(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ポートと、
前記光ポートから受け取った光ビームを複数の波長成分に空間的に分散させるための分散要素と、
前記複数の波長成分を受け取り、前記波長成分のうちの少なくとも１つを前記光ポートのうちの１つに選択的に誘導するための光路変換系と、
前記光路変換系によって受け取られた前記複数の波長成分の各々を合焦するための少なくとも第１の光学要素と、
を備え、
前記光路変換系および前記少なくとも第１の光学要素が、前記波長成分のうちの１つが前記第１の光学要素によって合焦される第１の焦点面と他の波長成分の任意のものが合焦される第２の焦点面との間の距離であって、焦点距離の波長への固有の依存から生じる前記第１の焦点面と前記第２の焦点面との間の距離を減少させるように配置され、
第１の焦点面と第２の焦点面との間の距離が減少するように、前記第１の光学要素の光軸が前記光ポートの光軸に対して傾けられており、
前記光路変換系は、少なくとも１つの波長成分が光ポートのうちの選択された１つに誘導される前に少なくとも２回反射されるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を含む、光処理デバイス。
【請求項２】
前記第１の光学要素が、それを通る光ビームの光路をその光軸に垂直な方向に変更するように構成される、請求項１に記載の光処理デバイス。
【請求項３】
前記ＤＭＤが前記波長成分を選択的に反射するための別々に作動可能なミラー要素のアレイを含み、前記光路変換系には、前記ＤＭＤからの反射波長成分を受け取り、それらを前記ＤＭＤの前記ミラー要素のうちの選択されたものに誘導して戻すための第２の光学要素がさらに含まれる、請求項１に記載の光処理デバイス。
【請求項４】
複数の波長成分の各々が合焦される前記第１の焦点面および前記第２の焦点面が前記作動可能なミラー要素とほぼ一致する、請求項１に記載の光処理デバイス。
【請求項５】
前記第１の光学要素が集光レンズを含む、請求項１に記載の光処理デバイス。
【請求項６】
前記第２の光学要素が、前記ＤＭＤの前記ミラー要素の反射表面と向き合う反射表面を有する複数の平面ミラーを含む、請求項３に記載の光処理デバイス。
【請求項７】
前記光路変換系が、前記波長成分の各々を前記光ポートのうちの異なるものに選択的に誘導するように構成される、請求項１に記載の光処理デバイス。
【請求項８】
前記少なくとも第１の光学要素が複数の光学要素を含む、請求項１に記載の光処理デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、波長選択光処理デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的に、入力路からのビーム信号を分散させる分散要素(例えば、回折格子)と、分散ビームの各々が複数の出力路のいずれかに入射することができるようする光路変換光学系とを含む光処理デバイスが使用されている。
【０００３】
そのような光路変換光学系として、各々が別々に作動し得る複数のマイクロミラー要素を含むDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)が知られている(例えば、特許文献1を参照)。DMDは、ミラー要素の方向を調整してビームの反射方向を制御するような方法で、反射ビームの光路を多数の出力路のうちの任意の1つに選択的に切り替えることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の光処理デバイスによれば、分散要素によって波長に対して分散されたビームは波長に応じた異なる焦点深度位置を有するので、損失が波長に応じて増加することがある。
【０００５】
この問題は異なる波長依存性を有する多数のレンズを組み合わせることによって解決することができるが、この場合、光学系が複雑になるので、コストなどに関して問題が生じる。
【０００６】
本発明はそのような状況に鑑みて行われ、本発明の目的は、簡単な構造体により損失を抑制することができる光処理デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光処理デバイスは、複数の光ファイバを含むビーム放出部分と、複数の光ファイバのうちの1つの光ファイバから放出されたビームを分散させる分散要素と、分散要素を通過するビームを集中させる集光レンズと、ビームが複数の光ファイバのうちの他の光ファイバの1つに入射するように、集光レンズを通過するビームの光路を変換する光路変換光学系であり、集光レンズの光軸がビーム放出部分から光路変換光学系までの光軸方向に対して傾けられ、傾き角は、分散要素によって得られた異なる波長を有する複数のビームの焦点深度の最大差が小さくなるように設定される、光路変換光学系とを含む。
【０００８】
光路変換光学系は、第1の反射点でビームを反射するミラー要素と、ミラー要素から反射されたビームを中間反射点で反射する中間ミラーとを含むことができ、ミラー要素は中間ミラーから反射されたビームを第2の反射点で反射し、集光レンズはビームの焦点を第1の反射点で形成する。
【０００９】
光路変換光学系があるので、分散要素によって分散されたビームの各々はビームの波長に応じて他の光ファイバの異なる1つに入射できるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、集光レンズの光軸が傾けられ、傾き角は、分散要素によって得られた異なる波長を有する複数のビームの焦点深度位置の最大差が小さくなるように設定される。したがって、複数のビームの焦点位置の変動を減少させることができ、その結果、反射損失を光路変換光学系において抑制することができる。
【００１１】
したがって、光学系を複雑にすることなしに高い結合効率を広い波長領域で得ることができ、その結果、出力特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による光処理デバイスを示す概略図である。
【図２】図1の光処理デバイスのレンズ(集光レンズ)を示す概略図である。
【図３】図1の光処理デバイスの光路変換光学系と光ファイバの前端部部分とを示す概略図である。
【図４】図1の光処理デバイスの光路変換光学系を示す概略図である。
【図５】図1の光処理デバイスの光路変換光学系を示す概略図である。
【図６】試験結果を示すグラフである。
【図７】試験結果を示すグラフである。
【図８】図1の光処理デバイスの特定の構成の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態による光処理デバイスを、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図1は、本発明の一実施形態による光処理デバイス10を示す概略図である。図2は、光処理デバイス10のレンズ6(スキャンレンズ)(集光レンズ)を示す概略図である。図3は、光処理デバイス10の光路変換光学系7と光ファイバ2の前端部部分とを示す概略図である。図4は、光処理デバイス10の光路変換光学系7を示す概略図である。
【００１５】
図1に示されるように、光処理デバイス10は、複数の光ファイバ2を含むビーム放出部分1と、レンズ3および4(コリメートレンズ)と、レンズ3および4を通過するビームを分散させる回折格子5(分散要素)と、回折格子5を通過するビームを合焦するレンズ6(スキャンレンズ)(集光レンズ)と、レンズ6を通過するビームの光路を変換する光路変換光学系7とを含む。
【００１６】
図1および3に示されるように、ビーム放出部分1は、外部デバイスに入力され、それから出力されるビームを伝搬させる複数の光ファイバ2と、幅方向に1列に配列されたファイバを保持する保持部分20とを含む。ビーム放出部分1として、例えば、光ファイバアレイを有するビーム放出部分を使用することができる。
【００１７】
図3に示されるように、光ファイバ2(2Aから2F)は複数の光ファイバグループ9(9Aおよび9B)を含むことができる。
【００１８】
光ファイバグループ9は、互いに光学的に結合することができる複数の光ファイバ2を含む。図面に示された例では、光ファイバ2Aから2Cは第1の光ファイバグループ9Aを構成し、光ファイバ2Dから2Fは第2の光ファイバグループ9Bを構成する。図面に示された例では、光ファイバグループ9の各々は3つの光ファイバ2を含むが、本発明はそれに限定されない。例えば、光ファイバグループは2つ以上の光ファイバ2を含むことができる。
【００１９】
光ファイバグループ9Aにおいて、光ファイバ2Bから放出されたビームL1の光路(入力路)は光路変換光学系7で変換することができ、その結果、ビームは戻りビームL2として光ファイバ2Aおよび2C(出力路)に入射することができる。光ファイバグループ9Bにおいて、光ファイバ2Eから放出されたビームL1の光路(入力路)は光路変換光学系7によって変換することができ、その結果、ビームは戻りビームL2として光ファイバ2Dおよび2F(出力路)に入射することができる。
【００２０】
入力路としての光ファイバ2の前端部表面2aと、出力路としての光ファイバ2の前端部表面2aとは光路方向において同じ位置に配置されることが望ましい。図面に示された例では、すべての光ファイバ2(2Aから2F)の前端部表面2aは光路方向において同じ位置に配置されている。
【００２１】
回折格子5は、光ファイバ2から放出されたビームL(ビームL1)を、異なる波長をもつ異なるビームLλ1からLλ7を有する多数のビームに分散させることができる(図2を参照)。回折格子5のビーム放出方向に波長依存性があり、回折格子5は光路変換光学系7に関して波長ごとに異なるビーム入射位置を設定することが望ましい。
【００２２】
図1および2に示されるように、レンズ6(スキャンレンズ)は回折格子5を通過する放出ビームL1を合焦し、光路変換光学系7の内部に焦点を形成することができる。
【００２３】
レンズ6(スキャンレンズ)は異なる波長を有する多数のビームLλ1からLλ7をコリメートする。
【００２４】
図2に示されるように、レンズ6の光軸方向D1は、ビーム放出部分1から光路変換光学系7までの光軸方向D2に対して傾けられる。図2において、光軸方向D1が傾けられているレンズ6は実線で示される。比較のために、傾けられていないレンズ6は二点鎖線で示される。
【００２５】
この例では、光軸方向D2は、光路変換光学系7の方に移動するようにレンズ6によってコリメートされるビームの方向と位置合わせされる。
【００２６】
光軸方向D2に対するレンズ6の光軸方向D1の傾き角A1は、以下で説明するように、異なる波長を有するビームLλ1からLλ7の焦点深度位置の最大差が、レンズ6が傾けられていない(図2の二点鎖線で示されるような)場合と比較して、小さくなるように設定される。ビームLλ1からLλ7の焦点深度位置の最大差が最小になるように傾き角A1が設定されることが望ましい。
【００２７】
図3および4に示されるように、光路変換光学系7は、複数の光ファイバ2のうちの1つの光ファイバ2から放出されたビームL1の光路を変換し、その結果、そのビームは戻りビームL2(ビームL)として他の光ファイバ2に入射する。
【００２８】
光路変換光学系7は、本体部分11と、本体部分11の戻り方向側(図3および4の左側)に本体部分11に対してある間隙をもって設置される中間反射部分12とを含む。
【００２９】
本体部分11は、支持体部分13と、支持体部分13の戻り方向側の表面に設置される複数のミラー要素15(15a、15b、15c、…)とを含む。ミラー要素15は支持体部分13の戻り方向側の表面に沿った区域に平行に配設することができ、それによって、ミラー要素アセンブリ15Aが形成される。
【００３０】
ミラー要素15の各々の傾きは調整可能であり、傾きを調整することによってビームの反射方向が制御されるとき反射ビームの光路を設定することができる。
【００３１】
本体部分11として、各々を別々に作動させることができる複数のマイクロミラー要素を有するDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)を使用することができる。
【００３２】
中間反射部分12には、複数の窓部分17を有し、ビームがそれを通過できるようにするフレーム18と、フレーム18に設置された複数の中間ミラー19(19aから19d)とを含む。
【００３３】
中間ミラー19は、ミラー要素15から反射されたビームが別のミラー要素15の方に反射されるようにフレーム18の放出方向(図3および4の右側)の表面に設置される。中間ミラー19は、図3および4の垂直方向に、ある間隔で設置される。図面に示された例では、各窓部分17は垂直方向に互いに隣接する中間ミラー19間に形成される。
【００３４】
光路変換光学系7は回折格子5によって分散されたビームの光路をミラー要素15に応じて異なる光路に変換し、その結果、戻りビームL2は光ファイバ2の任意の1つに入射することができる。
【００３５】
例えば、戻りビームL2は各波長に応じて異なる光ファイバ2に入射することができる。このため、光路変換光学系7はスイッチ光学系として機能することができる。この場合、光処理デバイス10は波長選択スイッチとして機能する。
【００３６】
光路変換光学系7は光ファイバ2に入射しないようにビームの方向を制御することができるので、光路変換光学系は、各波長のビームが他の光ファイバ2のうちの1つに別々に入射するか、または他の光ファイバ2のどれにも入射しないかを選択することができる。
【００３７】
このため、光路変換光学系7は遮断光学系としても機能することができる。この場合、光処理デバイス10は波長ブロッカとして機能する。
【００３８】
光路変換光学系7は、各波長のビームを所定の減衰率で減衰させてビームが光ファイバ2に入射するように光路を変換することができる。例えば、所定の波長のビームは、ミラー要素15を使用して反射量を調整することによってビームを減衰させながら光ファイバ2に入射することができる。
【００３９】
このため、光路変換光学系7はフィルタ光学系としても機能することができる。この場合、光処理デバイス10は波長フィルタとして機能する。
【００４０】
図1から3に示されるように、光ファイバ2の内部を伝搬するビームおよび光ファイバ2から放出されたビームL1は、異なる波長を有する多数の信号ビームを含む波長多重光とすることができる。
【００４１】
光ファイバ2の前端部表面2aから放出されたビームL1はレンズ3および4(コリメータレンズ)によってコリメートされ、次に、回折格子5によって異なる波長を有する多数のビームに分散される。
【００４２】
分散された放出ビームL1は、光路変換光学系7の方に移動すると同時にレンズ6(スキャンレンズ)によって合焦される。
【００４３】
図3および4に示されるように、光路変換光学系7において、放出ビームL1は中間反射部分12の各窓部分17を通過し、各ミラー要素15に到達し、ミラー要素15から反射されたビームは中間ミラー19の方に移動する。
【００４４】
例えば、図4に示されるように、光ファイバ2Bから放出されたビームL1はミラー要素15bで反射され、次に、異なる波長を有する反射ビームL3およびL4はそれぞれ中間ミラー19aおよび19bの方に移動することができる。放出ビームL1がミラー要素15によって最初は反射される点は、第1の反射点R1と呼ばれる(図4を参照)。この例では、第1の反射点R1はミラー要素15bである。
【００４５】
反射ビームL3およびL4はそれぞれ中間ミラー19aおよび19bで反射され、反射ビームL5およびL6はそれぞれミラー要素15aおよび15cの方に移動してミラー要素15aおよび15cで反射され、次に、反射ビーム(戻りビームL2)は中間反射部分12の窓部分17を通過して光ファイバ2Aおよび2C(出力路)の方に移動する(図3を参照)。
【００４６】
図4に示されるように、ビームL3およびL4が中間ミラー19(19aおよび19b)で反射される点は中間反射点Riと呼ばれる。
【００４７】
中間ミラー19から反射されたビームL5およびL6がミラー要素15で反射される点は第2の反射点R2と呼ばれる。この例では、第2の反射点R2はミラー要素15aおよび15cである。
【００４８】
図1、2および5に示されるように、放出ビームL1は、異なる波長を有するビームLλ1からLλ7に回折格子5によって分散され、合焦され、光路変換光学系7に到達する(特に、図5を参照)。
【００４９】
図5には明確に示されていないが、ビームの焦点深度位置は波長に依存するので、ビームLλ1からLλ7の焦点深度位置は互いに異なることがある。深度方向は図1から5において右向きの方向を示す。
【００５０】
図4に示されるように、放出ビームL1(ビームLλ1からLλ7)の焦点位置は第1の反射点R1またはその近傍であることが望ましい。
【００５１】
光処理デバイス10において、図2に示されるレンズ6の傾き角A1は、ビームLλ1からLλ7の焦点深度位置の最大差が、レンズ6が傾斜されていない(図2の二点鎖線で示されるような)場合と比較して、小さくなるように設定される。ビームLλ1からLλ7の焦点深度位置の最大差が最小になるように傾き角A1が設定されることが望ましい。
【００５２】
一例として、レンズ6が傾けられず、ビームLλ1からLλ7うちのビームLλ1の焦点位置が最も浅く、ビームLλ5の焦点位置が最も深い場合が説明される。
【００５３】
レンズ6を傾ける(図2の実線で示されるように)ことによって、光路変換光学系7までの光路はビームLλ1に関して短くなり、光路はビームLλ5に関して長くなる。このため、ビームLλ1の焦点位置とビームLλ5の焦点位置との間の差(深度方向の距離)を減少させることができる。
【００５４】
ビームLλ1からLλ7の焦点深度位置の変動(最大値と最小値との間の差)が減少するので、ビームLλ1からLλ7の焦点をミラー要素15に隣接する位置で形成することができる。
【００５５】
このため、反射時の損失は、ミラー要素15に入射するビームLλ1からLλ7のビーム直径を減少させることによって減少させることができる。
【００５６】
したがって、光学系を複雑にすることなしに高い結合効率を広い波長領域で得ることができ、その結果、出力特性を改善することができる。
【００５７】
図1および2に示されるように、戻りビームL2はレンズ6によってコリメートされ、レンズ3および4によって合焦され、光ファイバ2の前端部表面2aに入射する。
【００５８】
図6は、レンズ6の傾き角A1に関するシミュレーション結果を示すグラフである。ビームの焦点位置をミラー要素15の最適位置に設定することによって、深度方向における基準点から最適位置までの距離がビームLλ1からLλ7の各々に対して得られている。
【００５９】
レンズ6が傾けられない例2(二点鎖線で示されたような)では、ビームLλ1からLλ71の最適位置の変動が増加するが、例1(図2の実線で示されたような)では、ビームLλ1からLλ7の最適位置の変動はレンズ6を傾けることによって減少する。
【００６０】
例1では、最も浅い最適位置と最も深い最適位置との間の差は実質的に最小である。
【００６１】
図7は、レンズ6の傾き角A1に関するシミュレーション結果を示すグラフである。光ファイバ2(出力路)に対する結合効率が、ビームLλ1からLλ7(それぞれ波長λ1からλ7を有する)の各々に対して得られている。
【００６２】
レンズ6が傾けられない例2では、ビームLλ1からLλ7の結合効率の変動が増加するが、例1では、ビームLλ1からLλ7の結合効率の変動はレンズ6を傾けることによって減少する。このため、例1では、高い結合効率が広い波長領域で得られ、その結果、出力特性を改善することができる。
【００６３】
図8は、光処理デバイス10の特定の構成の一例を示す。図面に示された光処理デバイス10は、ビーム放出部分1と、レンズ3および4(コリメートレンズ)と、レンズ3および4からのビームを分散させる回折格子5Aおよび5Bと、レンズ6(スキャンレンズ)と、光路変換光学系7とを備えるケース21を含む。記号22から24はミラーを示す。
【００６４】
ビーム放出部分1の光ファイバの数は特に限定されず、任意とすることができ、例えば、3つ以上とすることができる。さらに、光路変換光学系のミラー要素の数は1つまたは複数に任意に設定することができる。さらにミラー要素および中間ミラーでビームを反射する回数は上述の例に限定されない。
【符号の説明】
【００６５】
1  ビーム放出部分
2  光ファイバ
3、4  レンズ(コリメートレンズ)
5  回折格子(分散要素)
6  レンズ(集光レンズ)
7  光路変換光学系
8  光路長調整部分
15  ミラー要素
19  中間ミラー
L1  放出ビーム
L2  戻りビーム
D1  レンズ(集光レンズ)の光軸方向
D2  ビーム放出部分から光路変換光学系までの光軸方向
R1  第1の反射点
R2  第2の反射点
Ri  中間反射点
A1  レンズ(集光レンズ)の光軸方向の傾き角
【図１】
0005841031.tif 000002
【図２】
0005841031.tif 000003
【図３】
0005841031.tif 000004
【図４】
0005841031.tif 000005
【図５】
0005841031.tif 000006
【図６】
0005841031.tif 000007
【図７】
0005841031.tif 000008
【図８】
0005841031.tif 000009