特開 2023-147916 光信号選択装置および光信号選択装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023147916

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】光信号選択装置および光信号選択装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/01 20060101AFI20231005BHJP

【ＦＩ】

G02F1/01 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022055694

(22)【出願日】2022-03-30

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、総務省「新たな社会インフラを担う革新的光ネットワーク技術の研究開発」委託研究開発、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】516059813

【氏名又は名称】エピフォトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井出 昌史

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102BA05

2K102BA08

2K102BA16

2K102BA26

2K102BB01

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD02

2K102CA10

2K102DA06

2K102DB08

2K102DC05

2K102DC08

2K102DD02

2K102EB02

2K102EB08

2K102EB10

2K102EB16

2K102EB29

(57)【要約】

【課題】温度変化の影響を除去すること。
【解決手段】光信号選択装置は、複数の光ファイバが所定の方向に沿って配列され、光信号の入出力を行うファイバーコリメータアレイと、複数の光ファイバのうち、第１光ファイバから入力された光信号を所定の角度で回折させて、第１光ファイバと第１光ファイバとは異なる第２光ファイバとの経路を結合する光変調器と、光変調器を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、光変調器が配置される光学基板の温度変化に応じた揺動パターン画像を前記光変調器に表示させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光ファイバが所定の方向に沿って配列され、光信号の入出力を行うファイバーコリメータアレイと、
前記複数の光ファイバのうち、第１光ファイバから入力された光信号を所定の角度で回折させて、前記第１光ファイバと前記第１光ファイバとは異なる第２光ファイバとの経路を結合する光変調器と、
前記光変調器を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記光変調器が配置される光学基板の温度変化に応じた揺動パターン画像を前記光変調器に表示させる、
光信号選択装置。

【請求項2】

前記光学基板は、前記光変調器が配置される第１基板と、前記第１基板上に配置され、光学系が配置される前記第１基板とは線膨張係数が異なる第２基板とを含む、
請求項１に記載の光信号選択装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記第１基板および前記第２基板の温度変化に応じて周期的に変化する前記揺動パターン画像を前記光変調器に表示させる、
請求項２に記載の光信号選択装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記第１基板および前記第２基板の温度変化に応じた前記ファイバーコリメータアレイのポート間結合の結合係数カーブの変化に基づいて、前記揺動パターン画像の中心値を算出する、
請求項２または３に記載の光信号選択装置。

【請求項5】

前記第２基板は、セラミック基板である、
請求項２から４のいずれか１項に記載の光信号選択装置。

【請求項6】

前記第１基板は、コバール基板、インバー基板、およびスーパーインバー基板のいずれかである、
請求項２から５のいずれか１項に記載の光信号選択装置。

【請求項7】

前記第１基板は、シャーシ基板上に配置され、
前記第１基板および前記シャーシ基板は、１か所が固定部で固定された構造を有する、
請求項２から６のいずれか１項に記載の光信号選択装置。

【請求項8】

前記第１基板は、外周が少なくとも２か所において前記シャーシ基板とバネ性部材で固定されている、
請求項７に記載の光信号選択装置。

【請求項9】

前記バネ性部材は、前記固定部から放射状に設けられている、
請求項８に記載の光信号選択装置。

【請求項10】

前記ファイバーコリメータアレイからの前記光信号を折り返して前記光変調器に出力する折り返し構造を有する、
請求項１から９のいずれか１項に記載の光信号選択装置。

【請求項11】

複数の光ファイバのうち、第１光ファイバから入力された光信号を、光変調器を制御して所定の角度で回折させて、前記第１光ファイバと前記第１光ファイバとは異なる第２光ファイバとの経路を結合させるステップと、
前記光変調器が配置される光学基板の温度変化に応じた揺動パターン画像を前記光変調器に表示させるステップと、
を含む、光信号選択装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光信号選択装置および光信号選択装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光波長分割多重方式（ＷＤＭ:Wavelength Division Multiplexing）を用いた、高速で大容量の情報通信技術が知られている。

【0003】

特許文献１には、空間位相変調素子にパターンを設定することで、アッテネーション機能（減衰機能）を実現する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１５６６４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

通常、光信号選択装置や利得等価装置に使用される空間位相変調素子のビーム偏向方向や減衰量の調整は、位相空間変調素子に描画される画像を画素数単位で調整することで行われている。しかしながら、使用環境の温度が変化することにより、光学系を構成する各構成部品が歪んでしまい、位相空間変調素子への光信号の到達位置が変化してしまう可能性がある。温度変化による部品の変形の影響を除去するように位相空間変調素子を制御することのできる技術が望まれている。

【0006】

本開示は、温度変化の影響を除去することのできる信号選択装置および光信号選択装置の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る光信号選択装置は、複数の光ファイバが所定の方向に沿って配列され、光信号の入出力を行うファイバーコリメータアレイと、前記複数の光ファイバのうち、第１光ファイバから入力された光信号を所定の角度で回折させて、前記第１光ファイバと前記第１光ファイバとは異なる第２光ファイバとの経路を結合する光変調器と、前記光変調器を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記光変調器が配置される光学基板の温度変化に応じた揺動パターン画像を前記光変調器に表示させる。

【0008】

本開示に係る光信号選択装置の制御方法は、複数の光ファイバのうち、第１光ファイバから入力された光信号を、光変調器を制御して所定の角度で回折させて、前記第１光ファイバと前記第１光ファイバとは異なる第２光ファイバとの経路を結合させるステップと、前記光変調器が配置される第１基板と、前記第１基板上に配置され、光学系が配置される前記第１基板とは線膨張係数が異なる第２基板との温度変化に応じた揺動パターン画像を前記光変調器に表示させるステップと、を含む。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、温度変化の影響を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態に係る光信号選択装置の構成例を示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る光変調器の構成例を説明するための図である。

【図3】図３は、実施形態に係る制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図4】図４は、実施形態に係る光信号選択装置の光路を説明するための図である。

【図5】図５は、実施形態に係る光信号選択装置の部品配置例を示す図である。

【図6】図６は、実施形態に係る光信号選択装置の全体の構成例を説明するための図である。

【図7】図７は、ポジ型液晶を用いた平行配向液晶セルを用いた時の液晶の複屈折特性の温度変化を説明するための図である。

【図8A】図８Ａは、実施形態に係る基本的な描画パターンを示す。

【図8B】図８Ｂは、実施形態に係る放物面収差補正を行うための描画パターンを説明するための図である。

【図8C】図８Ｃは、図８Ａと図８Ｂとの組み合わせの補正を説明するための図である。

【図9A】図９Ａは、実施形態に係るレンズの焦点距離の変化と補正を説明するための図である。

【図9B】図９Ｂは、実施形態に係るレンズの焦点距離の変化と補正を説明するための図である。

【図9C】図９Ｃは、実施形態に係るレンズの焦点距離の変化と補正を説明するための図である。

【図10A】図１０Ａは、実施形態に係るＴａｎｇｅｎｔｉａｌ面の光等価回路を示す図である。

【図10B】図１０Ｂは、実施形態に係るＳａｇｉｔｔａｌ面の光等価回路を示す図である。

【図11A】図１１Ａは、実施形態に係る光変調器の変調面の模式図である。

【図11B】図１１Ｂは、実施形態に係る位相変調パターンの一例を示す図である。

【図12A】図１２Ａは、実施形態に係る筐体の温度変化に対する補償方法を説明するための図である。

【図12B】図１２Ｂは、実施形態に係る筐体の温度変化に対する補償方法を説明するための図である。

【図12C】図１２Ｃは、実施形態に係る筐体の温度変化に対する補償方法を説明するための図である。

【図12D】図１２Ｄは、実施形態に係る筐体の温度変化に対する補償方法を説明するための図である。

【図13】図１３は、実施形態に係る位相傾き曲線の温度変化を説明するための図である。

【図14A】図１４Ａは、実施形態に係る光学系基板の模式図である。

【図14B】図１４Ｂは、実施形態に係る光学系基板の模式図である。

【図14C】図１４Ｃは、実施形態に係る光学系基板の模式図である。

【図15A】図１５Ａは、実施形態に係るバイメタルモデルを説明するための図である。

【図15B】図１５Ｂは、実施形態に係るバイメタルモデルを説明するための図である。

【図15C】図１５Ｃは、実施形態に係るバイメタルモデルを説明するための図である。

【図16】図１６は、実施形態に係る解析を行った光学系構造のモデルを示す。

【図17A】図１７Ａは、実施形態に係る光学系構造を昇温した場合の高さ方向の変位利用の概要を示す図である。

【図17B】図１７Ｂは、実施形態に係る光学系構造を昇温した場合の高さ方向の変位利用の概要を示す図である。

【図18A】図１８Ａは、実施形態に係る変位の解析結果を示す図である。

【図18B】図１８Ｂは、実施形態に係る変位の解析結果を示す図である。

【図19A】図１９Ａは、実施形態に係る変位の解析結果を示す図である。

【図19B】図１９Ｂは、実施形態に係る変位の解析結果を示す図である。

【図20A】図２０Ａは、実施形態に係る金属基板の材料の違いによる変位の解析結果を示す図である。

【図20B】図２０Ｂは、実施形態に係る金属基板の材料の違いによる変位の解析結果を示す図である。

【図20C】図２０Ｃは、実施形態に係る金属基板の材料の違いによる変位の解析結果を示す図である。

【図20D】図２０Ｄは、実施形態に係る金属基板の材料の違いによる変位の解析結果を示す図である。

【図21A】図２１Ａは、開示に係る金属基板のシャーシへの固定方法を説明するための図である。

【図21B】図２１Ｂは、開示に係る金属基板のシャーシへの固定方法を説明するための図である。

【図22】図２２は、実施形態に係る光モニタシステムの構成例を示す図である。

【図23A】図２３Ａは、補正パラメータを計算するための誤差信号を発生するのに用いる揺動走査方法について説明するための図である。

【図23B】図２３Ｂは、実施形態に係る光変調器のＣＨスロットの光強度極大値の分布を説明するための図である。

【図23C】図２３Ｃは、施形態に係る揺動走査方法を説明するための図である。

【図24A】図２４Ａは、実施形態に係るポート間結合方向に揺動変調をかける方法を説明するための図である。

【図24B】図２４Ｂは、実施形態に係るポート間結合方向に揺動変調をかける方法を説明するための図である。

【図24C】図２４Ｃは、実施形態に係るポート間結合方向に揺動変調をかける方法を説明するための図である。

【図25A】図２５Ａは、実施形態に係る周波数軸方向に揺動変調をかける方法を説明するための図である。

【図25B】図２５Ｂは、実施形態に係る周波数軸方向に揺動変調をかける方法を説明するための図である。

【図25C】図２５Ｃは、実施形態に係る周波数軸方向に揺動変調をかける方法を説明するための図である。

【図26】図２６は、実施形態に係る揺動走査に用いる同期検波法を説明するための図である。

【図27A】図２７Ａは、実施形態に係るモニタシステムからの出力信号を説明するための図である。

【図27B】図２７Ｂは、実施形態に係るモニタシステムからの出力信号を説明するための図である。

【図28】図２８は、実施形態に係る揺動走査に用いる揺動振幅と結合係数カーブの微分波形との関係を説明するための図である。

【図29】図２９は、実施形態に係る揺動走査に用いる揺動振幅波形とポート間結合方向の結合係数カーブの温度変化との関係を説明するための図である。

【図30】図３０は、実施形態に係る揺動走査に用いる揺動振幅波形と周波数（波長）軸Ｃｈスロット中心座標の結合係数カーブの温度変化との関係を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本開示に係る実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

【0012】

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交する水平面内のＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、水平面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸を中心とする回転方向又は傾斜方向をθＸ方向とし、Ｙ軸を中心とする回転方向又は傾斜方向をθＹ方向とし、Ｚ軸を中心とする回転方向又は傾斜方向をθＺ方向とする。また、以下の説明においては、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面を適宜、ＸＹ平面、と称し、Ｘ軸及びＺ軸を含む平面を適宜、ＸＺ平面、と称し、Ｙ軸及びＺ軸を含む平面を適宜、ＹＺ平面、と称する。ＹＺ平面は、水平面と平行である。ＸＹ平面とＸＺ平面とＹＺ平面とは直交する。

【0013】

［実施形態］
（光信号選択装置）
図１を用いて、実施形態に係る光信号選択装置の構成例について説明する。図１は、実施形態に係る光信号選択装置の構成例を示す図である。

【0014】

本開示に係る光信号選択装置１は、ＷＳＳ（Wavelength Selective Switch）の一種である。光信号選択装置１は、ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/drop multiplexer）の構成部品の１つである。光信号選択装置１は、光通信ネットワークにおいて、回折格子などの波長分離機能と、ミラーや光変調器などを用いた経路切り替え機能といった物理的機能を有する。光信号選択装置１は、信号同士のレベルを同じにするための減衰機能、経路切り替え時の迷光を防ぐヒットレス機能を含む。

【0015】

図１は、光信号選択装置１の側面図を示す。図１に示すように、光信号選択装置１は、ファイバーコリメータアレイ１０と、ビーム幅変換器１２と、光分散素子１４と、レンズ１６と、偏光分離素子１８と、光変調器２０と、を含む。制御装置２２は、光変調器２０を制御するように構成されている。なお、レンズ１６は、光学素子の配置によって、球面ミラーを使用する。

【0016】

ファイバーコリメータアレイ１０と、ビーム幅変換器１２と、光分散素子１４と、レンズ１６と、偏光分離素子１８とは、金属基板３０上に形成されたセラミック基板３２に配置されている。セラミック基板３２は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、およびＳｉＣ（炭化ケイ素）などの熱伝導率が相対的に高く、かつ線膨張係数の小さい材料で形成されていることが好ましい。光変調器２０は、金属基板３０上に配置されている。後述するが、金属基板３０は、コバール、インバー、スーパーインバーなどの低線膨張係数を持つ合金で形成された基板であることが好ましい。

【0017】

光信号選択装置１の組み立て方法について説明する。まず、セラミック基板３２上の所定位置に、ビーム幅変換器１２、光分散素子１４、および偏光分離素子１８をパッシブアライメント法で接着固定する。パッシブアライメント法は、実際に光を通さずに所定の位置に接着剤で固定する方法をいう。

【0018】

次に、ファイバーコリメータアレイ１０と、レンズ１６とをセラミック基板３２上に、アクティブアライメント法で接着固定する。光変調器２０は、金属基板３０上に、アクティブアライメント法で接着固定する。アクティブアライメント法は、実際に光路に光を通した状態で、入力と出力との結合状態をモニタしながら調整し固定する方法をいう。

【0019】

光信号選択装置においては、ファイバーコリメータアレイ１０と、ビーム幅変換器１２と、光分散素子１４と、レンズ１６と、偏光分離素子１８と、光変調器２０の順に並んでいる。

【0020】

ファイバーコリメータアレイ１０は、Ｘ軸に沿って、複数の光ファイバを備える。複数の光ファイバは、光選択装置１の入出力ポートである。図１に示す例では、入力ポートＰ１と、出力ポートＰ２と、出力ポートＰ３と、出力ポートＰ４とを含むものとして説明するが、これは例示であり、本開示はこれに限定されない。入力ポートＰ１からは、光信号がビーム幅変換器１２に向けて出力される。出力ポートＰ２から出力ポートＰ４のいずれかまたは複数の出力ポートに、光変調器２０でビーム偏向し所定の波長を選択した光信号が入力される。

【0021】

ビーム幅変換器１２は、ファイバーコリメータアレイ１０から受けた光信号のＹ－Ｚ面のビーム幅を変更する。ビーム幅変換器１２は、ファイバーコリメータアレイ１０から受けた光信号のビーム幅をＹＺ面内で拡大して光分散素子１４に出力する。ビーム幅変換器１２は、例えば、アナモルフィックプリズムまたはシリンドリカルレンズなどから構成されている。

【0022】

光分散素子１４は、例えば、回折格子で構成されている。光分散素子１４は、例えば、ガラス基板上に形成した透過型回折格子で構成されている。光分散素子１４は、ビーム幅変換器１２から受けた光信号をＹＺ面内に分光するように構成されている。

【0023】

レンズ１６は、光分散素子１４と、偏光分離素子１８との間に配置されている。レンズ１６の前側の焦点位置は、光分散素子１４の位置である。光分散素子１４を複数枚の回折格子から構成する場合は、複数枚を一枚に置き換えた等価回折格子を仮定し、その位置を光分散素子１４の位置と考える。レンズ１６の後側の焦点位置は、光変調器２０の位置である。レンズ１６は、光分散素子１４から受け分光された各光信号を、光変調器２０の表面に各光信号の主光線が垂直になるように照射する。レンズ１６は、例えば、単一のレンズや球面ミラーであってよい。

【0024】

偏光分離素子１８は、レンズ１６と、光変調器２０との間に配置されている。偏光分離素子１８は、レンズ１６から入射した光信号の偏波を２つの直交する直線偏光に分離し、２つの偏光に所定の変位を付与する装置である。偏光分離素子１８は、図示しない２つの偏波分離素子とその間に配置するλ／２板からなる偏波回転素子および２つ目の偏波分離素子を出射した片側の偏波のうちのＰ偏光出射側にのみ設けたＰ偏光をＳ偏光に変換する２つ目のλ／２板からなる偏波回転素子とを含む。偏波分離素子は、レンズ１６から入射した光信号を互いに直交する２つの直線偏波（Ｐ偏光およびＳ偏光）に分離してＰ偏光だけを変位する。一つ目の偏波回転素子は、分離されたＰ偏光をＳ偏光に、Ｓ偏光をＰ偏光に変換する。２つ目の偏波分離素子は変換されたＰ偏光だけを変位する。さらに２つ目のＰ偏光出射側にのみ設けた２つ目の偏波回転素子はＰ偏光をＳ偏光に変換し、２つのＳ偏光が光変調器２０側の面において、Ｘ方向に並んで配置される。

【0025】

光変調器２０は、複数の光変調素子を備える。光変調器２０は、例えば、屈折率を変化させることのできる２次元配列された複数の位相変調素子を備える。光変調器２０は、例えば、位相変調素子として液晶素子を用いた反射型のＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）で構成することができる。光変調器２０は、ファイバーコリメータアレイ１０の複数の光ファイバのうち、第１光ファイバから入力された光信号を所定の角度で回折させて、第１光ファイバと第１光ファイバとは異なる第２光ファイバとの経路を結合するように構成されている。本実施形態では、光変調器２０は、図２に示すように第１光変調部２０－１と、第２光変調部２０－２と、を含む。図２は、実施形態に係る光変調器の構成例を説明するための図である。図２に示すように、光変調器２０は、第１光変調部２０－１と、第２光変調部２０－２と、を有する。第１光変調部２０－１は、偏光分離素子１８で上側に変位された上偏波側の光信号を回折させて反射するように構成されている。第２光変調部２０－２は、偏光分離素子１８で下側に変位された下偏波側の光信号を回折させて反射するように構成されている。

【0026】

制御装置２２は、光変調器２０に描画する描画パターンを調整可能に構成されている。制御装置２２は、光変調器２０の第１光変調部２０－１と、第２光変調部２０－２とに描画する描画パターンを調整可能に構成されている。制御装置２２は、入力ポートＰ１から出力ポートＰ２、出力ポートＰ３、および出力ポートＰ４への切り替えは、描画パターンとして光変調器２０にビーム偏向パターンとなるホログラム(Computer Generated Hologram：ＣＧＨ)パターンを書き込むことで行う。後述するが、本実施形態では、制御装置２２は、各構成部品の温度変化に応じた揺動パターンを光変調器２０に描画する。

【0027】

図１では省略するが、光信号選択装置１は、金属基板３０およびセラミック基板３２の温度を常時測定する温度センサを備えていてもよい。温度センサは、金属基板３０およびセラミック基板３２の温度の検出結果を制御装置２２に出力してもよい。この場合、制御装置２２は、温度センサの検出結果に基づいて、光変調器２０の描画パターンを調整することができる。

【0028】

図３を用いて、実施形態に係る制御装置の構成例について説明する。図３は、実施形態に係る制御装置の構成例を示すブロック図である。

【0029】

図３に示すように、制御装置２２は、通信部４０と、記憶部４２と、制御部４４と、を有する。制御装置２２は、例えば、光変調器２０を構成する複数の位相変調素子のそれぞれに電圧を印加して、描画パターンを描画するように構成されている。

【0030】

通信部４０は、制御装置２２と、外部の装置との間の通信を行う。通信部４０は、例えば、制御装置２２に対する各種の操作を受け付ける入力装置の間で、各種の情報の送受信を行う。

【0031】

記憶部４２は、制御部４４の演算内容やプログラムなどの各種情報を記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような主記憶装置と、オンボードフラッシュメモリ（On-Board Flash Memory）などの補助記憶装置または、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つ含む。

【0032】

制御部４４は、光信号選択装置１の各部の動作を制御する。制御部４４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）、またはＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって、記憶部４２に記憶されたプログラムがＲＡＭ等を作業領域として実行されることにより実現される。制御部４４は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現されてもよい。制御部４４は、ハードウェアと、ソフトウェアとの組み合わせで実現されてもよい。

【0033】

図４は、実施形態に係る光信号選択装置の光路を説明するための図である。図４は、光信号選択装置１を上面からみた図を示している。ファイバーコリメータアレイ１０において、ファイバーコリメータは同じ列に配列しているため上面からは各ポートＰは重なって見える。図１において、入力ポートＰ１から入射した光は、波長に応じて矢印の方向で模式的に示すように光分散素子１４により所定の角度にＹＺ平面で角度変換される。図４に示すように、光信号が波長λ１、波長λ２、および波長λ３の場合では、光変調器２０の異なる位置に入射する。光分散素子１４は、ＸＺ平面では角度変換しない。光分散素子１４を出射した各波長の光信号は、図１に示すＸＺ平面内においてレンズ１６により位置－角度変換され光変調器２０の所定の画素位置に照射される。光変調器２０を反射した各波長の光信号は所定角度で、光変調器２０で角度変換された後、レンズ１６で角度－位置変換され出力ポートＰ２から出力ポートＰ４のいずれかの出力ポートに接続されたシングルモードファイバに接続する。

【0034】

図５を用いて、実施形態に係る光信号選択装置の部品配置例について説明する。図５は、実施形態に係る光信号選択装置の部品配置例を示す図である。

【0035】

図５に示す例は、光信号選択装置１を上面から見た時の部品配置例を示す。図５に示すように、本実施形態では、光信号選択装置１を小型化するための折り返し配置の構造を有する。レンズ１６と、偏光分離素子１８とは、本開示のポート間の結合効率に影響を与える光学系要素３６を構成している。図５に示す例では、光信号Ｌの折り返しを、光分散素子１４と、レンズ１６で行うものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。なお、図５では、レンズ１６として球面ミラーを使用する。例えば、本開示では、光信号Ｌを折り返す折り返しミラーと、透過型の球面レンズなどを追加した構成で、折り返し光学系を構成してもよい。

【0036】

図６を用いて、実施形態に係る光信号選択装置の全体の構成例について説明する。図６は、実施形態に係る光信号選択装置の全体の構成例を説明するための図である。

【0037】

図６に示すように、モジュール５０は、空間光学系５２と、ダストカバー５４と、制御基板５６と、変換基板５８と、金属シャーシ６０と、を備える。

【0038】

空間光学系５２には、図５で示した折り返し配置の光信号選択装置１が配置されている。ダストカバー５４は、空間光学系５２へのゴミの侵入や空気の流入および流出を制限する。ダストカバー５４は、例えば、ハーメチックシールにより空間光学系５２を気密封止している。なお、本開示においては、ダストカバー５４は、必ずしもハーメチックシールの必要はない。しかしながら、例えば、周波数(波長)制御に高精度が要求される用途では、ダストカバー５４をハーメチックシール構造として、空間光学系５２の内部圧力を一定に保つ構造が望ましい。

【0039】

例えば、ダストカバー５４は、光変調器２０に配線引き出し用に取り付けたフレキシブル基板を介して電気配線を取り出し可能な構造を有する。さらに、変換基板５８を介して光変調器２０を制御するための制御基板５６（図１に示す制御装置２２に対応）に接続する。空間光学系５２および制御基板５６はＳＵＳ等からなる金属シャーシ６０に固定する。図示しないが、金属シャーシ６０をさらに筐体となる金属ケース内に固定することでモジュール５０を構成する。

【0040】

図７は、ポジ型液晶を用いた平行配向液晶セルを用いた時の液晶の複屈折特性の温度変化を説明するための図である。図７の横軸は印加電圧、縦軸はリターデーション(Δｎｄ)を示す。図７は、液晶をネマティック液晶とした時のグラフを示す。図７で示すように、点線２０１は、温度が低いとき（例えば、２０℃）の同一の電圧変化範囲に対するリターデーションの変化量を示す。実線２０２は、温度が高いとき（例えば、８０℃）の同一の電圧変化範囲に対するリターデーションの変化量を示す。点線２０１および実線２０２に示すように、温度が高くなるとリターデーションの変化量は、小さくなることがわかる。なお、図７は、平行配向セルの例だが、ネガ型液晶を用いた垂直配向セルの場合には、低電圧印加時にリターデーションが小さく、高電圧印加時にリターデーションが大きくなる。このように電圧に対するリターデーションの変化は垂直配向セルの場合には、平行配向セルの場合と逆向きの変化となるが、リターデーションの変化幅はポジ型液晶と同様に高温側で狭くなる。

【0041】

次に、本開示に係る光変調器２０に書き込む描画パターンの概要について説明する。図８Ａは、実施形態に係る基本的な描画パターンを示す。図８Ａは、横軸ｘが画素数［ｐｉｘ（ピクセル）］を示し、縦軸ｙが位相遅れ［ｒａｄ（ラジアン）］を示す。このとき、光変調器２０に書き込む描画パラメータとして位相傾き(収差論で言うＴｉｌｔ（チルト）)をｂ、ＤＣ成分(収差論で言うＰｉｓｔｏｎ（ピストン）)をｃ、およびｘ軸との交点位置をＰｍとすると基のＴｉｌｔおよびＰｉｓｔｏｎの収差補正のための位相曲線２０３は、以下の式（１）で表すことができる。

【0042】

【数1】

【0043】

なお、実施形態に係る光変調器２０を反射し往復する最大位相変調量は、２π（使用する波長λの1λのときの位相量を２πとする）である。そのため、制御装置２２は、基のビーム偏向用位相曲線を光変調器２０に書き込む際には、図８Ａに示す、ノコギリ波状の曲線２０４で示すように位相曲線２０３を２πで割った剰余項とし、２πの主領域での折り畳みを行う。

【0044】

図８Ｂは、実施形態に係る放物面（球面）収差補正を行うための描画パターンを説明するための図である。図８Ｂは、横軸ｘが画素数［ｐｉｘ］を示し、縦軸ｙが位相遅れ［ｒａｄ］を示す。放物面収差補正(後述のように一方向だけの補正が主なため形状としてはシリンドリカルレンズと等価)のための位相曲線２０５は、放物線頂点の曲率をａ、放物線の頂点座標をＰｃとすると、以下の式（２）で表すことができる。

【0045】

【数2】

【0046】

光変調器２０に描画パターンを書き込む際は、最大位相変調量２πの制約がある場合、制御装置２２は、曲線２０６に示すように、位相曲線２０５を２πで割った剰余項とし、２πの主領域での折り畳みを行う。

【0047】

図８Ｃは、図８Ａと図８Ｂとの組み合わせの補正を説明するための図である。図８Ｃは、横軸ｘが画素数［ｐｉｘ．］を示し、縦軸ｙが位相遅れ［ｒａｄ］を示す。図８Ｃの位相曲線２０７は、ＤＣ成分(Ｐｉｓｔｏｎ)、一次の位相傾き(Ｔｉｌｔ)および放物面収差補正を合わせた補正を示す位相曲線である。位相曲線２０７を光変調器２０上に書き込む際には、制御装置２２は、式（１）と式（２）の和である以下の式(３)で計算し位相曲線２０７を２πで割った剰余項とし、２πの主領域での折り畳みを行った曲線２０８を書き込む。

【0048】

【数3】

【0049】

本実施形態では、制御装置２２が使用する光変調器２０に描画パターンを描画するための描画パラメータとして、ａ、ｂ、ｃ、Ｐｃ、およびＰｍを選んでいる。ここで、物理的に制御可能な光変調器２０の独立な位相変調のパラメータは、次の３つであることが重要なポイントである。

【0050】

１．ＤＣ成分（可変調範囲０から２π）δ：フォーカス位置を微調整するためのパラメータ
２.Ｔｉｌｔ係数β：反射ビームの偏向方向を制御するためのパラメータ
３．放物面頂点の曲率α：レンズパワーまたは球面収差補正項

【0051】

そこで、式（３）の描画パラメータと上記の１から３の物理的な位相変調パラメータとの関係を比較する。δ、β、およびα用いることで、以下の式（４）を得ることができる。

【0052】

【数4】

【0053】

位相変調パラメータは、３つの基底関数ｘ^０、ｘ^１、ｘ^２（パラメータδ、β、α）の張る３次元基底関数空間で一意に記述できる。一方、式（３）を展開すると、以下の式（５）が得られる。

【0054】

【数5】

【0055】

式（４）と式（５）を比較することで、式（６）、式（７）、式（８）が得られる。

【0056】

【数6】

【0057】

【数7】

【0058】

【数8】

【0059】

なお、δは、光変調器２０で制御可能な２πの主値の範囲で考えると、ビーム操作（光信号の操作）にほとんど影響しないため０としても良い。したがって、式（６）から（８）より、例えば、放物面頂点の頂点座標Ｐｃを変えることは、制御装置２２が、ビーム偏向に影響する位相変調パラメータβ（Ｔｉｌｔ係数）を操作することと等価になることがわかる。したがって、放物面の頂点座標Ｐｃをシフトさせる操作と、傾き係数ｂを変える操作とは、物理的な波面操作である位相変調パラメータβから見ると、等価なＴｉｌｔ補正の操作であるといえる。

【0060】

本実施形態において、図５に示す光分散素子１４からレンズ１６への入射角は、分散角によって波長ごとに異なるが、分散角を０°とおいた幾何学的な角度で考えると、例えば、１２．６°の斜め入射となっている。そこで、図９Ａから図９Ｃを用いてレンズ１６に斜め入射するときの垂直入射ビームと比較した際のレンズ１６の焦点距離の変化とその補正(非点収差補正)について説明する。図９Ａから図９Ｃは、実施形態に係るレンズ１６の焦点距離の変化と補正を説明するための図である。

【0061】

ここで、図９Ｂは、図５を下から見た位置関係となっている。図９Ｂは、斜め入射の入射面上から見た状態なので、Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ（タンジェンシャル）面（ＸＺ平面）である。垂直入射時のレンズ１６の焦点距離をｆとすると斜め入射時のＴａｎｇｅｎｔｉａｌ面で見た焦点距離ｆｔは、入射角をθとして以下の式（９）で表される。

【0062】

【数9】

【0063】

一方、図９Ｃに示すように、入射面に垂直な面は、Ｓａｇｉｔｔａｌ（サジタル）面（ＹＺ平面）となり、図５を側面から見た状態を示す。この時、レンズ１６の入射光と出射光は、Ｓａｇｉｔｔａｌ面から見るとレンズ１６に対し垂直入射になり、側面から見たときの焦点距離は、ｆであるが、実際の光路で考えると、斜め入射している分だけ焦点距離は長くなる。そのため、その焦点距離をｆｓと置くと以下の式（１０）で表すことができる。

【0064】

【数10】

【0065】

光信号選択装置１に用いる光学系において、光分散素子１４の分散方向に周波数ごとに分離された個々のガウシアンビームは、レンズ１６によりフーリエ面となる光変調器２０を焦点面とするスポットを結ぶ。したがって、周波数分解能をできるだけ上げるためには、光変調器２０の周波数軸に沿った面上に微小なビームスポットを形成する必要がある。

【0066】

図１０Ａは、実施形態に係るＴａｎｇｅｎｔｉａｌ面の光等価回路を示す図である。図１０Ｂは、実施形態に係るＳａｇｉｔｔａｌ面の光等価回路を示す図である。図４に示す、光学系においてファイバーコリメータアレイ１０は、シングルモードファイバからの出射光をコリメートしビーム幅変換器１２でビーム幅を拡大して平行光Ｌ２を出力とする。平行光Ｌ２は、光変調器２０に微小スポットを形成するために、レンズ１６の手前側の前述したビーム幅変換器１２でビーム拡大される。その後、平行光Ｌ２は、レンズ１６の実効的な前側焦点位置に配置した光分散素子１４で光周波数ごとに角度フーリエ変換されレンズ１６のフーリエ面に配置した光変調器の変調面の所定の位置に周波数ごとに分けられスポットを結ぶ。

【0067】

したがって、図１０Ａに示すように、レンズ１６のＴａｎｇｅｎｔｉａｌ面に対する実効的な後側焦点位置に光変調器２０を配置することで、ガウシアンビームのビームウェストがＴａｎｇｅｎｔｉａｌ面で見ると光変調器２０の面に配列する。このため、ファイバーコリメータアレイ１０のシングルモードファイバの出射端と、光変調器２０の面とは共役の関係となる。その結果、光変調器２０で反射された反射光Ｌ３は、レンズ１６で逆フーリエ変換され、光分散素子１４とビーム幅変換器１２とを逆に進み、ファイバーコリメータアレイ１０のシングルモードファイバに最も効率良く結合できる。

【0068】

一方、図１０Ｂに示すように、レンズ１６のＳａｇｉｔｔａｌ面については、ファイバーコリメータアレイ１０を出射した平行光Ｌ２は、レンズ１６でＴａｎｇｅｎｔｉａｌ面に対する後側焦点面に配置された光変調器２０でそのまま反射される。この際、図１０Ｂに示すように、光変調器２０は、レンズ１６のＴａｎｇｅｎｔｉａｌ面に対する実効的な後側焦点位置に配置されているため、Ｓａｇｉｔｔａｌ面では実効的な焦点位置をｆｔからｆｓに延ばす必要がある。そのため、光変調器２０には負のレンズパワーを持つような凹レンズとして機能する屈折率分布を持つ描画パターンを重畳させることで、ファイバーコリメータアレイ１０のシングルモードファイバに結合するビームの結合効率を最大化する必要がある。

【0069】

次に、本開示の光変調器２０の変調面の座標および作用について説明する。図１１Ａは、実施形態に係る光変調器２０の変調面の模式図である。図１１Ａは、図１に示す光信号選択装置１を左側正面から見た様子を示す。変調面の画素のローカル座標では左上を原点（０，０）ととり、縦軸をｘ軸、横軸をｙ軸とする。ｘ軸はビーム偏向軸であり、ｙ軸は周波数軸である。ｘ軸およびｙ軸の単位は光変調器２０の画素数である。なお、ここでは、光変調器２０の画素は、縦横比が等しい正方画素とする。

【0070】

図４に示すファイバーコリメータアレイ１０から出射したコリメート光は、ビーム幅変換器１２で光変調器２０の変調面のビームスポットを絞るためビーム幅を拡大される。光分散素子１４で周波数ごとに角度分離された各周波数成分を含むガウシアンビームは、レンズ１６のフーリエ面に配置された光変調器２０の変調面に周波数ごとにビームスポットを結ぶ。その際、光変調器２０の変調面の前に設置された偏光分離素子１８で直交する２つの偏光に分離され、図示しない図１１Ａの第１光変調部２０－１または、第２光変調部２０－２の直前に配置された１／２波長板で片方の偏光の偏光方向を９０°回転する。そして、制御装置２２は、偏光分離された両方の偏光の向きを、光変調器２０の変調時の結晶軸の向きに揃えた後に、それぞれ独立した第１光変調部２０－１および第２光変調部２０－２で位相変調を行う。

【0071】

一方、図１に示す側面図では、ファイバーコリメータアレイ１０から出射したコリメート光は、ビームの拡大はなく、そのままレンズ１６に入射するため、光変調器２０上のビームスポットはあまり絞られない状態で光変調器２０の変調面に入射する。そのため、光変調器２０上の変調面に照射される各周波数毎のビームスポット形状は、図１１ＡのＣＨｋ上のビームスポット６２およびビームスポット６４に示すように縦長の長円形状のガウシアン分布のビームになる。

【0072】

図５に示す折り返し配置を採用する場合、高周波数側が図１１ＡのＣＨ１側に照射され、低周波側になるに従い、ＣＨｎ側に順次配列するようにする。その際、制御装置２２は、ＣＨスロットごとに所定の帯域制限幅を決め、ビーム偏向して所定の出力ポートに高効率に結合するように位相変調パターンを書き込む。

【0073】

図１１Ｂは、実施形態に係る位相変調パターンの一例を示す図である。図１１Ｂに示すように、制御装置２２は、所定のＴｉｌｔと非点収差補正のための放物面曲率を重畳した式（４）で表すことのできる位相変調パターンを２πの主領域で折り畳んだ位相変調パターン２１０を光変調器２０の変調面にＣＨスロットの帯状に書込む。なお、ここでは説明を簡単にするために、各ＣＨスロット内の位相変調パターンは光変調器２０のビーム偏向軸方向にだけ位相変調量が変化する１次元変調パターンで説明したが、本開示はこれに限定されない。本実施形態では、制御装置２２は、必要に応じてＣＨスロット内にｘ－ｙ両方向に位相変調量分布を持つ２次元位相変調パターンからなるホログラムを書き込んでも良い。

【0074】

次に実施形態に係る筐体の温度変化に対する補償方法を説明する。図１２Ａと、図１２Ｂと、図１２Ｃと、図１２Ｄとは、実施形態に係る筐体の温度変化に対する補償方法を説明するための図である。本開示の実施形態を説明する前に、比較例に係る描画パラメータの変化を説明する。比較例では、恒温槽で筐体全体の温度を変化させる実験を行った時の入出力ポートの挿入損失を最小化するときの最適な描画パラメータの変化を説明する。以下では、光変調器２０の駆動条件は温度によらず一定とした。

【0075】

図１２Ａは、筐体温度を５℃から５０℃まで変化させたときに、描画パラメータの式（３）のｂ（傾き係数）を調整し入出力の挿入損失が一番小さくなるときの値をプロットした図である。本実験では、温度を変化させても傾き係数補正をすることで挿入損失は、初期値の－６．２ｄＢから－０．１ｄＢの範囲内に抑えることが可能であった。図１２Ａは、横軸が温度［℃］を示し、縦軸がｂ［ｒａｄ／ｐｉｘ］を示している。

【0076】

図１２Ａにおいて、Ｔｉｌｔ＋は、図１２Ｄに示すように光変調器２０で入射ビーム６６を下方向に出射ビーム６８として偏向させることを表し、Ｔｉｌｔ－は、上方向に出射ビーム６８として偏向させることを表す。図１２Ａにおいて、波形２２０、第１光変調部２０－１の温度変化に対する補正係数の変化量を示し、波形２２１は、第２光変調部２０－２の温度変化に対する補正係数の変化量を示す。本実験においては、３０℃の時に初期調整を行なったので、Ｔｉｌｔ補正量は０となっている。図１２Ａからわかるように、制御装置２２Ａは、初期値より高温にするとＴｉｌｔ＋側の補正が必要であり、低温にするに従い、Ｔｉｌｔ－の補正量を大きくする必要がある。

【0077】

図１２Ｂは、筐体は室温として、光変調器２０を取り付けたプレート近傍だけ局所加熱した場合の補正係数の温度変化を示す。波形２２２は、第１光変調部２０－１の温度変化に対する補正係数の変化量を示し、波形２２３は、第２光変調部２０－２の温度変化に対する補正係数の変化量を示す。図１２Ａと図１２Ｂとの比較から同じ温度変化領域で比較すると筐体全体の温度を変えたほうが光変調器２０単体の温度変化よりも補正係数の温度依存性が大きいことがわかった。このことから、筐体を一定温度に保つ温度制御機構を設けない場合に、制御装置２２によるＴｉｌｔ補正(傾き係数補正)で挿入損失の劣化を緩和することは可能であるが、支配的要因である筐体起因の温度依存性を把握し補正する必要があることがわかった。なお、図１２Ｂから光変調器２０単体の加熱実験での傾き係数補正の温度依存性は、負の傾きを持つことがわかる。

【0078】

図１２Ｃは、筐体温度を５℃から５０℃まで変化させたときに、描画パラメータの式（３）のＰｃ（放物線の頂点座標）を調整し入出力の挿入損失が一番小さくなるときの値をプロットした図である。本実験では、温度を変化させてもＰｃの補正をすることで挿入損失は、初期値の－６．２ｄＢから－０．１ｄＢの範囲内に抑えることが可能であった。図１２Ｃは、横軸が温度［℃］を示し、縦軸がＰｃ［ｐｉｘ］を示している。なお、式（７）に示すように、放物線の頂点の曲率ａが正の場合（凹レンズ型の屈折率分布）、Ｐｃを小さくすることは傾き係数βを大きくすること、すなわちＴｉｌｔ＋方向にビーム偏向することと等価である。したがって、図１２Ａで示すように描画パラメータの位相傾きｂを大きくすることまたは図１２Ｃに示すように曲率描画パラメータの放物線の頂点座標Ｐｃを小さくすることでＴｉｌｔ＋方向に傾き係数βを制御することが等価的に可能である。

【0079】

図１３は、実施形態に係る位相傾き曲線の温度変化を説明するための図である。今回の実験のように光変調器２０の駆動条件を温度によらず一定とした場合、図７で示した液晶の温度依存性からは、図１３（ａ）に示すように、同一の駆動条件で同じ傾き係数(初期状態の０から２πまでの画素数(幅)を基準とし１ピッチとする)を光変調器２０書込み比較した場合、温度が高くなると位相傾き曲線２３０から位相傾き曲線２３２のように単位画素あたりの位相変化量である実効的な傾き係数が小さくなるはずである。

【0080】

したがって、図１３（ｂ）に示すように、高次回析光２３４の発生は考えられるが、温度を高くした状態で初期状態と同じ位相傾き曲線の傾きを得るには、ピッチを短くすることが考えられる。すなわち、最適な傾き係数は正の方向に変化するはずであるが、図１２Ｂでは逆の傾向となっている。このため、光変調器２０単体の実験においても、液晶の温度依存性以外の液晶の固定構造の温度依存性など他の要因が、液晶材料起因の温度依存性より光変調器２０の特性の温度依存性に影響が大きいと推測される。

【0081】

ここで、今回実験に用いた金属基板とシャーシの構造から簡易化した変形モデルを用いて、光変調器２０に書き込む傾き係数補正により筐体の環境温度変化による挿入損失劣化が補償または緩和できる理由について説明する。

【0082】

図１４Ａと、図１４Ｂと、図１４Ｃとは、実施形態に係る光学系基板の模式図である。図１４Ａから図１４Ｃに示すバイメタルモデル７０では、光変調器２０以外の光学系を搭載するセラミック基板３２はアルミナ基板３２Ａ、光変調器２０を搭載する金属基板３０はアルミ基板３０Ａであるものとして説明する。図１４Ａから図１４Ｃでは省略するが、アルミ基板３０Ａと、アルミナ基板３２Ａとは、後述するように、押さえ金具と周囲の部分接着により微小変形可能に固定されている。一方、アルミ基板３０Ａと、シャーシとなるステンレス基板３４は、長手方向が１００ｍｍ、短手方向が７７ｍｍの間隔で形成した長方形位置にボルト３５により固定されている。ステンレス基板３４は、例えば、ＳＵＳ３０４で形成されている。

【0083】

このとき、アルミとＳＵＳ３０４との線膨張係数差により生じるバイメタル効果により、図５において光学系要素３６で示した部分の側面が変形することを説明する。ここでは、便宜的にバイメタル効果によって誘起される２種類のバイメタルモデルにより、光変調器２０の変調面で生じる初期状態からの変化を説明する。

【0084】

第１のバイメタルモデルは、金属基板の変形によって生じる光変調器２０の変調面の傾きの発生を説明するものである。図１４Ｂは、実施形態に係る低温にした場合の基板の変形を説明するための図である。初期状態の図１４Ａより低温にした時には、図１４Ｂのように線膨張係数の大きなアルミの収縮量がＳＵＳ３０４の収縮量より大きいため矢印７１に示すように上方に変形する。図１４Ｃは、実施形態に係る実施形態に係る高温にした場合の基板の変形を説明するための図である。初期状態の図１４Ａより高温にした時に図１４Ｃのように線膨張係数の大きなアルミの収縮量がＳＵＳ３０４の収縮量より大きいため矢印７２に示すようにした下方に変形する。この変形方向は、光変調器２０の変調面の傾きを誘起するが、図１０Ａの実験結果と変化の方向は符合している。

【0085】

図１５Ａと、図１５Ｂと、図１５Ｃは、実施形態に係る第２のバイメタルモデルを説明するための図である。バイメタルモデル７０Ａ、アルミ基板３０Ａの変形によって生じる、光変調器２０の変調面の変位の発生を説明するものである。

【0086】

図１５Ｂは、実施形態に係る低温にした場合の基板の変形を説明するための図である。図１５Ａより低温時には、図１５Ｂのように光変調器２０の変調面に照射されるビーム位置が、初期位置７４から下側位置７６にシフトする。図１５Ｃは、実施形態に係る高温にした場合の基板の変形を説明するための図である。図１５Ａより高温時には、図１５Ｃに示すように、光変調器２０の変調面に照射されるビーム位置が、初期位置７４から上側位置７８にシフトする。この変形による放物面頂点の補正方向は、図１２Ｃに示す実験結果と変化の方向は符合している。

【0087】

図１４Ａから図１４Ｃおよび図１５Ａから図１５Ｃの２つのバイメタルモデルを用いた考察から、積層した基板同士の線膨張係数の差による変形は、制御装置２２の制御による描画パラメータである傾き係数ｂおよび放物面の頂点座標Ｐｃにより補正できることがわかった。さらに、式（７）から傾き係数ｂおよび放物面の頂点座標Ｐｃのシフトは、どちらも光変調器２０の位相補正パラメータのＴｉｌｔ係数βを制御することと等価であることがわかっている。そのため、筐体の変形に起因するファイバーコリメータアレイ１０のポート位置方向の所定位置からのずれによる挿入損失の温度依存性は、光変調器２０の位相補正パラメータのＴｉｌｔ係数β(または等価な描画パラメータの傾き係数ｂおよび放物面頂点の頂点座標Ｐｃシフト)の制御で補償および緩和することが可能なことがわかった。

【0088】

次に、制御装置２２が光変調器２０の位相補正パラメータ(または等価な描画パラメータ)による温度補償におけるホログラム計算量を削減するために有効な、筐体の構造について説明する。図１４Ａから図１４Ｃおよび図１５Ａから図１５Ｃでは、光学系基板構造を簡易化したバイメタルモデルで定性的な説明を行なった。以下では、有限要素法(ＦＥＭ)と簡略化した光学系基板およびシャーシ構造を用いて定量的な評価(静的な熱応力解析)を行なった結果を示す。

【0089】

図１６は、実施形態に係る解析を行った光学系構造のモデルを示す。解析ソルバーとして、Ｎａｓｔｒａｎを用いた。計算時間とメモリ使用量をできるだけ削減するため、個別の光学素子を除き、必要最低限の構造部材である、アルミ基板９０、アルミナ基板９２、ステンレス(ＳＵＳ３０４)のステンレスシャーシ９４をモデルとして用いた。アルミ基板９０、アルミナ基板９２、およびステンレスシャーシ９４は、図１４Ａから図１４Ｃおよび図１５Ａから図１５Ｃに示す、アルミ基板３０Ａ、アルミナ基板３２Ａ、およびステンレス基板３４に相当する。アルミ基板９０のサイズは約１５０ｍｍ×１１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、アルミナ基板９２は、約１１５ｍｍ×８５ｍｍ、厚さ５ｍｍ、ステンレスシャーシ９４は、厚さ１．５ｍｍとした。図１６において、位置９６は、光変調器２０の搭載位置を示す。位置９８は、レンズ１６の搭載位置を示す。

【0090】

図１７Ａおよび図１７Ｂは、実施形態に係る光学系構造を昇温した場合の高さ方向の変位量の概要を示す図である。図１７Ａおよび図１７Ｂは、初期状態２５℃から５０℃に昇温した時の光学系の高さ方向の変位量(ｘ方向)の概要示す。

【0091】

図１７Ａは、アルミ基板９０およびアルミナ基板９２をステンレスシャーシ９４に固定点１０１、１０２、１０３、１０４の４か所で４点固定した場合の解析結果を示す。図１７Ｂは、アルミ基板９０およびアルミナ基板９２をステンレスシャーシ９４に固定点１０１で１点固定した解析結果を示す。

【0092】

図１７Ａに示す例では、変位点の最大値と最小値の絶対値が１３９μｍで、図１７Ｂに示す例では、変位点の最大値と最初値の絶対値が２４１μｍである。すなわち、図１７Ａに示す例は、図１７Ｂに示す例に比べて変位量は、１００μｍほど小さい。

【0093】

図１８Ａおよび図１８Ｂは、実施形態に係る変位の解析結果を示す図である。図１８Ａおよび図１８Ｂは、それぞれ、図１７Ａおよび図１７Ｂを右側面から見た解析結果である。図１８Ａでは、レンズ１６を搭載するアルミナ基板９２の左側および光変調器２０を搭載するアルミ基板９０の右側の両方が下側に変位している様子がわかる。図１８Ｂでは、レンズ１６側（左側）の変位量は小さく、変形は、固定点のない光変調器２０側に寄っていることがわかった。この側面から見た変位が光変調器２０の変調面に与える影響としては、図１４Ａから図１４Ｃおよび図１５Ａから図１５Ｃで示したバイメタルモデル７０および７０Ａで説明した光変調器２０の変調面のＴｉｌｔとビーム位置のシフトであるが、両方とも光変調器２０の位相補正パラメータのＴｉｌｔ係数βの制御で補正可能である。

【0094】

図１９Ａおよび図１９Ｂは、実施形態に係る変位の解析結果を示す図である。図１９Ａおよび図１９Ｂは、それぞれ、図１７Ａおよび図１７Ｂを光変調器２０の搭載面から見た解析結果である。図１９Ａに示すように、４点固定モデルでは、光変調器２０の取付部に、矢印１１０の方向に捩じれが見られる。一方、図１９Ｂに示すように、１点固定モデルは、最大変位量は、図１９Ａに示す例よりも大きいが捩れは見られないことがわかった。図１９Ｂに示す例の方がθＺ方向の捩じれ成分が小さくホログラム計算のパラメータを減らすことができるため、本構造を用いた解析結果から、１点固定の方が制御装置２２による筐体の変形による挿入損失の温度依存性を補正するビーム偏向補正には適していると考えられる。

【0095】

図２０Ａから図２０Ｄは、実施形態に係る金属基板の材料の違いによる変位の解析結果を示す図である。図２０Ａから図２０Ｄは、固定点が１点である場合の変位を示している。

【0096】

図２０Ａは、金属基板がアルミ基板９０である場合の最大変位量を示す。図２０Ａに示す例では、最大変位量は２４１μｍである。図２０Ｂは、金属基板がコバール基板である場合の最大変位量を示す。図２０Ｂに示す例では、最大変位量は１４５μｍと、図２０Ａに示す場合と比べて小さくなっている。図２０Ｃは、金属基板がインバー基板である場合の最大変位量を示す。図２０Ｃに示す例では、最大変位量は１２３μｍと、図２０Ａおよび図２０Ｂに示す場合と比べて小さくなっている。図２０Ｄは、金属基板がスーパーインバー基板である場合の最大変位量を示す。図２０Ｄに示す例では、最大変位量は１２０μｍと、図２０Ａから図２０Ｃに示す場合と比べて小さくなっている。

【0097】

図２１Ａおよび図２１Ｂは、本開示に係る金属基板のシャーシへの固定方法を説明するための図である。

【0098】

図２１Ａは、本開示の光学基板部の構造を示す。光学基板部は、金属基板１２０と、アルミナ基板１２２と、ＳＵＳフレーム基板１２４と、を備える。金属基板１２０と、アルミナ基板１２２と、ＳＵＳフレーム基板１２４とは、それぞれ、図１６に示すアルミ基板９０と、アルミナ基板９２と、ステンレスシャーシ９４に相当する構造である。図１６で示すアルミ基板の代わりに線膨張係数の小さいコバール、インバー、スーパーインバーなどの金属基板１２０上にアルミナ基板１２２の周囲を上方から押さえ金具１３０と弾性のある接着剤で固定する。

【0099】

金属基板１２０は、レンズ１６の搭載側の固定部１２８の１箇所をＳＵＳフレーム基板１２４にネジ止め固定する。金属基板１２０の固定箇所は、図５の光学系要素３６の下部に位置に相当する端部であれば良い。レンズ１６の搭載側で金属基板１２０をネジ止めするのは、レンズ１６がアルミナ基板１２２上に搭載されているのに対して、光変調器２０は、金属基板１２０上に直接搭載するため、取り付け時にネジの締結で発生する取付部の周囲の変形の影響をできるだけ緩和するためである。また、熱応力の発生を緩和するため、固定部１２８以外の金属基板１２０の周囲は、ネジ止め箇所から金属基板の周囲の放射状の位置に少なくとも２箇所(図２１Ａでは６箇所)をばね性を有する押さえ金具１３０を用いてＳＵＳフレーム基板１２４上に固定する。

【0100】

図２１Ｂは、実施形態に係る押さえ金具の構成例を示す図である。図２１Ｂに示すように、押さえ金具１３０は、穴部１３０ａと、穴部１３０ｂ、ばね部１３０ｃとを有する。穴部１３０ａは、押さえ金具１３０と、金属基板１２０とを、ネジ止めするための穴部である。穴部１３０ｂは、押さえ金具１３０と、ＳＵＳフレーム基板１２４とをネジ止めするための穴部である。ばね部１３０ｃは、ばね性を有する。図２１Ａに示す矢印１４１および矢印１４２は、金属基板１２０が摺動可能な方向を示す。すなわち、押さえ金具１３０を用いることで、金属基板１２０は、ＳＵＳフレーム基板１２４を摺動可能となり、バイメタル効果を緩和し、平面度を維持することができる。

【0101】

本開示では、図２１Ａおよび図２１Ｂに示す構造を採用することで初期状態から筐体温度の上昇・下降時に生じる金属基板１２０よびシャーシ１３２の膨張・収縮が生じた際に金属基板１２０を摺動可能とし、熱応力の発生を緩和する。そのため、図５で示すポート間結合効率に影響する光学系要素３６が、固定点を軸として単純な変形をする機構を実現できる。具体的には、本開示では、温度変化などに伴う金属基板１２０等の変形は、厳密には３次以上の高次成分を含む関数を含む実験モデルで近似されるが、描画パラメータの計算量を減らすために変位、傾き、および放物面の２次まで線形結合の曲面で実用的に近似することができる。

【0102】

次に、実施形態に係る光分散素子の温度依存性について説明する。本開示では、図１等に示すように、光分散素子１４は、応力緩和された状態で設置されるアルミナ基板３２Ａ上に配置されている。したがって、温度変化に起因するアルミナ基板３２Ａの変形による位置や角度の変化は受けにくいが、光分散素子１４自体は、初期状態からの温度変化により膨張または収縮する。さらに、光分散素子１４を含む空間光学系をハーメチックシールしない構造の場合、光学系内の気体の種類や気圧によって決まる屈折率も温度に依存して変化する。加えて、光分散素子が透過型構造を有する場合は、材料の屈折率が温度依存を持つ。その影響は、図４に示す、光分散素子１４による分散角度および範囲の変化となって現れる。したがって、本開示では、温度制御をおこなうために、光変調器２０の変調面では、図１１Ａで示すＣＨスロットおよびその帯域制限幅を筐体温度等の環境変化に応じて変化させる。具体的には所定の位置へＣＨスロット中心座標をシフトさせることや、所定の帯域幅になるようにＣＨスロット幅を変えるため、本開示の光信号選択装置１では調整・制御するための変形量や設定環境変化に応じた光モニタとモニタ出力結果を用いたフィードバックシステムを搭載する。

【0103】

次に、実施形態に係る光信号選択装置１の光学基板の固定方法を有する、光信号選択装置１のモジュールの筐体の変形量や設置環境の温度や圧力変化による挿入損失補償のための光モニタシステムおよびモニタ出力を用いたフィードバック制御方法について説明する。

【0104】

図２２は、実施形態に係る光モニタシステムの構成例を示す図である。図２２は、本開示の筐体の変形、温度や気圧が変化した場合にビーム偏向、光変調器２０のＣＨスロット位置および幅を制御するのに用いるポート間結合係数評価・フィードバックシステムの構成図である。

【0105】

光信号選択装置１の信号波長選択に使用するファイバーコリメータアレイ１０に接続する信号ポート群１５０の一部をモニタ用ポート群１５２として使用する。モニタ用ポート群１５２には基準周波数発生用ＬＤ（Laser Diode）および同期検波用モニタＰＤ（Photo Diode）を接続する。

【0106】

次に、結合係数モニタ用システム（以下、モニタシステム３００）について説明を行う。基準周波数発生用ＬＤは、周波数安定度が高く、なおかつ波長選択の可能なチューナブルＬＤアレイ(ＴＬＤＡ)を使用することが望ましい。ＴＬＤＡは、モニタシステム１００から出力強度が安定するように電源を供給する。同期検波用モニタＰＤは、例えばＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）で構成された所定の波長に感度を持ち、高速応答できることが望ましい。同期検出用モニタＰＤの出力端子は、モニタシステム３００のモニタ入力端子に接続されている。モニタシステム３００には、同期検出用モニタＰＤの出力を同期検波するための後述するモニタ用パターン揺動同期信号(以下、揺動同期信号Ｓ１０と記す)も入力する。モニタシステム３００は、同期検出用モニタＰＤの出力と揺動同期信号Ｓ１０の同期検波、乗算処理または比較演算によりモニタ用調整誤差信号(以下、誤差信号Ｓ１１と記す)の演算処理を行う。そして、光変調器２０の駆動・制御システムである制御装置２２で描画パラメータを演算できるようにデジタル信号としてフィードバックを行う。演算した描画パラメータを基に制御装置２２は、駆動信号Ｓ１３を発生し、光変調器２０に印加する。

【0107】

ＴＬＤＡの出力は、信号ポートで使用しない周波数(波長)をあらかじめ選択するか、例えば、Ｃバンド・Ｌバンド用の光信号選択装置の場合、可能であれば当該バンド近傍の信号周波数（ＣＨ１からＣＨｎ）に隣接する外側の周波数（ＣＨ０およびＣＨｎ＋１）を選択する。また、ＴＬＤＡは、モニタ期間中は、ＣＷ（Continuous Wave）モード、すなわち一定出力でモニタ用光信号(以下、モニタ信号と記す)をファイバーコリメータアレイ１０の所定のモニタ用入力ポートに供給する。モニタ信号は、空間光学系で分散素子により所定の角度変換を行い、レンズ１６であらかじめ決められたモニタ信号用の周波数軸上のモニタ用ＣＨスロット部に照射され、光変調器２０で所定のモニタ出力ポートに結合するようにビーム偏向されるがその時後述する揺動変調がモニタ用光信号に光変調器２０を用いて重畳され、同期検波用モニタＰＤが接続された所定のモニタ用出力ポートに光結合する。

【0108】

図２３Ａは、補正パラメータを計算するための誤差信号を発生するのに用いる揺動走査方法について説明するための図である。図２３Ａは、信号光（ＣＨ１からＣＨ９６:ＣおよびＬバンドを５０ＧＨｚ間隔で設定）とモニタ用信号光(ＣＨ０およびＣＨ９７)が、光変調器２０の変調面に照射される様子の模式図である。

【0109】

照射ビーム１５１の形状は、ＣＨ０およびＣＨ９７のみ図示するが、相似の形状のビームが光変調器２０の変調面の各ＣＨに照射され得る。照射ビーム１５１は、楕円形および非対称ガウシアンビームであり得る。光変調器２０の変調面には、信号光が偏光分離素子１８で第１光変調部２０－１および第２光変調部２０－２に分離して照射される。第１光変調部２０－１および第２光変調部２０－２のどちらかの領域の前に１／２波長板を設け、片側の偏光を９０回転し、両方の領域の入射直線偏光が、光変調器２０の変調時の結晶軸に平行にする。

【0110】

図２３Ｂは、実施形態に係る光変調器のＣＨスロットの光強度極大値の分布を説明するための図である。図２３Ｂに示すように、照射ビーム１５１の各ＣＨスロットの光強度極大値は、空間光学系の特性と光変調器２０の変調面の設置公差に依存する傾きなどにより、例えば、直線１６１、１６２、１６３に示す一次近似直線や、曲線１６４、１６５に示す二次近似曲線、または双方の和や差で表されるような分布や更に高次の関数で記載される分布を周波数軸方向に持つ場合がある。本実施形態では、あらかじめ、光強度極大値の初期分布を記録し、各ＣＨスロットの原点として、後述する誤差信号の原点として利用する。また、光分散素子１４と、空間光学系の組み合わせにより例えば５０ＧＨｚ間隔とするときの光変調器２０の変調面のＣＨスロットの幅は周波数位置によって異なることが多いが、これも初期分布を記録し、各ＣＨスロットの中央値を原点とし、後述する誤差信号の原点として利用する。

【0111】

図２３Ｃは、実施形態に係る揺動走査方法を説明するための図である。初めに説明を簡略化するため、モニタ信号は、信号バンドＣＨ１からＣＨ９６の高周波側ＣＨ１に隣接するＣＨ０の第１光変調部２０－１側に照射されたビームを例に説明する。図２３Ｃにおいて、矢印１８１は、光変調器２０上のポート軸の揺動パターンの方向を示し、矢印１８２は、周波軸の揺動パターンの方向を示す。

【0112】

初めにポート切り替え方向(傾き方向)の初期状態では、図２３Ｃに示すようにモニタ用入力ポートとモニタ用出力ポートの結合係数が極大値になるように描画パラメータの放物面の頂点の曲率ａ、傾き係数ｂおよび放物面の頂点座標Ｐｃは、あらかじめ設定されていると仮定する。この時、照射ビーム１５１のスポットは、図２３Ｃの位置にあると仮定する。

【0113】

温度変化等により筐体に歪みが生じた場合、光変調器２０上の照射ビーム１５１のスポットの位置は上下に移動したり、また照射ビーム１５１のスポットの波面が初期状態から変化したりする。このため、図２３Ｃに示す、ガウス分布で示される結合効率カーブ１９２の極大点からずれてしまうためポート間結合効率が低下する。そのため、温度変化等による筐体歪みが発生した状態の照射ビーム１５１のスポットの位置および波面の傾きを、描画パラメータを変えることでずれの生じたビームに対する新たな結合効率カーブ１９２の極大点になるように調整する。なお、照射ビーム１５１の曲率が変化する場合もあるが、傾きの変化が支配的である。また、結合効率カーブ１９１および結合効率カーブ１９２は、ガウス分布であるものとして記載しているが、これに限定されない。

【0114】

このとき、図１４Ａから図１４Ｃ、図１５Ａから図１５Ｃ、および式（６）から式（８）で示したように結合係数を調整するために必要な光変調器２０の位相変調パラメータは、Ｔｉｌｔ係数βだけである。そのため、制御装置２２は、βが所定の値になるように描画パラメータの放物面の頂点の曲率ａ、傾き係数ｂおよび放物面の頂点座標Ｐｃを所定のβになるように調整する。

【0115】

周波数軸方向については、光分散素子１４特性の温度変化や、更に気密封止をしない構造では空間光学系部分の気圧の変化でＣＨスロットの最適位置が初期状態からずれる。そのときポート間結合係数と同様に、図２３Ｃの横軸に示したように照射ビーム１５１のスポットが光変調器２０の所定のＣＨスロットの中央部分からずれを生じるため、結合効率カーブ１９１の極大点から外れることになる。したがって、新たなビームスポット位置が極大値になるようにＣＨスロット位置および必要に応じてＣＨスロット幅の描画パラメータを調整する。

【0116】

次に、リアルタイムに極大値を求めるための揺動走査法とその揺動パターンについて説明する。図２４Ａと、図２４Ｂと、図２４Ｃとは、実施形態に係るポート間結合方向に揺動変調をかける方法を説明するための図である。図２４Ａから図２４Ｃにおいて、矢印１８１は、揺動方向を示す。モニタ信号は、実際の通信には用いないため、極大値近傍のビームの揺動やＣＨスロットの揺動を行なって、モニタＰＤ出力が変動しても光信号選択装置１の動作には影響しない。そのため、本開示の光信号選択装置１では、図２４Ａから図２４Ｃに示すように、モニタ信号の光強度は一定のＣＷ光として、光変調器２０のモニタ領域の描画パターン３０１をポート間結合方向についてはビームを揺動するため位相変調パラメータβに揺動変調をかける。図２３Ａでは、描画パターン３０１は、初期位置に描画されている。図２４Ｂでは、描画パターン３０１は、初期位置の上部に描画されている。図２４Ｃでは、描画パターン３０１は、初期位置の下部に描画されている。例えば、本実施形態では、制御装置２２は、図２４Ａから図２４Ｃに示す揺動パターン画像およびその中間の補間画像を所定の周期で光変調器２０の変調面に描画させる。

【0117】

図２５Ａと、図２５Ｂと、図２５Ｃとは、実施形態に係る周波数軸方向に揺動変調をかける方法を説明するための図である。図２５Ａから図２５Ｃにおいて、矢印１８２は、揺動方向を示す。本実施形態では、周波数軸方向については、図２５Ａから図２５Ｃに示すようにＣＨスロットのマスクパターン位置に揺動変調をかける。図２５Ａは、マスクパターン３１１の初期位置を示す。図２５Ｂでは、マスクパターン３１１は、初期位置から左側に移動している。図２５Ｃでは、マスクパターン３１１は、初期位置から右側に移動している。本実施形態では、制御装置２２は、図２５Ａから図２５Ｃに示すようにマスクパターン３１１を所定の周期で揺動させる。

【0118】

制御装置２２は、例えば、図示しない温度センサで図１に示す金属基板３０およびセラミック基板３２の温度を検出できる場合には、金属基板３０およびセラミック基板３２の温度変化に基づいて、揺動パターン画像を調整してもよい。

【0119】

なお、上記の説明では、説明の簡易化のため一つの中心を持つ揺動パターンを例として示したが、後述するように結合係数のピーク検出に用いる場合は、揺動パターンの中心の値を結合係数カーブに合わせて走査する必要がある。

【0120】

次に、本実施形態に係る揺動走査に用いる同期検波法について説明する。図２６は、実施形態に係る揺動走査に用いる同期検波法を説明するための図である。図２６は、乗算器３１０を使用した同期検波法を示す。同期検波法としては、アナログ方式でもデジタル方式でも適用可能であるが、演算で処理できるためデジタル方式が望ましい。制御装置２２からの揺動同期信号Ｓ１０とＰＤからの揺動パターン変調信号により同期信号の周波数で強度変調の重畳されたモニタ信号Ｓ１２をモニタシステム内の乗算器３１０で乗算を行う。その出力をＬＰＦ(ローパスフィルタ)３２０に通すことで、位相検波が可能となる。乗算器３１０は、以下の式（１１）の演算を行う。

【0121】

【数11】

【0122】

式（１１）の左辺は、振幅Ａのモニタ信号Ｓ１２と揺動同期信号Ｓ１０を掛けた状態を表す。その結果を整理すると右辺のようにまとめられる。この右辺から第２項だけに変調信号が入っているため、第１項のＤＣ成分だけを取り出せば同期信号とモニタ信号の位相差を知ることができる。ＤＣ成分は位相差が０の時は０となる。

【0123】

図２７Ａと、図２７Ｂとは、実施形態に係るモニタシステムからの出力信号を説明するための図である。図２７Ａに示すように、振幅ｘ０を持つ揺動信号４１１、４１２、４１３を所定の結合係数カーブを持つポートに揺動パターンの中心の値をずらしながら結合するようにする。ここでｘ軸は、ポート間結合の場合は、光変調器２０で反射した光がレンズ１６で角度－位置変調される時の極大値に対する相対的な高さのずれ量を示す。周波数軸の場合は、ＣＨスロットのｙ軸の中心値を極大値からのずれ量として相対的に表したものである。なお、図２７Ａでは、変調の様子を理解するのを容易にするため、入力信号に変調波が重畳されているように表現しているが、この変調量はビームシフト量やＣＨスロット変位の変調幅である。入力光信号の強度自体は、ＣＷである。

【0124】

ポート間結合方向では光変調器２０の変調面で揺動するのは、結合係数(振幅ｘ０)を微小変化させるビームＴｉｌｔ量であり、光変調器２０の描画パターンにより制御することに注意する。そのときＰＤ出力には、揺動パターンと結合係数カーブ４２１との相対関係で決まる波形４３１、４３２、４３３で示す出力光を得ることができる。同期信号を入力信号と同相とした場合、結合係数カーブ４２１の左側では、出力は同相となるため、出力はＡとなり、ピークを過ぎた右側では、出力は逆相となるので－Ａとなる。したがって、式（１１）で示す位相検波を用いた場合、結合係数カーブの左側から右側に移る際に符号が変わるため符号検出でピークを検出できる。

【0125】

別の方法として、図２７Ｂに示すように、結合係数カーブ４４１を微分すると微分波形４４２となる。したがって、微分波形４４２を求めて例えば、ピーク近傍の直線に対して０点を求めることででもピーク検出が可能である。

【0126】

ここで、再度図２７Ａについて考えると、揺動信号４１１、４１２、４１３を入力する場所に依存し、出力波形の変化分の実効値が変化することがわかる。さらに符号として同期信号と同相（結合係数カーブのピークの左側）の場合は、＋符号とし、逆相（結合係数カーブのピークの右側）の場合は－符号とする。図２８は、実施形態に係る検波波形から求めた微分波形を示す図である。

【0127】

図２８は、揺動パターンと結合係数カーブ４２１との相対関係で決まる波形４３１、４３２、４３３で示したＰＤ出力ＡＣ波形の振幅（または実効値）と入力波形とを比較した場合の位相の符号から求めた微分波形４５１、微分波形４５２、微分波形４５３と、微分波形４５４とを示す。微分波形４５１、微分波形４５２、微分波形４５３、および微分波形４５４の順にピーク検出モニタに用いる振幅ｘ０の揺動信号４１１、４１２、４１３などの入力揺動パターンの振幅が大きいほど出力に現れるＰＤモニタの出力振幅（または実効値）およびその変化量は大きくなる。適正な入力揺動パターンの振幅は実験によって所定の値に決めることが望ましいが、このＰＤ出力ＡＣ波形の振幅（または実効値）および（入力波形と比較した場合の）位相の符号から求めた微分波形は、結合係数カーブの微分波形を求めることと等価なため、この方法で微分波形のゼロクロス点を求めることでピーク値を検出することも可能である。

【0128】

さらに、ピーク近傍の周波数は図２７Ａの波形４３２で示すように同期信号の倍になるため周波数検出によってもピーク検出は可能である。このピーク値を与えるｘ座標値と揺動パターンの初期中央座標値の差をモニタシステムの誤差信号として使用できる。

【0129】

（揺動パターン設定方法）
次に、本実施形態に係る揺動パターンの設定方法を具体的に説明する。図２７Ｂに示すように、結合係数カーブ４４１の微分波形４４２のゼロクロス点が、結合係数カーブ４４１のピークを与える。そのため、揺動パターンは、温度変化などの外乱があったときに、常に結合係数カーブ４４１のピーク位置のピークサーチをするために揺動パターンの走査範囲４６１を変化させる必要がある。

【0130】

図２７Ａを参照する。揺動信号４１１がＡの位置にあったとすると、波形４３１に示すように、出力波形は揺動信号４１１と同相の信号となる。このとき、制御装置２２は、揺動パターンの揺動中心をＡからＢの方向（プラス方向）に少しずつ走査しながら出力波形をモニタする。このとき、波形４３２のように出力波形が入力された揺動信号の周波数の倍の周波数成分を持つか、または、出力波形のＡＣ成分の振幅（または、実効値）が０に近い点が求めるピーク位置となる。したがって、制御装置２２は、結合係数カーブ４４１のピーク位置を与える揺動中心の座標に基づいて、光変調器２０へ描画する描画パターンの計算を行う。

【0131】

次に、揺動信号４１３がＣの位置にあったとする。すると、波形４３３に示すように、出力波形は揺動信号４１３と逆相の信号となる。このとき、制御装置２２は、揺動パターンの揺動中心をＣからＢの方向（マイナス方向）に少しずつ走査しながら出力波形をモニタする。この時、波形４３２のように出力波形が入力された揺動信号の周波数の倍の周波数成分を持つか、または、出力波形のＡＣ成分の振幅（または、実効値）が０に近い点が求めるピーク位置となる。したがって、制御装置２２は、結合係数カーブ４４１のピーク位置を与える揺動中心の座標に基づいて、光変調器２０へ描画する描画パターンの計算を行う。

【0132】

すなわち、制御装置２２は、プラス方向およびマイナス方向のどちらから結合係数カーブのピーク値に近づける場合も、出力波形が入力された揺動信号と同相から逆相（または逆相から同相）になるまで揺動パターンの揺動中心を走査する。そして、制御装置２２は、揺動パターンの符号の変わり目を微分波形（図２７Ｂ参照）の大きさおよび符号の変化（正から負、または負から正）から０点を検出しピーク値を与える位置を求める。

【0133】

次に、筐体の温度変化に対するＴｉｌｔ補正（ポート間結合方向）について説明する。

【0134】

Ｔｉｌｔ補正は、式（７）で示すように、描画パラメータｂおよび放物線の頂点座標Ｐｃにより制御することができる。図２９は、Ｔｉｌｔ補正を説明するための図である。図２９は、横軸が描画パラメータｂおよび放物線の頂点座標Ｐｃを含む係数βを示し、縦軸が結合係数を示すグラフである。

【0135】

図２９は、結合係数カーブ５０１と、結合係数カーブ５０２と、を示す。結合係数カーブ５０１は、初期状態の結合係数カーブを示す。結合係数カーブ５０２は、図１２Ａで示した特性を持つ筐体において、温度が上昇した状態の結合係数カーブを示す。

【0136】

結合係数カーブ５０２に示すように、温度が上昇すると、結合係数カーブがプラス方向に変化する。そのため、高温では、初期状態の揺動信号５１１の位置は、結合係数カーブの左側（傾きがプラス）の位置にずれるため、高温時の揺動信号５１２のβ座標をβ＋の側にシフトしながらピークサーチをおこなう。逆に初期状態より低温になった場合は、結合係数カーブは初期状態より左側（マイナス方向）に変化する。そのため、低温では、初期状態の揺動信号５１１の位置は、結合係数カーブの右側（傾きがマイナス）の位置にずれるため、低温時の揺動信号のβ座標をβ－の側にシフトしながらピークサーチをおこなう。

【0137】

周波数軸方向のＣＨスロットの中心画素の温度依存性は、モニタする周波数（波長）および光分散素子１４の種類によって分散素子基板の熱膨張係数や屈折率変化、周囲の気圧による変化が異なる。そのため、図２７Ａおよび図２７Ｂを用いて説明した方法でピークサーチをおこなうが、光分散素子１４が、例えば、Ｃ，Ｌバンド用光信号選択装置のバンド中央に対して低周波数（長波長）側信号で温度に対して低周波数（長波長）側にシフトする特性の場合は、図３０に示すように温度が上昇すると結合係数カーブが点線のカーブ（＋方向）のように長波長側に変化する。図３０は、横軸がＣＨ（波長）を示し、縦軸が結合係数を示す。

【0138】

図３０は、結合係数カーブ５０３と、結合係数カーブ５０４と、を示す。結合係数カーブ５０３は、初期状態の結合係数カーブを示す。結合係数カーブ５０４は、筐体の温度が上昇した状態の結合係数カーブを示す。

【0139】

結合係数カーブ５０４に示すように、温度が上昇すると、結合係数カーブがプラス方向に変化する。そのため、高温では、初期状態の揺動信号５１３の位置は、結合係数カーブの左側（傾きがプラス）の位置にずれるため、高温時の揺動信号５１４のＣＨスロット中心座標をＣＨ＋の側にシフトしながらピークサーチをおこなう。逆に初期状態より低温になった場合は、結合係数カーブは初期状態より左側（マイナス方向）に変化する。そのため、低温では、初期状態の揺動信号５１３の位置は、結合係数カーブの右側（傾きがマイナス）の位置にずれるため、低温時の揺動信号のＣＨスロット中心座標をＣＨ－の側にシフトしながらピークサーチをおこなう。

【0140】

図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。なお、この分散・統合による構成は動的に行われてもよい。

【0141】

以上、本開示の実施形態を説明したが、これら実施形態の内容により本開示が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換または変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0142】

１ 光信号選択装置
１０ ファイバーコリメータアレイ
１２ ビーム幅変換器
１４ 光分散素子
１６ レンズ
１８ 偏光分離素子
２０ 光変調器
２２ 制御装置
３０，１２０ 金属基板
３０Ａ，９０ アルミ基板
３２ セラミック基板
３２Ａ，９２，１２２ アルミナ基板
３４ ステンレス基板
３６ 光学系要素
４０ 通信部
４２ 記憶部
４４ 制御部
５０ モジュール
５２ 空間光学系
５４ ダストカバー
５６ 制御基板
５８ 変換基板
６０ 金属シャーシ
９４ ステンレスシャーシ
１２４ ＳＵＳフレーム基板
３００ モニタシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図16】

【図17A】

【図17B】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図20A】

【図20B】

【図20C】

【図20D】

【図21A】

【図21B】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図23C】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図25A】

【図25B】

【図25C】

【図26】

【図27A】

【図27B】

【図28】

【図29】

【図30】