JP2008275678A - Optical signal processor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that reduction in optical coupling loss generated in a spatial optical system including a single lens is not sufficient, a lens excellent in performance is difficult to manufacture and expensive, adjustment work when an optical signal processor is manufactured is complex, a manufacturing cost is high, and further, it is necessary to secure a return loss in an optical system and reduce the amount of cross-talk, in the conventional optical signal processor. <P>SOLUTION: The lens configuration of this invention is found by using the refractive powers (D1, D2, D3 and D4) of respective lens surfaces as a parameter, by focusing on reduction in tangential astigmatism. It is found that in not the single lens of the conventional technique, but two-group two-lens, when the focal length of two lenses is near (D1f+D2f≈D3f+D4f≈0.5) and a second condenser lens is a plano-convex lens whose convex side faces a first condenser lens side (D3f≈0.5), the optical coupling loss of wavelength dependency is remarkably small. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光信号処理装置に関する。より詳細には、レンズを含む光信号処理回路に関する。   The present invention relates to an optical signal processing device. More specifically, the present invention relates to an optical signal processing circuit including a lens.

光通信ネットワークの高速化、大容量化が進み、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)伝送信号の処理に代表されるような光信号処理装置へのニーズも高まっている。例えば、多重化された光信号をノード間で経路切り替えする機能が要請されている。光−電気変換を経ないで、光信号のまま経路変換を行なうことで、光信号処理装置の高速化が進められている。   As the speed and capacity of optical communication networks have increased, there has been an increasing need for optical signal processing apparatuses such as those represented by processing of wavelength division multiplexing (WDM) transmission signals. For example, there is a demand for a function of switching the path of multiplexed optical signals between nodes. An optical signal processing apparatus has been increased in speed by performing path conversion without changing the optical-electrical conversion.

一方、光信号処理装置の小型化・集積化の観点から、導波路型光回路(PLC:Planar Lightwave Circuit)の開発研究が進められている。PLCでは、例えばシリコン基板上に石英ガラスを材料としたコアを形成して1つのチップに多様な機能を集積し、低損失で信頼性の高い光機能デバイスを実現している。さらには、複数のPLCチップと他の光機能部品とを組み合わせた複合的な光信号処理部品(装置)も登場している。   On the other hand, from the viewpoint of miniaturization and integration of an optical signal processing device, research and development of a waveguide type optical circuit (PLC: Planar Lightwave Circuit) is in progress. In a PLC, for example, a core made of quartz glass is formed on a silicon substrate, and various functions are integrated on one chip, thereby realizing an optical functional device with low loss and high reliability. Furthermore, a complex optical signal processing component (apparatus) that combines a plurality of PLC chips and other optical functional components has also appeared.

例えば、特許文献1には、AWGなどを含む導波路型光回路(PLC)と液晶素子などの空間変調素子とを組み合わせた、光信号処理装置が開示されている。より具体的には、液晶素子を中心として対称に配置されたPLCおよびコリメートレンズからなる波長ブロッカをはじめ、波長イコライザ、分散補償器などの検討が進められている。これらの光信号処理装置では、異なる波長を持つ複数の光信号に対して、波長毎に独立して光信号処理を行う。   For example, Patent Document 1 discloses an optical signal processing device in which a waveguide type optical circuit (PLC) including AWG or the like and a spatial modulation element such as a liquid crystal element are combined. More specifically, a wavelength blocker including a PLC and a collimating lens arranged symmetrically with respect to the liquid crystal element, a wavelength equalizer, a dispersion compensator, and the like are being studied. In these optical signal processing devices, optical signal processing is performed independently for each wavelength for a plurality of optical signals having different wavelengths.

図11は、光信号処理装置の一例を概念図で示したものである。この光信号処理装置では、分光素子51を経由して光信号が入出力される。分光素子51は、異なる波長を持つ複数の光信号を、その波長に応じた出射角度θで分波する。分波された光信号は、集光レンズ52へ向かって出射する。集光レンズ52によって集光された光信号は、出射角度θに対応して、強度変調、位相変調または偏向する機能を持つ信号処理素子53の所定の位置の各集光点に集光される。すなわち、入力光信号の波長に応じて、光信号は信号処理素子の異なる位置に集光されることに留意をされたい。信号処理素子53は、例えば複数の要素素子(ピクセル)からなる液晶素子などである。各要素素子の透過率などの制御によって、各波長の光信号は強度変調などを受け、所定の信号処理機能が実現される。信号処理を受けた光信号は、ミラー54で反射されて進行方向を反転させる。光信号はさらに集光レンズ52を通って、再び分光素子51において合波される。一般によく知られているように、分光素子51は、進行方向によって光信号を合波することもできる。合波された各波長の光信号は、再び出力光として、光信号処理装置外へ出力される。   FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating an example of an optical signal processing device. In this optical signal processing apparatus, an optical signal is input / output via the spectroscopic element 51. The spectroscopic element 51 demultiplexes a plurality of optical signals having different wavelengths at an emission angle θ corresponding to the wavelengths. The demultiplexed optical signal is emitted toward the condenser lens 52. The optical signal condensed by the condensing lens 52 is condensed on each condensing point at a predetermined position of the signal processing element 53 having a function of intensity modulation, phase modulation or deflection corresponding to the emission angle θ. . That is, it should be noted that the optical signal is collected at different positions of the signal processing element depending on the wavelength of the input optical signal. The signal processing element 53 is, for example, a liquid crystal element composed of a plurality of element elements (pixels). By controlling the transmittance of each element, the optical signal of each wavelength is subjected to intensity modulation and the like, and a predetermined signal processing function is realized. The optical signal subjected to the signal processing is reflected by the mirror 54 to reverse the traveling direction. The optical signal further passes through the condenser lens 52 and is multiplexed again in the spectroscopic element 51. As is generally well known, the spectroscopic element 51 can also multiplex optical signals according to the traveling direction. The combined optical signal of each wavelength is output again as output light to the outside of the optical signal processing device.

図11において、分光素子51は概念的に示したものであり、光信号の波長に応じて分波および合波をできるものであれば良い。例えば、分光素子には、グレーティング、プリズム、アレイ導波路回折格子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)などがある。信号処理素子は、光信号の強度もしくは位相、または強度および位相を変調できるもの、または光信号の進行方向を偏向できるものであれば良い。例えば、信号処理素子には、液晶素子、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー、非線形結晶などがある。   In FIG. 11, the spectroscopic element 51 is conceptually shown as long as it can perform demultiplexing and multiplexing according to the wavelength of the optical signal. For example, the spectroscopic elements include a grating, a prism, and an arrayed waveguide grating (AWG). The signal processing element only needs to be capable of modulating the intensity or phase of the optical signal, or the intensity and phase, or capable of deflecting the traveling direction of the optical signal. For example, the signal processing element includes a liquid crystal element, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror, and a nonlinear crystal.

図11に示した光信号処理装置は、ミラーを使用して光信号を折り返すことで、1つの分光素子によって光信号の分波および合波の両方を行なう構成である。この構成は、一般に反射型と呼ばれている。波長ブロック等の光信号処理を行なう装置は、この構成だけに限られない。例えば、図11のミラーを使用せずに、信号処理素子を対称軸の位置とし、入射光路軸の延長線上であって入射系の反対側に、もう1つのレンズおよび分光素子からなる出射系を配置した構成も可能である。この構成は、独立した入射系および出射系を経由して、それぞれ光信号の分波および合波を行なう構成であり、透過型と呼ばれている。さらに、図11の装置構成において、ミラーの向きを変えることによって、任意の位置に配置された、もう一つのレンズおよび分光素子からなる出射系によって光信号の合波を行う構成も可能である。例えば、ミラーの反射面を光信号の入射光路に対して45度傾けて、入射光路に対して垂直方向に配置されたレンズおよび分光素子により出射系を構成することも可能である。また、信号処理素子が偏向機能を持つ場合は、出射系を複数備えることもできる。   The optical signal processing device shown in FIG. 11 has a configuration in which both optical signal demultiplexing and multiplexing are performed by a single spectroscopic element by folding the optical signal using a mirror. This configuration is generally called a reflection type. An apparatus that performs optical signal processing such as a wavelength block is not limited to this configuration. For example, without using the mirror of FIG. 11, the signal processing element is positioned at the symmetry axis, and an output system composed of another lens and a spectroscopic element is provided on the opposite side of the incident system on the extension line of the incident optical path axis. Arranged configurations are also possible. This configuration is a configuration that performs demultiplexing and multiplexing of optical signals via independent incident and outgoing systems, respectively, and is called a transmission type. Furthermore, in the apparatus configuration shown in FIG. 11, it is possible to combine the optical signals by changing the direction of the mirror and using an emission system including another lens and a spectroscopic element arranged at an arbitrary position. For example, the reflecting surface of the mirror can be inclined by 45 degrees with respect to the incident optical path of the optical signal, and the exit system can be configured by a lens and a spectroscopic element arranged in a direction perpendicular to the incident optical path. When the signal processing element has a deflection function, a plurality of emission systems can be provided.

図11において、分光素子51と集光レンズ52とは、前焦点距離FFLだけ離して配置され、信号処理素子53と集光レンズ52とは後焦点距離BFLだけ離して配置される。集光レンズ52によって集光される光の焦点は、使用するすべての波長においてミラー54の面上になくてはならない。ミラー面上からずれると、入出力光間の結合損失を生じる問題が起こる。同時に、集光された光信号のビームスポット径が大きくなることから、波長分解能が低下する問題を生じる。   In FIG. 11, the spectroscopic element 51 and the condensing lens 52 are arranged apart from each other by a front focal length FFL, and the signal processing element 53 and the condensing lens 52 are arranged apart from each other by a rear focal length BFL. The focal point of the light collected by the condenser lens 52 must be on the surface of the mirror 54 at all wavelengths used. When deviating from the mirror surface, there arises a problem of causing a coupling loss between input and output light. At the same time, since the beam spot diameter of the collected optical signal is increased, there arises a problem that the wavelength resolution is lowered.

また、信号処理素子53は、光信号の波長ごとに選択的に変調を行なうために、空間的に周期的な構造を備えている必要がある。例えば、信号処理素子53が液晶素子の場合、液晶素子の要素素子の構造は、分光素子および集光レンズの光学特性に合わせて設計されなければならない。   In addition, the signal processing element 53 needs to have a spatially periodic structure in order to selectively modulate each wavelength of the optical signal. For example, when the signal processing element 53 is a liquid crystal element, the structure of the element element of the liquid crystal element must be designed according to the optical characteristics of the spectroscopic element and the condenser lens.

より具体的には、信号処理素子上における集光位置の波長依存性は、分光素子の角度分散値に集光レンズの焦点距離を乗じたものに従うことが知られている。集光位置の波長依存性は、分光光学系の線分散値とも呼ばれる。分光素子および集光レンズによって決定される光学系の線分散値は、信号処理素子の構造の設計に用いた線分散値と、十分に一致している必要がある。これらの線分散値にずれがあれば、実際の光信号の集光点の位置は信号処理素子の個々の要素素子(例えば、液晶シャッター素子のピクセル)の位置と一致しなくなる。この不一致のため、処理される光信号の波長誤差が生じる。   More specifically, it is known that the wavelength dependence of the condensing position on the signal processing element follows that obtained by multiplying the angular dispersion value of the spectroscopic element by the focal length of the condensing lens. The wavelength dependence of the light collection position is also called a linear dispersion value of the spectroscopic optical system. The linear dispersion value of the optical system determined by the spectroscopic element and the condensing lens needs to be sufficiently coincident with the linear dispersion value used for designing the structure of the signal processing element. If there is a deviation in these linear dispersion values, the position of the condensing point of the actual optical signal does not coincide with the position of each element element (for example, a pixel of the liquid crystal shutter element) of the signal processing element. This mismatch results in a wavelength error in the processed optical signal.

特開2002−250828号公報(第16頁、19頁、第20図、第27図、第29D図など)Japanese Patent Laid-Open No. 2002-250828 (pages 16, 19, 20, 20, 27, 29D, etc.) 特開2004−239991号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-239991 特開平8−75948号公報JP-A-8-75948 特開平9−90216号公報JP-A-9-90216

しかしながら、従来の光信号処理装置では、レンズを含む光学系において発生する光結合損失の低減がまだ十分でない問題があった。図11に示したように、従来の反射型の光信号処理装置は、分光素子および信号処理素子の間に集光レンズを1つ配置する構成であった。また、透過型の光信号処理装置においては、分波用の分光素子および信号処理素子間の光路ならびに信号処理素子および合波用の分光素子間の光路に、それぞれ集光レンズを1つずつ配置する構成であった。このような従来の光信号処理装置で使用されてきたレンズは、安価で一般的な単レンズである。一般の結像レンズは、上述の光信号処理装置の光学系に求められる光学特性を十分考慮して最適化がなされたものではなかった。   However, the conventional optical signal processing apparatus has a problem that the optical coupling loss generated in the optical system including the lens is not yet sufficiently reduced. As shown in FIG. 11, the conventional reflective optical signal processing apparatus has a configuration in which one condenser lens is disposed between the spectroscopic element and the signal processing element. In the transmission type optical signal processing apparatus, one condensing lens is arranged in each of the optical path between the demultiplexing spectral element and the signal processing element and the optical path between the signal processing element and the multiplexing spectral element. It was the composition to do. The lens that has been used in such a conventional optical signal processing apparatus is an inexpensive single lens. A general imaging lens has not been optimized in consideration of the optical characteristics required for the optical system of the optical signal processing apparatus described above.

上述の空間変調素子を含む光信号処理装置においては、レンズの配置位置の観点から、次のような光学特性が必要とされる。通常の結像レンズにおいては、絞り位置はレンズ中央部、あるいは組レンズの内部にあるのが一般的である。これに対し、本光信号処理装置においては、分光素子の構造によって出射ビーム幅が決定される。したがって、分光素子の出射端に絞り位置があるとみなされるため、通常の結像レンズの場合とは異なるレンズ仕様の最適化が必要である。   In the optical signal processing device including the spatial modulation element described above, the following optical characteristics are required from the viewpoint of the lens arrangement position. In a normal imaging lens, the stop position is generally at the center of the lens or inside the group lens. On the other hand, in the present optical signal processing device, the outgoing beam width is determined by the structure of the spectroscopic element. Therefore, since it is considered that there is a stop position at the emission end of the spectroscopic element, it is necessary to optimize the lens specifications different from those of a normal imaging lens.

本光信号処理装置は光結合系の構成であるため、光線は、信号処理素子およびミラーに対して垂直に入射する必要がある。結像レンズにおいては、像テレセントリックレンズがこの要請を満たすものである。この条件から、分光素子の出射端が絞り位置であるだけでなく、さらに集光レンズのFFL(前焦点)の位置となるように、集光レンズを配置する必要がある。   Since the present optical signal processing apparatus has a configuration of an optical coupling system, the light beam needs to be incident on the signal processing element and the mirror perpendicularly. In the imaging lens, the image telecentric lens satisfies this requirement. From this condition, it is necessary to dispose the condensing lens so that the emission end of the spectroscopic element is not only at the stop position, but also at the FFL (front focal point) position of the condensing lens.

さらにレンズ固有の特性の観点から、色収差、歪曲、球面収差、および非点収差などの検討が必要である。特に、非点収差は、光軸上の信号処理素子の集光位置に影響を与えるため、光結合損失を大きく左右する。   Further, from the viewpoint of the characteristics unique to the lens, it is necessary to study chromatic aberration, distortion, spherical aberration, astigmatism, and the like. In particular, astigmatism affects the light collection position of the signal processing element on the optical axis, and thus greatly affects the optical coupling loss.

図12は、レンズの非点収差を説明する図である。図12aの左端Z1は分光素子の出射端の位置に相当し、Z2の位置に集光レンズ52が、右端Z3の位置にミラー54がそれぞれ配置されている。簡単のため、信号処理素子は省略している。WOxは分光素子の出射ビーム半径、θoは最大出射角度、Wixは信号処理素子上で集光するビームスポット半径である。図12aでは、出射角度の異なる3つの光路55a、55b、55cが示されており、x軸上の各点に集光する。これらの光路は、それぞれ異なる波長の光信号に対応している。 FIG. 12 is a diagram for explaining astigmatism of a lens. The left end Z 1 in FIG. 12a corresponds to the position of the emission end of the spectroscopic element, and the condenser lens 52 is disposed at the position Z 2 and the mirror 54 is disposed at the position of the right end Z 3 . For simplicity, signal processing elements are omitted. WOx is the exit beam radius of the spectroscopic element, θo is the maximum exit angle, and Wix is the radius of the beam spot focused on the signal processing element. In FIG. 12a, three optical paths 55a, 55b, and 55c having different emission angles are shown, and the light is condensed at each point on the x-axis. These optical paths correspond to optical signals having different wavelengths.

図12bは、ミラー近傍において光信号が集光するビームスポットを拡大して示した図である。光路55a、55b、55cは、例えば、それぞれ波長1604nm、1587nm、1570nmの光信号に対応している。集光レンズの中心を通っている光路55bは、光信号処理装置が取り扱うシステム(通信波長帯)の中心波長λcの光信号に対応している。光路55a、55cは、最大出射角度θoの状態で分光素子から出射し、光信号処理装置が取り扱うシステムの両端の波長λeにそれぞれ対応している。Hは、信号処理素子上における光軸中心位置(光路55aの集光点)からのビームスポット位置の最大変位である。非点収差(TAS:Tangential Astigmatism)は、光信号がこの最大変位Hの状態で出射する場合に、ミラー面上ではなくミラー面より手前で焦点を結ぶことにより生じる収差である。TASが原因で、ミラー面上の集光点が広がってしまう。これにより、x軸上の集光点の位置によって、すなわち波長によって光結合損失が異なることとなる。したがって、光結合損失に波長依存性を生じる。   FIG. 12 b is an enlarged view of the beam spot where the optical signal is collected in the vicinity of the mirror. The optical paths 55a, 55b, and 55c correspond to, for example, optical signals having wavelengths of 1604 nm, 1587 nm, and 1570 nm, respectively. The optical path 55b passing through the center of the condenser lens corresponds to the optical signal having the center wavelength λc of the system (communication wavelength band) handled by the optical signal processing device. The optical paths 55a and 55c are emitted from the spectroscopic element in the state of the maximum emission angle θo, and respectively correspond to the wavelengths λe at both ends of the system handled by the optical signal processing device. H is the maximum displacement of the beam spot position from the optical axis center position (the condensing point of the optical path 55a) on the signal processing element. Astigmatism (TAS: Tangential Astigmatism) is an aberration caused by focusing on the front of the mirror surface, not on the mirror surface, when the optical signal is emitted in the state of the maximum displacement H. Due to TAS, the condensing point on the mirror surface will spread. Thereby, the optical coupling loss varies depending on the position of the condensing point on the x-axis, that is, depending on the wavelength. Therefore, wavelength dependence occurs in the optical coupling loss.

図13は、従来の両球面単レンズのTAS特性の一例を示す図である。横軸はレンズの第2面の曲率半径R2、焦点距離をfとした場合のベンディング(f/R2)を示し、縦軸はTAS/fを示す。レンズ材質はBK7(n=1.5)であり、画角を±2.4度としてTASを計算をしたものである。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the TAS characteristic of a conventional double spherical single lens. The abscissa indicates the bending radius (f / R2) when the curvature radius R2 of the second surface of the lens and the focal length are f, and the ordinate indicates TAS / f. The lens material is BK7 (n = 1.5), and the TAS is calculated with an angle of view of ± 2.4 degrees.

図13から明らかなように、ベンディングを最適化しても、|TAS|/fの最小値は0.005程度に止まる。1つのレンズに対してそのベンディングを最適化しても、TASを十分に小さく抑えることは出来ない。例えば、f=50mm、|TAS|/f=−0.005の場合、レンズのTASに起因する最大結合損失は、2.5dBと見積もられる。図11の光信号処理装置の全体の過剰損失が6dB程度であることを考えると、TASは全体の過剰損失の中で大きな割合を占め、TASをさらに低減することが必要である。   As is apparent from FIG. 13, even if the bending is optimized, the minimum value of | TAS | / f is only about 0.005. Even if the bending is optimized for one lens, TAS cannot be kept sufficiently small. For example, when f = 50 mm and | TAS | /f=−0.005, the maximum coupling loss due to TAS of the lens is estimated to be 2.5 dB. Considering that the overall excess loss of the optical signal processing apparatus of FIG. 11 is about 6 dB, TAS accounts for a large proportion of the overall excess loss, and it is necessary to further reduce TAS.

他の従来技術には、高屈折率材料を用いたレンズがあり、収差が少ないことは良く知られている(特許文献3)。しかし、シリコンレンズ(n≒3.5)は、加工が難しくレンズの製造コストは高い。個々の光学系に最適化した非球面をもつ非球面レンズも収差が少なくなるが、製造方法が複雑で高価である。球面収差が小さいレンズとして、アクロマティックダブレットが知られている。しかし、2種類の材料の貼り合わせが必要でありこれも加工が難しくレンズの製造コストが高い。さらには、3枚以上のレンズを使用する構成も提案されている(特許文献4)。上述のいずれの技術によるレンズも、球面の単レンズと比較してTAS性能を向上させたものであるが、高価である。   As another conventional technique, there is a lens using a high refractive index material, and it is well known that there is little aberration (Patent Document 3). However, a silicon lens (n≈3.5) is difficult to process and the manufacturing cost of the lens is high. An aspherical lens having an aspherical surface optimized for each optical system also reduces aberrations, but the manufacturing method is complicated and expensive. An achromatic doublet is known as a lens having a small spherical aberration. However, it is necessary to bond two kinds of materials, which is difficult to process, and the manufacturing cost of the lens is high. Furthermore, a configuration using three or more lenses has been proposed (Patent Document 4). Although the lenses according to any of the above-described techniques have improved TAS performance as compared with a spherical single lens, they are expensive.

従来の光信号処理装置には、別の問題もあった。図11に示したような光信号処理装置においては、光信号は、信号処理素子上で、光信号の波長毎に異なる位置に集光する。先にも述べたように、分光素子および集光レンズによって決定される光学系の線分散値は、信号処理素子の構造を設計に用いた線分散値と十分に一致している必要がある。図11に示したような1つの集光レンズからなる光学系で構成された光信号処理装置の場合において、たとえば、5GHzの分解能で1つの通信波長帯域(5000GHz)の信号処理をするときは、光学系の線分散値に少なくとも0.1%以下の誤差の精度が必要とされる。しかしながら、一般的な製造法による集光レンズの焦点距離の誤差は、1%程度に達する。このため、光学系の線分散値に対して0.1%以下の誤差の高い精度を得るために、光信号処理度装置の製造工程において、光学系の特殊な調整加工が必要となっていた。このため、光信号処理装置の製造コストが高くなる問題があった。   The conventional optical signal processing apparatus has another problem. In the optical signal processing apparatus as shown in FIG. 11, the optical signal is condensed on the signal processing element at a different position for each wavelength of the optical signal. As described above, the linear dispersion value of the optical system determined by the spectroscopic element and the condensing lens needs to be sufficiently coincident with the linear dispersion value used for designing the structure of the signal processing element. In the case of an optical signal processing device configured with an optical system composed of one condenser lens as shown in FIG. 11, for example, when performing signal processing of one communication wavelength band (5000 GHz) with a resolution of 5 GHz, An error accuracy of at least 0.1% or less is required for the linear dispersion value of the optical system. However, the focal length error of the condenser lens by a general manufacturing method reaches about 1%. For this reason, in order to obtain a high accuracy with an error of 0.1% or less with respect to the linear dispersion value of the optical system, special adjustment processing of the optical system is required in the manufacturing process of the optical signal processing degree device. . For this reason, there has been a problem that the manufacturing cost of the optical signal processing device becomes high.

また、通信用の光信号処理装置では、結像を目的とする他の光学装置と異なり、反射減衰量が大きいこと、およびクロストークが小さいことが求められる。例えば、レンズの各面で反射した光が、入射ビームと結合すると、反射減衰量を低下させる。また、反射型の光信号処理装置の配置構成では、レンズの各面で反射した光が、出射ビームと結合するとクロストーク量を増加させる。したがって、反射減衰量が十分に大きく、クロストーク量が十分に小さい光信号処理が求められていた。   In addition, the optical signal processing device for communication is required to have a large amount of return loss and a small crosstalk, unlike other optical devices intended for imaging. For example, when light reflected by each surface of the lens is combined with an incident beam, the return loss is reduced. Further, in the arrangement configuration of the reflection type optical signal processing device, when the light reflected by each surface of the lens is combined with the outgoing beam, the amount of crosstalk is increased. Therefore, there has been a demand for optical signal processing with a sufficiently large return loss and a sufficiently small crosstalk amount.

上述のように、従来の光信号処理装置においては、単レンズを含む空間光学系において発生する光結合損失の低減が十分でない問題点や、光信号処理装置の製造時における調整加工が複雑である問題点があった。また、装置や製造方法のコストが高いという問題点があった。さらに、光学系における反射減衰量を確保し、クロストーク量を低減する要請があった。   As described above, in the conventional optical signal processing apparatus, there is a problem that the optical coupling loss generated in the spatial optical system including the single lens is not sufficiently reduced, and the adjustment processing at the time of manufacturing the optical signal processing apparatus is complicated. There was a problem. In addition, there is a problem that the cost of the apparatus and the manufacturing method is high. Furthermore, there has been a demand for securing a reflection attenuation amount in the optical system and reducing the crosstalk amount.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、光信号の波長に応じた出射角度で、異なる波長を有する複数の光信号に分光する分光手段と、前記分光手段により分光された前記光信号を集光する2つの球面集光レンズであって、前記2つの球面集光レンズは、前記光信号の伝播光路上において、前記分光手段側に配置された第1の集光レンズ並びに前記信号処理手段側に配置された第2の集光レンズから構成され、前記第1の集光レンズの前記分光手段側の第1のレンズ面の曲率半径をR1、前記信号処理手段側の第2のレンズ面の曲率半径をR2、前記第2の集光レンズの前記分光手段側の第3のレンズ面の曲率半径をR3、前記信号処理手段側の第4のレンズ面の曲率半径をR4、前記第1の集光レンズの屈折率をn1、前記第2の集光レンズの屈折率をn2とし、前記第1のレンズ面屈折力をD1=(n1−1)/R1、前記第2のレンズ面屈折力をD2=(1−n1)/R2、前記第3のレンズ面屈折力をD3=(n2−1)/R3、前記第4のレンズ面屈折力をD4=(1−n2)/R4とし、前記2つの球面集光レンズの合成焦点距離をfとすると、(1)0.15<(D1f+D2f)<0.70、(2)0.22<D3f<0.76、(3)−0.25<(D2f−D1f)<1.0の各条件を満たすことと、前記2つの球面集光レンズによって集光された前記光信号を強度変調、位相変調または偏向する信号処理手段とを備えることを特徴とする光信号処理装置である。TASを抑えて、光結合損失を大幅に減らして、波長依存性の極めて少ない光信号処理装置を実現できる。   In order to achieve such an object, the present invention provides a spectroscopic unit that splits a plurality of optical signals having different wavelengths at an emission angle corresponding to the wavelength of the optical signal, and Two spherical condensing lenses for condensing the optical signal separated by the spectroscopic means, the two spherical condensing lenses being arranged on the spectroscopic means side on the propagation optical path of the optical signal. 1 condenser lens and a second condenser lens arranged on the signal processing means side, and the radius of curvature of the first lens surface of the first condenser lens on the spectroscopic means side is R1, The radius of curvature of the second lens surface on the signal processing means side is R2, the radius of curvature of the third lens surface on the spectroscopic means side of the second condenser lens is R3, and the fourth lens on the signal processing means side The curvature radius of the surface is R4, and the refraction of the first condenser lens Is n1, the refractive index of the second condenser lens is n2, the first lens surface refractive power is D1 = (n1-1) / R1, and the second lens surface refractive power is D2 = (1- n1) / R2, the third lens surface refractive power is D3 = (n2-1) / R3, and the fourth lens surface refractive power is D4 = (1-n2) / R4. When the combined focal length of the lens is f, (1) 0.15 <(D1f + D2f) <0.70, (2) 0.22 <D3f <0.76, (3) -0.25 <(D2f-D1f ) <1.0, and an optical signal comprising signal processing means for intensity-modulating, phase-modulating or deflecting the optical signal collected by the two spherical condenser lenses It is a processing device. It is possible to realize an optical signal processing apparatus with extremely little wavelength dependency by suppressing TAS and greatly reducing optical coupling loss.

請求項2の発明は、請求項1に記載の信号処理装置において、前記D1、D2、D3およびD4は、(4)0.32<(D1f+D2f)<0.62、(5)0.32<D3f<0.62、(6)−0.05<(D2f−D1f)<0.80の各条件をさらに満たすことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the signal processing device according to the first aspect, the D1, D2, D3, and D4 are: (4) 0.32 <(D1f + D2f) <0.62, (5) 0.32 < Each condition of D3f <0.62 and (6) −0.05 <(D2f−D1f) <0.80 is further satisfied.

請求項3の発明は、請求項1または2に記載の信号処理装置において、前記D1は、D1>0の条件をさらに満たすことを特徴とする。光信号処理装置において、反射減衰量を十分に大きく、クロストーク量を十分に小さくすることができる。   According to a third aspect of the present invention, in the signal processing apparatus according to the first or second aspect, the D1 further satisfies a condition of D1> 0. In the optical signal processing apparatus, it is possible to sufficiently increase the return loss and sufficiently reduce the crosstalk amount.

請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれにか記載の信号処理装置において、前記第1の集光レンズはn1<1.6、ならびに前記第2の集光レンズはn2<1.6の各条件をさらに満たすことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the signal processing device according to any one of the first to third aspects, the first condenser lens is n1 <1.6, and the second condenser lens is n2 <1. Each condition of 6 is further satisfied.

請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の信号処理装置において、前記2つの球面集光レンズの間隔を調整して、前記2つの球面集光レンズの合成焦点距離を可変することにより前記信号処理手段上の前記光信号の集光点の位置を調整することを特徴とする。分光素子の波長分散特性の製造バラツキや中心波長の長期的な変動を、簡単な調整によって補償することが出来る。   According to a fifth aspect of the present invention, in the signal processing device according to any one of the first to fourth aspects, the composite focal length of the two spherical condenser lenses is variable by adjusting the interval between the two spherical condenser lenses. Thus, the position of the condensing point of the optical signal on the signal processing means is adjusted. Manufacturing variations in the wavelength dispersion characteristics of the spectroscopic elements and long-term fluctuations in the center wavelength can be compensated by simple adjustment.

請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の信号処理装置において、前記分光手段は、グレーティング、プリズムまたはアレイ導波路回折格子であることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the signal processing device according to any one of the first to fifth aspects, the spectroscopic means is a grating, a prism, or an arrayed waveguide diffraction grating.

請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の信号処理装置において、前記分光手段は、グレーティング、プリズムまたはアレイ導波路回折格子であることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the signal processing device according to any one of the first to sixth aspects, the spectroscopic means is a grating, a prism, or an arrayed waveguide diffraction grating.

請求項8の発明は、光信号の波長に応じた出射角度で、異なる波長を有する複数の光信号に分光する分光手段と、前記分光手段により分光された前記光信号を集光する2つの球面集光レンズと、前記2つの球面集光レンズによって集光された前記光信号を強度変調、位相変調または偏向する信号処理手段とを備え、前記2つの球面集光レンズの間隔を調整して、前記2つの球面集光レンズの合成焦点距離を可変することにより前記信号処理手段上の前記光信号の集光点の位置を調整することを特徴とする光信号処理装置である。分光素子の波長分散特性の製造バラツキや中心波長の長期的な変動を、簡単な調整によって補償することが出来る。   The invention according to claim 8 is a spectroscopic unit that splits a plurality of optical signals having different wavelengths at an emission angle corresponding to the wavelength of the optical signal, and two spherical surfaces that collect the optical signal split by the spectroscopic unit. A condenser lens, and signal processing means for intensity-modulating, phase-modulating, or deflecting the optical signal collected by the two spherical condenser lenses, and adjusting an interval between the two spherical condenser lenses; The optical signal processing apparatus is characterized in that the position of the condensing point of the optical signal on the signal processing means is adjusted by changing the combined focal length of the two spherical condenser lenses. Manufacturing variations in the wavelength dispersion characteristics of the spectroscopic elements and long-term fluctuations in the center wavelength can be compensated by simple adjustment.

以上説明したように、本発明によれば、光信号処理装置の空間光学系における光結合損失を大幅に低減させることができる。また、光信号処理装置の調整を簡単にすることができる。さらに、光信号処理装置の反射減衰量を確保して、クロストーク量を低減させることができる。   As described above, according to the present invention, the optical coupling loss in the spatial optical system of the optical signal processing apparatus can be greatly reduced. In addition, the adjustment of the optical signal processing device can be simplified. Furthermore, it is possible to secure the amount of reflection loss of the optical signal processing device and reduce the amount of crosstalk.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の光信号処理装置は、光学系に求められる特有の光学特性を十分考慮することによって、発明者が見出した特徴的な構成の集光レンズを含むことを特徴とする。以下、特にTASの低減に注目して、本発明に係る集光レンズの構成を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The optical signal processing apparatus of the present invention includes a condensing lens having a characteristic configuration found by the inventor by sufficiently considering the specific optical characteristics required for the optical system. Hereinafter, the configuration of the condenser lens according to the present invention will be described with particular attention to the reduction of TAS.

図1は、本発明の光信号処理装置の光学系の構成を概念的に示した図である。図11および図12に示した従来技術の構成とは、特定の曲率半径を有する2つの集光レンズを備えている点で異なっている。図1は、反射型の光信号処理装置の構成を示している。すなわち、分光素子1によって分波された各波長の光信号は、第1の集光レンズ2および第2の集光レンズ3により集光される。集光された各光信号は、信号処理素子4によって、波長ごとに選択的に、その強度もしくは位相または強度および位相、またはその進行方向を偏向される。信号処理素子4によって処理を受けた光信号は、ミラー5によって反射されて、進行方向を反転させる。反転後の動作は、従来技術と同様であるので省略する。   FIG. 1 is a diagram conceptually showing the configuration of the optical system of the optical signal processing apparatus of the present invention. The configuration of the related art shown in FIG. 11 and FIG. 12 is different in that it includes two condensing lenses having a specific radius of curvature. FIG. 1 shows the configuration of a reflection type optical signal processing apparatus. That is, the optical signals of the respective wavelengths demultiplexed by the spectroscopic element 1 are condensed by the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3. Each collected optical signal is selectively deflected by the signal processing element 4 for each wavelength in its intensity or phase or intensity and phase, or in its traveling direction. The optical signal processed by the signal processing element 4 is reflected by the mirror 5 to reverse the traveling direction. Since the operation after inversion is the same as in the prior art, a description thereof is omitted.

分光素子1には、例えばグレーティングまたはAWGなどがある。信号処理素子4には、例えば液晶素子、MEMSミラーまたは非線形結晶などがある。本発明の特徴は、その集光レンズの構成にある。図1に示した光信号処理装置は反射型の構成であるが、実施例として後述するように、透過型の構成にも適用可能であるのはいうまでもない。透過型の構成では、2つの分光素子を用いて、入射系および出射系の光学系を一直線上に配置することも可能である。また、入射系および出射系の光学系を異なる向きに配置することができる。本明細書では、信号処理素子には偏向素子も含まれることにも留意されたい。偏向素子を用いれば、複数の出射系を含む構成が可能となるため、本発明は、分光素子が装置全体で3つ以上ある場合も含むことに留意されたい。   Examples of the spectroscopic element 1 include a grating and an AWG. Examples of the signal processing element 4 include a liquid crystal element, a MEMS mirror, and a nonlinear crystal. A feature of the present invention is the configuration of the condenser lens. Although the optical signal processing apparatus shown in FIG. 1 has a reflective configuration, it is needless to say that the optical signal processing device can also be applied to a transmissive configuration, as will be described later as an example. In the transmissive configuration, the optical system of the incident system and the output system can be arranged in a straight line by using two spectroscopic elements. In addition, the incident and exit optical systems can be arranged in different directions. It should also be noted here that the signal processing elements also include deflection elements. It should be noted that the present invention includes a case where there are three or more spectroscopic elements in the entire apparatus because a configuration including a plurality of emission systems is possible by using a deflection element.

上述のような本発明が適用可能な光信号処理装置は、分光素子、信号処理素子が持つ固有の光透過損失に起因して、一般に数dB以上の避けられない透過損失を持っている。このような光信号処理装置の設計においては、この透過損失と比べて1桁小さい程度の過剰損失であれば、設計損失値として許容することができる。数GHzの分解能で1通信波長帯域(5000GHz)の信号処理が出来るように、集光レンズの焦点距離、分光素子の角度分散値を設定した場合を考える。ここで、過剰損失を0.5dB以下に抑えるためには、|TAS|/f< 0.002であることが必要とされる。fは集光レンズの焦点距離である。   The above-described optical signal processing apparatus to which the present invention can be applied generally has an inevitable transmission loss of several dB or more due to the inherent light transmission loss of the spectroscopic element and the signal processing element. In the design of such an optical signal processing apparatus, an excess loss that is an order of magnitude smaller than the transmission loss can be allowed as a design loss value. Consider a case where the focal length of the condenser lens and the angular dispersion value of the spectroscopic element are set so that signal processing in one communication wavelength band (5000 GHz) can be performed with a resolution of several GHz. Here, in order to suppress the excess loss to 0.5 dB or less, it is necessary that | TAS | / f <0.002. f is the focal length of the condenser lens.

本発明に係る光信号処理装置による信号処理においては、中心波長に対して通信波長帯の帯域幅は狭いので、色収差は問題にならない。また、本発明に係る信号処理において用いられる光信号は、周辺光の強度が小さい基本モードのガウスビームである。したがって、球面収差(LAS:Longitudinal Spherical Aberration)は、非点収差(TAS)よりも影響が小さく、|LSA|は、|TAS|と同程度以下であれば十分である。   In the signal processing by the optical signal processing device according to the present invention, the bandwidth of the communication wavelength band is narrow with respect to the center wavelength, so that chromatic aberration is not a problem. In addition, the optical signal used in the signal processing according to the present invention is a Gaussian beam of a basic mode in which the intensity of ambient light is small. Therefore, spherical aberration (LAS) has less influence than astigmatism (TAS), and | LSA | is sufficient if it is less than or equal to | TAS |.

発明者はTASの低減に着目して、各レンズ面の屈折力(D1、D2、D3、D4)をパラメータとして、本発明のレンズ構成を見出した。従来技術の単レンズではなく、2群2枚レンズにおいて、2枚のレンズの焦点距離が近く(D1f+D2f≒D3f+D4f≒0.5)、かつ、第2の集光レンズが、凸側を第1の集光レンズ側に向けた平凸レンズである場合(D3f≒0.5)に、波長依存の光結合損失が著しく小さくなることを見出した。そこで、光結合損失の低減の効果が大きい範囲を求めるために、(D2f−D1f)をパラメータとして、TAS値の(D1f+D2f)依存性およびD3f依存性を光線追跡計算により求めた。D4fは、D1f、D2fおよびD3fを決定することによって自動的に決定される。   The inventor has focused on the reduction of TAS and found the lens configuration of the present invention using the refractive power (D1, D2, D3, D4) of each lens surface as a parameter. In the two-group two-lens rather than the single lens of the prior art, the focal lengths of the two lenses are close (D1f + D2f≈D3f + D4f≈0.5), and the second condenser lens has the convex side as the first lens. It has been found that the wavelength-dependent optical coupling loss is remarkably reduced in the case of a plano-convex lens facing the condenser lens side (D3f≈0.5). Therefore, in order to obtain a range in which the effect of reducing the optical coupling loss is large, the (D1f + D2f) dependency and the D3f dependency of the TAS value are obtained by ray tracing calculation using (D2f−D1f) as a parameter. D4f is determined automatically by determining D1f, D2f and D3f.

光線追跡によるシミュレーション計算にあたって、使用するレンズ材料は、特に安価である汎用光学ガラス(≡n<1.6)で、球面レンズのみを検討した。図1に示すように、分光素子側に配置される第1の集光レンズの第1のレンズ面(分光素子側)の曲率半径をR1、その反対側の第2のレンズ面の曲率半径をR2、信号処理素子側に配置される第2の集光レンズの第3のレンズ面(分光素子側)の曲率半径をR3、その反対側の第4のレンズ面の曲率半径をR4とする。第1の集光レンズおよび第2の集光レンズの屈折率をそれぞれ、n1、n2とする。ここで、曲率半径の符号は、分光素子側に凸の場合にR>0であり、信号処理素子側に凸の場合にR<0とする。また、各レンズ面の屈折力Dnは、式1−式4のように定義される。
D1=(n1−1)/R1 (式1)
D2=(1−n1)/R2 (式2)
D3=(n2−1)/R3 (式3)
D4=(1−n2)/R4 (式4)
In the simulation calculation by ray tracing, the lens material used was a general-purpose optical glass (≡n <1.6), which is particularly inexpensive, and only a spherical lens was examined. As shown in FIG. 1, the curvature radius of the first lens surface (spectral element side) of the first condenser lens arranged on the spectroscopic element side is R1, and the curvature radius of the second lens surface on the opposite side is R1. R2, the curvature radius of the third lens surface (spectral element side) of the second condenser lens disposed on the signal processing element side is R3, and the curvature radius of the fourth lens surface on the opposite side is R4. The refractive indexes of the first condenser lens and the second condenser lens are n1 and n2, respectively. Here, the sign of the radius of curvature is R> 0 when convex toward the spectroscopic element, and R <0 when convex toward the signal processing element. Further, the refractive power Dn of each lens surface is defined as in Formula 1 to Formula 4.
D1 = (n1-1) / R1 (Formula 1)
D2 = (1-n1) / R2 (Formula 2)
D3 = (n2-1) / R3 (Formula 3)
D4 = (1-n2) / R4 (Formula 4)

図2および図3は、それぞれ、本発明に係る光信号処理装置に使用されるレンズのシミュレーション結果を示す図である。図2および図3のいずれも、横軸を(D1f+D2f)で、縦軸をD3fとした場合のTAS値分布をマップ化して表現したものである。TAS/fの値を0.001刻みで、0から0.010の範囲で示している。   2 and 3 are diagrams showing simulation results of lenses used in the optical signal processing device according to the present invention. Both FIG. 2 and FIG. 3 are expressed by mapping the TAS value distribution when the horizontal axis is (D1f + D2f) and the vertical axis is D3f. The value of TAS / f is shown in the range of 0 to 0.010 in increments of 0.001.

図2a、図2b、図2cは、それぞれ、D2f−D1f=−0.05、0.50、0.80とした場合のTAS分布を示している。矩形で表された領域は、|TAS|/f< 0.002の条件を満たす領域である。   2a, 2b, and 2c show TAS distributions when D2f−D1f = −0.05, 0.50, and 0.80, respectively. A region represented by a rectangle is a region that satisfies the condition of | TAS | / f <0.002.

図3a、図3b、図3cは、それぞれ、D2f−D1f=−0.25、0.50、1.0とした場合のTAS分布を示している。矩形で表された領域は、|TAS|/f< 0.005の条件を満たす領域である。   3a, 3b, and 3c show TAS distributions when D2f−D1f = −0.25, 0.50, and 1.0, respectively. A region represented by a rectangle is a region that satisfies the condition of | TAS | / f <0.005.

図2および図3からわかるように、(D1f+D2f)、D3f、(D2f―D1f)を3軸とする空間の中で、|TAS|/f< 0.002の条件を満たす領域は、(D2f−D1f)軸方向に長いラグビーボール形状のような回転楕円体に近い形状をなすことが分かる。この領域を内包する直方体範囲、すなわち、0.32<(D1f+D2f)<0.62かつ0.32<D3f<0.62かつ−0.05<(D2f−D1f)<0.80の範囲であれば、|TAS|/f< 0.002の条件を満たす。同様に、0.15<(D1f+D2f)<0.70かつ0.22<D3f<0.76かつ−0.25<(D2f−D1f)<1.0の範囲であれば、従来技術の単レンズよりもTASは小さく、|TAS|/f< 0.005の条件を満たす。   As can be seen from FIG. 2 and FIG. 3, in the space having (D1f + D2f), D3f, and (D2f−D1f) as three axes, the region satisfying the condition | TAS | / f <0.002 is (D2f− D1f) It can be seen that the shape is close to a spheroid, such as a rugby ball shape that is long in the axial direction. A rectangular parallelepiped range including this region, that is, a range of 0.32 <(D1f + D2f) <0.62 and 0.32 <D3f <0.62 and −0.05 <(D2f−D1f) <0.80. For example, the condition of | TAS | / f <0.002 is satisfied. Similarly, in the range of 0.15 <(D1f + D2f) <0.70 and 0.22 <D3f <0.76 and −0.25 <(D2f−D1f) <1.0, the conventional single lens is used. TAS is smaller than that, and the condition of | TAS | / f <0.005 is satisfied.

また、分光素子から第1の集光レンズへ伝播するビームは、平行もしくは、僅かに広がりを持っている。第1の集光レンズの第1面が平面(D1=0)または凹面(D1<0)の場合は、平行光または広がりを持つ光は、それぞれ分光素子側のビームと結合し易い。反射型の配置構成の光信号処理装置においては、第1の集光レンズの第1面が凸面(D1>0)であれば、反射光の広がり角が大きくなって上述の結合を防ぎ、クロストーク量を低減させることができる効果がある。   Further, the beam propagating from the spectroscopic element to the first condenser lens is parallel or slightly spread. When the first surface of the first condenser lens is a flat surface (D1 = 0) or a concave surface (D1 <0), the parallel light or the light having a spread is easily combined with the beam on the spectroscopic element side. In the optical signal processing apparatus having the reflective arrangement, if the first surface of the first condenser lens is a convex surface (D1> 0), the spread angle of the reflected light is increased to prevent the above-described coupling, and the cross There is an effect that the amount of talk can be reduced.

上述の条件を満たす集光レンズを用いた本発明に係る光信号処理装置の様々な実施例について、以下詳細に説明する。   Various embodiments of the optical signal processing apparatus according to the present invention using a condensing lens that satisfies the above-described conditions will be described in detail below.

実施例1 :図4は、本発明の実施例1に係る反射型の光信号処理度装置および光結合損失の測定系を示す図である。本実施例の光信号処理装置は、図1に示した構成と基本的に同じであるため、図1の構成との相違点のみを説明する。分光素子はAWG1であり、AWG1の出射側には、コリメートレンズ6が配置されている。AWG1によって分波され、コリメートレンズ6において平行光線とされた各波長の出射光は、第1の集光レンズ2および第2の集光レンズ3からなる集光レンズによって集光される。他の構成は、図1と同じである。図4aは、AWG1の分波面(x−z面)に向かって垂直方向からにみた上面図である。出射光は、AWG1の出射端から波長に応じた出射角度でZ軸方向に進行する。図4bは、側面図である。   Embodiment 1 FIG. 4 is a diagram showing a reflection-type optical signal processing degree apparatus and an optical coupling loss measurement system according to Embodiment 1 of the present invention. Since the optical signal processing apparatus of the present embodiment is basically the same as the configuration shown in FIG. 1, only differences from the configuration of FIG. 1 will be described. The spectroscopic element is AWG1, and a collimating lens 6 is disposed on the emission side of AWG1. The emitted light of each wavelength demultiplexed by the AWG 1 and converted into parallel rays by the collimator lens 6 is collected by the condenser lens including the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3. Other configurations are the same as those in FIG. FIG. 4A is a top view of the AWG 1 as viewed from the vertical direction toward the demultiplexing surface (xz plane). The outgoing light travels in the Z-axis direction at an outgoing angle corresponding to the wavelength from the outgoing end of the AWG 1. FIG. 4b is a side view.

本実施例の光信号処理装置の光結合損失を測定するために、サーキュレータ9を介して、さらに広帯域光源8および光スペクトラムアナライザ7がAWG1に接続されている。AWG1の詳細なパラメータは、中心波長がCバンド中心波長である1547.3nm、角度分散値が0.1435deg/nm、X軸方向の出射ビーム半径が3.0mm、Y軸方向の出射ビーム半径が4.5μmである。コリメートレンズ6のY軸焦点距離が0.9mmである。   In order to measure the optical coupling loss of the optical signal processing apparatus of this embodiment, a broadband light source 8 and an optical spectrum analyzer 7 are further connected to the AWG 1 via a circulator 9. The detailed parameters of AWG1 are as follows: the center wavelength is C-band center wavelength of 1547.3 nm, the angular dispersion value is 0.1435 deg / nm, the X-axis direction output beam radius is 3.0 mm, and the Y-axis direction output beam radius is 4.5 μm. The Y-axis focal length of the collimating lens 6 is 0.9 mm.

図5は、比較実験のために使用した従来型の単レンズ(AおよびB)と本発明の集光レンズ(C)の各設計値を比較した表を示す図である。レンズ材質は、いずれのレンズも最も安価なBK7を使用している。T1は、レンズの厚みである。集光レンズAは、従来型の両凸レンズである。集光レンズBは、従来型の平凸レンズである。   FIG. 5 is a diagram showing a table comparing the design values of the conventional single lens (A and B) used for the comparative experiment and the condenser lens (C) of the present invention. As the lens material, the cheapest BK7 is used for all lenses. T1 is the thickness of the lens. The condenser lens A is a conventional biconvex lens. The condenser lens B is a conventional plano-convex lens.

光結合損失の評価を目的としているので、図4の構成による実際の測定では、信号処理素子4の代わりに、透明なガラス板をダミーとして配置した。設計中心波長(1547.3nm)において光結合損失が最低となる様に、AWG1、コリメートレンズ6、集光レンズおよびミラー5の相対位置を調整した。更に、中心波長±17nmにおいて光結合損失が最小となる様に、コリメートレンズ6および集光レンズ間の距離を調整した。   Since the purpose is to evaluate the optical coupling loss, a transparent glass plate is arranged as a dummy in place of the signal processing element 4 in the actual measurement with the configuration of FIG. The relative positions of the AWG 1, the collimating lens 6, the condensing lens, and the mirror 5 were adjusted so that the optical coupling loss was minimized at the design center wavelength (1547.3 nm). Further, the distance between the collimating lens 6 and the condenser lens was adjusted so that the optical coupling loss was minimized at the center wavelength ± 17 nm.

図6は、従来の単レンズと比較して本発明に係る光信号処理装置の透過特性を示した図である。図6の各透過特性は、図5に示した各レンズに対応している。横軸に、Cバンド(1530−1565)の波長(nm)を示し、縦軸は光信号処理装置の光透過率(dB)を示す。AWGやコリメートレンズ、ミラーによる不可避な損失は約4dBであり、中心波長においては透過損失値は3つのレンズ間でほぼ一致している。しかしながら、従来技術の集光レンズAおよび集光レンズBの場合は、Cバンドの両端の帯域で大幅に透過損失が増えている。すなわち、光結合損失には大きな波長依存性があることがわかる。例えば、長波長側の帯域端である1565nmにおいては、中心波長と比較して、集光レンズAでは3dB以上、集光レンズBでは6dB以上も光結合損失が増えている。一方、本発明に係る集光レンズCの場合には、Cバンドの全波長帯域を通じて、わずか0.14dBの偏差しかないことがわかる。   FIG. 6 is a diagram showing the transmission characteristics of the optical signal processing device according to the present invention as compared with a conventional single lens. Each transmission characteristic in FIG. 6 corresponds to each lens shown in FIG. The horizontal axis indicates the wavelength (nm) of the C band (1530-1565), and the vertical axis indicates the light transmittance (dB) of the optical signal processing device. The unavoidable loss due to the AWG, collimating lens, and mirror is about 4 dB, and the transmission loss value is substantially the same among the three lenses at the center wavelength. However, in the case of the condensing lens A and the condensing lens B of the prior art, the transmission loss is greatly increased in the bands at both ends of the C band. That is, it can be seen that the optical coupling loss has a large wavelength dependency. For example, at 1565 nm, which is the band edge on the long wavelength side, the optical coupling loss is increased by 3 dB or more for the condenser lens A and 6 dB or more for the condenser lens B, compared to the center wavelength. On the other hand, in the case of the condensing lens C according to the present invention, it can be seen that there is only a deviation of 0.14 dB over the entire wavelength band of the C band.

実施例2: 次に、本発明に係る光信号処理装置の構成に基づいた反射型波長ブロッカについて説明する。基本的な装置および評価系の構成は図4に示した構成と同一である。波長ブロッカの場合、信号処理素子4として液晶シャッター素子を使用する。   Example 2 Next, a reflective wavelength blocker based on the configuration of the optical signal processing apparatus according to the present invention will be described. The basic apparatus and the configuration of the evaluation system are the same as those shown in FIG. In the case of a wavelength blocker, a liquid crystal shutter element is used as the signal processing element 4.

図7は、液晶シャッターおよびミラー近傍の構造図である。図7aは、集光レンズ側から見た液晶シャッター素子の構造図である。液晶シャッター素子10は、一定のピッチWpで液晶ピクセル11が一列に配列されている。液晶ピクセルの各々は、通信波長帯域のチャンネルの各波長に対応している。ピッチWpは、分光光学系の波長分散値に応じて設計される(実施例1と同様に、角度分散値は0.1435deg/nm)。本実施例では、液晶ピクセルのピッチWpは0.1mmであり、チャンネル数を40とした。図7bは、液晶シャッター素子およびミラーの側面図である。   FIG. 7 is a structural diagram in the vicinity of the liquid crystal shutter and the mirror. FIG. 7A is a structural diagram of the liquid crystal shutter element viewed from the condenser lens side. In the liquid crystal shutter element 10, the liquid crystal pixels 11 are arranged in a line at a constant pitch Wp. Each of the liquid crystal pixels corresponds to each wavelength of a channel in the communication wavelength band. The pitch Wp is designed according to the wavelength dispersion value of the spectroscopic optical system (the angle dispersion value is 0.1435 deg / nm as in the first embodiment). In this embodiment, the pitch Wp of the liquid crystal pixels is 0.1 mm, and the number of channels is 40. FIG. 7 b is a side view of the liquid crystal shutter element and the mirror.

図8は、第1チャンネルにおける波長ブロッカの透過特性を示す図である。第1チャンネルの中心波長は1531.73nmである。図8の各透過特性は、図5に示した各レンズ(A、B、C)に対応している。集光レンズAおよび集光レンズBの場合は、本発明に係る集光レンズCと比べて光結合損失が大きく、さらにTASに起因する焦点ボケのため透過帯域幅が狭くなっていることがわかる。また、集光レンズA、BおよびCいずれも、中心波長は1531.73nmからランダムにずれていることがわかる。   FIG. 8 is a diagram showing the transmission characteristics of the wavelength blocker in the first channel. The center wavelength of the first channel is 1531.73 nm. Each transmission characteristic in FIG. 8 corresponds to each lens (A, B, C) shown in FIG. In the case of the condensing lens A and the condensing lens B, it can be seen that the optical coupling loss is larger than that of the condensing lens C according to the present invention, and the transmission bandwidth is narrowed due to defocus caused by TAS. . In addition, it is understood that the central wavelengths of the condenser lenses A, B, and C are randomly shifted from 1531.73 nm.

本発明に係る集光レンズCによれば、2つのレンズの位置を容易に調整することができるため、図8に示すように透過スペクトルを所望の中心波長位置に調整することができる。例えば、図4に示したように、第1の集光レンズ2および第2の集光レンズ3の距離z1を調整することで簡単に中心波長を調整することができる。   According to the condenser lens C according to the present invention, since the positions of the two lenses can be easily adjusted, the transmission spectrum can be adjusted to a desired center wavelength position as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 4, the center wavelength can be easily adjusted by adjusting the distance z1 between the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3.

一般に、間隔dで配置された2枚のレンズ(焦点距離f1、f2)の合成焦点距離fは、近似的に次式5となることが知られている。
-1=f1 -1+f2 -1―df1 -12 -1 (式5)
2枚のレンズ間の間隔dを調整可能とすることによって、合成焦点距離fを高精度に調整することができる。たとえば、f1=f2=100mmの場合、合成焦点距離fを0.1%の誤差の精度で合わせるために必要なレンズ間距離dの調整精度は0.2mm程度である。したがって、通常の光信号処理装置の調整組み立て工程において実現できる調整精度で、簡単に調整が可能である。
In general, it is known that the combined focal length f of two lenses (focal lengths f 1 and f 2 ) arranged at a distance d is approximately expressed by the following equation (5).
f −1 = f 1 −1 + f 2 −1 −df 1 −1 f 2 −1 (Formula 5)
By making the distance d between the two lenses adjustable, the combined focal length f can be adjusted with high accuracy. For example, in the case of f 1 = f 2 = 100 mm, the adjustment accuracy of the inter-lens distance d necessary for adjusting the combined focal length f with an error accuracy of 0.1% is about 0.2 mm. Therefore, the adjustment can be easily performed with the adjustment accuracy that can be realized in the adjustment assembly process of the normal optical signal processing apparatus.

上述したように、本発明に係る光信号処理装置の集光レンズ構成によれば、2つの集光レンズを組み合わせる構成としたことにより、通信チャンネルの中心波長を所望の値に容易に調整できるという優れた効果を発揮する。従来技術のアクロマティックダブレット、非球面単レンズ(1枚レンズ)は、焦点が固定されている。したがって、分光素子の波長分散特性と信号処理素子の波長分散特性を一致させるため、信号処理素子の波長方向ピッチを正確に合わせこむ必要がある。本発明に係る2枚構成の集光レンズでは、第1の集光レンズと第2の集光レンズの間隔を可変とすることによって、焦点距離を調整することができる。したがって、分光素子の波長分散特性の製造バラツキや中心波長の長期的な変動を簡単な調整により補償することが出来る。   As described above, according to the condensing lens configuration of the optical signal processing device according to the present invention, it is possible to easily adjust the center wavelength of the communication channel to a desired value by combining the two condensing lenses. Exhibits excellent effects. The focus of the conventional achromatic doublet and aspherical single lens (single lens) is fixed. Therefore, in order to match the wavelength dispersion characteristic of the spectroscopic element with the wavelength dispersion characteristic of the signal processing element, it is necessary to accurately match the wavelength direction pitch of the signal processing element. In the two-lens condensing lens according to the present invention, the focal length can be adjusted by changing the distance between the first condensing lens and the second condensing lens. Therefore, manufacturing variations in wavelength dispersion characteristics of the spectroscopic elements and long-term fluctuations in the center wavelength can be compensated by simple adjustment.

実施例3: 次に、本発明に係る光信号処理装置の構成に基づいた波長選択スイッチについて説明する。本発明の光信号処理装置は、波長ごとに異なる出射角度で分波された光信号を集光させ、波長選択的に光信号を変調または偏向する動作を行なうものであれば、どのような形態の装置にも適用可能である。   Embodiment 3 Next, a wavelength selective switch based on the configuration of the optical signal processing device according to the present invention will be described. The optical signal processing apparatus according to the present invention may be any type as long as it condenses optical signals demultiplexed at different emission angles for each wavelength and performs an operation for modulating or deflecting the optical signal in a wavelength selective manner. It can be applied to other devices.

図9は、本発明の光信号処理装置に基づいた波長選択スイッチの構成図である。図9aは、MEMESミラーが配列される面を垂直に見た上面図である。図9bは、側面図である。本波長選択スイッチは、分光素子として透過型回折格子14、ミラーとしてMEMS偏向ミラー13を使用した反射型の構成を持つ。光信号は、複数の光ファイバ16からファイバコリメータ15を経由して、透過型回折格子14に入力される。MEMS偏向ミラー13によって選択的にスイッチされた光信号は、再び、逆方向に光ファイバ16へ出力される。   FIG. 9 is a configuration diagram of a wavelength selective switch based on the optical signal processing device of the present invention. FIG. 9a is a top view of the surface on which the MEMES mirrors are arranged as viewed vertically. FIG. 9b is a side view. This wavelength selective switch has a reflective configuration using a transmissive diffraction grating 14 as a spectroscopic element and a MEMS deflection mirror 13 as a mirror. The optical signal is input from the plurality of optical fibers 16 to the transmissive diffraction grating 14 via the fiber collimator 15. The optical signal selectively switched by the MEMS deflection mirror 13 is output to the optical fiber 16 in the reverse direction again.

上述の構成の波長選択スイッチにおいて、透過型回折格子14からMEMS偏向ミラー13に向かって、各集光レンズ2、3の曲率半径を順にR1、R2、R3、R4とする。   In the wavelength selective switch having the above-described configuration, the radii of curvature of the condenser lenses 2 and 3 are sequentially set to R1, R2, R3, and R4 from the transmission diffraction grating 14 toward the MEMS deflection mirror 13.

レンズ材質はF2、屈折率は1.59、レンズ面曲率半径は、それぞれR1=∞mm、R2=−35.4mm、R3=35.4mm、R4=∞mm、焦点距離fは30mmである。この時、各レンズ面屈折力は、D1=0.0000(mm-1)、D2=0.0167(mm-1)、D3=0.0167(mm-1)、D4=0.0000(mm-1)である。本発明においてTAS値を規定する各評価関数値は、D1f+D2f=0.50、D3f=0.50、D2f−D1f=0.50である。この時、非点収差TAS/fは0.00067となる。回折格子の角度分散値は0.1435deg/nm、装置の中心波長は1547.3nm(Cバンド通信波長帯域)とした。 The lens material is F2, the refractive index is 1.59, the lens surface radius of curvature is R1 = ∞ mm, R2 = −35.4 mm, R3 = 35.4 mm, R4 = ∞ mm, and the focal length f is 30 mm. At this time, each lens surface refractive power is as follows: D1 = 0.0000 (mm −1 ), D2 = 0.167 (mm −1 ), D3 = 0.167 (mm −1 ), D4 = 0.0000 (mm) -1 ). In the present invention, each evaluation function value that defines the TAS value is D1f + D2f = 0.50, D3f = 0.50, and D2f−D1f = 0.50. At this time, the astigmatism TAS / f is 0.00067. The angular dispersion value of the diffraction grating was 0.1435 deg / nm, and the center wavelength of the device was 1547.3 nm (C-band communication wavelength band).

図9に示した波長選択スイッチにおいて、中心波長から最大20nm離れたチャンネルにおける光結合損失の偏差は、0.10dBであった。従来技術のレンズを使用した波長選択スイッチの場合では、偏差が3dB以上であったのと比べて非常に小さい値に抑えられており、波長依存性の極めて少ない波長選択スイッチを実現できる。   In the wavelength selective switch shown in FIG. 9, the deviation of the optical coupling loss in the channel at a maximum distance of 20 nm from the center wavelength was 0.10 dB. In the case of the wavelength selective switch using the lens of the prior art, the deviation is suppressed to a very small value as compared with the case where the deviation is 3 dB or more, and a wavelength selective switch having very little wavelength dependency can be realized.

実施例4: 本発明に係る光信号処理装置の透過型の構成について説明する。これまで反射型の構成を中心に説明してきたが、透過型の光信号処理装置に本発明が適応できるこことは言うまでも無い。透過型の構成においては、信号処理素子の位置を対称中心として、本発明に係る集光レンズを、入射系および出射系の両方にそれぞれ配置する。   Example 4 A transmission type configuration of the optical signal processing device according to the present invention will be described. The description has so far centered on the reflection type configuration, but it goes without saying that the present invention can be applied to a transmission type optical signal processing apparatus. In the transmissive configuration, the condenser lens according to the present invention is disposed in both the incident system and the output system, with the position of the signal processing element as the center of symmetry.

図10は、本発明の実施例4に係る透過型の光信号処理装置の構成図である。異なる波長を持つ複数の光信号は、光ファイバなどから第1のAWG21に入力され波長ごとに分波される。分波された光信号はコリメートレンズ22を経て、本発明にしたがって構成された第1の集光レンズ23および第2の集光レンズ24からなる入射側集光レンズ30により集光される。集光された光信号は、各波長ごとに液晶シャッター素子25の異なるピクセルにおいて強度変調を受ける。強度変調を受けて液晶シャッター素子25を通過した光信号は、本発明にしたがって構成された第3の集光レンズ26および第4の集光レンズ27からなる出射側集光レンズ31により再びコリメートされる。コリメートされた光信号は、第2のコリメートレンズ28を経て、第2のAWG29に入力され合波され、光出力として光ファイバへ出力される。   FIG. 10 is a configuration diagram of a transmissive optical signal processing device according to the fourth embodiment of the present invention. A plurality of optical signals having different wavelengths are input to the first AWG 21 from an optical fiber or the like and are demultiplexed for each wavelength. The demultiplexed optical signal passes through a collimator lens 22 and is collected by an incident side condenser lens 30 including a first condenser lens 23 and a second condenser lens 24 configured according to the present invention. The condensed optical signal is subjected to intensity modulation in different pixels of the liquid crystal shutter element 25 for each wavelength. The optical signal that has been subjected to the intensity modulation and passed through the liquid crystal shutter element 25 is collimated again by the output side condensing lens 31 including the third condensing lens 26 and the fourth condensing lens 27 configured according to the present invention. The The collimated optical signal passes through the second collimating lens 28, is input to the second AWG 29, is multiplexed, and is output as an optical output to the optical fiber.

上述の透過型の光信号処理装置において、入射側集光レンズ30および出射側集光レンズ31をそれぞれ以下のような構成とした。ここで、入射側集光レンズ30と出射側集光レンズ31は、液晶シャッター素子25を中心として左右対称の構成である。したがって、光信号が通過する順に曲率半径は、R1、R2、R3、R4(入射側)、R4、R3、R2、R1(出射側)となる。   In the transmission type optical signal processing apparatus described above, the incident side condenser lens 30 and the emission side condenser lens 31 are configured as follows. Here, the incident side condensing lens 30 and the emission side condensing lens 31 are symmetrically configured with the liquid crystal shutter element 25 as the center. Accordingly, the curvature radii are R1, R2, R3, R4 (incident side), R4, R3, R2, R1 (exit side) in the order in which the optical signal passes.

レンズ材質はSiO2、屈折率は1.44、レンズ面曲率半径は、それぞれR1=264mm、R2=−264mm、R3=206.25mm、R4=−366.56mm、焦点距離fは150mmである。この時、レンズ面屈折力は、D1=0.0017(mm-1)、D2=0.0017(mm-1)、D3=0.0021(mm-1)、D4=0.0012(mm-1)である。本発明でTAS値を規定する各評価関数値は、D1f+D2f=0.50、D3f=0.32、D2f−D1f=0.00である。この時、非点収差TAS/fは0.0011となる。AWGの角度分散値は0.1435deg/nm、装置の中心波長は1587.0nm(Lバンド通信波長帯域)とした。 The lens material is SiO 2 , the refractive index is 1.44, the lens surface curvature radii are R1 = 264 mm, R2 = −264 mm, R3 = 206.25 mm, R4 = −366.56 mm, and the focal length f is 150 mm. At this time, the lens surface power is, D1 = 0.0017 (mm -1) , D2 = 0.0017 (mm -1), D3 = 0.0021 (mm -1), D4 = 0.0012 (mm - 1 ). The evaluation function values that define the TAS value in the present invention are D1f + D2f = 0.50, D3f = 0.32, and D2f−D1f = 0.00. At this time, the astigmatism TAS / f is 0.0011. The angular dispersion value of AWG was 0.1435 deg / nm, and the center wavelength of the apparatus was 1587.0 nm (L band communication wavelength band).

図10の光信号処理装置において、中心波長から最大20nmだけ離れたチャンネルにおける光結合損失の偏差は、0.26dBであった。従来技術の集光レンズを用いた波長ブロッカの場合では、偏差が3dB以上であったのと比べて非常に小さい値に抑えられており、波長依存性の極めて少ない波長ブロッカを実現できる。   In the optical signal processing device of FIG. 10, the deviation of the optical coupling loss in the channel separated from the center wavelength by a maximum of 20 nm was 0.26 dB. In the case of a wavelength blocker using a conventional condensing lens, the deviation is suppressed to a very small value compared to 3 dB or more, and a wavelength blocker with very little wavelength dependency can be realized.

さらに、透過型構成の本実施例においては、R1>0であり、反射減衰量は40dB以上を確保することができた。   Furthermore, in the present example of the transmissive configuration, R1> 0 and the return loss was 40 dB or more.

以上、詳細に述べたように、本発明の光信号処理装置によれば、空間光学系における光結合損失を大幅に低減させることができる。光結合損失の波長依存性を大幅に減らすことができる。また、光信号処理装置の調整を簡単にすることができる。さらに、光学系における反射減衰量を確保して、クロストーク量を減らすことができる。   As described above in detail, according to the optical signal processing device of the present invention, the optical coupling loss in the spatial optical system can be greatly reduced. The wavelength dependence of the optical coupling loss can be greatly reduced. In addition, the adjustment of the optical signal processing device can be simplified. Furthermore, it is possible to secure the amount of return loss in the optical system and reduce the amount of crosstalk.

本発明は、光通信に使用される光信号処理装置への利用ができる。波長ブロッカをはじめ、波長イコライザ、分散補償器などへの応用が可能である。   The present invention can be applied to an optical signal processing device used for optical communication. It can be applied to wavelength blockers, wavelength equalizers, dispersion compensators, etc.

本発明の光信号処理装置の構成図である。It is a block diagram of the optical signal processing apparatus of this invention. 本発明の光信号処理装置に係るレンズのTAS分布を示す図である。It is a figure which shows TAS distribution of the lens which concerns on the optical signal processing apparatus of this invention. 本発明の光信号処理装置に係るレンズのTAS分布を示す図である。It is a figure which shows TAS distribution of the lens which concerns on the optical signal processing apparatus of this invention. 本発明の実施例1に係る反射型の光信号処理装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a reflective optical signal processing device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 従来型の単レンズおよび本発明に係る集光レンズの設計値の比較表を示す図である。It is a figure which shows the comparison table of the design value of the conventional single lens and the condensing lens which concerns on this invention. 実施例1の光信号処理装置の光透過スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the light transmission spectrum of the optical signal processing apparatus of Example 1. FIG. 液晶シャッターおよびミラーの構造図である。It is a structural diagram of a liquid crystal shutter and a mirror. 実施例2に係る波長ブロッカの透過特性を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic of the wavelength blocker which concerns on Example 2. FIG. 実施例3に係る波長選択スイッチの構造図である。6 is a structural diagram of a wavelength selective switch according to Embodiment 3. FIG. 実施例4に係る透過型の波長ブロッカの構造図である。6 is a structural diagram of a transmission wavelength blocker according to Embodiment 4. FIG. 従来の光信号処理装置の概念的な構成図である。It is a notional block diagram of the conventional optical signal processing apparatus. レンズの非点収差を説明する図である。It is a figure explaining the astigmatism of a lens. 従来の両球面単レンズのTAS特性を示す図である。It is a figure which shows the TAS characteristic of the conventional double spherical single lens.

符号の説明Explanation of symbols

1、51 分光素子
2、3、23、24、26、27、52 集光レンズ
4、10、13、25、53 信号処理素子
5、54 ミラー
6、15、22、28 コリメートレンズ
7 光スペクトラムアナライザ
8 広帯域光源
9 サーキュレータ
14 透過型回折格子
21、29 AWG
1, 51 Spectroscopic element 2, 3, 23, 24, 26, 27, 52 Condensing lens 4, 10, 13, 25, 53 Signal processing element 5, 54 Mirror 6, 15, 22, 28 Collimating lens 7 Optical spectrum analyzer 8 Broadband light source 9 Circulator 14 Transmission type diffraction grating 21, 29 AWG

Claims (8)

光信号の波長に応じた出射角度で、異なる波長を有する複数の光信号に分光する分光手段と、
前記分光手段により分光された前記光信号を集光する2つの球面集光レンズであって、 前記2つの球面集光レンズは、前記光信号の伝播光路上において、前記分光手段側に配置された第1の集光レンズ並びに前記信号処理手段側に配置された第2の集光レンズから構成され、前記第1の集光レンズの前記分光手段側の第1のレンズ面の曲率半径をR1、前記信号処理手段側の第2のレンズ面の曲率半径をR2、前記第2の集光レンズの前記分光手段側の第3のレンズ面の曲率半径をR3、前記信号処理手段側の第4のレンズ面の曲率半径をR4、前記第1の集光レンズの屈折率をn1、前記第2の集光レンズの屈折率をn2とし、前記第1のレンズ面屈折力をD1=(n1−1)/R1、前記第2のレンズ面屈折力をD2=(1−n1)/R2、前記第3のレンズ面屈折力をD3=(n2−1)/R3、前記第4のレンズ面屈折力をD4=(1−n2)/R4とし、前記2つの球面集光レンズの合成焦点距離をfとすると、
(1)0.15<(D1f+D2f)<0.70
(2)0.22<D3f<0.76
(3)−0.25<(D2f−D1f)<1.0
の各条件を満たすことと、
前記2つの球面集光レンズによって集光された前記光信号を強度変調、位相変調または偏向する信号処理手段と
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
A spectroscopic means for splitting a plurality of optical signals having different wavelengths at an emission angle according to the wavelength of the optical signal;
Two spherical condensing lenses for condensing the optical signal dispersed by the spectroscopic means, wherein the two spherical condensing lenses are arranged on the spectroscopic means side on a propagation optical path of the optical signal. The first condensing lens and the second condensing lens arranged on the signal processing means side, and the radius of curvature of the first lens surface of the first condensing lens on the spectroscopic means side is R1, The radius of curvature of the second lens surface on the signal processing means side is R2, the radius of curvature of the third lens surface on the spectroscopic means side of the second condenser lens is R3, and the fourth radius on the signal processing means side. The radius of curvature of the lens surface is R4, the refractive index of the first condenser lens is n1, the refractive index of the second condenser lens is n2, and the first lens surface refractive power is D1 = (n1-1). ) / R1, and the second lens surface refractive power is D2 = (1-n1) / R 2. The third lens surface refractive power is D3 = (n2-1) / R3, the fourth lens surface refractive power is D4 = (1-n2) / R4, and the two spherical condenser lenses are combined. If the focal length is f,
(1) 0.15 <(D1f + D2f) <0.70
(2) 0.22 <D3f <0.76
(3) -0.25 <(D2f-D1f) <1.0
Satisfying each condition of
An optical signal processing apparatus comprising: signal processing means for intensity-modulating, phase-modulating, or deflecting the optical signal collected by the two spherical condenser lenses.
前記D1、D2、D3およびD4は、
(4)0.32<(D1f+D2f)<0.62
(5)0.32<D3f<0.62
(6)−0.05<(D2f−D1f)<0.80
の各条件をさらに満たすことを特徴とする請求項1に記載の光信号処理装置。
The D1, D2, D3 and D4 are:
(4) 0.32 <(D1f + D2f) <0.62
(5) 0.32 <D3f <0.62
(6) -0.05 <(D2f-D1f) <0.80
The optical signal processing apparatus according to claim 1, further satisfying the following conditions:
前記D1は、D1>0の条件をさらに満たすことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の光信号処理装置。   The optical signal processing apparatus according to claim 1, wherein the D1 further satisfies a condition of D1> 0. 前記第1の集光レンズはn1<1.6、ならびに前記第2の集光レンズはn2<1.6の各条件をさらに満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光信号処理装置。   The said 1st condensing lens further satisfy | fills each conditions of n1 <1.6, and a said 2nd condensing lens further satisfies n2 <1.6. Optical signal processing device. 前記2つの球面集光レンズの間隔を調整して、前記2つの球面集光レンズの合成焦点距離を可変することにより前記信号処理手段上の前記光信号の集光点の位置を調整することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光信号処理装置。   Adjusting the position of the condensing point of the optical signal on the signal processing means by adjusting the interval between the two spherical condensing lenses and varying the combined focal length of the two spherical condensing lenses. 5. The optical signal processing apparatus according to claim 1, wherein 前記信号処理手段により変調された前記光信号を反射して、前記光信号の光路を曲げるミラーをさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理装置。   6. The optical signal processing apparatus according to claim 1, further comprising a mirror that reflects the optical signal modulated by the signal processing means and bends the optical path of the optical signal. 前記分光手段は、グレーティング、プリズムまたはアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の光信号処理装置。   7. The optical signal processing apparatus according to claim 1, wherein the spectroscopic means is a grating, a prism, or an arrayed waveguide diffraction grating. 光信号の波長に応じた出射角度で、異なる波長を有する複数の光信号に分光する分光手段と、
前記分光手段により分光された前記光信号を集光する2つの球面集光レンズと、
前記2つの球面集光レンズによって集光された前記光信号を強度変調、位相変調または偏向する信号処理手段とを備え、
前記2つの球面集光レンズの間隔を調整して、前記2つの球面集光レンズの合成焦点距離を可変することにより前記信号処理手段上の前記光信号の集光点の位置を調整することを特徴とする光信号処理装置。
A spectroscopic means for splitting a plurality of optical signals having different wavelengths at an emission angle according to the wavelength of the optical signal;
Two spherical condenser lenses for condensing the optical signal dispersed by the spectroscopic means;
Signal processing means for intensity-modulating, phase-modulating or deflecting the optical signal collected by the two spherical condenser lenses;
Adjusting the position of the condensing point of the optical signal on the signal processing means by adjusting the interval between the two spherical condensing lenses and varying the combined focal length of the two spherical condensing lenses. An optical signal processing device.
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