JP2005148363A

JP2005148363A - 光信号処理器

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Publication number: JP2005148363A
Application number: JP2003385016A
Authority: JP
Inventors: Michiko Takushima; 道子多久島; Tomoki Sano; 知己佐野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】偏波依存損失が低減され得る光信号処理器を提供する。
【解決手段】光信号処理器１は、レンズ系１１，１２、回折格子素子２０、レンズ系３０および反射鏡４１〜４５を備えている。光信号処理器１は、光ファイバ９１の端面位置に入射端を有し、光ファイバ９２の端面位置に出射端を有しており、入射端に入力した光を回折格子素子２０により処理して出射端から出力する。回折格子素子２０における光の回折効率が最小となる偏光方位と、入射端から出射端へ到る光路のうち回折格子素子２０を除く光学系における光の損失が最大となる偏光方位とは、互いに平行でなく、好適には６０度〜９０度の角度をなしており、更に好適には互いに直交している。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射端に入力した光を処理して出射端から出力する光信号処理器に関するものである。

一般に光通信分野で用いられる多くの光信号処理器は、光ファイバの端面から出射した光を入射端に入力し、その入力した光に対して何らかの処理を施して出射端から出力し、その出力した光を他の光ファイバの端面に入射させる。特に波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）光通信で用いられる光信号処理器は、入力した光を空間的に波長分岐する回折格子素子を備えることにより、各波長の信号光に対して処理を施すことができる。

例えば非特許文献１に記載された光信号処理器は、ＷＤＭ光通信システムにおいて光合分波器として用いられるものである。この光信号処理器は、入射端の光ファイバ端面から出射した光を入力し、回折格子素子により波長に応じた回折角で光を回折させ、その回折した各波長の光を反射鏡で反射させ、その反射させた各波長の光を回折格子素子により合波して、その合波した光を出射端の他の光ファイバ端面に入射させる。そして、各波長に対応して設けられている反射鏡の傾斜を調整することで、各波長の信号光の出射端を選択することができる。
D. M. Marom, et al., "Wavelength-selective 1x4 switch for 128 WDM channels at 50 GHz spacing", OFC2002 Postdeadline Papers, FB7 (2002)

光通信システムでは、信号光伝送経路上にある光部品が偏波依存損失（ＰＤＬ: Polarization Depending Loss）を有していると、その光部品を信号光が通過することで信号光伝送品質が劣化する。したがって、上記のような光信号処理器も偏波依存損失が小さいことが望まれる。

しかし、一般に回折格子素子では光の偏光方位によって回折効率が異なることから、回折格子素子を含む光信号処理器は偏波依存損失を有することになる。回折格子の形状を適切に設計すれば、回折効率の偏光依存性は或る程度までは低減され得るものの、回折効率の偏光依存性が充分に低減された回折格子素子の設計・製造は困難である。

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、偏波依存損失が低減され得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、入射端に入力した光を処理して出射端から出力する光信号処理器であって、入射端から出射端へ到る光路上に設けられ光を空間的に波長分岐する回折格子素子を備え、回折格子素子における光の回折効率が最小となる偏光方位と、入射端から出射端へ到る光路のうち回折格子素子を除く光学系における光の損失が最大となる偏光方位とが、互いに平行でないことを特徴とする。また、回折格子素子における光の回折効率が最小となる偏光方位と、入射端から出射端へ到る光路のうち回折格子素子を除く光学系における光の損失が最大となる偏光方位とが、６０度〜９０度の角度をなしているのが好適であり、互いに直交しているのが更に好適である。

この光信号処理器では、回折格子素子における光の回折効率の偏波依存性は、入射端から出射端へ到る光路のうち回折格子素子を除く光学系における光の損失の偏波依存性により相殺される。したがって、この光信号処理器の全体の損失の偏波依存性は、回折格子素子における光の回折効率の偏波依存性と比べて低減されたものとなる。なお、上記の「損失」は、入射端および出射端それぞれでの損失をも含む。

本発明に係る光信号処理器は、上記光学系がレンズ系を含み、該レンズ系の光軸でない部分を光の主光線が通過するのが好適であり、このようにすることにより上記の相殺を容易に実現することができる。

また、本発明に係る光信号処理器は、回折格子素子により波長分岐された各波長の光の波長分散を調整する分散調整手段を備えるのが好適である。

本発明に係る光信号処理器は、偏波依存損失が低減され得る。

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。

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、レンズ系１１，１２、回折格子素子２０、レンズ系３０および反射鏡４１〜４５を備えている。この光信号処理器１は、光ファイバ９１，９２とともに用いられる。光信号処理器１は、光ファイバ９１の端面位置に入射端を有し、光ファイバ９２の端面位置に出射端を有しており、入射端に入力した光を処理して出射端から出力する。

この図１（および、後に示される図２）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、ｘｙｚ直交座標系は、光ファイバ９１，９２と回折格子素子２０との間に適用される。ｘｙ'ｚ'直交座標系は、回折格子素子２０と反射鏡４１〜４５との間に適用される。ｘｙｚ直交座標系のｘ軸とｘｙ'ｚ'直交座標系のｘ軸とは互いに平行である。レンズ系１１およびレンズ系１２それぞれの光軸はｚ軸に平行である。また、レンズ系３０の光軸はｚ'軸に平行である。

レンズ系１１は、光ファイバ９１の端面から出射されて入射端に入力した光を平行光とし、その光を回折格子素子２０へ向けてｚ軸に平行に出力する。回折格子素子２０は、ｘ軸方向に延びる格子が一定間隔で配列されてなる回折格子が透明平板の一方の面に形成された透過型のものである。この回折格子素子２０は、レンズ系１１から到達した平行光を入力し、波長に応じた回折角で各波長の光を回折させことで光を空間的に波長分岐し、その回折した各波長の光をｙ'ｚ'平面に平行に出力する。ここでは、回折格子素子２０は、５波長λ_１〜λ_５それぞれの光に波長分岐するものとする。

レンズ系３０は、回折格子素子２０により回折されて出力された５波長λ_１〜λ_５それぞれの光を入力して、波長λ_１の光を反射鏡４１の反射面上に集光し、波長λ_２の光を反射鏡４２の反射面上に集光し、波長λ_３の光を反射鏡４３の反射面上に集光し、波長λ_４の光を反射鏡４４の反射面上に集光し、また、波長λ_５の光を反射鏡４５の反射面上に集光する。

反射鏡４１〜４５それぞれは、レンズ系３０により集光される光の集光点の位置に、ｙ'軸に平行な方向に並んで設けられている。反射鏡４１〜４５それぞれは、反射面の湾曲や傾斜が自在であるのが好適である。このような反射鏡４１〜４５は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により製造され得る。

反射鏡４１は、レンズ系３０から出力された波長λ_１の光をレンズ系３０へ反射させる。反射鏡４２は、レンズ系３０から出力された波長λ_２の光をレンズ系３０へ反射させる。反射鏡４３は、レンズ系３０から出力された波長λ_３の光をレンズ系３０へ反射させる。反射鏡４４は、レンズ系３０から出力された波長λ_４の光をレンズ系３０へ反射させる。また、反射鏡４５は、レンズ系３０から出力された波長λ_５の光をレンズ系３０へ反射させる。これらの各波長の反射光もｙ'ｚ'平面に平行に進む。

そして、レンズ系３０は、反射鏡４１〜４５により反射された波長λ_１〜λ_５の光を入力して平行光とし、この平行光を回折格子素子２０へ出力する。回折格子素子２０は、レンズ系３０により平行光とされた波長λ_１〜λ_５の光を合波して、その合波した光をレンズ系１２へ出力する。レンズ系１２は、回折格子素子２０により合波されて出力された光を集光し、その集光した光を出射端から出力して光ファイバ９２の端面に入射させる。

この光信号処理器１は以下のように動作する。５波長λ_１〜λ_５の多重化された光が光ファイバ９１の端面から出射されると、その光は、光信号処理器１の入射端に入力し、レンズ系１１により平行光とされて、回折格子素子２０に入力する。レンズ系１１から回折格子素子２０に入力した光は、波長に応じた回折角で回折されて波長分岐される。

回折格子素子２０により回折された波長λ_１の光は、レンズ系３０により反射鏡４１の反射面上に集光され、この反射鏡４１により反射され、レンズ系３０により再び平行光とされて、回折格子素子２０に入力する。回折格子素子２０により回折された波長λ_２の光は、レンズ系３０により反射鏡４２の反射面上に集光され、この反射鏡４２により反射され、レンズ系３０により再び平行光とされて、回折格子素子２０に入力する。回折格子素子２０により回折された波長λ_３の光は、レンズ系３０により反射鏡４３の反射面上に集光され、この反射鏡４３により反射され、レンズ系３０により再び平行光とされて、回折格子素子２０に入力する。回折格子素子２０により回折された波長λ_４の光は、レンズ系３０により反射鏡４４の反射面上に集光され、この反射鏡４４により反射され、レンズ系３０により再び平行光とされて、回折格子素子２０に入力する。回折格子素子２０により回折された波長λ_５の光は、レンズ系３０により反射鏡４５の反射面上に集光され、この反射鏡４５により反射され、レンズ系３０により再び平行光とされて、回折格子素子２０に入力する。

レンズ系３０から回折格子素子２０に入力した５波長λ_１〜λ_５の光は、波長に応じた回折角で回折されて、これにより合波される。そして、回折格子素子２０により合波された光は、レンズ系１２により集光されて出射端から出力され、光ファイバ９２の端面に入射する。

この光信号処理器１では、反射鏡４１〜４５それぞれの反射面の湾曲や傾斜が自在であることから、この反射の際に光の波長分散が調整される。すなわち、この光信号処理器１は、多波長の信号光それぞれの波長分散を調整することができる。

本実施形態に係る光信号処理器１では、回折格子素子２０における光の回折効率が最小となる偏光方位と、入射端から出射端へ到る光路のうち回折格子素子２０を除く光学系における光の損失が最大となる偏光方位とは、互いに平行でなく、好適には６０度〜９０度の角度をなしており、更に好適には互いに直交している。

例えば、図１の構成で回折格子２０以外の構成要素を取り除いて、ｚ軸方向に進行する直線偏光を回折格子２０に入射させたとき、回折効率が最小となる偏光の方位がｘ軸またはｙ軸と為す角度を「回折効率が最小となる偏光方位」とする。逆に、図１の構成で回折格子２０を取り除いて、レンズ系３０およびミラー４１〜４５それぞれを光軸がｚ軸と平行になるようにしてｘ軸を中心に回転させて、光ファイバ９１から直線偏光をレンズ系に入射させ、光ファイバ９２で受光パワーを測定したとき、損失が最大となる偏光の方位がｘ軸またはｙ軸と為す角度を「損失が最大となる偏光方位」とする。

図２は、本実施形態に係る光信号処理器１から回折格子素子２０を除いた光学系を示す図である。回折格子素子２０を除く光学系における光の損失には、レンズ系１１，１２および３０それぞれを光が透過する際の損失、反射鏡５１〜５４それぞれにおける光の反射の際の損失、入射端（光ファイバ９１の端面）における光の結合の際の損失、ならびに、出射端（光ファイバ９２の端面）における光の結合の際の損失、が含まれる。

図３は、本実施形態に係る光信号処理器１に含まれる回折格子素子２０における光の回折効率の波長依存性を示す図である。図４は、本実施形態に係る光信号処理器１から回折格子素子２０を除いた光学系における光の損失の波長依存性を示す図である。これらの図には、互いに直交する偏光方位Ａおよび偏光方位Ｂそれぞれについて、回折効率または損失の波長依存性が示されている。偏光方位Ａおよび偏光方位Ｂのうち一方はｘ軸に平行である。

回折格子素子２０における光の回折効率については、図３に示されるように、偏光方位Ａで最大となり、偏光方位Ｂで最小となる。光信号処理器１から回折格子素子２０を除いた光学系における光の損失については、図４に示されるように、偏光方位Ａで最大となり、偏光方位Ｂで最小となる。つまり、回折格子素子２０における光の回折効率が最小となる偏光方位Ｂと、入射端から出射端へ到る光路のうち回折格子素子２０を除く光学系における光の損失が最大となる偏光方位Ａとは、互いに平行でなく、直交している。

このような光信号処理器１では、回折格子素子２０における光の回折効率の偏波依存性は、入射端から出射端へ到る光路のうち回折格子素子２０を除く光学系における光の損失の偏波依存性により相殺される。したがって、この光信号処理器１の全体の損失の偏波依存性は、回折格子素子２０における光の回折効率の偏波依存性と比べて低減されたものとなり、光信号処理器１の偏波依存損失は低減され得る。

通常、光学レンズは光軸に対して対称な形状を有しているので、レンズを通過するビームの主光線がレンズ中心を通過すれば、互いに直交する２つの偏光方位それぞれの光がレンズによって受ける位相変化には差が生じない。しかし、ビーム主光線がレンズの端を通過する場合、すなわち、該レンズの光軸でない部分を光の主光線が通過する場合には、互いに直交する２つの偏光方位それぞれの光がレンズによって受ける位相変化に差が生じ、また、レンズ面での反射率が偏光によって異なるので、出射端にある光ファイバ９２の端面において光が結合する際に、その結合効率が偏光方位によって異なることになる。このようにして、光信号処理器１において入射端から出射端へ到る光路のうち回折格子素子２０を除く光学系における光の損失の偏波依存性の低減を実現することができる。

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、上記実施形態では、光ファイバ９１の端面から反射鏡４１〜４５へ到る光の往路、および、反射鏡４１〜４５から光ファイバ９２の端面へ到る光の復路は、何れもｙｚ平面またはｙ'ｚ'平面に平行な一平面上にあった。しかし、光ファイバ９１，９２およびレンズ系１１，１２それぞれの光軸をｘｚ平面に平行な一平面上に配置して、往路および復路それぞれにおいてレンズ系３０の中心からｘ軸方向にずれた位置を光が通過するようにしてもよい。

また、レンズ系１２に替えて反射鏡を配置し、回折格子素子２０により合波されて到達した光を該反射鏡の反射面に垂直入射させて反射させることにより、光ファイバ９１の端面を光信号処理器１の入射端および出射端の双方として兼用することができる。

さらに、上記実施形態では回折格子素子２０は透過型のものであったが、反射型の回折格子素子を用いてもよい。

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から回折格子素子２０を除いた光学系を示す図である。本実施形態に係る光信号処理器１に含まれる回折格子素子２０における光の回折効率の波長依存性を示す図である。本実施形態に係る光信号処理器１から回折格子素子２０を除いた光学系における光の損失の波長依存性を示す図である。

符号の説明

１…光信号処理器、１１，１２…レンズ系、２０…回折格子素子、３０…レンズ系、４１〜４５…反射鏡、９１，９２…光ファイバ。

Claims

入射端に入力した光を処理して出射端から出力する光信号処理器であって、
前記入射端から前記出射端へ到る光路上に設けられ光を空間的に波長分岐する回折格子素子を備え、
前記回折格子素子における光の回折効率が最小となる偏光方位と、前記入射端から前記出射端へ到る光路のうち前記回折格子素子を除く光学系における光の損失が最大となる偏光方位とが、互いに平行でない、
ことを特徴とする光信号処理器。
前記回折格子素子における光の回折効率が最小となる偏光方位と、前記入射端から前記出射端へ到る光路のうち前記回折格子素子を除く光学系における光の損失が最大となる偏光方位とが、６０度〜９０度の角度をなしている、ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
前記光学系がレンズ系を含み、該レンズ系の光軸でない部分を前記光の主光線が通過する、ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。
前記回折格子素子により波長分岐された各波長の光の波長分散を調整する分散調整手段を備える、ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理器。