JP5788109B2 - 波長選択光スイッチ装置、および波長選択光スイッチ装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、波長選択光スイッチ装置、および波長選択光スイッチ装置の制御方法に関するものである。

光伝送システムにおいて、波長多重光信号等の光信号の経路を切り替えるために、光スイッチが使用されている。このような光スイッチには、光信号の経路を切り替えるために、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いたものがある（特許文献１，２参照）。ＬＣＯＳは、入射された光の位相を液晶によって変調し、回折させることができる空間光変調器である。したがって、ＬＣＯＳを用いた光スイッチでは、ある経路から入射された光信号を、ＬＣＯＳによって回折させて、特定の経路に出力することにより、光スイッチ動作を実現している。

特許文献１，２に開示される光スイッチでは、光信号が入力される入力ポートと、光信号を出力する出力ポートとが、所定の方向に沿って等間隔で配列している。また、入力ポートはレンズの光軸上に配置されている。したがって、ＬＣＯＳは、入射光の角度をこの配列方向に回折させるように構成されている。また、入力および出力ポートの数がそれぞれＮ、Ｍ（Ｎ、Ｍは１以上の整数）の光スイッチは、Ｎ×Ｍ光スイッチと呼ばれる。

米国特許第７０９２５９９号明細書 米国特許第７３９７９８０号明細書

しかしながら、本発明者らが特許文献１，２に開示される構成の光スイッチの特性について精査したところ、所定の入力ポートから入力した光信号を所定の出力ポートに出力させるような光スイッチ動作をさせる場合に、意図しない他の出力ポートにも光信号の一部が出力されてしまう場合があるという問題を見出した。このように光スイッチに入力させた光信号の一部が意図しない出力ポートにも出力してしまうと、出力ポート間のクロストーク特性が劣化するという問題が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良好なクロストーク特性を有する波長選択光スイッチ装置、および波長選択光スイッチ装置の制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る波長選択光スイッチ装置は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも１つのポートを有する光入出力ポートと、前記光入出力ポートのポートに対応して設けられたコリメータレンズと、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を反射して前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する、２次元配列された複数の位相変調素子を有する空間変調器と、前記光入出力ポートと前記空間変調器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記空間変調器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム径をビーム径拡大方向に拡大するアナモルフィック光学系と、前記アナモルフィック光学系と前記集光レンズ系との間に設けられた波長分散素子と、を備え、前記空間変調器は、前記波長分散素子の波長分散軸方向に対する前記集光レンズ系のビームウエストの位置に配置され、前記波長分散素子の波長分散軸方向に垂直なスイッチ軸方向にフレネルレンズ状の位相変調を形成し、該形成した位相変調による１次の回折光が所望の出力ポートへ結合することを特徴とする。

また、本発明に係る波長選択光スイッチ装置は、上記発明において、前記空間変調器は、異なる波長を有する２以上の波長帯に対して、前記スイッチ軸方向に異なる曲率を有するフレネルレンズ状の位相変調を形成することを特徴とする。

また、本発明に係る波長選択光スイッチ装置は、上記発明において、外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも１つのポートを有する光入出力ポートと、前記光入出力ポートのポートに対応して設けられたコリメータレンズと、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を反射して前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する空間変調器と、前記光入出力ポートと前記空間変調器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記空間変調器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に設けられた波長分散素子と、を備え、前記空間変調器は、前記集光レンズ系の波長分散軸方向に対するビームウエストの位置に、前記波長分散素子の波長分散軸方向において、前記波長分散軸と傾けて配置され、前記波長分散軸方向に回折格子状の位相変調を形成し、該形成した位相変調による１次の回折光が所望の出力ポートへ結合することを特徴とする。

また、本発明に係る波長選択光スイッチ装置は、上記発明において、前記空間変調器は、前記波長分散軸方向に回折格子状の位相変調を形成し、該形成した位相変調による１次の回折光が所望の出力ポートへ結合することを特徴とする。

また、本発明に係る波長選択光スイッチ装置は、上記発明において、前記空間変調器は、異なる波長を有する２以上の波長帯に対して、前記波長分散軸方向に異なる反射角を有する回折格子状の位相変調を形成することを特徴とする。

また、本発明に係る波長選択光スイッチ装置は、上記発明において、前記光入出力ポートの光軸と、前記集光レンズの光軸とが、離間していることを特徴とする。

また、本発明に係る波長選択光スイッチ装置は、上記発明において、前記光入出力ポートおよび該光入出力ポートに対応する前記コリメータレンズの間隔が、不等間隔であることを特徴とする。

また、本発明に係る波長選択光スイッチ装置の制御方法は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも１つのポートを有する光入出力ポートと、前記光入出力ポートのポートに対応して設けられたコリメータレンズと、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を反射して前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する、２次元配列された複数の位相変調素子を有する空間光変調器と、前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記空間光変調器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム径をビーム径拡大方向に拡大するアナモルフィック光学系と、前記アナモルフィック光学系と前記集光レンズ系との間に設けられた波長分散素子と、を備え、前記空間光変調器は、前記波長分散素子の波長分散軸方向に対する前記集光レンズ系のビームウエストの位置に配置される波長選択光スイッチ装置の制御方法であって、前記空間光変調器によって前記波長分散素子の波長分散軸方向に垂直なスイッチ軸方向にフレネルレンズ状の位相変調を形成し、該形成した位相変調による１次の回折光を所望の出力ポートへ結合させることを特徴とする。

また、本発明に係る波長選択光スイッチ装置の制御方法は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも１つのポートを有する光入出力ポートと、前記光入出力ポートのポートに対応して設けられたコリメータレンズと、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を反射して前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する空間光変調器と、前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記空間光変調器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に設けられた波長分散素子と、を備え、前記空間光変調器は、前記集光レンズ系の波長分散軸方向に対するビームウエストの位置に、前記波長分散素子の波長分散軸方向において、前記波長分散軸と傾けて配置される波長選択光スイッチ装置の制御方法であって、前記空間光変調器によって前記波長分散軸方向に回折格子状の位相変調を形成し、該形成した位相変調による１次の回折光を所望の出力ポートへ結合させることを特徴とする。

本発明によれば、良好なクロストーク特性を有する波長選択光スイッチ装置、および波長選択光スイッチ装置の制御方法を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る波長選択光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る波長選択光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る波長選択光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る波長選択光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る波長選択光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図６は、図１に示す空間光変調器の分解図である。 図７は、図１に示す空間光変調器の表示画像の一例を表す図である。 図８は、図１に示す空間光変調器のスイッチングを行わない場合の表示画像の一例を表す図である。 図９は、図１に示す空間光変調器の近接ポートにスイッチングする場合の表示画像の一例を表す図である。 図１０は、図１に示す空間光変調器の遠隔ポートにスイッチングする場合の表示画像の一例を表す図である。 図１１は、実施例１に係る波長選択光スイッチ装置における空間光変調器の焦点距離とビームウエストのずれとの関係を表す図である。 図１２は、実施例１に係る波長選択光スイッチ装置における空間光変調器の焦点距離と、１次の回折光の結合損失および１次の回折光と２次の回折光とのクロストーク特性との関係を表す図である。 図１３は、本発明の実施の形態２に係る波長選択光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図１４は、本発明の実施の形態２に係る波長選択光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図１５は、図１３に示す空間光変調器の表示画像の一例を表す図である。 図１６は、実施例２に係る波長選択光スイッチ装置における空間光変調器の角度とクロストークとの関係を表す図である。 図１７は、本発明の実施の形態３に係る波長選択光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図１８は、図１７に示す空間光変調器の表示画像の一例を表す図である。 図１９は、図１７に示す空間光変調器の動作時の制御について説明するための図である。 図２０は、波長選択光スイッチ装置における出力ポート毎のクロストーク特性を表す図である。 図２１は、実施例３に係る波長選択光スイッチ装置における出力ポート毎のクロストーク特性を表す図である。 図２２は、波長選択光スイッチ装置における素子の配置の設計の一例を示す図である。 図２３は、波長選択光スイッチ装置における素子の配置の設計の一例を示す図である。 図２４は、図２２に示す空間光変調器の表示画像の一例を表す図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る波長選択光スイッチ装置、および波長選択光スイッチ装置の制御方法の実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
図１〜５は、実施の形態１に係る波長選択光スイッチ装置の模式的な構成図である。図１は、波長選択光スイッチ装置１００の動作の概略を模式的に表す斜視図である。この波長選択光スイッチ装置１００は、入射した光の波長ごとに光の経路をスイッチング操作する波長選択光スイッチ装置であって、例えば図１に示すように、各入力ポートから入射した波長の異なる信号光を、それぞれ個別にスイッチング操作し、１つの出力ポート（ＣＯＭポート）に出力する。また、１つの入力ポート（ＣＯＭポート）から入力した互いに波長の異なる２以上の波長多重化された信号光を、信号光ごとに個別にスイッチング操作し、個々の出力ポートに出力することもできる。図２，４は、波長選択光スイッチ装置１００を、波長分散素子の波長分散軸方向（アナモルフィックプリズムペアのビーム径拡大方向、方向Ｄ１で示す）と垂直の方向から見た図である。図３，５は、波長選択光スイッチ装置１００を、波長分散素子の波長分散軸方向に垂直なスイッチ軸方向（方向Ｄ２で示す）と垂直の方向から見た図である。また、図２，３は、入力される光を光線で示した図であり、図４，５は、入力される光をガウシアンビームのスポットサイズの軌跡で示した図である。

波長選択光スイッチ装置１００は、光入出力ポート１１０と、コリメータレンズアレイ１２０と、アナモルフィック光学系であるアナモルフィックプリズムペア１３０と、波長分散素子である回折格子１４０と、集光レンズ系である集光レンズ１５０と、空間光変調器１６０とが、この順番に配置されて構成されている。

なお、実際には、図１のように回折格子１４０において光路は曲げられるので、図２〜５において、アナモルフィックプリズムペア１３０から空間光変調器１６０までの各素子は回折格子１４０の前後で角度を持って配置される。また、アナモルフィックプリズムペア１３０において光路が方向Ｄ１の方向にシフトすることがあるが、図２〜５においては、説明の簡略化のために各素子を直列に配置して示している。

また、入射する信号光は２以上の波長の異なる信号光が波長多重化されたガウシアンビームであるとする。波長多重化された各波長の信号光は、例えば５０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ間隔で管理された周波数の略単色の信号光であって、波長選択光スイッチ装置１００は、これらの信号光を同時にスイッチング操作することができる。図４，５，２２，２３では各信号光のガウシアンビームのスポットサイズ（光強度が１／ｅ^２となるビーム半径）の軌跡を模式的矢線で示している。なお、波長選択光スイッチ装置１００に入力または出力される信号光の波長帯は特に限定されないが、例えば波長１５２０〜１６２０ｎｍの光通信用の信号光である。

光入出力ポート１１０は、光ファイバからなる光ファイバポート１１１，１１２，１１３，１１４，１１５を備えている。このうち、光ファイバポート１１１は、波長多重された信号光が入力されるＣＯＭポートであり、該波長多重された信号光から任意波長を取り出して、その他の光ファイバポート１１２〜１１５から出力するように構成されている。光ファイバポート１１１〜１１５は、所定の配列方向（スイッチ軸方向である方向Ｄ２）に沿って、略等間隔でアレイ状に配列されているが、不等間隔であってもよい。また、図３において、光ファイバポート１１１の光軸と集光レンズ１５０の光軸とが同一であるが、各光ファイバポートの光軸と集光レンズ１５０の光軸とが離間していてもよい。光ファイバポート１１１〜１１５は、外部から光が入力される、または外部に光を出力するものである。

コリメータレンズアレイ１２０は、複数のコリメータレンズからなる。図３，５では、コリメータレンズアレイ１２０としては、光入出力ポート１１０を構成する光ファイバポート１１１，１１２に対応するコリメータレンズ１２１，１２２だけ図示してあるが、コリメータレンズアレイ１２０の各コリメータレンズは、光入出力ポート１１０を構成する各光ファイバポートに対応して設けられている。コリメータレンズアレイ１２０は、各光ファイバポート１１１〜１１５から出力した光を略平行光にする、または、入力された平行光を各光ファイバポート１１１〜１１５に集光して結合させる機能を有する。

空間光変調器１６０は、２次元配列された複数の位相変調素子を有する空間光変調器であり、ＬＣＯＳであってよい。図６は、図１に示す空間光変調器の分解図である。図６に示すように、この空間光変調器１６０は、ＬＣＯＳであって、液晶駆動回路が形成されたシリコン基板１６１上に、反射率がほぼ１００％の反射層である画素電極群１６２と、空間光変調層である液晶層１６３と、配向膜１６４と、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）電極１６５と、カバーガラス１６６とが順次積層した構成を有している。なお、必要に応じて画素電極群１６２と液晶層１６３の間にも配向膜を設けてもよい。なお、以下では、配向膜１６４、ＩＴＯ電極１６５、およびカバーガラス１６６を光入射層１６７とする。

この空間光変調器１６０は、画素電極群１６２とＩＴＯ電極１６５との間に制御器により電圧を印加することによって、液晶層１６３を制御することができ、図中紙面垂直方向（図１における方向Ｄ１）および上下方向（図１における方向Ｄ２）に配列された複数の各画素の屈折率を制御することで、２次元的に所望の屈折率の分布を形成することができる。そして、この屈折率の分布を調整することによって、光入射層１６７側から入射した光が、画素電極群１６２により反射して液晶層１６３を伝搬する際に、フレネルレンズ状の位相変調をするように形成することができる。この空間光変調器１６０による擬似的な反射型フレネルレンズは、液晶層１６３への印加電圧を制御器により制御することによって、フレネルレンズとしての曲率および焦点距離を、所望の値に設定することができる。

図７は、図１に示す空間光変調器の表示画像の一例を表す図である。図７おいて、色が濃い部分の屈折率が高く、薄い部分の屈折率が低くなっている。すなわち、位相変調の周期が、図中方向Ｄ２の下から上方向に行くにつれ、次第に短くなるように各画素の屈折率が制御器により制御されている。その結果、方向Ｄ２の下から上方向に行くにつれ、次第に（フレネル）レンズとしての曲率が大きくなるように作用させることができる。なお、図７に示すように、空間光変調器１６０の表示画像は、光入出力ポート１１０の光ファイバポート１１１〜１１５の配列方向と、液晶層１６３の屈折率のグラデーションの方向とが一致する。つまり、方向Ｄ２に屈折率の分布が形成されている。

このようにして、制御器により所定の電圧を印加された空間光変調器１６０が反射型のフレネルレンズとして機能することにより、フレネルレンズとしての曲率を最適化することによって、図５に示すように、空間光変調器１６０は、ガウシアンビームのスポットサイズの軌跡が、信号光Ｌ１と信号光Ｌ２とで略同一になるように反射することができる。

また、この空間光変調器１６０は、方向Ｄ２において屈折率分布の周期性を保持しつつ、該フレネルレンズとしての光軸を信号光Ｌ１の光軸に対しＤ２方向にオフセットさせるように制御することによって、光ファイバポート１１１から入射した所望の波長を有する光を他の光ファイバポート１１２〜１１５のいずれかに向けて出力できるように、光の出射角度を制御することができる。これにより、空間光変調器１６０に反射された信号光Ｌ２は、所望の出力ポートに結合される。

ここで、図７は方向Ｄ２の下から上に行くにつれ位相変調の周期が短くなるように制御されているが、たとえば、フレネルレンズとしての光軸中心が、該周期が一番長くなるようにして、方向Ｄ２の下側に行くにつれて、該周期が短くなるように制御してもよい。すなわち、ＬＣＯＳ上に描画されたフレネルレンズの光軸中心を方向Ｄ２にずらすようにＬＣＯＳの各画素の屈折率分布を制御することによって、入射光を所望の方向にスイッチングすることができる。

なお、空間光変調器１６０のフレネルレンズとしての曲率は、入射する信号光Ｌ１の波長に合わせて、制御することが好ましい。また、空間光変調器１６０の、各波長の信号光をスイッチングする反射ミラー（複数の画素から構成される）において、方向Ｄ１に線形でない屈折率の分布を有すると、各波長の信号内において、波長成分ごとに位相変調の分布ができてしまうので、各波長の信号光内の波長成分を同時に所望の出力ポートに結合することは困難となる。したがって、波長選択光スイッチ装置１００において、空間光変調器１６０内の複数画素から構成される、各波長の信号光をスイッチングする反射ミラーは、方向Ｄ１において、線形（均一を含む）屈折率の分布を有するようにすると好ましい。

集光レンズ１５０は、光入出力ポート１１０と空間光変調器１６０との間に配置され、光ファイバポート１１１と空間光変調器１６０とを光学的に結合させるものである。なお、集光レンズ１５０は１枚のレンズで構成されていてもよいし、複数枚のレンズで構成されていてもよい。

アナモルフィックプリズムペア１３０は、２つのプリズム１３１，１３２から構成されており、光入出力ポート１１０と集光レンズ１５０との間に配置されている。アナモルフィックプリズムペア１３０は、光入出力ポート１１０側から入力された光のビーム形状をビーム径拡大方向である方向Ｄ１に拡大する機能を有する。

また、アナモルフィックプリズムペア１３０は、光相反性を有するため、空間変調器１６０側から入力された光のビーム形状を方向Ｄ１に縮小する機能を有する。なお、アナモルフィックプリズムペア１３０は、例えばシリンドリカルレンズ系などの他のアナモルフィック光学系に置き換えてもよい。また、ビーム径を拡大する方法としてアナモルフィックプリズムペアとしたが、本発明はこれに限らず、アナモルフィックプリズムを用いてもよい。

また、回折格子１４０は、例えば透過型の回折格子であって、アナモルフィックプリズムペア１３０と集光レンズ１５０との間に配置される。回折格子１４０は、波長が多重化された信号光である信号光Ｌ１に含まれる所定の波長の信号光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃをそれぞれ所定の角度に出力する。分離された信号光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃを、空間光変調器１６０に対して、略垂直に入射させるため、回折格子１４０と集光レンズ１５０との間隔は、集光レンズ１５０の焦点距離ｆ１とすることが好ましい。

ここで、空間変調器１６０は、方向Ｄ１に対する集光レンズ１５０のビームウエストＷ１の位置である集光レンズ１５０から距離ｄ１だけ離れた位置に配置されている。また、光入出力ポート１１０側から入力された光のビーム形状は、方向Ｄ１のみに拡大され、方向Ｄ２には拡大されていない。これにより、距離ｄ１より距離ｄ２が大きくなる。したがって、方向Ｄ２に対する集光レンズ１５０のビームウエストＷ２の位置である集光レンズ１５０から距離ｄ２の位置は、空間変調器１６０より集光レンズ１５０から遠い位置となる。なお、ガウシアンビームのビームウエストとは、ガウシアンビームの波面がフラットになり、ビーム径が最も小さくなる場所である。

この波長選択光スイッチ装置１００では、各光ファイバポートから信号光の入出力を行うことができる。したがって、例えば図１のように、出力ポート以外の各光ファイバポートポートから入力した信号光を、１つの出力ポートに出力する４×１光スイッチであってよい。あるいは、図３のように、１つの入力ポートから入力した信号光を、他の出力ポートに出力する１×４光スイッチであってよい。さらに、本発明はこれに限らず、各光ファイバポートは、同時に入出力を行う構成であってよい。さらに、光ファイバポートは１つでもよく、このとき、波長選択光スイッチ装置１００は、２以上の多重化された波長を有する信号光の波長ごとに、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行う波長選択光スイッチ装置として機能する。

つぎに、この波長選択光スイッチ装置１００の動作について、図２，３を用いて説明する。まず、光ファイバポート１１１に、外部から信号光Ｌ１が入力される。信号光Ｌ１は、波長多重された信号光であり、互いに異なる波長を有する信号光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃを含むものとする。

光ファイバポート１１１は、入力された信号光Ｌ１をコリメータレンズ１２１へ出力する。コリメータレンズ１２１は、信号光Ｌ１を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。アナモルフィックプリズムペア１３０は、略平行光にされた信号光Ｌ１のビーム形状を方向Ｄ１に拡大し、楕円形にする。回折格子１４０は、楕円形にされた信号光Ｌ１をその波長に応じた所定の回折角で回折する。その結果、信号光Ｌ１は、信号光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃに分離される。

集光レンズ１５０は、回折された信号光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃを空間光変調器１６０に集光させる。回折格子１４０と集光レンズ１５０との間隔は、集光レンズ１５０の焦点距離ｆ１であるから、信号光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃは、空間光変調器１６０に略垂直に、方向Ｄ１に分離されて入射する。空間光変調器１６０は、方向Ｄ２において、所定の屈折率の分布が形成されている。この屈折率の分布によって、例えば図３のように、信号光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃのうち、所望の波長の光を光ファイバポート１１２の方向に回折することによって、波長選択光スイッチ装置として動作する。回折された信号光は、集光レンズ１５０によって、集光レンズ１５０の光軸に対して平行にされる。回折格子１４０は、光相反性によって、信号光をコリメータレンズ１２２の光軸と平行な方向に回折する。アナモルフィックプリズムペア１３０は、光相反性によって、信号光のビーム形状を方向Ｄ１の方向に縮小して略円形に戻す。光ファイバポート１１２に対応するコリメータレンズ１２２は、信号光を集光し、光ファイバポート１１２に結合させる。光ファイバポート１１２は結合された光を外部に出力する。

このようにして、この波長選択光スイッチ装置１００は、光ファイバポート１１１から入力された光のうち、所望の波長を有する信号光の経路を光ファイバポート１１２に切り換える。なお、同様にして、この波長選択光スイッチ装置１００は、空間光変調器１６０の制御によって、光ファイバポート１１１から入力された光の経路を他の光ファイバポート１１２〜１１５のいずれかに切り換えることができる。さらに、光ファイバポート１１１から入力された光の経路を、光ファイバポート１１１に戻すことも可能である。

つぎに、波長選択光スイッチ装置１００の動作時における空間光変調器１６０の表示画像の制御について図８〜１０を用いて説明する。ここで、図８〜１０では、空間光変調器１６０の表示画像が凸面形状のフレネルレンズを形成するように制御することを前提として説明する。図８は、図１に示す空間光変調器のスイッチングを行わない場合の表示画像の一例を表す図である。図８において、領域Ｓ１は空間光変調器１６０に入射する光のスポットサイズ、光軸Ａ_ＣＯＭ１は空間光変調器１６０に入射する光の中央を通る光軸、光軸Ａ_ＦＬ１は空間光変調器１６０の方向Ｄ２におけるフレネルレンズとしての光軸を表す。図８に示すように、スイッチングを行わない場合、光軸Ａ_ＣＯＭ１と光軸Ａ_ＦＬ１とは、同一直線上に配置されている。このとき、空間光変調器１６０は、空間光変調器１６０に垂直に入射した光を入射方向に反射する。すなわち、空間光変調器１６０は、ＣＯＭポートである光ファイバポート１１１から入力された光を、光ファイバポート１１１に結合するように反射する。

つぎに、図９は、図１に示す空間光変調器の近接ポートにスイッチングする場合の表示画像の一例を表す図である。図９に示すように、たとえばＣＯＭポートから数ポート以内の近接ポートにスイッチングする場合、光軸Ａ_ＦＬ１は空間光変調器１６０の下部に位置するように表示画像を制御する。このとき、空間光変調器１６０は、空間光変調器１６０に垂直に入射した光を入射方向よりわずかに上方に反射する。すなわち、空間光変調器１６０は、ＣＯＭポートである光ファイバポート１１１から入力された光を、たとえば光ファイバポート１１３に結合するように反射する。また、空間光変調器１６０は、光軸Ａ_ＦＬ１が空間光変調器１６０の上部に位置するように表示画像を制御すると、空間光変調器１６０に垂直に入射した光を入射方向よりわずかに下方に反射する。

続いて、図１０は、図１に示す空間光変調器の遠隔ポートにスイッチングする場合の表示画像の一例を表す図である。図１０に示すように、たとえばＣＯＭポートから数ポート以上離れた遠隔ポートにスイッチングする場合、位相変調の周期は、図９と同様に方向Ｄ２の下から上方向に行くにつれ、次第に短くなるように制御されているが、光軸Ａ_ＦＬ１は空間光変調器１６０内には位置せず、仮想的な光軸Ａ_ＦＬ１が空間光変調器１６０の下端よりさらに下方に位置にするように表示画像を制御する。このとき、空間光変調器１６０は、空間光変調器１６０に垂直に入射した光を入射方向より上方に反射する。すなわち、空間光変調器１６０は、たとえば１×２０ポートの波長選択光スイッチ装置において、ＣＯＭポートである中央に位置する１１ポートから入力された光を、たとえば上端に位置する１ポートに結合するように反射する。また、空間光変調器１６０は、光軸Ａ_ＦＬ１が空間光変調器１６０の上端よりさらに上方に位置にするように表示画像を制御すると、空間光変調器１６０に垂直に入射した光を入射方向より下方に反射する。

このように、波長選択光スイッチ装置１００は、空間光変調器１６０に入射する光の中央を通る光軸に対する空間光変調器１６０の方向Ｄ２におけるフレネルレンズとしての光軸の位置を制御することにより、たとえばＣＯＭポートである光ファイバポート１１１から入力された光を、所望の光ファイバポートに結合させることができる。

なお、空間光変調器１６０の表示画像が凹面形状のフレネルレンズ（図示せず）を形成するように制御してもよい。その場合、光軸Ａ_ＣＯＭ１に対する光軸Ａ_ＦＬ１の位置関係と空間光変調器１６０の反射方向の上下関係とが図８〜１０の場合とは逆転する。すなわち、空間光変調器１６０は、光軸Ａ_ＦＬ１が光軸Ａ_ＣＯＭ１より下方に位置するように表示画像を制御すると空間光変調器１６０に垂直に入射した光を入射方向より下方に反射し、光軸Ａ_ＦＬ１が光軸Ａ_ＣＯＭ１より上方に位置するように表示画像を制御すると空間光変調器１６０に垂直に入射した光を入射方向より上方に反射する。

また、上記の動作は、波長選択光スイッチ装置１００に入射して回折格子１４０により空間光変調器１６０の方向Ｄ１に波長ごとに分割された各波長の光に対して行われる。図８における幅ＳＷ１は、１つのチャネルに対応する空間光変調器１６０の領域の幅であり、１または複数の波長からなる信号光に対し割り当てられる。幅ＳＷ１は、少なくとも領域Ｓ１の方向Ｄ１における幅より大きく、たとえば、方向Ｄ１において数〜１０数画素に相当する幅である。このとき、空間光変調器１６０は、各チャネルに対応する幅ＳＷ１を有する領域を、個別に制御することにより、各チャネルに含まれる光を方向Ｄ２の所定の方向に反射し、波長選択スイッチを実現する。

つぎに、波長選択光スイッチ装置１００について、図４，５，６を用いて、図２２，２３，２４に示す比較形態の波長選択光スイッチ装置１０００と対比させて説明する。

波長選択光スイッチ装置１００の光学系の配置と、波長選択光スイッチ装置１０００の光学系の配置とは同一であり、波長選択光スイッチ装置１０００は、光入出力ポート１０１０と、コリメータレンズアレイ１０２０と、アナモルフィック光学系であるアナモルフィックプリズムペア１０３０と、波長分散素子である回折格子１０４０と、集光レンズ系である集光レンズ１０５０と、空間光変調器１０６０とがこの順番に配置されて構成されている。

ここで、空間光変調器１６０と空間光変調器１０６０とは、制御器から印加される電圧が異なるため、表示画像が異なる。図２４は、図２２に示す空間光変調器の表示画像の一例を表す図である。図２４に示すように、空間光変調器１０６０の表示画像は、方向Ｄ２に対して屈折率の分布を有するが、その分布は、方向Ｄ２に対して等幅なグラデーションである。これによって、空間光変調器１０６０は、ブレーズド回折格子として機能する。また、波長選択光スイッチ装置１０００の空間光変調器１０６０以外の各素子は、波長選択光スイッチ装置１００と同一である。

はじめに、方向Ｄ１について、波長選択光スイッチ装置１００と波長選択光スイッチ装置１０００との動作を説明する。図４のように、波長選択光スイッチ装置１００において、空間変調器１６０は、方向Ｄ１に対する集光レンズ１５０のビームウエストＷ１の位置である集光レンズ１５０から距離ｄ１の位置に配置されている。方向Ｄ１において、空間変調器１６０は、屈折率の分布を有さず、単純な鏡として機能するため、空間変調器１６０で反射された信号光である信号光Ｌ２の、コリメータレンズ１２１による集光位置も、光ファイバポート１１１の端面と一致する。これによって、空間変調器１６０の回折光が所望の出力ポートへ結合する。図２２に示すように、方向Ｄ１においては、波長選択光スイッチ装置１０００も同様の動作をする。

次に、方向Ｄ２について、波長選択光スイッチ装置１００と波長選択光スイッチ装置１０００との動作を説明する。まず、光入出力ポート１１０側から入力された光のビーム形状は、方向Ｄ１に拡大されている。これによって、方向Ｄ１に対する集光レンズ１５０のビームウエストＷ１の位置である距離ｄ１より、方向Ｄ２に対する集光レンズ１５０のビームウエストＷ２の位置である距離ｄ２が大きくなる。したがって、図５のように、方向Ｄ２に対する集光レンズ１５０のビームウエストの位置である集光レンズ１５０から距離ｄ２の位置は、空間変調器１６０より集光レンズ１５０から遠い位置となる。

このとき、波長選択光スイッチ装置１００において、空間変調器１６０は、図７に示した空間変調器１６０の表示画像の不等間隔なパターンによって、反射型のフレネルレンズとして機能し、方向Ｄ２について信号光Ｌ１と信号光Ｌ２とのガウシアンビームのスポットサイズの軌跡を略同一とする。これによって、信号光Ｌ２は、光ファイバポート１１１に好適に結合する。

一方で、図２４に示すように、波長選択光スイッチ装置１０００における空間光変調器１０６０の表示画像は、方向Ｄ２に対して屈折率の分布が等幅なグラデーションとされている。したがって、空間光変調器１０６０は、フレネルレンズ状の位相変調をせず、ブレーズド回折格子として機能する。このとき、信号光Ｌ１は、進行方向を変更されるが、屈折はしない。したがって、図２３に示すように、信号光Ｌ１００１と信号光Ｌ１００２とのガウシアンビームのスポットサイズの軌跡が異なり、信号光Ｌ１００２は光ファイバポート１０１１に結合しない。

このように、波長選択光スイッチ装置１００は、空間変調器１６０がフレネルレンズ状の位相変調を行うため、ビームウエストＷ２の軸方向位置の、Ｗ１の位置（空間光変調器１６０表面）との差分（ｄ２−ｄ１）を補償して、方向Ｄ１およびＤ２成分の両方につき信号光Ｌ２を光ファイバポート１１１に好適に結合させることができる。一方、波長選択光スイッチ装置１０００は、空間光変調器１０６０が位相変調を行わないため、方向Ｄ２において、信号光Ｌ１００２が光ファイバポート１０１１に結合しない。したがって、波長選択光スイッチ装置１００は、波長選択光スイッチ装置１０００よりも結合効率がよい。結合効率がよく、出力光強度が大きい場合、様々なノイズとの光強度差が大きくなるため、クロストーク特性のよい波長選択光スイッチ装置となる。したがって、本実施の形態１に係る波長選択光スイッチ装置１００は、良好なクロストーク特性を有する波長選択光スイッチ装置である。

なお、上記実施形態では、凸面鏡状のフレネルレンズを用いた実施形態を記載したが、Ｄ２方向に光学力を有するシリンドリカルレンズを用いることで、ｄ１よりｄ２を小さくすることも出来る。これにより、ＬＣＯＳの位相変調を凹面鏡状としてもよい。

さらに、このような波長選択光スイッチ装置において、所定の入力ポートから入力した光信号を所定の出力ポートに出力させるような光スイッチ動作をさせる場合に、意図しない他の出力ポートにも光信号の一部が出力されてしまう場合がある。このような場合、出力ポート間のクロストーク特性が劣化することとなる。

このようなクロストーク特性の劣化の主な原因が、空間光変調器における高次の回折光に起因することが、本発明者らによって見出された。フレネルレンズやブレーズド回折格子は、高次の回折光を発生させる場合がある。さらに、空間変調器１６０に入射した信号光が、光入射層１６７の各層の界面や、光入射層１６７と空気層との界面等において、反射される場合があり、これによって高次の回折光が発生する場合がある。このような原因によって発生した高次の回折光が、出力ポートに結合すると、クロストーク特性が劣化する。

ここで、本実施の形態１に係る波長選択光スイッチ装置１００において、空間変調器１６０が、信号光Ｌ１と信号光Ｌ２とのガウシアンビームのスポットサイズの軌跡を略同一とすることにより、信号光Ｌ２は、光ファイバポート１１１に結合する。このとき、信号光Ｌ２のビームウエストＷ３は、コリメータレンズ１２１から距離ｄ３に形成される。これに対し、波長選択光スイッチ装置１０００において、ビームウエストＷ１００３は、距離ｄ３よりコリメータレンズから離れた距離ｄ１００３の位置に形成される。この距離ｄ３と距離ｄ１００３との差をΔとすると、空間変調器１６０の１次の回折光は、空間変調器１６０のフレネルレンズ状の位相変調によって、ビームウエストの位置をΔだけ、コリメータレンズ側に変調されたこととなる。

このとき、空間変調器１６０のｍ次（ｍは２以上の整数）の回折光のビームウエストの位置は、空間変調器１６０のフレネルレンズ状の位相変調によって、Δの約ｍ倍コリメータレンズ側に変調されることとなる。すると、このような高次の回折光は光ファイバポート１１１に結合しなくなる。したがって、高次の回折光によるクロストーク特性の劣化が生じない。このように、本実施の形態１に係る波長選択光スイッチ装置１００は、結合効率がよいだけでなく、高次の回折光によるクロストークの劣化を抑制した、良好なクロストーク特性を有する波長選択光スイッチ装置である。

（実施例１）
次に、実施例１として、実施の形態１に係る波長選択光スイッチ装置１００を実際に製造し、その性能を評価した。本実施例１において、例えば、コリメータレンズアレイ１２０の各コリメータレンズの焦点距離は、０．１〜数ｍｍ、集光レンズ１５０の焦点距離は、５０〜２００ｍｍ、アナモルフィックプリズムペア１３０の倍率は、１０〜数１０倍程度である。

このとき、図５に示すように、光ファイバポート１１１から信号光Ｌ１を入射し、光ファイバポート１１１に信号光Ｌ２を出力させるとする。そして、空間光変調器１６０の表示画像を調整し、フレネルレンズとしての焦点距離を変化させ、信号光Ｌ１のコリメータレンズによるビームウエストと信号光Ｌ２の集光レンズによるビームウエストとのずれを計算した。

図１１は、実施例１に係る波長選択光スイッチ装置における空間光変調器の焦点距離とビームウエストのずれとの関係を表す図である。図１１に示すように、フレネルレンズとしての焦点距離を変化させることによって、信号光Ｌ１のコリメータレンズによるビームウエストと信号光Ｌ２の集光レンズによるビームウエストとのずれを最小化することができる。図１１に示すとおり、空間光変調器１６０のフレネルレンズとしての焦点距離を約７５ｍｍとした場合に、ビームウエストのずれを最小とすることができる。

次に、空間光変調器１６０の表示画像を調整し、フレネルレンズとしての焦点距離を変化させた場合の１次の回折光の結合損失と、１次の回折光と２次の回折光とのクロストーク特性がどれだけ改善されるかを計算した。図１２は、実施例１に係る波長選択光スイッチ装置における空間光変調器の焦点距離と、１次の回折光の結合損失および１次の回折光と２次の回折光とのクロストーク特性との関係を表す図である。ここで、１次の回折光と２次の回折光とのクロストークとは、２次の回折光の出力ポートからの出力光強度を、１次の回折光の出力ポートからの出力光強度で割った値をデシベルで表示したものの絶対値である。図１２におけるクロストーク特性とは、各焦点距離において、フレネルレンズが曲率を有する場合と、フレネルレンズが曲率を有しない場合とで、どれだけクロストークが改善されたかを表す。

図１２に示すように、フレネルレンズとしての焦点距離が７５ｍｍの場合に、１次の回折光の結合損失は最小となる。このとき、１次の回折光と２次の回折光とのクロストーク特性も最も大きく改善された。これは、１次の回折光の結合効率がよく、信号光Ｌ２の出力光強度が大きいことと、さらに、２次の回折光が光ファイバポートに結合せずクロストーク特性を劣化させないことによる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る波長選択光スイッチ装置について説明する。図１３，１４は、実施の形態２に係る波長選択光スイッチ装置の模式的な構成図である。この波長選択光スイッチ装置２００は、入射した光の波長ごとに光の経路をスイッチング操作する波長選択光スイッチ装置である。図１３は、波長選択光スイッチ装置２００を、波長分散素子の波長分散軸方向（方向Ｄ１で示す）と垂直の方向から見た図である。図１４は、波長選択光スイッチ装置２００を、波長分散素子の波長分散軸方向に垂直なスイッチ軸方向（方向Ｄ２で示す）と垂直の方向から見た図である。また、図１３，１４は、入力される光を光線で示した図である。

波長選択光スイッチ装置２００は、光入出力ポート２１０と、コリメータレンズアレイ２２０と、波長分散素子である回折格子２４０と、集光レンズ系である集光レンズ２５０と、空間光変調器２６０とがこの順番に配置されて構成されている。本実施の形態では、アナモルフィック光学系を図示していないが、これを含むようにしても良い。例えば、実施の形態１に記載したような、アナモルフィックプリズムペアをコリメータレンズアレイ２２０と回折格子２４０との間に配置してもよい。その他、集光レンズ２５０を、方向Ｄ１と方向Ｄ２とについて焦点距離が異なるレンズ（例えば複数のシリンドリカルレンズを組合わせたもの）としてもよい。

なお、実際には回折格子２４０において光路は曲げられるので、図１３，１４において、集光レンズ２５０から空間光変調器２６０までの各素子は回折格子２４０の前後で角度を持って配置される。

ここで、図１３に示すように、空間光変調器２６０は、方向Ｄ１に対して角度θの傾きをつけて配置することができる。また、図１５は、図１３に示す空間光変調器の表示画像の一例を表す図である。図１５には、方向Ｄ１および方向Ｄ２の各方向の成分を、ある直線上で見た場合の表示画像を合わせて記載している。図１５に示すとおり、空間光変調器２６０の表示画像は、実施の形態１と異なり、方向Ｄ１に対して、屈折率の分布が等幅なグラデーションとして形成され、さらに、方向Ｄ２に対して、屈折率の分布が等幅なグラデーションとして形成されている。これによって、空間光変調器２６０は、方向Ｄ１において、ブレーズド回折格子として機能し、さらに、方向Ｄ２において、ブレーズド回折格子として機能する。

つぎに、この波長選択光スイッチ装置２００の動作について、図１３，１４を用いて説明する。まず、光ファイバポート２１１に、外部から信号光Ｌ２０１が入力される。信号光Ｌ２０１は、波長多重された信号光であり、互いに異なる波長の複数の信号光を含むものとする。

光ファイバポート２１１は、入力された信号光Ｌ２０１をコリメータレンズ２２１へ出力する。コリメータレンズ２２１は、信号光Ｌ２０１を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。回折格子２４０は、信号光Ｌ２０１をその波長に応じた所定の回折角で回折する。その結果、信号光Ｌ２０１は、波長ごとに分離される。ただし、図１３においては説明を簡潔にするため、信号光Ｌ２０１のうち、回折格子２４０を直進する成分のみを図示している。

集光レンズ２５０は、回折された信号光Ｌ２０１を空間光変調器２６０に集光させる。回折格子２４０と集光レンズ２５０との間隔は、集光レンズ２５０の焦点距離であり、信号光Ｌ２０１は、空間光変調器２６０に略垂直に、方向Ｄ１に分離されて入射する。空間光変調器２６０は、方向Ｄ２において、屈折率の分布が形成されている。この屈折率の分布によって、空間光変調器２６０は、制御器の制御によりブレーズド回折格子として機能し、所望の波長の光を光ファイバポート２１２の方向に回折することによって、波長選択光スイッチ装置として動作する。

ここで、空間光変調器２６０は、方向Ｄ１に対して角度θの傾きを有する。そのため、信号光Ｌ２０１は、入射する信号光Ｌ２０１に対して角度θの傾きを有する方向に反射する。しかしながら、空間光変調器２６０は、方向Ｄ２に対しても屈折率の分布を有し、ブレーズド回折格子として機能する。そこで、空間光変調器２６０は、信号光Ｌ２０１を、入射した信号光Ｌ２０１と略同一方向へ、１次の回折光を出射する。これによって、方向Ｄ１において、１次の回折光である信号光Ｌ２０２ａは光ファイバポート２１２に平行な光となる。

その後、方向Ｄ２において、信号光Ｌ２０２ａは、集光レンズ２５０によって、集光レンズ２５０の光軸に対して平行にされる。さらに、回折格子２４０は、光相反性によって、信号光Ｌ２０２ａをコリメータレンズ２２２の光軸と平行な方向に回折する。光ファイバポート２１２に対応するコリメータレンズ２２２は、信号光Ｌ２０２ａを集光し、光ファイバポート２１２に結合させる。光ファイバポート２１２は結合された光を外部に出力する。

このようにして、この波長選択光スイッチ装置２００は、光ファイバポート２１１から入力された光のうち、所望の波長を有する信号光Ｌ２０２ａの経路を空間光変調器２６０の１次の回折光として、光ファイバポート２１２に切り換える。なお、同様にして、この波長選択光スイッチ装置２００は、空間光変調器２６０の制御によって、光ファイバポート２１１から入力された光の経路を他の光ファイバポート２１２〜２１５のいずれかに切り換えることができる。さらに、光ファイバポート２１１から入力された光の経路を、光ファイバポート２１１に戻すことも可能である。

ここで、空間光変調器２６０は、方向Ｄ１に対して角度θの傾きを有することにより、ｍ次の回折光は、角度約ｍθだけ回折されることとなる。したがって、図１３に示すように、例えば２次の回折光である信号光Ｌ２０２ｂは、空間光変調器２６０によって、空間光変調器２６０に対して角度２θだけ回折され、入射する信号光Ｌ２０１に対して、角度θの傾きを有する方向に回折される。これによって、信号光は、光ファイバポート２１２に結合しない。このように、空間光変調器を方向Ｄ１に対して傾けて配置し、空間光変調器による１次の回折光のみを信号光の入射方向に回折することで、高次の回折光によるクロストーク特性の悪化を抑制することができる。すなわち、波長選択光スイッチ装置２００は、方向Ｄ１のブレーズド回折格子としての回折角である角度θを一定の値として、方向Ｄ２のブレーズド回折格子としての回折角を制御器により制御することによって、波長選択光スイッチ装置として動作する。したがって、本実施の形態２に係る波長選択光スイッチ装置２００は、良好なクロストーク特性を有する波長選択光スイッチ装置である。なお、本実施の形態２に係る波長選択光スイッチ装置２００において、方向Ｄ１に対してフレネルレンズ状の位相変調を行うと、信号光の光ファイバポート２１２の方向への回折が不十分となり、結合効率が悪化するため好ましくない。

（実施例２）
次に、実施例２として、実施の形態２に係る波長選択光スイッチ装置２００を実際に製造し、その性能を評価した。各素子の条件は、実施例１と同一である。このとき、光ファイバポート２１１から信号光Ｌ２０１を入射し、光ファイバポート２１１に信号光Ｌ２を出力させるとする。そして、空間光変調器２６０の傾く角度θを変化させるとともに、各角度θにおいてクロストークが最も改善されるように、空間光変調器２６０の屈折率の分布を制御し、各角度θにおいてクロストークがどれだけ改善されたかを計算した。図１６は、実施例２に係る波長選択光スイッチ装置における空間光変調器の角度とクロストークとの関係を表す図である。ここで、クロストークとは、高次の回折光の出力ポートから出力される出力光強度を、１次の回折光の出力ポートから出力される出力光強度で割った値である。図１６に示すように、各角度θにおいて、クロストーク特性が改善されている。特に、２°では、８ｄＢ以上の改善が見られた。したがって、本実施例２に係る波長選択光スイッチ装置２００は、良好なクロストーク特性を有する波長選択光スイッチ装置である。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る波長選択光スイッチ装置について説明する。図１７は、本発明の実施の形態３に係る波長選択光スイッチ装置の模式的な構成図である。この波長選択光スイッチ装置３００は、入射した光の波長ごとに光の経路をスイッチング操作する波長選択光スイッチ装置である。図１７は、波長選択光スイッチ装置３００を、波長分散素子の波長分散軸方向（方向Ｄ１で示す）と垂直の方向から見た図である。また、図１７は、入力される光を光線で示した図である。また、波長選択光スイッチ装置３００を、波長分散素子の波長分散軸方向に垂直なスイッチ軸方向（方向Ｄ２で示す）と垂直の方向から見た図は、図３と同一である。また、図１７は、入力される光を光線で示した図である。

波長選択光スイッチ装置３００は、光入出力ポート３１０と、コリメータレンズアレイ３２０と、アナモルフィック光学系であるアナモルフィックプリズムペア３３０と、波長分散素子である回折格子３４０と、集光レンズ系である集光レンズ３５０と、空間光変調器３６０とがこの順番に配置されて構成されている。各素子および各装置は実施の形態１と同一であってよい。

なお、実際には回折格子３４０において光路は曲げられるので、アナモルフィックプリズムペア３３０から空間光変調器３６０までの各素子は回折格子３４０の前後で角度を持って配置される。また、アナモルフィックプリズムペア３３０において光路が方向Ｄ１の方向にシフトすることがあるが、図１７においては、説明の簡略化のために各素子を直列に配置して示している。

ここで、図１７に示すように、空間光変調器３６０は、方向Ｄ１に対して角度θの傾きをつけて配置されている。また、図１８は、図１７に示す空間光変調器の表示画像の一例を表す図である。図１８には、方向Ｄ１および方向Ｄ２の各方向の成分を、ある直線上で見た場合の表示画像を合わせて記載している。図１８に示すとおり、空間光変調器３６０の表示画像は実施の形態１と異なり、方向Ｄ１に対して、一定の周期を有する屈折率の分布が各周期において線形であるグラデーションとして形成され、さらに、方向Ｄ２に対して、屈折率のグラデーションがフレネルレンズ状の位相変調をするように形成されている。これによって、空間光変調器３６０は、制御器の制御により、方向Ｄ１において、ブレーズド回折格子として機能し、さらに、方向Ｄ２において、反射型フレネルレンズとして機能する。すなわち、波長選択光スイッチ装置３００は、方向Ｄ１のブレーズド回折格子としての回折角である角度θを一定の値として、方向Ｄ２の反射型フレネルレンズとしての反射角を制御器により制御することによって、波長選択光スイッチ装置として動作する。

つぎに、波長選択光スイッチ装置３００の動作時における空間光変調器３６０の表示画像の制御について図１９を用いて説明する。ここで、図１９でも、実施の形態１の場合と同様に、空間光変調器３６０の表示画像が凸面形状のフレネルレンズを形成するように制御することを前提として説明する。図１９は、図１７に示す空間光変調器の動作時の制御について説明するための図である。図１９において、領域Ｓ３は空間光変調器３６０に入射する光のスポットサイズ、光軸Ａ_ＣＯＭ３は空間光変調器３６０に入射する光の中央を通る光軸、光軸Ａ_ＦＬ３は空間光変調器３６０の方向Ｄ２におけるフレネルレンズとしての光軸を表す。波長選択光スイッチ装置３００は、実施の形態１と同様に、空間光変調器３６０の光軸Ａ_ＣＯＭ３に対する光軸Ａ_ＦＬ３の位置を制御することにより波長選択光スイッチ装置として動作する。

まず、図１９に示すように、たとえばＣＯＭポートから数ポート以内の近接ポートにスイッチングする場合、光軸Ａ_ＦＬ３は空間光変調器３６０の下部に位置するように表示画像を制御する。その結果、空間光変調器３６０は、ＣＯＭポートである光ファイバポートから入力された光を、たとえばＣＯＭポートより１つ上方に位置する光ファイバポートに結合するように反射する。

また、実施の形態１と同様に、空間光変調器３６０のスイッチングを行わない場合、光軸Ａ_ＣＯＭ３と光軸Ａ_ＦＬ３とが、同一直線上に配置されるように空間光変調器３６０を制御すればよい。さらに、実施の形態１と同様に、たとえばＣＯＭポートから数ポート以上離れた遠隔ポートにスイッチングする場合、光軸Ａ_ＦＬ３は空間光変調器３６０内には位置せず、仮想的な光軸Ａ_ＦＬ３が空間光変調器３６０の下端よりさらに下方に位置にするように表示画像を制御すればよい。

このように、波長選択光スイッチ装置３００は、空間光変調器３６０に入射する光の中央を通る光軸に対する空間光変調器３６０の方向Ｄ２におけるフレネルレンズとしての光軸の位置を制御することにより、たとえばＣＯＭポートである光ファイバポートから入力された光を、所望の光ファイバポートに結合させることができる。

なお、実施の形態１の場合と同様に、空間光変調器３６０の表示画像が凹面形状のフレネルレンズ（図示せず）を形成するように制御してもよい。その場合、光軸Ａ_ＣＯＭ３に対する光軸Ａ_ＦＬ３の位置関係と空間光変調器３６０の反射方向の上下関係とが図１９の場合とは逆転する。

また、上記の動作は、波長選択光スイッチ装置３００に入射して回折格子３４０により空間光変調器３６０の方向Ｄ１に波長ごとに分割された各波長の光に対して行われる。図１９における幅ＳＷ３は、１つのチャネルに対応する空間光変調器３６０の領域の幅であり、１または複数の波長からなる信号光に対し割り当てられる。幅ＳＷ３は、少なくとも領域Ｓ３の方向Ｄ１における幅より大きく、たとえば、方向Ｄ１において数〜１０数画素に相当する幅である。このとき、空間光変調器３６０は、各チャネルに対応する幅ＳＷ３を有する領域を、個別に制御することにより、各チャネルに含まれる光を方向Ｄ２の所定の方向に反射し、波長選択スイッチを実現する。

（実施例３）
さらに、本実施例３に係る波長選択光スイッチ装置において、出力ポート間のクロストーク特性をより詳細に確認した。各素子の条件は、実施例１と同一である。図２０は、従来の波長選択光スイッチ装置における出力ポート毎のクロストーク特性を表す図である。図２０は、光ファイバポートが９つ形成されており、波長選択光スイッチ装置１０００のように、空間光変調器がブレーズド回折格子として機能する場合の測定結果である。入射光の１次の回折光を各出力ポートに出力した場合に、出力ポート以外（観測ポート）への出力光強度を、出力ポートの１次の回折光の出力光強度で割った値が、縦軸のクロストークである。このとき、図２０のように、クロストークの最大値は−２５ｄＢを超える。

図２１は、実施例３に係る波長選択光スイッチ装置における出力ポート毎のクロストーク特性を表す図である。図２１は、波長選択光スイッチ装置３００のように、空間光変調器が反射型フレネルレンズとして機能し、フレネルレンズの焦点距離を最適化した場合の測定結果である。図２１のように、クロストークは最大でも−３５ｄＢ以下である。すなわち、本実施例３に係る波長選択光スイッチ装置において、クロストークを１０ｄＢ以上改善できた。したがって、本実施例３に係る波長選択光スイッチ装置３００は、良好なクロストーク特性を有する波長選択光スイッチ装置であることが実証された。

このように、本実施の形態３に係る波長選択光スイッチ装置３００は、実施の形態１と同様に、方向Ｄ２に対して、１次の回折光と高次の回折光とのビームウエストの位置のずれによって、クロストーク特性を改善し、さらに、実施の形態２と同様に、方向Ｄ１に対して、１次の回折光と高次の回折光の回折方向をずらすことによってクロストーク特性を改善している。したがって、本実施の形態３に係る波長選択光スイッチ装置３００は、良好なクロストーク特性を有する波長選択光スイッチ装置である。

以上、説明したように、上記実施の形態によれば、良好なクロストーク特性を有する波長選択光スイッチ装置を提供することができる。

なお、本発明の実施の形態１，３等においては、アナモルフィック光学系としてアナモルフィックプリズムペアを用いた物を記載しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、集光レンズ２５０を、Ｄ１方向とＤ２方向とについて焦点距離が異なるレンズ（例えば複数のシリンドリカルレンズを組合わせたもの）としても良い。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

以上のように、本発明に係る波長選択光スイッチ装置は、光通信の分野に利用して好適なものである。

１００，２００，３００，１０００ 波長選択光スイッチ装置
１１０，２１０，３１０，１０１０ 光入出力ポート
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，１０１１，１０１２，１０１３，１０１４，１０１５ 光ファイバポート
１２０，２２０，３２０，１０２０ コリメータレンズアレイ
１２１，１２２，２２１，２２２，１０２１ コリメータレンズ
１３０，３３０，１０３０ アナモルフィックプリズムペア
１３１，１３２，３３１，３３２ プリズム
１４０，２４０，３４０，１０４０ 回折格子
１５０，２５０，３５０，１０５０ 集光レンズ
１６０，２６０，３６０，１０６０ 空間光変調器
１６１ シリコン基板
１６２ 画素電極群
１６３ 液晶層
１６４ 配向膜
１６５ ＩＴＯ電極
１６６ カバーガラス
１６７ 光入射層
Ａ_ＣＯＭ１，Ａ_ＣＯＭ３，Ａ_ＦＬ１，Ａ_ＦＬ３ 光軸
Ｄ１，Ｄ２ 方向
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ１００１，ｄ１００２，ｄ１００３ 距離
ｆ１，ｆ１００１ 焦点距離
θ 角度
Ｌ１，Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ２，Ｌ２０１，Ｌ２０２ａ，Ｌ２０２ｂ，Ｌ３０１，Ｌ３０２ａ，Ｌ３０２ｂ，Ｌ１００１，Ｌ１００２ 信号光
Ｓ１，Ｓ３ 領域
ＳＷ１，ＳＷ３ 幅
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ１００１，Ｗ１００２，Ｗ１００３ ビームウエスト

Claims (7)

1. 外部から光が入力される、または外部に光を出力する複数のポートを有する光入出力ポートと、
   前記光入出力ポートのポートに対応して設けられたコリメータレンズと、
   前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を反射して前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する空間光変調器と、
   前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記空間光変調器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
   前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に設けられた波長分散素子と、
   を備え、前記光入出力ポートのうちいずれか１つのポートから入力した互いに波長の異なる２以上の光を、前記空間光変調器により波長の異なる光ごとに個別にスイッチング操作し、個々にいずれか１つのポートから出力でき、または前記光入出力ポートのうちいずれか２つ以上のポートから入力した互いに波長の異なる２以上の光を、前記空間光変調器により波長の異なる光ごとに個別にスイッチング操作し、いずれか１つのポートから出力できる波長選択光スイッチ装置であって、前記空間光変調器は、前記集光レンズ系の波長分散軸方向に対するビームウエストの位置に、前記波長分散素子の波長分散軸方向において、前記波長分散軸と傾けて配置され、前記波長分散軸方向に回折格子状の位相変調を形成し、該形成した位相変調による１次の回折光が所望の出力ポートへ結合することを特徴とする波長選択光スイッチ装置。
2. 前記光入出力ポートと前記波長分散素子との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム径をビーム径拡大方向に拡大するアナモルフィック光学系、
   をさらに備え、前記空間光変調器は、前記波長分散素子の波長分散軸方向に対する前記集光レンズ系のビームウエストの位置に配置され、前記波長分散素子の波長分散軸方向に垂直なスイッチ軸方向のみにフレネルレンズ状の位相変調を形成し、該形成した位相変調による１次の回折光が所望の出力ポートへ結合することを特徴とする請求項１に記載の波長選択光スイッチ装置。
3. 前記空間光変調器は、異なる波長を有する２以上の波長帯に対して、前記スイッチ軸方向に異なる曲率を有するフレネルレンズ状の位相変調を形成することを特徴とする請求項２に記載の波長選択光スイッチ装置。
4. 前記光入出力ポートの光軸と、前記集光レンズの光軸とが、離間していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の波長選択光スイッチ装置。
5. 前記光入出力ポートは、３つ以上のポートを有し、
   前記光入出力ポートおよび該光入出力ポートに対応する前記コリメータレンズの間隔が、不等間隔であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の波長選択光スイッチ装置。
6. 外部から光が入力される、または外部に光を出力する複数のポートを有する光入出力ポートと、
   前記光入出力ポートのポートに対応して設けられたコリメータレンズと、
   前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を反射して前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する空間光変調器と、
   前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記空間光変調器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
   前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に設けられた波長分散素子と、
   を備え、前記光入出力ポートのうちいずれか１つのポートから入力した互いに波長の異なる２以上の光を、前記空間光変調器により波長の異なる光ごとに個別にスイッチング操作し、個々にいずれか１つのポートから出力でき、または前記光入出力ポートのうちいずれか２つ以上のポートから入力した互いに波長の異なる２以上の光を、前記空間光変調器により波長の異なる光ごとに個別にスイッチング操作し、いずれか１つのポートから出力できる波長選択光スイッチ装置であり、かつ
   前記空間光変調器は、前記集光レンズ系の波長分散軸方向に対するビームウエストの位置に、前記波長分散素子の波長分散軸方向において、前記波長分散軸と傾けて配置される波長選択光スイッチ装置の制御方法であって、
   前記空間光変調器によって前記波長分散軸方向に回折格子状の位相変調を形成し、該形成した位相変調による１次の回折光を所望の出力ポートへ結合させることを特徴とする波長選択光スイッチ装置の制御方法。
7. 前記波長選択光スイッチ装置は、前記光入出力ポートと前記波長分散素子との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム径をビーム径拡大方向に拡大するアナモルフィック光学系をさらに備えるとともに、前記空間光変調器が、前記波長分散素子の波長分散軸方向に対する前記集光レンズ系のビームウエストの位置に配置されており、
   前記空間光変調器によって前記波長分散素子の波長分散軸方向に垂直なスイッチ軸方向のみにフレネルレンズ状の位相変調を形成し、該形成した位相変調による１次の回折光を所望の出力ポートへ結合させることを特徴とする請求項６に記載の波長選択光スイッチ装置の制御方法。

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