導波路型波長ドメイン光スイッチ
【課題】従来の波長ドメイン光スイッチと導波路型波長選択スイッチの短所を解消した導波路型波長ドメイン光スイッチを提供する。
【解決手段】導波路型合分波素子が３枚以上積層された導波路型合分波素子積層体１０１と、上記導波路型合分波素子積層体の分波側に位置するレンズシステム２０２と、該レンズシステムに対して上記導波路型合分波素子積層体とは反対側に位置する反射型の光位相変調セル１０９とを備え、レンズシステム２０２は、レンズアレイ１０２と、像倍率変換光学システム２０３と、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７と、ｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６とを備える
【解決手段】導波路型合分波素子が３枚以上積層された導波路型合分波素子積層体１０１と、上記導波路型合分波素子積層体の分波側に位置するレンズシステム２０２と、該レンズシステムに対して上記導波路型合分波素子積層体とは反対側に位置する反射型の光位相変調セル１０９とを備え、レンズシステム２０２は、レンズアレイ１０２と、像倍率変換光学システム２０３と、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７と、ｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６とを備える
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来の波長ドメイン光スイッチと導波路型波長選択スイッチの短所を解消した導波路型波長ドメイン光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４に、従来の波長ドメイン光スイッチ６００を示す。入出力光ファイバ６０１〜６０６と、コリメートレンズアレイ６１０と、水平偏波（ｙ偏波）と垂直偏波（ｘ偏波）間の特性を無依存化するために２つの３角形状からなるプリズム６１６，６１７から構成されているＷｏｌｌａｓｔｏｎプリズム（以下、ウオラストンプリズム）６１５と、水平偏波と垂直偏波間の位相差を零にするための複屈折率板６２０と、１／２波長板６２６と板６２７とから構成され、１／２波長板６２６のみが１／２波長板であり、板６２７は偏波に影響を与えない半波長板ユニット６２５と、凹面鏡６３０と、シリンドリカルレンズ６３５と、エッジプリズム６４１付グレーティング６４２と、光を垂直に曲げるためのプリズム６４６と、ＬＣＯＳ ＳＬＭ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉ Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と呼ばれる光位相変調セル６４５とから構成されている。
【０００３】
図１５に、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）マイクロミラーを用いた従来の導波路型波長選択スイッチを示す。ここでは、１枚の基板上に５個の導波路型合分波素子が配置されており、この基板が５枚の重ねられた構造となっている。ＭＥＭＳのマイクロミラーを用いると反射角度が大きくとれるため、このような構造が可能であるが、これを波長ドメイン光スイッチに適用すると、光位相変調セルの反射角度が小さいため性能が著しく劣化する。
【０００４】
【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】米国特許第７，０８８，８８２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１４の従来技術には次の問題点がある。
【０００６】
（１）バルク形のグレーティングを使用しているため、１つで分光することができる点はメリットがあるが、バルク形のグレーティングは寸法が大きくなり小型化が困難である。
【０００７】
（２）複雑な光学系であるため、各光学部品の価格および組立コストが大きくなり低価格化が困難となる。
【０００８】
（３）光位相変調セルは一つの偏光にのみ対し動作する。このため、従来技術においては、ウオラストンプリズム６１５、複屈折率板６２０、半波長板ユニット６２５を用いた、いわゆる偏波ダイバーシティにより偏波依存性を解消している。このとき、２つの偏波間の光路長差を等しくするため、複屈折率板６２０を用いている。しかし、複屈折率板６２０は寸法が大きいため、温度による屈折率変化、熱膨張変化の影響を受けやすく、一般的な光通信装置内の環境温度である０℃〜６５℃においては、性能が著しく劣化する。これらの光学系全体を温度コントロールすることで性能劣化を低減できるが、新たに温度安定化のための装置が必要となり、寸法の増大、消費電力の増加を招き、実用性が著しく悪化する。
【０００９】
（４）コリメートレンズアレイなどの大きさを考慮すると、光位相変調セルの反射角度が小さいため実現できる入出力ポートに限りがあり、多ポート化が困難となる。
【００１０】
図１５の従来技術には、次の問題点がある。
【００１１】
（１）基本的に１枚の基板上に導波路型合分波素子を複数個配置している。ＭＥＭＳのマイクロミラーを用いる場合は反射角度が大きくとれるため、このような構造が可能であるが、これを本発明である波長ドメイン光スイッチに適用すると、光位相変調セルの反射角度が小さいため性能が著しく劣化する。
【００１２】
（２）導波路型合分波素子は斜めに配置されず、水平に配置されているため、各光学部品端面からの反射が生じ、特性が劣化する。
【００１３】
（３）出力ポートの数を増加させるため縦方向に積み重ねているが、個々にマイクロレンズや導波路型合分波素子の基板の厚さにより、大きさに限界があり、高密度に積み重ねることができない。このため、光通信で必要となる多ポートを実現しようとすると、小型化、高性能化が極めて困難となる。
【００１４】
（４）導波路型合分波素子は温度変化により分波する波長が変化するため、このままでは光通信に使用できない致命的な欠点となる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、従来の波長ドメイン光スイッチと導波路型波長選択スイッチの短所を解消した導波路型波長ドメイン光スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、導波路型合分波素子が３枚以上積層された導波路型合分波素子積層体と、上記導波路型合分波素子積層体の分波側に位置するレンズシステムと、該レンズシステムに対して上記導波路型合分波素子積層体とは反対側に位置する反射型の光位相変調セルとを備え、上記レンズシステムは、上記導波路型合分波素子と１対１に対応する複数のレンズを有しレンズ並び方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つレンズアレイと、該レンズアレイの上記光位相変調セル側に配置されたＮ：１（Ｎ＞１）の像倍率変換機能を持つ像倍率変換光学システムと、該像倍率変換光学システムの上記光位相変調セル側に配置され上記レンズアレイと同方向（後述する図１〜３、５〜１０、１２におけるＹ軸方向）に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｙ）と、上記レンズアレイと垂直な方向（後述する図１〜３、５〜１０、１２におけるＸ軸方向）に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｘ）とを備えるものである。
【００１７】
上記導波路型合分波素子積層体の合波側に位置する偏波ダイバーシティ光学系を備え、該偏波ダイバーシティ光学系は、光軸方向に並ぶ２つのレンズからなり像倍率変換機能を持つレンズペアと、該レンズペアを構成する２つのレンズ間に配置され偏波方向が互いに直交する２つの偏波ビームを分離させる偏波分離素子と、上記レンズペアより上記導波路型合分波素子積層体側の上記分離された一方の偏波ビームの通過位置に配置され該一方の偏波ビームの偏波方向を９０°回転させる半波長板とを備え、
上記導波路型合分波素子は、上記２つの同偏波方向の偏波ビーム間において、上記偏波ダイバーシティ光学系から上記導波路型合分波素子内のスラブ導波路までの光路長が一致するように、１本が他の合波側導波路より長いかあるいは短い２本以上の合波側導波路を備えてもよい。
【００１８】
上記偏波ダイバーシティ光学系は、上記レンズペアより上記導波路型合分波素子積層体側の上記分離された他方の偏波ビームの通過位置に配置され上記半波長板とほぼ同じ厚さを有する石英ガラス基板を備えてもよい。
【００１９】
上記導波路型合分波素子は、上記２本以上の合波側導波路のうち他より長い合波側導波路の途中に形成された所定幅のスリットと、該スリット内に挿入され上記合波側導波路を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つことにより温度変化により生じる上記合波側導波路間の光路長差を補償する樹脂とを備えてもよい。
【００２０】
上記レンズシステムの上記像倍率変換光学システムは、１個以上の凸レンズと１個以上の凹レンズとを備えるか又は、焦点距離が互いに異なる２個以上の凸レンズを備えるか又は、１個以上の凸レンズと配置角度が互いに異なる２個以上のプリズムとを備えてもよい。
【００２１】
上記光位相変調セルに直交配置された第２光位相変調セルと、これら光位相変調セル及び第２光位相変調セルと上記レンズシステムとの間に配置された偏光分離素子と、該偏光分離素子の一方の光出力側に配置され偏波方向を９０°回転させる偏光分離素子用半波長板と、上記光位相変調セル及び第２光位相変調セルを同一の制御信号で駆動する駆動源とを備えてもよい。
【００２２】
上記レンズシステムのｆ−ｆレンズ（Ｙ）と上記光位相変調セルとの間に、入射光と折り返し光とが互いに平行となる三角形状のコーナーキューブを備えてもよい。
【００２３】
上記ｆ−ｆレンズ（Ｙ）は、上記コーナーキューブに張り合わせられていてもよい。
【００２４】
上記ｆ−ｆレンズ（Ｙ）は、１個の凸レンズと１個の凹レンズからなる複合レンズであってもよい。
【００２５】
上記複合レンズを構成している１個の凸レンズと１個の凹レンズは、一方が上記コーナーキューブの片側反射面に貼り付けられ、他方が上記コーナーキューブの反対側反射面に貼り付けられていてもよい。
【００２６】
上記コーナーキューブと上記光位相変調セルとの間に、光軸を９０度曲げる三角形ミラーを備えてもよい。
【００２７】
上記導波路型合分波素子の端面に無反射コーティングが形成されているか又は上記導波路型合分波素子の端面が上記導波路型合分波素子の表面に直交する仮想面に対して６度以上の角度で斜め研磨され、上記導波路型合分波素子が入出射光軸に対して所定の角度で斜めに配置され、上記コーナーキューブ及び上記光位相変調セルに無反射コーティングが形成されているか又は上記コーナーキューブ及び上記光位相変調セルが上記導波路型合分波素子の表面に対して所定の角度以上で斜めに配置されていてもよい。
【００２８】
上記導波路型合分波素子と上記光位相変調セルとの間に、上記導波路型合分波素子を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つ樹脂からなり上記導波路型合分波素子の分波波長温度依存性を補償する楔型の分波波長温度依存性補償セルを備えてもよい。
【００２９】
上記導波路型合分波素子積層体の上層に、スラブ導波路と該スラブ導波路に接続された多数の導波路からなるモニタ分波側導波路とを有する光カップラが形成された光回路素子を備えてもよい。
【００３０】
上記モニタ分波側導波路に接続された受光素子を備えてもよい。
【００３１】
温度センサと、該温度センサを用いてあらかじめ測定した温度変化に伴う上記導波路型合分波素子の分波特性のデータが書き込まれたメモリと、上記データに基づいて付加的な位相分布を上記光位相変調セルに持たせることにより温度変化による上記導波路型合分波素子の分波波長ずれを補正する補正手段とを備えてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、従来の波長ドメイン光スイッチの短所が解消され、かつ、従来の導波路型波長選択スイッチの短所が解消される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３４】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１を示す。図１（ａ）はＹ軸延長上からＸＹ平面を見た上面図、図１（ｂ）はＸ軸延長上からＹＺ平面を見た側面図である。
【００３５】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１は、複数の光ファイバからなる光ファイバ群１１０に偏波ダイバーシティ光学系１００が接続され、偏波ダイバーシティ光学系１００に導波路型合分波素子積層体１０１が接続されている。偏波ダイバーシティ光学系１００の詳細構造は、後に図５で説明する。導波路型合分波素子積層体１０１は、図４の導波路型合分波素子１０１−＊（＊はＡ，Ｂ，・・・を表す）が図２の導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ａ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂのように多段に重ねられたものである。
【００３６】
光ファイバ群１１０は、入力光ファイバ１１０−Ａと、出力光ファイバ１１０−Ｂ，１１０−Ｃ，１１０−Ｄ，１１０−Ｅとで構成される。このように本実施形態の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１は、１入力、４出力である。なお、本発明では、光の入力と出力に互換性があることから、入力光ファイバと出力光ファイバ、合波側導波路と分波側導波路など、入力と出力に関する部材は役割を置き換えて考えることができる。
【００３７】
導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１は、導波路型合分波素子１０１−＊が３枚以上積層された導波路型合分波素子積層体１０１と、導波路型合分波素子積層体１０１の分波側に位置するレンズシステム２０２と、レンズシステム２０２に対して導波路型合分波素子積層体１０１とは反対側に位置する反射型の光位相変調セル１０９とを備える。光位相変調セル１０９の詳細構造は、後に図３で説明する。
【００３８】
レンズシステム２０２は、導波路型合分波素子積層体１０１の各導波路型合分波素子と１対１に対応する複数のレンズを有しレンズの並び方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つレンズアレイ１０２と、レンズアレイ１０２の光位相変調セル１０９側に配置されたＮ：１（Ｎ＞１）の像倍率変換機能を持つ像倍率変換光学システム２０３と、像倍率変換光学システム２０３の光位相変調セル１０９側に配置されレンズアレイ１０２と同方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７と、レンズアレイ１０２とは垂直な方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６とを備える。
【００３９】
レンズアレイ１０２、像倍率変換光学システム２０３、ｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７は、Ｚ軸に沿ってほぼ一直線上に配置される。
【００４０】
本実施形態のレンズシステム２０２は、レンズシステム２０２のｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０６と光位相変調セル１０９との間に、入射光と折り返し光とが互いに平行となる三角形状のコーナーキューブ１０８を備える。コーナーキューブ１０８は、レンズシステム２０２から入射してきた光を収差無く入射方向と平行となるように折り返して光位相変調セル１０９に入射させることができる。
【００４１】
コーナーキューブ１０８は、Ｚ軸に平行に入射する光をいったんＸ軸方向に反射し、そのＸ軸方向の反射光をＺ軸に平行に反射することで、折り返しを行うようになっている。ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７はコーナーキューブ１０８のＸ軸方向下半分に臨んでおり、コーナーキューブ１０８のＸ軸方向上半分が折り返し光の光路になっている。
【００４２】
本実施形態のレンズシステム２０２には、コーナーキューブ１０８で折り返された光をさらに９０度に曲げて光位相変調セル１０９に入射させる三角形ミラー１０５が設けられている。三角形ミラー１０５は、レンズシステム２０２のレンズアレイ１０２からｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７までが占める空間のＸ軸方向上部に設けられる。三角形ミラー１０５は、ＸＺ平面に置かれた光位相変調セル１０９に光が入射するよう、反射面をＹ軸に対して傾斜させて設けられる。
【００４３】
本実施形態のレンズシステム２０２には、導波路型合分波素子積層体１０１の各導波路型合分波素子と光位相変調セル１０９との間に、導波路型合分波素子を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つ樹脂からなり導波路型合分波素子の分波波長温度依存性を補償する楔型の分波波長温度依存性補償セル１１１が設けられている。
【００４４】
図２に示されるように、レンズシステム２０２は、導波路型合分波素子積層体１０１から光位相変調セル１０９までの間に、レンズアレイ１０２と、像倍率変換光学システム２０３と、ｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６と、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７とを、この記載順に並べたものである。コーナーキューブ１０８と三角形ミラー１０５は、図を簡素化するために省略してある。像倍率変換光学システム２０３は、前段レンズ１０３と次段レンズ１０４とにより構成される。
【００４５】
レンズアレイ１０２は、透明板の片面に所定間隔で整列する複数本の凸状のシリンドリカルレンズを形成したものである。各々のシリンドリカルレンズは導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ａ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂの分波側の端面（図１の実施形態では、導波路型合分波素子１０１−Ａに関しては出力端であり、導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂに関しては入力端である）に対向して臨んでいる。前段レンズ１０３と次段レンズ１０４は、それぞれレンズアレイ１０２のレンズ並び方向であるＹ軸方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つシリンドリカルレンズで構成されている。ｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６は、Ｘ軸方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つシリンドリカルレンズで構成されている。ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７は、Ｙ軸方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つシリンドリカルレンズで構成されている。
【００４６】
各導波路型合分波素子１０１−＊から出射した光は、Ｙ軸方向の光分布においてスポットサイズが５μｍと小さいため、伝搬するにつれスポットサイズが急激に拡大する。このため、Ｙ軸方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つレンズアレイ１０２により各々のスポットサイズを５０μｍと約１０倍に拡大している。
【００４７】
導波路型合分波素子積層体１０１は、複数の導波路型合分波素子１０１−＊がＹ軸に対してやや傾斜した方向にスタックされた構造を有する。各導波路型合分波素子１０１−＊の基板の厚さが０．５ｍｍの場合は、トータルで２．５ｍｍの厚さとなる。各導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ａ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂから出射する光（図１の実施形態では、導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂに関しては、光は入射する）はＹ軸方向に約０．５ｍｍ間隔で分布した５つのビームとなる。５つのビームは、トータルでＹ軸方向に約２．５ｍｍの間に分布する。
【００４８】
これに対して光位相変調セル１０９の偏向角度はあまり大きくとれない。そこで、本発明では、像倍率変換光学システム２０３を用い、前記した約０．５ｍｍ間隔のビームを１／５に縮小し約０．１ｍｍ間隔としている。
【００４９】
以上により、導波路型合分波素子積層体１０１の導波路型合分波素子から出射直後のスポットサイズが５μｍで０．５ｍｍ間隔に散在していた光分布を約０．１ｍｍ間隔でスポットサイズが約１０μｍの光分布に変換でき、偏向角度の小さな光位相変調セル１０９でも十分スイッチできる。
【００５０】
図３（ｂ）に示されるように、光位相変調セル１０９は、多数の５〜１０μｍ程度の小さなＰｉｘｅｌ（ピクセル）を有する。各ピクセルは、印加する電圧により液晶の向きが変化し実質的に屈折率が変化するようになっている。
【００５１】
図３（ａ）に示されるように、光位相変調セル１０９は、薄いガラス基板３１と、共通電極３２と、ＳｉＯ２膜３３と、液晶３４と、配向膜３５と、反射用の多層膜３６と、ピクセル電極（図示せず）と、ＳｉＯ２膜３３と、共通電極３２と、グランド電極３８と、電子回路が形成されたＳｉ基板３７とを備える。
【００５２】
図３（ｃ）に示されるように、各ピクセルに対してＺ軸に沿って鋸状の分布となる電圧を印加した場合、屈折率分布は電圧に従う。これにより光位相変調セル１０９は、入射した光の波面を制御でき、反射光を偏向させることができる。
【００５３】
図１の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１において、導波路型合分波素子１０１−Ａから出射してレンズシステム２０２を通過した光は、光位相変調セル１０９に入射し、光位相変調セル１０９で反射してレンズシステム２０２を通過し、導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂに入射し、導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂで合波された後、光ファイバ１１０−Ｂ，１１０−Ｃ，１１０−Ｄ，１１０−Ｅより出射する。このとき、図３（ｃ）に示すように光位相変調セル１０９への印加電圧を種々制御することで反射光ビームの偏向角度を制御し、出力光ファイバ１１０−Ｂ，１１０−Ｃ，１１０−Ｄ，１１０−Ｅを選択できる。光位相変調セル１０９は一つの偏光にのみ動作し、これと垂直に振動する偏光については動作しない。このため、後述するが本実施形態では新規な偏波ダイバーシティ光学系を用いている。
【００５４】
図５に示されるように、偏波ダイバーシティ光学系１００は、入力光ファイバ１１０−Ａの出力側に臨むコリメートレンズ５１と、方解石を互いに張り合わせたウオラストンプリズムからなる偏光分離素子５３と、集光レンズアレイ５２と、集光レンズアレイ５２の片面に張り付けられた半波長板５５及び石英ガラス５４とを備える。半波長板５５は、導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４１に臨む。石英ガラス５４は、導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４２に臨む。コリメートレンズ５１と集光レンズアレイ５２とがレンズペアを構成している。
【００５５】
偏波ダイバーシティ光学系１００は、入力ポートと出力ポートを有するが、入力ポートと出力ポートは伝搬方向が逆である以外は同じ動作をするので、ここでは入力ポートの動作を説明する。入力ポートには、入力光ファイバ１１０−Ａが接続されており、入力光ファイバ１１０−Ａに入射された光は、コリメートレンズ５１によりコリメートされた後、偏光分離素子５３に入射する。偏光分離素子５３を通過した光は、紙面に垂直方向（Ｙ軸）に振動するＹ偏波と紙面に平行方向（Ｘ軸）に振動するＸ偏波とに分離される。Ｙ偏波とＸ偏波は、それぞれ２０°の角度でＸ軸平面内を異なった方向へ伝搬し、集光レンズアレイ５２に入射する。
【００５６】
集光レンズアレイ５２の片面には半波長板５５と石英ガラス５４が張り付けてある。これにより半波長板５５を通過したＸ偏波は９０°空間的に振動方向を変えＹ偏波となる。一方、石英ガラス５４を通過したＹ偏波は、そのまま偏光方向を保存したまま通過する。このように同じ向きになったＹ偏波は、集光レンズアレイ５２により、それぞれ集光しながら平行にＺ軸方向に伝搬し、導波形分光器１０１の２本の合波側導波路４１，４２に入射される。
【００５７】
このときコリメートレンズ５１の焦点距離ｆ１と集光レンズアレイ５２の焦点距離ｆ２を（２）式に基づいて設計することで、導波形分光器１０１の２本の合波側導波路４１，４２と入力光ファイバ１１０−Ａとのスポットサイズを等しくでき、低損失で接続できる。
【００５８】
Ｍ＝ｆ２／ｆ１ ・・・・・・（２）
なお、ここでＭは、Ｍ＝ω１／ω２から求まる値である（ω１：導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４１，４２におけるスポット径、ω２：入力光ファイバ１１０−＊のスポット径）。
【００５９】
図４に示されるように、任意の導波路型合分波素子１０１−＊は、屈折率の高いコア４８がそれよりも屈折率の低いクラッド４９で埋め込まれた構造の導波路を有する。本実施形態では、コア４８、クラッド４９の材料は石英ガラスとしている。
【００６０】
導波路型合分波素子１０１−＊は、２本以上の合波側導波路４１，４２と、該合波側導波路４１，４２に接続されコア４８の厚さ方向のみに閉じ込め構造のあるスラブ導波路４３と、該スラブ導波路４３に接続され一定長だけ長さが順次異なる多数の導波路を有するアレイ導波路からなる分波側導波路４４とを備える。導波路型合分波素子１０１−＊は、平らな板状の基板４７上に、合波側導波路４１，４２、スラブ導波路４３、分波側導波路４４がそれぞれ１つ配置される。
【００６１】
基板４７は、石英基板あるいはシリコン基板である。一般に石英ガラスは他の材料と比較して小さいながらも温度によりその屈折率が変化する。このため、温度により導波路型合分波素子１０１−＊の分波波長が温度に対して変動することになる。本発明では、後述するが、石英ガラスの屈折率温度依存係数と逆符号の係数を持つ樹脂を楔型のセルに挿入したものを、レンズシステム中に配置することで温度無依存化を図っている。
【００６２】
合波側導波路４１，４２には、前述した偏波ダイバーシティ光学系１００が接続されている。偏波ダイバーシティ光学系１００を通過してきた２つの偏光ビームは、偏光分離素子５３や半波長板５５と石英ガラス５４など偏光によって異なった媒体を通過してきたため、互いに異なった光路長となっている。これを等しくするため、本発明においては、導波路型合分波素子１０１−＊の２本の合波側導波路４１，４２のうち一方に光路長補正部４５を設けることで、２つの偏波の光路長を厳密に合わせこんでいる。
【００６３】
入力導波路４１，４２に入射したＹ軸方向に振動する光は、前記した光路長補正部４５を経由し、スラブ導波路４３に入射すると回折によりＸ軸方向に広がり、分波側導波路４４に入射し、種々の前記した光学系を経由し光位相変調セル１０９に照射する。
【００６４】
本発明に用いる導波路型合分波素子積層体１０１は、導波路型合分波素子１０１−＊を、あわせて５素子Ｙ軸方向にスタックした構造としている。このため、正確に位置合わせを行うことができるように合わせマーク４６を施している。
【００６５】
図４のＡ−Ａ’断面に示されたように、導波路型合分波素子１０１−＊の両端面は、境界面での反射が直接戻らないように斜めに研磨されている。一方の端面の研磨角度θ’と他方の端面の研磨角度θ１は、それぞれ必要に応じて決定され、互いに等しくても等しくなくてもよい。
【００６６】
合わせマーク４６は、導波路と同時に露光装置などによるパターニングで作成されるため、極めて高精度に実現できる。このため、各素子の合わせマーク４６を上下で一致するように重ね合わせることで、各素子の相対的な位置精度を向上できる。なお、導波路素子が石英ガラスの場合は、可視光で観察することで上下に存在する各素子の合わせマーク４６を観察できる。また、Ｓｉ基板の場合は、近赤外光を透過させるため、０．８ミクロン〜数ミクロンの波長の光で観察することで上下に存在する各素子の合わせマーク４６を観察できる。
【００６７】
各素子１０１−＊の表面に垂直な方向から各素子の合わせマーク４６を観察すると、当然、各素子の合わせマーク４６は微妙にずれるが、各素子の合わせマーク４６を上下で一致するように重ね合わせる際には、Ｙ軸方向から各素子の合わせマーク４６を観察するので、各素子の合わせマーク４６はずれることはない。
【００６８】
図６に示されるように、本実施形態では、導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ａ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂを積層して導波路型合分波素子積層体１０１とする。導波路型合分波素子１０１−＊を隙間無く積層させ、光学接着剤を用いて接合する。導波路型合分波素子１０１−＊は、３枚以上あればよく、その枚数は光システム構成の要求に応じて変化する。
【００６９】
各導波路型合分波素子１０１−＊の端面および入力光ファイバ１１０−Ａと出力光ファイバ１１０−Ｂ，１１０−Ｃ，１１０−Ｄ，１１０−Ｅの端面は、界面でのフレネル反射戻り光を低減するため、約８°に斜め研磨され、更に光がＸ軸方向に伝搬するよう（１）式に基づいた角度で斜めに傾けて配置されている。
【００７０】
Ｎｇ・ｓｉｎθ１＝Ｎｏ・ｓｉｎθ２ ・・・・・・（１）
ここで、Ｎｇは導波路の群屈折率、Ｎｏは空気の屈折率である。θ１，θ２は、図中に定義する角度であり、θ１は図４に示した研磨角度である。一例として、θ１が上記の光ファイバと同じ８°の場合、θ２は１１．６°となる。
【００７１】
以上説明した構成に基づき、本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１の動作を説明する。
【００７２】
図１の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１は、多くの波長が多重化された入力光信号を入力光ファイバ１１０−Ａから入力すると、その入力光信号が導波路型合分波素子１０１−Ａにおいて、例えば、赤い光線Ｒと青い光線Ｂに分波され、これらの光線がレンズシステム２０２を経由して光位相変調セル１０９に入射されるようになっている。
【００７３】
導波路型合分波素子１０１−Ａ，１０１−Ｂ，１０１−Ｃ，１０１−Ｄ，１０１−Ｅから出射（実際は導波路型合分波素子１０１−Ａから出射、導波路型合分波素子１０１−Ｂ，１０１−Ｃ，１０１−Ｄ，１０１−Ｅへ入射）した光は、ビーム幅が５μｍ（Ｙ軸）×５０００μｍ（Ｘ軸）と大きく扁平した光分布となる。一般的にスポットサイズの小さな光は回折により伝搬するにつれ大きく広がる。一方、スポットサイズの大きな光は広がりにくい性質を持つことが知られている。このため、図１（ａ）の上面図に示したようにＸ軸方向においては、光分布は、ほとんど回折により広がらずに、ほほ平行光として伝搬し、Ｘ軸方向に集光機能があるｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６に入射し、光位相変調セル１０９上に集光される。Ｙ軸方向に集光するｆ−ｆレンズ（Ｙ）からは波面形状の変化は受けず、素通りするだけである。
【００７４】
ここで、本実施形態においては、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７と光位相変調セル１０９の間にコーナーキューブ１０８を設け、光を折り返すように構成している。これにより、導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１の長手方向の寸法を低減することができる。
【００７５】
また、本実施形態においては、コーナーキューブ１０８からＺ軸方向に伝搬する光を、三角形ミラー１０５によりて９０°曲げてＹ軸方向に反射させ、底面（ＸＺ平面）に配置された光位相変調セル１０９に入射させている。
【００７６】
また、本実施形態においては、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７はコーナーキューブ１０８に直接張り付ける。これにより、組み立てが簡便化されている。
【００７７】
また、本実施形態においては、石英ガラスの屈折率温度依存係数と逆符号の係数を持つ樹脂を挿入した楔型の分波波長温度依存性補償セル１１１がレンズアレイ１０２の後に設けられている。これにより、分波波長の温度無依存化が図られている。
【００７８】
以上の動作は、導波路型合分波素子で分光された全ての光線で同じである（例えば、赤い光線Ｒと青い光線Ｂ）。実際のシステムでは、４０波以上の異なった波長の光が用いられる。
【００７９】
次に、本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチにおける主な特徴とその作用効果について説明する。
【００８０】
（１）本発明では、合分波機能を有する光回路を同一基板上にただ一つだけ配置した導波路型合分波素子１０１−＊を形成し、この導波路型合分波素子１０１−＊を３枚以上用い、従来は基本的に横方向に集積化していたものを厚さ方向に高密度に積層させて導波路型合分波素子積層体１０１を形成した。
【００８１】
（２）本発明では、光位相変調セル１０９の小さい反射角度の欠点を解消するため、Ｎ：１（Ｎ＞１）の像倍率変換機能を持つ光学系からなる像倍率変換光学システム２０３を用いた。
【００８２】
これにより、光通信で必要となる１０ポート以上の出力ポートについても極めて小型、薄型な波長ドメイン光スイッチを提供できる。
【００８３】
（３）本発明では、楔型の分波波長温度依存性補償セル１１１を備えた。これにより、従来のＭＥＭＳ型の導波路型合分波素子で問題であった温度変化により分波する波長の変化を実用上全く問題のない程度まで変化を抑えることができる。
【００８４】
（４）光位相変調セルを用いた図１４の従来技術における問題を解消するため、本発明では下記の構成を設けた。
【００８５】
光ファイバ群１１０と導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４１，４２との間に、像倍率変換機能を有するレンズペアを配置した。このレンズペアを用い、光ファイバ群１１０の光分布を導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４１，４２の光分布に一致させることで損失を極めて小さくできる。
【００８６】
レンズペアの間のコリメートされた光線の部分に偏波分離機能を持つプリズム（ウオラストンプリズムからなる偏光分離素子５３）を配置させ、半波長板５５をレンズペアと導波路型合分波素子の合波側導波路との間に配置させた。
【００８７】
分離した２つの偏波間の光路長差を等しくするため、導波路型合分波素子の合波側導波路の一方を他方より長めあるいは短めに設定した。
【００８８】
導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４１，４２の一方を他方より長めあるいは短めに設定したとき、温度変化により生じる２本の導波路の光路長差を補償するため、長い側の導波路パスの途中に予め設定された幅のスリットを設け、そのスリット中に、導波路を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つ樹脂を挿入した。
【００８９】
以上により、本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチは、温度コントロールなどの装置が不要となり、小型化、低消費電力化が可能となった。
【００９０】
（５）本発明では、コーナーキューブ１０８で光を折り返すことで大幅な小型化を実現した。
【００９１】
（６）本発明では、反射による特性劣化をおさえるため、導波路型合分波素子（導波路型合分波素子１０１−＊）の端面は、無反射コーティングが形成されているか、あるいは６度以上の角度で斜め研磨されている。組み立てを容易にするため、積層された導波路型合分波素子１０１−＊が予め決まった角度で斜めに配置されている。コーナーキューブ１０８や光位相変調セル１０９は、無反射コーティングが形成されているか、あるいはコーナーキューブ１０８や光位相変調セル１０９が一定の角度以上で斜めに配置されている。
【００９２】
（７）本発明では、導波路型合分波素子１０１−＊の温度変化による分波波長の変化を抑えるため、導波路型合分波素子１０１−＊と光位相変調セル１０９との間に導波路型合分波素子を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つ樹脂が挿入された楔型の分波波長温度依存性補償セル１１１が配置されている。
【００９３】
図１４の従来技術では、バルクの分光器をただ１つだけ用いて構成されていたが、本発明では、一基板上に合分波機能を持つ光回路をただ一つだけ配置した導波路型合分波素子１０１−＊を３枚以上用い、Ｎ：１（Ｎ＞１）の像倍率変換機能を持つ光学系からなる像倍率変換光学システム２０３を用いた。
【００９４】
なお、厚さ方向に高密度に積層させるため各導波路型合分波素子１０１−＊の基板厚さを約１ｍｍ以下とし、各基板間の間隙をほぼ零とし光学接着剤で固定させた。このとき、各導波路型合分波素子１０１−＊を高精度に位置合わせを行うため、アライメントマーク４６を施した。積層させた導波路型合分波素子１０１−＊のトータルの厚さは高々約数ｍｍであり（例えば、各基板の厚さが０．５ｍｍで１０枚のときは５ｍｍ）、さらに、１０：１の像倍率変換機能を用いると、高々約数百μｍ（例えば、各基板の厚さが０．５ｍｍで１０枚のときは５ｍｍが５００μｍ）となる。
【００９５】
図１５の従来の技術では数個の導波路型波長分光器が一枚の基板上に配置されている。この場合、導波路型波長分光器の間隔は１００ｍｍ程度であるため、本発明は約１／２００に大幅に短縮化されている。このため、偏向角度を大きくできない光位相変調セルでも十分に動作可能となる。この効果により、従来技術では困難であった１００ポート程度の大規模な波長ドメイン光スイッチも実現できる。
【００９６】
積層される導波路型合分波素子を別の機能を持つ導波路基板で置き合えることで、波長ドメイン光スイッチのフィレキシビリティが大幅に拡張される。例えば、光ネットワークにおいては、各ノードでどの波長およびどの程度のパワーが伝送されているかなどをモニタする機能が必要である。積層された１枚の基板を導波路型合分波素子ではなく、スラブ導波路と分波する波長数以上の合波側導波路が互いに接続された光回路の基板を積層させることで、波長とパワーをモニタできる導波路型波長ドメイン光スイッチを実現できる。
【００９７】
この他にも、光分配など種々の自由度のある機能を持たせることができる。
【００９８】
次に、他の実施形態について説明する。
【００９９】
図７に示した導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ａは、像倍率変換光学システム２０３ａが、１個の凸レンズ１０３と１個の凹レンズ９０とから構成されている。
【０１００】
図８に示した導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｂは、像倍率変換光学システム２０３ｂが、１個の凸レンズ１０３と２個の凹レンズ９１とから構成されている。
【０１０１】
図９に示した導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｃは、像倍率変換光学システム２０３ｃが、１個の凸レンズ１０３と配置角度が互いに異なる姿勢に配置された複数のプリズムでなるプリズムペア９２とから構成されている。
【０１０２】
図１０に示した導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｄは、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７が１個の凸レンズ９４と１個の凹レンズ９３との複合レンズ９５により構成されている。また、複合レンズ９５を構成している１個の凸レンズ９４と１個の凹レンズ９３はそれぞれ、コーナーキューブ１０８の入射面と出射面に直接張り付けられている。これにより、光学系の収差を大幅に低減できる。
【０１０３】
図１１に示した導波路型合分波素子積層体９６は、これまで説明した導波路型合分波素子積層体１０１の上層に、スラブ導波路１と該スラブ導波路１に接続された多数の導波路からなるモニタ分波側導波路２とを有する光カップラが基板に形成された光回路素子３を備えたものである。モニタ分波側導波路２は、スラブ導波路１が分波する波長数以上の光を出力する。モニタ分波側導波路２の出力側にモニタ用集光レンズ４を配置し、そのモニタ用集光レンズ４の出力側に受光素子アレイ５を配置している。図中に示した光位相変調セルの一部の光を光カプラに向けて反射させることで、光カプラから出力される光は各波長ごとに分光され、受光素子アレイで電気信号に変換される。これにより、分波された光について、波長ごとのパワーをモニタすることができる。
【０１０４】
図１１の導波路型合分波素子積層体９６を本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１に組み込むことで、光信号のマネージメント（例えば、所望の信号対雑音比（ＳＮ比）が確保されているか）をモジュール内でモニタでき、インテリジェントな装置を実現できる。
【０１０５】
図１２に示した導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｅは、これまで説明した光偏波ダイバーシティ光学系１００の代わりに、２つの光位相変調セル１０９，１０９ｅと、偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）５００と、偏光分離素子用半波長板５０１とを用いて偏波無依存化を図るものである。すなわち、図１の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１との比較で言うと、複数の光ファイバからなる光ファイバ群１１０の光出力側には、光偏波ダイバーシティ光学系１００を介することなく、直接、導波路型合分波素子積層体１０１が接続されている。また、レンズシステム２０２ｅには、コーナーキューブ１０８から三角形ミラー１０５までの間に偏光分離素子５００が設けられ、偏光分離素子５００の反射光出力側に光位相変調セル１０９に直交配置された第２光位相変調セル１０９ｅが配置される。偏光分離素子５００の透過光出力側には偏光分離素子用半波長板５０１が設けられ、その偏光分離素子用半波長板５０１の光出力側に三角形ミラー１０５が臨んでいる。
【０１０６】
図１２（ｄ）に示されるように、光位相変調セル１０９では矢印の方向に振動する偏光のみ動作する。一方、光位相変調セル１０９ｅでは振動する方向が上記矢印の方向と空間的に直交する。このような、振動する方向が空間的に直交する光位相変調セル１０９と光位相変調セル１０９ｅの配置関係を直交配置と呼ぶ。
【０１０７】
導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｅにおいては、コーナーキューブ１０８で折り返された光のうち、偏光分離素子５００に入射したＸ偏光は偏光分離素子５００を透過し、偏光分離素子用半波長板５０１によりＹ偏光に変換され、三角形ミラー１０５により反射し、底面（ＸＺ平面）にマウントされている光位相変調セル１０９に入射する。
【０１０８】
一方、偏光分離素子５００に入射したＹ偏光は偏光分離素子５００で反射し、偏光方向を変えることなく、そのまま三角形ミラー１０５ｅにより反射し、底面（ＸＺ平面）にマウントされている第２光位相変調セル１０９ｅに入射する。三角形ミラー１０５ｅは第２光位相変調セル１０９ｅの正のＹ軸方向に配置されている。
【０１０９】
この２つの偏光はほぼ同じ光路長を持っていることが望ましく、偏光分離素子５００および偏光分離素子用半波長板５０１の光路長差を考慮し、偏光分離素子５００で反射したＹ偏光に対して、適切な厚さの石英ガラス板を偏光分離素子５００の後に挿入する場合もある。
【０１１０】
図１２（ａ）に示されるように、導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｅは、駆動源として、駆動回路／電源を備える。
【０１１１】
図１３に示されるように、本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチは、通信ネットワークの各ノードにおいて使用される。１つのノードについて詳しく見ると、外部からの複数の光信号入力がＷＳＳ（導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１）に入力されている。ＷＳＳからノード内部の複数の受信機に対して信号が出力される。各受信機にはルータが接続される。また、ＷＳＳからは、外部へ複数の光信号出力が出力される。ＷＳＳに対して、レベル調整、スイッチングなどを行う光信号診断装置が接続される。
【０１１２】
本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチは、通常の光信号の分岐・挿入（光Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ）システムのほか光クロスコネクトシステムへの応用も可能である。なお、現在では、幹線系あるいはメトロコアのような比較的大規模システムに用いられているが、本発明により大幅なコスト低減が可能になると、メトロエッジ、アクセス系への広範囲なシステムへ導入され、光ネットワークの革新的な発展に繋がる。
【０１１３】
本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチは、低価格、小型、高性能、フレキシビリティのある波長ドメイン光スイッチが実現できるため、今後の光システム、光ネットワークを大幅にレベルアップできる。
【０１１４】
図１６に示されるように、導波路型波長ドメイン光スイッチは、温度センサと、該温度センサを用いてあらかじめ測定した温度変化に伴う上記導波路型合分波素子の分波特性のデータが書き込まれたメモリと、上記データに基づいて付加的な位相分布上記光位相変調セルに持たせることにより温度変化による上記導波路型合分波素子の分波波長ずれを補正する補正手段とを備える。
【０１１５】
一般に、光位相変調セルは温度依存性を有する。ペルチェ素子などを用いて光位相変調セルを一定温度に保っても、その影響を零にすることは難しい。そこで、光位相変調セルがマウントされている光学系（図１、図９、図１０参照）に温度センサを配置し、その温度をモニタする。一方、あらかじめこの温度センサによる測定を基に、測定された温度に対する分波特性のデータをメモリ内に格納し、これをｌｏｏｋ−ｕｐ ｔａｂｌｅとしてコントローラを介して補正することで、極めて高精度なスイッチング性能（低損失など）を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の一実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図である。
【図２】本発明に用いるレンズシステムの構造とビーム拡縮のイメージを示した立体図である。
【図３】本発明に用いる光位相変調セルの図であり、（ａ）は積層断面図、（ｂ）はピクセル面（ＸＺ平面）の正面図、（ｃ）はＸＺ平面における屈折率分布図である。
【図４】本発明に用いる導波路型合分波素子の図であり、平面図とＡ−Ａ’断面図とその部分拡大図を含む。
【図５】本発明に用いる偏波ダイバーシティ光学系の上面図である。
【図６】本発明に用いる導波路型合分波素子積層体と偏波ダイバーシティ光学系の側面図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの一部を示す導波路型合分波素子積層体の上面斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図、（ｄ）は偏光方向を示す平面図である。
【図１３】本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチが利用される通信ネットワークの構成図である。
【図１４】従来の波長ドメイン光スイッチを示す図である。
【図１５】従来の導波路型波長選択スイッチを示す図である。
【図１６】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチのブロック図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１ スラブ導波路
２ モニタ分波側導波路
３ 光回路素子
４ モニタ用集光レンズ
５ 受光素子アレイ
３１ ガラス基板
３２ 共通電極
３３ ＳｉＯ２膜
３４ 液晶
３５ 配向膜
３６ 多層膜
３７ Ｓｉ基板
３８ グランド電極
４１，４２ 合波側導波路
４３ スラブ導波路
４４ 分波側導波路
４５ 光路長補正部
４６ 合わせマーク
４７ 基板
４８ コア
４９ クラッド
５１ コリメートレンズ
５２ 集光レンズアレイ
５３ 偏光分離素子
５４ 石英ガラス
５５ 半波長板
９２ プリズムペア
１００ 偏波ダイバーシティ光学系
１０１ 導波路型合分波素子積層体
１０１−Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 導波路型合分波素子
１０２ レンズアレイ
１０３ 前段レンズ
１０４ 後段レンズ
１０５ 三角形ミラー
１０６ ｆ−ｆレンズ（Ｘ）
１０７ ｆ−ｆレンズ（Ｙ）
１０８ コーナーキューブ
１０９ 光位相変調セル
１１０ 光ファイバ群
１１０−Ａ 入力光ファイバ
１１０−Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 出力光ファイバ
２０１ 導波路型波長ドメイン光スイッチ
２０２ レンズシステム
２０３ 像倍率変換光学システム
５００ 偏光分離素子
５０１ 半波長板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来の波長ドメイン光スイッチと導波路型波長選択スイッチの短所を解消した導波路型波長ドメイン光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４に、従来の波長ドメイン光スイッチ６００を示す。入出力光ファイバ６０１〜６０６と、コリメートレンズアレイ６１０と、水平偏波（ｙ偏波）と垂直偏波（ｘ偏波）間の特性を無依存化するために２つの３角形状からなるプリズム６１６，６１７から構成されているＷｏｌｌａｓｔｏｎプリズム（以下、ウオラストンプリズム）６１５と、水平偏波と垂直偏波間の位相差を零にするための複屈折率板６２０と、１／２波長板６２６と板６２７とから構成され、１／２波長板６２６のみが１／２波長板であり、板６２７は偏波に影響を与えない半波長板ユニット６２５と、凹面鏡６３０と、シリンドリカルレンズ６３５と、エッジプリズム６４１付グレーティング６４２と、光を垂直に曲げるためのプリズム６４６と、ＬＣＯＳ ＳＬＭ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉ Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と呼ばれる光位相変調セル６４５とから構成されている。
【０００３】
図１５に、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）マイクロミラーを用いた従来の導波路型波長選択スイッチを示す。ここでは、１枚の基板上に５個の導波路型合分波素子が配置されており、この基板が５枚の重ねられた構造となっている。ＭＥＭＳのマイクロミラーを用いると反射角度が大きくとれるため、このような構造が可能であるが、これを波長ドメイン光スイッチに適用すると、光位相変調セルの反射角度が小さいため性能が著しく劣化する。
【０００４】
【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】米国特許第７，０８８，８８２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１４の従来技術には次の問題点がある。
【０００６】
（１）バルク形のグレーティングを使用しているため、１つで分光することができる点はメリットがあるが、バルク形のグレーティングは寸法が大きくなり小型化が困難である。
【０００７】
（２）複雑な光学系であるため、各光学部品の価格および組立コストが大きくなり低価格化が困難となる。
【０００８】
（３）光位相変調セルは一つの偏光にのみ対し動作する。このため、従来技術においては、ウオラストンプリズム６１５、複屈折率板６２０、半波長板ユニット６２５を用いた、いわゆる偏波ダイバーシティにより偏波依存性を解消している。このとき、２つの偏波間の光路長差を等しくするため、複屈折率板６２０を用いている。しかし、複屈折率板６２０は寸法が大きいため、温度による屈折率変化、熱膨張変化の影響を受けやすく、一般的な光通信装置内の環境温度である０℃〜６５℃においては、性能が著しく劣化する。これらの光学系全体を温度コントロールすることで性能劣化を低減できるが、新たに温度安定化のための装置が必要となり、寸法の増大、消費電力の増加を招き、実用性が著しく悪化する。
【０００９】
（４）コリメートレンズアレイなどの大きさを考慮すると、光位相変調セルの反射角度が小さいため実現できる入出力ポートに限りがあり、多ポート化が困難となる。
【００１０】
図１５の従来技術には、次の問題点がある。
【００１１】
（１）基本的に１枚の基板上に導波路型合分波素子を複数個配置している。ＭＥＭＳのマイクロミラーを用いる場合は反射角度が大きくとれるため、このような構造が可能であるが、これを本発明である波長ドメイン光スイッチに適用すると、光位相変調セルの反射角度が小さいため性能が著しく劣化する。
【００１２】
（２）導波路型合分波素子は斜めに配置されず、水平に配置されているため、各光学部品端面からの反射が生じ、特性が劣化する。
【００１３】
（３）出力ポートの数を増加させるため縦方向に積み重ねているが、個々にマイクロレンズや導波路型合分波素子の基板の厚さにより、大きさに限界があり、高密度に積み重ねることができない。このため、光通信で必要となる多ポートを実現しようとすると、小型化、高性能化が極めて困難となる。
【００１４】
（４）導波路型合分波素子は温度変化により分波する波長が変化するため、このままでは光通信に使用できない致命的な欠点となる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、従来の波長ドメイン光スイッチと導波路型波長選択スイッチの短所を解消した導波路型波長ドメイン光スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、導波路型合分波素子が３枚以上積層された導波路型合分波素子積層体と、上記導波路型合分波素子積層体の分波側に位置するレンズシステムと、該レンズシステムに対して上記導波路型合分波素子積層体とは反対側に位置する反射型の光位相変調セルとを備え、上記レンズシステムは、上記導波路型合分波素子と１対１に対応する複数のレンズを有しレンズ並び方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つレンズアレイと、該レンズアレイの上記光位相変調セル側に配置されたＮ：１（Ｎ＞１）の像倍率変換機能を持つ像倍率変換光学システムと、該像倍率変換光学システムの上記光位相変調セル側に配置され上記レンズアレイと同方向（後述する図１〜３、５〜１０、１２におけるＹ軸方向）に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｙ）と、上記レンズアレイと垂直な方向（後述する図１〜３、５〜１０、１２におけるＸ軸方向）に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｘ）とを備えるものである。
【００１７】
上記導波路型合分波素子積層体の合波側に位置する偏波ダイバーシティ光学系を備え、該偏波ダイバーシティ光学系は、光軸方向に並ぶ２つのレンズからなり像倍率変換機能を持つレンズペアと、該レンズペアを構成する２つのレンズ間に配置され偏波方向が互いに直交する２つの偏波ビームを分離させる偏波分離素子と、上記レンズペアより上記導波路型合分波素子積層体側の上記分離された一方の偏波ビームの通過位置に配置され該一方の偏波ビームの偏波方向を９０°回転させる半波長板とを備え、
上記導波路型合分波素子は、上記２つの同偏波方向の偏波ビーム間において、上記偏波ダイバーシティ光学系から上記導波路型合分波素子内のスラブ導波路までの光路長が一致するように、１本が他の合波側導波路より長いかあるいは短い２本以上の合波側導波路を備えてもよい。
【００１８】
上記偏波ダイバーシティ光学系は、上記レンズペアより上記導波路型合分波素子積層体側の上記分離された他方の偏波ビームの通過位置に配置され上記半波長板とほぼ同じ厚さを有する石英ガラス基板を備えてもよい。
【００１９】
上記導波路型合分波素子は、上記２本以上の合波側導波路のうち他より長い合波側導波路の途中に形成された所定幅のスリットと、該スリット内に挿入され上記合波側導波路を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つことにより温度変化により生じる上記合波側導波路間の光路長差を補償する樹脂とを備えてもよい。
【００２０】
上記レンズシステムの上記像倍率変換光学システムは、１個以上の凸レンズと１個以上の凹レンズとを備えるか又は、焦点距離が互いに異なる２個以上の凸レンズを備えるか又は、１個以上の凸レンズと配置角度が互いに異なる２個以上のプリズムとを備えてもよい。
【００２１】
上記光位相変調セルに直交配置された第２光位相変調セルと、これら光位相変調セル及び第２光位相変調セルと上記レンズシステムとの間に配置された偏光分離素子と、該偏光分離素子の一方の光出力側に配置され偏波方向を９０°回転させる偏光分離素子用半波長板と、上記光位相変調セル及び第２光位相変調セルを同一の制御信号で駆動する駆動源とを備えてもよい。
【００２２】
上記レンズシステムのｆ−ｆレンズ（Ｙ）と上記光位相変調セルとの間に、入射光と折り返し光とが互いに平行となる三角形状のコーナーキューブを備えてもよい。
【００２３】
上記ｆ−ｆレンズ（Ｙ）は、上記コーナーキューブに張り合わせられていてもよい。
【００２４】
上記ｆ−ｆレンズ（Ｙ）は、１個の凸レンズと１個の凹レンズからなる複合レンズであってもよい。
【００２５】
上記複合レンズを構成している１個の凸レンズと１個の凹レンズは、一方が上記コーナーキューブの片側反射面に貼り付けられ、他方が上記コーナーキューブの反対側反射面に貼り付けられていてもよい。
【００２６】
上記コーナーキューブと上記光位相変調セルとの間に、光軸を９０度曲げる三角形ミラーを備えてもよい。
【００２７】
上記導波路型合分波素子の端面に無反射コーティングが形成されているか又は上記導波路型合分波素子の端面が上記導波路型合分波素子の表面に直交する仮想面に対して６度以上の角度で斜め研磨され、上記導波路型合分波素子が入出射光軸に対して所定の角度で斜めに配置され、上記コーナーキューブ及び上記光位相変調セルに無反射コーティングが形成されているか又は上記コーナーキューブ及び上記光位相変調セルが上記導波路型合分波素子の表面に対して所定の角度以上で斜めに配置されていてもよい。
【００２８】
上記導波路型合分波素子と上記光位相変調セルとの間に、上記導波路型合分波素子を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つ樹脂からなり上記導波路型合分波素子の分波波長温度依存性を補償する楔型の分波波長温度依存性補償セルを備えてもよい。
【００２９】
上記導波路型合分波素子積層体の上層に、スラブ導波路と該スラブ導波路に接続された多数の導波路からなるモニタ分波側導波路とを有する光カップラが形成された光回路素子を備えてもよい。
【００３０】
上記モニタ分波側導波路に接続された受光素子を備えてもよい。
【００３１】
温度センサと、該温度センサを用いてあらかじめ測定した温度変化に伴う上記導波路型合分波素子の分波特性のデータが書き込まれたメモリと、上記データに基づいて付加的な位相分布を上記光位相変調セルに持たせることにより温度変化による上記導波路型合分波素子の分波波長ずれを補正する補正手段とを備えてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、従来の波長ドメイン光スイッチの短所が解消され、かつ、従来の導波路型波長選択スイッチの短所が解消される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３４】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１を示す。図１（ａ）はＹ軸延長上からＸＹ平面を見た上面図、図１（ｂ）はＸ軸延長上からＹＺ平面を見た側面図である。
【００３５】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１は、複数の光ファイバからなる光ファイバ群１１０に偏波ダイバーシティ光学系１００が接続され、偏波ダイバーシティ光学系１００に導波路型合分波素子積層体１０１が接続されている。偏波ダイバーシティ光学系１００の詳細構造は、後に図５で説明する。導波路型合分波素子積層体１０１は、図４の導波路型合分波素子１０１−＊（＊はＡ，Ｂ，・・・を表す）が図２の導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ａ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂのように多段に重ねられたものである。
【００３６】
光ファイバ群１１０は、入力光ファイバ１１０−Ａと、出力光ファイバ１１０−Ｂ，１１０−Ｃ，１１０−Ｄ，１１０−Ｅとで構成される。このように本実施形態の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１は、１入力、４出力である。なお、本発明では、光の入力と出力に互換性があることから、入力光ファイバと出力光ファイバ、合波側導波路と分波側導波路など、入力と出力に関する部材は役割を置き換えて考えることができる。
【００３７】
導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１は、導波路型合分波素子１０１−＊が３枚以上積層された導波路型合分波素子積層体１０１と、導波路型合分波素子積層体１０１の分波側に位置するレンズシステム２０２と、レンズシステム２０２に対して導波路型合分波素子積層体１０１とは反対側に位置する反射型の光位相変調セル１０９とを備える。光位相変調セル１０９の詳細構造は、後に図３で説明する。
【００３８】
レンズシステム２０２は、導波路型合分波素子積層体１０１の各導波路型合分波素子と１対１に対応する複数のレンズを有しレンズの並び方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つレンズアレイ１０２と、レンズアレイ１０２の光位相変調セル１０９側に配置されたＮ：１（Ｎ＞１）の像倍率変換機能を持つ像倍率変換光学システム２０３と、像倍率変換光学システム２０３の光位相変調セル１０９側に配置されレンズアレイ１０２と同方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７と、レンズアレイ１０２とは垂直な方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６とを備える。
【００３９】
レンズアレイ１０２、像倍率変換光学システム２０３、ｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７は、Ｚ軸に沿ってほぼ一直線上に配置される。
【００４０】
本実施形態のレンズシステム２０２は、レンズシステム２０２のｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０６と光位相変調セル１０９との間に、入射光と折り返し光とが互いに平行となる三角形状のコーナーキューブ１０８を備える。コーナーキューブ１０８は、レンズシステム２０２から入射してきた光を収差無く入射方向と平行となるように折り返して光位相変調セル１０９に入射させることができる。
【００４１】
コーナーキューブ１０８は、Ｚ軸に平行に入射する光をいったんＸ軸方向に反射し、そのＸ軸方向の反射光をＺ軸に平行に反射することで、折り返しを行うようになっている。ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７はコーナーキューブ１０８のＸ軸方向下半分に臨んでおり、コーナーキューブ１０８のＸ軸方向上半分が折り返し光の光路になっている。
【００４２】
本実施形態のレンズシステム２０２には、コーナーキューブ１０８で折り返された光をさらに９０度に曲げて光位相変調セル１０９に入射させる三角形ミラー１０５が設けられている。三角形ミラー１０５は、レンズシステム２０２のレンズアレイ１０２からｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７までが占める空間のＸ軸方向上部に設けられる。三角形ミラー１０５は、ＸＺ平面に置かれた光位相変調セル１０９に光が入射するよう、反射面をＹ軸に対して傾斜させて設けられる。
【００４３】
本実施形態のレンズシステム２０２には、導波路型合分波素子積層体１０１の各導波路型合分波素子と光位相変調セル１０９との間に、導波路型合分波素子を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つ樹脂からなり導波路型合分波素子の分波波長温度依存性を補償する楔型の分波波長温度依存性補償セル１１１が設けられている。
【００４４】
図２に示されるように、レンズシステム２０２は、導波路型合分波素子積層体１０１から光位相変調セル１０９までの間に、レンズアレイ１０２と、像倍率変換光学システム２０３と、ｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６と、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７とを、この記載順に並べたものである。コーナーキューブ１０８と三角形ミラー１０５は、図を簡素化するために省略してある。像倍率変換光学システム２０３は、前段レンズ１０３と次段レンズ１０４とにより構成される。
【００４５】
レンズアレイ１０２は、透明板の片面に所定間隔で整列する複数本の凸状のシリンドリカルレンズを形成したものである。各々のシリンドリカルレンズは導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ａ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂの分波側の端面（図１の実施形態では、導波路型合分波素子１０１−Ａに関しては出力端であり、導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂに関しては入力端である）に対向して臨んでいる。前段レンズ１０３と次段レンズ１０４は、それぞれレンズアレイ１０２のレンズ並び方向であるＹ軸方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つシリンドリカルレンズで構成されている。ｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６は、Ｘ軸方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つシリンドリカルレンズで構成されている。ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７は、Ｙ軸方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つシリンドリカルレンズで構成されている。
【００４６】
各導波路型合分波素子１０１−＊から出射した光は、Ｙ軸方向の光分布においてスポットサイズが５μｍと小さいため、伝搬するにつれスポットサイズが急激に拡大する。このため、Ｙ軸方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つレンズアレイ１０２により各々のスポットサイズを５０μｍと約１０倍に拡大している。
【００４７】
導波路型合分波素子積層体１０１は、複数の導波路型合分波素子１０１−＊がＹ軸に対してやや傾斜した方向にスタックされた構造を有する。各導波路型合分波素子１０１−＊の基板の厚さが０．５ｍｍの場合は、トータルで２．５ｍｍの厚さとなる。各導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ａ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂから出射する光（図１の実施形態では、導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂに関しては、光は入射する）はＹ軸方向に約０．５ｍｍ間隔で分布した５つのビームとなる。５つのビームは、トータルでＹ軸方向に約２．５ｍｍの間に分布する。
【００４８】
これに対して光位相変調セル１０９の偏向角度はあまり大きくとれない。そこで、本発明では、像倍率変換光学システム２０３を用い、前記した約０．５ｍｍ間隔のビームを１／５に縮小し約０．１ｍｍ間隔としている。
【００４９】
以上により、導波路型合分波素子積層体１０１の導波路型合分波素子から出射直後のスポットサイズが５μｍで０．５ｍｍ間隔に散在していた光分布を約０．１ｍｍ間隔でスポットサイズが約１０μｍの光分布に変換でき、偏向角度の小さな光位相変調セル１０９でも十分スイッチできる。
【００５０】
図３（ｂ）に示されるように、光位相変調セル１０９は、多数の５〜１０μｍ程度の小さなＰｉｘｅｌ（ピクセル）を有する。各ピクセルは、印加する電圧により液晶の向きが変化し実質的に屈折率が変化するようになっている。
【００５１】
図３（ａ）に示されるように、光位相変調セル１０９は、薄いガラス基板３１と、共通電極３２と、ＳｉＯ２膜３３と、液晶３４と、配向膜３５と、反射用の多層膜３６と、ピクセル電極（図示せず）と、ＳｉＯ２膜３３と、共通電極３２と、グランド電極３８と、電子回路が形成されたＳｉ基板３７とを備える。
【００５２】
図３（ｃ）に示されるように、各ピクセルに対してＺ軸に沿って鋸状の分布となる電圧を印加した場合、屈折率分布は電圧に従う。これにより光位相変調セル１０９は、入射した光の波面を制御でき、反射光を偏向させることができる。
【００５３】
図１の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１において、導波路型合分波素子１０１−Ａから出射してレンズシステム２０２を通過した光は、光位相変調セル１０９に入射し、光位相変調セル１０９で反射してレンズシステム２０２を通過し、導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂに入射し、導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂで合波された後、光ファイバ１１０−Ｂ，１１０−Ｃ，１１０−Ｄ，１１０−Ｅより出射する。このとき、図３（ｃ）に示すように光位相変調セル１０９への印加電圧を種々制御することで反射光ビームの偏向角度を制御し、出力光ファイバ１１０−Ｂ，１１０−Ｃ，１１０−Ｄ，１１０−Ｅを選択できる。光位相変調セル１０９は一つの偏光にのみ動作し、これと垂直に振動する偏光については動作しない。このため、後述するが本実施形態では新規な偏波ダイバーシティ光学系を用いている。
【００５４】
図５に示されるように、偏波ダイバーシティ光学系１００は、入力光ファイバ１１０−Ａの出力側に臨むコリメートレンズ５１と、方解石を互いに張り合わせたウオラストンプリズムからなる偏光分離素子５３と、集光レンズアレイ５２と、集光レンズアレイ５２の片面に張り付けられた半波長板５５及び石英ガラス５４とを備える。半波長板５５は、導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４１に臨む。石英ガラス５４は、導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４２に臨む。コリメートレンズ５１と集光レンズアレイ５２とがレンズペアを構成している。
【００５５】
偏波ダイバーシティ光学系１００は、入力ポートと出力ポートを有するが、入力ポートと出力ポートは伝搬方向が逆である以外は同じ動作をするので、ここでは入力ポートの動作を説明する。入力ポートには、入力光ファイバ１１０−Ａが接続されており、入力光ファイバ１１０−Ａに入射された光は、コリメートレンズ５１によりコリメートされた後、偏光分離素子５３に入射する。偏光分離素子５３を通過した光は、紙面に垂直方向（Ｙ軸）に振動するＹ偏波と紙面に平行方向（Ｘ軸）に振動するＸ偏波とに分離される。Ｙ偏波とＸ偏波は、それぞれ２０°の角度でＸ軸平面内を異なった方向へ伝搬し、集光レンズアレイ５２に入射する。
【００５６】
集光レンズアレイ５２の片面には半波長板５５と石英ガラス５４が張り付けてある。これにより半波長板５５を通過したＸ偏波は９０°空間的に振動方向を変えＹ偏波となる。一方、石英ガラス５４を通過したＹ偏波は、そのまま偏光方向を保存したまま通過する。このように同じ向きになったＹ偏波は、集光レンズアレイ５２により、それぞれ集光しながら平行にＺ軸方向に伝搬し、導波形分光器１０１の２本の合波側導波路４１，４２に入射される。
【００５７】
このときコリメートレンズ５１の焦点距離ｆ１と集光レンズアレイ５２の焦点距離ｆ２を（２）式に基づいて設計することで、導波形分光器１０１の２本の合波側導波路４１，４２と入力光ファイバ１１０−Ａとのスポットサイズを等しくでき、低損失で接続できる。
【００５８】
Ｍ＝ｆ２／ｆ１ ・・・・・・（２）
なお、ここでＭは、Ｍ＝ω１／ω２から求まる値である（ω１：導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４１，４２におけるスポット径、ω２：入力光ファイバ１１０−＊のスポット径）。
【００５９】
図４に示されるように、任意の導波路型合分波素子１０１−＊は、屈折率の高いコア４８がそれよりも屈折率の低いクラッド４９で埋め込まれた構造の導波路を有する。本実施形態では、コア４８、クラッド４９の材料は石英ガラスとしている。
【００６０】
導波路型合分波素子１０１−＊は、２本以上の合波側導波路４１，４２と、該合波側導波路４１，４２に接続されコア４８の厚さ方向のみに閉じ込め構造のあるスラブ導波路４３と、該スラブ導波路４３に接続され一定長だけ長さが順次異なる多数の導波路を有するアレイ導波路からなる分波側導波路４４とを備える。導波路型合分波素子１０１−＊は、平らな板状の基板４７上に、合波側導波路４１，４２、スラブ導波路４３、分波側導波路４４がそれぞれ１つ配置される。
【００６１】
基板４７は、石英基板あるいはシリコン基板である。一般に石英ガラスは他の材料と比較して小さいながらも温度によりその屈折率が変化する。このため、温度により導波路型合分波素子１０１−＊の分波波長が温度に対して変動することになる。本発明では、後述するが、石英ガラスの屈折率温度依存係数と逆符号の係数を持つ樹脂を楔型のセルに挿入したものを、レンズシステム中に配置することで温度無依存化を図っている。
【００６２】
合波側導波路４１，４２には、前述した偏波ダイバーシティ光学系１００が接続されている。偏波ダイバーシティ光学系１００を通過してきた２つの偏光ビームは、偏光分離素子５３や半波長板５５と石英ガラス５４など偏光によって異なった媒体を通過してきたため、互いに異なった光路長となっている。これを等しくするため、本発明においては、導波路型合分波素子１０１−＊の２本の合波側導波路４１，４２のうち一方に光路長補正部４５を設けることで、２つの偏波の光路長を厳密に合わせこんでいる。
【００６３】
入力導波路４１，４２に入射したＹ軸方向に振動する光は、前記した光路長補正部４５を経由し、スラブ導波路４３に入射すると回折によりＸ軸方向に広がり、分波側導波路４４に入射し、種々の前記した光学系を経由し光位相変調セル１０９に照射する。
【００６４】
本発明に用いる導波路型合分波素子積層体１０１は、導波路型合分波素子１０１−＊を、あわせて５素子Ｙ軸方向にスタックした構造としている。このため、正確に位置合わせを行うことができるように合わせマーク４６を施している。
【００６５】
図４のＡ−Ａ’断面に示されたように、導波路型合分波素子１０１−＊の両端面は、境界面での反射が直接戻らないように斜めに研磨されている。一方の端面の研磨角度θ’と他方の端面の研磨角度θ１は、それぞれ必要に応じて決定され、互いに等しくても等しくなくてもよい。
【００６６】
合わせマーク４６は、導波路と同時に露光装置などによるパターニングで作成されるため、極めて高精度に実現できる。このため、各素子の合わせマーク４６を上下で一致するように重ね合わせることで、各素子の相対的な位置精度を向上できる。なお、導波路素子が石英ガラスの場合は、可視光で観察することで上下に存在する各素子の合わせマーク４６を観察できる。また、Ｓｉ基板の場合は、近赤外光を透過させるため、０．８ミクロン〜数ミクロンの波長の光で観察することで上下に存在する各素子の合わせマーク４６を観察できる。
【００６７】
各素子１０１−＊の表面に垂直な方向から各素子の合わせマーク４６を観察すると、当然、各素子の合わせマーク４６は微妙にずれるが、各素子の合わせマーク４６を上下で一致するように重ね合わせる際には、Ｙ軸方向から各素子の合わせマーク４６を観察するので、各素子の合わせマーク４６はずれることはない。
【００６８】
図６に示されるように、本実施形態では、導波路型合分波素子１０１−Ｅ，１０１−Ｄ，１０１−Ａ，１０１−Ｃ，１０１−Ｂを積層して導波路型合分波素子積層体１０１とする。導波路型合分波素子１０１−＊を隙間無く積層させ、光学接着剤を用いて接合する。導波路型合分波素子１０１−＊は、３枚以上あればよく、その枚数は光システム構成の要求に応じて変化する。
【００６９】
各導波路型合分波素子１０１−＊の端面および入力光ファイバ１１０−Ａと出力光ファイバ１１０−Ｂ，１１０−Ｃ，１１０−Ｄ，１１０−Ｅの端面は、界面でのフレネル反射戻り光を低減するため、約８°に斜め研磨され、更に光がＸ軸方向に伝搬するよう（１）式に基づいた角度で斜めに傾けて配置されている。
【００７０】
Ｎｇ・ｓｉｎθ１＝Ｎｏ・ｓｉｎθ２ ・・・・・・（１）
ここで、Ｎｇは導波路の群屈折率、Ｎｏは空気の屈折率である。θ１，θ２は、図中に定義する角度であり、θ１は図４に示した研磨角度である。一例として、θ１が上記の光ファイバと同じ８°の場合、θ２は１１．６°となる。
【００７１】
以上説明した構成に基づき、本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１の動作を説明する。
【００７２】
図１の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１は、多くの波長が多重化された入力光信号を入力光ファイバ１１０−Ａから入力すると、その入力光信号が導波路型合分波素子１０１−Ａにおいて、例えば、赤い光線Ｒと青い光線Ｂに分波され、これらの光線がレンズシステム２０２を経由して光位相変調セル１０９に入射されるようになっている。
【００７３】
導波路型合分波素子１０１−Ａ，１０１−Ｂ，１０１−Ｃ，１０１−Ｄ，１０１−Ｅから出射（実際は導波路型合分波素子１０１−Ａから出射、導波路型合分波素子１０１−Ｂ，１０１−Ｃ，１０１−Ｄ，１０１−Ｅへ入射）した光は、ビーム幅が５μｍ（Ｙ軸）×５０００μｍ（Ｘ軸）と大きく扁平した光分布となる。一般的にスポットサイズの小さな光は回折により伝搬するにつれ大きく広がる。一方、スポットサイズの大きな光は広がりにくい性質を持つことが知られている。このため、図１（ａ）の上面図に示したようにＸ軸方向においては、光分布は、ほとんど回折により広がらずに、ほほ平行光として伝搬し、Ｘ軸方向に集光機能があるｆ−ｆレンズ（Ｘ）１０６に入射し、光位相変調セル１０９上に集光される。Ｙ軸方向に集光するｆ−ｆレンズ（Ｙ）からは波面形状の変化は受けず、素通りするだけである。
【００７４】
ここで、本実施形態においては、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７と光位相変調セル１０９の間にコーナーキューブ１０８を設け、光を折り返すように構成している。これにより、導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１の長手方向の寸法を低減することができる。
【００７５】
また、本実施形態においては、コーナーキューブ１０８からＺ軸方向に伝搬する光を、三角形ミラー１０５によりて９０°曲げてＹ軸方向に反射させ、底面（ＸＺ平面）に配置された光位相変調セル１０９に入射させている。
【００７６】
また、本実施形態においては、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７はコーナーキューブ１０８に直接張り付ける。これにより、組み立てが簡便化されている。
【００７７】
また、本実施形態においては、石英ガラスの屈折率温度依存係数と逆符号の係数を持つ樹脂を挿入した楔型の分波波長温度依存性補償セル１１１がレンズアレイ１０２の後に設けられている。これにより、分波波長の温度無依存化が図られている。
【００７８】
以上の動作は、導波路型合分波素子で分光された全ての光線で同じである（例えば、赤い光線Ｒと青い光線Ｂ）。実際のシステムでは、４０波以上の異なった波長の光が用いられる。
【００７９】
次に、本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチにおける主な特徴とその作用効果について説明する。
【００８０】
（１）本発明では、合分波機能を有する光回路を同一基板上にただ一つだけ配置した導波路型合分波素子１０１−＊を形成し、この導波路型合分波素子１０１−＊を３枚以上用い、従来は基本的に横方向に集積化していたものを厚さ方向に高密度に積層させて導波路型合分波素子積層体１０１を形成した。
【００８１】
（２）本発明では、光位相変調セル１０９の小さい反射角度の欠点を解消するため、Ｎ：１（Ｎ＞１）の像倍率変換機能を持つ光学系からなる像倍率変換光学システム２０３を用いた。
【００８２】
これにより、光通信で必要となる１０ポート以上の出力ポートについても極めて小型、薄型な波長ドメイン光スイッチを提供できる。
【００８３】
（３）本発明では、楔型の分波波長温度依存性補償セル１１１を備えた。これにより、従来のＭＥＭＳ型の導波路型合分波素子で問題であった温度変化により分波する波長の変化を実用上全く問題のない程度まで変化を抑えることができる。
【００８４】
（４）光位相変調セルを用いた図１４の従来技術における問題を解消するため、本発明では下記の構成を設けた。
【００８５】
光ファイバ群１１０と導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４１，４２との間に、像倍率変換機能を有するレンズペアを配置した。このレンズペアを用い、光ファイバ群１１０の光分布を導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４１，４２の光分布に一致させることで損失を極めて小さくできる。
【００８６】
レンズペアの間のコリメートされた光線の部分に偏波分離機能を持つプリズム（ウオラストンプリズムからなる偏光分離素子５３）を配置させ、半波長板５５をレンズペアと導波路型合分波素子の合波側導波路との間に配置させた。
【００８７】
分離した２つの偏波間の光路長差を等しくするため、導波路型合分波素子の合波側導波路の一方を他方より長めあるいは短めに設定した。
【００８８】
導波路型合分波素子１０１−＊の合波側導波路４１，４２の一方を他方より長めあるいは短めに設定したとき、温度変化により生じる２本の導波路の光路長差を補償するため、長い側の導波路パスの途中に予め設定された幅のスリットを設け、そのスリット中に、導波路を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つ樹脂を挿入した。
【００８９】
以上により、本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチは、温度コントロールなどの装置が不要となり、小型化、低消費電力化が可能となった。
【００９０】
（５）本発明では、コーナーキューブ１０８で光を折り返すことで大幅な小型化を実現した。
【００９１】
（６）本発明では、反射による特性劣化をおさえるため、導波路型合分波素子（導波路型合分波素子１０１−＊）の端面は、無反射コーティングが形成されているか、あるいは６度以上の角度で斜め研磨されている。組み立てを容易にするため、積層された導波路型合分波素子１０１−＊が予め決まった角度で斜めに配置されている。コーナーキューブ１０８や光位相変調セル１０９は、無反射コーティングが形成されているか、あるいはコーナーキューブ１０８や光位相変調セル１０９が一定の角度以上で斜めに配置されている。
【００９２】
（７）本発明では、導波路型合分波素子１０１−＊の温度変化による分波波長の変化を抑えるため、導波路型合分波素子１０１−＊と光位相変調セル１０９との間に導波路型合分波素子を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つ樹脂が挿入された楔型の分波波長温度依存性補償セル１１１が配置されている。
【００９３】
図１４の従来技術では、バルクの分光器をただ１つだけ用いて構成されていたが、本発明では、一基板上に合分波機能を持つ光回路をただ一つだけ配置した導波路型合分波素子１０１−＊を３枚以上用い、Ｎ：１（Ｎ＞１）の像倍率変換機能を持つ光学系からなる像倍率変換光学システム２０３を用いた。
【００９４】
なお、厚さ方向に高密度に積層させるため各導波路型合分波素子１０１−＊の基板厚さを約１ｍｍ以下とし、各基板間の間隙をほぼ零とし光学接着剤で固定させた。このとき、各導波路型合分波素子１０１−＊を高精度に位置合わせを行うため、アライメントマーク４６を施した。積層させた導波路型合分波素子１０１−＊のトータルの厚さは高々約数ｍｍであり（例えば、各基板の厚さが０．５ｍｍで１０枚のときは５ｍｍ）、さらに、１０：１の像倍率変換機能を用いると、高々約数百μｍ（例えば、各基板の厚さが０．５ｍｍで１０枚のときは５ｍｍが５００μｍ）となる。
【００９５】
図１５の従来の技術では数個の導波路型波長分光器が一枚の基板上に配置されている。この場合、導波路型波長分光器の間隔は１００ｍｍ程度であるため、本発明は約１／２００に大幅に短縮化されている。このため、偏向角度を大きくできない光位相変調セルでも十分に動作可能となる。この効果により、従来技術では困難であった１００ポート程度の大規模な波長ドメイン光スイッチも実現できる。
【００９６】
積層される導波路型合分波素子を別の機能を持つ導波路基板で置き合えることで、波長ドメイン光スイッチのフィレキシビリティが大幅に拡張される。例えば、光ネットワークにおいては、各ノードでどの波長およびどの程度のパワーが伝送されているかなどをモニタする機能が必要である。積層された１枚の基板を導波路型合分波素子ではなく、スラブ導波路と分波する波長数以上の合波側導波路が互いに接続された光回路の基板を積層させることで、波長とパワーをモニタできる導波路型波長ドメイン光スイッチを実現できる。
【００９７】
この他にも、光分配など種々の自由度のある機能を持たせることができる。
【００９８】
次に、他の実施形態について説明する。
【００９９】
図７に示した導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ａは、像倍率変換光学システム２０３ａが、１個の凸レンズ１０３と１個の凹レンズ９０とから構成されている。
【０１００】
図８に示した導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｂは、像倍率変換光学システム２０３ｂが、１個の凸レンズ１０３と２個の凹レンズ９１とから構成されている。
【０１０１】
図９に示した導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｃは、像倍率変換光学システム２０３ｃが、１個の凸レンズ１０３と配置角度が互いに異なる姿勢に配置された複数のプリズムでなるプリズムペア９２とから構成されている。
【０１０２】
図１０に示した導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｄは、ｆ−ｆレンズ（Ｙ）１０７が１個の凸レンズ９４と１個の凹レンズ９３との複合レンズ９５により構成されている。また、複合レンズ９５を構成している１個の凸レンズ９４と１個の凹レンズ９３はそれぞれ、コーナーキューブ１０８の入射面と出射面に直接張り付けられている。これにより、光学系の収差を大幅に低減できる。
【０１０３】
図１１に示した導波路型合分波素子積層体９６は、これまで説明した導波路型合分波素子積層体１０１の上層に、スラブ導波路１と該スラブ導波路１に接続された多数の導波路からなるモニタ分波側導波路２とを有する光カップラが基板に形成された光回路素子３を備えたものである。モニタ分波側導波路２は、スラブ導波路１が分波する波長数以上の光を出力する。モニタ分波側導波路２の出力側にモニタ用集光レンズ４を配置し、そのモニタ用集光レンズ４の出力側に受光素子アレイ５を配置している。図中に示した光位相変調セルの一部の光を光カプラに向けて反射させることで、光カプラから出力される光は各波長ごとに分光され、受光素子アレイで電気信号に変換される。これにより、分波された光について、波長ごとのパワーをモニタすることができる。
【０１０４】
図１１の導波路型合分波素子積層体９６を本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１に組み込むことで、光信号のマネージメント（例えば、所望の信号対雑音比（ＳＮ比）が確保されているか）をモジュール内でモニタでき、インテリジェントな装置を実現できる。
【０１０５】
図１２に示した導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｅは、これまで説明した光偏波ダイバーシティ光学系１００の代わりに、２つの光位相変調セル１０９，１０９ｅと、偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）５００と、偏光分離素子用半波長板５０１とを用いて偏波無依存化を図るものである。すなわち、図１の導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１との比較で言うと、複数の光ファイバからなる光ファイバ群１１０の光出力側には、光偏波ダイバーシティ光学系１００を介することなく、直接、導波路型合分波素子積層体１０１が接続されている。また、レンズシステム２０２ｅには、コーナーキューブ１０８から三角形ミラー１０５までの間に偏光分離素子５００が設けられ、偏光分離素子５００の反射光出力側に光位相変調セル１０９に直交配置された第２光位相変調セル１０９ｅが配置される。偏光分離素子５００の透過光出力側には偏光分離素子用半波長板５０１が設けられ、その偏光分離素子用半波長板５０１の光出力側に三角形ミラー１０５が臨んでいる。
【０１０６】
図１２（ｄ）に示されるように、光位相変調セル１０９では矢印の方向に振動する偏光のみ動作する。一方、光位相変調セル１０９ｅでは振動する方向が上記矢印の方向と空間的に直交する。このような、振動する方向が空間的に直交する光位相変調セル１０９と光位相変調セル１０９ｅの配置関係を直交配置と呼ぶ。
【０１０７】
導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｅにおいては、コーナーキューブ１０８で折り返された光のうち、偏光分離素子５００に入射したＸ偏光は偏光分離素子５００を透過し、偏光分離素子用半波長板５０１によりＹ偏光に変換され、三角形ミラー１０５により反射し、底面（ＸＺ平面）にマウントされている光位相変調セル１０９に入射する。
【０１０８】
一方、偏光分離素子５００に入射したＹ偏光は偏光分離素子５００で反射し、偏光方向を変えることなく、そのまま三角形ミラー１０５ｅにより反射し、底面（ＸＺ平面）にマウントされている第２光位相変調セル１０９ｅに入射する。三角形ミラー１０５ｅは第２光位相変調セル１０９ｅの正のＹ軸方向に配置されている。
【０１０９】
この２つの偏光はほぼ同じ光路長を持っていることが望ましく、偏光分離素子５００および偏光分離素子用半波長板５０１の光路長差を考慮し、偏光分離素子５００で反射したＹ偏光に対して、適切な厚さの石英ガラス板を偏光分離素子５００の後に挿入する場合もある。
【０１１０】
図１２（ａ）に示されるように、導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１ｅは、駆動源として、駆動回路／電源を備える。
【０１１１】
図１３に示されるように、本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチは、通信ネットワークの各ノードにおいて使用される。１つのノードについて詳しく見ると、外部からの複数の光信号入力がＷＳＳ（導波路型波長ドメイン光スイッチ２０１）に入力されている。ＷＳＳからノード内部の複数の受信機に対して信号が出力される。各受信機にはルータが接続される。また、ＷＳＳからは、外部へ複数の光信号出力が出力される。ＷＳＳに対して、レベル調整、スイッチングなどを行う光信号診断装置が接続される。
【０１１２】
本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチは、通常の光信号の分岐・挿入（光Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ）システムのほか光クロスコネクトシステムへの応用も可能である。なお、現在では、幹線系あるいはメトロコアのような比較的大規模システムに用いられているが、本発明により大幅なコスト低減が可能になると、メトロエッジ、アクセス系への広範囲なシステムへ導入され、光ネットワークの革新的な発展に繋がる。
【０１１３】
本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチは、低価格、小型、高性能、フレキシビリティのある波長ドメイン光スイッチが実現できるため、今後の光システム、光ネットワークを大幅にレベルアップできる。
【０１１４】
図１６に示されるように、導波路型波長ドメイン光スイッチは、温度センサと、該温度センサを用いてあらかじめ測定した温度変化に伴う上記導波路型合分波素子の分波特性のデータが書き込まれたメモリと、上記データに基づいて付加的な位相分布上記光位相変調セルに持たせることにより温度変化による上記導波路型合分波素子の分波波長ずれを補正する補正手段とを備える。
【０１１５】
一般に、光位相変調セルは温度依存性を有する。ペルチェ素子などを用いて光位相変調セルを一定温度に保っても、その影響を零にすることは難しい。そこで、光位相変調セルがマウントされている光学系（図１、図９、図１０参照）に温度センサを配置し、その温度をモニタする。一方、あらかじめこの温度センサによる測定を基に、測定された温度に対する分波特性のデータをメモリ内に格納し、これをｌｏｏｋ−ｕｐ ｔａｂｌｅとしてコントローラを介して補正することで、極めて高精度なスイッチング性能（低損失など）を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の一実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図である。
【図２】本発明に用いるレンズシステムの構造とビーム拡縮のイメージを示した立体図である。
【図３】本発明に用いる光位相変調セルの図であり、（ａ）は積層断面図、（ｂ）はピクセル面（ＸＺ平面）の正面図、（ｃ）はＸＺ平面における屈折率分布図である。
【図４】本発明に用いる導波路型合分波素子の図であり、平面図とＡ−Ａ’断面図とその部分拡大図を含む。
【図５】本発明に用いる偏波ダイバーシティ光学系の上面図である。
【図６】本発明に用いる導波路型合分波素子積層体と偏波ダイバーシティ光学系の側面図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの一部を示す導波路型合分波素子積層体の上面斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチの図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はビームの照射面イメージを示す平面図、（ｄ）は偏光方向を示す平面図である。
【図１３】本発明の導波路型波長ドメイン光スイッチが利用される通信ネットワークの構成図である。
【図１４】従来の波長ドメイン光スイッチを示す図である。
【図１５】従来の導波路型波長選択スイッチを示す図である。
【図１６】本発明の他の実施形態を示す導波路型波長ドメイン光スイッチのブロック図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１ スラブ導波路
２ モニタ分波側導波路
３ 光回路素子
４ モニタ用集光レンズ
５ 受光素子アレイ
３１ ガラス基板
３２ 共通電極
３３ ＳｉＯ２膜
３４ 液晶
３５ 配向膜
３６ 多層膜
３７ Ｓｉ基板
３８ グランド電極
４１，４２ 合波側導波路
４３ スラブ導波路
４４ 分波側導波路
４５ 光路長補正部
４６ 合わせマーク
４７ 基板
４８ コア
４９ クラッド
５１ コリメートレンズ
５２ 集光レンズアレイ
５３ 偏光分離素子
５４ 石英ガラス
５５ 半波長板
９２ プリズムペア
１００ 偏波ダイバーシティ光学系
１０１ 導波路型合分波素子積層体
１０１−Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 導波路型合分波素子
１０２ レンズアレイ
１０３ 前段レンズ
１０４ 後段レンズ
１０５ 三角形ミラー
１０６ ｆ−ｆレンズ（Ｘ）
１０７ ｆ−ｆレンズ（Ｙ）
１０８ コーナーキューブ
１０９ 光位相変調セル
１１０ 光ファイバ群
１１０−Ａ 入力光ファイバ
１１０−Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 出力光ファイバ
２０１ 導波路型波長ドメイン光スイッチ
２０２ レンズシステム
２０３ 像倍率変換光学システム
５００ 偏光分離素子
５０１ 半波長板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路型合分波素子が３枚以上積層された導波路型合分波素子積層体と、
上記導波路型合分波素子積層体の分波側に位置するレンズシステムと、
該レンズシステムに対して上記導波路型合分波素子積層体とは反対側に位置する反射型の光位相変調セルとを備え、
上記レンズシステムは、上記導波路型合分波素子と１対１に対応する複数のレンズを有しレンズ並び方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つレンズアレイと、該レンズアレイの上記光位相変調セル側に配置されたＮ：１（Ｎ＞１）の像倍率変換機能を持つ像倍率変換光学システム、該像倍率変換光学システムの上記光位相変調セル側に配置され上記レンズアレイと同方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｙ）と、上記レンズアレイと垂直な方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｘ）とを備えることを特徴とする導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項２】
上記導波路型合分波素子積層体の合波側に位置する偏波ダイバーシティ光学系を備え、 該偏波ダイバーシティ光学系は、光軸方向に並ぶ２つのレンズからなり像倍率変換機能を持つレンズペアと、該レンズペアを構成する２つのレンズ間に配置され偏波方向が互いに直交する２つの偏波ビームを分離させる偏波分離素子と、上記レンズペアより上記導波路型合分波素子積層体側の上記分離された一方の偏波ビームの通過位置に配置され該一方の偏波ビームの偏波方向を９０°回転させる半波長板とを備え、
上記導波路型合分波素子は、上記２つの同偏波方向の偏波ビーム間において、上記偏波ダイバーシティ光学系から上記導波路型合分波素子内のスラブ導波路までの光路長が一致するように、１本が他より長いかあるいは短い２本以上の合波側導波路を備えることを特徴とする請求項１記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項３】
上記偏波ダイバーシティ光学系は、上記レンズペアより上記導波路型合分波素子積層体側の上記分離された他方の偏波ビームの通過位置に配置され上記半波長板とほぼ同じ厚さを有する石英ガラス基板を備えることを特徴とする請求項２記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項４】
上記導波路型合分波素子は、上記２本以上の合波側導波路のうち他より長い合波側導波路の途中に形成された所定幅のスリットと、該スリット内に挿入され上記合波側導波路を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つことにより温度変化により生じる上記合波側導波路間の光路長差を補償する樹脂とを備えることを特徴とする請求項２又は３記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項５】
上記レンズシステムの上記像倍率変換光学システムは、１個以上の凸レンズと１個以上の凹レンズとを備えるか又は、焦点距離が互いに異なる２個以上の凸レンズを備えるか又は、１個以上の凸レンズと配置角度が互いに異なる２個以上のプリズムとを備えることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項６】
上記光位相変調セルに直交配置された第２光位相変調セルと、これら光位相変調セル及び第２光位相変調セルと上記レンズシステムとの間に配置された偏光分離素子と、該偏光分離素子の一方の光出力側に配置され偏波方向を９０°回転させる偏光分離素子用半波長板と、上記光位相変調セル及び第２光位相変調セルを同一の制御信号で駆動する駆動源とを備えることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項７】
上記レンズシステムのｆ−ｆレンズ（Ｙ）と上記光位相変調セルとの間に、入射光と折り返し光とが互いに平行となる三角形状のコーナーキューブを備えることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項８】
上記ｆ−ｆレンズ（Ｙ）は、上記コーナーキューブに張り合わせられていることを特徴とする請求項７記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項９】
上記ｆ−ｆレンズ（Ｙ）は、１個の凸レンズと１個の凹レンズからなる複合レンズであることを特徴とする請求項７記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１０】
上記複合レンズを構成している１個の凸レンズと１個の凹レンズは、一方が上記コーナーキューブの片側反射面に貼り付けられ、他方が上記コーナーキューブの反対側反射面に貼り付けられていることを特徴とする請求項９記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１１】
上記コーナーキューブと上記光位相変調セルとの間に、光軸を９０度曲げる三角形ミラーを備えることを特徴とする請求項７記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１２】
上記導波路型合分波素子の端面に無反射コーティングが形成されているか又は上記導波路型合分波素子の端面が上記導波路型合分波素子の表面に直交する仮想面に対して６度以上の角度で斜め研磨され、
上記導波路型合分波素子が入出射光軸に対して所定の角度で斜めに配置され、
上記コーナーキューブ及び上記光位相変調セルに無反射コーティングが形成されているか又は上記コーナーキューブ及び上記光位相変調セルが上記導波路型合分波素子の表面に対して所定の角度以上で斜めに配置されていることを特徴とする請求項７〜１１いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１３】
上記導波路型合分波素子と上記光位相変調セルとの間に、上記導波路型合分波素子を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つ樹脂からなり上記導波路型合分波素子の分波波長温度依存性を補償する楔型の分波波長温度依存性補償セルを備えることを特徴とする請求項１〜１２いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１４】
上記導波路型合分波素子積層体の上層に、スラブ導波路と該スラブ導波路に接続された多数の導波路からなるモニタ分波側導波路とを有する光カップラが形成された光回路素子を備えることを特徴とする請求項１〜１３いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１５】
上記モニタ分波側導波路に接続された受光素子を備えることを特徴とする請求項１４記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１６】
温度センサと、該温度センサを用いてあらかじめ測定した温度変化に伴う上記導波路型合分波素子の分波特性のデータが書き込まれたメモリと、上記データに基づいて付加的な位相分布を上記光位相変調セルに持たせることにより温度変化による上記導波路型合分波素子の分波波長ずれを補正する補正手段とを備えることを特徴とする請求項１〜１５いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１】
導波路型合分波素子が３枚以上積層された導波路型合分波素子積層体と、
上記導波路型合分波素子積層体の分波側に位置するレンズシステムと、
該レンズシステムに対して上記導波路型合分波素子積層体とは反対側に位置する反射型の光位相変調セルとを備え、
上記レンズシステムは、上記導波路型合分波素子と１対１に対応する複数のレンズを有しレンズ並び方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つレンズアレイと、該レンズアレイの上記光位相変調セル側に配置されたＮ：１（Ｎ＞１）の像倍率変換機能を持つ像倍率変換光学システム、該像倍率変換光学システムの上記光位相変調セル側に配置され上記レンズアレイと同方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｙ）と、上記レンズアレイと垂直な方向に集光機能あるいはコリメート機能を持つｆ−ｆレンズ（Ｘ）とを備えることを特徴とする導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項２】
上記導波路型合分波素子積層体の合波側に位置する偏波ダイバーシティ光学系を備え、 該偏波ダイバーシティ光学系は、光軸方向に並ぶ２つのレンズからなり像倍率変換機能を持つレンズペアと、該レンズペアを構成する２つのレンズ間に配置され偏波方向が互いに直交する２つの偏波ビームを分離させる偏波分離素子と、上記レンズペアより上記導波路型合分波素子積層体側の上記分離された一方の偏波ビームの通過位置に配置され該一方の偏波ビームの偏波方向を９０°回転させる半波長板とを備え、
上記導波路型合分波素子は、上記２つの同偏波方向の偏波ビーム間において、上記偏波ダイバーシティ光学系から上記導波路型合分波素子内のスラブ導波路までの光路長が一致するように、１本が他より長いかあるいは短い２本以上の合波側導波路を備えることを特徴とする請求項１記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項３】
上記偏波ダイバーシティ光学系は、上記レンズペアより上記導波路型合分波素子積層体側の上記分離された他方の偏波ビームの通過位置に配置され上記半波長板とほぼ同じ厚さを有する石英ガラス基板を備えることを特徴とする請求項２記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項４】
上記導波路型合分波素子は、上記２本以上の合波側導波路のうち他より長い合波側導波路の途中に形成された所定幅のスリットと、該スリット内に挿入され上記合波側導波路を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つことにより温度変化により生じる上記合波側導波路間の光路長差を補償する樹脂とを備えることを特徴とする請求項２又は３記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項５】
上記レンズシステムの上記像倍率変換光学システムは、１個以上の凸レンズと１個以上の凹レンズとを備えるか又は、焦点距離が互いに異なる２個以上の凸レンズを備えるか又は、１個以上の凸レンズと配置角度が互いに異なる２個以上のプリズムとを備えることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項６】
上記光位相変調セルに直交配置された第２光位相変調セルと、これら光位相変調セル及び第２光位相変調セルと上記レンズシステムとの間に配置された偏光分離素子と、該偏光分離素子の一方の光出力側に配置され偏波方向を９０°回転させる偏光分離素子用半波長板と、上記光位相変調セル及び第２光位相変調セルを同一の制御信号で駆動する駆動源とを備えることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項７】
上記レンズシステムのｆ−ｆレンズ（Ｙ）と上記光位相変調セルとの間に、入射光と折り返し光とが互いに平行となる三角形状のコーナーキューブを備えることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項８】
上記ｆ−ｆレンズ（Ｙ）は、上記コーナーキューブに張り合わせられていることを特徴とする請求項７記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項９】
上記ｆ−ｆレンズ（Ｙ）は、１個の凸レンズと１個の凹レンズからなる複合レンズであることを特徴とする請求項７記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１０】
上記複合レンズを構成している１個の凸レンズと１個の凹レンズは、一方が上記コーナーキューブの片側反射面に貼り付けられ、他方が上記コーナーキューブの反対側反射面に貼り付けられていることを特徴とする請求項９記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１１】
上記コーナーキューブと上記光位相変調セルとの間に、光軸を９０度曲げる三角形ミラーを備えることを特徴とする請求項７記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１２】
上記導波路型合分波素子の端面に無反射コーティングが形成されているか又は上記導波路型合分波素子の端面が上記導波路型合分波素子の表面に直交する仮想面に対して６度以上の角度で斜め研磨され、
上記導波路型合分波素子が入出射光軸に対して所定の角度で斜めに配置され、
上記コーナーキューブ及び上記光位相変調セルに無反射コーティングが形成されているか又は上記コーナーキューブ及び上記光位相変調セルが上記導波路型合分波素子の表面に対して所定の角度以上で斜めに配置されていることを特徴とする請求項７〜１１いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１３】
上記導波路型合分波素子と上記光位相変調セルとの間に、上記導波路型合分波素子を構成する材料の屈折率温度係数と逆符号の屈折率温度係数を持つ樹脂からなり上記導波路型合分波素子の分波波長温度依存性を補償する楔型の分波波長温度依存性補償セルを備えることを特徴とする請求項１〜１２いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１４】
上記導波路型合分波素子積層体の上層に、スラブ導波路と該スラブ導波路に接続された多数の導波路からなるモニタ分波側導波路とを有する光カップラが形成された光回路素子を備えることを特徴とする請求項１〜１３いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１５】
上記モニタ分波側導波路に接続された受光素子を備えることを特徴とする請求項１４記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【請求項１６】
温度センサと、該温度センサを用いてあらかじめ測定した温度変化に伴う上記導波路型合分波素子の分波特性のデータが書き込まれたメモリと、上記データに基づいて付加的な位相分布を上記光位相変調セルに持たせることにより温度変化による上記導波路型合分波素子の分波波長ずれを補正する補正手段とを備えることを特徴とする請求項１〜１５いずれか記載の導波路型波長ドメイン光スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−７２３３９（Ｐ２０１０−７２３３９Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３９６５０（Ｐ２００８−２３９６５０）
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]