WO2012053443A1 - 波長選択スイッチ - Google Patents

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WO2012053443A1
WO2012053443A1 PCT/JP2011/073676 JP2011073676W WO2012053443A1 WO 2012053443 A1 WO2012053443 A1 WO 2012053443A1 JP 2011073676 W JP2011073676 W JP 2011073676W WO 2012053443 A1 WO2012053443 A1 WO 2012053443A1
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mirror
wavelength
deflection element
light deflection
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PCT/JP2011/073676
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松本浩司
Original Assignee
オリンパス株式会社
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    • G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
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    • G02B6/3554—3D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a volume
    • G02B6/3558—1xN switch, i.e. one input and a selectable single output of N possible outputs

Definitions

  • the present invention relates to a wavelength selective switch that can disperse input wavelength multiplexed light and output it for each wavelength.
  • FIG. 14 As an example of a conventional wavelength selective switch of N ⁇ 1 (N input ports ⁇ 1 output port), there is a 5 ⁇ 1 wavelength selective switch 100 used in FIG. 14, and FIG. A side view and FIG. 14B show a top view.
  • the wavelength selective switch 100 includes input ports 110a to 110d, an output port 110e, a lens array 130, a first lens 140, a second lens 150, a dispersion element 160, a third lens 160, and a plurality of mirrors 190a to 190e.
  • the mirror array 180 is configured, and the light multiplexed by the input ports 110a to 110d is output to the output port 110e by selecting an arbitrary port and arbitrary wavelength.
  • FIG. 14 shows a state in which the wavelength multiplexed light from the input port 110a is output to the output port 110e.
  • a wavelength selective switch having the same configuration is described in Patent Document 1 and the like.
  • the beam diameter incident on the dispersion element is smaller than the beam diameter in the direction perpendicular to the dispersion direction.
  • a technique has been proposed in which the beam diameter in the dispersion direction is increased and the apparatus is prevented from becoming large in a direction perpendicular to the dispersion direction.
  • the N ⁇ 1 wavelength selective switch it is desired to increase the number of ports corresponding to, for example, 40 or 80 input ports.
  • the deflection angle of each mirror (190a to 190e) of the mirror array (180) that connects an arbitrary input port to the output port increases.
  • the mirror swing angle is limited, and the number of input ports connected to the output port is determined by the mirror swing angle.
  • the conventional N ⁇ 1 wavelength selective switch is configured by connecting a plurality of independent M ⁇ 1 wavelength selective switches 100 as shown in FIG. The number of connected input ports is increased.
  • N ⁇ 1 and 1 ⁇ N wavelength selective switches are generally configured in multiple stages using a plurality of M ⁇ 1 and 1 ⁇ M wavelength selective switches. Therefore, the manufacturing requires a plurality of wavelength selective switch members composed of M ⁇ 1 and 1 ⁇ M, and the number of assembling steps is also required, which increases the cost required for the entire apparatus. There is the actual situation.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and has a simple, inexpensive, lightweight and compact configuration, and does not use a plurality of wavelength selective switches.
  • the purpose is to realize a switch.
  • a wavelength selective switch includes: An optical input / output unit having an input unit and an output unit for wavelength-multiplexed light arranged in an array in the first direction; A light dispersion means for separating the wavelength multiplexed light input from the input unit into respective signal wavelengths; A condensing element for converging the light separated into the signal wavelength; A wavelength selective switch comprising an optical deflection element array for deflecting the signal light in a first direction so as to switch each signal wavelength light collected by the light collecting element to a desired output unit; A plurality of light deflection elements of the light deflection element array are arranged in a first direction with respect to the light beam converged by the light collecting element.
  • one of the plurality of light deflection elements arranged in the first direction may be arranged at a position where the intensity of the light beam is the strongest.
  • an optical deflection element that deflects the intensity of the light beam most strongly and an optical deflection element adjacent to the optical deflection element in the first direction, Is substantially constant over a second direction substantially orthogonal to the first direction and substantially parallel to the light deflection element surface,
  • a width of the first direction at a center position in the second direction of the light deflection element that deflects the light beam with the highest intensity may be smaller than a width of an end in the second direction.
  • an optical deflection element that deflects the intensity of the light beam most strongly, and an optical deflection element adjacent to the optical deflection element in the first direction,
  • the gap is different in the second direction substantially orthogonal to the first direction and substantially parallel to the light deflection element surface,
  • the gap at the center position in the second direction is the largest, and the gap is smaller toward the end.
  • an optical deflection element that deflects the intensity of the light beam most strongly and an optical deflection element adjacent to the optical deflection element in the first direction, Is substantially constant over a second direction substantially orthogonal to the first direction and substantially parallel to the light deflection element surface,
  • a width of the first direction at a center position in the second direction of the light deflection element for deflecting the light beam with the highest intensity may be larger than the width of the end in the second direction.
  • an optical deflection element that deflects the intensity of the light beam most strongly, and an optical deflection element adjacent to the optical deflection element in the first direction,
  • the gap is different in the second direction substantially orthogonal to the first direction and substantially parallel to the light deflection element surface,
  • the gap at the center position in the second direction is the smallest, and the gap is larger toward the end.
  • the present invention can realize a wavelength selective switch having a large number of ports by using a single wavelength selective switch without using a plurality of wavelength selective switches with a simple, inexpensive, lightweight and compact configuration.
  • 1 is a diagram schematically showing an example of the overall configuration of a wavelength selective switch according to a first embodiment of the present invention. It is a perspective view for demonstrating the elliptical beam shape large in the 1st direction produced
  • FIG. 8A shows the relationship between the light intensity reflected from one mirror according to the conventional configuration and the wavelength output to the output port, and FIG. 8B shows the relationship between one mirror according to the configuration of the above embodiment.
  • FIG. 8C shows the relationship between the wavelength and the light intensity at the output port.
  • FIG. 12A shows the relationship between the light intensity reflected from one mirror according to the conventional configuration and the wavelength output to the output port
  • FIG. 12B shows the relationship between one mirror according to the configuration of this embodiment.
  • FIG. 12C shows the relationship between the wavelength and the light intensity at the output port. It is a figure which shows the other structural example of the mirror arrange
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example in which a plurality of independent M ⁇ 1 wavelength selective switches are connected in multiple stages to increase the number of ports.
  • FIG. 1 is a diagram showing a concept of the wavelength selective switch 1 described in the first embodiment according to the present invention.
  • FIG. 1 (a) is a side view of the wavelength selective switch 1 of the present embodiment, and FIG. Shows a top view, and the wavelength selective switch 1 of the first embodiment includes a plurality of input / output ports 10 and a lens array 11, a first lens 12, a second lens 13, a third lens 14, a dispersion element 15, and a condenser lens. 16 and a mirror array 17.
  • an arrow L1 indicated by a solid line indicates light from the input port to the mirror.
  • An arrow L2 indicated by a broken line indicates light from the mirror to the output port.
  • the first direction is shown as D1
  • the second direction is shown as D2.
  • FIG. 1 for example, four input ports 10a to 10d and one output port 10e are arranged in the first direction centered on the output port 10e at equal intervals.
  • the arrangement of input ports and output ports is not limited to this state.
  • only the input port 10a is shown in a simplified manner in which light is input, but actually wavelength-multiplexed light is input from a plurality of input ports.
  • the lens array 11 has lenses corresponding to at least the ports (10a to 10d) of the plurality of input / output ports 10, and light emitted from the input ports (10a, 10b, 10c, 10d) is a lens array. The light is collimated by 11 lenses and enters the first lens 12.
  • the light entering the first lens 12 is condensed by the first lens 12 and the second lens 13.
  • the first lens 12 has a focal length f 1
  • the second lens 13 has a focal length f 2
  • the second lens 13 is a cylindrical lens having power only in the second direction.
  • the light beam shape at the condensing position becomes a large elliptical beam shape in the first direction as shown in FIG. 2 by inserting the second lens 13.
  • the width of the beam in the first direction is S 1
  • the width of the beam in the second direction is S 2 .
  • the condensing position is a position where the light of the plurality of input ports intersects, and the angle between the light traveling direction of the input port 10a at the condensing position and the optical axes of the first lens 12 and the second lens 13 is ⁇ Represented by 1a .
  • the optical axis of the center position and the first lens 12 of the input port 10a is separated by Y 1 in the first direction, the larger the Y 1, the incident angle beta 1a increases.
  • the relationship is expressed by the following equation.
  • the third lens 14 has a focal length f 3 , and the position entering the third lens 14 is a position separated by Y 2 in the first direction.
  • Y 2 is obtained from equation (2).
  • the light incident on the third lens 14 is collimated by the third lens 14, exits in the direction of the dispersion element 15, and enters the dispersion element 15 with an inclination of ⁇ 1 in the second direction.
  • the dispersion element 15 angularly disperses the light collimated by the third lens 14 in a second direction different from the first direction according to the wavelength. That is, the wavelength-multiplexed light entering the dispersive element 15 travels in the second direction and between different angle ranges ⁇ 2a to ⁇ 2e according to each wavelength, and the angle is expressed by the formula ( 3).
  • n is the diffraction order
  • d is the pitch of the diffraction grating
  • ⁇ is the wavelength
  • the state of dispersion is simplified in FIG. 1B, and only five wavelengths are shown.
  • the dispersion element 15 is a transmission type dispersion element as shown in FIG. 1, but a reflection type may be used. .
  • the condenser lens 16 has a focal length f 4 , and the light of each wavelength dispersed by the dispersion element 15 is condensed on the mirrors of the mirror array 17 by the condenser lens 16.
  • the distance between the dispersive element 15 and the condenser lens 16 be separated by the focal length f 4 . This is because if the distance between the dispersive element 15 and the condenser lens 16 is arranged at a position deviated from the focal length f 4 , the angle of the light of each wavelength emitted from the condenser lens 16 differs for each wavelength. .
  • the condensing position is a position where light from a plurality of input ports intersects, and ⁇ 2a that is an angle between the light traveling direction of the input port 10a at the condensing position and the optical axis of the condensing lens 16 is expressed by Equation (4) More demanded.
  • the light beam shape at the condensing position is a large elliptical beam shape in the first direction
  • the beam width in the first direction is S 3
  • the beam in the second direction is S 4.
  • the size of these is expressed by the following equation.
  • the mirror array 17 has a plurality of mirrors in both the first direction and the second direction. Each mirror is arranged at least corresponding to the number of wavelengths wavelength-multiplexed in the second direction.
  • the number of wavelengths is 18 from ⁇ a to ⁇ r
  • 18 mirrors are arranged in the second direction, and the center position of the beam of each wavelength in the second direction corresponds to the wavelength.
  • the mirror is installed so that the centers in the second direction coincide.
  • mirrors 19a to 19r and mirrors 20a to 20r are provided on both sides with respect to each wavelength beam, and a total of three mirrors are provided.
  • the number of mirrors provided for one beam is not limited to three, and a plurality of mirrors may be provided.
  • each of the mirrors 18a to 18r, 19a to 19r, and 20a to 20r has an X ⁇ that rotates about the X axis, which is an axis that rotates each mirror, and a Y ⁇ that rotates about the Y axis. It is possible to rotate.
  • the X axis corresponds to the second direction
  • the Y axis corresponds to the first direction.
  • the light collected on each mirror is incident on the reflecting surface of each mirror obliquely by ⁇ 2a / 2, and is reflected by each mirror in a direction different from the incident direction by ⁇ 2a . If the deflection angle is 0 ° when the angle of the optical axis of the condenser lens and the mirror is perpendicular, the deflection angle of the mirror is ⁇ 2a / 2.
  • each mirror of the mirror array 17 enters the condensing lens 16 in a broad beam shape.
  • the light of each wavelength that enters the condenser lens 16 becomes collimated light and travels from the condenser lens 16 toward the dispersive element 15 and enters the dispersive element 15, where the incident angle is determined by the rotation angle of each mirror.
  • light of each wavelength is collected at one point on the dispersion element 15.
  • the light wavelength-multiplexed by the dispersive element 15 enters the third lens 14 while maintaining a collimated state, and is condensed by the third lens 14, and the light beam shape at the condensing position is an elliptical shape that is large in the first direction. This is the beam shape.
  • the light collected by the third lens 14 is collimated into a circular beam shape by the second lens 13 and the first lens 12, enters the lens of the lens array 11 corresponding to the output port 10e, and is collected at the output port 10e. Lighted.
  • FIG. 5 shows a relationship between the mirror swing angle ⁇ 2a / 2 of the mirror array 17 and the beam width S 3 in the first direction of the mirror.
  • the mirror array 17 used in the wavelength selective switch 1 of this configuration is generally manufactured by a MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) technology and employs an electrostatic drive system.
  • MEMS Micro-Electro-Mechanical-Systems
  • FIG. 6 shows a typical configuration of the MEMS mirror when the electrostatic drive method is adopted.
  • a movable plate 104 having a reflective surface 105 is provided on the upper surface, and the movable plate 104 is supported by a pair of hinges 106 so as to be tiltable.
  • the fixing surface 102 of the hinge 106 is fixed to a fixing portion (not shown). Therefore, the inclined shaft 107 of the movable plate 104 is on a line connecting between the pair of hinge cross-sectional centers.
  • the drive electrode 101 and the drive electrode 108 formed on the substrate 109 are opposed to the movable plate 104, and each drive electrode 101, 108 is provided separately in each tilt direction with the tilt axis as a boundary. Further, a gap d called an electrostatic gap 103 is provided between the movable plate 104 and the drive electrodes 101 and 108.
  • ⁇ 0 is the relative dielectric constant
  • W and L are the dimensions of the drive electrode 101
  • d is the electrostatic gap.
  • a method of reducing the rigidity of the hinge can be considered. If the hinge rigidity is reduced with respect to the movement around the tilt axis, a large tilt angle can be obtained with a small force. However, the hinge rigidity has an influence on the impact resistance which is one of the required specifications of the mirror array, and the hinge rigidity is designed to satisfy the impact resistance. Therefore, the hinge rigidity cannot be reduced in order to obtain a large inclination angle.
  • the mirror array required for the wavelength selective switch 1 of this configuration is required to be a two-dimensional drive type instead of the one-dimensional drive type as shown in FIG. 6, but the same is true in terms of realizing a large tilt angle. Problems arise.
  • the deflection angle width of the mirror and the size of the reflecting surface are limited as described above, a plurality of mirrors are installed for the beam focused on the mirror.
  • the beam can be enlarged without increasing the reflection surface of one mirror, and the deflection angle width of the mirror can be reduced by increasing the beam, so that a plurality of input ports are connected to the output port 10e. Things will be possible.
  • the wavelength selective switch 100 having the conventional configuration as shown in FIG.
  • the parts cost can be greatly reduced.
  • the number of assembling steps can be greatly reduced.
  • the apparatus can be reduced in size and weight as compared with the case where it is configured in multiple stages.
  • the wavelength selective switch needs to be configured in multiple stages in the optical communication network or process signals having different distances from the transmission source.
  • optical amplifiers are installed at a constant distance interval. It is desirable that the light intensity introduced into the optical amplifier is uniform with respect to the wavelength. Therefore, the wavelength selective switch is required to have an optical attenuation function (attenuation function) for controlling the light intensity in the wavelength direction.
  • light attenuation is performed by rotating the mirrors of the mirror array by Y ⁇ . It is also possible to attenuate light by rotating the X ⁇ mirror. However, the light attenuation is also reflected by the rotation of the mirror of X ⁇ , and has the function of reflecting the incident light in a direction different from the incident direction (switching the combination of the input unit and the output unit).
  • the mirror of X ⁇ in the state of being present, there is a possibility that unexpected coupling between the input unit and the output unit (generally referred to as crosstalk) occurs. Therefore, it can be said that it is ideal to perform light attenuation by rotating the mirror of Y.theta.
  • light attenuation may be performed by combining the mirror rotation of Y ⁇ and the mirror rotation of X ⁇ .
  • the wavelength selective switch of the second embodiment is different from the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 described above in that the shape of the mirror array is the second direction of the beam of each wavelength as shown in FIG.
  • the width in the first direction at the center position in the second direction of the mirrors 28a to 28r installed so that the center position in the second direction of the mirror corresponding to the wavelength coincides with the center position of the mirror is the smallest and goes to the end.
  • This is an application example in which a mirror array 27 that becomes larger is installed.
  • the mirrors 28a to 28r of the mirror array 27 are adjacent to the mirrors 29a to 29r and the mirrors 30a to 30r in the first direction, and the adjacent mirrors 29a to 29r, the mirrors 30a to 30r, and the mirrors 28a to 28r.
  • the gap is constant.
  • the gap is as small as possible because the light intensity reflected from the mirrors 28a to 28r decreases if the gap is too large. Further, the gap does not necessarily have to be constant.
  • FIG. 8A shows the relationship between the light intensity reflected from one mirror according to the conventional configuration and the wavelength output to the output port 10e
  • FIG. 8B shows one mirror according to the configuration of this embodiment. The relationship between the light intensity and the wavelength at which the light reflected from 28a is output to the output port 10e is shown.
  • the wavelength collected at the center of the mirror is a wavelength corresponding to the frequency of the ITU grid (grid standard defined by the ITU (International Telecommunication Union)), and the wavelength is focused on the mirror. 8 is ⁇ a3 , and light having wavelengths of ⁇ a1 to ⁇ a5 centering on ⁇ a3 is condensed on the mirror.
  • the description is simplified and only five wavelengths are illustrated, but actually, a plurality of wavelengths including the five wavelengths are continuously collected.
  • the light of ⁇ a1 shown in FIG. 8A is collected at the end of the mirror, and the portion hitting the mirror is half of the beam, so the light intensity reflected from the mirror is also half.
  • the light intensity reflected by the mirror ⁇ a1 and output to the output port 10e is P ′ 1, and similarly the light intensity P ′ 2 to P ′ 4 output to the output port 10e of ⁇ a2 to ⁇ a4 is compared. Then, P ′ 1 ⁇ P ′ 2 to P ′ 4 is satisfied.
  • the light of ⁇ a5 is also collected at the end of the mirror, so that the light intensity output to the output port 10e and P ′ 5 have a relationship of P ′ 5 ⁇ P ′ 2 to P ′ 4 .
  • a curve indicated by a dotted line in FIG. 8C can be drawn.
  • the light intensity reflected from a mirror is shown as AA.
  • the wavelength corresponding to the frequency of the ITU grid that is, the light intensity P 3 ′ of ⁇ a3 is used as a reference, and the wavelength width of the light intensity point that is 0.5 dB lower than the light intensity P ′ 3 is called the transmission bandwidth. Converted to frequency, it is expressed as the width of the frequency band. The wider the transmission bandwidth, the better.
  • the light of ⁇ a2 to ⁇ a4 in FIG. 8A which is a conventional configuration, is reflected by the entire surface of the mirror and thus the light intensity reflected from the mirror is the same.
  • light intensity the light intensity are coincident lambda a2 and lambda a4, since the lambda a2 and lambda a4 and lambda a3 are different, which is reflected in the configuration that is lost by the gap between the mirror 28a and 29a and 30a of the Are also different values.
  • the light intensity reflected from the mirrors of ⁇ a2 and ⁇ a4 is higher than the light intensity of ⁇ a3 , and accordingly, the light intensity output to the output port 10 e has the same result.
  • a curve indicated by a solid line in FIG. 8C can be drawn. Compared to the dotted curve drawn with the conventional configuration, the transmission bandwidth is widened.
  • the portion having the smallest width in the first direction is a mirror having a constant width in the C section in the second direction, or FIG. 9 (b).
  • the same effect as in this embodiment can be obtained even in a mirror in which the width in the first direction is the largest in the D section in the second direction, such as the mirror 48a.
  • the gap between adjacent mirrors in the first direction is the second direction (corresponding (In the second direction width of the mirror to be mirrored), in this case, for example, the center position in the second direction of the beam of each wavelength and the second direction of the mirror corresponding to the wavelength
  • the gap at the center position in the second direction is the largest, and the gap is closer to the end.
  • the wavelength selective switch of this embodiment is different from the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 described above in that the shape of the mirror array is as shown in FIG. And the mirrors 58a to 58r installed so that the center positions in the second direction of the mirror corresponding to the wavelength coincide with each other, the width in the first direction at the center position in the second direction is the largest, and decreases toward the end.
  • This is an application example in which a mirror array 57 is installed.
  • the mirrors 58a to 58r of the mirror array 57 are adjacent to the mirrors 59a to 59r and the mirrors 60a to 60r in the first direction, respectively.
  • the adjacent mirrors 59a to 59r, the mirrors 60a to 60r, and the mirrors 58a to 58r are adjacent to each other.
  • the gap is constant.
  • the gap be as small as possible because the light intensity reflected from the mirrors 58a to 58r decreases if the gap is too large. Further, the gap does not necessarily have to be constant.
  • the rabbit year will be described.
  • the output intensity of the light having the wavelength reflected at the end of the mirror of the mirror array to the output part of the mirror array is increased as the attenuation is increased.
  • a phenomenon occurs that is larger than the output intensity to the part. This phenomenon is caused by the diffraction of light at the end of the mirror and is called a rabbit ear because its shape resembles the ears of a rabbit, and causes frequency characteristic degradation during light attenuation.
  • FIG. 11 shows a simulation result of the frequency dependence of the output intensity to the output unit when optical attenuation is performed by rotating the Y ⁇ mirror in the case of a conventional wavelength selective switch using a normal mirror.
  • rabbit ears appear more as the amount of light attenuation increases. As one of the required performances of the wavelength selective switch, this rabbit ear should not be large.
  • the size of the rabbit ear is represented by the difference between the output intensity of the wavelength corresponding to the frequency of the ITU grid and the output intensity of the convex part of the rabbit ear.
  • FIG. 12A shows the relationship between the light intensity reflected from one mirror according to the conventional configuration and the wavelength output to the output port 10e
  • FIG. 12B shows one mirror according to the configuration of this embodiment.
  • the relationship between the light intensity and the wavelength at which the light reflected from 58a is output to the output port 10e is shown.
  • the light intensity output to the output port 10e is the light intensity when light is attenuated by rotating the Y ⁇ mirror.
  • the wavelength collected at the center of the mirror is a wavelength corresponding to the frequency of the ITU grid.
  • the wavelength is collected at the center of the mirror.
  • the wavelength is ⁇ a3 in FIG. 12, and light having wavelengths ⁇ a1 to ⁇ a5 is shown.
  • the description is simplified and only five wavelengths are illustrated, but actually, a plurality of wavelengths including the five wavelengths are continuously collected on the mirror.
  • the light of ⁇ a1 shown in FIG. 12A is collected at the end of the mirror, and the portion reflected from the mirror is half of the beam, so the light intensity P ′ 1 reflected from the mirror is also halved.
  • the light of ⁇ a1 reflected from the mirror is condensed at the end of the mirror and half of the beam is shaved, resulting in diffraction of the light, spreading the beam on the output port, and a part of the light speed is output
  • the light intensity is output as Q ′ 1 to the port.
  • the light intensity reflected from a mirror is shown as AA.
  • the light intensity output to the output port is indicated as BB.
  • the light of ⁇ a2 to ⁇ a4 that is not focused on the mirror at the end is reflected by the entire beam on the mirror, so that the light reflected from the mirror is reflected without significant attenuation.
  • a part of the beam is output when the light is attenuated by the rotation of Y ⁇ .
  • the size depends on the amount of rotation of the mirror, but when the mirror is sufficiently tilted, Q ′ 1 > Q ′ 2 to Q ′ 4 and rabbit ears are generated.
  • the light of ⁇ a2 to ⁇ a4 in FIG. 12A which is a conventional configuration, is reflected on the entire surface of the mirror and the light intensities P ′ 2 to P ′ 4 reflected from the mirror match.
  • the light intensity lost by the gap between the mirrors 58a and 59a and 60a is the same between ⁇ a2 and ⁇ a4, but ⁇ a2 and ⁇ a4 are different from ⁇ a3 . Therefore, the reflected light intensity P 2 and P 4 and P 3 have different values.
  • the light intensities P 2 and P 4 reflected from the mirrors ⁇ a2 and ⁇ a4 are lower than the light intensity P 3 , and accordingly, the light intensities Q 2 and Q 4 output to the output port 10e are lower than the light intensity Q 3. Low value.
  • a curve indicated by a solid line in FIG. 12C can be drawn. Compared with the dotted curve drawn in the conventional configuration, R ′> R, and the configuration using this embodiment reduces the rabbit ears.
  • the mirror 58a shown in FIG. 12B has the largest width in the first direction at the center position in the second direction and becomes smaller toward the end, but FIG. ) Where the width of the mirror 68a in the first direction is the largest in the H section in the second direction, or the mirror 78a as in FIG. 13B has the largest width in the first direction. The same effect can be obtained even with a mirror where the width becomes constant in the K section in the second direction where the portion becomes smaller.
  • the gap between adjacent mirrors in the first direction is the second direction (corresponding (In the second direction width of the mirror to be mirrored), in this case, for example, the center position in the second direction of the beam of each wavelength and the second direction of the mirror corresponding to the wavelength
  • the gap at the center position in the second direction is the smallest, and the gap is closer to the end.
  • the wavelength selective switch according to the present invention has a simple, inexpensive, lightweight and compact configuration, and does not use a plurality of wavelength selective switches.
  • a switch can be realized, which is useful in the field of optical systems, for example.
  • Wavelength selective switch 10 Input / output port (corresponding to the input / output section of the present invention) 10a to 10d input port (corresponding to the input unit of the present invention) 10e output port (corresponding to the output section of the present invention) 11 Lens array (constitutes part of the light dispersion means of the present invention) 12 First lens (constituting part of the light dispersion means of the present invention) 13 Second lens (constitutes part of the light dispersion means of the present invention) 14 Third lens (constitutes part of the light dispersion means of the present invention) 15 Dispersing element (constituting part of the light dispersing means of the present invention) 16 Condensing lens (condensing element of the present invention) 17 Mirror array (corresponding to the optical deflection element array of the present invention) 18, 19, 20 Mirror

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Abstract

本発明に係る波長選択スイッチは、第１方向にアレイ状に並び波長多重された光の入力部と出力部とを有する光入出力部（１０）と、入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段（１５）と、信号波長に分離された光を収束させる集光要素（１６）と、集光要素（１６）により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるよう第１方向に信号光を偏向させる光偏向素子アレイ（１７）から構成される波長選択スイッチであって、集光要素（１６）により収束された光束に対して、光偏向素子アレイ（１７）の光偏向素子が第１方向に複数配列されていることを特徴とする。

Description

波長選択スイッチ
　本発明は、入力される波長多重された光を分散して波長ごとに出力可能な波長選択スイッチに関するものである。
　従来のＮ×１（Ｎ個の入力ポート×１個の出力ポート）の波長選択スイッチの例として、図１４で用いられている５×１の波長選択スイッチ１００があり、図１４（a）は側面図、図１４（ｂ）は上面図を示している。
　かかる波長選択スイッチ１００は、入力ポート１１０a～１１０ｄ、出力ポート１１０e、レンズアレイ１３０、第１レンズ１４０、第２レンズ１５０、分散素子１６０、第３レンズ１６０、および、複数のミラー１９０ａ～１９０eを有するミラーアレイ１８０で構成されており、入力ポート１１０a～１１０dの波量多重された光を任意のポートおよび任意の波長を選択し出力ポート１１０eに出力する。図１４では入力ポート１１０aの波長多重された光が出力ポート１１０eに出力される様子を示している。
　なお、同様の構成の波長選択スイッチが、特許文献１等に記載され、特許文献に記載される波長選択スイッチでは、分散素子に入射するビーム径が、分散方向に垂直な方向のビーム径に比べて、分散方向のビーム径が大きくなるようにし、分散方向に垂直な方向に装置が大型化するのを抑制する技術が提案されている。
特開２００４－１３３２０３号公報
　ところで、Ｎ×１の波長選択スイッチに関して、例えば４０若しくは８０個の入力ポートなどに対応して、ポート数を多くする事が望まれている。
　ここで、ポート数を多くすると、任意の入力ポートを出力ポートへ接続するミラーアレイ（１８０）の各ミラー（１９０ａ～１９０e）の振れ角度が増大することになる。
　しかし、ミラーの振れ角には制限があり、ミラーの振れ角で出力ポートに接続される入力ポートの数が決まってしまう。
　従って、従来のＮ×１の波長選択スイッチは、ポート数を多くするために、図１５のような複数の独立したＭ×１の波長選択スイッチ１００を多段に繋いで構成して、出力ポートに接続される入力ポートの数を増やしている。
　しかしながら、従来のＮ×１および１×Ｎの波長選択スイッチは、ポート数を増やすために、一般的には複数のＭ×１および１×Ｍの波長選択スイッチを複数個用いて多段にして構成されるため、その製造にはＭ×１および１×Ｍで構成される波長選択スイッチの部材が複数個必要となり、組み立て工数もその個数分必要となり、装置全体に必要なコストが高くなってしまうといった実情がある。
　また、これに加えて、多段で構成すると装置のサイズが大きくなり、重量も重くなってしまうといった実情がある。
　本発明は、かかる実情に鑑みてなされたもので、簡単かつ安価で、軽量コンパクトな構成で、複数の波長選択スイッチも用いることなく、１つの波長選択スイッチを用いて、ポート数が多い波長選択スイッチを実現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スイッチは、
　第１方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部と出力部とを有する光入出力部と、
　前記入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、
　前記信号波長に分離された光を収束させる集光要素と、
　前記集光要素により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるよう第１方向に前記信号光を偏向させる光偏向素子アレイから構成される波長選択スイッチであって、
　前記集光要素により収束された光束に対して、前記光偏向素子アレイの光偏向素子が第１方向に複数配列されていることを特徴とする。
　本発明において、前記第１方向に並ぶ複数の光偏向素子のうちの１つは、前記光束の強度が最も強い位置に配設されていることを特徴とすることができる。
　本発明において、前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向に亘って略一定である場合において、
　前記光束の強度を最も高く偏向させる光偏向素子の第２方向の中心位置における第１方向の幅が第２方向の端の幅よりも小さいことを特徴とすることができる。
　本発明において、前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向において異なる場合において、
　第２方向の中心位置における隙間が最も大きく、端にいくほど隙間が小さいことを特徴とすることができる。
　本発明において、前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向に亘って略一定である場合において、
　前記光束の強度を最も高く偏向させる光偏向素子の第２方向の中心位置における第１方向の幅が第２方向の端の幅よりも大きいことを特徴とすることができる。
　本発明において、前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向において異なる場合において、
　第２方向の中心位置における隙間が最も小さく、端にいくほど隙間が大きいことを特徴とすることができる。
　本発明は、簡単かつ安価で、軽量コンパクトな構成で、複数の波長選択スイッチも用いることなく、１つの波長選択スイッチを用いて、ポート数が多い波長選択スイッチを実現することができる。
本発明の第１の実施形態に係る波長選択スイッチの全体的な構成例を概略的に示す図である。 同上実施形態に係る波長選択スイッチにおいて生成される第１方向に大きい楕円状のビーム形状を説明するための斜視図である。 同上実施形態に係る波長選択スイッチのミラーアレイにおいて第１方向及び第２方向に複数のミラーが配設された構成例を示す図である。 同上実施形態に係る波長選択スイッチのミラーアレイにおいて、Ｘ軸及びＹ軸廻りに回転可能な複数のミラーの配設例を示す斜視図である。 同上実施形態に係る波長選択スイッチのミラーアレイのミラーの振れ角β2a/2とミラーの第１方向のビーム幅Ｓ3との関係を示す図である。 静電駆動方式を採用した場合のＭＥＭＳミラーの代表的な構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る波長選択スイッチのミラーアレイにおいて第１方向及び第２方向に複数のミラーが配設された構成例を示す図である。 図８（a）は従来の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポートに出力される光強度と波長の関係を示し、図８（ｂ）は同上実施形態の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポートに出力される光強度と波長の関係を示す図である。図８（c）は波長と出力ポートの光強度との関係を示す図である。 同上実施形態における第１方向に複数並んで配設されるミラーの他の構成例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る波長選択スイッチのミラーアレイにおいて第１方向及び第２方向に複数のミラーが配設された構成例を示す図である。 通常のミラーを使用した従来の波長選択スイッチの場合において、Ｙθのミラー回転によって光減衰を行った際の出力部への出力強度の周波数依存性のシミュレーション結果を示す図である。 図１２（a）は従来の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポートに出力される光強度と波長の関係を示し、図１２（ｂ）は本実施形態の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポートに出力される光強度と波長の関係を示す図である。図１２（c）は波長と出力ポートの光強度との関係を示す図である。 同上実施形態における第１方向に複数並んで配設されるミラーの他の構成例を示す図である。 従来のＮ×１（Ｎ個の入力ポート×１個の出力ポート）の波長選択スイッチの構成例を示す図である。 従来において、複数の独立したＭ×１の波長選択スイッチを多段に繋いでポート数を多くするようにした構成例を示すブロック図である。
　以下に、本発明に係る波長選択スイッチの実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。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。
＜第１の実施形態＞
　本発明に係る第１の実施形態で説明する波長選択スイッチ１の概念を示す図を図１に示し、図１(a)は本実施形態の波長選択スイッチ１の側面図、図１(b)は上面図を示し、第１の実施形態の波長選択スイッチ１は複数の入出力ポート１０とレンズアレイ１１、第１レンズ１２、第２レンズ１３、第３レンズ１４、分散素子１５、集光レンズ１６、ミラーアレイ１７を有している。
　ここで、以下すべての実施形態の図面において、実線で示す矢印Ｌ１は、入力ポートからミラーまでの光を示している。また、破線で示す矢印Ｌ２はミラーから出力ポートまでの光を示している。また、第１方向をＤ１、第２方向をＤ２として図示している。
　図１では、例えば、４つの入力ポート１０ａ～１０ｄと１本の出力ポート１０ｅが、出力ポート１０ｅを中心に第１方向に等間隔で並んだ状態で構成されているが、入出力ポートの本数、入力ポートと出力ポートの並び等はこの状態で限定されるものではない。また、図１では、入力ポート１０ａのみ、光が入力されている様子を簡略化して示しているが、実際は複数の入力ポートから、波長多重された光が入力されている。
　レンズアレイ１１は少なくとも複数の入出力ポート１０のそれぞれのポート（１０ａ～１０ｄ）に対応したレンズを有しており、それぞれの入力ポート（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）から出た光はレンズアレイ１１のレンズによって、コリメートされた光となり第１レンズ１２に入る。
　本実施形態においては、この第１レンズ１２に入った光は、第１レンズ１２と第２レンズ１３によって集光される。
　第１レンズ１２は焦点距離ｆ1、第２レンズ１３は焦点距離ｆ2を有しており、第２レンズ１３は第２方向にだけパワーを持ったシリンドリカルレンズである。その集光位置での光のビーム形状は第２レンズ１３を入れることによって、図２のような第１方向に大きい楕円状のビーム形状となる。この時の第１方向のビームの幅をＳ1、第２方向のビームの幅をＳ2としている。
　また、その集光位置は複数の入力ポートの光が交わる位置であり、集光位置での入力ポート１０aの光が進む方向と第１レンズ１２と第２レンズ１３の光軸との角度はβ1aで表される。
　また、入力ポート１０ａの中心位置と第１レンズ１２の光軸は第１方向にＹ1だけ離れており、Ｙ1が大きくなればなるほど、その入射角度β1aは大きくなる。その関係は次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　集光された光は集光位置を過ぎると光は広がりビームとなり、第３レンズ１４に入る。
　第３レンズ１４は焦点距離ｆ3を有しており、第３レンズ１４に入る位置は第１方向にＹ2だけ離れた位置である。Ｙ2は式（２）より求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　第３レンズ１４に入射した光は、第３レンズ１４によって、コリメートされ、分散素子１５の方向に出ていき、分散素子１５に第２方向にα1だけ傾いて入射する。
　分散素子１５は第３レンズ１４でコリメートされた光を第１方向とは異なる第２方向に波長に応じて角度分散させる。つまり、分散素子１５に入る波長多重された光は、各波長に応じて第２方向に且つ異なった角度α2a～α2eの角度範囲の間で進行していく事となり、その角度は式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ｍは回折次数、ｄは回折格子のピッチ、λは波長を示している。
　その分散する様子は図１（ｂ）では簡略化して５つの波長のみ図示しており、分散素子１５は図１のような透過型の分散素子を示しているが、反射型を用いても良い。
　集光レンズ１６は焦点距離ｆ4有しており、分散素子１５により分散された各波長の光は集光レンズ１６によって、ミラーアレイ１７のミラー上にそれぞれ集光されている。
　分散素子１５と集光レンズ１６の間隔は焦点距離ｆ4だけ離れている事が望ましい。
　なぜなら、分散素子１５と集光レンズ１６の間隔は焦点距離ｆ4からずれた位置に配置されると、集光レンズ１６から出た各波長の光の角度が波長ごとに異なってしまう為である。
　つまり、分散素子１５と集光レンズ１６の間隔がｆ4であると、集光レンズ１６から出た光は波長ごとに一致した方向にミラーアレイ１７のミラーに向かって進んでいき、分散素子１５により分散された各波長の光はミラーアレイ１７の各波長に対応したミラー上にそれぞれ集光している。その集光位置は複数の入力ポートの光が交わる位置であり、集光位置での入力ポート１０aの光が進む方向と集光レンズ１６の光軸との角度であるβ2aは式（４）より求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　また、その集光位置での光のビーム形状は図３に示すように第１方向に大きい楕円のビーム形状であり、第１方向のビーム幅をＳ3、第２方向のビームをＳ4とし、それらの大きさは次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ミラーアレイ１７は第１方向と第２方向ともに複数のミラーを有している。各ミラーは少なくとも第２方向に波長多重された波長の数に対応して配列されている。
　仮にその波長の数がλa～λrの１８個であるとすると、ミラーは第２方向に１８個並んでおり、その各波長のビームの第２方向の中心位置と、その波長に対応したミラーの第２方向の中心が一致するように設置されている。各波長のビームに対して、図３のようにミラー１８a～１８rを中心にミラー１９a～１９rとミラー２０a～２０rが両側にあり、合計３個のミラーが設けられている。１つのビームに対して設けられるミラーの数は３個に限定されるものではなく、複数設置されても良い。
　各ミラー１８a～１８r、１９a～１９r、２０a～２０rは、図４に示すように、それぞれのミラーを回転させる軸であるＸ軸を中心に回転するＸθと、Ｙ軸を中心に回転するＹθに回転する事が可能である。
　Ｘ軸は第２方向、Ｙ軸は第１方向に対応している。各ミラー上に集光される光は各ミラーの反射面に対して、β2a/2だけ斜めに入射し、各ミラーによって入射方向とはβ2aだけ異なった方向に反射される。集光レンズの光軸とミラーの角度が垂直の場合を振れ角０°とするとミラーの振れ角はβ2a/2となる。
　ミラーアレイ１７の各ミラーによって反射された光は広がりを持ったビーム形状で集光レンズ１６に入る。集光レンズ１６に入った各波長の光はコリメート光となって集光レンズ１６から分散素子１５に向かって進んでいき、分散素子１５に入射し、その入射する位置は各ミラーの回転角が同じの場合、各波長の光は分散素子１５上で一点に集まる。
　分散素子１５によって波長多重された光はコリメート状態を保ったまま第３レンズ１４に入り、第３レンズ1４によって集光され、その集光位置での光のビーム形状は第１方向に大きい楕円状のビーム形状となる。
　第３レンズ１４によって、集光された光は第２レンズ１３と第１レンズ１２によって、円形のビーム形状にコリメートされ、出力ポート１０ｅに対応したレンズアレイ１１のレンズに入り、出力ポート１０ｅに集光される。
　図５は入力ポート１０ａがミラーアレイ１７のミラーの振れ角β2a/2とミラーの第１方向のビーム幅Ｓ3との関係を示す。尚、入射角β2a/2を変化させるために式（１）より、Ｙ１＝一定のもと、ｆ1を変化させている。図より、ミラーアレイ１７のミラーの振れ角β2a/2が小さくなるとミラーのビーム幅Ｓ3は大きくなる事が分かる。
　ミラーの第１方向のビーム幅Ｓ3を大きくする事で、ミラーの振れ角を大きくする事なく、複数の入力ポートを出力ポート１０ｅに接続する事が可能となる。
　すなわち、図１３（a）に示す従来の構成においても、ミラーの振れ角を大きくする事でポート数を多くする事は可能である。
　しかし、本構成の波長選択スイッチ１で用いるミラーアレイ１７は、一般的にＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術で作製されており、静電駆動方式が採用されている。
　ここでは図６を用いて静電駆動型ＭＥＭＳミラーの駆動原理を説明すると共に特徴を説明する。
　図６は静電駆動方式を採用した場合のＭＥＭＳミラーの代表的な構成を示す。上面に反射面１０５を有する可動板１０４を有し、可動板１０４は一対のヒンジ１０６によって傾斜可能に支持されている。ヒンジ１０６の固定面１０２は図示していない固定部に固定されている。従って、可動板１０４の傾斜軸１０７は一対のヒンジ断面中心間を結ぶ線上になる。基板１０９上に形成された駆動電極１０１および駆動電極１０８は可動板１０４に対向し、各駆動電極１０１、１０８は傾斜軸上を境として各傾斜方向に分かれて設けられている。また、可動板１０４と各駆動電極１０１、１０８の間には静電ギャップ１０３と呼ばれる間隔ｄが設けられている。
　次に図６に示したＭＥＭＳミラーの駆動方法について説明する。可動板１０４が駆動電極１０１に引き寄せられる方向に傾斜する場合を考える。可動板１０４の反射面１０５が形成された面の裏面は導電性を有しており、一定電位（通常はＧＮＤ電位）となっている。駆動電極１０１に駆動電圧V１を印加すると可動板１０４に静電引力が生じて駆動電極１０１に引き寄せられる方向に傾斜する。駆動電圧V1と静電引力〔Ｆ〕との間には以下の式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ここで、ε０は比誘電率，ＷおよびＬは駆動電極１０１の寸法，ｄは静電ギャップである。
　式（７）から、大きな静電力を得る為には駆動電極面積を大きくする事、静電ギャップを小さくする事、駆動電圧を大きくする事が有効である事がわかる。
　一方、大きな傾斜角を得る事を考えると、静電ギャップを小さくする事は可動板１０４の傾斜範囲を小さくする事になる事から有効ではない。
　また、駆動電極１０１、１０８は可動板１０４に対向している事が必要であり、可動板サイズは仕様として設定される反射面１０５の大きさで決まってしまう事から、駆動電極面積を大きくする事で大きな傾斜角を得るには限界がある。
　残るは駆動電圧であるが、大きな駆動電圧を印加すると静電ギャップ間で静電破壊（あるいは絶縁破壊）が発生する為、やはり駆動電圧を大きくする事で大きな傾斜角を得るのも限界がある。
　要するに波長選択スイッチ用のＭＥＭＳミラーアレイとしては大きな傾斜角を実現する事が望まれるが、静電駆動型ＭＥＭＳミラーにおいて、静電力を大きくする事で大きな傾斜角を得るには限界がある事がわかる。
　大きな傾斜角を得る別の方法としてヒンジの剛性を小さくする方法が考えられる。ヒンジ剛性が傾斜軸周りの動きに対して小さくなれば、小さな力で大きな傾斜角を得る事が出来る。
　しかしながら、ヒンジ剛性はミラーアレイの要求仕様の一つである耐衝撃性に対しても影響力を有しており、ヒンジ剛性は耐衝撃性を満足する様に設計される。従って、大きな傾斜角を得る為にヒンジ剛性を小さくする事ができない。
　結論として、一般的な静電駆動型ＭＥＭＳミラーアレイにおいて、大きな傾斜角を実現するのは極めて困難であると言わざるを得ない。
　本構成の波長選択スイッチ１に求められるミラーアレイは、図６で示したような１次元駆動型ではなく２次元駆動型である事が求められるが、大きな傾斜角を実現する観点では全く同様の問題が生じる。
　従って、第１の実施形態によれば、この様にミラーの振れ角度幅および反射面の大きさに制限があった場合においても、ミラーに集光するビームに対して、複数のミラーを設置する事で、１つのミラーの反射面を大きくする事なく、ビームを大きくする事ができ、ビームを大きくする事でミラーの振れ角度幅も小さくできるため、複数の入力ポートを出力ポート１０eに接続する事が可能となる。
　本実施形態のようにミラーの振れ角を大きくする事なく、複数の入力ポートを出力ポート１０eに接続する事が可能となるため図１５のような従来の構成である波長選択スイッチ１００を多段にした場合と比べて部品コストが大幅に削減できる。また、複数の波長選択スイッチを用いる事がない為、組み立て工数も大幅に短縮できる。更に、多段で構成した場合に比べて、装置を小型軽量化することができる。
　次に、従来の波長選択スイッチの光減衰特性劣化について説明する。
　波長選択スイッチは、光通信網において多段で構成されたり、発信元からの距離が異なる信号を処理したりする必要がある。また、光通信網においては一定の距離間隔で光アンプが設置される。光アンプに導入される光強度は波長に関して均一であることが望ましい。
　従って、波長選択スイッチには、波長方向に光強度を制御するための光減衰機能（アッテネーション機能）が求められる。
　本実施形態において光減衰は、ミラーアレイのミラーをＹθ回転することによって行うものとする。Ｘθのミラー回転によっても光減衰を行うことが可能である。しかし、Ｘθのミラー回転によっても光減衰は入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射（入力部と出力部の組み合わせを切り替える）する働きを有するため、ある入力部と出力部を結合している状態でＸθのミラー回転により光減衰を生じさせることは、予期しない入力部と出力部の結合（一般にクロストークという）を生じさせる可能性がある。
　従って、弊害が生じない限り前記Ｙθのミラー回転によって光減衰を行うのが理想的と言える。また実際には、前記Ｙθのミラー回転と、前記Ｘθのミラー回転とを組み合わせて光減衰を行ってもよい。
　入力ポートの数が増えてくると、安定して入力ポートと出力ポートを接続したり、安定して光減衰を行うためには、ミラーの分解能を確保する必要がある。従来はその分解能を確保する為に、１つのミラーで分解能を確保していたが、本実施形態では複数のミラーを用いて入力ポートと出力ポートを接続するためミラーの分解能を細かくする事は容易であり、また、ミラーに集光する１つのビームに対して、複数のミラーのミラーを回転させる方向を変えることによって、より細かな分解能を確保する事ができる。
＜第２実施形態＞
　第２の実施形態の波長選択スイッチは、上述した図１に示した第１の実施形態の構成に対して、ミラーアレイの形状を、図７に示すように、各波長のビームの第２方向の中心位置とその波長に対応したミラーの第２方向の中心位置が一致するように設置されているミラー２８ａ～２８ｒの第２方向の中心位置における第１方向の幅が最も小さく、端にいくほど大きくなるミラーアレイ２７を設置した応用例である。
　ミラーアレイ２７のミラー２８ａ～２８ｒは、第１方向に対して、ミラー２９ａ～２９ｒとミラー３０ａ～３０ｒと隣り合っており、その隣り合ったミラー２９ａ～２９ｒとミラー３０ａ～３０ｒとミラー２８ａ～２８ｒの隙間は一定である。
　その隙間は出来るだけ小さいほうが望ましい、なぜなら隙間が大きすぎるとミラー２８ａ～２８ｒから反射される光強度が減少してしまうためである。また、隙間は必ずしも一定である必要はない。
　次に、波長選択スイッチの求められる性能の１つである透過帯域幅について説明する。
　図８（a）は従来の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポート１０ｅに出力される光強度と波長の関係を示し、図８（ｂ）は本実施形態の構成による１つのミラー２８ａから反射された光が出力ポート１０ｅに出力される光強度と波長の関係を示している。
　ミラー中心に集光する波長はＩＴＵグリッド（ＩＴＵ（国際電気通信連合）によって定められたグリッド規格）の周波数に対応した波長であり、その波長を中心にミラーに集光するが、その波長は図８ではλa3であり、λa3を中心にλa1～λa5の波長の光がそれぞれミラーに集光している。
　ここでは説明を簡略化して５つの波長のみ図示しているが、実際には５つの波長を含む複数の波長が連続的に集光している。
　図８（a）に示すλa1の光はミラーの端に集光し、ミラーから当たっている部分はビームの半分であるので、ミラーから反射される光強度も半分となる。λa1の光がミラーで反射され出力ポート１０eに出力される光強度をＰ’1とし、同様にλa2～λa4の出力ポート１０eに出力される光強度Ｐ’2～Ｐ’4とし比較すると、Ｐ’1＜Ｐ’2～Ｐ’4となる。λa5の光も同様にミラーの端に集光するので、出力ポート１０eに出力される光強度とＰ’5はＰ’5＜Ｐ’2～Ｐ’4の関係となる。このように波長に対する出力ポート１０eの光強度を求めると、図８（ｃ）の点線で示す曲線が描ける。
　なお、本図面において、ミラーから反射される光強度をＡＡとして示す。
　ＩＴＵグリッドの周波数に対応した波長すなわちλa3の光強度Ｐ3’を基準とし、その光強度Ｐ’3から0.5dB低下した光強度の地点の波長の幅を透過帯域幅と呼び、一般的に周波数に換算して、周波数帯域の幅として表される。この透過帯域幅は広ければ広いほど良い。
　従来の構成である図８（a）のλa2～λa4の光は集光されるビームがミラー全面にあたり反射されるため、ミラーから反射される光強度は一致していたが、本実施形態の構成ではミラー２８aと２９aおよび３０aとの隙間によって損失される光強度がλa2とλa4は一致しているが、λa2およびλa4とλa3は異なっているため、反射される光強度も同様に異なる値となる。
　つまり、λa2およびλa4のミラーから反射される光強度はλa３の光強度よりも高く、それに伴い出力ポート１０eに出力される光強度も同様の結果となる。他の波長も同様に出力ポート１０eに出力される光強度を求めると、図８（ｃ）の実線で示す曲線が描ける。従来の構成で描いた点線の曲線と比較すると透過帯域幅は広くなる。
　本実施形態は、図８（ｂ）に示すようなミラー２８aが第２方向の中心位置における第１方向の幅が最も小さく、端にいくほど大きくなるミラーのみを説明したが、図８（ｂ）に示すミラー２８aに対して、図９（a）のミラー３８aのように第１方向の幅が最も小さくなる箇所が第２方向のＣ区間で幅が一定のミラーや、図９（b）のミラー４８aのように第１方向の幅が最も大きくなる箇所が第２方向のＤ区間で幅が一定となるミラーでも本実施形態と同様の効果が得られる。
　なお、本実施形態では、第１方向において隣接するミラー間の隙間を第２方向に亘って略一定とした場合について説明したが、第１方向において隣接するミラー間の隙間が第２方向（該当するミラーの第２方向幅内）において異ならせる（変化させる）ことができ、その場合においては、例えば、各波長のビームの第２方向の中心位置とその波長に対応したミラーの第２方向の中心位置が一致するように設置されているミラー２８ａ～２８ｒと、隣接するミラー２９ａ～２９ｒ、３０ａ～３０ｒと、の隙間に関して、第２方向の中心位置における隙間が最も大きく、端にいくほど隙間が小さくなるようにミラーアレイ２７を設置することで、端から中心位置に向かうに従って隙間により損失される光強度が大きくなるため、本実施形態と同様の作用効果が奏せられることになる。
＜第３実施形態＞
　本実施形態の波長選択スイッチは、上述した図１に示した第１の実施形態の構成に対して、ミラーアレイの形状を図１０に示すように、各波長のビームの第２方向の中心位置とその波長に対応したミラーの第２方向の中心位置が一致するように設置されているミラー５８ａ～５８ｒの第２方向の中心位置における第１方向の幅が最も大きく、端にいくほど小さくなるミラーアレイ５７を設置した応用例である。
　ミラーアレイ５７のミラー５８ａ～５８ｒは第１方向に対して、ミラー５９ａ～５９ｒとミラー６０ａ～６０ｒとそれぞれ隣り合っており、その隣り合ったミラー５９ａ～５９ｒとミラー６０ａ～６０ｒとミラー５８ａ～５８ｒの隙間は一定である。
　その隙間は出来るだけ小さいほうが望ましい、なぜなら隙間が大きすぎるとミラー５８ａ～５８ｒから反射される光強度が減少してしまうためである。また、隙間は必ずしも一定である必要はない。
　次に、ラビットイヤーについて説明する。
　波長選択スイッチの光減衰を行う際、減衰量が大きくなるに従ってミラーアレイのミラーの端部で反射される波長の光の出力部への出力強度が、ミラー中心で反射される波長の光の出力部への出力強度に比べて大きくなる現象が生じる。この現象は、ミラー端部における光の回折により生じるもので、その形状がウサギの耳に似ていることからラビットイヤーと呼ばれ、光減衰時の周波数特性劣化の原因となっている。
　このラビットイヤーの出現は前記Ｙθのミラー回転よって光減衰を行う際、より顕著に現れることが知られている。通常のミラーを使用した従来の波長選択スイッチの場合の，前記Ｙθのミラー回転によって光減衰を行った際の、出力部への出力強度の周波数依存性のシミュレーション結果を図１１に示す。
　光減衰量が大きくなるに従って、ラビットイヤーが大きく出現していることが分かる。波長選択スイッチの求められる性能の１つとして、このラビットイヤーが大きくなってはいけない。
　図１１に示すようにラビットイヤーの大きさはＩＴＵグリッドの周波数に対応した波長の出力強度とラビットイヤーの凸部の出力強度との差で表される。
　図１２（a）は従来の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポート１０eに出力される光強度と波長の関係を示し、図１２（ｂ）は本実施形態の構成による１つのミラー５８aから反射された光が出力ポート１０eに出力される光強度と波長の関係を示している。但し、両者とも、出力ポート１０eに出力される光強度は前記Ｙθのミラーを回転して光減衰を行なった場合の光強度である。ミラー中心に集光する波長はＩＴＵグリッドの周波数に対応した波長であり、その波長を中心にミラーに集光するが、その波長を図１２ではλa3とし、λa1～λa5の波長の光がそれぞれミラーに集光している。ここでは説明を簡略化して５つの波長のみ図示しているが、実際には５つの波長を含む複数の波長が連続的にミラーに集光している。
　図１２（a）に示すλa1の光はミラーの端に集光し、ミラーから反射される部分はビームの半分であるので、ミラーから反射される光強度Ｐ’1も半分となる。そのミラーから反射されるλa1の光はミラーの端に集光しビームの半分が削られた事によって光の回折が生じ、出力ポート上でビームが広がってしまい、その光速の一部が出力ポートに光強度Ｑ’1として出力される。
　なお、本図面において、ミラーから反射される光強度をＡＡとして示す。また、出力ポートに出力される光強度をＢＢとして示す。
　また、端のミラーに集光しないλa2～λa4の光はミラーに対してビーム全体が当たるのでミラーから反射される光は大きく減衰することなく反射される。また、ミラーから反射されたλa2～λa4の光は回折が大きく生じることなく出力ポート上に集光されるため、前記Ｙθの回転によって光減衰を行う際はそのビームの一部が出力ポートに光強度Ｑ’2～Ｑ’4として出力される。その大きさはミラーの回転量に依存するが、ミラーを十分傾けた状態ではＱ’1＞Ｑ’2～Ｑ’4となり、ラビットイヤーが発生してしまう。
　従来の構成である図１２（a）のλa2～λa4の光は集光されるビームがミラー全面にあたり反射されるため、ミラーから反射される光強度Ｐ’2～Ｐ’4は一致していたが、本実施形態の構成ではミラー５８aと５９aおよび６０aとの隙間によって損失される光強度がλa2とλa4は一致しているが、λa2およびλa4とλa3は異なっているため、反射される光強度Ｐ2およびＰ4とＰ3は異なる値となる。λa2およびλa4のミラーから反射される光強度Ｐ2、Ｐ4は光強度Ｐ3よりも低く、それに伴い出力ポート１０eに出力される光強度Ｑ2、Ｑ4は光強度Ｑ3よりも低い値となる。他の波長も同様に出力ポート１０eに出力される光強度を求めると、図１２（ｃ）の実線で示す曲線が描ける。従来の構成で描いた点線の曲線と比較するとＲ′＞Ｒとなり、本実施形態を用いた構成にするとラビットイヤーが小さくなる。
　本実施形態は、図１２（ｂ）に示すようなミラー５８aが第２方向の中心位置における第１方向の幅が最も大きく、端にいくほど小さくなるミラーのみを説明したが、図１３（a）のようなミラー６８aが第１方向の幅が最も大きくなる箇所が第２方向のＨ区間で幅が一定のミラーや、図１３（b）のようなミラー７８aが第１方向の幅が最も小さくなる箇所が第２方向のＫ区間で幅が一定となるミラーでも同様の効果が得られる。
　なお、本実施形態では、第１方向において隣接するミラー間の隙間を第２方向に亘って略一定とした場合について説明したが、第１方向において隣接するミラー間の隙間が第２方向（該当するミラーの第２方向幅内）において異ならせる（変化させる）ことができ、その場合においては、例えば、各波長のビームの第２方向の中心位置とその波長に対応したミラーの第２方向の中心位置が一致するように設置されているミラー５８ａ～５８ｒと、隣接するミラー５９ａ～５９ｒ、６０ａ～６０ｒと、の隙間に関して、第２方向の中心位置における隙間が最も小さく、端にいくほど隙間が小さくなるようにミラーアレイ２７を設置することで、中心位置から端に向かうに従って隙間により損失される光強度が大きくなるため、本実施形態と同様の作用効果が奏せられることになる。
　本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得るものである。
　以上のように、本発明に係る波長選択スイッチは、簡単かつ安価で、軽量コンパクトな構成で、複数の波長選択スイッチも用いることなく、１つの波長選択スイッチを用いて、ポート数が多い波長選択スイッチを実現することができ、例えば光学系の分野において有用である。
　１　　　波長選択スイッチ
　１０　　入出力ポート（本発明の入出力部に相当）
　１０ａ～１０ｄ　入力ポート（本発明の入力部に相当）
　１０ｅ　出力ポート（本発明の出力部に相当）
　１１　　レンズアレイ（本発明の光分散手段の一部を構成）
　１２　　第１レンズ（本発明の光分散手段の一部を構成）
　１３　　第２レンズ（本発明の光分散手段の一部を構成）
　１４　　第３レンズ（本発明の光分散手段の一部を構成）
　１５　　分散素子（本発明の光分散手段の一部を構成）
　１６　　集光レンズ（本発明の集光要素を構成）
　１７　　ミラーアレイ（本発明の光偏向素子アレイに相当）
　１８、１９、２０　　ミラー

Claims (6)

  1. 　第１方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部と出力部とを有する光入出力部と、
    　前記入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、
    　前記信号波長に分離された光を収束させる集光要素と、
    　前記集光要素により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるよう第１方向に前記信号光を偏向させる光偏向素子アレイから構成される波長選択スイッチであって、
    　前記集光要素により収束された光束に対して、前記光偏向素子アレイの光偏向素子が第１方向に複数配列されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
  2. 　前記第１方向に並ぶ複数の光偏向素子のうちの１つは、前記光束の強度が最も強い位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
  3. 　前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向に亘って略一定である場合において、
    　前記光束の強度を最も高く偏向させる光偏向素子の第２方向の中心位置における第１方向の幅が第２方向の端の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長選択スイッチ。
  4. 　前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向において異なる場合において、
    　第２方向の中心位置における隙間が最も大きく、端にいくほど隙間が小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長選択スイッチ。
  5. 　前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向に亘って略一定である場合において、
    　前記光束の強度を最も高く偏向させる光偏向素子の第２方向の中心位置における第１方向の幅が第２方向の端の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長選択スイッチ。
  6. 　前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向において異なる場合において、
    　第２方向の中心位置における隙間が最も小さく、端にいくほど隙間が大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長選択スイッチ。
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