JP2016057408A - 光入出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信者の変更や送電網の状況が変化した際に、それに合わせて信号光の分岐比を可変に設定できる光入出力装置を提供する。
【解決手段】信号光の入出力を行う、１チャンネルの第１のポート１１および複数チャンネルの第２のポート１６−１〜ｎと、マトリックス状に平面配列された複数の画素１４を有し、第１のポートから入力された信号光に対して、画素位置に応じて設定された位相値に基づいた位相変化量を各画素で与えて空間位相変調することにより光を偏向する位相変調素子１４と、第２のポートの複数のチャンネルのうちの２つ以上の所望のチャンネルに信号光が光結合するように位相変調素子の各画素に設定する位相パタンを生成するパタン生成部と、前記生成した位相パタンを前記位相変調素子の各画素の駆動信号に変換して、該駆動信号に従い前記位相変調素子の画素を駆動する駆動部とを備える光入出力装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ネットワークに使用する光入出力装置に関する。

近年、光通信網を用いた映像の配信が活発に行われ始めた。映像の配信では、複数のユーザーに同一の情報を送信するため、送信途中で一つの信号光を他方路に分岐して送信する方が、個別に送信するよりもネットワークを効率的に利用することができる。

多分岐を行う代表的な装置として、スプリッタがある。このデバイスでは、一方路から送られた信号を他方路に決められた強度比で分岐することができる。しかしながら、スプリッタを利用する場合、送信先のユーザーがサービスを利用しなくなった場合、そのまま信号を送信し続けてはその分過剰なロスが発生してしまい、無駄となってしまう。これを避けるためには分岐数と分岐比の異なるスプリッタと交換しなければならない。

信号光の経路を変更することができるデバイスとして、光スイッチがある。光スイッチの中でも自由空間上で光の方路を切り替える空間光学系光スイッチは高密度実装や消費電力低減化の観点から他方式に比べて優れており、近年技術開発が進展している。

空間光学系光スイッチの基本構成について述べる。一般的に空間光学系光スイッチは、入力ファイバと出力ファイバの間の自由空間上にいくつかのレンズと光ビームの進行方向を変える光ビーム偏向素子から構成される。代表的な光スイッチとして、入出力ファイバアレイとコリメートレンズアレイ、２組の光ビーム偏向素子群から構成される光クロスコネクトスイッチ（ＯＸＣ）や入出力ファイバアレイとコリメートレンズアレイ、レンズ群、分散素子、ビーム偏向素子群からなる波長選択スイッチ（ＷＳＳ）などがある。

上記のような光スイッチでは、通常、多方路に分岐したスイッチングや、多方路間の分岐比を動的に変更することはできない。ユーザーのサービス変更や、入れ替わりによる最適な分岐比変更に対応するためには、多方路に分岐することができ、かつ動的に分岐比を変更することができる光スイッチが重要となる。

特開２０１４−３５３７７号公報

Y. Sakamaki et al,ECOC 2011 Technical Digest, Th.12.A.3. (2011)

マルチキャスト配信では、送信する距離などにより必要な信号光強度が異なる。信号光の強度を有効に活用するためには、必要なだけの光を各送信先に割り振ることが重要となる。また、受信者の変更や伝送網の状況が変化した際には、それに合わせて分岐比を変化させることが出来ることが求められる。しかしながら、従来のようなスプリッタでは、分岐比を可変にすることが困難となる。

本発明は上記従来の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、信号光の分岐比を可変とすることにより、受信者の変更や伝送網の状況が変化した際には、それに合わせて分岐比を設定することができる光入出力装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、信号光の入出力を行う、１チャンネルの第１のポートおよび複数チャンネルの第２のポートと、マトリックス状に平面配列された複数の画素を有し、前記第１のポートから入力された信号光に対して、画素位置に応じて設定された位相値に基づいた位相変化量を前記各画素で与えて空間位相変調することにより光を偏向する位相変調素子と、前記第２のポートの複数のチャンネルのうちの２つ以上の所望のチャンネルに前記信号光が光結合するように前記位相変調素子の各画素に設定する位相パタンを生成するパタン生成部と、前記生成した位相パタンを前記位相変調素子の各画素の駆動信号に変換して、該駆動信号に従い前記位相変調素子の画素を駆動する駆動部とを備え、前記パタン生成部は、前記第２のポートの前記信号光を光結合する２つ以上のチャンネルの位置に基づいて２つ以上の周期性位相パタンを決定し、該決定した２つ以上の周期性位相パタンを重畳することにより前記位相変調素子の各画素に設定する前記位相パタンを生成することを特徴とする光入出力装置である。

第１の実施形態の入出力装置についてｘ軸方向から見た概略構成を示す図である。 位相変調素子の構成例を示す図である。 基準となる出力ポートに光を結合させるための位相パタンの例と、その位相パタンでの反射型の位相変調素子からの回折の例を示す図である。 （ａ）は単一の周期性位相パタンによる偏向特性の例を示す図であり（ｂ）は２つの周期性位相パタンを重畳した場合の偏向特性の例を示す図である。 （ａ）は複数の領域毎に異なる位相パタンを設定した位相変調素子の例と、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれの領域における周期性位相パタンと位相変化の例を示す図である。 第２の実施形態の入出力装置についてｘ軸方向から見た概略構成を示す図である。 波長選択制のある光学構成の場合の位相変調素子の構成例を示す図である。 第３の実施形態の入出力装置についてｘ軸方向から見た概略構成を示す図である。 第４の実施形態の入出力装置についてｘ軸方向から見た概略構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
［光入出力装置の構成］
まず、本実施形態の光入出力装置について説明する。図１は、第１の実施形態の入出力装置についてｘ軸方向から見た概略構成を示す図である。図１に示す例では、信号光を入出力するポートが配列する方向をｙ軸、信号光が伝搬する方向をｚ軸としている。入力光（信号光）は光ファイバ１１を介して空間に出射され、コリメートレンズ１２を介し、光学素子１３に与えられる。光学素子１３からの出射光は位相変調素子（位相変調器）１４によって位相変調素子１４への入射位置に応じた位相変化を与えられた後反射され、再び光学素子１３を経由して、コリメートレンズ１２、１５−１〜１５−ｎおよび光ファイバ１１、１６−１〜１６−ｎへ入力される。信号光は、位相変調素子１４に設定された位相パタンに応じて光学素子１３に反射して出力する位置および強度が選択され、複数の光ファイバ１６−１〜１６−ｎのうちの所定の光ファイバ１６ｍから任意の強度で出力される。

本実施形態の光入出力装置では、光ファイバ１１とコリメートレンズ１２と光学素子１３とで構成される経路（チャンネル）が第１のポートを形成し、光学素子１３とコリメートレンズ１２、１５−１〜１５−ｎと、光ファイバ１１、１６−１〜１６−ｎとで構成される経路（チャンネル）が第２のポートを形成する。すなわち、第１のポートは１つのチャンネルで構成されているのに対し、第２のポートは複数のチャンネルで構成されている。

光学素子１３としては、入力された光を位相変調素子１４に向けて出射するように信号光の出射方向を変換する手段を用いることができ、例えばレンズや、プリズムや、回折格子などを用いることができる。光学素子１３としては、光ファイバ１１、コリメートレンズ１２を介して光学素子１３に入力された光の、ｙ軸上の位置により位相変調素子１４に入射する際の角度が変化するように変換する手段を用いることができ、例えばレンズや、プリズムや、凹面ミラー、回折格子などを用いることができる。

［位相変調器の構成］
次に、この光入出力装置で用いられる位相変調素子１４について詳細に説明する。図２は、反射型の位相変調素子をｚ軸方向から見た場合の構成（光照射領域）を示す図である。位相変調素子１４はｘｙ平面上にマトリクス状に配列されたｐ×ｑ個の各画素において光の位相を独立に制御可能とされた多数の画素４１−１１〜４１−ｐｑと、各画素の位相を制御するドライバ素子４２と、裏面に反射部４３とを具備する。上記の光入出力装置において、位相変調素子に光を入射した場合の光照射領域は図２に示す領域Ｒのようになる。領域Ｒ内の各画素４１−１１〜４１−ｐｑに特定の位相パタンを与えることによって出射光（信号光）の波面を制御し、出射光の進行方向及びその方向の光パワーの制御を行うことが出来る。

位相変調素子１４は、例えばＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いて実現可能である。本素子では、液晶材料の配向方向を、ドライバ電極に印加する電圧で制御可能であり、これによって入力信号が感じる液晶の屈折率を変化させることにより出射する光の位相を制御することが可能である。表面電極を透明電極とし、裏面電極を反射電極とすることで反射型の位相変調器が実現可能である。液晶材料の代わりに電気光学効果を示す材料を用いても構わない。位相変調素子１４は、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーを用いても実現可能である。例えば電圧を印加することで、各画素の位置に対応するミラーをｚ軸方向へ変位させることで画素ごとに光路長を変化させ、位相を制御することが可能である。

本実施形態の入出力装置では、図示されていないが、ドライバ素子４２に接続された位相パタン生成手段が設けられている。位相パタン生成手段が第２のポートの所望のチャンネルに信号光が光結合するような位相パタンを生成し、ドライバ素子４２がこの生成した位相パタンを駆動信号に変換して、変換した駆動信号に基づいて位相変調素子１４の各画素を駆動することにより、第２のポートの所望のチャンネルに光結合することができる。位相パタン生成手段における位相パタンの生成手法について以下に述べる。

［位相パタンの生成方法］
位相変調素子によって、第２の出力ポートの複数のチャンネルのうちの所望のチャンネルを選択して信号光の光結合をする位相パタンの生成方法について説明する。まず、基準となる１つのチャンネル（基準チャンネル）を選択する手法について説明する。図３は、基準となる１つのチャンネルに光を結合させるための位相パタンの例と、反射型の位相変調素子からの回折の例を示す図である。チャンネルの選択は、例えば位相変調素子に入射される光の回折角を制御することによって行われる。設定する位相を図３のようにのこぎり形状５１にすることで、図３のように位相変調素子からの出射波の回折角を制御可能である。ここで、回折角度θ_０、すなわち位相変調素子の法線方向に対する出射光のなす角度θ_０は、
ｓｉｎθｉｎ十ｓｉｎθｏ＝ｍ・λ／Λ 式（１）
で与えられる。ただし、式（１）においてθｉｎは位相変調素子の法線方向に対する入射光のなす角度、ｍは回折次数、λは入射光の波長、Λは位相パタンの１周期の長さとする。

ここで、位相変調を受けた際の光の波面を考える。簡単のため、θｉｎ＝０で考える。
上記のような位相変調を受けた場合には、位相変調素子に入射した光に、式（２）のような線形の位相シフトが空間的に与えられる。

これにより波面が傾き、光が偏向される。

基準チャンネルの位置に基づいて出射光のなすべき角度θ_０を決めて上記式（１）を満たす周期Λの周期性位相パタンを決定し、決定した周期Λの位相パタンを位相変調素子に与えるよう設定することによって、第２のポートの基準チャンネルに光結合することができる。基準チャンネルに光結合が得られるように、Λを変化させてθｏを調整してもよい。

また、上記式（１）を満たすθｏの位置に第２のポートの基準チャンネルを配置することで基準チャンネルに出力する構成としてもよい。実際のチャンネルの配置は、式（１）に応じて設定されればよく、上記式（１）により決定される位置よりも多少のズレがあってもよい。ズレがある場合、上記位置からのズレが多いほどアッテネーション量が増加することになる。

次に、第２のポートの基準チャンネル以外のチャンネルを選択して信号光の光結合をする手法を説明する。上記式（１）を用いて第２のポートの基準チャンネルの位置に基づいて決定された基準となる周期Λの周期性位相パタンに対し、異なる周期ｗの周期性位相パタンを重畳させた位相パタンを設定することにより、複数のチャンネルに信号光を光結合する。基準となる周期Λの周期性位相パタンも異なる周期ｗの周期性位相パタンも共にのこぎり波である場合を例に挙げて説明する。

第２のポートの基準チャンネルへの光結合が得られるような位相パタンは、例えば、図４（ａ）の上段に示すようなのこぎり形状の周期性位相パタン６１であり、のこぎり波は周期がΛ、振幅が２πである。この位相パタンのみが存在する場合、図４（ａ）の下段に示すように出力ポート方向θｏへのみ光が出射する。この周期性位相パタンに対して、図４（ｂ）の上段に示すように、重畳するのこぎり波の１周期中の位相φが
φ＝ｋ×ｙ％ｗ 式（３）
（％は剰余演算子を表す）
となるような周期性位相パタン６２を重畳すると、図４（ｂ）の下段に示すようにθｓの角度方向にピーク６４が現れ、ピーク６３の光パワーを分配することが出来る。ここで、ｗは重畳する周期性位相パタンの１周期の長さ、ｋは定数とすると、光結合が得られる位置への出射角θｓは、次式（４）で表すことが出来る。
θｓ＝θｏ＋ａｒｃｓｉｎ （ｍ・λ／ｗ） 式（４）
ｍは回折の次数であり、整数である。ここで、Δθｓ＝θｓ−θｏと定義する。式（４）において第２のポートのチャンネルが配置されている角度方向にθｓがあうようにｗを選ぶことにより、１入力に対してθｓ方向、θｏ方向に配置されたチャンネルそれぞれに信号光を光結合することが可能となる。言い換えると、式（４）より、θｏを基準にとれば、Δθｓ＝ａｒｃｓｉｎ（ｍ・λ／ｗ）の位置に出力ポートを配置することで所定のチャンネルに光結合することができる。実際のチャンネルの配置は、式（４）に応じて設定されればよく、上記式（４）により決定される位置よりも多少のズレがあってもよい。ズレがある場合、上記位置からのズレが多いほどアッテネーション量が増加することになる。

上記式（４）は、位相変調素子による位相シフトを示す式を周波数展開することでも導くことができる。ここで、位相変調を受けた際の光の波面を考える。上記のような位相変調を受けた場合には、位相変調素子に入射した光に、式（５）のような位相シフトが空間的に与えられる。

ここで、Ｊｍは強度比を示す係数である。式（５）より、傾きθｏの角度の他に、式（４）で表される角度θｓに光が回折される。

なお、第２のポートのチャンネルのｙ軸方向（ポートの並列方向）の大きさによって決まる最大値θｍａｘと最小値θｍｉｎによって、ｗの下限値を決定することができる。ｗの範囲は第２のポートのチャンネルが配置されている角度θｓと角度θｏとのなす角Δθｓが最大値θｍａｘと最小値θｍｉｎの範囲内になるように設計される。θｏがθｍｉｎ〜θｍａｘの範囲内にある場合、θｓがθｍｉｎ〜θｍａｘに入る条件は｜ａｒｃｓｉｎ（ｍ・λ／ｗ）｜＜θｍａｘ−θｍｉｎである。ｍは整数のため、常に｜ａｒｃｓｉｎ（ｍ・λ／ｗ）｜≧｜ａｒｃｓｉｎ（λ／ｗ）｜であり、第２のポートの複数のチャンネルに光結合させるために重畳させる周期性位相パタンの周期ｗは、ｗ＞λ／ｓｉｎ（θｍａｘ−θｍｉｎ）の範囲内になる。

また、式（３）は、さらに任意の定数ｂを用いて位相φを
φ＝ｋ×（ｙ％ｗ）＋ｂ 式（６）
と表すことにより、初期位相を含んだ形式で書き換えることができる。したがって、式（３）により決定した基準の周期Λを有する周期性位相パタンに式（６）により決定した追加する周期ｗ_１を有する周期性位相パタンを重畳したうえに、更に異なる周期ｗ_２を持つ１周期中の位相φ_２が、
φ_２＝ｋ_２×（ｙ％ｗ_２）＋ｂ_２ 式（７）
で表される周期性位相パタンを重畳して生成した位相パタンを設定することにより
θ_ｓ２＝θ_ｏ＋ａｒｃｓｉｎ（ｍ×λ／ｗ_２） 式（８）
の角度方向に配置されたチャンネルにも、更に光結合させることが可能となり、３ポートへの同時出力が可能となる。同様に、互いに異なる周期を持った４つ以上の周期性位相パタンを重畳することにより４ポート以上への同時出力が可能である。すなわち、上記のとおり信号光を光結合したいチャンネルの位置に基づいて周期性位相パタンの周期を決定し、この決定した互いに異なる周期の複数の周期性位相パタンを重畳して位相変調素子に設定する位相パタンを生成すればよい。

なお周期性位相パタンはのこぎり波だけでなく、正弦波、矩形波のいずれか、あるいはこれらを組み合わせた波形でもよい。また重畳する周期性位相パタンごとに波形が異なっていてもよい。

［出力光強度比の調整］
次に第２のポートの複数のチャンネルに結合させた際の、出力強度比を調整する手法について説明する。

式（４）のｋ、および式（７）のｋ_２を変化させて重畳する周期性位相パタンの振幅を制御することで、基準となる周期性位相パタンによる出射方向の光パワーと重畳した周期性位相パタンによる出射方向の光パワーの比を制御することが可能である。すなわち、第２のポートのチャンネル毎の分岐比を設定することが可能となる。これは、３つ以上の周期性位相パタンを重畳する場合にも同様に第２のポートのチャンネル毎の分岐比を設定できる。

また、位相変調素子１４を複数の領域に分け、各領域に異なる周期の周期性位相パタンを設定することで第２のポートの複数のチャンネルへ出力することが可能である。図５では、領域ＡにΛ１の周期を持つ周期性位相パタンを、領域ＢにΛ２の周期を持つ周期性位相パタンを設定することで、（式９）、（式１０）で決まるθ_ｏ１とθ_ｏ２に同時に光を回折する。
ｓｉｎθｉｎ十ｓｉｎθｏ１ ＝ｍ・λ／Λ１ 式（９）
ｓｉｎθｉｎ十ｓｉｎθｏ１ ＝ｍ・λ／Λ２ 式（１０）

図５の領域Ａと領域Ｂそれぞれの広さと位置を変更することにより、θ_ｏ１とθ_ｏ２それぞれに回折される光の強度を調整可能である。同じ広さであれば、光強度の強い位置に存在するほどその領域に応じた回折光が強くなり、光強度が同じであれば、範囲が広いほどその領域に応じた回折光が強くなる。

本実施形態の光入出力装置によれば、複数の周期性位相パタンを重畳することで、その周期に対応した方向へ光パワーを分配して複数チャンネルへの信号光の出力が可能になる。また、重畳する周期性位相パタンの振幅を制御することにより、高精度な光強度の制御を行うことができる。

以上説明したとおりに位相変調素子１４を設定することによって、第１のポートから信号光を入力すると、第２のポートの複数のチャンネルのうちの所定のチャンネルに光結合して出力することができるが、信号光の入力と出力の方向を入れ替えてもよい。すなわち、第２のポートの複数のチャンネルのうちの所定のチャンネルから信号光を入力すると、第１のポートに光結合して出力される。第２のポートから信号光を入力する場合は、互いに異なる出力チャネルからの信号光は、互いの信号光が干渉しないように互いに時間をずらして入力すればよい。信号光信号光を第２のポートから入力して第１のポートへ光結合する際の入力チャネルごとの第１のポートへの結合率の比は、光を分割する際の分岐比と同じである。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態の入出力装置についてｘ軸方向から見た概略構成を示す図である。この実施形態では、コリメートレンズ１２から位相変調素子１４の間に波長分散素子１７を配置した点で第１の実施形態とは異なっている。第１の実施形態の入出力装置と異なる部分のみ説明する。波長分散素子１７は、コリメートレンズ１２、１５−１〜１５−ｎと光学素子１３との間か、または光学素子１３と位相変調素子１４との間かのいずれの位置に配置してもよい。

この実施形態では、入力する信号光は、例えば波長λｐ〜λｑまでを束ねるＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光を用いることができる。図６に示す例では、コリメートレンズ１２、１５−１〜１５−ｎ及び光学素子１３の間に波長分散素子１７を配置し、波長ごとに集光位置が異なるようにし、波長ごとに異なる出力ポートや光強度を選択可能としている。波長分散素子１７は紙面垂直方向に回折性能を有しており、入力光の波長により位相変調素子１４の紙面垂直方向に異なる位置に光を照射してもよい。

この実施形態で用いる位相変調素子１４は、図７に示すように、複数の領域ごとに、位相パタンを独立に制御する構成とすることができる。すなわち本実施形態の位相変調素子１４では波長チャネルに分解した光照射領域が形成される。また、入射光をＷＤＭ信号とし、回折格子でｘ軸方向（例えば図６の紙面垂直方向）に分散させる場合、その入射領域は、図７に示すように波長チャンネル毎に異なり、ｘ軸方向に並列した領域Ｒｌ〜Ｒｎのようになる。この場合、領域Ｒ１〜Ｒｎの位相パタンを独立に制御することで波長チャンネルごとに異なる出力ポート、出力光強度を設定可能である。

本実施形態では波長選択性を持つ光学構成であるので、異なる波長の信号は位相変調素子１４上の異なる領域に照射される。そのため、これらの領域ごとに異なる周期性位相パタンを重畳して生成した位相パタンを設定することにより、波長ごとに異なる出力ポートや光強度を選択可能となる。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態の入出力装置についてｘ軸方向から見た概略構成を示す図である。第１の実施形態では、反射型の位相変調素子を用いていたが、この実施形態では、透過型の位相変調素子を用いて光入出力装置を構成している。図８は、ｘ軸方向から見た透過型位相変調素子を用いた光入出力装置の構成例を示すものである。第３の実施形態の入出力装置について第１の実施形態の入出力装置と異なる部分のみ説明する。

本実施形態の光入出力装置では、図８に示すように、入力側から、光ファイバ２１と、コリメートレンズ２２と、光学素子２３と、位相変調素子２４と、光学素子２５と、コリメートレンズ２６−１〜２６−ｎと、光ファイバ２７−１〜２７−ｎとが配置されて構成されている。

位相変調素子２４は、反射型の位相変調素子で構成されている。すなわち、第１の実施形態の位相変調素子１４とは異なり、ドライバ素子４２の裏面に反射部４３が設けられていないため、光ファイバ２１側から入射された光は、位相変化を与えられた後、光ファイバ２７−１〜２７−ｎ側に透過する。位相変調素子２４には、第１の実施形態の位相変調素子１４と同様に表面および裏面には電極が設けられているが、位相変調素子２４では表面及び裏面電極の両方を透明電極とすることで、透過型位相変調器が実現可能である。反射型である位相変調素子１４では、上述したとおり、位相変調素子１４に入射した光が、入射面における法線方向に対して所定の角度（θ_０、θｓ）で出射されていたが、透過型である位相変調素子２４では、位相変調素子２４に入射した光が、入射面とは反対の面における法線方向に対して所定の角度（θ_０、θｓ）で出射される点が異なるが、それ以外は反射型の位相変調素子１４と同様に機能する。

図８の構成では、図示左手の１本の光ファイバ２１からの入力光が、出力されるチャンネルおよび出力光強度が調整された後、図示右手の複数の光ファイバ２７−１・・・２７−ｎのうちの所定のものに出力される。入力光は光ファイバ２１を介して空間に出射され、コリメートレンズ２２を介し、第１の光学素子２３に入射される。第１の光学素子２３からの出射光は位相変調素子２４によってその入射位置に応じた位相変化が与えられた後、第２の光学素子２５へと透過する。位相変調素子２４を透過した光は、コリメートレンズアレイ２６−１〜２６−ｎを介して、光ファイバ２７−１〜２７−ｎへ接続する。信号光は、位相変調素子２４の各素子へ与えられた位相パタンによって第２の光学素子２５に接続する出力ポート及び光強度が選択されることにより、複数の光ファイバ光ファイバ２７−１〜２７−ｎのうちの所定の光ファイバ２７ｍから任意の強度で出力される。

以上説明したとおりに位相変調素子２４を設定することによって、第１のポートから信号光を入力すると、第２のポートの複数のチャンネルのうちの所定のチャンネルに光結合して出力することができるが、信号光の入力と出力の方向を入れ替えてもよい。すなわち、第２のポートの複数のチャンネルのうちの所定のチャンネルから信号光を入力すると、第１のポートに光結合して出力される。出力ポートから信号光を入力する場合は、互いに異なる出力チャネルからの信号光は、互いの信号光が干渉しないように互いに時間をずらして入力すればよい。信号光を第２のポートから入力して第１のポートへ光結合する際の入力チャネルごとの第１のポートへの結合率の比は、光を分割する際の分岐比と同じである。

（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態の入出力装置についてｘ軸方向から見た概略構成を示す図である。この実施形態では、コリメートレンズ２２から位相変調素子２４の間および位相変調素子２４からコリメートレンズ２６−１〜２６−ｎの間に波長分散素子２８、２９を配置した点で第３の実施形態とは異なっている。第４の実施形態の入出力装置について第３の実施形態の入出力装置と異なる部分のみ説明する。

この実施形態でも第２の実施形態と同様に、入力する信号光は、例えば波長λｐ〜λｑまでを束ねるＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光を用いることができる。図９に示すように、コリメートレンズ２２および光学素子２３の間に波長分散素子２８を配置するとともにコリメートレンズ２６−１〜２６−ｎおよび光学素子２５の間に波長分散素子２９を配置して、波長ごとに集光位置を異なるようにし、波長ごとに異なる出力ポートや光強度を選択可能とすることができる。図９では、波長分散素子は紙面垂直方向に回折性能を有しており、入力光の波長により位相変調素子１４の紙面垂直方向に異なる位置に光を照射している。波長分散素子２８、２９は光学素子２３と位相変調素子２４の間、および位相変調素子２４と光学素子２５の間に配置してもよい。

１１、１６−１〜１６−ｎ 光ファイバ
１２、１５−１〜１５−ｎ コリメートレンズ
１３ 光学素子
１４ 位相変調素子
１７ 波長分散素子
２１、２７−１〜２７−ｎ 光ファイバ
２２、２６−１〜２６−ｎ コリメートレンズ
２３、２５ 光学素子
２４ 位相変調素子
２８、２９ 波長分散素子
４１−１１〜４１−ｐｑ 画素
４２ ドライバ素子
４３ 反射部

Claims (6)

1. 信号光の入出力を行う、１チャンネルの第１のポートおよび複数チャンネルの第２のポートと、
   マトリックス状に平面配列された複数の画素を有し、前記第１のポートから入力された信号光に対して、画素位置に応じて設定された位相値に基づいた位相変化量を前記各画素で与えて空間位相変調することにより光を偏向する位相変調素子と、
   前記第２のポートの複数のチャンネルのうちの２つ以上の所望のチャンネルに前記信号光が光結合するように前記位相変調素子の各画素に設定する位相パタンを生成するパタン生成部と、
   前記生成した位相パタンを前記位相変調素子の各画素の駆動信号に変換して、該駆動信号に従い前記位相変調素子の画素を駆動する駆動部とを備え、
   前記パタン生成部は、前記第２のポートの前記信号光を光結合する２つ以上のチャンネルの位置に基づいて２つ以上の周期性位相パタンを決定し、該決定した２つ以上の周期性位相パタンを重畳することにより前記位相変調素子の各画素に設定する前記位相パタンを生成することを特徴とする光入出力装置。
2. 請求項１に記載の光入出力装置において、
   前記パタン生成部は、前記第２のポートの前記信号光を光結合する２つ以上のチャンネルのうちの１つの基準となる基準チャンネルの位置に基づいて、位相変調素子の法線方向に対する出射する信号光のなすべき角度をθ_０、入射する信号光のなす角度をθｉｎとし、回折次数をｍ、入射光の波長をλとしたときに、ｓｉｎθｉｎ十ｓｉｎθｏ＝ｍ・λ／Λを満たすΛを、前記周期性位相パタンの基準の周期Λと決定し、
   前記第２のポートの前記信号光を光結合する２つ以上のチャンネルのうちの前記基準チャンネル以外の１つ以上の追加のチャンネルの位置に基づいて、前記基準チャンネルと当該追加のチャンネルとがなす角度をθｎ（ｎ＝２〜Ｎ）、入力光の波長をλ、ｍを回折次数としたときに、θｎ=ａｒｃｓｉｎ(ｍ・λ/ｗ_ｎ)を満たすｗ_ｎを前記周期性位相パタンの追加する周期ｗ_ｎと決定し、
   前記決定された異なる周期Λ、ｗ_ｎを有する２つ以上の周期性位相パタンを重畳することにより前記位相変調素子の各画素に設定する前記位相パタンを生成することを特徴とする光入出力装置。
3. 請求項１に記載の光入出力装置において、
   前記位相変調素子の平面内の領域毎に異なる周期を有する周期性の位相パタンが重畳されることを特徴とする光入出力装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の光入出力装置において、
   前記複数の周期性位相パタンがのこぎり波、正弦波、矩形波のいずれか、あるいはこれらを組み合わせた波形であることを特徴とする光入出力装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光入出力装置において、
   前記複数の周期性位相パタンの各振幅の比が、光結合するチャンネルの光結合比により決定されることを特徴とする光入出力装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の光入出力装置において、
   前記パタン生成部で生成する位相パタンは、互いに異なる周期を有する３つ以上の周期性位相パタンを重畳して生成することを特徴とする光入出力装置。

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