JP4757244B2 - 光ゲートアレイ装置及び光ゲートアレイモジュール - Google Patents

Description

本発明は、光ゲートアレイ装置及び光ゲートアレイモジュールに関し、特に複数の光ゲートを配列し、光信号の伝送制御を行う光ゲートアレイ装置及び光信号の伝送制御を行う光ゲートアレイモジュールに関する。

近年、ブロードバンドサービスによる通信需要の増大に伴い、光通信ネットワークの長距離・大容量化が進展しており、高速大容量のＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex：波長の異なる光を多重して、１本の光ファイバで複数の信号を同時に伝送する波長多重伝送方式）の開発が進んでいる。

一方、インターネットの急激な普及や大容量コンテンツの増加に伴って、さらなる高速・大容量で、かつ柔軟性のある光通信ネットワークが要求されており、このような光通信ネットワークを構築する技術として、光パケットスイッチング技術が注目されている。

光パケットスイッチングは、通信情報を完全に光のままパケット交換する技術であり、従来の光信号を電気信号に一旦変換するスイッチングと比べて、電子処理速度の制限がなくなり、光の伝搬遅延時間で処理できるので、高速・大容量の伝送が可能となる。

光信号をパケット単位でスイッチングする場合、光信号をＯＮ、ＯＦＦするためにゲートスイッチを使用することになる。電気制御によって光信号をＯＮ、ＯＦＦするゲートスイッチには主に、電界吸収の効果を利用して吸収を変化させるものと、半導体アンプへの駆動電流により利得を変化させるものとがある。

電界吸収型のゲートスイッチは、透過状態でも損失が大きいといった欠点があるが、半導体アンプへの駆動電流により利得を変化させるスイッチである半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）では、光をＯＮ、ＯＦＦする光ゲートとしての機能だけでなく、増幅機能も持ち合わせており（ゲートＯＮ時には光は増幅されて出力する）、光信号の損失が小さく高速にスイッチングする光素子として現在注目されている。

また、ＳＯＡは、ゲートＯＮ（open）／ＯＦＦ（close）の消光比が高く、また増幅機構により光損失を低減化することができる。さらに、半導体により形成される光素子のため、半導体集積技術によって、低コストで小型化可能といった利点を持つ。

図１８はＳＯＡと光ファイバの従来の光結合構造を示す図である。ＳＯＡ５１では、チップ内部で励起された光が端面で反射すると、戻り光による不要発振が生じて、特性を劣化させることになるので、端面の反射率を−５０ｄＢ以下に低減する必要がある。

このため、ＳＯＡ５１の端面には無反射膜であるＡＲ（Anti Reflection）コート（図示せず）が施されている。ただし、ＡＲコートを施しただけでは、反射減衰量の低減が十分ではないので、ＳＯＡ５１の端面の垂直線Ｈと、ＳＯＡ５１内の光導波路Ｌとを例えば７度の角度の関係となるように、ＳＯＡ５１を斜めに配置する。

このような配置にすることで、光ファイバ５２ａから光ファイバ５２ｂの方向へ、ＳＯＡ５１内部の光導波路Ｌを通る光は、チップ端面で反射すると、その反射光は、図に示すＡ方向（光導波路Ｌと１４度の角をなす方向）へ反射するので、再び光導波路Ｌを逆戻りすることがないため干渉することがない。

また、光の入射側の媒質の屈折率をｎ₁、入射角をθ₁、出射側の媒質の屈折率をｎ₂、出射角をθ₂とすると、スネルの法則からｎ₁・ｓｉｎθ₁＝ｎ₂・ｓｉｎθ₂であるから、ＳＯＡ５１の材質の屈折率ｎ₁を３．２とし、端面に対する入射角θ₁＝７°、空気中の屈折率ｎ₂＝１であるので、３．２・ｓｉｎ７°＝１・ｓｉｎθ₂となり、出射角θ₂≒２２．７°となる。すなわち、ＳＯＡ５１の端面からは、出射角２２．７度で光が出力することになる。

したがって、ＳＯＡ５１の端面から出射角２２．７度で光が出力して、光ファイバ５２ｂへ入力させる。また、ＳＯＡ５１は斜めに傾いた状態で配置されるので、ＳＯＡ５１と光ファイバ５２ａ、５２ｂとを光結合させる場合には、レンズ５３ａ、５３ｂを用いて、レンズ５３ａによって入力側の光ファイバ５２ａとＳＯＡ５１とを結合し、レンズ５３ｂによって出力側の光ファイバ５２ｂとＳＯＡ５１とを結合させている。

図１９はＳＯＡ５１と光ファイバの従来の光結合構造を示す図である。ＳＯＡ５１と先球レンズファイバ５４ａ、５４ｂを使用する例を示している。先球レンズファイバ５４ａ、５４ｂの先端は球状に形成されてレンズ作用を有しているので、図１８に示すようなレンズ５３ａ、５３ｂを省略することができる。

ＳＯＡを用いた従来技術としては、半導体光増幅器とファイバグレーティングによる外部共振器とを組み合わせ、ファイバグレーティングの先端を球状として、半導体光増幅器の低反射膜を形成した光出射側とを光結合するように構成した技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２３６１３８号公報（段落番号〔００４５〕〜〔００５４〕、第１図）

図２０、図２１はＳＯＡアレイと光ファイバアレイとの光結合を示す図である。なお、入力側の光ファイバやレンズの図示は省略して片側構成のみ示している。図２０では、ＳＯＡ６１ａ〜６１ｄを複数配列させてアレイ構造としたＳＯＡアレイ６１と、レンズ６２ａ〜６２ｄを複数配列したレンズアレイ６２と、光ファイバ６４ａ〜６４ｄを複数配列した光ファイバアレイ６４とが配置しており、ＳＯＡアレイ６１に対し、レンズアレイ６２を介して、光ファイバアレイ６４が光結合する様子を示している。また、図２１では、ＳＯＡアレイ６１に対して、先球レンズファイバ６５ａ〜６５ｄが複数配列した先球レンズファイバアレイ６５が光結合している様子を示している。

図２０、図２１のいずれの構成においても、ＳＯＡアレイと光ファイバアレイとを光結合させる際には、ＳＯＡアレイのピッチＰ１（隣接するＳＯＡの光導波路間の距離）と光ファイバアレイのピッチＰ２（隣接する光ファイバのコアの中心間の距離）とは、同じ値のピッチであることが必要である。

一方、ＳＯＡアレイを製造する場合、単位面積当たりに実装すべきＳＯＡの数を多くして集積度を高めるためには、ＳＯＡアレイのピッチＰ１をできるだけ小さくすることになる。しかし、従来のＳＯＡアレイでは、ＳＯＡを光ファイバの直径未満のピッチで配列させることができないため、ＳＯＡアレイの集積度が向上しないといった問題があった。

図２２は従来の光結合構造の問題点を示す図である。単位面積当たりのウエハ（ＩＣチップの製造に使われる半導体でできた薄い基板）上に、ＳＯＡの数を多く実装しようとすると、ＳＯＡのピッチを狭くして配列する必要がある。

ところが、従来の光結合構造では、ＳＯＡアレイと光ファイバアレイとで光結合をとるには、ＳＯＡアレイのピッチＰ１と光ファイバアレイのピッチＰ２とは、等しくなければならないので（Ｐ１＝Ｐ２）、ＳＯＡアレイのピッチを狭めようとしても、図からわかるように、最も狭いときのＳＯＡアレイのピッチは、光ファイバを互いに接触させて並べたときのピッチとなり、すなわち、最短のＳＯＡアレイのピッチは、光ファイバの直径となる。

具体的には、通常の光ファイバの直径は１２５μｍであるので、ＳＯＡアレイのピッチは最短でも１２５μｍしかとれない。したがって、ウエハ上にＳＯＡをまだ実装する余裕があるにもかかわらず、従来の光結合構造では、光ファイバの直径１２５μｍより小さな値のピッチでＳＯＡを配列させることができないため、ＳＯＡアレイの集積度が向上しないといった問題があった（もし、ＳＯＡアレイのピッチを光ファイバの直径１２５μｍよりも小さくすると、ＳＯＡと光ファイバとの光結合がとれなくなる）。

さらに、ＳＯＡのビームスポットサイズ（ＳＯＡの光導波路を通る光ビームの半径）は、光ファイバのビームスポットサイズよりも小さいので、従来の光結合構造では、光結合効率が悪いといった問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、光ファイバの直径よりも小さなピッチのＳＯＡアレイを実現し、かつ光結合効率を向上させた光ゲートアレイ装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、光ファイバの直径よりも小さなピッチのＳＯＡアレイを実現し、かつ光結合効率を向上させた光ゲートアレイモジュールを提供することである。

上記課題を解決するために、光ゲートアレイ装置が提供される。光ゲートアレイ装置は、複数の光ゲートを配列した光ゲートアレイと、複数の光ファイバを配列した光ファイバアレイと、前記光ゲートアレイと前記光ファイバアレイとの間に配置して、前記光ゲートアレイ上のすべての前記光ゲートと、前記光ファイバアレイ上のすべての前記光ファイバとの光結合を一括して行うレンズとを備える。前記光ゲートアレイは半導体光増幅器で構成され、前記光ゲートアレイ内の各光軸は前記レンズの光軸に対して傾斜するとともに、前記光ゲートアレイの端面は前記レンズの主面と平行に配置され、前記光軸とは異なる角度で各ビームを出射し、前記レンズの前記光結合の対象となる前記各ビームを前記レンズの中心から見てほぼ片側に入射し、前記光ゲートアレイ内の各光軸と前記光ファイバアレイの各光軸の順序が反転するよう前記レンズを配置する。また、前記光ゲートのビームスポットサイズと、前記光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように、前記レンズの像倍率を決定し、前記光ゲートアレイのピッチと、前記光ファイバアレイのピッチとの比を前記像倍率に合わせる。

光結合効率が向上し、集積度を向上させることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は光ゲートアレイ装置の原理図である。光ゲートアレイ装置１０は、光ゲートアレイ１１、光ファイバアレイ１２、レンズ１３を含み、光信号の伝送制御を行う装置である。

光ゲートアレイ１１は、複数の光ゲート１１−１〜１１−ｎが配列される。光ファイバアレイ１２は、複数の光ファイバ１２−１〜１２−ｎが配列される。レンズ１３は、単一のバルクレンズ（bulk lens）であって、光ゲートアレイ１１と光ファイバアレイ１２との間に配置する。

そして、レンズ１３は、光ゲートアレイ１１から光ファイバアレイ１２へ光信号が流れる場合には、光ゲートアレイ１１上のすべての光ゲート１１−１〜１１−ｎから出射される光信号を受光して、光ゲート１１−１〜１１−ｎと、光ファイバ１２−１〜１２−ｎとの光結合を一括して行う。または光ファイバアレイ１２から光ゲートアレイ１１へ光信号が流れる場合には、光ファイバアレイ１２上のすべての光ファイバ１２−１〜１２−ｎから出射される光信号を受光して、光ゲート１１−１〜１１−ｎと、光ファイバ１２−１〜１２−ｎとの光結合を一括して行う。

ここで、光ゲートアレイ１１の端面と、レンズ１３の主面（主平面）と、光ファイバアレイ１２の端面とは平行に配置する。また、レンズ１３から出射された光が、光ファイバ１２−１〜１２−ｎへ入力する際には、光ファイバ１２−１〜１２−ｎの端面で屈折した光が、光ファイバ１２−１〜１２−ｎのコアの中心に入力するように、光ファイバアレイ１２の端面角度を調整して配置する。

なお、図１では、光ゲートアレイ１１のピッチＰ１と光ファイバアレイ１２のピッチＰ２との関係がＰ１＜Ｐ２となることが可能であり、光ファイバの直径よりも小さなピッチの光ゲートアレイを実現している。

次に光ゲートアレイ装置１０の光学系の具体的な実施の形態について説明する。なお、以降では光ゲートをＳＯＡと呼ぶ。図２は光学系の第１の実施の形態を示す図である。第１の実施の形態のＳＯＡアレイ装置１０−１は、ＳＯＡアレイ１１、光ファイバアレイ１２、レンズ１３を有する。

レンズ１３は、ＳＯＡアレイ１１上のＳＯＡ１１−１〜１１−ｎから出力される光信号を受光して、光ファイバアレイ１２へ出射する際に、レンズ１３の像倍率により、ＳＯＡ１１−１〜１１−ｎから出力されるそれぞれの光ビームの間隔を拡大変換する。さらに、レンズ１３の像倍率により、ＳＯＡ１１−１〜１１−ｎの狭いビームスポットサイズを、光ファイバ１２−１〜１２−ｎの広いビームスポットサイズまで拡大変換する。すなわち、レンズ１３により、ビーム間隔とビームスポットサイズとの両方を拡大変換する。

以下、第１の実施の形態の設計内容について説明する。ＳＭＦ（Single Mode Fiber）の光ファイバ１２−１〜１２−ｎのビーム直径は１０．５μｍである。また、ＳＯＡ１１−１〜１１−ｎのビーム直径が３．５μｍであるとする。なお、ビーム直径とは、モードフィールド径（ＭＦＤ：Mode Field Diameter）のことである。以下、図３を用いて簡単にＭＦＤについて説明する。

図３はＭＦＤを示す図である。縦軸は光強度、横軸はコアの直径（コア径）である。ＳＯＡや光ファイバ等から出射する光ビームは、平行光とはならずに広がりを持った放射光となって出射する。ＭＦＤとは、コア径に対する光分布の広がり具合を表す指標である。光強度分布は、図のようなガウス分布形状の曲線となり、コアの中心部が最も光強度が高く、コアの外側に向かう程光強度は落ちてくる。

このような曲線に対して、光強度の最大値を１としたときに、コアの中心の最大値１の１／ｅ²（ｅは自然対数の底（＝２．７１８・・・））となるところ（約１３．５％）のコア径がＭＦＤとして一般的に定義される。

一般に１／ｅ²となるコア径の半径は、ビームスポットサイズと呼んでωと表し、１／ｅ²となるコア径の直径は、ＭＦＤ（ビーム直径）と呼んで２ωで表す。また、ＳＭＦの光ファイバで波長が１５５０ｎｍ程度のＭＦＤは、およそ１０．５μｍである。

設計内容の説明に戻ると、ビーム直径の比率は、１０．５／３．５＝３なので、像倍率＝３となるように設計する。ここで、ＳＯＡアレイ１１の端面からレンズ１３の主面までの距離をａ、レンズ１３の主面から光ファイバアレイ１２の端面までの距離をｂとすると、像倍率＝ｂ／ａとなる。したがって、像倍率＝３となるように、例えば、ａ＝１．５ｍｍ、ｂ＝４．５ｍｍと決める（４．５／１．５＝３）。

一方、ＳＯＡアレイ１１のピッチＰ１を６０μｍとする場合、像倍率＝３なので、ＳＯＡ１１−１〜１１−ｎから出力されるそれぞれの光ビームの間隔はレンズ１３から出射すると、６０μｍの３倍の１８０μｍとなる。このため、光ファイバアレイ１２のピッチＰ２を１８０μｍと決定する。

なお、レンズ１３を決める際の代表的なパラメータの１つとして焦点距離がある。焦点距離とは、レンズに平行光が入射したときに、出射光が１点の焦点に集まるまでの、レンズから焦点までの距離のことである。

レンズ１３の焦点距離をｆとすると、ＳＯＡアレイ１１の端面からレンズ１３の主面までの距離ａと、レンズ１３の主面から光ファイバアレイ１２の端面までの距離ｂとの関係は、式（１）となる。
（１／ａ）＋（１／ｂ）＝１／ｆ ・・・（１）
この場合、ａ＝１．５ｍｍ、ｂ＝４．５ｍｍであるので、ｆ＝１．１２５ｍｍとなる。したがって、ａ＝１．５ｍｍ、ｂ＝４．５ｍｍとした場合は、レンズ１３として、焦点距離ｆが１．１２５ｍｍのレンズを選択することになる。逆に、レンズ１３に対して、焦点距離ｆが１．１２５ｍｍのレンズを使用する場合には、例えば、ａ＝１．５ｍｍと決めると、式（１）からｂ＝４．５ｍｍを算出できる。

なお、上記の設計内容で示した数値は一例である。他の数値例の場合を示すと、像倍率＝３のとき、ａ＝３ｍｍ、ｂ＝９ｍｍとすれば、式（１）からｆ＝２．２５となり、焦点距離が２．２５ｍｍのレンズ１３を選択することになる。

ここで、従来では、図２０、図２１に示したように、ＳＯＡアレイ６１の各ＳＯＡチップ６１ａ〜６１ｄに対応して配列されたレンズ６２ａ〜６２ｄを含むレンズアレイ６２を用いて、または各ＳＯＡチップ６１ａ〜６１ｄに対応して配列された先球レンズファイバ６５ａ〜６５ｄを含む先球レンズファイバアレイ６５を用いて、ＳＯＡアレイと光ファイバアレイとを光結合させていたので、ＳＯＡアレイのピッチと光ファイバアレイのピッチとは等しくなければならず、ＳＯＡアレイのピッチを狭くしようとしても制限が生じていた。

一方、上記のように、ＳＯＡアレイ装置１０−１では、ＳＯＡのビームスポットサイズと、光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように（ＳＯＡのビーム直径と光ファイバのビーム直径との比に一致する、としても同じこと）、レンズの像倍率を決定し、ＳＯＡアレイのピッチと、光ファイバアレイのピッチとの比を像倍率に合わせるように設計した。

これにより、ＳＯＡ１１−１〜１１−ｎのビームスポットサイズ３．５μｍは３倍されて、光ファイバ１２−１〜１２−ｎのビームスポットサイズ１０．５μｍまで拡大することにより、同じビームスポットサイズとなるので光結合効率を向上させることが可能になる。

また、ＳＯＡアレイ１１のピッチ（Ｐ１）６０μｍも３倍されて、レンズ１３の出射側では１８０μｍと拡大するので、光ファイバアレイ１２のピッチ（Ｐ２）は１８０μｍとなる。すなわち、従来のように、ＳＯＡアレイと光ファイバアレイとで光結合をとる際に、ＳＯＡアレイと光ファイバアレイとの互いのピッチを等しくする必要がなくなるので、ＳＯＡアレイピッチを光ファイバの直径（１２５μｍ）よりも小さくすることができ、光ファイバの直径（１２５μｍ）よりも小さなピッチのＳＯＡアレイを実現して、光ゲートアレイの集積度を向上させることが可能になる。

なお、上記のようなレンズ１３の選択時には、レンズ１３の凸面の中心を、レンズ１３を斜めにした状態で入射側と出射側で一致するように（レンズ１３に対する入射光がレンズ１３の面で屈折したときに、レンズ１３の中心を通るように）偏心させた形のレンズを使ってもよい。

次に第２の実施の形態の設計内容について説明する。図４は光学系の第２の実施の形態を示す図である。第２の実施の形態のＳＯＡアレイ装置１０−２は、複数のレンズをＳＯＡアレイ１１と光ファイバアレイ１２との間に設置した場合であり、図ではレンズ１３−１（第１のレンズ）、レンズ１３−２（第２のレンズ）が配置されている。この場合、レンズ１３−１、１３−２の主面と、ＳＯＡアレイ１１の端面と、光ファイバアレイ１２の端面とは平行に配置される。

なお、設計条件は、第１の実施の形態と同様に、光ファイバ１２−１〜１２−ｎのビーム直径は１０．５μｍ、ＳＯＡ１１−１〜１１−ｎのビーム直径が３．５μｍであり、像倍率＝３として、ＳＯＡアレイ１１のピッチが６０μｍとなるように設計するものとする。

第２の実施の形態において、ＳＯＡアレイ１１とレンズ１３−１は、共焦点系を有し、レンズ１３−２と光ファイバアレイ１２は共焦点系を有している。共焦点系とは、レンズの焦点位置に光源や受光部を配置した状態、または２枚以上のレンズを互いの焦点位置が一致するように配置した状態のことをいう。したがって、ＳＯＡアレイ１１は、レンズ１３−１の焦点位置に置かれ、光ファイバアレイ１２は、レンズ１３−２の焦点位置に置かれることになる。

共焦点系を有するレンズ１３−１、１３−２の像倍率は、レンズ１３−１の焦点距離をｆ１、レンズ１３−２の焦点距離をｆ２とすると、像倍率＝ｆ２／ｆ１となる。すなわち、ＳＯＡアレイ１１の端面からレンズ１３−１の主面までの距離ａは、レンズ１３−１の焦点距離ｆ１となり、レンズ１３−２の主面から光ファイバアレイ１２の端面までの距離ｂは、レンズ１３−２の焦点距離ｆ２となる。また、レンズ１３−１とレンズ１３−２との間隔はｆ１＋ｆ２とする。なお、焦点距離ｆ１に配置されたＳＯＡアレイ１１から出射する光をレンズ１３−１が受光すると、レンズ１３−１からは平行光が出射されることになる。

第２の実施の形態において、像倍率＝３で設計する場合についてまとめると、レンズ１３−１には、焦点距離が１．５ｍｍのレンズを選択し、レンズ１３−２には焦点距離が４．５ｍｍのレンズを選択して、ＳＯＡアレイ１１を、レンズ１３−１の主面から１．５ｍｍの位置に配置し、光ファイバアレイ１２をレンズ１３−２の主面から４．５ｍｍの位置に配置する。

これにより、ＳＯＡ１１−１〜１１−ｎのビームスポットサイズ３．５μｍは３倍されて、光ファイバ１２−１〜１２−ｎのビームスポットサイズ１０．５μｍまで拡大するので光結合効率を向上させ、さらに、ＳＯＡアレイ１１のピッチ（Ｐ１）６０μｍも３倍されて、レンズ１３の出射側では１８０μｍと拡大するので、光ファイバの直径（１２５μｍ）よりも小さなピッチのＳＯＡアレイを実現することが可能になる。

次にＳＯＡアレイ装置１０をモジュール化した場合のパッケージ内部構成について説明する。図５はＳＯＡアレイモジュールのパッケージ内部構成の一例を示す図である。第１の実施の形態のＳＯＡアレイ装置１０−１をモジュール化したＳＯＡアレイモジュール１０ａ−１のパッケージ内部を示している。

パッケージ１の内部には、ＳＯＡアレイ１１、ＳＯＡキャリア１１ａ、レンズ１３ａ、１３ｂ、サーミスタ１４、ペルチェ素子１５、気密封止用窓１６ａ、１６ｂが含まれる。光ファイバアレイ１２ａ、１２ｂは、溶接固定用スリーブ１７ａ、１７ｂを通ってパッケージ１に固着される。

ＳＯＡアレイ１１には、８本のＳＯＡが配置されている（すなわち、ＳＯＡアレイモジュール１０ａ−１は、８チャネルのスイッチングが可能なモジュールである）。また、ＳＯＡアレイモジュール１０ａ−１では、１４本のモジュール端子であるセラミック端子が側壁に設けられている。

ＳＯＡアレイ１１は、ＳＯＡキャリア１１ａに金錫等の半田にて固定する。ＳＯＡアレイ１１の各ＳＯＡは、ＳＯＡキャリア１１ａのストリップライン（図示せず）にワイヤボンディングされる。さらにＳＯＡキャリア１１ａからのストリップラインは、ＳＯＡ駆動用端子にワイヤボンディングされて、ＳＯＡ駆動用端子及びＧＮＤ（グランド）端子を通して電気信号が印加されることで、ＳＯＡアレイ１１は、駆動時には光増幅の状態となる。

サーミスタ１４は、パッケージ１内部の温度をモニタする素子であり、ストリップラインによってサーミスタ駆動用端子にワイヤボンディングされる。ペルチェ素子１５は、サーミスタ１４のモニタ結果にもとづき、パッケージ１内部の温度を一定に保つための温度制御素子であり、ストリップラインによってペルチェ素子駆動用端子にワイヤボンディングされる。

レンズ１３ａは、光ファイバアレイ１２ａとＳＯＡ１１との間に配置し、レンズ１３ｂは、ＳＯＡ１１と光ファイバアレイ１２ｂとの間に配置する。レンズ１３ａ、１３ｂは、ステンレス等の金属枠１３１、１３２にはめ込まれており、ＳＯＡアレイ１１からの出射光が適正な位置になるように位置合わせした後に、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット結晶）レーザ溶接などにより、金属固定される。レンズ１３ａ、１３ｂの固定工程後、光ファイバアレイ１２ａ、１２ｂのすべてのチャネルが最大光出力になるように位置合わせを行い、光ファイバアレイ１２ａ、１２ｂはパッケージ１に溶接固定される。なお、気密封止用窓１６ａ、１６ｂは、パッケージ１の内部に水分や酸素が入らないように光だけを通すためのガラス窓である。

図６はＳＯＡアレイモジュール１０ａ−１の光結合の状態を示す図である。ＳＯＡアレイモジュール１０ａ−１は、パッケージ１の厚みをできるだけ薄くするように、レンズ１３ａ、１３ｂは、図に示すように、通常のレンズの上下を切断し、アレイ方向に長いレンズ構造としている。

このように、レンズ１３ａ、１３ｂは、アレイ方向には長く、垂直方向にはＳＯＡ光の放射光を十分に受けられるだけの開口をもつように切り出したレンズ構造とした。これにより、ＳＯＡアレイモジュール１０ａ−１の高さ方向のサイズ（パッケージの厚み）を小さくすることが可能となり、モジュールの小型化（パッケージ１の薄型化）及び低消費電力化に寄与する。

図７はＳＯＡアレイモジュールのパッケージ内部構成の一例を示す図である。第２の実施の形態のＳＯＡアレイ装置１０−２をモジュール化したＳＯＡアレイモジュール１０ａ−２のパッケージ内部を示している。

パッケージ１の内部には、ＳＯＡアレイ１１、ＳＯＡキャリア１１ａ、レンズ１３ａ−１、１３ａ−２、１３ｂ−１、１３ｂ−２、サーミスタ１４、ペルチェ素子１５、気密封止用窓１６ａ、１６ｂ、光アイソレータ１８ａ、１８ｂが含まれる。光ファイバアレイ１２ａ、１２ｂは、溶接固定用スリーブ１７ａ、１７ｂを通ってパッケージ１に固着される。

ＳＯＡアレイモジュール１０ａ−２は、片側に２枚のレンズを用いて光結合した構造であり、レンズ１３ａ−１、レンズ１３ａ−２は、光ファイバアレイ１２ａとＳＯＡ１１との間に配置し、レンズ１３ｂ−１、１３ｂ−２は、ＳＯＡ１１と光ファイバアレイ１２ｂとの間に配置する。

また、レンズ１３ａ−１とレンズ１３ａ−２との間には、順方向の光のみを通して、反射戻り光を遮断するための光アイソレータ１８ａが設けられ、レンズ１３ｂ−１とレンズ１３ｂ−２との間にも同様な光アイソレータ１８ｂが設けられる。光アイソレータ１８ａ、１８ｂは、８チャネルの光ビームすべてを通すことが可能な口径をもつアイソレータを使用している。

なお、図５で示したＳＯＡアレイモジュール１０ａ−１においても、レンズ１３ａとＳＯＡアレイ１１との間と、ＳＯＡアレイ１１とレンズ１３ｂとの間に光アイソレータを配置する構成としてもよい。ＳＯＡアレイモジュール１０ａ−２のその他の構成は図５と同様なので説明は省略する。

次にＳＯＡアレイモジュールを実際に設計した場合の詳細設計内容について説明する。図８はＳＯＡアレイモジュールの光結合の状態を示す図である。ＳＯＡアレイモジュール１０ｂは、片側２枚のレンズ１３−１、１３−２を用いて、像倍率＝３の光結合系であり、図は具体的に計算した実施の形態を示しており、８本の各ビーム軌跡は、ＳＯＡアレイ１１から出射されるビームの強度分布の中心線を示している。

８チャネルのＳＯＡアレイ１１は６０μｍピッチで並んでおり、すべてのＳＯＡから２２．３度斜めに光が出射している。レンズ１３−１は直径４φであり、ＳＯＡアレイ１１から距離１．４ｍｍ離れた位置におき、出射光はレンズのほぼ片側に入射する。

レンズ１３−２は、レンズ１３−１から約８ｍｍ離れて位置し、レンズ１３−１とレンズ１３−２の中心が約０．６ｍｍずれた状態で配置してある。レンズ１３−２でもレンズ１３−１と同様に、レンズのほぼ片側だけに光を入射させている。これにより、レンズ１３−２から６．２ｍｍ離れた位置における光ファイバアレイ１２にＳＯＡの光を結合させている。

なお、ＳＯＡアレイ１１の端面からレンズ１３−１の主面までの距離ａは２．２ｍｍであり、レンズ１３−２の主面から光ファイバアレイ１２の端面までの距離ｂは６．６ｍｍであるので、像倍率＝６．６／２．２＝３である。

このようにＳＯＡアレイモジュール１０ｂの光結合系では、像倍率が３倍に設計されるので、ＳＯＡピッチ６０μｍは光ファイバアレイ１２の端面で１８０μｍに変換される。また、ＳＯＡのモードサイズも３倍に拡大され、光ファイバのモードサイズとほぼ同じになり、効率の高い光結合が実現可能になる。

なお、光ファイバアレイ１２の端面には１２．３度の入射角で斜めに光が入力するので、光ファイバの屈折率が１．４５である場合、光ファイバアレイ１２を垂直線Ｈからθ傾けて、光ファイバのコアの中心に光が通るようにするには、θはスネルの法則から、１・ｓｉｎ（１２．３°）＝１．４５・ｓｉｎθとなるので、θ＝８．４５°と求まる。すなわち、１２．３度の入射角で斜めに入力する光を光ファイバに真っ直ぐ結合させるには、光ファイバアレイ１２を垂直線Ｈから８．４５度傾ければよいことになる。

図９はＳＯＡアレイモジュール１０ｂのパッケージ内部構成の一例を示す図である。図８で上述した光結合を有するＳＯＡアレイモジュール１０ｂは、メインパッケージ１−１とサブパッケージ１−２ａ、１−２ｂとから構成されるモジュールである。

メインパッケージ１−１の内部には、ＳＯＡアレイ１１、ＳＯＡキャリア１１ａ、レンズ１３ａ−１、１３ｂ−１（第１のレンズ）、サーミスタ１４、ペルチェ素子１５、気密封止用窓１６ａ、１６ｂ、ファンナウト（fan-out）型端子部１９ａ、１９ｂが配置される。

ここで、ＳＯＡキャリア１１ａの電極ピッチと、メインパッケージ１−１のセラミック端子ピッチとは大きく異なるため、一般的には、ピッチを整合するためのファンナウト型端子部１９ａ、１９ｂをＳＯＡキャリア１１ａとメインパッケージ１−１のセラミック端子の間に挿入する。図では、ファンナウト型端子部１９ａ、１９ｂが、ＳＯＡキャリア１１ａの両側に配置され、ストリップラインで接続している状態を図示してある。

また、メインパッケージ１−１内では、レンズ１３ａ−１、１３ｂ−１を、ＳＯＡアレイ１１の近傍にペルチェ素子１５とともに配置し、気密封止用窓１６ａ、１６ｂで封止して、ＳＯＡアレイ１１を水分や酸素から遮断している。

さらに、気密封止用窓１６ａ、１６ｂを通してメインパッケージ１−１の外側には、サブパッケージ１−２ａ、１−２ｂが取り付けられる。サブパッケージ１−２ａは、反射防止用の光アイソレータ１８ａ、レンズ１３ａ−２（第２のレンズ）、光ファイバアレイ１２ａ、溶接固定用スリーブ１７ａを含み、サブパッケージ１−２ｂは、反射防止用の光アイソレータ１８ｂ、レンズ１３ｂ−２（第２のレンズ）、光ファイバアレイ１２ｂ、溶接固定用スリーブ１７ｂを含み、それぞれの部品は位置合わせを行ったあとＹＡＧレーザなどで溶接固定される。

次にＮ：１の光スイッチングを行うＳＯＡアレイモジュール（光ゲートアレイモジュール）の構成について説明する。以下、Ｎ＝８の場合の構成について説明する。図１０はＳＯＡアレイモジュールの内部構成を示す図である。

ＳＯＡアレイモジュール２０は、片側に２枚のレンズを用いて光結合した構造であって、パッケージ１ａ内部には、ＳＯＡ部（光ゲート部）２１、ＳＯＡキャリア（光ゲートキャリア）２１−１、バルクレンズ２３ａ（第１のレンズ）、バルクレンズ２３ｂ（第２のレンズ）、サーミスタ２４、ペルチェ素子２５、気密封止用窓２６、レンズ２７ａ（第３のレンズ）、レンズ２７ｂ（第４のレンズ）、光アイソレータ２８が含まれる（なお、バルクレンズ２３ａ、２３ｂは、Ｎポート側レンズに該当し、レンズ２７ａ、２７ｂは、単一ポート側レンズに該当する）。

また、金属スリーブ１ｂの内部には、光ファイバアレイ２９ａが含まれ、金属スリーブ１ｃの内部には、単一光ファイバ２９ｂが含まれる。金属スリーブ１ｂ、１ｃは、パッケージ１ａに溶接固定される。

図１１はＳＯＡ部２１の内部構成を示す図である。ＳＯＡ部２１は、ＳＯＡアレイ（光ゲートアレイ）２１ａと、８：１カプラ２１ｂと、単一ＳＯＡ（単一光ゲート）２１ｃとから構成される。ＳＯＡアレイ２１ａは、８個のＳＯＡが配列しており、８：１カプラ２１ｂは、ＳＯＡアレイ２１ａと単一ＳＯＡ２１ｃとを結合する。また、ＳＯＡ部２１は、一方の端面に８個のポートを有し、他方の端面に１つのポートを有している。

図１０に戻って、ＳＯＡ部２１は、ＳＯＡキャリア２１−１に金錫等の半田にて固定搭載される。ＳＯＡ部２１内の各ＳＯＡは、ＳＯＡキャリア２１−１のストリップライン（図示せず）にワイヤボンディングされる。さらに、ＳＯＡキャリア２１−１からのストリップラインは、モジュール端子であるＳＯＡ駆動用端子（ＳＯＡアレイ２１ａ内のＳＯＡおよび単一ＳＯＡ２１ｃを駆動するためのモジュール端子）にワイヤボンディングされて、ＳＯＡ駆動用端子及びＧＮＤ端子を通して電気信号が印加される。これにより、ＳＯＡ部２１内のＳＯＡアレイ２１ａおよび単一ＳＯＡ２１ｃは、駆動時には光増幅の状態となる。

なお、ＳＯＡアレイモジュール２０の端子配置として、ＳＯＡ駆動用端子とＧＮＤ端子とは、隣接して交互に配置するような端子配置とする。例えば、ＳＯＡ駆動用端子をｓ１、ｓ２、ｓ３、・・・とすると、図１０に示すように、ｓ１端子、ＧＮＤ端子、ｓ２端子、ＧＮＤ端子、・・・というように配置する。

もし、ＳＯＡ駆動用端子同士が隣接していると、クロストークが発生して誤作動の原因となるおそれがあるが、ＳＯＡアレイモジュール２０のように、ＧＮＤで信号端子を挟むようにしてデザインすることにより、クロストークの発生を抑圧することができる。

一方、サーミスタ２４は、パッケージ１ａ内部の温度をモニタする素子であり、ストリップラインによってサーミスタ駆動用端子にワイヤボンディングされる。ペルチェ素子２５は、サーミスタ２４のモニタ結果にもとづき、パッケージ１ａ内部の温度を一定に保つための温度制御素子であり、ストリップラインによってペルチェ素子駆動用端子にワイヤボンディングされる。

バルクレンズ２３ａ、２３ｂは、ＳＯＡ部２１の８ポート側端面と光ファイバアレイ２９ａとの間に配置し、レンズ２７ａ、２７ｂは、ＳＯＡ部２１の単一ポート側端面と単一光ファイバ２９ｂとの間に配置する。

バルクレンズ２３ａ、２３ｂおよびレンズ２７ａ、２７ｂは、金属枠にはめ込まれており、ＳＯＡ部２１からの出射光が適正な位置になるように位置合わせした後に固定される。

これらレンズの固定工程後、光ファイバアレイ２９ａおよび単一光ファイバ２９ｂのすべてのチャネルが最大光出力になるように位置合わせを行い、光ファイバアレイ２９ａは金属スリーブ１ｂ内に固定され、単一光ファイバ２９ｂは金属スリーブ１ｃ内に固定される。なお、気密封止用窓２６は、パッケージ１ａの内部に水分や酸素が入らないように光だけを通すためのガラス窓である。

ここで、ＳＯＡ部２１、バルクレンズ２３ａ、２３ｂおよび光ファイバアレイ２９ａの配置関係としては、バルクレンズ２３ａ、２３ｂの主面と、ＳＯＡ部２１の８ポート側端面と、光ファイバアレイ２９ａの端面とは平行になるように配置される。

また、バルクレンズ２３ａの焦点距離をｆ１、バルクレンズ２３ｂの焦点距離をｆ２とした場合に、ＳＯＡ部２１とバルクレンズ２３ａは共焦点系を有して、バルクレンズ２３ａの焦点距離ｆ１にＳＯＡ部２１を配置し、かつバルクレンズ２３ｂと光ファイバアレイ２９ａとは共焦点系を有して、バルクレンズ２３ｂの焦点距離ｆ２に光ファイバアレイ２９ａを配置する。

このとき、ＳＯＡ部２１上の８個すべてのＳＯＡのビームスポットサイズと、光ファイバアレイ２９ａ上の８本すべての光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように決定された像倍率はｆ２／ｆ１に等しい。なお、ＳＯＡ部２１、バルクレンズ２３ａ、２３ｂおよび光ファイバアレイ２９ａの配置関係は、図４で上述した内容と基本的に同じなので詳細説明は省略する。

一方、ＳＯＡ部２１に対するレンズ２７ａ、２７ｂの配置関係としては、レンズ２７ａの主面は、ＳＯＡ部２１の単一ポートからの出射光に対して垂直となるように配置され、レンズ２７ａ、２７ｂによって、ＳＯＡ部２１と単一光ファイバ２９ｂとを結合させている。なお、レンズ２７ａとレンズ２７ｂとの間には、順方向の光のみを通して、反射戻り光を遮断するための光アイソレータ２８が設けられる（バルクレンズ２３ａ、２３ｂの間に光アイソレータを設けてもよい）。

図１２はＳＯＡキャリア２１−１の形状を示す図である。ＳＯＡ部２１が搭載されるＳＯＡキャリア２１−１の８ポート側の端面Ａは、ＳＯＡ部２１の８ポート側端面と平行になるように形成する。

一方、ＳＯＡキャリア２１−１の単一ポート側の端面Ｂは、ＳＯＡ部２１の単一ポート側端面とは平行ではなく、ＳＯＡ部２１からの射出光角度θにほぼ相当する角度の傾きを持つように形成する。

図１３、図１４は端面Ｂに傾斜を持たせる理由を説明するための概念図である。図１３において、ＳＯＡキャリアの端面Ｂ１を、ＳＯＡ部２１の単一ポート側端面と同様に平行に形成したとする。

ＳＯＡ部２１からの射出光角度がθのとき、このときの出射光をレンズ２７ａで受光するには、レンズ２７ａの主面が出射光に対して垂直となるように配置することが必要である。端面Ｂ１の形状がＳＯＡ部２１の単一ポート側端面と平行であると、レンズ２７ａがＳＯＡキャリア２１−１の端面Ｂ１にぶつからないようにして、出射光に対して垂直となる位置に配置しようとすると、レンズ２７ａとＳＯＡ部２１の単一ポート側端面との間には、ある程度の距離をあけて配置しなければならない。

これに対し、図１４においては、端面Ｂは射出光角度θとほぼ等しい角度の傾斜を持っているため、レンズ２７ａを出射光に対して垂直となる位置に配置する際にも、レンズ２７ａを端面Ｂの傾斜角度に平行に位置させて配置することにより、ＳＯＡ部２１の単一ポート側端面の近傍に実装することができる。

このように、ＳＯＡキャリア２１−１の単一ポート側の端面Ｂを、ＳＯＡ部２１からの射出光角度θにほぼ相当する角度の傾きを持たせて形成することにより、レンズ２７ａをＳＯＡ部２１に近づけて配置することができるので、実装スペースを有効に活用することができ、ＳＯＡアレイモジュール２０の小型化に寄与することが可能になる。

次にＳＯＡスイッチシステムについて説明する。図１５はＳＯＡスイッチシステムの構成を示す図である。ＳＯＡスイッチシステム１００は、分配カプラＣ１１〜Ｃ１３と、合流カプラＣ２１〜Ｃ２３と、複数のＳＯＡを有する光ゲートアレイ装置１０ｃとから構成される。

スイッチの動作原理は、入力ポートより入射された光信号が、光信号分配用の分配カプラＣ１１〜Ｃ１３により入出力ポート数に相当する数の光信号に分岐され、所望のポートのＳＯＡのみをオン状態とし、また、その他のポートのＳＯＡはオフ状態とさせて、各ＳＯＡからの出力を合流カプラＣ２１〜Ｃ２３によって合流させることで、接続されるべき入力ポートの光信号のみが選択（増幅）されて、出力ポートへ結合される。

光ゲートアレイ装置１０ｃ内の光ゲート数（ＳＯＡ数）ｎは、入出力ポート数ｎと一致させる場合が多く、一般的にｎは４や８の数をとることが多い。入出力ポート数ｎが８を超えるような場合には、入出力ポート数と光ゲートアレイ装置１０ｃ内の光ゲート数は一致しない場合もあり、この場合、光ゲートアレイ装置１０ｃ内の光ゲート数の整数倍が入出力ポート数になるように光ゲート数を合わせる。

次にｍ×ｎの光マトリクススイッチについて説明する。図１６はｍ×ｎの光マトリクススイッチの構成を示す図である。入力ポート数をｍ（＃１−１〜＃１−ｍ）とし、出力ポート数をｎ（＃２−１〜＃２−ｎ）とした場合のｍ×ｎ光マトリクススイッチ１１０の構成を示している。

光マトリクススイッチ１１０は、ｍ個の１×ｎ光分配部１１１−１〜１１１−ｍと、ｎ個のｍ×１光合流部１１２−１〜１１２−ｎとから構成される。入力ポート＃１−１からの入力光は、光分配部１１１−１でｎ分岐し、分岐光それぞれは、光合流部１１２−１〜１１２−ｎそれぞれに入力する。

同様に、入力ポート＃１−２からの入力光は、光分配部１１１−２でｎ分岐し、分岐光それぞれは、光合流部１１２−１〜１１２−ｎそれぞれに入力し、入力ポート＃１−ｍからの入力光は、光分配部１１１−ｍでｎ分岐し、分岐光それぞれは、光合流部１１２−１〜１１２−ｎそれぞれに入力する。

光合流部１１２−１に入力したｍ本の光信号は、図示しないスイッチ制御部からの駆動信号にもとづいて、１本の光信号が選択されて出力ポート＃２−１から出力する。同様に、光合流部１１２−２に入力したｍ本の光信号は、スイッチ制御部からの駆動信号にもとづいて、１本の光信号が選択されて出力ポート＃２−２から出力し、光合流部１１２−ｎに入力したｍ本の光信号は、スイッチ制御部からの駆動信号にもとづいて、１本の光信号が選択されて出力ポート＃２−ｎから出力する。

なお、光合流部１１２−１〜１１２−ｎのスイッチ動作としては、入力したｍ本の光信号に対して、すべてのＳＯＡ駆動をＯＦＦにして、出力ポートからの出力光をシャットダウンさせる場合もある。

次にｍ＝ｎ＝８として、図１０で上述したＳＯＡアレイモジュール２０を適用した８×８の光スイッチシステムについて説明する。図１７は８×８の光スイッチシステムの構成を示す図である。

光スイッチシステム３は、１入力、８出力の８個の光スプリッタ３１−１〜３１−８と、８入力、１出力の８個のＳＯＡアレイモジュール２０−１〜２０−８と、スイッチ制御部３２とから構成される。

光スプリッタ３１−１〜３１−８と、ＳＯＡアレイモジュール２０−１〜２０−８との接続関係は、ｍ＝ｎ＝８としたときの図１６の光マトリクススイッチ１１０と同じである。

また、ＳＯＡアレイモジュール２０−１〜２０−８の内部構成は、図１０と同じであるので詳細説明は省略する。なお、光スイッチシステム３では、図１０で示したＳＯＡアレイモジュール２０の８ポート側を入力、１ポート側を出力として使用している（図１０のバルクレンズ２３ａ、２３ｂが入力ポート側レンズに該当し、レンズ２７ａ、２７ｂが出力ポート側レンズに該当する）。

スイッチ制御部３２は、ＳＯＡアレイモジュール２０−１〜２０−８に対して、ＳＯＡを駆動してスイッチング制御するための駆動信号を送出する。駆動制御としては、各モジュール内の８個のＳＯＡのうち、１つのＳＯＡを駆動（ＯＮ）し、他の７つのＳＯＡを非駆動（ＯＦＦ）にすることで、１つの光信号を選択して、出力ポートから出力させる。または、８個のＳＯＡすべてを非駆動にして、特定の出力ポートからの出力光をシャットダウンさせる。

以上説明したように、ＳＯＡアレイ装置１０では、ＳＯＡアレイ１１と光ファイバアレイ１２との間に、ＳＯＡアレイ１１上のすべてのＳＯＡと、光ファイバアレイ１２上のすべての光ファイバとの光結合を一括して行うレンズ１３を配置し、ＳＯＡのビームスポットサイズと、光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように、レンズ１３の像倍率を決定し、ＳＯＡアレイ１１のピッチと、光ファイバアレイ１２のピッチとの比を像倍率に合わせる構成とした。

これにより、ＳＯＡアレイ１１は、ウエハの単位面積当たりのＳＯＡの取れ数を大きくすることができ、光ファイバの直径１２５μｍよりも細い、例えば、８０μｍや５０μｍといった間隔にまで、ＳＯＡピッチを狭めることが可能になる。さらにＳＯＡのビームスポットサイズを光ファイバのビームスポットサイズと同じに拡大するので光結合効率の向上を図ることが可能になる。

（付記１） 光信号の制御を行う光ゲートアレイ装置において、
複数の光ゲートを配列した光ゲートアレイと、
複数の光ファイバを配列した光ファイバアレイと、
前記光ゲートアレイと前記光ファイバアレイとの間に配置して、前記光ゲートアレイ上のすべての前記光ゲートと、前記光ファイバアレイ上のすべての前記光ファイバとの光結合を一括して行うレンズと、
を有することを特徴とする光ゲートアレイ装置。

（付記２） 前記光ゲートアレイの端面と、前記レンズの主面と、前記光ファイバアレイの端面とは平行に配置することを特徴とする付記１記載の光ゲートアレイ装置。
（付記３） 前記光ゲートのビームスポットサイズと、前記光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように、前記レンズの像倍率を決定し、前記光ゲートアレイのピッチと、前記光ファイバアレイのピッチとの比を前記像倍率に合わせることを特徴とする付記１記載の光ゲートアレイ装置。

（付記４） 前記光ゲートのビームスポットサイズと、前記光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように決定された前記像倍率をｂ／ａに等しいとした場合に、前記光ゲートアレイは、前記レンズから距離ａの位置に配置し、前記光ファイバアレイは、前記レンズから距離ｂの位置に配置し、前記レンズの焦点距離ｆは、（１／ａ）＋（１／ｂ）＝（１／ｆ）を満たすことを特徴とする付記３記載の光ゲートアレイ装置。

（付記５） 前記レンズは、第１のレンズ及び第２のレンズから構成され、前記第１のレンズの焦点距離をｆ１、前記第２のレンズの焦点距離をｆ２とした場合に、前記光ゲートアレイと前記第１のレンズは共焦点系を有して、前記第１のレンズの前記焦点距離ｆ１に前記光ゲートアレイを配置し、かつ前記第２のレンズと前記光ファイバアレイとは共焦点系を有して、前記第２のレンズの前記焦点距離ｆ２に前記光ファイバアレイを配置し、前記光ゲートのビームスポットサイズと、前記光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように決定された前記像倍率は、ｆ２／ｆ１に等しいことを特徴とする付記３記載の光ゲートアレイ装置。

（付記６） 前記第１のレンズの中心と前記第２のレンズの中心とは、一致せずにずれた状態で配置することを特徴とする付記５記載の光ゲートアレイ装置。
（付記７） 前記光ゲートアレイと前記光ファイバアレイとの間に、前記光ゲートアレイからの出射光ビームがすべて入る大きさの径を持つ光アイソレータを配置することを特徴とする付記１記載の光ゲートアレイ装置。

（付記８） 前記レンズは、前記光ゲートアレイと前記光ファイバアレイのアレイ方向に長く、垂直方向には前記光ゲートアレイからの放射光を受けられるだけの開口をもつように切り出されたレンズ構造を持つことを特徴とする付記１記載の光ゲートアレイ装置。

（付記９） アレイ方向に対して、前記レンズの中心位置と前記光ゲートアレイの中心位置とを合わせ、前記光ゲートのビームが前記レンズの片側を通るように、前記レンズを配置させることを特徴とする付記１記載の光ゲートアレイ装置。

（付記１０） 光信号の伝送制御を行う光ゲートアレイモジュールにおいて、
Ｎ個の光ゲートを配列した光ゲートアレイと、１個の単一光ゲートと、前記光ゲートアレイと前記単一光ゲートとを結合するＮ：１カプラと、から構成され、一方の端面にＮ個のポートを有し、他方の端面に１つの単一ポートを有している光ゲート部と、
前記光ゲート部のＮポート側に位置して、Ｎ本の光ファイバを配列した光ファイバアレイと、
前記光ゲート部と前記光ファイバアレイとの間に配置して、前記光ゲートアレイ上のＮ個すべての前記光ゲートと、前記光ファイバアレイ上のＮ本すべての前記光ファイバとの光結合を一括して行うＮポート側レンズと、
前記光ゲート部の単一ポート側に位置する１本の単一光ファイバと、
前記光ゲート部と前記単一光ファイバとの間に配置して、前記単一光ゲートと、前記単一光ファイバとの光結合を行う単一ポート側レンズと、
を有することを特徴とする光ゲートアレイモジュール。

（付記１１） 前記Ｎポート側レンズは、第１のレンズ及び第２のレンズから構成され、前記第１のレンズの焦点距離をｆ１、前記第２のレンズの焦点距離をｆ２とした場合に、前記光ゲート部と前記第１のレンズは共焦点系を有して、前記第１のレンズの前記焦点距離ｆ１に前記光ゲート部を配置し、かつ前記第２のレンズと前記光ファイバアレイとは共焦点系を有して、前記第２のレンズの前記焦点距離ｆ２に前記光ファイバアレイを配置し、前記光ゲートアレイ上のＮ個すべての前記光ゲートのビームスポットサイズと、前記光ファイバアレイ上のＮ本すべての前記光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように決定された像倍率は、ｆ２／ｆ１に等しいことを特徴とする付記１０記載の光ゲートアレイモジュール。

（付記１２） 前記単一ポート側レンズは、前記光ゲート部側に配置される第３のレンズと、前記単一光ファイバ側に配置される第４のレンズと、から構成され、前記第３のレンズと前記第４のレンズとの間には、反射戻り光を遮断するための光アイソレータがさらに設けられることを特徴とする付記１０記載の光ゲートアレイモジュール。

（付記１３） モジュール端子である光ゲート駆動用端子と、前記光ゲート部内の前記光ゲートとを接続させる構造を持ち、前記光ゲート部の搭載台となる光ゲートキャリアをさらに有し、前記光ゲートキャリアのＮポート側端面は、前記光ゲート部のＮポート側端面と平行になるように形成し、前記光ゲートキャリアの単一ポート側端面は、前記光ゲート部からの射出光角度に相当する角度の傾きを持つように形成することを特徴とする付記１０記載の光ゲートアレイモジュール。

（付記１４） モジュール端子である光ゲート駆動用端子とＧＮＤ端子とは、隣接して交互に配置することを特徴とする付記１０記載の光ゲートアレイモジュール。
（付記１５） 光信号のｍ×ｎのスイッチ制御を行う光スイッチシステムにおいて、
１入力、ｎ出力の光分岐を行うｍ個の光スプリッタと、
ｍ個の前記光スプリッタの個々の出力ラインと接続する、ｍ個の光ゲートを配列した光ゲートアレイと、１個の単一光ゲートと、前記光ゲートアレイと前記単一光ゲートとを結合するｍ：１カプラと、から構成され、入力側端面にｍ個の入力ポートを有し、出力側端面に１個の出力ポートを有している光ゲート部と、前記光ゲート部の前記入力ポート側に位置して、ｍ本の光ファイバを配列した光ファイバアレイと、前記光ゲート部と前記光ファイバアレイとの間に配置して、前記光ゲートアレイ上のｍ個すべての前記光ゲートと前記光ファイバアレイ上のｍ本すべての前記光ファイバとの光結合を一括して行う入力ポート側レンズと、前記光ゲート部の前記出力ポート側に位置する１本の単一光ファイバと、前記光ゲート部と前記単一光ファイバとの間に配置して、前記単一光ゲートと前記単一光ファイバとの光結合を行う出力ポート側レンズと、から構成されるｍ入力、１出力のｎ個の光ゲートアレイモジュールと、
前記光ゲート部の駆動制御を行うスイッチ制御部と、
を有することを特徴とする光スイッチシステム。

（付記１６） 前記光ゲートアレイモジュールの前記入力ポート側レンズは、第１のレンズ及び第２のレンズから構成され、前記第１のレンズの焦点距離をｆ１、前記第２のレンズの焦点距離をｆ２とした場合に、前記光ゲート部と前記第１のレンズは共焦点系を有して、前記第１のレンズの前記焦点距離ｆ１に前記光ゲート部を配置し、かつ前記第２のレンズと前記光ファイバアレイとは共焦点系を有して、前記第２のレンズの前記焦点距離ｆ２に前記光ファイバアレイを配置し、前記光ゲートアレイ上のｍ個すべての前記光ゲートのビームスポットサイズと、前記光ファイバアレイ上のｍ本すべての前記光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように決定された前記像倍率は、ｆ２／ｆ１に等しいことを特徴とする付記１５記載の光スイッチシステム。

（付記１７） 前記光ゲートアレイモジュールの前記出力ポート側レンズは、前記光ゲート部側に配置される第３のレンズと、前記単一光ファイバ側に配置される第４のレンズと、から構成され、前記第３のレンズと前記第４のレンズとの間には、反射戻り光を遮断するための光アイソレータがさらに設けられることを特徴とする付記１５記載の光スイッチシステム。

（付記１８） 前記光ゲートアレイモジュールは、モジュール端子である光ゲート駆動用端子と、前記光ゲート部内の各光ゲートとを接続させる構造を持つ、前記光ゲート部の搭載台となる光ゲートキャリアをさらに有し、前記光ゲートキャリアの入力ポート側端面は、前記光ゲート部の入力ポート側端面と平行になるように形成し、前記光ゲートキャリアの出力ポート側端面は、前記光ゲート部からの射出光角度に相当する角度の傾きを持つように形成することを特徴とする付記１５記載の光スイッチシステム。

（付記１９） 前記光ゲートアレイモジュールのモジュール端子である、光ゲート駆動用端子とＧＮＤ端子とは、隣接して交互に配置することを特徴とする付記１５記載の光スイッチシステム。

光ゲートアレイ装置の原理図である。 光学系の第１の実施の形態を示す図である。 ＭＦＤを示す図である。 光学系の第２の実施の形態を示す図である。 ＳＯＡアレイモジュールのパッケージ内部構成の一例を示す図である。 ＳＯＡアレイモジュールの光結合の状態を示す図である。 ＳＯＡアレイモジュールのパッケージ内部構成の一例を示す図である。 ＳＯＡアレイモジュールの光結合の状態を示す図である。 ＳＯＡアレイモジュールのパッケージ内部構成の一例を示す図である。 ＳＯＡアレイモジュールの内部構成を示す図である。 ＳＯＡ部の内部構成を示す図である。 ＳＯＡキャリアの形状を示す図である。 端面に傾斜を持たせる理由を説明するための概念図である。 端面に傾斜を持たせる理由を説明するための概念図である。 ＳＯＡスイッチシステムの構成を示す図である。 ｍ×ｎの光マトリクススイッチの構成を示す図である。 ８×８の光スイッチシステムの構成を示す図である。 ＳＯＡと光ファイバの従来の光結合構造を示す図である。 ＳＯＡと光ファイバの従来の光結合構造を示す図である。 ＳＯＡアレイと光ファイバアレイとの光結合を示す図である。 ＳＯＡアレイと光ファイバアレイとの光結合を示す図である。 従来の光結合構造の問題点を示す図である。

符号の説明

１０ 光ゲートアレイ装置
１１ 光ゲートアレイ
１１−１〜１１−ｎ 光ゲート
１２ 光ファイバアレイ
１２−１〜１２−ｎ 光ファイバ
１３ レンズ

Claims (5)

1. 光信号の伝送制御を行う光ゲートアレイ装置において、
   複数の光ゲートを配列した光ゲートアレイと、
   複数の光ファイバを配列した光ファイバアレイと、
   前記光ゲートアレイと前記光ファイバアレイとの間に配置して、前記光ゲートアレイ上のすべての前記光ゲートと、前記光ファイバアレイ上のすべての前記光ファイバとの光結合を一括して行うレンズと、
   を備え、
   前記光ゲートアレイは半導体光増幅器で構成され、前記光ゲートアレイ内の各光軸は前記レンズの光軸に対して傾斜するとともに、前記光ゲートアレイの端面は前記レンズの主面と平行に配置され、前記光軸とは異なる角度で各ビームを出射し、前記レンズの前記光結合の対象となる前記各ビームを前記レンズの中心から見てほぼ片側に入射し、前記光ゲートアレイ内の各光軸と前記光ファイバアレイの各光軸の順序が反転するよう前記レンズを配置し、
   前記光ゲートのビームスポットサイズと、前記光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように、前記レンズの像倍率を決定し、前記光ゲートアレイのピッチと、前記光ファイバアレイのピッチとの比を前記像倍率に合わせる、
   ことを特徴とする光ゲートアレイ装置。
2. 前記光ゲートのビームスポットサイズと、前記光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように決定された前記像倍率をｂ／ａに等しいとした場合に、前記光ゲートアレイは、前記レンズから距離ａの位置に配置し、前記光ファイバアレイは、前記レンズから距離ｂの位置に配置し、前記レンズの焦点距離ｆは、（１／ａ）＋（１／ｂ）＝（１／ｆ）を満たすことを特徴とする請求項１記載の光ゲートアレイ装置。
3. 前記レンズは、第１のレンズ及び第２のレンズを備え、前記第１のレンズの焦点距離をｆ１、前記第２のレンズの焦点距離をｆ２とした場合に、前記光ゲートアレイと前記第１のレンズは共焦点系を有して、前記第１のレンズの前記焦点距離ｆ１に前記光ゲートアレイを配置し、かつ前記第２のレンズと前記光ファイバアレイとは共焦点系を有して、前記第２のレンズの前記焦点距離ｆ２に前記光ファイバアレイを配置し、前記光ゲートのビームスポットサイズと、前記光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように決定された前記像倍率は、ｆ２／ｆ１に等しいことを特徴とする請求項１記載の光ゲートアレイ装置。
4. 光信号の伝送制御を行う光ゲートアレイモジュールにおいて、
   Ｎ個の光ゲートを配列した光ゲートアレイと、１個の単一光ゲートと、前記光ゲートアレイと前記単一光ゲートとを結合するＮ：１カプラと、から構成され、一方の端面にＮ個のポートを有し、他方の端面に１つの単一ポートを有している光ゲート部と、
   前記光ゲート部のＮポート側に位置して、Ｎ本の光ファイバを配列した光ファイバアレイと、
   前記光ゲート部と前記光ファイバアレイとの間に配置して、前記光ゲートアレイ上のＮ個すべての前記光ゲートと、前記光ファイバアレイ上のＮ本すべての前記光ファイバとの光結合を一括して行うＮポート側レンズと、
   前記光ゲート部の単一ポート側に位置する１本の単一光ファイバと、
   前記光ゲート部と前記単一光ファイバとの間に配置して、前記単一光ゲートと、前記単一光ファイバとの光結合を行う単一ポート側レンズと、
   を備え、
   前記光ゲートアレイは半導体光増幅器で構成され、前記光ゲートアレイ内の各光軸は前記Ｎポート側レンズの光軸に対して傾斜するとともに、前記光ゲートアレイの端面は前記Ｎポート側レンズの主面と平行に配置され、前記光軸とは異なる角度で各ビームを出射し、前記Ｎポート側レンズの前記光結合の対象となる前記各ビームを前記Ｎポート側レンズの中心から見てほぼ片側に入射し、前記光ゲートアレイ内の各光軸と前記光ファイバアレイの各光軸の順序が反転するよう前記Ｎポート側レンズを配置し、
   前記Ｎポート側レンズは、第１のレンズ及び第２のレンズを備え、前記第１のレンズの焦点距離をｆ１、前記第２のレンズの焦点距離をｆ２とした場合に、前記光ゲート部と前記第１のレンズは共焦点系を有して、前記第１のレンズの前記焦点距離ｆ１に前記光ゲート部を配置し、かつ前記第２のレンズと前記光ファイバアレイとは共焦点系を有して、前記第２のレンズの前記焦点距離ｆ２に前記光ファイバアレイを配置し、前記光ゲートアレイ上のＮ個すべての前記光ゲートのビームスポットサイズと、前記光ファイバアレイ上のＮ本すべての前記光ファイバのビームスポットサイズとの比に一致するように決定された像倍率は、ｆ２／ｆ１に等しい、
   ことを特徴とする光ゲートアレイモジュール。
5. 前記単一ポート側レンズは、前記光ゲート部側に配置される第３のレンズと、前記単一光ファイバ側に配置される第４のレンズと、を含み、前記第３のレンズと前記第４のレンズとの間には、反射戻り光を遮断するための光アイソレータがさらに設けられることを特徴とする請求項４記載の光ゲートアレイモジュール。

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