光スイッチ装置
【課題】角度操作器の負荷の増大や特性の低下が抑制された光スイッチ装置を提供すること。
【解決手段】複数のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光の光路を切り換えて光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する角度操作器と、光入出力ポートと角度操作器との間に配置され、光入出力ポートと角度操作器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、光入出力ポートと集光レンズ系との間に配置され、光入出力ポート側から入力された光のビーム形状を光入出力ポートのポート配列方向に対して縮小し、該光の光路を集光レンズ系の光軸に近づけるように変位させて、光入出力ポートにおけるポートの配列間隔よりも、集光レンズ系の角度操作器側の直後での光軸に垂直の平面を通過する光のビームの配列間隔が小さくするアナモルフィック光学系と、を備える。
【解決手段】複数のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光の光路を切り換えて光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する角度操作器と、光入出力ポートと角度操作器との間に配置され、光入出力ポートと角度操作器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、光入出力ポートと集光レンズ系との間に配置され、光入出力ポート側から入力された光のビーム形状を光入出力ポートのポート配列方向に対して縮小し、該光の光路を集光レンズ系の光軸に近づけるように変位させて、光入出力ポートにおけるポートの配列間隔よりも、集光レンズ系の角度操作器側の直後での光軸に垂直の平面を通過する光のビームの配列間隔が小さくするアナモルフィック光学系と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信システムは、その形態がｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ型から、リング型またはメッシュ型のネットワークへと発展しつつある。このような形態のネットワークのノードには、任意の信号光を任意のポートに入出力させて、信号光の経路を任意に変更するための光スイッチ装置が必要とされる。
【０００３】
特に、互いに異なる波長の信号光が波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing）されたＷＤＭ信号光を用いる場合は、任意の波長の信号光に対して任意に経路を変更できる波長選択光スイッチ装置が必要とされる（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００４】
光スイッチ装置には、信号光の経路を切り替えるために、反射ミラーを用いたもの（たとえば非特許文献１参照）や、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を用いたものがある（たとえば特許文献１、２参照）。ＬＣＯＳは、入射された光の位相を液晶によって変調し、回折させることができる空間光変調器である。したがって、ＬＣＯＳを用いた光スイッチ装置では、或る経路から入力された信号光を、ＬＣＯＳによって回折させて、特定の経路に出力することにより、光スイッチ動作を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００６７６１１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０２７６５３７号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Dan M. Marom “Wavelength Selective 1xK Switching Systems”, Optical MEMS 2003 P.43-44 TuA1(Invited).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、光スイッチ装置において、光の光路を切り換える角度を所望の値に操作する角度操作器である反射ミラーやＬＣＯＳで切り換える光路の角度は小さいことが好ましい。たとえば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems、微少電気機械システム）を用いた反射ミラーを用いる場合は、光路の切り換えの角度、すなわち反射ミラーによる反射角度を大きくしようとすると、反射ミラーの駆動電圧を高くしなければならない場合や、反射ミラーがこれを可動させるための機構にあたらないようにするために機構が大型化する場合がある。一方、ＬＣＯＳを用いる場合は、その回折角度を大きくしようとすると、ＬＣＯＳの画素ピッチを小さくしなければならない場合や、回折効率が悪くなる場合がある。このように、光路の切り換え角度が大きいと角度操作器の負荷が大きくなったり、特性の低下が起こったりする場合がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、角度操作器の負荷の増大や特性の低下が抑制された光スイッチ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光スイッチ装置は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する複数のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光の光路を切り換えて前記光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する角度操作器と、前記光入出力ポートと前記角度操作器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記角度操作器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム形状を前記光入出力ポートのポート配列方向に対して縮小し、かつ該光の光路を前記集光レンズ系の光軸に近づけるように変位させて、前記光入出力ポートにおけるポートの配列間隔よりも、前記集光レンズ系の前記角度操作器側の直後での前記光軸に垂直の平面を通過する前記光のビームの配列間隔を小さくするアナモルフィック光学系と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記集光レンズ系は単レンズ系であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記集光レンズ系は複合レンズ系であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記集光レンズ系の口径が、前記光入出力ポートにおけるポートの配列幅よりも小さいことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記アナモルフィック光学系はシリンドリカルレンズで構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記アナモルフィック光学系はアナモルフィックプリズムペアで構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記角度操作器は反射ミラーで構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記角度操作器はＬＣＯＳで構成されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系の最も前記角度操作器側に配置されたレンズとの間に設けられた光分散素子を備え、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記光分散素子は透過型の回折格子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光路の切り換え角度が小さい光スイッチ装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線断面を通過する各信号光のビーム形状を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。
【図４】図４は、図３に示す光スイッチ装置をｘ軸方向正の向きから見た図である。
【図５】図５は、実施の形態３に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。
【図６】図６は、図５に示す光スイッチ装置において角度操作器を構成するＬＣＯＳに入射する信号光のビーム形状の好ましい一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明に係る光スイッチ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、図中、適宜ｘｙｚ座標系を用いて方向を説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。図１は、ｘｙｚ座標系でｘ軸方向正の向きから見たものである。図１に示すように、この光スイッチ装置１０は、光入出力ポート１１と、角度操作器１２と、集光レンズ系１３と、アナモルフィック光学系１４とを備えている。なお、実際にはアナモルフィック光学系１４において光路がｚ方向にシフトすることがあるが、簡略化のために直列に配置して示している。
【００２３】
光入出力ポート１１は、光ファイバポート１１１、１１２、１１３、１１４、１１５と、複数のコリメータレンズからなるコリメータレンズ群１１６と、光ファイバポート１１１〜１１５とコリメータレンズ群１１６とを支持する支持部１１７とを備えている。光ファイバポート１１１〜１１５は、所定の配列方向（図中ｚ軸方向）に沿って、等間隔Ｄでアレイ状に配列されている。また、光ファイバポート１１１と光ファイバポート１１３との間隔をＬとすると、Ｌ＝２Ｄである。光ファイバポート１１１〜１１５は、外部から光が入力される、または外部に光を出力するものである。なお、光スイッチ装置１０に入力または出力される光は特に限定されないが、たとえば波長１５２０〜１６２０ｎｍの光通信用の信号光である。
【００２４】
コリメータレンズ群１１６は、各光ファイバポート１１１〜１１５に対応して配置されるコリメータレンズから構成されている。コリメータレンズ群１１６は、各光ファイバポート１１１〜１１５から出力した光を平行光にする、または、入力された平行光を各光ファイバポート１１１〜１１５に集光して結合させる機能を有する。
【００２５】
角度操作器１２は、反射ミラーがｘ軸に平行な回転軸の周りに所定の角度だけ回転するように構成されている。角度操作器１２は、光入出力ポート１１のいずれかの光ファイバポートから入力した光を反射して光入出力ポート１１の他のいずれかの光ファイバポートに向けて出力する機能を有する。
【００２６】
集光レンズ系１３は、光入出力ポート１１と角度操作器１２とを光学的に結合するものである。集光レンズ系１３は、単レンズ系であり、光入出力ポート１１と角度操作器１２との間に配置される。角度操作器１２の位置は、ほぼ集光レンズ系１３の焦点の位置である。図１、２では集光レンズ系１３の光軸を光軸１３１で示している。
【００２７】
アナモルフィック光学系１４は、光入出力ポート１１と集光レンズ系１３との間に配置されている。アナモルフィック光学系１４は、光入出力ポート１１側から入力された光のビーム形状を光入出力ポート１１のポート配列方向（すなわちｚ方向）に対して縮小するとともに、この光の光路を集光レンズ系１３の光軸１３１に近づけるように変位させる機能を有する。また、アナモルフィック光学系１４は、光相反性を有するため、角度操作器１２側から入力された光のビーム形状をｚ方向に対して拡大するともに、この光の光路を集光レンズ系１３の光軸１３１から遠ざけるように変位させる機能を有する。アナモルフィック光学系１４はアナモルフィックプリズムペアで構成されているが、たとえばシリンドリカルレンズなどの他のアナモルフィック光学系で構成してもよい。
【００２８】
この光スイッチ装置１０では、集光レンズ系１３の光軸１３１と一致するように配置された光ファイバポート１１３が、外部から光が入力される共通の光ファイバポート（Ｃｏｍポート）として設定されており、その他の４つの光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５が、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。すなわち、この光スイッチ装置１０は１×４の光スイッチとして機能する。
【００２９】
つぎに、この光スイッチ装置１０の動作について、図１をもとに説明する。まず、光ファイバポート１１３は、外部から或る波長の信号光Ｌ１が入力されると、コリメータレンズ群１１６が、入力された信号光Ｌ１を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。アナモルフィック光学系１４は、略平行光にされた信号光Ｌ１のビーム形状をｚ方向に対して縮小し、楕円形にする。集光レンズ系１３は、ビーム形状が縮小された、光軸１３１を通過する信号光Ｌ１を角度操作器１２に集光させる。角度操作器１２は、回転角度が調整されて、集光された信号光Ｌ１を信号光Ｌ２として反射角θ１で反射させる。集光レンズ系１３は、反射された信号光Ｌ２を略平行光にするとともに、光路を信号光Ｌ１の光路と略平行にする。
【００３０】
つぎに、アナモルフィック光学系１４は、光相反性によって、信号光Ｌ２のビーム形状をｚ方向に対して拡大して略円形に戻すとともに、信号光Ｌ２の光路を集光レンズ系１３の光軸１３１から遠ざけるように変位させる。その後、信号光Ｌ２はコリメータレンズ群１１６のうち光ファイバポート１１１に対応するコリメータレンズに入力する。この対応するコリメータレンズは、信号光Ｌ２を集光し、光ファイバポート１１１に結合させる。光ファイバポート１１１は結合された光を外部に出力する。以上のようにして、この光スイッチ装置１０は、Ｃｏｍポートである光ファイバポート１１３から入力された信号光の経路を光ファイバポート１１１に切り換えることができる。
【００３１】
また、光ファイバポート１１３から入力された信号光の経路を他の光ファイバポート１１２、１１４、１１５にそれぞれ切り換える場合には、光スイッチ装置１０は上記の動作において、角度操作器１２が、その回転角度が調整されて信号光Ｌ１を所定の方向に、それぞれ信号光Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５として反射させることによって、所望の経路の切り換えを実現することができる。
【００３２】
上記動作において、図１のＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面を通過する各信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビーム形状は図２に示すようになる。なお、Ａ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面はいずれも集光レンズ系１３の光軸１３１に垂直な平面である。Ａ−Ａ線断面は光入出力ポート１１の直後に位置する。Ｂ−Ｂ線断面は集光レンズ系１３の角度操作器１２側の直後に位置する。
【００３３】
図２に示すように、Ａ−Ａ線断面において、信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビームの配列間隔は、略等間隔であり光入出力ポート１１における光ファイバポート１１１〜１１５の配列間隔と略同じＤである。一方、Ｂ−Ｂ線断面においても、信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビームの配列間隔は略等間隔であるが、アナモルフィック光学系１４の作用によりＤよりも小さいｄとなる。
【００３４】
このように、本実施の形態１に係る光スイッチ装置１０では、アナモルフィック光学系１４の作用によって、少なくともアナモルフィック光学系１４の透過直後、および集光レンズ系１３の角度操作器１２側の直後（すなわち角度操作器１２に光を集光させるべきレンズ系の直後）での信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビームの配列間隔が、光入出力ポート１１における光ファイバポート１１１〜１１５の配列間隔よりも小さくなるようにしている。その結果、信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビームは集光レンズ系１３の光軸１３１の近傍に集まることになるので、角度操作器１２が光を反射させるべき角度（たとえば図１の反射角θ１）は小さくなる。したがって、角度操作器１２で反射ミラーを回転させるべき角度が小さくなり、その回転をさせるために必要な機構も小型化でき、その駆動電圧も低くなる。これによって、角度操作器１２の負荷が軽減される。
【００３５】
さらには、信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビームが集光レンズ系１３の光軸１３１の近傍に集まることによって、信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５が集光レンズ系１３から受ける収差の影響を抑制できる。その結果、光スイッチ装置１０は良好な光学特性を有するものになる。また、集光レンズ系１３の口径を光ファイバポート１１１〜１１５の配列幅（図１における２Ｌ＝４ｄ）よりも小さくできるので、集光レンズ系１３を小型化できる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態１に係る光スイッチ装置１０は、角度操作器１２の負荷の増大や特性の低下が抑制され、かつ良好な光学特性を有するものとなる。
【００３７】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。図３は、ｘｙｚ座標系でｚ軸方向正の向きから見たものである。図４は、図３に示す光スイッチ装置をｘ軸方向正の向きから見た図である。図３、４に示すように、この光スイッチ装置２０は、光入出力ポート１１と、角度操作器２２と、集光レンズ系１３と、アナモルフィック光学系１４と、光分散素子である回折格子２５を備えている。なお、実際にはアナモルフィック光学系１４によって光路がｚ方向にシフトすることがある、また、回折格子２５によって光路は少し曲げられるので、各構成素子はｘｙ平面内で角度を持って配置されるが、簡略化のために直列に配置して示している。
【００３８】
光入出力ポート１１、集光レンズ系１３、およびアナモルフィック光学系１４は図１に示す光スイッチ装置１０が備えるものと同様のものである。
【００３９】
角度操作器２２は、ｘ軸方向に沿って配列された４つの反射ミラー２２１、２２２、２２３、２２４がｘ軸に平行な回転軸の周りに所定の角度だけ回転するように構成されている。角度操作器２２は、光入出力ポート１１のいずれかのポートから入力した光を反射して光入出力ポート１１の他のいずれかのポートに向けて出力する機能を有する。
【００４０】
回折格子２５は透過型の回折格子であり、光入出力ポート１１と集光レンズ系１３との間に設けられている。
【００４１】
この光スイッチ装置２０では、集光レンズ系１３の光軸１３１と一致するように配置された光ファイバポート１１３が、外部から光が入力される共通の光ファイバポート（Ｃｏｍポート）として設定されており、その他の４つの光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５が、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。また、回折格子２５を備えることによって、光ファイバポート１１３から所定の波長の信号光が入力された場合に、光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５のうちその波長を割り当てられた光ファイバポートからその信号光を出力するように動作できる。また、ファイバポート１１３から入力された信号光が互いに波長が異なる４つの信号光を含む４チャネルのＷＤＭ信号光である場合は、光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５のうち各チャネルを割り当てられた光ファイバポートから、ＷＤＭ信号光に含まれる各チャンネルの信号光を出力するように動作できる。すなわち、この光スイッチ装置２０は１×４の波長選択光スイッチとして機能する。
【００４２】
つぎに、この光スイッチ装置２０の動作について、図３、４をもとに説明する。まず、光ファイバポート１１３は、外部から波長λ１の信号光Ｌ６が入力されると、コリメータレンズ群１１６が、入力された信号光Ｌ６を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。つぎに、回折格子２５は、略平行光にされた信号光Ｌ６をその波長に応じた回折角で回折する。アナモルフィック光学系１４は、回折された信号光Ｌ６のビーム形状をｚ方向に対して縮小し、楕円形にする。集光レンズ系１３は、ビーム形状が縮小された信号光Ｌ６を角度操作器２２に集光させる。角度操作器２２を構成する反射ミラー２２１は、その回転角度が調整されて、集光された信号光Ｌ６を信号光Ｌ７として反射角θ２で反射させる。集光レンズ系１３は、反射された信号光Ｌ７を略平行光にするとともに、光路を信号光Ｌ６の光路と略平行にする。なお、図３上では反射前後の信号光Ｌ６と信号光Ｌ７との光路は略重なっている。
【００４３】
つぎに、アナモルフィック光学系１４は、光相反性によって、信号光Ｌ７のビーム形状をｚ方向に対して拡大して略円形に戻すとともに、信号光Ｌ７の光路を集光レンズ系１３の光軸１３１から遠ざけるように変位させる。その後、信号光Ｌ７は回折格子２５によって再び回折される。そして、コリメータレンズ群１１６のうち、波長λ１に割り当てられた光ファイバポート１１１に対応するコリメータレンズに入力する。この対応するコリメータレンズは、信号光Ｌ７を集光し、光ファイバポート１１１に結合させる。光ファイバポート１１１は結合された光を外部に出力する。
【００４４】
以上のようにして、この光スイッチ装置２０は、Ｃｏｍポートである光ファイバポート１１３から入力された信号光の経路をその波長λ１に割り当てられた光ファイバポート１１１に切り換えることができる。
【００４５】
また、光スイッチ装置２０の光ファイバポート１１３から入力された信号光Ｌ６の波長がλ２、λ３、またはλ４（但し、λ１、λ２、λ３、λ４は互いに異なる）である場合は、信号光Ｌ６は、回折格子２５によって互いに異なる所定の回折角で回折されて、それぞれ信号光Ｌ８、Ｌ９、または信号光Ｌ１０のようになる。その後は信号光Ｌ６と同様にアナモルフィック光学系１４、集光レンズ系１３と順次通過し、角度操作器２２の対応する反射ミラー２２２、２２３、２２４のそれぞれによって所定の反射角で反射され、信号光Ｌ７と同様に再び集光レンズ系１３、アナモルフィック光学系１４、回折格子２５を順次通過し、各波長λ２、λ３、またはλ４に割り当てられた光ファイバポート１１２、１１４、または光ファイバポート１１５から外部に出力する。
【００４６】
さらには、光スイッチ装置２０の光ファイバポート１１３から入力された信号光Ｌ６が波長λ１、λ２、λ３、λ４の信号光を含む４チャネルのＷＤＭ信号光である場合は、このＷＤＭ信号光に含まれる各波長の信号光は、各波長λ１、λ２、λ３、λ４に割り当てられた光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５のそれぞれから外部に出力する。上記のようにして、光スイッチ装置２０は、波長ごとに選択された所望の経路の切り換えを実現することができる。
【００４７】
この光スイッチ装置２０でも、実施の形態１に係る光スイッチ装置１０と同様に、アナモルフィック光学系１４の作用によって、少なくともアナモルフィック光学系１４の透過直後、および集光レンズ系１３の角度操作器１２側の直後での、光軸１３１に垂直な面を通過する５つの信号光Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０のビームの配列間隔が、光入出力ポート１１における光ファイバポート１１１〜１１５の配列間隔よりも小さくなるようにしている。その結果、角度操作器２２で反射ミラー２２１、２２２、２２３、２２４を回転させるべき角度が小さくなり、その回転をさせるために必要な機構も小型化でき、その駆動電圧も低くなる。これによって、角度操作器２２の負荷が軽減される。
【００４８】
さらには、信号光Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０が集光レンズ系１３から受ける収差の影響を抑制できる。その結果、光スイッチ装置２０は良好な光学特性を有するものになる。また、集光レンズ系１３の口径を光ファイバポート１１１〜１１５の配列幅よりも小さくできるので、集光レンズ系１３を小型化できる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態２に係る光スイッチ装置２０は、角度操作器２２の負荷の増大や特性の低下が抑制され、かつ良好な光学特性を有するものとなる。
【００５０】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。図３は、ｘｙｚ座標系でｘ軸方向正の向きから見たものである。図５に示すように、この光スイッチ装置３０は、図３、４に示す実施の形態２に係る光スイッチ装置２０において、集光レンズ系１３を集光レンズ系３３に置き換え、角度操作器２２を角度操作器３２に置き換えた構成を有する。
【００５１】
集光レンズ系３３は、光入出力ポート１１と角度操作器３２とを光学的に結合するものである。集光レンズ系３３は、２つのレンズを含む複合レンズ系であり、光入出力ポート１１と角度操作器３２との間に配置される。角度操作器３２の位置は、ほぼ集光レンズ系３３の焦点の位置である。図５では、集光レンズ系３３の光軸を光軸３３１で示している。
【００５２】
角度操作器３２は、ｘ軸方向に沿って配列された４つのＬＣＯＳ３２１、３２２、３２３、３２４で構成されている。各ＬＣＯＳ３２１、３２２、３２３、３２４は、光入出力ポート１１のいずれかのポートから入力した光を回折して光入出力ポート１１の他のいずれかのポートに向けて出力する機能を有する。
【００５３】
この光スイッチ装置３０も、光スイッチ装置２０と同様に動作する。すなわち、光ファイバポート１１３から入力された信号光Ｌ６は、コリメータレンズ群１１６、回折格子２５、アナモルフィック光学系１４、集光レンズ系３３、および角度操作器３２の作用によって、信号光Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０の少なくともいずれか一つとして、割り当てられた光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５の少なくともいずれか一つから外部に出力する。
【００５４】
この光スイッチ装置３０でも、実施の形態２に係る光スイッチ装置２０と同様に、アナモルフィック光学系１４の作用によって、少なくともアナモルフィック光学系１４の透過直後、および集光レンズ系３３の角度操作器１２側の直後、すなわちレンズ３３２の直後での、光軸３３１に垂直な面を通過する５つの信号光Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０のビームの配列間隔が、光入出力ポート１１における光ファイバポート１１１〜１１５の配列間隔よりも小さくなるようにしている。その結果、角度操作器２２のＬＣＯＳ３２１、３２２、３２３、３２４で信号光を回折させるべき回折角（たとえば図５の回折角θ３）が小さくなり、回折効率も良好に維持され、その駆動電圧も低くなる。これによって、角度操作器３２の負荷が軽減される。
【００５５】
さらには、信号光Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０が集光レンズ系３３から受ける収差の影響を抑制できる。その結果、光スイッチ装置２０は良好な光学特性を有するものになる。また、集光レンズ系１３の口径を光ファイバポート１１１〜１１５の配列幅よりも小さくできるので、集光レンズ系３３を小型化できる。
【００５６】
以上説明したように、ＬＣＯＳを用いた本実施の形態３に係る光スイッチ装置３０も、角度操作器３２の負荷の増大や特性の低下が抑制され、かつ良好な光学特性を有するものとなる。
【００５７】
なお、図６は、図５に示す光スイッチ装置３０において角度操作器３２を構成するＬＣＯＳ３２４に入射する信号光Ｌ６のビーム形状の好ましい一例を示す図である。ＬＣＯＳ３２４は、たとえば公知のように、液晶駆動回路が形成されたシリコン基板上に、反射率がほぼ１００％の反射層である画素電極群と、空間光変調層である液晶層と、配向膜と、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極と、カバーガラスとが順次積層した構成を有している。図６に模式的に示すように、画素電極群３２４ａは、光入出力ポート１１における光ファイバポート１１１〜１１５の配列方向であるｚ軸方向に多数の画素電極が配列して構成されている。したがって、ＬＣＯＳ３２４に信号光Ｌ６を入射させる場合には、図６に示すように信号光Ｌ６のビーム形状がｚ軸方向に長くなる形状で入射するように集光レンズ系３３と角度操作器３２との位置関係を設定することが好ましい。これによって、信号光Ｌ６の回折に寄与する画素電極の数をより多くできるので、より回折効率を大きくすることができ、また、回折角の広がりを抑制することができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態２、３では、回折格子が光入出力ポートとアナモルフィック光学系との間に設けられているが、アナモルフィック光学系と集光レンズ系との間に設けても良い。また、集光レンズ系が複合レンズ系である場合は、回折格子は、集光レンズ系の最も角度操作器側に配置されたレンズ（図５ではレンズ３３２）よりも光入出力ポート側であれば、複合レンズ系の間に設けても良い。また、複合レンズ系を構成するレンズの数や種類は特に限定されない。
【００５９】
上記実施の形態では回折格子を透過型としたが、本発明はこれに限らず、反射型の回折格子を用いても良い。なお、透過型の回折格子の場合は、光路を大きく屈曲させる必要が無いため、光スイッチ装置を構成する各素子を光路と干渉すること無く配置することが容易である。また、透過型の回折格子の場合は、収差が比較的大きなレンズの周縁付近の部分に光を透過させること無く各素子を配置することが容易である。したがって、より簡便な構成で装置の小型化および高性能化ができるためより好ましい。また、回折格子の代わりにたとえば分散プリズムなどの他の光分散素子を用いても良い。
【００６０】
また、上記実施の形態では、光スイッチ装置は１×４光スイッチであるが、本発明では光が入出力するポートの数は特に限定されず、Ｎ×Ｍ光スイッチ（Ｎ、Ｍは任意の整数）であればよい。また、たとえば図１に示した光スイッチ装置１０の構成において、光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５のいずれかから信号光を入力させて、Ｃｏｍポートである光ファイバポート１１３から出力させるように光スイッチ装置１０を動作させてもよい。これによって、光スイッチ装置１０を４×１光スイッチとして使用することができる。
【００６１】
また、たとえば上記実施の形態では、光入出力ポートのうち常に光が入力または出力されるＣｏｍポートを集光レンズ系の光軸上に配置されている。このようにすると、角度操作器で光を回折または反射させる際の角度を小さくすることができるためより好ましい。また、Ｃｏｍポートを集光レンズ系の光軸上に配置すると、光スイッチ装置を組み立てる際のアライメントをしやすく、かつ角度操作器における光の入射角または出射角を略ゼロとできるために角度操作器の制御がより容易になるので、特に好ましい。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｃｏｍポートを光軸の近傍に配置しても良いし、光入出力ポートのうち最も光軸から離れたポートをＣｏｍポートとしてもよい。
【００６２】
また、上記実施の形態１〜３では、光ファイバポート１１１〜１１５を等間隔に配置したが、必ずしも等間隔である必要はない。
【００６３】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態３に係る光スイッチ装置を構成する複合レンズ系またはＬＣＯＳを実施の形態１の光スイッチ装置に適用してもよい。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００６４】
１０、２０、３０ 光スイッチ装置
１１ 光入出力ポート
１２、２２、３２ 角度操作器
１３、３３ 集光レンズ系
１４ アナモルフィック光学系
２５ 回折格子
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５ 光ファイバポート
１１６ コリメータレンズ群
１１７ 支持部
１３１、３３１ 光軸
２２１、２２２、２２３、２２４ 反射ミラー
３２１、３２２、３２３、３２４ ＬＣＯＳ
３２４ａ 画素電極群
３３２ レンズ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０ 信号光
θ１、θ２ 反射角
θ３ 回折角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信システムは、その形態がｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ型から、リング型またはメッシュ型のネットワークへと発展しつつある。このような形態のネットワークのノードには、任意の信号光を任意のポートに入出力させて、信号光の経路を任意に変更するための光スイッチ装置が必要とされる。
【０００３】
特に、互いに異なる波長の信号光が波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing）されたＷＤＭ信号光を用いる場合は、任意の波長の信号光に対して任意に経路を変更できる波長選択光スイッチ装置が必要とされる（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００４】
光スイッチ装置には、信号光の経路を切り替えるために、反射ミラーを用いたもの（たとえば非特許文献１参照）や、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を用いたものがある（たとえば特許文献１、２参照）。ＬＣＯＳは、入射された光の位相を液晶によって変調し、回折させることができる空間光変調器である。したがって、ＬＣＯＳを用いた光スイッチ装置では、或る経路から入力された信号光を、ＬＣＯＳによって回折させて、特定の経路に出力することにより、光スイッチ動作を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００６７６１１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０２７６５３７号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Dan M. Marom “Wavelength Selective 1xK Switching Systems”, Optical MEMS 2003 P.43-44 TuA1(Invited).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、光スイッチ装置において、光の光路を切り換える角度を所望の値に操作する角度操作器である反射ミラーやＬＣＯＳで切り換える光路の角度は小さいことが好ましい。たとえば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems、微少電気機械システム）を用いた反射ミラーを用いる場合は、光路の切り換えの角度、すなわち反射ミラーによる反射角度を大きくしようとすると、反射ミラーの駆動電圧を高くしなければならない場合や、反射ミラーがこれを可動させるための機構にあたらないようにするために機構が大型化する場合がある。一方、ＬＣＯＳを用いる場合は、その回折角度を大きくしようとすると、ＬＣＯＳの画素ピッチを小さくしなければならない場合や、回折効率が悪くなる場合がある。このように、光路の切り換え角度が大きいと角度操作器の負荷が大きくなったり、特性の低下が起こったりする場合がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、角度操作器の負荷の増大や特性の低下が抑制された光スイッチ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光スイッチ装置は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する複数のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光の光路を切り換えて前記光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する角度操作器と、前記光入出力ポートと前記角度操作器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記角度操作器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム形状を前記光入出力ポートのポート配列方向に対して縮小し、かつ該光の光路を前記集光レンズ系の光軸に近づけるように変位させて、前記光入出力ポートにおけるポートの配列間隔よりも、前記集光レンズ系の前記角度操作器側の直後での前記光軸に垂直の平面を通過する前記光のビームの配列間隔を小さくするアナモルフィック光学系と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記集光レンズ系は単レンズ系であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記集光レンズ系は複合レンズ系であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記集光レンズ系の口径が、前記光入出力ポートにおけるポートの配列幅よりも小さいことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記アナモルフィック光学系はシリンドリカルレンズで構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記アナモルフィック光学系はアナモルフィックプリズムペアで構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記角度操作器は反射ミラーで構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記角度操作器はＬＣＯＳで構成されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系の最も前記角度操作器側に配置されたレンズとの間に設けられた光分散素子を備え、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明において、前記光分散素子は透過型の回折格子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光路の切り換え角度が小さい光スイッチ装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線断面を通過する各信号光のビーム形状を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。
【図４】図４は、図３に示す光スイッチ装置をｘ軸方向正の向きから見た図である。
【図５】図５は、実施の形態３に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。
【図６】図６は、図５に示す光スイッチ装置において角度操作器を構成するＬＣＯＳに入射する信号光のビーム形状の好ましい一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明に係る光スイッチ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、図中、適宜ｘｙｚ座標系を用いて方向を説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。図１は、ｘｙｚ座標系でｘ軸方向正の向きから見たものである。図１に示すように、この光スイッチ装置１０は、光入出力ポート１１と、角度操作器１２と、集光レンズ系１３と、アナモルフィック光学系１４とを備えている。なお、実際にはアナモルフィック光学系１４において光路がｚ方向にシフトすることがあるが、簡略化のために直列に配置して示している。
【００２３】
光入出力ポート１１は、光ファイバポート１１１、１１２、１１３、１１４、１１５と、複数のコリメータレンズからなるコリメータレンズ群１１６と、光ファイバポート１１１〜１１５とコリメータレンズ群１１６とを支持する支持部１１７とを備えている。光ファイバポート１１１〜１１５は、所定の配列方向（図中ｚ軸方向）に沿って、等間隔Ｄでアレイ状に配列されている。また、光ファイバポート１１１と光ファイバポート１１３との間隔をＬとすると、Ｌ＝２Ｄである。光ファイバポート１１１〜１１５は、外部から光が入力される、または外部に光を出力するものである。なお、光スイッチ装置１０に入力または出力される光は特に限定されないが、たとえば波長１５２０〜１６２０ｎｍの光通信用の信号光である。
【００２４】
コリメータレンズ群１１６は、各光ファイバポート１１１〜１１５に対応して配置されるコリメータレンズから構成されている。コリメータレンズ群１１６は、各光ファイバポート１１１〜１１５から出力した光を平行光にする、または、入力された平行光を各光ファイバポート１１１〜１１５に集光して結合させる機能を有する。
【００２５】
角度操作器１２は、反射ミラーがｘ軸に平行な回転軸の周りに所定の角度だけ回転するように構成されている。角度操作器１２は、光入出力ポート１１のいずれかの光ファイバポートから入力した光を反射して光入出力ポート１１の他のいずれかの光ファイバポートに向けて出力する機能を有する。
【００２６】
集光レンズ系１３は、光入出力ポート１１と角度操作器１２とを光学的に結合するものである。集光レンズ系１３は、単レンズ系であり、光入出力ポート１１と角度操作器１２との間に配置される。角度操作器１２の位置は、ほぼ集光レンズ系１３の焦点の位置である。図１、２では集光レンズ系１３の光軸を光軸１３１で示している。
【００２７】
アナモルフィック光学系１４は、光入出力ポート１１と集光レンズ系１３との間に配置されている。アナモルフィック光学系１４は、光入出力ポート１１側から入力された光のビーム形状を光入出力ポート１１のポート配列方向（すなわちｚ方向）に対して縮小するとともに、この光の光路を集光レンズ系１３の光軸１３１に近づけるように変位させる機能を有する。また、アナモルフィック光学系１４は、光相反性を有するため、角度操作器１２側から入力された光のビーム形状をｚ方向に対して拡大するともに、この光の光路を集光レンズ系１３の光軸１３１から遠ざけるように変位させる機能を有する。アナモルフィック光学系１４はアナモルフィックプリズムペアで構成されているが、たとえばシリンドリカルレンズなどの他のアナモルフィック光学系で構成してもよい。
【００２８】
この光スイッチ装置１０では、集光レンズ系１３の光軸１３１と一致するように配置された光ファイバポート１１３が、外部から光が入力される共通の光ファイバポート（Ｃｏｍポート）として設定されており、その他の４つの光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５が、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。すなわち、この光スイッチ装置１０は１×４の光スイッチとして機能する。
【００２９】
つぎに、この光スイッチ装置１０の動作について、図１をもとに説明する。まず、光ファイバポート１１３は、外部から或る波長の信号光Ｌ１が入力されると、コリメータレンズ群１１６が、入力された信号光Ｌ１を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。アナモルフィック光学系１４は、略平行光にされた信号光Ｌ１のビーム形状をｚ方向に対して縮小し、楕円形にする。集光レンズ系１３は、ビーム形状が縮小された、光軸１３１を通過する信号光Ｌ１を角度操作器１２に集光させる。角度操作器１２は、回転角度が調整されて、集光された信号光Ｌ１を信号光Ｌ２として反射角θ１で反射させる。集光レンズ系１３は、反射された信号光Ｌ２を略平行光にするとともに、光路を信号光Ｌ１の光路と略平行にする。
【００３０】
つぎに、アナモルフィック光学系１４は、光相反性によって、信号光Ｌ２のビーム形状をｚ方向に対して拡大して略円形に戻すとともに、信号光Ｌ２の光路を集光レンズ系１３の光軸１３１から遠ざけるように変位させる。その後、信号光Ｌ２はコリメータレンズ群１１６のうち光ファイバポート１１１に対応するコリメータレンズに入力する。この対応するコリメータレンズは、信号光Ｌ２を集光し、光ファイバポート１１１に結合させる。光ファイバポート１１１は結合された光を外部に出力する。以上のようにして、この光スイッチ装置１０は、Ｃｏｍポートである光ファイバポート１１３から入力された信号光の経路を光ファイバポート１１１に切り換えることができる。
【００３１】
また、光ファイバポート１１３から入力された信号光の経路を他の光ファイバポート１１２、１１４、１１５にそれぞれ切り換える場合には、光スイッチ装置１０は上記の動作において、角度操作器１２が、その回転角度が調整されて信号光Ｌ１を所定の方向に、それぞれ信号光Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５として反射させることによって、所望の経路の切り換えを実現することができる。
【００３２】
上記動作において、図１のＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面を通過する各信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビーム形状は図２に示すようになる。なお、Ａ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面はいずれも集光レンズ系１３の光軸１３１に垂直な平面である。Ａ−Ａ線断面は光入出力ポート１１の直後に位置する。Ｂ−Ｂ線断面は集光レンズ系１３の角度操作器１２側の直後に位置する。
【００３３】
図２に示すように、Ａ−Ａ線断面において、信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビームの配列間隔は、略等間隔であり光入出力ポート１１における光ファイバポート１１１〜１１５の配列間隔と略同じＤである。一方、Ｂ−Ｂ線断面においても、信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビームの配列間隔は略等間隔であるが、アナモルフィック光学系１４の作用によりＤよりも小さいｄとなる。
【００３４】
このように、本実施の形態１に係る光スイッチ装置１０では、アナモルフィック光学系１４の作用によって、少なくともアナモルフィック光学系１４の透過直後、および集光レンズ系１３の角度操作器１２側の直後（すなわち角度操作器１２に光を集光させるべきレンズ系の直後）での信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビームの配列間隔が、光入出力ポート１１における光ファイバポート１１１〜１１５の配列間隔よりも小さくなるようにしている。その結果、信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビームは集光レンズ系１３の光軸１３１の近傍に集まることになるので、角度操作器１２が光を反射させるべき角度（たとえば図１の反射角θ１）は小さくなる。したがって、角度操作器１２で反射ミラーを回転させるべき角度が小さくなり、その回転をさせるために必要な機構も小型化でき、その駆動電圧も低くなる。これによって、角度操作器１２の負荷が軽減される。
【００３５】
さらには、信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のビームが集光レンズ系１３の光軸１３１の近傍に集まることによって、信号光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５が集光レンズ系１３から受ける収差の影響を抑制できる。その結果、光スイッチ装置１０は良好な光学特性を有するものになる。また、集光レンズ系１３の口径を光ファイバポート１１１〜１１５の配列幅（図１における２Ｌ＝４ｄ）よりも小さくできるので、集光レンズ系１３を小型化できる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態１に係る光スイッチ装置１０は、角度操作器１２の負荷の増大や特性の低下が抑制され、かつ良好な光学特性を有するものとなる。
【００３７】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。図３は、ｘｙｚ座標系でｚ軸方向正の向きから見たものである。図４は、図３に示す光スイッチ装置をｘ軸方向正の向きから見た図である。図３、４に示すように、この光スイッチ装置２０は、光入出力ポート１１と、角度操作器２２と、集光レンズ系１３と、アナモルフィック光学系１４と、光分散素子である回折格子２５を備えている。なお、実際にはアナモルフィック光学系１４によって光路がｚ方向にシフトすることがある、また、回折格子２５によって光路は少し曲げられるので、各構成素子はｘｙ平面内で角度を持って配置されるが、簡略化のために直列に配置して示している。
【００３８】
光入出力ポート１１、集光レンズ系１３、およびアナモルフィック光学系１４は図１に示す光スイッチ装置１０が備えるものと同様のものである。
【００３９】
角度操作器２２は、ｘ軸方向に沿って配列された４つの反射ミラー２２１、２２２、２２３、２２４がｘ軸に平行な回転軸の周りに所定の角度だけ回転するように構成されている。角度操作器２２は、光入出力ポート１１のいずれかのポートから入力した光を反射して光入出力ポート１１の他のいずれかのポートに向けて出力する機能を有する。
【００４０】
回折格子２５は透過型の回折格子であり、光入出力ポート１１と集光レンズ系１３との間に設けられている。
【００４１】
この光スイッチ装置２０では、集光レンズ系１３の光軸１３１と一致するように配置された光ファイバポート１１３が、外部から光が入力される共通の光ファイバポート（Ｃｏｍポート）として設定されており、その他の４つの光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５が、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。また、回折格子２５を備えることによって、光ファイバポート１１３から所定の波長の信号光が入力された場合に、光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５のうちその波長を割り当てられた光ファイバポートからその信号光を出力するように動作できる。また、ファイバポート１１３から入力された信号光が互いに波長が異なる４つの信号光を含む４チャネルのＷＤＭ信号光である場合は、光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５のうち各チャネルを割り当てられた光ファイバポートから、ＷＤＭ信号光に含まれる各チャンネルの信号光を出力するように動作できる。すなわち、この光スイッチ装置２０は１×４の波長選択光スイッチとして機能する。
【００４２】
つぎに、この光スイッチ装置２０の動作について、図３、４をもとに説明する。まず、光ファイバポート１１３は、外部から波長λ１の信号光Ｌ６が入力されると、コリメータレンズ群１１６が、入力された信号光Ｌ６を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。つぎに、回折格子２５は、略平行光にされた信号光Ｌ６をその波長に応じた回折角で回折する。アナモルフィック光学系１４は、回折された信号光Ｌ６のビーム形状をｚ方向に対して縮小し、楕円形にする。集光レンズ系１３は、ビーム形状が縮小された信号光Ｌ６を角度操作器２２に集光させる。角度操作器２２を構成する反射ミラー２２１は、その回転角度が調整されて、集光された信号光Ｌ６を信号光Ｌ７として反射角θ２で反射させる。集光レンズ系１３は、反射された信号光Ｌ７を略平行光にするとともに、光路を信号光Ｌ６の光路と略平行にする。なお、図３上では反射前後の信号光Ｌ６と信号光Ｌ７との光路は略重なっている。
【００４３】
つぎに、アナモルフィック光学系１４は、光相反性によって、信号光Ｌ７のビーム形状をｚ方向に対して拡大して略円形に戻すとともに、信号光Ｌ７の光路を集光レンズ系１３の光軸１３１から遠ざけるように変位させる。その後、信号光Ｌ７は回折格子２５によって再び回折される。そして、コリメータレンズ群１１６のうち、波長λ１に割り当てられた光ファイバポート１１１に対応するコリメータレンズに入力する。この対応するコリメータレンズは、信号光Ｌ７を集光し、光ファイバポート１１１に結合させる。光ファイバポート１１１は結合された光を外部に出力する。
【００４４】
以上のようにして、この光スイッチ装置２０は、Ｃｏｍポートである光ファイバポート１１３から入力された信号光の経路をその波長λ１に割り当てられた光ファイバポート１１１に切り換えることができる。
【００４５】
また、光スイッチ装置２０の光ファイバポート１１３から入力された信号光Ｌ６の波長がλ２、λ３、またはλ４（但し、λ１、λ２、λ３、λ４は互いに異なる）である場合は、信号光Ｌ６は、回折格子２５によって互いに異なる所定の回折角で回折されて、それぞれ信号光Ｌ８、Ｌ９、または信号光Ｌ１０のようになる。その後は信号光Ｌ６と同様にアナモルフィック光学系１４、集光レンズ系１３と順次通過し、角度操作器２２の対応する反射ミラー２２２、２２３、２２４のそれぞれによって所定の反射角で反射され、信号光Ｌ７と同様に再び集光レンズ系１３、アナモルフィック光学系１４、回折格子２５を順次通過し、各波長λ２、λ３、またはλ４に割り当てられた光ファイバポート１１２、１１４、または光ファイバポート１１５から外部に出力する。
【００４６】
さらには、光スイッチ装置２０の光ファイバポート１１３から入力された信号光Ｌ６が波長λ１、λ２、λ３、λ４の信号光を含む４チャネルのＷＤＭ信号光である場合は、このＷＤＭ信号光に含まれる各波長の信号光は、各波長λ１、λ２、λ３、λ４に割り当てられた光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５のそれぞれから外部に出力する。上記のようにして、光スイッチ装置２０は、波長ごとに選択された所望の経路の切り換えを実現することができる。
【００４７】
この光スイッチ装置２０でも、実施の形態１に係る光スイッチ装置１０と同様に、アナモルフィック光学系１４の作用によって、少なくともアナモルフィック光学系１４の透過直後、および集光レンズ系１３の角度操作器１２側の直後での、光軸１３１に垂直な面を通過する５つの信号光Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０のビームの配列間隔が、光入出力ポート１１における光ファイバポート１１１〜１１５の配列間隔よりも小さくなるようにしている。その結果、角度操作器２２で反射ミラー２２１、２２２、２２３、２２４を回転させるべき角度が小さくなり、その回転をさせるために必要な機構も小型化でき、その駆動電圧も低くなる。これによって、角度操作器２２の負荷が軽減される。
【００４８】
さらには、信号光Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０が集光レンズ系１３から受ける収差の影響を抑制できる。その結果、光スイッチ装置２０は良好な光学特性を有するものになる。また、集光レンズ系１３の口径を光ファイバポート１１１〜１１５の配列幅よりも小さくできるので、集光レンズ系１３を小型化できる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態２に係る光スイッチ装置２０は、角度操作器２２の負荷の増大や特性の低下が抑制され、かつ良好な光学特性を有するものとなる。
【００５０】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。図３は、ｘｙｚ座標系でｘ軸方向正の向きから見たものである。図５に示すように、この光スイッチ装置３０は、図３、４に示す実施の形態２に係る光スイッチ装置２０において、集光レンズ系１３を集光レンズ系３３に置き換え、角度操作器２２を角度操作器３２に置き換えた構成を有する。
【００５１】
集光レンズ系３３は、光入出力ポート１１と角度操作器３２とを光学的に結合するものである。集光レンズ系３３は、２つのレンズを含む複合レンズ系であり、光入出力ポート１１と角度操作器３２との間に配置される。角度操作器３２の位置は、ほぼ集光レンズ系３３の焦点の位置である。図５では、集光レンズ系３３の光軸を光軸３３１で示している。
【００５２】
角度操作器３２は、ｘ軸方向に沿って配列された４つのＬＣＯＳ３２１、３２２、３２３、３２４で構成されている。各ＬＣＯＳ３２１、３２２、３２３、３２４は、光入出力ポート１１のいずれかのポートから入力した光を回折して光入出力ポート１１の他のいずれかのポートに向けて出力する機能を有する。
【００５３】
この光スイッチ装置３０も、光スイッチ装置２０と同様に動作する。すなわち、光ファイバポート１１３から入力された信号光Ｌ６は、コリメータレンズ群１１６、回折格子２５、アナモルフィック光学系１４、集光レンズ系３３、および角度操作器３２の作用によって、信号光Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０の少なくともいずれか一つとして、割り当てられた光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５の少なくともいずれか一つから外部に出力する。
【００５４】
この光スイッチ装置３０でも、実施の形態２に係る光スイッチ装置２０と同様に、アナモルフィック光学系１４の作用によって、少なくともアナモルフィック光学系１４の透過直後、および集光レンズ系３３の角度操作器１２側の直後、すなわちレンズ３３２の直後での、光軸３３１に垂直な面を通過する５つの信号光Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０のビームの配列間隔が、光入出力ポート１１における光ファイバポート１１１〜１１５の配列間隔よりも小さくなるようにしている。その結果、角度操作器２２のＬＣＯＳ３２１、３２２、３２３、３２４で信号光を回折させるべき回折角（たとえば図５の回折角θ３）が小さくなり、回折効率も良好に維持され、その駆動電圧も低くなる。これによって、角度操作器３２の負荷が軽減される。
【００５５】
さらには、信号光Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０が集光レンズ系３３から受ける収差の影響を抑制できる。その結果、光スイッチ装置２０は良好な光学特性を有するものになる。また、集光レンズ系１３の口径を光ファイバポート１１１〜１１５の配列幅よりも小さくできるので、集光レンズ系３３を小型化できる。
【００５６】
以上説明したように、ＬＣＯＳを用いた本実施の形態３に係る光スイッチ装置３０も、角度操作器３２の負荷の増大や特性の低下が抑制され、かつ良好な光学特性を有するものとなる。
【００５７】
なお、図６は、図５に示す光スイッチ装置３０において角度操作器３２を構成するＬＣＯＳ３２４に入射する信号光Ｌ６のビーム形状の好ましい一例を示す図である。ＬＣＯＳ３２４は、たとえば公知のように、液晶駆動回路が形成されたシリコン基板上に、反射率がほぼ１００％の反射層である画素電極群と、空間光変調層である液晶層と、配向膜と、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極と、カバーガラスとが順次積層した構成を有している。図６に模式的に示すように、画素電極群３２４ａは、光入出力ポート１１における光ファイバポート１１１〜１１５の配列方向であるｚ軸方向に多数の画素電極が配列して構成されている。したがって、ＬＣＯＳ３２４に信号光Ｌ６を入射させる場合には、図６に示すように信号光Ｌ６のビーム形状がｚ軸方向に長くなる形状で入射するように集光レンズ系３３と角度操作器３２との位置関係を設定することが好ましい。これによって、信号光Ｌ６の回折に寄与する画素電極の数をより多くできるので、より回折効率を大きくすることができ、また、回折角の広がりを抑制することができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態２、３では、回折格子が光入出力ポートとアナモルフィック光学系との間に設けられているが、アナモルフィック光学系と集光レンズ系との間に設けても良い。また、集光レンズ系が複合レンズ系である場合は、回折格子は、集光レンズ系の最も角度操作器側に配置されたレンズ（図５ではレンズ３３２）よりも光入出力ポート側であれば、複合レンズ系の間に設けても良い。また、複合レンズ系を構成するレンズの数や種類は特に限定されない。
【００５９】
上記実施の形態では回折格子を透過型としたが、本発明はこれに限らず、反射型の回折格子を用いても良い。なお、透過型の回折格子の場合は、光路を大きく屈曲させる必要が無いため、光スイッチ装置を構成する各素子を光路と干渉すること無く配置することが容易である。また、透過型の回折格子の場合は、収差が比較的大きなレンズの周縁付近の部分に光を透過させること無く各素子を配置することが容易である。したがって、より簡便な構成で装置の小型化および高性能化ができるためより好ましい。また、回折格子の代わりにたとえば分散プリズムなどの他の光分散素子を用いても良い。
【００６０】
また、上記実施の形態では、光スイッチ装置は１×４光スイッチであるが、本発明では光が入出力するポートの数は特に限定されず、Ｎ×Ｍ光スイッチ（Ｎ、Ｍは任意の整数）であればよい。また、たとえば図１に示した光スイッチ装置１０の構成において、光ファイバポート１１１、１１２、１１４、１１５のいずれかから信号光を入力させて、Ｃｏｍポートである光ファイバポート１１３から出力させるように光スイッチ装置１０を動作させてもよい。これによって、光スイッチ装置１０を４×１光スイッチとして使用することができる。
【００６１】
また、たとえば上記実施の形態では、光入出力ポートのうち常に光が入力または出力されるＣｏｍポートを集光レンズ系の光軸上に配置されている。このようにすると、角度操作器で光を回折または反射させる際の角度を小さくすることができるためより好ましい。また、Ｃｏｍポートを集光レンズ系の光軸上に配置すると、光スイッチ装置を組み立てる際のアライメントをしやすく、かつ角度操作器における光の入射角または出射角を略ゼロとできるために角度操作器の制御がより容易になるので、特に好ましい。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｃｏｍポートを光軸の近傍に配置しても良いし、光入出力ポートのうち最も光軸から離れたポートをＣｏｍポートとしてもよい。
【００６２】
また、上記実施の形態１〜３では、光ファイバポート１１１〜１１５を等間隔に配置したが、必ずしも等間隔である必要はない。
【００６３】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態３に係る光スイッチ装置を構成する複合レンズ系またはＬＣＯＳを実施の形態１の光スイッチ装置に適用してもよい。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００６４】
１０、２０、３０ 光スイッチ装置
１１ 光入出力ポート
１２、２２、３２ 角度操作器
１３、３３ 集光レンズ系
１４ アナモルフィック光学系
２５ 回折格子
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５ 光ファイバポート
１１６ コリメータレンズ群
１１７ 支持部
１３１、３３１ 光軸
２２１、２２２、２２３、２２４ 反射ミラー
３２１、３２２、３２３、３２４ ＬＣＯＳ
３２４ａ 画素電極群
３３２ レンズ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０ 信号光
θ１、θ２ 反射角
θ３ 回折角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から光が入力される、または外部に光を出力する複数のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、
前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光の光路を切り換えて前記光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する角度操作器と、
前記光入出力ポートと前記角度操作器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記角度操作器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム形状を前記光入出力ポートのポート配列方向に対して縮小し、かつ該光の光路を前記集光レンズ系の光軸に近づけるように変位させて、前記光入出力ポートにおけるポートの配列間隔よりも、前記集光レンズ系の前記角度操作器側の直後での前記光軸に垂直の平面を通過する前記光のビームの配列間隔を小さくするアナモルフィック光学系と、
を備えることを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項２】
前記集光レンズ系は単レンズ系であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ装置。
【請求項３】
前記集光レンズ系は複合レンズ系であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ装置。
【請求項４】
前記集光レンズ系の口径が、前記光入出力ポートにおけるポートの配列幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項５】
前記アナモルフィック光学系はシリンドリカルレンズで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項６】
前記アナモルフィック光学系はアナモルフィックプリズムペアで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項７】
前記角度操作器は反射ミラーで構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項８】
前記角度操作器はＬＣＯＳで構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項９】
前記光入出力ポートと前記集光レンズ系の最も前記角度操作器側に配置されたレンズとの間に設けられた光分散素子を備え、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項１０】
前記光分散素子は透過型の回折格子であることを特徴とする請求項９に記載の光スイッチ装置。
【請求項１】
外部から光が入力される、または外部に光を出力する複数のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、
前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光の光路を切り換えて前記光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する角度操作器と、
前記光入出力ポートと前記角度操作器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記角度操作器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム形状を前記光入出力ポートのポート配列方向に対して縮小し、かつ該光の光路を前記集光レンズ系の光軸に近づけるように変位させて、前記光入出力ポートにおけるポートの配列間隔よりも、前記集光レンズ系の前記角度操作器側の直後での前記光軸に垂直の平面を通過する前記光のビームの配列間隔を小さくするアナモルフィック光学系と、
を備えることを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項２】
前記集光レンズ系は単レンズ系であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ装置。
【請求項３】
前記集光レンズ系は複合レンズ系であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ装置。
【請求項４】
前記集光レンズ系の口径が、前記光入出力ポートにおけるポートの配列幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項５】
前記アナモルフィック光学系はシリンドリカルレンズで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項６】
前記アナモルフィック光学系はアナモルフィックプリズムペアで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項７】
前記角度操作器は反射ミラーで構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項８】
前記角度操作器はＬＣＯＳで構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項９】
前記光入出力ポートと前記集光レンズ系の最も前記角度操作器側に配置されたレンズとの間に設けられた光分散素子を備え、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光スイッチ装置。
【請求項１０】
前記光分散素子は透過型の回折格子であることを特徴とする請求項９に記載の光スイッチ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８５３１２（Ｐ２０１２−１８５３１２Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８１６２（Ｐ２０１１−４８１６２）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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