波長選択スイッチ
【課題】ＭＥＭＳミラーを用いない波長選択スイッチを提供する。
【解決手段】波長選択スイッチは、入力ポートへ入射した光信号を波長毎に分光して波長に応じた出射角度で出射するアレイ導波路回折格子と、分光された光信号の各々に対し進行方向を変化させる第１および２の液晶スイッチと、進行方向が変化した光信号の各々を合波してＭ（＝４）個の出力ポートのいずれかから出射する、基板（１０’−１）に構成されたアレイ導波路回折格子（ＡとＢ）および、基板（１０’−２）に構成されたアレイ導波路回折格子（ＣとＤ）とを含む。第１の液晶スイッチは、基板のスタック方向（ｙ方向）に光信号の各々の進行方向を変化させる液晶素子（５００）と複屈折結晶の（９００）組み合わせにより構成され、第２の液晶スイッチは、基板面（ｘｚ面）内で光信号の各々の進行方向を変化させる液晶素子（５００’）と複屈折結晶（９００’）の組み合わせにより構成される。
【解決手段】波長選択スイッチは、入力ポートへ入射した光信号を波長毎に分光して波長に応じた出射角度で出射するアレイ導波路回折格子と、分光された光信号の各々に対し進行方向を変化させる第１および２の液晶スイッチと、進行方向が変化した光信号の各々を合波してＭ（＝４）個の出力ポートのいずれかから出射する、基板（１０’−１）に構成されたアレイ導波路回折格子（ＡとＢ）および、基板（１０’−２）に構成されたアレイ導波路回折格子（ＣとＤ）とを含む。第１の液晶スイッチは、基板のスタック方向（ｙ方向）に光信号の各々の進行方向を変化させる液晶素子（５００）と複屈折結晶の（９００）組み合わせにより構成され、第２の液晶スイッチは、基板面（ｘｚ面）内で光信号の各々の進行方向を変化させる液晶素子（５００’）と複屈折結晶（９００’）の組み合わせにより構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信システムに応用可能な、波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の大容量化が進展し、伝送容量が波長分割多重（ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing））方式により増大する一方で、経路切換機能を有するノードのスループットの増大が強く求められている。従来、経路切換は、伝送されてきた光信号を電気信号に変換した後に電気スイッチにより行う方法が主流であったが、高速で広帯域であるという光信号の特徴を生かして、光スイッチ等を用いて光信号のままアド・ドロップ等を行う、ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）システムが現在導入されはじめている。ＲＯＡＤＭシステムにおいては、リング型ネットワークを構成する各ノードが光信号のアド・ドロップを行うとともに、アド・ドロップの必要がない光信号については、そのまま通過させる。そのため、ノード装置が小型で低消費電力化するという利点がある。それらＲＯＡＤＭシステムの将来的な展開に必要なデバイスとして、波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch:ＷＳＳ）モジュールが求められている。
【０００３】
従来、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーアレイを用いたＷＳＳが知られている（例えば、特許文献１参照）。図１は、そのようなＭＥＭＳミラーアレイを用いたＷＳＳの構成を示す図である。図１（ａ）はＷＳＳの平面図であり、図１（ｂ）は側面図である。図１に示すＷＳＳは、入力側の光ファイバに波長分割多重（ＷＤＭ）化された光信号が入力光として入力し、波長分波器（例えば、シリコン基板上に石英ガラスを材料として形成したスラブ導波路１２およびアレイ導波路１４を備えた、平面光波回路（Planar lightwave circuit：ＰＬＣ）技術を用いて作製されたアレイ導波路回折格子（Arrayed waveguide grating:ＡＷＧ））により互いに波長の異なる光信号ごとに分波され、分波されたそれぞれの光信号が、レンズ（シリンドリカルレンズ２０、主レンズ４０）により、ＭＥＭＳミラーアレイを構成するＭＥＭＳミラー６０に集光するように構成されている。以降、分波されたそれぞれの光信号のことを各波長チャネルの光信号と表記することがある。ここでＭＥＭＳミラーアレイは、各々のＭＥＭＳミラー６０に各波長チャネルの光信号が入力するように配置されている。したがって、この各ＭＥＭＳミラーの角度を調整することにより、各波長チャネルの光信号は任意の方向にステアすることができる。例えば図１に示すＷＳＳにおいて光軸（ｚ方向）に対して左右の方向（ｘ方向）にミラーを振ることにより、各波長チャネルの光信号を同一基板上の他のＡＷＧに入力することが可能である。なお、本明細書において、光波の進行する方向すなわち光軸に垂直かつ基板面に平行な方向をｘ、光波の進行する方向に垂直かつ基板面に垂直な方向をｙとし、光波の進行方向すなわち光軸をｚとする。
【０００４】
図１（ｂ）に示すように、本ＷＳＳは、入力側ＡＷＧ基板１０と複数の出力側ＡＷＧ基板１０’とを（ｙ方向に）スタックした構成となっている。入力側ＡＷＧ基板１０は、１つの入力用ＡＷＧと４つの出力用ＡＷＧを含む。各々の出力側ＡＷＧ基板１０’は、５つの出力用ＡＷＧを含む。したがって、各ＭＥＭＳミラーの角度をｙ方向にさらに調整することにより、スタックされた出力側ＡＷＧ基板１０’に光信号を入力させることができる。
【０００５】
図１に示すＷＳＳにおいて、各波長チャネルの光信号は、各出力用ＡＷＧにより合波され再び各出力ポートからＷＤＭ信号として出力される。図１の例では、１つの入力用ＡＷＧに対して、２４個の出力用ＡＷＧが存在するため１入力２４出力（１×２４）のＷＳＳとして機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７０８８８８２号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ヘクト著、ヘクト光学II，２００４年９月，ｐ８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１の波長選択スイッチは、以下のような課題が存在する。図１の波長選択スイッチでは、ＷＤＭ光信号をＡＷＧで波長が異なる光信号に分割し、ＭＥＭＳミラーアレイに当てて処理しているため、ＭＥＭＳミラー同士の隙間をできるだけ狭くする必要がある。すなわちＭＥＭＳミラーは、図２に示すように波長チャネルの数と同じ数のミラーが隙間なく並べられており、典型的にはその上下のみにヒンジ（ミラーを支えるバネ）が設けられた構造になっている。この理由は、ＡＷＧにより波長毎に分けられた光信号がＭＥＭＳミラー面のＡ−Ａ’に入射するため、ミラー間の隙間に入射される波長領域は実質的に使用することができないためである。すなわち上下右左に傾けるため、上下右左にヒンジが設けられた方が有利であるにもかかわらず、ミラー間にヒンジを入れることはできず上下にのみヒンジがある。
【０００９】
それにもかかわらず従来例では、上下右左にＭＥＭＳミラーを傾け、光信号を２次元方向に反射させる必要がある。これは出力用ＡＷＧの端面が２次元的に配置していることに起因する。このように原理的には１軸方向の回転に適したヒンジ構造にも関わらず２軸方向に回転させる必要があり、ヒンジに無理な応力がかかるため信頼性等に問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＭＥＭＳミラーを用いない波長選択スイッチを提供することにある。
【００１１】
本発明に係る波長選択スイッチは、入力ポートへ入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光手段と、波長毎に分光された光信号の各々に対し光軸の方向または位置を変化させる空間偏向手段と、光軸の方向または位置が変化した光信号の各々を合波して出力ポートのいずれかから出射する合波手段とを備える。合波手段の少なくとも２つの分光面は同一の面内にあり、空間偏向手段は、波長毎に分光された光信号の各々の光軸の方向または位置を当該同一の面内で変化させることができるように構成されている。
【００１２】
本発明の一実施形態では、分光手段および合波手段はアレイ導波路回折格子を用いて構成することができる。
【００１３】
本発明によれば、１個の入力ポートから光信号を入力し分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して、光軸の方向または位置を変化させることにより２個の所望の出力ポートに対応させ、各々の出力ポートに対応する各波長の光信号合流させ各々の出力ポートから出力する、１個の入力ポートおよび２個の出力ポートを有する１×２波長選択スイッチとして実施することができる。
【００１４】
本発明の一実施例の１×２波長選択スイッチは、入力ポートから入力され分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、集光手段により集光され、空間偏向手段により光軸の方向または位置が変えられた光信号の各々を合波して２個の出力ポートのいずれかから出射する合波手段とを含む。
【００１５】
１×２波長選択スイッチの例では、合波手段は、各々が２個の出力ポートのうちの互いに異なる出力ポートに接続され、かつ各々の分光面が同一面内にある２つのアレイ導波路回折格子を用いて構成することができる。空間偏向手段は、集光手段から順に配置された信号光の偏光状態を変化させる液晶素子および信号光の偏光状態に対応して合波手段の同一の面内で光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる偏波分離手段により構成することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、１個の入力ポートから光信号を入力し分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して、光軸を変化させることによりＭ個（Ｍは３以上の整数）の所望の出力ポートに対応させ、各々の出力ポートに対応する各波長の光信号を合流させ各々の出力ポートから出力する、１個の入力ポートおよびＭ個の出力ポートを有する１×Ｍ波長選択スイッチとして実施することができる。
【００１７】
本発明の一実施例の１×M波長選択スイッチは、入力ポートから入力され分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、集光手段により集光され、空間偏向手段により光軸の方向または位置が変えられた光信号の各々を合波してＭ個の出力ポートのいずれかから出射する合波手段とを含む。合波手段は、各々がＭ個の出力ポートのうちの互いに異なる出力ポートに接続されたＭ個のアレイ導波路格子を用いて構成することができる。
【００１８】
１×Ｍ波長選択スイッチの例では、合波手段は、Ｍ個のアレイ導波路格子のうちの少なくとも２つの分光面が同一の面（第１の面）内にあり、かつＭ個のアレイ導波路格子のうちの少なくとも１つの分光面が第１の面と異なる面内にあるように構成される。空間偏向手段は、集光手段側から順に配置された、同一面に含まれない方向に光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる１組以上の第１の液晶素子と第１の偏波分離手段の組み合わせと、同一の面内で光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる１組の第２の液晶素子と第２の偏波分離手段の組み合わせと、により構成することができる。
【００１９】
本発明の一実施例では、偏波分離手段は、ウェッジ型の複屈折結晶または偏波分離結晶を用いて構成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、ＭＥＭＳミラーを用いずに、複数の出力ポートを有する波長選択スイッチを提供することが可能となる。ＭＥＭＳミラーを用いないため可動部が無くなり、高い信頼性を有する波長選択スイッチを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略構成を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】従来の波長選択スイッチに用いられるＭＥＭＳミラーの概略構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る波長選択スイッチに用いる液晶スイッチの基本動作原理を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施例に係る波長選択スイッチに用いるウェッジ型の複屈折結晶の働きを説明するための図である。
【図６】本発明の一実施例に係る波長選択スイッチに用いるウェッジ型の複屈折結晶の働きを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
上記のように、本発明の波長選択スイッチは、ＡＷＧと、液晶スイッチとを備え、入力用ＡＷＧにより波長分離された所望の波長チャネルの光信号を液晶スイッチがｘ方向にステアして出力側のＡＷＧを選択するスイッチとして機能する。本発明の波長選択スイッチは、透過型として実施することができる。また、出力側に、スタックされたＡＷＧを配置し、波長分離された所望の波長チャネルの光信号をＡＷＧのスタック方向（ｙ方向）にステアする液晶スイッチとともに用いることで、より多くの出力ポートを有する波長選択スイッチを構成することができる。以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本明細書において、同一または類似の要素は、同一または類似の符号によって参照される。
【００２３】
図３は、本発明の一実施形態に係るＷＳＳの構成図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。図３に示すＷＳＳは、透過型のＷＳＳであり、１つのＡＷＧを含む入力側ＡＷＧ基板１０と、各々２つのＡＷＧを含み、ｙ方向にスタックされた出力側ＡＷＧ基板１０’−１および１０’−２と、各波長チャネルの光信号をステアしてｙ方向にスイッチする第１の液晶スイッチと、各波長チャネルの光信号をステアしてｘ方向にスイッチする第２の液晶スイッチとを備える。
【００２４】
入力側ＡＷＧ基板１０は、石英系ガラスのコアとクラッドがシリコン基板上に形成されたものであり、光導波路１１とスラブ導波路１２とアレイ導波路１４からなるＡＷＧを構成している。出力側ＡＷＧ１０’−１および１０’−２は、同一の構造を有し、２枚がｙ軸方向にスタックされている。出力側ＡＷＧ基板１０’−１は、光導波路１１’Ａとスラブ導波路１２’Ａとアレイ導波路１４’ＡとからなるＡＷＧ Ａを構成し、更に光導波路１１’Ｂとスラブ導波路１２’Ｂとアレイ導波路１４’ＢとからなるＡＷＧ Ｂを構成している。同様に出力側ＡＷＧ基板１０’−２は、光導波路１１’Ｃとスラブ導波路１２’Ｃとアレイ導波路１４’ＣとからなるＡＷＧ Ｃを構成し、更に光導波路１１’Ｄとスラブ導波路１２’Ｄとアレイ導波路１４’ＤとからなるＡＷＧ Ｄを構成している。
【００２５】
入力側ＡＷＧ基板１０のＡＷＧと出力側ＡＷＧ基板１０’−１および１０’−２のＡＷＧ Ａ〜Ｄは、分光素子として等しい角度分散値を有するよう構成される。入力側ＡＷＧ基板１０のＡＷＧと出力側ＡＷＧ基板１０’−１および１０’−２のＡＷＧ Ａ〜Ｄの自由透過帯域（Free Spectral Range：ＦＳＲ）は、光導波路１１Ａから入力される波長多重光信号（ＷＤＭ光信号）の波長帯域幅以上に構成されている。
【００２６】
第１の液晶スイッチは、液晶素子５５０と、液晶素子５５０を透過した光が入射するウェッジ型の複屈折結晶９００とを備え、入力側ＡＷＧから出射した光を上下方向（出力側ＡＷＧ基板のスタック方向：ｙ方向）にステアする機能を担う。
【００２７】
第２の液晶スイッチは、第１の液晶スイッチと同様に、液晶素子５５０’と、液晶素子５５０’を透過した光が入射するウェッジ型の複屈折結晶９００’とを備え、第１の液晶スイッチを透過した光を左右方向（ｘ方向）にステアする機能を担う。
【００２８】
図４に第１の液晶スイッチの構造を示す。ただし、ウェッジ型の複屈折結晶９００の代わりに、偏波分離結晶８４０を用いた場合を示している。ガラス基板５０４の１つの面に、透明導電膜であるＩＴＯ電極５０６がパターン化して形成されており、ｘ方向に電極のピクセルが並んでいる。その各々のピクセルは、図２に示したＭＥＭＳミラー同様、ｙ方向に長い形状をしている。その各々のピクセルに、入力側ＡＷＧ基板１０のＡＷＧにより分波された各波長チャネルの光信号が入射する。
【００２９】
ＩＴＯ電極５０６に所望の電圧を加えることにより、各波長チャネルの光信号の偏光面を光軸に垂直な面上にて０〜９０度まで回転できる。つまり、ＩＴＯ電極５０６の印加電圧を制御することにより、液晶素子５５０は偏光面の回転角度を、０、９０度で制御できる。したがって液晶素子５５０と偏波分離結晶８４０とを用いると、図４に示すような光を分離する１×２スイッチを構成できる。図４は第１の液晶スイッチの構造であるが、第２の液晶スイッチの構造も同様である。ただし、第１の液晶スイッチでは、偏波分離結晶８４０にてｙ方向のシフトを起こしていたが、第２の液晶スイッチでは、ｘ方向のシフトを起こす点が異なる。偏波分離結晶の動作については非特許文献１に説明されている。最終的にその各々の光路の出力側に各々ＡＷＧを設置することによりＷＳＳを構成できる。図３に示すＷＳＳでは液晶スイッチにおける上下方向（ｙ方向）および左右方向（ｘ方向）の光軸の分離（シフト）は、偏波分離結晶８４０の代わりにウェッジ型の複屈折結晶９００を用いている。次にその動作を説明する。
【００３０】
図５は、図３の液晶スイッチの一部を構成するウェッジ型の複屈折結晶９００（９００’）の働きを説明するための図である。ここで複屈折結晶として、複屈折結晶ＹＶＯ4を用いる。ここでは、複屈折結晶ＹＶＯ4の水平方向の屈折率がｎ（//）＝１．９４４７、垂直方向の屈折率がｎ＝２．１４８６とする。ここで複屈折結晶ＹＶＯ4の入射面に光が垂直に入射したとする。図に示したように、出射面が入射面に対して傾いていると、スネルの法則により入力偏光の向きにより出射角度が変化する。したがって、複屈折結晶ＹＶＯ4の出射面のオフセット角度を調整することにより各偏光の屈折角を所望の値に変化させることができ、その垂直方向の光と水平方向の光との屈折角度差も一様に増加させることができる。したがって、複屈折結晶の前段に配置された液晶素子５５０（５５０’）において光の偏光方向を０か９０度に制御することにより、第１の液晶スイッチおよび第２の液晶スイッチを、出射角度を変化させる１×２の光スイッチとして機能させることができる。図６は、第２の液晶スイッチを示している。光の進行方向に対して、液晶素子５５０’、ウェッジ型の複屈折結晶９００’の順に配列され、液晶素子５５０’は、光が１回透過したときに当該光の偏光面の回転角度が０または９０度に制御されるように構成されている。
【００３１】
また、入力側ＡＷＧ基板１０のＡＷＧのアレイ導波路１４側には、シリンドリカルレンズ２０、偏波分離部３０が配置されている。偏波分離部３０と第１の液晶スイッチの間には、集光レンズ４１が配置されている。
【００３２】
集光レンズ４１の後段には、第１の液晶スイッチを構成する液晶素子５５０およびウェッジ型の複屈折結晶９００、第２の液晶スイッチを構成する液晶素子５５０’、ウェッジ型の複屈折結晶９００’、集光レンズ４１’が順に配置されている。集光レンズ４１’の後段には、偏波結合部３０’−１、シリンドリカルレンズ２０’−１、出力側ＡＷＧ基板１０’−１が配置されている。同様に、集光レンズ４１’の後段には、偏波結合部３０’−２、シリンドリカルレンズ２０’−２、出力側ＡＷＧ基板１０’−２も配置されている。
【００３３】
ここで光信号の伝搬の順に従って本実施例のＷＳＳの構造と機能を説明する。
入力側ＡＷＧ基板１０からの出力光は、波長により基板面（ｘｚ面）内で異なる角度に出射する。すなわち、波長分離される。波長分離された光軸を含む面を分光面と呼ぶ。
【００３４】
入力側ＡＷＧ基板１０の端面から出射した光ビームは、上下方向（ｙ方向）の広がりを防ぐため、シリンドリカルレンズ２０を透過する。
【００３５】
次いで、第１の液晶スイッチおよび第２の液晶スイッチを構成する液晶素子５５０および５５０’が偏光依存性を持つため、偏波分離部３０で、シリンドリカルレンズ２０を透過した任意の偏光状態にある光を、直線偏光で方向の揃った２本の光ビームに分離にする。この２本の光ビームがｙ軸方向に間隔を持った平行光となるようにする。偏波分離部３０は、例えば、偏波ディスプレーサとして働く偏波分離結晶と、偏波分離結晶により分離した一方の偏光ビームのみが透過する位置に配置された１／２波長板とからなる。この隣接した２つの光ビームの挙動は、ｙ軸方向に太い１本のビームと等価に扱えるため、以下の説明や図面では省略する。
【００３６】
偏波分離部３０から出力された各波長チャネルの光信号は、集光レンズ４１を透過する。
【００３７】
集光レンズ４１を透過した各波長チャネルの光信号は、液晶素子５５０の異なるピクセル（パターン化されたＩＴＯ電極）に入射し、偏光面の回転角度が制御され、ウェッジ型の複屈折結晶９００に入射する。すなわち、光信号は、液晶素子５５０において偏光面の回転角度が０または９０度に制御された後に複屈折結晶ウェッジ９００へ入射する。
【００３８】
ウェッジ型の複屈折結晶９００に入射した光は、偏光面の回転角度に応じた屈折角度で出射する。このようにして、光は出力側ＡＷＧ基板１０’のＡＷＧのスタック方向（ｙ方向）へステアされる。
【００３９】
液晶素子５５０において、偏光面が回転されない場合（液晶素子５５０の制御量が０度の場合）、光は出力側ＡＷＧ基板１０’−１のＡＷＧ ＡまたはＢの方向に進む。また、液晶素子５５０において、偏光面が９０度回転された場合、光は出力側ＡＷＧ基板１０’−２のＡＷＧ ＣまたはＤの方向に進む。
【００４０】
次に、ウェッジ型の複屈折結晶９００からの光は液晶素子５５０’の異なるピクセル（パターン化されたＩＴＯ電極）に入射し、液晶素子５５０と同様に偏光面の回転角度が制御され、ウェッジ型の複屈折結晶９００’に入射する。ウェッジ型の複屈折結晶９００’に入射した光は、偏光面の回転角度に応じた屈折角度で出射する。このようにして、光はｘ方向へステアされる。
【００４１】
液晶素子５５０’において、偏光面が回転されない場合（液晶素子５５０’の制御量が０度の場合）、光は、集光レンズ４１’を透過後、偏波結合部３０’に入力され、偏波分離部３０とは逆のプロセスを経る。すなわち、直線偏光で方向の揃った２本の光ビームを結合し、ある偏光状態の光とする。その後シリンドリカル２０’を透過した後、出力側ＡＷＧ基板１０’−１のＡＷＧ Ａまたは出力側ＡＷＧ基板１０’−２のＡＷＧ Ｃに結合して出力される。また、液晶素子５５０’において、偏光面が９０度回転された場合、光は、集光レンズ４１’を透過後、出力側ＡＷＧ基板１０’−１のＡＷＧ Ｂまたは出力側ＡＷＧ基板１０’−２のＡＷＧ Ｄに結合して出力される。
【００４２】
このようにして、１×４のＷＳＳを実現することができる。ここで、特定の波長の光信号を意図した出力ポートに出力するためには、第１の液晶スイッチの特定のピクセルで偏向方向を制御された光は、第２の液晶スイッチにおいて、同じ波長チャネルに対応させたピクセルに入射する必要がある。すなわち第１の液晶スイッチの各ピクセルのｘ座標と、第２の液晶スイッチの各ピクセルのｘ座標とは、一致している必要がある。もし、完全に一致していないとすると、第１の液晶スイッチで偏向した光信号の一部が、第２の液晶スイッチにおいて隣接ピクセルに入射し意図しない方向に偏向するため、光信号の波長分離精度が低下する。
【００４３】
図３の実施形態では、第１の液晶スイッチの偏向動作状態によって、第２の液晶スイッチの液晶素子５５０’への光信号の入射位置がｙ軸方向に変化する。ここで、第２の液晶スイッチの液晶素子５５０’の各ピクセルは、ｙ軸方向に十分長いとすれば、光信号の入射位置がｙ方向に変化したとしても問題とならない。一方、順序を入れ替えてｘ軸に偏向する第１の液晶スイッチの後段にｙ軸に偏向する第２の液晶スイッチを配置した場合は、第１の液晶スイッチの偏向動作状態によって、第２の液晶スイッチの液晶素子に対する光信号の入射位置がｘ軸方向（波長軸方向）に変化する。そのため、第１の液晶スイッチの各ピクセルのｘ座標と、第２の液晶スイッチの各ピクセルのｘ座標とを、第１の液晶スイッチの偏向動作状態の如何に関わらず一致させることは不可能となる。
【００４４】
本発明では、ＷＳＳを２つの液晶スイッチで構成する場合は、ｙ軸に偏向する液晶スイッチの後段にｘ軸に偏向する液晶スイッチを配置することで、さらには、ｙ軸に偏向する液晶スイッチを複数重ねても、最後にｘ軸に偏向する液晶スイッチを配置すれば、ピクセルが、それらの複数の液晶スイッチの各ピクセルのｘ座標を一致させることができることを見出した。
【００４５】
また、本発明では、最終段の液晶スイッチとしてｘ軸方向に偏向する液晶スイッチを用いることが可能であるため、１枚の出力側ＡＷＧ基板１０’に２つのＡＷＧを含むことができる。これにより、出力側ＡＷＧ１０’の枚数が削減でき、出力側ＡＷＧ基板のスタック実装工程を簡略化することができるため、低コストで多ポートのＷＳＳを提供できるようになる。
【００４６】
なお本実施例では説明の都合上１×４の波長選択スイッチの例を示したが、光の進行方向を逆にして、入出力の方向も逆にすれば４入力１出力（４×１）の波長選択スイッチとして動作させることも可能である。
【００４７】
また、本願発明は、第１の液晶スイッチおよび出力側ＡＷＧ基板１０’−２を省略し、１×２または２×１のＷＳＳとして実施することもできる。
【００４８】
あるいは、第１の液晶スイッチをＮ段（Ｎは２以上の整数）にカスケードし、出力側ＡＷＧ基板１０’のスタック数を２N段とすることにより、１×（２・２N）または（２・２N）×１波長選択スイッチを提供することも可能である。および／または、スタックされた出力側ＡＷＧ基板１０’の一部について、ＡＷＧを１つにすることで、例えば、１×３または３×１のように１×Ｍ（Ｍは３以上の整数）ＷＳＳとして実施することもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 入力側ＡＷＧ基板
１０’ 出力側ＡＷＧ基板
２０ ，２０’ シリンドリカルレンズ
３０ 偏波分離部
３０’ 偏波結合部
４１，４１’ 集光レンズ
５５０，５５０’ 液晶素子
９００，９００’ 偏波分離結晶、ウェッジ型の複屈折結晶
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信システムに応用可能な、波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の大容量化が進展し、伝送容量が波長分割多重（ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing））方式により増大する一方で、経路切換機能を有するノードのスループットの増大が強く求められている。従来、経路切換は、伝送されてきた光信号を電気信号に変換した後に電気スイッチにより行う方法が主流であったが、高速で広帯域であるという光信号の特徴を生かして、光スイッチ等を用いて光信号のままアド・ドロップ等を行う、ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）システムが現在導入されはじめている。ＲＯＡＤＭシステムにおいては、リング型ネットワークを構成する各ノードが光信号のアド・ドロップを行うとともに、アド・ドロップの必要がない光信号については、そのまま通過させる。そのため、ノード装置が小型で低消費電力化するという利点がある。それらＲＯＡＤＭシステムの将来的な展開に必要なデバイスとして、波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch:ＷＳＳ）モジュールが求められている。
【０００３】
従来、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーアレイを用いたＷＳＳが知られている（例えば、特許文献１参照）。図１は、そのようなＭＥＭＳミラーアレイを用いたＷＳＳの構成を示す図である。図１（ａ）はＷＳＳの平面図であり、図１（ｂ）は側面図である。図１に示すＷＳＳは、入力側の光ファイバに波長分割多重（ＷＤＭ）化された光信号が入力光として入力し、波長分波器（例えば、シリコン基板上に石英ガラスを材料として形成したスラブ導波路１２およびアレイ導波路１４を備えた、平面光波回路（Planar lightwave circuit：ＰＬＣ）技術を用いて作製されたアレイ導波路回折格子（Arrayed waveguide grating:ＡＷＧ））により互いに波長の異なる光信号ごとに分波され、分波されたそれぞれの光信号が、レンズ（シリンドリカルレンズ２０、主レンズ４０）により、ＭＥＭＳミラーアレイを構成するＭＥＭＳミラー６０に集光するように構成されている。以降、分波されたそれぞれの光信号のことを各波長チャネルの光信号と表記することがある。ここでＭＥＭＳミラーアレイは、各々のＭＥＭＳミラー６０に各波長チャネルの光信号が入力するように配置されている。したがって、この各ＭＥＭＳミラーの角度を調整することにより、各波長チャネルの光信号は任意の方向にステアすることができる。例えば図１に示すＷＳＳにおいて光軸（ｚ方向）に対して左右の方向（ｘ方向）にミラーを振ることにより、各波長チャネルの光信号を同一基板上の他のＡＷＧに入力することが可能である。なお、本明細書において、光波の進行する方向すなわち光軸に垂直かつ基板面に平行な方向をｘ、光波の進行する方向に垂直かつ基板面に垂直な方向をｙとし、光波の進行方向すなわち光軸をｚとする。
【０００４】
図１（ｂ）に示すように、本ＷＳＳは、入力側ＡＷＧ基板１０と複数の出力側ＡＷＧ基板１０’とを（ｙ方向に）スタックした構成となっている。入力側ＡＷＧ基板１０は、１つの入力用ＡＷＧと４つの出力用ＡＷＧを含む。各々の出力側ＡＷＧ基板１０’は、５つの出力用ＡＷＧを含む。したがって、各ＭＥＭＳミラーの角度をｙ方向にさらに調整することにより、スタックされた出力側ＡＷＧ基板１０’に光信号を入力させることができる。
【０００５】
図１に示すＷＳＳにおいて、各波長チャネルの光信号は、各出力用ＡＷＧにより合波され再び各出力ポートからＷＤＭ信号として出力される。図１の例では、１つの入力用ＡＷＧに対して、２４個の出力用ＡＷＧが存在するため１入力２４出力（１×２４）のＷＳＳとして機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７０８８８８２号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ヘクト著、ヘクト光学II，２００４年９月，ｐ８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１の波長選択スイッチは、以下のような課題が存在する。図１の波長選択スイッチでは、ＷＤＭ光信号をＡＷＧで波長が異なる光信号に分割し、ＭＥＭＳミラーアレイに当てて処理しているため、ＭＥＭＳミラー同士の隙間をできるだけ狭くする必要がある。すなわちＭＥＭＳミラーは、図２に示すように波長チャネルの数と同じ数のミラーが隙間なく並べられており、典型的にはその上下のみにヒンジ（ミラーを支えるバネ）が設けられた構造になっている。この理由は、ＡＷＧにより波長毎に分けられた光信号がＭＥＭＳミラー面のＡ−Ａ’に入射するため、ミラー間の隙間に入射される波長領域は実質的に使用することができないためである。すなわち上下右左に傾けるため、上下右左にヒンジが設けられた方が有利であるにもかかわらず、ミラー間にヒンジを入れることはできず上下にのみヒンジがある。
【０００９】
それにもかかわらず従来例では、上下右左にＭＥＭＳミラーを傾け、光信号を２次元方向に反射させる必要がある。これは出力用ＡＷＧの端面が２次元的に配置していることに起因する。このように原理的には１軸方向の回転に適したヒンジ構造にも関わらず２軸方向に回転させる必要があり、ヒンジに無理な応力がかかるため信頼性等に問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＭＥＭＳミラーを用いない波長選択スイッチを提供することにある。
【００１１】
本発明に係る波長選択スイッチは、入力ポートへ入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光手段と、波長毎に分光された光信号の各々に対し光軸の方向または位置を変化させる空間偏向手段と、光軸の方向または位置が変化した光信号の各々を合波して出力ポートのいずれかから出射する合波手段とを備える。合波手段の少なくとも２つの分光面は同一の面内にあり、空間偏向手段は、波長毎に分光された光信号の各々の光軸の方向または位置を当該同一の面内で変化させることができるように構成されている。
【００１２】
本発明の一実施形態では、分光手段および合波手段はアレイ導波路回折格子を用いて構成することができる。
【００１３】
本発明によれば、１個の入力ポートから光信号を入力し分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して、光軸の方向または位置を変化させることにより２個の所望の出力ポートに対応させ、各々の出力ポートに対応する各波長の光信号合流させ各々の出力ポートから出力する、１個の入力ポートおよび２個の出力ポートを有する１×２波長選択スイッチとして実施することができる。
【００１４】
本発明の一実施例の１×２波長選択スイッチは、入力ポートから入力され分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、集光手段により集光され、空間偏向手段により光軸の方向または位置が変えられた光信号の各々を合波して２個の出力ポートのいずれかから出射する合波手段とを含む。
【００１５】
１×２波長選択スイッチの例では、合波手段は、各々が２個の出力ポートのうちの互いに異なる出力ポートに接続され、かつ各々の分光面が同一面内にある２つのアレイ導波路回折格子を用いて構成することができる。空間偏向手段は、集光手段から順に配置された信号光の偏光状態を変化させる液晶素子および信号光の偏光状態に対応して合波手段の同一の面内で光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる偏波分離手段により構成することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、１個の入力ポートから光信号を入力し分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して、光軸を変化させることによりＭ個（Ｍは３以上の整数）の所望の出力ポートに対応させ、各々の出力ポートに対応する各波長の光信号を合流させ各々の出力ポートから出力する、１個の入力ポートおよびＭ個の出力ポートを有する１×Ｍ波長選択スイッチとして実施することができる。
【００１７】
本発明の一実施例の１×M波長選択スイッチは、入力ポートから入力され分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、集光手段により集光され、空間偏向手段により光軸の方向または位置が変えられた光信号の各々を合波してＭ個の出力ポートのいずれかから出射する合波手段とを含む。合波手段は、各々がＭ個の出力ポートのうちの互いに異なる出力ポートに接続されたＭ個のアレイ導波路格子を用いて構成することができる。
【００１８】
１×Ｍ波長選択スイッチの例では、合波手段は、Ｍ個のアレイ導波路格子のうちの少なくとも２つの分光面が同一の面（第１の面）内にあり、かつＭ個のアレイ導波路格子のうちの少なくとも１つの分光面が第１の面と異なる面内にあるように構成される。空間偏向手段は、集光手段側から順に配置された、同一面に含まれない方向に光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる１組以上の第１の液晶素子と第１の偏波分離手段の組み合わせと、同一の面内で光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる１組の第２の液晶素子と第２の偏波分離手段の組み合わせと、により構成することができる。
【００１９】
本発明の一実施例では、偏波分離手段は、ウェッジ型の複屈折結晶または偏波分離結晶を用いて構成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、ＭＥＭＳミラーを用いずに、複数の出力ポートを有する波長選択スイッチを提供することが可能となる。ＭＥＭＳミラーを用いないため可動部が無くなり、高い信頼性を有する波長選択スイッチを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略構成を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】従来の波長選択スイッチに用いられるＭＥＭＳミラーの概略構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る波長選択スイッチに用いる液晶スイッチの基本動作原理を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施例に係る波長選択スイッチに用いるウェッジ型の複屈折結晶の働きを説明するための図である。
【図６】本発明の一実施例に係る波長選択スイッチに用いるウェッジ型の複屈折結晶の働きを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
上記のように、本発明の波長選択スイッチは、ＡＷＧと、液晶スイッチとを備え、入力用ＡＷＧにより波長分離された所望の波長チャネルの光信号を液晶スイッチがｘ方向にステアして出力側のＡＷＧを選択するスイッチとして機能する。本発明の波長選択スイッチは、透過型として実施することができる。また、出力側に、スタックされたＡＷＧを配置し、波長分離された所望の波長チャネルの光信号をＡＷＧのスタック方向（ｙ方向）にステアする液晶スイッチとともに用いることで、より多くの出力ポートを有する波長選択スイッチを構成することができる。以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本明細書において、同一または類似の要素は、同一または類似の符号によって参照される。
【００２３】
図３は、本発明の一実施形態に係るＷＳＳの構成図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。図３に示すＷＳＳは、透過型のＷＳＳであり、１つのＡＷＧを含む入力側ＡＷＧ基板１０と、各々２つのＡＷＧを含み、ｙ方向にスタックされた出力側ＡＷＧ基板１０’−１および１０’−２と、各波長チャネルの光信号をステアしてｙ方向にスイッチする第１の液晶スイッチと、各波長チャネルの光信号をステアしてｘ方向にスイッチする第２の液晶スイッチとを備える。
【００２４】
入力側ＡＷＧ基板１０は、石英系ガラスのコアとクラッドがシリコン基板上に形成されたものであり、光導波路１１とスラブ導波路１２とアレイ導波路１４からなるＡＷＧを構成している。出力側ＡＷＧ１０’−１および１０’−２は、同一の構造を有し、２枚がｙ軸方向にスタックされている。出力側ＡＷＧ基板１０’−１は、光導波路１１’Ａとスラブ導波路１２’Ａとアレイ導波路１４’ＡとからなるＡＷＧ Ａを構成し、更に光導波路１１’Ｂとスラブ導波路１２’Ｂとアレイ導波路１４’ＢとからなるＡＷＧ Ｂを構成している。同様に出力側ＡＷＧ基板１０’−２は、光導波路１１’Ｃとスラブ導波路１２’Ｃとアレイ導波路１４’ＣとからなるＡＷＧ Ｃを構成し、更に光導波路１１’Ｄとスラブ導波路１２’Ｄとアレイ導波路１４’ＤとからなるＡＷＧ Ｄを構成している。
【００２５】
入力側ＡＷＧ基板１０のＡＷＧと出力側ＡＷＧ基板１０’−１および１０’−２のＡＷＧ Ａ〜Ｄは、分光素子として等しい角度分散値を有するよう構成される。入力側ＡＷＧ基板１０のＡＷＧと出力側ＡＷＧ基板１０’−１および１０’−２のＡＷＧ Ａ〜Ｄの自由透過帯域（Free Spectral Range：ＦＳＲ）は、光導波路１１Ａから入力される波長多重光信号（ＷＤＭ光信号）の波長帯域幅以上に構成されている。
【００２６】
第１の液晶スイッチは、液晶素子５５０と、液晶素子５５０を透過した光が入射するウェッジ型の複屈折結晶９００とを備え、入力側ＡＷＧから出射した光を上下方向（出力側ＡＷＧ基板のスタック方向：ｙ方向）にステアする機能を担う。
【００２７】
第２の液晶スイッチは、第１の液晶スイッチと同様に、液晶素子５５０’と、液晶素子５５０’を透過した光が入射するウェッジ型の複屈折結晶９００’とを備え、第１の液晶スイッチを透過した光を左右方向（ｘ方向）にステアする機能を担う。
【００２８】
図４に第１の液晶スイッチの構造を示す。ただし、ウェッジ型の複屈折結晶９００の代わりに、偏波分離結晶８４０を用いた場合を示している。ガラス基板５０４の１つの面に、透明導電膜であるＩＴＯ電極５０６がパターン化して形成されており、ｘ方向に電極のピクセルが並んでいる。その各々のピクセルは、図２に示したＭＥＭＳミラー同様、ｙ方向に長い形状をしている。その各々のピクセルに、入力側ＡＷＧ基板１０のＡＷＧにより分波された各波長チャネルの光信号が入射する。
【００２９】
ＩＴＯ電極５０６に所望の電圧を加えることにより、各波長チャネルの光信号の偏光面を光軸に垂直な面上にて０〜９０度まで回転できる。つまり、ＩＴＯ電極５０６の印加電圧を制御することにより、液晶素子５５０は偏光面の回転角度を、０、９０度で制御できる。したがって液晶素子５５０と偏波分離結晶８４０とを用いると、図４に示すような光を分離する１×２スイッチを構成できる。図４は第１の液晶スイッチの構造であるが、第２の液晶スイッチの構造も同様である。ただし、第１の液晶スイッチでは、偏波分離結晶８４０にてｙ方向のシフトを起こしていたが、第２の液晶スイッチでは、ｘ方向のシフトを起こす点が異なる。偏波分離結晶の動作については非特許文献１に説明されている。最終的にその各々の光路の出力側に各々ＡＷＧを設置することによりＷＳＳを構成できる。図３に示すＷＳＳでは液晶スイッチにおける上下方向（ｙ方向）および左右方向（ｘ方向）の光軸の分離（シフト）は、偏波分離結晶８４０の代わりにウェッジ型の複屈折結晶９００を用いている。次にその動作を説明する。
【００３０】
図５は、図３の液晶スイッチの一部を構成するウェッジ型の複屈折結晶９００（９００’）の働きを説明するための図である。ここで複屈折結晶として、複屈折結晶ＹＶＯ4を用いる。ここでは、複屈折結晶ＹＶＯ4の水平方向の屈折率がｎ（//）＝１．９４４７、垂直方向の屈折率がｎ＝２．１４８６とする。ここで複屈折結晶ＹＶＯ4の入射面に光が垂直に入射したとする。図に示したように、出射面が入射面に対して傾いていると、スネルの法則により入力偏光の向きにより出射角度が変化する。したがって、複屈折結晶ＹＶＯ4の出射面のオフセット角度を調整することにより各偏光の屈折角を所望の値に変化させることができ、その垂直方向の光と水平方向の光との屈折角度差も一様に増加させることができる。したがって、複屈折結晶の前段に配置された液晶素子５５０（５５０’）において光の偏光方向を０か９０度に制御することにより、第１の液晶スイッチおよび第２の液晶スイッチを、出射角度を変化させる１×２の光スイッチとして機能させることができる。図６は、第２の液晶スイッチを示している。光の進行方向に対して、液晶素子５５０’、ウェッジ型の複屈折結晶９００’の順に配列され、液晶素子５５０’は、光が１回透過したときに当該光の偏光面の回転角度が０または９０度に制御されるように構成されている。
【００３１】
また、入力側ＡＷＧ基板１０のＡＷＧのアレイ導波路１４側には、シリンドリカルレンズ２０、偏波分離部３０が配置されている。偏波分離部３０と第１の液晶スイッチの間には、集光レンズ４１が配置されている。
【００３２】
集光レンズ４１の後段には、第１の液晶スイッチを構成する液晶素子５５０およびウェッジ型の複屈折結晶９００、第２の液晶スイッチを構成する液晶素子５５０’、ウェッジ型の複屈折結晶９００’、集光レンズ４１’が順に配置されている。集光レンズ４１’の後段には、偏波結合部３０’−１、シリンドリカルレンズ２０’−１、出力側ＡＷＧ基板１０’−１が配置されている。同様に、集光レンズ４１’の後段には、偏波結合部３０’−２、シリンドリカルレンズ２０’−２、出力側ＡＷＧ基板１０’−２も配置されている。
【００３３】
ここで光信号の伝搬の順に従って本実施例のＷＳＳの構造と機能を説明する。
入力側ＡＷＧ基板１０からの出力光は、波長により基板面（ｘｚ面）内で異なる角度に出射する。すなわち、波長分離される。波長分離された光軸を含む面を分光面と呼ぶ。
【００３４】
入力側ＡＷＧ基板１０の端面から出射した光ビームは、上下方向（ｙ方向）の広がりを防ぐため、シリンドリカルレンズ２０を透過する。
【００３５】
次いで、第１の液晶スイッチおよび第２の液晶スイッチを構成する液晶素子５５０および５５０’が偏光依存性を持つため、偏波分離部３０で、シリンドリカルレンズ２０を透過した任意の偏光状態にある光を、直線偏光で方向の揃った２本の光ビームに分離にする。この２本の光ビームがｙ軸方向に間隔を持った平行光となるようにする。偏波分離部３０は、例えば、偏波ディスプレーサとして働く偏波分離結晶と、偏波分離結晶により分離した一方の偏光ビームのみが透過する位置に配置された１／２波長板とからなる。この隣接した２つの光ビームの挙動は、ｙ軸方向に太い１本のビームと等価に扱えるため、以下の説明や図面では省略する。
【００３６】
偏波分離部３０から出力された各波長チャネルの光信号は、集光レンズ４１を透過する。
【００３７】
集光レンズ４１を透過した各波長チャネルの光信号は、液晶素子５５０の異なるピクセル（パターン化されたＩＴＯ電極）に入射し、偏光面の回転角度が制御され、ウェッジ型の複屈折結晶９００に入射する。すなわち、光信号は、液晶素子５５０において偏光面の回転角度が０または９０度に制御された後に複屈折結晶ウェッジ９００へ入射する。
【００３８】
ウェッジ型の複屈折結晶９００に入射した光は、偏光面の回転角度に応じた屈折角度で出射する。このようにして、光は出力側ＡＷＧ基板１０’のＡＷＧのスタック方向（ｙ方向）へステアされる。
【００３９】
液晶素子５５０において、偏光面が回転されない場合（液晶素子５５０の制御量が０度の場合）、光は出力側ＡＷＧ基板１０’−１のＡＷＧ ＡまたはＢの方向に進む。また、液晶素子５５０において、偏光面が９０度回転された場合、光は出力側ＡＷＧ基板１０’−２のＡＷＧ ＣまたはＤの方向に進む。
【００４０】
次に、ウェッジ型の複屈折結晶９００からの光は液晶素子５５０’の異なるピクセル（パターン化されたＩＴＯ電極）に入射し、液晶素子５５０と同様に偏光面の回転角度が制御され、ウェッジ型の複屈折結晶９００’に入射する。ウェッジ型の複屈折結晶９００’に入射した光は、偏光面の回転角度に応じた屈折角度で出射する。このようにして、光はｘ方向へステアされる。
【００４１】
液晶素子５５０’において、偏光面が回転されない場合（液晶素子５５０’の制御量が０度の場合）、光は、集光レンズ４１’を透過後、偏波結合部３０’に入力され、偏波分離部３０とは逆のプロセスを経る。すなわち、直線偏光で方向の揃った２本の光ビームを結合し、ある偏光状態の光とする。その後シリンドリカル２０’を透過した後、出力側ＡＷＧ基板１０’−１のＡＷＧ Ａまたは出力側ＡＷＧ基板１０’−２のＡＷＧ Ｃに結合して出力される。また、液晶素子５５０’において、偏光面が９０度回転された場合、光は、集光レンズ４１’を透過後、出力側ＡＷＧ基板１０’−１のＡＷＧ Ｂまたは出力側ＡＷＧ基板１０’−２のＡＷＧ Ｄに結合して出力される。
【００４２】
このようにして、１×４のＷＳＳを実現することができる。ここで、特定の波長の光信号を意図した出力ポートに出力するためには、第１の液晶スイッチの特定のピクセルで偏向方向を制御された光は、第２の液晶スイッチにおいて、同じ波長チャネルに対応させたピクセルに入射する必要がある。すなわち第１の液晶スイッチの各ピクセルのｘ座標と、第２の液晶スイッチの各ピクセルのｘ座標とは、一致している必要がある。もし、完全に一致していないとすると、第１の液晶スイッチで偏向した光信号の一部が、第２の液晶スイッチにおいて隣接ピクセルに入射し意図しない方向に偏向するため、光信号の波長分離精度が低下する。
【００４３】
図３の実施形態では、第１の液晶スイッチの偏向動作状態によって、第２の液晶スイッチの液晶素子５５０’への光信号の入射位置がｙ軸方向に変化する。ここで、第２の液晶スイッチの液晶素子５５０’の各ピクセルは、ｙ軸方向に十分長いとすれば、光信号の入射位置がｙ方向に変化したとしても問題とならない。一方、順序を入れ替えてｘ軸に偏向する第１の液晶スイッチの後段にｙ軸に偏向する第２の液晶スイッチを配置した場合は、第１の液晶スイッチの偏向動作状態によって、第２の液晶スイッチの液晶素子に対する光信号の入射位置がｘ軸方向（波長軸方向）に変化する。そのため、第１の液晶スイッチの各ピクセルのｘ座標と、第２の液晶スイッチの各ピクセルのｘ座標とを、第１の液晶スイッチの偏向動作状態の如何に関わらず一致させることは不可能となる。
【００４４】
本発明では、ＷＳＳを２つの液晶スイッチで構成する場合は、ｙ軸に偏向する液晶スイッチの後段にｘ軸に偏向する液晶スイッチを配置することで、さらには、ｙ軸に偏向する液晶スイッチを複数重ねても、最後にｘ軸に偏向する液晶スイッチを配置すれば、ピクセルが、それらの複数の液晶スイッチの各ピクセルのｘ座標を一致させることができることを見出した。
【００４５】
また、本発明では、最終段の液晶スイッチとしてｘ軸方向に偏向する液晶スイッチを用いることが可能であるため、１枚の出力側ＡＷＧ基板１０’に２つのＡＷＧを含むことができる。これにより、出力側ＡＷＧ１０’の枚数が削減でき、出力側ＡＷＧ基板のスタック実装工程を簡略化することができるため、低コストで多ポートのＷＳＳを提供できるようになる。
【００４６】
なお本実施例では説明の都合上１×４の波長選択スイッチの例を示したが、光の進行方向を逆にして、入出力の方向も逆にすれば４入力１出力（４×１）の波長選択スイッチとして動作させることも可能である。
【００４７】
また、本願発明は、第１の液晶スイッチおよび出力側ＡＷＧ基板１０’−２を省略し、１×２または２×１のＷＳＳとして実施することもできる。
【００４８】
あるいは、第１の液晶スイッチをＮ段（Ｎは２以上の整数）にカスケードし、出力側ＡＷＧ基板１０’のスタック数を２N段とすることにより、１×（２・２N）または（２・２N）×１波長選択スイッチを提供することも可能である。および／または、スタックされた出力側ＡＷＧ基板１０’の一部について、ＡＷＧを１つにすることで、例えば、１×３または３×１のように１×Ｍ（Ｍは３以上の整数）ＷＳＳとして実施することもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 入力側ＡＷＧ基板
１０’ 出力側ＡＷＧ基板
２０ ，２０’ シリンドリカルレンズ
３０ 偏波分離部
３０’ 偏波結合部
４１，４１’ 集光レンズ
５５０，５５０’ 液晶素子
９００，９００’ 偏波分離結晶、ウェッジ型の複屈折結晶
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個の入力ポートから光信号を入力し分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して、光軸を変化させることにより２個の所望の出力ポートに対応させ、各々の出力ポートに対応する各波長の光信号を合流させ各々の出力ポートから出力する、１個の入力ポートおよび２個の出力ポートを有する波長選択スイッチであって、
前記入力ポートへ入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光手段と、
前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光信号の各々に対し光軸の方向または位置を変化させる空間偏向手段と、
前記空間偏向手段により光軸の方向または位置が変化した光信号の各々を合波して前記２個の出力ポートのいずれかから出射する合波手段と
を含み、
前記合波手段の２つの分光面は、同一の面内にあり、
前記空間偏向手段は、前記集光手段から順に配置された信号光の偏光状態を変化させる液晶素子および前記信号光の偏光状態に対応して前記同一の面内で前記光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる偏波分離手段により構成されたことを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
１個の入力ポートから光信号を入力し分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して、光軸を変化させることによりＭ個（Ｍは３以上の整数）の所望の出力ポートに対応させ、各々の出力ポートに対応する各波長の光信号を合流させ各々の出力ポートから出力する、１個の入力ポートおよびＭ個の出力ポートを有する波長選択スイッチであって、
前記入力ポートへ入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光手段と、
前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光信号の各々に対し光軸の方向または位置を変化させる空間偏向手段と、
前記空間偏向手段により光軸の方向または位置が変化した光信号の各々を合波して前記Ｍ個の出力ポートのいずれかから出射する合波手段と
を含み、
前記合波手段のＭ個の分光面のうちの少なくとも２つ分光面は同一の面内にあり、かつ、前記合波手段のＭ個の分光面のうちの少なくとも１つの分光面は、前記少なくとも２つ分光面と異なる面内にあり、
前記空間偏向手段は、前記集光手段側から順に配置された、
前記同一面に含まれない方向に前記光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる１組以上の第１の液晶素子と第１の偏波分離手段の組み合わせと、
前記同一の面内で前記光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる１組の第２の液晶素子と第２の偏波分離手段との組み合わせと、により構成されたことを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記分光手段および前記合波手段はアレイ導波路回折格子を用いて構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記液晶素子は、透過した光信号の偏光面を０度または９０度回転する機能をもつように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記偏波分離手段は、ウェッジ型の複屈折結晶を用いて構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【請求項６】
前記偏波分離手段は、偏波分離結晶を用いて構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の波長選択スイッチにおいて、前記光信号の進行の向きを逆向きにし、複数の前記出力ポートから光を入力し、前記光入力ポートから光を出力することを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項１】
１個の入力ポートから光信号を入力し分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して、光軸を変化させることにより２個の所望の出力ポートに対応させ、各々の出力ポートに対応する各波長の光信号を合流させ各々の出力ポートから出力する、１個の入力ポートおよび２個の出力ポートを有する波長選択スイッチであって、
前記入力ポートへ入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光手段と、
前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光信号の各々に対し光軸の方向または位置を変化させる空間偏向手段と、
前記空間偏向手段により光軸の方向または位置が変化した光信号の各々を合波して前記２個の出力ポートのいずれかから出射する合波手段と
を含み、
前記合波手段の２つの分光面は、同一の面内にあり、
前記空間偏向手段は、前記集光手段から順に配置された信号光の偏光状態を変化させる液晶素子および前記信号光の偏光状態に対応して前記同一の面内で前記光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる偏波分離手段により構成されたことを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
１個の入力ポートから光信号を入力し分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して、光軸を変化させることによりＭ個（Ｍは３以上の整数）の所望の出力ポートに対応させ、各々の出力ポートに対応する各波長の光信号を合流させ各々の出力ポートから出力する、１個の入力ポートおよびＭ個の出力ポートを有する波長選択スイッチであって、
前記入力ポートへ入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光手段と、
前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光信号の各々に対し光軸の方向または位置を変化させる空間偏向手段と、
前記空間偏向手段により光軸の方向または位置が変化した光信号の各々を合波して前記Ｍ個の出力ポートのいずれかから出射する合波手段と
を含み、
前記合波手段のＭ個の分光面のうちの少なくとも２つ分光面は同一の面内にあり、かつ、前記合波手段のＭ個の分光面のうちの少なくとも１つの分光面は、前記少なくとも２つ分光面と異なる面内にあり、
前記空間偏向手段は、前記集光手段側から順に配置された、
前記同一面に含まれない方向に前記光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる１組以上の第１の液晶素子と第１の偏波分離手段の組み合わせと、
前記同一の面内で前記光信号の各々の光軸の方向または位置を変化させる１組の第２の液晶素子と第２の偏波分離手段との組み合わせと、により構成されたことを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記分光手段および前記合波手段はアレイ導波路回折格子を用いて構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記液晶素子は、透過した光信号の偏光面を０度または９０度回転する機能をもつように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記偏波分離手段は、ウェッジ型の複屈折結晶を用いて構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【請求項６】
前記偏波分離手段は、偏波分離結晶を用いて構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の波長選択スイッチにおいて、前記光信号の進行の向きを逆向きにし、複数の前記出力ポートから光を入力し、前記光入力ポートから光を出力することを特徴とする波長選択スイッチ。
【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２０１０−２７１６４５（Ｐ２０１０−２７１６４５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２５４８５（Ｐ２００９−１２５４８５）
【出願日】平成２１年５月２５日（２００９．５．２５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２５日（２００９．５．２５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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