JP2003241239A - Optical switch optical system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光回路、光通信、
光情報処理等に応用される光スイッチ光学系に関し、特
に、光導波路端がアレイ状に並んだ２つの光導波路アレ
イの間に配置され、２つの光導波路アレイ間で任意の光
導波路を光結合するための光スイッチ光学系に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical circuit, optical communication,
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical switch optical system applied to optical information processing, etc., and in particular, an optical waveguide end is arranged between two optical waveguide arrays arranged in an array, and an arbitrary optical waveguide is optically coupled between the two optical waveguide arrays. Optical switch optical system for
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、光回路等に応用される光スイッチ
光学系の一例として、ｎ個の光導波路（基板上に形成さ
れたｎ個の光導波路、あるいは並列されたｎ個の光ファ
イバー等）の光導波路端を一直線上に配置した第１の光
導波路アレイと、ｍ個の光導波路（基板上に形成された
ｍ個の光導波路、あるいは並列されたｍ個の光ファイバ
ー等）の光導波路端を一直線上に配置した第２の光導波
路アレイとを、平面上にマトリクス配列されたｎ×ｍ個
の光スイッチを有する光スイッチ素子と光結合用光学素
子を介して結合し、第１の光導波路アレイでのｉ番目
（ｉ＝１〜ｎ）にある光導波路端から、第２の光導波路
アレイのｊ番目（ｊ＝１〜ｍ）の光導波路端へ任意に光
路を切り替える光スイッチ光学系が知られている。この
従来のｎ×ｍ光スイッチ素子を用いた光スイッチ光学系
では、例えば図３に示すように、ｎ×ｍ個の光スイッチ
１５Ｓを有する光スイッチ素子１５のｎ列の光スイッチ
の配列方向に対応させて第１の光導波路アレイ１１の光
導波路端を配置し、ｍ列の光スイッチの配列方向に対応
させて第２の光導波路アレイ１２の光導波路端を配置
し、かつ、第１、第２の光導波路アレイ１１，１２と光
スイッチ素子１５の間にそれぞれ光結合用光学素子とし
ての第１、第２のレンズアレイ１３，１４を配置してい
た。2. Description of the Related Art Conventionally, as an example of an optical switch optical system applied to an optical circuit or the like, n optical waveguides (n optical waveguides formed on a substrate, or n optical fibers arranged in parallel) are used. The first optical waveguide array in which the optical waveguide ends of are arranged in a straight line and the optical waveguide ends of m optical waveguides (m optical waveguides formed on the substrate, or m optical fibers arranged in parallel) And a second optical waveguide array in which are arranged in a straight line are coupled with an optical switch element having n × m optical switches arranged in a matrix on a plane through an optical coupling optical element to form a first optical waveguide. Optical switch optical system for arbitrarily switching the optical path from the i-th (i = 1 to n) optical waveguide end of the waveguide array to the j-th (j = 1 to m) optical waveguide end of the second optical waveguide array It has been known. In this conventional optical switch optical system using an n × m optical switch element, for example, as shown in FIG. 3, the optical switch element 15 having n × m optical switches 15S is arranged in the array direction of the optical switches of n columns. The optical waveguide ends of the first optical waveguide array 11 are arranged correspondingly, the optical waveguide ends of the second optical waveguide array 12 are arranged corresponding to the arrangement direction of the m rows of optical switches, and The first and second lens arrays 13 and 14 as optical elements for optical coupling are arranged between the second optical waveguide arrays 11 and 12 and the optical switch element 15, respectively.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】近年、光回路等の小型
化により、波動光学的な振る舞いが無視できなくなって
いる。ここで、図３に示す従来例のように、第１、第２
の光導波路アレイ１１，１２の光導波路端と、第１、第
２のレンズアレイ１３，１４を、光スイッチ素子１５の
配列方向（または光スイッチ素子の入・出射面）に対応
して平行に配置した場合、光導波路間の光路長Ｌが、結
合する光導波路によって変化するため、光の波動的な発
散により光導波路相互のカップリングロスが光路長Ｌの
変化に対応して異なってしまうという問題がある。すな
わち、図４に模式的に示すように、２つの光導波路１
６，１９を２つのレンズ１７，１８を用いて結合する場
合に、（ａ）のレンズ１７，１８間の光路長Ｌが最適な
距離Ｌ０の場合の光導波路間結合に対して、（ｂ）のレ
ンズ１７，１８間の光路長Ｌが最適な距離Ｌ０よりも短
い場合の光導波路間結合や、（ｃ）のレンズ１７，１８
間の光路長Ｌが最適な距離Ｌ０よりも長い場合の光導波
路間結合のときには、光の結合効率が悪くなりカップリ
ングロスが発生する。従って図３のような光学系配置の
場合には、光スイッチ素子１５に対する第１、第２の光
導波路アレイ１１，１２の各光導波路の配置位置によっ
て光導波路間（またはレンズ間）の光路長Ｌが変化する
ため、結合する光導波路によってカップリングロスが異
なることになる。例えば、第１、第２の光導波路アレイ
１１，１２の略中央に配置された光導波路同士を結合す
る場合のレンズ間の光路長Ｌが図４（ａ）に示すような
最適な距離Ｌ０となるように配置した場合、第１、第２
の光導波路アレイ１１，１２の両端側に配置された光導
波路間では図４（ｂ），（ｃ）と同様に光路長が最適な
距離よりも短いまたは長い光導波路間結合となり、大き
なカップリングロスが発生することになる。このときの
最適なレンズ間隔Ｌ０に対してレンズ間隔Ｌが変化した
場合のカップリングロスの計算結果を図５に示す。In recent years, due to the miniaturization of optical circuits and the like, the wave-optical behavior cannot be ignored. Here, as in the conventional example shown in FIG.
The optical waveguide ends of the optical waveguide arrays 11 and 12 and the first and second lens arrays 13 and 14 are parallel to each other in correspondence with the arrangement direction of the optical switch element 15 (or the input / output surface of the optical switch element). When the optical waveguides are arranged, the optical path length L between the optical waveguides varies depending on the optical waveguides to be coupled, so that the coupling loss between the optical waveguides varies depending on the variation of the optical path length L due to the wave divergence of light. There's a problem. That is, as schematically shown in FIG.
When coupling 6 and 19 using the two lenses 17 and 18, for the coupling between the optical waveguides when the optical path length L between the lenses 17 and 18 in (a) is the optimum distance L 0 , Between the optical waveguides when the optical path length L between the lenses 17 and 18 is shorter than the optimum distance L 0, and the lenses 17 and 18 in FIG.
In the case of coupling between optical waveguides when the optical path length L between them is longer than the optimum distance L 0 , the coupling efficiency of light deteriorates and coupling loss occurs. Therefore, in the case of the optical system arrangement as shown in FIG. 3, the optical path length between the optical waveguides (or between lenses) depends on the arrangement position of each optical waveguide of the first and second optical waveguide arrays 11 and 12 with respect to the optical switch element 15. Since L changes, the coupling loss depends on the optical waveguide to be coupled. For example, the optical path length L between the lenses when the optical waveguides arranged substantially at the centers of the first and second optical waveguide arrays 11 and 12 are coupled to each other is the optimum distance L 0 as shown in FIG. 4A. When arranged so that
Between the optical waveguides arranged on both end sides of the optical waveguide arrays 11 and 12, the optical path length is shorter or longer than the optimum distance as in FIGS. 4B and 4C, resulting in large coupling. Loss will occur. FIG. 5 shows the calculation result of the coupling loss when the lens distance L changes with respect to the optimum lens distance L 0 at this time.
【０００４】以上のように、図３に示す従来の光学系配
置では、第１、第２の光導波路アレイの光導波路間の光
路長Ｌが、光スイッチ素子に対する各光導波路の配置位
置によって大きく変化するため、光の結合効率が悪く、
各光導波路へ結合される信号強度がばらついてしまうと
いう問題がある。また、図３の光学系配置で最適な光導
波路結合を行うためには、光結合用光学素子であるレン
ズアレイ１３，１４の各レンズの焦点距離について、そ
れぞれの光路長に対して個々に最適化しなければならな
くなるため、レンズアレイの加工が難しいという問題が
ある。As described above, in the conventional optical system arrangement shown in FIG. 3, the optical path length L between the optical waveguides of the first and second optical waveguide arrays is large depending on the arrangement position of each optical waveguide with respect to the optical switch element. Change, so the light coupling efficiency is poor,
There is a problem that the intensity of the signal coupled to each optical waveguide varies. Further, in order to perform the optimal optical waveguide coupling in the optical system arrangement of FIG. 3, the focal lengths of the lenses of the lens arrays 13 and 14 which are optical coupling optical elements are individually optimized for the respective optical path lengths. Therefore, there is a problem that it is difficult to process the lens array.
【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、光導波路端がアレイ状に並んだ２つの光導波路アレ
イの間に光スイッチ素子を配置し、光スイッチ素子によ
り、一方の光導波路アレイの任意の光導波路から他方の
光導波路アレイの任意の光導波路へレンズアレイ等の光
結合用光学素子を介して光結合する場合に、光の結合効
率を最適かつ均等にすることができる構成及び配置の光
スイッチ光学系を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances. An optical switch element is arranged between two optical waveguide arrays whose optical waveguide ends are arranged in an array, and one optical waveguide array is provided by the optical switch element. A configuration capable of optimizing and equalizing the light coupling efficiency when optically coupling an arbitrary optical waveguide of the other optical waveguide of the other optical waveguide array via an optical coupling optical element such as a lens array; It is an object to provide an optical switch optical system having an arrangement.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、本発明は、ｎ個の光導波路の光導波路端
を一直線上に配置した第１の光導波路アレイと、ｍ個の
光導波路の光導波路端を一直線上に配置した第２の光導
波路アレイとを、光スイッチ素子と光結合用光学素子を
介して結合し、２つの光導波路アレイ間で任意の光導波
路を光結合するための光スイッチ光学系において、第１
の光導波路アレイと第２の光導波路アレイの間に配置さ
れ任意の光導波路間の光路を切り替えるｎ×ｍ個の光ス
イッチを有する光スイッチ素子と、第１の光導波路アレ
イと光スイッチ素子の間に配置される第１の光結合用光
学素子及び第１の光反射屈折素子と、光スイッチ素子と
第２の光導波路アレイの間に配置される第２の光反射屈
折素子及び第２の光結合用光学素子とによって構成さ
れ、第１、第２の光反射屈折素子は、第１、第２の光導
波路アレイと光スイッチ素子との間の光路を偏向して、
第１の光導波路アレイと第２の光導波路アレイの任意の
光導波路間の光路長を一定の距離に保つように配置した
ことを特徴としたものである（請求項１）。As a means for achieving the above object, the present invention provides a first optical waveguide array in which the optical waveguide ends of n optical waveguides are arranged in a straight line, and m optical waveguides. A second optical waveguide array in which the optical waveguide ends of the waveguides are arranged in a straight line is coupled through an optical switch element and an optical coupling optical element, and an arbitrary optical waveguide is optically coupled between the two optical waveguide arrays. In the optical switch optical system for
An optical switch element having n × m optical switches arranged between the optical waveguide array and the second optical waveguide array for switching an optical path between arbitrary optical waveguides; and a first optical waveguide array and an optical switch element. A first light-coupling optical element and a first light-reflecting and refracting element which are arranged between the second optical reflecting element and the second optical-reflecting and refracting element which are arranged between the optical switch element and the second optical waveguide array. And an optical element for optical coupling, the first and second light reflection / refraction elements deflect the optical path between the first and second optical waveguide arrays and the optical switch element,
The first optical waveguide array and the second optical waveguide array are arranged so that the optical path length between arbitrary optical waveguides is maintained at a constant distance (claim 1).
【０００７】より詳しく述べると、本発明の光スイッチ
光学系においては、ｎ個の光導波路端が直線Ｌｎ上に配
置された第１の光導波路アレイと、ｍ個の光導波路端が
直線Ｌｍ上に配置された第２の光導波路アレイを、互い
の光導波路端が平行（Ｌｎ‖Ｌｍ）になるように対向し
て配置し、第１、第２の光結合用光学素子は第１、第２
の光導波路アレイの光導波路端に対向して配置し、２つ
の光導波路アレイ間に配置される光スイッチ素子は各光
スイッチの反射面の法線方向Ｓ⊥が第１、第２の光導波
路アレイの光導波路端と平行（Ｌｎ‖Ｓ⊥）になるよう
に配置し、かつ、光スイッチ素子の各光スイッチでの光
束の入射角と反射角をθ０とし、第１、第２の光結合用
光学素子と光スイッチ素子との間に配置される第１、第
２の光反射屈折素子により偏向され各光導波路アレイか
らの光路に対して曲げられる光路の角度をθｉ、θｊと
したとき、各角度の関係が、
｜θｉ｜＝｜θｊ｜＝９０°−｜θ０｜
となるように第１、第２の光反射屈折素子を配置するこ
とにより、光スイッチ素子により結合される直線Ｌｎと
直線Ｌｍ上にある任意の光導波路間の光路長が一定の距
離Ｌ０に保たれ、第１、第２の光結合用光学素子によっ
て光導波路間の最適な光結合が行われることを特徴とし
たものである（請求項２）。More specifically, in the optical switch optical system according to the present invention, the first optical waveguide array in which n optical waveguide ends are arranged on the straight line Ln and the m optical waveguide ends are arranged on the straight line Lm. The second optical waveguide array arranged in the first optical coupling element and the second optical waveguide array are disposed so as to oppose each other so that their optical waveguide ends are parallel (Ln | Lm). Two
The optical switch element that is disposed so as to face the optical waveguide end of the optical waveguide array of No. 1 is a first and second optical waveguide in which the normal direction S⊥ of the reflecting surface of each optical switch is The first and second light beams are arranged so as to be parallel to the optical waveguide end of the array (Ln / S /), and the incident angle and reflection angle of the light flux at each optical switch of the optical switch element are θ 0. When the angles of the optical paths that are deflected by the first and second light reflecting and refracting elements arranged between the coupling optical element and the optical switch element and bent with respect to the optical paths from the respective optical waveguide arrays are θi and θj. , The straight lines connected by the optical switch element by arranging the first and second light reflection / refraction elements so that the relation of each angle becomes | θi | = | θj | = 90 ° − | θ 0 | any distance optical path length is constant between the optical waveguide L located on Ln and the line Lm It kept, first, in which is characterized in that the optimum optical coupling between the optical waveguides is carried out by the second optical coupling optics (claim 2).
【０００８】ここで、本発明の光スイッチ光学系におい
ては、光スイッチ素子として、光マイクロデバイスまた
は電気光学偏向器を用いたことを特徴としている（請求
項３）。尚、ここで言う光マイクロデバイスとは、ＭＥ
ＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）、あるいは
ＭＯＥＭＳ（Micro Opto-Electro-Mechanical System
s）と呼ばれる、マイクロマシーニング技術を用いて半
導体基板上に電気、機械、光学部品を形成したものであ
る。In the optical switch optical system of the present invention, an optical microdevice or an electro-optical deflector is used as the optical switch element (claim 3). The optical microdevice referred to here is ME
MS (Micro Electro-Mechanical Systems) or MOEMS (Micro Opto-Electro-Mechanical Systems)
s), which is used to form electrical, mechanical, and optical components on a semiconductor substrate using micromachining technology.
【０００９】さらに本発明の光スイッチ光学系において
は、光反射屈折素子として、ミラーアレイ、プリズム、
プリズムアレイ、回折光学素子の何れかを用いることが
できる（請求項４）。また、本発明の光スイッチ光学系
においては、光結合用光学素子として、レンズアレイ、
バイナリーレンズ、回折光学素子、ホログラフィック素
子の何れかを用いることができる（請求項５）。さらに
また、本発明の光スイッチ光学系においては、光結合用
光学素子と光反射屈折素子を一体とした光学素子を用い
ることもできる（請求項６）。Furthermore, in the optical switch optical system of the present invention, a mirror array, prism,
Either a prism array or a diffractive optical element can be used (claim 4). Further, in the optical switch optical system of the present invention, a lens array, as an optical element for optical coupling,
Any of a binary lens, a diffractive optical element, and a holographic element can be used (Claim 5). Furthermore, in the optical switch optical system of the present invention, an optical element in which an optical element for optical coupling and a light reflecting and refracting element are integrated can be used (claim 6).
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成、動作及び作
用を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。図１は
本発明の一実施例を示す光スイッチ光学系の概略構成図
である。この光スイッチ光学系は、ｎ個の光導波路
（１，２，・・・，ｎ）の光導波路端を一直線上に配置し
た第１の光導波路アレイ２１と、ｍ個の光導波路（１，
２，・・・，ｍ）の光導波路端を一直線上に配置した第２
の光導波路アレイ２２とを、基板平面上にマトリクス配
列されたｎ×ｍ個の光スイッチ２５Ｓを有する光スイッ
チ素子２５と光結合用光学素子２３，２４を介して結合
し、第１の光導波路アレイ２１でのｉ番目（ｉ＝１〜
ｎ）にある光導波路端から、第２の光導波路アレイ２２
のｊ番目（ｊ＝１〜ｍ）の光導波路端へ任意に光路を切
り替える光スイッチ光学系である。そして、この光スイ
ッチ光学系は、第１の光導波路アレイ２１と第２の光導
波路アレイ２２の間に配置され任意の光導波路間の光路
を切り替えるｎ×ｍ個の光スイッチを有する光スイッチ
素子２５と、第１の光導波路アレイ２１と光スイッチ素
子２５の間に配置される第１の光結合用光学素子２３及
び第１の光反射屈折素子２６と、光スイッチ素子２５と
第２の光導波路アレイ２２の間に配置される第２の光反
射屈折素子２７及び第２の光結合用光学素子２４とによ
って構成され、第１、第２の光反射屈折素子２６，２７
は、第１、第２の光導波路アレイ２１，２２と光スイッ
チ素子２５との間の光路を偏向して、第１の光導波路ア
レイ２１と第２の光導波路アレイ２２の任意の光導波路
間の光路長を一定の距離Ｌ０に保つように配置したもの
である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the configuration, operation and action of the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical switch optical system showing an embodiment of the present invention. This optical switch optical system includes a first optical waveguide array 21 in which the optical waveguide ends of n optical waveguides (1, 2, ..., N) are arranged in a straight line, and m optical waveguides (1,
2, ..., M) second in which the ends of the optical waveguides are arranged in a straight line
The optical waveguide array 22 is coupled to the optical switch element 25 having n × m optical switches 25S arranged in a matrix on the substrate plane via the optical coupling optical elements 23 and 24 to form a first optical waveguide. I-th (i = 1 to 1) in the array 21
n) from the end of the optical waveguide to the second optical waveguide array 22.
Is an optical switch optical system that arbitrarily switches the optical path to the j-th (j = 1 to m) optical waveguide end. This optical switch optical system is provided between the first optical waveguide array 21 and the second optical waveguide array 22 and has an n × m optical switch that switches the optical path between arbitrary optical waveguides. 25, the first optical coupling optical element 23 and the first light reflection / refraction element 26, which are arranged between the first optical waveguide array 21 and the optical switching element 25, the optical switching element 25 and the second optical waveguide. The second light reflection / refraction element 27 and the second optical coupling optical element 24 are arranged between the waveguide arrays 22, and the first and second light reflection / refraction elements 26 and 27 are provided.
Is for deflecting the optical path between the first and second optical waveguide arrays 21 and 22 and the optical switch element 25, and between the arbitrary optical waveguides of the first optical waveguide array 21 and the second optical waveguide array 22. Is arranged so that the optical path length of is maintained at a constant distance L 0 .
【００１１】尚、図１の実施例においては、第１、第２
の光結合用光学素子２３，２４として、レンズアレイを
用いている。また、図１の実施例においては、第１、第
２の光反射屈折素子２６，２７として、透明な平行平板
状部材の中に複数の反射面を形成したミラーアレイを用
いている。In the embodiment of FIG. 1, the first and second
Lens arrays are used as the optical elements 23 and 24 for optical coupling. Further, in the embodiment shown in FIG. 1, as the first and second light reflecting / refracting elements 26 and 27, a mirror array in which a plurality of reflecting surfaces are formed in a transparent parallel plate member is used.
【００１２】次に図１に示す構成の光スイッチ光学系の
配置例について、図２を参照してより詳しく説明する。
本実施例の光スイッチ光学系においては、図２に示すよ
うに、ｎ個の光導波路端が直線Ｌｎ上に配置された第１
の光導波路アレイ２１と、ｍ個の光導波路端が直線Ｌｍ
上に配置された第２の光導波路アレイ２２を、互いの光
導波路端が平行（Ｌｎ‖Ｌｍ）になるように対向して配
置し、第１、第２のレンズアレイ２３，２４は第１、第
２の光導波路アレイ２１，２２の光導波路端に対向して
配置し、２つの光導波路アレイ間に配置される光スイッ
チ素子２５は各光スイッチ２５Ｓの反射面の法線方向Ｓ
⊥が第１、第２の光導波路アレイ２１，２２の光導波路
端と平行（Ｌｎ‖Ｓ⊥）になるように配置し、かつ、光
スイッチ素子２５の各光スイッチ２５Ｓでの光束の入射
角と反射角をθ０とし、第１、第２のレンズアレイ２
３，２４と光スイッチ素子２５との間に配置される第
１、第２のミラーアレイ２６，２７により偏向され、各
光導波路アレイ２１，２２からの光路に対して曲げられ
る光路の角度をθｉ、θｊとしたとき、各角度の関係
が、
｜θｉ｜＝｜θｊ｜＝９０°−｜θ０｜
となるように第１、第２のミラーアレイ２６，２７を配
置している。このような配置とすることにより、光スイ
ッチ素子２５により結合される直線Ｌｎと直線Ｌｍ上に
ある任意の光導波路間の光路長が一定の距離Ｌ０に保た
れ、第１、第２のレンズアレイ２３，２４によって光導
波路間の最適な光結合が行われる。Next, an example of arrangement of the optical switch optical system having the configuration shown in FIG. 1 will be described in more detail with reference to FIG.
In the optical switch optical system of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the first n optical waveguide ends are arranged on the straight line Ln.
Optical waveguide array 21 and m optical waveguide ends are straight lines Lm
The second optical waveguide array 22 disposed above is disposed so as to face each other so that the optical waveguide ends are parallel (Ln | Lm), and the first and second lens arrays 23 and 24 are the first optical array. , The optical switch element 25 disposed facing the optical waveguide ends of the second optical waveguide arrays 21 and 22 and disposed between the two optical waveguide arrays is the normal direction S of the reflection surface of each optical switch 25S.
Arrangement such that ⊥ is parallel to the optical waveguide ends of the first and second optical waveguide arrays 21 and 22 (Ln‖S⊥), and the incident angle of the light flux at each optical switch 25S of the optical switch element 25. And the reflection angle is θ 0 , the first and second lens arrays 2
The angle of the optical path that is deflected by the first and second mirror arrays 26 and 27 arranged between the optical switching elements 25 and 3, 24 and is bent with respect to the optical paths from the optical waveguide arrays 21 and 22 is θi. , Θj, the first and second mirror arrays 26 and 27 are arranged so that the relationship between the angles is | θi | = | θj | = 90 ° − | θ 0 |. With such an arrangement, the optical path length between the arbitrary optical waveguides on the straight line Ln and the straight line Lm coupled by the optical switch element 25 is kept at a constant distance L 0 , and the first and second lenses are provided. Optimal optical coupling between the optical waveguides is performed by the arrays 23 and 24.
【００１３】本実施例では、図１、図２に示すように、
光スイッチ素子２５に対して、第１、第２のミラーアレ
イ２６，２７を介して第１、第２のレンズアレイ２３，
２４と第１、第２の光導波路アレイ２１，２２を配置す
ることによって、第１の光導波路アレイ２１のｉ番目
（ｉ＝１〜ｎ）にある光導波路端からの光路を、第２の
光導波路アレイ２２のｊ番目（ｊ＝１〜ｍ）の光導波路
端へ光路を切り替える場合、どの光導波路へも光路長が
同じ距離Ｌ０となり、図３に示した従来例のような光路
長変化がなくなり、図５に示したレンズ間隔Ｌに対する
カップリングロスの計算結果での最適な光導波路間結合
距離Ｌ０に光路長を設定することで、光スイッチ素子２
５による光路切り替えに対しても常に最適な、また光導
波間の信号強度のばらつきがない光結合を可能とするこ
とができる。また、第１、第２のレンズアレイ２３，２
４においても、光路長が同じ伝搬長での光結合を最適化
するので、レンズアレイの各レンズの焦点距離を画一化
できるため、レンズアレイの加工が容易になる。In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2,
For the optical switch element 25, the first and second lens arrays 23,
By disposing 24 and the first and second optical waveguide arrays 21 and 22, the optical path from the i-th (i = 1 to n) optical waveguide end of the first optical waveguide array 21 can be changed to the second optical path. When the optical path is switched to the j-th (j = 1 to m) optical waveguide end of the optical waveguide array 22, the optical path length becomes the same distance L 0 to all the optical waveguides, and the optical path length as in the conventional example shown in FIG. There is no change, and the optical path length is set to the optimum coupling distance L 0 between the optical waveguides in the calculation result of the coupling loss with respect to the lens interval L shown in FIG.
Even when the optical path is switched by the optical path switching method 5, it is possible to realize optical coupling which is always optimal and has no variation in signal intensity between the optical waveguides. In addition, the first and second lens arrays 23, 2
Also in No. 4, since the optical coupling is optimized with the propagation lengths having the same optical path length, the focal lengths of the respective lenses of the lens array can be made uniform, which facilitates the processing of the lens array.
【００１４】ここで、図１、図２に示す構成の光スイッ
チ光学系において、光スイッチ素子２５としては、光マ
イクロデバイス（ＭＥＭＳ、あるいはＭＯＥＭＳ）や、
電気光学偏向器を用いることができる。光マイクロデバ
イス（ＭＥＭＳ、あるいはＭＯＥＭＳ）の具体例として
は、ｎ×ｍ個の回転駆動可能な微小反射ミラーと駆動用
アクチュエータをマイクロマシーニング技術を用いて半
導体基板上に集積し、各反射ミラーを静電駆動や電磁駆
動等により駆動制御する光マイクロミラーデバイスや、
基板に対して垂直あるいは平行方向にスライド移動可能
なｎ×ｍ個の微小ミラーと駆動用アクチュエータをマイ
クロマシーニング技術を用いて半導体基板上に集積し、
各反射ミラーを静電駆動や電磁駆動等により駆動制御す
るスライドミラーデバイスなどがある。また、ｎ×ｍ本
の交差配列された光導波路の交差部に溝を設け、該溝内
に屈折率整合液等の液体を封入し、熱毛細管現象を利用
した方式やサーマルジェット方式などにより光の反射と
透過を切り替える導波路型光スイッチなどもある。Here, in the optical switch optical system having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, as the optical switch element 25, an optical microdevice (MEMS or MOEMS),
An electro-optic deflector can be used. As a specific example of the optical microdevice (MEMS or MOEMS), n × m rotationally drivable minute reflecting mirrors and driving actuators are integrated on a semiconductor substrate by using a micromachining technique, and each reflecting mirror is integrated. An optical micromirror device that is driven and controlled by electrostatic drive or electromagnetic drive,
N × m micromirrors that can slide vertically or parallel to the substrate and a driving actuator are integrated on a semiconductor substrate by using micromachining technology.
There is a slide mirror device that drives and controls each reflection mirror by electrostatic drive or electromagnetic drive. In addition, a groove is provided at the intersection of n × m optical waveguides that are arranged in a crossed arrangement, and a liquid such as a refractive index matching liquid is sealed in the groove, and light is generated by a method utilizing a thermal capillary phenomenon or a thermal jet method. There is also a waveguide type optical switch that switches between reflection and transmission.
【００１５】さらに、電気光学偏向器としては、ニオブ
酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の電気光学効果を有する
材料を用いてｎ×ｍ本の交差配列された光導波路を形成
し、光導波路の交差部に電極を設けて反射障壁部とし、
電界によって屈折率を変化させて光の反射と透過を切り
替える方式のものなどがある。Further, as the electro-optical deflector, a material having an electro-optical effect, such as lithium niobate (LiNbO 3 ), is used to form n × m optical waveguides arranged in a crossed array, and the crossing portions of the optical waveguides are formed. An electrode is provided on the
There is a system in which the refractive index is changed by an electric field to switch between reflection and transmission of light.
【００１６】次に、図１、図２に示す構成の光スイッチ
光学系においては、光反射屈折素子２６，２７としてミ
ラーアレイを用いた例を示したが、光反射屈折素子とし
ては、ミラーアレイの他に、プリズム、プリズムアレ
イ、回折光学素子などを用いることができる。Next, in the optical switch optical system having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, an example in which a mirror array is used as the light reflection / refraction elements 26 and 27 has been shown. Besides, a prism, a prism array, a diffractive optical element, or the like can be used.
【００１７】また、図１、図２に示す構成の光スイッチ
光学系においては、光結合用光学素子２３，２４として
レンズアレイを用いた例を示したが、光結合用光学素子
としては、レンズアレイの他に、バイナリーレンズ、回
折光学素子、ホログラフィック素子などを用いることが
できる。Further, in the optical switch optical system having the structure shown in FIGS. 1 and 2, the lens array is used as the optical coupling optical elements 23 and 24, but the optical coupling optical element is a lens. In addition to the array, a binary lens, a diffractive optical element, a holographic element, or the like can be used.
【００１８】さらにまた、図１、図２に示す構成の光ス
イッチ光学系においては、光結合用光学素子２３，２４
と光反射屈折素子２６，２７を一体とした光学素子を用
いることもできる。例えば、ミラーアレイ、プリズム、
プリズムアレイ、回折光学素子などの光反射屈折素子の
一面にレンズアレイ等を接合して一体化するか、あるい
は一体形成した光学素子を用いれば、光スイッチ光学系
の構成を簡素化することができ、組み付けや位置合わせ
の手間も軽減することができる。Furthermore, in the optical switch optical system having the structure shown in FIGS. 1 and 2, the optical elements 23 and 24 for optical coupling are provided.
It is also possible to use an optical element in which the light reflection and refraction elements 26 and 27 are integrated. For example, mirror array, prism,
The structure of the optical switch optical system can be simplified by bonding a lens array or the like to one surface of a light reflecting / refracting element such as a prism array or a diffractive optical element to form an integrated structure, or by using an integrally formed optical element. Also, it is possible to reduce the time and effort for assembly and alignment.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光スイッ
チ光学系は、第１の光導波路アレイと第２の光導波路ア
レイの間に配置され任意の光導波路間の光路を切り替え
るｎ×ｍ個の光スイッチを有する光スイッチ素子と、第
１の光導波路アレイと光スイッチ素子の間に配置される
第１の光結合用光学素子及び第１の光反射屈折素子と、
光スイッチ素子と第２の光導波路アレイの間に配置され
る第２の光反射屈折素子及び第２の光結合用光学素子と
によって構成され、第１、第２の光反射屈折素子は、第
１、第２の光導波路アレイと光スイッチ素子との間の光
路を偏向して、第１の光導波路アレイと第２の光導波路
アレイの任意の光導波路間の光路長を一定の距離に保つ
ように配置したことにより、第１の光導波路アレイの任
意の光導波路からの光路を、第２の光導波路アレイの任
意の光導波路へ光路を切り替える場合、どの光導波路へ
も光路長が同じ距離となり、光路長変化がなくなるの
で、光スイッチ素子による光路切り替えに対しても常に
任意の光導波路間の光結合の最適化ができ、信号強度の
ばらつきがない光結合を行うことができる。また、光結
合用光学素子にレンズアレイを用いた場合にも、光路長
が同じ伝搬長での光結合を最適化するので、レンズアレ
イの各レンズを同じ焦点距離で最適化できるため、レン
ズアレイの加工がしやすくなる。As described above, the optical switch optical system of the present invention is arranged between the first optical waveguide array and the second optical waveguide array and switches the optical path between arbitrary optical waveguides n × m. An optical switch element having a plurality of optical switches, a first optical coupling optical element and a first optical catadioptric element arranged between the first optical waveguide array and the optical switch element,
The second light reflection / refraction element and the second optical coupling optical element are arranged between the optical switch element and the second optical waveguide array. 1, the optical path between the second optical waveguide array and the optical switch element is deflected to keep the optical path length between arbitrary optical waveguides of the first optical waveguide array and the second optical waveguide array at a constant distance. With this arrangement, when the optical path from the arbitrary optical waveguide of the first optical waveguide array is switched to the arbitrary optical waveguide of the second optical waveguide array, the optical path length is the same for all the optical waveguides. Since there is no change in the optical path length, the optical coupling between arbitrary optical waveguides can always be optimized even when the optical path is switched by the optical switching element, and the optical coupling can be performed without variations in signal intensity. Even when a lens array is used as the optical element for optical coupling, the optical coupling with the same optical path length is optimized, so that each lens of the lens array can be optimized with the same focal length. Will be easier to process.
【図１】本発明の一実施例を示す光スイッチ光学系の概
略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical switch optical system showing an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す光スイッチ光学系の配置説明図であ
る。FIG. 2 is a layout explanatory view of the optical switch optical system shown in FIG.
【図３】従来技術の一例を示す光スイッチ光学系の概略
構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an optical switch optical system showing an example of a conventional technique.
【図４】２つの光導波路を２つのレンズを用いて結合す
る場合の説明図であり、（ａ）はレンズ間の光路長が最
適な状態を模式的に示す図、（ｂ）はレンズ間の光路長
が最適な状態よりも短いときの状態を模式的に示す図、
（ｃ）はレンズ間の光路長が最適な状態よりも長いとき
の状態を模式的に示す図である。4A and 4B are explanatory views when two optical waveguides are coupled by using two lenses, FIG. 4A is a diagram schematically showing a state in which an optical path length between lenses is optimum, and FIG. A diagram schematically showing a state when the optical path length of is shorter than the optimum state,
(C) is a figure which shows typically the state when the optical path length between lenses is longer than the optimal state.
【図５】最適なレンズ間隔Ｌ０に対してレンズ間隔Ｌが
変化した場合のカップリングロスの計算値を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a calculated value of a coupling loss when the lens distance L changes with respect to the optimum lens distance L 0 .
２１ 第１の光導波路アレイ
２２ 第２の光導波路アレイ
２３ 第１のレンズアレイ（第１の光結合用光学素
子）
２４ 第２のレンズアレイ（第２の光結合用光学素
子）
２５ 光スイッチ素子
２５Ｓ 光スイッチ
２６ 第１のミラーアレイ（第１の光反射屈折素
子）
２７ 第２のミラーアレイ（第２の光反射屈折素
子）21 First Optical Waveguide Array 22 Second Optical Waveguide Array 23 First Lens Array (First Optical Coupling Optical Element) 24 Second Lens Array (Second Optical Coupling Optical Element) 25 Optical Switch Element 25S Optical Switch 26 First Mirror Array (First Light Reflecting and Refracting Element) 27 Second Mirror Array (Second Light Reflecting and Refracting Element)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石亀 貴幸 岩手県花巻市大畑第10地割109番地・リコ ー光学株式会社内 Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AB13 AC04 AC06 2K002 AA02 AB05 BA06 EA14 EA30 HA02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Takayuki Ishigame 109, Ohata 10th District, Hanako, Iwate Prefecture, Rico -In Optical Co., Ltd. F-term (reference) 2H041 AA16 AB13 AC04 AC06 2K002 AA02 AB05 BA06 EA14 EA30 HA02
Claims (6)
配置した第１の光導波路アレイと、ｍ個の光導波路の光
導波路端を一直線上に配置した第２の光導波路アレイと
を、光スイッチ素子と光結合用光学素子を介して結合
し、２つの光導波路アレイ間で任意の光導波路を光結合
するための光スイッチ光学系において、 第１の光導波路アレイと第２の光導波路アレイの間に配
置され任意の光導波路間の光路を切り替えるｎ×ｍ個の
光スイッチを有する光スイッチ素子と、第１の光導波路
アレイと光スイッチ素子の間に配置される第１の光結合
用光学素子及び第１の光反射屈折素子と、光スイッチ素
子と第２の光導波路アレイの間に配置される第２の光反
射屈折素子及び第２の光結合用光学素子とによって構成
され、第１、第２の光反射屈折素子は、第１、第２の光
導波路アレイと光スイッチ素子との間の光路を偏向し
て、第１の光導波路アレイと第２の光導波路アレイの任
意の光導波路間の光路長を一定の距離に保つように配置
したことを特徴とする光スイッチ光学系。1. A first optical waveguide array in which the optical waveguide ends of n optical waveguides are arranged in a straight line, and a second optical waveguide array in which the optical waveguide ends of m optical waveguides are arranged in a straight line. In an optical switch optical system for optically coupling an arbitrary optical waveguide between two optical waveguide arrays by coupling the optical switching element and the optical coupling optical element. An optical switch element having n × m optical switches arranged between the optical waveguide arrays and switching an optical path between arbitrary optical waveguides, and a first optical waveguide element arranged between the first optical waveguide array and the optical switch element. An optical coupling optical element and a first optical catadioptric element, and a second optical catadioptric element and a second optical coupling optical element that are arranged between the optical switch element and the second optical waveguide array. The first and second light reflection and refraction elements , The optical path between the first and second optical waveguide arrays and the optical switch element is deflected, and the optical path length between arbitrary optical waveguides of the first optical waveguide array and the second optical waveguide array is fixed by a certain distance. An optical switch optical system characterized in that it is arranged so as to be kept at.
て、 ｎ個の光導波路端が直線Ｌｎ上に配置された第１の光導
波路アレイと、ｍ個の光導波路端が直線Ｌｍ上に配置さ
れた第２の光導波路アレイを、互いの光導波路端が平行
（Ｌｎ‖Ｌｍ）になるように対向して配置し、第１、第
２の光結合用光学素子は第１、第２の光導波路アレイの
光導波路端に対向して配置し、２つの光導波路アレイ間
に配置される光スイッチ素子は各光スイッチの反射面の
法線方向Ｓ⊥が第１、第２の光導波路アレイの光導波路
端と平行（Ｌｎ‖Ｓ⊥）になるように配置し、かつ、光
スイッチ素子の各光スイッチでの光束の入射角と反射角
をθ０とし、第１、第２の光結合用光学素子と光スイッ
チ素子との間に配置される第１、第２の光反射屈折素子
により偏向され各光導波路アレイからの光路に対して曲
げられる光路の角度をθｉ、θｊとしたとき、各角度の
関係が、 ｜θｉ｜＝｜θｊ｜＝９０°−｜θ０｜ となるように第１、第２の光反射屈折素子を配置するこ
とにより、光スイッチ素子により結合される直線Ｌｎと
直線Ｌｍ上にある任意の光導波路間の光路長が一定の距
離Ｌ０に保たれ、第１、第２の光結合用光学素子によっ
て光導波路間の最適な光結合が行われることを特徴とす
る光スイッチ光学系。2. The optical switch optical system according to claim 1, wherein a first optical waveguide array in which n optical waveguide ends are arranged on a straight line Ln, and m optical waveguide ends are arranged on a straight line Lm. The arranged second optical waveguide arrays are arranged so as to face each other so that their optical waveguide ends are parallel (Ln | Lm), and the first and second optical coupling optical elements are the first and second optical coupling optical elements. The optical switch element, which is arranged so as to face the optical waveguide end of the optical waveguide array and is arranged between the two optical waveguide arrays, has the first and second optical waveguide arrays in which the normal direction S⊥ of the reflecting surface of each optical switch is Is arranged so as to be parallel to the end of the optical waveguide of (Ln ∥S ⊥), and the incident angle and reflection angle of the light flux at each optical switch of the optical switch element are θ 0, and the first and second optical coupling Is deflected by the first and second light-reflecting and refracting elements arranged between the optical element for optical use and the optical switching element. When the angles of the optical paths bent with respect to the optical paths from the respective optical waveguide arrays are θi and θj, the relationship between the respective angles becomes | θi | = | θj | = 90 ° − | θ 0 | , By arranging the second light reflection / refraction element, the optical path length between arbitrary optical waveguides on the straight line Ln and the straight line Lm coupled by the optical switch element is kept at a constant distance L 0 , and An optical switch optical system characterized in that optimal optical coupling between optical waveguides is performed by a second optical coupling optical element.
において、 光スイッチ素子として、光マイクロデバイスまたは電気
光学偏向器を用いたことを特徴とする光スイッチ光学
系。3. The optical switch optical system according to claim 1, wherein an optical microdevice or an electro-optical deflector is used as the optical switch element.
において、 光反射屈折素子として、ミラーアレイ、プリズム、プリ
ズムアレイ、回折光学素子の何れかを用いたことを特徴
とする光スイッチ光学系。4. The optical switch optical system according to claim 1 or 2, wherein any one of a mirror array, a prism, a prism array and a diffractive optical element is used as the light reflecting / refracting element. .
において、 光結合用光学素子として、レンズアレイ、バイナリーレ
ンズ、回折光学素子、ホログラフィック素子の何れかを
用いたことを特徴とする光スイッチ光学系。5. The optical switch optical system according to claim 1, wherein any one of a lens array, a binary lens, a diffractive optical element and a holographic element is used as the optical element for optical coupling. Switch optics.
において、 光結合用光学素子と光反射屈折素子を一体とした光学素
子を用いたことを特徴とする光スイッチ光学系。6. The optical switch optical system according to claim 1 or 2, wherein an optical element in which an optical element for optical coupling and an optical catadioptric element are integrated is used.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002038391A JP2003241239A (en) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | Optical switch optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002038391A JP2003241239A (en) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | Optical switch optical system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003241239A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7289695B2 (en) | 2004-12-07 | 2007-10-30 | Fujitsu Limited | Optical switching device and optical member unit |
| JP2016024929A (en) * | 2014-07-18 | 2016-02-08 | スタンレー電気株式会社 | Vehicular lighting tool |
-
2002
- 2002-02-15 JP JP2002038391A patent/JP2003241239A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2016024929A (en) * | 2014-07-18 | 2016-02-08 | スタンレー電気株式会社 | Vehicular lighting tool |
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