波長操作システムおよび方法
複数の波長チャネルを含む光信号を入力するための少なくとも一つの第１の光入力ポートと；光信号の波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための第１の波長分散エレメントと；角分散のディメンションにおいて角分散された波長信号を細長に空間分離された波長帯のシリーズへ収束するための光パワーエレメントと；空間的に操作された波長帯を生成するために、空間的に分離された波長帯の空間特性を選択的に操作するための空間操作エレメントとを備える、波長選択的操作装置および方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチングシステムに関する。本発明は、特に、起こり得る減衰の制御特性を有する波長選択スイッチを開示する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、光交差接続のアプリケーションに対する波長選択スイッチングの使用は、大きな関心を得てきた。その理由として、各々の波長の経路が、特定の時点のリンクに対して適切な容量（ｃａｐａｃｉｔｙ）を有して、ノード間の任意の接続を可能にするように再構成される完全にフレキシブルなネットワークというゴールが挙げられる。このゴールはまだ有効ではあるが、光ネットワークが発展する、または、トラフィック要請が変化する、のどちらかにつれ、光ネットワークは、多数のステージを経てこのレベルの複雑さにまで発展することは、明確である。ここにおいて、発展の第１のステージは、おそらく、多数のチャネルがメイン路からドロップ（ｄｒｏｐ）され、およびアド（ａｄｄ）され得る再構成可能アド／ドロップノードのステージであり、そのメイン路の数および波長は時間と共に変化し得る。
【０００３】
本発明は、再構成可能光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）ネットワークのようなアプリケーションに向けられ、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）として一般的に呼ばれる波長再構成可能交差接続のアプリケーションに対してスケーラブルである。
【０００４】
光アド／ドロップおよび波長選択スイッチングのアプリケーションに対して理想的な波長選択エレメントの特性は、以下に要約される：
ｉ）複数のファイバポートに対してスケーラブル
ｉｉ）１つのポート当たりに１つのチャネル、または、１つのポートオペレーション当たりに複数のチャネル
ｉｉｉ）異なったグリッド、例えば、５０ＧＨｚまたは１００ＧＨｚまたはそれらの組み合わせに対する波長選択の再構成
ｉｖ）エクスプレス路（ｅｘｐｒｅｓｓ ｐａｔｈ）の光学的性質低下の低さ
ｖ）ドロップ路およびエクスプレス路上における低損失
ｖｉ）波長を同時にアドおよびドロップできること
ｖｉｉ）他のポートに対して一過性の性質低下を引き起こすことなく、任意のポート間、または任意の波長間において再構築できること
ｖｉｉｉ）エクスプレス路（ＯＡＤＭ）または全路（ＷＳＳ）における光パワーレベルの等化
ｉｘ）所定の波長に対するポート間の共有された光パワーの供給（ブロードキャストモード）
ｘ）スペクトルの縮小を防止するフラットな光通過帯域
ｘｉ）ＯＡＤＭのエクスプレス路を侵害しない状態に残すパワーオフ構築
ｘｉｉ）パワー、電圧、およびサイズへの要求が小さいこと、である。
【０００５】
適用されてきた多数の技術を再検討するに当たり、幾分、一般化することが必要であり、以下のような観察が行われる。
【０００６】
基本的な２つのアプローチが、ＯＡＤＭおよびＷＳＳアプリケーションに対して為された：
ｉ）第１のアプローチは、ブロードキャストとセレクトアーキテクチャを組み合わせた波長ブロッキングエレメントに基づく。これは光パワー示強性アーキテクチャである。それは、チャネル等化および波長選択の再構成を提供し得るが、複数のポートに対してスケーラブルではなく、非常に多くの損失を有する。さらに、それは、波長調整可能フィルタのような多数の補足の構成要素の故に、高パワーおよび大フットプリントを要する。
【０００７】
ｉｉ）波長スイッチがＯＡＤＭに対して提案されたが、波長スイッチは、必然的には、チャネル等化を提供せず、チャネルスイッチングによるチャネルは、通常、光チャネルの分散および損失縮小を導く。複数のポートスイッチの場合、中間ポートに性質低下（ヒット）をもたらすことなしに、ポート間のスイッチをすることは一般的には不可能である。さらに、チャネル間隔をダイナミックに再構成できない。エクスプレス路に対して性質低下が少ない調整可能な３ポートフィルタが、提案されたが、複数のポートに対して容易にスケールせず、調整中に一過性の波長ヒットを被り得る。調整構成要素は、可変でない特定のバンド幅に通常、固定される。さらに、分離性に欠ける調整可能な３ポート手段は、ハイスルー路分離（ｈｉｇｈ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐａｔｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を要する多数のアド／ドロップアプリケーションに適さない。
【０００８】
光交差接続に適用される１つの技術は、３−Ｄ ＭＥＭとして知られる。３−Ｄ ＭＥＭは、光ビームを１つのポートから他のポートへ向けるように作用する小さな鏡構成を利用する。この技術の実施例は、特許文献１、および特許文献２において提供される。ポートは、通常、２次元マトリクス状に配置され、鏡の２次元アレイの対応するエレメントは、１つの任意のポートと結合するために、２つの軸に対して傾き得る。通常、これらの鏡の２つのアレイが、光と効率良く結合するために必要とさる。また、高程度のアナログコントロールが必要とされる故、この技術を基本とする構成は、実際には現実化するのに非常に困難であると証明され、商業的に成功した販売品はほんの僅かである。このタイプの構成において、個別の構成要素が、対応の波長分割多重化（ＷＤＭ）された入力ファイバのそれぞれを単一チャネル／単一ファイバ入力に分けるために必要とされる。
【０００９】
波長のルーティングアプリケーションの最も有望なプラットフォームの一つは、チャネルの空間的な分散の原則に基づき、スイッチングエレメントまたは減衰エレメントのいずれかを用いて異なった波長に対して動作する。これらの技術は、スイッチングエレメントが波長分散エレメントと統合されること（インプリメンテーションを大いに単純化する）に利点がある。これに対するトレードオフは、通常、スイッチングがより限定的になり（現時点において、実演される多数のインプリメンテーションが小数のポート数に限られている）、ポート間のルーティングは任意ではない。一般的に、回折格子がマイクロオプティック・インプリメンテーションに用いられ、アレイ導波管格子（Ａｒｒａｙ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ）が導波管アプリケーションに用いられる。スイッチングアプリケーションの多数が、シリコンに製造されるＭＥＭＳマイクロ鏡、および一ディメンションの傾斜動作に基づく。このアプローチの問題は、角分散が変位に変換される際に必要な波長分解能を達成することにある。そのような場合、（拡大を用いて、または用いず）ファイバのイメージは、傾斜鏡アレイへ変換される。光を第２のポートに接続するために、角度を変位に変換する追加的な光学構成要素が必要になる。これに対する異なったアプローチは、断続的な変位をもたらす再帰反射キューブくさび（特許文献３）、またはイメージのレイリー長に含まれる光パワーを用いて連続的な変換を提供する角度‐変位エレメント（特許文献４）を含む。これら、全ての場合において、ポート間においてスイッチするために、傾斜鏡は、中間ポートに対応する角度を通過する必要がある。さらに、それぞれの異なったスイッチの位置は角度によって区別される一方、ポートの数は、それぞれの場合において、ファイバの開口数によって限定される。０．１の開口数を有するファイバにおいて、±１２度の傾斜が可能なスイッチは、８つの異なったスイッチ位置を区別できない。用いられ得る１つのアプローチは、熱膨張したコアまたはマイクロレンズの使用を介して開口数を小さくすることである。しかし、これは、波長の分解能を犠牲にしてなされる。
【００１０】
代替的なものとして、ポート間のスイッチをするために偏光が使用される。確かに、これは、２つの偏光状態に対応する２つのポート間におけるスイッチングに対して最も適切であるが、容易にスケールはできない。より複雑にはなるが、複数のポート間におけるスイッチングを可能にする案が予想される。偏光スイッチングを用いて、チャネルのダイナミックな等化は、第２のファイバにチャネルされる、拒否された光（ｒｅｊｅｃｔｅｄ ｌｉｇｈｔ）を用いて為されるので、多くの周波数をドロップする一方、エクスプレス路の等化には適さない。
【特許文献１】米国特許第５，９６０，１３３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５０１，８７７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０９７，５１９号明細書
【特許文献４】米国特許第６，５６０，０００号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、改良型の光スイッチングシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の局面に従うと、提供される波長選択的操作装置は、複数の波長チャネルを含む光信号を入力するための少なくとも一つの第１の光入力ポートと、光信号の波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための第１の波長分散エレメントと、角分散のディメンションにおいて、角分散された波長信号を細長に空間的に分離された波長帯のシリーズへ収束するための光パワーエレメントと、空間的に操作された波長帯を生成するために、空間的に分離された波長帯の空間特性を選択的に操作するための空間操作エレメントとを備える。
【００１３】
好ましくは、装置は、第１の出力信号を生成するために、空間的に操作された波長帯を選択的に組み合わせるための第１の波長組み合わせエレメントも備える。第１の波長分散エレメントは、好ましくは、回折格子を含み得る。光パワーエレメントは、好ましくは、円柱レンズを含み得、空間操作エレメントは、液晶表示装置または光の位相に働く空間光変調器（ＳＬＭ）を備える。
【００１４】
ＳＬＭ装置は、細長に空間的に分離された波長帯と実質的にマッチするシリーズ細長セル領域へ分割される。セル領域の各々が複数の駆動可能セルを含み得、セルは、好ましくは、用いられる際、セル領域に注ぐ対応する光信号を出力次数モードシリーズの一つへ投射する選択的駆動構成を提供するように駆動される。光パワーエレメントは、好ましくは、球面鏡または円柱鏡を含み得る。回折格子は実質的にリトロー状況において利用され得る。
【００１５】
一動作モードにおいて、空間操作エレメントが第１の状態にある場合、第１の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長は、好ましくは、第１の出力ポートにおいて出力され、また、空間操作エレメントが第２の状態にある場合、第１の光入力ポートにおいて入力される第２の所定の波長は、好ましくは、第２の出力ポートにおいて出力される。さらに、空間操作エレメントが第１の状態にある場合、第３の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長は、好ましくは、第４の出力ポートにおいて出力され、また、空間操作エレメントが第２の状態にある場合、第３の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長は、好ましくは、第１の出力ポートにおいて出力される。
【００１６】
本発明のさらなる局面に従うと、提供される波長選択的操作装置は、複数の波長チャネルを含む光信号を入力する第１の光入力ポートを含む光入力および出力ポートのシリーズと、光信号の波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための第１の波長分離エレメントと、角分散されたディメンションにおいて、角分散された波長信号を細長に空間的に分離された波長帯のシリーズへ収束するための収束エレメントと、空間的に操作された波長帯を生成するために、空間的に分離された波長帯の空間特性を選択的に操作するための空間操作エレメントとを備え、空間的に操作された波長帯は、空間的に選択的な仕方において出力ポートにて出力するために、光パワーエレメントによって後に収束され、第１の波長分離エレメントによって空間的に選択的な仕方において組み合わされる。
【００１７】
本発明のさらなる局面に従い、提供される方法は、複数の波長成分を有する光入力信号に対する波長選択的分離能力を提供するための方法であり、その方法は、（ａ）波長成分を角分散するために光入力信号を格子構成に対して投射するステップと、（ｂ）波長分散ディメンション（縦）にある波長成分の各々を細長波長構成要素エレメントへ収束するステップと、（ｃ）細長波長構成要素エレメントを別々に操作するステップと、（ｄ）操作された細長波長構成要素のうちの所定のいくつかを組み合わせるステップとを含む。
【００１８】
収束するステップは、好ましくは、波長成分を収束するために円柱レンズおよび球面鏡を利用することを含む。ステップ（ｃ）は、好ましくは、波長成分の各々を別々に操作するために液晶表示装置を利用することを含む。液晶表示装置は、細長波長構成要素と実質的にマッチするシリーズ細長セル領域へ分割され得る。セル領域の各々は、複数の駆動可能セルを含み得、該セルは、用いられる際、好ましくは、セル領域に注ぐ対応する光信号を出力次数モードシリーズの一つへ投射する選択的駆動構成を提供するように駆動される。
【００１９】
本発明のさらなる局面に従い、提供される波長選択的操作装置は、複数の波長チャネルを含む光信号を入力するための少なくとも一つの第１の光入力ポートと、光信号の偏光状態を整列するための偏光整列エレメントと、光信号の波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための波長分散エレメントと、角分散された波長信号を細長に空間的に分離された波長帯のシリーズへ収束するための光パワーエレメントと、空間的に操作された波長帯を生成するために、空間的に分離された波長帯の特性を選択的に、空間的に操作するための空間操作エレメントとを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の好ましい形態は、添付の図面への参照と共に例示のみを目的として記載される。
【００２１】
好ましい実施形態において、それぞれの波長を有する光が分散され、１つの軸に収束し、その軸に直交する軸にコリメートされるような配置が提供され、それによって、モード選択液晶アレイまたは空間光変調器が、１つの偏光状態にある光を液晶に当てることによって確立されるような、反射型または透過型の回折格子の多様な次数を選択するために用いられ得る。周知のように、コリメートされたビームにおいて、例えば、反射型回折格子の次数を変更することによって得られるビームの角偏向は、ビームの焦点の移動の効果を有する。光学トレインがテレセントリックであるように確立される場合、この移動は、結合能率へ影響を与えずに達成され、第１のポートから所定分の移動をした場所にある第２のポートに効率良く結合され得る。これは、例えば、ファイバアレイの場合において提供され得る。
【００２２】
先ず、図１を参照すると、好ましい実施形態の配置の側面透視図１１が、概略的に示される。初め、ファイバ３に沿った最初の入力が、光出入力ファイバ１〜１０のｘディメンションのアレイに与えられる。各ファイバは、熱膨張したコア端部を有し得る。コア３から放たれた光は、単一の縦偏光のみであると思われる（必要ならば、偏光整列手段（図示せず）が、既知の手順によって単一偏光された光を得るために用いられ得る）。光は球面鏡１２に投射され、そこで、回折格子１４に当たる前に、反射され、コリメートされる。回折格子１４はリトロー型の様相に配置される。リトロー型の様相において、当業者には周知のように、反射された光はｙ軸に角分散し、スペクトル成分に分散する。
【００２３】
格子１４から放たれた光は、波長に従い角分離される。スペクトル成分は、ｘディメンションに光パワーを有し、円柱レンズ１３を介して反射される。スペクトル成分は、鏡１２付近でｘディメンションに収束されるが、ｙディメンションにコリメートされたままである。円柱レンズ１３を介して戻る際、スペクトル成分は、ｘディメンションにコリメートされるが、ｙディメンションに収束される。そして、細長スペクトル帯域のシリーズをもたらすアクティブまたはパッシブ液晶表示（ＬＣＤ）装置１４において、またはその付近においてｙディメンションに収束する。
【００２４】
明確な理解のために、図２は、図１の配置の上面図を示す。液晶表示１５に当たった光は、純粋な（ｐｕｒｅ）反射を経て、リターン路２０〜２３をたどり、リトロー型の様相にある格子１４に当たる。そこで、その光は他の周波数と再び組み合わされ、リターン路２６〜２８をたどり、出力ポート８へ渡る。
【００２５】
液晶表示装置１５は、個別に制御可能な領域のシリーズを有するアクティブまたはパッシブタイプであり得る。本明細書の読み手は、液晶表示装置の理解を得る者と予想され、その作用は全く標準的なものである。第１の好ましい実施形態において、ＬＣＤが空間光変調器（ＳＬＭ）において使用される物と実質的に均等する物であり得、特に、ＣＭＯＳ技術に用いたボルダー非線形システムによって実演されたような位相のみ反射するＳＬＭと実質的に均等する物であり得ることは、留意される。ＣＭＯＳバックプレーンの設計は、当業者には明らかであるように、ピクセルサイズの要求に容易に順応する。
【００２６】
好ましい実施形態において、反射型のＬＣＤ装置が使用され、純粋な反射および４つの異なった回折状態からの選択の場合が示される。提示される構成は、選択された次数と他の次数と反射状態との間の高い消滅度合を達成するようにも、設計される。これは、対称性を用いることによって達成され、それによって、構成要素の位相の統合が、論理上、選択されていないモードまたは純粋な反射状態の各々において、ゼロになることを確実にする。さらに高次の回折がある程度の効率性を伴い引き起こされ得るが、（スリット回折の開口数を決定する）セルサイズの適切な選択は、これをわずかなものに制限し、高いスループットを達成し得る。
【００２７】
次数選択機構は、必要な選択および消滅を達成するように、誘導された格子構成のサブセルにおけるリタデーションを変化することに依存する。この実施例において、単純化された駆動は、４つのレベルのみの使用によって達成される。その４つとは、
状態０：４λ／８ リターダンス
状態１：３λ／８ リターダンス
状態２：２λ／８ リターダンス
状態３：λ／８ リターダンス である。
【００２８】
理想的には、ＬＣＤからの反射光は、異なった回折次数が、伝播される光の異なった角度に対応するように制御される。所与の実施例において、一次の回折は０．０９５５度と予測される。液晶表示装置を制御することにより、正または負の一時の回折ラインの選択性の励起が達成される。これは、３７７．５μｍの空間周期に対応する。従って、図４に示されるように、回折ライン４０は、長さ３３７．５μｍであり、８つのセル４１に分割されると思われる。ここで、各セルは、長さ約４２μｍである。これは、電極構成に標準的なリソグラフィ技術を使用することにより容易に達成され得る。
【００２９】
第１の実施形態において、液晶表示装置は、図３に示されるよう、入力光３０が、選択的に、完全な反射態様３１、一次３２、３３、または二次３４、３５のいずれかにおいて出力されるように、反射型回折格子を形成するために利用される。
【００３０】
液晶構成のセルは、出力次数を選択するように駆動され得る。図５〜図９は、８つのセルに対する多様な可能性のある駆動配置の１つの形態を示す。図５に示される０．０９５５の一次の解説を生成する第１の配置において、駆動状態は５２に示されるように、０、０、１、１、２、２、３、３の状態であり得る。負の一次６０の図６において、駆動状態は、３、３、２、２、１、１、０、０であり得る。二次の出力７０の図７において、駆動状態７１は、０、１、２、３、０、１、２、３であり得る。次に、負の二次出力８０の図８において、駆動状態８１は、３、２、１０、３、２、１、０であり得る。最後に、純粋な反射状態９０の図９において、駆動状態９１は全て０であり得る。
【００３１】
これらのモードの各々は、異なった入力ファイバ１〜５と出力ファイバ６〜１０との間を結合するために、図１および図２の配置において使用されても良い。選択されたＬＣＤモードが純粋な反射状態（０度）である波長において、結合は以下のようである。
ファイバ１からファイバ１０、
ファイバ２からファイバ９、
ファイバ３からファイバ８（エクスプレス路の入口から出口）、
ファイバ４からファイバ７、
ファイバ５からファイバ６。
【００３２】
選択されたモードが＋０．０９５５度である波長において、ファイバ３からの波長は、ドロップファイバ７に結合され、以下のようである。
ファイバ１からファイバ９、
ファイバ２からファイバ８（アド路）、
ファイバ３からファイバ７（ドロップ路）、
ファイバ４からファイバ６。
【００３３】
選択されたモードが−０．０９５５度である波長において、ファイバ第３からの波長はドロップファイバ９に結合され、以下のようである。
ファイバ２からファイバ１０、
ファイバ３からファイバ９（ドロップ路）、
ファイバ４からファイバ８（アド路）、
ファイバ５からファイバ７。
【００３４】
選択されたモードが＋０．１９１０度である波長において、ファイバ３からの波長は、ドロップファイバ６に結合され、以下のようである。
ファイバ１からファイバ８（アド路）、
ファイバ２からファイバ７、
ファイバ３からファイバ６（ドロップ路）、
ファイバ４からファイバ５。
【００３５】
選択されたモードが−０．１９１０度である波長において、ファイバ３からの波長は、ドロップファイバ１０に結合され、以下のようである。
ファイバ３からファイバ１０（ドロップ路）、
ファイバ４からファイバ９、
ファイバ５からファイバ８（アド路）、
ファイバ６からファイバ７。
【００３６】
特定の波長チャネルの選択的な減衰は、個別の結合効率の減衰によって、および個別の次数を有することによって達成される。ここにおいて、個別の次数は、減衰のためにのみ使用され、選択された次数の効率を犠牲にして選択的に励起される。このように、選択された次数のパワーは、所望のレベルに調節され得る。追加的に、回折次数は、監視目的のために使用されても良い。光は、一波長において追加的な回折次数に結合されても良い。ここにおいて、回折次数は、光検出器によって受信され、システムのパワーレベルの監視または制御機構として使用される。この光は、（単一のまたはマルチモードの）ファイバの追加によって収集されても良い。
【００３７】
必要であれば、他の次数に対して一般化することは、容易である。
【００３８】
第２のさらなる実施形態において、回折次数は、単純な方法においてアドレスされ、これを単純に達成可能な電極構成と駆動スキームが提案される。ここにおいて、多数の代替的な実施が可能であり、如何なる場合においても、本発明の範囲をこの方法に限定しない。
【００３９】
光の波長が分解されるｙ軸において、５つの電圧関数、Ｆｙｉ（ｔ）、の一つが、励起したいモードに対応する電極に印加される。ｘ軸におけるサブセルに対応する各電極は、電圧関数、Ｆｘ（ｊ）、を有する。電圧関数は、各サブセルのセルの上電極と下電極との関係（Ｆｙｉ（ｔ）−Ｆｘｊ（ｔ））が、特定のモードに必要とされる対応のリターダンスを有するＡＣ成分を生成するように、選択される。
【００４０】
これらの関数の正確な形式は、使用された液晶の線形性および周波数に依存する。アプローチを例示するために、線形電圧リターダンス応答が想定され、また、周波数依存はないものと想定する。
【００４１】
この場合において、モードは、誘導された格子の異なった次数に対する４つの異なった駆動周波数を用いることによって生成され得る。サブセル電極の各々は、４つの周波数の組み合わせによって駆動される。この周波数は、等しい大きさを有するが、Ｆｙｉ（ｔ）−Ｆｘｊ（ｔ）を与えるために選択された位相、および必要とされるリターダンスを達成するための正確なＡＣ成分を有する。例えば、駆動周波数の位相とサブセルの対応する周波数成分の位相とが合う場合、ＡＣ電圧への寄与はない（二次から四次の周波数成分への寄与のみであり、それは、全てのサブセルに対して同等であり、バイアス電圧を与える）。同様に、駆動周波数の位相とサブセルの対応する周波数成分の位相とがπずれている場合、ＡＣ成分は最大である。この場合において、最大ＡＣ成分はπ／８のリターダンスを達成するように選択され、最小ＡＣ成分はπ／２のリターダンスを達成するように選択される。他の２つの状態（π／４および３π／８リターダンス）は、π／３および２π／３のサブセルに対応する位相の遅れによって達成される。駆動周波数制御およびＦｙの位相の制御によって、４つの回折モードから１つを選択することが可能になる。Ｆｙがゼロの場合、各サブセルのリターダンスは同じであり、従って、誘導された格子は純粋な反射状態にある。図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、対応する駆動配置を示す。１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、４ｋＨｚおよび８ｋＨｚの周波数成分を用いることにより、各モードは所望の構成のサブセルを与えるように駆動され得る。類似したアプローチが、変調されるグレーレベルに対する正確なＲＭＳ電圧レベルを生成するように変調することによって、パッシブマトリクス表示におけるグレーレベル変調を達成するために、用いられる。
【００４２】
第３の実施形態において、同様の目標が、円柱レンズのマイクロアレイを能率的に利用されることにより達成される。配置は、図１１において示されるようなものであり得る。
【００４３】
この場合、２つのファイバ（１０１および１０２）の（ｘ軸の方向の）入力アレイ、および２つのファイバ（１０３および１０４）の出力アレイが提供され、ファイバの間隔は２５０マイクロンである。ファイバの出力は、ビームの発散を修正するために第１のマイクロ円柱レンズ（１１０）に結合される。そして、出力は、ファイバの間隔に対応する間隔を有する円柱レンズ（１１１）のｘ軸アレイに結合する。レンズ１１１の焦点距離は、約１００マイクロンの直径を有するコリメートされたビームを形成するように５００マイクロンに選ばれる。このビームは、厚さ１．２５ｍｍのウォークオフ結晶（１１２）によってｘ軸の方向の２つの偏光状態に分割され、１２５マイクロンの間隔を有する波長板のアレイを備え得る偏光発散光学部品１１３によって偏光が等化される。波長板１１３からの出力は、偏光の整列されたビームから構成される。波長板は、（Ｎｅｗ ＪｅｒｓｅｙのＳｏｍｅｒｓｅｔにあるＮａｎｏＯｐｔｏによって提供されるような）ナノ−オプティック・リソグラフィ技術によって、または、標準的な石英の波長板技術の配置によって生成され得る。
【００４４】
出力ビームのそれぞれは、５ｃｍの焦点距離を有し、ｘ軸へのコリメーションをもたらす第１のｘ軸円柱レンズ１１４に投射される。２０ｃｍの焦点距離を有するｙ軸円柱レンズ（１１５）が第１のｘ軸円柱レンズの後に続く。次に、ビームは、近リトロー配列にある格子（１１６）（１２００ ｌ／ｍｍ）において反射される。ｘ円柱レンズの第２の通過の後、１００マイクロンの直径を有したビームに起点した回折ビームは、ｘ方向にコリメートされる。これは、レンズ１１５を２回通過することと、約１０ｃｍの焦点距離を有する複合反射レンズからなる格子１１６における反射との組み合わされの効果である。
【００４５】
反射されたファイバのイメージは、ｙ方向に収束されるが、ｘ−コリメートされたビームを生成するｙ円柱レンズによって収束される。一般的に、この時点におけるビームのサイズは、かなり非対称であり、ｙディメンションに２０マイクロン、ｘディメンションに約７００マイクロンの半径を有する。イメージは、ｙディメンションに分散した波長であり、個別のチャネルは、液晶空間光変調器（ＳＬＭ）（１１８）の単純な備え付けを可能にするプリズム（１１７）によって下方に曲げられた後、ＳＬＭによってアクセスされ得る。
【００４６】
光がシステムを介した経路を引き返す際、ＳＬＭ（１１８）は、誘導された格子の正確な次数の選択によって、入力ファイバ（１０２）からの光のイメージを、ファイバドロップポート（１０３）またはエクスプレスポート（１０４）のいずれかに向けることが可能である。同時に、入力光が特定の波長においてドロップポートに向けられる場合、同じ波長がアドポート（１０１）からエクスプレスポート（１０４）へ向けられる。
【００４７】
ファイバポートの再イメージされた光は、円柱レンズの影響がリターン伝播を介して反対方向に向けられるので、主として円対称である。さらに、光パワーのチャネル減衰制御によるチャネルは、アクティブポートに対応しない角度にパワーの一部を励起することにより達成され得、それによって、選択された経路のパワーが減衰する。
【００４８】
格子エレメント（１１６）は、くさび型のプリズムの使用により格子のｘの角依存性を減少するように設計されても良い。この場合、くさび型のプリズムは反対の角依存性を有する。
【００４９】
さらに、明確性のために透過型の円柱レンズシステムを記載したが、本発明の範囲から逸脱することなく、よりコンパクトな設計が望まれる場合には、第１の円柱レンズ１１４は、反射型円柱レンズに置換されても良い。
【００５０】
図１２および図１１を同時に参照すると、光路に沿って多様な点における光プロファイルが示されている。ポイント２１０は、ファイバ、例えば、ファイバ１１０から放たれるビームの光プロファイルに対応する。プロファイル２１３は、エレメント１１３から放たれる光の光プロファイルに対応する。ここで、別々の偏光が、波長板１１２によって分離される。プロファイル２１４は、レンズ１１４から放たれる光に対応する。プロファイル２１５は、レンズ１１５から放たれる光に対応し、プロファイル２１７は、ＳＬＭ装置１１７、１１８に当たる光に対応する。
【００５１】
上記記載は、本発明の好ましい実施形態である。当業者にとって自明な修正は、本発明の範囲から逸脱することなく為され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】好ましい実施形態の側面斜視図を概略的に示す。
【図２】好ましい実施形態の配置の概略上平面図である。
【図３】反射モードの動作を概略的に示す。
【図４】液晶表示装置上のセルの配置を概略的に示す。
【図５】異なった回折次数を生成するための多様な駆動配置を示す。
【図６】異なった回折次数を生成するための多様な駆動配置を示す。
【図７】異なった回折次数を生成するための多様な駆動配置を示す。
【図８】異なった回折次数を生成するための多様な駆動配置を示す。
【図９】異なった回折次数を生成するための多様な駆動配置を示す。
【図１０ａ】液晶タイプ表示のＡＣ駆動の駆動配置を示す。
【図１０ｂ】液晶タイプ表示のＡＣ駆動の駆動配置を示す。
【図１０ｃ】液晶タイプ表示のＡＣ駆動の駆動配置を示す。
【図１０ｄ】液晶タイプ表示のＡＣ駆動の駆動配置を示す。
【図１１】本発明のさらなる代替的な実施形態を概略的に示す。
【図１２】図１１の光学部品の配置に沿った光ビームプロファイルを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチングシステムに関する。本発明は、特に、起こり得る減衰の制御特性を有する波長選択スイッチを開示する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、光交差接続のアプリケーションに対する波長選択スイッチングの使用は、大きな関心を得てきた。その理由として、各々の波長の経路が、特定の時点のリンクに対して適切な容量（ｃａｐａｃｉｔｙ）を有して、ノード間の任意の接続を可能にするように再構成される完全にフレキシブルなネットワークというゴールが挙げられる。このゴールはまだ有効ではあるが、光ネットワークが発展する、または、トラフィック要請が変化する、のどちらかにつれ、光ネットワークは、多数のステージを経てこのレベルの複雑さにまで発展することは、明確である。ここにおいて、発展の第１のステージは、おそらく、多数のチャネルがメイン路からドロップ（ｄｒｏｐ）され、およびアド（ａｄｄ）され得る再構成可能アド／ドロップノードのステージであり、そのメイン路の数および波長は時間と共に変化し得る。
【０００３】
本発明は、再構成可能光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）ネットワークのようなアプリケーションに向けられ、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）として一般的に呼ばれる波長再構成可能交差接続のアプリケーションに対してスケーラブルである。
【０００４】
光アド／ドロップおよび波長選択スイッチングのアプリケーションに対して理想的な波長選択エレメントの特性は、以下に要約される：
ｉ）複数のファイバポートに対してスケーラブル
ｉｉ）１つのポート当たりに１つのチャネル、または、１つのポートオペレーション当たりに複数のチャネル
ｉｉｉ）異なったグリッド、例えば、５０ＧＨｚまたは１００ＧＨｚまたはそれらの組み合わせに対する波長選択の再構成
ｉｖ）エクスプレス路（ｅｘｐｒｅｓｓ ｐａｔｈ）の光学的性質低下の低さ
ｖ）ドロップ路およびエクスプレス路上における低損失
ｖｉ）波長を同時にアドおよびドロップできること
ｖｉｉ）他のポートに対して一過性の性質低下を引き起こすことなく、任意のポート間、または任意の波長間において再構築できること
ｖｉｉｉ）エクスプレス路（ＯＡＤＭ）または全路（ＷＳＳ）における光パワーレベルの等化
ｉｘ）所定の波長に対するポート間の共有された光パワーの供給（ブロードキャストモード）
ｘ）スペクトルの縮小を防止するフラットな光通過帯域
ｘｉ）ＯＡＤＭのエクスプレス路を侵害しない状態に残すパワーオフ構築
ｘｉｉ）パワー、電圧、およびサイズへの要求が小さいこと、である。
【０００５】
適用されてきた多数の技術を再検討するに当たり、幾分、一般化することが必要であり、以下のような観察が行われる。
【０００６】
基本的な２つのアプローチが、ＯＡＤＭおよびＷＳＳアプリケーションに対して為された：
ｉ）第１のアプローチは、ブロードキャストとセレクトアーキテクチャを組み合わせた波長ブロッキングエレメントに基づく。これは光パワー示強性アーキテクチャである。それは、チャネル等化および波長選択の再構成を提供し得るが、複数のポートに対してスケーラブルではなく、非常に多くの損失を有する。さらに、それは、波長調整可能フィルタのような多数の補足の構成要素の故に、高パワーおよび大フットプリントを要する。
【０００７】
ｉｉ）波長スイッチがＯＡＤＭに対して提案されたが、波長スイッチは、必然的には、チャネル等化を提供せず、チャネルスイッチングによるチャネルは、通常、光チャネルの分散および損失縮小を導く。複数のポートスイッチの場合、中間ポートに性質低下（ヒット）をもたらすことなしに、ポート間のスイッチをすることは一般的には不可能である。さらに、チャネル間隔をダイナミックに再構成できない。エクスプレス路に対して性質低下が少ない調整可能な３ポートフィルタが、提案されたが、複数のポートに対して容易にスケールせず、調整中に一過性の波長ヒットを被り得る。調整構成要素は、可変でない特定のバンド幅に通常、固定される。さらに、分離性に欠ける調整可能な３ポート手段は、ハイスルー路分離（ｈｉｇｈ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐａｔｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を要する多数のアド／ドロップアプリケーションに適さない。
【０００８】
光交差接続に適用される１つの技術は、３−Ｄ ＭＥＭとして知られる。３−Ｄ ＭＥＭは、光ビームを１つのポートから他のポートへ向けるように作用する小さな鏡構成を利用する。この技術の実施例は、特許文献１、および特許文献２において提供される。ポートは、通常、２次元マトリクス状に配置され、鏡の２次元アレイの対応するエレメントは、１つの任意のポートと結合するために、２つの軸に対して傾き得る。通常、これらの鏡の２つのアレイが、光と効率良く結合するために必要とさる。また、高程度のアナログコントロールが必要とされる故、この技術を基本とする構成は、実際には現実化するのに非常に困難であると証明され、商業的に成功した販売品はほんの僅かである。このタイプの構成において、個別の構成要素が、対応の波長分割多重化（ＷＤＭ）された入力ファイバのそれぞれを単一チャネル／単一ファイバ入力に分けるために必要とされる。
【０００９】
波長のルーティングアプリケーションの最も有望なプラットフォームの一つは、チャネルの空間的な分散の原則に基づき、スイッチングエレメントまたは減衰エレメントのいずれかを用いて異なった波長に対して動作する。これらの技術は、スイッチングエレメントが波長分散エレメントと統合されること（インプリメンテーションを大いに単純化する）に利点がある。これに対するトレードオフは、通常、スイッチングがより限定的になり（現時点において、実演される多数のインプリメンテーションが小数のポート数に限られている）、ポート間のルーティングは任意ではない。一般的に、回折格子がマイクロオプティック・インプリメンテーションに用いられ、アレイ導波管格子（Ａｒｒａｙ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ）が導波管アプリケーションに用いられる。スイッチングアプリケーションの多数が、シリコンに製造されるＭＥＭＳマイクロ鏡、および一ディメンションの傾斜動作に基づく。このアプローチの問題は、角分散が変位に変換される際に必要な波長分解能を達成することにある。そのような場合、（拡大を用いて、または用いず）ファイバのイメージは、傾斜鏡アレイへ変換される。光を第２のポートに接続するために、角度を変位に変換する追加的な光学構成要素が必要になる。これに対する異なったアプローチは、断続的な変位をもたらす再帰反射キューブくさび（特許文献３）、またはイメージのレイリー長に含まれる光パワーを用いて連続的な変換を提供する角度‐変位エレメント（特許文献４）を含む。これら、全ての場合において、ポート間においてスイッチするために、傾斜鏡は、中間ポートに対応する角度を通過する必要がある。さらに、それぞれの異なったスイッチの位置は角度によって区別される一方、ポートの数は、それぞれの場合において、ファイバの開口数によって限定される。０．１の開口数を有するファイバにおいて、±１２度の傾斜が可能なスイッチは、８つの異なったスイッチ位置を区別できない。用いられ得る１つのアプローチは、熱膨張したコアまたはマイクロレンズの使用を介して開口数を小さくすることである。しかし、これは、波長の分解能を犠牲にしてなされる。
【００１０】
代替的なものとして、ポート間のスイッチをするために偏光が使用される。確かに、これは、２つの偏光状態に対応する２つのポート間におけるスイッチングに対して最も適切であるが、容易にスケールはできない。より複雑にはなるが、複数のポート間におけるスイッチングを可能にする案が予想される。偏光スイッチングを用いて、チャネルのダイナミックな等化は、第２のファイバにチャネルされる、拒否された光（ｒｅｊｅｃｔｅｄ ｌｉｇｈｔ）を用いて為されるので、多くの周波数をドロップする一方、エクスプレス路の等化には適さない。
【特許文献１】米国特許第５，９６０，１３３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５０１，８７７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０９７，５１９号明細書
【特許文献４】米国特許第６，５６０，０００号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、改良型の光スイッチングシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の局面に従うと、提供される波長選択的操作装置は、複数の波長チャネルを含む光信号を入力するための少なくとも一つの第１の光入力ポートと、光信号の波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための第１の波長分散エレメントと、角分散のディメンションにおいて、角分散された波長信号を細長に空間的に分離された波長帯のシリーズへ収束するための光パワーエレメントと、空間的に操作された波長帯を生成するために、空間的に分離された波長帯の空間特性を選択的に操作するための空間操作エレメントとを備える。
【００１３】
好ましくは、装置は、第１の出力信号を生成するために、空間的に操作された波長帯を選択的に組み合わせるための第１の波長組み合わせエレメントも備える。第１の波長分散エレメントは、好ましくは、回折格子を含み得る。光パワーエレメントは、好ましくは、円柱レンズを含み得、空間操作エレメントは、液晶表示装置または光の位相に働く空間光変調器（ＳＬＭ）を備える。
【００１４】
ＳＬＭ装置は、細長に空間的に分離された波長帯と実質的にマッチするシリーズ細長セル領域へ分割される。セル領域の各々が複数の駆動可能セルを含み得、セルは、好ましくは、用いられる際、セル領域に注ぐ対応する光信号を出力次数モードシリーズの一つへ投射する選択的駆動構成を提供するように駆動される。光パワーエレメントは、好ましくは、球面鏡または円柱鏡を含み得る。回折格子は実質的にリトロー状況において利用され得る。
【００１５】
一動作モードにおいて、空間操作エレメントが第１の状態にある場合、第１の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長は、好ましくは、第１の出力ポートにおいて出力され、また、空間操作エレメントが第２の状態にある場合、第１の光入力ポートにおいて入力される第２の所定の波長は、好ましくは、第２の出力ポートにおいて出力される。さらに、空間操作エレメントが第１の状態にある場合、第３の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長は、好ましくは、第４の出力ポートにおいて出力され、また、空間操作エレメントが第２の状態にある場合、第３の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長は、好ましくは、第１の出力ポートにおいて出力される。
【００１６】
本発明のさらなる局面に従うと、提供される波長選択的操作装置は、複数の波長チャネルを含む光信号を入力する第１の光入力ポートを含む光入力および出力ポートのシリーズと、光信号の波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための第１の波長分離エレメントと、角分散されたディメンションにおいて、角分散された波長信号を細長に空間的に分離された波長帯のシリーズへ収束するための収束エレメントと、空間的に操作された波長帯を生成するために、空間的に分離された波長帯の空間特性を選択的に操作するための空間操作エレメントとを備え、空間的に操作された波長帯は、空間的に選択的な仕方において出力ポートにて出力するために、光パワーエレメントによって後に収束され、第１の波長分離エレメントによって空間的に選択的な仕方において組み合わされる。
【００１７】
本発明のさらなる局面に従い、提供される方法は、複数の波長成分を有する光入力信号に対する波長選択的分離能力を提供するための方法であり、その方法は、（ａ）波長成分を角分散するために光入力信号を格子構成に対して投射するステップと、（ｂ）波長分散ディメンション（縦）にある波長成分の各々を細長波長構成要素エレメントへ収束するステップと、（ｃ）細長波長構成要素エレメントを別々に操作するステップと、（ｄ）操作された細長波長構成要素のうちの所定のいくつかを組み合わせるステップとを含む。
【００１８】
収束するステップは、好ましくは、波長成分を収束するために円柱レンズおよび球面鏡を利用することを含む。ステップ（ｃ）は、好ましくは、波長成分の各々を別々に操作するために液晶表示装置を利用することを含む。液晶表示装置は、細長波長構成要素と実質的にマッチするシリーズ細長セル領域へ分割され得る。セル領域の各々は、複数の駆動可能セルを含み得、該セルは、用いられる際、好ましくは、セル領域に注ぐ対応する光信号を出力次数モードシリーズの一つへ投射する選択的駆動構成を提供するように駆動される。
【００１９】
本発明のさらなる局面に従い、提供される波長選択的操作装置は、複数の波長チャネルを含む光信号を入力するための少なくとも一つの第１の光入力ポートと、光信号の偏光状態を整列するための偏光整列エレメントと、光信号の波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための波長分散エレメントと、角分散された波長信号を細長に空間的に分離された波長帯のシリーズへ収束するための光パワーエレメントと、空間的に操作された波長帯を生成するために、空間的に分離された波長帯の特性を選択的に、空間的に操作するための空間操作エレメントとを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の好ましい形態は、添付の図面への参照と共に例示のみを目的として記載される。
【００２１】
好ましい実施形態において、それぞれの波長を有する光が分散され、１つの軸に収束し、その軸に直交する軸にコリメートされるような配置が提供され、それによって、モード選択液晶アレイまたは空間光変調器が、１つの偏光状態にある光を液晶に当てることによって確立されるような、反射型または透過型の回折格子の多様な次数を選択するために用いられ得る。周知のように、コリメートされたビームにおいて、例えば、反射型回折格子の次数を変更することによって得られるビームの角偏向は、ビームの焦点の移動の効果を有する。光学トレインがテレセントリックであるように確立される場合、この移動は、結合能率へ影響を与えずに達成され、第１のポートから所定分の移動をした場所にある第２のポートに効率良く結合され得る。これは、例えば、ファイバアレイの場合において提供され得る。
【００２２】
先ず、図１を参照すると、好ましい実施形態の配置の側面透視図１１が、概略的に示される。初め、ファイバ３に沿った最初の入力が、光出入力ファイバ１〜１０のｘディメンションのアレイに与えられる。各ファイバは、熱膨張したコア端部を有し得る。コア３から放たれた光は、単一の縦偏光のみであると思われる（必要ならば、偏光整列手段（図示せず）が、既知の手順によって単一偏光された光を得るために用いられ得る）。光は球面鏡１２に投射され、そこで、回折格子１４に当たる前に、反射され、コリメートされる。回折格子１４はリトロー型の様相に配置される。リトロー型の様相において、当業者には周知のように、反射された光はｙ軸に角分散し、スペクトル成分に分散する。
【００２３】
格子１４から放たれた光は、波長に従い角分離される。スペクトル成分は、ｘディメンションに光パワーを有し、円柱レンズ１３を介して反射される。スペクトル成分は、鏡１２付近でｘディメンションに収束されるが、ｙディメンションにコリメートされたままである。円柱レンズ１３を介して戻る際、スペクトル成分は、ｘディメンションにコリメートされるが、ｙディメンションに収束される。そして、細長スペクトル帯域のシリーズをもたらすアクティブまたはパッシブ液晶表示（ＬＣＤ）装置１４において、またはその付近においてｙディメンションに収束する。
【００２４】
明確な理解のために、図２は、図１の配置の上面図を示す。液晶表示１５に当たった光は、純粋な（ｐｕｒｅ）反射を経て、リターン路２０〜２３をたどり、リトロー型の様相にある格子１４に当たる。そこで、その光は他の周波数と再び組み合わされ、リターン路２６〜２８をたどり、出力ポート８へ渡る。
【００２５】
液晶表示装置１５は、個別に制御可能な領域のシリーズを有するアクティブまたはパッシブタイプであり得る。本明細書の読み手は、液晶表示装置の理解を得る者と予想され、その作用は全く標準的なものである。第１の好ましい実施形態において、ＬＣＤが空間光変調器（ＳＬＭ）において使用される物と実質的に均等する物であり得、特に、ＣＭＯＳ技術に用いたボルダー非線形システムによって実演されたような位相のみ反射するＳＬＭと実質的に均等する物であり得ることは、留意される。ＣＭＯＳバックプレーンの設計は、当業者には明らかであるように、ピクセルサイズの要求に容易に順応する。
【００２６】
好ましい実施形態において、反射型のＬＣＤ装置が使用され、純粋な反射および４つの異なった回折状態からの選択の場合が示される。提示される構成は、選択された次数と他の次数と反射状態との間の高い消滅度合を達成するようにも、設計される。これは、対称性を用いることによって達成され、それによって、構成要素の位相の統合が、論理上、選択されていないモードまたは純粋な反射状態の各々において、ゼロになることを確実にする。さらに高次の回折がある程度の効率性を伴い引き起こされ得るが、（スリット回折の開口数を決定する）セルサイズの適切な選択は、これをわずかなものに制限し、高いスループットを達成し得る。
【００２７】
次数選択機構は、必要な選択および消滅を達成するように、誘導された格子構成のサブセルにおけるリタデーションを変化することに依存する。この実施例において、単純化された駆動は、４つのレベルのみの使用によって達成される。その４つとは、
状態０：４λ／８ リターダンス
状態１：３λ／８ リターダンス
状態２：２λ／８ リターダンス
状態３：λ／８ リターダンス である。
【００２８】
理想的には、ＬＣＤからの反射光は、異なった回折次数が、伝播される光の異なった角度に対応するように制御される。所与の実施例において、一次の回折は０．０９５５度と予測される。液晶表示装置を制御することにより、正または負の一時の回折ラインの選択性の励起が達成される。これは、３７７．５μｍの空間周期に対応する。従って、図４に示されるように、回折ライン４０は、長さ３３７．５μｍであり、８つのセル４１に分割されると思われる。ここで、各セルは、長さ約４２μｍである。これは、電極構成に標準的なリソグラフィ技術を使用することにより容易に達成され得る。
【００２９】
第１の実施形態において、液晶表示装置は、図３に示されるよう、入力光３０が、選択的に、完全な反射態様３１、一次３２、３３、または二次３４、３５のいずれかにおいて出力されるように、反射型回折格子を形成するために利用される。
【００３０】
液晶構成のセルは、出力次数を選択するように駆動され得る。図５〜図９は、８つのセルに対する多様な可能性のある駆動配置の１つの形態を示す。図５に示される０．０９５５の一次の解説を生成する第１の配置において、駆動状態は５２に示されるように、０、０、１、１、２、２、３、３の状態であり得る。負の一次６０の図６において、駆動状態は、３、３、２、２、１、１、０、０であり得る。二次の出力７０の図７において、駆動状態７１は、０、１、２、３、０、１、２、３であり得る。次に、負の二次出力８０の図８において、駆動状態８１は、３、２、１０、３、２、１、０であり得る。最後に、純粋な反射状態９０の図９において、駆動状態９１は全て０であり得る。
【００３１】
これらのモードの各々は、異なった入力ファイバ１〜５と出力ファイバ６〜１０との間を結合するために、図１および図２の配置において使用されても良い。選択されたＬＣＤモードが純粋な反射状態（０度）である波長において、結合は以下のようである。
ファイバ１からファイバ１０、
ファイバ２からファイバ９、
ファイバ３からファイバ８（エクスプレス路の入口から出口）、
ファイバ４からファイバ７、
ファイバ５からファイバ６。
【００３２】
選択されたモードが＋０．０９５５度である波長において、ファイバ３からの波長は、ドロップファイバ７に結合され、以下のようである。
ファイバ１からファイバ９、
ファイバ２からファイバ８（アド路）、
ファイバ３からファイバ７（ドロップ路）、
ファイバ４からファイバ６。
【００３３】
選択されたモードが−０．０９５５度である波長において、ファイバ第３からの波長はドロップファイバ９に結合され、以下のようである。
ファイバ２からファイバ１０、
ファイバ３からファイバ９（ドロップ路）、
ファイバ４からファイバ８（アド路）、
ファイバ５からファイバ７。
【００３４】
選択されたモードが＋０．１９１０度である波長において、ファイバ３からの波長は、ドロップファイバ６に結合され、以下のようである。
ファイバ１からファイバ８（アド路）、
ファイバ２からファイバ７、
ファイバ３からファイバ６（ドロップ路）、
ファイバ４からファイバ５。
【００３５】
選択されたモードが−０．１９１０度である波長において、ファイバ３からの波長は、ドロップファイバ１０に結合され、以下のようである。
ファイバ３からファイバ１０（ドロップ路）、
ファイバ４からファイバ９、
ファイバ５からファイバ８（アド路）、
ファイバ６からファイバ７。
【００３６】
特定の波長チャネルの選択的な減衰は、個別の結合効率の減衰によって、および個別の次数を有することによって達成される。ここにおいて、個別の次数は、減衰のためにのみ使用され、選択された次数の効率を犠牲にして選択的に励起される。このように、選択された次数のパワーは、所望のレベルに調節され得る。追加的に、回折次数は、監視目的のために使用されても良い。光は、一波長において追加的な回折次数に結合されても良い。ここにおいて、回折次数は、光検出器によって受信され、システムのパワーレベルの監視または制御機構として使用される。この光は、（単一のまたはマルチモードの）ファイバの追加によって収集されても良い。
【００３７】
必要であれば、他の次数に対して一般化することは、容易である。
【００３８】
第２のさらなる実施形態において、回折次数は、単純な方法においてアドレスされ、これを単純に達成可能な電極構成と駆動スキームが提案される。ここにおいて、多数の代替的な実施が可能であり、如何なる場合においても、本発明の範囲をこの方法に限定しない。
【００３９】
光の波長が分解されるｙ軸において、５つの電圧関数、Ｆｙｉ（ｔ）、の一つが、励起したいモードに対応する電極に印加される。ｘ軸におけるサブセルに対応する各電極は、電圧関数、Ｆｘ（ｊ）、を有する。電圧関数は、各サブセルのセルの上電極と下電極との関係（Ｆｙｉ（ｔ）−Ｆｘｊ（ｔ））が、特定のモードに必要とされる対応のリターダンスを有するＡＣ成分を生成するように、選択される。
【００４０】
これらの関数の正確な形式は、使用された液晶の線形性および周波数に依存する。アプローチを例示するために、線形電圧リターダンス応答が想定され、また、周波数依存はないものと想定する。
【００４１】
この場合において、モードは、誘導された格子の異なった次数に対する４つの異なった駆動周波数を用いることによって生成され得る。サブセル電極の各々は、４つの周波数の組み合わせによって駆動される。この周波数は、等しい大きさを有するが、Ｆｙｉ（ｔ）−Ｆｘｊ（ｔ）を与えるために選択された位相、および必要とされるリターダンスを達成するための正確なＡＣ成分を有する。例えば、駆動周波数の位相とサブセルの対応する周波数成分の位相とが合う場合、ＡＣ電圧への寄与はない（二次から四次の周波数成分への寄与のみであり、それは、全てのサブセルに対して同等であり、バイアス電圧を与える）。同様に、駆動周波数の位相とサブセルの対応する周波数成分の位相とがπずれている場合、ＡＣ成分は最大である。この場合において、最大ＡＣ成分はπ／８のリターダンスを達成するように選択され、最小ＡＣ成分はπ／２のリターダンスを達成するように選択される。他の２つの状態（π／４および３π／８リターダンス）は、π／３および２π／３のサブセルに対応する位相の遅れによって達成される。駆動周波数制御およびＦｙの位相の制御によって、４つの回折モードから１つを選択することが可能になる。Ｆｙがゼロの場合、各サブセルのリターダンスは同じであり、従って、誘導された格子は純粋な反射状態にある。図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、対応する駆動配置を示す。１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、４ｋＨｚおよび８ｋＨｚの周波数成分を用いることにより、各モードは所望の構成のサブセルを与えるように駆動され得る。類似したアプローチが、変調されるグレーレベルに対する正確なＲＭＳ電圧レベルを生成するように変調することによって、パッシブマトリクス表示におけるグレーレベル変調を達成するために、用いられる。
【００４２】
第３の実施形態において、同様の目標が、円柱レンズのマイクロアレイを能率的に利用されることにより達成される。配置は、図１１において示されるようなものであり得る。
【００４３】
この場合、２つのファイバ（１０１および１０２）の（ｘ軸の方向の）入力アレイ、および２つのファイバ（１０３および１０４）の出力アレイが提供され、ファイバの間隔は２５０マイクロンである。ファイバの出力は、ビームの発散を修正するために第１のマイクロ円柱レンズ（１１０）に結合される。そして、出力は、ファイバの間隔に対応する間隔を有する円柱レンズ（１１１）のｘ軸アレイに結合する。レンズ１１１の焦点距離は、約１００マイクロンの直径を有するコリメートされたビームを形成するように５００マイクロンに選ばれる。このビームは、厚さ１．２５ｍｍのウォークオフ結晶（１１２）によってｘ軸の方向の２つの偏光状態に分割され、１２５マイクロンの間隔を有する波長板のアレイを備え得る偏光発散光学部品１１３によって偏光が等化される。波長板１１３からの出力は、偏光の整列されたビームから構成される。波長板は、（Ｎｅｗ ＪｅｒｓｅｙのＳｏｍｅｒｓｅｔにあるＮａｎｏＯｐｔｏによって提供されるような）ナノ−オプティック・リソグラフィ技術によって、または、標準的な石英の波長板技術の配置によって生成され得る。
【００４４】
出力ビームのそれぞれは、５ｃｍの焦点距離を有し、ｘ軸へのコリメーションをもたらす第１のｘ軸円柱レンズ１１４に投射される。２０ｃｍの焦点距離を有するｙ軸円柱レンズ（１１５）が第１のｘ軸円柱レンズの後に続く。次に、ビームは、近リトロー配列にある格子（１１６）（１２００ ｌ／ｍｍ）において反射される。ｘ円柱レンズの第２の通過の後、１００マイクロンの直径を有したビームに起点した回折ビームは、ｘ方向にコリメートされる。これは、レンズ１１５を２回通過することと、約１０ｃｍの焦点距離を有する複合反射レンズからなる格子１１６における反射との組み合わされの効果である。
【００４５】
反射されたファイバのイメージは、ｙ方向に収束されるが、ｘ−コリメートされたビームを生成するｙ円柱レンズによって収束される。一般的に、この時点におけるビームのサイズは、かなり非対称であり、ｙディメンションに２０マイクロン、ｘディメンションに約７００マイクロンの半径を有する。イメージは、ｙディメンションに分散した波長であり、個別のチャネルは、液晶空間光変調器（ＳＬＭ）（１１８）の単純な備え付けを可能にするプリズム（１１７）によって下方に曲げられた後、ＳＬＭによってアクセスされ得る。
【００４６】
光がシステムを介した経路を引き返す際、ＳＬＭ（１１８）は、誘導された格子の正確な次数の選択によって、入力ファイバ（１０２）からの光のイメージを、ファイバドロップポート（１０３）またはエクスプレスポート（１０４）のいずれかに向けることが可能である。同時に、入力光が特定の波長においてドロップポートに向けられる場合、同じ波長がアドポート（１０１）からエクスプレスポート（１０４）へ向けられる。
【００４７】
ファイバポートの再イメージされた光は、円柱レンズの影響がリターン伝播を介して反対方向に向けられるので、主として円対称である。さらに、光パワーのチャネル減衰制御によるチャネルは、アクティブポートに対応しない角度にパワーの一部を励起することにより達成され得、それによって、選択された経路のパワーが減衰する。
【００４８】
格子エレメント（１１６）は、くさび型のプリズムの使用により格子のｘの角依存性を減少するように設計されても良い。この場合、くさび型のプリズムは反対の角依存性を有する。
【００４９】
さらに、明確性のために透過型の円柱レンズシステムを記載したが、本発明の範囲から逸脱することなく、よりコンパクトな設計が望まれる場合には、第１の円柱レンズ１１４は、反射型円柱レンズに置換されても良い。
【００５０】
図１２および図１１を同時に参照すると、光路に沿って多様な点における光プロファイルが示されている。ポイント２１０は、ファイバ、例えば、ファイバ１１０から放たれるビームの光プロファイルに対応する。プロファイル２１３は、エレメント１１３から放たれる光の光プロファイルに対応する。ここで、別々の偏光が、波長板１１２によって分離される。プロファイル２１４は、レンズ１１４から放たれる光に対応する。プロファイル２１５は、レンズ１１５から放たれる光に対応し、プロファイル２１７は、ＳＬＭ装置１１７、１１８に当たる光に対応する。
【００５１】
上記記載は、本発明の好ましい実施形態である。当業者にとって自明な修正は、本発明の範囲から逸脱することなく為され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】好ましい実施形態の側面斜視図を概略的に示す。
【図２】好ましい実施形態の配置の概略上平面図である。
【図３】反射モードの動作を概略的に示す。
【図４】液晶表示装置上のセルの配置を概略的に示す。
【図５】異なった回折次数を生成するための多様な駆動配置を示す。
【図６】異なった回折次数を生成するための多様な駆動配置を示す。
【図７】異なった回折次数を生成するための多様な駆動配置を示す。
【図８】異なった回折次数を生成するための多様な駆動配置を示す。
【図９】異なった回折次数を生成するための多様な駆動配置を示す。
【図１０ａ】液晶タイプ表示のＡＣ駆動の駆動配置を示す。
【図１０ｂ】液晶タイプ表示のＡＣ駆動の駆動配置を示す。
【図１０ｃ】液晶タイプ表示のＡＣ駆動の駆動配置を示す。
【図１０ｄ】液晶タイプ表示のＡＣ駆動の駆動配置を示す。
【図１１】本発明のさらなる代替的な実施形態を概略的に示す。
【図１２】図１１の光学部品の配置に沿った光ビームプロファイルを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長チャネルを含む光信号を入力するための少なくとも一つの第１の光入力ポートと、
該光信号の該波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための第１の波長分散エレメントと、
角分散のディメンションにおいて、該角分散された波長信号を、細長に空間分離された波長帯のシリーズへ収束するための光パワーエレメントと、
空間的に操作された波長帯を生成するために、該空間分離された波長帯の特性を選択的に、空間的に操作するための空間操作エレメントと
を備える、波長選択的操作装置。
【請求項２】
第１の出力信号を生成するために、前記空間的に操作された波長帯を選択的に組み合わせるための第１の波長組み合わせエレメントをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の波長分散エレメントが回折格子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記収束エレメントが少なくとも一つの円柱レンズを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記空間操作エレメントが、空間光変調器または液晶表示装置を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記液晶表示装置が、前記細長に空間分離された波長帯と実質的にマッチするシリーズ細長セル領域へ分割される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記セル領域の各々が複数の駆動可能セルを含み、該セルは、用いられる際、該セル領域に注ぐ対応する光信号を出力次数モードシリーズの一つへ実質的に投射する選択的駆動構成を提供するように駆動される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記光パワーエレメントが球面鏡装置をも含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記回折格子が実質的にリトロー型の様相において利用される、請求項３に記載の装置。
【請求項１０】
前記光パワー装置が球面鏡を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項１１】
前記空間操作エレメントが第１の状態にある場合、前記第１の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長が第１の出力ポートにおいて出力され、
該空間操作エレメントが第２の状態にある場合、該第１の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長が第２の出力ポートにおいて出力される、
請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記空間操作エレメントが前記第１の状態にある場合、第３の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長が第４の出力ポートにおいて出力され、
該空間操作エレメントが第２の状態にある場合、該第３の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長が前記第１の出力ポートにおいて出力される、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
複数の波長チャネルを含む光信号を入力する第１の光入力ポートを含む光入力および出力ポートのシリーズと、
該光信号の該波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための第１の波長分散エレメントと、
該角分離された波長信号を、細長に空間分離された波長帯のシリーズへ収束するための光パワーエレメントと、
空間的に操作された波長帯を生成するために、該空間分離された波長帯の特性を選択的に、空間的に操作するための空間操作エレメントと
を備え、
該空間的に操作された波長帯が、空間的に選択的な態様において該出力ポートにて出力するために、該光パワーエレメントによって後に収束され、該第１の波長分散エレメントによって空間的に選択的な態様において組み合わされる、
波長選択的操作装置。
【請求項１４】
複数の波長成分を有する光入力信号に対する波長選択的分離能力を提供するための方法であって、該方法は、
（ａ）該波長成分を角分散するために該光入力信号を格子構成に対して投射するステップと、
（ｂ）該波長成分の各々を細長波長構成要素エレメントへ収束するステップと、
（ｃ）該細長波長構成要素エレメントを別々に操作するステップと、
（ｄ）該操作された細長波長構成要素のうちの所定のものを組み合わせるステップと
を包含する、方法。
【請求項１５】
前記収束するステップが、前記波長成分を収束するために円柱レンズを利用することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記収束するステップが、前記波長成分を収束するために球面鏡を利用することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップ（ｃ）が、前記波長成分の各々を別々に操作するために液晶表示装置を利用することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記液晶表示装置が、前記細長波長構成要素と実質的にマッチするシリーズ細長セル領域へ分割される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記セル領域の各々が複数の駆動可能セルを含み、該セルは、用いられる際、該セル領域に注ぐ対応する光信号を出力次数モードシリーズの一つへ投射する選択的駆動構成を提供するように駆動される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記収束するステップが球面鏡を利用することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
複数の波長チャネルを含む光信号を入力するための少なくとも一つの第１の光入力ポートと、
該光信号の偏光状態を整列するための偏光整列エレメントと、
該光信号の該波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための波長分散エレメントと、
該角分散された波長信号を、細長に空間分離された波長帯のシリーズへ収束するための光パワーエレメントと、
空間的に操作された波長帯を生成するために、該空間分離された波長帯の特性を選択的に、空間的に操作するための空間操作エレメントと
を備える、波長選択的操作装置。
【請求項１】
複数の波長チャネルを含む光信号を入力するための少なくとも一つの第１の光入力ポートと、
該光信号の該波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための第１の波長分散エレメントと、
角分散のディメンションにおいて、該角分散された波長信号を、細長に空間分離された波長帯のシリーズへ収束するための光パワーエレメントと、
空間的に操作された波長帯を生成するために、該空間分離された波長帯の特性を選択的に、空間的に操作するための空間操作エレメントと
を備える、波長選択的操作装置。
【請求項２】
第１の出力信号を生成するために、前記空間的に操作された波長帯を選択的に組み合わせるための第１の波長組み合わせエレメントをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の波長分散エレメントが回折格子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記収束エレメントが少なくとも一つの円柱レンズを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記空間操作エレメントが、空間光変調器または液晶表示装置を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記液晶表示装置が、前記細長に空間分離された波長帯と実質的にマッチするシリーズ細長セル領域へ分割される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記セル領域の各々が複数の駆動可能セルを含み、該セルは、用いられる際、該セル領域に注ぐ対応する光信号を出力次数モードシリーズの一つへ実質的に投射する選択的駆動構成を提供するように駆動される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記光パワーエレメントが球面鏡装置をも含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記回折格子が実質的にリトロー型の様相において利用される、請求項３に記載の装置。
【請求項１０】
前記光パワー装置が球面鏡を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項１１】
前記空間操作エレメントが第１の状態にある場合、前記第１の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長が第１の出力ポートにおいて出力され、
該空間操作エレメントが第２の状態にある場合、該第１の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長が第２の出力ポートにおいて出力される、
請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記空間操作エレメントが前記第１の状態にある場合、第３の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長が第４の出力ポートにおいて出力され、
該空間操作エレメントが第２の状態にある場合、該第３の光入力ポートにおいて入力される第１の所定の波長が前記第１の出力ポートにおいて出力される、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
複数の波長チャネルを含む光信号を入力する第１の光入力ポートを含む光入力および出力ポートのシリーズと、
該光信号の該波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための第１の波長分散エレメントと、
該角分離された波長信号を、細長に空間分離された波長帯のシリーズへ収束するための光パワーエレメントと、
空間的に操作された波長帯を生成するために、該空間分離された波長帯の特性を選択的に、空間的に操作するための空間操作エレメントと
を備え、
該空間的に操作された波長帯が、空間的に選択的な態様において該出力ポートにて出力するために、該光パワーエレメントによって後に収束され、該第１の波長分散エレメントによって空間的に選択的な態様において組み合わされる、
波長選択的操作装置。
【請求項１４】
複数の波長成分を有する光入力信号に対する波長選択的分離能力を提供するための方法であって、該方法は、
（ａ）該波長成分を角分散するために該光入力信号を格子構成に対して投射するステップと、
（ｂ）該波長成分の各々を細長波長構成要素エレメントへ収束するステップと、
（ｃ）該細長波長構成要素エレメントを別々に操作するステップと、
（ｄ）該操作された細長波長構成要素のうちの所定のものを組み合わせるステップと
を包含する、方法。
【請求項１５】
前記収束するステップが、前記波長成分を収束するために円柱レンズを利用することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記収束するステップが、前記波長成分を収束するために球面鏡を利用することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップ（ｃ）が、前記波長成分の各々を別々に操作するために液晶表示装置を利用することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記液晶表示装置が、前記細長波長構成要素と実質的にマッチするシリーズ細長セル領域へ分割される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記セル領域の各々が複数の駆動可能セルを含み、該セルは、用いられる際、該セル領域に注ぐ対応する光信号を出力次数モードシリーズの一つへ投射する選択的駆動構成を提供するように駆動される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記収束するステップが球面鏡を利用することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
複数の波長チャネルを含む光信号を入力するための少なくとも一つの第１の光入力ポートと、
該光信号の偏光状態を整列するための偏光整列エレメントと、
該光信号の該波長チャネルを角分散された波長信号に角分散するための波長分散エレメントと、
該角分散された波長信号を、細長に空間分離された波長帯のシリーズへ収束するための光パワーエレメントと、
空間的に操作された波長帯を生成するために、該空間分離された波長帯の特性を選択的に、空間的に操作するための空間操作エレメントと
を備える、波長選択的操作装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１０ｄ】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１０ｄ】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２００７−５１０９５７（Ｐ２００７−５１０９５７Ａ）
【公表日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３８５９２（Ｐ２００６−５３８５９２）
【出願日】平成１６年１０月２６日（２００４．１０．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＵ２００４／００１４７３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４７９４２
【国際公開日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（５０６１５７４７７）エンガナ ピーティーワイ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２６日（２００４．１０．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＵ２００４／００１４７３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４７９４２
【国際公開日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（５０６１５７４７７）エンガナ ピーティーワイ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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