專利名稱：光波形整形裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光波形整形裝置等。
背景技術：
在光信號傳輸系統中，所傳輸的光信號因受到ASE噪音和光纖的 非線性特性的影響，其波形會發生畸變，從而降低了傳輸質量。此時， 要通過具有調整光信號波形作用的光波形整形裝置，對畸變的光信號 波形進行恢復。另外，例如在使用飛秒激光器等的觀測裝置中，對激 光波形的整形也是非常重要的，所以也要使用到光波形整形裝置。
例如在日本發明專利特開2001-42274號公才艮中公開了一種光波 整形裝置，該光波整形裝置具有相位調制用的空間光調制器和強度調 制用的空間光調制器。然而，在該公報所公開的光波整形裝置上，因 為使用了 2個各自具有玻璃基板的調制器，這必然會導致波束徑的增 大，所以其具有分辨率低的缺點。
專利文獻1:日本發明專利特開2003-90926號公報 專利文獻2:日本發明專利特開2002-131710號7>報
發明內容
發明所要解決的問題
本發明的目的在于，提供一種具有高分辨率的光波形整形裝置。 本發明的目的在于，所提供的高分辨率的光波形整形裝置能夠對
在光強度調制時產生的相位變化進行補償。
本發明的目的在于，所提供的光波形整形裝置，其通帶的形狀近
似于矩形。本發明的目的在于，所提供的光波形整形裝置能夠生成具
有萬億赫茲數量級的超高速光脈沖。本發明的目的在于，提供一種可實現小型化的可變帶寬光波形整 形裝置。
解決問題的方法
技術領域：
本發明是基于以下的認識而得以實現的，通過使用具有相位調制 部及強度調制部的空間光調制器，能夠獲得具有高分辨率的光波形整 形裝置，并能夠獲得包括產生萬億赫茲數量級超高速光脈沖在內的新 應用技術。
即，本發明第1形態的光波整形裝置(IO)包括偏振分離器(1 ), 由該偏振分離器(l)使來自于光源的光產生偏振分離；半波片(2), 由上述偏振分離器(1 )使來自于光源的光偏振分離為第1光波與第2 光波，通過該半波片(2)對該第1光波與第2光波的偏振面進行調 整使二者呈一定關系；偏振光束分離器(3),經過了上述半波片(2) 的光入射到該偏振光束分離器(3)中；法拉第旋轉器(4),該法拉 第旋轉器(4)使經過了上述偏振光束分離器(3)的第1光波及第2 光波的偏振面產生一定量的轉動；第1準直器(5),經過了上述法 拉第旋轉器(4)的第1光波入射到該第1準直器(5)中；第2準直 器(6),經過了上述法拉第旋轉器(4)的第2光波入射到該第2準 直器(6 )中；2軸保偏光纖(7 )，來自于上述第1準直器(5 )及第 2準直器(6)的光波入射到該2軸保偏光纖(7)中；第3準直器(8)， 經過了上述2軸保偏光纖(7)的光入射到該第3準直器(8)中；分 波器(11)，該分波器(11)將來自于上述第3準直器(8)的光按 照不同頻率分解；聚光透鏡(12),該聚光透鏡(12)使由上述分波 器(11 )分解的多路光分別匯聚；偏振分離部件(13),經過了上述 聚光透鏡(12)的光入射到該偏振分離部件(13)中，由該偏振分離 部件(13)對入射光的偏振面進行調整；空間光調制器(14),經過 了上述偏振分離部件(13)的光入射到該空間光調制器(14)中，該 空間光調制器(14)具有相位調制部及強度調制部，而且該空間光調 制器(14)具有多個設置在各自所對應的空間位置上的呈線性或矩陣 形排列的液晶元件，上述相位調制部的液晶的if又向與由上述偏振分離
8部件(13)調整后的光的偏振面平行，上述強度調制部的液晶的取向
與上述相位調制部的液晶的取向方向呈4 5度角；折返用反射器(15 ), 該折返用反射器(15)為棱鏡型的反射器，經過了上述液晶空間相位 調制部及液晶空間強度調制部的光，入射到該折返用反射器(15)中； 半波片(16),被上述折返用反射器(15)反射，并從上述偏振光束 分離器(3)輸出的光入射到到上述半波片(16)中，由該半波片(16) 對其的偏振面進行調整；第4準直器U7),經過了上述半波片(16) 的光入射到該第4準直器(17)中。從第3準直器(8)中發出的光， 通過分波器(11 )按照不同的頻率分解并在空間上分散。通過分波器
(11) 按照不同的頻率分解的在空間上分散的光，分別被聚光透鏡
(12) 所匯聚。被匯聚的光，通過上述偏振分離部件(13),對其偏 振面進行調整。經過調整偏振面后的光，通過空間光調制器(14)進 行可控的相位調制或強度調制，或者是既進行可控的相位調制又進行 可控的強度調制。進行調制之后，光被折返用反射器(15)反射回來。 反射回來的光通過聚光透鏡(12)被匯聚，
并通過分波器(11 )使按照不同頻率被分解的光合波。由第1光 波產生的反射光經過第2準直器(6)入射到法拉第旋轉器(4)中。 由第2光波產生的反射光經過第1準直器(5)入射到法拉第旋轉器 (4)中。由第1光波及第2光波產生的反射光經過了法拉第旋轉器 (4)后，通過偏振光束分離器(3)調整其傳播方向。經過了偏振光 束分離器(3)的光，由半波片(16)進行偏振面調整，從而使2個 光波的偏振面相垂直。經過了該偏振面調整的光，通過第4準直器(17) 被輸出。
如實施例所證明的那樣，本發明的光波形整形裝置具有極高的規 格、性能。
本發明第l形態優選，在上述空間光調制器(14)的多個液晶元 件中j艮據入射光的直徑不同，由2個元件或3個元件構成1個信道。 l個信道的意思是指，對應于一路輸入光所需要元件的基本單位。具 體的如可使上述空間光調制器(14)的多個液晶元件，具有10^im以上40(xm以下的液晶單元才各中心距。如上述地，才艮據衍射光柵等的分 波器的色散特性與波長的關系設置元件數目，從而提高空間分辨率。
本發明的第2形態優選，光波形整形裝置(10)包括偏振分離 器(l),由該偏振分離器(1)使來自于光源的光產生偏振分離；分 波器(11 ),該分波器(11 )將由上述偏振分離器(1 )分離產生的 第1光波及第2光波按照不同頻率分解；聚光部(12),該聚光部(12) 使由上述分波器(11 )分解的多路光分別匯聚；偏振分離部件(13), 經過了上述聚光部(12)的光入射到該偏振分離部件(13)中，由該 偏振分離部件(13 )對入射光的偏振面進行調整；空間光調制器(14 ), 經過了上述偏振分離部件(13)的光入射到該空間光調制器(14)中， 該空間光調制器(14)具有相位調制部及強度調制部；折返用反射器 (15),該折返用反射器(15)為棱鏡型的反射器，經過了上述具有 液晶空間相位調制部及液晶空間強度調制部的空間光調制器(14)的 光，入射到該折返用反射器(15)中。
如上所述，由于在偏振分離后的2個光^各中，通過兩側遠心光學 系統使2個光路在往返過程中產生互相產生交替，從而能夠消除在偏 振分離的部分產生的相位變化對輸出光造成的影響。
本發明的第2形態優選，在上述光波形整形裝置(10)中，上述 第1光波及第2光波，分別經過2軸保偏光纖的第1軸及第2軸到達 上述分波器(ll),同時，經過上述反射器(15)被反射回來的第1 光波及第2光波，分別經過2軸保偏光纖的第1軸及第2軸被輸出。
進行偏振分離控制會使波束質量降低，但通過2軸PMF進行濾 波，可消除光束強度分布的不規則變化。這樣能夠防止空間光調制器 (14)的光強度調制部及光相位調制部的聚光徑增大的問題，最終使 分辨率得到提高。
本發明的第2形態優選，在上述空間光調制器(14)的多個液晶 元件中，才艮據入射光的直徑不同，由2個元件或3個元件構成1個信 道。1個信道的意思是指，對應于一路輸入光所需要元件的基本單位。 具體的如可使上述空間光調制器(14)的多個液晶元件，具有10jim
10以上40pm以下的液晶單元格中心距。如上述地，根據衍射光柵等的 分波器的色散特性與波長的關系設置元件數目，從而提高空間分辨率。
本發明的第3形態優選，在上述第1或第2形態的光波形整形裝 置(10)中，上述偏振分離部件(13)包括偏振光束分離器(61 ); 光學系統，該光學系統將由上述偏振光束分離器(61 )分離產生的第 l分離光及第2分離光導向分波器(11)。因為具有這樣的結構，從 空間光調制器(14 )返回的被偏振分離但無用的光被有效地利用起來。
本發明的第3形態優選，上述第3準直器(8)還具有偏振組件 (51)，該偏振組件(51)位于2軸保偏光纖(7)的端面處。上述 偏振組件(51)具有第1光學系統(53、 52、 57)和第2光學系統 (56、 54、 55)。由該第1光學系統(53、 52、 57),對向空間光調 制器(14)傳播的光，以及經過空間光調制器(14)并被上述偏振光 束分離器(61 )分離產生的第1分離光進行控制。由第2光學系統(56、 54、 55),對經過空間光調制器(14)并被上述偏振光束分離器(61 ) 分離產生的第2分離光進行控制。
通過上述結構，使由偏振分離產生的插入損失降低約1.5dB。
發明的效果
在本發明的光波形整形裝置中，由于在同一個空間光調制器(14) 中設置相位調制部及強度調制部，且該相位調制部及強度調制部共用 一片玻璃基板，因而，能夠防止產生波束徑增大的現象，從而能夠獲 得較高的分辨率。
在本發明的光波形整形裝置中，由于將光強度調制時產生的相位 變化進行反饋以調整液晶的控制電壓，或者是調整空間光調制器中的 相位調制部的液晶的取向，所以可使光強度調制時產生的相位變化得 到補償。
采用本發明的光波形整形裝置，如通過實際的裝置進行確認的那 樣，可使通帶的形狀接近于矩形。
采用本發明的光波形整形裝置，可形成相鄰通帶連續的通帶，所以本發明的光波形整形裝置能夠作為可變帶寬光波形整形裝置來使 用。本發明的光波形整形裝置能夠生成具有萬億赫茲數量級的超高速 光脈沖。
在本發明的光波形整形裝置中，若采用反射的形式，能夠節省光 學元件，而且可使色散的影響相互抵消，因此，能夠實現光波形整形 裝置的高精度且小型化。
圖1為表示本發明的光波形整形裝置的結構例的示意圖2為具有相位調制部和強度調制部的空間光調制器的示意圖3為表示強度調制部及相位調制部的液晶的取向的示意圖4為說明偏振控制、強度控制及相位控制的示意圖5所示為采用棱鏡作為折返用反射器的光波形整形裝置的例
子；
圖6所示為光束入射到元件上的情況，圖6中(a)所示為短波長 的光入射到元件上的情況，圖6中(b)所示為長波長的光入射到元 件上的情況；
圖7所示為，能夠進行相位變化補償的本發明的光波整形裝置。 圖7中(a)為使用現有的驅動器的例子，圖7中(b)所示為進行 DIO直接控制時的例子；
圖8為實施例1中的光波整形裝置的示意圖9為實施例1中的光學系統的示意圖。圖9中(a)為俯視圖， 圖9中(b)為側視圖10為為確定光學單元的位置所進行的模擬的概念圖11所示為液晶空間光調制器的例子。圖11中(a) ~ (c)表示 的是，實際制造的空間光調制器的示意圖12為，表示光波形整形裝置的光強度調制特性的曲線圖。圖 12中(a)為，使用ASE光源，在對全部波道一并進行調制時，檢測到的光強度調制特性，圖12中(b)為，對全部波道進行中間調制時， 檢測到的光強度調制特性，圖12中(C)為，對全部波道關閉調制時，
檢測到的光強度調制特性；
圖13為，表示光波整形裝置的頻率間隔的曲線圖。將波長可變 LD光源的波長在步進幅度為O.Olnm的方式下掃描，用功率計對實現 光強度調制的各波長的功率進行測定。對每一個波道進行強度設定， 確定頻率間隔。圖13中(a)所示為對1個波道打開調制的情況，圖 13中(b)所示為對相接近的2個波道打開調制的情況，圖13中(c) 所示為對3個波道打開調制的情況，圖13中(d)所示為對相遠離的 2個波道打開調制的情況；
圖14為表示光波形整形裝置的空間分辨率的曲線圖15所示為測定插入損失的裝置結構的示意圖16所示為說明本發明第3形態的光波形整形裝置的示意圖， 圖16中(a)為說明第3形態與圖1所示的光波形整形裝置的不同點 的圖，圖16中(b)所示為偏振組件；
圖17為說明本發明第3形態的光波形整形裝置的示意符號說明
1分波器
2聚光部
3偏振片
4空間光調制器
10光波形整形裝置
具體實施例方式
圖1為表示本發明的光波形整形裝置的結構例的示意圖。圖1中 (a)為俯視圖，圖1中(b)為側視圖。如圖1所示，本發明第1形 態的光波形整形裝置包括偏振分離器(1),由該偏振分離器(1) 使來自于光源的光產生偏振分離；半波片(2),由上述偏振分離器(1 )使來自于光源的光偏振分離為第1光波與第2光波，通過該半
波片(2)對該第1光波與第2光波的偏振面進行調整；偏振光束分 離器(3),經過了上述半波片(2)的光入射到該偏振光束分離器(3) 中；法拉第旋轉器(4),該法拉第旋轉器(4)使經過了上述偏振光 束分離器(3)的第1光波及第2光波的偏振面產生一定量的轉動； 第l準直器(5),經過了上述法拉第旋轉器(4)的第l光波入射到 該第1準直器(5)中；第2準直器(6),經過了上述法拉第旋轉器
(4)的第2光波入射到該第2準直器(6)中；2軸保偏光纖(2-PMF)
(7),來自于上述第1準直器(5)及第2準直器(6)的光波入射 到該2軸保偏光纖(7)中；第3準直器(8),經過了上述2軸保偏 光纖(7)的光入射到該第3準直器(8)中；分波器(11),該分波 器(11)將來自于上述第3準直器(8)的光按照不同頻率分解；聚 光透鏡(12)，該聚光透鏡(12)使由上述分波器(11 )分解的多路 光分別匯聚；偏振分離部件(13),經過了上述聚光透鏡(12)的光 入射到該偏寺展分離部件(13)中，由該偏才展分離部件(13)對入射光 的偏振面進行調整；空間光調制器U4),經過了上述偏振分離部件
(13)的光入射到該空間光調制器(14)中，該空間光調制器(14) 具有相位調制部及強度調制部，而且該空間光調制器(14)具有多個 設置在各自所對應的空間位置上的呈線性或矩陣形排列的液晶元件， 上述相位調制部的液晶的取向與由上述偏振分離部件(13)調整后的 光的偏振面平行，上述強度調制部的液晶的取向與上述相位調制部的 液晶的取向方向呈45度角；折返用反射器(15),該折返用反射器
(15)為棱鏡型的反射器，經過了上述具有液晶空間相位調制部及液 晶空間強度調制部的空間光調制器(14)的光入射到該折返用反射器
(15)中；半波片(16),被上述折返用反射器(15)反射后，光經 上述偏振光束分離器(3)輸出到該半波片(16)中，該半波片(16) 對入射的光的偏振面進行調整；第4準直器U7),經過了上述半波 片(16 )的光入射到該第4準直器(17 )中。
從光源發出的光例如可以通過單模光纖并經由準直器入射到偏
14振分離器(1 )中。在偏振分離器(1 )中，入射的光產生偏振分離。 這種情況時，2路光的偏振面互相垂直。
通過偏振分離器(1)使光偏振分離為第1光波與第2光波入射
到半波片(2)中。半波片(2)使由偏振分離器(1 )偏振分離產生 的第1光波及第2光波的任意一方的偏振面發生轉動，調整二者的偏 振面之間的關系。即，使2個光波的偏振面的方向變得相同。
經過了半波片(2)的光入射到偏振光束分離器(3)中，經過了 偏振光束分離器(3)的第1光波及第2光波入射到法拉第旋轉器(4) 中。法拉第旋轉器(4)使經過了偏振光束分離器(3)的第1光波及 第2光波的偏振面產生一定量的轉動。
經過了法拉第旋轉器(4)的第1光波入射到第1準直器(5)中， 而經過了法拉第旋轉器(4)的第2光波入射到第2準直器(6)中。 繼而，從第1準直器(5)及第2準直器(6)發出的光波入射到2軸 保偏光纖(7)中。2軸保偏光纖(7)保持入射光的偏振面并將其輸 出。并且，由2軸保偏光纖(7)對入射光進行空間濾波處理。
經過了 2軸保偏光纖(7)的光入射到第3準直器(8)中。從第 3準直器(8)中發出的光，通過分波器(11 )按照不同的頻率分解并 在空間上分散。通過分波器(11 )按照不同的頻率分解的在空間上分 散的光，被聚光透鏡(12)分別所匯聚。
被匯聚的光，通過上述偏振分離部件(13),對其偏振面進行調 整。經過調整偏振面后的光，通過空間光調制器(14)進行可控的相 位調制或強度調制，或者是既進行可控的可控的相位調制又進行可控 的強度調制。
進行調制之后，光被折返用反射器(15)反射回來。于是，反射 回來的光再通過聚光透鏡(12)被匯聚，通過分波器(11)按照不同 頻率被分解的光合波。
由第1光波產生的反射光經過第2準直器(6)入射到法拉第旋 轉器(4)中。而由第2光波產生反射光經過第1準直器(5)入射到 法拉第旋轉器(4)中。并且，在法拉第旋轉器(4)中，光的偏振面產生一定量的轉動。由第1光波及第2光波產生的反射光經過了法拉 第旋轉器(4)后，由偏振光束分離器(3),改變其傳播方向。
從偏振光束分離器(3)發出的光，由半波片(16)對其偏振面 進行調整，從而使2個光波的偏振面相垂直，經過了該偏振面調整后 的光，通過第4準直器(17)被輸出。
分波器(11)的功能是使來自于光源的光按照不同頻率分解。作 為分波器，可以采用衍射光柵，也可以采用其他的如棱鏡、棱柵等的 高色散元件，或者采用AWG。作為光源，可以采用例如白色光或包 含多個不同波長光的復色光，也可以采用波長在1550nm左右的脈沖 光。來自于光源的光，也可以通過偏振控制器或偏振片等來預先調整 其偏振面，而且可以使其偏振分解為具有互相垂直的偏振面的2種光。
作為聚光部的聚光透鏡(12)的功能是，將由分波器(11)分解 產生的多個光信號匯聚。聚光透鏡可以適當地采用公知的聚光透鏡。 聚光透鏡(12)在空間上的設置位置應該使得，聚光透鏡(12)能夠 將因分波器(11)的作用而在空間上分散的光匯聚，并將其導向空間 光調制器(14)中的特定元件。
經過了聚光透鏡(12)的光入射到偏振分離部件(13)中，該偏 振分離部件(13)是一個為了調整入射光偏振面的光學元件。可以適 當地釆用公知的偏振片或起偏器來作為偏振分離部件。另外，偏振分 離部件或偏振光束分離器的類型優選干涉膜型的起偏器。釆用干涉膜 型的起偏器，這樣可以使用具有較大口徑的起偏器，提高了便利性。
經過了偏振分離部件(13)的光入射到具有相位調制部和強度調 制部的空間光調制器(14)中，該空間光調制器(14)具有多個液晶 元件，這些液晶元件呈線形或矩陣形排列分別位于各自所對應的空間 位置上。在上述專利文獻l中，空間相位調制部與空間強度調制部是 分開的。而在本發明中，使相位調制部與強度調制部結合在一起，共 同設置在玻璃基板上。如此一來，可以將用于空間光調制器的玻璃基 板的數量降低為1片，能夠防止波束徑變大的問題，從而能夠獲得較 高的分辨率。并且為防止產生不需要的反射，所以，本發明優選，使相位調制部和強度調制部的折射率相匹配從而使二者結合在 一起的 結構。另外，多個線形排列的液晶元件的意思是，在一條直線上排列 的多個液晶元件，而多個矩陣形排列的液晶元件的意思是，例如多個 液晶元件在上下左右方向上規則且端正的排列。其中，優選的是，具 有的多個液晶元件排列在一條直線上。相位調制部的液晶的取向，例 如與通過偏振分離部件(13)調整后的偏振面相平行，而強度調制部 的液晶的取向與上述相位調制部的液晶的取向有偏角。具體的強度調
制部的液晶的取向的偏角為，30度以上60度以下，也可以為40度以 上50度以下，最好是取45度。液晶空間相位調制部分可以位于液晶 空間強度調制部分的前面(偏振分離部件一側)，不過液晶空間強度 調制部分位于前面也可。
圖2為，具有相位調制部和強度調制部的空間光調制器的示意圖。 如圖2所示，空間光調制器(14)具有強度調制部(22)和相位調制 部(24),上述強度調制部(22)具有多個形成為線形或矩陣形排列 的液晶元件(21),上述相位調制部(24)具有與強度調制部(22) 的液晶元件相對應的多個液晶元件(23)。上述強度調制部(22)的 液晶元件(21)及上述相位調制部(24)的液晶元件(23),分別具 有液晶物質，同時還具有隔著上述液晶物質而設置的電極。該電極可 以是透明電極，也可以是設置于元件周圍的金屬電極。具體的結構為， 例如，將2片液晶組件結合起來，該液晶組件具有10|im 40|im的單 元格中心距，結合后的構件只要是安裝在玻璃基板上即可。上述單元 格中心距是決定元件寬度的重要因素。另外，如圖2所示，可以在相 鄰的兩個液晶元件(21、 23)之間設置間隙(液晶元件間隙)。
圖3為，表示強度調制部及相位調制部的液晶的取向的示意圖。 如圖3所示，強度調制部的液晶的取向與相位調制部的液晶的取向偏 離45度角。為了使用這些液晶元件來構成相位調制部及強度調制部， 使通過之前的偏振片產生的偏振面與相位調制部上的液晶的取向相 平行，強度調制部的液晶的取向從通過偏振片產生的偏振面偏離45 度角即可。另外，強度調制部的偏角除了O度之外取任何值都可以。
17但是，為了容易地控制強度，取45度為佳。
圖4為，說明偏振控制、強度控制及相位控制的示意圖。圖4中
(a)圖所示為本發明的強度、相位調制的情況。圖4中(b)圖所示 為僅進行強度調制時光的相位變化。如圖4中(b)所示，僅進行強 度調制時，通過強度調制器來調整強度的同時，直線偏振光變為圓形 偏振光。然后，通過起偏器的作用圓形偏振光變回直線偏振光。通過 這樣的過程來進行強度調制。然而，如圖4中(b)所示，雖然變回 了直線偏振光，相位狀態卻產生了變化。在兼具強度調制與相位調制 的系統中，相位調制補償了因強度調制而產生的相位的變化，所以能 夠使輸出光的相位與輸入光的相位一致。
上述液晶元件中的位于聚光透鏡側的液晶元件上的聚光徑較小 為佳，這是因為該聚光徑越小所得到的通帶寬也越小。從這一點來看， 聚光徑的范圍在20pm以上80[im以下，優選30pm以上70fim以下。 液晶元件的尺寸為lOpm以上40pm以下，優選15|im以上30jim以下， 15pm以上25(mi以下也可。采用這樣小的元件，能夠獲得例如具有 lOGHz間隔的通帶。另外，波長越長聚光徑也越大，所以，例如，一 個短波長的光所照射的是2個液晶元件，而一個長波長的光所照射的 是3個液晶元件。上述的聚光徑是指，由聚光透鏡聚集的多路光分別 在液晶元件上成像時所形成的光的直徑。
經過了具有相位調制部及強度調制部的空間光調制器(14)的光 入射到折返用反射器(15)中，該折返用反射器(15)是一個改變光 的傳輸方向的光學元件。該折返用反射器(15)可以適當地采用公知 的如鏡子、棱鏡等的光學元件。通過釆用這樣的反射形式，能夠重復 利用這些光學元件，還能夠將分散等的影響抵消，所以，能夠使光波 形整形裝置精度較高且體積較小。
圖5所示為，采用棱鏡作為折返用反射器的光波形整形裝置的例 子。如圖5所示的采用棱鏡(26),能夠得到上下或左右方向上的光 路。其結果是，2種光可經過對稱的光傳播路徑，從而受到的光傳播 路徑中產生的噪音等的影響也可以相同。
18通過分波器(11)的光按照頻率在空間上分散。這些在空間上分 散的光波通過聚光透鏡(12)被聚集，之后經過偏振片(13)向空間
光調制器(14)入射。在空間光調制器(14)中它們被分別進行可控
的相位調制及強yl調制。在空間光調制器(14)中，^皮分離的光按照
不同的頻率入射到不同的元件上。圖6所示為，光束入射到元件上的 情況。圖6中(a)所示為短波長的光入射到元件上的情況，圖6中 (b)所示為長波長的光入射到元件上的情況。例如，元件的中心距 為20|im,短波長的光入射到2個元件上，而長波長的光入射到3個 元件上。通過上述的過程，能夠實時地將光按照頻率分解，展開在實 際空間上。另外，可以根據分波器(11)的對不同波長的分散特性來 適當地調整某個波束所對應的元件的數目。通過折返用反射器(15) 的作用光被反射回來。反射回來的光經過聚光透鏡(12)被聚集，通 過分波器(11)使按照頻率分解的光合波。如此一來，按照頻率分解 的光在進行強度調制及相位調制后被合波。
上述中對反射式的光波形整形裝置進行了說明。但是，本發明的 光波形整形裝置也可以是透射式的。具體是指，透射式的光波形整形 裝置包括分波器，第l聚光透鏡，偏振分離部件，具有相位調制部 及強度調制部的空間光調制器，第2聚光透鏡，合波器。第1聚光透 鏡與第2聚光透鏡可以采用相同的結構。而合波器可以采用與分波器 相同的裝置。
圖7所示為，能夠進行相位變化補償的本發明的光波整形裝置。 圖7中(a)為使用現有的驅動器的例子，圖7中(b)所示為進行 DIO直接控制時的例子。在圖7的(a)中，如計算機等構成的控制 裝置(32)與電壓調整部(33)連接，電壓調整部(33)具有SLM 驅動器1及SLM驅動器2，該SLM驅動器1及SLM驅動器2對向 空間相位調制部及空間強度調制部施加的電壓進行控制。而如圖7中 (b )所示的進行DIO直接控制的裝置，則按照來自于控制裝置的指 令，直接控制向空間相位調制部及空間強度調制部施加的驅動電壓。 如圖7所示，該光波整形裝置包括空間光調制器(14)，檢測部(31 ),控制裝置(32),電壓調整部(33)。基于檢測部檢測出的相位的偏 差，控制裝置輸出控制信號以指示電壓調整部。電壓調整部按照接收 到的控制信號，向各個元件的電極輸出所需的電壓。若采用這樣的本
ri口 /.L 、P 、J tt/ J士 它厶k A々yirft n丄 A 丄 A厶Jm /二 A厶/ri S <曰x，l "L
及-，J日'、J ;^H丄"夂T 衣JL ，月& ^二夕,工義乏_ 岡，g "、J ,廠_i W、J 4日1丄W'、J 'M^在1^"》'J ^ I、償。
檢測部(31)為，在通過強度調制部(22)進行強度調制時，對 光波形整形裝置的輸出光進行檢測的裝置。該檢測部可以適當地釆用 如光電二極管等構成的公知檢測裝置。另外，將檢測部(31)設置在 光波整形裝置的構架內部為佳。而且，檢測部可對光強度與光相位二 者的控制量進行監測為佳。
控制裝置(32)的功能是，接收關于檢測部(31)檢測出的不同 頻率的光的相位偏差的信息，從而對施加在上述相位調制部(24)的 各液晶元件(23)的電極上的電壓進行控制。具體的方式是釆用計算 機來發揮作為控制裝置的功能。控制裝置可以與光波整形裝置設置成 一體，也可以附加在光波整形裝置之外。從裝置的緊湊性的角度來看， 將控制裝置設置在光波整形裝置的架構內部為佳。本發明優選，檢測 部對光強度與光相位二者的控制量進行監測時，將檢測出的光強度和 光相位與設定值相比較，通過閉環控制對光強度和光相位進行控制以 使其接近設定值。通過如上述地對光強度和光相位進行控制，能夠提 高裝置的穩定性。
電壓調整部(33),按照控制裝置(32)的指令，將要施加在相 位調制部(24)的各液晶元件(23)的電極上的電壓，向相位調制部 (24)的各液晶元件(23)輸出。另外，可以不通過反饋進行控制， 而是調整起偏器與相位調制部(24)的取向方向，從而能夠通過進行 相位調制而補償因強度調制產生的相位變化。即，本發明優選的方式 是，起偏器的偏振面與相位調制部(24)的液晶的取向方向，使得， 相位得到調制以補償因強度調制而產生的相位變化。而且，強度調制 部也可以具有與上述相同的結構，從而使相位調制時產生的強度變化 得到補償。本發明的光波整形裝置可以作為WDM等的光源來使用。而且，
本發明的光波整形裝置還可以作為EDFA等的光均衡裝置來使用。
圖16為說明本發明第3形態的光波形整形裝置的圖。圖16中(a) 為說明第3形態與圖1所示的光波形整形裝置的不同點的圖。圖16 中(b)所示為偏振組件。在圖中，符號51表示偏振組件，符號52 55 表示偏振光束分離器，符號56及56表示X/2波片。另外，符號52、 54也可以為反射鏡。在圖16的(a)中，2軸保偏光纖(7)位于第3 準直器(8)中，在2軸保偏光纖(7)的端面設置有偏振組件。偏振 組件可以使用光學用粘著劑粘著在2軸保偏光纖(7)的端面上。這 樣構成后，第3準直器能夠進行偏振分離。
圖17為說明本發明第3形態的光波形整形裝置的圖。如圖17所 示，在本發明的第3形態的光波形整形裝置中，偏振分離部件(13) 不單單是偏振片或起偏器，而是具有如圖17所示的結構。圖中符號 61及62表示偏振光束分離器，符號64表示人/2波片，符號65表示 雙面AR板。另外，符號62也可為反射鏡。
下面對本發明的第3形態的光波形整形裝置的工作狀態進行說 明。基本的工作狀態與本發明的第1形態的光波形整形裝置相同。在 此對如圖17所示的空間光調制器部分的工作狀態進行說明。在本發 明的第1形態的光波形整形裝置中，可以采用偏振片來作為偏振分離 部件。如此一來，被偏振分離的一部分光就會變得無用。而在本發明 的第3形態的光波形整形裝置中，因為具有如圖17所示的結構，能 夠將這些無用的光有效地利用起來。即，如圖17所示，偏振分離部 件(13)具有偏振光束分離器(61 )。并且，具有將由偏振光束分離 器(61)分離產生的第1分離光及第2分離光導向分波器(11)的光 學系統。該第1分離光及第2分離光為通過偏振光束分離器(61)偏 振分離所產生，具有不同的偏振面。因為具有這樣的結構，從空間光 調制器(14)返回的被偏振分離但無用的光被有效地利用起來。作為 光學系統的一例，具有偏振光束分離器(61 ),偏振光束分離器(62), X/2波片(64)及雙面AR板(65)。經過了空間光調制器(14)，
21被反射器(15)反射回來的光入射到偏振光束分離器(61)中。入射
到偏振光束分離器(61 )中的光被分離為第1分離光和第2分離光。
其中分離產生的l路光，與本發明的第l形態的光波形整形裝置相同， 入射到分波器(11)中。本說明書中將此光稱為第l分離光。另外，
被偏振分離的剩余的光(本說明書將此光稱為第2分離光)，通過偏 振光束分離器(62)被偏振分離或者改變傳播方向后，入射到X/2波 片(64)中，由X/2波片(64)對其偏光面進行調整。這樣做的好處 是，偏振分離后剩余的光也能夠被有效地利用。另外，在這里，將第 2分離光導向分波器的光學系統可以適當地設計釆用這樣的結構，即 采用反射鏡代替偏振光束分離器(62)的結構。
如圖16所示的偏振組件最好具有第1光學系統(53、 52、 57) 與第2光學系統(56、 54、 55)。經過第1光學系統(53、 52、 57) 的光有，向空間光調制器(14)傳播的光，以及經過空間光調制器(14) -陂偏振分離的第1分離光。經過第2光學系統(56、 54、 55)的光為， 經過空間光調制器(14)被偏振分離的第2分離光。第1光學系統(53、 52、 57)包括偏振光束分離器(53),從2軸保偏光纖(7)輸出 的光輸入到該偏振光束分離器(53)中；光學元件(52),在上述偏 振光束分離器(53)中被偏振分離的光中的一路入射到該光學元件 (52)中；X/2波片(57),經過了上述光學元件(52)的光入射到 該入/2波片(57)中。可以采用偏振光束分離器、偏振片、起偏器、 反射鏡等來作為光學元件(52)。經過空間光調制器(14)被偏振分 離的第1分離光向偏振組件(51 )返回時，該第1分離光經過人/2波 片(57 )、光學元件(52 )及偏振光束分離器(53 ),返向2軸保偏 光纖(7)。第2光學系統(56、 54、 55)包括偏振光束分離器(55), 光學元件(54) ， X/2波片(56)。可以釆用偏振光束分離器、偏振 片、起偏器、反射鏡等來作為光學元件(54 )。經過空間光調制器(14 ) 被偏振分離的第2分離光，依次經過人/2波片(56)、光學元件(54) 及偏振光束分離器(55),返向2軸保偏光纖(7)。即，經過空間 光調制器(14)被偏振分離的第2分離光，由X/2波片(56)調整偏振面，由偏振光束分離器(反射鏡)(54、 55)進行偏振分離，而且 調整光的傳播方向，從而返向2軸保偏光纖(7)。若采用這樣的結
構，能夠呈現雙向的工作狀態。而且，因設置有多個光分離部件，實 現了多信道化。 實施例1
圖8為實施例1中的光波整形裝置的示意圖。圖9為實施例1中 的光學系統的示意圖。圖9中(a)為俯視圖，圖9中(b)為側視圖。 圖中，PBS表示偏振光束分離器，FR表示法拉第旋轉器，SMF表示 單模光纖，2-PMF表示2軸保偏光纖。如圖9所示，該光學系統包括 2軸保偏光纖，經過偏振分離的光輸入到該2軸保偏光纖中；準直透 鏡，該準直透鏡的直徑為15cm,焦距為6cm;衍射光柵，該衍射光 柵的表面中心處位于距離準直透鏡6cm的位置；聚光透鏡(fl5cm), 該聚光透鏡設置于距離衍射光柵的表面中心處15cm的位置；偏振片、 液晶空間強度調制部分、液晶空間相位調制部分及折返用反射器。折 返用反射器(棱柵)位于距離聚光透鏡15cm的位置。液晶元件的控 制區域的寬度為17pm，間隙部分的寬度為3pm。即， 一個元件的尺 寸是20|im。另外，準直透鏡到衍射光柵的距離以及準直透鏡到聚光 透鏡的距離，可通過進行如圖IO所示的模擬來求得。
在此實施例中，因具有如上所述的結構，使2個光路在往返過程中產 生互相產生交替，從往返的總體過程來看，產生的相位變化相同。其 結果是，盡管光纖等的相位穩定性不太好，然而光波整形裝置的相位 穩定性卻較高。
圖11所示為液晶空間光調制器的例子。圖11中(a) ~ (c)表示 的是，實際制造的空間光調制器的示意圖。圖11中(a)所示的結構 是，采用的玻璃基板長寬為65mmx48mm厚度為0.5mm。使位于分別 具有普通電才及和圖形電才及的玻璃基板間的液晶元件間隙為8pm。整體 液晶才各設置在玻璃基板中央附近且其尺寸為14mmxl4mm。液晶單元 格中心距為20(im (具體結構為控制區域17pm,間隙3pm)。液晶的取向，在強度調制時，使取向方向為45度，在相位調制時，使取向 方向為0度。強度調制用空間光調制器和相位調制用空間光調制器分 別獨立制作。
圖11中(b)所示的結構是，采用的玻璃基板長寬為65mmx30mm 厚度為0.3mm。使位于分別具有普通電極和圖形電極的玻璃基板間的 液晶元件間隙為8pm。采用的整體液晶才各的尺寸為10mmx5mm。在 圖11中(b)所示的例子上，使液晶空間光調制器靠近玻璃基板的左 側或右側。像這樣地使液晶空間光調制器的位置離開玻璃基板中心的 結構，制作起來容易。液晶格的單元格中心距有以下3種制造模式
(i) 液晶單元才各中心距20pm(控制區域17nm,間隙3|im)
(ii) 液晶單元格中心距20lam(控制區域18|im,間隙2jim)
(iii) 液晶單元格中心距10pm(控制區域8pm,間隙2pm) 液晶的取向為，在強度調制時，使取向方向為45度，在相位調制時， 使取向方向為0度。強度調制用空間光調制器和相位調制用空間光調 制器分別獨立制作。在將2片液晶單元結合時，為了使液晶格位置關 系正確，設置有液晶格位置標識。另外，將控制IC統一配置在玻璃 基板的一側。
圖11中(c)所示的結構是，具有圖形電極的玻璃基板的正面和 背面分別設置，強度調制用液晶空間光調制器與相位調制用液晶空間 光調制器。調整好液晶格的位置關系從而制作成上述結構。如圖11 中(c)所示，該液晶空間光調制器的形狀是，上述具有圖形電極的 玻璃基板，被2片具有普通電極的玻璃基板所夾。使位于分別具有普 通電極和圖形電極的基板間的液晶元件間隙為8|im。釆用的整體液晶 格的尺寸為 20mmx 5mm。在圖11中(c)所示的例子上，使液晶空 間光調制器靠近玻璃基板的左側或右側。像這樣地使液晶空間光調制 器的位置離開玻璃基板中心的結構，制作起來容易。液晶格的單元中 心距有以下3種制造才莫式
(i) 液晶單元格中心距20nm(控制區域17jim，間隙3pm)
(ii) 液晶單元格中心距20lam(控制區域18|im,間隙2fim)
24(iii)液晶單元格中心距10fim(控制區域8jam,間隙2pm) 液晶的取向，在強度調制時，使取向方向為45度，在相位調制時， 使取向方向為0度。強度調制用空間光調制器與相位調制用空間光調 制器，共用一個具有圖形電極的玻璃基板而與其制作成一體。
圖12為，表示光波形整形裝置的光強度調制特性的曲線圖。圖 12中(a)為，使用ASE光源，在對全部波道一并進行調制時，檢測 到的光強度調制特性。圖12中(b)為，對全部波道進行中間調制時， 檢測到的光強度調制特性。圖12中(c)為，對全部波道關閉調制時， 檢測到的光強度調制特性。從圖12中(a)看出，本發明的光波形整 形裝置，形成鄰接帶域的通帶相連續的通帶。從圖12中(b)看出， 強度調制的調制量可在調制范圍內任意設定。從圖12中(c)看出， 當關閉調制時，能夠抑制輸出功率。
圖13為，表示光波整形裝置的頻率間隔的曲線圖。將波長可變 LD光源的波長在步進幅度為O.Olnm的方式下掃描，用功率計對實現 光強度調制的各波長的功率進行測定。對每一個波道進行強度設定， 確定頻率間隔。圖13中(a)所示為對1個波道打開調制的情況，圖 13中(b)所示為對相接近的2個波道打開調制的情況，圖13中(c) 所示為對3個波道打開調制的情況，圖13中(d)所示為對相遠離的 2個波道打開調制的情況。
圖14為，表示光波形整形裝置的空間分辨率的曲線圖。使用ASE 光源，以48個波道為單位對光強度進行調制(每隔48個波道關閉1 個波道的調制，其余的波道全部打開調制)，根據調制波長差，對各 波長帶的PAL-SLM1元件對應的空間分辨率進行測定。其結果為，波 長為1535nm時空間分辨率為12.1GHz每個元件，波長為1550nm時 空間分辨率為10.7GHz每個元件，波長為1565nm時空間分辨率為 9.2GHz每個元件。
圖15所示為，測定插入損失的裝置結構的示意圖。其結果為， 波長為1535nm時插入損失是6.5dB，波長為1550nm時插入損失是 5.0dB,波長為1565nm時插入損失是7.5dB。表1表示的是衍射光柵的色散特性。
表1
波長_入射角_衍射角_衍射效率
1540腿 50deg 68.9 deg 87.0%
1550腿 50deg 70.0 deg 88.2%
1560nm 50 deg 71.2 deg 89.1%
表2表示的是PAL-SLM入射波束的直徑。
表2
波長 聚光徑(x軸)聚光徑(y軸)
1530 cpx 40拜 (px 74(im
1550 cpx 38fim cpx 65|im
1570 cpx~45|im (px 86,
產業上應用的可能性
本發明的光波整形裝置可適當地應用于光信息通信等領域。
2權利要求
1.一種光波形整形裝置(10)，其特征在于，所述光波形整形裝置(10)包括偏振分離器(1)，由該偏振分離器(1)使來自于光源的光產生偏振分離；半波片(2)，由上述偏振分離器(1)使來自于光源的光偏振分離為第1光波與第2光波，通過該半波片(2)對該第1光波與第2光波的偏振面進行調整使二者呈一定關系；偏振光束分離器(3)，經過了上述半波片(2)的光入射到該偏振光束分離器(3)中；法拉第旋轉器(4)，該法拉第旋轉器(4)使經過了上述偏振光束分離器(3)的第1光波及第2光波的偏振面產生一定量的轉動；第1準直器(5)，經過了上述法拉第旋轉器(4)的第1光波入射到該第1準直器(5)中；第2準直器(6)，經過了上述法拉第旋轉器(4)的第2光波入射到該第2準直器(6)中；2軸保偏光纖(7)，來自于上述第1準直器(5)及第2準直器(6)的光波入射到該2軸保偏光纖(7)中；第3準直器(8)，經過了上述2軸保偏光纖(7)的光入射到該第3準直器(8)中；分波器(11)，該分波器(11)將來自于上述第3準直器(8)的光按照不同頻率分解；聚光透鏡(12)，該聚光透鏡(12)使由上述分波器(11)分解的多路光分別匯聚；偏振分離部件(13)，經過了上述聚光透鏡(12)的光入射到該偏振分離部件(13)中，由該偏振分離部件(13)對入射光的偏振面進行調整；空間光調制器(14)，經過了上述偏振分離部件(13)的光入射到該空間光調制器(14)中，該空間光調制器(14)具有相位調制部及強度調制部，而且該空間光調制器(14)具有多個設置在各自所對應的空間位置上的呈線性或矩陣形排列的液晶元件，上述相位調制部的液晶的取向與由上述偏振分離部件(13)調整后的光的偏振面平行，上述強度調制部的液晶的取向與上述相位調制部的液晶的取向方向呈45度角；折返用反射器(15)，該折返用反射器(15)為棱鏡型的反射器，經過了上述液晶空間相位調制部及液晶空間強度調制部的光，入射到該折返用反射器(15)中；半波片(16)，被上述折返用反射器(15)反射，并從上述偏振光束分離器(3)輸出的光入射到到上述半波片(16)中，由該半波片(16)對其的偏振面進行調整；第4準直器(17)，經過了上述半波片(16)的光入射到該第4準直器(17)中，從第3準直器(8)中發出的光，通過分波器(11)按照不同的頻率分解并在空間上分散，通過分波器(11)按照不同的頻率分解的在空間上分散的光，分別被聚光透鏡(12)所匯聚，被匯聚的光，通過上述偏振分離部件(13)，對其偏振面進行調整，經過調整偏振面后的光，通過空間光調制器(14)進行可控的相位調制或強度調制，或者是既進行可控的相位調制又進行可控的強度調制，進行調制之后，光被折返用反射器(15)反射回來，反射回來的光通過聚光透鏡(12)被匯聚，并通過分波器(11)使按照不同頻率被分解的光合波，由第1光波產生的反射光經過第2準直器(6)入射到法拉第旋轉器(4)中，由第2光波產生的反射光經過第1準直器(5)入射到法拉第旋轉器(4)中，由第1光波及第2光波產生的反射光經過了法拉第旋轉器(4)后，通過偏振光束分離器(3)調整其傳播方向，經過了偏振光束分離器(3)的光，由半波片(16)進行偏振面調整，從而使2個光波的偏振面相垂直，經過了該偏振面調整的光，通過第4準直器(17)被輸出。
2. 根據權利要求1所述的光波形整形裝置(10),其特征在于， 在上述空間光調制器(14)的多個液晶元件中，根據入射光的直徑不 同，由2個元件或3個元件構成1個信道。
3. 根據權利要求1所述的光波形整形裝置(10)，其特征在于， 上述空間光調制器(14)的多個液晶元件，具有10(im以上40^im以 下的液晶單元才各中心距。
4. 根據權利要求1所述的光波形整形裝置(10)，其特征在于， 所述光波形整形裝置(10)的上述偏振分離部件(13)包括偏振光束分離器(61 );光學系統，該光學系統將由上述偏振光束分離器(61)分離產生 的第l分離光及第2分離光導向分波器(11)。
5. 根據權利要求4所述的光波形整形裝置(10)，其特征在于， 上述第3準直器(8 )還具有偏振組件(51 )，該偏振組件(51 )位于2軸保偏光纖(7)的端面處，上述偏振組件(51)具有第1光學系統(53、 52、 57)和第2 光學系統(56、 54、 55),由該第1光學系統(53、 52、 57)，對向空間光調制器(14)傳 播的光，以及經過空間光調制器(14)并被上述偏振光束分離器(61 ) 分離產生的第l分離光進行控制，由第2光學系統(56、 54、 55)，對經過空間光調制器(14)并 被上述偏振光束分離器(61)分離產生的第2分離光進行控制。
6. —種光波形整形裝置(10),其特征在于，上述光波形整形 裝置(10)包括偏振分離器(1 ),由該偏振分離器(1 )使來自于光源的光產生偏振分離；分波器(11 )，該分波器(11)將由上述偏振分離器(1)分離 產生的第1光波及第2光波按照不同頻率分解；聚光部(12)，該聚光部(12)使由上述分波器(11 )分解的多 路光分別匯聚；偏振分離部件(13),經過了上述聚光部(12)的光入射到該偏 振分離部件(13)中，由該偏振分離部件(13 )對入射光的偏振面進 行調整；空間光調制器(14)，經過了上述偏振分離部件(13)的光入射 到該空間光調制器(14)中，該空間光調制器(14)具有相位調制部 及強度調制部；折返用反射器(15),該折返用反射器(15)為棱鏡型的反射器， 經過了上述液晶空間相位調制部及液晶空間強度調制部的光，入射到 該折返用反射器(15)中。
7. 根據權利要求6所述的光波形整形裝置(10),其特征在于， 上述第1光波及第2光波，分別經過2軸保偏光纖的第1軸及第2軸到達上述分波器(11)并且，經過上述折返用反射器(15)被反射回來的第1光波及第2光波， 分別經過2軸保偏光纖的第l軸及第2軸被輸出。
8. 根據權利要求6所述的光波形整形裝置(10)，其特征在于， 在上述空間光調制器(14)的多個液晶元件中，根據入射光的直徑不 同，由2個元件或3個元件構成1個信道。
9. 根據權利要求6所述的光波形整形裝置(10),其特征在于， 上述空間光調制器(14)的多個液晶元件，具有10pm以上40(im以 下的液晶單元4各中心距。
10. 根據權利要求6所述的光波形整形裝置(10),其特征在于， 上述偏振分離組件(13)包括偏振光束分離器(61 );光學系統，該光學系統將由上述偏振光束分離器(61)分離產生 的第l分離光及第2分離光導向分波器(11)。
11.根據權利要求10所述的光波形整形裝置(10)，其特征在于，上述第3準直器(8 )還具有偏振組件(51 ),該偏振組件(51 ) 位于2軸保偏光纖(7)的端面處，上述偏振組件(51)具有第1光學系統(53、 52、 57)和第2 光學系統(56、 54、 55)，由該第1光學系統(53、 52、 57),對向空間光調制器(14)傳 播的光，以及經過空間光調制器(14)并被上述偏振光束分離器(61 ) 分離產生的第1分離光進行控制，由第2光學系統(56、 54、 55),對經過空間光調制器(14)并 被上述偏振光束分離器(61)分離產生的第2分離光進行控制。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種具有高分辨率的光波形整形裝置。為解決上述課題，本發明的光波形整形裝置(10)包括分波器(11)，其將來自于光源的光按照不同頻率分解；聚光部(12)，其將由上述分波器(11)分解的多路光匯集；偏振分離裝置(13)，經過了上述聚光部(12)的光入射到其中，其對入射的光的偏振面進行調整；空間光調制器(14)，經過了上述偏振分離裝置(13)的光入射到該空間光調制器(14)具有的相位調制部及強度調制部中。
文檔編號G02F1/01GK101681030SQ20088002024
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月12日 優先權日2007年6月15日
發明者依田琢也, 和田尚也, 樸成哲 申請人:獨立行政法人情報通信研究機構