JP4967847B2 - 光スイッチおよびｍｅｍｓパッケージ - Google Patents

Description

この発明は、光通信においてビームの経路切替を行う光スイッチおよびＭＥＭＳパッケージに関する。

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通信は、主にｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔのネットワーク形態であるが、近い将来にはリング型ネットワーク、メッシュ型ネットワークへ発展すると考えられる。

また、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）など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／解除が行われると考えられる。

このように、光技術を最大限に生かしたフォトニックネットワーク技術が進展している（たとえば、下記非特許文献１参照。）。本発明が関連する波長選択スイッチは、リング型ネットワーク、メッシュ型ネットワークにおけるノードに配置される光スイッチであり、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。

図１４は、従来の波長選択スイッチを示す平面図である。図１４に示すように、従来の波長選択スイッチ１４０は、ポート群１４１と、コリメートレンズ群１４２と、分光素子１４３と、集光レンズ１４４と、λ／４板１４５と、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）パッケージ１４６と、を備えている。

ポート群１４１から入射された複数波長を含むＷＤＭビームは、コリメートレンズ群１４２によってコリメートされて分光素子１４３へ出射される。分光素子１４３は、一般に回折格子などで構成される。回折格子は、ガラス基板上に、平行な多数の溝を一定間隔で設けた光学素子であり、光の回折現象を利用して、一定の角度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を与える。

ＷＤＭビームは分光素子１４３によって波長毎の成分に分光され、集光レンズ１４４へ出射される。集光レンズ１４４を通過したそれぞれのビームはλ／４板１４５を介してＭＥＭＳパッケージ１４６へ出射される。ＭＥＭＳパッケージ１４６には複数のＭＥＭＳミラー１４７がアレイ状に設けられている。複数のＭＥＭＳミラー１４７は、集光レンズ１４４によって集光されたそれぞれのビームを個別に反射する可動反射体である。

ＭＥＭＳパッケージ１４６で反射したビームは、λ／４板１４５、集光レンズ１４４、分光素子１４３およびコリメートレンズ群１４２を再度通過してポート群１４１から出力される。以下、分光素子１４３による波長毎のビームの分光方向を波長分散方向とよぶ。また、コリメートレンズ群１４２によってコリメートされて分光素子１４３へ出射されるビームの方向を光軸方向とよぶ。

図１５は、従来の波長選択スイッチを示す正面図である。図１５に示すように、ポート群１４１は、波長分散方向とは異なる方向に配列されたポート０〜ポート４から構成されている。ＭＥＭＳパッケージ１４６のＭＥＭＳミラー１４７は、波長分散方向を軸として回転自在であり、集光レンズ１４４からλ／４板１４５を介して出射されたビームを可変の傾斜角度で反射させる。波長選択スイッチ１４０は、ＭＥＭＳミラー１４７の傾斜角度によってビームを入出射するポートを切り替える。

以下、ポート０〜ポート４の配列方向をポート配列方向とよぶ。ここで、ＭＥＭＳパッケージ１４６は、湿度や異物の影響を避けるため、ＭＥＭＳミラー１４７が筐体に気密封止されて構成されている。このＭＥＭＳパッケージ１４６の筐体の透過窓１４８としては、機械的強度と光透過率の観点からサファイアガラスを用いることが一般的である（たとえば、下記特許文献１参照。）。

サファイアガラスは、１軸性結晶であり、結晶軸の方向によっては複屈折性を有する。これに対して、透過窓１４８を構成するサファイアガラスのＣ軸と、透過窓１４８を透過するビームの方向とを一致させ、サファイアガラスによる複屈折の影響をなくすための構成が開示されている（たとえば、下記特許文献２，３参照。）。

また、波長選択スイッチ１４０は、回折格子などの分光素子に代表される偏光依存損失（ＰＤＬ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ）発生素子を複数含むため、各素子単体でＰＤＬを抑えるだけでは、波長選択スイッチ１４０全体としてのＰＤＬをシステム仕様値以下に抑えることは困難である。このため、ＭＥＭＳパッケージ１４６と集光レンズ１４４との間にλ／４板１４５を設けてＰＤＬをキャンセルさせる構成としている。

λ／４板１４５は、透過するビームに対してλ／４の位相差を与えるため、ポート群１４１からＭＥＭＳパッケージ１４６へ向かうビームと、ＭＥＭＳパッケージ１４６で反射してポート群１４１へ向かうビームとの偏光状態が直交し、ＰＤＬが打ち消される。これにより、波長選択スイッチ１４０から出力されるビームのＰＤＬが低減される。

「電子情報通信学会誌」，２００２年２月１日，２００２年２月号，ｐ．９４−１０３ 特許第３７７７０４５号明細書 特開平８−１４８５９４号公報 特開２００５−１３６１１９号公報

しかしながら、上述した従来技術では、波長選択スイッチ１４０にλ／４板１４５を設けるため、波長選択スイッチ１４０を構成する光学素子が１つ増えるとともに、λ／４板１４５を光路上に調節、固定するホルダ機構が必要となる。このため、波長選択スイッチ１４０が大型化し、波長選択スイッチ１４０の製造工程が複雑となるという問題がある。

また、λ／４板１４５は高価であるため、波長選択スイッチ１４０のコストが増加するという問題がある。また、λ／４板１４５は破損しやすいため、波長選択スイッチ１４０にλ／４板１４５を設けると波長選択スイッチ１４０の取り扱いが困難となるという問題がある。たとえば、水晶を材質としたλ／４板１４５を使用する場合、使用波長を１５５０ｍｍとすると、０次でのλ／４板１４５の厚みが５０μｍとなり破損しやすくなる。

この発明は、上述した問題点を解消するものであり、λ／４板を用いることなく簡単な構成によりＰＤＬを低減することができる光スイッチおよびＭＥＭＳパッケージを提供することを目的とする。

この発明にかかる光スイッチは、可動反射体の傾斜角度によってビームを入出力するポートを切り替える光スイッチにおいて、前記ビームを入出力させる複数のポートと、前記複数のポートによって入出力されるビームを通過させる光学系と、前記光学系を通過したビームを可変の傾斜角度で反射させる可動反射体と、前記可動反射体を封止する筐体の前記ビームが透過する位置に設けられ、結晶軸方向および厚みの設定によって、透過した波長λのビームに与える位相差がλ／４の奇数倍となる１軸性結晶の透過窓と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、透過窓がλ／４板の機能を併せ持つことにより、出力されるビームのＰＤＬを低減することができる。

また、この発明にかかるＭＥＭＳパッケージは、可変の傾斜角度でビームを反射する可動反射体と、前記可動反射体を封止する筐体と、前記筐体の前記ビームが透過する位置に設けられ、結晶軸方向および厚みの設定によって、透過した波長λのビームに与える位相差がλ／４の奇数倍となる１軸性結晶の透過窓と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、透過窓がλ／４板の機能を併せ持つことにより、出力されるビームのＰＤＬを低減することができる。

以上説明したように、この発明によれば、λ／４板を用いることなく簡単な構成によりＰＤＬを低減することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光スイッチおよびＭＥＭＳパッケージの好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光スイッチを示す正面図である。実施の形態１にかかる光スイッチ１０は、ビームの波長毎に経路切替が可能な波長選択スイッチである。図１に示すように、光スイッチ１０は、複数の入出力ポート（ポート０〜ポート４）と、集光レンズ１１と、透過窓１２と、ＭＥＭＳミラー１３と、を備えている。

複数の入出力ポート（ポート０〜ポート４）は、光ファイバなどで構成され、外部からの光を入力させ、または外部へ光を出力する。ここでは、ポート０を入力ポートとし、ポート１〜ポート４を出力ポートとする。ポート０は、外部から入力された光を集光レンズ１１へ出射する。ポート１〜ポート４は、集光レンズ１１から出射された光を外部へ出力する。

集光レンズ１１は、ポート０から入力された光を、透過窓１２を介してＭＥＭＳミラー１３へ集光する。また、集光レンズ１１は、ＭＥＭＳミラー１３によって反射して透過窓１２を介して出射された光を、反射角度に応じてポート１、ポート２、ポート３またはポート４へ出射する。

ＭＥＭＳミラー１３（可動反射体）は、集光レンズ１１から透過窓１２を介して出射された光を、可変の傾斜角度で反射し、透過窓１２を介して集光レンズ１１へ出射する。ＭＥＭＳミラー１３は、透過窓１２を有する筐体（不図示）によって気密封止されてパッケージ化されている。透過窓１２は、ＭＥＭＳミラー１３を気密封止している筐体の、集光レンズ１１とＭＥＭＳミラー１３との間で入出射されるビームが透過する位置に設けられている。

透過窓１２は、サファイア結晶などの１軸性結晶である。本発明にかかる光スイッチおよびＭＥＭＳパッケージは、上記特許文献２，３とは逆の観点から、１軸性結晶である透過窓１２の複屈折を利用して透過窓１２にλ／４板の機能を併せ持たせる。このため、透過窓１２のＣ軸方向は、透過窓１２を透過するビームに対して異なる方向となるように設定される。具体的には、たとえばサファイア結晶を、Ｃ軸に対して所定の角度で各辺を切り出すことによって透過窓１２を形成する。

ここでは、透過窓１２は並行平板のサファイア結晶とする。透過窓１２の厚みをｔ、透過窓１２の結晶軸（サファイア結晶のＣ軸）と透過窓１２を透過するビームとの角度差をθ、角度差θに依存した透過窓１２の複屈折率をΔｎ（θ）、透過窓１２における異常光線成分の屈折率をｎｅ、透過窓１２における通常光線成分の屈折率をｎｏとすると、透過窓１２がλ／４板の機能を有する条件は下記（１）式で示すことができる。

上記（１）式の複屈折率Δｎ（θ）は下記（２）式で示すことができる。

上記（１）式に示すように、透過する光の波長をλとすると、透過窓１２内でビームに対して与えられる位相差がλ／４の奇数倍となるように透過窓１２の複屈折率Δｎ（θ）と厚みｔとを設定することで、透過窓１２にλ／４板の機能を併せ持たせることができる。複屈折率Δｎ（θ）は角度差θに依存するため、透過窓１２の結晶軸方向の設定によって複屈折率Δｎ（θ）を調節することができる。

たとえば、ＭＥＭＳミラー１３から透過窓１２を透過してポート２へ出射されるビーム１５について、上記（１）式を満たすように透過窓１２の結晶軸（Ｃ軸）および透過窓１２の厚みｔを設定する。これにより、透過窓１２は、ビーム１５に対してλ／４の奇数倍の位相差を与えるλ／４板の機能を有する。

なお、図示しないが、光スイッチ１０は、ポート１〜ポート４から出射されるビームをコリメートして集光レンズ１１へ出射し、または集光レンズ１１からポート１〜ポート４へ出射された光をポート１〜ポート４へ集光するコリメートレンズを備えていてもよい（図１５符号１４２参照）。また、光スイッチ１０は、ポート１〜ポート４と集光レンズ１１との間に回折格子などの分光素子を備えていてもよい（図１５符号１４３参照）。

光スイッチ１０が分光素子を備えている場合、ＭＥＭＳミラー１３は、分光素子によって分光されるそれぞれのビームに対応して波長分散方向にアレイ状に複数設けられ、分光素子によって分光され集光レンズ１１によって集光された波長毎のビーム（たとえばＣＨ１〜ＣＨ４０）をそれぞれ個別に反射する（図１５符号１４７参照）。これにより、光スイッチ１０は、入力されたビームに対して波長毎に経路切替を行うことができる。

また、ポート０を入力ポートとし、ポート１〜ポート４を出力ポートとする例について説明したが、ポート０を出力ポートとし、ポート１〜ポート４を入力ポートとして光スイッチ１０を用いてもよい。この場合、ポート１〜ポート４のそれぞれから入力されるビームのうちいずれのビームをポート０から出力するかを選択して切り替える。

図２は、光スイッチのＰＤＬ特性（ｔ＝５０μｍ）を示すグラフである。図２は、光スイッチ１０が備える回折格子などの光学系によって発生するＰＤＬが初期的に１．６ｄＢであり、ポート０から出射されたビームとポート４から出射されたビームとの透過窓１２内の角度差が１０°であり、透過窓１２が厚み５０μｍのサファイア結晶であると仮定した場合のジョーンズベクトルを用いたＰＤＬ計算例を示している。

図２において、横軸はポート１〜ポート４のポート番号（１〜４）を示している。縦軸は、ポート０から入力され、ポート１、ポート２、ポート３またはポート４から出力されるビームのＰＤＬ［ｄＢ］を示している。実線２１は、ＣＨ１のＰＤＬ特性を示している。点線２２は、ＣＨ２０のＰＤＬ特性を示している。破線２３は、ＣＨ４０のＰＤＬ特性を示している。ここでは、実線２１、点線２２および破線２３はほぼ重なっている。

透過窓１２がλ／４板の機能を有するため、ポート０〜ポート４からＭＥＭＳミラー１３へ向かうビームと、ＭＥＭＳミラー１３からポート０〜ポート４へ向かうビームとの偏光状態が直交し、ＰＤＬが打ち消し合う。このため、透過窓１２の厚みｔが５０μｍである場合、図２に示すように、ＰＤＬ特性にはポート依存性もＣＨ（波長）依存性もほとんどなく、初期的なＰＤＬをほぼ完全に打ち消すことができる。

このように、実施の形態１にかかる光スイッチ１０によれば、透過窓１２の結晶軸方向および透過窓１２の厚みｔを設定することで、ＭＥＭＳミラー１３の筐体の透過窓１２にλ／４板の機能を併せ持たせることができる。このため、λ／４板を用いることなくＰＤＬを低減することができる。

また、実施の形態１にかかる光スイッチ１０によれば、λ／４板を用いることなく簡単な構成によりＰＤＬを低減することができ、また、λ／４板の位置を調節、固定するホルダ機構も不要にできるため、光スイッチ１０の小型化が可能となり、光スイッチ１０の製造工程が簡単になるとともに、光スイッチ１０のコストを低減させることができる。

また、λ／４板の機能を有する透過窓１２をサファイア結晶などの強度が高い材質で構成することにより、破損しやすいλ／４板を用いる場合と比べて光スイッチ１０の耐久性を向上させることができる。このため、λ／４板を用いる場合と比べて光スイッチ１０の取り扱いが容易となる。

図３は、光スイッチのＰＤＬ特性（ｔ＝１ｍｍ）を示すグラフである。ＭＥＭＳミラー１３を気密封止するための筐体の透過窓１２は、強度を確保するために、たとえば１ｍｍ以上の厚みが必要である。図３は、実施の形態１にかかる光スイッチ１０において、透過窓１２の厚みが１ｍｍであり、その他の条件は図２に示した条件と同様であると仮定した場合のジョーンズベクトルを用いたＰＤＬ計算例を示している。

図３に示すように、実施の形態１にかかる光スイッチ１０においては、透過窓１２の厚みｔが１ｍｍである場合、ポート２およびポート３においてはＰＤＬが十分に低減されている一方、ポート１およびポート４においてはＰＤＬが十分に低減されていない。これに対して、透過窓１２の厚みｔに分布を持たせることで、透過窓１２の厚みｔを確保しつつ全てのポートにおけるＰＤＬを十分に低減させる構成を実施の形態２として説明する。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２にかかる光スイッチを示す正面図である。図４に示すように、実施の形態２にかかる光スイッチ１０の透過窓１２はポート配列方向に厚みｔの分布を有している。この厚みｔの設計により、ポート０から出射されて透過窓１２を透過するビームと、透過窓１２を透過してポート１、ポート２、ポート３またはポート４へ出射されるビームとに与えられる位相差を全てλ／４の奇数倍とすることができる。

図５は、透過窓の厚みｔの設計例を示す図である。図５は、透過窓１２の集光レンズ１１側の面がポート配列方向と平行な平面である場合の透過窓１２の厚みｔの設計例を示している。図５において、集光レンズ１１の曲率中心を通過する軸５１を基準軸として説明する。各ポート（ここではポートｉとする）のポート配列方向の位置をｘとする。

ｘ＝０の位置から出射されるビームは、集光レンズ１１の曲率中心を通過し、透過窓１２に対して入射角度０°で入射する。また、集光レンズ１１の焦点距離をＦ、集光レンズ１１の主面から透過窓１２の集光レンズ１１側の面までの距離をＬ、透過窓１２へのビームの入射角度をθ２とする。透過窓１２の集光レンズ１１側の面に対するポート配列方向のビームの入射位置ｓ（ｘ）は下記（３）式で示すことができる。

ｓ（ｘ）＝ｘ−Ｌ・Ｔａｎ（θ２） …（３）

上記（３）式の入射角度θ２は下記（４）式で示すことができる。

θ２＝ＡｒｃＴａｎ（ｘ／Ｆ） …（４）

また、透過窓１２内でのビームと軸５１との角度差をθ３、透過窓１２の結晶軸（Ｃ軸）と軸５１との角度差をθ４、透過窓１２内でのビームと透過窓１２の結晶軸（Ｃ軸）との角度差をθとすると、θ３は下記（５）式で示すことができる。

θ３＝ＡｒｃＳｉｎ（Ｓｉｎ（θ２）／ｎｏ） …（５）

角度差θは下記（６）式で示すことができる。

θ＝θ３＋θ４ …（６）

ポートｉの位置ｘに対応した、ポートｉからのビームに与えられる位相差が全てλ／４の奇数倍となる透過窓１２の厚みｔ（ｘ）は下記（７）式で示すことができる。

上記（７）式のＦ（ｘ）は、透過窓１２の複屈折率Δｎ（θ）および結晶軸（Ｃ軸）方向と、透過窓１２を透過するビームの角度（θ３）とから決定され、下記（８）式で示すことができる。

透過窓１２のＭＥＭＳミラー１３側の面におけるポート配列方向のビームの透過位置ｄ（ｘ）は、ｔ（ｘ）およびｓ（ｘ）を用いて下記（９）式で示すことができる。

ｄ（ｘ）＝ｓ（ｘ）−ｔ（ｘ）・Ｔａｎ（θ３） …（９）

各透過位置ｄ（ｘ）に対応したｔ（ｘ）を上記（７）式を満たすように設計することにより、全てのポートからのビームに与えられる位相差をλ／４の奇数倍にすることができる。これにより、透過窓１２は、いずれのポート（ポート１〜ポート４）によって入出力されるビームに対してもλ／４板の機能を有する。

図６は、透過窓の結晶軸の角度と複屈折率の関係を示すグラフである。図６において、横軸は透過窓１２を構成するサファイア結晶の結晶軸（Ｃ軸）の角度［°］を示している。縦軸は透過窓１２の複屈折率を示している。図６に示すように、透過窓１２の複屈折率は、透過窓１２の結晶軸の角度に対して２次関数に近い特性を有する。このため、透過窓１２の結晶軸の角度によっては、上記（７）式を満たす透過窓１２の厚みｔ（ｘ）も２次関数に近い特性を有する。

図７は、透過窓を透過するビームの角度と透過窓の厚みとの関係（θ＝５°）を示すグラフである。図７において、横軸は透過窓１２を透過するビームの角度［°］を示している。縦軸は透過窓１２の厚み［ｍｍ］を示している。図７は、透過窓１２をサファイア結晶とし、サファイア結晶の結晶軸（Ｃ軸）とビームとの角度差θを５°とし、透過窓１２の厚みｔ（ｘ）を最低１ｍｍ程度確保するように行った計算例を示している。

角度差θを５°とした場合、図７に示すように、透過窓１２の厚みｔ（ｘ）は、透過窓１２を透過するビームの角度に対して２次関数に近い特性を有する。これに対して、図６に示すように、角度差θを２０°〜７０°程度、特に、３０°〜６０°程度とした場合、複屈折率は１次関数に近い特性を有する。

図８は、透過窓を透過するビームの角度と透過窓の厚みとの関係（θ＝３０°）を示すグラフである。図８において、ドット８１は計算値を示している。破線８２はドット８１を一次関数で近似した特性を示している。図８は、サファイア結晶のＣ軸とビームとの角度差θを３０°とし、その他の条件は図７に示した条件と同様であると仮定し、透過窓１２の厚みｔ（ｘ）を１ｍｍ程度確保するように行った計算例を示している。

この場合、図８に示すように、透過窓１２の厚みｔ（ｘ）は、破線８２に示すように、透過窓１２を透過するビームの角度に対して一次関数に近い特性を有する。このため、透過窓１２の透過面を平面状に形成することができる。たとえば、透過窓１２を、厚みが一次関数的に変化する、曲率のないくさび形に形成することができる。このため、透過窓１２の製造が容易となる。

図９は、透過窓をくさび形に形成した光スイッチを示す正面図である。図９において、符号９１は、ポート０〜ポート４を構成する光ファイバ群を示している。符号９２は、ポート０〜ポート４に対応して設けられたコリメートレンズ群を示している。符号９３は、回折格子などの分光素子を示している。符号９４は、ＭＥＭＳミラー１３を気密封止する筐体を示している。

図９に示すように、くさび型に形成された透過窓１２は、筐体９４の、集光レンズ１１とＭＥＭＳミラー１３との間で入出射されるビームが透過する位置に設けられている。分光素子９３は、通過させるビームを、ポート配列方向とは異なる方向（たとえばポート配列方向および光軸方向に対して直角の方向）に分光する角度で配置される。ＭＥＭＳミラー１３は、分光素子９３の分光方向にアレイ状に複数設けられている。

図１０は、透過窓をくさび形に形成した場合の光スイッチのＰＤＬ特性を示すグラフである。図９に示すように筐体９４の透過窓１２をくさび形に形成することで、図１０に示すように、透過窓１２の厚みｔを１ｍｍ程度確保しつつ、ポート１〜ポート４において初期的なＰＤＬをほぼ完全に打ち消すことができる。

このように、実施の形態２にかかる光スイッチ１０によれば、実施の形態１にかかる光スイッチ１０の効果を奏するとともに、透過窓１２の厚みｔに分布を持たせることで、利用する入出力ポートにかかわらず、ＭＥＭＳミラー１３の筐体９４の透過窓１２にλ／４板の機能を併せ持たせることができる。このため、透過窓１２の厚みｔを確保しつつＰＤＬを十分に低減させることができる。

なお、図１０において、ポート２およびポート３におけるＰＤＬに比べて、ポート１およびポート４におけるＰＤＬはわずかに高くなっているが、このＰＤＬ特性に合わせて透過窓１２のビームの透過面が曲率を有するように構成してもよい。これにより、ポート１およびポート４におけるＰＤＬをさらに低減させ、ＰＤＬのポート依存性を完全になくすことができる。

図１１は、ＭＥＭＳミラーの反射によるクロストークを示す図である。破線１１１は、集光レンズ１１から透過窓１２を介して出射されてＭＥＭＳミラー１３によって反射した光のうち、透過窓１２のＭＥＭＳミラー１３側の面で再度反射した成分を示している。破線１１２は、集光レンズ１１から透過窓１２を介して出射されてＭＥＭＳミラー１３によって反射したビームのうち、透過窓１２の集光レンズ１１側の面で再度反射した成分を示している。

図１１に示すように、ポート配列方向に対する透過窓１２の傾斜が小さい場合、意図しないポートにビームが入り込むクロストークが発生する場合がある。ここでは、ポート３へ出射されるビームの一部が、破線１１２に示すようにポート４へ入り込んでいる。これに対して、ポート配列方向に対する透過窓１２の傾斜を大きくすることでクロストークの発生を回避する構成を実施の形態３として説明する。

（実施の形態３）
図１２は、実施の形態３にかかる光スイッチを示す正面図である。図１２において、図１１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１２に示すように、実施の形態３にかかる光スイッチ１０においては、ポート配列方向に対して所定の角度θ５を有して透過窓１２を傾斜させる。

具体的には、破線１１１または破線１１２で示すビームの成分が、ポート０〜４のいずれにも入り込まない程度に透過窓１２を傾斜させる。ここでは、図１１においてはポート４に入り込んでいた破線１１２で示すビームの成分が、透過窓１２の傾斜によってポート０〜４のいずれにも入り込まなくなっている。

このように、実施の形態３にかかる光スイッチ１０によれば、実施の形態１および２にかかる光スイッチ１０の効果を奏するとともに、ポート配列方向に対して所定の角度θ５を有して透過窓１２を傾斜させることでクロストークの発生を回避することができる。このため、光スイッチ１０においてクロストークによって発生するノイズを抑えることができる。

（実施の形態４）
図１３は、実施の形態４にかかる光スイッチの分光素子を示す正面図である。図１３に示すように、実施の形態４にかかる光スイッチ１０の分光素子９３は、ビームが通過する複数の回折格子１３１，１３２によって構成されている。これにより、分光素子９３の波長分散能力が２倍になり、集光レンズ１１を変えることなく複数のＭＥＭＳミラー１３の配列間隔を２倍に広げることができる。

ＭＥＭＳミラー１３の配列間隔を広げることにより、ＭＥＭＳミラー１３をアレイ状に配列したＭＥＭＳパッケージの製造が容易になる。このとき、分光素子９３によって発生するＰＤＬも２倍となるが、本発明の透過窓１２が有するλ／４板の機能によってＰＤＬを十分に低減することができる。

このように、実施の形態４にかかる光スイッチ１０によれば、実施の形態１〜３にかかる光スイッチ１０の効果を奏するとともに、複数の回折格子１３１，１３２によって分光素子９３を構成することによって複数のＭＥＭＳミラー１３の配列間隔を広げ、ＭＥＭＳパッケージの製造を容易にすることができる。

なお、本発明は、ＭＥＭＳパッケージを利用した光スイッチだけでなく、可動反射体が筐体によって気密封止されたＭＥＭＳパッケージ全般に適用することができ、λ／４板の機能を併せ持つという効果を奏する。また、本発明は、可動反射体が筐体によって厳密に気密封止されているものに限らず、可動反射体が筐体によって保護される程度に封止されているＭＥＭＳパッケージ全般に適用することができる。

また、本発明にかかる光スイッチは、波長選択スイッチに限らず、ＭＥＭＳパッケージを利用する光スイッチ全般に適用することができる。たとえば、光スイッチは、単一のビームの経路切替を行う光スイッチであってもよい。

以上説明したように、この発明にかかる光スイッチおよびＭＥＭＳパッケージによればＭＥＭＳパッケージの透過窓にλ／４板の機能を併せ持たせることで、λ／４板を用いることなく簡単な構成によりＰＤＬを低減することができる。このため、光スイッチの小型化が可能になり、光スイッチの製造工程が簡単になるとともに、光スイッチおよびＭＥＭＳパッケージのコストを低減させることができる。また、光スイッチおよびＭＥＭＳパッケージの耐久性が向上し、取り扱いが容易となる。

（付記１）可動反射体の傾斜角度によってビームを入出力するポートを切り替える光スイッチにおいて、
前記ビームを入出力させる複数のポートと、
前記複数のポートによって入出力されるビームを通過させる光学系と、
前記光学系を通過したビームを可変の傾斜角度で反射させる可動反射体と、
前記可動反射体を封止する筐体の前記ビームが透過する位置に設けられ、結晶軸方向および厚みの設定によって、透過した波長λのビームに与える位相差がλ／４の奇数倍となる１軸性結晶の透過窓と、
を備えることを特徴とする光スイッチ。

（付記２）前記透過窓は、前記複数のポートのうちいずれのポートによって入出力されるビームに対しても前記λ／４の奇数倍の位相差を与えるように前記複数のポートの配列方向に厚みの分布を有することを特徴とする付記１に記載の光スイッチ。

（付記３）前記複数のポートの配列方向の前記複数のポートの位置をｘとし、
前記ｘの位置のポートから出射されたビームが透過する位置の前記透過窓の厚みをｔ（ｘ）とし、
前記透過窓の複屈折率および結晶軸方向と、前記透過窓を透過するビームの角度とから決定される関数をＦ（ｘ）とし、
前記透過窓を透過するビームの波長をλとすると、
ｔ（ｘ）＝（２ｍ＋１）・λ／（４・Ｆ（ｘ））となることを特徴とする付記１に記載の光スイッチ。

（付記４）前記透過窓は、前記ｔ（ｘ）を一次関数で近似した厚みの分布を有することを特徴とする付記３に記載の光スイッチ。

（付記５）前記透過窓は、前記複数のポートの配列方向に対して所定の角度を有して傾斜していることを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光スイッチ。

（付記６）前記光学系は、通過させるビームを波長毎に分光する分光素子と、前記分光素子によって分光されるそれぞれのビームを集光する集光レンズと、から構成され、
前記可動反射体は、前記分光素子によって分光され前記集光レンズによって集光されるそれぞれのビームに対応してアレイ状に複数設けられていることを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の光スイッチ。

（付記７）前記分光素子は、前記ビームが通過する複数の回折格子によって構成されることを特徴とする付記６に記載の光スイッチ。

（付記８）前記１軸性結晶はサファイア結晶であることを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の光スイッチ。

（付記９）可変の傾斜角度でビームを反射する可動反射体と、
前記可動反射体を封止する筐体と、
前記筐体の前記ビームが透過する位置に設けられ、結晶軸方向および厚みの設定によって、透過した波長λのビームに与える位相差がλ／４の奇数倍となる１軸性結晶の透過窓と、
を備えることを特徴とするＭＥＭＳパッケージ。

以上のように、この発明にかかる光スイッチおよびＭＥＭＳパッケージは、光通信においてビームの経路切替を行う光スイッチおよびＭＥＭＳパッケージに有用であり、特に、ＭＥＭＳパッケージの透過窓にサファイア結晶を用いる場合に適している。

実施の形態１にかかる光スイッチを示す正面図である。 光スイッチのＰＤＬ特性（ｔ＝５０μｍ）を示すグラフである。 光スイッチのＰＤＬ特性（ｔ＝１ｍｍ）を示すグラフである。 実施の形態２にかかる光スイッチを示す正面図である。 透過窓の厚みｔの設計例を示す図である。 透過窓の結晶軸の角度と複屈折率の関係を示すグラフである。 透過窓を透過するビームの角度と透過窓の厚みとの関係（θ＝５°）を示すグラフである。 透過窓を透過するビームの角度と透過窓の厚みとの関係（θ＝３０°）を示すグラフである。 透過窓をくさび形に形成した光スイッチを示す正面図である。 透過窓をくさび形に形成した場合の光スイッチのＰＤＬ特性を示すグラフである。 ＭＥＭＳミラーの反射によるクロストークを示す図である。 実施の形態３にかかる光スイッチを示す正面図である。 実施の形態４にかかる光スイッチの分光素子を示す正面図である。 従来の波長選択スイッチを示す平面図である。 従来の波長選択スイッチを示す正面図である。

符号の説明

１０ 光スイッチ
１１ 集光レンズ
１２ 透過窓
１３ ＭＥＭＳミラー
９１ 光ファイバ群
９２ コリメートレンズ群
９３ 分光素子
９４ 筐体

Claims (4)

1. 可動反射体の傾斜角度によってビームを入出力するポートを切り替える光スイッチにおいて、
   前記ビームを入出力させる複数のポートと、
   前記複数のポートによって入出力されるビームを通過させ、偏光依存損失を発生させる光学系と、
   前記光学系を通過したビームを可変の傾斜角度で反射させる可動反射体と、
   前記可動反射体を封止する筐体の前記ビームが透過する位置に設けられ、結晶軸方向および厚みの設定によって、透過した波長λのビームに与える位相差がλ／４の奇数倍となる１軸性結晶の透過窓と、
   を備え、前記透過窓は、前記複数のポートのうちいずれのポートによって入出力されるビームに対しても前記λ／４の奇数倍の位相差を与えるように前記複数のポートの配列方向に厚みの分布を有することを特徴とする光スイッチ。
2. 前記複数のポートの配列方向の前記複数のポートの位置をｘとし、
   前記ｘの位置のポートから出射されたビームが透過する位置の前記透過窓の厚みをｔ（ｘ）とし、
   前記透過窓の複屈折率および結晶軸方向と、前記透過窓を透過するビームの角度とから決定される関数をＦ（ｘ）とし、
   前記透過窓を透過するビームの波長をλとすると、
   ｔ（ｘ）＝（２ｍ＋１）・λ／（４・Ｆ（ｘ））となることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
3. 前記透過窓は、前記ｔ（ｘ）を一次関数で近似した厚みの分布を有することを特徴とする請求項２に記載の光スイッチ。
4. 入出力されるビームを通過させ、偏光依存損失を発生させる光学系と、
   前記光学系を通過したビームを可変の傾斜角度でビームを反射する可動反射体と、
   前記可動反射体を封止する筐体と、
   前記筐体の前記ビームが透過する位置に設けられ、結晶軸方向および厚みの設定によって、透過した波長λのビームに与える位相差がλ／４の奇数倍となる１軸性結晶の透過窓と、
   を備え、前記透過窓は、いずれの入射位置によって透過するビームに対しても前記λ／４の奇数倍の位相差を与えるように厚みの分布を有することを特徴とするＭＥＭＳパッケージ。

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