JP2012128180A - 光可変フィルタアレイ装置の校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数チャンネルのＷＤＭ光から所望のチャンネルの所望の波長を選択することができる光可変フィルタアレイ装置を校正すること。
【解決手段】光可変フィルタアレイ装置に用いられる波長選択素子１８をライン状に光反射状態とし、波長走査光を光可変フィルタアレイ装置に入射する。出力が得られるタイミングでの反射走査光の波長と光反射状態の位置から、波長選択素子１８のｘ座標と波長との関係を確定する。こうすれば波長選択素子１８の各画素の反射特性を変化させることによって、光フィルタの特性を変化させ、任意のＷＤＭ光の任意の波長を選択することができる。
【選択図】図７

Description

本発明はＷＤＭ信号を選択するのに適した光可変フィルタアレイ装置の校正方法に関するものである。

現在ＷＤＭ通信のＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add Drop−ｍultiplexing）ノードではアド・ドロップ機能のカラーレス化、即ち任意の周波数の光信号を分離したり加えたりできる機能を有することが求められている。カラーレス化の方法として入力ＷＤＭ信号から複数の入力信号を選択するチューナブル可変フィルタアレイ（ＴＦＡ）を使用する構成が知られている。従来のチューナブル可変フィルタアレイ構成として、特許文献１及び２では液晶素子の電界効果によるキャビティ長変化を利用した光可変フィルタが提案されている。又特許文献３，４にはＭＥＭＳの機械的変化によってキャビティ長を変化させ、選択波長を変化させる波長可変フィルタが提案されている。

特開平１１−２３８９１号公報 特開平５−１９６９１０号公報 特開２０００−２８９３１号公報 ＵＳ ６，４４９，４１０

ＷＤＭ変調信号はスペクトル成分が周波数軸上に広がりを有しているため、フィルタ形状としては信号スペクトル成分を包含しつつ隣接チャンネルのクロストークが高いフラットトップ型のスペクトル波形が望ましい。しかしファブリペロー干渉系のフィルタ形状はローレンツ型であるため、選択した波長のピークが狭くなりすぎて、ＷＤＭ信号の特定波長を選択するフィルタとしては不向きであった。又特許文献５のフィルタではＴＯ効果を用いているため、アレイ化のために消費電力が増加するという問題点があった。更に非特許文献１においてはフィルタ形状はガウシアン波形状であり、特許文献１〜４と同様にＷＤＭ信号のフィルタとして適していないという問題点があった。

このような従来の欠点を解消するため、出願人は複数のチャンネルのＷＤＭ信号を入力とし、２次元の波長選択素子上に展開し任意のチャンネルについて任意の波長を選択できるようにした光可変フィルタアレイ装置を提案している。本発明は光可変フィルタアレイ装置について、その特性を校正するための光可変フィルタアレイ装置の校正方法を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の光可変フィルタアレイ装置の校正方法は、ｘｙ平面を受光面として２次元に格子状に配列された多数の画素を有する波長選択素子を有し、少なくとも１本の波長に応じて分散する波長分散光をｘ軸方向を波長分散方向として前記波長選択素子に入射し、各画素に印加する電圧によってその通過特性を変化させることによってフィルタリングを行う光可変フィルタアレイ装置の校正方法であって、単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力することにより前記波長選択素子のｘ座標と入射光の波長との対応を検出してそのデータを保持し、単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力し、前記波長選択素子の各画素への印加電圧を変化させることにより、印加電圧と前記波長選択素子に入射する入出射光の波長毎の挿入損失との関係を測定してデータを保持するものである。

この課題を解決するために、本発明の光可変フィルタアレイ装置の校正方法は、ｘｙ平面を受光面として２次元に格子状に配列された多数の画素を有する波長選択素子を有し、少なくとも１本の波長に応じて分散する波長分散光をｘ軸方向を波長分散方向として前記波長選択素子に入射し、各画素に印加する電圧によってその通過特性を変化させることによってフィルタリングを行う光可変フィルタアレイ装置の校正方法であって、単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力することにより前記波長選択素子のｘ座標と入射光の波長との対応を検出してそのデータを保持し、単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力することにより前記波長選択素子のｙ座標と波長分散された光が入射する入射領域との対応を検出してそのデータを保持し、単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力し、前記波長選択素子の各画素への印加電圧を変化させることにより、前記波長選択素子の各画素への印加電圧と前記波長選択素子に入射する入出射光の波長毎の挿入損失との関係を測定してデータを保持するものである。

ここで前記波長選択素子のｘ座標と入射光の波長との対応関係の検出は、前記波長選択素子において波長分散方向と垂直な方向に複数分のライン状の画素群を通過状態とし、光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を入力し、前記光可変フィルタアレイ装置より前記波長選択素子の通過ラインに対応する出力が得られたときに、出射された時点での入射光の波長と通過状態としている画素の座標とから、波長とこれに対応する波長選択素子のｘ座標の対応付けを行うようにしてもよい。

ここで前記波長選択素子のｙ座標と波長分散光が入射する入射領域との対応関係の検出は、前記波長選択素子の対角線に沿って所定の関数で示される画素を通過状態とし、光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を入力し、前記光可変フィルタアレイ装置を通過した光が得られるタイミングでの波長走査光の波長からその波長に対応するｘ座標を決定し、決定されたｘ座標から前記所定の関数によってｙ座標を判別し、前記光可変フィルタアレイへの入射光とその入射光が投光される波長選択素子のｙ座標との関係を保持するようにしてもよい。

ここで光の挿入損失と各画素への印加電圧との関係を測定する際に、前記波長選択素子の電圧設定範囲をＶ₀からＶ_kとすると、その中の任意の電圧Ｖ_i（ｉ＝０〜Ｋ）を全画素に印加し、光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力し、電圧Ｖ_iを印加したときに、前記波長選択素子の各入射領域を通過して出力される光のレベルをｘ軸方向の画素毎に検出し、前記波長選択素子に印加する電圧の設定範囲内で印加電圧Ｖ_iをｉが０からＫまで変化させて同様の処理を行い、各入射領域の夫々の画素について印加電圧と挿入損失との関係を示すデータを保持するようにしてもよい。

ここで前記光可変フィルタアレイ装置は反射型の光可変フィルタアレイ装置であり、前記波長選択素子は、各画素の光反射特性を変化させることによってフィルタリングを行うようにしてもよい。

ここで前記光可変フィルタアレイ装置は透過型の光可変フィルタアレイ装置であり、前記波長選択素子は各画素の光透過特性を変化させることによってフィルタリングを行うようにしてもよい。

以上詳細に説明したように本発明によれば、複数の画素を有する波長選択素子を用いた光可変フィルタアレイ装置に対しての入力光及びその波長と波長選択素子の画素の座標との関係を確定することができる。この関係に基づいて少なくとも１つのチャンネルのＷＤＭ信号について任意の波長の光を選択したり、波長選択特性を自由に変化させることができる。又これに加えて波長選択素子の各画素に加える電圧を変化させることで所望の通過率とすることができる。

図１Ａは本発明の校正の対象となる反射型の光可変フィルタアレイ装置のｘ軸方向から見た光学的な配置である。 図１Ｂはそのｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。 図２Ａは本発明の校正の対象となる透過型の光可変フィルタアレイ装置のｘ軸方向から見た光学的な配置である。 図２Ｂはそのｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。 図３は光可変フィルタアレイ装置に用いられる波長選択素子と周辺回路を示す図である。 図４Ａは光可変フィルタアレイ装置に用いられるＬＣＯＳ素子の変調方式の一例を示す図である。 図４Ｂは光可変フィルタアレイ装置に用いられるＬＣＯＳ素子の変調方式の他の例を示す図である。 図５は本発明の実施の形態に用いられる校正のためのブロック図である。 図６は本発明の実施の形態によるｘ座標に対応する波長を確定するための処理を示すフローチャートである。 図７は本実施の形態によるライン状の画素の反射状態とする状態を示すＬＣＯＳ素子を示す図である。 図８Ａは波長可変光源５１の波長走査光を示すスペクトル図である。 図８Ｂは光パワーメータに得られる光出力の変化を示す図である。 図８Ｃは光パワーメータに得られる時間軸上での出力変化を示す図である。 図９は本発明の実施の形態によるｙ座標と入力光との対応を確定するための処理を示すフローチャートである。 図１０Ａはｙ座標の確定のためにＬＣＯＳ素子上の画素を反射状態とする第１の関数と光の入射領域を示す図である。 図１０Ｂはｙ座標の確定のためにＬＣＯＳ素子上の画素を反射状態とする第２の関数と光の入射領域を示す図である。 図１１Ａは波長可変光源５１の波長走査光を示すスペクトル図である。 図１１Ｂはある入射領域からの光出力の変化を示す図である。 図１１Ｃは他の入射領域からの光出力の変化を示す図である。 図１２は本発明の実施の形態による挿入損失レベルの確定処理を示すフローチャートである。 図１３はある入射光についてｘ軸方向の画素と挿入損失及び電圧の関係を示すグラフである。 図１４はある画素について印加電圧と挿入損失の関係を示すグラフである。

（光可変フィルタアレイ装置）
図１Ａは本発明の校正の対象となる反射型の光可変フィルタアレイ装置１０Ａの光学素子の構成を示すｘ軸方向から見た側面図、図１Ｂはそのｙ軸方向から見た側面図である。入射光は例えばｍチャンネル分のＷＤＭ信号光であり、各チャンネルのＷＤＭ光は夫々波長λ₁〜λ_nの光信号が多重化されたものである。第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光は夫々光ファイバ１１−１〜１１−ｍを介してサーキュレータ１２−１〜１２−ｍに与えられる。入射光は光ファイバ１１−１〜１１−ｍを介してサーキュレータ１２−１〜１２−ｍに入力してもよく、又直接入力してもよい。サーキュレータ１２−１〜１２−ｍは入射光を光ファイバ１３−１〜１３−ｍを介してコリメートレンズ１４−１〜１４−ｍに出射すると共に、光ファイバ１３−１〜１３−ｍから入射された光を光ファイバ１５−１〜１５−ｍに出射するものである。又光ファイバ１３−１〜１３−ｍを介してコリメートレンズ１４−１〜１４−ｍから出射された光はｚ軸方向に互いに平行であり、全チャンネルのＷＤＭ光は波長分散素子１６に入射される。波長分散素子１６は光を波長に応じてｘｚ平面上で異なった方向に分散するものである。ここで波長分散素子１６としては、透過型又は反射型の回折格子であってもよく、又プリズム等を用いてもよい。又回折格子とプリズムを組み合わせた構成でもよい。こうして波長分散素子１６で分散された光は集光素子であるシリンドリカルレンズ１７に与えられる。シリンドリカルレンズ１７はｘｚ平面上で分散した光をｚ軸方向に平行に集光する集光素子であって、集光した光は波長選択素子１８に垂直に入射される。

尚ここでは図１Ｂに最長波長λ₁及び最短波長λ_nの光を例示しているが、入射光は波長λ₁〜λ_nまでの間で多数のスペクトルを有するＷＤＭ信号光であるので、ｘｚ平面に沿って展開されたｍチャンネル分のＷＤＭ信号光が帯状に波長選択素子１８に加わる。波長選択素子１８は入射光を選択的に反射するものであり、その反射特性に応じて光フィルタの選択特性が決定されるが、詳細については後述する。波長選択素子１８によって反射された光は、同一の経路を通ってシリンドリカルレンズ１７に加わり、再び波長分散素子１６に加わる。波長分散素子１６は反射光に対しては元の入射光と同一方向に集束し、コリメートレンズ１４−１〜１４−ｍを介して光ファイバ１３−１〜１３−ｍに出射する。この光はサーキュレータ１２−１〜１２−ｍによって光ファイバ１５―１〜１５−ｍに出射される。ここで光ファイバ１１−１〜１１−ｍ，１３−１〜１３−ｍ，１５―１〜１５−ｍとサーキュレータ１２−１〜１２−ｍ、コリメートレンズ１４−１〜１４−ｍは、ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射し、選択された光を出射する入出射部を構成している。

反射型の光可変フィルタアレイ装置は、ｙ軸に沿って配列され、夫々が多数の波長の光から成る第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射し、各チャンネルについて選択された波長の光信号を出射する複数のチャンネル分の入出射部と、各チャンネルのＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる波長分散素子と、記波長分散素子によって分散した各チャンネルのＷＤＭ光を２次元平面上に集光する集光素子と、波長に応じてｘ軸方向に配列され、更にｍチャンネル分のＷＤＭ光が夫々ｙ軸の異なった位置に配列されてｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の反射特性を切換えることにより任意のチャンネルのＷＤＭ信号について任意の波長帯の光を選択する波長選択素子と、波長選択素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光反射特性を制御する波長選択素子駆動部と、を具備することができる。

次に本発明の校正の対象となる透過型の光可変フィルタアレイ装置１０Ｂについて説明する。図２Ａは透過型の光可変フィルタアレイ装置１０Ｂの光学素子の構成を示すｘ軸方向から見た側面図、図２Ｂはそのｙ軸方向から見た側面図である。図２Ａにおいても入射光は前述したＷＤＭ信号であり、光ファイバ２１−１〜２１−ｍから夫々コリメートレンズ２２−１〜２２−ｍに入射され、平行な光ビームとして波長分散素子２３に与えられる。光ファイバ２１−１〜２１−ｍ、コリメートレンズ２２−１〜２２−ｍはＷＤＭ信号光を入射する入射部を構成している。波長分散素子２３は図２Ｂに示すように光の波長に応じてｘｚ平面上で異なった方向に光を出射するものである。波長分散素子２３は波長分散素子１６と同様に、回折格子やプリズムもしくは回折格子とプリズムの組み合わせにより実現することができる。分散された光はいずれもシリンドリカルレンズ２４に入射される。シリンドリカルレンズ２４はｘｚ平面上で分散した光をｚ軸方向に平行に集光する第１の集光素子である。又シリンドリカルレンズ２４の光軸に垂直に波長選択素子２５が配置される。波長選択素子２５は入射光を波長毎に透過又は減衰させるものであり、詳細については後述する。波長選択素子２５を透過した光はシリンドリカルレンズ２６に入射される。シリンドリカルレンズ２４、波長分散素子２３とシリンドリカルレンズ２６、波長合成素子２７は波長選択素子２５の中心のｘｙ面に対して面対称である。シリンドリカルレンズ２６はｘｚ平面上の平行な光を集光する第２の集光素子であり、波長合成素子２７は図２Ｂに示すように異なった方向から同一位置に入射した光を合成して出射するものである。波長合成素子２７によって合成された光はコリメートレンズ２８−１〜２８−ｍを介して光ファイバ２９−１〜２９−ｍに与えられる。コリメートレンズ２８−１〜２８−ｍ及び光ファイバ２９−１〜２９−ｍは、選択された波長の光を出射する出射部を構成している。

透過型の光可変フィルタアレイ装置は、ｙ軸に沿って配列され、多数の波長の光から成る第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射する入射部と、各チャンネルのＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる第１の分散素子と、第１の分散素子によって分散した各チャンネルのＷＤＭ光を波長選択素子平面上に集光する第１の集光素子と、波長に応じてｘ軸方向に配列され、更にｍチャンネル分のＷＤＭ光が夫々ｙ軸の異なった位置に配列されてｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の透過特性を切換えることにより任意のチャンネルのＷＤＭ信号について任意の波長帯の光を選択する波長選択素子と、波長選択素子のｘｙ方向に配列された電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光透過特性を制御する波長選択素子駆動部と、波長選択素子を透過した各波長の光を集光する第２の集光素子と、第２の集光素子によって集光された分散光を合成する第２の波長分散素子と、各チャンネルについて選択された波長のＷＤＭ信号を出射する複数のチャンネル分の出射部と、を具備することができる。

（波長選択素子の構成）
次にこれらの光可変フィルタアレイ装置に用いられる波長選択素子１８，２５について説明する。光可変フィルタアレイ装置において、入射光を波長に応じてｘｚ平面上で分散させ、帯状の光として波長選択素子１８，２５に入射したとき、その入射領域は図３に示す長方形状の領域Ｒ１〜Ｒｍであるとする。即ち入射領域Ｒ１〜Ｒｍに加わる光は夫々第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光をチャンネルと波長帯に応じてｘｙ平面に展開した光である。そして反射型の光可変フィルタアレイ装置では、波長毎に反射させる方向を変化させたり、減衰させたりすることによって、任意の波長の光を選択することができる。透過型の光可変フィルタアレイ装置では、波長毎に透過させる方向を変化させたり、減衰させたりすることによって、任意の波長の光を選択することができる。波長選択素子１８，２５には設定部３０がドライバ３１を介して接続されている。設定部３０はｘｙ平面の光を反射又は透過する画素を選択波長に合わせて決定するものである。設定部３０とドライバ３１は波長選択素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の特性を制御する波長選択素子駆動部を構成している。

次に反射型の光可変フィルタアレイ装置１０Ａで用いる波長選択素子１８の詳細な構成について説明する。波長選択素子１８としてはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）の液晶素子を用いて実現することができる。ＬＣＯＳ素子１８Ａは各画素の背面に液晶変調ドライバを内蔵しているため、画素数を多くすることができ、例えば1920×1000の多数の格子状の画素から構成することができる。ＬＣＯＳ素子１８Ａでは各チャンネル毎及び波長毎に異なる位置に各光ビームが入射するので、その位置の画素を反射状態とすればその光信号を選択することができる。

ここでＬＣＯＳ素子１８Ａにおける変調方式の１つである位相変調方式について説明する。図４ＡはＬＣＯＳ素子１８Ａを示す概略図であり、光が入射する面からｚ軸に沿って透明電極４１，液晶４２及び背面反射電極４３を積層して構成されている。ＬＣＯＳ素子１８Ａは１つのチャンネルの１つの波長帯を複数の画素で構成するため、複数画素についてマルチレベルの光フェーズドアレイにより屈折率の凹凸を形成し、回折現象を発現することができる。従って透明電極４１と背面反射電極４３との間に電圧を印加することによって各波長成分の回折角を独立に制御し、特定波長の入力光をそのまま入射方向に反射させたり、他の波長成分の光を不要な光として回折させ、入射方向とは異なった方向に光を反射させることができる。

次にＬＣＯＳ素子１８Ａの他の変調方式である強度変調方式について説明する。図４Ｂは強度変調方式による波長選択方法を示す図であり、入出射光の入射する面には偏光子４４を配置する。偏光子４４は入射光を図中○で示す特定の偏光状態にして反射型のＬＣＯＳ素子１８Ａに入射する。この場合にもＬＣＯＳ素子１８Ａは透明電極４１，液晶４２及び背面反射電極４３によって構成される。ＬＣＯＳ素子１８Ａに光を入射すると、電圧の印加状態によって電極間の液晶の複屈折率差を制御することができる。従って印加する電圧の偏光状態を独立に制御することにより反射光の偏光状態を異ならせることができる。ここで液晶分子の配向成分によって電圧を制御したときに偏光面が回転するか保持されるかが決定される。例えば電圧を印加しない場合に偏光面が保持されるとすると、図中○状態で示す光がそのまま反射することとなる。一方電圧を印加すれば偏光面が回転して反射するため、反射光は偏光子４４によって遮蔽される。従って画素に加える電圧を制御して入射光を選択することができる。ここで任意数の画素を反射状態とすれば任意の複数のＷＤＭ信号光の、任意の複数の波長帯を選択することができる。

またこの波長選択素子１８の第２の例として、ＬＣＯＳ構造ではない反射型の２次元電極アレイを有する液晶素子１８Ｂについて説明する。ＬＣＯＳ素子の場合には画素の背面に液晶ドライバが内蔵されているが、２次元電極アレイ液晶素子１８Ｂは液晶変調用のドライバが素子の外部に装備されている。その他の構成はＬＣＯＳ素子と同様であり、前述したマルチレベルの光フェーズドアレイによる位相変調や強度変調を実現することができる。

波長選択素子１８の第３の例として２次元のＭＥＭＳ素子１８Ｃについて説明する。多数のＭＥＭＳミラーが２次元に配置されたＭＥＭＳ素子は、デジタルマイクロ素子（ＤＭＤ）として実用化されている。ＭＥＭＳミラーのｙ軸方向の１列の全画素はＷＤＭ信号のある波長に対応させるものとする。ＭＥＭＳを用いた場合も１つの波長帯に対して複数のＭＥＭＳ素子の画素を対応付けているので、前述したマルチレベルの光フェーズドアレイによる位相変調や強度変調を実現することができる。

次に透過型の光可変フィルタアレイ装置１０Ｂで用いる透過型の波長選択素子２５について説明する。この波長選択素子２５の第１の例として、透過型のＬＣＯＳ素子２５Ａを用いることができる。透過型のＬＣＯＳ素子２５Ａは背面反射電極４３に代えて透明電極としたものである。この場合も、前述したマルチレベルの光フェーズドアレイによる位相変調や強度変調を実現することができる。

またこの波長選択素子２５の第２の例として、ＬＣＯＳ構造ではない透過型の２次元電極アレイを有する液晶素子２５Ｂを用いることができる。ＬＣＯＳ素子の場合には画素の背面に液晶ドライバが内蔵されているが、２次元電極アレイ液晶素子２５Ｂは液晶変調用のドライバが素子の外部に装備されている。その他の構成はＬＣＯＳ素子と同様である。

（光可変フィルタアレイ装置の校正）
次に各画素とＷＤＭ信号及びその波長の対応を得るための本発明の実施の形態による校正方法について説明する。図５は波長に対応する波長分散素子の画素位置及び特性の決定のための校正システムを示すブロック図である。本図において波長可変光源５１は、光可変フィルタアレイ装置に用いられる波長帯域の最長波長λ₁から最短波長λ_nまで単一波長の光を連続的に変化させて出射することができる波長走査型の光源である。この実施の形態では、外部からの信号に基づいて一定の速度で波長を走査して波長走査光を出力するものである。波長可変光源５１からの出力は偏波スクランブラ５２を介して分岐カップラ５３に与えられる。分岐カップラ５３は偏波スクランブルされた光信号を最大ｍの任意の数に分岐するものであり、分岐した出力は前述した光可変フィルタアレイ装置１０Ａ，１０Ｂに入射光として出力される。そして光可変フィルタアレイ装置１０Ａ，１０Ｂからの出射光はパワーメータ５４に入射される。パワーメータ５４は各チャンネル毎に出力を検出してその出力レベルのデータを制御装置５５に出力する。制御装置５５は、波長可変光源５１より出力している波長と、光可変フィルタアレイ装置で入力光が出力されるように設定している画素、及びパワーメータ５４で検出される出力レベルに基づいて、画素と波長との対応及び出力特性を演算し、その結果をテーブルメモリ５６に保持するものである。

次にこの校正方法の詳細について説明する。この校正処理では
（１）ｘ座標の波長の確定
（２）入力光とｙ座標との対応の確定
（３）挿入損失レベルの確定
が行われる。尚、反射型の光可変フィルタ装置１０Ａにあっては波長選択素子１８の各画素を反射状態とすることにより、透過型の光可変フィルタ装置１０Ｂにあっては波長選択素子２５の各画素を透過状態とすることにより、入射光の一部が出力側に戻ってくる。従っていずれの場合も光可変フィルタアレイ装置から見て光が通過するものであり、通過の程度は挿入損失の大小として表現することができる。以下の説明では、波長選択素子１８の各画素についての反射状態、波長選択素子２５の各画素についての透過状態をまとめて通過状態として表現する。

（ｘ座標の波長の確定）
図３に示すようにｘ軸方向は波長分散方向であるが、波長選択素子１８上では波長分散方向の各画素がどの波長に対応しているか確定する必要がある。本実施の形態では、この処理を図６に示すフローチャートに基づいて行う。尚、以下では光可変フィルタアレイ装置１０Ａにおいて、強度変調されるＬＣＯＳ素子１８Ａの校正を行うものとする。図７に示すＬＣＯＳ素子１８Ａの各画素の座標を（ｘ１，ｙ１）から（ｘ１９２０，ｙ１０００）とする。まず制御装置５５は、ステップＳ１１においてｘ座標が例えばｘ１００である全てのｙ軸に平行な一列の画素、ｘ座標がｘ３００である全てのｙ軸に平行な一列の画素のように、ハッチングで示す複数本のライン状の画素を反射状態とする。そうすればその位置の画素に光が入射したときに出力側に光が戻ってくるため、反射型の光可変フィルタアレイ装置１０Ａとしては挿入損失が小さくなる。ここでｘ座標の確定を容易にするために、これらのラインの一部、例えば中央のｘ座標ｘ_cのラインの反射率を他よりも小さくしておく。

そしてステップＳ１２において波長可変光源５１より図８Ａに示すように使用する波長帯の範囲で波長を走査した光を出力する。こうすれば偏波スクランブラ５２を介して分岐カップラ５３に出力が加わる。ｘ軸の座標の確定時には１本の光ビームの入力でよいため、光を分岐させずに光可変フィルタアレイ装置１０Ａのいずれかの光ファイバ、例えば１１−３より波長走査光を入力する。図８Ａに示すように１つの光ファイバより波長走査された光を入射すると、波長分散素子１６を介して光が波長に応じてＬＣＯＳ素子１８Ａ上を走査することとなる。図７の入射領域Ｒ３は１回の走査分の光の軌跡を示している。こうすれば反射状態となっている画素に入射した光は反射して光ファイバ１３−３に入り、これをサーキュレータ１２−３で分離することによって光ファイバ１５―３側に出力が得られる。図８Ｂはこの出力の軌跡を示している。そして光ファイバ１５−３からの出力をパワーメータ５４によって検出する。

次にステップＳ１３においてパワーメータによって出力のピークとそのレベルを検出し、ステップＳ１４において検出した出力ピークと波長との関係から波長と画素との対応関係を確定する。例えば図８Ｂ，図８Ｃに示すように他のピークに比べてレベルが低い中央のピーク出力の波長λ_cは、他より反射率を低くした中央のラインからの反射光と考えられる。従ってｘ_cの座標は波長λ_cに対応するものとする。そしてその前後のピークの波長λ_c-1，λ_c+1と反射状態としたｘ座標、更にその前後に隣接するピークの波長λ_c-2，λ_c+2と反射状態としたｘ座標・・・のように順次各反射状態のラインに対応した波長を全て確定する。そしてステップＳ１５では全ｘ座標に対応する波長を数値補間によって算出する。ステップＳ１６ではこうして得られたｘ座標に対応する波長を、制御装置５５よりテーブルメモリ５６に書き込む。これによって波長とＬＣＯＳ素子１８Ａの画素のｘ座標との関係を確定することができる。

（入力光とｙ座標との対応の確定）
次にｙ軸座標の位置の確定について説明する。図９はこの処理を示すフローチャートである。まず制御装置５５はステップＳ２１において図１０Ａに示すようにＬＣＯＳ素子１８Ａの画面を斜め方向に横切る既知の第１の関数ｙ＝ａｘ（ａ＞０）を設定し、この関数で示されるｘ座標とｙ座標を有する画素のみをハッチングで示すように反射状態とする。こうすればこれらの画素に光が入射したときに出力が得られることとなる。そして波長可変光源５１を走査して走査光を偏波スクランブラ５２に入射し、分岐カップラ５３により、更に２つの光に分岐して波長可変フィルタアレイ１０Ａに加える。そしてステップＳ２２において任意の入力用光ファイバ、例えば光ファイバ１１−２と１１−５より入力を加える。そうすれば図示のようにこの２本の入射領域Ｒ２，Ｒ５と第１の関数で示される斜めにラインが交差する部分のみから出力が得られることとなる。ここで図１０Ａに示すように２本の入射領域はｙ軸方向に複数の画素を含むある幅を有しているため、複数画素に照射される。従ってこの光ビームの幅を第１の関数の斜めのラインが通過する間では図１１Ｂ，１１Ｃに示すような出力が得られることとなる。従ってこの出力のピークから−３ｄＢを超える範囲の波長の中で中央の波長をピークの受光波長λ_f，λ_gとする。このようにしてステップＳ２３において２本の光ファイバからの出力をモニタし、既に保持しているテーブルメモリ５６から夫々のピーク波長に対応するｘ座標を読出す（ステップＳ２４）。そしてステップＳ２５で第１の関数ｙ＝ａｘに基づいてｘ座標に対応するｙ座標を算出する。こうして得られたｙ座標を夫々ｙ１ｐ，ｙ２ｐとする。

次いでステップＳ２６において第２の関数を設定する。第２の関数は第１の既知関数とは傾きが異なり、図１０Ｂに示すようにＬＣＯＳ素子１８Ａの画面の対角線を逆方向に結ぶ関数、即ちｙ＝−ａｘ＋ｂ（ｂ＞０）とする。そしてステップＳ２７〜Ｓ３０にまで同一の処理を行い、夫々のｙ座標ｙ１ｎ，ｙ２ｎを算出する。そして以下に示すように夫々２つのｙ座標の平均をとって２つのｙ座標ｙ１，ｙ２を夫々求める（ステップＳ３１）。
ｙ１＝（ｙ１ｐ＋ｙ１ｎ）／２
ｙ２＝（ｙ２ｐ＋ｙ２ｎ）／２
こうすれば２つの光ファイバより入射した光ファイバビームについてのｙ座標の中心座標を算出することができる。この処理は全ての光ファイバから順次光を入射して全入射領域Ｒ１〜Ｒｍについて実行することが好ましい。但し光ビームがＬＣＯＳ素子１８Ａに等間隔で入射するように光学系が構成されている場合は、上下の任意の入射領域、例えばＲ１とＲｍやその間の任意の受光領域について算出し、それらの間を補間処理によって夫々の入射領域のｙ座標の中心座標を算出してもよい。こうすることによって各チャンネルに対応するｙ軸の中心座標を確定する。制御装置５５は確定したｙ座標をテーブルメモリ５６に登録する（ステップＳ３２）。

尚上述した方法では既知の第１，第２の関数を用いて関数上の画素と光の入射領域との交差するｙ座標を算出しているが、いずれか一方の関数のみを用いてｙ座標を算出し、平均演算を省略することもできる。

（挿入損失レベルの確定）
次に各画素に印加する電圧と挿入損失との関係を確定するための方法について説明する。ＬＣＯＳ素子１８Ａをフィルタとして用いてその特性を任意に設定できるようにするため、各画素に必要な印加電圧の情報を確定しておく必要がある。例えば１／２の挿入損失を設定したい場合には、挿入損失を１／２とするための印加電圧を知る必要がある。図１２はこの処理を示すフローチャートである。本図のステップＳ４１に示すようにまず電圧の印加によって反射状態が変化する範囲の最低電圧と最大電圧との差をＫ等分する。そしてパラメータｉを０〜Ｋとし、この範囲の等分したＫ＋１の各電圧値を電圧Ｖ_iとする。次にステップＳ４２において最初のパラメータｉを０とする。次いでステップＳ４３においてＬＣＯＳ素子１８Ａの全画素に最も低い電圧Ｖ₀を印加する。次いでステップＳ４４，４５に進み、波長走査型光源５１より走査光を出力し、所定数、例えばｍ本の光ビームをＬＣＯＳ素子１８Ａに入射する。こうすればステップＳ４６に示すように夫々の入射領域Ｒ１〜Ｒｍから反射した光のレベルを画素単位で得ることができる。図１３の曲線Ｖ₀はある入射領域に入射した光のｘ軸方向の画素に対する挿入損失を示している。次いでこの電圧Ｖ_iが最大電圧Ｖ_kであるかどうかをチェックし（ステップＳ４７）、最大電圧に達していなければステップＳ４８においてパラメータｉをインクリメントし、ステップＳ４３に戻って同様の処理を行う。こうすればＶ₀〜Ｖ_kの夫々の電圧について、各入力チャンネル毎に図１３に示すように挿入損失のグラフを得ることができる。図１４はこうして得られた挿入損失のグラフから、ある位置の画素について、入力チャンネルの印加電圧に対する挿入損失を示すグラフである。こうして各画素について、電圧と挿入損失との関係が確定する。この画素は入射領域Ｒ１〜Ｒｍの中心となるｙ座標を持つ各ｘ座標毎に求めるようにしてもよい。又処理数を少なくするために所定間隔毎に電圧と挿入損失の関係を確定し、ステップＳ５０に示すようにスプライン補間などの関数補間によってその間の電圧を確定してもよい。

次にステップＳ５１においてこうして得られた挿入損失はテーブルメモリ５６に設定する。そして電圧Ｖ₀〜Ｖ_kの間は光可変フィルタアレイに実際に図３の設定部３０より設定する場合の分解能に応じた値とする必要があるので、これをスプライン補間などの関数補間によりあらかじめ求めておき、テーブルメモリに保持しておいてもよく、実際に電圧を印加する場合に関数補間を実行するようにしてもよい。これによって入射光の画素位置と入射チャンネルのｙ軸上の位置及び所望の透過率を得るための印加電圧レベルを確定することができる。

尚この場合に全てのチャンネルについて挿入損失を測定することなく複数本の領域に入射する光の挿入損失を測定し、その間を関数補間で挿入損失のレベルを算出し、テーブルメモリに保持するようにしてもよい。又ここでは電圧Ｖ₀〜Ｖ_kまで順次電圧を上昇させて出力レベルを検出しているが、全電圧を網羅すれば足り、必ずしも順に実行する必要はない。

尚ここでは反射型の光可変フィルタアレイ装置１０ＡのＬＣＯＳ素子１８Ａの画素と印加レベルを構成する方法について説明しているが、他の波長選択素子についても同様の処理を行うことによって同様の効果が得られる。又透過型の波長選択素子については、各画素を透過状態として制御して同様の処理を行うことによって同様の効果が得られる。

こうして得られたｘ軸とｙ軸と入射光との位置関係を用いて図３に示す設定部３０に設定することによって所望の入力について所定の波長の所望損失レベルとして制御することができる。ここでは図３に示す入力位置の中心のｙ座標を検出するようにしているので、隣接する入力チャンネルのｙ座標との中間位置まで同一のレベルでｙ軸座標の画素を制御することによって入力の幅にかかわらず所望の制御が可能となる。

又この実施の形態ではｘ座標の波長を確定し、入力光とｙ座標との対応を確定し、次いで挿入損失レベルを確定しているが、入射光が１つの多波長から成る光ビームである場合には、入力光とｙ座標との対応の確定をすることなく、ｘ座標の波長を確定し、挿入損失レベルを確定すれば足りる。

又本実施の形態によって構成する光可変フィルタアレイ装置は、ＷＤＭ信号光を入力するものに限らず、複数の波長成分を含む光をフィルタリングする装置に用いることができる。

以上詳細に説明したように本発明によれば、波長選択素子の各画素と入力チャンネルやその波長との関係及び印加電圧と挿入損失との関係が確定するため、その反射特性や透過特性を種々変更することによって、多数チャンネルのＷＤＭ信号の夫々について任意の波長の光を選択することができる。これにより光可変フィルタアレイ装置をＷＤＭ光のアドドロップ機能を有するノードの主要構成要素として用いることができる。

１１−１〜１１−ｍ，１３−１〜１３−ｍ，１５−１〜１５−ｍ，２１−１〜２１−ｍ，２９−１〜２９−ｍ 光ファイバ
１２−１〜１２−ｍ 光サーキュレータ
１４−１〜１４−ｍ，２２−１〜２２−ｍ，２８−１〜２８−ｍ コリメートレンズ
１６，２３ 波長分散素子
１７，２４，２６ シリンドリカルレンズ
１８，２５ 波長選択素子
１８Ａ，２５Ａ ＬＣＯＳ素子
１８Ｂ，２５Ｂ ２Ｄ電極アレイ液晶素子
１８Ｃ ＭＥＭＳ素子
２７ 波長合成素子
３０ 設定部
３１ ドライバ
４１ 透明電極
４２ 液晶
４３ 背面反射電極
５１ 波長可変光源
５２ 偏波スクランブラ
５３ ｍ分岐カップラ
５４ パワーメータ
５５ 制御装置
５６ テーブルメモリ

Claims (9)

1. ｘｙ平面を受光面として２次元に格子状に配列された多数の画素を有する波長選択素子を有し、少なくとも１本の波長に応じて分散する波長分散光をｘ軸方向を波長分散方向として前記波長選択素子に入射し、各画素に印加する電圧によってその通過特性を変化させることによってフィルタリングを行う光可変フィルタアレイ装置の校正方法であって、
   単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力することにより前記波長選択素子のｘ座標と入射光の波長との対応を検出してそのデータを保持し、
   単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力し、前記波長選択素子の各画素への印加電圧を変化させることにより、印加電圧と前記波長選択素子に入射する入出射光の波長毎の挿入損失との関係を測定してデータを保持する光可変フィルタアレイ装置の校正方法。
2. 前記波長選択素子のｘ座標と入射光の波長との対応関係の検出は、
   前記波長選択素子において波長分散方向と垂直な方向に複数分のライン状の画素群を通過状態とし、
   光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を入力し、
   前記光可変フィルタアレイ装置より前記波長選択素子の通過ラインに対応する出力が得られたときに、出射された時点での入射光の波長と通過状態としている画素の座標とから、波長とこれに対応する波長選択素子のｘ座標の対応付けを行う請求項１記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。
3. 光の挿入損失と各画素への印加電圧との関係を測定する際に、
   前記波長選択素子の電圧設定範囲をＶ₀からＶ_kとすると、その中の任意の電圧Ｖ_i（ｉ＝０〜Ｋ）を全画素に印加し、
   光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力し、
   電圧Ｖ_iを印加したときに、前記波長選択素子の入射領域を通過して出力される光のレベルをｘ軸方向の画素毎に検出し、
   前記波長選択素子に印加する電圧の設定範囲内で印加電圧Ｖ_iをｉが０からＫまでの間で変化させて同様の処理を行い、
   各入射領域の夫々の画素について印加電圧と挿入損失との関係を示すデータを保持する請求項２記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。
4. ｘｙ平面を受光面として２次元に格子状に配列された多数の画素を有する波長選択素子を有し、少なくとも１本の波長に応じて分散する波長分散光をｘ軸方向を波長分散方向として前記波長選択素子に入射し、各画素に印加する電圧によってその通過特性を変化させることによってフィルタリングを行う光可変フィルタアレイ装置の校正方法であって、
   単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力することにより前記波長選択素子のｘ座標と入射光の波長との対応を検出してそのデータを保持し、
   単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力することにより前記波長選択素子のｙ座標と波長分散された光が入射する入射領域との対応を検出してそのデータを保持し、
   単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力し、前記波長選択素子の各画素への印加電圧を変化させることにより、前記波長選択素子の各画素への印加電圧と前記波長選択素子に入射する入出射光の波長毎の挿入損失との関係を測定してデータを保持する光可変フィルタアレイ装置の校正方法。
5. 前記波長選択素子のｘ座標と入射光の波長との対応関係の検出は、
   前記波長選択素子において波長分散方向と垂直な方向に複数分のライン状の画素群を通過状態とし、
   光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を入力し、
   前記光可変フィルタアレイ装置より前記波長選択素子の通過ラインに対応する出力が得られたときに、出射された時点での入射光の波長と通過状態としている画素の座標とから、波長とこれに対応する波長選択素子のｘ座標の対応付けを行う請求項４記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。
6. 前記波長選択素子のｙ座標と波長分散光が入射する入射領域との対応関係の検出は、
   前記波長選択素子の対角線に沿って所定の関数で示される画素を通過状態とし、
   光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を入力し、
   前記光可変フィルタアレイ装置を通過した光が得られるタイミングでの波長走査光の波長からその波長に対応するｘ座標を決定し、決定されたｘ座標から前記所定の関数によってｙ座標を判別し、
   前記光可変フィルタアレイへの入射光とその入射光が投光される波長選択素子のｙ座標との関係を保持する請求項５記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。
7. 光の挿入損失と各画素への印加電圧との関係を測定する際に、
   前記波長選択素子の電圧設定範囲をＶ₀からＶ_kとすると、その中の任意の電圧Ｖ_i（ｉ＝０〜Ｋ）を全画素に印加し、
   光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力し、
   電圧Ｖ_iを印加したときに、前記波長選択素子の各入射領域を通過して出力される光のレベルをｘ軸方向の画素毎に検出し、
   前記波長選択素子に印加する電圧の設定範囲内で印加電圧Ｖ_iをｉが０からＫまで変化させて同様の処理を行い、
   各入射領域の夫々の画素について印加電圧と挿入損失との関係を示すデータを保持する請求項６記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。
8. 前記光可変フィルタアレイ装置は反射型の光可変フィルタアレイ装置であり、
   前記波長選択素子は、各画素の光反射特性を変化させることによってフィルタリングを行う請求項１〜７のいずれか１項記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。
9. 前記光可変フィルタアレイ装置は透過型の光可変フィルタアレイ装置であり、
   前記波長選択素子は各画素の光透過特性を変化させることによってフィルタリングを行う請求項１〜７のいずれか１項記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。

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