波長選択スイッチ
【課題】光信号のチャンネルスペーシングが狭くなっても、装置の小型化が可能な波長選択スイッチを提供する。
【解決手段】波長多重された信号光の入力部と、入力部からの信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、負の焦点距離を有する反射部材と偏向素子アレイの間に配置されたレンズと、を有する。
【解決手段】波長多重された信号光の入力部と、入力部からの信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、負の焦点距離を有する反射部材と偏向素子アレイの間に配置されたレンズと、を有する。
【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】
波長選択スイッチは、ＲＯＡＤＭ（大容量ネットワークに用いられる、波長多重化された光信号を、光信号のまま分岐／挿入が行えるシステムや技術）におけるノードにおかれるデバイスであって、波長多重されている光信号の伝送経路の切換えを波長ごとに行うスイッチである。各ノードでは波長選択スイッチによって、波長多重された光信号から任意の波長の光信号を取り出すことや、波長多重された光信号に任意の波長の光を混ぜることが可能である。
【０００３】
特許文献１においては、光ファイバから出射され、グレーティングで分散された光信号をＭＥＭＳミラーに集光する光学系に反射ミラーを用いた例が開示されている。この凹面反射ミラーは、回折格子で分散された光信号をＭＥＭＳミラーに集光するため正の焦点距離を有する。
【０００４】
近年、光通信の大容量化が進み、より多くのデータを伝送できるように、光信号のチャンネルスペーシングは狭くなってきている。従来１００ＧＨｚのスペーシングが一般的に用いられてきたが、最近は例えば５０ＧＨｚのスペーシングが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許７６３０５９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図８は、光信号のチャンネルスペーシングが１００ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。図９は、光信号のチャンネルスペーシングが５０ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。
チャンネルスペーシングが１００ＧＨｚ（図８）から５０ＧＨｚ（図９）へ狭くなった場合、一定の波長帯域の中でのチャンネル数が多くなるため、波長選択スイッチは以下の（１）〜（３）のいずれかの対応が必要になる。
（１）ＭＥＭＳミラーの間隔を狭くする。
（２）波長分散のより大きな回折素子を用いる。すなわち、例えばグレーティングの溝間隔を狭くする。
（３）ＭＥＭＳミラー上へ信号光を集光する光学系の焦点距離を長くする。
【０００７】
しかしながら、上記（１）、（２）については、それぞれＭＥＭＳミラーまたはグレーティングの微細化に限界があるため、技術的に困難である。（３）については、光学系の焦点距離を長くすることで、装置全体が大型化してしまうという問題点がある。
特許文献１に記載の例では凹面反射ミラーを用いている。この凹面反射ミラーは、グレーティングで分散された光信号をＭＥＭＳミラーに集光するため正の焦点距離を有する。ＭＥＭＳミラーの間隔を狭くしたり、より波長分散の大きな回折素子を使わずに、特許文献１の例のように凹面ミラーのみを集光に用いる光学系において、入力する光信号のチャンネルスペーシングを狭くすると、凹面ミラーの焦点距離が長くなり、光学系が大きくなり、装置全体として大型化してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光信号のチャンネルスペーシングが狭くなっても、装置の小型化が可能な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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、波長多重された信号光の入力部と、入力部からの信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、負の焦点距離を有する反射部材と偏向素子アレイの間に配置されたレンズと、を有することを特徴としている。
【００１０】
本発明の別の態様に係る波長選択スイッチは、波長多重された信号光の入力部と、入力部からの信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、を有し、分散素子で分散される各信号光を含む面内において信号光が偏向素子アレイの各ミラーに直角に入射するように、偏向素子アレイの各ミラーが配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る波長選択スイッチは、光信号のスペーシングが狭くなっても、光学系が大型化せず、装置の小型化が可能である、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態のファイバアレイおよびレンズアレイの構成を示す図である。
【図３】第１実施形態のＭＥＭＳミラーアレイの構成を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。
【図５】第２実施形態のＭＥＭＳミラーアレイの構成を示す、ｚ方向から見た図である
【図６】第２実施形態のＭＥＭＳミラーアレイの構成を示す、ｘ方向から見た図である
【図７】第３実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。
【図８】光信号のチャンネルスペーシングが１００ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。
【図９】光信号のチャンネルスペーシングが５０ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
また、各部材、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
本実施形態の波長選択スイッチの光学系では、光ファイバから発した光を凸面および凹面の２つのミラーで反射させて平行光にしてグレーティングに入射させ、グレーティングから出射した平行光を再び２つのミラーで反射させてＭＥＭＳミラーに集光している。集光光学系全体の焦点距離に比べて、全長を短くするために、グレーティング側を遠焦点側としたテレフォトタイプの構成となっている。すなわち、グレーティング側に正の焦点距離を有する凹面鏡、光ファイバ、ＭＥＭＳ側に負の焦点距離を有する凸面鏡を配置している。
【００１４】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る波長選択スイッチの構成及び動作について説明する。図１は、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１００の構成例を示す図である。
波長選択スイッチ１００は、いわゆる透過型の波長選択スイッチである。この波長選択スイッチ１００は、複数の光ファイバからなるファイバアレイ１０１と、マイクロレンズアレイ１０２と、ウェッジプリズム裏面ミラー１０３と、凸面ミラー１０４と、凹面ミラー１０５と、グレーティング１０６と、ウェッジプリズム１０７と、フィールドレンズ１０８と、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）モジュールであるＭＥＭＳミラーアレイ１０９と、を備えている。
【００１５】
図２は、ファイバアレイ１０１とマイクロレンズアレイ１０２の構成を示す斜視図である。ファイバアレイ１０１（入力部、出力部）を構成する各光ファイバと、マイクロレンズアレイ１０２を構成する各マイクロレンズと、はそれぞれ対になっており、これらの対がアレイ状に配置されている。ファイバアレイ１０１は光入出力ポートとして機能する。なお、ファイバアレイ１０１を構成する何れのファイバを入力部または出力部として利用するかは、ユーザが適宜設定することができる。例えば、ファイバアレイ１０１の一つの光ファイバのみを入力用ポートとして用いて、それ以外の光ファイバを出力用ポートに用いてもよいし、入力用のポートと、出力用のポートと、を複数ずつ設けても良い。必ずしも、全ての光ファイバを、入力ポートまたは出力ポートとして使用する必要はなく、入力ポートまたは出力ポートとして機能していない入出力ポートが存在してもよい。また、ファイバの本数は、図２に記載の本数（４本）に限定されるものではない。また、ファイバアレイ１０１に代えて、光導波路を用いてもよい。
【００１６】
ファイバアレイ１０１の光ファイバのひとつ（以下、「第１の光ファイバ」という。）から、波長多重された信号光が、マイクロレンズアレイ１０２を経てウェッジプリズム裏面ミラー１０３に向けて出射される。この出射光は、凸面ミラー１０４、凹面ミラー１０５、グレーティング１０６、凹面ミラー１０５、凸面ミラー１０４、ウェッジプリズム１０７、フィールドレンズ１０８を順に経由して、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９（偏向素子アレイ）に入射する。ここで、ファイバアレイ１０１からウェッジプリズム裏面ミラー１０３へ出射し、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９に至るまでの経路を往路と呼ぶ。
【００１７】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０９で反射された光は、上記の往路と逆向きの経路（復路）でファイバアレイ１０１に入射する。
図１では往路において光の進む方向を矢印で示している。復路では、図１の矢印とは逆の方向に光は進む。なお、図１において、グレーティング１０６からは、２つの矢印のみが明示されているが、実際には、ファイバアレイ１０１に入力される波長の数に応じて、２以上の方向に分散される。
【００１８】
次に、波長選択スイッチ１００内での信号光の光線としてのふるまいを説明する。
マイクロレンズアレイ１０２から出射した光は、集光されたのち発散光となり、ウェッジプリズム裏面ミラー１０３に入射する。ウェッジプリズム裏面ミラー１０３に入射した光は、反射されて凸面ミラー１０４に入射する。凸面ミラー１０４に入射した光は、反射されて発散光となり凹面ミラー１０５に入射する。凹面ミラー１０５に入射した光は、反射されておおよそ平行光となり、分散素子としてのグレーティング１０６に入射する。グレーティング１０６は、波長多重光を分散する。
【００１９】
グレーティング１０６で波長分散された光は、波長ごとにある一定の傾きを有した平行光となり、再び凹面ミラー１０５に入射する。凹面ミラー１０５に入射した光は、反射されて収束光となり凸面ミラー１０４に入射する。凸面ミラー１０４に入射した光は、反射されて収束しながらウェッジプリズム１０７に入射する。ウェッジプリズム１０７に入射した光は向きを変えてフィールドレンズ１０８に入射する。フィールドレンズ１０８に入射した光はテレセントリックな光束となり、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９の各波長に対応したマイクロミラーＭ（図３）に集光される。ここで、ファイバアレイ１０１の光ファイバ端面とマイクロミラーＭとは光学的に共役である。また、図３は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９の構成を示す斜視図である。
【００２０】
マイクロミラーＭは、図３に示すように、それぞれのミラーがローカルのｘ軸（副軸）とｙ軸（主軸）の周りに回転可能で、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。ここで、光の進行方向を光軸方向（ｚ方向）とし、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９の配列された方向をｙ方向とし、光軸方向およびｙ方向のそれぞれに直交する方向をｘ方向と呼ぶ。
なお、現実の波長選択スイッチの光路中に、図示しないミラー、プリズム等の偏向部材が光路を折り曲げるために配置されている場合には、ｘ方向及びｙ方向との説明は、このような偏向部材が無いものとした仮想的な光学系を前提として用いられることとする。
【００２１】
マイクロミラーＭで反射された光は、フィールドレンズ１０８を経て、再びウェッジプリズム１０７に入射し、凸面ミラー１０４、凹面ミラー１０５でそれぞれ反射され、グレーティング１０６に入射する。グレーティング１０６により回折されたそれぞれの波長の光は、図１に示すｙｚ平面内では往路と同一の光路となる。一方、グレーティング１０６によって分散された各波長の光は、対応するマイクロミラーＭの傾き角に応じて、図１のｙｚ平面に垂直な面内では、往路の光と異なる位置を通る。
【００２２】
従って、復路の光は、各波長に対応したマイクロミラーＭの傾き角に応じて、ファイバアレイ１０１の入力ポート以外の、異なるファイバに入射する。
このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにＭＥＭＳミラーアレイ１０９のそれぞれのマイクロミラーＭの傾き角に応じて選択的に他のファイバに入射する。
【００２３】
次に、波長選択スイッチ１００の各要素の働きについて、例を挙げて説明する。
この波長選択スイッチに入射する光信号の周波数帯はいわゆるＣバンドであり、スペーシングは５０ＧＨｚである。
ウェッジプリズム裏面ミラー１０３は、マイクロレンズアレイ１０２からの光を凸面ミラー１０４へ反射するとともに、像面の傾きを補正する働きを有している。
凸面ミラー１０４は、負の焦点距離を有する反射部材であって、球面形状、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転双曲面）を有し、光を発散させる働きを有する。凸面ミラー１０４の焦点距離は−８０ｍｍである。
【００２４】
凹面ミラー１０５は、正の焦点距離を有する反射部材であって、球面、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転放物面）を有し、光を収束する働きを有する。凹面ミラー１０５の焦点距離は１００ｍｍである。
これら凸面ミラー１０４と凹面ミラー１０５との間隔は６０ｍｍである。凸面ミラー１０４と凹面ミラー１０５を組み合わせ、さらにフィールドレンズ１０８を含めると、全体の焦点距離は１９３．５ｍｍとなる。
【００２５】
また、凹面ミラー１０５からグレーティング１０６までの距離は６０ｍｍであり、凸面ミラー１０４からＭＥＭＳミラーアレイ１０９までの距離は８０ｍｍである。
このように全体の焦点距離に対して光学系の長さを短くすることができる。
【００２６】
グレーティング１０６は、例えばガラス基板上にグレーティングが形成されている、反射型のグレーティングである。グレーティング１０６においては、１ｍｍあたり１０００本の溝が形成されている。
【００２７】
ウェッジプリズム１０７は像面の傾きを補正する働きを有している。
フィールドレンズ１０８は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９に入射する光束がテレセントリックとなるように、ウェッジプリズム１０７とＭＥＭＳミラーアレイ１０９の間に配置されている。ここで、フィールドレンズ１０８を配置しない場合には、グレーティング１０６が凸面ミラー１０４と凹面ミラー１０５との合成系の前側焦点より、凹面ミラー１０５の近くに位置しているため、グレーティング１０６で回折した各波長の光束はＭＥＭＳミラーアレイ１０９に対してテレセントリックとはならない。フィールドレンズ１０８は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９に入射する光束をテレセントリック光に変換する働きを有している。フィールドレンズ１０８の焦点距離は１５０ｍｍである。
【００２８】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０９（光偏向部材）は、グレーティング１０６で帯状に分散された光の波長に対応して波長分散方向に並ぶように配置された、複数のマイクロミラーＭのアレイを有する。また、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９には、マイクロミラーＭの駆動に用いる図示しない駆動機構がついている。マイクロミラーＭのそれぞれの間隔（ピッチ）は９７μｍである。
なお、図３において、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９として、８枚のマイクロミラーＭのみが図示されているが、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９を構成するマイクロミラーＭの数は、８つに限定されない。
また、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９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。
また、各マイクロミラーＭのミラー面の配置間隔や、形状や、面積は、同じでも異なっていても良い。
また、第１実施形態ではひとつの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートからひとつの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
【００２９】
第１実施形態に係る波長選択スイッチ１００においては、グレーティング１０６とＭＥＭＳミラーアレイ１０９の間に、凹面ミラー１０５及び凸面ミラー１０４を配置することにより、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９上へ信号光を集光する光学系全体の焦点距離を長くしている。これにより、光信号のスペーシングが狭くなることに対応可能となる。
さらに、正の焦点距離を有する凹面ミラー１０５をグレーティング１０６側に配置し、負の焦点距離を有する凸面ミラー１０４をＭＥＭＳミラーアレイ１０９側に配置することにより、集光光学系全体の焦点距離に対して全長を短くすることができる。
このような構成により、光学系を大型化させることなく、狭いスペーシングに対応することができ、装置の小型化が可能となる。
【００３０】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る波長選択スイッチの構成及び動作について説明する。図４は、第２実施形態にかかる波長選択スイッチ２００の構成例を示す図である。
第２実施形態の波長選択スイッチ２００は、いわゆる透過型の波長選択スイッチである。この波長選択スイッチ２００は、複数の光ファイバからなるファイバアレイ１０１と、マイクロレンズアレイ１０２と、ウェッジプリズム裏面ミラー２０３と、凸面ミラー２０４と、凹面ミラー２０５と、グレーティング２０６と、ウェッジプリズム２０７と、ＭＥＭＳモジュールであるＭＥＭＳミラーアレイ２０９と、を備えている。
なお、ファイバアレイ１０１とマイクロレンズアレイ１０２は、第１実施形態の波長選択スイッチと同様であるため、同じ参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３１】
ファイバアレイ１０１の第１の光ファイバから、波長多重された信号光が、マイクロレンズアレイ１０２を経てウェッジプリズム裏面ミラー２０３に向けて出射される。この出射光は、凸面ミラー２０４、凹面ミラー２０５、グレーティング２０６、凹面ミラー２０５、凸面ミラー２０４、ウェッジプリズム２０７を順に経由してＭＥＭＳミラーアレイ２０９に入射する。ここで、ファイバアレイ１０１からウェッジプリズム裏面ミラー２０３へ出射し、ＭＥＭＳミラーアレイ２０９に至るまでの経路を往路と呼ぶ。
【００３２】
ＭＥＭＳミラーアレイ２０９で反射された光は、上記の往路と逆向きの経路（復路）でファイバアレイ１０１に入射する。
図４では往路において光の進む方向を矢印で示している。復路では、図４の矢印とは逆の方向に光は進む。なお、図４において、グレーティング２０６からは、２つの矢印のみが明示されているが、実際には、ファイバアレイ１０１に入力される波長の数に応じて、２以上の方向に分散される。
【００３３】
次に、波長選択スイッチ２００内での信号光の光線としてのふるまいを説明する。
マイクロレンズアレイ１０２から出射した光は、集光されたのち発散光となり、ウェッジプリズム裏面ミラー２０３に入射する。ウェッジプリズム裏面ミラー２０３に入射した光は、反射されて凸面ミラー２０４に入射する。凸面ミラー２０４に入射した光は、反射されて発散光となり凹面ミラー２０５に入射する。凹面ミラー２０５に入射した光は、反射されておおよそ平行光となり、分散素子としてのグレーティング２０６に入射する。グレーティング２０６は、波長多重光を分散する。
【００３４】
グレーティング２０６で波長分散された光は、波長ごとにある一定の傾きを有した平行光となり、再び凹面ミラー２０５に入射する。凹面ミラー２０５に入射した光は、反射されて収束光となり凸面ミラー２０４に入射する。凸面ミラー２０４に入射した光は、反射されて収束しながら、ウェッジプリズム２０７に入射する。ウェッジプリズム２０７に入射した光は向きを変えて出射し、ＭＥＭＳミラーアレイ２０９の各波長に対応したマイクロミラーＭ（図５、図６）に集光される。ここで、ファイバアレイ１０１の光ファイバ端面とマイクロミラーＭとは光学的に共役である。
【００３５】
また、第２実施形態の波長選択スイッチ２００は、第１実施形態の波長選択スイッチ１００とは異なり、ウェッジプリズム２０７とＭＥＭＳミラーアレイ２０９の間にフィールドレンズが配置されていないため、マイクロミラーＭに入射する光束はテレセントリックではない。波長選択スイッチ２００においては、入射瞳がウェッジプリズム２０７側にある。
【００３６】
図５は、ＭＥＭＳミラーアレイ２０９の構成を示す、ｚ方向から見た図である。図６は、ＭＥＭＳミラーアレイ２０９の構成を示す、ｘ方向から見た図である。ただし、ミラーアレイ２０９を構成するマイクロミラーＭの数は、図６に記載の数に限定されない。
マイクロミラーＭは、第１実施形態のＭＥＭＳミラーアレイ１０９のマイクロミラーＭと同様に、それぞれのミラーがローカルのｘ軸（副軸）とｙ軸（主軸）の周りに回転可能で、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。
【００３７】
波長選択スイッチ２００では、マイクロミラーＭに入射する光はテレセントリックではないため、マイクロミラーＭすべてがｙ軸（主軸）に関して平行であると、復路の光は光学系の有効径からはずれてしまい、光ファイバアレイ１０１に到達することができない。このため、復路の光が各光学部材の有効径内を通り、ファイバに入射可能なように、それぞれのマイクロミラーＭは、図６に示すようにｘ軸（副軸）に関して傾きを有している。この傾きは、中心部のマイクロミラーに比べて、周辺部のマイクロミラーのほうが、大きい。さらに、各マイクロミラーＭは、グレーティング２０６によって分散された各信号光を含むｙｚ平面において、入射光が直角に入射するように配置されている。ただし、波長選択スイッチに求められる精度に応じて、入射光が略直角に入射するように配置されていてもよい。ここで、図６においては、光線を破線で表している。
【００３８】
マイクロミラーＭで反射された光は、再びウェッジプリズム２０７に入射し、凸面ミラー２０４、凹面ミラー２０５でそれぞれ反射され、グレーティング２０６に入射する。グレーティング２０６により回折されたそれぞれの波長の光は、図４に示すｙｚ平面内では往路と同一の光路となる。一方、グレーティング２０６によって回折された各波長の光は、対応するマイクロミラーＭの傾き角に応じて、図４のｙｚ平面に垂直な面内では、往路の光と異なる位置を通る。
【００３９】
復路の光は、各波長に対応したマイクロミラーＭの傾き角に応じて、ファイバアレイ１０１の入力ポート以外の、異なるファイバに入射する。
このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにＭＥＭＳミラーアレイ２０９のそれぞれのマイクロミラーＭの傾き角に応じて選択的に他のファイバに入射する。
【００４０】
次に、波長選択スイッチ２００の各要素の働きについて、例を挙げて説明する。
この波長選択スイッチに入射する光信号の周波数帯はいわゆるＣバンドであり、スペーシングは５０ＧＨｚである。
ウェッジプリズム裏面ミラー２０３は、マイクロレンズアレイ１０２からの光を凸面ミラー２０４へ反射するとともに、像面の傾きを補正する働きを有している。
凸面ミラー２０４は、負の焦点距離を有する反射部材であって、球面形状、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転双曲面）を有し、光を発散させる働きを有する。凸面ミラー２０４の焦点距離は−８０ｍｍである。
【００４１】
凹面ミラー２０５は、正の焦点距離を有する反射部材であって、球面、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転放物面）を有し、光を収束する働きを有する。凹面ミラー２０５の焦点距離は１００ｍｍである。これら凸面ミラー２０４と凹面ミラー２０５との間隔は６０ｍｍである。凸面ミラー２０４と凹面ミラー２０５を組み合わると、全体の焦点距離は２００ｍｍとなる。
【００４２】
また、凹面ミラー２０５からグレーティング２０６までの距離は６０ｍｍであり、凸面ミラー２０４からＭＥＭＳミラーアレイ２０９までの距離は８０ｍｍである。
このように全体の焦点距離に対して光学系の長さを短くすることができる。
【００４３】
グレーティング２０６は、例えばガラス基板上にグレーティングが形成されている、反射型のグレーティングである。グレーティング２０６においては、１ｍｍあたり１０００本の溝が形成されている。
【００４４】
ウェッジプリズム２０７は像面の傾きを補正する働きを有している。
ＭＥＭＳミラーアレイ２０９（光偏向部材）は、グレーティング２０６で帯状に分散された光の波長に対応して波長分散方向に並ぶように配置された、複数のマイクロミラーＭのアレイを有する。また、ＭＥＭＳミラーアレイ２０９には、マイクロミラーＭの駆動に用いる図示しない駆動機構がついている。マイクロミラーＭのそれぞれの間隔（ピッチ）は１００μｍである。
なお、第２実施形態ではひとつの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートからひとつの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
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。
【００４５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る波長選択スイッチの構成及び動作について説明する。図７は、第３実施形態にかかる波長選択スイッチ３００の構成例を示す図である。
【００４６】
第３実施形態の波長選択スイッチ３００においては、第１実施形態の凹面ミラー１０５に代えて凹面裏面ミラー３０５を用いた点を除いて第１実施形態と同様の構成である。図７では、第１実施形態と同じ部材については同じ参照符号を用いている。
【００４７】
凹面裏面ミラー３０５はメニスカス形状をした部材であり、光の入射面と反射面を有している。全体としての焦点距離は例えば−８０ｍｍである。入射面及び反射面の形状は、それぞれ球面、又は非球面（例えば軸はずしの回転放物面）である。
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。
なお、第２実施形態の凹面ミラー２０５に代えて凹面裏面ミラー３０５を用いてもよい。
【００４８】
第３実施形態では、第１実施形態の凹面ミラー１０５に代えて凹面裏面ミラー３０５を用いたが、裏面ミラーとして、第１実施形態の凸面ミラー１０４に代えて凸面裏面ミラーを用いることもできる。また、第１実施形態の凸面ミラー１０４に代えて凸面裏面ミラーを用いると同時に、第１実施形態の凹面ミラー１０５に代えて凹面裏面ミラー３０５を用いてもよい。
【００４９】
また、第２実施形態の凸面ミラー２０４に代えて凸面裏面ミラーを用いてもよい。
また、第２実施形態の凸面ミラー２０４に代えて凸面裏面ミラーを用いると同時に、第２実施形態の凹面ミラー１０５に代えて凹面裏面ミラー３０５を用いてもよい。
また、グレーティング１０６、２０６に代えて、透過型の分散素子（リットマン−メトカルフ構成も含む）や、イマージョングレーティング等を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明に係る波長選択スイッチは、光信号のチャンネルスペーシングが狭くなっても装置を小型化できる効果がある。
【符号の説明】
【００５１】
１００ 波長選択スイッチ
１０１ ファイバアレイ
１０２ マイクロレンズアレイ
１０３ ウェッジプリズム裏面ミラー
１０４ 凸面ミラー
１０５ 凹面ミラー
１０６ グレーティング
１０７ ウェッジプリズム
１０８ フィールドレンズ
１０９ ＭＥＭＳミラーアレイ
２００ 波長選択スイッチ
２０３ ウェッジプリズム裏面ミラー
２０４ 凸面ミラー
２０５ 凹面ミラー
２０６ グレーティング
２０７ ウェッジプリズム
２０９ ＭＥＭＳミラーアレイ
３００ 波長選択スイッチ
３０５ 凹面裏面ミラー
【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】
波長選択スイッチは、ＲＯＡＤＭ（大容量ネットワークに用いられる、波長多重化された光信号を、光信号のまま分岐／挿入が行えるシステムや技術）におけるノードにおかれるデバイスであって、波長多重されている光信号の伝送経路の切換えを波長ごとに行うスイッチである。各ノードでは波長選択スイッチによって、波長多重された光信号から任意の波長の光信号を取り出すことや、波長多重された光信号に任意の波長の光を混ぜることが可能である。
【０００３】
特許文献１においては、光ファイバから出射され、グレーティングで分散された光信号をＭＥＭＳミラーに集光する光学系に反射ミラーを用いた例が開示されている。この凹面反射ミラーは、回折格子で分散された光信号をＭＥＭＳミラーに集光するため正の焦点距離を有する。
【０００４】
近年、光通信の大容量化が進み、より多くのデータを伝送できるように、光信号のチャンネルスペーシングは狭くなってきている。従来１００ＧＨｚのスペーシングが一般的に用いられてきたが、最近は例えば５０ＧＨｚのスペーシングが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許７６３０５９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図８は、光信号のチャンネルスペーシングが１００ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。図９は、光信号のチャンネルスペーシングが５０ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。
チャンネルスペーシングが１００ＧＨｚ（図８）から５０ＧＨｚ（図９）へ狭くなった場合、一定の波長帯域の中でのチャンネル数が多くなるため、波長選択スイッチは以下の（１）〜（３）のいずれかの対応が必要になる。
（１）ＭＥＭＳミラーの間隔を狭くする。
（２）波長分散のより大きな回折素子を用いる。すなわち、例えばグレーティングの溝間隔を狭くする。
（３）ＭＥＭＳミラー上へ信号光を集光する光学系の焦点距離を長くする。
【０００７】
しかしながら、上記（１）、（２）については、それぞれＭＥＭＳミラーまたはグレーティングの微細化に限界があるため、技術的に困難である。（３）については、光学系の焦点距離を長くすることで、装置全体が大型化してしまうという問題点がある。
特許文献１に記載の例では凹面反射ミラーを用いている。この凹面反射ミラーは、グレーティングで分散された光信号をＭＥＭＳミラーに集光するため正の焦点距離を有する。ＭＥＭＳミラーの間隔を狭くしたり、より波長分散の大きな回折素子を使わずに、特許文献１の例のように凹面ミラーのみを集光に用いる光学系において、入力する光信号のチャンネルスペーシングを狭くすると、凹面ミラーの焦点距離が長くなり、光学系が大きくなり、装置全体として大型化してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光信号のチャンネルスペーシングが狭くなっても、装置の小型化が可能な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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、波長多重された信号光の入力部と、入力部からの信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、負の焦点距離を有する反射部材と偏向素子アレイの間に配置されたレンズと、を有することを特徴としている。
【００１０】
本発明の別の態様に係る波長選択スイッチは、波長多重された信号光の入力部と、入力部からの信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、を有し、分散素子で分散される各信号光を含む面内において信号光が偏向素子アレイの各ミラーに直角に入射するように、偏向素子アレイの各ミラーが配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る波長選択スイッチは、光信号のスペーシングが狭くなっても、光学系が大型化せず、装置の小型化が可能である、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態のファイバアレイおよびレンズアレイの構成を示す図である。
【図３】第１実施形態のＭＥＭＳミラーアレイの構成を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。
【図５】第２実施形態のＭＥＭＳミラーアレイの構成を示す、ｚ方向から見た図である
【図６】第２実施形態のＭＥＭＳミラーアレイの構成を示す、ｘ方向から見た図である
【図７】第３実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。
【図８】光信号のチャンネルスペーシングが１００ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。
【図９】光信号のチャンネルスペーシングが５０ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
また、各部材、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
本実施形態の波長選択スイッチの光学系では、光ファイバから発した光を凸面および凹面の２つのミラーで反射させて平行光にしてグレーティングに入射させ、グレーティングから出射した平行光を再び２つのミラーで反射させてＭＥＭＳミラーに集光している。集光光学系全体の焦点距離に比べて、全長を短くするために、グレーティング側を遠焦点側としたテレフォトタイプの構成となっている。すなわち、グレーティング側に正の焦点距離を有する凹面鏡、光ファイバ、ＭＥＭＳ側に負の焦点距離を有する凸面鏡を配置している。
【００１４】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る波長選択スイッチの構成及び動作について説明する。図１は、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１００の構成例を示す図である。
波長選択スイッチ１００は、いわゆる透過型の波長選択スイッチである。この波長選択スイッチ１００は、複数の光ファイバからなるファイバアレイ１０１と、マイクロレンズアレイ１０２と、ウェッジプリズム裏面ミラー１０３と、凸面ミラー１０４と、凹面ミラー１０５と、グレーティング１０６と、ウェッジプリズム１０７と、フィールドレンズ１０８と、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）モジュールであるＭＥＭＳミラーアレイ１０９と、を備えている。
【００１５】
図２は、ファイバアレイ１０１とマイクロレンズアレイ１０２の構成を示す斜視図である。ファイバアレイ１０１（入力部、出力部）を構成する各光ファイバと、マイクロレンズアレイ１０２を構成する各マイクロレンズと、はそれぞれ対になっており、これらの対がアレイ状に配置されている。ファイバアレイ１０１は光入出力ポートとして機能する。なお、ファイバアレイ１０１を構成する何れのファイバを入力部または出力部として利用するかは、ユーザが適宜設定することができる。例えば、ファイバアレイ１０１の一つの光ファイバのみを入力用ポートとして用いて、それ以外の光ファイバを出力用ポートに用いてもよいし、入力用のポートと、出力用のポートと、を複数ずつ設けても良い。必ずしも、全ての光ファイバを、入力ポートまたは出力ポートとして使用する必要はなく、入力ポートまたは出力ポートとして機能していない入出力ポートが存在してもよい。また、ファイバの本数は、図２に記載の本数（４本）に限定されるものではない。また、ファイバアレイ１０１に代えて、光導波路を用いてもよい。
【００１６】
ファイバアレイ１０１の光ファイバのひとつ（以下、「第１の光ファイバ」という。）から、波長多重された信号光が、マイクロレンズアレイ１０２を経てウェッジプリズム裏面ミラー１０３に向けて出射される。この出射光は、凸面ミラー１０４、凹面ミラー１０５、グレーティング１０６、凹面ミラー１０５、凸面ミラー１０４、ウェッジプリズム１０７、フィールドレンズ１０８を順に経由して、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９（偏向素子アレイ）に入射する。ここで、ファイバアレイ１０１からウェッジプリズム裏面ミラー１０３へ出射し、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９に至るまでの経路を往路と呼ぶ。
【００１７】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０９で反射された光は、上記の往路と逆向きの経路（復路）でファイバアレイ１０１に入射する。
図１では往路において光の進む方向を矢印で示している。復路では、図１の矢印とは逆の方向に光は進む。なお、図１において、グレーティング１０６からは、２つの矢印のみが明示されているが、実際には、ファイバアレイ１０１に入力される波長の数に応じて、２以上の方向に分散される。
【００１８】
次に、波長選択スイッチ１００内での信号光の光線としてのふるまいを説明する。
マイクロレンズアレイ１０２から出射した光は、集光されたのち発散光となり、ウェッジプリズム裏面ミラー１０３に入射する。ウェッジプリズム裏面ミラー１０３に入射した光は、反射されて凸面ミラー１０４に入射する。凸面ミラー１０４に入射した光は、反射されて発散光となり凹面ミラー１０５に入射する。凹面ミラー１０５に入射した光は、反射されておおよそ平行光となり、分散素子としてのグレーティング１０６に入射する。グレーティング１０６は、波長多重光を分散する。
【００１９】
グレーティング１０６で波長分散された光は、波長ごとにある一定の傾きを有した平行光となり、再び凹面ミラー１０５に入射する。凹面ミラー１０５に入射した光は、反射されて収束光となり凸面ミラー１０４に入射する。凸面ミラー１０４に入射した光は、反射されて収束しながらウェッジプリズム１０７に入射する。ウェッジプリズム１０７に入射した光は向きを変えてフィールドレンズ１０８に入射する。フィールドレンズ１０８に入射した光はテレセントリックな光束となり、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９の各波長に対応したマイクロミラーＭ（図３）に集光される。ここで、ファイバアレイ１０１の光ファイバ端面とマイクロミラーＭとは光学的に共役である。また、図３は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９の構成を示す斜視図である。
【００２０】
マイクロミラーＭは、図３に示すように、それぞれのミラーがローカルのｘ軸（副軸）とｙ軸（主軸）の周りに回転可能で、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。ここで、光の進行方向を光軸方向（ｚ方向）とし、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９の配列された方向をｙ方向とし、光軸方向およびｙ方向のそれぞれに直交する方向をｘ方向と呼ぶ。
なお、現実の波長選択スイッチの光路中に、図示しないミラー、プリズム等の偏向部材が光路を折り曲げるために配置されている場合には、ｘ方向及びｙ方向との説明は、このような偏向部材が無いものとした仮想的な光学系を前提として用いられることとする。
【００２１】
マイクロミラーＭで反射された光は、フィールドレンズ１０８を経て、再びウェッジプリズム１０７に入射し、凸面ミラー１０４、凹面ミラー１０５でそれぞれ反射され、グレーティング１０６に入射する。グレーティング１０６により回折されたそれぞれの波長の光は、図１に示すｙｚ平面内では往路と同一の光路となる。一方、グレーティング１０６によって分散された各波長の光は、対応するマイクロミラーＭの傾き角に応じて、図１のｙｚ平面に垂直な面内では、往路の光と異なる位置を通る。
【００２２】
従って、復路の光は、各波長に対応したマイクロミラーＭの傾き角に応じて、ファイバアレイ１０１の入力ポート以外の、異なるファイバに入射する。
このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにＭＥＭＳミラーアレイ１０９のそれぞれのマイクロミラーＭの傾き角に応じて選択的に他のファイバに入射する。
【００２３】
次に、波長選択スイッチ１００の各要素の働きについて、例を挙げて説明する。
この波長選択スイッチに入射する光信号の周波数帯はいわゆるＣバンドであり、スペーシングは５０ＧＨｚである。
ウェッジプリズム裏面ミラー１０３は、マイクロレンズアレイ１０２からの光を凸面ミラー１０４へ反射するとともに、像面の傾きを補正する働きを有している。
凸面ミラー１０４は、負の焦点距離を有する反射部材であって、球面形状、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転双曲面）を有し、光を発散させる働きを有する。凸面ミラー１０４の焦点距離は−８０ｍｍである。
【００２４】
凹面ミラー１０５は、正の焦点距離を有する反射部材であって、球面、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転放物面）を有し、光を収束する働きを有する。凹面ミラー１０５の焦点距離は１００ｍｍである。
これら凸面ミラー１０４と凹面ミラー１０５との間隔は６０ｍｍである。凸面ミラー１０４と凹面ミラー１０５を組み合わせ、さらにフィールドレンズ１０８を含めると、全体の焦点距離は１９３．５ｍｍとなる。
【００２５】
また、凹面ミラー１０５からグレーティング１０６までの距離は６０ｍｍであり、凸面ミラー１０４からＭＥＭＳミラーアレイ１０９までの距離は８０ｍｍである。
このように全体の焦点距離に対して光学系の長さを短くすることができる。
【００２６】
グレーティング１０６は、例えばガラス基板上にグレーティングが形成されている、反射型のグレーティングである。グレーティング１０６においては、１ｍｍあたり１０００本の溝が形成されている。
【００２７】
ウェッジプリズム１０７は像面の傾きを補正する働きを有している。
フィールドレンズ１０８は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９に入射する光束がテレセントリックとなるように、ウェッジプリズム１０７とＭＥＭＳミラーアレイ１０９の間に配置されている。ここで、フィールドレンズ１０８を配置しない場合には、グレーティング１０６が凸面ミラー１０４と凹面ミラー１０５との合成系の前側焦点より、凹面ミラー１０５の近くに位置しているため、グレーティング１０６で回折した各波長の光束はＭＥＭＳミラーアレイ１０９に対してテレセントリックとはならない。フィールドレンズ１０８は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９に入射する光束をテレセントリック光に変換する働きを有している。フィールドレンズ１０８の焦点距離は１５０ｍｍである。
【００２８】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０９（光偏向部材）は、グレーティング１０６で帯状に分散された光の波長に対応して波長分散方向に並ぶように配置された、複数のマイクロミラーＭのアレイを有する。また、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９には、マイクロミラーＭの駆動に用いる図示しない駆動機構がついている。マイクロミラーＭのそれぞれの間隔（ピッチ）は９７μｍである。
なお、図３において、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９として、８枚のマイクロミラーＭのみが図示されているが、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９を構成するマイクロミラーＭの数は、８つに限定されない。
また、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９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。
また、各マイクロミラーＭのミラー面の配置間隔や、形状や、面積は、同じでも異なっていても良い。
また、第１実施形態ではひとつの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートからひとつの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
【００２９】
第１実施形態に係る波長選択スイッチ１００においては、グレーティング１０６とＭＥＭＳミラーアレイ１０９の間に、凹面ミラー１０５及び凸面ミラー１０４を配置することにより、ＭＥＭＳミラーアレイ１０９上へ信号光を集光する光学系全体の焦点距離を長くしている。これにより、光信号のスペーシングが狭くなることに対応可能となる。
さらに、正の焦点距離を有する凹面ミラー１０５をグレーティング１０６側に配置し、負の焦点距離を有する凸面ミラー１０４をＭＥＭＳミラーアレイ１０９側に配置することにより、集光光学系全体の焦点距離に対して全長を短くすることができる。
このような構成により、光学系を大型化させることなく、狭いスペーシングに対応することができ、装置の小型化が可能となる。
【００３０】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る波長選択スイッチの構成及び動作について説明する。図４は、第２実施形態にかかる波長選択スイッチ２００の構成例を示す図である。
第２実施形態の波長選択スイッチ２００は、いわゆる透過型の波長選択スイッチである。この波長選択スイッチ２００は、複数の光ファイバからなるファイバアレイ１０１と、マイクロレンズアレイ１０２と、ウェッジプリズム裏面ミラー２０３と、凸面ミラー２０４と、凹面ミラー２０５と、グレーティング２０６と、ウェッジプリズム２０７と、ＭＥＭＳモジュールであるＭＥＭＳミラーアレイ２０９と、を備えている。
なお、ファイバアレイ１０１とマイクロレンズアレイ１０２は、第１実施形態の波長選択スイッチと同様であるため、同じ参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３１】
ファイバアレイ１０１の第１の光ファイバから、波長多重された信号光が、マイクロレンズアレイ１０２を経てウェッジプリズム裏面ミラー２０３に向けて出射される。この出射光は、凸面ミラー２０４、凹面ミラー２０５、グレーティング２０６、凹面ミラー２０５、凸面ミラー２０４、ウェッジプリズム２０７を順に経由してＭＥＭＳミラーアレイ２０９に入射する。ここで、ファイバアレイ１０１からウェッジプリズム裏面ミラー２０３へ出射し、ＭＥＭＳミラーアレイ２０９に至るまでの経路を往路と呼ぶ。
【００３２】
ＭＥＭＳミラーアレイ２０９で反射された光は、上記の往路と逆向きの経路（復路）でファイバアレイ１０１に入射する。
図４では往路において光の進む方向を矢印で示している。復路では、図４の矢印とは逆の方向に光は進む。なお、図４において、グレーティング２０６からは、２つの矢印のみが明示されているが、実際には、ファイバアレイ１０１に入力される波長の数に応じて、２以上の方向に分散される。
【００３３】
次に、波長選択スイッチ２００内での信号光の光線としてのふるまいを説明する。
マイクロレンズアレイ１０２から出射した光は、集光されたのち発散光となり、ウェッジプリズム裏面ミラー２０３に入射する。ウェッジプリズム裏面ミラー２０３に入射した光は、反射されて凸面ミラー２０４に入射する。凸面ミラー２０４に入射した光は、反射されて発散光となり凹面ミラー２０５に入射する。凹面ミラー２０５に入射した光は、反射されておおよそ平行光となり、分散素子としてのグレーティング２０６に入射する。グレーティング２０６は、波長多重光を分散する。
【００３４】
グレーティング２０６で波長分散された光は、波長ごとにある一定の傾きを有した平行光となり、再び凹面ミラー２０５に入射する。凹面ミラー２０５に入射した光は、反射されて収束光となり凸面ミラー２０４に入射する。凸面ミラー２０４に入射した光は、反射されて収束しながら、ウェッジプリズム２０７に入射する。ウェッジプリズム２０７に入射した光は向きを変えて出射し、ＭＥＭＳミラーアレイ２０９の各波長に対応したマイクロミラーＭ（図５、図６）に集光される。ここで、ファイバアレイ１０１の光ファイバ端面とマイクロミラーＭとは光学的に共役である。
【００３５】
また、第２実施形態の波長選択スイッチ２００は、第１実施形態の波長選択スイッチ１００とは異なり、ウェッジプリズム２０７とＭＥＭＳミラーアレイ２０９の間にフィールドレンズが配置されていないため、マイクロミラーＭに入射する光束はテレセントリックではない。波長選択スイッチ２００においては、入射瞳がウェッジプリズム２０７側にある。
【００３６】
図５は、ＭＥＭＳミラーアレイ２０９の構成を示す、ｚ方向から見た図である。図６は、ＭＥＭＳミラーアレイ２０９の構成を示す、ｘ方向から見た図である。ただし、ミラーアレイ２０９を構成するマイクロミラーＭの数は、図６に記載の数に限定されない。
マイクロミラーＭは、第１実施形態のＭＥＭＳミラーアレイ１０９のマイクロミラーＭと同様に、それぞれのミラーがローカルのｘ軸（副軸）とｙ軸（主軸）の周りに回転可能で、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。
【００３７】
波長選択スイッチ２００では、マイクロミラーＭに入射する光はテレセントリックではないため、マイクロミラーＭすべてがｙ軸（主軸）に関して平行であると、復路の光は光学系の有効径からはずれてしまい、光ファイバアレイ１０１に到達することができない。このため、復路の光が各光学部材の有効径内を通り、ファイバに入射可能なように、それぞれのマイクロミラーＭは、図６に示すようにｘ軸（副軸）に関して傾きを有している。この傾きは、中心部のマイクロミラーに比べて、周辺部のマイクロミラーのほうが、大きい。さらに、各マイクロミラーＭは、グレーティング２０６によって分散された各信号光を含むｙｚ平面において、入射光が直角に入射するように配置されている。ただし、波長選択スイッチに求められる精度に応じて、入射光が略直角に入射するように配置されていてもよい。ここで、図６においては、光線を破線で表している。
【００３８】
マイクロミラーＭで反射された光は、再びウェッジプリズム２０７に入射し、凸面ミラー２０４、凹面ミラー２０５でそれぞれ反射され、グレーティング２０６に入射する。グレーティング２０６により回折されたそれぞれの波長の光は、図４に示すｙｚ平面内では往路と同一の光路となる。一方、グレーティング２０６によって回折された各波長の光は、対応するマイクロミラーＭの傾き角に応じて、図４のｙｚ平面に垂直な面内では、往路の光と異なる位置を通る。
【００３９】
復路の光は、各波長に対応したマイクロミラーＭの傾き角に応じて、ファイバアレイ１０１の入力ポート以外の、異なるファイバに入射する。
このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにＭＥＭＳミラーアレイ２０９のそれぞれのマイクロミラーＭの傾き角に応じて選択的に他のファイバに入射する。
【００４０】
次に、波長選択スイッチ２００の各要素の働きについて、例を挙げて説明する。
この波長選択スイッチに入射する光信号の周波数帯はいわゆるＣバンドであり、スペーシングは５０ＧＨｚである。
ウェッジプリズム裏面ミラー２０３は、マイクロレンズアレイ１０２からの光を凸面ミラー２０４へ反射するとともに、像面の傾きを補正する働きを有している。
凸面ミラー２０４は、負の焦点距離を有する反射部材であって、球面形状、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転双曲面）を有し、光を発散させる働きを有する。凸面ミラー２０４の焦点距離は−８０ｍｍである。
【００４１】
凹面ミラー２０５は、正の焦点距離を有する反射部材であって、球面、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転放物面）を有し、光を収束する働きを有する。凹面ミラー２０５の焦点距離は１００ｍｍである。これら凸面ミラー２０４と凹面ミラー２０５との間隔は６０ｍｍである。凸面ミラー２０４と凹面ミラー２０５を組み合わると、全体の焦点距離は２００ｍｍとなる。
【００４２】
また、凹面ミラー２０５からグレーティング２０６までの距離は６０ｍｍであり、凸面ミラー２０４からＭＥＭＳミラーアレイ２０９までの距離は８０ｍｍである。
このように全体の焦点距離に対して光学系の長さを短くすることができる。
【００４３】
グレーティング２０６は、例えばガラス基板上にグレーティングが形成されている、反射型のグレーティングである。グレーティング２０６においては、１ｍｍあたり１０００本の溝が形成されている。
【００４４】
ウェッジプリズム２０７は像面の傾きを補正する働きを有している。
ＭＥＭＳミラーアレイ２０９（光偏向部材）は、グレーティング２０６で帯状に分散された光の波長に対応して波長分散方向に並ぶように配置された、複数のマイクロミラーＭのアレイを有する。また、ＭＥＭＳミラーアレイ２０９には、マイクロミラーＭの駆動に用いる図示しない駆動機構がついている。マイクロミラーＭのそれぞれの間隔（ピッチ）は１００μｍである。
なお、第２実施形態ではひとつの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートからひとつの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
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。
【００４５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る波長選択スイッチの構成及び動作について説明する。図７は、第３実施形態にかかる波長選択スイッチ３００の構成例を示す図である。
【００４６】
第３実施形態の波長選択スイッチ３００においては、第１実施形態の凹面ミラー１０５に代えて凹面裏面ミラー３０５を用いた点を除いて第１実施形態と同様の構成である。図７では、第１実施形態と同じ部材については同じ参照符号を用いている。
【００４７】
凹面裏面ミラー３０５はメニスカス形状をした部材であり、光の入射面と反射面を有している。全体としての焦点距離は例えば−８０ｍｍである。入射面及び反射面の形状は、それぞれ球面、又は非球面（例えば軸はずしの回転放物面）である。
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。
なお、第２実施形態の凹面ミラー２０５に代えて凹面裏面ミラー３０５を用いてもよい。
【００４８】
第３実施形態では、第１実施形態の凹面ミラー１０５に代えて凹面裏面ミラー３０５を用いたが、裏面ミラーとして、第１実施形態の凸面ミラー１０４に代えて凸面裏面ミラーを用いることもできる。また、第１実施形態の凸面ミラー１０４に代えて凸面裏面ミラーを用いると同時に、第１実施形態の凹面ミラー１０５に代えて凹面裏面ミラー３０５を用いてもよい。
【００４９】
また、第２実施形態の凸面ミラー２０４に代えて凸面裏面ミラーを用いてもよい。
また、第２実施形態の凸面ミラー２０４に代えて凸面裏面ミラーを用いると同時に、第２実施形態の凹面ミラー１０５に代えて凹面裏面ミラー３０５を用いてもよい。
また、グレーティング１０６、２０６に代えて、透過型の分散素子（リットマン−メトカルフ構成も含む）や、イマージョングレーティング等を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明に係る波長選択スイッチは、光信号のチャンネルスペーシングが狭くなっても装置を小型化できる効果がある。
【符号の説明】
【００５１】
１００ 波長選択スイッチ
１０１ ファイバアレイ
１０２ マイクロレンズアレイ
１０３ ウェッジプリズム裏面ミラー
１０４ 凸面ミラー
１０５ 凹面ミラー
１０６ グレーティング
１０７ ウェッジプリズム
１０８ フィールドレンズ
１０９ ＭＥＭＳミラーアレイ
２００ 波長選択スイッチ
２０３ ウェッジプリズム裏面ミラー
２０４ 凸面ミラー
２０５ 凹面ミラー
２０６ グレーティング
２０７ ウェッジプリズム
２０９ ＭＥＭＳミラーアレイ
３００ 波長選択スイッチ
３０５ 凹面裏面ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重された信号光の入力部と、
前記入力部からの前記信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、
前記負の焦点距離を有する反射部材及び前記正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、
前記分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、
前記負の焦点距離を有する反射部材と前記偏向素子アレイの間に配置されたレンズと、
を有することを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面ミラーであ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】
前記負の焦点距離を有する反射部材が凸面ミラーであ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】
前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面裏面ミラーであ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５】
前記負の焦点距離を有する反射部材が凸面裏面ミラーであ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６】
波長多重された信号光の入力部と、
前記入力部からの前記信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、
前記負の焦点距離を有する反射部材及び前記正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、
前記分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、
を有し、
前記分散素子で分散される各信号光を含む面内において前記信号光が前記偏向素子アレイの各ミラーに直角に入射するように、前記偏向素子アレイの各ミラーが配置されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項７】
前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項８】
前記負の焦点距離を有する反射部材が凸面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項９】
前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面裏面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１０】
前記負の焦点距離を有する反射部材が凹面裏面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１】
波長多重された信号光の入力部と、
前記入力部からの前記信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、
前記負の焦点距離を有する反射部材及び前記正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、
前記分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、
前記負の焦点距離を有する反射部材と前記偏向素子アレイの間に配置されたレンズと、
を有することを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面ミラーであ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】
前記負の焦点距離を有する反射部材が凸面ミラーであ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】
前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面裏面ミラーであ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５】
前記負の焦点距離を有する反射部材が凸面裏面ミラーであ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６】
波長多重された信号光の入力部と、
前記入力部からの前記信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、
前記負の焦点距離を有する反射部材及び前記正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、
前記分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、
を有し、
前記分散素子で分散される各信号光を含む面内において前記信号光が前記偏向素子アレイの各ミラーに直角に入射するように、前記偏向素子アレイの各ミラーが配置されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項７】
前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項８】
前記負の焦点距離を有する反射部材が凸面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項９】
前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面裏面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１０】
前記負の焦点距離を有する反射部材が凹面裏面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７３７２０（Ｐ２０１２−１７３７２０Ａ）
【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２０１１−３８７９４（Ｐ２０１１−３８７９４）
【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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