(57)【要約】【課題】設定遅延量にかかわらず遅延制御時間が一定で、小型、低コスト、高信頼の光可変遅延回路を提供する。【解決手段】光可変遅延回路は、一層以上の導波路層で構成される遅延素子であって、増分的に長さの異なる複数の導波路を含む遅延導波路と入力導波路と出力導波路とが形成された遅延素子と、少なくとも１つの反射型光位相変調素子と、前記遅延素子と前記反射型光位相変調素子の間に配置されるフーリエ光学系と、を有し、前記入力導波路から出射した光は、前記フーリエ光学系を介して前記反射型光位相変調素子を経由することで前記遅延導波路のうちの選択された導波路に導光され、その後、前記選択された導波路を出射した前記光が、前記フーリエ光学系を介して前記反射型位相変調素子を経由することで、前記出力導波路に導光される。【選択図】図５
2015118325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一層以上の導波路層で構成され、増分的に長さの異なる複数の導波路を含む遅延導波路と、入力導波路と、出力導波路とが形成された遅延素子と、
少なくとも１つの反射型光位相変調素子と、
前記遅延素子と前記反射型光位相変調素子の間に配置されるフーリエ光学系と、
を有し、
前記入力導波路から出射した光が、前記フーリエ光学系を介して前記反射型光位相変調素子を経由することで、前記遅延導波路のうちの選択された導波路に導光され、その後、前記選択された導波路を出射した前記光が、前記フーリエ光学系を介して前記反射型位相変調素子を経由することで、前記出力導波路に導光されることを特徴とする光可変遅延回路。
【請求項２】
前記遅延素子は、前記遅延導波路の一端側に配置される反射器をさらに有し、
前記入力導波路と前記出力導波路は、同一の入出力導波路であり、
前記入出力導波路の入出力側にサーキュレータが配置されることを特徴とする請求項１に記載の光可変遅延回路。
【請求項３】
前記複数の導波路の各々は、前記光の入射端と前記光の出射端を有し、
前記入射端と前記出射端が前記遅延素子の同一平面内に配置され、
前記同一平面内での前記入射端と前記出射端の間の距離は、前記入力導波路と前記出力導波路の間の距離と一致することを特徴とする請求項１に記載の光可変遅延回路。
【請求項４】
前記遅延素子は、前記遅延導波路に挿入される半波長板をさらに有し、
前記半波長板は、その光軸が前記導波路層が形成された基板表面の法線に対して４５°の配向角度を有し、
前記複数の導波路の各々を通過する光が、前記半波長板を１回以上経由することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光可変遅延回路。
【請求項５】
前記遅延素子は、前記遅延導波路と前記反射器の間に挿入される１／４波長板をさらに有し、
前記１／４半波長板は、その光軸が前記導波路層が形成された基板表面の法線に対して４５°の配向角度を有することを特徴とする請求項２に記載の光可変遅延回路。
【請求項６】
前記フーリエ光学系は、互いに直交する偏光成分を分離する偏光分離プリズムと、前記分離後の光路のいずれか一方に挿入される半波長板と、を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光可変遅延回路。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光可変遅延回路と、
前記光可変遅延回路に接続される第２の光可変遅延回路と、
を有し、
前記第２の光可変遅延回路は、光ファイバと、前記光ファイバを通過する前記光の遅延量を連続的に変化させる調整手段と、を有することを特徴とする光可変遅延システム。
【請求項８】
前記光可変遅延回路は外部との断熱がされておらず、
前記光ファイバは、前記遅延素子の前記入力導波路と前記出力導波路の少なくとも一方に接続されることを特徴とする請求項７に記載の光可変遅延システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力光に対して任意の遅延時間を付与して出力することができる光可変遅延回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光干渉測定において、二分岐した光の片方を遅延し、その後、合波して干渉信号を観測する系が利用される。干渉計測の光遅延器として、光可変遅延回路が用いられる。光干渉測定では、入力光の状態に応じて適応的に遅延時間を切り替え、最適な干渉条件を探索する必要があるため、光可変遅延回路は高速に動作することが望ましい。また光可変遅延回路は、小型、安価に組立可能であり、長期の繰り返し使用に耐え得るような高い信頼性を備えていることが望ましい。
【０００３】
従来の光可変遅延回路の第1の例として、２つのコーナーミラーを配置し、コーナーミラー間の距離を微動ステージを用いて機械的に制御して遅延量を可変とする構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。２つのミラー間の相対位置を調整することで光路長Ｌが変わり、遅延時間ｔが可変となる。この方法では、微動ステージに機械的な駆動部を用いるため、繰り返し使用時の部品摩耗や疲労破壊などが懸念される。また微動ステージの動力としてモータなど大型の部品が用いられるため、モジュールが大型化する。さらに、設定遅延量の切り替え時間はモータの回転量に依存するため、遅延制御にかかる時間が設定遅延量によってばらつく。たとえば、設定遅延量が１ｐｓであった状態から設定遅延量を１００ｐｓに切り替える場合と、設定遅延量が９０ｐｓであった状態から設定遅延量を１００ｐｓに切り替える場合とでは、切り替えに要する時間が異なることを意味する。その結果、光干渉測定系の制御方式が複雑化したり、干渉測定系の測定速度が低化する、といった問題が生じる。
【０００４】
従来の光可変遅延回路の第２の例として、ＭＥＭＳ（Micro-Electro Mechanical System）ミラーと光ファイバアレイを利用する構成が知られている（たとえば、特許文献２参照）。この構成では、静電引力等を利用して一対のＭＥＭＳミラーの各ミラー面の傾き角を個別に制御することで、入力光線の反射角を制御して、光ファイバアレイのうち任意の光ファイバにスイッチングすることができる。光ファイバを通過した光は、光ファイバの終端部に配置された反射器で反射され、入力時と同じ経路を逆向きに進行する。出力光は、サーキュレータを経由して出力ポートから取り出される。光ファイバアレイを構成する各光ファイバの長さは増分的に異なっており、一対のＭＥＭＳミラーを用いてスイッチングする光ファイバを選択することで所望の遅延時間が得られる。一対のＭＥＭＳミラーを用いた可変遅延回路の後段に、遅延時間の可変分解能を高めるため、遅延量が連続的に変化する第２の可変光遅延器が別途設けられることもある。遅延量を連続的に変える方法として、光ファイバを温度調節する方式等がある。
【０００５】
第２の従来構成では、ＭＥＭＳミラーが機械的な駆動部を有するため、繰り返し使用時の疲労破壊などが懸念され、信頼性の面で問題がある。また、第２の従来構成で光可変遅延回路を低損失に実現するためには、マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの光軸中心と、光ファイバアレイを構成する各光ファイバの光軸中心とを厳密に一致させる必要があり、組立時の光軸調整のためのコストが増大する。光ファイバアレイの各光ファイバを所望の長さに高精度に切断し、端面を精密に並べる工程もコスト増大の要因となる。さらに、２台の光可変遅延回路を使用するので、熱干渉を避けるため互いに間隔を離して設置しなければならないため、モジュールサイズが大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−６７２１９号公報
【特許文献２】特開２００５−５５９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、設定遅延量にかかわらず遅延制御時間が一定であり、低コストで小型化と信頼性を実現することのできる光可変遅延回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、遅延素子として、増分的に長さの異なる複数の導波路が形成された１層以上の導波路層を用いる。また、遅延制御素子として、反射型光変調素子であるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）素子を用いて任意の導波路を選択することで、所望の遅延時間を生成する。
【０００９】
より具体的には、本発明の光可変遅延回路は、
一層以上の導波路層で構成され、増分的に長さの異なる複数の導波路を含む遅延導波路と、入力導波路と、出力導波路とが形成された遅延素子と、
少なくとも１つの反射型光位相変調素子と、
前記遅延素子と前記反射型光位相変調素子の間に配置されるフーリエ光学系と、
を有し、
前記入力導波路から出射した光が、前記フーリエ光学系を介して前記反射型光位相変調素子を経由することで、前記遅延導波路のうちの選択された導波路に導光され、その後、前記選択された導波路を出射した前記光が、前記フーリエ光学系を介して前記反射型位相変調素子を経由することで、前記出力導波路に導光される。
【発明の効果】
【００１０】
遅延制御時間が一定、かつ小型、低コスト、高信頼な光可変遅延回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の光可変遅延回路の斜視図である。
【図２】第1実施形態の光遅延回路の多層導波路の入射側の上面図（ｘｚ面）と側面図（ｙｚ面）である。
【図３】第１実施形態の光遅延回路の多層導波路の出射側の上面図（ｘｚ面）と側面図（ｙｚ面）である。
【図４】本発明の第２実施形態の光可変遅延回路の斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態の光可変遅延回路の斜視図である。
【図６】第３実施形態の光可変遅延回路の上面図（ｘｚ平面）である。
【図７】本発明の第４実施形態の構成例１である。
【図８】第４実施形態の構成例２である。
【図９】第４実施形態の構成例３である。
【図１０】第４実施形態の構成例４である。
【図１１】本発明の第５実施形態で用いる多層導波路の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施形態の光可変遅延回路のブロック図である。
【図１３】第1〜第６実施形態の変形例を示す図である。
【図１４】第1〜第６実施形態の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下で、図面を参照して発明の実施形態を説明する。
＜第１実施形態（透過型）＞
図１は、第１実施形態の光可変遅延回路１００の斜視図である。第１実施形態では、遅延素子として、透過型の多層導波路１０１Ａを用いる。
【００１３】
光可変遅延回路１００は、多層導波路１０１Ａ、フーリエ光学系１０２ａ、１０２ｂ、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）素子１０３ａ、１０３ｂを含む。多層導波路１０１Ａは、導波路基板１２０上に形成された１層以上の導波路層１２１ａ〜１２１ｄ（適宜、「導波路層１２１」と総称する）を含み、入力導波路１０４ａおよび出力導波路１０４ｂと、増分的に長さの異なる複数の導波路１５で構成される遅延導波路１０５Ａを有する。図１では、４層（Ｌ１〜Ｌ４）の導波路層１２１ａ〜１２１ｄが図示されているが、この例に限定されない。導波路層１２１ａ〜１２１ｄのうちの１層は、入力導波路１０４ａ及び／又は出力導波路１０４ｂを有する。図１の例では、入力導波路１０４ａと出力導波路１０４ｂは同じ導波路層１２１ｄに形成されているが、別々の導波路層１２１に形成されてもよい。
【００１４】
多層導波路１０１Ａの入力側の導波路端面１０６ａとＬＣＯＳ素子１０３ａは、フーリエ光学系１０２ａのフーリエ面に配置される。同様に、多層導波路１０１Ａの出力側の導波路端面１０６ｂとＬＣＯＳ素子１０３ｂは、フーリエ光学系１０２ｂのフーリエ面に配置される。
【００１５】
多層導波路１０１Ａの入力導波路１０４ａに入力された入力光は、導波路端面１０６ａから自由空間に出射し、フーリエ光学系１０２ａによってＬＣＯＳ素子１０３ａ上に投影される。ＬＣＯＳ素子１０３ａは、多数の画素からなる位相変調素子であり、入射光に対して画素別に位相変調を行うことで、反射光の等位相面を任意の形状に変調する。ＬＣＯＳ素子１０３ａを駆動し、入力光の等位相面を変調することで、光線の反射角を制御することができる。
【００１６】
図２は、入力側のＬＣＯＳ素子１０３ａの位相変調時の光線の振る舞いを示す。図２（Ａ）は上面図（ｘｚ面）、図２（Ｂ）は側面図（ｙｚ面）を示している。図２（Ａ）に示すように、ＬＣＯＳ素子１０３ａに、ｘ方向に傾きをもつブレーズ状の位相変調パターンを印加することによって、光線の進行角をθｘだけ傾けることができ、フーリエ光学系１０２ａを経由して反射光を導波路端面１０６ａ上のｘ方向の任意の位置に集光することができる。図２（Ｂ）でも同様に、ｙ方向に傾きをもつブレーズ状の位相変調パターンを印加することによって、光線の進行角をθｙだけ傾けることができ、フーリエ光学系１０２ａを経由して導波路端面１０６ａ上のｙ方向の任意の位置に集光することができる。ＬＣＯＳ素子１０３ａを用いた集光位置の走査はｘ、ｙそれぞれの方向に独立に行うことができるため、２次元的に配列された遅延導波路１０５Ａのうちの任意の導波路１５にスイッチングすることができる。
【００１７】
図１に戻り、ＬＣＯＳ素子１０３ａによってスイッチングされた光線は、選択された導波路１５を通過して、導波路端面１０６ｂから再び自由空間に出射される。出射された光線は多層導波路１０１Ａの出力側のフーリエ光学系１０２ｂによって、ＬＣＯＳ素子１０３ｂに投影される。このとき、光線は通過してきた導波路１５によって異なる角度でＬＣＯＳ素子１０３ｂに進入するが、ＬＣＯＳ素子１０３ｂを用いてｘ、ｙそれぞれの方向について独立に位相変調され、反射光は出力導波路１０４ｂへとスイッチングされる。
【００１８】
図３は、出力側のＬＣＯＳ素子１０３ｂの位相変調時の光線の振る舞いを示す。図３（Ａ）は上面図（ｘｚ面）、図３（Ｂ）は側面図（ｙｚ面）を示している。出力側のＬＣＯＳ素子１０３ｂでのスイッチング動作は、図２で示した入力側のＬＣＯＳ素子１０３ａの動作に対して、ミラー対称な動作をしている。ＬＣＯＳ素子１０３ｂに、ｘ方向とｙ方向の各々について、ＬＣＯＳ素子１０３ａに印加された位相変調パターンとミラー対称なパターンを印加することで、反射光を出力導波路１０４ｂに導くことができる。
【００１９】
遅延導波路１０５Ａは、導波路１５ごとに増分的に異なる光路長を有し、ＬＣＯＳ素子１０３ａ、１０３ｂを用いてスイッチングする導波路１５を選択することで、遅延時間が可変となる。
【００２０】
遅延時間の可変分解能Δｔは、式（１）で表わされる。
【００２１】
Δｔ＝ｎΔＬ／ｃ            （１）
ここで、ｎは遅延導波路１０５Ａの実効屈折率、ΔＬは導波路１５間の光路長差、ｃは光速である。
【００２２】
遅延時間の可変ダイナミックレンジｔmaxは、式（２）で表わされる。
【００２３】
ｔmax＝ＮｎΔＬ／ｃ        （２）
ここで、Ｎは遅延導波路１０５Ａの導波路１５の本数である。たとえば多層導波路１０１Ａを石英材料（ｎ＝約１．４５）で形成し、導波路１５間の光路長差をΔＬ＝２００μｍとし、導波路１５の本数９００本（ｘ方向に３０本、ｙ方向に３０層の導波路層をレイアウト）とすると、分解能が約１ｐｓ、ダイナミックレンジが約９００ｐｓの光可変遅延回路１００が実現できる。
【００２４】
この設計では、遅延導波路１０５Ａのうち、最も長い導波路１５の長さは１８センチメートル程度となり、曲げ導波路を用いて遅延導波路１０５Ａをレイアウトすれば、直径が４インチの基板上に回路を形成することが可能である。
【００２５】
また、導波路端面１０６ａ、１０６ｂにおける各導波路１５の導波路コア間の距離を、ｘ方向に４０μｍ程度、ｙ方向に４０μｍ程度とし、焦点距離Ｆ＝３０ｍｍ程度のフーリエ光学系１０２ａ、１０２ｂと、ピクセルサイズが８μｍ角であり１０万ピクセル程度の画素数を有するＬＣＯＳ素子１０３ａ、１０３ｂを用いれば、９００本の導波路１５に対し、十分低損失にスイッチングが可能である。
【００２６】
ｙ方向の導波路コア間の距離が数十μｍ程度の高密度な多層導波路１０１Ａは、リソグラフィ法を用いた公知の手法で形成することができる。すなわち、（ａ）リソグラフィにより、基板１２０上に導波路コアをパタンニングする。（ｂ）導波路コアをＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によってクラッドで埋め込む。（ｃ）導波路クラッドの上面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）で平坦化する。（ｄ）平坦化された導波路クラッド上に、リソグラフィを用いて別の導波路層をパタンニングする。（ｅ）工程（ｂ）〜（ｄ）を繰り返す。
【００２７】
第１実施形態のひとつの利点として、遅延量の制御用素子としてＬＣＯＳ素子１０３ａ、１０３ｂを用いるので、従来の微動ステージやＭＥＭＳミラー等のような機械的な可動部が不要になる。第１実施形態の構成では、従来技術に比べて長期信頼性が大幅に向上する。ＬＣＯＳ素子１０３ａ、１０３ｂを用いる別の利点として、遅延量の制御時間が一定になる。ＬＣＯＳ素子１０３ａ、１０３ｂを用いることで、遅延導波路１０５Ａのある導波路１５からひとつ隣の導波路１５へスイッチングする際にかかる切り替え時間と、ある導波路１５から１０本隣でかつ異なる導波路層１２１にある導波路１５へスイッチングする際にかかる切り替え時間とで、差がほとんどない。したがって、高速な干渉測定系を構築することができる。
【００２８】
従来のファイバアレイに替えて多層導波路１０１Ａを用いる利点として、まず、フォトマスクを用いたリソグラフィ技術により正確に遅延導波路１０５Ａの光路長差を規定できる。従来の手法で必要であったファイバ長の正確な測定と切断加工の手間が不要となり低コスト化が実現される。
【００２９】
多層導波路１０１Ａを用いる別の利点として、レンズアレイが不要になり組立が簡素化する。ファイバアレイを用いる方式では、光ファイバアレイを構成する光ファイバのコア間の距離が１ｍｍ程度であり、第１実施形態の遅延導波路１０５Ａのコアサイズの１００倍程度も離れている。そのため、光ファイバアレイの中心から離れた光ファイバにスイッチングをするためにはある程度の伝搬距離が必要である。従来の構成では、光が自由空間中を長い距離伝搬するため、伝搬中の光の回折を抑圧するためにマイクロレンズアレイが必要である。これに対して、第１実施形態の多層導波路１０１Ａは、スイッチングの対象である遅延導波路１０５Ａのコア間の距離を数十μｍ程度にできるため、自由空間を光が伝搬する距離を短くすることができ、マイクロレンズアレイは不要となる。
＜第２実施形態（反射型）＞
図４は、第２実施形態の光可変遅延回路２００の斜視図である。第２実施形態では、遅延素子として、反射型の多層導波路１０１Ｂを用いる。第１実施形態で説明した光学系の対称性を利用して、反射器１０８を用いて光学系を折り返すことで、多層導波路１０１Ｂを小型化することができる。
【００３０】
光可変遅延回路２００は、多層導波路１０１Ｂ、フーリエ光学系１０２、ＬＣＯＳ素子１０３、サーキュレータ１０７、反射器１０８を有する。サーキュレータ１０７は光の進行波と逆行波とを分離制御する素子である。サーキュレータ１０７の第１ポート１０７ａに入射した光は第２ポート１０７ｂへと出力され、第２ポート１０７ｂに入射した光は第３ポート１０７ｃに出力される。
【００３１】
多層導波路１０１Ｂは、１層以上の導波路層１２１（一例として４層の導波路層１２１ａ〜１２１ｄ）を有し、そのうちの１層の導波路層１２１ｄは、入出力導波路１０４を備えている。多層導波路１０１Ｂは、増分的に光路長の異なる複数の導波路２５で構成される遅延導波路１０５Ｂを備えている。導波路端面１０６とＬＣＯＳ素子１０３は、それぞれフーリエ光学系１０２のフーリエ面に配置される。
【００３２】
遅延導波路１０５Ｂの導波路端のうち、導波路端面１０６と反対側の導波路端に反射器１０８が設置される。サーキュレータ１０７の第１ポート１０７ａおよび第２ポート１０７ｂを経由して入出力導波路１０４に入力された入力光は、導波路端面１０６において自由空間に出射し、フーリエ光学系１０２によってＬＣＯＳ素子１０３上に投影される。ＬＣＯＳ素子１０３上に投影された光の等位相面を変調することで、複数の導波路２５のうちの任意の１本にスイッチングすることができる。スイッチングされた光は、選択された導波路２５を通過し、反射器１０８によって進路を折り返される。反射器１０８で反射された光は入力時と同じ経路を逆行し、フーリエ光学系１０２、ＬＣＯＳ素子１０３、フーリエ光学系１０２、入出力導波路１０４を経由して、サーキュレータ１０７の第２ポート１０７ｂに入射する。その後、出力光はサーキュレータ１０７の第３ポート１０７ｃからり出力される。
【００３３】
第２実施形態で、導波路２５間の長さの差分をΔＬと置くと、遅延時間の可変分解能Δｔは式（３）で表わされ、遅延時間の可変ダイナミックレンジｔmaxは式（４）で表わされる。
【００３４】
Δｔ＝２ｎΔＬ／ｃ              （４）
ｔmax＝２ＮｎΔＬ／ｃ            （５）
第１実施形態の光可変遅延回路１００の性能パラメータ（式（１）および式（２））と比べると、第２実施形態の場合、同じ性能の光可変遅延回路２００を実現するために、ΔＬの値が半分で済むことを示している。すなわち多層導波路１０１Ｂのサイズが、第１実施形態の多層導波路１０１Ａに比べて半分になる。また、第２実施形態では、小さな光部品であるサーキュレータ１０７を追加するだけで、第１実施形態で１組ずつ用いていたフーリエ光学系１０２ａ、１０２ｂやＬＣＯＳ素子１０３ａ、１０３ｂの数が半減し、小型化、低コスト化が実現される。
＜第３実施形態（Ｕターン型）＞
図５は、第３実施形態の光可変遅延回路３００の斜視図である。第３実施形態では、遅延素子として、Ｕターン型の多層導波路１０１Ｃを用いる。第３実施形態の構成は、第２実施形態で用いていたサーキュレータ１０７を不要にする。
【００３５】
光可変遅延回路３００は、多層導波路１０１Ｃ、フーリエ光学系１０２、ＬＣＯＳ素子１０３を有する。多層導波路１０１Ｃは、１層以上の導波路層１２１（一例として４層の導波路層１２１ａ〜１２１ｄ）を有し、そのうちの１層の導波路層１２１ｄは入力導波路１０４ａと出力導波路１０４ｂを備えている。
【００３６】
多層導波路１０１Ｃは、増分的に光路長の異なる複数の導波路３５で構成される遅延導波路１０５Ｃを備えている。導波路端面１０６とＬＣＯＳ素子１０３は、それぞれフーリエ光学系１０２のフーリエ面に配置される。入力導波路１０４ａと出力導波路１０４ｂはそれぞれ、一方の側の導波路端が導波路端面１０６上に配置されている。遅延導波路１０５Ｃの各導波路３５はＵ字型のパターンで配置され、各導波路３５の両端（入力端と出力端）が、導波路端面１０６上に配置される。各導波路３５は、ほぼ中央部にＵ字状の導波路周回部１０９を有する。
【００３７】
導波路端面１０６における各導波路３５の両端のコア間の距離ｄ（図６参照）と、導波路端面１０６における入力導波路１０４ａおよび出力導波路１０４ｂのコア間距離ｄ'は、概ね等しくなるように配置されている（ｄ＝ｄ'）。
【００３８】
入力導波路１０４ａに入力された光は導波路端面１０６から自由空間に出射し、フーリエ光学系１０２によってＬＣＯＳ素子１０３上に投影される。ＬＣＯＳ素子１０３上に投影された光の等位相面を変調することで、遅延導波路１０５Ｃのうちの任意の導波路３５にスイッチングすることができる。
【００３９】
図６は、図５の光可変遅延回路３００の上面図（ｘｚ面）である。ＬＣＯＳ素子１０３でスイッチングされた光は、選択された導波路３５を通過し、導波路周回部１０９で進路を１８０度折り曲げられる。導波路周回部１０９を通過した光は、導波路端面１０６まで導光され、導波路３５の入射端からｘ方向に距離ｄだけ離れた出射端から、自由空間に出射する。自由空間に出射した光はフーリエ光学系１０２、ＬＣＯＳ素子１０３、フーリエ光学系１０２、を経由して、出力導波路１０４ｂに結合し、出力される。
【００４０】
第３実施形態の利点として、入力導波路１０４ａと出力導波路１０４ｂが別々の導波路となっているため、第２実施形態で用いていたサーキュレータ１０７が不要となる。サーキュレータ１０７を排除することで、数ｄＢ程度の損失低減が期待される。第３実施形態の構成は、干渉測定を用いて微弱な信号を検出したい場合など、光損失を可能な限り低減したい場合に有効な構成である。また、部品数が削減されるため、モジュールのコストを低減することができる。
＜第４実施形態（半波長板の使用）＞
図７〜図１０は、第４実施形態の構成例１〜構成例４を示す。第４実施形態では、第１〜第３実施形態で用いた多層導波路１０１Ａ〜１０１Ｃに、半波長板１１０を組み合わせる。
【００４１】
図７の構成例１では、第１実施形態の多層導波路１０１Ａの遅延導波路１０５Ａの途中に、半波長板１１０を挿入する。たとえば、多層導波路１０１Ａに、エッチング、レーザ等により溝（不図示）を形成し、溝内に半波長板１１０を差し込むことで、半波長板１１０を遅延導波路１０５Ａの所望の位置に挿入することができる。
【００４２】
半波長板１１０の配向軸は、多層導波路１０１Ａの基板１２０に対して４５°傾いていることが好ましい。この場合、半波長板１１０を通過する光波の偏光状態は９０°回転される。図７の構成は、遅延導波路１０５Ａの実効屈折率が異方性を有する場合（屈折率ｎの値が偏光状態によって異なる場合）に有利である。
【００４３】
半波長板１１０を用いない場合、遅延時間ｔが偏光成分によって異なるおそれがある。これを解決するため、遅延導波路１０５Ａの中間位置に半波長板１１０を挿入する。これにより、遅延導波路１０５Ａを通過する光のｘ偏光成分が伝搬する距離と、遅延導波路１０５Ａを通過する光のｙ偏光成分が伝搬する距離が等しくなり、偏光状態による遅延時間の差が補償される。
【００４４】
図８の構成例２では、第１実施形態の多層導波路１０１Ａの遅延導波路１０５Ａの途中に、２枚の半波長板１１０ａ、１１０ｂを挿入する。この場合、ＬＣＯＳ素子１０３ａ、１０３ｂ（図１参照）によって選択された導波路１５にスイッチングされた光のうち、ｘ偏光成分は半波長板１１０ａ、１１０ｂを通過するたびに偏光状態をｘ、ｙ、ｘと回転しながら伝搬する。逆に、選択された導波路１５にスイッチングされた光のうちｙ偏光成分は、半波長板１１０ａ、１１０ｂを通過するたびに偏光状態をｙ、ｘ、ｙと回転しながら伝搬する。各半波長板１１０ａ、１１０ｂの挿入位置を、各導波路１５の導波路端面１０６ａ、１０６ｂから測って、導波路長の１／４の位置となるよう配置することで、遅延導波路１０５Ａを通過する光のｘ偏光成分が伝搬する距離と、遅延導波路１０５Ａを通過する光のｙ偏光成分が伝搬する距離が等しくなり、偏光状態による遅延時間の差が補償される。
【００４５】
図９の構成例３では、第２実施形態の多層導波路１０１Ｂの遅延導波路１０５Ｂの途中に、半波長板１１０を挿入する。図９では、図８の光学系の対称性を利用して、反射器１０８を用いて光学系を折り返した構成となっている。この場合、用いる半波長板１１０の数は１枚でよく、ＬＣＯＳ素子１０３（図４参照）によって任意の導波路２５にスイッチングされた光は反射器１０８での反射を介して、半波長板１１０を２回通過する。半波長板１１０を各導波路２５の導波路端面１０６から測って導波路長の１／２の位置に挿入することで、遅延導波路１０５Ｂを通過する光のｘ偏光成分が伝搬する距離と、遅延導波路１０５Ｂを通過する光のｙ偏光成分が伝搬する距離が等しくなり、偏光状態による遅延時間の差が補償される。
【００４６】
図１０の構成例４では、第３実施形態の多層導波路１０１Ｃの遅延導波路１０５Ｃの途中に、半波長板１１０を挿入する。図１０の構成では、用いる半波長板１１０の数は１枚でよく、ＬＣＯＳ素子１０３によって任意の導波路３５にスイッチングされた光は、導波路周回部１０９を経由して、半波長板１１０を２回通過する。半波長板１１０を、各導波路３５の導波路端面１０６から測って遅延導波路長の１／４の位置となるよう配置することで、遅延導波路１０５Ｃを通過する光のｘ偏光成分が伝搬する距離と、遅延導波路１０５Ｃを通過する光のｙ偏光成分が伝搬する距離が等しくなり、偏光状態による遅延時間の差が補償される。
＜第５実施形態（１／４波長板の使用）＞
図１１は、第５実施形態の構成例を示す。この例では、第２実施形態で用いた多層導波路１０１Ｂの遅延導波路１０５Ｂと反射器１０８との間に、１／４波長板１１１を挿入する。ここで１／４波長板１１１の配向方向は、多層導波路１０１Ｂの基板１２０に対して４５°傾いている。ＬＣＯＳ素子１０３（図４参照）により任意の導波路２５にスイッチングされた光線が、反射器１０８での反射を介して１／４波長板１１１を２回通過することで、光の偏光状態が９０°回転する。この構成により、遅延導波路１０５Ｂを通過する光のｘ偏光成分が伝搬する距離と、遅延導波路１０５Ｂを通過する光のｙ偏光成分が伝搬する距離が等しくなり、偏光状態による遅延時間の差が補償される。
＜第６実施形態（温調）＞
図１２は、第６実施形態の光可変遅延システム４００の模式図である。光可変遅延システム４００は、第１光可変遅延回路１００（あるいは２００又は３００）と、第２光可変遅延回路１１４を有する。第１光可変遅延回路は、第１〜第５実施形態のいずれの光可変遅延回路であってもよく、遅延時間の可変量が増分的（離散的）である。
【００４７】
第２光可変遅延回路１１４は、光ファイバ１１２と、光ファイバ１１２の温度を制御するための温調装置１１３を備えている。光ファイバ１１２は、第１光可変遅延回路１００（あるいは２００又は３００）の入力導波路１０４ａに接続されていてもよいし、出力導波路１０４ｂに接続されていてもよいし、双方に接続されていてもよい。
【００４８】
温調装置１１３を用いて光ファイバ１１２を温調することで、熱光学効果によって光ファイバ１１２の光路長が変化し、光ファイバ１１２を通過する光の遅延量が連続的に可変となる。すなわち光ファイバ１１２と温調装置１１３は、連続的に遅延量を制御することができる第２光可変遅延回路１１４として機能する。第１光可変遅延回路１００（あるいは２００又は３００）と、第２光可変遅延回路１１４は、どちらも断熱設計されていないものとする。すなわち第２光可変遅延回路１１４を温調すれば、第１光可変遅延回路１００（あるいは２００又は３００）の温度も変化する。
【００４９】
第１〜第５実施形態では、ある導波路１５（あるいは２５又は３５）にスイッチングした場合と、その次に長さが長い別の導波路１５（あるいは２５又は３５）にスイッチングした場合との、中間の値の遅延量を付与することができなかった。すなわち分解能Δｔが有限であった。
【００５０】
これに対し、第６実施形態では、温調によって連続的な遅延量の制御が可能な第２光可変遅延回路１１４を第１光可変遅延回路１００（あるいは２００又は３００）に組み合わせることで、飛躍的に分解能を向上することができる。たとえば、長さ１メートルの光ファイバ１１２をボビン状に巻き、温調装置を用いて３０℃の温度可変範囲で３℃刻みに温調すれば、Δｔ＝約０．１ｐｓの分解能での高精細な遅延制御が可能となる。
【００５１】
温調装置１１３を従来のＭＥＭＳミラーを用いた光可変遅延回路と組み合わせた場合、ＭＥＭＳミラーを用いた光可変遅延回路は温調装置１１３から熱干渉を受け、マイクロレンズアレイの位置ずれやレンズの収差の量や、ＭＥＭＳミラーのミラー面の反り具合などが変動する。そのためＭＥＭＳミラーを用いた従来の光可変光遅延回路に、温調装置１１３を含む第２光可変遅延回路１１４を組み合わせる場合は、両者を個別に断熱設計し、お互いを離して設置しなければならない。
【００５２】
これに対し、実施形態のように、ＭＥＭＳミラーではなくＬＣＯＳ素子１０３を用いて第１光可変遅延回路１００（あるいは２００又は３００）を構成した場合、温度変化などの外乱に対して適応的に波面補償を行うことで、温度変化による光軸ずれやレンズ収差量の変動などを補償できる。したがって断熱設計等が不要となり、モジュールの簡素化、小型化が実現される。
＜その他の変形例＞
図１３および図１４は、第１〜第６実施形態のその他の形態例として、フーリエ光学系１０２の構成例を示す。
【００５３】
図１３（Ａ）のフーリエ光学系１０２Ａは、１枚のレンズ１３１で構成される。２つのフーリエ面Ｆ、Ｇは、レンズ１３１の焦点面にある。フーリエ面Ｆでの光像は、レンズ１３１により光学的なフーリエ変換を受けて、フーリエ面Ｇで空間分布スペクトルが得られる。図１３（Ｂ）のフーリエ光学系１０２Ｂは、２枚のレンズ１３１ａ、１３１ｂで構成される。レンズ１３１ａは、一方のフーリエ面Ｆに配置され、レンズ１３１ｂは、他方のフーリエ面Ｇに配置される。図１３（Ｃ）のフーリエ光学系１０２Ｃは、１枚の凹面ミラー１３２で構成される。
【００５４】
図１４（Ａ）のフーリエ光学系１０２Ｄは、３枚のレンズ１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃで構成される。
【００５５】
図１４（Ｂ）のフーリエ光学系１０２Ｅは、３枚のレンズ１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃと、偏光分離プリズム１３５と、半波長板１３６で構成される。このフーリエ光学系１０２Ｅは、偏波ダイバーシティ型のフーリエ光学系と呼ばれ、偏光分離プリズム１３５によって二つに分離した光の片方の偏光状態を、半波長板１３６を用いて９０°回転する。これにより、フーリエ面Ｇでの光の偏光状態が、いずれか一方の偏光状態（図ではｘ偏光）に統一される。偏波ダイバーシティ型のフーリエ光学系１０２Ｅは、光可変遅延回路１００（あるいは２００又は３００）の制御素子として、特に偏光依存性の大きなタイプのＬＣＯＳ素子１０３を用いる際に好ましい。この場合、フーリエ面Ｇの位置にＬＣＯＳ素子１０３を置けば、ＬＣＯＳ素子１０３の偏光依存性が補償され、光可変遅延回路１００（２００又は３００）は偏光無依存に動作する。光可変遅延回路１００（２００又は３００）の制御素子として偏光無依存タイプのＬＣＯＳ素子１０３を用いる場合は、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）、図１４（Ａ）のフーリエ光学系１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄを用いる方が、モジュールの構成が簡素となる。
【００５６】
以上説明したように、実施形態では、光可変遅延回路１００、２００、３００の制御素子としてＬＣＯＳ素子１０３を用いたことによって、機械駆動部の削減が実現され、モジュールの高信頼性が得られる。また、遅延量の制御時間が、設定遅延量によらず一定となることで、高速かつ簡素な干渉計測計が実現できるようになる。さらに、ＬＣＯＳ素子を用いた適応的な波面補償が可能となったことで、温調型の高分解能光可変遅延回路を、断熱設計することなく小さなモジュールサイズで実現できるようになる。
【００５７】
遅延回路の一部として、多層導波路１０１Ａから１０１Ｃを用いたことによって、リソグラフィ技術を用いて精密に長さの規定ができるため、従来のファイバ方式と比べて遅延量の精度の向上や、組立コストの低減が可能となる。また高密度に導波路１５，２５，３５を三次元に集積することができ、煩雑な光軸調整を要するマイクロレンズアレイが不要となる。したがって、従来のファイバ方式と比べて、小型化と、組立コストの低減が可能となる。
【００５８】
上述した実施形態では、遅延素子として多層導波路１０１を用いたが、必ずしも多層である必要はなく、１層の導波路層で遅延素子を構成してもよい。この場合は、１層の中に長さが増分的に異なる複数の導波路を形成し、ＬＣＯＳ素子１０３で任意の導波路を選択して所望の時間遅延を生成する。
【００５９】
図１２の第６実施形態では、温調装置を用いて遅延量を連続的（アナログ的）に調整しているが、遅延量の調整は温度による調整に限定されない。電圧や応力の印加による屈折率の変化を利用して遅延量を連続的に変化させてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１５，２５、３５  導波路
１００、２００、３００  光可変遅延回路（第１光可変遅延回路）
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ  多層導波路（遅延素子）
１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０２Ａ〜１０２Ｅ  フーリエ光学系
１０３、１０３ａ、１０３ｂ  ＬＣＯＳ素子（反射型光位相変調素子）
１０４  入出力導波路
１０４ａ  入力導波路
１０４ｂ  出力導波路
１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃ  遅延導波路
１０６、１０６ａ、１０６ｂ  導波路端面
１０７  サーキュレータ
１０８  反射器
１０９  導波路周回部
１１０、１１０ａ、１１０ｂ  半波長板
１１１  １／４波長板
１１２  光ファイバ
１１３  温調装置
１１４  第２の光可変遅延回路
１２０  導波路基板
１２１ａ〜１２１ｄ  導波路層
４００  光可変遅延システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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