光可変フィルタアレイ装置
【課題】複数チャンネルのＷＤＭ光から所望のチャンネルの所望の波長を選択することができる光可変フィルタアレイ装置を提供すること。
【解決手段】光ファイバ１１−１〜１１−ｍからの波長λ１〜λｎから成るｍチャンネルのＷＤＭ信号光を波長分散素子１７に入射する。波長分散素子１７は入射光をその波長に応じて異なった方向に分散させレンズ１８に加える。レンズ１８では光の各チャンネルの光を帯状に平行とすることによりチャンネルと波長に応じてｘｙ平面に展開する。波長選択素子１９は格子状に形成された画素構造であり、選択すべき各チャンネルと波長に応じた位置の画素を反射状態とする。波長選択素子１９で反射した光は同一の経路を介して光ファイバ１５−１〜１５−ｍより出射される。波長選択素子１９の反射特性を各画素毎に変化させることによって、光フィルタの特性を変化させ、任意のＷＤＭ光の任意の波長を選択することができる。
【解決手段】光ファイバ１１−１〜１１−ｍからの波長λ１〜λｎから成るｍチャンネルのＷＤＭ信号光を波長分散素子１７に入射する。波長分散素子１７は入射光をその波長に応じて異なった方向に分散させレンズ１８に加える。レンズ１８では光の各チャンネルの光を帯状に平行とすることによりチャンネルと波長に応じてｘｙ平面に展開する。波長選択素子１９は格子状に形成された画素構造であり、選択すべき各チャンネルと波長に応じた位置の画素を反射状態とする。波長選択素子１９で反射した光は同一の経路を介して光ファイバ１５−１〜１５−ｍより出射される。波長選択素子１９の反射特性を各画素毎に変化させることによって、光フィルタの特性を変化させ、任意のＷＤＭ光の任意の波長を選択することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＷＤＭ信号を選択するのに適した光可変フィルタアレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在ＷＤＭ通信のＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add Drop−ｍultiplexing）ノードではアド・ドロップ機能のカラーレス化、即ち任意の周波数の光信号を分離したり加えたりできる機能を有することが求められている。カラーレス化の方法として入力ＷＤＭ信号から複数の入力信号を選択する波長可変フィルタアレイ（ＴＦＡ）を使用する構成が知られている。従来の波長可変フィルタアレイ構成として、特許文献１及び２では液晶素子の電界効果によるキャビティ長変化を利用した光可変フィルタが提案されている。又特許文献３，４にはＭＥＭＳの機械的変化によってキャビティ長を変化させ、選択波長を変化させる波長可変フィルタが提案されている。
【０００３】
又特許文献５には、導波路の熱光学効果（ＴＯ効果）を用いて導波路上に多数のフィルタを集積するものが提案されている。
【０００４】
更に非特許文献１には回折格子とＭＥＭＳとを組み合わせたチューナブルフィルタも報告されている。この場合ＭＥＭＳと入出力光ファイバをアレイ化することでＴＦＡとして利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３８９１号公報
【特許文献２】特開平５−１９６９１０号公報
【特許文献３】特開２０００−２８９３１号公報
【特許文献４】ＵＳ ６，４４９，４１０
【特許文献５】ＵＳ ２００９／０２６３１４２ Ａ１
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J. Berger. F. Ilkov, D. King, A. Tselikov and D. Anthon, OFC2003, TuN2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＷＤＭ変調信号はスペクトル成分が周波数軸上に広がりを有しているため、フィルタ形状としては信号スペクトル成分を包含しつつ隣接チャンネルのクロストークが高いフラットトップ型のスペクトル波形が望ましい。しかしファブリペロー干渉系のフィルタ形状はローレンツ型であるため、選択した波長のピークが狭くなりすぎて、ＷＤＭ信号の特定波長を選択するフィルタとしては不向きであった。又特許文献５のフィルタではＴＯ効果を用いているため、アレー化のために消費電力が増加するという問題点があった。更に非特許文献１においてはフィルタ形状はガウシアン波形状であり、特許文献１〜４と同様にＷＤＭ信号のフィルタとして適していないという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような従来の欠点に鑑みてなされたものであって、複数のチャンネルのＷＤＭ信号を入力とし、任意のチャンネルについて任意の波長を選択することができる光可変フィルタアレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために、本発明の光可変フィルタアレイ装置は、ｙ軸にそって配列され、夫々が多数の波長の光から成る第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射し、各チャンネルについて選択された波長の光信号を出射する複数のチャンネル分の入出射部と、前記各チャンネルのＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる波長分散素子と、前記波長分散素子によって分散した各チャンネルのＷＤＭ光を波長選択素子平面上に集光する集光素子と、波長に応じてｘ軸方向に配列され、更にｍチャンネル分のＷＤＭ光が夫々ｙ軸の異なった位置に配列されてｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の反射特性を切換えることにより任意のチャンネルのＷＤＭ信号について任意の波長帯の光を選択する波長選択素子と、前記波長選択素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光反射特性を制御する波長選択素子駆動部と、を具備するものである。
【００１０】
この課題を解決するために、本発明の光可変フィルタアレイ装置は、ｙ軸にそって配列され、多数の波長の光から成る第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射する入射部と、前記各チャンネルのＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる第１の分散素子と、前記第１の分散素子によって分散した各チャンネルのＷＤＭ光を波長選択素子平面上に集光する第１の集光素子と、波長に応じてｘ軸方向に配列され、更にｍチャンネル分のＷＤＭ光が夫々ｙ軸の異なった位置に配列されてｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の透過特性を切換えることにより任意のチャンネルのＷＤＭ信号について任意の波長帯の光を選択する波長選択素子と、前記波長選択素子のｘｙ方向に配列された電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光透過特性を制御する波長選択素子駆動部と、前記波長選択素子を透過した各波長の光を集光する第２の集光素子と、前記第２の集光素子によって集光された分散光を合成する第２の波長分散素子と、各チャンネルについて選択された波長のＷＤＭ信号を出射する複数のチャンネル分の出射部と、を具備するものである。
【００１１】
ここで前記波長選択素子は、２次元の液晶素子であり、前記波長選択素子は選択すべきチャンネルの波長に応じて各画素に印加する電圧を制御するようにしてもよい。
【００１２】
ここで前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＭＥＭＳアレイとしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上詳細に説明したように本発明によれば、波長選択素子の反射特性や透過特性を種々変更することによって、多数チャンネルのＷＤＭ信号の夫々について任意の波長の光を選択することができる。又各波長帯について複数の画素を有する波長選択素子を用いれば、波長選択特性を自由に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態による反射型の光可変フィルタアレイのｘ軸方向から見た光学的な配置、図１（ｂ）はそのｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第２の実施の形態による反射型の光可変フィルタのｘ軸方向から見た光学的な配置、図２（ｂ）はそのｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。
【図３】図３は本発明の第１，第２の実施の形態による光可変フィルタアレイ装置に用いられるＬＣＯＳ素子を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の第１，第２の実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の変調方式の一例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは本発明の第１，第２の実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の変調方式の他の例を示す図である。
【図５】図５はＬＣＯＳ素子の駆動状態を示す図である。
【図６】図６はＬＣＯＳ素子の駆動状態に対応するフィルタの選択特性を示す図である。
【図７】図７は本発明の第１，第２の実施の形態による２Ｄ電極アレイの一例を示す図である。
【図８】図８は本発明の第１，第２の実施の形態によるＭＥＭＳ素子の一例を示す図である。
【図９】図９は本実施の形態によるＭＥＭＳ素子の１画素を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の第３の実施の形態による透過型の光可変フィルタのｘ軸方向から見た光学的な配置、図１０（ｂ）はそのｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは本発明の第３の実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の変調方式の一例を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは本発明の第３の実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の変調方式の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態による反射型の光可変フィルタアレイ装置の光学素子の構成を示すｘ軸方向から見た側面図、図１（ｂ）はそのｙ軸方向から見た側面図である。入射光はｍチャンネル分のＷＤＭ信号光であり、各チャンネルのＷＤＭ光は夫々波長λ１〜λｎの光信号が多重化されたものである。第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光は夫々光ファイバ１１−１〜１１−ｍを介してサーキュレータ１２−１〜１２−ｍに与えられる。入射光は光ファイバ１１−１〜１１−ｍを介してサーキュレータ１２−１〜１２−ｍに入力してもよく、又直接入力してもよい。サーキュレータ１２−１〜１２−ｍは入射光を光ファイバ１３−１〜１３−ｍを介してコリメートレンズ１４−１〜１４−ｍに出射すると共に、光ファイバ１３−１〜１３−ｍから入射された光を光ファイバ１５−１〜１５−ｍに出射するものである。又光ファイバ１３−１〜１３−ｍを介してコリメートレンズ１４−１〜１４−ｍから出射された光はｚ軸方向に互いに平行であり、全チャンネルのＷＤＭ光はレンズ１６によって焦点の位置で一点に集光され、集光された位置に配置された波長分散素子１７に入射される。波長分散素子１７は光を波長に応じてｘ軸方向の異なった方向に分散するものである。ここで波長分散素子１７としては、透過型又は反射型の回折格子であってもよく、又プリズム等を用いてもよい。又回折格子とプリズムを組み合わせた構成でもよい。こうして波長分散素子１７で分散された光は集光素子であるレンズ１８に与えられる。レンズ１８はｘｚ平面上で分散した光をｚ軸方向に平行に集光する集光素子であって、集光した光は波長選択素子１９に垂直に入射される。
【００１６】
尚ここでは図１（ｂ）に最短波長λ１及び最長波長λｎの光を例示しているが、入射光は波長λ１〜λｎまでの間で多数のスペクトルを有するＷＤＭ信号光であるので、ｘｚ平面に沿って展開されたｍチャンネル分のＷＤＭ信号光が帯状に波長選択素子１９に加わる。波長選択素子１９は入射光を選択的に反射するものであり、その反射特性に応じて光フィルタの選択特性が決定されるが、詳細については後述する。波長選択素子１９によって反射された光は、同一の経路を通ってレンズ１８に加わり、再び波長分散素子１７に加わる。波長分散素子１７は反射光に対しては元の入射光と同一方向に集束し、集束した光をレンズ１６に入射する。レンズ１６は入射光と同一の経路で光をｚ軸に平行な光に変換し、コリメートレンズ１４−１〜１４−ｍを介して光ファイバ１３−１〜１３−ｍに出射する。この光はサーキュレータ１２−１〜１２−ｍによって光ファイバ１５―１〜１５−ｍに出射される。ここで光ファイバ１１−１〜１１−ｍ，１３−１〜１３−ｍ，１５―１〜１５−ｍとサーキュレータ１２−１〜１２−ｍ、コリメートレンズ１４−１〜１４−ｍ、およびレンズ１６は、ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射し、選択された光を出射する入出射部を構成している。尚サーキュレータ１２−１〜１２−ｍはファイバ型である必要はなく、空間型を用いる場合は光ファイバ１３−１〜１３−ｍは不要である。
【００１７】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態による反射型の光可変フィルタアレイ装置について説明する。図２（ａ）は本発明の第２の実施の形態による光可変フィルタアレイ装置の光学素子の構成を示すｘ軸方向から見た側面図、図２（ｂ）はそのｙ軸方向から見た側面図であり、第１の実施の形態と同一部分は同一符号を付している。この実施の形態では、光ファイバ１１−１〜１１−ｍの出射した光をコリメータ２０−１〜２０−ｍを介してレンズ１６に入力している。又波長分散素子１７は図２（ｂ）に示すようにｚ軸方向で入射光と出射光との位置を異ならせ、レンズ１８を介して波長選択素子１９に入射するようにしたものである。出射側には光ファイバ１１−１〜１１−ｍと並行して光ファイバ１５−１〜１５−ｍが設けられ、同様にコリメータ２０−１〜２０−ｍと並行してコリメータ２１−１〜２１−ｍが設けられている。波長選択素子１９は図２（ｂ）に示すようにｘ軸方向からわずかに傾けて設けられ、これによってサーキュレータ１２−１〜１２−ｍを用いることなく入射光と出射光を分離するようにしている。
【００１８】
（波長選択素子の構成）
次にここで第１，第２の実施の形態による反射型光可変フィルタアレイ装置に用いられる波長選択素子１９について説明する。波長選択素子１９は図３に示すようにマトリックス状に配置された２次元のＫ×Ｌドットの画素構造の素子である。又波長選択素子１９は設定部２２がドライバ２３を介して接続されている。設定部２２はｘｙ平面の光を反射する画素を選択チャンネルの選択波長に合わせて決定するものである。設定部２２とドライバ２３は波長選択素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光反射特性を制御する波長選択素子駆動部を構成している。
【００１９】
ここで第１及び第２の実施の形態において、第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光をチャンネルによってｙ軸方向に分散させると共に、波長によってｘ軸方向に分散させ、ｍ本の平行な帯状の光として波長選択素子１９に入射したとき、第１〜第ｍチャンネルの入射領域Ｒ１〜Ｒｍは図３に示す長方形状の領域であるとする。即ち入射領域Ｒ１〜Ｒｍに加わる光は夫々第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光をチャンネルｉ（ｉ＝１〜ｍ）と波長帯λｊ（ｊ＝１〜ｎ）に応じてｘｙ平面に展開した光である。そして第１，第２の実施の形態の光可変フィルタアレイ装置では、反射させる画素を選択することによって、任意の波長の光を選択することができる。次に波長選択素子１９の詳細な構成について説明する。
【００２０】
波長選択素子１９としてはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）の液晶素子を用いて実現することができる。ＬＣＯＳ素子１９Ａは各画素の背面に液晶変調ドライバを内蔵しているため、画素数を多くすることができ、例えば1000×1000の多数の格子状の画素から構成することができる。ＬＣＯＳ素子１９Ａでは各チャンネル毎及び波長毎に異なる位置に各光ビームが入射するので、その位置の画素を反射状態とすればその光信号を選択することができる。
【００２１】
ここでＬＣＯＳ素子１９Ａにおける変調方式の１つである位相変調方式について説明する。図４ＡはＬＣＯＳ素子１９Ａを示す概略図であり、光が入射する面からｚ軸に沿って透明電極３１，液晶３２及び背面反射電極３３を積層して構成されている。ＬＣＯＳ素子１９Ａは１つのチャンネルの１つの波長帯を複数の画素で構成するため、複数画素について屈折率の凹凸を形成し、回折現象を発現することができる。従って透明電極３１と背面反射電極３３との間に電圧を印加することによって各周波数成分の回折角を独立に制御し、特定波長の入力光をそのまま入射方向に反射させたり、他の波長成分の光を不要な光として回折させ、入射方向とは異なった方向に光を反射させることができる。このため各画素に印加する電圧を制御することによって、必要な画素を回折させずに正反射状態とすることができる。
【００２２】
次にＬＣＯＳ素子１９Ａの他の変調方式である強度変調方式について説明する。図４Ｂは強度変調方式による波長選択方法を示す図であり、入出射光の入射する面には偏光子３４を配置する。偏光子３４は入射光を図中○で示す特定の偏光状態にして反射型のＬＣＯＳ素子１９Ａに入射する。この場合にもＬＣＯＳ素子１９Ａは透明電極３１，液晶３２及び背面反射電極３３によって構成される。ＬＣＯＳ素子１９Ａに光を入射すると、電圧の印加状態によって電極間の液晶の複屈折率差を制御することができる。従って印加する電圧の偏光状態を独立に制御することにより反射光の偏光状態を異ならせることができる。ここで液晶分子の配向成分によって電圧を制御したときに偏光面が回転するか保持されるかが決定される。例えば電圧を印加しない場合に偏光面が保持されるとすると、図中○状態で示す光がそのまま反射することとなる。一方電圧を印加すれば偏光面が回転して反射するため、反射光は偏光子３４によって遮蔽される。従って画素に加える電圧を制御して入射光を選択することができる。ここで任意数の画素を反射状態とすれば任意の複数のＷＤＭ信号光の、任意の複数の波長帯を選択することができる。
【００２３】
第１、第２の実施の形態では夫々がλ１〜λｎのｎの波長帯を有するｍチャンネルのＷＤＭ信号に対して例えば３ｍ×３ｎの画素を有するＬＣＯＳ素子１９Ａを用いるものとする。そうすれば特定のチャンネルのＷＤＭ信号の特定波長、例えば図５（ａ）に示すようにｉチャンネルのＷＤＭ光のλｊの波長帯の信号を選択する場合には、３ｉ〜３ｉ＋２，３ｊ〜３ｊ＋２の９ドットの画素を正反射状態とすることによってそのチャンネルのその波長を選択することができる。図５（ａ）では反射状態とする画素を黒く示している。ここでＬＣＯＳ素子１９Ａの反射状態とした画素に光が入射すると、入射光はそのまま反射されて出力側に得られる。又選択されていない画素に入射した波長の光は回折又は遮蔽されるため、光ファイバ１５−１〜１５−ｍには戻らない。このように特定の波長帯に対応する９画素を選択する場合には、図６（ａ）に示すようにフィルタ形状として信号スペクトル成分を包含しつつ隣接チャンネルのクロストークが高いフラットトップ型のスペクトル波形を得ることができる。
【００２４】
更にＬＣＯＳ素子１９Ａにおいてもオンオフさせる画素数を制御することによってフィルタの形状も任意に設定することができる。即ち図５（ａ）においてそのチャンネルの特定波長帯の３×３の画素のうち一つの画素を選択すれば低いレベルとすることができる。又波長選択素子１９のｉチャンネルの波長λｊ帯を選択する９画素のうち一部を選択すれば任意の波長とすることができる。こうすれば光が波長選択素子１９に入射すると、反射領域の幅に対応したパスバンドの幅が得られる。即ち図５（ｂ）に示すようにｉチャンネルの波長λｊ帯を選択する９画素のうち中央の３画素を反射状態とすれば、図６（ｂ）に示すようにλｊ帯の中心部分の波長を選択する幅が狭い選択特性が得られる。
【００２５】
又図５（ｃ）に示すようにこれに隣接する中央の画素も同時に反射状態とすれば、図６（ｃ）に示すようにパスバンドの幅を少し広くし、ガウシアン状に近い選択特性とすることができる。
【００２６】
更に図５（ｄ）に示すように、波長λｊの９画素に加えて隣接する画素の一部も反射状態とすれば、図６（ｄ）に示すようにパスバンドの幅をより広くすることができる。
【００２７】
又各ＬＣＯＳ素子１９Ａの画素は印加する電圧レベルを制御することによって透過率を連続的に変化させることができる。従って電圧を印加する画素とそのレベルを制御することによって種々のフィルタ特性を得ることができる。
【００２８】
尚第１，第２の実施の形態ではＷＤＭ信号の１つのチャンネルの各波長帯について３×３画素を対応させるようにしているが、更に多数の画素を対応させたり、夫々の画素について電圧レベルを制御すれば、より精密なフィルタ特性の制御が可能となる。
【００２９】
またこの波長選択素子１９として、ＬＣＯＳ構造ではない２Ｄ電極アレイを有する液晶素子１９Ｂを用いることができる。ＬＣＯＳ素子の場合には画素の背面に液晶ドライバが内蔵されているが、２Ｄ電極アレイ液晶素子１９Ｂは液晶変調用のドライバ２３が素子の外部に装備されており、画素数をＬＣＯＳのように多くすることは難しくなる。従って図７に示すように、ｍチャンネルのＷＤＭ光のλ１〜λｎのｎ波長を２次元に展開したｍ×ｎに対応するようにｍ×ｎ構成の画素とすることが好ましい。この場合にはフィルタ形状を変化させることはできないが、ｍチャンネルのうち任意の複数チャンネルの任意の波長帯を選択することができる。この場合は前述した強度変調方式のみを実現することができる。又画素について電圧レベルを変化させることによって透過レベルを変化させることが可能となる。
【００３０】
更に波長選択素子１９としてＭＥＭＳ素子１９Ｃを用いて構成することもできる。この場合には図８に示すように、ｘｙ平面上で各チャンネル及び波長毎に異なる位置にＭＥＭＳ素子からなる多数のＭＥＭＳミラーを配置する。そしてＭＥＭＳミラーの各画素はＷＤＭ信号光の各波長に対して１対１に対応させるものとする。こうすれば図９に示すようにＭＥＭＳ素子１９Ｃの夫々の画素をｘ軸又はｙ軸を中心に回転させることによって不要なＷＤＭ信号を消滅させ、必要なＷＤＭ信号のみを選択することができる。この場合にも任意の複数チャンネルのＷＤＭ光について任意の複数の波長帯を選択することができる。又各画素に印加する電圧レベルのミラーの角度を制御することができ、透過光量を任意に設定することができる。従ってこの場合にも選択する波長帯の光の強度レベルを制御することも可能となる。又ＭＥＭＳを用いた場合であっても１つの波長帯に対して複数のＭＥＭＳ素子の画素を対応付けるようにしてもよい。こうすればＬＣＯＳ素子と同様に、１つの波長帯に対応する画素に印加する電圧を制御することによって種々のフィルタ形状の波長選択特性を得ることができる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態による透過型の光可変フィルタアレイ装置について説明する。図１０（ａ）において入射光はｍチャンネル分のＷＤＭ信号であり、夫々光ファイバ６１−１〜６１−ｍからコリメートレンズ６２−１〜６２−ｍに入射され、平行な光ビームとしてレンズ６３に与えられる。レンズ６３は各チャンネルのＷＤＭ光をｙ軸方向に集束して一点に集光するもので、集光位置には第１の波長分散素子６４が設けられる。光ファイバ６１−１〜６１−ｍ、コリメートレンズ６２−１〜６２−ｍおよびレンズ６３は第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射する入射部を構成している。第１の波長分散素子６４は第１の実施の形態の波長分散素子と同様に、回折格子やプリズムもしくは回折格子とプリズムの組み合わせで使用することができる。波長分散素子６４は図３（ｂ）に示すように光の波長毎にｘｚ平面上で異なった方向に光を出射するものである。この光はいずれもレンズ６５に入射される。波長分散素子６４とレンズ６５との間隔は、レンズ６５の焦点距離ｆ１と等しいものとする。レンズ６５はｘｙ平面上で分散した光をｘ軸方向に平行に集光する第１の集光素子である。又レンズ６５の光軸に垂直に波長選択素子６６が配置される。波長選択素子６６は入射光を部分的に透過する、もしくはファイバ６１−１〜６１−ｍへの反射戻り光を防ぐために若干傾けて配置されるものであり、詳細については後述する。波長選択素子６６を透過した光はレンズ６７に入射される。レンズ６５、第１の波長分散素子６４とレンズ６７、第２の波長分散素子６８は波長選択素子６６の中心のｘｙ面に対して面対称である。レンズ６７はｘｚ平面上の平行な光を集光する第２の集光素子であり、波長分散素子６８は異なった波長成分の異なった方向からの光を合成して出射するものである。波長分散素子６８によって合成された光はレンズ６９によってｚ軸に平行でｙ軸方向に各チャンネル毎に分離したＷＤＭ光に変換される。各チャンネルのＷＤＭ光はコリメートレンズ７０−１〜７０−ｍを介して光ファイバ７１−１〜７１−ｍに与えられる。レンズ６９、コリメートレンズ７０−１〜７０−ｍ、および光ファイバ７１−１〜７１−ｍは、各チャンネルについて選択された波長のＷＤＭ信号を出射する複数のチャンネル分の出射部を構成している。
【００３２】
（波長選択素子の構成）
次にここで第３の実施の形態による透過型光可変フィルタアレイ装置に用いられる波長選択素子６６について説明する。波長選択素子６６は図３と同様にマトリックス状に配置された２次元のＫ×Ｌドットの画素構造の素子である。又波長選択素子６６は設定部２２がドライバ２３を介して接続されている。設定部２２はｘｚ平面の光を透過する画素を選択チャンネルの選択波長に合わせて決定するものである。
【００３３】
ここで第３の実施の形態においても、第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光をチャンネルによってｘ軸方向に分散させると共に、波長によってｙ軸方向に分散させ、ｍ本の平行な帯状の光として波長選択素子６６に入射したとき、第１〜第ｍチャンネルの入射領域Ｒ１〜Ｒｍは図１１に示す長方形状の領域であるとする。即ち入射領域Ｒ１〜Ｒｍに加わる光は夫々第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光をチャンネルｉ（ｉ＝１〜ｍ）と波長帯λｊ（ｊ＝１〜ｍ）に応じてｘｙ平面に展開した光である。そして第３の実施の形態の光可変フィルタアレイ装置では、透過させる画素を選択することによって、任意の波長の光を選択することができる。次に波長選択素子６６の詳細な構成について説明する。
【００３４】
波長選択素子としてはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）の液晶素子を用いて実現することができる。ＬＣＯＳ素子６６Ａは各画素の背面に液晶変調ドライバ２３を内蔵しているため、画素数を多くすることができ、例えば1000×1000の多数の格子状の画素から構成することができる。ＬＣＯＳ素子６６Ａでは各チャンネル毎及び波長毎に異なる位置に各光ビームが入射するので、その位置の画素を透過状態とすればその光信号を選択することができる。
【００３５】
ここでＬＣＯＳ素子６６Ａにおける変調方式の１つである位相変調方式について説明する。図１１ＡはＬＣＯＳ素子を示す概略図であり、光が入射する面からｚ軸に沿って透明電極８１，液晶８２及び透明電極８３を積層して構成されている。ＬＣＯＳ素子６６Ａは１つのチャンネルの１つの波長帯を複数の画素で構成するため、複数画素について屈折率の凹凸を形成し、回折現象を発現することができる。従って透明電極８１と透明電極８３との間に電圧を印加することによって各周波数成分の回折角を独立に制御し、特定波長の入力光をｚ軸方向に直進させてそのまま透過させたり、他の波長成分の光を不要な光として回折させ、ｚ軸方向とは異なった方向に光を回折させることができる。このため各画素に印加する電圧を制御することによって、必要な画素を回折させずに透過状態とすることができる。
【００３６】
次にＬＣＯＳ素子の他の変調方式である強度変調方式について説明する。図１１Ｂは強度変調方式による波長選択方法を示す図であり、入射光の入射する面には偏光子８４を配置する。偏光子８４は入射光を図中○で示す特定の偏光状態にしてＬＣＯＳ素子６６Ａに入射する。この場合にもＬＣＯＳ素子は透明電極８１，液晶８２及び透明電極８３によって構成される。ＬＣＯＳ素子を透過した出射光光軸上には偏光子８５を配置する。偏光子８５は入射光を図中○で示す特定の偏光状態の光のみを出射するものである。ＬＣＯＳ素子に光を入射すると、電圧の印加状態によって電極間の液晶の複屈折率差を制御することができる。従って印加する電圧の偏光状態を独立に制御することにより透過光の偏光状態を異ならせることができる。ここで液晶分子の配向成分によって電圧を制御したときに偏光面が回転するか保持されるかが決定される。例えば電圧を印加しない場合に偏光面が保持されるとすると、図中○状態で示す光がそのまま透過することとなる。一方電圧を印加すれば偏光面が回転して透過するため、透過光は偏光子８５によって遮蔽される。従って画素に加える電圧を制御して入射光を選択することができる。ここで任意数の画素を透過状態とすれば任意の複数のＷＤＭ信号光の、任意の複数の波長帯を選択することができる。
【００３７】
次にこの波長選択素子６６として、ＬＣＯＳ構造ではない２Ｄ電極アレイを有する液晶素子を用いることができる。ＬＣＯＳ素子の場合には画素の背面に液晶ドライバが内蔵されているが、２Ｄ電極アレイ液晶素子６６Ｂは液晶変調用のドライバ２３が素子の外部に装備されており、画素数をＬＣＯＳ素子のように多くすることは難しくなる。従って図７と同様に、ｍチャンネルのＷＤＭ光のλ１〜λｎのｎ波長を２次元に展開したｍ×ｎに対応するようにｍ×ｎ構成の画素とすることが好ましい。この場合にはフィルタ形状を変化させることはできないが、ｍチャンネルのうち任意の複数チャンネルの任意の波長帯を選択することができる。この場合は前述した強度変調方式のみを実現することができる。又画素について電圧レベルを変化させることによって透過レベルを変化させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上詳細に説明したように本発明によれば、波長選択素子の反射特性や透過特性を種々変更することによって、多数チャンネルのＷＤＭ信号の夫々について任意の波長の光を選択することができる。又各波長について複数のビットを有する波長選択素子を用いれば、波長選択特性を自由に変化させることができる。これにより光可変フィルタアレイ装置をＷＤＭ光のアドドロップ機能を有するノードの主要構成要素として用いることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１１−１〜１１−ｍ，１３−１〜１３−ｍ，１５−１〜１５−ｍ，６１−１〜６１−ｍ，７１−１〜７１−ｍ 光ファイバ
１２−１〜１２−ｍ 光サーキュレータ
１４−１〜１４−ｍ，２０−１〜２０−ｍ，２１−１〜２１−ｍ，６２−１〜６２−ｍ，７０−１〜７０−ｍ コリメートレンズ
１６，１８，６３，６５，６７，６９ レンズ
１７，６４，６７ 分散素子
１９，６６ 波長選択素子
１９Ａ，６６Ａ ＬＣＯＳ素子
１９Ｂ，６６Ｂ ２Ｄ電極アレー液晶素子
１９Ｃ ＭＥＭＳ素子
２２ 設定部
２３ ドライバ
３１，８１，８３ 透明電極
３２，８２ 液晶
３３ 反射電極
８４，８５ 偏光子
【技術分野】
【０００１】
本発明はＷＤＭ信号を選択するのに適した光可変フィルタアレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在ＷＤＭ通信のＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add Drop−ｍultiplexing）ノードではアド・ドロップ機能のカラーレス化、即ち任意の周波数の光信号を分離したり加えたりできる機能を有することが求められている。カラーレス化の方法として入力ＷＤＭ信号から複数の入力信号を選択する波長可変フィルタアレイ（ＴＦＡ）を使用する構成が知られている。従来の波長可変フィルタアレイ構成として、特許文献１及び２では液晶素子の電界効果によるキャビティ長変化を利用した光可変フィルタが提案されている。又特許文献３，４にはＭＥＭＳの機械的変化によってキャビティ長を変化させ、選択波長を変化させる波長可変フィルタが提案されている。
【０００３】
又特許文献５には、導波路の熱光学効果（ＴＯ効果）を用いて導波路上に多数のフィルタを集積するものが提案されている。
【０００４】
更に非特許文献１には回折格子とＭＥＭＳとを組み合わせたチューナブルフィルタも報告されている。この場合ＭＥＭＳと入出力光ファイバをアレイ化することでＴＦＡとして利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３８９１号公報
【特許文献２】特開平５−１９６９１０号公報
【特許文献３】特開２０００−２８９３１号公報
【特許文献４】ＵＳ ６，４４９，４１０
【特許文献５】ＵＳ ２００９／０２６３１４２ Ａ１
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J. Berger. F. Ilkov, D. King, A. Tselikov and D. Anthon, OFC2003, TuN2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＷＤＭ変調信号はスペクトル成分が周波数軸上に広がりを有しているため、フィルタ形状としては信号スペクトル成分を包含しつつ隣接チャンネルのクロストークが高いフラットトップ型のスペクトル波形が望ましい。しかしファブリペロー干渉系のフィルタ形状はローレンツ型であるため、選択した波長のピークが狭くなりすぎて、ＷＤＭ信号の特定波長を選択するフィルタとしては不向きであった。又特許文献５のフィルタではＴＯ効果を用いているため、アレー化のために消費電力が増加するという問題点があった。更に非特許文献１においてはフィルタ形状はガウシアン波形状であり、特許文献１〜４と同様にＷＤＭ信号のフィルタとして適していないという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような従来の欠点に鑑みてなされたものであって、複数のチャンネルのＷＤＭ信号を入力とし、任意のチャンネルについて任意の波長を選択することができる光可変フィルタアレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために、本発明の光可変フィルタアレイ装置は、ｙ軸にそって配列され、夫々が多数の波長の光から成る第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射し、各チャンネルについて選択された波長の光信号を出射する複数のチャンネル分の入出射部と、前記各チャンネルのＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる波長分散素子と、前記波長分散素子によって分散した各チャンネルのＷＤＭ光を波長選択素子平面上に集光する集光素子と、波長に応じてｘ軸方向に配列され、更にｍチャンネル分のＷＤＭ光が夫々ｙ軸の異なった位置に配列されてｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の反射特性を切換えることにより任意のチャンネルのＷＤＭ信号について任意の波長帯の光を選択する波長選択素子と、前記波長選択素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光反射特性を制御する波長選択素子駆動部と、を具備するものである。
【００１０】
この課題を解決するために、本発明の光可変フィルタアレイ装置は、ｙ軸にそって配列され、多数の波長の光から成る第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射する入射部と、前記各チャンネルのＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる第１の分散素子と、前記第１の分散素子によって分散した各チャンネルのＷＤＭ光を波長選択素子平面上に集光する第１の集光素子と、波長に応じてｘ軸方向に配列され、更にｍチャンネル分のＷＤＭ光が夫々ｙ軸の異なった位置に配列されてｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の透過特性を切換えることにより任意のチャンネルのＷＤＭ信号について任意の波長帯の光を選択する波長選択素子と、前記波長選択素子のｘｙ方向に配列された電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光透過特性を制御する波長選択素子駆動部と、前記波長選択素子を透過した各波長の光を集光する第２の集光素子と、前記第２の集光素子によって集光された分散光を合成する第２の波長分散素子と、各チャンネルについて選択された波長のＷＤＭ信号を出射する複数のチャンネル分の出射部と、を具備するものである。
【００１１】
ここで前記波長選択素子は、２次元の液晶素子であり、前記波長選択素子は選択すべきチャンネルの波長に応じて各画素に印加する電圧を制御するようにしてもよい。
【００１２】
ここで前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＭＥＭＳアレイとしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上詳細に説明したように本発明によれば、波長選択素子の反射特性や透過特性を種々変更することによって、多数チャンネルのＷＤＭ信号の夫々について任意の波長の光を選択することができる。又各波長帯について複数の画素を有する波長選択素子を用いれば、波長選択特性を自由に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態による反射型の光可変フィルタアレイのｘ軸方向から見た光学的な配置、図１（ｂ）はそのｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第２の実施の形態による反射型の光可変フィルタのｘ軸方向から見た光学的な配置、図２（ｂ）はそのｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。
【図３】図３は本発明の第１，第２の実施の形態による光可変フィルタアレイ装置に用いられるＬＣＯＳ素子を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の第１，第２の実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の変調方式の一例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは本発明の第１，第２の実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の変調方式の他の例を示す図である。
【図５】図５はＬＣＯＳ素子の駆動状態を示す図である。
【図６】図６はＬＣＯＳ素子の駆動状態に対応するフィルタの選択特性を示す図である。
【図７】図７は本発明の第１，第２の実施の形態による２Ｄ電極アレイの一例を示す図である。
【図８】図８は本発明の第１，第２の実施の形態によるＭＥＭＳ素子の一例を示す図である。
【図９】図９は本実施の形態によるＭＥＭＳ素子の１画素を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の第３の実施の形態による透過型の光可変フィルタのｘ軸方向から見た光学的な配置、図１０（ｂ）はそのｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは本発明の第３の実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の変調方式の一例を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは本発明の第３の実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の変調方式の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態による反射型の光可変フィルタアレイ装置の光学素子の構成を示すｘ軸方向から見た側面図、図１（ｂ）はそのｙ軸方向から見た側面図である。入射光はｍチャンネル分のＷＤＭ信号光であり、各チャンネルのＷＤＭ光は夫々波長λ１〜λｎの光信号が多重化されたものである。第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光は夫々光ファイバ１１−１〜１１−ｍを介してサーキュレータ１２−１〜１２−ｍに与えられる。入射光は光ファイバ１１−１〜１１−ｍを介してサーキュレータ１２−１〜１２−ｍに入力してもよく、又直接入力してもよい。サーキュレータ１２−１〜１２−ｍは入射光を光ファイバ１３−１〜１３−ｍを介してコリメートレンズ１４−１〜１４−ｍに出射すると共に、光ファイバ１３−１〜１３−ｍから入射された光を光ファイバ１５−１〜１５−ｍに出射するものである。又光ファイバ１３−１〜１３−ｍを介してコリメートレンズ１４−１〜１４−ｍから出射された光はｚ軸方向に互いに平行であり、全チャンネルのＷＤＭ光はレンズ１６によって焦点の位置で一点に集光され、集光された位置に配置された波長分散素子１７に入射される。波長分散素子１７は光を波長に応じてｘ軸方向の異なった方向に分散するものである。ここで波長分散素子１７としては、透過型又は反射型の回折格子であってもよく、又プリズム等を用いてもよい。又回折格子とプリズムを組み合わせた構成でもよい。こうして波長分散素子１７で分散された光は集光素子であるレンズ１８に与えられる。レンズ１８はｘｚ平面上で分散した光をｚ軸方向に平行に集光する集光素子であって、集光した光は波長選択素子１９に垂直に入射される。
【００１６】
尚ここでは図１（ｂ）に最短波長λ１及び最長波長λｎの光を例示しているが、入射光は波長λ１〜λｎまでの間で多数のスペクトルを有するＷＤＭ信号光であるので、ｘｚ平面に沿って展開されたｍチャンネル分のＷＤＭ信号光が帯状に波長選択素子１９に加わる。波長選択素子１９は入射光を選択的に反射するものであり、その反射特性に応じて光フィルタの選択特性が決定されるが、詳細については後述する。波長選択素子１９によって反射された光は、同一の経路を通ってレンズ１８に加わり、再び波長分散素子１７に加わる。波長分散素子１７は反射光に対しては元の入射光と同一方向に集束し、集束した光をレンズ１６に入射する。レンズ１６は入射光と同一の経路で光をｚ軸に平行な光に変換し、コリメートレンズ１４−１〜１４−ｍを介して光ファイバ１３−１〜１３−ｍに出射する。この光はサーキュレータ１２−１〜１２−ｍによって光ファイバ１５―１〜１５−ｍに出射される。ここで光ファイバ１１−１〜１１−ｍ，１３−１〜１３−ｍ，１５―１〜１５−ｍとサーキュレータ１２−１〜１２−ｍ、コリメートレンズ１４−１〜１４−ｍ、およびレンズ１６は、ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射し、選択された光を出射する入出射部を構成している。尚サーキュレータ１２−１〜１２−ｍはファイバ型である必要はなく、空間型を用いる場合は光ファイバ１３−１〜１３−ｍは不要である。
【００１７】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態による反射型の光可変フィルタアレイ装置について説明する。図２（ａ）は本発明の第２の実施の形態による光可変フィルタアレイ装置の光学素子の構成を示すｘ軸方向から見た側面図、図２（ｂ）はそのｙ軸方向から見た側面図であり、第１の実施の形態と同一部分は同一符号を付している。この実施の形態では、光ファイバ１１−１〜１１−ｍの出射した光をコリメータ２０−１〜２０−ｍを介してレンズ１６に入力している。又波長分散素子１７は図２（ｂ）に示すようにｚ軸方向で入射光と出射光との位置を異ならせ、レンズ１８を介して波長選択素子１９に入射するようにしたものである。出射側には光ファイバ１１−１〜１１−ｍと並行して光ファイバ１５−１〜１５−ｍが設けられ、同様にコリメータ２０−１〜２０−ｍと並行してコリメータ２１−１〜２１−ｍが設けられている。波長選択素子１９は図２（ｂ）に示すようにｘ軸方向からわずかに傾けて設けられ、これによってサーキュレータ１２−１〜１２−ｍを用いることなく入射光と出射光を分離するようにしている。
【００１８】
（波長選択素子の構成）
次にここで第１，第２の実施の形態による反射型光可変フィルタアレイ装置に用いられる波長選択素子１９について説明する。波長選択素子１９は図３に示すようにマトリックス状に配置された２次元のＫ×Ｌドットの画素構造の素子である。又波長選択素子１９は設定部２２がドライバ２３を介して接続されている。設定部２２はｘｙ平面の光を反射する画素を選択チャンネルの選択波長に合わせて決定するものである。設定部２２とドライバ２３は波長選択素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光反射特性を制御する波長選択素子駆動部を構成している。
【００１９】
ここで第１及び第２の実施の形態において、第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光をチャンネルによってｙ軸方向に分散させると共に、波長によってｘ軸方向に分散させ、ｍ本の平行な帯状の光として波長選択素子１９に入射したとき、第１〜第ｍチャンネルの入射領域Ｒ１〜Ｒｍは図３に示す長方形状の領域であるとする。即ち入射領域Ｒ１〜Ｒｍに加わる光は夫々第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光をチャンネルｉ（ｉ＝１〜ｍ）と波長帯λｊ（ｊ＝１〜ｎ）に応じてｘｙ平面に展開した光である。そして第１，第２の実施の形態の光可変フィルタアレイ装置では、反射させる画素を選択することによって、任意の波長の光を選択することができる。次に波長選択素子１９の詳細な構成について説明する。
【００２０】
波長選択素子１９としてはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）の液晶素子を用いて実現することができる。ＬＣＯＳ素子１９Ａは各画素の背面に液晶変調ドライバを内蔵しているため、画素数を多くすることができ、例えば1000×1000の多数の格子状の画素から構成することができる。ＬＣＯＳ素子１９Ａでは各チャンネル毎及び波長毎に異なる位置に各光ビームが入射するので、その位置の画素を反射状態とすればその光信号を選択することができる。
【００２１】
ここでＬＣＯＳ素子１９Ａにおける変調方式の１つである位相変調方式について説明する。図４ＡはＬＣＯＳ素子１９Ａを示す概略図であり、光が入射する面からｚ軸に沿って透明電極３１，液晶３２及び背面反射電極３３を積層して構成されている。ＬＣＯＳ素子１９Ａは１つのチャンネルの１つの波長帯を複数の画素で構成するため、複数画素について屈折率の凹凸を形成し、回折現象を発現することができる。従って透明電極３１と背面反射電極３３との間に電圧を印加することによって各周波数成分の回折角を独立に制御し、特定波長の入力光をそのまま入射方向に反射させたり、他の波長成分の光を不要な光として回折させ、入射方向とは異なった方向に光を反射させることができる。このため各画素に印加する電圧を制御することによって、必要な画素を回折させずに正反射状態とすることができる。
【００２２】
次にＬＣＯＳ素子１９Ａの他の変調方式である強度変調方式について説明する。図４Ｂは強度変調方式による波長選択方法を示す図であり、入出射光の入射する面には偏光子３４を配置する。偏光子３４は入射光を図中○で示す特定の偏光状態にして反射型のＬＣＯＳ素子１９Ａに入射する。この場合にもＬＣＯＳ素子１９Ａは透明電極３１，液晶３２及び背面反射電極３３によって構成される。ＬＣＯＳ素子１９Ａに光を入射すると、電圧の印加状態によって電極間の液晶の複屈折率差を制御することができる。従って印加する電圧の偏光状態を独立に制御することにより反射光の偏光状態を異ならせることができる。ここで液晶分子の配向成分によって電圧を制御したときに偏光面が回転するか保持されるかが決定される。例えば電圧を印加しない場合に偏光面が保持されるとすると、図中○状態で示す光がそのまま反射することとなる。一方電圧を印加すれば偏光面が回転して反射するため、反射光は偏光子３４によって遮蔽される。従って画素に加える電圧を制御して入射光を選択することができる。ここで任意数の画素を反射状態とすれば任意の複数のＷＤＭ信号光の、任意の複数の波長帯を選択することができる。
【００２３】
第１、第２の実施の形態では夫々がλ１〜λｎのｎの波長帯を有するｍチャンネルのＷＤＭ信号に対して例えば３ｍ×３ｎの画素を有するＬＣＯＳ素子１９Ａを用いるものとする。そうすれば特定のチャンネルのＷＤＭ信号の特定波長、例えば図５（ａ）に示すようにｉチャンネルのＷＤＭ光のλｊの波長帯の信号を選択する場合には、３ｉ〜３ｉ＋２，３ｊ〜３ｊ＋２の９ドットの画素を正反射状態とすることによってそのチャンネルのその波長を選択することができる。図５（ａ）では反射状態とする画素を黒く示している。ここでＬＣＯＳ素子１９Ａの反射状態とした画素に光が入射すると、入射光はそのまま反射されて出力側に得られる。又選択されていない画素に入射した波長の光は回折又は遮蔽されるため、光ファイバ１５−１〜１５−ｍには戻らない。このように特定の波長帯に対応する９画素を選択する場合には、図６（ａ）に示すようにフィルタ形状として信号スペクトル成分を包含しつつ隣接チャンネルのクロストークが高いフラットトップ型のスペクトル波形を得ることができる。
【００２４】
更にＬＣＯＳ素子１９Ａにおいてもオンオフさせる画素数を制御することによってフィルタの形状も任意に設定することができる。即ち図５（ａ）においてそのチャンネルの特定波長帯の３×３の画素のうち一つの画素を選択すれば低いレベルとすることができる。又波長選択素子１９のｉチャンネルの波長λｊ帯を選択する９画素のうち一部を選択すれば任意の波長とすることができる。こうすれば光が波長選択素子１９に入射すると、反射領域の幅に対応したパスバンドの幅が得られる。即ち図５（ｂ）に示すようにｉチャンネルの波長λｊ帯を選択する９画素のうち中央の３画素を反射状態とすれば、図６（ｂ）に示すようにλｊ帯の中心部分の波長を選択する幅が狭い選択特性が得られる。
【００２５】
又図５（ｃ）に示すようにこれに隣接する中央の画素も同時に反射状態とすれば、図６（ｃ）に示すようにパスバンドの幅を少し広くし、ガウシアン状に近い選択特性とすることができる。
【００２６】
更に図５（ｄ）に示すように、波長λｊの９画素に加えて隣接する画素の一部も反射状態とすれば、図６（ｄ）に示すようにパスバンドの幅をより広くすることができる。
【００２７】
又各ＬＣＯＳ素子１９Ａの画素は印加する電圧レベルを制御することによって透過率を連続的に変化させることができる。従って電圧を印加する画素とそのレベルを制御することによって種々のフィルタ特性を得ることができる。
【００２８】
尚第１，第２の実施の形態ではＷＤＭ信号の１つのチャンネルの各波長帯について３×３画素を対応させるようにしているが、更に多数の画素を対応させたり、夫々の画素について電圧レベルを制御すれば、より精密なフィルタ特性の制御が可能となる。
【００２９】
またこの波長選択素子１９として、ＬＣＯＳ構造ではない２Ｄ電極アレイを有する液晶素子１９Ｂを用いることができる。ＬＣＯＳ素子の場合には画素の背面に液晶ドライバが内蔵されているが、２Ｄ電極アレイ液晶素子１９Ｂは液晶変調用のドライバ２３が素子の外部に装備されており、画素数をＬＣＯＳのように多くすることは難しくなる。従って図７に示すように、ｍチャンネルのＷＤＭ光のλ１〜λｎのｎ波長を２次元に展開したｍ×ｎに対応するようにｍ×ｎ構成の画素とすることが好ましい。この場合にはフィルタ形状を変化させることはできないが、ｍチャンネルのうち任意の複数チャンネルの任意の波長帯を選択することができる。この場合は前述した強度変調方式のみを実現することができる。又画素について電圧レベルを変化させることによって透過レベルを変化させることが可能となる。
【００３０】
更に波長選択素子１９としてＭＥＭＳ素子１９Ｃを用いて構成することもできる。この場合には図８に示すように、ｘｙ平面上で各チャンネル及び波長毎に異なる位置にＭＥＭＳ素子からなる多数のＭＥＭＳミラーを配置する。そしてＭＥＭＳミラーの各画素はＷＤＭ信号光の各波長に対して１対１に対応させるものとする。こうすれば図９に示すようにＭＥＭＳ素子１９Ｃの夫々の画素をｘ軸又はｙ軸を中心に回転させることによって不要なＷＤＭ信号を消滅させ、必要なＷＤＭ信号のみを選択することができる。この場合にも任意の複数チャンネルのＷＤＭ光について任意の複数の波長帯を選択することができる。又各画素に印加する電圧レベルのミラーの角度を制御することができ、透過光量を任意に設定することができる。従ってこの場合にも選択する波長帯の光の強度レベルを制御することも可能となる。又ＭＥＭＳを用いた場合であっても１つの波長帯に対して複数のＭＥＭＳ素子の画素を対応付けるようにしてもよい。こうすればＬＣＯＳ素子と同様に、１つの波長帯に対応する画素に印加する電圧を制御することによって種々のフィルタ形状の波長選択特性を得ることができる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態による透過型の光可変フィルタアレイ装置について説明する。図１０（ａ）において入射光はｍチャンネル分のＷＤＭ信号であり、夫々光ファイバ６１−１〜６１−ｍからコリメートレンズ６２−１〜６２−ｍに入射され、平行な光ビームとしてレンズ６３に与えられる。レンズ６３は各チャンネルのＷＤＭ光をｙ軸方向に集束して一点に集光するもので、集光位置には第１の波長分散素子６４が設けられる。光ファイバ６１−１〜６１−ｍ、コリメートレンズ６２−１〜６２−ｍおよびレンズ６３は第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射する入射部を構成している。第１の波長分散素子６４は第１の実施の形態の波長分散素子と同様に、回折格子やプリズムもしくは回折格子とプリズムの組み合わせで使用することができる。波長分散素子６４は図３（ｂ）に示すように光の波長毎にｘｚ平面上で異なった方向に光を出射するものである。この光はいずれもレンズ６５に入射される。波長分散素子６４とレンズ６５との間隔は、レンズ６５の焦点距離ｆ１と等しいものとする。レンズ６５はｘｙ平面上で分散した光をｘ軸方向に平行に集光する第１の集光素子である。又レンズ６５の光軸に垂直に波長選択素子６６が配置される。波長選択素子６６は入射光を部分的に透過する、もしくはファイバ６１−１〜６１−ｍへの反射戻り光を防ぐために若干傾けて配置されるものであり、詳細については後述する。波長選択素子６６を透過した光はレンズ６７に入射される。レンズ６５、第１の波長分散素子６４とレンズ６７、第２の波長分散素子６８は波長選択素子６６の中心のｘｙ面に対して面対称である。レンズ６７はｘｚ平面上の平行な光を集光する第２の集光素子であり、波長分散素子６８は異なった波長成分の異なった方向からの光を合成して出射するものである。波長分散素子６８によって合成された光はレンズ６９によってｚ軸に平行でｙ軸方向に各チャンネル毎に分離したＷＤＭ光に変換される。各チャンネルのＷＤＭ光はコリメートレンズ７０−１〜７０−ｍを介して光ファイバ７１−１〜７１−ｍに与えられる。レンズ６９、コリメートレンズ７０−１〜７０−ｍ、および光ファイバ７１−１〜７１−ｍは、各チャンネルについて選択された波長のＷＤＭ信号を出射する複数のチャンネル分の出射部を構成している。
【００３２】
（波長選択素子の構成）
次にここで第３の実施の形態による透過型光可変フィルタアレイ装置に用いられる波長選択素子６６について説明する。波長選択素子６６は図３と同様にマトリックス状に配置された２次元のＫ×Ｌドットの画素構造の素子である。又波長選択素子６６は設定部２２がドライバ２３を介して接続されている。設定部２２はｘｚ平面の光を透過する画素を選択チャンネルの選択波長に合わせて決定するものである。
【００３３】
ここで第３の実施の形態においても、第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光をチャンネルによってｘ軸方向に分散させると共に、波長によってｙ軸方向に分散させ、ｍ本の平行な帯状の光として波長選択素子６６に入射したとき、第１〜第ｍチャンネルの入射領域Ｒ１〜Ｒｍは図１１に示す長方形状の領域であるとする。即ち入射領域Ｒ１〜Ｒｍに加わる光は夫々第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ光をチャンネルｉ（ｉ＝１〜ｍ）と波長帯λｊ（ｊ＝１〜ｍ）に応じてｘｙ平面に展開した光である。そして第３の実施の形態の光可変フィルタアレイ装置では、透過させる画素を選択することによって、任意の波長の光を選択することができる。次に波長選択素子６６の詳細な構成について説明する。
【００３４】
波長選択素子としてはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）の液晶素子を用いて実現することができる。ＬＣＯＳ素子６６Ａは各画素の背面に液晶変調ドライバ２３を内蔵しているため、画素数を多くすることができ、例えば1000×1000の多数の格子状の画素から構成することができる。ＬＣＯＳ素子６６Ａでは各チャンネル毎及び波長毎に異なる位置に各光ビームが入射するので、その位置の画素を透過状態とすればその光信号を選択することができる。
【００３５】
ここでＬＣＯＳ素子６６Ａにおける変調方式の１つである位相変調方式について説明する。図１１ＡはＬＣＯＳ素子を示す概略図であり、光が入射する面からｚ軸に沿って透明電極８１，液晶８２及び透明電極８３を積層して構成されている。ＬＣＯＳ素子６６Ａは１つのチャンネルの１つの波長帯を複数の画素で構成するため、複数画素について屈折率の凹凸を形成し、回折現象を発現することができる。従って透明電極８１と透明電極８３との間に電圧を印加することによって各周波数成分の回折角を独立に制御し、特定波長の入力光をｚ軸方向に直進させてそのまま透過させたり、他の波長成分の光を不要な光として回折させ、ｚ軸方向とは異なった方向に光を回折させることができる。このため各画素に印加する電圧を制御することによって、必要な画素を回折させずに透過状態とすることができる。
【００３６】
次にＬＣＯＳ素子の他の変調方式である強度変調方式について説明する。図１１Ｂは強度変調方式による波長選択方法を示す図であり、入射光の入射する面には偏光子８４を配置する。偏光子８４は入射光を図中○で示す特定の偏光状態にしてＬＣＯＳ素子６６Ａに入射する。この場合にもＬＣＯＳ素子は透明電極８１，液晶８２及び透明電極８３によって構成される。ＬＣＯＳ素子を透過した出射光光軸上には偏光子８５を配置する。偏光子８５は入射光を図中○で示す特定の偏光状態の光のみを出射するものである。ＬＣＯＳ素子に光を入射すると、電圧の印加状態によって電極間の液晶の複屈折率差を制御することができる。従って印加する電圧の偏光状態を独立に制御することにより透過光の偏光状態を異ならせることができる。ここで液晶分子の配向成分によって電圧を制御したときに偏光面が回転するか保持されるかが決定される。例えば電圧を印加しない場合に偏光面が保持されるとすると、図中○状態で示す光がそのまま透過することとなる。一方電圧を印加すれば偏光面が回転して透過するため、透過光は偏光子８５によって遮蔽される。従って画素に加える電圧を制御して入射光を選択することができる。ここで任意数の画素を透過状態とすれば任意の複数のＷＤＭ信号光の、任意の複数の波長帯を選択することができる。
【００３７】
次にこの波長選択素子６６として、ＬＣＯＳ構造ではない２Ｄ電極アレイを有する液晶素子を用いることができる。ＬＣＯＳ素子の場合には画素の背面に液晶ドライバが内蔵されているが、２Ｄ電極アレイ液晶素子６６Ｂは液晶変調用のドライバ２３が素子の外部に装備されており、画素数をＬＣＯＳ素子のように多くすることは難しくなる。従って図７と同様に、ｍチャンネルのＷＤＭ光のλ１〜λｎのｎ波長を２次元に展開したｍ×ｎに対応するようにｍ×ｎ構成の画素とすることが好ましい。この場合にはフィルタ形状を変化させることはできないが、ｍチャンネルのうち任意の複数チャンネルの任意の波長帯を選択することができる。この場合は前述した強度変調方式のみを実現することができる。又画素について電圧レベルを変化させることによって透過レベルを変化させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上詳細に説明したように本発明によれば、波長選択素子の反射特性や透過特性を種々変更することによって、多数チャンネルのＷＤＭ信号の夫々について任意の波長の光を選択することができる。又各波長について複数のビットを有する波長選択素子を用いれば、波長選択特性を自由に変化させることができる。これにより光可変フィルタアレイ装置をＷＤＭ光のアドドロップ機能を有するノードの主要構成要素として用いることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１１−１〜１１−ｍ，１３−１〜１３−ｍ，１５−１〜１５−ｍ，６１−１〜６１−ｍ，７１−１〜７１−ｍ 光ファイバ
１２−１〜１２−ｍ 光サーキュレータ
１４−１〜１４−ｍ，２０−１〜２０−ｍ，２１−１〜２１−ｍ，６２−１〜６２−ｍ，７０−１〜７０−ｍ コリメートレンズ
１６，１８，６３，６５，６７，６９ レンズ
１７，６４，６７ 分散素子
１９，６６ 波長選択素子
１９Ａ，６６Ａ ＬＣＯＳ素子
１９Ｂ，６６Ｂ ２Ｄ電極アレー液晶素子
１９Ｃ ＭＥＭＳ素子
２２ 設定部
２３ ドライバ
３１，８１，８３ 透明電極
３２，８２ 液晶
３３ 反射電極
８４，８５ 偏光子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｙ軸にそって配列され、夫々が多数の波長の光から成る第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射し、各チャンネルについて選択された波長の光信号を出射する複数のチャンネル分の入出射部と、
前記各チャンネルのＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる波長分散素子と、
前記波長分散素子によって分散した各チャンネルのＷＤＭ光を波長選択素子平面上に集光する集光素子と、
波長に応じてｘ軸方向に配列され、更にｍチャンネル分のＷＤＭ光が夫々ｙ軸の異なった位置に配列されてｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の反射特性を切換えることにより任意のチャンネルのＷＤＭ信号について任意の波長帯の光を選択する波長選択素子と、
前記波長選択素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光反射特性を制御する波長選択素子駆動部と、を具備する光可変フィルタアレイ装置。
【請求項２】
ｙ軸にそって配列され、多数の波長の光から成る第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射する入射部と、
前記各チャンネルのＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる第１の分散素子と、
前記第１の分散素子によって分散した各チャンネルのＷＤＭ光を波長選択素子平面上に集光する第１の集光素子と、
波長に応じてｘ軸方向に配列され、更にｍチャンネル分のＷＤＭ光が夫々ｙ軸の異なった位置に配列されてｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の透過特性を切換えることにより任意のチャンネルのＷＤＭ信号について任意の波長帯の光を選択する波長選択素子と、
前記波長選択素子のｘｙ方向に配列された電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光透過特性を制御する波長選択素子駆動部と、
前記波長選択素子を透過した各波長の光を集光する第２の集光素子と、
前記第２の集光素子によって集光された分散光を合成する第２の波長分散素子と、
各チャンネルについて選択された波長のＷＤＭ信号を出射する複数のチャンネル分の出射部と、を具備する光可変フィルタアレイ装置。
【請求項３】
前記波長選択素子は、２次元の液晶素子であり、前記波長選択素子は選択すべきチャンネルの波長に応じて各画素に印加する電圧を制御する請求項１又は２記載の光可変フィルタアレイ装置。
【請求項４】
前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＭＥＭＳアレイである請求項１記載の光可変フィルタアレイ装置。
【請求項１】
ｙ軸にそって配列され、夫々が多数の波長の光から成る第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射し、各チャンネルについて選択された波長の光信号を出射する複数のチャンネル分の入出射部と、
前記各チャンネルのＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる波長分散素子と、
前記波長分散素子によって分散した各チャンネルのＷＤＭ光を波長選択素子平面上に集光する集光素子と、
波長に応じてｘ軸方向に配列され、更にｍチャンネル分のＷＤＭ光が夫々ｙ軸の異なった位置に配列されてｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の反射特性を切換えることにより任意のチャンネルのＷＤＭ信号について任意の波長帯の光を選択する波長選択素子と、
前記波長選択素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光反射特性を制御する波長選択素子駆動部と、を具備する光可変フィルタアレイ装置。
【請求項２】
ｙ軸にそって配列され、多数の波長の光から成る第１〜第ｍチャンネルのＷＤＭ信号光を入射する入射部と、
前記各チャンネルのＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる第１の分散素子と、
前記第１の分散素子によって分散した各チャンネルのＷＤＭ光を波長選択素子平面上に集光する第１の集光素子と、
波長に応じてｘ軸方向に配列され、更にｍチャンネル分のＷＤＭ光が夫々ｙ軸の異なった位置に配列されてｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の透過特性を切換えることにより任意のチャンネルのＷＤＭ信号について任意の波長帯の光を選択する波長選択素子と、
前記波長選択素子のｘｙ方向に配列された電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の光透過特性を制御する波長選択素子駆動部と、
前記波長選択素子を透過した各波長の光を集光する第２の集光素子と、
前記第２の集光素子によって集光された分散光を合成する第２の波長分散素子と、
各チャンネルについて選択された波長のＷＤＭ信号を出射する複数のチャンネル分の出射部と、を具備する光可変フィルタアレイ装置。
【請求項３】
前記波長選択素子は、２次元の液晶素子であり、前記波長選択素子は選択すべきチャンネルの波長に応じて各画素に印加する電圧を制御する請求項１又は２記載の光可変フィルタアレイ装置。
【請求項４】
前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＭＥＭＳアレイである請求項１記載の光可変フィルタアレイ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【公開番号】特開２０１１−２３２６９５（Ｐ２０１１−２３２６９５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０５４０１（Ｐ２０１０−１０５４０１）
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（５９１１０２６９３）サンテック株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（５９１１０２６９３）サンテック株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
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