JP5463474B2 - 光可変フィルタ装置の特性制御方法 - Google Patents
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Description
図1Aは本発明の特性制御の対象となる反射型の光可変フィルタ装置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。入射光は例えば周波数fa〜fbの光信号が多重化されたWDM信号光とする。WDM光は光ファイバ11を介してコリメートレンズ12より出射される。又コリメートレンズ13に入射した光は光ファイバ14より外部に出射される。コリメートレンズ12より出射する光はz軸方向に平行であり、周波数分散素子15に入射される。周波数分散素子15は光をその周波数に応じてxz平面上での異なった方向に分散するものである。ここで周波数分散素子15としては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。こうして周波数分散素子15で分散された光は集光素子であるレンズ16に与えられる。レンズ16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、集光した光は周波数選択素子17に垂直に入射される。
次に本発明の特性制御の対象となる透過型の光可変フィルタ装置について説明する。図2Aはこの透過型の光可変フィルタ装置20の光学素子の構成を示すx軸方向から見た側面図、図2Bはそのy軸方向から見た側面図である。図2Aにおいても入射光は第1の実施の形態で説明したWDM信号であり、光ファイバ21からコリメートレンズ22に入射され、平行な光ビームとして第1の周波数分散素子23に与えられる。光ファイバ21、コリメートレンズ22はWDM信号光を入射する入射部を構成している。周波数分散素子23は周波数分散素子15と同様に、回折格子やプリズムもしくは回折格子とプリズムの組み合わせにより実現することができる。周波数分散素子23は図2Bに示すように光の周波数に応じてxz平面上で異なった方向に光を出射するものである。この光はいずれもレンズ24に入射される。レンズ24はxz平面上で分散した光をz軸方向に平行に集光する第1の集光素子である。又レンズ24の光軸に垂直に周波数選択素子25が配置される。周波数選択素子25は入射光を部分的に透過するものであり、詳細については後述する。周波数選択素子25を透過した光はレンズ26に入射される。レンズ24、周波数分散素子23とレンズ26、周波数合成素子27は周波数選択素子25の中心のxy面に対して面対称である。レンズ26はxz平面上の平行な光を集光する第2の集光素子であり、周波数合成素子27は異なった方向からの周波数成分の光を合成して出射するものである。周波数合成素子27によって合成された光はコリメートレンズ28を介して光ファイバ29に与えられる。コリメートレンズ28及び光ファイバ29は、選択された周波数の光を出射する出射部を構成している。
次にこれらの光可変フィルタ装置に用いられる周波数選択素子17,25について説明する。入射光を周波数に応じてxz平面上で分散させ、帯状の光として周波数選択素子17,25に入射したとき、その入射領域は図3Aに示す長方形状の領域Rであるとする。そして光可変フィルタ装置10では、反射させる画素を選択することによって、任意の周波数の光を選択することができる。光可変フィルタ装置20では、透過させる画素を選択することによって、任意の周波数の光を選択することができる。周波数選択素子17,25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周波数に合わせて決定するものである。ドライバ31は入力されたデジタル信号を画素に印加する電圧に変換するD/A変換器を含んでいる。設定部30とドライバ31は周波数選択素子の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周波数選択素子駆動部を構成している。
次に本発明の第1の実施の形態による光可変フィルタ装置の周波数制御の詳細について説明する。尚、以下の説明では、反射型の光可変フィルタ装置であっても入射光の一部が周波数選択素子の各画素で反射されて出力側に戻ってくるため、これを透過率として考えて説明するものとする。又以下の説明では2次元周波数選択素子であっても同一の周波数に相当する画素、即ちxの座標が共通する全y軸に沿った画素は全てまとめて1つの画素群と考える。即ち周波数選択素子は、x軸方向に画素群P1〜Pmが配置されているものとして説明する。尚1次元の周波数選択素子については1つの画素がこの画素群に相当する。この画素群P1〜Pmは夫々個別の透過率T1〜Tmを有する。
(1)周波数選択素子の平面上の線分散量、即ち1GHz当りの画素上の幅を2.89μm/GHzとし、
(2)光ビーム半径wを22.6μmとし、
(3)周波数選択素子上の周波数分散方向の画素幅を8.5μmとし、
(4)高周波側と低周波側の制御画素群を夫々1つとする。
この例では透過特性は曲線A〜Eに示すように、中心周波数±25GHzのバンド幅から±28GHzにまで変化する。この場合、制御画素群PiとPi+k+1とは夫々1.5GHzの帯域に相当している。このように両端の制御画素群の透過率を連続的に上昇させれば、バンド幅を連続的に広くすることができる。
T=10(AT/10)
このように減衰レベルAT(dB値)を透過率Tに変換することによって、図9Dのグラフが得られる。このような演算及び処理を行うことによって周波数の変化量と透過率との関係を示すグラフを得ることができる。
T(f)=a0+a1f+a2f2+a3f3・・・a6f6 ・・・(1)
のように6次の関数式を用いて近似する。図9Eは図9Dを近似曲線で示したグラフの一例である。ここで各係数a0〜a6は最小二乗法等によって求める定数である。尚近似曲線は必ずしも6次関数に限定されるものではなく、2次以上の任意の次数の曲線であってもよい。こうして得られた関数は1つのLCOSのどの部分の制御画素群についても適用することができる。
次に各画素群に照射され、その画素群で制御可能な周波数の幅は一定ではないので、あらかじめ校正しておく必要がある。図10は周波数に対応する周波数選択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。本図において周波数可変光源61は、光可変フィルタ装置に用いられる周波数帯域の周波数faから周波数fbまで単一周波数の光を連続的に変化させて出射することができる周波数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周波数を走査して周波数走査光を出力するものである。周波数可変光源61からの出力は偏波スクランブラ62を介して前述した光可変フィルタ装置10,20に入射光として出力される。そして光可変フィルタ装置10,20からの出射光はパワーメータ63に入射される。パワーメータ63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64に出力する。制御装置64は、周波数可変光源61より出力している周波数と、光可変フィルタ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63で検出される出力レベルに基づいて、画素と周波数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65に保持するものである。
f13=2.0/2.5×f2
を用いて正規化した周波数f13を用いることによって、前述した式(1)の関数を適用することができる。
f8=3.0/2.5・f2
を用いて正規化した周波数f8を用いることによって、前述した式(1)の関数を適用することができる。
次に第2の実施の形態によるバンドパスフィルタの中心周波数をシフトする制御方法について説明する。まず画素群Pi+1〜Pi+kの透過率Ti+1〜Ti+kが1、他は全て0とし、画素群Pi+1〜Pi+kに入射する光周波数の範囲のバンドパスフィルタを構成しているものとする。ここでパスバンドを高周波側にシフトする場合には、図15Aに示すように最も高い周波数の画素群Pi+kに隣接する画素群Pi+k+1(第1の制御画素群)の透過率を徐々に上昇させると共に、最も低い周波数の画素群Pi+1(第2の制御画素群)の透過率を下げる。このとき制御画素群Pi+1とPi+k+1の透過率の合計が1となるように連続的に変化させる。こうすれば制御画素群Pi+1の透過率Ti+1が1から0まで0.25単位で低下するときの曲線をA〜Eとすると、図16A,図17に示すようにバンドパスフィルタの中心周波数を連続的に高くすることができる。このとき制御画素群の透過率変化量の合計を0としておけば、図18に示すようにバンド幅が変化することはない。
γ=w/d
12,13,22,28 コリメートレンズ
16,24,26 レンズ
15,23 周波数分散素子
17,25 周波数選択素子
17A1,25A1 2次元LCOS素子
17A1,25A2 2次元電極アレイ液晶素子
17A3 2次元MEMS素子
17B1,25B1 1次元LCOS素子
17B1,25B2 1次元電極アレイ液晶素子
17B3 1次元MEMS素子
27 周波数合成素子
30,32 設定部
31,33 ドライバ
41,51,53 透明電極
42,52 液晶
43 反射電極
44,54,55 偏光子
Claims (12)
- 周波数に応じて空間的に分散させた光が入射し、周波数分散方向に配列された多数の画素を有し、各画素の特性を変化させることにより所望の周波数選択特性を得る周波数選択素子を有する光可変フィルタ装置の特性制御方法であって、
前記周波数選択素子の特定画素の駆動電圧を連続的に変化させ、その画素を含むフィルタを通過する周波数の変化量を取得し、
前記周波数選択素子の特定画素の駆動電圧値を連続的に変化させ、その画素を通過する光の減衰値を取得し、
得られた駆動電圧と周波数特性及び駆動電圧と減衰量の関係から、前記周波数選択素子の任意の画素について周波数を変数として周波数の2次以上6次以下の近似曲線を示す関数を透過率について算出し、
前記関数に基づいて前記周波数選択素子の複数の画素のうち周波数特性を操作しようとする周波数の光が入射する制御画素を駆動することによって特性を制御する光可変フィルタ装置の特性制御方法。 - 前記光可変フィルタ装置は、
光を入射し、入射光のうち選択された周波数の光を出射する入出射部と、
前記入出射部に入射した光をその周波数に応じて空間的に分散させると共に、反射光を合波する周波数分散素子と、
前記周波数分散素子によって分散した光を2次元平面に平行に集光する集光素子と、
前記集光素子によって集光された光を受光する位置に配置され、少なくとも周波数分散方向に配列された多数の画素を有し、各画素の反射特性を変化させることにより所望の周波数選択特性を得る周波数選択素子と、
前記周波数選択素子の各画素の電極を駆動することによって入射光の周波数毎に透過特性を階調制御する周波数選択素子駆動部と、を具備する光可変フィルタ装置である請求項1記載の光可変フィルタ装置の特性制御方法。 - 前記光可変フィルタ装置は、
光を入射する入射部と、
前記入射部より入射した光をその周波数に応じて空間的に分散させる周波数分散素子と、
前記周波数分散素子によって分散した光を2次元平面上に集光する第1の集光素子と、
前記第1の集光素子によって集光された光を受光する位置に配置され、少なくとも周波数分散方向に配列された多数の画素を有し、各画素の透過特性を変化させることにより任意の周波数の光を選択する周波数選択素子と、
前記周波数選択素子の各画素の電極を駆動することによって入射光の周波数毎に光透過特性を階調制御する周波数選択素子駆動部と、
前記周波数選択素子を透過した各周波数の光を集光する第2の集光素子と、
前記第2の集光素子によって集光された分散光を合成する周波数合成素子と、
前記周波数合成素子によって合成された光を出射する出射部と、を具備する光可変フィルタ装置である請求項1記載の光可変フィルタ装置の特性制御方法。 - 前記算出した関数で示される透過率と周波数変動量の関係を示すテーブルをメモリに保持し、前記テーブルから読出した必要な透過率の周波数変動量に相当する駆動電圧を前記周波数選択素子に設定することによって、前記周波数選択素子を制御する請求項1記載の光可変フィルタ装置の特性制御方法。
- 前記算出した関数で示される透過率と周波数変動量の関係を示すテーブルをメモリに保持し、前記テーブルから読出した必要な透過率の周波数変動量からスプライン補間によって求められた駆動電圧を前記周波数選択素子に設定することによって、前記周波数選択素子を制御する請求項1記載の光可変フィルタ装置の特性制御方法。
- 前記周波数選択素子は、周波数分散方向の画素幅を入射光の周波数分散方向のビーム半径より小さくした請求項2又は3記載の光可変フィルタ装置の特性制御方法。
- 前記周波数選択素子は、少なくとも1次元に配列された多数の画素を有するLCOS素子であり、
前記周波数選択素子駆動部は、周波数選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものである請求項2又は3記載の光可変フィルタ装置の特性制御方法。 - 前記周波数選択素子は、少なくとも1次元に配列された多数の画素を有する液晶素子であり、
前記周波数選択素子駆動部は、周波数選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものである請求項2又は3記載の光可変フィルタ装置の特性制御方法。 - 前記周波数選択素子は、少なくとも1次元に配列された多数の画素を有するMEMS素子であり、
前記周波数選択素子駆動部は、周波数選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものである請求項2記載の光可変フィルタ装置の特性制御方法。 - 入射光の各周波数について、各周波数に対応する前記周波数選択素子の少なくとも1つの画素から成る画素群を介して出射される入出射光の比率を当該画素群の透過率とするとき、所望の連続した画素群を光透過状態とし、
透過周波数範囲の画素群のうち端部の画素群に隣接する少なくとも1つの第1の制御画素群、及び前記通過周波数帯域の他方の端部の画素群に隣接する少なくとも1つの第2の制御画素群の透過率を同時に徐々に上昇させることによってバンド幅を拡大する請求項2又は3記載の光可変フィルタ装置のフィルタ特性制御方法。 - 入射光の各周波数について、各周波数に対応する前記周波数選択素子の少なくとも1つの画素から成る画素群を介して出射される入出射光の比率を当該画素群の透過率とするとき、所望の連続した画素群を光透過状態とし、
前記透過周波数範囲の画素群のうち端部の少なくとも1つの第1の制御画素群、及び前記通過周波数帯域の他方の端部の少なくとも1つの第2の制御画素群の透過率を同時に徐々に低下させることによってバンド幅を縮小する請求項2又は3記載の光可変フィルタ装置のフィルタ特性制御方法。 - 入射光の各周波数について、各周波数に対応する前記周波数選択素子の少なくとも1つの画素から成る画素群を介して出射される入出射光の比率を当該画素群の透過率とするとき、所望の連続した画素群を光透過状態とし、
透過周波数範囲の画素群のうち周波数変化の方向の端部の画素群に隣接する少なくとも1つの第1の制御画素群の光透過率を徐々に上昇させ、
前記透過周波数範囲の他方の端部の画素群の少なくとも1つの第2の制御画素群の透過率を、徐々に減少させることによって透過周波数範囲の中心周波数を周波数軸に沿って変更する請求項2又は3記載の光可変フィルタ装置のフィルタ特性制御方法。
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