JP4396868B2 - 色分散のためのｖｉｐａ（バーチャリ イメージド フェイズド アレイ）を使用した光学装置 - Google Patents

Description

関連する発明の参照
本出願は、１９９７年２月７日出願のアメリカ出願番号０８／７９６，８４２の部分継続出願であり、ここに言及する。
本出願は、１９９６年７月２４日出願のアメリカ出願番号０８／６８５，３６２の部分継続出願でもあり、ここに言及する。
本出願は、１９９５年７月２６日出願の日本国特許出願番号０７−１９０５３５号の優先権を主張するものであり、ここに言及する。
発明の背景
１．発明の分野
本発明は色分散を行う装置、および光ファイバー伝走路に蓄積された色分散の補償に使用される装置に関し、さらには色分散のためのＶＩＰＡを使用した装置に関する。
２．背景技術
図１（Ａ）は、光を使用して情報を送信する従来の光ファイバー通信システムを示す。
図１（Ａ）では、送信機３０はパルス３２を光ファイバー３４を通して受信機３６へ送信する。しかし、波長分散とも呼ばれる、光ファイバー３４の色分散は、システムの信号の品質を低下させる。詳しくは、色分散の結果、光ファイバーを通る信号の伝播速度は、信号波長によって決まる。
例えば、波長の長いパルスは（例えば、赤色パルスを表す波長を持つパルス）波長の短いパルス（例えば、青色パルスを表す波長を持つパルス）よりも速く伝わるとき、その分散は正常分散と呼ばれる。逆に、波長の短いパルス（例えば、青色パルス）が波長の長いパルス（例えば、赤色パルス）よりも速く伝わるとき、その分散は異常分散と呼ばれる。
従って、パルス３２が送信機３０から発光されるときに赤色パルスおよび青色パルスで構成される場合は、パルス３２は光ファイバー３４を通じて伝わるときに分波され、赤色パルス３８と青色パルス４０が異なる時間に受信機３６に受信される。図１（Ａ）は、正常の場合を示し、赤色パルスは青色パルスよりも速く伝わる。
図１（Ｂ）には、他のパルス送信例として、青から赤に続く波長成分を持ち、送信機３０から送信されるパルス４２が示されている。図１（Ｃ）は、受信機３６に受信されるパルス４２を示す図である。赤色の成分と青色の成分は伝わる速度が異なるため、光ファイバー３４でパルス４２の幅は広がり、図１（Ｃ）で示すように、色分散によって歪みが生じる。すべてのパルスは有限の波長の範囲を持つため、上記のような色分散は、光ファイバー通信システムにおいては非常に一般的である。
従って、高速性を保持したい光ファイバー通信システムの場合は、色分散の補償を行わなければならない。
図２は、分散要素を補償するための反分散部を持つ光ファイバー通信システムを示す。図２によると、一般的に反分散部４４は、パルスに反対の分散を与え、光ファイバー３４を通じて伝送するときに生じる分散をキャンセルする。
従来の装置には、反分散部４４として使用できるものがある。例えば、図３は、特殊な断面指数プロファイルを有していて反分散部の機能を持つ分散補償ファイバーを使用し、色分散を補償することができる光ファイバー通信システムを示す。図３によれば、分散補償ファイバー４６は反対の分散を与え、光ファイバー３４によって生じた分散を打ち消すことができる。ただし、分散補償ファイバーの製造は高価であり、色分散の補償を充分に行うには比較的長くなければならない。例えば、光ファイバー３４の長さが１００ｋｍであれば、分散補償ファイバー４６はおよそ２０ｋｍから３０ｋｍの長さが必要となる。
図４は、色分散を補償するための反分散部の機能をもつチャープ グレーティングを示す。図４によれば、光ファイバーを通じて伝送され、色分散を受ける光が光サーキュレーター５０の入力ポート４８に与えられる。光サーキュレーター５０は、その光をチャープグレーティング５２に送る。チャープグレーティング５２は、その光を光サーキュレーター５０に反射して戻し、異なる波長成分をチャープグレーティング５２に沿った異なる距離で反射し、異なる波長成分が異なる距離を伝わることによって色分散を補償することができるようにする。例えば、チャープグレーティング５２は、より長い波長成分をより遠くで反射することによって、短い波長成分よりも遠くに伝わるように構成することができる。ここで光サーキュレーター５０は、チャープグレーティング５２によって反射された光を出力ポート５４に与える。従って、チャープグレーティング５２は、パルスに反対の分散を付加することができる。
しかし、チャープグレーティングはパルスを反射する帯域幅が非常に狭いので、波長多重光のような多数の波長を含む光の補償を行うだけの充分な帯域を持つことができない。いくつかのチャープ グレーティングをカスケード接続して波長多重信号に用いることはできるが、費用が高くなる。むしろ、光ファイバー通信システムを単一チャネルを伝送する場合の使用には、図４に示すようなサーキュレーターを含むチャープ グレーティングを使用するほうが適している。
図５は色分散を生じさせる場合に使用する従来の回析格子を示す。図５によれば、回析格子５６は格子表面５８を持つ。異なる波長を持つ平行光６０は、格子表面５８に入射する。光は、格子表面５８の各ステップで反射され、互いに干渉する。その結果、異なる波長をもつ光６２、６４、および６６が回析格子５６から異なる角度で出力される。回析格子は、下記に詳細に述べるように、色分散を補償するために空間的にグレーティングを対配置することができる。
さらに、図６（Ａ）は、分散を補償するために反分散部として使用する空間的グレーティングの対配置を示す図である。図６によると、光６７は第１の回析格子６８から、短い波長に対しては光６９に、また長い波長に対しては光７０に回析される。これらの光６９および７０は、そのあとで第２の回析格子７１によって同一方向に伝播する光に回析される。図６（Ａ）に示すように、異なる波長をもつ波長成分は、異なる距離だけ進んで反対の分散を生じ、これによって色分散を補償することができる。長い波長（例えば光７０）のほうが短い波長（例えば光６９）よりも伝搬距離が長いので、図６（Ａ）に示すように、空間的グレーティングの対配置は異常分散を持つ。
図６（Ｂ）は、色分散を補償するために反分散部として使用する、他の空間的グレーティングの対配置を示す。図６（Ｂ）に示すように、レンズ７２および７４は、焦点の一つを共用するように第１、第２の回析格子６８および７１の間に配置される。長い波長（例えば光７０）のほうが短い波長（例えば光６９）よりも伝搬距離が長いので、図６（Ｂ）に示すように空間的グレーティングの対配置は異常分散を持つ。
図６（Ａ）および６（Ｂ）に示す空間的グレーティングの対配置は、通常はレーザー共振器内の分散を制御するのに使用する。ただし、空間グレーティングの対配置は、光ファイバー通信システム内で生じる比較的大量の色分散を補償するのに十分な分散を行うことはできない。特に、回析格子によって生じる角分散は、通常は小さく、一般に、およそ０．０５度／ｎｍである。したがって、光ファイバー通信システムで生じる色分散を補償するには、第１および第２の格子６８と７１との間にかなりの間隔をあける必要があり、空間的グレーティングの対配置が実際には実用的ではなくってしまう。
発明の要約
上記のとおり、本発明は、色分散を行い、実際に光ファイバーに蓄積された色分散を補償する装置を提供することを目的とする。
本発明の目的は、以後「virtually imaged phased array」、すなわちＶＩＰＡと呼ぶ部分を含む装置を提供することによって達成できる。ＶＩＰＡは、ＶＩＰＡから伝播する光を生成する。この装置には、ＶＩＰＡに光を戻し、ＶＩＰＡ内で多重反射が発生するようにするための返光装置も含む。
また、本発明の目的は、連続する波長範囲内の波長の入力光を受け取り、対応する出力光を連続して生成する、ＶＩＰＡを含む装置を備えることによって達成することができる。この出力光は、連続する波長範囲内の他の波長の出力光とは空間的に区別できる（例えば、異なる方向に進む）。この出力光が進行角度で区別できれば、この装置は角度分散があるということである。
さらに本発明の目的は、ＶＩＰＡおよび返光装置を備えることによって達成される。ＶＩＰＡには、透過域および透明部材が含まれる。透過域を通ることによって光はＶＩＰＡに入出力することができる。透明部材は、第１および第２の表面を持つ。第２の表面は反射性を有し、入射光の一部を透過する。入力光は透過域を通ってＶＩＰＡに受光され、透明部材の第１および第２の表面の間で何度も反射され、複数の光が第２の表面を透過する。複数の透過光が互いに干渉して出力光が生成される。入力光は、連続する波長範囲内の波長を持ち、出力光は、その波長範囲内の他の波長を持つ光とは空間的に区別することができる。返光装置は、出力光を完全に逆方向に第２の表面へと返すことができ、第２の表面を透過してＶＩＰＡに入力され、その出力光がＶＩＰＡ内を多重反射してＶＩＰＡの透過域から入力経路へ出力される。
さらに、本発明の目的は、入力光の波長と同じ波長を持ち、異なる干渉次数を持つ複数の出力光を生成するＶＩＰＡを備えた装置を用意することによって達成できる。本装置はまた、１つの干渉次数にある出力光をＶＩＰＡに返し、その他の出力光は返さない返光装置も備えている。これによって、一つの干渉位数に対応する光のみをＶＩＰＡに返す。
本発明の目的はさらに、ＶＩＰＡ、返光装置、およびレンズを含む装置を備えることによって達成される。ＶＩＰＡは、入力光を受け取り、ＶＩＰＡから伝播する、対応する出力光を生成する。返光装置はＶＩＰＡから出力光を受け取り、その出力光をＶＩＰＡに返す。レンズは、（ａ）出力光が、ＶＩＰＡからレンズを通り、さらにレンズによって返光装置に集光されることによってＶＩＰＡから返光装置に進み、（ｂ）出力光が、返光装置からレンズへ、そしてレンズによってＶＩＰＡに方向付けされることによって返光装置からＶＩＰＡに返され、さらに（ｃ）ＶＩＰＡからレンズに進む出力光が、レンズからＶＩＰＡに返る出力光に対して平行および逆方向に進むように位置決めされる。さらに、ＶＩＰＡからレンズに進む出力光は、レンズからＶＩＰＡに返される出力光とは重ならない。
さらに、本発明の目的は、ＶＩＰＡ、ミラー、およびレンズを含む装置を備えることによって達成される。ＶＩＰＡは、入力光を受け取り、対応するＶＩＰＡから伝播する出力光を生成する。レンズは、出力光をミラーに集光させ、ミラーが出力光を反射して、反射光がレンズによってＶＩＰＡに返される。ミラーは、装置が一定の色分散を行うように形成する。
【図面の簡単な説明】
上記およびその他の本発明の目的および長所は以下の実施例の記述からも、それらに対応する下記の図面の説明からも明らかである。
図１（Ａ）（従来技術）は、従来の光ファイバー通信システムを示す図である。
図１（Ｂ）は、従来の光ファイバー通信システムでファイバーを通して送信を行う前のパルスを示す図である。
図１（Ｃ）は、従来の光ファイバー通信システムでファイバーを通して送信を行ったあとのパルスを示す図である。
図２（従来技術）は、色分散を補償するための反分散部を持つ光ファイバー通信システムを示す図である。
図３（従来技術）は、反分散部として分散補償ファイバーを持つ光ファイバー通信システムを示す図である。
図４（従来技術）は、色分散を補償するための反分散部として使用するためのチャープ・グレーテイングを示す図である。
図５（従来技術）は、従来の回析格子を示す図である。
図６（Ａ）（従来技術）は、異常分散を生じる空間的グレーテイング対配置を示す図である。
図６（Ｂ）（従来技術）は、正常分散を生じる空間的グレーテイング対配置を示す図である。
図７は、本発明の一実施例によるＶＩＰＡを示す図である。
図８は、本発明の一実施例による図７のＶＩＰＡを詳細に示す図である。
図９は、本発明の一実施例による図７に示すＶＩＰＡの直線ＩＸ−ＩＸに沿った横断面を示す図である。
図１０は、本発明の一実施例による、ＶＩＰＡによって行われる反射光間の干渉を示す図である。
図１１は、本発明の一実施例による、入力光の傾き角度を決定するための、図７に示すＶＩＰＡの直線ＩＸ−ＩＸに沿った横断面を示す図である。
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）、図１２（Ｄ）は、本発明の一実施例によるＶＩＰＡを作成する方法を示す図である。
図１３は、本発明の一実施例による、色分散を生じさせるための角分散部としてＶＩＰＡを使用する装置を示す図である。
図１４は、本発明の一実施例による、図１３に示す装置の動作を詳細に示す図である。
図１５は、本発明の一実施例による、ＶＩＰＡの干渉の様々な次数を示す図である。
図１６は、本発明の一実施例による、波長分割多重光のいくつかのチャネルの色分散を示す図である。
図１７は、本発明の一実施例による、ＶＩＰＡによってミラー上の異なる点で集光される波長分割多重光の異なるチャネルを示す図である。
図１８は、本発明の一実施例による、光を多様に色分散させるためにＶＩＰＡを使用した装置の側面図である。
図１９は、本発明の他の実施例による、光を多様に色分散させるためにＶＩＰＡを使用した装置の側面図である。
図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）は、本発明の他の実施例による、光を分散させるためにＶＩＰＡを使用した装置の側面図である。
図２１は、本発明の一実施例による、光束の波長に対するＶＩＰＡの光束の出射角を示す図である。
図２２は、本発明の一実施例による、光束の波長に対するＶＩＰＡの角分散を示す図である。
図２３は、本発明の一実施例による、ＶＩＰＡを使用する装置の異なるミラータイプの効果を示す図である。
図２４は、本発明の実施例による、ＶＩＰＡを使用する装置の波長に対する色分散を、使用する異なるミラータイプごとに示す図である。
図２５は、本発明の実施例による、ＶＩＰＡを使用する装置のミラーの効果を示す図である。
図２６は、本発明の実施例による、ＶＩＰＡを使用する装置の一定の色分散を示す図である。
図２７は、本発明の実施例による、ＶＩＰＡを使用する装置のための異なるミラー・デザインの特徴を示す図である。
図２８（Ａ）、図２８（Ｂ）、図２８（Ｃ）、図２８（Ｄ）、図２８（Ｅ）、図２８（Ｆ）は、本発明の実施例による、ＶＩＰＡを使用する装置のミラーの例を示す図である。
図２９は、本発明の更に他の実施例による、光を多様に分散するためのＶＩＰＡを使用する装置の側面を示す図である。
図３０は、本発明の一実施例による、図１３の装置をサーキュレーターと組み合わせた平面図を示す図である。
図３１は、本発明の一実施例による、ＶＩＰＡを使用した装置の平面図を示す図である。
図３２は、本発明の他の実施例による、ＶＩＰＡを使用した装置の平面図を示す図である。
図３３は、本発明の一実施例による、ＶＩＰＡを使用した装置のコリメートレンズを示す図である。
図３４は、本発明の一実施例による、ＶＩＰＡの温度を制御する制御装置を示す図である。
発明の最適な実施例
本発明の実施例を以下に詳細に述べる。添付の図面では、同じ機能の装置には同じ番号を付けて示す。
図７は、本発明の一実施例によるvirtually imaged phased array（ＶＩＰＡ）を示す図である。また、以後は、「virtually imaged phased array」と「ＶＩＰＡ」は、互いに置き換えて使用できる用語とする。
図７によれば、ＶＩＰＡ７６は、薄いガラス板で作成するのが望ましい。入力光７７は、半円筒レンズなどのレンズ８０を使用してライン７８に集光され、入力光７７がＶＩＰＡ７６に進むようにする。ライン７８は、以後、焦点ライン７８と呼ぶ。入力光７７は、焦点ライン７８から放射状に伝播し、ＶＩＰＡ７６内に受け取られる。次に、ＶＩＰＡ７８は、平行光の光束８２を出力する。光束８２の出射角は、入力光７７の波長の変化と共に変わる。例えば、入力光７７の波長が（１のとき、ＶＩＰＡ７６は波長が（１の光束８２ａを特定の方向に出力する。入力光７７の波長が（２のとき、ＶＩＰＡ７６は波長が（２の光束８２ｂを異なる方向に出力する。したがって、ＶＩＰＡ７６は、互いに空間的に区別することが可能な光束８２ａおよび８２ｂを生成する。
図８は、本発明の一実施例によるＶＩＰＡ７６の詳細図である。図８によれば、ＶＩＰＡ７６は例えばガラス製で表面に反射膜１２２および１２４をもつプレート１２０を備える。反射膜１２２は、反射率が約９５％以上であることが望ましいが、１００％より小さいこととする。反射膜１２４は、反射率がおよそ１００％であるのが望ましい。照射ウィンドウ１２６はプレート１２０上に形成され、その反射率はおよそ０％であるのが望ましい。
入力光７７はレンズ８０によって照射ウィンドウ１２６を通じて焦点ライン７８に集光され、反射膜１２２と１２４の間で多重反射が起こるようにする。焦点ライン７８は、反射膜１２２が取り付けられているプレート１２０上にあるのが望ましい。このように、焦点ライン７８は本質的には照射ウィンドウ１２６を通じて反射膜１２２上に集光させるラインである。レンズ８０によって集光される焦点ライン７８の幅は、入力光７７のビームウエストとも呼ばれる。このように、図８に示される本発明の実施例では、入力光７７のビームウエストは、プレート１２０の遠いほうの表面（すなわち反射膜１２２の面）に集光される。プレート１２０の遠いほうの表面にビームウエストを集光させることによつて、本発明の実施例は、照射ウィンドウ１２６を通って入ってくる入力光７７によって覆われるプレート１２０の表面の照射ウィンドウ１２６の領域（ｉ）（例えば、以下で詳細を説明するが、図１１に示す領域ａ）と、入力光７７が反射膜１２４によって最初に反射されるときに入ってくる反射膜１２４上の領域（例えば、下記に詳細を説明する、図１１に示す領域ｂ）とが重なってしまう可能性を低くするごとができる。VIPAの適切な操作を確実なものにするために、このような重なりを少なくすることが望ましい。
図８では、入力光７７の光軸１３２にはわずかな傾き角θが見られる。反射膜１２２の最初の反射では、５％の光が反射膜１２２を透過し、ビームウエストのあとで発散する。また、９５％の光が反射膜１２４に向かって反射する。最初に反射膜１２４によって反射されたあと、光は再度反射膜１２２にあたるが、今度はｄだけずれている。次に、５％の光が反射膜１２２を透過する。同じ様に、図８に示すように、光は一定の間隔ｄをたもちながら多数の経路に分岐する。各経路での光線の形は、光がビームウエストの虚像１３４から広がる形となる。虚像１３４は、プレート１２０に対する垂直線にそって一定の間隔２ｔで配置される。ここで、ｔはプレート１２０の厚さである。虚像１３４におけるビームウエストの位置は、自己設定であり、それぞれの位置を調整する必要はない。虚像１３４からの光は互いに干渉し、入力光７７の波長にしたがって異なる方向に伝播する平行光１３６を形成する。
光経路の間隔は、ｄ＝２ｔＳｉｎθであり、隣接する光線の経路長の差は、２ｔＣｏｓθである。角分散は、これらの２つの値の割合に正比例する。すなわち、ｃｏｔθである。この結果、ＶＩＰＡはかなり大きい角分散を生じる。
図８から明らかなように、「virtually imaged phased array」という用語は、虚像１３４の配列の形成から生まれたものである。
図９は、本発明の実施例による図７に示すＶＩＰＡ７６のＩＸ−ＩＸの線に沿った横断面を示す。図９によると、プレート１２０には反射面１２２、および１２４がある。反射面１２２および１２４は、互いに平行でありプレート１２０の厚さｔの間隔で配置されている。反射面１２２および１２４は、プレート１２０に配置される典型的な反射膜である。上記のとおり、反射面１２４の反射率は、照射ウィンドウ１２６を除き、およそ１００％である。反射面１２２の反射率は、およそ９５％以上である。したがって、反射面１２２の透過率はおよそ５％以下であるので、入射光の約５％以下が反射面１２２で透過し、約９５％以上が反射される。反射面１２２および１２４の反射率は、特別にＶＩＰＡを応用して使用することによって容易に変更することができる。ただし、一般には、反射面１２２の反射率は１００％より小さくして入射光の一部が透過できるようにしなければならない。
反射面１２４には照射ウィンドウ１２６が設けられている。照射ウィンドウ１２６は、光を透過させ、できれば光を反射しないか、または非常に小さい反射率であることが望ましい。照射ウィンドウ１２６は、入力光７７を、反射面１２２と反射面１２４間で受光し、反射させる。
図９は、図７の直線ＩＸ−ＩＸに沿った横断面を示し、図７に示した焦点ライン７８は、図９では「点」と表現されている。ここで、入力光７７は、焦点ライン７８から放射状に伝播する。さらに、図９に示すように、焦点ライン７８は反射面１２２上に位置する。焦点ライン７８が反射面１２２上にある必要はないが、焦点ライン７８の位置ずれによってＶＩＰＡ７６の特性わずかの変更が生じる。
図９に示すとおり、入力光７７は照射ウィンドウ１２６の領域Ａ０を通ってプレート１２０に入る。ここで、点Ｐ０は領域Ａ０の周辺の点を示す。
反射面１２２の反射率によって、およそ９５％以上の入力光７７が反射面１２２によって反射され、反射面１２４の領域Ａ１に入射する。点Ｐ１は、領域Ａ１の周辺の点を示す。反射面１２４の領域Ａ１で反射されたのち入力光７７は、反射面１２２に進み、一部が反射面１２２を透過して光線Ｒ１が定義する出力光Ｏｕｔ１となる。
このように、図９に示すように、入力光７７は反射面１２２と反射面１２４の間で多重反射される。ここで反射面１２２に反射されるごとに透過光が発生することになる。したがって、例えば、入力光７７が反射面１２４の領域Ａ２、Ａ３、Ａ４で反射した直後に反射面１２２で反射され、出力光Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、およびＯｕｔ４が生成される。点Ｐ２は、領域Ａ２の周辺の点を示し、点Ｐ３は、領域Ａ３の周辺の点を示し、点Ｐ４は領域Ａ３の周辺の点を示す。出力光Ｏｕｔ２は、光線Ｒ２によって定義され、出力光Ｏｕｔ３は、光線Ｒ３によって定義され、出力光Ｏｕｔ４は、光線Ｒ４によって定義される。図９は出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４のみを示しているが、実際は、入力光７７の強さや反射面１２２、１２４の反射率によってもっと多くの光が存在する。下記に詳細を示すが、出力光は互いに干渉して、入力光７７の波長によって異なる方向をもつ光束を生成する。したがって、光束を出力光Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４の干渉から生じた出力光として記述することができる。
図１０は、本発明の実施例による、ＶＩＰＡによる反射光の干渉を示す図である。図１０によれば、焦点ライン７８から進んでくる光は、反射面１２４によって反射される。前記のとおり、反射面１２４の反射率はおよそ１００％であり、本質的にはミラーの機能をもつ。この結果、反射面１２２および１２４が存在せず、その代りとして出力光Ｏｕｔ１が焦点ラインＩ₁から出射したものとして出力光Ｏｕｔ１を光学的に分析することができる。同様に、出力光Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４が焦点ラインＩ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄からそれぞれ出射したものとして光学的に分析することができる。焦点ラインＩ₂、Ｉ₃、Ｉ₄は、焦点ラインＩ₀の虚像である。
したがって、図１０に示すように、焦点ラインＩ₁は焦点ラインＩ₀から２ｔの距離にある。ｔは、反射面１２２と１２４との距離を表す。同様に、そのあとに続く各焦点ラインは、その直前の焦点ラインから２ｔの距離にある。したがって、焦点ラインＩ₂は、焦点ラインＩ₁から２ｔの距離にある。さらに、反射面１２２、反射面１２４の間に生じる後続の多重反射によって、直前の出力光よりも弱い出力光が発生する。したがって、出力光Ｏｕｔ２の強度は、出力光Ｏｕｔ１よりも弱い。
図１０に示すように、焦点ラインからの出力光は、重なり、干渉し合う。さらに詳しくは、焦点ラインＩ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄は、焦点ラインＩ₀の虚像であるので、出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４は、焦点ラインＩ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄で同じ光位相をもつ。したがって、干渉により、入力光７７の波長によって異なる方向に進む光束が生じる。
本発明の実施例によるＶＩＰＡには、ＶＩＰＡの設計上の特性である強め合いの条件が含まれている。この強め合いの条件によって、出力光の干渉が増加し、光束が形成される。ＶＩＰＡの強め合いの条件は、次の数式（１）で表される。
２ｔ×ｃｏｓφ＝ｍλ………（１）
ここで、φは、形成された光束の、反射面１２２および１２４に垂直な線からみた伝播方向を示す。λは、入力光の波長を示す。ｔは、反射面１２２と１２４の間の距離を示す。ｍは、整数を示す。
したがって、ｔが定数で、ｍに特定の値が与えられている場合には、波長λの入力光に対して形成される光束の伝播方向φが決定する。
さらには、入力光７７は、焦点ライン７８から特定の角度で放射状に拡散する。したがって、同じ波長の入力光は、焦点ライン７８から多くの異なる方向に進み、反射面１２２および１２４の間で反射する。ＶＩＰＡの強め合いの条件によって、ある特定の方向に進む光は、出力光の干渉を通じて強め合い、入力光の波長に対応する方向の光束を形成する。強め合いの条件に基づく特定の方向とは異なる方向に進む光は、出力光の干渉によって弱められる。
図１１は、図７に示すＶＩＰＡの直線ＩＸ−ＩＸの横断面を示す図であり、本発明の一実施例による入力光の入射角または傾き角を決めるＶＩＰＡの特性を示す。
図１１によれば、入力光７７は、円筒形レンズ（図示しない）によって集光され、焦点ライン７８に集光される。図１１に示すように入力光７７は、照射ウィンドウ１２６の「ａ」に等しい幅の領域をカバーする。入力光７７が反射面１２２に一度反射されたあと、入力光７７は、反射面１２４に入射し、反射面１２４の「ｂ」に等しい幅の領域をカバーする。さらに、図１１に示すように、入力光７７は、反射面１２２の垂線に対してθ１の傾き角をもつ光軸１３２に沿って進む。
傾き角θ１は、入力光７７が反射面１２２によって一度反射されたあと、照射ウィンドウ１２６を通ってプレートから外れた位置に出てしまわないような値に設定しなければならない。すなわち、傾き角θ１は、入力光７７が反射面１２２と反射面１２４の間に取り込まれた状態になり、照射ウィンドウ１２６から外れないように設定しなければならない。したがって、入力光７７が照射ウィンドウ１２６を通ってプレートから外れないようにするためには、傾き角θ１は、次の数式（２）にしたがって設定する。
光軸の傾き角θ１≧ （ａ＋ｂ）／４ｔ ………（２）
したがって、図７〜１１に示すように、本発明の実施例は、連続する波長領域内の各波長をもつ入力光を受光するＶＩＰＡを備えている。ＶＩＰＡは、入力光の多重反射によって自己干渉が行われるようにし、その結果として出力光を形成する。出力光は、連続する波長領域内の他の波長をもつ入力光とは空間的に区別できる。例えば、図９に、反射膜１２２と１２４の間で多重反射を生じる入力光７７を示す。この多重反射によって、互いに干渉し、入力光７７の各波長に対して空間的に区別することのできる光束を生成する、複数の出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４を生成する。
「自己干渉」とは、同じ光源から発生した複数の光または光線の間に生じる干渉である。したがって、出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４はすべて同じ光源（すなわち、入力光７７）から発生しているので、出力光Ｏｕｔ０、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３、Ｏｕｔ４の干渉は、入力光７７の自己干渉と呼ばれる。
本発明の実施例によると、入力光は連続する波長範囲内の任意の波長であってよい。このように、入力光は、不連続の値の範囲から選択した値の波長の限定されることはない。さらに、本発明の実施例によると、連続する波長範囲内の特定の波長の入力光に対して生成される出力光は、入力光が連続する波長範囲内の異なる波長であった場合に生成される出力光とは、空間上で区別される。
したがって、たとえば、図７に示すように、光束８２の進行方向（すなわち「空間特性」）は、入力光７７が連続する波長範囲内の異なる波長であった場合には異なる。
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）、図１２（Ｄ）に本発明の実施例によるＶＩＰＡの作成方法を示す。
図１２（Ａ）によれば、平行板１６４は、ガラス製であることが望ましく、すぐれた平行性をもつ。反射膜１６６、１６８は、真空析出、イオンスパッタリング、などの方法により、平行板１６４の両面に備えられる。反射膜１６６、１６８の一つは、反射率が１００％であり、他の一つは反射率が１００％より小さく、８０％より大きいことが望ましい。
図１２（Ｂ）によれば、反射膜１６６、１６８の一つは、一部削られて照射ウィンドウ１７０を形成する。図１２（Ｂ）で示す反射膜１６６は削られ、照射ウィンドウ１７０が平行板１６４の反射膜１６６と同じ表面に形成されるようにする。ただし、その代り、反射膜１６８は、一部を削って照射ウィンドウが平行板１６４上の反射膜１６８と同じ面に形成されるようにする。本発明の各種の実施例に示すように、照射ウィンドウは、平行板１６４のどちら側にでも形成することができる。
反射膜は、エッチング処理で削ることができるが、機械的な切削処理を使用することもでき、費用も少ない。ただし、反射膜を機械的に切削すれば、平行板１６４を慎重に処理し、平行板１６４への損傷を最少にしなければならない。例えば、照射ウィンドウを形成する平行板１６４部分の損傷が大きい場合には、平行板１６４は受け取った入力光の分散によって過剰な損失を受けることになる。
最初に反射膜の形成および切削を行う代わりに、事前に平行板１６４の一部を照射ウィンドウに対応してマスキングし、その部分を反射膜で覆われないようにして照射ウィンドウを作成することができる。
図１２（Ｃ）によれば、透明接着剤１７２を反射膜１６６、および反射膜１６６を取り除いた平行板１６４の一部に塗る。透明接着剤１７２は、照射ウィンドウを形成する平行板１６４の一部に塗付するので、光の損失が最小限になるものである。
図１２（Ｄ）によれば、透明保護板１７４は、透明接着剤１７２を塗布した上に載せ、反射膜１６６および平行板１６４を保護する。透明接着剤１７２は、反射膜１６６を取り除いて凹んだ部分に満たすように塗布するため、透明保護板１７４は、平行板１６４の上部表面に平行に備えられる。
同様に、反射膜１６８を保護するため、接着剤（図示しない）を反射膜１６８の上部表面に塗布し、保護板（図示しない）を備えなければならない。反射膜１６８がおよそ１００％の反射率であり、同じ平行板１６４の表面上に照射ウィンドウがない場合には、接着剤および保護板は透明である必要がない。
さらに、反射防止膜１７６を透明保護板１７４に塗布することもできる。たとえば、透明保護板１７４および照射ウィンドウ１７０は、非反射膜１７６で覆うことができる。
本発明の前記実施例によれば、焦点ラインは、照射ウィンドウ上、または入力光が入る、平行板の反対側表面にあるものとされるが、焦点ラインは平行板内または照射ウィンドウの前にある。
本発明の前記実施例によれば、二つの反射膜は間にある光を反射し、その反射膜の一つの反射率はおよそ１００％である。ただし、同様の効果は、それぞれ１００％未満の反射率を持つ二つの反射膜によっても得られる。例えば、二つの反射膜が、反射率９５％であってもよい。この場合には、それぞれの反射膜は、光を透過し、干渉を生じる。その結果、波長によって進む方向の異なる光束が、反射膜のある平行板の両面に形成される。このように、本発明の様々な実施例の様々な反射率は、ＶＩＰＡの必要な特性にしたがって変えることができる。
本発明の前記実施例によれば、導波路装置は、平行板または互いに平行な二つの反射面によって形成されるが、これらの板または反射面は必ずしも平行でなくてもよい。
本発明の前記実施例によれば、ＶＩＰＡは、多重反射を利用し、干渉光の間の一定の位相差を維持する。その結果、ＶＩＰＡの特性は安定し、それによって偏光によって生じる光学的特性の変化を小さくすることができる。これに対し、従来の回折格子の光学特性は、入力光の偏光状態によって好ましくない変化を受ける。
本発明の前記実施例によれば、互いに空間的に区別可能な光束を与えることができる。「空間的に区別可能な」とは、光束が空間的に区別することができることを意味する。例えば、各種の光束は、平行であり、異なる方向に進む場合、または異なる位置集光される場合には、空間的に区別することができるという。ただし、本発明はこれらの詳細な例に限定されることはなく、光束を互いに空間的に区別することのできる方法は他にも多数ある。
図１３に、本発明の実施例にしたがい、色分散を生じさせるために、回析格子ではなく、ＶＩＰＡを角分散部として使用する装置を示す。図１３によれば、ＶＩＰＡ２４０は、例えばおよそ１００％の反射率をもつ第１の表面２４２と、およそ９８％の反射率をもつ第２の表面２４４とを持つ。ＶＩＰＡ２４０は、また照射ウィンドウも含む。ＶＩＰＡ２４０は、この構成には限定されず、ここに記述されている多くの異なる構成が可能である。
図１３に示すように、光がファイバー２４６から出力され、コリメートレンズ２４８によってコリメートされ、照射ウィンドウ２４７を通して筒型レンズ２５０によってＶＩＰＡ２４０に線状に集光される。それから、ＶＩＰＡ２４０は、焦点レンズ２５２によってミラー２５４に集光されるコリメート光２５１を生成する。ミラー２５４は、基板２５８上に形成されるミラー部分２５６であってもよい。
ミラー２５４は、光を反射し、焦点レンズ２５２を通してその光をＶＩＰＡ２４０に送る。それから、その光は、ＶＩＰＡ２４０内で多重反射し、照射ウィンドウ２４７から出力される。照射ウィンドウ２４７から出力された光は、筒型レンズ２５０およびコリメートレンズ２４８を通り、ファイバー２４６に受光される。
したがって、光は、ＶＩＰＡ２４０から出力され、ミラー２５４に反射されてＶＩＰＡ２４０に戻る。ミラー２５４に反射された光は、もと進んで来た経路と正反対の経路を進む。以下に詳細に記述するように、光の異なる波長成分は、ミラー２５４上の異なる地点に焦点を持ち、反射してＶＩＰＡ２４０に戻る。その結果、異なる波長成分は、異なる距離を進み、色分散を生じる。
図１４に、本発明の実施例による図１３のＶＩＰＡの動作をさらに詳細に示す。様々な波長成分を持つ光がＶＩＰＡ２４０に受け取られるものと仮定する。図１４に示すように、ＶＩＰＡ２４０はビーム・ウエスト２６２の虚像２６０を形成し、虚像２６０は光を発する。図１４に示すように、焦点レンズ２５２は、ＶＩＰＡ２４０からのコリメート光の異なる波長成分の焦点をミラー２５４上の異なる点に集光させる。さらには、長い方の波長２６４は点２７２に、中心波長２６６は点２７０に、短い方の波長２６８は点２７４に、それぞれ集光する。そこで、長い方の波長２６４は、中心波長２６６と比較して、ビーム・ウエスト２６２により近い虚像２６０に戻る。短い方の波長２６８は、中心波長２６６と比較して、ビーム・ウエスト２６２から遠いほうの虚像２６０に戻る。このような配列によって、正常分散を生じる。
ミラー２５４は、特定の干渉オーダーの光だけを反射し、他の干渉オーダーの光は、ミラー２５４から外に集光される。さらには、前記のとおり、ＶＩＰＡがコリメート光を出力する。このコリメート光は、各虚像からの経路がｍλの差を持つ方向に進む。ここで、ｍは整数を示す。ｍ番目の干渉オーダーは、ｍに対応する出力光と定義する。
たとえば、図１５は、ＶＩＰＡの各種の干渉オーダーを示す。図１５によれば、ＶＩＰＡ２４０などのＶＩＰＡは、コリメート光２７６、２７８、２８０を発する。それぞれのコリメート光２７６、２７８、２８０は、異なる干渉オーダーに対応している。したがって、例えば、コリメート光２７６は、（ｎ＋２）番目の干渉オーダーのコリメート光に対応しており、コリメート光２７８は、（ｎ＋１）番目の干渉オーダーのコリメート光に対応しており、コリメート光２８０は、ｎ番目の干渉オーダーのコリメート光に対応している。ここで、ｎは整数を表す。コリメート光２７６は、複数の波長成分２７６ａ、２７６ｂ、２７６ｃを持つものとして示されている。同様にコリメート光２７８は、波長成分２７８ａ、２７８ｂ、２７８ｃを持つものとして示されて、コリメート光２８０は、波長成分２８０ａ、２８０ｂ、２８０ｃを持つものとして示されている。ここで、波長成分２７６ａ、２７８ａ、２８０ａは、同じ波長である。波長成分２７６ｂ、２７８ｂ、２８０ｂも同じ波長を持つ（波長成分２７６ａ、２７８ａ、２８０ａの波長とは異なる）。波長成分２７６ｃ、２７８ｃ、２８０ｃも同じ波長を持つ（波長成分２７６ａ、２７８ａ、２８０ａ、および波長成分２７６ｂ、２７８ｂ、２８０ｂの波長とは異なる）。図１５には、３つの異なる干渉オーダーのコリメート光を示しているだけであるが、コリメート光は、他の干渉オーダーに対しても発光される。
異なる干渉オーダーに対して同じ波長で異なる方向にコリメート光が進み、異なる位置に集光されるので、ミラー２５４は、単一の干渉オーダーからの光のみを反射してＶＩＰＡ２４０に戻すようにすることができる。たとえば、図１５に示すように、ミラー２５４の反射部分の長さは、比較的小さく作成してあり、単一の干渉オーダーに対応する光のみが反射される。さらには、図１５では、コリメート光２７８のみがミラー２５４に反射される。このように、コリメート光２７６、２７８は、ミラー２５４から外に集光される。
波長多重光は、普通は多数のチャネルを含んでいる。図１３を再度参照すると、ＶＩＰＡ２４０の第１の表面２４２と第２の表面２４４の間の厚さｔが特定の値に設定される場合には、その構成で各チャネルでの分散が同時に補償される。
さらに詳しくは、各チャネルには中心波長がある。中心波長は、普通は一定の周波数間隔で互いに離れている。ＶＩＰＡ２４０の第１の表面２４２と第２の表面２４４の間の厚さｔは、中心波長に対応するすべての波長成分がＶＩＰＡ２４０から同じ出射角で出力されるように設定し、ミラー２５４上で同じ焦点位置を持つようにしなければならない。これは、中心波長に対応した波長成分が進むＶＩＰＡ２４０上の往復の光の進行距離が、各チャネルの中心波長の倍数となるように、厚さｔを各チャネルに対して設定した場合に可能となる。この厚さｔの大きさは、以下では「ＷＤＭマッチングフリースペクトル範囲の厚さ」または「ＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さ」と呼ばれる。
さらに、この場合には、ＶＩＰＡ２４０を介した往復の光の進行距離（２ｎｔｃｏｓθ）は、同じθで異なる整数に対する各チャネルの中心波長に整数をかけた波長に等しい。ここでｎは、第１の表面２４２と第２の表面２４４の間にある部材の屈折率であり、θは各チャネルの中心波長に対応する光束伝播方向を示す。さらには、前記のとおり、θは、入力光の光軸の傾き角を示す（図８を参照）。
したがって、各チャネルでの中心波長に対応する波長成分に対して、２ｎｔｃｏｓθが、同じθで異なる整数に対する各チャネルの中心波長の整数倍に等しくなるようにｔを設定した場合には、中心波長に対応するすべての波長成分は、ＶＩＰＡ２４０から同じ出射角を持ち、ミラー２５４上で同じ焦点位置を持つ。
例えば、往復で２ｍｍの物理的長さ（ＶＩＰＡ２４０の厚さ１ｍｍの約２倍）および屈折率１．５であれば、１００GHz間隔のすべての波長がこの条件に合う。その結果、ＶＩＰＡ２４０は、波長多重光のすべてのチャネルで同時に分散を補償することができる。
したがって、図１４によると、厚さｔをＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さに設定した場合、ＶＩＰＡ２４０および焦点レンズ２５２は、（ａ）各チャネルの中心波長に対応する波長成分をミラー２５４上の点２７０に集束させ、（ｂ）各チャネルの長い波長の要素に対応する波長成分をミラー２５４上の点２７２に集束させ、（ｃ）各チャネルの短い波長の成分に対応する波長成分をミラー２５４上の点２７４に集束させることができる。したがって、ＶＩＰＡ２４０を使用して波長多重光のすべてのチャネルで色分散を補償することができる。
図１６は、本発明の実施例によって、厚さｔが、ＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さに設定される場合の、波長多重光のいくつかのチャネルの分散量を示すグラフである。図１６に示すように、すべてのチャネルに同じ分散が見られる。ただし、分散はチャネル間で連続してはいない。さらに、ＶＩＰＡ２４０が分散を補償する各チャネルの波長範囲は、ミラー２５４のサイズを適切に設定することによって設定することができる。
厚さｔがＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さに設定されていない場合には、波長多重光の異なるチャネルがミラー２５４上の異なる点で集束する。たとえば、厚さｔが往復の光の距離の１／２、１／３、または他の分数である場合には、２、３、４、またはそれ以上のチャネルの焦点は、同じミラー上で集束し、それぞれのチャネルは、異なる点で集束する。さらに詳しくは、厚さｔが、ＷＤＭマッチングのＦＳＲの厚さの１／２である場合には、奇数チャネルの光は、ミラー２５４上の同じ点で集束し、偶数チャネルの光は、ミラー２５４上の同じ点で集束する。ただし、偶数チャネルの光は、奇数チャネルとは異なる点で集束する。
たとえば、図１７は、ミラー２５４上の異なる点で集束するチャネルを示す図である。図１７に示すように、偶数チャネルの中心波長の波長成分は、ミラー２５４上の１点で集束するが、奇数チャネルの中心波長の波長成分は、ミラー２５４上の別の点で集束する。その結果、ＶＩＰＡ２４０は、波長多重光のすべてのチャネルで同時に分散補償を行うことができる。
ＶＩＰＡによって加えられた分散の値を変化させる方法はいくつかある。たとえば、図１８は、本発明の実施例による、光に可変の分散を与えるためにＶＩＰＡを使用する装置の側面図である。図１８によれば、ＶＩＰＡ２４０は、異なるそれぞれの干渉オーダーに異なる角分散を与える。したがって、光信号に加えられる分散の量は、異なる干渉オーダーに対応する光がミラー２５４上に集束し、反射してＶＩＰＡ２４０に戻るように、ＶＩＰＡ２４０を回転させたり動かしたりすることによって変えることができる。
図１９に、本発明の別の実施例による、光に可変の分散を与えるためにＶＩＰＡを使用する装置の側面図である。図１９によれば、焦点レンズ２５２とミラー２５４との相対距離は、一定に保たれ、焦点レンズ２５２とミラー２５４は、ＶＩＰＡ２４０に対して一緒に移動される。焦点レンズ２５２とミラー２５４のこの移動によって、ミラー２５４からＶＩＰＡ２４０に戻る光のずれを変え、それによって分散を可変にすることができる。
図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）は、光に色分散の各値を与えるためにＶＩＰＡを使用する、本発明の別の実施例による装置の側面図である。図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）は、図１４は、ビーム・ウエスト２６２の虚像２６０によって発する光の長い方の波長２６４、中心波長２６６、および短い方の波長２６８の進行方向を示す点で類似している。
図２０（Ａ）によれば、ミラー２５４は、凸ミラーである。凸ミラーを使用すると、ビーム・シフトは拡大する。したがって、短い焦点距離、かつ、小さい間隔で、大きな色分散が得られる。ミラー２５４が凸型の場合には、図２０（Ａ）に示すように、その凸型は、側面からのみ見え、上から見た時には見えない。
図２０（Ｂ）によれば、ミラー２５４は、凹ミラーである。凹ミラーを使用すると、分散の符号は反転する。したがって、短い焦点距離、かつ、小さい間隔で、異常分散が生じる。ミラー２５４が凹型の場合には、図２０Ｂに示すように、その凹型は、側面からのみ見え、上から見た時には見えない。
したがって、通常は、ミラー２５４は上からみると平面に見える。だたし、ミラー２５４も上から見たときに凹または凸ミラーにして、それが一次元ミラーであることを示すことができる。
図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）では、ミラー２５４は焦点レンズ２５２の焦点または焦点に近い点に配置する。
したがって、前記のとおり、たとえば、図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）にそれぞれ示すように、ミラー２５４は側面から見て、凸型または凹型にすることができる。凸ミラーは、色分散を進行させ、凹ミラーは色分散を減少させるか、または負（通常）から正（異常）に反転することができる。さらに詳しくは、凸ミラーは、負の方向に大きい分散を生じ、凹ミラーは、負の方向に小さい分散を生じるか、または分散を正に反転する。これは、色分散の強さが、側面から見たミラーの曲率の関数に等しいことによって実現する。
図２１は、光束の波長に対するＶＩＰＡ２４０からの光束の出射角を示すグラフである。図２１から分かるように、出射角に対する波長は線形ではない。
波長とＶＩＰＡによって生成された光束の出射角との関係は線形ではないので、ミラー２５４として平面ミラー、通常の凸面ミラー、または通常の凹面ミラーを使用している限りは、色分散は一つの波長帯域で一定にはならない。この色分散における非線形は、上位の分散とされる。
一般に、図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）に示す装置について、色分散における非線形は、次の数式（３）によって理解することができる。
（角分散）・（１−ｆ・（１／Ｒ））∝色分散
ここで、ｆは、焦点レンズ２５２の焦点距離を示し、Ｒは、ミラー２５４の曲率半径を表す。
図２２は、光束の波長に対するＶＩＰＡ２４０の角分散を示すグラフである。一般に、図２２の曲線２８４は、図２１の曲線２８２の傾斜を表したものである。図２２から分かるように、角分散は一定ではない。その代わり、角分散は、波長の変化に応じて変化する。
図２３は、波長に対して数式（３）の（１−ｆ・（１／Ｒ））の部分を示すグラフである。さらに詳しくは、直線２８６は、平面ミラーの場合の波長に対する（１−ｆ・（１／Ｒ））のグラフである（曲率半径は、“∞”（無限大））。直線２８８は、凹面ミラーの場合の波長に対する（１−ｆ・（１／Ｒ））のグラフである（曲率半径は、“＋”）。直線２９０は、凸面ミラーの場合の波長に対する（１−ｆ・（１／Ｒ））のグラフである（曲率半径は、“−”）。図２３に示したとおり、それぞれのミラーは、一定の曲率半径を持つ。
図２４は、図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）などのような装置の波長に対する色分散を示すグラフである。ここでは、ミラー２５４は、凸面ミラー、平面ミラー、および凹面ミラーである。さらに詳しくは、曲線２９２は、ミラー２５４が凸面ミラーである場合の波長に対する色分散を表す曲線である。曲線２９４は、ミラー２５４が平面ミラーである場合の波長に対する色分散を表す曲線である。曲線２９６は、ミラー２５４が凹面ミラーである場合の波長に対する色分散を表す曲線である。
一般的に、曲線２９２、２９４、２９６は、前記数式（３）に表されるように、それぞれ図２２に示す角分散と、図２３の適当な直線との積をそれぞれ表している。さらに詳しくは、一般に、曲線２９２は図２２に示す曲線２８４と、図２３に示す直線２９０の積を表している。一般に、曲線２９４は、図２２に示す曲線２８４と、図２３に示す直線２８６の積を表している。曲線２９６は、図２２に示す曲線２８４と、図２３に示す直線２８８の積を表している。
図２４から分かるように、ミラー２５４として凸面ミラー、平面ミラー、または凹面ミラーが使用されても、色分散は一定ではない。
本発明の実施例によれば、色分散の波長依存性は、ミラー２５４の曲率をチャーピングすることによって減少させるか、または取り除くことができる。
さらに詳しくは、図２５は、波長に対する数式３の（１−ｆ・（１／Ｒ））の曲線２９８を示すグラフである。一般には、図２５の曲線２９８は、図２２の曲線２８４を反転したものである。したがって、図２６の曲線３００に示すように、図２５の特性を持つミラーは、一定の色分散を生じる。
たとえば、図１４に示す装置では、長い波長は、短い波長よりも負の方向の分散が大きい。したがって、ミラー２５４は、長い波長が反射する凹面部分と、短い波長が反射する凸面部分とを持つように設計し、分散の波長依存性を効果的に取り除くことができる。理想的には、ミラー２５４の曲率は、波長が短いほうから長いほうに変わるにつれて焦点に向かって凸面から凹面に連続して変化する。この変更が、平面ミラーではなく従来の凸面ミラーに基づいている場合には、波長が短いほうから長いほうに変わる間の焦点に沿って、ミラーの曲率は、強い凸面から弱い凸面に連続して変化するように作成することができる。
したがって、一定の色分散を与えるために、ミラー２５４には異なる様々な設計がある。たとえば、図７は、本発明の実施例による多数の異なるミラーの特性を示すグラフである。図２７の曲線３０２は、出力光の波長が増大するにつれて凸面から凹面に連続して変わるミラーを示す。曲線３０４は、出力光の波長が増大するにつれて強い凸面から弱い凸面に変わるミラーを示す。曲線３０６は、出力光の波長が増大するにつれて弱い凹面から強い凹面に連続して変わるミラーを示す。他のミラーの設計には、たとえば、曲線３０８および３１０に示されたものが含まれる。
使用可能なミラーの設計数は、実際に無限にあり、このような設計を図２７に示す。さらには、ミラーの設計は、図２７に示すような、同じ斜度の特性曲線をもつように限定されることはない。
図２８（Ａ）、図２８（Ｂ）、図２８（Ｃ）、図２８（Ｄ）は、本発明の実施例によるミラー２５４として使用できる各種のミラーの表面の形状を示す。たとえば、図２８（Ａ）は、図２７の曲線３０２が表すように、連続して凸面から凹面に変化するミラーを示す。図２８（Ｂ）は、図２７の曲線３１０が表すように、連続して強い凸面から弱い凸面に変化するミラーを示す。図２８（Ｃ）は、図２７の曲線３０６が表すように、連続して弱い凹面から強い凹面に変化するミラーを示す。
さらに、使用できるミラーには、無数の設計が可能である。
たとえば、図２８（Ｄ）は、凸面に変化する平面ミラーを示す。図２７（Ｅ）は、凹面に変化する平面ミラーを示す。図２８（Ｆ）は、凸面および凹面をもつが、連続的には凸から凹に変化はしないミラーを示す。
したがって、本発明の実施例によると、装置にはＶＩＰＡ、ミラー、およびレンズが含まれる。ＶＩＰＡは、入力光を受け取り、ＶＩＰＡから伝播する、対応する出力光（光束など）を生成する。レンズは出力光をミラーに集束させることによって、ミラーが出力光を反射し、反射した光がレンズによってＶＩＰＡに戻るようにする。ミラーは、装置が一定の色分散を行うような形をとる。
たとえば、レンズによって集束した出力光は、出力光の波長の変化に応じて、ミラー上の異なる表面点に入射する。出力光の波長が短いほうから長いほうに変化するに連れて、表面点が連続して凸面から凹面に変化するように、ミラーの形を決める。他の例として、出力光の波長が短いほうから長いほうに変化するに連れて、表面点が連続して強い凸面から弱い凸面に変化するように、ミラーの形を決める。また、出力光の波長が短いほうから長いほうに変化するに連れて、表面点が連続して弱い凹面から強い凹面に変化するように、ミラーの形を決める。他にも多数の例がある。たとえば、ミラーは、凹面部分と凸面部分があって、特定の波長より短い波長の出力光が凸面から反射し、特定の波長より長い波長の出力光が凹面から反射するように形成される。
さらに、たとえば、ミラーは、平面部分があり、出力光の波長が特定の波長より長くなるにつれて連続して凹面部分に変化し、特定の波長よりも短い波長の出力光が平面部分に入射し、特定の波長よりも長い波長の出力光が凹面部分に入射するように形成する。また、ミラーは、凸面部分があり、出力光の波長が特定の波長より長くなるにつれて連続して平面部分に変化し、特定の波長よりも短い波長の出力光が凸面部分に入射し、特定の波長よりも長い波長の出力光が平面部分に入射するように形成する。
図２９は、本発明の更に別の実施例による、光を可変的に分散するようにＶＩＰＡを使用する装置の側面図である。図２９によれば、焦点レンズ２５２およびミラー２５４は、逆反射体３１２に置き換えることができる。逆反射体３１２は、２つまたは３つの反射面を持ち、入力光を伝播方向と正反対の方向に反射するのがよい。逆反射体３１２を使用すると、ＶＩＰＡ―逆反射体の配列で異常分散を生じる。さらに、逆反射体３１２は、ＶＩＰＡ２４０に対して移動でき、分散量を変化させることができる。
図３０は、本発明の一実施例による、図１３に示す装置をサーキュレーターと組み合わせた場合の平面図である。図３０によれば、サーキュレーター３１４は、入力ファイバー３１６からの入力光を受け取り、その入力光をコリメートレンズ２４８に与える。ミラー２５４に反射され、ＶＩＰＡ２４０を通して戻された出力光は、サーキュレーター３１４に受け取られ、出力ファイバー３１８に与えられる。図３０では、焦点レンズ２５２は、“通常”の焦点レンズであり、“通常”の焦点レンズとは、焦点レンズの上および側面からみた光の集束が、どちらも同じ焦点距離を表しているものである。
図３１は、光を分散させるためにＶＩＰＡを使用する、本発明の別の実施例による装置の平面図である。図３１によれば、筒型レンズ３２０は、ＶＩＰＡ２４０からの出力光をミラー２５４に線集束する。ミラー２５４は、上から見たときに少し傾いている（図２３に示すとおり）。入力ファイバー３１６は、入力光をコリメートレンズ２４８に与え、出力ファイバー３１８は、ミラー２５４に反射されＶＩＰＡ２４０を通して戻った光を受け取る。したがって、筒型レンズ３２０および傾いたミラー２５４を使用することによって、サーキュレーター（たとえば、図３０に示すサーキュレーター３１４）を使用する必要はなくなる。
ただし、図３０および３１の装置にはいくつか欠点がある。図３０の装置については、サーキュレーター３１４は、入力光を出力光から分離させるために必要であるが、サーキュレーターは、光の損失を生じるのが欠点である。さらに、サーキュレーターは多くの場合、サイズが大きすぎる。
図３１の装置について、ＶＩＰＡ２４０によって受け取られた入力光が、図３１の平面図から分かるようにＶＩＰＡ２４０に対して垂直ではないので、この装置の性能は比較的低い。さらに詳しくは、ＶＩＰＡ２４０によって受け取られた入力光がＶＩＰＡ２４０に対して垂直ではないので、各種の出力光（たとえば、図９の出力光Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３）が完全にはオーバラップしない。その代わり、出力光は、一部だけがオーバラップし、それによって、装置の性能を低下させる。
図３２は、光を分散させるためにＶＩＰＡを使用し、図３０および３１に示す装置の欠点を取り除く、本発明の別の実施例による装置の平面図である。
図３２によれば、コリメートレンズ３２２ａおよび半筒型レンズ３２４ａは、入力ファイバー３１６とＶＩＰＡ２４０の間に配置される。入力光は、入力ファイバー３１６から伝送され、コリメートレンズ３２２ａによってコリメート光に形成される。このコリメート光は、こののち半筒型レンズ３２４ａによって線集束されてＶＩＰＡ２４０の照射ウィンドウに入れられる。その結果ＶＩＰＡ２４０によって生成される光束は、焦点レンズ２５２に進み、ミラー２５４上で集束されて、ミラー２５４によって反射される。図３２では、焦点レンズ２５２は“通常”の焦点レンズであり、“通常”の焦点レンズとは、焦点レンズの上および側面からみた光の集束が、どちらも同じ焦点距離を表しているレンズである。
コリメートレンズ３２２ｂおよび半筒型レンズ３２４ｂは、出力ファイバー３１８とＶＩＰＡ２４０の間に配置される。ミラー２５４に反射されＶＩＰＡ２４０に戻された光は、ＶＩＰＡ２４０内で多重反射を受け、ＶＩＰＡ２４０の照射ウィンドウを通じて出力される。このＶＩＰＡ２４０からの出力光は、半筒型レンズ３２４ｂおよびコリメートレンズ３２２ｂに進み、出力ファイバー３１８に集束される。
図３２に示すように、ミラー２５４に集束される光は、平面図ではミラー２５４に対して垂直ではない。これは、ＶＩＰＡ２４０に生成された光束が、平面図で焦点レンズ２５２の中心を通らないように焦点レンズ２５２が置かれるために生じる。同様に、ミラー２５４に反射される光は、焦点レンズ２５２の中心を通らない。焦点レンズ２５２の中心は、ＶＩＰＡ２４０によって生成された光束のビーム中心、およびミラー２５４によって反射される光のビーム中心から、少なくとも上から見たビームの幅の１／２はずれている。その結果として、焦点レンズ２５２は、ミラー２５４上の焦点レンズ２５２の拡張レンズ軸３２６の位置に光りを集束する。さらには、ＶＩＰＡ２４０から焦点レンズ２５２に進む光３２８は、焦点レンズ２５２からＶＩＰＡ２４０に進むどの波長の光３３０にも平行である。
図３２に示す装置については、入力ファイバー３１６からの入力光は、出力ファイバー３１８によって受け取られる出力光とは異なる空間を進む。このように出力光は、入力ファイバーとは異なるファイバーに結合することができ、サーキュレーターは不要である。さらに、平面図で見るように、ＶＩＰＡ２４０の照射ウィンドウが受け取った入力光がＶＩＰＡ２４０に垂直に進むので、この装置は比較的高性能である。
図３２は、２つの別の半筒型レンズ３２４ａおよび３２４ｂを示すが、単一の半筒型レンズを使用することもできる。たとえば、図３３は、本発明の一実施例により、複数の半筒型レンズ３２４ａおよび３２４ｂの代わりに単一の半筒型レンズ３２４を示す図である。
さらに、一般には、半筒型レンズは、側面図または平面図に示される光を集束させるレンズとして定義され、他の方向からは集束効果は見られない。半筒型レンズは、周知のレンズである。
また、本発明は、コリメートレンズ、半筒型レンズ、ないしは他の特定の型のレンズの使用を限定することはない。その変わり、適切な効果が期待出来、使用することの出来るレンズまたは装置は多数ある。
したがって、たとえば、図３２に示すように、装置にはＶＩＰＡ（例えば、ＶＩＰＡ２４０）、光返送装置（たとえば、ミラー２５４）、およびレンズ（たとえば、焦点レンズ２５２）が含まれている。ＶＩＰＡは、入力光を受け取り、対応する、ＶＩＰＡから伝播する出力光を生成する（例えば、光束）。光返送装置は、ＶＩＰＡから出力光を受け取り、その出力光をＶＩＰＡに戻す。レンズは、（ａ）出力光がＶＩＰＡからレンズに進み、それからレンズに集束されて光返送装置に進むことによって、ＶＩＰＡから光返送装置に進むように、（ｂ）出力光が、光返送装置からレンズに進み、それからレンズによってＶＩＰＡに向けることによって、光返送装置からＶＩＰＡに戻るように、（ｃ）ＶＩＰＡからレンズに進む出力光が、レンズからＶＩＰＡに進む返送出力光と平行であるように、配置を行う。
本発明の前記実施例によると、ＶＩＰＡは、回析格子よりもはるかに大きい角分散を生じる。したがって、ここで記述するＶＩＰＡを使用すると、図６Ａおよび６Ｂに示すように、空間グレーテイングの対配置よりも大きい色分散を行うことができる。
本発明の前記実施例では、ミラーを使用して光を反射し、ＶＩＰＡ２４０に戻す。このように、ミラーは、ＶＩＰＡ２４０に光を戻す“光返送装置”と呼ぶことができる。ただし、本発明は、ミラーを光返送装置として使用することに限定するものではない。たとえば、プリズム（ミラーの代り）を光返送装置として使用し、光をＶＩＰＡ２４０に戻すことができる。さらに、各種のミラーないしプリズム、またはレンズ装置の組合わせを光返送装置として使用し、光をＶＩＰＡに戻すことができる。
本発明の前記実施例では、ＶＩＰＡは、光を反射するための反射膜を持つ。たとえば、図８は、光を反射する反射膜１２２および１２４を持つＶＩＰＡ７６を示す。ただし、ＶＩＰＡを、反射面を提供するための膜として使用することに限定はしない。その代り、ＶＩＰＡは適切な反射面を持っていなければならないが、膜である必要はない。
さらに、本発明の前記実施例では、ＶＩＰＡは多重反射を生じる透明のガラス板を含む。たとえば、図８は、反射面を持つ透明のガラス板１２０を備えたＶＩＰＡ７６を示す。ただし、反射面を隔離するために、ＶＩＰＡをガラス部材、または任意のタイプの板のみに限定はしない。その代り、反射面は、ある種のスペーサーによって互いに隔離しておかなければならない。たとえば、ＶＩＰＡの反射面は、ガラス板を介在させなくても“空気”によって隔離することが出来る。したがって、反射面を、たとえば光ガラスまたは空気などの透明の部材によって隔離するものとして記述することができる。
前記の通り、ＶＩＰＡの動作は、ＶＩＰＡの反射面の間にある部材の厚さと屈折率によって異なる。さらに、ＶＩＰＡの動作波長は、ＶＩＰＡの温度をコントロールすることによって正確に調整することができる。
さらにくわしくは、図３４は、本発明の一実施例によるＶＩＰＡの温度をコントロールするコントローラーを示す。図３４によれば、ＶＩＰＡ３４０は、出力光３４２を生成する。温度センサー３４４は、ＶＩＰＡ３４０の温度を検出する。検出された温度に基づいて、コントローラー３４６は、加熱／冷却要素３４８をコントロールして、ＶＩＰＡ３４０の温度を制御し、ＶＩＰＡ３４０の動作波長を調整する。
たとえば、ＶＩＰＡ３４０の温度の上下によって、出力光３４２の出射角をわずかに変更させることができる。さらに、入力光の特定の波長に対応する出力光をＶＩＰＡ３４０から正確な出射角で出力されるべきである。したがって、コントローラー３４６は、ＶＩＰＡ３４０の温度を調整して、出力光３４２を正しい出射角で適切に出力させ、安定させることができる。
本発明の前記実施例によれば、装置にＶＩＰＡを使用して色分散を行うことができる。このために、本発明の実施例では、ＶＩＰＡを特定の構成に限定しない。むしろ、ここで記述する異なるＶＩＰＡの構成のいずれも、または、引例として本発明で記述した、関連する米国出願番号０８／６８５，３６２で開示されている構成を装置に用いて、色分散を補償することができる。たとえば、ＶＩＰＡは、照射ウィンドウを持っていてもよく、ＶＩＰＡの各表面の反射は、特定の例に限定されることはない。
本発明のいくつかの好適実施例を上記に示し記述したが、当業者は、本発明の原理に基づいて、請求項に定義された範囲およびその等価物の範囲内で、変更を加えることができるのはあきらかである。

Claims (49)

1. 入力光を受け取り、バーチャリ イメージド フェイズド アレイ（ＶＩＰＡ）生成部から伝播し、従って、ＶＩＰＡ生成部のそれぞれの表面から伝搬する、対応する出力光を生成するＶＩＰＡ生成部と、
   前記出力光をＶＩＰＡ生成部から受け取り、その出力光をＶＩＰＡ生成部に戻し、従って、ＶＩＰＡ生成部に戻す光返送装置と、
   ＶＩＰＡ生成部からレンズへ進み、レンズを用いて光返送装置に集束することによって、前記出力光がＶＩＰＡ生成部から光返送装置に進むように、
   光返送装置からレンズに進み、レンズを用いてＶＩＰＡ生成部に方向づけることによって、出力光が光返送装置からＶＩＰＡ生成部に戻るように、
   ＶＩＰＡ生成部からレンズに進む出力光が、ＶＩＰＡ生成部の正面から見た場合の該面に垂直で、レンズからＶＩＰＡ生成部に進む返送された出力光がＶＩＰＡ生成部の正面から見た場合の該面に垂直であるように配置したレンズと、
   加熱／冷却要素により、該ＶＩＰＡ生成部の温度を制御し、該ＶＩＰＡ生成部からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラとを備える、
   ことを特徴とした装置。
2. さらに第１および第２の光ファイバーを備え、入力光が第１の光ファイバーを通してＶＩＰＡ生成部に受け取られ、ＶＩＰＡ生成部に戻ったあとで前記出力光がＶＩＰＡ生成部内で多重反射を受けて第２の光ファイバーに受け取られることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
3. さらに前記入力光を前記第１の光ファイバーからＶＩＰＡ生成部に方向づける第１のレンズと、ＶＩＰＡ生成部から戻った出力光を第２のファイバーに方向づける第２のレンズを備えることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。
4. さらに前記入力光を前記第１の光ファイバーからＶＩＰＡ生成部に方向づけ、ＶＩＰＡ生成部から戻った出力光を第２の光ファイバーに方向づけるレンズを備えることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。
5. 光返送装置はミラーであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
6. ＶＩＰＡ生成部から進む出力光がレンズを通ってミラーに集束させ、ミラー上に入射する光がミラー表面に垂直にならないようにすることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の装置。
7. ＶＩＰＡ生成部からレンズに進む出力光がレンズの中心をはずれて進み、前記レンズからＶＩＰＡ生成部に進む戻り出力光がレンズの中心をはずれて進むように、前記レンズを配置することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
8. 光を受け取り、光を出力する透過域を持ち、その透過域を通じて連続する波長領域内の各波長を持つ入力光を受け取り、入力光の多重反射を行って、角分散部から進み、従って、各分散部のそれぞれの表面から進む、前記連続する波長範囲内の他の波長を持つ入力光に対して形成された出力光とは空間的に区別することのできる出力光を形成する自己干渉を行わせる角分散部と、
   角分散部から出力光を受け取り、前記出力光を角分散部の該表面、従って、角分散部に返して、角分散部で多重反射を受け、角分散部から前記透過域を通って出力されるようにする光返送装置と、
   角分散部からレンズへ進み、レンズを用いて光返送装置に集束することによって、前記出力光が角分散部から光返送装置に進むように、
   光返送装置からレンズに進み、レンズを用いて角分散部に方向づけることによって、出力光が光返送装置から角分散部に戻るように、
   角分散部からレンズに進む出力光が、該角分散部を正面から見た該表面に垂直であり、レンズから該角分散部に進む、返送された出力光が該角分散部を正面から見た該表面に垂直であるように配置したレンズと、
   加熱／冷却要素により、該角分散部の温度を制御し、該角分散部からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラとを備える、
   ことを特徴とした装置。
9. さらに第１と第２の光ファイバーを備え、
   前記入力光は第１の光ファイバーを通して進み、前記透過域を通して角分散部に受け取られ、
   角分散部で多重反射を受けたのち、透過域を通じて出力され、前記出力光が第２光ファイバーによって受け取られることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の装置。
10. さらに第１の光ファイバーから透過域を通じて角分散部に入力光を集束させるレンズと、戻された出力光を角分散部の透過域から第２の光ファイバーに方向づけるレンズとを備えることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装置。
11. さらに前記入力光を前記第１の光ファイバーから前記透過域を通じて角分散部に方向づけ、前記角分散部の透過域から戻った出力光を前記第２の光ファイバーに方向づけるレンズを備えることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装置。
12. さらに
    第１の光ファイバーから入力光を受け取り、コリメート光を形成する第１のレンズと、
    第１のレンズからコリメート光を受け取り、そのコリメート光を角分散部の透過域に集束させる第２のレンズと、
    角分散部の透過域から戻った出力光のコリメート光を形成する第３のレンズと、
    第３のレンズから第２の光ファイバーにコリメート光を集束させる第４のレンズを備えることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装置。
13. 前記光返送装置は、ミラーであることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の装置。
14. 入力光を受け取るバーチャリ イメージド フェイズド アレイ（ＶＩＰＡ）生成部であり、伝播する出力光を生成するＶＩＰＡ（ＶＩＰＡ）と、
    ミラーと、
    出力光をミラーに集束させ、それによってミラーが出力光を反射し、反射した光が、レンズによってＶＩＰＡに戻すようにするレンズと、
    加熱／冷却要素により、該ＶＩＰＡの温度を制御し、該ＶＩＰＡからの出力光の出射角を安定化する温度コントローラとを備え、
    前記ミラーは、装置が一定の色分散を行うことができるように形成される装置。
15. 前記レンズによって集束される出力光が、出力光の波長が変化するときにミラー上の異なる表面点に入射し、
    前記ミラーは、出力光の波長が短い方から長い方に変更するときに、表面点が凸面から凹面に連続して変化するように形成される請求の範囲第１４項に記載の装置。
16. 前記レンズによって集束される出力光が、出力光の波長が変化するときにミラー上の異なる表面点に入射し、
    前記ミラーは、出力光の波長が短い方から長い方に変更するときに、表面点が強い凸面から弱い凸面に連続して変化するように形成される請求の範囲第１４項に記載の装置。
17. 前記レンズによって集束される出力光が、出力光の波長が変化するときにミラー上の異なる表面点で入射し、
    前記ミラーは、出力光の波長が短い方から長い方に変更するときに、表面点が弱い凹面から強い凹面に連続して変化するように形成される請求の範囲第１４項に記載の装置。
18. 前記ミラーは、凹面部分と凸面部分を持ち、特定の波長より短い波長の出力光は、凸部分から反射し、特定の波長より長い波長の出力光は、凹部分から反射することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の装置。
19. 前記レンズによって集束される出力光が、出力光の波長が変化するときにミラー上の異なる表面点に入射し、
    前記ミラーは、特定の波長を超える出力光の波長が長くなるにつれて凹面部分に連続的に変化する平面部分を持ち、特定の波長より短い波長の出力光が平面部分に入射し、特定の波長より長い波長の出力光が凹面部分に入射することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の装置。
20. 前記レンズによって集束される出力光が、出力光の波長が変化するときにミラー上の異なる表面点に入射し、
    前記ミラーは、特定の波長を超える出力光の波長が長くなるにつれて平面部分に連続的に変化する凸面部分を持ち、特定の波長より短い波長の出力光が凸面部分に入射し、特定の波長より長い波長の出力光が平面部分に入射することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の装置。
21. 光を受け取り、光を出力する透過域を持ち、その透過域を通じて連続する波長領域内の各波長を持つ入力光を受け取り、入力光の多重反射を行って、角分散部から進む、前記連続する波長範囲内の他の波長を持つ入力光に対して形成された出力光とは空間的に区別することのできる出力光を形成する自己干渉を行わせる角分散部と、
    角分散部から出力光を受け取り、前記出力光を角分散部に返して、角分散部で多重反射を受け、角分散部から前記透過域を通って出力されるようにする光返送装置と、
    ミラーと、
    角分散部によって形成される出力光を前記ミラーに集束させるレンズと、
    加熱／冷却要素により、該角分散部の温度を制御し、該角分散部からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラとを備え、
    前記ミラーは、集束した光を前記レンズに反射して戻し、前記レンズは、反射された出力光を角分散部に戻し、それによって反射された出力光が角分散部内で多重反射を受けて、角分散部から透過域を通じて出力されるようにし、
    前記ミラーは、前記装置が一定の色分散を行うように形成されることを特徴とする装置。
22. 前記レンズによって集束される出力光が、出力光の波長が変化するときにミラー上の異なる表面点に入射し、
    前記ミラーは、出力光の波長が短い方から長い方に変化するときに、それぞれの表面点が凸面から凹面に連続して変化するように形成される請求の範囲第２１項に記載の装置。
23. 前記レンズによって集束される出力光が、出力光の波長が変化するときにミラー上の異なる表面点に入射し、
    前記ミラーは、出力光の波長が短い方から長い方に変化するときに、それぞれの表面点が強い凸面から弱い凸面に連続して変化するように形成される請求の範囲第２１項に記載の装置。
24. 前記レンズによって集束される出力光が、出力光の波長が変化するときにミラー上の異なる表面点に入射し、
    前記ミラーは、出力光の波長が短い方から長い方に変化するときに、それぞれの表面点が弱い凹面から強い凹面に連続して変化するように形成される請求の範囲第２１項に記載の装置。
25. 前記ミラーは、凹面部分と凸面部分を持ち、特定の波長より短い波長の出力光は、凸部分から反射し、特定の波長より長い波長の出力光は、凹部分から反射することを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の装置。
26. 前記レンズによって集束される出力光が、出力光の波長が変化するときにミラー上の異なる表面点に入射し、
    前記ミラーは、特定の波長を超える出力光の波長が長くなるにつれて凹面部分に連続的に変化する平面部分を持ち、特定の波長より短い波長の出力光が平面部分で入射し、特定の波長より長い波長の出力光が凹面部分で入射することを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の装置。
27. 前記レンズによって集束される出力光が、出力光の波長が変化するときにミラー上の異なる表面点に入射し、
    前記ミラーは、特定の波長を超える出力光の波長が長くなるにつれて平面部分に連続的に変化する凸面部分を持ち、特定の波長より短い波長の出力光が凸面部分で入射し、特定の波長より長い波長の出力光が平面部分で入射することを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の装置。
28. 各波長の入力光は線に収束され、
    第１及び第２の面は、入力光が該線から放射され、第１と第２の面の間で複数回反射され、結果、複数の光が第２の面を介して送出され、複数の送出された光が互いに干渉し、第２の面から進む、異なる波長の入力光に対して生成された出力光と空間的に区別可能な出力光を生成するような、第１の面と、入射する光の一部透過させるような反射率を有する第２の面と、
    出力光を第２の面に戻し、出力光が第２の面を透過し、第１と第２の面の間で多重干渉を起こすようにする光返送装置と、
    第２の面からレンズへ進み、そして、該光返送装置にレンズによって集光されることによって、出力光が第２の面から光返送装置へと進み、
    該光返送装置からレンズへ進み、そして、第２の面にレンズによって集光されることによって、出力光が該光返送装置から第２の面へ戻り、該第２の面から該レンズに進む出力光は、正面から見て該第２の面に垂直で、該レンズから該第２の面に進む返送された出力光は正面から見て該第２の面に垂直であるように、配置されたレンズと、
    加熱／冷却要素により、該第１の面と第２の面を保持する構成の温度を制御し、該第２の面からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラと
    を備えることを特徴とする正面を有する装置。
29. 前記光返送装置は鏡であることを特徴とする請求の範囲第２８項に記載の装置。
30. 前記第２の面から進む前記出力光は、前記レンズを通って進み、前記鏡に入射する光が鏡の面に対して垂直でないように前記鏡上に集光することを特徴とする請求の範囲第２９項に記載の装置。
31. 各波長の入力光を受光し、該入力光の波長によって決定される方向に生成手段から伝搬する対応する出力光を生成し、結果出力光は該生成手段の各面から伝搬するような生成手段と、
    該生成手段の該面に該出力光を戻すことにより、該出力光を該生成手段に戻す返送手段と、
    該生成手段からレンズに進み、そして、レンズによって該返送手段に集光されることによって、該出力光が該生成手段から該返送手段に進み、
    該返送手段から該レンズに進み、該レンズによって該生成手段に向けられることによって該返送手段から該生成手段へ該出力光を戻し、
    該生成手段から該レンズに進む該出力光は、正面から見て該生成手段の該面に対し垂直であり、該レンズから該生成手段に進む該返送された出力光は、正面から見て該生成手段の該面に垂直であるように配置されたレンズと、
    加熱／冷却要素により、該生成手段の温度を制御し、該生成手段からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラと
    を備えることを特徴とする、正面を有する装置。
32. 各波長の入力光を受光し、線に集光する装置において、
    互いに隔離された第１及び第２の面と、
    入力光が線から放射され、第１と第２の面の間で複数回反射され、結果、複数の光が第２の面を介して透過され、透過した光が互いに干渉して第２の面から進み、異なった波長の入力光に対して生成された出力光と空間的に区別可能な出力光を生成する手段と、
    出力光を、返送された出力光が第２の面を通過し、第１と第２の面の間で多重反射を起こすように、第２の面に返送する返送手段と、
    第２の面からレンズに進み、それから、レンズによって返送手段に集光されることによって、出力光は該第２の面から該返送手段に進み、
    該返送手段から該レンズに進み、そして、該レンズによって第２の面に向けられることによって、出力光は該返送手段から該第２の面に戻され、
    第２の面からレンズに進む出力光は、正面から見て第２の面に対して垂直であり、レンズから第２の面に進む返送された出力光は、正面から見て第２の面に対して垂直であるように、配置されたレンズと、
    加熱／冷却要素により、該空間的に区別可能な出力光を生成する手段の温度を制御し、該空間的に区別可能な出力光を生成する手段からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラと
    を備える、正面を有する装置。
33. 光を受光し、出力する透過領域を有し、該透過領域を介して線に収束され、それぞれの波長を有する入力光を受光し、角分散部から進み、異なる波長の入力光に対して生成される出力光とは空間的に区別可能な出力光を形成する自己干渉を起こすように、入力光を多重反射させる角分散部と、
    鏡と、
    該角分散部によって生成された出力光を集光するレンズと、
    加熱／冷却要素により、該角分散部の温度を制御し、該角分散部からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラと
    を備え、
    鏡が集光された光をレンズに戻し、レンズが反射された出力光を角分散部に戻すように向け、反射された出力光が角分散部で多重反射を起こし、透過領域を介して角分散部から出力され、鏡が、装置が一定の色分散を与えることを特徴とする装置。
34. レンズによって集光される出力光は、出力光の波長が異なると鏡上の異なる表面点に入力し、
    鏡は、出力光の波長が短い方から長い方に変化するに従って、それぞれの表面点が連続的に凸から凹に変化するように形成されていることを特徴とする請求の範囲第３３項に記載の装置。
35. レンズによって集光される出力光は、出力光の波長が変化するに従い、鏡の異なる表面点に入力し、
    鏡は、出力光の波長が短い方から長い方に変化するに従い、それぞれの表面点が強い凸から弱い凸に連続的に変化するように形成されていることを特徴とする請求の範囲第３３項に記載の装置。
36. レンズによって集光される出力光は、出力光の波長が変化するに従い、鏡の異なった表面点に入射し、
    鏡は、出力光の波長が短い方から長い方へ変化するに従い、それぞれの表面点が連続的に弱い凹から強い凹に変化するように形成されていることを特徴とする請求の範囲第３３項に記載の装置。
37. 鏡は、特定の波長より短い波長の出力光が凸部で反射され、特定の波長より長い波長の出力光は凹部で反射されることを特徴とする請求の範囲第３３項に記載の装置。
38. レンズによって集光される出力光は、出力光の波長が変化するに従い、鏡の異なる表面点に入射され、
    鏡は、特定の波長より短い波長の出力光は平坦部に入射し、特定の波長より長い波長の出力光は凹部に入射するように、特定の波長より上方において出力光の波長が増加することに対応して凹部に連続して変化する平坦部を有することを特徴とする請求の範囲第３３項に記載の装置。
39. レンズによって集光される出力光は、出力光の波長が変化するに従い、鏡の異なる表面点に入射され、
    鏡は、特定の波長より短い波長の出力光は凸部に入射し、特定の波長より長い波長の出力光は平坦部に入射するように、特定の波長より上方において出力光の波長が増加することに対応して平坦部に連続して変化する凸部を有することを特徴とする請求の範囲第３３項に記載の装置。
40. ＶＩＰＡ生成部からレンズに進む出力光はレンズからＶＩＰＡ生成部へ進む、返送された出力光とは重ならないことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
41. 角分散部からレンズに進む出力光は、レンズから角分散部に進む返送された出力光とは重ならないことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の装置。
42. レンズは、レンズの正面と側面の両方から見て光を収束し、レンズの正面及び側面において同じ焦点距離を有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
43. レンズは、レンズの正面と側面の両方から見て光を収束し、レンズの正面及び側面において同じ焦点距離を有していることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の装置。
44. 入力光を受光し、空間的に区別可能な出力光を生成する装置において、
    間にある空気によって隔離され、第２の面は、入射した光の一部を透過させるような反射率を有し、入力光は第１と第２の面の間で空気を介して複数回反射され、複数の光が第２の面を介して透過され、複数の透過光が互いに干渉して出力光を生成するように配置された第１及び第２の面と、
    加熱／冷却要素により、該第１及び第２の面を支持する構成の温度を制御し、該第２の面からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラとを備え、
    入力光は波長の連続範囲内のそれぞれの波長を有しており、出力光は波長の連続範囲内の他のいかなる波長を有する入力光に対して生成された出力光とも空間的に区別可能であることを特徴とする装置。
45. 少なくとも２つのキャリアを有する波長分割多重光を受光し、それぞれのキャリアに対し、空間的に区別可能な出力光を生成する装置であって、
    間にある空気によって隔離され、第２の面は、入射した光の一部を透過させるような反射率を有し、波長分割多重光は第１と第２の面の間で空気を介して複数回反射され、複数の光が第２の面を介して透過され、複数の透過光が互いに干渉して、波長分割多重光の各キャリアに対するそれぞれの出力光を生成するように配置された第１及び第２の面と、
    加熱／冷却要素により、該第１及び第２の面を支持する構成の温度を制御し、該第２の面からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラとを備え、
    各キャリアは波長の連続範囲内のそれぞれの波長を有しており、各キャリアに対して生成された出力光は波長の連続範囲内の他のいかなる波長を有するキャリアに対して生成された出力光とも空間的に区別可能であることを特徴とする装置。
46. 空気によって互いに隔離されており、第２の面が入射した光の一部を透過するような反射率を有する第１及び第２の面と、
    加熱／冷却要素により、該第１及び第２の面を支持する構成の温度を制御し、該第２の面からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラとを備え、
    各波長の入力光は線に集光され、
    第１と第２の面は、入力光が第１及び第２の面の間で空気を介して複数回反射されるように線から放射され、結果、複数の光が第２の面を介して送出され、複数の透過光は互いに干渉して、異なる波長の入力光に対して生成された出力光と空間的に区別可能な出力光を生成することを特徴とする装置。
47. 空気によって互いに隔離されており、第２の面が入射した光の一部を透過するような反射率を有する第１及び第２の面と、
    加熱／冷却要素により、該第１及び第２の面を支持する構成の温度を制御し、該第２の面からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラとを備え、
    各波長の入力光は線に集光され、
    第１と第２の面は、入力光が第１及び第２の面の間で空気を介して複数回反射されるように線から放射され、結果、複数の光が第２の面を介して送出され、複数の透過光は他の透過光のそれぞれと干渉して、異なる波長の入力光に対して生成された出力光と空間的に区別可能な出力光を生成することを特徴とする装置。
48. 波長の連続範囲内のそれぞれの波長を有する入力光を受光する装置であって、
    間の空気によって互いに隔離された第１及び第２の面と、
    第１及び第２の面の間で空気を介して入力光の多重反射を生じさせることにより、出力光を生成する自己干渉を起こさせる手段と、
    加熱／冷却要素により、該第１及び第２の面を支持する構成の温度を制御し、該出力光の出射角を安定化する温度コントローラとを備え、
    出力光は、波長の連続範囲内の他のいかなる波長を有する入力光に対して生成された出力光とも空間的に区別可能であることを特徴とする装置。
49. 各波長の入力光を受光し、線に集光する装置であって、
    間の空気によって互いに隔離された第１及び第２の面と、
    第１及び第２の面の間で空気を介して複数回反射されるように入力光が線から放射され、第２の面を介して複数の光が透過され、透過された光が互いに干渉して、異なる波長の入力光に対して生成される出力光と空間的に区別可能な出力光を生成する手段と、
    加熱／冷却要素により、該第１及び第２の面を支持する構成の温度を制御し、該第２の面からの出力光の出射角を安定化する温度コントローラと、
    を備えることを特徴とする装置。

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