JP5121916B2 - 光可変フィルタアレイ装置の校正方法 - Google Patents
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Description
図1Aは本発明の校正の対象となる反射型の光可変フィルタアレイ装置10Aの光学素子の構成を示すx軸方向から見た側面図、図1Bはそのy軸方向から見た側面図である。入射光は例えばmチャンネル分のWDM信号光であり、各チャンネルのWDM光は夫々波長λ1〜λnの光信号が多重化されたものである。第1〜第mチャンネルのWDM光は夫々光ファイバ11−1〜11−mを介してサーキュレータ12−1〜12−mに与えられる。入射光は光ファイバ11−1〜11−mを介してサーキュレータ12−1〜12−mに入力してもよく、又直接入力してもよい。サーキュレータ12−1〜12−mは入射光を光ファイバ13−1〜13−mを介してコリメートレンズ14−1〜14−mに出射すると共に、光ファイバ13−1〜13−mから入射された光を光ファイバ15−1〜15−mに出射するものである。又光ファイバ13−1〜13−mを介してコリメートレンズ14−1〜14−mから出射された光はz軸方向に互いに平行であり、全チャンネルのWDM光は波長分散素子16に入射される。波長分散素子16は光を波長に応じてxz平面上で異なった方向に分散するものである。ここで波長分散素子16としては、透過型又は反射型の回折格子であってもよく、又プリズム等を用いてもよい。又回折格子とプリズムを組み合わせた構成でもよい。こうして波長分散素子16で分散された光は集光素子であるシリンドリカルレンズ17に与えられる。シリンドリカルレンズ17はxz平面上で分散した光をz軸方向に平行に集光する集光素子であって、集光した光は波長選択素子18に垂直に入射される。
次にこれらの光可変フィルタアレイ装置に用いられる波長選択素子18,25について説明する。光可変フィルタアレイ装置において、入射光を波長に応じてxz平面上で分散させ、帯状の光として波長選択素子18,25に入射したとき、その入射領域は図3に示す長方形状の領域R1〜Rmであるとする。即ち入射領域R1〜Rmに加わる光は夫々第1〜第mチャンネルのWDM光をチャンネルと波長帯に応じてxy平面に展開した光である。そして反射型の光可変フィルタアレイ装置では、波長毎に反射させる方向を変化させたり、減衰させたりすることによって、任意の波長の光を選択することができる。透過型の光可変フィルタアレイ装置では、波長毎に透過させる方向を変化させたり、減衰させたりすることによって、任意の波長の光を選択することができる。波長選択素子18,25には設定部30がドライバ31を介して接続されている。設定部30はxy平面の光を反射又は透過する画素を選択波長に合わせて決定するものである。設定部30とドライバ31は波長選択素子のxy方向に配列された各画素の電極を駆動することによってx軸及びy軸方向の所定の位置の画素の特性を制御する波長選択素子駆動部を構成している。
次に各画素とWDM信号及びその波長の対応を得るための本発明の実施の形態による校正方法について説明する。図5は波長に対応する波長分散素子の画素位置及び特性の決定のための校正システムを示すブロック図である。本図において波長可変光源51は、光可変フィルタアレイ装置に用いられる波長帯域の最長波長λ1から最短波長λnまで単一波長の光を連続的に変化させて出射することができる波長走査型の光源である。この実施の形態では、外部からの信号に基づいて一定の速度で波長を走査して波長走査光を出力するものである。波長可変光源51からの出力は偏波スクランブラ52を介して分岐カップラ53に与えられる。分岐カップラ53は偏波スクランブルされた光信号を最大mの任意の数に分岐するものであり、分岐した出力は前述した光可変フィルタアレイ装置10A,10Bに入射光として出力される。そして光可変フィルタアレイ装置10A,10Bからの出射光はパワーメータ54に入射される。パワーメータ54は各チャンネル毎に出力を検出してその出力レベルのデータを制御装置55に出力する。制御装置55は、波長可変光源51より出力している波長と、光可変フィルタアレイ装置で入力光が出力されるように設定している画素、及びパワーメータ54で検出される出力レベルに基づいて、画素と波長との対応及び出力特性を演算し、その結果をテーブルメモリ56に保持するものである。
(1)x座標の波長の確定
(2)入力光とy座標との対応の確定
(3)挿入損失レベルの確定
が行われる。尚、反射型の光可変フィルタ装置10Aにあっては波長選択素子18の各画素を反射状態とすることにより、透過型の光可変フィルタ装置10Bにあっては波長選択素子25の各画素を透過状態とすることにより、入射光の一部が出力側に戻ってくる。従っていずれの場合も光可変フィルタアレイ装置から見て光が通過するものであり、通過の程度は挿入損失の大小として表現することができる。以下の説明では、波長選択素子18の各画素についての反射状態、波長選択素子25の各画素についての透過状態をまとめて通過状態として表現する。
図3に示すようにx軸方向は波長分散方向であるが、波長選択素子18上では波長分散方向の各画素がどの波長に対応しているか確定する必要がある。本実施の形態では、この処理を図6に示すフローチャートに基づいて行う。尚、以下では光可変フィルタアレイ装置10Aにおいて、強度変調されるLCOS素子18Aの校正を行うものとする。図7に示すLCOS素子18Aの各画素の座標を(x1,y1)から(x1920,y1000)とする。まず制御装置55は、ステップS11においてx座標が例えばx100である全てのy軸に平行な一列の画素、x座標がx300である全てのy軸に平行な一列の画素のように、ハッチングで示す複数本のライン状の画素を反射状態とする。そうすればその位置の画素に光が入射したときに出力側に光が戻ってくるため、反射型の光可変フィルタアレイ装置10Aとしては挿入損失が小さくなる。ここでx座標の確定を容易にするために、これらのラインの一部、例えば中央のx座標xcのラインの反射率を他よりも小さくしておく。
次にy軸座標の位置の確定について説明する。図9はこの処理を示すフローチャートである。まず制御装置55はステップS21において図10Aに示すようにLCOS素子18Aの画面を斜め方向に横切る既知の第1の関数y=ax(a>0)を設定し、この関数で示されるx座標とy座標を有する画素のみをハッチングで示すように反射状態とする。こうすればこれらの画素に光が入射したときに出力が得られることとなる。そして波長可変光源51を走査して走査光を偏波スクランブラ52に入射し、分岐カップラ53により、更に2つの光に分岐して波長可変フィルタアレイ10Aに加える。そしてステップS22において任意の入力用光ファイバ、例えば光ファイバ11−2と11−5より入力を加える。そうすれば図示のようにこの2本の入射領域R2,R5と第1の関数で示される斜めにラインが交差する部分のみから出力が得られることとなる。ここで図10Aに示すように2本の入射領域はy軸方向に複数の画素を含むある幅を有しているため、複数画素に照射される。従ってこの光ビームの幅を第1の関数の斜めのラインが通過する間では図11B,11Cに示すような出力が得られることとなる。従ってこの出力のピークから−3dBを超える範囲の波長の中で中央の波長をピークの受光波長λf,λgとする。このようにしてステップS23において2本の光ファイバからの出力をモニタし、既に保持しているテーブルメモリ56から夫々のピーク波長に対応するx座標を読出す(ステップS24)。そしてステップS25で第1の関数y=axに基づいてx座標に対応するy座標を算出する。こうして得られたy座標を夫々y1p,y2pとする。
y1=(y1p+y1n)/2
y2=(y2p+y2n)/2
こうすれば2つの光ファイバより入射した光ファイバビームについてのy座標の中心座標を算出することができる。この処理は全ての光ファイバから順次光を入射して全入射領域R1〜Rmについて実行することが好ましい。但し光ビームがLCOS素子18Aに等間隔で入射するように光学系が構成されている場合は、上下の任意の入射領域、例えばR1とRmやその間の任意の受光領域について算出し、それらの間を補間処理によって夫々の入射領域のy座標の中心座標を算出してもよい。こうすることによって各チャンネルに対応するy軸の中心座標を確定する。制御装置55は確定したy座標をテーブルメモリ56に登録する(ステップS32)。
次に各画素に印加する電圧と挿入損失との関係を確定するための方法について説明する。LCOS素子18Aをフィルタとして用いてその特性を任意に設定できるようにするため、各画素に必要な印加電圧の情報を確定しておく必要がある。例えば1/2の挿入損失を設定したい場合には、挿入損失を1/2とするための印加電圧を知る必要がある。図12はこの処理を示すフローチャートである。本図のステップS41に示すようにまず電圧の印加によって反射状態が変化する範囲の最低電圧と最大電圧との差をK等分する。そしてパラメータiを0〜Kとし、この範囲の等分したK+1の各電圧値を電圧Viとする。次にステップS42において最初のパラメータiを0とする。次いでステップS43においてLCOS素子18Aの全画素に最も低い電圧V0を印加する。次いでステップS44,45に進み、波長走査型光源51より走査光を出力し、所定数、例えばm本の光ビームをLCOS素子18Aに入射する。こうすればステップS46に示すように夫々の入射領域R1〜Rmから反射した光のレベルを画素単位で得ることができる。図13の曲線V0はある入射領域に入射した光のx軸方向の画素に対する挿入損失を示している。次いでこの電圧Viが最大電圧Vkであるかどうかをチェックし(ステップS47)、最大電圧に達していなければステップS48においてパラメータiをインクリメントし、ステップS43に戻って同様の処理を行う。こうすればV0〜Vkの夫々の電圧について、各入力チャンネル毎に図13に示すように挿入損失のグラフを得ることができる。図14はこうして得られた挿入損失のグラフから、ある位置の画素について、入力チャンネルの印加電圧に対する挿入損失を示すグラフである。こうして各画素について、電圧と挿入損失との関係が確定する。この画素は入射領域R1〜Rmの中心となるy座標を持つ各x座標毎に求めるようにしてもよい。又処理数を少なくするために所定間隔毎に電圧と挿入損失の関係を確定し、ステップS50に示すようにスプライン補間などの関数補間によってその間の電圧を確定してもよい。
12−1〜12−m 光サーキュレータ
14−1〜14−m,22−1〜22−m,28−1〜28−m コリメートレンズ
16,23 波長分散素子
17,24,26 シリンドリカルレンズ
18,25 波長選択素子
18A,25A LCOS素子
18B,25B 2D電極アレイ液晶素子
18C MEMS素子
27 波長合成素子
30 設定部
31 ドライバ
41 透明電極
42 液晶
43 背面反射電極
51 波長可変光源
52 偏波スクランブラ
53 m分岐カップラ
54 パワーメータ
55 制御装置
56 テーブルメモリ
Claims (9)
- xy平面を受光面として2次元に格子状に配列された多数の画素を有する波長選択素子を有し、少なくとも1本の波長に応じて分散する波長分散光をx軸方向を波長分散方向として前記波長選択素子に入射し、各画素に印加する電圧によってその通過特性を変化させることによってフィルタリングを行う光可変フィルタアレイ装置の校正方法であって、
単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力することにより前記波長選択素子のx座標と入射光の波長との対応を検出してそのデータを保持し、
単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力し、前記波長選択素子の各画素への印加電圧を変化させることにより、印加電圧と前記波長選択素子に入射する入出射光の波長毎の挿入損失との関係を測定してデータを保持する光可変フィルタアレイ装置の校正方法。 - 前記波長選択素子のx座標と入射光の波長との対応関係の検出は、
前記波長選択素子において波長分散方向と垂直な方向に複数分のライン状の画素群を通過状態とし、
光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を入力し、
前記光可変フィルタアレイ装置より前記波長選択素子の通過ラインに対応する出力が得られたときに、出射された時点での入射光の波長と通過状態としている画素の座標とから、波長とこれに対応する波長選択素子のx座標の対応付けを行う請求項1記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。 - 光の挿入損失と各画素への印加電圧との関係を測定する際に、
前記波長選択素子の電圧設定範囲をV0からVkとすると、その中の任意の電圧Vi(i=0〜K)を全画素に印加し、
光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力し、
電圧Viを印加したときに、前記波長選択素子の入射領域を通過して出力される光のレベルをx軸方向の画素毎に検出し、
前記波長選択素子に印加する電圧の設定範囲内で印加電圧Viをiが0からKまでの間で変化させて同様の処理を行い、
各入射領域の夫々の画素について印加電圧と挿入損失との関係を示すデータを保持する請求項2記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。 - xy平面を受光面として2次元に格子状に配列された多数の画素を有する波長選択素子を有し、少なくとも1本の波長に応じて分散する波長分散光をx軸方向を波長分散方向として前記波長選択素子に入射し、各画素に印加する電圧によってその通過特性を変化させることによってフィルタリングを行う光可変フィルタアレイ装置の校正方法であって、
単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力することにより前記波長選択素子のx座標と入射光の波長との対応を検出してそのデータを保持し、
単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力することにより前記波長選択素子のy座標と波長分散された光が入射する入射領域との対応を検出してそのデータを保持し、
単色の波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力し、前記波長選択素子の各画素への印加電圧を変化させることにより、前記波長選択素子の各画素への印加電圧と前記波長選択素子に入射する入出射光の波長毎の挿入損失との関係を測定してデータを保持する光可変フィルタアレイ装置の校正方法。 - 前記波長選択素子のx座標と入射光の波長との対応関係の検出は、
前記波長選択素子において波長分散方向と垂直な方向に複数分のライン状の画素群を通過状態とし、
光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を入力し、
前記光可変フィルタアレイ装置より前記波長選択素子の通過ラインに対応する出力が得られたときに、出射された時点での入射光の波長と通過状態としている画素の座標とから、波長とこれに対応する波長選択素子のx座標の対応付けを行う請求項4記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。 - 前記波長選択素子のy座標と波長分散光が入射する入射領域との対応関係の検出は、
前記波長選択素子の対角線に沿って所定の関数で示される画素を通過状態とし、
光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を入力し、
前記光可変フィルタアレイ装置を通過した光が得られるタイミングでの波長走査光の波長からその波長に対応するx座標を決定し、決定されたx座標から前記所定の関数によってy座標を判別し、
前記光可変フィルタアレイへの入射光とその入射光が投光される波長選択素子のy座標との関係を保持する請求項5記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。 - 光の挿入損失と各画素への印加電圧との関係を測定する際に、
前記波長選択素子の電圧設定範囲をV0からVkとすると、その中の任意の電圧Vi(i=0〜K)を全画素に印加し、
光可変フィルタアレイ装置の制御可能な波長範囲を含む波長の範囲で単色光を出力する波長可変光源を波長走査して波長走査光を前記光可変フィルタアレイ装置に入力し、
電圧Viを印加したときに、前記波長選択素子の各入射領域を通過して出力される光のレベルをx軸方向の画素毎に検出し、
前記波長選択素子に印加する電圧の設定範囲内で印加電圧Viをiが0からKまで変化させて同様の処理を行い、
各入射領域の夫々の画素について印加電圧と挿入損失との関係を示すデータを保持する請求項6記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。 - 前記光可変フィルタアレイ装置は反射型の光可変フィルタアレイ装置であり、
前記波長選択素子は、各画素の光反射特性を変化させることによってフィルタリングを行う請求項1〜7のいずれか1項記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。 - 前記光可変フィルタアレイ装置は透過型の光可変フィルタアレイ装置であり、
前記波長選択素子は各画素の光透過特性を変化させることによってフィルタリングを行う請求項1〜7のいずれか1項記載の光可変フィルタアレイ装置の校正方法。
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