(57)【要約】  時分割多重検知方式を用いて光学的スペクトルパワーを監視するための方法及び機器である。この機器は、回折格子などの波長分散手段（１２０）を用いて、光信号を多数のスペクトルチャネルに分離するものであり、ビーム操作素子のアレイ（１４０）は、該スペクトルチャネルと対応するように位置決めされる。ビーム操作素子は、スペクトルチャネルを時分割多重シーケンスで光検出器（１５０）に導くように、個々に制御可能である。この機器は、さらに、偏光に影響を受けない作動のために、偏光ダイバーシチ方式を採用することができる。このことが、スペクトルパワーの検出において改善された精度をもたらすと同時に、機器のスペクトル分解能を向上させる。本開示に従って構成されるスペクトルパワーモニタは、ＷＤＭ光ネットワーキング用途に極めて適している。
2005514615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）多波長光信号を与える入力ポートと、
ｂ）前記多波長光信号を、波長により、所定の相対的配置を有する多数のスペクトルチャネルに分離する波長分散器と、
ｃ）前記スペクトルチャネルと対応するように位置決めされたビーム操作素子のアレイと、
ｄ）光検出器と、
を備え、
前記ビーム操作素子が、該スペクトルチャネルを時分割多重シーケンスで前記光検出器内に導くように、個々に制御可能であることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記ビーム操作素子がマイクロミラーを備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記マイクロミラーが、マイクロマシン加工したシリコンミラーを備えることを特徴とする、請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記マイクロミラーの各々が、少なくとも１つの軸線周りでピボット運動可能であることを特徴とする、請求項２に記載の光学装置。
【請求項５】
前記ビーム操作素子がＭＥＭＳシャッタ素子を備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項６】
前記ビーム操作素子が液晶シャッタ素子を備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項７】
前記波長分散器が、機械刻印回折格子、湾曲回折格子、ホログラフィック回折格子、エシェル格子、透過回折格子、及び分散プリズムからなる群から選択された素子を備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項８】
前記光検出器が、ＰＮ光検出器、ＰＩＮ光検出器、及びアバランシェ光検出器からなる群から選択された素子を備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項９】
前記入力ポートが、前記多波長光信号を伝送する入力光ファイバに連結されたファイバコリメータを備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記入力光ファイバが単一モードファイバであることを特徴とする、請求項９に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記スペクトルチャネルを、対応する焦点スポットに合焦させて、前記ビーム操作素子上に衝突させるようにするためのビーム合焦器をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記多波長光信号と共に前記入力ポートから出て来る基準信号と、基準位置検知素子とをさらに備え、前記波長分散器が、前記基準信号の基準スペクトル成分を、前記基準位置検知素子上の所定の位置に導くことを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記基準位置検知素子が、位置感度検出器、象限検出器、又はスプリット検出器からなる群から選択された素子を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記入力ポートが入力光ファイバに連結されたファイバコリメータを備え、前記光学装置が基準光源を前記入力光ファイバに結合するための光学コンバイナをさらに備え、該入力光ファイバが前記多波長光信号を伝送し、前記基準光源が前記基準信号を与えることを特徴とする、請求項１２に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記スペクトルチャネルと前記ビーム操作素子との間のアラインメントを調整するためのアラインメント調整素子をさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の光学装置。
【請求項１６】
前記ビーム操作素子及び前記基準位置検知素子が、光学素子アレイを形成し、前記アラインメント調整素子が、前記光学素子アレイを移動させるために、該光学素子アレイに連結された駆動装置を備えることを特徴とする、請求項１５に記載の光学装置。
【請求項１７】
前記アラインメント調整素子及び前記基準位置検知素子と連通する処理素子をさらに備え、前記処理素子が、該基準位置検知素子上への前記基準スペクトル成分の衝突位置を監視し、それに応じて該アラインメント調整素子を制御することで、前記所定の位置で該基準スペクトル成分を維持し、それにより前記スペクトルチャネルと前記ビーム操作素子との間の必要なアラインメントを確実なものとすることを特徴とする、請求項１５に記載の光学装置。
【請求項１８】
ａ）多波長光信号を与える入力ポートと、
ｂ）前記多波長光信号を、第１及び第２の偏光成分に分解する偏光分離素子と、
ｃ）前記第２の偏光成分の偏光を、およそ９０度だけ回転させる偏光回転素子と、
ｄ）前記第１及び第２の偏光成分を、波長により、それぞれ第１及び第２の光ビームの組に分離する波長分散器と、
ｅ）前記第１及び第２の光ビームの組を、対応する焦点スポットに合焦するビーム合焦器と、
ｆ）該第１及び第２の光ビームの組に対応するように位置決めされたビーム操作素子のアレイと、
ｇ）少なくとも１つの光検出器と、
を備え、
前記ビーム操作素子が、波長の各々と関連する第１及び第２の光ビームを時分割多重シーケンスで前記少なくとも１つの光検出器内に導くように、個々に制御可能であることを特徴とする光学装置。
【請求項１９】
前記ビーム操作素子がマイクロミラーを備えることを特徴とする、請求項１８に記載の光学装置。
【請求項２０】
前記マイクロミラーが、マイクロマシン加工したシリコンミラーを備えることを特徴とする、請求項１９に記載の光学装置。
【請求項２１】
前記マイクロミラーの各々が、少なくとも１つの軸線周りでピボット運動可能であることを特徴とする、請求項１９に記載の光学装置。
【請求項２２】
前記ビーム操作素子が液晶シャッタ素子を備えることを特徴とする、請求項１８に記載の光学装置。
【請求項２３】
前記ビーム操作素子がＭＥＭＳシャッタ素子を備えることを特徴とする、請求項１８に記載の光学装置。
【請求項２４】
前記偏光分離素子が、偏光ビームスプリッタ及び複屈折ビームディスプレーサからなる群から選択された素子を備えることを特徴とする、請求項１８に記載の光学装置。
【請求項２５】
前記偏光回転素子が、半波長板、液晶回転子、及びファラデー回転子からなる群から選択された素子を備えることを特徴とする、請求項１８に記載の光学装置。
【請求項２６】
前記波長分散器が、機械刻印回折格子、ホログラフィック回折格子、エシェル格子、湾曲回折格子、透過回折格子、及び分散プリズムからなる群から選択された素子を備えることを特徴とする、請求項１８に記載の光学装置。
【請求項２７】
前記ビーム合焦器が、少なくとも１つの合焦レンズを備えることを特徴とする、請求項１８に記載の光学装置。
【請求項２８】
前記入力ポートがファイバコリメータを備えることを特徴とする、請求項１８に記載の光学装置。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの光検出器が単一の光検出器であることを特徴とする、請求項１８に記載の光学装置。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの光検出器が、第１及び第２の光検出器を備え、それぞれ前記第１及び第２の光ビームの組を受け取るように構成されることを特徴とする、請求項１８に記載の光学装置。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの光検出器が、ＰＮ光検出器、ＰＩＮ光検出器、及びアバランシェ光検出器からなる群から選択された少なくとも１つの素子を備えることを特徴とする、請求項１８に記載の光学装置。
【請求項３２】
時分割多重方式を用いてスペクトルパワーを監視する方法であって、
ａ）多波長光信号を与え、
ｂ）前記多波長光信号を、波長により、多数のスペクトルチャネルに分離し、
ｃ）前記スペクトルチャネルを、時分割多重シーケンスで光検出器内に導く、
ことを含む方法。
【請求項３３】
前記スペクトルチャネルが、逐次的に前記光検出器内に導かれることを特徴とする、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記スペクトルチャネルを、各々が１つ又はそれ以上のスペクトルチャネルを含む複数のスペクトルの組にまとめ、それにより、前記スペクトルの組が、前記時分割多重シーケンスで前記光検出器内に導かれるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記ステップｃ）が、個々に可動のマイクロミラーのアレイによって実行されることを特徴とする、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
光スペクトルパワーを監視する方法であって、
ａ）多波長光信号を与え、
ｂ）前記多波長光信号を、第１及び第２の偏光成分に分解し、
ｃ）前記第２の偏光成分の偏光を、およそ９０度だけ回転させ、
ｄ）前記第１及び第２の偏光成分を、波長により、それぞれ第１及び第２の光ビームの組に分離し、
ｅ）前記第１及び第２の光ビームの組を、対応する焦点スポットに合焦し、
ｆ）該第１及び第２の光ビームの組を、ビーム操作素子のアレイ上に衝突させ、
ｇ）前記ビーム操作素子を個々に制御して、それにより、波長の各々と関連する第１及び第２の光ビームを、時分割多重シーケンスで少なくとも１つの光検出器内に導く、
ことを含む方法。
【請求項３７】
前記少なくとも１つの光検出器が、単一の光検出器を備え、前記ステップｇ）が、波長の各々と関連する前記第１及び第２の光ビームを、前記光検出器内に同時に導くことを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの光検出器が、第１及び第２の光検出器を備え、前記ステップｇ）が、前記第１及び第２の光ビームの組を、それぞれ前記第１及び第２の光検出器内に導くことを含む、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光学的スペクトルモニタ及びアナライザに関する。より具体的には、本発明は、ＷＤＭ光ネットワーキング用途に適した、時分割多重検出方式を採用する新しい種類の光学的スペクトルモニタに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重方式（ＷＤＭ）を採用する光通信ネットワークがますます普及して来るにつれて、スペクトルパワーモニタを含む新型の光学性能モニタが求められている。
当該技術分野における従来のスペクトルパワーモニタは、典型的には、回折格子又は分散プリズムなどの波長分散手段を用いて、多波長光信号を、別個の中心波長をもつスペクトルチャネルの空間的なアレイに分離する。光検出器（例えば、フォトダイオード）のアレイは、スペクトルチャネルを個々に検出するように位置決めされ、それにより多波長光信号の光学的パワースペクトルを与えるものとなる。代替的には、回転する回折格子及び静止した光検出器、又は、可動の光検出器及び静止した回折格子が、スペクトルチャネルを連続的に走査するのに用いられる。これらの従来のパワーモニタは、典型的には、高価格で、大きさ及び作動を非能率的なものとし、ある場合には相当な保守を必要とすることから、光ネットワーキング用途には適さないものとなる。
【０００３】
さらに、回折格子の回折効率は、特徴的に偏光感受性であることが知られている。スペクトルパワーモニタにおいて高められたスペクトル分解能をもたらすことが望まれる高分散回折格子（例えば、ホログラフィック格子）の場合、こうした偏光感受性は、特に鋭敏な場合がある。
上記を考慮して、当該技術分野において、単純で、効率的、経済的な構成で従来装置の欠点を克服する光学的スペクトルパワーモニタについての必要性が存在する。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、新規な時分割多重検出方式を採用する光学的スペクトルパワー監視のための方法及び機器を提供する。本発明の光学的スペクトルパワー監視機器は、多波長光信号のための入力ポートと、該多波長光信号を、波長により、所定の相対的配置を有する多数のスペクトルチャネルに分離するための波長分散器と、該スペクトルチャネルと対応するように位置決めされた複数のビーム操作素子とを備える。ビーム操作素子は、スペクトルチャネルを時分割多重シーケンスで光検出器に導くように、個々に制御可能である。
【０００５】
本発明において、「時分割多重シーケンス」という用語は、スペクトルチャネルを操作する、例えば、光検出器に導く特定の時間的な順序を指す。例えば、スペクトルチャネルは、連続の又は他の所定のシーケンスで逐次的に（すなわち、１つずつ）光検出器に導くことができ、それにより、光学的パワースペクトル（波長の関数としての光出力レベル）を引き出すことが可能となる。スペクトルチャネルは、所定の方式に従って、各々が１つ又はそれ以上のスペクトルチャネルを含むスペクトルの組にまとめることもできる。スペクトルの組の各々に対応するビーム操作素子は、次に、構成するスペクトルチャネルを同時に光検出器に導くように調整して、それにより、これらのスペクトルチャネルの統合信号を与えることができる。スペクトルの組を光センサ上に導くシーケンスは、如何なる所望の時分割多重方式にも従うものとすることができる。さらに、スペクトルチャネルの小組（例えば、「偶数の」又は「奇数の」スペクトルチャネル）は、所定の又は動的な基準で選択することができ、用途においてそのように望まれる場合には、時分割多重シーケンスで監視することもできる。さらに、スペクトルチャネル（又は、スペクトルの組）の各々について割り当てられる検出時間は、固定されたものとするか、又は、チャネル毎の（例えば、波長毎の）基準で動的に制御することができる。
【０００６】
本発明において、「スペクトルチャネル」は、別個の中心波長及び関連する帯域幅により特徴付けられ、ＷＤＭ光ネットワーキング用途におけるように、特有の情報信号を搬送することができる。ビーム操作素子は、偏向、スイッチング、又は変調により少なくとも１つのスペクトルチャネルを操作することができるあらゆる素子を具体化するものと解釈すべきである。一例として、ビーム操作素子は、可動の、例えば少なくとも１つの軸線周りでピボット運動可能なマイクロミラーとすることができる。ビーム操作素子は、液晶シャッタ素子、ＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）シャッタ素子、又は、適切な駆動／制御手段により入射光ビームに対して開いているか若しくは閉じたままの状態の、当該技術分野で知られている他の何らかの光学シャッタとすることもできる。
【０００７】
本発明の光学的スペクトルパワー監視機器は、さらに、構成する光学素子がもつことがある偏光感受性効果を克服するために、偏光ダイバーシチ方式を採用することができる。この場合には、偏光分離素子及び偏光回転素子を、入力ポートと波長分散器との間の光路に沿って配置して、入力多波長光信号を第１及び第２の偏光成分に分解し、続いて第２の偏光成分の偏光を９０度だけ回転させる機能を果たすようにすることができる。波長分散器は、入射光信号を、波長により、それぞれ第１及び第２の光ビームの組に分離する。ビーム合焦器（例えば、合焦レンズ）は、第１及び第２の光ビームの組を対応する焦点スポットに合焦させて、ビーム操作素子上に衝突するようにすることができる。同一の波長と関連する第１及び第２の光ビームは、同一のビーム操作素子上に衝突する（又はそれによって操作する）ことができる。所望の時分割多重方式に従ってビーム操作素子を作動させることにより、波長の各々に関連する第１及び第２の光ビームは、光検出器内に連続的に導かれ、それにより、入力多波長光信号の光学的パワースペクトルを引き出すことができる。代替的に、第１及び第２の光ビームの組は、時分割多重シーケンスで該組の各々の光ビームを対応する光検出器に到達させる方法で、それぞれ第１及び第２の光検出器に導くことができる。このことが、入力多波長光信号の偏光成分の各々と関連する光学的パワースペクトルを別々に引き出すことを可能にし、これは、ＷＤＭ光ネットワーキング用途において望まれるものであろう。
【０００８】
本発明の光学的スペクトルパワー監視機器は、１つ又はそれ以上の適切なアラインメント調節素子と併せて、１つ又はそれ以上の基準信号及び対応する基準位置検知素子をさらに含むことで、スペクトルチャネルとそれぞれのビーム操作素子との間のアラインメントを監視し、作動中に現れることがあるアラインメントのずれを補正することができる。
【０００９】
本発明においては、波長分散器は、一般に、機械刻印回折格子、ホログラフィック回折格子、エシェル格子、湾曲回折格子、透過回折格子、分散プリズム、又は当該技術分野で知られている他の種類の波長分散手段とすることができる。入力ポートは、多波長光信号を伝送する入力ファイバに連結されたファイバコリメータとすることができる。偏光分離素子は、偏光ビームスプリッタ、複屈折ビームディスプレーサ、又は当該技術分野で知られている他の種類の偏光分離手段とすることができる。偏光回転素子は、半波長板、ファラデー回転子、液晶回転子、又は光ビームの偏光を所定の角度（例えば、９０度）だけ回転させることができる、当該技術分野で知られている他の何らかの偏光回転手段とすることができる。光検出器は、ＰＮ光検出器、ＰＩＮ光検出器、アバランシェ光検出器（ＡＰＤ）、又は当該技術分野で知られている他の種類の光出力検知手段とすることができる。
【００１０】
有利なことに、個々の基準で多数のスペクトルチャネルと対応するビーム操作素子のアレイを利用することによって、光学的スペクトルパワーの検知を、本発明による様々な時分割多重方式で行うことができる。このことが、従来のスペクトルパワーモニタとは明らかに対照的に、このように構成された光学的スペクトルパワー監視機器により大きな多様性を与える。さらに、前述の偏光ダイバーシチ方式は、偏光感受性効果を、本発明の光学的スペクトルパワー監視機器には重要度の低いものにする。このことにより、光学的スペクトルパワーの検出において改善された精度がもたらされると同時に、単純で、費用効果のある構成で（当該技術分野において通常利用可能な高分散回折格子を使用することにより）、本発明の機器のスペクトル分解能を高めることができる。したがって、様々な用途に適するように、新型の光学的スペクトルパワーモニタを本発明に従って構成することができる。
本発明の新規な特徴並びに本発明自体は、以下の図面及び詳細な説明から最も良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明による光学的スペクトル監視機器の第１の実施形態の斜視図である。本発明の一般的な原理を示す一例として、光学的スペクトルパワー監視機器１００は、ファイバコリメータとすることができる入力ポート１１０と、一形態においては回折格子とすることができる波長分散器１２０と、合焦レンズとすることができるビーム合焦器１３０と、一形態においてはマイクロミラー１４０−１から１４０−Ｎとすることができるビーム操作素子１４０のアレイとを備える。光学的スペクトルパワー監視機器１００は、関連する検出回路と組み合わせたフォトダイオードとすることができる光検出器１５０をさらに含んでもよい。
例示及び明確さのために、図１及びそれ以降の図においては、入力多波長光信号と併せて、いくつかの選択した（例えば３つの）スペクトルチャネルのみが概略的に示される。しかしながら、本発明の光学的スペクトルパワー監視機器においては、（スペクトルチャネルの数が、システムに採用されるビーム操作素子の数と対応する限り）如何なる数のスペクトルチャネルでも存在することができることに留意すべきである。また、図１Ａ及びそれ以降の図における様々な素子及び光ビームは例示の目的で示されており、したがって縮尺に合わせて描かれていない場合があるということに留意すべきである。
【００１２】
作動中、入力ポート１１０は、（例えば、波長λ1からλNを含むことができる）多波長光信号を伝送する。回折格子１２０は、多波長光信号を、波長により、所定の相対的配置を有する（例えば、それぞれ波長λ1からλNにより特徴付けられる）多数のスペクトルチャネルに角度的に分離する。合焦レンズ１３０は、スペクトルチャネルを、対応する焦点スポットに、例えば、所定の相対的配置をもつ空間的アレイに合焦することができる。マイクロミラー１４０−１から１４０−Ｎは、該マイクロミラーの各々がスペクトルチャネルの特有の１つを受け取るように、位置決めすることができる。マイクロミラー１４０−１から１４０−Ｎは、時分割多重シーケンスにおいて、それぞれのスペクトルチャネルを光検出器１５０に導くように、個々に制御可能及び可動（例えば、ピボット運動可能又は回転運動可能）とすることができる。これにより、入力多波長光信号の光学的パワースペクトル（すなわち、波長の関数としての光出力レベル）を引き出すことが可能となる。
【００１３】
本発明において、「スペクトルチャネル」は、別個の中心波長及び関連する帯域幅により特徴付けられ、ＷＤＭ光ネットワーキング用途におけるように、特有の情報信号を搬送することができる。「時分割多重シーケンス」という用語は、スペクトルチャネルを操作する、例えば、光検出器に導く特定の時間的な順序を指す。例えば、スペクトルチャネルは、連続の又は他の所定のシーケンスで逐次的に（すなわち、１つずつ）光検出器１５０に導くことができる。スペクトルチャネルは、所定の又は動的な方式に従って、各々が１つ又はそれ以上のスペクトルチャネルを含むスペクトルの組にまとめることもできる。スペクトルの組の各々に対応するビーム操作素子は、次に、構成するスペクトルチャネルを同時に光検出器に導くように調整して、それにより、これらのスペクトルチャネルの統合信号を与えることができる。スペクトルの組を光センサ上に導くシーケンスは、如何なる所望の時分割多重方式にも従うものとすることができる。さらに、スペクトルチャネルの小組（例えば、「偶数の」又は「奇数の」スペクトルチャネル）は、所定の又は動的な基準で選択することができ、用途においてそのように望まれる場合には、時分割多重シーケンスで監視することもできる。さらに、スペクトルチャネル（又は、スペクトルの組）の各々について割り当てられる検出時間は、固定されたものとするか、又は、チャネル毎の（例えば、波長毎の）基準で動的に制御することができる。
【００１４】
図１の実施形態においては、マイクロミラー１４０−１から１４０−Ｎは、マイクロマシン加工したシリコンミラー、反射リボン（若しくは反射膜）、又は、当該技術分野において知られている他の種類のビーム偏向素子とすることができる。マイクロミラーの各々は、１つ又は２つの軸線周りでピボット運動させることができる。マイクロマシン加工したミラーについての基本的な製造技術は、当該技術分野において知られている。マイクロミラー１４０−１から１４０−Ｎを駆動し、制御するための関連する制御システムも当業者に知られており、したがって、図１に明示的には示されていない。
実際の用途においてそのように望まれる場合は、１つ又はそれ以上の付加的な光検出器を図１の実施形態において採用し、所定の又は動的な方式に従って、マイクロミラーと対応させることができることが認識されるであろう。例えば、スペクトルチャネルの選択されたグループ（例えば、「偶数の」又は「奇数の」スペクトルチャネル）を同時に監視することが求められる場合、それに応じて、複数の光検出器を、選択されたスペクトルチャネルを導くマイクロミラーと１対１対応で設けることができる。
【００１５】
図１の実施形態をさらに拡張して、複数の入力多波長光信号の光学的スペクトルパワーを監視することができる。図２に示されているのは、この状況に関する本発明の光学的スペクトルパワー監視機器の第２の実施形態の概略側面図である。（図２及びそれ以降の概略側面図及び上面図は、図１の斜視図について表されている）。一例として、図２の光学的スペクトルパワー監視機器２００は、同一の数字による表示が付されて示されるように、図１で用いられたアーキテクチャ並びに多数の素子を使用することができる。この実施形態では、ファイバコリメータの形態とすることができる複数の入力ポート２１０−１から２１０−Ｋ（Ｋ＞２）を設ける。入力ポートの各々は、光信号を伝送することができる。一例として、第１の入力ポート２１０−１は、λ1(1)からλN(1)の波長を含む第１の多波長光信号を伝送することができ、第２の入力ポート２１０−２は、λ1(2)からλM(2)（例えば、Ｍ＜Ｎ）の波長を含む第２の多波長光信号を伝送することができ、ここで、λi(1)及びλi(2)（ｉ＝１からＭ）は実質的に同一である（すなわち、波長の各々に使われる上付き数字は、単に、対応する光ビームが出て行く入力ポートを識別するためのものである）。回折格子１２０は、続いて、多波長光信号の各々を、波長により、構成するスペクトルチャネルに分離する。合焦レンズ１３０は、スペクトルチャネルを対応する焦点スポットに合焦させて、マイクロミラー１４０のアレイ上に衝突するようにすることができる。同一の波長により特徴付けられるスペクトルチャネル（例えば、λi(1)及びλi(2)）は、同一のマイクロミラー（例えば、マイクロミラー１４０−ｉ）上に衝突することになる。例示及び明確さのために、マイクロミラー１４０−ｉは、図２において明示的に特定されるのに対して、全体としてのマイクロミラーのアレイは、数字１４０で示される。
【００１６】
図２の実施形態の一般的な作動原理を示す一例として、前述のスペクトルチャネルλi(1)、λi(2)を考える。スペクトルチャネルλi(1)、λi(2)が２つの異なる入力ポート、例えば、それぞれ第１及び第２の入力ポート２１０−１、２１０−２から生じるとすると、これらのスペクトルチャネルは異なる入射角でマイクロミラー１４０−ｉ上に入射することになる。その結果、スペクトルチャネルλi(1)、λi(2)は、異なる反射角でマイクロミラー１４０−ｉから反射し、それにより、２つの別々の光検出器、例えば、それぞれ第１及び第２の光検出器２５０−１、２５０−２上に衝突する。この実施形態で設けられる光検出器（例えば、光検出器２５０−１から２５０−Ｋ）の数は、採用される入力ポート（例えば、入力ポート２１０−１から２１０−Ｋ）の数と対応し、それにより、マイクロミラーの各々によって反射されるスペクトルチャネルは、それぞれの光検出器によって別々に受け取られることが分かるであろう。さらに、マイクロミラー１４０は、時分割多重シーケンスで、例えば、図１について説明された方法と実質的に同様の方法で、対応するスペクトルチャネルをそれぞれの光検出器に導くように作動させることができる。このようにして、入力多波長信号の各々と関連する光学的パワースペクトルは、光学的スペクトルパワー監視機器２００において、別々に得ることができる。
【００１７】
回折格子の回折効率は、偏光依存性であることが知られている。例えば、標準的な取付け構成における格子の回折効率は、該格子上の溝ラインと垂直なｐ（又はＴＭ）偏光の方が、該ｐ偏光と直交するｓ（又はＴＥ）偏光より高いことになり、逆もまた同様である。このような偏光感受性効果は、（単位長さ当たり）極めて多数の溝ラインをもつ格子について相当なものとなることがある。したがって、偏光感受性効果が望ましくないと考えられる用途においては、偏光ダイバーシチ方式を本発明に導入することができる。図３は、本発明の光学的スペクトルパワー監視機器の第３の実施形態の概略的側面図を示し、偏光ダイバーシチ方式において、ビーム操作素子としてマイクロミラーのアレイを採用するものである。
【００１８】
一例として、図３の光学的スペクトルパワー監視機器は、同一の数字による表示が付されて示されるように、図１で用いられた一般的なアーキテクチャ並びに多数の素子を使用することができる。この場合、入力ポート１１０は、（例えば、波長λ1からλNを含むことができる）多波長光信号を伝送する。偏光分離素子３６０は、入力多波長光信号を、ｐ偏光成分及びｓ偏光成分（又は、第１及び第２の偏光成分）に分解することができる。一例として、ｐ偏光成分が回折格子１２０の好ましい向きである（すなわち、回折効率は、ｓ偏光成分と比べるとｐ偏光成分の方が高い）と仮定すると、次に、該ｓ偏光成分は偏光回転素子３７０によって９０度だけ回転させられ、それにより、光信号は、すべてがｐ偏光をもつものとなって回折格子１２０上に入射する。続いて、回折格子１２０は、入射光信号を、波長により、それぞれ（例えば、グループの各々が波長λ1からλNをもつ光ビームを含むことができる）第１及び第２の光ビームの組に分離する。第１又は第２の光ビームの組は、紙面と実質的に垂直な向きに分散し、したがって、図３の側面図に明示的には示されないことに留意する。合焦レンズ１３０は、光ビームを対応する焦点スポットに合焦させて、マイクロミラー１４０のアレイ上に衝突するようにすることができる。例えば、同一の波長（例えば、λi）と関連する第１及び第２の光ビームは、異なる入射角で同一のマイクロミラー（例えば、マイクロミラー１４０−ｉ）上に衝突することになる。（例示及び明確さのために、マイクロミラー１４０−ｉは、図３において明示的に特定されるのに対して、全体としてのマイクロミラーのアレイは、数字１４０で示される。）その結果、波長の各々と関連する第１及び第２の光ビームは、対応するマイクロミラーから異なる反射角で反射し、それにより、それぞれ第１及び第２の光検出器３５０−１、３５０−２上に衝突する。このように、所望の時分割多重方式に従って（例えば、図１について説明された方法と実質的に同様の方法で）マイクロミラー１４０を作動させることにより、波長の各々と関連する第１及び第２の光ビームを、それぞれ第１及び第２の光検出器３５０−１、３５０−２に連続的に導くことができる。このようにして、入力多波長信号の偏光成分の各々と関連する光学的パワースペクトルは、光学的スペクトルパワー監視機器３００において、別々に得ることができる。このことにより、光学的スペクトルパワーの検出において改善された精度がもたらされると同時に、機器３００のスペクトル分解能を高めることができる。
代替的に、図３の実施形態において、同一の波長と関連する第１及び第２の光ビームは、単一の光検出器に導くことができる。このことにより、入力多波長光信号の「結合した」光学的パワースペクトルが与えられる。
【００１９】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、偏光回転素子（例えば、偏光回転素子３７０）によって生じる偏光の回転は、実際のシステムに存在することがある不完全性のために、所定の角度（例えば、９０度）近傍で僅かな変動を有すると解釈できることが認識されるべきである。しかしながら、こうした変動は、本発明の全体としての性能に重大な影響を与えるものではない。
【００２０】
当業者であれば、本発明において、ビーム操作素子は、光学シャッタとして機能するシャッタのような素子などの、当該技術分野で知られている他のビーム操作手段によって代替的に提供できることが分かるであろう。図４Ａは、本発明による光学的スペクトルパワー監視機器の第４の実施形態の概略側面図を示し、偏光ダイバーシチ方式において、液晶（ＬＣ）シャッタ素子４４０のアレイをビーム操作素子として採用するものである。一例として、光学的スペクトルパワー監視機器４００Ａは、同一の数字による表示が付されて示されるように、図３の実施形態で用いられた一般的なアーキテクチャ並びに多数の素子を使用することができる。図３の場合におけるように、入力ポート１１０は、（例えば、波長λ1からλNを含むことができる）多波長光信号を伝送する。偏光分離素子３６０は、入力多波長光信号を、ｐ偏光成分及びｓ偏光成分（又は、第１及び第２の偏光成分）に分解することができる。偏光回転素子３７０は、ｓ偏光成分（又は、第２の偏光成分）を９０度だけ回転させることができる。回折格子１２０は、続いて、入射光信号を、波長により、それぞれ（例えば、グループの各々が波長λ1からλNをもつ光ビームを含むことができる）第１及び第２の光ビームの組に分離し、このビームは、ＬＣシャッタ素子を備えることがあるビーム操作素子４４０（より詳細には、下の図４Ｂを参照）のアレイ上に衝突する。第１又は第２の光ビームの組は、紙面と実質的に垂直な向きに分散され、したがって、図４Ａの側面図に明示的には示されないことに留意する。合焦レンズ１３０は、同一の波長（例えば、λi）と関連する第１及び第２の光ビームを、同一のＬＣシャッタ素子（例えば、図４Ｂに示されるＬＣシャッタ素子４４０−ｉ）上に合焦させることができる。光学的スペクトルパワー監視機器４００Ａは、ＬＣシャッタ素子アレイ４４０と光学的に連通する光検出器４５０をさらに含むことができる。
【００２１】
図４Ｂは、光検出器４５０と併せて、ＬＣシャッタ素子４４０−１から４４０−Ｎを含むＬＣシャッタ素子アレイ４４０の概略上面図を示す。この概略上面図においては、光ビームの１組（例えば、第２の光ビームの組）のみが明示的に示されていることに留意されたい。ＬＣシャッタ素子４４０−１から４４０−Ｎは、光学シャッタとして機能するように構成することができる。例えば、ＬＣシャッタ素子の各々は、如何なる制御信号もない場合には入射光ビームの偏光を９０度だけ回転させ、適切な電気制御信号の下では偏光を変化させないまま残す液晶回転子と、該液晶回転子によって生じる、このように回転した偏光と垂直な偏光軸をもつ偏光子とを備えることができる。結果として、ＬＣシャッタ素子の各々は、適切な制御信号の存在を条件として対応する光ビームを通過させ、如何なる制御信号もない場合には、入射光ビームに対して「閉じた」ままとなる。図４Ｂにおける一例として、図に示されるように、ＬＣシャッタ素子４４０−ｉは、波長λiをもつ対応する第１及び第２のビームを光検出器４５０に通過させる一方で、残りのＬＣシャッタ素子は、それらのそれぞれの光ビームに対して「閉じて」いる。このように、所望の時分割多重方式に従って、ＬＣシャッタ素子４４０−１から４４０−Ｎを制御することによって、波長の各々と関連する第１及び第２の光ビームを、連続的に、例えば、図１について説明された方法と実質的に同様の方法で、光検出器４５０に通過させることができる。波長の各々と関連する光ビームについて割り当てられる検出時間は、対応するＬＣシャッタ素子が開いている間の時間量を制御することによって、固定されたものとするか、又は、波長毎の基準で動的に制御することができる。このようにして、図４Ａの実施形態において、入力多波長光信号の光学的パワースペクトルを得ることができる。（制御信号をＬＣシャッタ素子４４０−１から４４０−Ｎに与えるための関連する作動／制御システムは当業者に知られており、したがって、図４Ａに明示的には示されないことが認識されるであろう。）
【００２２】
所与の用途においてそのように望まれる場合には、図４Ａの実施形態をさらに修正して、入力多波長光信号の偏光成分の各々と関連する光学的パワースペクトルを与えることができる。図４Ｃは、この状況に関する本発明の光学的スペクトルパワー監視機器の第５の実施形態の概略側面図である。一例として、光学的スペクトルパワー監視機器４００Ｂは、同一の数字による表示が付されて示されるように、図４Ａの実施形態で用いられた一般的なアーキテクチャ並びに多数の素子を使用することができる。この場合、ＬＣシャッタ素子の各々（例えば、４４０−ｉ）を通過する第１及び第２の光ビームは、２つの別々の光検出器、例えば、それぞれ第１及び第２の光検出器４５０−１、４５０−２上に衝突することができる。このように、所望の時分割多重方式に従ってＬＣシャッタ素子４４０を制御することによって、入力多波長信号の偏光成分の各々と関連する光学的パワースペクトルを、それぞれ第１及び第２の光検出器４５０−１、４５０−２によって与えることができる。
【００２３】
当業者であれば、図４Ａ（又は、図４Ｃ）の実施形態におけるビーム操作素子４４０は、ＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）ベースのシャッタ素子、偏光に依存しない方法で光学シャッタとして機能するＬＣシャッタ素子、又は、個々の基準で動的に制御することができる、当該技術分野で知られている他の種類の光学シャッタによって、代替的に提供できることが分かるであろう。さらに、ＭＥＭＳシャッタ素子、又はＬＣシャッタ素子（例えば、偏光に依存しない種類）は、マイクロミラーの代わりに、図１の実施形態におけるビーム操作素子として採用できることもわかるであろう。
【００２４】
本発明においては、偏光分離素子３６０は、（入射及び放出光ビームが平行のままとなるように、適切なビーム偏向器又はプリズムと共に用いる）偏光ビームスプリッタ、複屈折ビームディスプレーサ、又は当該技術分野で知られている他の種類の偏光分離手段とすることができる。偏光回転素子３７０は、半波長板、ファラデー回転子、液晶回転子、又は光ビームの偏光を所定の角度（例えば、９０度）だけ回転させることができる、当該技術分野で知られている他の何らかの偏光回転手段とすることができる。波長分散器１２０は、一般に、機械刻印回折格子、ホログラフィック回折格子、エシェル格子、透過回折格子、分散プリズム、又は当該技術分野で知られている他の種類の波長分散手段とすることができる。ビーム合焦器１３０は、一般に、１つ又はそれ以上の合焦レンズの組立体、又は当該技術分野で知られている他の種類のビーム合焦手段とすることができる。合焦機能は、波長分離及びビーム合焦の二重の機能を果たす湾曲回折格子を用いることによって達成することもできる。入力ポート（例えば、図１の入力ポート１１０）は、入力光信号を伝送する入力ファイバ（例えば、単一モードファイバ）に連結されたファイバコリメータとすることができる。アラインメントを容易にするために、多数の入力ポート（例えば、図２の実施形態における入力ポート２１０−１から２１０−Ｋ）を設けたファイバコリメータは、当該技術分野において通常行われるように、シリコン、プラスチック、又はセラミクスでできた基板上に作られたＶ字型の溝に取り付けることが都合がよい場合がある。さらに、前記の実施形態のいずれにおいても、光検出器は、ＰＮ光検出器、ＰＩＮ光検出器、アバランシェ光検出器（ＡＰＤ）、又は当該技術分野で知られている他の種類の光出力検知手段とすることができる。本明細書の教示から、当業者であれば、所与の用途について、本発明による適切な光学的スペクトルパワー監視機器をどのように設計すればよいか分かるであろう。
【００２５】
スペクトルチャネルとそれぞれのビーム操作素子（すなわち、図１におけるマイクロミラー１４０−１から１４０−Ｎ）との間の必要なアラインメントを確実にするために、本発明の光学的スペクトルパワー監視機器は、適切なアラインメント調節素子と併せて、１つ又はそれ以上の基準信号及び対応する基準位置検知素子を使用して、該スペクトルチャネルとそれぞれのビーム操作素子との間のアラインメントを監視し、作動中に生じることがあるアラインメントのずれを補正することができる。図５は、本発明の光学的スペクトルパワー監視機器の第６の実施形態の概略上面図を示す。一例として、光学的スペクトルパワー監視機器５００は、同一の数字による表示が付されて示されるように、図１の実施形態で用いられた一般的なアーキテクチャ及び多数の素子を使用することができる。以下の記述では、スペクトルチャネルとそれぞれのビーム操作素子との間の必要なアラインメントをどのように確認し、さらに維持するかを示すための一例として、本システムを用いることになる。光学的スペクトルパワー監視装置としての図５の実施形態の作動は、実質的に上述（例えば、図１の実施形態）の通りとすることができる。（したがって、光検出器などの幾つかの素子は、図５に明示的には示されない。）光学的スペクトルパワー監視機器５００において、入力ポート１１０は、波長λCを含む基準信号と併せて、波長λ1からλNを含む多波長光信号を伝送する。回折格子１２０は、基準信号と併せて入射多波長光信号を、波長により、所定の相対的配置を有する多数のスペクトルチャネルλ1からλNと基準スペクトル成分λCとに角度的に分離する。合焦レンズ１３０は、基準スペクトル成分及びスペクトルチャネルを、対応する焦点スポットに、例えば、所定の相対的配置をもつ所定の空間的アレイに合焦させることができる。基準位置検知素子５４０−Ｃと複数のビーム操作素子５４０−１から５４０−Ｎ（例えば、図１におけるマイクロミラー１４０−１から１４０−Ｎ）とを含む光学素子アレイ５４０は、基準スペクトル成分λCが所定の位置ｘ0で該基準位置検知素子５４０−Ｃ上に衝突するとき、スペクトルチャネルλ1からλNが、必要なアラインメントに基づいて、それぞれ該ビーム操作素子５４０−１から５４０−Ｎ上に衝突するように、位置決めすることができる。このことが、スペクトルチャネルをそれぞれのビーム操作素子と位置合わせさせるための簡単で効果的な方法を提供する。光学素子アレイ５４０上に衝突する回折された光ビームは、等間隔にならない場合があることが認識されるべきである。さらに、光学素子アレイ５４０は、例えば、構成する素子を基板に取り付け、及び／又は、作ることにより、一体化して単一構造にすることができる。
【００２６】
図５の光学的スペクトルパワー監視機器５００は、さらに、アラインメント調整素子５６０−１を備えることができ、該素子は、一形態においては光学素子アレイ５４０に連結される駆動装置として、該光学素子アレイ５４０を全体として−したがって、基準位置検知素子５４０−Ｃとビーム操作素子５４０−１から５４０−Ｎとを縦に一列に並べて−移動（例えば、並進及び／又は回転）させ、それにより、回折された光ビームによって形成されるスペクトルアレイと下にある該光学素子アレイとの間の相対的なアラインメントを調整することができる。光学的スペクトルパワー監視機器５００は、さらに処理素子５６０−２を含み、基準位置検知素子５４０−Ｃ上への基準スペクトル成分λCのリアルタイムの衝突位置を監視し、これに応じて駆動装置５６０−１を制御するようにすることができる。このことが、基準スペクトル成分λCが所定の位置ｘ0に位置合わせされた状態で留まり、それにより、スペクトルチャネルλ1からλNとビーム操作素子５４０−１から５４０−Ｎとの間の必要なアラインメントを維持することを確実にする。このように説明されるアラインメント監視調整処理は、サーボ制御により定期的に、又は連続的に行うことができる。（後者の場合においては、駆動装置５６０−１及び処理素子５６０−２は、サーボ制御ユニット５６０として機能することができる。）光学的スペクトルパワー監視機器５００は、このように、作動中に（例えば、熱的及び/又は機械的外乱などの環境的な影響により）生じることがあるアラインメントのずれを能動的に修正することが可能で、したがってより頑強な性能をもたらすものとなる。
【００２７】
図５の実施形態において、基準位置検知素子５４０−Ｃは、位置感度検出器、象限検出器、スプリット検出器、又は当該技術分野で知られている他の何らかの位置感度手段とすることができ、該素子は、光ビームの（１次元又は２次元の）リアルタイム衝突位置を、検知素子によって生成される電気（例えば、電流又は電圧）信号により監視することを可能にする。駆動装置５６０−１は、音声コイル・アクチュエータ、ステッピング・モータ、ソレノイド・アクチュエータ、圧電アクチュエータ、又は当該技術分野で知られている他の種類の駆動手段とすることができる。処理素子５６０−２は、電気回路、コントローラ、及び信号処理アルゴリズムを含み、基準位置検知素子５４０−Ｃから受け取った出力信号を処理し、基準スペクトル成分λCのリアルタイムの衝突位置を、検出された信号から引き出すことができる。処理素子５６０−２は、これに応じて、駆動装置５６０−１に与えられる適切な制御信号を発生する。
【００２８】
当業者であれば、光学素子アレイ５４０を上述のようにスペクトルアレイに対して移動させる代わりに（又は、それと共に）、代替的に（又は付加的に）、図５における合焦レンズ１３０を移動（例えば、並進又は回転）させ、それにより、同様のアラインメント機能を果たすようにすることができることが分かるであろう。本発明の教示から、当業者であれば、適切なアラインメント調整素子と併せて、１つ又はそれ以上の補助基準信号及び対応する基準位置検知素子を、本発明の光学的スペクトルパワー監視機器に付加的に採用して、基準スペクトル成分λCの前述の機能を補完できることがさらに分かるであろう。
本発明において、１つ又はそれ以上の基準信号は、一般に、考慮中のスペクトルチャネルのいずれの波長とも実質的に一致しない、明確で安定した中心波長をもつあらゆる光信号とすることができる。一例として、図５における基準信号は、スペクトルチャネルの波長と比べて短い（又は長い）波長λCを有するように示される。一般に、スペクトルチャネルは、波長（又は周波数）が等間隔となる必要はない。
【００２９】
図５の実施形態において、波長λ1からλNを含む多波長光信号は、入力ポート１１０として機能するファイバコリメータに連結された入力光ファイバ５０１によって与えることができる。基準信号λCは、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、適切なファブリ−ペロ（ＦＰ）レーザ、又は明確で安定した中心波長をもつ適切な基準信号を与えることができる、当該技術分野において知られている他の何らかの光源とすることが可能な基準光源５０２によって与えることができる。光学コンバイナ５０３（例えば、光ファイバ溶融カプラ）を用いて、基準光源５０２を入力光ファイバ５０１に連結することができ、これは、多波長光信号及び基準信号の両方を入力ポート１１０に導くのに有効なものである。光学的スペクトルパワー監視機器５００は、このように、独立した内部基準光源を有する。（１つ又はそれ以上の補助基準信号を本発明において採用する場合、１つ又はそれ以上の補助基準光源を、同様の方法で１つ又はそれ以上の補助光学コンバイナにより入力ファイバ５０１に連結してもよく、又は、基準光源５０２の代わりに、複数の識別可能な基準信号を与えることができる単一の基準光源を設けてもよい。）あるいは、ＷＤＭ光ネットワーキング用途におけるように、多波長光信号自体が、１つ又はそれ以上の基準信号として働くことができる１つ又はそれ以上のスペクトル成分（例えば、光ネットワークにおける１つ又はそれ以上のサービスチャネル）を含んでもよい。このような場合においては、光ファイバカプラ５０３に加えて内部基準光源５０２は、設ける必要がない。
【００３０】
図５についての本発明の教示から、当業者であれば、偏光ダイバーシチ方式を採用する光学的スペクトルパワー監視機器（例えば、図３、図４Ａ又は図４Ｃの実施形態）において、適切なアラインメント監視調整方式をどのように実行すればよいか分かるであろう。例えば、基準信号λCのｐ偏光及びｓ偏光成分から生じる第１及び第２の光ビームを、基準位置検知素子５４０−Ｃの実質的に同一の位置（例えば、図５におけるｘ0）上に衝突させることによって、図５に関する上述の方法と実質的に同一の方法で、それに続くアラインメント監視及び調整を行うことができる。さらに、光学的スペクトルパワー監視機器において複数の入力ポートを設ける場合（例えば、図２の実施形態）には、複数の基準信号を利用して、それぞれの入力光信号と共に、入力ポートから（例えば、１対１対応で）伝送することができる。これに応じて、複数の基準位置検知素子を、例えば各々が基準信号の特有の１つに対応するように設けることができる。このようにして、対応する基準位置検知素子と共に基準信号の各々を指定することで、図５で説明された方法と実質的に同様の方法で、（該基準信号と共に入力ポートから出て来る）対応する入力光信号によって形成されるスペクトルアレイと、下にあるビーム操作素子との間のアラインメントを監視することができる。
【００３１】
当業者であれば、上述の例示的な実施形態は、本発明に従って構成することができる多くの光学的スペクトルパワー監視システムのうちの幾つかのみを提供するものであることが分かるであろう。様々な手段及び方法を考案して、指定された機能を均等な方法で実行することができる。さらに、本発明の原理及び範囲から離れることなく、様々な変更、代用、及び改変を行うことができる。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその法的な均等技術により定められるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の光学的スペクトルパワー監視機器の第１の実施形態を示し、ビーム操作素子としてのマイクロミラーのアレイと単一の入力ポートとを採用するものである。
【図２】本発明の光学的スペクトルパワー監視機器の第２の実施形態を示し、ビーム操作素子としてのマイクロミラーのアレイと複数の入力ポートとを採用するものである。
【図３】本発明の光学的スペクトルパワー監視機器の第３の実施形態を示し、偏光ダイバーシチ方式において、ビーム操作素子としてマイクロミラーのアレイを採用するものである。
【図４Ａ】本発明の光学的スペクトルパワー監視機器の第４の実施形態を示し、偏光ダイバーシチ方式において、ビーム操作素子として液晶シャッタ素子のアレイを採用するものである。
【図４Ｂ】本発明の光学的スペクトルパワー監視機器の第４の実施形態を示し、偏光ダイバーシチ方式において、ビーム操作素子として液晶シャッタ素子のアレイを採用するものである。
【図４Ｃ】本発明の光学的スペクトルパワー監視機器の第５の実施形態を示し、偏光ダイバーシチ方式において、ビーム操作素子として各々が液晶シャッタ素子のアレイを採用するものである。
【図５】本発明の光学的スペクトルパワー監視機器の第６の実施形態を示し、本発明においてどのように光学的アラインメントを確認するかを明らかにするものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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