JP2005077595A - 光信号処理器 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理誤差を小さくすることができる光信号処理器を提供する。
【解決手段】 往路では、光ファイバ９０の端面から出力されて入力ポートに入力した光は、レンズ１２により平行光とされ、回折格子素子１１により波長分岐され、レンズ１３により集光され、反射鏡１５_１〜１５_５により反射され、レンズ１３により平行光とされ、回折格子素子１１により合波されて、直角反射鏡１６の反射面に入力する。復路では、直角反射鏡１６により反射された光は、回折格子素子１１により波長分岐され、レンズ１３により集光され、反射鏡１５_１〜１５_５により反射され、レンズ１３により平行光とされ、回折格子素子１１により合波されて、レンズ１２により集光されて、光ファイバ９０の端面に入力する。反射鏡１５_ｎによる反射の際の各波長の光の像は往路と復路とで互いに反転している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力ポートに入力した光に対して波長に応じた処理をした後に出力ポートから該光を出力する光信号処理器に関するものである。

光の波長に応じた処理をする光信号処理器は、光を波長分岐することができる波長分岐素子を備えていて、波長分岐された各波長の光に対して処理をする。このような光信号処理器の例として、光の波長に応じて該光の波長分散を調整する分散補償器が挙げられる（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１に開示された光信号処理器（分散補償器）は、光通信システムにおいて信号光の波長分散を補償するのに好適に用いられ得るものであり、分散補償の対象となる光を入力して、その光を波長分岐素子により波長分岐し、その波長分岐した光を反射鏡に反射させて、その光を波長分岐素子により合波して出力する。ここで、反射鏡の反射面上の各位置には互いに異なる波長成分の光が入射し、その反射面が湾曲していることにより、反射の際に波長に応じた群遅延時間が与えられて、光の波長分散が調整される。

特開２００２−３０３８０５号公報

上記のような光信号処理器が光通信システムで用いられる場合、一般に、この光信号処理器は、光ファイバの端面から出力される光を入力し、また、処理後の光を出力して光ファイバの端面に入力させる。光ファイバの端面から光は発散して出力されることから、その発散光を集光光学系により平行光として波長分岐素子に入力させ、また、波長分岐素子により波長分岐された各波長の光を他の集光光学系により集光して反射鏡に入力させる必要がある。

このように光ファイバの端面から出力された光を信号処理器に入力させる場合、波長分岐素子の後段に設けられた集光光学系により集光される各波長の光は、点光源からの光を入力する場合と異なり、一般に、理想的な点に集光されるのでは無く、光ファイバのモードフィールド径の程度またはこれ以上の領域に集光される。このことから、反射鏡の反射面における各波長の光の集光領域の中心位置では、その波長の光に対して与えられる群遅延時間が所望のものであるとしても、その集光領域内であって中心位置から遠い位置では、その波長の光に対して与えられる群遅延時間は所望値とは異なる。

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、光ファイバの端面から出力される光を入力して処理する場合であっても処理誤差を小さく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。

本発明に係る光信号処理器は、入力ポートに入力したガウシアンビーム光に対して波長に応じた処理をした後に出力ポートから該光を出力する光信号処理器であって、(1) 入力した光を空間的に波長分岐して各波長の光を互いに異なる光路に出力する波長分岐素子と、(2) 波長分岐素子から出力される各波長の光を集光する第１集光光学系と、(3) 第１集光光学系により光が集光される位置に反射面を有し、第１集光光学系により集光される各波長の光を該反射面で反射させて第１集光光学系へ入力させる第１反射鏡と、(4) 入力ポートに入力して波長分岐素子，第１集光光学系，第１反射鏡，第１集光光学系および波長分岐素子を順に経て到達する光を入力し、この光の光路を折り返して、波長分岐素子，第１集光光学系，第１反射鏡，第１集光光学系および波長分岐素子を順に経て出力ポートから該光を出力させる光路折り返し手段と、を備えることを特徴とする。

さらに、この光路折り返し手段は、入力ポートから光路折り返し手段へ向かう光の往路と、光路折り返し手段から出力ポートへ向かう光の復路とで、第１反射鏡による反射の際の各波長の光の像を互いに反転させることを特徴とする。なお、「第１反射鏡による反射の際の各波長の光の像を互いに反転させる」とは、波長分岐素子により波長分岐される各波長の光が第１反射鏡上で配列する方向に垂直な所定軸を第１反射鏡上に設定したときに、この所定軸に関して往路と復路とて第１反射鏡上の各波長の光の像を互いに線対称のものとすること、または、この所定軸上の所定点に関して往路と復路とて第１反射鏡上の各波長の光の像を互いに点対称のものとすることを意味する。

この光信号処理器では、入力ポートに入力した光は波長分岐素子により空間的に波長分岐され、その波長分岐された各波長の光は、波長分岐素子から互いに異なる光路に出力され、第１集光光学系により集光され、第１反射鏡により反射されて、第１集光光学系および波長分岐素子を経て光路折り返し手段に入力し、光路折り返し手段により光路が折り返される。光路折り返し手段により光路が折り返された光は、波長分岐素子，第１集光光学系，第１反射鏡，第１集光光学系および波長分岐素子を順に経て出力ポートから出力される。入力ポートから光路折り返し手段へ向かう光の往路と、光路折り返し手段から出力ポートへ向かう光の復路とで、第１反射鏡による反射の際の各波長の光の像が互いに反転している。このことにより、本発明に係る光信号処理器は処理誤差を小さくすることができる。

本発明に係る光信号処理器は、波長分岐素子が回折格子素子であるのが好適である。また、第１反射鏡の反射面が可動であるのが好適であり、第１反射鏡の反射面が湾曲しているのが好適であり、第１反射鏡の反射面の湾曲の曲率が可変であるのが好適である。

本発明に係る光信号処理器では、光路折り返し手段は、往路を経て到達した光を入力して反射させて、その反射させた光を往路と同じ光路である復路に出力するのが好適である。

また、本発明に係る光信号処理器では、光路折り返し手段が互いに直交する第１反射面および第２反射面を有し、往路を経て到達した光を第１反射面および第２反射面により順次に反射させて復路へ出力するのが好適である。また、この場合に、光路折り返し手段が、互いに直交する２面を第１反射面および第２反射面として有するプリズムを含むのが好適である。

また、本発明に係る光信号処理器では、光路折り返し手段が互いに直交する第１反射面，第２反射面および第３反射面を有し、往路を経て到達した光を第１反射面，第２反射面および第３反射面により順次に反射させて復路へ出力するのが好適である。また、この場合に、光路折り返し手段が、互いに直交する３面を第１反射面，第２反射面および第３反射面として有するコーナーキューブプリズムを含むのが好適である。

本発明によれば、光ファイバの端面から出力される光を入力して処理する場合であっても処理誤差を小さくすることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良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。また、各図において説明の便宜の為にｘｙｚ直交座標系およびｘｙ'ｚ'直交座標系が示されている。

図１は、本実施形態に係る光信号処理器１の構成図である。この図に示される光信号処理器１は、回折格子素子１１、レンズ１２、レンズ１３、反射鏡１５_１〜１５_５および直角反射鏡１６を備えており、光ファイバ９０とともに用いられる。同図（ａ）は、ｘ軸方向に光信号処理器１を見たときの図であり、同図（ｂ）は、光ファイバ９０と回折格子素子１１との間ではｙ軸方向に、回折格子素子１１と反射鏡１５_１〜１５_５との間ではｙ'軸方向に、光信号処理器１を見たときの図である。光ファイバ９０と回折格子素子１１との間では、その間にあるレンズ１２の光軸と平行にｚ軸が設定されており、回折格子素子１１と反射鏡１５_１〜１５_５との間では、その間にあるレンズ１３の光軸と平行にｚ'軸が設定されている。

この光信号処理器１は、入力ポートおよび出力ポートの双方が光ファイバ９０の端面に位置しており、光ファイバ９０の端面から出力されたガウシアンビーム光を入力ポートに入力して、その入力した光に対して波長に応じた処理をした後に、出力ポートから該光を出力して光ファイバ９０の端面に入力させる。

レンズ１２は、光ファイバ９０の端面から出力されて入力ポートに入力した光（発散光）をコリメートして平行光とし、その平行光を回折格子素子１１に入力させる。また、レンズ１２は、回折格子素子１１から到達した平行光を光ファイバ９０の端面位置に集光して、その集光した光を出力ポートから出力して光ファイバ９０の端面に入力させる。光ファイバ９０の端面と回折格子素子１１との間では、光はｚ軸方向に進む。

回折格子素子１１は、透過型の回折格子素子であって、入力した光を空間的に波長分岐して各波長の光を互いに異なる光路に出力する波長分岐素子として作用する。すなわち、回折格子素子１１は、レンズ１２から到達した平行光を入力して、この光を空間的に波長分岐し、その波長分岐した各波長の光をレンズ１３へ向けて互いに異なる光路に出力する。回折格子素子１１における格子はｘ軸方向に延びており、回折格子素子１１とレンズ１３との間では、各波長の光はｙ'ｚ'平面に平行に進む。本実施形態では、光ファイバ９０の端面から出力される光は、中心波長λ_１〜λ_５それぞれの信号光を含み、回折格子素子１１は、これら５波長の信号光を空間的に波長分岐する。

レンズ１３は、回折格子素子１１により波長分岐されて出力される各波長の光を集光する第１集光光学系として作用する。すなわち、レンズ１３は、回折格子素子１１により波長分岐されて出力される中心波長λ_１の光を反射鏡１５_１の反射面上に集光し、回折格子素子１１により波長分岐されて出力される中心波長λ_２の光を反射鏡１５_２の反射面上に集光し、回折格子素子１１により波長分岐されて出力される中心波長λ_３の光を反射鏡１５_３の反射面上に集光し、回折格子素子１１により波長分岐されて出力される中心波長λ_４の光を反射鏡１５_４の反射面上に集光し、また、回折格子素子１１により波長分岐されて出力される中心波長λ_５の光を反射鏡１５_５の反射面上に集光する。レンズ１３から反射鏡１５_１〜１５_５へ向かう各波長の光の主光線の進行方向は、ｘｚ'平面に平行であって、ｚ'軸方向に対して一定角度をなしている。

反射鏡１５_１〜１５_５それぞれは、レンズ１３により集光される各波長の光を反射させてレンズ１３へ入力させる第１反射鏡として作用する。すなわち、反射鏡１５_１は、レンズ１３により集光される中心波長λ_１の光の集光位置に反射面を有し、その波長λ_１の光を該反射面で反射させてレンズ１３へ入力させる。反射鏡１５_２は、レンズ１３により集光される中心波長λ_２の光の集光位置に反射面を有し、その波長λ_２の光を該反射面で反射させてレンズ１３へ入力させる。反射鏡１５_３は、レンズ１３により集光される中心波長λ_３の光の集光位置に反射面を有し、その波長λ_３の光を該反射面で反射させてレンズ１３へ入力させる。反射鏡１５_４は、レンズ１３により集光される中心波長λ_４の光の集光位置に反射面を有し、その波長λ_４の光を該反射面で反射させてレンズ１３へ入力させる。また、反射鏡１５_５は、レンズ１３により集光される中心波長λ_５の光の集光位置に反射面を有し、その波長λ_５の光を該反射面で反射させてレンズ１３へ入力させる。

反射鏡１５_１〜１５_５それぞれの反射面は、可動であるのが好適であり、湾曲しているのが好適であり、また、その湾曲の曲率が可変であるのが好適である。これらの場合には、光信号処理器１が分散補償器として用いられるときに、分散補償量を可変とすることができる。このような反射鏡１５_１〜１５_５は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作成することができる。反射鏡１５_１〜１５_５それぞれの反射面は、ｘｚ断面では湾曲しておらず、ｘ軸方向に見たときに湾曲している。反射鏡１５_１〜１５_５からレンズ１３へ向かう各波長の光の主光線の進行方向は、ｘｚ平面に平行であって、ｚ軸方向に対して一定角度をなしている。

直角反射鏡１６は、回折格子素子１１に対してレンズ１２の側に設けられており、光路折り返し手段として作用する。すなわち、直角反射鏡１６は、入力ポートから直角反射鏡１６へ向かう光の光路（往路）を経て到達した光を入力して反射させて、直角反射鏡１６から出力ポートへ向かう光の光路（復路）を経て該光を出力させる。

図２は、本実施形態に係る光信号処理器１の直角反射鏡１６における光の反射を説明する図である。光路折り返し手段としての直角反射鏡１６は、互いに直交する第１反射面１６ａおよび第２反射面１６ｂを有している。第１反射面１６ａは、ｘ軸に平行であって、ｘｚ平面との角度が４５度である。第２反射面１６ｂは、ｘ軸に平行であって、ｘｚ平面との角度が−４５度である。この直角反射鏡１６は、往路を経て到達した光を入力し、第１反射面１６ａおよび第２反射面１６ｂにより順次に反射させて、または、第２反射面１６ｂおよび第１反射面１６ａにより順次に反射させて、その反射させた光を復路へ出力する。なお、図２（ａ）では、直角反射鏡１６へ入出力する光束のｙ軸方向の両端の光線が破線および一点鎖線で示されており、図２（ｂ）では、直角反射鏡１６へ入出力する光束のｘ軸方向の両端の光線が破線および一点鎖線で示されている。

直角反射鏡１６は、ガウシアンビーム光のビームウェイスト位置に設けられるのが好適であるが、回折光素子１１の左側、または、レンズ１３と回折格子素子１１との間で、第１反射鏡１５_１〜１５_５で反射した光を反射できる位置に設けられていれば、第１反射鏡１５_１〜１５_５による反射の際の各波長の像が互いに反転する効果が得られるので、性能に大きな影響は生じない。

往路では、光ファイバ９０の端面から出力されて入力ポートに入力した光は、レンズ１２により平行光とされ、回折格子素子１１により波長分岐され、レンズ１３により集光され、反射鏡１５_１〜１５_５により反射され、レンズ１３により平行光とされ、回折格子素子１１により合波されて、直角反射鏡１６の反射面に入力する。レンズ１３から回折格子素子１１までの間では、各波長の光はｙ'ｚ'平面に平行に進む。回折格子素子１１から直角反射鏡１６までの間では、光はｚ軸方向に進む。

復路では、直角反射鏡１６により反射された光は、回折格子素子１１により波長分岐され、レンズ１３により集光され、反射鏡１５_１〜１５_５により反射され、レンズ１３により平行光とされ、回折格子素子１１により合波され、レンズ１２により集光され、出力ポートから出力されて光ファイバ９０の端面に入力する。往路と復路とは、互いに同じ光路であって、光の進行方向が相違する。

図１では、往路および復路それぞれにおいて、波長λ_１〜λ_５それぞれの光の光路のみが示されている。実際には、波長λ_ｎの信号光には、波長λ_ｎを中心とする或る帯域の波長成分が含まれる（ｎは１以上５以下の各整数。以下同様。）。したがって、反射鏡１５_ｎの反射面には、波長λ_ｎを中心とする或る帯域を有する信号光が入力して、その帯域内の各波長の光が連続的に集光される。反射鏡１５_ｎの反射面が湾曲していることにより、反射鏡１５_ｎの反射面に集光される或る帯域内の各波長の光のうち、その反射面の或る位置に集光される波長の光と、その反射面の他の位置に集光される波長の光との間では、反射の際に群遅延時間差が生じる。光信号処理器１は、往路および復路それぞれで反射鏡１５_ｎの湾曲した反射面で中心波長λ_ｎの信号光を反射させることで、その信号光の波長分散を調整することができる。反射鏡１５_ｎの反射面の湾曲の曲率を可変することで、波長分散の調整量を可変とすることができる。

この光信号処理器１は、光ファイバ９０の端面から出力された光をレンズ１２により平行光とし、その平行光をレンズ１３により集光する。このことから、レンズ１３により集光される各波長の光は、一般に、理想的な点に集光されるのでは無く、光ファイバ９０のモードフィールド径の程度またはこれ以上の領域に集光される。したがって、往路および復路の何れか一方のみにおける反射鏡１５_ｎの反射面での光の反射を考えると、反射鏡１５_ｎの反射面における各波長の光の集光領域の中心位置では、その中心波長λ_ｎの光に対して与えられる群遅延時間が所望のものであるとしても、その集光領域内であって中心位置から遠い位置では、その波長の光に対して与えられる群遅延時間は所望値とは異なるものとなる。

このような問題点を解決する為に、本実施形態に係る光信号処理器１では、反射鏡１５_ｎ〜１５_５それぞれによる反射の際の各波長の光の像を往路と復路とで互いに反転させている。図３は、本実施形態に係る光信号処理器１の反射鏡１５_ｎ〜１５_５それぞれにおける光の反射を説明する図である。同図（ａ）は往路での光の反射を説明するものであり、同図（ｂ）は復路での光の反射を説明するものである。この図は、ｘ軸方向に反射鏡１５_ｎを見たときの図である。この図には、反射鏡１５_ｎの反射面により反射される或る帯域（中心波長λ_ｎ）の光のうちの任意の単一波長の光について、その光束の主光線Ｃ、および、その光束の両側の側線Ａ，Ｂが示されている。

反射鏡１５_ｎの反射面において、単一波長の光は、理想的な点に集光されるのでは無く、或る領域に集光される。往路において、レンズ１３により集光された光束の主光線Ｃはｘｚ'平面に平行に進んで反射鏡１５_ｎに到達し、反射鏡１５_ｎにより反射された光束の主光線Ｃはｘｚ'平面に平行に進んで直角反射鏡１６に到達するので、往路と復路とで反射鏡１５_ｎの反射面上の主光線Ｃの到達位置は同じである。これに対して、往路において、レンズ１３により集光された光束の側線Ａ，Ｂはｘｚ'平面に対して或る角度をもって進んで反射鏡１５_ｎに到達し、反射鏡１５_ｎにより反射された光束の側線Ａ，Ｂはｘｚ'平面に対して或る角度をもって進んで、レンズ１３によりｘｚ'平面に平行となる。その後、その光は、直角反射鏡１６に到達して、直角反射鏡１６により反射される際に主光線に対して側線Ａ，Ｂの位置が入れ替わるので、復路において光束の側線Ａ，Ｂの進行方向のｘｚ'平面に対する角度が往路と反転する。

これに因り、往路と復路とで反射鏡１５_ｎの反射面上の側線Ａ，Ｂの到達位置が入れ替わる。したがって、反射鏡１５_ｎによる反射の際の各波長の光の像は往路と復路とで互いに反転する。このことから、反射鏡１５_ｎによる反射の際に光束のうちの主光線Ｃ以外の部分が被る誤差が往路と復路とで互いに相殺されるので、この光信号処理器１は、処理誤差を小さくすることができる。

次に、上記実施形態の光信号処理器１の変形例について説明する。図４は、本実施形態の変形例の光信号処理器１Ａの構成図である。上記の光信号処理器１の構成と比較すると、この図に示される光信号処理器１Ａは、直角反射鏡１６の設置位置からｙ軸方向にずれた位置に直角反射鏡１６Ａが設けられている点、および、光ファイバ９１の端面と回折格子素子１１との間にレンズ１４が設けられている点、で相違する。

この光信号処理器１Ａは、入力ポートが光ファイバ９０の端面に位置し、出力ポートが光ファイバ９１の端面に位置しており、光ファイバ９０の端面から出力された光を入力ポートに入力して、その入力した光に対して波長に応じた処理をした後に、出力ポートから該光を出力して光ファイバ９１の端面に入力させる。なお、図４では、波長λ_５の光のみについて復路が示されている。

ｙ軸方向にずれた位置に直角反射鏡１６Ａが設けられていることにより、直角反射鏡１６Ａと回折格子素子１１との間で往路と復路とは互いに異なっていて平行であり、また、光ファイバ９０，９１と回折格子素子１１との間でも往路と復路とは互いに異なっていて平行である。復路で回折格子素子１１により合波された光は、レンズ１４により集光され、出力ポートから出力されて光ファイバ９１の端面に入力する。このように、変形例の光信号処理器１Ａでは、入力ポートと出力ポートとを別にすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、直角反射鏡１６，１６Ａは、２枚の平面全反射鏡が互いに直角に貼り合せられて構成されていてもよいし、また、互いに直交する２面を第１反射面および第２反射面として有するプリズムで構成されていてもよい。

また、３枚の平面全反射鏡が相互に直角に張り合わせられて構成されたものであってもよいし、相互に直交する３面を有するコーナーキューブプリズムで構成されていてもよい。これらの場合には、３つの反射面で順次に光が反射されるので、反射鏡１５_１〜１５_５それぞれの反射面上での各波長の光の像が往路と復路とで点対称となる。

また、上記実施形態では波長分岐素子として透過型の回折格子素子を用いたが、反射型の回折格子素子を用いてもよい。また、上記実施形態では光信号処理器として分散補償器について説明したが、反射鏡の反射面に入射する光のうち中心波長の光に対して処理が最適化されているような光信号処理器においても本発明を適用することで処理誤差低減の効果を得ることができる。

本実施形態に係る光信号処理器１の構成図である。 本実施形態に係る光信号処理器１の直角反射鏡１６における光の反射を説明する図である。 本実施形態に係る光信号処理器１の反射鏡１５_ｎ〜１５_５それぞれにおける光の反射を説明する図である。 本実施形態の変形例の光信号処理器１Ａの構成図である。

符号の説明

１，１Ａ…光信号処理器、１１…回折格子素子、１２，１３，１４…レンズ、１５_１〜１５_５…反射鏡、１６，１６Ａ…直角反射鏡、９０，９１…光ファイバ。

Claims (10)

1. 入力ポートに入力した光に対して波長に応じた処理をした後に出力ポートから該光を出力する光信号処理器であって、
   入力した光を空間的に波長分岐して各波長の光を互いに異なる光路に出力する波長分岐素子と、
   前記波長分岐素子から出力される各波長の光を集光する第１集光光学系と、
   前記第１集光光学系により光が集光される位置に反射面を有し、前記第１集光光学系により集光される各波長の光を該反射面で反射させて前記第１集光光学系へ入力させる第１反射鏡と、
   前記入力ポートに入力して前記波長分岐素子，前記第１集光光学系，前記第１反射鏡，前記第１集光光学系および前記波長分岐素子を順に経て到達する光を入力し、この光の光路を折り返して前記波長分岐素子，前記第１集光光学系，前記第１反射鏡，前記第１集光光学系および前記波長分岐素子を順に経て前記出力ポートから該光を出力させる光路折り返し手段と、
   を備え、
   前記光路折り返し手段が、前記入力ポートから前記光路折り返し手段へ向かう光の往路と、前記光路折り返し手段から前記出力ポートへ向かう光の復路とで、前記第１反射鏡による反射の際の各波長の光の像を互いに反転させる、
   ことを特徴とする光信号処理器。
2. 前記波長分岐素子が回折格子素子であることを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
3. 前記第１反射鏡の反射面が可動であることを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
4. 前記第１反射鏡の反射面が湾曲していることを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
5. 前記第１反射鏡の反射面の湾曲の曲率が可変であることを特徴とする請求項４記載の光信号処理器。
6. 前記光路折り返し手段が、前記往路を経て到達した光を入力して反射させて、その反射させた光を前記往路と同じ光路である前記復路に出力する、ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
7. 前記光路折り返し手段が互いに直交する第１反射面および第２反射面を有し、前記往路を経て到達した光を前記第１反射面および前記第２反射面により順次に反射させて前記復路へ出力する、ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
8. 前記光路折り返し手段が、互いに直交する２面を前記第１反射面および前記第２反射面として有するプリズムを含む、ことを特徴とする請求項７記載の光信号処理器。
9. 前記光路折り返し手段が互いに直交する第１反射面，第２反射面および第３反射面を有し、前記往路を経て到達した光を前記第１反射面，前記第２反射面および前記第３反射面により順次に反射させて前記復路へ出力する、ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
10. 前記光路折り返し手段が、互いに直交する３面を前記第１反射面，前記第２反射面および前記第３反射面として有するコーナーキューブプリズムを含む、ことを特徴とする請求項９記載の光信号処理器。
    
    

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