JP6317216B2 - Optical input / output device - Google Patents

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本発明は、光ネットワークに使用する光入出力装置に関する。   The present invention relates to an optical input / output device used for an optical network.

近年、光通信網を用いた映像の配信が活発に行われ始めた。映像の配信では、複数のユーザーに同一の情報を送信するため、送信途中で一つの信号光を他方路に分岐して送信する方が、個別に送信するよりもネットワークを効率的に利用することができる。   In recent years, video distribution using an optical communication network has started actively. In video distribution, the same information is transmitted to multiple users, so it is more efficient to use the network when one signal light is branched to the other path during transmission than when it is transmitted individually. Can do.

多分岐を行う代表的な装置として、スプリッタがある。このデバイスでは、一方路から送られた信号を他方路に決められた強度比で分岐することができる。しかしながら、スプリッタを利用する場合、送信先のユーザーがサービスを利用しなくなった場合、そのまま信号を送信し続けてはその分過剰なロスが発生してしまい、無駄となってしまう。これを避けるためには分岐数と分岐比の異なるスプリッタと交換しなければならない。   A typical device that performs multi-branching is a splitter. In this device, a signal sent from one path can be branched at a predetermined intensity ratio on the other path. However, when the splitter is used, if the user of the transmission destination stops using the service, if the signal is continuously transmitted as it is, an excessive loss is generated and the uselessness is wasted. To avoid this, it is necessary to replace the splitter with a different number of branches and branch ratio.

信号光の経路を変更することができるデバイスとして、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。   An optical switch is a device that can change the path of signal light. 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、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 that changes the traveling direction of a light beam in a free space between an input fiber and an output fiber. 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 element. And a wavelength selective switch (WSS) including a beam deflection element group.

上記のような光スイッチでは、通常、多方路に分岐したスイッチングや、多方路間の分岐比を動的に変更することはできない。ユーザーのサービス変更や、入れ替わりによる最適な分岐比変更に対応するためには、多方路に分岐することができ、かつ動的に分岐比を変更することができる光スイッチが重要となる。   In an optical switch such as that described above, it is usually not possible to dynamically switch the switching branched into multiple paths or the branching ratio between the multiple paths. In order to cope with a change in the service of the user and an optimum change in the branching ratio due to the replacement, an optical switch that can branch into many directions and can dynamically change the branching ratio is important.

特開2014−35377号公報JP 2014-35377 A

Y. Sakamaki et al,ECOC 2011 Technical Digest, Th.12.A.3. (2011)Y. Sakamaki et al, ECOC 2011 Technical Digest, Th.12.A.3. (2011)

マルチキャスト配信では、送信する距離などにより必要な信号光強度が異なる。信号光の強度を有効に活用するためには、必要なだけの光を各送信先に割り振ることが重要となる。また、受信者の変更や伝送網の状況が変化した際には、それに合わせて分岐比を変化させることが出来ることが求められる。しかしながら、従来のようなスプリッタでは、分岐比を可変にすることが困難となる。   In multicast distribution, the required signal light intensity differs depending on the transmission distance. In order to effectively use the intensity of signal light, it is important to allocate as much light as necessary to each transmission destination. Further, when the receiver is changed or the state of the transmission network is changed, it is required that the branching ratio can be changed accordingly. However, with a conventional splitter, it is difficult to make the branching ratio variable.

本発明は上記従来の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、信号光の分岐比を可変とすることにより、受信者の変更や伝送網の状況が変化した際には、それに合わせて分岐比を設定することができる光入出力装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the problem of the present invention is that when the change of the receiver or the state of the transmission network is changed by changing the branching ratio of the signal light, An object of the present invention is to provide an optical input / output device capable of setting a branching ratio accordingly.

上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、信号光の入出力を行う、1チャンネルの第1のポートおよび複数チャンネルの第2のポートと、マトリックス状に平面配列された複数の画素を有し、前記第1のポートから入力された信号光に対して、画素位置に応じて設定された位相値に基づいた位相変化量を前記各画素で与えて空間位相変調することにより光を偏向する位相変調素子と、前記第2のポートの複数のチャンネルのうちの2つ以上の所望のチャンネルに前記信号光が光結合するように前記位相変調素子の各画素に設定する位相パタンを生成するパタン生成部と、前記生成した位相パタンを前記位相変調素子の各画素の駆動信号に変換して、該駆動信号に従い前記位相変調素子の画素を駆動する駆動部とを備え、前記パタン生成部は、前記第2のポートの前記信号光を光結合する2つ以上のチャンネルの位置に基づいて2つ以上の周期性位相パタンを決定し、該決定した2つ以上の周期性位相パタンを重畳することにより前記位相変調素子の各画素に設定する前記位相パタンを生成することを特徴とする光入出力装置である。   In order to solve the above-described problem, the invention described in one embodiment is arranged in a matrix form with a first port of one channel and a second port of a plurality of channels for inputting and outputting signal light. A plurality of pixels, and the phase shift amount based on the phase value set according to the pixel position is given to each pixel with respect to the signal light input from the first port, and spatial phase modulation is performed. And a phase to be set for each pixel of the phase modulation element so that the signal light is optically coupled to two or more desired channels among the plurality of channels of the second port. A pattern generation unit that generates a pattern; and a drive unit that converts the generated phase pattern into a drive signal for each pixel of the phase modulation element and drives the pixel of the phase modulation element according to the drive signal, The pattern generator determines two or more periodic phase patterns based on the positions of two or more channels that optically couple the signal light of the second port, and the determined two or more periodic phases An optical input / output device that generates the phase pattern set in each pixel of the phase modulation element by superimposing a pattern.

第1の実施形態の入出力装置についてx軸方向から見た概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure which looked at the input / output device of 1st Embodiment from the x-axis direction. 位相変調素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a phase modulation element. 基準となる出力ポートに光を結合させるための位相パタンの例と、その位相パタンでの反射型の位相変調素子からの回折の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the phase pattern for making light couple | bond with the output port used as a reference | standard, and the example of the diffraction from the reflection type phase modulation element in the phase pattern. (a)は単一の周期性位相パタンによる偏向特性の例を示す図であり(b)は2つの周期性位相パタンを重畳した場合の偏向特性の例を示す図である。(A) is a figure which shows the example of the deflection characteristic by a single periodic phase pattern, (b) is a figure which shows the example of the deflection characteristic at the time of superimposing two periodic phase patterns. (a)は複数の領域毎に異なる位相パタンを設定した位相変調素子の例と、(b)、(c)はそれぞれの領域における周期性位相パタンと位相変化の例を示す図である。(A) is an example of a phase modulation element in which different phase patterns are set for each of a plurality of regions, and (b) and (c) are diagrams showing examples of periodic phase patterns and phase changes in the respective regions. 第2の実施形態の入出力装置についてx軸方向から見た概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure seen from the x-axis direction about the input / output device of 2nd Embodiment. 波長選択制のある光学構成の場合の位相変調素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the phase modulation element in the case of the optical structure with wavelength selection system. 第3の実施形態の入出力装置についてx軸方向から見た概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure seen from the x-axis direction about the input / output device of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の入出力装置についてx軸方向から見た概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure seen from the x-axis direction about the input / output device of 4th Embodiment.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
[光入出力装置の構成]
まず、本実施形態の光入出力装置について説明する。図1は、第1の実施形態の入出力装置についてx軸方向から見た概略構成を示す図である。図1に示す例では、信号光を入出力するポートが配列する方向をy軸、信号光が伝搬する方向をz軸としている。入力光(信号光)は光ファイバ11を介して空間に出射され、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(位相変調器)14によって位相変調素子14への入射位置に応じた位相変化を与えられた後反射され、再び光学素子13を経由して、コリメートレンズ12、15−1〜15−nおよび光ファイバ11、16−1〜16−nへ入力される。信号光は、位相変調素子14に設定された位相パタンに応じて光学素子13に反射して出力する位置および強度が選択され、複数の光ファイバ16−1〜16−nのうちの所定の光ファイバ16mから任意の強度で出力される。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
[Configuration of optical input / output device]
First, the optical input / output device of this embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of the input / output device according to the first embodiment viewed from the x-axis direction. In the example shown in FIG. 1, the direction in which the ports for inputting and outputting signal light are arranged is the y axis, and the direction in which the signal light propagates is the z axis. The input light (signal light) is emitted to the 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 (phase modulator) 14 after being subjected to a phase change corresponding to the incident position on the phase modulation element 14, and then reflected again via the optical element 13. 12, 15-1 to 15-n and optical fibers 11, 16-1 to 16-n. The position and intensity of the signal light reflected and output to the optical element 13 according to the phase pattern set in the phase modulation element 14 are selected, and predetermined light of the plurality of optical fibers 16-1 to 16-n is selected. It is output at an arbitrary intensity from the fiber 16m.

本実施形態の光入出力装置では、光ファイバ11とコリメートレンズ12と光学素子13とで構成される経路(チャンネル)が第1のポートを形成し、光学素子13とコリメートレンズ12、15−1〜15−nと、光ファイバ11、16−1〜16−nとで構成される経路(チャンネル)が第2のポートを形成する。すなわち、第1のポートは1つのチャンネルで構成されているのに対し、第2のポートは複数のチャンネルで構成されている。   In the optical input / output device of this embodiment, a path (channel) constituted by the optical fiber 11, the collimating lens 12, and the optical element 13 forms a first port, and the optical element 13 and the collimating lenses 12, 15-1 are formed. -15-n and a path (channel) constituted by the optical fibers 11 and 16-1 to 16-n form a second port. That is, the first port is composed of one channel, while the second port is composed of a plurality of channels.

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、回折格子などを用いることができる。光学素子13としては、光ファイバ11、コリメートレンズ12を介して光学素子13に入力された光の、y軸上の位置により位相変調素子14に入射する際の角度が変化するように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、凹面ミラー、回折格子などを用いることができる。   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, a diffraction grating, or the like is used. Can do. As the optical element 13, means for converting the light input to the optical element 13 via the optical fiber 11 and the collimating lens 12 so that the angle when entering the phase modulation element 14 changes depending on the position on the y-axis. For example, a lens, a prism, a concave mirror, a diffraction grating, or the like can be used.

[位相変調器の構成]
次に、この光入出力装置で用いられる位相変調素子14について詳細に説明する。図2は、反射型の位相変調素子をz軸方向から見た場合の構成(光照射領域)を示す図である。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p×q個の各画素において光の位相を独立に制御可能とされた多数の画素41−11〜41−pqと、各画素の位相を制御するドライバ素子42と、裏面に反射部43とを具備する。上記の光入出力装置において、位相変調素子に光を入射した場合の光照射領域は図2に示す領域Rのようになる。領域R内の各画素41−11〜41−pqに特定の位相パタンを与えることによって出射光(信号光)の波面を制御し、出射光の進行方向及びその方向の光パワーの制御を行うことが出来る。
[Configuration of phase modulator]
Next, the phase modulation element 14 used in this optical input / output device will be described in detail. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration (light irradiation region) when the reflective phase modulation element is viewed from the z-axis direction. The phase modulation element 14 includes a large number of pixels 41-11 to 41-pq in which the phase of light can be independently controlled in each of p × q pixels arranged in a matrix on the xy plane, and the phase of each pixel. A driver element 42 for controlling the light source and a reflecting portion 43 on the back surface. In the above optical input / output device, the light irradiation region when light is incident on the phase modulation element is the region R shown in FIG. The wavefront of the emitted light (signal light) is controlled by giving a specific phase pattern to each of the pixels 41-11 to 41-pq in the region R, and the traveling direction of the emitted light and the optical power in that direction are controlled. I can do it.

位相変調素子14は、例えばLCOS(Liquid Crystal On Silicon)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ることにより出射する光の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。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。位相変調素子14は、MEMS(MicroElectro Mechanical System)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 element 14 can be realized by using, for example, LCOS (Liquid Crystal On Silicon). In this device, the orientation direction of the liquid crystal material can be controlled by the voltage applied to the driver electrode, and the phase of the emitted light can be controlled by changing the refractive index of the liquid crystal felt by the input signal. is there. A reflective phase modulator can be realized by using the front electrode as a transparent electrode and the back electrode as a reflective electrode. Instead of the liquid crystal material, a material exhibiting an electro-optic effect may be used. The phase modulation element 14 can also be realized by using a MEMS (Micro Electro Mechanical System) 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.

本実施形態の入出力装置では、図示されていないが、ドライバ素子42に接続された位相パタン生成手段が設けられている。位相パタン生成手段が第2のポートの所望のチャンネルに信号光が光結合するような位相パタンを生成し、ドライバ素子42がこの生成した位相パタンを駆動信号に変換して、変換した駆動信号に基づいて位相変調素子14の各画素を駆動することにより、第2のポートの所望のチャンネルに光結合することができる。位相パタン生成手段における位相パタンの生成手法について以下に述べる。   In the input / output device of the present embodiment, although not shown, phase pattern generation means connected to the driver element 42 is provided. The phase pattern generating means generates a phase pattern in which the signal light is optically coupled to a desired channel of the second port, and the driver element 42 converts the generated phase pattern into a drive signal, and converts it into the converted drive signal. Based on this, by driving each pixel of the phase modulation element 14, it is possible to optically couple to a desired channel of the second port. A method for generating a phase pattern in the phase pattern generating means will be described below.

[位相パタンの生成方法]
位相変調素子によって、第2の出力ポートの複数のチャンネルのうちの所望のチャンネルを選択して信号光の光結合をする位相パタンの生成方法について説明する。まず、基準となる1つのチャンネル(基準チャンネル)を選択する手法について説明する。図3は、基準となる1つのチャンネルに光を結合させるための位相パタンの例と、反射型の位相変調素子からの回折の例を示す図である。チャンネルの選択は、例えば位相変調素子に入射される光の回折角を制御することによって行われる。設定する位相を図3のようにのこぎり形状51にすることで、図3のように位相変調素子からの出射波の回折角を制御可能である。ここで、回折角度θ、すなわち位相変調素子の法線方向に対する出射光のなす角度θは、
sinθin十sinθo=m・λ/Λ 式(1)
で与えられる。ただし、式(1)においてθinは位相変調素子の法線方向に対する入射光のなす角度、mは回折次数、λは入射光の波長、Λは位相パタンの1周期の長さとする。
[Phase pattern generation method]
A method of generating a phase pattern in which a desired channel is selected from a plurality of channels of the second output port and optical coupling of signal light is performed by the phase modulation element will be described. First, a method for selecting one reference channel (reference channel) will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a phase pattern for coupling light to one reference channel and an example of diffraction from a reflective phase modulation element. The channel is selected by controlling the diffraction angle of light incident on the phase modulation element, for example. By setting the phase to be set to the saw shape 51 as shown in FIG. 3, the diffraction angle of the outgoing wave from the phase modulation element can be controlled as shown in FIG. Here, the diffraction angle θ 0 , that is, the angle θ 0 formed by the emitted light with respect to the normal direction of the phase modulation element is:
sin θin plus sin θo = m · λ / Λ Equation (1)
Given in. In equation (1), θin is the angle formed by the incident light with respect to the normal direction of the phase modulation element, m is the diffraction order, λ is the wavelength of the incident light, and Λ is the length of one period of the phase pattern.

ここで、位相変調を受けた際の光の波面を考える。簡単のため、θin=0で考える。
上記のような位相変調を受けた場合には、位相変調素子に入射した光に、式(2)のような線形の位相シフトが空間的に与えられる。
Here, consider the wavefront of light when subjected to phase modulation. For simplicity, consider θin = 0.
When receiving the phase modulation as described above, a linear phase shift as shown in the equation (2) is spatially given to the light incident on the phase modulation element.

Figure 0006317216
Figure 0006317216

これにより波面が傾き、光が偏向される。 This tilts the wavefront and deflects the light.

基準チャンネルの位置に基づいて出射光のなすべき角度θを決めて上記式(1)を満たす周期Λの周期性位相パタンを決定し、決定した周期Λの位相パタンを位相変調素子に与えるよう設定することによって、第2のポートの基準チャンネルに光結合することができる。基準チャンネルに光結合が得られるように、Λを変化させてθoを調整してもよい。 Based on the position of the reference channel, the angle θ 0 to be emitted is determined to determine the periodic phase pattern of the period Λ that satisfies the above formula (1), and the phase pattern of the determined period Λ is given to the phase modulation element. By setting, it is possible to optically couple to the reference channel of the second port. Θo may be adjusted by changing Λ so that optical coupling is obtained in the reference channel.

また、上記式(1)を満たすθoの位置に第2のポートの基準チャンネルを配置することで基準チャンネルに出力する構成としてもよい。実際のチャンネルの配置は、式(1)に応じて設定されればよく、上記式(1)により決定される位置よりも多少のズレがあってもよい。ズレがある場合、上記位置からのズレが多いほどアッテネーション量が増加することになる。   Further, a configuration may be adopted in which the reference channel of the second port is arranged at the position of θo that satisfies the above formula (1), and output to the reference channel. The actual channel arrangement may be set according to the equation (1), and there may be a slight deviation from the position determined by the equation (1). When there is a deviation, the amount of attenuation increases as the deviation from the position increases.

次に、第2のポートの基準チャンネル以外のチャンネルを選択して信号光の光結合をする手法を説明する。上記式(1)を用いて第2のポートの基準チャンネルの位置に基づいて決定された基準となる周期Λの周期性位相パタンに対し、異なる周期wの周期性位相パタンを重畳させた位相パタンを設定することにより、複数のチャンネルに信号光を光結合する。基準となる周期Λの周期性位相パタンも異なる周期wの周期性位相パタンも共にのこぎり波である場合を例に挙げて説明する。   Next, a method for optically coupling signal lights by selecting a channel other than the reference channel of the second port will be described. A phase pattern obtained by superimposing a periodic phase pattern having a different period w on a periodic phase pattern having a reference period Λ determined based on the position of the reference channel of the second port using the above equation (1). By setting, signal light is optically coupled to a plurality of channels. A case where both the periodic phase pattern of the reference period Λ and the periodic phase pattern of different periods w are sawtooth waves will be described as an example.

第2のポートの基準チャンネルへの光結合が得られるような位相パタンは、例えば、図4(a)の上段に示すようなのこぎり形状の周期性位相パタン61であり、のこぎり波は周期がΛ、振幅が2πである。この位相パタンのみが存在する場合、図4(a)の下段に示すように出力ポート方向θoへのみ光が出射する。この周期性位相パタンに対して、図4(b)の上段に示すように、重畳するのこぎり波の1周期中の位相φが
φ=k×y%w 式(3)
(%は剰余演算子を表す)
となるような周期性位相パタン62を重畳すると、図4(b)の下段に示すようにθsの角度方向にピーク64が現れ、ピーク63の光パワーを分配することが出来る。ここで、wは重畳する周期性位相パタンの1周期の長さ、kは定数とすると、光結合が得られる位置への出射角θsは、次式(4)で表すことが出来る。
θs=θo+arcsin (m・λ/w) 式(4)
mは回折の次数であり、整数である。ここで、Δθs=θs−θoと定義する。式(4)において第2のポートのチャンネルが配置されている角度方向にθsがあうようにwを選ぶことにより、1入力に対してθs方向、θo方向に配置されたチャンネルそれぞれに信号光を光結合することが可能となる。言い換えると、式(4)より、θoを基準にとれば、Δθs=arcsin(m・λ/w)の位置に出力ポートを配置することで所定のチャンネルに光結合することができる。実際のチャンネルの配置は、式(4)に応じて設定されればよく、上記式(4)により決定される位置よりも多少のズレがあってもよい。ズレがある場合、上記位置からのズレが多いほどアッテネーション量が増加することになる。
The phase pattern that provides optical coupling to the reference channel of the second port is, for example, a sawtooth-shaped periodic phase pattern 61 as shown in the upper part of FIG. 4A, and the sawtooth wave has a period of Λ. , The amplitude is 2π. When only this phase pattern exists, light is emitted only in the output port direction θo as shown in the lower part of FIG. With respect to this periodic phase pattern, as shown in the upper part of FIG. 4B, the phase φ in one cycle of the superposed sawtooth wave is φ = k × y% w Equation (3)
(% Represents the remainder operator)
When the periodic phase pattern 62 is superposed, a peak 64 appears in the angle direction θs as shown in the lower part of FIG. 4B, and the optical power of the peak 63 can be distributed. Here, when w is the length of one period of the periodic phase pattern to be superimposed and k is a constant, the emission angle θs to the position where optical coupling is obtained can be expressed by the following equation (4).
θs = θo + arcsin (m · λ / w) Equation (4)
m is the order of diffraction and is an integer. Here, it is defined as Δθs = θs−θo. In Expression (4), by selecting w so that θs is in the angular direction in which the channel of the second port is arranged, signal light is transmitted to each of the channels arranged in the θs direction and θo direction with respect to one input. Optical coupling is possible. In other words, from the equation (4), if θo is taken as a reference, it is possible to optically couple to a predetermined channel by arranging the output port at the position of Δθs = arcsin (m · λ / w). The actual channel arrangement may be set according to the equation (4), and there may be a slight deviation from the position determined by the equation (4). When there is a deviation, the amount of attenuation increases as the deviation from the position increases.

上記式(4)は、位相変調素子による位相シフトを示す式を周波数展開することでも導くことができる。ここで、位相変調を受けた際の光の波面を考える。上記のような位相変調を受けた場合には、位相変調素子に入射した光に、式(5)のような位相シフトが空間的に与えられる。   The above equation (4) can also be derived by frequency expansion of an equation showing a phase shift by the phase modulation element. Here, consider the wavefront of light when subjected to phase modulation. When the phase modulation as described above is performed, a phase shift as shown in Expression (5) is spatially given to the light incident on the phase modulation element.

Figure 0006317216
Figure 0006317216

ここで、Jmは強度比を示す係数である。式(5)より、傾きθoの角度の他に、式(4)で表される角度θsに光が回折される。   Here, Jm is a coefficient indicating the intensity ratio. From equation (5), light is diffracted to an angle θs represented by equation (4) in addition to the angle of inclination θo.

なお、第2のポートのチャンネルのy軸方向(ポートの並列方向)の大きさによって決まる最大値θmaxと最小値θminによって、wの下限値を決定することができる。wの範囲は第2のポートのチャンネルが配置されている角度θsと角度θoとのなす角Δθsが最大値θmaxと最小値θminの範囲内になるように設計される。θoがθmin〜θmaxの範囲内にある場合、θsがθmin〜θmaxに入る条件は|arcsin(m・λ/w)|<θmax−θminである。mは整数のため、常に|arcsin(m・λ/w)|≧|arcsin(λ/w)|であり、第2のポートの複数のチャンネルに光結合させるために重畳させる周期性位相パタンの周期wは、w>λ/sin(θmax−θmin)の範囲内になる。   Note that the lower limit value of w can be determined by the maximum value θmax and the minimum value θmin determined by the size of the channel of the second port in the y-axis direction (port parallel direction). The range of w is designed so that the angle Δθs formed by the angle θs at which the channel of the second port is disposed and the angle θo is within the range of the maximum value θmax and the minimum value θmin. When θo is in the range of θmin to θmax, the condition for θs to enter θmin to θmax is | arcsin (m · λ / w) | <θmax−θmin. Since m is an integer, | arcsin (m · λ / w) | ≧ | arcsin (λ / w) | is always satisfied, and the periodic phase pattern superimposed for optical coupling to the plurality of channels of the second port The period w falls within the range of w> λ / sin (θmax−θmin).

また、式(3)は、さらに任意の定数bを用いて位相φを
φ=k×(y%w)+b 式(6)
と表すことにより、初期位相を含んだ形式で書き換えることができる。したがって、式(3)により決定した基準の周期Λを有する周期性位相パタンに式(6)により決定した追加する周期wを有する周期性位相パタンを重畳したうえに、更に異なる周期wを持つ1周期中の位相φが、
φ=k×(y%w)+b 式(7)
で表される周期性位相パタンを重畳して生成した位相パタンを設定することにより
θs2=θ+arcsin(m×λ/w) 式(8)
の角度方向に配置されたチャンネルにも、更に光結合させることが可能となり、3ポートへの同時出力が可能となる。同様に、互いに異なる周期を持った4つ以上の周期性位相パタンを重畳することにより4ポート以上への同時出力が可能である。すなわち、上記のとおり信号光を光結合したいチャンネルの位置に基づいて周期性位相パタンの周期を決定し、この決定した互いに異なる周期の複数の周期性位相パタンを重畳して位相変調素子に設定する位相パタンを生成すればよい。
Further, the expression (3) further uses an arbitrary constant b to change the phase φ to φ = k × (y% w) + b (6)
Can be rewritten in a form including the initial phase. Therefore, the periodic phase pattern having the additional period w 1 determined by the equation (6) is superimposed on the periodic phase pattern having the reference cycle Λ determined by the equation (3), and a further different cycle w 2 is set. The phase φ 2 in one cycle is
φ 2 = k 2 × (y% w 2 ) + b 2 formula (7)
By setting the phase pattern generated by superimposing the periodic phase pattern represented by: θ s2 = θ o + arcsin (m × λ / w 2 ) Equation (8)
Further, it is possible to further optically couple the channels arranged in the angle direction, and simultaneous output to three ports is possible. Similarly, simultaneous output to four or more ports is possible by superimposing four or more periodic phase patterns having different periods. That is, as described above, the period of the periodic phase pattern is determined based on the position of the channel where the signal light is to be optically coupled, and a plurality of periodic phase patterns having different periods are superimposed and set in the phase modulation element. A phase pattern may be generated.

なお周期性位相パタンはのこぎり波だけでなく、正弦波、矩形波のいずれか、あるいはこれらを組み合わせた波形でもよい。また重畳する周期性位相パタンごとに波形が異なっていてもよい。   Note that the periodic phase pattern is not limited to a sawtooth wave, and may be a sine wave, a rectangular wave, or a combination of these. Further, the waveform may be different for each periodic phase pattern to be superimposed.

[出力光強度比の調整]
次に第2のポートの複数のチャンネルに結合させた際の、出力強度比を調整する手法について説明する。
[Adjusting the output light intensity ratio]
Next, a method for adjusting the output intensity ratio when coupled to a plurality of channels of the second port will be described.

式(4)のk、および式(7)のkを変化させて重畳する周期性位相パタンの振幅を制御することで、基準となる周期性位相パタンによる出射方向の光パワーと重畳した周期性位相パタンによる出射方向の光パワーの比を制御することが可能である。すなわち、第2のポートのチャンネル毎の分岐比を設定することが可能となる。これは、3つ以上の周期性位相パタンを重畳する場合にも同様に第2のポートのチャンネル毎の分岐比を設定できる。 K, and the period by controlling the amplitude of the periodic phase pattern, which overlaps with the optical power of the emission direction by serving as a reference periodic phase pattern k 2 is changed to overlap with the formula (7) in equation (4) It is possible to control the ratio of the optical power in the emission direction by the characteristic phase pattern. That is, it is possible to set the branching ratio for each channel of the second port. In the case where three or more periodic phase patterns are superimposed, the branch ratio for each channel of the second port can be set similarly.

また、位相変調素子14を複数の領域に分け、各領域に異なる周期の周期性位相パタンを設定することで第2のポートの複数のチャンネルへ出力することが可能である。図5では、領域AにΛ1の周期を持つ周期性位相パタンを、領域BにΛ2の周期を持つ周期性位相パタンを設定することで、(式9)、(式10)で決まるθo1とθo2に同時に光を回折する。
sinθin十sinθo1 =m・λ/Λ1 式(9)
sinθin十sinθo1 =m・λ/Λ2 式(10)
Further, by dividing the phase modulation element 14 into a plurality of regions and setting periodic phase patterns with different periods in each region, it is possible to output to a plurality of channels of the second port. In FIG. 5, by setting a periodic phase pattern having a period of Λ1 in region A and a periodic phase pattern having a period of Λ2 in region B, θ o1 determined by (Expression 9) and (Expression 10) At the same time, light is diffracted to θ o2 .
sin θin plus sin θo1 = m · λ / Λ1 Formula (9)
sin θin plus sin θo1 = m · λ / Λ2 Equation (10)

図5の領域Aと領域Bそれぞれの広さと位置を変更することにより、θo1とθo2それぞれに回折される光の強度を調整可能である。同じ広さであれば、光強度の強い位置に存在するほどその領域に応じた回折光が強くなり、光強度が同じであれば、範囲が広いほどその領域に応じた回折光が強くなる。 The intensity of light diffracted by θ o1 and θ o2 can be adjusted by changing the width and position of each of the regions A and B in FIG. If the width is the same, the diffracted light corresponding to the region becomes stronger as the light intensity is higher, and if the light intensity is the same, the diffracted light corresponding to the region becomes stronger as the range is larger.

本実施形態の光入出力装置によれば、複数の周期性位相パタンを重畳することで、その周期に対応した方向へ光パワーを分配して複数チャンネルへの信号光の出力が可能になる。また、重畳する周期性位相パタンの振幅を制御することにより、高精度な光強度の制御を行うことができる。   According to the optical input / output device of this embodiment, by superimposing a plurality of periodic phase patterns, it is possible to output optical power to a plurality of channels by distributing optical power in a direction corresponding to the period. In addition, the light intensity can be controlled with high accuracy by controlling the amplitude of the periodic phase pattern to be superimposed.

以上説明したとおりに位相変調素子14を設定することによって、第1のポートから信号光を入力すると、第2のポートの複数のチャンネルのうちの所定のチャンネルに光結合して出力することができるが、信号光の入力と出力の方向を入れ替えてもよい。すなわち、第2のポートの複数のチャンネルのうちの所定のチャンネルから信号光を入力すると、第1のポートに光結合して出力される。第2のポートから信号光を入力する場合は、互いに異なる出力チャネルからの信号光は、互いの信号光が干渉しないように互いに時間をずらして入力すればよい。信号光信号光を第2のポートから入力して第1のポートへ光結合する際の入力チャネルごとの第1のポートへの結合率の比は、光を分割する際の分岐比と同じである。   By setting the phase modulation element 14 as described above, when signal light is input from the first port, it can be optically coupled to a predetermined channel among the plurality of channels of the second port and output. However, the input and output directions of signal light may be interchanged. That is, when signal light is input from a predetermined channel among a plurality of channels of the second port, it is optically coupled to the first port and output. When signal light is input from the second port, signal light from different output channels may be input with a time shift so as not to interfere with each other. The ratio of the coupling ratio to the first port for each input channel when the signal light signal light is input from the second port and optically coupled to the first port is the same as the branching ratio when the light is divided. is there.

(第2の実施形態)
図6は、第2の実施形態の入出力装置についてx軸方向から見た概略構成を示す図である。この実施形態では、コリメートレンズ12から位相変調素子14の間に波長分散素子17を配置した点で第1の実施形態とは異なっている。第1の実施形態の入出力装置と異なる部分のみ説明する。波長分散素子17は、コリメートレンズ12、15−1〜15−nと光学素子13との間か、または光学素子13と位相変調素子14との間かのいずれの位置に配置してもよい。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of the input / output device according to the second embodiment viewed from the x-axis direction. This embodiment is different from the first embodiment in that a wavelength dispersion element 17 is disposed between the collimating lens 12 and the phase modulation element 14. Only parts different from the input / output device of the first embodiment will be described. The wavelength dispersion element 17 may be disposed at any position between the collimating lenses 12, 15-1 to 15-n and the optical element 13, or between the optical element 13 and the phase modulation element 14.

この実施形態では、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)光を用いることができる。図6に示す例では、コリメートレンズ12、15−1〜15−n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が異なるようにし、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いる。波長分散素子17は紙面垂直方向に回折性能を有しており、入力光の波長により位相変調素子14の紙面垂直方向に異なる位置に光を照射してもよい。   In this embodiment, for example, WDM (Wavelength Division Multiplexing) light that bundles wavelengths λp to λq can be used as the input signal light. In the example shown in FIG. 6, the wavelength dispersion element 17 is arranged between the collimating lenses 12, 15-1 to 15-n and the optical element 13 so that the condensing position is different for each wavelength, and the output port is different for each wavelength. And light intensity can be selected. The wavelength dispersion element 17 has diffraction performance in the direction perpendicular to the paper surface, and may irradiate light at a position different in the direction perpendicular to the paper surface of the phase modulation element 14 depending on the wavelength of the input light.

この実施形態で用いる位相変調素子14は、図7に示すように、複数の領域ごとに、位相パタンを独立に制御する構成とすることができる。すなわち本実施形態の位相変調素子14では波長チャネルに分解した光照射領域が形成される。また、入射光をWDM信号とし、回折格子でx軸方向(例えば図6の紙面垂直方向)に分散させる場合、その入射領域は、図7に示すように波長チャンネル毎に異なり、x軸方向に並列した領域Rl〜Rnのようになる。この場合、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、出力光強度を設定可能である。   As shown in FIG. 7, the phase modulation element 14 used in this embodiment can be configured to independently control the phase pattern for each of a plurality of regions. That is, in the phase modulation element 14 of the present embodiment, a light irradiation region decomposed into wavelength channels is formed. In addition, when incident light is converted into a WDM signal and dispersed in the x-axis direction (for example, the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 6) by a diffraction grating, the incident area differs for each wavelength channel as shown in FIG. The parallel regions R1 to Rn are obtained. 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.

本実施形態では波長選択性を持つ光学構成であるので、異なる波長の信号は位相変調素子14上の異なる領域に照射される。そのため、これらの領域ごとに異なる周期性位相パタンを重畳して生成した位相パタンを設定することにより、波長ごとに異なる出力ポートや光強度を選択可能となる。   In this embodiment, since the optical configuration has wavelength selectivity, signals of different wavelengths are irradiated to different regions on the phase modulation element 14. Therefore, by setting a phase pattern generated by superimposing different periodic phase patterns for each region, it is possible to select different output ports and light intensities for each wavelength.

(第3の実施形態)
図8は、第3の実施形態の入出力装置についてx軸方向から見た概略構成を示す図である。第1の実施形態では、反射型の位相変調素子を用いていたが、この実施形態では、透過型の位相変調素子を用いて光入出力装置を構成している。図8は、x軸方向から見た透過型位相変調素子を用いた光入出力装置の構成例を示すものである。第3の実施形態の入出力装置について第1の実施形態の入出力装置と異なる部分のみ説明する。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of the input / output device of the third embodiment viewed from the x-axis direction. In the first embodiment, a reflection type phase modulation element is used, but in this embodiment, an optical input / output device is configured using a transmission type phase modulation element. FIG. 8 shows a configuration example of an optical input / output device using a transmissive phase modulation element as viewed from the x-axis direction. Only the parts of the input / output device of the third embodiment different from those of the input / output device of the first embodiment will be described.

本実施形態の光入出力装置では、図8に示すように、入力側から、光ファイバ21と、コリメートレンズ22と、光学素子23と、位相変調素子24と、光学素子25と、コリメートレンズ26−1〜26−nと、光ファイバ27−1〜27−nとが配置されて構成されている。   In the optical input / output device of this embodiment, as shown in FIG. 8, the optical fiber 21, the collimating lens 22, the optical element 23, the phase modulation element 24, the optical element 25, and the collimating lens 26 are arranged from the input side. -1 to 26-n and optical fibers 27-1 to 27-n are arranged.

位相変調素子24は、反射型の位相変調素子で構成されている。すなわち、第1の実施形態の位相変調素子14とは異なり、ドライバ素子42の裏面に反射部43が設けられていないため、光ファイバ21側から入射された光は、位相変化を与えられた後、光ファイバ27−1〜27−n側に透過する。位相変調素子24には、第1の実施形態の位相変調素子14と同様に表面および裏面には電極が設けられているが、位相変調素子24では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。反射型である位相変調素子14では、上述したとおり、位相変調素子14に入射した光が、入射面における法線方向に対して所定の角度(θ、θs)で出射されていたが、透過型である位相変調素子24では、位相変調素子24に入射した光が、入射面とは反対の面における法線方向に対して所定の角度(θ、θs)で出射される点が異なるが、それ以外は反射型の位相変調素子14と同様に機能する。 The phase modulation element 24 is configured by a reflection type phase modulation element. That is, unlike the phase modulation element 14 of the first embodiment, since the reflection part 43 is not provided on the back surface of the driver element 42, the light incident from the optical fiber 21 side is subjected to a phase change. The light passes through the optical fibers 27-1 to 27-n. As with the phase modulation element 14 of the first embodiment, the phase modulation element 24 is provided with electrodes on the front and back surfaces. In the phase modulation element 24, both the front and back electrodes are transparent electrodes. Thus, a transmissive phase modulator can be realized. In the reflection-type phase modulation element 14, as described above, the light incident on the phase modulation element 14 is emitted at a predetermined angle (θ 0 , θs) with respect to the normal direction on the incident surface. The phase modulation element 24 that is a type differs in that light incident on the phase modulation element 24 is emitted at a predetermined angle (θ 0 , θs) with respect to the normal direction on the surface opposite to the incident surface. Other than that, it functions similarly to the reflection type phase modulation element 14.

図8の構成では、図示左手の1本の光ファイバ21からの入力光が、出力されるチャンネルおよび出力光強度が調整された後、図示右手の複数の光ファイバ27−1・・・27−nのうちの所定のものに出力される。入力光は光ファイバ21を介して空間に出射され、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によってその入射位置に応じた位相変化が与えられた後、第2の光学素子25へと透過する。位相変調素子24を透過した光は、コリメートレンズアレイ26−1〜26−nを介して、光ファイバ27−1〜27−nへ接続する。信号光は、位相変調素子24の各素子へ与えられた位相パタンによって第2の光学素子25に接続する出力ポート及び光強度が選択されることにより、複数の光ファイバ光ファイバ27−1〜27−nのうちの所定の光ファイバ27mから任意の強度で出力される。   In the configuration of FIG. 8, after the channel and the output light intensity of the input light from one optical fiber 21 shown in the left hand are adjusted, the plurality of optical fibers 27-1. Output to a predetermined one of n. The input light is emitted to the space via the optical fiber 21 and is incident on the first optical element 23 via the collimator lens 22. The light emitted from the first optical element 23 is transmitted by the phase modulation element 24 to the second optical element 25 after a phase change corresponding to the incident position is given. The light transmitted through the phase modulation element 24 is connected to the optical fibers 27-1 to 27-n via the collimating lens arrays 26-1 to 26-n. The signal light is selected from the output port connected to the second optical element 25 and the light intensity according to the phase pattern given to each element of the phase modulation element 24, whereby a plurality of optical fiber optical fibers 27-1 to 27-27. -N is output at an arbitrary intensity from a predetermined optical fiber 27m.

以上説明したとおりに位相変調素子24を設定することによって、第1のポートから信号光を入力すると、第2のポートの複数のチャンネルのうちの所定のチャンネルに光結合して出力することができるが、信号光の入力と出力の方向を入れ替えてもよい。すなわち、第2のポートの複数のチャンネルのうちの所定のチャンネルから信号光を入力すると、第1のポートに光結合して出力される。出力ポートから信号光を入力する場合は、互いに異なる出力チャネルからの信号光は、互いの信号光が干渉しないように互いに時間をずらして入力すればよい。信号光を第2のポートから入力して第1のポートへ光結合する際の入力チャネルごとの第1のポートへの結合率の比は、光を分割する際の分岐比と同じである。   By setting the phase modulation element 24 as described above, when signal light is input from the first port, it can be optically coupled to a predetermined channel among the plurality of channels of the second port and output. However, the input and output directions of signal light may be interchanged. That is, when signal light is input from a predetermined channel among a plurality of channels of the second port, it is optically coupled to the first port and output. When signal light is input from the output port, signal light from different output channels may be input with a time shift so as not to interfere with each other. The ratio of the coupling ratio to the first port for each input channel when the signal light is input from the second port and optically coupled to the first port is the same as the branching ratio when the light is divided.

(第4の実施形態)
図9は、第4の実施形態の入出力装置についてx軸方向から見た概略構成を示す図である。この実施形態では、コリメートレンズ22から位相変調素子24の間および位相変調素子24からコリメートレンズ26−1〜26−nの間に波長分散素子28、29を配置した点で第3の実施形態とは異なっている。第4の実施形態の入出力装置について第3の実施形態の入出力装置と異なる部分のみ説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration of the input / output device of the fourth embodiment viewed from the x-axis direction. This embodiment is different from the third embodiment in that the wavelength dispersion elements 28 and 29 are disposed between the collimating lens 22 and the phase modulation element 24 and between the phase modulation element 24 and the collimation lenses 26-1 to 26-n. Is different. Only the parts of the input / output device of the fourth embodiment different from those of the input / output device of the third embodiment will be described.

この実施形態でも第2の実施形態と同様に、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)光を用いることができる。図9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26−1〜26−n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することができる。図9では、波長分散素子は紙面垂直方向に回折性能を有しており、入力光の波長により位相変調素子14の紙面垂直方向に異なる位置に光を照射している。波長分散素子28、29は光学素子23と位相変調素子24の間、および位相変調素子24と光学素子25の間に配置してもよい。   In this embodiment as well, as in the second embodiment, WDM (Wavelength Division Multiplexing) light that bundles wavelengths λp to λq can be used as the input signal light. As shown in FIG. 9, a wavelength dispersion element 28 is disposed between the collimating lens 22 and the optical element 23, and a wavelength dispersion element 29 is disposed between the collimating lenses 26-1 to 26-n and the optical element 25. It is possible to select a different output port and light intensity for each wavelength by making the condensing position different for each wavelength. In FIG. 9, the wavelength dispersion element has diffraction performance in the direction perpendicular to the paper surface, and irradiates light at different positions in the direction perpendicular to the paper surface of the phase modulation element 14 depending on the wavelength of the input light. The wavelength dispersion elements 28 and 29 may be disposed between the optical element 23 and the phase modulation element 24 and between the phase modulation element 24 and the optical element 25.

11、16−1〜16−n 光ファイバ
12、15−1〜15−n コリメートレンズ
13 光学素子
14 位相変調素子
17 波長分散素子
21、27−1〜27−n 光ファイバ
22、26−1〜26−n コリメートレンズ
23、25 光学素子
24 位相変調素子
28、29 波長分散素子
41−11〜41−pq 画素
42 ドライバ素子
43 反射部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 16-1 to 16-n Optical fiber 12, 15-1 to 15-n Collimating lens 13 Optical element 14 Phase modulation element 17 Wavelength dispersion element 21, 27-1 to 27-n Optical fiber 22, 26-1 26-n collimating lens 23, 25 optical element 24 phase modulation element 28, 29 wavelength dispersion element 41-11 to 41-pq pixel 42 driver element 43 reflecting portion

Claims (6)

信号光の入出力を行う、1チャンネルの第1のポートおよび複数チャンネルの第2のポートと、
マトリックス状に平面配列された複数の画素を有し、前記第1のポートから入力された信号光に対して、画素位置に応じて設定された位相値に基づいた位相変化量を前記複数の画素で与えて空間位相変調することにより光を偏向する位相変調素子と、
前記第2のポートの複数のチャンネルのうちの2つ以上の所望のチャンネルに前記信号光が光結合するように前記位相変調素子の各画素に設定する位相パタンを生成するパタン生成部と、
前記生成した位相パタンを前記位相変調素子の各画素の駆動信号に変換して、該駆動信号に従い前記位相変調素子の画素を駆動する駆動部とを備え、
前記パタン生成部は、前記第2のポートの前記信号光を光結合する2つ以上のチャンネルの位置に基づいて2つ以上の周期性位相パタンを決定し、該決定した2つ以上の周期性位相パタンを重畳することにより前記位相変調素子の各画素に設定する前記位相パタンを生成すると共に、異なる周期の周期性位相パタンを設定する前記位相変調素子の複数の領域の広さと位置を変更することにより前記2つ以上のチャンネルに前記光結合される信号光の強度比である分岐比を調整することを特徴とする光入出力装置。
A first port of one channel and a second port of a plurality of channels for inputting and outputting signal light;
A plurality of pixels which are plane arranged in a matrix, wherein the first signal light input from the port, the plurality of pixels the phase change amount based on the set phase values depending on the pixel position A phase modulation element that deflects light by spatial phase modulation given by
A pattern generator that generates a phase pattern to be set in each pixel of the phase modulation element so that the signal light is optically coupled to two or more desired channels of the plurality of channels of the second port;
A drive unit that converts the generated phase pattern into a drive signal for each pixel of the phase modulation element and drives the pixel of the phase modulation element according to the drive signal;
The pattern generation unit determines two or more periodic phase patterns based on positions of two or more channels that optically couple the signal light of the second port, and the two or more determined periodicities The phase pattern to be set for each pixel of the phase modulation element is generated by superimposing the phase pattern, and the width and position of a plurality of regions of the phase modulation element for setting the periodic phase pattern having different periods are changed. Thus , the optical input / output device is characterized in that a branching ratio which is an intensity ratio of the signal light optically coupled to the two or more channels is adjusted .
請求項1に記載の光入出力装置において、
前記パタン生成部は、前記第2のポートの前記信号光を光結合する2つ以上のチャンネルのうちの1つの基準となる基準チャンネルの位置に基づいて、位相変調素子の法線方向に対する出射する信号光のなすべき角度をθ0、入射する信号光のなす角度をθinとし、回折次数をm、入射光の波長をλとしたときに、sinθin十sinθo=m・λ/Λを満たすΛを、前記周期性位相パタンの基準の周期Λと決定し、
前記第2のポートの前記信号光を光結合する2つ以上のチャンネルのうちの前記基準チャンネル以外の1つ以上の追加のチャンネルの位置に基づいて、前記基準チャンネルと当該追加のチャンネルとがなす角度をθn(n=2〜N)、入力光の波長をλ、mを回折次数としたときに、θn=arcsin(m・λ/wn)を満たすwnを前記周期性位相パタンの追加する周期wnと決定し、
前記決定された異なる周期Λ、wnを有する2つ以上の周期性位相パタンを重畳することにより前記位相変調素子の各画素に設定する前記位相パタンを生成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,
The pattern generation unit emits the signal in the normal direction of the phase modulation element based on the position of a reference channel serving as one of two or more channels that optically couple the signal light of the second port. Λ satisfying sin θin plus sin θo = m · λ / Λ where θ 0 is the angle to be made by the signal light, θin is the angle made by the incident signal light, m is the diffraction order, and λ is the wavelength of the incident light. , Determine a reference period Λ of the periodic phase pattern,
Based on the position of one or more additional channels other than the reference channel among the two or more channels that optically couple the signal light of the second port, the reference channel and the additional channel form. the angle θn (n = 2~N), the wavelength of the input light lambda, when the diffraction order of m, add w n satisfying θn = arcsin (m · λ / w n) of the periodic phase pattern Determine the period w n to be
Light output device and generates said phase pattern to be set to each pixel of the phase modulating element by superimposing two or more periodic phase pattern having different periods lambda, w n the determined .
請求項1に記載の光入出力装置において、
前記位相変調素子の平面内の領域毎に異なる周期を有する周期性の位相パタンが重畳されることを特徴とする光入出力装置。
The optical input / output device according to claim 1,
An optical input / output device in which a periodic phase pattern having a different period is superimposed for each region in a plane of the phase modulation element.
請求項1から3のいずれかに記載の光入出力装置において、
前記複数の周期性位相パタンがのこぎり波、正弦波、矩形波のいずれか、あるいはこれらを組み合わせた波形であることを特徴とする光入出力装置。
The optical input / output device according to claim 1,
The optical input / output device, wherein the plurality of periodic phase patterns are waveforms of a sawtooth wave, a sine wave, a rectangular wave, or a combination thereof.
請求項1から4のいずれかに記載の光入出力装置において、
前記複数の周期性位相パタンの各振幅の比が、光結合するチャンネルの光結合比により決定されることを特徴とする光入出力装置。
The optical input / output device according to claim 1,
An optical input / output device, wherein a ratio of amplitudes of the plurality of periodic phase patterns is determined by an optical coupling ratio of a channel to be optically coupled.
請求項1から5のいずれかに記載の光入出力装置において、
前記パタン生成部で生成する位相パタンは、互いに異なる周期を有する3つ以上の周期性位相パタンを重畳して生成することを特徴とする光入出力装置。
The optical input / output device according to any one of claims 1 to 5,
The phase pattern generated by the pattern generation unit is generated by superimposing three or more periodic phase patterns having different periods.
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