、光合波器または光分波器として動作することができ、第１実施形態に係る光信号処理器１と同様の効果を奏する。加えて、第２実施形態に係る光信号処理器２は、コリメート機能を有する光入力窓２２２および光出力窓２１３_１〜２１３_４が透明部材２０に形成されているので、コリメート機能を有しない光ファイバ９０〜９４を用いることができ、この点でも安価なものとなる。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、本発明の光信号処理器の第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態に係る光信号処理器３に含まれる透明部材３０の斜視図である。図７は、第３実施形態に係る光信号処理器３の平面図である。図８は、第３実施形態に係る光信号処理器３の側面図である。これらの図中には、説明の便宜のためにｘｙｚ直交座標系も示されている。図７はｚ軸方向に見たときの図であり、図８はｙ軸方向に見たときの図であり、両図において各波長の光の光路が一点鎖線で示されている。第３実施形態に係る光信号処理器３は、透明部材３０および光ファイバ型コリメータ８０〜８２を備える。
【００３７】
透明部材３０は、使用波長帯域において透明な材料からなり、例えば、石英ガラスからなり、或いは、一般に光学レンズ等に用いられているプラスティックからなる。透明部材３０は、互いに平行な第１面３１０および第２面３２０を有する。透明部材３０の第１面３１０には、第１空間的波長分岐手段として反射型の第１回折格子３１１が形成されている。また、透明部材３０の第２面３２０には、第２空間的波長分岐手段として反射型の第２回折格子３２１が形成されている。第１面３１０および第２面３２０それぞれは、ｙｚ平面に平行である。第１回折格子３１１および第２回折格子３２１それぞれは、格子方向がｚ軸に平行であり、互いに同一の格子周期を有していて、互いに同一の構造のものである。第１回折格子３１１および第２回折格子３２１それぞれは、アルミニウムおよび金などの金属により反射コーティングが施されている。
【００３８】
また、透明部材３０の第２面３２０上であって、第２回折格子３２１が形成されていない領域に、光入力窓３２２および光出力窓３２３が設けられている。透明部材３０の第１面３１０上であって、第１回折格子３１１が形成されていない領域に、光出力窓３１３が設けられている。これらの光入力窓３２２および光出力窓３２３，３１３それぞれは、第２実施形態の場合と異なり、表面が平坦である。したがって、本実施形態では、コリメート機能を有する光ファイバ型コリメータ８０〜８２が用いられる。なお、光入力窓３２２および光出力窓３２３それぞれはｚ軸方向に関して互いに同一の位置にある。また、光ファイバ型コリメータ８０〜８２それぞれは、光軸をｘｙ平面に投影したものが互いに平行となるように配置されている。
【００３９】
さらに、透明部材３０の第１面３１０上であって、第１回折格子３１１が形成されていない領域に、光路折り返し手段として反射ミラー３３１および反射ミラー３３２が形成されている。反射ミラー３３１，３３２は、所定の傾斜面となるように研削された上で、その傾斜面にアルミニウムや金などの金属により反射コーティングが施されたものである。反射ミラー３３１は、第２回折格子３２１より到達した波長λ_１の光の光路を第２回折格子３２１へ折り返すものである。また、反射ミラー３３２は、第２回折格子３２１より到達した波長λ_３およびλ_４それぞれの光の光路を第２回折格子３２１へ折り返すものである。なお、光路を折り返すとは、入射光路（往路）および反射光路（復路）それぞれをｘｙ平面に投影したときに互いに一致することを意味する。反射ミラー３３１，３３２の反射面は、ｘｙ平面に平行な断面で見たときにｙｚ平面に対して角度β_０（第１面３１０の法線と光の光軸とがなす角度）だけ傾斜しており（図７）、また、ｘｚ平面に平行な断面で見たときにもｙｚ平面に対して傾斜している（図８）。光ファイバ型コリメータ８０，８２それぞれの光軸はｘｙ平面に平行であり、光ファイバ型コリメータ８１の光軸はｘｙ平面に対して傾斜している（図８）。
【００４０】
この光信号処理器３は光分波器として以下のように動作する。光ファイバ型コリメータ８０の先端よりコリメートされて出力された光は、透明部材３０の第２面３２０の光入力窓３２２に入力し、この光入力窓３２２より透明部材３０内を伝搬し、透明部材３０の第１面３１０に向かう。光入力窓３２２より第１面３１０へ光が入力する位置を含む領域には第１回折格子３１１が形成されている。第１回折格子３１１に入力した光は、この第１回折格子３１１において波長に応じた回折角で回折されることにより波長分岐され、その後、透明部材３０内を伝搬して、透明部材３０の第２面３２０に向かう。波長分岐された各波長の光が第２面３２０へ入力する位置を含む領域には第２回折格子３２１が形成されている。
【００４１】
第２回折格子３２１に入力した各波長の光は、この第２回折格子３２１において回折され、その後、透明部材３０内を互いに平行に伝搬して、透明部材３０の第１面３１０に向かう。第２回折格子３２１より第１面３１０へ波長λ_２の光が入力する位置を含む領域には光出力窓３１３が形成されている。光出力窓３１３に入力した波長λ_２の光は、光出力窓３１３より外部へ出力され、光ファイバ型コリメータ８２の先端に入力すると、集光されて当該光ファイバを伝搬していく。
【００４２】
第２回折格子３２１より第１面３１０へ波長λ_１の光が入力する位置を含む領域には反射ミラー３３１が形成されており、この反射ミラー３３１に入力した波長λ_１の光は、反射ミラー３３１により光路が折り返される。また、第２回折格子３２１より第１面３１０へ波長λ_３，λ_４の光が入力する位置を含む領域には反射ミラー３３２が形成されており、この反射ミラー３３２に入力した波長λ_３，λ_４の光は、反射ミラー３３２により光路が折り返される。反射ミラー３３１，３３２により光路が折り返された波長λ_１，λ_３，λ_４の光は、ｘｙ平面に投影したときに往路とは逆に進む復路を進んで、第２回折格子３２１および第１回折格子３１１を経て合波され、第２面３２０の光出力面３２３より外部へ出力され、光ファイバ型コリメータ８１の先端に入力すると、集光されて当該光ファイバを伝搬していく。
【００４３】
このように、光信号処理器３は、光ファイバ型コリメータ８０の先端より出力された光を透明部材３０の第１回折格子３１１および第２回折格子３２１により波長分岐し、そのうち、光出力面３１３に到達した波長λ_２の光を光ファイバ型コリメータ８２へ出力し、反射ミラー３３１，３３２に到達した波長λ_１，λ_３，λ_４の光を第２回折格子３２１および第１回折格子３１１により合波して光ファイバ型コリメータ８１へ出力する。以上のように、光信号処理器３は、波長λ_１〜λ_４の光を入力して、波長λ_２の光と波長λ_１，λ_３，λ_４の光とに分波することができ、光分波器として動作することができる。
【００４４】
また、この光信号処理器３は、光ファイバ型コリメータ８２の先端より出力された波長λ_２の光、および、光ファイバ型コリメータ８１の先端より出力された波長λ_１，λ_３，λ_４の光を、透明部材３０の第１回折格子３１１および第２回折格子３２１により合波して、その合波した光を透明部材３０より出力する。そして、光信号処理器３は、透明部材３０より光ファイバ型コリメータ８０の先端に到達した波長λ_１〜λ_４の光を当該光ファイバに伝搬させる。以上のように、光信号処理器３は、波長λ_２の光と波長λ_１，λ_３，λ_４の光とを入力して、これらを合波して出力することができ、光合波器としても動作することができる。
【００４５】
図９は、第３実施形態に係る光信号処理器３の光分波特性を示す図である。同図（ａ）は、光ファイバ型コリメータ８０の先端より透明部材３０の光入力窓３２２へ入力する光のスペクトルを示し、同図（ｂ）は、透明部材３０の光出力窓３２３より光ファイバ型コリメータ８１の先端へ出力される光のスペクトルを示し、同図（ｃ）は、透明部材３０の光出力窓３１３より光ファイバ型コリメータ８２の先端へ出力される光のスペクトルを示す。この図に示されるように、光ファイバ型コリメータ８０の先端より波長λ_１〜λ_４の光が透明部材３０の光入力窓３２２へ入力すると、そのうち、波長λ_１，λ_３，λ_４の光は、透明部材３０の光出力窓３２３より光ファイバ型コリメータ８１の先端へ出力され、波長λ_２の光は、透明部材３０の光出力窓３１３より光ファイバ型コリメータ８２の先端へ出力される。逆に、光ファイバ型コリメータ８１の先端より波長λ_１，λ_３，λ_４の光が透明部材３０の光出力窓３２３へ入力し、光ファイバ型コリメータ８２の先端より波長λ_２の光が透明部材３０の光出力窓３１３へ入力すると、それらの光が合波されて、波長λ_１〜λ_４の光が透明部材３０の光入力窓３２２より光ファイバ型コリメータ８０の先端へ出力される。
【００４６】
以上のように第３実施形態に係る光信号処理器３は、光合波器または光分波器として動作することができ、第１実施形態に係る光信号処理器３と同様の効果を奏する。加えて、第３実施形態に係る光信号処理器３は、波長毎に合分波するのではなく、入力した多波長の光を２つの波長域に分波することができ、また、入力した２波長域の光を合波することができる。
【００４７】
なお、第１面３１０側に設けられる光路折り返し手段としては、上述した構成の反射ミラーだけでなく、図１０および図１１それぞれに示されるような他の構成のものも可能である。
【００４８】
図１０は、第３実施形態に係る光信号処理器３の第１変形例の側面図である。この図はｙ軸方向に見たときの図である。この図に示される光路折り返し手段としての反射ミラー３３３は、透明部材３０Ａの第１面３１０上であって、第１回折格子３１１が形成されていない領域に形成されている。反射ミラー３３３は、所定の傾斜面となるように研削された上で、その傾斜面にアルミニウムや金などの金属により反射コーティングが施されたものである。反射ミラー３３３の反射面は、ｘｙ平面に平行な断面で見たときにｙｚ平面に対して角度β_０（第１面３１０の法線と光の光軸とがなす角度）だけ傾斜しているが、ｘｚ平面に平行な断面で見たときにはｙｚ平面に対して平行である。そして、光ファイバ型コリメータ８０〜８２それぞれの光軸はｘｙ平面に対して傾斜している。
【００４９】
図１１は、第３実施形態に係る光信号処理器３の第２変形例の側面図である。この図もｙ軸方向に見たときの図である。この図に示される光路折り返し手段としての直角プリズム３３４は、透明部材３０Ｂの第１面３１０上であって、第１回折格子３１１が形成されていない領域に形成されていて、反射ミラー３３４_１と反射ミラー３３４_２とを含む。反射ミラー３３４_１，３３４_２は、所定の傾斜面となるように研削された上で、その傾斜面にアルミニウムや金などの金属により反射コーティングが施されたものである。反射ミラー３３４_１および反射ミラー３３４_２それぞれの反射面は、ｘｙ平面に対して４５度だけ傾斜し、互いに直交していて、これにより直角プリズム３３４を構成している。反射ミラー３３４_１および反射ミラー３３４_２それぞれの反射面の交線は、ｘｙ平面に平行であって、ｙｚ平面に対して角度β_０（第１面３１０の法線と光の光軸とがなす角度）だけ傾斜している。そして、光ファイバ型コリメータ８０〜８２それぞれの光軸はｘｙ平面に平行である。この直角プリズム３３４は、第２回折格子３２１より到達した光を反射ミラー３３４_１および反射ミラー３３４_２より順次に反射させて、光路を折り返す。
【００５０】
（第４実施形態）
次に、本発明の光信号処理器の第４実施形態について説明する。図１２は、第４実施形態に係る光信号処理器４に含まれる透明部材４０の斜視図である。図１３は、第４実施形態に係る光信号処理器４の平面図である。図１４は、第４実施形態に係る光信号処理器４の側面図である。これらの図中には、説明の便宜のためにｘｙｚ直交座標系も示されている。図１３はｚ軸方向に見たときの図であり、図１４はｙ軸方向に見たときの図であり、両図において各波長の光の光路が一点鎖線で示されている。また、図１４（ａ）〜（ｄ）は、ｙ軸方向に関して異なる位置における断面を示す。第４実施形態に係る光信号処理器４は、透明部材４０および光ファイバ型コリメータ８０〜８２を備える。
【００５１】
透明部材４０は、使用波長帯域において透明な材料からなり、例えば、石英ガラスからなり、或いは、一般に光学レンズ等に用いられているプラスティックからなる。透明部材４０は、互いに平行な第１面４１０および第２面４２０を有する。透明部材４０の第１面４１０には、第１空間的波長分岐手段として反射型の第１回折格子４１１が形成されている。また、透明部材４０の第２面４２０には、第２空間的波長分岐手段として反射型の第２回折格子４２１が形成されている。第１面４１０および第２面４２０それぞれは、ｙｚ平面に平行である。第１回折格子４１１および第２回折格子４２１それぞれは、格子方向がｚ軸に平行であり、互いに同一の格子周期を有していて、互いに同一の構造のものである。第１回折格子４１１および第２回折格子４２１それぞれは、アルミニウムおよび金などの金属により反射コーティングが施されている。
【００５２】
また、透明部材４０の第２面４２０上であって、第２回折格子４２１が形成されていない領域に、光入力窓４２２および光出力窓４２３_１〜４２３_４が設けられている。これらの光入力窓４２２および光出力窓４２３_１〜４２３_４それぞれは表面が平坦である。したがって、本実施形態では、コリメート機能を有する光ファイバ型コリメータ８０〜８４が用いられる。また、光ファイバ型コリメータ８０〜８４それぞれは、光軸がｘｙ平面に平行であり、光軸をｘｙ平面に投影したものが互いに一致する。
【００５３】
さらに、透明部材４０の第１面４１０上であって、第１回折格子４１１が形成されていない領域に、光路折り返し手段として直角プリズム４３１〜４３４が形成されている。直角プリズム４３１〜４３４それぞれは、図１１に示された直角プリズム３３４と同様の構成のものである。直角プリズム４３１は反射ミラー４３１_１と反射ミラー４３１_２とを含む。直角プリズム４３２は反射ミラー４３２_１と反射ミラー４３２_２とを含む。直角プリズム４３３は反射ミラー４３３_１と反射ミラー４３３_２とを含む。直角プリズム４３４は反射ミラー４３４_１と反射ミラー４３４_２とを含む。反射ミラー４３１_１，４３１_２，４３２_１，４３２_２，４３３_１，４３３_２，４３４_１，４３４_２それぞれは、所定の傾斜面となるように研削された上で、その傾斜面にアルミニウムや金などの金属により反射コーティングが施されたものである。
【００５４】
反射ミラー４３１_１および反射ミラー４３１_２それぞれの反射面は、ｘｙ平面に対して４５度だけ傾斜し、互いに直交していて、これにより直角プリズム４３１を構成している。反射ミラー４３１_１および反射ミラー４３１_２それぞれの反射面の交線は、ｘｙ平面に平行であって、ｙｚ平面に対して角度β_０（第１面４１０の法線と光の光軸とがなす角度）だけ傾斜している。そして、この直角プリズム４３１は、第２回折格子４２１より到達した光を反射ミラー４３１_１および反射ミラー４３１_２より順次に反射させて、光路を折り返す。直角プリズム４３２〜４３４それぞれも同様である。
【００５５】
光路折り返し手段としての直角プリズム４３１〜４３４それぞれは、第２回折格子４２１より到達した光を、ｘｙ平面に投影したときに往路とは逆に進む復路へ出力するものである。また、直角プリズム４３１〜４３４それぞれより出力される光の光路は、ｚ軸方向に関して互いに異なっている。図１４（ａ）は、直角プリズム４３１による波長λ_１の光の光路の折り返しを示すものであり、図１４（ｂ）は、直角プリズム４３２による波長λ_２の光の光路の折り返しを示すものであり、図１４（ｃ）は、直角プリズム４３３による波長λ_３の光の光路の折り返しを示すものであり、図１４（ｄ）は、また、直角プリズム４３４による波長λ_４の光の光路の折り返しを示すものである。
【００５６】
この光信号処理器４は光分波器として以下のように動作する。光ファイバ型コリメータ８０の先端よりコリメートされて出力された光は、透明部材４０の第２面４２０の光入力窓４２２に入力し、この光入力窓４２２より透明部材４０内を伝搬し、透明部材４０の第１面４１０に向かう。光入力窓４２２より第１面４１０へ光が入力する位置を含む領域には第１回折格子４１１が形成されている。第１回折格子４１１に入力した光は、この第１回折格子４１１において波長に応じた回折角で回折されることにより波長分岐され、その後、透明部材４０内を伝搬して、透明部材４０の第２面４２０に向かう。波長分岐された各波長の光が第２面４２０へ入力する位置を含む領域には第２回折格子４２１が形成されている。
【００５７】
第２回折格子４２１に入力した各波長の光は、この第２回折格子４２１において回折され、その後、透明部材４０内を互いに平行に伝搬して、透明部材４０の第１面４１０に向かう。第２回折格子４２１より第１面４１０へ波長λ_１の光が入力する位置を含む領域には直角プリズム４３１が形成されており、この直角プリズム４３１に入力した波長λ_１の光は、この直角プリズム４３１により光路が折り返される。第２回折格子４２１より第１面４１０へ波長λ_２の光が入力する位置を含む領域には直角プリズム４３２が形成されており、この直角プリズム４３２に入力した波長λ_２の光は、この直角プリズム４３２により光路が折り返される。第２回折格子４２１より第１面４１０へ波長λ_３の光が入力する位置を含む領域には直角プリズム４３３が形成されており、この直角プリズム４３３に入力した波長λ_３の光は、この直角プリズム４３３により光路が折り返される。また、第２回折格子４２１より第１面４１０へ波長λ_４の光が入力する位置を含む領域には直角プリズム４３４が形成されており、この直角プリズム４３４に入力した波長λ_４の光は、この直角プリズム４３４により光路が折り返される。
【００５８】
直角プリズム４３１により光路が折り返された波長λ_１の光は、ｘｙ平面に投影したときに往路とは逆に進む復路を進んで、第２回折格子４２１および第１回折格子４１１を経て合波され、第２面４２０の光出力面４２３_１より外部へ出力され、光ファイバ型コリメータ８１の先端に入力すると、集光されて当該光ファイバを伝搬していく。直角プリズム４３２により光路が折り返された波長λ_２の光は、ｘｙ平面に投影したときに往路とは逆に進む復路を進んで、第２回折格子４２１および第１回折格子４１１を経て合波され、第２面４２０の光出力面４２３_２より外部へ出力され、光ファイバ型コリメータ８２の先端に入力すると、集光されて当該光ファイバを伝搬していく。直角プリズム４３３により光路が折り返された波長λ_３の光は、ｘｙ平面に投影したときに往路とは逆に進む復路を進んで、第２回折格子４２１および第１回折格子４１１を経て合波され、第２面４２０の光出力面４２３_３より外部へ出力され、光ファイバ型コリメータ８３の先端に入力すると、集光されて当該光ファイバを伝搬していく。また、直角プリズム４３４により光路が折り返された波長λ_４の光は、ｘｙ平面に投影したときに往路とは逆に進む復路を進んで、第２回折格子４２１および第１回折格子４１１を経て合波され、第２面４２０の光出力面４２３_４より外部へ出力され、光ファイバ型コリメータ８４の先端に入力すると、集光されて当該光ファイバを伝搬していく。
【００５９】
このように、光信号処理器４は、光ファイバ型コリメータ８０の先端より出力された光を透明部材４０の第１回折格子４１１および第２回折格子４２１により波長分岐し、直角プリズム４３１〜４３４により各波長の光の往路と復路とをｚ軸方向に関して互いに異なるものとし、その各波長の光を第２回折格子４２１および第１回折格子４２１を経て光ファイバ型コリメータ８１〜８４へ出力する。以上のように、光信号処理器４は光分波器として動作することができる。
【００６０】
また、この光信号処理器４は、光ファイバ型コリメータ８１の先端より出力された波長λ_１の光、光ファイバ型コリメータ８２の先端より出力された波長λ_２の光、光ファイバ型コリメータ８３の先端より出力された波長λ_２の光、および、光ファイバ型コリメータ８４の先端より出力された波長λ_４の光を、透明部材４０の第１回折格子４１１および第２回折格子４２１により合波して、その合波した光を透明部材４０より出力する。そして、光信号処理器４は、透明部材４０より光ファイバ型コリメータ８０の先端に到達した波長λ_１〜λ_４の光を当該光ファイバに伝搬させる。以上のように、光信号処理器４は光合波器としても動作することができる。
【００６１】
図１５は、第４実施形態に係る光信号処理器４の光分波特性を示す図である。ここでは、光ファイバ型コリメータ８０の先端より出力され光入力窓４２２を経て第１回折格子４１１へ入力する光は、広い波長範囲に亘ってスペクトルが平坦であるとして、この図には、光ファイバ型コリメータ８１〜８４ぞれぞれの先端に入力した光のスペクトルが示されている。この図から判るように、光信号処理器４は光分波器として動作することができる。また、図３に示された光信号処理器１の光分波特性と比較して、図１５に示された光信号処理器４の光分波特性は、波長λ_１〜λ_４それぞれを中心とする或る波長域に亘って平坦である。これは、光信号処理器４では、光ファイバ型コリメータ８０から直角プリズム４３１〜４３４へ至る光の往路と、直角プリズム４３１〜４３４から光ファイバ型コリメータ８１〜８４へ至る光の復路とが、互いに同等のものであるからである。
【００６２】
以上のように第４実施形態に係る光信号処理器４は、光合波器または光分波器として動作することができ、第１実施形態に係る光信号処理器１と同様の効果を奏する。加えて、第４実施形態に係る光信号処理器４は、図１５に示されたような特性を有することから、分波または合波すべき光の波長が多少変動しても、或いは、温度変化等により分波または合波の中心波長が変動しても、所望の光学特性を維持することができる。
【００６３】
（第５実施形態）
次に、本発明の光信号処理器の第５実施形態について説明する。図１６は、第５実施形態に係る光信号処理器５の平面図である。この図中には、説明の便宜のためにｘｙｚ直交座標系も示されている。図１６はｙ軸方向に見たときの図であり、各波長の光の光路が一点鎖線で示されている。第５実施形態に係る光信号処理器５は、透明部材５０および光ファイバ型コリメータ８０，８１を備える。
【００６４】
透明部材５０は、使用波長帯域において透明な材料からなり、例えば、石英ガラスからなり、或いは、一般に光学レンズ等に用いられているプラスティックからなる。透明部材５０は、互いに平行な第１面５１０および第２面５２０を有する。透明部材５０の第１面５１０には、第１空間的波長分岐手段として反射型の第１回折格子５１１が形成されている。また、透明部材５０の第２面５２０には、第２空間的波長分岐手段として反射型の第２回折格子５２１が形成されている。第１面５１０および第２面５２０それぞれは、ｙｚ平面に平行である。第１回折格子５１１および第２回折格子５２１それぞれは、格子方向がｚ軸に平行であり、互いに同一の格子周期を有していて、互いに同一の構造のものである。第１回折格子５１１および第２回折格子５２１それぞれは、アルミニウムおよび金などの金属により反射コーティングが施されている。
【００６５】
また、透明部材５０の第２面５２０上であって、第２回折格子５２１が形成されていない領域に、光入力窓５２２および光出力窓５２３が設けられている。これらの光入力窓５２２および光出力窓５２３それぞれは表面が平坦である。したがって、本実施形態では、コリメート機能を有する光ファイバ型コリメータ８０，８１が用いられる。また、光ファイバ型コリメータ８０，８１それぞれは、光軸をｘｙ平面に投影したものが互いに一致する。
【００６６】
さらに、透明部材５０の第１面５１０上であって、第１回折格子５１１が形成されていない領域に、光路折り返し手段として反射ミラー５３１〜５３４が形成されている。反射ミラー５３１〜５３４それぞれは、図８または図１０に示された反射ミラーと同様の構成のものであり、アルミニウムや金などの金属により反射コーティングが施されたものである。反射ミラー５３１〜５３４それぞれは、第２回折格子４２１より到達した光を反射させて、ｘｙ平面に投影したときに往路とは逆に進む復路へ出力するものである。また、反射ミラー５３１〜５３４それぞれによる光路折り返し位置は、波長により異なっている。
【００６７】
この光信号処理器５は以下のように動作する。光ファイバ型コリメータ８０の先端よりコリメートされて出力された光は、透明部材５０の第２面５２０の光入力窓５２２に入力し、この光入力窓５２２より透明部材５０内を伝搬し、透明部材５０の第１面５１０に向かう。光入力窓５２２より第１面５１０へ光が入力する位置を含む領域には第１回折格子５１１が形成されている。第１回折格子５１１に入力した光は、この第１回折格子５１１において波長に応じた回折角で回折されることにより波長分岐され、その後、透明部材５０内を伝搬して、透明部材５０の第２面５２０に向かう。波長分岐された各波長の光が第２面５２０へ入力する位置を含む領域には第２回折格子５２１が形成されている。
【００６８】
第２回折格子５２１に入力した各波長の光は、この第２回折格子５２１において回折され、その後、透明部材５０内を互いに平行に伝搬して、透明部材５０の第１面５１０に向かう。第２回折格子５２１より第１面５１０へ波長λ_１の光が入力する位置を含む領域には反射ミラー５３１が形成されており、この反射ミラー５３１に入力した波長λ_１の光は、この反射ミラー５３１により光路が折り返される。第２回折格子５２１より第１面５１０へ波長λ_２の光が入力する位置を含む領域には反射ミラー５３２が形成されており、この反射ミラー５３２に入力した波長λ_２の光は、この反射ミラー５３２により光路が折り返される。第２回折格子５２１より第１面５１０へ波長λ_３の光が入力する位置を含む領域には反射ミラー５３３が形成されており、この反射ミラー５３３に入力した波長λ_３の光は、この反射ミラー５３３により光路が折り返される。また、第２回折格子５２１より第１面５１０へ波長λ_４の光が入力する位置を含む領域には反射ミラー５３４が形成されており、この反射ミラー５３４に入力した波長λ_４の光は、この反射ミラー５３４により光路が折り返される。
【００６９】
反射ミラー５３１〜５３４により光路が折り返された波長λ_１〜λ_４の光は、ｘｙ平面に投影したときに往路とは逆に進む復路を進んで、第２回折格子５２１および第１回折格子５１１を経て合波され、第２面５２０の光出力面５２３より外部へ出力され、光ファイバ型コリメータ８１の先端に入力すると、集光されて当該光ファイバを伝搬していく。
【００７０】
このように、光信号処理器５は、光ファイバ型コリメータ８０の先端より出力された光を透明部材５０の第１回折格子５１１および第２回折格子５２１により波長分岐し、反射ミラー５３１〜５３４により各波長の光の往路と復路とをｚ軸方向に関して互いに異なるものとし、その各波長の光を第２回折格子５２１および第１回折格子５２１を経て合波して、光ファイバ型コリメータ８１へ出力する。光ファイバ型コリメータ８０から光ファイバ型コリメータ８１へ至る波長λ_１〜λ_４それぞれの光の群遅延は、反射ミラー５３１〜５３４それぞれにおける光路折り返し位置に応じたものとなる。以上のように、光信号処理器５は分散調整器として動作することができる。
【００７１】
以上のように第５実施形態に係る光信号処理器５は、分散調整器として動作することができる。また、この光信号処理器５は、波長分岐するための手段として、透明部材５０の表面に形成された反射型の第１回折格子５１１および第２回折格子５２１を含んでいる。このような透明部材５０は、切削などにより容易に作成され得る。また、型を用いてレプリカを作成するようにすれば、安価に透明部材５０が量産され得る。さらに、第１回折格子５１１および第２回折格子５２１の相対的な位置は、固定されており、設計値どおりとすることができる。したがって、この光信号処理器５は、所望の光学特性を有し、安価で、容易に製造され得る。また、この光信号処理器５は、第４実施形態の場合と同様に、分散調整すべき光の波長が多少変動しても、或いは、温度変化等により分散調整の中心波長が変動しても、所望の光学特性を維持することができる。
【００７２】
なお、本実施形態において、光路折り返し手段として、反射ミラー５３１〜５３４に替えて、図１１に示されたような構成の直角プリズムが用いられてもよい。
【００７３】
（第６実施形態）
次に、本発明の光信号処理器の第６実施形態について説明する。図１７は、第６実施形態に係る光信号処理器６の平面図である。図１８は、第６実施形態に係る光信号処理器６の側面図である。これらの図中には、説明の便宜のためにｘｙｚ直交座標系も示されている。図１７はｚ軸方向に見たときの図であり、図１８はｙ軸方向に見たときの図であり、両図において各波長の光の光路が一点鎖線で示されている。第６実施形態に係る光信号処理器６は、透明部材６０、直角プリズム６３１〜６３４、および、光ファイバ型コリメータ８０，８１を備える。
【００７４】
透明部材６０は、使用波長帯域において透明な材料からなり、例えば、石英ガラスからなり、或いは、一般に光学レンズ等に用いられているプラスティックからなる。透明部材６０は、互いに平行な第１面６１０および第２面６２０を有する。透明部材６０の第１面６１０には、第１空間的波長分岐手段として反射型の第１回折格子６１１が形成されている。また、透明部材６０の第２面６２０には、第２空間的波長分岐手段として反射型の第２回折格子６２１が形成されている。第１面６１０および第２面６２０それぞれは、ｙｚ平面に平行である。第１回折格子６１１および第２回折格子６２１それぞれは、格子方向がｚ軸に平行であり、互いに同一の格子周期を有していて、互いに同一の構造のものである。第１回折格子６１１および第２回折格子６２１それぞれは、アルミニウムおよび金などの金属により反射コーティングが施されている。
【００７５】
また、透明部材６０の第２面６２０上であって、第２回折格子６２１が形成されていない領域に、光入力窓６２２および光出力窓６２３が設けられている。これらの光入力窓６２２および光出力窓６２３それぞれは表面が平坦である。したがって、本実施形態では、コリメート機能を有する光ファイバ型コリメータ８０，８１が用いられる。また、光ファイバ型コリメータ８０，８１それぞれは、光軸をｘｙ平面に投影したものが互いに一致する。
【００７６】
さらに、透明部材６０の第１面６１０上であって、第１回折格子６１１が形成されていない領域に、第２回折格子６２１より第１面６１０に到達した各波長の光を外部へ出力する窓が形成されており、その各波長の光の外部の光路上に光路折り返し手段として直角プリズム６３１〜６３４が設けられている。直角プリズム６３１は波長λ_１の光の光路を折り返すものであり、直角プリズム６３２は波長λ_２の光の光路を折り返すものであり、直角プリズム６３３は波長λ_３の光の光路を折り返すものであり、直角プリズム６３４は波長λ_４の光の光路を折り返すものである。直角プリズム６３１〜６３４それぞれは、光路に平行な方向に移動することが可能である。
【００７７】
この光信号処理器６は以下のように動作する。光ファイバ型コリメータ８０の先端よりコリメートされて出力された光は、透明部材６０の第２面６２０の光入力窓６２２に入力し、この光入力窓６２２より透明部材６０内を伝搬し、透明部材６０の第１面６１０に向かう。光入力窓６２２より第１面６１０へ光が入力する位置を含む領域には第１回折格子６１１が形成されている。第１回折格子６１１に入力した光は、この第１回折格子６１１において波長に応じた回折角で回折されることにより波長分岐され、その後、透明部材６０内を伝搬して、透明部材６０の第２面６２０に向かう。波長分岐された各波長の光が第２面６２０へ入力する位置を含む領域には第２回折格子６２１が形成されている。
【００７８】
第２回折格子６２１に入力した各波長の光は、この第２回折格子６２１において回折され、その後、透明部材６０内を互いに平行に伝搬して、透明部材６０の第１面６１０に向かい、第１面６１０より外部へ出力される。第１面６１０より外部へ出力された波長λ_１の光は、直角プリズム６３１により光路が折り返される。第１面６１０より外部へ出力された波長λ_２の光は、直角プリズム６３２により光路が折り返される。第１面６１０より外部へ出力された波長λ_３の光は、直角プリズム６３３により光路が折り返される。また、第１面６１０より外部へ出力された波長λ_４の光は、直角プリズム６３４により光路が折り返される。
【００７９】
直角プリズム６３１〜６３４により光路が折り返された波長λ_１〜λ_４の光は、ｘｙ平面に投影したときに往路とは逆に進む復路を進んで、第１面６１０より透明部材６０内に入り、第２回折格子６２１および第１回折格子６１１を経て合波され、第２面６２０の光出力面６２３より外部へ出力され、光ファイバ型コリメータ８１の先端に入力すると、集光されて当該光ファイバを伝搬していく。
【００８０】
このように、光信号処理器６は、光ファイバ型コリメータ８０の先端より出力された光を透明部材６０の第１回折格子６１１および第２回折格子６２１により波長分岐し、透明部材６０の外部に設けた直角プリズム６３１〜６３４により各波長の光の往路と復路とをｚ軸方向に関して互いに異なるものとし、その各波長の光を第２回折格子６２１および第１回折格子６２１を経て合波して、光ファイバ型コリメータ８１へ出力する。光ファイバ型コリメータ８０から光ファイバ型コリメータ８１へ至る波長λ_１〜λ_４それぞれの光の群遅延は、直角プリズム６３１〜６３４それぞれにおける光路折り返し位置に応じたものとなる。また、直角プリズム６３１〜６３４それぞれの位置が可変であるので、光ファイバ型コリメータ８０から光ファイバ型コリメータ８１へ至る波長λ_１〜λ_４それぞれの光の群遅延も可変である。以上のように、光信号処理器６は、分散調整量が可変の分散調整器として動作することができる。
【００８１】
以上のように第６実施形態に係る光信号処理器６は、分散調整量が可変の分散調整器として動作することができ、第５実施形態に係る光信号処理器５と同様の効果を奏する。
【００８２】
なお、本実施形態において、光路折り返し手段として、直角プリズム６３１〜６３４に替えて、傾斜角が可変の反射ミラーが透明部材６０の外部に設けられてもよい。図１９は、第６実施形態に係る光信号処理器６の変形例の側面図である。この変形例の光信号処理器は、光ファイバ型コリメータ８０，８１に加えて光ファイバ型コリメータ８２を備え、傾斜角が可変の反射ミラー６４１〜６４４を透明部材６０の外部に備えている。反射ミラー６４１〜６４４それぞれの傾斜角に応じて、光ファイバ型コリメータ８０の先端より出力された光のうち、或る波長域の光を光ファイバ型コリメータ８１へ出力し、他の或る波長域の光を光ファイバ型コリメータ８２へ出力することができる。また、光ファイバ型コリメータ８１の先端より出力された或る波長域の光と、光ファイバ型コリメータ８２の先端より出力された他の或る波長域の光とを合波して、その合波した光を光ファイバ型コリメータ８０へ出力することができる。このように、この変形例の光信号処理器は、光分波器または光合波器として動作することができ、また、反射ミラー６４１〜６４４それぞれが光路に平行な方向に移動することが可能であれば、その光分波または光合波の際に各波長の光の波長分散を調整することができる。
【００８３】
また、本実施形態において、反射型の回折格子が形成された透明部材６０に替えて、透過型の回折格子が形成された透明部材が用いられてもよい。後者の場合には、光ファイバ型コリメータ８０から出力された光は、透明部材の第１面に形成された透過型の第１回折格子により回折されて透明部材内を伝搬し、第２面に形成された透過型の第２回折格子により回折されて透明部材外部へ出力され、光路折り返し手段としての反射ミラーまたは直角プリズムにより光路を折り返され、透明部材の第２回折格子および第１回折格子それぞれを順次に経て合波され、光ファイバ型コリメータ８１へ出力される。この場合にも、この光信号処理器は分散調整器として動作することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、第１空間的波長分岐手段および第２空間的波長分岐手段が１つの透明部材の表面に形成されているので、所望の光学特性を有する光信号処理器が容易に実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る光信号処理器１に含まれる透明部材１０の斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る光信号処理器１の平面図である。
【図３】第１実施形態に係る光信号処理器１の光分波特性を示す図である。
【図４】第２実施形態に係る光信号処理器２に含まれる透明部材２０の斜視図である。
【図５】第２実施形態に係る光信号処理器２の平面図である。
【図６】第３実施形態に係る光信号処理器３に含まれる透明部材３０の斜視図である。
【図７】第３実施形態に係る光信号処理器３の平面図である。
【図８】第３実施形態に係る光信号処理器３の側面図である。
【図９】第３実施形態に係る光信号処理器３の光分波特性を示す図である。
【図１０】第３実施形態に係る光信号処理器３の第１変形例の側面図である。
【図１１】第３実施形態に係る光信号処理器３の第２変形例の側面図である。
【図１２】第４実施形態に係る光信号処理器４に含まれる透明部材４０の斜視図である。
【図１３】第４実施形態に係る光信号処理器４の平面図である。
【図１４】第４実施形態に係る光信号処理器４の側面図である。
【図１５】第４実施形態に係る光信号処理器４の光分波特性を示す図である。
【図１６】第５実施形態に係る光信号処理器５の平面図である。
【図１７】第６実施形態に係る光信号処理器６の平面図である。
【図１８】第６実施形態に係る光信号処理器６の側面図である。
【図１９】第６実施形態に係る光信号処理器６の変形例の側面図である。
【符号の説明】
１〜６…光信号処理器、１０…透明部材、１１０…第１面、１１１…第１回折格子、１２０…第２面、１２１…第２回折格子、２０…透明部材、２１０…第１面、２１１…第１回折格子、２１３…光出力窓、２２０…第２面、２２１…第２回折格子、２２２…光入力窓、３０…透明部材、３１０…第１面、３１１…第１回折格子、３１２…光出力窓、３２０…第２面、３２１…第２回折格子、３２２…光入力窓、３２３…光出力窓、３３１〜３３３…反射ミラー、３３４…直角プリズム、４０…透明部材、４１０…第１面、４１１…第１回折格子、４２０…第２面、４２１…第２回折格子、４２２…光入力窓、４２３…光出力窓、４３１〜４３４…直角プリズム、５０…透明部材、５１０…第１面、５１１…第１回折格子、５２０…第２面、５２１…第２回折格子、５２２…光入力窓、５２３…光出力窓、５３１〜５３４…反射ミラー、６０…透明部材、６１０…第１面、６１１…第１回折格子、６２０…第２面、６２１…第２回折格子、６２２…光入力窓、６２３…光出力窓、６３１〜６３４…直角プリズム、８０〜８４…光ファイバ型コリメータ、９０〜９４…光ファイバ。

Claims

透明部材の第１面に第１空間的波長分岐手段が形成され、前記透明部材の前記第１面と平行な第２面に第２空間的波長分岐手段が形成されており、
入力した光を前記第１空間的波長分岐手段が波長分岐し、その波長分岐した各波長の光を前記第２空間的波長分岐手段が互いに平行にして出力する、
ことを特徴とする光信号処理器。
前記透明部材が石英ガラスからなることを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
前記透明部材がプラスチックからなることを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
前記第１空間的波長分岐手段および前記第２空間的波長分岐手段それぞれが回折格子を含むことを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
前記第１空間的波長分岐手段および前記第２空間的波長分岐手段それぞれの回折格子の格子方向が互いに平行であることを特徴とする請求項４記載の光信号処理器。
前記第１空間的波長分岐手段および前記第２空間的波長分岐手段それぞれの回折格子の格子構造が互いに等しいことを特徴とする請求項５記載の光信号処理器。
前記第１面に透過型の前記第１空間的波長分岐手段が形成され、前記第２面に透過型の前記第２空間的波長分岐手段が形成されており、
前記第１空間的波長分岐手段が、外部より入力した光を波長分岐して前記透明部材内に伝搬させ、
前記第２空間的波長分岐手段が、その波長分岐した各波長の光を互いに平行にして外部へ出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
前記第１面に反射型の前記第１空間的波長分岐手段が形成され、前記第２面に反射型の前記第２空間的波長分岐手段が形成され、前記透明部材の何れかの面に光入力窓および光出力窓を有しており、
前記光入力窓が、外部より入力した光を前記透明部材内に伝搬させ、
前記第１空間的波長分岐手段が、前記光入力窓より入力した光を波長分岐して前記透明部材内に伝搬させ、
前記第２空間的波長分岐手段が、その波長分岐した各波長の光を互いに平行にして前記透明部材内に伝搬させ、
前記光出力窓が、その平行とした各波長の光を外部へ出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
前記光入力窓が前記第２面にあり、前記光出力窓が前記第１面にある、ことを特徴とする請求項８記載の光信号処理器。
前記第１面に反射型の前記第１空間的波長分岐手段が形成されている領域、および、前記第２面に反射型の前記第２空間的波長分岐手段が形成されている領域それぞれに、反射コーティングがなされている、ことを特徴とする請求項８記載の光信号処理器。
前記反射コーティングがアルミニウムであることを特徴とする請求項１０記載の光信号処理器。
前記反射コーティングが金であることを特徴とする請求項１０記載の光信号処理器。
前記光入力窓および光出力窓の双方または何れか一方にレンズが形成されていることを特徴とする請求項８記載の光信号処理器。
前記光入力窓に形成されたレンズの光軸と前記第１面との交点を含む領域に前記第１空間的波長分岐手段が形成されており、
前記第２面に平行な方向に前記交点からの距離がΔｔ・ｔａｎβ_ｎだけ離れた前記第２面上の点を含む領域に前記第２空間的波長分岐手段が形成されている、
ことを特徴とする請求項１３記載の光信号処理器（ただし、ｍλ_ｎ＝Λ（ｓｉｎβ_０＋ｓｉｎβ_ｎ）、ｍは回折次数、λ_ｎは使用波長域内の波長、Λは回折格子の格子間隔、β_０は前記第１面の法線と前記レンズの光軸とがなす角度、Δｔは前記第１面と前記第２面との間の距離）。
前記第２空間的波長分岐手段より出力された何れかの波長の光の光路を前記第２空間的波長分岐手段へ折り返す光路折り返し手段を備える、ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
前記光路折り返し手段が反射ミラーを含むことを特徴とする請求項１５記載の光信号処理器。
前記光路折り返し手段が直角プリズムを含むことを特徴とする請求項１５記載の光信号処理器。
前記第２空間的波長分岐手段より出力された各波長の光の光路ごとに前記光路折り返し手段が設けられており、各波長に対応する前記光路折り返し手段による光路折り返し位置が同一直線上にない、ことを特徴とする請求項１５記載の光信号処理器。
前記透明部材の何れかの面に前記光路折り返し手段が形成されていることを特徴とする請求項１５記載の光信号処理器。
前記透明部材の外部に前記光路折り返し手段が設けられていることを特徴とする請求項１５記載の光信号処理器。
前記第２空間的波長分岐手段より出力された各波長の光の光路ごとに前記光路折り返し手段が設けられており、各波長に対応する前記光路折り返し手段が設けられる位置が可変である、ことを特徴とする請求項２０記載の光信号処理器。