JP2015230371A - 波長選択スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のポート群を備える波長選択スイッチにおいて一のポート群の光入力ポートから入力された入力ビームが別のポート群の光入力ポートに戻ることを防止する。【解決手段】波長選択スイッチ１Ａは、光入出力部、波長分散素子、光偏向素子及び光学系を備える。光学系は光学部品４１を含む。光学部品４１では、光入出力部の第１及び第２の光入力ポートからそれぞれ入力された入力ビームＢａ１，Ｂａ２が、所定軸線Ａ１に対してそれぞれ角度θ１，θ２をもって入射する。角度θ１及びθ２の符号は互いに逆である。光学部品４１における入力ビームＢａ１，Ｂａ２の各反射光が、所定軸線Ａ１に対してそれぞれ角度θ３，θ４をもって反射するように、光学部品４１の光軸Ａ２が所定軸線Ａ１に対して傾斜している。角度θ３及びθ４は角度θ１及びθ２の何れとも異なる。角度θ３及びθ４の符号は互いに同じである。【選択図】図３

Description

本発明は、波長選択スイッチに関するものである。

特許文献１，２には、波長選択スイッチに関する技術が開示されている。これらの文献に記載された波長選択スイッチは、光入力ポート及び光出力ポートを含むポート群を複数備える。そして、各ポート群の光入力ポートから入力された光が各ポート群に対応する個別の偏向領域において偏向される。従って、各ポート群毎に独立してスイッチングを行うことができる。

米国特許第７３９７９８０号明細書 特開２０１１−２４８０００号公報 米国特許第７７８７７２０号明細書 特許第３９５１８８１号公報 特開２０１２−１８１４９７号公報

波長選択スイッチは、光入力ポート及び光出力ポートを含む光入出力部と、光入力ポートから入力された複数の波長成分を含む入力ビームを波長毎に分光する波長分散素子と、入射した光の向きを偏向する光偏向素子と、光入出力部、波長分散素子、及び光偏向素子を所定軸線に沿って光学的に結合する光学系とを備える。このような波長選択スイッチにおいて、例えば光学系に含まれる光学素子が所定軸線に対して垂直な屈折率境界面を有する場合、その屈折率境界面における反射光が光入力ポートに戻ってしまい、入力ビームに影響を及ぼしてしまうという問題がある。

特許文献１，２に記載されたような複数のポート群を備える波長選択スイッチには、例えば或るポート群における入射ビームの光軸と、他のポート群における入射ビームの光軸とが、所定軸線に対して互いに反対の方向に傾斜しているものがある。このような波長選択スイッチでは、屈折率境界面が所定軸線に対して垂直であったとしても、各入射ビームが屈折率境界面に対して０°より大きな入射角をもって入射するので、上記のような現象は生じない。しかしながら、一のポート群の光入力ポートから入力された入力ビームが、別のポート群の光入力ポートに戻ってしまうことがある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、複数のポート群を備える波長選択スイッチにおいて、一のポート群の光入力ポートから入力された入力ビームが、別のポート群の光入力ポートに戻ることを防止することを目的とする。

上述した課題を解決するために、一実施形態に係る波長選択スイッチは、第１の光入力ポート及び第１の光出力ポートを含む第１のポート群、並びに第２の光入力ポート及び第２の光出力ポートを含む第２のポート群を有する光入出力部と、複数の波長成分を含む光を波長毎に分光する波長分散素子と、入射した光の向きを偏向する光偏向素子と、光入出力部、波長分散素子、及び光偏向素子を所定軸線に沿って光学的に結合する光学系とを備え、光学系は、第１の光入力ポートから入力された第１の入力ビームが所定軸線を含む面内において所定軸線に対して第１角度をもって入射し、第２の光入力ポートから入力された第２の入力ビームが上記面内において所定軸線に対して第２角度をもって入射する光学部品を含み、第１角度及び第２角度の符号が互いに逆であり、光学部品における第１の入力ビームの反射光が上記面内において所定軸線に対して第３角度をもって反射し、光学部品における第２の入力ビームの反射光が面内において所定軸線に対して第４角度をもって反射するように光学部品の光軸が所定軸線に対して傾斜しており、第３角度及び第４角度が第１角度及び第２角度の何れとも異なり、第３角度及び第４角度の符号が互いに同じである。

本発明による波長選択スイッチによれば、複数のポート群を備える波長選択スイッチにおいて、一のポート群の光入力ポートから入力された入力ビームが、別のポート群の光入力ポートに戻ることを防止できる。

図１は、一実施形態に係る波長選択スイッチの構成を概略的に示す図である。図１（ａ）は波長選択スイッチを上方から見た図であり、図１（ｂ）は波長選択スイッチを側方から見た図である。 図２は、光入出力部の構成を拡大して示す図である。図２（ａ）は光入出力部を上方（Ｘ軸方向）から見た図であり、図２（ｂ）は光入出力部を側方（Ｙ軸方向）から見た図である。 図３は、光学部品の拡大図であって、光学部品を側方から見た図である。 図４は、一変形例の構成を示す側断面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に、本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。（１）本願発明による波長選択スイッチは、第１の光入力ポート及び第１の光出力ポートを含む第１のポート群、並びに第２の光入力ポート及び第２の光出力ポートを含む第２のポート群を有する光入出力部と、複数の波長成分を含む光を波長毎に分光する波長分散素子と、入射した光の向きを偏向する光偏向素子と、光入出力部、波長分散素子、及び光偏向素子を所定軸線に沿って光学的に結合する光学系とを備え、光学系は、第１の光入力ポートから入力された第１の入力ビームが所定軸線を含む面内において所定軸線に対して第１角度をもって入射し、第２の光入力ポートから入力された第２の入力ビームが上記面内において所定軸線に対して第２角度をもって入射する光学部品を含み、第１角度及び第２角度の符号が互いに逆であり、光学部品における第１の入力ビームの反射光が上記面内において所定軸線に対して第３角度をもって反射し、光学部品における第２の入力ビームの反射光が面内において所定軸線に対して第４角度をもって反射するように光学部品の光軸が所定軸線に対して傾斜しており、第３角度及び第４角度が第１角度及び第２角度の何れとも異なり、第３角度及び第４角度の符号が互いに同じである。

この波長選択スイッチの光学系は、第１の光入力ポートから入力された第１の入力ビームが所定軸線を含む面内において所定軸線に対して第１角度をもって入射し、第２の光入力ポートから入力された第２の入力ビームが面内において所定軸線に対して第２角度をもって入射する光学部品を含む。そして、第１角度及び第２角度の符号が互いに逆である。従って、例えば所定軸線に対して垂直な屈折率境界面を該光学部品が有するような場合には、一方の光入力ポートから入力された入力ビームが該屈折率境界面において反射し、他方の光入力ポートへ戻る現象が生じる。これに対し、上記の波長選択スイッチでは、光学部品における第１及び第２の入力ビームの各反射光が、上記面内において所定軸線に対してそれぞれ第３角度及び第４角度をもって反射するように、光学部品の光軸が所定軸線に対して傾斜している。更に、第３角度及び第４角度は第１角度及び第２角度の何れとも異なっており、第３角度及び第４角度の符号は互いに同じとされている。これにより、光学部品における第１の入力ビームの反射光が第２の光入力ポートに戻ることを回避し、同時に、光学部品における第２の入力ビームの反射光が第１の光入力ポートに戻ることを回避することができる。すなわち、上記の波長選択スイッチによれば、一のポート群の光入力ポートから入力された入力ビームが、別のポート群の光入力ポートに戻ることを防止できる。

（２）第３角度及び第４角度の絶対値は、第１角度及び第２角度のうち第３角度及び第４角度と同符号である角度の絶対値よりも大きくてもよい。これにより、第１及び第２の入力ビームの各反射光の光軸を第１及び第２の入力ビームの光軸の外側に外すことができるので、光学部品における第１及び第２の入力ビームの反射光が、それぞれ第２及び第１の光入力ポートに戻ることをより効果的に回避することができる。

（３）光学部品は、第１の入力ビームが所定軸線に対して第１角度をもって入射し、第２の入力ビームが所定軸線に対して第２角度をもって入射する光入射面を有し、光入射面の法線が所定軸線に対して傾斜しており、第１及び第２の入力ビームの各反射光は、光入射面における反射光であってもよい。光学部品の光入射面は、屈折率境界面の一つである。従って、上記の構成を備えることにより、光入射面における第１及び第２の入力ビームの反射光が、それぞれ第２及び第１の光入力ポートに戻ることを回避することができる。

（４）第１及び第２の入力ビームは、互いに偏波面が異なる第１及び第２の偏波成分を含んでおり、光学部品は、第１及び第２の偏波成分を分離する偏波分離面を有してもよい。上記の波長選択スイッチによれば、このような光学部品を備える場合であっても、一のポート群の光入力ポートから入力された入力ビームが、別のポート群の光入力ポートに戻ることを好適に防止できる。

（５）光学部品は、偏波分離面によって分離された第１及び第２の偏波成分の偏波面を互いに一致させる波長板を更に有し、偏波分離面を有する光学素子と波長板とが一体に形成されていてもよい。これにより、波長選択スイッチの小型化に寄与することができるとともに、該光学素子及び波長板の角度を一括して調整することができ、波長板からの反射光が第１及び第２の光入力ポートに戻ることを容易に防止できる。

（６）光学部品は、偏波分離面によって分離された一方の偏波成分の光路上に設けられ、第１及び第２の偏波成分の空気換算長を補償する補償光学素子を更に有し、偏波分離面を有する光学素子と補償光学素子とが一体に形成されており、光学部品の光軸と平行な補償光学素子の中心軸線が、偏波分離面によって分離された他方の偏波成分の光軸から離れる方向にシフトされていてもよい。このように、偏波分離面有する光学素子と補償光学素子とが一体に形成されていることによって、波長選択スイッチの小型化に寄与することができる。また、補償光学素子の中心軸線が、偏波分離面によって分離された他方の偏波成分の光軸から離れる方向にシフトされていることによって、所定軸線に対する光学部品の光軸の傾斜にかかわらず、補償光学素子が他方の偏波成分の光路から外れてしまうことを回避することができる。

（７）上記波長選択スイッチは、光学部品を支持面において支持する部材を更に備え、部材の支持面に凹部が形成されており、補償光学素子と部材との接触位置が、所定軸線に沿った方向における凹部の縁であってもよい。これにより、光学部品の角度を調整する際に、補償光学素子の前部を凹部に逃がすことができるので、角度調整による光入射面の上下移動を低減することができる。

（８）光入出力部において、第１及び第２の光入力ポート並びに第１及び第２の光出力ポートは、所定軸線と交差し上記面内に含まれる方向に並んでいてもよい。

（９）第１角度の絶対値と第２角度の絶対値とは、互いに略等しくてもよい。このような場合、所定軸線に垂直な屈折率境界面を光学部品が有すると、一方の光入力ポートから入力された入力ビームの該屈折率境界面における反射光が、他方の光入力ポートへ戻り易くなる。上記の波長選択スイッチによれば、このような場合であっても、一方の光入力ポートから入力された入力ビームの反射光が他方の光入力ポートに戻ることを効果的に防止できる。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかる波長選択スイッチの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る波長選択スイッチ１Ａの構成を概略的に示す図である。図１（ａ）は波長選択スイッチ１Ａを上方から見た図であり、図１（ｂ）は波長選択スイッチ１Ａを側方から見た図である。なお、理解の容易のため、図１にはＸＹＺ直交座標系が示されている。Ｘ軸は上下方向、Ｙ軸は左右方向、Ｚ軸は前後方向を規定している。

図１に示されるように、本実施形態の波長選択スイッチ１Ａは、光入出力部１０、波長分散素子２０、光偏向素子３０、及び光学系４０を備えている。また、光学系４０は、光学部品４１、リレー光学系４２、及び集光レンズ４３を有する。光入出力部１０と波長分散素子２０とは、光学部品４１及びリレー光学系４２により、所定軸線Ａ１に沿って光学的に結合されている。また、波長分散素子２０と光偏向素子３０とは、集光レンズ４３により、所定軸線Ａ１に沿って光学的に結合されている。なお、説明の便宜のため図では所定軸線Ａ１を一直線にて示しているが、所定軸線Ａ１は反射ミラーやプリズム等によって屈曲されていてもよい。本実施形態では、所定軸線Ａ１はＺ軸方向と一致している。

以下では、光入出力部１０と光偏向素子３０との間の光路上における光入出力部１０側を前段（或いは前側）と称する。また、同光路上における光偏向素子３０側を後段（或いは後側）と称する。

光入出力部１０は、複数の波長成分を含む信号光（以下、入力ビームと称する）を波長選択スイッチ１Ａの外部から入力するとともに、分光後の各波長成分を波長選択スイッチ１Ａの外部へ出力する。ここで、図２は、本実施形態の光入出力部１０の構成を拡大して示す図である。図２（ａ）は光入出力部１０を上方（Ｘ軸方向）から見た図であり、図２（ｂ）は光入出力部１０を側方（Ｙ軸方向）から見た図である。

本実施形態の光入出力部１０は、第１のポート群１０Ａと、第２のポート群１０Ｂとを有する。第１のポート群１０Ａは、第１の光入力ポート１１ａ及び複数の第１の光出力ポート１１ｂを含む。また、第２のポート群１０Ｂは、第２の光入力ポート１２ａ及び複数の第２の光出力ポート１２ｂを含む。

光入力ポート１１ａからは第１の入力ビームＢａ１が入力される。入力ビームＢａ１は、複数の波長成分を含む波長多重の信号光であり、且つ、互いに偏波面が異なる第１の偏波成分（例えばｐ偏波成分）及び第２の偏波成分（例えばｓ偏波成分）を含む偏波多重の信号光である。光入力ポート１１ａから入力された入力ビームＢａ１は、波長分散素子２０（図１を参照）によって複数の波長成分Ｂｂ１（図では一つの波長成分Ｂｂ１を代表して図示）に分光されたのち、各波長成分毎に異なる光出力ポート１１ｂから出力される。

光入力ポート１２ａからは第２の入力ビームＢａ２が入力される。入力ビームＢａ２は、複数の波長成分を含む波長多重の信号光であり、且つ、互いに偏波面が異なる第１の偏波成分（例えばｐ偏波成分）及び第２の偏波成分（例えばｓ偏波成分）を含む偏波多重の信号光である。光入力ポート１２ａから入力された入力ビームＢａ２は、波長分散素子２０（図１を参照）によって複数の波長成分Ｂｂ２（図では一つの波長成分Ｂｂ２を代表して図示）に分光されたのち、各波長成分毎に異なる光出力ポート１２ｂから出力される。

このように、波長選択スイッチ１Ａでは、各ポート群１０Ａ，１０Ｂ毎に独立してスイッチングが行われる。光入力ポート１１ａ及び複数の光出力ポート１１ｂ、並びに光入力ポート１２ａ及び複数の光出力ポート１２ｂは、所定軸線Ａ１を含む面（ＸＺ平面）に含まれ且つ所定軸線Ａ１と交差する方向、すなわちＸ軸方向（上下方向）に沿って一列に並んで配置されている。

光入力ポート１１ａ及び１２ａ、並びに光出力ポート１１ｂ及び１２ｂは、所定軸線Ａ１に沿って延びる光導波路１３と、光導波路１３の先端面に光結合されたレンズ１４とを含んで構成されている。光入力ポート１１ａにおいては、光導波路１３から出射された第１の入力ビームＢａ１がレンズ１４によってコリメート（平行化）される。また、光入力ポート１２ａにおいては、光導波路１３から出射された第２の入力ビームＢａ２がレンズ１４によってコリメート（平行化）される。このとき、レンズ１４の光軸が光導波路１３の光軸に対してＸ軸方向にオフセットされているので、レンズ１４から出射される入力ビームＢａ１，Ｂａ２の光軸は、所定軸線Ａ１を含む面内（ＸＺ平面内）において所定軸線Ａ１に対して傾斜する。

本実施形態では、レンズ１４のシフトの向きが光入力ポート１１ａと光入力ポート１２ａとで互いに異なっている。光入力ポート１１ａにおいてはレンズ１４の光軸が光導波路１３の光軸に対してＸ軸の正方向にオフセットされている。これとは逆に、光入力ポート１２ａにおいてはレンズ１４の光軸が光導波路１３の光軸に対してＸ軸の負方向にオフセットされている。従って、入力ビームＢａ１及び入力ビームＢａ２は互いに近づく向きに傾斜する。

光出力ポートにおいても上記と同様に、レンズ１４のシフトの向きが光出力ポート１１ｂと光出力ポート１２ｂとで互いに異なっている。光出力ポート１１ｂにおいてはレンズ１４の光軸が光導波路１３の光軸に対してＸ軸の正方向にオフセットされている。これとは逆に、光出力ポート１２ｂにおいてはレンズ１４の光軸が光導波路１３の光軸に対してＸ軸の負方向にオフセットされている。従って、波長成分Ｂｂ１及び波長成分Ｂｂ２は互いに近づく向きに傾斜する。入力ビームＢａ１及びＢａ２、並びに波長成分Ｂｂ１及びＢｂ２の傾斜角は、所定軸線Ａ１を０°としたとき例えば０°より大きく５°未満であり、更に好適には０°より大きく３°未満である。

図１に示されるように、光学部品４１は、所定軸線Ａ１上において光入出力部１０の後段に配置される。ここで、図３は、本実施形態の光学部品４１の拡大図であって、光学部品４１を側方（Ｙ軸方向）から見た図である。光学部品４１は、偏波分離素子４４と、波長板４５と、空気換算長補償部４６とが一体に形成されて成る。

偏波分離素子４４は、光入射面である前端面４４ａ、及び、第１の偏波成分と第２の偏波成分とを分離する偏波分離面４４ｂを有する光学素子である。前端面４４ａからは、入力ビームＢａ１，Ｂａ２が入射される。偏波分離面４４ｂは所定軸線Ａ１に対して傾斜しており、第１及び第２の偏波成分のうち一方をＸ軸負方向に反射し、他方を透過する。この偏波分離面４４ｂによって、入力ビームＢａ１は第１の偏波成分Ｂａ１１及び第２の偏波成分Ｂａ１２に分離され、入力ビームＢａ２は第１の偏波成分Ｂａ２１及び第２の偏波成分Ｂａ２２に分離される。図では、一例として偏波分離面４４ｂが第１の偏波成分Ｂａ１１及びＢａ２１を透過し、第２の偏波成分Ｂａ１２及びＢａ２２を反射する形態が示されている。

偏波分離素子４４は、更に、光反射面４４ｃを有する。光反射面４４ｃは、偏波分離面４４ｂと平行に設けられ、偏波分離面４４ｂにおいて反射された第２の偏波成分Ｂａ１２及びＢａ２２を再び反射する。これにより、第２の偏波成分Ｂａ１２及びＢａ２２の光軸は、それぞれ元の入力ビームＢａ１及びＢａ２の光軸と平行となる。

波長板４５は、第１の偏波成分Ｂａ１１，Ｂａ２１の光軸上に配置されており、偏波分離素子４４と一体に形成されている。具体的には、波長板４５は、偏波分離素子４４の後端面４４ｄに接着されている。後端面４４ｄは、前端面４４ａと平行である。従って、波長板４５の板面は、前端面４４ａと平行となる。波長板４５は、第１の偏波成分Ｂａ１１，Ｂａ２１の偏波面を回転させることにより、偏波成分Ｂａ１２，Ｂａ２２の偏波面に一致させる。波長板４５によって偏波面を一致させるのは、光偏向素子３０や波長分散素子２０等が偏波依存性を有する素子である場合に、これらの入射する光の偏波面を揃えるためである。偏波依存性を有する波長分散素子２０としては、例えば回折格子が挙げられる。また、偏波依存性を有する光偏向素子３０は、例えば液晶素子であり、液晶素子を用いた空間光変調器（Spatial Light Modulator：ＳＬＭ）であるＬＣＯＳ（Liquid Cristal On Silicon）が挙げられる。

空気換算長補償部４６は、第２の偏波成分Ｂａ１２，Ｂａ２２の光路上に配置され、偏波分離素子４４の後端面４４ｄと接しており、偏波分離素子４４と一体に形成されている。空気換算長補償部４６は、本実施形態における補償光学素子であって、第１の偏波成分Ｂａ１１，Ｂａ２１と、第２の偏波成分Ｂａ１２，Ｂａ２２が透過する媒質における空気換算長差を補償する。空気換算長は、光の通過する媒質の厚さをｄ、屈折率をｎとしたとき、ｄ／ｎとして表される。空気換算長補償部４６のＸＺ平面に沿った断面形状は偏波成分Ｂａ１２，Ｂａ２２の光軸方向に長い長方形状であり、一の短辺において偏波分離素子４４の後端面４４ｄに接着されている。

偏波分離素子４４の前端面４４ａには、光入出力部１０からの入力ビームＢａ１，Ｂａ２が入射する。このとき、入力ビームＢａ１は、所定軸線Ａ１を含む面内（すなわちＸＺ平面内）において所定軸線Ａ１に対して第１角度θ１をもって入射する。ここで、反時計回りに角度を定義すると、第１角度θ１の符号は正である。また、入力ビームＢａ２は、当該面内において所定軸線Ａ１に対して第２角度θ２をもって入射する。第２角度θ２の符号は負である。このように、第１角度θ１及び第２角度θ２の符号は互いに逆となっている。これにより、前端面４４ａに入射するときの入力ビームＢａ１，Ｂａ２の各光軸は、互いに近づく向きに傾斜する。本実施形態では、第１角度θ１の絶対値と、第２角度θ２の絶対値とは互いに略等しく、例えばθ１＝α（αは正の実数）であり、θ２＝−αである。αの好適な値は例えば０°より大きく５°未満であり、更に好適には０°より大きく３°未満である。

本実施形態では、光入出力部１０からの入力ビームＢａ１，Ｂａ２が前端面４４ａに直接入射するので、角度θ１，θ２は、光入出力部１０における入力ビームＢａ１，Ｂａ２の所定軸線Ａ１に対する傾斜角と等しい。但し、光入出力部１０と前端面４４ａとの間に別の光学素子が設けられる場合には、光入出力部１０における入力ビームＢａ１，Ｂａ２の傾斜角と、角度θ１及びθ２とが互いに異なる場合もある。

ＸＺ平面内において、光学部品４１の光軸Ａ２は所定軸線Ａ１に対して傾斜している。具体的には、前端面４４ａ、後端面４４ｄ、波長板４５の前側端面及び後側端面、並びに空気換算長補償部４６の前側端面及び後側端面の各法線は、ＸＺ平面内において所定軸線Ａ１に対しＸ軸方向に傾斜している。これにより、ＸＺ平面内において、前端面４４ａにおける入力ビームＢａ１及びＢａ２の各反射光は、所定軸線Ａ１に対してそれぞれ第３角度θ３及び第４角度θ４をもって反射する。また、波長板４５の前側端面においても、第１の偏波成分Ｂａ１１及びＢａ２１の各反射光は、所定軸線Ａ１に対してそれぞれ同様の角度をもって反射する。他の面（後端面４４ｄ、波長板４５の後側端面、並びに空気換算長補償部４６の前側端面及び後側端面）においても同様である。ここで、所定軸線Ａ１に対する光学部品４１の傾斜角が調整されていることにより、角度θ３及びθ４が角度θ１及びθ２の何れとも異なっている。また、角度θ３及びθ４の符号は互いに同じとなっている。なお、図に示される例では、光軸Ａ２が所定軸線Ａ１に対して正の角度方向に傾斜しているので、角度θ３及びθ４の符号は正となる。角度θ３及びθ４の絶対値は、角度θ１及びθ２のうち角度θ３及びθ４と同符号である角度（本実施形態では角度θ１）の絶対値｜α｜よりも大きい。

再び図１を参照する。リレー光学系４２は、光学部品４１と波長分散素子２０との間の所定軸線Ａ１上に配置され、光入出力部１０のレンズ１４と集光レンズ４３とを光学的に接続している。リレー光学系４２は、レンズ４２ａ及び４２ｂを含む。レンズ４２ａはＸＺ平面内及びＹＺ平面内において光パワーを有する。レンズ４２ａは、例えば凸状の球面レンズといった回転対称レンズである。レンズ４２ａは、レンズ４２ｂよりも前段に配置されている。レンズ４２ｂは、少なくともＸＺ平面内において光パワーを有する。レンズ４２ｂは、例えば、ＸＺ平面内のみにおいて光パワーを有するシリンドリカルレンズである。なお、リレー光学系４２としては、上記のような光パワーを有するものであれば、レンズのような透過型の要素の他、ミラーのような反射型の要素が適用され得る。ここで、光パワーは、焦点距離の逆数として定義される。

波長分散素子２０は、複数の波長成分を含む光を波長毎に分光する素子であり、リレー光学系４２と集光レンズ４３との間の所定軸線Ａ１上に配置されている。波長分散素子２０には、光学部品４１により分離されてリレー光学系４２を通過した偏波成分Ｂａ１１，Ｂａ１２，Ｂａ２１，及びＢａ２２が入射する。波長分散素子２０は、入射した偏波成分Ｂａ１１，Ｂａ１２，Ｂａ２１，及びＢａ２２を、その波長に応じてＹ軸方向に（すなわちＹＺ平面内において）分光して出射する。波長分散素子２０においては、波長分散素子２０に入射した偏波成分Ｂａ１１，Ｂａ１２，Ｂａ２１，及びＢａ２２が複数の波長成分に分光される場合があるが、ここでは、単一の波長成分のみを図示する。波長分散素子２０としては、例えば、回折格子を用いることができる。

集光レンズ４３は、ＸＺ平面内及びＹＺ平面内において光パワーを有する。集光レンズ４３は、波長分散素子２０によって分光された偏波成分Ｂａ１１，Ｂａ１２，Ｂａ２１，及びＢａ２２を、ＸＺ平面内において例えばコリメートしつつ光偏向素子３０に向けて出射する。集光レンズ４３は、波長分散素子２０によって分光された偏波成分Ｂａ１１，Ｂａ１２，Ｂａ２１，及びＢａ２２をＹＺ平面内において集光する。集光レンズ４３は、例えば、ＸＺ平面内及びＹＺ平面内において光パワーを有する凸状の球面レンズといった回転対称レンズであってもよい。

光偏向素子３０は、入射した光の向きを偏向する素子であり、集光レンズ４３から出射した偏波成分Ｂａ１１，Ｂａ１２，Ｂａ２１，及びＢａ２２のＹＺ平面内におけるビームウエスト位置に配置されている。したがって、ＸＺ平面内及びＹＺ平面内において、光偏向素子３０の配置位置が、集光レンズ４３の後側焦点に一致しない場合がある。光偏向素子３０は、集光レンズ４３により集光された偏波成分Ｂａ１１，Ｂａ１２，Ｂａ２１，及びＢａ２２を、その波長に応じた所定の光出力ポート１１ｂ，１２ｂに向けて偏向する。その為に、光偏向素子３０は、Ｙ軸方向に沿って配列された複数の光偏向要素を有する。そして、光偏向素子３０は、その光偏向要素により、波長分散素子２０において分光された成分のそれぞれを独立して位相変調することにより、光出力ポート１１ｂ，１２ｂに向けて偏向する。

光偏向素子３０としてはＳＬＭを用いることができ、例えばＬＣＯＳを用いることが好適である。その場合には、Ｘ軸及びＹ軸に沿って２次元アレイ状に配列された複数の画素のうち、Ｘ軸方向に配列された複数の画素の単位が、各波長成分の偏向に寄与する光偏向要素として機能する。

光偏向素子３０によって偏向された偏波成分Ｂａ１１，Ｂａ１２，Ｂａ２１，及びＢａ２２は、集光レンズ４３、波長分散素子２０、及びリレー光学系４２を介して、光学部品４１に達する。偏波成分Ｂａ１１及びＢａ１２は、光学部品４１の偏波分離面４４ｂにおいて互いに合波され、波長成分Ｂｂ１（図２を参照）として所定の光出力ポート１１ｂから波長選択スイッチ１Ａの外部へ出力される。また、偏波成分Ｂａ２１及びＢａ２２は、光学部品４１の偏波分離面４４ｂにおいて互いに合波され、波長成分Ｂｂ２（図２を参照）として所定の光出力ポート１２ｂから波長選択スイッチ１Ａの外部へ出力される。

以上の構成を備える波長選択スイッチ１Ａによって得られる効果について説明する。この波長選択スイッチ１Ａの光学系４０は、光学部品４１を含む。光学部品４１では、光入力ポート１１ａから入力された入力ビームＢａ１が所定軸線Ａ１を含む面内（ＸＺ平面内）において所定軸線Ａ１に対して角度θ１をもって入射し、光入力ポート１２ａから入力された入力ビームＢａ２が上記面内において所定軸線Ａ１に対して角度θ２をもって入射する。そして、角度θ１及び角度θ２の符号が互いに逆である。従って、仮に所定軸線Ａ１に対して垂直な屈折率境界面を該光学部品４１が有するような場合には、一方の光入力ポートから入力された入力ビームが該屈折率境界面において反射し、他方の光入力ポートへ戻る現象が生じる。これに対し、本実施形態の波長選択スイッチ１Ａでは、光学部品４１における入力ビームＢａ１，Ｂａ２の各反射光が、上記面内において所定軸線Ａ１に対しそれぞれ角度θ３及びθ４をもって反射するように、光学部品４１の光軸が所定軸線Ａ１に対して傾斜している。更に、角度θ３及びθ４は角度θ１及びθ２の何れとも異なっており、角度θ３及びθ４の符号は互いに同じとされている。これにより、光学部品４１における入力ビームＢａ１の反射光が光入力ポート１２ａに戻ることを回避し、同時に、光学部品４１における入力ビームＢａ２の反射光が光入力ポート１１ａに戻ることを回避することができる。すなわち、本実施形態の波長選択スイッチ１Ａによれば、一のポート群の光入力ポートから入力された入力ビームが、別のポート群の光入力ポートに戻ることを防止できる。

また、本実施形態のように、角度θ３及びθ４の絶対値は、角度θ１及びθ２のうち角度θ３及びθ４と同符号である角度の絶対値よりも大きくてもよい。これにより、入力ビームＢａ１，Ｂａ２の各反射光の光軸を入力ビームＢａ１，Ｂａ２の光軸の外側に外すことができるので、光学部品４１における入力ビームＢａ１，Ｂａ２の反射光が、それぞれ光入力ポート１２ａ，１１ａに戻ることをより効果的に回避することができる。なお、より好ましくは、光学部品４１における入力ビームＢａ１，Ｂａ２の反射光の光軸が、ポート群１０Ａ及び１０Ｂに含まれる光入力ポート１１ａ，１２ａ及び全ての光出力ポート１１ｂ，１２ｂから外れる程度に傾斜しているとよい。

また、本実施形態のように、光学部品４１は前端面４４ａ（光出射面）を有し、前端面４４ａには入力ビームＢａ１，Ｂａ２が所定軸線Ａ１に対してそれぞれ角度θ１，θ２をもって入射し、前端面４４ａの法線が所定軸線Ａ１に対して傾斜しており、入力ビームＢａ１，Ｂａ２の上記反射光は、前端面４４ａにおける反射光であってもよい。光学部品４１の前端面４４ａは、屈折率境界面（例えば前端面４４ａ、波長板４５の前側端面など）の一つである。従って、上記の構成を備えることにより、前端面４４ａにおける入力ビームＢａ１，Ｂａ２の反射光が、それぞれ光入力ポート１２ａ，１１ａに戻ることを回避することができる。

また、本実施形態のように、互いに偏波面が異なる偏波成分Ｂａ１１及びＢａ１２を入力ビームＢａ１が含んでおり、互いに偏波面が異なる偏波成分Ｂａ２１及びＢａ２２を入力ビームＢａ２が含んでいる場合、光学部品４１は、これらの偏波成分を分離する偏波分離面４４ｂを有してもよい。本実施形態の波長選択スイッチ１Ａによれば、このような光学部品４１を備える場合であっても、一のポート群の光入力ポートから入力された入力ビームが、別のポート群の光入力ポートに戻ることを好適に防止できる。

また、本実施形態のように、光学部品４１が波長板４５を有し、偏波分離面４４ｂを有する偏波分離素子４４と波長板４５とが一体に形成されていてもよい。これにより、波長選択スイッチ１Ａの小型化に寄与することができる。更に、偏波分離素子４４及び波長板４５の角度を一括して調整することができ、波長板４５からの反射光が光入力ポート１１ａ及び１２ａに戻ることを容易に防止できる。

また、本実施形態のように、光学部品４１は、偏波分離面４４ｂによって分離された一方の偏波成分の光路上に空気換算長補償部４６を有し、偏波分離素子４４と空気換算長補償部４６とが一体に形成されていてもよい。このように、偏波分離素子４４と空気換算長補償部４６とが一体に形成されていることによって、波長選択スイッチ１Ａの小型化に寄与することができる。更に、偏波分離素子４４及び空気換算長補償部４６の角度を一括して調整することができ、空気換算長補償部４６からの反射光が光入力ポート１１ａ及び１２ａに戻ることを容易に防止できる。

また、本実施形態のように、角度θ１の絶対値と角度θ２の絶対値とは、互いに略等しくてもよい。このような場合、仮に、所定軸線Ａ１に垂直な屈折率境界面を光学部品４１が有すると、一方の光入力ポートから入力された入力ビームの該屈折率境界面における反射光が、他方の光入力ポートへ戻り易くなる。本実施形態の波長選択スイッチ１Ａによれば、光学部品４１の光軸が所定軸線Ａ１に対して傾斜していることにより、このような場合であっても、一方の光入力ポートから入力された入力ビームの反射光が他方の光入力ポートに戻ることを効果的に防止できる。

（変形例）
図４は、上記実施形態の一変形例の構成を示す側断面図である。本変形例の波長選択スイッチでは、光学部品４１の光軸Ａ２と平行な空気換算長補償部４６の中心軸線Ａ３が、上記実施形態と比較して、光偏向素子３０へ向かう偏波成分Ｂａ１１及びＢａ２１の光軸から離れる方向にシフトしている。換言すれば、空気換算長補償部４６の偏波成分Ｂａ１１及びＢａ２１と対向する上面４６ｄが、後端面４４ｄの上端４４ｅを通過し光軸Ａ２（図３を参照）に平行な軸線Ａ４よりも下方（光偏向素子３０へ向かう偏波成分Ｂａ１１及びＢａ２１の光軸から離れる方向）に位置している。

前述したように、空気換算長補償部４６のＸＺ平面に沿った断面は、光軸Ａ２の方向に長い長方形状である。従って、光学部品４１の光軸Ａ２を所定軸線Ａ１に対して傾けることにより、光偏向素子３０へ向かう偏波成分Ｂａ１１及びＢａ２１の光路、並びに光偏向素子３０から戻った偏波成分Ｂａ１２及びＢａ２２の光路を空気換算長補償部４６が妨げるおそれがある。本変形例によれば、上記のように空気換算長補償部４６の中心軸線Ａ３をシフトさせることにより、所定軸線Ａ１に対する光学部品４１の光軸Ａ２の傾斜にかかわらず、光偏向素子３０へ向かう偏波成分Ｂａ１１及びＢａ２１の光路、並びに光偏向素子３０から戻った偏波成分Ｂａ１２及びＢａ２２の光路が空気換算長補償部４６から外れてしまうことを回避することができる。

また、本変形例の波長選択スイッチ１Ｂは、支持部材５０を更に備える。支持部材５０は、光学部品４１を支持面５１において支持する。光学部品４１は、支持部材５０の支持面５１上に載置され、支持面５１と接触している。支持面５１には凹部５１ａが形成されており、この凹部５１ａは、所定軸線Ａ１と交差する方向（Ｘ軸方向）から見て空気換算長補償部４６の前端面４６ａと重なっている。そして、空気換算長補償部４６と支持面５１との接触位置Ｅは、所定軸線Ａ１に沿った方向における凹部５１ａの後側の縁である。このような構成によれば、光学部品４１の角度を調整する際に、空気換算長補償部４６の前側の角部を凹部５１ａに逃がすことができるので、角度調整による前端面４４ａの上下移動を低減することができる。

本発明による波長選択スイッチは、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び変形例では第１及び第２の入力ビームの反射光が生じる屈折率境界面として、偏波分離機能を有する光学部品の前端面、及び波長板の板面を例示している。しかしながら、本発明による波長選択スイッチにおける第１及び第２の入力ビームの反射光は、当該光学部品の他の面、或いは光学系に含まれる当該光学部品以外の光学部品の面における反射光であってもよい。従って、本発明において偏波分離機能を有する光学部品は必須の構成要素ではない。

また、上記実施形態及び変形例では光入出力部におけるポート配列方向がＸ軸方向に沿っており、波長分散素子における分光方向がＹ軸方向に沿っているが、ポート配列方向と分光方向とは互いに同じ方向であってもよい。

１Ａ，１Ｂ…波長選択スイッチ、１０…光入出力部、１０Ａ…第１のポート群、１０Ｂ…第２のポート群、１１ａ…第１の光入力ポート、１１ｂ…第１の光出力ポート、１２ａ…第２の光入力ポート、１２ｂ…第２の光出力ポート、１３…光導波路、１４…レンズ、２０…波長分散素子、３０…光偏向素子、４０…光学系、４１…光学部品、４２…リレー光学系、４３…集光レンズ、４４…偏波分離素子、４４ａ…前端面、４４ｂ…偏波分離面、４４ｃ…光反射面、４４ｄ…後端面、４５…波長板、４６…空気換算長補償部、５０…支持部材、Ａ１…所定軸線、Ｂａ１…第１の入力ビーム、Ｂａ１１，Ｂａ２１…第１の偏波成分、Ｂａ１２，Ｂａ２２…第２の偏波成分、Ｂａ２…第２の入力ビーム、Ｂｂ１，Ｂｂ２…波長成分。

Claims (9)

1. 第１の光入力ポート及び第１の光出力ポートを含む第１のポート群、並びに第２の光入力ポート及び第２の光出力ポートを含む第２のポート群を有する光入出力部と、
   複数の波長成分を含む光を波長毎に分光する波長分散素子と、
   入射した光の向きを偏向する光偏向素子と、
   前記光入出力部、前記波長分散素子、及び前記光偏向素子を所定軸線に沿って光学的に結合する光学系とを備え、
   前記光学系は、前記第１の光入力ポートから入力された第１の入力ビームが前記所定軸線を含む面内において前記所定軸線に対して第１角度をもって入射し、前記第２の光入力ポートから入力された第２の入力ビームが前記面内において前記所定軸線に対して第２角度をもって入射する光学部品を含み、
   前記第１角度及び前記第２角度の符号が互いに逆であり、
   前記光学部品における前記第１の入力ビームの反射光が前記面内において前記所定軸線に対して第３角度をもって反射し、前記光学部品における前記第２の入力ビームの反射光が前記面内において前記所定軸線に対して第４角度をもって反射するように前記光学部品の光軸が前記所定軸線に対して傾斜しており、
   前記第３角度及び前記第４角度が前記第１角度及び前記第２角度の何れとも異なり、前記第３角度及び前記第４角度の符号が互いに同じである、波長選択スイッチ。
2. 前記第３角度及び前記第４角度の絶対値が、前記第１角度及び前記第２角度のうち前記第３角度及び前記第４角度と同符号である角度の絶対値よりも大きい、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
3. 前記光学部品は、前記第１の入力ビームが前記所定軸線に対して前記第１角度をもって入射し、前記第２の入力ビームが前記所定軸線に対して前記第２角度をもって入射する光入射面を有し、
   前記光入射面の法線が前記所定軸線に対して傾斜しており、前記第１及び第２の入力ビームの各反射光は、前記光入射面における反射光である、請求項１または２に記載の波長選択スイッチ。
4. 前記第１及び第２の入力ビームは、互いに偏波面が異なる第１及び第２の偏波成分を含んでおり、
   前記光学部品は、前記第１及び第２の偏波成分を分離する偏波分離面を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ。
5. 前記光学部品は、前記偏波分離面によって分離された前記第１及び第２の偏波成分の偏波面を互いに一致させる波長板を更に有し、
   前記偏波分離面を有する光学素子と前記波長板とが一体に形成されている、請求項４に記載の波長選択スイッチ。
6. 前記光学部品は、前記偏波分離面によって分離された一方の偏波成分の光路上に設けられ、前記第１及び第２の偏波成分の空気換算長を補償する補償光学素子を更に有し、
   前記偏波分離面を有する光学素子と前記補償光学素子とが一体に形成されており、
   前記光学部品の光軸と平行な前記補償光学素子の中心軸線が、前記偏波分離面によって分離された他方の偏波成分の光軸から離れる方向にシフトされている、請求項４または５に記載の波長選択スイッチ。
7. 前記光学部品を支持面において支持する部材を更に備え、
   前記部材の前記支持面に凹部が形成されており、
   前記補償光学素子と前記部材との接触位置が、前記所定軸線に沿った方向における前記凹部の縁である、請求項６に記載の波長選択スイッチ。
8. 前記光入出力部において、前記第１及び第２の光入力ポート並びに前記第１及び第２の光出力ポートが、前記所定軸線と交差し前記面内に含まれる方向に並んでいる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ。
9. 前記第１角度の絶対値と、前記第２角度の絶対値とが互いに略等しい、請求項１〜８のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ。

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