JP2008310191A - 光波形整形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は，高分解能な光波形整形装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 上記課題は，光源からの光を周波数ごとに分波するための分波器（１１）と，前記分波器（１１）により分波された複数の光を集光するための集光部（１２）と，前記集光部（１２）を経た光が入射し，入射光の偏光面を調整するための偏光板（１３）と，前記偏光板（１３）を経た光が入射する位相変調部及び強度変調部とを有する空間光変調器（１４）と，を具備する光波形整形装置（１０）により解決される。
【選択図】 図１

Description

本発明は，光波形整形装置などに関する。

光伝送システムにおいて伝送される光信号は,ＡＳＥ雑音や,光ファイバの非線形特性により，光信号の波形が劣化し，伝送品質が劣化する。このような場合，光信号の波形を整える光波形整形装置により劣化した光信号の波形を回復することが行われている。また，たとえば，フェムト秒レーザなどを用いた観測装置では，レーザの波形を整形することが重要であり，光波形整形装置が用いられている。

たとえば，特開２００１−４２２７４号公報には，位相変調用の空間光変調器と，強度変調用の空間位相変調器とを備えた，光波形整形装置が開示されている。しかしながら，この公報に開示される光波長整形装置では，それぞれガラス基板を有する２つの変調器を用いるので，必然的に，ビーム径が広がる。このため，分解能が低いという問題がある。
特開２００３−９０９２６号公報 特開２００２−１３１７１０号公報

本発明は，高分解能な光波形整形装置を提供することを目的とする。

本発明は，光強度変調に伴う位相変化を補償できる高分解能な光波形整形装置を提供することを目的とする。

本発明は，パスバンドの形状が矩形に近い光波形整形装置を提供することを目的とする。本発明は，テラヘルツオーダーの超高速光クロックを生成することができる光波形整形装置を提供することを目的とする。

本発明は，小型化を達成できる帯域可変光波形整形装置を提供することを目的とする。

本発明は，基本的には，位相変調部及び強度変調部を有する空間光変調器を用いることで，分解能の高い光波形整形装置を得ることができ，テラヘルツオーダーの超高速光クロック生成を含む新たな応用技術が得られたという知見に基づくものである。

すなわち本発明の第１の側面は，光源からの光を偏光分離する偏波分離器（１）と， 前記偏波分離器（１）により偏光分離された第１の光波及び第２の光波の偏光面を合わせるための１／２波長板（２）と，前記１／２波長板（２）を経た光が入射する偏光ビームスプリッタ（３）と，前記偏光ビームスプリッタ（３）を経た第１の光波及び第２の光波の偏光面を所定量回転させるためのファラデーローテータ（４）と，前記ファラデーローテータ（４）を経た第１の光波が入射する第１のコリメータ（５）と，前記ファラデーローテータ（４）を経た第２の光波が入射する第２のコリメータ（６）と，前記第１のコリメータ（５）及び第２のコリメータ（６）からの光波が入射する２軸偏光面保持ファイバ（２−ＰＭＦ（７））と，前記２軸偏光面保持ファイバ（７）を経た光が入射する第３のコリメータ（８）と，前記第３のコリメータ（８）からの光を周波数ごとに分波するための分波器（１１）と，前記分波器（１１）により分波された複数の光を集光するための集光レンズ（１２）と，前記集光レンズ（１２）を経た光が入射し，入射光の偏光面を調整するための偏光板（１３）と，前記偏光板（１３）を経た光が入射する位相変調部及び強度変調部を有する空間光変調器（１４）であって，それぞれ対応する空間位置に存在する複数のライン状又はマトリクス状の液晶セルを有し，前記位相変調部の液晶の配向は，前記偏光板（１３）により調整された偏光面と平行であり，前記強度変調部の液晶の配向は，前記位相変調部の液晶の配向と方向が４５度異なるものと， 前記液晶空間位相変調及び液晶空間強度変調部（１４）を経た光が入射する，プリズム型の折り返しリフレクタ（１５）と，前記折り返しリフレクタ（１５）を経て，前記偏光ビームスプリッタ（３）から出力される光波の偏光面を調整するための１／２波長板（１６）と，前記１／２波長板（１６）を経た光が入射する第４のコリメータ（１７）と，を具備し，前記第３のコリメータ（８）からの光が，前記分波器（１１）により周波数分離されて空間的に分散され，前記空間的に分散された周波数分離された光が，前記集光レンズ（１２）により，集光され，前記集光された光は，前記偏光板（１３）により，その偏光面が調整され，前記偏光面が調整された光が，前記空間光変調器（１４）により，別々に制御された位相変調及び強度変調のいずれか又は両方を施され，前記折り返しリフレクタ（１５）により，光が折り返され，前記集光レンズ（１２）を経て，集光され，前記分波器（１１）により，周波数分離された光が合波され，前記第１の光波に由来する光波は，前記第２のコリメータ（６）を経て，前記ファラデーローテータ（４）へ入射し， 前記第２の光波に由来する光波は，前記第１のコリメータ（５）を経て，前記ファラデーローテータ（４）へ入射し，前記ファラデーローテータ（４）を経た，前記第１の光波に由来する光波及び前記第２の光波に由来する光波は，偏光ビームスプリッタ（３）により，進行方向を調整され，前記１／２波長板（１６）により，進行方向が調整された２つの光波の偏光面が直交するように調整され，前記偏光面が調整された光波は，前記第４のコリメータ（１７）を経て出力される，光波形整形装置（１０）に関する。

実施例により実証されたとおり，この光波形整形装置は，きわめて高いスペックを有する光波形整形装置である。

本発明の第１の側面の好ましい態様は，前記空間光変調器（１４）の，複数の液晶セルは，入力光の径に応じて，２つのセル又は３つのセルで１つのチャネルを構成する，上記の光波形整形装置（１０）である。１つのチャネルとは，ひとつの入力光を受けるセルの単位を意味する。具体的には，前記空間光変調器（１４）の，複数の液晶セルは，１０μｍ以上４０μｍ以下の格子ピッチを有するものがあげられる。このように回折格子などの分波器による分散特性の波長依存性を考慮して，セル数を設定することで，波長空間の分解能を向上させることができる。

本発明の第２の側面は，光源からの光を偏光分離する偏波分離器（１）と，前記偏波分離器（１）により分離された第１の光波及び第２の光波を周波数ごとに分波するための分波器（１１）と，前記分波器（１１）により分波された複数の光を集光するための集光部（１２）と，前記集光部（１２）を経た光が入射し，入射光の偏光面を調整するための偏光板（１３）と，前記偏光板（１３）を経た光が入射する位相変調部及び強度変調部とを有する空間光変調器（１４）と，前記液晶空間位相変調及び液晶空間強度変調部（１４）を経た光が入射する，プリズム型の折り返しリフレクタ（１５）と，を具備する光波形整形装置（１０）に関する。

このように偏光分離した２つの光路に対して，両側テレセントリック系により２光路を往復で入れ替えることにより，偏波分離している部分での位相変動による出力への影響をキャンセルすることができる。

本発明の第２の側面の好ましい態様は，前記第１の光波及び第２の光波は，それぞれ，２軸偏光面保持ファイバ（７）の第１の軸及び第２の軸を経て，前記分波器（１１）へ到達するとともに，前記リフレクタ（１５）を経て折り返した第１の光波及び第２の光波は，それぞれ２軸偏光面保持ファイバ（７）の第２の軸及び第１の軸を経て，出力される，上記の光波形整形装置（１０）に関する。

偏波分離制御を行うことにより生ずるビーム品質の劣化を２芯ＰＭＦに結合させることによりスペイシャルフィルタリングを行い，レーザービームの強度分布から不規則な変動を取り除くことができる。これにより，空間光変調器（１４）における光強度制御部及び光位相制御部におけるビームの集光径が広がる事態を防止でき，その結果分解能を高めることができる。

本発明の第２の側面の好ましい態様は，前記空間光変調器（１４）の，複数の液晶セルは，入力光の径に応じて，２つのセル又は３つのセルで１つのチャネルを構成する，上記の光波形整形装置（１０）である。１つのチャネルとは，ひとつの入力光を受けるセルの単位を意味する。具体的には，前記空間光変調器（１４）の，複数の液晶セルは，１０μｍ以上４０μｍ以下の格子ピッチを有するものがあげられる。このように分波器による分散特性の波長依存性を考慮して，セル数を設定することで，波長空間の分解能を向上させることができる。

本発明の光波形整形装置は，位相変調部及び強度変調部を有するひとつの空間光変調器（１４）を用い，位相変調部及び強度変調部においてガラス基板を共有することで，ビーム径が広がる事態を防止でき，それによって高い分解能を得ることができる。

本発明の光波形整形装置は，さらに，光強度変調に伴う位相変化を液晶の制御電圧にフィードバックするか，強度変調に伴う位相変化を補償するように偏光子と空間光変調器の位相変調部における液晶の配向を調整したものを用いることにより，光強度変調に伴う位相変化を補償できる。

本発明の光波形整形装置は，実際の装置で確認を行ったように，パスバンドの形状が矩形に近い光波形整形装置をできる。

本発明の光波形整形装置は，隣り合う帯域のパスバンドが連続したパスバンドを形成するので帯域可変光波形整形装置として利用することができる。本発明の光波形整形装置は，テラヘルツオーダーの超高速光クロックを生成することができる。

本発明の光波形整形装置は，反射型を採用した場合，光学素子を省略でき，また分散などの影響を相殺できるので，光波形整形装置を精度よく小型化できる。

図１は，本発明の光波形整形装置の構成例を示す概念図である。図１（ａ）は上面図であり，図１（ｂ）は側面図である。図１に示されるように，本発明の光波形整形装置は，すなわち本発明の第１の側面は，光源からの光を偏光分離する偏波分離器（１）と，前記偏波分離器（１）により偏光分離された第１の光波及び第２の光波の偏光面を合わせるための１／２波長板（２）と，前記１／２波長板（２）を経た光が入射する偏光ビームスプリッタ（３）と，前記偏光ビームスプリッタ（３）を経た第１の光波及び第２の光波の偏光面を所定量回転させるためのファラデーローテータ（４）と，前記ファラデーローテータ（４）を経た第１の光波が入射する第１のコリメータ（５）と，前記ファラデーローテータ（４）を経た第２の光波が入射する第２のコリメータ（６）と，前記第１のコリメータ（５）及び第２のコリメータ（６）からの光波が入射する２軸偏光面保持ファイバ（２−ＰＭＦ（７））と，前記２軸偏光面保持ファイバ（７）を経た光が入射する第３のコリメータ（８）と，前記第３のコリメータ（８）からの光を周波数ごとに分波するための分波器（１１）と，前記分波器（１１）により分波された複数の光を集光するための集光レンズ（１２）と，前記集光レンズ（１２）を経た光が入射し，入射光の偏光面を調整するための偏光板（１３）と，前記偏光板（１３）を経た光が入射する位相変調部及び強度変調部を有する空間光変調器（１４）であって，それぞれ対応する空間位置に存在する複数のライン状又はマトリクス状の液晶セルを有し，前記位相変調部の液晶の配向は，前記偏光板（１３）により調整された偏光面と平行であり，前記強度変調部の液晶の配向は，前記位相変調部の液晶の配向と方向が４５度異なるものと， 前記液晶空間位相変調及び液晶空間強度変調部（１４）を経た光が入射する，プリズム型の折り返しリフレクタ（１５）と，前記折り返しリフレクタ（１５）を経て，前記偏光ビームスプリッタ（３）から出力される光波の偏光面を調整するための１／２波長板（１６）と，前記１／２波長板（１６）を経た光が入射する第４のコリメータ（１７）と，を具備する。

光源からの光がたとえば，シングルモードファイバなどを経由し，コリメータを経て偏波分離器（１）へ入射する。偏波分離器（１）では，入射した光を偏光分離する。この場合，たとえば，２つの光の偏光面は直交している。

偏波分離器（１）により偏光分離された第１の光波及び第２の光波は，１／２波長板（２）に入射する。１／２波長板（２）は，偏波分離器（１）により偏光分離された第１の光波及び第２の光波のうちいずれか一方の偏光面を回転させるなどして偏光面を合わせる。すなわち，２つの光波の偏光面を，同一方向とする。

１／２波長板（２）を経た光は，偏光ビームスプリッタ（３）に入射する。偏光ビームスプリッタ（３）を経た第１の光波及び第２の光波はファラデーローテータ（４）へ入射する。ファラデーローテータ（４）は，偏光ビームスプリッタ（３）を経た第１の光波及び第２の光波の偏光面を所定量回転させる。

ファラデーローテータ（４）を経た第１の光波は，第１のコリメータ（５）へ入射する。一方，ファラデーローテータ（４）を経た第２の光波が第２のコリメータ（６）へ入射する。続いて，第１のコリメータ（５）及び第２のコリメータ（６）からの光波が２軸偏光面保持ファイバ（７）へ入射する。２軸偏光面保持ファイバ（７）は，偏光面が維持されつつ出力される。さらに，２軸偏光面保持ファイバ（７）によりスペイシャルフィルタリングが施され，これにより分解能が向上することとなる。

２軸偏光面保持ファイバ（７）を経た光が第３のコリメータ（８）へ入射する。第３のコリメータ（８）からの光が，分波器（１１）により周波数分離されて空間的に分散される。分波器（１１）を経て空間的に分散された周波数分離された光が，集光レンズ（１２）により，集光される。

集光された光は，前記偏光板（１３）により，その偏光面が調整される。偏光面が調整された光は，空間光変調器（１４）により，別々に制御された位相変調及び強度変調のいずれか又は両方を施される。

変調が施された後に，折り返しリフレクタ（１５）により，光が折り返される。すると，折り返された光は，集光レンズ（１２）を経て，集光され，分波器（１１）により，周波数分離された光が合波される。

第１の光波に由来する光波は，第２のコリメータ（６）を経て，ファラデーローテータ（４）へ入射する。一方，第２の光波に由来する光波は，第１のコリメータ（５）を経て，ファラデーローテータ（４）へ入射する。そして，ファラデーローテータ（４）では，光の偏光面が所定量回転される。ファラデーローテータ（４）を経た，第１の光波に由来する光波及び第２の光波に由来する光波は，偏光ビームスプリッタ（３）により，進行方向を調整される。

偏光ビームスプリッタ（３）を経た光は，１／２波長板（１６）により，２つの光波の偏光面が直交するように調整され，前記偏光面が調整された光波は，第４のコリメータ（１７）を経て出力される。

回折格子（１１）は，光源からの光を周波数ごとに分波するための分波器として機能する。回折格子の代わりにプリズムやグリズムなどの高分散素子を用いても良いし，ＡＷＧを用いてもよい。光源として，たとえば，白色光や，複数の波長の光を含む光を用いることができる。一方，波長が１５５０ｎｍ程度のパルス光を用いてもよい。なお，光源からの光は，偏波調整器や偏光板などにより偏光面が調整されていても良い。また，たとえば直交する偏光面を有する２種類の光に偏光分離されていても良い。

集光レンズ（１２）は，分波器（１１）により分波された複数の光を集光するため集光部として機能する。集光レンズとして，公知の集光レンズを適宜用いることができる。集光レンズ（１２）は，分波器（１１）で空間的に分散した光を集めることができ，空間光変調器（１４）の所定のセルへ導くことができる空間位置に設置されればよい。

偏光板（１３）は，集光レンズ（１２）を経た光が入射し，入射光の偏光面を調整するための光学素子である。偏光板として，公知の偏光板または偏光子を適宜用いることができる。なお，偏光板としては，干渉膜型の偏光子が好ましい。干渉膜型の偏光子を用いることで，大口径の偏光子を用いることができ，利便性が向上することとなる。

位相変調部及び強度変調部を有する空間光変調器（１４）は，偏光板（１３）を経た光が入射し，それぞれ対応する空間位置に存在する複数のライン状又はマトリクス状の液晶セルを有する。たとえば，上記特許文献１では，空間位相変調部及び空間強度変調部が分離されている。一方，本発明では，位相変調部及び強度変調部を接合させ，ガラス基板上に設置する。このようにすることで，空間光変調器に用いるガラス基板を１枚に軽減することができ，ビーム径が広がる事態を防止でき，それによって高い分解能を得ることができる。なお，不要な反射を抑制するため，位相変調部及び強度変調部は屈折率が整合するようにして接合するものが好ましい。なお，複数のライン状の液晶セルとは，一直線上に並べられた複数の液晶セルを意味し，複数のマトリクス状の液晶セルとは，たとえば，上下左右方向に複数の液晶セルが規則正しく並んでいるものを意味する。このうち好ましいものは，複数の液晶セルが一直線上に並べられた液晶セルを有するものである。そして，位相変調部の液晶の配向は，たとえば，偏光板（１３）により調整された偏光面と平行であり，強度変調部の液晶の配向は，前記位相変調部の液晶の配向とずれている。具体的な強度変調部の液晶の配向のずれとして，３０度以上６０度以下があげられ，４０度以上５０度以下でもよいが，４５度がもっとも好ましい。液晶空間位相変調部分が液晶空間強度変調部の前面（偏光板側）に存在しても良いし，液晶空間強度変調部分が前面に存在しても良い。

図２は，位相変調部及び強度変調部を有する空間光変調器の概念図である。図２に示されるように，空間光変調器（１４）は，ライン状又はマトリクス状に形成された複数の液晶セル（２１）を有する強度変調部（２２）と，強度変調部の液晶セル（２１）に対応した複数の液晶セル（２３）を有する位相変調部（２４）と，を具備する。記強度変調部（２２）の液晶セル（２１）及び前記位相変調部（２４）の液晶セル（２３）は，それぞれ液晶物質を具備するとともに，前記液晶物質をはさむように存在する電極を具備する。なお，この電極は，透明電極であってもよいし，セルの周囲のいずれかに存在する金属電極であっても良い。具体的な構成として，たとえば，１０μｍ〜４０μｍ（好ましくは１０μｍ〜３０μｍ，より好ましくは１５μｍ〜２５μｍ）の格子ピッチを有する液晶素子を２枚接合し，接合したものをガラス基板に搭載すればよい。なお，上記の格子ピッチがセルの幅を決める要因となる。なお，隣接する液晶セル（２１，２３）同士の間には，図２に示されるように，ギャップが設けられてもよい。

図３は，強度変調部及び位相変調部の配向の様子を示す概念図である。図３に示されるように，強度変調部の液晶の配向は，位相変調部の液晶の配向と４５度ずれているものがあげられる。これらの液晶素子を用いて位相変調及び強度変調がなされるためには，先の偏光板による偏光面が，位相変調部における液晶の配向と平行であって，強度変調部の液晶の配向は偏光板による偏光面から４５度ずれていれば良い。なお，強度変調部のずれ角は，０度以外であればいずれの値をとってもかまわない。しかしながら，強度を容易に制御するという観点からは４５度が好ましい。

図４は，偏光制御，強度制御及び位相制御を説明するための概念図である。図４（ａ）は，本発明の強度・位相変調の様子を示す図である。図４（ｂ）は，強度変調のみを施した場合の光の位相変化を示す図である。図４（ｂ）に示されるように，強度変調のみを施した場合，強度変調器により強度が調整されるとともに，直線偏光が円偏光に変化する。次に，偏光子により円偏光が直線偏光に戻される。このようにして強度変調が施される。しかしながら，図４（ｂ）に示されるように，直線偏光に戻るものの,位相状態が変化している。一方，図４（ａ）に示されるように，強度変調と位相変調とを併せ持つ系では，位相変調が強度変調による位相の変化を補償するので，出力光の位相を入力光の位相と合わせることができる。

前記液晶セルのうち集光レンズ側にあるものにおける集光径が小さいほど，得られるバンドパスの幅が小さくなるため好ましい。このような観点から，集光径として，２０μｍ以上８０μｍ以下の範囲のものがあげられ，好ましくは３０μｍ以上７０μｍの範囲のものである。そして，液晶セルのサイズとして，１０μｍ以上４０μｍ以下があげられ，好ましくは１５μｍ以上３０μｍ以下であり，１５μｍ以上２５μｍ以下でも良い。このように微小なセルを用いるので，たとえば，１０ＧＨｚ間隔のパスバンドを達成できる。また，波長が大きくなるほど，集光径が大きくなるので，短波長側は２つの液晶セルでひとつの光を受けて，長波長側は３つの液晶セルでひとつの光を受けても良い。なお，集光径は，集光レンズにより集光された複数の光が液晶セル上に結像してできる光の直径である。

折り返しリフレクタ（１５）は，位相変調部及び強度変調部を有する空間光変調器（１４）を経た光が入射し，進行方向を変えるための光学素子である。この折り返しリフレクタは，公知の鏡，プリズムなどの光学素子を適宜用いることができる。このように反射型を採用したので，光学素子を重畳して利用でき，また分散などの影響を相殺できるので，光波形整形装置を精度よく小型化できる。

図５は，折り返しリフレクタとして，プリズムを用いた光波形整形装置の例を示す図である。図５に示されるようにプリズム(２６)を用いることで，上下又は左右の光路を確保できる。その結果，２種類の光が，対称的な光経路を経ることができ，その結果，光経路に由来するノイズなどの影響を同一とすることができる。

分波器（１１）によって周波数ごとに空間的に分散される。この空間的に分散された光波は，集光レンズ（１２）により集光され，偏波板（１３）を経て，空間光変調器（１４）へと入射する。ここで，別々に制御された位相変調及び強度変調を施されることとなる。空間光変調器（１４）では，分離された周波数ごとに，異なるセルに入射する。図６は，セルにビームが入射する様子を示す図である。図６（ａ）は，短波長側の光がセルへ入射する様子を示し，図６（ｂ）は長波長側の光がセルへ入射する様子を示す。たとえば，セルの大きさは，２０μｍ間隔であり，短波長側の光は，２つのセルに入射するようにされ，長波長側の光は３つのセルに入射するようにされていても良い。このようにすることで，実時間上の光を周波数に分解し，実空間上に展開することができる。また，分波器の波長分散特性にあわせて，あるビームに対するセル数を適宜調整できる。折り返しリフレクタ（１５）により，光が折り返される。折り返された光は，集光レンズ（１２）を経て，集光され，分波器（１１）により，周波数分離された光が合波される。このようにして，周波数分離された光ごとに，位相及び強度が調整されて，合波されることとなる。

上記では反射型の光波形整形装置について説明した。しかしながら，本発明の光波形整形装置は，透過型であってもよい。具体的には，透過型の光波形整形装置は，分波器と，第１の集光レンズと，偏光板と，位相変調部及び強度変調部とを有する空間光変調器と，第２の集光レンズと，合波器と，を具備すればよい。第２の集光レンズは，第１の集光レンズと同様の物を用いればよい。また，合波器も，分波器と同様の物を用いればよい。

図７は，位相変化補償を行うことができる本発明の光波形整形装置を示す図である。図７（ａ）は既存のドライバを利用する例であり，図７（ｂ）はＤＩＯ直接制御を行う場合の例を示す図である。図７（ａ）のものは，パソコンなどの制御装置（３２）が電圧制御部（３２）と接続され，電圧制御部は，空間位相変調部と空間強度変調部へ印加する駆動電圧を制御するＳＬＭドライバ１及びＳＬＭドライバ２とを有する。一方，図７（ｂ）に示されるＤＩＯ直接制御を行うものでは，制御装置からの指令に従って，直接空間位相変調部と空間強度変調部へ印加する駆動電圧が制御される。図７に示されるように，この光波形整形装置は，空間光変調器（１４）と，検出部（３１）と，制御装置（３２）と，電圧調整部（３３）とを具備する。そして，検出部が検出した位相のずれに基づいて制御装置が電圧調整部に指示する制御信号を出力する。一方，電圧調整部は，受け取った制御信号に従って，各セルの電極へ所定の電圧を出力する。このように，本発明の光波形整形装置によれば，強度変調に伴う位相のずれを補償することができる。

検出部（３１）は，強度変調部（２２）による強度変調を行った際の，光波形整形装置からの出力光を検出するための要素である。検出部として，フォトダイオードなど公知の検出装置を適宜採用することができる。なお，検出部（３１）は，光波形整形装置の枠体内に設けられるものが好ましい。そして，検出部は，光強度と光位相の両方についての制御量をモニタするものが好ましい。

制御装置（３２）は，検出部（３１）によって検出された各周波数の光の位相のずれに関する情報を受け取り，前記位相変調部（２４）の各液晶セル（２３）の電極に印加する電圧を制御するための装置である。具体的には，コンピュータが制御装置として機能する。なお，制御装置は，光波形整形装置と一体として設けられていてもよく，外付けされていてもよい。装置をコンパクトにするという観点からは，制御装置は光波形整形装置の枠体内に設けられるものが好ましい。検出部が，光強度と光位相の両方についての制御量をモニタする場合，測定した光強度と光位相を，設定値と比較し，光強度と光位相とが設定値に近づくようクローズドループにより制御を行うものが好ましい。このように，光強度と光位相とを制御することで，装置の安定性を高めることができる。

電圧調整部（３３）は，制御装置（３２）からの制御指令に従って，位相変調部（２４）の各液晶セル（２３）の電極に印加する電圧を出力する位相変調器（２４）の各液晶セルへと出力する。また，フィードバックによる制御を行わず，強度変調による位相変化を補償するように位相変調を施すことができるように，偏光子と位相変調部（２４）の配向方向を調整してもよい。すなわち，偏光子の偏光面と位相変調部（２４）の液晶の配向方向として，強度変調による位相変化を補償するように位相変調を施すことができるようにしたものを用いることは，本発明の好ましい態様である。なお，強度変調部についても同様の構成を有し，位相変調に伴う強度の変化を補償できるようにされていても良い。

本発明の光波形整形装置は，ＷＤＭなどの光源として利用することができる。また，本発明の光波形整形装置は，ＥＤＦＡなどの光等化装置として利用することができる。

図８は，実施例１における光波形整形装置の概観図である。図９は，実施例１における光学系の概略図である。図９（ａ）は上面図であり，図９（ｂ）は側面図である。図中，ＰＢＳは偏光ビームスプリッタを示し，ＦＲはファラデーローテータを示し，ＳＭＦは，シングルモードファイバを示し，２−ＰＭＦは２軸偏波面保存ファイバを示す。図９に示されるように，この光学系は，偏光分離された光が入力する２軸偏光維持ファイバ（２−ＰＭＦ）と，直径が１５ｃｍであり焦点距離が６ｃｍのコリメータレンズと，コリメータレンズから６ｃｍの位置に表面中心位置がある回折格子と，回折格子の表面中心位置から１５ｃｍの位置に設けられた集光レンズ（ｆｌ５ｃｍ）と，偏光板・液晶空間強度調整部分・液晶空間位相変調部分・及び折り返しリフレクタとを具備する。折り返しリフレクタ（プリズム）の位置は，集光レンズから１５ｃｍの位置とした。液晶セルは，制御部の幅を１７μｍとし，ギャップ部の大きさを３μｍとした。すなわち，ひとつのセルサイズは２０μｍであった。なお，コリメータレンズから回折格子までの距離，コリメートレンズから集光レンズまでの距離は，図１０に示されるシミュレーションを行って求めた。

位相は，ファイバのテンションや温度などの状況変化に対し敏感に変動する。この実施例では，上記のような構成としたので，２光路のファイバを往復で入れ替え，行きと帰りをトータルで考えると，同じ位相変化を受けることとなる。その結果，ファイバなどは位相安定性に優れないにもかかわらず，位相安定性の高い，光波形整形装置を提供できる。

図１１は，液晶空間光変調器の例を示す図である。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は実際に製造した空間光変調器の概略を示す図である。図１１（ａ）に示されるものは，ガラス基板として広さ６５ｍｍｘ４８ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのものを用いた。コモン電極とパタン電極をそれぞれ有するガラス基板の間に位置する液晶セルギャップを８μｍとした。液晶格子は１４ｘ１４ｍｍで、ガラス基板中央付近に設置した。液晶格子のピッチ２０μｍであった（具体的には制御領域が１７μｍでありギャップが３μｍであった）。液晶の配向は，強度制御の場合は，配向方向を４５度とし、位相変調の場合は０度とした。なお，強度制御用液晶空間光変調器と位相制御用液晶空間光変調器とは，それぞれ個別に作製した。

図１１（ｂ）に示されるものは，ガラス基板として広さ６５ｘ〜３０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのものを用いた。コモン電極とパタン電極をそれぞれ有する基板の間に位置する液晶セルギャップを８μｍとした。液晶格子は，１０ｍｍｘ〜５ｍｍの大きさのものを用いた。図１１（ｂ）の例では、液晶空間光変調器をガラス基板の左右どちらかに寄せた。このように液晶空間光変調器の位置をあえて中心から離すことで，作成が容易になった。液晶格子のピッチとして以下の３パターンのものを製造した。
（ｉ）液晶格子ピッチ：２０μｍ（制御領域：１７μｍ，ギャップ：３μｍ）
（ｉｉ）液晶格子ピッチ：２０μｍ（制御領域：１８μｍ，ギャップ：２μｍ）
（ｉｉｉ）液晶格子ピッチ１０μｍ（制御領域：８μｍ，ギャップ：２μｍ）
液晶の配向は，強度制御の場合は，配向方向を４５度とし、位相変調の場合は０度とした。なお，強度制御用液晶空間光変調器と位相制御用液晶空間光変調器とは，それぞれ個別に作製した。２つの液晶素子を接合する際に，格子位置関係を合わせるためのマーカを設けた。また，制御ＩＣをガラス基板の片側にまとめて配置した。

図１１（ｃ）に示されるものは，パタン電極を有するガラス基板の表面と裏面にそれぞれ強度制御用液晶空間光変調器と位相制御用液晶空間光変調器とが設けられたものである。これらは格子位置関係をそろえて作成した。図１１（ｃ）に示されるように，この液晶空間光変調器は２枚のコモン電極を有する基板に，前記パタン電極を有するガラス基板がはさまれた形状を有する。コモン電極とパタン電極をそれぞれ有する基板の間に位置する液晶セルギャップを８μｍとした。液晶格子は，〜２０ｍｍｘ〜５ｍｍの大きさのものを用いた。図１１（ｃ）の例では、液晶空間光変調器をガラス基板の左右どちらかに寄せた。このように液晶空間光変調器の位置をあえて中心から離すことで，作成が容易になった。液晶格子のピッチとして以下の３パターンのものを製造した。
（ｉ）液晶格子ピッチ：２０μｍ（制御領域：１７μｍ，ギャップ：３μｍ）
（ｉｉ）液晶格子ピッチ：２０μｍ（制御領域：１８μｍ，ギャップ：２μｍ）
（ｉｉｉ）液晶格子ピッチ１０μｍ（制御領域：８μｍ，ギャップ：２μｍ）
液晶の配向は，強度制御の場合は，配向方向を４５度とし、位相変調の場合は０度とした。
強度制御用液晶空間変調器と位相制御用液晶空間変調器とは,パタン電極を有するガラス基板を共通化し,一体化して作製した。

図１２は，光波形整形装置の光強度制御特性を示す図面に替わるグラフである。図１２（ａ）はＡＳＥ光源を使用し，全チャネルを一括制御した際の光強度制御特性を測定したものである。図１２（ｂ）は全てのチャネルを中間制御した際の光強度制御特性を測定したものである。図１２（ｃ）は全てのチャネルをＯＦＦ制御した際の光強度制御特性を測定したものである。図１２（ａ）から本発明の光波形整形装置は，隣り合う帯域のパスバンドが連続したパスバンドを形成することがわかる。一方,図１２（ｂ）から,強度制御量を制御レンジ範囲内で任意に設定できることがわかる。
図１２（ｃ）からＯＦＦ制御した場合は，出力を抑えることができることがわかる。

図１３は，光波形整形装置の周波数スペーシングを示す図面に替わるグラフである。波長可変ＬＤ光源の波長を０．０１ｎｍステップでスイープさせ，光強度制御された各波長のパワーをパワーメータで測定した。光強度制御の設定を１ＣＨ毎に行い、周波数スペーシングを確認した。図１３（ａ）はＯＮがひとつの場合，図１３（ｂ）はＯＮが近接する２つの場合，図１３（ｃ）はＯＮが３つの場合，図１３（ｄ）はＯＮが離れた２つの場合を示す。

図１４は，光波形整形装置の空間分解能を示す図面に替わるグラフである。ＡＳＥ光源を使用し、光強度を４８ＣＨ毎に制御した（全体はＯＮ、４８ＣＨ毎にＯＦＦ制御した）
制御波長差から、各波長帯でのＰＡＬ−ＳＬＭ１セルあたりの空間分解能を測定した。その結果，波長１５３５ｎｍでは空間分解能が１２．１ギガヘルツ／セルであり，波長１５５０ｎｍで空間分解能が１０．７ギガヘルツ／セルであり，波長１５６５ｎｍでは空間分解能が９．２ギガヘルツ／セルであった。

図１５は，挿入ロスを測定するための装置構成を示す概略図である。その結果，波長１５３５ｎｍでは挿入ロスが６．５ｄＢであり，波長１５５０ｎｍで挿入ロスが５．０ｄＢであり，波長１５６５ｎｍでは挿入ロスが７．５ｄＢであった。

表１は，回折格子の分散特性を示す表である。

表２は，ＰＡＬ−ＳＬＭ入射ビームの直径を示す表である。

本発明の光波形整形装置は，光情報通信などの分野において好適に利用されうる。

図１は，本発明の光波形整形装置の構成例を示す概念図である。 図２は，位相変調部及び強度変調部とを有する空間光変調器の概念図である。 図３は，強度変調部及び位相変調部の配向の様子を示す概念図である。 図４は，偏光制御，強度制御及び位相制御を説明するための概念図である。 図５は，折り返しリフレクタとして，プリズムを用いた光波形整形装置の例を示す図である。 図６は，セルにビームが入射する様子を示す図である。図６（ａ）は，短波長側の光がセルへ入射する様子を示し，図６（ｂ）は長波長側の光がセルへ入射する様子を示す。 図７は，位相変化補償を行うことができる本発明の光波形整形装置を示す図である。図７（ａ）は既存のドライバを利用する例であり，図７（ｂ）はＤＩＯ直接制御を行う場合の例を示す図である。 図８は，実施例１における光波形整形装置の概観図である。 図９は，実施例１における光学系の概略図である。図９（ａ）は上面図であり，図９（ｂ）は側面図である。 図１０は，光学素子の位置を決めるシミュレーションの概念図である。 図１１は，液晶空間光変調器の例を示す図である。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は実際に製造した空間光変調器の概略を示す図である。 図１２は，光波形整形装置の光強度制御特性を示す図面に替わるグラフである。図１２（ａ）はＡＳＥ光源を使用し，全チャネルを一括制御した際の光強度制御特性を測定したものである。図１２（ｂ）は全てのチャネルを中間制御した際の光強度制御特性を測定したものである。図１２（ｃ）は全てのチャネルをＯＦＦ制御した際の光強度制御特性を測定したものである。 図１３は，光波形整形装置の周波数スペーシングを示す図面に替わるグラフである。波長可変ＬＤ光源の波長を０．０１ｎｍステップでスイープさせ，光強度制御された各波長のパワーをパワーメータで測定した。光強度制御の設定を１ＣＨ毎に行い、周波数スペーシングを確認した。図１３（ａ）はＯＮがひとつの場合，図１３（ｂ）はＯＮが近接する２つの場合，図１３（ｃ）はＯＮが３つの場合，図１３（ｄ）はＯＮが離れた２つの場合を示す。 図１４は，光波形整形装置の空間分解能を示す図面に替わるグラフである。 図１５は，挿入ロスを測定するための装置構成を示す概略図である。

符号の説明

１１ 分波器
１２ 集光部
１３ 偏光板
１４ 空間光変調器

Claims (7)

1. 光源からの光を偏光分離する偏波分離器（１）と，
   前記偏波分離器（１）により偏光分離された第１の光波及び第２の光波の偏光面を合わせるための１／２波長板（２）と，
   前記１／２波長板（２）を経た光が入射する偏光ビームスプリッタ（３）と，
   前記偏光ビームスプリッタ（３）を経た第１の光波及び第２の光波の偏光面を所定量回転させるためのファラデーローテータ（４）と，
   前記ファラデーローテータ（４）を経た第１の光波が入射する第１のコリメータ（５）と，
   前記ファラデーローテータ（４）を経た第２の光波が入射する第２のコリメータ（６）と，
   前記第１のコリメータ（５）及び第２のコリメータ（６）からの光波が入射する２軸偏光面保持ファイバ（７）と，
   前記２軸偏光面保持ファイバ（７）を経た光が入射する第３のコリメータ（８）と，
   前記第３のコリメータ（８）からの光を周波数ごとに分波するための分波器（１１）と，
   前記分波器（１１）により分波された複数の光を集光するための集光レンズ（１２）と，
   前記集光レンズ（１２）を経た光が入射し，入射光の偏光面を調整するための偏光板（１３）と，
   前記偏光板（１３）を経た光が入射する位相変調部及び強度変調部を有する空間光変調器（１４）であって，それぞれ対応する空間位置に存在する複数のライン状又はマトリクス状の液晶セルを有し，前記位相変調部の液晶の配向は，前記偏光板（１３）により調整された偏光面と平行であり，前記強度変調部の液晶の配向は，前記位相変調部の液晶の配向と方向が４５度異なるものと，
   前記液晶空間位相変調及び液晶空間強度変調部（１４）を経た光が入射する，プリズム型の折り返しリフレクタ（１５）と，
   前記折り返しリフレクタ（１５）を経て，前記偏光ビームスプリッタ（３）から出力される光波の偏光面を調整するための１／２波長板（１６）と，
   前記１／２波長板（１６）を経た光が入射する第４のコリメータ（１７）と，
   を具備し，
   前記第３のコリメータ（８）からの光が，前記分波器（１１）により周波数分離されて空間的に分散され，
   前記空間的に分散された周波数分離された光が，前記集光レンズ（１２）により，集光され，
   前記集光された光は，前記偏光板（１３）により，その偏光面が調整され，
   前記偏光面が調整された光が，前記空間光変調器（１４）により，別々に制御された位相変調及び強度変調のいずれか又は両方を施され，
   前記折り返しリフレクタ（１５）により，光が折り返され，
   前記集光レンズ（１２）を経て，集光され，
   前記分波器（１１）により，周波数分離された光が合波され，
   前記第１の光波に由来する光波は，前記第２のコリメータ（６）を経て，前記ファラデーローテータ（４）へ入射し，
   前記第２の光波に由来する光波は，前記第１のコリメータ（５）を経て，前記ファラデーローテータ（４）へ入射し，
   前記ファラデーローテータ（４）を経た，前記第１の光波に由来する光波及び前記第２の光波に由来する光波は，偏光ビームスプリッタ（３）により，進行方向を調整され，
   前記１／２波長板（１６）により，進行方向が調整された２つの光波の偏光面が直交するように調整され，
   前記偏光面が調整された光波は，前記第４のコリメータ（１７）を経て出力される，
   光波形整形装置（１０）。
2. 前記空間光変調器（１４）の，複数の液晶セルは，入力光の径に応じて，２つのセル又は３つのセルで１つのチャネルを構成する，
   請求項１に記載の光波形整形装置（１０）。
3. 前記空間光変調器（１４）の，複数の液晶セルは，１０μｍ以上４０μｍ以下の格子ピッチを有する，
   請求項１に記載の光波形整形装置（１０）。
4. 光源からの光を偏光分離する偏波分離器（１）と，
   前記偏波分離器（１）により分離された第１の光波及び第２の光波を周波数ごとに分波するための分波器（１１）と，
   前記分波器（１１）により分波された複数の光を集光するための集光部（１２）と，
   前記集光部（１２）を経た光が入射し，入射光の偏光面を調整するための偏光板（１３）と，
   前記偏光板（１３）を経た光が入射する位相変調部及び強度変調部とを有する空間光変調器（１４）と，
   前記液晶空間位相変調及び液晶空間強度変調部（１４）を経た光が入射する，プリズム型の折り返しリフレクタ（１５）と，
   を具備する光波形整形装置（１０）。
5. 前記第１の光波及び第２の光波は，それぞれ，２軸偏光面保持ファイバ（７）の第１の軸及び第２の軸を経て，前記分波器（１１）へ到達するとともに，
   前記リフレクタ（１５）を経て折り返した第１の光波及び第２の光波は，それぞれ２軸偏光面保持ファイバ（７）の第２の軸及び第１の軸を経て，出力される，
   請求項４に記載の光波形整形装置（１０）。
6. 前記空間光変調器（１４）の，複数の液晶セルは，入力光の径に応じて，２つのセル又は３つのセルで１つのチャネルを構成する，
   請求項４に記載の光波形整形装置（１０）。
7. 前記空間光変調器（１４）の，複数の液晶セルは，１０μｍ以上４０μｍ以下の格子ピッチを有する，
   請求項４に記載の光波形整形装置（１０）。

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