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JP2009180836A - Optical signal processor and control method of the optical signal processor - Google Patents

Optical signal processor and control method of the optical signal processor Download PDF

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JP2009180836A JP2008018292A JP2008018292A JP2009180836A JP 2009180836 A JP2009180836 A JP 2009180836A JP 2008018292 A JP2008018292 A JP 2008018292A JP 2008018292 A JP2008018292 A JP 2008018292A JP 2009180836 A JP2009180836 A JP 2009180836A
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical signal processor which can obtain a rectangular transmission spectrum, has a low power consumption regarding the drive and can control a transmission band region and transmission intensity, independently with respect to a plurality of channels, and to provide a control method of the optical signal processor. <P>SOLUTION: The optical signal processor includes: an array waveguide grid 101 which separates an optical signal into a plurality of optical signals having different wavelengths at an emission angle, according to the wavelength of the optical signal; lenses 102, 103 for condensing the optical signals emitted from the array waveguide grid; and a spatial optical modulator 104 for modulating the optical signals condensed, wherein the spatial optical modulator is provided with a plurality of phase imparting cells according to the optical signals of respective wavelengths, and the plurality of phase imparting cells contain at least one element that imparts a phase change which is ≥0 and ≤π, to the condensed optical signal. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光信号処理装置および光信号処理装置の制御方法に関し、より詳細には、透過帯域と透過強度を任意に設定可能な光信号処理装置および光信号処理装置の制御方法に関する。   The present invention relates to an optical signal processing device and an optical signal processing device control method, and more particularly to an optical signal processing device and an optical signal processing device control method capable of arbitrarily setting a transmission band and transmission intensity.

近年急速な発展を見せる大容量の光通信ネットワークの構築は、従来主流であったPoint-to-Point型からリング・メッシュ型へと移行しつつある。リング・メッシュ型ネットワークの代表的な例であるROADM(Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer)では各リングネットワークを中継するノードにおいて、波長多重信号光を電気信号に変換することなく特定のチャネルのアド・ドロップを行う必要がある。このような柔軟な光ネットワークを構築するにあたって透過帯域および透過強度を任意に設定できるフィルタリングデバイスは非常に重要である。このデバイスの例としては、中心波長および透過帯域を任意に設定可能な光波長可変フィルタをはじめ、光ファイバアンプにおける利得スペクトルを波長によらず均一化する光ゲインイコライザ、周波数チャネルごとのスペクトル特性をモニタする光チャネルモニタや光パフォーマンスモニタを挙げることができ、またチャネルごとの透過強度を制御することが可能な波長ブロッカも前記フィルタリングデバイスの一形態とみなせることから、透過帯域および透過強度の制御は大容量光通信の発展に大きな意味を持っている。   In recent years, the construction of large-capacity optical communication networks that show rapid development is shifting from the mainstream point-to-point type to the ring mesh type. ROADM (Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer), which is a typical example of a ring mesh type network, adds / drops a specific channel without converting wavelength multiplexed signal light into an electrical signal at a node relaying each ring network. Need to do. In constructing such a flexible optical network, a filtering device capable of arbitrarily setting a transmission band and a transmission intensity is very important. Examples of this device include an optical wavelength tunable filter that can arbitrarily set the center wavelength and transmission band, an optical gain equalizer that equalizes the gain spectrum in an optical fiber amplifier regardless of wavelength, and the spectral characteristics of each frequency channel. An optical channel monitor and an optical performance monitor for monitoring can be mentioned, and a wavelength blocker capable of controlling the transmission intensity for each channel can be regarded as one form of the filtering device. It has great significance for the development of large-capacity optical communications.

前記のようなデバイスのうち、たとえば波長可変フィルタの報告例として、誘電体多層膜を用いるタイプ(非特許文献1参照)、ファイバブラッググレーティングを用いるタイプ(非特許文献2参照)などが挙げられる。   Among the devices described above, for example, reports of wavelength tunable filters include a type using a dielectric multilayer film (see Non-Patent Document 1), a type using a fiber Bragg grating (see Non-Patent Document 2), and the like.

N.Mekada et al., “Polarization independent, linear-tuned interference filter with constant transmission characteristics over 1530-1570-nm tuning range”, IEEE Photonics Technology. Letters, Vol.9, No.6, June 1997, pp.782-784.N. Mekada et al., “Polarization independent, linear-tuned interference filter with constant transmission characteristics over 1530-1570-nm tuning range”, IEEE Photonics Technology. Letters, Vol. 9, No. 6, June 1997, pp. 782. -784. A.Iocco et al., “Tension and compression tuned Bragg grating filter”, Proceeding of ECOC 1998, Vol.1, September 1998, pp.229-230.A. Iocco et al., “Tension and compression tuned Bragg grating filter”, Proceeding of ECOC 1998, Vol.1, September 1998, pp.229-230.

従来の波長可変フィルタの場合、例えば非特許文献1に示された誘電体多層膜を用いるタイプのフィルタでは、入射光に対する誘電体多層膜の角度を変える方式や、膜厚が傾斜的に形成された特殊な誘電体多層膜に対して信号光の入射位置を変える方式などが報告されている。これらのタイプのフィルタでは透過帯域チューニングによって挿入損失が変動する。したがって、誘電体多層膜を多段用いなければ透過スペクトルがブロードになり透過スペクトルが矩形にならないという問題があった。またファイバブラッググレーティングを用いるタイプのフィルタでは、透過帯域チューニングを行う手段として温度変化や張力印加を行う方式が一般的であるが、温度変化を行う場合にはヒータを駆動させる莫大な電力を保持する必要があり、張力印加を行うには機械的振動対策の必要があるため、実用化には様々な障壁が存在する。   In the case of a conventional wavelength tunable filter, for example, a filter using a dielectric multilayer film disclosed in Non-Patent Document 1 has a method of changing the angle of the dielectric multilayer film with respect to incident light, or a film thickness that is inclined. A method of changing the incident position of signal light with respect to a special dielectric multilayer film has been reported. In these types of filters, the insertion loss varies due to the transmission band tuning. Accordingly, there is a problem that the transmission spectrum becomes broad and the transmission spectrum does not become rectangular unless the dielectric multilayer film is used in multiple stages. In addition, in a filter using a fiber Bragg grating, a method of changing a temperature or applying a tension is generally used as a means for tuning a transmission band. However, when the temperature is changed, an enormous amount of electric power for driving a heater is retained. In order to apply tension, it is necessary to take measures against mechanical vibration, so there are various barriers to practical use.

またいずれの方式においても単チャネル動作が主な機能であり、複数チャネルを同時に制御可能なデバイスの実現は困難を極める。   In any method, single channel operation is the main function, and it is extremely difficult to realize a device capable of controlling a plurality of channels simultaneously.

以上説明したとおり、波長可変フィルタに用いられる特徴としては、1:矩形の透過スペクトルを得ることができ、2:駆動に関して低消費電力であり、3:さらに多チャネル動作が可能といった点が重要である。また、波長ブロッカとしても機能させることができる点も重要である。これらの点は波長可変フィルタに限らず、透過帯域および透過強度を同時に制御するフィルタリングデバイス全般に共通する懸念事項である。   As described above, the characteristics used for the wavelength tunable filter are important in that 1: a rectangular transmission spectrum can be obtained, 2: low power consumption is required for driving, and 3: multi-channel operation is possible. is there. It is also important that it can function as a wavelength blocker. These points are not limited to the wavelength tunable filter, but are concerns common to all filtering devices that simultaneously control the transmission band and the transmission intensity.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、矩形の透過スペクトルを得ることができ、駆動に関して低消費電力な、複数のチャネルに関して透過帯域と透過強度を独立に制御可能な光信号処理装置および光信号処理装置の制御方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to obtain a rectangular transmission spectrum and to reduce the transmission power and the transmission intensity for a plurality of channels with low power consumption for driving. An object of the present invention is to provide an optical signal processing device that can be controlled independently and a method for controlling the optical signal processing device.

上記目的を達成するために、本願発明に係る光信号処理装置は、光信号を分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して信号処理を行う光信号処理装置であって、光信号の波長に応じた出射角度で、異なる波長を有する複数の光信号に分光する分光手段と、前記分光手段から出射された光信号を集光させる手段と、前記集光された光信号を変調する信号処理手段とを備える。信号処理手段は、各波長の光信号に対応した、分光手段からの信号光により形成される分光面との交線方向に配列された複数の信号処理素子を含む。また、複数の信号処理素子は前記集光された光信号に0以上π以下の位相変化を与える素子を少なくとも一つ備え、当該素子は光信号に与える位相変化の量を自在に設定可能である。   In order to achieve the above object, an optical signal processing device according to the present invention splits an optical signal into a plurality of optical signals having different wavelengths, and performs optical signal processing on the optical signals of the respective wavelengths. A processing device, a spectroscopic unit that splits a plurality of optical signals having different wavelengths at an emission angle corresponding to the wavelength of the optical signal, a unit that condenses the optical signal output from the spectroscopic unit, and the collection unit Signal processing means for modulating the emitted optical signal. The signal processing means includes a plurality of signal processing elements arranged in the direction of intersection with the spectral plane formed by the signal light from the spectroscopic means corresponding to the optical signal of each wavelength. The plurality of signal processing elements include at least one element that gives a phase change of 0 to π to the collected optical signal, and the element can freely set the amount of phase change given to the optical signal. .

また、本願発明に係る光信号処理装置の制御方法は、上記の光信号処理装置が備えた複数の信号処理素子から少なくとも2つの信号処理素子を選択することと、選択した信号処理素子の各々が独立に前記集光された光信号に0より大きくπ未満の位相変化を与えるように、当該選択した信号処理素子の素子の位相変化量を設定すること、選択した信号処理素子を除く信号処理素子が、集光された光信号に0とπの位相変化を交互に与えるように、当該選択した信号処理素子を除く信号処理素子の素子の位相変化量を設定することとを含む。あるいは、上記の光信号処理装置が備えた複数の信号処理素子のすべてが、前記集光された光信号に0より大きくπ未満の位相変化を与えるように、当該すべての信号処理素子の前記素子の位相変化量を設定することを含む。   In addition, the control method of the optical signal processing device according to the present invention includes selecting at least two signal processing elements from a plurality of signal processing elements provided in the optical signal processing device, and each of the selected signal processing elements is Setting the phase change amount of the element of the selected signal processing element so as to independently give a phase change of greater than 0 and less than π to the collected optical signal; and a signal processing element excluding the selected signal processing element Includes setting the phase change amount of the elements of the signal processing elements other than the selected signal processing element so as to alternately give a phase change of 0 and π to the collected optical signal. Alternatively, all of the plurality of signal processing elements included in the optical signal processing device provide the elements of all the signal processing elements so as to give the collected optical signal a phase change greater than 0 and less than π. Setting the amount of phase change.

本発明の光信号処理装置の実施形態は、透過波長範囲と透過光強度を任意に設定可能な光信号処理装置であって、少なくとも1つの入力ポートと、少なくとも1つの出力ポートと、前記入力ポートより入射する波長多重信号を分波する分光手段としての波長分波素子と、集光手段としての少なくとも1つのレンズと、信号処理手段としての空間光変調器とを備える。   An embodiment of the optical signal processing device of the present invention is an optical signal processing device capable of arbitrarily setting a transmission wavelength range and a transmitted light intensity, and includes at least one input port, at least one output port, and the input port. A wavelength demultiplexing element as a spectroscopic means for demultiplexing a wavelength multiplexed signal that is more incident, at least one lens as a condensing means, and a spatial light modulator as a signal processing means.

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。以下の説明および図面中における同一の符合は同一または相当する要素を示し、重複する説明は省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments. In the following description and the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding elements, and duplicate descriptions are omitted.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明による光信号処理装置の第1の実施形態の構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)は側面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of an optical signal processing device according to the present invention, in which (a) is a top view and (b) is a side view.

図1に示すように、本実施形態に関わる光信号処理装置は、入力ファイバ105、接続ファイバ107および出力ファイバ108が接続されたサーキュレータ106と、接続ファイバ107に接続されたアレイ導波路格子101と、焦点距離がfYの第1Yシリンドリカルレンズ102と、焦点距離がfXの集光レンズ103と、空間光変調器104がこの順に配置されている。本実施形態における説明ではレンズ系としてYシリンドリカルレンズ102および集光レンズ103をこの順番に用いているが、同様の光学特性を有する構成であれば何枚のレンズを用いても構わず、またどのような配置を用いても問題はない。   As shown in FIG. 1, the optical signal processing apparatus according to this embodiment includes a circulator 106 to which an input fiber 105, a connection fiber 107 and an output fiber 108 are connected, and an arrayed waveguide grating 101 connected to the connection fiber 107. The first Y cylindrical lens 102 having a focal length of fY, the condensing lens 103 having a focal length of fX, and the spatial light modulator 104 are arranged in this order. In the description of the present embodiment, the Y cylindrical lens 102 and the condenser lens 103 are used in this order as the lens system. However, any number of lenses may be used as long as they have the same optical characteristics. There is no problem even if such an arrangement is used.

またここでは第一アレイ導波路格子101の基板における信号光の出射端面と水平な方向をX、垂直な方向をYとし、光波の進行方向すなわち光軸をZとする。   Here, the horizontal direction of the signal light emission end face of the substrate of the first arrayed waveguide grating 101 is X, the vertical direction is Y, and the traveling direction of the light wave, that is, the optical axis is Z.

図2は、波長分波器および合波器としてのアレイ導波路格子101の詳細な構成を示す図である。図2に示すように、アレイ導波路格子101は、入力側光導波路201に接続された第1スラブ導波路202と、第1スラブ導波路に接続されたアレイ導波路203と、アレイ導波路203に接続された第2スラブ導波路204とを備える。第2スラブ導波路204は備えていても、備えていなくてもよい。   FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of the arrayed waveguide grating 101 as a wavelength demultiplexer and a multiplexer. As shown in FIG. 2, the arrayed waveguide grating 101 includes a first slab waveguide 202 connected to the input side optical waveguide 201, an arrayed waveguide 203 connected to the first slab waveguide, and an arrayed waveguide 203. And a second slab waveguide 204 connected to the. The second slab waveguide 204 may or may not be provided.

図3(a)は空間光変調器104の詳細な構成を示す図である。図3(a)に示すように、空間光変調器104は、基板301上に、入射光に対して任意の位相シフトを付与することができる位相付与セル302が一次元配列した構造をとる。この空間光変調器104において、セル間のピッチをP、セル間のギャップ量をG、配列しているセルの個数をNと定義し、後述する説明において用いるものとする。なお、本実施形態においては、N個のセルによって光信号処理装置の信号処理手段が構成され、N個のセルの一部(少なくとも一つのセルを含む)によってある波長の光信号に対応した信号処理素子が構成されるものとして説明する。また、本発明において各セルが信号光に対して変調し得る位相シフト量は最低でπ必要であるが、実際のデバイスに用いる観点から少なくとも位相シフト量が2π以上変調し得る空間光変調器であることが好ましい。また、各セルが位相シフトを与える手段として一般的なものは、微小電気機械素子(MEMS:Micro-Electro-Mechanical Systems)を用いるものと、液晶などに代表される屈折率変調素子を用いたもの、例えばLCOS(Liquid Crystal on Silicon)と呼ばれる素子を用いるものである。位相シフトを与える手段にMEMSを用いる空間光変調器は、各セルが可動ミラー構造になっており、いずれかの方向に光を反射可能な構造が多いが、後述する本発明の原理から本実施例においてはZ軸に平行にミラーが可動である構造が最も好ましい。また、位相シフトを与える手段に屈折率変調素子を用いるものでも上記MEMSによる特長と同様に位相変調された信号光がZ軸方向に反射する構造が好ましい。   FIG. 3A is a diagram showing a detailed configuration of the spatial light modulator 104. As shown in FIG. 3A, the spatial light modulator 104 has a structure in which phase imparting cells 302 that can impart an arbitrary phase shift to incident light are arranged one-dimensionally on a substrate 301. In this spatial light modulator 104, the pitch between cells is defined as P, the gap amount between cells is defined as G, and the number of arranged cells is defined as N, which will be used in the following description. In this embodiment, the signal processing means of the optical signal processing device is configured by N cells, and a signal corresponding to an optical signal having a certain wavelength is formed by a part of N cells (including at least one cell). A description will be given assuming that the processing element is configured. In the present invention, the minimum amount of phase shift that can be modulated with respect to signal light by each cell is π, but this is a spatial light modulator that can modulate at least 2π from the viewpoint of use in an actual device. Preferably there is. Also, as a general means for giving a phase shift to each cell, one using a micro-electro-mechanical system (MEMS) and one using a refractive index modulation element represented by a liquid crystal or the like is used. For example, an element called LCOS (Liquid Crystal on Silicon) is used. Spatial light modulators that use MEMS as a means for providing a phase shift have a structure in which each cell has a movable mirror structure and can reflect light in either direction. In the example, a structure in which the mirror is movable parallel to the Z axis is most preferable. Further, even in the case where a refractive index modulation element is used as a means for giving a phase shift, a structure in which the phase-modulated signal light is reflected in the Z-axis direction as in the feature by the MEMS is preferable.

次に、本実施形態の光信号処理装置の動作を説明する。まず、入力ファイバ105に入力された信号光がサーキュレータ106を介してアレイ導波路格子101に入力される。入力された信号光は、入力側光導波路201、第1スラブ導波路202、アレイ導波路203および第2スラブ導波路204をこの順に通過する。アレイ導波路格子101は、動作中心波長λ0、自由スペクトルレンジFSRの分波特性を有するように設計される。アレイ導波路格子101より出力された光信号は、基板出射直後には基板垂直方向に発散するが、アレイ導波路格子端面よりfYの位置に配置されたYシリンドリカルレンズ102によりY方向に平行光に変換される(図2(b))。Yシリンドリカルレンズ102を通過した光信号は、アレイ導波路格子101の端面からZ軸方向にfXだけ離れた位置に配置されている集光レンズ103を通過することで、波長ごとに分波され、集光レンズの主面からfXの位置に配置された空間光変調器104上に集光する(図2(a))。詳しくは後述するが、集光した光はそれぞれ波長ごとに空間光変調器104によって任意の位相変化を与えられた上で反射され、同一のアレイ導波路格子101を介して接続ファイバ107およびサーキュレータ106に導かれ、出力ファイバ108より出力される。 Next, the operation of the optical signal processing apparatus of this embodiment will be described. First, the signal light input to the input fiber 105 is input to the arrayed waveguide grating 101 via the circulator 106. The input signal light passes through the input side optical waveguide 201, the first slab waveguide 202, the arrayed waveguide 203, and the second slab waveguide 204 in this order. The arrayed waveguide grating 101 is designed to have a demultiplexing characteristic with an operating center wavelength λ 0 and a free spectral range FSR. The optical signal output from the arrayed waveguide grating 101 diverges in the direction perpendicular to the substrate immediately after being emitted from the substrate, but is converted into parallel light in the Y direction by the Y cylindrical lens 102 disposed at the position fY from the end face of the arrayed waveguide grating. Conversion is performed (FIG. 2B). The optical signal that has passed through the Y cylindrical lens 102 is demultiplexed for each wavelength by passing through the condensing lens 103 disposed at a position separated by fX from the end face of the arrayed waveguide grating 101 in the Z-axis direction. The light is condensed on the spatial light modulator 104 disposed at a position fX from the main surface of the condenser lens (FIG. 2A). As will be described in detail later, the collected light is reflected after being subjected to an arbitrary phase change by the spatial light modulator 104 for each wavelength, and connected to the connecting fiber 107 and the circulator 106 via the same arrayed waveguide grating 101. And output from the output fiber 108.

本発明においては、空間光変調器104上で付与される波長依存の位相変化量を生じさせることによって光信号処理装置として動作する。アレイ導波路格子101により分波された複数の波長の光の各々が空間光変調器104の隣接する複数の位相付与セル302に跨るように集光する場合、各位相付与セル302で異なる位相変化を受けた光は互いに干渉する。したがって、アレイ導波路格子101に再結合する光強度は空間光変調器104における各位相付与セル302で付与する位相の設定により変化する。空間光変調器104のある隣接するセル1および2に入射する、ある波長のセル1および2によって位相変化を受けた後の強度がそれぞれI1、I2であるとき、セル1および2の位相差をφとすれば、干渉光の強度Iは以下の式(1)にて示される。   In the present invention, it operates as an optical signal processing device by generating a wavelength-dependent phase change amount applied on the spatial light modulator 104. When each of the light of a plurality of wavelengths demultiplexed by the arrayed waveguide grating 101 is condensed so as to straddle a plurality of adjacent phase providing cells 302 of the spatial light modulator 104, the phase change which is different in each phase providing cell 302 The received light interferes with each other. Therefore, the intensity of light recombined with the arrayed waveguide grating 101 varies depending on the phase setting provided by each phase providing cell 302 in the spatial light modulator 104. When the intensities after being subjected to a phase change by cells 1 and 2 having a certain wavelength and incident on adjacent cells 1 and 2 of spatial light modulator 104 are I1 and I2, respectively, the phase difference between cells 1 and 2 is obtained. If φ, the interference light intensity I is expressed by the following equation (1).

Figure 2009180836
Figure 2009180836

式(1)を変形し、セル1および2の位相差から干渉光の強度を求める式を導出すると、以下の式(2)にて示される。 When the equation (1) is modified and an equation for obtaining the intensity of the interference light is derived from the phase difference between the cells 1 and 2, the following equation (2) is obtained.

Figure 2009180836
Figure 2009180836

式(1)および(2)において位相差φがπである場合では、完全に弱め合う干渉条件が成立するため、アレイ導波路格子101に再結合する光強度は最小となり、理想的にはI1=I2が成立する場合に完全に消光する。よって、I1=I2が成立する条件のもとで隣接するセルの位相差が常にπである位相周期構造を設定すると、空間光変調器104に入射した光はアレイ導波路格子101に再結合せず、透過強度は最低となる。 When the phase difference φ is π in the equations (1) and (2), a completely destructive interference condition is satisfied, so that the light intensity recombined with the arrayed waveguide grating 101 is minimized, and ideally I 1 = completely extinguished when I 2 holds. Therefore, when a phase periodic structure in which the phase difference between adjacent cells is always π is set under the condition that I 1 = I 2 is satisfied, the light incident on the spatial light modulator 104 is retransmitted to the arrayed waveguide grating 101. It does not bond and the transmission intensity is the lowest.

ここで、図3(a)における空間光変調器104の位相制御方法に関して、図3(b)に示すように、ある一部の位相付与セルに対し、隣接するセルとの位相差がπとならないような位相差をφ0に設定する(本明細書において、このような位相差を設定する位相付与セル群を位相欠陥部という。)。このセルの位相差がφ0≠πである場合、アレイ導波路格子101によって分波された光のうち当該セルの近傍に集光される波長の光に対しては式(1)に基づく干渉が発生し、周波数の位相周期構造部における変調強度とは異なった強度に変調されて反射する。すなわち、位相周期構造部に照射される光は消光し、意図的に生じさせた位相欠陥部に照射される光のみは完全に消光せずに一部もしくは全部がアレイ導波路格子101に結合する。特に前記位相欠陥部の位相差φ0=0が成立する場合は原理的に入射光の強度Iに等しい強度でアレイ導波路格子101に結合する。 Here, regarding the phase control method of the spatial light modulator 104 in FIG. 3A, as shown in FIG. 3B, the phase difference between the adjacent cells is π with respect to some of the phase-giving cells. A phase difference that does not become necessary is set to φ 0 (in this specification, a phase-giving cell group that sets such a phase difference is called a phase defect portion). When the phase difference of the cell is φ 0 ≠ π, interference based on the formula (1) is applied to light having a wavelength collected near the cell among light demultiplexed by the arrayed waveguide grating 101. Is generated, and is modulated and reflected to an intensity different from the modulation intensity in the phase periodic structure portion of the frequency. That is, the light irradiated to the phase periodic structure portion is quenched, and only the light irradiated to the intentionally generated phase defect portion is not completely quenched, and a part or all of the light is coupled to the arrayed waveguide grating 101. . In particular, when the phase difference φ 0 = 0 of the phase defect portion is established, in principle, it is coupled to the arrayed waveguide grating 101 with an intensity equal to the intensity I of the incident light.

以上の原理により本発明による光信号処理装置は制御され、所望の機能が実現される。例えば、この位相欠陥部の位置を制御することで中心波長を、位相欠陥部の範囲を制御することで透過帯域を変化することが可能である。また前述の干渉後の光強度を求める式から明らかなように、位相欠陥部における位相差φ0を制御することで透過強度を変化させることも可能である。 Based on the above principle, the optical signal processing apparatus according to the present invention is controlled to realize a desired function. For example, it is possible to change the center wavelength by controlling the position of the phase defect portion and change the transmission band by controlling the range of the phase defect portion. Further, as is apparent from the above-described equation for determining the light intensity after interference, the transmission intensity can be changed by controlling the phase difference φ 0 in the phase defect portion.

さらに詳細に本発明における構成について検討を行う。図3(a)に示したように空間光変調器104におけるセル間のピッチをP、セル間のギャップ量をG、用いるセルの個数をNと規定した場合、X軸方向におけるセルの充填率Fill Factorは次の式で定義できる。   Further, the configuration of the present invention will be examined in detail. As shown in FIG. 3A, when the pitch between cells in the spatial light modulator 104 is defined as P, the gap amount between cells is defined as G, and the number of cells used is defined as N, the cell filling rate in the X-axis direction Fill factor can be defined by the following formula.

Figure 2009180836
Figure 2009180836

このFill Factorで定義される値が1未満の場合、任意の位相変化が付与できないギャップの部分の存在に起因する漏れ光が発生する。この漏れ光の強度が大きくなるほど回折損が増大し、挿入損失が増える、完全に消光せずにクロストークが大きくなるなどの影響が懸念されるため、Fill Factorが1である空間光変調器を用いるのが最良である。なお、Fill Factorの値が0.5の空間光変調器を用いて、漏れ光を反射させたときの位相変化量を仮に0とすると(すなわち、セル間の基板301が位相変化量を0に設定した位相付与セルとして機能するように構成すると)、位相付与セルでの位相変化量をπに設定することで前記原理と同様な特性を得ることが可能である点に留意されたい。このような空間光変調器では設定波長分解能が低下するものの、比較的簡便な構成で空間光変調器を作成可能であるため低コスト化を促進できる点が有効である。 When the value defined by the fill factor is less than 1, leakage light is generated due to the existence of a gap portion to which an arbitrary phase change cannot be imparted. As the leakage light intensity increases, the diffraction loss increases, the insertion loss increases, and there is a concern that the crosstalk increases without being completely extinguished. Therefore, a spatial light modulator with a fill factor of 1 is used. It is best to use. In addition, if a spatial light modulator having a fill factor value of 0.5 is used and the amount of phase change when the leaked light is reflected is assumed to be 0 (that is, the substrate 301 between cells sets the phase change amount to 0). It should be noted that when configured to function as a set phase providing cell), it is possible to obtain characteristics similar to the above principle by setting the phase change amount in the phase providing cell to π. In such a spatial light modulator, although the set wavelength resolution is lowered, the spatial light modulator can be created with a relatively simple configuration, so that it is effective to promote cost reduction.

また、ある波長の光が空間光変調器104に集光するときのビームサイズに関して検討する。ビームサイズ(ビーム半径)は、小さいほど透過スペクトルの形状が矩形となりフィルタとして良好な特性を得ることができる。しかしながら、セル間ピッチPに対しビームサイズ(ビーム半径)があまりに小さすぎる場合、セルの中央に照射された光はほぼ干渉せずに反射されるため、ほとんど消光せずにアレイ導波路格子101に結合してしまう、あるいは透過特性に揺らぎを生じさせるといった影響が懸念される。反対にビームサイズがあまりに大きすぎる場合、位相欠陥部の影響が小さくなり、消光比が劣化する、あるいは透過スペクトルの形状が周波数軸に対してブロードになるといった影響が懸念される。このため、ビームサイズがPの1から2倍程度の設計とすることが最も好ましい。このようにビームサイズを設計することにより、ビームが少なくとも2セルに跨って照射され、透過スペクトルの形状がより矩形に近い状態となる。さらに、アレイ導波路格子101の自由スペクトルレンジFSRに対し、空間光変調器104におけるセル302の個数Nに関してはNが大きいほど周波数に対して高い分解能で中心波長を設定可能であり、また透過スペクトルの形状を矩形に近づけることができるため、Nはできるだけ大きい方が好ましい。   Further, the beam size when light of a certain wavelength is collected on the spatial light modulator 104 will be considered. As the beam size (beam radius) is smaller, the shape of the transmission spectrum is rectangular, and good characteristics as a filter can be obtained. However, if the beam size (beam radius) is too small with respect to the inter-cell pitch P, the light irradiated to the center of the cell is reflected without substantially interfering with it, so that the array waveguide grating 101 is hardly quenched. There is concern about the effect of coupling or causing fluctuations in transmission characteristics. On the other hand, when the beam size is too large, the influence of the phase defect portion is reduced, and there is a concern that the extinction ratio is deteriorated or the shape of the transmission spectrum becomes broad with respect to the frequency axis. For this reason, it is most preferable that the beam size is designed to be about 1 to 2 times P. By designing the beam size in this way, the beam is irradiated across at least two cells, and the shape of the transmission spectrum becomes more rectangular. Further, with respect to the free spectral range FSR of the arrayed waveguide grating 101, the center wavelength can be set with a higher resolution with respect to the frequency as the number N of the cells 302 in the spatial light modulator 104 increases, and the transmission spectrum. Since N can be made close to a rectangle, N is preferably as large as possible.

図4に本実施形態による光信号処理装置の空間光変調器における位相欠陥部の一設定例を示す。図4においては、中心周波数の左右の40ピクセル(合計80ピクセル)が位相設定0とした位相欠陥部に、他の部分が位相周期構造となるように位相設定している。   FIG. 4 shows a setting example of the phase defect portion in the spatial light modulator of the optical signal processing device according to the present embodiment. In FIG. 4, the phase is set so that the left and right 40 pixels (total of 80 pixels) of the center frequency have a phase defect structure in which the phase setting is 0, and the other part has a phase periodic structure.

図5に本実施形態による光信号処理装置の特性例を示す。図5は、具体的な数値として、アレイ導波路格子101のFSRを100GHz、中心波長を1.55umと設計し、空間光変調器のFill Factorが1となるように、ピクセル間ピッチPを5um、セル間のギャップ量Gを0(ピクセルの幅W=P、高さHがビームの直径よりも大きい)とし,セルの個数を256ピクセル/FSRとし、ある波長のビームサイズを2ピクセル分の半径(すなわち、Pの2倍)とした場合のアレイ導波路格子101により分波されたある1つの信号光の透過スペクトルの特性を示している。図5には位相欠陥部をそれぞれ2ピクセル、80ピクセル、160ピクセルおよび240ピクセルと設定した場合の信号光の周波数に対する透過スペクトルの特性を示している。この結果により、位相周期構造内における位相欠陥部の範囲を制御することで透過帯域を変化可能であることがわかる。また本実施例における3dB帯域は1.6GHz、設定波長分解能は3.28×10-3nmと非常に高精度な設定を実現している。さらなる3dB帯域の狭帯化および設定波長分解能の向上は、Nを大きくすることで達成可能である。また、図5の特性例では、透過波長の選択を行うのみ(すなわち、波長ブロッカとして機能するのみ)であるが、後述するように位相欠陥部における位相差φ0の値を変化させることによって強度変調を同時に行うことができることに注意されたい。 FIG. 5 shows a characteristic example of the optical signal processing apparatus according to the present embodiment. In FIG. 5, as specific values, the FSR of the arrayed waveguide grating 101 is designed to be 100 GHz, the center wavelength is 1.55 μm, and the inter-pixel pitch P is 5 μm so that the fill factor of the spatial light modulator is 1. , The gap amount G between cells is 0 (pixel width W = P, height H is larger than the beam diameter), the number of cells is 256 pixels / FSR, and the beam size of a certain wavelength is 2 pixels worth The characteristic of the transmission spectrum of one signal light demultiplexed by the arrayed waveguide grating 101 when the radius is set (that is, twice P) is shown. FIG. 5 shows the characteristics of the transmission spectrum with respect to the frequency of the signal light when the phase defect portion is set to 2 pixels, 80 pixels, 160 pixels, and 240 pixels, respectively. From this result, it can be seen that the transmission band can be changed by controlling the range of the phase defect portion in the phase periodic structure. In this embodiment, the 3 dB band is 1.6 GHz, and the setting wavelength resolution is 3.28 × 10 −3 nm. Further narrowing of the 3 dB band and improvement of the set wavelength resolution can be achieved by increasing N. Further, in the characteristic example of FIG. 5, only the transmission wavelength is selected (that is, only functions as a wavelength blocker), but the intensity is changed by changing the value of the phase difference φ 0 in the phase defect portion as will be described later. Note that modulation can occur simultaneously.

また、本実施例の特長として、波長分波素子としてアレイ導波路格子を用いているため、小型の光学系で高い設定波長分解能を有する光信号処理装置を実現可能である。またアレイ導波路格子は光ファイバとの直接接続が容易であるため、実装性も高い。さらに本実施例においては空間光変調器の位相変調量制御のみで動作するため、一般的に空間光変調器の消費電力は低く抑えることができる。さらに、空間光変調器として例えば液晶に代表される屈折率変調素子を用いることで可動部が全く存在せず、高い信頼性を確保できる。   Further, as an advantage of the present embodiment, since an arrayed waveguide grating is used as the wavelength demultiplexing element, it is possible to realize an optical signal processing apparatus having a high set wavelength resolution with a small optical system. In addition, since the arrayed waveguide grating is easy to connect directly to the optical fiber, it is highly mountable. Further, in this embodiment, since the operation is performed only by controlling the phase modulation amount of the spatial light modulator, generally the power consumption of the spatial light modulator can be kept low. Furthermore, by using, for example, a refractive index modulation element typified by liquid crystal as the spatial light modulator, there are no movable parts, and high reliability can be ensured.

また、特定の波長のみを透過抑制するノッチフィルタとしての動作も前記のように容易に行うことができる。   Also, the operation as a notch filter that suppresses transmission of only a specific wavelength can be easily performed as described above.

(第2の実施の形態)
本発明の光信号処理装置は、基本的にアレイ導波路格子101の設計変更によって適用周波数帯やチャネル数を変えることができ、異なる仕様の光信号処理装置の作製において非常に柔軟な対応が可能である。例えば、図3を参照して説明した位相欠陥部の位置を可変とするように制御することで、光信号処理装置を多チャネルに対応した波長可変フィルタとして機能させることができる。
(Second Embodiment)
The optical signal processing device of the present invention can change the applied frequency band and the number of channels basically by changing the design of the arrayed waveguide grating 101, and can be very flexible in the production of optical signal processing devices of different specifications. It is. For example, by controlling the position of the phase defect portion described with reference to FIG. 3 to be variable, the optical signal processing device can function as a wavelength tunable filter that supports multiple channels.

図6は、光信号処理装置を波長可変フィルタとして機能させるように、位相欠陥部を配置した一例を示す図である。図6に示すように、位相欠陥部へ入射している光のみがAWGに結合し、位相周期構造部に入射した光は打ち消しあいAWGに結合しないため、光信号処理装置を複数チャネルの同時独立動作が可能な波長可変フィルタとして機能させることができる。前述のアレイ導波路格子のFSRを1000GHzとした場合の特性例を図7に示す。図7は、分波された互いに中心周波数が異なる10chの信号光の透過スペクトルの特性を示している。これらの信号光の中心波長は、100GHzずつ異なり、100GHzを1チャネルと規定すれば、図7では位相欠陥部の適用範囲を制御することで10チャネルの同時独立動作例を示しているが、さらなる多チャネルに対応した波長可変フィルタを実現することも可能である。図7では、中心波長が−450,−50,350GHzの各信号光に対しては位相欠陥部を240ピクセルに設定し、中心波長が−350,250GHzの各信号光に対しては位相欠陥部を160ピクセルに設定し、中心波長が150GHzの信号光に対しては位相欠陥部を80ピクセルに設定し、中心波長が−250,50GHzの信号光に対しては位相欠陥部を2ピクセルに設定し、中心波長が−150,450GHzの信号光に対しては位相欠陥部を0ピクセルに設定した例を示している。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which phase defect portions are arranged so that the optical signal processing device functions as a wavelength tunable filter. As shown in FIG. 6, only the light incident on the phase defect portion is coupled to the AWG, and the light incident on the phase periodic structure portion cancels and does not couple to the AWG. It can function as a wavelength tunable filter that can operate. FIG. 7 shows an example of characteristics when the FSR of the above-described arrayed waveguide grating is 1000 GHz. FIG. 7 shows the characteristics of the transmission spectrum of 10-ch signal light having different center frequencies from each other. The central wavelengths of these signal lights differ by 100 GHz. If 100 GHz is defined as one channel, FIG. 7 shows an example of simultaneous independent operation of 10 channels by controlling the application range of the phase defect portion. It is also possible to realize a wavelength tunable filter corresponding to multiple channels. In FIG. 7, the phase defect portion is set to 240 pixels for each signal light having a center wavelength of −450, −50, and 350 GHz, and the phase defect portion is set for each signal light having a center wavelength of −350, 250 GHz. Is set to 160 pixels, the phase defect portion is set to 80 pixels for signal light having a center wavelength of 150 GHz, and the phase defect portion is set to 2 pixels for signal light having a center wavelength of −250, 50 GHz. In this example, the phase defect portion is set to 0 pixels for signal light having a center wavelength of −150, 450 GHz.

さらに、透過スペクトルの形状は本実施形態における特性例として図5および図7に示した矩形のスペクトルに限定されるものではなく、各波長独立に強度を制御できることから、任意の形状の透過スペクトルを実現できる。この特長を利用することで光ゲインイコライザへの応用が可能である。   Furthermore, the shape of the transmission spectrum is not limited to the rectangular spectrum shown in FIG. 5 and FIG. 7 as an example of the characteristics in this embodiment, and the intensity can be controlled independently for each wavelength. realizable. By using this feature, it can be applied to an optical gain equalizer.

さらに、図1の構成に加えて出力ファイバ108に光ディテクタを接続し、空間光変調器104の位相設定を、位相欠陥部の幅は一定のまま位置を連続的に変化させてディテクタの強度をモニタすることで特定の周波数領域の透過強度スイープが可能である。   Further, in addition to the configuration of FIG. 1, an optical detector is connected to the output fiber 108, the phase setting of the spatial light modulator 104 is changed, the position of the phase defect portion is kept constant, and the position is continuously changed to increase the detector intensity. By monitoring, a transmission intensity sweep in a specific frequency region is possible.

図8は、特定の周波数領域の透過強度スイープするように、位相欠陥部の位置を制御する様子を示す図である。図8において、ある時間帯において、位相欠陥部に照射する波長の光のみが透過してAWGに結合し、フォトディテクタで光強度が測定される。次いで、位相欠陥部の幅を保った状態でその位置を矢印の方向(すなわち高周波数側)に移動すると、移動後の位相欠陥部に照射する波長の光のみが透過してAWGに結合して、フォトディテクタで光強度が測定される。位相欠陥部の幅を保った状態でその位置を−50GHz〜50GHzの周期にわたって高速に繰り返すことで、各波長の光強度をほぼリアルタイムに測定可能な光パフォーマンスモニタなどへの応用が可能となる。   FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which the position of the phase defect portion is controlled so as to sweep the transmission intensity in a specific frequency region. In FIG. 8, only light having a wavelength that irradiates the phase defect portion is transmitted and coupled to the AWG in a certain time zone, and the light intensity is measured by the photodetector. Next, when the position is moved in the direction of the arrow (that is, on the high frequency side) while maintaining the width of the phase defect portion, only the light having the wavelength irradiated to the phase defect portion after the movement is transmitted and coupled to the AWG. The light intensity is measured with a photodetector. By repeating the position at a high speed over a period of −50 GHz to 50 GHz while maintaining the width of the phase defect portion, it is possible to apply to an optical performance monitor or the like that can measure the light intensity of each wavelength almost in real time.

図9に、図8を参照して説明したように位相欠陥部の位置を制御した場合の透過特性の一例を示す。この特性から光パフォーマンスモニタへも用いることができ、フィルタリングデバイスとして非常に広範な用途に対応することが可能である。   FIG. 9 shows an example of the transmission characteristics when the position of the phase defect portion is controlled as described with reference to FIG. From this characteristic, it can also be used for an optical performance monitor, and can be used for a very wide range of applications as a filtering device.

(第3の実施の形態)
図10は、本発明による光信号処理装置の第3の実施形態の構成を示す図である。(a)は上面図であり、(b)は側面図である。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the third embodiment of the optical signal processing device according to the present invention. (A) is a top view, (b) is a side view.

図10に示すように、本実施形態に関わる光信号処理装置の特徴として反射型の空間光変調器を用いず、透過型構成である点が特徴的である。本実施形態に関わる光信号処理装置は位相変調を付与するために、入力接続ファイバ708に接続された第1アレイ導波路格子701と、焦点距離がfYの第1Yシリンドリカルレンズ702および焦点距離がfXの第1集光レンズ703を有する第1集光光学系と、空間光変調器704と、位相変調された光が出力されるための、焦点距離がfXの第2集光レンズ705および焦点距離がfYの第2Yシリンドリカルレンズ706を有する第2集光光学系と、出力接続ファイバ709に接続された第2アレイ導波路格子707とがこの順に配置されている。本実施形態における説明ではレンズ系としてYシリンドリカルレンズ702および706、集光レンズ703および705を前記の順番に用いているが、同様の光学特性を有する構成であれば何枚のレンズを用いても構わず、またどのような配置を用いても問題はない。またアレイ導波路格子701から出射された光が最も効率よくアレイ導波路格子709に結合するために、アレイ導波路格子701および709が同一の構造であることが最も好ましい。   As shown in FIG. 10, the optical signal processing apparatus according to the present embodiment is characterized in that a reflective spatial light modulator is not used and a transmissive configuration is used. The optical signal processing apparatus according to the present embodiment applies a first arrayed waveguide grating 701 connected to the input connection fiber 708, a first Y cylindrical lens 702 having a focal length of fY, and a focal length of fX in order to apply phase modulation. A first condensing optical system having the first condensing lens 703, a spatial light modulator 704, a second condensing lens 705 having a focal length of fX and a focal length for outputting phase-modulated light. A second condensing optical system having a second Y cylindrical lens 706 of fY and a second arrayed waveguide grating 707 connected to the output connecting fiber 709 are arranged in this order. In the description of the present embodiment, the Y cylindrical lenses 702 and 706 and the condenser lenses 703 and 705 are used in this order as the lens system. However, any number of lenses may be used as long as they have similar optical characteristics. It does not matter if any arrangement is used. In order to couple light emitted from the arrayed waveguide grating 701 most efficiently to the arrayed waveguide grating 709, it is most preferable that the arrayed waveguide gratings 701 and 709 have the same structure.

アレイ導波路格子701および709は実施形態1におけるアレイ導波路格子101に、Yシリンドリカルレンズ702および706は実施形態1におけるYシリンドリカルレンズ102に、ならびに集光レンズ703および705は実施形態1における集光レンズ103に相当する。したがって、これらの作用についての詳細な説明は省略する。   The arrayed waveguide gratings 701 and 709 are the arrayed waveguide grating 101 in the first embodiment, the Y cylindrical lenses 702 and 706 are in the Y cylindrical lens 102 in the first embodiment, and the condensing lenses 703 and 705 are the condensed lights in the first embodiment. It corresponds to the lens 103. Therefore, the detailed description about these effects is omitted.

本実施例における空間光変調器704の詳細を図11に示す。空間光変調器704は液晶基板801と位相付与セル802とを備え、位相付与セル802を構成するために入力側透明電極803と出力側透明電極804をz軸方向に液晶基板801を挟むようにそれぞれN個ずつ配置されているが、位相付与セル802がそれぞれ独立に位相変化を与える構造であれば、例えば出力側電極をすべて連結した単一のグランド電極構造を用いても問題はない。また透明電極の材料としては最も一般的な酸化インジウムスズを用いたが、同様の機能を有するものならばどのような材料を用いても問題はなく、また異なる構造であってもよい。さらに、本実施例においては液晶による空間光変調器を用いているが、同様の機能を有する素子であれば、例えばタンタル酸ニオブ酸カリウムやニオブ酸リチウムといった電気光学結晶を用いてもよく、屈折率可変な材料を用いる構成であればどのような素子を用いても当然ながら問題はない。   Details of the spatial light modulator 704 in this embodiment are shown in FIG. The spatial light modulator 704 includes a liquid crystal substrate 801 and a phase-giving cell 802. The input-side transparent electrode 803 and the output-side transparent electrode 804 are sandwiched between the liquid crystal substrate 801 in the z-axis direction in order to form the phase-giving cell 802. N pieces are arranged, respectively, but if the phase applying cells 802 have a structure that changes the phase independently, there is no problem even if, for example, a single ground electrode structure in which all the output side electrodes are connected is used. Moreover, although the most common indium tin oxide was used as the material for the transparent electrode, any material may be used as long as it has a similar function, and a different structure may be used. Furthermore, although a spatial light modulator using liquid crystal is used in this embodiment, an electro-optic crystal such as potassium tantalate niobate or lithium niobate may be used as long as the element has a similar function. Of course, there is no problem even if any element is used as long as the material uses a variable rate material.

本実施例では、空間光変調器を用いた透過型構成の光信号処理装置の例を示す。入力光は実施形態1とは異なり、空間光変調器によって各波長独立に所望の位相変化を与えられた後で同様の構造を持つアレイ導波路格子に結合する。このときの空間光変調器の位相分布に関しては、上記実施形態1と同様に、位相周期構造に位相欠陥部を設けることで特定の波長を透過させることが可能である。また、後述するように波長ブロッカとし機能させることもできる。本実施例においては、分波素子と合波素子を個別に用いているため、反射型構成で必要であったサーキュレータを省略することが可能であり、低コスト化、さらには低挿入損失な光信号処理装置を実現できる。また、反射型では各光学素子端面における不要な反射光がアレイ導波路格子に結合することで特性劣化の原因となっていたが、本実施例における透過型構成では不要な反射光は第2アレイ導波路格子に結合しないため、より計算結果に近い良好な特性に大きく寄与する。   In this embodiment, an example of an optical signal processing apparatus having a transmissive configuration using a spatial light modulator is shown. Unlike the first embodiment, the input light is coupled to an arrayed waveguide grating having a similar structure after a desired phase change is given to each wavelength independently by the spatial light modulator. As for the phase distribution of the spatial light modulator at this time, it is possible to transmit a specific wavelength by providing a phase defect portion in the phase periodic structure, as in the first embodiment. Further, it can function as a wavelength blocker as will be described later. In this embodiment, since the demultiplexing element and the multiplexing element are used separately, it is possible to omit the circulator necessary for the reflective configuration, and to reduce the cost and further reduce the insertion loss. A signal processing device can be realized. Further, in the reflection type, unnecessary reflected light on the end face of each optical element is coupled to the arrayed waveguide grating, which causes deterioration of characteristics. However, in the transmissive configuration in this embodiment, unnecessary reflected light is reflected in the second array. Since it does not couple to the waveguide grating, it greatly contributes to good characteristics closer to the calculation result.

(第4の実施の形態)
本実施形態4では、波長ブロッカとして動作可能な光強度制御に関して説明する。基本的な構成は上記実施形態1または3における構成と同一であるが、空間光変調器における位相付与方法が異なる。本実施例における説明では図1に示す反射型構成を用いているが、図10に示す透過型構成を用いても当然ながら問題はない。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, light intensity control that can operate as a wavelength blocker will be described. The basic configuration is the same as that in the first or third embodiment, but the method of providing a phase in the spatial light modulator is different. In the description of the present embodiment, the reflection type configuration shown in FIG. 1 is used. However, there is no problem even if the transmission type configuration shown in FIG. 10 is used.

空間光変調器104によって干渉を受けた信号光の強度については、上記式(1)および(2)に示したとおりである。これらの式におけるφがすなわち二つのセルの位相差に相当し、φ=πのときに消光比は最大となり、φ=0のときに消光比は最低となる。ところが、位相変化φがπおよび0の間の値と設定することで、完全に弱め合うことができず、干渉光の一部がアレイ導波路格子に結合する。この原理から、周期的位相構造における位相差φを制御することにより透過強度を任意に制御することが可能である。この強度制御機構に関しては、上記実施形態1および3で示した位相欠陥部の透過範囲制御機構と組み合わせることで、透過波長と透過強度を同時に制御可能なフィルタを実現できることを付記しておく。   The intensity of the signal light subjected to interference by the spatial light modulator 104 is as shown in the above formulas (1) and (2). In these equations, φ corresponds to the phase difference between the two cells, and the extinction ratio is maximum when φ = π, and the extinction ratio is minimum when φ = 0. However, when the phase change φ is set to a value between π and 0, they cannot be completely weakened and a part of the interference light is coupled to the arrayed waveguide grating. From this principle, it is possible to arbitrarily control the transmission intensity by controlling the phase difference φ in the periodic phase structure. Regarding the intensity control mechanism, it should be noted that a filter capable of simultaneously controlling the transmission wavelength and the transmission intensity can be realized by combining with the transmission range control mechanism of the phase defect portion shown in the first and third embodiments.

図12は、光信号処理装置を波長ブロッカとして機能させるための空間光変調器における位相欠陥部の一設定例を示す図である。図12に示すように、空間光変調器における位相欠陥部のセルの位相が、交互に0とAとが並ぶようにそれぞれ設定される。このとき、すべての波長において上記式(1)に基づいて透過強度が変化する。したがって、位相Aを変化させることにより、光信号処理装置を波長ブロッカとして機能させることができる。   FIG. 12 is a diagram illustrating a setting example of the phase defect portion in the spatial light modulator for causing the optical signal processing device to function as a wavelength blocker. As shown in FIG. 12, the phase of the cell of the phase defect portion in the spatial light modulator is set so that 0 and A are alternately arranged. At this time, the transmission intensity changes based on the above formula (1) at all wavelengths. Therefore, by changing the phase A, the optical signal processing device can function as a wavelength blocker.

図13に本実施形態による光信号処理装置の特性例を示す。図13は、具体的な数値として、アレイ導波路格子101のFSRを100GHz、中心波長は1.55umと設計し、空間光変調器のFill Factorは1、セルの個数は256ピクセル/FSRであり、ある波長のビームサイズを2ピクセル分の半径とした。また、位相変化量φ(0≦φ≦π)を変化させることで、透過強度を0dBから−35dBまで制御している。図13における透過範囲は1チャネル制御を行った際の特性例であるが、アレイ導波路格子101のFSRを広くし、空間光変調器104のセル数を対応させることで、前記実施形態1にて示した図7と同様な10チャネル一括動作を行うことも当然ながら容易である。   FIG. 13 shows an example of characteristics of the optical signal processing apparatus according to the present embodiment. In FIG. 13, as specific values, the FSR of the arrayed waveguide grating 101 is designed to be 100 GHz, the center wavelength is 1.55 μm, the fill factor of the spatial light modulator is 1, and the number of cells is 256 pixels / FSR. The beam size of a certain wavelength is set to a radius of 2 pixels. Further, the transmission intensity is controlled from 0 dB to −35 dB by changing the phase change amount φ (0 ≦ φ ≦ π). The transmission range in FIG. 13 is an example of characteristics when one-channel control is performed, but by increasing the FSR of the arrayed waveguide grating 101 and corresponding the number of cells of the spatial light modulator 104, the transmission range in FIG. It is of course easy to perform a 10-channel collective operation similar to that shown in FIG.

図14は、光信号処理装置を複数ch一括動作する波長ブロッカとして機能させるように、位相欠陥部を配置した一例を示す図である。図14においては、空間光変調器における位相欠陥部のセルの位相が交互に0とAとが並ぶようにそれぞれ設定される点で図12に示した位相欠陥部の設定例と同様であるが、周波数毎にAの値を変化させて設定することにより、複数チャネルの同時独立動作を可能にしている。Aの値の値をπに近づけるほど透過強度は小さくなり、0に近づけるほど完全に透過するようになる。   FIG. 14 is a diagram illustrating an example in which the phase defect portion is arranged so that the optical signal processing device functions as a wavelength blocker that operates in a plurality of channels at once. FIG. 14 is similar to the setting example of the phase defect portion shown in FIG. 12 in that the phase of the cell of the phase defect portion in the spatial light modulator is set so that 0 and A are alternately arranged. By changing the value of A for each frequency and setting it, a plurality of channels can be operated simultaneously and independently. The closer the value of A is to π, the smaller the transmission intensity becomes, and the closer it is to 0, the more completely the light is transmitted.

図15にこのような10チャネル独立動作の強度制御器の特性例を示す。本実施例では各チャネル独立に透過強度を制御できる波長ブロッカとして動作させることができる。本実施例の波長ブロッカの特長として、チャネル間の構成がシームレスであるため、チャネル端での帯域劣化が生じにくい広帯域な波長ブロッカが実現できる点が優位である。   FIG. 15 shows an example of the characteristic of the intensity controller for such 10-channel independent operation. In this embodiment, it can be operated as a wavelength blocker capable of controlling the transmission intensity independently for each channel. As a feature of the wavelength blocker of this embodiment, since the configuration between the channels is seamless, it is advantageous in that a wideband wavelength blocker that hardly causes band degradation at the channel end can be realized.

第1の実施形態の光信号処理装置の構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)は側面図である。It is a figure which shows the structure of the optical signal processing apparatus of 1st Embodiment, (a) is a top view, (b) is a side view. 第1の実施形態の光信号処理装置のアレイ導波路格子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the arrayed-waveguide grating | lattice of the optical signal processing apparatus of 1st Embodiment. (a)は第1の実施形態の光信号処理装置の空間光変調器の詳細な構成を示す図であり、(b)は空間光変調器における位相変調量の一例を示す図である。(A) is a figure which shows the detailed structure of the spatial light modulator of the optical signal processing apparatus of 1st Embodiment, (b) is a figure which shows an example of the phase modulation amount in a spatial light modulator. 本実施形態による光信号処理装置の空間光変調器における位相欠陥部の一設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 setting of the phase defect part in the spatial light modulator of the optical signal processing apparatus by this embodiment. 第1の実施形態による光信号処理装置の波長可変フィルタとしての特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic as a wavelength variable filter of the optical signal processing apparatus by 1st Embodiment. 第2の実施形態による光信号処理装置を複数ch波長可変フィルタとして機能させるように、位相欠陥部を配置した一例を示す図である。It is a figure which shows an example which has arrange | positioned the phase defect part so that the optical signal processing apparatus by 2nd Embodiment may function as a multi-channel wavelength variable filter. 第2の実施形態による光信号処理装置の10ch波長可変フィルタとしての特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic as a 10ch wavelength variable filter of the optical signal processing apparatus by 2nd Embodiment. 第2の実施形態による光信号処理装置を特定の周波数領域の透過強度スイープするように、位相欠陥部の位置を制御する様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mode that the position of a phase defect part is controlled so that the optical signal processing apparatus by 2nd Embodiment sweeps the transmission intensity of a specific frequency area | region. 第2の実施形態による光信号処理装置の光パフォーマンスモニタとしての特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic as an optical performance monitor of the optical signal processing apparatus by 2nd Embodiment. 第3の実施形態の光信号処理装置の構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)は側面図である。It is a figure which shows the structure of the optical signal processing apparatus of 3rd Embodiment, (a) is a top view, (b) is a side view. 第3の実施形態の光信号処理装置の空間光変調器の詳細な構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)は側面図である。It is a figure which shows the detailed structure of the spatial light modulator of the optical signal processing apparatus of 3rd Embodiment, (a) is a top view, (b) is a side view. 第4の実施形態の光信号処理装置を波長ブロッカとして機能させるための空間光変調器における位相欠陥部の一設定例を示す図である。It is a figure which shows one setting example of the phase defect part in the spatial light modulator for functioning the optical signal processing apparatus of 4th Embodiment as a wavelength blocker. 第4の実施形態の光信号処理装置の波長ブロッカとしての特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic as a wavelength blocker of the optical signal processing apparatus of 4th Embodiment. 第4の実施形態による光信号処理装置を複数ch一括動作する波長ブロッカとして機能させるための空間光変調器における位相欠陥部の一設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 setting of the phase defect part in the spatial light modulator for functioning the optical signal processing apparatus by 4th Embodiment as a wavelength blocker which carries out multiple channel collective operation. 第4の実施形態の光信号処理装置の10ch波長ブロッカとしての特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic as a 10ch wavelength blocker of the optical signal processing apparatus of 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

101,701,707 アレイ導波路格子
102,702,706 シリンドリカルレンズ
103,703,705 集光レンズ
104,704 空間光変調器
302,802 位相付与セル
803,804 電極
101,701,707 Array waveguide grating 102,702,706 Cylindrical lens 103,703,705 Condensing lens 104,704 Spatial light modulator 302,802 Phase assignment cell 803,804 Electrode

Claims (8)

光信号を分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して信号処理を行う光信号処理装置であって、
光信号の波長に応じた出射角度で、異なる波長を有する複数の光信号に分光する分光手段と、
前記分光手段から出射された光信号を集光させる集光手段と、
前記集光された光信号を変調する信号処理手段とを備え、
前記信号処理手段は、前記各波長の光信号に対応した、前記分光手段からの信号光により形成される分光面との交線方向に配列された複数の信号処理素子を含み、前記複数の信号処理素子は前記集光された光信号に0以上π以下の位相変化を与える素子を少なくとも一つ備え、前記素子は前記位相変化の量を自在に設定可能であることを特徴とした光信号処理装置。
An optical signal processing device that splits an optical signal into a plurality of optical signals of different wavelengths and performs signal processing on the optical signals of each wavelength,
A spectroscopic means for splitting a plurality of optical signals having different wavelengths at an emission angle according to the wavelength of the optical signal;
Condensing means for condensing the optical signal emitted from the spectroscopic means;
Signal processing means for modulating the collected optical signal,
The signal processing means includes a plurality of signal processing elements arranged in a direction intersecting with a spectral plane formed by signal light from the spectroscopic means corresponding to the optical signals of the respective wavelengths, and the plurality of signals The processing element includes at least one element that gives a phase change of 0 to π to the collected optical signal, and the element can freely set the amount of the phase change. apparatus.
前記複数の信号処理素子の一部が前記集光された光信号に0より大きくπ未満の位相変化を与え、前記複数の信号処理素子の一部を除く信号処理素子が前記集光された光信号に0とπの位相変化を交互に与えるように、前記素子の位相変化の量を設定可能であることを特徴とした請求項1に記載の光信号処理装置。   A part of the plurality of signal processing elements gives a phase change greater than 0 and less than π to the collected optical signal, and a signal processing element excluding a part of the plurality of signal processing elements is the collected light. The optical signal processing apparatus according to claim 1, wherein the amount of phase change of the element can be set so as to alternately give a phase change of 0 and π to the signal. 前記信号処理手段の隣接する第1の素子および第2の素子に入射するある波長の光信号が前記第1の素子および第2の素子によって位相変化を受けた後の強度がそれぞれI1およびI2であるとき、前記第1の素子および第2の素子による干渉光信号の強度をIにするために前記第1の素子および第2の素子に設定する位相変化の量の差Φが、
Figure 2009180836
を満たすように、前記第1の素子および第2の素子の位相変化の量を設定することを特長とする請求項1または2に記載の光信号処理装置。
The intensities after an optical signal of a certain wavelength incident on the adjacent first element and second element of the signal processing means undergoes a phase change by the first element and the second element are I 1 and I, respectively. 2 , the difference Φ of the amount of phase change set in the first element and the second element in order to set the intensity of the interference optical signal by the first element and the second element to I,
Figure 2009180836
The optical signal processing apparatus according to claim 1, wherein an amount of phase change of the first element and the second element is set so as to satisfy the above.
前記分光手段として、入力導波路、スラブ導波路およびアレイ導波路を含むアレイ導波路格子を用いたことを特長とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光信号処理装置。   4. The optical signal processing apparatus according to claim 1, wherein an arrayed waveguide grating including an input waveguide, a slab waveguide, and an arrayed waveguide is used as the spectroscopic means. 前記信号処理手段は、前記素子としての屈折率変調素子を配列した構造を特長とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光信号処理装置。   5. The optical signal processing apparatus according to claim 1, wherein the signal processing means has a structure in which refractive index modulation elements as the elements are arranged. 前記信号処理素子は、前記素子間のピッチが前記集光された光信号のビームの直径の4分の1倍から2分の1倍となるように構成されたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理装置。   2. The signal processing element is configured such that a pitch between the elements is ¼ to ½ times a diameter of the beam of the collected optical signal. The optical signal processing device according to any one of 1 to 5. 請求項1乃至6のいずれかに記載の光信号処理装置の制御方法であって、
前記複数の信号処理素子から少なくとも2つの信号処理素子を選択すること、
前記選択した信号処理素子の各々が独立に前記集光された光信号に0より大きくπ未満の位相変化を与えるように、当該選択した信号処理素子の前記素子の位相変化量を設定すること、および
前記選択した信号処理素子を除く信号処理素子が、前記集光された光信号に0とπの位相変化を交互に与えるように、当該選択した信号処理素子を除く信号処理素子の前記素子の位相変化量を設定すること
を含むことを特徴とする光信号処理装置の制御方法。
A method for controlling an optical signal processing device according to any one of claims 1 to 6,
Selecting at least two signal processing elements from the plurality of signal processing elements;
Setting a phase change amount of the selected signal processing element so that each of the selected signal processing elements independently gives a phase change of greater than 0 and less than π to the collected optical signal; And the signal processing elements other than the selected signal processing element are configured to alternately apply a phase change of 0 and π to the collected optical signal, so that the signal processing elements other than the selected signal processing element A method for controlling an optical signal processing device, comprising: setting a phase change amount.
請求項1乃至6のいずれかに記載の光信号処理装置の制御方法であって、
前記複数の信号処理素子のすべてが、前記集光された光信号に0より大きくπ未満の位相変化を与えるように、当該すべての信号処理素子の前記素子の位相変化量を設定することを含むことを特徴とする光信号処理装置の制御方法。
A method for controlling an optical signal processing device according to any one of claims 1 to 6,
Including setting a phase change amount of each of the signal processing elements so that all of the plurality of signal processing elements give a phase change of greater than 0 and less than π to the collected optical signal. A method for controlling an optical signal processing device.
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