波長選択スイッチ
【課題】本発明は、回折格子の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型な波長選択スイッチを提供することを目的とする。
【解決手段】波長選択スイッチ１０は、レンズアレイ２０と、第一レンズ３０と、第一レンズ３０を間にして光入出力ポート１０１の反対側、かつ、第一レンズ３０と第一レンズ３０の焦点３０ａとの間に配置され、第一レンズ３０の焦点３０ａにおいて、光入出力ポート１０１の配列方向では第一レンズ３０からの収束光をそのまま収束させ、光入出力ポート１０１の配列方向と直交する方向では第一レンズ３０を透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダ４０と、回折格子６０と、複数のミラー８０と、を備える。
【解決手段】波長選択スイッチ１０は、レンズアレイ２０と、第一レンズ３０と、第一レンズ３０を間にして光入出力ポート１０１の反対側、かつ、第一レンズ３０と第一レンズ３０の焦点３０ａとの間に配置され、第一レンズ３０の焦点３０ａにおいて、光入出力ポート１０１の配列方向では第一レンズ３０からの収束光をそのまま収束させ、光入出力ポート１０１の配列方向と直交する方向では第一レンズ３０を透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダ４０と、回折格子６０と、複数のミラー８０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長多重通信において、異なる波長の光を分岐し又は結合することが可能な波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光波長多重通信の普及に伴い、波長毎に光信号を合波又は分波する波長選択スイッチが光通信のキーデバイスとなっている。
【０００３】
ここで、図５に従来の波長選択スイッチの概略構成図を示す。
【０００４】
図５の波長選択スイッチ２００は、焦点位置に配置された光入出力ポート１０１ｃから出力される光を平行光にするマイクロレンズアレイ１０２と、マイクロレンズアレイ１０２からの光を収束させる高開口数レンズ１０３と、高開口数レンズ１０３と焦点位置を共通に配置された第二レンズ１０４と、第二レンズ１０４からの光を波長ごとに異なる角度に反射する回折格子１０５と、第二レンズ１０４の焦点位置に配置され回折格子１０５から第二レンズ１０４を透過した光を第二レンズ１０４に向けて任意の角度で反射するアレイミラー１０６と、を備える（例えば、特許文献１〜３を参照。）。
【０００５】
これにより、アレイミラー１０６において任意の角度で反射された光は、アレイミラー１０６の個々のミラーの角度に応じて波長ごとに異なる光入出力ポートに収束させることができる。このように、高開口数レンズ１０３は、アレイミラー１０６で反射した光のうち回折格子１０５で再び反射して第二レンズ１０４を透過した光の角度を変えるとともに光入出力ポート１０１ｃからの光の光軸にオフセットを付与する機能を有している。
【特許文献１】特開２００３−１０１４７９号公報
【特許文献２】特開２００６−２７６２１６号公報
【特許文献３】特開２００６−２８４７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６に、図５の反射型の回折格子を透過型の回折格子に置き換えた波長選択スイッチの概略構成図を示す。図６において、Ｐ５−１、Ｐ５−２及びＰ５−２’は共焦点光学系である。また、マイクロレンズアレイ１０２の焦点距離をｆ１とし、第一レンズ１０３の焦点距離をｆ２とすると、像倍率は式１で表せる。
（式１）像倍率＝ｆ２／ｆ１
【０００７】
光入出力ポート１０１のモードフィールド径をＭ１とすると、Ｐ５−２におけるビームスポットサイズは式２で表せる。ここで、Ｐ５−２及びＰ５−２’は、同じ第二レンズ１０４が配置された共焦点光学系なので、像倍率は１倍となり、Ｐ５−２及びＰ５−２’におけるビームスポットサイズは等しくなる。
（式２）ビームスポットサイズ＝Ｍ１×ｆ２／ｆ１
【０００８】
また、アレイミラー１０６の反射角をθとすると、光入出力ポート１０１とマイクロレンズアレイ１０２のポート間ピッチは式３で表せる。ここで、アレイミラー１０６の反射角θには限界があるため、所定のポート間ピッチを得るためには、第一レンズ１０３の焦点距離を長くする必要があった。
（式３）ポート間ピッチ＝ｔａｎ（２θ）×ｆ２
【０００９】
従って、上記式１よりアレイミラー１０６でのビームスポットサイズが大きくなり、アレイミラー１０６の各反射ミラーの面積を拡大しなければ波長透過帯域特性が不十分になる問題があった。ここで、アレイミラー１０６の各反射ミラーの面積を拡大すると、波長透過帯域特性を満足することができるが、アレイミラー１０６が大型化する問題があった。さらに、回折格子１０５の分解能を向上させるためには、回折格子１０５に照射するビームサイズを拡大し、第二レンズ１０４の焦点距離を十分に長くする必要があり、波長選択スイッチ２００が大型化する問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、回折格子の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型な波長選択スイッチ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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、ビームエキスパンダを第一レンズと第一レンズの焦点との間に配置したことを特徴とする。
【００１２】
具体的には、本発明に係る波長選択スイッチは、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置されたレンズアレイと、前記レンズアレイを間にして前記光入出力ポートの反対側に配置され、前記レンズアレイからの光を収束光にする第一レンズと、前記第一レンズを間にして前記光入出力ポートの反対側、かつ、前記第一レンズと前記第一レンズの焦点との間に配置され、前記第一レンズの焦点において、前記光入出力ポートの配列方向では前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向では前記第一レンズを透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダと、前記ビームエキスパンダからの光を平行光にするように配置された第二レンズと、前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第二レンズを透過した光を受ける面上に前記光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第二レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で反射する回折格子と、前記光入出力ポートから出力され前記回折格子で反射し前記第二レンズを透過した光をそれぞれ反射し、反射された光のそれぞれが前記第二レンズを透過し前記回折格子で反射し再び前記ビームエキスパンダ、前記第一レンズ及び前記レンズアレイを透過して前記光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラーと、を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記波長選択スイッチは、回折格子の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型である。
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、ビームエキスパンダを第一レンズと第一レンズの焦点との間に配置したことを特徴とする。
【００１５】
具体的には、本発明に係る波長選択スイッチは、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置されたレンズアレイと、前記レンズアレイを間にして前記光入出力ポートの反対側に配置され、前記レンズアレイからの光を収束光にする第一レンズと、前記第一レンズを間にして前記光入出力ポートの反対側、かつ、前記第一レンズと前記第一レンズの焦点との間に配置され、前記第一レンズの焦点において、前記光入出力ポートの配列方向では前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向では前記第一レンズを透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダと、前記ビームエキスパンダからの光を平行光にするように配置された第二レンズと、前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第二レンズを透過した光を受ける面上に前記光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第二レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子と、前記回折格子を間にして前記第二レンズの反対側に配置される第三レンズと、前記光入出力ポートから出力され前記レンズアレイ、前記第一レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第二レンズ、前記回折格子及び前記第三レンズを透過した光をそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが前記第三レンズ、前記回折格子、前記第二レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第一レンズ及び前記レンズアレイを再び透過して前記光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラーと、を備えることを特徴とする。
【００１６】
上記波長選択スイッチは、回折格子の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型である。
【００１７】
本発明に係る波長選択スイッチでは、前記回折格子は、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが前記光入出力ポートの配列方向より長いことが好ましい。
【００１８】
上記波長選択スイッチは、より小型化できる。
【００１９】
本発明に係る波長選択スイッチでは、前記ミラーは、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが前記光入出力ポートの配列方向より短いことが好ましい。
【００２０】
上記波長選択スイッチは、より小型化できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、回折格子の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型な波長選択スイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、具体的に実施形態を示して本願発明を詳細に説明するが、本願の発明は以下の記載に限定して解釈されない。なお、以下の実施形態では、１つの光入出力ポート（後述の光入出力ポート１０１ｄ）から光が出力され他の光入出力ポート（後述の光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇ）に光を波長ごとに分けて出力する構成について説明するが、当該他の光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれかから出力される光を波長ごとに分けて当該１つの光入出力ポート１０１ｄに入力する形態についても同様に説明できる。光入出力ポート１０１というときは、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇの総称を表す。
【００２３】
（第１実施形態）
図１に、第１実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図を示す。図１（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチを示し、図１（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチを示している。図１では、光入出力ポート１０１ｄから出力して回折格子６０で反射し、ミラー８０ｂに至るまでの光路についてはレンズアレイ２０、第一レンズ３０、ビームエキスパンダ４０及び第二レンズ５０の作用を表すために破線で光束の広がりを示し、実線で主光線を示している。他の光路については図の錯綜を避けるため主光線のみを一点鎖線で示すことがある。
【００２４】
波長選択スイッチ１０は、反射型の構成、つまり、回折格子６０で光を反射する構成である。第１実施形態に係る波長選択スイッチ１０は、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポート１０１に対向して光入出力ポート１０１からの光を平行光にするように配置されたレンズアレイ２０と、レンズアレイ２０を間にして光入出力ポート１０１の反対側に配置され、レンズアレイ２０からの光を収束光にする第一レンズ３０と、第一レンズ３０を間にして光入出力ポート１０１の反対側、かつ、第一レンズ３０と第一レンズ３０の焦点３０ａとの間に配置され、第一レンズ３０の焦点３０ａにおいて、光入出力ポート１０１の配列方向では第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、光入出力ポート１０１の配列方向と直交する方向では第一レンズ３０を透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダ４０と、ビームエキスパンダ４０からの光を平行光にするように配置された第二レンズ５０と、光入出力ポート１０１から入出力される光のうち第二レンズ５０を透過した光を受ける面上に光入出力ポート１０１の配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面６２において第二レンズ５０を透過した光を波長ごとに異なる角度で反射する回折格子６０と、光入出力ポート１０１から出力され回折格子６０で反射し第二レンズ５０を透過した光をそれぞれ反射し、反射された光のそれぞれが第二レンズ５０を透過し回折格子６０で反射し再びビームエキスパンダ４０、第一レンズ３０及びレンズアレイ２０を透過して光入出力ポート１０１のいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラー８０ａ，８０ｂと、を備える。
【００２５】
光入出力ポート１０１は、複数備えている。図１では、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇと７つ記載しているが、これ以上又はこれ以下の任意の数で配置可能である。光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇには、例えば、図１に示すように光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇごとに光ファイバ１４０ａ〜１４０ｇが接続され、又は、光導波路（不図示）が接続される。また、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇは、それぞれ光ファイバ１４０ａ〜１４０ｇを伝搬する一以上の波長を含む光を入出力する。また、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇは、横並び直線状に設けられる。図１（ｂ）に示すように、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇは、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇから出力される光の向きがｚ軸方向に平行となるように配置されているが、レンズアレイ２０において平行光に変換されるのであれば、いずれの向きに向いていてもよい。
【００２６】
レンズアレイ２０としては、例えば、マイクロレンズアレイがある。
【００２７】
第一レンズ３０及び第２レンズ５０としては、例えば、凸レンズ、光学収差を低減させるために適切な凸レンズと凹レンズを接着して組み合わせたダブレットレンズ、及び、トリプレットレンズのように複数のレンズを組み合わせたレンズがある。
【００２８】
格子面６２上には、図１（ｂ）のｙ軸方向に平行な格子が図１（ａ）のｘ軸方向に平行に複数形成される。格子は、格子面６２上に形成された複数の凹凸形状の溝であってもよいし、光を反射する部分と吸収する部分とを交互に配置してもよい。これにより、図１（ａ）に示すように、第２レンズ５０を透過した光は、回折格子６０の格子面６２上で反射してｘ軸方向に波長ごとに異なる角度で反射する。なお、図１（ｂ）のｚ軸方向にはそのまま返送される。図１では簡単のため回折格子６０の格子面６２は、第二レンズ５０に正対しているが、一般的には格子面６２の法線がｘｚ面内にあるように光軸（ｚ軸）に対して傾斜している。
【００２９】
ミラー８０ａ，８０ｂは、図１では２つ記載しているが、光ファイバ１４０内を伝搬する光の波長数に応じて波長ごとに複数配置するとよい。以下、ミラー８０ａを中心に説明するが、ミラー８０ｂも同様である。ミラー８０ａが光入出力ポート１０１ｃに、ミラー８０ｂが光入出力ポート１０１ｅに、それぞれ光を収束するように設定されているが、角度に応じて光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれにも収束させることは可能である。例えば、ミラー８０ａのように反射する方向を図１（ｂ）上で下方に傾けると入出力ポート１０１ｃに収束させることができ、一方、ミラー８０ｂのように反射する方向を図１（ｂ）上で上方に傾けると光入出力ポート１０１ｅに収束させることができる。このように、ミラー８０ａの角度を変えることで波長選択が可能となる。ミラー８０ａとしては、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを適用して小型の波長選択スイッチを実現することができる。
【００３０】
波長選択スイッチ１０は、レンズアレイ２０と第一レンズ３０が、また第二レンズ５０と回折格子６０がそれぞれ共焦点光学系を構成するように配置することが好ましい。
【００３１】
図１（ａ）、図１（ｂ）において、光ファイバ１４０ｄからの波長多重された光は、光入出力ポート１０１ｄから出射し、レンズアレイ２０で平行光になり、第一レンズ３０によって収束され、ビームエキスパンダ４０によって進行方向に垂直な面上で、第一レンズの焦点位置３０ａではｘ軸方向が短い楕円形のビームとなり、第二レンズ入射面ではｘ軸方向が長い楕円形のビームとなる。さらに、第二レンズ５０により、ｘ軸方向が長い楕円形の平行光に変換され、回折格子６０の回折面６２で波長ごとにｘ軸方向に異なる角度で反射される。反射された光は第二レンズ５０で収束され、例えばミラー８０ａに向かう波長の光はミラー８０ａで反射され、所望の方向に向けられる。ミラー８０ａで反射された光は第二レンズ５０で平行光になり、回折格子６０の回折面６２でｘ軸方向に先と同じ角度で反射され、第二レンズ５０で収束され、ビームエキスパンダ４０で円形のビームに戻される。円形のビームに戻った光は第一レンズ３０で平行光になり、レンズアレイ２０で収束され、光入出力ポート１０１ｃに入射する。入射した光は光ファイバ１４０ｃを伝搬する。また、例えばミラー８０ｂに向かう波長の光はミラー８０ｂで反射され、光入出力ポート１０１ｅに入射する。
【００３２】
ビームエキスパンダ４０としては、例えば、凸面シリンドリカルレンズ、プリズムがある。図１では、ビームエキスパンダ４０として、凸面を第一レンズ３０に向けて凸面シリンドリカルレンズを配置している。図１（ａ）に示すように、ビームエキスパンダ４０は、光入出力ポート１０１の配列方向と直交する方向、すなわち、ｘ軸方向では第一レンズ３０を透過した光をより大きく収束させる。一方、図１（ｂ）に示すように、ビームエキスパンダ４０は、光入出力ポート１０１の配列方向、すなわち、ｙ軸方向では第一レンズ３０からの収束光をそのまま収束させる。このため、第一レンズ３０からの収束光は、第一レンズ３０の焦点３０ａではｘ軸方向が縮小された楕円形のスポットになり、第二レンズ５０に近づくほどｘ軸方向に拡大し、第二レンズ５０にて平行光となる。第二レンズ５０における光の断面は、ｘ軸方向に拡大された楕円形となる。
【００３３】
また、図２に、格子面側から見た、光が入射した状態の回折格子の概略図を示した。図２では、回折格子６０の格子面に形成された格子を破線で示した。図２に示すように、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１０では、回折格子６０は、光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが光入出力ポートの配列方向より長い、すなわち、ｘ軸方向の長さがｙ軸方向の長さより長いことが好ましい。このため、回折格子６０は、格子の本数を多く設けることができる。また、ｘ軸方向に拡大された楕円形の光ａが回折格子６０に入射することから、断面の形状が円形の光に比べ、多くの格子に光を照射することが可能となる。波長選択スイッチ１０は、回折格子６０の分解能を確保しつつ、より小型化できる。
【００３４】
また、図１の回折格子６０で反射された光は、再び第二レンズ５０を透過し、ｘ軸方向により大きく収束された楕円形となり、ミラー８０ａに入射する。図３に、反射面の側から見た、光が入射した状態のミラーの概略図を示した。図３に示すように、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１０では、ミラー８０ａは、光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが光入出力ポートの配列方向より短い、すなわち、ｘ軸方向の長さがｙ軸方向の長さより短いことが好ましい。ミラー８０ａでは、光ａがｘ軸方向により大きく収束されているため、波長選択スイッチ１０は、波長透過帯域特性を満足しつつ、ミラー８０ａのｘ軸方向の長さを短くしてより小型化できる。
【００３５】
以上のように、波長選択スイッチ１０は、回折格子６０の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型化を図ることができる。波長選択スイッチ１０は、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれかから出力される複数波長の光を他の光入出力ポート（光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれか）に振り分け、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのうち複数から出力される光を他の１つの光入出力ポート（光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれか）で合波することができるため、光波長多重通信ネットワーク実現の際の波長多重用の光合分波回路や波長再配置型のａｄｄ−ｄｒｏｐ波長多重回路として適用できる。
【００３６】
（第２実施形態）
図４に、第２実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図を示す。図４（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチを示し、図４（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチを示している。なお、図４において図１と同じ符号のものは相互に同じものであるため、その部分の説明は省略する。
【００３７】
波長選択スイッチ１１は、透過型の構成、つまり、回折格子６５が光を透過する構成である。第２実施形態に係る波長選択スイッチ１１は、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポート１０１に対向して光入出力ポート１０１からの光を平行光にするように配置されたレンズアレイ２０と、レンズアレイ２０を間にして光入出力ポート１０１の反対側に配置され、レンズアレイ２０からの光を収束光にする第一レンズ３０と、第一レンズ３０を間にして光入出力ポート１０１の反対側、かつ、第一レンズ３０と第一レンズ３０の焦点３０ａとの間に配置され、第一レンズ３０の焦点３０ａにおいて、光入出力ポート１０１の配列方向では第一レンズ３０からの収束光をそのまま収束させ、光入出力ポート１０１の配列方向と直交する方向では第一レンズ３０を透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダ４０と、ビームエキスパンダ４０からの光を平行光にするように配置された第二レンズ５０と、光入出力ポート１０１から入出力される光のうち第二レンズ５０を透過した光を受ける面上に光入出力ポート１０１の配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面６７において第二レンズ５０を透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子６５と、回折格子６５を間にして第二レンズ５０の反対側に配置される第三レンズ７０と、光入出力ポート１０１から出力されレンズアレイ２０、第一レンズ３０、ビームエキスパンダ４０、第二レンズ５０、回折格子６５及び第三レンズ７０を透過した光をそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが第三レンズ７０、回折格子６５、第二レンズ５０、ビームエキスパンダ４０、第一レンズ３０及びレンズアレイ２０を再び透過して光入出力ポート１０１のいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラー８０ａ、８０ｂと、を備える。
【００３８】
波長選択スイッチ１１は、第二レンズ５０と第三レンズ７０が共焦点光学系を構成すること、すなわち、第二レンズ５０と回折格子６５との距離と等しい距離で第三レンズ７０を配置することが好ましい。
【００３９】
図４（ａ）、図４（ｂ）において、光ファイバ１４０ｄからの波長多重された光は、光入出力ポート１０１ｄから出射し、レンズアレイ２０で平行光になり、第一レンズ３０によって収束され、ビームエキスパンダ４０によって進行方向に垂直な面上で、第一レンズの焦点位置３０ａではｘ軸方向が短い楕円形のビームとなり、第二レンズ入射面ではｘ軸方向が長い楕円形のビームとなる。さらに、第二レンズ５０により、ｘ軸方向が長い楕円形の平行光に変換され、回折格子６５の回折面６７で波長ごとにｘ軸方向に異なる角度で回折される。回折された光は第三レンズ７０で収束され、例えばミラー８０ａに向かう波長の光はミラー８０ａで反射され、所望の方向に向けられる。ミラー８０ａで反射された光は第三レンズ７０で平行光になり、回折格子６５の回折面６７でｘ軸方向に先と同じ角度で回折され、第二レンズ５０で収束され、ビームエキスパンダ４０で円形のビームに戻される。円形のビームに戻った光は第一レンズ３０で平行光になり、レンズアレイ２０で収束され、光入出力ポート１０１ｃに入射する。入射した光は光ファイバ１４０ｃを伝搬する。また、例えばミラー８０ｂに向かう波長の光はミラー８０ｂで反射され、光入出力ポート１０１ｅに入射する。
【００４０】
図１の波長選択スイッチ１０と同様に回折格子６５のｘ軸方向を長くすることで、波長選択スイッチ１１は、回折格子６５の分解能を確保しつつ、より小型化できる。また、回折格子６５を透過した光を収束させる第三レンズ７０を備えることが図１の波長選択スイッチ１０と異なる。ビームエキスパンダ４０によって第三レンズ７０を通過した光がｘ軸方向により大きく収束された楕円形となる。このため、図１の波長選択スイッチ１０と同様にミラー８０ａのｘ軸方向の長さを短くすることで、波長選択スイッチ１１は、波長透過帯域特性を満足しつつ、より小型化できる。以上のように、波長選択スイッチ１１は、回折格子６５の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の波長選択スイッチは、異なる波長の光を分岐し又は結合することができ、光波長多重通信ネットワーク実現の際の波長多重用の光合分波回路や波長再配置型のａｄｄ−ｄｒｏｐ波長多重回路として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図である。
【図２】格子面側から見た、光が入射した状態の回折格子の概略図である。
【図３】反射面の側から見た、光が入射した状態のミラーの概略図である。
【図４】第２実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図である。
【図５】従来の波長選択スイッチの概略構成図である。
【図６】図５の反射型の回折格子を透過型の回折格子に置き換えた波長選択スイッチの概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１１ 波長選択スイッチ
２０ レンズアレイ
３０ 第一レンズ
３０ａ 焦点
４０ ビームエキスパンダ
５０ 第二レンズ
６０，６５格子
６２，６７ 格子面
７０ 第三レンズ
８０ａ，８０ｂ ミラー
１０１，１０１ａ〜１０１ｇ 光入出力ポート
１０２ マイクロレンズアレイ
１０３ 高開口数レンズ
１０４ 第二レンズ
１０５ 回折格子
１０６ アレイミラー
１４０，１０４ａ〜１０４ｇ 光ファイバ
２００ 波長選択スイッチ
ａ 光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長多重通信において、異なる波長の光を分岐し又は結合することが可能な波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光波長多重通信の普及に伴い、波長毎に光信号を合波又は分波する波長選択スイッチが光通信のキーデバイスとなっている。
【０００３】
ここで、図５に従来の波長選択スイッチの概略構成図を示す。
【０００４】
図５の波長選択スイッチ２００は、焦点位置に配置された光入出力ポート１０１ｃから出力される光を平行光にするマイクロレンズアレイ１０２と、マイクロレンズアレイ１０２からの光を収束させる高開口数レンズ１０３と、高開口数レンズ１０３と焦点位置を共通に配置された第二レンズ１０４と、第二レンズ１０４からの光を波長ごとに異なる角度に反射する回折格子１０５と、第二レンズ１０４の焦点位置に配置され回折格子１０５から第二レンズ１０４を透過した光を第二レンズ１０４に向けて任意の角度で反射するアレイミラー１０６と、を備える（例えば、特許文献１〜３を参照。）。
【０００５】
これにより、アレイミラー１０６において任意の角度で反射された光は、アレイミラー１０６の個々のミラーの角度に応じて波長ごとに異なる光入出力ポートに収束させることができる。このように、高開口数レンズ１０３は、アレイミラー１０６で反射した光のうち回折格子１０５で再び反射して第二レンズ１０４を透過した光の角度を変えるとともに光入出力ポート１０１ｃからの光の光軸にオフセットを付与する機能を有している。
【特許文献１】特開２００３−１０１４７９号公報
【特許文献２】特開２００６−２７６２１６号公報
【特許文献３】特開２００６−２８４７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６に、図５の反射型の回折格子を透過型の回折格子に置き換えた波長選択スイッチの概略構成図を示す。図６において、Ｐ５−１、Ｐ５−２及びＰ５−２’は共焦点光学系である。また、マイクロレンズアレイ１０２の焦点距離をｆ１とし、第一レンズ１０３の焦点距離をｆ２とすると、像倍率は式１で表せる。
（式１）像倍率＝ｆ２／ｆ１
【０００７】
光入出力ポート１０１のモードフィールド径をＭ１とすると、Ｐ５−２におけるビームスポットサイズは式２で表せる。ここで、Ｐ５−２及びＰ５−２’は、同じ第二レンズ１０４が配置された共焦点光学系なので、像倍率は１倍となり、Ｐ５−２及びＰ５−２’におけるビームスポットサイズは等しくなる。
（式２）ビームスポットサイズ＝Ｍ１×ｆ２／ｆ１
【０００８】
また、アレイミラー１０６の反射角をθとすると、光入出力ポート１０１とマイクロレンズアレイ１０２のポート間ピッチは式３で表せる。ここで、アレイミラー１０６の反射角θには限界があるため、所定のポート間ピッチを得るためには、第一レンズ１０３の焦点距離を長くする必要があった。
（式３）ポート間ピッチ＝ｔａｎ（２θ）×ｆ２
【０００９】
従って、上記式１よりアレイミラー１０６でのビームスポットサイズが大きくなり、アレイミラー１０６の各反射ミラーの面積を拡大しなければ波長透過帯域特性が不十分になる問題があった。ここで、アレイミラー１０６の各反射ミラーの面積を拡大すると、波長透過帯域特性を満足することができるが、アレイミラー１０６が大型化する問題があった。さらに、回折格子１０５の分解能を向上させるためには、回折格子１０５に照射するビームサイズを拡大し、第二レンズ１０４の焦点距離を十分に長くする必要があり、波長選択スイッチ２００が大型化する問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、回折格子の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型な波長選択スイッチ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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、ビームエキスパンダを第一レンズと第一レンズの焦点との間に配置したことを特徴とする。
【００１２】
具体的には、本発明に係る波長選択スイッチは、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置されたレンズアレイと、前記レンズアレイを間にして前記光入出力ポートの反対側に配置され、前記レンズアレイからの光を収束光にする第一レンズと、前記第一レンズを間にして前記光入出力ポートの反対側、かつ、前記第一レンズと前記第一レンズの焦点との間に配置され、前記第一レンズの焦点において、前記光入出力ポートの配列方向では前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向では前記第一レンズを透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダと、前記ビームエキスパンダからの光を平行光にするように配置された第二レンズと、前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第二レンズを透過した光を受ける面上に前記光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第二レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で反射する回折格子と、前記光入出力ポートから出力され前記回折格子で反射し前記第二レンズを透過した光をそれぞれ反射し、反射された光のそれぞれが前記第二レンズを透過し前記回折格子で反射し再び前記ビームエキスパンダ、前記第一レンズ及び前記レンズアレイを透過して前記光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラーと、を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記波長選択スイッチは、回折格子の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型である。
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、ビームエキスパンダを第一レンズと第一レンズの焦点との間に配置したことを特徴とする。
【００１５】
具体的には、本発明に係る波長選択スイッチは、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置されたレンズアレイと、前記レンズアレイを間にして前記光入出力ポートの反対側に配置され、前記レンズアレイからの光を収束光にする第一レンズと、前記第一レンズを間にして前記光入出力ポートの反対側、かつ、前記第一レンズと前記第一レンズの焦点との間に配置され、前記第一レンズの焦点において、前記光入出力ポートの配列方向では前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向では前記第一レンズを透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダと、前記ビームエキスパンダからの光を平行光にするように配置された第二レンズと、前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第二レンズを透過した光を受ける面上に前記光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第二レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子と、前記回折格子を間にして前記第二レンズの反対側に配置される第三レンズと、前記光入出力ポートから出力され前記レンズアレイ、前記第一レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第二レンズ、前記回折格子及び前記第三レンズを透過した光をそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが前記第三レンズ、前記回折格子、前記第二レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第一レンズ及び前記レンズアレイを再び透過して前記光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラーと、を備えることを特徴とする。
【００１６】
上記波長選択スイッチは、回折格子の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型である。
【００１７】
本発明に係る波長選択スイッチでは、前記回折格子は、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが前記光入出力ポートの配列方向より長いことが好ましい。
【００１８】
上記波長選択スイッチは、より小型化できる。
【００１９】
本発明に係る波長選択スイッチでは、前記ミラーは、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが前記光入出力ポートの配列方向より短いことが好ましい。
【００２０】
上記波長選択スイッチは、より小型化できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、回折格子の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型な波長選択スイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、具体的に実施形態を示して本願発明を詳細に説明するが、本願の発明は以下の記載に限定して解釈されない。なお、以下の実施形態では、１つの光入出力ポート（後述の光入出力ポート１０１ｄ）から光が出力され他の光入出力ポート（後述の光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇ）に光を波長ごとに分けて出力する構成について説明するが、当該他の光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれかから出力される光を波長ごとに分けて当該１つの光入出力ポート１０１ｄに入力する形態についても同様に説明できる。光入出力ポート１０１というときは、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇの総称を表す。
【００２３】
（第１実施形態）
図１に、第１実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図を示す。図１（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチを示し、図１（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチを示している。図１では、光入出力ポート１０１ｄから出力して回折格子６０で反射し、ミラー８０ｂに至るまでの光路についてはレンズアレイ２０、第一レンズ３０、ビームエキスパンダ４０及び第二レンズ５０の作用を表すために破線で光束の広がりを示し、実線で主光線を示している。他の光路については図の錯綜を避けるため主光線のみを一点鎖線で示すことがある。
【００２４】
波長選択スイッチ１０は、反射型の構成、つまり、回折格子６０で光を反射する構成である。第１実施形態に係る波長選択スイッチ１０は、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポート１０１に対向して光入出力ポート１０１からの光を平行光にするように配置されたレンズアレイ２０と、レンズアレイ２０を間にして光入出力ポート１０１の反対側に配置され、レンズアレイ２０からの光を収束光にする第一レンズ３０と、第一レンズ３０を間にして光入出力ポート１０１の反対側、かつ、第一レンズ３０と第一レンズ３０の焦点３０ａとの間に配置され、第一レンズ３０の焦点３０ａにおいて、光入出力ポート１０１の配列方向では第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、光入出力ポート１０１の配列方向と直交する方向では第一レンズ３０を透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダ４０と、ビームエキスパンダ４０からの光を平行光にするように配置された第二レンズ５０と、光入出力ポート１０１から入出力される光のうち第二レンズ５０を透過した光を受ける面上に光入出力ポート１０１の配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面６２において第二レンズ５０を透過した光を波長ごとに異なる角度で反射する回折格子６０と、光入出力ポート１０１から出力され回折格子６０で反射し第二レンズ５０を透過した光をそれぞれ反射し、反射された光のそれぞれが第二レンズ５０を透過し回折格子６０で反射し再びビームエキスパンダ４０、第一レンズ３０及びレンズアレイ２０を透過して光入出力ポート１０１のいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラー８０ａ，８０ｂと、を備える。
【００２５】
光入出力ポート１０１は、複数備えている。図１では、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇと７つ記載しているが、これ以上又はこれ以下の任意の数で配置可能である。光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇには、例えば、図１に示すように光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇごとに光ファイバ１４０ａ〜１４０ｇが接続され、又は、光導波路（不図示）が接続される。また、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇは、それぞれ光ファイバ１４０ａ〜１４０ｇを伝搬する一以上の波長を含む光を入出力する。また、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇは、横並び直線状に設けられる。図１（ｂ）に示すように、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇは、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇから出力される光の向きがｚ軸方向に平行となるように配置されているが、レンズアレイ２０において平行光に変換されるのであれば、いずれの向きに向いていてもよい。
【００２６】
レンズアレイ２０としては、例えば、マイクロレンズアレイがある。
【００２７】
第一レンズ３０及び第２レンズ５０としては、例えば、凸レンズ、光学収差を低減させるために適切な凸レンズと凹レンズを接着して組み合わせたダブレットレンズ、及び、トリプレットレンズのように複数のレンズを組み合わせたレンズがある。
【００２８】
格子面６２上には、図１（ｂ）のｙ軸方向に平行な格子が図１（ａ）のｘ軸方向に平行に複数形成される。格子は、格子面６２上に形成された複数の凹凸形状の溝であってもよいし、光を反射する部分と吸収する部分とを交互に配置してもよい。これにより、図１（ａ）に示すように、第２レンズ５０を透過した光は、回折格子６０の格子面６２上で反射してｘ軸方向に波長ごとに異なる角度で反射する。なお、図１（ｂ）のｚ軸方向にはそのまま返送される。図１では簡単のため回折格子６０の格子面６２は、第二レンズ５０に正対しているが、一般的には格子面６２の法線がｘｚ面内にあるように光軸（ｚ軸）に対して傾斜している。
【００２９】
ミラー８０ａ，８０ｂは、図１では２つ記載しているが、光ファイバ１４０内を伝搬する光の波長数に応じて波長ごとに複数配置するとよい。以下、ミラー８０ａを中心に説明するが、ミラー８０ｂも同様である。ミラー８０ａが光入出力ポート１０１ｃに、ミラー８０ｂが光入出力ポート１０１ｅに、それぞれ光を収束するように設定されているが、角度に応じて光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれにも収束させることは可能である。例えば、ミラー８０ａのように反射する方向を図１（ｂ）上で下方に傾けると入出力ポート１０１ｃに収束させることができ、一方、ミラー８０ｂのように反射する方向を図１（ｂ）上で上方に傾けると光入出力ポート１０１ｅに収束させることができる。このように、ミラー８０ａの角度を変えることで波長選択が可能となる。ミラー８０ａとしては、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを適用して小型の波長選択スイッチを実現することができる。
【００３０】
波長選択スイッチ１０は、レンズアレイ２０と第一レンズ３０が、また第二レンズ５０と回折格子６０がそれぞれ共焦点光学系を構成するように配置することが好ましい。
【００３１】
図１（ａ）、図１（ｂ）において、光ファイバ１４０ｄからの波長多重された光は、光入出力ポート１０１ｄから出射し、レンズアレイ２０で平行光になり、第一レンズ３０によって収束され、ビームエキスパンダ４０によって進行方向に垂直な面上で、第一レンズの焦点位置３０ａではｘ軸方向が短い楕円形のビームとなり、第二レンズ入射面ではｘ軸方向が長い楕円形のビームとなる。さらに、第二レンズ５０により、ｘ軸方向が長い楕円形の平行光に変換され、回折格子６０の回折面６２で波長ごとにｘ軸方向に異なる角度で反射される。反射された光は第二レンズ５０で収束され、例えばミラー８０ａに向かう波長の光はミラー８０ａで反射され、所望の方向に向けられる。ミラー８０ａで反射された光は第二レンズ５０で平行光になり、回折格子６０の回折面６２でｘ軸方向に先と同じ角度で反射され、第二レンズ５０で収束され、ビームエキスパンダ４０で円形のビームに戻される。円形のビームに戻った光は第一レンズ３０で平行光になり、レンズアレイ２０で収束され、光入出力ポート１０１ｃに入射する。入射した光は光ファイバ１４０ｃを伝搬する。また、例えばミラー８０ｂに向かう波長の光はミラー８０ｂで反射され、光入出力ポート１０１ｅに入射する。
【００３２】
ビームエキスパンダ４０としては、例えば、凸面シリンドリカルレンズ、プリズムがある。図１では、ビームエキスパンダ４０として、凸面を第一レンズ３０に向けて凸面シリンドリカルレンズを配置している。図１（ａ）に示すように、ビームエキスパンダ４０は、光入出力ポート１０１の配列方向と直交する方向、すなわち、ｘ軸方向では第一レンズ３０を透過した光をより大きく収束させる。一方、図１（ｂ）に示すように、ビームエキスパンダ４０は、光入出力ポート１０１の配列方向、すなわち、ｙ軸方向では第一レンズ３０からの収束光をそのまま収束させる。このため、第一レンズ３０からの収束光は、第一レンズ３０の焦点３０ａではｘ軸方向が縮小された楕円形のスポットになり、第二レンズ５０に近づくほどｘ軸方向に拡大し、第二レンズ５０にて平行光となる。第二レンズ５０における光の断面は、ｘ軸方向に拡大された楕円形となる。
【００３３】
また、図２に、格子面側から見た、光が入射した状態の回折格子の概略図を示した。図２では、回折格子６０の格子面に形成された格子を破線で示した。図２に示すように、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１０では、回折格子６０は、光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが光入出力ポートの配列方向より長い、すなわち、ｘ軸方向の長さがｙ軸方向の長さより長いことが好ましい。このため、回折格子６０は、格子の本数を多く設けることができる。また、ｘ軸方向に拡大された楕円形の光ａが回折格子６０に入射することから、断面の形状が円形の光に比べ、多くの格子に光を照射することが可能となる。波長選択スイッチ１０は、回折格子６０の分解能を確保しつつ、より小型化できる。
【００３４】
また、図１の回折格子６０で反射された光は、再び第二レンズ５０を透過し、ｘ軸方向により大きく収束された楕円形となり、ミラー８０ａに入射する。図３に、反射面の側から見た、光が入射した状態のミラーの概略図を示した。図３に示すように、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１０では、ミラー８０ａは、光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが光入出力ポートの配列方向より短い、すなわち、ｘ軸方向の長さがｙ軸方向の長さより短いことが好ましい。ミラー８０ａでは、光ａがｘ軸方向により大きく収束されているため、波長選択スイッチ１０は、波長透過帯域特性を満足しつつ、ミラー８０ａのｘ軸方向の長さを短くしてより小型化できる。
【００３５】
以上のように、波長選択スイッチ１０は、回折格子６０の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型化を図ることができる。波長選択スイッチ１０は、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれかから出力される複数波長の光を他の光入出力ポート（光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれか）に振り分け、光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのうち複数から出力される光を他の１つの光入出力ポート（光入出力ポート１０１ａ〜１０１ｇのいずれか）で合波することができるため、光波長多重通信ネットワーク実現の際の波長多重用の光合分波回路や波長再配置型のａｄｄ−ｄｒｏｐ波長多重回路として適用できる。
【００３６】
（第２実施形態）
図４に、第２実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図を示す。図４（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチを示し、図４（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチを示している。なお、図４において図１と同じ符号のものは相互に同じものであるため、その部分の説明は省略する。
【００３７】
波長選択スイッチ１１は、透過型の構成、つまり、回折格子６５が光を透過する構成である。第２実施形態に係る波長選択スイッチ１１は、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポート１０１に対向して光入出力ポート１０１からの光を平行光にするように配置されたレンズアレイ２０と、レンズアレイ２０を間にして光入出力ポート１０１の反対側に配置され、レンズアレイ２０からの光を収束光にする第一レンズ３０と、第一レンズ３０を間にして光入出力ポート１０１の反対側、かつ、第一レンズ３０と第一レンズ３０の焦点３０ａとの間に配置され、第一レンズ３０の焦点３０ａにおいて、光入出力ポート１０１の配列方向では第一レンズ３０からの収束光をそのまま収束させ、光入出力ポート１０１の配列方向と直交する方向では第一レンズ３０を透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダ４０と、ビームエキスパンダ４０からの光を平行光にするように配置された第二レンズ５０と、光入出力ポート１０１から入出力される光のうち第二レンズ５０を透過した光を受ける面上に光入出力ポート１０１の配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面６７において第二レンズ５０を透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子６５と、回折格子６５を間にして第二レンズ５０の反対側に配置される第三レンズ７０と、光入出力ポート１０１から出力されレンズアレイ２０、第一レンズ３０、ビームエキスパンダ４０、第二レンズ５０、回折格子６５及び第三レンズ７０を透過した光をそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが第三レンズ７０、回折格子６５、第二レンズ５０、ビームエキスパンダ４０、第一レンズ３０及びレンズアレイ２０を再び透過して光入出力ポート１０１のいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラー８０ａ、８０ｂと、を備える。
【００３８】
波長選択スイッチ１１は、第二レンズ５０と第三レンズ７０が共焦点光学系を構成すること、すなわち、第二レンズ５０と回折格子６５との距離と等しい距離で第三レンズ７０を配置することが好ましい。
【００３９】
図４（ａ）、図４（ｂ）において、光ファイバ１４０ｄからの波長多重された光は、光入出力ポート１０１ｄから出射し、レンズアレイ２０で平行光になり、第一レンズ３０によって収束され、ビームエキスパンダ４０によって進行方向に垂直な面上で、第一レンズの焦点位置３０ａではｘ軸方向が短い楕円形のビームとなり、第二レンズ入射面ではｘ軸方向が長い楕円形のビームとなる。さらに、第二レンズ５０により、ｘ軸方向が長い楕円形の平行光に変換され、回折格子６５の回折面６７で波長ごとにｘ軸方向に異なる角度で回折される。回折された光は第三レンズ７０で収束され、例えばミラー８０ａに向かう波長の光はミラー８０ａで反射され、所望の方向に向けられる。ミラー８０ａで反射された光は第三レンズ７０で平行光になり、回折格子６５の回折面６７でｘ軸方向に先と同じ角度で回折され、第二レンズ５０で収束され、ビームエキスパンダ４０で円形のビームに戻される。円形のビームに戻った光は第一レンズ３０で平行光になり、レンズアレイ２０で収束され、光入出力ポート１０１ｃに入射する。入射した光は光ファイバ１４０ｃを伝搬する。また、例えばミラー８０ｂに向かう波長の光はミラー８０ｂで反射され、光入出力ポート１０１ｅに入射する。
【００４０】
図１の波長選択スイッチ１０と同様に回折格子６５のｘ軸方向を長くすることで、波長選択スイッチ１１は、回折格子６５の分解能を確保しつつ、より小型化できる。また、回折格子６５を透過した光を収束させる第三レンズ７０を備えることが図１の波長選択スイッチ１０と異なる。ビームエキスパンダ４０によって第三レンズ７０を通過した光がｘ軸方向により大きく収束された楕円形となる。このため、図１の波長選択スイッチ１０と同様にミラー８０ａのｘ軸方向の長さを短くすることで、波長選択スイッチ１１は、波長透過帯域特性を満足しつつ、より小型化できる。以上のように、波長選択スイッチ１１は、回折格子６５の分解能が高く、波長透過帯域特性に優れ、小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の波長選択スイッチは、異なる波長の光を分岐し又は結合することができ、光波長多重通信ネットワーク実現の際の波長多重用の光合分波回路や波長再配置型のａｄｄ−ｄｒｏｐ波長多重回路として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図である。
【図２】格子面側から見た、光が入射した状態の回折格子の概略図である。
【図３】反射面の側から見た、光が入射した状態のミラーの概略図である。
【図４】第２実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図である。
【図５】従来の波長選択スイッチの概略構成図である。
【図６】図５の反射型の回折格子を透過型の回折格子に置き換えた波長選択スイッチの概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１１ 波長選択スイッチ
２０ レンズアレイ
３０ 第一レンズ
３０ａ 焦点
４０ ビームエキスパンダ
５０ 第二レンズ
６０，６５格子
６２，６７ 格子面
７０ 第三レンズ
８０ａ，８０ｂ ミラー
１０１，１０１ａ〜１０１ｇ 光入出力ポート
１０２ マイクロレンズアレイ
１０３ 高開口数レンズ
１０４ 第二レンズ
１０５ 回折格子
１０６ アレイミラー
１４０，１０４ａ〜１０４ｇ 光ファイバ
２００ 波長選択スイッチ
ａ 光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置されたレンズアレイと、
前記レンズアレイを間にして前記光入出力ポートの反対側に配置され、前記レンズアレイからの光を収束光にする第一レンズと、
前記第一レンズを間にして前記光入出力ポートの反対側、かつ、前記第一レンズと前記第一レンズの焦点との間に配置され、前記第一レンズの焦点において、前記光入出力ポートの配列方向では前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向では前記第一レンズを透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダからの光を平行光にするように配置された第二レンズと、
前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第二レンズを透過した光を受ける面上に前記光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第二レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で反射する回折格子と、
前記光入出力ポートから出力され前記回折格子で反射し前記第二レンズを透過した光をそれぞれ反射し、反射された光のそれぞれが前記第二レンズを透過し前記回折格子で反射し再び前記ビームエキスパンダ、前記第一レンズ及び前記レンズアレイを透過して前記光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラーと、
を備える波長選択スイッチ。
【請求項２】
一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置されたレンズアレイと、
前記レンズアレイを間にして前記光入出力ポートの反対側に配置され、前記レンズアレイからの光を収束光にする第一レンズと、
前記第一レンズを間にして前記光入出力ポートの反対側、かつ、前記第一レンズと前記第一レンズの焦点との間に配置され、前記第一レンズの焦点において、前記光入出力ポートの配列方向では前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向では前記第一レンズを透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダからの光を平行光にするように配置された第二レンズと、
前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第二レンズを透過した光を受ける面上に前記光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第二レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子と、
前記回折格子を間にして前記第二レンズの反対側に配置される第三レンズと、
前記光入出力ポートから出力され前記レンズアレイ、前記第一レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第二レンズ、前記回折格子及び前記第三レンズを透過した光をそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが前記第三レンズ、前記回折格子、前記第二レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第一レンズ及び前記レンズアレイを再び透過して前記光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラーと、
を備える波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記回折格子は、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが前記光入出力ポートの配列方向より長いことを特徴とする請求項１又２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記ミラーは、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが前記光入出力ポートの配列方向より短いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【請求項１】
一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置されたレンズアレイと、
前記レンズアレイを間にして前記光入出力ポートの反対側に配置され、前記レンズアレイからの光を収束光にする第一レンズと、
前記第一レンズを間にして前記光入出力ポートの反対側、かつ、前記第一レンズと前記第一レンズの焦点との間に配置され、前記第一レンズの焦点において、前記光入出力ポートの配列方向では前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向では前記第一レンズを透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダからの光を平行光にするように配置された第二レンズと、
前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第二レンズを透過した光を受ける面上に前記光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第二レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で反射する回折格子と、
前記光入出力ポートから出力され前記回折格子で反射し前記第二レンズを透過した光をそれぞれ反射し、反射された光のそれぞれが前記第二レンズを透過し前記回折格子で反射し再び前記ビームエキスパンダ、前記第一レンズ及び前記レンズアレイを透過して前記光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラーと、
を備える波長選択スイッチ。
【請求項２】
一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置されたレンズアレイと、
前記レンズアレイを間にして前記光入出力ポートの反対側に配置され、前記レンズアレイからの光を収束光にする第一レンズと、
前記第一レンズを間にして前記光入出力ポートの反対側、かつ、前記第一レンズと前記第一レンズの焦点との間に配置され、前記第一レンズの焦点において、前記光入出力ポートの配列方向では前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させ、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向では前記第一レンズを透過した光をより大きく収束させるビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダからの光を平行光にするように配置された第二レンズと、
前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第二レンズを透過した光を受ける面上に前記光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第二レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子と、
前記回折格子を間にして前記第二レンズの反対側に配置される第三レンズと、
前記光入出力ポートから出力され前記レンズアレイ、前記第一レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第二レンズ、前記回折格子及び前記第三レンズを透過した光をそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが前記第三レンズ、前記回折格子、前記第二レンズ、前記ビームエキスパンダ、前記第一レンズ及び前記レンズアレイを再び透過して前記光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定された複数のミラーと、
を備える波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記回折格子は、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが前記光入出力ポートの配列方向より長いことを特徴とする請求項１又２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記ミラーは、前記光入出力ポートの配列方向と直交する方向の長さが前記光入出力ポートの配列方向より短いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【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２００９−９０７３（Ｐ２００９−９０７３Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９１４５９（Ｐ２００７−１９１４５９）
【出願日】平成１９年７月２３日（２００７．７．２３）
【出願人】（５９１２３０２９５）ＮＴＴエレクトロニクス株式会社 (565)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２３日（２００７．７．２３）
【出願人】（５９１２３０２９５）ＮＴＴエレクトロニクス株式会社 (565)
【Ｆターム（参考）】
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