波長選択スイッチ
【課題】使用温度範囲全域において分散素子の分散特性を補正することのできる波長選択スイッチを提供する。
【解決手段】波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、入力部からの光を受光し、光を分散させる分散素子と、分散素子によって波長ごとに分散された分散光を集光する集光要素と、分散光を、波長ごとに独立に偏向可能な複数の反射光学素子を有する光偏向部材と、光偏向部材によって偏向された分散光を受光する少なくとも一つの出力部と、分散素子の入射側に配置した２つ以上の偏向プリズムと、を備え、温度変化による、２つ以上の偏向プリズムから分散素子に向けて出射される順方向の光の出射角の変化の２次成分の絶対値と、温度変化前における順方向の光が分散素子から出射する光に沿った光であって、かつ、温度変化後における逆方向の光の分散素子から出射される光の、温度変化による出射角の変化の２次成分の絶対値と、が略一致する。
【解決手段】波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、入力部からの光を受光し、光を分散させる分散素子と、分散素子によって波長ごとに分散された分散光を集光する集光要素と、分散光を、波長ごとに独立に偏向可能な複数の反射光学素子を有する光偏向部材と、光偏向部材によって偏向された分散光を受光する少なくとも一つの出力部と、分散素子の入射側に配置した２つ以上の偏向プリズムと、を備え、温度変化による、２つ以上の偏向プリズムから分散素子に向けて出射される順方向の光の出射角の変化の２次成分の絶対値と、温度変化前における順方向の光が分散素子から出射する光に沿った光であって、かつ、温度変化後における逆方向の光の分散素子から出射される光の、温度変化による出射角の変化の２次成分の絶対値と、が略一致する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
激増するインターネットトラフィックを収容するため、波長分割多重通信（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を中核としたネットワークの光化が急ピッチで進んでいる。近年では、任意の波長を任意の方向に切り替え可能とする波長選択スイッチが注目されている。
【０００３】
図３３、図３４は、波長選択スイッチ１００の概念を示す図である。図３３は、波長選択スイッチ１００を側面から見た図であり、図３４は、波長選択スイッチ１００を上面から見た図である。
波長選択スイッチ１００は、入出力ポートアレイ１１０、レンズアレイ１２０、分散素子１３０、集光レンズ１４０、及び偏向素子１５０から構成される。入出力ポートアレイ１１０は、複数のポートにより構成され、各ポートは、入力ポートまたは出力ポートとして機能する。
【０００４】
入出力ポートアレイ１１０の入力ポートから出射した光は、レンズアレイ１２０の対応するレンズを経て、分散素子１３０により波長毎に分散され、集光レンズ１４０によって、偏向素子１５０上に集光される。ここで、入出力ポートアレイ１１０から、偏向素子１５０に進行する光を順方向の光として考える。偏向素子１５０は、一般的に複数のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーで構成されており、ＭＥＭＳミラーを傾けることによって、入力ポートから出射された光は、出力ポートに入射する。ＭＥＭＳミラーは、例えば、光周波数間隔が１００ＧＨｚの場合約４０個のＭＥＭＳミラーが設けられ、光周波数間隔が５０ＧＨｚの場合は約８０個のＭＥＭＳミラーが設けられる。
【０００５】
波長選択スイッチ１００の性能を示す指標の１つとして透過帯域がある。この透過帯域は各波長に対応したＭＥＭＳミラーに集光する光のスポット径ωとＭＥＭＳミラーの有効幅Ｗの比率（Ｗ／ω）が大きいほど、また、ＭＥＭＳミラーの位置に対するスポットのずれが小さいほど広くなる。
【０００６】
透過帯域（透過帯域幅）が広いと、対応可能なビットレートの上限を上げることが可能になる。なぜなら、高ビットレートの光はスペクトル幅が広がるが、透過帯域が広ければ、広がった分のスペクトル幅も透過帯域幅内に収まるからである。また、透過帯域が広いと、波長選択スイッチ１００を多段に接続した場合でも、帯域ずれの蓄積量が小さいので、波長選択スイッチ１００の多段接続数を増やすことが可能になる。このように、波長選択スイッチ１００の透過帯域を広くすることで、良好な伝送特性を確保することが可能である。
【０００７】
透過帯域を広くするにはスポット径ωを小さくする方法があるが、スポット径ωの大きさは限られている。その理由を以下に説明する。波長に対応してＭＥＭＳミラーの傾きを制御する波長選択スイッチにおいて、任意の入力ポートのある波長の光が出力ポートに出力された状態で、違う入力ポートに切り替えたい場合、意図しない入力ポートの光が出力ポートに出力されてはいけない。意図しない入力ポートの光が出力ポートに出力されることを防ぐ方法として、ＭＥＭＳミラーを一度、角度分散方向に振って、繋がっていた入力ポートの光強度を十分に落とすものがある（例えば特許文献１）。その角度分散方向のＭＥＭＳミラーの振れ幅は、光強度を充分に落とす必要があるためスポット径ωに依存している。ＭＥＭＳミラーは構造上大きく振れないため、スポット径ωを小さくするには限界がある。
【０００８】
また、透過帯域を広くするためにＭＥＭＳミラーの有効幅Ｗを大きくする方法がある。この方法では、ＭＥＭＳミラーを大きくするには、以下の式（２）に示すように集光レンズ１４０の焦点距離ｆ１００を大きくするか、分散素子１３０の分散角φを大きくする必要がある。
Ｗ＝ｆ１００ｓｉｎΦ （２）
【０００９】
集光レンズ１４０の焦点距離ｆ１００を大きくする場合は、分散素子１３０と集光レンズ１４０との間隔、及び、集光レンズ１４０とＭＥＭＳミラーとの間隔を大きくする必要があるため、波長選択スイッチ１００の大きさが大きくなってしまう。
一方、分散角φを大きくする場合として、例えば特許文献２に示される図３５のような分散素子２３０をシリコン材質のイマージョングレーティングにすると約３倍もの分散角が得られる。図３５は、波長選択スイッチ２００の構成を示す斜視図である。ここで、ファイバアレイ２１０から、マイクロレンズアレイ２２０、分散素子２３０、及びレンズ２４０を経て、マイクロミラーアレイ２５０側へ進行する光を順方向の光として考える。
【００１０】
ここで、波長選択スイッチ１００および波長選択スイッチ２００を構成する各要素は温度特性を有しており、初期設定時にＭＥＭＳミラー上での集光位置をＭＥＭＳミラー中心に集光するように一致させたとしても、使用環境等によって温度が変化すると、集光位置がＭＥＭＳミラー中心位置から変動し、透過帯域幅が狭くなる。特に分散素子２３０の材質はシリコンであり、シリコンは温度によって屈折率が大きく変化するため、分散特性が大きく変わる。そうすると、集光位置が温度変化時にＭＥＭＳミラー中心位置からずれるため、透過帯域が逆に狭くなるという問題があった。これに対して、特許文献２では温度変化によって分散特性が変化することに対して、図３６のように偏向プリズム２６０で補正した順方向の光を分散素子２３０へ入射させる方法を用いている（例えば特許文献２）。ここで、図３６は、補正のための偏向プリズム２６０と分散素子２３０との配置を示す図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６７９８９４１号明細書
【特許文献２】特開２０１０−１５６６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図３７は、常温と高温における分散素子２３０への順方向の入射光の屈折状態を概念的に示す図である。図３８は、図３７における分散素子２３０からの順方向の光の出射角α１００と温度の関係を示すグラフである。図３９は、常温と高温における偏向プリズム２６０への入射光の屈折状態を概念的に示す図である。図４０は、図３９における偏向プリズム２６０からの出射角α２００と温度の関係を示すグラフである。図３７、図３９において、常温状態の屈折は実線で示し、高温状態は破線で示している。
【００１３】
図３８においてα１００と温度Ｔは次式（３）の関係となる。
α１００＝（１．９×１０−５）Ｔ２−（１．４×１０−２）Ｔ＋１．０×１０ （３）
図４０においてα２００と温度Ｔは次式（４）の関係となる。
α２００＝−（１．５×１０−５）Ｔ２＋（１．３×１０−２）Ｔ＋６．８×１０ （４）
ここで、Ｔは温度（°Ｃ）である。
【００１４】
図３７、図３９において、分散素子２３０及び偏向プリズム２６０の材質はシリコンである。図３７、図３９では、高温にすることによるシリコンの屈折率変化によって、入射光が常温状態と違う位置を通る様子を示している。分散素子２３０及び偏向プリズム２６０に入射する入射角が一定であった場合、使用温度範囲全域の出射角の変化は図３８、図４０のような曲線を示す。但し、シリコンの屈折率は以下の式（５）のように変化した場合である。
ｎ＝−０．００００００２２Ｔ２＋０．０００１６Ｔ＋３．４７ （５）
【００１５】
図４１は、図３７における出射側から分散素子２３０に入射する光が常温及び高温において屈折する状態を概念的に示す図である。図４２は、図４１における分散素子２３０からの出射角α３００と温度の関係を示すグラフである。図４２において出射角α３００と温度Ｔは次式（６）の関係となる。
α３００＝−（１．７×１０−５）Ｔ２＋（１．３×１０−２）Ｔ＋１．７×１０ （６）
【００１６】
仮に、図４１のように分散素子２３０の出射側から、使用温度範囲全域において、入射角を一定に、光が入射すると仮定すると、使用温度範囲全域の出射角α３００の変化は図４２のような曲線を示す。このように、順方向の光の分散素子２３０の出射側から、分散素子２３０を介して、偏向プリズム２６０に向かうと仮定した光線を、逆方向の光線と考える。特許文献２においては、温度変化によって分散特性が変化することを課題として取り上げ、その解決策として、図３６のように偏向プリズム２６０で補正した光を分散素子２３０へ入射させている。
【００１７】
分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角を一定にするには図４０に示す偏向プリズム２６０の曲線と図４２に示す分散素子２３０の曲線のそれぞれの１次の項及び２次の項の絶対値を揃える必要がある。それぞれの曲線の０次の項は一致しなくても良い。なぜなら、それぞれの曲線の０次の項は違っていても、偏向プリズム２６０を通り、分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角の温度による変化は起こらないためである。それぞれの１次の項及び２次の項の絶対値を揃えると、分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角を温度によらず一定にする事が可能となる。
【００１８】
図４０に示す偏向プリズム２６０の曲線と図４２に示す分散素子２３０の曲線の１次の項の絶対値は一致させる必要があるが、符号を揃える必要はない。それは分散素子２３０と偏向プリズム２６０の配置によって符号は自由に変化できるためである。また、同様に、これらの２つの曲線の２次の項の絶対値を一致させる必要があるが、符号を揃える必要はない。しかし、２次の項の符号に関しては１次の項の符号が一致していれば、２次の項も一致させる必要があり、１次の項の符号が一致していなければ、２次の項の符号を一致させず絶対値の値を揃える必要がある。つまり、２つの曲線のそれぞれの項の符号の関係は図４３のようになる。ここで、図４３は、図４０に示す出射角α２００の曲線及び図４２に示す出射角α３００の曲線における符号の関係を示す表である。
【００１９】
偏向プリズム２６０に入射する順方向の光の入射角と頂角を最適に選ぶことで、偏向プリズム２６０の曲線の１次成分の絶対値と分散素子２３０の曲線の１次成分の絶対値を一致させることは可能であるが、これらの曲線の２次成分の絶対値を一致させることはできない。このことは、使用温度範囲全域の分散素子２３０の出射角を偏向プリズム２６０によって揃えることはできないことを意味している。したがって、従来の波長選択スイッチでは、使用温度範囲全域において分散素子２３０の分散特性を偏向プリズム２６０だけでは完全に補正することはできないという問題がある。
【００２０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、使用温度範囲全域において分散素子の分散特性を補正することのできる波長選択スイッチ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】
【００２１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のある態様に係る波長選択スイッチは、波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、入力部からの光を受光し、光を分散させる分散素子と、分散素子によって波長ごとに分散された分散光を集光する集光要素と、分散光を、波長ごとに独立に偏向可能な複数の反射光学素子を有する光偏向部材と、光偏向部材によって偏向された分散光を受光する少なくとも一つの出力部と、分散素子の入射側に配置した２つ以上の偏向プリズムと、を備え、温度変化による、２つ以上の偏向プリズムから分散素子に向けて出射される順方向の光の出射角の変化の２次成分の絶対値と、温度変化前における順方向の光が分散素子から出射する光に沿った光であって、かつ、温度変化後における逆方向の光の分散素子から出射される光の、温度変化による出射角の変化の２次成分の絶対値と、が略一致することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る波長選択スイッチは、使用温度範囲全域において分散素子の分散特性を補正することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る波長選択スイッチの概念を示す側面図である。
【図２】第１実施形態に係る波長選択スイッチの概念を示す上面図である。
【図３】第１実施形態に係る波長選択スイッチのうち分散素子及び集光レンズを拡大して示す図である。
【図４】ミラーアレイの構成を示す斜視図である。
【図５】Ｘ方向にミラーが並んだミラーアレイのうち、３つのミラーを抜き出して示す平面図である。
【図６】横軸に周波数、縦軸に出力をとり、透過帯域を示したグラフである。
【図７】常温及び高温状態における逆方向の光の分散素子からの出射角α５を示す図である。
【図８】図７における分散素子からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図９】常温及び高温状態における順方向の光の第２偏向プリズムからの出射角α４を示す図である。
【図１０】図９における第２偏向プリズムからの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図１１】図８に示す出射角α５の曲線及び図１０に示す出射角α４の曲線における符号の関係を示す表である。
【図１２】分散素子からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。
【図１３】図１２の一部を拡大して示す図である。
【図１４】一般的な光学材料の温度に対する屈折率の変化を示すグラフである。
【図１５】図１４に示した材料のｄｎ／ｄｔを示す表である。
【図１６】分散素子及び第１偏向プリズムの材質がシリコンであった場合において、第２偏向プリズムの材質を図１４及び図１５の光学材料にしたときの使用温度範囲における出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。
【図１７】一般的な偏向プリズムについての入射及び出射の特性を示す図である。
【図１８】図１７に示す偏向プリズムにおいて、頂角εを変えたときの式（１２）における係数Ａ、Ｂ、Ｃの変化を示す表である。
【図１９】頂角εを４５度とした偏向プリズムについての入射及び出射の特性を示す図である。
【図２０】入射角α１０＝ａＸ＋Ｄの関数のＤの値によって変化するα２０の関数の係数Ａ、Ｂ、Ｃの値を示す表である。
【図２１】第２偏向プリズムにＺＥＯＮＥＸを用いた場合の光の進み方を示す図である。
【図２２】第１偏向プリズムの材質が高分子材料であるＺＥＯＮＥＸを用いた場合の順方向の光が第１偏向プリズムから入射し、第２偏向プリズムを通り、分散素子から光が出射される様子を示す図である。
【図２３】第２偏向プリズムの材質として図１５に示す光学材料を用いた場合の使用温度範囲における第２偏向プリズムの出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。
【図２４】第２実施形態における第２偏向プリズムと第１偏向プリズムの構成を示す図である。
【図２５】反射型グレーティングを用いた場合の光学系の構成例を示す図である。
【図２６】図２５の分散素子の基材をＳｉｌｉｃａで、回折格子のピッチを１／９００とした場合の入射角α２と出射角α５を示す図である。
【図２７】図２６における分散素子からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図２８】常温及び高温状態における第１偏向プリズムからの出射角α６を示す図である。
【図２９】図２８における第１偏向プリズムからの出射角α６と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図３０】常温及び高温状態における第１偏向プリズムへの入射角α１と第２偏向プリズムからの出射角α４を示す図である。
【図３１】図３０における第２偏向プリズムからの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図３２】分散素子からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。
【図３３】波長選択スイッチの概念を示す側面図である。
【図３４】波長選択スイッチの概念を示す上面図である。
【図３５】波長選択スイッチの構成を示す斜視図である。
【図３６】補正のための偏向プリズムと分散素子との配置を示す図である。
【図３７】常温と高温における分散素子への入射光の屈折状態を概念的に示す図である。
【図３８】図３７における分散素子からの出射角と温度の関係を示すグラフである。
【図３９】常温と高温における偏向プリズムへの入射光の屈折状態を概念的に示す図である。
【図４０】図３９における偏向プリズムからの出射角と温度の関係を示すグラフである。
【図４１】図３７における出射側から分散素子へ入射させた光が常温及び高温において屈折する状態を概念的に示す図である。
【図４２】図４１における分散素子からの出射角と温度の関係を示すグラフである。
【図４３】図４０に示す出射角α２００の曲線及び図４２に示す出射角α３００の曲線における符号の関係を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明のある態様に係る波長選択スイッチの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、特許請求の範囲に記載された本発明が限定されるものではない。すなわち、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
＜第１実施形態＞
図１、図２は、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１０の概念を示す図である。図１は波長選択スイッチ１０の側面図、図２は波長選択スイッチ１０の上面図である。波長選択スイッチ１０は複数の入出力ポート１１とレンズアレイ１２、第１偏向プリズム１３、第２偏向プリズム１４、分散素子１５、集光レンズ１６、ミラーアレイ１７を有している。図３は、波長選択スイッチ１０のうち分散素子１５及び集光レンズ１６を拡大して示す図である。
【００２５】
まず、常温状態の波長選択スイッチ１０の形態について説明する。
入出力ポート１１は、例えば図１に示すように、４つの入力ポート１１ａ〜１１ｄと、１本の出力ポート１１ｅと、が出力ポート１１ｅを中心に第１方向Ａ１に等間隔で並んだ状態で構成されている。なお、入出力ポートの本数、入力ポートと出力ポートの並び等はこの状態で限定されるものではない。また、図１では、入力ポート１１ａのみ、光が入力されている様子を簡略化して示しているが、実際は複数の入力ポートから、波長多重された光が入力されている。
【００２６】
レンズアレイ１２は、入出力ポート１１を構成する複数のポートにそれぞれ対応したレンズを有している。入力ポート１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄから出射した光は、レンズアレイ１２を構成するレンズのうち各入力ポートに対応するレンズによって、それぞれコリメートされ、第１偏向プリズム１３に入射する。
【００２７】
レンズアレイ１２のレンズから出射した光は、第１方向Ａ１とは異なる第２方向Ｂ１においてα１だけ傾いて第１偏向プリズム１３に入射する。その後、第２方向Ｂ１において光の向きを変えて第１偏向プリズム１３を出射し、第２偏向プリズム１４に入射する。つまり、第１方向Ａ１においては、第１偏向プリズム１３に入射した光は向きを変えることなく、第１偏向プリズム１３から出射する。これに対して、第２方向Ｂ１においては、第１偏向プリズム１３に入射した光は、違う向きに出射して行き、第２偏向プリズム１４に入射する。
【００２８】
第２偏向プリズム１４においても、第１偏向プリズム１３と同様に、第２偏向プリズム１４に入射した光を第２方向Ｂ１において違った向きに変える。第２偏向プリズム１４から出射した光は、分散素子１５に対して第２方向Ｂ１においてα２だけ傾いて入射する。分散素子１５は、第２偏向プリズム１４から出射した光を第１方向Ａ１とは異なる第２方向Ｂ１において、波長に応じて角度分散させる。分散素子１５に入射する波長多重された光は、各波長に応じて第２方向Ｂ１において異なる角度α３ａ〜α３ｅの角度範囲の間で進行する。分散素子１５において分散する様子は、図２では簡略化して５つの波長のみ図示しており、分散素子１５からの出射角度α３ａ〜α３ｅを「α３ａ．．．」と表示している。また、分散素子１５は図１のような反射型のイマージョングレーティングを例として示しているが、これに限定される物ではなく、透過型グレーティング、反射型グレーティングを用いても良い。
【００２９】
集光レンズ１６の焦点距離は、ｆ１であり、分散素子１５により分散された各波長の光は、集光レンズ１６によってミラーアレイ１７のミラー１７ｍ上にそれぞれ集光される。分散素子１５と集光レンズ１６は焦点距離ｆ１だけ離れて配置することが望ましい。なぜなら、分散素子１５と集光レンズ１６が焦点距離ｆ１からずれた間隔で配置されると、集光レンズ１６から出射した各波長の光のミラー１７ｍへの入射角度が波長ごとに異なってしまう為である。つまり、分散素子１５と集光レンズ１６の間隔がｆ１であると、集光レンズ１６から出射した光は、波長ごとに一致した方向にミラーアレイ１７のミラー１７ｍに向かって進む。さらには、分散素子１５により波長ごとに異なる方向に分散された各波長の光は、ミラーアレイ１７を構成する、各波長に対応した複数のミラー１７ｍ上にそれぞれ集光する。その集光位置は複数の入力ポートの光が交わる位置である。
【００３０】
ミラーアレイ１７は、第２方向Ｂ１に沿った方向に並んだ複数のミラー１７ｍを有している。ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍは少なくとも第２方向Ｂ１に波長多重された波長の数だけ配列されている。仮に、波長多重される波長の数がλａ〜λｒの１８個であるとすると、ミラーは第２方向Ｂ１に１８個並んでおり、その各波長のビームの第２方向Ｂ１方向における中心位置と、その波長に対応したミラーの第２方向Ｂ１の中心とが一致するように設置されている。
集光レンズ１６によって集光される位置の第２方向Ｂ１の座標をＸとおくとＸは次式（７）で表される。
Ｘａ＝ｆ１ｓｉｎ（α２ａ−θ） （７）
ここで、θは図３に示すように、集光レンズ１６の光軸１７ｃと分散素子１５の法線のなす角である。
【００３１】
ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍは、図４に示すように、Ｘ軸に平行な軸Ｘｍを中心に角度Ｘθと、Ｙ軸に平行な軸Ｙｍを中心に角度Ｙθと、にそれぞれ独立して回転することが可能である。軸Ｘｍは第２方向Ｂ１、軸Ｙｍは第１方向Ａ１に対応している。各ミラー１７ｍ上に集光される光は、各ミラーの反射面に対して斜めに入射し、入射方向とは異なった方向に反射される。ここで、図４は、ミラーアレイ１７の構成を示す斜視図である。図４においては、各波長の光の集光位置を結んだ軸と、回転軸Ｘｍと、は一致する。
なお、ミラーアレイ１７に代えて、再帰反射器や、液晶素子や光学結晶、反射型の液晶表示パネルであるＬＯＣＳ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いて構成することもできる。
【００３２】
ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍによって反射された光は、広がりを持ったビーム形状で集光レンズ１６に入射する。集光レンズ１６に入射した各波長の光はコリメート光となって集光レンズ１６から分散素子１５に向かって進む。集光レンズ１６からの光が分散素子１５に入射する各波長の光は、ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍの回転角が同じなので、分散素子１５上で一点に集まる。
【００３３】
分散素子１５によって波長多重された光は、コリメート状態を保ったまま第２偏向プリズム１４、第１偏向プリズム１３の順に入射し、それぞれ第２方向Ｂ１において光の進む向きを変えながら進んで行き、出力ポート１１ｅに対応したレンズアレイ１２のレンズに入射し、出力ポート１１ｅに集光する。
【００３４】
波長選択スイッチのミラーと透過帯域の関係を、図５、図６を用いて説明する。図５は、Ｘ方向にミラーが並んだミラーアレイ１７のうち、３つのミラー１７ｍ１、１７ｍ２、１７ｍ３を抜き出して示す平面図である。図６は、横軸に周波数、縦軸に出力をとり、透過帯域を示したグラフである。
【００３５】
ミラーアレイ１７のミラー上には、分散素子１５によって分散され、集光レンズ１６によりミラーアレイ１７のミラー１７ｍ上に集光された光によるビームスポットが形成される。
ミラーアレイ１７上におけるビームスポットの位置は、各々の波長に従って変化する。一般に、ミラーアレイは、ミラーの中心にＩＴＵグリッドの波長に一致する波長のビームが集光するように、設計・調整される。つまり、ビームスポットの波長がＩＴＵグリッドの波長から離れるに従って、ビームスポットはミラー中心から離れた位置に形成されることになる。すなわち、図５において、ミラー中心ｍｃのビームスポット１８ａに対して、ビームスポットの波長がＩＴＵグリッドの波長から離れると、ミラー中心から離れたビームスポット１８ｂ、１８ｃとなる。
ここで、ＩＴＵは国際電気通信連合によって定められたグリッド規格である。
【００３６】
ミラーを用いた波長選択スイッチの場合、分散素子で分散された各波長の光がミラーアレイのミラー上に集光したときに、ミラー端部に入射するビームスポットの一部がミラーからはみ出すことによって、透過率が減少する。透過帯域を、ＩＴＵグリッドに対する透過率が±０．５ｄＢとなる周波数領域（図６）とすると、従来の波長選択スイッチの場合の透過帯域は、ミラー両端で０．５ｄＢ分のビームはみだしが許容制限となる。この場合、ミラー幅Ｗ、分散方向のビームスポット径ω、及び隣接するミラーとのミラー中心間隔Ｄが決まれば透過帯域は一義的に決まることになる（図５）。
【００３７】
ミラーアレイ１７は、通常、常温状態で組み立てられる。その際、ミラーの中心にＩＴＵグリッドの波長に一致する波長のビームが集光するように、ミラーアレイ１７は設計・調整される。しかし、波長選択スイッチは常温状態のみ使用されるのではなく、高温状態又は低温状態で使用される可能性があり、その際でも、ミラーの中心にはＩＴＵグリッドの波長に一致する波長のビームスポットがミラーに集光するようにしなければならない。仮に集光位置がずれてしまうとそのずれた量だけ透過帯域の幅は狭くなってしまう。
【００３８】
波長選択スイッチにおいて、温度変化の影響を受けやすい部材は分散素子１５である。仮に分散素子１５の高い分散を確保するために、イマージョングレーティングで材質をシリコンで構成し、回折格子のピッチを１／２５００（ｍｍ）で構成したとする。この場合、入射角度一定で温度変化を与えたとすると、分散素子１５の波長が１５５０ｎｍのときの順方向の光の出射角度は図３８のような変化を示す。その大きな要因は式（５）に示すような温度変化において、高い屈折率変化を示す特性にある。ここで、入出力ポート１１から、レンズアレイ１２、第１偏向プリズム１３、第２偏向プリズム１４、分散素子１５、及び集光レンズ１６を経て、ミラーアレイ１７側へ進行する光を順方向の光と考え、逆にミラーアレイ１７から入出力ポート１１側へ進行する光を逆方向の光と考える。
【００３９】
このように分散素子１５の出射角度が温度によって変化してしまうと集光レンズ１６によって集光される光の第２方向Ｂ１の位置が変化してしまう。温度変化による出射角度変化量をΔα３とすると、Ｘ方向における位置の変化量ΔＸは次式（８）で求めることができる。
ΔＸ＝ｆ１ｓｉｎ（Δα３） （８）
【００４０】
集光レンズ１６によって集光される位置がΔＸだけ変化すると、前述したようにずれた量だけ透過帯域の幅は狭くなってしまう。したがって、温度変化における出射角度変化量をΔα３≒０にすることができれば、その変化量ΔＸをなくすことができる。
【００４１】
温度変化による出射角度変化量Δα３は、温度変化を与えて分散素子１５に入射する光の入射角α２に図４２のような変化を与えることにより、Δα３＝０にすることが可能となる。
【００４２】
一方、図３６のように、分散素子２３０の前に偏向プリズム２６０を置いただけでは、使用温度範囲全域において完全に出射角を一致させることはできない。なぜなら、それぞれのシリコンの温度による屈折率変化の影響による出射角変化の曲線である図４２と図４０が完全に一致しない為である。その理由は図４０の曲線の１次成分の絶対値を図４２の曲線の１次成分の絶対値に偏向プリズム２６０の頂角を最適に設定して一致させたとしても、曲線の２次成分の絶対値が一致しないことにある。これによって、使用温度範囲全域において、分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角は一定ではなくなる。
【００４３】
温度変化の影響を受けやすい例として、分散素子１５及び第１偏向プリズム１３の材質がシリコンであり、第２偏向プリズム１４の材質がＮ−ＬＡＳＦ４０（商標）であった場合がある。この場合において、分散素子１５に入射する逆方向の光の入射角が一定であり、かつ、第１偏向プリズム１３に入射する順方向の光の入射角が一定であり、シリコンの温度による屈折率変化を上式（５）の関係としたとき、それぞれの使用温度範囲全域の出射角の変化の様子を図７、図９に示し、その出射角変化を図８、図１０に示している。但し、分散素子１５に入射する光は分散された光が出射される側から温度によって入射角が一定の１５５０ｎｍの光を入れた場合の特性を示している。また、ここでは分散素子１５及び第１偏向プリズム１３の材質をシリコンを例に挙げて説明するが、材質はこれに限定されるものではない。
【００４４】
図７は、常温及び高温状態における分散素子１５からの逆方向の光の出射角α５を示す図である。図７において、常温状態の屈折は実線で示し、高温状態は破線で示している。図８は、図７における分散素子１５からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図８において出射角α５と温度Ｔは次式（９）の関係となる。
α５＝−（１．７×１０−５）Ｔ２＋（１．３×１０−２）Ｔ＋１．７×１０ （９）
図９は、常温及び高温状態における第２偏向プリズム１４からの順方向の光の出射角α４を示す図である。図１０は、図９における第２偏向プリズム１４からの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図１０において出射角α４と温度Ｔは次式（１０）の関係となる。
α４＝（１．７×１０−５）Ｔ２−（１．３×１０−２）Ｔ＋５．５×１０ （１０）
【００４５】
図８、図１０の両方の曲線を比較すると曲線の１次成分及び２次成分の絶対値が一致していることが分かる。また、それぞれの曲線の１次成分及び２次成分の符号の関係が図１１のような関係になっており、分散素子１５から出射する出射角の温度変化が無いような符号の組み合わせを選ぶ必要がある。これにより、使用温度範囲全域において、温度変化における出射角度変化量Δα３をほぼゼロにすることができ、集光レンズ１６によって集光される位置の変化量をほぼ無くすことが可能となる。ここで、図１１は、図８に示す出射角α５の曲線及び図１０に示す出射角α４の曲線における符号の関係を示す表である。
なお、装置に求められ精度に応じて、図８および図１０の曲線の１次成分及び２次成分は、必ずしも、完全に一致する必要はない。
【００４６】
図１２は、分散素子１５からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。図１３は、図１２の一部を拡大して示す図である。図１２、図１３において、実線は、図１に示すような第１偏向プリズム１３、第２偏向プリズム１４、及び分散素子１５を配置した場合、破線は第１偏向プリズム１３と分散素子１５の間に第２偏向プリズム１４を挟まない場合、一点鎖線は分散素子１５のみの場合の分散素子１５からの出射角α３の変化をそれぞれ示している。
【００４７】
図１２、図１３の実線で示す第１実施形態の構成では、破線で示すように第２偏向プリズム１４を分散素子１５と第１偏向プリズム１３との間に配置しない場合と比較すると、曲線の２次成分がなくなり、出射角α３がほぼ一定になっている。また、一点鎖線で示す、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４を入れない場合と比較すると、第１実施形態の構成では、第１偏向プリズム１３を入れたことによって、曲線の１次成分が大きく改善されていることが分かる。
【００４８】
図１４は、一般的な光学材料の温度に対する屈折率の変化を示すグラフである。図１４の縦軸は、測定温度における屈折率ｎｔと２０°Ｃにおける屈折率ｎ２０との差である。また、図１４中に示す材料名は、シリコン以外はいずれも商標である。図１５は、図１４に示した材料のｄｎ／ｄｔを示す表である。ここで、ｄｎ／ｄｔは、各材料の温度変化に対する屈折率の変化である。
【００４９】
図１５に示すように、光学材料は、種類によって、ｄｎ／ｄＴが正であったり負であったり、様々のｄｎ／ｄＴの値を示す。このような光学素子を、第２偏向プリズム１４に用いても、使用温度範囲全域において、図４２の曲線と、第２偏向プリズム１４からの出射角曲線と、において１次成分及び２次成分の絶対値を一致させることが可能である。
【００５０】
図１６は、分散素子１５及び第１偏向プリズム１３の材質がシリコンであった場合において、第２偏向プリズム１４の材質を図１４及び図１５の光学材料にしたときの使用温度範囲における出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。
第２偏向プリズム１４の材質がどのような材質であっても出射角曲線α４の成分の絶対値を一致させることは可能である。図１６には、第２偏向プリズム１４を用いない場合の結果も示している。図１６から、第２偏向プリズム１４を用いた場合の第２偏向プリズム１４からの出射角曲線の１次成分は、第２偏向プリズム１４を用いない場合と同等な値であることが分かる。この現象の理由を以下に説明する。
【００５１】
図１７は、一般的な偏向プリズム（頂角ε）についての入射及び出射の特性を示す図である。
この偏向プリズムに入射する順方向の光の入射角α１０を、次式（１１）のような関数で変化を与えると、
α１０＝ａＸ＋ｂ （１１）
偏向プリズムから出射する順方向の光の出射角α２０は、次式（１２）のような関数で表される。
α２０＝ＡＸ２＋ＢＸ＋Ｃ （１２）
但し、
ａ＝１、ｂ＝３０、
偏向プリズムの屈折率は１．５、
係数Ａ、Ｂ、Ｃは偏向プリズムの頂角εの値によって様々な値になる。
【００５２】
図１８は、図１７に示す偏向プリズムにおいて、頂角εを変えたときの上式（１２）における係数Ａ、Ｂ、Ｃの変化を示す表である。図１８から、偏向プリズムの頂角εによっては、入射角α１０の１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂがほぼ同じ値になる場合があることが分かる。
【００５３】
図１９は、頂角εを４５度とした偏向プリズムについての入射及び出射の特性を示す図である。図１９に示す偏向プリズムは、屈折率を１．５としている。
図１９に示す偏向プリズムに入射する順方向の光の入射角α１０を次式（１３）のような関数で変化を与えると、
α１０＝ａＸ＋ｂ （１３）
偏向プリズムから出射する順方向の光の出射角α２０は、次式（１４）のような関数で表される。
α２０＝ＡＸ２＋ＢＸ＋Ｃ （１４）
ただし、ａ＝１である。
【００５４】
図２０は、入射角α１０＝ａＸ＋Ｄの関数のＤの値によって変化するα２０の関数の係数Ａ、Ｂ、Ｃの値を示す表である。
Ｄの値によっては頂角εの場合と同様に入射角α１０の１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂがほぼ同じ値になる場合がある。頂角εや、Ｄの値を最適な値にすることで１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂが同じ値にすることは可能であるが、そのときの出射角α２０の２次成分Ａは常に同じ値にはならない。つまり、頂角εや、Ｄの値によって、入射角α１０の１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂを同じ値にしたまま、出射角α２０の２次成分Ａの値を自由に変化させることできる。
【００５５】
波長選択スイッチ１０では、このような偏向プリズムの特性を第２偏向プリズム１４に利用しており、第２偏向プリズム１４が以下の式（１５）を満たすような材質及び頂角、第２偏向プリズム１４に入射する順方向の光の入射角を選定する。これにより、分散素子１５から出射する順方向の光の出射角α３を、温度変化に対して、容易にほぼ一定にすることが可能となる。式（１５）において、ｂ２は第２偏向プリズム１４に入射する光の温度変化における入射角変化の曲線の１次成分であり、Ｂ２は第２偏向プリズム１４から出射する光の温度変化における出射角変化の曲線の１次成分である。
０．５≦｜Ｂ２｜／｜ｂ２｜≦１．５ （１５）
このように、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４を用いることによって、分散素子１５に入射する光の入射角の曲線の１次成分および２次成分の絶対値を図８の出射角α５の曲線の１次成分および２次成分の絶対値と完全に一致させることが可能となる。
【００５６】
図２１は、第２偏向プリズム１４にＺＥＯＮＥＸを用いた場合の光の進み方を示す図である。第２偏向プリズム１４にＺＥＯＮＥＸを用いた場合、第２偏向プリズム１４にそれ以外の材料を用いた場合に対して、第２偏向プリズム１４の頂角の向きが図２１のように逆転する。具体的には次のとおりである。
【００５７】
まず、第２偏向プリズム１４がＮ−ＬＡＳＦ４０、Ｎ−ＦＫ５、Ｓｉｌｉｃａ、シリコンの場合は、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４は、図２に示すように、第１偏向プリズム１３の点Ｐと第２偏向プリズム１４の点Ｑとを結ぶ線ＰＱを含んだ面を光が通過するように配置されている。
ここで、点Ｐは第１偏向プリズム１３において光が通過する第１面と第２面が交わる点であり、点Ｑは、第２偏向プリズム１４において光が通過する第１面と第２面が交わる点である。また、第１偏向プリズム１３の頂角は点Ｐにおける内角であり、第２偏向プリズム１４の頂角は点Ｑにおける内角である。
【００５８】
それに対し、第２偏向プリズム１４がＺＥＯＮＥＸの場合では、図２１に示すように、点Ｐと点Ｑを結んだ線を含んだ面を光が通過しないように配置されている。
図２と図２１に示す例から、第２偏向プリズム１４の頂角の向きは第１偏向プリズム１３の頂角の向きに対して依存性はないといえる。
【００５９】
一般的な偏向プリズムの特性を図１７及び図１８の例を挙げて説明した。これは、出射角曲線を最適にするには、偏向プリズムの屈折率変化も考慮しないといけないためである。以上述べたように、第２偏向プリズム１４の材質はどのような材質であっても出射角曲線の１次成分及び２次成分の絶対値を一致させることが可能である。
【００６０】
図２２は、第１偏向プリズム１３の材質が高分子材料であるＺＥＯＮＥＸを用いた場合の順方向の光が第１偏向プリズム１３から入射し、第２偏向プリズム１４を通り、分散素子１５から光が出射される様子を示す図である。
図２３は、第２偏向プリズム１４の材質として図１５に示す光学材料を用いた場合の使用温度範囲における第２偏向プリズム１４の出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。
【００６１】
図２３には、比較のために第２偏向プリズム１４を用いない場合の結果も示している。図２３から、第２偏向プリズム１４を入れることによって、出射角曲線の１次成分を変化させることなく、出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分に近づけることができることが分かる。
【００６２】
図２２に示す例では、第２偏向プリズム１４の材質がシリコンであり、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４は、第１偏向プリズム１３で光が通過する第１面と第２面が交わる点Ｐと、第２偏向プリズム１４で光が通過する第１面と第２面が交わる点Ｑと、を結ぶ線ＰＱを含んだ面を光が通過するように配置されている。それに対し、第２偏向プリズム１４がＮ−ＬＡＳＦ４０、Ｎ−ＦＫ５、Ｓｉｌｉｃａ、ＺＥＯＮＥＸの場合は、図２１示す例と同様に、線ＰＱを含んだ面を光が通過しないように配置されている。
【００６３】
図２２に示す配置において第２偏向プリズム１４の材質がＮ−ＬＡＳＦ４０、Ｎ−ＦＫ５の場合、出射角曲線の１次成分を変化させることなく、出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分を完全に揃えることが出来る。しかし、第２偏向プリズム１４の材質がＳｉｌｉｃａ、シリコン、ＺＥＯＮＥＸの場合では、出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分を完全に揃えることが出来ない。
【００６４】
第２偏向プリズム１４は、材質、頂角、及び入射角を最適にしただけでは、出射角曲線の１次成分を変化させることなく２次成分を図８の曲線α５の２次成分に近づけることは出来ても、完全に揃えることができない場合がある。そのような場合として、第２偏向プリズム１４の材質の温度による屈折率変化ｄｎ／ｄＴが大きな場合がある。したがって、第２偏向プリズム１４の材質は温度による屈折率変化ｄｎ／ｄＴが小さな材質を選定する必要がある。この選定基準として、以下の式（１）を満たすような屈折率変化の材質を選ぶと出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分に揃えることが出来る。
｜ｄｎ／ｄＴ｜＜２．５×１０−６ （１）
【００６５】
第２偏向プリズム１４は、一般的な偏向プリズムの特性を用いている為、一般的な光学素子から選定できる。このため、波長選択スイッチ１０の光学系を安価に構成することができる。また、第２偏向プリズム１４は、温度による屈折率変化ｄｎ／ｄＴが小さければ良いため、光学素子に起因する屈折率もさまざまな値の物を選出することが可能となる。第２偏向プリズム１４は屈折率が変化すると第２偏向プリズム１４に入射する順方向の光の入射角及び頂角が変化するため、レイアウトが変わる。つまり、第２偏向プリズム１４の材質によって、レイアウトが自由に変えられることができ、設計の自由度が増す。
【００６６】
＜第２実施形態＞
図２４は、第２実施形態における第２偏向プリズム２４と第１偏向プリズム１３の構成を示す図である。図２４において、常温状態は実線で示し、高温状態は破線で示している。ここで、第１偏向プリズム１３から、第２偏向プリズム２４側へ進行する光を順方向の光と考える。
第１実施形態の波長選択スイッチ１０では第１偏向プリズム１３と分散素子１５の間に１つの第２偏向プリズム１４を配置したが、図２４に示すように複数個の偏向プリズムを用いて構成しても良い。図２４では第２偏向プリズム２４を偏向プリズム２５、２６の２つの偏向プリズムで構成しているが、偏向プリズムの頂角の方向及び偏向プリズムの個数はこれに限定されるものではない。このように複数個の偏向プリズムで第２偏向プリズムを構成すると、分散素子１５に入射する順方向の光の入射角を温度使用領域において、精度良く変化させることが可能となり、分散素子１５から出射する順方向の光の出射角を一定にすることが可能となる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００６７】
＜第３実施形態＞
分散素子をシリコンのイマージョングレーティングで構成し、回折格子のピッチを１／２５００とした場合、シリコンの屈折率が温度によって変化し、分散素子から出射する順方向の光の出射角変化が発生する。これに対して第１実施形態の波長選択スイッチ１０においては、第１偏向プリズム１３及び第２偏向プリズム１４でその出射角変化を補正していた。
これに代えて、図２５に示すように分散素子３５を反射型グレーティングで構成してもよい。この構成によれば、第１偏向プリズム３３及び第２偏向プリズム３４によって順方向の光の向きを補正することにより、温度変化によって回折格子のピッチが膨張及び収縮したとしても、分散素子３５から出射する順方向の光の出射角が変化することを抑制することが可能である。図２５は、反射型グレーティングを用いた場合の光学系の構成例を示す図である。この出射角の補正について、詳細を次に説明する。ここで、入出力ポート１１から、分散素子３５側へ進行する光を順方向の光と考える。
【００６８】
図２６は、図２５の分散素子３５の基材をＳｉｌｉｃａで、回折格子のピッチを１／９００とした場合の順方向の光の入射角α２と出射角α５を示す図である。図２６において、常温状態の反射は実線で示し、高温状態は破線で示している。図２７は、図２６における分散素子３５からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図２７において出射角α５と温度Ｔは次式（１６）の関係となる。図２６において、分散素子３５に入射する順方向の光の入射角α２を温度変化において一定にしたときの分散素子３５から出射する順方向の光の出射角が変化する様子を示し、その出射角変化を図２７に示している。
α５＝（３．１×１０−１１）Ｔ２＋（５．９×１０−５）Ｔ＋４．６×１０ （１６）
但し、その入射角は図２５で示している分散素子３５の１５５０ｎｍの順方向の光の出射角α２と同じ角度である。
また、分散素子３５の基材は一般的に用いられるＳｉｌｉｃａを例に挙げて説明をするが、材質はこれに限定されるものでなく、また、回折ピッチである１／９００の値も同様に限定されるものではない。
【００６９】
図２５の第１偏向プリズム３３は、温度によって分散素子３５の回折格子のピッチが膨張及び収縮したことによる出射角α５の変化の１次成分を補正している。図２８は、常温及び高温状態における第１偏向プリズム３３からの出射角α６を示す図である。図２８において、常温状態の屈折は実線で示し、高温状態は破線で示している。図２９は、図２８における第１偏向プリズム３３からの出射角α６と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
図２９は、第１偏向プリズム３３に対して、波長が１５５０ｎｍであって、温度によらずに一定の入射角を保った光を入れた場合の温度による出射角特性を示している。図２９に示す例では、その曲線の１次成分の絶対値と図２７の曲線の１次成分の絶対値を一致させるように、第１偏向プリズム３３の入射角、頂角、及び材質を選定している。具体的には、入射角α１は１０．５５°、頂角は１１．６８°、材質はＮ−ＬＡＳＦ４０である。
ここで、図２９において出射角α６と温度Ｔは次式（１７）の関係となる。
α６＝（９．０×１０−８）Ｔ２＋（５．９×１０−５）Ｔ＋１．１×１０ （１７）
【００７０】
図２５の第２偏向プリズム３４は、温度によって分散素子３５の回折格子のピッチが膨張及び収縮したことによる出射角α５の変化の２次成分を補正している。図３０は、常温及び高温状態における第１偏向プリズム３３への入射角α１と第２偏向プリズム３４からの出射角α４を示す図である。図３１は、図３０における第２偏向プリズム３４からの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図３０において、常温状態は実線で示し、高温状態は破線で示している。
図３１は、第１偏向プリズム３３に対して、波長が１５５０ｎｍであって、温度によらずに一定の入射角を保った光を入れた場合の温度による出射角特性を示している。図３１に示す例では、その曲線との２次成分の絶対値と図２７の曲線の２次成分の絶対値を一致させるように、第１偏向プリズム３３の頂角及び材質を選定している。具体的には、頂角は２０．６３°、材質はＮ−Ｋ５である。
ここで、図３１において出射角α４と温度Ｔは次式（１８）の関係となる。
α４＝（−３．１×１０−１１）Ｔ２−（５．９×１０−５）Ｔ＋３．５×１０−１ （１８）
【００７１】
図２７及び図３１の両方の曲線を比較すると、曲線の１次成分及び２次成分の絶対値が一致していることが分かる。これにより、使用温度範囲全域において、温度変化における出射角度変化量Δα３をΔα３≒０にすることができ、集光レンズ１６によって集光される位置の変化量をほぼ無くすことは可能となる。
【００７２】
図３２は、分散素子３５からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。図３２の実線で示す第３実施形態の構成では、破線で示す第２偏向プリズム３４を、第１偏向プリズム３３と分散素子３５の間に配置しない場合と比較すると、２次成分が補正され、出射角α３がほぼ一定になっている。また、一点鎖線で示すように、第１偏向プリズム３３と第２偏向プリズム３４を配置しない場合と比較すると、第３実施形態の構成では、第１偏向プリズム３３を配置したことによって、１次成分が大きく改善されていることが分かる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、本発明に係る波長選択スイッチは、使用温度が変化しても高い分散特性が必要な波長選択スイッチに有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 波長選択スイッチ
１１ 入出力ポート
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 入力ポート
１１ｅ 出力ポート
１２ レンズアレイ
１３ 第１偏向プリズム
１４ 第２偏向プリズム
１５ 分散素子
１６ 集光レンズ
１７ ミラーアレイ
１７ｍ ミラー
３３ 第１偏向プリズム
３４ 第２偏向プリズム
３５ 分散素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
激増するインターネットトラフィックを収容するため、波長分割多重通信（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を中核としたネットワークの光化が急ピッチで進んでいる。近年では、任意の波長を任意の方向に切り替え可能とする波長選択スイッチが注目されている。
【０００３】
図３３、図３４は、波長選択スイッチ１００の概念を示す図である。図３３は、波長選択スイッチ１００を側面から見た図であり、図３４は、波長選択スイッチ１００を上面から見た図である。
波長選択スイッチ１００は、入出力ポートアレイ１１０、レンズアレイ１２０、分散素子１３０、集光レンズ１４０、及び偏向素子１５０から構成される。入出力ポートアレイ１１０は、複数のポートにより構成され、各ポートは、入力ポートまたは出力ポートとして機能する。
【０００４】
入出力ポートアレイ１１０の入力ポートから出射した光は、レンズアレイ１２０の対応するレンズを経て、分散素子１３０により波長毎に分散され、集光レンズ１４０によって、偏向素子１５０上に集光される。ここで、入出力ポートアレイ１１０から、偏向素子１５０に進行する光を順方向の光として考える。偏向素子１５０は、一般的に複数のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーで構成されており、ＭＥＭＳミラーを傾けることによって、入力ポートから出射された光は、出力ポートに入射する。ＭＥＭＳミラーは、例えば、光周波数間隔が１００ＧＨｚの場合約４０個のＭＥＭＳミラーが設けられ、光周波数間隔が５０ＧＨｚの場合は約８０個のＭＥＭＳミラーが設けられる。
【０００５】
波長選択スイッチ１００の性能を示す指標の１つとして透過帯域がある。この透過帯域は各波長に対応したＭＥＭＳミラーに集光する光のスポット径ωとＭＥＭＳミラーの有効幅Ｗの比率（Ｗ／ω）が大きいほど、また、ＭＥＭＳミラーの位置に対するスポットのずれが小さいほど広くなる。
【０００６】
透過帯域（透過帯域幅）が広いと、対応可能なビットレートの上限を上げることが可能になる。なぜなら、高ビットレートの光はスペクトル幅が広がるが、透過帯域が広ければ、広がった分のスペクトル幅も透過帯域幅内に収まるからである。また、透過帯域が広いと、波長選択スイッチ１００を多段に接続した場合でも、帯域ずれの蓄積量が小さいので、波長選択スイッチ１００の多段接続数を増やすことが可能になる。このように、波長選択スイッチ１００の透過帯域を広くすることで、良好な伝送特性を確保することが可能である。
【０００７】
透過帯域を広くするにはスポット径ωを小さくする方法があるが、スポット径ωの大きさは限られている。その理由を以下に説明する。波長に対応してＭＥＭＳミラーの傾きを制御する波長選択スイッチにおいて、任意の入力ポートのある波長の光が出力ポートに出力された状態で、違う入力ポートに切り替えたい場合、意図しない入力ポートの光が出力ポートに出力されてはいけない。意図しない入力ポートの光が出力ポートに出力されることを防ぐ方法として、ＭＥＭＳミラーを一度、角度分散方向に振って、繋がっていた入力ポートの光強度を十分に落とすものがある（例えば特許文献１）。その角度分散方向のＭＥＭＳミラーの振れ幅は、光強度を充分に落とす必要があるためスポット径ωに依存している。ＭＥＭＳミラーは構造上大きく振れないため、スポット径ωを小さくするには限界がある。
【０００８】
また、透過帯域を広くするためにＭＥＭＳミラーの有効幅Ｗを大きくする方法がある。この方法では、ＭＥＭＳミラーを大きくするには、以下の式（２）に示すように集光レンズ１４０の焦点距離ｆ１００を大きくするか、分散素子１３０の分散角φを大きくする必要がある。
Ｗ＝ｆ１００ｓｉｎΦ （２）
【０００９】
集光レンズ１４０の焦点距離ｆ１００を大きくする場合は、分散素子１３０と集光レンズ１４０との間隔、及び、集光レンズ１４０とＭＥＭＳミラーとの間隔を大きくする必要があるため、波長選択スイッチ１００の大きさが大きくなってしまう。
一方、分散角φを大きくする場合として、例えば特許文献２に示される図３５のような分散素子２３０をシリコン材質のイマージョングレーティングにすると約３倍もの分散角が得られる。図３５は、波長選択スイッチ２００の構成を示す斜視図である。ここで、ファイバアレイ２１０から、マイクロレンズアレイ２２０、分散素子２３０、及びレンズ２４０を経て、マイクロミラーアレイ２５０側へ進行する光を順方向の光として考える。
【００１０】
ここで、波長選択スイッチ１００および波長選択スイッチ２００を構成する各要素は温度特性を有しており、初期設定時にＭＥＭＳミラー上での集光位置をＭＥＭＳミラー中心に集光するように一致させたとしても、使用環境等によって温度が変化すると、集光位置がＭＥＭＳミラー中心位置から変動し、透過帯域幅が狭くなる。特に分散素子２３０の材質はシリコンであり、シリコンは温度によって屈折率が大きく変化するため、分散特性が大きく変わる。そうすると、集光位置が温度変化時にＭＥＭＳミラー中心位置からずれるため、透過帯域が逆に狭くなるという問題があった。これに対して、特許文献２では温度変化によって分散特性が変化することに対して、図３６のように偏向プリズム２６０で補正した順方向の光を分散素子２３０へ入射させる方法を用いている（例えば特許文献２）。ここで、図３６は、補正のための偏向プリズム２６０と分散素子２３０との配置を示す図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６７９８９４１号明細書
【特許文献２】特開２０１０−１５６６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図３７は、常温と高温における分散素子２３０への順方向の入射光の屈折状態を概念的に示す図である。図３８は、図３７における分散素子２３０からの順方向の光の出射角α１００と温度の関係を示すグラフである。図３９は、常温と高温における偏向プリズム２６０への入射光の屈折状態を概念的に示す図である。図４０は、図３９における偏向プリズム２６０からの出射角α２００と温度の関係を示すグラフである。図３７、図３９において、常温状態の屈折は実線で示し、高温状態は破線で示している。
【００１３】
図３８においてα１００と温度Ｔは次式（３）の関係となる。
α１００＝（１．９×１０−５）Ｔ２−（１．４×１０−２）Ｔ＋１．０×１０ （３）
図４０においてα２００と温度Ｔは次式（４）の関係となる。
α２００＝−（１．５×１０−５）Ｔ２＋（１．３×１０−２）Ｔ＋６．８×１０ （４）
ここで、Ｔは温度（°Ｃ）である。
【００１４】
図３７、図３９において、分散素子２３０及び偏向プリズム２６０の材質はシリコンである。図３７、図３９では、高温にすることによるシリコンの屈折率変化によって、入射光が常温状態と違う位置を通る様子を示している。分散素子２３０及び偏向プリズム２６０に入射する入射角が一定であった場合、使用温度範囲全域の出射角の変化は図３８、図４０のような曲線を示す。但し、シリコンの屈折率は以下の式（５）のように変化した場合である。
ｎ＝−０．００００００２２Ｔ２＋０．０００１６Ｔ＋３．４７ （５）
【００１５】
図４１は、図３７における出射側から分散素子２３０に入射する光が常温及び高温において屈折する状態を概念的に示す図である。図４２は、図４１における分散素子２３０からの出射角α３００と温度の関係を示すグラフである。図４２において出射角α３００と温度Ｔは次式（６）の関係となる。
α３００＝−（１．７×１０−５）Ｔ２＋（１．３×１０−２）Ｔ＋１．７×１０ （６）
【００１６】
仮に、図４１のように分散素子２３０の出射側から、使用温度範囲全域において、入射角を一定に、光が入射すると仮定すると、使用温度範囲全域の出射角α３００の変化は図４２のような曲線を示す。このように、順方向の光の分散素子２３０の出射側から、分散素子２３０を介して、偏向プリズム２６０に向かうと仮定した光線を、逆方向の光線と考える。特許文献２においては、温度変化によって分散特性が変化することを課題として取り上げ、その解決策として、図３６のように偏向プリズム２６０で補正した光を分散素子２３０へ入射させている。
【００１７】
分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角を一定にするには図４０に示す偏向プリズム２６０の曲線と図４２に示す分散素子２３０の曲線のそれぞれの１次の項及び２次の項の絶対値を揃える必要がある。それぞれの曲線の０次の項は一致しなくても良い。なぜなら、それぞれの曲線の０次の項は違っていても、偏向プリズム２６０を通り、分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角の温度による変化は起こらないためである。それぞれの１次の項及び２次の項の絶対値を揃えると、分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角を温度によらず一定にする事が可能となる。
【００１８】
図４０に示す偏向プリズム２６０の曲線と図４２に示す分散素子２３０の曲線の１次の項の絶対値は一致させる必要があるが、符号を揃える必要はない。それは分散素子２３０と偏向プリズム２６０の配置によって符号は自由に変化できるためである。また、同様に、これらの２つの曲線の２次の項の絶対値を一致させる必要があるが、符号を揃える必要はない。しかし、２次の項の符号に関しては１次の項の符号が一致していれば、２次の項も一致させる必要があり、１次の項の符号が一致していなければ、２次の項の符号を一致させず絶対値の値を揃える必要がある。つまり、２つの曲線のそれぞれの項の符号の関係は図４３のようになる。ここで、図４３は、図４０に示す出射角α２００の曲線及び図４２に示す出射角α３００の曲線における符号の関係を示す表である。
【００１９】
偏向プリズム２６０に入射する順方向の光の入射角と頂角を最適に選ぶことで、偏向プリズム２６０の曲線の１次成分の絶対値と分散素子２３０の曲線の１次成分の絶対値を一致させることは可能であるが、これらの曲線の２次成分の絶対値を一致させることはできない。このことは、使用温度範囲全域の分散素子２３０の出射角を偏向プリズム２６０によって揃えることはできないことを意味している。したがって、従来の波長選択スイッチでは、使用温度範囲全域において分散素子２３０の分散特性を偏向プリズム２６０だけでは完全に補正することはできないという問題がある。
【００２０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、使用温度範囲全域において分散素子の分散特性を補正することのできる波長選択スイッチ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】
【００２１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のある態様に係る波長選択スイッチは、波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、入力部からの光を受光し、光を分散させる分散素子と、分散素子によって波長ごとに分散された分散光を集光する集光要素と、分散光を、波長ごとに独立に偏向可能な複数の反射光学素子を有する光偏向部材と、光偏向部材によって偏向された分散光を受光する少なくとも一つの出力部と、分散素子の入射側に配置した２つ以上の偏向プリズムと、を備え、温度変化による、２つ以上の偏向プリズムから分散素子に向けて出射される順方向の光の出射角の変化の２次成分の絶対値と、温度変化前における順方向の光が分散素子から出射する光に沿った光であって、かつ、温度変化後における逆方向の光の分散素子から出射される光の、温度変化による出射角の変化の２次成分の絶対値と、が略一致することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る波長選択スイッチは、使用温度範囲全域において分散素子の分散特性を補正することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る波長選択スイッチの概念を示す側面図である。
【図２】第１実施形態に係る波長選択スイッチの概念を示す上面図である。
【図３】第１実施形態に係る波長選択スイッチのうち分散素子及び集光レンズを拡大して示す図である。
【図４】ミラーアレイの構成を示す斜視図である。
【図５】Ｘ方向にミラーが並んだミラーアレイのうち、３つのミラーを抜き出して示す平面図である。
【図６】横軸に周波数、縦軸に出力をとり、透過帯域を示したグラフである。
【図７】常温及び高温状態における逆方向の光の分散素子からの出射角α５を示す図である。
【図８】図７における分散素子からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図９】常温及び高温状態における順方向の光の第２偏向プリズムからの出射角α４を示す図である。
【図１０】図９における第２偏向プリズムからの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図１１】図８に示す出射角α５の曲線及び図１０に示す出射角α４の曲線における符号の関係を示す表である。
【図１２】分散素子からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。
【図１３】図１２の一部を拡大して示す図である。
【図１４】一般的な光学材料の温度に対する屈折率の変化を示すグラフである。
【図１５】図１４に示した材料のｄｎ／ｄｔを示す表である。
【図１６】分散素子及び第１偏向プリズムの材質がシリコンであった場合において、第２偏向プリズムの材質を図１４及び図１５の光学材料にしたときの使用温度範囲における出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。
【図１７】一般的な偏向プリズムについての入射及び出射の特性を示す図である。
【図１８】図１７に示す偏向プリズムにおいて、頂角εを変えたときの式（１２）における係数Ａ、Ｂ、Ｃの変化を示す表である。
【図１９】頂角εを４５度とした偏向プリズムについての入射及び出射の特性を示す図である。
【図２０】入射角α１０＝ａＸ＋Ｄの関数のＤの値によって変化するα２０の関数の係数Ａ、Ｂ、Ｃの値を示す表である。
【図２１】第２偏向プリズムにＺＥＯＮＥＸを用いた場合の光の進み方を示す図である。
【図２２】第１偏向プリズムの材質が高分子材料であるＺＥＯＮＥＸを用いた場合の順方向の光が第１偏向プリズムから入射し、第２偏向プリズムを通り、分散素子から光が出射される様子を示す図である。
【図２３】第２偏向プリズムの材質として図１５に示す光学材料を用いた場合の使用温度範囲における第２偏向プリズムの出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。
【図２４】第２実施形態における第２偏向プリズムと第１偏向プリズムの構成を示す図である。
【図２５】反射型グレーティングを用いた場合の光学系の構成例を示す図である。
【図２６】図２５の分散素子の基材をＳｉｌｉｃａで、回折格子のピッチを１／９００とした場合の入射角α２と出射角α５を示す図である。
【図２７】図２６における分散素子からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図２８】常温及び高温状態における第１偏向プリズムからの出射角α６を示す図である。
【図２９】図２８における第１偏向プリズムからの出射角α６と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図３０】常温及び高温状態における第１偏向プリズムへの入射角α１と第２偏向プリズムからの出射角α４を示す図である。
【図３１】図３０における第２偏向プリズムからの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図３２】分散素子からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。
【図３３】波長選択スイッチの概念を示す側面図である。
【図３４】波長選択スイッチの概念を示す上面図である。
【図３５】波長選択スイッチの構成を示す斜視図である。
【図３６】補正のための偏向プリズムと分散素子との配置を示す図である。
【図３７】常温と高温における分散素子への入射光の屈折状態を概念的に示す図である。
【図３８】図３７における分散素子からの出射角と温度の関係を示すグラフである。
【図３９】常温と高温における偏向プリズムへの入射光の屈折状態を概念的に示す図である。
【図４０】図３９における偏向プリズムからの出射角と温度の関係を示すグラフである。
【図４１】図３７における出射側から分散素子へ入射させた光が常温及び高温において屈折する状態を概念的に示す図である。
【図４２】図４１における分散素子からの出射角と温度の関係を示すグラフである。
【図４３】図４０に示す出射角α２００の曲線及び図４２に示す出射角α３００の曲線における符号の関係を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明のある態様に係る波長選択スイッチの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、特許請求の範囲に記載された本発明が限定されるものではない。すなわち、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
＜第１実施形態＞
図１、図２は、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１０の概念を示す図である。図１は波長選択スイッチ１０の側面図、図２は波長選択スイッチ１０の上面図である。波長選択スイッチ１０は複数の入出力ポート１１とレンズアレイ１２、第１偏向プリズム１３、第２偏向プリズム１４、分散素子１５、集光レンズ１６、ミラーアレイ１７を有している。図３は、波長選択スイッチ１０のうち分散素子１５及び集光レンズ１６を拡大して示す図である。
【００２５】
まず、常温状態の波長選択スイッチ１０の形態について説明する。
入出力ポート１１は、例えば図１に示すように、４つの入力ポート１１ａ〜１１ｄと、１本の出力ポート１１ｅと、が出力ポート１１ｅを中心に第１方向Ａ１に等間隔で並んだ状態で構成されている。なお、入出力ポートの本数、入力ポートと出力ポートの並び等はこの状態で限定されるものではない。また、図１では、入力ポート１１ａのみ、光が入力されている様子を簡略化して示しているが、実際は複数の入力ポートから、波長多重された光が入力されている。
【００２６】
レンズアレイ１２は、入出力ポート１１を構成する複数のポートにそれぞれ対応したレンズを有している。入力ポート１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄから出射した光は、レンズアレイ１２を構成するレンズのうち各入力ポートに対応するレンズによって、それぞれコリメートされ、第１偏向プリズム１３に入射する。
【００２７】
レンズアレイ１２のレンズから出射した光は、第１方向Ａ１とは異なる第２方向Ｂ１においてα１だけ傾いて第１偏向プリズム１３に入射する。その後、第２方向Ｂ１において光の向きを変えて第１偏向プリズム１３を出射し、第２偏向プリズム１４に入射する。つまり、第１方向Ａ１においては、第１偏向プリズム１３に入射した光は向きを変えることなく、第１偏向プリズム１３から出射する。これに対して、第２方向Ｂ１においては、第１偏向プリズム１３に入射した光は、違う向きに出射して行き、第２偏向プリズム１４に入射する。
【００２８】
第２偏向プリズム１４においても、第１偏向プリズム１３と同様に、第２偏向プリズム１４に入射した光を第２方向Ｂ１において違った向きに変える。第２偏向プリズム１４から出射した光は、分散素子１５に対して第２方向Ｂ１においてα２だけ傾いて入射する。分散素子１５は、第２偏向プリズム１４から出射した光を第１方向Ａ１とは異なる第２方向Ｂ１において、波長に応じて角度分散させる。分散素子１５に入射する波長多重された光は、各波長に応じて第２方向Ｂ１において異なる角度α３ａ〜α３ｅの角度範囲の間で進行する。分散素子１５において分散する様子は、図２では簡略化して５つの波長のみ図示しており、分散素子１５からの出射角度α３ａ〜α３ｅを「α３ａ．．．」と表示している。また、分散素子１５は図１のような反射型のイマージョングレーティングを例として示しているが、これに限定される物ではなく、透過型グレーティング、反射型グレーティングを用いても良い。
【００２９】
集光レンズ１６の焦点距離は、ｆ１であり、分散素子１５により分散された各波長の光は、集光レンズ１６によってミラーアレイ１７のミラー１７ｍ上にそれぞれ集光される。分散素子１５と集光レンズ１６は焦点距離ｆ１だけ離れて配置することが望ましい。なぜなら、分散素子１５と集光レンズ１６が焦点距離ｆ１からずれた間隔で配置されると、集光レンズ１６から出射した各波長の光のミラー１７ｍへの入射角度が波長ごとに異なってしまう為である。つまり、分散素子１５と集光レンズ１６の間隔がｆ１であると、集光レンズ１６から出射した光は、波長ごとに一致した方向にミラーアレイ１７のミラー１７ｍに向かって進む。さらには、分散素子１５により波長ごとに異なる方向に分散された各波長の光は、ミラーアレイ１７を構成する、各波長に対応した複数のミラー１７ｍ上にそれぞれ集光する。その集光位置は複数の入力ポートの光が交わる位置である。
【００３０】
ミラーアレイ１７は、第２方向Ｂ１に沿った方向に並んだ複数のミラー１７ｍを有している。ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍは少なくとも第２方向Ｂ１に波長多重された波長の数だけ配列されている。仮に、波長多重される波長の数がλａ〜λｒの１８個であるとすると、ミラーは第２方向Ｂ１に１８個並んでおり、その各波長のビームの第２方向Ｂ１方向における中心位置と、その波長に対応したミラーの第２方向Ｂ１の中心とが一致するように設置されている。
集光レンズ１６によって集光される位置の第２方向Ｂ１の座標をＸとおくとＸは次式（７）で表される。
Ｘａ＝ｆ１ｓｉｎ（α２ａ−θ） （７）
ここで、θは図３に示すように、集光レンズ１６の光軸１７ｃと分散素子１５の法線のなす角である。
【００３１】
ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍは、図４に示すように、Ｘ軸に平行な軸Ｘｍを中心に角度Ｘθと、Ｙ軸に平行な軸Ｙｍを中心に角度Ｙθと、にそれぞれ独立して回転することが可能である。軸Ｘｍは第２方向Ｂ１、軸Ｙｍは第１方向Ａ１に対応している。各ミラー１７ｍ上に集光される光は、各ミラーの反射面に対して斜めに入射し、入射方向とは異なった方向に反射される。ここで、図４は、ミラーアレイ１７の構成を示す斜視図である。図４においては、各波長の光の集光位置を結んだ軸と、回転軸Ｘｍと、は一致する。
なお、ミラーアレイ１７に代えて、再帰反射器や、液晶素子や光学結晶、反射型の液晶表示パネルであるＬＯＣＳ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いて構成することもできる。
【００３２】
ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍによって反射された光は、広がりを持ったビーム形状で集光レンズ１６に入射する。集光レンズ１６に入射した各波長の光はコリメート光となって集光レンズ１６から分散素子１５に向かって進む。集光レンズ１６からの光が分散素子１５に入射する各波長の光は、ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍの回転角が同じなので、分散素子１５上で一点に集まる。
【００３３】
分散素子１５によって波長多重された光は、コリメート状態を保ったまま第２偏向プリズム１４、第１偏向プリズム１３の順に入射し、それぞれ第２方向Ｂ１において光の進む向きを変えながら進んで行き、出力ポート１１ｅに対応したレンズアレイ１２のレンズに入射し、出力ポート１１ｅに集光する。
【００３４】
波長選択スイッチのミラーと透過帯域の関係を、図５、図６を用いて説明する。図５は、Ｘ方向にミラーが並んだミラーアレイ１７のうち、３つのミラー１７ｍ１、１７ｍ２、１７ｍ３を抜き出して示す平面図である。図６は、横軸に周波数、縦軸に出力をとり、透過帯域を示したグラフである。
【００３５】
ミラーアレイ１７のミラー上には、分散素子１５によって分散され、集光レンズ１６によりミラーアレイ１７のミラー１７ｍ上に集光された光によるビームスポットが形成される。
ミラーアレイ１７上におけるビームスポットの位置は、各々の波長に従って変化する。一般に、ミラーアレイは、ミラーの中心にＩＴＵグリッドの波長に一致する波長のビームが集光するように、設計・調整される。つまり、ビームスポットの波長がＩＴＵグリッドの波長から離れるに従って、ビームスポットはミラー中心から離れた位置に形成されることになる。すなわち、図５において、ミラー中心ｍｃのビームスポット１８ａに対して、ビームスポットの波長がＩＴＵグリッドの波長から離れると、ミラー中心から離れたビームスポット１８ｂ、１８ｃとなる。
ここで、ＩＴＵは国際電気通信連合によって定められたグリッド規格である。
【００３６】
ミラーを用いた波長選択スイッチの場合、分散素子で分散された各波長の光がミラーアレイのミラー上に集光したときに、ミラー端部に入射するビームスポットの一部がミラーからはみ出すことによって、透過率が減少する。透過帯域を、ＩＴＵグリッドに対する透過率が±０．５ｄＢとなる周波数領域（図６）とすると、従来の波長選択スイッチの場合の透過帯域は、ミラー両端で０．５ｄＢ分のビームはみだしが許容制限となる。この場合、ミラー幅Ｗ、分散方向のビームスポット径ω、及び隣接するミラーとのミラー中心間隔Ｄが決まれば透過帯域は一義的に決まることになる（図５）。
【００３７】
ミラーアレイ１７は、通常、常温状態で組み立てられる。その際、ミラーの中心にＩＴＵグリッドの波長に一致する波長のビームが集光するように、ミラーアレイ１７は設計・調整される。しかし、波長選択スイッチは常温状態のみ使用されるのではなく、高温状態又は低温状態で使用される可能性があり、その際でも、ミラーの中心にはＩＴＵグリッドの波長に一致する波長のビームスポットがミラーに集光するようにしなければならない。仮に集光位置がずれてしまうとそのずれた量だけ透過帯域の幅は狭くなってしまう。
【００３８】
波長選択スイッチにおいて、温度変化の影響を受けやすい部材は分散素子１５である。仮に分散素子１５の高い分散を確保するために、イマージョングレーティングで材質をシリコンで構成し、回折格子のピッチを１／２５００（ｍｍ）で構成したとする。この場合、入射角度一定で温度変化を与えたとすると、分散素子１５の波長が１５５０ｎｍのときの順方向の光の出射角度は図３８のような変化を示す。その大きな要因は式（５）に示すような温度変化において、高い屈折率変化を示す特性にある。ここで、入出力ポート１１から、レンズアレイ１２、第１偏向プリズム１３、第２偏向プリズム１４、分散素子１５、及び集光レンズ１６を経て、ミラーアレイ１７側へ進行する光を順方向の光と考え、逆にミラーアレイ１７から入出力ポート１１側へ進行する光を逆方向の光と考える。
【００３９】
このように分散素子１５の出射角度が温度によって変化してしまうと集光レンズ１６によって集光される光の第２方向Ｂ１の位置が変化してしまう。温度変化による出射角度変化量をΔα３とすると、Ｘ方向における位置の変化量ΔＸは次式（８）で求めることができる。
ΔＸ＝ｆ１ｓｉｎ（Δα３） （８）
【００４０】
集光レンズ１６によって集光される位置がΔＸだけ変化すると、前述したようにずれた量だけ透過帯域の幅は狭くなってしまう。したがって、温度変化における出射角度変化量をΔα３≒０にすることができれば、その変化量ΔＸをなくすことができる。
【００４１】
温度変化による出射角度変化量Δα３は、温度変化を与えて分散素子１５に入射する光の入射角α２に図４２のような変化を与えることにより、Δα３＝０にすることが可能となる。
【００４２】
一方、図３６のように、分散素子２３０の前に偏向プリズム２６０を置いただけでは、使用温度範囲全域において完全に出射角を一致させることはできない。なぜなら、それぞれのシリコンの温度による屈折率変化の影響による出射角変化の曲線である図４２と図４０が完全に一致しない為である。その理由は図４０の曲線の１次成分の絶対値を図４２の曲線の１次成分の絶対値に偏向プリズム２６０の頂角を最適に設定して一致させたとしても、曲線の２次成分の絶対値が一致しないことにある。これによって、使用温度範囲全域において、分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角は一定ではなくなる。
【００４３】
温度変化の影響を受けやすい例として、分散素子１５及び第１偏向プリズム１３の材質がシリコンであり、第２偏向プリズム１４の材質がＮ−ＬＡＳＦ４０（商標）であった場合がある。この場合において、分散素子１５に入射する逆方向の光の入射角が一定であり、かつ、第１偏向プリズム１３に入射する順方向の光の入射角が一定であり、シリコンの温度による屈折率変化を上式（５）の関係としたとき、それぞれの使用温度範囲全域の出射角の変化の様子を図７、図９に示し、その出射角変化を図８、図１０に示している。但し、分散素子１５に入射する光は分散された光が出射される側から温度によって入射角が一定の１５５０ｎｍの光を入れた場合の特性を示している。また、ここでは分散素子１５及び第１偏向プリズム１３の材質をシリコンを例に挙げて説明するが、材質はこれに限定されるものではない。
【００４４】
図７は、常温及び高温状態における分散素子１５からの逆方向の光の出射角α５を示す図である。図７において、常温状態の屈折は実線で示し、高温状態は破線で示している。図８は、図７における分散素子１５からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図８において出射角α５と温度Ｔは次式（９）の関係となる。
α５＝−（１．７×１０−５）Ｔ２＋（１．３×１０−２）Ｔ＋１．７×１０ （９）
図９は、常温及び高温状態における第２偏向プリズム１４からの順方向の光の出射角α４を示す図である。図１０は、図９における第２偏向プリズム１４からの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図１０において出射角α４と温度Ｔは次式（１０）の関係となる。
α４＝（１．７×１０−５）Ｔ２−（１．３×１０−２）Ｔ＋５．５×１０ （１０）
【００４５】
図８、図１０の両方の曲線を比較すると曲線の１次成分及び２次成分の絶対値が一致していることが分かる。また、それぞれの曲線の１次成分及び２次成分の符号の関係が図１１のような関係になっており、分散素子１５から出射する出射角の温度変化が無いような符号の組み合わせを選ぶ必要がある。これにより、使用温度範囲全域において、温度変化における出射角度変化量Δα３をほぼゼロにすることができ、集光レンズ１６によって集光される位置の変化量をほぼ無くすことが可能となる。ここで、図１１は、図８に示す出射角α５の曲線及び図１０に示す出射角α４の曲線における符号の関係を示す表である。
なお、装置に求められ精度に応じて、図８および図１０の曲線の１次成分及び２次成分は、必ずしも、完全に一致する必要はない。
【００４６】
図１２は、分散素子１５からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。図１３は、図１２の一部を拡大して示す図である。図１２、図１３において、実線は、図１に示すような第１偏向プリズム１３、第２偏向プリズム１４、及び分散素子１５を配置した場合、破線は第１偏向プリズム１３と分散素子１５の間に第２偏向プリズム１４を挟まない場合、一点鎖線は分散素子１５のみの場合の分散素子１５からの出射角α３の変化をそれぞれ示している。
【００４７】
図１２、図１３の実線で示す第１実施形態の構成では、破線で示すように第２偏向プリズム１４を分散素子１５と第１偏向プリズム１３との間に配置しない場合と比較すると、曲線の２次成分がなくなり、出射角α３がほぼ一定になっている。また、一点鎖線で示す、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４を入れない場合と比較すると、第１実施形態の構成では、第１偏向プリズム１３を入れたことによって、曲線の１次成分が大きく改善されていることが分かる。
【００４８】
図１４は、一般的な光学材料の温度に対する屈折率の変化を示すグラフである。図１４の縦軸は、測定温度における屈折率ｎｔと２０°Ｃにおける屈折率ｎ２０との差である。また、図１４中に示す材料名は、シリコン以外はいずれも商標である。図１５は、図１４に示した材料のｄｎ／ｄｔを示す表である。ここで、ｄｎ／ｄｔは、各材料の温度変化に対する屈折率の変化である。
【００４９】
図１５に示すように、光学材料は、種類によって、ｄｎ／ｄＴが正であったり負であったり、様々のｄｎ／ｄＴの値を示す。このような光学素子を、第２偏向プリズム１４に用いても、使用温度範囲全域において、図４２の曲線と、第２偏向プリズム１４からの出射角曲線と、において１次成分及び２次成分の絶対値を一致させることが可能である。
【００５０】
図１６は、分散素子１５及び第１偏向プリズム１３の材質がシリコンであった場合において、第２偏向プリズム１４の材質を図１４及び図１５の光学材料にしたときの使用温度範囲における出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。
第２偏向プリズム１４の材質がどのような材質であっても出射角曲線α４の成分の絶対値を一致させることは可能である。図１６には、第２偏向プリズム１４を用いない場合の結果も示している。図１６から、第２偏向プリズム１４を用いた場合の第２偏向プリズム１４からの出射角曲線の１次成分は、第２偏向プリズム１４を用いない場合と同等な値であることが分かる。この現象の理由を以下に説明する。
【００５１】
図１７は、一般的な偏向プリズム（頂角ε）についての入射及び出射の特性を示す図である。
この偏向プリズムに入射する順方向の光の入射角α１０を、次式（１１）のような関数で変化を与えると、
α１０＝ａＸ＋ｂ （１１）
偏向プリズムから出射する順方向の光の出射角α２０は、次式（１２）のような関数で表される。
α２０＝ＡＸ２＋ＢＸ＋Ｃ （１２）
但し、
ａ＝１、ｂ＝３０、
偏向プリズムの屈折率は１．５、
係数Ａ、Ｂ、Ｃは偏向プリズムの頂角εの値によって様々な値になる。
【００５２】
図１８は、図１７に示す偏向プリズムにおいて、頂角εを変えたときの上式（１２）における係数Ａ、Ｂ、Ｃの変化を示す表である。図１８から、偏向プリズムの頂角εによっては、入射角α１０の１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂがほぼ同じ値になる場合があることが分かる。
【００５３】
図１９は、頂角εを４５度とした偏向プリズムについての入射及び出射の特性を示す図である。図１９に示す偏向プリズムは、屈折率を１．５としている。
図１９に示す偏向プリズムに入射する順方向の光の入射角α１０を次式（１３）のような関数で変化を与えると、
α１０＝ａＸ＋ｂ （１３）
偏向プリズムから出射する順方向の光の出射角α２０は、次式（１４）のような関数で表される。
α２０＝ＡＸ２＋ＢＸ＋Ｃ （１４）
ただし、ａ＝１である。
【００５４】
図２０は、入射角α１０＝ａＸ＋Ｄの関数のＤの値によって変化するα２０の関数の係数Ａ、Ｂ、Ｃの値を示す表である。
Ｄの値によっては頂角εの場合と同様に入射角α１０の１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂがほぼ同じ値になる場合がある。頂角εや、Ｄの値を最適な値にすることで１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂが同じ値にすることは可能であるが、そのときの出射角α２０の２次成分Ａは常に同じ値にはならない。つまり、頂角εや、Ｄの値によって、入射角α１０の１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂを同じ値にしたまま、出射角α２０の２次成分Ａの値を自由に変化させることできる。
【００５５】
波長選択スイッチ１０では、このような偏向プリズムの特性を第２偏向プリズム１４に利用しており、第２偏向プリズム１４が以下の式（１５）を満たすような材質及び頂角、第２偏向プリズム１４に入射する順方向の光の入射角を選定する。これにより、分散素子１５から出射する順方向の光の出射角α３を、温度変化に対して、容易にほぼ一定にすることが可能となる。式（１５）において、ｂ２は第２偏向プリズム１４に入射する光の温度変化における入射角変化の曲線の１次成分であり、Ｂ２は第２偏向プリズム１４から出射する光の温度変化における出射角変化の曲線の１次成分である。
０．５≦｜Ｂ２｜／｜ｂ２｜≦１．５ （１５）
このように、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４を用いることによって、分散素子１５に入射する光の入射角の曲線の１次成分および２次成分の絶対値を図８の出射角α５の曲線の１次成分および２次成分の絶対値と完全に一致させることが可能となる。
【００５６】
図２１は、第２偏向プリズム１４にＺＥＯＮＥＸを用いた場合の光の進み方を示す図である。第２偏向プリズム１４にＺＥＯＮＥＸを用いた場合、第２偏向プリズム１４にそれ以外の材料を用いた場合に対して、第２偏向プリズム１４の頂角の向きが図２１のように逆転する。具体的には次のとおりである。
【００５７】
まず、第２偏向プリズム１４がＮ−ＬＡＳＦ４０、Ｎ−ＦＫ５、Ｓｉｌｉｃａ、シリコンの場合は、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４は、図２に示すように、第１偏向プリズム１３の点Ｐと第２偏向プリズム１４の点Ｑとを結ぶ線ＰＱを含んだ面を光が通過するように配置されている。
ここで、点Ｐは第１偏向プリズム１３において光が通過する第１面と第２面が交わる点であり、点Ｑは、第２偏向プリズム１４において光が通過する第１面と第２面が交わる点である。また、第１偏向プリズム１３の頂角は点Ｐにおける内角であり、第２偏向プリズム１４の頂角は点Ｑにおける内角である。
【００５８】
それに対し、第２偏向プリズム１４がＺＥＯＮＥＸの場合では、図２１に示すように、点Ｐと点Ｑを結んだ線を含んだ面を光が通過しないように配置されている。
図２と図２１に示す例から、第２偏向プリズム１４の頂角の向きは第１偏向プリズム１３の頂角の向きに対して依存性はないといえる。
【００５９】
一般的な偏向プリズムの特性を図１７及び図１８の例を挙げて説明した。これは、出射角曲線を最適にするには、偏向プリズムの屈折率変化も考慮しないといけないためである。以上述べたように、第２偏向プリズム１４の材質はどのような材質であっても出射角曲線の１次成分及び２次成分の絶対値を一致させることが可能である。
【００６０】
図２２は、第１偏向プリズム１３の材質が高分子材料であるＺＥＯＮＥＸを用いた場合の順方向の光が第１偏向プリズム１３から入射し、第２偏向プリズム１４を通り、分散素子１５から光が出射される様子を示す図である。
図２３は、第２偏向プリズム１４の材質として図１５に示す光学材料を用いた場合の使用温度範囲における第２偏向プリズム１４の出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。
【００６１】
図２３には、比較のために第２偏向プリズム１４を用いない場合の結果も示している。図２３から、第２偏向プリズム１４を入れることによって、出射角曲線の１次成分を変化させることなく、出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分に近づけることができることが分かる。
【００６２】
図２２に示す例では、第２偏向プリズム１４の材質がシリコンであり、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４は、第１偏向プリズム１３で光が通過する第１面と第２面が交わる点Ｐと、第２偏向プリズム１４で光が通過する第１面と第２面が交わる点Ｑと、を結ぶ線ＰＱを含んだ面を光が通過するように配置されている。それに対し、第２偏向プリズム１４がＮ−ＬＡＳＦ４０、Ｎ−ＦＫ５、Ｓｉｌｉｃａ、ＺＥＯＮＥＸの場合は、図２１示す例と同様に、線ＰＱを含んだ面を光が通過しないように配置されている。
【００６３】
図２２に示す配置において第２偏向プリズム１４の材質がＮ−ＬＡＳＦ４０、Ｎ−ＦＫ５の場合、出射角曲線の１次成分を変化させることなく、出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分を完全に揃えることが出来る。しかし、第２偏向プリズム１４の材質がＳｉｌｉｃａ、シリコン、ＺＥＯＮＥＸの場合では、出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分を完全に揃えることが出来ない。
【００６４】
第２偏向プリズム１４は、材質、頂角、及び入射角を最適にしただけでは、出射角曲線の１次成分を変化させることなく２次成分を図８の曲線α５の２次成分に近づけることは出来ても、完全に揃えることができない場合がある。そのような場合として、第２偏向プリズム１４の材質の温度による屈折率変化ｄｎ／ｄＴが大きな場合がある。したがって、第２偏向プリズム１４の材質は温度による屈折率変化ｄｎ／ｄＴが小さな材質を選定する必要がある。この選定基準として、以下の式（１）を満たすような屈折率変化の材質を選ぶと出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分に揃えることが出来る。
｜ｄｎ／ｄＴ｜＜２．５×１０−６ （１）
【００６５】
第２偏向プリズム１４は、一般的な偏向プリズムの特性を用いている為、一般的な光学素子から選定できる。このため、波長選択スイッチ１０の光学系を安価に構成することができる。また、第２偏向プリズム１４は、温度による屈折率変化ｄｎ／ｄＴが小さければ良いため、光学素子に起因する屈折率もさまざまな値の物を選出することが可能となる。第２偏向プリズム１４は屈折率が変化すると第２偏向プリズム１４に入射する順方向の光の入射角及び頂角が変化するため、レイアウトが変わる。つまり、第２偏向プリズム１４の材質によって、レイアウトが自由に変えられることができ、設計の自由度が増す。
【００６６】
＜第２実施形態＞
図２４は、第２実施形態における第２偏向プリズム２４と第１偏向プリズム１３の構成を示す図である。図２４において、常温状態は実線で示し、高温状態は破線で示している。ここで、第１偏向プリズム１３から、第２偏向プリズム２４側へ進行する光を順方向の光と考える。
第１実施形態の波長選択スイッチ１０では第１偏向プリズム１３と分散素子１５の間に１つの第２偏向プリズム１４を配置したが、図２４に示すように複数個の偏向プリズムを用いて構成しても良い。図２４では第２偏向プリズム２４を偏向プリズム２５、２６の２つの偏向プリズムで構成しているが、偏向プリズムの頂角の方向及び偏向プリズムの個数はこれに限定されるものではない。このように複数個の偏向プリズムで第２偏向プリズムを構成すると、分散素子１５に入射する順方向の光の入射角を温度使用領域において、精度良く変化させることが可能となり、分散素子１５から出射する順方向の光の出射角を一定にすることが可能となる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００６７】
＜第３実施形態＞
分散素子をシリコンのイマージョングレーティングで構成し、回折格子のピッチを１／２５００とした場合、シリコンの屈折率が温度によって変化し、分散素子から出射する順方向の光の出射角変化が発生する。これに対して第１実施形態の波長選択スイッチ１０においては、第１偏向プリズム１３及び第２偏向プリズム１４でその出射角変化を補正していた。
これに代えて、図２５に示すように分散素子３５を反射型グレーティングで構成してもよい。この構成によれば、第１偏向プリズム３３及び第２偏向プリズム３４によって順方向の光の向きを補正することにより、温度変化によって回折格子のピッチが膨張及び収縮したとしても、分散素子３５から出射する順方向の光の出射角が変化することを抑制することが可能である。図２５は、反射型グレーティングを用いた場合の光学系の構成例を示す図である。この出射角の補正について、詳細を次に説明する。ここで、入出力ポート１１から、分散素子３５側へ進行する光を順方向の光と考える。
【００６８】
図２６は、図２５の分散素子３５の基材をＳｉｌｉｃａで、回折格子のピッチを１／９００とした場合の順方向の光の入射角α２と出射角α５を示す図である。図２６において、常温状態の反射は実線で示し、高温状態は破線で示している。図２７は、図２６における分散素子３５からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図２７において出射角α５と温度Ｔは次式（１６）の関係となる。図２６において、分散素子３５に入射する順方向の光の入射角α２を温度変化において一定にしたときの分散素子３５から出射する順方向の光の出射角が変化する様子を示し、その出射角変化を図２７に示している。
α５＝（３．１×１０−１１）Ｔ２＋（５．９×１０−５）Ｔ＋４．６×１０ （１６）
但し、その入射角は図２５で示している分散素子３５の１５５０ｎｍの順方向の光の出射角α２と同じ角度である。
また、分散素子３５の基材は一般的に用いられるＳｉｌｉｃａを例に挙げて説明をするが、材質はこれに限定されるものでなく、また、回折ピッチである１／９００の値も同様に限定されるものではない。
【００６９】
図２５の第１偏向プリズム３３は、温度によって分散素子３５の回折格子のピッチが膨張及び収縮したことによる出射角α５の変化の１次成分を補正している。図２８は、常温及び高温状態における第１偏向プリズム３３からの出射角α６を示す図である。図２８において、常温状態の屈折は実線で示し、高温状態は破線で示している。図２９は、図２８における第１偏向プリズム３３からの出射角α６と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
図２９は、第１偏向プリズム３３に対して、波長が１５５０ｎｍであって、温度によらずに一定の入射角を保った光を入れた場合の温度による出射角特性を示している。図２９に示す例では、その曲線の１次成分の絶対値と図２７の曲線の１次成分の絶対値を一致させるように、第１偏向プリズム３３の入射角、頂角、及び材質を選定している。具体的には、入射角α１は１０．５５°、頂角は１１．６８°、材質はＮ−ＬＡＳＦ４０である。
ここで、図２９において出射角α６と温度Ｔは次式（１７）の関係となる。
α６＝（９．０×１０−８）Ｔ２＋（５．９×１０−５）Ｔ＋１．１×１０ （１７）
【００７０】
図２５の第２偏向プリズム３４は、温度によって分散素子３５の回折格子のピッチが膨張及び収縮したことによる出射角α５の変化の２次成分を補正している。図３０は、常温及び高温状態における第１偏向プリズム３３への入射角α１と第２偏向プリズム３４からの出射角α４を示す図である。図３１は、図３０における第２偏向プリズム３４からの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図３０において、常温状態は実線で示し、高温状態は破線で示している。
図３１は、第１偏向プリズム３３に対して、波長が１５５０ｎｍであって、温度によらずに一定の入射角を保った光を入れた場合の温度による出射角特性を示している。図３１に示す例では、その曲線との２次成分の絶対値と図２７の曲線の２次成分の絶対値を一致させるように、第１偏向プリズム３３の頂角及び材質を選定している。具体的には、頂角は２０．６３°、材質はＮ−Ｋ５である。
ここで、図３１において出射角α４と温度Ｔは次式（１８）の関係となる。
α４＝（−３．１×１０−１１）Ｔ２−（５．９×１０−５）Ｔ＋３．５×１０−１ （１８）
【００７１】
図２７及び図３１の両方の曲線を比較すると、曲線の１次成分及び２次成分の絶対値が一致していることが分かる。これにより、使用温度範囲全域において、温度変化における出射角度変化量Δα３をΔα３≒０にすることができ、集光レンズ１６によって集光される位置の変化量をほぼ無くすことは可能となる。
【００７２】
図３２は、分散素子３５からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。図３２の実線で示す第３実施形態の構成では、破線で示す第２偏向プリズム３４を、第１偏向プリズム３３と分散素子３５の間に配置しない場合と比較すると、２次成分が補正され、出射角α３がほぼ一定になっている。また、一点鎖線で示すように、第１偏向プリズム３３と第２偏向プリズム３４を配置しない場合と比較すると、第３実施形態の構成では、第１偏向プリズム３３を配置したことによって、１次成分が大きく改善されていることが分かる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、本発明に係る波長選択スイッチは、使用温度が変化しても高い分散特性が必要な波長選択スイッチに有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 波長選択スイッチ
１１ 入出力ポート
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 入力ポート
１１ｅ 出力ポート
１２ レンズアレイ
１３ 第１偏向プリズム
１４ 第２偏向プリズム
１５ 分散素子
１６ 集光レンズ
１７ ミラーアレイ
１７ｍ ミラー
３３ 第１偏向プリズム
３４ 第２偏向プリズム
３５ 分散素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、
前記入力部からの前記光を受光し、前記光を分散させる分散素子と、
前記分散素子によって波長ごとに分散された分散光を集光する集光要素と、
前記分散光を、波長ごとに独立に偏向可能な複数の反射光学素子を有する光偏向部材と、
前記光偏向部材によって偏向された前記分散光を受光する少なくとも一つの出力部と、
前記分散素子の入射側に配置された２つ以上の偏向プリズムと、
を備え、
温度変化による、前記２つ以上の偏向プリズムから前記分散素子に向けて出射される順方向の光の出射角の変化の２次成分の絶対値と、
温度変化前における前記順方向の光が前記分散素子から出射する光に沿った光であって、かつ、温度変化後における逆方向の光の前記分散素子から出射される光の、温度変化による出射角の変化の２次成分の絶対値と、が略一致することを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記２つ以上の偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側に近い偏向プリズムに前記入力部側から入射する光の入射角が温度によって変化し、
温度変化による前記入射角の変化の曲線の１次成分がｂで表され、
前記偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側に近い偏向プリズムから出射する光の出射角が温度によって変化し、
温度変化による前記出射角の変化の曲線の１次成分がＢで表される場合、
１次成分ｂと１次成分Ｂのそれぞれの絶対値が略一致することを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記入力部から出射した光が複数の前記偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側から最も遠い偏向プリズムを通過して前記偏向プリズムから出射する光の出射角が温度によって変化し、
温度変化による前記出射角の変化の曲線の１次成分がｂで表され、
前記入力部から出射した光が前記複数の偏向プリズムを通過して前記分散素子に入射する前記光の入射角が温度によって変化し、
温度変化による前記入射角の変化の曲線の１次成分がＢで表される場合、
１次成分ｂと１次成分Ｂのそれぞれの絶対値が略一致することを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記偏向プリズムのうち、少なくとも１つの偏向プリズムの温度変化による屈折率の変化がｄｎ/ｄＴで表される場合、次式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
｜ｄｎ/ｄＴ｜＜２．５×１０-6 （１）
【請求項５】
前記偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側に近い偏向プリズムの温度変化による屈折率の変化がｄｎ/ｄＴで表される場合、次式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
｜ｄｎ/ｄＴ｜＜２．５×１０-6 （１）
【請求項１】
波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、
前記入力部からの前記光を受光し、前記光を分散させる分散素子と、
前記分散素子によって波長ごとに分散された分散光を集光する集光要素と、
前記分散光を、波長ごとに独立に偏向可能な複数の反射光学素子を有する光偏向部材と、
前記光偏向部材によって偏向された前記分散光を受光する少なくとも一つの出力部と、
前記分散素子の入射側に配置された２つ以上の偏向プリズムと、
を備え、
温度変化による、前記２つ以上の偏向プリズムから前記分散素子に向けて出射される順方向の光の出射角の変化の２次成分の絶対値と、
温度変化前における前記順方向の光が前記分散素子から出射する光に沿った光であって、かつ、温度変化後における逆方向の光の前記分散素子から出射される光の、温度変化による出射角の変化の２次成分の絶対値と、が略一致することを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記２つ以上の偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側に近い偏向プリズムに前記入力部側から入射する光の入射角が温度によって変化し、
温度変化による前記入射角の変化の曲線の１次成分がｂで表され、
前記偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側に近い偏向プリズムから出射する光の出射角が温度によって変化し、
温度変化による前記出射角の変化の曲線の１次成分がＢで表される場合、
１次成分ｂと１次成分Ｂのそれぞれの絶対値が略一致することを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記入力部から出射した光が複数の前記偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側から最も遠い偏向プリズムを通過して前記偏向プリズムから出射する光の出射角が温度によって変化し、
温度変化による前記出射角の変化の曲線の１次成分がｂで表され、
前記入力部から出射した光が前記複数の偏向プリズムを通過して前記分散素子に入射する前記光の入射角が温度によって変化し、
温度変化による前記入射角の変化の曲線の１次成分がＢで表される場合、
１次成分ｂと１次成分Ｂのそれぞれの絶対値が略一致することを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記偏向プリズムのうち、少なくとも１つの偏向プリズムの温度変化による屈折率の変化がｄｎ/ｄＴで表される場合、次式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
｜ｄｎ/ｄＴ｜＜２．５×１０-6 （１）
【請求項５】
前記偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側に近い偏向プリズムの温度変化による屈折率の変化がｄｎ/ｄＴで表される場合、次式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
｜ｄｎ/ｄＴ｜＜２．５×１０-6 （１）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【公開番号】特開２０１２−１７３７１８（Ｐ２０１２−１７３７１８Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３８７８２（Ｐ２０１１−３８７８２）
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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