JP2017049458A - 光信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏波ダイバーシティ光学系を導波路に集積したＮ−ｉｎ−１＿ＷＳＳを含む光信号処理装置を提供すること。
【解決手段】入出力ポート１１０から光回路基板１０１に入力された波長多重光は、光ビーム入出射回路１２０と１２１から、１３０と１３１で示される２本の光路を伝搬する光として出力される。偏波回転素子１０２を通過した後、これらはシリンドリカルレンズ１０３、回折格子１０４、主レンズ１０５、シリンドリカルレンズ１０６を通過し、ＬＣＯＳ１０７に照射される。このとき、光路１３０、１３１を伝搬するどちらの光も、偏波はＴＥ偏波に揃えられている。ＬＣＯＳ１０７に照射された光は、入出力ポート１１２に光を結合させるように所定の角度で反射される。その後、光路１３０を伝搬した光は外側を周り光路１３３へ繋がり、光路１３１を伝搬した光は内側を周り光路１３２へ繋がり、光は往路と逆順に伝搬する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信ネットワークに用いられる波長選択スイッチを含む光信号処理装置に関する。

インターネットなどのデータ通信ネットワークの爆発的な普及により、光通信ネットワークの大容量化の要求がますます強くなっている。このようなネットワーク需要の拡大に対応するため波長多重通信が実用化されているが、近年は波長毎の方路スイッチングを可能にする波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ）の需要も高まりつつある。特に、方路数の増大と共に、波長選択スイッチをＡｄｄ側、Ｄｒｏｐ側の双方に用いるｒｏｕｔｅ＆ｓｅｌｅｃｔ型のノード構成が主流となる傾向にある。従って、Ａｄｄ側、Ｄｒｏｐ側の波長選択スイッチを複数集積したＮ−ｉｎ−１＿ＷＳＳが要求されつつある。

このような波長選択スイッチには、そのスイッチングエンジンとして、ＬＣＯＳ（Ｌｙｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）が用いられる。ＬＣＯＳは液晶による空間位相変調器であり、精細で柔軟性に富んだスイッチング機能を実現できる。

一方で、ＬＣＯＳはその入射光の偏波に制限が有るという問題を有している。すなわち、一般的にＬＣＯＳへの入射偏波は有る特定の軸に沿った直線偏波であることが求められる。ところが、一般に光通信では、光スイッチに入力される偏波は規定されていないため、偏波ダイバーシティが要求される。

Ｎ−ｉｎ−１＿ＷＳＳの要求への応答としては、特許文献１に開示された波長選択スイッチの発明において、入力部から複数のＷＳＳ毎に異なった角度で光を出射する構成が示されている。さらに、それを簡便に実現する方法として、平面光波回路を用いることが示されている。

図６は、波長選択スイッチの一構成例を示す図である（特許文献１参照）。入力光学系１００１において、入出力ポート群１００５と１００６がそれぞれ異なるＷＳＳに対応する。１００５を入出力ポートに選んだ場合は、図の破線の光路を伝搬し、１００６を入出力ポートに選んだ場合は、図の実線の光路を伝搬する。光は回折格子１００２によってｘ軸方向に波長分離されたのち、主レンズ１００３によってＬＣＯＳ１００４上に集光するが、入出力ポートが１００５と１００６のいずれに属するかにより、ｙ軸上の異なる位置に集光する。そのため、ＷＳＳ毎に独立にスイッチング可能となる。

光はＬＣＯＳ１００４で波長毎に所定の角度で反射され、主レンズ１００３、回折格子１００２を往路と逆順に伝搬し、入力光学系１００１の所定のポートに結合する。この構成により、従来の２−ｉｎ−１＿ＷＳＳの構成に比べ、レンズの１枚化など、光学系の簡素化・低コスト化を実現することができると述べられている。

また、偏波ダイバーシティを実現する方法としては、特許文献２や３に開示される方法がある。特許文献２に開示された波長選択スイッチでは、偏波ダイバーシティ構成をバルクの光学部品で実現しているのに対して、特許文献３に開示される波長選択スイッチでは、偏波ダイバーシティの機能を入力光学系を構成する平面光導波路に集積することで、簡便な構成が実現されている。

図７は、従来の波長選択スイッチの他の構成例を示す図である（特許文献３参照）。図７において、入力部１１１１から光導波路に集積された入力光学系１１０１に入力された光信号は、偏波分離手段１２０１により直交する２つの偏波成分に分離され、そのうち一方は偏波回転手段１２０２によりその偏波面が９０°回転される。

偏波面が同一面に揃えられた光信号は、次にＳＢＴ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｂｅａｍ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）回路１２０３により所望のビーム径、出射方向にビーム整形され、直交する２つの偏波成分として入力光学系１１０１より出力される。それぞれの直交する２つの偏波成分は、点線１１０９および１１１０として明示される。

入力光学系１１０１より出力された光信号は、シリンダレンズ１１０２、１１０３、１１０５および回折格子１１０４を経由してＬＣＯＳ１１０６により所望の方向へ偏向されたのち、シリンダレンズ１１０２、１１０３、１１０５および回折格子１１０４を逆方向に伝搬して、入力光学系１１０１へと入射する。入力光学系１１０１では、再びＳＢＴ回路１２０３により、再度入射した光信号が孤立導波路の基底モードに変換され、偏波合成されたのち、出力部１１１２から出力される。

国際公開２０１５／００８４８９号パンフレット 米国特許第７３９７９８０号明細書 特開２０１４−４８４１１号公報 再表２０１０／１４０３６３号公報

K. Seno, K. Suzuki, N. Ooba, T. Watanabe, M. Itoh, T. Sakamoto, T. Takahashi, "Spatial beam transformer for wavelength selective switch consisting of silica-based planar lightwave circuit," Proceedings of OFC/NFOEC 2012, JTh2A.5

特許文献１に開示されたＷＳＳでは、平面光波回路を用いることで、Ｎ−ｉｎ−１＿ＷＳＳの光学系の簡素化、アライメント作業の除去等の簡便化を図ることができる。しかしながら、そこに開示される構成では、偏波ダイバーシティは捨象されており、実用上は、別途偏波ダイバーシティ光学系を組み込まなくてはならないため、光学系がその分複雑化してしまうという課題がある。

一方、特許文献３に開示された波長選択スイッチでは、特許文献２に開示されたバルク光学部品による偏波ダイバーシティ光学系を有する波長選択スイッチに比べて、偏波ダイバーシティ光学系を光導波路に集積することで、系の簡素化、アライメント作業の除去等の簡便化を図ることができる。しかしながら、そこに開示される構成でも、市場が要求するＮ−ｉｎ−１＿ＷＳＳの構成に対応することができないという課題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、偏波ダイバーシティ光学系を導波路に集積したＮ−ｉｎ−１＿ＷＳＳを含む光信号処理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、本発明は、基板上に形成された導波路を備える光回路基板と、前記光回路基板から出力される光の偏波状態を制御する偏波制御手段と、前記光回路基板から出力された光を前記光回路基板へ再結合させるように光を反射させる光変調手段と、を備えた光信号処理装置であって、前記光回路基板は、１つの第１の入出力ポートから入力された光を直交する異なる第１および第２の偏波に分離して２つの第２の入出力ポートからそれぞれ出力する、少なくとも２つの偏光分離回路と、前記少なくとも２つの偏光分離回路から出力された同一偏波の光が複数の第３の入出力ポートから入力され、入力された複数の光を前記複数の第３の入出力ポートの各々に対応した異なる角度で出力する、少なくとも２つの光ビーム入出射回路と、を含み、前記偏波制御手段は、前記光ビーム入出射回路から出力される光の偏波を前記光変調手段が動作する単一の偏波に制御する、ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光信号処理装置において、前記光回路基板は、入出力ポートがＮ個で１単位とする第４の入出力ポート群をＭ個と、前記偏波分離回路がＮ個で１単位とする偏波分離回路群をＭ個と、前記第３の入出力ポートがＮ個である前記光ビーム入出射回路が２個で１単位とする、光ビーム入出射回路群をＭ個備え、各前記第４の入出力ポート群は、各前記偏波分離回路群の第１の入出力ポートにそれぞれ接続され、各前記偏波分離回路群の、前記第１の偏波を出力するＮ個の第２の入出力ポート群は、各前記光ビーム入出射回路群のうち、第１の前記光ビーム入出射回路のＮ個の第３の入出力ポートにそれぞれ接続され、各前記偏波分離回路群の、第２の偏波を出力するＮ個の第２の入出力ポート群は、各前記光ビーム入出射回路群のうち、第２の前記光ビーム入出射回路のＮ個の第３の入出力ポートにそれぞれ接続された、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光信号処理装置において、前記偏波制御手段は、偏光状態を変化させない第１の領域と偏光を９０°回転させる第２の領域とを有し、前記第１の領域と前記第２の領域は、前記光ビーム入出射回路と同じ配列間隔で交互に繰り返し配置されている、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号処理装置において、前記偏波制御手段は、前記光回路基板の前記光ビーム入出射回路側の光出射端面に接着されている、ことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光信号処理装置において、前記光ビーム入出射回路は、前記第３の入出力ポートにそれぞれ接続された複数の入出力導波路と、前記複数の入出力導波路が異なる角度で一端に接続された第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路の他端に一端が接続されたアレイ導波路と、前記アレイ導波路の他端が接続された第２のスラブ導波路と、を備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光信号処理装置において、前記光ビーム入出射回路は、前記第３の入出力ポートにそれぞれ接続された複数の入出力導波路と、前記複数の入出力導波路が異なる角度で一端に接続されたスラブ導波路と、を備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光信号処理装置において、前記光ビーム入出射回路は、前記第３の入出力ポートにそれぞれ接続された複数の入出力導波路と、前記複数の入出力導波路が平行で一端に接続されたスラブ導波路であって、前記スラブ導波路を伝搬する光の光路上に少なくとも２つの屈折率を有する領域を含むスラブ導波路と、を備えることを特徴とする。

本発明は、Ｎ−ｉｎ−１＿ＷＳＳを含む光信号処理装置において、偏波ダイバーシティ光学系を導波路に集積することで系の簡素化簡便化を可能とする。

本発明の第１の実施形態に係る２−ｉｎ−１＿１×Ｍ＿ＷＳＳを備えた光信号処理装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における光回路基板１０１、偏波回転素子１０２の動作と各光路との関係について説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明における光ビーム入出射回路２０５の実施例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る３−ｉｎ−１＿１×Ｍ＿ＷＳＳを備えた光信号処理装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態における光回路基板１０１、偏波回転素子１０２の動作と各光路との関係について説明するための図である。 従来の波長選択スイッチの一構成例を示す図である。 従来の波長選択スイッチの他の構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するが、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではない。尚、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る２−ｉｎ−１＿１×Ｍ＿ＷＳＳを備えた光信号処理装置の構成を示す図である。２つのＷＳＳをＷＳＳ１、ＷＳＳ２と呼ぶことにする。

光回路基板１０１は光回路基板であり、光ファイバから入力された光を空間に出力し、また空間から入力された光を光ファイバへ出力する。光ファイバとの入出力ポートは、隣接して並べられた、ＷＳＳ１のポート１つとＷＳＳ２のポート１つからなる組が多数並べられた配置になっている。図中、上から奇数番目のポートｋ＝２ｍ−１（ｍ：自然数）ならＷＳＳ１のポート、偶数番目のポートｋ＝２ｍならＷＳＳ２のポートである。入出力ポートの総数は、入出力ポートが１、出力ポートがＭのＷＳＳ２台分であるから、２（Ｍ＋１）個である。

ここで、入出力ポートのうち、図中の１１０〜１１３で示される４つ２組のポートを用いて動作を説明する。１１０、１１２はＷＳＳ１の入出力ポート、１１１、１１３はＷＳＳ２の入出力ポートとする。

光回路基板１０１は、光ビーム入出射回路を１２０〜１２３を含めて２（Ｍ＋１）個備える。図１において、先述の入出力ポートのうち、入出力ポート１１０、１１１の組に対応する光ビーム入出射回路が１２０と１２１、入出力ポート１１２、１１３の組に対応する光ビーム入出射回路が１２２と１２３である。光回路基板１０１の内部構造については後に詳しく述べる。

次に、ＷＳＳ１の動作を説明する。ＷＳＳ１の光路は破線で示される。入出力ポート１１０から光回路基板１０１に入力された波長多重光は、後に説明するように、光ビーム入出射回路１２０と１２１から、それぞれ１３０と１３１で示される互いに平行な２本の光路を伝搬する光として出力される。偏波回転素子１０２を通過した後、これらはシリンドリカルレンズ１０３、回折格子１０４、主レンズ１０５、シリンドリカルレンズ１０６を通過し、ＬＣＯＳ１０７の下半分の領域に照射される。このとき、光路１３０、１３１を伝搬するどちらの光も、偏波はＴＥ偏波に揃えられている。この偏波操作については後述する。

ＬＣＯＳ１０７に照射された光は、出力ポートのうち所望のポート、ここでは入出力ポート１１２に光を結合させるように所定の角度で反射される。尚、ＬＣＯＳ１０７は図中ｙ方向に電界が振動するＴＥ偏波に対してのみ動作するものとする。その後、光路１３０を伝搬した光は外側を周り光路１３３へ繋がり、光路１３１を伝搬した光は内側を周り光路１３２へ繋がり、光は往路と逆順に伝搬する。

光路１３３を伝搬した光は光ビーム入出射回路１２３に、光路１３２を伝搬した光は光ビーム入出射回路１２２に再結合する。これらの光は、光回路基板１０１により統合され、入出力ポート１１２から出力される。ＬＣＯＳ１０７においては、波長毎に紙面垂直方向（ｘ軸方向）に異なる位置に集光しているから、ＬＣＯＳ１０７でのポート選択動作は波長毎に行われ、従って波長選択スイッチとして動作する。

シリンドリカルレンズ１０３、１０６は、図中ｘ方向に曲率を持つシリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズ１０３は、光回路基板１０１から出射された光をコリメートして回折格子１０４に照射し、シリンドリカルレンズ１０６は、分光後の光をＬＣＯＳ１０７上に集光させる役割を担う。

次に、ＷＳＳ２の動作を説明する。ＷＳＳ２の光路は実線で示される。入出力ポート１１１から光回路基板１０１に入力された波長多重光は、ＷＳＳ１と同様、光ビーム入出射回路１２０、１２１からそれぞれ光路１４０と１４１に出力され、シリンドリカルレンズ１０３、回折格子１０４、主レンズ１０５、シリンドリカルレンズ１０６を経て伝搬し、ＬＣＯＳ１０７に達する。このとき、ＷＳＳ１の場合と比べて、光回路基板１０１から出射された時の光線角度が異なることから、ＬＣＯＳ１０７の上半分の領域に照射される。ＬＣＯＳ１０７に照射された光は、入出力ポート１１３に光を結合させるように所定の角度で反射される。その後、光路１４０は外側を周り光路１４３へ繋がり、光路１４１は内側を周り光路１４２へ繋がり、光は往路と逆順に伝搬する。光路１４３を伝搬した光は光ビーム入出射回路１２３に、光路１４２を伝搬した光は光ビーム入出射回路１２２に再結合する。これらの光は光回路基板１０１により統合され、入出力ポート１１３から出力される。

以上のように、ＷＳＳ１とＷＳＳ２は、光回路基板１０１から出射されるビームの角度が異なり、ＬＣＯＳ１０７上で空間的に分離されるため、別々にスイッチングが可能である。

次に、光回路基板１０１、偏波回転素子１０２の動作と各光路との関係について図２を用いて詳しく説明する。

光回路基板１０１には、偏光分離素子２０１、光ビーム入出射回路２０５が形成されており、各入出力ポートが、まず偏光分離素子２０１に接続される。偏光分離素子２０１は、入出力導波路２０２から入力された光を、直交する異なる２つの偏波に分離してそれぞれを入出力導波路２０３、２０４から出力する機能を有する。ここでは、入出力導波路２０３から電界がｙ軸方向に振動するＴＥ偏光、入出力導波路２０４からそれに直交するＴＭ偏光が出力されるものとする。

ここで、第ｋ番目のポートに接続された第ｋ番目の偏光分離素子およびその入出力導波路について、それぞれの２０１〜２０４を２０１（ｋ）〜２０４（ｋ）（ｋ：１、２、・・・、２（Ｍ＋１））のように表すこととする。

光ビーム入出射回路２０５は、入出力導波路２０６、２０７から入力された光を、空間に向けて異なる角度で出射する。入出力導波路２０６から入力された場合は図中右下方向（破線）（光路１３０〜１３３）に、入出力導波路２０７から入力された場合は右上方向（実線）（光路１４０〜１４３）に光を出射する。ここでも同様に、第ｋ番目の光ビーム入出射回路について、それぞれの２０５〜２０７を２０５（ｋ）〜２０７（ｋ）（ｋ：１、２、・・・、２（Ｍ＋１））のように表すこととする。

偏光分離素子２０１と光ビーム入出射回路２０５は、図２に示すように、次のように接続される。すなわち、Ｍ＋１以下の自然数をとるｍに対して、２つの偏光分離素子２０１にまたがる４つの入出力導波路２０３（２ｍ―１）、２０４（２ｍ―１）、２０３（２ｍ）、２０４（２ｍ）が、それぞれ、２つの光ビーム入出射回路２０５にまたがる４つの入出力導波路２０６（２ｍ―１）、２０６（２ｍ）、２０７（２ｍ―１）、２０７（２ｍ）に接続される。

すなわち、機能的な説明によれば、ＷＳＳ１に属する、第（２ｍ−１）番目の入出力ポートと、ＷＳＳ２に属する、第（２ｍ）番目の入出力ポートの組において、光は、偏波分離後、偏波毎に異なる光ビーム入出射回路にまとめられ、そこから、ＷＳＳ毎に異なる所定の角度で空間に出力されるように接続される。第（２ｍ−１）番目の光ビーム入出射回路からはＴＥ偏光が、第（２ｍ）番目の光ビーム入出射回路からはＴＭ偏光が出力される。図中、細線がＴＥ偏光、太線がＴＭ偏光を示す。実線、破線は図１と同じく、それぞれＷＳＳ２とＷＳＳ１を示す。

光回路基板１０１から出射された光ビームは、偏波回転素子１０２を通過する。偏波回転素子１０２は、偏光状態を変化させないガラス部２０８と、偏光を９０度回転させる半波長板部２０９が、光ビーム入出射回路２０５の配列間隔と同じ周期で繰り返し現れるよう構成された偏光回転素子である。ガラス部２０８は偏光状態を変化させず、光を低損失に透過できればガラスでなくても良く、空孔でも良い。

偏波回転素子１０２のｙ方向の位置については、光ビーム入出射回路２０５（２ｍ）から出射される光が半波長板部２０９を通過するように配置される。

偏波回転素子１０２のｚ方向の位置について述べる。図２では、偏光の変化を図示しやすいように光回路基板１０１のあとに隙間を空けた位置に描いているが、偏波回転素子１０２の位置はこれに限らず、出力される偏光に与える影響が同じであればどこでもよい。たとえば、隙間を空けずに、偏波回転素子１０２は光回路基板１０１に光学接着剤などで接着されても良い。また、光回路基板１０１上の光ビーム入出射回路２０５の後段のどこかに埋め込まれても良い。すなわち、光ビーム入出射回路２０５上に深溝を機械的に形成し、そこに偏波回転素子１０２を挿入するなどの方法を採っても良い。

第（２ｍ−１）番目の光ビーム入出射回路２０５（２ｍ−１）から出射されたＴＥ偏光は、ガラス部２０８を通るため、偏波回転素子１０２通過後もＴＥ偏光であるが、第（２ｍ）番目の光ビーム入出射回路２０５（２ｍ）から出射されたＴＭ偏光は、半波長板部２０９を通るため、偏波回転素子１０２通過後にＴＥ偏光となる。すなわち、偏波回転素子１０２通過後はすべての光の偏波状態がＴＥ偏光となる。このようにして全ての光の偏波状態をＴＥ偏光に等化することにより、全ての出射ビームに対してＬＣＯＳによるビーム偏向が可能になり、スイッチングが行われる。

また、入出力ポート１１０、１１１の組が第（２ｐ−１）番目、第２ｐ番目のポートであるとし、入出力ポート１１２，１１３の組が第（２ｑ−１）番目、第２ｑ番目のポートであるとして、ＷＳＳ１の光路を追えば次のとおりである。

入出力ポート１１０から入力された光は、偏光分離素子２０１（２ｐ−１）で偏波分離される。まずＴＥ偏波についてみると、入出力導波路２０３（２ｐ−１）から入出力導波路２０６（２ｐ−１）を伝搬して光ビーム入出射回路２０５（２ｐ−１）の入出力端１２０から光路１３０に出射し、ガラス部２０８をＴＥ偏波のまま通過し、スイッチング後、光路１３３で戻ってくる。次に半波長板部２０９でＴＭ偏波に変換され、光ビーム入出射回路２０５（２ｑ）の入出力端１２３に再結合する。次に入出力導波路２０６（２ｑ）から入出力導波路２０４（２ｑ−１）を伝搬し、偏光分離素子２０１（２ｑ−１）によって入出力導波路２０２（２ｑ−１）に導波され、入出力ポート１１２から出力される。

次にＴＭ偏波についてみると、入出力導波路２０４（２ｐ−１）から入出力導波路２０６（２ｐ）を伝搬して光ビーム入出射回路２０５（２ｐ）の入出力端１２１から光路１３１に出射し、半波長板部２０９によってＴＥ偏波に変換されて伝搬し、スイッチング後、光路１３２で戻ってくる。次にガラス部２０８をＴＥ偏波のまま通過し、光ビーム入出射回路２０５（２ｑ−１）の入出力端１２２に再結合する。次に入出力導波路２０６（２ｑ−１）から入出力導波路２０３（２ｑ−１）を伝搬し、偏光分離素子２０１（２ｑ−１）によって入出力導波路２０２（２ｑ−１）に導波され、入出力ポート１１２から出力される。

以上のように、入出力ポート１１０から入力された光は、偏波に依らず、入出力ポート１１２から出力されることが分かる。ＷＳＳ２の動作についても同様であるから詳細説明は省略するが、入出力ポート１１１から入力された光が、偏波に依らず、入出力ポート１１３から出力される。すなわち、本発明においては偏波ダイバーシティが成立している。

本発明の利点の１つに、１つの光ビーム入出射回路２０５にはＴＥかＴＭどちらか一方の偏波光しか入力されない点がある。すなわち、光ビーム入出射回路２０５の設計において、両偏波に対して同じ特性（損失、ビーム径、伝搬角度など）を持つよう配慮する必要が無く、ＴＥ偏波用とＴＭ偏波用で異なる設計としても良い。

以上の説明では、ＬＣＯＳ１０７がＴＥ偏光のみに対して動作する向きに配置されていることを前提に偏光をＴＥ偏光に等化したが、むろん、ＬＣＯＳ１０７がＴＭ偏光のみに対して動作する向きに配置されている場合は、ＴＭ偏光に等化すれば良い。これを行うためには、偏波回転素子１０２においてガラス部２０８と半波長板部２０９を入れ替えるか、あるいは偏光分離素子２０１をｚ軸対称な構造に変更し、入出力導波路２０３からＴＭ偏光が、入出力導波路２０４からＴＥ偏光が出力されるようにすれば良い。

また、これまではＷＳＳ１とＷＳＳ２の出力先が第（２ｑ−１）入出力ポート、第（２ｑ）入出力ポートであり、隣接している場合について説明したが、ＷＳＳ１とＷＳＳ２は独立にスイッチング可能であるから、ＷＳＳ１は第（２ｑ−１）入出力ポート、ＷＳＳ２は第（２ｑ’）入出力ポートのように（ｑ≠ｑ’）、互いに離れた入出力ポートを設定できることは言うまでもない。

偏光分離素子２０１の実現方法については、たとえば特許文献４に開示されたような、マッハツェンダー干渉器型の偏波分離回路が利用可能である。もちろんこの回路構成に限らず、別の構成を用いても構わない。

次に、図３に、本発明における光ビーム入出射回路２０５の実施例を示す。図３（ａ）は、入出力導波路３０１と３０２をスラブ導波路３０３に対して傾けて接続した回路であり、入出力導波路の傾きに応じて出射ビームを傾けることができる。

図３（ｂ）は、入出力導波路３０１と３０２をスラブ導波路３０３に対して平行に接続し、スラブ導波路３０３内にレンズ機能部３０４を組み込んだ例である。レンズ機能部３０４の実現方法としては、レンズ型の深溝に、導波路コアとは異なる屈折率を有する物質、たとえば樹脂や空気などを充填する方法が考えられる。レンズ機能部３０４により、入出力導波路３０１、３０２の位置の差を角度の差に変換し、空間に出力することができる。

図３（ｃ）は、入出力導波路３０１，３０２、第１のスラブ導波路３０５、第２のスラブ導波路３０６、およびアレイ導波路３０７からなるＳｐａｔｉａｌ Ｂｅａｍ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ（ＳＢＴ）と呼ばれる回路である。ＳＢＴ回路について、例えば、非特許文献１に示されている。波長合分波器であるＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）に近い構造であるが、アレイ導波路が等長であり分波機能を持たない。スラブ導波路がレンズ機能を有しているため、入出力導波路３０１、３０２の位置の差を角度の差に変換して空間へ出力することが可能である。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すものに代表されるような方法で光ビーム入出射回路２０５を実現可能であるが、これらにとどまらず、複数の方式を組み合わせた構造や、全く別の構造でも構わない。

以上説明してきたように、本実施形態によれば、偏波ダイバーシティ光学系を導波路に集積することで、２−ｉｎ−１＿ＷＳＳにおいて光学系の簡素化簡便化を実現することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は３−ｉｎ−１＿１×Ｍ＿ＷＳＳであり、第１の実施形態の発展形である。以下、第２の実施形態について説明するが、第１の実施形態と同様の部分については説明を適宜割愛する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る３−ｉｎ−１＿１×Ｍ＿ＷＳＳを備えた光信号処理装置の構成を示す図である。ここでは３つのＷＳＳを、ＷＳＳ１、ＷＳＳ２、ＷＳＳ３と呼ぶことにする。入出力ポートは、ＷＳＳ１の入出力ポート、ＷＳＳ２の入出力ポート、ＷＳＳ３の入出力ポートが１つずつ隣接して並べられた組が多数並べられた配置になっている。図中上からｋ番目のポートについて、ｋ＝３ｍ−２（ｍ：自然数）ならＷＳＳ１のポート、ｋ＝３ｍ−１ならＷＳＳ２のポート、ｋ＝３ｍならＷＳＳ３のポートである。入出力ポートの総数は３（１＋Ｍ）個である。

図中で、４１０はＷＳＳ１の入出力ポート、４１１はＷＳＳ２の入出力ポート、４１２はＷＳＳ３の入出力ポート、４１３はＷＳＳ１の入出力ポート、４１４はＷＳＳ２の入出力ポート、４１５はＷＳＳ３の入出力ポートであるとして説明する。

光回路基板１０１は、光ビーム入出射回路を４２０〜４２３を含め、第１の実施形態と同様に２（１＋Ｍ）個備える。先述の入出力ポートのうち、入出力ポート４１０〜４１２の組に対応する光ビーム入出射回路が４２０と４２１、入出力ポート４１３〜４１５の組に対応する光ビーム入出射回路が４２２と４２３である。

第１の実施形態と同様、光は入出力ポート４１０〜４１２のいずれから入力された場合でも、４２０と４２１から２本の平行な光線として光回路基板１０１から出射されるが、入出力導波路毎に伝搬角度が異なる。この角度差がＬＣＯＳ１０７上での位置の差となる。本実施形態の場合、ＬＣＯＳ１０７上での集光位置はＷＳＳ毎に３分割され、独立にスイッチングすることができる。

ＷＳＳ１の場合、入出力ポート４１０から光が入力され、その光路は破線で示される光路４３０、４３１を通りＬＣＯＳ１０７に到達し、復路ではそれぞれ光路４３３、４３２を通り、それぞれ光ビーム入出射回路４２３、４２２に再結合して入出力ポート４１３から出力される。

ＷＳＳ２の場合、入出力ポート４１１から光が入力され、その光路は一点鎖線で示される光路４５０、４５１を通りＬＣＯＳ１０７に到達し、復路ではそれぞれ光路４５３、４５２を通り、それぞれ光ビーム入出射回路４２３、４２２に再結合して入出力ポート４１４から出力される。

ＷＳＳ３の場合、入出力ポート４１２から光が入力され、その光路は実線で示される光路４４０、４４１を通りＬＣＯＳ１０７に到達し、復路ではそれぞれ光路４４３、４４２を通り、それぞれ光ビーム入出射回路４２３、４２２に再結合して入出力ポート４１５から出力される。

次に、本実施形態における光回路基板１０１、偏波回転素子１０２と各光路との関係について図５を用いて説明する。

各ポートに偏光分離素子２０１が接続される点については第１の実施形態と同じである。従って、光回路基板１０１は、偏光分離素子２０１を合計３（Ｍ＋１）個備える。

光ビーム入出射回路２０５は、入出力ポート数が３つに増えた点が第１の実施形態と異なる。光ビーム入出射回路２０５の個数は２（Ｍ＋１）個で、第１の実施形態と同じである。光ビーム入出射回路２０５は、入出力導波路５０１、５０２、５０３から入力された光をそれぞれ異なる角度で出射する。入出力導波路５０１から入力された場合は図中右下方向（光路４３０〜４３３）に、入出力導波路５０２から入力された場合は図中右方向（光路４５０〜４５３）に、入出力導波路５０３から入力された場合は図中右上方向（光路４４０〜４４３）に、それぞれ出力する。

偏光分離素子２０１と光ビーム入出射回路２０５は、次のように接続される。すなわち、Ｍ＋１以下の自然数をとるｍに対して、３つの偏光分離素子２０１にまたがる６つの入出力導波路２０３（３ｍ−２）、２０４（３ｍ−２）、２０３（３ｍ−１）、２０４（３ｍ−１）、２０３（３ｍ）、２０４（３ｍ）が、それぞれ、２つの光ビーム入出射回路２０５にまたがる６つの入出力導波路５０１（２ｍ−１）、５０１（２ｍ）、５０２（２ｍ−１）、５０２（２ｍ）、５０３（２ｍ−１）、５０３（２ｍ）に接続される。

偏波回転素子１０２の配置条件、および機能については、第１の実施形態と同様であるため説明を割愛する。

入出力ポート４１０、４１１、４１２を第（３ｐ−２）番目、第（３ｐ−１）番目、第３ｐ番目の入出力ポートであるとし、入出力ポート４１３、４１４、４１５を第（３ｑ−２）番目、第（３ｑ−１）番目、第３ｑ番目の入出力ポートであるとする。

ＷＳＳ１の光路を追えば次のとおりである。入出力ポート４１０から入力された光は、偏光分離素子２０１（３ｐ−２）で偏波分離される。まずＴＥ偏波についてみると、入出力導波路２０３（３ｐ−２）から入出力導波路５０１（２ｐ−１）を伝搬して光ビーム入出射回路２０５（２ｐ−１）の入出力端４２０から光路４３０に出射し、ガラス部２０８をＴＥ偏波のまま通過し、スイッチング後、光路４３３で戻ってくる。次に半波長板部２０９でＴＭ偏波に変換され、光ビーム入出射回路２０５（２ｑ）の入出力端４２３に再結合する。次に入出力導波路５０１（２ｑ）から入出力導波路２０４（３ｑ−２）を伝搬し、偏光分離素子２０１（３ｑ−２）によって入出力導波路２０２（３ｑ−２）に導波され、入出力ポート４１３から出力される。

次にＴＭ偏波についてみると、入出力導波路２０４（３ｐ−２）から入出力導波路５０１（２ｐ）を伝搬して光ビーム入出射回路２０５（２ｐ）の入出力端４２１から光路４３１に出射し、半波長板部２０９によってＴＥ偏波に変換されて伝搬し、スイッチング後、光路４３２で戻ってくる。次にガラス部２０８をＴＥ偏波のまま通過し、光ビーム入出射回路２０５（２ｑ−１）の入出力端４２２に再結合する。次に入出力導波路５０１（２ｑ−１）から入出力導波路２０３（３ｑ−２）を伝搬し、偏光分離素子２０１（３ｑ−２）によって入出力導波路２０２（３ｑ−２）に導波され、入出力ポート４１３から出力される。

以上のように、入出力ポート４１０から入力された光は、偏波に依らず、入出力ポート４１３から出力されることが分かる。ＷＳＳ２、ＷＳＳ３の動作についても同様であるから詳細説明は省略するが、入出力ポート４１１から入力された光が、偏波に依らず入出力ポート４１４から出力され、入出力ポート４１２から入力された光が、偏波に依らず入出力ポート４１５から出力される。すなわち、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に偏波ダイバーシティが成立している。

以上説明したように、本発明は、２−ｉｎ−１だけでなく、同様の考え方を発展させて３−ｉｎ−１にも適用可能である。また、第１の実施形態から第２の実施形態への拡張を延長すれば、２−ｉｎ−１、３−ｉｎ−１だけでなく、任意のＮ−ｉｎ−１＿ＷＳＳが実現できることは言うまでもない。

１０１ 光回路基板
１０２ 偏波回転素子
１０３、１０６ シリンドリカルレンズ
１０４ 回折格子
１０５ 主レンズ
１０７ ＬＣＯＳ
１１０〜１１３、４１０〜４１５ 入出力ポート
１２１〜１２３、２０５、４２０〜４２３ 光ビーム入出射回路
１３０〜１３３、１４０〜１４３、４３０〜４３３、４４０〜４４３、４５０〜４５３ 光路
２０１ 偏光分離素子
２０２〜２０４、２０６、２０７、３０１、３０２、５０１〜５０３ 入出力導波路
３０３、３０５、３０６ スラブ導波路
３０４ レンズ機能部
３０７ アレイ導波路
１００１、１１０１ 入力光学系
１００２ 回折格子
１００３ 主レンズ
１００４ ＬＣＯＳ
１００５、１００６ 入出力ポート群
１１１１ 入力部
１１１２ 出力部
１２０１ 偏波分離手段
１２０２ 偏波回転手段
１２０３ ＳＢＴ回路
１１０２、１１０３、１１０５ シリンダレンズ
１１０４ 回折格子
１１０６ ＬＣＯＳ

Claims (7)

1. 基板上に形成された導波路を備える光回路基板と、
   前記光回路基板から出力される光の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
   前記光回路基板から出力された光を前記光回路基板へ再結合させるように光を反射させる光変調手段と、
   を備えた光信号処理装置であって、
   前記光回路基板は、
   １つの第１の入出力ポートから入力された光を直交する異なる第１および第２の偏波に分離して２つの第２の入出力ポートからそれぞれ出力する、少なくとも２つの偏光分離回路と、
   前記少なくとも２つの偏光分離回路から出力された同一偏波の光が複数の第３の入出力ポートから入力され、入力された複数の光を前記複数の第３の入出力ポートの各々に対応した異なる角度で出力する、少なくとも２つの光ビーム入出射回路と、
   を含み、
   前記偏波制御手段は、前記光ビーム入出射回路から出力される光の偏波を前記光変調手段が動作する単一の偏波に制御する、
   ことを特徴とする光信号処理装置。
2. 前記光回路基板は、
   入出力ポートがＮ個で１単位とする第４の入出力ポート群をＭ個と、
   前記偏波分離回路がＮ個で１単位とする偏波分離回路群をＭ個と、
   前記第３の入出力ポートがＮ個である前記光ビーム入出射回路が２個で１単位とする、光ビーム入出射回路群をＭ個備え、
   各前記第４の入出力ポート群は、各前記偏波分離回路群の第１の入出力ポートにそれぞれ接続され、
   各前記偏波分離回路群の、前記第１の偏波を出力するＮ個の第２の入出力ポート群は、各前記光ビーム入出射回路群のうち、第１の前記光ビーム入出射回路のＮ個の第３の入出力ポートにそれぞれ接続され、
   各前記偏波分離回路群の、第２の偏波を出力するＮ個の第２の入出力ポート群は、各前記光ビーム入出射回路群のうち、第２の前記光ビーム入出射回路のＮ個の第３の入出力ポートにそれぞれ接続された、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
3. 前記偏波制御手段は、偏光状態を変化させない第１の領域と偏光を９０°回転させる第２の領域とを有し、前記第１の領域と前記第２の領域は、前記光ビーム入出射回路と同じ配列間隔で交互に繰り返し配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号処理装置。
4. 前記偏波制御手段は、前記光回路基板の前記光ビーム入出射回路側の光出射端面に接着されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号処理装置。
5. 前記光ビーム入出射回路は、
   前記第３の入出力ポートにそれぞれ接続された複数の入出力導波路と、
   前記複数の入出力導波路が異なる角度で一端に接続された第１のスラブ導波路と、
   前記第１のスラブ導波路の他端に一端が接続されたアレイ導波路と、
   前記アレイ導波路の他端が接続された第２のスラブ導波路と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光信号処理装置。
6. 前記光ビーム入出射回路は、
   前記第３の入出力ポートにそれぞれ接続された複数の入出力導波路と、
   前記複数の入出力導波路が異なる角度で一端に接続されたスラブ導波路と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光信号処理装置。
7. 前記光ビーム入出射回路は、
   前記第３の入出力ポートにそれぞれ接続された複数の入出力導波路と、
   前記複数の入出力導波路が平行で一端に接続されたスラブ導波路であって、前記スラブ導波路を伝搬する光の光路上に少なくとも２つの屈折率を有する領域を含むスラブ導波路と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光信号処理装置。

Images