JP6238413B2

JP6238413B2 - Optical signal processor

Info

Publication number: JP6238413B2
Application number: JP2014121857A
Authority: JP
Inventors: 和則妹尾; 田野辺　博正; 博正田野辺; 小山　二三夫; 二三夫小山; 暁冬顧
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: JP2016001285A

Description

本発明は、光信号処理装置に関し、より詳細には、実装が簡便であり、低コストでありながらも多ポート動作が可能な光信号処理装置に関する。 The present invention relates to an optical signal processing device, and more particularly to an optical signal processing device that is simple to mount and capable of multi-port operation while being low in cost.

近年急速な進展を見せる大容量の光通信ネットワーク構築に伴い、波長分割多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信技術が注目を集めるとともに設備の普及が進んでいるが、ＷＤＭノードにおいては光信号を直接制御せずに、一度電気信号に変換したのちに経路のスイッチングを行う方式が一般的である。しかしながら、上記の方式ではノードにおける処理能力の高負荷化、通信速度律速、高消費電力化が課題として危惧されている。このため、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ためにＲＯＡＤＭ（ＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｄｄ／ＤｒｏｐＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）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重要度が増しており、従ってＲＯＡＤＭを構成する光デバイス、例えば波長選択スイッチ（ＷＳＳ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＳｅｌｅｃｔｉｖｅＳｗｉｔｃｈ）および可変分散補償器（ＴＯＤＣ：ＴｕｎａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＣｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）等の開発は精力的に進められている（例えば、非特許文献１参照）。 With the construction of a large-capacity optical communication network that has shown rapid progress in recent years, wavelength division multiplexing (WDM) communication technology has attracted attention and the spread of facilities has progressed. However, in WDM nodes, optical signals are directly transmitted. In general, a path is switched after being converted into an electric signal once without being controlled. However, in the above method, there is a concern that the processing load at the node is increased, the communication speed is limited, and the power consumption is increased. For this reason, transparent network systems such as ROADM (Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer) are increasing in importance in order to perform signal processing without using optical switching, and thus constitute ROADM. Development of optical devices such as a wavelength selective switch (WSS) and a tunable dispersion compensator (TODC: Tunable Optical Dispersion Compensator) has been energetically advanced (for example, see Non-Patent Document 1).

ＷＳＳやＴＯＤＣ等の光信号処理デバイスにおける一般的な構成と動作原理を説明する。入力光ファイバから入力されたＷＤＭ信号は、コリメータにてコリメート光として空間を伝播し、複数のレンズおよび波長分波するための回折格子を通過したのち、再びレンズを介して集光される。集光位置には光信号を所望の位相変化を与えるための空間光変調器（ＳＬＭ，ＳｐａｔｉａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ）が配置される。このＳＬＭとしてはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ）技術を用いたマイクロミラーアレイをはじめとして、液晶セルアレイ、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌｍｉｒｒｏｒｄｅｖｉｃｅ）、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｏｎｓｉｌｉｃｏｎ）などが代表的なものとして挙げられ、これらによって各光信号は所望の位相変化を与えられ、反射する。反射された各光信号は、レンズを介して回折格子へと入射し波長合波された後、レンズを介して出力ファイバに結合する。もし光信号処理デバイスをＴＯＤＣに代表されるような、入力ファイバ一本と出力ファイバ一本の構成が基本である補償デバイスとして用いる場合には入力ファイバと出力ファイバを兼用させ、サーキュレータを利用して補償前後の信号を分離させる手法が頻繁に用いられる。また、ＷＳＳのようなスイッチングデバイスを構成する際には、少なくとも一本の入力ファイバの他、出力ファイバを複数本配置し、ＳＬＭにて信号光を所望の角度に偏向することで反射された信号光が結合する出力ファイバを選択し、スイッチングを行うことができる。 A general configuration and operation principle of an optical signal processing device such as WSS or TODC will be described. The WDM signal input from the input optical fiber propagates through the space as collimated light by the collimator, passes through a plurality of lenses and a diffraction grating for wavelength demultiplexing, and is then condensed again through the lenses. A spatial light modulator (SLM, Spatial Light Modulator) for giving a desired phase change of the optical signal is disposed at the condensing position. Typical examples of the SLM include a micromirror array using MEMS (Micro-electro mechanical system) technology, a liquid crystal cell array, DMD (Digital Mirror Device), LCOS (Liquid crystal on silicon), and the like. As a result, each optical signal is given a desired phase change and reflected. Each of the reflected optical signals enters the diffraction grating through the lens, is wavelength-multiplexed, and then couples to the output fiber through the lens. If the optical signal processing device is used as a compensation device based on the configuration of one input fiber and one output fiber, as represented by TODC, the input fiber and output fiber can be used together and a circulator can be used. A technique of separating signals before and after compensation is frequently used. In addition, when configuring a switching device such as WSS, a signal reflected by arranging a plurality of output fibers in addition to at least one input fiber and deflecting the signal light to a desired angle by the SLM. The output fiber to which the light is coupled can be selected and switched.

ＷＤＭノードにおいては、上述のような光信号処理装置を複数個同時に実装する形態が一般的である。図１は、上述の光信号処理装置でＷＳＳを構成し、１つのＷＤＭノード（光ノード）に複数個のＷＳＳを実装した場合の構成図である。光ノードに入射した光信号は波長クロスコネクト機能部１０７のＷＳＳ群１０１によって波長選択的にドロップもしくはスルーの経路を設定される。ＷＳＳ群１０１にてドロップされた光信号は波長分波機能部群１０２によって波長に応じて経路が決められ、受信器群１０３に入射して所望の受信器に到達する。一方で、この光ノードにおける送信器群１０４から送信された光信号は波長合波機能部群１０５を経て、波長クロスコネクト機能部１０７のＷＳＳ群１０６によって隣接するノードに向けて光信号は伝送される。 In a WDM node, a configuration in which a plurality of optical signal processing devices as described above are mounted simultaneously is common. FIG. 1 is a configuration diagram in the case where a WSS is configured by the above-described optical signal processing device, and a plurality of WSSs are mounted on one WDM node (optical node). The optical signal incident on the optical node is set to a wavelength selective drop or through path by the WSS group 101 of the wavelength cross-connect function unit 107. The optical signal dropped in the WSS group 101 is routed according to the wavelength by the wavelength demultiplexing function unit group 102, enters the receiver group 103, and reaches a desired receiver. On the other hand, the optical signal transmitted from the transmitter group 104 in this optical node passes through the wavelength multiplexing function unit group 105 and is transmitted to the adjacent node by the WSS group 106 of the wavelength cross-connect function unit 107. The

このような形態は光ノードへと入力する、もしくは光ノードから出力するポートの位置によって波長と方路が決定する（Ｃｏｌｏｒｅｄ／Ｄｉｒｅｃｔｅｄ）。このため、方式によってはより柔軟な機能を持たせるために波長分波機能部群１０２および波長合波機能部群１０５をＷＳＳ群に置き換えることで任意の波長の信号を送受信できるようにする方式（Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ）や、波長分波機能部群１０２と受信器群１０３、送信器群１０４と波長合波機能部群１０５のそれぞれ間にマトリックススイッチ群を挿入することで、任意の方路からの信号を送受信できるようにする方式（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ）など、様々な形態が提案されている。ここで、いずれの形態においても図１に示した波長クロスコネクト機能部１０７においてはアド用とドロップ用のＷＳＳを１セットとして、方路数分のＷＳＳセットが必要とされることが多い。このため、２台のＷＳＳ機能を１デバイスにまとめた低コストな２ｉｎ１ＷＳＳは初期導入費用の抑制、消費電力の低減、制御システムの負荷低減といった多くのメリットから非常に魅力的である。もちろん、１デバイスにまとめる機能としては２台分の機能に限らず、またＷＳＳやＴＯＤＣなど異なる機能形態であっても効果が高い。さらに、ＷＳＳのような多入力多出力を実現するデバイスの場合は、入出力ポート数の増大が実現できる光ノードシステムの規模に直結することから、多ポートデバイスの機能集積には極めて大きな意義が存在する。 In such a form, the wavelength and the route are determined by the position of the port that is input to or output from the optical node (Colored / Directed). For this reason, in order to give a more flexible function depending on the method, a method for transmitting / receiving a signal of an arbitrary wavelength by replacing the wavelength demultiplexing function unit group 102 and the wavelength multiplexing function unit group 105 with a WSS group ( Colorless), and by inserting a matrix switch group between each of the wavelength demultiplexing function unit group 102 and the receiver group 103, and between the transmitter group 104 and the wavelength multiplexing function unit group 105, a signal from an arbitrary path can be obtained. Various forms such as a method for enabling transmission and reception (Directionless) have been proposed. Here, in any form, the wavelength cross-connect function unit 107 shown in FIG. 1 often requires as many WSS sets as the number of routes, with one set for add and one for drop. For this reason, a low-cost 2-in-1 WSS in which two WSS functions are combined into one device is very attractive due to many advantages such as a reduction in initial introduction cost, a reduction in power consumption, and a reduction in load on the control system. Of course, the functions integrated into one device are not limited to the functions for two devices, and even different functional forms such as WSS and TODC are highly effective. Furthermore, in the case of a device that realizes multiple inputs and multiple outputs such as WSS, it is directly connected to the scale of an optical node system that can realize an increase in the number of input / output ports. Exists.

ＤａｎＭ．Ｍａｒｏｍ，ｅｔａｌ．，“Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ１ＫＳｗｉｔｃｈｅｓＵｓｉｎｇＦｒｅｅ−ＳｐａｃｅＯｐｔｉｃｓａｎｄＭＥＭＳＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒｓ：Ｔｈｅｏｒｙ，Ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，”ＩＥＥＥＪ．ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．４，ｐｐ．１６２０−１６３０，２００５Dan M. Marom, et al. , “Wavelength-Selective 1 K Switches Using Free-Space Optics and MEMS Micromirrors: Theory, Design, and Implementation,” JE. Lightwave Technology, Vol. 23, no. 4, pp. 1620-1630, 2005

図２に複数の機能を集約した光信号処理装置について、一般的な構成の概念図を示し、より詳細な動作について説明する。以下では、光信号処理装置に集約する機能としては２台分のＷＳＳ機能としており、回折格子によって波長分波される方向をｘ軸（波長分散軸ともいう。）、光信号がファイバから出力される際の進行方向をｚ軸、ｘ軸およびｚ軸に直交する向きをｙ軸と定義する。また、説明を簡単にするために１台のＷＳＳにおける入力ポートを１本、出力ポートを２本としているが、本数および構成に関しては本説明に限定されるものではない。また、１台目のＷＳＳ機能部から出射される光信号の主光線を実線にて、２台目のＷＳＳ機能部から出射される光信号の主光線を破線にてそれぞれ表している。 FIG. 2 shows a conceptual diagram of a general configuration of the optical signal processing apparatus that integrates a plurality of functions, and a more detailed operation will be described. In the following, the WSS function for two units is integrated into the optical signal processing apparatus, the direction of wavelength demultiplexing by the diffraction grating is the x-axis (also referred to as wavelength dispersion axis), and the optical signal is output from the fiber. The advancing direction at this time is defined as the z axis, and the direction perpendicular to the x axis and the z axis is defined as the y axis. Further, in order to simplify the description, one input port and two output ports in one WSS are used, but the number and configuration are not limited to this description. The principal ray of the optical signal emitted from the first WSS function unit is indicated by a solid line, and the principal ray of the optical signal emitted from the second WSS function unit is indicated by a broken line.

まず、図２（ａ）の構成の光信号処理装置について説明する。光信号への入出力については、入出力ポート群２０１を介して行うが、この入出力ポート群２０１は第一のＷＳＳ機能部に相当する第一入出力ポート群２０１−１と、第二のＷＳＳ機能部に相当する第二入出力ポート群２０１−２とに分けることができる。図２（ａ）における構成では、第一入出力ポート群２０１−１は図２（ａ）における下側の三本の光ファイバのアレイにて、第二入出力ポート群２０１−２は上側の三本の光ファイバのアレイにて例示されている。第一入出力ポート群２０１−１および第二入出力ポート群２０１−２のそれぞれから出射される光信号の進行方向はいずれも平行であり、この例ではｚ軸に一致する。入出力ポート群２０１から空間に出射された光信号は、ポートに閉じ込められていたビーム径に応じた一定の開口数（ＮＡ，Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｐｅｒｔｕｒｅ）にて広がりながら伝播する。一般的には、各入出力ポートから出射した光信号がコリメート光となるよう、入出力ポート群２０１は光ファイバアレイとマイクロレンズアレイ２０２の組み合わせによって実現されることが多い。空間を伝搬した光信号は各ＷＳＳ機能部ごとに分割配置されたレンズ群２０３によってフーリエ変換され、位置／角度変換される。この後、レンズ２０４を介して各ＷＳＳ機能部ごとに所定の角度にて回折格子２０５に入射することでｘ軸方向に波長分波され、さらにレンズ２０６を介して空間光変調器２０７上に集光される。空間光変調器２０７はビームの偏向機能を有しており、このことから偏向角度を適切に制御することによって出力するポートを切り替えることが可能になる。このとき、第一入出力ポート群２０１−１に関わる光軸は、図２（ａ）において空間光変調器２０７の上側のある一点で交差するように、第二入出力ポート群２０１−２に関わる光軸は、空間光変調器２０７の下側のある一点で交差するようにそれぞれ光学設計されている。すなわち、各ＷＳＳ機能部ごとに、空間光変調器２０７上に集光する光信号はＹ軸方向に異なった位置に独立に集光することになる。空間光変調器２０７を用いて、各ＷＳＳ機能部ごとに独立に偏向角度を設定することで２台分のＷＳＳ機能を１台のデバイスで実現できる。 First, the optical signal processing apparatus having the configuration shown in FIG. Input / output to the optical signal is performed via the input / output port group 201. The input / output port group 201 includes a first input / output port group 201-1 corresponding to the first WSS function unit, and a second input / output port group 201-1. It can be divided into a second input / output port group 201-2 corresponding to the WSS function unit. In the configuration in FIG. 2A, the first input / output port group 201-1 is an array of the lower three optical fibers in FIG. 2A, and the second input / output port group 201-2 is in the upper side. Illustrated in an array of three optical fibers. The traveling directions of the optical signals emitted from the first input / output port group 201-1 and the second input / output port group 201-2 are both parallel, and in this example coincide with the z axis. An optical signal emitted from the input / output port group 201 to the space propagates while spreading at a certain numerical aperture (NA) according to the beam diameter confined in the port. In general, the input / output port group 201 is often realized by a combination of an optical fiber array and a microlens array 202 so that an optical signal emitted from each input / output port becomes collimated light. The optical signal propagated through the space is Fourier-transformed by the lens group 203 arranged separately for each WSS function unit, and is subjected to position / angle conversion. Thereafter, the light is demultiplexed in the x-axis direction by entering the diffraction grating 205 at a predetermined angle for each WSS functional unit via the lens 204, and further collected on the spatial light modulator 207 via the lens 206. To be lighted. The spatial light modulator 207 has a beam deflection function, and from this, it is possible to switch the output port by appropriately controlling the deflection angle. At this time, the optical axes related to the first input / output port group 201-1 intersect the second input / output port group 201-2 so that they intersect at a certain point on the upper side of the spatial light modulator 207 in FIG. The optical axes involved are each optically designed to intersect at a certain point on the lower side of the spatial light modulator 207. That is, for each WSS functional unit, the optical signal collected on the spatial light modulator 207 is collected independently at different positions in the Y-axis direction. By using the spatial light modulator 207 and setting the deflection angle independently for each WSS function unit, the WSS function for two units can be realized by one device.

複数の機能を集約した光信号処理装置は図２（ａ）のような構成に限られない。図２（ｂ）では、レンズ群２０３およびレンズ２０４を省略した場合の光信号処理装置の構成例である。この例においても、第一入出力ポート群２０１−１および第二入出力ポート群２０１−２のそれぞれから出射される光信号の進行方向はいずれも平行であり、この例ではｚ軸に一致する。ＷＳＳ機能部ごとに空間光変調器２０７上の異なった位置に集光させるために、図２（ａ）の構成では１枚であったレンズ２０６を、レンズ２０６−１，２０６−２を機能部ごとに分離配置することで、複数機能の集約が実現できる。 The optical signal processing apparatus that integrates a plurality of functions is not limited to the configuration shown in FIG. FIG. 2B shows a configuration example of the optical signal processing apparatus when the lens group 203 and the lens 204 are omitted. Also in this example, the traveling directions of the optical signals emitted from the first input / output port group 201-1 and the second input / output port group 201-2 are both parallel, and in this example, coincide with the z axis. . In order to collect light at different positions on the spatial light modulator 207 for each WSS function unit, the lens 206 that was one in the configuration of FIG. 2A is replaced with the lenses 206-1 and 206-2. Multiple functions can be aggregated by separating them from each other.

しかし、上記のような複数機能を集約した光信号処理装置を実現する上では、各ＷＳＳ機能部間のクロストークが発生しないよう、十分に留意して光学設計を行う必要がある。図３を参照して、図２（ｂ）の構成例の光信号処理装置における、ＷＳＳ機能部間で生じうるクロストークについての考え方を説明する。図３（ａ）は、図２（ｂ）に示す簡略化した光信号処理装置の側面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の光信号処理装置の空間光変調器に集光されるビームを説明するための図である。同一の空間光変調器２０７に対してｙ軸に領域分割されるように集光する二つのＷＳＳ機能部に関わるビームの半径をそれぞれｗ１およびｗ２とし、各ビームのｙ軸に関わる集光位置（ピッチ）のずれ量をΔｙとする。また、各ビームが空間光変調器２０７に入射する際の角度差をθ、光の波長をλ、空間光変調器２０７の反射面に対する焦点位置のずれ量をそれぞれｚ１およびｚ２とすると、この二つのビームの結合効率ηは式（１）ように求めることができる。 However, in order to realize an optical signal processing apparatus that integrates a plurality of functions as described above, it is necessary to pay careful attention to optical design so that crosstalk between WSS function units does not occur. With reference to FIG. 3, the concept of crosstalk that can occur between WSS function units in the optical signal processing device of the configuration example of FIG. 2B will be described. FIG. 3A is a side view of the simplified optical signal processing device shown in FIG. 2B, and FIG. 3B shows a spatial light modulator of the optical signal processing device in FIG. It is a figure for demonstrating the beam condensed. The radii of the beams related to the two WSS function units that collect light so that the same spatial light modulator 207 is divided into regions along the y axis are w1 and w2, respectively. A deviation amount of (pitch) is assumed to be Δy. Also, assuming that the angle difference when each beam is incident on the spatial light modulator 207 is θ, the wavelength of light is λ, and the shift amount of the focal position with respect to the reflection surface of the spatial light modulator 207 is z1 and z2, respectively. The coupling efficiency η of the two beams can be obtained as shown in Equation (1).

一般的な光デバイスは光学配置の簡略化、また光デバイスのｙ軸方向の短尺化を狙って各ＷＳＳ機能部間のビーム入射角度の差θを０に設計する。さらに、各ＷＳＳ機能部の損失低減という観点からｚ１およびｚ２についても０と設計し、ビームの焦点が空間光変調器２０７の反射面に一致するように考慮する。この点を鑑みると、式（１）は以下に示す式（２）のようにまとめることができる。 In general optical devices, the difference θ of the beam incident angle between each WSS function unit is designed to be 0 in order to simplify the optical arrangement and shorten the optical device in the y-axis direction. Furthermore, z1 and z2 are also designed to be 0 from the viewpoint of reducing the loss of each WSS function unit, and consideration is given so that the focal point of the beam coincides with the reflection surface of the spatial light modulator 207. In view of this point, equation (1) can be summarized as equation (2) below.

式（２）から明らかなように、各ＷＳＳ機能部間に発生し得るクロストークは各ＷＳＳ機能部のビーム径を小さく、また各ＷＳＳ機能部に関わるビームの集光する位置の差Δｙを大きく設計することで低減することが可能である。 As is clear from equation (2), the crosstalk that can occur between the WSS function units decreases the beam diameter of each WSS function unit, and increases the difference Δy in the beam focusing position related to each WSS function unit. It can be reduced by designing.

一方で、前述したとおりＷＳＳとしてはポート数の拡大という重要な懸案事項がある。図４を参照して、このポート数の計算について説明する。図４（ａ）は、図２（ｂ）に示す簡略化した光信号処理装置の側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の光信号処理装置の空間光変調器に設定されるビーム偏向角を説明するための図である。図４を元にして、あるＷＳＳ機能部のみ着目した場合の、空間光変調器２０７の設定により生じるビーム偏向角θに対するポート間の結合率を式（１）から求めることとする。一般的なＷＳＳでは前述のように損失低減という観点からｚ１およびｚ２について０と設計し、ビームの焦点が空間光変調器２０７の反射面に一致するように考慮する。また空間光変調器２０７で制御しうるのは偏向角φのみであるため、当然ながら計算すべき二つのビームの位置変動は存在せず、従ってΔｙ＝０であり、ビーム径についてもｗ１＝ｗ２が成立する。この点を鑑みると、式（１）は以下に示す式（３）のようにまとめることができる。 On the other hand, as mentioned above, WSS has an important issue of increasing the number of ports. The calculation of the number of ports will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a side view of the simplified optical signal processing device shown in FIG. 2B, and FIG. 4B is a diagram illustrating a spatial light modulator of the optical signal processing device in FIG. It is a figure for demonstrating the beam deflection angle set. Based on FIG. 4, when only a certain WSS function unit is focused, the coupling ratio between ports with respect to the beam deflection angle θ generated by the setting of the spatial light modulator 207 is obtained from Expression (1). In general WSS, as described above, z1 and z2 are designed to be 0 from the viewpoint of loss reduction, and the focus of the beam is considered to coincide with the reflection surface of the spatial light modulator 207. Since only the deflection angle φ can be controlled by the spatial light modulator 207, of course, there is no position fluctuation of the two beams to be calculated. Therefore, Δy = 0 and the beam diameter is w1 = w2. Is established. In view of this point, Expression (1) can be summarized as Expression (3) shown below.

以上で示したηについて、式（４）を適用することで実際のクロストークが算出できる。 For η shown above, the actual crosstalk can be calculated by applying Equation (4).

式（３）に従えばある偏向角θを設定した場合、空間光変調器２０７への入射光と空間光変調器２０７にて偏光したビームの結合、いわゆるポート間クロストークはηを用いて表すことができるということを意味する。ここで注意すべき点として、空間光変調器２０７の最大偏光角度は有限であるということが挙げられる。すなわち、用いる波長λが決定しており、かつポート間クロストークをある値に維持しつつ（言い換えれば、ηをある値に維持しつつ、と考えることもできる）ポート数を増やすためには、空間光変調器２０７に集光する入射光のビーム径ｗ１しか自由度が存在しないことになる。もちろん、ｗ１は無制限に設定できるわけではなく、空間光変調器２０７の全高Ｈによって制限される。従って、単純に二つ以上のＷＳＳ機能部をｙ軸方向に配置するのみでは多ポート化は達成できない。 When a certain deflection angle θ is set according to Equation (3), the coupling between the light incident on the spatial light modulator 207 and the beam polarized by the spatial light modulator 207, so-called crosstalk between ports, is expressed using η. It means that you can. It should be noted that the maximum polarization angle of the spatial light modulator 207 is finite. That is, in order to increase the number of ports while the wavelength λ to be used is determined and the crosstalk between ports is maintained at a certain value (in other words, it can be considered that η is maintained at a certain value) Only the beam diameter w1 of the incident light focused on the spatial light modulator 207 has a degree of freedom. Of course, w1 cannot be set without limitation, and is limited by the total height H of the spatial light modulator 207. Therefore, the number of ports cannot be increased simply by arranging two or more WSS function units in the y-axis direction.

上述のようにｙ軸方向に配置するのみではポート間クロストークとポート数の関係を打破することは困難であるため、次の方針として、ｘ軸方向にＷＳＳ機能部を配置することを考える。この構成の例を図５に示す。図５に示す光信号処理装置は、基本的な動作原理はこれまでの例にて説明してきたものと同一であるが、空間光変調器５０５をＷＳＳ機能部ごとにｘ軸方向に領域分割している点が異なる。これによって、式（１）にて示したＷＳＳ機能部間のクロストークを考慮する必要がなくなり、ｙ軸方向のビームを大きく設計することができるため、本方針は多ポート化に有効な形態である。しかし第一のＷＳＳ機能部と第二のＷＳＳ機能部は空間光変調器５０５上のｘ軸上の別々の位置に集光させる必要があるため、同一の回折格子を単純にｘ軸方向に並べて配置するのみでは、各ＷＳＳ機能部ごとに別々の入出力ポート群５０１、マイクロレンズアレイ５０２、回折格子５０３、レンズ５０４に分けて構成する必要が新たに生じる。こうすると空間光変調器５０５以外の光部品は全て別々に準備し、かつ別々にアライメントを行うことが必須となり、部材準備の観点からも、実装負荷の観点からも低コスト化は困難となる。また、光部品同士が干渉することなく配置するためのスペースレイアウトを熟慮する必要も生じることから、小型化というメリットも生じにくい。 As described above, it is difficult to overcome the relationship between the crosstalk between ports and the number of ports only by arranging them in the y-axis direction. Therefore, as a next policy, consider arranging WSS function units in the x-axis direction. An example of this configuration is shown in FIG. The basic operation principle of the optical signal processing apparatus shown in FIG. 5 is the same as that described in the previous examples, but the spatial light modulator 505 is divided into regions in the x-axis direction for each WSS function unit. Is different. This eliminates the need to consider the crosstalk between the WSS function units shown in Equation (1), and allows a large beam in the y-axis direction to be designed. is there. However, since the first WSS function unit and the second WSS function unit need to be focused at different positions on the x-axis on the spatial light modulator 505, the same diffraction gratings are simply arranged in the x-axis direction. By simply disposing, it is necessary to separately configure the input / output port group 501, the microlens array 502, the diffraction grating 503, and the lens 504 for each WSS function unit. In this case, it is essential to prepare all optical components other than the spatial light modulator 505 separately and to perform alignment separately, and it is difficult to reduce the cost from the viewpoint of preparing the members and from the viewpoint of mounting load. Further, since it is necessary to consider a space layout for arranging the optical components without interfering with each other, it is difficult to produce a merit of downsizing.

以上から、複数機能集約型光デバイスについては、低コストならび小型化というメリットを活かしつつ、多ポートに対応することが重要である。しかし、各ＷＳＳ機能部間のクロストークを低減するためには式（２）からビーム径を小さくする要請があり、反対にＷＳＳとしてのポート数増大のためには式（３）からビーム径を大きくする要請があることから、空間光変調器２０７のｙ軸方向の高さによって、実現できるポート数は制限されることが明らかであり、この制限を打破できるデバイス構成方法が切望されている。 From the above, it is important for multi-function intensive optical devices to support multiple ports while taking advantage of low cost and downsizing. However, in order to reduce the crosstalk between the WSS function units, there is a request to reduce the beam diameter from the equation (2). On the contrary, to increase the number of ports as the WSS, the beam diameter is calculated from the equation (3). Since there is a demand for increasing the size, it is clear that the number of ports that can be realized is limited by the height of the spatial light modulator 207 in the y-axis direction, and a device configuration method that can overcome this limitation is eagerly desired.

そこで本発明は、その目的とするところは、第一入出力ポート群に関わる光学機能部の波長分散能と、第二入出力ポート群に関わる光学機能部の波長分散能について互いに異なる設計を行うことにより、各光学機能部間のクロストークを低減しつつも、多ポート化が可能な光信号処理装置を提供することにある。さらに、波長分波素子としてＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒｌｉｇｈｔｗａｖｅｃｉｒｃｕｉｔ）によるＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅｇｒａｔｉｎｇ）や、半導体分散デバイスであるＢＲＷ（Ｂｒａｇｇ−ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｗａｖｅｇｕｉｄｅ）等を用いることで上記の課題を解決しつつ、さらに小型経済化を達成することができる光信号処理装置を提供することにある。 Therefore, the present invention aims at different designs for the wavelength dispersion of the optical function unit related to the first input / output port group and the wavelength dispersion of the optical function unit related to the second input / output port group. Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical signal processing device capable of increasing the number of ports while reducing crosstalk between optical function units. Furthermore, the above-mentioned problems can be further solved by using AWG (Arrayed-waveguide grating) by PLC (Planar lightwave circuit), BRW (Bragg-reflector waveguide), which is a semiconductor distributed device, and the like as wavelength demultiplexing elements. An object of the present invention is to provide an optical signal processing apparatus capable of achieving economic efficiency.

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、光信号処理装置である。光信号処理装置は、Ｎ個（Ｎは１以上の整数）の入出力ポートを有する第１の光入出力部及び第２の光入出力部と、第１の光入出力部及び前記第２の光入出力部の入出力ポートから出射した波長多重光信号の各々を波長分離する分光手段と、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、集光手段により集光された光信号の各々に対し光変調させる空間光変調手段とを含む。また、光信号処理装置において、分光手段は、第１の光入出力部の入出力ポートから出射する波長多重光信号に対する分散能と、第２の光入出力部の入出力ポートから出射する波長多重光信号に対する分散能とが異なり、第１の光入出力部の入出力ポートから出射する波長多重光信号に対する波長分散方向と、第２の光入出力部の入出力ポートから出射する波長多重光信号に対する波長分散方向とが逆方向であり、第１の光入出力部の入出力ポートから出射する波長多重光信号と第２の光入出力部の入出力ポートから出射する波長多重光信号とでは、波長毎に分光された光信号の、空間光変調手段での波長分散方向の短波長から長波長までの集光位置の並び順が異なることを特徴とする。 In order to achieve such an object, a first aspect of the present invention is an optical signal processing device. The optical signal processing apparatus includes a first optical input / output unit and a second optical input / output unit having N (N is an integer of 1 or more) input / output ports, a first optical input / output unit, and the second optical input / output unit. A wavelength separating unit for wavelength-separating each of the wavelength multiplexed optical signals emitted from the input / output port of the optical input / output unit, a condensing unit for condensing the optical signals separated for each wavelength by the spectroscopic unit, Spatial light modulating means for optically modulating each of the optical signals collected by the means. Further, in the optical signal processing device, the spectroscopic means is configured to disperse the wavelength multiplexed optical signal emitted from the input / output port of the first optical input / output unit and the wavelength emitted from the input / output port of the second optical input / output unit. Different from the dispersion power for the multiplexed optical signal, the wavelength dispersion direction for the wavelength multiplexed optical signal emitted from the input / output port of the first optical input / output unit and the wavelength multiplexing output from the input / output port of the second optical input / output unit The wavelength-multiplexed optical signal emitted from the input / output port of the first optical input / output unit and the wavelength-multiplexed optical signal emitted from the input / output port of the second optical input / output unit are opposite to the wavelength dispersion direction with respect to the optical signal. Is characterized in that the order of arrangement of the converging positions of the optical signals dispersed for each wavelength from the short wavelength to the long wavelength in the chromatic dispersion direction in the spatial light modulator is different.

一実施形態では、分光手段は、アレイ導波路回折格子、Ｂｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒｗａｖｅｇｕｉｄｅまたはグレーティングカプラとすることができる。 In one embodiment, the spectroscopic means may be an arrayed waveguide grating, a Bragg reflector waveguide or a grating coupler.

以上説明したように、本発明によれば、各光学機能部間のクロストークを低減しつつも、多ポート化が可能な光信号処理装置を提供することが可能となる。また、波長分波素子としてＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒｌｉｇｈｔｗａｖｅｃｉｒｃｕｉｔ）によるＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅｇｒａｔｉｎｇ）や、半導体分散デバイスであるＢＲＷ（Ｂｒａｇｇ−ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｗａｖｅｇｕｉｄｅ）等を用いることで、さらに小型経済化を達成することができる光信号処理装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical signal processing device capable of increasing the number of ports while reducing crosstalk between optical function units. Further, it is possible to achieve further miniaturization by using AWG (Arrayed-waveguide grating) by PLC (Planar lightwave circuit), BRW (Bragg-reflector waveguide), which is a semiconductor distributed device, and the like as wavelength demultiplexing elements. It is possible to provide an optical signal processing device that can be used.

波長分割多重ノードの構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structural example of a wavelength division multiplex node. 光信号処理装置の概念を説明するための図であり、（ａ）は光信号処理装置の構成図、（ｂ）は簡略化した光信号処理装置の構成図である。It is a figure for demonstrating the concept of an optical signal processing apparatus, (a) is a block diagram of an optical signal processing apparatus, (b) is a block diagram of the simplified optical signal processing apparatus. 光信号処理装置の波長選択スイッチ機能部間のクロストークを説明するための図であり、（ａ）は図２（ｂ）に示す光信号処理装置の側面図、（ｂ）は空間光変調器に集光されるビームを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the crosstalk between the wavelength selection switch function parts of an optical signal processing apparatus, (a) is a side view of the optical signal processing apparatus shown in FIG.2 (b), (b) is a spatial light modulator. It is a figure for demonstrating the beam condensed on. 光信号処理装置の概念を説明するための図であり、（ａ）は図２（ｂ）に示す光信号処理装置の側面図、（ｂ）は空間光変調器に設定されるビーム偏向角を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the concept of an optical signal processing apparatus, (a) is a side view of the optical signal processing apparatus shown in FIG.2 (b), (b) is the beam deflection angle set to a spatial light modulator. It is a figure for demonstrating. 光信号処理装置の波長選択スイッチ機能部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the wavelength selection switch function part of an optical signal processing apparatus. 本発明の一実施形態にかかる光信号処理装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。It is a figure which shows the structure of the optical signal processing apparatus concerning one Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is a side view. 本発明の一実施形態にかかる光信号処理装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。It is a figure which shows the optical signal processing apparatus concerning one Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is a side view. 本発明の一実施形態にかかる光信号処理装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。It is a figure which shows the optical signal processing apparatus concerning one Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is a side view. 本発明の一実施形態にかかる光信号処理装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。It is a figure which shows the optical signal processing apparatus concerning one Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is a side view. 本発明の一実施形態にかかる光信号処理装置の分散素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the dispersion element of the optical signal processing apparatus concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる光信号処理装置の分散素子の構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。It is a figure which shows the structure of the dispersion element of the optical signal processing apparatus concerning one Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is a top view.

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。以下の種々の実施形態の説明においては、具体的な数値例を用いるが、本願発明は、このような具体的な数値例に限定されるものではなく、一般性を失うことは他の数値においても実施することもできることは言うまでもない。また、同一または類似の符号は、同一または類似の要素を示し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description of various embodiments, specific numerical examples are used. However, the present invention is not limited to such specific numerical examples, and the loss of generality is based on other numerical values. It goes without saying that can also be implemented. The same or similar reference numerals indicate the same or similar elements, and duplicate descriptions are omitted.

（実施形態１）
図６は、本発明の第一の実施形態に係る光信号処理装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施形態に係る光信号処理装置は、第一入出力ポート群６０１−１の後段に配置された第一マイクロレンズアレイ６０２−１、および、第二入出力ポート群６０１−２の後段に配置された第二マイクロレンズアレイ６０２−２、が互いにＸＺ平面内で異なる角度にて配置されており、さらに回折格子６０３、レンズ６０４、空間光変調器６０５がこの順に配置されている。本実施形態における説明ではレンズにはレンズ６０４を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。光学系設計によっては、マイクロレンズアレイ６０２と回折格子６０３の中間にレンズ６０４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６０４を二枚で構成し、回折格子６０３を挟むような構造を採ることもできる。さらに、本実施例においては光ファイバと空間光学系のインターフェースとしてファイバアレイ６０１およびマイクロレンズアレイ６０２の組み合わせを想定して説明しているが、同様の光学特性を有する構成であればマイクロレンズアレイを必ずしも使用する必要はなく、またマイクロレンズアレイに変わるビーム径調整機構（例えば、アナモルフィックプリズムペア）を採用しても構わない。さらに、インターフェースとしては、例えばＰＬＣに代表されるような光導波路基板を用いても構わない。 (Embodiment 1)
6A and 6B are diagrams showing the configuration of the optical signal processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, where FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a side view. The optical signal processing device according to the present embodiment is arranged in the subsequent stage of the first microlens array 602-1 disposed in the subsequent stage of the first input / output port group 601-1 and the second input / output port group 601-2. The second microlens array 602-2 thus arranged are arranged at different angles in the XZ plane, and a diffraction grating 603, a lens 604, and a spatial light modulator 605 are arranged in this order. In the description of the present embodiment, only one lens 604 is used as the lens. However, any number of lenses may be used as long as the configuration has similar optical characteristics, and any arrangement is used. There is no problem. Depending on the optical system design, a configuration in which the lens 604 is disposed between the microlens array 602 and the diffraction grating 603 is also possible. Further, for the purpose of reducing aberrations and shortening the optical system, a structure in which the lens 604 is composed of two lenses and the diffraction grating 603 is sandwiched between them can be adopted. Furthermore, in the present embodiment, a description is given assuming a combination of a fiber array 601 and a microlens array 602 as an interface between an optical fiber and a spatial optical system. However, if the configuration has similar optical characteristics, a microlens array is used. It is not always necessary to use a beam diameter adjusting mechanism (for example, an anamorphic prism pair) instead of a microlens array. Furthermore, as the interface, for example, an optical waveguide substrate represented by PLC may be used.

本実施例における説明では、第一入出力ポート群６０１−１および第二入出力ポート群６０１−２のそれぞれから出射した光信号について、回折格子６０３上のある一点で入射するものとして説明している。 In the description of this embodiment, it is assumed that the optical signals emitted from the first input / output port group 601-1 and the second input / output port group 601-2 are incident at a certain point on the diffraction grating 603. Yes.

本発明の光信号処理装置の動作は、第一入出力ポート群６０１−１に関与する機能部を例として、以下のとおりである。まず第一入出力ポート群６０１−１に入力された光信号は、第一マイクロレンズアレイ６０２−１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６０３によって波長分波され、レンズ６０４によって集光され、図６（ａ）のにおいて空間光変調器６０５のＸ軸方向対して下側に集光することになる。空間光変調器６０５にて所望の位相変調を与えられて反射された光は、その位相設定に応じてＹ−Ｚ平面内にて所望の角度に偏向され、さらにレンズ６０４を再び通過することで任意のポートに光結合され、スイッチング動作が完了する。なお、第二入出力ポート群６０１−２に関する光信号は、第一入出力ポート群６０１−１に関する光信号とは異なった角度で空間に出射されるため、図６（ａ）において、空間光変調器６０５のＸ軸方向対して上側に集光されることになる。すなわち、回折格子は、第一入出力ポート群６０１−１から出射される光信号と、第二入出力ポート群６０１−２から出力される光信号について、分散能が異なる。ここで、分散能とは、波長分散をする方向、および単位波長あたり出射角度をいう。例えば、第一入出力ポート群６０１−１から出射され分波された各波長の光信号は、空間光変調器６０５のＸ軸方向対して下向きに、短波長から長波長の順に並ぶように集光する。他方、第二入出力ポート群６０１−２から出射され分波された各波長の光信号は、空間光変調器６０５のＸ軸方向対して下向きに、長波長から短波長の順に並ぶように集光する。したがって、第一入出力ポート群６０１−１および第二入出力ポート群６０１−２に関する光信号はそれぞれを独立の光学系として考えることができるため、複数機能の集約が実現できる。 The operation of the optical signal processing apparatus of the present invention is as follows, taking as an example the functional units involved in the first input / output port group 601-1. First, the optical signal input to the first input / output port group 601-1 is emitted to the space as collimated light through the first microlens array 602-1. The signal light propagating in the space is wavelength-demultiplexed by the diffraction grating 603, collected by the lens 604, and condensed to the lower side with respect to the X-axis direction of the spatial light modulator 605 in FIG. . The light that has been subjected to the desired phase modulation and reflected by the spatial light modulator 605 is deflected to a desired angle in the YZ plane according to the phase setting, and further passes through the lens 604 again. Optical switching is performed at an arbitrary port, and the switching operation is completed. Since the optical signal related to the second input / output port group 601-2 is emitted to the space at an angle different from that of the optical signal related to the first input / output port group 601-1, in FIG. The light is condensed on the upper side with respect to the X-axis direction of the modulator 605. In other words, the diffraction grating has different dispersibility between the optical signal emitted from the first input / output port group 601-1 and the optical signal output from the second input / output port group 601-2. Here, the dispersibility refers to the direction of wavelength dispersion and the emission angle per unit wavelength. For example, the optical signals of each wavelength emitted from the first input / output port group 601-1 and separated are collected so as to be arranged in the order of short wavelength to long wavelength downward with respect to the X-axis direction of the spatial light modulator 605. Shine. On the other hand, the optical signals of the respective wavelengths emitted from the second input / output port group 601-2 and separated are collected so as to be arranged in the order of long wavelength to short wavelength downward with respect to the X-axis direction of the spatial light modulator 605. Shine. Therefore, since the optical signals related to the first input / output port group 601-1 and the second input / output port group 601-2 can be considered as independent optical systems, aggregation of a plurality of functions can be realized.

本実施例においては、図２にてＹ軸方向に並列配置されていたＷＳＳ機能部を波長分波軸と同一のＸ軸に並列配置することで、式（２）にて表されるＷＳＳ機能部間のクロストークを考慮する必要性がなくなり、式（３）に示したとおりｗ１の大径化が可能となり、図２における構成の２倍以上のポート数と設定することが可能である。 In the present embodiment, the WSS function represented by the formula (2) is arranged by arranging the WSS function unit arranged in parallel in the Y-axis direction in FIG. 2 on the same X-axis as the wavelength demultiplexing axis. There is no need to consider crosstalk between the parts, and the diameter of w1 can be increased as shown in the equation (3), and the number of ports can be set to be twice or more that of the configuration in FIG.

ここまでの説明を具体的な数値を例示して考える。図３のような構成と本実施例における構成それぞれに対して、式（２）によるＷＳＳ機能部間クロストーク、および式（３）によるポート間クロストークをそれぞれ−４０ｄＢ以下に抑え、かつ空間光変調器の使用できる高さ（長さ）Ｈを２＊ｗ１＋２＊ｗ２＋Δｙ≦１５０００ｕｍとして設定する。また、計算の簡略化のためにｗ１＝ｗ２、また、空間光変調器による最大偏向角を１ｄｅｇとして計算する。図３のような構成の光信号処理装置では式（２）よりΔｙ／ｗ１＝３．０５が導かれ、かつ空間光変調器の高さ制限からｗ１はおよそ２１００ｕｍ程度が上限と算出される。ビーム半径ｗ１が決まると、式（３）からポート間クロストークを−４０ｄＢ以上確保するためのΔθは０．０４１ｄｅｇであると算出されるため、結果的に図３の光信号処理装置の構成では１ｄｅｇ／０．０４１ｄｅｇ＝２４ポートが上限であることがわかる。一方で、本実施例では式（２）によるポート数への制限は撤廃されるため、ｗ１は従来構成より大きくとることができ、ｗ１＝３７００ｕｍ程度として設計可能である。式（３）から、この場合のΔθ＝０．０２３ｄｅｇ程度であり、結果としてポート数は４３ポートを実現可能と見積もられる。従って、本実施例の適用によってポート数は従来構成のおよそ２倍もの拡大が可能となる。 The description so far will be considered with specific numerical values. For each of the configuration shown in FIG. 3 and the configuration in the present embodiment, the crosstalk between WSS function units according to Equation (2) and the crosstalk between ports according to Equation (3) are suppressed to −40 dB or less, respectively, and spatial light The usable height (length) H of the modulator is set as 2 * w1 + 2 * w2 + Δy ≦ 15000 μm. For simplification of calculation, the calculation is performed with w1 = w2 and the maximum deflection angle by the spatial light modulator as 1 deg. In the optical signal processing apparatus having the configuration as shown in FIG. 3, Δy / w1 = 3.05 is derived from Equation (2), and w1 is calculated to have an upper limit of about 2100 um from the height limitation of the spatial light modulator. When the beam radius w1 is determined, Δθ for securing the crosstalk between ports of −40 dB or more is calculated from the equation (3) to be 0.041 deg. Consequently, in the configuration of the optical signal processing device of FIG. It can be seen that 1 deg / 0.041 deg = 24 ports is the upper limit. On the other hand, since the restriction on the number of ports according to the expression (2) is eliminated in the present embodiment, w1 can be set larger than that of the conventional configuration and can be designed as w1 = about 3700 μm. From equation (3), it is estimated that Δθ = about 0.023 deg in this case, and as a result, 43 ports can be realized. Therefore, by applying this embodiment, the number of ports can be increased by about twice that of the conventional configuration.

本実施例は、上記のとおりポート数の拡大に資するのみならず、光デバイスを実現する上での製造コストの改善も可能である。レンズと入出力ポート群のうち、第一入出力ポート群６０１−１および第二入出力ポート群６０１−２について、それぞれの設置角度を平行ではなくある有限の値とすることによって、レンズ６０４をＸ軸方向に複数分割配置させる必要がなくなるという点が特徴である。レンズはフーリエ変換素子であり、入射する光の位置と角度を相互に変換させる機能を有している。従って、各ＷＳＳ機能部ごとに、空間光変調器３０５上で異なった位置に光を集光させるためには、レンズの前段においてお互いの角度を変えておく必要がある。このように入出力ポート群およびマイクロレンズアレイの設置角度を調整することで、図２のように、ＷＳＳ機能部ごとにレンズを別々に配置することなく、一枚のレンズのみで複数機能集約型光デバイスを実現することが可能であり、部材削減による低コスト化、ならびにアライメントの容易化による製造スループットの向上が可能である。さらに、図２（ｂ）の構成では、回折格子２０５を通過する光は、ＷＳＳ機能部の配置方向（図２（ｂ）においてはＹ軸方向）に広く分布しているため、ケラレを発生させないための、十分面積の広い回折格子を準備する必要がある。数ある光学素子の中でも回折格子は高価な部類に属し、かつその価格は面積に比例する。この点を鑑みると、本実施形態においては、各ＷＳＳ機能部の主光線がＸＺ平面上で交差するある一点に回折格子を配置する構成を採ることで、回折格子の面積を従来の半分程度まで抑制することができ、さらなるコストカットが可能である。以上から本実施形態は上述の課題を解決し、低コストでありながらも実装性のよい光信号処理装置が実現できる。 The present embodiment not only contributes to the increase in the number of ports as described above, but also can improve the manufacturing cost for realizing the optical device. Among the lens and the input / output port group, the first input / output port group 601-1 and the second input / output port group 601-2 are set so that the installation angles are not parallel but have a finite value. It is characterized in that it is not necessary to divide a plurality of parts in the X-axis direction. The lens is a Fourier transform element and has a function of mutually converting the position and angle of incident light. Therefore, in order to collect light at different positions on the spatial light modulator 305 for each WSS functional unit, it is necessary to change the angle of each other at the front stage of the lens. By adjusting the installation angle of the input / output port group and the microlens array in this way, as shown in FIG. 2, multiple functions are integrated with only one lens without separately arranging the lenses for each WSS function unit. An optical device can be realized, and the cost can be reduced by reducing the number of members, and the manufacturing throughput can be improved by facilitating alignment. Further, in the configuration of FIG. 2B, the light passing through the diffraction grating 205 is widely distributed in the arrangement direction of the WSS function unit (the Y-axis direction in FIG. 2B), so that no vignetting occurs. Therefore, it is necessary to prepare a sufficiently large diffraction grating. Among many optical elements, the diffraction grating belongs to an expensive class, and its price is proportional to the area. In view of this point, in this embodiment, by adopting a configuration in which the diffraction grating is arranged at a certain point where the principal rays of each WSS functional unit intersect on the XZ plane, the area of the diffraction grating is reduced to about half of the conventional one. This can be suppressed and further cost cut is possible. As described above, the present embodiment solves the above-described problems, and can realize an optical signal processing device that is low in cost and good in mountability.

なお、上記実施形態においては、第一入出力ポート群６０１−１から出射される光信号と、第二入出力ポート群６０１−２から出射される光信号について、回折格子の分散能が異なる。入出力ポート群の数を３以上とし、少なくとも１つの入出力ポート群から出射される光信号について、分散能が異なるように回折格子を構成しても、クロストークを低減することができる。 In the above embodiment, the dispersion power of the diffraction grating differs between the optical signal output from the first input / output port group 601-1 and the optical signal output from the second input / output port group 601-2. Even if the number of input / output port groups is three or more and the diffraction gratings are configured so that the optical signals emitted from at least one input / output port group have different dispersion powers, crosstalk can be reduced.

（実施形態２）
図７は、本発明の第二の実施形態に係る光信号処理装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図ある。 (Embodiment 2)
7A and 7B are diagrams showing the configuration of the optical signal processing apparatus according to the second embodiment of the present invention, where FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a side view.

図７に示すように、本実施形態に係る光信号処理装置の基本構成は、第一の実施形態と同様に第一入出力ポート群６０１−１の後段に配置された第一マイクロレンズアレイ６０２−１、および、第二入出力ポート群６０１−２の後段に配置された第二マイクロレンズアレイ６０２−２、が互いにＸＺ平面内で異なる角度にて配置されており、さらに回折格子６０３、レンズ６０４、空間光変調器６０５がこの順に配置されているが、実施例１とは第一入出力ポート群６０１−１および第二入出力ポート群６０１−２のそれぞれから出射した光信号について、回折格子６０３上の異なる位置に入射する点と、これに伴って角度補正部材７０１が追加されている点が異なる。 As shown in FIG. 7, the basic configuration of the optical signal processing device according to the present embodiment is the first microlens array 602 disposed in the subsequent stage of the first input / output port group 601-1 as in the first embodiment. -1 and the second microlens array 602-2 arranged in the subsequent stage of the second input / output port group 601-2 are arranged at different angles in the XZ plane, and further, the diffraction grating 603, the lens 604 and the spatial light modulator 605 are arranged in this order. In the first embodiment, optical signals emitted from the first input / output port group 601-1 and the second input / output port group 601-2 are diffracted. The point which injects into the different position on the grating | lattice 603 differs in the point to which the angle correction member 701 is added in connection with this.

実施例１における構成では、第一入出力ポート群６０１−１および第二入出力ポート群６０１−２のそれぞれから出射した光信号について、回折格子６０３上のある一点に入射する設計をなされていたことから、この入射点をレンズ６０４の焦点位置に配置することによって、空間光変調器６０５に向かって、全ての波長の光が垂直に入射する（テレセントリック光学系）ように光デバイスを構成することが可能であった。しかし、空間光変調器６０５の中央部分には信号光が入射しない領域が形成されるため、空間光変調器６０５への要求としてできるだけ大面積なものを適用することが望ましい。本実施例においては、第一入出力ポート群６０１−１および第二入出力ポート群６０１−２のそれぞれから出射した光信号について、回折格子６０３上の異なる位置に入射することであえてレンズ６０４の焦点位置からずらすことで、第一のＷＳＳ機能部と第二のＷＳＳ機能部を近接させることが実施例１との大きな違いである。 In the configuration in the first embodiment, the optical signal emitted from each of the first input / output port group 601-1 and the second input / output port group 601-2 is designed to enter a certain point on the diffraction grating 603. Therefore, by arranging this incident point at the focal position of the lens 604, the optical device is configured such that light of all wavelengths is incident vertically (telecentric optical system) toward the spatial light modulator 605. Was possible. However, since a region where no signal light is incident is formed at the central portion of the spatial light modulator 605, it is desirable to apply a large area as a requirement for the spatial light modulator 605. In the present embodiment, the optical signal emitted from each of the first input / output port group 601-1 and the second input / output port group 601-2 is incident on different positions on the diffraction grating 603, so that the lens 604 The main difference from the first embodiment is that the first WSS function unit and the second WSS function unit are brought close to each other by shifting from the focal position.

本実施例においては、上記のとおり回折格子６０３への入射位置がレンズ６０４の焦点位置からずらした効果により、空間光変調器６０５へ入射する信号光の入射角は垂直とはならない。従って、この角度変化を補正し、空間光変調器６０５へはテレセントリック光学系が成立するように、レンズ６０４と空間光変調器６０５の間に角度補正部材７０１を導入することが望ましい。この角度補正部材はＸＺ平面内で二等辺三角形となるような三角柱形状として本実施例では例示しているが、同様の光学特性を実現し得るものであればどのような形状であっても構わず、また、レンズ６０４と回折格子６０３の間に角度補正部材７０１が配置されても問題はない。さらに、空間光変調器６０５がＸ軸方向にも位相変調が可能である場合、角度補正部材７０１によって生じる位相変化と同等の位相変化を空間光変調器６０５にて信号光に付与することによって、角度補正部材７０１の省略も可能である。この場合は、角度補正部材７０１を別途準備する必要がなくなり、さらなる低コスト化が期待できる。 In the present embodiment, as described above, the incident angle of the signal light incident on the spatial light modulator 605 does not become vertical due to the effect that the incident position on the diffraction grating 603 is shifted from the focal position of the lens 604. Therefore, it is desirable to introduce an angle correction member 701 between the lens 604 and the spatial light modulator 605 so that this angular change is corrected and a telecentric optical system is established in the spatial light modulator 605. The angle correction member is exemplified in the present embodiment as a triangular prism shape that is an isosceles triangle in the XZ plane, but may be any shape as long as the same optical characteristics can be realized. In addition, there is no problem even if the angle correction member 701 is disposed between the lens 604 and the diffraction grating 603. Furthermore, when the spatial light modulator 605 can also perform phase modulation in the X-axis direction, by applying a phase change equivalent to the phase change caused by the angle correction member 701 to the signal light by the spatial light modulator 605, The angle correction member 701 can be omitted. In this case, it is not necessary to prepare the angle correction member 701 separately, and further cost reduction can be expected.

実施例２については、図８に記載のとおり、第一入出力ポート群６０１−１および第一マイクロレンズアレイ６０２−１、第二入出力ポート群６０１−２および第二マイクロレンズアレイ６０２−２、のそれぞれの組み合わせについて、ｙｚ平面内で互いに進行方向が異なるように配置することも可能である。この場合は、空間光変調器６０５において、波長分波する領域がｘ軸方向の同じ座標となるように設計される。この場合には図３に示したように、ＷＳＳ機能部間ピッチΔｙが小さく設定されることとなる。しかし、本実施例２の図８に記載の構成では、互いに第一のＷＳＳ機能部と第二のＷＳＳ機能部それぞれにおいて波長分波する向きが反対向きになっている点が図３の構造と明確に異なる。この場合、回折格子６０３にて分波されたある波長だけに着目すると、空間光変調器６０５上の、ｘ軸に関して異なる座標に集光することになるために、ＷＳＳ機能部間のクロストークは、やはり−４０ｄＢを確保することができる。図８における構成では回折格子が図７の構成と比較して大面積化する傾向があるものの、空間光変調器６０５のｘ軸方向の長さを抑えることで、空間光変調器６０５の小面積化を図ることができる。さらに、空間光変調器６０５にて各ＷＳＳ機能部に割り当てることができる波長分波領域のｘ軸方向に関する長さを改善することができるため、図８に関する光信号処理装置は波長分解能に優れた特性を有することとなる。 For Example 2, as shown in FIG. 8, the first input / output port group 601-1 and the first microlens array 602-1, the second input / output port group 601-2 and the second microlens array 602-2. It is also possible to arrange each of the combinations so as to have different traveling directions in the yz plane. In this case, the spatial light modulator 605 is designed so that the wavelength demultiplexing region has the same coordinate in the x-axis direction. In this case, as shown in FIG. 3, the pitch between the WSS function units Δy is set small. However, in the configuration described in FIG. 8 of the second embodiment, the directions of wavelength demultiplexing in the first WSS function unit and the second WSS function unit are opposite to each other. Clearly different. In this case, focusing only on a certain wavelength demultiplexed by the diffraction grating 603, the light is condensed at different coordinates with respect to the x-axis on the spatial light modulator 605. Also, -40 dB can be secured. In the configuration in FIG. 8, the diffraction grating tends to have a larger area than the configuration in FIG. 7, but by reducing the length of the spatial light modulator 605 in the x-axis direction, the small area of the spatial light modulator 605 is reduced. Can be achieved. Furthermore, since the length in the x-axis direction of the wavelength demultiplexing region that can be assigned to each WSS function unit by the spatial light modulator 605 can be improved, the optical signal processing device in FIG. 8 has excellent wavelength resolution. It will have characteristics.

本実施例においては、実施例１における光デバイスで実現できる光学特性は維持しつつも、空間光変調器６０５の小面積化が可能となる。空間光変調器としては、一般的に液晶セルアレイやＭＥＭＳ、ＬＣＯＳなどが用いられるが、そのいずれも面内安定性や大型ＣＭＯＳ製造プロセスの技術的限界などから、実現できる空間光変調器のサイズには限りがある。このため、空間光変調器の面内利用率を向上させることで、小型ながらも多ポートな光デバイスの実現が可能となる。 In the present embodiment, the area of the spatial light modulator 605 can be reduced while maintaining the optical characteristics that can be realized by the optical device in the first embodiment. As the spatial light modulator, a liquid crystal cell array, MEMS, LCOS, or the like is generally used. However, the spatial light modulator has a size that can be realized due to in-plane stability and technical limitations of a large CMOS manufacturing process. There is a limit. For this reason, by improving the in-plane utilization of the spatial light modulator, it is possible to realize a small-sized but multi-port optical device.

（実施形態３）
図９は本発明による光信号処理装置の第三の実施形態の構成を示す図である。あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 (Embodiment 3)
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of a third embodiment of the optical signal processing device according to the present invention. Yes, (a) is a plan view and (b) is a side view.

図９に示すように、本実施形態に係る光信号処理装置の基本構成は、第一入出力ポート群８０１−１の後段に配置された第一シリンドリカルレンズアレイ８０２−１、および、第二入出力ポート群８０１−２の後段に配置された第二シリンドリカルレンズアレイ８０２−２、が互いにＸＺ平面内で異なる角度にて出射するように配置されており、レンズ８０３、角度補正部材８０４、空間光変調器８０５がこの順に配置されているが、実施例１および２とは、入出力ポートが分散素子アレイ８０１に配置されており、一般的なバルク回折格子の代わりに波長分散機能を有する部材で構成されている点が異なる。分散素子アレイ８０１を形成する各分散素子における第一入出力ポートおよび第二入出力ポートは、第一入出力ポート群８０１−１および第二入出力ポート群８０１−２をそれぞれ形成する。 As shown in FIG. 9, the basic configuration of the optical signal processing device according to the present embodiment includes a first cylindrical lens array 802-1 arranged at the rear stage of the first input / output port group 801-1, and a second input. The second cylindrical lens array 802-2 arranged in the subsequent stage of the output port group 801-2 is arranged so as to emit light at different angles in the XZ plane, and the lens 803, the angle correction member 804, and the spatial light. The modulator 805 is arranged in this order. In the first and second embodiments, the input / output port is arranged in the dispersive element array 801, and is a member having a wavelength dispersion function instead of a general bulk diffraction grating. It is different in the configuration. The first input / output port and the second input / output port in each dispersion element forming the dispersion element array 801 form a first input / output port group 801-1 and a second input / output port group 801-2, respectively.

図１０は、図９における分散素子アレイ８０１の詳細である。図１０に示すように、分散素子アレイ８０１を構成する各分散素子は、第一光導波路９０１−１に接続されたスラブ導波路群９０２と、スラブ導波路群に接続された第一アレイ導波路９０３−１と、第一アレイ導波路に接続された第一スラブ導波路９０４−１とを備え、加えて第二光導波路９０１−２に接続されたスラブ導波路群９０２と、スラブ導波路群に接続された第二アレイ導波路９０３−２と、第二アレイ導波路に接続された第二スラブ導波路９０４−２とを備える。この構成は光導波回路で波長分波機能を有する際に最も一般的に使用されるＡＷＧと同様の構成である。この光導波回路をｙ軸方向に積層形成することで分散素子アレイ９０１は形成されている。スラブ導波路群９０２は第一ＷＳＳ機能部と第二ＷＳＳ機能部それぞれに関わる光導波回路で兼用することで分散素子アレイ８０１の小型化を促進しており、本実施例においてもこのように図示しているが、回路レイアウトや分散素子８０１内に形成する他機能回路からの要請により、第一ＷＳＳ機能部に関わるスラブ導波路と第二ＷＳＳ機能部に関わるスラブ導波路を分離配置する設計としても全く問題はない。また第一スラブ導波路９０４−１および９０４−２は空間光学設計からの要請により、備えていても、備えていなくともよい。 FIG. 10 shows details of the dispersive element array 801 in FIG. As shown in FIG. 10, each of the dispersive elements constituting the dispersive element array 801 includes a slab waveguide group 902 connected to the first optical waveguide 901-1 and a first array waveguide connected to the slab waveguide group. 903-1 and a first slab waveguide 904-1 connected to the first array waveguide, and in addition, a slab waveguide group 902 connected to the second optical waveguide 901-2, and a slab waveguide group And a second slab waveguide 904-2 connected to the second arrayed waveguide. This configuration is the same as the AWG that is most commonly used when the optical waveguide circuit has a wavelength demultiplexing function. The dispersion element array 901 is formed by stacking the optical waveguide circuits in the y-axis direction. The slab waveguide group 902 promotes the miniaturization of the dispersive element array 801 by sharing the optical waveguide circuit related to each of the first WSS function unit and the second WSS function unit. As shown, the slab waveguide related to the first WSS functional part and the slab waveguide related to the second WSS functional part are separated and arranged according to the request from the circuit layout and other functional circuits formed in the dispersion element 801. There is no problem at all. The first slab waveguides 904-1 and 904-2 may or may not be provided depending on the request from the spatial optical design.

基本的な動作原理については図７を参照して説明した実施例２と同様であるが、実施例２における入出力ポート群６０１、マイクロレンズアレイ６０２、および回折格子６０３を分波素子アレイ８０１に機能集約した点に本実施例の意義が存在する。空間光学系による光信号処理装置の特徴は、三次元光信号処理と光学設計の自由度にある。空間光変調器６０５は波長分散軸と光偏向軸の二つを独立に設計することによって、両者の機能を１台のデバイスで組み合わせて波長選択スイッチが実現可能となる。その一方でビーム径の調整のためにはレンズの手配、また実装におけるアライメントの追加コストが生じる傾向にある。また光学設計によってはレンズ配置が問題となりデバイスの全長が長くなる傾向にある。さらに、ＸＺ平面内でのビーム径を制御する際に、マイクロレンズアレイの採用のみでは実現したいビーム径に到達しない可能性もあり、これを打破するためにアナモルフィックプリズムペアなど、追加の部材を配置する必要も生じる。一方で本実施例のように分散素子アレイ８０１に機能集積した場合はフォトリソグラフィと同程度の実装精度が、アライメントや実装をよらず、実現可能であり、大幅なコスト低減が可能となる。さらに、ＡＷＧはアレイ導波路間の導波路長差を大きくとることが可能であり、一般的にバルク型の回折格子の数倍〜１０数倍もの分散能を持たせることができる。空間光学系を採用した光信号処理装置においてはこの特徴はデバイス全体の光学長、すなわちレンズ８０３を短焦点距離のものとして設計することが可能であり、デバイスの小型化という点で極めて重要な意味を持つ。 The basic operation principle is the same as that of the second embodiment described with reference to FIG. 7, but the input / output port group 601, the microlens array 602, and the diffraction grating 603 in the second embodiment are included in the demultiplexing element array 801. The significance of this embodiment exists in terms of function integration. The feature of the optical signal processing apparatus using the spatial optical system is the degree of freedom in three-dimensional optical signal processing and optical design. By designing the spatial light modulator 605 independently of the chromatic dispersion axis and the optical deflection axis, a wavelength selective switch can be realized by combining the functions of both in one device. On the other hand, the adjustment of the beam diameter tends to cause an additional cost for arrangement of lenses and alignment in mounting. Depending on the optical design, the lens arrangement becomes a problem, and the total length of the device tends to be long. Furthermore, when controlling the beam diameter in the XZ plane, there is a possibility that the desired beam diameter may not be achieved only by adopting a microlens array. To overcome this problem, additional members such as an anamorphic prism pair are used. Need to be placed. On the other hand, when the functions are integrated in the dispersive element array 801 as in this embodiment, the same mounting accuracy as that of photolithography can be realized without alignment and mounting, and the cost can be greatly reduced. Further, the AWG can take a large difference in waveguide length between the arrayed waveguides, and can generally have a dispersibility that is several to ten times that of a bulk type diffraction grating. In an optical signal processing apparatus employing a spatial optical system, this feature can be designed with the optical length of the entire device, that is, the lens 803 having a short focal length, and is extremely important in terms of miniaturization of the device. have.

このように、分散素子アレイ８０１を実現する手段としては、図１０に示したような積層型アレイ導波路格子を例示したが、類似の機能を有する分散素子アレイであれば、何も図１０のような構成に限られるものではない。分散素子機能を有するデバイスであれば、例えばＶｉｒｔｕａｌｌｙｉｍａｇｅｄｐｈａｓｅｄａｒｒａｙ（ＶＩＰＡ）と呼ばれる分散素子やグレーティングカプラ、その他類似のデバイスでも分散素子アレイ８０１として用いることは問題ない。 As described above, as the means for realizing the dispersion element array 801, the laminated array waveguide grating as shown in FIG. 10 is exemplified. However, any dispersion element array having a similar function may be used. It is not restricted to such a structure. As long as the device has a dispersion element function, for example, a dispersion element called a virtually imaged phased array (VIPA), a grating coupler, and other similar devices can be used as the dispersion element array 801.

図１１に、分散素子アレイ８０１として用いることができるこれらの分散素子の中の一例を示す。図１１は、ＡＷＧの用いた分散素子アレイ８０１の代りに用いることができる、Ｂｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒｗａｖｅｇｕｉｄｅ（ＢＲＷ）の構成図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。図１１（ａ）によればＢＲＷによる分散素子アレイは、ファイバアレイ１００１およびマイクロレンズアレイ１００２から空間に出射された信号光を分散素子アレイに結合させるための導波路入出力ポート１００３、基板垂直方向に備えられた上部反射鏡１００４、下部反射鏡１００５、導波層１００６から構成される。導波層１００６は、上下を光閉じ込め層には挟まれた活性領域からなる。導波路入力ポート１００３から基板に結合した信号光は、上部反射鏡１００４および下部反射鏡１００５の間で幾何光学的にジグザグに多重反射を繰り返す。両反射鏡における垂直方向の互いの間隔は波長程度、すなわち１μｍ程度である。このとき、上部反射鏡の反射率は下部反射鏡反射率よりも低く設計されているため、ジグザグに導波路内を伝搬する際、低い反射率を備える反射鏡から一部の光が空間へと出射される。出射に際しては、スネルの法則に従って波長ごとに異なる屈折角を伴うため、入力するＷＤＭ光信号の波長ごとに、異なる角度で空間へと出射される。すなわち、図１１に示すＢＲＷは、各導波層１００６が波長分波機能部を形成し、分散素子アレイ８０１、すなわち波長分波素子として動作する。本実施例においては、入出力ファイバアレイ１００１の光ファイバの総数を６本（各ＷＳＳ機能部が３ポート有しているため、各ＷＳＳ機能部に３本ずつ）として説明しているため、各波長分波機能部１００６−１〜１００６−３はこの本数に対応した３本として、波長分波機能部のｘ軸方向に関する両端にそれぞれ１本ずつ配置されるように配置されている。また、図１１においては、紙面の右側には第一ＷＳＳ機能部に関する第一入出力ファイバアレイ１００１−１および第一マイクロレンズアレイ１００２−１が、紙面の左側には第二ＷＳＳ機能部に関する第二入出力ファイバアレイ１００１−２および第二マイクロレンズアレイ１００２−２がそれぞれ配置されている。各波長分波機能部は光学的に独立している。また、隣接した波長分波機能部のクロストークを低減するためには、各波長分波機能部間に光遮断層を設けることが望ましい。例えば、エッチングによる溝形成が手段の一つとして考えられるが、同様の機能を実現するものであれば、どのような形態であっても問題はない。 FIG. 11 shows an example of these dispersive elements that can be used as the dispersive element array 801. FIG. 11 is a configuration diagram of a Bragg reflector waveguide (BRW) that can be used in place of the dispersion element array 801 used by the AWG. FIG. 11A is a cross-sectional view, and FIG. 11B is a top view. According to FIG. 11A, the BRW dispersion element array includes a waveguide input / output port 1003 for coupling signal light emitted from the fiber array 1001 and the microlens array 1002 to the dispersion element array, and a substrate vertical direction. The upper reflecting mirror 1004, the lower reflecting mirror 1005, and the waveguide layer 1006 are provided. The waveguide layer 1006 includes an active region that is sandwiched between upper and lower light confinement layers. The signal light coupled from the waveguide input port 1003 to the substrate repeats multiple reflections geometrically and optically between the upper reflecting mirror 1004 and the lower reflecting mirror 1005. The distance between the reflecting mirrors in the vertical direction is about the wavelength, that is, about 1 μm. At this time, since the reflectivity of the upper reflector is designed to be lower than the reflectivity of the lower reflector, when propagating through the waveguide in a zigzag manner, a part of the light from the reflector having a low reflectivity enters the space. Emitted. At the time of emission, since different refraction angles are provided for each wavelength in accordance with Snell's law, the light is emitted to space at different angles for each wavelength of the input WDM optical signal. That is, in the BRW shown in FIG. 11, each waveguide layer 1006 forms a wavelength demultiplexing function unit, and operates as a dispersion element array 801, that is, a wavelength demultiplexing element. In this embodiment, the total number of optical fibers of the input / output fiber array 1001 is described as six (each WSS function unit has three ports, so each WSS function unit has three ports). The wavelength demultiplexing function units 1006-1 to 1006-3 are arranged so as to correspond to the number of the wavelength demultiplexing function units 1006-1 to 1006-3, one at each end of the wavelength demultiplexing function unit in the x-axis direction. In FIG. 11, the first input / output fiber array 1001-1 and the first microlens array 1002-1 related to the first WSS function unit are on the right side of the page, and the second WSS function unit on the left side of the page. A two-input / output fiber array 1001-2 and a second microlens array 1002-2 are arranged. Each wavelength demultiplexing function unit is optically independent. In order to reduce crosstalk between adjacent wavelength demultiplexing function units, it is desirable to provide a light blocking layer between the wavelength demultiplexing function units. For example, although groove formation by etching is considered as one of the means, there is no problem in any form as long as the same function is realized.

このときの上部反射鏡１００４への入射角をθ_ｉ、空間への出射角をθ、分波角度分散器を構成する導波路の等価屈折率をｎ_ｗｇ、空気の屈折率をｎ_ａｉｒ（＝１）としたとき、スネルの法則によりｎ_ａｉｒ×ｓｉｎθ ＝ｎ_ｗｇ×ｓｉｎθｉが得られ、さらに導波路のカットオフ波長をλ_ｃ、使用波長をλとしたとき、屈折角は以下の関係式によって表される。 At this time, the incident angle to the upper reflecting mirror 1004 is θ _i , the exit angle to the space is θ, the equivalent refractive index of the waveguide constituting the demultiplexing angle disperser is n _wg , and the refractive index of _air is n _air (= 1), n _air × sin θ = n _wg × sin θi is obtained according to Snell's law, and when the cutoff wavelength of the waveguide is λ _c and the wavelength used is λ, the refraction angle is given by the following relational expression: expressed.

よって、本波長分波素子では、設計したカットオフ波長λｃが進行する角度θが信号光の基本的な進行方向とみなすことができ、波長λｃの光はこの角度に進行するように振る舞う。 Therefore, in this wavelength demultiplexing element, the angle θ at which the designed cutoff wavelength λc travels can be regarded as the basic traveling direction of the signal light, and the light having the wavelength λc behaves to travel at this angle.

このとき、ＢＲＷの構造はｘ軸方向においては一様の構造をとっているため、ｘ軸方向に関して紙面右側（導波路入出力ポート１００３−１）からファイバを結合させることも、紙面左側（導波路入出力ポート１００３−２）からファイバを結合させることもできる。この入射方向の違いにより、空間への光信号の出射角度を±θで制御することができ、図９（ａ）と同様な動作をすることが可能となる。図１１（ａ）では、導波路入出力ポート１００３−１から入射された光信号の第一ＷＳＳ機能部における伝搬および空間へ出射について図示し、導波路入出力ポート１００３−２から入射された光信号の第二ＷＳＳ機能部に関する伝搬および空間への出射については図示していない。 At this time, since the BRW has a uniform structure in the x-axis direction, it is possible to couple the fiber from the right side (waveguide input / output port 1003-1) in the x-axis direction. A fiber can also be coupled from the waveguide input / output port 1003-2). Due to the difference in the incident direction, the emission angle of the optical signal to the space can be controlled by ± θ, and the same operation as in FIG. 9A can be performed. FIG. 11A illustrates propagation of an optical signal incident from the waveguide input / output port 1003-1 in the first WSS function unit and emission to space, and light incident from the waveguide input / output port 1003-2. The propagation of the signal with respect to the second WSS function part and the emission to space are not shown.

図１１にて説明したＢＲＷを分散素子アレイ８０１として用いた場合、ＡＷＧと同レベルの分散能を有することができ、小型化に非常に効果的である。さらに、本ＢＲＷについては、導波路製造プロセスを用いて複数のＢＲＷを一括して製造することができる。積層型ＡＷＧは導波路層を一層形成するごとに研磨を行い、平滑化を実施した後に再度導波路プロセスを実施する必要があり、多ポートになるほどプロセス負荷が増大する。ＢＲＷでは一層分のプロセスで必要な個数の波長分散素子を形成することができるため、製造に関わるコストが非常に小さく抑えることができ、低コスト化が重要なメリットである複数機能集約型光信号処理装置の特徴をさらに活かすことができる。 When the BRW described with reference to FIG. 11 is used as the dispersive element array 801, it can have the same level of dispersibility as AWG and is very effective for miniaturization. Further, with respect to the present BRW, a plurality of BRWs can be manufactured collectively using a waveguide manufacturing process. The laminated AWG needs to be polished each time a waveguide layer is formed, smoothed, and then subjected to the waveguide process again. The process load increases as the number of ports increases. In BRW, the required number of wavelength dispersion elements can be formed in a single process, so the cost involved in manufacturing can be kept very low, and the multi-function intensive optical signal is an important merit in reducing costs. The characteristics of the processing apparatus can be further utilized.

１０１、１０６波長選択スイッチ（ＷＳＳ）群
１０２波長分波機能部群
１０３受信器群
１０４送信器群
１０５波長合波機能部群
１０７波長クロスコネクト機能部
２０１，５０１，６０１，８０１入出力ポート群
２０２，５０２，６０２マイクロレンズアレイ
２０３レンズ群
２０４，２０６，５０４，６０４，８０３レンズ
２０５，５０３，６０３回折格子
２０７，５０５，６０５，８０５空間光変調器
７０１，８０４角度補正部材
８０２シリンドリカルレンズアレイ
９０１光導波路
９０２，９０４スラブ導波路群
９０３アレイ導波路
１００１ファイバアレイ
１００２マイクロレンズアレイ
１００３導波路入出力ポート
１００４上部反射鏡
１００５下部反射鏡
１００６導波層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101,106 Wavelength selective switch (WSS) group 102 Wavelength demultiplexing function part group 103 Receiver group 104 Transmitter group 105 Wavelength multiplexing function part group 107 Wavelength cross-connect function part 201,501,601,801 Input / output port group 202 , 502, 602 Micro lens array 203 Lens group 204, 206, 504, 604, 803 Lens 205, 503, 603 Diffraction grating 207, 505, 605, 805 Spatial light modulator 701, 804 Angle correction member 802 Cylindrical lens array 901 Light Waveguide 902, 904 Slab waveguide group 903 Array waveguide 1001 Fiber array 1002 Micro lens array 1003 Waveguide input / output port 1004 Upper reflecting mirror 1005 Lower reflecting mirror 1006 Waveguide layer

Claims

A first optical input / output unit and a second optical input / output unit having N (N is an integer of 1 or more) input / output ports, and the first optical input / output unit and the second optical input / output unit A wavelength separating unit for wavelength-separating each of the wavelength-multiplexed optical signals emitted from the input / output ports, a light collecting unit for condensing the optical signals separated for each wavelength by the light separating unit, and a light collecting unit by the light collecting unit. Spatial light modulating means for optically modulating each of the emitted optical signals,
The spectroscopic unit is configured to disperse a wavelength multiplexed optical signal output from the input / output port of the first optical input / output unit and to disperse a wavelength multiplexed optical signal output from the input / output port of the second optical input / output unit. The wavelength dispersion direction for the wavelength multiplexed optical signal emitted from the input / output port of the first optical input / output unit and the wavelength multiplexed optical signal emitted from the input / output port of the second optical input / output unit. the wavelength dispersion direction and a reverse, wavelength-multiplexed optical signal emitted from the first output port of the wavelength-multiplexed optical signal and the second light output section emits the output port of the optical input-output unit and Then, the optical signal processing apparatus is characterized in that the arrangement order of the light collecting positions from the short wavelength to the long wavelength in the wavelength dispersion direction in the spatial light modulation means of the optical signals dispersed for each wavelength is different.

2. The optical signal processing apparatus according to claim 1 , wherein an arrayed waveguide diffraction grating is used as the spectroscopic means.

The optical signal processing apparatus according to claim 1 , wherein a Bragg reflector waveguide is used as the spectroscopic means.

The optical signal processing apparatus according to claim 1 , wherein a grating coupler is used as the spectroscopic means.