JP4445373B2 - 光スイッチ - Google Patents
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Description
本発明は、波長毎に経路切り替えを行なうための光スイッチに関する。
現在、激増するインターネットトラフィックを収容すべく、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）通信を中核としたネットワークの光化が急ピッチで進んでいる。現在のＷＤＭは、ポイント・ツー・ポイントのネットワーク形態が主流であるが、近い将来にはリング型ネットワーク、メッシュ状ネットワークへと発展し、ネットワークを構成する各ノードでは、任意波長の分岐／挿入（Add／Drop）、電気への変換を介さない全光クロスコネクト（ＯＸＣ：Optical Cross Connect）等の処理が可能となり、波長情報を基にしたダイナミックなパスの設定／解除が行なわれるものと考えられる。
本発明が関連する光スイッチ（以下、波長選択スイッチともいう）は、例えば、図１０に示すようなメッシュ型ネットワークや、図１１に示すようなリング型ネットワークにおけるノードに配置されるもの（図１０及び図１１において符号１００が波長選択スイッチを示す）であり、入力された波長を任意の出力ポートに振り分ける機能を有する。なお、図１０に示すメッシュ型ネットワークにおいて、２００は合波部、３００は分波部をそれぞれ示し、図１１に示すリング型ネットワークにおいて、２０１はＯＡＤＭ（Optical Add Drop Multiplexer）ノードにおけるアド（挿入）光用の合波部、３０１はドロップ（分岐）光用の分波部をそれぞれ示している。
このような波長振り分け機能は、換言すると、例えば図９に示すような波長毎のクロス・バースイッチとしての機能と等価である。即ち、この図９に示す波長選択スイッチモジュール（以下、単に「波長選択スイッチ」という）１００は、例えば、入力光伝送路（入力ファイバ）に対応する入力ポート数に応じた分波部１０１と、複数の２×２スイッチ１０２と、出力光伝送路（出力ファイバ）に対応する出力ポート数に応じた合波部１０３とをそなえ、入力ポートから入力されたＷＤＭ光を対応する分波部１０１で波長（チャンネル）毎に分波し、いずれかの２×２スイッチ１０２にて設定に応じた波長単位の出力切り替え（クロス又はバー切り替え）を行なった上で、いずれかの合波部１０３にて他波長の光と波長多重して対応する出力ポートへＷＤＭ光を出力する。
例えば、この図９においては、入力ポート＃１に波長λ２，λ５及びλ６のＷＤＭ光が入力され、入力ポート＃２に波長λ１，λ３，λ４及びλ７のＷＤＭ光が入力されており、２×２スイッチ１０２でのクロス又はバー切り替えにより、波長λ１，λ４及びλ６の光が出力ポート＃１へ、残りの波長λ２，λ３，λ５及びλ７の光が出力ポート＃２へ切り替え出力されている様子が示されている。なお、図９において、符号１０４は利得等化（光アッテネータ）機能を示し、空間結合型の波長選択スイッチ１００においては、例えば出力ファイバへの集光位置をコア中心から適宜ずらしてコアへの光結合量を可変することにより実現することができる。
具体的に、従来の空間結合型の波長選択スイッチ１００は、その要部に着目すると、例えば図１２に示すように、基板１１０上に、入出力光学系を構成するコリメータアレイ１１１と、入力ＷＤＭ光を波長毎に分光するための分光光学系を構成する分光器１１２と、集光光学系を構成する集光レンズ１１３と、スイッチング素子であるマイクロミラーアレイユニット１１４とをそなえて構成される。
ここで、コリメータアレイ１１１は、例えば、ガラス基板の一方の面に複数のマイクロレンズ（コリメートレンズ；以下、単に「レンズ」という）が形成、配列されるとともに、他方の面の各レンズに対応する部分に光軸、即ち、レンズ中心とファイバコア中心とが一致した状態で接着や融着等によりそれぞれ接続された複数の光ファイバとをそなえて構成され、入力光ファイバからレンズへ入射した光をコリメート光に変換して分光器１１２へ出力し、逆に、分光器１１２からレンズへ入射したコリメート光を出力ファイバのコアに集光する機能を有している。なお、図１２では、入力ポートに対応する１本の入力ファイバ１１１−１と出力ポートに対応する３本の出力ファイバ１１１−２，１１１−３，１１１−４の計４本のファイバをそなえており、１入力３出力のコリメータアレイとして構成されている。
分光器１１２は、入射光を波長によって異なる方向（角度）へ反射するもので、一般的には回折格子が用いられる。図１４に一般的な回折格子の構成（部分拡大断面図）を示す。周知のように、回折格子は、ガラス基板１２０上に、平行な多数の溝を周期的に刻んだ光学素子であり、光の回折現象を利用して、一定の角度（α）で入射される複数の波長成分に対して、波長毎に異なる出射角度（β）を与えるものである。この作用により、入射ＷＤＭ光を構成する波長の分離が可能となる。
なお、図１４に示す回折格子は、回折効率を高めるために上記溝として鋸波状の溝が形成されており、一般にブレーズ型回折格子と呼ばれる。また、回折格子には、図１４に示すごとく入射光を反射する反射型のもの以外に、入射光を透過して反射型と同等の波長分離作用を実現する透過型のものがあるが、透過型回折格子を用いる場合には、集光レンズ１１３及びマイクロミラーアレイユニット１１４が透過型回折格子の後方にくるように配置すればよい。
マイクロミラーアレイユニット１１４は、入力ファイバ１１１−１からの入射光を出力ファイバ１１１−２，１１１−３，１１１−４のいずれかへ反射させてポート切り替えを行なうスイッチング素子として機能するもので、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に代表されるマイクロミラー（以下、ＭＥＭＳミラーという）１４０（図１５参照）がアレイ状に配置されて構成される。具体的には、分光器（回折格子）１１２により分離された１波長に対して１つのＭＥＭＳミラー１４０が配置される。ＭＥＭＳミラー１４０は、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すごとく傾斜角が可変な構成となっており、傾斜角に応じて各波長成分の出力ポートが定まる（切り替えられる）ようになっている。
集光レンズ１１３は、分光器１１２により分離された１波長の光を所定のＭＥＭＳミラー１４０に集光する一方、いずれかのＭＥＭＳミラー１４０で反射されてくる光を集光して分光器１１２経由でコリメータアレイ１１１へ出力するものである。
以上のような構成により、従来の波長選択スイッチ１００では、コリメータアレイ１１１の入力ファイバ１１１−１を通じて入力されたＷＤＭ光が前記レンズによりコリメート光に変換された後、分光器１１２に入射し、当該分光器１１２にて波長毎に異なる角度で出射されて集光レンズ１１３に入射し、当該集光レンズ１１３によりマイクロミラーアレイユニット１１４の対応するＭＥＭＳミラー１４０に集光される。
以上のような構成により、従来の波長選択スイッチ１００では、コリメータアレイ１１１の入力ファイバ１１１−１を通じて入力されたＷＤＭ光が前記レンズによりコリメート光に変換された後、分光器１１２に入射し、当該分光器１１２にて波長毎に異なる角度で出射されて集光レンズ１１３に入射し、当該集光レンズ１１３によりマイクロミラーアレイユニット１１４の対応するＭＥＭＳミラー１４０に集光される。
当該ＭＥＭＳミラー１４０に入射して反射された光は、往路とは異なる光路で、再び集光レンズ１１３及び分光器１１２を経由して、コリメータアレイ１１１のいずれかの出力ファイバ１１１−２，１１１−３，１１１−４に入射する。そして、反射光の結合先である出力ファイバ１１１−２，１１１−３，１１１−４を変更する際には、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すごとく、個々のＭＥＭＳミラー１４０の傾斜角を変更する。このようにして、波長単位の出力切り替えが実現される。なお、ＭＥＭＳミラー１４０の傾斜角を調整して出力ファイバ１１１−２，１１１−３，１１１−４のコアへの光結合量を調整することで、当該出力切り替え機能とともに図９により前述した光アッテネータ機能１０４を実現することができる。
以上のようなＭＥＭＳミラーを用いた波長選択スイッチ１００としては、例えば、ＯＡＤＭに用いるものとして下記特許文献２にも開示がある。
ところで、波長選択スイッチ１００の性能を示す指標の一つに、透過帯域がある。透過帯域は、図１５に模式的に示すように、ＭＥＭＳミラー１４０に入射するビーム径とミラー幅Ｗの比率で定まり、透過帯域が広い程、
(1)中心波長ずれに対する損失劣化が小さくなる、
(2)対応可能なビットレートの上限が向上する、
(3)波長選択スイッチ１００の多段接続数を増加できる、
等の利点が得られる。換言すると、透過帯域が狭いと中心波長ずれ等の影響により光パワーの劣化が大きく、良好な伝送特性を確保できなくなる。
ところで、波長選択スイッチ１００の性能を示す指標の一つに、透過帯域がある。透過帯域は、図１５に模式的に示すように、ＭＥＭＳミラー１４０に入射するビーム径とミラー幅Ｗの比率で定まり、透過帯域が広い程、
(1)中心波長ずれに対する損失劣化が小さくなる、
(2)対応可能なビットレートの上限が向上する、
(3)波長選択スイッチ１００の多段接続数を増加できる、
等の利点が得られる。換言すると、透過帯域が狭いと中心波長ずれ等の影響により光パワーの劣化が大きく、良好な伝送特性を確保できなくなる。
波長選択スイッチ１００では、上述したごとく、分光光学系（分光器１１２）により、ＷＤＭ光を波長毎に分離した後、集光光学系（集光レンズ１１３）で各波長の光を平行にして対応する個々のＭＥＭＳミラー１４０に当てる構造であるため、分光光学系（分光器１１２）とＭＥＭＳミラー１４０間の距離（ミラーピッチ）との間に図１６に示すような関係がある。即ち、この図１６に示すように、ＷＤＭ光の波長間隔をΔλ、分光光学系によるＷＤＭ光の分解角度をβとすると、分光光学系の波長分解能力は、ｄβ／ｄλで表され、分解角度βはβ＝Δλ・（ｄβ／ｄλ）で表されるため、分光光学系（分光器１１２）と集光光学系（集光レンズ１１３）との距離ＬとミラーピッチＰとの間には、
で定まる関係がある。
このため、広い透過帯域を確保するためには、個々のＭＥＭＳミラー１４０に当たる波長のビーム径をミラー幅Ｗに対してできるだけ小さくし、かつ、ビームがＭＥＭＳミラー１４０のできるだけ中央に当たるようにすることが必要である。
ここで、図１４に示したように、入射光と回折格子法線とのなす角（入射角）をα、回折光と回折格子法線とのなす角（回折格子からの出射角）をβとすると、以下の関係式（１）が成立する。
このため、広い透過帯域を確保するためには、個々のＭＥＭＳミラー１４０に当たる波長のビーム径をミラー幅Ｗに対してできるだけ小さくし、かつ、ビームがＭＥＭＳミラー１４０のできるだけ中央に当たるようにすることが必要である。
ここで、図１４に示したように、入射光と回折格子法線とのなす角（入射角）をα、回折光と回折格子法線とのなす角（回折格子からの出射角）をβとすると、以下の関係式（１）が成立する。
ただし、この（１）式において、Ｎは回折格子の溝本数／mm、ｍは回折次数、λは波長をそれぞれ表す。
ここで、入射角を一定として（１）式の両辺を波長（λ）で微分すると、以下の通りとなる。
ここで、入射角を一定として（１）式の両辺を波長（λ）で微分すると、以下の通りとなる。
この（２）式の両辺に、集光レンズ１１３の焦点距離ｆLを掛け、ｆL×ｄβ＝ｄｙとすると、以下の通りとなる。
ここで、「ｄｙ」は、異なる波長（波長間隔Δλ）が、集光レンズ１１３を通過した後に出射面上で形成する空間距離（ビーム間隔）を表す。この（３）式より、ビーム間隔ｄｙは出射角（回折角β）に応じて変化することが分かる。このような現象が生じることについては、例えば下記特許文献１の段落０００８〜００１０でも述べられている。
特開２００３−２９４９８０号公報
米国特許第５，９６０，１３３号明細書
したがって、一定の波長間隔ｄλを有する複数波長を回折格子に入射する場合を考えると、ＭＥＭＳミラー１４０が分光方向に等間隔で並んでいる場合には、回折格子出射後のビーム間隔ｄｙが波長とともに変化するため、特定の１波長のビームがミラー中心に当たるように調整しておくと、波長の変化とともにビーム位置がミラー中心からずれ、透過帯域の劣化につながる。
例えば、使用波長範囲をＣバンド（1528.77〜1563.05ｎｍ）、波長間隔（ｄλ）を１００ＧＨｚ、波長数を４４波長、回折格子の溝本数（Ｎ）を１２００本／ｍｍ、回折次数（ｍ）を１、入射角αを６８度、ミラーピッチを２５０μｍとした場合の計算例を図１７に示す。この図１７において、点線４００がチャンネル番号（波長）に対するＭＥＭＳミラー１４０の位置（ｍｍ）、点線５００がチャンネル番号に対するビーム位置（ｍｍ）、符号６００がチャンネル番号に対する隣接チャンネル間ピッチ（μｍ）を示している。
この図１７から、回折格子出射後の各波長のビーム中心位置が、等間隔に並ぶＭＥＭＳミラー１４０の位置（点線４００）に対して、ずれてゆく様子が分かる。即ち、回折格子出射後、チャンネル番号＝１，２間のビーム間隔が２５０μｍとなるよう、集光レンズ１１３の焦点距離ｆLを定めた場合、チャンネル番号＝４３，４４間のビーム間隔は３４３μｍ程度まで拡がる。この場合、ビーム入射位置は、もはやＭＥＭＳミラー１４０の中心位置からは大きくずれており、透過帯域の大幅な劣化を招いてしまう。
本発明は、以上のような課題に鑑み創案されたもので、透過帯域の特性劣化を回避して透過帯域特性を拡大できるようにした、光スイッチを提供することを目的とする。
本発明の光スイッチは、複数の波長が波長多重された波長多重光を波長毎に分光する回折格子と、該回折格子により分光された波長毎の光を反射することができるように、それぞれ分光方向に沿って配置された複数の可動反射体とをそなえ、前記複数の可動反射体のうち、より長い波長の光を反射する可動反射体の各中心距離が、より短い波長の光を反射する可動反射体の各中心距離に対して長く、該分光方向に沿った各区間における複数の該可動反射体の形状が該区間単位で相互に異なり、さらに、前記複数の可動反射体のうち、より長い波長の光を反射する区間における複数の可動反射体の分光方向の幅が、より短い波長の光を反射する他の区間における複数の可動反射体の分光方向の幅よりも広く設定されたことを特徴としている。
さらに、本発明の光スイッチは、より好ましくは、該回折格子により分光された波長毎の光を対応する上記可動反射体に集光する集光光学系をさらにそなえ、該集光光学系の焦点距離をｆL、該波長多重光の波長間隔をΔλ、該回折格子の単位長さ当たりの溝本数をＮ、該回折格子の回折次数をｍ、該回折格子からの光の出射角をβとしたときに、該可動反射体の各中心距離ｄｙが、
で表されるのがよい。
また、上記の各可動反射体の形状が、前記配置間隔に応じて変化していてもよい。
また、上記の各可動反射体の形状が、前記配置間隔に応じて変化していてもよい。
さらに、前記複数の可動反射体の分光方向と垂直な方向の幅は同じに設定されていてもよい。
また、前記のより長い波長の光を反射する前記区間における複数の可動反射体の反射面を所定角傾けるのに用いる制御用の電圧は、前記のより短い波長の光を反射する前記他の区間における複数の可動反射体の反射面を該所定角傾けるのに用いる制御用の電圧よりも大きく設定されていてもよい。
さらに、前記のより長い波長の光を反射する前記区間における複数の可動反射体を支える回転軸の径は、前記のより短い波長の光を反射する前記他の区間における複数の可動反射体を支える回転軸の径よりも小さく設定されていてもよい。
また、本発明の光スイッチは、複数の波長が波長多重された波長多重光を波長毎に分光する回折格子と、該回折格子により分光された波長毎の光を反射することができるように、それぞれ分光方向に沿って配置された複数の可動反射体とをそなえ、前記複数の可動反射体のうち、該分光方向に沿った各区間における複数の該可動反射体の各中心距離が、前記各区間において同一であり、且つ、より長い波長の光を反射する可動反射体の属する区間における前記の各中心距離が、より短い波長の光を反射する可動反射体の属する他の区間における前記の各中心距離に対して長く、該分光方向に沿った各区間における複数の該可動反射体の形状が該区間単位で相互に異なり、さらに、前記複数の可動反射体のうち、より長い波長の光を反射する区間における複数の可動反射体の分光方向の幅が、より短い波長の光を反射する他の区間における複数の可動反射体の分光方向の幅よりも広く設定されたことを特徴としている。
さらに、前記のより長い波長の光を反射する前記区間における複数の可動反射体を支える回転軸の径は、前記のより短い波長の光を反射する前記他の区間における複数の可動反射体を支える回転軸の径よりも小さく設定されていてもよい。
また、本発明の光スイッチは、複数の波長が波長多重された波長多重光を波長毎に分光する回折格子と、該回折格子により分光された波長毎の光を反射することができるように、それぞれ分光方向に沿って配置された複数の可動反射体とをそなえ、前記複数の可動反射体のうち、該分光方向に沿った各区間における複数の該可動反射体の各中心距離が、前記各区間において同一であり、且つ、より長い波長の光を反射する可動反射体の属する区間における前記の各中心距離が、より短い波長の光を反射する可動反射体の属する他の区間における前記の各中心距離に対して長く、該分光方向に沿った各区間における複数の該可動反射体の形状が該区間単位で相互に異なり、さらに、前記複数の可動反射体のうち、より長い波長の光を反射する区間における複数の可動反射体の分光方向の幅が、より短い波長の光を反射する他の区間における複数の可動反射体の分光方向の幅よりも広く設定されたことを特徴としている。
上記の本発明によれば、個々の可動反射体の中央に所定波長のビームを当てることが可能となり、これにより、透過帯域の特性劣化を回避して透過帯域特性を拡大することができる。
〔Ａ〕一実施形態の説明
図１は本発明の一実施形態としての光スイッチ（波長選択スイッチ）の外観を示す模式的斜視図で、この図１に示す本実施形態の波長選択スイッチ１も、従来のもの（図１２参照）と同様に、その要部に着目すると、基板１０上に、入出力光学系を構成するコリメータアレイ１１と、入力ＷＤＭ光を波長毎に分光するための分光光学系を構成する分光器１２と、集光光学系を構成する集光レンズ１３と、スイッチング素子であるマイクロミラーアレイユニット１４とをそなえて構成される。
図１は本発明の一実施形態としての光スイッチ（波長選択スイッチ）の外観を示す模式的斜視図で、この図１に示す本実施形態の波長選択スイッチ１も、従来のもの（図１２参照）と同様に、その要部に着目すると、基板１０上に、入出力光学系を構成するコリメータアレイ１１と、入力ＷＤＭ光を波長毎に分光するための分光光学系を構成する分光器１２と、集光光学系を構成する集光レンズ１３と、スイッチング素子であるマイクロミラーアレイユニット１４とをそなえて構成される。
ここで、コリメータアレイ１１は、本例においても、例えば、ガラス基板の一方の面に複数のマイクロレンズ（コリメートレンズ；以下、単に「レンズ」という）が形成、配列されるとともに、他方の面の各レンズに対応する部分に光軸、即ち、レンズ中心とファイバコア中心とが一致した状態で接着や融着等によりそれぞれ接続された複数の光ファイバとをそなえて構成され、入力光ファイバからレンズへ入射した光をコリメート光に変換して分光器１２へ出力し、逆に、分光器１２からレンズへ入射したコリメート光を出力ファイバのコアに集光する機能を有している。なお、図１に示すコリメータアレイ１１も、入力ポートに対応する１本の入力ファイバ１１−１と出力ポートに対応する３本の出力ファイバ１１−２，１１−３，１１−４の計４本の光ファイバをそなえており、１入力３出力のコリメータアレイとして構成されている。
分光器（分光素子）１２は、入射光を波長によって異なる方向（角度）へ反射するもので、本実施形態においても、例えば図１４により前述した回折格子（ブレーズ型回折格子）が用いられる。なお、本例においても、反射型及び透過型のいずれを適用してもよく、透過型回折格子を用いる場合には、集光レンズ１３及びマイクロミラーアレイユニット１４が透過型回折格子の後方にくるように配置すればよい。また、周期的な透過特性を有するＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）も、非周期的な特定の透過特性部分を使用することとすれば適用可能である。
マイクロミラーアレイユニット１４は、入力ファイバ１１−１からの入射光を出力ファイバ１１−２，１１−３，１１−４のいずれかへ反射させてポート切り替えを行なうスイッチング素子として機能するもので、本例でも、シリコンマイクロマシン技術（ＭＥＭＳ技術）を用いて作製されたマイクロミラー（ＭＥＭＳミラー；可動反射体）４１がアレイ状に配置されて構成される。具体的には、分光器（回折格子）１２により分離された１波長に対して１つのＭＥＭＳミラー４１が配置される。
ただし、本実施形態では、従来のように分光方向に対して等間隔ではなく、図２に示すごとく、分光方向に対して不等間隔で各ＭＥＭＳミラー４１を配置する。即ち、波長（チャンネル）毎のＭＥＭＳミラー４１の間隔が、回折格子１２出射後のビーム間隔と一致するよう配置する。より詳細には、図３に示す数値例に従って各ＭＥＭＳミラー４１間のピッチを設定する。この図３に示す数値（ピッチ）は、図１７で前述した計算条件と同じ条件で、下記式から求められる値である。即ち、各ＭＥＭＳミラー４１は、入射光の波長が長い（つまり、周波数の低い）ＭＥＭＳミラー４１ほど配置間隔（ミラーピッチ）が広くなるように配置される。
ただし、この場合も、（３）式において、ｄｙはＭＥＭＳミラー４１の配置間隔、ｆLは集光レンズ１３の焦点距離、ΔλはＷＤＭ光の波長間隔、Ｎは回折格子１２の単位長さ（１ｍｍ）当たりの溝本数、ｍは回折格子１２の回折次数、βは回折格子１２からの光の出射角をそれぞれ表す。なお、各ＭＥＭＳミラー４１の配置間隔には、これらのパラメータに応じて、それぞれ最適な値が存在することは自明である。
各ＭＥＭＳミラー４１は、例えば図４（Ａ）に示すごとく、シリコン製等の基板４１１上に、トーションバー〔可動（回転）軸〕４１６を含むミラー支持機構４１４と、このミラー支持機構４１４によりトーションバー４１６を軸として傾斜角可変に支持されたミラー（光反射面）４１５と、ミラー４１５の下部に相当する位置に配置された電極４１２，４１３とをそなえて構成され、初期状態ではミラー４１５は基板４１１と平行に保たれている。かかる状態で、例えば図４（Ｂ）に示すごとく一方の電極４１２に電圧が印可された際には、電極４１２とミラー４１５との間に静電気力が発生し、電圧値によりミラー４１５の傾斜角を制御することができる。この原理により、波長選択スイッチ１において、入力光をいずれかの出力ポート（出力ファイバ１１−２，１１−３，１１−４）に選択的に出力する動作が可能となる。
なお、トーションバー４１６（例えば、図７参照）を含むミラー支持機構４１４やミラー４１５等は、半導体プロセスを用い、シリコン等の基板４１１にエッチング等の微細加工を施すことによって形成される。このように、微小部品を集積化するＭＥＭＳ技術を用いると、微小部品を一括生産できるため、システムの小型化、高性能化を図ることができる。
集光レンズ１３は、分光器１２により分離された各波長の光を平行にして１波長の光を所定のＭＥＭＳミラー４１に集光する一方、いずれかのＭＥＭＳミラー４１で反射されてくる光を集光して分光器１２経由でコリメータアレイ１１へ出力するものである。
以上のような構成により、本実施形態の波長選択スイッチ１では、コリメータアレイ１１の入力ファイバ１１−１を通じて入力されたＷＤＭ光が前記レンズによりコリメート光に変換された後、分光器（回折格子）１２に入射し、当該分光器１２にて波長毎に異なる角度で出射されて集光レンズ１３に入射し、当該集光レンズ１３によりマイクロミラーアレイユニット１４の対応するＭＥＭＳミラー４１に集光される。
以上のような構成により、本実施形態の波長選択スイッチ１では、コリメータアレイ１１の入力ファイバ１１−１を通じて入力されたＷＤＭ光が前記レンズによりコリメート光に変換された後、分光器（回折格子）１２に入射し、当該分光器１２にて波長毎に異なる角度で出射されて集光レンズ１３に入射し、当該集光レンズ１３によりマイクロミラーアレイユニット１４の対応するＭＥＭＳミラー４１に集光される。
このとき、各ＭＥＭＳミラー４１は、図２及び図３により上述したごとく、波長（チャンネル）毎のＭＥＭＳミラー４１の間隔が、回折格子１２出射後のビーム間隔と一致するよう不等間隔に、より詳細には、入射する光の波長が長い（周波数の低い）ＭＥＭＳミラー４１ほど配置間隔が広くなるように配置されているので、上述したごとく波長によって分光方向にずれが生じてビーム間隔が不等間隔になっていても、個々のＭＥＭＳミラー４１の中央に所定波長のビームを当てることが可能となる。
さて、当該ＭＥＭＳミラー４１に入射して反射された光は、往路とは異なる光路で、再び集光レンズ１３及び分光器１２を経由して、ＭＥＭＳミラー４１の傾斜角に応じてコリメータアレイ１１のいずれかの出力ファイバ１１−２，１１−３，１１−４に入射する。そして、反射光の結合先である出力ファイバ１１−２，１１−３，１１−４を変更する際には、個々のＭＥＭＳミラー４１の傾斜角を変更する。このようにして、波長単位の出力切り替えが実現される。なお、本例においても、ＭＥＭＳミラー４１の傾斜角を調整して出力ファイバ１１−２，１１−３，１１−４のコアへの光結合量を調整することで、当該出力切り替え機能とともに前述した光アッテネータ機能を実現することができる。
以上のように、本実施形態の波長選択スイッチ１によれば、ＭＥＭＳミラー４１の間隔が回折格子１２出射後のビーム間隔と一致するよう不等間隔に（入射光波長が長いＭＥＭＳミラー４１ほど配置間隔が広く）配置されているので、個々のＭＥＭＳミラー４１の中央に所定波長のビームを当てることが可能となり、これにより、透過帯域の特性劣化を回避して透過帯域特性を拡大することができる。したがって、（１）波長ずれに対する損失劣化が抑制できる、（２）対応可能なビットレートの上限が向上する、（３）波長選択スイッチ１の多段接続数を増加できる、等のメリットが得られ、柔軟なネットワーク設計が可能となる。
〔Ｂ〕変形例の説明
（Ｂ１）ミラーサイズを可変にした構成
上述した実施形態では、分光方向に沿って並んだ各ＭＥＭＳミラー４１（ミラー４１５）の形状（ミラーサイズ）がそれぞれミラーピッチに関わらず同一であることを前提にしているが、長波長の光が入射する（図５の紙面右方向に位置する）ＭＥＭＳミラー４１ほど、回折格子１２からの出射角が急になるとともに、同じ角度変化に対するＭＥＭＳミラー４１上の分光方向のビーム移動量が大きくなるため、各ミラーサイズが同一であると、長波長の光が入射する（図５の紙面右方向に位置する）ＭＥＭＳミラー４１ほど、中心波長ずれ等による透過帯域劣化が生じやすくなる。
（Ｂ１）ミラーサイズを可変にした構成
上述した実施形態では、分光方向に沿って並んだ各ＭＥＭＳミラー４１（ミラー４１５）の形状（ミラーサイズ）がそれぞれミラーピッチに関わらず同一であることを前提にしているが、長波長の光が入射する（図５の紙面右方向に位置する）ＭＥＭＳミラー４１ほど、回折格子１２からの出射角が急になるとともに、同じ角度変化に対するＭＥＭＳミラー４１上の分光方向のビーム移動量が大きくなるため、各ミラーサイズが同一であると、長波長の光が入射する（図５の紙面右方向に位置する）ＭＥＭＳミラー４１ほど、中心波長ずれ等による透過帯域劣化が生じやすくなる。
そこで、各ＭＥＭＳミラー４１の形状（ミラーサイズ）をミラーピッチに応じて変化させる。具体的には、例えば図５に模式的に示すように、ミラーピッチ（Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，…，Ｐｈ）が広くなるほど、つまり、入射光の波長が長いＭＥＭＳミラー４１ほど、分光方向（図５の紙面左右方向）の幅（ミラー幅）が大きくなる（Ｗａ＜Ｗｂ＜Ｗｃ＜Ｗｄ＜Ｗｅ＜Ｗｆ＜Ｗｇ＜Ｗｈ＜Ｗｉ）ようにミラーサイズを設定する。このようにすれば、長波長側のＭＥＭＳミラー４１においても、中心波長ずれ等による透過帯域劣化を抑制することが可能となる。
なお、この例では、分光方向のミラー幅のみを各ＭＥＭＳミラー４１で可変とし分光方向と直交する方向の幅（ミラー高さ）は一定としているが、ミラー高さについても同様に可変にしてもよい。つまり、入射光の波長が長いＭＥＭＳミラー４１ほどミラー面積が大きくなるように設定することもできる。
また、上記の例では、全てのＭＥＭＳミラー４１のミラーサイズを可変としているが、一部のＭＥＭＳミラー４１については同一サイズとしてもよい。即ち、例えば図６に模式的に示すように、分光方向に沿って並んだ各ＭＥＭＳミラー４１をいくつかのブロックにグループ分けし（図６では３つずつの３グループ）、同一ブロック内（分光方向に沿った一定区間）では各ＭＥＭＳミラー４１の形状（ミラー幅）を一定（Ｗａ＝Ｗｂ＝Ｗｃ＜Ｗｄ＝Ｗｅ＝Ｗｆ＜Ｗｇ＝Ｗｈ＝Ｗｉ）としてもよい。さらには、ミラーピッチについても、これと同様に、同一ブロック内（分光方向に沿った一定区間）では一定とすることもできる。
また、上記の例では、全てのＭＥＭＳミラー４１のミラーサイズを可変としているが、一部のＭＥＭＳミラー４１については同一サイズとしてもよい。即ち、例えば図６に模式的に示すように、分光方向に沿って並んだ各ＭＥＭＳミラー４１をいくつかのブロックにグループ分けし（図６では３つずつの３グループ）、同一ブロック内（分光方向に沿った一定区間）では各ＭＥＭＳミラー４１の形状（ミラー幅）を一定（Ｗａ＝Ｗｂ＝Ｗｃ＜Ｗｄ＝Ｗｅ＝Ｗｆ＜Ｗｇ＝Ｗｈ＝Ｗｉ）としてもよい。さらには、ミラーピッチについても、これと同様に、同一ブロック内（分光方向に沿った一定区間）では一定とすることもできる。
このように、同一ブロック内ではミラー幅やミラーピッチを一定とする構成にすれば、必要なミラーサイズのＭＥＭＳミラー点数を削減することができるので、エッチング等のためのマスク設計を簡略化して製造工程や製造コストを削減することが可能となる。
（Ｂ２）ミラーサイズを可変にした場合の駆動方法
さて、上述のごとく単純にミラーサイズを可変にした場合、異なるミラーサイズのＭＥＭＳミラー４１では傾斜角可変時の可動抵抗が異なるため、所定の傾斜角変化を得るために必要な駆動電圧も異なることになる〔ＭＥＭＳミラー４１を支える回転軸（トーションバー）４１６の径は同じとする〕。このため、例えば図８に示すように、ミラーサイズの異なるＭＥＭＳミラー４１に対しては、そのミラーサイズに応じて駆動電圧を変化させて各ＭＥＭＳミラー４１の最大傾斜角が一定になるように、電極４１２，４１３に駆動電圧を印加する駆動回路１５を制御回路１６によって制御する。つまり、異なる形状のＭＥＭＳミラー４１は、それぞれ、個別の駆動電圧によって、その傾斜角が制御されるようにする。具体的には、前述した実施形態において、波長の長い光を反射するＭＥＭＳミラー４１の光反射面４１５をある角度傾けるのに適用する電圧を、波長の短い光を反射するＭＥＭＳミラー４１の光反射面４１５を同じ角度傾けるのに適用する電圧よりも大きく設定（例えば、サイズの異なるＭＥＭＳミラー４１毎に、各傾斜角に対応する電圧値をそれぞれメモリに記憶）しておくのである。
（Ｂ２）ミラーサイズを可変にした場合の駆動方法
さて、上述のごとく単純にミラーサイズを可変にした場合、異なるミラーサイズのＭＥＭＳミラー４１では傾斜角可変時の可動抵抗が異なるため、所定の傾斜角変化を得るために必要な駆動電圧も異なることになる〔ＭＥＭＳミラー４１を支える回転軸（トーションバー）４１６の径は同じとする〕。このため、例えば図８に示すように、ミラーサイズの異なるＭＥＭＳミラー４１に対しては、そのミラーサイズに応じて駆動電圧を変化させて各ＭＥＭＳミラー４１の最大傾斜角が一定になるように、電極４１２，４１３に駆動電圧を印加する駆動回路１５を制御回路１６によって制御する。つまり、異なる形状のＭＥＭＳミラー４１は、それぞれ、個別の駆動電圧によって、その傾斜角が制御されるようにする。具体的には、前述した実施形態において、波長の長い光を反射するＭＥＭＳミラー４１の光反射面４１５をある角度傾けるのに適用する電圧を、波長の短い光を反射するＭＥＭＳミラー４１の光反射面４１５を同じ角度傾けるのに適用する電圧よりも大きく設定（例えば、サイズの異なるＭＥＭＳミラー４１毎に、各傾斜角に対応する電圧値をそれぞれメモリに記憶）しておくのである。
一方、ミラーサイズが異なる場合であっても、その可動抵抗を同一にすることができれば、共通の駆動電圧でミラーサイズの異なる各ＭＥＭＳミラー４１について同じ傾斜角変化を得ることが可能になる。そこで、例えば図７に模式的に示すように、ミラーサイズの異なる各ＭＥＭＳミラー４１について、そのミラーサイズに応じてトーションバー４１６の形状（断面積）を変化させる、より詳細には、ミラーサイズの大きいＭＥＭＳミラー４１ほど（より波長の長い光を反射させるＭＥＭＳミラー４１ほど）トーションバー４１６の径（断面積）を小さく設定して各ＭＥＭＳミラー４１の可動抵抗が一定となるようにする。
これにより、形状の異なるＭＥＭＳミラー４１に対しても共通の駆動電圧でそれぞれの傾斜角を制御することが可能となるので、波長選択スイッチ１の消費電力や回路規模、コスト等を削減することが可能となる。
例えば、各ＭＥＭＳミラー４１に対して、各傾斜角に対応する電圧値を共通して記憶しておき、ＭＥＭＳミラー４１を傾斜させるための電圧値を取得する際には、いずれのＭＥＭＳミラー４１であっても、この共通して記憶した電圧値を読み出して適用するのである。なお、もちろん、微調整が必要とされる場合は、各ＭＥＭＳミラー４１毎に微調整することもできるが、粗調整はこの共通した記憶情報を適用することが効率的である。
例えば、各ＭＥＭＳミラー４１に対して、各傾斜角に対応する電圧値を共通して記憶しておき、ＭＥＭＳミラー４１を傾斜させるための電圧値を取得する際には、いずれのＭＥＭＳミラー４１であっても、この共通して記憶した電圧値を読み出して適用するのである。なお、もちろん、微調整が必要とされる場合は、各ＭＥＭＳミラー４１毎に微調整することもできるが、粗調整はこの共通した記憶情報を適用することが効率的である。
なお、図７では図６により上述した構成、即ち、分光方向に沿って並んだ各ＭＥＭＳミラー４１をいくつかのブロックにグループ分けし、同一ブロック内のＭＥＭＳミラー４１のミラーサイズを同一とした構成を前提として、同一ブロック内の各ＭＥＭＳミラー４１のトーションバー４１６についてはそれぞれ同一としている。したがって、異なる形状のトーションバー４１６のＭＥＭＳミラー点数を削減することができ、この場合も、エッチング等のためのマスク設計を簡略化して製造工程や製造コストを削減することが可能となる。
もっとも、図５により前述したように、全てのＭＥＭＳミラー４１のミラーサイズが異なる場合には、それぞれのトーションバー４１６の形状を各ＭＥＭＳミラー４１で可動抵抗が同一（共通の駆動電圧で制御可能）となるように設定すればよい。また、可動抵抗を同一にする手段としては、例えば、ミラー４１５の重量を各ＭＥＭＳミラー４１で変化させることも考えられる。
なお、本発明は、上述した実施形態及び変形例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
〔Ｃ〕付記
（付記１）
複数の波長が波長多重された波長多重光を波長毎に分光する分光素子と、
該分光素子により分光された波長毎の光を反射することができるように、それぞれ分光方向に沿って不等間隔に配置された複数の可動反射体とをそなえたことを特徴とする、光スイッチ。
〔Ｃ〕付記
（付記１）
複数の波長が波長多重された波長多重光を波長毎に分光する分光素子と、
該分光素子により分光された波長毎の光を反射することができるように、それぞれ分光方向に沿って不等間隔に配置された複数の可動反射体とをそなえたことを特徴とする、光スイッチ。
（付記２）
上記の各可動反射体の配置される間隔が、入射する光の波長が長い可動反射体ほど広くなるように設定されていることを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
（付記３）
該分光素子が、回折格子であることを特徴とする、付記１又は２に記載の光スイッチ。
上記の各可動反射体の配置される間隔が、入射する光の波長が長い可動反射体ほど広くなるように設定されていることを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
（付記３）
該分光素子が、回折格子であることを特徴とする、付記１又は２に記載の光スイッチ。
（付記４）
該分光素子により分光された波長毎の光を対応する上記可動反射体に集光する集光光学系をさらにそなえ、
該集光光学系の焦点距離をｆL、該波長多重光の波長間隔をΔλ、該回折格子の単位長さ当たりの溝本数をＮ、該回折格子の回折次数をｍ、該回折格子からの光の出射角をβとしたときに、該可動反射体の配置間隔ｄｙが、
該分光素子により分光された波長毎の光を対応する上記可動反射体に集光する集光光学系をさらにそなえ、
該集光光学系の焦点距離をｆL、該波長多重光の波長間隔をΔλ、該回折格子の単位長さ当たりの溝本数をＮ、該回折格子の回折次数をｍ、該回折格子からの光の出射角をβとしたときに、該可動反射体の配置間隔ｄｙが、
で表されることを特徴とする、付記３記載の光スイッチ。
（付記５）
該可動反射体が、マイクロマシン技術を用いて作製されたマイクロミラーであることを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
（付記６）
該マイクロミラーは、それぞれに配置された電極への印加電圧により発生する静電気力によって、その傾斜角が制御されるように構成されたことを特徴とする、付記５記載の光スイッチ。
（付記５）
該可動反射体が、マイクロマシン技術を用いて作製されたマイクロミラーであることを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
（付記６）
該マイクロミラーは、それぞれに配置された電極への印加電圧により発生する静電気力によって、その傾斜角が制御されるように構成されたことを特徴とする、付記５記載の光スイッチ。
（付記７）
上記の各可動反射体の形状が、前記配置間隔に応じて変化していることを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
（付記８）
該分光方向に沿った一定区間における複数の該可動反射体の形状がそれぞれ同一であることを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
上記の各可動反射体の形状が、前記配置間隔に応じて変化していることを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
（付記８）
該分光方向に沿った一定区間における複数の該可動反射体の形状がそれぞれ同一であることを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
（付記９）
該分光方向に沿った一定区間における複数の該可動反射体の配置間隔が同一であることを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
（付記１０）
上記の各可動反射体の光入射面の少なくとも該分光方向の長さが、入射する光の波長が長い可動反射体ほど大きくなるように設定されていることを特徴とする、付記７記載の光スイッチ。
該分光方向に沿った一定区間における複数の該可動反射体の配置間隔が同一であることを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
（付記１０）
上記の各可動反射体の光入射面の少なくとも該分光方向の長さが、入射する光の波長が長い可動反射体ほど大きくなるように設定されていることを特徴とする、付記７記載の光スイッチ。
（付記１１）
上記の各可動反射体の形状が、それぞれの駆動電圧が同一となるように設定されていることを特徴とする、付記１０記載の光スイッチ。
（付記１２）
上記の各可動反射体の可動軸の断面積が、前記各可動反射体で該駆動電圧が同一となるよう、該分光方向の長さが大きい可動反射体ほど小さく設定されていることを特徴とする、付記１１記載の光スイッチ。
上記の各可動反射体の形状が、それぞれの駆動電圧が同一となるように設定されていることを特徴とする、付記１０記載の光スイッチ。
（付記１２）
上記の各可動反射体の可動軸の断面積が、前記各可動反射体で該駆動電圧が同一となるよう、該分光方向の長さが大きい可動反射体ほど小さく設定されていることを特徴とする、付記１１記載の光スイッチ。
（付記１３）
異なる形状の前記各可動反射体が、それぞれ、個別の駆動電圧によって、その傾斜角が制御されるように構成されたことを特徴とする、付記７記載の光スイッチ。
（付記１４）
異なる形状の前記各可動反射体が、それぞれ、共通の駆動電圧によって、その傾斜角が制御されるように構成されたことを特徴とする、付記１１又は１２に記載の光スイッチ。
異なる形状の前記各可動反射体が、それぞれ、個別の駆動電圧によって、その傾斜角が制御されるように構成されたことを特徴とする、付記７記載の光スイッチ。
（付記１４）
異なる形状の前記各可動反射体が、それぞれ、共通の駆動電圧によって、その傾斜角が制御されるように構成されたことを特徴とする、付記１１又は１２に記載の光スイッチ。
（付記１５）
前記分光された光のうち、より長い波長の光を反射する可動反射体の分光方向の幅が、より短い波長の光を反射する可動反射体の分光方向の幅よりも広く設定されたことを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
（付記１６）
前記複数の可動反射体の分光方向と垂直な方向の幅は同じに設定されたことを特徴とする、付記１５記載の光スイッチ。
前記分光された光のうち、より長い波長の光を反射する可動反射体の分光方向の幅が、より短い波長の光を反射する可動反射体の分光方向の幅よりも広く設定されたことを特徴とする、付記１記載の光スイッチ。
（付記１６）
前記複数の可動反射体の分光方向と垂直な方向の幅は同じに設定されたことを特徴とする、付記１５記載の光スイッチ。
（付記１７）
更に、前記複数の可動反射体は、前記分光された光のうち、より長い波長の光を反射する可動反射体間の距離が、より短い波長の光を反射する可動反射体間の距離に対して長く設定されたことを特徴とする、付記１５記載の光スイッチ。
（付記１８）
前記のより長い波長の光を反射する可動反射体の反射面を所定角傾けるのに用いる制御用の電圧は、前記のより短い波長の光を反射する可動反射体の反射面を該所定角傾けるのに用いる制御用の電圧よりも大きく設定されたことを特徴とする、付記１５記載の光スイッチ。
更に、前記複数の可動反射体は、前記分光された光のうち、より長い波長の光を反射する可動反射体間の距離が、より短い波長の光を反射する可動反射体間の距離に対して長く設定されたことを特徴とする、付記１５記載の光スイッチ。
（付記１８）
前記のより長い波長の光を反射する可動反射体の反射面を所定角傾けるのに用いる制御用の電圧は、前記のより短い波長の光を反射する可動反射体の反射面を該所定角傾けるのに用いる制御用の電圧よりも大きく設定されたことを特徴とする、付記１５記載の光スイッチ。
（付記１９）
前記のより長い波長の光を反射する可動反射体を支える回転軸の径は、前記のより短い波長の光を反射する可動反射体を支える回転軸の径よりも小さく設定されたことを特徴とする、付記１５記載の光スイッチ。
前記のより長い波長の光を反射する可動反射体を支える回転軸の径は、前記のより短い波長の光を反射する可動反射体を支える回転軸の径よりも小さく設定されたことを特徴とする、付記１５記載の光スイッチ。
１ 光スイッチ（波長選択スイッチ）
１０ 基板
１１ コリメータアレイ（入出力光学系）
１１−１ 入力ファイバ
１１−２，１１−３，１１−４ 出力ファイバ
１２ 分光器〔分光素子（回折格子）；分光光学系〕
１３ 集光レンズ（集光光学系）
１４ マイクロミラーアレイユニット（スイッチング素子）
１５ 駆動回路
１６ 制御回路
４１ マイクロミラー（ＭＥＭＳミラー）
４１１ 基板
４１２，４１３ 電極
４１４ ミラー支持機構
４１５ ミラー（光反射面）
４１６ トーションバー〔可動（回転）軸〕
１０ 基板
１１ コリメータアレイ（入出力光学系）
１１−１ 入力ファイバ
１１−２，１１−３，１１−４ 出力ファイバ
１２ 分光器〔分光素子（回折格子）；分光光学系〕
１３ 集光レンズ（集光光学系）
１４ マイクロミラーアレイユニット（スイッチング素子）
１５ 駆動回路
１６ 制御回路
４１ マイクロミラー（ＭＥＭＳミラー）
４１１ 基板
４１２，４１３ 電極
４１４ ミラー支持機構
４１５ ミラー（光反射面）
４１６ トーションバー〔可動（回転）軸〕
Claims (6)
- 複数の波長が波長多重された波長多重光を波長毎に分光する回折格子と、
該回折格子により分光された波長毎の光を反射することができるように、それぞれ分光方向に沿って配置された複数の可動反射体とをそなえ、
前記複数の可動反射体のうち、より長い波長の光を反射する可動反射体の各中心距離が、より短い波長の光を反射する可動反射体の各中心距離に対して長く、
該分光方向に沿った各区間における複数の該可動反射体の形状が該区間単位で相互に異なり、さらに、
前記複数の可動反射体のうち、より長い波長の光を反射する区間における複数の可動反射体の分光方向の幅が、より短い波長の光を反射する他の区間における複数の可動反射体の分光方向の幅よりも広く設定された、
ことを特徴とする、光スイッチ。 - 該回折格子により分光された波長毎の光を対応する上記可動反射体に集光する集光光学系をさらにそなえ、
該集光光学系の焦点距離をｆＬ、該波長多重光の波長間隔をΔλ、該回折格子の単位長さ当たりの溝本数をＮ、該回折格子の回折次数をｍ、該回折格子からの光の出射角をβとしたときに、該可動反射体の各中心距離ｄｙが、
で表されることを特徴とする、請求項１記載の光スイッチ。 - 前記複数の可動反射体の分光方向と垂直な方向の幅は同じに設定されたことを特徴とする、請求項１記載の光スイッチ。
- 前記のより長い波長の光を反射する前記区間における複数の可動反射体の反射面を所定角傾けるのに用いる制御用の電圧は、前記のより短い波長の光を反射する前記他の区間における複数の可動反射体の反射面を該所定角傾けるのに用いる制御用の電圧よりも大きく設定されたことを特徴とする、請求項１記載の光スイッチ。
- 前記のより長い波長の光を反射する前記区間における複数の可動反射体を支える回転軸の径は、前記のより短い波長の光を反射する前記他の区間における複数の可動反射体を支える回転軸の径よりも小さく設定されたことを特徴とする、請求項１記載の光スイッチ。
- 複数の波長が波長多重された波長多重光を波長毎に分光する回折格子と、
該回折格子により分光された波長毎の光を反射することができるように、それぞれ分光方向に沿って配置された複数の可動反射体とをそなえ、
前記複数の可動反射体のうち、該分光方向に沿った各区間における複数の該可動反射体の各中心距離が、前記各区間において同一であり、且つ、より長い波長の光を反射する可動反射体の属する区間における前記の各中心距離が、より短い波長の光を反射する可動反射体の属する他の区間における前記の各中心距離に対して長く、
該分光方向に沿った各区間における複数の該可動反射体の形状が該区間単位で相互に異なり、さらに、
前記複数の可動反射体のうち、より長い波長の光を反射する区間における複数の可動反射体の分光方向の幅が、より短い波長の光を反射する他の区間における複数の可動反射体の分光方向の幅よりも広く設定された、
ことを特徴とする、光スイッチ。
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