JP2012220924A - N×n wavelength selection switch - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an N×N wavelength selection switch capable of simultaneously executing DEMUX operation and MUX operation of two or more light beams of the same wavelength by a simple unit.SOLUTION: An N×N wavelength selection switch 20 includes an input side waveguide type branch circuit 7a and an output side waveguide type branch circuit 7b of a port number N, is for, when multiwavelength light of a wavelength number M is inputted to one input port of the input side waveguide type branch circuit 7a, outputting the multiwavelength light from an optional output port of the output side waveguide type branch circuit 7b for each wavelength, and comprises spectroscopic means, an input side two-dimensional MEMS mirror 16a including mirrors that are arranged in N columns and arrayed in M rows and selectively reflect each single wavelength light in an optional direction, reflection means, an output side two-dimensional MEMS mirror 16b including mirrors that are arranged in N columns and arrayed in M rows and reflect each single wavelength light to a specific direction, and condensing means.

Description

本発明は、N×N波長選択スイッチに関するものである。   The present invention relates to an N × N wavelength selective switch.

図9は、メッシュネットワーク90における、あるノード装置91の一構成例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a certain node device 91 in the mesh network 90.

図9に示すように、一般に光ネットワークにおいては、光ファイバの断線や伝送装置の障害が生じても、光通信が断絶しないように、光ファイバはペア光ファイバ92による二重化が施されている。   As shown in FIG. 9, generally, in an optical network, the optical fiber is duplexed by a pair of optical fibers 92 so that the optical communication is not interrupted even if the optical fiber is disconnected or the transmission apparatus fails.

例えば、1+1プロテクションと呼ばれる方式では、ペア光ファイバ92の一方の光ファイバ92aはWestからEastに、他方の光ファイバ92bはEastからWestに同時伝送され、メインの光ファイバ92a(West→East)が断線した場合は、瞬時に他方の光ファイバ92b(East→West)に切り替えることで、障害を回避している。   For example, in a method called 1 + 1 protection, one optical fiber 92a of the pair optical fiber 92 is simultaneously transmitted from West to East, and the other optical fiber 92b is simultaneously transmitted from East to West, and the main optical fiber 92a (West → East) is transmitted. In the case of disconnection, the failure is avoided by switching to the other optical fiber 92b (East → West) instantly.

ノード装置91は、3つの方向のペア光ファイバ92,93,94を持つ構成であり(3Degreeといわれる)、すなわち、West、East、North方向に位置する3つのノードに向かってペア光ファイバ92,93,94が敷設されている。   The node device 91 has a configuration having paired optical fibers 92, 93, 94 in three directions (referred to as 3Degree), that is, the paired optical fibers 92, 92 toward three nodes located in the West, East, and North directions. 93 and 94 are laid.

以下、ノード装置91の動作について説明する。   Hereinafter, the operation of the node device 91 will be described.

ノード装置91は、ネットワークインターフェース(NWインターフェースA,B,C)より構成されている。今、NWインターフェースAに着目する。   The node device 91 is composed of network interfaces (NW interfaces A, B, and C). Now, pay attention to the NW interface A.

WestからEastに伝送されているペア光ファイバ92の1本である光ファイバ92aには、約100波程度の波長信号が多重化されており、1×4光スプリッタ95で4分岐された後、2つの信号は、それぞれ2つのTX/RXバンクI,IIに入り、波長選択スイッチ(WSS)96で1つに多重化(MUX)された後、更に、対向して配置された、もう1つの波長選択スイッチ97に入り、非多重化(DEMUX)された後、それぞれ波長可変レシーバ(λ−RX)98で受光される。   A wavelength signal of about 100 waves is multiplexed on the optical fiber 92a, which is one of the pair optical fibers 92 transmitted from West to East, and after being branched into four by the 1 × 4 optical splitter 95, Each of the two signals enters two TX / RX banks I and II, and is multiplexed (MUX) into one by a wavelength selective switch (WSS) 96. After entering the wavelength selective switch 97 and demultiplexing (DEMUX), it is received by the wavelength variable receiver (λ-RX) 98.

ここで、2つのTX/RXバンクI,IIを備えた構成にしている理由は、1つのTX/RXバンクI(又はII)が故障しても、もう1つのTX/RXバンクII(又はI)でバックアップし、システムダウンを回避するためである。   Here, the reason why the configuration includes two TX / RX banks I and II is that even if one TX / RX bank I (or II) fails, another TX / RX bank II (or I) ) To avoid system down.

また、2つの波長選択スイッチ96,97を対向して配置する複雑な構成を用いている理由は、現状では、多入力、多出力のN×N波長選択スイッチがないためである。   The reason why the complicated configuration in which the two wavelength selective switches 96 and 97 are arranged to face each other is because there is no multi-input, multi-output N × N wavelength selective switch at present.

一方、1×4光スプリッタ95で4分岐された後の残りの2つの光信号は、それぞれ、NWインターフェースB,Cの1×4波長選択スイッチ99に接続され、East及びNorth方向に位置するノードへ向かって伝送される。   On the other hand, the remaining two optical signals after being branched into four by the 1 × 4 optical splitter 95 are connected to the 1 × 4 wavelength selective switch 99 of the NW interfaces B and C, respectively, and are nodes located in the East and North directions. Is transmitted toward.

一方、NWインターフェースAにある1×4波長選択スイッチ99には、NWインターフェースB,Cにある1×4光スプリッタ95からの光信号と2つのTX/RXバンクI,IIにある波長可変トランスミッタ(λ−TX)100からの光信号が入力される。TX/RXバンクI,IIにある波長可変トランスミッタ100からの光は、対向して配置された2つの光スプリッタ101,102を経由している。   On the other hand, the 1 × 4 wavelength selective switch 99 in the NW interface A has an optical signal from the 1 × 4 optical splitter 95 in the NW interfaces B and C and a wavelength variable transmitter in the two TX / RX banks I and II ( The optical signal from (λ−TX) 100 is input. The light from the wavelength tunable transmitter 100 in the TX / RX banks I and II passes through the two optical splitters 101 and 102 arranged to face each other.

各々のNWインターフェースA,B,Cで、1×4光スプリッタ95を用いて分配する理由は、ある方向(例えば、West)から来た多重化された光信号をAddポート103及びDropポート104(TX/RXバンクI,IIへ向かうポート)までを含めた全てのNWインターフェースA,B,Cへ分配し、それを波長選択スイッチ99を用いて、光信号の選択やパワー調整をすることで一部の波長信号はブロードキャストして全てのNWインターフェースA,B,Cに分配したり、一部の波長信号は選択して、唯一のNWインターフェースA,B,Cのみにルーティングできるといった光ネットワークを構築できるためである。   The reason why each NW interface A, B, C is distributed using the 1 × 4 optical splitter 95 is that multiplexed optical signals coming from a certain direction (for example, West) are added to the Add port 103 and Drop port 104 ( Distribution to all NW interfaces A, B, and C including ports to TX / RX banks I and II), and using the wavelength selective switch 99, the optical signal is selected and the power is adjusted. Build an optical network that broadcasts part of the wavelength signal and distributes it to all NW interfaces A, B, and C, or selects part of the wavelength signal and routes to only one NW interface A, B, and C This is because it can.

この場合、各光ファイバには、同じ波長の光信号(異なった情報が伝送されている)が2つ以上、同時に伝送されないよう、ネットワーク管理層でモニターされ、制御されている。   In this case, each optical fiber is monitored and controlled by the network management layer so that two or more optical signals of the same wavelength (different information are transmitted) are not transmitted simultaneously.

この波長選択スイッチ99は、任意の波長信号を任意の数だけ任意のポートに接続できる機能及び各光信号の可変アテネーション機能も有している。しかし、ノードのDegree数が増加するにつれ1×N波長選択スイッチのNの数を増やす必要がある。   This wavelength selective switch 99 also has a function of connecting an arbitrary number of arbitrary wavelength signals to an arbitrary port and a variable attenuation function of each optical signal. However, it is necessary to increase the number N of 1 × N wavelength selective switches as the number of node degrees increases.

以下、1×N波長選択スイッチ(N=2,3・・・)について説明する。   The 1 × N wavelength selective switch (N = 2, 3,...) Will be described below.

図10は、従来の1×N波長選択スイッチを示す図である(非特許文献1参照)。   FIG. 10 is a diagram showing a conventional 1 × N wavelength selective switch (see Non-Patent Document 1).

図10に示すように、この1×N波長選択スイッチ110は、入出力光ファイバ111と、コリメートレンズアレイ112と、水平偏波(Y偏波)と垂直偏波(X偏波)間の特性を無依存化するためのプリズム113と、その水平偏波又は垂直偏波の一方を90度回転させる1/2波長板114と、空間的に光の円形分布を楕円分布に変換するアナモルフィックプリズムペア115と、コンデンサーレンズ116と、MEMS(Micro Electro Mechanical System)マイクロミラーアレイ117と、リゾリューションレンズ118と、バルク型グレーティング119とから構成されている。   As shown in FIG. 10, this 1 × N wavelength selective switch 110 includes an input / output optical fiber 111, a collimating lens array 112, and characteristics between horizontal polarization (Y polarization) and vertical polarization (X polarization). , A half-wave plate 114 that rotates one of its horizontally polarized waves and vertically polarized waves by 90 degrees, and anamorphic that spatially converts a circular distribution of light into an elliptic distribution A prism pair 115, a condenser lens 116, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) micromirror array 117, a resolution lens 118, and a bulk type grating 119 are included.

図11は、従来の別のタイプの1×N波長選択スイッチを示す図である(特許文献1参照)。   FIG. 11 is a diagram showing another conventional 1 × N wavelength selective switch (see Patent Document 1).

図11に示すように、この1×N波長選択スイッチ600は、入出力光ファイバ601〜606と、コリメートレンズアレイ610と、水平偏波(Y偏波)と垂直偏波(X偏波)間の特性を無依存化するためのWollastonプリズム615(2つの3角形状からなるプリズム616,617から構成されている)と、その水平偏波と垂直偏波間の位相差を零にするための複屈折率板620と、1/2波長板625(626のみが1/2波長板で627は偏波に影響を与えない)と、凹面鏡630と、シリンドリカルレンズ635と、エッジプリズム641付グレーティング642と、光を垂直に曲げるためのプリズム646と、LCOS SLM(Liquid Crystal On Silicon Spatial Light Modulator)645とから構成されている。   As shown in FIG. 11, the 1 × N wavelength selective switch 600 includes input / output optical fibers 601 to 606, a collimator lens array 610, and between horizontal polarization (Y polarization) and vertical polarization (X polarization). A Wollaston prism 615 (consisting of two triangular prisms 616 and 617) and a compound for making the phase difference between the horizontal polarization and the vertical polarization zero. A refractive index plate 620, a half-wave plate 625 (only 626 is a half-wave plate and 627 does not affect polarization), a concave mirror 630, a cylindrical lens 635, and a grating 642 with an edge prism 641 , A prism 646 for bending light vertically, and LCOS SLM (Liquid Crystal On Silicon Spatial Light Mo duplicator) 645.

これら従来技術である1×N波長選択スイッチ110,600では、構成は異なるものの、基本的には下記に示した機能を有している。   These conventional 1 × N wavelength selective switches 110 and 600 basically have the following functions, although their configurations are different.

(1)入出力ポート構成は、1×N(N=2,3,4・・・)である。   (1) The input / output port configuration is 1 × N (N = 2, 3, 4,...).

(2)DEMUX機能スイッチング:1つの入力ポートに多重化された波長の光信号を入射した場合、入力光信号の中から、任意の波長(例えばλ1,λ5,λ29)、任意の波長数(例えばλ1,λ5,λ29の場合は3波長)を任意の出力ポート(Nポートのうち、あるポート)に出力でき、その状態を変化(スイッチング)できる。 (2) DEMUX function switching: When an optical signal with a multiplexed wavelength is incident on one input port, an arbitrary wavelength (for example, λ 1 , λ 5 , λ 29 ), an arbitrary wavelength is selected from the input optical signals. A number (for example, three wavelengths in the case of λ 1 , λ 5 , and λ 29 ) can be output to an arbitrary output port (a port among N ports), and the state can be changed (switched).

(3)MUX機能:逆に、Nポートのうち、任意のポートから入射した任意波長を1つの出力ポートに合波できる。ただし、Nポートのうち2つのポートから入射された同じ波長の光は、選択されて1つの出力ポートに出力される。   (3) MUX function: Conversely, an arbitrary wavelength incident from an arbitrary port among N ports can be multiplexed to one output port. However, light of the same wavelength incident from two of the N ports is selected and output to one output port.

(4)可変アテネーション機能:上記のMUX/DEMUXにおいて各波長の光信号パワーを所望の値に調整できる。   (4) Variable attenuation function: In the MUX / DEMUX, the optical signal power of each wavelength can be adjusted to a desired value.

米国特許出願公開第2006/67611号明細書US Patent Application Publication No. 2006/67611

Journal of Lightwave Technology,VOL.23,NO.4,APRIL.2005Journal of Lightwave Technology, VOL. 23, NO. 4, APRIL. 2005

上記の波長選択スイッチで制限となるのは、入出力ポート構成は、1×N(N=2,3,4・・・)であるため、異なった情報を持つ、2つ以上の同じ波長の光を同時にDEMUX動作、MUX動作ができない点である。   The above-mentioned wavelength selective switch is limited because the input / output port configuration is 1 × N (N = 2, 3, 4,...), So two or more of the same wavelengths having different information are used. This is the point that the DEMUX operation and the MUX operation cannot be performed simultaneously with light.

これは図9に示した現状の光ネットワーク機能を実現する上で、極めてデメリットであり、以下に詳しく説明する。   This is extremely disadvantageous in realizing the current optical network function shown in FIG. 9, and will be described in detail below.

図9に示した現状の光ネットワークでは、1本の光ファイバにそれぞれ多重化された(例えば、λ1〜λ100)光が独立に伝送されている。このため、2つ以上の同じ波長光信号が同時に1本の光ファイバに入射しないという制限のもとで、種々の波長の光信号を任意の光ファイバ間でスイッチングしてやる必要がある。しかし、1×N波長選択スイッチ単体では、2つ以上の同じ波長の光を同時にDEMUX動作、MUX動作ができないため、以下の構成により実現している。 In the current optical network shown in FIG. 9, light (for example, λ 1 to λ 100 ) multiplexed on one optical fiber is independently transmitted. For this reason, it is necessary to switch optical signals of various wavelengths between arbitrary optical fibers under the restriction that two or more optical signals having the same wavelength are not simultaneously incident on one optical fiber. However, since the 1 × N wavelength selective switch alone cannot simultaneously perform two or more lights having the same wavelength in the DEMUX operation and the MUX operation, it is realized by the following configuration.

光スプリッタで4つの波長群に等分配した後、各NWインターフェースの1×N波長選択スイッチに接続する。このとき、2つ以上の異なった情報を含む同じ波長が1×N波長選択スイッチに入射される。その後、同じ波長の光が衝突しないように、不要な波長の光信号は波長選択スイッチで選択され、所望の光信号のみを伝送させる。これらの制御は、ネットワーク管理層で1×N波長選択スイッチのスイッチング状態を遠隔制御して行われる。また、同様に、TX/RXバンクでのDropポートでは、各NWインターフェースからDropされてきた同じ波長の信号(情報は異なる)を衝突することなく波長可変レシーバ(λ−RX)に送るため、1×N波長選択スイッチを対向して接続している。更にTX/RXバンクでのAddポートでは、1×Nスプリッタを対向して接続し、多数の波長可変トランスミッタ(λ−TX)からの信号を各NWインターフェースに送っている。   After being equally distributed to the four wavelength groups by the optical splitter, it is connected to the 1 × N wavelength selective switch of each NW interface. At this time, the same wavelength including two or more different pieces of information is incident on the 1 × N wavelength selective switch. Thereafter, an optical signal having an unnecessary wavelength is selected by a wavelength selective switch so that light having the same wavelength does not collide, and only a desired optical signal is transmitted. These controls are performed by remotely controlling the switching state of the 1 × N wavelength selective switch at the network management layer. Similarly, in the drop port in the TX / RX bank, signals of the same wavelength (information is different) dropped from each NW interface are sent to the wavelength variable receiver (λ-RX) without colliding with each other. X N wavelength selective switches are connected to face each other. Further, in the Add port in the TX / RX bank, 1 × N splitters are connected to face each other, and signals from a large number of wavelength variable transmitters (λ-TX) are sent to each NW interface.

しかし、上記の機能を実現するため、図9では、7台の波長選択スイッチと7台の光スプリッタを用いており、極めて高コストとなる。また、光スプリッタは、光パワーを分配するだけである。例えば1×4光スプリッタの損失は、1台あたり約6dBであるため、全体として大きな損失となり、これを補償するため、高価な光アンプが必要となる。以上のように、現状の1×N波長選択スイッチを用いた光ネットワークでは、極めて非効率なシステム形態となっている。この原因は、システムを構築している1×N波長選択スイッチの機能に由来している。   However, in order to realize the above function, in FIG. 9, seven wavelength selective switches and seven optical splitters are used, which is extremely expensive. The optical splitter only distributes the optical power. For example, since the loss of a 1 × 4 optical splitter is about 6 dB per unit, the loss is large as a whole, and an expensive optical amplifier is required to compensate for this. As described above, the current optical network using the 1 × N wavelength selective switch has a very inefficient system form. This cause is derived from the function of the 1 × N wavelength selective switch that constructs the system.

そこで、本発明の目的は、上記した問題を解決し、それ単体で2つ以上の同じ波長の光を同時にDEMUX動作、MUX動作させることが可能なN×N波長選択スイッチを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an N × N wavelength selective switch capable of solving the above-described problems and capable of simultaneously performing DEMUX operation and MUX operation of two or more lights having the same wavelength alone. .

この目的を達成するために創案された本発明は、平面方向に並列された複数の入力ポートを有するポート数N(Nは2以上の整数)の入力側導波路型分岐回路と、前記平面方向に並列された複数の出力ポートを有するポート数Nの出力側導波路型分岐回路と、を備え、前記入力側導波路型分岐回路の一の入力ポートに波長数M(Mは2以上の整数)の多波長光を入力したときに、その多波長光を波長毎に前記出力側導波路型分岐回路の任意の出力ポートから出力するためのN×N波長選択スイッチであって、前記入力側導波路型分岐回路からの多波長光を、前記平面方向と直交する方向に波長毎に分光する分光手段と、前記入力側導波路型分岐回路の各入力ポートに対応して前記平面方向にN列配置されると共に前記分光手段で分光された各単波長光に対応して前記平面方向と直交する方向にM行配列され、前記平面方向の各単波長光を前記平面方向の任意の方向に選択的に反射するミラーを有する入力側二次元MEMSミラーと、前記入力側二次元MEMSミラーで反射された各単波長光を反射する反射手段と、前記出力側導波路型分岐回路の各ポートに対応して前記平面方向にN列配置されると共に前記反射手段で反射された各単波長光に対応して前記平面方向と直交する方向にM行配列され、前記反射手段からの各単波長光を前記平面方向の特定の方向に向けて反射するミラーを有する出力側二次元MEMSミラーと、前記出力側二次元MEMSミラーからの各単波長光を、前記平面方向と直交する方向の各単波長光を合波して前記出力側導波路型分岐回路の任意の出力ポートから出力する集光手段と、を備えたN×N波長選択スイッチである。   The present invention devised to achieve this object includes an input-side waveguide branch circuit having N ports (N is an integer of 2 or more) having a plurality of input ports arranged in parallel in the planar direction, and the planar direction. A number N of output-side waveguide branch circuits having a plurality of output ports arranged in parallel with each other, and the number of wavelengths M (M is an integer of 2 or more) at one input port of the input-side waveguide branch circuit ) N × N wavelength selective switch for outputting the multi-wavelength light from any output port of the output-side waveguide branch circuit for each wavelength when the multi-wavelength light is input. Spectroscopic means for dispersing multi-wavelength light from the waveguide type branch circuit for each wavelength in a direction orthogonal to the plane direction, and N in the plane direction corresponding to each input port of the input side waveguide type branch circuit. Each array arranged and spectrally separated by the spectroscopic means An input-side two-dimensional MEMS mirror having a mirror corresponding to wavelength light and arranged in M rows in a direction orthogonal to the planar direction and selectively reflecting each single wavelength light in the planar direction in an arbitrary direction of the planar direction Reflecting means for reflecting each single-wavelength light reflected by the input-side two-dimensional MEMS mirror, N rows arranged in the plane direction corresponding to each port of the output-side waveguide branch circuit, and A mirror that is arranged in M rows in a direction orthogonal to the planar direction corresponding to each single wavelength light reflected by the reflecting means, and reflects each single wavelength light from the reflecting means toward a specific direction in the planar direction. Output-side two-dimensional MEMS mirror, and each single-wavelength light from the output-side two-dimensional MEMS mirror is combined with each single-wavelength light in a direction orthogonal to the plane direction, and the output-side waveguide branch circuit Any output port And an N × N wavelength selective switch provided with a condensing unit that outputs the light.

また、本発明は、波長数M(Mは2以上の整数)の多波長光が入力される入力ポートとしての複数の導波路が平面方向に並列されてなるポート数N(Nは2以上の整数)の入力導波路と、前記入力導波路に入力された多波長光を前記平面方向に広げる入力側スラブ導波路とを有する入力側導波路型分岐回路と、前記入力側導波路型分岐回路で広げられた多波長光を、前記平面方向にコリメートする入力側第1レンズと、前記入力側第1レンズでコリメートされた多波長光を、前記平面方向と直交する方向にコリメートする入力側第2レンズと、前記入力側第2レンズでコリメートされた多波長光を、前記平面方向に集光する入力側第3レンズと、前記入力側第3レンズで集光された多波長光を、前記平面方向と直交する方向に波長毎に分光する入力側グレーティングと、前記入力側グレーティングで分光された各単波長光を、前記平面方向と直交する方向にコリメートする入力側第4レンズと、前記平面方向にN列のミラーを有すると共に前記平面方向と直交する方向にM行のミラーを有し、前記入力側第4レンズでコリメートされた各単波長光をM行のミラーで波長毎に反射すると共に前記入力側第4レンズでコリメートされた各単波長光の進む角度をN列のミラーでポート毎に変換する入力側二次元MEMSミラーと、前記入力側二次元MEMSミラーで波長毎に反射されると共にポート毎に進む角度を変換された各単波長光を、前記平面方向に集光する反射用レンズと、前記反射用レンズで集光された各単波長光を、再び前記反射用レンズに反射する反射部材と、前記平面方向にN列のミラーを有すると共に前記平面方向と直交する方向にM行のミラーを有し、前記反射部材で反射されて再び前記反射用レンズを通過した各単波長光をM行のミラーで波長毎に反射すると共に各単波長光の進む角度をN列のミラーでポート毎に変換する出力側二次元MEMSミラーと、前記出力側二次元MEMSミラーで波長毎に反射されると共にポート毎に進む角度を変換された各単波長光を、前記平面方向と直交する方向に集光する出力側第4レンズと、前記出力側第4レンズで集光された各単波長光を、前記平面方向と直交する方向にポート毎に合波する出力側グレーティングと、前記出力側グレーティングで合波された各多波長光を、前記平面方向にコリメートする出力側第3レンズと、前記出力側第3レンズでコリメートされた各多波長光を、前記平面方向と直交する方向に集光する出力側第2レンズと、前記出力側第2レンズで集光された各多波長光を、前記平面方向に集光する出力側第1レンズと、前記出力側第1レンズで集光された各多波長光を通過させる出力側スラブ導波路と、前記出力側スラブ導波路を通過した各多波長光が出力される出力ポートとしての複数の導波路が前記平面方向に並列されてなるポート数Nの出力導波路とを有する出力側導波路型分岐回路と、を備えたN×N波長選択スイッチである。   In the present invention, the number N of ports in which a plurality of waveguides as input ports to which multi-wavelength light having a wavelength number M (M is an integer of 2 or more) is input is arranged in parallel in a plane direction (N is 2 or more). Integer) input waveguide, and an input-side waveguide branch circuit having an input-side slab waveguide that spreads multi-wavelength light input to the input waveguide in the planar direction, and the input-side waveguide-type branch circuit The input side first lens that collimates the multi-wavelength light spread in the plane direction, and the input side first lens that collimates the multi-wavelength light collimated by the input side first lens in a direction orthogonal to the plane direction. Two lenses, an input-side third lens that condenses multi-wavelength light collimated by the input-side second lens in the plane direction, and multi-wavelength light condensed by the input-side third lens, Spectroscopy for each wavelength in a direction perpendicular to the plane direction An input-side grating, an input-side fourth lens that collimates each single-wavelength light split by the input-side grating in a direction perpendicular to the plane direction, and N rows of mirrors in the plane direction, and the plane direction Each of the single-wavelength light collimated by the input-side fourth lens and reflected by the M-row mirror for each wavelength and collimated by the input-side fourth lens. An input-side two-dimensional MEMS mirror that converts the traveling angle of single-wavelength light for each port using an N-row mirror, and each angle that is reflected for each wavelength by the input-side two-dimensional MEMS mirror and converted for each port. A reflecting lens that condenses the single wavelength light in the plane direction, a reflecting member that reflects the single wavelength light collected by the reflecting lens to the reflecting lens again, and the planar direction Each having N rows of mirrors and M rows of mirrors in a direction perpendicular to the plane direction, and each single-wavelength light reflected by the reflecting member and passing through the reflecting lens again is converted into wavelengths by the M rows of mirrors. The output side two-dimensional MEMS mirror that reflects each time and converts the traveling angle of each single-wavelength light for each port by an N-row mirror, and is reflected by the output side two-dimensional MEMS mirror for each wavelength and proceeds for each port. An output-side fourth lens that collects each single-wavelength light whose angle has been converted in a direction orthogonal to the plane direction, and each single-wavelength light that is collected by the output-side fourth lens is the plane direction. An output side grating that is multiplexed for each port in a direction orthogonal to each other, an output side third lens that collimates each multi-wavelength light multiplexed by the output side grating in the plane direction, and the output side third lens Collimated The output-side second lens that collects each multi-wavelength light collected in a direction orthogonal to the plane direction, and each multi-wavelength light collected by the output-side second lens is collected in the plane direction. An output-side first lens, an output-side slab waveguide that passes each multi-wavelength light condensed by the output-side first lens, and an output that outputs each multi-wavelength light that has passed through the output-side slab waveguide An N × N wavelength selective switch comprising: an output-side waveguide branch circuit having a number N of output waveguides in which a plurality of waveguides as ports are arranged in parallel in the planar direction.

前記入力側第2レンズと前記出力側第2レンズは共通の入出力第2レンズからなり、前記入力側第4レンズと前記出力側第4レンズは共通の入出力第4レンズからなると良い。   The input second lens and the output second lens may be a common input / output second lens, and the input fourth lens and the output fourth lens may be a common input / output fourth lens.

前記入力側二次元MEMSミラーの前段と前記出力側二次元MEMSミラーの後段のうち、少なくとも前記入力側二次元MEMSミラーの前段に、各単波長光を多数の光ビームに変換するためのホログラム素子或いは多数のピクセルからなる透過型液晶セルを更に備えると良い。   Hologram element for converting each single-wavelength light into a plurality of light beams at least before the input side two-dimensional MEMS mirror among the front stage of the input side two-dimensional MEMS mirror and the rear stage of the output side two-dimensional MEMS mirror Alternatively, a transmissive liquid crystal cell composed of a large number of pixels may be further provided.

前記ホログラム素子或いは前記透過型液晶セルと前記入力側二次元MEMSミラー或いは前記出力側二次元MEMSミラーとの間に1/4波長板を更に備えると良い。   A quarter wavelength plate may be further provided between the hologram element or the transmissive liquid crystal cell and the input side two-dimensional MEMS mirror or the output side two-dimensional MEMS mirror.

前記入力側導波路型分岐回路の前記入力導波路端、前記出力側導波路型分岐回路の前記出力導波路端、前記入力側二次元MEMSミラー、及び前記出力側二次元MEMSミラーにおけるスポットサイズより他の部分におけるスポットサイズが拡大されていると良い。   From the input waveguide end of the input-side waveguide branch circuit, the output waveguide end of the output-side waveguide branch circuit, the input-side two-dimensional MEMS mirror, and the spot size of the output-side two-dimensional MEMS mirror It is preferable that the spot size in the other part is enlarged.

前記入力側二次元MEMSミラー及び前記出力側二次元MEMSミラーにおけるスポットサイズが、それぞれの上で同一となるように前記入力導波路及び前記出力導波路のスポットサイズとレンズの焦点距離が選ばれると良い。   When the spot size of the input waveguide and the output waveguide and the focal length of the lens are selected so that the spot sizes in the input-side two-dimensional MEMS mirror and the output-side two-dimensional MEMS mirror are the same on each of them good.

前記入力側導波路型分岐回路の前記入力導波路端及び/又は前記出力側導波路型分岐回路の前記出力導波路端に接続された光ファイバを更に備えると良い。   It is preferable to further include an optical fiber connected to the input waveguide end of the input side waveguide type branch circuit and / or the output waveguide end of the output side waveguide type branch circuit.

前記反射部材が、独立した反射板或いは前記反射用レンズの後段の面に形成された反射膜からなると良い。   The reflecting member may be formed of an independent reflecting plate or a reflecting film formed on the rear surface of the reflecting lens.

前記入力側二次元MEMSミラーの前段と前記出力側二次元MEMSミラーの後段に、光線を90度折り曲げて前記入力側二次元MEMSミラー及び前記出力側二次元MEMSミラーに入出射するコーナーキューブを更に備えると良い。   Further, a corner cube for bending light rays 90 degrees into the input side two-dimensional MEMS mirror and the output side two-dimensional MEMS mirror at the front stage of the input side two-dimensional MEMS mirror and the rear stage of the output side two-dimensional MEMS mirror is further provided. It is good to prepare.

前記入力側導波路型分岐回路の端面が、前記入力側導波路型分岐回路の端面からの反射戻り光を低減するため、その角度を5度以上に研磨されると共に、前記入力側導波路型分岐回路は、前記入力側導波路型分岐回路の端面から出射される多波長光がそれ以降の各レンズに対して垂直に入射するように傾けて配置されると良い。   The end face of the input side waveguide type branch circuit is polished at an angle of 5 degrees or more in order to reduce reflected return light from the end face of the input side waveguide type branch circuit, and the input side waveguide type The branch circuit is preferably arranged so as to be inclined so that multi-wavelength light emitted from the end face of the input-side waveguide branch circuit is perpendicularly incident on each subsequent lens.

前記入力側二次元MEMSミラー及び前記出力側二次元MEMSミラーが、櫛歯型の電極で駆動されると良い。   The input-side two-dimensional MEMS mirror and the output-side two-dimensional MEMS mirror may be driven by comb-shaped electrodes.

前記入力側グレーティングと前記出力側グレーティングは反射型グレーティングからなり、前記入出力第2レンズと前記入出力第4レンズは共通の入出力レンズからなると良い。   The input side grating and the output side grating may be formed of a reflection type grating, and the input / output second lens and the input / output fourth lens may be formed of a common input / output lens.

本発明の特徴は、(1)導波路型分岐回路を2つ用いて、それをそれぞれ入力ポート、出力ポートとして用い、更にグレーティングを用いその分光する分散面と入出力ポートの面を直交するような光学系を考案したこと、(2)上記の直交する入出力ポート面と分散面に応じて、例えば蒲鉾形のような一方向にのみ集光機能を持つレンズを光学系に組み合わせること、(3)波長毎に入出力ポートをスイッチングするため、二次元MEMSミラーを2セット用いて光を反射させたこと、及び(4)更に二次元MEMSミラーの直前にホログラム素子或いは透過型液晶セルを用いたことにある。   The features of the present invention are as follows: (1) Two waveguide branch circuits are used as an input port and an output port, respectively, and further, a grating is used so that the spectrally dispersed surface and the input / output port surface are orthogonal to each other. (2) A lens having a condensing function only in one direction, for example, a bowl shape, is combined with the optical system according to the orthogonal input / output port surface and the dispersion surface. 3) In order to switch the input / output port for each wavelength, two sets of two-dimensional MEMS mirrors were used to reflect light, and (4) a hologram element or a transmissive liquid crystal cell was used immediately before the two-dimensional MEMS mirror. There is that.

本発明によれば、それ単体で2つ以上の同じ波長の光を同時にDEMUX動作、MUX動作させることが可能なN×N波長選択スイッチを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an N × N wavelength selective switch capable of simultaneously performing DEMUX operation and MUX operation of two or more lights having the same wavelength.

本発明の実施の形態に係るN×N波長選択スイッチを示す斜視図である。1 is a perspective view showing an N × N wavelength selective switch according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るN×N波長選択スイッチを示す上視図である。It is a top view which shows the NxN wavelength selective switch which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るN×N波長選択スイッチを示す側視図である。It is a side view which shows the NxN wavelength selective switch which concerns on embodiment of this invention. 本発明に係るN×N波長選択スイッチの使用例を示す図である。It is a figure which shows the usage example of the NxN wavelength selective switch which concerns on this invention. 本発明の変形例に係るN×N波長選択スイッチを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the NxN wavelength selective switch which concerns on the modification of this invention. (a)は図5のN×N波長選択スイッチに用いられるホログラム素子の位相分布の一例を示す図であり、(b)は図5のN×N波長選択スイッチを示す上視図である。(A) is a figure which shows an example of the phase distribution of the hologram element used for the NxN wavelength selective switch of FIG. 5, (b) is a top view which shows the NxN wavelength selective switch of FIG. 本発明の他の変形例に係るN×N波長選択スイッチを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the NxN wavelength selective switch which concerns on the other modification of this invention. 本発明の他の変形例に係るN×N波長選択スイッチを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the NxN wavelength selective switch which concerns on the other modification of this invention. メッシュネットワークにおける、あるノード装置の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of a certain node apparatus in a mesh network. 従来の1×N波長選択スイッチを示す図である。It is a figure which shows the conventional 1 * N wavelength selective switch. 従来の別のタイプの1×N波長選択スイッチを示す図である。It is a figure which shows another conventional 1 * N wavelength selective switch.

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1〜3は本発明の好適な実施の形態に係るN×N波長選択スイッチを示す図であり、図1は斜視図、図2は上視図、図3は側視図である。先ず、図1を用いて全体構成を説明し、その後、その動作を説明する。   1 to 3 are views showing an N × N wavelength selective switch according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view, FIG. 2 is a top view, and FIG. 3 is a side view. First, the overall configuration will be described with reference to FIG. 1, and then the operation will be described.

図1に示すように、実施の形態に係るN×N波長選択スイッチ20は、平面方向(図示X方向)に並列された複数の入力ポートを有するポート数N(Nは2以上の整数)の入力側導波路型分岐回路7aと、平面方向に並列された複数の出力ポートを有するポート数Nの出力側導波路型分岐回路7bと、を備え、入力側導波路型分岐回路7aの一の入力ポートに波長数M(Mは2以上の整数)の多波長光を入力したときに、その多波長光を波長毎に出力側導波路型分岐回路7bの任意の出力ポートから出力するためのものである。   As shown in FIG. 1, the N × N wavelength selective switch 20 according to the embodiment has a number N of ports (N is an integer of 2 or more) having a plurality of input ports arranged in parallel in the plane direction (X direction in the drawing). An input-side waveguide type branch circuit 7a, and an output-side waveguide type branch circuit 7b having a number N of ports having a plurality of output ports arranged in parallel in the plane direction. When multi-wavelength light having a wavelength number M (M is an integer of 2 or more) is input to the input port, the multi-wavelength light is output from an arbitrary output port of the output-side waveguide branch circuit 7b for each wavelength. Is.

そして、N×N波長選択スイッチ20は、入力側導波路型分岐回路7aからの多波長光を、平面方向でそのまま透過すると共に平面方向と直交する方向(図示Y方向)に波長毎に分光する分光手段と、入力側導波路型分岐回路7aの各入力ポートに対応して平面方向にN列配置されると共に分光手段で分光された各単波長光に対応して平面方向と直交する方向にM行配列され、平面方向の各単波長光を平面方向の任意の方向に選択的に反射するミラーを有する入力側二次元MEMSミラー16aと、入力側二次元MEMSミラー16aで反射された各単波長光を反射する反射手段と、出力側導波路型分岐回路7bの各ポートに対応して平面方向にN列配置されると共に反射手段で反射された各単波長光に対応して平面方向と直交する方向にM行配列され、反射手段からの各単波長光を平面方向の特定の方向に向けて反射するミラーを有する出力側二次元MEMSミラー16bと、出力側二次元MEMSミラー16bからの各単波長光を、平面方向でそのまま透過すると共に平面方向と直交する方向の各単波長光を合波して出力側導波路型分岐回路7bの任意の出力ポートから出力する集光手段と、を備えたことを特徴とする。   The N × N wavelength selective switch 20 transmits the multi-wavelength light from the input-side waveguide type branch circuit 7a as it is in the plane direction and splits the wavelength for each wavelength in a direction orthogonal to the plane direction (Y direction in the drawing). N rows are arranged in the plane direction corresponding to the input means of the spectroscopic means and the input side waveguide type branch circuit 7a, and in a direction orthogonal to the plane direction corresponding to each single wavelength light dispersed by the spectroscopic means. An input-side two-dimensional MEMS mirror 16a having M rows and having a mirror that selectively reflects each single-wavelength light in the plane direction in an arbitrary direction in the plane direction, and each unit reflected by the input-side two-dimensional MEMS mirror 16a Reflecting means for reflecting the wavelength light, N rows arranged in the plane direction corresponding to each port of the output side waveguide type branch circuit 7b, and in the plane direction corresponding to each single wavelength light reflected by the reflecting means M in the orthogonal direction The output-side two-dimensional MEMS mirror 16b having a mirror that is arranged and reflects each single-wavelength light from the reflecting means toward a specific direction in the plane direction, and each single-wavelength light from the output-side two-dimensional MEMS mirror 16b, And a condensing unit that transmits the single wavelength light in the direction perpendicular to the plane direction and multiplexes each single wavelength light and outputs it from any output port of the output-side waveguide branch circuit 7b. And

入力側導波路型分岐回路7aは、波長数Mの多波長光が入力される入力ポートとしての複数の導波路2a〜6aが平面方向に並列されてなるポート数Nの入力導波路1aと、入力導波路1aに入力された多波長光を平面方向に広げる入力側スラブ導波路8aと、を有する。   The input-side waveguide type branch circuit 7a includes an input waveguide 1a having a port number N in which a plurality of waveguides 2a to 6a as input ports to which multi-wavelength light having a wavelength number M is input are arranged in parallel in a plane direction, An input-side slab waveguide 8a that spreads the multi-wavelength light input to the input waveguide 1a in the plane direction.

分光手段は、入力側導波路型分岐回路7aで広げられた多波長光を、平面方向にコリメートする入力側第1レンズ9aと、入力側第1レンズ9aでコリメートされた多波長光を、平面方向と直交する方向にコリメートする入力側第2レンズと、入力側第2レンズでコリメートされた多波長光を、平面方向に集光する入力側第3レンズ11aと、入力側第3レンズ11aで集光された多波長光を、平面方向と直交する方向に波長毎に分光する入力側グレーティング12aと、入力側グレーティング12aで分光された各単波長光を、平面方向と直交する方向にコリメートする入力側第4レンズと、を有する。   The spectroscopic means includes a first input-side lens 9a that collimates the multi-wavelength light spread by the input-side waveguide branch circuit 7a in the plane direction, and a multi-wavelength light collimated by the first input-side lens 9a. An input-side second lens that collimates in a direction orthogonal to the direction, an input-side third lens 11a that condenses the multi-wavelength light collimated by the input-side second lens in a plane direction, and an input-side third lens 11a The input side grating 12a that splits the collected multi-wavelength light for each wavelength in a direction orthogonal to the plane direction, and each single wavelength light that is split by the input side grating 12a is collimated in the direction orthogonal to the plane direction. And an input-side fourth lens.

入力側二次元MEMSミラー16aは、平面方向にN列のミラーを有すると共に平面方向と直交する方向にM行のミラーを有し、入力側第4レンズでコリメートされた各単波長光をM行のミラーで波長毎に反射すると共に入力側第4レンズでコリメートされた各単波長光の進む角度をN列のミラーでポート毎に変換するものである。   The input side two-dimensional MEMS mirror 16a has N rows of mirrors in the plane direction and M rows of mirrors in a direction perpendicular to the plane direction, and M rows of each single wavelength light collimated by the input side fourth lens. The angle at which each single-wavelength light reflected by the mirror at each wavelength and collimated by the input-side fourth lens is converted for each port by N rows of mirrors.

反射手段は、入力側二次元MEMSミラー16aで波長毎に反射されると共にポート毎に進む角度を変換された各単波長光を、平面方向に集光する反射用レンズ13と、反射用レンズ13で集光された各単波長光を、再び反射用レンズ13に反射する反射部材14と、を有する。   The reflecting means includes a reflecting lens 13 that condenses each single wavelength light reflected by the input-side two-dimensional MEMS mirror 16a for each wavelength and converted for each port in the plane direction, and the reflecting lens 13. And a reflecting member 14 that reflects the single-wavelength light collected in step S1 to the reflecting lens 13 again.

出力側二次元MEMSミラー16bは、平面方向にN列のミラーを有すると共に平面方向と直交する方向にM行のミラーを有し、反射部材14で反射されて再び反射用レンズ13を通過した各単波長光をM行のミラーで波長毎に反射すると共に各単波長光の進む角度をN列のミラーでポート毎に変換するものである。   The output-side two-dimensional MEMS mirror 16b has N rows of mirrors in the plane direction and M rows of mirrors in a direction perpendicular to the plane direction, and is reflected by the reflecting member 14 and passes through the reflecting lens 13 again. The single wavelength light is reflected for each wavelength by the M rows of mirrors, and the traveling angle of each single wavelength light is converted for each port by the N rows of mirrors.

集光手段は、出力側二次元MEMSミラー16bで波長毎に反射されると共にポート毎に進む角度を変換された各単波長光を、平面方向と直交する方向に集光する出力側第4レンズと、出力側第4レンズで集光された各単波長光を、平面方向と直交する方向にポート毎に合波する出力側グレーティング12bと、出力側グレーティング12bで合波された各多波長光を、平面方向にコリメートする出力側第3レンズ11bと、出力側第3レンズ11bでコリメートされた各多波長光を、平面方向と直交する方向に集光する出力側第2レンズと、出力側第2レンズで集光された各多波長光を、平面方向に集光する出力側第1レンズ9bと、を有する。   The condensing means is an output-side fourth lens that condenses each single-wavelength light reflected by the output-side two-dimensional MEMS mirror 16b for each wavelength and converted in angle for each port in a direction orthogonal to the plane direction. The output-side grating 12b that combines the single-wavelength lights collected by the output-side fourth lens for each port in the direction orthogonal to the plane direction, and the multi-wavelength lights that are combined by the output-side grating 12b. Output side third lens 11b that collimates in the plane direction, output side second lens that collects each multi-wavelength light collimated by the output side third lens 11b in a direction perpendicular to the plane direction, and output side An output-side first lens 9b that condenses each multi-wavelength light collected by the second lens in a planar direction.

出力側導波路型分岐回路7bは、出力側第1レンズ9bで集光された各多波長光を通過させる出力側スラブ導波路8bと、出力側スラブ導波路8bを通過した各多波長光が出力される出力ポートとしての複数の導波路2b〜6bが平面方向に並列されてなるポート数Nの出力導波路1bと、を有する。   The output-side waveguide type branch circuit 7b includes an output-side slab waveguide 8b that passes each multi-wavelength light collected by the output-side first lens 9b, and each multi-wavelength light that has passed through the output-side slab waveguide 8b. A plurality of waveguides 2b to 6b serving as output ports to be output have a number N of output waveguides 1b formed in parallel in the plane direction.

なお、本実施の形態では、入力側第2レンズと出力側第2レンズは共通の入出力第2レンズ10からなり、入力側第4レンズと出力側第4レンズは共通の入出力第4レンズ15からなる。   In this embodiment, the input-side second lens and the output-side second lens are composed of a common input / output second lens 10, and the input-side fourth lens and the output-side fourth lens are common input / output fourth lenses. Consist of 15.

次に、各部材の構成について詳細に述べる。   Next, the configuration of each member will be described in detail.

入力側導波路型分岐回路7aと出力側導波路型分岐回路7bは、平らな基板21上に集積化されている。本実施の形態では、平らな基板21上に入力側導波路型分岐回路7aと出力側導波路型分岐回路7bの2回路を集積化したものを導波路素子4と称する。   The input side waveguide type branch circuit 7 a and the output side waveguide type branch circuit 7 b are integrated on a flat substrate 21. In the present embodiment, the integrated circuit of the input side waveguide type branch circuit 7 a and the output side waveguide type branch circuit 7 b on the flat substrate 21 is referred to as a waveguide element 4.

また、入力側導波路型分岐回路7aの端面が、入力側導波路型分岐回路7aの端面からの反射戻り光を低減するため、その角度を5度以上に研磨されると共に、入力側導波路型分岐回路7aは、入力側導波路型分岐回路7aの端面から出射される多波長光がそれ以降の各レンズに対して垂直に入射するように傾けて配置されることが好ましい。同様に、出力側導波路型分岐回路7bの端面が、出力側導波路型分岐回路7bの端面での反射戻り光を低減するため、その角度を5度以上に研磨されると共に、出力側導波路型分岐回路7bは、入力側導波路型分岐回路7aの端面から出射される多波長光が垂直に入射するように傾けて配置されることが好ましい。   Further, the end face of the input side waveguide type branch circuit 7a is polished to an angle of 5 degrees or more in order to reduce the reflected return light from the end face of the input side waveguide type branch circuit 7a, and the input side waveguide The type branch circuit 7a is preferably arranged so as to be inclined so that the multi-wavelength light emitted from the end face of the input side waveguide type branch circuit 7a is perpendicularly incident on the subsequent lenses. Similarly, the end face of the output-side waveguide branch circuit 7b is polished to an angle of 5 degrees or more in order to reduce the reflected return light at the end face of the output-side waveguide branch circuit 7b, and the output-side guide The waveguide branch circuit 7b is preferably arranged so as to be inclined so that multi-wavelength light emitted from the end face of the input-side waveguide branch circuit 7a enters vertically.

これら入力側導波路型分岐回路7aの入力導波路1a端及び/又は出力側導波路型分岐回路7bの出力導波路1b端、より具体的には、各導波路2a〜6a、2b〜6bには、光ファイバが接続される。   The input waveguide 1a end of the input side waveguide type branch circuit 7a and / or the output waveguide 1b end of the output side waveguide type branch circuit 7b, more specifically, to each of the waveguides 2a to 6a and 2b to 6b. Is connected to an optical fiber.

また、入力側導波路型分岐回路7aと出力側導波路型分岐回路7bの導波路2a〜6a、2b〜6bは、屈折率の高いコアがそれよりも屈折率の低いクラッドに埋め込まれた構造のものであり、入力側スラブ導波路8aと出力側スラブ導波路8bは、厚さ方向のみに光の閉じ込め構造を持つものであり、nをスラブ導波路の等価屈折率とするとき、そのスラブ長はn×Fx1(Fx1は、第1レンズ9a,9bの焦点距離)である。 The waveguides 2a to 6a and 2b to 6b of the input side waveguide type branch circuit 7a and the output side waveguide type branch circuit 7b have a structure in which a core having a high refractive index is embedded in a clad having a lower refractive index. The input-side slab waveguide 8a and the output-side slab waveguide 8b have a light confinement structure only in the thickness direction, and when n is an equivalent refractive index of the slab waveguide, the slab waveguide The length is n × F x1 (F x1 is the focal length of the first lenses 9a and 9b).

入力側第1レンズ9aと出力側第1レンズ9bは、平面方向に集光機能を持つ焦点距離Fx1のレンズであり、これらは入力側導波路型分岐回路7aと出力側導波路型分岐回路7bの各々に対応した位置に配置される。 The input side first lens 9a and the output side first lens 9b are lenses having a focal length F x1 having a condensing function in a plane direction, and these are an input side waveguide type branch circuit 7a and an output side waveguide type branch circuit. 7b is arranged at a position corresponding to each.

入出力第2レンズ10は、平面方向と直交する方向に集光機能を持つ焦点距離Fyのレンズであり、これらは導波路素子4の端面からFyの位置に配置される。 The input / output second lens 10 is a lens having a focal length F y having a condensing function in a direction orthogonal to the plane direction, and these lenses are arranged at a position F y from the end face of the waveguide element 4.

入力側第3レンズ11aと出力側第3レンズ11bは、平面方向に集光機能を持つ焦点距離Fx2のレンズであり、これらは入力側第1レンズ9aと出力側第1レンズ9bからFx1+Fx2の位置に配置される。 The input side third lens 11a and the output side third lens 11b are lenses having a focal length F x2 having a condensing function in a plane direction, and these are F x1 from the input side first lens 9a and the output side first lens 9b. It is arranged at the position of + F x2 .

入力側グレーティング12aと出力側グレーティング12bは、平面方向と直交する方向に光波長が分光するような分散軸を持つ透過型グレーティングからなり、これらは入力側第3レンズ11aの後段又は前段、及び出力側第3レンズ11bの前段又は後段に配置される。   The input-side grating 12a and the output-side grating 12b are transmissive gratings having a dispersion axis whose light wavelength is dispersed in a direction orthogonal to the plane direction. These are the rear stage or the front stage of the input-side third lens 11a, and the output. It arrange | positions in the front | former stage or back | latter stage of the side 3rd lens 11b.

反射手段は、入力側グレーティング12aと出力側グレーティング12bとの間に配置される。反射部材14は、独立した反射板或いは反射用レンズ13の後段の面に形成された反射膜からなる。反射用レンズ13は、平面方向に集光機能を持つ焦点距離2×Fx2(Fx2の2倍)のレンズである。 The reflecting means is disposed between the input side grating 12a and the output side grating 12b. The reflecting member 14 is made of a reflecting film formed on an independent reflecting plate or a subsequent surface of the reflecting lens 13. The reflection lens 13 is a lens having a focal length of 2 × F x2 (twice F x2 ) having a light collecting function in the plane direction.

入出力第4レンズ15は、入出力第2レンズ10と同じ焦点距離Fyを持つレンズであり、これらは入出力第2レンズ10から2×Fy(Fyの2倍)の位置に配置される。 O fourth lens 15, input-output and the second lens 10 are the same focal length lens having a F y, which are arranged at a position of the input and output the second lens 10 from 2 × F y (2 × F y) Is done.

なお、入力導波路1a及び出力導波路1bのスポットサイズとレンズの焦点距離は、入力側二次元MEMSミラー16a及び出力側二次元MEMSミラー16bにおけるスポットサイズがそれぞれの上で同一となるように選ばれる。   The spot size of the input waveguide 1a and the output waveguide 1b and the focal length of the lens are selected so that the spot sizes on the input side two-dimensional MEMS mirror 16a and the output side two-dimensional MEMS mirror 16b are the same on each. It is.

入力側二次元MEMSミラー16aと出力側二次元MEMSミラー16bは、入力側グレーティング12aと出力側グレーティング12bの分散軸方向にM行のミラーを有すると共に入力側グレーティング12aと出力側グレーティング12bの分散軸と直交する方向にN列のミラーを有し、これらは入力側第3レンズ11aと出力側第3レンズ11bからFx2の位置に配置されると共に入力側導波路型分岐回路7aと出力側導波路型分岐回路7bの各々に対応した位置に配置される。 The input side two-dimensional MEMS mirror 16a and the output side two-dimensional MEMS mirror 16b have M rows of mirrors in the direction of the dispersion axis of the input side grating 12a and the output side grating 12b, and the dispersion axis of the input side grating 12a and the output side grating 12b. And N rows of mirrors in a direction orthogonal to the input side third lens 11a and the output side third lens 11b are arranged at the position of F x2 and are connected to the input side waveguide type branch circuit 7a and the output side guide. Arranged at positions corresponding to each of the waveguide branch circuits 7b.

これら入力側二次元MEMSミラー16a及び出力側二次元MEMSミラー16bは、櫛歯型の電極で駆動される。   The input side two-dimensional MEMS mirror 16a and the output side two-dimensional MEMS mirror 16b are driven by comb-shaped electrodes.

次に、N×N波長選択スイッチ20の動作を上視図である図2と側視図である図3を用いて説明する。上視図と側視図で分けて説明する理由は以下による。   Next, the operation of the N × N wavelength selective switch 20 will be described with reference to FIG. 2 which is a top view and FIG. 3 which is a side view. The reason why the top view and the side view are described separately is as follows.

先ず、用いているレンズが、X方向或いはY方向にのみ集光機能(集光作用)を持っていること、また、空間的な入出力ポートのスイッチングは、同じ平面内(X−Z平面:これをスイッチング面を呼ぶ)で行われ、光が分光される平面(Y−Z平面:これを分散面と呼ぶ)は、それに直交していることによる。   First, the lens used has a condensing function (condensing action) only in the X direction or the Y direction, and the spatial input / output port switching is performed in the same plane (XZ plane: This is because the plane in which light is dispersed (YZ plane: this is referred to as a dispersion plane) is orthogonal to this.

先ず、上視図である図2を用いて説明する。ここでは、X方向に集光機能を持つレンズ、すなわち、入力側第1レンズ9a、出力側第1レンズ9b、入力側第3レンズ11a、出力側第3レンズ11b、反射用レンズ13は、凸形状で実線を用いて表しており、Y方向に集光機能を持つレンズ、すなわち、入出力第2レンズ10、入出力第4レンズ15、及びY方向に分光させる入力側グレーティング12a、出力側グレーティング12bは長方形で破線を用いて表している。このように、破線で示した光素子は、これをスイッチング面では影響しないものとして説明する。   First, it demonstrates using FIG. 2 which is a top view. Here, a lens having a condensing function in the X direction, that is, the input side first lens 9a, the output side first lens 9b, the input side third lens 11a, the output side third lens 11b, and the reflection lens 13 are convex. The shape is represented by a solid line and has a condensing function in the Y direction, that is, the input / output second lens 10, the input / output fourth lens 15, and the input side grating 12 a and the output side grating that split in the Y direction. 12b is a rectangle and is represented using a broken line. As described above, the optical element indicated by the broken line will be described as having no influence on the switching surface.

今、入力導波路1a(導波路2a〜6aから構成される)の導波路2aに種々の波長信号からなる多波長光を入射した場合を考える。なお、入力する導波路は、どの導波路を選んでもほぼ同じ動作を実現できる。   Consider a case where multi-wavelength light composed of various wavelength signals is incident on the waveguide 2a of the input waveguide 1a (configured of the waveguides 2a to 6a). Note that the input waveguide can realize substantially the same operation regardless of which waveguide is selected.

焦点距離Fx1を持つ入力側第1レンズ9aは、導波路素子4の端面に配置されており、その後段には、焦点距離Fx2を持つ入力側第3レンズ11aが第1レンズ9aからほぼ(Fx1+Fx2)の距離に配置され、更に、入力側二次元MEMSミラー16aが入力側第3レンズ11aからFx2の距離に配置されている。このため、入力側二次元MEMSミラー16a上には、導波路2aでのX方向の光スポットサイズをFx2/Fx1の倍率で拡大、或いは縮小した入射光分布が投影されることになる。 The input-side first lens 9a having a focal length F x1 is disposed on the end face of the waveguide element 4. At the subsequent stage, the input-side third lens 11a having the focal length F x2 is almost from the first lens 9a. The input-side two-dimensional MEMS mirror 16a is disposed at a distance of F x2 from the input-side third lens 11a, and is disposed at a distance of (F x1 + F x2 ). Therefore, an incident light distribution in which the light spot size in the X direction in the waveguide 2a is enlarged or reduced at a magnification of F x2 / F x1 is projected onto the input-side two-dimensional MEMS mirror 16a.

今、導波路2aに入力された多波長光は、入力側スラブ導波路8aに入ると横方向の閉じ込め作用がないため、回折により広がり、入力側第1レンズ9aを透過するとコリメートされる。その後、入力側第3レンズ11aを通過すると集光され入力側二次元MEMSミラー16a上に投影される。入力側二次元MEMSミラー16aの各ミラーは、各導波路(2a〜6a)に対応している。入力側二次元MEMSミラー16aに投影された光は、ミラーの回転角に応じて、種々の角度で反射用レンズ13とその近傍に配置された反射部材14に入射する。この反射用レンズ13は、入力側第3レンズ11aの約2倍の焦点距離を持っている。反射部材14を反射した光は、再度反射用レンズ13を通過するため、反射用レンズ13と反射部材14は、反射用レンズ13の2倍の厚みを持ったレンズと等価に扱うことができる。そのため入力側二次元MEMSミラー16aのフーリエ像が、出力側二次元MEMSミラー16b上に集光する。この入射する光は、入力側二次元MEMSミラー16aの角度を変えることで、出力側二次元MEMSミラー16bを構成する任意のミラーに入射することができる。   Now, when the multi-wavelength light input to the waveguide 2a enters the input-side slab waveguide 8a, there is no lateral confinement, so that it spreads by diffraction and is collimated when transmitted through the input-side first lens 9a. Thereafter, when the light passes through the input side third lens 11a, the light is condensed and projected onto the input side two-dimensional MEMS mirror 16a. Each mirror of the input side two-dimensional MEMS mirror 16a corresponds to each waveguide (2a to 6a). The light projected on the input side two-dimensional MEMS mirror 16a is incident on the reflecting lens 13 and the reflecting member 14 disposed in the vicinity thereof at various angles according to the rotation angle of the mirror. The reflecting lens 13 has a focal length approximately twice that of the input-side third lens 11a. Since the light reflected by the reflecting member 14 passes through the reflecting lens 13 again, the reflecting lens 13 and the reflecting member 14 can be handled equivalently to a lens having a thickness twice that of the reflecting lens 13. Therefore, the Fourier image of the input side two-dimensional MEMS mirror 16a is condensed on the output side two-dimensional MEMS mirror 16b. This incident light can be incident on an arbitrary mirror constituting the output side two-dimensional MEMS mirror 16b by changing the angle of the input side two-dimensional MEMS mirror 16a.

一方、出力側二次元MEMSミラー16bを構成する各ミラーの角度を適切な角度にすることで、出力側第3レンズ11bに光を入射させ、その後コリメートされて、出力側第1レンズ9bと出力側導波路型分岐回路7bに入射し、その入射位置に応じて、出力される導波路(2b〜6b)の位置を変化させることができる(図2では、入力側二次元MEMSミラー16aの角度を変えて、出力される導波路(5b、6b)の位置を変化させている。)。   On the other hand, by making the angle of each mirror constituting the output-side two-dimensional MEMS mirror 16b an appropriate angle, light is incident on the output-side third lens 11b, and then collimated to be output with the output-side first lens 9b. The position of the waveguide (2b to 6b) that is incident on the side waveguide type branch circuit 7b and is output can be changed according to the incident position (in FIG. 2, the angle of the input side two-dimensional MEMS mirror 16a) To change the position of the output waveguides (5b, 6b).

次に、側視図である図3を用いて動作を説明する。この面は、Y−Z平面すなわち分散面であり、波長が分光される平面内の動作を表している。破線で示した光素子は、これを分散面では影響しないものとして説明する。   Next, the operation will be described with reference to FIG. 3 which is a side view. This plane is a YZ plane, that is, a dispersion plane, and represents an operation in a plane in which the wavelength is dispersed. The optical element indicated by the broken line will be described as having no influence on the dispersion surface.

先ず、構成を説明する。入出力第2レンズ10の焦点距離Fyと同じ間隔で、導波路素子4から順に、入出力第2レンズ10、入力側グレーティング12a(分散面から見ると同じ位置に反射部材14と出力側グレーティング12bが配置されている)、入出力第4レンズ15、入力側二次元MEMSミラー16a(同じ位置に出力側二次元MEMSミラー16bが配置されている)となるように配置されている。   First, the configuration will be described. The input / output second lens 10 and the input side grating 12a are sequentially arranged from the waveguide element 4 at the same interval as the focal length Fy of the input / output second lens 10 (the reflection member 14 and the output side grating 12b at the same position when viewed from the dispersion surface). Are arranged so as to be the input / output fourth lens 15 and the input side two-dimensional MEMS mirror 16a (the output side two-dimensional MEMS mirror 16b is arranged at the same position).

今、導波路素子4を出射した多波長光は、焦点距離Fyを持つ入出力第2レンズ10を通過した後、コリメートされ入力側グレーティング12aを通過すると、波長毎に異なった方向に分光される。分光された各単波長光は入出力第4レンズ15に入射すると、互いに平行な光線として集光しながら、入力側二次元MEMSミラー16a上に投影される(1)。 Now, the multi-wavelength light emitted from the waveguide element 4 is collimated after passing through the input / output second lens 10 having the focal length F y , and is split in different directions for each wavelength when passing through the input side grating 12a. The When the split single wavelength light enters the input / output fourth lens 15, it is projected onto the input-side two-dimensional MEMS mirror 16 a while being condensed as parallel light rays (1).

一方、各ミラーは、前述したようにY軸を中心として回転するが、X軸を中心として回転しないため、分散面ではただの平板ミラーとして作用するため、各単波長光は、反対方向に進み反射部材14に入射する(2)。   On the other hand, each mirror rotates around the Y axis as described above, but does not rotate around the X axis, and thus acts as a simple flat mirror on the dispersion surface, so that each single wavelength light travels in the opposite direction. The light enters the reflecting member 14 (2).

その後、反射部材14で反射し、各単波長光の進む角度は上下方向に反転され、再度、入出力第4レンズ15によって互いに平行な光線として集光しながら、出力側二次元MEMSミラー16bに入射する(3)。   Thereafter, the angle reflected by the reflecting member 14 and the traveling angle of each single-wavelength light is inverted in the vertical direction, and is again condensed on the output-side two-dimensional MEMS mirror 16b by the input / output fourth lens 15 as light rays parallel to each other. Incident (3).

その後、出力側二次元MEMSミラー16bを反射した各単波長光は、入出力第4レンズ15で集光され、出力側グレーティング12bで再度、合波され、平行なコリメートされた多波長光となり、入出力第2レンズ10で集光され導波路素子4に入射し、出力導波路1bの各導波路(2b〜6b)から出力される(4)。   Thereafter, each single-wavelength light reflected by the output-side two-dimensional MEMS mirror 16b is collected by the input / output fourth lens 15, and is combined again by the output-side grating 12b to become parallel collimated multi-wavelength light, The light is collected by the input / output second lens 10, enters the waveguide element 4, and is output from each waveguide (2 b to 6 b) of the output waveguide 1 b (4).

以上説明したN×N波長選択スイッチ20は、平面方向に並列された複数の入力ポートを有するポート数Nの入力側導波路型分岐回路7aと、平面方向に並列された複数の出力ポートを有するポート数Nの出力側導波路型分岐回路7bと、を備え、入力側導波路型分岐回路7aの一の入力ポートに波長数Mの多波長光を入力したときに、その多波長光を波長毎に出力側導波路型分岐回路7bの任意の出力ポートから出力することができる。また、出力側導波路型分岐回路7bの複数のポートから入射された同じ波長の光は、入力側導波路型分岐回路7aの別々の複数のポートから出力することができる。   The N × N wavelength selective switch 20 described above has an N-side input-side waveguide branch circuit 7a having a plurality of input ports arranged in parallel in the plane direction, and a plurality of output ports arranged in parallel in the plane direction. An output-side waveguide branch circuit 7b having N ports, and when the multi-wavelength light having the wavelength number M is input to one input port of the input-side waveguide branch circuit 7a, the wavelength of the multi-wavelength light is changed. Every time, it is possible to output from an arbitrary output port of the output side waveguide type branch circuit 7b. Further, light of the same wavelength incident from a plurality of ports of the output side waveguide type branch circuit 7b can be output from a plurality of different ports of the input side waveguide type branch circuit 7a.

その結果、N×N波長選択スイッチ20は、それ単体で2つ以上の同じ波長の光を同時にDEMUX動作、MUX動作させることが可能である。   As a result, the N × N wavelength selective switch 20 alone can simultaneously perform two or more lights having the same wavelength in the DEMUX operation and the MUX operation.

また、入力側導波路型分岐回路7aと出力側導波路型分岐回路7bは、数ミクロン角のチャネル導波路から構成されるため100ポート以上の分岐回路を容易に実現でき、これまでは困難であった100×100波長選択スイッチのような大規模スイッチも実現できる。   Further, since the input side waveguide type branch circuit 7a and the output side waveguide type branch circuit 7b are constituted by channel waveguides of several microns square, a branch circuit having 100 ports or more can be easily realized. A large-scale switch such as the existing 100 × 100 wavelength selective switch can also be realized.

また、入力側導波路型分岐回路7aから出力される光分布は、大きな楕円率の楕円形をしているが、本発明のように、一方向にのみ集光機能を持つ、例えば蒲鉾形のレンズを用いることで、大きな光ビーム径であった従来のMEMSミラーへの光分布(楕円率など)を制御できる。   In addition, the light distribution output from the input-side waveguide branch circuit 7a has an elliptical shape with a large ellipticity, but has a light collecting function only in one direction as in the present invention. By using the lens, it is possible to control the light distribution (eg, ellipticity) to the conventional MEMS mirror that has a large light beam diameter.

つまり、N×N波長選択スイッチ20では、入力側導波路型分岐回路7aの入力導波路1a端、出力側導波路型分岐回路7bの出力導波路1b端、入力側二次元MEMSミラー16a、及び出力側二次元MEMSミラー16bにおけるスポットサイズより他の部分におけるスポットサイズが拡大されているので、入力側二次元MEMSミラー16aと出力側二次元MEMSミラー16bを構成する各ミラーの寸法を小さくすることができ、入力側二次元MEMSミラー16aと出力側二次元MEMSミラー16bの作製に掛かるコストを低減することができる。なぜなら、一般に、MEMSミラーは、犠牲層(後でエッチングして無くなる)の上に金属薄膜を形成し、犠牲層をエッチングして無くすことで、可動できるミラーを構成しており、このため、金属薄膜の製造時に生じる応力などで、反りや変形が生じやすく、ミラーの寸法が大きくなると、この反りや変形を低減することが極めて困難となり、歩留まりが悪く、制御方法も難しく、極めて高価となるからである。   That is, in the N × N wavelength selective switch 20, the input waveguide 1a end of the input side waveguide type branch circuit 7a, the output waveguide 1b end of the output side waveguide type branch circuit 7b, the input side two-dimensional MEMS mirror 16a, Since the spot size in the portion other than the spot size in the output-side two-dimensional MEMS mirror 16b is enlarged, the dimensions of the mirrors constituting the input-side two-dimensional MEMS mirror 16a and the output-side two-dimensional MEMS mirror 16b are reduced. Thus, it is possible to reduce the cost for manufacturing the input side two-dimensional MEMS mirror 16a and the output side two-dimensional MEMS mirror 16b. This is because, in general, a MEMS mirror forms a movable mirror by forming a metal thin film on a sacrificial layer (which will be etched away later) and etching away the sacrificial layer. Because warpage and deformation are likely to occur due to stress generated during the production of thin films, and the size of the mirror increases, it becomes extremely difficult to reduce this warpage and deformation, yield is poor, control methods are difficult, and extremely expensive. It is.

本質的に、図9で示した複雑なノ−ド装置をただ一つのN×N波長選択スイッチ20で置き換えることができ、大幅な価格低減効果と寸法低減が可能となる。   In essence, the complicated node device shown in FIG. 9 can be replaced by a single N × N wavelength selective switch 20, and a significant cost reduction effect and size reduction are possible.

図4に本発明に係るN×N波長選択スイッチ20の使用例を示す。図9で示した従来技術と比べ、極めて簡単なシステム構成となり、大幅な装置のダウンサイズが可能となる。また従来技術で用いられていた多数の光スプリッタを使用しないため、低損失であり、高価な光アンプの必要もなくなり、大幅なコスト低減が可能になる。導波路素子の入出力ポートの拡張、MEMSミラーの拡張は極めて容易であるため、波長可変レシーバ・波長可変トランスミッタへ割り当てるポートの拡張も柔軟に対応できる。   FIG. 4 shows an example of use of the N × N wavelength selective switch 20 according to the present invention. Compared to the prior art shown in FIG. 9, the system configuration is extremely simple, and the apparatus can be significantly downsized. In addition, since a large number of optical splitters used in the prior art are not used, the loss is low, the need for an expensive optical amplifier is eliminated, and the cost can be greatly reduced. The expansion of the input / output port of the waveguide element and the expansion of the MEMS mirror are extremely easy, so the expansion of the port assigned to the wavelength tunable receiver / wavelength tunable transmitter can be flexibly supported.

つまり、メトロコアのネットワークからメトロエッジ、アクセス系への広範囲なネットワークへも導入され、光ネットワークの革新的な発展に繋がる。   In other words, it will be introduced to a wide range of networks from the metro core network to the metro edge and access systems, leading to innovative development of optical networks.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、全ての出力ポートに同じ波長の信号をブロードキャストする機能を実現するために、図5に示すように、図1のN×N波長選択スイッチ20において、入力側二次元MEMSミラー16aの前段と出力側二次元MEMSミラー16bの後段のうち、少なくとも入力側二次元MEMSミラー16aの前段に、各単波長光を多数の光ビームに変換するためのホログラム素子(或いは多数のピクセルからなる透過型液晶セル)17を更に備えても良い。透過型液晶セルを用いる場合は、入力側二次元MEMSミラー16aの前段と出力側二次元MEMSミラー16bの後段の両方に備えることがより好ましい。   For example, in order to realize a function of broadcasting a signal of the same wavelength to all output ports, as shown in FIG. 5, in the N × N wavelength selective switch 20 of FIG. 1, the front stage of the input side two-dimensional MEMS mirror 16a and A hologram element (or a transmissive liquid crystal composed of a large number of pixels) for converting each single-wavelength light into a large number of light beams is provided at least before the input side two-dimensional MEMS mirror 16a in the subsequent stage of the output side two-dimensional MEMS mirror 16b. Cell) 17 may be further provided. In the case of using a transmissive liquid crystal cell, it is more preferable to provide both the front stage of the input side two-dimensional MEMS mirror 16a and the rear stage of the output side two-dimensional MEMS mirror 16b.

ここで、ホログラム素子17として、図6(a)示すような周期的な位相分布を持つホログラム素子の場合、図6(b)に示すように入力側二次元MEMSミラー16aを反射した光は、幾つかの(ここでは、3本で示している)ビームに分かれて伝搬し、導波路素子4に入射し、それぞれ、出力導波路1bより出射する。すなわち、入射した光を、幾つかの導波路にブロードキャストすることができる。   Here, when the hologram element 17 is a hologram element having a periodic phase distribution as shown in FIG. 6A, the light reflected from the input side two-dimensional MEMS mirror 16a as shown in FIG. The beam is divided into several (here, three) beams, propagates, enters the waveguide element 4, and exits from the output waveguide 1b. That is, incident light can be broadcast to several waveguides.

このビームの分割は、ホログラム素子17の位相分布の形に依存し、種々の分割パターン(分割数や分割比率)を実現することができる。また、ホログラム素子の代わりに透過型液晶セルを用いると、透過型液晶セルに与える電界分布を変化させることで、時間的にブロードキャストする状態を変化させることができる。また、二次元MEMSミラー16a、16bのミラーの平坦性のずれ(凸凹)を補正して理想的な平坦状態とみなすことができるようになる。   This beam splitting depends on the shape of the phase distribution of the hologram element 17, and various split patterns (number of splits and split ratios) can be realized. In addition, when a transmissive liquid crystal cell is used instead of the hologram element, the state of broadcasting in time can be changed by changing the electric field distribution applied to the transmissive liquid crystal cell. Further, it is possible to correct the deviation (unevenness) in the flatness of the mirrors of the two-dimensional MEMS mirrors 16a and 16b and to regard it as an ideal flat state.

ホログラム素子(或いは透過型液晶セル)17と入力側二次元MEMSミラー16a或いは出力側二次元MEMSミラー16bとの間に1/4波長板18を更に備えると良い。こうすることで入力光は入力側MEMSミラー16aの反射前後で1/4波長板18を2回通過するため、入射時と反射時で偏光振動方向が90度回転された状態でホログラム素子(或いは透過型液晶セル)17を往復通過するため、偏光無依存な位相変調動作が可能である。   A quarter wavelength plate 18 may be further provided between the hologram element (or transmission type liquid crystal cell) 17 and the input side two-dimensional MEMS mirror 16a or the output side two-dimensional MEMS mirror 16b. By doing so, the input light passes through the quarter-wave plate 18 twice before and after the reflection by the input side MEMS mirror 16a, so that the hologram element (or the polarization vibration direction is rotated by 90 degrees at the time of incidence and at the time of reflection) Because the light passes back and forth through the transmission type liquid crystal cell) 17, a polarization-independent phase modulation operation is possible.

よって、入力側二次元MEMSミラー16aの前段、すなわち、直前にホログラム素子(或いは透過型液晶セル)17を用いることで、種々のパワー分布のマルチスポットを実現できるため、低損失なブロードキャスト機能が可能となる。   Therefore, a multi-spot with various power distributions can be realized by using the hologram element (or transmissive liquid crystal cell) 17 immediately before the input side two-dimensional MEMS mirror 16a, that is, immediately before, so that a low-loss broadcast function is possible. It becomes.

また、図7に示すように、図1のN×N波長選択スイッチ20において、入力側グレーティング12aと出力側グレーティング12bとして反射型グレーティング12a’,12b’を用い、入出力第2レンズ10と入出力第4レンズ15を共通の入出力レンズ19としても良い。   In addition, as shown in FIG. 7, in the N × N wavelength selective switch 20 of FIG. 1, reflection type gratings 12a ′ and 12b ′ are used as the input side grating 12a and the output side grating 12b, and the input / output second lens 10 is input. The output fourth lens 15 may be a common input / output lens 19.

この場合、ホログラム素子17、1/4波長板18、入力側二次元MEMSミラー16aを反射型グレーティング12a’に対向させ、出力側二次元MEMSミラー16bを反射型グレーティング12b’に対向させて配置すると良い。またこの場合、反射型グレーティング12a’、反射型グレーティング12b’によって反射された光は入力側第3レンズ11a’、出力側第3レンズ11b’を往復で通過し、2倍の厚さのレンズと等価となるため、入力側第3レンズ11a’、出力側第3レンズ11b’の焦点距離は、透過型グレーティングを用いたときの入力側第3レンズ11a、出力側第3レンズ11bの焦点距離Fx2に比べて2倍の2×Fx2とするのが良い。 In this case, when the hologram element 17, the quarter wavelength plate 18, and the input side two-dimensional MEMS mirror 16a are opposed to the reflective grating 12a ′, and the output side two-dimensional MEMS mirror 16b is opposed to the reflective grating 12b ′. good. In this case, the light reflected by the reflective grating 12a ′ and the reflective grating 12b ′ passes back and forth through the input-side third lens 11a ′ and the output-side third lens 11b ′. Since they are equivalent, the focal lengths of the input-side third lens 11a ′ and the output-side third lens 11b ′ are the focal lengths F of the input-side third lens 11a and the output-side third lens 11b when a transmissive grating is used. 2 × F x2 is better than x2 .

入力側導波路型分岐回路7aから出射された多波長光は、入力側第1レンズ9a、入出力レンズ19、入力側第3レンズ11a’及び反射型グレーティング12a’に順次入射し、この反射型グレーティング12a’で分光されて反射される。この反射型グレーティング12a’で分光されて反射された各単波長光は、入力側第3レンズ11a’、入出力レンズ19、ホログラム素子17、1/4波長板18及び入力側二次元MEMSミラー16aに順次入射し、この入力側二次元MEMSミラー16aで反射される。この入力側二次元MEMSミラー16aによって反射された各単波長光は、1/4波長板18、ホログラム素子17、入出力レンズ19、反射用レンズ13及び反射部材14に順次入射し、この反射部材14で反射される。この反射部材14によって反射された各単波長光は、反射用レンズ13、入出力レンズ19及び出力側二次元MEMSミラー16bに順次入射し、この出力側二次元MEMSミラー16bで反射される。この出力側二次元MEMSミラー16bによって反射された各単波長光は、入出力レンズ19、出力側第3レンズ11b’ 及び反射型グレーティング12b’に順次入射し、この反射型グレーティング12b’で合波されて反射される。反射型グレーティング12b’によって合波され反射された各多波長光は、出力側第3レンズ11b’、入出力レンズ19及び出力側第1レンズ9bに順次入射し、出力側導波路型分岐回路7bから出射される。   The multi-wavelength light emitted from the input-side waveguide type branch circuit 7a sequentially enters the input-side first lens 9a, the input / output lens 19, the input-side third lens 11a ′, and the reflection-type grating 12a ′. The light is dispersed and reflected by the grating 12a ′. Each single-wavelength light spectrally reflected by the reflective grating 12a ′ is reflected on the input side third lens 11a ′, the input / output lens 19, the hologram element 17, the quarter wavelength plate 18, and the input side two-dimensional MEMS mirror 16a. Are sequentially incident and reflected by the input side two-dimensional MEMS mirror 16a. Each single wavelength light reflected by the input side two-dimensional MEMS mirror 16a sequentially enters the quarter wavelength plate 18, the hologram element 17, the input / output lens 19, the reflection lens 13 and the reflection member 14, and this reflection member. 14 is reflected. Each single wavelength light reflected by the reflecting member 14 sequentially enters the reflecting lens 13, the input / output lens 19, and the output side two-dimensional MEMS mirror 16b, and is reflected by the output side two-dimensional MEMS mirror 16b. Each single wavelength light reflected by the output side two-dimensional MEMS mirror 16b sequentially enters the input / output lens 19, the output side third lens 11b 'and the reflection type grating 12b', and is multiplexed by the reflection type grating 12b '. And reflected. The multi-wavelength lights combined and reflected by the reflective grating 12b ′ are sequentially incident on the output side third lens 11b ′, the input / output lens 19 and the output side first lens 9b, and the output side waveguide type branch circuit 7b. It is emitted from.

更に、図8に示すように、上記各実施の形態において、入力側導波路型分岐回路7aと出力側導波路型分岐回路7bを1つの基板21に集積化せず、それぞれ個別の基板21a,21bを用いて実現しても良い。   Further, as shown in FIG. 8, in each of the above-described embodiments, the input-side waveguide type branch circuit 7a and the output-side waveguide type branch circuit 7b are not integrated on one substrate 21, but are individually separated from each other. You may implement | achieve using 21b.

また、図示していないが、図1のN×N波長選択スイッチ20において、入力側二次元MEMSミラー16aの前段と出力側二次元MEMSミラー16bの後段に、光線を90度折り曲げて入力側二次元MEMSミラー16a及び出力側二次元MEMSミラー16bに入出射するコーナーキューブを更に備えても良く、また、このコーナーキューブで90度折り曲げられた光線をホログラム素子17及び1/4波長板18を介して二次元MEMSミラー16a、16bに投影させても良い。   Although not shown, in the N × N wavelength selective switch 20 of FIG. 1, the light beam is bent 90 degrees before the input side two-dimensional MEMS mirror 16a and after the output side two-dimensional MEMS mirror 16b. A corner cube that enters and exits the two-dimensional MEMS mirror 16a and the output-side two-dimensional MEMS mirror 16b may be further provided. A light beam bent 90 degrees by the corner cube is transmitted through the hologram element 17 and the quarter-wave plate 18. And may be projected onto the two-dimensional MEMS mirrors 16a and 16b.

以上要するに、本発明によれば、それ単体で2つ以上の同じ波長の光を同時にDEMUX動作、MUX動作させることが可能なN×N波長選択スイッチを提供することができる。   In short, according to the present invention, it is possible to provide an N × N wavelength selective switch capable of simultaneously performing DEMUX operation and MUX operation of two or more lights having the same wavelength.

1a 入力導波路
1b 出力導波路
4 導波路素子
7a 入力側導波路型分岐回路
7b 出力側導波路型分岐回路
8a 入力側スラブ導波路
8b 出力側スラブ導波路
9a 入力側第1レンズ
9b 出力側第1レンズ
10 入出力第2レンズ
11a 入力側第3レンズ
11b 出力側第3レンズ
12a 入力側グレーティング
12b 出力側グレーティング
13 反射用レンズ
14 反射部材
15 入出力第4レンズ
16a 入力側二次元MEMSミラー
16b 出力側二次元MEMSミラー
20 N×N波長選択スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Input waveguide 1b Output waveguide 4 Waveguide element 7a Input side waveguide type branch circuit 7b Output side waveguide type branch circuit 8a Input side slab waveguide 8b Output side slab waveguide 9a Input side first lens 9b Output side first 1 lens 10 Input / output second lens 11a Input side third lens 11b Output side third lens 12a Input side grating 12b Output side grating 13 Reflecting lens 14 Reflecting member 15 Input / output fourth lens 16a Input side two-dimensional MEMS mirror 16b Output Side 2D MEMS mirror 20 N × N wavelength selective switch

Claims (13)

平面方向に並列された複数の入力ポートを有するポート数N(Nは2以上の整数)の入力側導波路型分岐回路と、
前記平面方向に並列された複数の出力ポートを有するポート数Nの出力側導波路型分岐回路と、
を備え、
前記入力側導波路型分岐回路の一の入力ポートに波長数M(Mは2以上の整数)の多波長光を入力したときに、その多波長光を波長毎に前記出力側導波路型分岐回路の任意の出力ポートから出力するためのN×N波長選択スイッチであって、
前記入力側導波路型分岐回路からの多波長光を、前記平面方向と直交する方向に波長毎に分光する分光手段と、
前記入力側導波路型分岐回路の各入力ポートに対応して前記平面方向にN列配置されると共に前記分光手段で分光された各単波長光に対応して前記平面方向と直交する方向にM行配列され、前記平面方向の各単波長光を前記平面方向の任意の方向に選択的に反射するミラーを有する入力側二次元MEMSミラーと、
前記入力側二次元MEMSミラーで反射された各単波長光を反射する反射手段と、
前記出力側導波路型分岐回路の各ポートに対応して前記平面方向にN列配置されると共に前記反射手段で反射された各単波長光に対応して前記平面方向と直交する方向にM行配列され、前記反射手段からの各単波長光を前記平面方向の特定の方向に向けて反射するミラーを有する出力側二次元MEMSミラーと、
前記出力側二次元MEMSミラーからの各単波長光を、前記平面方向と直交する方向の各単波長光を合波して前記出力側導波路型分岐回路の任意の出力ポートから出力する集光手段と、
を備えたことを特徴とするN×N波長選択スイッチ。
An input side waveguide type branch circuit having N ports (N is an integer of 2 or more) having a plurality of input ports arranged in parallel in the plane direction;
A number N of output-side waveguide branch circuits having a plurality of output ports arranged in parallel in the planar direction;
With
When multi-wavelength light having a wavelength of M (M is an integer of 2 or more) is input to one input port of the input-side waveguide branch circuit, the multi-wavelength light is output to the output-side waveguide branch for each wavelength. An N × N wavelength selective switch for outputting from any output port of the circuit,
A spectroscopic means for splitting the multi-wavelength light from the input-side waveguide type branch circuit for each wavelength in a direction orthogonal to the planar direction;
N rows are arranged in the plane direction corresponding to each input port of the input side waveguide type branch circuit, and M in a direction orthogonal to the plane direction corresponding to each single wavelength light dispersed by the spectroscopic means. An input-side two-dimensional MEMS mirror having a mirror arranged in a row and selectively reflecting each single wavelength light in the planar direction in an arbitrary direction in the planar direction;
Reflecting means for reflecting each single wavelength light reflected by the input side two-dimensional MEMS mirror;
N rows are arranged in the planar direction corresponding to each port of the output-side waveguide branch circuit, and M rows in a direction orthogonal to the planar direction corresponding to each single wavelength light reflected by the reflecting means. An output-side two-dimensional MEMS mirror having a mirror that is arranged and reflects each single wavelength light from the reflecting means toward a specific direction in the planar direction;
Condensing each single-wavelength light from the output-side two-dimensional MEMS mirror and combining each single-wavelength light in a direction orthogonal to the planar direction from any output port of the output-side waveguide branch circuit Means,
An N × N wavelength selective switch comprising:
波長数M(Mは2以上の整数)の多波長光が入力される入力ポートとしての複数の導波路が平面方向に並列されてなるポート数N(Nは2以上の整数)の入力導波路と、前記入力導波路に入力された多波長光を前記平面方向に広げる入力側スラブ導波路とを有する入力側導波路型分岐回路と、
前記入力側導波路型分岐回路で広げられた多波長光を、前記平面方向にコリメートする入力側第1レンズと、
前記入力側第1レンズでコリメートされた多波長光を、前記平面方向と直交する方向にコリメートする入力側第2レンズと、
前記入力側第2レンズでコリメートされた多波長光を、前記平面方向に集光する入力側第3レンズと、
前記入力側第3レンズで集光された多波長光を、前記平面方向と直交する方向に波長毎に分光する入力側グレーティングと、
前記入力側グレーティングで分光された各単波長光を、前記平面方向と直交する方向にコリメートする入力側第4レンズと、
前記平面方向にN列のミラーを有すると共に前記平面方向と直交する方向にM行のミラーを有し、前記入力側第4レンズでコリメートされた各単波長光をM行のミラーで波長毎に反射すると共に前記入力側第4レンズでコリメートされた各単波長光の進む角度をN列のミラーでポート毎に変換する入力側二次元MEMSミラーと、
前記入力側二次元MEMSミラーで波長毎に反射されると共にポート毎に進む角度を変換された各単波長光を、前記平面方向に集光する反射用レンズと、
前記反射用レンズで集光された各単波長光を、再び前記反射用レンズに反射する反射部材と、
前記平面方向にN列のミラーを有すると共に前記平面方向と直交する方向にM行のミラーを有し、前記反射部材で反射されて再び前記反射用レンズを通過した各単波長光をM行のミラーで波長毎に反射すると共に各単波長光の進む角度をN列のミラーでポート毎に変換する出力側二次元MEMSミラーと、
前記出力側二次元MEMSミラーで波長毎に反射されると共にポート毎に進む角度を変換された各単波長光を、前記平面方向と直交する方向に集光する出力側第4レンズと、
前記出力側第4レンズで集光された各単波長光を、前記平面方向と直交する方向にポート毎に合波する出力側グレーティングと、
前記出力側グレーティングで合波された各多波長光を、前記平面方向にコリメートする出力側第3レンズと、
前記出力側第3レンズでコリメートされた各多波長光を、前記平面方向と直交する方向に集光する出力側第2レンズと、
前記出力側第2レンズで集光された各多波長光を、前記平面方向に集光する出力側第1レンズと、
前記出力側第1レンズで集光された各多波長光を通過させる出力側スラブ導波路と、前記出力側スラブ導波路を通過した各多波長光が出力される出力ポートとしての複数の導波路が前記平面方向に並列されてなるポート数Nの出力導波路とを有する出力側導波路型分岐回路と、
を備えたことを特徴とするN×N波長選択スイッチ。
An input waveguide having a number of ports N (N is an integer of 2 or more) in which a plurality of waveguides as input ports to which multi-wavelength light having a wavelength of M (M is an integer of 2 or more) is input are arranged in parallel in the plane direction And an input-side waveguide type branch circuit having an input-side slab waveguide that spreads the multi-wavelength light input to the input waveguide in the planar direction,
An input-side first lens that collimates multi-wavelength light spread by the input-side waveguide-type branch circuit in the planar direction;
An input-side second lens that collimates the multi-wavelength light collimated by the input-side first lens in a direction orthogonal to the planar direction;
An input-side third lens that condenses the multi-wavelength light collimated by the input-side second lens in the plane direction;
An input side grating that splits the multi-wavelength light collected by the input side third lens for each wavelength in a direction orthogonal to the planar direction;
An input-side fourth lens that collimates each single-wavelength light split by the input-side grating in a direction orthogonal to the planar direction;
It has N rows of mirrors in the plane direction and M rows of mirrors in a direction perpendicular to the plane direction, and each single wavelength light collimated by the input-side fourth lens for each wavelength by the M rows of mirrors. An input-side two-dimensional MEMS mirror that converts the traveling angle of each single-wavelength light reflected and collimated by the input-side fourth lens for each port by an N-row mirror;
A reflecting lens that collects each single wavelength light reflected by the input-side two-dimensional MEMS mirror for each wavelength and converted for each port in the plane direction;
A reflecting member that reflects each single-wavelength light collected by the reflecting lens to the reflecting lens again;
There are N rows of mirrors in the plane direction and M rows of mirrors in a direction orthogonal to the plane direction, and each single wavelength light reflected by the reflecting member and passed through the reflecting lens again is M rows. An output-side two-dimensional MEMS mirror that reflects each wavelength by the mirror and converts the angle of travel of each single wavelength light for each port by an N-row mirror;
An output-side fourth lens that collects each single-wavelength light reflected at each wavelength by the output-side two-dimensional MEMS mirror and converted in an angle that travels for each port in a direction orthogonal to the planar direction;
An output-side grating that multiplexes each single wavelength light collected by the output-side fourth lens for each port in a direction orthogonal to the planar direction;
An output-side third lens that collimates each multi-wavelength light combined by the output-side grating in the plane direction;
An output-side second lens that condenses each multi-wavelength light collimated by the output-side third lens in a direction perpendicular to the planar direction;
An output-side first lens that collects each multi-wavelength light collected by the output-side second lens in the planar direction;
An output-side slab waveguide that passes each multi-wavelength light condensed by the output-side first lens, and a plurality of waveguides as output ports that output each multi-wavelength light that has passed through the output-side slab waveguide An output-side waveguide type branch circuit having an N-port output waveguide formed in parallel in the planar direction;
An N × N wavelength selective switch comprising:
前記入力側第2レンズと前記出力側第2レンズは共通の入出力第2レンズからなり、前記入力側第4レンズと前記出力側第4レンズは共通の入出力第4レンズからなる請求項2に記載のN×N波長選択スイッチ。   The input-side second lens and the output-side second lens are composed of a common input / output second lens, and the input-side fourth lens and the output-side fourth lens are composed of a common input / output fourth lens. N × N wavelength selective switch described in 1. 前記入力側二次元MEMSミラーの前段と前記出力側二次元MEMSミラーの後段のうち、少なくとも前記入力側二次元MEMSミラーの前段に、各単波長光を多数の光ビームに変換するためのホログラム素子或いは多数のピクセルからなる透過型液晶セルを更に備える請求項3に記載のN×N波長選択スイッチ。   Hologram element for converting each single-wavelength light into a plurality of light beams at least before the input side two-dimensional MEMS mirror among the front stage of the input side two-dimensional MEMS mirror and the rear stage of the output side two-dimensional MEMS mirror The N × N wavelength selective switch according to claim 3, further comprising a transmissive liquid crystal cell including a plurality of pixels. 前記ホログラム素子或いは前記透過型液晶セルと前記入力側二次元MEMSミラー或いは前記出力側二次元MEMSミラーとの間に1/4波長板を更に備える請求項4に記載のN×N波長選択スイッチ。   5. The N × N wavelength selective switch according to claim 4, further comprising a ¼ wavelength plate between the hologram element or the transmissive liquid crystal cell and the input side two-dimensional MEMS mirror or the output side two-dimensional MEMS mirror. 前記入力側導波路型分岐回路の前記入力導波路端、前記出力側導波路型分岐回路の前記出力導波路端、前記入力側二次元MEMSミラー、及び前記出力側二次元MEMSミラーにおけるスポットサイズより他の部分におけるスポットサイズが拡大されている請求項3〜5のいずれかに記載のN×N波長選択スイッチ。   From the input waveguide end of the input-side waveguide branch circuit, the output waveguide end of the output-side waveguide branch circuit, the input-side two-dimensional MEMS mirror, and the spot size of the output-side two-dimensional MEMS mirror The N × N wavelength selective switch according to claim 3, wherein a spot size in another portion is enlarged. 前記入力側二次元MEMSミラー及び前記出力側二次元MEMSミラーにおけるスポットサイズが、それぞれの上で同一となるように前記入力導波路及び前記出力導波路のスポットサイズとレンズの焦点距離が選ばれる請求項3〜6のいずれかに記載のN×N波長選択スイッチ。   The spot size of the input waveguide and the output waveguide and the focal length of the lens are selected so that the spot sizes of the input-side two-dimensional MEMS mirror and the output-side two-dimensional MEMS mirror are the same on each. Item 7. The N × N wavelength selective switch according to any one of Items 3 to 6. 前記入力側導波路型分岐回路の前記入力導波路端及び/又は前記出力側導波路型分岐回路の前記出力導波路端に接続された光ファイバを更に備える請求項3〜7のいずれかに記載のN×N波長選択スイッチ。   The optical fiber connected to the said input waveguide end of the said input side waveguide type branch circuit and / or the said output waveguide end of the said output side waveguide type branch circuit is further provided in any one of Claims 3-7. N × N wavelength selective switch. 前記反射部材が、独立した反射板或いは前記反射用レンズの後段の面に形成された反射膜からなる請求項3〜8のいずれかに記載のN×N波長選択スイッチ。   9. The N × N wavelength selective switch according to claim 3, wherein the reflection member is formed of an independent reflection plate or a reflection film formed on a rear surface of the reflection lens. 前記入力側二次元MEMSミラーの前段と前記出力側二次元MEMSミラーの後段に、光線を90度折り曲げて前記入力側二次元MEMSミラー及び前記出力側二次元MEMSミラーに入出射するコーナーキューブを更に備える請求項3〜9のいずれかに記載のN×N波長選択スイッチ。   Further, a corner cube for bending light rays 90 degrees into the input side two-dimensional MEMS mirror and the output side two-dimensional MEMS mirror at the front stage of the input side two-dimensional MEMS mirror and the rear stage of the output side two-dimensional MEMS mirror is further provided. An N × N wavelength selective switch according to any one of claims 3 to 9. 前記入力側導波路型分岐回路の端面が、前記入力側導波路型分岐回路の端面からの反射戻り光を低減するため、その角度を5度以上に研磨されると共に、前記入力側導波路型分岐回路は、前記入力側導波路型分岐回路の端面から出射される多波長光がそれ以降の各レンズに対して垂直に入射するように傾けて配置される請求項3〜10のいずれかに記載のN×N波長選択スイッチ。   The end face of the input side waveguide type branch circuit is polished at an angle of 5 degrees or more in order to reduce reflected return light from the end face of the input side waveguide type branch circuit, and the input side waveguide type The branch circuit is arranged to be inclined so that multi-wavelength light emitted from the end face of the input-side waveguide branch circuit is perpendicularly incident on each subsequent lens. The described N × N wavelength selective switch. 前記入力側二次元MEMSミラー及び前記出力側二次元MEMSミラーが、櫛歯型の電極で駆動される請求項3〜11のいずれかに記載のN×N波長選択スイッチ。   The N × N wavelength selective switch according to claim 3, wherein the input side two-dimensional MEMS mirror and the output side two-dimensional MEMS mirror are driven by comb-shaped electrodes. 前記入力側グレーティングと前記出力側グレーティングは反射型グレーティングからなり、前記入出力第2レンズと前記入出力第4レンズは共通の入出力レンズからなる請求項3〜12のいずれかに記載のN×N波長選択スイッチ。   13. The N × according to claim 3, wherein the input side grating and the output side grating are made of a reflection type grating, and the input / output second lens and the input / output fourth lens are made of a common input / output lens. N wavelength selective switch.
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