JP2015158651A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】装置規模の大型化およびコスト増を抑制すること。
【解決手段】光を入力または出力する複数のポートからなるポート群を各々有する複数の光入出力部１，２と、ポート群内の入力ポートから入力した光の光路を同じポート群内の出力ポートに向かう光路へ各光入出力部別に切り替える複数の光路切替部を有する光路操作部５と、複数の光入出力部側から入力された光をポート群別に複数の光路切替部に集光し、複数の光路切替部側から入力された光をポート群別に複数の光入出力部に光学的に結合する集光レンズ６と、複数の光入出力部側から入力された各光を、光入出力部の配列方向であるスイッチ軸方向に対して略垂直な方向に波長分散する波長分散素子８と、を備え、複数の光入出力部のそれぞれが有する光路群同士が集光レンズまたはその近傍において略重なるように交差することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光スイッチに関するものである。

従来から、光伝送システムにおいて、信号光の光路を切り替えるために、光スイッチが使用されている。このような光スイッチは、信号光の光路を切り替える光路切替部として、一般に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた反射ミラー（以下、ＭＥＭＳミラーという）またはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を備える。ＭＥＭＳミラーは、所定の回転軸の周りに回動可能に支持され、駆動機構によって、その回転角度を調整する。ＭＥＭＳミラーを備えた光スイッチは、ある光路から入射された信号光をＭＥＭＳミラーによって反射し、この反射した信号光を特定の光路に出力することにより、光スイッチ動作を実現している。一方、ＬＣＯＳは、入射された光の位相を液晶によって変調し、回折させる空間光変調器である。ＬＣＯＳを備えた光スイッチは、ある光路から入射された信号光を、ＬＣＯＳによって回折させて、特定の光路に出力することにより、光スイッチ動作を実現している。

なお、上述したような光スイッチの従来技術として、例えば、特許文献１には、互いに異なる波長の信号光が波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing）されたＷＤＭ信号光を入力し、このＷＤＭ信号光に含まれる信号光の光路を波長別に切り替える波長選択光スイッチ（Wavelength Selective Switch）が開示されている。この特許文献１では、信号光を入出力する光ファイバポートを１次元的に配列した波長選択光スイッチと、２次元的に光ファイバポートを配列して光ファイバポート数を増加させた波長選択光スイッチとが開示されている。一方、特許文献２には、互いに異なる２つの波長選択光スイッチ機能を１つの装置内に組み込んだ波長選択光スイッチ、いわゆる、２ｉｎ１波長選択光スイッチが開示されている。

特開２０１１−６５０２３号公報 米国特許第７７６９２５５号明細書

ところで、光通信システムは、光伝送技術の向上に伴い、ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ型から、リング型またはメッシュ型のネットワーク形態へと発展しつつある。このような形態の光ネットワークのノードには、任意の信号光を任意のポートに入出力させて、信号光の光路を任意に変更するための光スイッチが必要とされる。特に、ＷＤＭ信号光を用いる場合は、任意の波長の信号光に対して任意に光路を変更できる波長選択光スイッチが必要とされる。近年、光ネットワークの大規模化に伴い、波長選択光スイッチを含む光スイッチの光入出力のポート数を増大させることが益々要求されている。

しかしながら、上述した従来技術では、光スイッチのポート数の増大に際し、光路切替部またはレンズ系等の光スイッチを構成する光学部品の大型化を回避することは困難であり、これに起因して、光スイッチの大型化およびコスト増を招来する。

また、特許文献２に記載の２ｉｎ１波長選択光スイッチでは、光スイッチ動作上、一群の光入出力ポートアレイからの信号光を光路切替部に集光する必要があるが、集光するための光学系のポートアレイの配列方向の幅が大きくなる。このため、光スイッチを構成する光学部品の大型化を回避することは困難であり、これに起因して、光スイッチの大型化およびコスト増を招来する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置規模の大型化およびコスト増を抑制しつつ、簡易に光入出力のポート数を増大させることが可能な光スイッチを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、光を入力または出力する複数のポートからなるポート群を各々有する複数の光入出力部と、前記ポート群内の入力ポートから入力した光の光路を同じ前記ポート群内の出力ポートに向かう光路へ前記各光入出力部別に切り替える複数の光路切替部を有する光路操作部と、前記複数の光入出力部側から入力された光を前記ポート群別に前記複数の光路切替部に集光し、前記複数の光路切替部側から入力された光を前記ポート群別に前記複数の光入出力部に光学的に結合する集光レンズと、前記複数の光入出力部側から入力された各光を、前記光入出力部の配列方向であるスイッチ軸方向に対して略垂直な方向に波長分散する波長分散素子と、を備え、前記複数の光入出力部のそれぞれが有する光路群同士が前記集光レンズまたはその近傍において略重なるように交差することを特徴とする。
このような構成によれば、装置規模の大型化およびコスト増を抑制しつつ、簡易に光入出力のポート数を増大させることが可能な光スイッチを提供することができる。

また、本発明は、前記波長分散素子の前記スイッチ軸方向の開口径をＨ１とし、前記集光レンズの前記スイッチ軸方向の開口径をＨ２とした場合に、Ｈ１≧Ｈ２の関係が成立することを特徴とする。
このような構成によれば、光スイッチのスイッチ軸方向の幅を狭くすることが可能になる。

また、本発明は、前記波長分散素子は、前記集光レンズの焦点距離だけ離れた位置に配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、波長分散素子によって分散された、異なる波長からなる信号光の、光路切替部への入射角度の差をなくすことができる。

また、本発明は、前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する光学素子が、前記集光レンズよりも前記光入出力部側に配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、光学素子によって信号光を屈折させることで、複数の光入出力部を平行に配置することができる。

また、本発明は、前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する前記光学素子は、前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有するプリズムであることを特徴とする。
このような構成によれば、適正な屈折力を有するプリズムを用いることで、複数の光入出力部を平行に配置することができる。

また、本発明は、前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する前記光学素子は、前記波長分散素子の近傍に配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、複数の光入出力部からの信号光が光路切替部上で重ならず、また、離れすぎない所望の位置に設定することができる。

また、本発明は、前記集光レンズより前記光入出力部側に存在する最後のビームウエストが、前記波長分散素子の近傍またはそれ以降に存在することを特徴とする。
このような構成によれば、集光レンズにおける信号光のスポット径を小さくすることができるので、装置の一層の小型化を図ることができる。

また、本発明は、前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する前記光学素子は、前記光入出力部からの光の伝搬長が略５０ｍｍ以内であることを特徴とする。
このような構成によれば、スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する光学素子の、屈折力の変化する部分における信号光のケラレを低減することが可能になる。

また、本発明は、前記集光レンズの前記スイッチ軸方向の開口径が略１５ｍｍ以下であることを特徴とする。
このような構成によれば、例えば、１９．４ｍｍを基準幅とする光スイッチの筐体にも余裕を持って収容することができる。

また、本発明は、前記光入出力部から入力される光のビーム広がり角度がθである場合に、任意の２つのポート群を選択したときの光路のなす角度が略２θであることを特徴とする。
このような構成によれば、ビームの広がりを考慮した場合であっても、集光レンズまたはその近傍における素子に必要な開口径を小さくし、光スイッチの一層の小型化を図ることができる。

また、本発明は、前記光入出力部から入力される光のビーム広がり角度がθである場合に、任意の２つのポート群を選択したときの光路のなす角度が略２θ以上であることを特徴とする。
このような構成によれば、ビームの広がりを考慮した場合であっても、集光レンズまたはその近傍における素子に必要な開口径を小さくし、光スイッチの一層の小型化を図ることができる。

また、本発明は、前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する光学素子が、前記光路操作部の近傍に配置され、前記光路切替部に入射される光の入射角をポート群毎に調整することを特徴とする。
このような構成によれば、入射角を調整することで、信号光の損失を低減するとともに、クロストーク特性を改善することができる。

また、本発明は、前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する前記光学素子は、前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有するプリズムであることを特徴とする。
このような構成によれば、プリズムの特性を調整することで、信号光の損失を低減するとともに、クロストーク特性を改善することができる。

また、本発明は、前記ポート群に外部から光が入力されるポートをＣｏｍポートとした場合に、前記光路切替部によって鏡面反射された前記Ｃｏｍポートの光が、当該ポート群の両端に位置するポートからの入射光がなす角を略二等分することを特徴とする。
このような構成によれば、切り替え時の回折角度を最小にすることで、信号光の損失を低減するとともに、クロストーク特性を改善することができる。

また、本発明は、前記光路切替部は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）によって構成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、ＬＣＯＳを使用した場合でも、切り替え時の回折角度を最小にすることで、信号光の損失を低減するとともに、クロストーク特性を改善することができる。

本発明によれば、装置規模の大型化およびコスト増を抑制しつつ、簡易に光入出力のポート数を増大させることが可能な光スイッチを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る光スイッチの構成例を示す図である。 図１に示す光スイッチをＸ軸方向から眺めた図である。 図１に示す光路操作部の構成例を示す図である。 図１に示すプリズムの動作を説明するための図である。 図１に示すビームの広がり角とビーム同士のなす角の関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光スイッチの構成例を示す図である。 図６に示す光スイッチをＸ軸方向から眺めた図である。 本発明の第３実施形態に係る光スイッチの構成例を示す図である。 図８に示す光スイッチをＸ軸方向から眺めた図である。 図８に示すプリズムの動作を説明するための図である。 図８に示す光路操作部の他の構成例を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る光スイッチの構成例を示す図である。 図１２に示す光スイッチをＸ軸方向から眺めた図である。 本発明の第５実施形態に係る光スイッチの構成例を示す図である。 図１４に示す光スイッチをＸ軸方向から眺めた図である。 本発明の第５実施形態に係る光スイッチの構成例を示す図である。 図１６に示す光スイッチをＸ軸方向から眺めた図である。

次に、図面を参照して本発明に係る光スイッチの実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、図中、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の直交座標系であるＸＹＺ座標系を適宜用いて方向を説明する。

（Ａ）第１実施形態の説明
まず、本発明の第１実施形態に係る光スイッチの構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る光スイッチの一構成例を示す模式図である。図１には、第１実施形態に係る光スイッチをＸＹＺ座標系のＺ軸方向正の向きから見たものが図示されている。図２は、図１に示す光スイッチをＸＹＺ座標系のＸ軸方向正の向きから見た図である。図１および図２に示すように、この光スイッチ１０は、複数の光入出力部１，２と、プリズム４と、光路操作部５と、集光レンズ６と、アナモルフィック光学系７と、波長分散素子８と、偏波操作光学系９と、プリズム１１とを備える。なお、この光スイッチ１０における実際の各光路は波長分散素子８において大きく曲げられるので、偏波操作光学系９から光路操作部５までの各構成要素（第１実施形態では偏波操作光学系９、プリズム１１、アナモルフィック光学系７、集光レンズ６、プリズム４、および、光路操作部５）は、波長分散素子８の前後で角度を持って配置される。ただし、図１および図２においては、簡略化のために各構成要素を光路に沿って直線的に配置して示している。このことは、図１および図２以降の図面においても同様である。

複数の光入出力部１，２は、光を入力または出力するポート群を各々有し、ポート群毎に、外部から光を入力し、または外部に光を出力する。具体的には、光入出力部１は、光ファイバポート群１１０と、複数のコリメータレンズからなるコリメータレンズ群１１６と、光ファイバポート群１１０とコリメータレンズ群１１６とを支持する支持部１１７とを備える。光ファイバポート群１１０は、複数の光ファイバポート１１１〜１１５を含む光入出力のポート群である。光ファイバポート１１１〜１１５の各々は、光導波路として機能する光ファイバを用いて構成される。各光ファイバポート１１１，１１２，１１３，１１４，１１５は、所定の配列方向、すなわち図２に示すＹＺ平面に平行な方向に沿って、所定の間隔（例えば等間隔）で配列される。

コリメータレンズ群１１６は、各光ファイバポート１１１〜１１５に対応して配置されるコリメータレンズから構成されている。コリメータレンズ群１１６は、各光ファイバポート１１１〜１１５から出力した光を平行光にする、または、入力された平行光を各光ファイバポート１１１〜１１５に集光して結合させる機能を有する。

光入出力部２は、光ファイバポート群１２０と、複数のコリメータレンズからなるコリメータレンズ群１２６と、光ファイバポート群１２０とコリメータレンズ群１２６とを支持する支持部１２７とを備える。光ファイバポート群１２０は、複数の光ファイバポート１２１〜１２５を含む光入出力のポート群である。光ファイバポート１２１〜１２５の各々は、光導波路として機能する光ファイバを用いて構成される。各光ファイバポート１２１，１２２，１２３，１２４，１２５は、所定の配列方向（図２に示すＹＺ平面に平行な方向）に沿って、等間隔等の所定の間隔で配列される。

コリメータレンズ群１２６は、各光ファイバポート１２１〜１２５に対応して配置されるコリメータレンズから構成されている。コリメータレンズ群１２６は、各光ファイバポート１２１〜１２５から出力した光を平行光にする、または、入力された平行光を各光ファイバポート１２１〜１２５に集光して結合させる機能を有する。

なお、コリメータレンズ群１１６，１２６の配列方向（Ｚ軸に平行な方向）を以下では、スイッチ軸方向とし、また、後述する波長分散素子８の波長分散方向（Ｘ軸に平行な方向）を以下では波長分散軸として説明する。

ここで、光入出力部１，２は、図１および図２に示すように、光ファイバポート群１１０，１２０の配列方向、すなわちＺ軸方向に沿って配置される。このような光入出力部１，２において、光ファイバポート群１１０および光ファイバポート群１２０は、光入出力部１、２別にグループ分けされ、ＹＺ平面に平行な同一面内に配列される。これら光ファイバポート群１１０，１２０内の各光ファイバポート１１１〜１１５，１２１〜１２５は、その配列方向に垂直な方向（すなわち図１および図２に示すＸ軸方向）から見て、同じポート群内において互いに平行であり、かつ、異なるポート群間においても互いに平行とされている。

なお、上述した光ファイバポート１１１〜１１５，１２１〜１２５は、光入出力部１，２別に、外部から光を入力する、または外部に光を出力するものである。このように光入出力部１，２別に入出力される各光は、特に限定されないが、例えば波長１５２０〜１６２０ｎｍの光通信用の信号光である。

光路操作部５は、入力された光の光路を切り替える複数の光路切替部５ａ，５ｂを有し、各光入出力部１，２別に入力ポートから出力ポートに至る光の光路を操作する。光路切替部５ａ，５ｂは、図２に示すように、互いに異なる光入出力部１，２別に、Ｚ軸方向に分離して配置される。図３は、第１実施形態における複数の光路切替部の一構成例を示す模式図である。図３に示すように、光路切替部５ａは、Ｘ軸方向に沿って配列された複数のＬＣＯＳ５ａ−１，５ａ−２，５ａ−３，５ａ−４によって構成される。これと同様に、光路切替部５ｂは、Ｘ軸方向に沿って配列された複数のＬＣＯＳ５ｂ−１，５ｂ−２，５ｂ−３，５ｂ−４によって構成される。このような構成を有する光路切替部５ａ，５ｂは、光ファイバポート群１１０，１２０のうちの何れかの光ファイバポート群内の入力ポートから入力した光の光路を、この入力ポートが属する同じ光ファイバポート群内の出力ポートに向かう光路へ各光入出力部１，２別に切り替える。

すなわち、各ＬＣＯＳ５ａ−１，５ａ−２，５ａ−３，５ａ−４は、光入出力部１の光ファイバポート群１１０内の入力ポートから入力した光を回折して同じ光ファイバポート群１１０内の出力ポートに向けて出力する機能を有する。また、各ＬＣＯＳ５ｂ−１，５ｂ−２，５ｂ−３，５ｂ−４は、光入出力部２の光ファイバポート群１２０内の入力ポートから入力した光を回折して同じ光ファイバポート群１２０内の出力ポートに向けて出力する機能を有する。なお、光ファイバポート群１１０内の入力ポートは、光ファイバポート１１１〜１１５のうちの何れかであり、光ファイバポート群１１０内の出力ポートは、光ファイバポート１１１〜１１５のうちの入力ポートを除く何れかである。また、光ファイバポート群１２０内の入力ポートは、光ファイバポート１２１〜１２５のうちの何れかであり、光ファイバポート群１２０内の出力ポートは、光ファイバポート１２１〜１２５のうちの入力ポートを除く何れかである。

ここで、光入出力部１，２側から光路操作部５に入力される各光は、上述した光路切替部５ａ，５ｂにおいて互いに干渉しないように、Ｚ軸方向に分離している。例えば図３に示すように、光入出力部１側から光路切替部５ａのＬＣＯＳ５ａ−１に入力された光の結像点Ｐ１は、光入出力部２側から光路切替部５ｂのＬＣＯＳ５ｂ−１に入力された光の結像点Ｐ２に対して十分に離間している。すなわち、結像点Ｐ１と結像点Ｐ２との離間距離（以下、分離距離ｄという）は、これら各光のビームスポット（図３の斜線部分参照）のＺ軸方向の寸法に比して十分に大きい。この結果、これら各光同士の干渉が回避される。このことは、残りのＬＣＯＳ５ａ−２〜５ａ−４，５ｂ−２〜５ｂ−４においても同様である。このような光入出力部１，２側からの各光の結像点に対応して、ＬＣＯＳ５ａ−１〜５ａ−４，５ｂ−１〜５ｂ−４は、光路操作部５上に配列される。

なお、上述したＬＣＯＳ５ａ−１〜５ａ−４，５ｂ−１〜５ｂ−４の各々に入力される各光のビーム形状は、後述するアナモルフィック光学系７の作用によって、図３の斜線部分に例示されるように、Ｘ軸方向に縮小した楕円形状に整形される。このような楕円形状の各光の幅Ｗ１に比して、ＬＣＯＳ５ａ−１〜５ａ−４，５ｂ−１〜５ｂ−４の各幅Ｗ２は十分に大きい。

集光レンズ６は、複数の光入出力部１，２側から入力された光を光ファイバポート群１１０，１２０別に複数の光路切替部５ａ，５ｂに集光し、複数の光路切替部５ａ，５ｂ側から入力された光を光ファイバポート群１１０，１２０別に複数の光入出力部１，２に光学的に結合する。この結果、複数の光入出力部１，２と光路操作部５とは、集光レンズ６によって光学的に結合される。具体的には、集光レンズ６は、単一の光軸６ａを有するレンズであり、光入出力部１，２と光路操作部５との間に配置される。集光レンズ６は、光ファイバポート群１１０からの光を一方の光路切替部５ａに集光し、光ファイバポート群１２０からの光を他方の光路切替部５ｂに集光する。また、集光レンズ６は、光路切替部５ａからの光を一方の光ファイバポート群１１０に光学的に結合し、光路切替部５ｂからの光を他方の光ファイバポート群１２０に光学的に結合する。何れの場合であっても、集光レンズ６は、図２に示すようにＺ軸方向に平行な面内（例えばＹＺ平面に平行な面内）で集光し、かつ、図１に示すようにＸ軸方向に平行な面内（例えばＸＹ平面に平行な面内）で集光する。ここで、Ｚ軸方向は、光ファイバポート群１１０，１２０の配列方向であり、Ｘ軸方向は、この配列方向に対して垂直な方向である。なお、このような集光レンズ６の焦点の位置は、上述した光路操作部５の位置と略一致することが望ましい。図１および図２に示すように、集光レンズ６の焦点距離をｆとすると、光路操作部５は集光レンズ６から略ｆだけＹ軸方向に離れた位置に配置され、また、波長分散素子８は集光レンズ６から略ｆだけＹ軸方向に離れた位置に配置されることが望ましい。また、集光レンズ６の開口径、および、Ｚ軸方向の幅は略１５ｍｍ以下とされている。集光レンズ６の開口径、および、Ｚ軸方向の幅を略１５ｍｍ以下に設定することで、１９．４ｍｍを基準幅とする光スイッチ１０の筐体にも余裕を持って収容することができる。

偏波操作光学系９は、入力された光の偏波状態を、単一の偏波方向のみからなるように操作して出力する光学系であり、例えば、ウォラストンプリズムと１／２波長板からなる。ＬＣＯＳによって変調を受ける偏光状態を、ｘ軸に平行な直線偏光とすると、ウォラストンプリズムにより、ｘ軸に平行な直線偏光と、ｙ軸に平行な直線偏光とに入力光を分離し、ｙ軸に平行な直線偏光に対してのみ、速軸がｙ軸に対し４５°傾いた１／２波長板を作用させることで、偏波操作光学系９以降において、偏光状態はｘ軸に平行な直線偏光のみとなり、ＬＣＯＳにより回折させることができる。

プリズム１１は、スイッチ軸方向に配列されたコリメータレンズ群１１６，１２６から出力される平行な光路群を相互に交差する方向に屈折する。この結果、コリメータレンズ群１１６，１２６から出力される光路群は、集光レンズ６またはその近傍において重複するように交差する。図２の例では、光ファイバポート１１１のコリメータレンズ１１６が有する光路は、光ファイバポート１２１のコリメータレンズ１２６が有する光路と、集光レンズ６上において重複するように交差する。また、光ファイバポート１１２〜１１５のコリメータレンズ１１６が有する光路は、光ファイバポート１２２〜１２５のコリメータレンズ１２６が有する光路と、集光レンズ６上においてそれぞれが重複するように交差する。ここで、図２に示すように、集光レンズ６のスイッチ軸方向のビームスポットを含めた開口径をＨ２とし、波長分散素子８のスイッチ軸方向のビームスポットを含めた開口径をＨ１とした場合に、これらの間にはＨ１≧Ｈ２の関係が成立する。なお、コリメータレンズ群１１６およびコリメータレンズ群１２６からプリズム１１までの光の伝搬長は、例えば、５０ｍｍ以下になるように設定することが望ましい。これを超える伝搬長の場合には、プリズム１１のスイッチ軸方向の両端に位置するポート（図２では光ファイバポート１１１，１１５および光ファイバポート１２１，１２５）を通過する光がプリズム１１の開口を外れてしまう場合があるからである。また、集光レンズ６のスイッチ軸方向の開口径Ｈ２は、１５ｍｍ以下となるように設定することが望ましい。開口径がこれを超える場合には、スイッチ軸方向の薄型化を十分に図ることができないからである。

ここで、素子に必要な開口径は、当該素子上におけるビームの配列と、ビームの形状から計算される。通常、ガウシアンビームの伝搬においては、ビームのスポットサイズの約２倍の開口径が必要とされる。本例においては、波長選択スイッチの特性と薄型化とを考慮し、適切な正の係数をｂとするとき、スポットサイズのｂ倍を、そのビーム単体での開口径とする。したがって、素子の開口径とは、その素子上を通過するすべてのビームによって掃引される領域のうち最も外縁と光軸との距離であり、このとき、各々のビームによって掃引される領域とは、当該素子上におけるビームのスポットサイズのｂ倍からなる円ないし楕円の領域である。なお、本実施形態では、ｂの値としては、１．２〜２倍程度を想定している。

なお、図２では、光ファイバポート１１１〜１１５のコリメータレンズ群１１６が有する光路は、光ファイバポート１２１〜１２５のコリメータレンズ群１２６が有する光路と、集光レンズ６上においてそれぞれが重複するように交差しているが、これらは完全に一致する必要はなく、Ｚ軸方向にある程度離間していてもよい。

アナモルフィック光学系７は、複数の光入出力部１，２から入力された各光のビーム形状を楕円形状に整形する。具体的には、アナモルフィック光学系７は、波長分散軸方向に屈折力を持ったシリンドリカルレンズ７ａとアナモルフィックプリズム７ｂによって構成され、光入出力部１，２と集光レンズ６との間に配置される。アナモルフィック光学系７は、光入出力部１、２側から入力された各光のビーム形状を各光ファイバポート１１１〜１１５、１２１〜１２５の配列方向に垂直な方向（すなわちＸ軸方向）に対して拡大する機能を有する。このようなアナモルフィック光学系７の作用によって、光入出力部１、２側からの各光のビーム形状は、光路切替部５ａ、５ｂに集光される際、図３の破線部分に示されるように、Ｘ軸方向に縮小した幅Ｗ１の楕円形状に整形される。一方、アナモルフィック光学系７は、光路操作部５側から入力された光のビーム形状をＸ軸方向に対して縮小する機能を有する。

波長分散素子８は、複数の光入出力部１，２側から入力された各光を波長分散するものである。具体的には、波長分散素子８は、例えば透過型の回折格子等を用いて構成され、光入出力部１側からの光と光入出力部２側からの光との双方を所定の波長分散方向（波長分散軸の方向）に波長分散する。ここで、波長分散素子８の波長分散方向は、波長分散素子８によって波長分散された各光の光路同士が角度をなす面の方向である。すなわち、図１において、この波長分散方向は、Ｘ軸方向と略平行であって、図２に示す各光ファイバポート１１１〜１１５，１２１〜１２５の配列方向に対して略垂直な方向である。このような波長分散素子８は、アナモルフィック光学系７と集光レンズ６との間に、入射した光がＬＣＯＳ５ａ−１〜５ａ−４，５ｂ−１〜５ｂ−４の配列方向に波長分散を起こすように配置される。この場合、波長分散素子８の位置は、集光レンズ６の焦点の位置と略一致することが望ましい。また、波長分散素子８は、その中心部分で集光レンズ６の光軸６ａと交差することが望ましく、例えば波長分散素子８を回折格子とした場合には、その溝方向が集光レンズ６の光軸６ａと略垂直とするとよい。

上述したような構成を有する光スイッチ１０では、例えば、一方の光ファイバポート群１１０において中央に配列された光ファイバポート１１３と、他方の光ファイバポート群１２０において中央に配列された光ファイバポート１２３とが、外部から光が入力される共通の光ファイバポート（Ｃｏｍポート）として設定されている。また、一方の光ファイバポート群１１０のうちの残り４つの光ファイバポート１１１，１１２，１１４，１１５と、他方の光ファイバポート群１２０のうちの残り４つの光ファイバポート１２１，１２２，１２４，１２５とが、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。

ここで、光スイッチ１０は、一方の光入出力部１内の光ファイバポート１１３から所定の波長の信号光が入力された場合、同じ光入出力部１内の光ファイバポート１１１，１１２，１１４，１１５のうち、その波長を割り当てられた光ファイバポートから、その信号光を出力するように動作できる。また、光スイッチ１０は、他方の光入出力部２内の光ファイバポート１２３から所定の波長の信号光が入力された場合、同じ光入出力部２内の光ファイバポート１２１，１２２，１２４，１２５のうち、その波長を割り当てられた光ファイバポートから、その信号光を出力するように動作できる。すなわち、この光スイッチ１０は、光入出力部別に異なる１×４の光スイッチ機能を一装置内に２つ備えた２ｉｎ１光スイッチとして機能する。

特に、ファイバポート１１３から入力された信号光が互いに波長が異なる４つの信号光を含む４チャネルのＷＤＭ信号光である場合、光スイッチ１０は、光ファイバポート１１１，１１２，１１４，１１５のうち各チャネルを割り当てられた光ファイバポートから、ＷＤＭ信号光に含まれる各チャネルの信号光を出力するように動作できる。また、ファイバポート１２３から入力された信号光が互いに波長が異なる４つの信号光を含む４チャネルのＷＤＭ信号光である場合、光スイッチ１０は、光ファイバポート１２１，１２２，１２４，１２５のうち各チャネルを割り当てられた光ファイバポートから、ＷＤＭ信号光に含まれる各チャネルの信号光を出力するように動作できる。この場合、光スイッチ１０は、光入出力部別に異なる１×４の波長選択光スイッチ機能を一装置内に２つ備えた２ｉｎ１波長選択光スイッチとして機能する。

プリズム４は、スイッチ軸方向に異なる２つの屈折力を有し、集光レンズ６側から入力された光を光ファイバポート群１１０，１２０別に複数の光路切替部５ａ，５ｂに集光し、複数の光路切替部５ａ，５ｂ側から入力された光を集光レンズ６に出力する。具体的には、プリズム４は、図４に示すように、スイッチ軸方向の両端に位置する信号光Ｌ２および信号光Ｌ５がなす角θ１を、信号光Ｌ１が略二等分するように屈折する。また、プリズム４は、スイッチ軸方向の両端に位置する信号光Ｌ１２および信号光Ｌ１５がなす角θ１１を、信号光Ｌ１１が略二等分するように屈折する。

つぎに、図１〜４を参照しつつ、光スイッチ１０の動作について説明する。なお、以下では、光スイッチ１０が備える２つの光入出力部１，２のうちの一方の光入出力部１側の光スイッチ動作を説明し、その後、他方の光入出力部２側の光スイッチ動作を説明するが、これら２つの光スイッチ動作は、互いに独立して行われる。すなわち、これら２つの光スイッチ動作は、光入出力部１と光入出力部２との間において順不同に行われる。

まず、外部から光ファイバポート１１３に波長λ１の信号光Ｌ１が入力されると、コリメータレンズ群１１６は、この入力された信号光Ｌ１を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。つぎに、偏波操作光学系９は、入力された光の偏波状態を、単一の偏波方向のみからなるように操作して出力する。プリズム１１は、偏波操作光学系９から出力される信号光Ｌ１を集光レンズ６の光軸６ａの方向に屈折して出力する。アナモルフィック光学系７は、この略平行光である信号光Ｌ１のビーム形状をＸ軸方向に拡大して楕円形に整形する。ついで、波長分散素子８は、この整形後の信号光Ｌ１を波長λ１に応じた回折角で回折する。その後、集光レンズ６は、この回折された信号光Ｌ１を光路操作部５の光路切替部５ａに向けて集光する。プリズム４は、光路切替部５ａに向けて集光される光の入射角を変化させる。光路切替部５ａの一構成部であるＬＣＯＳ５ａ−１は、この集光された信号光Ｌ１を波長λ１の出力先ポートに対応して設定された回折角で回折し、これによって、この信号光Ｌ１を波長λ１の信号光Ｌ２として出力する。プリズム４および集光レンズ６は、このように光路切替部５ａから出力された信号光Ｌ２を光入出力部１に向けて通すとともに、その光路を信号光Ｌ１の光路と平行にする。なお、図１においては、光路切替前後の信号光Ｌ１と信号光Ｌ２との各光路は略重なっている。

つぎに、波長分散素子８は、集光レンズ６から入力した信号光Ｌ２を再び回折する。ついで、アナモルフィック光学系７は、信号光Ｌ２のビーム形状をＸ軸方向に縮小して略円形に戻すとともに、屈折光学系９を介して光入出力部１側へ信号光Ｌ２を通す。このような屈折光学系９、アナモルフィック光学系７、および、波長分散素子８は、例えば図２に示すように、信号光Ｌ１の光路と信号光Ｌ２の光路との平行関係を維持している。その後、信号光Ｌ２は、コリメータレンズ群１１６のうち、波長λ１に割り当てられた光ファイバポート１１１に対応するコリメータレンズへ入力される。この対応するコリメータレンズは、信号光Ｌ２を集光して光ファイバポート１１１に結合させる。光ファイバポート１１１は、このように結合された光、すなわち波長λ１の信号光Ｌ２を外部に出力する。

以上のようにして、光スイッチ１０は、光入出力部１側のＣｏｍポートである光ファイバポート１１３から入力された信号光の光路を、その波長λ１に割り当てられた光ファイバポート１１１（同じ光入出力部１側の出力ポート）へ至る光路に切り替えることができる。

また、外部から光ファイバポート１１３に入力された信号光Ｌ１の波長がλ２、λ３、またはλ４であれば、信号光Ｌ１は、上述した波長λ１の場合と同様に、屈折光学系９およびアナモルフィック光学系７等を通過した後、波長分散素子８によって、その波長（λ２、λ３、またはλ４）に応じた回折角で回折される。なお、波長λ１，λ２，λ３，λ４は互いに異なるものである。この回折後の信号光Ｌ１は集光レンズ６に到達する。集光レンズ６およびプリズム４は、光路切替部５ａのうち、この信号光Ｌ１の波長に対応するＬＣＯＳ部分に向けて、この信号光Ｌ１を集光する。すなわち、集光レンズ６およびプリズム４は、波長λ２の信号光Ｌ１をＬＣＯＳ５ａ−２に集光し、または、波長λ３の信号光Ｌ１をＬＣＯＳ５ａ−３に集光し、または、波長λ４の信号光Ｌ１をＬＣＯＳ５ａ−４に集光する。ＬＣＯＳ５ａ−２は、波長λ２の出力先ポートに対応して設定された回折角で信号光Ｌ１を回折して、この信号光Ｌ１の光路を波長λ２の信号光Ｌ３の光路に切り替える。または、ＬＣＯＳ５ａ−３は、波長λ３の出力先ポートに対応して設定された回折角で信号光Ｌ１を回折して、この信号光Ｌ１の光路を波長λ３の信号光Ｌ４の光路に切り替える。または、ＬＣＯＳ５ａ−４は、波長λ４の出力先ポートに対応して設定された回折角で信号光Ｌ１を回折して、この信号光Ｌ１の光路を波長λ４の信号光Ｌ５の光路に切り替える。

この光路切替後の信号光（すなわち信号光Ｌ３〜Ｌ５の何れか）は、上述した波長λ１の場合と同様に、プリズム４、集光レンズ６、波長分散素子８、アナモルフィック光学系７、屈折光学系９、および、コリメータレンズ群１１６を順次通過する。このコリメータレンズ通過後の信号光は、光ファイバポート群１１０のうち、その波長に対応する光ファイバポートから外部に出力される。すなわち、波長λ２の信号光Ｌ３は、波長λ２に割り当てられた光ファイバポート１１２から外部に出力され、波長λ３の信号光Ｌ４は、波長λ３に割り当てられた光ファイバポート１１４から外部に出力され、波長λ４の信号光Ｌ５は、波長λ４に割り当てられた光ファイバポート１１５から外部に出力される。

特に、外部から光ファイバポート１１３に入力された信号光Ｌ１が波長λ１、λ２、λ３、λ４の信号光を含む４チャネルのＷＤＭ信号光である場合、このＷＤＭ信号光の光路は、上述した波長λ１〜λ４の各信号光の場合と同様に、波長λ１の信号光Ｌ２の光路と、波長λ２の信号光Ｌ３の光路と、波長λ３の信号光Ｌ４の光路と、波長λ４の信号光Ｌ５の光路とに切り替えられる。その後、このＷＤＭ信号光由来の各信号光Ｌ２〜Ｌ５は、各波長λ１、λ２、λ３、λ４に割り当てられた光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５の各々から外部に出力される。このようにして、光スイッチ１０は、光入出力部１について、波長別に選択された所望の光路の切り替えを実現することができる。

一方、光入出力部２についても、上述した光入出力部１の場合と略同様な光スイッチ動作が行われる。すなわち、光入出力部２の光ファイバポート１２３へ外部から波長λ１１の信号光Ｌ１１が入力されると、コリメータレンズ群１２６は、この入力された信号光Ｌ１１を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。つぎに、偏波操作光学系９は、入力された光の偏波状態を、単一の偏波方向のみからなるように操作して出力する。プリズム１１は、偏波操作光学系９から出力される信号光Ｌ１１を集光レンズ６の光軸６ａの方向に屈折して出力する。アナモルフィック光学系７は、この略平行光である信号光Ｌ１１のビーム形状をＸ軸方向に拡大して楕円形に整形する。ついで、波長分散素子８は、この整形後の信号光Ｌ１１を波長λ１１に応じた回折角で回折する。その後、集光レンズ６は、この回折された信号光Ｌ１１を光路操作部５の光路切替部５ｂ（詳細には図３に示すＬＣＯＳ５ｂ−１）に向けて集光する。プリズム４は、光路切替部５ｂに向けて集光される光の入射角を変化させる。光路切替部５ｂの一構成部であるＬＣＯＳ５ｂ−１は、この集光された信号光Ｌ１１を波長λ１１の出力先ポートに対応して設定された回折角で回折し、これによって、この信号光Ｌ１１を波長λ１１の信号光Ｌ１２として出力する。プリズム４および集光レンズ６は、このように光路切替部５ｂから出力された信号光Ｌ１２を光入出力部２に向けて通すとともに、その光路を信号光Ｌ１１の光路と平行にする。なお、図１においては、光路切替前後の信号光Ｌ１１と信号光Ｌ１２との各光路は略重なっている。

つぎに、波長分散素子８は、集光レンズ６から入力した信号光Ｌ１２を再び回折する。ついで、アナモルフィック光学系７は、信号光Ｌ１２のビーム形状をＸ軸方向に縮小して略円形に戻すとともに、屈折光学系９を介して光入出力部２側へ信号光Ｌ１２を通す。このような波長分散素子８、アナモルフィック光学系７、および、屈折光学系９は、例えば図２に示すように、信号光Ｌ１１の光路と信号光Ｌ１２の光路との平行関係を維持している。その後、信号光Ｌ１２は、コリメータレンズ群１２６のうち、波長λ１１に割り当てられた光ファイバポート１２１に対応するコリメータレンズへ入力される。この対応するコリメータレンズは、信号光Ｌ１２を集光して光ファイバポート１２１に結合させる。光ファイバポート１２１は、このように結合された光、すなわち波長λ１１の信号光Ｌ１２を外部に出力する。

以上のようにして、光スイッチ１０は、光入出力部２側のＣｏｍポートである光ファイバポート１２３から入力された信号光の光路を、その波長λ１１に割り当てられた光ファイバポート１２１（同じ光入出力部２側の出力ポート）へ至る光路に切り替えることができる。

また、外部から光ファイバポート１２３に入力された信号光Ｌ１１の波長がλ１２、λ１３、またはλ１４であれば、信号光Ｌ１１は、上述した波長λ１１の場合と同様に、屈折光学系９およびアナモルフィック光学系７等を通過した後、波長分散素子８によって、その波長（λ１２、λ１３、またはλ１４）に応じた回折角で回折される。なお、波長λ１１、λ１２、λ１３、λ１４は互いに異なるものである。この回折後の信号光Ｌ１１は集光レンズ６に到達する。集光レンズ６およびプリズム４は、光路切替部５ｂのうち、この信号光Ｌ１１の波長に対応するＬＣＯＳ部分に向けて、この信号光Ｌ１１を集光する。すなわち、集光レンズ６およびプリズム４は、波長λ１２の信号光Ｌ１１をＬＣＯＳ５ｂ−２に集光し、波長λ１３の信号光Ｌ１１をＬＣＯＳ５ｂ−３に集光し、または、波長λ１４の信号光Ｌ１１をＬＣＯＳ５ｂ−４に集光する。ＬＣＯＳ５ｂ−２は、波長λ１２の出力先ポートに対応して設定された回折角で信号光Ｌ１１を回折して、この信号光Ｌ１１の光路を波長λ１２の信号光Ｌ１３の光路に切り替える。または、ＬＣＯＳ５ｂ−３は、波長λ１３の出力先ポートに対応して設定された回折角で信号光Ｌ１１を回折して、この信号光Ｌ１１の光路を波長λ１３の信号光Ｌ１４の光路に切り替える。または、ＬＣＯＳ５ｂ−４は、波長λ１４の出力先ポートに対応して設定された回折角で信号光Ｌ１１を回折して、この信号光Ｌ１１の光路を波長λ１４の信号光Ｌ１５の光路に切り替える。

この光路切替後の信号光（すなわち信号光Ｌ１３〜Ｌ１５の何れか）は、上述した波長λ１１の場合と同様に、集光レンズ６、波長分散素子８、アナモルフィック光学系７、屈折光学系９、および、コリメータレンズ群１２６を順次通過する。このコリメータレンズ通過後の信号光は、光ファイバポート群１２０のうち、その波長に対応する光ファイバポートから外部に出力される。すなわち、波長λ１２の信号光Ｌ１３は、波長λ１２に割り当てられた光ファイバポート１２２から外部に出力され、波長λ１３の信号光Ｌ１４は、波長λ１３に割り当てられた光ファイバポート１２４から外部に出力され、波長λ１４の信号光Ｌ１５は、波長λ１４に割り当てられた光ファイバポート１２５から外部に出力される。

特に、外部から光ファイバポート１２３に入力された信号光Ｌ１１が波長λ１１、λ１２、λ１３、λ１４の信号光を含む４チャネルのＷＤＭ信号光である場合、このＷＤＭ信号光の光路は、上述した波長λ１１〜λ１４の各信号光の場合と同様に、波長λ１１の信号光Ｌ１２の光路と、波長λ１２の信号光Ｌ１３の光路と、波長λ１３の信号光Ｌ１４の光路と、波長λ１４の信号光Ｌ１５の光路とに切り替えられる。その後、このＷＤＭ信号光由来の各信号光Ｌ１２〜Ｌ１５は、各波長λ１１、λ１２、λ１３、λ１４に割り当てられた光ファイバポート１２１、１２２、１２４、１２５の各々から外部に出力される。このようにして、光スイッチ１０は、光入出力部２について、波長別に選択された所望の光路の切り替えを実現することができる。

なお、上述した光路切替部５ａ、５ｂを各々構成する各ＬＣＯＳ５ａ−１〜５ａ−４、５ｂ−１〜５ｂ−４（図３参照）は、以下のような公知の構成を有する。すなわち、ＬＣＯＳ５ａ−１〜５ａ−４、５ｂ−１〜５ｂ−４の各々は、例えば、液晶駆動回路が形成されたシリコン基板上に、反射率が略１００％の反射層である画素電極群と、空間光変調層である液晶層と、配向膜と、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極と、カバーガラスとを順次積層した構成を有する。この画素電極群は、光ファイバポート群１１０、１２０の配列方向であるＺ軸方向に多数の画素電極を配列して構成されている。したがって、ＬＣＯＳ５ａ−１〜５ａ−４、５ｂ−１〜５ｂ−４の各々に入射する信号光のビーム形状（図３の破線部分参照）がＺ軸方向に長くなるように、コリメータレンズ群１１６，１２６と集光レンズ６の特性を設定することが望ましい。これによって、この信号光の回折に寄与する画素電極の数をより多くできるので、より回折効率を大きくすることができる。また、ＬＣＯＳ５ａ−１〜５ａ−４、５ｂ−１〜５ｂ−４の各画素幅を小さくすることによって、隣接画素間の位相差を縮小することができ、これによって、ＬＣＯＳ毎の回折角の増大を抑制することができる。

つぎに、上述した光入出力部１、２と集光レンズ６との間における光路について説明する。まず、図１を参照しつつ、光ファイバポート群１１０、１２０の配列方向（以下、ポート配列方向という）、すなわちＺ軸方向から見た光入出力部１、２と集光レンズ６との間の光路について説明する。

複数の光入出力部１、２に対して入出力される各信号光Ｌ１〜Ｌ５、Ｌ１１〜Ｌ１５の光路（以下、入出力光路という）は、Ｚ軸方向から見て、図１の実線矢印および破線矢印に示されるような光路となる。以下、図１を参照して説明する入出力光路は、Ｚ軸方向から見たものである。

図１に示すように、光入出力部１、２の各入出力光路は、Ｚ軸方向から見て略重なっている。

つぎに、図２を参照しつつ、光ファイバポート群１１０、１２０のポート配列方向に垂直な方向、すなわちＸ軸方向から見た光入出力部１、２と集光レンズ６との間の入出力光路について説明する。以下、図２を参照して説明する入出力光路は、Ｘ軸方向から見たものである。

図２の実線矢印および破線矢印に示されるように、集光レンズ６に対する複数の光入出力部１、２側の各光入出力光路は、光ファイバポート群１１０、１２０のポート配列方向に垂直な方向（Ｘ軸方向）から見て、同じ光ファイバポート群内の各光ファイバポート間で平行であり、かつ、異なる光ファイバポート群同士の各光ファイバポート間で非平行である。すなわち、光入出力部１、２の各入出力光路は、一方の光ファイバポート群１１０内の各光ファイバポート１１１〜１１５間において平行であり、また、他方の光ファイバポート群１２０内の各光ファイバポート１２１〜１２５間において平行である。さらに、これら各入出力光路は、異なる光ファイバポート群１１０、１２０同士の各光ファイバポート１１１〜１１５と各光ファイバポート１２１〜１２５との間において非平行である。

また、光入出力部１、２の各入出力光路のうち、光ファイバポート群１１０に対応する入出力光路と光ファイバポート群１２０に対応する入出力光路とは、図２に示すように、集光レンズ６またはその近傍において互いに交差する。具体的には、複数の光入出力部１、２のうちの互いに異なる２つの光ファイバポート群１１０、１２０の各々から入力される各光の光路は、集光レンズ６またはその近傍において互いに交差する。なお、図２では、複数の光入出力部１、２のうちの互いに異なる２つの光ファイバポート群１１０、１２０の各々から入力される各光の光路は、集光レンズ６上において交差している。

図５は、信号光Ｌ１と信号光Ｌ１１の関係を示す図である。この図５において、太い実線は信号光Ｌ１の光路を示し、細い実線は信号光Ｌ１のビームの広がりを示している。また、太い破線は信号光Ｌ１１の光路を示し、細い破線は信号光Ｌ１１のビームの広がりを示している。この図５の例では、信号光Ｌ１と信号光Ｌ１１のビームの広がり角はともに略θで同じであり、また、信号光Ｌ１と信号光Ｌ１１のビーム同士のなす角は、例えば、２θ程度に設定されている。

一般に、ガウシアンビームの放射強度が１／ｅ^２となる位置をビームのスポット半径と呼ぶ。特に、ビームウエストにおけるスポット半径をｗ０とするとき、ビームの広がり角は、θ’=λ／πｗ０となる。一般に、ガウシアンビームの伝搬にはスポット半径の約２倍の開口径があれば良い。本実施形態におけるビームの広がり角は、波長選択スイッチの特性と薄型化とを考慮し、適切な正の係数をａとするとき、θ＝ａθ’と定義する。なお、本実施形態では、aの値としては、１．２〜２倍程度を想定している。

なお、図５では、信号光Ｌ１と信号光Ｌ１１の関係を示しているが、これ以外の信号光についても同様の関係を有している。すなわち、光ファイバポート群１１０に対して入出力される信号光Ｌ１〜Ｌ５の任意の信号光と、光ファイバポート群１２０に対して入出力される信号光Ｌ１１〜Ｌ１５の任意の信号光とは、図５の関係を有している。図５に示すように、信号光Ｌ１および信号光Ｌ１１はそれぞれθの広がり角を有する。また、集光レンズ６は、入力された信号光Ｌ１および信号光Ｌ１１を集光して出力する。このため、信号光Ｌ１および信号光Ｌ１１は、集光レンズ６の近傍において最大のビーム径となる。従って、集光レンズ６の近傍において、信号光Ｌ１および信号光Ｌ１１が重なるように交差させる設定とすることで、スイッチ軸方向の幅を最小にすることができる。また、信号光の広がり角が略θである場合に、信号光のビーム同士のなす角が２θ以上になるように設定することで、ビームの広がりを考慮した場合であっても、光学系のスイッチ軸方向の幅を狭くすることができる。特に、信号光のビーム同士のなす角が略２θになるように設定した場合には、図５に示すように、信号光のビームの両端のなす角が略“０”となる（平行になる）ため光学系のスイッチ軸方向の幅を最も狭くすることができる。

また、図４に示すように、プリズム４によって、信号光Ｌ１〜Ｌ５および信号光Ｌ１１〜Ｌ１５の光路を内側に向けて屈折し、信号光Ｌ１によってスイッチ軸方向の両端に位置する信号光Ｌ２および信号光Ｌ５を二等分するようにするとともに、信号光Ｌ１１によってスイッチ軸方向の両端に位置する信号光Ｌ１２および信号光Ｌ１５を二等分するようにしたので、信号光の切り替えの際の損失を少なくするとともに、ポート間のクロストーク特性を改善することができる。すなわち、光路切替部５ａ，５ｂであるＬＣＯＳは、切り替えのための角度が大きくなると、回折効率が低下するとともに、高次の回折が発生し、意図しないポートに高次の回折光が入射されることから、ポート間のクロストークが低下する。このため、図４に示すように、Ｃｏｍポートの光路によって、両端に位置する最大角の光路を二等分するように設定することで、切り替えの際の回折の角度を最小にし、その結果として回折時の損失を少なくするとともに、クロストーク特性を改善することができる。

（Ｂ）第２実施形態の説明
つぎに、図６および図７を参照して本発明の第２実施形態について説明する。なお、図６および図７において、図１および図２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図６および図７では、図１および図２と比較すると、偏波操作光学系９がルチル材のプリズム等によって構成される偏波操作光学系１２に置換されるとともに、偏波操作光学系１２がアナモルフィック光学系７を構成するシリンドリカルレンズ７ａとアナモルフィックプリズム７ｂの間に移動されている。それ以外の構成は、図１および図２の場合と同様である。このように、偏波操作光学系１２をプリズム１１から離れた位置に移動させた場合であっても、前述した第１実施形態と同様の動作を期待することができるとともに、第１実施形態と同様の効果を期待することができる。

（Ｃ）第３実施形態の説明
つぎに、図８〜図１１を参照して本発明の第３実施形態について説明する。なお、図８〜図１１において、図６および図７と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図８〜図１１では、図６および図７と比較すると、プリズム４がプリズム２０に置換されるとともに、光路操作部５が光軸６ａと直交する位置から、平行する位置に移動されている。それ以外の構成は、図６および図７と同様である。ここで、プリズム２０は、図１０に示すように、入射された信号光を面２０ａによって略直角に反射するとともに、２つの異なる屈折力を有する底部２０ｂによって信号光を内側に屈折し、信号光Ｌ１が信号光Ｌ２および信号光Ｌ５がなす角度を二等分するように調整するとともに、信号光Ｌ１１が信号光Ｌ１２および信号光Ｌ１５がなす角度を二等分するように調整する。なお、図１０では、説明を簡略化するために、信号光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５および信号光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１５のみを示している。

光路操作部５には、ＬＣＯＳを制御するための信号線が接続されており、このような信号線は、図７の例では光路操作部５の端部からＺ軸方向に伸出した状態となっている。光スイッチ１０は、図示しない筐体内に収容されるとともに、複数の筐体がラックに収めて使用される。そのような使用形態においては、筐体から前述した信号線を取り出す場合には、図７の例では、Ｙ軸方向またはＸ軸方向に信号線を引き出すことが望ましい。しかし、図７の例では、筐体から信号線を引き出すためには、光路操作部５からＺ軸方向に伸出した信号線を、Ｙ軸方向またはＸ軸方向に折り曲げる必要が生じる。このため、図７の例では、信号線を略直角に引き回す必要が生じることから、実装作業が複雑となるとともに、略直角に引き回すためのスペースの確保が必要となる。一方、図８および図９に示す実施形態の場合では、光路操作部５の端部からＹ軸方向に伸出する信号線をそのまま筐体から引き出すことができるため、図７の場合のように略直角に引き回す必要がなくなることから、信号線の実装を簡略化するとともに、収容スペースを縮小して、装置の小型化を図ることができる。

図８〜図１０に示す第３実施形態の動作およびその効果については、前述した第１実施形態の場合と同様であるので、その詳細な動作の説明は省略する。

なお、図８〜図１０に示す第３実施形態では、図１０に示すように、プリズム２０が、２つの異なる屈折力を有する底部２０ｂによって信号光を内側に屈折し、信号光Ｌ１が信号光Ｌ２および信号光Ｌ５がなす角度を二等分するように調整するとともに、信号光Ｌ１１が信号光Ｌ１２および信号光Ｌ１５がなす角度を二等分するように調整するようにしているが、プリズム２０に底部２０ｂを設ける代わりに、光路操作部５の表面に２つの異なる屈折力を有する光学的な構造を設けるようにしてもよい。図１１は、２つの異なる屈折力を有する光学的な構造を設けた光路操作部５の断面構造を示す図である。この図１１の例では、光路操作部５を保護するために設けられているカバーガラス５１の断面形状を略三角形に整形することで、信号光の光路を内側に屈折させることができる。また、カバーガラス５１の形状を調整することで、信号光Ｌ１が信号光Ｌ２および信号光Ｌ５がなす角度を二等分するとともに、信号光Ｌ１１が信号光Ｌ１２および信号光Ｌ１５がなす角度を二等分するように設定することができる。

（Ｄ）第４実施形態の説明
つぎに、図１２および図１３を参照して本発明の第４実施形態について説明する。なお、図１２および図１３において、図８および図９と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１２および図１３では、図８および図９と比較すると、集光レンズ６が除外され、シリンドリカルレンズ２１，２２が追加されている。これ以外の構成は、図８および図９の場合と同様である。ここで、シリンドリカルレンズ２１は、図１３に示すように、信号光をスイッチ軸方向（Ｚ軸方向）に屈折して出力する。また、シリンドリカルレンズ２２は、図１２に示すように、信号光を波長分散軸方向（Ｘ軸方向）に屈折して出力する。なお、複数の光入出力部１，２のそれぞれが有する光路群同士は、図１３に示すように、シリンドリカルレンズ２１またはその近傍において略重なるように交差する。シリンドリカルレンズ２２の焦点距離をｆとすると、波長分散素子８はシリンドリカルレンズ２２から光の伝搬長がｆだけ離れた位置に配置され、また、光操作部５はシリンドリカルレンズ２２から光の伝搬長がｆだけ離れた位置に配置される。一方、シリンドリカルレンズ２１の焦点距離をｆ’とすると、光操作部５はシリンドリカルレンズ２１から光の伝搬長がｆ’だけ離れた位置に配置され、波長分散素子８はシリンドリカルレンズ２１から光の伝搬長がｆ’よりも短い距離離れた位置に配置される。ここで、ｆ’＞ｆであり、また、ｆ’はシリンドリカルレンズ２２の焦点距離ｆよりも大きい。このため、シリンドリカルレンズ２１から光路操作部５までの距離を、長くすることができることから、光路操作部５における回折角度を小さくすることで、回折時の損失を低くするとともに、クロストーク特性を改善することができる。

図１２および図１３に示す第４実施形態の動作およびその効果については、前述した第１実施形態の場合と同様であるので、その詳細な動作の説明は省略する。

（Ｅ）第５実施形態の説明
つぎに、図１４および図１５を参照して本発明の第５実施形態について説明する。なお、図１４および図１５において、図８および図９と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１４および図１５では、図８および図９と比較すると、プリズム１１が波長分散素子８の後段に移動され、偏波操作光学系１２が光入出力部１，２の後段に移動され、アナモルフィックプリズム７ｂの前後にリレーレンズ系２３，２４が追加されている。これら以外の構成は、図８および図９と同様である。ここで、リレーレンズ系２３，２４は、コリメータレンズ群１１６，１２６によって結像された像を、後方に等倍またはｎ倍で伝達する。リレーレンズ２３から出力された信号光は、リレーレンズ２３とリレーレンズ２４の間でビームウエスト（ＢＷ２）を形成する。リレーレンズ２４から出力された信号光は、波長分散素子８でビームウエスト（ＢＷ３）を形成する。なお、コリメータレンズ群１１６，１２６から出力される信号光は、図１５の例では、偏波操作光学系１２内においてビームウエスト（ＢＷ１）を形成する。最後のビームウエストＢＷ３は、波長分散素子８の近傍またはそれ以降に位置するように設定されている。

第５実施形態では、最初のビームウエストＢＷ１の後段に、ビームウエストＢＷ２，ＢＷ３を形成するようにしたので、ビームウエストＢＷ１だけの場合に比較して、集光レンズ６上に形成される信号光のスポット径を小さくすることができることから、集光レンズ６のスイッチ軸方向の幅を狭くすることができるため、装置全体を小型化することができる。すなわち、ビームウエストＢＷ２，ＢＷ３を設けない場合には、信号光はビームウエストＢＷ１からの距離に応じて角θで広がり、集光レンズ６上において最大になる。しかしながら、ビームウエストＢＷ２，ＢＷ３を設けた場合には、最後のビームウエストＢＷ３を起点としてビームが広がるため、ビームウエストＢＷ１だけの場合に比較して、集光レンズ６上のスポット径を小さくすることができる。また、最後のビームウエストＢＷ３を波長分散素子８の近傍またはそれ以降に配置することで、スポット径をさらに小さくすることができる。

図１４および図１５に示す第４実施形態の動作およびその効果については、前述した第１実施形態の場合と同様であるので、その詳細な動作の説明は省略する。

（Ｆ）第６実施形態の説明
つぎに、図１６および図１７を参照して本発明の第６実施形態について説明する。なお、図１６および図１７において、図１２および図１３と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１６および図１７では、図１２および図１３と比較すると、光入出力部１，２が５つの光学系（ファイバポート群およびコリメータレンズ群）を有するものから、３つの光学系を有するものに置換され、また、３つの光学系を有する入出力ポート３が新たに追加されている。また、プリズム１１がプリズム１３に置換され、プリズム２０がプリズム２５に置換され、光路操作部５が光路操作部５０に置換されている。これら以外の構成は、図１２および図１３の場合と同様である。

ここで、光入出力部１は、３つの光ファイバポートからなる光ファイバポート群１１０と、３つのコリメータレンズからなるコリメータレンズ群１１６と、光ファイバポート１１０〜１１３とコリメータレンズ群１１６とを支持する支持部１１７とを備える。なお、光入出力部２，３は、光入出力部１と同様の構成とされる。プリズム１３は、光入出力部２から出力される信号光は屈折せずにそのまま通過させ、光入出力部１，２から出力される信号光は内側（光軸６ａ側）に屈折して出力する。なお、コリメータレンズ群１１６，１２６，１３６から出力された信号光は、プリズム１３によって屈折され、シリンドリカルレンズ２１またはその近傍において重なるように交差する。プリズム２５は、シリンドリカルレンズ２２から出力された信号光を面２５ａによって略直角に屈折し、底部２５ｂによって信号光Ｌ１が信号光Ｌ２，Ｌ３を二等分し、信号光Ｌ１１が信号光Ｌ１２，Ｌ１３を二等分し、信号光Ｌ２１が信号光Ｌ２２，Ｌ２３を二等分するように屈折して出力する。この結果、プリズム２５から出力された信号光Ｌ１，Ｌ１１，Ｌ２１は、光路切替部５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれに対して入射する。光路切替部５ａ，５ｂ，５ｃは、信号光Ｌ１，Ｌ１１，Ｌ２１の波長に応じた角度で反射する。この結果、光スイッチ１０は、光入出力部１のＣｏｍポートである光ファイバポート１１２から入力された信号光の光路を、その波長に割り当てられた光ファイバポート１１１または光ファイバポート１１３へ至る光路に切り替えることができる。同様に、光入出力部２のＣｏｍポートである光ファイバポート１２２から入力された信号光の光路を、その波長に割り当てられた光ファイバポート１２１または光ファイバポート１２３へ至る光路に切り替えることができるとともに、光入出力部３のＣｏｍポートである光ファイバポート１３２から入力された信号光の光路を、その波長に割り当てられた光ファイバポート１３１または光ファイバポート１３３へ至る光路に切り替えることができる。

以上に説明したように、第６実施形態によれば、３つの光入出力部１〜３から入力された信号光をその波長に対応した光入出力部から出力することができる。なお、第６実施形態の詳細な動作および効果は、前述した第１実施形態の場合と略同じであるので、その説明は省略する。

（Ｇ）変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、１つの入力ポート（Ｃｏｍポート）と４つの出力ポートとを有する１×４光スイッチの光入出力部を複数備えた光スイッチを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明に係る光スイッチが備える複数の光入出力部の各々のポート数は、５つに限定されず、複数であればよい。例えば、入力ポート数が「１」でありかつ出力ポート数が「Ｍ」である１×Ｍ光スイッチの光入出力部であってもよいし、入力ポート数が「Ｎ」であり且つ出力ポート数が「１」であるＮ×１光スイッチの光入出力部であってもよい。あるいは、これらを組み合わせたもの、すなわち、入力ポート数が「Ｎ」でありかつ出力ポート数が「Ｍ」であるＮ×Ｍ光スイッチの光入出力部であってもよい。この場合、光路操作部が備える複数の光路切替部の配置数は、光入出力部数に対応して調整すればよい。なお、入力ポート数Ｍおよび出力ポート数Ｎは、ともに１以上の整数である。

また、上述した各実施形態では、光入出力部のうちのＣｏｍポートから光を入力し、Ｃｏｍポート以外の残りのポート（光ファイバポート等）から光を出力していたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、Ｃｏｍポート以外の残りのポートから光を入力し、Ｃｏｍポートから光を出力してもよい。

さらに、上述した各実施形態では、互いに異なる２つの光スイッチ機能を一装置内に有する２ｉｎ１光スイッチ、或いは、互いに異なる３つの光スイッチ機能を一装置内に有する３ｉｎ１光スイッチを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明にかかる光スイッチが備える光入出力のポート群の数は、特に２つまたは３つに限定されず、２つ以上であればよい。すなわち、本発明にかかる光スイッチは、互いに異なる複数の光スイッチ機能（波長選択光スイッチ機能を含む）を一装置内に有するＪ（Ｊは２以上の整数）ｉｎ１光スイッチであってもよい。例えば、上述した光入出力部を合計Ｊだけ、一装置内に備えた光スイッチまたは波長選択光スイッチを構成してもよい。

また、上述した各実施形態では、複数の光路切替部をＬＣＯＳによって構成していたが、これに限らず、複数の光路切替部は、ＭＥＭＳミラーによって構成されてもよいし、ＤＭＤ（Digital Micro Mirror Device）によって構成されてもよい。

さらに、上述した各実施形態では、光入出力部内の各ポートを光ファイバによって構成していたが、これに限らず、光入出力部内の各ポートは、石英導波路等の光ファイバ以外の光導波路によって構成されてもよい。

また、上述した各実施形態では、光入出力部１と光入出力部２とが独立した構成としたが、これらを共通する１の支持部内に合わせて収容するようにしてもよい。また、光入出力部１と光入出力部２のそれぞれを独立した複数の支持部に分けて収容するようにしてもよい。具体的には、光入出力部１を独立した複数の支持部に分けて収容し、光入出力部２も同様に独立した複数の支持部に分けて収容するようにしてもよい。

また、上述した各実施形態では、各光ファイバポート群間において光ファイバポート数を同数としていたが、これに限らず、光入出力の各ポート群内のポート数は、ポート群間において異なる数であってもよい。

また、上述した各実施形態では、複数の光ファイバポート群は、ポート配列方向に垂直な方向（Ｘ軸方向）から見て、集光レンズの光軸に対して平行に配置し、プリズムによって屈折して集光レンズ６においてビームが交差するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明に係る光スイッチが備える光入出力の各ポート群同士がＸ軸方向から見て互いに非平行に配置し、集光レンズ６においてビームが交差するようにしてもよい。

また、上述した各実施形態では、互いに異なる複数の光入出力部の各入出力光路の交差位置の近傍に集光レンズを配置したが、集光レンズは、光路操作部上における各光の結像点間の分離距離および集光レンズ等の光学特性を考慮して、交差位置から少しずれた位置に配置してもよい。

また、上述した各実施形態では、単一の光軸を有する集光レンズを用いていたが、これに限らず、複数のレンズを用いた複合レンズ系によって集光レンズ系を構成してもよく、この集光レンズ系の光軸は複数であってもよい。

また、上述した各実施の形態では、透過型の回折格子を用いて波長分散素子を構成していたが、これに限らず、反射型の回折格子を用いて波長分散素子を構成してもよいし、分散プリズム等の他の光分散素子を用いて波長分散素子を構成してもよい。なお、透過型の回折格子によって波長分散素子を構成した場合は、光路を大きく屈曲させる必要が無いため、光スイッチを構成する各素子を、意図しない光路と干渉させること無く配置することが容易である。

また、上述した各実施形態では、各光ファイバポート群のうちの中央の光ファイバポートをＣｏｍポートとし、このＣｏｍポートから光を入力し、残りの各光ファイバポートを出力ポートとしていたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明において、光入出力のポート群のうちのＣｏｍポートの位置は特に問わない。

また、上述した各実施形態では、光路操作対象の光の波長別、ポート群別（具体的には光ファイバポート別）に分けられる複数のＬＣＯＳを光路操作部に設けていたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、光路操作部に単一のＬＣＯＳを設け、光路操作対象の光の波長別、ポート群別に、この単一のＬＣＯＳを区分けしてもよい。この場合、区分けされた複数のＬＣＯＳ部分によって、光入出力部別に異なる光路切替部を構成すればよい。

また、上述した各実施形態では、波長別に入力光を分散する波長分散素子８を備えた光スイッチを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、波長分散素子８を備えず、光ファイバポート等の光の入力ポートおよび出力ポートを有する複数の光入出力部と、光入出力部毎に単一の光路切替部（例えばＬＣＯＳ）を有する光路操作部と、集光レンズおよびアナモルフィック光学系等の光学素子とを適宜備えた光スイッチであってもよい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。

１、２、３ 光入出力部
５、５０ 光路操作部
５ａ、５ｂ、５ｃ 光路切替部
５ａ−１〜５ａ−４、５ｂ−１〜５ｂ−４、５ｃ−１〜５ｃ−４ ＬＣＯＳ
６ 集光レンズ
６ａ 光軸
７ アナモルフィック光学系
７ａ、７ｂ アナモルフィックプリズム
８ 波長分散素子
９ 偏波操作光学系
１１ プリズム
１２ 偏波操作光学系
１０ スイッチ
１１０、１２０、１３０ 光ファイバポート群
１１１〜１１５、１２１〜１２５、１３１〜１３３ 光ファイバポート
１１７、１２７、１３７ 支持部
Ｌ１〜Ｌ５、Ｌ１１〜Ｌ１５、Ｌ２１〜Ｌ２３ 信号光
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 結像点

Claims (15)

1. 光を入力または出力する複数のポートからなるポート群を各々有する複数の光入出力部と、
   前記ポート群内の入力ポートから入力した光の光路を同じ前記ポート群内の出力ポートに向かう光路へ前記各光入出力部別に切り替える複数の光路切替部を有する光路操作部と、
   前記複数の光入出力部側から入力された光を前記ポート群別に前記複数の光路切替部に集光し、前記複数の光路切替部側から入力された光を前記ポート群別に前記複数の光入出力部に光学的に結合する集光レンズと、
   前記複数の光入出力部側から入力された各光を、前記光入出力部の配列方向であるスイッチ軸方向に対して略垂直な方向に波長分散する波長分散素子と、を備え、
   前記複数の光入出力部のそれぞれが有する光路群同士が前記集光レンズまたはその近傍において略重なるように交差することを特徴とする光スイッチ。
2. 前記波長分散素子の前記スイッチ軸方向の開口径をＨ１とし、前記集光レンズの前記スイッチ軸方向の開口径をＨ２とした場合に、Ｈ１≧Ｈ２の関係が成立することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
3. 前記波長分散素子は、前記集光レンズから前記集光レンズの焦点距離だけ離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光スイッチ。
4. 前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する光学素子が、前記集光レンズよりも前記光入出力部側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光スイッチ。
5. 前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する前記光学素子は、前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有するプリズムであることを特徴とする請求項４に記載の光スイッチ。
6. 前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する前記光学素子は、前記波長分散素子の近傍に配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の光スイッチ。
7. 前記集光レンズより前記光入出力部側に存在する最後のビームウエストが、前記波長分散素子の近傍またはそれ以降に存在することを特徴とする請求項６に記載の光スイッチ。
8. 前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する前記光学素子は、前記光入出力部からの光の伝搬長が略５０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項４または５に記載の光スイッチ。
9. 前記集光レンズの前記スイッチ軸方向の開口径が略１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の光スイッチ。
10. 前記光入出力部から入力される光のビーム広がり角度がθである場合に、任意の２つのポート群を選択したときの光路のなす角度が略２θであることを特徴とする請求項４または５に記載の光スイッチ。
11. 前記光入出力部から入力される光のビーム広がり角度がθである場合に、任意の２つのポート群を選択したときの光路のなす角度が略２θ以上であることを特徴とする請求項４または５に記載の光スイッチ。
12. 前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する光学素子が、前記光路操作部の近傍に配置され、前記光路切替部に入射される光の入射角をポート群毎に調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光スイッチ。
13. 前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有する前記光学素子は、前記スイッチ軸方向に複数の異なる屈折力を有するプリズムであることを特徴とする請求項１２に記載の光スイッチ。
14. 前記ポート群に外部から光が入力されるポートをＣｏｍポートとした場合に、前記光路切替部によって鏡面反射された前記Ｃｏｍポートの光が、当該ポート群の両端に位置するポートからの入射光がなす角を略二等分することを特徴とする請求項１２または１３に記載の光スイッチ。
15. 前記光路切替部は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）によって構成されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の光スイッチ。

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