JP4394713B2 - 波長選択スイッチ - Google Patents

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Description

本発明は、光波長多重通信において、異なる波長の光を分岐し又は結合することが可能な波長選択スイッチに関する。
光波長多重通信の普及に伴い、波長毎に光信号を合波又は分波する波長選択スイッチが光通信のキーデバイスとなっている。
ここで、図１に従来の波長選択スイッチの概略構成図を示す。入出力ポート１０１とは、入出力端１００にある全ての入出力ポート（図１及び図２では入出力ポート１０１ａ〜１０１ｅ）を示すものとする。また、導波路１４とは、ファイバアレイ１４０にある全ての導波路（図１及び図２では導波路１４ａ〜１４ｅ）を示すものとする。
図１の波長選択スイッチ２００は、焦点位置に配置された入出力端１００の入出力ポート１０１から出力される光を平行光にするレンズアレイ１０２と、レンズアレイ１０２からの光を収束させる高開口数の第一レンズ１０３と、第一レンズ１０３と焦点位置を共通に配置された第二レンズ１０４と、第二レンズ１０４からの光を波長ごとに異なる角度に反射する分光素子１０５と、第二レンズ１０４の焦点位置に配置され分光素子１０５から第二レンズ１０４を透過した光を第二レンズ１０４に向けて任意の角度で反射するミラーアレイ１０６と、を備える（例えば、特許文献１〜３を参照。）。
これにより、ミラーアレイ１０６において任意の角度で反射された光は、ミラーアレイ１０６の個々のマイクロミラーの角度に応じて波長ごとに異なる入出力ポートに収束させることができる。このように、第一レンズ１０３は、ミラーアレイ１０６で反射した光のうち分光素子１０５で再び反射して第二レンズ１０４を透過した光の角度を変えるとともに入出力ポート１０１からの光の光軸にオフセットを付与する機能を有している。
図２に、図１の反射型の分光素子１０５を透過型の分光素子１０５’に置き換えた波長選択スイッチ２００’の概略構成図を示す。図１の波長選択スイッチ２００と同じ機能を有する部品には同じ符号を付している。また、図２の第三レンズ１０４’は、分光素子１０５’からミラーアレイ１０６までの光に対して図１の第二レンズ１０４と同じ機能を持つ。
Ｎ入力１出力（Ａｄｄ型）波長選択光スイッチの場合、図２の波長選択スイッチ２００’の入出力ポートの１つを出力ポートとし、他を入力ポートとすればよい。以下の説明では、出力ポート１０１ｃ、入力ポート１０１ａ、入力ポート１０１ｂ、入力ポート１０１ｄ、入力ポート１０１ｅとして説明する．
ファイバアレイ１４０内の導波路１４を波長多重化された光信号が入力ポート１０１から発散光として出射される。例えば入力ポート１０１ｂから発散光として出射された光信号（二点鎖線）は、レンズアレイ１０２に入射し平行光に変換され、第一レンズ１０３に入射する。第一レンズ１０３に入射した光信号は集束光に変換され、Ａ点で結像され、再び発散光となって第二レンズ１０４に入射し、再び平行光に変換され分光素子１０５に入射する。分光素子１０５に入射した光信号は波長ごと分波され第三レンズ１０４’に入射し、集束光に変換されミラーアレイ１０６で波長ごとに図３のように結像される。例えば図３のマイクロミラー１０６ｃは、入射する光信号λ３を出力ポート１０１ｃに入射させるために必要な角度αに傾斜され、図２の実線となって第三レンズ１０４’に発散光として入射する。第三レンズ１０４’に入射した反射光信号は平行光に変換され分光素子１０５を透過し、第二レンズ１０４に入射して集束光に変換され、Ａ点で結像される。Ａ点で結像された反射光信号は発散光となって、第一レンズ１０３に入射し、平行光に変換されてレンズアレイ１０２に入射し、集束光に変換されて出力ポート１０１ｃに結合され、ファイバアレイ１０１を伝送される。
ここで入力ポート１０１ａからも同時に波長多重化された光信号が出射された場合、図２の一点鎖線のような光路となって分光素子１０５で分波され、図２と同じようにミラーアレイ１０６で結像する。例えばマイクロミラー１０６ｃはすでに角度αに傾斜されているので、マイクロミラー１０６ｃに結像した光信号λ３は図２の破線の光路となって反射され、出力ポート１０１ｃではなく、入力ポート１０１ａ付近に入射することになる。そのため、入力ポートに対応するファイバアレイのファイバ途中にインライン型のアイソレータ１０９を挿入し、ファイバ中を光信号が逆方向に伝搬することを防止していた。
特開２００３−１０１４７９号公報 特開２００６−２７６２１６号公報 特開２００６−２８４７４０号公報
しかし、従来の波長選択スイッチには、入力ポートすべてにインライン型のアイソレータが挿入されていたため、モジュール内部でのファイバの余長処理やインライン型アイソレータと導波路との結合が困難であり、モジュールが大型化するという課題があった。また、インライン型のアイソレータが入力ポートの数だけ必要なため製造コストも高くなるという課題があった。
そこで、本発明は、小型で製造コストを抑えた波長選択スイッチを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、モジュール内で平行光となる部分に全ての入力ポートが共有するバルク型のアイソレータを配置することとした。
具体的には、本発明に係る波長選択スイッチは、一以上の波長を含む入力光が入力される複数の入力ポート及び出力光が出力される少なくとも一つの出力ポートが横並び直線状に設けられた入出力端と、前記入出力端に対向して配置され、前記入力ポートからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を前記出力ポートに結合させるレンズアレイと、前記レンズアレイを間にして前記入出力端の反対側に配置され、入力光の光路にそれぞれの入力光の光路で共用され、入力光と逆方向に伝搬する光を遮るアイソレータ素子を有し、出力光の光路に出力光を透過させ前記レンズアレイに結合させる透過手段を有するアイソレータと、前記アイソレータを間にして前記レンズアレイの反対側に配置され、前記アイソレータからのそれぞれの入力光を焦点に収束させて拡散し、出力光を平行光にして前記アイソレータの透過手段に結合する第一レンズと、前記第一レンズを間にして前記アイソレータの反対側に配置され、前記第一レンズからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点に収束させた後に拡散して前記第一レンズに結合する第二レンズと、前記第二レンズを間にして前記第一レンズの反対側に配置され、入力光を受ける面上に前記入出力端の前記入力ポート及び前記出力ポートの配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面でそれぞれの入力光を波長ごとに異なる角度で反射させて再び前記第二レンズに結合し、出力光をそのまま反射させて前記第二レンズに結合する分光素子と、前記第二レンズを間にして前記分光素子の反対側であり、前記第一レンズと前記第二レンズとを結ぶ中心軸を外して配置され、前記分光素子で反射されて前記第二レンズで波長毎に収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラーを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、前記第二レンズ、前記分光素子、再度前記第二レンズ、前記第一レンズ、前記アイソレータ、前記レンズアレイの順で経由させて前記出力ポートへ結合させるミラーアレイと、を備える。
本発明に係る波長選択スイッチは、一以上の波長を含む入力光が入力される複数の入力ポート及び出力光が出力される少なくとも一つの出力ポートが横並び直線状に設けられた入出力端と、前記入出力端に対向して配置され、前記入力ポートからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を前記出力ポートに結合させるレンズアレイと、前記レンズアレイを間にして前記入出力端の反対側に配置され、入力光の光路にそれぞれの入力光の光路で共用され、入力光と逆方向に伝搬する光を遮るアイソレータ素子を有し、出力光の光路に出力光を透過させ前記レンズアレイに結合させる透過手段を有するアイソレータと、前記アイソレータを間にして前記レンズアレイの反対側に配置され、前記アイソレータからのそれぞれの入力光を焦点に収束させて拡散し、出力光を平行光にして前記アイソレータの透過手段に結合する第一レンズと、前記第一レンズを間にして前記アイソレータの反対側に配置され、前記第一レンズからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点に収束させた後に拡散して前記第一レンズに結合する第二レンズと、前記第二レンズを間にして前記第一レンズの反対側に配置され、入力光を受ける面上に前記入出力端の前記入力ポート及び前記出力ポートの配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面でそれぞれの入力光を波長ごとに異なる角度で透過させ、出力光をそのまま透過させて前記第二レンズに結合する分光素子と、前記分光素子を間にして前記第二レンズの反対側に配置され、波長毎に分離された前記分光素子からのそれぞれの入力光を波長毎に収束させ、出力光を平行光にして前記分光素子へ結合する第三レンズと、前記第三レンズを間にして前記分光素子の反対側に配置され、前記第三レンズで収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラーを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、前記第三レンズ、前記分光素子、前記第二レンズ、前記第一レンズ、前記アイソレータ、前記レンズアレイの順で経由させて前記出力ポートへ結合させるミラーアレイと、を備える。
レンズアレイと第一レンズとの間の光は平行光となる。ここに入力光が共用するバルク型のアイソレータを配置することで、別途ファイバの余長処理やレンズを組み合わせて平行光を作り出す必要がなくなる。従って、本発明は、小型で製造コストを抑えた波長選択スイッチを提供することができる。
本発明に係る波長選択スイッチの前記入出力端は、前記入力ポート間の間隔より前記入力ポートと前記出力ポートとの間の間隔が広いことが好ましい。
アイソレータのアイソレータ素子において光が照射する面積を拡大することができるため、出力ポートに隣接する入力ポートについてもアイソレーション特性を満足させ、すべての入力ポートへのアイソレーション特性を均一化することができる。また、アイソレータ素子による出力ポートへ入射する反射光信号のケラレ損失を低減できる。さらに、モジュール製造時の実装精度を緩和させることができる。
本発明に係る波長選択スイッチの前記アイソレータの前記アイソレータ素子は、入力光の伝搬方向に第一複屈折結晶板、旋光子、補償板及び第二複屈折結晶板が順に重ねられた積層体と、前記積層体に入力光の伝搬方向に垂直且つ前記入出力端の前記入力ポート及び前記出力ポートが配列されたポート配列方向に垂直な方向に磁場を印加する磁場手段と、を含むことを特徴とする。波長選択スイッチをより小型化できる。
本発明に係る波長選択スイッチの前記入出力端は、前記入力ポートが２つの入力ポート列にまとめられ、前記出力ポートが前記２つの入力ポート列の間に配置されており、前記アイソレータの前記アイソレータ素子は、２つの前記積層体が前記透過手段のポート配列方向の両側に第一複屈折結晶板、旋光子、補償板及び第二複屈折結晶板の順を揃えて配置され、２つの磁場手段が２つの前記積層体及び前記透過手段をポート配列方向及び入力光の伝搬方向と垂直な方向から挟むように配置されていてもよい。
本発明は、小型で製造コストを抑えた波長選択スイッチを提供することができる。
以下、具体的に実施形態を示して本願発明を詳細に説明するが、本願の発明は以下の記載に限定して解釈されない。
（第１実施形態）
図４に、第一実施形態の波長選択スイッチ３０１の概略構成図を示す。図４（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチ３０１を示し、図４（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチ３０１を示している。また、以下の説明で、入力ポート１１とは、入出力端１０にある全ての入力ポート（図４、図５、図８、図１０及び図１１では入力ポート１１ａ〜１１ｈ）を示すものとする。また、導波路１４とは、ファイバアレイ１４０にある全ての導波路（図４、図５、図８、図１０及び図１１では導波路１４ａ〜１４ｅ）を示すものとする。
波長選択スイッチ３０１は、反射型の構成、つまり、分光素子６０で光を反射する構成である。第１実施形態の波長選択スイッチ３０１は、一以上の波長を含む入力光が入力される入力ポート１１及び出力光が出力される出力ポート１２が横並び直線状に設けられた入出力端１０と、入出力端１０に対向して配置され、入力ポート１１からのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を出力ポート１２に結合させるレンズアレイ２０と、レンズアレイ２０を間にして入出力端１０の反対側に配置され、入力光の光路のみに、それぞれの入力光の光路で共用され、入力光と逆方向に伝搬する光を遮るアイソレータ素子４０ａを有し、出力光を透過させレンズアレイ２０に結合させる手段４０ｂを有するアイソレータ４０と、アイソレータ４０を間にしてレンズアレイ２０の反対側に配置され、アイソレータ２０からのそれぞれの入力光を焦点Ａに収束させて拡散し、出力光を平行光にしてアイソレータ２０の透過手段に結合する第一レンズ３０と、第一レンズ３０を間にしてアイソレータ２０の反対側に配置され、第一レンズ３０からのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点Ａに収束させた後に拡散して第一レンズ３０に結合する第二レンズ５０と、 第二レンズ５０を間にして第一レンズ３０の反対側に配置され、入力光を受ける面上に入出力端１０の入力ポート１１及び出力ポート１２の配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面６２でそれぞれの入力光を波長ごとに異なる角度で反射させて再び第二レンズ５０に結合し、出力光をそのまま反射させて第二レンズ５０に結合する分光素子６０と、第二レンズ５０を間にして分光素子６０の反対側であり、第一レンズ３０と第二レンズ５０とを結ぶ中心軸を外して配置され、分光素子６０で反射されて第二レンズ５０で波長毎に収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラー８０ａ〜８０ｅを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、第二レンズ５０、分光素子６０、再度第二レンズ５０、第一レンズ３０、アイソレータ４０、レンズアレイ２０の順で経由させて出力ポート１２へ結合させるミラーアレイ８０と、を備える。
入出力端１０は、ファイバアレイ１４０の入力ポート１１及び出力ポート１２が設けられた端面である。図４では、入力ポート１１ａ〜１１ｆと６つ記載しているが、これ以上又はこれ以下の任意の数で配置可能である。同様に出力ポート１２も１つに限らず複数であってもよい。入力ポート１１ａ〜１１ｆ及び出力ポート１２には、例えば、図４に示すようにポートごとに導波路１４ａ〜１４ｇが接続される。また、入力ポート１１ａ〜１１ｆは、それぞれ導波路１４ａ〜１４ｆを伝搬する一以上の波長を含む光を入力する。出力ポート１２は、導波路１４ｇへ光を出力する。また、入力ポート１１及び出力ポート１２は、横並び直線状に設けられる。図４（ｂ）に示すように、入力ポート１１から出力される光の向きがｚ軸方向に平行となるように配置されているが、レンズアレイ２０において平行光に変換されるのであれば、いずれの向きに向いていてもよい。
レンズアレイ２０としては、例えば、マイクロレンズアレイがある。
第一レンズ３０及び第二レンズ５０としては、例えば、凸レンズ、光学収差を低減させるために適切な凸レンズと凹レンズを接着して組み合わせたダブレットレンズ、及び、トリプレットレンズのように複数のレンズを組み合わせたレンズがある。
格子面６２上には、図４（ｂ）のｙ軸方向に平行な格子が図４（ａ）のｘ軸方向に平行に複数形成される。格子は、格子面６２上に形成された複数の凹凸形状の溝であってもよいし、光を反射する部分と吸収する部分とを交互に配置してもよい。これにより、図４（ａ）に示すように、第二レンズ５０を透過した光は、分光素子６０の格子面６２上で反射してｘ軸方向に波長ごとに異なる角度で反射する。なお、ｚ軸方向にはそのまま反射されるため、図４（ｂ）には反射された入力光を省略している。図４では簡単のため分光素子６０の格子面６２は、第二レンズ５０に正対しているが、一般的には格子面６２の法線がｘｚ面内にあるように光軸（ｚ軸）に対して傾斜している。
ミラーアレイ８０は、マイクロミラー８０ａ〜８０ｅを有する。入力光に含まれる波長数に応じて波長ごとに複数配置するとよい。ミラーアレイ８０は、マイクロミラー毎に傾斜角度を変えることができる。マイクロミラーとしては、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを適用できる。なお、図４（ｂ）では、マイクロミラー８０ａ〜８０ｅは、焦点Ａの後にあるため破線で示している。
アイソレータ４０は、アイソレータ素子４０ａ及び透過手段４０ｂを有している。アイソレータ素子４０ａは、レンズアレイ２０側からの入射光を透過させ、第一レンズ３０側から入射する光を遮断する。
アイソレータ４０の機能を説明するため、図５に、図４（ａ）の波長選択スイッチ３０１のＭ部についてのＸＺ面断面図を示す。アイソレータ素子４０ａは、入力光の伝搬方向に第一複屈折結晶板４１、旋光子４２、補償板４３及び第二複屈折結晶板４４が順に重ねられた積層体４７と、積層体４７に入力光の伝搬方向に垂直且つ入出力端１０の入力ポート１１及び出力ポート１２が配列されたポート配列方向に垂直な方向に磁場を印加する磁場手段４５と、を含む。このような積層体４７とすることでアイソレータ素子４０ａを偏波無依存とすることができる。第一複屈折結晶板４１及び第二複屈折結晶板４４は、例えば、ルチルである。旋光子４２は、例えば、ファラデー素子又は非特許文献１に記載される磁性ガーネットＬＰＥ膜である。補償板４２は、例えば、１／２波長板である。入力ポート１１からの入力光Ｌｉｎ（一点鎖線）がランダム偏光のため、光アイソレータ素子４０ａを偏波無依存型とすることで、偏光状態を無視でき、実装を簡易化することができる。ミラーアレイ８０で反射された反射光Ｌｒｅ（第一レンズ側からの光）を破線で示している。
アイソレータ素子４０ａは、入力光Ｌｉｎ（一点鎖線）に対して第一複屈折結晶板４１で偏波分離した光を第二複屈折結晶板４４で合成して出射し、反射光Ｌｒｅ（破線）に対して第二複屈折結晶板４４で偏波分離した光を第一複屈折結晶板４１で所定の間隔の常光線Ｌｒｅ−１と異常光線Ｌｒｅ−２とにさらに偏波分波して出射する。そのため、常光線Ｌｒｅ−１と異常光線Ｌｒｅ−２とはレンズアレイ２０に結合しない。
透過手段４０ｂは、図４（ｂ）のように出力光を透過させレンズアレイ２０に結合させる。透過手段４０ｂは、例えば、空間やガラスである。そのため、出力ポート１２に結合する出力光は、アイソレータ素子４０ａで遮断されることなくアイソレータ４０の透過手段４０ｂを透過する。
次に、アイソレータ４０の構造を詳細に説明する。図６はアイソレータ４０の構造の一例を示したものである。アイソレータ４０は、アイソレータ素子４０ａと、透過手段４０ｂと、を有する。具体的には、アイソレータ４０のアイソレータ素子４０ａは、２つの積層体４７が透過手段４０ｂのポート配列方向の両側に第一複屈折結晶板４１、旋光子４２、補償板４３及び第二複屈折結晶板４４の順を揃えて配置され、２つの磁場手段４５が２つの積層体４７及び透過手段４０ｂをポート配列方向及び入力光の伝搬方向と垂直な方向から挟むように配置されている。磁場手段４５は、例えば、マグネットである。アイソレータ素子４０ａは、入力光の伝搬方向が揃うように２つの積層体４７を並べ、それぞれの積層体４７に入力光の伝搬方向に垂直且つ入出力端の入力ポート１１及び出力ポート１２の配列方向に垂直な方向に磁場を印加するように２つの磁場手段４５で積層体４７を挟み込む構造である。２つの積層体４７の間の空間が透過手段４０ｂとして機能する。透過手段４０ｂの位置は、図６のアイソレータ４０では中央付近にあるが、出力ポート１２の位置によって図６とは異なる位置にある場合もある。
図６のアイソレータ４０は、２つの磁場手段４５で積層体４７を挟み込む構造であったが、磁場の強度によっては、図７のようにどちらか一方でもよく、また、２段の積層体４７の周りを磁場手段４５で四角に囲う構造であっても、凹型の磁場手段４５で囲う構造であってもよい。
アイソレータ４０は、入力ポート１１の光軸上にアイソレータ素子４０ａの積層体４７が挿入されるように、出力ポート１２の光軸上には透過手段４０ｂが挿入されるように配置する。
波長選択スイッチ３０１は、レンズアレイ２０と第一レンズ３０が、また第二レンズ５０と分光素子６０がそれぞれ共焦点光学系を構成するように配置することが好ましい。
次に、波長選択スイッチ３０１の動作を図４（ａ）、図４（ｂ）で説明する。導波路１４を伝搬する波長多重された光は、入力ポート１１から入力光として出射され、レンズアレイ２０で平行光になり、アイソレータ４０のアイソレータ素子４０ａを透過し、第一レンズ３０によって収束され、Ａ点で結像され、再び発散光となって第二レンズ５０に入射し、再び平行光に変換され分光素子６０に入射する。図４（ｂ）では、入力ポート１１ｂからの入力光を一点鎖線で示し、入力ポート１１ｃからの入力光を二点鎖線で示している。それぞれの入力光は、分光素子６０の回折面６２で波長（図４ではλ１〜λ５）毎にｘ軸方向に異なる角度で反射される。反射されたそれぞれの光は第二レンズ５０で収束され、ミラーアレイ８０に入射する。
ミラーアレイ８０のマイクロミラー８０ａ〜８０ｅには、それぞれ分光素子６０で分離された波長λ１〜λ５までのいずれかの光が入射する。すなわち、入力ポート１１からのいずれの入力光も、分光素子６０で波長λ１〜λ５に分光され、それぞれマイクロミラー８０ａ〜８０ｅのいずれかに入射する。例えば、入力ポート１１ａからの入力光のうち波長λ１の光はマイクロミラー８０ａに入射し、入力ポート１１ａからの入力光のうち波長λ２の光はマイクロミラー８０ｂに入射する。
マイクロミラー８０ａ〜８０ｅは傾斜角度を変えることでそれぞれ反射する光の方向を調整する。例えば、マイクロミラー８０ｃは、傾斜角度を調整して、図４（ｂ）のように入力ポート１１ｃからの入力光（二点鎖線）のうち、波長λ３の光を出力光（実線）として出力ポート１２へ結合させることができる。他のマイクロミラーも同様に所望の入力光の所望の波長の光を出力光として出力ポート１２へ結合させることができる。
しかし、入力ポート１１ｃからの入力光の波長λ３の光を出力ポート１２へ結合させるマイクロミラー８０ｃの傾斜角度は、入力ポート１１ｃからの入力光の波長λ３専用の角度であって、他の入力ポートからの入力光の波長λ３の光が出力ポート１２へ結合する角度ではない。例えば、入力ポート１１ｂからの入力光（一点鎖線）の波長λ３の光は、マイクロミラー８０ｃで反射した後、入力ポート１１ｂからの入力光の光路とほぼ同じ光路（破線）を伝搬することになる。波長選択スイッチ３０１は、この光を遮断するためにアイソレータ４０を備える。
ミラーアレイ８０で反射された光は第二レンズ５０で平行光になり、回折格子６０の回折面６２でｘ軸方向に先と同じ角度で反射され、第二レンズ５０で収束され、第一レンズ３０で平行光になり、アイソレータ４０を照射する。アイソレータ４０は、出力ポート１２の光軸上に透過手段４０ｂを配置するため、出力光をレンズアレイ２０に結合する。例えば、図４の場合、入力ポート１１ｃからの入力光の波長λ３の光のみが出力光（実線）として透過手段４０ｂを透過して出力ポート１２に対応するレンズアレイ２０に結合する。出力光は、レンズアレイ２０で収束され、出力ポート１２に入射する。入射した出力光は導波路１４ｇを伝搬する。
一方、アイソレータ４０は、入力ポート１１の光軸上にアイソレータ素子４０ａを配置するため、出力光としない光（破線）をレンズアレイ２０に結合することを防止する。従って、アイソレータ４０は、ミラーアレイ８０で反射した光のうち、選択した光（先例の場合、入力ポート１１ｃからの入力光の波長λ３の光）のみを出力ポート１２に結合でき、非選択の光（先例の場合、入力ポート１１ｃからの入力光の波長λ３の光以外の光）を出力ポート１２に結合しない。従って、波長選択スイッチ３０１は、非選択の光を入力ポート１１のいずれにも結合しないため、光信号入力側への光信号漏れを抑制することができる。
このように、波長選択スイッチ３０１は、アイソレータ４０を１つ備えることで、従来入力ポート毎に必要であったインライン型のアイソレータを不要としている。また、モジュール内部でのファイバの余長処理及びインライン型アイソレータと導波路との結合が不要になる。従って、波長選択スイッチ３０１は、入力ポートへの光信号漏れを抑制し、モジュールの小型化かつ低価格化を実現することができる。
図６のアイソレータ４０を用いる場合、ファイバアレイ１４０の入出力端１０は、入力ポート１１が２つの入力ポート列にまとめられ、出力ポート１２が２つの入力ポート列の間に配置されていることが必要である。なお、入出力端１０は、入力ポート１１間の間隔より入力ポート１１と出力ポート１２との間の間隔が広くてもよい。図８に前述の場合のファイバアレイ１４０を示す。図９に前述の場合のレンズアレイ２０を示す。図１０は、図４（ａ）のＭ部の詳細を説明するＹＺ面断面図である。出力ポートとそれに隣接する入力ポートの間隔を広くすることにより、出力ポートへ入射する反射光信号のケラレ損失を抑制するのと同時に、出力ポートに隣接する入力ポートへのアイソレータ素子の被面積を拡大することができ、すべての入力ポートへのアイソレーション特性を満足させることができる。また、モジュール化時の実装許容度を緩和させる効果もある。
（第２実施形態）
図１１に、第２実施形態の波長選択スイッチ３０２の概略構成図を示す。図１１（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチ３０２を示し、図１１（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチ３０２を示している。なお、図１１において図４と同じ符号のものは相互に同じものであるため、その部分の説明は省略する。
波長選択スイッチ３０２は、透過型の構成、つまり、分光素子６５が光を透過する構成である。第２実施形態の波長選択スイッチ３０２は、一以上の波長を含む入力光が入力される複数の入力ポート１１及び出力光が出力される出力ポート１２が横並び直線状に設けられた入出力端１０と、入出力端１０に対向して配置され、入力ポート１１からのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を出力ポート１２に結合させるレンズアレイ２０と、レンズアレイ２０を間にして入出力端１０の反対側に配置され、入力光の光路のみに、それぞれの入力光の光路で共用され、入力光と逆方向に伝搬する光を遮るアイソレータ素子４０ａを有し、出力光を透過させレンズアレイ２０に結合させる透過手段４０ｂを有するアイソレータ４０と、アイソレータ４０を間にしてレンズアレイ２０の反対側に配置され、アイソレータ４０からのそれぞれの入力光を焦点Ａに収束させて拡散し、出力光を平行光にしてアイソレータ４０の透過手段４０ｂに結合する第一レンズ３０と、第一レンズ３０を間にしてアイソレータ４０の反対側に配置され、第一レンズ３０からのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点Ａに収束させた後に拡散して第一レンズ３０に結合する第二レンズ５０と、第二レンズ５０を間にして第一レンズ３０の反対側に配置され、入力光を受ける面上に入出力端１０の入力ポート１１及び出力ポート１２の配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面６７でそれぞれの入力光を波長ごとに異なる角度で透過させ、出力光をそのまま透過させて第二レンズ５０に結合する分光素子６５と、分光素子６５を間にして第二レンズ５０の反対側に配置され、波長毎に分離された分光素子６５からのそれぞれの入力光を波長毎に収束させ、出力光を平行光にして分光素子６５へ結合する第三レンズ７０と、第三レンズ７０を間にして分光素子６５の反対側に配置され、第三レンズ７０で収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラー８０ａ〜８０ｅを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、第三レンズ７０、分光素子６５、第二レンズ５０、第一レンズ３０、アイソレータ４０、レンズアレイ２０の順で経由させて出力ポート１２へ結合させるミラーアレイ８０と、を備える。
格子面６７は図４の格子面６２と同様である。そのため、図１１（ａ）に示すように、第二レンズ５０を透過した入力光は、分光素子６５の格子面６２上で屈折してｘ軸方向に波長ごとに異なる角度で透過する。
波長選択スイッチ３０２は、第二レンズ５０と第三レンズ７０が共焦点光学系を構成すること、すなわち、第二レンズ５０と分光素子６５との距離と等しい距離で第三レンズ７０を配置することが好ましい。
次に、波長選択スイッチ３０２の動作を図１１（ａ）、図１１（ｂ）で説明する。入力光が分光素子６５に入射するまで及び出力光が出力ポート１２に結合するまでは図４の波長選択スイッチ３０１と同様である。それぞれの入力光は、分光素子６５の回折面６７で波長（図１１ではλ１〜λ５）毎にｘ軸方向に異なる角度で透過する。透過されたそれぞれの光は第三レンズ７０で収束され、波長毎にミラーアレイ８０のマイクロミラー８０ａ〜８０ｅに入射する。
ミラーアレイ８０の動作及び光の反射は図４の波長選択スイッチ３０１と同様である。従って、ミラーアレイ８０は、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として、アイソレータ４０の透過手段４０ｂを経由させて出力ポート１２へ結合させることができる。一方、アイソレータ４０のアイソレータ素子４０ａは、図４の波長選択スイッチ３０１で説明したように機能するため、出力光としない光（破線）をレンズアレイ２０に結合することを防止する。従って、波長選択スイッチ３０２は、波長選択スイッチ３０１と同様の効果を得ることができる。
本発明の波長選択スイッチは、異なる波長の光を分岐することができ、光波長多重通信ネットワーク実現の際の波長多重用の光合分波回路や波長再配置型のａｄｄ−ｄｒｏｐ波長多重回路として適用できる。
従来の波長選択スイッチの概略構成図である。 従来の波長選択スイッチの概略構成図である。 ミラーアレイを説明するための概略図である。 本発明に係る波長選択スイッチの概略構成図である。（ａ）はｘ−ｚ面における概略構成図であり、（ｂ）はｙ−ｚ面における概略構成図である。 アイソレータの機能を説明するための概略図である。 アイソレータの構造を説明するための概略構成図である。 アイソレータの構造を説明するための概略構成図である。 レンズアレイの構造を説明するための概略構成図である。 ファイバアレイの構造を説明するための概略構成図である。 アイソレータ、レンズアレイ及びファイバアレイとの関係を説明するための概略構成図である。 本発明に係る波長選択スイッチの概略構成図である。（ａ）はｘ−ｚ面における概略構成図であり、（ｂ）はｙ−ｚ面における概略構成図である。
符号の説明
２００、２００’、３０１、３０２：波長選択スイッチ
１０、１００：入出力端
２０、１０２：レンズアレイ
３０、１０３：第一レンズ
４０：アイソレータ
４０ａ：アイソレータ素子
４０ｂ：透過手段
４１：第一複屈折結晶板
４２：旋光子
４３：補償板
４４：第二複屈折結晶板
４５：磁場手段
４７：積層体
５０、１０４：第二レンズ
６０、６５、１０５、１０５’：分光素子
６２、６７：格子面
７０、１０４’：第三レンズ
８０、１０６：ミラーアレイ
８０ａ〜８０ｅ、１０６ａ〜１０６ｍ：マイクロミラー
１０１、１０１ａ〜１０１ｇ：入出力ポート
１１、１１ａ〜１１ｈ：入力ポート
１２：出力ポート
１０９：インライン型のアイソレータ
１４０：ファイバアレイ
１４、１４ａ〜１４ｈ：導波路
Ａ：焦点
Ｌｉｎ：入力光
Ｌｏｕｔ：出力光
Ｌｒｅ：反射光
Ｌｒｅ−１：常光線
Ｌｒｅ−２：異常光線

Claims (5)

  1. 一以上の波長を含む入力光が入力される複数の入力ポート及び出力光が出力される少なくとも一つの出力ポートが横並び直線状に設けられた入出力端と、
    前記入出力端に対向して配置され、前記入力ポートからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を前記出力ポートに結合させるレンズアレイと、
    前記レンズアレイを間にして前記入出力端の反対側に配置され、入力光の光路にそれぞれの入力光の光路で共用され、入力光と逆方向に伝搬する光を遮るアイソレータ素子を有し、出力光の光路に出力光を透過させ前記レンズアレイに結合させる透過手段を有するアイソレータと、
    前記アイソレータを間にして前記レンズアレイの反対側に配置され、前記アイソレータからのそれぞれの入力光を焦点に収束させて拡散し、出力光を平行光にして前記アイソレータの透過手段に結合する第一レンズと、
    前記第一レンズを間にして前記アイソレータの反対側に配置され、前記第一レンズからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点に収束させた後に拡散して前記第一レンズに結合する第二レンズと、
    前記第二レンズを間にして前記第一レンズの反対側に配置され、入力光を受ける面上に前記入出力端の前記入力ポート及び前記出力ポートの配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面でそれぞれの入力光を波長ごとに異なる角度で反射させて再び前記第二レンズに結合し、出力光をそのまま反射させて前記第二レンズに結合する分光素子と、
    前記第二レンズを間にして前記分光素子の反対側であり、前記第一レンズと前記第二レンズとを結ぶ中心軸を外して配置され、前記分光素子で反射されて前記第二レンズで波長毎に収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラーを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、前記第二レンズ、前記分光素子、再度前記第二レンズ、前記第一レンズ、前記アイソレータ、前記レンズアレイの順で経由させて前記出力ポートへ結合させるミラーアレイと、
    を備える波長選択スイッチ。
  2. 一以上の波長を含む入力光が入力される複数の入力ポート及び出力光が出力される少なくとも一つの出力ポートが横並び直線状に設けられた入出力端と、
    前記入出力端に対向して配置され、前記入力ポートからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を前記出力ポートに結合させるレンズアレイと、
    前記レンズアレイを間にして前記入出力端の反対側に配置され、入力光の光路にそれぞれの入力光の光路で共用され、入力光と逆方向に伝搬する光を遮るアイソレータ素子を有し、出力光の光路に出力光を透過させ前記レンズアレイに結合させる透過手段を有するアイソレータと、
    前記アイソレータを間にして前記レンズアレイの反対側に配置され、前記アイソレータからのそれぞれの入力光を焦点に収束させて拡散し、出力光を平行光にして前記アイソレータの透過手段に結合する第一レンズと、
    前記第一レンズを間にして前記アイソレータの反対側に配置され、前記第一レンズからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点に収束させた後に拡散して前記第一レンズに結合する第二レンズと、
    前記第二レンズを間にして前記第一レンズの反対側に配置され、入力光を受ける面上に前記入出力端の前記入力ポート及び前記出力ポートの配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面でそれぞれの入力光を波長ごとに異なる角度で透過させ、出力光をそのまま透過させて前記第二レンズに結合する分光素子と、
    前記分光素子を間にして前記第二レンズの反対側に配置され、波長毎に分離された前記分光素子からのそれぞれの入力光を波長毎に収束させ、出力光を平行光にして前記分光素子へ結合する第三レンズと、
    前記第三レンズを間にして前記分光素子の反対側に配置され、前記第三レンズで収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラーを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、前記第三レンズ、前記分光素子、前記第二レンズ、前記第一レンズ、前記アイソレータ、前記レンズアレイの順で経由させて前記出力ポートへ結合させるミラーアレイと、
    を備える波長選択スイッチ。
  3. 前記入出力端は、前記入力ポート間の間隔より前記入力ポートと前記出力ポートとの間の間隔が広いことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長選択スイッチ。
  4. 前記アイソレータの前記アイソレータ素子は、入力光の伝搬方向に第一複屈折結晶板、旋光子、補償板及び第二複屈折結晶板が順に重ねられた積層体と、前記積層体に入力光の伝搬方向に垂直且つ前記入出力端の前記入力ポート及び前記出力ポートが配列されたポート配列方向に垂直な方向に磁場を印加する磁場手段と、を含むことを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの波長選択スイッチ。
  5. 前記入出力端は、前記入力ポートが２つの入力ポート列にまとめられ、前記出力ポートが前記２つの入力ポート列の間に配置されており、
    前記アイソレータの前記アイソレータ素子は、２つの前記積層体が前記透過手段のポート配列方向の両側に第一複屈折結晶板、旋光子、補償板及び第二複屈折結晶板の順を揃えて配置され、２つの磁場手段が２つの前記積層体及び前記透過手段をポート配列方向及び入力光の伝搬方向と垂直な方向から挟むように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の波長選択スイッチ。
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