JP2009198592A - Variable dispersion compensator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable dispersion compensator capable of drastically reducing a ripple produced in a dispersion characteristic of a variable dispersion compensator of the conventional technique using a spatial phase modulator having an LCOS structure and having an operable band width which is larger than that in the conventional technique, whereby an application possibility other than the dispersion compensator is widened by removing the ripple produced in the dispersion characteristic. <P>SOLUTION: In order to reduce reflection light in a gap part between retardation imparting functional parts, a transparent glass substrate or the like is used as a back surface substrate and, thereby, the reflection light is caused to disappear. An optical signal on the retardation imparting functional parts is reflected by a mirror array formed on the innermost surface of the back surface substrate. A mirror array having an electrode function can be also formed on the surface side opposite to a common transparent electrode on the back surface substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ファイバ通信において利用される分散補償器に関する。   The present invention relates to a dispersion compensator used in optical fiber communication.

近年の急速な発展を見せる大容量の光通信ネットワークシステムは、従来主流であったポイントツーポイント型のシステムからリング・メッシュ型の構成のシステムへ移りつつある。リング・メッシュ型構成のシステムは、光信号を光の状態のままで処理するトランスペアレントな波長選択スイッチ等を用いることにより、ノード間の通信需要の変化に柔軟に対応ができるためである。具体的には、波長パスの動的切替によって、新規のパスの開通ならびに廃止に伴なう現地作業量を大幅に減らすことができる利点を持つ。しかしながら、リング・メッシュ型のネットワークにおいては、波長パスの切り替えに伴って、パスの長さも変化してしまうため、そのパスの波長分散値も動的に変化してしまう。   High-capacity optical communication network systems that have shown rapid development in recent years are shifting from point-to-point systems, which have been the mainstream, to ring-mesh systems. This is because the ring-mesh type system can flexibly cope with changes in communication demand between nodes by using a transparent wavelength selective switch or the like that processes an optical signal in an optical state. Specifically, there is an advantage that the amount of on-site work accompanying the opening and closing of a new path can be greatly reduced by the dynamic switching of wavelength paths. However, in a ring-mesh network, the path length also changes as the wavelength path is switched, so the chromatic dispersion value of the path also changes dynamically.

従来の分散補償器は、分散補償ファイバや分散補償量が固定されたタイプのものであり、上述のようなリング・メッシュ型構成のネットワークで波長パスの距離が異なる場合に、WDM波長ごとに異なる分散値を設定することはできなかった。このため、光通信における波長パスの分散補償にも適応性が求められている。   A conventional dispersion compensator is of a type in which a dispersion compensation fiber or a dispersion compensation amount is fixed, and is different for each WDM wavelength when the wavelength path distance is different in the network of the ring mesh type configuration as described above. The variance value could not be set. For this reason, adaptability is also required for dispersion compensation of wavelength paths in optical communications.

一方、信号処理装置の小型化・集積化の点から、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系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が実現されている。さらには、複数のPLCチップと他の光機能部品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 signal processing devices, research and development of waveguide type optical circuits (PLCs) are in progress. In the PLC, for example, a core made of quartz glass is formed on a silicon substrate and various functions are integrated in one chip, and an optical functional device with low loss and high reliability is realized. Furthermore, a composite 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、アレイ導波路格子(以下、AWGという)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、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 an arrayed waveguide grating (hereinafter referred to as AWG) 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1は、PLCと空間変調素子を組み合わせた可変分散補償器の一例を示す構成図である。より具体的には、AWGとLCOS(Liquid crystal on silicon)を組み合わせた可変分散補償器を示す。この可変分散補償器では、外部の光信号がAWG1を経由して入出力される。より具体的な動作を、AWGの基板面に垂直な方向から見た図1の(A)を参照しながら説明する。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a tunable dispersion compensator combining a PLC and a spatial modulation element. More specifically, a variable dispersion compensator in which AWG and LCOS (Liquid crystal on silicon) are combined is shown. In this tunable dispersion compensator, an external optical signal is input / output via the AWG 1. A more specific operation will be described with reference to FIG. 1A viewed from a direction perpendicular to the substrate surface of the AWG.

AWG1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3へ向かってz軸方向に出射する。集光レンズ3によって集光された光信号は、出射角度θに対応して、位相変調機能を持つ空間位相変調器4のx軸上の所定の各位置に集光される。すなわち、入力光信号の波長に応じて、空間位相変調器4のx軸上の異なる位置に光信号が集光されることに留意されたい。空間位相変調器4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。各要素素子の屈折率などの制御によって、各波長の光信号は所定の位相量が与えられて位相変調を受け、波長毎に所定の分散値が与えられる。分散補償された光信号は、空間位相変調器4で反射されて進行方向を反転し、再び集光レンズ3を通って、AWG1において合波される。合波された各波長の光信号は、出力光として、再びAWG1外へ出力される。尚、AWG1の基板断面を見た図1の(B)を参照すればわかるように、y軸方向にのみレンズ作用を持つシリンドリカルレンズ2が、AWG1の出射端面の近傍に配置される。   The AWG 1 demultiplexes a plurality of optical signals having different wavelengths at an emission angle θ corresponding to the wavelengths. The demultiplexed optical signal is emitted in the z-axis direction toward the condenser lens 3. The optical signal collected by the condenser lens 3 is collected at predetermined positions on the x-axis of the spatial phase modulator 4 having a phase modulation function corresponding to the emission angle θ. That is, it should be noted that the optical signal is collected at different positions on the x-axis of the spatial phase modulator 4 depending on the wavelength of the input optical signal. The spatial phase modulator 4 is, for example, a liquid crystal element composed of a plurality of element elements (pixels). By controlling the refractive index of each element, the optical signal of each wavelength is given a predetermined phase amount and subjected to phase modulation, and a predetermined dispersion value is given for each wavelength. The dispersion-compensated optical signal is reflected by the spatial phase modulator 4 to reverse the traveling direction, passes through the condenser lens 3 again, and is multiplexed in the AWG 1. The combined optical signal of each wavelength is output to the outside of the AWG 1 again as output light. As can be seen by referring to FIG. 1B, which is a cross-sectional view of the substrate of the AWG 1, the cylindrical lens 2 having a lens action only in the y-axis direction is disposed in the vicinity of the emission end face of the AWG 1.

AWG1は、良く知られているように、入力導波路1、スラブ導波路11および導波路アレイ12が、順次接続された構成を持つ。図1Aに示したAWG構成では、入力導波路1は、分散補償された光信号を出力する出力導波路も兼ねているが、この構成に限られない。分散補償の対象となる光信号は、入力光ファイバ6へ入力され、サーキュレータ9および接続光ファイバ8を経由して、AWGの入力導波路10へ入力される。分散補償された光信号は、入力導波路10から接続導波路8およびサーキュレータ9を経由して、さらに出力光ファイバ7から外部へ出力される。   As is well known, the AWG 1 has a configuration in which an input waveguide 1, a slab waveguide 11, and a waveguide array 12 are sequentially connected. In the AWG configuration shown in FIG. 1A, the input waveguide 1 also serves as an output waveguide that outputs a dispersion-compensated optical signal, but is not limited to this configuration. The optical signal to be subjected to dispersion compensation is input to the input optical fiber 6 and is input to the AWG input waveguide 10 via the circulator 9 and the connecting optical fiber 8. The dispersion-compensated optical signal is further output from the output optical fiber 7 to the outside through the input waveguide 10 via the connection waveguide 8 and the circulator 9.

図1の(A)に示した分散補償器は、ミラーを使用して光信号を折り返すことで、1つのAWG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り、一般に反射型と呼ばれている。分散補償器の光信号処理は、この構成だけに限られない。図1の(A)に示した装置構成において、空間位相変調器4による反射の向きを変えることによって、任意の位置に配置した、もう一つのレンズおよびAWG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。また、図1のy方向に入射系AWGと出射系AWGとを重ねて配置する構成とすることもできる。   The dispersion compensator shown in FIG. 1A is configured to perform both demultiplexing and multiplexing of an optical signal by one AWG by folding the optical signal using a mirror. being called. The optical signal processing of the dispersion compensator is not limited to this configuration. In the apparatus configuration shown in FIG. 1A, by combining the direction of reflection by the spatial phase modulator 4, the optical signal is combined by another lens and an output system composed of an AWG arranged at an arbitrary position. It is also possible to perform the configuration. Moreover, it can also be set as the structure which overlaps and arrange | positions the entrance system AWG and the output system AWG in the y direction of FIG.

図1の(A)に示した可変分散補償器は、高い分散補償特性を持ち、さらにLCOSの微細なセル構造に由来する自由度の高い位相設定が可能である。さらに、多チャンネルを一括して補償することも可能である特徴も持つ。   The tunable dispersion compensator shown in FIG. 1A has high dispersion compensation characteristics, and can set a phase with a high degree of freedom derived from a fine cell structure of LCOS. Furthermore, it has a feature that it is possible to compensate for multiple channels at once.

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.)

図2は、従来の可変分散補償器に使用されるLCOS構造を持つ空間位相変調器の構成を説明する概念図である。図2においては、光信号の進行方向は図1に表記された方向と異なっており、図2の下方に集光レンズがあるものとして表記されていることに注意されたい。LCOS構造を持つ空間位相変調器4は、後面シリコン基板21と前面ガラス基板24との間の空間に液晶材料25が充填された構造を持つ。前面ガラス基板24上に共通透明電極23が形成され、後面シリコン基板21上にはN個の電極アレイ22a・・22nが形成される。電極アレイ22a・・22nは、通信波長帯域において反射機能を持つ電極であり、例えば、金、アルミニウムまたはクロームなどが利用される。   FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the configuration of a spatial phase modulator having an LCOS structure used in a conventional variable dispersion compensator. Note that in FIG. 2, the traveling direction of the optical signal is different from the direction shown in FIG. 1, and is shown as having a condenser lens in the lower part of FIG. 2. The spatial phase modulator 4 having the LCOS structure has a structure in which a liquid crystal material 25 is filled in a space between the rear silicon substrate 21 and the front glass substrate 24. A common transparent electrode 23 is formed on the front glass substrate 24, and N electrode arrays 22 a, 22 n are formed on the rear silicon substrate 21. The electrode arrays 22a, 22n are electrodes having a reflection function in the communication wavelength band, and for example, gold, aluminum, chrome, or the like is used.

電極アレイ22a・・22nと、対向する共通透明電極23との間の各領域おいて、位相付与機能部26a・・26nが形成される。各電極アレイ22a・・22nと共通透明電極23との間に独立して電界を印加することによって、位相付与機能部26a・・26nに与えられる位相量が独立に設定される。各位相付与機能部26a・・26nには、離散的に位相量が設定されるが、N個の位相付与機能部全体で、任意の所望の位相プロファイルを設定可能である。リング・メッシュ型のネットワークにおける、波長パスの切り替えに伴う可変分散補償を実現する。   In each region between the electrode arrays 22a,... 22n and the common transparent electrode 23 facing each other, phase imparting function portions 26a,. By independently applying an electric field between the electrode arrays 22a,... 22n and the common transparent electrode 23, the phase amount given to the phase imparting functional units 26a,. Although the phase amount is set discretely in each of the phase providing function units 26a... 26n, any desired phase profile can be set in the entire N phase providing function units. In a ring-mesh network, variable dispersion compensation is realized with wavelength path switching.

上述のようなLCOS構造を持つ空間位相変調器を使用した可変分散補償器において付与される分散特性にリップルが生じるという問題があった。以下、LCOSによって与えられる位相量のプロファイルが2次関数の場合を例として説明する。   There has been a problem that ripples are generated in the dispersion characteristics provided in the tunable dispersion compensator using the spatial phase modulator having the LCOS structure as described above. Hereinafter, a case where the phase amount profile given by the LCOS is a quadratic function will be described as an example.

図3は、従来技術のLCOS構造の空間位相変調器を使用した可変分散補償器の分散補償特性を示した図である。(a)と表示されたグラフは、横軸に光周波数(THz)を、ならびに縦軸に可変分散補償器の透過特性(dB)および群遅延(ps)を示したものである。透過特性および群遅延のいずれにおいても、中心周波数から離れるにしたがって著しいリップルが生じている。(b)と表示されたグラフは、縦軸に分散補償器により与えられる位相シフト量(ラジアン)を、および横軸に(a)のグラフの横軸と合わせて光周波数(THz)を示している。   FIG. 3 is a diagram showing dispersion compensation characteristics of a tunable dispersion compensator using a conventional spatial phase modulator having an LCOS structure. The graph labeled (a) shows the optical frequency (THz) on the horizontal axis and the transmission characteristics (dB) and group delay (ps) of the tunable dispersion compensator on the vertical axis. In both the transmission characteristics and the group delay, a significant ripple occurs as the distance from the center frequency increases. In the graph displayed as (b), the vertical axis indicates the phase shift amount (radian) given by the dispersion compensator, and the horizontal axis indicates the optical frequency (THz) together with the horizontal axis of the graph of (a). Yes.

分散補償器は、通常、中心光周波数から光透過率が1dB以内の光周波数範囲(1dB透過帯域幅と呼ぶ)において使用される。図3の(a)のグラフにおける透過特性に着目すれば、中心光周波数188.90THzから上下へ14.8GHz離れた最初にディップが表れる周波数(188.8852THzおよび188.9149THz)においては、リップルがないと想定した場合と比べて2.13dB以上の透過率低下が見られる。したがって、リップルは、分散補償器として使用される場合の中心光周波数を含む1dB透過帯域幅を狭める影響を与えている。尚、図3の透過特性における1dB透過帯域幅は、おおよそ15.4GHz(±7.7GHz)である。   The dispersion compensator is usually used in an optical frequency range (referred to as a 1 dB transmission bandwidth) whose optical transmittance is within 1 dB from the center optical frequency. If attention is paid to the transmission characteristics in the graph of FIG. 3 (a), at the frequency (188.88252 THz and 188.9149 THz) at which the first dip appears 14.8 GHz up and down from the center optical frequency of 188.90 THz, the ripple is Compared with the case where it is assumed that there is not, the transmittance | permeability fall of 2.13 dB or more is seen. Therefore, the ripple has an effect of narrowing the 1 dB transmission bandwidth including the center optical frequency when used as a dispersion compensator. Note that the 1 dB transmission bandwidth in the transmission characteristics of FIG. 3 is approximately 15.4 GHz (± 7.7 GHz).

また分散補償器の特性には、1dB透過帯域内における群遅延特性のリップルができるかぎり小さいことが求められている。例えば、40Gbps級の高速光通信においては、一般的におよそ±5ps以内であることが必要とされる。これ以上の群遅延リップルを有する分散補償器では、伝送波形の歪みを誘発するおそれがある。   Further, the dispersion compensator characteristic is required to have as small a ripple of the group delay characteristic as possible within the 1 dB transmission band. For example, in high-speed optical communication of 40 Gbps class, it is generally required to be within about ± 5 ps. In a dispersion compensator having a larger group delay ripple, there is a risk of inducing distortion of the transmission waveform.

また、通常の分散補償器に限らず、空間位相変調器を1dB透過帯域幅をさらに越えた光周波数範囲で使用するような応用に対しても、上述のリップルは好ましくない特性上の制限および機能上の制限を与えてしまう。このため、これらリップルを除去することが求められていた。   Further, the ripple described above is not limited to the normal dispersion compensator, and the above-described ripple is an undesirable characteristic limitation and function for an application in which the spatial phase modulator is used in an optical frequency range that further exceeds the 1 dB transmission bandwidth. Gives the above limit. For this reason, it has been required to remove these ripples.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、LCOS構造の空間位相変調器を使用した従来技術の可変分散補償器において生じる分散特性のリップルの問題を解決することにある。より使用可能な帯域幅の広い分散補償器を提供し、さらには、分散特性のリップル除去によって、分散補償器以外の応用可能性を広げる。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to solve the problem of ripples in dispersion characteristics generated in a conventional variable dispersion compensator using a spatial phase modulator having an LCOS structure. There is to do. The present invention provides a dispersion compensator with a wider usable bandwidth, and further expands the applicability other than the dispersion compensator by the ripple removal of the dispersion characteristic.

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、入力光信号の波長に応じた出射角度で光信号を分光する分光手段と、前記分光手段から出射された光信号を集光させる集光レンズと、前記分光手段による分光面との交線方向に配列された複数の位相付与セルを有し、前記複数の位相付与セルによって前記集光された光信号に所定の位相量を付与して前記分光手段へ反射する空間位相変調器であって、前記交線方向において前記複数の位相付与セルを区画するギャップ領域において前記集光された光信号の反射光が生じないこととを備えたことを特徴とする分散補償器である。   In order to achieve such an object, the present invention described in claim 1 is directed to a spectroscopic unit that splits an optical signal at an output angle corresponding to a wavelength of an input optical signal, and the spectroscopic unit. A condensing lens for condensing the optical signal; and a plurality of phase providing cells arranged in the direction of the line of intersection with the spectroscopic surface by the spectroscopic means, and the optical signals collected by the plurality of phase providing cells A spatial phase modulator that applies a predetermined amount of phase and reflects the reflected light to the spectroscopic means, wherein reflected light of the collected optical signal in a gap region that partitions the plurality of phase applying cells in the intersecting direction The dispersion compensator is characterized in that it does not occur.

請求項2の発明は、請求項1に記載の可変分散補償器であって、前記空間位相変調器は、前記集光レンズ側にある前面透明基板および後面透明基板により規定される空間内に充填された液晶から構成された液晶素子であり、前記位相付与セルは、前記前面透明電極の前記変調器内部面上で前記複数の位相付与セルの全領域に渡って形成され、共通電位を持つ共通透明電極と、前記共通透明電極に対向し、前記後面透明電極の前記変調器内部面上に形成され、前記複数の位相付与セルの各々を区画する複数の透明電極アレイであって、前記複数の透明電極アレイ各々の電極は前記位相付与セルの設定位相量を決定する制御電圧を印加されることと、前記後面透明電極の前記変調器外部面上に形成され、前記複数の透明電極アレイを透過する光信号を反射させる複数のミラーからなるミラーアレイと、を含むことを特徴とする。   A second aspect of the present invention is the variable dispersion compensator according to the first aspect, wherein the spatial phase modulator fills a space defined by a front transparent substrate and a rear transparent substrate on the condenser lens side. A liquid crystal element composed of a liquid crystal, wherein the phase-giving cell is formed over the entire area of the plurality of phase-giving cells on the inner surface of the modulator of the front transparent electrode, and has a common potential. A plurality of transparent electrode arrays facing the common transparent electrode, formed on the modulator inner surface of the rear transparent electrode, and partitioning each of the plurality of phase-imparting cells, Each electrode of the transparent electrode array is applied with a control voltage that determines a set phase amount of the phase-giving cell, and is formed on the modulator outer surface of the rear transparent electrode, and passes through the plurality of transparent electrode arrays. Light A mirror array comprising a plurality of mirrors for reflecting, characterized in that it comprises a.

請求項3の発明は、請求項1に記載の可変分散補償器であって、前記空間位相変調器は、前記集光レンズ側にある前面透明基板および後面透明基板により規定される空間内に充填された液晶で構成された液晶素子であり、前記位相付与セルは、前記前面透明電極の前記変調器内部面上で前記複数の位相付与セルの全領域に渡って形成され、共通電位を持つ共通透明電極と、前記共通透明電極に対向して、前記後面透明電極の前記変調器内部面上に形成され、前記複数の位相付与セルの各々を区画する複数のミラーから成るミラーアレイであって、前記ミラーアレイの各々のミラーは前記位相付与セルの設定位相量を決定する制御電圧を印加可能な電極として作用することと、を含むことを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the variable dispersion compensator according to claim 1, wherein the spatial phase modulator is filled in a space defined by a front transparent substrate and a rear transparent substrate on the condenser lens side. A liquid crystal element composed of a liquid crystal, wherein the phase-giving cell is formed over the entire area of the plurality of phase-giving cells on the inner surface of the modulator of the front transparent electrode, and has a common potential. A mirror array comprising a transparent electrode and a plurality of mirrors formed on the inner surface of the modulator of the rear transparent electrode so as to face the common transparent electrode and partitioning each of the plurality of phase imparting cells, Each mirror of the mirror array includes acting as an electrode to which a control voltage for determining a set phase amount of the phase applying cell can be applied.

請求項4の発明は、請求項1乃至3いずれかに記載の可変分散補償器であって、前記分光手段は、AWGであることを特徴とする。   A fourth aspect of the present invention is the variable dispersion compensator according to any one of the first to third aspects, wherein the spectroscopic means is an AWG.

以上説明したように、本発明によれば、LCOS構造の空間位相変調器を使用した従来技術の可変分散補償器の分散特性おいて生じるリップルを大幅に低減し、動作可能な帯域幅のより広い分散補償器を提供する。さらには、分散特性のリップル除去によって、分散補償器以外の応用可能性を広げる。   As described above, according to the present invention, the ripple generated in the dispersion characteristics of the conventional variable dispersion compensator using the spatial phase modulator of the LCOS structure is greatly reduced, and the operable bandwidth is wider. A dispersion compensator is provided. Furthermore, the ripple removal of the dispersion characteristic widens the application possibilities other than the dispersion compensator.

本発明の可変分散補償器は、位相差付与機能部を形成し区画するために生じるギャップ部における光信号の反射を防止する構成を有するところに特徴を持つ。ギャップ部における反射光を低減させることにより、位相差付与機能部の信号光とギャップ部からの反射光との干渉を抑えて、補償分散特性に生じるリップルを大幅に減らす。   The tunable dispersion compensator of the present invention is characterized in that it has a configuration that prevents reflection of an optical signal in a gap portion that is generated to form and partition a phase difference providing function portion. By reducing the reflected light in the gap part, interference between the signal light of the phase difference providing function part and the reflected light from the gap part is suppressed, and the ripple generated in the compensation dispersion characteristic is greatly reduced.

発明者らは、図3における透過特性および群遅延特性において生じるリップルと、空間位相変調器に設定される位相シフト量との間に、一定の関係があることに着目した。再び図3を参照すれば、透過特性等にリップルが生じているのは、空間位相変調器によって与えられる位相シフト量がπの時に生じていることがわかる。そこで、LCOS構造の空間位相変調器における位相付与についてさらに検討する。   The inventors focused on the fact that there is a certain relationship between the ripple generated in the transmission characteristics and the group delay characteristics in FIG. 3 and the phase shift amount set in the spatial phase modulator. Referring to FIG. 3 again, it can be seen that ripples are generated in the transmission characteristics and the like when the phase shift amount given by the spatial phase modulator is π. Therefore, further study will be made on the phase assignment in the spatial phase modulator of the LCOS structure.

図4は、LCOS構造の空間位相変調器における位相付与の動作を説明する概念図である。図4では、空間位相変調器における位相差付与機能部26a、26bを概念的に示している。図2に示したLCOSの実際の構成とを対比して、図4の概念図を参照されたい。LCOS構造の空間位相変調器では、位相付与部26a、26bに入射される光信号は、電極アレイ22a・・22nにおいて反射される。位相差付与機能部26a、26bにおいては、位相差付与機能部を挟む電極間に印加される制御電圧によって、所望の位相シフト量が光信号に与えられる。ここで、位相差付与機能部26a、26bは、分離して形成された電極アレイ22a・・22nにより区画されるので、位相差付与機能部の各々の間にはギャップ部40a、40b、40c、40dが存在する。図2を参照すればわかるように、このギャップ部にも光信号が入射するので、ギャップ部に到達した光信号は、シリコン基板21の表面において反射する。   FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the phase providing operation in the spatial phase modulator having the LCOS structure. FIG. 4 conceptually shows the phase difference providing function units 26a and 26b in the spatial phase modulator. Compare the actual configuration of LCOS shown in FIG. 2 with reference to the conceptual diagram of FIG. In the spatial phase modulator having the LCOS structure, the optical signals incident on the phase applying units 26a and 26b are reflected by the electrode arrays 22a and 22n. In the phase difference providing function units 26a and 26b, a desired phase shift amount is given to the optical signal by a control voltage applied between electrodes sandwiching the phase difference providing function unit. Here, since the phase difference providing function units 26a and 26b are partitioned by the electrode arrays 22a and 22n formed separately, gap portions 40a, 40b, 40c, 40d exists. As can be seen from FIG. 2, since the optical signal is also incident on the gap portion, the optical signal reaching the gap portion is reflected on the surface of the silicon substrate 21.

ここで、位相差付与機能部において所定の位相シフト量を与えられる光信号と、ギャップ部において反射される光信号とを考える。位相差付与機能部26aにおいて、2πの位相差φが与えられるものとすれば、位相差付与機能部26aで反射する光信号と、隣接する2つのギャップ部40a、40bで0の位相シフトφGで反射するギャップ部反射光とは、互いに強め合うように干渉する。他方で、位相差付与機能部26bにおいて、πの位相差φが与えられるものとすれば、位相差付与機能部26bで反射する光信号と、隣接する2つのギャップ部40c、40dで0の位相シフトφGで反射するギャップ部反射光とは、お互いに弱め合うように干渉する。したがって、位相差付与機能部26bから出射する分散補償された光信号の強度は低下する。 Here, an optical signal that is given a predetermined phase shift amount in the phase difference providing function unit and an optical signal that is reflected in the gap unit are considered. If a phase difference φ of 2π is given in the phase difference providing function unit 26a, an optical signal reflected by the phase difference providing function unit 26a and a phase shift φ G of 0 in the adjacent two gap portions 40a and 40b. Interference with the reflected light from the gap that is reflected by the light so as to strengthen each other. On the other hand, if the phase difference providing function unit 26b is given a phase difference φ of π, the optical signal reflected by the phase difference providing function unit 26b and the phase of 0 in the two adjacent gap portions 40c and 40d are displayed. The gap reflected light reflected by the shift φ G interferes with each other so as to weaken each other. Therefore, the intensity of the dispersion-compensated optical signal emitted from the phase difference providing function unit 26b decreases.

発明者らは、上述したように、ギャップ部における反射光が分散補償特性のリップルに影響を与えているとの結論に至った。そこで、本発明の空間位相変調器では、各位相差付与機能部に隣接するギャップ部における光信号の反射を減らす構成とすることにより、リップルを低減する。   As described above, the inventors have come to the conclusion that the reflected light in the gap part affects the ripple of the dispersion compensation characteristic. Therefore, in the spatial phase modulator of the present invention, ripples are reduced by reducing the reflection of the optical signal in the gap portion adjacent to each phase difference providing function unit.

図5は、本発明の第1の実施例に係る可変分散補償器における空間位相変調器の構成を示す図である。図5の(A)は、空間位相変調器4を光信号の進行方向から見た図であり、x軸方向に繰返し周期Pで配列されたN個の位相付与セル35a、35b、・・35nが形成されている。分散補償器の全体構成は、図1に示したものと同一であり、図1の各軸と図5の(A)および(B)を対比して参照されたい。隣り合う位相付与セルの間の間隙距離はGである。各位相付与セルによって、入射する光信号に対して離散的な位相量が設定され、分散補償されて出力される。   FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the spatial phase modulator in the tunable dispersion compensator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5A is a diagram of the spatial phase modulator 4 as viewed from the traveling direction of the optical signal, and N phase providing cells 35a, 35b,... 35n arranged in the x-axis direction with a repetition period P. Is formed. The overall configuration of the dispersion compensator is the same as that shown in FIG. 1, and the respective axes in FIG. 1 should be referred to by comparing (A) and (B) in FIG. The gap distance between adjacent phase providing cells is G. A discrete phase amount is set for each incident optical signal by each phase providing cell, output after dispersion compensation.

図5の(B)は、空間位相変調器4の断面の構成を示す図である。図5の(B)の下方に集光レンズがあるものとして表記されている。本実施例の空間位相変調器4は、後面ガラス基板31と前面ガラス基板24との間の空間に液晶材料25が充填された構造を持つ。前面ガラス基板24上に共通透明電極23が形成され、共通透明電極23に対向して、後面ガラス基板31上にはN個の透明電極アレイ32a・・32nが形成される。透明電極アレイ32a・・32nの材料としては、例えば、酸化インジウムスズなどが利用される。後面ガラス基板31のN個の透明電極アレイ32a・・32nとは反対側の面には、N個のミラーアレイ30a・・30nが、透明電極アレイ32a・・32nと対応する位置に設けられている。ミラーアレイ30a・・30nは、例えば、金やクロームなどが利用される。   FIG. 5B is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the spatial phase modulator 4. In FIG. 5B, it is shown that there is a condenser lens below. The spatial phase modulator 4 of this embodiment has a structure in which a liquid crystal material 25 is filled in a space between the rear glass substrate 31 and the front glass substrate 24. A common transparent electrode 23 is formed on the front glass substrate 24, and N transparent electrode arrays 32 a... 32 n are formed on the rear glass substrate 31 so as to face the common transparent electrode 23. For example, indium tin oxide is used as the material of the transparent electrode arrays 32a, 32n. On the surface of the rear glass substrate 31 opposite to the N transparent electrode arrays 32a, 32n, N mirror arrays 30a, 30n are provided at positions corresponding to the transparent electrode arrays 32a, 32n. Yes. For the mirror arrays 30a, 30n, for example, gold or chrome is used.

透明電極アレイ32a・・32nおよび対向する共通透明電極23の間の各領域おいて、位相付与機能部26a・・26nが形成される。各透明電極アレイ32a・・32nと共通透明電極23との間に独立して電界を印加することによって、位相付与機能部26a・・26nに与えられる位相量が独立に設定される。各位相付与機能部26a・・26nには、離散的に位相量が設定されるが、N個の位相付与機能部全体で、任意の所望の位相プロファイルを設定可能である。   In each region between the transparent electrode arrays 32a,... 32n and the common transparent electrode 23 facing each other, phase imparting function portions 26a,. By applying an electric field independently between the transparent electrode arrays 32a,... 32n and the common transparent electrode 23, the phase amount given to the phase applying function units 26a,. Although the phase amount is set discretely in each of the phase providing function units 26a... 26n, any desired phase profile can be set in the entire N phase providing function units.

本構成の空間位相変調器では、LCOS構造と異なり、後面基板に光信号を透過させる透明なガラス基板31を使用している点に特徴がある。隣り合う位相付与機能部の間は、位相付与機能部を区画するギャップ部が形成されるが、集光レンズからギャップ部へ入射する光信号は、反射されることなく、ガラス基板31をそのまま透過する。一方、光信号は、各透明電極アレイ32a・・32nを透過して、さらに後面ガラス基板31を経由してミラーアレイ30a・・30nで反射される。位相付与機能部に入射する光信号のみに所定の位相量が付与され、ギャップ部に入射する光信号は反射することなく消失する。したがって、位相付与機能部に入射しその後反射する光信号と、各位相差付与機能部に隣接するギャップ部に入射する光信号は干渉することがない。ギャップ部おける反射光によって、分散補償特性にリップルを生じることはない。ギャップ部における反射光を減らすことができる他の構成をとることもできる。   Unlike the LCOS structure, the spatial phase modulator of this configuration is characterized in that a transparent glass substrate 31 that transmits an optical signal is used for the rear substrate. A gap section that partitions the phase providing function section is formed between the adjacent phase providing function sections. However, an optical signal that enters the gap section from the condenser lens is not reflected and passes through the glass substrate 31 as it is. To do. On the other hand, the optical signals are transmitted through the transparent electrode arrays 32a... 32n and further reflected by the mirror arrays 30a. A predetermined phase amount is given only to the optical signal incident on the phase imparting function part, and the optical signal incident on the gap part disappears without being reflected. Therefore, the optical signal incident on the phase providing function unit and subsequently reflected does not interfere with the optical signal incident on the gap adjacent to each phase difference providing function unit. The reflected light in the gap does not cause a ripple in the dispersion compensation characteristic. Other configurations that can reduce the reflected light in the gap portion can also be adopted.

図6は、本発明の第2の実施例に係る可変分散補償器における空間位相変調器の構成を示す図である。図6の(A)は、空間位相変調器4を光信号の進行方向から見た図であり、x軸方向に繰返し距離Pで配列されたN個の位相付与セル35a、35b、・・35nが形成されている。分散補償器の全体構成は、第1の実施例と同じく、図1に示したものと同様であり、図1の各軸と図6の(A)および(B)を対比させて参照されたい。隣り合う位相付与セルの間の間隙距離はGである。各位相付与セルによって、入射する光信号に対して離散的な位相量が設定され、分散補償されて出力される。   FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the spatial phase modulator in the tunable dispersion compensator according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6A is a diagram of the spatial phase modulator 4 as seen from the traveling direction of the optical signal, and N phase providing cells 35a, 35b,... 35n arranged at a repetition distance P in the x-axis direction. Is formed. The overall configuration of the dispersion compensator is the same as that shown in FIG. 1 as in the first embodiment. Refer to FIG. 1 by comparing each axis with FIG. 6 (A) and (B). . The gap distance between adjacent phase providing cells is G. A discrete phase amount is set for each incident optical signal by each phase providing cell, output after dispersion compensation.

図6の(B)は、空間位相変調器4の断面の構成を示す図である。図6の(B)の下方に集光レンズがあるものとして表記されている。本実施例の空間位相変調器4は、後面ガラス基板31と前面ガラス基板24との間の空間に液晶材料25が充填された構造を持つ。前面ガラス基板24上に共通透明電極23が形成され、後面ガラス基板31上にはN個の電極機能付きのミラーアレイ33a・・33nが形成される。ミラーアレイ33a・・33nの材料としては、例えば、金、クロームなどが利用される。   FIG. 6B is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the spatial phase modulator 4. In FIG. 6B, it is indicated that there is a condenser lens. The spatial phase modulator 4 of this embodiment has a structure in which a liquid crystal material 25 is filled in a space between the rear glass substrate 31 and the front glass substrate 24. A common transparent electrode 23 is formed on the front glass substrate 24, and N mirror arrays 33 a, 33 n with electrode functions are formed on the rear glass substrate 31. As a material of the mirror arrays 33a, 33n, for example, gold, chrome, or the like is used.

ミラーアレイ33a・・33nと、対向する共通透明電極23との間の各領域おいて、位相付与機能部26a・・26nが形成される。各ミラーアレイ33a・・33nと共通透明電極23との間に独立して電界を印加することによって、位相付与機能部26a・・26nに与えられる位相量が独立に設定される。各位相付与機能部26a・・26nには、離散的に位相量が設定されるが、N個の位相付与機能部全体で、任意の所望の位相プロファイルを設定可能である。   In each region between the mirror arrays 33a,... 33n and the common transparent electrode 23 facing each other, phase giving function portions 26a,. By applying an electric field independently between the mirror arrays 33a,... 33n and the common transparent electrode 23, the phase amount given to the phase applying functional units 26a,. Although the phase amount is set discretely in each of the phase providing function units 26a... 26n, any desired phase profile can be set in the entire N phase providing function units.

本構成の空間位相変調器では、LCOS構造とは異なり、後面基板として光信号を透過させる透明なガラス基板31を使用している点に特徴がある。液晶が充填される領域内で隣り合う位相付与機能部を区画するためのミラーアレイ33a・・33nに電極機能を併せ持たせた点で、第1の実施例と異なる。隣り合う位相付与機能部間には、位相付与機能部を区画するギャップ部が形成されるが、集光レンズからギャップ部へ入射する光信号は、反射されることなくガラス基板31をそのまま透過する。一方、位相付与機能部へ入射する光信号は、ミラーアレイ33a・・33nで反射される。位相付与機能部に入射する光信号のみに所定の位相が付与され、ギャップ部に入射する光信号は反射することなく消失する。したがって、位相付与機能部に入射しその後反射する光信号と、各位相差付与機能部に隣接するギャップ部に入射する光信号とは、干渉することがない。ギャップ部おける反射光によって、分散補償特性にリップルを生じることはない。   Unlike the LCOS structure, the spatial phase modulator of this configuration is characterized in that a transparent glass substrate 31 that transmits an optical signal is used as a rear substrate. This is different from the first embodiment in that the mirror array 33a... 33n for partitioning adjacent phase providing function sections in the region filled with the liquid crystal also has an electrode function. A gap section that partitions the phase providing function section is formed between the adjacent phase providing function sections. However, an optical signal that enters the gap section from the condenser lens passes through the glass substrate 31 as it is without being reflected. . On the other hand, the optical signal incident on the phase providing function part is reflected by the mirror arrays 33a, 33n. A predetermined phase is imparted only to the optical signal incident on the phase imparting function section, and the optical signal incident on the gap section disappears without being reflected. Therefore, the optical signal incident on the phase providing function unit and subsequently reflected does not interfere with the optical signal incident on the gap portion adjacent to each phase difference providing function unit. The reflected light in the gap does not cause a ripple in the dispersion compensation characteristic.

第1の実施例および第2の実施例ともに、後面基板は、例えば、ガラスなどを用いる。   In both the first and second embodiments, for example, glass is used for the rear substrate.

図7は、本発明の空間位相変調器を使用した可変分散補償器の分散補償特性を示す図である。具体的な位相付与セルの構成は、セル総数Nを256、セルの繰返し距離Pを10μ、セル間の間隙距離Gを1.0μmとした。共通透明電極と、対向する電極との間の距離は5μmとした。横軸に光周波数(THz)を、ならびに縦軸に可変分散補償器の透過特性(dB)および群遅延(ps)を示したものである。図7では、同一の位相差付セルを持つ従来技術のLCOS構成による空間位相変調器の特性も、同時に点線で示した。   FIG. 7 is a diagram showing dispersion compensation characteristics of a tunable dispersion compensator using the spatial phase modulator of the present invention. The specific configuration of the phase-giving cells was such that the total number N of cells was 256, the cell repetition distance P was 10 μm, and the gap distance G between cells was 1.0 μm. The distance between the common transparent electrode and the opposing electrode was 5 μm. The horizontal axis represents the optical frequency (THz), and the vertical axis represents the transmission characteristics (dB) and group delay (ps) of the tunable dispersion compensator. In FIG. 7, the characteristics of the spatial phase modulator of the prior art LCOS configuration having the same phase difference cell are also shown by dotted lines.

図7から明らかなように、光透過率および群遅延のいずれにおいても、リップルはほとんど除去されている。本発明の空間位相変調器では、一部の信号光は消失するため、0.9dB程度の損失が発生するが、可変分散補償器としての機能上は、何ら問題のないレベルである。光透過率が中心周波数における光透過率より1dB低下する1dB透過帯域幅は、おおよそ18.8GHzとなり、従来のLCOS構造による空間位相変調器の15.4GHzと比較して、22%も帯域幅を拡大することができた。1dB透過帯域幅内の群遅延リップルは1ps以下となり、リップルを1/10程度に減らすことができた。   As is apparent from FIG. 7, the ripple is almost eliminated in both the light transmittance and the group delay. In the spatial phase modulator of the present invention, a part of the signal light is lost, and thus a loss of about 0.9 dB occurs. However, the function as a tunable dispersion compensator is at a level with no problem. The 1 dB transmission bandwidth where the light transmittance is 1 dB lower than the light transmittance at the center frequency is approximately 18.8 GHz, which is 22% lower than the 15.4 GHz of the spatial phase modulator with the conventional LCOS structure. I was able to expand. The group delay ripple within the 1 dB transmission bandwidth was 1 ps or less, and the ripple could be reduced to about 1/10.

以上詳細に説明したように、本発明によれば、LCOS構造の空間位相変調器を使用した従来技術の可変分散補償器において生じる分散補償特性のリップルを大幅に低減し、動作可能帯域幅のより広い分散補償器を提供する。さらには、分散特性のリップルをほとんど除去することによって、分散補償器以外の応用可能性を広げる。   As described above in detail, according to the present invention, the ripple of the dispersion compensation characteristic generated in the variable dispersion compensator of the prior art using the spatial phase modulator of the LCOS structure is greatly reduced, and the operable bandwidth is further reduced. Provide a wide dispersion compensator. Furthermore, the possibility of application other than the dispersion compensator is broadened by almost eliminating the ripple of the dispersion characteristic.

本発明は、光通信に適用できる。特に、波長選択スイッチを用いるようなリング・メッシュ型構成のネットワークでの利用に好適である。   The present invention can be applied to optical communication. In particular, it is suitable for use in a network of a ring mesh type configuration using a wavelength selective switch.

PLCと空間変調素子を組み合わせた可変分散補償器の構成図である。It is a block diagram of the variable dispersion compensator which combined PLC and the spatial modulation element. 従来の可変分散補償器に使用されるLCOS構造を持つ空間位相変調器の構成図である。It is a block diagram of the spatial phase modulator with the LCOS structure used for the conventional variable dispersion compensator. 従来技術のLCOS構造の空間位相変調器を使用した可変分散補償器の分散補償特性を示した図である。It is the figure which showed the dispersion compensation characteristic of the variable dispersion compensator using the spatial phase modulator of the LCOS structure of a prior art. LCOS構造の空間位相変調器における位相付与の動作を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the operation | movement of phase provision in the spatial phase modulator of LCOS structure. 本発明の第1の実施例の空間位相変調器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the spatial phase modulator of 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例の空間位相変調器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the spatial phase modulator of the 2nd Example of this invention. 本発明の空間位相変調器を使用した可変分散補償器の分散補償特性を示す図である。It is a figure which shows the dispersion compensation characteristic of the variable dispersion compensator using the spatial phase modulator of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 AWG
2 シリンドリカルレンズ
3 集光レンズ
4 空間位相変調器
21 シリコン基板
22a、22b、22n 電極アレイ
23 透明共通電極
24 ガラス基板
25 液晶
26a、26b、26n 位相付与機能部
30a、30b、30n ミラーアレイ
31 透明ガラス基板
32a、32b、32n 透明電極アレイ
33a、33b、33n 電極機能付きミラーアレイ
35a、35b、35n 位相付与セル
40a、40b、40c、40d ギャップ部
1 AWG
2 Cylindrical lens 3 Condensing lens 4 Spatial phase modulator 21 Silicon substrate 22a, 22b, 22n Electrode array
23 Transparent common electrode 24 Glass substrate 25 Liquid crystal 26a, 26b, 26n Phase imparting function part 30a, 30b, 30n Mirror array 31 Transparent glass substrate 32a, 32b, 32n Transparent electrode array 33a, 33b, 33n Mirror array with electrode function 35a, 35b , 35n Phase imparting cell 40a, 40b, 40c, 40d Gap part

Claims (4)

入力光信号の波長に応じた出射角度で光信号を分光する分光手段と、
前記分光手段から出射された光信号を集光させる集光レンズと、
前記分光手段による分光面との交線方向に配列された複数の位相付与セルを有し、前記複数の位相付与セルによって前記集光された光信号に所定の位相量を付与して前記分光手段へ反射する空間位相変調器であって、前記交線方向において前記複数の位相付与セルを区画するギャップ領域において前記集光された光信号の反射光が生じないことと
を備えたことを特徴とする分散補償器。
A spectroscopic means for dispersing the optical signal at an emission angle corresponding to the wavelength of the input optical signal;
A condensing lens for condensing the optical signal emitted from the spectroscopic means;
A plurality of phase applying cells arranged in a direction intersecting with a spectral plane by the spectroscopic means, and applying the predetermined phase amount to the optical signal collected by the plurality of phase applying cells; A spatial phase modulator that reflects in the direction of crossing, and the reflected light of the collected optical signal does not occur in a gap region that partitions the plurality of phase-giving cells in the intersecting direction. Dispersion compensator.
前記空間位相変調器は、前記集光レンズ側にある前面透明基板および後面透明基板により規定される空間内に充填された液晶から構成された液晶素子であり、
前記位相付与セルは、
前記前面透明電極の前記変調器内部面上で前記複数の位相付与セルの全領域に渡って形成され、共通電位を持つ共通透明電極と、
前記共通透明電極に対向し、前記後面透明電極の前記変調器内部面上に形成され、前記複数の位相付与セルの各々を区画する複数の透明電極アレイであって、前記複数の透明電極アレイ各々の電極は前記位相付与セルの設定位相量を決定する制御電圧を印加されることと、
前記後面透明電極の前記変調器外部面上に形成され、前記複数の透明電極アレイを透過する光信号を反射させる複数のミラーからなるミラーアレイと、を含むこと
を特徴とする請求項1に記載の分散補償器。
The spatial phase modulator is a liquid crystal element composed of liquid crystal filled in a space defined by a front transparent substrate and a rear transparent substrate on the condenser lens side,
The phase imparting cell is
A common transparent electrode having a common potential formed on the modulator inner surface of the front transparent electrode over the entire region of the plurality of phase imparting cells;
A plurality of transparent electrode arrays facing the common transparent electrode and formed on the inner surface of the modulator of the rear transparent electrode, and partitioning each of the plurality of phase-imparting cells, each of the plurality of transparent electrode arrays A control voltage for determining a set phase amount of the phase applying cell is applied to the electrode of
2. A mirror array comprising a plurality of mirrors formed on the modulator outer surface of the rear transparent electrode and reflecting an optical signal transmitted through the plurality of transparent electrode arrays. Dispersion compensator.
前記空間位相変調器は、前記集光レンズ側にある前面透明基板および後面透明基板により規定される空間内に充填された液晶で構成された液晶素子であり、
前記位相付与セルは、
前記前面透明電極の前記変調器内部面上で前記複数の位相付与セルの全領域に渡って形成され、共通電位を持つ共通透明電極と、
前記共通透明電極に対向して、前記後面透明電極の前記変調器内部面上に形成され、前記複数の位相付与セルの各々を区画する複数のミラーから成るミラーアレイであって、前記ミラーアレイの各々のミラーは前記位相付与セルの設定位相量を決定する制御電圧を印加可能な電極として作用することと、を含むこと
を特徴とする請求項1に記載の分散補償器。
The spatial phase modulator is a liquid crystal element composed of liquid crystal filled in a space defined by a front transparent substrate and a rear transparent substrate on the condenser lens side,
The phase imparting cell is
A common transparent electrode having a common potential formed on the modulator inner surface of the front transparent electrode over the entire region of the plurality of phase imparting cells;
A mirror array comprising a plurality of mirrors formed on the inner surface of the modulator of the rear transparent electrode so as to face the common transparent electrode and partitioning each of the plurality of phase imparting cells, The dispersion compensator according to claim 1, further comprising: each mirror acting as an electrode to which a control voltage for determining a set phase amount of the phase applying cell can be applied.
前記分光手段は、AWGであることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の分散補償器。   4. The dispersion compensator according to claim 1, wherein the spectroscopic means is an AWG.
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