JP6119761B2 - 光路制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば波長選択スイッチといった光路制御装置に関する。

特許文献１には、波長選択操作デバイスが記載されている。この波長選択操作デバイスは、入出力ファイバ、球面鏡、シリンドリカルレンズ、回折格子、及びＬＣＤ（Liquid Cristal Device）を備えている。入出力ファイバは、ｘ方向に配列されている。入出力ファイバからの光は、球面鏡によって反射されてコリメートされ、回折格子に入射する。回折格子に入射した光は、波長成分に応じてｙ方向に角度分散されて出射される。回折格子から出射された光は、シリンドリカルレンズを通過することにより、ｘ方向に集光されると共にｙ方向にコリメートされつつ球面鏡によって再び反射される。球面鏡によって再び反射された光は、シリンドリカルレンズを再度通過することにより、ｘ方向にコリメートされると共にｙ方向に集光されてＬＣＤに入射する。

米国特許第７０９２５９９号明細書

ところで、波長選択スイッチの光偏向素子として、反射型液晶であるＬＣＯＳ（Liquid Cristal On Silicon）を利用する場合がある。ＬＣＯＳは、空間的に離散化された複数の画素を利用する光偏向素子である。このため、ＬＣＯＳを用いて効率よく精密に光を偏向するためには、多数の画素を同時に利用すべきである。したがって、ポート選択軸方向（例えば入出力ポートの配列方向）については、ＬＣＯＳに照射する光ビームのスポットサイズが大きい方が好ましい。

これに対して、波長選択スイッチにおいては高い波長分解能が必要であるので、ＬＣＯＳの画素数が有限である以上、波長選択方向（例えば回折格子の分光方向）については、光ビームのスポットサイズをある程度小さくする必要がある。つまり、ＬＣＯＳ等の光偏向素子上においては、波長選択軸方向のスポットサイズに対して、ポート選択軸方向のスポットサイズを大きくする（すなわち、アスペクト比を大きくする）ことが望ましい。

上述した特許文献１に記載の波長選択操作デバイスにおいては、回折格子の後段において、ｘ方向及びｙ方向の集光やコリメートを繰り返すことにより、それぞれの方向についてのスポットサイズを変更し、ＬＣＤ上におけるスポットサイズのアスペクト比を相対的に大きくしている。しかしながら、特許文献１に記載の波長選択操作デバイスにあっては、上述したような複数の光学系を用いているにも関わらず、それらの光学特性の制御について言及されていない。

本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、光を精密に効率よく偏向可能であると共に好適に光学特性の制御が可能な光路制御装置を提供することを課題とする。

本発明の一側面は、光路制御装置に関する。この光路制御装置は、第１の方向に配列された入力ポート及び出力ポートを含む入出力ポートと、入力ポートから入力された光信号を波長に応じて第１の方向に直交する第２の方向に分光することにより、波長で特徴付けられた複数の光信号を生成する分光素子と、ピクセル化されて第１の方向に配列された複数の光偏向要素素子によって、波長で特徴付けられた光信号のそれぞれを独立して位相変調し、波長で特徴付けられた光信号のそれぞれを出力ポートに向けて偏向する光偏向素子と、光偏向素子における波長で特徴付けられた光信号のビームスポットを第２の方向よりも第１の方向に相対的に大きな扁平状に変換するアナモルフィック変換器と、を備え、光偏向素子における第１の方向についての位相変調パターンは、波長で特徴付けられた光信号の光路を制御するための第１のパターンに対して、第１のパターンと異なる第２のパターンを重畳して構成されていることを特徴とする。

この光路制御装置においては、アナモルフィック変換器によって、光偏向素子における光信号のビームスポットが、第２の方向よりも第１の方向に相対的に大きな扁平状に変換される。そして、光偏向素子は、第１の方向に沿って配列された複数の光偏向要素素子によって、光信号を位相変調して偏向する。このように、この光路制御装置においては、光を偏向するための光偏向要素素子の配列方向（第１の方向）におけるスポットサイズが第２の方向におけるスポットサイズよりも相対的に大きな扁平状の光を光偏向素子に入射するので、光を精密に効率よく偏向可能である。特に、この光路制御装置においては、光偏向素子の第１の方向における位相変調パターンが、光信号の光路を制御するための（すなわち光信号の偏向のための）第１のパターンに対して、その第１のパターンと異なる第２のパターンが重畳されて構成されている。したがって、この光路制御装置に用いる種々の光学系の光学特性に合わせて第２のパターンを調整することにより、第１の方向において好適にそれらの光学特性の制御が可能となる。

本発明の一側面に係る光路制御装置においては、光偏向素子は、波長で特徴付けられた光信号の第２の方向におけるビームウエスト位置に配置されており、第２のパターンは、第１の方向において波長で特徴付けられた光信号の収差を制御するためのパターンであるものとすることができる。この場合には、光偏向素子上において、第２の方向についての光信号の収差が最小化されているため、第１の方向に配列された光偏向要素素子を利用して第１の方向についてのみ光信号の収差を制御すればよく、効率的である。

本発明の一側面に係る光路制御装置においては、出力ポートは、光ファイバとマイクロレンズとの組み合わせからなり、第２のパターンは、第１の方向において、マイクロレンズとアナモルフィック変換器との間における光信号のビームウエスト位置を、当該光信号の光ファイバへの光結合効率が最大となる位置よりもマイクロレンズ側に位置させるようなパターンであるものとすることができる。この場合には、マイクロレンズ上における光信号のビームスポットが相対的に小さくなるので、例えばアッテネーション制御をするために第２の方向について光信号のビームスポットをシフトさせても、隣接ポートへの光結合（クロストーク）が生じにくくなる。

本発明の一側面に係る光路制御装置においては、第２のパターンを調整して第１の方向における光信号のビームウエスト位置を変更すると共に、第１のパターンを調整して光信号の光路を変更することにより、光信号の出力ポートへの光結合効率の減衰量を制御する制御部をさらに備えることができる。この場合、制御部によって、隣接ポートへの光結合（クロストーク）が生じないようにしつつ光結合効率の減衰量を制御することができる。

本発明の一側面に係る光路制御装置においては、光偏向素子における位相変調パターンは、光偏向素子に入射する光信号の位相状態と当該光偏向素子から出射する光信号の位相状態とが略同一となるようなパターンであるものとすることができる。この場合、光信号の出力ポートへの光結合効率を最大にすることが可能となる。

本発明の一側面に係る光路制御装置においては、光偏向素子は、第１及び第２の方向に沿って二次元アレイ状に配列された複数の画素を有する液晶素子、又は、第１及び第２の方向に沿って二次元アレイ状に配列された複数の画素を有するＭＥＭＳ素子であり、画素のそれぞれに印加する電圧に応じて位相変調パターンを制御可能に構成されているものとすることができる。このように、光偏向素子として、二次元アレイ状に配列された複数の画素を有する液晶素子又はＭＥＭＳ素子を用いることができる。

本発明の一側面に係る光路制御装置においては、分光素子の後段に配置され、第２の方向のみに光パワーを有する光パワーエレメントをさらに備え、アナモルフィック変換器は、分光素子の前段に配置されているものとすることができる。このように、分光素子の前段のアナモルフィック変換器に加え、分光素子の後段において第２の方向のみに光パワーを有する光パワーエレメントを用いれば、光信号のビームスポットのアスペクト比をより大きくすることが可能となる。

本発明の一側面に係る光路制御装置においては、分光素子の後段に配置され、第１及び第２の方向に光パワーを有する光パワーエレメントをさらに備え、アナモルフィック変換器は、分光素子の前段に配置された少なくとも３つのシリンドリカルレンズから構成されており、アナモルフィック変換器を構成するシリンドリカルレンズのうちの２つのシリンドリカルレンズは、第１の方向に光パワーを有しており、アナモルフィック変換器を構成するシリンドリカルレンズのうちの他の１つのシリンドリカルレンズは、第２の方向に光パワーを有しているものとすることができる。このように、第１の方向に光パワーを有するシリンドリカルレンズと、第２の方向に光パワーを有するシリンドリカルレンズとによってアナモルフィック変換器を構成すれば、第１の方向と第２の方向とにおいて独立して光信号のビームスポットのサイズを変換することが可能となり、自由度が向上する。

本発明によれば、光を精密に効率よく偏向可能であると共に好適に光学特性の制御が可能な光路制御装置を提供することができる。

本発明の一側面に係る光路制御装置の一実施形態の構成を示す模式図である。 図１に示された光偏向素子における位相変調パターンを示すグラフである。 図１に示された光偏向素子における位相変調パターンを示すグラフである。 図１に示された光偏向素子における位相変調パターンを示すグラフである。 アッテネーション制御の比較例を示す図である。 図１に示された制御部のアッテネーション制御の様子を示す図である。 図６に示されたマイクロレンズの変形例を示す図である。 図１に示された光路制御装置の変形例を示す図である。

以下、本発明の一側面に係る光路制御装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一側面に係る光路制御装置の一実施形態の構成を示す模式図である。図１には、直交座標系Ｓが示されている。図１の（ａ）は、直交座標系Ｓのｚ軸方向からみたときの光路制御装置を伝搬する光のビームスポットを示す図である。図１の（ｂ）は、直交座標系Ｓのｙ軸方向からみた光路制御装置の側面図である。図１の（ｃ）は、直交座標系Ｓのｘ軸方向からみた光路制御装置の側面図である。

図１に示されるように、光路制御装置１００は、入力ポート１、アナモルフィック変換器２、分光素子５、光パワーエレメント６、光偏向素子７、制御部１０、及び、出力ポート１３を備えている。入力ポート１から入力された光信号は、アナモルフィック変換器２、分光素子５、及び光パワーエレメント６をこの順に通った後に光偏向素子７により偏向（反射）され、光パワーエレメント６、分光素子５、及びアナモルフィック変換器２をこの順に通って出力ポート１３から出力される。

なお、ここでの光パワーエレメントとは、例えば球面レンズやシリンドリカルレンズ等の透過型素子や、球面鏡や凹面鏡等の反射型素子であり、少なくとも一方向に光パワーを有する要素である。また光パワーとは、光パワーエレメントを通過する光を収束・コリメートする能力である（すなわち光路を変更する能力である）。ここでは、光パワーエレメントの集光位置が近いほど光パワーが大きい。図１においては、光パワーエレメントを、光パワーを有する面内において凸レンズ状に示しており、光パワーを有しない面内において直線状に示している。

入力ポート１及び出力ポート１３は、ｙ軸方向（第１の方向）に沿って配列され、入出力ポートアレイ（入出力ポート）５０を構成している。入力ポート１及び出力ポート１３は、１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。光路制御装置１００においては、入力ポート１から波長多重光（光信号）Ｌ１が入力される。

アナモルフィック変換器２は、分光素子５の前段に配置されている。アナモルフィック変換器２は、入力ポート１から入力された波長多重光Ｌ１を入射し、そのビームスポットのアスペクト比を変換して出射する。より具体的には、アナモルフィック変換器２は、分光素子５の前段において、波長多重光Ｌ１のｙ軸方向についてのスポットサイズよりもｘ軸方向（第２の方向）についてのスポットサイズが大きくなるように、波長多重光Ｌ１のビームスポットのアスペクト比を変換する。その結果として、アナモルフィック変換器２は、光偏向素子７における（光偏向素子７に入射する）波長で特徴付けられた光信号（分光光Ｌ２）のビームスポットを、ｙ軸方向とｘ軸方向とによって張られる平面内（ｘ−ｙ平面内）において、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に相対的に大きな扁平状になるように変換する。

アナモルフィック変換器２は、３つのシリンドリカルレンズ２１〜２３から構成されている。シリンドリカルレンズ２１〜２３は、入力ポート１から分光素子５に向かう光路上にこの順に配列されている。シリンドリカルレンズ２１，２３は、ｙ軸方向のみに光パワーを有している。換言すれば、シリンドリカルレンズ２１，２３は、波長多重光Ｌ１の伝搬方向とｙ軸とによって張られる平面内（ｙ−ｚ平面内）においてのみ光パワーを有している。また、シリンドリカルレンズ２２は、ｘ軸方向のみに光パワーを有している。換言すれば、シリンドリカルレンズ２２は、波長多重光Ｌ１の伝搬方向とｘ軸とによって張られる平面内（ｘ−ｚ平面内）においてのみ光パワーを有している。

シリンドリカルレンズ２１は、入力ポート１から入力されて拡大されながら伝搬する波長多重光Ｌ１を入射し、その波長多重光Ｌ１の伝搬方向とｙ軸方向とによって張られる平面内（ｙ−ｚ平面内）において、その波長多重光Ｌ１をコリメートする。シリンドリカルレンズ２２は、シリンドリカルレンズ２１から出射されてｘ軸方向に拡大されながら伝搬する波長多重光Ｌ１を入射し、その波長多重光Ｌ１の伝搬方向とｘ軸方向とによって張られる平面内（ｘ−ｚ平面内）において、その波長多重光Ｌ１をコリメートする。

シリンドリカルレンズ２３は、シリンドリカルレンズ２２から出射された波長多重光Ｌ１を入射し、その波長多重光Ｌ１の伝搬方向とｙ軸方向とによって張られる平面内（ｙ−ｚ平面内）において、その波長多重光Ｌ１を一旦集光させる。シリンドリカルレンズ２３によって一旦集光された波長多重光Ｌ１は、その集光位置（ビームウエスト位置）からｙ軸方向のみに拡大しながら伝搬する。このように、入力ポート１から入力された光信号のビームスポットは、アナモルフィック変換器２によって、分光素子５の後段（例えば光パワーエレメント６又は光偏向素子７上）において、ｘ軸方向についてのスポットサイズよりもｙ軸方向のスポットサイズが大きい扁平状に変換される。

分光素子５は、アナモルフィック変換器２から出射された波長多重光Ｌ１の伝搬方向とｙ軸とによって張られる平面内（ｙ−ｚ平面内）におけるシリンドリカルレンズ２３の集光位置に配置されている。分光素子５は、アナモルフィック変換器２から出射された波長多重光Ｌ１の伝搬方向とｘ軸とによって張れる平面内（ｘ−ｚ平面内）において、波長多重光Ｌ１に含まれる各波長の光の伝搬方向を、波長に応じてｙ軸方向に沿った軸周りに回転させることにより、波長多重光Ｌ１を波長ごとに分光し、波長で特徴付けられた複数の分光光（光信号）Ｌ２を生成する。つまり、分光素子５は、波長多重光Ｌ１をｘ軸方向に沿って複数の分光光Ｌ２に分光して出射する。分光素子５としては、例えば回折格子等を用いることができる。

光パワーエレメント６は、分光素子５の後段に配置されている。光パワーエレメント６は、ｘ軸方向及びｙ軸方向に光パワーを有している。換言すれば、光パワーエレメント６は、分光光Ｌ２の伝搬方向とｘ軸方向とによって張られる平面内（ｘ−ｚ平面内）、及び、分光光Ｌ２とｙ軸方向とによって張られる平面内（ｙ−ｚ平面内）において光パワーを有している。

光パワーエレメント６は、分光素子５から出射された分光光Ｌ２の伝搬方向とｘ軸方向とによって張られる平面内（ｘ−ｚ平面内）において、分光光Ｌ２のそれぞれを収束すると共に、分光光Ｌ２の伝搬方向を互いに揃える。一方、光パワーエレメント６は、分光素子５から出射された分光光Ｌ２の伝搬方向とｙ軸方向とによって張られる平面内（ｙ−ｚ平面内）において、拡大しつつ伝搬する分光光Ｌ２のそれぞれをコリメートする。これにより、分光光Ｌ２のそれぞれのビームスポットは、光偏向素子７上においてｘ軸方向よりもｙ軸方向について相対的により大きな扁平状を呈することとなる（すなわち、アスペクト比が高められる）。

光偏向素子７は、光パワーエレメント６から出射された分光光Ｌ２の伝搬方向とｘ軸方向とによって張られる平面内（ｘ−ｚ平面内）における分光光Ｌ２のビームウエスト位置に配置されている。光パワーエレメント６から出射された複数の分光光Ｌ２は、ｘ軸方向に沿って配列されて光偏向素子７に入射する。

光偏向素子７は、ピクセル化されてｙ軸方向に配列された複数の光偏向要素素子（画素）７ａによって、光パワーエレメント６から出射された分光光Ｌ２のそれぞれを独立して位相変調する。これにより、光偏向素子７は、光パワーエレメント６から出射された分光光Ｌ２とｙ軸方向とによって張られる平面内（ｙ−ｚ平面内）において、分光光Ｌ２のそれぞれをｘ軸方向に沿った軸周りに回転させる。ここでは、光偏向素子７は、分光光Ｌ２の入射方向と略反対の方向に分光光Ｌ２を反射する。

なお、光偏向素子７において、画素はｘ軸方向及びｙ軸方向に沿って２次元アレイ状に配列されるが、分光光Ｌ２の偏向に寄与する画素（光偏向要素素子７ａ）は、その中でもｙ軸方向に配列されたものである。光偏向素子７は、例えば、ｘ軸方向及びｙ軸方向に沿って二次元アレイ状に配列された複数の画素を有するＬＣＯＳやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子等を用いることができ、それらの画素のそれぞれに印加する電圧に応じて、分光光Ｌ２に対する位相変調パターンを制御可能とされている。

ここで、光偏向素子７におけるｙ軸方向についての位相変調パターンは、図２の（ａ）に示されるような第１のパターンＰ１に対して、例えば図２の（ｂ）に示されるような第１のパターンＰ１と異なる第２のパターンＰ２を重畳して図２の（ｃ）に示されるように構成された位相変調パターンＰである。第１のパターンは、例えば光偏向素子７からの反射光（分光光Ｌ２）を所望の出力ポート１３へ結合させるべく分光光Ｌ２の光路を制御するためのパターンである。第２のパターンは、例えば、ｙ軸方向についての分光光Ｌ２の収差を制御するためのパターンである。

光偏向素子７に入射する分光光Ｌ２のｘ軸方向におけるビームウエスト位置とｙ軸方向におけるビームウエスト位置とは、非点収差のために互いにずれている。本実施形態においては、分光光Ｌ２のｘ軸方向におけるビームウエスト位置に光偏向素子７を配置しているので、その光偏向素子７上における分光光Ｌ２のｙ軸方向についての光波面ＷＳは一定の曲率を有する（図１参照）。

したがって、その光波面ＷＳに合わせた曲率半径を有する第２のパターンＰ２を上述した第１のパターンＰ１に重畳して位相変調パターンＰを構成すれば、分光光Ｌ２の出力ポート１３への光結合効率を最大化することができる（収差を制御することができる）。この場合には、位相変調パターンＰは、光偏向素子７に入射する分光光Ｌ２の位相状態と光偏向素子７から反射されて出射する分光光Ｌ２の位相状態とが略同一となるようなパターンである。なお、図２の（ａ）に示される第２のパターンＰ２は、光偏向素子７において曲率半径が比較的大きな凹面ミラーを合成する場合の空間位相変調に相当する。

なお、図３の（ａ）に示されるように、第２のパターンＰ２の曲率半径を、光波面ＷＳから意図的にずらしたものとして第１のパターンＰ１に重畳し、図３の（ｂ）に示されるような位相変調パターンＰを構成すれば、光信号の出力ポート１３への光結合効率を低くすることができる。この図３の（ａ）に示される第２のパターンＰ２は、光偏向素子７において曲率半径が比較的小さな凹面ミラーを合成する場合の空間位相変調に相当する。

また、光偏向素子７において、曲率半径が比較的大きな凸面ミラーを合成する空間位相変調を実現する場合には、例えば、図４の（ａ）に示される第２のパターンＰ２を第１のパターンＰ１に重畳して図４の（ｂ）示されるような位相変調パターンＰを構成すればよい。

このように、光結合効率を制御させるべく位相変調パターンＰを調整する光偏向素子７の制御（アッテネーション制御）は、制御部１０によって行われる。この制御部１０のアッテネーション制御については後に詳述する。

図１に示されるように、光偏向素子７によって偏向されて出射された光信号は、光パワーエレメント６、分光素子５、及びアナモルフィック変換器２をこの順に通って出力ポート１３から出力される。光パワーエレメント６は、光偏向素子７から出射された分光光Ｌ２の伝搬方向とｘ軸方向とによって張られる平面内（ｘ−ｚ平面内）において、光偏向素子７から出射された分光光Ｌ２のそれぞれを、その波長に応じてｙ軸方向に沿った軸周りに回転させる。これにより、光偏向素子７から出射された分光光Ｌ２のそれぞれが、ｘ軸方向について、分光素子５の所定の位置に集められる。

一方、光パワーエレメント６は、光偏向素子７から出射された分光光Ｌ２の伝搬方向とｙ軸方向とによって張られる平面内（ｙ−ｚ平面内）において、光偏向素子７から出射された分光光Ｌ２のそれぞれを収束する。これにより、光偏向素子７から出射された分光光Ｌ２のそれぞれが、ｙ軸方向について、分光素子５上に集光される。

分光素子５は、光パワーエレメント６から出射された分光光Ｌ２の伝搬方向とｘ軸方向とによって張られる平面内（ｘ−ｚ平面内）において、分光光Ｌ２を多重化して多重化光（光信号）Ｌ３を生成する。つまり、分光素子５は、出力ポート１３から出力させる分光光Ｌ２同士を合波して多重化光Ｌ３を生成する。

アナモルフィック変換器２は、分光素子５から出射された多重化光Ｌ３を入射し、そのビームスポットのアスペクト比を変換して出射する。より具体的には、アナモルフィック変換器２は、分光素子５と出力ポート１３との間において、多重化光Ｌ３のｙ軸方向についてのスポットサイズとｘ軸方向についてのスポットサイズとが略等しくなるように、多重化光Ｌ３のビームスポットのアスペクト比を変換する。

アナモルフィック変換器２は、上述したように、シリンドリカルレンズ２３，２２，２１から構成されており、シリンドリカルレンズ２３，２２，２１は、分光素子５から出力ポート１３に向かう光路上にこの順に配列されている。シリンドリカルレンズ２３は、分光素子５から出射されてｙ軸方向に拡大しながら伝搬する多重化光Ｌ３の伝搬方向とｙ軸方向とによって張られる平面内（ｙ−ｚ平面内）において、その多重化光Ｌ３をコリメートする。

シリンドリカルレンズ２２は、シリンドリカルレンズ２３から出射された多重化光Ｌ３とｘ軸方向とによって張られる平面内（ｘ−ｚ平面内）において、多重化光Ｌ３を収束する。シリンドリカルレンズ２１は、シリンドリカルレンズ２２から出射された多重化光Ｌ３の伝搬方向とｙ軸方向とによって張られる平面内（ｙ−ｚ平面内）において、多重化光Ｌ３を収束する。

これにより、多重化光Ｌ３は、出力ポート１３の前段において、ｙ軸方向についてのスポットサイズとｘ軸方向についてのスポットサイズとが略等しくなる。このようにアナモルフィック変換器２によってビームスポットのアスペクト比が変換された多重化光Ｌ３は、出力ポート１３に結合させられて出力される。

ここで、光路制御装置１００の各要素の位置関係について簡単に説明する。ｘ−ｚ平面内において、入力ポート１（出力ポート１３）からシリンドリカルレンズ２２までの距離と、シリンドリカルレンズ２２から分光素子５までの距離とは、互いにｆ_ｘ１であって等しい。また、分光素子５から光パワーエレメント６までの距離と、光パワーエレメント６から光偏向素子７までの距離とは、互いにｆ_２であって等しい。また、ｙ−ｚ平面内において、入力ポート１（出力ポート１３）からシリンドリカルレンズ２１までの距離をｆ_ｙ１１とし、シリンドリカルレンズ２３から分光素子５までの距離をｆ_ｙ１２とすると、シリンドリカルレンズ２１とシリンドリカルレンズ２３との間の距離は（ｆ_ｙ１１＋ｆ_ｙ１２）となっている。

以上説明したように、本実施形態に係る光路制御装置１００においては、アナモルフィック変換器２によって、光偏向素子７における光信号のビームスポットが、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に相対的に大きな扁平状に変換される。そして、光偏向素子７は、ｙ軸方向に沿って配列された複数の光偏向要素素子によって、光信号を位相変調して偏向する。このように、光路制御装置１００においては、光を偏向するための光偏向要素素子の配列方向（ｙ軸方向）におけるスポットサイズがｘ軸方向におけるスポットサイズよりも相対的に大きな扁平状の光を光偏向素子７に入射するので、光を精密に効率よく偏向可能である。

特に、本実施形態に係る光路制御装置１００においては、光偏向素子７のｙ軸方向における位相変調パターンＰが、光信号の光路を制御するための（すなわち光信号の偏向のための）第１のパターンＰ１に対して、その第１のパターンＰ２と異なる第２のパターンＰ２が重畳されて構成されている。したがって、この光路制御装置１００に用いる種々の光学系の光学特性に合わせて第２のパターンＰ２を調整することにより、相対的に多くの画素を利用可能なｙ軸方向において好適にそれらの光学特性の制御（例えば収差制御等）が可能となる。

また、光路制御装置１００においては、光偏向素子７が、分光光Ｌ２のｘ軸方向におけるビームウエスト位置に配置されており、第１のパターンＰ１に重畳される第２のパターンＰ２が、ｙ軸方向において分光光Ｌ２の収差を制御するためのパターンである。このため、光偏向素子７上において、ｘ軸方向についての分光光Ｌ２の収差が最小化されているので、ｙ軸方向に配列された画素（光偏向要素素子７ａ）を用いてｙ軸方向についてのみ分光光Ｌ２の収差を制御すればよく、効率的である。

さらに、光路制御装置１００においては、アナモルフィック変換器２が、分光素子５の前段に配置されたシリンドリカルレンズ２１〜２３から構成されている。そして、シリンドリカルレンズ２１〜２３のうちのシリンドリカルレンズ２１，２３がｙ軸方向に光パワーを有しており、他のシリンドリカルレンズ２２がｘ軸方向に光パワーを有している。このため、ｘ軸方向及びｙ軸方向において独立して光信号のビームスポットのサイズを変換することが可能となり、自由度が向上する。

ここで、図５，６を参照してアッテネーション制御について説明する。図５，６においては、入力ポート１は、ｚ軸方向に光軸を有するように配列された光ファイバ１ａ及びマイクロレンズ１ｂの組み合わせから構成されている。また、出力ポート１３は、ｚ軸方向に光軸を有するように配列された光ファイバ１３ａ及びマイクロレンズ１３ｂの組み合わせから構成されている。

まず、図５を参照して、アッテネーション制御の比較例について説明する。この比較例においては、まず、図５の（ａ）に示されるように、制御部の制御のもとで、光偏向素子７において図２に示されるような位相変調パターンＰが構成されている。つまり、多重化光Ｌ３の出力ポート１３への光結合効率が最大となるように、制御部によって位相変調パターンＰが調整されている。このため、マイクロレンズ１ｂ（マイクロレンズ１３ｂ）とシリンドリカルレンズ２１（すなわちアナモルフィック変換器２）との間において、波長多重光Ｌ１のビームウエスト位置と多重化光Ｌ３のビームウエスト位置とは、位置ＢＷ１で略一致しており、多重化光Ｌ３は出力ポート１３の光ファイバ１３ａの端面に集光されている。

その後、多重化光Ｌ３の出力ポート１３への光結合効率を減衰させるべく、図５の（ｂ）に示されるように、制御部の制御の下で、第１のパターンＰ１のみを調整して多重化光Ｌ３の光路をｙ軸方向（図中矢印方向）に変更（シフト）させる。そうすると、多重化光Ｌ３が、隣接する出力ポート１３のマイクロレンズ１３ｂにまたがって入射する結果、隣接する出力ポート１３の光ファイバ１３ａに結合してしまう（クロストークが生じてしまう）。

これに対して、本実施形態に係る光路制御装置１００においては、制御部１０は、図６に示されるようにアッテネーション制御を行う。すなわち、まず、上述した場合と同様に、図６の（ａ）に示されるように、制御部１０の制御によって、多重化光Ｌ３の出力ポート１３への光結合効率が最大となるように位相変調パターンＰが調整されている。続いて、図６の（ｂ）に示されるように、制御部１０の制御のもとで、第２のパターンＰ２のみを調整し、マイクロレンズ１３ｂとシリンドリカルレンズ２１（すなわちアナモルフィック変換器２）との間における多重化光Ｌ３のビームウエスト位置をｚ軸方向（図中矢印方向）に変更（シフト）する。

このとき、多重化光Ｌ３のビームウエスト位置が、多重化光Ｌ３の出力ポート１３（光ファイバ１３ａ）への光結合効率が最大となる位置ＢＷ１よりもマイクロレンズ１３ｂ側の位置ＢＷ２となるように、第２のパターンＰ２を調整する。これは、例えば、図２の（ｂ）に示される第２のパターンＰ２から図３の（ｂ）に示される第２のパターンＰ２に変更する制御に相当する。これにより、マイクロレンズ１３ｂ上における多重化光Ｌ３のビームスポットが相対的に小さくなる。

続いて、制御部１０の制御のもとで、図６の（ｃ）に示されるように、第１のパターンＰ１のみを調整して多重化光Ｌ３の光路をｙ軸方向（図中矢印方向）に変更（シフト）させる。このとき、上述したように、第２のパターンＰ２の調整によりマイクロレンズ１３ｂ上における多重化光Ｌ３のビームスポットが小さくなっているので、その多重化光Ｌ３が隣接するマイクロレンズ１３ｂに入射することが避けられる。その結果、多重化光Ｌ３が、隣接する出力ポート１３の光ファイバ１３ａに入射することが避けられる。よって、クロストークが生じることを抑制しつつ、出力ポート１３に対する光結合効率の減衰を実現することができる。

このように、本実施形態に係る光路制御装置１００においては、制御部１０は、第２のパターンＰ２を調整して多重化光Ｌ３のビームウエスト位置を変更するステップ（アッテネーション第１ステップ）を実行すると共に、第１のパターンＰ１を調整して多重化光Ｌ３の光路を変更するステップ（アッテネーション第２ステップ）を実行することにより、多重化光Ｌ３の出力ポート１３への光結合効率の減衰量を制御する。つまり、制御部１０は、多重化光Ｌ３の集光点の位置ずれと光軸ずれとの両方により光結合効率の減衰量を規定する。なお、多重化光Ｌ３の出力ポート１３への光結合効率は、第２のパターンＰ２の調整によって多重化光Ｌ３のビームウエスト位置を位置ＢＷ２にシフトした時点で、出力ポート１３の光ファイバ１３ａの端面における多重化光Ｌ３のビームスポットが拡大されるために減衰する。多重化光Ｌ３の出力ポート１３への光結合効率が最大となる場合に対するアッテネーション第１ステップによる損失をＡ１とし、アッテネーション第２ステップによる損失をＡ２とすると、所望の光減衰量が（Ａ１＋Ａ２）となるように、第１の位相パターンＰ１及び第２の位相パターンＰ２を設定すればよい。

ここで、マイクロレンズ１ｂ及びマイクロレンズ１３ｂは、図７に示されるように、所定の間隔でもって配列されて一体化されたレンズアレイ１Ｂとすることができる。その場合には、互いに隣り合うマイクロレンズ１ｂ（マイクロレンズ１３ｂ）同士の間に光吸収部（例えばレンズ（ガラス等）に光吸収材料（Ｐ，Ｂ，Ｅｒ等）をドープした部分）１ｃを設けることができる。このように光吸収部１ｃを設ければ、出力ポート１３から逸らされた多重化光Ｌ３が光吸収部１ｃで吸収され、迷光となることを避けることができる。

以上の実施形態は、本発明の一側面に係る光路制御装置の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明の一側面に係る光路制御装置は、上述した光路制御装置１００に限定されるものではなく、各請求項の要旨を変更しない範囲において、光路制御装置１００を任意に変形したものとすることができる。

例えば、図８に示されるように、光路制御装置１００においては、光パワーエレメント６に代えて光パワーエレメント６Ａを備えることができる。光パワーエレメント６Ａは、分光素子５の後段に配置され、ｘ軸方方向のみに光パワーを有する。つまり、光パワーエレメント６Ａは、分光光Ｌ２の伝搬方向とｘ軸とによって張られる平面内においてのみ光パワーを有している。光パワーエレメント６Ａとしては、例えばシリンドリカルレンズ等を用いることができる。

このように、分光素子５の前段のアナモルフィック変換器２に加えて、ｘ軸方向のみに光パワーを有する光パワーエレメント６Ａを用いれば、光パワーエレメント６Ａから光偏向素子７の間において、分光光Ｌ２のｙ軸方向についての拡大が維持されるので、光偏向素子７上における分光光Ｌ２のビームスポットのアスペクト比をより大きくすることができる。

また、上記実施形態においては、位相変調パターンＰとして、光路を制御するための第１のパターンＰ１に対して収差制御のための第２のパターンＰ２を重畳するものを例示したが、位相変調パターンＰはこれに限定されない。例えば、位相変調パターンＰは、光路を制御するための第１のパターンＰ１に対して、光路制御装置１００における種々の光学系における光学特性を制御するための任意の第２のパターンＰ２を重畳したものとすることができる。

また、光路制御装置１００においては、アナモルフィック変換器２を分光素子５の後段に配置し、分光素子５から出射される分光光Ｌ２のそれぞれのビームスポットのアスペクト比を変換するものとしてもよい。さらに、アナモルフィック変換器２は、４つ以上のシリンドリカルレンズを含むものであってもよい。

光を精密に効率よく偏向可能であると共に好適に光学特性の制御が可能な光路制御装置を提供することが可能となる。

１…入力ポート、２…アナモルフィック変換器、５…分光素子、６，６Ａ…光パワーエレメント、７…光偏向素子、７ａ…光偏向要素素子、１０…制御部、１３…出力ポート、１３ａ…光ファイバ、１３ｂ…マイクロレンズ、２１〜２３…シリンドリカルレンズ、５０…入出力ポートアレイ、Ｐ…位相変調パターン、Ｐ１…第１のパターン、Ｐ２…第２のパターン。

Claims (6)

1. 第１の方向に配列された入力ポート及び出力ポートを含む入出力ポートと、
   前記入力ポートから入力された光信号を波長に応じて前記第１の方向に直交する第２の方向に分光することにより、波長で特徴付けられた複数の光信号を生成する分光素子と、
   ピクセル化されて前記第１の方向に配列された複数の光偏向要素素子によって、前記波長で特徴付けられた光信号のそれぞれを独立して位相変調し、前記波長で特徴付けられた光信号のそれぞれを前記出力ポートに向けて偏向する光偏向素子と、
   前記光偏向素子における前記波長で特徴付けられた光信号のビームスポットを前記第２の方向よりも前記第１の方向に相対的に大きな扁平状に変換するアナモルフィック変換器と、
   を備え、
   前記光偏向素子における前記第１の方向についての位相変調パターンは、前記波長で特徴付けられた光信号の光路を制御するための第１のパターンに対して、前記第１のパターンと異なる第２のパターンを重畳して構成されており、
   前記出力ポートは、光ファイバとマイクロレンズとの組み合わせからなり、
   前記第２のパターンは、前記第１の方向において、前記マイクロレンズと前記アナモルフィック変換器との間における光信号のビームウエスト位置を、当該光信号の前記光ファイバへの光結合効率が最大となる位置よりも前記マイクロレンズ側に位置させるようなパターンである、
   ことを特徴とする光路制御装置。
2. 前記光偏向素子は、前記波長で特徴付けられた光信号の前記第２の方向におけるビームウエスト位置に配置されており、
   前記第２のパターンは、前記第１の方向において前記波長で特徴付けられた光信号の収差を制御するためのパターンである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光路制御装置。
3. 前記第２のパターンを調整して前記第１の方向における光信号のビームウエスト位置を変更すると共に、前記第１のパターンを調整して光信号の光路を変更することにより、光信号の前記出力ポートへの光結合効率の減衰量を制御する制御部をさらに備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光路制御装置。
4. 光偏向素子は、前記第１及び第２の方向に沿って二次元アレイ状に配列された複数の画素を有する液晶素子、又は、前記第１及び第２の方向に沿って二次元アレイ状に配列された複数の画素を有するＭＥＭＳ素子であり、前記画素のそれぞれに印加する電圧に応じて前記位相変調パターンを制御可能に構成されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光路制御装置。
5. 前記分光素子の後段に配置され、前記第２の方向のみに光パワーを有する光パワーエレメントをさらに備え、
   前記アナモルフィック変換器は、前記分光素子の前段に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光路制御装置。
6. 前記分光素子の後段に配置され、前記第１及び第２の方向に光パワーを有する光パワーエレメントをさらに備え、
   前記アナモルフィック変換器は、前記分光素子の前段に配置された少なくとも３つのシリンドリカルレンズから構成されており、
   アナモルフィック変換器を構成する前記シリンドリカルレンズのうちの２つの前記シリンドリカルレンズは、前記第１の方向に光パワーを有しており、
   アナモルフィック変換器を構成する前記シリンドリカルレンズのうちの他の１つの前記シリンドリカルレンズは、前記第２の方向に光パワーを有している、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光路制御装置。

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