JP2017097292A - 光信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏波ダイバーシティ機能を光導波路に集積すると同時に、ＷＳＳモジュールの回折格子の分波軸方向のサイズ増加を抑制しながら、多ポート化およびＮ−ｉｎ−１構成を可能とする光信号処理装置を提供すること。【解決手段】偏波ダイバーシティ手段１０８は、層間偏波分離手段２０１と偏波回転手段２０２によって構成されている。光導波路基板１０１に入力された信号光は、偏波ダイバーシティ手段１０８で偏波分離手段２０４−０に入力され、信号光（ｈ成分）と信号光（ｖ成分）に分離される。偏波回転手段２０２で、信号光（ｈ軸成分）と信号光（ｖ軸成分）は基板のｙ軸方向に対して上下で二分され、信号光（ｈ軸成分）は偏波回転の機能の無い偏波無回転部２０２１を伝搬し、信号光（ｖ軸成分）は偏波面が９０度変換される偏波回転部２０２２を伝搬することによって、信号光（ｈ軸成分）と信号光（ｖ軸成分）は同一方向の直線偏波になる。【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に関する。

インターネットに代表されるデータ通信ネットワークの爆発的な普及に伴い、光通信ネットワークの大容量化や経済化が強く求められている。このような光通信ネットワーク需要の拡大に対応するため、光信号の伝送方式として波長分割多重方式が実用化されている。また、近年のデジタルコヒーレント送受信方式の実用化により、偏波分割多重方式の導入も開始されている。

一方で、光通信ネットワークの信頼性向上や運用面における柔軟性向上を目的として、ネットワーク運用者の遠隔操作による光パス切り替えや光パス再設定を実現するための光ノードに関する研究開発が進められている。このような光ノードにおいては、波長単位で選択的に光パスの設定を可能にする波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ）が必要不可欠となる。特に、光ノードに接続される光パス数の増大と共に、ＷＳＳが備える入出力ポートの数を増加させること、すなわち、ＷＳＳの多ポート化が強く求められる。それと同時に、光ノード装置の小型化やコスト削減を実現するため、光ノードを構成する複数のＷＳＳをひとつの光モジュールとして集積するＮ−ｉｎ−１ ＷＳＳ（Ｎは集積されるＷＳＳ機能の数を意味する）への需要も高まっている。

一般的に、これらのＷＳＳには、その光パス切り替え機能素子として、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）が採用されている。ＬＣＯＳは液晶素子を用いた空間位相変調器であり、精細で柔軟性に富んだ光パス切り替え機能を実現できる一方で、液晶素子に入力される入射光の偏波状態が制限されるという問題がある。具体的には、ＬＣＯＳへの入射偏波はあ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、一般的な光信号の伝送方式においては、光ノードを構成するＷＳＳに入力される光信号の偏波状態は特定の直線偏波として規定されていない。このため、ＷＳＳの内部構造には偏波ダイバーシティ構成が採用されている。

一般にＷＳＳ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、従来のＷＳＳにおいては、偏波ダイバーシティ機能を、入力光学系を構成する光導波路へ集積することで、簡便な偏波ダイバーシティ構成を実現している（特許文献１参照）。

図１０（ａ）に、従来のＷＳＳの一例を示し、図１０（ｂ）にその実施例の光信号処理装置における波長選択スイッチ機能に適合した光導波路基板の構成を示す。図１０（ａ）において、入力２１から光導波路に集積された入力光学系１１に入力された波長多重光信号は、偏波分離手段１−０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２−０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２つの出射導波路３−０、４−０は、入力光学系１１端面より出射される。

図１０（ａ）において、入力光学系１１から出射された直交する２つの偏波成分は、点線２３および２４として示されている。入力光学系１１より出力されたそれぞれの波長多重光信号は、マイクロレンズ群１２、回折格子１３、レンズ１４を経由し、波長分波されて波長毎にＬＣＯＳ１５の異なる位置にそれぞれ入射する。ＬＣＯＳ１５に入射したそれぞれの波長の異なる光信号は、ＬＣＯＳ１５による空間位相変調により波長毎に所望の方向へ偏向された後、再びレンズ１４および回折格子１３、マイクロレンズ群１２を逆方向に伝搬して、波長の異なる光信号が合波されて入力光学系１１へと入射する。入力光学系１１に入射したそれぞれの波長多重光信号は、出射導波路３−Ｎ、４−Ｎを逆伝搬することにより光導波路の基底モードに変換される。その後、偏波回転手段２―Ｎおよび偏波分離手段１−Ｎを逆伝搬することにより、直交する２つの偏波成分が１つの光信号として偏波合成されて出力２２から出力される。

また、別の従来のＷＳＳでは、出射導波路にＳＢＴ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｂｅａｍ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）回路を用いることにより、Ｎ−ｉｎ−１ ＷＳＳとすることも可能である（特許文献２参照）。

ここで注目すべきは、入力ポート数が１、出力ポート数がＭの１×Ｍ ＷＳＳの場合、入力光学系１１とＬＣＯＳ１５を光学的に結合する光パスの本数が２Ｍ必要になる点である。さらに、１×Ｍ ＷＳＳをＮ−ｉｎ−１ ＷＳＳとする場合、入力光学系１１とＬＣＯＳ１５を光学的に結合する光パスの本数はＮ×２Ｍ必要となる。

例えば、多ポート化（Ｍを増加させることに相当する）やＮ−ｉｎ−１化（Ｎを２以上の自然数とすることに相当する）を進める場合、光学系に収容する光パスを増加させる必要があり、ＷＳＳモジュールの大きさが高さ方向である回折方向（図１０におけるＹ軸方向に相当する）に大きくなる。

また、例えば、空間位相変調器にＬＣＯＳを使用する場合、使用することができる偏向角度には損失等の性能によって制限される。そのため、ＷＳＳモジュールの大きさが高さ方向に大きくなることによって、ＷＳＳの収容可能な最大ポート数が制限される。

特開２０１４−４８４１１号公報 国際公開第２０１５／００８４８９パンフレット 特許第３７８３９２４号公報 再表２０１０／１４０３６３号公報 特願２００３−１０３５９７号公報

図１０に示す従来のＷＳＳは、偏波ダイバーシティをバルクの光学部品で構成したＷＳＳと比較して、偏波ダイバーシティ機能を光導波路に集積することにより、光学系の簡素化やアライメント作業の除去等の簡便化を実現することができた。しかしながら、そのような構成では、多ポート化やＮ−ｉｎ−１構成を実現する場合、光学系に収容する光パスの数の増加に比例してＷＳＳモジュールのサイズが高さ方向、すなわち回折方向（図１０におけるＹ軸方向）に大きくなる、かつ、収容可能な最大ポート数に制限されるという課題がある。つまり、ＷＳＳモジュールが大型化と少ポート化という課題を抱えている。

本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたもので、偏波ダイバーシティ機能を光導波路に集積すると同時に、ＷＳＳモジュールの回折格子の分波軸方向のサイズ増加を抑制しながら、多ポート化およびＮ−ｉｎ−１構成を可能とする光信号処理装置を提供することをその目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明は、光信号処理装置であって、光信号が入力される１つ以上の入力導波路、前記入力導波路に入力された前記光信号を、互いに直交する偏波状態を有する第１の偏波および第２の偏波に分離する偏波分離手段、および前記第１の偏波を空間に出力する第１の出射手段および前記第２の偏波を前記空間に出力する第２の出射手段、を含む光導波路基板と、前記第２の偏波の偏波状態を９０度回転させる偏波回転手段と、前記光導波路基板の前記第１の出射手段および前記第２の出射手段から空間へ出射された光信号を、前記第１の出射手段もしくは前記第２の出射手段に再結合するように反射する空間位相変調器と、を備え、前記第１の出射手段と前記第２の出射手段が前記光導波路基板の基板面に対して垂直方向に互いに異なる平面上に配置されたことを特徴とする。

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、前記偏波分離手段は、マッハツェンダ干渉計によって構成されており、前記マッハツェンダ干渉計を構成する２つのアーム導波路間で直交する直線偏波の間の結合定数が異なることよって前記第１の偏波および前記第２の偏波の分離を行うことを特徴とする。

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、前記偏波分離手段は、直交する直線偏波の間の結合定数が異なる方向性結合器によって前記第１の偏波および前記第２の偏波の分離を行うことを特徴とする。

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、前記偏波回転手段は、前記光導波路基板の前記偏波分離手段と前記第１の出射手段および前記第２の出射手段との間に形成された溝に挿入され、前記第２の偏波が伝搬する経路上に配置された偏波回転部を含むことを特徴とする。

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、前記偏波回転手段は、前記光導波路基板の光出射端面に接着され、前記第２の偏波が伝搬する経路上に配置された偏波回転部を含むことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光信号処理装置において、前記第１の出射手段および前記第２の出射手段は、第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路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に接続された第２のスラブ導波路とを備えたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光信号処理装置において、前記第１の出射手段および前記第２の出射手段は、導波路幅が連続的に変化するテーパ構造を有していることを特徴とする。

本発明によれば、偏波ダイバーシティ機能を入力光学系が構成する光導波路へ集積した光学系を採用したＷＳＳにおいても、モジュールの回折格子の分波軸方向のサイズ増加を抑制しながら、多ポート化およびＮ−ｉｎ−１構成を実現することが可能となる。

本発明の実施例１における偏波ダイバーシティ構成を示す図である。 本発明の実施例１における偏波ダイバーシティ手段の構成例１を示す図である。 本発明の実施例１における出射手段の構成例を示す図である。 本発明の実施例１における層間偏波回転手段の構成例を示す図である。 本発明の実施例１における偏波回転手段の構成例１を示す図である。 本発明の実施例１における偏波回転手段の構成例２を示す図である。 本発明の実施例２における偏波ダイバーシティ構成を示す図である。 本発明の実施例２における偏波ダイバーシティ手段の構成を示す図である。 本発明の実施例２における偏波分離手段の構成例を示す図である。 従来のＷＳＳの偏波ダイバーシティ構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る光信号処理装置の構成を示す。図１（ａ）は後述する光導波路基板１０１を構成する光導波路基板の基板面（ｙ−ｚ面）を見た図である。図１（ｂ）は、後述する光導波路基板１０１を構成する光導波路基板の側面（ｘ−ｚ面）を見た図である。

本実施形態の光信号処理装置は光導波路基板１０１、第１のレンズ１０２、第２のレンズ１０３、回折格子１０４、第３のレンズ１０５、第４のレンズ１０６および空間位相変調器１０７がこの順に配置されている。光導波路基板１０１から出射される信号光の光軸方向をｚ軸とし、回折格子１０４の分波軸をｘ軸とする。また、ｚ軸およびｘ軸に垂直な方向をｙ軸とする。空間位相変調器１０７としては、例えば、２次元方向に位相差設定機能を有するＬＣＯＳを利用することが可能である。

本発明による光信号処理装置は、以下のように動作する。入力ポートに入力された信号光１１０は、第１の光導波路基板１０１１と第２の光導波路基板１０１２から構成される光導波路基板１０１に対して、第１の光導波路基板１０１１から入力される。この光導波路基板１０１の構成については、後で詳細に説明をする。光導波路基板１０１に入力された信号光は偏波ダイバーシティ手段１０８に入力される。偏波ダイバーシティ手段１０８は偏波分離手段、積層基板結合手段、偏波回転手段によって構成され、信号光１１０の直交する第１の偏波と第２の偏波が分離後に同一方向の直線偏波に変換され、２つの偏波の信号は出射手段１０９の第１の出射手段１０９１と第２の出射手段１０９２から別々に出射される。以降では、偏波分離された２つの信号光を、信号光（ｈ軸成分）および信号光（ｖ軸成分）として記述する。この偏波ダイバーシティ手段１０８については、後で図３を用いて詳細を説明する。

次に、光導波路基板１０１から空間に出力された信号光の伝搬について説明する。光導波路基板１０１から空間に出力された信号光は、ｙ軸方向に位相が揃った平面波として出力されるため、ｙ軸方向に関してコリメートされたビームとして空間を伝搬する。一方、光導波路基板１０１から空間に出力された信号光は、ｘ軸方向に関しては大きなＮＡを有する発散光として振舞う。このため、ｘ軸方向に関してコリメートするシリンドリカルレンズ等の第１のレンズ１０２によって、伝搬に伴うビームの発散を抑制することが望ましい。第１のレンズ１０２を通過した信号光は、第２のレンズ１０３を通過して平行光にした後に回折格子１０４を透過される。その後、回折格子１０４でｘ軸方向に波長毎に角度分波され、さらに第３のレンズ１０５でｙ軸方向に集光され、第４のレンズ１０６でｘ軸方向に集光されて空間位相変調器１０６に入射される。ここで、信号光を第４のレンズ１０６を経由させることにより、信号光の波長に応じて空間位相変調器１０６のｘ軸上の異なる位置に集光させることを可能としている。

信号光は、ｘ軸方向に分離された波長毎に、空間位相変調器１０７によってｙ軸方向に任意の角度で反射される。その後、前述した往路を逆方向に伝搬し、再び第４のレンズ１０６、第３のレンズ１０５、回折格子１０４、第２のレンズ１０３、第１のレンズ１０２を経由して入力光学系１０１に再結合する。

尚、図１（ｂ）にあるように、本発明では、信号光（ｈ成分）と信号光（ｖ軸成分）の光導波路基板１０１から出射される時と、空間位相変調器１０７から反射して戻ってくる時とで、異なる光パスを伝搬する。光導波路基板１０１の第１の出射手段１０９１から出射される信号は光パス１１１１を通り、空間位相変調器１０７上で光パス１１１２と重なり、空間位相変調器１０７反射後は光パス１１１２を通り、出射手段１０９２と結合する。光出射手段１０９２から出射された信号はその逆の経路をたどることになる。

次に、光導波路基板１０１に再結合した信号光の伝搬について説明する。第２の光導波路基板１０１２に再結合した信号光（ｈ軸成分）は第２の出射手段１０９２を逆伝搬して偏波ダイバーシティ手段１０８−Ｎに結合する。一方で、信号光（ｖ軸成分）は第１の出射手段１０９１を逆伝搬して偏波ダイバーシティ手段１０８−Ｎに結合する。信号光（ｈ軸成分）と信号光（ｖ軸成分）は偏波ダイバーシティ手段１０８を逆伝搬することで再び１つの信号光として合成され、信号光１１０−Ｎとして光信号処理装置から出力される。

ここで注目するべきは、信号光（ｈ成分）と信号光（ｖ成分）は偏波ダイバーシティ手段１０８以降で同一のパスを行きと帰りで逆に伝搬するように空間光学系を設計されている点にある。このような設計にすることによって、偏波間でＰＭＤ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）やＰＤＬ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ）等の偏波間の差によって生じる特性を抑制することが可能となる。

また、図１（ｂ）の空間光学系内の第２のレンズ１０３を図１（ｃ）のように、プリズム１１２と置き換えた光学系を用いることも可能である。図１（ｃ）の光学系では、第１および第２の出射手段１０９１、１０９２から出射された信号光（ｈ軸成分）と信号光（ｖ軸成分）が、第１のレンズ１０２を通過した後に、２つのビームが十分に離れた位置でプリズム１１２を透過して２つのビームの経路を変えることによって、図１（ｂ）と同様の動作をする。図１（ｂ）の光学系では、ｘ軸方向の光路設計においてｘ軸方向に集光パワーを有するレンズ（例えばシリンドリカルレンズ）を３つ用いて設計することにより光路長が短くすることができるため、モジュールサイズが小さいという特徴を持つが、一方で第１のレンズ１０２の焦点距離を短くする必要があるため、実装トレランスが厳しいという課題がある。一方、図１（ｃ）の光学系では、ｘ軸方向の光路設計において、ｘ軸方向に集光パワーを有するレンズを２つ用いて設計するため、図１（ｂ）の光学系と比較し、第１のレンズ１０２の焦点距離を長くすることが可能となり，実装が容易であるという特徴を持つ。

次に、偏波ダイバーシティ手段１０８について図２を用いて説明する。図２（ａ）に第１の光導波路基板１０１１の基板面（ｙ−ｚ面）を示し、図２（ｂ）に第２の光導波路基板１０１２の基板面（ｙ−ｚ面）を示す。図２（ａ）、（ｂ）は、第１、第２の光導波路基板１０１１と１０１２によって構成されている光導波路基板１０１を２つに分けて表した図である。また、図２（ｃ）に第１の光導波路基板１０１１の出射手段を示し、図２（ｄ）に第２の光導波路基板１０１２の出射手段を示す。

偏波ダイバーシティ手段１０８は、図２にあるように層間偏波分離手段２０１と偏波回転手段２０２によって構成されており、光導波路基板１０１内で出射手段２０３と接続されている。光導波路基板１０１に入力された信号光は、偏波ダイバーシティ手段１０８において偏波分離手段２０４−０に入力され、信号光（ｈ成分）と信号光（ｖ成分）に分離される。この偏波分離手段２０４としては、マッハツェンダ干渉計の片方のアーム導波路にのみに偏波依存位相差付与手段２０５を設ける構成をとることによって可能となる。

偏波依存位相差付与手段２０５としては、ｘ軸方向の直線偏波とｙ軸方向の直線偏波の間の規格化位相差が異なるような光導波路構成を採用することができる（例えば、特許文献３参照）。偏波分離手段２０４−０から出力された信号光のｈ軸成分は、第１の光導波路基板１０１１内部を伝搬する。一方で、信号光のｖ軸成分は、積層基板結合手段２０６−０に入力され、第２の光導波路１０１２内部を伝搬する（例えば、特許文献４参照）。

その後、偏波回転手段２０２において、信号光（ｈ軸成分）と信号光（ｖ軸成分）は基板のｙ軸方向に対して上下で二分され、信号光（ｈ軸成分）は偏波回転の機能の無い偏波無回転部２０２１を伝搬し、信号光（ｖ軸成分）は偏波面が９０度変換される偏波回転部２０２２を伝搬する。この偏波回転部２０２を通過することによって、信号光（ｈ軸成分）と信号光（ｖ軸成分）は同一方向の直線偏波になる。

偏波回転手段２０２としては、例えば光導波路基板に溝加工を施し、その溝に半波長板を挿入する手段がある。信号光（ｈ軸成分）と信号光（ｖ軸成分）は同一方向の直線偏波として第１および第２の出射手段１０９１−０、１０９２−０から空間へと出射される。

また、出射手段１０９における第１および第２の出射手段１０９１、１０９２の配置について図２（ｃ）、（ｄ）を用いて説明をする。図２（ｃ）、（ｄ）は、第１の光導波路基板１０１１の信号光（ｈ軸成分）の出射手段の配置と、第２の光導波路基板１０１２の光信号（ｖ軸成分）の出射手段の配置をそれぞれ表している。図２（ｃ）に示す第１の光導波路基板１０１１には、信号光（ｈ軸成分）の出射手段１０９１−０〜１０９１−Ｎは存在するが、点線で示す信号光（ｖ軸成分）の出射手段１０９２−０〜１０９２−Ｎは存在しない。一方、図２（ｄ）に示す第２の光導波路基板１０１２には、点線で示す信号光（ｈ軸成分）の出射手段１０９１−０〜１０９１−Ｎは存在しないが、信号光（ｖ軸成分）の出射手段１０９２−０〜１０９２−Ｎが存在する。

このように、同一平面上にない第１の出射手段１０９１と第２の出射手段１０９２がｘ軸方向に重ならないように配置する理由は、２つの平面内にある導波路がＸ軸方向に重なるように配置される場合、２層の平面間で光の干渉が発生し、クロストークの原因となるためである。そのため、図２（ｃ）、（ｄ）にあるように、信号光（ｈ軸成分）の出射手段１０９１−０〜１０９１−Ｎの配置と信号光（ｖ軸成分）の出射手段１０９２−０〜１０９２−Ｎの配置は光導波路基板のｘ軸方向に対して重ならないようにするのが望ましい。

また、図２（ｃ）、（ｄ）のような配置をとった場合、層間での厚みがある分、従来の１層の光導波路基板で出射手段を配置した場合に比べて、出射手段間の間隔を狭くすることが可能であり、ＷＳＳモジュールの高さを抑制することが可能となる。

また、出射手段としては、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）に示すように入力導波路３０１、第１、第２のスラブ導波路３０２、３０４、アレイ導波路３０３からなるＳＢＴを用いる手段と、図３（ｃ）に示すように導波路幅が連続的に変化するテーパ構造を有した太テーパ導波路３０５路を用いることが可能である。ＳＢＴを用いた場合は、図３（ｂ）やスラブ導波路３０２に対して複数の入力導波路３０１−１〜３０１−Ｎを入力することによって、同一の箇所から複数の角度で信号を出射することで、Ｎ−ｉｎ−１の構成として利用することに長けているという特徴を持つ（特許文献２参照）。一方で、太テーパ導波路を用いた場合は、低損失な動作であるという特徴を持つ。

また、図４（ａ）〜（ｄ）に、図２の層間偏波分離手段２０１の別の実施例を示す。図４（ａ）、（ｃ）に示す第２の層間偏波分離手段は、第１、第２の光導波路基板４０１１、４０１２上にある、第１、第２の層間結合手段４０２、４０４と偏波依存位相差付与手段４０３によって構成されたものが０番目からＮ番目までアレイ状に構成されたものである。図２の層間偏波分離手段２０１では、第１の光導波路基板１０１１上にのみマッハツェンダ干渉計が形成されていたが、この第２の層間偏波分離手段では、第１の光導波路基板４０１１と第２の光導波路基板４０１２との両方にまたがってマッハツェンダ干渉計が形成されている。図４（ａ）、（ｃ）の第２の層間偏波分離手段の偏波分離の動作原理は、図２の層間偏波分離手段２０１と同じであるが、結合器部分が同一の光導波路基板上で行われているのではなく、層間結合手段４０２、４０４で行われていることが、図４（ａ）の構成例の特徴である。この構成をとることによって、必要となる結合手段部の数が減ることによって、結合手段部で発生する損失の低減につながる。

次に、図４（ｂ）、（ｄ）の第３の層間偏波分離手段について説明をする。図４（ｂ）は第１、第２の光導波路基板上にある、結合定数が異なる方向性結合器である層間結合手段４０６によって構成されたものが０番目からＮ番目までアレイ状となっているものである。層間結合手段４０６の結合定数が異なっていることによって、入力信号の信号光（ｈ軸成分）は第１の光導波路基板上に、信号光（ｖ軸成分）は第２の光導波路基板上に分離することが可能である。この層間偏波分離手段４０６には従来の積層光導波路を採用することが可能である（特許文献５参照）。この方向性結合器は第１、第２の光導波路基板上がシリコン基板から受ける応力によって、信号光（ｈ軸成分）と信号光（ｖ軸成分）の結合定数が異なる。そのため、積層光導波路の結合長を適切な長さに設計することによって、偏波分離手段として動作する。

そして更に、図５、６に、図２の偏波回転手段２０２の別の実施例を示す。図５の構成は、図２と同様に、偏波分離部５０４、層間結合手段５０５によって成る層間偏波分離手段５０１と偏波回転手段５０２と出射手段５０３がそれぞれ０番目からＮ番目までアレイ状になっているものである。また、図５（ａ）が第１の光導波路基板１０１１を示し、図５（ｂ）が第２の光導波路基板１０１２を示す。ここで注目するべきは、偏波回転手段５０２が信号光の偏波面を９０度回転する機能を有する偏波回転部５０２１と偏波回転機能の無い偏波無回転部５０２２が交互に並んでいる点である。この偏波回転手段５０２は波長板にあらかじめ溝加工を施し、図２の偏波回転手段２０２と同様に第１、第２の光導波路基板１０１１、１０２１上に溝加工部に挿入することによって可能となる。この偏波回転手段５０２をとることによって、偏波回転手段２０２のように信号光（ｈ成分）と信号光（ｖ成分）をｙ軸に対して二分する必要がなくなるため、平面回路基板の設計上の制限をなくすことが可能となる。すなわち、層間偏波分離手段５０１から出射手段５０３まで直線状の光導波路で接続することができる。

次に、図６の偏波回転手段の実施例について説明をする。図６は、層間偏波分離手段６０１、出射手段６０２と偏波回転手段６０３がそれぞれ０番目からＮ番目までアレイ状になっているものである。また、図６（ａ）が第１の光導波路基板１０１１を示し、図６（ｂ）が第２の光導波路基板１０１２を示す。層間偏波分離部６０１は層間偏波分離部５０１同様に、偏波分離部６０４と層間結合部６０５によって構成されており、第１の光導波路１０１１では信号光（ｈ軸成分）がビーム出射手段６０２１を伝搬し、光導波路１０１２では信号光（ｖ軸成分）がビーム出射手段６０２２を伝搬する。そして、この実施例で注目するべきはビーム出射手段６０２の直後にビーム回転手段６０３が設置され、信号光（ｈ軸成分）に対しては偏波無回転部６０３１、信号光（ｖ軸成分）に対しては偏波回転部６０３２を通過するように構成されている。偏波回転手段６０３１、６０３２には半波長板を光導波路基板端面に接着することによって可能となる。この偏波回転手段６０３１、６０３２のように端面に張り付ける構成を採用することによって、光導波路基板での溝加工の必要がなくなり、加工費削減と導波路溝部で発生する損失をなくすことが可能となる。

（実施形態２）
次に、図７に、本発明の実施形態２に係る光信号処理装置の偏波ダイバーシティ構成を示す。実施形態２では、実施例２との違いは第１、第２、第３の光導波路基板７０１１、７０１２、７０１３によって光導波路基板が構成されている点にある。信号光は光導波路基板７０１２から入力され、偏波ダイバーシティ手段７０２によって信号光（ｈ軸成分）は光導波路基板７０１１に結合し第１の出射手段７０３１から出射され、一方、信号光（ｖ軸成分）は光導波路基板７０１３に結合し第２の出射手段７０３２から出射される。この構成をとることによって、平面導波路基板内で偏波ダイバーシティ手段７０２以降のｘ軸方向の信号間での厚みが増し、信号の干渉を抑制することが可能となり、偏波間でのクロストークもしくは図２（ｃ）、（ｄ）にあるようなレイアウト上の制限が抑制される。

図８に、本発明の実施形態２における偏波ダイバーシティ手段である。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図７の第１、第２、第３の光導波路基板７０１１、７０１２、７０１３を示している。図８は、層間偏波分離手段８０１、偏波回転手段８０２と出射手段８０３がそれぞれ０番目からＮ番目までアレイ状になっているもので構成されている。入力信号は第２の光導波路基板７０１２より入力され、偏波分離手段８０４によって信号光（ｈ軸成分）と信号光（ｖ軸成分）に分離される。信号光（ｈ軸成分）は第１の層間結合手段８０５によって第１の光導波路基板７０１１と結合し、偏波無回転部８０２１を通過し、第１の出射手段８０３１から出射される。一方、信号光（ｖ軸成分）は第２の層間結合手段８０６によって第３の光導波路基板７０１３に結合し、偏波回転部８０２２を通過し、信号光（ｈ軸成分）と同一の直線偏波に変換され、第２の出射手段８０３２から出射される。

図８の層間偏波分離手段８０１は、図４に示す第２および第３の層間偏波分離手段と同様に、結合手段部の数を減らす構成とすることもできる。図９（ａ）、（ｃ）、（ｅ）に示す第１、第２、第３の層間結合手段９０１、９０３、９０４、偏波依存位相差付与手段９０２を用いた層間偏波分離手段は、図４（ａ）、（ｃ）の第２の層間偏波分離手段に対応する。図９（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）に示す第１、第２の層間結合器９０５、９０６を用いた層間偏波分離手段は、図４（ｂ）、（ｄ）の第３の層間偏波分離手段に対応する。

１０１ 光導波路基板
１０１１ 第１の光導波路基板
１０１２ 第２の光導波路基板
１０２ 第１のレンズ
１０３ 第２のレンズ
１０４ 回折格子
１０５ 第３のレンズ
１０６ 第４のレンズ
１０７ 空間位相変調器
１０８ 偏波ダイバーシティ手段
１０９ 出射手段
１０９１ 第１の出射手段
１０９２ 第２の出射手段
１１０ 信号光
１１１ 光パス
２０１ 層間偏波分離手段
２０２ 偏波回転手段
２０２１ 偏波無回転部
２０２２ 偏波回転部
２０３ 出射手段
２０３１、２０３２ スラブ導波路
２０４ 偏波分離手段
２０５ 偏波依存位相差付与手段
２０６ 積層基板結合手段
３０１ 入力導波路
３０２ 第１のスラブ導波路
３０３ アレイ導波路
３０４ 第２のスラブ導波路
３０５ 太テーパ導波路
４０１１ 第１の光導波路基板
４０１２ 第２の光導波路基板
４０２ 第１の層間結合手段
４０３ 偏波依存位相差付与手段
４０４ 第２の層間結合手段
４０５１ 第１の光導波路基板
４０５２ 第２の光導波路基板
４０６ 層間結合手段
５０１ 偏波回転手段
５０２１ 偏波回転部
５０２２ 偏波無回転部
５０３ 出射手段
５０３１ 第１の出射手段
５０３２ 第２の出射手段
６０１ 層間偏波分離手段
６０２ 出射手段
６０３ 偏波回転手段
６０３１ 偏波無回転部
６０３２ 偏波回転部
６０４ 偏波分離部
６０５ 層間結合部
７０１ 光導波路基板
７１０ 光信号
７０１１ 第１の光導波路基板
７０１２ 第２の光導波路基板
７０１３ 第３の光導波路基板
７０２ 偏波ダイバーシティ手段
７０３１ 第１の出射手段
７０３２ 第２の出射手段
８０１ 層間偏波分離手段
８０２ 出射手段
８０２１ 偏波無回転部
８０２２ 偏波回転部
８０３ 出射手段
８０３１ 第１の出射手段
８０３２ 第２の出射手段
８０５ 第１の層間結合手段
８０６ 第２の層間結合手段
９０１ 第１の層間結合手段
９０２ 偏波依存位相差付与手段
９０３ 第２の層間結合手段
９０４ 第３の層間結合手段
９０５ 第１の層間結合手段
９０６ 第２の層間結合手段

Claims (7)

1. 光信号が入力される１つ以上の入力導波路、
   前記入力導波路に入力された前記光信号を、互いに直交する偏波状態を有する第１の偏波および第２の偏波に分離する偏波分離手段、および
   前記第１の偏波を空間に出力する第１の出射手段および前記第２の偏波を前記空間に出力する第２の出射手段、
   を含む光導波路基板と、
   前記第２の偏波の偏波状態を９０度回転させる偏波回転手段と、
   前記光導波路基板の前記第１の出射手段および前記第２の出射手段から空間へ出射された光信号を、前記第１の出射手段もしくは前記第２の出射手段に再結合するように反射する空間位相変調器と、
   を備え、前記第１の出射手段と前記第２の出射手段が前記光導波路基板の基板面に対して垂直方向に互いに異なる平面上に配置されたことを特徴とする光信号処理装置。
2. 前記偏波分離手段は、マッハツェンダ干渉計によって構成されており、前記マッハツェンダ干渉計を構成する２つのアーム導波路間で直交する直線偏波の間の結合定数が異なることよって前記第１の偏波および前記第２の偏波の分離を行うことを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
3. 前記偏波分離手段は、直交する直線偏波の間の結合定数が異なる方向性結合器によって前記第１の偏波および前記第２の偏波の分離を行う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. 前記偏波回転手段は、前記光導波路基板の前記偏波分離手段と前記第１の出射手段および前記第２の出射手段との間に形成された溝に挿入され、前記第２の偏波が伝搬する経路上に配置された偏波回転部を含む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. 前記偏波回転手段は、前記光導波路基板の光出射端面に接着され、前記第２の偏波が伝搬する経路上に配置された偏波回転部を含む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。
6. 前記第１の出射手段および前記第２の出射手段は、
   第１のスラブ導波路と、
   前記第１のスラブ導波路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に接続された第２のスラブ導波路と
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光信号処理装置。
7. 前記第１の出射手段および前記第２の出射手段は、導波路幅が連続的に変化するテーパ構造を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光信号処理装置。