JP5926219B2 - Optical input / output device - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバ通信技術に関し、特に光入出力装置において位相変調素子により出力光の方路および光強度を制御するため出力光制御技術に関する。   The present invention relates to an optical fiber communication technique, and more particularly to an output light control technique for controlling a path and light intensity of output light by a phase modulation element in an optical input / output device.

近年、インターネットトラフィックの増大と共に、光ファイバ通信における通信容量増加のニーズは一層高まっている。光ファイバ通信のルーティング機能デバイスとして注目を集めている技術に光スイッチがある。光スイッチの中でも自由空間上で光の方路を切り替える空間光学系光スイッチは高密度実装や消費電力低減化の観点から他方式に比べて優れており、近年技術開発が進展している。   In recent years, with the increase in Internet traffic, the need for an increase in communication capacity in optical fiber communication is further increased. An optical switch is a technology that is attracting attention as a routing function device for optical fiber communication. Among optical switches, a spatial optical system optical switch that switches a light path in free space is superior to other systems from the viewpoint of high-density mounting and power consumption reduction, and technological development is progressing in recent years.

空間光学系光スイッチの基本構成について述べる。一般的に空間光学系光スイッチは、入力ファイバと出力ファイバの間の自由空間上に配置された、いくつかのレンズと光ビームの進行方向を変える光ビーム偏向素子から構成される。代表的な光スイッチとしては、入出力ファイバアレイとコリメートレンズアレイ、2組の光ビーム偏向素子群から構成される光クロスコネクトスイッチ(OXC)や入出力ファイバアレイとコリメートレンズアレイ、レンズ群、分散素子、ビーム偏向素子群からなる波長選択スイッチ(WSS)などがある。   The basic configuration of the spatial optical system optical switch will be described. In general, a spatial optical system optical switch is composed of several lenses and a light beam deflecting element arranged in a free space between an input fiber and an output fiber to change the traveling direction of the light beam. Typical optical switches include an input / output fiber array and a collimating lens array, an optical cross-connect switch (OXC) composed of two sets of light beam deflection elements, an input / output fiber array and a collimating lens array, a lens group, and a dispersion. There is a wavelength selective switch (WSS) composed of elements and beam deflection element groups.

このような空間光学系光スイッチは、空間上での配線自由度が高い一方でファイバ等による光の閉じ込めが出来ないため、目的の出力ポート外への意図しない光の漏れが課題となる。特に、複数の出力ポートを配置する構成の光スイッチにおいては、近接する出力ポートへの光の漏れがクロストークとして信号品質の劣化を招くため、極めて重要な技術開発項目となる。   Such a spatial optical system optical switch has a high degree of freedom in wiring in space, but cannot confine light by a fiber or the like, so that unintentional leakage of light outside the target output port becomes a problem. In particular, in an optical switch having a configuration in which a plurality of output ports are arranged, leakage of light to adjacent output ports causes signal quality degradation as crosstalk, which is an extremely important technical development item.

光スイッチが有する機能の1つとして、出力ポートの光強度のコントロールを行う光減衰(アッテネーション)機能がある。空間光学系光スイッチにおける光減衰機能としては、各出力ポートの後段に個別に光減衰器を取り付ける手法などがあるが、出力ポート数の増大と共にコストやサイズの増大を招く。そのため、光スイッチ内の光ビーム偏向素子にその機能を付加する方法が考えられる。   One of the functions of the optical switch is an optical attenuation function that controls the optical intensity of the output port. As an optical attenuation function in the spatial optical system optical switch, there is a method of individually attaching an optical attenuator at the subsequent stage of each output port. However, as the number of output ports increases, cost and size increase. Therefore, a method of adding the function to the light beam deflecting element in the optical switch can be considered.

光ビーム偏向素子にアッテネーション機能を付加する場合、前述のクロストークをいかに抑制できるかが課題となる。光ビーム偏向素子として、Micro Electro Mechanical Systems(MEMS)や、Liquid Crystal on Silicon Spatial Light Modulator(LCOS−SLM)が使われる。
アッテネーション機能を付加する手法としては、周期的に位相を折り返す方法及びその実現手段について、例えば非特許文献1,2に記載されている。光ビーム偏向素子に周期性の位相パタンを重畳することによって、その周期に応じた角度方向に光強度を分散することができる。分散する光のパワーは重畳する位相パタンの振幅を選択することで制御可能であり、これによって空間位相変調による光アッテネーションが可能である。
When an attenuation function is added to the light beam deflecting element, the problem is how to suppress the above-described crosstalk. As the light beam deflecting element, Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) or Liquid Crystal on Silicon Spatial Light Modulator (LCOS-SLM) is used.
As a method for adding an attenuation function, for example, Non-Patent Documents 1 and 2 describe a method of periodically turning back a phase and a means for realizing the method. By superimposing a periodic phase pattern on the light beam deflection element, it is possible to disperse the light intensity in an angular direction corresponding to the period. The power of the dispersed light can be controlled by selecting the amplitude of the phase pattern to be superimposed, and thereby optical attenuation by spatial phase modulation is possible.

T. Fujita et al, "Blazed grating and Fresnel lensen fabricated by electron-beam lithography", OPTICS LETTERS, Vol.7,No.12, pp.578-580, December 1982.T. Fujita et al, "Blazed grating and Fresnel lensen fabricated by electron-beam lithography", OPTICS LETTERS, Vol.7, No.12, pp.578-580, December 1982. R. Magnusson et al, "Diffraction efficiencies of thin phase gratings with arbitrary grating shape", J. Optical Society of America, Vol.68, No.6, pp.806-809, June 1978.R. Magnusson et al, "Diffraction efficiencies of thin phase gratings with arbitrary grating shape", J. Optical Society of America, Vol.68, No.6, pp.806-809, June 1978.

実際の光ビーム偏向素子として、例えば、位相変調素子であるLCOS−SLMを用いる場合、各画素の位相を制御するために印加する電界が隣接する画素の位相にも影響を及ぼすことが知られている。本現象はディスクリネーション(disclination)と呼ばれ、偏向やアッテネーション動作のために印加する位相パタンと所望のパタンとの間にずれを生じさせる。ディスクリネーションは、短周期の位相を位相変調素子へ印加するほど大きくなり、特にアッテネーションのために周期性の位相を重畳するとクロストークが増大してしまう。
したがって、ディスクリネーションが起こった場合でもクロストーク増大を抑制可能な光アッテネーション技術開発が求められている。
For example, when an LCOS-SLM that is a phase modulation element is used as an actual light beam deflection element, it is known that an electric field applied to control the phase of each pixel also affects the phase of adjacent pixels. Yes. This phenomenon is called disclination and causes a deviation between a phase pattern applied for deflection and attenuation operation and a desired pattern. Disclination increases as a short-period phase is applied to the phase modulation element, and crosstalk increases particularly when a periodic phase is superimposed for attenuation.
Therefore, there is a need for development of optical attenuation technology that can suppress an increase in crosstalk even when disclination occurs.

すなわち、光入出力装置において、信号光強度に減衰をかける際、異なる周期の光信号が混信しないようにするためには、対象出力ポート外へのクロストークが低いことが望ましい。一方、有限な大きさでピクセル化された空間光変調素子においては、偏向やアッテネーション動作の際、印加する位相パタンが隣接干渉などの影響で理想的なパタンからずれてしまい、クロストークの原因となる。この理想的なパタンからのずれによるクロストークは、位相変調素子であるLCOS−SLMに印加する位相パタンの位相変化が大きい程顕著に現れ、特にアッテネーション動作を行うために短周期な位相パタンを印加する場合に問題となる。   That is, in the optical input / output device, when the signal light intensity is attenuated, it is desirable that the crosstalk outside the target output port is low so that optical signals having different periods do not interfere with each other. On the other hand, in spatial light modulation elements that are pixilated with a finite size, the applied phase pattern deviates from the ideal pattern due to the influence of adjacent interference during deflection and attenuation operations, causing crosstalk. Become. The crosstalk due to the deviation from the ideal pattern becomes more prominent as the phase change of the phase pattern applied to the LCOS-SLM, which is a phase modulation element, increases. In particular, a short-period phase pattern is applied to perform the attenuation operation. This is a problem.

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、光入出力装置において、他ポートへのクロストークの発生を抑制しつつ出力光強度を変化させることが可能な出力光制御技術を提供することを目的としている。   The present invention is to solve such problems, and provides an output light control technique capable of changing the output light intensity while suppressing the occurrence of crosstalk to other ports in an optical input / output device. The purpose is to do.

このような目的を達成するために、本発明にかかる光入出力装置は、光信号の入出力を行う1つ以上の入力ポートおよび複数の出力ポートと、マトリックス状に平面配列された複数の画素を有し、前記入力ポートから光学系素子を介して入力された入射光に対して、画素位置に応じて変化する位相量を前記各画素で与えることにより空間位相変調し、得られた出射光を前記出力ポートのうち指定された対象出力ポートの角度方向へ出射する位相変調素子と、画素位置と位相量との関係を示す位相パタンを示す駆動信号を前記各画素に印加することにより、前記空間位相変調による前記出射光の出射角および光強度を制御する駆動回路とを備え、前記位相パタンは、第1のパタン周期長を有する出射角制御用位相パタンに、第2のパタン周期長を有する光強度制御用位相パタンが重畳されており、前記第1のパタン周期長は、前記出射光の対象光強度ピークが前記対象出力ポートの角度方向と一致する角度方向に位置する光強度分布を発生するパタン周期長からなることを共通構成とするものである。 In order to achieve such an object, an optical input / output device according to the present invention includes one or more input ports and a plurality of output ports for inputting / outputting optical signals, and a plurality of pixels arranged in a matrix in a plane. The incident light input from the input port via the optical system element is spatially phase-modulated by giving each pixel a phase amount that changes according to the pixel position, and the obtained output light By applying a drive signal indicating a phase pattern indicating a relationship between a pixel position and a phase amount to each pixel, and a phase modulation element that emits in the angular direction of a specified target output port among the output ports. A drive circuit that controls the emission angle and the light intensity of the emitted light by spatial phase modulation, and the phase pattern is a second pattern cycle length to the output angle control phase pattern having the first pattern cycle length. The first pattern cycle length has a light intensity distribution positioned in an angular direction in which the target light intensity peak of the emitted light coincides with the angular direction of the target output port. The common structure is that the pattern has a generated pattern cycle length .

本発明にかかる第1の光入出力装置は、上記共通構成に加えて、前記第2のパタン周期長は、前記出射光の不要光強度ピークが前記各出力ポートの角度方向と一致しないよう、前記各出力ポートの角度方向のすべてを含む出射角度範囲の外側に位置する光強度分布を発生するパタン周期長からなり、前記位相変調素子における前記入射光と前記出射光とがなす角度θのうち、前記出射角度範囲の一端および他端に相当する角度θをそれぞれθmax,θminとし、当該入射光の波長をλとし、当該出射光の出射角をθoとしたとき、前記光強度制御用位相パタンのパタン周期長wは、後述する式(4)および式(5)を満たす範囲で最大の値とし、前記光強度制御用位相パタンは、前記位相変調素子のピクセルサイズの整数倍に相当するパタン周期長を有しているものである。In the first optical input / output device according to the present invention, in addition to the common configuration, the second pattern period length is set such that an unnecessary light intensity peak of the emitted light does not coincide with an angular direction of each output port. The pattern period length that generates a light intensity distribution located outside the emission angle range including all of the angular directions of each output port, and of the angle θ formed by the incident light and the emitted light in the phase modulation element When the angle θ corresponding to one end and the other end of the emission angle range is θmax and θmin, the wavelength of the incident light is λ, and the emission angle of the emission light is θo, the light intensity control phase pattern The pattern cycle length w is set to a maximum value in a range that satisfies the expressions (4) and (5) described later, and the phase pattern for controlling light intensity is a pattern corresponding to an integer multiple of the pixel size of the phase modulation element. Those having a period length.

また、本発明にかかる第2の光入出力装置は、上記共通構成に加えて、前記第2のパタン周期長は、前記出射光の不要光強度ピークが前記各出力ポートの角度方向と一致しないよう、前記各出力ポートの角度方向の間であって、かつ、これら出力ポートと干渉しない間隙角度範囲に位置する光強度分布を発生するパタン周期長からなり、前記位相変調素子における前記入射光と前記出射光とがなす角度θのうち、前記間隙角度範囲の一端および他端に相当する角度θをそれぞれθa,θbとし、当該入射光の波長をλとし、当該出射光の出射角をθoとしたとき、前記光強度制御用位相パタンのパタン周期長wは、後述する式(6)、式(7)および式(8)を満たす範囲で最大の値とし、前記光強度制御用位相パタンは、前記位相変調素子のピクセルサイズの整数倍に相当するパタン周期長を有しているものである。In the second optical input / output device according to the present invention, in addition to the common configuration, the second pattern period length is such that the unnecessary light intensity peak of the emitted light does not coincide with the angular direction of each output port. A pattern period length for generating a light intensity distribution located between the angular directions of the output ports and in a gap angle range that does not interfere with the output ports, and the incident light in the phase modulation element Of the angle θ formed by the outgoing light, the angles θ corresponding to one end and the other end of the gap angle range are θa and θb, the wavelength of the incident light is λ, and the outgoing angle of the outgoing light is θo. Then, the pattern period length w of the light intensity control phase pattern is set to a maximum value in a range that satisfies the following expressions (6), (7), and (8), and the light intensity control phase pattern is , The phase modulation element pin Those having a pattern cycle length corresponding to an integral multiple of the cell size.

また、本発明にかかる上記光入出力装置の一構成例は、前記駆動回路が、事前に計測して得られた前記出力ポートごとの第二のパタンの周期長を記録しており、前記対象出力ポートごとに最適値を選択する手段を有している。   Further, in one configuration example of the optical input / output device according to the present invention, the drive circuit records a period length of a second pattern for each of the output ports obtained by measuring in advance, and the target Means are provided for selecting an optimum value for each output port.

本発明によれば、光強度制御用位相パタンのパタン周期長により、光強度制御用位相パタンにより生じる各不要光強度ピークが、各出力ポートの角度方向と一致しない角度方向に光強度分布が発生するよう制御されて、他ポートへのクロストークの発生を抑制しつつ出力光強度を変化させることが可能となる。   According to the present invention, due to the pattern period length of the light intensity control phase pattern, the light intensity distribution is generated in the angular direction in which each unnecessary light intensity peak caused by the light intensity control phase pattern does not coincide with the angular direction of each output port. Thus, the output light intensity can be changed while suppressing the occurrence of crosstalk to other ports.

本発明が適用される光入出力装置にかかる第1の基本構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st basic composition concerning the optical input / output device to which this invention is applied. 第1の基本構成にかかる他の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other structural example concerning a 1st basic composition. 本発明が適用される光入出力装置にかかる第2の基本構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 2nd basic composition concerning the optical input / output device to which this invention is applied. 第2の基本構成にかかる他の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other structural example concerning a 2nd basic composition. 位相変調素子の構成例(単波長)を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example (single wavelength) of a phase modulation element. 位相変調素子の構成例(WDM)を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example (WDM) of a phase modulation element. 位相変調素子への位相パタン設定例である。It is an example of the phase pattern setting to a phase modulation element. 反射型位相変調素子での回折例である。It is an example of diffraction in a reflection type phase modulation element. 第1の実施の形態にかかる位相変調素子への位相パタン設定例である。It is an example of the phase pattern setting to the phase modulation element concerning 1st Embodiment. 出射光の対象光強度ピークを示す光強度分布図である。It is a light intensity distribution figure which shows the object light intensity peak of emitted light. 出射光の不要光強度ピークを示す光強度分布図である。It is a light intensity distribution figure which shows the unnecessary light intensity peak of emitted light. 出射光に与える位相量と出射光の出射光強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the phase amount given to an emitted light, and the emitted light intensity of an emitted light. 第1の実施の形態にかかる想定角度範囲と不要光強度ピークとの位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the assumption angle range concerning 1st Embodiment, and an unnecessary light intensity peak. 第1の実施の形態にかかる想定角度範囲と不要光強度ピークとの角度関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the angle relationship between the assumption angle range concerning 1st Embodiment, and an unnecessary light intensity peak. 第2の実施の形態にかかる位相変調素子への位相パタン設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a phase pattern setting to the phase modulation element concerning 2nd Embodiment. 第3の実施の形態にかかる想定角度範囲と不要光強度ピークとの位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the assumption angle range concerning 3rd Embodiment, and an unnecessary light intensity peak. 第3の実施の形態にかかる想定角度範囲と不要光強度ピークとの角度関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the angle relationship between the assumption angle range concerning 3rd Embodiment, and an unnecessary light intensity peak. 第3の実施の形態にかかる想定角度範囲と不要光強度ピークとの他の角度関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other angle relationship between the assumption angle range concerning 3rd Embodiment, and an unnecessary light intensity peak. 光強度制御用位相パタンの設定例である。It is a setting example of the phase pattern for light intensity control.

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[光入出力装置の基本構成]
本発明にかかる光入出力装置10は、光ファイバ通信ネットワークで用いられる光入出力装置であり、位相変調素子を用いて、出力光の方路および光強度を制御する機能を有している。
まず、本発明が適用される光入出力装置10の基本的な構成について説明する。本発明が適用される光入出力装置10には、位相変調素子の種別に応じて、次のような2種類の基本構成がある。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Basic configuration of optical input / output device]
The optical input / output device 10 according to the present invention is an optical input / output device used in an optical fiber communication network, and has a function of controlling a path and light intensity of output light using a phase modulation element.
First, a basic configuration of the optical input / output device 10 to which the present invention is applied will be described. The optical input / output device 10 to which the present invention is applied has the following two basic configurations depending on the type of the phase modulation element.

[第1の基本構成]
まず、図1を参照して、本発明が適用される光入出力装置10にかかる第1の基本構成について説明する。図1は、本発明が適用される光入出力装置にかかる第1の基本構成を示す説明図である。
[First basic configuration]
First, a first basic configuration of an optical input / output device 10 to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a first basic configuration of an optical input / output device to which the present invention is applied.

第1の基本構成の特徴は、位相変調素子として反射型を用いている点にある。図1には、x軸方向から見た第1の基本構成が示されている。ただし、出力ポートが配列する方向をy軸、光信号が伝搬する方向をz軸とし、これらx,y,z軸は互いに直交しているものとする。   A feature of the first basic configuration is that a reflection type is used as the phase modulation element. FIG. 1 shows a first basic configuration viewed from the x-axis direction. However, the direction in which the output ports are arranged is the y-axis, the direction in which the optical signal propagates is the z-axis, and these x, y, and z axes are orthogonal to each other.

第1の基本構成において、光入出力装置10内の自由空間には、主な光学系素子として、入力ポートを構成する光ファイバ11、コリメートレンズ(アレイ)12,151〜15n、光学素子13、位相変調素子14、および、出力ポートを構成する光ファイバ161〜16nが配置されている。また、位相変調素子14の各画素に駆動信号を印加する駆動回路DRVが設けられている。 In the first basic configuration, in the free space in the optical input / output device 10, as main optical system elements, an optical fiber 11 constituting an input port, collimating lenses (arrays) 12, 15 1 to 15 n , optical elements 13, a phase modulation element 14 and optical fibers 16 1 to 16 n constituting an output port are arranged. In addition, a drive circuit DRV that applies a drive signal to each pixel of the phase modulation element 14 is provided.

位相変調素子14は、マトリックス状に平面配列された複数の画素を有する反射型位相変調素子からなり、入力ポートである光ファイバ11からコリメートレンズ12および光学素子13などの光学系素子を介して入力された入射光に対して、画素位置に応じて変化する位相量を各画素で与えることにより空間位相変調し、得られた出射光を出力ポートである光ファイバ161〜16nのうち、指定された対象出力ポートに対応する光ファイバの角度方向へ出射する機能を有している。 The phase modulation element 14 includes a reflection type phase modulation element having a plurality of pixels arranged in a matrix and is input from an optical fiber 11 serving as an input port via optical system elements such as a collimator lens 12 and an optical element 13. relative to the incident light, the spatial phase modulation by providing a phase amount varying at each pixel according to the pixel position, out of the optical fiber 16 1 ~ 16 n is an output port of the outgoing light obtained, designated It has a function to emit in the angle direction of the optical fiber corresponding to the target output port.

また、駆動回路DRVは、画素位置と位相量との位相パタンを示す駆動信号を位相変調素子14の各画素に印加することにより、位相変調素子14での空間位相変調による出射光の出射角および光強度を制御する機能を有している。この駆動回路DRVは、位相変調素子14が形成された半導体チップの外部に配置してもよく、当該半導体チップ内に配置してもよい。   In addition, the drive circuit DRV applies a drive signal indicating a phase pattern of the pixel position and the phase amount to each pixel of the phase modulation element 14, thereby outputting an emission angle of emitted light by spatial phase modulation in the phase modulation element 14 and It has a function to control light intensity. The drive circuit DRV may be disposed outside the semiconductor chip on which the phase modulation element 14 is formed, or may be disposed within the semiconductor chip.

入力光(信号光)は、光ファイバ11を介して自由空間に出射され、コリメートレンズ12を介し、光学素子13に与えられる。光学素子13からの出射光は、位相変調素子14によって反射され、再び光学素子13を介し、コリメートレンズ12,151〜15n、光ファイバ11,161〜16nへ与えられる。光信号は、位相変調素子14へ与えられた位相パタンによって光学素子13の出力ポート及び出力光強度が選択される。 The input light (signal light) is emitted to free space through the optical fiber 11 and given to the optical element 13 through the collimator lens 12. The light emitted from the optical element 13 is reflected by the phase modulation element 14 and is given again to the collimating lenses 12, 15 1 to 15 n and the optical fibers 11, 16 1 to 16 n via the optical element 13. As for the optical signal, the output port of the optical element 13 and the output light intensity are selected by the phase pattern applied to the phase modulation element 14.

これにより、位相変調素子14によって反射された光信号が、第1〜第nチャンネル(光学素子13とコリメートレンズ12,151〜15nと、光ファイバ11,161〜16nとで構成される各経路)のうちの任意の出力ポートへ、任意の強度で出力される。
光学素子13としては、入力された光を位相変調素子14に向けて出射するように信号光の出射方向を変換する手段を用いることができ、例えばレンズやプリズムや、回折格子を用いることができる。
Thereby, the optical signal reflected by the phase modulation element 14 is composed of the first to n- th channels (the optical element 13, the collimating lenses 12, 15 1 to 15 n, and the optical fibers 11, 16 1 to 16 n. Are output at an arbitrary intensity to an arbitrary output port.
As the optical element 13, means for changing the emission direction of the signal light so that the input light is emitted toward the phase modulation element 14 can be used. For example, a lens, a prism, or a diffraction grating can be used. .

図2は、第1の基本構成にかかる他の構成例を示す説明図である。光入出力装置10に入力する信号光は、例えば波長λp〜λqまでを束ねるWDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重)光でもよい。この場合、図2に示すように、コリメートレンズ12,151〜15n及び光学素子13の間に波長分散素子17を配置し、波長ごとに集光位置を異なるようにし、波長ごとに異なる出力ポートや光強度を選択可能としてもよい。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing another configuration example according to the first basic configuration. The signal light input to the optical input / output device 10 may be, for example, WDM (Wavelength Division Multiplexing) light that bundles wavelengths λp to λq. In this case, as shown in FIG. 2, the wavelength dispersion element 17 is arranged between the collimating lenses 12, 15 1 to 15 n and the optical element 13, the condensing position is different for each wavelength, and the output is different for each wavelength. The port and light intensity may be selectable.

波長分散素子17はx軸方向に沿って回折性能を有しており、入力光の波長に応じて、位相変調素子14のうちx軸方向に異なる位置に光を照射する。なお、波長分散素子17は、光学素子13と位相変調素子14の間に配置してもよい。また、位相変調素子17は、偏向機能だけでなくレンズ機能を有する位相パタンを重畳してもよい。   The wavelength dispersion element 17 has diffraction performance along the x-axis direction, and irradiates light to different positions in the x-axis direction of the phase modulation element 14 according to the wavelength of the input light. The wavelength dispersion element 17 may be disposed between the optical element 13 and the phase modulation element 14. Further, the phase modulation element 17 may superimpose a phase pattern having not only a deflection function but also a lens function.

[第2の基本構成]
次に、図3を参照して、本発明が適用される光入出力装置20にかかる第2の基本構成について説明する。図3は、本発明が適用される光入出力装置にかかる第2の基本構成を示す説明図である。
[Second basic configuration]
Next, a second basic configuration of the optical input / output device 20 to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a second basic configuration of an optical input / output device to which the present invention is applied.

第2の基本構成の特徴は、位相変調素子として透過型を用いている点にある。図3には、x軸方向から見た第2の基本構成が示されている。ただし、出力ポートが配列する方向をy軸、光信号が伝搬する方向をz軸とし、これらx,y,z軸は互いに直交しているものとする。   A feature of the second basic configuration is that a transmission type is used as the phase modulation element. FIG. 3 shows a second basic configuration viewed from the x-axis direction. However, the direction in which the output ports are arranged is the y-axis, the direction in which the optical signal propagates is the z-axis, and these x, y, and z axes are orthogonal to each other.

第2の基本構成において、光入出力装置20内の自由空間には、主な光学系素子として、入力ポートを構成する光ファイバ21、コリメートレンズ(アレイ)22、第1の光学素子23、位相変調素子24、第2の光学素子25、コリメートレンズ(アレイ)261〜26n、および、出力ポートを構成する光ファイバ271〜27nが配置されている。また、位相変調素子24の各画素に駆動信号を印加する駆動回路DRVが設けられている。 In the second basic configuration, an optical fiber 21, a collimating lens (array) 22, a first optical element 23, and a phase that constitute an input port are provided in the free space in the optical input / output device 20 as main optical system elements. A modulation element 24, a second optical element 25, collimating lenses (arrays) 26 1 to 26 n , and optical fibers 27 1 to 27 n constituting an output port are arranged. In addition, a drive circuit DRV that applies a drive signal to each pixel of the phase modulation element 24 is provided.

位相変調素子24は、マトリックス状に平面配列された複数の画素を有する透過型位相変調素子からなり、入力ポートである光ファイバ21からコリメートレンズ22および第1の光学素子23などの光学系素子を介して入力された入射光に対して、画素位置に応じて周期的に変化する位相量を各画素で与えることにより空間位相変調し、得られた出射光を出力ポートである光ファイバ271〜27nのうち、指定された対象出力ポートに対応する光ファイバの角度方向へ出射する機能を有している。 The phase modulation element 24 is composed of a transmission type phase modulation element having a plurality of pixels arranged in a plane in a matrix, and includes optical elements such as the collimating lens 22 and the first optical element 23 from the optical fiber 21 serving as an input port. The incident light input via the optical fiber 27 1 to the optical fiber 27 1 to the output port is subjected to spatial phase modulation by giving each pixel a phase amount that periodically changes according to the pixel position. 27 n has a function of emitting in the angular direction of the optical fiber corresponding to the designated target output port.

また、駆動回路DRVは、画素位置と位相量との位相パタンを示す駆動信号を位相変調素子24の各画素に印加することにより、位相変調素子24での空間位相変調による出射光の出射角および光強度を制御する機能を有している。この駆動回路DRVは、位相変調素子24が形成された半導体チップの外部に配置してもよく、当該半導体チップ内に配置してもよい。   In addition, the drive circuit DRV applies a drive signal indicating the phase pattern of the pixel position and the phase amount to each pixel of the phase modulation element 24, so that the emission angle of the emitted light by the spatial phase modulation in the phase modulation element 24 and It has a function to control light intensity. The drive circuit DRV may be arranged outside the semiconductor chip on which the phase modulation element 24 is formed, or may be arranged in the semiconductor chip.

入力光(信号光)は、光ファイバ21を介して自由空間に出射され、コリメートレンズ22を介し、第1の光学素子23に入射される。第1の光学素子23からの出射光は位相変調素子24、第2の光学素子25を介し、コリメートレンズ261〜26n、光ファイバ271〜27nへ与えられる。
この際、光信号は、位相変調素子24へ与えられた位相パタンによって第2の光学素子25の出力ポート及び光強度が選択されることにより、例えば第1〜第nチャンネル(コリメートレンズ261〜26nと、光ファイバ271〜27nとで構成される各経路)のうちの任意の出力ポートへ、任意の強度で出力される。
Input light (signal light) is emitted into free space through the optical fiber 21 and is incident on the first optical element 23 through the collimator lens 22. Light emitted from the first optical element 23 is given to the collimating lenses 26 1 to 26 n and the optical fibers 27 1 to 27 n via the phase modulation element 24 and the second optical element 25.
At this time, the optical signal is selected, for example, from the first to n-th channels (collimating lenses 26 1 to 26) by selecting the output port and light intensity of the second optical element 25 according to the phase pattern given to the phase modulation element 24. 26 n and the optical fibers 27 1 to 27 n ) are output to arbitrary output ports in arbitrary paths.

図4は、第2の基本構成にかかる他の構成例を示す説明図である。入力する信号光は、例えば波長λp〜λqまでを束ねるWDM光でもよい。この場合、図4に示すように、コリメートレンズ22および光学素子23の間に波長分散素子28を配置するとともに、コリメートレンズ261〜26nおよび光学素子25の間に波長分散素子29を配置して、波長ごとに集光位置を異なるようにし、波長ごとに異なる出力ポートや光強度を選択可能としてもよい。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing another configuration example according to the second basic configuration. The input signal light may be, for example, WDM light that bundles wavelengths λp to λq. In this case, as shown in FIG. 4, the wavelength dispersion element 28 is disposed between the collimating lens 22 and the optical element 23, and the wavelength dispersion element 29 is disposed between the collimating lenses 26 1 to 26 n and the optical element 25. Thus, the condensing position may be different for each wavelength, and a different output port and light intensity may be selectable for each wavelength.

波長分散素子28はx軸方向に沿って回折性能を有しており、入力光の波長に応じて、位相変調素子24のうちx軸方向に異なる位置に光を照射する。なお、波長分散素子28は、光学素子23と位相変調素子24や、位相変調素子24と光学素子25の間に配置してもよい。また、位相変調素子24は、偏向機能だけでなくレンズ機能を有していてもよい。   The wavelength dispersion element 28 has diffraction performance along the x-axis direction, and irradiates light to different positions in the x-axis direction of the phase modulation element 24 according to the wavelength of the input light. The wavelength dispersion element 28 may be disposed between the optical element 23 and the phase modulation element 24 or between the phase modulation element 24 and the optical element 25. The phase modulation element 24 may have a lens function as well as a deflection function.

[その他の基本構成]
本発明の光入出力装置10にかかる前述した第1および第2の基本構成については、前述した構成に限定されるものではない。例えば、第1および第2の基本構成において、光ファイバ11、21,161〜16n、271〜27nは、平面光導波路に置き換えてもよい。また、平面光導波路がコリメートレンズ12,151〜15n、22、271〜27nの機能を集積化していても構わない。また、位相変調素子14,24は、偏向機能だけでなく、例えばレンズ機能を有する位相パタンをさらに重畳させてもいてもよい。また、結果として最終的に印加される位相変調素子の位相量は画素位置に対して周期的に変化していなくてもよい。
[Other basic configurations]
The first and second basic configurations of the optical input / output device 10 of the present invention are not limited to the configurations described above. For example, in the first and second basic configurations, the optical fibers 11, 21, 16 1 to 16 n and 27 1 to 27 n may be replaced with planar optical waveguides. The planar optical waveguide may be integrated with the functions of the collimating lenses 12, 15 1 to 15 n , 22, 27 1 to 27 n . Further, the phase modulation elements 14 and 24 may further superimpose a phase pattern having not only a deflection function but also a lens function, for example. As a result, the phase amount of the finally applied phase modulation element may not periodically change with respect to the pixel position.

[位相変調器の構成]
次に、図5および図6を参照して、本発明の光入出力装置10で用いられる位相変調素子14、24について詳細に説明する。図5は、位相変調素子の構成例(単波長)を示す説明図である。図6は、位相変調素子の構成例(WDM)を示す説明図である。これら図5および図6では、位相変調素子z軸方向から見た場合の構成が示されている。
[Configuration of phase modulator]
Next, the phase modulation elements 14 and 24 used in the optical input / output device 10 of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration example (single wavelength) of the phase modulation element. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration example (WDM) of the phase modulation element. 5 and 6 show the configuration when viewed from the z-axis direction of the phase modulation element.

反射型の位相変調素子14は、xy平面上にマトリクス状に配列された多数の画素4111〜41pqと、裏面に配置された反射部42とを具備する。これら画素4111〜41pqは、駆動回路DRVからの駆動信号に応じて、画素位置に応じて位相量を各画素で与えることにより空間位相変調する機能を有している。なお、透過型の位相変調素子24は、図5,図6に示した裏面の反射部42が設けられていない構成を備えており、基本的には、反射型の位相変調素子14と同様に動作する。 The reflection type phase modulation element 14 includes a large number of pixels 41 11 to 41 pq arranged in a matrix on the xy plane, and a reflection portion 42 arranged on the back surface. These pixels 41 11 to 41 pq have a function of performing spatial phase modulation by giving a phase amount to each pixel according to a pixel position in accordance with a drive signal from the drive circuit DRV. The transmission-type phase modulation element 24 has a configuration in which the reflection part 42 on the back surface shown in FIGS. 5 and 6 is not provided, and is basically the same as the reflection-type phase modulation element 14. Operate.

本発明の光入出力装置10,20において、単波長からなる入力光を位相変調素子14,24に照射する場合、光照射領域は、図5に示すように、1つの領域R内となる。これにより、領域R内の各画素に対して、駆動回路DRVから特定の位相パタンを与えることによって、これら素子からの出射光の波面を制御し、出射光の進行方向及びその方向の光強度の制御を行うことができる。   In the optical input / output devices 10 and 20 of the present invention, when the phase modulation elements 14 and 24 are irradiated with input light having a single wavelength, the light irradiation region is within one region R as shown in FIG. Thus, by giving a specific phase pattern from the drive circuit DRV to each pixel in the region R, the wavefront of the emitted light from these elements is controlled, and the traveling direction of the emitted light and the light intensity in that direction are controlled. Control can be performed.

一方、入射光をWDM信号とし、第1の光学素子23の回折格子でx軸方向に分散させる場合、その入射領域は、図6に示すように波長チャンネルごとに異なり、複数の領域R1〜Rnのようになる。この場合、駆動回路DRVにより、領域R1〜Rnの位相パタンを独立に制御することで、波長チャンネルごとに異なる出力ポートおよび出力光強度を設定可能である。   On the other hand, when incident light is converted into a WDM signal and dispersed in the x-axis direction by the diffraction grating of the first optical element 23, the incident area differs for each wavelength channel as shown in FIG. become that way. In this case, different output ports and output light intensities can be set for each wavelength channel by independently controlling the phase patterns of the regions R1 to Rn by the drive circuit DRV.

位相変調素子14、24は、例えばLCOSを用いて実現可能である。本素子では、液晶材料の配向方向を、ドライバ電極に印加する電圧で制御可能であり、これによって入力信号が感じる液晶の屈折率を変化させ位相を制御することが可能である。表面電極を透明電極とし、裏面電極を反射電極とすることで反射型の位相変調器が実現可能である。また、表面及び裏面電極の両方を透明電極とすることで、透過型位相変調器が実現可能である。また、液晶材料の代わりに電気光学効果を示す材料を用いても構わない   The phase modulation elements 14 and 24 can be realized using LCOS, for example. In this element, the orientation direction of the liquid crystal material can be controlled by a voltage applied to the driver electrode, and thus the phase can be controlled by changing the refractive index of the liquid crystal felt by the input signal. A reflective phase modulator can be realized by using the front electrode as a transparent electrode and the back electrode as a reflective electrode. Further, by using both the front and back electrodes as transparent electrodes, a transmissive phase modulator can be realized. A material exhibiting an electro-optic effect may be used instead of the liquid crystal material.

また、位相変調素子14,24は、MEMSミラーを用いても実現可能である。例えば電圧を印加することで、各画素の位置に対応するミラーをz軸方向へ変位させることで画素ごとに光路長を変化させ、位相を制御することが可能である。   The phase modulation elements 14 and 24 can also be realized using a MEMS mirror. For example, by applying a voltage, it is possible to change the optical path length for each pixel and to control the phase by displacing the mirror corresponding to the position of each pixel in the z-axis direction.

[出力方路選択方法]
次に、図7および図8を参照して、位相変調素子における光信号の出力方路選択方法について説明する。図7は、位相変調素子への位相パタン設定例である。図8は、反射型位相変調素子での回折例である。ここでは、反射型位相変調素子14を例として説明するが、透過型位相変調素子24についても同様である。
[Output route selection method]
Next, with reference to FIGS. 7 and 8, an optical signal output path selection method in the phase modulation element will be described. FIG. 7 is an example of phase pattern setting for the phase modulation element. FIG. 8 shows an example of diffraction by the reflection type phase modulation element. Here, the reflection type phase modulation element 14 will be described as an example, but the same applies to the transmission type phase modulation element 24.

出力方路の選択は、例えば位相変調素子14に入射される光の回折角を制御して出射光の出射方向を選択することによって行われる。出射角制御用位相パタン51を、図7のようにのこぎり形状とすることで、図8のように出射光の回折角を制御可能である。ここで、φは各画素の位相であり、進む方向を正にしている。また、回折角度θo、すなわち位相変調素子14の法線方向に対する出射光のなす角度は、次の式(1)で与えられる。ただし、θinは入射光角度であり、mは回折次数であり、λは入射光の波長であり、Λは出射角制御用位相パタン51の1周期の長さを示すパタン周期長(第1のパタン周期長)である。 The output path is selected by, for example, controlling the diffraction angle of light incident on the phase modulation element 14 and selecting the emission direction of the emitted light. By making the output angle control phase pattern 51 into a saw shape as shown in FIG. 7, the diffraction angle of the emitted light can be controlled as shown in FIG. Here, φ is the phase of each pixel, and the traveling direction is positive. Further, the diffraction angle θ o , that is, the angle formed by the outgoing light with respect to the normal direction of the phase modulation element 14 is given by the following equation (1). Where θ in is the incident light angle, m is the diffraction order, λ is the wavelength of the incident light, and Λ is a pattern period length (first time) indicating the length of one period of the output angle control phase pattern 51. Pattern cycle length).

Figure 0005926219
Figure 0005926219

図8には、光が位相変調素子14の法線方向から入射する場合、すなわちθin=0の場合が示されている。
このように、所望の出力ポートに最適な光結合を得られるようΛを変化させ、回折角度θoを調整することで任意の出力ポートに光結合させることができる。
FIG. 8 shows a case where light enters from the normal direction of the phase modulation element 14, that is, θ in = 0.
Thus, it is possible to optically couple to an arbitrary output port by changing Λ so as to obtain an optimum optical coupling for a desired output port and adjusting the diffraction angle θ o .

[光強度制御方法]
次に、本発明にかかる光入出力装置10,20で用いる光強度制御方法について説明する。本発明にかかる光強度制御方法は、大別して4つの方法がある。これら光強度制御方法は、すべて前述した各基本構成を備えている光入出力装置10,20で実現されるものとする。ここでは、反射型位相変調素子14を用いた光入出力装置10を例として説明するが、透過型位相変調素子24を用いた光入出力装置20についても同様である。
[Light intensity control method]
Next, a light intensity control method used in the optical input / output devices 10 and 20 according to the present invention will be described. The light intensity control method according to the present invention is roughly divided into four methods. These light intensity control methods are all realized by the optical input / output devices 10 and 20 having the above-described basic configurations. Here, the optical input / output device 10 using the reflection type phase modulation element 14 will be described as an example, but the same applies to the optical input / output device 20 using the transmission type phase modulation element 24.

[第1の実施の形態]
まず、図9〜図11を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる光入出力装置10の光強度制御方法について説明する。図9は、第1の実施の形態にかかる位相変調素子への位相パタン設定例である。図10は、出射光の対象光強度ピークを示す光強度分布図である。図11は、出射光の不要光強度ピークを示す光強度分布図である。
[First Embodiment]
First, the light intensity control method of the optical input / output device 10 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is an example of phase pattern setting for the phase modulation element according to the first embodiment. FIG. 10 is a light intensity distribution diagram showing the target light intensity peak of the emitted light. FIG. 11 is a light intensity distribution diagram showing an unnecessary light intensity peak of emitted light.

本実施の形態にかかる光入出力装置10は、駆動回路DRVから位相変調素子14に印加する駆動信号の位相パタンとして、前述の図7に示した出射角制御用位相パタン51に対して光強度制御用位相パタン52を重畳した複合パタンを用いることによって、出力方路選択と出力光強度の制御とを行うようにしたものである。   The optical input / output device 10 according to the present embodiment has a light intensity as a phase pattern of the drive signal applied from the drive circuit DRV to the phase modulation element 14 with respect to the emission angle control phase pattern 51 shown in FIG. By using a composite pattern in which the control phase pattern 52 is superimposed, output route selection and output light intensity control are performed.

任意の出力ポートへの結合が得られるような出射角制御用位相パタン51は、例えば、前述の図7に示すような、のこぎり形状の位相パタンで、のこぎり波の振幅を2πとすることが好ましい。この出射角制御用位相パタン51のみを用いた場合、図10に示すように、対象出力ポートの角度方向を示す出射角度θoに対象光強度ピーク61のみを有する光強度分布が発生する。 The output angle control phase pattern 51 that can be coupled to an arbitrary output port is, for example, a sawtooth-shaped phase pattern as shown in FIG. 7, and the amplitude of the sawtooth wave is preferably 2π. . When only this output angle control phase pattern 51 is used, a light intensity distribution having only the target light intensity peak 61 at the output angle θ o indicating the angular direction of the target output port is generated as shown in FIG.

この出射角制御用位相パタン51に対して、図9に示すように、1周期中の位相φが次の式(2)となるような光強度制御用位相パタン52を重畳すると、図11のように、複数の出射角度、ここでは出射角度θs-2,θs-1,θs+1,θs+2に、光の回折による不要な不要光強度ピーク62が現れる。ここで、wは光強度制御用位相パタン52の1周期の長さを示すパタン周期長(第2のパタン周期長)であり、kは光強度制御用位相パタン52の振幅を表す定数である。また、mod(y,w)はyのwでの剰余を示す。 When the light intensity control phase pattern 52 is superimposed on the emission angle control phase pattern 51 such that the phase φ in one cycle is expressed by the following equation (2), as shown in FIG. As described above, unnecessary unnecessary light intensity peaks 62 due to light diffraction appear at a plurality of emission angles, here emission angles θ s-2 , θ s-1 , θ s + 1 , and θ s + 2 . Here, w is a pattern cycle length (second pattern cycle length) indicating the length of one cycle of the light intensity control phase pattern 52, and k is a constant representing the amplitude of the light intensity control phase pattern 52. . Mod (y, w) represents the remainder of y at w.

Figure 0005926219
Figure 0005926219

したがって、kを変化させて光強度制御用位相パタン52の振幅を制御することで、対象出力ポートの角度方向を示す出射角度θoにおける対象光強度ピーク61の光強度が、各不要光強度ピーク62に分散されるため、対象光強度ピーク61の光強度を減衰させることが可能である。これにより、対象出力ポートへの出射光に対するアッテネーションが可能となる。 Therefore, by controlling the amplitude of the light intensity control phase pattern 52 by changing k, the light intensity of the target light intensity peak 61 at the emission angle θ o indicating the angular direction of the target output port is changed to each unnecessary light intensity peak. Therefore, the light intensity of the target light intensity peak 61 can be attenuated. Thereby, it is possible to attenuate the light emitted to the target output port.

光強度制御用位相パタン52により生じる各不要光強度ピーク62の角度方向を示す出射角度θsは、次の式(3)で表すことができる。ここで、m’は回折の次数であり、整数である。例えば、m’=1の場合におけるθsをθs+1と定義する。また、各不要光強度ピーク62の出射角度間隔ΔθsをΔθs=θs−θoと定義する。 The emission angle θ s indicating the angular direction of each unnecessary light intensity peak 62 generated by the light intensity control phase pattern 52 can be expressed by the following equation (3). Here, m ′ is the order of diffraction and is an integer. For example, θ s when m ′ = 1 is defined as θ s + 1 . Further, the emission angle interval Δθ s of each unnecessary light intensity peak 62 is defined as Δθ s = θ s −θ o .

Figure 0005926219
Figure 0005926219

図12は、出射光に与える位相量と出射光の出射光強度との関係を示すグラフである。位相変調素子14にLCOS−SLMを用い、位相変調素子14の法線を中心(θ=0)として、各入出力ポートをθ=−0.8°〜0.8°の扇形の想定角度範囲内に配置し、光強度制御用位相パタン52のパタン周期長wを4画素分に設定した場合に得られたものである。この図12から、光強度制御用位相パタン52により出射光に与える位相量を変化させることによって、出射光強度を任意に制御可能であることが分かる。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the phase amount given to the outgoing light and the outgoing light intensity of the outgoing light. An LCOS-SLM is used for the phase modulation element 14, and the fan is assumed to have a fan-shaped angular range of θ = −0.8 ° to 0.8 ° with the normal of the phase modulation element 14 as the center (θ = 0). And the pattern period length w of the light intensity control phase pattern 52 is set to 4 pixels. From FIG. 12, it is understood that the intensity of the emitted light can be arbitrarily controlled by changing the phase amount given to the emitted light by the phase pattern 52 for controlling the light intensity.

ここで、光強度制御用位相パタン52により生じる各不要光強度ピーク62が、出力ポートの角度方向と一致する角度方向に発生した場合、クロストークが増大する原因となる。本実施の形態では、これら各不要光強度ピーク62が、各出力ポートの角度方向と一致しない角度方向に光強度分布が発生するよう、光強度制御用位相パタン52のパタン周期長wを選択するようにしたものである。wは小数でもよい。また、LCOSなどの有限サイズのピクセルで構成される位相変調素子を用いた場合は、実際の位相パタンは位相変調素子のピクセルによって量子化され、空間的に離散的な値をとっている。   Here, when each unnecessary light intensity peak 62 generated by the light intensity control phase pattern 52 is generated in an angular direction that coincides with the angular direction of the output port, this causes an increase in crosstalk. In the present embodiment, the pattern period length w of the light intensity control phase pattern 52 is selected so that each unnecessary light intensity peak 62 generates a light intensity distribution in an angular direction that does not coincide with the angular direction of each output port. It is what I did. w may be a decimal number. When a phase modulation element composed of pixels of a finite size such as LCOS is used, the actual phase pattern is quantized by the pixel of the phase modulation element and takes a spatially discrete value.

これにより、光強度制御用位相パタン52のパタン周期長wを、各出力ポートのうち指定された対象出力ポートの角度方向、すなわち出射光の出射角度θoに応じて可変とすることによって、他ポートへのクロストークの発生を抑制しつつ出力光強度を変化させることが可能となる。 As a result, the pattern period length w of the light intensity control phase pattern 52 can be changed according to the angle direction of the designated target output port among the output ports, that is, the emission angle θ o of the emitted light. It is possible to change the output light intensity while suppressing the occurrence of crosstalk to the port.

また、本実施の形態では、各不要光強度ピーク62の角度方向と各出力ポートの角度方向とを一致させない具体的な方法として、不要光強度ピーク62が、各出力ポートと結合する可能性があると想定される角度範囲、すなわち各出力ポートの角度方向のすべてを含む扇形の想定角度範囲の外側に位置する光強度分布が発生するよう、光強度制御用位相パタン52のパタン周期長wを選択するようにしたものである。   In the present embodiment, the unnecessary light intensity peak 62 may be combined with each output port as a specific method for preventing the angular direction of each unnecessary light intensity peak 62 from matching the angular direction of each output port. The pattern period length w of the light intensity control phase pattern 52 is set so that a light intensity distribution located outside the assumed angular range, that is, the fan-shaped assumed angular range including all the angular directions of each output port is generated. It is what you choose.

図13は、第1の実施の形態にかかる想定角度範囲と不要光強度ピークとの位置関係を示す説明図である。図14は、第1の実施の形態にかかる想定角度範囲と不要光強度ピークとの角度関係を示す説明図である。   FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a positional relationship between the assumed angle range and the unnecessary light intensity peak according to the first embodiment. FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating an angular relationship between an assumed angle range and an unnecessary light intensity peak according to the first embodiment.

図13の例では、入力ポートP0とn個の出力ポートP1〜Pnが設けられており、入力ポートP0から光学素子13を介して入力された入射光が、位相変調素子14で任意の角度方向に出射され、光学素子13を介して対応する出力ポートP1〜Pnのいずれかに出力される。なお、図13に示すように、位相変調素子14と出力ポートとの間に光学素子13が存在している場合、位相変調素子14から見た出力ポートの角度方向は、光学素子13における当該出力ポートと対応する光入力領域への角度方向を指すこととなる。   In the example of FIG. 13, an input port P0 and n output ports P1 to Pn are provided, and incident light input from the input port P0 via the optical element 13 is transmitted in an arbitrary angular direction by the phase modulation element 14. And output to one of the corresponding output ports P1 to Pn via the optical element 13. As shown in FIG. 13, when the optical element 13 exists between the phase modulation element 14 and the output port, the angular direction of the output port viewed from the phase modulation element 14 indicates the output in the optical element 13. The angle direction to the optical input area corresponding to the port is indicated.

したがって、図14に示すように、入射光と出射光とがなす角度θのうち、各出力ポートP1〜Pnの角度方向に対応する出射角度には、ポート干渉区間RI1〜RInが存在する。
ここで、図13および図14に示すように、位相変調素子14における入射光と出射光とがなす角度θのうち、各出力ポートのうち最も外側に配置されている最端出力ポートに結合する出射角度をθmax,θminとすると、これらθmax、θminの絶対値|θmax|、|θmin|よりも、回折次数m’=1における出射角度θs1(θs+1,θs-1)の絶対値|θs1|が小さい場合、不要光強度ピーク62が入出力ポートを配置する想定角度範囲RP、すなわち想定角度範囲RPの一端および他端に相当するθmaxからθminまでの角度範囲の内側に存在することになる。このため、対象出力ポート以外の出力ポートに光が結合した場合には、クロストークが発生する。
Therefore, as shown in FIG. 14, among the angles θ formed by the incident light and the outgoing light, the port interference sections RI1 to RIn exist at the outgoing angles corresponding to the angular directions of the output ports P1 to Pn.
Here, as shown in FIGS. 13 and 14, the angle θ formed by the incident light and the outgoing light in the phase modulation element 14 is coupled to the outermost output port arranged at the outermost side among the output ports. When the outgoing angles are θ max and θ min , the outgoing angle θ s1s + 1 , θ at the diffraction order m ′ = 1 is larger than the absolute values | θ max | and | θ min | of these θ max and θ min. When the absolute value | θ s1 | of s-1 ) is small, the unnecessary light intensity peak 62 assumes an assumed angle range RP in which the input / output ports are arranged, that is, θ max to θ min corresponding to one end and the other end of the assumed angle range RP. It exists inside the angle range up to. For this reason, when light is coupled to an output port other than the target output port, crosstalk occurs.

したがって、このようなクロストークを防ぐためには、対象光強度ピーク61に隣接する不要光強度ピーク62が想定角度範囲RPの外側の外側領域REに位置するよう、すなわち、|θs|がθmax、θminよりも大きくなるよう、光強度制御用位相パタン52のパタン周期長w(第2のパタン周期長)を選択すればよい。
すなわち、wとθoとの間に、次の式(4)および式(5)の関係が成立する範囲でw可変とすればよい。
Therefore, in order to prevent such crosstalk, the unnecessary light intensity peak 62 adjacent to the target light intensity peak 61 is positioned in the outer region RE outside the assumed angle range RP, that is, | θ s | is θ max. , Θ min and the pattern cycle length w (second pattern cycle length) of the light intensity control phase pattern 52 may be selected.
That is, w may be variable between w and θ o within a range in which the relationship of the following expressions (4) and (5) is satisfied.

Figure 0005926219
Figure 0005926219

Figure 0005926219
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これら式(4)および式(5)を満たす範囲で、例えばwが最も大きくなるように設定すれば、位相変調素子14での急峻な位相変化を抑制することができ、ディスクリネーションによるクロストークを抑制することができる。   If, for example, w is set to the maximum within a range satisfying these equations (4) and (5), a steep phase change in the phase modulation element 14 can be suppressed, and crosstalk due to disclination can be suppressed. Can be suppressed.

この際、光強度制御用位相パタン52がのこぎり波でなくても同様の効果を得ることができ、例えば正弦波や三角波、パルス波であってもよい。また、出力ポートに結合が得られる位相パタンも同様に、のこぎり波でなくても同様の効果を得ることができ、例えば正弦波や三角波、パルス波であってもよい。また、位相の折り返し(振幅)は2πでなくても構わない。   At this time, the same effect can be obtained even if the light intensity control phase pattern 52 is not a sawtooth wave. For example, it may be a sine wave, a triangular wave, or a pulse wave. Similarly, the phase pattern that can be coupled to the output port can be the same effect even if it is not a sawtooth wave. For example, it may be a sine wave, a triangular wave, or a pulse wave. Further, the phase folding (amplitude) may not be 2π.

図19は、光強度制御用位相パタンの設定例である。重畳する光強度制御用位相パタンの周期が位相変調素子のピクセルサイズの整数倍でない場合は図19のように、実効的に複数の周波数成分が重畳された場合と等価になる。この場合、所望の出射角度θs以外にも不要光が僅かに出射されるため、クロストーク増大の要因となる。 FIG. 19 is an example of setting a light intensity control phase pattern. When the period of the superposed light intensity control phase pattern is not an integral multiple of the pixel size of the phase modulation element, this is equivalent to the case where a plurality of frequency components are effectively superimposed as shown in FIG. In this case, since unnecessary light is slightly emitted in addition to the desired emission angle θ s , it causes an increase in crosstalk.

これを抑制するためには、式(4)および式(5)の関係を満たしつつ、wを位相変調素子のピクセルサイズの整数倍値とすればよい。本実施の形態により、不要光を所望の角度に集中させることが出来、クロストークが減少するという優れた効果が得られる。   In order to suppress this, w may be set to an integral multiple of the pixel size of the phase modulation element while satisfying the relations of Expressions (4) and (5). According to the present embodiment, unnecessary light can be concentrated at a desired angle, and an excellent effect of reducing crosstalk can be obtained.

[第2の実施の形態]
次に、図15を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる光入出力装置10の光強度制御方法について説明する。図15は、第2の実施の形態にかかる位相変調素子への位相パタン設定例を示す図である。ここでは、反射型位相変調素子14を用いた光入出力装置10を例として説明するが、透過型位相変調素子24を用いた光入出力装置20についても同様である。
[Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 15, the light intensity control method of the optical input / output device 10 according to the second exemplary embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a diagram illustrating an example of setting a phase pattern in the phase modulation element according to the second embodiment. Here, the optical input / output device 10 using the reflection type phase modulation element 14 will be described as an example, but the same applies to the optical input / output device 20 using the transmission type phase modulation element 24.

第1の実施の形態では、光強度制御用位相パタン52のパタン周期長wを可変とすることで、ディスクリネーションによるクロストークを抑制しつつ、光強度の制御が可能であった。しかしながら、出射角制御用位相パタン51のパタン周期長Λがwの整数倍となっていない場合、位相の不連続が生じる折り返し部位が増えてしまうため、ディスクリネーションによるクロストークが増大する。   In the first embodiment, by making the pattern period length w of the light intensity control phase pattern 52 variable, it is possible to control the light intensity while suppressing crosstalk due to disclination. However, when the pattern period length Λ of the output angle control phase pattern 51 is not an integral multiple of w, the number of aliasing sites where phase discontinuity increases increases, and crosstalk due to disclination increases.

これを抑制するためには、式(4)および式(5)の関係を満たしつつ、図15のように、Λがwの整数倍に相当するパタン周期長周期を選べばよい。本実施の形態により、折り返し部位が低減され、ディスクリネーションによるクロストークが減少するという優れた効果が得られる。   In order to suppress this, it is only necessary to select a pattern cycle length period in which Λ corresponds to an integer multiple of w as shown in FIG. 15 while satisfying the relationship of Expressions (4) and (5). According to this embodiment, it is possible to obtain an excellent effect that the folded portion is reduced and crosstalk due to disclination is reduced.

[第3の実施の形態]
次に、図16および図17を参照して、本発明の第3の実施の形態にかかる光入出力装置10について説明する。図16は、第3の実施の形態にかかる想定角度範囲と不要光強度ピークとの位置関係を示す説明図である。図17は、第3の実施の形態にかかる想定角度範囲と不要光強度ピークとの角度関係を示す説明図である。
ここでは、反射型位相変調素子14を用いた光入出力装置10を例として説明するが、透過型位相変調素子24を用いた光入出力装置20についても同様である。
[Third Embodiment]
Next, an optical input / output device 10 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating a positional relationship between an assumed angle range and an unnecessary light intensity peak according to the third embodiment. FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating an angular relationship between an assumed angle range and an unnecessary light intensity peak according to the third embodiment.
Here, the optical input / output device 10 using the reflection type phase modulation element 14 will be described as an example, but the same applies to the optical input / output device 20 using the transmission type phase modulation element 24.

図16の例では、入力ポートP0とn個の出力ポートP1〜Pnが設けられており、入力ポートP0から光学素子13を介して入力された入射光が、位相変調素子14で任意の角度方向に出射され、光学素子13を介して対応する出力ポートP1〜Pnのいずれかに出力される。
したがって、図17に示すように、入射光と出射光とがなす角度θのうち、各出力ポートP1〜Pnの角度方向に対応する出射角度には、ポート干渉区間RI1〜RInが存在する。
In the example of FIG. 16, an input port P0 and n output ports P1 to Pn are provided, and incident light input from the input port P0 via the optical element 13 is transmitted in an arbitrary angular direction by the phase modulation element 14. And output to one of the corresponding output ports P1 to Pn via the optical element 13.
Therefore, as shown in FIG. 17, among the angles θ formed by the incident light and the outgoing light, the port interference sections RI1 to RIn exist at the outgoing angles corresponding to the angular directions of the output ports P1 to Pn.

第1の実施の形態では、不要光強度ピーク62が、各出力ポートの角度方向のすべてを含む扇形の想定角度範囲RPの外側の外側領域REに位置するよう、光強度制御用位相パタン52のパタン周期長wを選択する場合を例として説明した。この際、前述した式(4)および式(5)からも分かるように、|θmin|と|θmax|の値が大きくなるにつれて、選択可能なwの値が小さくなるためディスクリネーションによるクロストークも増大する。 In the first embodiment, the light intensity control phase pattern 52 is set so that the unnecessary light intensity peak 62 is located in the outer region RE outside the fan-shaped assumed angle range RP including all the angular directions of the output ports. The case where the pattern cycle length w is selected has been described as an example. At this time, as can be seen from the equations (4) and (5), the selectable w value decreases as the values of | θ min | and | θ max | Crosstalk also increases.

本実施の形態では、不要光強度ピーク62が、各出力ポートの角度方向の間隙であって、かつ、これら出力ポートと干渉しない間隙角度範囲RQ内に位置するよう、光強度制御用位相パタン52のパタン周期長wを選択するようにしたものである。   In the present embodiment, the light intensity control phase pattern 52 is such that the unnecessary light intensity peak 62 is located in the gap angle range RQ that is the gap in the angular direction of each output port and does not interfere with these output ports. The pattern cycle length w is selected.

すなわち、位相変調素子14における入射光と出射光とがなす角度θのうち、任意の間隙角度範囲RQの一端および他端に相当する角度θをそれぞれθa,θbとし、当該入射光の波長をλとし、当該出射光の出射角をθoとしたとき、光強度制御用位相パタン52のパタン周期長wは、次の式(6),式(7)および式(8)が成立する範囲で可変とする。 That is, among the angles θ formed by the incident light and the outgoing light in the phase modulation element 14, angles θ corresponding to one end and the other end of an arbitrary gap angle range RQ are θ a and θ b , respectively, and the wavelength of the incident light Where λ is λ and the emission angle of the emitted light is θ o , the pattern period length w of the light intensity control phase pattern 52 satisfies the following equations (6), (7), and (8). Variable in range.

Figure 0005926219
Figure 0005926219

Figure 0005926219
Figure 0005926219

Figure 0005926219
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この際、出力ポート数や光入出力装置10内の自由空間サイズなどの要因で、不要光強度ピーク62のすべてが間隙角度範囲RQ内に位置するよう、パタン周期長wを選択するのが難しい場合も考えられる。このような場合には、前述した式(4)および式(5)が成立する範囲でwを選択すればよく、これにより、不要光強度ピーク62の一部が、想定角度範囲RPの外側の外側領域REに位置するものとなり、結果として、不要光強度ピーク62のすべてを、出力ポートと干渉しない角度方向に発生させることができる。   At this time, it is difficult to select the pattern cycle length w so that all of the unnecessary light intensity peaks 62 are located within the gap angle range RQ due to the number of output ports and the size of the free space in the optical input / output device 10. Cases are also conceivable. In such a case, w may be selected within a range in which the above-described formulas (4) and (5) are satisfied, whereby a part of the unnecessary light intensity peak 62 is outside the assumed angle range RP. As a result, all of the unnecessary light intensity peaks 62 can be generated in an angular direction that does not interfere with the output port.

なお、式(4)および式(5)を満たす範囲でwを選択する場合は、無条件に式(3)におけるm’≧2の高次出射光の不要光強度ピーク62が外側領域REに存在することになる。しかし、式(6)のようにポートの間隙にm’=1の出射光を存在させる場合には、m’≧2の高次出射光の不要光強度ピーク62はポートの外部に出射する必要があるため、式(7)および式(8)の条件が必要となる。   When w is selected in a range that satisfies the expressions (4) and (5), the unnecessary light intensity peak 62 of the high-order emitted light of m ′ ≧ 2 in the expression (3) unconditionally appears in the outer region RE. Will exist. However, when exiting light with m ′ = 1 is present in the gap of the port as in equation (6), the unnecessary light intensity peak 62 of the higher-order outgoing light with m ′ ≧ 2 needs to be emitted to the outside of the port. Therefore, the conditions of Expression (7) and Expression (8) are necessary.

また、以上では、出力ポートが存在しない間隙角度範囲RQが1つの場合を例として説明したが、ポートが存在しない間隙角度範囲RQを複数としても同様の効果が得られる。この場合は、適宜上述の考え方に従って境界条件を変えればよい。
図18は、第3の実施の形態にかかる想定角度範囲と不要光強度ピークとの他の角度関係を示す説明図である。ここでは、角度区間RIa,RIbの間にポートが存在しない間隙角度範囲RQsがあり、角度区間RIb,RIcの間にポートが存在しない間隙角度範囲RQpがある場合が例として示されている。
In the above description, the case where there is one gap angle range RQ where there is no output port has been described as an example. However, the same effect can be obtained even when a plurality of gap angle ranges RQ where no port exists. In this case, the boundary condition may be appropriately changed according to the above-described concept.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing another angular relationship between the assumed angle range and the unnecessary light intensity peak according to the third embodiment. Here, a case where there is a gap angle range RQs in which no port exists between the angle sections RIa and RIb and a gap angle range RQp in which no port exists between the angle sections RIb and RIc is shown as an example.

図18の例において、まず、対象出力ポートが角度区間RIaに存在する場合、間隙角度範囲RQpにm’=1の高次出射光の不要光強度ピーク62が現れるように、光強度制御用位相パタン52のパタン周期長wを選択し、対象出力ポートが角度区間RIcに存在する場合、間隙角度範囲RQsにm’=1の高次出射光の不要光強度ピーク62が現れるように、wを選択すればよい。   In the example of FIG. 18, first, when the target output port exists in the angle section RIa, the light intensity control phase is set so that the unnecessary light intensity peak 62 of the high-order emitted light of m ′ = 1 appears in the gap angle range RQp. When the pattern period length w of the pattern 52 is selected and the target output port exists in the angle section RIc, w is set so that the unnecessary light intensity peak 62 of the high-order outgoing light with m ′ = 1 appears in the gap angle range RQs. Just choose.

また、対象出力ポートが角度区間RIbに存在する場合は、m’=1の高次出射光の不要光強度ピーク62が外側領域REに位置するようwを選択すればよい。これによって、ポート設定区間に高次光が発生せず、かつ実施の形態1,2の場合よりも重畳する位相の1周期の長さを大きくとることができるため、クロストークが抑制できるという優れた効果が得られる。   When the target output port is present in the angular interval RIb, w may be selected so that the unnecessary light intensity peak 62 of the high-order outgoing light with m ′ = 1 is located in the outer region RE. As a result, high-order light is not generated in the port setting section, and the length of one cycle of the phase to be superimposed can be made larger than in the case of the first and second embodiments, so that an excellent effect that crosstalk can be suppressed. Is obtained.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態にかかる光入出力装置10,20の光強度制御方法について説明する。
第1〜第3の実施の形態1〜3では、必ずしも対象出力ポートへのクロストークが最も抑制されるような位相周期が選ばれていない可能性がある。本実施の形態は、各出力ポートへのクロストーク値に関する、光強度制御用位相パタン52のパタン周期長wへの周期依存性を、出力ポートごとに事前に測定しておき、指定された対象出力ポートに応じて、他の出力ポートーのクロストーク量が最低値となるようなwを選択するようにしたものである。
[Fourth Embodiment]
Next, a light intensity control method for the optical input / output devices 10 and 20 according to the fourth embodiment of the present invention will be described.
In the first to third embodiments 1 to 3, there is a possibility that the phase period that most suppresses the crosstalk to the target output port is not necessarily selected. In the present embodiment, the cycle dependency of the light intensity control phase pattern 52 on the pattern cycle length w regarding the crosstalk value to each output port is measured in advance for each output port, and the specified target In accordance with the output port, w is selected so that the crosstalk amount of the other output port becomes the minimum value.

任意の出力ポートに関する周期依存性については、当該出力ポート以外の各出力ポートにおけるクロストーク量を、パタン周期長wを変化させつつ測定すればよい。得られた周期依存性のうち、各出力ポートにおけるクロストーク量が最小となるwを、当該出力ポートの最適パタン周期長wsとして特定し、駆動回路DRVの記憶部(図示せず)に登録しておけばよい。   With respect to the cycle dependency regarding an arbitrary output port, the crosstalk amount at each output port other than the output port may be measured while changing the pattern cycle length w. Among the obtained cycle dependencies, w that minimizes the amount of crosstalk at each output port is specified as the optimum pattern cycle length ws of the output port, and is registered in a storage unit (not shown) of the drive circuit DRV. Just keep it.

これにより、外部からの対象出力ポートの指定に応じて、駆動回路DRVが当該対象出力ポートのパタン周期長wの最適値wsを記憶部から読み出し、このwsを有する光強度制御用位相パタン52を、当該対象出力ポートへの角度方向を示す出射角制御用位相パタン51に重畳し、得られた複合パタンを示す駆動信号を位相変調素子14の各画素へ印加すればよい。   Thereby, according to the designation of the target output port from the outside, the drive circuit DRV reads the optimum value ws of the pattern cycle length w of the target output port from the storage unit, and the light intensity control phase pattern 52 having this ws is read. The drive signal indicating the composite pattern thus obtained may be applied to each pixel of the phase modulation element 14 while being superimposed on the output angle control phase pattern 51 indicating the angle direction to the target output port.

[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
[Extended embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention. In addition, each embodiment can be implemented in any combination within a consistent range.

10…光入出力装置、11…光ファイバ(入力ポート)、12,151〜15n…コリメートレンズ、13…光学素子、14…位相変調素子、161〜16n…光ファイバ(出力ポート)、17…波長分散素子、20…光入出力装置、21…光ファイバ(入力ポート)、22…コリメートレンズ、23…第1の光学素子、24…位相変調素子、25…第2の光学素子、261〜26n…コリメートレンズ、271〜27n…光ファイバ(出力ポート)、DRV…駆動回路、28…波長分散素子、29…波長分散素子、51…出射角制御用位相パタン、52…光強度制御用位相パタン、61…対象光強度ピーク、62…不要光強度ピーク、Λ…パタン周期長(第1のパタン周期長)、w…パタン周期長(第2のパタン周期長)、RP…想定角度範囲、RE…外側領域、RQ…間隙角度範囲。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical input / output device, 11 ... Optical fiber (input port), 12, 15 < 1 > -15n ... Collimating lens, 13 ... Optical element, 14 ... Phase modulation element, 16 < 1 > -16n ... Optical fiber (output port) , 17 ... wavelength dispersion element, 20 ... optical input / output device, 21 ... optical fiber (input port), 22 ... collimating lens, 23 ... first optical element, 24 ... phase modulation element, 25 ... second optical element, 26 1 to 26 n ... collimating lens, 27 1 to 27 n ... optical fiber (output port), DRV ... drive circuit, 28 ... wavelength dispersion element, 29 ... wavelength dispersion element, 51 ... phase pattern for emission angle control, 52 ... Light intensity control phase pattern, 61 ... target light intensity peak, 62 ... unnecessary light intensity peak, Λ ... pattern cycle length (first pattern cycle length), w ... pattern cycle length (second pattern cycle length), RP … Assumed angle Enclosed, RE ... outer region, RQ ... gap angle range.

Claims (3)

光信号の入出力を行う1つ以上の入力ポートおよび複数の出力ポートと、
マトリックス状に平面配列された複数の画素を有し、前記入力ポートから光学系素子を介して入力された入射光に対して、画素位置に応じて変化する位相量を前記各画素で与えることにより空間位相変調し、得られた出射光を前記出力ポートのうち指定された対象出力ポートの角度方向へ出射する位相変調素子と、
画素位置と位相量との関係を示す位相パタンを示す駆動信号を前記各画素に印加することにより、前記空間位相変調による前記出射光の出射角および光強度を制御する駆動回路とを備え、
前記位相パタンは、第1のパタン周期長を有する出射角制御用位相パタンに、第2のパタン周期長を有する光強度制御用位相パタンが重畳されており、
前記第1のパタン周期長は、前記出射光の対象光強度ピークが前記対象出力ポートの角度方向と一致する角度方向に位置する光強度分布を発生するパタン周期長からなり、
前記第2のパタン周期長は、前記出射光の不要光強度ピークが前記各出力ポートの角度方向と一致しないよう、前記各出力ポートの角度方向のすべてを含む出射角度範囲の外側に位置する光強度分布を発生するパタン周期長からなり、
前記位相変調素子における前記入射光と前記出射光とがなす角度θのうち、前記出射角度範囲の一端および他端に相当する角度θをそれぞれθ max ,θ min とし、当該入射光の波長をλとし、当該出射光の出射角をθ o としたとき、前記光強度制御用位相パタンのパタン周期長wは、次の式(A)
Figure 0005926219
を満たす範囲で最大の値とし、
前記光強度制御用位相パタンは、前記位相変調素子のピクセルサイズの整数倍に相当するパタン周期長を有している
ことを特徴とする光入出力装置。
One or more input ports and a plurality of output ports for inputting and outputting optical signals;
By providing each pixel with a plurality of pixels arranged in a matrix and providing phase amounts that change according to the pixel position with respect to incident light input from the input port via an optical system element. A phase modulation element that spatially modulates and emits the obtained outgoing light in an angle direction of a specified target output port among the output ports;
A drive circuit that controls the emission angle and light intensity of the emitted light by the spatial phase modulation by applying a drive signal indicating a phase pattern indicating a relationship between a pixel position and a phase amount to each pixel;
The phase pattern includes a light intensity control phase pattern having a second pattern period length superimposed on an output angle control phase pattern having a first pattern period length,
The first pattern cycle length consists of a pattern cycle length that generates a light intensity distribution located in an angular direction in which the target light intensity peak of the emitted light coincides with the angular direction of the target output port,
The second pattern period length is light positioned outside the emission angle range including all of the angular directions of the output ports so that the unnecessary light intensity peak of the emitted light does not coincide with the angular directions of the output ports. It consists of the pattern period length that generates the intensity distribution,
Of the angle θ formed by the incident light and the outgoing light in the phase modulation element, angles θ corresponding to one end and the other end of the outgoing angle range are θ max and θ min , respectively , and the wavelength of the incident light is λ and then, when the emission angle of the emitted light was theta o, pattern cycle length w of the light intensity control phase pattern, the following formula (a)
Figure 0005926219
The maximum value in the range that satisfies
The optical input / output device, wherein the light intensity control phase pattern has a pattern period length corresponding to an integral multiple of a pixel size of the phase modulation element .
光信号の入出力を行う1つ以上の入力ポートおよび複数の出力ポートと、One or more input ports and a plurality of output ports for inputting and outputting optical signals;
マトリックス状に平面配列された複数の画素を有し、前記入力ポートから光学系素子を介して入力された入射光に対して、画素位置に応じて変化する位相量を前記各画素で与えることにより空間位相変調し、得られた出射光を前記出力ポートのうち指定された対象出力ポートの角度方向へ出射する位相変調素子と、By providing each pixel with a plurality of pixels arranged in a matrix and providing phase amounts that change according to the pixel position with respect to incident light input from the input port via an optical system element. A phase modulation element that spatially modulates and emits the obtained outgoing light in an angle direction of a specified target output port among the output ports;
画素位置と位相量との関係を示す位相パタンを示す駆動信号を前記各画素に印加することにより、前記空間位相変調による前記出射光の出射角および光強度を制御する駆動回路とを備え、A drive circuit that controls the emission angle and light intensity of the emitted light by the spatial phase modulation by applying a drive signal indicating a phase pattern indicating a relationship between a pixel position and a phase amount to each pixel;
前記位相パタンは、第1のパタン周期長を有する出射角制御用位相パタンに、第2のパタン周期長を有する光強度制御用位相パタンが重畳されており、The phase pattern includes a light intensity control phase pattern having a second pattern period length superimposed on an output angle control phase pattern having a first pattern period length,
前記第1のパタン周期長は、前記出射光の対象光強度ピークが前記対象出力ポートの角度方向と一致する角度方向に位置する光強度分布を発生するパタン周期長からなり、The first pattern cycle length consists of a pattern cycle length that generates a light intensity distribution located in an angular direction in which the target light intensity peak of the emitted light coincides with the angular direction of the target output port,
前記第2のパタン周期長は、前記出射光の不要光強度ピークが前記各出力ポートの角度方向と一致しないよう、前記各出力ポートの角度方向の間であって、かつ、これら出力ポートと干渉しない間隙角度範囲に位置する光強度分布を発生するパタン周期長からなり、  The second pattern period length is between the angular directions of the output ports and interferes with these output ports so that the unnecessary light intensity peak of the emitted light does not coincide with the angular directions of the output ports. It consists of a pattern period length that generates a light intensity distribution located in the gap angle range that does not
前記位相変調素子における前記入射光と前記出射光とがなす角度θのうち、前記間隙角度範囲の一端および他端に相当する角度θをそれぞれθOf the angles θ formed by the incident light and the emitted light in the phase modulation element, angles θ corresponding to one end and the other end of the gap angle range are respectively θ aa ,θ, Θ bb とし、当該入射光の波長をλとし、当該出射光の出射角をθAnd the wavelength of the incident light is λ, and the exit angle of the exit light is θ oo としたとき、前記光強度制御用位相パタンのパタン周期長wは、次の式(B)The pattern period length w of the light intensity control phase pattern is given by the following formula (B):
Figure 0005926219
Figure 0005926219
を満たす範囲で最大の値とし、The maximum value in the range that satisfies
前記光強度制御用位相パタンは、前記位相変調素子のピクセルサイズの整数倍に相当するパタン周期長を有しているThe light intensity control phase pattern has a pattern period length corresponding to an integer multiple of the pixel size of the phase modulation element.
ことを特徴とする光入出力装置。An optical input / output device.
請求項1または請求項2に記載の光入出力装置において、
前記駆動回路は、事前に計測して得られた前記出力ポートごとの第二のパタンの周期長を記録しており、前記対象出力ポートごとに最適値を選択する手段を有する
ことを特徴とする光入出力装置。
The optical input / output device according to claim 1 or 2 ,
The drive circuit records a period length of a second pattern for each of the output ports obtained by measuring in advance, and has means for selecting an optimum value for each of the target output ports. Optical input / output device.
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