光信号処理装置およびその組み立て方法
【課題】本発明の別の目的は、調心精度向上が可能な光信号処理装置を提供すること。
【解決手段】本発明による光信号処理装置は、信号光入力導波路および調心光入力導波路と、信号光入力導波路および調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光をアレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、集光光学系により信号光が集光される位置に配置された、信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段とを備える。当該光信号処理装置は、調心光入力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径が、信号光入出力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きい。基本モード径の差が、組み立て時の調心精度向上につながる。
【解決手段】本発明による光信号処理装置は、信号光入力導波路および調心光入力導波路と、信号光入力導波路および調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光をアレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、集光光学系により信号光が集光される位置に配置された、信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段とを備える。当該光信号処理装置は、調心光入力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径が、信号光入出力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きい。基本モード径の差が、組み立て時の調心精度向上につながる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号処理装置およびその組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信ネットワークの高速化および大容量化が進み、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送信号の処理等の光信号処理を行う装置へのニーズも高まっている。例えば、多重化された光信号をノードにおいてチャネル毎に経路切り替えする波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ）や、伝送路の光ファイバが持つ波長分散を補償する可変分散補償器（ＴＯＤＣ：Ｔｕｎａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）が必要とされている。
【０００３】
光信号処理装置を小型化・集積化する目的から、平面光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の開発研究が進められている。例えば、シリコン基板上に石英系ガラスを材料とした導波路を形成して１つのチップに多様な機能を集積し、低損失で信頼性の高い光機能デバイスが実現されている。さらには、複数のＰＬＣチップと他の光機能部品とを組み合わせた複合的な光信号処理装置も登場している。
【０００４】
従来、ＰＬＣを用いたＷＳＳとして、光偏向素子にＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーアレイを用いたものが知られている（特許文献１および非特許文献１参照）。図１は、そのようなＭＥＭＳミラーアレイを用いたＷＳＳの構成を示す図である。図１（ａ）はＷＳＳの平面図であり、図１（ｂ）は側面図である。図１に示すＷＳＳは、入力側の光ファイバにＷＤＭ光信号が入力光として入力し、ＰＬＣ技術により作製されるアレイ導波路回折格子１０（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）により互いに波長の異なるチャネル光信号毎に分波され、分波されたチャネル光信号が、レンズ（シリンドリカルレンズ２０、主レンズ４０）により、ＭＥＭＳミラーアレイを構成するＭＥＭＳミラー６０に集光するように構成されている。ここでＭＥＭＳミラーアレイは、各々のミラー６０に各波長チャネルの光信号が各々入力するように配置されている。なお、本明細書においては、ＡＷＧの分光面に垂直な方向をｙ、ＡＷＧの設計中心波長の信号光の主光線軸をｚ、両者に直交する軸をｘとする。
【０００５】
図１（ｂ）に示すように、ＷＳＳは、入力側のアレイ導波路回折格子１０と複数の出力側のアレイ導波路回折格子１０’とを（ｙ方向に）スタックした構成である。ＭＥＭＳミラー６０を対称軸または回転軸として、信号光の光路軸の延長線上であってアレイ導波路回折格子１０と重ならない位置に、１つ以上の出射用のアレイ導波路回折格子１０’が配置されている。したがって、各ＭＥＭＳミラーの角度を光軸（ｚ方向）に対して上下の方向（ｙ方向）に調整することにより、スタックされた他のＡＷＧへ光信号を入力させることができる。
【０００６】
図１に示すＷＳＳにおいて、各波長チャネルの光信号は、出力側の各ＡＷＧにより合波され再び各出力ポートからＷＤＭ信号として出力される。図１の例では１つの入力側のアレイ導波路回折格子に対して、２個のアレイ導波路回折格子が存在するため１入力２出力のＷＳＳとして機能する。
【０００７】
一方、ＰＬＣを用いたＴＯＤＣとして、空間光位相変調素子としてＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いたものが知られている（非特許文献２参照）。図２は、そのようＴＯＤＣの構成を示す図である。図２に示すＴＯＤＣは、入出力導波路１５に光信号が入力光として入力し、ＡＷＧ１０により互いに波長の異なる光毎に分波され、分波された光信号が、集光光学系（シリンドリカルレンズ２０、主レンズ４０）により、波長成分毎にＬＣＯＳ６１に集光するように構成されている。ここでＬＣＯＳは、入射光を任意のｘ軸方向パターンで位相変調して反射する機能を持っているので、ＬＣＯＳにより波長に対して任意のパターンの位相変調を信号光に付与できる。波長に対して２次関数パターンの位相変調を行うと波長分散が生ずる事が知られている。光信号に付与される波長分散値は、位相変調パターンの２次係数に比例する。目的の２次係数を持つパターンをＬＣＯＳへ設定する事で目的の波長分散を信号光に付与するＴＯＤＣ機能が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７０８８８８２号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Proc. 31st Eur. Conf. Opt. Commun. 2005, Th3.6.4
【非特許文献２】Opt. Fiber Commun. Conf. 2008, OWP04
【非特許文献３】J. Lightwave Technol., vol. 22, p. 833, 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１のＷＳＳおよび図２のＴＯＤＣには、以下のような課題が存在する。一般に、ＡＷＧ、レンズ等の集光素子によって構成される集光光学系、ＭＥＭＳミラーやＬＣＯＳのような光信号処理手段は、光軸を基準に正しい位置に配置される必要がある。すなわち、設計位置からの偏心は、信号光透過損失の原因となるため、光信号処理装置の組み立て時に十分小さくしなくてはならない。光学部材の正しい位置への配置方法、すなわち調心方法は、信号光を入力してその透過損失等の光学特性を評価しながら最適位置に調心する「アクティブ調心」と、カメラ等の光線位置を直接観測する手段を用いて光線が設計位置に配置されるように調心する「パッシブ調心」の２つの方法がある。
【００１１】
アクティブ調心では、透過率等の観測される情報からはどの光学部材が偏心しているかが特定できない。このため、個々のレンズ等の多数の光学部材の多数の軸（並進軸や回転軸）を動かして見て結果を観測する事を繰り返す手順が必要となる。この方法は、（１）調心時間が長くなる欠点と、（２）実際の最適配置ではない局所的な透過率ピーク位置を最適調心位置と見誤る可能性がある欠点、さらには、（３）局所的な透過率ピーク位置であると判明しても最適調心位置を見つけ出す指針が無いと言う欠点を有する。ただし、他の方法により光学部材の位置がほぼ設計通りの位置に調心配置された状態から、さらに精度を高める調心においては前記の欠点は解消される。
【００１２】
一方、パッシブ調心方法では、調心光が設計時の光線位置になるように入射側から順次光学部材を調整する事が出来るので、上記アクティブ調心の３つの欠点は解決される。しかしながら、信号光透過率等の光信号処理装置として必要な特性を得るために必要な光軸位置精度が、カメラ等の光線観測手段の精度を上回る場合は、十分な調心精度が得られないという欠点が存在する。
【００１３】
具体的には、図１及び図２の光信号処理装置においては、分波後の信号光の主光線は、その波長に依らず、光信号処理手段（ＭＥＭＳミラー６０またはＬＣＯＳ６１）にｘ−ｚ面内で垂直に入射する必要がある。垂直に入射しないと、入射光と反射光の主光線軸がずれることになり、光軸ずれによる光損失が生じる。特定の波長の光で前記の垂直を実現するには、光信号処理手段のθｙを調整すれば済む。しかし、すべての波長の光で同時に前記の垂直入射を実現し、光損失の波長依存（ＩＬＵ：Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を小さくするには、各波長の信号光の主光線が互いに平行である必要がある。この要請は、集光光学系における「像テレセントリシティ」と呼ばれ、主レンズ４０の前焦点位置が、瞳と一致するように光学系の各部材を調心する事で実現される。ＡＷＧによる分光光学系の場合、瞳は、各波長光が偏角するアレイ導波路１４と出力側スラブ導波路１１との接続する面にある。また、図１や図２の構成以外として、信号光を透過する形式の光信号処理手段を用い、入射光線の光路軸の延長線上に集光光学系と新たなＡＷＧによる出射光学系を配置した場合にも、光損失を避けるためには、集光光学系の像テレセントリシティが必要となる。
【００１４】
パッシブ調心方法によって像テレセントリシティの調整をするには、各波長光の主光線軸方向を正確に評価する必要がある、しかし、この方向角度検出には以下に示す限界がある。
【００１５】
図３は、光信号処理手段近傍で集光する特定の波長の信号光のビーム形状を模式的に表している。光軸ｚ方向に対して、光信号処理手段が配置される予定の断面Ｂの位置で集光されている場合を示している。図中の周辺光とは、主光線から最も離れた光の軌跡をビームの太さを表す目的で表示したものである。一般に周辺光の広がり角は、ビームの開口、ＮＡで表現する。焦点でのビーム半径をωOとするとＮＡは、下記の通りとなる。
【００１６】
【数１】
【００１７】
ここで、λは光の波長である。パッシブ調心による光線方向の検出は、光軸方向ｚに検出手段を移動させて、たとえば、断面Ａと断面Ｃで光強度の分布を測定し、その主光線位置のｚ依存を評価する事で実現する。主光線位置の検出精度は、近似的にはビーム太さに比例するので、ここではその比をｋと定義すると、角度検出限界θlimは以下の通りとなる。
【００１８】
【数２】
【００１９】
一方、光信号処理手段の反射面の法線と各波長の信号光の入射主光線軸とのなす角をθとすると、入射主光線軸の傾きによる光結合損失Ｌｏｓｓ［ｄＢ］は以下の通りとなる．
【００２０】
【数３】
【００２１】
ここで、検出限界θlimまで調心できたとすると、調心精度限界による残留光損失は、
【００２２】
【数４】
【００２３】
となる。光強度分布が理想的なものであればｋは小さく出来るが、ノイズ、レンズの収差等によりビーム形状が乱れている場合は、カメラ等によるビーム位置検出精度はビーム半径の１／５程度、すなわちｋ＝０．２程度まで低下する。この場合、式４に従えば、調心限界による残留光損失は、光学系の設計に依らずに０．６９ｄＢになる。光信号処理装置全体の信号光透過率が数ｄＢ、その仕様値が０．１ｄＢ単位で指定される使用形態を考慮すると、この限界値では大きすぎる。従来のパッシブ調心では調心精度の要求を満たせないという課題が明らかになった。
【００２４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パッシブ調心を用いた光信号処理装置の組み立て方法において、調心精度を高めることにある。また、本発明の別の目的は、調心精度向上が可能な光信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、信号光入力導波路および調心光入力導波路と、前記信号光入力導波路および前記調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光を、前記アレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、前記集光光学系により前記信号光が集光される位置に配置された、前記信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段とを備え、前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことを特徴とする光信号処理装置である。
【００２６】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記信号光入出力導波路の前記スラブ導波路内への延長線と、前記調心光入力導波路の前記スラブ導波路内への延長線とが、前記スラブ導波路と前記アレイ導波路とが接続する面上で交差することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて２倍以上大きいことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の第４の態様は、第１乃至第３のいずれかの態様において、前記光信号処理手段は、前記光信号処理手段において処理された前記信号光を反射する反射型であり、反射した前記信号光は、前記集光光学系へ経て、前記アレイ導波路回折格子に入射して、前記信号光用入出力導波路から出力されることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の第５の態様は、第１乃至第３のいずれかの態様において、前記光信号処理手段を対称軸または回転軸として、前記信号光の光路軸の延長線上であって前記アレイ導波路回折格子と重ならない位置に、１つ以上の出射用のアレイ導波路回折格子を配置したことを特徴とする。
【００３０】
また、本発明の第６の態様は、信号光入力導波路および調心光入力導波路と、前記信号光入力導波路および前記調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光を、前記アレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、前記集光光学系により前記信号光が集光される位置に配置された、前記信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段とを備える光信号処理装置の組み立て方法であって、調心光を前記調心光入力導波路に入力するステップと、前記集光光学系から出射した前記調心光の主光線軸の方向を測定するステップと、前記主光線軸が前記調心光の波長に依らず平行となるように、前記集光光学系に含まれる少なくとも１つの集光素子の位置を調整するステップとを含み、前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことを特徴とする。
【００３１】
また、本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記光信号処理装置は、第２乃至第５のいずれかの態様の光信号処理装置であることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明の第８の態様は、第６又は第７の態様において、調心光を前記調心光入力導波路に入力するステップと、前記調心光入力導波路から出力される前記調心光の光強度が最大となるように、前記光信号処理手段の前記アレイ導波路格子の分光面に垂直な軸回りの調整を行うステップとをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明による光信号処理装置の組み立て方法によれば、調心光入力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径が、信号光入出力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことにより、調心精度を高め、それにより光信号処理装置の信号光透過損失を低減することができる。
【００３４】
また、本発明の光信号処理装置によれば、調心光入力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径が、信号光入出力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことにより、組み立て時に調心精度を高め、それにより信号光透過損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略構成を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】従来のＴＯＤＣの概略構成を説明するための図である。
【図３】光信号処理手段近傍の光ビームの形状を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るＴＯＤＣの組み立て方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るＴＯＤＣの組み立て時に使用するビーム位置観測装置による評価結果を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係るＴＯＤＣのＡＷＧの構造を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３７】
（実施形態１）
本発明の実施形態１による光信号処理装置は、信号光入力導波路および調心光入力導波路と、信号光入力導波路および調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光をアレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、集光光学系により信号光が集光される位置に配置された、信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段とを備える。当該光信号処理装置は、調心光入力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径が、信号光入出力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きい。この基本モード径の差が、組み立て時の調心精度向上につながることを以下に説明する。
【００３８】
本実施形態による光信号処理装置の組み立て方法では、信号光と調心光が別の入力導波路から入射される。スラブ導波路に入射する際の、信号光入出力導波路及び調心光入力導波路の導波光の基本モード径を、それぞれωs1、ωa1＝α・ωs1とする。係数αは、調心光と信号光のモード径の比である。スラブ導波路の入力導波路側の接続面と光信号処理手段が置かれる集光光学系の焦点面は、光学的に共役であるので、スラブ導波路の入力ビーム形状は、一定の倍率を持って光信号処理手段上に投影される。すなわち、光信号処理手段上の信号光と調心光のビーム径をそれぞれωs2、ωa2とすると、ωa1／ωs1＝ωa2／ωs2＝αとなる。このように、信号光と調心光のビーム径が異なる場合、式２から式４は以下の通りに変更される、
【００３９】
【数５】
【００４０】
【数６】
【００４１】
【数７】
【００４２】
すなわち、残留が見込まれる光損失値はｄＢ単位でαの２乗に反比例する。ＷＳＳやＴＯＤＣにおいてＩＬＵは、１ｄＢ程度は許容されるとすると、組み立て精度の限界としてその数分の１程度であれば十分である。実際の使用形態と調心状態をＬｏｓｓ≦０．２ｄＢ、ｋ＝０．２と見込むと、α≧２であれば十分である。換言すると、調心光入力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径が、信号光入出力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて２倍以上大きいことが好ましい。
【００４３】
実施例１
図４は、本発明の実施形態１による光信号処理装置の組み立て方法を説明するための図である。アレイ導波路回折格子１０は、信号光入出力導波路１６とは別に、調心光入力導波路１７を備える。調心光光源として波長可変レーザー光源の出力光を調心光入力導波路１７に入力し、その波長を調整して、調心光がアレイ導波路回折格子１０からｚ軸に概ね平行に出射するように調整した。ここで、信号光と調心光はスラブ導波路１２への入射位置が異なるため、ＡＷＧ１０の設計中心波長では調心光がｚ軸に平行に出射しない事に注意が必要である。
【００４４】
調心光入力導波路１７は、スラブ導波路１２への接続面１８に向けてその幅が徐々に太くなっている。これにより、調心光はその基本モード導波を保ったままモード径が太くなった後にスラブ導波路１２に入射する。実施例１では、信号光入出力導波路１６の幅を７．５μｍとし、調心光入力導波路１７の幅は、入り口で７．５μｍ、スラブ導波路１２への出口で２２．５μｍとした。この設計により調心光のスラブ導波路１２に入射する前の基本モード径は信号光のそれの約３倍となった。
【００４５】
ビーム位置観測装置６２は、シリンドリカルレンズ２０及び主レンズ（「集光レンズ」とも言う。）４０を通過した集光ビームの焦点面近傍に、ｚ軸方向の可動ステージを用いて設置した。ここでは、ビーム位置観測装置６２としてＣＣＤカメラ型のビームプロファイラーを用いたが、スリットスキャン型やＩＲカメラを用いる事も可能である。
【００４６】
図５は、図４において、ビーム位置観測装置６２を、焦点面Ｂの位置とｚ軸方向に±１０ｍｍ移動したＡ及びＣの位置に置いた時のｘ方向の光強度分布である。焦点面Ｂでは、ビーム径は信号光の方が細く位置評価が容易であるが（図５（ａ）参照）、Ａ面やＣ面では、調心光の方が細くなり位置検出精度が高くなっている事が分かる（図５（ｂ）参照）。したがって、調心光の主光線方向の角度検出をより高精度に行うことができる。調心光のビーム径ωa2は約１００μｍであり、信号光のビーム径ωs2は約４０μｍであったので、式７より調心限界におけるロスを推定すると、０．１１ｄＢとなり十分小さい事が分かった。
【００４７】
調心光の波長を、ＴＯＤＣで使用する範囲の波長で変化させ、各波長における調心光の主光線軸が平行になるように主レンズ４０のｚ軸方向の位置を調整した。具体的には、まず，図４のＡの位置にビームプロファイラー６２を設置する。短波長信号光の主光線軸５３と概ね同じ主光線軸をもつように波長を調整した調心光（短波長調心光）と、長波長信号光の主光線軸５４と概ね同じ主光線軸をもつように波長を調整した調心光（長波長調心光）とをビームプロファイラー６２で観測して、それぞれの主光線位置のｘ座標の差、すなわち主光線の間隔（間隔Ａ）を記録する。次に、可動ステージを動かしてビームプロファイラー６２をＣの位置に移動して、同様に短波長調心光と長波長調心光の間隔（間隔Ｃ）を計測する。間隔Ａ＞間隔Ｃならば、主レンズ４０をＡＷＧ１０に近づけるようにｚ軸に沿って移動させる。間隔Ａ＜間隔Ｃならば，主レンズ４０をＡＷＧ１０から遠ざけるようにｚ軸に沿って移動させる。この操作を繰り返して，短波長調心光と長波長調心光の主光線軸が平行になるまで調整する。この調整により集光光学系が像テレセントリック光学系となるため、信号光においてもその波長に寄らず主光線軸はｚ軸に平行になる。
【００４８】
なお、本実施例では、集光レンズ４０は１枚の凸レンズを用いたが、集光光学系の収差を考慮して複数のレンズの組合せ、すなわちレンズユニットとする事も出来る。その場合は、レンズユニット全体の位置調整によっても、レンズユニット内の一部のレンズの位置調整によってもテレセントリシティ調整は可能である。
【００４９】
その後、主レンズ４０を固定し、ＬＣＯＳ（「光信号処理手段」に相当）を、信号光を用いたアクティブ調心で焦点面Ｂに調心配置して固定し、ＴＯＤＣ（「光信号処理装置」に相当）を完成させた。分散を発生させない状態、すなわちＬＣＯＳの位相変調量を０とした状態でのＩＬＵを測定した。比較にため、本発明に依らずに信号光入出力導波路１６から調心光を入力して調整したＴＯＤＣも作製した。両者の特性評価結果を表１に示す。本発明によりＩＬＵ特性が実用上問題ないレベルまで改善された。
【００５０】
【表１】
【００５１】
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２による光信号処理装置が備えるＡＷＧ内のスラブ導波路近傍の拡大図である。実施形態２による光信号処理装置は、調心光入力導波路１７がスラブ導波路１２への接続面１８に向かって細くなっている点と、調心光入力導波路１７の延長線が、スラブ導波路１２のアレイ導波路１４側の境界面で信号光入出力導波路１６の延長線と交差している点が実施形態１による光信号処理装置と異なる。
【００５２】
導波路における基本導波モード径は、導波路幅がシングルモード条件を満たす幅よりさらに細くなると、逆に太くなる事が知られている（非特許文献３に詳しい）。図６では、調心光入力導波路１７は緩やかなテーパー形状を持って、約２μｍまで細なった後にスラブ導波路１２に接続している。これにより、調心光のモード径が太くなり、像テレセントリシティ調整の精度が高くなると期待できる。
【００５３】
さらに、調心光と信号光は、ともにアレイ導波路１４の中心位置に入射している。これにより、アレイ導波路１４からの出射位置も同じとなるため，調心光と信号光が光信号処理手段の位置で平行になる．これにより、光信号処理手段のθｙ調整も調心光入力導波路１７から入射した調心光を使用してアクティブ調心が可能になる。このとき、アクティブ調心時の光透過率変化検出限界Ｌｏｓｓlimと、θｙの調整限界θｙlimには、
【００５４】
【数８】
【００５５】
の関係が成り立つ。信号光における残留光透過損失は、
【００５６】
【数９】
【００５７】
となる。信号光入出力導波路から入力した光を用いて光信号処理手段のθｙを調整した時（α＝１に相当）に比べて、α＞１となる調心光入力導波路１７に入射した調心光を用いた場合は、αの２乗に反比例して調心偏差による残留光損失を減らす事が出来る。実施例１と同等の調心作業に加えて、ＬＯＣＳのθｙの調整を、調心光入力導波路１７から入射した調心光を用いて行った場合のＴＯＤＣの透過特性を表２に示す。透過損失の低下の効果が確認できた。
【００５８】
【表２】
【符号の説明】
【００５９】
１０，１０’ アレイ導波路回折格子
１１ 出力側スラブ導波路
１２ スラブ導波路
１４ アレイ導波路
１５ 入出力導波路
１６ 信号光入出力導波路
１７ 調心光入力導波路
１８ 信号光入出力導波路及び調心光入力導波路とスラブ導波路の接続面
２０ シリンドリカルレンズ
４０ 集光レンズ
６０ ＭＥＭＳミラー
６１ ＬＣＯＳ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号処理装置およびその組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信ネットワークの高速化および大容量化が進み、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送信号の処理等の光信号処理を行う装置へのニーズも高まっている。例えば、多重化された光信号をノードにおいてチャネル毎に経路切り替えする波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ）や、伝送路の光ファイバが持つ波長分散を補償する可変分散補償器（ＴＯＤＣ：Ｔｕｎａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）が必要とされている。
【０００３】
光信号処理装置を小型化・集積化する目的から、平面光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の開発研究が進められている。例えば、シリコン基板上に石英系ガラスを材料とした導波路を形成して１つのチップに多様な機能を集積し、低損失で信頼性の高い光機能デバイスが実現されている。さらには、複数のＰＬＣチップと他の光機能部品とを組み合わせた複合的な光信号処理装置も登場している。
【０００４】
従来、ＰＬＣを用いたＷＳＳとして、光偏向素子にＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーアレイを用いたものが知られている（特許文献１および非特許文献１参照）。図１は、そのようなＭＥＭＳミラーアレイを用いたＷＳＳの構成を示す図である。図１（ａ）はＷＳＳの平面図であり、図１（ｂ）は側面図である。図１に示すＷＳＳは、入力側の光ファイバにＷＤＭ光信号が入力光として入力し、ＰＬＣ技術により作製されるアレイ導波路回折格子１０（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）により互いに波長の異なるチャネル光信号毎に分波され、分波されたチャネル光信号が、レンズ（シリンドリカルレンズ２０、主レンズ４０）により、ＭＥＭＳミラーアレイを構成するＭＥＭＳミラー６０に集光するように構成されている。ここでＭＥＭＳミラーアレイは、各々のミラー６０に各波長チャネルの光信号が各々入力するように配置されている。なお、本明細書においては、ＡＷＧの分光面に垂直な方向をｙ、ＡＷＧの設計中心波長の信号光の主光線軸をｚ、両者に直交する軸をｘとする。
【０００５】
図１（ｂ）に示すように、ＷＳＳは、入力側のアレイ導波路回折格子１０と複数の出力側のアレイ導波路回折格子１０’とを（ｙ方向に）スタックした構成である。ＭＥＭＳミラー６０を対称軸または回転軸として、信号光の光路軸の延長線上であってアレイ導波路回折格子１０と重ならない位置に、１つ以上の出射用のアレイ導波路回折格子１０’が配置されている。したがって、各ＭＥＭＳミラーの角度を光軸（ｚ方向）に対して上下の方向（ｙ方向）に調整することにより、スタックされた他のＡＷＧへ光信号を入力させることができる。
【０００６】
図１に示すＷＳＳにおいて、各波長チャネルの光信号は、出力側の各ＡＷＧにより合波され再び各出力ポートからＷＤＭ信号として出力される。図１の例では１つの入力側のアレイ導波路回折格子に対して、２個のアレイ導波路回折格子が存在するため１入力２出力のＷＳＳとして機能する。
【０００７】
一方、ＰＬＣを用いたＴＯＤＣとして、空間光位相変調素子としてＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いたものが知られている（非特許文献２参照）。図２は、そのようＴＯＤＣの構成を示す図である。図２に示すＴＯＤＣは、入出力導波路１５に光信号が入力光として入力し、ＡＷＧ１０により互いに波長の異なる光毎に分波され、分波された光信号が、集光光学系（シリンドリカルレンズ２０、主レンズ４０）により、波長成分毎にＬＣＯＳ６１に集光するように構成されている。ここでＬＣＯＳは、入射光を任意のｘ軸方向パターンで位相変調して反射する機能を持っているので、ＬＣＯＳにより波長に対して任意のパターンの位相変調を信号光に付与できる。波長に対して２次関数パターンの位相変調を行うと波長分散が生ずる事が知られている。光信号に付与される波長分散値は、位相変調パターンの２次係数に比例する。目的の２次係数を持つパターンをＬＣＯＳへ設定する事で目的の波長分散を信号光に付与するＴＯＤＣ機能が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７０８８８８２号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Proc. 31st Eur. Conf. Opt. Commun. 2005, Th3.6.4
【非特許文献２】Opt. Fiber Commun. Conf. 2008, OWP04
【非特許文献３】J. Lightwave Technol., vol. 22, p. 833, 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１のＷＳＳおよび図２のＴＯＤＣには、以下のような課題が存在する。一般に、ＡＷＧ、レンズ等の集光素子によって構成される集光光学系、ＭＥＭＳミラーやＬＣＯＳのような光信号処理手段は、光軸を基準に正しい位置に配置される必要がある。すなわち、設計位置からの偏心は、信号光透過損失の原因となるため、光信号処理装置の組み立て時に十分小さくしなくてはならない。光学部材の正しい位置への配置方法、すなわち調心方法は、信号光を入力してその透過損失等の光学特性を評価しながら最適位置に調心する「アクティブ調心」と、カメラ等の光線位置を直接観測する手段を用いて光線が設計位置に配置されるように調心する「パッシブ調心」の２つの方法がある。
【００１１】
アクティブ調心では、透過率等の観測される情報からはどの光学部材が偏心しているかが特定できない。このため、個々のレンズ等の多数の光学部材の多数の軸（並進軸や回転軸）を動かして見て結果を観測する事を繰り返す手順が必要となる。この方法は、（１）調心時間が長くなる欠点と、（２）実際の最適配置ではない局所的な透過率ピーク位置を最適調心位置と見誤る可能性がある欠点、さらには、（３）局所的な透過率ピーク位置であると判明しても最適調心位置を見つけ出す指針が無いと言う欠点を有する。ただし、他の方法により光学部材の位置がほぼ設計通りの位置に調心配置された状態から、さらに精度を高める調心においては前記の欠点は解消される。
【００１２】
一方、パッシブ調心方法では、調心光が設計時の光線位置になるように入射側から順次光学部材を調整する事が出来るので、上記アクティブ調心の３つの欠点は解決される。しかしながら、信号光透過率等の光信号処理装置として必要な特性を得るために必要な光軸位置精度が、カメラ等の光線観測手段の精度を上回る場合は、十分な調心精度が得られないという欠点が存在する。
【００１３】
具体的には、図１及び図２の光信号処理装置においては、分波後の信号光の主光線は、その波長に依らず、光信号処理手段（ＭＥＭＳミラー６０またはＬＣＯＳ６１）にｘ−ｚ面内で垂直に入射する必要がある。垂直に入射しないと、入射光と反射光の主光線軸がずれることになり、光軸ずれによる光損失が生じる。特定の波長の光で前記の垂直を実現するには、光信号処理手段のθｙを調整すれば済む。しかし、すべての波長の光で同時に前記の垂直入射を実現し、光損失の波長依存（ＩＬＵ：Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を小さくするには、各波長の信号光の主光線が互いに平行である必要がある。この要請は、集光光学系における「像テレセントリシティ」と呼ばれ、主レンズ４０の前焦点位置が、瞳と一致するように光学系の各部材を調心する事で実現される。ＡＷＧによる分光光学系の場合、瞳は、各波長光が偏角するアレイ導波路１４と出力側スラブ導波路１１との接続する面にある。また、図１や図２の構成以外として、信号光を透過する形式の光信号処理手段を用い、入射光線の光路軸の延長線上に集光光学系と新たなＡＷＧによる出射光学系を配置した場合にも、光損失を避けるためには、集光光学系の像テレセントリシティが必要となる。
【００１４】
パッシブ調心方法によって像テレセントリシティの調整をするには、各波長光の主光線軸方向を正確に評価する必要がある、しかし、この方向角度検出には以下に示す限界がある。
【００１５】
図３は、光信号処理手段近傍で集光する特定の波長の信号光のビーム形状を模式的に表している。光軸ｚ方向に対して、光信号処理手段が配置される予定の断面Ｂの位置で集光されている場合を示している。図中の周辺光とは、主光線から最も離れた光の軌跡をビームの太さを表す目的で表示したものである。一般に周辺光の広がり角は、ビームの開口、ＮＡで表現する。焦点でのビーム半径をωOとするとＮＡは、下記の通りとなる。
【００１６】
【数１】
【００１７】
ここで、λは光の波長である。パッシブ調心による光線方向の検出は、光軸方向ｚに検出手段を移動させて、たとえば、断面Ａと断面Ｃで光強度の分布を測定し、その主光線位置のｚ依存を評価する事で実現する。主光線位置の検出精度は、近似的にはビーム太さに比例するので、ここではその比をｋと定義すると、角度検出限界θlimは以下の通りとなる。
【００１８】
【数２】
【００１９】
一方、光信号処理手段の反射面の法線と各波長の信号光の入射主光線軸とのなす角をθとすると、入射主光線軸の傾きによる光結合損失Ｌｏｓｓ［ｄＢ］は以下の通りとなる．
【００２０】
【数３】
【００２１】
ここで、検出限界θlimまで調心できたとすると、調心精度限界による残留光損失は、
【００２２】
【数４】
【００２３】
となる。光強度分布が理想的なものであればｋは小さく出来るが、ノイズ、レンズの収差等によりビーム形状が乱れている場合は、カメラ等によるビーム位置検出精度はビーム半径の１／５程度、すなわちｋ＝０．２程度まで低下する。この場合、式４に従えば、調心限界による残留光損失は、光学系の設計に依らずに０．６９ｄＢになる。光信号処理装置全体の信号光透過率が数ｄＢ、その仕様値が０．１ｄＢ単位で指定される使用形態を考慮すると、この限界値では大きすぎる。従来のパッシブ調心では調心精度の要求を満たせないという課題が明らかになった。
【００２４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パッシブ調心を用いた光信号処理装置の組み立て方法において、調心精度を高めることにある。また、本発明の別の目的は、調心精度向上が可能な光信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、信号光入力導波路および調心光入力導波路と、前記信号光入力導波路および前記調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光を、前記アレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、前記集光光学系により前記信号光が集光される位置に配置された、前記信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段とを備え、前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことを特徴とする光信号処理装置である。
【００２６】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記信号光入出力導波路の前記スラブ導波路内への延長線と、前記調心光入力導波路の前記スラブ導波路内への延長線とが、前記スラブ導波路と前記アレイ導波路とが接続する面上で交差することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて２倍以上大きいことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の第４の態様は、第１乃至第３のいずれかの態様において、前記光信号処理手段は、前記光信号処理手段において処理された前記信号光を反射する反射型であり、反射した前記信号光は、前記集光光学系へ経て、前記アレイ導波路回折格子に入射して、前記信号光用入出力導波路から出力されることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の第５の態様は、第１乃至第３のいずれかの態様において、前記光信号処理手段を対称軸または回転軸として、前記信号光の光路軸の延長線上であって前記アレイ導波路回折格子と重ならない位置に、１つ以上の出射用のアレイ導波路回折格子を配置したことを特徴とする。
【００３０】
また、本発明の第６の態様は、信号光入力導波路および調心光入力導波路と、前記信号光入力導波路および前記調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光を、前記アレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、前記集光光学系により前記信号光が集光される位置に配置された、前記信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段とを備える光信号処理装置の組み立て方法であって、調心光を前記調心光入力導波路に入力するステップと、前記集光光学系から出射した前記調心光の主光線軸の方向を測定するステップと、前記主光線軸が前記調心光の波長に依らず平行となるように、前記集光光学系に含まれる少なくとも１つの集光素子の位置を調整するステップとを含み、前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことを特徴とする。
【００３１】
また、本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記光信号処理装置は、第２乃至第５のいずれかの態様の光信号処理装置であることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明の第８の態様は、第６又は第７の態様において、調心光を前記調心光入力導波路に入力するステップと、前記調心光入力導波路から出力される前記調心光の光強度が最大となるように、前記光信号処理手段の前記アレイ導波路格子の分光面に垂直な軸回りの調整を行うステップとをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明による光信号処理装置の組み立て方法によれば、調心光入力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径が、信号光入出力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことにより、調心精度を高め、それにより光信号処理装置の信号光透過損失を低減することができる。
【００３４】
また、本発明の光信号処理装置によれば、調心光入力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径が、信号光入出力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことにより、組み立て時に調心精度を高め、それにより信号光透過損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略構成を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】従来のＴＯＤＣの概略構成を説明するための図である。
【図３】光信号処理手段近傍の光ビームの形状を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るＴＯＤＣの組み立て方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るＴＯＤＣの組み立て時に使用するビーム位置観測装置による評価結果を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係るＴＯＤＣのＡＷＧの構造を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３７】
（実施形態１）
本発明の実施形態１による光信号処理装置は、信号光入力導波路および調心光入力導波路と、信号光入力導波路および調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光をアレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、集光光学系により信号光が集光される位置に配置された、信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段とを備える。当該光信号処理装置は、調心光入力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径が、信号光入出力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きい。この基本モード径の差が、組み立て時の調心精度向上につながることを以下に説明する。
【００３８】
本実施形態による光信号処理装置の組み立て方法では、信号光と調心光が別の入力導波路から入射される。スラブ導波路に入射する際の、信号光入出力導波路及び調心光入力導波路の導波光の基本モード径を、それぞれωs1、ωa1＝α・ωs1とする。係数αは、調心光と信号光のモード径の比である。スラブ導波路の入力導波路側の接続面と光信号処理手段が置かれる集光光学系の焦点面は、光学的に共役であるので、スラブ導波路の入力ビーム形状は、一定の倍率を持って光信号処理手段上に投影される。すなわち、光信号処理手段上の信号光と調心光のビーム径をそれぞれωs2、ωa2とすると、ωa1／ωs1＝ωa2／ωs2＝αとなる。このように、信号光と調心光のビーム径が異なる場合、式２から式４は以下の通りに変更される、
【００３９】
【数５】
【００４０】
【数６】
【００４１】
【数７】
【００４２】
すなわち、残留が見込まれる光損失値はｄＢ単位でαの２乗に反比例する。ＷＳＳやＴＯＤＣにおいてＩＬＵは、１ｄＢ程度は許容されるとすると、組み立て精度の限界としてその数分の１程度であれば十分である。実際の使用形態と調心状態をＬｏｓｓ≦０．２ｄＢ、ｋ＝０．２と見込むと、α≧２であれば十分である。換言すると、調心光入力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径が、信号光入出力導波路の導波光のスラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて２倍以上大きいことが好ましい。
【００４３】
実施例１
図４は、本発明の実施形態１による光信号処理装置の組み立て方法を説明するための図である。アレイ導波路回折格子１０は、信号光入出力導波路１６とは別に、調心光入力導波路１７を備える。調心光光源として波長可変レーザー光源の出力光を調心光入力導波路１７に入力し、その波長を調整して、調心光がアレイ導波路回折格子１０からｚ軸に概ね平行に出射するように調整した。ここで、信号光と調心光はスラブ導波路１２への入射位置が異なるため、ＡＷＧ１０の設計中心波長では調心光がｚ軸に平行に出射しない事に注意が必要である。
【００４４】
調心光入力導波路１７は、スラブ導波路１２への接続面１８に向けてその幅が徐々に太くなっている。これにより、調心光はその基本モード導波を保ったままモード径が太くなった後にスラブ導波路１２に入射する。実施例１では、信号光入出力導波路１６の幅を７．５μｍとし、調心光入力導波路１７の幅は、入り口で７．５μｍ、スラブ導波路１２への出口で２２．５μｍとした。この設計により調心光のスラブ導波路１２に入射する前の基本モード径は信号光のそれの約３倍となった。
【００４５】
ビーム位置観測装置６２は、シリンドリカルレンズ２０及び主レンズ（「集光レンズ」とも言う。）４０を通過した集光ビームの焦点面近傍に、ｚ軸方向の可動ステージを用いて設置した。ここでは、ビーム位置観測装置６２としてＣＣＤカメラ型のビームプロファイラーを用いたが、スリットスキャン型やＩＲカメラを用いる事も可能である。
【００４６】
図５は、図４において、ビーム位置観測装置６２を、焦点面Ｂの位置とｚ軸方向に±１０ｍｍ移動したＡ及びＣの位置に置いた時のｘ方向の光強度分布である。焦点面Ｂでは、ビーム径は信号光の方が細く位置評価が容易であるが（図５（ａ）参照）、Ａ面やＣ面では、調心光の方が細くなり位置検出精度が高くなっている事が分かる（図５（ｂ）参照）。したがって、調心光の主光線方向の角度検出をより高精度に行うことができる。調心光のビーム径ωa2は約１００μｍであり、信号光のビーム径ωs2は約４０μｍであったので、式７より調心限界におけるロスを推定すると、０．１１ｄＢとなり十分小さい事が分かった。
【００４７】
調心光の波長を、ＴＯＤＣで使用する範囲の波長で変化させ、各波長における調心光の主光線軸が平行になるように主レンズ４０のｚ軸方向の位置を調整した。具体的には、まず，図４のＡの位置にビームプロファイラー６２を設置する。短波長信号光の主光線軸５３と概ね同じ主光線軸をもつように波長を調整した調心光（短波長調心光）と、長波長信号光の主光線軸５４と概ね同じ主光線軸をもつように波長を調整した調心光（長波長調心光）とをビームプロファイラー６２で観測して、それぞれの主光線位置のｘ座標の差、すなわち主光線の間隔（間隔Ａ）を記録する。次に、可動ステージを動かしてビームプロファイラー６２をＣの位置に移動して、同様に短波長調心光と長波長調心光の間隔（間隔Ｃ）を計測する。間隔Ａ＞間隔Ｃならば、主レンズ４０をＡＷＧ１０に近づけるようにｚ軸に沿って移動させる。間隔Ａ＜間隔Ｃならば，主レンズ４０をＡＷＧ１０から遠ざけるようにｚ軸に沿って移動させる。この操作を繰り返して，短波長調心光と長波長調心光の主光線軸が平行になるまで調整する。この調整により集光光学系が像テレセントリック光学系となるため、信号光においてもその波長に寄らず主光線軸はｚ軸に平行になる。
【００４８】
なお、本実施例では、集光レンズ４０は１枚の凸レンズを用いたが、集光光学系の収差を考慮して複数のレンズの組合せ、すなわちレンズユニットとする事も出来る。その場合は、レンズユニット全体の位置調整によっても、レンズユニット内の一部のレンズの位置調整によってもテレセントリシティ調整は可能である。
【００４９】
その後、主レンズ４０を固定し、ＬＣＯＳ（「光信号処理手段」に相当）を、信号光を用いたアクティブ調心で焦点面Ｂに調心配置して固定し、ＴＯＤＣ（「光信号処理装置」に相当）を完成させた。分散を発生させない状態、すなわちＬＣＯＳの位相変調量を０とした状態でのＩＬＵを測定した。比較にため、本発明に依らずに信号光入出力導波路１６から調心光を入力して調整したＴＯＤＣも作製した。両者の特性評価結果を表１に示す。本発明によりＩＬＵ特性が実用上問題ないレベルまで改善された。
【００５０】
【表１】
【００５１】
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２による光信号処理装置が備えるＡＷＧ内のスラブ導波路近傍の拡大図である。実施形態２による光信号処理装置は、調心光入力導波路１７がスラブ導波路１２への接続面１８に向かって細くなっている点と、調心光入力導波路１７の延長線が、スラブ導波路１２のアレイ導波路１４側の境界面で信号光入出力導波路１６の延長線と交差している点が実施形態１による光信号処理装置と異なる。
【００５２】
導波路における基本導波モード径は、導波路幅がシングルモード条件を満たす幅よりさらに細くなると、逆に太くなる事が知られている（非特許文献３に詳しい）。図６では、調心光入力導波路１７は緩やかなテーパー形状を持って、約２μｍまで細なった後にスラブ導波路１２に接続している。これにより、調心光のモード径が太くなり、像テレセントリシティ調整の精度が高くなると期待できる。
【００５３】
さらに、調心光と信号光は、ともにアレイ導波路１４の中心位置に入射している。これにより、アレイ導波路１４からの出射位置も同じとなるため，調心光と信号光が光信号処理手段の位置で平行になる．これにより、光信号処理手段のθｙ調整も調心光入力導波路１７から入射した調心光を使用してアクティブ調心が可能になる。このとき、アクティブ調心時の光透過率変化検出限界Ｌｏｓｓlimと、θｙの調整限界θｙlimには、
【００５４】
【数８】
【００５５】
の関係が成り立つ。信号光における残留光透過損失は、
【００５６】
【数９】
【００５７】
となる。信号光入出力導波路から入力した光を用いて光信号処理手段のθｙを調整した時（α＝１に相当）に比べて、α＞１となる調心光入力導波路１７に入射した調心光を用いた場合は、αの２乗に反比例して調心偏差による残留光損失を減らす事が出来る。実施例１と同等の調心作業に加えて、ＬＯＣＳのθｙの調整を、調心光入力導波路１７から入射した調心光を用いて行った場合のＴＯＤＣの透過特性を表２に示す。透過損失の低下の効果が確認できた。
【００５８】
【表２】
【符号の説明】
【００５９】
１０，１０’ アレイ導波路回折格子
１１ 出力側スラブ導波路
１２ スラブ導波路
１４ アレイ導波路
１５ 入出力導波路
１６ 信号光入出力導波路
１７ 調心光入力導波路
１８ 信号光入出力導波路及び調心光入力導波路とスラブ導波路の接続面
２０ シリンドリカルレンズ
４０ 集光レンズ
６０ ＭＥＭＳミラー
６１ ＬＣＯＳ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光入力導波路および調心光入力導波路と、前記信号光入力導波路および前記調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、
前記アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光を、前記アレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、
前記集光光学系により前記信号光が集光される位置に配置された、前記信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段と
を備え、
前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
前記信号光入出力導波路の前記スラブ導波路内への延長線と、前記調心光入力導波路の前記スラブ導波路内への延長線とが、前記スラブ導波路と前記アレイ導波路とが接続する面上で交差することを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項３】
前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて２倍以上大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号処理装置。
【請求項４】
前記光信号処理手段は、前記光信号処理手段において処理された前記信号光を反射する反射型であり、
反射した前記信号光は、前記集光光学系へ経て、前記アレイ導波路回折格子に入射して、前記信号光用入出力導波路から出力されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号処理装置。
【請求項５】
前記光信号処理手段を対称軸または回転軸として、前記信号光の光路軸の延長線上であって前記アレイ導波路回折格子と重ならない位置に、１つ以上の出射用のアレイ導波路回折格子を配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号処理装置。
【請求項６】
信号光入力導波路および調心光入力導波路と、前記信号光入力導波路および前記調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光を、前記アレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、前記集光光学系により前記信号光が集光される位置に配置された、前記信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段とを備える光信号処理装置の組み立て方法であって、
調心光を前記調心光入力導波路に入力するステップと、
前記集光光学系から出射した前記調心光の主光線軸の方向を測定するステップと、
前記主光線軸が前記調心光の波長に依らず平行となるように、前記集光光学系に含まれる少なくとも１つの集光素子の位置を調整するステップと
を含み、
前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことを特徴とする組み立て方法。
【請求項７】
前記光信号処理装置は、請求項２乃至５のいずれかに記載の光信号処理装置であることを特徴とする請求項６に記載の組み立て方法。
【請求項８】
調心光を前記調心光入力導波路に入力するステップと、
前記調心光入力導波路から出力される前記調心光の光強度が最大となるように、前記光信号処理手段の前記アレイ導波路格子の分光面に垂直な軸回りの調整を行うステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の組み立て方法。
【請求項１】
信号光入力導波路および調心光入力導波路と、前記信号光入力導波路および前記調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、
前記アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光を、前記アレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、
前記集光光学系により前記信号光が集光される位置に配置された、前記信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段と
を備え、
前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
前記信号光入出力導波路の前記スラブ導波路内への延長線と、前記調心光入力導波路の前記スラブ導波路内への延長線とが、前記スラブ導波路と前記アレイ導波路とが接続する面上で交差することを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項３】
前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて２倍以上大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号処理装置。
【請求項４】
前記光信号処理手段は、前記光信号処理手段において処理された前記信号光を反射する反射型であり、
反射した前記信号光は、前記集光光学系へ経て、前記アレイ導波路回折格子に入射して、前記信号光用入出力導波路から出力されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号処理装置。
【請求項５】
前記光信号処理手段を対称軸または回転軸として、前記信号光の光路軸の延長線上であって前記アレイ導波路回折格子と重ならない位置に、１つ以上の出射用のアレイ導波路回折格子を配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号処理装置。
【請求項６】
信号光入力導波路および調心光入力導波路と、前記信号光入力導波路および前記調心光入力導波路に接続したスラブ導波路と、前記スラブ導波路に接続したアレイ導波路とを有するアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子より空間に出射した信号光を、前記アレイ導波路回折格子からの出射角度に応じた位置に集光する集光光学系と、前記集光光学系により前記信号光が集光される位置に配置された、前記信号光を位相変調、強度変調または偏向する光信号処理手段とを備える光信号処理装置の組み立て方法であって、
調心光を前記調心光入力導波路に入力するステップと、
前記集光光学系から出射した前記調心光の主光線軸の方向を測定するステップと、
前記主光線軸が前記調心光の波長に依らず平行となるように、前記集光光学系に含まれる少なくとも１つの集光素子の位置を調整するステップと
を含み、
前記調心光入力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径が、前記信号光入出力導波路の導波光の前記スラブ導波路に接続する面での基本モード径に比べて大きいことを特徴とする組み立て方法。
【請求項７】
前記光信号処理装置は、請求項２乃至５のいずれかに記載の光信号処理装置であることを特徴とする請求項６に記載の組み立て方法。
【請求項８】
調心光を前記調心光入力導波路に入力するステップと、
前記調心光入力導波路から出力される前記調心光の光強度が最大となるように、前記光信号処理手段の前記アレイ導波路格子の分光面に垂直な軸回りの調整を行うステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の組み立て方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−５３４８７（Ｐ２０１１−５３４８７Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０３０１４（Ｐ２００９−２０３０１４）
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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