WO2014061103A1 - 光路制御装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an optical path control device such as a wavelength selective switch.
  • Patent Document 1 describes a wavelength selection operation device.
  • This wavelength selection operation device includes an input / output fiber, a spherical mirror, a cylindrical lens, a diffraction grating, and an LCD (Liquid Cristal Device).
  • the input / output fibers are arranged in the x direction.
  • the light from the input / output fiber is reflected by the spherical mirror, collimated, and enters the diffraction grating.
  • the light incident on the diffraction grating is emitted after being angularly dispersed in the y direction according to the wavelength component.
  • the light emitted from the diffraction grating passes through the cylindrical lens, is condensed in the x direction, and is reflected again by the spherical mirror while being collimated in the y direction.
  • the light reflected again by the spherical mirror passes through the cylindrical lens again, and is collimated in the x direction and condensed in the y direction to enter the LCD.
  • LCOS Liquid Cristal On Silicon
  • the LCOS is an optical deflection element that uses a plurality of spatially discrete pixels. Therefore, in order to efficiently and precisely deflect light using LCOS, a large number of pixels should be used simultaneously. Therefore, it is preferable that the spot size of the light beam irradiated on the LCOS is larger in the port selection axis direction (for example, the input / output port arrangement direction).
  • the spot size of the light beam is set to some extent in the wavelength selection direction (for example, the spectral direction of the diffraction grating). It needs to be small. That is, on an optical deflection element such as LCOS, it is desirable to increase the spot size in the port selection axis direction (that is, increase the aspect ratio) relative to the spot size in the wavelength selection axis direction.
  • the spot size in each direction is changed by repeating condensing and collimation in the x direction and y direction at the subsequent stage of the diffraction grating, and on the LCD.
  • the aspect ratio of the spot size is made relatively large.
  • control of the optical characteristics even though a plurality of optical systems as described above are used.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical path control device capable of deflecting light precisely and efficiently and suitably controlling optical characteristics.
  • the optical path control device includes an input / output port including an input port and an output port arranged in a first direction, and a second direction in which an optical signal input from the input port is orthogonal to the first direction according to a wavelength.
  • Each of the signals is phase-modulated independently to deflect each of the optical signals characterized by the wavelength toward the output port, and a beam spot of the optical signal characterized by the wavelength at the optical deflection element.
  • An anamorphic converter that converts a flat shape relatively larger in the first direction than in the second direction, and the phase modulation pattern for the first direction in the optical deflection element is characterized by a wavelength.
  • the first pattern for controlling the optical path of the optical signal is characterized by being composed by superimposing a second pattern different from the first pattern.
  • the beam spot of the optical signal in the optical deflection element is converted into a flat shape relatively larger in the first direction than in the second direction by the anamorphic converter.
  • the optical deflection element deflects the optical signal by phase-modulating it with a plurality of optical deflection element elements arranged along the first direction.
  • the spot size in the arrangement direction (first direction) of the light deflection element elements for deflecting light is a flat shape that is relatively larger than the spot size in the second direction. Since the light is incident on the light deflection element, the light can be deflected precisely and efficiently.
  • the phase modulation pattern in the first direction of the optical deflection element is relative to the first pattern for controlling the optical path of the optical signal (that is, for deflecting the optical signal).
  • a second pattern different from the first pattern is superimposed. Therefore, by adjusting the second pattern in accordance with the optical characteristics of various optical systems used in this optical path control device, it becomes possible to suitably control those optical characteristics in the first direction.
  • the optical deflection element is disposed at the beam waist position in the second direction of the optical signal characterized by the wavelength, and the second pattern is the first pattern It can be a pattern for controlling the aberration of an optical signal characterized by wavelength in the direction.
  • the optical deflection element elements arranged in the first direction are used for the first direction. Only the aberration of the optical signal needs to be controlled, which is efficient.
  • the output port is composed of a combination of an optical fiber and a microlens, and the second pattern is formed between the microlens and the anamorphic converter in the first direction.
  • the beam waist position of the optical signal between them can be a pattern that is positioned closer to the microlens side than the position where the optical coupling efficiency of the optical signal to the optical fiber is maximized.
  • the beam spot of the optical signal on the microlens becomes relatively small, for example, even if the beam spot of the optical signal is shifted in the second direction for attenuation control, the light to the adjacent port Coupling (crosstalk) is less likely to occur.
  • the second pattern is adjusted to change the beam waist position of the optical signal in the first direction
  • the first pattern is adjusted to change the optical path of the optical signal.
  • the attenuation amount of the optical coupling efficiency can be controlled by the control unit while preventing optical coupling (crosstalk) from occurring to the adjacent port.
  • the phase modulation pattern in the optical deflection element is such that the phase state of the optical signal incident on the optical deflection element is substantially the same as the phase state of the optical signal emitted from the optical deflection element.
  • the pattern can be as follows. In this case, the optical coupling efficiency of the optical signal to the output port can be maximized.
  • the light deflection element is a liquid crystal element having a plurality of pixels arranged in a two-dimensional array along the first and second directions, or the first and first It is assumed that the MEMS element has a plurality of pixels arranged in a two-dimensional array along the direction of 2 and is configured so that the phase modulation pattern can be controlled according to the voltage applied to each of the pixels. it can.
  • a liquid crystal element or a MEMS element having a plurality of pixels arranged in a two-dimensional array can be used as the light deflection element.
  • the optical path control device further includes an optical power element that is disposed downstream of the spectroscopic element and has optical power only in the second direction, and the anamorphic converter is disposed upstream of the spectroscopic element. It can be arranged.
  • the anamorphic converter at the front stage of the spectroscopic element, if an optical power element having optical power only in the second direction is used at the rear stage of the spectroscopic element, the aspect ratio of the beam spot of the optical signal is further increased. It becomes possible to do.
  • the optical path control device further includes an optical power element that is disposed downstream of the spectroscopic element and has optical power in the first and second directions
  • the anamorphic converter includes: It is composed of at least three cylindrical lenses arranged in the preceding stage, and two of the cylindrical lenses constituting the anamorphic converter have optical power in the first direction, and anamorphic Another cylindrical lens among the cylindrical lenses constituting the Fick converter may have optical power in the second direction.
  • the anamorphic converter is configured by the cylindrical lens having the optical power in the first direction and the cylindrical lens having the optical power in the second direction, the first direction and the second direction , the first direction and the second direction , the size of the beam spot of the optical signal can be converted independently, and the degree of freedom is improved.
  • an optical path control device capable of accurately and efficiently deflecting light and capable of suitably controlling optical characteristics.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the structure of one Embodiment of the optical path control apparatus which concerns on 1 side of this invention.
  • 2 is a graph showing a phase modulation pattern in the optical deflection element shown in FIG. 1.
  • 2 is a graph showing a phase modulation pattern in the optical deflection element shown in FIG. 1.
  • 2 is a graph showing a phase modulation pattern in the optical deflection element shown in FIG. 1.
  • It is a figure which shows the modification of the microlens shown by FIG.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the structure of one Embodiment of the optical path control apparatus shown by FIG.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of an optical path control device according to one aspect of the present invention.
  • an orthogonal coordinate system S is shown.
  • FIG. 1A is a diagram illustrating a beam spot of light propagating through the optical path control device when viewed from the z-axis direction of the orthogonal coordinate system S.
  • FIG. 1B is a side view of the optical path control device as viewed from the y-axis direction of the orthogonal coordinate system S.
  • FIG. 1C is a side view of the optical path control device viewed from the x-axis direction of the orthogonal coordinate system S.
  • the optical path control device 100 includes an input port 1, an anamorphic converter 2, a spectroscopic element 5, an optical power element 6, an optical deflection element 7, a control unit 10, and an output port 13. ing.
  • the optical signal input from the input port 1 passes through the anamorphic converter 2, the spectroscopic element 5, and the optical power element 6 in this order, and is then deflected (reflected) by the optical deflecting element 7.
  • the light is output from the output port 13 through the element 5 and the anamorphic converter 2 in this order.
  • the optical power element here is, for example, a transmissive element such as a spherical lens or a cylindrical lens, or a reflective element such as a spherical mirror or a concave mirror, and is an element having optical power in at least one direction.
  • the optical power is an ability to converge and collimate light passing through the optical power element (that is, an ability to change the optical path).
  • the optical power element is shown as a convex lens in a plane having optical power, and is shown in a straight line in a plane having no optical power.
  • the input port 1 and the output port 13 are arranged along the y-axis direction (first direction) and constitute an input / output port array (input / output port) 50. There may be one input port 1 and one output port 13, or two or more.
  • wavelength multiplexed light (optical signal) L1 is input from the input port 1.
  • the anamorphic converter 2 is arranged in front of the spectroscopic element 5.
  • the anamorphic converter 2 receives the wavelength multiplexed light L1 input from the input port 1, converts the aspect ratio of the beam spot, and emits it. More specifically, the anamorphic converter 2 has a spot size in the x-axis direction (second direction) larger than the spot size in the y-axis direction of the wavelength multiplexed light L1 in the previous stage of the spectroscopic element 5. Thus, the aspect ratio of the beam spot of the wavelength multiplexed light L1 is converted.
  • the anamorphic converter 2 converts the beam spot of the optical signal (spectral light L2) characterized by the wavelength (incident on the optical deflection element 7) in the optical deflection element 7 into the y-axis direction and the x-axis. Is converted into a flat shape relatively larger in the y-axis direction than in the x-axis direction in a plane stretched by the direction (in the xy plane).
  • the anamorphic converter 2 is composed of three cylindrical lenses 21-23.
  • the cylindrical lenses 21 to 23 are arranged in this order on the optical path from the input port 1 toward the spectroscopic element 5.
  • the cylindrical lenses 21 and 23 have optical power only in the y-axis direction. In other words, the cylindrical lenses 21 and 23 have optical power only in a plane (in the yz plane) stretched by the propagation direction of the wavelength multiplexed light L1 and the y axis.
  • the cylindrical lens 22 has optical power only in the x-axis direction. In other words, the cylindrical lens 22 has optical power only in a plane (in the xz plane) stretched by the propagation direction of the wavelength multiplexed light L1 and the x axis.
  • the cylindrical lens 21 receives the wavelength multiplexed light L1 that is input from the input port 1 and propagates while being expanded, and is in a plane stretched by the propagation direction of the wavelength multiplexed light L1 and the y-axis direction (in the yz plane). , The wavelength multiplexed light L1 is collimated.
  • the cylindrical lens 22 receives the wavelength multiplexed light L1 that is emitted from the cylindrical lens 21 and propagates while being expanded in the x-axis direction, and is in a plane stretched by the propagation direction of the wavelength multiplexed light L1 and the x-axis direction (x ⁇ In the z plane), the wavelength multiplexed light L1 is collimated.
  • the cylindrical lens 23 receives the wavelength multiplexed light L1 emitted from the cylindrical lens 22, and the wavelength multiplexing is performed in a plane (in the yz plane) stretched by the propagation direction of the wavelength multiplexed light L1 and the y-axis direction.
  • the light L1 is once condensed.
  • the wavelength multiplexed light L1 once condensed by the cylindrical lens 23 propagates while expanding from the condensing position (beam waist position) only in the y-axis direction.
  • the beam spot of the optical signal input from the input port 1 is converted in the x-axis direction by the anamorphic converter 2 in the subsequent stage of the spectroscopic element 5 (for example, on the optical power element 6 or the optical deflection element 7). Is converted into a flat shape in which the spot size in the y-axis direction is larger than the spot size.
  • the spectroscopic element 5 is arranged at the condensing position of the cylindrical lens 23 in a plane (in the yz plane) stretched by the propagation direction of the wavelength multiplexed light L1 emitted from the anamorphic converter 2 and the y axis. Yes.
  • the spectroscopic element 5 includes light of each wavelength included in the wavelength multiplexed light L1 in a plane stretched by the propagation direction of the wavelength multiplexed light L1 emitted from the anamorphic converter 2 and the x axis (in the xz plane).
  • the spectroscopic element 5 splits the wavelength multiplexed light L1 into a plurality of spectroscopic lights L2 along the x-axis direction and emits them.
  • a diffraction grating can be used as the spectroscopic element 5, for example.
  • the optical power element 6 is arranged at the subsequent stage of the spectroscopic element 5.
  • the optical power element 6 has optical power in the x-axis direction and the y-axis direction.
  • the optical power element 6 is in a plane stretched by the propagation direction of the spectral light L2 and the x-axis direction (in the xz plane) and in a plane stretched by the spectral light L2 and the y-axis direction ( It has optical power in the yz plane).
  • the optical power element 6 converges each of the spectroscopic lights L2 in the plane (in the xz plane) stretched by the propagation direction of the spectroscopic light L2 emitted from the spectroscopic element 5 and the x-axis direction.
  • the propagation directions of L2 are aligned with each other.
  • each of the optical power elements 6 expands and spreads in the plane (in the yz plane) stretched between the propagation direction of the spectral light L2 emitted from the spectral element 5 and the y-axis direction. Collimate Thereby, each beam spot of the spectroscopic light L2 has a flat shape that is relatively larger in the y-axis direction than in the x-axis direction on the light deflection element 7 (that is, the aspect ratio is increased).
  • the optical deflection element 7 is disposed at the beam waist position of the spectral light L2 in a plane (in the xz plane) stretched by the propagation direction of the spectral light L2 emitted from the optical power element 6 and the x-axis direction. .
  • the plurality of spectral lights L2 emitted from the optical power element 6 are arranged along the x-axis direction and enter the light deflection element 7.
  • the light deflection element 7 independently modulates the phase of each of the spectroscopic light L2 emitted from the optical power element 6 by a plurality of light deflection element elements (pixels) 7a that are pixelated and arranged in the y-axis direction.
  • the light deflection element 7 causes each of the spectral lights L2 along the x-axis direction in a plane stretched by the spectral light L2 emitted from the optical power element 6 and the y-axis direction (in the yz plane). Rotate around the axis.
  • the light deflection element 7 reflects the spectral light L2 in a direction substantially opposite to the incident direction of the spectral light L2.
  • the pixels are arranged in a two-dimensional array along the x-axis direction and the y-axis direction, but the pixel (light deflection element element 7a) that contributes to the deflection of the spectral light L2 is among them. They are arranged in the y-axis direction.
  • the optical deflection element 7 for example, an LCOS or MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) element having a plurality of pixels arranged in a two-dimensional array along the x-axis direction and the y-axis direction can be used.
  • the phase modulation pattern for the spectroscopic light L2 can be controlled according to the voltage applied to each pixel.
  • the phase modulation pattern in the y-axis direction in the optical deflection element 7 is as shown in FIG. 2B, for example, with respect to the first pattern P1 as shown in FIG.
  • This is a phase modulation pattern P configured as shown in FIG. 2C by superimposing a second pattern P2 different from the first pattern P1.
  • the first pattern is, for example, a pattern for controlling the optical path of the spectral light L2 so as to couple the reflected light (spectral light L2) from the light deflection element 7 to a desired output port 13.
  • the second pattern is a pattern for controlling the aberration of the spectral light L2 in the y-axis direction.
  • the beam waist position in the x-axis direction and the beam waist position in the y-axis direction of the spectral light L2 incident on the light deflection element 7 are shifted from each other due to astigmatism.
  • the light deflection element 7 since the light deflection element 7 is disposed at the beam waist position in the x-axis direction of the spectral light L2, the light wavefront WS in the y-axis direction of the spectral light L2 on the light deflection element 7 is constant. (See FIG. 1).
  • the phase modulation pattern P is formed by superimposing the second pattern P2 having a radius of curvature matched to the optical wavefront WS on the first pattern P1, the optical coupling of the spectral light L2 to the output port 13 is achieved. Efficiency can be maximized (aberration can be controlled).
  • the phase modulation pattern P is a pattern in which the phase state of the spectral light L2 incident on the light deflection element 7 and the phase state of the spectral light L2 reflected from the light deflection element 7 and emitted are substantially the same. It is. Note that the second pattern P2 shown in FIG. 2A corresponds to spatial phase modulation when a concave mirror having a relatively large radius of curvature is synthesized in the optical deflection element 7.
  • the curvature radius of the second pattern P2 is superimposed on the first pattern P1, assuming that it is intentionally shifted from the light wave front WS, and FIG. If the phase modulation pattern P as shown in FIG. 2 is configured, the optical coupling efficiency of the optical signal to the output port 13 can be lowered.
  • the second pattern P2 shown in FIG. 3A corresponds to the spatial phase modulation when a concave mirror having a relatively small radius of curvature is synthesized in the optical deflection element 7.
  • control (attenuation control) of the optical deflection element 7 that adjusts the phase modulation pattern P to control the optical coupling efficiency is performed by the control unit 10.
  • the attenuation control of the control unit 10 will be described in detail later.
  • the optical signal deflected and emitted by the optical deflecting element 7 passes through the optical power element 6, the spectroscopic element 5, and the anamorphic converter 2 in this order and is output from the output port 13.
  • the optical power element 6 has the spectral light L2 emitted from the optical deflection element 7 in a plane (in the xz plane) stretched by the propagation direction of the spectral light L2 emitted from the optical deflection element 7 and the x-axis direction. Are rotated around an axis along the y-axis direction according to the wavelength. Thereby, each of the spectral lights L2 emitted from the light deflection element 7 is collected at a predetermined position of the spectral element 5 in the x-axis direction.
  • the optical power element 6 has a spectral output emitted from the optical deflection element 7 in a plane (in the yz plane) stretched between the propagation direction of the spectral light L2 emitted from the optical deflection element 7 and the y-axis direction.
  • Each of the lights L2 is converged.
  • each of the spectral light L2 emitted from the light deflection element 7 is condensed on the spectral element 5 in the y-axis direction.
  • the spectroscopic element 5 multiplexes the spectroscopic light L2 in the plane (in the xz plane) stretched by the propagation direction of the spectroscopic light L2 emitted from the optical power element 6 and the x-axis direction (multiplexed light (light Signal) L3 is generated. That is, the spectroscopic element 5 combines the spectroscopic light L2 output from the output port 13 to generate the multiplexed light L3.
  • the anamorphic converter 2 receives the multiplexed light L3 emitted from the spectroscopic element 5, converts the aspect ratio of the beam spot, and emits it. More specifically, in the anamorphic converter 2, between the spectroscopic element 5 and the output port 13, the spot size in the y-axis direction and the spot size in the x-axis direction of the multiplexed light L3 are substantially equal. Thus, the aspect ratio of the beam spot of the multiplexed light L3 is converted.
  • the anamorphic converter 2 includes the cylindrical lenses 23, 22, and 21.
  • the cylindrical lenses 23, 22, and 21 are arranged in this order on the optical path from the spectroscopic element 5 to the output port 13.
  • the cylindrical lens 23 is multiplexed in a plane (in the yz plane) stretched between the propagation direction of the multiplexed light L3 emitted from the spectroscopic element 5 and propagating while expanding in the y-axis direction and the y-axis direction. Collimate the light L3.
  • the cylindrical lens 22 converges the multiplexed light L3 in a plane (in the xz plane) stretched between the multiplexed light L3 emitted from the cylindrical lens 23 and the x-axis direction.
  • the cylindrical lens 21 converges the multiplexed light L3 in a plane (in the yz plane) stretched by the propagation direction of the multiplexed light L3 emitted from the cylindrical lens 22 and the y-axis direction.
  • the spot size in the y-axis direction is substantially equal to the spot size in the x-axis direction at the front stage of the output port 13.
  • the multiplexed light L3 whose beam spot aspect ratio is converted by the anamorphic converter 2 in this way is coupled to the output port 13 and output.
  • the positional relationship of each element of the optical path control device 100 will be briefly described.
  • the distance from the input port 1 (output port 13) to the cylindrical lens 22 and the distance from the cylindrical lens 22 to the spectroscopic element 5 are equal to each other at f x1 .
  • the distance from the spectroscopic element 5 to the optical power element 6 and the distance from the optical power element 6 to the optical deflection element 7 are equal to f 2 .
  • the cylindrical lens 21 and the cylindrical lens are arranged.
  • the distance to the lens 23 is (f y11 + f y12 ).
  • the anamorphic converter 2 causes the beam spot of the optical signal on the optical deflection element 7 to be relatively relative to the y-axis direction rather than the x-axis direction. It is converted into a large flat shape.
  • the optical deflection element 7 deflects the optical signal by phase-modulating it with a plurality of optical deflection element elements arranged along the y-axis direction.
  • flat light having a spot size in the arrangement direction (y-axis direction) of the light deflection element elements for deflecting light is relatively larger than the spot size in the x-axis direction. Since the light is incident on the light deflection element 7, light can be deflected precisely and efficiently.
  • the phase modulation pattern P in the y-axis direction of the optical deflection element 7 is the first for controlling the optical path of the optical signal (that is, for deflecting the optical signal).
  • a second pattern P2 different from the first pattern P2 is superimposed on the pattern P1. Therefore, by adjusting the second pattern P2 in accordance with the optical characteristics of various optical systems used in the optical path control device 100, those optical characteristics can be suitably obtained in the y-axis direction in which a relatively large number of pixels can be used. (For example, aberration control) can be performed.
  • the light deflection element 7 is disposed at the beam waist position in the x-axis direction of the spectral light L2, and the second pattern P2 superimposed on the first pattern P1 is the y-axis. It is a pattern for controlling the aberration of the spectral light L2 in the direction. For this reason, since the aberration of the spectral light L2 in the x-axis direction is minimized on the light deflection element 7, the pixels (light deflection element elements 7a) arranged in the y-axis direction are used in the y-axis direction. Only the aberration of the spectroscopic light L2 needs to be controlled, which is efficient.
  • the anamorphic converter 2 is composed of cylindrical lenses 21 to 23 arranged in front of the spectroscopic element 5.
  • the cylindrical lenses 21 and 23 have optical power in the y-axis direction
  • the other cylindrical lenses 22 have optical power in the x-axis direction. For this reason, the size of the beam spot of the optical signal can be converted independently in the x-axis direction and the y-axis direction, and the degree of freedom is improved.
  • the input port 1 is composed of a combination of an optical fiber 1a and a microlens 1b arranged so as to have an optical axis in the z-axis direction.
  • the output port 13 is composed of a combination of an optical fiber 13a and a micro lens 13b arranged so as to have an optical axis in the z-axis direction.
  • a phase modulation pattern P as shown in FIG. 2 is formed in the optical deflection element 7 under the control of the control unit. . That is, the phase modulation pattern P is adjusted by the control unit so that the optical coupling efficiency of the multiplexed light L3 to the output port 13 is maximized.
  • the beam waist position of the wavelength multiplexed light L1 and the beam waist position of the multiplexed light L3 are the positions BW1 substantially matches, and the multiplexed light L3 is condensed on the end face of the optical fiber 13a of the output port 13.
  • the multiplexed light L3 is adjusted under the control of the control unit.
  • the optical path of the multiplexed light L3 is changed (shifted) in the y-axis direction (arrow direction in the figure).
  • the multiplexed light L3 enters the microlens 13b of the adjacent output port 13 and is coupled to the optical fiber 13a of the adjacent output port 13 (crosstalk occurs).
  • the control unit 10 performs attenuation control as shown in FIG. That is, first, as in the case described above, as shown in FIG. 6A, the phase of the optical coupling efficiency of the multiplexed light L3 to the output port 13 is maximized by the control of the control unit 10.
  • the modulation pattern P is adjusted.
  • FIG. 6B only the second pattern P2 is adjusted under the control of the control unit 10, and the microlens 13b and the cylindrical lens 21 (that is, the anamorphic converter 2) are adjusted. ) Is changed (shifted) in the z-axis direction (arrow direction in the figure).
  • the beam waist position of the multiplexed light L3 is set to a position BW2 closer to the microlens 13b than the position BW1 at which the optical coupling efficiency of the multiplexed light L3 to the output port 13 (optical fiber 13a) is maximized.
  • the second pattern P2 is adjusted. This corresponds to, for example, control for changing from the second pattern P2 shown in FIG. 2B to the second pattern P2 shown in FIG. Thereby, the beam spot of the multiplexed light L3 on the microlens 13b becomes relatively small.
  • the control unit 10 executes the step (attenuation first step) of adjusting the second pattern P2 and changing the beam waist position of the multiplexed light L3.
  • the control unit 10 defines the attenuation amount of the optical coupling efficiency by both the positional deviation of the condensing point of the multiplexed light L3 and the optical axis deviation.
  • the optical coupling efficiency of the multiplexed light L3 to the output port 13 is such that the beam waist position of the multiplexed light L3 is shifted to the position BW2 by adjusting the second pattern P2, and the optical fiber 13a of the output port 13 is shifted. Since the beam spot of the multiplexed light L3 on the end face is enlarged, it is attenuated.
  • the desired optical attenuation amount is (A1 + A2).
  • the first phase pattern P1 and the second phase pattern P2 may be set so as to be.
  • the microlens 1b and the microlens 13b can be an integrated lens array 1B arranged at a predetermined interval.
  • a light absorbing portion for example, a portion in which a lens (glass, etc.) is doped with a light absorbing material (P, B, Er, etc.)
  • P, B, Er, etc. a light absorbing material
  • the optical path control device according to one aspect of the present invention is not limited to the optical path control device 100 described above, and the optical path control device 100 is arbitrarily modified without changing the gist of each claim. can do.
  • the optical path control device 100 can include an optical power element 6 ⁇ / b> A instead of the optical power element 6.
  • the optical power element 6A is disposed at the subsequent stage of the spectroscopic element 5 and has optical power only in the x-axis direction. That is, the optical power element 6A has optical power only in a plane stretched by the propagation direction of the spectral light L2 and the x axis.
  • a cylindrical lens can be used as the optical power element 6A.
  • the optical power element 6A having optical power only in the x-axis direction is used, between the optical power element 6A and the optical deflection element 7, Since the expansion of the spectroscopic light L2 in the y-axis direction is maintained, the aspect ratio of the beam spot of the spectroscopic light L2 on the light deflection element 7 can be further increased.
  • the phase modulation pattern P is exemplified by superimposing the second pattern P2 for aberration control on the first pattern P1 for controlling the optical path.
  • P is not limited to this.
  • an arbitrary second pattern P2 for controlling optical characteristics in various optical systems in the optical path control device 100 is superimposed on the first pattern P1 for controlling the optical path. Can be.
  • the anamorphic converter 2 may be disposed after the spectroscopic element 5 to convert the aspect ratio of each beam spot of the spectroscopic light L2 emitted from the spectroscopic element 5.
  • the anamorphic converter 2 may include four or more cylindrical lenses.
  • optical path control device that can deflect light precisely and efficiently and that can suitably control optical characteristics.

Abstract

　光路制御装置１００においては、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７ａによって、光信号を位相変調して偏向する。このように、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、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パターンＰ１に対して異なるパターンＰ２が重畳されて構成されている。よって、種々の光学系の光学特性に合わせてパターンＰ２を調整することにより、ｙ軸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。

Description

光路制御装置
　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ｆｘ１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ｆ２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ｆｙ１１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ｆｙ１２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（ｆｙ１１＋ｆｙ１２）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 (8)

  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いる、
    　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、
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光路制御装置。
  4. 　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３に記載の光路制御装置。
  5. 　前記光偏向素子における前記位相変調パターンは、前記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、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。
  6. 　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１～５のいずれか一項に記載の光路制御装置。
  7. 　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１～６のいずれか一項に記載の光路制御装置。
  8. 　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１～６のいずれか一項に記載の光路制御装置。
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