JP2009122492A - 光チャネルモニタおよび波長選択型光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化と低コスト化を実現することができる光チャネルモニタを提供する。
【解決手段】回折格子４３には反射部４３ｂが設けられている。回折格子４３の反射部４３ｂにより反射された反射光の光軸上に、レンズ６および受光素子７１が設けられている。ＭＥＭＳミラー５２ａにより反射された回折光の一部は、回折格子４３の反射部４３ｂにより反射され、レンズ６を介して受光素子７１に照射される。このような簡便な構成で回折光の反射光の光量を容易に測定することができるので、結果として、小型化と低コスト化を実現するができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光チャネルモニタおよびこの光チャネルモニタを備えた波長選択型光スイッチに関するものである。

近年、光通信の分野では、１つの波長に１つの光信号を対応させ、波長多重して伝送するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）技術により、一本の光ファイバにより大容量の光伝送を行うことが実現されている。このような光通信技術の発展に伴って、光信号を電気信号等に変換することなく経路を切り替える光スイッチが脚光を浴びている。なかでも、数十もの波長から任意の波長を選択して複数の出力ファイバのうちの何れかへ出力可能な波長選択型光スイッチ（例えば、特許文献１参照）が提案されている。この波長選択型光スイッチの（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）一例を図１８に示す。

図１８に示す波長選択型光スイッチは、ファイバアレイ１１０と、マイクロレンズアレイ１２０と、集光レンズ１３０と、４ｆ光学系１４０と、ＭＥＭＳミラーアレイチップ１５０とを備えており、これらがこの順番で１の方向（以下、「Ｚ軸方向」という）に沿って配列した構成を有する。

ファイバアレイ１１０は、複数の光ファイバ（図１８の場合７本）を、その光軸をＺ軸に沿わせた状態でＺ軸と直交するＹ軸方向に並設した構成を有する。なお、図１８においては、１つの入力ポート１１１と６つの出力ポート１１２が設けられている。

マイクロレンズアレイ１２０は、複数のマイクロレンズをＹ方向に沿って並設したものである。このようなマイクロレンズアレイ１２０は、入力ポート１１１の出力側および出力ポート１１２の入力側、すなわちファイバアレイ１１０のＺ方向の正の側に、各マイクロレンズが対応するファイバアレイ１１０の各光ファイバと対向するように配設される。

４ｆ光学系１４０は、それぞれ焦点距離がｆの第１レンズ１４１および第２レンズ１４２と、透過型の回折格子１４３とから構成され、第１レンズ１４１、回折格子１４３、第２レンズ１４２の順序で集光レンズ１３０からＺ方向の正の側に配設される。第１レンズ１４１は、集光レンズ１３０から集光レンズ１３０の焦点距離および第１レンズ１４１の焦点距離ｆの和だけ離間した位置に配設される。回折格子１４３は、第１レンズ１４１から焦点距離ｆだけ離間した位置に配設される。第２レンズ１４２は、回折格子１４３から焦点距離ｆだけ離間した位置に配設される。ここで、第１レンズ１４１の集光レンズ１３０側の焦点におけるＸ軸およびＸ軸並びにＺ軸に垂直なＹ軸から構成される平面を第１焦点面、第２レンズ１４２のＭＥＭＳミラーアレイチップ１５０側の焦点におけるＸ軸およびＹ軸から構成される平面を第２焦点面という。

ＭＥＭＳミラーアレイチップ１５０は、図１９に示すように、平面視略矩形の基部１５１にそれぞれミラー１５２ａを有する複数のＭＥＭＳミラー素子１５２を備え、ミラー１５２ａの中心を通る直線が基部１５１の長手方向、すなわちＸ軸方向に沿うように配列した構成を有する。このようなＭＥＭＳミラーアレイチップ１５０は、ＭＥＭＳミラー素子１５２のミラー１５２ａの主表面を４ｆ光学系１４０に対向させた状態で、第２焦点面に配設される。ＭＥＭＳミラー素子１５２のミラー１５２ａは、基部１５１に対して、波長分離軸（Ｘ軸）およびこのＸ軸に直交するＹ軸という二軸方向に回動可能な状態に支持されている。これにより、ミラー１５２ａをＸ軸回りに回動させることによって（符号α）出力ポートの選択が行われる。また、ミラー１５２ａをＹ軸回りに回動させることによって（符号β）、アッテネーションレベルの制御が行われる。

このような波長選択型光スイッチにおいて、例えば波長チャネル間隔１００ＧＨｚで４０波（チャネル）だけ波長分離されたＷＤＭ信号光が入力ポート１１１より入力されると、そのＷＤＭ信号光は、マイクロレンズアレイ１２０、集光レンズ１３０および第１レンズ１４１を介して回折格子１４３に入射し、この回折格子１４３によって４０波に分波され、分波されたチャネルのそれぞれが第二の焦点面のＸ軸上に整列してビームウェストを形成する。このビームウェスト位置には、各チャネルに対応して適切なピッチでＭＥＭＳミラー素子１５２が配列されたＭＥＭＳミラーアレイチップ１５０が配置されている。これにより、ＭＥＭＳミラー素子１５２をＸ軸回りに所定の角度だけ回動させると、そのＭＥＭＳミラー素子１５２に入射したチャネルがその所定の角度に対応する方向に反射され、４ｆ光学系１４０、集光レンズ１３０およびマイクロレンズアレイ１２０を介してファイバアレイ１の所定の光ファイバに入射し、所定の出力ポート１１２から出力される。このように、ＭＥＭＳミラー素子１５２をＸ軸回りに選択的に回動させることにより、チャネル毎の出力ポートの切り替え、いわゆるスイッチングを選択的に行うことができる。

上述したような波長選択型光スイッチを用いて、再構成可能な光合分波モジュール（ＲＯＡＤＭ：Reconfigurable Optical Add-Drop Module）を構成する場合、出力時における各波長チャネルの光量をモニタするための光チャネルモニタ（ＯＣＭ：Optical Channel Monitor）と呼ばれる外部モニタが不可欠である。

例えば、図２０に示すようなＡｄｄ型の波長選択型光スイッチ２１０と光チャネルモニタ２２０を用いて光合分波モジュール２００を構成する場合、通常、光チャネルモニタ２２０は、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）などから構成される分波器（Demux）２２１と複数のＰＤを有する（photo Diode）ＰＤアレイ２２２からなるモジュールとして構成されている。ここで、波長選択型光スイッチ２１０の出力ポートから適切な比率でタップされた光を入力光として分波器２２１に入力し、ＰＤアレイ２２２により各波長（チャネル）の光強度を測定する。この測定値に基づいて、制御回路２３０は、波長選択型光スイッチ２１０の各ミラーの傾動角度を演算し、ＭＥＭＳ駆動回路２４０により、最適となる傾動角度となるように各ミラーを制御する。

また、図２１に示すようなＤｒｏｐ型の波長選択型光スイッチ３１０と光チャネルモニタ３２０を用いて光合分波モジュール３００を構成する場合、光チャネルモニタ３２０は、ＡＷＧなどから構成される分波器３２１と複数のＰＤを有するＰＤアレイ３２２からなるモジュールとして構成されている。ここで、波長選択型光スイッチ３２０の各出力ポートから適切な比率でタップされた光を入力光として分波器３２１に入力し、ＰＤアレイ３２２により各波長（チャネル）の光強度を測定する。この測定値に基づいて、制御回路３３０は、波長選択型光スイッチ３１０の各ミラーの傾動角度を演算し、ＭＥＭＳ駆動回路３４０により、最適となる傾動角度となるように各ミラーを制御する。

特開２００７−１４０１６８号公報

しかしながら、上述したような光チャネルモニタを用いて光合分波モジュールまたは光合分波モジュールのサブシステムを構成する場合、従来より光チャネルモニタ自体のサイズが増大してしまうとともに高コストであり、小型化と低コスト化を実現するのが困難であった。

また、図２０に示すようなＡＤＤ型の波長選択型光スイッチの場合には、例えばタップ率２０％で光チャネルモニタ２２０を接続すると約１ｄＢの過剰損失が発生しており、低損失化が困難であった。

また、図２１に示すようなＤｒｏｐ型の波長選択型光スイッチの場合には、複数の出力ポートそれぞれに光チャネルモニタを接続しなければならないので、さらに小型化と低コスト化を実現するのが困難であった。

そこで、本願発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、光チャネルモニタにおいて小型化と低コスト化を実現すること目的とする。

上述したような課題を解消するために、本発明に係る光チャネルモニタは、入射光の光軸上に配置された第１のレンズと、この第１のレンズの入射光の入射側とは反対側の焦点上に入射光の光軸に対して斜めに配置され、少なくとも第１のレンズと反対側の面の一部に反射面を有する回折格子と、この回折格子により回折された入射光の回折光の光軸上で、かつ、一方の焦点面が回折格子に位置するように配置された第２のレンズと、回折光の光軸上で、かつ、第２のレンズの他方の焦点面に配置され、回折光を反射して回折格子に導く偏向素子と、この偏向素子により反射された回折光を回折格子の反射面により反射された反射光の光軸上で、かつ、一方の焦点面が回折格子に位置するように配置された第３のレンズと、反射光の光軸上で、かつ、第３のレンズの他方の焦点面側に配置された受光素子とを備えたことを特徴とする。

上記光チャネルモニタにおいて、回折格子の反射面により反射された入射光の光軸上に配置された第２の回折格子と、この第２の回折格子により回折された回折光の光軸上で、かつ、第２の回折格子が一方の焦点面に位置するように配置された第３のレンズと、この第３のレンズの他方の焦点面側に配置された第２の受光素子とをさらに備えるようにしてもよい。

また、本発明に係る他の光チャネルモニタは、入射光の光軸上に配置された第１のレンズと、この第１のレンズの入射光の入射側とは反対側の焦点上に入射光の光軸に対して斜めに配置され、少なくとも第１のレンズと反対側の面の一部に反射面を有する回折格子と、この回折格子により回折された入射光の回折光の光軸上で、かつ、一方の焦点面が回折格子に位置するように配置された第２のレンズと、回折光の光軸上で、かつ、第２のレンズの他方の焦点面に配置され、回折光を反射して回折格子に導く偏向素子と、この偏向素子により反射された回折光を回折格子の反射面により反射された反射光の光軸上に配置された反射ミラーと、この反射ミラーにより反射された反射光の光軸上に配置された受光素子とを備えたことを特徴とする。ここで、反射ミラーは、反射光の光軸方向に対して斜めに配設されるようにしてもよい。また、反射ミラーは、凹面鏡から構成されるようにしてもよい。

上記光チャネルモニタにおいて、第１の回折格子は、１次または−１次の回折光に対して略４５度のリトロー配置となるように配置された透過型の回折格子から構成され、偏向素子で反射された回折光は、回折格子に対して略４５度の角度で入射するようにしてもよい。

また、上記光チャネルモニタにおいて、偏向素子は、１次元に配列された複数のＭＥＭＳミラー素子から構成されるようにしてもよい。

また、上記光チャネルモニタにおいて、回折格子は、多数のスリットが互いに平行に並設されたグレーティング部を有し、反射面は、回折格子の端部にスリットの長手方向に帯状に形成されるようにしてもよい。また、反射面は、平面視略矩形の回折格子の四隅、または、スリットの長手方向と平行な方向の両端の略中央部に形成されるようにしてもよい。

また、本発明に係る波長選択型光スイッチは、上記光チャネルモニタの何れかと、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートからなる入出力光学系とを備え、入力ポートから入力される入射光は、第１のレンズに入射され、偏向素子の角度に応じて偏向素子で反射された光を、第２のレンズ、回折格子を介して入出力光学系の出力ポートのうちの任意の出力ポートに導くことを特徴とする。

本発明によれば、回折格子に反射面を設け、偏向素子により反射された回折光を回折格子の反射面により反射された反射光の光軸上に第３のレンズおよび受光素子を設けるという簡便な構成を採ることにより、回折光の反射光の光量を容易に測定することが可能となり、結果として、小型化と低コスト化を実現するができる。

［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して、本発明に係る第１の実施の形態について詳細に説明する。

＜波長選択型光スイッチ＞
図１，図２に示すように、本実施の形態に係る波長選択型光スイッチは、ファイバアレイ１と、マイクロレンズアレイ２と、集光レンズ３と、４ｆ光学系４と、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５と、第３のレンズ６と、受光素子アレイ７とを備えている。ここで、ファイバアレイ１からの入射光の入射方向をＺ軸方向、ファイバアレイ１を構成する光ファイバの配列方向をＹ軸方向、Ｚ軸とＹ軸に垂直な方向をＸ軸方向とする。このとき、ファイバアレイ１、マイクロレンズアレイ２、集光レンズ３、４ｆ光学系４を構成する第１レンズ４１および回折格子４３、第３のレンズ６並びに受光素子アレイ７は、これらがこの順番でＺ軸方向に沿って配列されている。また、４ｆ光学系４を構成する第２レンズ４２とＭＥＭＳミラーアレイチップ５は、４ｆ光学系４を構成する回折格子４３からその順番でＸ軸方向に沿って配列されている。なお、図２は、ファイバアレイ１からＭＥＭＳミラーアレイチップ５までの光学系をＹＺ平面から見た模式図である。

ファイバアレイ１は、複数の光ファイバ（図２の場合７本）を、その光軸をＺ軸に沿わせた状態でＺ軸と直交するＹ軸方向に並設した構成を有する。なお、図１においては、１つの入力ポート１ａと６つの出力ポート１ｂ−１〜１ｂ−６が設けられている。

マイクロレンズアレイ２は、複数のマイクロレンズをＹ方向に沿って並設したものである。このようなマイクロレンズアレイ２は、入力ポート１ａの出力側および出力ポート１ｂの入力側、すなわちファイバアレイ１のＺ方向の正の側に、各マイクロレンズが対応するファイバアレイ１の各光ファイバと対向するように配設される。

４ｆ光学系４は、それぞれ焦点距離がｆ₁の第１レンズ４１および第２レンズ４２と、透過型の回折格子４３とから構成される。第１レンズ４１は、集光レンズ３から集光レンズ３の焦点距離および第１レンズ４１の焦点距離ｆ₁の和だけ離間した位置に配設される。回折格子４３は、第１レンズ４１から焦点距離ｆ₁だけ離間した位置に配設される。第２レンズ４２は、回折格子４３からＸ軸方向に焦点距離ｆ₁だけ離間した位置に配設される。ここで、第１レンズ４１の集光レンズ３側の焦点におけるＸ軸およびＹ軸から構成される平面を第１焦点面、第２レンズ４２のＭＥＭＳミラーアレイチップ５側の焦点におけるＺ軸およびＹ軸から構成される平面を第２焦点面という。また、回折格子４３において、Ｙ軸に沿った方向をｑ軸方向、回折格子４３の表面または裏面に沿い、かつ、ｑ方向に垂直な方向をｐ軸方向、回折格子４３の表面およびｑ方向に垂直な方向をｒ方向とする。

図３に示すように、回折格子４３の裏面（ＭＥＭＳミラーアレイチップ５側）には、ｑ方向に沿って多数の平行なスリットが形成されたグレーティング部４３ａと、グレーティング部の側部に形成された反射部４３ｂとを備えている。この反射部４３ｂは、グレーティング部４３ａの側部に金属膜または誘電体多層膜などからなる反射膜を蒸着することにより作成される。なお、図３では、Ｐ＞Ｐａの領域がグレーティング部４３ａであり、Ｐ＜Ｐａの領域が反射面４３ｂである。また、本実施の形態では、回折格子４３として、＋１次回折光に対して分散能力０．０８ｄｅｇ／ｎｍのブレーズ型透過型回折格子を用い、これがＸＺ面内に分波するように配置し、出射回折光軸と入射光軸とが９０度となる、すなわち出射回折光軸がＸ軸に沿うように傾きが調節されている。

ＭＥＭＳミラーアレイチップ５は、図４に示すように、平面視略矩形の基部５１にそれぞれミラー５２ａを有する複数のＭＥＭＳミラー素子５２を備え、ミラー５２ａの中心を通る直線が基部５１の長手方向、すなわちＺ軸方向に沿うように配列した構成を有する。このようなＭＥＭＳミラーアレイチップ５は、ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａの主表面を４ｆ光学系４の第２レンズ４２に対向させた状態で、第２焦点面に配設される。ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａは、基部５１に対して、波長分離軸（Ｚ軸）およびこのＺ軸に直交するＹ軸という二軸方向に回動可能な状態に支持されている。これにより、ミラー５２ａをＺ軸回りに回動させることによって（符号α）出力ポートの選択が行われる。また、ミラー５２ａをＹ軸回りに回動させることによって（符号β）、アッテネーションレベルの制御が行われる。

第３のレンズ６は、焦点距離がｆ₂のレンズから構成され、回折格子４３からＺ軸の正の方向にｆ₂だけ離間した位置に配置される。

受光素子アレイ７は、ＰＤからなる複数の受光素子７１をＸ方向に配列した構成を有する。このような受光素子アレイ７は、第３のレンズ６からＺ軸の正の方向に所定の距離だけ離間した位置に配置される。

＜波長選択型光スイッチの動作＞
次に、図１，図２を参照して、本実施の形態に係る波長選択型光スイッチの動作について説明する。

例えば、波長チャネル間隔１００ＧＨｚで４０波（チャネル）だけ波長分離されたＷＤＭ信号光が入力ポート１ａより入力されると、そのＷＤＭ信号光は、マイクロレンズアレイ２、集光レンズ３および第１レンズ４１を介して回折格子４３の表面に入射し、この回折格子４３によって４０波に分波され、分波されたチャネルのそれぞれが第二の焦点面のＺ軸上に整列してビームウェストを形成する。ここで、回折格子４３は、ｑ軸、すなわちＹ軸回りに表面がＺ軸に垂直な位置から反時計回りに４５度傾いている。このため、回折格子４３により分波された信号光は、Ｘ軸方向、すなわちＭＥＭＳミラーアレイチップ５の方向に進む。また、このときのチャネルのピッチは、略１００μｍとなる。このビームウェスト位置には、各チャネルに対応して適切なピッチでＭＥＭＳミラー素子５１が配列されたＭＥＭＳミラーアレイチップ５が配置されている。上述したように、ＭＥＭＳミラー素子５２のミラー５２ａは、基部５１に対して、波長分離軸（Ｚ軸）およびこのＺ軸に直交するＹ軸という二軸方向に回動可能な状態に支持されている。これにより、ミラー５２ａをＺ軸回りに回動させることによって（符号α）出力ポートの選択が行われる。また、ミラー５２ａをＹ軸回りに回動させることによって（符号β）、アッテネーションレベルの制御が行われる。

≪アッテネーションレベルが０の場合≫
ここで、図１，図２では、出力ポート１ｂ−６へアッテネーション０で接続する場合の光経路を示している。λ１は、回折格子の設計中心波長に相当する波長チャネルであり、光経路を太実線で示している。λ２は、λ１とは異なる波長チャネルであり、経路を太点線で示している。

ミラー５２ａで反射された光ビームは、第２のレンズ４２を通り、図５（ａ）に示すように回折格子４３の裏面に照射される（符号ａ参照）。ここで、光ビームａの回折格子４３の裏面に対する照射位置は、出力ポート１ｂ−１〜１ｂ−６の位置に対応しており、ＭＥＭＳミラー５２ａのＺ軸回りの回動により変化する。例えば、図５（ｂ）に示すように、出力ポート１ｂ−１から反射光を出射させる場合、光ビームは、ｑ軸の負の方向の最下部に照射される。一方、出力ポート１ｂ−６から反射光を出射させる場合、光ビームは、ｑ軸の正の方向の最上部に照射される。なお、出力ポート１ｂ−１〜１ｂ−６を選択していない場合、光ビームは、ｐ軸上に照射される。このように、ミラー５２ａで反射された反射光の光ビームは、対応する出力ポート１ｂ−１〜１ｂ−６に応じて、回折格子４３の裏面に対する照射位置がｑ軸方向に平行移動する。ここで、回折格子４３上における光ビームの照射位置は、光チャネルの波長には依存せず、ＭＥＭＳミラー素子５２のＺ軸回りの回動（出力ポート選択）が同じ角度の場合は、その角度（出力ポート）に応じた同じ位置に光ビームが照射される。

ここで、回折格子４３ｂの裏面には、図３，図５（ａ），図５（ｂ）に示すように、グレーティング部４３ａと反射部４３ｂとが形成されている。このため、回折格子４３の裏面に照射された光ビームは、その大部分がグレーティング部４３ａに照射され、回折格子４３を透過（回折）し、出力ポート１ｂ−１〜１ｂ−６側に向かう。一方、反射部４３ｂに照射された光ビームは、この反射部４３ｂにより反射されて、受光素子アレイ７側に進。このように、ミラー５２ａによる反射光は、回折格子４３の裏面により、２つのビームに分岐されることとなる。

一例として、図１，図２において、回折格子４３の反射部４３ｂで反射された光ビームの主光線を細実線（λ１）、細点線（λ２）で示す。これらの光ビームの光軸上には、回折格子４３からｆ₂だけ離れた位置に焦点距離ｆ₂の第３のレンズ６が配置されている。

λ１の光ビームは、ＭＥＭＳミラー５２ａで反射された後、回折格子４３の裏面に対して４５度の角度で戻ってくるので、第３のレンズ６に対して垂直に入射する。したがって、λ１ビームは、第３のレンズ６から受光素子アレイ７側にｆ₂の位置にあるＸＹ平面上に結像する。

一方、λ２ビームは、回折格子４３に対して非４５度の角度で入射するため、第３のレンズ６に対しても非垂直に入射する。このとき、第３のレンズ６は、回折格子４３が焦点面に位置するように配置されているので、λ２ビームもλ１ビームと同じＸＹ平面上に結像する。このとき、その結像位置は、Ｘ軸にΔＸ₂だけオフセットされる。このΔＸ₂は、光学系の対称性からｆ₂＝ｆ₁であれば、それぞれのチャネルに対応するＭＥＭＳミラー５２ａ間の距離（ΔＸ₁）と完全に一致する。

同様に、全てのチャネルに関して、反射光ビーム（細線）は、ＸＹ平面上に焦点を結び、これらは既知のピッチで配列されることとなる。このＸＹ平面には、受光素子アレイ７が配置されている。受光素子アレイ７の各受光素子７１の配列ピッチは、反射光の光ビームの配列ピッチと等しくなるように形成されている。したがって、回折格子４３裏面の反射部４３ｂにより反射された光ビームは、チャネル毎に対応する受光素子７１に導入される。これにより、受光素子アレイ７は、各チャネル光の光強度を独立して測定することができる。

なお、上述したように、回折格子４３上における光ビームの照射位置は、光チャネルの波長には依存せず、ＭＥＭＳミラー素子５２のＺ軸回りの回動（出力ポート選択）が同じ角度の場合は、その角度（出力ポート）に応じた同じ位置に光ビームが照射されるが、反射部４３ｂにより反射した光ビームについても、第３のレンズ６で集光されて、やはり各波長チャネルに対応する受光素子７１に結合する。

≪アッテネーションを実行した場合≫
次に、ＭＥＭＳミラーをβ方向に回動させてアッテネーションを実行した場合について、図６〜図８を参照して説明する。なお、図６、図７は、図１、図２と同様、それぞれＸＺ面方向、ＹＺ面方向からの図であり、λ１，λ２はそれぞれ実線，点線で示している。

ＭＥＭＳミラー５２ａにより反射された光ビーム（λ１）は、第１のレンズ４１と第２のレンズ４２とが共焦点光学系であることから、ＭＥＭＳミラー５２ａのβ方向の変化量にかかわらず、図６の太実線で示すように、常に回折格子４３に対して４５度で入射する。このとき、回折格子４３の裏面上における光ビームの照射位置は、図８に示すようにｐ方向にΔｄだけシフトする。Ｙ軸回りの回動βの変化量を大きくするほど、Δｄも大きくなり、回折格子４３裏面の反射部４３ｂに当たる光量が増加する。したがって、この反射部４３ｂで反射して受光素子７１へ結合される光量も増加する。

すなわち、図９の符号ｂで示すように、回折格子４３の透過光量は、ＭＥＭＳミラー５２ａのＹ軸回りの回動βの変位が大きくなるほど少なくなる。これに対して、受光素子７１により受光する光ビームの光量は、図９の符号ｃで示すように、ＭＥＭＳミラー５２ａのＹ軸回りの回動βの変位が大きくなるほど大きくなる。

このことから、受光素子７１からの出力値は、アッテネーション量に直接に対応していることが理解できる。そこで、受光素子７１からの出力値を用いてＭＥＭＳミラー５２ａの変化量にフィードバックさせることにより、アッテネーションレベルを制御することが可能となり、ＶＯＡ（Variable Optical Attenuator：可変光減衰器）としての機能を実現することができる。また、光学系の全損失が既知であれば、波長選択型光スイッチとしての通過光量も検出することが可能となるので、ＡＬＣ（Auto Level Control：自動光レベル制御）も実現することができる。

別の波長チャネルλ２の光ビームに関しても、同様に説明することができる。光ビーム（λ２）は、回折格子４３に対して非４５度の角度で入射するが、回折格子４３に対する入射角度は、回動βの変化量にかかわらず常に一定である。したがって、第３のレンズ６で集光された光ビーム（λ２）も回動βの変化量にかかわらず、常に同じ受光素子７１に結合される。したがって、全ての波長チャネルに関して、アッテネーションレベルを独立して測定することができる。

このように、本実施の形態によれば、回折格子４３に反射部４３ｂを設け、ＭＥＭＳミラー５２ａにより反射された回折光を回折格子４３の反射部４３ｂにより反射された反射光の光軸上にレンズ６および受光素子７１を設けるという簡便な構成を採ることにより、回折光の反射光の光量を容易に測定することが可能となり、結果として、小型化と低コスト化を実現するができる。

なお、反射部４３ｂにより反射された光ビームは、回折格子４３裏面の反射面４３ｂにより切り取られた部分光であるので、そのビーム形状は単純な楕円形状とはならない。しかしながら、受光素子７１への結合においては、受光素子７１の受光エリアに対して十分小さくなるように集光されているならば、ビーム形状の乱れはどんな形状であってもよい。もし、受光素子７１の受光エリアに対してビームを十分に小さくできない場合には、それぞれの受光素子７１の直前にレンズを設けた受光素子パッケージを用いるようにしてもよい。または、適切なビームサイズとなるように、第３のレンズ６を複数のレンズから構成するようにしてもよい。

また、図５（ａ），（ｂ）および図８において、回折格子４３の同一の面（裏面）にグレーティング部４３ａと反射部４３ｂを形成しているが、これらを表面と裏面とに分けて形成するようにしてもよい。例えば、表面には、グレーティング加工のみを施し、裏面の一部に反射部４３ｂとして金属コーティングを施すようにしてもよい。これにより、グレーティング加工を行う領域を指定する必要がなくなるので、製造コストを下げることができる。

また、図１０に示すように、回折格子４３裏面上の反射部４３ｂは、グレーティング部４３ａの両側に形成するようにしてもよい。この場合、ＭＥＭＳミラー５２ａのＹ軸回りの回動ｂの方向にかかわらず、反射光の一部を受光素子７１へ導くことができる。このとき、受光素子７１での受光パワーとＭＥＭＳミラー５２ａのＹ軸回りの回動β変位量との関係は、図１１に示すように、最小点を有するようになる。このため、回折格子４３の通過光量を最大にするようなピークサーチ制御をすることが可能となる。また、入力信号の擾乱に対しても影響が少ない構成となる。さらに、遮断した光量を測定しているので、ポート結合させないフルブロック状態においても常に光量をモニタすることができる。したがって、たとえＭＥＭＳミラー５２ａにドリフトが発生しても、適切に接続パスを復帰させることが可能となる。これは、何らかの原因によりＭＥＭＳミラー５２ａがプルインした場合でも同様であり、入力ポート１ａから信号光が入力されていれば、たとえＭＥＭＳミラー５２ａの回転角が異常な値となっても、常に正しいパス接続を復帰させることができる。また、アッテネーションのためにＹ軸回りに回動させた場合においても、ブロック光は必ず受光素子７１に結合されるために迷光とはならず、システムのクロストーク性能を向上させることができる。

また、本実施の形態では、Ｄｒｏｐ型の波長選択型光スイッチに適用した場合を例に説明したが、図１，図２における出力用ポート１ｂ−１〜１ｂ−６を入力ポートとし、入力ポート１ａを出力ポートとすることにより、Ａｄｄ型の波長選択型光スイッチに適用できることは言うまでもない。この場合においても、波長選択型光スイッチ内の光信号の伝搬軌跡については、図１，図２（または図６，図７）に示したＤｒｏｐ型の波長選択型光スイッチと同じ伝搬軌跡となる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態と回折格子４３の構成が異なるものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。

上述した第１の実施の形態における回折格子４３は、その一部に形成された反射部４３ｂによって、入力された信号光の一部も遮断されるので、挿入損失が若干増加してしまう。そこで、本実施の形態では、回折格子４３の反射部４３ｂの構成として、図１２，図１３に示すような構成を有する。

図１２に示す回折格子４３は、Ｄｒｏｐ型の波長選択型光スイッチにおける透過型の回折格子であり、その裏面には、ｐ軸およびｑ軸といった光軸近傍に設けられた平面視略十字上のグレーティング部４３ａと、このグレーティング部４３ａを除く領域、すなわち回折格子４３の四隅に設けられた反射部４３ｂとが形成されている。このような構成により、入力ポート１ａから入力された光ビームは、回折格子４３上の反射部４３ｂでクリッピングされることなく、ＭＥＭＳミラーアレイ５へ伝搬する。ＭＥＭＳミラー５２ａは、所望のポートへ向かうようにＺ軸回りに回動するため、反射光は回折格子４３上においてｑ方向にシフトし、光ビームの一部は反射部４３ｂに照射され、上述した第３のレンズ６を介して受光素子７１へ結合される。これにより、挿入損失の増大を防ぐことができる。

また、図１３に示す回折格子４３は、Ａｄｄ型の波長選択型光スイッチにおける透過型の回折格子であり、図１２の場合とは逆に、ｐ軸の両端部に反射部４３ｂを設け、その他の領域にグレーティング部４３ａを形成している。これにより、出力ポートに出力される光ビームのみが回折格子４３上の反射部４３ｂによりクリッピングされることとなるので、挿入損失の増大を抑えることができる。

なお、図１３に示す回折格子４３の反射部４３ｂで反射された各波長チャネルは、図１，図２における第３のレンズ６の焦点面ＸＹ平面上の異なる位置にそれぞれ集光されるので、波長チャネル毎に光量をモニタすることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明に係る第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、上述した第１，第２の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し適宜説明を省略する。

本実施の形態に係る波長選択型光スイッチは、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）に示すように、第１の実施の形態で示した波長選択型光スイッチにおける受光素子アレイ７の位置に全反射ミラー８を配置するとともに、受光素子アレイ７をＭＥＭＳミラーアレイチップ５を併設したものである。ここで、受光素子アレイ７は、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５のＹ方向の正の方向に所定間隔離間して配置される。また、全反射ミラー８は、平板状の全反射ミラーからなり、主表面をＸＹ平面に沿わせた状態から、Ｘ軸回りに時計回り方向にθ度だけ傾かせた状態で配設される。

回折格子４３の反射部４３ｂにより反射された光ビームは、全反射ミラー８に反射され、再び回折格子４３の反射部４３ｂに向かい、ＭＥＭＳミラー５２ａに向かって反射される。この反射光（以下、再反射光という）は、第２のレンズ４２で集光され、ＭＥＭＳミラー５２ａ近傍にスポットを形成する。このビームスポットは、第１の実施の形態の場合と同様、波長毎に分離されている。このとき、全反射ミラー８は、Ｘ軸回りに一定の角度θだけ傾けられている。このため、再反射光が形成するビームスポット群は、ＭＥＭＳミラーアレイチップ５に対してＹ軸方向にオフセットされた位置、すなわち受光素子アレイ７が配置された位置に形成される。したがって、全反射ミラー８により反射された再反射光の光ビームは、チャネル毎に対応する受光素子７１に導入される。これにより、受光素子アレイ７は、各チャネル光の光強度を独立して測定することができる。

上述したようにＭＥＭＳミラーアレイチップ５と受光素子アレイ７とは、Ｙ方向のオフセットをもって同じＹＺ平面内に配置されるので、両者を１つのパッケージに実装することができる。このようなアクティブデバイスを１つのパッケージ化できることは、気密封止による高信頼性化や製造コストの低減、サイズの小型化などの点で好ましい。また、両者を１つのチップ上にモノリシックまたはハイブリッドに集積化することもできる。

上述したような構成を採るとき、回折格子４３から全反射ミラー８までの距離をΔＺとすると、ＭＥＭＳミラー５２ａから受光素子７１までの光路長は４ｆ＋２ΔＺとなり、４ｆ光学系とはならない。したがって、受光素子７１の受光面上における再反射光のビームサイズは、ＭＥＭＳミラー５２ａ上におけるビームサイズと比較して大きくなるため、ビームウェストとはならない。しかしながら、十分に受光領域の大きいな受光素子７１を有する受光素子アレイを用いたり、各受光素子７１にレンズを集積化したり、全反射ミラーの代わりに緩い曲率を有する凹面ミラーを用いたりすることにより、上述したようなビームサイズや焦点のずれに関する問題を容易に解決することができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明に係る第４の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、第１〜３の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。

図１５に示すように、本実施の形態に係る波長選択型光スイッチは、第１の実施の形態で示した回折格子４３の中心からＸ軸方向の負の方向、すなわちＭＥＭＳミラーアレイチップ５と反対側に回折格子９を設け、かつ、この回折格子９による回折光の出射方向に第４のレンズ１０と第２の受光素子アレイ１１とを設けたものである。ここで、回折格子９は、主表面をＸＹ平面に沿わせた状態からＹ軸に沿った中心軸を時計回りに４５度回動させた状態で配置される。このような回折格子９には、上述したような反射部は設けられていない。

また、回折格子４３は、図１６に示すように、第１の実施の形態で示したような裏面のみならず、表面にも反射部４３ｂを設けている。なお、本実施の形態では、ｐ方向の両端近傍に反射部４３ｂを設け、その他の領域にはグレーティング部４３ａを設けた場合を例に説明する。

本実施の形態によれば、入力ポート１ａから入力されたＷＤＭ信号光の一部は、回折格子４３表面のグレーティング部４３ａで分波されることなく、回折格子４３表面に設けられた反射部４３ｂにより反射されて、第２の回折格子９に導かれる。この第２の回折格子９には、反射部が設けられていないので、回折格子４３により反射されたＷＤＭ信号光を分波する。この分波された各チャネルの光ビームは、第４のレンズ１０で集光され、第２の受光素子アレイ１１の対応する受光素子に結合する。この受光素子に結合される光ビームの光強度は、入力ポート１ａから入力されるＷＤＭ信号光の光強度に比例しており、ＭＥＭＳミラー５２ａによるアッテネーションやポート選択機能とは無関係である。したがって、本実施の形態では、波長選択型光スイッチへの入力光の光強度をチャネル毎に測定することができる。また、受光素子アレイ７では、第１の実施の形態でも説明したように、アッテネーションパワーを測定しているので、これら受光素子アレイ７と第２の受光素子アレイ１１という二つの受光素子アレイを併用することにより、波長選択型光スイッチの入力光および出力光の光強度を全チャネルについて取得することが可能となる。結果として、従来の波長選択型光スイッチモジュールの前段に必要とされていたＯＣＭを省略することができ、波長選択型光スイッチのサブシステムのを大幅な小型化と経済化を実現することができる。

なお、受光素子アレイ７および第２の受光素子アレイ１１への入射光の光軸は平行であるので、それらの２つの受光素子アレイを１つのパッケージに実装することができる。これにより、気密封止による高信頼性化や製造コストの低減、サイズの小型化などの点で好ましい。また、２×４０アレイのＰＤアレイとしてモノリシック集積化するようにしてもよい。

さらには、図１７に示すように、回折格子４３および第２の回折格子９の後段に、２枚の全反射ミラー１２，１３を挿入し、これらをＸ方向に移動できるようにしてもよい。これにより、１つの受光素子アレイで入力側ＯＣＭと出力側ＯＣＭを切り替えて使用することが可能となる。

なお、上述した第１〜第４の実施の形態では、分波された波長チャネルを偏向する素子として、ＭＥＭＳミラー素子を適用した場合を例に説明したが、入射された光を反射し、かつ、その反射方向を制御可能な偏向素子であれば例えば液晶による空間変調器など各種素子を適用することができる。

本発明は、光チャネルモニタなど回折格子を有する各種装置に適用することができる。

本発明に係る波長選択型光スイッチの構成を示すＸＺ方向からの図である。 本発明に係る波長選択型光スイッチの構成を示すＹＺ方向からの図である。 回折格子の構成を示す斜視図である。 ＭＥＭＳミラーアレイチップの構成を示す正面図である。 （ａ）反射光が照射された回折格子の裏面の状態を示す図、（ｂ）各出力ポートに対応する反射光が照射された回折格子の裏面の状態を示す図である。 アッテネーション実行時における波長選択型光スイッチの構成を示すＸＺ方向からの図である。 アッテネーション実行時における波長選択型光スイッチの構成を示すＹＺ方向からの図である。 アッテネーション実行時における回折格子の裏面の状態を示す図である。 光強度とＭＥＭＳミラーのＹ軸回りの回動βの変位との関係を示す図である。 回折格子の変形例を示す図である。 図１０の回折格子における光強度とＭＥＭＳミラーのＹ軸回りの回動βの変位との関係を示す図である。 回折格子の変形例を示す図である。 回折格子の変形例を示す図である。 （ａ）全反射ミラーを備えた波長選択型光スイッチのＺＸ方向からの構成を示す図、（ｂ）（ａ）のＺＹ方向からの図、（ｃ）（ａ）のＹＸ方向からの図である。 回折格子および受光素子アレイを２つずつ備えた波長選択型光スイッチの構成を示す図である。 図１５における回折格子の構成を示す図である。 移動可能な２つの全反射ミラーを備えた波長選択型光スイッチの構成を示す図である。 波長選択型光スイッチの構成を模式的に示す図である。 従来のＭＥＭＳミラーアレイチップの構成を示す平面図である。 Ａｄｄ型の波長選択型光スイッチを有する光合分波モジュールの構成を模式的に示す図である。 Ｄｒｏｐ型の波長選択型光スイッチを有する光合分波モジュールの構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１…ファイバアレイ、１ａ…入力ポート、１ｂ−１〜１ｂ−６…出力ポート、２…マイクロレンズアレイ、３…集光レンズ、４…４ｆ光学系、５…ＭＥＭＳミラーアレイチップ、６…第３のレンズ、７…受光素子アレイ、８…全反射ミラー、９…回折格子、１０…第２の受光素子アレイ、１１…第２の受光素子アレイ、１２，１３…全反射ミラー、４１…第１レンズ、４２…第２レンズ、４３…回折格子、４３ａ…グレーティング部、４３ｂ…反射部、５１…基部、５２…ＭＥＭＳミラー素子、５２ａ…ＭＥＭＳミラー。

Claims (10)

1. 入射光の光軸上に配置された第１のレンズと、
   この第１のレンズの前記入射光の入射側とは反対側の焦点上に前記入射光の光軸に対して斜めに配置され、少なくとも前記第１のレンズと反対側の面の一部に反射面を有する回折格子と、
   この回折格子により回折された前記入射光の回折光の光軸上で、かつ、一方の焦点面が前記回折格子に位置するように配置された第２のレンズと、
   前記回折光の光軸上で、かつ、前記第２のレンズの他方の焦点面に配置され、前記回折光を反射して前記回折格子に導く偏向素子と、
   この偏向素子により反射された前記回折光を前記回折格子の前記反射面により反射された反射光の光軸上で、かつ、一方の焦点面が前記回折格子に位置するように配置された第３のレンズと、
   前記反射光の光軸上で、かつ、前記第３のレンズの他方の焦点面側に配置された受光素子と
   を備えたことを特徴とする光チャネルモニタ。
2. 入射光の光軸上に配置された第１のレンズと、
   この第１のレンズの前記入射光の入射側とは反対側の焦点面に前記入射光の光軸に対して斜めに配置され、少なくとも前記第１のレンズと反対側の面の一部に反射面を有する回折格子と、
   この回折格子により回折された前記入射光の回折光の光軸上で、かつ、一方の焦点面が前記回折格子に位置するように配置された第２のレンズと、
   前記回折光の光軸上で、かつ、前記第２のレンズの他方の焦点面に配置され、前記回折光を反射して前記回折格子に導く偏向素子と、
   この偏向素子により反射された前記回折光を前記回折格子の前記反射面により反射された反射光の光軸上に配置された反射ミラーと、
   この反射ミラーにより反射された前記反射光の光軸上に配置された受光素子と
   を備えたことを特徴とする光チャネルモニタ。
3. 前記回折格子の前記第１のレンズに対向する面の一部に形成された反射面により反射された入射光の光軸上に配置された第２の回折格子と、
   この第２の回折格子により回折された回折光の光軸上で、かつ、前記第２の回折格子が一方の焦点面に位置するように配置された第３のレンズと、
   この第３のレンズの他方の焦点面側に配置された第２の受光素子と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光チャネルモニタ。
4. 前記第１の回折格子は、１次または−１次の回折光に対して略４５度のリトロー配置となるように配置された透過型の回折格子から構成され、
   前記偏向素子で反射された回折光は、前記回折格子に対して略４５度の角度で入射する
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光チャネルモニタ。
5. 前記偏向素子は、１次元に配列された複数のＭＥＭＳミラー素子から構成される
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光チャネルモニタ。
6. 前記回折格子は、多数のスリットが互いに平行に並設されたグレーティング部を有し、
   前記反射面は、前記回折格子の端部に前記スリットの長手方向に帯状に形成される
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光チャネルモニタ。
7. 前記回折格子は、多数のスリットが互いに平行に並設されたグレーティング部を有し、
   前記反射面は、平面視略矩形の前記回折格子の四隅、または、前記スリットの長手方向と平行な方向の両端の略中央部に形成される
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光チャネルモニタ。
8. 前記反射ミラーは、前記反射光の光軸方向に対して斜めに配設される
   ことを特徴とする請求項２記載の光チャネルモニタ。
9. 前記反射ミラーは、凹面鏡から構成される
   ことを特徴とする請求項２記載の光チャネルモニタ。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の光チャネルモニタと、
    少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートからなる入出力光学系と
    を備え、
    前記入力ポートから入力される入射光は、前記第１のレンズに入射され、
    前記偏向素子の角度に応じて前記偏向素子で反射された光を、前記第２のレンズ、前記回折格子を介して前記入出力光学系の出力ポートのうちの任意の出力ポートに導く
    ことを特徴とする波長選択型光スイッチ。

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