JP2008310244A - 波長選択スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光学部品の固定の際に光学部品の位置がずれにくい波長選択スイッチを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る波長選択スイッチ１０は、レンズアレイ２０、第一レンズ３０、及び、ビームエキスパンダ４０を有するスイッチ部１１と、第二レンズ５０、回折格子６０、及び、第三レンズ７０、ミラー８０ａを有する分波部１２と、を備える波長選択スイッチ１０であって、スイッチ部１１と分波部１２とは、それぞれ独立の筐体（点線及び一点鎖線で図示）に収容され、スイッチ部１１の筐体と分波部１２の筐体との接続面に、第一レンズ３０を通る光と第二レンズ５０を通る光との共焦点（図１では、共焦点は、第一レンズ３０の焦点３０ａと一致。）が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光波長多重通信において、異なる波長の光を分岐し又は結合することが可能な波長選択スイッチに関する。

光波長多重通信の普及に伴い、波長毎に光信号を合波又は分波する波長選択スイッチが光通信のキーデバイスとなっている。

図７に光スイッチモジュールの概略構成図を示す。光スイッチモジュール２１１は、例えば、ＶＩＰＡ２０１（Ｖｉｒｔｕａｌｌｙ Ｉｍａｇｅｄ Ｐｈａｓｅ Ａｒｒａｙ）、コリメートレンズ２１２ａ、２１２ｂ、セミシリンドリカルレンズ２１２ｃ、フォーカスレンズ２１３、マイクロミラーアレイ２１４、光入出力ポート２１５、光ファイバ用コネクタ２１５ａ、２１５ｂ、光ファイバ２１５ｃ、２１５ｄ及び金属筐体２１７を有する。

光スイッチモジュール２１１は、２個の光ポートを有し、光ファイバ２１５ｃ，２１５ｄの端面からそれぞれ光を出射し、コリメートレンズ２１２ａ，２１２ｂで平行光とした後、セミシリンドリカルレンズ２１２ｃによりＶＩＰＡ２０１に収束して入射される。ＶＩＰＡ２０１は、光を波長λ１〜λｎに応じた別々の出射角度を保持して出射する。フォーカスレンズ２１３は、光Ａ，Ｂをマイクロミラーアレイ２１４のマイクロミラー上の一点に集光させる。マイクロミラーアレイ２１４は、波長λ１〜λｎに対応する複数のマイクロミラーを有する。マイクロミラーの角度変更により、入射された光の光路を波長λ１〜λｎ別に光の光路に戻すかあるいは光の光路に反射させることができ、２個の光ポートの間で光の波長別の切り換えを行える。
特開２００４−２５８４０９号公報

しかし、従来の波長選択スイッチは、接着剤や半田付けによって光学部品を固定する際に光学部品の位置がずれやすい問題がある。また、従来の波長選択スイッチは、光学部品の位置がずれて固定されるとこれを元に戻すことは困難である。さらに、接着剤や半田付けによる固定の場合、従来の波長選択スイッチの動作温度、例えば、−５℃〜７０℃の動作温度では、接着剤や半田が熱応力の影響を受けて光学部品の位置がずれる可能性があり、長期間の使用に不安がある。

そこで、本発明は、光学部品の固定の際に光学部品の位置がずれにくい波長選択スイッチを提供することを目的とする。

上記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、スイッチ部と分波部に２分割し、これらを共焦点で接続したことを特徴とする。

具体的には、本発明に係る波長選択スイッチは、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置されたレンズアレイ、前記レンズアレイを間にして前記光入出力ポートの反対側に配置され、前記レンズアレイからの光を収束光にする第一レンズ、及び、前記第一レンズを間にして前記光入出力ポートの反対側、かつ、前記第一レンズと前記第一レンズの焦点との間に配置され、前記第一レンズの焦点において、前記光入出力ポートの配列方向では前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向では前記第一レンズを透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダを有するスイッチ部と、前記ビームエキスパンダからの光を平行光にするように配置された第二レンズ、前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第二レンズを透過した光を受ける面上に前記光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第二レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子、及び、前記回折格子を間にして前記第二レンズの反対側に配置される第三レンズ、前記光入出力ポートから出力され前記レンズアレイ、前記第一レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第二レンズ、前記回折格子及び前記第三レンズを透過した光をそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが前記第三レンズ、前記回折格子、前記第二レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第一レンズ及び前記レンズアレイを再び透過して前記光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラーを有する分波部と、を備える波長選択スイッチであって、前記スイッチ部と前記分波部とは、それぞれ独立の筐体に収容され、前記スイッチ部の筐体と前記分波部の筐体との接続面に、前記第一レンズを通る光と前記第二レンズを通る光との共焦点が配置されていることを特徴とする。

上記波長選択スイッチは、光学部品の固定の際に光学部品の位置がずれにくい。

本発明に係る波長選択スイッチでは、前記第一レンズを通る光の光軸と前記第二レンズを通る光の光軸とが略一致することが好ましい。

上記波長選択スイッチは、光損失を低減することができる。

本発明に係る波長選択スイッチでは、前記スイッチ部は、前記筐体が同軸構造であることが好ましい。

上記波長選択スイッチは、スイッチ部の筐体を同軸構造とすることにより第一レンズを通る光の位置を３軸及び回転方向で調整して固定することができるため、光学部品の位置ずれの影響を少なくすることができる。

本発明に係る波長選択スイッチでは、前記分波部のうち前記複数のミラーが同軸構造の筐体に収容されていることが好ましい。

上記波長選択スイッチは、複数のミラーを同軸構造の筐体に収容することにより第三レンズ７０を通る光の位置を３軸及び回転方向で調整して固定することができるため、光学部品の位置ずれの影響を少なくすることができる。

本発明は、光学部品の固定の際に光学部品の位置がずれにくい波長選択スイッチを提供することができる。

以下、具体的に実施形態を示して本願発明を詳細に説明するが、本願の発明は以下の記載に限定して解釈されない。なお、以下の実施形態では、１つの光入出力ポート（後述の光入出力ポート１０１ｄ）から光が出力され他の光入出力ポート（後述の光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇ）に光を波長ごとに分けて出力する構成について説明するが、当該他の光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれかから出力される光を波長ごとに分けて当該１つの光入出力ポート１０１ｄに入力する形態についても同様に説明できる。

図１に、本実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図を示す。図１（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチを示し、図１（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチを示している。図１では、光入出力ポート１０１ｄから出力して回折格子６０で所定の波長間隔に分波され、ミラー８０ｂに至るまでの光路についてはレンズアレイ２０、第一レンズ３０、ビームエキスパンダ４０及び第二レンズ５０の作用を表すために破線で光束を示し、実線で主軸光線を示している。他の光路については図の錯綜を避けるため主軸光線のみを実線、又は一点鎖線で示している。

本実施形態に係る波長選択スイッチ１０は、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポート１０１に対向して光入出力ポート１０１からの光を平行光にするように配置されたレンズアレイ２０、レンズアレイ２０を間にして光入出力ポート１０１の反対側に配置され、レンズアレイ２０からの光を収束光にする第一レンズ３０、及び、第一レンズ３０を間にして光入出力ポート１０１の反対側、かつ、第一レンズ３０と第一レンズ３０の焦点３０ａとの間に配置され、第一レンズ３０の焦点３０ａにおいて、光入出力ポート１０１の配列方向では第一レンズ３０からの収束光をそのまま収束させ、光入出力ポート１０１の配列方向と直交する方向では第一レンズ３０を透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダ４０を有するスイッチ部１１と、ビームエキスパンダ４０からの光を平行光にするように配置された第二レンズ５０、光入出力ポート１０１から入出力される光のうち第二レンズ５０を透過した光を受ける面上に光入出力ポート１０１の配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面６２において第二レンズ５０を透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子６０、及び、回折格子６０を間にして第二レンズ３０の反対側に配置される第三レンズ７０、光入出力ポート１０１から出力されレンズアレイ２０、第一レンズ３０、ビームエキスパンダ４０、第二レンズ５０、回折格子６０及び第三レンズ７０を透過した光をそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが第三レンズ７０、回折格子６０、第二レンズ５０、ビームエキスパンダ４０、第一レンズ３０及びレンズアレイ２０を再び透過して光入出力ポート１０１のいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラーを有する分波部１２と、を備える波長選択スイッチ１０であって、スイッチ部１１と分波部１２とは、それぞれ独立の筐体（点線及び一点鎖線で図示）に収容され、スイッチ部１１の筐体と分波部１２の筐体との接続面に、第一レンズ３０を通る光と第二レンズ５０を通る光との共焦点（図１では、共焦点は、第一レンズ３０の焦点３０ａと一致。）が配置されている。ビームエキスパンダ４０は、光入出力ポートの配列方向では第一レンズ３０からの収束光をそのまま収束させ、光入出力ポートの配列方向と直交する方向では第一レンズ３０を透過した光をより大きく収束させるシリンドリカル凸レンズで構成することができる。

光入出力ポート１０１は、複数からなる。図１では、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇと７つ記載しているが、これ以上又はこれ以下の任意の数で配置可能である。光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇには、例えば、図１に示すように光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇごとに光ファイバ１４０ａ〜１４０ｇが接続され、又は、光導波路（不図示）が接続される。また、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇは、それぞれ光ファイバ１４０ａ〜１４０ｇを伝搬する一以上の波長を含む光を入出力する。また、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇは、横並び直線状に設けられる。図１（ｂ）に示すように、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇは、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇから出力される光の向きがｚ軸方向に平行となるように配置されているが、レンズアレイ２０において平行光に変換されるのであれば、いずれの向きに向いていてもよい。

レンズアレイ２０としては、例えば、マイクロレンズアレイがある。

第一レンズ３０としては、例えば、凸レンズ、光学収差を低減させるために適切な凸レンズと凹レンズを接着して組み合わせたダブレットレンズ、及び、トリプレットレンズのように複数のレンズを組み合わせたレンズや非球面レンズがある。

ビームエキスパンダ４０は、凸面を第一レンズ３０に向けて配置している。図１（ａ）に示すように、ビームエキスパンダ４０は、光入出力ポート１０１の配列方向と直交する方向、すなわち、ｘ軸方向では第一レンズ３０を透過した光をより大きく収束させる。一方、図１（ｂ）に示すように、ビームエキスパンダ４０は、光入出力ポート１０１の配列方向、すなわち、ｙ軸方向では第一レンズ３０からの収束光をそのまま収束させる。このため、第一レンズ３０からの収束光は、第一レンズ３０の焦点３０ａを過ぎて第二レンズ５０に近づくほどｘ軸方向に拡大し、第二レンズ５０にて平行光となる。第二レンズ５０における光の断面は、ｘ軸方向に拡大された楕円形となる。

スイッチ部１１の筐体は、例えば、金属製であり、レンズアレイ２０、第一レンズ３０及びビームエキスパンダ４０を収容する。

第二レンズ５０及び第三レンズ７０としては、第一レンズ３０と同様のものがある。

格子面６２上には、図１（ｂ）のｙ軸方向に平行な格子が図１（ａ）のｘ軸方向に平行に複数形成される。格子は、格子面６２上に形成された複数の凹凸形状の溝であってもよいし、光を反射する部分と吸収する部分とを交互に配置してもよい。これにより、図１（ａ）に示すように、第２レンズ５０を透過した光は、回折格子６０の格子面６２上でｘ軸方向に波長ごとに異なる角度で透過する。なお、図１（ｂ）のｚ軸方向にはそのまま透過する。図１では簡単のため回折格子６０の格子面６２は、第二レンズ５０に正対しているが、一般的には格子面６２の法線がｘｚ面内にあるように光軸（ｚ軸）に対して傾斜している。

ミラー８０ａ，８０ｂは、図１では２つ記載しているが、光ファイバ１４０内を伝搬する光の波長数に応じて波長ごとに複数配置するとよい。以下、ミラー８０ａを中心に説明するが、ミラー８０ｂも同様である。ミラー８０ａが光入出力ポート１０１ｃに、ミラー８０ｂが光入出力ポート１０１ｅに、それぞれ光を収束するように設定されているが、角度に応じて光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれにも収束させることは可能である。例えば、ミラー８０ａのように角度を上方に傾けると入出力ポート１０１ｃに収束させることができ、一方、ミラー８０ｂのように下方に傾けると光入出力ポート１０１ｅに収束させることができる。このように、ミラー８０ａの角度を変えることで波長選択が可能となる。ミラー８０ａとしては、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを適用して小型の波長選択スイッチを実現することができる。

波長選択スイッチ１０は、第一レンズ３０と第二レンズ５０が共焦点光学系を構成すること、すなわち、第一レンズ３０の焦点３０ａと第二レンズ５０の焦点が一致することが好ましい。また、第二レンズ５０と回折格子６０との距離と等しい距離で第三レンズ７０を配置することが好ましい。また、第二レンズ５０と回折格子６０との距離と等しい距離で第三レンズ７０を配置することが好ましい。

分波部１２の筐体は、例えば、金属製であり、第二レンズ５０、回折格子６０、第三レンズ７０及びミラー８０ａ，８０ｂを収容する。

本実施形態に係る波長選択スイッチ１０では、第一レンズ３０を通る光の光軸と第二レンズ５０を通る光の光軸とが略一致することが好ましい。波長選択スイッチ１０は、第一レンズ３０及び第二レンズ５０において光が漏れず、光損失を低減することができる。

以上のように、波長選択スイッチ１０は、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれかから出力される複数波長の光を他の光入出力ポート（光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれか）に振り分け、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのうち複数から出力される光を他の１つの光入出力ポート（光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれか）で合波することができるため、光波長多重通信ネットワーク実現の際の波長多重用の光合分波回路や波長再配置型のａｄｄ−ｄｒｏｐ波長多重回路として適用できる。

図２に本実施形態に係る波長選択スイッチの上面透視図を示した。上述したように、波長選択スイッチ１０は、スイッチ部１１と分波部１２を備える。また、図２では、スイッチ部１１の筐体に収容されるレンズアレイ２０、第一レンズ３０及びビームエキスパンダ４０、並びに、分波部１２の筐体に収容される第二レンズ５０、回折格子６０、第三レンズ７０及びミラー８０ａを点線で図示した。スイッチ部１１の筐体は、例えば、レンズアレイ２０、第一レンズ３０及びビームエキスパンダ４０をそれぞれ収容する金属製のホルダを有する。また、スイッチ部１１の筐体は、金属製のカラーを介して分波部１２の筐体の側面に装着される。ここで、波長選択スイッチでは、スイッチ部１１の筐体と分波部１２の筐体は、ＹＡＧレーザを用いて、ＹＡＧ溶接することが好ましい。ＹＡＧ溶接は、短パルス溶接のため、接合強度が強く、スイッチ部１１の筐体と分波部１２の筐体の位置がずれにくく、接着剤による固定と比べて時間が経過しても位置ずれが発生しにくい。なお、スイッチ部１１の筐体の詳細については後述する。

分波部１２の筐体は、箱状の金属筐体１２ａ及びＭＥＭＳ筐体１２ｂで構成される。金属筐体１２ａには、第二レンズ５０、回折格子６０及び第三レンズ７０が収容される。また、ＭＥＭＳ筐体１２ｂは、ミラー８０ａを収容する金属製のホルダを有し、金属筐体１２ａの側面に金属製のカラーを介して装着される。また、スイッチ部１１の筐体及び分波部１２の筐体には、光路を確保できるように穴が設けられる。穴はホウケイ酸ガラス、サファイアガラス等の透明窓で封止されている。上記と同様の理由により、波長選択スイッチでは、金属筐体１２ａとＭＥＭＳ筐体１２ｂは、ＹＡＧレーザを用いて、ＹＡＧ溶接することが好ましい。ここで、ＭＥＭＳ筐体１２ｂは、同軸構造としても良い。

図３から図６まで、本実施形態におけるスイッチ部の製作過程の外観図を示した。光ファイバ１４０は、例えば、複数のファイバが束ねられたテープファイバである。図３に示すように、光ファイバ１４０の片端は、光ファイバ１４０の保持のためにガラス１４１が両側に装着される。さらに、その外側に同軸型ホルダ１４２に装着される。また、図４に示すように、レンズアレイが収容された金属ホルダ１４３と光ファイバ１４０が金属カラー１４４を介して接続される。そして、図５に示すように、ホルダ１４２と第一レンズ３０を収容する金属ホルダ１４５を接続させる。そして、図６に示すように、ホルダ１４５とビームエキスパンダ４０を収容する金属製ホルダ１４６を接続させる。以上のようにして、スイッチ部を製造することができる。上記と同様の理由により、波長選択スイッチでは、ホルダ１４２、１４３、金属カラー１４４、ホルダ１４５、及び１４６はＹＡＧレーザを用いて、ＹＡＧ溶接することが好ましい。

本実施形態に係る波長選択スイッチ１０では、スイッチ部１１は、さらに、筐体が同軸構造であることが好ましい。スイッチ部１１の筐体を同軸構造とすることにより第一レンズ３０を通る光の位置を３軸及び同軸の中心軸を軸とする回転方向で調整し、接触する同軸構造の任意の縁部をＹＡＧ溶接で固定することができるため、光学部品の位置ずれの影響を少なくすることができる。スイッチ部１１の同軸構造としては、例えば、ホルダ１４２、１４３、金属カラー１４４、ホルダ１４５及びホルダ１４６を同軸構造とすることである。

本実施形態に係る波長選択スイッチ１０では、複数のミラー８０ａは、さらに、同軸構造の筐体に収容されていることが好ましい。複数のミラー８０ａを同軸構造の筐体に収容することにより第三レンズ７０を通る光の位置を３軸及び同軸の中心軸を軸とする回転方向で調整し、接触する同軸構造の任意の縁部をＹＡＧ溶接で固定することができるため、光学部品の位置ずれの影響を少なくすることができる。例えば、ＭＥＭＳ筐体１２ｂを同軸構造とすることである。

本発明の波長選択スイッチは、異なる波長の光を分岐し又は結合することができ、光波長多重通信ネットワーク実現の際の波長多重用の光合分波回路や波長再配置型のａｄｄ−ｄｒｏｐ波長多重回路として適用できる。

本実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図である。 本実施形態に係る波長選択スイッチの上面透視図である。 本実施形態におけるスイッチ部の製作過程の第一の外観図である。 本実施形態におけるスイッチ部の製作過程の第二の外観図である。 本実施形態におけるスイッチ部の製作過程の第三の外観図である。 本実施形態におけるスイッチ部の製作過程の第四の外観図である。 光スイッチモジュールの概略構成図である。

符号の説明

１０ 波長選択スイッチ
１１ スイッチ部
１２ 分波部
１２ａ 金属筐体
１２ｂ ＭＥＭＳ筐体
２０ レンズアレイ
３０ 第一レンズ
３０ａ 焦点（共焦点）
４０ ビームエキスパンダ
５０ 第二レンズ
６０ 回折格子
６２ 格子面
７０ 第三レンズ
８０ａ，８０ｂ ミラー
１０１ 光入出力ポート
１４０ 光ファイバ
１４１ ガラス
１４２、１４３、１４５、１４６ ホルダ
１４４ 金属カラー
２０１ ＶＩＰＡ
２１１ 光スイッチモジュール
２１２ 光学系
２１２ａ，２１２ｂ コリメートレンズ
２１２ｃ セミシリンドリカルレンズ
２１３ 光学系（フォーカスレンズ）
２１４ マイクロミラーアレイ
２１５ 光入出力ポート
２１５ａ，２１５ｂ 光ファイバ用コネクタ
２１５ｃ，２１５ｄ 光ファイバ
２１７ 金属筐体

Claims (4)

1. 一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置されたレンズアレイ、前記レンズアレイを間にして前記光入出力ポートの反対側に配置され、前記レンズアレイからの光を収束光にする第一レンズ、及び、前記第一レンズを間にして前記光入出力ポートの反対側、かつ、前記第一レンズと前記第一レンズの焦点との間に配置され、前記第一レンズの焦点において、前記光入出力ポートの配列方向では前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向では前記第一レンズを透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダを有するスイッチ部と、
   前記ビームエキスパンダからの光を平行光にするように配置された第二レンズ、前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第二レンズを透過した光を受ける面上に前記光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第二レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子、及び、前記回折格子を間にして前記第二レンズの反対側に配置される第三レンズ、前記光入出力ポートから出力され前記レンズアレイ、前記第一レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第二レンズ、前記回折格子及び前記第三レンズを透過した光をそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが前記第三レンズ、前記回折格子、前記第二レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第一レンズ及び前記レンズアレイを再び透過して前記光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラーを有する分波部と、
   を備える波長選択スイッチであって、
   前記スイッチ部と前記分波部とは、それぞれ独立の筐体に収容され、前記スイッチ部の筐体と前記分波部の筐体との接続面に、前記第一レンズを通る光と前記第二レンズを通る光との共焦点が配置されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
2. 前記第一レンズを通る光の光軸と前記第二レンズを通る光の光軸と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。
3. 前記スイッチ部は、前記筐体が同軸構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長選択スイッチ。
4. 前記分波部のうち前記複数のミラーが同軸構造の筐体に収容されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の波長選択スイッチ。

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