(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光手段と、
前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光信号の各々を変調する信号処理手段とを備えた光信号処理装置において、
前記信号処理手段により変調された光信号の各々について、一部を反射して光路を変化させ、残りの一部を透過するミラーと、
前記ミラーを透過した光信号の強度を各々モニタするための複数のフォトダイオードと
を備え、
前記ミラーと前記フォトダイオードとの間に、前記ミラーを透過した光信号の各々を前記フォトダイオードの各々に集光させるレンズのアレイをさらに備えたことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
前記分光手段は、アレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項３】
前記ミラーは、屈折率の異なる膜を積層した誘電体多層膜ミラーであることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項４】
前記レンズは、前記ミラーの前記フォトダイオード側の面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項５】
前記フォトダイオードは機密封止パッケージに封入されており、前記ミラーは前記機密封止パッケージの一部であることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号処理装置に関する。より詳細には、モニタ機能を備えた反射型の光信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信ネットワークの高速化、大容量化が進み、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送信号の処理に代表されるような光信号処理装置へのニーズも高まっている。例えば、多重化された光信号をノード間で経路切り替えする機能が要請されている。光−電気変換を経ないで、光信号のまま経路変換を行なうことで、光信号処理装置の高速化が進められている。
【０００３】
一方、光信号処理装置の小型化・集積化の観点から、導波路型光回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）の開発研究が進められている。ＰＬＣでは、例えばシリコン基板上に石英ガラスを材料としたコアを形成して１つのチップに多様な機能を集積し、低損失で信頼性の高い光機能デバイスを実現している。さらには、複数のＰＬＣチップと他の光機能部品とを組み合わせた複合的な光信号処理部品（装置）も登場している。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ＡＷＧなどを含む導波路型光回路（ＰＬＣ）と液晶素子などの空間変調素子とを組み合わせた、光信号処理装置が開示されている。より具体的には、液晶素子を中心として対称に配置されたＰＬＣ、コリメートレンズからなる波長ブロッカをはじめ、波長イコライザ、分散補償器などの検討が進められている。これらの光信号処理装置では、異なる波長を持つ複数の光信号に対して、波長毎に独立して光信号処理を行う。
【０００５】
図５は、光信号処理装置の一例を概念図で示したものである。この光信号処理装置では、分光素子５１を経由して光信号が入出力される。分光素子５１は、異なる波長を持つ複数の光信号を、その波長に応じた出射角度θで分波する。分波された光信号は、集光レンズ５２へ向かって出射する。集光レンズ５２によって集光された光信号は、出射角度θに対応して、強度変調、位相変調または偏向する機能を持つ信号処理素子５３の所定の位置の各集光点に集光される。すなわち、入力光信号の波長に応じて、光信号は信号処理素子の異なる位置に集光されることに留意をされたい。信号処理素子５３は、例えば複数の要素素子（ピクセル）からなる液晶素子などである。各要素素子の透過率などの制御によって、各波長の光信号は強度変調などを受け、所定の信号処理機能が実現される。信号処理を受けた光信号は、ミラー５４で反射されて進行方向を反転させる。光信号はさらに集光レンズ５２を通って、再び分光素子５１において合波される。一般によく知られているように、分光素子５１は、進行方向によって光信号を合波することもできる。合波された各波長の光信号は、再び出力光として、光信号処理装置外へ出力される。
【０００６】
図５において、分光素子５１は概念的に示したものであり、光信号の波長に応じて分波および合波をできるものであれば良い。例えば、分光素子には、グレーティング、プリズム、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）などがある。信号処理素子は、光信号の強度もしくは位相、または強度および位相を変調できるもの、または光信号の進行方向を偏向できるものであれば良い。例えば、信号処理素子には、液晶素子、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、非線形結晶などがある。
【０００７】
図５に示した光信号処理装置は、ミラーを使用して光信号を折り返すことで、１つの分光素子によって光信号の分波および合波の両方を行なう構成である（本明細書において、この構成を反射型と呼ぶ。）。波長ブロック等の光信号処理を行なう装置は、この構成だけに限られない。
【０００８】
また、異なる波長を持つ複数の光信号を入力し波長毎に独立して光信号処理を行う波長ブロッカ、波長イコライザ、分散補償器などの光信号処理装置では、波長毎に光信号の強度をモニタすることで光信号パワー等のパラメータを取得して信号処理に供する。そのため、光信号処理装置の内部あるいは外部には、光信号処理装置へ入力するあるいは光信号処理装置から出力する光信号の一部を光カプラ等の分岐素子を用いて分岐して、さらに波長分波素子を用いて異なる波長を有する光信号に分波して各波長の光信号を各々モニタするための機構が必要となる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２５０８２８号公報（第２０図、第２９Ｄ図など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
光信号処理装置の小型化・集積化の観点から、各波長の光信号を各々モニタするための機構は、小型で、光信号処理装置の内部に設けられると共に、簡略化された構成であることが望ましい。
【００１１】
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、モニタ機能を備えた反射型の光信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明に係る光信号処理装置は、入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光手段と、前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、前記集光手段により集光された光信号の各々を変調する信号処理手段と、前記信号処理手段により変調された光信号の各々を反射して光路を変化させるミラーとを備えた反射型の光信号処理装置であって、前記ミラーが前記信号処理手段により変調された光信号の各々について一部を反射するとともに残りの一部を透過させように構成されるとともに、前記ミラーを透過した光信号の強度を各々モニタするための１つあるいは複数のフォトダイオードをさらに備える。
【００１３】
一実施形態では、アレイ導波路回折格子を分光手段として用いる。また、屈折率の異なる膜を積層した誘電体多層膜ミラーをミラーとして用いる。さらに、ミラーとフォトダイオードとの間に、ミラーを透過した光信号をフォトダイオードに集光させる第２のレンズのアレイを備えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、反射型の光信号処理装置の内部に本質的に備えられたミラーを光信号の一部を反射するとともに残りの一部を透過させように構成し、ミラーの背後に設けたフォトダイオードでミラーを透過した光信号を直接または間接的に受光するようにしたことにより、反射型の光信号処理装置内に波長数に応じた数の光カプラ等の分岐素子をさらに設ける必要がなくなり、小型化・集積化した光信号処理装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
図１は、本発明の実施形態に係る光信号処理装置の一例を概念図で示したものである。本実施形態の光信号処理装置は、入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光素子５１と、分光素子５１により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光レンズ５２と、集光レンズ５２により集光された光信号の各々を変調する信号処理素子５３と、信号処理素子５３により変調された光信号の各々について、一部を反射して光路を変化させるとともに残りの一部を透過するミラー１００と、ミラー１００を透過した光信号の強度を各々モニタするための複数のフォトダイオード１０１−１，１０１−２および１０１−３とを備える。
【００１６】
分光素子５１は、例えば、グレーティング、プリズム、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）などを用いて構成することができる。
【００１７】
信号処理素子５３は、光信号の強度もしくは位相、または強度および位相を変調できるもの、または光信号の進行方向を偏向できるものであれば良い（本明細書において、光信号の強度もしくは位相、または強度および位相を変調することおよび光信号の進行方向を偏向することを変調という。）。信号処理素子は、例えば、液晶素子、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、非線形結晶などを用いて構成することができる。
【００１８】
ミラー１００は、例えば、屈折率の異なる膜を積層した誘電体多層膜ミラーを用いて構成することができる。
【００１９】
また、本実施形態の光信号処理装置は、ミラー１００を透過した光信号をフォトダイオード１０１の受光面に集光させる第２のレンズのアレイ１０２（図２（ｂ））をさらに備えてもよい。凸レンズを用いて第２のレンズを構成することができる。
【００２０】
本実施形態の光信号処理装置では、分光素子５１を経由して光信号が入出力される。分光素子５１は、異なる波長を持つ複数の光信号を、その波長に応じた出射角度θで分波する。図１において、分波された光信号の波長をそれぞれλ1，λ2，λ3（λ1＜λ2＜λ3）として示している。分波された光信号は、それぞれ集光レンズ５２へ向かって出射する。
【００２１】
集光レンズ５２によって集光された各光信号は、出射角度θに対応して、強度変調、位相変調または偏向など変調する機能を持つ信号処理素子５３の所定の位置の各集光点に集光される。すなわち、入力光信号の波長に応じて、光信号は信号処理素子の異なる位置に集光される。信号処理素子５３は、例えば複数の要素素子（ピクセル）からなる液晶素子などである。各要素素子の透過率などを制御することによって、各波長の光信号は強度変調などの変調を受け、所定の信号処理機能が実現される。信号処理を受けた光信号の一部は、ミラー１００で反射されて進行方向を反転させる。ミラー１００で反射された光信号はさらに集光レンズ５２を通って、再び分光素子５１において合波される。合波された各波長の光信号は、再び出力光として、光信号処理装置外へ出力される。
【００２２】
他方、ミラー１００を透過した各波長の光信号は、フォトダイオード１０１で受光される。図１は、波長がλ1，λ2，λ3の光信号がそれぞれフォトダイオード１０１−１，１０１−２，１０１−３で受光されるように示されている。
【００２３】
図２は、信号処理素子５３によって信号処理を受けた光信号の一部がミラー１００を透過してフォトダイオード１０１で直接受光される様子を示す図であり、図２（ｂ）は、ミラー１００を透過した光信号が凸レンズ１０２により集光されフォトダイオード１０１で受光される様子を示す図である。図２は、図４に示すような液晶素子を用いて信号処理素子５３を構成した例を示す。波長がλ1，λ2，λ3の光信号は、それぞれ集光レンズ５２によって液晶素子のピクセル要素素子（ピクセル）５０６−１，５０６−２，５０６−３に集光され、信号処理を受ける。
【００２４】
図４は、信号処理素子５３として用いることができる液晶光可変減衰器（液晶ＶＯＡ）５００の概略構成を示す図である。図４（ａ）は、液晶ＶＯＡ５００のピクセル部の拡大した側面図であり、図４（ｂ）は、液晶ＶＯＡ５００の拡大した正面図である。液晶ＶＯＡ５００は、液晶素子５５０を、２つの偏光素子５０２により挟んだ構造である。また、液晶素子５５０は、液晶５１０を、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide、インジウムスズ酸化物）電極５０６および配向膜５０８が形成された２つのガラス基板５０４により挟んだ構造である。
【００２５】
上述のようにアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）などの分光素子５１によって分光された各光信号が各々集光する場所が図４（ｂ）のＩＴＯ電極の各ピクセル５０６の場所に対応する。
【００２６】
本実施形態の液晶ＶＯＡ５００は、液晶素子５５０が、ツイストネマティック型の液晶素子であり、当該液晶素子５５０が水平方向の偏光のみを透過する偏光子５０２により前後を挟まれている。この液晶ＶＯＡ５００は、各ピクセルに水平方向の偏光を入射した時に、透明導電膜のＩＴＯ電極５０６に所望の電圧を加えることにより、光信号の偏光面を光軸に垂直面上に０〜９０度まで回転できる。そして出力側にも偏光子５０２があるので可変光減衰器として作用する。つまり、光信号は、液晶ＶＯＡ５００において強度変調を受けることで信号処理を受ける。
【００２７】
ところで近年、光通信システムにおける光信号の伝送速度は、例えば、４０Ｇｂｐｓに高速化が進んでおり、信号処理素子は、光信号をできるだけ広い帯域で透過できることが望ましい。図４に示した液晶ＶＯＡ５００の例では、ＩＴＯ電極の各ピクセル５０６を大きくして、ＩＴＯ電極の各ピクセル５０６間のギャップを小さくすることが求められる。
【００２８】
また、より効率的に光信号のパワーをモニタできるように、各フォトダイオード１０１の受光面を大きくすることが望ましい。
【００２９】
しかしながら、各フォトダイオード１０１の受光面を大きくすると、フォトダイオードが隣のチャネルのクロストーク光を受信してモニタ誤差が生じるという問題がある。その原因には、２つの要因がある。
【００３０】
第１の要因は、図１に示す構造ではミラー１００がガウスビームのビームウエストであるため、ミラーを透過した後の光ビームが広がる傾向にあることによるものである。実際にはフォトダイオード１０１の実装上の都合から、ミラー１００とフォトダイオード１０１は例えば１００μｍオーダの間隙を設けるため、その広がった光が隣接チャネルの光信号の強度をモニタするためのフォトダイオードに入射する可能性がある。
【００３１】
第２の要因は、フォトダイオード１０１の実際の実装によるものである。つまり、実際の実装において複数のフォトダイオード１０１−１、１０１−２、・・・の受光部を１チップで作製したフォトダイオードアレイを用いると、多数のフォトダイオードを１度に実装できて好都合である。しかしフォトダイオードチップの中で散乱された光が隣チャネルの光信号の強度をモニタするためのフォトダイオードに入力することがある。
【００３２】
このようなクロストークは、図２（ａ）に示すように各フォトダイオード１０１の受光面を大きくすることにより、増加する傾向にある。
【００３３】
したがって、図２（ｂ）に示すように、ミラー１００を透過した各光信号を各フォトダイオード１０１の受光面に集光するような凸レンズ１０２をさらに配置することで、フォトダイオード１０１の受光面を大きくせずに、クロストークの防止、モニタ誤差を低減したモニタが可能になる。
【００３４】
図３は、フォトダイオード１０１でモニタされるクロストークを説明するための表である。図３の表に示す値は、図２において、各ピクセル５０６間のピッチ（中心間の距離）を２５０μｍとし、各ピクセル５０６間のギャップを１０μｍとし、各フォトダイオード（ＰＤ）１０１の径およびレンズ１０２の有無をパラメータにしてクロストークを測定した値と評価している。
【００３５】
図３に示すように、レンズ１０２と共に径の小さいフォトダイオードを用いることでクロストークを防止したモニタ機能を備えた反射型の光信号処理装置を提供することができる。
【００３６】
なお、図２において、フォトダイオード１０１は、単体（個別）のフォトダイオードを複数実装したものを用いてもよく、多アレイのフォトダイオードが１つのチップとして集積されたものを用いてもよい。また、図２において、レンズ１０２は、単体（個別）のレンズを複数組み合わせてもよく、多アレイのマイクロレンズアレイを用いてもよい。また、上述の目的を達成すべく光を集光する機能を有するレンズであれば種類は特に限定しない。
【００３７】
また、信頼性向上の観点から、このようなフォトダイオードは、気密封止パッケージに封入されることもあるが、この場合、パッケージ前面の窓材が図２（ａ）および（ｂ）に示すミラー１００を兼ねてもよい。部材数が減り、実装が容易になるというメリットがある。
【００３８】
なお本実施形態においては、図１のようにミラーで反射して同様の光路に戻す形態の例を掲げたが、本特許は、同様の利点を有するなら、全くその形態のみに限るわけではない。例えばミラーに光信号が、図１の紙面に垂直な方向に少し垂直からずれて入射して入力ポートと出力ポートが、紙面垂直方向の上下に分かれるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る光信号処理装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光信号処理装置における作用を説明するための図であり、（ａ）はミラーを透過した光信号がフォトダイオードで直接受光される場合を示す図であり、（ｂ）は、ミラーを透過した光信号が凸レンズにより集光されてフォトダイオードで受光される場合を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光信号処理装置のフォトダイオードでモニタされるクロストークを説明するための表である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光信号処理装置に用いる液晶光可変減衰器（液晶ＶＯＡ）の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図５】従来の光信号処理装置の概略構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
５１  分光素子
５２  レンズ
５３  信号処理素子
５４，１００  ミラー
１０１  フォトダイオード
１０２  レンズ
５００  液晶ＶＯＡ
５０６  電極（ピクセル）
【図１】
0004802175.tif 000002
【図２】
0004802175.tif 000003
【図３】
0004802175.tif 000004
【図４】
0004802175.tif 000005
【図５】
0004802175.tif 000006