JP2022109761A - 光デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】海底システムのＲＯＡＤＭに好適な新しい光学デバイスの提供。【解決手段】本開示の一側面に係る光デバイス２００では、入力光が、複数の波長選択要素２４０のうちの指定された一つの波長選択要素２４０に伝播するように、光スイッチ２１０が入力光の伝播経路を切り替えるように構成される。分離要素２２０が、入力光を、入力ポートＰｉと波長選択要素２４０との間の伝播経路で、複数の波長成分に分離するように構成される。複数の波長選択要素２４０のそれぞれは、到来する入力光の分離要素２２０により分離された複数の波長成分のうち、第１の波長帯に対応する波長成分の一群を、第１の出力経路に伝播させ、第２の波長帯に対応する波長成分の一群を、第２の出力経路に伝播させるように構成される。複数の波長選択要素２４０のそれぞれは、第１の波長帯及び第２の波長帯の組合せが、波長選択要素２４０間で異なるように設計される。【選択図】図４

Description

本開示は、光デバイスに関する。
波長分割多重（ＷＤＭ）光通信技術を用いた通信ネットワークであるＷＤＭネットワークが既に知られている。ＷＤＭネットワークには、分岐点に、光信号の分岐／挿入を可能とするＯＡＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）が設けられる。
ＷＤＭネットワークの地上システムに対しては、再構成可能なＯＡＤＭであるＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）の構成要素として、波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ）の導入が進んでいる（特許文献１参照）。波長選択スイッチは、例えばコントローラにより電気的に制御されるＭＥＭＳミラー及び空間光学系を含み、光信号の任意波長を、任意の経路に伝送可能に構成される。
特開２０１５－１５６０１５号公報
ところで、ＷＤＭネットワークの海底システムに対して、ＷＳＳを導入することには、大きな障壁がある。近年では、顕著に増加するデータ通信容量需要に応じて、光海底ケーブルのファイバペア数が増加の一途を辿っている。このファイバペア数の増加に伴い、ＲＯＡＤＭの構成要素としてＷＳＳを導入する場合には、多数のＷＳＳが必要となる。
しかしながら、ＷＳＳを含むＲＯＡＤＭは、海底システムに従来採用されていたバンドパスフィルタとカプラとを構成要素とするＯＡＤＭ（図１１参照）と比較して高価である。更に言えば、ＷＳＳは、ＭＥＭＳミラー等の電気駆動される可動素子の存在から、消費電力が大きく、故障率も高い。
海底システムのメンテナンスコストは、その設置位置の特殊性に起因して、地上システムよりも格段に高い。従って、故障率の高いＷＳＳを海底システムに導入する場合には、システムの信頼性のために、冗長にＷＳＳを配置する必要がある。
ＷＳＳは上述の通り高価な光デバイスであることから、ＷＳＳの冗長配置は、海底システムに対するＷＳＳの多大な導入コストを生じさせる。更に、海底では、電力供給量を上げることも容易ではない。従って、消費電力の大きいＷＳＳを多数、海底システムに導入することは難しい。
一方、海底システムで従来用いられるバンドパスフィルタとカプラとを用いたＯＡＤＭは、パッシブ光部品のみから構成される再構成不可能なＯＡＤＭであり、予め決められた波長に関して、ＷＤＭ信号のアド（Ａｄｄ）及びドロップ（Ｄｒｏｐ）動作を行うことができるだけである。すなわち、従来のＯＡＤＭに波長選択に関する自由度はない。
そこで、本開示の一側面によれば、海底システムにおけるＲＯＡＤＭの導入に好適な新しい光学デバイスを提供できることが望ましい。
本開示の一側面に係る光デバイスは、複数の波長選択要素と、光スイッチと、分離要素と、を備える。
光スイッチは、入力ポートからの入力光が、複数の波長選択要素のうちの指定された一つの波長選択要素に伝播するように、入力光の伝播経路を切り替えるように構成される。分離要素は、入力ポートと複数の波長選択要素との間の入力光の伝播経路に設けられ、入力光を、複数の波長成分に分離するように構成される。
複数の波長選択要素のそれぞれは、到来する入力光の分離要素により分離された複数の波長成分のうち、第１の波長帯に対応する波長成分の一群を、第１の出力ポートに光結合された第１の出力経路に伝播させ、第１の波長帯とは異なる第２の波長帯に対応する波長成分の一群を、第２の出力ポートに光結合された第２の出力経路に伝播させるように構成される。
具体的には、複数の波長選択要素のそれぞれは、第１の波長帯及び第２の波長帯の組合せが、波長選択要素間で異なるように設計された光学要素として構成される。
この光デバイスによれば、ＷＳＳよりも波長選択の自由度は低いものの、光スイッチを通じた波長選択要素の選択により、異なる波長選択パターンで、入力光を分岐することができる。すなわち、本開示の一側面に係る光デバイスは、波長の選択自由度の点で、選択自由度のない従来のＯＡＤＭよりも優れている。
しかも、本開示の一側面に係る光デバイスによれば、ＷＳＳと比較して複雑で高価な可動要素を必要としないことから、安価で故障率の低いＲＯＡＤＭを構成可能である。従って、本開示の一側面によれば、海底システムにおけるＲＯＡＤＭの導入に好適な新しい光学デバイスを提供することができる。
本開示の一側面によれば、光スイッチは、ラッチ型の光スイッチであり得る。ラッチ型の光スイッチは、光路の切替に電力を必要とするものの、光路の維持に電力を必要としない。
従って、ラッチ型の光スイッチを備える光デバイスによれば、ＷＳＳと比較して消費電力の低いＲＯＡＤＭを構成可能である。従って、この光デバイスは、電力供給量が限られた海底システムでの利用に好適である。
本開示の一側面によれば、分離要素は、回折格子で構成され得る。本開示の一側面によれば、複数の波長選択要素のそれぞれは、第１のミラーと、第２のミラーとを備えることができる。第１のミラーは、到来する入力光の第１の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置し、第２のミラーは、到来する入力光の第２の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置することができる。
第１のミラーは、第１の波長帯に対応する波長成分の一群を、第１の出力経路に向けて反射するように角度付けられた反射面を有することができる。第２のミラーは、第２の波長帯に対応する波長成分の一群を、第２の出力経路に向けて反射するように角度付けられた反射面を有することができる。こうした波長選択要素によれば、電気的な可動要素なしの簡単な光学系で光分岐を実現可能である。
本開示の一側面によれば、複数の波長選択要素のそれぞれは、第１の回折格子と、第２の回折格子とを備えていてもよい。第１の回折格子は、到来する入力光の第１の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置し、第２の回折格子は、到来する入力光の第２の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置することができる。
第１の回折格子は、第１の波長帯に対応する波長成分の一群が第１の出力経路に向けて反射するように、回折格子周期が設定された反射型回折格子であり得る。第２の回折格子は、第２の波長帯に対応する波長成分の一群が第２の出力経路に向けて反射するように、回折格子周期が設定された反射型回折格子であり得る。こうした波長選択要素によっても、電気的な可動要素なしの簡単な光学系で光分岐を実現可能である。
本開示の一側面によれば、複数の波長成分は、第１の方向に偏光した直線偏光であり得る。この場合、複数の波長選択要素のそれぞれは、第１の反射要素と、第２の反射要素と、複屈折結晶と、１／２波長板とを備えることができる。
第１の反射要素は、到来する入力光の第１の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置することができ、第２の反射要素は、到来する入力光の第２の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置することができる。
第１の反射要素は、反射面上に１／４波長板を含み、第１の波長帯に対応する波長成分の一群を、偏光方向の回転により、第１の方向に直交する第２の方向に偏光した直線偏光として反射するように構成され得る。
第２の反射要素は、反射面上に１／４波長板に対応する光路長を有する光路長補正板を含み、第２の波長帯に対応する波長成分の一群を、第１の方向に偏光した直線偏光として反射するように構成され得る。
複屈折結晶は、第１の反射要素からの第２の方向に偏光した直線偏光としての第１の波長帯に対応する波長成分の一群が、第１の出力経路に向けて屈折し、第２の反射要素からの第１の方向に偏光した直線偏光としての第２の波長帯に対応する波長成分の一群が、第２の出力経路に向けて屈折するように構成され得る。
１／２波長板は、第１の出力経路に設けられ得る。光デバイスは、第１の出力経路を伝播する第１の波長帯に対応する波長成分の一群が、１／２波長板での偏光方向の回転により、第１の方向に偏光した直線偏光として、第１の出力ポートに伝播するように構成され得る。こうした波長選択要素によっても、電気的な可動要素なしで光分岐を実現可能である。
本開示の一側面によれば、上述の光デバイスは、海底での光通信用として構成され得る。
ＲＯＡＤＭの動作を説明する図である。 第１実施形態の光デバイスの構成を表すブロック図である。 波長選択パターンを説明する図である。 第２実施形態の光デバイスの構成を表すブロック図である。 透過型回折格子で波長分散される入力光を示す図である。 第２実施形態における波長選択要素の構成を示す図である。 図７Ａは、第３実施形態における波長選択要素の構成を示す図であり、図７Ｂは、回折格子周期の相違により波長選択要素から波長帯毎に異なる方向に反射される入力光の伝播態様を説明する図である。 図８Ａは、第４実施形態における波長選択要素の構成を示す図であり、図８Ｂは、波長選択要素を構成する光路長補正板及び１／４波長板の配置を説明する図である。 図９は、入力光を直線偏光に変換する変換要素の構成を示す図である。 図１０Ａは、光デバイスにおける出力ポート毎の光透過特性を示すグラフであり、図１０Ｂは、従来技術に係るＯＡＤＭでの光透過特性を示すグラフである。 従来技術に係るＯＡＤＭの構成を示す図である。
以下に本開示の例示的実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本開示の例示的実施形態に係る光デバイス１００，２００は、ＷＤＭネットワークのＲＯＡＤＭ１０、特には海底システム用のＲＯＡＤＭ１０に適した光デバイスである。
ＲＯＡＤＭ１０は、ＷＤＭネットワークの分岐点に設けられ、光信号の分岐／挿入を行う。図１に例示されるＷＤＭネットワークによれば、第１の通信ノードＮ１、第２の通信ノードＮ２、及び第３の通信ノードＮ３がＲＯＡＤＭ１０を介して接続される。
第１の通信ノードＮ１と第２の通信ノードＮ２との間では、第１の波長帯に対応する第１チャネルを通じて光通信が行われ、第１の通信ノードＮ１と第３の通信ノードＮ３との間では、第２の波長帯に対応する第２チャネルを通じて光通信が行われる。
ＲＯＡＤＭ１０は、第１の通信ノードＮ１からの光信号を第３の通信ノードＮ３に伝送する過程で、光信号に含まれる第１チャネルの信号成分をドロップ（ＤＲＯＰ）して、第２の通信ノードＮ２に伝送する。第２チャネルの信号成分をスルー（ＴＨＲＵ）させて、第３の通信ノードＮ３に伝送する。
ＲＯＡＤＭ１０は、第２の通信ノードＮ２からの第１チャネルの信号成分を、第１チャネルの信号成分がドロップされた第１の通信ノードＮ１からの光信号にアド（ＡＤＤ）して第３の通信ノードＮ３に伝送する。
本開示の例示的実施形態に係る光デバイス１００，２００は、入力ポートＰｉからの入力光のうちの第１の波長帯の波長成分を第１の出力ポートＰｏ１から出力し、第２の波長帯の波長成分を第２の出力ポートＰｏ２から出力するように構成される。光デバイス１００，２００は、ＲＯＡＤＭ１０における入力光の分岐に使用され得る。
［第１実施形態］
以下では、第１実施形態の光デバイス１００の構成を、図２を用いて説明する。光デバイス１００に含まれる構成要素の具体例は、続く第２～第４実施形態で説明される。
図２に示す光デバイス１００は、１入力２出力の光デバイスであり、入力ポートＰｉからの入力光を受ける入力側の光スイッチ１１０と、複数の波長セレクタ１２０と、第１の出力ポートＰｏ１と光結合された第１出力側の光スイッチ１３１と、第２の出力ポートＰｏ２と光結合された第２出力側の光スイッチ１３２と、を備える。
光スイッチ１１０は、入力光が複数の光路のうちの指定された一つの光路に従って伝播するように、入力光の伝播経路を切り替えるように構成される。指定は、例えばコントローラ１９０を通じて行われる。すなわち、光スイッチ１１０は、コントローラ１９０からの制御信号に従って、入力光の伝播経路を切り替えるように構成され得る。
光スイッチ１１０は、ラッチ型の光スイッチとして構成される。ラッチ型の光スイッチとしては、磁気光学効果を利用した光スイッチ、及び、電磁リレー式の光スイッチが知られている。
ラッチ型の光スイッチによれば、光路を切り替えるときに限って通電が必要であり、それ以外のときには通電が不要であるため、非ラッチ型と比較して、光デバイス１００の消費電力を抑えることができる。
波長セレクタ１２０は、光スイッチ１１０が切替可能な複数の光路のそれぞれに設けられる。図２において示されるＮは、切替可能な光路数に対応し、＃１、＃２，…，＃Ｎは、光路番号に対応する。
各波長セレクタ１２０は、対応する光路に沿って伝播する入力光に含まれる第１の波長帯の波長成分を、第１出力側の光スイッチ１３１に伝播させ、入力光に含まれる第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の波長成分を、第２出力側の光スイッチ１３２に伝播させるように設計及び配置された光学要素である。
第１及び第２の波長帯の組合せ（以下、波長選択パターンという）は、波長セレクタ１２０毎に異なる。各波長セレクタ１２０に波長選択パターンを変更するための可動要素はない。各波長セレクタ１２０における波長選択パターンは、可変ではなく静的であり、対応する波長セレクタ１２０の光学設計により構造的に定まる。
すなわち、各波長セレクタ１２０は、可動要素のない静的な空間光学系により入力光を波長分離して、その光学系の設計によって定められた第１の波長帯の波長成分を光スイッチ１３１に伝播させ、第２の波長帯の波長成分を光スイッチ１３２に伝播させる。
図３には、波長選択パターンの例を示す。この例によれば、光スイッチ１１０により切替な光路数Ｎは、６であり、第１光路が光スイッチ１１０により選択された場合、第１光路の波長セレクタ１２０（＃１）を通じて、入力光の帯域全体のうちの、短波長側の例えば２０％の波長帯の波長成分が、第１の波長帯の波長成分として、光スイッチ１３１に伝送され、残りの８０％の波長帯の波長成分が、第２の波長帯の波長成分として、光スイッチ１３２に伝送される。
第２光路が選択された場合には、第２光路の波長セレクタ１２０（＃２）を通じ、第１の波長帯として、短波長側の例えば４０％の波長帯の波長成分が、光スイッチ１３１に伝送され、第２の波長帯として、残りの６０％の波長帯の波長成分が、光スイッチ１３２に伝送される。
第５光路の波長セレクタ１２０（＃５）を通じては、入力光の帯域全体の波長成分が、光スイッチ１３１に伝送され、光スイッチ１３２には、入力光のいずれの波長帯の波長成分も伝送されない。第５光路とは逆に、第６光路の波長セレクタ１２０（＃６）を通じては、第２の波長帯として、入力光の帯域全体の波長成分が、光スイッチ１３２に伝送され、光スイッチ１３１には、入力光のいずれの波長帯の波長成分も伝送されない。
光スイッチ１３１，１３２は、光スイッチ１１０と同様にラッチ型の光スイッチとして構成され、光スイッチ１１０で選択される光路と同じ光路を選択するように入力側の光路を切り替える。すなわち、光スイッチ１３１は、光スイッチ１１０により選択された光路の波長セレクタ１２０から入力される第１の波長帯の波長成分を、第１の出力ポートＰｏ１に向けて出力し、光スイッチ１３２は、同光路の波長セレクタ１２０から入力される第２の波長帯の波長成分を、第２の出力ポートＰｏ２に向けて出力する。
この光デバイス１００によれば、予め用意された波長セレクタ１２０の数に対応する自由度で、波長選択パターンを切り替えて、入力ポートＰｉからの光信号を二つの波長帯の信号成分、換言すれば、二つのＷＤＭチャンネル群の信号に分岐し、対応する二つの出力ポートである第１及び第２の出力ポートＰｏ１，Ｐｏ２から出力可能である。
この光デバイス１００は、上述したように、電気的に駆動される可動要素として、ラッチ型の光スイッチ１１０，１３１，１３２を有するだけである。従って、この光デバイス１００によれば、波長選択パターンの切替及び維持に係る消費電力が小さい。
更に、この光デバイス１００は、波長選択の自由度の観点でＷＳＳより劣るものの、可動要素を含む内部構造がＷＳＳと比較して簡単な構造であることから、ＷＳＳよりも安定して動作可能であり、故障率も低く信頼性の高い動作を長期間実現可能である。
従って、本実施形態の光デバイス１００は、ＷＤＭネットワークにおけるＲＯＡＤＭ１０、特に、低消費電力及び高信頼性が求められる海底システム用のＲＯＡＤＭ１０に適している。
本実施形態の光デバイス１００は、ＭＥＭＳミラーやＬＣＯＳなどの部品を含まず、ＷＳＳよりも安価に製造可能であることも有意義である。以上には、１入力２出力の光デバイス１００が説明されたが、光デバイス１００が出力ポートを３以上含むように変形されてもよいことは言うまでもない。
［第２実施形態］
第２実施形態の光デバイス２００は、第１実施形態の光デバイス１００と同等の機能を、図４に示す光学系により実現する。
本実施形態の光デバイス２００は、光スイッチ２１０と、透過型回折格子２２０と、レンズアレイ２３０と、複数の波長選択要素２４０と、を備える。
光スイッチ２１０は、複数の波長選択要素２４０のうちの指定された一つの波長選択要素２４０に、入力ポートＰｉ、第１の出力ポートＰｏ１、及び第２の出力ポートＰｏ２を光結合するように構成される。指定は、例えばコントローラ２９０を通じて行われる。入力ポートＰｉ、第１の出力ポートＰｏ１、及び第２の出力ポートＰｏ２には、対応する光ファイバが設けられ得る。
光スイッチ２１０は、第１実施形態の光スイッチ１１０，１３１，１３２に対応する。光スイッチ２１０は、第１実施形態と同様に、光路の維持には通電が不要なラッチ型の光スイッチとして構成される。
入力ポートＰｉから光スイッチ２１０に入力される入力光は、複数の波長選択要素２４０に対応する複数の光路のうちの、指定された波長選択要素２４０に対応する光路に沿って伝播し、光路上の透過型回折格子２２０、及び、レンズアレイ２３０を通って、指定された波長選択要素２４０に伝播する。
図５に示すように、透過型回折格子２２０は、光スイッチ２１０から到来する入力光を波長分散させる。すなわち、透過型回折格子２２０は、入力光に含まれる複数の波長成分を空間的に分離する。
図５に示される透過型回折格子２２０から延びる複数の矢印は、入力光が波長分散してレンズアレイ２３０に伝播することを概念的に示している。図４及び図５におけるＺ方向の図示から理解できるように、入力光は、図４に示す紙面法線方向に対応するＺ方向において、複数の波長成分に空間的に分離する。
複数の波長成分に分離した入力光は、レンズアレイ２３０に設けられた対応する光路のレンズ２３１により集光され、上記指定された一つの波長選択要素２４０に焦点を結ぶ。
各波長選択要素２４０は、入力光の複数の波長成分のそれぞれが、対応する出力ポートから出力されるように、入力光を波長帯に応じて複数の方向に反射するように構成される。
本実施形態によれば、各波長選択要素２４０は、透過型回折格子２２０による入力光の分散方向であるＺ方向に沿って、出力ポート毎のミラーが配列された構成にされる。図６に示すように本実施形態の波長選択要素２４０は、第１の出力ポートＰｏ１に対応する第１のミラー２４１と、第２の出力ポートＰｏ２に対応する第２のミラー２４２と、を備える。
第１のミラー２４１は、到来する波長分散された入力光のうち、第１の波長帯の波長成分を、第１の出力ポートＰｏ１に光結合する第１の出力経路に反射するように角度付けられた反射面を有する。第１のミラー２４１は、波長分散された入力光のうち、第１の波長帯の波長成分が到来する領域に反射面が位置するように配置される。
第２のミラー２４２は、到来する波長分散された入力光のうち、第２の波長帯の波長成分を第２の出力ポートＰｏ２に光結合する第２の出力経路に反射するように角度付けられた反射面を有する。第２のミラー２４２は、波長分散された入力光のうち、第２の波長帯の波長成分が到来する領域に反射面が位置するように配置される。
このように波長選択要素２４０は、異なる角度の反射面を有することにより、第１の波長帯と第２の波長帯との間で、入力光を異なる方向に反射して、入力光を波長帯毎に異なる出力ポートと光結合するように構成される。
第１実施形態と同様に、波長選択要素２４０のそれぞれは、第１の波長帯及び第２の波長帯の組合せ、すなわち波長選択パターンが、波長選択要素２４０間で異なるように設計される。すなわち、波長選択要素２４０のそれぞれは、第１のミラー２４１及び第２のミラー２４２の配置が波長選択要素２４０間で異なるように設計され、光デバイス２００内に配置される。
例えば、図４に示される第１光路～第６光路に対応する６つの波長選択要素２４０が、それぞれ、図３に示す波長選択パターンで、入力光に含まれる第１の波長帯及び第２の波長帯の波長成分を、第１の出力ポートＰｏ１及び第２の出力ポートＰｏ２に向けて反射するように構成され得る。
波長選択要素２４０で反射される第１の波長帯の波長成分である第１の出力光、及び第２の波長帯の波長成分である第２の出力光のそれぞれは、Ｚ方向に直交するＸ方向において空間的に分離した状態で、入力光の往路に対応する復路に沿って伝播し、光スイッチ２１０を通って、対応する出力ポートから出力される。
以上に説明される本実施形態の光デバイス２００によれば、第１実施形態と同様に、可動要素は、ラッチ型の光スイッチ２１０のみに設けられている。従って、本実施形態の光デバイス２００もまた、第１実施形態の光デバイス１００と同様に、ＷＤＭネットワークにおけるＲＯＡＤＭ１０、特に低消費電力及び高信頼性が求められる海底システム用のＲＯＡＤＭ１０に適している。
本実施形態の光デバイス２００において、光スイッチ２１０は、２経路切替の光スイッチの多段構成によって実現され得る。また、光デバイス２００は、３以上の出力ポートを備える光デバイスとして構成され得る。
この場合、波長選択要素２４０は、出力ポート数Ｍに応じたＭ個以上のミラーを備えることができ、第１、第２、第３、…、第Ｍの波長帯の波長成分を、対応するミラーで、対応する出力ポートに向けて反射するように構成され得る。
［第３実施形態］
第３実施形態の光デバイス２００は、第２実施形態の光デバイス２００において、波長選択要素２４０が、別構造の波長選択要素３４０に置き換えられた構成にされる。以下では、第３実施形態の光デバイス２００の構成として、波長選択要素３４０の構成を選択的に説明する。
第３実施形態の光デバイス２００における第２実施形態と共通する構成要素には、同一符号を付して、その説明を省略する。追加の説明がない限り、同一符号が付された構成要素は、第２実施形態と同一の構成要素であると理解されてよい。
本実施形態の波長選択要素３４０は、図７Ａに示すように、回折格子周期、換言すれば格子ピッチの異なる複数の反射型回折格子３４１，３４２が、透過型回折格子２２０による入力光の分散方向（Ｚ方向）に沿って配列された構成にされる。
反射型回折格子に入射する光の入射角に対する反射角は、波長及び回折格子周期によって定まる。本実施形態では、このことを利用して、入力光を波長帯毎に異なる方向に反射して、反射光を波長帯毎に異なる出力ポートと光結合する。
複数の反射型回折格子３４１，３４２のうちの第１の反射型回折格子３４１は、波長分散された入力光のうち、第１の波長帯の波長成分が到来する領域に配置される。第２の反射型回折格子３４２は、波長分散された入力光のうち、第２の波長帯の波長成分が到来する領域に配置される。
第１の反射型回折格子３４１の回折格子周期と第２の反射型回折格子３４２の回折格子周期とが異なることによって、波長選択要素３４０は、図７Ｂに示すように、到来する波長分散された入力光のうち、第１の波長帯の波長成分を第１の出力ポートＰｏ１に光結合する第１の出力経路に向けて反射し、第２の波長帯の波長成分を第２の出力ポートＰｏ２に光結合する第２の出力経路に向けて反射する。
すなわち、第１の反射型回折格子３４１は、到来する波長分散された入力光のうち、第１の波長帯の波長成分を第１の出力経路に向けて反射するように、回折格子周期が設定された構成にされる。第２の反射型回折格子３４２は、到来する波長分散された入力光のうち、第２の波長帯の波長成分を第２の出力経路に向けて反射するように、回折格子周期が設定された構成にされる。
本実施形態においても波長選択要素３４０に可動素子は存在しない。このことから、本実施形態の光デバイス２００もまた、低消費電力及び高信頼性が求められる海底システム用のＲＯＡＤＭ１０に適している。
［第４実施形態］
第４実施形態の光デバイス２００は、第２実施形態の光デバイス２００において、波長選択要素２４０が、複屈折を用いて入力光を波長帯毎に異なる方向に伝播させる波長選択要素４４０に置き換えられた構成にされる。
以下では、第４実施形態の光デバイス２００の構成として、第２実施形態の光デバイス２００とは異なる構成を選択的に説明する。第４実施形態の光デバイス２００における第２実施形態と共通する構成要素に対しては、同一符号を付し、その説明を省略する。追加の説明がない限り、同一符号が付された構成要素は、第２実施形態と同一の構成要素であると理解されてよい。
本実施形態の波長選択要素４４０は、図８Ａに示すように、複屈折結晶４４１と、ミラー４４３と、ミラー４４３上の調整板４４５と、１／２波長板４４７と、を備える。調整板４４５は、入力光の分散方向（図８Ａ及び図８Ｂに示すＺ方向）に配列された、ミラー４４３上の光路長補正板４４５Ａと、１／４波長板４４５Ｂと、を備える。
光路長補正板４４５Ａは、波長分散された入力光のうち、第１の波長帯の波長成分が到来するミラー４４３上の領域に設けられ、１／４波長板４４５Ｂは、波長分散された入力光のうち、第２の波長帯の波長成分が到来するミラー４４３上の領域に設けられる。
本実施形態によれば、波長選択要素４４０に入力される入力光は、その上流で一方向（Ｚ方向）に偏光した直線偏光に変換される。直線偏光に変換された入力光は、複屈折結晶４４１及び調整板４４５と、を通ってミラー４４３で反射され、再び、調整板４４５を通って、複屈折結晶４４１に伝播する。
第２の波長帯の波長成分は、ミラー４４３での反射前後で１／４波長板４４５Ｂを通過するために、９０度回転する。これにより、ミラー４４３で反射された第２の波長帯の波長成分は、調整板４４５に到達する前の第１の方向に偏光した直線偏光から、第１の方向に直交する第２の方向に偏光した直線偏光に変換されて、複屈折結晶４４１に伝播する。
一方、ミラー４４３で反射された第１の波長帯の波長成分は、その反射前後で、光路長補正板４４５Ａを通って、複屈折結晶４４１に伝播する。光路長補正板４４５Ａは、光路長補正板４４５Ａを通る第１の波長帯の波長成分と、１／４波長板４４５Ｂを通る第２の波長帯の波長成分との間の反射前後での光路長を揃えるために設けられる。
ミラー４４３で反射された第１の波長帯の波長成分は、第２の波長帯の波長成分とは異なり９０度の回転を伴わず、調整板４４５に到達する前の第１の方向に偏光した直線偏光のまま、複屈折結晶４４１に伝播する。
複屈折結晶４４１では、第１の波長帯の波長成分及び第２の波長帯の波長成分のそれぞれが、偏光方向の違いから、異なる角度で屈折して、複屈折結晶４４１を通過する。具体的には、複屈折結晶４４１では、第１の波長帯の波長成分が、第１の出力ポートＰｏ１に光結合した第１の出力経路に沿って伝播するように屈折し、第２の波長帯の波長成分が、第２の出力ポートＰｏ２に光結合した第２の出力経路に沿って伝播するように屈折する。
１／２波長板４４７は、この第２の出力経路に設けられ、第２の方向に偏光した第２の波長帯の波長成分を、９０度回転させて、第１の方向に偏光した第２の波長帯の波長成分として出力する。
これにより、第１の波長帯の波長成分である第１の出力光、及び第２の波長帯の波長成分である第２の出力光のそれぞれは、Ｚ方向に直交するＸ方向において空間的に分離した状態で、入力光の往路に対応する復路に沿って伝播し、光スイッチ２１０を通って、第１及び第２の出力ポートＰｏ１，Ｐｏ２のうちの、対応する出力ポートから出力される。
本実施形態において、上述した入力光の直線偏光への変換は、図９に示す変換要素４５０によって実現される。変換要素４５０は、波長選択要素４４０より上流の、波長選択要素４４０への入力光の伝播経路に配置される。
変換要素４５０は、複屈折結晶４５１と、１／２波長板４５５と、を備える。複屈折結晶４５１は、入力光を、互いに直交する第１及び第２の直線偏光に分離する。１／２波長板４５５は、複屈折結晶４５１から出力される第１及び第２の直線偏光のうち、第２の直線偏光が伝播する経路に設けられて、第２の直線偏光を９０度回転させる。この回転により、第２の直線偏光は、第１の直線偏光と同じ偏光状態の直線偏光に変換される。変換要素４５０は、このようにして入力光を、一方向に偏光した直線偏光に変換する。
本実施形態によっても、第２及び第３実施形態と同様に、安価、低故障率、及び高信頼性を有する、海底システム用のＲＯＡＤＭ１０に好適な光デバイスを構成することができる。
［空間光学系による波長選択の優位性］
上述した第１～第４実施形態によれば、光デバイス１００，２００は、空間光学系を用いて波長選択を行い、各出力ポートに、対応する波長帯の光成分を選択的に出力する。こうした空間光学系を用いた波長選択によれば、図１０Ａに示すように、急峻なエッジを有するフィルタ形状を実現でき、光通信における使用不可帯域を低減することができる。
図１０Ａには、空間光学系を用いた光デバイス１００，２００によって分岐される光信号の第１及び第２の出力ポートＰｏ１，Ｐｏ２への透過特性を示す。図１０Ａに示すグラフは、横軸において波長を示し、縦軸において透過率を示す。
図１０Ｂに示すグラフは、従来型のＯＡＤＭにおける第１及び第２の出力ポートへの光信号の透過特性を示す。ここでいう従来のＯＡＤＭは、図１１に示すバンドパスフィルタ２１，２３，２５と、３ｄＢカプラ３１，３３とを備える海底システム用のＯＡＤＭ２０である。
従来のＯＡＤＭによれば、全体がパッシブ光部品で構成されるために故障率が非常に低いが、３ｄＢカプラ３１，３３を通過するために損失が大きいというデメリットや、選択波長を変更できないというデメリットがある。更には、バンドパスフィルタ２１，２３，２５が、例えば多層膜フィルタやＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）で構成され、フィルタエッジの傾斜が緩やかであることから、分岐される波長の境界で、通信に使用できない使用不可帯域が広く発生してしまう。
第１～第４実施形態の光デバイス１００，２００によれば、上述した通り、使用不可帯域を抑制することができる。更にＷＳＳと比較すれば、上記実施形態の光デバイス１００，２００は、その波長選択自由度が低いものの、可動要素が簡素であり、低故障率及び高信頼性を有する海底システムに好適なＲＯＡＤＭ１０を構成することができる。
［その他］
本開示は、以上に説明した例示的実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができることは言うまでもない。例えば、光デバイス１００，２００は、ＲＯＡＤＭ以外の用途で使用され得る。
上記実施形態における１つの構成要素が有する機能は、複数の構成要素に分散して設けられてもよい。複数の構成要素が有する機能は、１つの構成要素に統合されてもよい。上記実施形態の構成の一部は、省略されてもよい。上記実施形態の構成の少なくとも一部は、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換されてもよい。特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
１００…光デバイス、１１０，１３１，１３２…光スイッチ、１２０…波長セレクタ、２００…光デバイス、２１０…光スイッチ、２２０…透過型回折格子、２３０…レンズアレイ、２４０…波長選択要素、２４１…第１のミラー、２４２…第２のミラー、３４０…波長選択要素、３４１，３４２…反射型回折格子、４４０…波長選択要素、４４１…複屈折結晶、４４３…ミラー、４４５…調整板、４４５Ａ…光路長補正板、４４５Ｂ…１／４波長板、４４７…１／２波長板、４５０…変換要素、４５１…複屈折結晶、４５５…１／２波長板、Ｐｉ…入力ポート、Ｐｏ１，Ｐｏ２…出力ポート。

Claims (7)

  1. 複数の波長選択要素と、
    入力ポートからの入力光が、前記複数の波長選択要素のうちの指定された一つの波長選択要素に伝播するように、前記入力光の伝播経路を切り替えるように構成される光スイッチと、
    前記入力ポートと前記複数の波長選択要素との間の前記入力光の伝播経路に設けられて、前記入力光を、複数の波長成分に分離する分離要素と、
    を備え、
    前記複数の波長選択要素のそれぞれは、到来する前記入力光の前記分離要素により分離された前記複数の波長成分のうち、第１の波長帯に対応する波長成分の一群を、第１の出力ポートに光結合された第１の出力経路に伝播させ、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯に対応する波長成分の一群を、第２の出力ポートに光結合された第２の出力経路に伝播させるように構成された光学要素であり、
    前記複数の波長選択要素のそれぞれは、前記第１の波長帯及び前記第２の波長帯の組合せが、前記波長選択要素間で異なるように設計された光学要素として構成される光デバイス。
  2. 前記光スイッチは、ラッチ型の光スイッチである請求項１記載の光デバイス。
  3. 前記分離要素は、回折格子である請求項１又は請求項２記載の光デバイス。
  4. 前記複数の波長選択要素のそれぞれは、
    到来する前記入力光の前記第１の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置する第１のミラーと、
    到来する前記入力光の前記第２の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置する第２のミラーと、
    を備え、
    前記第１のミラーは、前記第１の波長帯に対応する波長成分の一群を、前記第１の出力経路に向けて反射するように角度付けられた反射面を有し、
    前記第２のミラーは、前記第２の波長帯に対応する波長成分の一群を、前記第２の出力経路に向けて反射するように角度付けられた反射面を有する請求項１～請求項３のいずれか一項記載の光デバイス。
  5. 前記複数の波長選択要素のそれぞれは、
    到来する前記入力光の前記第１の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置する第１の回折格子と、
    到来する前記入力光の前記第２の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置する第２の回折格子と、
    を備え、
    前記第１の回折格子は、前記第１の波長帯に対応する波長成分の一群が前記第１の出力経路に向けて反射するように、回折格子周期が設定された反射型回折格子であり、
    前記第２の回折格子は、前記第２の波長帯に対応する波長成分の一群が前記第２の出力経路に向けて反射するように、回折格子周期が設定された反射型回折格子である請求項１～請求項３のいずれか一項記載の光デバイス。
  6. 前記複数の波長成分は、第１の方向に偏光した直線偏光であり、
    前記複数の波長選択要素のそれぞれは、
    到来する前記入力光の前記第１の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置する第１の反射要素と、
    到来する前記入力光の前記第２の波長帯に対応する波長成分の一群の伝播経路に位置する第２の反射要素と、
    複屈折結晶と、
    １／２波長板と、
    を備え、
    前記第１の反射要素は、反射面上に１／４波長板を含み、前記第１の波長帯に対応する波長成分の一群を、偏光方向の回転により、前記第１の方向に直交する第２の方向に偏光した直線偏光として反射し、
    前記第２の反射要素は、反射面上に前記１／４波長板に対応する光路長を有する光路長補正板を含み、前記第２の波長帯に対応する波長成分の一群を、前記第１の方向に偏光した直線偏光として反射し、
    前記複屈折結晶は、前記第１の反射要素からの前記第２の方向に偏光した直線偏光としての前記第１の波長帯に対応する波長成分の一群が、前記第１の出力経路に向けて屈折し、前記第２の反射要素からの前記第１の方向に偏光した直線偏光としての前記第２の波長帯に対応する波長成分の一群が、前記第２の出力経路に向けて屈折するように構成され、
    前記１／２波長板は、前記第１の出力経路に設けられており、
    前記第１の出力経路を伝播する前記第１の波長帯に対応する波長成分の一群は、前記１／２波長板での偏光方向の回転により、前記第１の方向に偏光した直線偏光として、前記第１の出力ポートに伝播する請求項１～請求項３のいずれか一項記載の光デバイス。
  7. 海底での光通信に用いられる請求項１～請求項６のいずれか一項記載の光デバイス。
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