(57)【要約】【課題】作動可能光学素子および補償光学素子を含む光学装置を提供すること。【解決手段】作動可能光学素子は、複数の空間的に分離された波長成分を有する光ビームを受け取り、その複数の波長成分を波長に依存する仕方で回折するために設けられる。補償光学素子は、光ビームを作動可能光学素子に導く。補償光学素子は、波長成分が作動可能光学素子によって回折される波長に依存する仕方を補償する。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の空間的に分離された波長成分を有する光ビームを受け取り、前記複数の波長成分を波長に依存する仕方で回折するための作動可能光学素子と、
前記光ビームを前記作動可能光学素子に導く補償光学素子であって、前記波長成分が前記作動可能光学素子によって回折される前記波長に依存する仕方を補償する補償光学素子と、
を備えることを特徴とする光学配置。
【請求項２】
前記光ビームを受け取るための少なくとも２つの光入力／出力ポートをさらに備え、前記作動可能光学素子が、前記回折される波長成分の少なくとも１つを前記光入力／出力ポートの１つに選択的に導き、前記補償光学素子が、前記波長成分が前記作動可能光学素子によって回折される前記波長に依存する仕方によって引き起こされる前記回折される波長成分の光結合損失を低減することを特徴とする請求項１に記載の光学配置。
【請求項３】
前記複数の波長成分をコリメートするためのコリメート用光学素子をさらに備え、前記作動可能光学素子が、前記波長成分を選択的に反射するための個々の作動可能ミラー素子のアレイを有するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を含み、前記補償光学素子が設けられない場合には、前記コリメート用光学素子と前記ＤＭＤとの間の光路長が波長成分によって異なるようにミラーの前記アレイが向きを定められ、前記光路長が各波長成分について等しい長さであるように前記補償光学素子が前記光路長を調整することを特徴とする請求項１に記載の光学配置。
【請求項４】
前記波長成分が前記作動可能光学素子によって回折される前記波長に依存する仕方を補償するように構成される少なくとも１つの表面を前記補償光学素子が含むことを特徴とする請求項１に記載の光学配置。
【請求項５】
前記表面が、円柱形状であることを特徴とする請求項４に記載の光学配置。
【請求項６】
前記表面が、ゼルニケ多項式の第５項に適合する形状を有することを特徴とする請求項４に記載の光学配置。
【請求項７】
前記複数の波長成分をコリメートするためのコリメート用光学素子をさらに備え、前記補償光学素子が、少なくとも１つの屈折および／または反射面を含み、さらに前記波長成分が前記作動可能光学素子に合焦するように前記コリメート用光学素子と前記作動可能光学素子との間で前記波長成分が経験する光路長を調整するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の光学配置。
【請求項８】
前記補償光学素子がプリズムを含むことを特徴とする請求項７に記載の光学配置。
【請求項９】
前記少なくとも２つの入力／出力ポートが、少なくとも１つの入力光ビームを受け取り、虚焦点に合焦して、空間的に重なる角度多重光ビームを出力するように構成される光学的ローンチ装置を含む、請求項２に記載の光学配置。
【請求項１０】
前記光学的ローンチ装置が、光ファイバーのアレイを固定するためのファイバーアセンブリと、前記アレイの各光ファイバーと位置合わせされている一対のコリメート用レンズを備える第１の表面およびコリメート用レンズの各対と位置合わせされている結合レンズを備える第２の表面を有する非対称小型レンズアレイとを含むことを特徴とする請求項９に記載の光学配置。
【請求項１１】
光ビームを受け取るための少なくとも２つの光入力／出力ポートと、
前記光ビームを前記ポートの１つから受け取り、前記光ビームを複数の波長成分に空間的に分離する分散素子と、
前記複数の波長成分をコリメートするためのコリメート用レンズと、
前記コリメートされた波長成分を前記コリメート用素子から受け取り、前記複数の波長成分を波長に依存する仕方で回折するための作動可能光学素子と、
前記分散素子と前記作動可能光学素子との間の光路に置かれる補償光学素子であって、前記波長成分が前記作動可能光学素子によって回折される前記波長に依存する仕方を補償する補償光学素子と、
を含むことを特徴とする光学処理デバイス。
【請求項１２】
前記作動可能光学素子が、前記回折される波長成分の少なくとも１つを前記光入力／出力ポートの１つに選択的に導き、前記波長成分が前記作動可能光学素子によって回折される前記波長に依存する仕方によって引き起こされる回折される波長成分の光結合損失を前記補償光学素子が低減することを特徴とする請求項１１に記載の光学処理デバイス。
【請求項１３】
前記作動可能光学素子が、前記波長成分を選択的に反射するための個々の作動可能ミラー素子のアレイを有するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を含み、前記補償光学素子が設けられない場合には、前記コリメート用レンズと前記ＤＭＤとの間の光路長が波長成分によって異なるようにミラーの前記アレイが向きを定められ、前記光路長が各波長成分について等しい長さであるように前記補償光学素子が前記光路長を調整することを特徴とする請求項１１に記載の光学処理デバイス。
【請求項１４】
前記波長成分が前記作動可能光学素子によって回折される前記波長に依存する仕方を補償するように構成される少なくとも１つの表面を前記補償光学素子が含むことを特徴とする請求項１１に記載の光学処理デバイス。
【請求項１５】
前記表面が、円柱形状である、請求項１４に記載の光学処理デバイス。
【請求項１６】
前記表面が、ゼルニケ多項式の第５項に適合する形状を有する、請求項１４に記載の光学処理デバイス。
【請求項１７】
前記補償光学素子が、少なくとも１つの屈折および／または反射面を含み、さらに前記波長成分が前記作動可能光学素子に合焦するように前記コリメート用レンズと前記作動可能光学素子との間で前記波長成分が経験する光路長を調整するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の光学処理デバイス。
【請求項１８】
前記補償光学素子が、プリズムを含むことを特徴とする請求項１７に記載の光学処理デバイス。
【請求項１９】
前記少なくとも２つの入力／出力ポートが、少なくとも１つの入力光ビームを受け取り、虚焦点に合焦して、空間的に重なる角度多重光ビームを出力するように構成される光学的ローンチ装置を含むことを特徴とする請求項１１に記載の光学処理デバイス。
【請求項２０】
前記光学的ローンチ装置が、光ファイバーのアレイを固定するためのファイバーアセンブリと、前記アレイの各光ファイバーと位置合わせされている一対のコリメート用レンズを備える第１の表面およびコリメート用レンズの各対と位置合わせされている結合レンズを備える第２の表面を有する非対称小型レンズアレイとを含むことを特徴とする請求項１９に記載の光学処理デバイス。
【請求項２１】
複数の空間的に分離された波長成分を波長に依存する仕方で作動可能光学素子を使って回折するステップと、
前記波長成分が前記作動可能光学素子によって回折される前記波長に依存する仕方を補償するステップと、
を含むことを特徴とする光信号を処理する方法。
【請求項２２】
前記複数の波長成分をコリメートするステップと、
前記コリメートされた波長成分がすべて共通の光路長を進むように回折される前に前記コリメートされた波長成分が経験する光路長を調整するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記波長成分が前記作動可能光学素子によって回折される前記波長に依存する仕方の補償および前記光路長の調整は、共通の光学素子によって行われることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学処理デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、光ビームを分散させるための分散素子（例えば、回折格子）および分散したビームのそれぞれでの各波長が複数の出力経路のいずれかに入射することを可能にする作動可能光学素子を含む光学処理デバイスが使用されてきた。
【０００３】
そのような作動可能光学素子の一例は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）であり、ＤＭＤは、それぞれが個々に作動可能なマイクロミラー素子のアレイを含む。ＤＭＤは、ミラー素子の位置を調整して波長成分が反射される方向を制御することによって、反射された波長成分の光路を複数出力経路のいずれか１つに選択的に切り替えることができる。そのような光学処理デバイスは、切替え、波長減衰および波長遮断を含む様々な異なる目的のために様々な異なる方法で光ビームでの波長を処理するために使用できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、作動可能光学素子および補償光学素子を含む光学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によると、作動可能光学素子および補償光学素子を含む光学装置が、提供される。作動可能光学素子は、複数の空間的に分離された波長成分を有する光ビームを受け取り、その複数の波長成分を波長に依存する仕方で回折するために設けられる。補償光学素子は、光ビームを作動可能光学素子に導く。補償光学素子は、波長成分が作動可能光学素子によって回折される波長に依存する仕方を補償する。
【０００６】
本発明の別の態様によると、光学処理デバイスは、光ビームを受け取るための少なくとも２つの光入力／出力ポートと、ポートの１つから光ビームを受け取り、その光ビームを複数の波長成分に空間的に分離するための分散素子とを含む。本デバイスはまた、複数の波長成分をコリメートするためのコリメート用レンズおよび作動可能光学素子も含む。作動可能光学素子は、コリメート用素子からコリメートされた波長成分を受け取り、複数の波長成分を波長に依存する仕方で回折するために設けられる。補償光学素子は、分散素子と作動可能光学素子との間の光路に置かれる。補償光学素子は、波長成分が作動可能光学素子によって回折される波長に依存する仕方を補償する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ＤＭＤなどのＭＥＭＳミラーアレイに基づく波長ブロッカーの簡単な例を示す図である。
【図２】光学処理デバイスの別の例を示す図である。
【図３ａ】光学処理デバイスの別の例の側面図である。
【図３ｂ】光学処理デバイスの別の例の上面図である。
【図４】光学処理デバイスでの補償プリズムとＤＭＤとの間の関係を示す図である。
【図５】２つのビームが補償プリズムを通過し、ＤＭＤから回折するときの２つのビームの回折を示す図である。
【図６ａ】短波長ビームがＤＭＤから回折される様子を示す図である。
【図６ｂ】長波長ビームがＤＭＤから回折される様子を示す図である。
【図７】補償プリズムの一例を示す図である。
【図８】図７の補償プリズムの表面に設けられてもよい形状の一例を示す図である。
【図９ａ】ＤＭＤからの回折角への波長依存性の補償がない場合の実例となる光学処理デバイスについてＣバンドの一部にわたる挿入損失を示す図である。
【図９ｂ】回折角への波長依存性の補償がある場合の実例となる光学処理デバイスについてＣバンドの一部にわたる挿入損失を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
多くの光学処理デバイスは、入射光ビームおよび出射光ビームを同じ光路に沿って導く。そのようなデバイスとしては、光スイッチ、ウェーブブロッカー（waveblocker）および光減衰器が挙げられる。図１は、ＤＭＤなどのＭＥＭＳミラーアレイに基づく波長ブロッカーの簡単な例を示す。１×１波長ブロッカーでは、ファイバーアレイは、入力ポートおよび出力ポートとしての役割を果たす単一ファイバーである。しばしばサーキュレータ（図示せず）または他の手段が、入射ビームおよび出射ビームを分離するために使用される。もしファイバーアレイが、Ｎ本のファイバーを含むならば、各ファイバーは、入力ポートおよび出力ポートとしての役割を果たす。そのようなデバイスは、共通の光学的組織を使用するＮ個の１×１波長ブロッカーを備え、波長ブロッカーアレイと呼ばれる。そのようなデバイスでは、ローンチ光学系は一般に、Ｎ本の入射ビームおよびＮ本の出射ビームのそれぞれを分離するためにファイバーアレイおよび一連のサーキュレータまたは同様のものを必要とすることになる。
【０００９】
光学処理デバイスの別の例は、図２で示される。この特定の例では、Ｎ（例えば、１５）個の１×１スイッチが、結合ミラーを使用して形成される。この例では、より簡単で、より安価なローンチ光学系装置が用いられ、それはサーキュレータまたは同様のものが必要となるのを避ける。ローンチ光学系装置２６０は、小型レンズアレイ２００との組合せたファイバーアレイ２５０を含む。ファイバーアレイ２５０は典型的には、入力／出力ファイバーを固定する２つのＶ溝プレートから成る。図２は、２つのファイバー対を示し、対１は、ファイバー１および２を含み、対２は、ファイバー３および４を含む。
【００１０】
例示するために、図２で示すローンチ光学系装置２６０の例は、ファイバーアレイを含むが、より一般にローンチ光学系装置２６０は、例えば平面導波路アレイなどの任意の種類の導波路アレイを含んでもよいことに留意すべきである。その上、アレイで用いられる導波路は、すべて同じ種類または異なる種類（例えば、ファイバーおよび平面導波路）の組合せであってもよい。
【００１１】
小型レンズアレイ２００は、内側および外側の対向する表面２２０および２３０を含み、シリカまたは別の光学的に透明な適切な材料から形成される。一連のコリメート用レンズ対２１０１、２１０２、２１０３・・・は、小型レンズアレイ２００の内側表面２２０に配置される。各コリメート用レンズ対２１０は、２つのコリメート用レンズ２１２を含む。同様に、一連の結合レンズ２１４１、２１４２、２１４３・・・は、小型レンズアレイ２００の外側表面２３０に形成される。各コリメート用レンズ対２１０は、結合レンズ２１４の１つと位置合わせされている。例えば、図２では、コリメート用レンズ対２１０１は、結合レンズ２１４１と位置合わせされており、コリメート用レンズ対２１０２は、結合レンズ２１４２と位置合わせされている。それ故に、結合レンズ２１４の２倍の数のコリメート用レンズ２１２がある。
【００１２】
コリメート用レンズ２１２のピッチは、ファイバーアレイ２５０でのファイバーのピッチと同じである。それに応じて、ファイバーアレイ２５０および小型レンズアレイ２００は、小型レンズアレイ２００のコリメート用レンズ２１２のそれぞれが、ファイバーアレイ２５０でのファイバー出力の１つと位置合わせされるように配置される。いくつかの特定の実装形態では、コリメート用レンズ２１２と結合レンズ２１４との間の分離は、それらの個々の焦点距離の和にほぼ等しくてもよい。
【００１３】
図２でのローンチ光学系装置２６０の動作は、次の通りである。各ファイバー対の入力ファイバーからの光ビームは、ファイバーアレイ２５０から小型レンズアレイ２００に、小型レンズアレイ２００が位置合わせされているコリメート用レンズ２１２を通って伝えられる。例えば、図２では、ファイバー１からの光は、コリメート用レンズ対２１０１の対応するコリメート用レンズ２１２に入ることが示される。コリメート用レンズ２１２は、コリメートされたビームをコリメート用レンズ２１２が位置合わせされている結合レンズ２１４に導く。図２では、ファイバー１からのコリメートされるビームは、コリメート用レンズ対２１０１のコリメート用レンズ２１２によってコリメートされ、そのコリメート用レンズ２１２は、コリメートされたビームを結合レンズ２１４１に導く。
【００１４】
結合レンズ２１４は次に、ビームをローンチ平面に合焦し、その平面には、図２で示す例では、結合ミラー２４０が置かれている。結合ミラー２４０は、ビームを受け取った同じ結合レンズ（例えば、図２での結合レンズ２１４１）を通ってビームが戻るようにビームを反射する。結合レンズ２１４は、反射されたビームをコリメートし、小型レンズアレイ２００を通って戻るようにビームを導く。ビームが結合ミラー２４０によって反射された角度のために、コリメートされた反射ビームは、コリメートされた入射ビームに平行であり、コリメートされた入射ビームから空間的にオフセットされている。コリメートされた反射ビームは、最初にビームをファイバーアレイ２５０から受け取ったコリメート用レンズ対の出力コリメート用レンズに導かれる。図２で示すように、例えば、コリメート用レンズ対２１０１の入力コリメート用レンズ２１２を通って小型レンズアレイ２００に導かれたビームは、コリメート用レンズ対２１０１の隣接する出力コリメート用レンズ２１２に導かれる。出力コリメート用レンズ２１２は、反射ビームを出力コリメート用レンズ２１２と位置合わせされているファイバーの入力に合焦し、そのファイバーは、図２で示す例では、ファイバー２である。このようにして、図２で示す光学処理デバイスは、ファイバー対の１つのファイバー（例えば、ファイバー１）から受け取った入力ビームを同じファイバー対の別のファイバー（例えば、ファイバー２）に導き、それ故に切替え機能を提供する。
【００１５】
光学処理デバイスの別の例は、図３ａ（側面図）および図３ｂ（上面図）で示される。この例は、図２で示すのと同じ光学的ローンチ装置を用いているが、ＤＭＤ５５０を含む光学システムで結合ミラー２４０を置き換える。この特定の例では、Ｎ個の１×１波長ブロッカーが形成される。もし例えば光学処理デバイスが、１５個の１×１波長ブロッカー（そのうちの３個だけが図３で示される）を含むならば、ファイバーアレイ５０５は、３０本の入力／出力ファイバーを含むことになる。
【００１６】
図示するように、光学的ローンチ装置５７０に続いて、コリメート用レンズ５１６、回折格子５２２、走査レンズ５３０、補償プリズム５４０およびＤＭＤ５５０がある。図３ｂの上面図で最もよくわかるように、ＤＭＤ５５０は、ローンチ光学系装置５７０のファイバーが広がる平面で走査レンズ５３０の光学軸に関して傾斜している。
【００１７】
動作中は、ファイバー５０２から光学的ローンチ装置５７０に入る光ビームは、対応する結合レンズ５１４から出て、ローンチ平面５１１での虚焦点に達する。光ビームは次いで、コリメート用レンズ５１６によってコリメートされる。回折格子５２２は次に、コリメートされたビームを回折し、走査レンズ５３０は、補償プリズム５４０を通過した後スペクトル的に分散したビームをＤＭＤ５５０に合焦する。通過状態に設定されるときは、ＤＭＤ５５０の個々のミラーは、ビームをそれ自体のほとんど後ろに反射するように傾斜し（リトロー（Littrow）配置に近い）、その結果ビームは、デバイスを通って戻り、ローンチ光学系装置５７０の対応する導波路５０４を通って出る。別法として、遮断状態に設定されるときは、ＤＭＤ５５０の個々のミラーは、ビームをデバイスから出させる角度に傾斜するように動かされる（図３ｂでのビーム５６０を参照）。図３は、結合したファイバー対５０２および５０４だけについての動作を示すが、上で述べた結合は、ファイバー対のすべてについて生じる。
【００１８】
ＤＭＤ５５０が傾斜しているので、走査レンズ５３０からＤＭＤ５５０までの距離は、ファイバーによって異なる。補償プリズム５４０の機能は、すべてのファイバーからのビームをＤＭＤ５５０に合焦するようにこの経路長差を補正することである。補償プリズム５４０の動作は、補償プリズム５４０とＤＭＤ５５０との間の関係を示す図４でより容易に見ることができ、ＤＭＤ５５０は、透明窓４２０を含んでもよい。
【００１９】
図３で示すデバイスは、その性能を制限する固有の波長依存損失を有する。この波長依存損失の原因を理解するため、ＤＭＤ５５０は、微小ミラーのアレイで構成され、それ故にミラーよりもむしろ回折格子として振る舞うと考慮されたい。厳密に言えば、ビームは、ＤＭＤから回折され、反射されない。ファイバーアレイ５０５の平面でのＤＭＤ５５０からの回折角は、回折格子の式、
【００２０】
【数１】
2013125278.tif 000003
【００２１】
によって与えられる。
ただしｎは回折次数、ｄはＤＭＤのピクセル間隔、また、λは波長である。従って、ＤＭＤからのビームの回折角は、波長依存である。結果として、入力ファイバーと出力ファイバーとの間の結合は、単一波長について最適化できるだけであり、それ故に光ビームは、デバイスを通って導かれるとき波長依存損失を経験する。
【００２２】
図５は、補償プリズム５４０を通過し、ＤＭＤ５５０から回折するときの２つのビーム、短波長ビーム３７０および長波長ビーム３８０を示す。長波長ビーム３８０は、短波長ビーム３７０と比較してより大きな角度で回折する。波長と回折角との間のこの関係は、図６ａおよび図６ｂを参照すると明らかになる。図６ａは、短波長ビーム３７０（実線）がＤＭＤ５５０から回折されるところを示す。図６ａはまた、ビーム３７０が回折される回折角θｄも示す。図６ｂは同様に、長波長ビーム３８０（実線）がＤＭＤ５５０から回折される様子を示す。図６ｂはまた、ビーム３８０が回折される回折角θｄも示す。図６ａおよび図６ｂの比較は、より長い波長のビーム３８０がより大きな角度で回折することを示す。
【００２３】
波長依存損失は、適切な光学素子を設けてＤＭＤからの回折によって導入される回折角の波長依存性を補償することによって最小化または除去できる。一般に、この光学素子は、図３での回折格子５２２から下流に、典型的にはＤＭＤ５５０の近くに置くべきである。すなわち、光学素子は、回折格子５２２とＤＭＤ５５０との間に置かれてもよい。一実装形態では、回折角の波長依存性を補償するために追加の光学素子を加える代わりに、既存の光学素子がこの機能を果たすように変更されてもよい。例えば、図３での補償プリズム５４０の形状が、この損失を補正するように変更されてもよい。この場合には、補償プリズム５４０は、各ファイバーからのビームが経験する経路長差の調整もし、ＤＭＤ回折から生じる波長依存損失の補償もする。
【００２４】
特定の一実装形態では、わずかなねじれが、補償プリズム５４０の表面の１つまたは両方に加えられてもよい。そのようなプリズムの一例は、補償プリズム３８５の入射表面３９４について図７で示される。図示されるように、表面３９４は、長波長ビーム３９２を短波長ビーム３９０よりも大きな屈折角で屈折させる。この例では、表面３９４は、ｚ＝ｍｘｙ（ゼルニケ多項式の第５項）の形を有し、それは、２つの交差円柱の和と考えることができる。そのような表面の形状が、図８で示される。結果として、波長依存損失の補正はまた、補償プリズム３８５の各表面に円柱面を加えることによっても達成できる。この手法の１つの利点は、円柱面が従来の光学研磨方法を使用して生成できることである。
【００２５】
再び図４を参照すると、いくつかの実装形態では、ＤＭＤ５５０、窓４２０および補償プリズム５４０（または他の適切な補償光学素子）を単一ユニットにまとめ、光ビームを波長に依存しない仕方で回折するＤＭＤ装置を実現することができる。そのようなＤＭＤ装置は、多種多様な異なる光学処理デバイスで使用できる。
【００２６】
図９ａおよび図９ｂは、ＤＭＤからの回折角への波長依存性の補償がない場合および回折角への波長依存性の補償がある場合の例示的な光学処理デバイスについて、Ｃバンドの一部にわたる挿入損失をそれぞれ示す。図示するように、波長依存性が低減されると、損失の量および損失の変動が低減される。
【符号の説明】
【００２７】
２００  小型レンズアレイ
２１０  コリメート用レンズ対
２１２  コリメート用レンズ
２１４  結合レンズ
２２０  内側表面
２３０  外側表面
２４０  結合ミラー
２５０  ファイバーアレイ
２６０  ローンチ光学系装置
３７０  短波長ビーム
３８０  長波長ビーム
３８５  補償プリズム
３９０  短波長ビーム
３９２  長波長ビーム
３９４  補償プリズムの入射表面
４２０  透明窓
５０２  ファイバー
５０４  導波路、ファイバー
５０５  ファイバーアレイ
５１１  ローンチ平面
５１４  結合レンズ
５１６  コリメート用レンズ
５２２  回折格子
５３０  走査レンズ
５４０  補償プリズム
５５０  ＤＭＤ
５６０  ビーム
５７０  光学的ローンチ装置、ローンチ光学系装置
【図１】
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【図２】
2013125278.tif 000005
【図３ａ】
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【図３ｂ】
2013125278.tif 000007
【図４】
2013125278.tif 000008
【図５】
2013125278.tif 000009
【図６ａ】
2013125278.tif 000010
【図６ｂ】
2013125278.tif 000011
【図７】
2013125278.tif 000012
【図８】
2013125278.tif 000013
【図９ａ】
2013125278.tif 000014
【図９ｂ】
2013125278.tif 000015
【外国語明細書】
2013125278000001.pdf