JP2005528651A

JP2005528651A - ヒットレス波長可変光学フィルタおよびそのようなフィルタを用いる光学システム

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Publication number: JP2005528651A
Application number: JP2004510163A
Authority: JP
Inventors: ダブリュ．ビーソンカール; ダブリュ．シャクレットロウレンス; マニッシュシャーマ; ズーハン
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2005-09-22
Also published as: KR20050007425A; EP1508215B1; WO2003103206A1; CN1656722A; DE60302458T2; DE60302458D1; US6738543B1; EP1508215A1

Abstract

ヒットレス波長選択光学デバイス（１００）は、第１の熱光学スイッチ（ＴＯＳＳ１）、第２のＴＯＳＳ２、第１の導波路（１１０、２１０、．．）、第２の導波路（１１２、２１２ａ、．．）、第３の導波路（１１２、２１２ｂ、．．）、加熱素子（１１４、２１４、．．）および制御ユニット（１０８、２０８、．．）を具備する。第１のＴＯＳは、第１のＴＯＳの第１のポートで波長分割多重化（ＷＤＭ）信号を受信する。第２のＴＯＳは、第２のＴＯＳの第１のポートにＷＤＭ信号の少なくとも１つのチャネルを供給する。第１の導波路は、第１のＴＯＳの第２のポートと第２のＴＯＳの第２のポートとの間に接続される。第２の導波路は、受信されたＷＤＭ信号から選択されるチャネルを反射する波長可変フィルタ（Ｇ１）を具備し、第１のＴＯＳの第３のポートと第２のＴＯＳの第３のポートとの間に接続される。制御ユニット（１０８、２０８、．．）は、フィルタのブラッグ格子または同一の参照格子で反射されるドロップ信号レベルまたは参照信号レベルに基づいて、波長可変フィルタのブラッグ格子の温度を制御する。

Description

本発明は、波長可変フィルタに関し、さらに詳細には、ヒットレス波長可変フィルタに関する。ヒットレス波長可変フィルタは、通過チャネル伝送波長に影響を及ぼす（通過チャネル伝送波長を反射または歪める）ことなく、および伝送波長における切替過渡応答を導入することなく、第１の波長から第２の非隣接波長に同調することができるフィルタである。

波長可変フィルタ、たとえば、ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）は、波長分割多重化（ＷＤＭ）光学システムにおいて、適切な位置で波長（すなわちチャネル）を選択的にアドおよび／またはドロップするために、さまざまな光学システムで利用されてきた。当業者には公知であるように、波長可変ＦＢＧは、国際電気通信連合（ＩＴＵ）標準波長またはそれ以外の波長に同調することができる狭帯域反射素子であり、波長はＦＢＧによって反射または透過されてもよい。このような態様で、ＦＢＧは、選択可能なノッチバンドストップフィルタとして機能し、波長範囲内の受信信号を実質的に反射し、波長範囲外の信号を実質的に通過する。理想的なＦＢＧは、１つの信号を反射し、残りの信号は実質的に減衰することなく通過する。

典型的な光学システムにおいて、光信号チャネル（すなわち特定の波長）の加算または減算は、制御装置によって実現される。この制御装置は透過状態および反射状態の一方の中で所与のＦＢＧを制御する。このようなシステムにおいて、一般にＷＤＭ信号の各チャネルに関するＦＢＧを有し、ＦＢＧはさまざまな方法で透過状態および反射状態で作動されている。たとえば、圧電デバイスなどのアクチュエータを用いて、ファイバに物理的な応力を印加することによって、ファイバブラッグ格子の周期を変化させてもよい。このような態様で、制御装置によって圧電デバイスに印加される電力を調整することにより、格子によって反射される波長の範囲を変化させる。

あるいは、ファイバブラッグ格子の有効屈折率は、温度によって同調させて、格子によって反射される波長を温度に応じて変化させてもよい。このような態様で、各格子の温度は、ヒータに適切な量の電力を印加することによって調整される。このヒータは一般に、格子と熱的接触状態にある電気抵抗コーティングから構成される。このようなシステムにおいて、各格子は一般に、所与の格子が所与の温度で所与の波長を反射するように較正されている。しかし、このようなシステムにおいて、ヒットレス態様で１つの波長から別の波長に格子を切り替えることができる能力は制限されている。ガラスファイバ格子の場合には、ファイバを延伸する能力と、温度に応じてその屈折率を変化させる能力の両方が制限される。中間のチャネルに影響を及ぼすことなく、第１の波長から第２の非隣接波長にヒットレス態様でＦＢＧを同調させることが困難である。また、切替（同調）速度も制限がある可能性がある。温度制御システムにおいて、切替速度制限は一般に、格子温度を感知するために格子の付近に位置し、格子に関連する熱電対に帰因している。熱電対に結合される制御装置は、熱電対によって記録される温度を監視し、それに応じて関連するヒータに供給される電力を調整する。しかし、熱電対によって記録される温度は一般に、少なくとも初期変化後には、ヒータの温度とは異なる。したがって、制御装置は、所望の温度に安定する前に、所望のヒータ温度の数倍超えるか、または達さない恐れがあるため、所望のチャネルに固定することは困難をきわめ、光学システム内の切替過渡応答を生じる恐れがある。

米国特許第６，３０６，５６３号明細書

必要とされるのは、所望の波長に固定される波長可変フィルタを保持することができる実際的な閉ループ制御システムである。また、信頼性が高く、比較的効率のよいヒットレス態様で１つの波長から別の波長に波長可変フィルタに切替えることができ、広範囲の波長を網羅し、許容可能な短い期間で波長のシフトを行うようなシステムが望ましいと推測される。

本発明の一実施形態は、第１の熱光学スイッチ（ＴＯＳ）、第２のＴＯＳ、第１の導波路、第２の導波路、第３の導波路、加熱素子および制御ユニットを具備する波長選択光学デバイスに関する。第１のＴＯＳは第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、第１のＴＯＳの第１のポートは波長分割多重化（ＷＤＭ）信号を受信する。第２のＴＯＳは第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、第２のＴＯＳの第１のポートはＷＤＭ信号の少なくとも１つのチャネルを提供する。第１の導波路は、第１のＴＯＳの第２のポートと第２のＴＯＳの第２のポートとの間に接続される。第２の導波路は、第２の導波路に形成される波長可変フィルタを具備し、波長可変フィルタによって受信されたＷＤＭ信号から選択されるチャネルを反射し、第１のＴＯＳの第３のポートと第２のＴＯＳの第３のポートとの間に接続される。第３の導波路は、参照信号を受信し、指示信号を供給する第３の導波路に形成される参照フィルタを具備する。加熱素子は、波長可変フィルタおよび参照フィルタと熱的接触状態にある。制御ユニットは加熱素子に接続され、第１のＴＯＳおよび第２のＴＯＳは、波長可変フィルタの選択されるチャネルを調整するために、参照フィルタによって供給される指示信号に応じて加熱素子の温度を変化させる。制御ユニットはまた、第１のＴＯＳおよび第２のＴＯＳの切替を制御し、加熱素子の温度が調整されるときに、受信されたＷＤＭ信号が第１の導波路を通るように経路指定される。

本発明の別の実施形態は、第１の熱光学スイッチ（ＴＯＳ）、第２のＴＯＳ、第１の導波路、第２の導波路、加熱素子および制御ユニットを具備する波長選択光学デバイスに関する。第１のＴＯＳは第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、第１のＴＯＳの第１のポートは波長分割多重化（ＷＤＭ）信号を受信する。第２のＴＯＳは第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、第２のＴＯＳの第１のポートはＷＤＭ信号の少なくとも１つのチャネルを提供する。第１の導波路は、第１のＴＯＳの第２のポートと第２のＴＯＳの第２のポートとの間に接続される。第２の導波路は、第２の導波路に形成される波長可変フィルタを具備し、波長可変フィルタによって受信されたＷＤＭ信号から選択されるチャネルを反射し、第１のＴＯＳの第３のポートと第２のＴＯＳの第３のポートとの間に接続される。さらに、第２の導波路は第２の導波路に形成される参照フィルタを具備し、参照フィルタは参照信号を受信し、指示信号を供給する。加熱素子は、波長可変フィルタおよび参照フィルタと熱的接触状態にある。制御ユニットは加熱素子、第１のＴＯＳおよび第２のＴＯＳに接続され、波長可変フィルタの選択されるチャネルを調整するために、参照フィルタによって供給される指示信号に応じて加熱素子の温度を変化させる。制御ユニットはまた、第１のＴＯＳおよび第２のＴＯＳの切替を制御し、加熱素子の温度が調整されるときに、受信されたＷＤＭ信号が第１の導波路を通るように経路指定される。

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、説明から当業者には明白であると思われ、または特許請求の範囲および添付図面と共に以下の説明に記載されるように、本発明を実行することによって認識されるであろう。

前述の説明は、本発明の例示に過ぎず、特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の性質および特性を理解するための概要を提供する目的であることを理解されたい。添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本願明細書の一部に組込まれ、本願明細書の一部を構成している。図面は、本発明の種々の特徴および実施形態を示しており、その説明と共に、本発明の原理および動作を説明するのに役立つ。

本発明の一実施形態によれば、第１の熱光学スイッチ（ＴＯＳ）、第２のＴＯＳ、第１の導波路、第２の導波路、第３の導波路、フィルタ加熱素子および制御ユニットを具備する複数のヒットレス波長選択光学デバイスが示されている。第１の熱光学スイッチ（ＴＯＳ）は第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、第１のＴＯＳは第１のポートで波長分割多重化（ＷＤＭ）信号を受信する。第２のＴＯＳは第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、第２のＴＯＳの第１のポートはＷＤＭ信号の少なくとも１つのチャネルを供給する。第１の導波路は、第１のＴＯＳの第２のポートと第２のＴＯＳの第２のポートとの間に接続される。第２の導波路は、第２の導波路に形成される波長可変フィルタを具備し、波長可変フィルタによって受信されたＷＤＭ信号から選択されるチャネルを反射し、第１のＴＯＳの第３のポートと第２のＴＯＳの第３のポートとの間に接続される。第３の導波路は第３の導波路に形成される参照フィルタを具備し、参照フィルタは参照信号を受信して指示信号を供給する。

フィルタ加熱素子は、波長可変フィルタおよび参照フィルタと熱的接触状態にある。制御ユニットは、フィルタ加熱素子のほか、第１のＴＯＳおよび第２のＴＯＳの加熱素子にも接続され、波長可変フィルタの選択されるチャネルを調整するために、参照フィルタによって供給される指示信号に応じてフィルタ加熱素子の温度を変化させる。熱光学スイッチの加熱素子は、従来の態様で形成され、たとえば、電気抵抗コーティングがスイッチ導波路の適切な部分上に蒸着される。フィルタ加熱素子は、バルクヒータまたはクーラのいずれかであってもよく、たとえば熱電気クーラまたは薄膜抵抗コーティングであってもよい。制御ユニットは第１のＴＯＳおよび第２のＴＯＳの切替を制御し、加熱素子の温度が調整されるときに、受信されたＷＤＭ信号が第１の導波路を通るように経路指定される。波長可変フィルタが１つの波長から別の波長に変化している期間中、ＷＤＭ信号が波長可変フィルタを迂回するため、切替プロセス中、切替過渡応答も光損失もない点で、波長選択デバイスはヒットレスである。

本発明において、熱光学スイッチに関してディジタル制御されることが一般に好都合である。このようなディジタルスイッチ設計の例は、Ｙ分岐ディジタル光スイッチ（ＹＤＯＳ）およびＸ分岐ディジタル光スイッチ（ＸＤＯＳ）として当業界では周知である。

本願明細書で用いられるとき、「制御ユニット」なる語は、たとえば、マイクロコントローラ、関連するメモリおよび周辺装置を備えたマイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）またはスイッチングアレイが含まれてもよい。また、本願明細書で用いられるとき、「波長可変フィルタ」なる語は、たとえば、波長可変ブラッグ格子など種々の形をとってもよい。第３の導波路における参照フィルタは、たとえば、波長可変ブラッグ格子であってもよく、または導波路マッハ・ツェンダ干渉計の１つのアームであってもよい。本願明細書に開示されるシステムは、光データ受信器に供給される信号をアドするために、ドロップ信号のみを容易に修正することができることを十分に理解されたい。たとえば、主導波路の出力と光データ受信器との間でアドサーキュレータの２つのポートを接続することによって、アドサーキュレータの残りのポートがアドデータ源からアド信号を受信し、このようなシステムはアド／ドロップマルチプレクサ（ＡＤＭ）として機能する。

本発明の第１の導波路、第２の導波路および第３の導波路は、たとえば、プレーナ型導波路であってもよい。このような導波路の代表的な例は、チャネル型導波路およびリブ型導波路である。プレーナ型導波路の特に好ましい形は、埋め込みチャネル型導波路である。埋め込みチャネル型導波路の好ましい形としては、基板上の作製されるシングルモード光導波路が挙げられ、基板は屈折率ｎ_ｂの基板の表面上に蒸着されるバッファ層によって表面を画定する。薄いアンダークラッディング層は、バッファ層の表面上に形成され、アンダークラッディング層は表面を画定し、屈折率ｎ_ｕを有する。光透過性シングルモードコアはアンダークラッディング層の表面上にあり、コアは上面および側壁を画定し、屈折率ｎ_ｃを有する。オーバークラッディング層はコアの上面の上およびコアの側壁の上およびアンダークラッディング層の一部の上にあり、屈折率ｎ_ｏを有する。コアの屈折率ｎ_ｃは、オーバークラッディング層の屈折率ｎ_ｏより大きく、アンダークラッディング層の屈折率ｎ_ｕよりも大きい。導波路において、Δｎ＝ｎ_ｃ−ｎ_ｏであり、一般に

であり、ｎ_ｃとバッファの屈折率ｎ_ｂとの差はΔｎの少なくとも約１．５倍であり、Δｎの値は、コアの寸法と組合わせて、光通信波長においてシングルモード導波路を作製するようになっている。

導波路およびフィルタに関する構成材料は、シリカ、ドープシリカガラス、ドープガラスおよびポリマーをはじめとする任意の適切な光学的透過材料であってもよい。ポリマーは、標準的な通信帯域の大部分を占めうるきわめて波長可変性のブラッグ格子の主成分をなすことから、本発明の実行において特に有用である。好ましいポリマーとしては、米国特許公報（特許文献１）に記載されているような光反応性のポリマーである。尚、当該特許は、その全体を参照によって本願明細書に包含されるものとする。

本発明の別の実施形態によれば、ヒットレス波長選択光学デバイスは、第１の熱光学スイッチ（ＴＯＳ）、第２のＴＯＳ、第１の導波路、第２の導波路、加熱素子および制御ユニットを具備することが示されている。第１の熱光学スイッチ（ＴＯＳ）は第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、第１のＴＯＳは第１のポートで波長分割多重化（ＷＤＭ）信号を受信する。第２のＴＯＳは第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、第２のＴＯＳの第１のポートはＷＤＭ信号の少なくとも１つのチャネルを供給する。第１の導波路は、第１のＴＯＳの第２のポートと第２のＴＯＳの第２のポートとの間に接続される。第２の導波路は、第２の導波路に形成される波長可変フィルタを具備し、波長可変フィルタによって受信されたＷＤＭ信号から選択されるチャネルを反射し、第１のＴＯＳの第３のポートと第２のＴＯＳの第３のポートとの間に接続される。さらに、第２の導波路は第２の導波路に形成される参照フィルタを具備し、参照フィルタは参照信号を受信し、指示信号を供給する。フィルタ加熱素子は、波長可変フィルタおよび参照フィルタと熱的接触状態にある。制御ユニットはフィルタ加熱素子に接続され、波長可変フィルタの選択されるチャネルを調整するために、参照フィルタによって供給される指示信号に応じてフィルタ加熱素子の温度を変化させる。制御ユニットはまた、第１のＴＯＳおよび第２のＴＯＳの切替を制御し、加熱素子の温度が調整されるときに、受信されたＷＤＭ信号が第１の導波路を通るように経路指定される。

図１は、波長分割多重化（ＷＤＭ）信号を送信する光データ源１４０を具備し、波長選択光学デバイスによって光データ受信器１５０に接続される具体的な光学システム１００を概略的に示している。一般に、システム１００は、プレーナ型導波路１１２に形成される格子Ｇ_１によって反射される波長が変化することになっている場合には、１組の熱光学スイッチＳ１およびＳ２がプレーナ型導波路１１０によって信号を経路指定するために用いられるという点においてヒットレス（すなわち切替過渡応答を含まない）である。ＷＤＭ信号が導波路１１２から導波路１１０に切替えている期間中、および信号の一部が両方の導波路において伝送される場合には、デバイスがヒットレスであるために、Ｓ１から導波路１１０を通りＳ２までの光路長（導波路の有効屈折率と導波路の物理長さの積）は、Ｓ１から導波路１１２を通りＳ２までの光路長に等しくなければならない。光路長が同一である場合には、信号は同位相に達し、損失がない状態で再結合する。光路長異なる場合には、導波路１１０における信号の部分が導波路１１２における信号の部分が異なる位相に達するため、信号の一部またはすべてに相殺的干渉および損失が生じる可能性がある。図示されているように、データ源１４０は、サーキュレータ１２０の第１のポートに接続される。サーキュレータ１２０の第２のポートは、スイッチＳ１の第１のポートに接続される。スイッチＳ１の第２のポートは導波路１１０の入力に接続され、スイッチＳ１の第３のポートは、導波路１１２の入力に接続される。導波路１１０の出力はスイッチＳ２の第２のポートに接続され、導波路１１２の出力はスイッチＳ２の第３のポートに接続され、スイッチＳ２の第１のポートはデータ受信器１５０に接続される。

制御ユニット１０８は、従来の態様で形成されるスイッチＳ１およびＳ２に関連する加熱素子に接続され、導波路１１０および１１２の一方に沿って入射するＷＤＭ信号を経路指定するために、スイッチＳ１およびＳ２を制御する。制御ユニット１０８はまた、光検出器１０６の出力に応じて、加熱素子１１４を制御する。ＷＤＭ信号が導波路１１２に沿って経路指定されるようにスイッチＳ１およびＳ２が制御されるとき、および格子Ｇ_１が選択されるチャネルを反射するように制御ユニット１０８が加熱素子１１４を制御するとき、そのチャネルがサーキュレータ１２０の第２のポートに反射され、サーキュレータ１２０の第３のポート（すなわちドロップポート）から結合器１０４に射出する。結合器１０４からの信号の一部（たとえば１．８％）が光検出器１０６の入力に経路指定され、信号の残りの部分（たとえば９８．２％）が光データ受信器１６０に経路指定される。

この特定の実施形態において、電圧対波長の関係は、加熱素子１１４に特定の信号を適用して選択される波長を反射する格子Ｇ_１を生じるように予め較正されている。データ源１４０によって供給される信号がない場合には、システム１００がレーザ線源を参照し、その結果、システムは国際電気通信連合（ＩＴＵ）格子に直接接続されないため、格子Ｇ_１を通過する光がないことを十分に理解されたい。さらに、温度ドリフトは、格子Ｇ_１をずらす原因となり、隣接するチャネルに当たる可能性がある。

図２は、制御ユニット２０８が種々の動作条件下で格子Ｇ_１によって反射される波長をよりうまく制御することができるような参照格子Ｇ_Ｒを具備する参照導波路２１２ｂを実現する具体的な光学システム２００を示している。データ源２４０は、導波路２０１によってＷＤＭ信号をサーキュレータ２２０の第１のポートに送信する。システムの構成に応じて、ＷＤＭ信号の１つがサーキュレータ２２０の第３のポート（すなわち、ドロップポート）によって光データ受信器２６０に供給されてもよい。サーキュレータ２２０の第２のポートは、熱光学スイッチＳ１の第１のポートに接続される。導波路２１０ａの入力はスイッチＳ１の第２のポートに接続され、導波路２１２ａの入力はスイッチＳ１の第３のポートに接続される。導波路２１２ａは、制御ユニット２０８によって同調される格子Ｇ_１を具備し、加熱素子２１４によってデータ受信器２６０に所望のチャネルを反射する。ダミー導波路２１０ｂは、対称性に関して導波路２１０ａに平行に設けられてもよい。導波路２１０ａの出力は熱光学スイッチＳ２の第２のポートに接続され、導波路２１２ａの出力はスイッチＳ２の第３のポートに接続される。スイッチＳ２の第１のポートは、導波路２０３によって光データ受信器２５０に接続される。

制御ユニット２０８は、格子Ｇ_１の温度が異なるチャネルを反射するように切替えられることになっている場合には、切替過渡応答を回避するように、スイッチＳ１およびＳ２を制御する。これは、受信信号が導波路２１０ａによって経路指定されるように、スイッチＳ１およびＳ２を制御することによって実現される。制御ユニット２０８は、参照格子Ｇ_Ｒから反射される光を監視する光検出器２０６からの参照信号および格子Ｇ_Ｒによって透過される光を監視する光検出器２１６からの参照信号を受信するように接続される。参照源が広帯域源である場合には、光検出器２０６および光検出器２１６はいずれも、適切な光学フィルタを具備してもよい。光学フィルタの例としては、たとえば、帯域通過フィルタ、ファブリ・ペロフィルタまたは波長に関してほぼ線形に変化する透過率を有するフィルタが挙げられる。あるいは、光検出器２０６および２１６の一方のみを実装してもよい。参照源２７０はサーキュレータ２１８の第１のポートに参照信号を供給し、サーキュレータ２１８の第２のポートは参照格子Ｇ_Ｒを具備する導波路２１２ｂの入力に接続される。

光検出器２１６が実装されるとき、導波路２１２ｂの出力は光検出器２１６の入力に接続され、光検出器２１６の出力が制御ユニット２０８によって監視される。サーキュレータ２１８の第３のポートは、光検出器２０６の入力に接続され、格子Ｇ_Ｒから反射される信号の強度が制御ユニット２０８によって監視されることができるようになっている。動作中、源２７０は参照信号をサーキュレータ２１８に供給し、サーキュレータ２１８は導波路２１２ｂの入力に経路指定される。上述したように、格子Ｇ_Ｒから反射される信号は、サーキュレータ２１８の第２のポート、サーキュレータ２１８の第３のポート（すなわち、ドロップポート）を経て光検出器２０６の入力に経路指定される。いつ制御信号が加熱素子２１４に適用され、格子Ｇ_Ｒが参照信号の波長に同調されるかを決定するために、制御ユニット２０８は光検出器２０６の出力を監視する。参照表において予め較正された値に基づいて、制御ユニット２０８は、たとえば、参照格子Ｇ_Ｒから反射される参照信号の部分および参照格子Ｇ_Ｒを通過する参照信号の部分の一方または両方を監視することによって、適切な電圧差を提供する。このような態様で、制御ユニット２０８は、参照信号を適切に反射するために、格子Ｇ_Ｒに必要とされる信号に基づいて、加熱素子２１４に適用するための適切な信号を決定する。このような態様で、制御ユニット２０８は、ＩＴＵ格子に所望のチャネルを固定するために、導波路２１２ａの有効屈折率（ｎ_ｅｆｆ）を制御し、ヒットレス態様で切替えることができる。

参照格子Ｇ_Ｒは、格子Ｇ_１と実質的に同一であってもよく、または格子Ｇ_１と異なっていてもよい。格子Ｇ_ＲおよびＧ_１は順に作製されてもよいが、最も好ましい方法ではたとえば、位相マスクを用いて同時に作製される。好ましくは、２つの格子は平行であり、互いに対して隣り合う位置に並列される。主格子Ｇ_１と参照格子Ｇ_Ｒとの間の距離または導波路２１２ａと導波路２１２ｂとの間の距離は、１つの格子または導波路から隣接する格子または導波路への光の結合を妨げるほど十分に大きいが、ほぼ同一の温度環境を維持するほど十分に近接している必要がある。導波路または格子の間のクロストークは、−４０ｄＢ未満であることが好ましい。導波路２１２ａと導波路２１２ｂとの間の距離または格子Ｇ_Ｒの中心と格子Ｇ_１の中心との間の距離は、約２０〜約１０００ミクロンの範囲にあることが好ましく、約３０〜約３００ミクロンの範囲にあればさらに好ましく、約５０〜約１００ミクロンの範囲にあれば最も好ましい。

図３Ａは、本発明の別の実施形態による具体的な光学システム３００を示している。光データ源３４０はＷＤＭ信号を送信し、その１つ以上のチャネルが光データ受信器３５０および／または光データ受信器３６０に供給される。データ源３４０は導波路３０１によってサーキュレータ３２０の第１のポートに接続され、サーキュレータ３２０の第２のポートは熱光学スイッチＳ１の第１のポートに接続され、サーキュレータ３２０の第３のポート（すなわち、ドロップポート）はデータ受信器３６０に接続される。スイッチＳ１の第２のポートはプレーナ型導波路３１０ａの入力に接続され、スイッチＳ１の第３のポートは格子Ｇ_１を具備するプレーナ型導波路３１２ａの入力に接続される。導波路３１０ａの出力は熱光学スイッチＳ２の第２のポートに接続され、導波路３１２ａの出力はスイッチＳ２の第３のポートに接続される。スイッチＳ２の第１のポートは、導波路３０３によってデータ受信器３５０に接続される。ダミー導波路３１０ｂは、対称に実装されてもよい。

参照源３７０は、それぞれ格子Ｇ_Ｒ１およびＧ_Ｒ２を具備する１組の導波路３１２ｂおよび３１２ｃの入力に参照信号を供給する。導波路３１２ｂの出力は光検出器３０６の入力に接続され、その出力は制御ユニット３０８の第１の入力に接続される。導波路３１２ｃの出力は光検出器３１６の入力に接続され、その出力は制御ユニット３０８の第２の入力に接続される。制御ユニット３０８はまた、加熱素子３１４に接続され、格子Ｇ_１が所望の波長に固定されて反射するように加熱素子３１４を制御し、ヒットレス態様でサーキュレータ３２０の第２のポートおよびデータ受信器３６０に反射される。

参照源３７０は、広帯域源、単独の波長または周期的な一連の波長であってもよい。参照源３７０は周期的な一連の波長λ_１、λ_２、．．．λ_Ｒ−１、λ_Ｒ、λ_Ｒ＋１、．．．λ_Ｎを含むことが好ましく、Ｎは、ＷＤＭ光学システムにおいて用いられる波長の数と少なくとも同じ大きさであり、各λ_ｉはＩＴＵ標準波長の中心に配置される。

格子Ｇ_Ｒ１はλ_Ｒより短い波長に対してオフセットΔλの中心反射波長を有し、格子Ｇ_Ｒ２はλ_Ｒより長い波長に対してオフセットΔλの中心反射波長を有することが好ましい。ΔλはＩＴＵ波長間隔の約１０％〜９０％であることが好ましく、ΔλはＩＴＵ波長間隔の約４０％〜６０％であればさらに好ましい。図３Ｂは、参照波長λ_Ｒで交わる格子Ｇ_Ｒ１およびＧ_Ｒ２に関する具体的な外形を示しており、制御ユニット３０８が格子Ｇ_Ｒ１およびＧ_Ｒ２の一方の山または谷に基づいて、加熱素子３１４の温度を制御仕様とするのではなく、２つのアーム（すなわち導波路３１２ｂおよび３１２ｃ）から光を均等にするために、導波路３１２ｂおよび３１２ｃからの出力を用いることを示している。

図４は、所望のチャネルをドロップするために用いられる格子Ｇ_１に加えて、プレーナ型導波路４１２に形成される帯域外の格子Ｇ_ＯＢを用いる光学システム４００を示している。帯域外の格子は、格子Ｇ_１の波長同調範囲外である波長で光を反射する。格子Ｇ_１およびＧ_ＯＢが導波路４１２に形成されるように示されているが、格子Ｇ_１およびＧ_ＯＢのそれぞれは個別に直列に接続される導波路に形成されてもよいことを十分に理解されたい。データ源４４０は、導波路４０１によってサーキュレータ４２０の第１のポートに供給されるＷＤＭ信号を送信する。サーキュレータ４２０の第２のポートは、熱光学スイッチＳ１の第１のポートに接続される。スイッチＳ１の第２のポートはプレーナ型導波路４１０の入力に接続され、スイッチＳ１の第３のポートは導波路４１２の入力に接続される。導波路４１２は、適切な所望の波長を反射するために同調される格子Ｇ_１と、モニタ格子として用いられる格子Ｇ_ＯＢと、を具備する。格子Ｇ_ＯＢにより、導波路４１２が温度ドリフトを受ける場合であっても、システム４００を所望の波長に効率的に固定することができる。

導波路４１０の出力は熱光学スイッチＳ２の第２のポートに接続され、導波路４１２の出力はスイッチＳ２の第３のポートに接続される。スイッチＳ２の第１のポートは、導波路４０３によって光データ受信器４５０に接続される。サーキュレータ４２０の第３のポート（すなわち、ドロップポート）は、光データ受信器４６０に接続される。帯域外の源４７０は、方向性結合器４０４によって導波路４０１に接続される。方向性結合器４０４は、参照信号をサーキュレータ４２０の第１のポートおよび第２のポートによってスイッチＳ１の第１のポートに供給する。光検出器４０６の入力はまた、たとえば、波長選択結合器４１９によってサーキュレータ４２０の第３のポートに接続される。源４７０によって供給される波長の範囲に応じて、光検出器４０６の入力に干渉フィルタを設けることが望ましい場合がある。光検出器４０６の出力は、制御ユニット４０８の入力に接続される。制御ユニット４０８は、格子Ｇ_１およびＧ_ＯＢと熱的接触状態にある加熱素子４１４に接続される出力を具備する。

動作中、帯域外の源４７０は、サーキュレータ４２０を通って導波路４１２に信号を供給する。加熱素子４１４を設けることにより、適切な温度にし、導波路４１２の有効屈折率（ｎ_ｅｆｆ）は、格子Ｇ_ＯＢが帯域外の信号をサーキュレータ４２０の第２のポートに反射し、信号がサーキュレータ４２０の第３のポートによってドロップされ、波長選択結合器４１９によって光検出器４０６の入力に経路指定されるようになっている。光検出器４０６の出力に基づいて、次に、制御ユニット４０８が加熱素子４１４の温度を制御し、所望の波長が格子Ｇ_１から反射され、データ受信器４６０にドロップされるようになっている。他の開示の実施形態と同様に、予め構成される差の値が参照表に格納され、制御ユニット４０８が所望のチャネルを反射するために加熱素子４１４に適用する適切な信号を決定することができるようになっていてもよい。

図５は、導波路５１２ａの有効屈折率（ｎ_ｅｆｆ）を監視するために、プレーナ型導波路５１２ｂおよび５１２ｃを具備するマッハ・ツェンダ干渉計を用いる具体的な光学システム５００を示している。システム５００は熱光学スイッチＳ１およびＳ２を実装し、光データ源５４０によって供給されるＷＤＭ信号のチャネルをドロップすることが本質的にヒットレスであるようにする。データ源５４０は、導波路５０１によってサーキュレータ５２０の第１のポートに接続される。サーキュレータ５２０の第２のポートはスイッチＳ１の第１のポートに接続され、スイッチＳ１の第２のポートは導波路５１０ａの入力に接続され、スイッチＳ１の第３のポートは導波路５１２ａの入力に接続される。導波路５１０ａの出力はスイッチＳ２の第２のポートに接続され、導波路５１２ａの出力はスイッチＳ２の第３のポートに接続される。スイッチＳ２の第１のポートは、導波路５０３によって光データ受信器５５０に接続される。図５に示されているように、ダミー導波路５１０ｂが対称に備えられてもよい。

源５７０は、参照信号をマッハ・ツェンダフィルタの入力に供給する。マッハ・ツェンダフィルタのアームは、結合器Ｃ１およびＣ２を備えた導波路５１２ｂおよび５１２ｃから形成される。源５７０は、単独の波長源または狭帯域の波長を含む源であることが好ましい。結合器Ｃ１およびＣ２は、たとえば、方向性結合器またはＹ分岐スプリッタであってもよい。図示されているように、加熱素子５１４は、格子Ｇ_１および導波路５１２ｂと熱的接触状態にある。導波路５１２ｂおよび５１２ｃの出力はそれぞれ、光検出器５０６および５１６によって監視される。光検出器５０６および５１６の出力は、制御ユニット５０８の個別の入力に接続される。光検出器５０６および５１６から受信される出力に応じて、制御ユニット５０８は加熱素子５１４の温度を制御し、導波路５１２ａの有効屈折率は、格子Ｇ_１が所望のチャネルをサーキュレータ５２０の第２のポートに反射し、サーキュレータ５２０の第３のポートによって光データ受信器５６０にドロップされるようになっている。

図６は、参照信号としてアド信号およびドロップ信号の両方の部分を用いる光学システム６００を示している。光データ源６４０は、導波路６０１によってサーキュレータ６２０の第１のポートにＷＤＭ信号を供給する。サーキュレータ６２０の第２のポートは熱光学スイッチＳ１の第１のポートに接続され、スイッチＳ１の第２のポートはプレーナ型導波路６１０に接続される。スイッチＳ１の第３のポートは、格子Ｇ_１を具備するプレーナ型導波路６１２ａの入力に接続される。導波路６１０ａは、熱光学スイッチＳ２の第２のポートに接続される。導波路６１２ａの出力はスイッチＳ２の第３のポートに接続され、スイッチＳ２の第１のポートはサーキュレータ６１８の第１のポートに接続される。サーキュレータ６１８の第２のポートは導波路６０３によって光データ受信器６５０に接続され、データ源６８０はアド信号をサーキュレータ６１８の第３のポートに供給する。

結合器６２２は、アド信号の一部を結合器６２４の入力に結合する。導波路６１２ａのの格子Ｇ_１から反射されるＷＤＭ信号の部分は、サーキュレータ６２０の第２のポートに供給され、サーキュレータ６２０の第３のポートによって光データ受信器６６０にドロップされる。その信号の一部は、結合器６０４によって供給され、結合器６２４によって結合器６２２からのアド信号の一部と結合される。結合されたアド信号およびドロップ信号は、参照源を導波路６１２ｂにおける参照格子Ｇ_Ｒを供給する。導波路６１２ｂの出力は、光検出器６１６の入力に接続される。光検出器６１６の出力は、制御ユニット６１８（６０８）に接続される。制御ユニット６１８（６０８）は、加熱素子６１４のほか、スイッチＳ１およびＳ２に接続され、加熱素子６１４の温度を制御する。図１〜図５に関して前述したように、制御ユニット６０８はまた、スイッチＳ１およびＳ２を制御し、格子Ｇ_１の波長の変更がヒットレス態様でなされるようになっている。参照格子Ｇ_Ｒの場合には、分離問題を生じることなくより高い感度を生じうるため、主格子Ｇ_１より狭い帯域幅を有することが望ましい場合がある。

したがって、所望の波長に固定される波長可変フィルタを保持することができ、高い信頼性で比較的効率のよいヒットレス態様で１つの波長から別の波長に波長可変フィルタを切替えることができるさまざまな実用的な光学システムについて、本願明細書に記載されている。

本願明細書に述べるように、添付の特許請求の範囲に定義されるような本発明の精神または範囲を逸脱することなく、本発明の好ましい実施形態に対する種々の修正を行うことができることは、当業者には明白となるであろう。

一方に温度同調格子を有する１組のプレーナ型導波路の端部に接続される１組の熱光学スイッチを具備する光学システムの具体的な図である。一方に温度同調格子を有する１組のプレーナ型導波路の端部に接続される１組の熱光学スイッチと、参照フィルタを具備する参照導波路と、を具備する光学システムの具体的な図である。一方に温度同調格子を有する１組のプレーナ型導波路の端部に接続される１組の熱光学スイッチと、参照フィルタをそれぞれ具備する１組の参照導波路と、を具備する光学システムの具体的な図である。図３Ａの参照フィルタに関連する格子の関係を示す具体的な図である。一方に温度同調格子および帯域外の参照格子を有する１組のプレーナ型導波路の端部に接続される１組の熱光学スイッチを具備する光学システムの具体的な図である。一方に温度同調格子を有する１組のプレーナ型導波路の端部に接続される１組の熱光学スイッチと、温度同調格子の温度環境を共有する１つのアームを有するマッハ・ツェンダ干渉計として形成される参照導波路と、を具備する光学システムの具体的な図である。一方に温度同調する第１の格子を有する１組のプレーナ型導波路の端部に接続される１組の熱光学スイッチと、アド信号またはドロップ信号の一部を保持する第３の導波路と第１の温度同調格子の温度環境を共有する第３の導波路中の関連する参照格子と、を具備するアド・ドロップ光学システムの具体的な図である。なしなしなし

Claims

ヒットレス態様でＩＴＵ格子において選択されるチャネルに固定するための波長選択光学デバイスであって、
第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、前記第１のＴＯＳの前記第１のポートが波長分割多重化（ＷＤＭ）信号を受信する第１の熱光学スイッチ（ＴＯＳ）と、
第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、前記第２のＴＯＳの前記第１のポートが前記ＷＤＭ信号の少なくとも１つのチャネルを通過する第２のＴＯＳと、
前記第１のＴＯＳの前記第２のポートと前記第２のＴＯＳの前記第２のポートとの間に接続される第１の導波路と、
第２の導波路に形成される波長可変フィルタであって、前記受信されるＷＤＭ信号から選択されるチャネルを反射する波長可変フィルタを具備し、前記第１のＴＯＳの前記第３のポートと前記第２のＴＯＳの前記第３のポートとの間に接続される第２の導波路と、
第３の導波路に形成される第１の参照フィルタであって、参照信号を受信して指示信号を供給する前記第１の参照フィルタを具備する第３の導波路と、
前記波長可変フィルタおよび前記第１の参照フィルタと熱的接触状態にある加熱素子と、
前記加熱素子、前記第１のＴＯＳおよび前記第２のＴＯＳに接続され、前記波長可変フィルタの選択されるチャネルを調整するために、前記第１の参照フィルタによって供給される前記指示信号に応じて、前記加熱素子の温度を変化させ、前記加熱素子の温度が調整されるときに、前記第１のＴＯＳおよび前記第２のＴＯＳの切替を制御して、前記受信されたＷＤＭ信号が前記第１の導波路を通るように経路指定する制御ユニットと
を具備することを特徴とする波長選択光学デバイス。
前記波長可変フィルタは、ブラッグ格子であることを特徴とする請求項１に記載の波長選択光学デバイス。
前記波長可変フィルタおよび前記第１の参照フィルタは、ブラッグ格子であることを特徴とする請求項１に記載の波長選択光学デバイス。
前記参照信号は、参照源によって供給され、前記受信されたＷＤＭ信号から独立していることを特徴とする請求項１に記載の波長選択光学デバイス。
前記指示信号は、前記第１の参照フィルタによって通過される透過信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項４に記載の波長選択光学デバイス。
前記指示信号は、前記第１の参照フィルタによって反射される反射信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項４に記載の波長選択光学デバイス。
前記第３の導波路のいずれかの端部に接続される第４の導波路をさらに具備し、前記第３の導波路および前記第４の導波路がそれぞれ、マッハ・ツェンダ干渉計のアームを形成し、前記指示信号が前記第３の導波路を通過する第１の透過信号および前記第４の導波路を通過する第２の透過信号を含むことを特徴とする請求項４に記載の波長選択光学デバイス。
前記参照信号が帯域外の信号であり、前記第３の導波路が前記第１のＴＯＳの前記第３のポートと前記第２のＴＯＳの前記第３のポートとの間で前記第２の導波路に直列に接続され、前記指示信号が帯域外のフィルタである前記第１の参照フィルタによって反射される反射信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項４に記載の波長選択光学デバイス。
前記指示信号は、前記第１の参照フィルタによって通過される透過信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項１に記載の波長選択光学デバイス。
前記第２の参照フィルタを具備する第４の導波路をさらに具備し、前記指示信号は、前記第３の導波路を通過する第１の透過信号および前記第４の導波路を通過する第２の透過信号を含むことを特徴とする請求項４に記載の波長選択光学デバイス。
前記加熱素子が、前記波長可変フィルタの温度および特性を変化させるための第１の加熱素子と、前記第１の参照フィルタの温度および特性を変化させるための第２の加熱素子と、を具備し、前記第１の加熱素子および前記第２の加熱素子が個別に制御可能であることを特徴とする請求項１に記載の波長選択光学デバイス。
第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、前記第１のＴＯＳの前記第１のポートが波長分割多重化（ＷＤＭ）信号を受信し、前記波長選択光学デバイスのための入力として機能する第１の熱光学スイッチ（ＴＯＳ）と、
第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、前記第２のＴＯＳの前記第１のポートが前記ＷＤＭ信号の少なくとも１つのチャネルを通過し、前記波長選択光学デバイスのための出力として機能する第２のＴＯＳと、
前記第１のＴＯＳの前記第２のポートと前記第２のＴＯＳの前記第２のポートとの間に接続される第１の導波路と、
第２の導波路に形成される波長可変フィルタであって、前記受信されるＷＤＭ信号から選択されるチャネルを反射する波長可変フィルタを具備し、前記第１のＴＯＳの前記第３のポートと前記第２のＴＯＳの前記第３のポートとの間に接続される第２の導波路と、
第３の導波路に形成される第１の参照フィルタであって、参照信号を受信して指示信号を供給する前記第１の参照フィルタを具備する第３の導波路と、
前記波長可変フィルタおよび前記第１の参照フィルタと熱的接触状態にある加熱素子と、
前記加熱素子、前記第１のＴＯＳおよび前記第２のＴＯＳに接続され、前記波長可変フィルタの選択されるチャネルを調整するために、前記第１の参照フィルタによって供給される前記指示信号に応じて、前記加熱素子の温度を変化させ、前記加熱素子の温度が調整されるときに、前記第１のＴＯＳおよび前記第２のＴＯＳの切替を制御して、前記受信されたＷＤＭ信号が前記第１の導波路を通るように経路指定する制御ユニットと、を具備する、ＩＴＵ格子において選択されるチャネルに固定するための波長選択光学デバイスと、
前記波長選択光学デバイスの入力に接続され、前記選択光学デバイスの入力に前記ＷＤＭ信号を供給する光データ源と、
前記光データ源によって送信される前記ＷＤＭ信号の少なくとも１つのチャネルを受信するために、前記波長選択光学デバイスの出力に接続される光データ受信器と
を具備することを特徴とする光学システム。
前記波長可変フィルタは、ブラッグ格子であることを特徴とする請求項１２に記載の光学システム。
前記波長可変フィルタおよび前記第１の参照フィルタは、ブラッグ格子であることを特徴とする請求項１２に記載の光学システム。
前記参照信号は、参照源によって供給され、前記受信されたＷＤＭ信号から独立していることを特徴とする請求項１２に記載の光学システム。
前記指示信号は、前記第１の参照フィルタによって通過される透過信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項１５に記載の光学システム。
前記指示信号は、前記第１の参照フィルタによって反射される反射信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項１５に記載の光学システム。
前記第３の導波路のいずれかの端部に接続される第４の導波路をさらに具備し、前記第３の導波路および前記第４の導波路がそれぞれ、マッハ・ツェンダ干渉計のアームを形成し、前記指示信号が前記第３の導波路を通過する第１の透過信号および前記第４の導波路を通過する第２の透過信号を含むことを特徴とする請求項１５に記載の光学システム。
前記参照信号が帯域外の信号であり、前記第３の導波路が前記第１のＴＯＳの前記第３のポートと前記第２のＴＯＳの前記第３のポートとの間で前記第２の導波路に直列に接続され、前記指示信号が帯域外のフィルタである前記第１の参照フィルタによって反射される反射信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項１５に記載の光学システム。
前記指示信号は、前記第１の参照フィルタによって通過される透過信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項１２に記載の光学システム。
前記第２の参照フィルタを具備する第４の導波路をさらに具備し、前記指示信号は、前記第３の導波路を通過する第１の透過信号および前記第４の導波路を通過する第２の透過信号を含むことを特徴とする請求項１５に記載の光学システム。
前記加熱素子が、前記波長可変フィルタの温度および特性を変化させるための第１の加熱素子と、前記第１の参照フィルタの温度および特性を変化させるための第２の加熱素子と、を具備し、前記第１の加熱素子および前記第２の加熱素子が個別に制御可能であることを特徴とする請求項１２に記載の光学システム。
ヒットレス態様でＩＴＵ格子において選択されるチャネルに固定するための波長選択光学デバイスであって、
第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、前記第１のＴＯＳの前記第１のポートが波長分割多重化（ＷＤＭ）信号を受信する第１の熱光学スイッチ（ＴＯＳ）と、
第１のポート、第２のポートおよび第３のポートを具備し、前記第２のＴＯＳの前記第１のポートが前記ＷＤＭ信号の少なくとも１つのチャネルを通過する第２のＴＯＳと、
前記第１のＴＯＳの前記第２のポートと前記第２のＴＯＳの前記第２のポートとの間に接続される第１の導波路と、
第２の導波路に形成される波長可変フィルタであって、前記受信されるＷＤＭ信号から選択されるチャネルを反射する波長可変フィルタを具備し、前記第１のＴＯＳの前記第３のポートと前記第２のＴＯＳの前記第３のポートとの間に接続される第２の導波路と、
第３の導波路に形成される第１の参照フィルタであって、参照信号を受信して指示信号を供給する前記第１の参照フィルタを具備し、前記波長可変フィルタおよび前記第１の参照フィルタがブラッグ格子である第３の導波路と、
前記波長可変フィルタおよび前記第１の参照フィルタと熱的接触状態にある加熱素子と、
前記加熱素子、前記第１のＴＯＳおよび前記第２のＴＯＳに接続され、前記波長可変フィルタの選択されるチャネルを調整するために、前記第１の参照フィルタによって供給される前記指示信号に応じて、前記加熱素子の温度を変化させ、前記加熱素子の温度が調整されるときに、前記第１のＴＯＳおよび前記第２のＴＯＳの切替を制御して、前記受信されたＷＤＭ信号が前記第１の導波路を通るように経路指定する制御ユニットと
を具備することを特徴とする波長選択光学デバイス。
前記参照信号は、参照源によって供給され、前記受信されたＷＤＭ信号から独立していることを特徴とする請求項２３に記載の波長選択光学デバイス。
前記指示信号は、前記第１の参照フィルタによって通過される透過信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項２４に記載の波長選択光学デバイス。
前記指示信号は、前記第１の参照フィルタによって反射される反射信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項２４に記載の波長選択光学デバイス。
前記第３の導波路のいずれかの端部に接続される第４の導波路をさらに具備し、前記第３の導波路および前記第４の導波路がそれぞれ、マッハ・ツェンダ干渉計のアームを形成し、前記指示信号が前記第３の導波路を通過する第１の透過信号および前記第４の導波路を通過する第２の透過信号を含むことを特徴とする請求項２４に記載の波長選択光学デバイス。
前記参照信号が帯域外の信号であり、前記第３の導波路が前記第１のＴＯＳの前記第３のポートと前記第２のＴＯＳの前記第３のポートとの間で前記第２の導波路に直列に接続され、前記指示信号が帯域外のフィルタである前記第１の参照フィルタによって反射される反射信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項２４に記載の波長選択光学デバイス。
前記指示信号は、前記第１の参照フィルタによって通過される透過信号の少なくとも一部であることを特徴とする請求項２３に記載の波長選択光学デバイス。
前記第２の参照フィルタを具備する第４の導波路をさらに具備し、前記指示信号は、前記第３の導波路を通過する第１の透過信号および前記第４の導波路を通過する第２の透過信号を含むことを特徴とする請求項２４に記載の波長選択光学デバイス。
前記加熱素子が、前記波長可変フィルタの温度および特性を変化させるための第１の加熱素子と、前記第１の参照フィルタの温度および特性を変化させるための第２の加熱素子と、を具備し、前記第１の加熱素子および前記第２の加熱素子が個別に制御可能であることを特徴とする請求項２３に記載の波長選択光学デバイス。