JP6117158B2 - 光操作装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光操作装置およびその制御方法に関するものである。

近年の光通信システムは、その形態がｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ型から、リング型またはメッシュ型のネットワークへと発展しつつある。このような形態のネットワークのノードには、任意の信号光を任意のポートに入出力させて、信号光の経路を任意に変更するための光操作装置である光スイッチ装置が必要とされる。

特に、互いに異なる波長の信号光が波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing）されたＷＤＭ信号光を用いる場合は、任意の波長の信号光に対して任意に経路を変更できる波長選択光スイッチ装置が必要とされる（特許文献１）。

光スイッチ装置には、信号光の経路を切り替えるために、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を用いたものがある。ＬＣＯＳは、２次元配列された複数の微小光操作素子である位相変調素子（液晶の画素）を有し、入力された光の位相を位相変調素子によって変調し、回折させることができる光操作素子である。したがって、ＬＣＯＳを用いた光スイッチ装置では、ある経路から入力された信号光を、ＬＣＯＳによって回折させて、特定の経路に出力することにより、光スイッチ動作を実現している。

また、波長選択光スイッチ装置の場合は、回折格子などの光分散素子を備えている。入力されたＷＤＭ信号光は光分散素子により分光され、互いに波長が異なる信号光毎にＬＣＯＳの異なる位置に到達する。ＬＣＯＳでは、複数の位相変調素子を含んでおり各信号光が入力される入力領域が割り当てられている。そして、各信号光は各入力領域に入力され、各入力領域の位相変調素子は各信号光をその信号光の所望の経路に出力するように回折させる。

特許文献２には、光操作素子としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いた２次元配列された複数の微小光操作素子である微小反射ミラーを有するＭＥＭＳミラーを使用し、かつアナモルフィックプリズムを用いた波長選択光スイッチ装置が開示されている。この波長選択光スイッチ装置では、アナモルフィックプリズムにより、回折格子に入力する信号光のビーム形状を、信号光が分光される方向（分散方向）に長軸を有し、分散方向とは垂直方向（スイッチ方向）に短軸を有する楕円形状とし、ＭＥＭＳミラーに入力する信号光のビーム形状を、分散方向に短軸を有し、スイッチ方向に長軸を有する楕円形状とする。これにより、波長選択光スイッチ装置の波長分解能およびＭＥＭＳミラーの面積効率が向上する。

非特許文献１には、液晶を用いたＳＬＭ（Spatial Light Modulator）によりＷＤＭ信号光に対する波長選択光スイッチ装置であって、ＳＬＭによりＷＤＭ信号光の偏波回転を行うことによりスイッチングを行うものが開示されている。ＳＬＭは、１次元もしく２次元的に配列された複数の微小光操作素子である位相変調素子の画素から構成され、その各画素の位相を制御することで光を操作する空間位相変調素子である。

米国特許第７，３９７，９８０号明細書 米国特許第８，２４３，３７２号明細書

Al R. Ranalli, et al., "LIQUID CRYSTAL-BASED WAVELENGTH SELECTABLE CROSS-CONNECT",ECOC’99, 26-30 Sepetmber 1999, Nice, France.

光操作素子における入力領域は、通常は分散方向に平行な短辺とスイッチ方向に平行な長辺を有するような長方形の形状、または各方向に平行な辺を有する正方形の形状等の矩形状に割り当てられる。

しかしながら、本発明者らが、入力領域が矩形状に割り当てられた波長選択光スイッチ装置の光学特性を精査したところ、波長選択光スイッチ装置のスペクトル形状が劣化する場合があるという問題を発見した。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スペクトル形状の劣化が抑制された光操作装置およびその制御方法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、本発明の一態様に係る光操作装置は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも一つのポートを有する光入出力ポートと、２次元配列された複数の微小光操作素子を有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力するための光操作素子と、前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記ポートから入力した光を光分散方向で分光する光分散素子と、前記光操作素子を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、複数の前記微小光操作素子を含み前記ポートから入力した光が入力されるとともに前記出力するポートに向けて該光を出力する入力領域を形成するように前記光操作素子を制御し、前記入力領域は、該入力領域の前記光分散方向における外縁が、該分散方向に垂直な方向に対して非平行でありかつ前記光の前記光操作素子上でのビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成されることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光操作装置は、前記ポートから入力した光のビームウエストの位置が、前記光分散素子の位置とは異なる位置にあることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光操作装置は、前記分散方向に垂直な方向における前記光のビームウエストの位置が、前記光分散素子の位置とは異なる位置にあることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光操作装置は、前記入力領域は、前記光のビームウエストの位置が前記光分散素子の位置とは異なる位置にあることに伴う、前記光の前記光操作素子上でのビーム形状の変形に合わせた形状に形成されることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光操作装置は、前記入力領域の外縁は、該入力領域の該分散方向に垂直な方向において、中心部よりも両端部の方が、前記分散方向における長波長光分散側に位置する形状を有することを特徴とする。

本発明の一態様に係る光操作装置は、前記入力領域の外縁は、放物線形状であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光操作装置は、前記ポートから入力した光の前記集光レンズ系への入射方向が、前記分散方向に垂直な方向において前記集光レンズ系の光軸と非平行であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光操作装置は、前記入力領域の外縁は、直線形状であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光操作装置は、前記入力領域の外縁は、前記分散方向において、前記位相変調素子２つ分以上の幅で変化する形状を有することを特徴とする。

本発明の一態様に係る光操作装置は、前記光入出力ポートと前記光分散素子との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム径を前記分散方向に垂直な方向に拡大するアナモルフィック光学系を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係る光操作装置は、前記ポートから入力した光は互いに異なる波長を有する複数の光を含む波長多重光であり、前記光分散素子は前記波長多重光を前記複数の光毎に分散し、前記制御部は、前記複数の光が前記光操作素子に入力する各領域に対応させて前記入力領域を形成するように前記光操作素子を制御することを特徴とする。

本発明の一態様に係る光操作装置の制御方法は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも一つのポートを有する光入出力ポートと、２次元配列された複数の微小光操作素子を有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力するための光操作素子と、前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光を光分散方向で分光する光分散素子と、を備える光操作装置の制御方法であって、複数の前記微小光操作素子を含み前記ポートから入力した光が入力されるとともに前記出力するポートに向けて該光を出力する入力領域を形成するように前記光操作素子を制御し、前記入力領域を、該入力領域の前記光分散方向における外縁が、該分散方向に垂直な方向に対して非平行でありかつ前記光の前記光操作素子上でのビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成することを特徴とする。

本発明によれば、スペクトル形状の劣化が抑制された光操作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に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図２は、実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図３は、光のビーム形状の変形を説明する図である。 図４は、入力領域の形状を説明する図である。 図５は、入力領域の形状の違いによる透過スペクトルの違いを説明する図である。 図６は、光のビーム形状のシミュレーション計算結果を説明する図である。 図７は、光のビーム形状の変形を説明する図である。 図８は、入力領域の形状を説明する図である。 図９は、光のビーム形状のシミュレーション計算結果を説明する図である。 図１０は、実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図１１は、実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図１２は、光フィルタと光サーキュレータとを組み合わせた構成を示す図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る光操作装置およびその制御方法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、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、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。また、図中、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の直交座標系であるｘｙｚ座標系を適宜用いて方向を説明する。

（実施の形態１）
図１、２は、本発明の実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。図この光スイッチ装置１０００は、波長選択光スイッチ装置であって、光の経路をスイッチング操作する光操作装置である。図１は、光スイッチ装置１０００を、ｘ軸の負の側から見た図である。図２は、光スイッチ装置１０００を、ｙ軸の正の側から見た図である。

光スイッチ装置１０００は、光入出力ポート１０と、コリメータレンズアレイ２０と、アナモルフィックプリズム３１、３２からなるアナモルフィック光学系であるアナモルフィックプリズムペア３０と、アナモルフィックプリズム３１、３２の間に配置されたウォーラストンプリズム４０と、光分散素子である回折格子５０と、集光レンズ系である集光レンズ６０と、１／２波長板７０と、光操作素子である光スイッチ素子８０とがこの順番に配置されて構成されている。また、光スイッチ装置１０００は、光スイッチ素子８０を制御する制御部９０を備える。

なお、実際には回折格子５０において光路は曲げられるので、アナモルフィックプリズムペア３０から光スイッチ素子８０までの各素子は回折格子５０の前後で角度を持って配置される。また、アナモルフィックプリズムペア３０において光路がｙ軸方向にシフトすることがある。ただし、図１、２においては、説明の簡略化のために、ｚ軸方向に平行な集光レンズ６０の光軸６０ａに沿って各素子を直列に配置して示している。

光入出力ポート１０は、光ファイバからなる光ファイバポート１１、１２、１３、１４、１５を備えている。光ファイバポート１１〜１５は、所定の配列方向（ｘ軸に沿った光スイッチ方向である方向Ｄ２）に沿って、略等間隔でアレイ状に配列されている。光ファイバポート１１〜１５は、外部から光が入力される、または外部に光を出力するものである。なお、本明細書では光ファイバポートが方向Ｄ２に沿ったアレイ状の構成で説明するが、本発明は、光ファイバポートが方向Ｄ１にも配列する２次元アレイ状光ファイバポートにも拡張することができる。また、光スイッチ装置１０００に入力または出力される光は特に限定されないが、たとえば波長１５２０〜１６２０ｎｍの光通信用の信号光である。

コリメータレンズアレイ２０は、複数のコリメータレンズからなる。コリメータレンズアレイ２０を構成する各コリメータレンズは、光入出力ポート１０を構成する各光ファイバポート１１〜１５に対応して設けられている。コリメータレンズアレイ２０は、各光ファイバポート１１〜１５から出力した光を平行光にする、または、入力された平行光を各光ファイバポート１１〜１５に集光して結合させる機能を有する。

光スイッチ素子８０は、たとえばＳＬＭ（Spatial Light Modulator）である。ＳＬＭは、１次元もしく２次元的に配列された複数の微小光操作素子である位相変調素子の画素から構成され、その各画素の位相を制御することで光を操作する空間位相変調素子である。本実施の形態１では、光スイッチ素子８０は、ＳＬＭの一種であり、位相変調素子である液晶の画素が２次元配列されたＬＣＯＳであるとする。ただし、光スイッチ素子８０はＬＣＯＳに限られず、たとえばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）でもよい。ＤＭＤは入力された光の角度を変化させて出力することができる微小な画素（微小光操作素子）が２次元的に配列した素子である。

光スイッチ素子８０は、光入出力ポート１０のいずれかの光ファイバポートから入力した光を反射（回折）して光路を切り換え、光入出力ポート１０の他のいずれかの光ファイバポートに向けて出力する機能を有する。

単レンズである集光レンズ６０は、点対称レンズであって、光入出力ポート１０と光スイッチ素子８０との間に配置されている。この集光レンズ６０は、光入出力ポート１０と光スイッチ素子８０とを光学的に結合するものである。

回折格子５０は、コリメータレンズアレイ２０と集光レンズ６０との間に配置され、光入出力ポート１０のいずれかの光ファイバポートから入力した光を光分散方向（ｙ軸に沿った方向Ｄ１）で分光する。なお、回折格子５０および光スイッチ素子８０はそれぞれ集光レンズ６０の前側と後側の凡そ焦点位置に配置されている。このように、光スイッチ装置１０００では、集光レンズ６０により２ｆ光学系が形成されている。以下、焦点位置とは、レンズまたはレンズ系の主面から焦点距離だけ離れた位置とする。

アナモルフィックプリズムペア３０は、光入出力ポート１０と回折格子５０との間に配置されている。アナモルフィックプリズムペア３０は二つのアナモルフィックプリズム３１、３２が直列に配列されて構成されている。アナモルフィックプリズムペア３０は、光入出力ポート１０側から入力された光のビーム形状を方向Ｄ１に拡大する機能を有する。また、アナモルフィックプリズムペア３０は、光相反性を有するため、光スイッチ素子８０側から入力された光のビーム形状を方向Ｄ１に縮小する機能を有する。なお、アナモルフィックプリズムペア３０は、たとえばシリンドリカルレンズ系などの他のアナモルフィック光学系に置き換えてもよい。また、本実施の形態１ではビーム径を拡大する方法としてアナモルフィックプリズムペアとしたが、本発明はこれに限らず、アナモルフィックプリズムを用いても良い。

ウォーラストンプリズム４０は、アナモルフィックプリズム３１、３２の間に配置されている。ウォーラストンプリズム４０は、光入出力ポート側１０から入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光を、入力された光の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する。なお、本実施の形態１では、ウォーラストンプリズム４０は、二つの光が方向Ｄ２に平行な面内で互いに逆向きの角度を成すように出力されるように配置される。また、ウォーラストンプリズム４０は、光相反性を有する。したがって、ウォーラストンプリズム４０は、互いに逆向きの角度を成すような光路で集光レンズ６０側から入力された、互いに直交する偏波状態を有する二つの光を結合して出力する機能を有する。

１／２波長板７０は、光スイッチ素子８０の集光レンズ６０側に配置される。１／２波長板７０は、後述するように、ウォーラストンプリズム４０で分離された一方の偏波状態の光の光路上に配置される。そして、１／２波長板７０は当該一方の偏波状態の光の直線偏光に対し遅相軸を４５度に配置される。

制御部９０は、光スイッチ素子８０の各位相変調素子の画素に電圧信号を印加し、その画素が光に与える位相を制御する。制御部９０は、たとえば電圧信号発生部と、演算部と、記憶部とを備えている。電圧信号発生部は、光スイッチ素子８０に印加する電圧信号を発生する。演算部は、電圧信号発生部の制御のための各種演算処理を行うものであり、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成される。記憶部は、演算部が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータ等が格納される、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される部分と、演算部が演算処理を行う際の作業スペースや演算部の演算処理の結果等を記憶する等のために使用される、たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）で構成される部分とを備えている。

この光スイッチ装置１０００では、光ファイバポート１１〜１５のうちいずれか一つが、外部から光が入力される共通の光ファイバポート（Ｃｏｍポート）として機能し、その他の四つの光ファイバポートが、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。すなわち、この光スイッチ装置１０００は１×４の光スイッチとして機能する。

つぎに、図１、２を参照して、この光スイッチ装置１０００の動作について説明する。以下では、まず光スイッチ装置１０００の波長選択光スイッチとしての動作を説明し、その後に光スイッチ装置１０００におけるビーム形状の変形およびこれに対応する光スイッチ素子８０の具体的な制御について説明する。

まず、光ファイバポート１３に、外部から或る信号光Ｌ１が入力される。信号光Ｌ１はＷＤＭ信号光であり、互いに異なる波長を有する信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを含むとする。信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃの波長については、信号光Ｌ１ｃが最も長波長であり、信号光Ｌ１ｂが最も短波長であり、信号光Ｌ１ａがその間の波長であるとする。

光ファイバポート１３は、入力された信号光Ｌ１をコリメータレンズアレイ２０のうちの対応するコリメータレンズへ出力する。このコリメータレンズは、信号光Ｌ１を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。

アナモルフィックプリズムペア３０のアナモルフィックプリズム３１は、コリメータレンズから出力された信号光Ｌ１のビーム形状を方向Ｄ１の方向に拡大し、楕円形にする。

ウォーラストンプリズム４０は、アナモルフィックプリズム３１側から入力された信号光Ｌ１を、信号光Ｌ１に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの信号光Ｌ１１、Ｌ１２に分離し、ｘｚ平面において信号光Ｌ１の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する。本実施の形態１では、信号光Ｌ１１が偏波方向Ｐ１を有し、信号光Ｌ１２が偏波方向Ｐ２を有する。

アナモルフィックプリズム３２は、信号光Ｌ１１、Ｌ１２のビーム形状を方向Ｄ１の方向にさらに拡大し、さらに扁平率が大きい楕円形にする。このときの信号光Ｌ１１またはＬ１２のビーム形状を図１にビームＢ１として示す。

回折格子５０は、楕円形にされた信号光Ｌ１１、Ｌ１２をその波長に応じた所定の回折角で回折する。その結果、図１に示すように、信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、それぞれ信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃに分光される。なお、信号光Ｌ１１、Ｌ１２から分光した信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃはそれぞれ２つずつあるが、図面の簡略化のため、図１ではそれぞれ１つずつのみ図示している。また、図２では、分光された後の信号光も信号光Ｌ１１、Ｌ１２として図示している。

集光レンズ６０は、回折された信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを光スイッチ素子８０のそれぞれ別の領域に集光させる。ここで、図２に示すように、信号光Ｌ１１については、その光路上に配置された１／２波長板７０によって、その偏波方向が９０度回転されてから光スイッチ素子８０に入射する。その結果、信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、偏波方向がいずれも偏波方向Ｐ２に揃えられた状態で、光スイッチ素子８０に入射する。ここで、光スイッチ素子８０は、その位相変化量が偏波依存性を有するが、本実施の形態１では、光スイッチ素子８０は偏波方向Ｐ２に対して位相変化量を制御できるように配置されているので、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の間の偏波状態の相違による回折角の違いは解消される。また、信号光Ｌ１１、Ｌ１２のいずれも、光スイッチ素子８０の表面にほぼ垂直に入射する。

光スイッチ素子８０では、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃが集光される領域に、入力領域が形成されている。この入力領域では、制御部９０により、入力領域に含まれる複数の画素の位相が制御されて、各信号光Ｌ１ｂ、Ｌ１ａ、Ｌ１ｃを、各信号光の波長に応じた所定の角度で反射（回折）させる。

以下、反射された信号光のうち、信号光Ｌ１ａの反射光を代表して信号光Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａとして説明する。なお、信号光Ｌ１１Ａは、１／２波長板７０によって、その偏波方向が再度９０度回転される。その後、信号光Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａは、集光レンズ６０、回折格子５０を順次通過し、光相反性によって反射前とは逆の屈折または回折を受ける。

アナモルフィックプリズムペア３０は、光相反性によって、信号光Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａのビーム形状を方向Ｄ１の方向に縮小して略円形に戻す。同様に、ウォーラストンプリズム４０は、光相反性によって、互いに直交する偏波状態を有する信号光Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａを結合し、信号光Ｌ１Ａとする。その後、信号光Ｌ１Ａは光ファイバポート１２に対応するコリメータレンズに入力する。このコリメータレンズは、信号光Ｌ１Ａを集光し、光ファイバポート１２に結合させる。光ファイバポート１２は結合された信号光Ｌ１Ａを外部に出力する。以上のようにして、この光スイッチ装置１０００は、Ｃｏｍポートである光ファイバポート１３から入力された信号光Ｌ１に含まれる信号光Ｌ１ａの経路を光ファイバポート１２に切り換えることができる。

また、信号光Ｌ１に含まれる他の波長の信号光Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃについても同様に、その経路が、光ファイバポート１２以外の光ファイバポート、たとえば光ファイバポート１１、１４にそれぞれ切り換られる。これによって、信号光の波長毎の所望の経路の切り換えを実現することができる。

つぎに、光スイッチ装置１０００におけるビーム形状の変形およびこれに対応する光スイッチ素子８０の具体的な制御について説明する。まず、図１に示すように、アナモルフィックプリズムペア３０は、信号光Ｌ１（Ｌ１１、Ｌ１２）のビーム形状を方向Ｄ１に拡大し、ビームＢ１で示されるような、方向Ｄ１（ｙ軸方向）に長軸を有し、ｘ軸方向に短軸を有する楕円形状とする。その後、分光され、集光レンズ６０により光スイッチ素子８０に集光された信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃは、ビームＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃで示されるような、ｘ軸方向に長軸を有し、ｙ軸方向に短軸を有する楕円形状となると考えられていた。

ところが、本発明者らの精査によれば、信号光Ｌ１（Ｌ１１、Ｌ１２）のビームウエストの位置が回折格子５０の位置とは異なる場合や、信号光Ｌ１が回折格子５０の回折面の法線に対して傾斜して入力する場合は、ビームＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃは楕円形状とならず、三日月形状に変形することを発見した。

図３は、光のビーム形状の変形を説明する図である。まず、図３（ａ）に示すように回折格子５０は信号光Ｌ１（Ｌ１１、Ｌ１２）が入力されると、光分散面（ｙｚ平面に平行な面）において信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃに分光する。このとき、図３（ｂ）に示すように、信号光Ｌ１（Ｌ１１、Ｌ１２）の光波の等位相波面を考えると、ビームウエストＢＷ１の位置では等位相波面は光の伝搬方向に対して垂直な面と平行になるが、回折格子５０の面では等位相波面は光の伝播方向側に凸となるような形状となる。その結果、図３（ｃ）に示すように、複数の位相変調素子８０ａを有する光スイッチ素子８０上ではビームＢ１ａはｘ軸に対して線対称ではない三日月形状となる。ビームＢ１ｂ、Ｂ１ｃについても同様である。なお、符号８０ｂは、位相変調素子８０ａがｘ方向に沿って１次元的に配列する位相変調素子列を示している。この場合、ビームＢ１ａに対する入力領域として、通常のように分散方向（ｙ軸方向）に平行な短辺とスイッチ方向（ｘ軸方向）に平行な長辺を有する長方形状の入力領域ＡＡを割り当てても、ビームＢ１ａが入力領域ＡＡからはみ出る場合がある。そのため、波長選択光スイッチ装置のスペクトル形状が劣化する場合がある。このような変形は、特にビームウエストの位置が分散方向（ｙ軸方向）に垂直な方向（とスイッチ方向であるｘ軸方向）において回折格子５０の位置とは異なる場合に発生する。

これに対して、本実施の形態１では、制御部９０は、入力領域を形成するように光スイッチ素子８０を制御する際に、入力領域を、該入力領域の分散方向における外縁が、スイッチ方向に対して非平行でありかつ光スイッチ素子８０上での信号光のビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成する。

図４は、入力領域の形状を説明する図である。図４に示すように、制御部９０は、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ（それぞれビームＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃで表される）が光スイッチ素子８０に入力する各領域に対応させて入力領域８１ａ、８１ｂ、８１ｃを形成するように光スイッチ素子８０を制御する。このとき、制御部９０は、入力領域８１ａ、８１ｂ、８１ｃを、入力領域８１ａ、８１ｂ、８１ｃのｙ軸方向における外縁８１ａａ、８１ｂａ、８１ｃａが、ｘ軸方向に対して非平行でありかつ光スイッチ素子８０上でのビームＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃのビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成する。具体的には、入力領域８１ａ、８１ｂ、８１ｃは、ビームウエストＢＷ１（図３参照）の位置が回折格子５０の位置とは異なる位置にあることに伴うビームＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃのビーム形状の変形に合わせた形状に形成されている。ここで、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃの中心波長をそれぞれλ_ｎ、λ_ｎ−１、λ_ｎ＋１とすると、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ波長間隔は周波数間隔で表して５０ＧＨｚであるので、入力領域８１ａの光分散方向（ｙ軸方向）における幅も５０ＧＨｚに相当する幅としている。

これにより、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃのビームＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃが入力領域８１ａ、８１ｂ、８１ｃからはみ出ないようにすることができるので、光スイッチ装置１０００のスペクトル形状の劣化は抑制される。さらに、このようにビームＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃのビーム形状に沿うような外縁８１ａａ、８１ｂａ、８１ｃａとすることで、たとえば入力領域の形状を長方形としてその幅をビームが変形してもはみ出ないようにするような幅まで広げる場合と比較して、光スイッチ素子８０における位相変調素子の利用効率を高くすることができる。さらには、波長スペクトル上で隣接する信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃのビームＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃはほぼ同じように変形するので、隣接する入力領域８１ａ、８１ｂ、８１ｃの隣接する外縁同士を同じ形状にすることで、入力領域８１ａ、８１ｂ、８１ｃのいずれにも割り当てられない位相変調素子が外縁の間に生じることが防止できるので、光スイッチ素子８０における位相変調素子の利用効率をさらに高くすることができる。

また、本発明者らが得た知見によれば、ビームＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃのビーム形状は、長波長光分散側が欠けている三日月形状に変形する。したがって、外縁８１ａａ、８１ｂａ、８１ｃａについては、光スイッチ方向（ｘ軸方向）において、中心部Ｃよりも両端部Ｅの方が、光分散方向（ｙ軸方向）における長波長光分散側に位置する形状を有するようにすることが好ましい。これにより、三日月形状の変形に対して入力領域８１ａ、８１ｂ、８１ｂの形状を適用させることができる。このような外縁８１ａａ、８１ｂａ、８１ｃａの形状として、たとえばｘｙ平面においてｙ＝ａ（ｘ−ｂ）^２＋ｃで表される放物線形状を適用できる。ここで、ａ、ｂ、ｃは、三日月形状の変形の程度に応じて適宜設定できる定数である。このとき、たとえば入力領域８１ｂの外縁８１ｂａは、図４に幅Ｗ１で示されるように、光分散方向（ｙ軸方向）において、位相変調素子２つ分以上の幅で変化する形状を有することができる。入力領域８１ａ、８１ｃの外縁８１ａａ、８１ｃａも同様である。

つぎに、入力領域を長方形とする場合とビーム形状に沿った外径とする場合とでの、スペクトル形状の違いについて説明する。

図５は、入力領域の形状の違いによる透過スペクトルの違いを説明する図である。図５（ａ）は、或る信号光の三日月形状に変形したビームＢＡに対して光スイッチ素子８０において割り当てる入力領域ＡＡを、５０ＧＨｚの周波数に相当する幅の長方形状にした場合を示している。なお、ビームＢＡは或るスペクトル幅を有しており、ビームＢＡは、そのスペクトル幅内で少しずつ中心波長が異なる複数の三日月形状のビームの集合として表すことができる。なお、ビームＢＢは、波長スペクトル上でビームＢＡと５０ＧＨｚだけ離れて隣接する信号光のビームである。一方、図５（ｂ）は、ビームＢＡに対して光スイッチ素子８０において割り当てる入力領域ＡＢを、５０ＧＨｚの周波数に相当する幅であり、かつビームＢＡのビーム形状に沿うような外縁となる形状にした場合を示している。

図５（ｃ）は、図５（ａ）、（ｂ）の場合における光スイッチ装置１０００の透過スペクトルの一例を示している。透過スペクトルは、光入出力ポート１０のいずれかの光ファイバポートから入力した信号光を光入出力ポート１０の他のいずれかの光ファイバポートに向けて出力するように入力領域ＡＡ、ＡＢを制御した場合の、当該光ファイバポート間の透過スペクトルである。図５（ｃ）では、図５（ａ）の場合を補正無し、図５（ｂ）の場合を補正有りとしている。補正無しの場合は、図５（ａ）でも示されるように短波長側に隣接する信号光のビームＢＢが存在するとその一部が入力領域ＡＡに重なってしまうため、透過スペクトルが短波長側に裾を引く形状となる。さらには、ビームＢＡの一部が入力領域ＡＡから長波長側にはみ出してしまうため、長波長側の光損失が大きくなり、透過スペクトルは長波長側で透過率が落ち込む形状となる。これに対して、補正有りの場合は、透過スペクトルにおいて短波長側の裾や長波長側の透過率の落ち込みが解消され、スペクトル形状の劣化が抑制されている。

つぎに、光のビーム形状のシミュレーション計算結果につい説明する。本シミュレーション計算では、光スイッチ装置１０００において、信号光Ｌ１は１．５５μｍ帯の波長を有するガウシアンビームであり、光スイッチ方向における信号光Ｌ１のビームウエストの位置がコリメータレンズアレイ２０とアナモルフィックプリズム３１との間の位置にあり、ビームウエストの位置から回折格子５０までの光路の長さが７５ｍｍであり、集光レンズ６０の焦点距離が１００ｍｍであり、集光レンズ６０から回折格子５０および光スイッチ素子８０のそれぞれまでの光路の長さが約１００ｍｍであるとし、かつウォーラストンプリズム４０を削除して信号光Ｌ１が集光レンズ６０の光軸６０ａを通過するようにして、ビーム形状の計算を行った。

図６は、光のビーム形状のシミュレーション計算結果を説明する図である。図６（ａ）は回折格子５０の位置でのビーム形状を示しており、分散方向を長軸として光スイッチ方向を短軸とする楕円形状であった。一方、図６（ｂ）は光スイッチ素子８０の位置でのビーム形状を示しており、光スイッチ方向に延伸し、分散方向において長波長光分散側が欠けた三日月形状であった。

なお、光スイッチ装置１０００において回折格子５０を削除した光学構成で同様にシミュレーション計算を行ったところ、光スイッチ素子８０の位置で三日月形状への変形は発生せず、分散方向を短軸として光スイッチ方向を長軸とする楕円形状であった。また、光スイッチ装置１０００において光スイッチ方向における信号光Ｌ１のビームウエストの位置を回折格子５０の位置として同様にシミュレーション計算を行ったところ、光スイッチ素子８０の位置で三日月形状への変形は発生せず、分散方向を短軸として光スイッチ方向を長軸とする楕円形状であった。

ところで、本発明者らは、回折格子５０を削除した光学構成でウォーラストンプリズム４０を追加した場合の光のビーム形状について精査したところ、光スイッチ素子８０の位置でのビーム形状が、光スイッチ方向（ｘ軸方向）に対して傾斜することを見出した。

図７は、光のビーム形状の変形を説明する図である。上述したように、ウォーラストンプリズム４０により分離した信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、ｘｚ平面においてｚ軸方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路が屈曲して出力する。これにより、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の、集光レンズ６０への入射方向は、図７（ａ）に示すように、光スイッチ方向（ｘ軸方向）において集光レンズ６０の光軸６０ａと非平行になる。

このとき、光スイッチ素子８０上での信号光Ｌ１１、Ｌ１２のビームＢ１１、Ｂ１２のビーム形状は楕円形状であるが、長軸が光スイッチ方向（ｘ軸方向）に対して傾斜する。このように長軸が傾斜する理由は、集光レンズ６０の光軸６０ａに対して信号光Ｌ１１、Ｌ１２が斜めに入射すると、集光レンズ６０の収差の影響を受けたり、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の光波の等位相波面が光分散方向で集光レンズ６０に異なるタイミングで入射したりするためであると考えられる。

そこで、このように光スイッチ素子８０上でのビーム形状が楕円形状であるが、長軸が光スイッチ方向（ｘ軸方向）に対して傾斜する場合は、制御部９０は以下のような制御を行うことが好ましい。すなわち、図８に示すように、制御部９０は、ビームＢ１１に対応した入力領域８１ｄを形成するように光スイッチ素子８０を制御する際に、入力領域８１ｄを、入力領域８１ｄの分散方向（ｙ軸方向）における外縁８１ｄａが、スイッチ方向（ｘ軸方向）に対して非平行でありかつ光スイッチ素子８０上でのビームＢ１１のビーム形状に沿うような直線形状の外縁となる形状に形成する。このとき、外縁８１ｄａをビームＢ１１の長軸方向に平行にすることが好ましい。これにより、信号光Ｌ１１のビームＢ１１が入力領域８１ｄからはみ出ないようにすることができるので、光スイッチ装置１０００のスペクトル形状の劣化は抑制され、かつ光スイッチ素子８０における位相変調素子の利用効率を高くすることができる。

また、三日月形状のビームに沿った外縁とする場合と同様に、波長スペクトル上で隣接する信号光に対応する、隣接する入力領域の隣接する外縁同士を同じ形状にすることで、入力領域のいずれにも割り当てられない位相変調素子が外縁の間に生じることが防止できるので、光スイッチ素子８０における位相変調素子の利用効率をさらに高くすることができる。このとき、たとえば入力領域８１ｄの外縁８１ｄａは、図８に幅Ｗ２で示されるように、光分散方向（ｙ軸方向）において、位相変調素子２つ分以上の幅で変化する形状を有することができる。

図９は、光のビーム形状のシミュレーション計算結果を説明する図である。図９は、図６の場合の光学構成にウォーラストンプリズム４０を追加した場合を示している。なお、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の集光レンズ６０の光軸６０ａと成す角はそれぞれ２°である。このとき、ビーム形状は三日月形状であり、かつその延伸する方向での軸ＢＬがｘ軸方向からθだけ傾斜していた。なお、例えば、光スイッチ素子８０で画素が１０μｍピッチに配列し、光スイッチ素子８０上での光スイッチ方向（ｘ軸方向）のビーム半径が１０００μｍ（画素１００個分に相当）の場合を考える。この場合、θが０．６度だとしても、ビームの長軸は、ビームの中心とビーム半径の位置では光分散方向（ｙ軸方向）に約１画素ずれることになる。つまり、ビームの長軸は、光スイッチ方向（ｘ軸方向）の両端のビーム半径位置ではｙ軸方向に２画素ずれることになり、スペクトル形状の劣化につながる。したがって、この場合は、図４および図８に示す入力領域の形状を組み合わせた形状に入力領域を制御することがより好ましい。

（実施の形態２）
図１０、１１は、本発明の実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。この光スイッチ装置１１００は、波長選択光スイッチ装置であって、実施の形態１に係る光スイッチ装置１０００において、ウォーラストンプリズム４０をアナモルフィックプリズムペア３０とコリメータレンズアレイ２０との間に移動し、さらにコリメータレンズアレイ２０とウォーラストンプリズム４０との間に複屈折素子１００を配置した構成を有する。

複屈折素子１００は、光入出力ポート１０側から入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光のうち、異常光の光路を変位させて、二つの偏波状態の光を、入力された光の入射方向に対してほぼ平行な方向に出力する。なお、本実施の形態２では、複屈折素子１００は、異常光の光路を変位させる方向が方向Ｄ１となるように配置される。また、複屈折素子１００は、光相反性を有する。したがって、複屈折素子１００は、所定距離だけ離隔させて互いに平行な光路で集光レンズ６０側から入力された、互いに直交する偏波状態を有する二つの光を結合して出力する機能を有する。複屈折素子１００は、たとえばルチル、カルサイト、ＹＶＯ_４等の複屈折性材料からなる。

この光スイッチ装置１１００では、一例として、光ファイバポート１４に、外部から或る信号光Ｌ２が入力される。信号光Ｌ２はＷＤＭ信号光であり、互いに異なる波長を有する信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃを含むとする。

複屈折素子１００は、光入出力ポート１０側から入力された信号光Ｌ２を、信号光Ｌ２に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの信号光Ｌ２１、Ｌ２２に分離して出力する。本実施の形態２では、信号光Ｌ２１が方向Ｄ２に平行な偏波方向Ｐ１を有する異常光であり、信号光Ｌ１２が方向Ｄ１に垂直な偏波方向Ｐ２を有する常光であるように、複屈折素子１００が配置されている。したがって、信号光Ｌ２１の光路は方向Ｄ２の方向に変位する。そして、複屈折素子１００は、信号光Ｌ２１、Ｌ２２を、信号光Ｌ２の入射方向に対してほぼ平行な方向に出力する。

ウォーラストンプリズム４０は、入力された信号光Ｌ２１、Ｌ２２を、信号光Ｌ２１、Ｌ２２の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する。このとき、図１１に示すように、信号光Ｌ２１、Ｌ２２の光路は互いに近づく方向に屈曲する。その結果、信号光Ｌ１１、Ｌ２２は、アナモルフィックプリズムペア３０を通過後、集光レンズ６０の光入出力ポート側の焦点位置、すなわち回折格子５０の配置位置で交差する。

信号光Ｌ２１、Ｌ２２は、その後回折格子５０により図１０に示すように信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃに分光される。なお、信号光Ｌ２１、Ｌ２２から分光した信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃはそれぞれ２つずつあるが、図面の簡略化のため、図１０ではそれぞれ１つずつのみ図示している。また、図１１では、分光された後の信号光も信号光Ｌ２１、Ｌ２２として図示している。

信号光Ｌ２１、Ｌ２２は、集光レンズ６０の光入出力ポート側の焦点位置で交差するので、集光レンズ６０を通過した後には、互いにほぼ平行、かつ集光レンズ６０の光軸６０ａにほぼ平行な光路を進行する。その後、信号光Ｌ２１、Ｌ２２は、光スイッチ素子８０の表面にほぼ垂直に入射する。なお、信号光Ｌ２１については、その光路上に配置された１／２波長板７０によって、その偏波方向が９０度回転されてから光スイッチ素子８０に入射する。

光スイッチ素子８０では、信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃが集光される領域に、入力領域が形成されている。この入力領域では、制御部９０により、入力領域に含まれる複数の画素の位相が制御されて、各信号光Ｌ２ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｃを、各信号光の波長に応じた所定の角度で反射（回折）させる。

以下、反射された信号光のうち、信号光Ｌ２ａの反射光を代表して信号光Ｌ２１Ａ、Ｌ２２Ａとして説明する。信号光Ｌ２１Ａは、１／２波長板７０によって、その偏波方向が再度９０度回転される。信号光Ｌ２１Ａ、Ｌ２２Ａは、集光レンズ６０、回折格子５０、アナモルフィックプリズムペア３０を順次通過する。ウォーラストンプリズム４０および複屈折素子１００は、信号光Ｌ２１Ａ、Ｌ２２Ａを結合して信号光Ｌ２Ａとし、コリメータレンズを介して光ファイバポート１３に出力する。

なお、信号光Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃに対応する互いに直交する偏波状態の信号光は、光スイッチ素子８０による反射角度が異なる以外は上記信号光Ｌ２１、Ｌ２２と同様にして、光ファイバポート１３以外の所定の光ファイバポートに出力される。

本実施の形態２に係る光スイッチ装置１１００においても、本実施の形態１に係る光スイッチ装置１０００と同様に、制御部９０は、信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃの入力領域を形成するように光スイッチ素子８０を制御する際に、たとえば図４、８に示すように、入力領域を、該入力領域の分散方向における外縁が、スイッチ方向に対して非平行でありかつ光スイッチ素子８０上での信号光のビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成する。これにより、光スイッチ装置１１００のスペクトル形状の劣化は抑制される。

なお、本発明は、上記実施の形態のようにビーム形状が三日月形状や長軸が傾斜するように変形する場合に限らず適用できる。他の形状に変形する場合でも、光操作素子における入力領域の分散方向における外縁が、該分散方向に垂直な方向に対して非平行でありかつ光操作素子上でのビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成することで、本発明の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、集光レンズ系である集光レンズ６０は単レンズで構成されているが、本発明はこれに限らず、複数のレンズで構成されている集光レンズ系を用いても良い。また、集光レンズ系として、シリンドリカルレンズを用いてもよい。また、上記実施の形態では、集光レンズ６０により２ｆ光学系が形成されているが、本発明は集光レンズ系により４ｆ光学系が形成されている光操作装置にも適用できる。

また、上記実施の形態では回折格子５０を透過型としたが、本発明はこれに限らず、反射型の回折格子を用いても良い。また、回折格子の代わりにたとえば分散プリズムなどの他の光分散素子を用いても良い。

また、上記実施の形態ではアナモルフィックプリズムペア３０を備えているが、本発明はアナモルフィック光学系を備えていない光操作装置にも適用できる。さらに、本発明は、入力される光が波長多重光でなく、単一波長の光である光操作装置にも適用できる。単一波長の光である場合は光操作素子に形成される入力領域は一つでもよい。

また、上記実施の形態では、各光スイッチ装置は１×４光スイッチであるが、本発明では光が入出力するポートの数は特に限定されず、Ｎ×Ｍ光スイッチ（Ｎ、Ｍは任意の整数）であればよい。また、たとえば光スイッチ装置１０００の構成において、光ファイバポート１２、１３、１４、１５のいずれかから信号光を入力させて、Ｃｏｍポートとしての光ファイバポート１１から出力させるように光スイッチ装置１０００を動作させてもよい。これによって、光スイッチ装置１０００を４×１光スイッチとして使用することができる。

また、本発明は、上記実施の形態に係る構成の光スイッチ装置に限られず、たとえば非特許文献１に開示される光の偏波制御による光スイッチ装置の構成にも適用できる。この場合、ＳＬＭは、光の偏波を制御できる液晶画素（微小光操作素子）が２次元的に配列した素子である。ＳＬＭにより、入力された信号光について、２つの直交した直線偏波のいずれかに偏波を制御する。そして、ＰＢＳ（Polarization beam splitter）もしくは複屈折材の各偏波に応じた経路を通過させることで、スイッチすることができる。このＳＬＭを本発明に従い制御することで、光スイッチ装置のスペクトル形状の劣化を抑制することができる。

また、上記実施の形態では、光操作装置を光スイッチ装置として説明してきたが、光操作素子としての光スイッチ素子を他の光操作機能を有する光操作素子に置き換えることで、例えば光フィルタや分散補償器等の光操作装置としても利用することができる。

光フィルタは、入力されたＷＤＭ信号光に含まれる特定の信号光の強度を減衰させたり、入力されたＷＤＭ信号光に含まれる信号光毎に異なる量の光減衰を与えて出力する光操作装置である。光フィルタは、たとえば光スイッチ装置１０００の光スイッチ素子８０を、光操作素子を有する光減衰部に置き換えることで実現できる。光減衰部はたとえばＳＬＭで構成できる。したがって、光フィルタは、光入力ポートと光出力ポートと、コリメータレンズアレイと、アナモルフィックプリズムペアと、回折格子と、集光レンズ系と、光減衰部とをこの順番に配置して構成することができる。光フィルタの機能は、光入力ポートから入力されたＷＤＭ信号光が回折格子によって分光され、光減衰部に入力された信号光のうち、強度を減衰した信号光を光出力ポートに、強度が減衰するような入射角度で入射するようにスイッチするように制御することで実現される。上記光入力ポートと光出力ポートは必ずしも、別のポートである必要はなく、１つの光入出力ポートで光入力ポートと光出力ポートを兼ねてもよい。その場合は、図１２に示すように、光フィルタ１２００の１つの光入出力ポート１２１０の手前に光サーキュレータ１２２０を配置する構成とすることが好ましい。この構成によって、光サーキュレータ１２２０を介して、信号光Ｌ１を光フィルタ１２００の１つの光入出力ポート１２１０に入力して、強度を減衰させた信号光Ｌ１ａを取り出すことができる。

分散補償器は、入力された光の各波長成分の遅延時間を制御することで各波長成分の波長分散を補償する機能を持つ光操作装置である。分散補償器は、たとえば光スイッチ装置１０００の光スイッチ素子８０を、光操作素子を有する分散補償部に置き換えることで実現できる。分散補償部はたとえば光操作素子としてのＳＬＭで構成できる。したがって、分散補償部は、光入力ポートと光出力ポートと、コリメータレンズアレイと、アナモルフィックプリズムペアと、回折格子と、集光レンズ系と、分散補償部とをこの順番に配置して構成することができる。分散補償部の機能は、光入力ポートから入力された光が回折格子によって分光され、分散補償部に入力された各波長成分に、異なる遅延時間を与えるように制御することで実現される。分散補償器の場合も、光フィルタと同様に、上記光入力ポートと光出力ポートは必ずしも、別のポートである必要はなく、１つの光入出力ポートで光入力ポートと光出力ポートを兼ねてもよい。その場合は、図１２と同様に、光入出力ポートの手前に光サーキュレータを配置することで出力光を取り出すことができる。

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。上述した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。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０、１２１０ 光入出力ポート
１１、１２、１３、１４、１５ 光ファイバポート
２０ コリメータレンズアレイ
３０ アナモルフィックプリズムペア
３１、３２ アナモルフィックプリズム
４０ ウォーラストンプリズム
５０ 回折格子
６０ 集光レンズ
６０ａ 光軸
７０ １／２波長板
８０ 光スイッチ素子
８０ａ 位相変調素子
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ 入力領域
８１ａａ、８１ｂａ、８１ｃａ、８１ｄａ 外縁
９０ 制御部
１００ 複屈折素子
１０００、１１００ 光スイッチ装置
１２００ 光フィルタ
１２２０ 光サーキュレータ
ＡＡ、ＡＢ 入力領域
Ｂ１、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃ、ＢＡ、ＢＢ ビーム
ＢＬ 軸
ＢＷ１ ビームウエスト
Ｃ 中心部
Ｄ１、Ｄ２ 方向
Ｅ 両端部
Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ１１Ａ、Ｌ１２、Ｌ１２Ａ、Ｌ１Ａ、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ２、Ｌ２１、Ｌ２１Ａ、Ｌ２２、Ｌ２２Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ 信号光
Ｐ１、Ｐ２ 偏波方向
Ｗ１、Ｗ２ 幅

Claims (15)

1. 外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも一つのポートを有する光入出力ポートと、
   ２次元配列された複数の微小光操作素子を有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力するための光操作素子と、
   前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
   前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記ポートから入力した光を光分散方向で分光する光分散素子と、
   前記光操作素子を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、複数の前記微小光操作素子を含み前記ポートから入力した光が入力されるとともに前記出力するポートに向けて該光を出力する入力領域を形成するように前記光操作素子を制御し、
   前記入力領域は、該入力領域の前記光分散方向における外縁が、該分散方向に垂直な方向に対して非平行でありかつ前記光の前記光操作素子上でのビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成され、
   前記ポートから入力した光は互いに異なる波長を有する複数の光を含む波長多重光であり、前記光分散素子は前記波長多重光を前記複数の光毎に分散し、前記制御部は、前記複数の光が前記光操作素子に入力する各領域に対応させて前記入力領域を形成するように前記光操作素子を制御し、
   前記複数の光の前記入力領域のうちの隣接する前記入力領域は、少なくとも１つの前記微小光操作素子の辺同士が接している
   ことを特徴とする光操作装置。
2. 複数の前記入力領域のうち隣接する前記入力領域は、外縁が同じ形状であることを特徴とする請求項１に記載の光操作装置。
3. 外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも一つのポートを有する光入出力ポートと、
   ２次元配列された複数の微小光操作素子を有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力するための光操作素子と、
   前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
   前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記ポートから入力した光を光分散方向で分光する光分散素子と、
   前記光操作素子を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、複数の前記微小光操作素子を含み前記ポートから入力した光が入力されるとともに前記出力するポートに向けて該光を出力する入力領域を形成するように前記光操作素子を制御し、
   前記入力領域は、該入力領域の前記光分散方向における外縁が、該分散方向に垂直な方向に対して非平行でありかつ前記光の前記光操作素子上でのビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成され、
   前記入力領域の外縁は、光スイッチ方向をｘ軸方向、前記光分散方向をｙ軸方向とした場合、ｙ＝ａ（ｘ−ｂ） ^２ ＋ｃ（ａ，ｂ，ｃは任意の定数）で表される放物線形状であり、
   前記ポートから入力した光は互いに異なる波長を有する複数の光を含む波長多重光であり、前記光分散素子は前記波長多重光を前記複数の光毎に分散し、前記制御部は、前記複数の光が前記光操作素子に入力する各領域に対応させて前記入力領域を形成するように前記光操作素子を制御し、
   前記複数の光の前記入力領域は、外縁が同じ形状である
   ことを特徴とする光操作装置。
4. 前記入力領域の外縁は、該入力領域の該分散方向に垂直な方向において、中心部よりも両端部の方が、前記分散方向における長波長光分散側に位置する形状を有することを特徴とする請求項３に記載の光操作装置。
5. 外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも一つのポートを有する光入出力ポートと、
   ２次元配列された複数の微小光操作素子を有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力するための光操作素子と、
   前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
   前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記ポートから入力した光を光分散方向で分光する光分散素子と、
   前記光操作素子を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、複数の前記微小光操作素子を含み前記ポートから入力した光が入力されるとともに前記出力するポートに向けて該光を出力する入力領域を形成するように前記光操作素子を制御し、
   前記入力領域は、該入力領域の前記光分散方向における外縁が、該分散方向に垂直な方向に対して非平行でありかつ前記光の前記光操作素子上でのビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成され、
   前記入力領域の外縁は、該分散方向に垂直な方向に対して傾斜した直線形状である
   ことを特徴とする光操作装置。
6. 前記ポートから入力した光の前記集光レンズ系への入射方向が、前記分散方向に垂直な方向において前記集光レンズ系の光軸と非平行であることを特徴とする請求項５に記載の光操作装置。
7. 前記ポートから入力した光は互いに異なる波長を有する複数の光を含む波長多重光であり、前記光分散素子は前記波長多重光を前記複数の光毎に分散し、前記制御部は、前記複数の光が前記光操作素子に入力する各領域に対応させて前記入力領域を形成するように前記光操作素子を制御することを特徴とする請求項６に記載の光操作装置。
8. 前記ポートから入力した光のビームウエストの位置が、前記光分散素子の位置とは異なる位置にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光操作装置。
9. 前記分散方向に垂直な方向における前記光のビームウエストの位置が、前記光分散素子の位置とは異なる位置にあることを特徴とする請求項８に記載の光操作装置。
10. 前記入力領域は、前記光のビームウエストの位置が前記光分散素子の位置とは異なる位置にあることに伴う、前記光の前記光操作素子上でのビーム形状の変形に合わせた形状に形成されることを特徴とする請求項８または９に記載の光操作装置。
11. 前記入力領域の外縁は、前記分散方向において、前記微小光操作素子２つ分以上の幅で変化する形状を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光操作装置。
12. 前記光入出力ポートと前記光分散素子との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム径を前記分散方向に垂直な方向に拡大するアナモルフィック光学系を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の光操作装置。
13. 外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも一つのポートを有する光入出力ポートと、
    ２次元配列された複数の微小光操作素子を有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力するための微小光操作素子と、
    前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
    前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光を光分散方向で分光する光分散素子と、を備える光操作装置の制御方法であって、
    複数の前記微小光操作素子を含み前記ポートから入力した光が入力されるとともに前記出力するポートに向けて該光を出力する入力領域を形成するように前記光操作素子を制御し、
    前記入力領域を、該入力領域の前記光分散方向における外縁が、該分散方向に垂直な方向に対して非平行でありかつ前記光の前記光操作素子上でのビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成し、
    前記ポートから入力した光は互いに異なる波長を有する複数の光を含む波長多重光であり、前記光分散素子は前記波長多重光を前記複数の光毎に分散し、前記制御部は、前記複数の光が前記光操作素子に入力する各領域に対応させて前記入力領域を形成し、前記複数の光の前記入力領域のうち隣接する前記入力領域は、少なくとも１つの前記微小光操作素子の辺同士が接するように前記光操作素子を制御する
    ことを特徴とする光操作装置の制御方法。
14. 外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも一つのポートを有する光入出力ポートと、
    ２次元配列された複数の微小光操作素子を有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力するための微小光操作素子と、
    前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
    前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光を光分散方向で分光する光分散素子と、を備える光操作装置の制御方法であって、
    複数の前記微小光操作素子を含み前記ポートから入力した光が入力されるとともに前記出力するポートに向けて該光を出力する入力領域を形成するように前記光操作素子を制御し、
    前記入力領域を、該入力領域の前記光分散方向における外縁が、該分散方向に垂直な方向に対して非平行でありかつ前記光の前記光操作素子上でのビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成し、
    前記入力領域の外縁は、光スイッチ方向をｘ軸方向、前記光分散方向をｙ軸方向とした場合、ｙ＝ａ（ｘ−ｂ） ^２ ＋ｃ（ａ，ｂ，ｃは任意の定数）で表される放物線形状に形成し、
    前記ポートから入力した光は互いに異なる波長を有する複数の光を含む波長多重光であり、前記光分散素子は前記波長多重光を前記複数の光毎に分散し、前記制御部は、前記複数の光が前記光操作素子に入力する各領域に対応させて前記入力領域を形成し、
    前記複数の光の前記入力領域は、外縁が同じ形状に形成するように前記光操作素子を制御する
    ことを特徴とする光操作装置の制御方法。
15. 外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも一つのポートを有する光入出力ポートと、
    ２次元配列された複数の微小光操作素子を有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力するための微小光操作素子と、
    前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
    前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光を光分散方向で分光する光分散素子と、を備える光操作装置の制御方法であって、
    複数の前記微小光操作素子を含み前記ポートから入力した光が入力されるとともに前記出力するポートに向けて該光を出力する入力領域を形成するように前記光操作素子を制御し、
    前記入力領域を、該入力領域の前記光分散方向における外縁が、該分散方向に垂直な方向に対して非平行でありかつ前記光の前記光操作素子上でのビーム形状に沿うような外縁となる形状に形成し、
    前記入力領域の外縁は、分散方向に垂直な方向に対して傾斜した直線形状に形成する
    ことを特徴とする光操作装置の制御方法。