JP2015184480A - 光信号選択装置および光信号選択装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光偏光器の１素子列に割り当てられた周波数よりも分解能が高い周波数帯域幅の制御をすること。
【解決手段】隣接する第１のチャネルおよび第２のチャネルのために割り当てられた光偏向器の素子面の分光方向に分割された第１の領域と第２の領域に対し、それぞれ第１のチャネルのための角度と第２のチャネルのための角度とに光信号を反射するように制御し、かつ、第１の領域と第２の領域との間に設けられた共用素子列に対し、第１のチャネルのための角度に光信号を反射する領域と第２のチャネルのための角度に光信号を反射する領域とに分割して制御する光信号選択装置。
【選択図】図１０

Description

本発明は、光信号選択装置および光信号選択装置の制御方法に関するものである。

光波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式の通信は、１本の光ファイバケーブルに複数の光信号を同時に伝送することができるので、高速かつ大容量の情報通信手段として有用である。

ところが、光波長分割多重方式を利用した光ネットワークであっても、経路の切換えの際に光信号を電気信号に変換した場合、この経路の切換えがボトルネックとなってしまい、光ネットワークのメリットを十分に享受することができない。そこで開発されたのが、光信号を電気信号に変換せずに経路の切換えを行う光信号選択装置である。

光信号選択装置は、光ファイバから入出力される光信号を波長帯ごとに分離する波長分光器と光信号の経路を切換えるための光偏向器とを備えるものが一般的である。また、光信号選択装置における光偏向器として、例えばＭＥＭＳ（Micro-Electro Mechanical Systems）ミラーを用いたものや、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）を用いたものが知られている（特許文献１参照）。

特表２００７−５１０９５７号公報 特開２０１４−２１１９０号公報

ところで、近年の光ネットワークにおいては伝送容量の拡大に伴い、光ネットワークの効率化や柔軟性を高めることが求められている。そのため、伝送容量の需要や伝送距離に応じて異なる伝送レートや変調フォーマットの信号を混在させる光ネットワークが検討されている。

このような効率化や柔軟性を高める光ネットワークにおいては、光信号選択装置に対しても、従来のような光信号の経路を切替える機能だけでなく、各光信号のチャネルが占有する周波数帯域幅を動的に制御する機能が求められる。効率化や柔軟性を高めるためには、各光信号の伝送レートや変調フォーマットに対して最適な光信号選択を行うことが必要とされているからである。

例えば光信号選択装置にＭＥＭＳミラーやＬＣＯＳ等のアレイ型素子を用いる場合、各チャネルの周波数帯域に対して複数の素子列が割り当てられているので、各チャネルに割り当てる素子列の数を変更することで、各チャネルの周波数帯域幅を制御することが可能である。

しかしながら、各チャネルの光信号に割り当てる素子列の数を変更することで光信号の帯域幅を制御する方式の場合、帯域幅の制御の分解能が１素子列に割り当てられる周波数で制限されてしまうという問題が発生する。例えば、光偏光器の２次元アレイの分光方向における全素子列数が２０００である場合に、すべてのＣ−ｂａｎｄ（５０ＧＨｚ×９６ｃｈ＝４８００ＧＨｚ）の帯域を２０００素子列に割り当てると、１素子当たりの周波数割り当ては２．４ＧＨｚとなる。制御分解能として１ＧＨｚを達成しようとした場合、この方法は十分ではない。

また、光信号選択装置の光偏光器としてＬＣＯＳを用いた場合では、回折現象を合成する制御用の素子列を設けて帯域幅の制御を行う方法も提案されているが（特許文献２参照）、制御用の素子列を新たに設けたことによるスペクトル分解方向の不連続性が発生し、光信号の帯域の端部形状が乱れることがある。周波数帯域の端部形状が乱れた場合、クロストークを防ぐために隣接するチャネル間の周波数マージンを広く設定する必要があり、周波数効率の観点からも看過できない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光偏光器の１素子列に割り当てられた周波数よりも分解能が高い周波数帯域幅の制御をすることができる光信号選択装置および光信号選択装置の制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光信号選択装置は、複数の光ファイバが所定のスイッチ方向に沿って配列した入出力光ファイバアレイと、前記入出力光ファイバアレイから入力された光信号を前記スイッチ方向と略垂直の分光方向に分光する波長分光器と、前記分光方向と前記スイッチ方向とに配列された２次元アレイ素子を有し、前記分光された光信号を、前記スイッチ方向の所定の角度に反射し、所望の入出力光ファイバアレイに結合する光偏向器と、隣接する第１のチャネルおよび第２のチャネルのために割り当てられた前記光偏向器の素子面の前記分光方向に分割された第１の領域と第２の領域に対し、それぞれ前記第１のチャネルのための角度と前記第２のチャネルのための角度とに前記光信号を反射するように制御し、かつ、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた共用素子列に対し、前記第１のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第２のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域とに分割して制御する制御機器とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る光信号選択装置は、上記発明において、前記光偏向器は、前記スイッチ方向と前記分光方向とに位相変調素子が配列された位相変調素子アレイであって、前記位相変調素子に周期的な位相変調を印加して、前記位相変調素子アレイに位相変調のパターンを形成し、前記パターンは前記位相変調素子アレイに照射された前記光信号を前記所定の角度で回折することを特徴とする。

また、本発明に係る光信号選択装置は、上記発明において、前記共用素子列における前記第１のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第１の領域とは、前記位相変調のパターンが同一であり、かつ、前記共用素子列における前記第２のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第２の領域とは、前記位相変調のパターンが同一であることを特徴とする。

また、本発明に係る光信号選択装置は、上記発明において、前記共用素子列における前記第１のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第２のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域とは、前記スイッチ方向に関して２分割されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光信号選択装置は、上記発明において、前記共用素子列における前記第１のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第２のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域とは、前記スイッチ方向に関して複数分割され、交互に配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光信号選択装置の制御方法は、複数の光ファイバが所定のスイッチ方向に沿って配列した入出力光ファイバアレイと、前記入出力光ファイバアレイから入力された光信号を前記スイッチ方向と略垂直の分光方向に分光する波長分光器と、前記分光方向と前記スイッチ方向とに配列された２次元アレイ素子を有し、前記分光された光信号を、前記スイッチ方向の所定の角度に反射し、所望の入出力光ファイバアレイに結合する光偏向器と、前記光偏光器を制御する制御機器とを備える光信号選択装置の制御方法であって、前記制御機器が、隣接する第１のチャネルおよび第２のチャネルのために割り当てられた前記光偏向器の素子面の前記分光方向に分割された第１の領域と第２の領域に対し、それぞれ前記第１のチャネルのための角度と前記第２のチャネルのための角度とに前記光信号を反射するように制御し、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた共用素子列に対し、前記第１のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第２のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域とに分割して制御することを特徴とする。

本発明の光信号選択装置および光信号選択装置の制御方法によれば、光偏光器の１素子列に割り当てられた周波数よりも分解能が高い周波数帯域幅の制御をすることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態に係る光信号選択装置の基本構成を説明する模式図である。 図２は、位相変調素子アレイに光信号が入射されている状態を示す図である。 図３は、光信号の経路の切り替えを行う場合の位相変調素子アレイの位相のパターンを説明する図である。 図４は、図３を位相軸方向から見た図である。 図５は、図３をＸ軸方向から見た図である。 図６は、位相変調素子アレイの領域分けの変更とチャネルが占有する周波数帯域幅の制御との関係を示す模式図である。 図７は、位相変調素子アレイの領域分けの変更とチャネルが占有する周波数帯域幅の制御との関係を示す模式図である。 図８は、パターン（ａ）における、位相変調素子アレイの領域分けとチャネルが占有する周波数帯域幅との関係を示す模式図である。 図９は、図８に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフである。 図１０は、パターン（ｂ）における、位相変調素子アレイの領域分けとチャネルが占有する周波数帯域幅との関係を示す模式図である。 図１１は、図１０に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフである。 図１２は、パターン（ｃ）における、位相変調素子アレイの領域分けとチャネルが占有する周波数帯域幅との関係を示す模式図である。 図１３は、図１２に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフである。 図１４は、パターン（ｄ）における、位相変調素子アレイの領域分けとチャネルが占有する周波数帯域幅との関係を示す模式図である。 図１５は、図１４に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフである。 図１６は、位相変調のパターン（ａ）〜（ｄ）における、チャネルｃｈ_１およびチャネルｃｈ_２に割り当てられた周波数に関する光信号選択装置の挿入損失を調べた実験データを示すグラフである。 図１７は、パターン（ｅ）における、位相変調素子アレイの領域分けとチャネルが占有する周波数帯域幅との関係を示す模式図である。 図１８は、図１７に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフである。 図１９は、パターン（ｆ）における、位相変調素子アレイの領域分けとチャネルが占有する周波数帯域幅との関係を示す模式図である。 図２０は、図１９に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフである。 図２１は、パターン（ｇ）における、位相変調素子アレイの領域分けとチャネルが占有する周波数帯域幅との関係を示す模式図である。 図２２は、図２１に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフである。 図２３は、パターン（ｈ）における、位相変調素子アレイの領域分けとチャネルが占有する周波数帯域幅との関係を示す模式図である。 図２４は、図２３に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフである。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態に係る光信号選択装置の制御方法および光信号選択装置態を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（基本構成）
図１は、本発明の実施形態に係る光信号選択装置１００の基本構成を説明する模式図である。図１に示されるように、光信号選択装置１００は、入出力光ファイバアレイ１０と、波長分光器２０と、集光レンズ３０と、位相変調素子アレイ４０と、制御機器５０とを備えている。ここで、説明のために、位相変調素子アレイ４０の素子面に平行にＸＹ座標軸を規定する。なお、Ｘ軸は適宜分光軸またはＸ軸（分光軸）と記載し、Ｙ軸はスイッチ軸または適宜Ｙ軸（スイッチ軸）と記載する。

入出力光ファイバアレイ１０は、所定の１方向に沿って複数本の光ファイバ１１_１〜１１_ｍがアレイ状に配列して構成されている。なお、所定の１方向とは、後段の位相変調素子アレイ４０の素子面におけるＹ軸（スイッチ軸）に対応している。また、ｍは、たとえば３以上の整数であってよく、１つの光入力ポートと、２以上の光出力ポートであってよい。光ファイバ１１_１〜１１_ｍのそれぞれの先端にはコリメータレンズ付のフェルール１２_１〜１２_ｍが取り付けられている。ｍ本の光ファイバは、それぞれが入力ポートおよび出力ポートとして機能し得るが、ここでは光ファイバ１１_１は光入力ポートとして機能し、光ファイバ１１_２〜１１_ｍは光出力ポートとして機能するものとする。

波長分光器２０は、たとえば回折格子を用いて構成されている。波長分光器２０は、入出力光ファイバアレイ１０から入力された光信号を、入出力光ファイバアレイ１０の配列方向に分光するように配置されている。入出力光ファイバアレイ１０の配列方向は、後段の位相変調素子アレイ４０の素子面におけるＹ軸（スイッチ軸）に対応しているので、波長分光器２０が分光する方向は、後段の位相変調素子アレイ４０の素子面におけるＸ軸（分光軸）に対応している。

集光レンズ３０は、波長分光器２０が分光した光信号を位相変調素子アレイ４０に集光するように配置されている。

位相変調素子アレイ４０は、電圧を印加することによって屈折率を変化させることができる単位位相変調素子（ピクセル）がＸＹ平面に２次元状に配列して構成された光偏向器である。位相変調素子アレイ４０は、たとえば位相変調素子として液晶素子を用いた反射型のＬＣＯＳを用いて構成することができる。また、ここでは光偏向器として位相変調素子アレイ４０を用いた構成を用いたが、電圧を印加することによって光入射面に配列されたマイクロミラーを傾斜させることができるＭＥＭＳミラーアレイなどの２次元アレイ型の光偏向器であってもよい。

制御機器５０は、入力部５１と変換部５２と記憶部５３と制御部５４とを備えている。

入力部５１は、光信号選択装置１００を制御するための情報を入力するように構成されている。入力部５１に入力される情報とは、光入力ポートとして機能する光ファイバ１１_１における光信号の各チャネルを、出力ポートとして機能する光ファイバ１１_２〜１１_ｍの何れかに割り当てるかの情報である。また、光信号選択装置１００は、各光信号のチャネルが占有する周波数帯域幅を動的に制御する機能を有するので、入力部５１には、各光信号のチャネルが占有する周波数帯域幅の情報も入力される。なお、入力部５１に対する情報の入力は、別途接続された外部装置からの入力信号であってもよく、光信号選択装置１００の操作者がマニュアル入力する方法であってもよい。

変換部５２は、入力部５１に入力された情報を、記憶部５３に記憶されたパラメータに基づいて位相変調素子アレイ４０の制御情報に変換するように構成されている。すなわち、記憶部５３には、光入力ポートおよび光出力ポートのチャネルの割り当て情報およびチャネルが占有する周波数帯域幅の情報を、位相変調素子アレイ４０の単位位相変調素子（ピクセル）に印加する位相変調量に変換するための変換テーブルが格納されている。

制御部５４は、位相変調素子アレイ４０に接続しており、位相変調素子アレイ４０を構成する各位相変調素子に所望の電圧を印加するように構成されている。制御部５４は、変換部５２が出力する単位位相変調素子（ピクセル）に印加すべき位相変調量を実現するように、位相変調素子アレイ４０の各単位位相変調素子に適切な電圧を印加する。

つぎに、光信号選択装置１００の動作について説明する。はじめに、入出力光ファイバアレイ１０の光ファイバ１１_１が外部から光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎを入力させる。ここで、ｎは３以上ｍ未満の整数とする。光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎは互いに異なる波長を有し、ＷＤＭ光信号の異なるチャネルに割り当てられている。光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎの波長は光通信に使用される波長であり、たとえば１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲である。光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎはフェルール１２_１のコリメータレンズによって平行光とされる。

光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎは太い実線で示す光路に沿って伝搬し、波長分光器２０に入射する。波長分光器２０は光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎをそれぞれの波長に応じた異なる回折角で回折して、３つの光信号を分光する。

集光レンズ３０は破線で示す光路に沿って伝搬する光信号Ｓ_１を位相変調素子アレイ４０に集光する。位相変調素子アレイ４０は集光され入射された光信号Ｓ_１を所定の角度で回折する。この回折角度は制御機器５０によって制御される。

回折された光信号Ｓ_１は集光レンズ３０によって平行光とされ、波長分光器２０によってフェルール１２_ｋを介して所望の光ファイバ１１_ｋに入力される。これによって、光信号Ｓ_１の光ファイバ１１_１から光ファイバ１１_ｋへの経路の切り替えが実現される。

同様に、集光レンズ３０はそれぞれ点線、一点鎖線で示す光路に沿って伝搬する光信号Ｓ_２、Ｓ_ｎを位相変調素子アレイ４０に集光する。位相変調素子アレイ４０は集光され入射された光信号Ｓ_２、Ｓ_ｎを所定の角度で回折する。光信号Ｓ_２、Ｓ_ｎの回折角度は互いに異なり、かつ光信号Ｓ_１の回折角度とも異なる。回折された光信号Ｓ_２、Ｓ_ｎは集光レンズ３０によって平行光とされ、波長分光器２０によってそれぞれフェルール１２_ｌ、１２_ｍを介して所望の光ファイバ１１_ｌ、１１_ｍに入力される。これによって、光信号Ｓ_２、Ｓ_ｎの光ファイバ１１_１から光ファイバ１１_ｌ、１１_ｍへの経路の切り替えが実現される。

つぎに、位相変調素子アレイ４０による光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎの回折について具体的に説明する。図２は、位相変調素子アレイ４０に光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎが入射されている状態を示す図である。図２に示すように、各光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎはＸ軸（分光軸）に沿って位相変調素子アレイ４０の異なる領域に入射する。また、各光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎは複数の位相変調素子上にビームが広がって入射する。

図３は、光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎの経路の切り替えを行う場合の位相変調素子アレイ４０の位相のパターンを説明する図である。図３に示すように、位相変調素子アレイ４０のうち、光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎが入射する各領域Ａ_１、Ａ_２、Ａ_ｎには、Ｙ軸（スイッチ軸）に沿った傾きがそれぞれ異なる線形の周期的な位相変調を印加し、位相変調素子アレイ４０に位相変調のパターンを形成してある。

図４は、図３を位相軸方向から見た図である。図４では、Ｙ軸（スイッチ軸）に沿って位相が階段状に変化しているが、これはピクセルにより位相変調が離散化されるためであり、図３および後述する図５の線形の位相変調は階段状の位相変調を線形近似したものである。このように、線形の位相変調を印加するとは、線形近似できる階段状の周期的な位相変調を印加する場合も含む。

図５は、図３をＸ軸方向から見た図であり、位相変調素子アレイ４０に印加した線形の位相変調と、位相変調素子アレイ４０の素子面に対する光信号の入射角および出射角（回折角）との関係を示している。所望の回折角度θ_Ｙｏｕｔを得るための条件は下記の式（１）で表すことができる。

式（１）において、Δφ_Ｙは必要な位相変調の傾き、距離ｄ_Ｙは位相変調の周期、λは光信号の波長、角度θ_Ｙｉｎは光信号の入射角を意味する。なお光信号の波長がスペクトル的に広がりを有する場合は、λは、たとえば光信号の波長帯域の中心波長とすればよい。図５で位相の変化が０から２πまでであり、位相の変化が鋸状になっている理由は、位相は０から２πまでの周期関数であるため、２π以上の位相とする場合は０から２πの範囲で折り返すように位相を設定しても同等の位相特性となるからである。

したがって、光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎの経路の切り替えを行う場合には、制御機器５０は、光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎの波長、入射角、所望の回折角度に応じた、各光信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_ｎに対する位相変調の傾きΔφ_Ｙが得られるように、位相変調素子アレイ４０の各領域Ａ_１、Ａ_２、Ａ_ｎの位相変調素子の位相を制御する。このように、位相変調素子アレイ４０の位相変調素子に周期的な位相変調を印加して、位相変調素子アレイ４０に位相変調のパターンを形成し、このパターンを適切に形成することによって位相変調素子アレイ４０に入力された光信号を所望の入出力光ファイバアレイに結合するように回折することができる。

（比較例）
ここで、各光信号のチャネルが占有する周波数帯域幅を動的に制御する方法の比較例およびその問題点について説明する。

図６および図７は、位相変調素子アレイの領域分けの変更とチャネルが占有する周波数帯域幅の制御との関係を示す模式図である。図６および図７は、ともに、図の下半分に位相変調素子アレイの分割例を示し、図の上半分にその分割に対応するスペクトラムを示している。ここで、図の上半分に記載されたスペクトラムは、光信号選択装置の挿入損失を周波数ごとにデシベル表示で記載したものである。つまり、グラフの正方向は挿入損失が小さい。また、位相変調素子アレイの各素子列は、チャネルに割り当てられた光信号の周波数に対応付けられているので、この対応関係により図６および図７の上半分のグラフと下半分の模式図は対応付けられている。なお、以降参照される位相変調素子アレイの領域分けとその分割に対応するスペクトラムとの関係を示す図においても、上記関係が成立している。

図６と図７とを比較すると解るように、Ｘ軸（分光軸）における位相変調素子アレイの分割位置を変更すると、領域に割り当てられたチャネルの周波数が変更される。図６に示される分割では領域Ａ_２に属していた共用素子列Ｘ_１２は、図７に示される分割では領域Ａ_１に属するように変更されている。この領域分割の変更により、図６に示される分割ではチャネルｃｈ_２に割り当てられていた周波数が、図７に示される分割ではチャネルｃｈ_１に割り当てられている。これは、先述した光信号選択装置１００の構成により、位相変調素子アレイ４０に照射される光信号は波長分光器２０によってＸ軸（分光軸）方向に分光されているからであり、位相変調素子アレイ４０のＸ軸（分光軸）方向の分割がチャネルの帯域幅に対応しているからである。

しかしながら、上記のような方法で各光信号のチャネルが占有する周波数帯域幅を動的に制御すると、帯域幅の制御の分解能が１素子列に割り当てられる周波数で制限されてしまう。図６および図７に示される例では、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられていた周波数帯域である約３ＧＨｚが帯域幅の制御の分解能である。

そこで、以下で説明する本発明の実施形態では、１素子列に割り当てられる周波数よりも高い帯域幅の制御の分解能を実現し、光信号選択装置の周波数効率を向上させる。

なお、以下で説明する本発明の実施形態は、上記説明した光信号選択装置１００と多くの点で構成が共通する。したがって、以下では、光信号選択装置１００と共通する構成については説明を省略する。なお、以下の説明で参照される参照番号は、上記説明した光信号選択装置１００の対応する構成部分を参照する番号である。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る光信号選択装置１００は、図１に示される基本構成と同様に、入出力光ファイバアレイ１０と、波長分光器２０と、集光レンズ３０と、位相変調素子アレイ４０と、制御機器５０とを備えている。すなわち、第１実施形態に係る光信号選択装置１００は、複数の光ファイバが所定のスイッチ方向に沿って配列した入出力光ファイバアレイ１０と、入出力光ファイバアレイ１０から入力された光信号をＸ軸（分光軸）方向に分光する波長分光器２０と、分光された光信号を、所定の角度に反射し、所望の入出力光ファイバアレイ１０に結合する位相変調素子アレイ４０と、位相変調素子アレイ４０が光信号を反射する角度を制御する制御部を備えた制御機器５０を備えている。なお、位相変調素子アレイ４０は、ＭＥＭＳミラーアレイなどの２次元アレイ型の光偏向器としてもよい。

制御機器５０は、入力部５１と変換部５２と記憶部５３と制御部５４とを備え、以下で説明するように、位相変調素子アレイ４０が光信号を反射する角度を制御する。すなわち、制御機器５０は、位相変調素子アレイ４０の位相変調素子に周期的な位相変調を印加して、位相変調素子アレイ４０に位相変調のパターンを形成し、このパターンを以下で説明するように制御することによって位相変調素子アレイ４０に入力された光信号を所望の入出力光ファイバアレイに結合するように回折する。また、位相変調素子アレイ４０の代わりにＭＥＭＳミラーアレイを用いた場合、制御機器５０は、回折現象ではなく、ＭＥＭＳミラーアレイの各素子であるマイクロミラーの角度を制御することによって光信号を所望の入出力光ファイバアレイに結合するように反射する。

図８〜図１５は、第１実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン制御を説明する図である。図８、図１０、図１２、および図１４は、パターン（ａ）〜（ｄ）における、位相変調素子アレイの領域分けとチャネルが占有する周波数帯域幅との関係を示す模式図である。図９は、図８に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフであり、図１１は、図１０に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフであり、図１３は、図１２に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフであり、図１５は、図１４に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフである。なお図８、図１０、図１２、および図１４では、位相変調素子アレイの領域分け（Ａ_１，Ａ_２）における位相変調のパターンをハッチングで表示し、同一のハッチングが施された位相変調素子は同一角度で光信号を反射（回折）するような位相変調パターンが印加されていることを意味している。

図８および図９に示されるように、第１実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン（ａ）では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンが領域Ａ_２のパターンと同一である。したがって、図８上段のスペクトラムに示されるように、パターン（ａ）では、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられた周波数の光信号のすべてがチャネルｃｈ_２の周波数帯域に割り当てられている。

一方、図１０および図１１に示されるように、第１実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン（ｂ）では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンがＹ軸の点Ｙ_ｂを境界に分割されている。点Ｙ_ｂよりＹ軸の負側では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンが領域Ａ_１と同一であり、点Ｙ_ｂよりＹ軸の正側では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンが領域Ａ_２と同一である。結果、図１０上段のスペクトラムに示されるように、パターン（ｂ）では、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられた周波数の光信号が、チャネルｃｈ_１とチャネルｃｈ_２の周波数帯域に分割されて割り当てられている。

なお、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンの分割における領域比率は、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられた周波数をチャネルｃｈ_１とチャネルｃｈ_２とに割り当てる比率とは一致しない。なぜならば、位相変調素子アレイ４０の共用素子列Ｘ_１２に照射される光信号の強度は均一ではないからである。

同様に、図１２および図１３に示されるように、第１実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン（ｃ）では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンがＹ軸の点Ｙ_ｃを境界に分割されている。点Ｙ_ｃよりＹ軸の負側では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンが領域Ａ_１と同一であり、点Ｙ_ｃよりＹ軸の正側では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンが領域Ａ_２と同一である。結果、図１０上段のスペクトラムに示されるように、パターン（ｃ）では、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられた周波数の光信号が、チャネルｃｈ_１とチャネルｃｈ_２の周波数帯域に分割されて割り当てられている。

さらに、図１４および図１５に示されるように、第１実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン（ｄ）では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンが領域Ａ_１のパターンと同一である。したがって、図１４上段のスペクトラムに示されるように、パターン（ｄ）では、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられた周波数の光信号のすべてがチャネルｃｈ_１の周波数帯域に割り当てられている。

図１６は、上記位相変調のパターン（ａ）〜（ｄ）における、チャネルｃｈ_１およびチャネルｃｈ_２に割り当てられた周波数に関する光信号選択装置の挿入損失を調べた実験データを示すグラフである。図１６に示されるグラフは、横軸をチャネルｃｈ_１およびチャネルｃｈ_２に割り当てられた光信号の相対的周波数とし、縦軸を光信号選択装置の挿入損失をデシベル表示したものとし、上記位相変調のパターン（ａ）〜（ｄ）についての実測データを記載している。

図１６に示されるグラフから読み取れるように、第１実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン制御では、隣接するチャネルｃｈ_１およびチャネルｃｈ_２のために割り当てられた位相変調素子アレイ４０の領域Ａ_１と領域Ａ_２の間に設けられた共用素子列Ｘ_１２に対し、チャネルｃｈ_１のための位相変調パターンの領域とチャネルｃｈ_２のための位相変調パターンの領域とに分割して制御しているので、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられた周波数よりも周波数分解能が高い制御が達成されている。具体的には、上記位相変調のパターン（ａ）〜（ｄ）のように位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターンを変更した場合、約１ＧＨｚの周波数分解能の帯域幅制御が達成されている。この約１ＧＨｚの周波数分解能は、先述の比較例における周波数分解能の約３ＧＨｚよりも高分解能である。なお、ここではパターン（ａ）〜（ｄ）の４パターンによる帯域幅制御を例にしたが、共用素子列Ｘ_１２の分割パターン数を変更することにより、所望のより高分解能制御が達成し得る。

また、図１６に示されるグラフから読み取れるように、第１実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン制御では、共用素子列Ｘ_１２における分割された各々の領域の位相変調パターンが、領域Ａ_１または領域Ａ_２の何れかの位相変調パターンと同一であるので、チャネルｃｈ_１およびチャネルｃｈ_２の周波数帯域の端部における挿入損失のスペクトラム形状が乱れることが抑制されている。これは、第１実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン制御では、共用素子列Ｘ_１２における位相変調パターンと領域Ａ_１または領域Ａ_２の位相変調パターンとの間で位相変調の連続性が維持されていることによる。例えば、共用素子列Ｘ_１２における位相変調パターンを領域Ａ_１と領域Ａ_２と位相変調パターンの合成パターンとした場合、位相変調素子アレイ４０のＸ軸（分光軸）方向における位相変調の不整合が影響し、フリンジ効果などによりチャネルｃｈ_１およびチャネルｃｈ_２の周波数帯域の端部において挿入損失のスペクトラム特性が乱れてしまう。

さらに、図１６に示されるグラフから読み取れるように、第１実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン制御では、入力部５１と変換部５２と記憶部５３と制御部５４とを備える制御機器５０によって実行されるので、等周波数間隔で周波数帯域の制御を行うことができる。先述のように位相変調素子アレイ４０の共用素子列Ｘ_１２に照射される光信号の強度はＹ軸（スイッチ軸）方向に関して一定ではないが、共用素子列Ｘ_１２に照射される光信号のＹ軸（スイッチ軸）方向に関する強度分布に応じた最適な分割比率を記憶部５３に格納しておくことで、入力部５１に入力された等周波数間隔の入力情報を変換部５２が記憶部５３に格納された変換テーブルを参照しながら位相変調量に変換し、制御部５４が位相変調素子アレイ４０の各単位位相変調素子に適切な電圧を印加することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る光信号選択装置１００は、図１に示される基本構成と同様に、入出力光ファイバアレイ１０と、波長分光器２０と、集光レンズ３０と、位相変調素子アレイ４０と、制御機器５０とを備えている。すなわち、第２実施形態に係る光信号選択装置１００は、複数の光ファイバが所定のスイッチ方向に沿って配列した入出力光ファイバアレイ１０と、入出力光ファイバアレイ１０から入力された光信号をＸ軸（分光軸）方向に分光する波長分光器２０と、分光された光信号を、所定の角度に反射し、所望の入出力光ファイバアレイ１０に結合する位相変調素子アレイ４０と、位相変調素子アレイ４０が光信号を反射する角度を制御する制御部を備えた制御機器５０を備えている。なお、位相変調素子アレイ４０は、ＭＥＭＳミラーアレイなどの２次元アレイ型の光偏向器としてもよい。

制御機器５０は、入力部５１と変換部５２と記憶部５３と制御部５４とを備え、以下で説明するように、位相変調素子アレイ４０が光信号を反射する角度を制御する。すなわち、制御機器５０は、位相変調素子アレイ４０の位相変調素子に周期的な位相変調を印加して、位相変調素子アレイ４０に位相変調のパターンを形成し、このパターンを以下で説明するように制御することによって位相変調素子アレイ４０に入力された光信号を所望の入出力光ファイバアレイに結合するように回折する。また、位相変調素子アレイ４０の代わりにＭＥＭＳミラーアレイを用いた場合、制御機器５０は、回折現象ではなく、ＭＥＭＳミラーアレイの各素子であるマイクロミラーの角度を制御することによって光信号を所望の入出力光ファイバアレイに結合するように反射する。

図１７〜図２４は、第２実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン制御を説明する図である。図１７、図１９、図２１、および図２３は、パターン（ｅ）〜（ｈ）における、位相変調素子アレイの領域分けとチャネルが占有する周波数帯域幅との関係を示す模式図である。図１８は、図１７に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフであり、図２０は、図１９に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフであり、図２２は、図２１に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフであり、図２４は、図２３に示される共用素子列Ｘ_１２の位相変調量を示すグラフである。なお図１７、図１９、図２１、および図２３では、位相変調素子アレイの領域分け（Ａ_１，Ａ_２）における位相変調のパターンをハッチングで表示し、同一のハッチングが施された位相変調素子は同一角度で光信号を反射（回折）するような位相変調パターンが印加されていることを意味している。

図１７および図１８に示されるように、第２実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン（ｅ）では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンが領域Ａ_２のパターンと同一である。したがって、図１７上段のスペクトラムに示されるように、パターン（ｅ）では、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられた周波数の光信号のすべてがチャネルｃｈ_２の周波数帯域に割り当てられている。

一方、図１９および図２０に示されるように、第２実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン（ｆ）では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンがＹ軸の点Ｙ_ｆ１，Ｙ_ｆ２，Ｙ_ｆ３，Ｙ_ｆ４，Ｙ_ｆ５を境界に分割され、交互に異なる位相変調のパターンが印加されている。また、点Ｙ_ｆ１，Ｙ_ｆ２，Ｙ_ｆ３，Ｙ_ｆ４，Ｙ_ｆ５を境界に分割された各領域は、それぞれが領域Ａ_１または領域Ａ_２の何れかの位相変調パターンと同一である。結果、図１９上段のスペクトラムに示されるように、パターン（ｆ）では、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられた周波数の光信号が、チャネルｃｈ_１とチャネルｃｈ_２の周波数帯域に分割されて割り当てられている。

先述のように、位相変調素子アレイ４０の共用素子列Ｘ_１２に照射される光信号の強度は均一ではない。そこで第２実施形態では、共用素子列Ｘ_１２の分割数を増やし、光信号の強度分布の影響を相殺し得るように構成されている。すなわち、光信号の強度分布に応じて、複数に分割する領域の範囲や比率を調整することにより、光信号の強度が高い部分に対してチャネルｃｈ_１とチャネルｃｈ_２とに割り当てる領域をより細かく設定し得るので、より高分解能な周波数帯域幅の制御が実現できる。

同様に、図２１および図２２に示されるように、第２実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン（ｇ）では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンがＹ軸の点Ｙ_ｇ１，Ｙ_ｇ２，Ｙ_ｇ３，Ｙ_ｇ４，Ｙ_ｇ５を境界に分割され、交互に異なる位相変調のパターンが印加されている。また、点Ｙ_ｇ１，Ｙ_ｇ２，Ｙ_ｇ３，Ｙ_ｇ４，Ｙ_ｇ５を境界に分割された各領域は、それぞれが領域Ａ_１または領域Ａ_２の何れかの位相変調パターンと同一である。結果、図２１上段のスペクトラムに示されるように、パターン（ｇ）では、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられた周波数の光信号が、チャネルｃｈ_１とチャネルｃｈ_２の周波数帯域に分割されて割り当てられている。

さらに、図２３および図２４に示されるように、第２実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン（ｈ）では、共用素子列Ｘ_１２の位相変調のパターンが領域Ａ_１のパターンと同一である。したがって、図２３上段のスペクトラムに示されるように、パターン（ｈ）では、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられた周波数の光信号のすべてがチャネルｃｈ_１の周波数帯域に割り当てられている。

以上説明した第２実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン制御では、隣接するチャネルｃｈ_１およびチャネルｃｈ_２のために割り当てられた位相変調素子アレイ４０の領域Ａ_１と領域Ａ_２の間に設けられた共用素子列Ｘ_１２に対し、チャネルｃｈ_１のための位相変調パターンの領域とチャネルｃｈ_２のための位相変調パターンの領域とに分割して制御しているので、共用素子列Ｘ_１２に割り当てられた周波数よりも周波数分解能が高い制御が達成されている。

また、第２実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン制御では、共用素子列Ｘ_１２における分割された各々の領域の位相変調パターンが、領域Ａ_１または領域Ａ_２の何れかの位相変調パターンと同一であるので、チャネルｃｈ_１およびチャネルｃｈ_２の周波数帯域の端部における挿入損失のスペクトラム特性が乱れることが抑制されている。さらに、共用素子列Ｘ_１２の分割数が多いので、光信号の強度の偏りを相殺し得るように構成されている。すなわち、光信号の強度分布に応じて、複数に分割する領域の範囲や比率を調整することにより、光信号の強度が高い部分に対してチャネルｃｈ_１とチャネルｃｈ_２とに割り当てる領域をより細かく設定し得るので、より高分解能な周波数帯域幅の制御が実現できる。

第２実施形態に係る位相変調素子アレイ４０の位相変調のパターン制御では、入力部５１と変換部５２と記憶部５３と制御部５４とを備える制御機器５０によって実行されるので、等周波数間隔で周波数帯域の制御を行うことができる。先述のように位相変調素子アレイ４０の共用素子列Ｘ_１２に照射される光信号の強度はＹ軸（スイッチ軸）方向に関して一定ではないが、共用素子列Ｘ_１２に照射される光信号のＹ軸（スイッチ軸）方向に関する強度分布に応じた最適な分割比率を記憶部５３に格納しておくことで、入力部５１に入力された等周波数間隔の入力情報を変換部５２が記憶部５３に格納された変換テーブルを参照しながら位相変調量に変換し、制御部５４が位相変調素子アレイ４０の各単位位相変調素子に適切な電圧を印加することができる。

以上説明したように、本発明の実施形態にかかる光信号選択装置および光信号選択装置の制御方法によれば、光偏光器の１素子列に割り当てられた周波数よりも分解能が高い周波数帯域幅の制御をすることができるので、光ネットワークの効率化や柔軟性を高めることができる。また、光偏光器の１素子列に割り当てられた周波数よりも分解能が高く、かつ、周波数帯域の端部形状が乱れることがないので、周波数効率を落とすことなく隣接チャネル間のマージンを動的に有効活用することができる。例えば、隣接するチャネルの設定によらず、経路切替えやアテネーションの制御を個別に行うことができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０ 入出力光ファイバアレイ
１１_１〜１１_ｍ 光ファイバ
１２_１〜１２_ｍ フェルール
２０ 波長分光器
３０ 集光レンズ
４０ 位相変調素子アレイ
５０ 制御機器
５１ 入力部
５２ 変換部
５３ 記憶部
５４ 制御部
１００ 光信号選択装置

Claims (6)

1. 複数の光ファイバが所定のスイッチ方向に沿って配列した入出力光ファイバアレイと、
   前記入出力光ファイバアレイから入力された光信号を前記スイッチ方向と略垂直の分光方向に分光する波長分光器と、
   前記分光方向と前記スイッチ方向とに配列された２次元アレイ素子を有し、前記分光された光信号を、前記スイッチ方向の所定の角度に反射し、所望の入出力光ファイバアレイに結合する光偏向器と、
   隣接する第１のチャネルおよび第２のチャネルのために割り当てられた前記光偏向器の素子面の前記分光方向に分割された第１の領域と第２の領域に対し、それぞれ前記第１のチャネルのための角度と前記第２のチャネルのための角度とに前記光信号を反射するように制御し、かつ、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた共用素子列に対し、前記第１のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第２のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域とに分割して制御する制御機器と、
   を備えることを特徴とする光信号選択装置。
2. 前記光偏向器は、前記スイッチ方向と前記分光方向とに位相変調素子が配列された位相変調素子アレイであって、
   前記位相変調素子に周期的な位相変調を印加して、前記位相変調素子アレイに位相変調のパターンを形成し、前記パターンは前記位相変調素子アレイに照射された前記光信号を前記所定の角度で回折することを特徴とする請求項１に記載の光信号選択装置。
3. 前記共用素子列における前記第１のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第１の領域とは、前記位相変調のパターンが同一であり、かつ、前記共用素子列における前記第２のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第２の領域とは、前記位相変調のパターンが同一であることを特徴とする請求項２に記載の光信号選択装置。
4. 前記共用素子列における前記第１のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第２のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域とは、前記スイッチ方向に関して２分割されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の光信号選択装置。
5. 前記共用素子列における前記第１のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第２のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域とは、前記スイッチ方向に関して複数分割され、交互に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の光信号選択装置。
6. 複数の光ファイバが所定のスイッチ方向に沿って配列した入出力光ファイバアレイと、
   前記入出力光ファイバアレイから入力された光信号を前記スイッチ方向と略垂直の分光方向に分光する波長分光器と、
   前記分光方向と前記スイッチ方向とに配列された２次元アレイ素子を有し、前記分光された光信号を、前記スイッチ方向の所定の角度に反射し、所望の入出力光ファイバアレイに結合する光偏向器と、
   前記光偏光器を制御する制御機器とを備える光信号選択装置の制御方法であって、
   前記制御機器が、隣接する第１のチャネルおよび第２のチャネルのために割り当てられた前記光偏向器の素子面の前記分光方向に分割された第１の領域と第２の領域に対し、それぞれ前記第１のチャネルのための角度と前記第２のチャネルのための角度とに前記光信号を反射するように制御し、
   前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた共用素子列に対し、前記第１のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域と前記第２のチャネルのための角度に前記光信号を反射する領域とに分割して制御する、
   ことを特徴とする光信号選択装置の制御方法。