JP5480397B2 - 光信号選択装置の制御方法および光信号選択装置 - Google Patents

Description

本発明は、光信号選択装置の制御方法および光信号選択装置に関するものである。

波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式を適用した光ネットワークにおいては、より柔軟なネットワークを構成するために、光信号の経路を電気信号に変換せずに光信号のまま切り替えを行う、光信号選択装置の重要性が高まっている。上記のような光信号選択装置として、例えば反射型位相変調器を使用した装置が提案されている。反射型位相変調器としては、位相変調素子である反射型液晶素子を２次元状に配列した位相変調素子アレイ（例えばＬＣＯＳ:Liquid Crystal on Siliconなど）があり、光学特性や拡張性などの面から有力な方式として考えられている（特許文献１参照）。

特表２００７−５１０９５７号公報

従来の光信号選択装置は、光信号の経路を切り替えることが主な機能であった。しかしながら、たとえばより高機能な光ネットワークに適用するために、光信号選択装置にも、経路の切り替え以外の機能、たとえば光強度の制御などの機能を持たせることがより好ましい。さらには、光強度の制御についても、光信号の波長に応じた制御を行うことができればより好ましい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より多機能な光信号選択装置を実現する光信号選択装置の制御方法および光信号選択装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光信号選択装置の制御方法は、複数の光ファイバが所定のスイッチ方向に沿って配列した入出力光ファイバアレイと、前記入出力光ファイバアレイから入力された光信号を前記スイッチ方向と略垂直の方向に分光する波長分光器と、前記スイッチ方向と前記分光方向とに２次元状に配列された位相変調素子を備え、前記分光された光信号が入射される位相変調素子アレイと、を備える光信号選択装置の制御方法であって、前記位相変調素子アレイのうち、前記光信号が入射する領域内で、前記スイッチ方向に沿って配列した前記位相変調素子の列毎に、傾きが異なる線形の位相変調を印加することを特徴とする。

また、本発明に係る光信号選択装置は、複数の光ファイバが所定のスイッチ方向に沿って配列した入出力光ファイバアレイと、前記入出力光ファイバアレイから入力された光信号を前記スイッチ方向と略垂直の方向に分光する波長分光器と、前記スイッチ方向と前記分光方向とに２次元状に配列された位相変調素子を備え、前記分光された光信号が入射される位相変調素子アレイと、前記位相変調素子アレイのうち、前記光信号が入射する領域内で、前記スイッチ方向に沿って配列した前記位相変調素子の列毎に、傾きが異なる線形の位相変調を印加する制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、より多機能な光信号選択装置を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る制御方法を適用する光信号選択装置の模式的な構成図である。 図２は、位相変調素子アレイに光信号が入射されている状態を示す図である。 図３は、光信号の経路の切り替えを行う従来の制御方法による位相変調素子アレイの位相の設定を説明する図である。 図４は、図３を位相軸方向から見た図である。 図５は、図３をＸ軸方向から見た図である。 図６は、実施の形態１に係る制御方法による位相変調素子アレイの位相の設定を説明する図である。 図７は、図６に示す位相の設定によって実現される光信号選択装置の光学特性を示す図である。 図８は、実施の形態１に係る制御方法のフロー図である。 図９は、位相の分布形状の一例を示す図である。 図１０は、実施の形態２に係る制御方法による位相変調素子アレイの位相の設定を説明する図である。 図１１は、図１０の座標Ｙ１における位相の分布形状を示す図である。 図１２は、図１０に示す位相の設定によって実現される光信号選択装置の光学特性を示す図である。 図１３は、実施の形態２に係る制御方法のフロー図である。 図１４は、実施の形態３に係る制御方法を適用する光信号選択装置の模式的な構成図である。 図１５は、位相変調素子アレイに光信号が入射されている状態を示す図である。 図１６は、実施の形態３に係る制御方法による位相変調素子アレイの位相の設定を説明する図である。 図１７は、図１６の座標Ｙ１、Ｙ２における位相の分布形状を示す図である。 図１８は、実施の形態３に係る制御方法のフロー図である。 図１９は、実施の形態４に係る制御方法による位相の設定によって実現される光信号選択装置の光学特性を示す図である。 図２０は、実施の形態４に係る制御方法のフロー図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る光信号選択装置の制御方法および光信号選択装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る制御方法を適用する光信号選択装置の模式的な構成図である。この光信号選択装置１００は、入出力光ファイバアレイ１０と、波長分光器２０と、集光レンズ３０と、位相変調素子アレイ４０と、制御装置５０とを備えている。ここで、説明のために、位相変調素子アレイ４０の素子面に平行にＸＹ座標軸を規定する。なお、Ｘ軸は適宜分光軸またはＸ軸（分光軸）と記載し、Ｙ軸はスイッチ軸または適宜Ｙ軸（スイッチ軸）と記載する。

入出力光ファイバアレイ１０は、Ｙ軸方向に沿って複数本の光ファイバ１１_１〜１１_ｍがアレイ状に配列して構成されている。ただし、ｍは３以上の整数である。光ファイバ１１_１〜１１_ｍのそれぞれの先端にはコリメータレンズ付のフェルール１２_１〜１２_ｍが取り付けられている。

波長分光器２０は、たとえば回折格子を用いて構成されている。波長分光器２０は、入出力光ファイバアレイ１０から入力された光信号をＸ軸方向に沿って分光するように配置されている。

集光レンズ３０は、波長分光器２０が分光した光を位相変調素子アレイ４０に集光するように配置されている。

位相変調素子アレイ４０は、電圧を印加することによって屈折率を変化させることができる単位位相変調素子（ピクセル）がＸＹ平面に２次元状に配列して構成されている。位相変調素子アレイ４０は、たとえば位相変調素子として液晶素子を用いた反射型のＬＣＯＳを用いて構成することができる。

制御装置５０は、位相変調素子アレイ４０に接続しており、位相変調素子アレイ４０を構成する各ピクセルに所望の電圧を印加するように構成されている。

（参考：従来の制御方法による動作）
実施の形態１に係る制御方法を説明するための参考として、この光信号選択装置１００を従来のように光信号の経路の切り替えに使用する場合の光信号選択装置１００の動作について説明する。
はじめに、入出力光ファイバアレイ１０の光ファイバ１１_１が外部から光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎを入力させる。ここで、ｎは２以上ｍ未満の整数とする。光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎは互いに異なる波長を有し、ＷＤＭ光信号の異なるチャネルに割り当てられている。光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎの波長は光通信に使用される波長であり、たとえば１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲である。光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎはフェルール１２_１のコリメータレンズによって平行光とされる。

光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎは太い実線で示す光路に沿って伝搬し、波長分光器２０に入射する。波長分光器２０は光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎをそれぞれの波長に応じた異なる回折角で回折して、２つの光信号を分光する。

集光レンズ３０は破線で示す光路に沿って伝搬する光信号Ｓ_１を位相変調素子アレイ４０に集光する。位相変調素子アレイ４０は集光され入射された光信号Ｓ_１を所定の角度で回折する。この回折角度は制御装置５０によって制御される。

回折された光信号Ｓ_１は集光レンズ３０によって平行光とされ、波長分光器２０によってフェルール１２_ｋを介して所望の光ファイバ１１_ｋに入力される。これによって、光ファイバ１１_１から光ファイバ１１_ｋへの経路の切り替えが実現される。

同様に、集光レンズ３０は点線で示す光路に沿って伝搬する光信号Ｓ_ｎを位相変調素子アレイ４０に集光する。位相変調素子アレイ４０は集光され入射された光信号Ｓ_ｎを所定の角度で回折する。光信号Ｓ_ｎの回折角度は光信号Ｓ_１の回折角度とは異なる。回折された光信号Ｓ_ｎは集光レンズ３０によって平行光とされ、波長分光器２０によってフェルール１２_ｍを介して所望の光ファイバ１１_ｍに入力される。これによって、光ファイバ１１_１から光ファイバ１１_ｍへの経路の切り替えが実現される。

つぎに、位相変調素子アレイ４０による光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎの回折について具体的に説明する。図２は、位相変調素子アレイ４０に光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎが入射されている状態を示す図である。図２に示すように、各光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎはＸ軸（分光軸）に沿って位相変調素子アレイ４０の異なる領域に入射する。また、各光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎは複数のピクセル上にビームが広がって入射する。

図３は、光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎの経路の切り替えを行う従来の制御方法による位相変調素子アレイ４０の位相の設定を説明する図である。図３に示すように、位相変調素子アレイ４０のうち、光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎが入射する各領域Ａ_１、Ａ_ｎには、Ｙ軸（スイッチ軸）に沿った傾きがそれぞれ異なる線形の位相変調を印加する。

図４は、図３を位相軸方向から見た図である。図４では、紙面下端でＸ軸に沿ったピクセル列のＹ座標をゼロとし、紙面上端のピクセル列のＹ座標をＹｍａｘとしている。なお、図４では、Ｙ軸（スイッチ軸）に沿って位相がステップ状に変化しているように見えるが、実際には図示した格子内の一つ一つには２次元上に配列した複数のピクセルが存在し、位相は連続的に線形に変化している。

図５は、図３をＸ軸方向から見た図であり、位相変調素子アレイ４０に印加した線形の位相変調と、位相変調素子アレイ４０の素子面に対する光信号の入射角および出射角（回折角）との関係を示している。所望の回折角θoutを得るための条件は下記の式（１）で表すことができる。

Δφ＝２π／ｄ＝２π／λ×（ｓｉｎθout−ｓｉｎθin） ・・・ （１）

ここで、Δφは必要な位相変調の傾き、ｄは位相変調の周期、λは光信号の波長、θinは光信号の入射角を意味する。なお光信号の波長がスペクトル的に広がりを有する場合は、λは、たとえば光信号の波長帯域の中心波長とすればよい。図５で位相の変化が０から２πまでであり、位相の変化が鋸状になっている理由は、位相は０から２πまでの周期関数であるため、２π以上の位相とする場合は０から２πの範囲で折り返すように位相を設定しても同等の位相特性となるからである。

したがって、光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎの経路の切り替えを行う場合には、制御装置５０は、光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎの波長、入射角、所望の回折角に応じた位相変調の傾きΔφが得られるように、位相変調素子アレイ４０の各領域Ａ_１、Ａ_ｎのピクセルの位相を制御する。

（実施の形態１に係る制御方法による動作）
つぎに、実施の形態１に係る制御方法として、光信号選択装置１００を光信号の経路の切り替えに使用し、かつ光強度スペクトラムの制御を行う場合の光信号選択装置１００の動作について説明する。

実施の形態１に係る制御方法では、従来の制御方法とは位相変調素子アレイ４０の位相の設定が異なるので、以下ではその設定方法について、光信号Ｓ_１を例として説明する。光信号Ｓ_ｎについても光信号Ｓ_１と同様の方法で設定することができる。

図６は、光信号Ｓ_１の経路の切り替えを行う実施の形態１に係る制御方法による位相変調素子アレイ４０の位相の設定を説明する図である。図６は領域Ａ_１のみを示している。図６では、紙面下端でＸ軸に沿ったピクセル列のＹ座標をゼロとし、紙面上端のピクセル列のＹ座標をＹｍａｘとし、光信号Ｓ_１の強度分布における強度が最大となるピクセル列のＹ座標をＹ１としている。図６に示すように、位相変調素子アレイ４０のうち、光信号Ｓ_１が入射する領域Ａ_１には、Ｙ軸（スイッチ軸）に沿って配列したピクセルの列毎に、傾きが異なる線形の位相変調を印加する。

従来の制御方法では、図４に示すように、領域Ａ_１内での位相変調の傾きは、Ｘ軸（分光軸）が異なっていても同一に設定する。これに対して、実施の形態１に係る制御方法では、領域Ａ_１内でもＸ軸（分光軸）の位置によって位相変調の傾きが異なるように設定する点が異なる。

図６の場合は、領域Ａ_１のＸ軸（分光軸）方向の両端の領域Ａ_１１では図４の領域Ａ_１と同じ位相変調の傾きであるが、両端から中央部に向かって位相変調の傾きが徐々に小さくなるように、位相が設定されている。その結果、光信号Ｓ_１のうち、領域Ａ_１１に入射して回折される波長の光成分は、従来の制御方法と同様に、光ファイバ１１_ｋに効率よく結合される。これに対して、位相変調の傾きが領域Ａ_１１よりも小さく設定された領域に入射して回折される波長の光成分は回折角度が変わるため、光ファイバ１１_ｋへの結合効率が減少する。その結果、光信号Ｓ_１の光強度は波長に依存して減衰された状態で光ファイバ１１_ｋに入力され、外部に出力する。

図７は、図６に示す位相の設定によって実現される光信号選択装置１００の光学特性を示す図である。図７（ａ）は光の強度スペクトラム、図７（ｂ）は光の位相スペクトラム、図７（ｃ）は光の群遅延スペクトラム、図７（ｄ）は光の波長分散スペクトラムのシミュレーション結果をそれぞれ示している。図７（ａ）〜（ｄ）において、縦軸は、光ファイバ１１_ｋに入射されるときの光信号Ｓ_１の特性（たとえば図７（ａ）の場合は光強度）の値を基準（ゼロ）とした値を示している。また、横軸は、領域Ａ_１のＸ軸方向中心での波長をゼロとした場合の波長オフセットによって示している。図６に示す位相の設定によれば、図７（ａ）に示すような、波長帯域の中央で減衰量が大きくなるような特性を有する光強度スペクトラムを実現することができる。このように、チャネル内において、波長帯域の端の波長に対して中心付近の波長を減衰させる特性は、たとえば光送受信機の特性を補償するために行われる。

なお、光の位相をφ、波長をλ、光速をｃとすると、群遅延（τ）および波長分散（Ｄ）は、それぞれ下記の式（２）、（３）に従って算出されるものである。

τ＝−（λ^２／２πｃ）×（ｄφ／ｄλ） ・・・ （２）
Ｄ＝−（λ^２／２πｃ）×（ｄ^２φ／ｄλ^２） ・・・ （３）

図８は、図６に示す位相の設定を行う実施の形態１に係る制御方法のフロー図である。なお、このフローに示す制御は、制御装置５０が、たとえば外部から入力されたデータ、または内部に備えられた記憶部から読み出したデータ等に基づいて、制御装置５０の内部に備えられた演算部が所定の演算処理を行うことによって実現される。

はじめに、ステップＳ１０１で、制御対象とするピクセル列のＹ座標をゼロに設定する（Ｙ＝０）。つぎに、ステップＳ１０２で、制御対象に印加する位相の初期値をゼロに設定する（φ（Ｘ、Ｙ＝０）＝０）。なお、ＸはピクセルのＸ座標である。つぎに、ステップＳ１０３で、制御対象である位相変調素子アレイ４０のＹ＝０のピクセル列内の各ピクセルに、位相の初期値φ（Ｘ、０）＝０をＸ軸（分光軸）に沿って出力する。

つぎに、ステップＳ１０４で、制御対象のピクセル列のＹ座標をカウントアップする（Ｙ＝Ｙ＋１）。つぎに、ステップＳ１０５で、前回設定した位相の初期値に所定の位相傾きΔφ（Ｘ）を加算し、制御対象に印加する位相値（φ（Ｘ、Ｙ）＝φ（Ｘ、Ｙ−１）＋Δφ（Ｘ））を演算する。ここで、加算すべき位相傾きΔφ（Ｘ）は、ピクセル列内で全ては同一ではなく、ピクセルのＸ座標に応じた値であるので、上記演算もピクセル列内の各ピクセルに対して行う。なお、位相傾きΔφ（Ｘ）は外部から入力してもよいし、制御装置５０内部に備えられた記憶部に格納されたテーブルデータを読み出したものでもよい。

つぎに、ステップＳ１０６で、制御対象である位相変調素子アレイ４０のピクセル列内の各ピクセルに、演算した位相値φ（Ｘ、Ｙ）をＸ軸（分光軸）に沿って出力する。

つぎに、ステップＳ１０７で、制御対象のピクセル列のＹ座標が最大値（Ｙｍａｘ）かどうかを判定する。最大値（Ｙｍａｘ）でなければ（ステップＳ１０７、Ｎｏ）ステップＳ１０４に戻ってステップＳ１０４〜Ｓ１０７を繰り返す。最大値（Ｙｍａｘ）であれば（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）ステップＳ１０１に戻ってステップＳ１０１〜Ｓ１０７を繰り返す。上記制御によって、図６に示す位相の設定および図７に示す光学特性が実現される。

なお、たとえば光信号選択装置１００において実現すべき光学特性を変更したり、光信号Ｓ_１を出力すべき光ファイバを光ファイバ１１_ｋから他の光ファイバに切り換えたりする場合は、位相傾きΔφ（Ｘ）の値を更新することによって、所望の位相の設定が実行される。これによって、所望の光学特性の変更または光路の切り替えが実現される。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、光信号選択装置１００を、光信号の経路の切り替えと光強度スペクトラムの制御とを行うことができる、より多機能な光信号選択装置として使用することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る制御方法として、光信号選択装置１００を光信号の経路の切り替えに使用し、かつ光強度スペクトラムの制御を行う場合の光信号選択装置１００の動作について説明する。

図９に一例を示すように、位相の分布形状がＸ軸（分光軸）に沿って不連続な形状であり、位相差が生じている場合には、Ｘ軸（分光軸）方向に光が回折してしまうことがある。これに対して、本実施の形態２では、Ｘ軸（分光軸）方向への光の回折を防止することが可能であり、より好適なスペクトラム形状を得ることができる。

図１０は、実施の形態２に係る制御方法による位相変調素子アレイ４０の位相の設定を説明する図である。図１１は、図１０の座標Ｙ１における位相の分布形状を示す図である。図１０、１１に示すように、本実施の形態２では、Ｙ軸（スイッチ軸）方向に対して光信号Ｓ_１の強度分布における光強度が最大となる位置にあるピクセル列である、Ｙ座標がＹ１のピクセル列において、位相値が略等しくなるように位相分布を設定している。図１０、１１では、Ｙ１のピクセル列における位相値をゼロとしている。なお、一般的に、光信号は、分光軸およびスイッチ軸のそれぞれに対してガウス曲線の光強度分布となっているため、光信号の入射領域の中心付近にて光強度が最大となる。したがって、Ｙ１はＹｍａｘの約１／２の値である。

図１２は、図１０に示す位相の設定によって実現される光信号選択装置１００の光学特性を示す図である。図１２（ａ）は光の強度スペクトラム、図１２（ｂ）は光の位相スペクトラム、図１２（ｃ）は光の群遅延スペクトラム、図１２（ｄ）は光の波長分散スペクトラムのシミュレーション結果をそれぞれ示している。

図１０に示す位相の設定によれば、図１２（ａ）に示すような、波長帯域の中央で減衰量が大きくなり、かつ滑らかな波長特性を有する光強度スペクトラムを実現することができる。また、図１２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、位相、群遅延、および波長分散を波長に対して一定であり、かつ値をゼロにすることができる。これによって、光信号Ｓ_１に余分な波長分散を与えないので、波形のひずみを好適に防止することができる。

なお、図１０では、座標Ｙ１のピクセル列における位相値をゼロとしているので、位相、群遅延、波長分散などの値がゼロとなっているが、位相値はゼロに限られない。座標Ｙ１のピクセル列における位相値が一定であれば、位相、群遅延、および波長分散が波長に対して一定になる。したがって、光信号Ｓ_１の波長成分に対しても波長に対して一定の群遅延や波長分散が与えられるので、光信号Ｓ_１の波形のひずみを抑制することができる。

図１３は、図１０に示す位相の設定を行う実施の形態２に係る制御方法のフロー図である。
はじめに、ステップＳ２０１で、制御対象とするピクセル列のＹ座標をゼロに設定する（Ｙ＝０）。つぎに、ステップＳ２０２で、光強度が最大のピクセル列のＹ座標（Ｙ１）を読み込む。なお、Ｙ１は、たとえば予め光信号Ｓ_１の光強度分布を測定して求めたＹ１を記憶部に記憶しておき、それを読み出してもよいし、外部から入力したデータを読み込んでもよい。つぎに、ステップＳ２０３で制御対象である位相変調素子アレイ４０のＹ＝０のピクセル列内の各ピクセルに印加すべき位相の初期値φ（Ｘ、０）＝−Δφ（Ｘ）×Ｙ１を算出し、ステップＳ２０４で位相の初期値φ（Ｘ、０）を各ピクセルにＸ軸（分光軸）に沿って出力する。ここで、計算に用いる位相傾きΔφ（Ｘ）は、ピクセル列内で全ては同一ではなく、ピクセルのＸ座標に応じた値であるので、上記演算もピクセル列内の各ピクセルに対して行う。

つぎに、ステップＳ２０５で、制御対象のピクセル列のＹ座標をカウントアップする（Ｙ＝Ｙ＋１）。つぎに、ステップＳ２０６で、前回設定した位相の初期値に所定の位相傾きΔφ（Ｘ）を加算し、制御対象に印加する位相値（φ（Ｘ、Ｙ）＝φ（Ｘ、Ｙ−１）＋Δφ（Ｘ））を演算する。ここで、加算すべき位相傾きΔφ（Ｘ）は、ピクセル列内で全ては同一ではなく、ピクセルのＸ座標に応じた値であるので、上記演算もピクセル列内の各ピクセルに対して行う。

つぎに、ステップＳ２０７で、制御対象である位相変調素子アレイ４０のピクセル列内の各ピクセルに、演算した位相値φ（Ｘ、Ｙ）をＸ軸（分光軸）に沿って出力する。

つぎに、ステップＳ２０８で、制御対象のピクセル列のＹ座標が最大値（Ｙｍａｘ）かどうかを判定する。最大値（Ｙｍａｘ）でなければ（ステップＳ２０８、Ｎｏ）ステップＳ２０５に戻ってステップＳ２０５〜Ｓ２０８を繰り返す。最大値（Ｙｍａｘ）であれば（ステップＳ２０８、Ｙｅｓ）ステップＳ２０１に戻ってステップＳ２０１〜Ｓ２０８を繰り返す。上記制御によって、図１０に示す位相の設定および図１２に示す光学特性が実現される。

なお、たとえば光信号選択装置１００において実現すべき光学特性を変更したり、光信号Ｓ_１を出力すべき光ファイバを光ファイバ１１_ｋから他の光ファイバに切り換えたりする場合は、位相傾きΔφ（Ｘ）の値を更新することによって、所望の位相の設定が実行される。これによって、所望の光学特性の変更または光路の切り替えが実現される。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、光信号選択装置１００を、光信号の経路の切り替えと滑らかな波長特性での光強度スペクトラムの制御とを行うことができ、かつ位相、群遅延、および波長分散が波長に対して一定の光信号選択装置として使用することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について説明する。図１４は、実施の形態３に係る制御方法を適用する光信号選択装置の模式的な構成図である。この光信号選択装置２００は、図１に示した光信号選択装置１００において、入出力光ファイバアレイ１０と波長分光器２０との間に、偏光分離素子群６０を挿入したものである。

偏光分離素子群６０は、光ファイバ１１_１〜１１_ｍに対応させて配置された複数の偏光分離素子６１_１〜６１_ｍを備えている。偏光分離素子６１_１〜６１_ｍは、光ファイバ１１_１側から入力された光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎを直交する偏光に分離し、片方の偏光成分のみ偏光方向を回転させて２つの偏光成分の偏光方向を、たとえばＹ軸（スイッチ軸）の方向に揃えて出力する。偏光分離素子６１_１〜６１_ｍは、たとえばルチル（ＴｉＯ_２）単結晶や方解石などからなる複屈折素子と、λ／２波長板とを組み合わせて構成することができる。

一般に、液晶は偏光依存性を有するため、液晶素子を利用した場合の位相変調素子アレイ４０は、入射される光信号の偏光に依存した応答を示す。この光信号選択装置２００では、光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎは、その偏光方向が１つの方向に揃えられた状態で位相変調素子アレイ４０に入射されるので、位相変調素子アレイ４０の偏光依存性は解消される。なお、位相変調素子アレイ４０によって回折された光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎは、それぞれ偏光分離素子６１_ｋ、６１_ｍに波長分光器２０側から入射し、直交する偏光成分が合成された状態でそれぞれ光ファイバ１１_ｋ、１１_ｍに入力される。

図１５は、位相変調素子アレイ４０に光信号Ｓ_１、Ｓ_ｎが入射されている状態を示す図である。図１５に示すように、光信号Ｓ_１の分離した偏光成分Ｓ_１１、Ｓ_１２は、互いに光路が異なるため、Ｙ軸（スイッチ軸）に沿って配列した異なる領域に入射される。また、光信号Ｓ_ｎの分離した偏光成分Ｓ_ｎ１、Ｓ_ｎ２についても、Ｙ軸（スイッチ軸）に沿って配列した異なる領域に入射される。

図１６は、実施の形態３に係る制御方法による位相変調素子アレイの位相の設定を説明する図である。図１７は、図１６の座標Ｙ１、Ｙ２における位相の分布形状を示す図である。図１６、１７に示すように、本実施の形態３では、Ｙ軸（スイッチ軸）方向に対して光信号Ｓ_１が入射する領域Ａ_１をＹ座標に対してＹ＝０とＹ＝Ｙｍａｘとの中央のピクセル列（Ｙ＝Ｙｍｉｄ）で分割している。そして、偏光成分Ｓ_１１の強度分布における、光強度が最大となるピクセル列（第１の光強度最大のピクセル列）である、Ｙ座標がＹ１のピクセル列において、位相値が略等しくなるように位相分布を設定している。同様に、偏光成分Ｓ_１２の強度分布における、光強度が最大となるピクセル列（第２の光強度最大のピクセル列）である、Ｙ座標がＹ２のピクセル列において、位相値が略等しくなるように位相分布を設定している。図１６、１７では、Ｙ１、Ｙ２のピクセル列における位相値をいずれもゼロとしている。

図１６に示す位相の設定によれば、光信号Ｓ_１が偏光分離され各偏光成分がＹ軸（スイッチ軸）方向に配列して位相変調素子アレイ４０に入射される場合にも、実施の形態２の場合と同様に、図１２に示すような滑らかな波長特性を有する光強度スペクトラムと、位相、群遅延、および波長分散が波長に対してゼロで一定であるスペクトラムとを実現できる。

図１８は、図１６に示す位相の設定を行う実施の形態３に係る制御方法のフロー図である。
はじめに、ステップＳ３０１で、制御対象とするピクセル列のＹ座標をゼロに設定する（Ｙ＝０）。つぎに、ステップＳ３０２で、第１の光強度最大のピクセル列のＹ座標（Ｙ１）を読み込む。なお、Ｙ１はたとえば予め偏光成分Ｓ_１１の光強度分布を測定して求めたＹ１を記憶部に記憶しておき、それを読み出してもよいし、外部から入力したデータを読み込んでもよい。つぎに、ステップＳ３０３で制御対象である位相変調素子アレイ４０のＹ＝０のピクセル列内の各ピクセルに印加すべき第１の位相の初期値φ１（Ｘ、０）＝−Δφ１（Ｘ）×Ｙ１を算出し、ステップＳ３０４で第１の位相の初期値φ１（Ｘ、０）を各ピクセルにＸ軸（分光軸）に沿って出力する。ここで、計算に用いる第１の位相傾きΔφ１（Ｘ）は、ピクセル列内で全ては同一ではなく、ピクセルのＸ座標に応じた値であるので、上記演算もピクセル列内の各ピクセルに対して行う。

つぎに、ステップＳ３０５で、制御対象のピクセル列のＹ座標をカウントアップする（Ｙ＝Ｙ＋１）。つぎに、ステップＳ３０６で、前回設定した位相の初期値に第１の位相傾きΔφ１（Ｘ）を加算し、制御対象に印加する第１の位相値（φ１（Ｘ、Ｙ）＝φ１（Ｘ、Ｙ−１）＋Δφ１（Ｘ））を演算する。ここで、加算すべき第１の位相傾きΔφ１（Ｘ）は、ピクセル列内で全ては同一ではなく、ピクセルのＸ座標に応じた値であるので、上記演算もピクセル列内の各ピクセルに対して行う。

つぎに、ステップＳ３０７で、制御対象である位相変調素子アレイ４０のピクセル列内の各ピクセルに、演算した第１の位相値φ１（Ｘ、Ｙ）をＸ軸（分光軸）に沿って出力する。

つぎに、ステップＳ３０８で、制御対象のピクセル列が中央ピクセルか、すなわち、制御対象のピクセル列のＹ座標が中央値（Ｙｍｉｄ）かどうかを判定する。中央値（Ｙｍｉｄ）でなければ（ステップＳ３０８、Ｎｏ）ステップＳ３０５に戻ってステップＳ３０５〜Ｓ３０８を繰り返す。中央値（Ｙｍｉｄ）であれば（ステップＳ３０８、Ｙｅｓ）ステップＳ３０９で、制御対象のピクセル列のＹ座標をカウントアップする（Ｙ＝Ｙ＋１）。

つぎに、ステップＳ３１０で、第２の光強度最大のピクセル列のＹ座標（Ｙ２）を読み込む。なお、Ｙ２はたとえば予め偏光成分Ｓ_１２の光強度分布を測定して求めたＹ２を記憶部に記憶しておき、それを読み出してもよいし、外部から入力したデータを読み込んでもよい。つぎに、ステップＳ３１１で制御対象のピクセル列内の各ピクセルに印加すべき第２の位相の初期値φ２（Ｘ、Ｙｍｉｄ＋１）＝−Δφ２（Ｘ）×｛Ｙ２−（Ｙｍｉｄ＋１）｝を算出し、ステップＳ３１２で第２の位相の初期値φ２（Ｘ、Ｙｍｉｄ＋１）を各ピクセルにＸ軸（分光軸）に沿って出力する。ここで、計算に用いる第２の位相傾きΔφ２（Ｘ）は、ピクセル列内で全ては同一ではなく、ピクセルのＸ座標に応じた値であるので、上記演算もピクセル列内の各ピクセルに対して行う。

つぎに、ステップＳ３１３で、制御対象のピクセル列のＹ座標をカウントアップする（Ｙ＝Ｙ＋１）。つぎに、ステップＳ３１４で、前回設定した位相の初期値に第２の位相傾きΔφ２（Ｘ）を加算し、制御対象に印加する第２の位相値（φ２（Ｘ、Ｙ）＝φ２（Ｘ、Ｙ−１）＋Δφ２（Ｘ））を演算する。ここで、加算すべき第２の位相傾きΔφ２（Ｘ）は、ピクセル列内で全ては同一ではなく、ピクセルのＸ座標に応じた値であるので、上記演算もピクセル列内の各ピクセルに対して行う。

つぎに、ステップＳ３１５で、制御対象のピクセル列内の各ピクセルに、演算した第２の位相値φ２（Ｘ、Ｙ）をＸ軸（分光軸）に沿って出力する。

つぎに、ステップＳ３１６で、制御対象のピクセル列のＹ座標が最大値（Ｙｍａｘ）かどうかを判定する。最大値（Ｙｍａｘ）でなければ（ステップＳ３１６、Ｎｏ）ステップＳ３１３に戻ってステップＳ３１３〜Ｓ３１６を繰り返す。最大値（Ｙｍａｘ）であれば（ステップＳ３１６、Ｙｅｓ）ステップＳ３０１に戻る。上記制御によって、図１６に示す位相の設定および図１２に示す光学特性が実現される。

なお、たとえば光信号選択装置２００において実現すべき光学特性を変更したり、光信号Ｓ_１を出力すべき光ファイバを光ファイバ１１_ｋから他の光ファイバに切り換えたりする場合は、外部からの入力される、または記憶部から読み出される位相傾きΔφ１（Ｘ）、Δφ２（Ｘ）の値を更新することによって、所望の位相の設定が実行される。これによって、所望の光学特性の変更または光路の切り替えが実現される。

以上説明したように、本実施の形態３によれば、光信号選択装置２００の偏波依存特性を解消するとともに、光信号の経路の切り替えと滑らかな波長特性での光強度スペクトラムの制御とを行うことができ、かつ位相、群遅延、および波長分散が波長に対して一定の光信号選択装置として使用することができる。

なお、実施の形態３では、光信号の偏光を分離することによりＹ軸（スイッチ軸）に沿って光信号が入力される領域を分割して制御する場合を一例として説明したが、本発明はそれに制限されることはない。例えば、入出力光ファイバアレイを構成する光ファイバの数が増加した場合に、各チャネルの光信号をＸ軸（分光軸）だけでなくＹ軸（スイッチ軸）に対しても分離して入射させるような光信号選択装置においても、本発明を適用することができる。また、実施の形態３では、Ｙ軸（スイッチ軸）に沿った制御領域の分割数が２である場合を例として説明をしたが、分割数が増加しても同様の効果が得られることは自明である。
また、実施の形態３では、偏光分離素子群６０は、入出力光ファイバアレイ１０と波長分光器２０との間に挿入されている。しかしながら、偏光分離素子群６０の挿入位置はこれに限定されず、たとえば集光レンズ３０と位相変調素子アレイ４０との間に挿入してもよい。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について説明する。上記実施の形態２、３では、光信号の強度が最大となるピクセル列において印加する位相値を等しくしている。これに対して、本実施の形態４では、位相変調にＸ軸（分光軸）に対して連続的なオフセットを加えることにより、各チャネルの光信号に対して意図的な位相制御を行うようにしている。光信号選択装置に入射する光信号には、その光信号が伝搬してきた光ファイバなどの光伝送路の影響によって様々な波形ひずみが生じることがあるが、上記の意図的な位相制御によってこの波形ひずみを補正することが可能である。

本実施の形態４では、光伝送路において生じる波形ひずみの補正の一例として、光信号選択装置１００の位相変調素子アレイ４０において、Ｘ軸（分光軸）に対する位相変調の分布が２次関数状となるようなオフセットを印加することにより、各波長成分に波長分散を付加して、伝送路にて生じた波長分散を補償する。

ここで、一般に、光ファイバなどの光伝送路にて生じる波長分散（Ｄ）は波長によらず一定であるので、チャネル内の波長帯域の中心波長をλ０とすると、中心波長を基準とした群遅延（τ）は下記式（４）で表される。

τ＝Ｄ×（λ―λ０） ・・・ （４）

ここで、上述した式（２）に式（４）を代入して両辺を積分することにより、波長分散の影響による位相（φ）は下記式（５）のように求められる。

φ＝−（πｃ／λ０^２）×Ｄ×（λ−λ０）^２ ・・・ （５）

したがって、光伝送路で生じた波長分散を補償するためには、位相変調素子アレイ４０において、式（５）に示す位相を打ち消すような位相変調（すなわち、式（５）に−１を乗算した２次関数状の位相変調）を印加すればよい。

図１９は、実施の形態４に係る制御方法による位相の設定によって実現される光信号選択装置の光学特性を示す図である。図１９（ａ）は光の強度スペクトラム、図１９（ｂ）は光の位相スペクトラム、図１９（ｃ）は光の群遅延スペクトラム、図１９（ｄ）は光の波長分散スペクトラムのシミュレーション結果をそれぞれ示している。

図１９（ｂ）に示す位相の設定によれば、位相変調に２次関数状のオフセットを印加することによって、図１９（ｄ）に示すように光信号選択装置１００の波長分散を、波長オフセットが−０．４ｎｍ〜＋０．４ｎｍの範囲において略平坦に−２０ｐｓ／ｎｍにすることができる。これによって、光信号選択装置１００は、光伝送路で発生する波長分散を−２０ｐｓ／ｎｍだけ補償することができる。なお、光の強度スペクトラムについては図１９（ａ）に示すスペクトラム形状となっており、分散補償特性とともに所望の光減衰特性を有する光信号選択装置１００を実現することができる。

図２０は、実施の形態４に係る制御方法のフロー図である。
はじめに、ステップＳ４０１で、制御対象とするピクセル列のＹ座標をゼロに設定する（Ｙ＝０）。つぎに、ステップＳ４０２で、光強度が最大のピクセル列のＹ座標（Ｙ１）を読み込む。

つぎに、ステップＳ４０３で、光強度が最大のピクセル列における設定すべき位相値のオフセット（φ_ｏｆｆ（Ｘ））を導出する。この導出は、記憶部に記憶されたデータや外部から入力されたデータに基づいて行われる。ここで、オフセットφ_ｏｆｆ（Ｘ）は、ピクセル列内で全ては同一ではなく、ピクセルのＸ座標に応じた値であるので、上記導出もピクセル列内の各ピクセルに対して行う。

つぎに、ステップＳ４０４で、制御対象である位相変調素子アレイ４０のＹ＝０のピクセル列内の各ピクセルに印加すべき位相の初期値φ（Ｘ、０）＝−Δφ（Ｘ）×Ｙ１＋φ_ｏｆｆ（Ｘ）を算出し、ステップＳ４０５で位相の初期値φ（Ｘ、０）を各ピクセルにＸ軸（分光軸）に沿って出力する。ここで、計算に用いる位相傾きΔφ（Ｘ）は、ピクセル列内で全ては同一ではなく、ピクセルのＸ座標に応じた値であるので、上記演算もピクセル列内の各ピクセルに対して行う。

つぎに、ステップＳ４０６で、制御対象のピクセル列のＹ座標をカウントアップする（Ｙ＝Ｙ＋１）。つぎに、ステップＳ４０７で、前回設定した位相の初期値に所定の位相傾きΔφ（Ｘ）を加算し、制御対象に印加する位相値（φ（Ｘ、Ｙ）＝φ（Ｘ、Ｙ−１）＋Δφ（Ｘ））を演算する。ここで、加算すべき位相傾きΔφ（Ｘ）は、ピクセル列内で全ては同一ではなく、ピクセルのＸ座標に応じた値であるので、上記演算もピクセル列内の各ピクセルに対して行う。

つぎに、ステップＳ４０８で、制御対象である位相変調素子アレイ４０のピクセル列内の各ピクセルに、演算した位相値φ（Ｘ、Ｙ）をＸ軸（分光軸）に沿って出力する。

つぎに、ステップＳ４０９で、制御対象のピクセル列のＹ座標が最大値（Ｙｍａｘ）かどうかを判定する。最大値（Ｙｍａｘ）でなければ（ステップＳ４０９、Ｎｏ）ステップＳ４０６に戻ってステップＳ４０６〜Ｓ４０９を繰り返す。最大値（Ｙｍａｘ）であれば（ステップＳ４０９、Ｙｅｓ）ステップＳ４０１に戻ってステップＳ４０１〜Ｓ４０９を繰り返す。上記制御によって、図１９に示す光学特性が実現される。

以上説明したように、本実施の形態４によれば、光信号選択装置１００を、光信号の経路の切り替えと滑らかな波長特性での光強度スペクトラムの制御とを行うことができ、かつ分散補償機能を有する光信号選択装置として使用することができる。

本実施の形態４は、光信号選択装置１００の制御を行うものであるが、本発明はこれに限られない。たとえば、図２０に示すフロー図と図１８に示すフロー図とを組み合わせて、Ｙ軸（スイッチ軸）に対して複数の光信号が入射される光信号選択装置２００の制御を行っても良い。この場合、例えばそれぞれの偏光成分に対して異なる位相変調を印加することにより、各偏光成分が異なる光路を通ることによる影響を補正することも可能である。

なお、近年、光ネットワークにおけるネットワーク容量の増大に伴う波長帯域の効率的な運用や光送受信機の特性の補償などの面から、各チャネルの波長帯域やスペクトラム形状を任意に制御できることが好ましい。特に各チャネルのスペクトラム形状の制御は、ネットワーク容量の増大に伴う、電気的な処理の負荷を軽減し、システム全体の低消費電力化にも寄与する。したがって、上記本実施の形態の制御方法を行うことが効果的である。

上記実施の形態では、入力される光信号の数は２つであるが、特に限定はされず、１または３以上でもよい。

また、上記実施の形態２〜４では、光信号の強度が最大となるピクセル列において、Ｘ軸（分光軸）に対する位相変調の分布が等しくなるようにしているが、たとえばＸ軸（分光軸）に沿って傾斜する線形の分布となるように位相変調のオフセットを印加することにより、スイッチ軸に対してだけでなく分光軸に対しても意図的に光信号の回折角を制御することも可能である。これによって、例えば、振動や温度変動、もしくは経年劣化などにより、入出力光ファイバアレイ１０や波長分光器２０などに光軸ずれが生じた時、スイッチ軸方向だけでなく分光軸方向に対しても回折角度を調整できるので、より正確な光軸ずれの補正が可能となる。なお、Ｘ軸（分光軸）に沿って印加する位相変調のオフセット量は、図５および式（１）に従って算出することができる。

また、たとえば図８に示す実施の形態１に係る制御方法のフロー図では、所定のＹ座標のピクセル列に対して、位相値をＸ軸（分光軸）に沿って出力した後に、制御対象のピクセル列のＹ座標をカウントアップする、という制御を行っている。しかし、本発明はこれに限られず、まず制御対象のＸ座標のピクセルに対してＹ＝０からＹ＝Ｙｍａｘまで位相値を出力し、その後に制御対象のピクセルのＸ座標をカウントアップして、当該Ｘ座標のピクセルに対してＹ＝０からＹ＝Ｙｍａｘまで位相値を出力する、という制御を行ってもよい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。

以上のように、本発明に係る光信号選択装置の制御方法および光信号選択装置は、主に光通信の用途に利用して好適なものである。

１０ 入出力光ファイバアレイ
１１_１〜１１_ｍ 光ファイバ
１２_１〜１２_ｍ フェルール
２０ 波長分光器
３０ 集光レンズ
４０ 位相変調素子アレイ
５０ 制御装置
６０ 偏光分離素子群
６１_１〜６１_ｍ 偏光分離素子
１００、２００ 光信号選択装置
Ａ_１、Ａ_ｎ、Ａ_１１、Ａ_１２ 領域
Ｓ_１、Ｓ_ｎ 光信号
Ｓ_１１、Ｓ_１２、Ｓ_ｎ１、Ｓ_ｎ２ 偏光成分
Ｓ１０１〜Ｓ１０７、Ｓ２０１〜Ｓ２０８、Ｓ３０１〜Ｓ３１６、Ｓ４０１〜Ｓ４０９ ステップ

Claims (8)

1. 複数の光ファイバが所定のスイッチ方向に沿って配列した入出力光ファイバアレイと、
   前記入出力光ファイバアレイから入力された光信号を前記スイッチ方向と略垂直の方向に波長毎に分光する波長分光器と、
   前記スイッチ方向と前記分光方向とに２次元状に配列された位相変調素子を備え、前記波長毎に分光された光信号が入射される位相変調素子アレイと、
   を備える光信号選択装置を制御する方法であって、
   前記位相変調素子アレイのうち、前記波長毎に分光された或る光信号が入射する領域内において、前記スイッチ方向に沿って配列した前記位相変調素子の前記領域に含まれる列毎に傾きが異なる線形の位相変調を印加して前記列毎に回折角度を変えることにより、前記或る光信号の光強度スペクトラムを制御し、
   前記位相変調素子アレイに入射される前記或る光信号の強度が前記スイッチ方向において最大となる位置において、前記傾きの異なる線形の位相変調の位相を略等しくするように前記印加を行うことを特徴とする光信号選択装置の制御方法。
2. 前記位相変調素子アレイには複数の前記或る光信号が入射され、前記複数の或る光信号の強度が最大となる各位置において前記分光方向に沿って配列した前記位相変調素子のそれぞれに対して、各列毎に前記位相を略等しくするように前記印加を行うことを特徴とする請求項１に記載の光信号選択装置の制御方法。
3. 前記複数の或る光信号は、前記スイッチ方向に沿って配列するように入射されることを特徴とする請求項２に記載の光信号選択装置の制御方法。
4. 前記位相変調素子アレイに入射される前記或る光信号の強度が前記スイッチ方向において最大となる位置における前記略等しい位相はゼロであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光信号選択装置の制御方法。
5. 複数の光ファイバが所定のスイッチ方向に沿って配列した入出力光ファイバアレイと、
   前記入出力光ファイバアレイから入力された光信号を前記スイッチ方向と略垂直の方向に波長毎に分光する波長分光器と、
   前記スイッチ方向と前記分光方向とに２次元状に配列された位相変調素子を備え、前記波長毎に分光された光信号が入射される位相変調素子アレイと、
   前記位相変調素子アレイのうち、前記波長毎に分光された或る光信号が入射する領域内において、前記スイッチ方向に沿って配列した前記位相変調素子の前記領域に含まれる列毎に傾きが異なる線形の位相変調を印加して前記列毎に回折角度を変えることにより、前記或る光信号の光強度スペクトラムを制御し、
   前記位相変調素子アレイに入射される前記或る光信号の強度が前記スイッチ方向において最大となる位置において、前記傾きの異なる線形の位相変調の位相を略等しくするように前記印加を行う制御装置と、
   を備えることを特徴とする光信号選択装置。
6. 前記位相変調素子アレイには複数の前記或る光信号が入射され、前記制御装置は、前記複数の或る光信号の強度が最大となる各位置において前記分光方向に沿って配列した前記位相変調素子のそれぞれに対して、各列毎に前記位相を略等しくするように前記印加を行うことを特徴とする請求項５に記載の光信号選択装置。
7. 前記複数の或る光信号は、前記スイッチ方向に沿って配列するように入射されることを特徴とする請求項６に記載の光信号選択装置。
8. 前記位相変調素子アレイに入射される前記或る光信号の強度が前記スイッチ方向において最大となる位置における前記略等しい位相はゼロであることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の光信号選択装置。

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