WO2012115077A1 - 波長選択スイッチ - Google Patents

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WO2012115077A1
WO2012115077A1 PCT/JP2012/054051 JP2012054051W WO2012115077A1 WO 2012115077 A1 WO2012115077 A1 WO 2012115077A1 JP 2012054051 W JP2012054051 W JP 2012054051W WO 2012115077 A1 WO2012115077 A1 WO 2012115077A1
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light
wavelength
mirror
focal length
deflection
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PCT/JP2012/054051
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Inventor
松本浩司
宮崎敢人
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オリンパス株式会社
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    • G02B27/1026—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources for use with reflective spatial light modulators
    • G02B27/1033—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources for use with reflective spatial light modulators having a single light modulator for all colour channels
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    • G02B6/29373—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating principle based on material dispersion utilising a bulk dispersive element, e.g. prism
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    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/29395—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device configurable, e.g. tunable or reconfigurable

Definitions

  • the present invention relates to a wavelength selective switch.
  • WDM wavelength division multiplexing
  • FIG. 33 and 34 are diagrams showing the concept of the wavelength selective switch 100.
  • FIG. FIG. 33 is a view of the wavelength selective switch 100 as viewed from the side
  • FIG. 34 is a view of the wavelength selective switch 100 as viewed from above.
  • the wavelength selective switch 100 includes an input / output port array 110, a lens array 120, a dispersion element 130, a condenser lens 140, and a deflection element 150.
  • the input / output port array 110 includes a plurality of ports, and each port functions as an input port or an output port.
  • the light emitted from the input port of the input / output port array 110 passes through the corresponding lens of the lens array 120, is dispersed for each wavelength by the dispersion element 130, and is condensed on the deflection element 150 by the condenser lens 140.
  • the deflection element 150 is generally composed of a plurality of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirrors, and light emitted from the input port is incident on the output port by tilting the MEMS mirror. For example, about 40 MEMS mirrors are provided when the optical frequency interval is 100 GHz, and about 80 MEMS mirrors are provided when the optical frequency interval is 50 GHz.
  • One of the indexes indicating the performance of the wavelength selective switch 100 is a transmission band.
  • this transmission band the larger the ratio (W / ⁇ ) of the spot diameter ⁇ of the light focused on the MEMS mirror corresponding to each wavelength to the effective width W of the MEMS mirror, and the smaller the deviation of the spot with respect to the position of the MEMS mirror. It gets wider.
  • the transmission band transmission bandwidth
  • the upper limit of the bit rate that can be handled can be increased. This is because, although the spectrum width of light having a high bit rate is widened, if the transmission band is wide, the spectrum width corresponding to the spread is also within the transmission bandwidth.
  • the transmission band is wide, even when the wavelength selective switches 100 are connected in multiple stages, the accumulated amount of band shift is small, so that the number of multi-stage connections of the wavelength selective switches 100 can be increased. In this way, it is possible to ensure good transmission characteristics by widening the transmission band of the wavelength selective switch 100.
  • the deflection width of the MEMS mirror in the angular dispersion direction depends on the spot diameter ⁇ because it is necessary to sufficiently reduce the light intensity. Since the MEMS mirror cannot swing greatly due to its structure, there is a limit to reducing the spot diameter ⁇ .
  • the wavelength selective switch The size of 100 becomes large.
  • the dispersion angle ⁇ is increased, for example, when a dispersion element 230 as shown in FIG. 35 shown in Patent Document 2 is an immersion grating made of silicon, a dispersion angle about three times as large can be obtained.
  • FIG. 35 is a perspective view showing the configuration of the wavelength selective switch 200.
  • light traveling from the fiber array 210 to the micromirror array 250 side through the microlens array 220, the dispersion element 230, and the lens 240 is considered as forward light.
  • each element constituting the wavelength selective switch 100 and the wavelength selective switch 200 has a temperature characteristic, and the light condensing position on the MEMS mirror is made to coincide with the center of the MEMS mirror at the initial setting.
  • the condensing position varies from the center position of the MEMS mirror, and the transmission bandwidth is narrowed.
  • the material of the dispersive element 230 is silicon, and the refractive index of silicon varies greatly depending on the temperature. In this case, the condensing position is shifted from the center position of the MEMS mirror when the temperature changes, and there is a problem that the transmission band is narrowed.
  • Patent Document 2 uses a method in which forward light corrected by the deflecting prism 260 is incident on the dispersive element 230 as shown in FIG.
  • FIG. 36 is a diagram showing the arrangement of the deflection prism 260 and the dispersion element 230 for correction.
  • a wavelength selective switch is a device placed at a node in ROADM (a system or technology that can be used for branching / inserting a wavelength-multiplexed optical signal used in a large-capacity network). This is a switch for switching the transmission path of the optical signal for each wavelength.
  • ROADM a system or technology that can be used for branching / inserting a wavelength-multiplexed optical signal used in a large-capacity network. This is a switch for switching the transmission path of the optical signal for each wavelength.
  • an optical signal having an arbitrary wavelength can be extracted from the wavelength-multiplexed optical signal by using a wavelength selective switch, and light having an arbitrary wavelength can be mixed with the wavelength-multiplexed optical signal.
  • Patent Document 3 discloses an example in which a reflection mirror is used in an optical system that focuses an optical signal emitted from an optical fiber and dispersed by a grating onto a MEMS mirror.
  • the concave reflecting mirror has a positive focal length for condensing the optical signal dispersed by the diffraction grating onto the MEMS mirror.
  • FIG. 37 is a diagram conceptually showing the refraction state of the forward incident light to the dispersion element 230 at normal temperature and high temperature.
  • FIG. 38 is a graph showing the relationship between the emission angle ⁇ 100 of light in the forward direction from the dispersion element 230 in FIG. 37 and the temperature.
  • FIG. 39 is a diagram conceptually showing a refraction state of incident light to the deflecting prism 260 at normal temperature and high temperature.
  • FIG. 40 is a graph showing the relationship between the emission angle ⁇ 200 from the deflecting prism 260 and the temperature in FIG. 37 and 39, the refraction in the normal temperature state is indicated by a solid line, and the high temperature state is indicated by a broken line.
  • ⁇ 100 and the temperature T have the relationship of the following equation (3).
  • ⁇ 100 (1.9 ⁇ 10 ⁇ 5 ) T 2 ⁇ (1.4 ⁇ 10 ⁇ 2 ) T + 1.0 ⁇ 10 (3)
  • ⁇ 200 and temperature T have the relationship of the following equation (4).
  • ⁇ 200 ⁇ (1.5 ⁇ 10 ⁇ 5 ) T 2 + (1.3 ⁇ 10 ⁇ 2 ) T + 6.8 ⁇ 10 (4)
  • T is temperature (° C.).
  • the material of the dispersive element 230 and the deflecting prism 260 is silicon.
  • FIG. 37 and FIG. 39 show a state in which incident light passes through a position different from the normal temperature state due to a change in the refractive index of silicon due to a high temperature.
  • the incident angle incident on the dispersive element 230 and the deflecting prism 260 is constant, the change in the emission angle over the entire operating temperature range shows curves as shown in FIGS.
  • this is a case where the refractive index of silicon changes as in the following formula (5).
  • n ⁇ 0.000000022T 2 + 0.00016T + 3.47 (5)
  • FIG. 41 is a diagram conceptually illustrating a state in which light incident on the dispersion element 230 from the emission side in FIG. 37 is refracted at normal temperature and high temperature.
  • FIG. 42 is a graph showing the relationship between the emission angle ⁇ 300 from the dispersion element 230 in FIG. 41 and the temperature.
  • the emission angle ⁇ 300 and the temperature T have the relationship of the following equation (6).
  • ⁇ 300 ⁇ (1.7 ⁇ 10 ⁇ 5 ) T 2 + (1.3 ⁇ 10 ⁇ 2 ) T + 1.7 ⁇ 10 (6)
  • the first and second order terms of the curve of the deflection prism 260 shown in FIG. 40 and the curve of the dispersive element 230 shown in FIG. The absolute values of must be aligned.
  • the zero-order terms of the curves need not match. This is because even if the zero-order terms of the respective curves are different, there is no change due to the temperature of the outgoing angle of the forward light that passes through the deflecting prism 260 and is emitted from the dispersive element 230.
  • the absolute values of the first-order terms of the curve of the deflection prism 260 shown in FIG. 40 and the curve of the dispersion element 230 shown in FIG. 42 need to be matched, but the signs need not be aligned. This is because the sign can be freely changed by the arrangement of the dispersive element 230 and the deflecting prism 260. Similarly, the absolute values of the quadratic terms of these two curves need to match, but the signs need not be aligned. However, regarding the sign of the second-order term, if the sign of the first-order term matches, the second-order term also needs to match, and if the sign of the first-order term does not match, It is necessary to align the absolute values without matching the signs of the terms.
  • FIG. 43 is a table showing the relationship between symbols in the curve of the emission angle ⁇ 200 shown in FIG. 40 and the curve of the emission angle ⁇ 300 shown in FIG.
  • the absolute value of the primary component of the curve of the deflecting prism 260 and the absolute value of the primary component of the curve of the dispersive element 230 are matched by optimally selecting the incident angle and apex angle of the forward light incident on the deflecting prism 260. Although it is possible, the absolute values of the secondary components of these curves cannot be matched. This means that the exit angle of the dispersion element 230 over the entire operating temperature range cannot be made uniform by the deflecting prism 260. Therefore, the conventional wavelength selective switch has a problem that the dispersion characteristic of the dispersion element 230 cannot be completely corrected only by the deflection prism 260 in the entire use temperature range.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a wavelength selective switch capable of correcting the dispersion characteristics of the dispersion element over the entire operating temperature range.
  • FIG. 51 is a schematic diagram showing a change in signal output with respect to frequency when the channel spacing of the optical signal is 100 GHz.
  • FIG. 52 is a schematic diagram showing a change in signal output with respect to frequency when the channel spacing of the optical signal is 50 GHz.
  • the wavelength selective switch has the following (1) to (3) Either action is required.
  • (1) The interval between the MEMS mirrors is narrowed.
  • (2) A diffraction element having a larger wavelength dispersion is used. That is, for example, the groove interval of the grating is narrowed.
  • the focal length of the optical system that condenses the signal light on the MEMS mirror is increased.
  • the above (1) and (2) are technically difficult because there is a limit to the miniaturization of the MEMS mirror or the grating.
  • Regarding (3) there is a problem in that the entire apparatus becomes large by increasing the focal length of the optical system.
  • a concave reflecting mirror is used.
  • the concave reflecting mirror has a positive focal length for condensing the optical signal dispersed by the grating onto the MEMS mirror.
  • channel spacing of the input optical signal is performed. If it is narrowed, the focal length of the concave mirror becomes longer, the optical system becomes larger, and there is a problem that the entire apparatus becomes larger.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a wavelength selective switch capable of downsizing the apparatus even when the channel spacing of an optical signal is narrowed.
  • a wavelength selective switch receives at least one input unit for receiving wavelength-multiplexed light and light from the input unit.
  • Light having a dispersion element that disperses the light, a condensing element that condenses the dispersed light dispersed by the dispersion element for each wavelength, and a plurality of reflective optical elements that can deflect the dispersed light independently for each wavelength.
  • the absolute value of the secondary component of the change in the emission angle of the forward light emitted from the deflecting prism toward the dispersive element and the forward light before the temperature change are light along the light emitted from the dispersive element. And after temperature change Of the light emitted from the dispersive element in the definitive reverse light, and the absolute value of the secondary component of the change in output angle due to temperature changes, characterized in that but substantially coincides.
  • the wavelength selective switch includes an input unit for wavelength-multiplexed signal light and a signal light received from the input unit.
  • Dispersion element for wavelength-dispersing this light a deflection element array capable of deflecting the signal light wavelength-dispersed by the dispersion element for each wavelength, and a reflecting member having a negative focal length and the deflection element array And a lens.
  • a wavelength selective switch includes a wavelength-multiplexed signal light input unit and a reflection member that receives the signal light from the input unit and has a negative focal length with reflection surfaces facing each other. And a reflecting member having a positive focal length, a reflecting member having a negative focal length and a reflecting member having a positive focal length, and receiving the light from the reflecting member, and dispersing the wavelength of the light by the dispersing device.
  • a deflection element array capable of deflecting the dispersed signal light for each wavelength, so that the signal light is incident on each mirror of the deflection element array at a right angle in a plane including each signal light dispersed by the dispersion element. Further, each mirror of the deflection element array is arranged.
  • the wavelength selective switch according to the first aspect of the present invention has an effect that the dispersion characteristics of the dispersion element can be corrected over the entire operating temperature range.
  • the wavelength selective switch according to the second aspect of the present invention has an effect that the optical system does not increase in size and the apparatus can be reduced in size even when the spacing of the optical signal is narrowed.
  • FIG. 3 is a plan view showing three mirrors extracted from a mirror array in which mirrors are arranged in the X direction. The horizontal axis represents frequency, the vertical axis represents output, and is a graph showing the transmission band.
  • FIG. 11 is a table showing a relationship between signs in an emission angle ⁇ 5 curve shown in FIG. 8 and an emission angle ⁇ 4 curve shown in FIG. 10.
  • the figure which shows a mode that the light of the forward direction in the case of using ZEONEX whose material of a 1st deflection
  • FIG. 26 is a diagram showing an incident angle ⁇ 2 and an outgoing angle ⁇ 5 when the base material of the dispersion element in FIG. 25 is Silica and the pitch of the diffraction grating is 1/900. Is a graph showing the relationship between the emission angle alpha 5 and the temperature T from the dispersion element in FIG. It is a figure which shows the outgoing angle (alpha) 6 from the 1st deflection
  • FIG. 43 is a table showing a relationship between symbols in the curve of the emission angle ⁇ 200 shown in FIG. 40 and the curve of the emission angle ⁇ 300 shown in FIG.
  • FIG. 43 shows the structural example of the wavelength selective switch concerning 4th Embodiment of this invention.
  • It is a figure which shows the structure of the fiber array and lens array of 4th Embodiment.
  • It is a perspective view which shows the structure of the MEMS mirror array of 4th Embodiment.
  • FIG. 1 is a side view of the wavelength selective switch 10
  • FIG. 2 is a top view of the wavelength selective switch 10.
  • the wavelength selection switch 10 includes a plurality of input / output ports 11, a lens array 12, a first deflection prism 13, a second deflection prism 14, a dispersion element 15, a condenser lens 16, and a mirror array 17.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the dispersion element 15 and the condenser lens 16 in the wavelength selective switch 10.
  • the input / output port 11 includes four input ports 11a to 11d and one output port 11e arranged at equal intervals in the first direction A1 around the output port 11e. It is configured.
  • the number of input / output ports, the arrangement of input ports and output ports, etc. are not limited in this state.
  • FIG. 1 only the input port 11a 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 12 has lenses respectively corresponding to a plurality of ports constituting the input / output port 11. Light emitted from the input ports 11 a, 11 b, 11 c, and 11 d is collimated by the lenses corresponding to the input ports among the lenses constituting the lens array 12, and enters the first deflection prism 13.
  • the light emitted from the lenses of the lens array 12 is incident on the first deflecting prism 13 with an inclination of ⁇ 1 in a second direction B 1 different from the first direction A 1.
  • the direction of light is changed in the second direction B 1, the light is emitted from the first deflection prism 13, and is incident on the second deflection prism 14. That is, in the first direction A1, the light incident on the first deflection prism 13 is emitted from the first deflection prism 13 without changing its direction.
  • the second direction B1 the light incident on the first deflecting prism 13 exits in a different direction and enters the second deflecting prism 14.
  • the second deflection prism 14 changes the light incident on the second deflection prism 14 in a different direction in the second direction B1.
  • the light emitted from the second deflecting prism 14 is incident on the dispersion element 15 with an inclination of ⁇ 2 in the second direction B1.
  • the dispersive element 15 angularly disperses the light emitted from the second deflecting prism 14 in accordance with the wavelength in a second direction B1 different from the first direction A1.
  • the wavelength-multiplexed light incident on the dispersion element 15 travels between different angles ⁇ 3a to ⁇ 3e in the second direction B1 according to each wavelength.
  • the state of dispersion in the dispersive element 15 is simplified in FIG.
  • the dispersion element 15 is shown as an example of a reflection type immersion grating as shown in FIG. 1, the present invention is not limited to this, and a transmission type grating or a reflection type grating may be used.
  • the focal length of the condenser lens 16 is f 1 , and the light of each wavelength dispersed by the dispersion element 15 is condensed on the mirror 17 m of the mirror array 17 by the condenser lens 16.
  • Dispersive element 15 and the condenser lens 16 is preferably arranged apart by the focal length f 1. This is because, when the dispersive element 15 and the condenser lens 16 are arranged at intervals shifted from the focal length f 1, the incident angle to the mirror 17m of the light of each wavelength emitted from the condenser lens 16 becomes different for each wavelength Because of that.
  • the interval of the dispersion element 15 and the condenser lens 16 is f 1
  • the light emitted from the condenser lens 16 proceeds toward the mirror 17m of the mirror array 17 in a direction that matches each wavelength.
  • the light of each wavelength dispersed in different directions for each wavelength by the dispersive element 15 is condensed on a plurality of mirrors 17m corresponding to each wavelength constituting the mirror array 17.
  • the condensing position is a position where light from a plurality of input ports intersect.
  • the mirror array 17 has a plurality of mirrors 17m arranged in the direction along the second direction B1.
  • Each mirror 17m of the mirror array 17 is arranged at least by the number of wavelengths wavelength-multiplexed in the second direction B1.
  • the number of wavelengths to be wavelength-multiplexed is 18 ⁇ a to ⁇ r
  • 18 mirrors are arranged in the second direction B1, and the center position of the beam of each wavelength in the second direction B1 direction And the center of the mirror corresponding to the wavelength in the second direction B1.
  • X is expressed by the following equation (7).
  • X a f 1 sin ( ⁇ 2a ⁇ ) (7)
  • ⁇ is an angle formed by the optical axis 17c of the condenser lens 16 and the normal line of the dispersion element 15, as shown in FIG.
  • each mirror 17m of the mirror array 17 rotates independently at an angle X ⁇ around an axis Xm parallel to the X axis and an angle Y ⁇ around an axis Ym parallel to the Y axis.
  • the axis Xm corresponds to the second direction B1
  • the axis Ym corresponds to the first direction A1.
  • the light collected on each mirror 17m is incident obliquely on the reflecting surface of each mirror and reflected in a direction different from the incident direction.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the mirror array 17.
  • the axis connecting the condensing positions of the light of each wavelength coincides with the rotation axis Xm.
  • a retroreflector, a liquid crystal element, an optical crystal, or a LOCS (Liquid crystal on silicon) which is a reflective liquid crystal display panel can be used.
  • each mirror 17m of the mirror array 17 enters the condenser lens 16 in a broad beam shape.
  • the light of each wavelength incident on the condenser lens 16 becomes collimated light and travels from the condenser lens 16 toward the dispersion element 15.
  • the light of each wavelength that the light from the condensing lens 16 enters the dispersion element 15 gathers at one point on the dispersion element 15 because the rotation angles of the mirrors 17m of the mirror array 17 are the same.
  • the light wavelength-multiplexed by the dispersive element 15 enters the second deflecting prism 14 and the first deflecting prism 13 in this order while maintaining the collimated state, and proceeds while changing the traveling direction of the light in the second direction B1, respectively.
  • the light enters the lens of the lens array 12 corresponding to the output port 11e and is condensed on the output port 11e.
  • FIG. 5 is a plan view showing three mirrors 17m1, 17m2, and 17m3 extracted from the mirror array 17 in which mirrors are arranged in the X direction.
  • FIG. 6 is a graph showing the transmission band with frequency on the horizontal axis and output on the vertical axis.
  • a beam spot is formed by the light dispersed by the dispersion element 15 and condensed by the condenser lens 16 onto the mirror 17 m of the mirror array 17.
  • the position of the beam spot on the mirror array 17 changes according to each wavelength.
  • the mirror array is designed and adjusted so that a beam having a wavelength matching the wavelength of the ITU grid is collected at the center of the mirror. That is, as the wavelength of the beam spot moves away from the wavelength of the ITU grid, the beam spot is formed at a position away from the mirror center. That is, in FIG.
  • ITU is a grid standard defined by the International Telecommunications Union.
  • the transmission band is a frequency region (FIG. 6) in which the transmittance with respect to the ITU grid is ⁇ 0.5 dB
  • the transmission band in the case of the conventional wavelength selective switch is limited to the limit of 0.5 dB at both ends of the mirror. It becomes.
  • the mirror width W, the beam spot diameter ⁇ in the dispersion direction, and the mirror center distance D between adjacent mirrors are determined, the transmission band is uniquely determined (FIG. 5).
  • the mirror array 17 is normally assembled at room temperature. At this time, the mirror array 17 is designed and adjusted so that a beam having a wavelength corresponding to the wavelength of the ITU grid is collected at the center of the mirror.
  • the wavelength selective switch is not only used at room temperature, but may be used at high or low temperatures. Even in this case, a beam spot with a wavelength matching the wavelength of the ITU grid is at the center of the mirror. Must be focused on the mirror. If the condensing position is deviated, the width of the transmission band is narrowed by the deviated amount.
  • the dispersive element 15 is susceptible to temperature changes.
  • the material of the immersion grating is made of silicon and the pitch of the diffraction grating is 1/2500 (mm).
  • the forward light emission angle when the wavelength of the dispersion element 15 is 1550 nm shows a change as shown in FIG.
  • the major factor is the characteristic that shows a high refractive index change in the temperature change as shown in equation (5).
  • the width of the transmission band is narrowed by the amount shifted as described above. Therefore, if the emission angle change amount due to temperature change can be set to ⁇ 3 ⁇ 0, the change amount ⁇ X can be eliminated.
  • FIG. 36 if the deflecting prism 260 is placed in front of the dispersive element 230, the exit angles cannot be made to coincide completely over the entire operating temperature range.
  • FIGS. 42 and 40 which are curves of the emission angle change due to the influence of the refractive index change due to the temperature of each silicon, do not completely match. The reason is that even if the absolute value of the primary component of the curve in FIG. 40 is matched with the absolute value of the primary component of the curve in FIG. The absolute values of do not match. Accordingly, the emission angle of the forward light emitted from the dispersion element 230 is not constant over the entire use temperature range.
  • the material of the dispersive element 15 and the first deflection prism 13 is silicon
  • the material of the second deflection prism 14 is N-LASF40 (trademark).
  • the incident angle of the reverse light incident on the dispersion element 15 is constant
  • the incident angle of the forward light incident on the first deflecting prism 13 is constant
  • the refractive index due to the temperature of silicon is represented by the above equation (5)
  • FIGS. 7 and 9 show changes in the emission angle over the entire operating temperature range
  • FIGS. 8 and 10 show the change in the emission angle.
  • the light incident on the dispersive element 15 shows characteristics when light having a constant incident angle of 1550 nm depending on the temperature is introduced from the side where the dispersed light is emitted.
  • the material of the dispersive element 15 and the first deflecting prism 13 will be described by taking silicon as an example, but the material is not limited to this.
  • Figure 7 is a diagram showing an emission angle alpha 5 in the opposite direction of the light from the dispersive element 15 at room temperature and high temperature.
  • the refraction in the normal temperature state is indicated by a solid line
  • the high temperature state is indicated by a broken line.
  • Figure 8 is a graph showing the relationship between the emission angle alpha 5 and the temperature T from the dispersion element 15 in FIG.
  • the emission angle ⁇ 5 and the temperature T have the relationship of the following equation (9).
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a forward exit angle alpha 4 of the light from the second deflecting prism 14 at room temperature and high temperature.
  • Figure 10 is a graph showing the relationship between the emission angle alpha 4 and the temperature T of the second deflecting prism 14 in FIG. In FIG. 10, the emission angle ⁇ 4 and the temperature T have the relationship of the following equation (10).
  • ⁇ 4 (1.7 ⁇ 10 ⁇ 5 ) T 2 ⁇ (1.3 ⁇ 10 ⁇ 2 ) T + 5.5 ⁇ 10 (10)
  • FIG. 11 is a table showing the sign of the relationship curve of exit angle alpha 4 shown in curves and 10 output angle alpha 5 shown in FIG. It should be noted that the primary component and the secondary component of the curves in FIGS. 8 and 10 do not necessarily need to be completely matched, depending on the accuracy required of the apparatus.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the emission angle ⁇ 3 from the dispersion element 15 and the temperature.
  • FIG. 13 is an enlarged view of a part of FIG. 12 and 13, the solid line indicates the first deflection prism 13, the second deflection prism 14, and the dispersion element 15 as illustrated in FIG. 1, and the broken line indicates the distance between the first deflection prism 13 and the dispersion element 15.
  • the alternate long and short dash line indicates the change in the exit angle ⁇ 3 from the dispersive element 15 when only the dispersive element 15 is provided.
  • the curve is compared with the case where the second deflection prism 14 is not arranged between the dispersion element 15 and the first deflection prism 13 as shown by the broken line.
  • the secondary component is eliminated, and the emission angle ⁇ 3 is substantially constant.
  • the first deflection prism 13 is included, so that the first-order component of the curve is obtained. It can be seen that is greatly improved.
  • FIG. 14 is a graph showing a change in refractive index with temperature of a general optical material.
  • the vertical axis of FIG. 14 is the difference between the refractive index n 20 in the refractive index n t and 20 ° C at the measurement temperature.
  • the material names shown in FIG. 14 are trademarks except for silicon.
  • FIG. 15 is a table showing dn / dt of the material shown in FIG.
  • dn / dt is a change in refractive index with respect to a temperature change of each material.
  • the optical material has various values of dn / dT, such as dn / dT being positive or negative depending on the type. Even if such an optical element is used for the second deflection prism 14, the primary component and the secondary component of the curve in FIG. 42 and the emission angle curve from the second deflection prism 14 in the entire operating temperature range. Absolute values can be matched.
  • FIG. 16 shows an emission angle curve in the operating temperature range when the material of the second deflecting prism 14 is the optical material of FIGS. 14 and 15 when the material of the dispersive element 15 and the first deflecting prism 13 is silicon. It is a table
  • FIG. 16 also shows the results when the second deflecting prism 14 is not used. From FIG. 16, it can be seen that the primary component of the emission angle curve from the second deflecting prism 14 when the second deflecting prism 14 is used is equivalent to the value when the second deflecting prism 14 is not used. The reason for this phenomenon will be described below.
  • FIG. 17 is a diagram showing incident and outgoing characteristics of a general deflection prism (vertical angle ⁇ ).
  • ⁇ 10 aX + b (11)
  • the outgoing angle ⁇ 20 of the forward light emitted from the deflecting prism is expressed by a function such as the following equation (12).
  • ⁇ 20 AX 2 + BX + C (12)
  • the refractive index of the deflecting prism is 1.5
  • the coefficients A, B, and C vary depending on the value of the apex angle ⁇ of the deflecting prism.
  • FIG. 18 is a table showing changes in coefficients A, B, and C in the above equation (12) when the apex angle ⁇ is changed in the deflecting prism shown in FIG. From FIG. 18, it can be seen that the primary component a of the incident angle ⁇ 10 and the primary component B of the outgoing angle ⁇ 20 may have substantially the same value depending on the apex angle ⁇ of the deflecting prism.
  • FIG. 19 is a diagram showing incident and outgoing characteristics of a deflecting prism having an apex angle ⁇ of 45 degrees.
  • the deflecting prism shown in FIG. 19 has a refractive index of 1.5.
  • ⁇ 10 aX + b (13)
  • the outgoing angle ⁇ 20 of the forward light emitted from the deflecting prism is expressed by a function such as the following equation (14).
  • ⁇ 20 AX 2 + BX + C (14)
  • a 1.
  • the primary component a of the incident angle ⁇ 10 and the primary component B of the outgoing angle ⁇ 20 may be substantially the same as in the case of the apex angle ⁇ . It is possible to make the primary component a and the primary component B of the exit angle ⁇ 20 the same value by optimizing the value of the apex angle ⁇ and D, but the exit angle ⁇ 20 at that time
  • the secondary component A does not always have the same value.
  • the value of the secondary component A of the emission angle ⁇ 20 is changed while keeping the primary component a of the incident angle ⁇ 10 and the primary component B of the emission angle ⁇ 20 the same. It can be changed freely.
  • the second deflecting prism 14 In the wavelength selective switch 10, such a characteristic of the deflecting prism is used for the second deflecting prism 14.
  • the incident angle of forward light incident on 14 is selected.
  • the outgoing angle ⁇ 3 of the forward light emitted from the dispersion element 15 can be easily made substantially constant with respect to the temperature change.
  • b 2 is the primary component of the curve of the incident angle change in the temperature change of the light incident on the second deflecting prism 14, and B 2 is in the temperature change of the light exiting from the second deflecting prism 14. It is the primary component of the curve of the emission angle change.
  • the absolute values of the primary component and the secondary component of the incident angle curve of the light incident on the dispersive element 15 are set to the emission angle ⁇ in FIG. It is possible to completely match the absolute values of the primary component and the secondary component of the curve 5 .
  • FIG. 21 is a diagram showing how light travels when ZEONEX is used for the second deflecting prism 14.
  • ZEONEX is used for the second deflecting prism 14
  • the apex angle direction of the second deflecting prism 14 is reversed as shown in FIG. Specifically, it is as follows.
  • the first deflecting prism 13 and the second deflecting prism 14 are arranged at points of the first deflecting prism 13 as shown in FIG.
  • Light is disposed so as to pass through a surface including a line PQ connecting P and the point Q of the second deflecting prism 14.
  • the point P is a point where the first surface through which light passes in the first deflecting prism 13 and the second surface intersect
  • the point Q is a first surface and second surface through which light passes in the second deflecting prism 14. Is the point where The apex angle of the first deflection prism 13 is an internal angle at the point P
  • the apex angle of the second deflection prism 14 is an internal angle at the point Q.
  • the second deflecting prism 14 is ZEONEX, as shown in FIG. 21, the second deflecting prism 14 is arranged so that light does not pass through a surface including a line connecting the points P and Q. From the examples shown in FIGS. 2 and 21, it can be said that the direction of the apex angle of the second deflection prism 14 is not dependent on the direction of the apex angle of the first deflection prism 13.
  • FIG. 22 forward light in the case where ZEONEX, which is a polymer material of the first deflecting prism 13, is incident from the first deflecting prism 13, passes through the second deflecting prism 14, and is transmitted from the dispersive element 15. It is a figure which shows a mode that is emitted.
  • FIG. 23 is a table showing the primary and secondary components of the emission angle curve ⁇ 4 of the second deflection prism 14 in the operating temperature range when the optical material shown in FIG. 15 is used as the material of the second deflection prism 14. is there.
  • FIG. 23 also shows the result when the second deflecting prism 14 is not used for comparison. From Figure 23, by placing the second deflecting prism 14, without changing the first-order component of the output angle curve, the secondary component of the output angle curves can be approximated to second order components of the curve alpha 5 in FIG. 8 I understand.
  • the material of the second deflecting prism 14 is silicon, and the first and second deflecting prisms 13 and 14 have first and second surfaces through which light passes through the first deflecting prism 13.
  • Light is disposed so that light passes through a plane including a line PQ connecting the intersecting point P and the point Q where the first surface and the second surface through which light passes by the second deflecting prism 14 intersect.
  • the second deflecting prism 14 is N-LASF40, N-FK5, Silica, ZEONEX, similarly to the example shown in FIG. 21, it is arranged so that light does not pass through the surface including the line PQ.
  • the secondary component of the emission angle curve is changed to the curve ⁇ in FIG. 8 without changing the primary component of the emission angle curve. 5 secondary components can be completely aligned.
  • the material is Silica the second deflecting prism 14, the silicon, in the case of ZEONEX can not be made uniform secondary component of the emission angle curve complete curve alpha 5 secondary component of FIG.
  • Second deflecting prism 14 the material, the apex angle, and is only to optimize the angle of incidence, close the second component without altering the primary component of the emission angle curve to the secondary component of the curve alpha 5 in FIG. 8 May be possible, but may not be perfectly aligned.
  • the refractive index change dn / dT depending on the temperature of the material of the second deflecting prism 14 may be large. Therefore, it is necessary to select a material with a small refractive index change dn / dT due to temperature as the material of the second deflecting prism 14.
  • the following equation (1) can be aligned with the second-order component of the curve alpha 5 in the second-order component of the output angle curves and choose the material of the refractive index change 8 which satisfies.
  • the second deflecting prism 14 can be selected from general optical elements because it uses characteristics of a general deflecting prism. For this reason, the optical system of the wavelength selective switch 10 can be configured at low cost. In addition, since the second deflecting prism 14 only needs to have a small refractive index change dn / dT due to temperature, it is possible to select objects having various values of the refractive index caused by the optical element. When the refractive index of the second deflecting prism 14 changes, the incident angle and apex angle of the forward light incident on the second deflecting prism 14 change, so the layout changes. That is, the layout can be freely changed according to the material of the second deflecting prism 14, and the degree of freedom in design is increased.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating the configuration of the second deflection prism 24 and the first deflection prism 13 in the second embodiment.
  • the normal temperature state is indicated by a solid line
  • the high temperature state is indicated by a broken line.
  • light traveling from the first deflecting prism 13 toward the second deflecting prism 24 is considered as forward light.
  • one second deflecting prism 14 is arranged between the first deflecting prism 13 and the dispersive element 15, but it is configured using a plurality of deflecting prisms as shown in FIG. May be. In FIG.
  • the second deflecting prism 24 is composed of two deflecting prisms 25 and 26, but the apex angle direction of the deflecting prism and the number of deflecting prisms are not limited thereto.
  • the second deflecting prism is configured by a plurality of deflecting prisms in this way, the incident angle of the forward light incident on the dispersive element 15 can be accurately changed in the temperature use region, and is emitted from the dispersive element 15.
  • the light emission angle in the forward direction can be made constant.
  • action, and an effect it is the same as that of 1st Embodiment.
  • the dispersive element is composed of a silicon immersion grating and the pitch of the diffraction grating is 1/2500, the refractive index of silicon changes with temperature, and the emission angle of forward light emitted from the dispersive element changes.
  • the change in the emission angle is corrected by the first deflection prism 13 and the second deflection prism 14.
  • the dispersive element 35 may be formed of a reflective grating.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a configuration example of an optical system when a reflective grating is used. Details of the correction of the emission angle will be described next.
  • the light traveling from the input / output port 11 toward the dispersion element 35 is considered as forward light.
  • FIG. 26 is a diagram showing an incident angle ⁇ 2 and an emission angle ⁇ 5 of light in the forward direction when the base material of the dispersive element 35 in FIG. 25 is Silica and the pitch of the diffraction grating is 1/900.
  • the reflection in the normal temperature state is indicated by a solid line, and the high temperature state is indicated by a broken line.
  • Figure 27 is a graph showing the relationship between the emission angle alpha 5 and the temperature T from the dispersion element 35 in FIG. 26.
  • Emission angle alpha 5 and the temperature T in FIG. 27 is a relationship of the following equation (16).
  • the incident angle is the same angle and the emission angle alpha 2 of the light in the forward direction of the 1550nm dispersion element 35 which is shown in Figure 25.
  • the base material of the dispersive element 35 will be described by taking Silica which is generally used as an example, but the material is not limited to this, and the value of 1/900 which is the diffraction pitch is also the same. It is not limited.
  • FIG. 28 is a diagram illustrating the exit angle ⁇ 6 from the first deflecting prism 33 in the normal temperature and high temperature states.
  • the refraction in the normal temperature state is indicated by a solid line
  • the high temperature state is indicated by a broken line.
  • Figure 29 is a graph showing the relationship between the emission angle alpha 6 and the temperature T of the first deflecting prism 33 in FIG. 28.
  • the emission angle ⁇ 6 (9.0 ⁇ 10 ⁇ 8 ) T 2 + (5.9 ⁇ 10 ⁇ 5 ) T + 1.1 ⁇ 10 (17)
  • FIG. 30 is a diagram showing an incident angle ⁇ 1 to the first deflecting prism 33 and an exit angle ⁇ 4 from the second deflecting prism 34 in the normal temperature and high temperature states.
  • Figure 31 is a graph showing the relationship between the emission angle alpha 4 and the temperature T of the second deflecting prism 34 in FIG. 30.
  • the normal temperature state is indicated by a solid line
  • the high temperature state is indicated by a broken line.
  • the apex angle and material of the first deflection prism 33 are selected so that the absolute value of the secondary component of the curve matches the absolute value of the secondary component of the curve of FIG. .
  • the apex angle is 20.63 ° and the material is NK5.
  • the emission angle alpha 4 and the temperature T in FIG. 31 is the following relationship (18).
  • ⁇ 4 ( ⁇ 3.1 ⁇ 10 ⁇ 11 ) T 2 ⁇ (5.9 ⁇ 10 ⁇ 5 ) T + 3.5 ⁇ 10 ⁇ 1 (18)
  • FIG. 32 is a graph showing the relationship between the emission angle ⁇ 3 from the dispersion element 35 and the temperature.
  • the second order component is corrected as compared with the case where the second deflection prism 34 shown by the broken line is not arranged between the first deflection prism 33 and the dispersion element 35.
  • the emission angle ⁇ 3 is nearly constant.
  • the alternate long and short dash line compared to the case where the first deflection prism 33 and the second deflection prism 34 are not disposed, in the configuration of the third embodiment, since the first deflection prism 33 is disposed, the primary component is obtained. It can be seen that is greatly improved.
  • action, and an effect it is the same as that of 1st Embodiment.
  • the light emitted from the optical fiber is reflected by the two mirrors of the convex surface and the concave surface to be collimated and incident on the grating, and the parallel light emitted from the grating is again reflected by the two mirrors. Is reflected on the MEMS mirror.
  • the telephoto type configuration has the grating side as the far focus side. That is, a concave mirror having a positive focal length on the grating side, an optical fiber, and a convex mirror having a negative focal length on the MEMS side are arranged.
  • FIG. 44 is a diagram illustrating a configuration example of the wavelength selective switch 500 according to the fourth embodiment.
  • the wavelength selective switch 500 is a so-called transmission type wavelength selective switch.
  • the wavelength selective switch 500 includes a fiber array 501 composed of a plurality of optical fibers, a micro lens array 502, a wedge prism back mirror 503, a convex mirror 504, a concave mirror 505, a grating 506, a wedge prism 507, A field lens 508 and a MEMS mirror array 509 which is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) module are provided.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • FIG. 45 is a perspective view showing the configuration of the fiber array 501 and the microlens array 502.
  • Each optical fiber constituting the fiber array 501 (input unit and output unit) and each microlens constituting the microlens array 502 are paired, and these pairs are arranged in an array.
  • the fiber array 501 functions as an optical input / output port. Note that the user can appropriately set which fiber constituting the fiber array 501 is used as the input unit or the output unit. For example, only one optical fiber of the fiber array 501 may be used as an input port, and other optical fibers may be used as output ports, or a plurality of input ports and output ports may be used. It may be provided.
  • optical fibers are not always necessary to use all optical fibers as input ports or output ports, and there may be input / output ports that do not function as input ports or output ports. Further, the number of fibers is not limited to the number (four) shown in FIG. Further, instead of the fiber array 501, an optical waveguide may be used.
  • first optical fiber From one of the optical fibers of the fiber array 501 (hereinafter referred to as “first optical fiber”), wavelength-multiplexed signal light is emitted toward the wedge prism back mirror 503 through the microlens array 502.
  • the emitted light is incident on the MEMS mirror array 509 (deflection element array) via the convex mirror 504, the concave mirror 505, the grating 506, the concave mirror 505, the convex mirror 504, the wedge prism 507, and the field lens 508 in this order.
  • a path from the fiber array 501 to the wedge prism back mirror 503 and reaching the MEMS mirror array 509 is referred to as a forward path.
  • the light reflected by the MEMS mirror array 509 is incident on the fiber array 501 through a path (return path) opposite to the forward path.
  • the direction in which light travels in the forward path is indicated by arrows.
  • the light travels in the direction opposite to the arrow in FIG. 44, only two arrows are clearly shown from the grating 506, but in actuality, they are dispersed in two or more directions depending on the number of wavelengths input to the fiber array 501.
  • the light emitted from the microlens array 502 is condensed and becomes divergent light, and enters the wedge prism back mirror 503.
  • the light incident on the wedge prism back mirror 503 is reflected and incident on the convex mirror 504.
  • the light incident on the convex mirror 504 is reflected to become divergent light and enters the concave mirror 505.
  • the light incident on the concave mirror 505 is reflected to become approximately parallel light, and is incident on the grating 506 as a dispersive element.
  • the grating 506 disperses wavelength multiplexed light.
  • the light wavelength-dispersed by the grating 506 becomes parallel light having a certain inclination for each wavelength, and is incident on the concave mirror 505 again.
  • the light incident on the concave mirror 505 is reflected to become convergent light and enters the convex mirror 504.
  • the light incident on the convex mirror 504 is incident on the wedge prism 507 while being reflected and converged.
  • the light incident on the wedge prism 507 changes its direction and enters the field lens 508.
  • the light incident on the field lens 508 becomes a telecentric light beam, and is condensed on the micromirror 500M (FIG. 46) corresponding to each wavelength of the MEMS mirror array 509.
  • the optical fiber end face of the fiber array 501 and the micromirror 500M are optically conjugate.
  • FIG. 46 is a perspective view showing the configuration of the MEMS mirror array 509.
  • each mirror can rotate around the local x-axis (secondary axis) and y-axis (main axis), and incident light is incident mainly by rotation about the y-axis. Reflects in a direction different from the direction.
  • the traveling direction of light is referred to as an optical axis direction (z direction)
  • the direction in which the MEMS mirror array 509 is arranged is referred to as a y direction
  • a direction orthogonal to each of the optical axis direction and the y direction is referred to as an x direction.
  • a deflecting member such as a mirror or a prism (not shown) is arranged to bend the optical path in the actual optical path of the wavelength selective switch
  • the explanation of the x direction and the y direction is such a deflecting member. It is assumed that it is used on the premise of a virtual optical system that does not have any.
  • the light reflected by the micromirror 500M passes through the field lens 508, enters the wedge prism 507 again, is reflected by the convex mirror 504, and the concave mirror 505, and enters the grating 506.
  • the light of each wavelength diffracted by the grating 506 has the same optical path as the forward path in the yz plane shown in FIG.
  • the light of each wavelength dispersed by the grating 506 passes through a position different from the forward light in a plane perpendicular to the yz plane of FIG. 44 according to the inclination angle of the corresponding micromirror 500M.
  • the light in the return path is incident on different fibers other than the input port of the fiber array 501 according to the inclination angle of the micromirror 500M corresponding to each wavelength.
  • the multi-wavelength component light emitted from the first optical fiber selectively enters the other fibers according to the inclination angle of each micromirror 500M of the MEMS mirror array 509 for each wavelength.
  • the frequency band of the optical signal incident on the wavelength selective switch is a so-called C band, and the spacing is 50 GHz.
  • the wedge prism back mirror 503 has a function of reflecting the light from the microlens array 502 to the convex mirror 504 and correcting the tilt of the image plane.
  • the convex mirror 504 is a reflecting member having a negative focal length, and has a spherical shape or an aspherical shape (for example, an off-axis rotating hyperboloid), and has a function of diverging light.
  • the focal length of the convex mirror 504 is ⁇ 80 mm.
  • the concave mirror 505 is a reflecting member having a positive focal length, and has a spherical or aspherical shape (for example, an off-axis rotating paraboloid) and has a function of converging light.
  • the focal length of the concave mirror 505 is 100 mm.
  • the distance between the convex mirror 504 and the concave mirror 505 is 60 mm.
  • the overall focal length is 193.5 mm.
  • the distance from the concave mirror 505 to the grating 506 is 60 mm, and the distance from the convex mirror 504 to the MEMS mirror array 509 is 80 mm.
  • the length of the optical system can be shortened with respect to the entire focal length.
  • the grating 506 is a reflective grating in which a grating is formed on a glass substrate, for example. In the grating 506, 1000 grooves per 1 mm are formed.
  • the wedge prism 507 has a function of correcting the inclination of the image plane.
  • the field lens 508 is disposed between the wedge prism 507 and the MEMS mirror array 509 so that the light beam incident on the MEMS mirror array 509 is telecentric.
  • the grating 506 is positioned closer to the concave mirror 505 than the front focal point of the combined system of the convex mirror 504 and the concave mirror 505, and therefore each diffraction diffracted by the grating 506 is performed.
  • the light flux of the wavelength is not telecentric with respect to the MEMS mirror array 509.
  • the field lens 508 has a function of converting a light beam incident on the MEMS mirror array 509 into telecentric light.
  • the focal length of the field lens 508 is 150 mm.
  • the MEMS mirror array 509 (light deflection member) has an array of a plurality of micromirrors 500M arranged so as to be aligned in the wavelength dispersion direction corresponding to the wavelength of the light dispersed in a band shape by the grating 506. Further, the MEMS mirror array 509 has a drive mechanism (not shown) used for driving the micromirror 500M. Each interval (pitch) of the micromirror 500M is 97 ⁇ m. In FIG. 46, only eight micromirrors 500M are shown as the MEMS mirror array 509, but the number of micromirrors 500M constituting the MEMS mirror array 509 is not limited to eight.
  • each micromirror 500M may be the same or different.
  • the coupling from one optical input port to a plurality of optical output ports has been described. However, the coupling from a plurality of optical input ports to one optical output port can also be performed.
  • the concave mirror 505 and the convex mirror 504 are arranged between the grating 506 and the MEMS mirror array 509, thereby collecting the signal light on the MEMS mirror array 509.
  • the focal length of the entire system is increased. As a result, it becomes possible to cope with the narrowing of the spacing of the optical signal.
  • the concave mirror 505 having a positive focal length is arranged on the grating 506 side, and the convex mirror 504 having a negative focal length is arranged on the MEMS mirror array 509 side, thereby making it possible to reduce the focal length of the entire condensing optical system.
  • the overall length can be shortened. With such a configuration, it is possible to deal with narrow spacing without increasing the size of the optical system, and the apparatus can be downsized.
  • FIG. 47 is a diagram illustrating a configuration example of a wavelength selective switch 600 according to the fifth embodiment.
  • the wavelength selective switch 600 of the fifth embodiment is a so-called transmission type wavelength selective switch.
  • the wavelength selective switch 600 includes a fiber array 501 composed of a plurality of optical fibers, a microlens array 502, a wedge prism back mirror 603, a convex mirror 604, a concave mirror 605, a grating 606, a wedge prism 607, And a MEMS mirror array 609 which is a MEMS module. Since the fiber array 501 and the microlens array 502 are the same as the wavelength selective switch of the third embodiment, the same reference numerals are given and detailed description thereof is omitted.
  • the wavelength-multiplexed signal light is emitted from the first optical fiber of the fiber array 501 toward the wedge prism back mirror 603 through the microlens array 502.
  • the emitted light is incident on the MEMS mirror array 609 via the convex mirror 604, the concave mirror 605, the grating 606, the concave mirror 605, the convex mirror 604, and the wedge prism 607 in this order.
  • a path from the fiber array 501 to the wedge prism back surface mirror 603 and reaching the MEMS mirror array 609 is referred to as a forward path.
  • the light reflected by the MEMS mirror array 609 is incident on the fiber array 501 through a path (return path) opposite to the forward path.
  • the direction in which light travels in the forward path is indicated by arrows.
  • the light travels in the direction opposite to the arrow in FIG. 47, only two arrows are clearly shown from the grating 606, but in actuality, it is dispersed in two or more directions depending on the number of wavelengths input to the fiber array 501.
  • the light emitted from the microlens array 502 is condensed and becomes divergent light, and enters the wedge prism back mirror 603.
  • the light incident on the wedge prism back surface mirror 603 is reflected and incident on the convex mirror 604.
  • the light incident on the convex mirror 604 is reflected to become divergent light and enters the concave mirror 605.
  • the light incident on the concave mirror 605 is reflected to become approximately parallel light, and is incident on the grating 606 as a dispersive element.
  • the grating 606 disperses the wavelength multiplexed light.
  • the light wavelength-dispersed by the grating 606 becomes parallel light having a certain inclination for each wavelength, and is incident on the concave mirror 605 again.
  • the light incident on the concave mirror 605 is reflected to become convergent light and enters the convex mirror 604.
  • the light incident on the convex mirror 604 enters the wedge prism 607 while being reflected and converged.
  • the light incident on the wedge prism 607 is emitted in a different direction, and is condensed on the micromirror 600M (FIGS. 48 and 49) corresponding to each wavelength of the MEMS mirror array 609.
  • the optical fiber end face of the fiber array 501 and the micromirror 600M are optically conjugate.
  • the wavelength selective switch 600 of the fifth embodiment is different from the wavelength selective switch 500 of the fourth embodiment in that no field lens is disposed between the wedge prism 607 and the MEMS mirror array 609.
  • the incident light beam is not telecentric.
  • the entrance pupil is on the wedge prism 607 side.
  • FIG. 48 is a diagram showing the configuration of the MEMS mirror array 609 viewed from the z direction.
  • FIG. 49 is a diagram showing the configuration of the MEMS mirror array 609 viewed from the x direction.
  • the number of micromirrors 600M constituting the mirror array 609 is not limited to the number shown in FIG. Similar to the micromirror 600M of the MEMS mirror array 509 of the fourth embodiment, each of the micromirrors 600M can rotate around the local x-axis (secondary axis) and y-axis (main axis). Due to the rotation about the axis, the incident light is reflected in a direction different from the incident direction.
  • each micromirror 600M has an inclination with respect to the x-axis (secondary axis) as shown in FIG. 49 so that the light in the return path can enter the fiber through the effective diameter of each optical member. Yes. This inclination is larger in the peripheral micromirrors than in the central micromirrors.
  • each micromirror 600M is arranged such that incident light is incident at a right angle on the yz plane including each signal light dispersed by the grating 606. However, it may be arranged such that incident light is incident at substantially right angles according to the accuracy required for the wavelength selective switch.
  • FIG. 49 light rays are represented by broken lines.
  • the light reflected by the micromirror 600M again enters the wedge prism 607, is reflected by the convex mirror 604 and the concave mirror 605, and enters the grating 606.
  • the light of each wavelength diffracted by the grating 606 has the same optical path as the forward path in the yz plane shown in FIG.
  • the light of each wavelength diffracted by the grating 606 passes through a position different from the forward light in a plane perpendicular to the yz plane of FIG. 47 according to the inclination angle of the corresponding micromirror 600M.
  • the light on the return path is incident on different fibers other than the input port of the fiber array 501 in accordance with the inclination angle of the micromirror 600M corresponding to each wavelength.
  • the multi-wavelength component light emitted from the first optical fiber is selectively incident on the other fibers according to the inclination angle of each micromirror 600M of the MEMS mirror array 609 for each wavelength.
  • the frequency band of the optical signal incident on the wavelength selective switch is a so-called C band, and the spacing is 50 GHz.
  • the wedge prism back surface mirror 603 has a function of reflecting the light from the microlens array 502 to the convex mirror 604 and correcting the tilt of the image surface.
  • the convex mirror 604 is a reflecting member having a negative focal length and has a spherical shape or an aspherical shape (for example, an off-axis rotating hyperboloid), and has a function of diverging light.
  • the focal length of the convex mirror 604 is ⁇ 80 mm.
  • the concave mirror 605 is a reflecting member having a positive focal length and has a spherical or aspherical shape (for example, an off-axis rotating paraboloid) and has a function of converging light.
  • the focal length of the concave mirror 605 is 100 mm.
  • the distance between the convex mirror 604 and the concave mirror 605 is 60 mm.
  • the overall focal length is 200 mm.
  • the distance from the concave mirror 605 to the grating 606 is 60 mm, and the distance from the convex mirror 604 to the MEMS mirror array 609 is 80 mm.
  • the length of the optical system can be shortened with respect to the entire focal length.
  • the grating 606 is a reflective grating in which a grating is formed on a glass substrate, for example. In the grating 606, 1000 grooves per 1 mm are formed.
  • the wedge prism 607 has a function of correcting the inclination of the image plane.
  • the MEMS mirror array 609 (light deflecting member) has an array of a plurality of micromirrors 600M arranged so as to be aligned in the wavelength dispersion direction corresponding to the wavelength of light dispersed in a band shape by the grating 606.
  • the MEMS mirror array 609 is provided with a drive mechanism (not shown) used for driving the micromirror 600M.
  • Each interval (pitch) of the micromirrors 600M is 100 ⁇ m.
  • the coupling from one optical input port to a plurality of optical output ports has been described. However, coupling from a plurality of optical input ports to one optical output port can also be performed.
  • action, and an effect it is the same as that of 4th Embodiment.
  • FIG. 50 is a diagram illustrating a configuration example of a wavelength selective switch 700 according to the sixth embodiment.
  • the wavelength selective switch 700 of the sixth embodiment has the same configuration as that of the fourth embodiment except that a concave back mirror 705 is used instead of the concave mirror 505 of the fourth embodiment.
  • a concave back mirror 705 is used instead of the concave mirror 505 of the fourth embodiment.
  • the same reference numerals are used for the same members as in the fourth embodiment.
  • the concave back mirror 705 is a meniscus-shaped member, and has a light incident surface and a reflective surface.
  • the focal length as a whole is, for example, ⁇ 80 mm.
  • the shapes of the incident surface and the reflecting surface are each a spherical surface or an aspherical surface (for example, an off-axis rotating paraboloid).
  • action, and an effect it is the same as that of 4th Embodiment.
  • a concave back mirror 705 may be used instead of the concave mirror 605 of the fifth embodiment.
  • the concave back mirror 705 is used instead of the concave mirror 505 of the fourth embodiment, but a convex back mirror can be used instead of the convex mirror 504 of the fourth embodiment.
  • a convex back mirror may be used instead of the convex mirror 504 of the fourth embodiment, and a concave back mirror 705 may be used instead of the concave mirror 505 of the fourth embodiment.
  • a convex back mirror may be used in place of the convex mirror 604 of the fifth embodiment. Further, a convex back mirror may be used instead of the convex mirror 604 of the fifth embodiment, and a concave back mirror 705 may be used instead of the concave mirror 505 of the fifth embodiment. Further, in place of the gratings 506 and 606, a transmissive dispersion element (including a Littman-Metcalf configuration), an immersion grating, or the like can be used.
  • the wavelength selective switch according to the present invention is useful for a wavelength selective switch that requires high dispersion characteristics even when the operating temperature changes.
  • the wavelength selective switch according to the present invention has an effect that the apparatus can be miniaturized even if the channel spacing of the optical signal is narrowed.
  • Wavelength selection switch 11 Input / output port 11a, 11b, 11c, 11d Input port 11e Output port 12 Lens array 13 1st deflection prism 14 2nd deflection prism 15 Dispersive element 16 Condensing lens 17 Mirror array 17m Mirror 33 1st deflection prism 34 Second deflection prism 35 Dispersing element 500 Wavelength selection switch 501 Fiber array 502 Micro lens array 503 Wedge prism back mirror 504 Convex mirror 505 Concave mirror 506 Grating 507 Wedge prism 508 Field lens 509 MEMS mirror array 600 Wavelength selection switch 603 Wedge prism back surface Mirror 604 Convex mirror 605 Concave mirror 606 Grating 607 Wedge prism 60 MEMS mirror array 700 WSS 705 concave back surface mirror

Abstract

　使用温度範囲全域において分散素子の分散特性を補正することのできる波長選択スイッチを提供する。　波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、入力部からの光を受光し、光を分散させる分散素子と、分散素子によって波長ごとに分散された分散光を集光する集光要素と、分散光を、波長ごとに独立に偏向可能な複数の反射光学素子を有する光偏向部材と、光偏向部材によって偏向された分散光を受光する少なくとも一つの出力部と、分散素子の入射側に配置した２つ以上の偏向プリズムと、を備え、温度変化による、２つ以上の偏向プリズムから分散素子に向けて出射される順方向の光の出射角の変化の２次成分の絶対値と、温度変化前における順方向の光が分散素子から出射する光に沿った光であって、かつ、温度変化後における逆方向の光の分散素子から出射される光の、温度変化による出射角の変化の２次成分の絶対値と、が略一致する。

Description

波長選択スイッチ
　本発明は、波長選択スイッチに関するものである。
　激増するインターネットトラフィックを収容するため、波長分割多重通信（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を中核としたネットワークの光化が急ピッチで進んでいる。近年では、任意の波長を任意の方向に切り替え可能とする波長選択スイッチが注目されている。
　図３３、図３４は、波長選択スイッチ１００の概念を示す図である。図３３は、波長選択スイッチ１００を側面から見た図であり、図３４は、波長選択スイッチ１００を上面から見た図である。
　波長選択スイッチ１００は、入出力ポートアレイ１１０、レンズアレイ１２０、分散素子１３０、集光レンズ１４０、及び偏向素子１５０から構成される。入出力ポートアレイ１１０は、複数のポートにより構成され、各ポートは、入力ポートまたは出力ポートとして機能する。
　入出力ポートアレイ１１０の入力ポートから出射した光は、レンズアレイ１２０の対応するレンズを経て、分散素子１３０により波長毎に分散され、集光レンズ１４０によって、偏向素子１５０上に集光される。ここで、入出力ポートアレイ１１０から、偏向素子１５０に進行する光を順方向の光として考える。偏向素子１５０は、一般的に複数のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーで構成されており、ＭＥＭＳミラーを傾けることによって、入力ポートから出射された光は、出力ポートに入射する。ＭＥＭＳミラーは、例えば、光周波数間隔が１００ＧＨｚの場合約４０個のＭＥＭＳミラーが設けられ、光周波数間隔が５０ＧＨｚの場合は約８０個のＭＥＭＳミラーが設けられる。
　波長選択スイッチ１００の性能を示す指標の１つとして透過帯域がある。この透過帯域は各波長に対応したＭＥＭＳミラーに集光する光のスポット径ωとＭＥＭＳミラーの有効幅Ｗの比率（Ｗ／ω）が大きいほど、また、ＭＥＭＳミラーの位置に対するスポットのずれが小さいほど広くなる。
　透過帯域（透過帯域幅）が広いと、対応可能なビットレートの上限を上げることが可能になる。なぜなら、高ビットレートの光はスペクトル幅が広がるが、透過帯域が広ければ、広がった分のスペクトル幅も透過帯域幅内に収まるからである。また、透過帯域が広いと、波長選択スイッチ１００を多段に接続した場合でも、帯域ずれの蓄積量が小さいので、波長選択スイッチ１００の多段接続数を増やすことが可能になる。このように、波長選択スイッチ１００の透過帯域を広くすることで、良好な伝送特性を確保することが可能である。
　透過帯域を広くするにはスポット径ωを小さくする方法があるが、スポット径ωの大きさは限られている。その理由を以下に説明する。波長に対応してＭＥＭＳミラーの傾きを制御する波長選択スイッチにおいて、任意の入力ポートのある波長の光が出力ポートに出力された状態で、違う入力ポートに切り替えたい場合、意図しない入力ポートの光が出力ポートに出力されてはいけない。意図しない入力ポートの光が出力ポートに出力されることを防ぐ方法として、ＭＥＭＳミラーを一度、角度分散方向に振って、繋がっていた入力ポートの光強度を十分に落とすものがある（例えば特許文献１）。その角度分散方向のＭＥＭＳミラーの振れ幅は、光強度を充分に落とす必要があるためスポット径ωに依存している。ＭＥＭＳミラーは構造上大きく振れないため、スポット径ωを小さくするには限界がある。
　また、透過帯域を広くするためにＭＥＭＳミラーの有効幅Ｗを大きくする方法がある。この方法では、ＭＥＭＳミラーを大きくするには、以下の式（２）に示すように集光レンズ１４０の焦点距離ｆ１００を大きくするか、分散素子１３０の分散角φを大きくする必要がある。
　Ｗ＝ｆ１００ｓｉｎΦ　　　（２）
　集光レンズ１４０の焦点距離ｆ１００を大きくする場合は、分散素子１３０と集光レンズ１４０との間隔、及び、集光レンズ１４０とＭＥＭＳミラーとの間隔を大きくする必要があるため、波長選択スイッチ１００の大きさが大きくなってしまう。
　一方、分散角φを大きくする場合として、例えば特許文献２に示される図３５のような分散素子２３０をシリコン材質のイマージョングレーティングにすると約３倍もの分散角が得られる。図３５は、波長選択スイッチ２００の構成を示す斜視図である。ここで、ファイバアレイ２１０から、マイクロレンズアレイ２２０、分散素子２３０、及びレンズ２４０を経て、マイクロミラーアレイ２５０側へ進行する光を順方向の光として考える。
　ここで、波長選択スイッチ１００および波長選択スイッチ２００を構成する各要素は温度特性を有しており、初期設定時にＭＥＭＳミラー上での集光位置をＭＥＭＳミラー中心に集光するように一致させたとしても、使用環境等によって温度が変化すると、集光位置がＭＥＭＳミラー中心位置から変動し、透過帯域幅が狭くなる。特に分散素子２３０の材質はシリコンであり、シリコンは温度によって屈折率が大きく変化するため、分散特性が大きく変わる。そうすると、集光位置が温度変化時にＭＥＭＳミラー中心位置からずれるため、透過帯域が逆に狭くなるという問題があった。これに対して、特許文献２では温度変化によって分散特性が変化することに対して、図３６のように偏向プリズム２６０で補正した順方向の光を分散素子２３０へ入射させる方法を用いている（例えば特許文献２）。ここで、図３６は、補正のための偏向プリズム２６０と分散素子２３０との配置を示す図である。
　波長選択スイッチは、ＲＯＡＤＭ（大容量ネットワークに用いられる、波長多重化された光信号を、光信号のまま分岐／挿入が行えるシステムや技術）におけるノードにおかれるデバイスであって、波長多重されている光信号の伝送経路の切換えを波長ごとに行うスイッチである。各ノードでは波長選択スイッチによって、波長多重された光信号から任意の波長の光信号を取り出すことや、波長多重された光信号に任意の波長の光を混ぜることが可能である。
　特許文献３においては、光ファイバから出射され、グレーティングで分散された光信号をＭＥＭＳミラーに集光する光学系に反射ミラーを用いた例が開示されている。この凹面反射ミラーは、回折格子で分散された光信号をＭＥＭＳミラーに集光するため正の焦点距離を有する。
　近年、光通信の大容量化が進み、より多くのデータを伝送できるように、光信号のチャンネルスペーシングは狭くなってきている。従来１００ＧＨｚのスペーシングが一般的に用いられてきたが、最近は例えば５０ＧＨｚのスペーシングが用いられる。
米国特許第６７９８９４１号明細書 特開２０１０－１５６６８０号公報 米国特許７６３０５９９号明細書
　図３７は、常温と高温における分散素子２３０への順方向の入射光の屈折状態を概念的に示す図である。図３８は、図３７における分散素子２３０からの順方向の光の出射角α１００と温度の関係を示すグラフである。図３９は、常温と高温における偏向プリズム２６０への入射光の屈折状態を概念的に示す図である。図４０は、図３９における偏向プリズム２６０からの出射角α２００と温度の関係を示すグラフである。図３７、図３９において、常温状態の屈折は実線で示し、高温状態は破線で示している。
　図３８においてα１００と温度Ｔは次式（３）の関係となる。
　α１００＝（１．９×１０－５）Ｔ２－（１．４×１０－２）Ｔ＋１．０×１０
（３）
　図４０においてα２００と温度Ｔは次式（４）の関係となる。
　α２００＝－（１．５×１０－５）Ｔ２＋（１．３×１０－２）Ｔ＋６．８×１０
（４）
　ここで、Ｔは温度（°Ｃ）である。
　図３７、図３９において、分散素子２３０及び偏向プリズム２６０の材質はシリコンである。図３７、図３９では、高温にすることによるシリコンの屈折率変化によって、入射光が常温状態と違う位置を通る様子を示している。分散素子２３０及び偏向プリズム２６０に入射する入射角が一定であった場合、使用温度範囲全域の出射角の変化は図３８、図４０のような曲線を示す。但し、シリコンの屈折率は以下の式（５）のように変化した場合である。
　ｎ＝－０．００００００２２Ｔ２＋０．０００１６Ｔ＋３．４７　　（５）
　図４１は、図３７における出射側から分散素子２３０に入射する光が常温及び高温において屈折する状態を概念的に示す図である。図４２は、図４１における分散素子２３０からの出射角α３００と温度の関係を示すグラフである。図４２において出射角α３００と温度Ｔは次式（６）の関係となる。
　α３００＝－（１．７×１０－５）Ｔ２＋（１．３×１０－２）Ｔ＋１．７×１０
（６）
　仮に、図４１のように分散素子２３０の出射側から、使用温度範囲全域において、入射角を一定に、光が入射すると仮定すると、使用温度範囲全域の出射角α３００の変化は図４２のような曲線を示す。このように、順方向の光の分散素子２３０の出射側から、分散素子２３０を介して、偏向プリズム２６０に向かうと仮定した光線を、逆方向の光線と考える。特許文献２においては、温度変化によって分散特性が変化することを課題として取り上げ、その解決策として、図３６のように偏向プリズム２６０で補正した光を分散素子２３０へ入射させている。
　分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角を一定にするには図４０に示す偏向プリズム２６０の曲線と図４２に示す分散素子２３０の曲線のそれぞれの１次の項及び２次の項の絶対値を揃える必要がある。それぞれの曲線の０次の項は一致しなくても良い。なぜなら、それぞれの曲線の０次の項は違っていても、偏向プリズム２６０を通り、分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角の温度による変化は起こらないためである。それぞれの１次の項及び２次の項の絶対値を揃えると、分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角を温度によらず一定にする事が可能となる。
　図４０に示す偏向プリズム２６０の曲線と図４２に示す分散素子２３０の曲線の１次の項の絶対値は一致させる必要があるが、符号を揃える必要はない。それは分散素子２３０と偏向プリズム２６０の配置によって符号は自由に変化できるためである。また、同様に、これらの２つの曲線の２次の項の絶対値を一致させる必要があるが、符号を揃える必要はない。しかし、２次の項の符号に関しては１次の項の符号が一致していれば、２次の項も一致させる必要があり、１次の項の符号が一致していなければ、２次の項の符号を一致させず絶対値の値を揃える必要がある。つまり、２つの曲線のそれぞれの項の符号の関係は図４３のようになる。ここで、図４３は、図４０に示す出射角α２００の曲線及び図４２に示す出射角α３００の曲線における符号の関係を示す表である。
　偏向プリズム２６０に入射する順方向の光の入射角と頂角を最適に選ぶことで、偏向プリズム２６０の曲線の１次成分の絶対値と分散素子２３０の曲線の１次成分の絶対値を一致させることは可能であるが、これらの曲線の２次成分の絶対値を一致させることはできない。このことは、使用温度範囲全域の分散素子２３０の出射角を偏向プリズム２６０によって揃えることはできないことを意味している。したがって、従来の波長選択スイッチでは、使用温度範囲全域において分散素子２３０の分散特性を偏向プリズム２６０だけでは完全に補正することはできないという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、使用温度範囲全域において分散素子の分散特性を補正することのできる波長選択スイッチを提供することを目的とする。
　図５１は、光信号のチャンネルスペーシングが１００ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。図５２は、光信号のチャンネルスペーシングが５０ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。
　チャンネルスペーシングが１００ＧＨｚ（図５１）から５０ＧＨｚ（図５２）へ狭くなった場合、一定の波長帯域の中でのチャンネル数が多くなるため、波長選択スイッチは以下の（１）～（３）のいずれかの対応が必要になる。
（１）ＭＥＭＳミラーの間隔を狭くする。
（２）波長分散のより大きな回折素子を用いる。すなわち、例えばグレーティングの溝間隔を狭くする。
（３）ＭＥＭＳミラー上へ信号光を集光する光学系の焦点距離を長くする。
　しかしながら、上記（１）、（２）については、それぞれＭＥＭＳミラーまたはグレーティングの微細化に限界があるため、技術的に困難である。（３）については、光学系の焦点距離を長くすることで、装置全体が大型化してしまうという問題点がある。
　特許文献３に記載の例では凹面反射ミラーを用いている。この凹面反射ミラーは、グレーティングで分散された光信号をＭＥＭＳミラーに集光するため正の焦点距離を有する。ＭＥＭＳミラーの間隔を狭くしたり、より波長分散の大きな回折素子を使わずに、特許文献３の例のように凹面ミラーのみを集光に用いる光学系において、入力する光信号のチャンネルスペーシングを狭くすると、凹面ミラーの焦点距離が長くなり、光学系が大きくなり、装置全体として大型化してしまうという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光信号のチャンネルスペーシングが狭くなっても、装置の小型化が可能な波長選択スイッチ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、本発明の第１の態様に係る波長選択スイッチは、波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、入力部からの光を受光し、光を分散させる分散素子と、分散素子によって波長ごとに分散された分散光を集光する集光要素と、分散光を、波長ごとに独立に偏向可能な複数の反射光学素子を有する光偏向部材と、光偏向部材によって偏向された分散光を受光する少なくとも一つの出力部と、分散素子の入射側に配置した２つ以上の偏向プリズムと、を備え、温度変化による、２つ以上の偏向プリズムから分散素子に向けて出射される順方向の光の出射角の変化の２次成分の絶対値と、温度変化前における順方向の光が分散素子から出射する光に沿った光であって、かつ、温度変化後における逆方向の光の分散素子から出射される光の、温度変化による出射角の変化の２次成分の絶対値と、が略一致することを特徴としている。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第２の態様に係る波長選択スイッチは、波長多重された信号光の入力部と、入力部からの信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、負の焦点距離を有する反射部材と偏向素子アレイの間に配置されたレンズと、を有することを特徴としている。
　本発明の別の態様に係る波長選択スイッチは、波長多重された信号光の入力部と、入力部からの信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、を有し、分散素子で分散される各信号光を含む面内において信号光が偏向素子アレイの各ミラーに直角に入射するように、偏向素子アレイの各ミラーが配置されていることを特徴としている。
　本発明の第１の態様に係る波長選択スイッチは、使用温度範囲全域において分散素子の分散特性を補正することができる、という効果を奏する。　本発明の第２の態様に係る波長選択スイッチは、光信号のスペーシングが狭くなっても、光学系が大型化せず、装置の小型化が可能である、という効果を奏する。
第１実施形態に係る波長選択スイッチの概念を示す側面図である。 第１実施形態に係る波長選択スイッチの概念を示す上面図である。 第１実施形態に係る波長選択スイッチのうち分散素子及び集光レンズを拡大して示す図である。 ミラーアレイの構成を示す斜視図である。 Ｘ方向にミラーが並んだミラーアレイのうち、３つのミラーを抜き出して示す平面図である。 横軸に周波数、縦軸に出力をとり、透過帯域を示したグラフである。 常温及び高温状態における逆方向の光の分散素子からの出射角α５を示す図である。 図７における分散素子からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。 常温及び高温状態における順方向の光の第２偏向プリズムからの出射角α４を示す図である。 図９における第２偏向プリズムからの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。 図８に示す出射角α５の曲線及び図１０に示す出射角α４の曲線における符号の関係を示す表である。 分散素子からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。 図１２の一部を拡大して示す図である。 一般的な光学材料の温度に対する屈折率の変化を示すグラフである。 図１４に示した材料のｄｎ／ｄｔを示す表である。 分散素子及び第１偏向プリズムの材質がシリコンであった場合において、第２偏向プリズムの材質を図１４及び図１５の光学材料にしたときの使用温度範囲における出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。 一般的な偏向プリズムについての入射及び出射の特性を示す図である。 図１７に示す偏向プリズムにおいて、頂角εを変えたときの式（１２）における係数Ａ、Ｂ、Ｃの変化を示す表である。 頂角εを４５度とした偏向プリズムについての入射及び出射の特性を示す図である。 入射角α１０＝ａＸ＋Ｄの関数のＤの値によって変化するα２０の関数の係数Ａ、Ｂ、Ｃの値を示す表である。 第２偏向プリズムにＺＥＯＮＥＸを用いた場合の光の進み方を示す図である。 第１偏向プリズムの材質が高分子材料であるＺＥＯＮＥＸを用いた場合の順方向の光が第１偏向プリズムから入射し、第２偏向プリズムを通り、分散素子から光が出射される様子を示す図である。 第２偏向プリズムの材質として図１５に示す光学材料を用いた場合の使用温度範囲における第２偏向プリズムの出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。 第２実施形態における第２偏向プリズムと第１偏向プリズムの構成を示す図である。 反射型グレーティングを用いた場合の光学系の構成例を示す図である。 図２５の分散素子の基材をＳｉｌｉｃａで、回折格子のピッチを１／９００とした場合の入射角α２と出射角α５を示す図である。 図２６における分散素子からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。 常温及び高温状態における第１偏向プリズムからの出射角α６を示す図である。 図２８における第１偏向プリズムからの出射角α６と温度Ｔとの関係を示すグラフである。 常温及び高温状態における第１偏向プリズムへの入射角α１と第２偏向プリズムからの出射角α４を示す図である。 図３０における第２偏向プリズムからの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。 分散素子からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。 波長選択スイッチの概念を示す側面図である。 波長選択スイッチの概念を示す上面図である。 波長選択スイッチの構成を示す斜視図である。 補正のための偏向プリズムと分散素子との配置を示す図である。 常温と高温における分散素子への入射光の屈折状態を概念的に示す図である。 図３７における分散素子からの出射角と温度の関係を示すグラフである。 常温と高温における偏向プリズムへの入射光の屈折状態を概念的に示す図である。 図３９における偏向プリズムからの出射角と温度の関係を示すグラフである。 図３７における出射側から分散素子へ入射させた光が常温及び高温において屈折する状態を概念的に示す図である。 図４１における分散素子からの出射角と温度の関係を示すグラフである。 図４０に示す出射角α２００の曲線及び図４２に示す出射角α３００の曲線における符号の関係を示す表である。 本発明の第４実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。 第４実施形態のファイバアレイおよびレンズアレイの構成を示す図である。 第４実施形態のＭＥＭＳミラーアレイの構成を示す斜視図である。 第５実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。 第５実施形態のＭＥＭＳミラーアレイの構成を示す、ｚ方向から見た図である 第５実施形態のＭＥＭＳミラーアレイの構成を示す、ｘ方向から見た図である 第６実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。 光信号のチャンネルスペーシングが１００ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。 光信号のチャンネルスペーシングが５０ＧＨｚの場合の周波数に対する信号出力の変化を示す模式図である。
　以下に、本発明の第１の態様に係る波長選択スイッチの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、特許請求の範囲に記載された本発明が限定されるものではない。すなわち、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
＜第１実施形態＞
　図１、図２は、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１０の概念を示す図である。図１は波長選択スイッチ１０の側面図、図２は波長選択スイッチ１０の上面図である。波長選択スイッチ１０は複数の入出力ポート１１とレンズアレイ１２、第１偏向プリズム１３、第２偏向プリズム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。図３は、波長選択スイッチ１０のうち分散素子１５及び集光レンズ１６を拡大して示す図である。
　まず、常温状態の波長選択スイッチ１０の形態について説明する。
　入出力ポート１１は、例えば図１に示すように、４つの入力ポート１１ａ～１１ｄと、１本の出力ポート１１ｅと、が出力ポート１１ｅを中心に第１方向Ａ１に等間隔で並んだ状態で構成されている。なお、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１１ａ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１２は、入出力ポート１１を構成する複数のポートにそれぞれ対応したレンズを有している。入力ポート１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄから出射した光は、レンズアレイ１２を構成するレンズのうち各入力ポートに対応するレンズによって、それぞれコリメートされ、第１偏向プリズム１３に入射する。
　レンズアレイ１２のレンズから出射した光は、第１方向Ａ１とは異なる第２方向Ｂ１においてα１だけ傾いて第１偏向プリズム１３に入射する。その後、第２方向Ｂ１において光の向きを変えて第１偏向プリズム１３を出射し、第２偏向プリズム１４に入射する。つまり、第１方向Ａ１においては、第１偏向プリズム１３に入射した光は向きを変えることなく、第１偏向プリズム１３から出射する。これに対して、第２方向Ｂ１においては、第１偏向プリズム１３に入射した光は、違う向きに出射して行き、第２偏向プリズム１４に入射する。
　第２偏向プリズム１４においても、第１偏向プリズム１３と同様に、第２偏向プリズム１４に入射した光を第２方向Ｂ１において違った向きに変える。第２偏向プリズム１４から出射した光は、分散素子１５に対して第２方向Ｂ１においてα２だけ傾いて入射する。分散素子１５は、第２偏向プリズム１４から出射した光を第１方向Ａ１とは異なる第２方向Ｂ１において、波長に応じて角度分散させる。分散素子１５に入射する波長多重された光は、各波長に応じて第２方向Ｂ１において異なる角度α３ａ～α３ｅの角度範囲の間で進行する。分散素子１５において分散する様子は、図２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からの出射角度α３ａ～α３ｅを「α３ａ．．．」と表示している。また、分散素子１５は図１のような反射型のイマージョングレーティングを例として示しているが、これに限定される物ではなく、透過型グレーティング、反射型グレーティングを用いても良い。
　集光レンズ１６の焦点距離は、ｆ１であり、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１７ｍ上にそれぞれ集光される。分散素子１５と集光レンズ１６は焦点距離ｆ１だけ離れて配置することが望ましい。なぜなら、分散素子１５と集光レンズ１６が焦点距離ｆ１からずれた間隔で配置されると、集光レンズ１６から出射した各波長の光のミラー１７ｍへの入射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ｆ１であると、集光レンズ１６から出射した光は、波長ごとに一致した方向にミラーアレイ１７のミラー１７ｍに向かって進む。さらには、分散素子１５により波長ごとに異なる方向に分散された各波長の光は、ミラーアレイ１７を構成する、各波長に対応した複数のミラー１７ｍ上にそれぞれ集光する。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る。
　ミラーアレイ１７は、第２方向Ｂ１に沿った方向に並んだ複数のミラー１７ｍを有している。ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍは少なくとも第２方向Ｂ１に波長多重された波長の数だけ配列されている。仮に、波長多重される波長の数がλａ～λｒの１８個であるとすると、ミラーは第２方向Ｂ１に１８個並んでおり、その各波長のビームの第２方向Ｂ１方向における中心位置と、その波長に対応したミラーの第２方向Ｂ１の中心とが一致するように設置されている。
　集光レンズ１６によって集光される位置の第２方向Ｂ１の座標をＸとおくとＸは次式（７）で表される。
　Ｘａ＝ｆ１ｓｉｎ（α２ａ－θ）　　　（７）
　ここで、θは図３に示すように、集光レンズ１６の光軸１７ｃと分散素子１５の法線のなす角である。
　ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍは、図４に示すように、Ｘ軸に平行な軸Ｘｍを中心に角度Ｘθと、Ｙ軸に平行な軸Ｙｍを中心に角度Ｙθと、にそれぞれ独立して回転することが可能である。軸Ｘｍは第２方向Ｂ１、軸Ｙｍは第１方向Ａ１に対応している。各ミラー１７ｍ上に集光される光は、各ミラーの反射面に対して斜めに入射し、入射方向とは異なった方向に反射される。ここで、図４は、ミラーアレイ１７の構成を示す斜視図である。図４においては、各波長の光の集光位置を結んだ軸と、回転軸Ｘｍと、は一致する。
　なお、ミラーアレイ１７に代えて、再帰反射器や、液晶素子や光学結晶、反射型の液晶表示パネルであるＬＯＣＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｏｎ　ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いて構成することもできる。
　ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍ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に入射する。集光レンズ１６に入射し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に向かって進む。集光レンズ１６からの光が分散素子１５に入射する各波長の光は、ミラーアレイ１７の各ミラー１７ｍの回転角が同じなので、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２偏向プリズム１４、第１偏向プリズム１３の順に入射し、それぞれ第２方向Ｂ１において光の進む向きを変えながら進んで行き、出力ポート１１ｅに対応したレンズアレイ１２のレンズに入射し、出力ポート１１ｅに集光する。
　波長選択スイッチのミラーと透過帯域の関係を、図５、図６を用いて説明する。図５は、Ｘ方向にミラーが並んだミラーアレイ１７のうち、３つのミラー１７ｍ１、１７ｍ２、１７ｍ３を抜き出して示す平面図である。図６は、横軸に周波数、縦軸に出力をとり、透過帯域を示したグラフである。
　ミラーアレイ１７のミラー上には、分散素子１５によって分散され、集光レンズ１６によりミラーアレイ１７のミラー１７ｍ上に集光された光によるビームスポットが形成される。
　ミラーアレイ１７上におけるビームスポットの位置は、各々の波長に従って変化する。一般に、ミラーアレイは、ミラーの中心にＩＴＵグリッドの波長に一致する波長のビームが集光するように、設計・調整される。つまり、ビームスポットの波長がＩＴＵグリッドの波長から離れるに従って、ビームスポットはミラー中心から離れた位置に形成されることになる。すなわち、図５において、ミラー中心ｍｃのビームスポット１８ａに対して、ビームスポットの波長がＩＴＵグリッドの波長から離れると、ミラー中心から離れたビームスポット１８ｂ、１８ｃとなる。
　ここで、ＩＴＵは国際電気通信連合によって定められたグリッド規格である。
　ミラーを用いた波長選択スイッチの場合、分散素子で分散された各波長の光がミラーアレイのミラー上に集光したときに、ミラー端部に入射するビームスポットの一部がミラーからはみ出すことによって、透過率が減少する。透過帯域を、ＩＴＵグリッドに対する透過率が±０．５ｄＢとなる周波数領域（図６）とすると、従来の波長選択スイッチの場合の透過帯域は、ミラー両端で０．５ｄＢ分のビームはみだしが許容制限となる。この場合、ミラー幅Ｗ、分散方向のビームスポット径ω、及び隣接するミラーとのミラー中心間隔Ｄが決まれば透過帯域は一義的に決まることになる（図５）。
　ミラーアレイ１７は、通常、常温状態で組み立てられる。その際、ミラーの中心にＩＴＵグリッドの波長に一致する波長のビームが集光するように、ミラーアレイ１７は設計・調整される。しかし、波長選択スイッチは常温状態のみ使用されるのではなく、高温状態又は低温状態で使用される可能性があり、その際でも、ミラーの中心にはＩＴＵグリッドの波長に一致する波長のビームスポットがミラーに集光するようにしなければならない。仮に集光位置がずれてしまうとそのずれた量だけ透過帯域の幅は狭くなってしまう。
　波長選択スイッチにおいて、温度変化の影響を受けやすい部材は分散素子１５である。仮に分散素子１５の高い分散を確保するために、イマージョングレーティングで材質をシリコンで構成し、回折格子のピッチを１／２５００（ｍｍ）で構成したとする。この場合、入射角度一定で温度変化を与えたとすると、分散素子１５の波長が１５５０ｎｍのときの順方向の光の出射角度は図３８のような変化を示す。その大きな要因は式（５）に示すような温度変化において、高い屈折率変化を示す特性にある。ここで、入出力ポート１１から、レンズアレイ１２、第１偏向プリズム１３、第２偏向プリズム１４、分散素子１５、及び集光レンズ１６を経て、ミラーアレイ１７側へ進行する光を順方向の光と考え、逆にミラーアレイ１７から入出力ポート１１側へ進行する光を逆方向の光と考える。
　このように分散素子１５の出射角度が温度によって変化してしまうと集光レンズ１６によって集光される光の第２方向Ｂ１の位置が変化してしまう。温度変化による出射角度変化量をΔα３とすると、Ｘ方向における位置の変化量ΔＸは次式（８）で求めることができる。
　ΔＸ＝ｆ１ｓｉｎ（Δα３）　　　（８）
　集光レンズ１６によって集光される位置がΔＸだけ変化すると、前述したようにずれた量だけ透過帯域の幅は狭くなってしまう。したがって、温度変化における出射角度変化量をΔα３≒０にすることができれば、その変化量ΔＸをなくすことができる。
　温度変化による出射角度変化量Δα３は、温度変化を与えて分散素子１５に入射する光の入射角α２に図４２のような変化を与えることにより、Δα３＝０にすることが可能となる。
　一方、図３６のように、分散素子２３０の前に偏向プリズム２６０を置いただけでは、使用温度範囲全域において完全に出射角を一致させることはできない。なぜなら、それぞれのシリコンの温度による屈折率変化の影響による出射角変化の曲線である図４２と図４０が完全に一致しない為である。その理由は図４０の曲線の１次成分の絶対値を図４２の曲線の１次成分の絶対値に偏向プリズム２６０の頂角を最適に設定して一致させたとしても、曲線の２次成分の絶対値が一致しないことにある。これによって、使用温度範囲全域において、分散素子２３０から出射する順方向の光の出射角は一定ではなくなる。
　温度変化の影響を受けやすい例として、分散素子１５及び第１偏向プリズム１３の材質がシリコンであり、第２偏向プリズム１４の材質がＮ－ＬＡＳＦ４０（商標）であった場合がある。この場合において、分散素子１５に入射する逆方向の光の入射角が一定であり、かつ、第１偏向プリズム１３に入射する順方向の光の入射角が一定であり、シリコンの温度による屈折率変化を上式（５）の関係としたとき、それぞれの使用温度範囲全域の出射角の変化の様子を図７、図９に示し、その出射角変化を図８、図１０に示している。但し、分散素子１５に入射する光は分散された光が出射される側から温度によって入射角が一定の１５５０ｎｍの光を入れた場合の特性を示している。また、ここでは分散素子１５及び第１偏向プリズム１３の材質をシリコンを例に挙げて説明するが、材質はこれに限定されるものではない。
　図７は、常温及び高温状態における分散素子１５からの逆方向の光の出射角α５を示す図である。図７において、常温状態の屈折は実線で示し、高温状態は破線で示している。図８は、図７における分散素子１５からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図８において出射角α５と温度Ｔは次式（９）の関係となる。
　α５＝－（１．７×１０－５）Ｔ２＋（１．３×１０－２）Ｔ＋１．７×１０
（９）
　図９は、常温及び高温状態における第２偏向プリズム１４からの順方向の光の出射角α４を示す図である。図１０は、図９における第２偏向プリズム１４からの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図１０において出射角α４と温度Ｔは次式（１０）の関係となる。
　α４＝（１．７×１０－５）Ｔ２－（１．３×１０－２）Ｔ＋５．５×１０
（１０）
　図８、図１０の両方の曲線を比較すると曲線の１次成分及び２次成分の絶対値が一致していることが分かる。また、それぞれの曲線の１次成分及び２次成分の符号の関係が図１１のような関係になっており、分散素子１５から出射する出射角の温度変化が無いような符号の組み合わせを選ぶ必要がある。これにより、使用温度範囲全域において、温度変化における出射角度変化量Δα３をほぼゼロにすることができ、集光レンズ１６によって集光される位置の変化量をほぼ無くすことが可能となる。ここで、図１１は、図８に示す出射角α５の曲線及び図１０に示す出射角α４の曲線における符号の関係を示す表である。
　なお、装置に求められ精度に応じて、図８および図１０の曲線の１次成分及び２次成分は、必ずしも、完全に一致する必要はない。
　図１２は、分散素子１５からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。図１３は、図１２の一部を拡大して示す図である。図１２、図１３において、実線は、図１に示すような第１偏向プリズム１３、第２偏向プリズム１４、及び分散素子１５を配置した場合、破線は第１偏向プリズム１３と分散素子１５の間に第２偏向プリズム１４を挟まない場合、一点鎖線は分散素子１５のみの場合の分散素子１５からの出射角α３の変化をそれぞれ示している。
　図１２、図１３の実線で示す第１実施形態の構成では、破線で示すように第２偏向プリズム１４を分散素子１５と第１偏向プリズム１３との間に配置しない場合と比較すると、曲線の２次成分がなくなり、出射角α３がほぼ一定になっている。また、一点鎖線で示す、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４を入れない場合と比較すると、第１実施形態の構成では、第１偏向プリズム１３を入れたことによって、曲線の１次成分が大きく改善されていることが分かる。
　図１４は、一般的な光学材料の温度に対する屈折率の変化を示すグラフである。図１４の縦軸は、測定温度における屈折率ｎｔと２０°Ｃにおける屈折率ｎ２０との差である。また、図１４中に示す材料名は、シリコン以外はいずれも商標である。図１５は、図１４に示した材料のｄｎ／ｄｔを示す表である。ここで、ｄｎ／ｄｔは、各材料の温度変化に対する屈折率の変化である。
　図１５に示すように、光学材料は、種類によって、ｄｎ／ｄＴが正であったり負であったり、様々のｄｎ／ｄＴの値を示す。このような光学素子を、第２偏向プリズム１４に用いても、使用温度範囲全域において、図４２の曲線と、第２偏向プリズム１４からの出射角曲線と、において１次成分及び２次成分の絶対値を一致させることが可能である。
　図１６は、分散素子１５及び第１偏向プリズム１３の材質がシリコンであった場合において、第２偏向プリズム１４の材質を図１４及び図１５の光学材料にしたときの使用温度範囲における出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。
　第２偏向プリズム１４の材質がどのような材質であっても出射角曲線α４の成分の絶対値を一致させることは可能である。図１６には、第２偏向プリズム１４を用いない場合の結果も示している。図１６から、第２偏向プリズム１４を用いた場合の第２偏向プリズム１４からの出射角曲線の１次成分は、第２偏向プリズム１４を用いない場合と同等な値であることが分かる。この現象の理由を以下に説明する。
　図１７は、一般的な偏向プリズム（頂角ε）についての入射及び出射の特性を示す図である。
　この偏向プリズムに入射する順方向の光の入射角α１０を、次式（１１）のような関数で変化を与えると、
　α１０＝ａＸ＋ｂ　　　（１１）
　偏向プリズムから出射する順方向の光の出射角α２０は、次式（１２）のような関数で表される。
　α２０＝ＡＸ２＋ＢＸ＋Ｃ　　　（１２）
　但し、
　ａ＝１、ｂ＝３０、
　偏向プリズムの屈折率は１．５、
　係数Ａ、Ｂ、Ｃは偏向プリズムの頂角εの値によって様々な値になる。
　図１８は、図１７に示す偏向プリズムにおいて、頂角εを変えたときの上式（１２）における係数Ａ、Ｂ、Ｃの変化を示す表である。図１８から、偏向プリズムの頂角εによっては、入射角α１０の１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂがほぼ同じ値になる場合があることが分かる。
　図１９は、頂角εを４５度とした偏向プリズムについての入射及び出射の特性を示す図である。図１９に示す偏向プリズムは、屈折率を１．５としている。
　図１９に示す偏向プリズムに入射する順方向の光の入射角α１０を次式（１３）のような関数で変化を与えると、
　α１０＝ａＸ＋ｂ　　　（１３）
　偏向プリズムから出射する順方向の光の出射角α２０は、次式（１４）のような関数で表される。
　α２０＝ＡＸ２＋ＢＸ＋Ｃ　　　（１４）
　ただし、ａ＝１である。
　図２０は、入射角α１０＝ａＸ＋Ｄの関数のＤの値によって変化するα２０の関数の係数Ａ、Ｂ、Ｃの値を示す表である。
　Ｄの値によっては頂角εの場合と同様に入射角α１０の１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂがほぼ同じ値になる場合がある。頂角εや、Ｄの値を最適な値にすることで１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂが同じ値にすることは可能であるが、そのときの出射角α２０の２次成分Ａは常に同じ値にはならない。つまり、頂角εや、Ｄの値によって、入射角α１０の１次成分ａと出射角α２０の１次成分Ｂを同じ値にしたまま、出射角α２０の２次成分Ａの値を自由に変化させることできる。
　波長選択スイッチ１０では、このような偏向プリズムの特性を第２偏向プリズム１４に利用しており、第２偏向プリズム１４が以下の式（１５）を満たすような材質及び頂角、第２偏向プリズム１４に入射する順方向の光の入射角を選定する。これにより、分散素子１５から出射する順方向の光の出射角α３を、温度変化に対して、容易にほぼ一定にすることが可能となる。式（１５）において、ｂ２は第２偏向プリズム１４に入射する光の温度変化における入射角変化の曲線の１次成分であり、Ｂ２は第２偏向プリズム１４から出射する光の温度変化における出射角変化の曲線の１次成分である。
　０．５≦｜Ｂ２｜／｜ｂ２｜≦１．５　　　（１５）
　このように、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４を用いることによって、分散素子１５に入射する光の入射角の曲線の１次成分および２次成分の絶対値を図８の出射角α５の曲線の１次成分および２次成分の絶対値と完全に一致させることが可能となる。
　図２１は、第２偏向プリズム１４にＺＥＯＮＥＸを用いた場合の光の進み方を示す図である。第２偏向プリズム１４にＺＥＯＮＥＸを用いた場合、第２偏向プリズム１４にそれ以外の材料を用いた場合に対して、第２偏向プリズム１４の頂角の向きが図２１のように逆転する。具体的には次のとおりである。
　まず、第２偏向プリズム１４がＮ－ＬＡＳＦ４０、Ｎ－ＦＫ５、Ｓｉｌｉｃａ、シリコンの場合は、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４は、図２に示すように、第１偏向プリズム１３の点Ｐと第２偏向プリズム１４の点Ｑとを結ぶ線ＰＱを含んだ面を光が通過するように配置されている。
　ここで、点Ｐは第１偏向プリズム１３において光が通過する第１面と第２面が交わる点であり、点Ｑは、第２偏向プリズム１４において光が通過する第１面と第２面が交わる点である。また、第１偏向プリズム１３の頂角は点Ｐにおける内角であり、第２偏向プリズム１４の頂角は点Ｑにおける内角である。
　それに対し、第２偏向プリズム１４がＺＥＯＮＥＸの場合では、図２１に示すように、点Ｐと点Ｑを結んだ線を含んだ面を光が通過しないように配置されている。
　図２と図２１に示す例から、第２偏向プリズム１４の頂角の向きは第１偏向プリズム１３の頂角の向きに対して依存性はないといえる。
　一般的な偏向プリズムの特性を図１７及び図１８の例を挙げて説明した。これは、出射角曲線を最適にするには、偏向プリズムの屈折率変化も考慮しないといけないためである。以上述べたように、第２偏向プリズム１４の材質はどのような材質であっても出射角曲線の１次成分及び２次成分の絶対値を一致させることが可能である。
　図２２は、第１偏向プリズム１３の材質が高分子材料であるＺＥＯＮＥＸを用いた場合の順方向の光が第１偏向プリズム１３から入射し、第２偏向プリズム１４を通り、分散素子１５から光が出射される様子を示す図である。
　図２３は、第２偏向プリズム１４の材質として図１５に示す光学材料を用いた場合の使用温度範囲における第２偏向プリズム１４の出射角曲線α４の１次成分及び２次成分を示す表である。
　図２３には、比較のために第２偏向プリズム１４を用いない場合の結果も示している。図２３から、第２偏向プリズム１４を入れることによって、出射角曲線の１次成分を変化させることなく、出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分に近づけることができることが分かる。
　図２２に示す例では、第２偏向プリズム１４の材質がシリコンであり、第１偏向プリズム１３と第２偏向プリズム１４は、第１偏向プリズム１３で光が通過する第１面と第２面が交わる点Ｐと、第２偏向プリズム１４で光が通過する第１面と第２面が交わる点Ｑと、を結ぶ線ＰＱを含んだ面を光が通過するように配置されている。それに対し、第２偏向プリズム１４がＮ－ＬＡＳＦ４０、Ｎ－ＦＫ５、Ｓｉｌｉｃａ、ＺＥＯＮＥＸの場合は、図２１示す例と同様に、線ＰＱを含んだ面を光が通過しないように配置されている。
　図２２に示す配置において第２偏向プリズム１４の材質がＮ－ＬＡＳＦ４０、Ｎ－ＦＫ５の場合、出射角曲線の１次成分を変化させることなく、出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分を完全に揃えることが出来る。しかし、第２偏向プリズム１４の材質がＳｉｌｉｃａ、シリコン、ＺＥＯＮＥＸの場合では、出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分を完全に揃えることが出来ない。
　第２偏向プリズム１４は、材質、頂角、及び入射角を最適にしただけでは、出射角曲線の１次成分を変化させることなく２次成分を図８の曲線α５の２次成分に近づけることは出来ても、完全に揃えることができない場合がある。そのような場合として、第２偏向プリズム１４の材質の温度による屈折率変化ｄｎ／ｄＴが大きな場合がある。したがって、第２偏向プリズム１４の材質は温度による屈折率変化ｄｎ／ｄＴが小さな材質を選定する必要がある。この選定基準として、以下の式（１）を満たすような屈折率変化の材質を選ぶと出射角曲線の２次成分を図８の曲線α５の２次成分に揃えることが出来る。
　｜ｄｎ／ｄＴ｜＜２．５×１０－６　　　（１）
　第２偏向プリズム１４は、一般的な偏向プリズムの特性を用いている為、一般的な光学素子から選定できる。このため、波長選択スイッチ１０の光学系を安価に構成することができる。また、第２偏向プリズム１４は、温度による屈折率変化ｄｎ／ｄＴが小さければ良いため、光学素子に起因する屈折率もさまざまな値の物を選出することが可能となる。第２偏向プリズム１４は屈折率が変化すると第２偏向プリズム１４に入射する順方向の光の入射角及び頂角が変化するため、レイアウトが変わる。つまり、第２偏向プリズム１４の材質によって、レイアウトが自由に変えられることができ、設計の自由度が増す。
＜第２実施形態＞
　図２４は、第２実施形態における第２偏向プリズム２４と第１偏向プリズム１３の構成を示す図である。図２４において、常温状態は実線で示し、高温状態は破線で示している。ここで、第１偏向プリズム１３から、第２偏向プリズム２４側へ進行する光を順方向の光と考える。
　第１実施形態の波長選択スイッチ１０では第１偏向プリズム１３と分散素子１５の間に１つの第２偏向プリズム１４を配置したが、図２４に示すように複数個の偏向プリズムを用いて構成しても良い。図２４では第２偏向プリズム２４を偏向プリズム２５、２６の２つの偏向プリズムで構成しているが、偏向プリズムの頂角の方向及び偏向プリズムの個数はこれに限定されるものではない。このように複数個の偏向プリズムで第２偏向プリズムを構成すると、分散素子１５に入射する順方向の光の入射角を温度使用領域において、精度良く変化させることが可能となり、分散素子１５から出射する順方向の光の出射角を一定にすることが可能となる。
　なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
＜第３実施形態＞
　分散素子をシリコンのイマージョングレーティングで構成し、回折格子のピッチを１／２５００とした場合、シリコンの屈折率が温度によって変化し、分散素子から出射する順方向の光の出射角変化が発生する。これに対して第１実施形態の波長選択スイッチ１０においては、第１偏向プリズム１３及び第２偏向プリズム１４でその出射角変化を補正していた。
　これに代えて、図２５に示すように分散素子３５を反射型グレーティングで構成してもよい。この構成によれば、第１偏向プリズム３３及び第２偏向プリズム３４によって順方向の光の向きを補正することにより、温度変化によって回折格子のピッチが膨張及び収縮したとしても、分散素子３５から出射する順方向の光の出射角が変化することを抑制することが可能である。図２５は、反射型グレーティングを用いた場合の光学系の構成例を示す図である。この出射角の補正について、詳細を次に説明する。ここで、入出力ポート１１から、分散素子３５側へ進行する光を順方向の光と考える。
　図２６は、図２５の分散素子３５の基材をＳｉｌｉｃａで、回折格子のピッチを１／９００とした場合の順方向の光の入射角α２と出射角α５を示す図である。図２６において、常温状態の反射は実線で示し、高温状態は破線で示している。図２７は、図２６における分散素子３５からの出射角α５と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図２７において出射角α５と温度Ｔは次式（１６）の関係となる。図２６において、分散素子３５に入射する順方向の光の入射角α２を温度変化において一定にしたときの分散素子３５から出射する順方向の光の出射角が変化する様子を示し、その出射角変化を図２７に示している。
　α５＝（３．１×１０－１１）Ｔ２＋（５．９×１０－５）Ｔ＋４．６×１０
（１６）
　但し、その入射角は図２５で示している分散素子３５の１５５０ｎｍの順方向の光の出射角α２と同じ角度である。
　また、分散素子３５の基材は一般的に用いられるＳｉｌｉｃａを例に挙げて説明をするが、材質はこれに限定されるものでなく、また、回折ピッチである１／９００の値も同様に限定されるものではない。
　図２５の第１偏向プリズム３３は、温度によって分散素子３５の回折格子のピッチが膨張及び収縮したことによる出射角α５の変化の１次成分を補正している。図２８は、常温及び高温状態における第１偏向プリズム３３からの出射角α６を示す図である。図２８において、常温状態の屈折は実線で示し、高温状態は破線で示している。図２９は、図２８における第１偏向プリズム３３からの出射角α６と温度Ｔとの関係を示すグラフである。
　図２９は、第１偏向プリズム３３に対して、波長が１５５０ｎｍであって、温度によらずに一定の入射角を保った光を入れた場合の温度による出射角特性を示している。図２９に示す例では、その曲線の１次成分の絶対値と図２７の曲線の１次成分の絶対値を一致させるように、第１偏向プリズム３３の入射角、頂角、及び材質を選定している。具体的には、入射角α１は１０．５５°、頂角は１１．６８°、材質はＮ－ＬＡＳＦ４０である。
　ここで、図２９において出射角α６と温度Ｔは次式（１７）の関係となる。
　α６＝（９．０×１０－８）Ｔ２＋（５．９×１０－５）Ｔ＋１．１×１０
（１７）
　図２５の第２偏向プリズム３４は、温度によって分散素子３５の回折格子のピッチが膨張及び収縮したことによる出射角α５の変化の２次成分を補正している。図３０は、常温及び高温状態における第１偏向プリズム３３への入射角α１と第２偏向プリズム３４からの出射角α４を示す図である。図３１は、図３０における第２偏向プリズム３４からの出射角α４と温度Ｔとの関係を示すグラフである。図３０において、常温状態は実線で示し、高温状態は破線で示している。
　図３１は、第１偏向プリズム３３に対して、波長が１５５０ｎｍであって、温度によらずに一定の入射角を保った光を入れた場合の温度による出射角特性を示している。図３１に示す例では、その曲線との２次成分の絶対値と図２７の曲線の２次成分の絶対値を一致させるように、第１偏向プリズム３３の頂角及び材質を選定している。具体的には、頂角は２０．６３°、材質はＮ－Ｋ５である。
　ここで、図３１において出射角α４と温度Ｔは次式（１８）の関係となる。
α４＝（－３．１×１０－１１）Ｔ２－（５．９×１０－５）Ｔ＋３．５×１０－１
（１８）
　図２７及び図３１の両方の曲線を比較すると、曲線の１次成分及び２次成分の絶対値が一致していることが分かる。これにより、使用温度範囲全域において、温度変化における出射角度変化量Δα３をΔα３≒０にすることができ、集光レンズ１６によって集光される位置の変化量をほぼ無くすことは可能となる。
　図３２は、分散素子３５からの出射角α３と温度の関係を示すグラフである。図３２の実線で示す第３実施形態の構成では、破線で示す第２偏向プリズム３４を、第１偏向プリズム３３と分散素子３５の間に配置しない場合と比較すると、２次成分が補正され、出射角α３がほぼ一定になっている。また、一点鎖線で示すように、第１偏向プリズム３３と第２偏向プリズム３４を配置しない場合と比較すると、第３実施形態の構成では、第１偏向プリズム３３を配置したことによって、１次成分が大きく改善されていることが分かる。
　なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
　以下に、本発明の第２の態様に係る波長選択スイッチの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、特許請求の範囲に記載された本発明が限定されるものではない。すなわち、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
　また、各部材、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
　本実施形態の波長選択スイッチの光学系では、光ファイバから発した光を凸面および凹面の２つのミラーで反射させて平行光にしてグレーティングに入射させ、グレーティングから出射した平行光を再び２つのミラーで反射させてＭＥＭＳミラーに集光している。集光光学系全体の焦点距離に比べて、全長を短くするために、グレーティング側を遠焦点側としたテレフォトタイプの構成となっている。すなわち、グレーティング側に正の焦点距離を有する凹面鏡、光ファイバ、ＭＥＭＳ側に負の焦点距離を有する凸面鏡を配置している。
（第４実施形態）
　第４実施形態に係る波長選択スイッチの構成及び動作について説明する。図４４は、第４実施形態に係る波長選択スイッチ５００の構成例を示す図である。
　波長選択スイッチ５００は、いわゆる透過型の波長選択スイッチである。この波長選択スイッチ５００は、複数の光ファイバからなるファイバアレイ５０１と、マイクロレンズアレイ５０２と、ウェッジプリズム裏面ミラー５０３と、凸面ミラー５０４と、凹面ミラー５０５と、グレーティング５０６と、ウェッジプリズム５０７と、フィールドレンズ５０８と、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）モジュールであるＭＥＭＳミラーアレイ５０９と、を備えている。
　図４５は、ファイバアレイ５０１とマイクロレンズアレイ５０２の構成を示す斜視図である。ファイバアレイ５０１（入力部、出力部）を構成する各光ファイバと、マイクロレンズアレイ５０２を構成する各マイクロレンズと、はそれぞれ対になっており、これらの対がアレイ状に配置されている。ファイバアレイ５０１は光入出力ポートとして機能する。なお、ファイバアレイ５０１を構成する何れのファイバを入力部または出力部として利用するかは、ユーザが適宜設定することができる。例えば、ファイバアレイ５０１の一つの光ファイバのみを入力用ポートとして用いて、それ以外の光ファイバを出力用ポートに用いてもよいし、入力用のポートと、出力用のポートと、を複数ずつ設けても良い。必ずしも、全ての光ファイバを、入力ポートまたは出力ポートとして使用する必要はなく、入力ポートまたは出力ポートとして機能していない入出力ポートが存在してもよい。また、ファイバの本数は、図４５に記載の本数（４本）に限定されるものではない。また、ファイバアレイ５０１に代えて、光導波路を用いてもよい。
　ファイバアレイ５０１の光ファイバのひとつ（以下、「第１の光ファイバ」という。）から、波長多重された信号光が、マイクロレンズアレイ５０２を経てウェッジプリズム裏面ミラー５０３に向けて出射される。この出射光は、凸面ミラー５０４、凹面ミラー５０５、グレーティング５０６、凹面ミラー５０５、凸面ミラー５０４、ウェッジプリズム５０７、フィールドレンズ５０８を順に経由して、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９（偏向素子アレイ）に入射する。ここで、ファイバアレイ５０１からウェッジプリズム裏面ミラー５０３へ出射し、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９に至るまでの経路を往路と呼ぶ。
　ＭＥＭＳミラーアレイ５０９で反射された光は、上記の往路と逆向きの経路（復路）でファイバアレイ５０１に入射する。
　図４４では往路において光の進む方向を矢印で示している。復路では、図４４の矢印とは逆の方向に光は進む。なお、図４４において、グレーティング５０６からは、２つの矢印のみが明示されているが、実際には、ファイバアレイ５０１に入力される波長の数に応じて、２以上の方向に分散される。
　次に、波長選択スイッチ５００内での信号光の光線としてのふるまいを説明する。
　マイクロレンズアレイ５０２から出射した光は、集光されたのち発散光となり、ウェッジプリズム裏面ミラー５０３に入射する。ウェッジプリズム裏面ミラー５０３に入射した光は、反射されて凸面ミラー５０４に入射する。凸面ミラー５０４に入射した光は、反射されて発散光となり凹面ミラー５０５に入射する。凹面ミラー５０５に入射した光は、反射されておおよそ平行光となり、分散素子としてのグレーティング５０６に入射する。グレーティング５０６は、波長多重光を分散する。
　グレーティング５０６で波長分散された光は、波長ごとにある一定の傾きを有した平行光となり、再び凹面ミラー５０５に入射する。凹面ミラー５０５に入射した光は、反射されて収束光となり凸面ミラー５０４に入射する。凸面ミラー５０４に入射した光は、反射されて収束しながらウェッジプリズム５０７に入射する。ウェッジプリズム５０７に入射した光は向きを変えてフィールドレンズ５０８に入射する。フィールドレンズ５０８に入射した光はテレセントリックな光束となり、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９の各波長に対応したマイクロミラー５００Ｍ（図４６）に集光される。ここで、ファイバアレイ５０１の光ファイバ端面とマイクロミラー５００Ｍとは光学的に共役である。また、図４６は、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９の構成を示す斜視図である。
　マイクロミラー５００Ｍは、図４６に示すように、それぞれのミラーがローカルのｘ軸（副軸）とｙ軸（主軸）の周りに回転可能で、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。ここで、光の進行方向を光軸方向（ｚ方向）とし、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９の配列された方向をｙ方向とし、光軸方向およびｙ方向のそれぞれに直交する方向をｘ方向と呼ぶ。
　なお、現実の波長選択スイッチの光路中に、図示しないミラー、プリズム等の偏向部材が光路を折り曲げるために配置されている場合には、ｘ方向及びｙ方向との説明は、このような偏向部材が無いものとした仮想的な光学系を前提として用いられることとする。
　マイクロミラー５００Ｍで反射された光は、フィールドレンズ５０８を経て、再びウェッジプリズム５０７に入射し、凸面ミラー５０４、凹面ミラー５０５でそれぞれ反射され、グレーティング５０６に入射する。グレーティング５０６により回折されたそれぞれの波長の光は、図４４に示すｙｚ平面内では往路と同一の光路となる。一方、グレーティング５０６によって分散された各波長の光は、対応するマイクロミラー５００Ｍの傾き角に応じて、図４４のｙｚ平面に垂直な面内では、往路の光と異なる位置を通る。
　従って、復路の光は、各波長に対応したマイクロミラー５００Ｍの傾き角に応じて、ファイバアレイ５０１の入力ポート以外の、異なるファイバに入射する。
　このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにＭＥＭＳミラーアレイ５０９のそれぞれのマイクロミラー５００Ｍの傾き角に応じて選択的に他のファイバに入射する。
　次に、波長選択スイッチ５００の各要素の働きについて、例を挙げて説明する。
　この波長選択スイッチに入射する光信号の周波数帯はいわゆるＣバンドであり、スペーシングは５０ＧＨｚである。
　ウェッジプリズム裏面ミラー５０３は、マイクロレンズアレイ５０２からの光を凸面ミラー５０４へ反射するとともに、像面の傾きを補正する働きを有している。
　凸面ミラー５０４は、負の焦点距離を有する反射部材であって、球面形状、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転双曲面）を有し、光を発散させる働きを有する。凸面ミラー５０４の焦点距離は－８０ｍｍである。
　凹面ミラー５０５は、正の焦点距離を有する反射部材であって、球面、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転放物面）を有し、光を収束する働きを有する。凹面ミラー５０５の焦点距離は１００ｍｍである。
　これら凸面ミラー５０４と凹面ミラー５０５との間隔は６０ｍｍである。凸面ミラー５０４と凹面ミラー５０５を組み合わせ、さらにフィールドレンズ５０８を含めると、全体の焦点距離は１９３．５ｍｍとなる。
　また、凹面ミラー５０５からグレーティング５０６までの距離は６０ｍｍであり、凸面ミラー５０４からＭＥＭＳミラーアレイ５０９までの距離は８０ｍｍである。
　このように全体の焦点距離に対して光学系の長さを短くすることができる。
　グレーティング５０６は、例えばガラス基板上にグレーティングが形成されている、反射型のグレーティングである。グレーティング５０６においては、１ｍｍあたり１０００本の溝が形成されている。
　ウェッジプリズム５０７は像面の傾きを補正する働きを有している。
　フィールドレンズ５０８は、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９に入射する光束がテレセントリックとなるように、ウェッジプリズム５０７とＭＥＭＳミラーアレイ５０９の間に配置されている。ここで、フィールドレンズ５０８を配置しない場合には、グレーティング５０６が凸面ミラー５０４と凹面ミラー５０５との合成系の前側焦点より、凹面ミラー５０５の近くに位置しているため、グレーティング５０６で回折した各波長の光束はＭＥＭＳミラーアレイ５０９に対してテレセントリックとはならない。フィールドレンズ５０８は、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９に入射する光束をテレセントリック光に変換する働きを有している。フィールドレンズ５０８の焦点距離は１５０ｍｍである。
　ＭＥＭＳミラーアレイ５０９（光偏向部材）は、グレーティング５０６で帯状に分散された光の波長に対応して波長分散方向に並ぶように配置された、複数のマイクロミラー５００Ｍのアレイを有する。また、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９には、マイクロミラー５００Ｍの駆動に用いる図示しない駆動機構がついている。マイクロミラー５００Ｍのそれぞれの間隔（ピッチ）は９７μｍである。
　なお、図４６において、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９として、８枚のマイクロミラー５００Ｍのみが図示されているが、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９を構成するマイクロミラー５００Ｍの数は、８つに限定されない。
　また、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９に代えて、再帰反射器や、液晶素子や光学結晶、反射型の液晶表示パネルであるＬＯＣＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｏｎ　ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いて構成することもできる。
　また、各マイクロミラー５００Ｍのミラー面の配置間隔や、形状や、面積は、同じでも異なっていても良い。
　また、第４実施形態ではひとつの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートからひとつの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
　第４実施形態に係る波長選択スイッチ５００においては、グレーティング５０６とＭＥＭＳミラーアレイ５０９の間に、凹面ミラー５０５及び凸面ミラー５０４を配置することにより、ＭＥＭＳミラーアレイ５０９上へ信号光を集光する光学系全体の焦点距離を長くしている。これにより、光信号のスペーシングが狭くなることに対応可能となる。
　さらに、正の焦点距離を有する凹面ミラー５０５をグレーティング５０６側に配置し、負の焦点距離を有する凸面ミラー５０４をＭＥＭＳミラーアレイ５０９側に配置することにより、集光光学系全体の焦点距離に対して全長を短くすることができる。
　このような構成により、光学系を大型化させることなく、狭いスペーシングに対応することができ、装置の小型化が可能となる。
（第５実施形態）
　第５実施形態に係る波長選択スイッチの構成及び動作について説明する。図４７は、第５実施形態にかかる波長選択スイッチ６００の構成例を示す図である。
　第５実施形態の波長選択スイッチ６００は、いわゆる透過型の波長選択スイッチである。この波長選択スイッチ６００は、複数の光ファイバからなるファイバアレイ５０１と、マイクロレンズアレイ５０２と、ウェッジプリズム裏面ミラー６０３と、凸面ミラー６０４と、凹面ミラー６０５と、グレーティング６０６と、ウェッジプリズム６０７と、ＭＥＭＳモジュールであるＭＥＭＳミラーアレイ６０９と、を備えている。
　なお、ファイバアレイ５０１とマイクロレンズアレイ５０２は、第３実施形態の波長選択スイッチと同様であるため、同じ参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
　ファイバアレイ５０１の第１の光ファイバから、波長多重された信号光が、マイクロレンズアレイ５０２を経てウェッジプリズム裏面ミラー６０３に向けて出射される。この出射光は、凸面ミラー６０４、凹面ミラー６０５、グレーティング６０６、凹面ミラー６０５、凸面ミラー６０４、ウェッジプリズム６０７を順に経由してＭＥＭＳミラーアレイ６０９に入射する。ここで、ファイバアレイ５０１からウェッジプリズム裏面ミラー６０３へ出射し、ＭＥＭＳミラーアレイ６０９に至るまでの経路を往路と呼ぶ。
　ＭＥＭＳミラーアレイ６０９で反射された光は、上記の往路と逆向きの経路（復路）でファイバアレイ５０１に入射する。
　図４７では往路において光の進む方向を矢印で示している。復路では、図４７の矢印とは逆の方向に光は進む。なお、図４７において、グレーティング６０６からは、２つの矢印のみが明示されているが、実際には、ファイバアレイ５０１に入力される波長の数に応じて、２以上の方向に分散される。
　次に、波長選択スイッチ６００内での信号光の光線としてのふるまいを説明する。
　マイクロレンズアレイ５０２から出射した光は、集光されたのち発散光となり、ウェッジプリズム裏面ミラー６０３に入射する。ウェッジプリズム裏面ミラー６０３に入射した光は、反射されて凸面ミラー６０４に入射する。凸面ミラー６０４に入射した光は、反射されて発散光となり凹面ミラー６０５に入射する。凹面ミラー６０５に入射した光は、反射されておおよそ平行光となり、分散素子としてのグレーティング６０６に入射する。グレーティング６０６は、波長多重光を分散する。
　グレーティング６０６で波長分散された光は、波長ごとにある一定の傾きを有した平行光となり、再び凹面ミラー６０５に入射する。凹面ミラー６０５に入射した光は、反射されて収束光となり凸面ミラー６０４に入射する。凸面ミラー６０４に入射した光は、反射されて収束しながら、ウェッジプリズム６０７に入射する。ウェッジプリズム６０７に入射した光は向きを変えて出射し、ＭＥＭＳミラーアレイ６０９の各波長に対応したマイクロミラー６００Ｍ（図４８、図４９）に集光される。ここで、ファイバアレイ５０１の光ファイバ端面とマイクロミラー６００Ｍとは光学的に共役である。
　また、第５実施形態の波長選択スイッチ６００は、第４実施形態の波長選択スイッチ５００とは異なり、ウェッジプリズム６０７とＭＥＭＳミラーアレイ６０９の間にフィールドレンズが配置されていないため、マイクロミラー６００Ｍに入射する光束はテレセントリックではない。波長選択スイッチ６００においては、入射瞳がウェッジプリズム６０７側にある。
　図４８は、ＭＥＭＳミラーアレイ６０９の構成を示す、ｚ方向から見た図である。図４９は、ＭＥＭＳミラーアレイ６０９の構成を示す、ｘ方向から見た図である。ただし、ミラーアレイ６０９を構成するマイクロミラー６００Ｍの数は、図４９に記載の数に限定されない。
　マイクロミラー６００Ｍは、第４実施形態のＭＥＭＳミラーアレイ５０９のマイクロミラー６００Ｍと同様に、それぞれのミラーがローカルのｘ軸（副軸）とｙ軸（主軸）の周りに回転可能で、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。
　波長選択スイッチ６００では、マイクロミラー６００Ｍに入射する光はテレセントリックではないため、マイクロミラー６００Ｍすべてがｙ軸（主軸）に関して平行であると、復路の光は光学系の有効径からはずれてしまい、光ファイバアレイ５０１に到達することができない。このため、復路の光が各光学部材の有効径内を通り、ファイバに入射可能なように、それぞれのマイクロミラー６００Ｍは、図４９に示すようにｘ軸（副軸）に関して傾きを有している。この傾きは、中心部のマイクロミラーに比べて、周辺部のマイクロミラーのほうが、大きい。さらに、各マイクロミラー６００Ｍは、グレーティング６０６によって分散された各信号光を含むｙｚ平面において、入射光が直角に入射するように配置されている。ただし、波長選択スイッチに求められる精度に応じて、入射光が略直角に入射するように配置されていてもよい。ここで、図４９においては、光線を破線で表している。
　マイクロミラー６００Ｍで反射された光は、再びウェッジプリズム６０７に入射し、凸面ミラー６０４、凹面ミラー６０５でそれぞれ反射され、グレーティング６０６に入射する。グレーティング６０６により回折されたそれぞれの波長の光は、図４７に示すｙｚ平面内では往路と同一の光路となる。一方、グレーティング６０６によって回折された各波長の光は、対応するマイクロミラー６００Ｍの傾き角に応じて、図４７のｙｚ平面に垂直な面内では、往路の光と異なる位置を通る。
　復路の光は、各波長に対応したマイクロミラー６００Ｍの傾き角に応じて、ファイバアレイ５０１の入力ポート以外の、異なるファイバに入射する。
　このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにＭＥＭＳミラーアレイ６０９のそれぞれのマイクロミラー６００Ｍの傾き角に応じて選択的に他のファイバに入射する。
　次に、波長選択スイッチ６００の各要素の働きについて、例を挙げて説明する。
　この波長選択スイッチに入射する光信号の周波数帯はいわゆるＣバンドであり、スペーシングは５０ＧＨｚである。
　ウェッジプリズム裏面ミラー６０３は、マイクロレンズアレイ５０２からの光を凸面ミラー６０４へ反射するとともに、像面の傾きを補正する働きを有している。
　凸面ミラー６０４は、負の焦点距離を有する反射部材であって、球面形状、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転双曲面）を有し、光を発散させる働きを有する。凸面ミラー６０４の焦点距離は－８０ｍｍである。
　凹面ミラー６０５は、正の焦点距離を有する反射部材であって、球面、又は非球面形状（例えば軸はずしの回転放物面）を有し、光を収束する働きを有する。凹面ミラー６０５の焦点距離は１００ｍｍである。これら凸面ミラー６０４と凹面ミラー６０５との間隔は６０ｍｍである。凸面ミラー６０４と凹面ミラー６０５を組み合わると、全体の焦点距離は２００ｍｍとなる。
　また、凹面ミラー６０５からグレーティング６０６までの距離は６０ｍｍであり、凸面ミラー６０４からＭＥＭＳミラーアレイ６０９までの距離は８０ｍｍである。
　このように全体の焦点距離に対して光学系の長さを短くすることができる。
　グレーティング６０６は、例えばガラス基板上にグレーティングが形成されている、反射型のグレーティングである。グレーティング６０６においては、１ｍｍあたり１０００本の溝が形成されている。
　ウェッジプリズム６０７は像面の傾きを補正する働きを有している。
　ＭＥＭＳミラーアレイ６０９（光偏向部材）は、グレーティング６０６で帯状に分散された光の波長に対応して波長分散方向に並ぶように配置された、複数のマイクロミラー６００Ｍのアレイを有する。また、ＭＥＭＳミラーアレイ６０９には、マイクロミラー６００Ｍの駆動に用いる図示しない駆動機構がついている。マイクロミラー６００Ｍのそれぞれの間隔（ピッチ）は１００μｍである。
　なお、第５実施形態ではひとつの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートからひとつの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
　なお、その他の構成、作用、効果については、第４実施形態と同様である。
（第６実施形態）
　本発明の第６実施形態に係る波長選択スイッチの構成及び動作について説明する。図５０は、第６実施形態にかかる波長選択スイッチ７００の構成例を示す図である。
　第６実施形態の波長選択スイッチ７００においては、第４実施形態の凹面ミラー５０５に代えて凹面裏面ミラー７０５を用いた点を除いて第４実施形態と同様の構成である。図５０では、第４実施形態と同じ部材については同じ参照符号を用いている。
　凹面裏面ミラー７０５はメニスカス形状をした部材であり、光の入射面と反射面を有している。全体としての焦点距離は例えば－８０ｍｍである。入射面及び反射面の形状は、それぞれ球面、又は非球面（例えば軸はずしの回転放物面）である。
　なお、その他の構成、作用、効果については、第４実施形態と同様である。
　なお、第５実施形態の凹面ミラー６０５に代えて凹面裏面ミラー７０５を用いてもよい。
　第６実施形態では、第４実施形態の凹面ミラー５０５に代えて凹面裏面ミラー７０５を用いたが、裏面ミラーとして、第４実施形態の凸面ミラー５０４に代えて凸面裏面ミラーを用いることもできる。また、第４実施形態の凸面ミラー５０４に代えて凸面裏面ミラーを用いると同時に、第４実施形態の凹面ミラー５０５に代えて凹面裏面ミラー７０５を用いてもよい。
　また、第５実施形態の凸面ミラー６０４に代えて凸面裏面ミラーを用いてもよい。
　また、第５実施形態の凸面ミラー６０４に代えて凸面裏面ミラーを用いると同時に、第５実施形態の凹面ミラー５０５に代えて凹面裏面ミラー７０５を用いてもよい。
　また、グレーティング５０６、６０６に代えて、透過型の分散素子（リットマン－メトカルフ構成も含む）や、イマージョングレーティング等を用いることもできる。
　以上のように、本発明に係る波長選択スイッチは、使用温度が変化しても高い分散特性が必要な波長選択スイッチに有用である。
　また、本発明に係る波長選択スイッチは、光信号のチャンネルスペーシングが狭くなっても装置を小型化できる効果がある。
　１０　　波長選択スイッチ
　１１　　入出力ポート
　１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ　入力ポート
　１１ｅ　出力ポート
　１２　　レンズアレイ
　１３　　第１偏向プリズム
　１４　　第２偏向プリズム
　１５　　分散素子
　１６　　集光レンズ
　１７　　ミラーアレイ
　１７ｍ　ミラー
　３３　　第１偏向プリズム
　３４　　第２偏向プリズム
　３５　　分散素子
　５００　　波長選択スイッチ
　５０１　　ファイバアレイ
　５０２　　マイクロレンズアレイ
　５０３　　ウェッジプリズム裏面ミラー
　５０４　　凸面ミラー
　５０５　　凹面ミラー
　５０６　　グレーティング
　５０７　　ウェッジプリズム
　５０８　　フィールドレンズ
　５０９　　ＭＥＭＳミラーアレイ
　６００　　波長選択スイッチ
　６０３　　ウェッジプリズム裏面ミラー
　６０４　　凸面ミラー
　６０５　　凹面ミラー
　６０６　　グレーティング
　６０７　　ウェッジプリズム
　６０９　　ＭＥＭＳミラーアレイ
　７００　　波長選択スイッチ
　７０５　　凹面裏面ミラー

Claims (15)

  1. 　波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、
    　前記入力部からの前記光を受光し、前記光を分散させる分散素子と、
    　前記分散素子によって波長ごとに分散された分散光を集光する集光要素と、
    　前記分散光を、波長ごとに独立に偏向可能な複数の反射光学素子を有する光偏向部材と、
    　前記光偏向部材によって偏向された前記分散光を受光する少なくとも一つの出力部と、
    　前記分散素子の入射側に配置された２つ以上の偏向プリズムと、
    を備え、
    　温度変化による、前記２つ以上の偏向プリズムから前記分散素子に向けて出射される順方向の光の出射角の変化の２次成分の絶対値と、
    　温度変化前における前記順方向の光が前記分散素子から出射する光に沿った光であって、かつ、温度変化後における逆方向の光の前記分散素子から出射される光の、温度変化による出射角の変化の２次成分の絶対値と、が略一致することを特徴とする波長選択スイッチ。
  2. 　前記２つ以上の偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側に近い偏向プリズムに前記入力部側から入射する光の入射角が温度によって変化し、
    　温度変化による前記入射角の変化の曲線の１次成分がｂで表され、
    　前記偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側に近い偏向プリズムから出射する光の出射角が温度によって変化し、
    　温度変化による前記出射角の変化の曲線の１次成分がＢで表される場合、
    　１次成分ｂと１次成分Ｂのそれぞれの絶対値が略一致す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. 　前記入力部から出射した光が複数の前記偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側から最も遠い偏向プリズムを通過して前記偏向プリズムから出射する光の出射角が温度によって変化し、
    　温度変化による前記出射角の変化の曲線の１次成分がｂで表され、
    　前記入力部から出射した光が前記複数の偏向プリズムを通過して前記分散素子に入射する前記光の入射角が温度によって変化し、
    　温度変化による前記入射角の変化の曲線の１次成分がＢで表される場合、
    　１次成分ｂと１次成分Ｂのそれぞれの絶対値が略一致す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。
  4. 　前記偏向プリズムのうち、少なくとも１つの偏向プリズムの温度変化による屈折率の変化がｄｎ/ｄＴで表される場合、次式（１）を満足す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。
    　｜ｄｎ/ｄＴ｜＜２．５×１０-6　　　（１）
  5. 　前記偏向プリズムのうち、前記分散素子の入射側に近い偏向プリズムの温度変化による屈折率の変化がｄｎ/ｄＴで表される場合、次式（１）を満足す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。
    　｜ｄｎ/ｄＴ｜＜２．５×１０-6　　　（１）
  6. 　波長多重された信号光の入力部と、
    　前記入力部からの前記信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、
    　前記負の焦点距離を有する反射部材及び前記正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、
    　前記分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、
    　前記負の焦点距離を有する反射部材と前記偏向素子アレイの間に配置されたレンズと、を有することを特徴とする波長選択スイッチ。
  7. 　前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
  8. 　前記負の焦点距離を有する反射部材が凸面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
  9. 　前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面裏面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
  10. 　前記負の焦点距離を有する反射部材が凸面裏面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
  11. 　波長多重された信号光の入力部と、
    　前記入力部からの前記信号光を受光する、互いに反射面同士が向き合った、負の焦点距離を有する反射部材及び正の焦点距離を有する反射部材と、
    　前記負の焦点距離を有する反射部材及び前記正の焦点距離を有する反射部材からの光を受光し、この光を波長分散させる分散素子と、
    　前記分散素子にて波長分散された信号光を波長ごとに偏向可能な偏向素子アレイと、
    を有し、
    　前記分散素子で分散される各信号光を含む面内において前記信号光が前記偏向素子アレイの各ミラーに直角に入射するように、前記偏向素子アレイの各ミラーが配置されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
  12. 　前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面ミラーであることを特徴とする請求項１１に記載の波長選択スイッチ。
  13. 　前記負の焦点距離を有する反射部材が凸面ミラーであることを特徴とする請求項１１に記載の波長選択スイッチ。
  14. 　前記正の焦点距離を有する反射部材が凹面裏面ミラーであることを特徴とする請求項１１に記載の波長選択スイッチ。
  15. 　前記負の焦点距離を有する反射部材が凹面裏面ミラーであることを特徴とする請求項１１に記載の波長選択スイッチ。
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