JP5600087B2 - Optical signal selection switch - Google Patents
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Description
本発明は、光信号選択スイッチに関する。具体的には、所望の出力ポート以外の出力ポートに高次回折光が入射しないような光信号選択スイッチに関する。 The present invention relates to an optical signal selection switch. Specifically, the present invention relates to an optical signal selection switch that prevents high-order diffracted light from entering an output port other than a desired output port.
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、分波素子、および、偏向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、回折格子などの分波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 typical wavelength selective switch is a spatial optical system optical communication device using a multiplexing element, a demultiplexing element, and a deflection element. The light that is combined and incident is demultiplexed into position-dependent light for each wavelength via a demultiplexing element such as a diffraction grating, and an output port is selected by a deflecting element such as a MEMS mirror for each wavelength. 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は、従来の波長選択スイッチの構成を示す概略図である。図1に示すように座標軸を設定する。具体的には、光導波路基板210における信号光の入出射端面と水平かつ光導波路基板210における光波の進行方向(すなわち光軸)と垂直な方向をXとし、光導波路基板210に垂直な方向をYとし、光導波路基板210における光波の進行方向(すなわち光軸)をZとする。図1はX軸方向から観た側面図である。
FIG. 1 shows an example of a conventional wavelength selective switch (see, for example, Patent Document 1). FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional wavelength selective switch. Coordinate axes are set as shown in FIG. Specifically, the direction perpendicular to the light wave traveling direction (that is, the optical axis) in the
波長選択スイッチ200は、光導波路基板210と、シリンドリカルレンズ220と、偏波分離部230と、ビームサイズ変換部240と、分光部250と、集光レンズ260と、光偏向部270とを備える。
The wavelength
図1には図示されていないが、光導波路基板210上には、入出力導波路と、入出力導波路に接続されたスラブ導波路と、スラブ導波路に接続されたアレイ導波路とが作製されている。
Although not shown in FIG. 1, an input / output waveguide, a slab waveguide connected to the input / output waveguide, and an arrayed waveguide connected to the slab waveguide are manufactured on the
図1には図示されていないが、入出力導波路は、合計で21本あり、中心にある1本の導波路を入力ポートとし、入力ポートの両側に10本ずつ作製された導波路を出力ポートとする。ここで、入力ポートの両側に作製された導波路を入力ポートに近い順に出力ポート#1,2,・・・,10および#−1,−2,・・・,−10と呼ぶ。
Although not shown in FIG. 1, there are a total of 21 input / output waveguides, with one waveguide at the center serving as an input port and 10 waveguides formed on both sides of the input port as outputs. Port. Here, the waveguides produced on both sides of the input port are called
スラブ導波路は、入力導波路の入力ポートから入力された光を分配してアレイ導波路に結合するように作用する。また、反射の場合は、スラブ導波路は、アレイ導波路から入力された光を、各アレイ導波路を伝搬する光波間の位相関係に応じて、入出力導波路の出力ポートの何れかに結合するように作用する。 The slab waveguide acts to distribute light input from the input port of the input waveguide and couple it to the arrayed waveguide. In the case of reflection, the slab waveguide couples the light input from the arrayed waveguide to one of the output ports of the input / output waveguide according to the phase relationship between the light waves propagating through each arrayed waveguide. Acts like
アレイ導波路は、光路長差が0の複数の導波路の列である。アレイ導波路は、スラブ導波路からの光をシリンドルカルレンズ220へ入射し、シリンドリカルレンズ220からの光をスラブ導波路へ結合する。
An arrayed waveguide is a row of a plurality of waveguides having an optical path length difference of zero. The arrayed waveguide enters light from the slab waveguide into the
シリンドリカルレンズ220は、アレイ導波路から出射された光を、Y軸方向に拡がることなく、ビームサイズ変換部240へ入射するように作用する。
The
偏波分離部230は、シリンドリカルレンズ220から入射した光を直交する2つの偏波成分(水平成分、垂直成分)に分離する。偏波分離部230は、偏波分離した2つの光をそれぞれY軸方向における異なる部分から出射する。偏波分離部230から出射した光はビームサイズ変換部240へ入射する。
The
ビームサイズ変換部240は、偏波分離部230から入射した光をY軸方向へ広げるように作用する。図1は、2つのシリンドリカルレンズ242および244を、X軸を含む面に平行に配置してビームサイズ変換部240を構成する例を示す。
The
分光部250は、ビームサイズ変換部240から入射する光を回折させ、波長分離されるように作用する。図1は、透過型のバルク回折格子252を用いて分光部250を構成する例を示す。分光部250による回折の結果、波長分離された各光信号が、光偏向部270の対応する位相格子上に干渉縞を形成する。
The
集光レンズ260は分光部250を透過した光を光偏向部270に集光するように作用する。図1は、集光レンズ260としてシリンドリカルレンズを用いる例を示す。
The
光偏向部270は、波長分離された各光信号にそれぞれ対応する位相格子により、入射光を偏向しつつ反射し、集光レンズ260を介してバルク回折格子252へ結合する位相制御素子を備える。光偏向部270は、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)と呼ばれる空間位相変調器を用いて構成することができる。LCOSは、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)の表面に液晶素子(ピクセル)を配列した反射型のデバイスである。液晶素子は、位相制御素子として入射した光信号に位相差を与え、位相格子を構成し、光路を反転するように作用する。
The
図2は、図1に示した波長選択スイッチの光偏向部270における光の入射面の概略を示す図である。図2に示すように、光偏向部(LCOS)270における光の入射面(X−Z平面)には複数のピクセル272が格子上に配列されている。各ピクセルは独立して制御することが可能であり、各ピクセルにおいて光に付与する位相量を制御することができる。分光部250において波長分離された各光信号は、集光レンズ260によって、Z軸上の対応するピクセル群にそれぞれ集光される。つまり、入出力導波路の入力ポートから入射した光は、光偏向部270においてZ軸方向に波長分離される。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a light incident surface in the
図3は、光偏向部270のZ軸方向のあるピクセルの配列によって、ある波長λの光に位相シフトを付与する様子を示す図である。図3において、1つ位相格子のピッチをd、各ピクセルの一辺の長さをpとすると、d=n×p(nは整数であり、1つの位相格子を構成するピクセル数)である。この場合、位相格子における光の偏向角θdは、sinθd=λ/dと表すことができる。位相格子のピッチdが大きくなると(すなわちnが大きくなると)偏向角度の画素分割数依存性が線形となるが、偏向角が小さくなる。反対に、位相格子のピッチdが小さくなると偏向角度は大きくなるが、偏向角度の画素分割数依存性が非線形となる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which a phase shift is imparted to light having a certain wavelength λ by the arrangement of certain pixels in the Z-axis direction of the
図3に示すように、LCOSを用いた波長選択スイッチにおいては、LCOSにより入力光に対し空間的に鋸歯状の位相変調(セロダイン変調)が加えられる。 As shown in FIG. 3, in a wavelength selective switch using LCOS, spatial sawtooth phase modulation (serodyne modulation) is applied to input light by LCOS.
ここで、ある波長の光が入射する位相格子を構成する各ピクセル(すなわち、X軸方向に配列されたピクセル)の位相設定について、隣り合うピクセルに設定される位相設定量の差をε(図3)とすると、所望の偏向角θdと位相設定量差εとの関係は、各種レンズ、光導波路基板210の配置などを考慮して、既知の計算式を用いて予め算出しておくことが可能である(非特許文献1参照)。図3では、3つのピクセルが、光偏向部270が光を偏向する方向に周期構造を有する位相格子を構成する場合を例示しているが、3つ以上のピクセルで周期構造を有する位相格子を構成してもよい。
Here, with respect to the phase setting of each pixel constituting the phase grating on which light of a certain wavelength is incident (that is, pixels arranged in the X-axis direction), the difference between the phase setting amounts set in adjacent pixels is expressed as ε (FIG. 3), the relationship between the desired deflection angle θ d and the phase setting amount difference ε should be calculated in advance using a known calculation formula in consideration of various lenses, the arrangement of the
図1に示した波長選択スイッチ200において、複数の波長の光信号が多重されたWDM光信号が入力ポートから入射すると、WDM光信号はスラブ導波路を導波して、各々がアレイ導波路を構成する導波路に結合される。
In the wavelength
アレイ導波路から出射されたWDM光信号は、シリンドリカルレンズ220を介してコリメート光に変換された後、偏波分離部230へ入射して水平偏波成分と垂直偏波成分に分離された後、同一の偏波成分の2つのWDM光信号として出力される。
After the WDM optical signal emitted from the arrayed waveguide is converted into collimated light through the
偏波分離部230から出射された2つのWDM光信号は各々、分光部250において波長分離される。
The two WDM optical signals emitted from the
分光部250において波長分離された各光信号は集光レンズ260により光偏向部270の対応する位相格子に集光する。図1においてZ軸が波長軸となるように光信号は位相格子に入射する。偏波分離部230から分光部250へ入射した2つのWDM光信号から波長分離された同一波長の光信号は、同一の位相格子に集光する。
Each optical signal subjected to wavelength separation in the
光偏向部270の各位相格子において、光信号は波長ごとに独立に偏向されて、焦点レンズ260を介して分光部250へ入射するように反射される。波長ごとの光信号の偏向角は、位相格子の周期および位相シフト量に応じて決まる。換言すると、各WDM信号に対応する位相格子の周期および位相シフト量を制御することで、偏向角を波長ごとに独立に制御することができる。
In each phase grating of the
分光部250へ再び入射した各波長の光信号は合波され、再びビームサイズ変換部240、偏波分離部230、およびシリンドリカルレンズ220を介してアレイ導波路へ結合される。
The optical signals of the respective wavelengths incident again on the
アレイ導波路を導波した光信号は、スラブ導波路を導波して出力導波路のいずれかに結合される。 The optical signal guided through the arrayed waveguide is guided through the slab waveguide and coupled to one of the output waveguides.
従来の波長選択スイッチの構成では、以下のような問題があった。図4は、従来技術に係る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4(a)に示すように、光偏向部を構成するLCOSに入射する入射光は、偏向され反射される。ここで、出力ポートを#1に設定するときのセロダイン波形の周期をNとする。図4(a)では、0次、±1次、±2次の回折光の発生が例示されている。 The configuration of the conventional wavelength selective switch has the following problems. FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the problem of the wavelength selective switch according to the prior art. As shown in FIG. 4A, the incident light incident on the LCOS constituting the light deflector is deflected and reflected. Here, let N be the period of the serodyne waveform when the output port is set to # 1. FIG. 4A illustrates the generation of 0th-order, ± 1st-order, and ± 2nd-order diffracted light.
ここで、出力ポートを#2に設定するときのセロダイン波形の周期がN/2となるように出力ポートが配置されたとする。図4(b)に示すセロダイン波形の周期は、図4(a)に示すセロダイン波形の周期の半分である。図4(b)では、0次、±1次の回折光の発生が例示されている。 Here, it is assumed that the output port is arranged so that the period of the serodyne waveform when the output port is set to # 2 is N / 2. The period of the serodyne waveform shown in FIG. 4B is half the period of the serodyne waveform shown in FIG. FIG. 4B illustrates the generation of 0th-order and ± 1st-order diffracted light.
図4(a),図4(b)に示すように、セロダイン波形の周期がNのときの2次回折光の回折角は、セロダイン波形の周期がN/2のときの1次回折光の回折角と等しい。従って、セロダイン波形の周期がNのときの2次回折光は、セロダイン波形の周期がN/2のときの1次回折光と重なり、ポート間のクロストークが劣化する。 As shown in FIGS. 4A and 4B, the diffraction angle of the second-order diffracted light when the period of the serrodyne waveform is N is the diffraction angle of the first-order diffracted light when the period of the serodyne waveform is N / 2. Is equal to Accordingly, the second-order diffracted light when the period of the serrodyne waveform is N overlaps with the first-order diffracted light when the period of the serrodyne waveform is N / 2, and the crosstalk between ports deteriorates.
このように、理想的なセロダイン波形であっても、高次回折光が発生し、所望の出力ポート以外の出力ポートに信号光が偏向・反射されるためポート間クロストークの劣化を引き起こすという課題があった。 As described above, even with an ideal serodyne waveform, high-order diffracted light is generated, and signal light is deflected and reflected to an output port other than the desired output port. there were.
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、所望の出力ポート以外のポートに高次回折光が入射しないような光信号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 thereof is to provide an optical signal selection switch that prevents high-order diffracted light from entering a port other than a desired output port.
本発明は、少なくとも1つの入力ポートと、複数の出力ポートと、少なくとも1つの入力ポートから出射される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に位相シフトを与える偏向手段であって、位相シフトが与えられた光信号が集光レンズを介して出力ポートに結合するように光信号を反射する偏向手段とを備えた非波長選択スイッチであって、偏向手段による任意の出力ポートにおける位相シフト波形の周期は、偏向手段による他の出力ポートにおける位相シフト波形の周期の1/i倍(iはゼロ以外の整数)と異なることを特徴とする。 The present invention provides at least one input port, a plurality of output ports, a condensing lens for condensing an optical signal emitted from at least one input port, and a phase shift to the optical signal collected by the condensing lens. A non-wavelength selective switch comprising a deflecting means for reflecting the optical signal so that the optical signal given the phase shift is coupled to the output port via the condenser lens. The period of the phase shift waveform at any output port by the means is different from 1 / i times (i is an integer other than zero) the period of the phase shift waveform at the other output port by the deflection means.
本発明の一実施形態に係る非波長選択スイッチおいて、偏向手段は、LCOS素子又はMEMS素子であることを特徴とする。 In the non-wavelength selective switch according to an embodiment of the present invention, the deflection unit is an LCOS element or a MEMS element.
本発明は、少なくとも1つの入力ポートと、複数の出力ポートと、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光信号に位相シフトを与える偏向手段であって、位相シフトが与えられた光信号が集光レンズ、分光手段を介して出力ポートに結合するように光信号を反射する偏向手段とを備えた波長選択スイッチであって、偏向手段によるある出力ポートにおける位相シフト波形の周期は、偏向手段による他の出力ポートにおける位相シフト波形の周期の1/i倍(iはゼロ以外の整数)と異なることを特徴とする。 The present invention provides at least one input port, a plurality of output ports, a spectral unit for wavelength-separating a wavelength-multiplexed optical signal emitted from the input port, and a condensing unit for condensing the optical signal wavelength-separated by the spectral unit. A deflection unit that applies a phase shift to the optical signal collected by the lens and the condenser lens, and the optical signal that is given the phase shift is coupled to the output port via the condenser lens and the spectral unit. A wavelength selective switch including a deflecting unit for reflecting a signal, wherein a period of a phase shift waveform at one output port by the deflecting unit is 1 / i times a period of a phase shift waveform at another output port by the deflecting unit ( i is an integer other than zero).
本発明の一実施形態に係る波長選択スイッチおいて、偏向手段は、LCOS素子又はMEMS素子であることを特徴とする。 In the wavelength selective switch according to an embodiment of the present invention, the deflection unit is an LCOS element or a MEMS element.
本発明の一実施形態に係る波長選択スイッチおいて、偏向手段によるある出力ポートに対応する反射光の高次光の成分と、偏向手段による他の出力ポートにおける反射光の主信号とのなす角に対して、高次光の成分と、主信号との間の光結合が十分無視できるほど小さくなるように、偏向手段におけるビームサイズを大きくすることを特徴とする。 In the wavelength selective switch according to an embodiment of the present invention, with respect to an angle formed by a higher-order light component of reflected light corresponding to an output port by the deflecting unit and a main signal of reflected light at another output port by the deflecting unit. Thus, the beam size in the deflecting means is increased so that the optical coupling between the high-order light component and the main signal is sufficiently small to be ignored.
本発明により、所望の出力ポート以外のポートに高次回折光が入射しないような光信号選択スイッチを提供することができる。 The present invention can provide an optical signal selection switch that prevents high-order diffracted light from entering a port other than a desired output port.
以下、本発明の実施形態を説明する。図5は、本発明に係る波長選択スイッチにおいて従来からの課題を解決する手段を説明するための概念図である。図5では、出力ポート数が2の場合を示している。図5(a)に示すように、光偏向部を構成するLCOSに入射する入射光は、偏向され反射される。ここで、出力ポートを#1に設定するときのセロダイン波形の周期をNとする。図5(a)では、0次、±1次、±2次の回折光の発生が例示されている。 Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining means for solving a conventional problem in the wavelength selective switch according to the present invention. FIG. 5 shows a case where the number of output ports is two. As shown in FIG. 5A, incident light incident on the LCOS constituting the light deflector is deflected and reflected. Here, let N be the period of the serodyne waveform when the output port is set to # 1. FIG. 5A illustrates the generation of 0th-order, ± 1st-order, and ± 2nd-order diffracted light.
本発明の実施形態においては、図5(b)に示すように、出力ポートを#2に設定するときのセロダイン波形の周期が、N/2ではなく、N/3となるように出力ポートが配置される。図5(b)では、0次、±1次の回折光の発生が例示されている。 In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5B, the output port is set so that the period of the serodyne waveform when the output port is set to # 2 is N / 3 instead of N / 2. Be placed. FIG. 5B illustrates the generation of 0th-order and ± 1st-order diffracted light.
図5(a),図5(b)に示すように、セロダイン波形の周期がNのときの2次回折光の回折角は、セロダイン波形の周期がNを非整数で割った値のときの1次回折光の回折角と相違する。従って、セロダイン波形の周期がNのときの2次回折光は、セロダイン波形の周期がN/2のときの1次回折光と重ならない。よって、ポート間のクロストークが劣化しない。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the diffraction angle of the second-order diffracted light when the period of the serodyne waveform is N is 1 when the period of the serodyne waveform is a value obtained by dividing N by a non-integer. It is different from the diffraction angle of the next diffracted light. Accordingly, the second-order diffracted light when the period of the serrodyne waveform is N does not overlap with the first-order diffracted light when the period of the serodyne waveform is N / 2. Therefore, crosstalk between ports does not deteriorate.
より詳細に説明する。セロダイン波形の基本周期は、簡単のためLCOSのピクセルピッチの整数倍とする。ここで、iを回折光の次数とし(i=1の回折光は、所望の出力ポートへの出力を意図された回折光である)、j番目のポートに出力設定する場合のセロダイン周期をNjとする。このとき、出力ポートkに対応するセロダイン波形の周期Nkが、 This will be described in more detail. The basic period of the serrodyne waveform is an integer multiple of the LCOS pixel pitch for simplicity. Here, i is the order of diffracted light (diffracted light of i = 1 is diffracted light intended to be output to a desired output port), and the serodyne period when output is set to the jth port is N j . At this time, the period N k of the serodyne waveform corresponding to the output port k is
となるように出力ポートを配置する。 Arrange the output ports so that
以下、本発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention will be described below.
(第1の実施例)
図6は、光偏向部としてピクセルピッチが20um、セロダイン波形の空間周期が380um(20um×19ピクセル)であるLCOSを用いた場合の、回折光の回折角(deg)とLCOSからの反射光の空間的強度分布(dB)との関係を示すグラフである。入力光の波長は1590nmとし、LCOS上に入射するガウスビームのビーム半径が4.2mmとなるようにした。
(First embodiment)
FIG. 6 shows the diffraction angle (deg) of the diffracted light and the reflected light from the LCOS when the LCOS having a pixel pitch of 20 μm and a spatial period of the serodyne waveform of 380 μm (20 μm × 19 pixels) is used as the light deflector. It is a graph which shows the relationship with spatial intensity distribution (dB). The wavelength of the input light was 1590 nm, and the radius of the Gaussian beam incident on the LCOS was 4.2 mm.
本実施形態では、図6に示すような回折光が発生するが、これはセロダイン波形が理想的に2πで折り返されずにバックラッシュを持つことに起因する(図7を参照)。 In the present embodiment, diffracted light as shown in FIG. 6 is generated, and this is due to the fact that the serrodyne waveform is ideally not folded at 2π and has backlash (see FIG. 7).
図7は、本実施の形態のLCOSに設定されるセロダイン波形の概略を示すものである。実際の位相設定では、位相が2π近傍となるピクセルと、位相がゼロ近傍となるピクセルが隣接する箇所が存在するが、その境界ではディジタル的に位相が不連続に変化することは無く、図7に示すように、急峻ではあるがセロダイン波形と逆のスロープをもって2π近傍からゼロまで変化する。この逆スロープの位相変化が高次回折光を発生する。 FIG. 7 shows an outline of the serrodyne waveform set in the LCOS of the present embodiment. In the actual phase setting, there are locations where a pixel whose phase is close to 2π and a pixel whose phase is close to zero are adjacent to each other, but the phase does not digitally discontinuously change at the boundary, and FIG. As shown in FIG. 5, the slope changes from the vicinity of 2π to zero with a slope that is steep but reverse to the serodyne waveform. This reverse slope phase change generates high-order diffracted light.
本実施例では、セロダイン周期が互いに素となるように(即ち、(式1)を満たすように)、セロダイン周期をN=6,7,8,9,10,11,13,17,19の9個として選択し、出力ポートを配置した。夫々のセロダイン周期に対応する1次の回折光は以下の表1のi=1の列に示すとおりである。 In this embodiment, the serodyne periods are set to N = 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 17, 19 so that the serodyne periods are relatively prime (that is, satisfying (Equation 1)). Nine were selected and output ports were placed. The first-order diffracted light corresponding to each serrodyne period is as shown in the column of i = 1 in Table 1 below.
例として、N=19の場合を検討する。N=19のセロダイン波形が作る高次回折光の回折角は、2次回折光が0.48degであり、3次回折光が0.72degであり、4次回折光が0.96degであり、5次回折光が1.20degであり、6次回折光が1.44degであり、7次回折光が1.68degである。表1に示すように、これらの高次回折光は、他のセロダイン波形(即ち、N=6,7,8,9,10,11,13,17)の1次回折光の位置に存在しない。よって、クロストークの劣化は生じない。 As an example, consider the case of N = 19. The diffraction angle of the higher-order diffracted light produced by the serodyne waveform of N = 19 is 0.48 deg for the second-order diffracted light, 0.72 deg for the third-order diffracted light, 0.96 deg for the fourth-order diffracted light, 1.20 deg., 6th order diffracted light is 1.44 deg, and 7th order diffracted light is 1.68 deg. As shown in Table 1, these higher-order diffracted lights do not exist at the positions of the first-order diffracted lights of other serrodyne waveforms (that is, N = 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 17). Therefore, no degradation of crosstalk occurs.
LCOS上に入射するガウスビームのビーム半径は、2次以上の高次回折光と、主信号(1次回折光)とが十分分離できる程度に広ければ良い。 The radius of the Gaussian beam incident on the LCOS only needs to be wide enough to sufficiently separate the second-order or higher-order diffracted light and the main signal (first-order diffracted light).
本実施例における高次回折光と主信号(1次回折光)とのなす角度のうち、最も小さいものは、N=10の主信号(1次回折光)とN=19の2次回折光との間に成立する0.02degである。 Among the angles formed by the higher-order diffracted light and the main signal (first-order diffracted light) in this embodiment, the smallest is between the N = 10 main signal (first-order diffracted light) and N = 19 second-order diffracted light. It is established 0.02 deg.
この角度0.02degに対する、N=19のときの2次回折光がN=10のときの主信号(1次回折光)へ結合する結合率(dB)と、LCOS上に入射するガウスビームのビーム半径(um)との関係を、図8に示す。 The coupling ratio (dB) for coupling the second order diffracted light when N = 19 to the main signal (first order diffracted light) when N = 10 with respect to this angle 0.02 deg, and the beam radius of the Gaussian beam incident on the LCOS The relationship with (um) is shown in FIG.
図8に示すように、クロストーク量は、LCOS上に入射するガウスビームのビーム半径に依存する。理想的なクロストーク量を−50dB以下とするとき、LCOS上に入射するガウスビームのビーム半径は、約5000um以上であれば良い。 As shown in FIG. 8, the amount of crosstalk depends on the beam radius of the Gaussian beam incident on the LCOS. When the ideal crosstalk amount is −50 dB or less, the beam radius of the Gaussian beam incident on the LCOS may be about 5000 μm or more.
(第2の実施例)
図9に、本発明の実施例に係る1入力4出力の非波長選択スイッチを示す。図9は、本実施例に係る非波長選択スイッチの概略構成図である。非波長選択スイッチ900は、1本の入力光ファイバ(903)及び4本の出力光ファイバ(901,902,904,905)を配置するための光ファイバブロック(910)と、5個のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイ(912)と、集光レンズ(914)と、LCOS素子(916)とを備える。
(Second embodiment)
FIG. 9 shows a non-wavelength selective switch with one input and four outputs according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a non-wavelength selective switch according to the present embodiment. The non-wavelength
入力光ファイバ903から入射した光信号は、マイクロレンズを介して平行光に変換される。マイクロレンズを介して平行光に変換された光信号は、集光レンズ914によって集光される。集光レンズ914によって集光された光信号は、LCOS素子916によって偏向・反射される。集光レンズ914を介して集光された光信号のビームウェストの位置がLCOS素子上になるように、LCOS素子916の位置を設定する。LCOS素子916によって偏向・反射された光信号は、集光レンズ914、マイクロレンズを経由して、何れかの出力ファイバ(即ち、901,902,904,905の何れか)において結合される。
An optical signal incident from the input
光ファイバブロック910は、基板上に5本の光ファイバを保持するための5本のV溝を有する。V溝は、その伸長方向が光信号の進行方向に沿って形成される。
The
図10は、光ファイバブロック910の上面図である。光ファイバ901と光ファイバ902との間隔が0.391mm、光ファイバ902と光ファイバ903との間隔が1.761mm、光ファイバ903と光ファイバ904との間隔が1.490mm、光ファイバ904と光ファイバ905との間隔が0.447mmとなるように、光ファイバブロック上のV溝を形成した。
FIG. 10 is a top view of the
上記のようなV溝を形成することにより、LCOSの鋸波の周期が以下の表に示す関係を満たすようになる。 By forming the V groove as described above, the period of the sawtooth wave of LCOS satisfies the relationship shown in the following table.
表2は、LCOSの鋸波の周期を1周期辺りのピクセル数で表している。ここで、ピクセル数の符号は、正の場合は鋸波の傾きが左上がりであることを示し、負の場合は鋸波の傾きが右上がりであることを示す。 Table 2 shows the period of the sawtooth wave of LCOS by the number of pixels per period. Here, when the sign of the number of pixels is positive, it indicates that the slope of the sawtooth wave rises to the left, and when it is negative, the slope of the sawtooth wave rises to the right.
入力光の波長を1.55um、LCOSのピクセルピッチを8umとし、レンズの焦点距離が100mmの集光レンズを使用した。 A condenser lens having a wavelength of input light of 1.55 μm, a pixel pitch of LCOS of 8 μm, and a focal length of 100 mm was used.
LCOS上に入射する信号光のビーム半径は、各々の出力ポート間のクロストークが十分小さくなるように、大きくする必要がある。本実施例では、ビーム半径を3mmとした。 The beam radius of the signal light incident on the LCOS needs to be increased so that the crosstalk between the output ports is sufficiently reduced. In this embodiment, the beam radius is 3 mm.
図11に、鋸波の周期がピクセル数−11のときのLCOSにおける位相設定の概略を示す。図11において、横軸はピクセル番号を示し、縦軸は付与される位相の値(rad)を示す。図11には、傾きが右上がりであり、セロダイン周期がピクセル数−11の鋸波を確認することができる。鋸波のセロダイン周期がピクセル数−11以外の場合も同様に設定することができる。 FIG. 11 shows an outline of phase setting in the LCOS when the period of the sawtooth is 11 pixels. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the pixel number, and the vertical axis indicates the phase value (rad) to be given. In FIG. 11, a sawtooth wave having a slope rising to the right and a serodyne period of 11 pixels can be confirmed. The same can be set when the serodyne period of the sawtooth wave is other than the number of pixels-11.
図12に、本実施例に係る1入力4出力の非波長選択スイッチのスイッチング動作特性を示す。図12において、横軸は出力ポート番号を示し、縦軸は透過率(dB)を示す。
例として、出力ポートをポート1としたときの、各ポートへの光信号を光信号の透過率を検討すると、−50dB以上のポート間のクロストークが確保されていることがわかる。
FIG. 12 shows the switching operation characteristics of the non-wavelength selective switch with one input and four outputs according to this embodiment. In FIG. 12, the horizontal axis indicates the output port number, and the vertical axis indicates the transmittance (dB).
As an example, when the optical signal transmission rate of the optical signal to each port when the output port is
このように、鋸波の周期が互いに素となるように(即ち、(式1)を満たすように)、出力ポート間の間隔を設定することにより、鋸波の周期性に起因する高次回折光を抑圧することができる。 In this way, by setting the interval between the output ports so that the period of the sawtooth wave is relatively prime (that is, so as to satisfy (Equation 1)), the higher-order diffracted light caused by the periodicity of the sawtooth wave Can be suppressed.
鋸波の周期が互いに素となるような範囲は、出力ポートが存在する範囲に高次回折光が出現する領域まで検討すれば良い。すなわち、100次のような高次回折光は、出力ポートが存在する領域の範囲外にあるため考慮する必要はない。 The range in which the sawtooth periods are relatively prime may be considered up to the region where higher-order diffracted light appears in the range where the output port exists. That is, it is not necessary to consider high-order diffracted light such as the 100th order because it is outside the range of the region where the output port exists.
(MEMS素子を使用した非波長選択スイッチ)
本実施例では、偏向素子としてLCOS素子を使用したが、複数のMEMSミラーから構成されるMEMS素子を使用することができる。図9に示した非波長選択スイッチにおいて、LCOS素子7の位置にLCOS素子7の代わりにMEMS素子を設置する。
(Non-wavelength selective switch using MEMS elements)
In the present embodiment, the LCOS element is used as the deflection element, but a MEMS element including a plurality of MEMS mirrors can be used. In the non-wavelength selective switch shown in FIG. 9, a MEMS element is installed at the position of the
図13は、MEMS素子のピクセルの配列によって、光に位相シフトを付与する様子を示す図である。図13に示すように、MEMS素子を用いて鋸波波形の位相シフトが付与される。図13(a)はセロダイン周期がピクセル数4のときの波形を示し、図13(b)はセロダイン周期がピクセル数3のときの波形を示す。最低段のMEMSミラーと最高段のMEMSミラーとの段差は、それらによって生じる光の位相差が2πとなるように設定する。 FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which a phase shift is imparted to light depending on the arrangement of pixels of the MEMS element. As shown in FIG. 13, a phase shift of a sawtooth waveform is given using a MEMS element. FIG. 13A shows a waveform when the serodyne period is 4 pixels, and FIG. 13B shows a waveform when the serodyne period is 3 pixels. The level difference between the lowest-stage MEMS mirror and the highest-stage MEMS mirror is set so that the phase difference of the light generated by them becomes 2π.
MEMS素子を用いて、セロダイン周期が、ピクセル数3およびピクセル数4となる場合を示した。なお、先の例で示したセロダイン周期(すなわち、セロダイン周期がピクセル数−9,−10,11,13)についてもMEMS素子を用いて設定することができる。
The case where the serodyne period becomes the number of
上述の例では、セロダイン周期がピクセル数の整数倍である場合を示したが、セロダイン周期はピクセル数の非整数倍であってもよい。 In the above example, the case where the serrodyne period is an integer multiple of the number of pixels is shown, but the serodyne period may be a non-integer multiple of the number of pixels.
図14に、セロダイン周期がピクセル数の整数倍のときの鋸波の波形と、セロダイン周期がピクセル数の非整数倍のときの鋸波の波形とを示す。実線はセロダイン周期がピクセル数の整数倍の鋸波を示し、破線はセロダイン周期がピクセル数の非整数倍の鋸波を示す。セロダイン周期がピクセル数の非整数倍の鋸波は、鋸の歯ごとにそれを構成するピクセル数は変化するが、入力光には等価的に鋸波の傾きの位相面の変化として見えるので、実用上問題はない。 FIG. 14 shows a sawtooth waveform when the serrodyne period is an integer multiple of the number of pixels and a sawtooth waveform when the serodyne period is a non-integer multiple of the number of pixels. A solid line indicates a sawtooth wave whose serodyne period is an integer multiple of the number of pixels, and a broken line indicates a sawtooth wave whose serodyne period is a non-integer multiple of the number of pixels. A sawtooth whose serodyne period is a non-integer multiple of the number of pixels changes the number of pixels constituting each saw tooth, but it appears to the input light as a change in the phase plane of the slope of the sawtooth. There is no practical problem.
(ビーム半径に関する要請)
LCOS上に入射するビームのビーム半径が小さい場合、高次回折光は出力ポート以外のポートに対してクロストークを発生させる恐れがある。
(Request for beam radius)
When the beam radius of the beam incident on the LCOS is small, the high-order diffracted light may cause crosstalk to ports other than the output port.
よって本実施例では、LCOS上に入射するビームのビーム半径をw、入力光の波長をλとしたとき、所望のクロストークXT(dB)に対して Therefore, in this embodiment, when the beam radius of the beam incident on the LCOS is w and the wavelength of the input light is λ, the desired crosstalk XT (dB) is obtained.
となるようにwを設定した。ここで、Δθはのこぎり波の位相設定によって、光信号が回折される際の1次回折光の回折角度(出力信号に対応する)とそれらの高次回折光の回折角度とのなす角のうち最小のものである。 W was set so that Here, Δθ is the smallest of the angles formed by the diffraction angle of the first-order diffracted light when the optical signal is diffracted (corresponding to the output signal) and the diffraction angle of the higher-order diffracted light depending on the phase setting of the sawtooth wave. Is.
1次回折光の回折角度は、 The diffraction angle of the first-order diffracted light is
と表すことができる。NSawはのこぎり波の一つの波を構成するLCOS素子のピクセル数を表し(NSawは、整数または非整数でよい)、PitchはLCOS素子のピッチを表す。 It can be expressed as. NSaw represents the number of pixels of the LCOS element constituting one wave of the sawtooth wave (NSaw may be an integer or non-integer), and Pitch represents the pitch of the LCOS element.
この場合、スイッチングに必要なNSawの集合をNPortとすると(上述の実施例においては、NPort={−9,10,−11,13}となる) In this case, assuming that a set of NSaws necessary for switching is NPort (in the above embodiment, NPort = {− 9, 10, −11, 13})
である。kは高次回折光の次数(整数)である。kに関しては、高次回折光が出力ポートが存在する領域に出現するような範囲のkのみを考えればよい。 It is. k is the order (integer) of the higher-order diffracted light. Regarding k, it is only necessary to consider k in a range where high-order diffracted light appears in a region where an output port exists.
本実施例の場合を検討する。各ポートに出力する光信号の回折角は Consider the case of this example. The diffraction angle of the optical signal output to each port is
である。この場合、最小角度差Δθは、ポート4へ出力される1次回折光の回折角とポート2へ出力される−1次回折光の回折角との間で成立し、0.018rad(=0.0194rad-0.0176rad)である。
It is. In this case, the minimum angle difference Δθ is established between the diffraction angle of the first-order diffracted light output to the
入力光の波長λを1.55umとし、高次回折光の次数としてk=-1,2の場合を検討すると、(式2)より、50dBのクロストークを確保するためには、ビーム半径は950um以上であればよいことが導かれる。 Considering the case where the wavelength λ of the input light is 1.55 μm and k = −1,2 as the order of the high-order diffracted light, the beam radius is 950 μm from (Equation 2) in order to secure 50 dB of crosstalk. It is derived that the above is sufficient.
(第3の実施例)
図15に、本発明の一実施例に係る1入力4出力の波長選択スイッチ1500を示す。図15は、本実施例に係る波長選択スイッチ1500の概略構成図である。波長選択スイッチ1500は、1本の入力光ファイバ及び4本の出力光ファイバを配置するための光ファイバブロック1502と、回折格子1504と、集光レンズ1506と、LCOS素子1508とを備える。
(Third embodiment)
FIG. 15 shows a 1-input 4-output wavelength
入力光ファイバから入射した光信号は、回折格子1504により波長ごとに分光される。回折格子1504により分光された光信号は、集光レンズ1506によって集光される。集光レンズ1506によって集光された光信号は、LCOS1508によって偏向・反射される。集光レンズ1506を介して集光された光信号のビームウェストの位置がLCOS上になるように、LCOS素子1508の位置を設定する。LCOS1508によって偏向・反射された光信号は、集光レンズ1506、回折格子1504を経由して、波長合波され、何れかの出力ファイバにおいて結合される。
An optical signal incident from the input optical fiber is split by the
本実施例における各パラメータについては、回折格子に関するパラメータを除き第1の実施例と同様の設定とした。 The parameters in this example were set to be the same as those in the first example except for the parameters related to the diffraction grating.
200 波長選択スイッチ
210 光導波路基板
220 シリンドリカルレンズ
230 偏波分離部
240 ビームサイズ変換部
242,244 シリンドリカルレンズ
250 分光部
252 バルク回折格子
260 集光レンズ
270 光偏向部,LCOS
272 ピクセル
901,902,903,904,905 出力光ファイバ
903 入力光ファイバ
910 光ファイバブロック
912 マイクロレンズアレイ
914 集光レンズ
916 LCOS素子
1500 波長選択スイッチ
1502 光ファイバブロック
1504 回折格子
1506 集光レンズ
1508 LCOS素子
200
272
Claims (5)
複数の出力ポートと、
前記少なくとも1つの入力ポートから出射される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光信号に位相シフトを与える偏向手段であって、当該位相シフトが与えられた光信号が前記集光レンズを介して前記出力ポートに結合するように該光信号を反射する偏向手段と
を備えた光スイッチであって、
前記偏向手段によるある出力ポートにおける位相シフト波形の周期は、前記偏向手段による他の出力ポートにおける位相シフト波形の周期の1/i倍(iはゼロ以外の全ての整数)と異なること
を特徴とする光スイッチ。 At least one input port;
Multiple output ports,
A condensing lens that condenses the optical signal emitted from the at least one input port;
Deflection means for giving a phase shift to the optical signal collected by the condenser lens, the optical signal so that the optical signal given the phase shift is coupled to the output port via the condenser lens An optical switch provided with a deflecting means for reflecting
The period of the phase shift waveform at one output port by the deflecting unit is different from 1 / i times the period of the phase shift waveform at another output port by the deflecting unit (i is an integer other than zero). light switch.
複数の出力ポートと、
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光信号に位相シフトを与える偏向手段であって、当該位相シフトが与えられた光信号が前記集光レンズ、前記分光手段を介して前記出力ポートに結合するように該光信号を反射する偏向手段と
を備えた光スイッチであって、
前記偏向手段によるある出力ポートにおける位相シフト波形の周期は、前記偏向手段による他の出力ポートにおける位相シフト波形の周期の1/i倍(iはゼロ以外の全ての整数)と異なること
を特徴とする光スイッチ。 At least one input port;
Multiple output 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;
Deflection means for giving a phase shift to the optical signal collected by the condenser lens, so that the optical signal to which the phase shift is given is coupled to the output port via the condenser lens and the spectroscopic means. And an optical switch provided with a deflecting means for reflecting the optical signal,
The period of the phase shift waveform at one output port by the deflecting unit is different from 1 / i times the period of the phase shift waveform at another output port by the deflecting unit (i is an integer other than zero). light switch.
前記高次光の成分と、前記主信号との間の光結合が所望のクロストークXTより小さくなるように、前記偏向手段におけるビームサイズの半径は、波長をλとしたときに、
The radius of the beam size in the deflecting means is such that the wavelength is λ so that the optical coupling between the higher-order light component and the main signal is smaller than the desired crosstalk XT .
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