JP4651635B2 - 波長選択スイッチ - Google Patents

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Description

本発明は、波長多重光を分光素子で波長毎に分離した後にレンズを用いて集光して可動ミラーで反射させることにより各波長の光の経路の切り替えを行う波長選択スイッチに関し、特に、非動作時に入出力間の接続が断状態となる波長選択スイッチに関する。
ノード間の接続がリング状またはメッシュ状の形態となるフォトニックネットワークにおいては、あるノードまたは経路で障害が発生した場合、ネットワーク全体の通信サービスがダウンしないように、障害の発生していないノードまたは経路を経由して光信号を伝送し、通信の信頼性を向上させる構造をとっている。また、上記の障害から復旧する時は、予め決めたルールに基づいて各ノードにおける光スイッチの設定が進められる。そのため、何等かの装置障害で非動作の状態となっている光スイッチにおいて、入出力間の経路が接続されていると、意図しないネットワークの接続状態が発生してしまい問題となる。この問題を解決するために、各ノードの光スイッチについては、非動作時に入出力間の接続を断状態にすることが要求される。
上記のようなフォトニックネットワークの各ノードに配置可能な光スイッチの１つとしては、可動ミラーを用いて光の方向を切り替えるようにした波長選択スイッチが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図１２は、従来の波長選択スイッチの構成例を示す斜視図である。この従来の波長選択スイッチは、ファイバコリメータアレイ１０１、回折格子１０２、集光レンズ１０３、ミラーアレイ１０４および１／４波長板１０５から構成される。ファイバコリメータアレイ１０１は、Ｎ（≧３）本のファイバコリメータが１方向に並べて配置され、１つの入力ポートおよび複数の出力ポートを構成している。入力ポートから出力されたＷＤＭ光は、回折格子１０２により波長に応じて異なる角度方向に分離された後、各波長の光が集光レンズ１０３により異なる位置に集光される。各波長の光の集光位置には、波長数に対応した複数個の可動ミラーを備えたミラーアレイ１０４が配置されている。可動ミラーは、例えばマイクロマシン（Micro Electro Mechanical Systems：ＭＥＭＳ）技術を用いて形成され、反射面の角度が駆動信号に応じて制御可能な微小ミラーである。ミラーアレイ１０４に到達した各波長の光は、対応する可動ミラーでそれぞれ反射され、各々の反射面の角度に応じた方向に折り返される。このとき、各可動ミラーの反射面が、入力される光の出力先に設定されたいずれか１つの出力ポートの位置に対応した所定の角度に制御されることにより、各々の可動ミラーで折り返された各波長の光は、集光レンズ１０３、１／４波長板１０５および回折格子１０２を順に通って、目的の出力ポートにそれぞれ導かれる。
図１３は、従来の波長選択スイッチの他の構成例を示す斜視図である。この波長選択スイッチは、上記の図１２に示した構成例と比べて透過型の回折格子１０２’を用いた点が異なり、その他の構成は図１２の場合と同様である。
なお、ここでは回折格子で各波長の光が角度分散される方向をＸ方向、入出力ポートが
配列された方向をＹ方向、Ｘ−Ｙ平面に垂直な光軸方向をＺ方向としている。
このような従来の波長選択スイッチは、入力されるＷＤＭ光に含まれる複数の波長の光について、ミラーアレイ１０４上の各可動ミラーの反射面の角度を制御することにより、任意の波長の光を選択して目的の出力ポートに導くことのできる波長選択機能を有している。また、入力と出力の関係を逆にすることで、複数の入力ポートに与えられる光を波長に応じて選択して１つの出力ポートに導くことも可能である。
上記のような従来の波長選択スイッチにおいて、非動作時に入出力ポート間の接続を断状態にするには、例えば図１４の上面図および図１５の側面図に示すように、非動作時の可動ミラーの角度を、入出力ポート間の接続が最適な状態からポートを切り替える方向（Ｙ方向）に意図的にオフセットさせた状態として、ミラーアレイを実装することが考えられる。なお、図１４および図１５には、図１３に示した透過型の回折格子を用いた場合の一例を示したが、図１２の反射型の回折格子を用いた場合も同様である。このように可動ミラーの角度にＹ方向のオフセットをかけることにより、非動作時には可動ミラーで反射された後にコリメータアレイに到達する光はＹ方向に逸れるようになるため、入出力ポート間の接続が断状態となる。そして、復旧時には上記のオフセット分を加えた所望の角度で可動ミラーを動作状態とすることにより通常の経路が接続される。さらに、経路を切り替える時には、現在の可動ミラーの角度に切替え前後のポートの配置に応じた角度を加えることで他のポートへの接続が行われる。
米国特許第６６６１９４８号明細書
しかし、上記のような従来の波長選択スイッチについて多数の入出力ポートが設けられるようになった場合、上述の図１４および図１５に示したように可動ミラーの角度をＹ方向にオフセットしただけでは、非動作時に入出力ポート間の接続を確実に断状態とすることが難しくなる。具体的には、例えば図１６に示すような４つの入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４と１つの出力ポートＰｏｕｔを有する波長選択スイッチの場合、すべての入力ポートと、入力ポートへの戻りを含めた出力ポートとの間で、光結合が許容値以下となるように、非動作時における可動ミラーの角度を決める必要があり、多数の入出力ポートの組み合わせに対して可動ミラーの角度をＹ方向にのみオフセットしただけでは対応しきれなくなるという問題が生じる。
上記の問題に対しては、例えば図１７の上面図に示すように、可動ミラーの角度をＸ方向（回折格子での角度分散方向）にオフセットし、各可動ミラーで反射された後にコリメータアレイに到達する光がＹ方向ではなくＸ方向に逸れるようにすることで、非動作時にすべての入出力ポート間の接続を断状態にすることができる。
しかしながら、上記のように可動ミラーの角度をＸ方向にオフセットした場合、図１７の下段に示すように、動作時に入出力ポート間が接続状態とされたとき、集光レンズからミラーアレイ１０４上の各波長に対応した可動ミラーまでの距離がそれぞれ異なるため、各可動ミラーの反射面上に集光される光のビーム径が波長毎に相違するようになる。このため、各可動ミラーで反射されて出力ポートに導かれる各波長の光の間に損失差が発生してしまうと共に、可動ミラーの反射面上に集光される光のビームが広がることで当該波長の帯域が狭くなってしまうという問題点がある。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、動作時の性能を劣化させることなく非動作時における入出力間の接続を断状態にできる波長選択スイッチを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の波長選択スイッチは、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートが第１方向に配列された入出力光学系と、前記入出力光学系の入力ポートから出力される光を波長に応じて分離し、前記第１方向とは異なる第２方向に角度分散させる分光素子と、前記分光素子から出力された光を集光させる集光レンズと、前記集光レンズで集光された各波長の光の集光位置に角度可変の反射面が配置された複数の可動ミラーを有し、該各可動ミラーで反射された各波長の光が、前記集光レンズおよび前記分光素子を介して、前記入出力光学系の出力先に設定された出力ポートに導かれるように、前記各可動ミラーの反射面の角度が制御されるミラーアレイと、を備える。この波長選択スイッチの前記集光レンズは、前記分光素子から出力される光ビームの前記第２方向への広がり角の中心を通る軸に対して、レンズの中心軸を前記第２方向にシフトさせて配置されている。また、前記ミラーアレイは、前記各可動ミラーを駆動しない非動作時に、前記第２方向について、前記集光レンズで集光された各波長の光が、前記集光レンズの中心軸の前記第２方向へのシフト量に対応したオフセット角度だけ、前記各可動ミラーの反射面の法線方向に対して傾けて前記各可動ミラーに入射され、前記各可動ミラーを駆動する動作時には、前記第２方向について、前記各可動ミラーの反射面の角度が前記オフセット角度に応じて制御され、前記集光レンズで集光された各波長の光が前記各可動ミラーに垂直入射される。
上記のような構成の波長選択スイッチでは、入出力光学系の入力ポートから出力される光が分光素子で波長に応じて第２方向に角度分散された後に、各波長の光が集光レンズを通過することでミラーアレイの対応する可動ミラー上に集光される。このとき、分光素子からの出力ビームの第２方向への広がり角の中心を通る軸に対して、集光レンズの中心軸が第２方向にシフトした配置とされていることで、非動作時には、各可動ミラーに対して集光レンズの第２方向へのシフト量に対応したオフセット角度をもって光が入射され、その反射光が２倍のオフセット角度の方向に出射されることになり、集光レンズおよび分光素子を介して入出力光学系に戻される各波長の光は第２方向に逸れるようになる。一方、動作時には、各可動ミラーの反射面の角度がオフセット角度に応じて第２方向に制御されることで、集光レンズからの各波長の光が各可動ミラーに垂直入射され、その反射光が集光レンズおよび分光素子を介して入出力光学系に戻され、出力先に設定された出力ポートに入力されるようになる。
上記のように本発明の波長選択スイッチによれば、集光レンズの中心軸を第２方向にシフトさせた配置を適用したことで、集光レンズと各可動ミラーとの間における各々の光ビームの伝搬距離がすべて等しくなるため、動作時に入力ポートから出力ポートに導かれる各波長の光の間に実質的な損失差を発生させることなく、かつ、各波長の帯域も良好な特性を確保したまま、非動作時における入出力ポート間の断状態を実現することができる。また、入出力ポートが配置された第１方向とは異なる第２方向に可動ミラーの角度をオフセットさせる構成であるため、従来のように第１方向にオフセットさせる場合と比べて、入出力ポートの接続の切り替えを行う際の可動ミラーの最大振り角を低減することも可能である。
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１および図２は、本発明の第１実施形態による波長選択スイッチの主要部の構成を示す図であって、図１は上面図、図２は側面図である。なお、本波長選択スイッチ全体の構成は、上述の図１３に示した従来の構成と基本的に同様である。
図１および図２において、第１実施形態の波長選択スイッチは、例えば、入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４および出力ポートＰｏｕｔが第１方向（Ｙ方向）に配列された入出力光学系１と、該入出力光学系１の各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４から出力される光を、波長に応じて分離して第２方向（Ｘ方向）に角度分散させる分光素子としての回折格子２と、回折格子２で角度分散された各波長の光を集光する集光レンズ３と、該集光レンズ３で集光された各波長の光の集光位置に対応させて複数の可動ミラーが配置されたミラーアレイ４と、を備える。この波長選択スイッチの構成が従来の構成と相違している点は、図１上段の黒矢印線に示しているように、回折格子２から出力される光ビームのＸ方向への広がり角の中心を通る軸２Ａに対して集光レンズ３の中心軸３ＡをＸ方向にシフトさせて、集光レンズ３を配置している点である。本波長選択スイッチは、ミラーアレイ３上の各可動ミラーの配置をＸ方向にオフセットさせることなくＸ方向に平行に配置したまま、非動作時に各可動ミラーで反射されて入出力光学系１に戻される光をＸ方向に逸らす構成となっている。
入出力光学系１は、例えば、５本の光ファイバをＹ方向に配置したファイバアレイと、各光ファイバの端面近傍にコリメータレンズを配置したコリメータアレイとを有する。ここでは、ファイバアレイの上段に位置する１本の光ファイバが出力ポートＰｏｕｔに設定され、残りの４本の光ファイバが入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４に設定されている。なお、光ファイバの本数および入出力ポートの設定は上記の一例に限定されるものではない。
回折格子２は、各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４に入力されコリメータレンズで平行光に変換された光を波長に応じてＸ方向に角度分散させるものである。なお、ここでは透過型の回折格子を用いる一例を示したが、上述の図１２に示したような反射型の回折格子を用いることも可能である。
集光レンズ３は、焦点距離ｆを有し、前述したように中心軸３ＡをＸ方向にシフトさせて配置されており、回折格子２で角度分散された各波長の光をミラーアレイ４の対応する可動ミラー上に集光させると共に、各可動ミラーで反射された光を回折格子２に集光させる。なお、図１に破線で示した集光レンズの配置は、回折格子２から出力される光ビームのＸ方向の中心軸２Ａに対して集光レンズの中心軸を一致させた従来の配置を示している。
ミラーアレイ４は、本波長選択スイッチに入力され得る光の最大波長数に対応した複数の可動ミラーがＸ方向に配置されている。各可動ミラーは、例えばマイクロマシン（ＭＥＭＳ）技術を用いて形成され、反射面の角度がＸ方向およびＹ方向の２軸を中心に制御可能な微小ミラーである。
次に、上記のような構成を有する波長選択スイッチの動作について説明する。
各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４に入力された光は、コリメータレンズで平行光とされた後に回折格子２に与えられて波長毎に分離されＸ方向に異なる角度で進行して行く。この状態では可動ミラーでの経路切り替えが困難であるため、回折格子２の分離点からＸ方向に広がる光ビームを平行にして、ミラーアレイ４上の各可動ミラーに入射させる光学系が必要である。この光学系は、回折格子２での分離点から焦点距離ｆだけ離して、例えば凸レンズ等を用いた集光レンズ３を配置することで実現できる。
この集光レンズ３の配置において、回折格子２からの光ビームのＸ方向への広がり角の中心を通る軸２Ａに集光レンズ３の中心軸３Ａを一致させることで（図１の破線で示した集光レンズの配置を参照）、集光レンズ３のレンズ面に垂直な方向（Ｚ方向）に、波長毎に平行に並んだ光ビームを出力することが可能となる。このとき、集光レンズ３のレンズ面に平行に可動ミラーを配置すると、該可動ミラーに対して光ビームが垂直に入射するようになる（図１４参照）。このような配置は、可動ミラーへの光の入射方向と、可動ミラーからの光の出射方向が同じとなり、光軸の調整が簡易にできるため、通常は上記の配置が採用される。
一方、図３に示すように、回折格子２からの光ビームのＸ方向の中心軸２Ａに対して、集光レンズ３の中心軸３ＡをＸ方向に距離ｄだけシフトさせた配置とすると、集光レンズ３を通った各波長の光ビームの進行方向が、中心軸３Ａの方向に対してθｓ＝ＡｒｃＴａｎ（ｄ／ｆ）の角度をもつようになる。このような配置では、集光レンズ３のレンズ面に対して平行に並べられた各可動ミラーに入射する光ビームはすべてが角度θｓだけ傾いているため、集光レンズ３から各可動ミラーに至る光ビームの伝搬距離をすべて等しくすることができる。
上記のような集光レンズ３の中心軸３ＡをＸ方向にシフトさせた配置が本波長選択スイッチには採用されており、各可動ミラーに駆動電圧が印加されない非動作時には、図４左側の拡大図に示すように、各可動ミラーの反射面に角度がついていないため、各々の反射ビームは入射ビームに対して２θｓの角度をもつ方向に戻されることになる。よって、各可動ミラーで反射された後に集光レンズ３および回折格子２を通って入出力光学系１に到達する各波長の光はＸ方向に逸れるようになる（図１上段の光路参照）。一方、動作時には、図４右側の拡大図に示すように、各可動ミラーに所要の駆動電圧を印加することで反射面にθｓの角度がつけられ、各々の反射ビームが入射ビームと同じ方向に戻されるようにすることにより、入出力ポート間の光結合が行われる（図１下段の光路参照）。
一般に、本波長選択スイッチのような可動ミラーを利用した光スイッチにおいては、可動ミラーの反射面の位置にビームウェストを配置することで、入出力ポート間の光結合を最適な状態にすることができる。ガウシアンビーム系では、可動ミラーの反射面上のビームウェストサイズをωＬとし、可動ミラーに対して入出射される２つのビームの間の角度θｃ、光の波長をλとすると、入出力ポート間の結合効率（損失）は、Ｅｘｐ（π2・θｃ2・ωＬ2／λ2）となる。この関係を本波長選択スイッチの光学系に当てはめると、非動作時の入出力ポート間の損失は、Ｅｘｐ｛π2・（２θｓ）2・ωＬ2／λ2｝となる。したがって、この値が所望の遮断量以上となるように集光レンズ３のＸ方向へのシフト量ｄを決定することによって、非動作時における入出力ポート間の接続を断状態にすることが可能になる。
図５は、本実施形態の波長選択スイッチにおいて、各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４から出力され可動ミラーで折り返されてコリメータアレイ付近に戻されてくる各々の光の入力位置を示した一例である。この一例では、非動作時において、入力ポートＰｉｎ１から出力された光は出力ポートＰｏｕｔの右方に逸れた位置に入力し、入力ポートＰｉｎ２から出力された光は入力ポートＰｉｎ４の右方に逸れた位置に入力し、入力ポートＰｉｎ３から出力された光は入力ポートＰｉｎ３の右方に逸れた位置に入力し、入力ポートＰｉｎ４から出力された光は入力ポートＰｉｎ２の右方に逸れた位置に入力し、各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４および出力ポートＰｏｕｔ間の接続が断状態となる。一方、動作時においては、各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４から出力された光はいずれも出力ポートＰｏｕｔに入力し、各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４および出力ポートＰｏｕｔ間が接続状態となる。
上記のように第１実施形態の波長選択スイッチによれば、回折格子２からの光ビームのＸ方向の中心軸２Ａに対して、集光レンズ３の中心軸３ＡをＸ方向にシフトさせた配置を適用したことで、集光レンズ３と各可動ミラーとの間における各々の光ビームの伝搬距離がすべて等しくなるため、動作時に各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４から出力ポートＰｏｕｔに導かれる各波長の光の間に実質的な損失差を発生させることなく、かつ、各波長の帯域も良好な特性を確保したまま、非動作時における入出力ポート間の断状態を実現することが可能になる。また、入出力ポートの配置方向（Ｙ方向）とは異なるＸ方向に可動ミラーの角度をオフセットさせているため、従来のようにＹ方向にオフセットさせる場合と比べて、入出力ポートの接続の切り替えを行う際の可動ミラーの最大振り角を低減できるという効果も得られる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２実施形態による波長選択スイッチの主要部の構成を示す図である。
図６において、本波長選択スイッチは、上述の図１および図２に示した第１実施形態の構成について、集光レンズ３の中心軸３Ａの配置をＸ方向だけでなくＹ方向にもシフトさせるようにした応用例である。具体的には、図６上段の黒矢印線に示しているように、第１実施形態の場合と同様にして、回折格子２から出力される光ビームのＸ方向への広がり角の中心を通る軸２Ａに対して集光レンズ３の中心軸３ＡをＸ方向にシフトさせる。また、これと同時に、図６下段の黒矢印線に示しているように、Ｙ方向に並べられた複数の入出力ポートのうちの中央に位置する入力ポートＰｉｎ３から出力される光ビームの光軸１Ａに対して集光レンズ３の中心軸３ＡをＹ方向にもシフトさせる。なお、ここでは集光レンズ３の中心軸３ＡのＸ，Ｙ方向へのシフト量をｄｘ，ｄｙとし、各可動ミラーのＸ，Ｙ方向へのオフセット角度をθｓｘ，θｓｙとし、可動ミラーの反射面上のＸ，Ｙ方向のビームウェストサイズをωＬｘ、ωＬｙとする。
上記集光レンズ３の中心軸３ＡのＸ方向へのシフト量ｄｘは、上述の第１実施形態で説明したシフト量ｄと同様にして、非動作時の入出力ポート間の結合効率（損失）Ｅｘｐ｛π2・（２θｓｘ）2・ωＬｘ2／λ2｝の値が所望の遮断量以上となるように決定される。また、集光レンズ３の中心軸３ＡのＹ方向へのシフト量ｄｙについては、非動作時に入力ポートＰｉｎ１から出力される光に対するＹ方向の結合効率がＥｘｐ｛π2・（２θｓｙ）2・ωＬｙ2／λ2｝となるので、この値が所望の遮断量以上となるようにＹ方向へのシフト量ｄｙが決定される。さらに、その他の入力ポートＰｉｎ２〜Ｐｉｎ４から出力される光に対するＹ方向の結合効率は、入力ポートＰｉｎ１から各入力ポートＰｉｎ２〜Ｐｉｎ４への切り替え角度の間隔で上記の関数Ｅｘｐ｛π2・（２θｓｙ）2・ωＬｙ2／λ2｝を重ね合わせたものとなるので、各々の値と隣接ポートへの許容クロストークとを基にして、各入力ポートＰｉｎ２〜Ｐｉｎ４に対応した可動ミラーのオフセット角度θｓｙが決定される。
図７は、各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４に対応した可動ミラーのオフセット角度を、入出力ポート間の結合トレランスの等高線を用いて示した概念図である。非動作時に入力ポートＰｉｎ１から出力される光は、可動ミラーで反射され出力ポートＰｏｕｔおよび入力ポートＰｉｎ４の間に導かれることになり（図６下段参照）、その到達位置は、出力ポートＰｏｕｔとの結合トレランスの等高線における所望の遮断量（太線）の外側、かつ、出力ポートＰｏｕｔの隣りの入力ポートＰｉｎ４との結合トレランスの等高線における許容クロストーク量（太線）の外側とする必要があり、当該位置に対応した（θｓｘ，θｓｙ１）が入力ポートＰｉｎ１および出力ポートＰｏｕｔ間を接続状態にするための可動ミラーのオフセット角度となる。また、非動作時に入力ポートＰｉｎ２から出力される光は、可動ミラーで反射され入力ポートＰｏｕｔ３，Ｐｉｎ４間に導かれることになり（図６下段参照）、その到達位置は、入力ポートＰｉｎ４との結合トレランスの等高線における許容クロストーク量の外側、かつ、入力ポートＰｉｎ３との結合トレランスの等高線における許容クロストーク量の外側とする必要があり、当該位置に対応した（θｓｘ，θｓｙ２）が入力ポートＰｉｎ２および出力ポートＰｏｕｔ間を接続状態にするための可動ミラーのオフセット角度となる。以降、上記入力ポートＰｉｎ２の場合と同様にして、入力ポートＰｉｎ３および出力ポートＰｏｕｔ間を接続状態にするための可動ミラーのオフセット角度は（θｓｘ，θｓｙ３）となり、入力ポートＰｉｎ４および出力ポートＰｏｕｔ間を接続状態にするための可動ミラーのオフセット角度は（θｓｘ，θｓｙ４）となる。
上記のようにして集光ミラー３の中心軸３ＡのＸ，Ｙ方向へのシフト量ｄｘ，ｄｙおよび各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４に対応した可動ミラーのオフセット角度（θｓｘ，θｓｙ１）〜（θｓｘ，θｓｙ４）が決められることにより、図８の上面図および図９の側面図に示すように、非動作時には入出力ポート間の断状態が実現され、動作時にはオフセット角度に対応した駆動電圧が可変ミラーに印加されることにより、各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４から出力される光が出力ポートＰｏｕｔに入力され、入出力ポート間の接続状態が実現されるようになる。
上記のように第２実施形態の波長選択スイッチによれば、集光レンズ３の中心軸３ＡをＸ，Ｙ方向にそれぞれシフトさせた配置を適用する場合でも、集光レンズ３と各可動ミラーとの間における各々の光ビームの伝搬距離がすべて等しくなるため、動作時に各入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ４から出力ポートＰｏｕｔに導かれる各波長の光の間に実質的な損失差を発生させることなく、かつ、各波長の帯域も良好な特性を確保したまま、非動作時における入出力ポート間の断状態を実現することが可能になる。また、集光レンズ３の中心軸３ＡのＹ方向へのシフトにより、上述した第１実施形態の場合よりも各可変ミラーのＸ方向のオフセット角度を小さくすることができる。
なお、上述した第１および第２実施形態では、４つの入力ポートと１つの出力ポートを有する波長選択スイッチについて説明したが、入力と出力の関係を逆にして、１つの入力ポートと４つの出力ポートを有する波長選択スイッチについても、本発明の構成を応用することが可能である。図１０は、上述した第２実施形態について入力と出力の関係を逆にした場合における非動作時の断状態と動作時の接続状態とを示した側面図である。このように、１つの入力ポートＰｉｎから出力される光を波長に応じて４つの出力ポートＰｏｕｔ１〜Ｐｏｕｔ４に導く構成でも、第２実施形態の場合と同様にして、集光レンズ３の中心軸をＸ，Ｙ方向にシフトさせる配置を適用することにより、非動作時には、入力ポートＰｉｎからの出力光が出力ポートＰｏｕｔ１の外方に逸れた位置に導かれて、入出力ポート間が断状態となる。動作時には、各波長に対応した可動ミラーの反射面が接続先の出力ポートに対応するオフセット角度に制御されることで、入力ポートＰｉｎおよび各出力ポートＰｏｕｔ１〜Ｐｏｕｔ４の間が接続状態となる。
また、波長選択スイッチの入出力ポートの構成例として、４入力１出力または１入力４出力を示したが、本発明の構成は、Ｍを２以上の整数として、Ｍ入力１出力または１入力Ｍ出力の波長選択スイッチに有効なことは明らかである。さらに、Ｎを２以上の整数として、Ｍ入力Ｎ出力の波長選択スイッチについても本発明の構成を適用することが可能である。例えば、２入力３出力の波長選択スイッチについて、集光レンズ３の中心軸をＸ，Ｙ方向にシフトさせる配置を適用した場合、図１１の側面図に示すように、非動作時には、入力ポートＰｉｎ１からの出力光が出力ポートＰｏｕｔ１の外方に逸れた位置に導かれると共に、入力ポートＰｉｎ２からの出力光が出力ポートＰｏｕｔ１，Ｐｏｕｔ２の間に導かれて、入出力ポート間が断状態となる。動作時には、各可動ミラーの反射面が入出力ポートの接続設定に対応したオフセット角度に制御されることで、入力ポートＰｉｎ１および各出力ポートＰｏｕｔ１〜Ｐｏｕｔ３の間と、入力ポートＰｉｎ２および各出力ポートＰｏｕｔ１〜Ｐｏｕｔ３の間とがそれぞれ接続状態となる。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
（付記１） 少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートが第１方向に配列された入出力光学系と、
前記入出力光学系の入力ポートから出力される光を波長に応じて分離し、前記第１方向とは異なる第２方向に角度分散させる分光素子と、
前記分光素子から出力された光を集光させる集光レンズと、
前記集光レンズで集光された各波長の光の集光位置に角度可変の反射面が配置された複数の可動ミラーを有し、該各可動ミラーで反射された各波長の光が、前記集光レンズおよび前記分光素子を介して、前記入出力光学系の出力先に設定された出力ポートに導かれるように、前記各可動ミラーの反射面の角度が制御されるミラーアレイと、を備え、
前記集光レンズは、前記分光素子から出力される光ビームの前記第２方向への広がり角の中心を通る軸に対して、レンズの中心軸を前記第２方向にシフトさせて配置されており、
前記ミラーアレイは、前記各可動ミラーを駆動しない非動作時に、前記第２方向について、前記集光レンズで集光された各波長の光が、前記集光レンズの中心軸の前記第２方向へのシフト量に対応したオフセット角度だけ傾けて前記各可動ミラーに入射され、前記各可動ミラーを駆動する動作時には、前記第２方向について、前記各可動ミラーの反射面の角度が前記オフセット角度に応じて制御され、前記集光レンズで集光された各波長の光が前記各可動ミラーに垂直入射されることを特徴とする波長選択スイッチ。
（付記２） 付記１に記載の波長選択スイッチであって、
前記集光レンズの中心軸の前記第２方向へのシフト量は、前記非動作時における入出力ポート間の損失が予め設定した遮断量以上となるように決定されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
（付記３） 付記１に記載の波長選択スイッチであって、
前記オフセット角度θｓは、前記集光レンズの焦点距離ｆ、前記集光レンズの中心軸の前記第２方向へのシフト量ｄを用いて、θｓ＝ＡｒｃＴａｎ（ｄ／ｆ）で表されることを特徴とする波長選択スイッチ。
（付記４） 付記１に記載の波長選択スイッチであって、
前記集光レンズは、前記第１方向に並べられた入出力ポートのうちの中央に位置するポートに入力または出力される光ビームの光軸に対して、レンズの中心軸を前記第１方向にシフトさせて配置されており、
前記ミラーアレイは、前記非動作時に、前記第１方向について、前記集光レンズで集光された各波長の光が、前記集光レンズの中心軸の前記第１方向へのシフト量および当該光が出力された前記入力ポートの配置に対応したオフセット角度だけ傾けて前記各可動ミラーに入射され、前記動作時には、前記第１方向について、前記各可動ミラーの反射面の角度が前記オフセット角度および出力先のポートの配置に応じて制御されることを特徴とする波長選択スイッチ。
（付記５） 付記４に記載の波長選択スイッチであって、
前記集光レンズの中心軸の前記第１および第２方向への各シフト量は、前記非動作時における入出力ポート間の損失が予め設定した遮断量以上となり、かつ、隣接するポートへのクロストークが予め設定した許容値より小さくなるように決定されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
（付記６） 付記１に記載の波長選択スイッチであって、
前記入出力光学系は、複数の入力ポートおよび１つの出力ポートを有することを特徴とする波長選択スイッチ。
（付記７） 付記１に記載の波長選択スイッチであって、
前記入出力光学系は、１つの入力ポートおよび複数の出力ポートを有することを特徴とする波長選択スイッチ。
（付記８） 付記１に記載の波長選択スイッチであって、
前記入出力光学系は、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有することを特徴とする波長選択スイッチ。
本発明の第１実施形態による波長選択スイッチの主要部の構成を示す上面図である。 上記第１実施形態の波長選択スイッチの主要部の構成を示す側面図である。 上記第１実施形態での集光レンズの配置を説明する上面図である。 上記第１実施形態での可動ミラーのオフセット角度を説明する上面拡大図である。 上記第１実施形態においてコリメータアレイ付近に戻される光の入力位置を示す図である。 本発明の第２実施形態による波長選択スイッチの主要部の構成を示す図である。 上記第２実施形態における各入力ポートに対応した可動ミラーのオフセット角度を、入出力ポート間の結合トレランスの等高線を用いて示した概念図である。 上記第２実施形態での入出力ポート間の接続を説明する上面図である。 上記第２実施形態での入出力ポート間の接続を説明する側面図である。 上記第２実施形態に関連して、入力と出力の関係を逆にした一例を示す側面図である。 上記第２実施形態に関連して、２入力３出力の波長選択スイッチに本発明の構成を適用した一例を示す側面図である。 従来の反射型回折格子を用いた波長選択スイッチの構成例を示す斜視図である。 従来の透過型回折格子を用いた波長選択スイッチの構成例を示す斜視図である。 従来の波長選択スイッチにおいて可動ミラーの角度をＹ方向のオフセットさせた一例を示す上面図である。 従来の波長選択スイッチにおいて可動ミラーの角度をＹ方向のオフセットさせた一例を示す側面図である。 従来の波長選択スイッチに多数の入出力ポートが設けられた場合の問題点を説明する図である。 従来の波長選択スイッチにおいて可動ミラーの角度をＸ方向のオフセットさせた一例を示す上面図である。
符号の説明
１…入出力光学系
２…回折格子
３…集光レンズ
３Ａ…集光レンズの中心軸
４…ミラーアレイ
Ｐｉｎ，Ｐｉｎ１〜Ｐｉｎ４…入力ポート
Ｐｏｕｔ，Ｐｏｕｔ１〜Ｐｏｕｔ４…出力ポート
ｄ，ｄｘ，ｄｙ…集光レンズの中心軸のシフト量
ｆ…集光レンズの焦点距離
θｓ，θｓｘ，θｓｙ…可動ミラーのオフセット角度

Claims (5)

  1. 少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートが第１方向に配列された入出力光学系と、
    前記入出力光学系の入力ポートから出力される光を波長に応じて分離し、前記第１方向とは異なる第２方向に角度分散させる分光素子と、
    前記分光素子から出力された光を集光させる集光レンズと、
    前記集光レンズで集光された各波長の光の集光位置に角度可変の反射面が配置された複数の可動ミラーを有し、該各可動ミラーで反射された各波長の光が、前記集光レンズおよび前記分光素子を介して、前記入出力光学系の出力先に設定された出力ポートに導かれるように、前記各可動ミラーの反射面の角度が制御されるミラーアレイと、を備え、
    前記集光レンズは、前記分光素子から出力される光ビームの前記第２方向への広がり角の中心を通る軸に対して、レンズの中心軸を前記第２方向にシフトさせて配置されており、
    前記ミラーアレイは、前記各可動ミラーを駆動しない非動作時に、前記第２方向について、前記集光レンズで集光された各波長の光が、前記集光レンズの中心軸の前記第２方向へのシフト量に対応したオフセット角度だけ、前記各可動ミラーの反射面の法線方向に対して傾けて前記各可動ミラーに入射され、前記各可動ミラーを駆動する動作時には、前記第２方向について、前記各可動ミラーの反射面の角度が前記オフセット角度に応じて制御され、前記集光レンズで集光された各波長の光が前記各可動ミラーに垂直入射されることを特徴とする波長選択スイッチ。
  2. 請求項１に記載の波長選択スイッチであって、
    前記集光レンズの中心軸の前記第２方向へのシフト量は、前記非動作時における入出力ポート間の損失が予め設定した遮断量以上となるように決定されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
  3. 請求項１に記載の波長選択スイッチであって、
    前記オフセット角度θｓは、前記集光レンズの焦点距離ｆ、前記集光レンズの中心軸の前記第２方向へのシフト量ｄを用いて、θｓ＝ＡｒｃＴａｎ（ｄ／ｆ）で表されることを特徴とする波長選択スイッチ。
  4. 請求項１に記載の波長選択スイッチであって、
    前記集光レンズは、前記第１方向に並べられた入出力ポートのうちの中央に位置するポートに入力または出力される光ビームの光軸に対して、レンズの中心軸を前記第１方向にシフトさせて配置されており、
    前記ミラーアレイは、前記非動作時に、前記第１方向について、前記集光レンズで集光された各波長の光が、前記集光レンズの中心軸の前記第１方向へのシフト量および当該光が出力された前記入力ポートの配置に対応したオフセット角度だけ、前記各可動ミラーの反射面の法線方向に対して傾けて前記各可動ミラーに入射され、前記動作時には、前記第１方向について、前記各可動ミラーの反射面の角度が前記オフセット角度および出力先のポートの配置に応じて制御されることを特徴とする波長選択スイッチ。
  5. 請求項４に記載の波長選択スイッチであって、
    前記集光レンズの中心軸の前記第１および第２方向への各シフト量は、前記非動作時における入出力ポート間の損失が予め設定した遮断量以上となり、かつ、隣接するポートへのクロストークが予め設定した許容値より小さくなるように決定されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
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