JP2011197400A - 波長選択スイッチ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部及び出力部を有する光入出力部と、入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、信号波長に分離された光を集光させる集光素子と、集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるように、第1方向、及び、第1方向に直交する第2方向に、信号光を偏向させる光偏向素子アレイと、を備える波長選択スイッチにおいて、光偏向素子アレイの偏向範囲内において、入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように集光素子及び光偏向素子アレイが配置されている。
【選択図】図1
Description
また、波長選択スイッチの広帯域化を実現するには、ミラーアレイのミラー上でのスポット径を小さくする事が有効である事が広く知られている。
図1は、第1実施形態の波長選択スイッチの構成を示す側面図、図2は、第1実施形態の波長選択スイッチの構成を示す上面図、図3は、図2の分散素子112及び集光レンズ113の拡大図である。
第1実施形態の波長選択スイッチは、光入出力部としての入出力ポート110、レンズアレイ111、光分散手段としての分散素子112、集光素子としての集光レンズ113、及び、光偏向素子アレイとしてのミラーアレイ114を有している。
なお、分散素子112は、図1、図2のような透過型の分散素子のほか、反射型の分散素子を用いても良い。
ここで、波長λcの光は、分散素子112から集光レンズ113までの区間において集光レンズ113の光軸と第2方向B1の角度方向が一致する信号波長の光である。
ここで、X軸は第2方向B1、Y軸は第1方向A1に対応している。
LX=f1・tan(2β) ・・・(1)
LY=f1・tan(2α) ・・・(2)
図6〜図8は入出力ポート110の入力ポート110cから出る光と出力ポート110eに入る光の関係を示している。
η=exp(−π2ω2θ2/λ) ・・・(3)
ここで、ωは出力ポート110eに入射するスポットサイズ、λは入射光の波長を示している。
P=LY=f1・tan(2α) ・・・(4)
上述の実施形態では、入出力ポート110の各入力ポート内から光が進行し、入力ポート端面で光が出射しており、その入出力ポート110の各ポートのレンズアレイ111側の端面と、入力ポート内及び出力ポート内を進行する光の進行方向と、が互いに垂直となっている。
ΔXθ=tan−1(L10a−d /f1)/2 ・・・(5)
ミラー114mが角度ΔXθ回転した時の状態を状態C13とし、その時のミラー114mの振れ角をXθ2、Yθ2としている。
120は、上面に反射面141を有する可動板140と、上面に2枚の駆動電極131、132が形成された基板130と、を有する。
可動板140が駆動電極131に引き寄せられる方向に傾斜する場合については、駆動電極131に駆動電圧V1を印加すると、可動板140との間に静電引力Fが生じる。これにより、可動板140は、軸140cの周りを回動して駆動電極131側が駆動電極131に引き寄せられる方向に傾斜する(図16(b))。
可動板140が駆動電極132に引き寄せられる方向に傾斜する場合については、駆動電極132に駆動電圧V2を印加すると、可動板140との間に静電引力Fが生じる。これにより、可動板140は、軸140cの周りを回動して駆動電極132側が駆動電極132に引き寄せられる方向に傾斜する(図16(a))。
F=(ε0・W・L・V12)/d2 ・・・(6)
ここで、
ε0は比誘電率、
Wは駆動電極131の幅、
Lは駆動電極131の長さ、
dは静電ギャップD10、である。
なお、上式(6)は、駆動電圧V1を駆動電圧V2に置き換えれば、可動板140と駆動電極132との間の静電引力について成り立つ。
まず、静電ギャップD10を小さくする事は可動板140の傾斜範囲を小さくする事になるため有効ではない。また、駆動電極131は可動板140に対向している事が必要であり、可動板140のサイズは仕様として設定される反射面141の大きさで決まってしまう事から、駆動電極面積を大きくする事で大きな傾斜角を得るには限界がある。さらに、大きな駆動電圧を印加すると静電ギャップで静電破壊あるいは絶縁破壊が発生する為、駆動電圧を大きくする事で大きな傾斜角を得るのも限界がある。
したがって、波長選択スイッチ用のMEMSミラーアレイとしては大きな傾斜角を実現する事が望まれるが、静電駆動型MEMSミラーにおいて、静電引力を大きくする事で大きな傾斜角を得るには限界がある事がわかる。
ΔWが許容値未満であったとき(ステップS108でYES)は、集光レンズ113を本設置(ステップS109)して組立を終了する。
図24に示すように、光軸方向から見た集光レンズ413の面形状を、円形ではなく略矩形の形状にすることもできる。また、分散素子412、ミラーアレイ414も、集光レンズ413と同様に略矩形の面形状を備え、これらは同一の平面400上に載置される。これにより、組立時に集光レンズ413を第2方向B1に移動させる作業を簡単で且つ高精度に行う事が可能となる。
図25は、第2実施形態の波長選択スイッチの構成を示す側面図、図26は、第2実施形態の波長選択スイッチの構成を示す上面図、図27は、図26の分散素子512及び集光レンズ513の拡大図である。図28は、ミラーアレイ514の構成を示す、第1方向A1から見た側面図である。図29(a)は、角度YθをYθ1としたときのミラー514mへの入射光の反射を第1方向A1から見た図、(b)は、角度YθをYθ2としたときのミラー514mへの入射光の反射を第1方向A1から見た図である。
ここで、入出力ポート510は、複数の入出力ポートを備え、例えば図25に示すように、4つの入力ポート510a、510b、510c、510dと、1本の出力ポート510eと、が出力ポート510eを中心に第1方向A1にアレイ状に等間隔で並んだ状態で構成される。
図30に示すように、MEMSミラー520は、上面に反射面541を有する可動板540と、上面に1枚の駆動電極531が形成された基板530と、を有する。長板状の可動板540は、第1実施形態の可動板140と同様に、その長手方向の両端面から外側へそれぞれ延びる、一対のヒンジ542、543を備え、ヒンジ542、543は、ヒンジ542、543を通る軸540cの周りを回動することによって傾斜可能である。さらに、駆動電極531は、長さL、幅Wであって、可動板540の下面に対向している。また、可動板540と駆動電極531との間には静電ギャップD50が設けられている。
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。
110U U面
110a、110b、110c、110d 入力ポート
110e 出力ポート
111 レンズアレイ
112 分散素子
113 集光レンズ
114 ミラーアレイ
114m ミラー
120 MEMSミラー
130 基板
131、132 駆動電極
140 可動板
140c 軸
141 反射面
144 下面
210 入出力ポート
210U U面
210a、210b、210c、210d 入力ポート
210e 出力ポート
211 レンズアレイ
220 MEMSミラー
230 基板
231 駆動電極
240 可動板
240c 軸
241 反射面
244 下面
320 MEMSミラー
330 基板
331、332 駆動電極
340 可動板
340c 軸
341 反射面
344 下面
412 分散素子
413 集光レンズ
414 ミラーアレイ
510 入出力ポート
510U U面
510a、510b、510c、510d 入力ポート
510e 出力ポート
511 レンズアレイ
512 分散素子
513 集光レンズ
514 ミラーアレイ
514m ミラー
520 MEMSミラー
530 基板
531 駆動電極
540 可動板
540c 軸
541 反射面
A1 第1方向
B1 第2方向
D10、D20、D30、D50 静電ギャップ
P1 分散点
Claims (5)
- 第1方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部及び出力部を有する光入出力部と、
前記入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、
前記信号波長に分離された光を集光させる集光素子と、
前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるように、前記第1方向、及び、前記第1方向に直交する第2方向に、前記信号光を偏向させる光偏向素子アレイと、
を備える波長選択スイッチにおいて、
前記光偏向素子アレイの偏向範囲内において、前記入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように前記集光素子及び前記光偏向素子アレイが配置されていることを特徴とする波長選択スイッチ。 - 前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向が、前記第2方向において、前記集光素子の中心軸と一致しないように、前記光分散手段と前記集光素子が配置されてい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。
- 前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向が、前記第2方向において、前記集光素子の中心軸と一致し、前記光偏向素子アレイの偏向範囲内において、前記入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように前記光偏向素子アレイが傾斜してい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。
- 前記集光素子は、前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向と前記集光素子の中心軸とが一致する位置から、前記第2方向へずらして配置されていることを特徴とする請求項2に記載の波長選択スイッチ。
- 前記光偏向素子アレイは、第2方向に配列された複数のミラーを有するミラーアレイであって、前記複数のミラーは、前記複数のミラーのそれぞれに集光する点を結んだ軸に対して常に斜めに傾いていることを特徴とする請求項3に記載の波長選択スイッチ。
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