JP5508368B2 - Wavelength selective switch - Google Patents
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本発明は、空間光学系を利用した波長選択スイッチに関し、具体的には、小型化可能であり且つチャネルごとの透過帯域の幅が一定な波長選択スイッチに関する。 The present invention relates to a wavelength selective switch using a spatial optical system, and specifically to a wavelength selective switch that can be downsized and has a constant transmission band width for each channel.
複数の光入出力ポートを有し、波長分割多重された光信号(WDM:Wavelength Division Multiple)を光のまま選択的に操作することができるデバイスが求められている。このようなデバイスの一つとして波長選択スイッチ(WSS:Wavelength Selective Switch)がある。波長選択スイッチは、入力されたWDM光を波長ごとに異なる出力に選択的に振り分けることができるデバイスである。 There is a need for a device that has a plurality of optical input / output ports and can selectively operate wavelength division multiplexed optical signals (WDM: Wavelength Division Multiple) as they are. One such device is a wavelength selective switch (WSS). The wavelength selective switch is a device that can selectively distribute input WDM light to different outputs for each wavelength.
一般的な波長選択スイッチは、合波素子、分散素子、および、偏光素子を用いた空間光学系の光通信用デバイスである。合波されて入射された光を、回折格子などの分散素子を介して波長ごとに位置に依存した光に分波し、MEMSミラーなどの偏向素子によって出力ポートを選択することで、波長ごとのスイッチングを実現している。 A general wavelength selective switch is a spatial optical system optical communication device using a multiplexing element, a dispersing element, and a polarizing element. The light that is combined and incident is demultiplexed into position-dependent light for each wavelength via a dispersion element such as a diffraction grating, and an output port is selected by a deflection element such as a MEMS mirror, thereby Switching is realized.
図1に従来の波長選択スイッチの一例を示す(例えば、特許文献1を参照)。図1に示す波長選択スイッチ400は、入力ポートおよび出力ポートが所定の方向に配列された入出力ポートアレイ410と、入出力ポートに光信号を入出力するために偏向光を平行光に変換するfθレンズ420と、fθレンズ420からの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズ430と、第1のレンズ441、光信号を合分波する回折格子442、および第2のレンズ443からなり、円筒レンズ430を通して集光された断面が楕円形状の光信号をミラーアレイ450に等倍で投影する4f光学系440と、複数のMEMSミラー451が所定の方向に沿って一列に配列されたミラーアレイ450とを備えており、これらがこの順番で図1中のz軸に沿って一列に配列されている。入出力ポートは、y軸に沿った方向に配列されている。複数のMEMSミラーは、x軸に沿った方向に配列されている。
FIG. 1 shows an example of a conventional wavelength selective switch (see, for example, Patent Document 1). A wavelength
ここで、入出力ポートアレイ410は、一般的に、入力ポート用の光ファイバと出力ポート用の光ファイバとが同一のブロック(固定具)に一次元的に配列されて固定されたファイバコリメータから構成されている。なお、ファイバコリメータアレイは、ファイバアレイとレンズアレイを組み合わせた構成、または、ファイバとレンズが一体化されたレンズドファイバをアレイ化した構成の何れであってもよい。
Here, the input /
図1の各MEMSミラー451は、図2に示すように、z軸に対して直交するx軸およびこのx軸に対して直交するy軸回りに回動可能である。MEMSミラー451は、分波された各波長の光信号を偏向させ目的のポートに任意の結合状態で結合させるための偏向素子であり、波長分散方向(θy方向)と、波長分散方向に垂直な方向(θx方向)の二方向にビームを偏向する能力を有する。波長分散方向に垂直な方向にビームを偏向するMEMSミラーの角度θxは、x軸回りの回動であって、主に結合する光ポートを選択するための角度である。一方、波長分散方向にビームを偏向する角度θyは、y軸回りの回動であって、主に結合状態を任意にする、即ち、波長選択スイッチの減衰率(ATT:attenuation)を調整するための角度である。
As shown in FIG. 2, each
図3に従来の波長選択スイッチの別の一例を示す(例えば、特許文献2を参照)。波長選択スイッチ1は、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光を波長ごと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MEMSミラーアレイユニット14とを備える。
FIG. 3 shows another example of a conventional wavelength selective switch (see, for example, Patent Document 2). The wavelength selective switch 1 includes a collimator array 11 constituting an input / output optical system, a spectroscope 12 constituting a spectroscopic optical system for separating input WDM light for each wavelength, and a condensing optical system on a
コリメータアレイ11は、例えば、ガラス基板の一方の面に複数のコリメートレンズが形成、配列されるとともに、他方の面の複数のコリメートレンズの各々に対応する部分に光軸、即ち、コリメート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を備えて、構成される。コリメータアレイ11は、入力光ファイバ11−1からコリメート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からコリメートレンズへ入射したコリメート光を出力ファイバ11−2,11−3,11−4のコアに集光する機能を有している。図3中のコリメータアレイ11は、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との計4本のファイバを備え、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。 In the collimator array 11, for example, a plurality of collimating lenses are formed and arranged on one surface of a glass substrate, and an optical axis, that is, the center of the collimating lens is provided in a portion corresponding to each of the plurality of collimating lenses on the other surface. A plurality of optical fibers connected to each other by adhesion, fusion, or the like in a state where the center of the fiber core coincides with each other. The collimator array 11 converts the light incident on the collimator lens from the input optical fiber 11-1 into collimated light and outputs the collimated light to the spectroscope 12. Conversely, the collimated light incident on the collimator lens from the spectroscope 12 is output fiber 11 It has the function of condensing on the cores of -2, 11-3, and 11-4. The collimator array 11 in FIG. 3 includes a total of four input fibers 11-1 corresponding to the input ports and three output fibers 11-2, 11-3 and 11-4 corresponding to the output ports. It has a fiber and is configured as a 1-input 3-output collimator array.
分光器12は、入射光を波長によって異なる方向(角度)へ反射する。分光器として一般的には回折格子が用いられる。図4は、一般的な回折格子の構成を示す拡大部分断面図である。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、入力WDM光を波長ごとに分離することが可能となる。
The spectroscope 12 reflects incident light in different directions (angles) depending on the wavelength. In general, a diffraction grating is used as a spectroscope. FIG. 4 is an enlarged partial sectional view showing a configuration of a general diffraction grating. The diffraction grating is an optical element in which a large number of parallel grooves are periodically carved on the
MEMS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ためのスイッチング素子として機能する。MEMSミラーアレイユニット14は、MEMSミラーがアレイ状に配置されて構成される。MEMSミラーアレイユニット14は、分光器12により分離された1波長に対して1つのMEMSミラーが配置されるように構成される。
The MEMS
集光レンズ13は、分光器12により分離された1波長の光を所定のMEMSミラーに集光する。その後、集光レンズ13は、いずれかのMEMSミラー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。 The condensing lens 13 condenses the light of one wavelength separated by the spectroscope 12 on a predetermined MEMS mirror. Thereafter, the condensing lens 13 condenses the light reflected by any one of the MEMS mirrors and outputs it to the collimator array 11 via the spectroscope 12.
このような従来の波長選択スイッチ1において、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光は、コリメート光に変換された後、分光器12に入射する。次いで、分光器12に入射した光は、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に入射する。次いで、集光レンズ13に入射した光は、集光レンズ13によりMEMSミラーアレイユニット14のうちの対応するMEMSミラーに集光される。MEMSミラー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および分光器12を経由して、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。反射光の結合先である出力ファイバを変更する際には、個々のMEMSミラー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。
In such a conventional wavelength selective switch 1, the WDM light input through the input fiber 11-1 of the collimator array 11 is converted into collimated light and then enters the spectroscope 12. Next, the light incident on the spectroscope 12 is emitted from the spectroscope 12 at different angles for each wavelength and is incident on the condenser lens 13. Next, the light incident on the condenser lens 13 is condensed by the condenser lens 13 onto a corresponding MEMS mirror in the MEMS
波長選択スイッチの性能指標の一つに透過帯域がある。波長選択スイッチの透過帯域が広いほどビットレートの上限が向上する。波長選択スイッチの透過帯域は、ミラー幅に対するビーム径の比率で決まり、ミラー幅が大きくビーム径が小さいほど透過帯域は広くなる。 One performance index of wavelength selective switches is the transmission band. The upper limit of the bit rate is improved as the transmission band of the wavelength selective switch is wider. The transmission band of the wavelength selective switch is determined by the ratio of the beam diameter to the mirror width, and the transmission band becomes wider as the mirror width is larger and the beam diameter is smaller.
このため、広い透過帯域を確保するためには、個々のMEMSミラーに当たる波長のビーム径をミラー幅(Wとする)に対してできるだけ小さくすることが必要である。また、ビームがMEMSミラー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。 For this reason, in order to ensure a wide transmission band, it is necessary to make the beam diameter of the wavelength hitting each MEMS mirror as small as possible with respect to the mirror width (W). It is also necessary to make the beam strike the center of the MEMS mirror as much as possible.
図5に、図3に示した波長選択スイッチの一部を示す。分光光学系112として、図4に示した回折格子を使用する。上述したように、波長選択スイッチは、回折格子により、WDM光を波長ごとに分離した後、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に当てる構造を有する。WDM光の波長間隔をΔλ、回折格子によるWDM光の分解角度をβとすると、分光光学系112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。このとき、分光光学系112−集光光学系113間の距離Lと、ミラーピッチ(隣接するMEMSミラー中心間の距離)Pとの間には、
FIG. 5 shows a part of the wavelength selective switch shown in FIG. As the spectroscopic
という関係が成立することが知られている。 It is known that this relationship is established.
またこのとき、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dyとすると、dyと波長間隔Δλとの間には、
At this time, if the spatial distance (beam interval) formed on the exit surface after different wavelengths (wavelength interval Δλ) pass through the
という関係が成立することが知られている。ここで、fLは集光レンズ113の焦点距離を、Nは(回折格子の溝本数)/mmを、mは回折次数を夫々表す。
It is known that this relationship is established. Here, f L represents the focal length of the
(式2)から、ビーム間隔(即ち、入射光線の位置変化)dyと、波長間隔(即ち、チャネルあたりの波長変化)Δλとの関係は、分散角度(β)に依存することがわかる。 From (Equation 2), it can be seen that the relationship between the beam interval (ie, the change in the position of the incident light beam) dy and the wavelength interval (ie, the change in wavelength per channel) Δλ depends on the dispersion angle (β).
図6に、使用波長範囲をCバンド(1528.77〜1563.05nm)、波長間隔(Δλ)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(P)を250μmとした場合の計算例を示す。図6において、実線62がチャンネル番号(波長)に対するMEMSミラーの位置(mm)を示し、破線64がチャンネル番号に対するビーム位置(mm)を示し、一本鎖線66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。
In FIG. 6, the wavelength range used is the C band (1528.77 to 1563.05 nm), the wavelength interval (Δλ) is 100 GHz, the number of wavelengths is 44, the number of grooves (N) of the diffraction grating is 1200 / mm, and the diffraction order (m) 1 shows a calculation example when the incident angle α is 68 degrees and the mirror pitch (P) is 250 μm. In FIG. 6, the
図6からは、回折格子出射後の各波長のビーム中心位置(破線64)が、等間隔に並ぶMEMSミラーの位置(実線62)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程度まで広がることがわかる。
From FIG. 6, it can be seen that the beam center position (broken line 64) of each wavelength after emission from the diffraction grating is shifted from the position of the MEMS mirrors arranged at equal intervals (solid line 62). That is, when the focal length f L of the
従って、図7に示すように、短波側でチャネル間ピッチが狭く、長波側でチャネル間ピッチが広くなるようにMEMSミラーアレイは設計される。図7に示すMEMSミラーアレイにおいて、各MEMSミラーは、分光方向に沿って配置される。MEMSミラーアレイの構成について、短波側から長波側に進むにつれて、Pa<Pb<Pc<・・・<Pi且つWa<Wb<Wc<・・・<Wiとなり、ミラーピッチ(P)、ミラー幅(W)共に広くなっていくことがわかる。 Accordingly, as shown in FIG. 7, the MEMS mirror array is designed so that the channel pitch is narrow on the short wave side and the channel pitch is wide on the long wave side. In the MEMS mirror array shown in FIG. 7, each MEMS mirror is arranged along the spectral direction. The configuration of the MEMS mirror array, as the short-wave proceeds to the long wave side, P a <P b <P c <··· <P i and W a <W b <W c <··· <W i , and the mirror It can be seen that both the pitch (P) and the mirror width (W) become wider.
しかしながら、従来の波長選択スイッチの構成では、波長選択スイッチを小型化する際に、以下のような問題があった。 However, the conventional wavelength selective switch has the following problems when the wavelength selective switch is downsized.
図8は、従来の波長選択スイッチの課題を説明するための概念図である。図8(a)に示すように、波長選択スイッチの光学系は、ビームウェスト(BW)がMEMSミラー140上に配置されるように設計される。ここで、図8(a)の光学系を小型化することを検討する。さらなる小型化のために、分散能力がより向上した分光光学系(分光器)112、焦点距離がより短い集光レンズ113を使用する場合、レンズの軸外収差が大きくなり像面湾曲が発生してしまい、ビームウェストを全てのMEMSミラー140上に配置することができない。このため、従来の波長選択スイッチには、小型化の際、チャネルごとの透過帯域の幅が一定にならないという課題があった。
FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining the problem of the conventional wavelength selective switch. As shown in FIG. 8A, the optical system of the wavelength selective switch is designed such that the beam waist (BW) is disposed on the
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、小型化可能であり、且つ、チャネルごとの透過帯域の幅が一定な波長選択スイッチを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a wavelength selective switch that can be miniaturized and has a constant transmission band width for each channel.
本発明は、単一入力ポートおよび複数の出力ポートまたは単一出力ポートおよび複数の入力ポートと、入力ポートから出射される波長多重光信号を波長分離する分光手段と、分光手段で波長分離された光信号を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光された複数のチャネルで構成される光信号を反射する複数のMEMSミラーから構成されたMEMSミラーアレイであって、反射された光信号は、集光レンズおよび分光手段を介して出力ポートに結合するMEMSミラーアレイとを備えた波長選択スイッチであって、複数のMEMSミラーのうちの隣接するMEMSミラー間のミラーピッチは、波長分散方向に沿って短波側から長波側へ進むにつれて増加し、複数のMEMSミラーのうち最も短波側のチャネルに対応するMEMSミラー上に入射した信号光の径は、他の全てのチャネルに対応する複数のMEMSミラー上に入射した信号光の径より小さいことを特徴とする。 The present invention includes a single input port and a plurality of output ports or a single output port and a plurality of input ports, a wavelength separation unit for wavelength-separating a wavelength-multiplexed optical signal emitted from the input port, and wavelength separation by the spectrum unit A MEMS mirror array comprising a condensing lens for condensing an optical signal and a plurality of MEMS mirrors for reflecting an optical signal composed of a plurality of channels collected by the condensing lens, the reflected light The signal is a wavelength selective switch including a condensing lens and a MEMS mirror array coupled to an output port via a spectroscopic unit, and a mirror pitch between adjacent MEMS mirrors of the plurality of MEMS mirrors is chromatic dispersion MEMS mirror corresponding to the channel on the shortest wave side among a plurality of MEMS mirrors, which increases along the direction from the short wave side to the long wave side. Diameter of the incident signal light to above, and is smaller than the diameter of the signal light incident on a plurality of MEMS mirrors corresponding to all the other channels.
本発明の一実施形態において、複数のMEMSミラーは、ミラー幅のミラーピッチに対する比率が、短波側チャネルよりも長波側チャネルにおいて増大することを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the plurality of MEMS mirrors are characterized in that the ratio of mirror width to mirror pitch is increased in the long wave side channel than in the short wave side channel.
本発明の一実施形態において、複数のMEMSミラーは、隣接するMEMSミラーとの間隙が等しくなるようなミラー幅とミラーピッチを有することを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the plurality of MEMS mirrors have a mirror width and a mirror pitch such that a gap between adjacent MEMS mirrors is equal.
本発明の一実施形態において、入力または出力ポート端からの光が集光レンズに入射する位置から前記集光レンズの光軸までの距離と、前記分光手段において分光された光の内の最も短波側のチャネルに対応するMEMSミラーに入射する光が集光レンズに入射する位置から前記集光レンズの光軸までの距離とは、同一となることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, input or output port end or these light and distance from the position entering the condenser lens to the optical axis of the condenser lens, of the light dispersed in the dispersing means The distance from the position where the light incident on the MEMS mirror corresponding to the channel on the shortest wave side enters the condenser lens to the optical axis of the condenser lens is the same .
小型化可能であり、且つ、チャネルごとの透過帯域の幅が一定な、波長選択スイッチを提供することができる。 It is possible to provide a wavelength selective switch that can be downsized and has a constant transmission band width for each channel.
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本実施形態に係る波長選択スイッチは、単一入力ポートおよび複数の出力ポートまたは単一出力ポートおよび複数の入力ポートと、入力ポートから出射された波長多重光信号を波長分離する分光手段と、分光手段で波長分離された光信号を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光された光信号を反射する複数のMEMSミラーから構成されたMEMSミラーアレイとを備える。MEMSミラーで反射された光信号は、集光レンズおよび分光手段を介して出力ポートに結合する。 The wavelength selective switch according to the present embodiment includes a single input port and a plurality of output ports or a single output port and a plurality of input ports, a spectral means for wavelength-separating a wavelength multiplexed optical signal emitted from the input port, A condensing lens for condensing the optical signal wavelength-separated by the means and a MEMS mirror array composed of a plurality of MEMS mirrors for reflecting the optical signal condensed by the condensing lens. The optical signal reflected by the MEMS mirror is coupled to the output port via the condenser lens and the spectroscopic means.
MEMSミラーアレイにおいて、複数のMEMSミラーは、分光手段によって分光される方向に沿って一列に配列される。図9は、本実施形態に係る波長選択スイッチのMEMSミラーアレイの概略図である。MEMSミラーアレイの構成について、短波側から長波側に進むにつれて、Pa<Pb<Pc<・・・<Pi且つWa<Wb<Wc<・・・<Wiとなり、ミラーピッチ(P)、ミラー幅(W)共に広くなっていくことについては、従来の波長選択スイッチと同様である。 In the MEMS mirror array, the plurality of MEMS mirrors are arranged in a line along the direction in which the light is dispersed by the spectroscopic means. FIG. 9 is a schematic diagram of a MEMS mirror array of the wavelength selective switch according to the present embodiment. The configuration of the MEMS mirror array, as the short-wave proceeds to the long wave side, P a <P b <P c <··· <P i and W a <W b <W c <··· <W i , and the mirror Both the pitch (P) and the mirror width (W) become wider as in the conventional wavelength selective switch.
本実施形態に係る波長選択スイッチは、MEMSミラーアレイにおいて、図9に示すように、最も短波側のチャネルに対応するMEMSミラーに最も狭いビーム径を有する光信号が入射することを特徴とする。 The wavelength selective switch according to the present embodiment is characterized in that in the MEMS mirror array, as shown in FIG. 9, an optical signal having the narrowest beam diameter is incident on the MEMS mirror corresponding to the channel on the shortest wavelength side.
図9に示すように、本実施形態に係る波長選択スイッチにおいて、楕円ビームがMEMSミラーに入射している。楕円ビームの短径をDとすると、短波側から長波側に進むにつれて、各CHに対応するMEMSミラーに入射する各楕円ビームの短径Da,Db,Dc,・・・,Diにおいて、Da<Db<Dc<・・・<Diという関係が成立している。このような関係は、波長選択スイッチの、MEMSミラーアレイ以外の構成要素を調整することで達成される。これについては、後述する。 As shown in FIG. 9, in the wavelength selective switch according to the present embodiment, an elliptical beam is incident on the MEMS mirror. Assuming that the short diameter of the elliptical beam is D, the short diameters D a , D b , D c ,..., D i of the elliptical beams incident on the MEMS mirror corresponding to each CH as the short wave side advances from the short wave side. in, relationship D a <D b <D c <··· <D it is established. Such a relationship is achieved by adjusting components other than the MEMS mirror array of the wavelength selective switch. This will be described later.
透過帯域の幅(B)とは、透過スペクトルのフラット領域を便宜的に指す用語であり、具体的に定量化するには、「0.5dB透過帯域」,「3dB透過帯域」など、基準となる透過率の低下量を示す必要がある。また、その単位は、CH間隔(例えば、100GHz)に対する透過帯域幅(例えば、70GHz)の比率を示すため、無次元量である。 The width (B) of the transmission band is a term that conveniently refers to the flat region of the transmission spectrum, and in order to specifically quantify it, a standard such as “0.5 dB transmission band”, “3 dB transmission band”, etc. It is necessary to show the amount of decrease in transmittance. Further, the unit is a dimensionless amount because it indicates the ratio of the transmission bandwidth (for example, 70 GHz) to the CH interval (for example, 100 GHz).
また、ビーム径(D)とは、MEMSミラー上に入射する信号光のビームサイズ直径を便宜的に指す用語である。なお、一般的にガウシアンビームのサイズはビーム強度がビーム中心の13.5%に低下する地点で定義される。 The beam diameter (D) is a term that conveniently indicates the beam size diameter of the signal light incident on the MEMS mirror. In general, the size of the Gaussian beam is defined at a point where the beam intensity drops to 13.5% of the beam center.
MEMS波長選択スイッチの透過帯域の幅をBとすると、B,W,Dの間に When the width of the transmission band of the MEMS wavelength selective switch is B, it is between B, W, and D.
という関係が成立することが知られている(非特許文献1を参照)。ここで、Wはミラー幅を、Pは隣接ミラー間ピッチを、DはMEMSミラー上に照射されるビームの直径を、ηは透過帯域基準値(dB)を、夫々表す。 It is known that this relationship is established (see Non-Patent Document 1). Here, W represents the mirror width, P represents the pitch between adjacent mirrors, D represents the diameter of the beam irradiated on the MEMS mirror, and η represents the transmission band reference value (dB).
(式3)より、透過帯域の幅(B)は、ミラーピッチ(P)に占めるビーム径(D)の比率(D/P)が小さくなるほど、またミラーピッチ(P)に占めるミラー幅(W)の比率(W/P)が大きくなるほど、広がることがわかる。 From (Equation 3), the width (B) of the transmission band is smaller as the ratio (D / P) of the beam diameter (D) to the mirror pitch (P) becomes smaller, and the mirror width (W) to the mirror pitch (P). ) Increases as the ratio (W / P) increases.
図9を再び参照する。上述したように、本実施形態に係る波長選択スイッチのMEMSミラーアレイにおいて、各MEMSミラーのミラーピッチ(P)は短波側から長波側に進むにつれて増加し(Pa<Pb<Pc<・・・<Pi)、各MEMSミラーに入射する信号光の径(D)も短波側から長波側に進むにつれて増加する(Da<Db<Dc<・・・<Di)。 Refer to FIG. 9 again. As described above, in the MEMS mirror array of the wavelength selective switch according to the present embodiment, the mirror pitch (P) of each MEMS mirror increases as it proceeds from the short wave side to the long wave side (P a <P b <P c <. .. <P i ), the diameter (D) of the signal light incident on each MEMS mirror also increases from the short wave side to the long wave side (D a <D b <D c <... <D i ).
まず、短波側CHのビーム径とミラーピッチについて注目する。短波側のビーム径(Da)はとりうるビーム径の中で最小値であり、短波側のミラーピッチ(Pa)もとりうるミラーピッチのなかで最小値であるため、短波側におけるビーム径比率(Da/Pa)を考えると、分子も分母も最小値である。次に、長波側CHのビーム径とミラーピッチについて注目する。長波側のビーム径(Di)はとりうるビーム径の中で最大値であり、長波側のミラーピッチ(Pi)もとりうるミラーピッチのなかで最大値であるため、長波側におけるビーム径比率(Di/Pi)を考えると、分子も分母も最大値である。 First, attention is focused on the beam diameter and mirror pitch of the short wave side CH. The beam diameter (D a ) on the short wave side is the smallest value among the possible beam diameters, and the mirror pitch (P a ) on the short wave side is the smallest value among the possible mirror pitches. Considering (D a / P a ), both the numerator and denominator are minimum values. Next, attention is focused on the beam diameter and mirror pitch of the long wave side CH. The beam diameter (D i ) on the long wave side is the maximum value among the possible beam diameters, and the mirror pitch (P i ) on the long wave side is the maximum value among the possible mirror pitches. Considering (D i / P i ), both the numerator and denominator are maximum values.
したがって、短波側CHのビーム径比率(Da/Pa)に比較して、長波側CHのビーム径比率(Di/Pi)が、極端に増大したり減少したりすることなく、ビーム径比率のチャネル間ばらつきを最小化できる。これは、透過帯域幅(B)が極端に減少してしまうCHを発生させない効果を意味している。 Therefore, the beam diameter ratio (D i / P i ) of the long wave side CH does not increase or decrease extremely compared to the beam diameter ratio (D a / P a ) of the short wave side CH. Variation in diameter ratio between channels can be minimized. This means an effect that does not generate CH whose transmission bandwidth (B) is extremely reduced.
ここで比較のために、図10に示すように、本実施形態とは異なり、最も長波側のCHに対応するMEMSミラーに最も狭いビーム径を有する光信号が入射する場合を検討する。各MEMSミラーのミラーピッチ(P)は短波側から長波側に進むにつれて増加する一方(Pa<Pb<Pc<・・・<Pi)、各MEMSミラーに入射するビームのビーム径(D)は短波側から長波側に進むにつれて減少する(Da>Db>Dc>・・・>Di)。 Here, for comparison, as shown in FIG. 10, unlike the present embodiment, a case where an optical signal having the narrowest beam diameter is incident on the MEMS mirror corresponding to the longest-side CH is considered. While the mirror pitch (P) of each MEMS mirror increases from the short wave side to the long wave side (P a <P b <P c <... <P i ), the beam diameter of the beam incident on each MEMS mirror ( D) decreases from the short wave side to the long wave side (D a > D b > D c >...> D i ).
まず、短波側CHのビーム径とミラーピッチについて注目する。短波側のビーム径(Da)はとりうるビーム径の中で最大値であるが、短波側のミラーピッチ(Pa)はとりうるミラーピッチのなかで最小値であるため、短波側におけるビーム径比率(Da/Pa)を考えると、とりうるビーム径比率の中で最大値となってしまう。次に、長波側CHのビーム径とミラーピッチについて注目する。長波側のビーム径(Di)はとりうるビーム径の中で最小値であるが、長波側のミラーピッチ(Pi)はとりうるミラーピッチのなかで最大値であるため、長波側におけるビーム径比率(Di/Pi)を考えると、とりうるビーム径比率の中で最小値となってしまう。 First, attention is focused on the beam diameter and mirror pitch of the short wave side CH. The short-wave side beam diameter (D a ) is the maximum value among the possible beam diameters, but the short-wave side mirror pitch (P a ) is the minimum value among the possible mirror pitches. Considering the diameter ratio (D a / P a ), it becomes the maximum value among the possible beam diameter ratios. Next, attention is focused on the beam diameter and mirror pitch of the long wave side CH. The beam diameter (D i ) on the long wave side is the minimum value among the possible beam diameters, but the mirror pitch (P i ) on the long wave side is the maximum value among the possible mirror pitches. Considering the diameter ratio (D i / P i ), it becomes the minimum value among the possible beam diameter ratios.
したがって、短波側CHのビーム径比率(Da/Pa)は最大化され、長波側CHのビーム径比率(Di/Pi)は最小化されるため、長波側のCHでは透過帯域幅(Bi)を拡大できるものの、短波側のCHで透過帯域幅(Ba)が極端に減少してしまう課題を有する。 Therefore, since the beam diameter ratio (D a / P a ) of the short wave side CH is maximized and the beam diameter ratio (D i / P i ) of the long wave side CH is minimized, the transmission bandwidth is long in the long wave side CH. Although (B i ) can be expanded, there is a problem that the transmission bandwidth (B a ) is extremely reduced in the short-wave side CH.
また、本実施形態に係る波長選択スイッチは、MEMSミラーアレイにおいて、ミラーピッチ(P)に占めるミラー幅(W)の比率(W/P)が、長波側CHにおいて大きくなることを、別の特徴とする。上述したように、透過帯域の幅は、ミラーピッチ(P)に占めるビーム径(D)の比率(D/P)が小さくなるほど、ミラーピッチ(P)に占めるミラー幅(W)の比率(W/P)が大きくなるほど拡大できる。一般的な波長選択スイッチにおいては、ビーム径比率(D/P)はCHによってほとんど変化しないため、ミラー幅比率(W/P)もCHによって変化しないように設計される。ところが、本実施形態に係る波長選択スイッチでは、ビーム径比率(D/P)が短波側CHから長波側CHに向かい微増する場合が多くなる。その場合、長波側CHで帯域が微減してしまうため、その帯域減少分を補うように、長波側でミラー径比率(W/P)を大きくし、全CH領域で透過帯域が減少しないようにすることが望ましい。 Another feature of the wavelength selective switch according to the present embodiment is that, in the MEMS mirror array, the ratio (W / P) of the mirror width (W) to the mirror pitch (P) is increased on the long wave side CH. And As described above, the width of the transmission band is the ratio (W) of the mirror width (W) to the mirror pitch (P) as the ratio (D / P) of the beam diameter (D) to the mirror pitch (P) decreases. The larger the / P), the larger the magnification. In a general wavelength selective switch, since the beam diameter ratio (D / P) hardly changes depending on CH, the mirror width ratio (W / P) is designed not to change depending on CH. However, in the wavelength selective switch according to this embodiment, the beam diameter ratio (D / P) often increases slightly from the short wave side CH toward the long wave side CH. In this case, since the band is slightly reduced on the long wave side CH, the mirror diameter ratio (W / P) is increased on the long wave side so as to compensate for the decrease in the band so that the transmission band does not decrease in the entire CH region. It is desirable to do.
上記の具体例として、本実施形態に係る波長選択スイッチは、MEMSミラーアレイにおいて、各CHのミラー間ギャップ(間隙)(P−W)が一定であることを特徴とする。上述したように、透過帯域の幅(B)は、ミラーピッチ(P)に占めるミラー幅(W)の比率(W/P)が大きくなるほど拡大できるが、ミラー幅はミラーピッチを超えて広げることはできない。したがって、ミラー幅比率を最大化するためには、各CHのミラー間ギャップ(P−W)を最小化し、CHによらず一定化することが望ましい。最小化可能なギャップ量はミラーの製造方法によって異なるが、ミラー間ギャップを一定にすることは、ミラー作製時の開口部の大きさを一定にできるため、ミラー寸法精度を向上させる効果およびミラー形成時に発生する異物を低減させる効果を有し、ならびに、ミラー製造歩留まりを向上させる効果も有している。 As a specific example, the wavelength selective switch according to the present embodiment is characterized in that in the MEMS mirror array, the inter-mirror gap (gap) (P-W) of each CH is constant. As described above, the width (B) of the transmission band can be increased as the ratio (W / P) of the mirror width (W) to the mirror pitch (P) increases, but the mirror width should be increased beyond the mirror pitch. I can't. Therefore, in order to maximize the mirror width ratio, it is desirable to minimize the inter-mirror gap (P-W) of each CH and make it constant regardless of the CH. The amount of gap that can be minimized depends on the manufacturing method of the mirror, but making the gap between the mirrors constant can make the size of the opening at the time of mirror preparation constant, thus improving the mirror dimensional accuracy and forming the mirror. It has the effect of reducing foreign matters that are sometimes generated, and also has the effect of improving the mirror manufacturing yield.
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図11に示すように、本実施例に係る波長選択スイッチ500は、入出力光学系501と、集光レンズ502と、反射型の分光光学系503と、MEMSミラーアレイ504とを備える。
As illustrated in FIG. 11, the wavelength
入出力光学系501は、少なくとも1つの入力ポートと、複数の出力ポートとから構成される。
The input / output
集光レンズ502は、入出力光学系501からの信号光を屈折させ、反射型の分光光学系503に到達させる。また、集光レンズ502は、反射型の分光光学系503で波長分離された光信号を集光する。集光レンズとして、ダブレットレンズ、トリプレットレンズを使用することができる。
The condensing
反射型の分光光学系503は、集光レンズ502から入射した信号光を回折し、反射する。反射型の分光光学系503として、透過型回折格子と反射ミラーとの組み合わせを使用することができる。
The reflective spectroscopic
MEMSミラーアレイ504は、複数のMEMSミラーが一列に配列されて構成される。MEMSミラーアレイ504の各MEMSミラーは、分離された1波長の光を所定の出力ポートに結合するように反射する。図11に示すように、本実施例に係る波長選択スイッチにおいて、入出力光学系501は、短波側のCHに対応するMEMSミラーより、長波側のCHに対応するMEMSミラーにより近くなるように配置される。
The
本実施例に係る波長選択スイッチ500は、図11に示すような構成を備えることにより、入出力光線の光路と分波された光線のうち短波側の光路とは、光線群の外縁部に配置されることとなる。即ち、集光レンズ502の光軸を基準としたとき、入出力ポートから集光レンズ502までの光路は、短波側のCHに対応するMEMSミラーから集光レンズ502までの光路と対称の位置にある。よって、集光レンズ502の光軸を基準としたとき、入出力ポートからの光路が集光レンズ502に入射する位置までの距離と、最も短波側のCHに対応するMEMSミラーからの光路が集光レンズ502に入射する位置までの距離とは、該同一となる。
The wavelength
このような波長選択スイッチの構成により、入出力光線と分波された光線のうち短波側の光線は、集光レンズから受ける球面収差が同程度となり、入出力光線と短波側の分波光線との収差は小さくなる。従って、短波側のCHに対応するMEMSミラーに最も狭いビーム径を有するビームを配置しやすくなる。 Due to such a wavelength selective switch configuration, the short-side light beam of the input / output light beam and the demultiplexed light beam has the same spherical aberration from the condenser lens, and the input / output light beam and the short-wave side light beam are separated from each other. The aberration becomes smaller. Therefore, it becomes easy to arrange the beam having the narrowest beam diameter on the MEMS mirror corresponding to the CH on the short wave side.
また本実施例の応用例として、集光レンズやMEMSミラーアレイを傾斜配置させることにより、短波側のCHに対応するMEMSミラーへの入射光線の光路差を小さくし、短波側のCHに対応するMEMSミラーに最も狭いビーム径を有するビームを配置することもできる。 Further, as an application example of the present embodiment, by arranging the condensing lens and the MEMS mirror array in an inclined manner, the optical path difference of the incident light beam to the MEMS mirror corresponding to the short wave side CH is reduced, and the short wave side CH is supported. A beam having the narrowest beam diameter can also be arranged on the MEMS mirror.
1 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 MEMSミラーアレイユニット(スイッチング素子)
112 分光器
113 集光レンズ
120 ガラス基板
140 MEMSミラー
400 波長選択スイッチ
410 入出力ポートアレイ
420 fθレンズ
430 円筒レンズ
440 4f光学系
441 第1のレンズ
442 回折格子
443 第2のレンズ
450 ミラーアレイ
451 MEMSミラー
500 波長選択スイッチ
501 入出力光学系
502 集光レンズ
503 反射分光光学系
504 MEMSミラーアレイ
1
11-1 Input fiber 11-2, 11-3, 11-4 Output fiber 12 Spectroscope [spectral element (diffraction grating); spectroscopic optical system]
13 Condensing lens (Condensing optical system)
14 MEMS mirror array unit (switching element)
112
400 Wavelength selection switch 410 I /
500
Claims (4)
前記入力ポートから出射される波長多重光信号を波長分離する分光手段と、
前記分光手段で波長分離された光信号を集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された複数のチャネルで構成される光信号を反射する複数のMEMSミラーから構成されたMEMSミラーアレイであって、反射された光信号は、前記集光レンズおよび前記分光手段を介して前記出力ポートに結合するMEMSミラーアレイと
を備えた波長選択スイッチであって、
前記複数のMEMSミラーのうちの隣接するMEMSミラー間のミラーピッチは、波長分散方向に沿って短波側から長波側へ進むにつれて増加し、
前記複数のMEMSミラーのうち最も短波側のチャネルに対応するMEMSミラー上に入射した信号光の径は、他の全てのチャネルに対応する複数のMEMSミラー上に入射した信号光の径より小さいことを特徴とする波長選択スイッチ。 A single input port and multiple output ports or a single output port and multiple input ports;
Spectroscopic means for wavelength-separating the wavelength multiplexed optical signal emitted from the input port;
A condenser lens for condensing the optical signal wavelength-separated by the spectroscopic means;
A MEMS mirror array composed of a plurality of MEMS mirrors that reflect an optical signal composed of a plurality of channels collected by the condensing lens, wherein the reflected optical signal includes the condensing lens and the spectroscopic lens. A wavelength selective switch comprising a MEMS mirror array coupled to the output port via means,
The mirror pitch between adjacent MEMS mirrors of the plurality of MEMS mirrors increases as the wavelength advances from the short wave side to the long wave side along the wavelength dispersion direction.
Of the plurality of MEMS mirrors, the diameter of the signal light incident on the MEMS mirror corresponding to the shortest channel is smaller than the diameter of the signal light incident on the plurality of MEMS mirrors corresponding to all other channels. Wavelength selective switch characterized by
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