(57)【要約】  各波長帯に対して個別に設計された波長分波手段を有し、かつ各波長帯に共通な空間光変調器等を配備することによって、１台で複数の波長帯に対して同時に動作可能である光信号処理装置を提供すること。光信号処理装置は、ポートごとにＣ帯およびＬ帯を分離するＷＤＭカプラを複数配備したＷＤＭカプラアレイ３０１と、Ｃ帯およびＬ帯それぞれに配備された入出力ポート群３０２とマイクロレンズアレイ３０３と回折格子３０４とレンズ３０５と空間光変調器３０６がこの順に配置されている。空間光変調器３０６では、波長毎に別々の位置に集光されることなるため、全ての波長は独立に位相変調を受けることが可能となる。空間光変調器３０６にて所望の位相変調を与えられて反射された光は、ｙ−ｚ平面内にて入出力ポート群３０２の所望のポートに対応した角度に偏向され、偏向角に応じた入出力ポート３０２に光結合される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長範囲の重複がないＮ個（Ｎ≧２）の波長帯に対して、前記波長帯ごとの光信号をそれぞれ分離出力するＭ個（Ｍ≧１）の波長帯分離手段と、
Ｍ個の前記波長帯分離手段によって分離された前記波長帯ごとの光信号に、自由空間において異なる波長分波状態をそれぞれ提供する波長分波手段と、
前記波長分波された前記光信号を、前記波長帯ごとに集光する集光手段と、
前記集光手段によりＮ個の領域に集光された前記光信号をそれぞれ位相変調する１つの空間光変調器と、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
前記Ｎ個の領域に前記波長帯ごとに集光された前記光信号のうち２以上の前記波長帯の基準波長の光信号は、前記波長分波手段の波長分波軸における集光位置が等しい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】
前記波長帯分離手段と前記波長分波手段との間に配置された少なくともＭ個の入出力ポート群であって、前記入出力ポート群と前記波長分波手段とは自由空間を介して接続されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号処理装置。
【請求項４】
前記波長分波手段は、バルク回折格子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号処理装置。
【請求項５】
前記バルク回折格子に対する前記光信号の入射角は、波長分波する前記波長帯に応じて異なることを特徴とする請求項４に記載の光信号処理装置。
【請求項６】
前記波長分波手段は、少なくともＮ個の前記バルク回折格子を含み、前記波長帯ごとに光信号が異なる前記バルク回折格子に入射されることを特徴とする請求項４又は５に記載の光信号処理装置。
【請求項７】
前記バルク回折格子の溝本数は、波長分波する前記波長帯に応じて異なることを特徴とする請求項６に記載の光信号処理装置。
【請求項８】
前記波長分波手段は、１つの前記バルク回折格子であり、
前記波長分波手段による波長分波面内において、前記波長分波手段に入射する前記波長帯ごとの光信号の少なくとも１つの進行方向を偏向する角度調整手段を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の光信号処理装置。
【請求項９】
前記角度調整手段は、前記波長帯ごとの光信号の少なくとも２つ以上の光信号が入射されるレンズであって、前記レンズを通過した前記波長分波手段に入射する前記波長帯ごとの光信号の進行方向が前記波長分波面内において異なることを特徴とする請求項８に記載の光信号処理装置。
【請求項１０】
前記波長分波手段は、平面光回路基板上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号処理装置。
【請求項１１】
前記波長分波手段は、波長分波する前記波長帯に対応する、多光束干渉を利用する複数の波長分波手段を含み、前記多光束干渉を利用する複数の波長分波手段は、有効屈折率、光路長差、回折次数、出射角度、の少なくともいずれか１つが波長分波する前記波長帯に応じて互いに異なることを特徴とする請求項１０に記載の光信号処理装置。
【請求項１２】
前記波長帯分離手段は、平面光回路基板上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の光信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明では、光伝送システムの大容量化に資する超広帯域動作可能な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大容量化に対する急激なニーズ増加に対して、電気スイッチングを介さず光信号のまま信号処理を行うＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）に代表されるようなトランスペアレントなネットワークシステムは、通信速度、消費電力、ノードにおける信号処理負荷などの観点から優位性が高く、重要度が増している。【０００３】
図１に、従来のＲＯＡＤＭシステムの構成例を示す。本構成例におけるＲＯＡＤＭノードは、前段ノードからの信号光を、方路ごとに増幅する光振幅増幅機能部群１０１と、各方路からの信号を所望の後段ノードへ接続、もしくは自ノードに配備された波長分波機能部群１０３および受信機群１０４を介して所望の波長を有する光信号が所望の受信機にて受信される（Ｄｒｏｐ）ように波長単位で切り替えを行う波長選択機能部群１０２と、波長選択機能部群１０２、もしくは送信機群１０５および波長合波機能部群１０６を介して所望の波長を有する光信号が所望の方路に向けて送信（Ａｄｄ）されるように波長単位で切り替えを行う波長選択機能部群１０７と、後段ノードに向けて送信される前に光信号を強度増幅する光振幅増幅機能部群１０８からなる。【０００４】
この各機能部群は全て光で中継および切替を実施され、光信号は電気信号に変換されることなく光のままに通信を行うことが可能となる。この中で、光振幅増幅機能部群１０１および１０８には、光増幅のための部品としてエルビウムドープトファイバー増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）やファイバラマン増幅器といったデバイスが用いられる他、各増幅器のゲインスペクトルを平坦に揃えるための利得等価器（ＧＥ：Ｇａｉｎ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）や波長ごとの強度をモニタするための光チャネルモニタ（ＯＣＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｍｏｎｉｔｏｒ）などのデバイスが、通信の安定的な運用のために具備されることが多い。また波長選択機能部群１０２および１０７、さらには波長分波機能部群１０３および波長合波機能部群１０６においては、先に挙げたデバイスに加えてアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）や波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｗｉｔｃｈ）、トランスポンダアグリゲータ（ＴＰＡ：Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ  Ａｇｇｒｅｇａｔｏｒ）、マルチキャストスイッチ（ＭＣＳ：Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ  Ｓｗｉｔｃｈ）など、波長選択および方路選択のための柔軟な切替デバイスが数多く存在しており、１つのＲＯＡＤＭノードは非常に多種多様なデバイスから構成されていると言える。【０００５】
このようなＲＯＡＤＭシステムにおいても、さらなる大容量化は前述のとおりニーズが急増している。大容量化の方針としては波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信技術をはじめとして、変調方式の革新による伝送レートの向上、直交する二偏波を多重する偏波多重（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信技術などが代表的な技術として挙げられるが、従来と同等レベルの長距離伝送特性を維持しつつ大容量化する手段に関する技術の進展は鈍化しており、劇的な伝送容量改善技術が切望されている。【０００６】
このような状況の中、近年は光通信に利用する波長帯を従来よりも拡大して用いる技術が注目を集めている。従来の光通信においては、Ｏ帯（１２６０−１３６０ｎｍ）、Ｅ帯（１３６０−１４６０ｎｍ）、Ｓ帯（１４６０−１５３０ｎｍ）、Ｃ帯（１５３０−１５６５ｎｍ）、Ｌ帯（１５６５−１６２５ｎｍ）などが利用されることが多いが、特にシングルモード光ファイバにおける光透過率が最も高いＣ帯、もしくは波長分散シフトファイバにおけるゼロ分散波長に最も近いＬ帯が最も頻繁に利用されている。これらの波長帯の利用により、今日の光通信ネットワークの大部分が構築されている。【０００７】
注目すべきは、このように１本のファイバ内で利用される波長帯は上記のような複数存在する波長帯のうち、１つのみであり、従って複数の波長帯を同時に１つの通信システムにて適用することで、光ファイバ１本あたりの伝送容量の拡大に向けた大きな可能性を秘めているという点である。【０００８】
このような方式を実現するにあたって、例えば図２に示すような手法が提案されている。図２は従来の波長帯拡大ＲＯＡＤＭノードの構成例を示す図である。Ｃ帯およびＬ帯を１本のファイバに両方適用するようなシステムを例にとると、波長帯分波機能部２０１によってＣ帯およびＬ帯の波長帯がそれぞれ別のファイバに出力され、Ｃ帯の光信号が出力されるファイバには図１におけるＲＯＡＤＭノードのうちＣ帯のみで動作するＣ帯用ＲＯＡＤＭノード２０２を、Ｌ帯の光信号が出力されるファイバには同様にＬ帯のみで動作するＬ帯用ＲＯＡＤＭノード２０３が接続され、最後にそれぞれの波長帯を１本のファイバに合波するための波長帯合波機能部２０４が配備される。このようなシステムを構築することで、ノードとノードを接続する１本の光ファイバ内で２つの波長帯を同時に利用可能であることから収容効率を約２倍にまで改善できる。【０００９】
図２におけるシステムは説明のためＣ帯およびＬ帯のみを例示しているが、この方式はもちろんＣ帯およびＬ帯に限らず、上記に代表される各波長帯を並列して配備することで波長資源をより有効に活用し、劇的な大容量化を実現することが可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】C. Doerr et al., “O, E, S, C, and L Band Silicon Photonics Coherent Modulator/Receiver,” Th5C.4, OFC 2016, (2016).
【非特許文献２】S. Okamoto et al., “5-band  (O, E, S, C, and L) WDM Transmission with Wavelength Adaptive Modulation Format Allocation,” Th.2.P2.SC5.4, ECOC 2016, (2016).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図２に示す形態にて大容量化を図った場合、Ｃ帯およびＬ帯で共用できる機能部は波長帯分波機能部２０１および波長帯合波機能部２０４である。これら以外の、Ｃ帯用ＲＯＡＤＭノード２０２およびＬ帯用ＲＯＡＤＭノード２０３に用いられるデバイス群、例えば図１にて示した各機能部群を実現するためのデバイスは全てＣ帯およびＬ帯それぞれのために個別に用意する必要があるという課題がある。【００１２】
このため、大容量化は実現できるものの、実現にあたってのシステム配備コストは従来の２倍以上となる。これには、単純な装置購入費用であるＣＡＰＥＸのみならず、稼働に必要な電力、運用スペース、メンテナンス費用等のＯＰＥＸも含まれる。加えて、装置数が２倍必要であることから故障発生率も２倍となるため、ネットワークシステム全体としての稼働率も低下することになり、ネットワーク信頼性の観点からも非常に不利である。【００１３】
以上から、本システムの実現にあたっては単にシステムを２倍配備することのないよう、機能部群ごとに複数の波長帯を１台で扱うことのできる超広帯域動作が可能なデバイスの実現が強く要望される。加えて、このような超広帯域動作が可能なデバイスは、一つの波長帯のみに対応するデバイスに要求されていた光学特性を同程度実現することが求められる。例えばＷＳＳの基本的な要求特性の一つに広い透過帯域幅が挙げられるが、複数波長帯に対応することで透過帯域幅が半分となってしまっては、一つの波長帯域あたりの伝送容量は低下してしまうため、収容効率の改善は実現できない。従って一つの波長帯のみに対応するデバイスに要求されていた特性や機能は、超広帯域動作が可能なデバイスにおいても同様に実現することが求められる。【００１４】
そこで本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、Ｃ帯やＬ帯に代表される各波長帯に対して個別に設計された波長分波手段を有し、かつ各波長帯に共通な空間光変調器やレンズ等の光学素子を配備することによって、１台で複数の波長帯に対して同時に動作可能であり、しかも一つの波長帯のみに対応するデバイスに要求されていた光学特性を同様に有する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】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様は、光信号処理装置であって、互いに波長範囲の重複がないＮ個（Ｎ≧２）の波長帯に対して、前記波長帯ごとの光信号をそれぞれ分離出力するＭ個（Ｍ≧１）の波長帯分離手段と、Ｍ個の前記波長帯分離手段によって分離された前記波長帯ごとの光信号に、自由空間において異なる波長分波状態をそれぞれ提供する波長分波手段と、前記波長分波された前記光信号を、前記波長帯ごとに集光する集光手段と、前記集光手段によりＮ個の領域に集光された前記光信号をそれぞれ位相変調する１つの空間光変調器と、を備えることを特徴とする。【００１６】
本発明の別の態様では、さらに前記Ｎ個の領域に前記波長帯ごとに集光された前記光信号のうち２以上の前記波長帯の基準波長の光信号は、前記波長分波手段の波長分波軸における集光位置が等しいことを特徴とする。【００１７】
本発明の別の態様では、さらに前記波長帯分離手段と前記波長分波手段との間に配置された少なくともＭ個の入出力ポート群であって、前記入出力ポート群と前記波長分波手段とは自由空間を介して接続されたことを特徴とする。【００１８】
本発明の別の態様では、さらに前記波長分波手段は、バルク回折格子であることを特徴とする。【００１９】
本発明の別の態様では、さらに前記バルク回折格子に対する前記光信号の入射角は、波長分波する前記波長帯に応じて異なることを特徴とする。【００２０】
本発明の別の態様では、さらに少なくともＮ個の前記バルク回折格子を含み、前記波長帯ごとに光信号が異なる前記バルク回折格子に入射されることを特徴とする。【００２１】
本発明の別の態様では、さらに前記バルク回折格子の溝本数は、波長分波する前記波長帯に応じて異なることを特徴とする。【００２２】
本発明の別の態様では、さらに前記波長分波手段は、１つの前記バルク回折格子であり、前記波長分波手段による波長分波面内において、前記波長分波手段に入射する前記波長帯ごとの光信号の少なくとも１つの進行方向を偏向する角度調整手段を備えることを特徴とする。【００２３】
本発明の別の態様では、さらに前記角度調整手段は、前記波長帯ごとの光信号の少なくとも２つ以上の光信号が入射されるレンズであって、前記レンズを通過した前記波長分波手段に入射する前記波長帯ごとの光信号の進行方向が前記波長分波面内において異なることを特徴とする。【００２４】
本発明の別の態様では、さらに前記波長分波手段は、平面光回路基板上に形成されたことを特徴とする。【００２５】
本発明の別の態様では、さらに前記波長分波手段は、波長分波する前記波長帯に対応する、多光束干渉を利用する複数の波長分波手段を含み、前記多光束干渉を利用する複数の波長分波手段は、有効屈折率、光路長差、回折次数、出射角度、の少なくともいずれか１つが波長分波する前記波長帯に応じて互いに異なることを特徴とする。【００２６】
本発明の別の態様では、さらに前記波長帯分離手段は、平面光回路基板上に形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、各波長帯に対して個別に設計された波長分波手段を有し、かつ各波長帯に共通な空間光変調器やレンズ等の光学素子を配備することによって、１台の光信号処理装置で複数の波長帯に対して同時に動作可能である。【００２８】
また、本発明は、従来の単一波長帯で動作する光信号処理装置と同様の構成要素数でありながらもＧＥ、ＯＣＭ、ＷＳＳ、ＴＰＡ、ＭＣＳなど多様な機能を実装可能であり、ネットワークシステムの大容量化と低コスト化を同時に達成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来のＲＯＡＤＭシステムの構成例を示す図である。
【図２】従来の波長帯拡大ＲＯＡＤＭノードの構成例を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態１に係る光信号処理装置の構成をｘ軸方向から見た図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態１に係る光信号処理装置の構成をｙ軸方向から見た図である。
【図４】回折格子の動作を説明する図である。
【図５Ａ】一様に波長分波した場合の各波長帯の空間光変調器上の照射領域を示す図である。
【図５Ｂ】各波長帯の基準波長が同一のｘ座標を持つように波長帯ごとに異なる条件で波長分波した場合の各波長帯の空間光変調器上の照射領域を示す図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態２に係る光信号処理装置の構成をｘ軸方向から見た図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態２に係る光信号処理装置の構成をｙ軸方向から見た図である。
【図７Ａ】ビーム径を調整するための導波路構造例を示す図であって、入出力導波路に相当する直線導波路７０１と、スラブ導波路７０２とが接続された例を示す図である。
【図７Ｂ】ビーム径を調整するための導波路構造例を示す図であって、直線導波路７０１とスラブ導波路７０２の間に、直線導波路７０１の導波路幅から徐々に幅が太くなるテーパ構造導波路７０３を配置した例を示す図であり、
【図７Ｃ】ビーム径を調整するための導波路構造例を示す図であって、スラブ導波路の中に、凸レンズの機能を有するレンズ機能部７０４を組み込んだ例を示す図である。
【図７Ｄ】ビーム径を調整するための導波路構造例を示す図であって、直線導波路７０１の次に第一スラブ導波路７０５、アレイ導波路７０６、これまでのスラブ導波路７０２に相当する第二スラブ導波路７０７をこの順番に配置した例を示す図である。
【図８】図７Ｄに示す導波路構造の動作を説明するための図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態３に係る光信号処理装置の構成をｘ軸方向からみた図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態３に係る光信号処理装置の構成をｙ軸方向から見た図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態４に係る光信号処理装置の構成をｘ軸方向からみた図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態４に係る光信号処理装置の構成をｙ軸方向から見た図である。
【図１１Ａ】光導波路基板１０００にグレーティングカプラ型合分波器を適用した構成例を示す図である。
【図１１Ｂ】光導波路基板１０００に回折格子アレイにＡＷＧ型回折格子アレイ１１０４を合分波器として適用した構成例を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態５に係る光信号処理装置の構成をｘ軸方向からみた図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態５に係る光信号処理装置の構成をｙ軸方向から見た図である。
【図１３】本発明の実施形態５に係る光信号処理装置の回折格子１２０４の開口高さＨとｙ軸方向に関する入出力ポート群１２０２のポート間距離の関係を説明する図である。
【図１４Ａ】本発明の実施形態６に係る光信号処理装置の構成をｘ軸方向からみた図である。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態６に係る光信号処理装置の構成をｙ軸方向から見た図である。
【図１５Ａ】本発明の実施形態５に係る入出力ポート群１５０１、マイクロレンズアレイ１５０２、角度調整機構１５０３〜１５０６の組み合わせや構造を説明する図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態５に係る入出力ポート群１５０１、マイクロレンズアレイ１５０２、角度調整機構１５０３〜１５０６の組み合わせや構造を説明する図である。
【図１５Ｃ】本発明の実施形態５に係る入出力ポート群１５０１、マイクロレンズアレイ１５０２、角度調整機構１５０３〜１５０６の組み合わせや構造を説明する図である。
【図１５Ｄ】本発明の実施形態５に係る入出力ポート群１５０１、マイクロレンズアレイ１５０２、角度調整機構１５０３〜１５０６の組み合わせや構造を説明する図である。
【図１６Ａ】本発明の実施形態７に係る光信号処理装置の構成をｘ軸方向からみた図である。
【図１６Ｂ】本発明の実施形態７に係る光信号処理装置の構成をｙ軸方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３１】
（実施形態１）
以下、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。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。以下では、空間光変調器の面上において、回折格子によって波長分波される方向をｘ軸、ｘ軸に直交する軸をｙ軸、さらにｘ軸およびｙ軸に直交する向きをｚ軸と定義する。また、説明を簡単にするために波長帯としてはＣ帯およびＬ帯のみを扱うものとし、さらに各々の波長帯に関わる入出力ポートの合計が３本とした構成にて記載しているが、波長帯の種類、数、または入出力ポートの本数や配置に関しては本説明に限定されるものではない。例えば波長帯としてＣ帯およびＬ帯だけでなく、Ｏ帯、Ｅ帯、Ｓ帯をも包括して扱うデバイスを構築する場合には、５種類の波長帯各々に対して後述する手法により回折格子設計を変更することができ、さらに各々設計した回折格子を集積することもできる。また、伝搬する光信号の主光線についてはＣ帯に関わる光信号の主光線を実線にて、Ｌ帯に関わる光信号の主光線を破線にてそれぞれ表している。
【００３２】
図３Ａ、図３Ｂは、本発明の実施形態１に係る光信号処理装置の構成を示す図である。本実施形態に関わる光信号処理装置は、ポートごとにＣ帯およびＬ帯を分離するＷＤＭカプラを複数配備したＷＤＭカプラアレイ３０１と、Ｃ帯およびＬ帯それぞれに配備された入出力ポート群３０２とマイクロレンズアレイ３０３と回折格子３０４とレンズ３０５と空間光変調器３０６がこの順に配置されている。
【００３３】
ＷＤＭカプラアレイ３０１として用いられるＷＤＭカプラの実現手段としては、多段のマッハツェンダ型干渉計をベースとしたラティスフィルタ回路型や、ファイバ型、多層膜フィルタ型など様々な方式が考えられるが、同様の機能を有するものであれば、いずれを用いても問題はない。
【００３４】
本実施形態における説明では、レンズ３０５は波長帯ごとに１枚のみを用いているが、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。光学系の設計によっては、マイクロレンズアレイ３０３と回折格子３０４の中間にレンズ３０５を配置する構成も可能である。また、収差の低減や光学系の短尺化を目的として、レンズ３０５を各２枚以上のレンズで構成し、回折格子３０４を挟むような構造を採ることもできる。
【００３５】
本発明の光信号処理装置の動作は、以下のとおりである。まずＷＤＭカプラアレイ３０１に入力された光信号は、Ｃ帯およびＬ帯の波長帯ごとに異なった入出力ポート群３０２の各ポートに出力される。入出力ポート群３０２に入力された光信号は、マイクロレンズアレイ３０３を経てコリメート光として空間に出射される。空間を伝搬する信号光は回折格子３０４によって波長分波され、レンズ３０５によって集光され、空間光変調器３０６に集光することになる。
【００３６】
このとき、Ｃ帯およびＬ帯の各々に含まれる信号は、それぞれの波長帯に応じて異なるｙ座標に集光されるように設計されている。図３Ａにおいては、Ｃ帯に含まれる波長の光信号は、第一入出力ポート群３０２−１、第一マイクロレンズアレイ３０３−１、第一回折格子３０４−１、第一レンズ３０５−１を経て空間光変調器３０６の反射面上に集光する。一方、Ｌ帯に含まれる波長の光信号は、第二入出力ポート群３０２−２、第二マイクロレンズアレイ３０３−２、第二回折格子３０４−２、第二レンズ３０５−２を経て空間光変調器３０６のＣ帯の集光位置とは異なるｙ座標において集光する。
【００３７】
このとき、空間光変調器３０６では、波長毎に別々の位置に集光されることなるため、全ての波長は独立に位相変調を受けることが可能となる。空間光変調器３０６にて所望の位相変調を与えられて反射された光は、ｙ−ｚ平面内にて入出力ポート群３０２のいずれかの所望のポートに対応した角度に偏向され、レンズ３０５、回折格子３０４、マイクロレンズアレイ３０３を再び通過して偏向角に応じた入出力ポート３０２に光結合される。本動作はＣ帯およびＬ帯のいずれにおいても実施され、再びＷＤＭカプラアレイ３０１にて各波長帯が合波されることとなる。
【００３８】
ここで、図４に、回折格子の動作を説明する図を示す。図４に示すように溝本数がＮ（ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）の回折格子に波長λを有する光信号が入射角α（０＜α＜π）をもって入射する場合、回折後の出射角β（０＜β＜π）は回折次数をｍとした場合下の（１）式にて表すことができる。
【００３９】
【数１】
2018123921.tif 000003
【００４０】
従って、図３Ａ、図３Ｂにおける第一回折格子３０４−１および第二回折格子３０４−２については、入射角α、回折格子の溝本数Ｎ、回折次数ｍが一様である限り、空間光変調器３０６上ではＷＤＭカプラアレイ３０１によりＣ帯とＬ帯ではｘ軸方向に分離することはできても、ｙ軸方向に対してはＣ帯およびＬ帯に関わらず、一様に波長分波することになる。このような状況では空間光変調器３０６で光信号への変調に関与しないデッドスペースが発生してしまう。
【００４１】
ここで、空間光変調器３０６としてはＬＣＯＳ  （Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの適用が考えられるが、一般的なＬＣＯＳなどの空間光変調器は大面積化、もしくは高画素化に限界がある。従って、限られた画素の中で前述のようにデッドスペースが非常に大きい光学設計を実施した場合（図５Ａ）、単位波長あたりの空間分解能が著しく制限されることとなり、これが大きな特性劣化につながることとなる。
【００４２】
そこで、各波長帯の中で基準となる波長を各々設定したとき、図５Ｂに示すとおり、各基準波長が同一のｘ座標を持つようにすることで空間光変調器３０６におけるデッドスペースが解消される。このような設計とするために、各波長帯の光信号に異なる波長分散状態を提供するように各回折格子を調整する必要がある。
【００４３】
例えば、第一回折格子３０４−１および第二回折格子３０４−２の両者の回折次数を＋１に固定した上で、Ｃ帯の第一回折格子３０４−１の設計をＮ＝１０００、α＝４５ｄｅｇ、β＝５５．３８、基準波長λC＝１５３０ｎｍとする。この場合に、基準波長λL＝１５９０ｎｍのＬ帯の第二回折格子３０４−２の設計は式（１）を考慮すると入射角α、出射角β、回折格子の溝本数Ｎの３つの自由度を調整することとなり、これらのパラメータを各々変化させた場合の設計例を表１に示す。
【００４４】
表１は、１つのＣ帯の回折格子設計例に対し、３つのＬ帯の回折格子設計例を示したもので、Ｌ帯設計例（１）は入射角αおよび出射角βが等しくなるようにＬ帯の回折格子の溝本数を変更したものであり、Ｌ帯設計例（２）は出射角βおよび溝本数が等しくなるようにＬ帯の入射角αを変更したものであり、Ｌ帯設計例（３）は入射角αおよび溝本数が等しくなるようＬ帯の出射角βを変更したものである。
【００４５】
【表１】
2018123921.tif 000004
【００４６】
このように設計することでＣ帯およびＬ帯の各々に対して独立に光学設計し、空間光変調器３０６上のデッドスペースを低減させることで十分な特性を有したままＣ帯およびＬ帯を同時に制御可能である超広帯域動作可能な光信号処理装置が実現される。
【００４７】
一例としてＣ帯設計例とＬ帯設計例（１）との組み合わせでは、入射角αおよび出射角βは各基準波長にて同一でありながらも、溝本数ＮのみをＣ帯とＬ帯で設計変更することで容易に図５Ｂの動作を実現する光学系が設計可能である。
【００４８】
本実施形態においては、空間光変調器３０６にて実施する位相変調の内容により、あらゆるデバイス機能を実現することができる。例えば、ｙ軸方向に関して線形な位相変調を実施することで、ｙ−ｚ平面面内における光信号の偏向を実施することができる。これにより偏向角に応じて再結合するポートを変更させることができるので、波長毎に個別の位相設定が可能であれば、前述のＲＯＡＤＭノードにおける基幹部品の１つのＷＳＳの機能を実現できる。さらにＷＤＭカプラにてＣ帯およびＬ帯に分離して個別に位相変調可能であることから、Ｃ帯＋Ｌ帯を全て包含する超広帯域なＷＳＳを１つの空間光変調器３０６で実現することができる。
【００４９】
一方、空間光変調器３０６でｘ軸方向に関して二次関数状の位相変調を実施すると、波長分散が発生することは広く知られており、光学系の設計変更なしに可変光波長分散補償器として用いることもできる。同様に、何らかの位相変化を与えて入出力ポートへの再結合を部分的に阻害することにより、任意の波長に対する損失を自在に設定することができる。この現象を利用すると光増幅器に対する利得等価器としての動作も非常に容易である。
【００５０】
以上から、本実施形態における光学設計にて、非常に多岐に渡る機能を有する、Ｃ帯およびＬ帯に対応する超広帯域な光信号処理装置を実現することが可能である。
【００５１】
（実施形態２）
図６Ａ、図６Ｂは、本発明の実施形態２に係る光信号処理装置の構成を示す図である。本実施形態に関る光信号処理装置は、ＷＤＭカプラアレイ６０１および入出力ポート群６０２が形成された光導波路基板６００、マイクロレンズアレイ６０３、回折格子６０４、レンズ６０５、空間位相変調器６０６がこの順に配置されている。光導波路基板６００には、Ｃ帯およびＬ帯を分離するＷＤＭカプラが入出力ポート数に応じた数だけアレイ化されて配置されている。図６Ａ、図６Ｂでは、入出力ポート群６０２はスラブ導波路とアレイ導波路から構成したものを記載している。
【００５２】
ＷＤＭカプラアレイ６０１は実施形態１にて例示したとおり、光導波路基板６００の外に別のデバイスとして配備することももちろん可能であるが、マッハツェンダ型干渉計ベースのラティスフィルタ回路型を用いる場合は、光導波路基板６００内に光回路として具備可能であることから、より低コストで実装可能である。本実施形態におけるＷＤＭカプラアレイ６０１の構成としては、前述のとおり多段接続されたマッハツェンダ型干渉計で構築されるラティスフィルタ型を想定して図示しているが、同様の機能を有する光回路であれば、どのような回路形態であろうとも問題はない。
【００５３】
また、詳細は後述するが、光導波路基板６００内を伝搬する光信号は一般的に基板の組成や光信号伝搬層の寸法でほぼ決定されてしまうため、単純に光導波路基板６００を伝搬する光信号を空間に出射させるだけでは、空間を伝搬する光信号の開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）に自由度がない。しかしＮＡは光学設計上極めて重要な情報であり、光学系全体の高さや光学長、収差の設計、さらには部材の大きさに関わることからコストにまで、多大な影響を与える。従って、入出力導波路とスラブ導波路の境界領域においてＮＡ、すなわちビーム径を調整する手段を備えることが望ましい。
【００５４】
図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の本実施形態に係るビーム径を調整するための導波路構造を説明する図であり、入出力導波路とスラブ導波路の境界領域の形状について、１つの入出力導波路のみを例として図示したものである。
【００５５】
図７Ａは入出力導波路に相当する直線導波路７０１と、スラブ導波路７０２とが接続されている。非常に閉じ込めが強く細い直線導波路７０１によって、スラブ導波路７０２から伝搬する光信号は大きなＮＡを有する。これをＮＡが小さくなる方向に制御する例が図７Ｂ〜図７Ｄである。
【００５６】
図７Ｂは、直線導波路７０１とスラブ導波路７０２の間に、直線導波路７０１の導波路幅から徐々に幅が太くなるテーパ構造導波路７０３を配置した例である。テーパ構造導波路によって断熱伝搬した光はビーム径を変換する機能を有するため、簡易な設計にてビーム大径化が可能である。
【００５７】
図７Ｃはスラブ導波路の中に、凸レンズの機能を有するレンズ機能部７０４を組み込んだ例である。レンズ機能部の実現方法には導波路の屈折率とは異なる屈折率を有する物質、例えば樹脂や空気などを適切な形で配置することで、光導波路基板６００内を伝搬させながらビームをコリメートさせることができる。
【００５８】
図７Ｄは図６Ａ、図６Ｂにて例示していた光回路の一部を示しており、直線導波路７０１の次に第一スラブ導波路７０５、アレイ導波路７０６、これまでのスラブ導波路７０２に相当する第二スラブ導波路７０７をこの順番に配置したものである。
【００５９】
ＮＡを調整する回路機能のうち、図７Ｄに示す導波路構造の動作に関して、より詳しい説明を図８に示す。この回路は一般に空間ビーム変換器（ＳＢＴ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｂｅａｍ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）と呼ばれる回路である。この回路は一般的に波長合分波器として用いられるＡＷＧに近い構造を持っているが、アレイ導波路７０６は隣接する導波路の光路長差が等しい（すなわちΔＬ＝０である）構造として設計する。入出力ポートおよびアレイ導波路からスラブ導波路８０３に出射される信号光のｙ軸方向に関するビーム径をｗWG、第一入出力導波路８０１とスラブ導波路８０３との接続位置からスラブ導波路８０３の中心線までの距離をｘ、スラブ導波路８０３内において、第一入出力導波路８０１から出射された信号光の主光線と、ｚ軸とのなす角をθ2、スラブ導波路８０３の長さをｆslab,、さらにスラブ導波路８０３の屈折率をｎs、スラブ導波路８０３に接続するアレイ導波路８０４のピッチをｄ2、光導波路基板６００の端面におけるアレイ導波路８０４のピッチをｄ1、さらに第一入出力ポート８０１から出射される信号光のｙ軸方向に関するビーム径をｗSBT、信号光の主光線とｚ軸とのなす角をθ1、とすると、上記のパラメータは以下の関係式に従う。
【００６０】
【数２】
2018123921.tif 000005
【００６１】
【数３】
2018123921.tif 000006
【００６２】
従って、式（２）に従えば出射されるビーム径すなわちＮＡを、式（３）に従えば出射するビームの角度を制御可能である。さらに、第一入出力導波路８０１および第二入出力導波路８０２に関して、それぞれθ2、もしくはｘを異なるパラメータで設計すると、ビームが空間に出射する位置は第一入出力導波路８０１および第二入出力導波路８０２のいずれから光信号を入射しても同一であるが、それぞれ異なった角度で空間に出射させることも可能である。
【００６３】
本実施例においては、θ2を０、第二入出力導波路８０２は配備しないものとして、複数のＳＢＴ回路を並行配置したものとして説明を実施している。もちろん、ＳＢＴパラメータ設計は上記に限るものではなく、レンズ等を含めた本光信号処理装置の機能を実現し得る構成であれば、どのようなパラメータを用いても問題はない。
【００６４】
図７Ｄの構成では、第一スラブ導波路７０５が自由空間伝搬によるビーム拡大機能、またレンズ機能を有しており、さらにアレイ導波路７０６が各導波路の位相補正機能を有していることから、第二スラブ導波路７０７から出射されるビームをｙ軸方向に十分太い平面波として形成することが可能である。
【００６５】
以上に代表されるように、図７Ａ〜図７Ｄにおける入出力ポート群とスラブ導波路の境界領域において回路レイアウトを変更することにより、追加コストを発生させることなくビーム径、すなわちＮＡの調整が可能となる。
【００６６】
もちろんＮＡ調整方法は図７Ａ〜図７Ｄに挙げた方式のみに留まらず、また複数の方式を組み合わせた回路設計でもよいし、また全く別の構成を用いても問題はない。
【００６７】
また、上述のとおりＮＡを調整する手段は具備したとしても、光学設計にさらなる自由度を与えるために、マイクロレンズアレイ６０３を光導波路基板６００近傍に配置することで空間に出射されたビームのＮＡをさらに調整する手段を採ることもできる。
【００６８】
さらに本実施形態における説明ではレンズ６０５としてレンズ１枚のみを用いているが、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。光学設計によっては、光導波路基板６００と回折格子６０４の中間にレンズ６０５を配置する構成も可能である。
【００６９】
本実施例においては、図３Ａ、図３ＢにおけるＷＤＭカプラアレイ３０１、ＮＡ調整機構を含む入出力ポート群３０２、マイクロレンズアレイ３０３をすべて光導波路基板６００上に集積する形となるため、ＷＤＭカプラアレイや一般的に用いられるファイバアレイやマイクロレンズアレイ等を個別に準備せずとも光導波路基板６００を１枚だけ準備すればよいことになり、大幅な部材コストの削減が可能となる。
【００７０】
さらに光導波路基板６００に全て光学回路が形成されているためアライメントが不要となり、実装コストが大きく低減する。加えて光導波路基板は通常サブミクロン以下の精度で実装されていることから、空間光学系のアライメントと比較しても安定的に高精度な実装が達成される。また光学系の修正を実施する場合でも、回路レイアウトの調整のみで解決することができ、実施形態１で記載した多大なメリットはそのままに、さらなる低コストかつアライメント負荷を大きく低減できる構成となる。
【００７１】
（実施形態３）
図９Ａ、図９Ｂは、本発明の実施形態３に係る光信号処理装置の構成を示す図である。
【００７２】
図９Ａ、図９Ｂに示すように、本実施形態に関る光信号処理装置は、ＷＤＭカプラアレイ９０１および入出力ポート群９０２が形成された光導波路基板９００、マイクロレンズアレイ９０３、回折格子９０４、レンズ９０５、空間位相変調器９０６がこの順に配置されている。光導波路基板９００には、Ｃ帯およびＬ帯を分離するＷＤＭカプラが入出力ポート数に応じた数だけアレイ化されて配置されている。さらに、実施形態１および実施形態２においてはＣ帯およびＬ帯の各ポートに対してそれぞれ別個に入出力ポートを配備していたが、本実施形態においてはある１つのＷＤＭカプラから分離されるＣ帯およびＬ帯の波長帯が伝搬する導波路が、単一のＳＢＴにそれぞれ異なる位置において接続されている。これにより、光導波路基板９００から自由空間に出射される光信号は、出射位置こそ同じであるもののＣ帯およびＬ帯で異なった角度に出射されることとなり、マイクロレンズアレイ９０３およびレンズ９０５はＣ帯およびＬ帯の各光信号に対して共通の部品を配置することになる。
【００７３】
本実施形態の光信号処理装置の動作について、以下に詳細を説明する。まずＷＤＭカプラアレイ９０１に入力された光信号は、Ｃ帯およびＬ帯の波長帯ごとに異なったポートに出力される。その後、各ＷＤＭカプラから出力されたＣ帯およびＬ帯の波長帯の信号は、入出力ポート群９０２として配備されたＳＢＴ回路の１つにそれぞれ接続する。Ｃ帯およびＬ帯の波長帯の信号は、スラブ導波路に対して異なる位置から入力されることから、式（３）に示したとおり、ＳＢＴ回路から自由空間に出射されるビームはＣ帯およびＬ帯で異なる角度にて出射されることになる。
【００７４】
ＳＢＴ回路で構成された入出力ポート群９０２を介して自由空間に出射された光信号は、マイクロレンズアレイ９０３を経てコリメート光として空間に出射される。空間を伝搬する信号光はＣ帯およびＬ帯にて独立に配備された第一回折格子９０４−１および第二回折格子９０４−２にそれぞれ入射して波長分波され、レンズ９０５によって集光され、空間光変調器９０６に集光することになる。
【００７５】
このとき、Ｃ帯およびＬ帯の各々に含まれる信号は、自由空間を伝搬する角度が異なることから、単一のレンズ９０５によって、それぞれの波長帯に応じて空間光変調器９０６において異なるｙ座標に集光されるように設計されている。
【００７６】
空間光変調器９０６にて所望の位相変調を与えられて反射された光は、ｙ−ｚ平面内にて所望の角度に偏向され、レンズ９０５、回折格子９０４、マイクロレンズアレイ９０３を再び通過して偏向角に応じた入出力ポート９０２に光結合される。本動作はＣ帯およびＬ帯のいずれにおいても実施され、再びＷＤＭカプラアレイ９０１にて各波長帯が合波されることとなる。
【００７７】
本実施形態においては、実施形態１および２にてＣ帯およびＬ帯用光学系に各々必要であったマイクロレンズアレイおよびレンズを単一の部材として設計可能である。この点は、部材コストの低減に大きな効果があるほか、各光学部材のアライメントの準備が半減することで、実装コストの低減にもつながる。さらに、光導波路基板９００に実装する入出力ポート群の数も半減することから光導波路基板の小型化も達成可能である。コスト低減に大きな効果があった実施形態２よりもさらに小型化および低コスト化を達成可能である。
【００７８】
（実施形態４）
図１０Ａ、図１０Ｂは、本発明の実施形態４に係る光信号処理装置の構成を示す図である。
【００７９】
図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、本実施形態に関る光信号処理装置は、光導波路基板１０００、光導波路基板１０００上に形成された、ＷＤＭカプラアレイ１００１、回折格子アレイ１００２、マイクロレンズアレイ１００３、レンズ１００４、空間位相変調器１００５がこの順に配置されている。
【００８０】
また光導波路基板１０００の詳細を図１１Ａ、図１１Ｂに示す。図１１Ａにはグレーティングカプラ型合分波器を適用した場合の構成例を記載している。図１１Ａにおいては、実施形態２および実施形態３と同様に、光導波路基板１０００上にマッハツェンダ型干渉計をベースとした光導波路型ＷＤＭカプラアレイ１１０１にてＣ帯およびＬ帯に波長帯分波されたのち、各々の波長帯に最適設計されたグレーティングカプラ型回折格子アレイ１１０２が配置される。グレーティングカプラ型回折格子は光導波路基板内において光信号の伝搬方向に、周期的な屈折率変化もしくは部分的透過構造を有する光回路であり、分波機能を有する。グレーティングカプラ型回折格子は多光束干渉を利用した波長合分波器であるため、動作中心波長をλ０、導波路の屈折率をｎｅｆｆ、屈折率周期媒体によって複数生じる点光源において隣接する点光源の間の光路長をｐ、回折次数をｍとすると、式（４）にて表すことができる。
【００８１】
【数４】
2018123921.tif 000007
【００８２】
式（４）によれば、導波路の屈折率ｎｅｆｆ、隣接する点光源の間の光路長ｐ、回折次数ｍのいずれかを調整することで動作中心波長λ０を変更することが可能となる。例えば、導波路の屈折率ｎｅｆｆを３．５、回折次数ｍを１、Ｃ帯に関わる基準波長を１５３０ｎｍ、Ｌ帯に関わる基準波長を１５９０ｎｍ、と設定した場合において各々の基準波長を有する光信号が図５Ｂのように同じｘ座標を有するためには、光路長ｐをＣ帯の場合には４３７．１４ｎｍに、Ｌ帯の場合には４５４．２９ｎｍに設計すればよい。このように、各々の波長帯に対して最適な光学設計を実施することで複数波長帯に対応するデバイスを実現可能となる。
【００８３】
グレーティングカプラ型回折格子においては導波路を形成する面内と異なる面に向けて分波することが可能という点が特徴である。この特徴により、１つの光導波路基板１０００上に同時にいくつものグレーティングカプラを形成可能であり、上記のとおり設計の異なるグレーティングカプラを一括作成も容易である。さらに１プロセスで複数の入出力ポートを製造でき、さらに光導波路型ＷＤＭカプラアレイについても同様に一括で基板上に製造が可能である。
【００８４】
光導波路基板１０００に波長分波機能まで集積する手段としては、何も図１１Ａの構成に限られない。光導波路基板１０００としては、例えば図１１Ｂのように回折格子アレイにＡＷＧ型回折格子アレイ１１０４を合分波器として適用した構成が考えられる。良く知られているように、ＡＷＧは実施形態２および実施形態３にて用いたＳＢＴ回路と類似の構成であり、回路要素の１つであるアレイ導波路が、隣接する導波路間で一定の光路長差を有するものである。
【００８５】
ＡＷＧは通常の回折格子と同様に分波機能を有することから、ｙ−ｚ平面上にＡＷＧを形成するように光導波路を設計し、それをｙ軸方向に対して積層させることで前述の実施形態と同様な入出力ポートを構築することができる。この構成においては、ｙ軸方向に積層された各ＡＷＧ型回折格子間にまたがる回路設計が難しいため、ＷＤＭカプラアレイ１１０３としては光導波路基板１０００上ではなく実施形態１におけるＷＤＭカプラアレイ３０１と同様に、多段のマッハツェンダ型干渉計をベースとしたラティスフィルタ回路型や、ファイバ型、多層膜フィルタ型など様々な方式が適用可能である。
【００８６】
また、ＡＷＧは動作中心波長をλ0、導波路の屈折率をｎc、隣接するアレイ導波路間の長さの差をΔＬ、回折次数をｍとすると、式（５）の関係を満たすことが一般に良く知られている。
【００８７】
【数５】
2018123921.tif 000008
【００８８】
すなわち、ＡＷＧの場合も同様に、一般的なバルク型回折格子やグレーティングカプラ型回折格子と原理は同一であり、上述したものと同様にパラメータを変更することでＣ帯およびＬ帯の各々に最適な設計を実施することが可能であることが分かる。このようにＣ帯に対応する設計を実施したＡＷＧ型第一回折格子アレイ１１０４−１およびＬ帯に対応する設計を実施したＡＷＧ型第二回折格子アレイ１１０４−２を個別に設計して積層することで、実施形態１乃至３と同様の動作を実現することが可能である。
【００８９】
本実施形態においては、実施形態１乃至３では自由空間上に配置していた回折格子を光導波路基板１０００に集積している点が特徴として挙げられる。特に図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａの構成と実施形態１とを比較すると、ＷＤＭカプラアレイ３０１、入出力ポート群、回折格子の三点のバルク素子を一枚の基板のみで実現し、かつ各々に対して６軸の自由度があったアライメントが不要となる。空間光学系を用いた光信号処理装置のコスト増の要因は、部材点数の増加と各々の精密なアライメントによる実装時間の増加が支配的であり、これらを全て削減できる図１１Ａのような構成は、本発明の目的である超広帯域な光信号処理装置を非常に低コストかつ小型に実現可能である。また、部材点数の削減は特性劣化となるミスアライメントの要因を減らすことにもつながり、より高信頼なデバイスの実現にも繋がる。
【００９０】
（実施形態５）
図１２Ａ、図１２Ｂは、本発明の実施形態５に係る光信号処理装置の構成を示す図である。図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、本実施形態に関わる光信号処理装置は、ポートごとにＣ帯およびＬ帯を分離するＷＤＭカプラを複数配備したＷＤＭカプラアレイ１２０１と、Ｃ帯およびＬ帯それぞれに配備された入出力ポート群１２０２とマイクロレンズアレイ１２０３と回折格子１２０４とレンズ１２０５と空間光変調器１２０６がこの順に配置されている。
【００９１】
本発明による光信号処理装置の実現方法は表１に示すとおり、いくつか方式が存在する。実施形態１乃至４における説明では、Ｃ帯およびＬ帯について、独立に設計された回折格子を配備する方式、すなわちＬ帯設計例（１）について主に例示してきた。しかし前述のとおり、本発明の実施形態は何もＬ帯設計例（１）に限るものではない。本実施形態５および後述する実施形態６、７においては、Ｌ帯設計例（２）に示したようにＣ帯とＬ帯各々に関わる入出力ポート群１２０２から回折格子１２０４に対して入射する際の入射角を調整することによって広帯域動作を実現する構成について説明する。
【００９２】
上記のとおり、入射角をＣ帯およびＬ帯で変更する設計を適用することから、本実施形態においては図１２Ｂにおける第一入出力ポート群１２０２−１および第一マイクロレンズアレイ１２０３−１を通過する光信号のｘ−ｚ面内の光軸は、第二入出力ポート群１２０２−２および第二マイクロレンズアレイ１２０３−２を通過する光信号のｘ−ｚ面内の光軸と異なった角度で配備されている。
【００９３】
また、実施形態１乃至４においては各波長帯に対して個別の回折格子が配備されていたが、本実施形態においては単一の回折格子１２０４が配備されている点が異なる点である。もちろん、光学設計によっては本実施形態のようにＣ帯およびＬ帯で回折格子に入射する角度を変更した上で、さらに回折格子を独立に設計することももちろん可能である点を付記しておく。
【００９４】
本実施形態においては、実施形態１と比較するとよりコストが低減する効果が高い。すなわち、各入出力ポートの配備角度を変更することで光学部材としては最も高価な回折格子を単一で配備可能であり、回折格子に関わるＣＡＰＥＸを半分程度まで抑えることができる。
【００９５】
さらに、図１３に、本発明の実施形態５に係る光信号処理装置の回折格子１２０４の開口高さＨとｙ軸方向に関する入出力ポート群１２０２のポート間距離の関係を説明する図を示す。図１３に示すようにｙ軸方向に関する回折格子１２０４の開口高さをＨ、ｙ軸方向に関する入出力ポート群１２０２のポート間配置距離をΔｙとおくと、設計可能な最大ポート数Ｐmaxは以下の式にて表現される。
【００９６】
【数６】
2018123921.tif 000009
【００９７】
ポート間配置距離Δｙはポート間のクロストーク量の設定やファイバの太さ等の外部要因で大きく制限を受けるため、自由に設計可能な項目は回折格子の開口高さＨのみであり、従って設計可能な最大ポート数ＰmaxはＨに依存することになる。さらに実施形態１乃至４においては、ｙ軸方向にＣ帯およびＬ帯それぞれについて独立した回折格子を配備しなければならない上、実装や回折格子製造上の都合によって回折格子間の配置マージンの考慮が必要なケースもある。
【００９８】
一方で、本実施形態については単一の回折格子１２０４のみを用いるため、実施形態１乃至４と同じｙ軸方向の高さであれば、開口高さＨは実施形態１乃至４の２倍に設定することが可能な上、回折格子間の配置マージンの考慮も不要であることから最大ポート数Ｐmaxは実施形態１乃至４の２倍以上を実現することができる。
【００９９】
（実施形態６）
図１４Ａ、図１４Ｂは、本発明の実施形態６に係る光信号処理装置の構成を示す図である。
【０１００】
図１４Ａ、図１４Ｂに示すように、本実施形態に関わる光信号処理装置は、ポートごとにＣ帯およびＬ帯を分離するＷＤＭカプラを複数配備したＷＤＭカプラアレイ１４０１と、Ｃ帯およびＬ帯それぞれに配備された入出力ポート群１４０２とマイクロレンズアレイ１４０３と回折格子１４０４とレンズ１４０５と空間光変調器１４０６がこの順に配置され、さらに角度調整機構１４０７を備える。角度調整機構１４０７は、実施形態５には無い構成であり、第二マイクロレンズアレイ１４０３−２と回折格子１４０４との間に配備される。
【０１０１】
ここで表１のＬ帯設計（２）を参照すると、ｘ−ｚ平面内において、第一入出力ポート群１４０２−１と回折格子１４０４のなす角は４５°であり、第二入出力ポート群１４０２−２と回折格子１４０４のなす角は５０．０９°となり、その角度差は５．０９°である。そのため実施形態５では、第２入出力ポート群１２０２−２および第二マイクロレンズアレイ１２０３−２の角度を調整している。しかしながら、第一および第二入出力ポート群１４０２−１、１４０２−２は互いに平行に配備することで製造や実装の負荷を低減することが可能である。例えば、入出力ポート群をファイバアレイや平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＰＬＣ）等では複数を研磨して貼り合わせることでポート数や機能の拡張を行うことはよく実施されている。さらに、ＰＬＣでは光回路を形成する際に複数層構造を有するように製造することで大規模化を図る例も多数報告されている。
【０１０２】
このように、複数の入出力ポートを平行に配備することは実装において優位であるため、第一入出力ポート群１４０２−１および第二入出力ポート群１４０２−２をｘ−ｚ平面内で平行に配備する。加えて、第一入出力ポート群１４０２−１および第二入出力ポート群１４０２−２から出射された光信号が回折格子１４０４に対して所望の角度差で入射するように、第二マイクロレンズアレイ１４０３−２と回折格子１４０４との間に配備された角度調整機構１４０７で調整を実施する。この点が本実施形態の大きな特徴である。
【０１０３】
図１４Ｂでは、一例として角度調整機構１４０７にはミラーを記載し、第二入出力ポート群１４０２−２から出射された光信号の光軸のみを変更する構成としている。但し、所望の角度で回折格子１４０４に入射することができる機構であれば角度調整機構１４０７はミラーに制限されず、例えばプリズム等により屈折現象を利用した偏向でも問題ないし、入出力ポート群１４０２そのものの加工による出射方向の偏向でも問題ない。
【０１０４】
また、角度調整機構１４０７の配備にあたっては第二入出力ポート群１４０２−２に関わるものだけでなく、もちろん第一入出力ポート群１４０２−１に関わる光軸側に配備しても、さらには両方に配備しても問題はない。
【０１０５】
図１５Ａ〜図１５Ｄは、本発明の実施形態５に係る入出力ポート群１５０１、マイクロレンズアレイ１５０２、角度調整機構１５０３〜１５０６の組み合わせや構造を説明する図であり、図１４Ａ、図１４Ｂに示す入出力ポート群１４０２から回折格子１４０４に入射するまでの構成例を示すものである。
【０１０６】
図１５Ａに示す構成は、図１４Ｂに示す構成に対応し、第一入出力ポート群１５０１−１および第二入出力ポート群１５０１−２の内、第二入出力ポート群１５０１−２から出射された信号光のみを角度調整機構１５０３であるミラーによって偏向するものである。全反射を利用するため、各波長帯の信号光が回折格子に入射する際の角度差が大きい場合にでも対応が容易であるという利点を有する。
【０１０７】
図１５Ｂに示す構成は、ミラーの角度調整機構１５０３の代わりにプリズムの角度調整機構１５０４を用いた例である。ミラーの角度調整機構１５０３の場合は各波長帯の信号と干渉しないような位置および角度にミラーを配備する必要があるが、プリズムはその内部を信号光の光軸が通るように配備できることから比較的狭い領域にも配備することが可能である。
【０１０８】
尚、図１５Ｂにおいては各波長帯に関わる信号光をそれぞれ角度調整できるように複数のプリズムを配備しているが、必ずしも全ての信号光に対してプリズムを配備する必要はない。また、所望の入射角を実現できるのであればどのようなプリズムを、何個配備しても問題ない。
【０１０９】
図１５Ｃに示す構成は、入出力ポート１５０１の各出射端に、ｘ−ｚ平面内で斜めになるように加工した斜め研磨部である角度調整機構１５０５を具備することで入出力ポート１５０１からの出射角度そのものを制御する例である。実施原理としては、図１５Ｂにおけるプリズムの角度調整機構１５０４と同様の原理であるが、入出力ポート１５０１の端面の加工によりプリズム等の追加配備が不要であること、さらにはアライメントの実施が不要になることから装置の低コスト化に寄与する構成である。
【０１１０】
図１５Ｄに示す構成は、図１５Ａ〜図１５Ｃに示す構成において使用されるマイクロレンズアレイ１５０２を省略し、角度調整レンズである角度調整機構１５０６を配備することによって回折格子への入射角度を制御する構成である。一般にレンズはフーリエ変換素子であることから、レンズに入射する光信号のレンズ光軸からのオフセット量に応じてレンズ透過後の屈折角が変化するという特性を利用する。この場合は、各入出力ポート群１５０１から空間に出射される光をコリメートさせるマイクロレンズアレイ１５０２の機能についても角度調整レンズである角度調整機構１５０６に担わせることができる。そのため、入出力ポート群１５０１および角度調整レンズである角度調整機構１５０６のみでコリメートおよび角度調整が実現可能であることから、低コスト化とアライメント難度低下を両立できる。
【０１１１】
以上に代表されるように、図１４Ａ、図１４Ｂにおける入出力ポート群１４０１、マイクロレンズアレイ１４０２、角度調整機構１４０７の適切な配備により、各入出力ポート群１４０１から回折格子１４０４への入射角を自在に制御可能となる。
【０１１２】
もちろん回折格子への入射角度を制御する手段は図１５Ａ〜図１５Ｄに挙げた方式のみに留まらず、また複数の方式を組み合わせた構成でもよいし、また全く別の構成を用いても問題はない。
【０１１３】
さらに本実施形態における説明では、例えば図１５Ｄにおいて角度調整機構１５０６として１枚のレンズである角度調整レンズを用いているが、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にしても問題はない。光学設計によってはマイクロレンズアレイ１５０２と組み合わせることもできる。
【０１１４】
（実施形態７）
図１６Ａ、図１６Ｂは、本発明の実施形態７に係る光信号処理装置の構成を示す図である。
【０１１５】
図１６Ａ、図１６Ｂに示すように、本実施形態に関る光信号処理装置は、ポートごとにＣ帯およびＬ帯を分離するＷＤＭカプラを複数配備したＷＤＭカプラアレイ１６０１と、Ｃ帯およびＬ帯それぞれに配備された入出力ポート群１６０２が形成された光導波路基板１６００、角度調整レンズ１６０３、回折格子１６０４、レンズ１６０５、空間光変調器１６０６がこの順に配置されている。本実施形態においては、ＷＤＭカプラアレイ１６０１から分離されるＣ帯およびＬ帯の波長帯の光信号が、第一光導波路基板１６００−１および第二光導波路基板１６００−２にそれぞれ独立に伝搬され、さらに第一光導波路基板１６００−１および第二光導波路基板１６００−２に形成されたＳＢＴにそれぞれ接続されている。これにより、実施形態３と同様に、光導波路基板１６００から自由空間に出射される光信号は、ｙ−ｚ平面内でＣ帯およびＬ帯で異なった角度で出射されることとなり、レンズ１６０５はＣ帯およびＬ帯の各光信号に対して共通の角度調整レンズ１６０３を配置することになる。
【０１１６】
本実施形態では、実施形態３にて説明したようにＣ帯およびＬ帯それぞれでｙ−ｚ平面内において光導波路基板１６００から光信号が空間に出射される際の出射角度が異なる点と、実施形態５および実施形態６にて説明したようにＣ帯およびＬ帯それぞれでｘ−ｚ平面内において異なった角度で回折格子１６０４に入射する点と、を合わせて有することを特徴とする。実施形態６において利用する波長帯の数だけ必要であったマイクロレンズ１２０３およびレンズ群１２０５をそれぞれ角度調整レンズ１６０３およびレンズ１６０５にて置き換えることが可能であり、さらなる実装の簡便性と光信号処理装置の低コスト化に大きく寄与する構成となる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０１  光振幅増幅機能部群
１０２  波長選択機能部群
１０３  波長分波機能部群
１０４  受信機群
１０５  送信機群
１０６  波長合波機能部群
１０７  波長選択機能部群
１０８  光振幅増幅機能部群
２０１  波長帯分波機能部
２０２  Ｃ帯用ＲＯＡＤＭノード
２０３  Ｌ帯用ＲＯＡＤＭノード
２０４  波長帯合波機能部
３０１、６０１、９０１、１００１  ＷＤＭカプラアレイ
３０２、６０２、９０２  入出力ポート群
３０３、６０３、９０３、１００３  マイクロレンズアレイ
３０４、６０４、９０４  回折格子
３０５、６０５、９０４  レンズ
３０６、６０６、９０６  空間光変調器
６００、９００、１０００  光導波路基板
７０１  直線導波路
７０２  スラブ導波路
７０３  テーパ構造導波路
７０４  レンズ機能部
７０５  第一スラブ導波路
７０６  アレイ導波路
７０７  第二スラブ導波路
８０１  第一入出力導波路
８０２  第二入出力導波路
８０３  スラブ導波路
８０４  アレイ導波路
１１０１、１１０３  ＷＤＭカプラアレイ
１１０２  グレーティングカプラ型回折格子アレイ
１１０４  ＡＷＧ型回折格子アレイ
１２０１、１４０１、１６０１  ＷＤＭカプラアレイ
１２０２、１４０２、１５０１、１６０２  入出力ポート群
１２０３、１４０３、１５０２  マイクロレンズアレイ
１２０４、１４０４、１６０４  回折格子
１２０５、１４０５、１６０５  レンズ
１２０６、１４０６、１６０６  空間光変調器
１４０７、１５０３〜１５０６  角度調整機構
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【国際調査報告】
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