波長選択スイッチ
【課題】出力光ビーム位置を空間的にシフトさせるための偏波ビームディスプレーサを不要とする、偏光依存性を有するアレイ導波路回折格子合波器を用いた波長選択スイッチを提供する。
【解決手段】空間光学系(51, 61, 62, 52)により結合された、入力ポートを有する波長分波器(1)と、波長分波器により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御する偏光制御素子アレイ(2)と、２つの出力ポートを有するアレイ導波路回折格子合波器(241)とを備えた波長選択スイッチにおいて、アレイ導波路回折格子合波器(241)が、偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して２つ出力ポートのいずれかから出力し、かつ出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有しており、当該偏光依存性による透過中心波長シフトが２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されている。
【解決手段】空間光学系(51, 61, 62, 52)により結合された、入力ポートを有する波長分波器(1)と、波長分波器により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御する偏光制御素子アレイ(2)と、２つの出力ポートを有するアレイ導波路回折格子合波器(241)とを備えた波長選択スイッチにおいて、アレイ導波路回折格子合波器(241)が、偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して２つ出力ポートのいずれかから出力し、かつ出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有しており、当該偏光依存性による透過中心波長シフトが２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ導波路回折格子合波器および光ファイバ通信におけるルーティングデバイスなどとして使用される波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを伝送媒体とする光通信技術は、信号の伝送距離の拡大をもたらし、大規模な光通信網が構築されてきた。近年では、インターネット通信が広範に普及するのに伴って、通信トラフィックが急速に増大しており、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化の要求が高まっている。これまでに、波長の異なる複数の光信号を１本の伝送路で同時に伝送する波長分割多重通信技術の導入によって、二地点間の伝送容量を増大することが可能となった。しかし、通信網においては、複数の伝送路が集まるノードにおいて、信号の経路を設定（ルーティング）したり、切替（スイッチング）したりする必要があり、伝送容量の増大に伴って、これらの信号処理がボトルネックになってきている。これまでは、伝送されてきた光信号を一旦電気信号に変換した後に経路設定や経路切替を行ない、再び電気信号を光信号に変換して伝送路に送出する方式が用いられてきたが、今後は光信号を電気信号に変換することなく、信号経路の設定や切替処理を行なう方式を用いることによって、ノードのスループットを飛躍的に拡大することができるものと期待されている。
【０００３】
このような方式の一つとして、複数のノードをリング状またはバス状に接続した再構成可能光アドドロップ多重（ＲＯＡＤＭ： Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing）システムが知られている。ＲＯＡＤＭシステムの各ノードには、波長毎に接続を切り替える光スイッチが装備されており、波長多重光信号のうち任意の波長の光信号について、一方の光ファイバ伝送路から入力された光信号を、他方の光ファイバ伝送路へ出力するスルーモードと、光ファイバ伝送路側から入力された光信号をノードに接続された端局装置に出力する（ドロップ動作）とともに、端局装置から入力された光信号を光ファイバ伝送路に出力する（アド動作）アド／ドロップモードとの切り替えが可能である。
【０００４】
このようなＲＯＡＤＭシステムの光信号切替部には、これまで主として、波長合分波器と多連の光スイッチの組合せが用いられてきた。しかし、最近では、アド／ドロップポートも含め全ての入出力ポートを波長多重化した波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）が、広い通過帯域特性や、多ポート化への拡張性などの特徴から、注目されてきている。
【０００５】
波長選択スイッチは、少ポートの１入力×２出力（あるいは２入力×１出力）から、多ポートとして１入力×９出力（あるいは９入力×１出力）までの規模のものが実現されている。１入力×９出力のような多ポートの波長選択スイッチは、複数のリング間を接続するノードにおいて必要なデバイスであるが、実際のＲＯＡＤＭシステムにおいて、大多数のノードは端局へのアド／ドロップを行なうノードであり、そのようなノードで必要とされるのは、１入力×２出力（あるいは２入力×１出力）の波長選択スイッチである。
【０００６】
従来、波長選択スイッチの構成として、種々の形式が知られているが、その一つとして、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）、液晶素子、および偏波ビームディスプレーサを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図１は、特許文献１に記載の波長選択スイッチの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
図１に示す従来の波長選択スイッチは、アレイ導波路回折格子分波器１と、液晶素子アレイ２と、偏波ビームディスプレーサ（偏波分離結晶）３と、上下方向に平行に重ねられたアレイ導波路回折格子合波器４１および４２とを備える。アレイ導波路回折格子分波器１と液晶素子アレイ２とは、シリンドリカルレンズ５１および主レンズ６１からなる空間光学系により結合され、偏波ビームディスプレーサ（偏波分離結晶）３とアレイ導波路回折格子合波器４１および４２とは、主レンズ６２およびシリンドリカルレンズ５２からなる空間光学系により結合されている。
【０００８】
図１に示す従来の波長選択スイッチにおいて、アレイ導波路回折格子分波器１に入力された波長多重信号光は、波長ごとに分波された後、空間光学系により液晶素子アレイ２に入力される。液晶素子アレイ２は、波長ごとに偏光状態を制御することができ、偏波ビームディスプレーサ３に入力する光の偏光面を、結晶軸に対して０度もしくは９０度回転することができる。偏光面の角度に応じて、偏波ビームディスプレーサ３からの出力は偏波分離されて、空間的なビーム位置が上下方向にシフトすることになる。したがって、液晶素子アレイ２により偏光状態を切替えることで、アレイ導波路回折格子合波器４１に結合されるか、あるいはアレイ導波路回折格子合波器４２に結合されるかを選択することができる。これによって、各波長について出力ポートを切替えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−０４２５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１に示したような従来の波長選択スイッチでは、各波長の光信号の光路の切り替えを担う部分が液晶素子と偏波ビームディスプレーサとの組み合わせで構成されているため、部品点数が多く、かつ、各部品の光軸を精密に合わせて組み立てる必要があるため、製造工程が煩雑である、という問題点があった。
【００１１】
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、入力された各波長の光信号を合波し、各波長の光信号の偏光状態に応じた出力ポートから出力する、偏光依存性を有するアレイ導波路回折格子合波器を提供することにある。さらに、偏光依存性を有するアレイ導波路回折格子合波器を用いることにより、出力光ビーム位置（各波長の光信号の出力位置）を空間的にシフトさせるための偏波ビームディスプレーサを不要とし、部品点数が少なく、かつ製造工程が簡易な波長選択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】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、アレイ導波路回折格子合波器であって、入力された各波長の光信号を合波して２つの出力ポートの何れかから出力するアレイ導波路回折格子合波器であって、前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有し、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、入力ポートを有する波長分波器と、偏光制御素子アレイと、２つの出力ポートを有するアレイ導波路回折格子合波器とが、空間光学系により結合された、波長選択スイッチであって、前記偏光制御素子アレイは、前記波長分波器により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御するように構成され、前記アレイ導波路回折格子合波器は、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して前記２つ出力ポートのいずれかから出力するものであって、かつ前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有しており、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の波長選択スイッチにおいて、前記偏光制御素子アレイは、反射型の素子であり、前記波長分波器と前記アレイ導波路回折格子合波器が同一の光回路であって、前記入力ポートと前記２つの出力ポートのうち１つが同一であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、波長選択スイッチであって、光信号を、第１の偏光状態の光信号と第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態の光信号とに分離する偏光分離素子と、前記第１の偏光状態の光信号が入力される入力ポートを有する第１の波長分波器と、前記第２の偏光状態の光信号が入力される入力ポートを有する第２の波長分波器と、前記第１の波長分波器および前記第２の波長分波器により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御するように構成された偏光制御素子アレイと、２つの出力ポートを有し、前記第１の波長分波器により分波され、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して当該２つの出力ポートのいずれから出力する第１のアレイ導波路回折格子合波器と、２つの出力ポートを有し、前記第２の波長分波器により分波され、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して当該２つの出力ポートのいずれから出力する第２のアレイ導波路回折格子合波器と、前記第１のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの一方から出力される前記第１の偏光状態の光信号と、前記第２のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの一方から出力される前記第２の偏光状態の光信号とを合成する第１の偏波合成素子と、前記第１のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの他方から出力される前記第２の偏光状態の光信号と、前記第２のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの他方から出力される前記第２の偏光状態の光信号とを合成する第２の偏波合成素子と、を備え、前記前記第１の波長分波器および前記第２の偏波分離器と前記偏光制御素子アレイと、ならびに前記偏光制御素子アレイと前記第１のアレイ導波路回折格子合波器および前記第２のアレイ導波路回折格子合波器とが空間光学系により結合された、波長選択スイッチであって、前記第１のアレイ導波路回折格子合波器および前記第２のアレイ導波路回折格子合波器は各々、前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有し、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の波長選択スイッチにおいて、前記偏光制御素子アレイは反射型の素子であり、前記偏光分離素子、前記第１の波長分波器、前記第２の波長分波器、前記第１アレイ導波路回折格子合波器、前記第２アレイ導波路回折格子合波器、前記第１偏光合成素子および前記第２偏光合成素子が１つの基板上に形成され、前記偏光分離素子と前記第１偏光合成素子とが同一であり、前記第１の波長分波器と前記第１アレイ導波路回折格子合波器とが同一であり、前記第２の波長分波器と前記第２アレイ導波路回折格子合波器とが同一であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、入力された各波長の光信号を合波し、各波長の光信号の偏光状態に応じた出力ポートから出力する、偏光依存性を有するアレイ導波路回折格子合波器が提供される。
【００１８】
また、本発明によれば、偏光依存性を有するアレイ導波路回折格子合波器を用いることにより、出力光ビーム位置（各波長の光信号の出力位置）を空間的にシフトさせるための偏波ビームディスプレーサを不要とし、部品点数が少なく、かつ製造工程が簡易な波長選択スイッチが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る波長選択スイッチの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る波長選択スイッチの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る波長選択スイッチの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図２は本発明の第１の実施形態の波長選択スイッチの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
図２に示す波長選択スイッチは、波長分波器１と、各波長の光信号の偏光状態を制御する偏光制御素子アレイ２と、偏光制御された光信号を合波して出力するアレイ導波路回折格子合波器２４１とを備える。波長分波器１と偏光制御素子アレイ２とは、シリンドリカルレンズ５１および主レンズ６１からなる空間光学系により結合されている。偏光制御素子アレイ２とアレイ導波路回折格子合波器２４１とは、シリンドリカルレンズ５２および主レンズ６２からなる空間光学系により結合されている。
【００２２】
波長分波器１は、入力された波長多重光信号を波長ごとに分波する。波長分波器１は、基板上に作製された入力導波路（入力ポート）、スラブ導波路およびアレイ導波路により構成されたＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）型のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）とすることができる。波長分波器１により分波された光信号は、波長により水平面（基板面）内に異なる角度に出射する。
【００２３】
シリンドリカルレンズ５１は、波長分波器１から出射した光ビームが上下方向（波長多重光信号の分波方向に垂直な方向）への広がりを防ぐ。主レンズ６１は、シリンドリカルレンズ５１を透過した各波長の光ビームを偏光制御素子アレイ２に集光する。シリンドリカルレンズ５１の焦点はＰＬＣの出射端面になるように構成および配置されている。したがって、波長分波器１から水平面内で波長により異なる角度で出射した光ビームは全て中心光軸が平行な光ビームとなりそれぞれ偏光制御素子アレイ２を構成する偏光制御素子に集光する（異なる波長の光ビームは、異なる偏光制御素子に集光する）。
【００２４】
偏光制御素子アレイ２は、捩れネマチック（ＴＮ：Twisted Nematic）液晶素子（セル）や、電界制御複屈折（ＥＣＢ：Electrically Controlled Birefringence）液晶素子（セル）などを、波長分波器１により光信号が分波される方向に配列したデバイスとことができる。偏光制御素子アレイ２は、波長分波器１により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御する。
【００２５】
主レンズ６２およびシリンドリカルレンズ５２は、偏光制御素子アレイ２を透過した各波長の光ビームをアレイ導波路回折格子合波器２４１に結合するように、構成・配置されている。
【００２６】
アレイ導波路回折格子合波器２４１は、２つの出力導波路（出力ポート）４０１および４０２、スラブ導波路およびアレイ導波路により構成された石英系ガラスＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）型のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）とすることができる。２つの出力ポートから出力される光の中心波長は、スラブ導波路端面における出力ポートの間隔Dに応じて、次式（１）で与えられる一定の波長差Δλ1-2を有する。
【００２７】
【数１】
【００２８】
ここで、ｎsはスラブ導波路の実効屈折率、ｄはアレイ導波路のピッチ、ｆはスラブ導波路の焦点距離、ｍは回折次数、ｎcおよびＮcはアレイ導波路の実効屈折率および群屈折率である。
【００２９】
アレイ導波路回折格子合波器２４１は、その透過中心波長が偏光依存性を有するように作製されている。すなわち、ある出力ポートからの透過中心波長が、ＴＭモード（電界の振動方向が基板面に対して垂直な方向）とＴＥモード（電界の振動方向が基板面に対して平行な方向）とで、次式（２）で与えられる波長シフトΔλTM-TEを有する。
【００３０】
【数２】
【００３１】
ここで、Δｎcはアレイ導波路の実効屈折率の偏波依存性（すなわち、複屈折）、ΔＬはアレイ導波路の光路長差である。式（２）からわかるように、アレイ導波路回折格子の偏光依存波長シフトは、アレイ導波路の複屈折によって決まるので、アレイ導波路の導波路形状や応力を調整することで、透過中心波長が偏光依存性を有するアレイ導波路回折格子を作製することができる。
【００３２】
本実施形態の波長選択スイッチは、式（１）で与えられる波長差と、式（２）で与えられる波長シフトが等しくなるように構成したアレイ導波路回折格子合波器２４１を用いたことを特徴とする。
【００３３】
このように設定することで、アレイ導波路回折格子合波器２４１に、ある波長の光が入力されたとき、偏光状態がＴＭモードであれば出力ポート４０１から出力され、偏光状態がＴＥモードであれば出力ポート４０２から出力されるようにすることができる。
【００３４】
したがって、偏光制御素子アレイ２によって各波長の光信号の偏光状態を切替えることで、出力ポートを選択することができる。
【００３５】
（実施例１）
コアとクラッドの比屈折率差Δ＝１．５％のシリカガラス系ＰＬＣを用いて、１００ＧＨｚ間隔４０ｃｈのＡＷＧを作製し、これをアレイ導波路回折格子合波器２４１として用いて、第１の実施形態の波長選択スイッチを作製した。作製したＡＷＧの偏光依存波長シフトはΔλTM-TE＝０．６ｎｍであった。入力側ＡＷＧにＴＭモードの偏光を入力し、ＴＮ液晶セルを配列したデバイスを偏光制御素子アレイ２として用いて偏光状態を制御して、アレイ導波路回折格子合波器２４１から出力される光信号を観測した。４０ｃｈのうち任意の光信号について、液晶セルの出力光の偏光方向がＴＭモードのままの場合は出力ポート４０１から出力され、偏光方向をＴＥモードに回転させた場合には出力ポート４０２から出力されることを確認した。挿入損失は４ｄＢ、消光比は３５ｄＢであった。
【００３６】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態の波長選択スイッチの概略図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００３７】
図３に示す波長選択スイッチは、偏光制御素子アレイ２として、反射型の液晶素子を用いており、アレイ導波路回折格子合分波器１１が、図２に示す波長選択スイッチの波長分波器１とアレイ導波路回折格子合波器２４１を兼ねることで、アレイ導波路回折格子を共通化した構成となっている。すなわち、図３に示す波長選択スイッチは、図２に示す波長選択スイッチを構成するアレイ導波路回折格子合波器２４１をアレイ導波路回折格子合分波器１１として用い、アレイ導波路回折格子合波器２４１の２つ出力導波路（出力ポート）のうちの一方を入出力導波路１０１（入出力兼用ポート）とし、他方を出力導波路１０２（出力ポート）することで、波長分波器１を不要としている。
【００３８】
アレイ導波路回折格子合分波器１１の前段には、入出力光信号を分離するために、光サーキュレータ７が配置される。
【００３９】
偏光制御素子アレイ２は、第１の実施形態と同様に捩れネマチック（ＴＮ：Twisted Nematic）液晶素子（セル）や、電界制御複屈折（ＥＣＢ：Electrically Controlled Birefringence）液晶素子（セル）などを配列し、さらに主レンズ６１と反対側にミラー（図示しない）を設けたデバイスとすることができる。
【００４０】
光サーキュレータ７を介して、アレイ導波路回折格子合分波器１１の入出力ポート１０１に入力された波長多重光信号は、分波された波長ごとに、偏光制御素子アレイ２の設定に応じて、偏光状態がそのままの場合は再び入出力ポート１０１から出力され、偏光面が９０°回転された場合は出力ポート１０２から出力される。
【００４１】
（実施例２）
コアとクラッドの比屈折率差Δ＝１．５％のシリカガラス系ＰＬＣを用いて、１００ＧＨｚ間隔４０ｃｈのＡＷＧを作製し、これをアレイ導波路回折格子合分波器１１として用いて、第２の実施形態の波長選択スイッチを作製した。作製したＡＷＧの偏光依存波長シフトはΔλTM-TE＝０．６ｎｍであった。ＡＷＧの入出力兼用ポート１０１にＴＭモードの偏光を入力し、反射型ＥＣＢ液晶セルを配列したデバイスを偏光制御素子アレイ２として用いて偏光状態を制御して、再びＡＷＧに結合して出力される光信号を観測した。４０ｃｈのうち任意の光信号について、液晶セルの出力光の偏光方向がＴＭモードのままの場合はポート１０１から出力され、偏光方向をＴＥモードに回転させた場合にはポート１０２から出力されることを確認した。挿入損失は５ｄＢ、消光比は３５ｄＢであった。
【００４２】
（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態に示した波長選択スイッチは、入力される偏光状態を所定の状態に規定する必要がある。実用上は、入力光信号の偏光状態によらず動作することが望まれるので、第１および第２の実施形態に示した波長選択スイッチを２系統配置し、波長分波器の入力導波路同士およびアレイ導波路回折格子合波器の出力導波路同士がそれぞれ接続される偏波分離素子、あるいはアレイ導波路回折格子合分波器の入出力導波路同士および出力導波路同士がそれぞれ接続される偏波分離素子を設けることで、入力偏光状態によらない動作を実現することができる。
【００４３】
図４は本発明に係る波長選択スイッチの概略図である。
図４に示す波長選択スイッチは、同一基板上に作製された、入出力導波路１０１、出力導波路１０２、スラブ導波路およびアレイ導波路により構成された第１のアレイ導波路回折格子合分波器１１と、入出力導波路１１１、出力導波路１１２、スラブ導波路およびアレイ導波路により構成された第２のアレイ導波路回折格子合分波器１２と、入出力導波路１１１と入出力導波路１１１とに接続された偏波分離合成素子８１と、出力導波路１０１と出力導波路１０２とに接続された偏波分離合成素子８２とを備える。また、図４に示す波長選択スイッチは、第２の実施形態で説明した反射型の偏光制御素子アレイ２を備える。第１のアレイ導波路回折格子合分波器１１と偏光制御素子アレイ２とはシリンドリカルレンズ５１および主レンズ６１からなる空間光学系により結合されている。同様に、第２のアレイ導波路回折格子合分波器１２と偏光制御素子アレイ２とはシリンドリカルレンズ５２および主レンズ６１からなる空間光学系により結合されている。
【００４４】
ここで、偏波分離合成素子８１からアレイ導波路回折格子合分波器１１および１２のスラブ導波路までの経路（すなわち、入出力導波路１０１および１１１）、および偏波分離合成素子８２からアレイ導波路回折格子合分波器１１および１２のスラブ導波路までの経路（すなわち、出力導波路１０２および１１２）は、いずれも等長になるように設計されている。
【００４５】
光サーキュレータ７を介して波長選択スイッチの入力ポートへ入力された光信号（波長多重光信号）は、偏光分離合成素子８１により、ＴＭモードとＴＥモードに分離され、ＴＭモードの光信号はアレイ導波路回折格子合分波器１１の入出力兼用ポート（入出力導波路）１０１へ、ＴＥモードの光信号はアレイ導波路回折格子合分波器１２の入出力ポート（入出力導波路）１１１へと導かれる。
【００４６】
偏光分離合成素子８１により分離されたＴＭモードの信号光は、アレイ導波路回折格子合分波器１１により分波され、シリンドリカルレンズ５１、主レンズ６１および偏光制御素子アレイ２を構成する偏光制御素子を透過する。偏光制御素子アレイ２のミラー（図示しない）により反射された光信号は、偏光制御素子、主レンズ６１およびシリンドリカルレンズ５１を透過して再びアレイ導波路回折格子合分波器１１に結合し、各波長についての偏光制御素子アレイ２の設定に応じて、入出力兼用ポート１０１または出力ポート１０２から出力される。より具体的には、偏光状態がＴＭモードのまま再び回折格子合分波器１１へ結合した光信号は、入出力兼用ポート１０１から出力され、偏光状態がＴＥモードに変換されて再び回折格子合分波器１１へ結合した光信号は出力ポート１０２から出力される。
【００４７】
他方、偏光分離合成素子８１により分離されたＴＥモードの信号光は、アレイ導波路回折格子合分波器１２により分波され、シリンドリカルレンズ５２、主レンズ６１および偏光制御素子アレイ２を構成する偏光制御素子を透過する。偏光制御素子アレイ２のミラーにより反射された光信号は、偏光制御素子、主レンズ６１およびシリンドリカルレンズ５２を透過して再びアレイ導波路回折格子合分波器１２に結合し、各波長についての偏光制御素子アレイ２の設定に応じて、入出力兼用ポート１１１または出力ポート１１２から出力される。より具体的には、偏光状態がＴＥモードのままの再び回折格子合分波器へ結合した光信号は、入出力兼用ポート１１１から出力され、偏光状態がＴＭモードに変換されて再び回折格子合分波器１２へ結合した光信号は出力ポート１１２から出力される。
【００４８】
入出力兼用ポート１０１から出力されるＴＭモードの信号光と、入出力兼用ポート１１１から出力されるＴＥモードの信号光とは、偏光分離合成素子８１で再び合成されて、光サーキュレータ７を介して、出力ポート７１から出力される。他方、出力ポート１０２から出力されるＴＥモードの信号光と、出力ポート１１２から出力されるＴＭモードの信号光とは、偏光分離合成素子８２で合成されて、出力ポート７２から出力される。
【００４９】
なお、図２に示す波長選択スイッチの波長分波器を２つと、当該２つの波長分波器の入力導波路が接続された偏波分離合成素子とを１つの基板上に作製し、図２に示す波長選択スイッチのアレイ導波路回折格子合波器を２つと、当該２つのアレイ導波路回折格子合波器の対応する２つの出力導波路がそれぞれ接続された２つの偏波分離合成素子とを別の１つの基板上に作成し、シリンドリカルレンズおよび主レンズからなる空間光学系により透過型の偏光制御素子アレイと結合してもよい。
【００５０】
（実施例３）
コアとクラッドの比屈折率差Δ＝１．５％のシリカガラス系ＰＬＣを用いて、１００ＧＨｚ間隔４０ｃｈのＡＷＧと偏波分離合成回路を集積化したチップを作製し、第３の実施形態の波長選択スイッチを作製した。作製したＡＷＧの偏光依存波長シフトはΔλTM-TE＝０．６ｎｍであった。光サーキュレータの入力ポート７０に無偏光の光信号を入力し、各ＡＷＧからの出力光の偏光を、反射型ＥＣＢ液晶素子を用いて制御して、再びＡＷＧに結合して出力される光信号を観測した。４０ｃｈのうち任意の光信号について、液晶セルにおいて偏光を回転させない場合はポート７１から出力され、偏光方向を９０°回転させた場合にはポート７２から出力されることを確認した。挿入損失は６ｄＢ、消光比は３５ｄＢであった。
【符号の説明】
【００５１】
１ アレイ導波路回折格子分波器
２ 液晶素子アレイ
３ 偏波ビームディスプレーサ（偏波分離結晶）
４１、４２、２４１ アレイ導波路回折格子合波器
５１、５２ シリンドリカルレンズ
６１、６２ 主レンズ
４０１、４０２ 出力ポート
１１、１２ アレイ導波路回折格子合分波器
１０１、１１１ 入出力ポート
１０２、１１２ 出力ポート
７ 光サーキュレータ
７０ 入力ポート
７１、７２ 出力ポート
８１、８２ 偏波分離合成素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ導波路回折格子合波器および光ファイバ通信におけるルーティングデバイスなどとして使用される波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを伝送媒体とする光通信技術は、信号の伝送距離の拡大をもたらし、大規模な光通信網が構築されてきた。近年では、インターネット通信が広範に普及するのに伴って、通信トラフィックが急速に増大しており、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化の要求が高まっている。これまでに、波長の異なる複数の光信号を１本の伝送路で同時に伝送する波長分割多重通信技術の導入によって、二地点間の伝送容量を増大することが可能となった。しかし、通信網においては、複数の伝送路が集まるノードにおいて、信号の経路を設定（ルーティング）したり、切替（スイッチング）したりする必要があり、伝送容量の増大に伴って、これらの信号処理がボトルネックになってきている。これまでは、伝送されてきた光信号を一旦電気信号に変換した後に経路設定や経路切替を行ない、再び電気信号を光信号に変換して伝送路に送出する方式が用いられてきたが、今後は光信号を電気信号に変換することなく、信号経路の設定や切替処理を行なう方式を用いることによって、ノードのスループットを飛躍的に拡大することができるものと期待されている。
【０００３】
このような方式の一つとして、複数のノードをリング状またはバス状に接続した再構成可能光アドドロップ多重（ＲＯＡＤＭ： Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing）システムが知られている。ＲＯＡＤＭシステムの各ノードには、波長毎に接続を切り替える光スイッチが装備されており、波長多重光信号のうち任意の波長の光信号について、一方の光ファイバ伝送路から入力された光信号を、他方の光ファイバ伝送路へ出力するスルーモードと、光ファイバ伝送路側から入力された光信号をノードに接続された端局装置に出力する（ドロップ動作）とともに、端局装置から入力された光信号を光ファイバ伝送路に出力する（アド動作）アド／ドロップモードとの切り替えが可能である。
【０００４】
このようなＲＯＡＤＭシステムの光信号切替部には、これまで主として、波長合分波器と多連の光スイッチの組合せが用いられてきた。しかし、最近では、アド／ドロップポートも含め全ての入出力ポートを波長多重化した波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）が、広い通過帯域特性や、多ポート化への拡張性などの特徴から、注目されてきている。
【０００５】
波長選択スイッチは、少ポートの１入力×２出力（あるいは２入力×１出力）から、多ポートとして１入力×９出力（あるいは９入力×１出力）までの規模のものが実現されている。１入力×９出力のような多ポートの波長選択スイッチは、複数のリング間を接続するノードにおいて必要なデバイスであるが、実際のＲＯＡＤＭシステムにおいて、大多数のノードは端局へのアド／ドロップを行なうノードであり、そのようなノードで必要とされるのは、１入力×２出力（あるいは２入力×１出力）の波長選択スイッチである。
【０００６】
従来、波長選択スイッチの構成として、種々の形式が知られているが、その一つとして、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）、液晶素子、および偏波ビームディスプレーサを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図１は、特許文献１に記載の波長選択スイッチの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
図１に示す従来の波長選択スイッチは、アレイ導波路回折格子分波器１と、液晶素子アレイ２と、偏波ビームディスプレーサ（偏波分離結晶）３と、上下方向に平行に重ねられたアレイ導波路回折格子合波器４１および４２とを備える。アレイ導波路回折格子分波器１と液晶素子アレイ２とは、シリンドリカルレンズ５１および主レンズ６１からなる空間光学系により結合され、偏波ビームディスプレーサ（偏波分離結晶）３とアレイ導波路回折格子合波器４１および４２とは、主レンズ６２およびシリンドリカルレンズ５２からなる空間光学系により結合されている。
【０００８】
図１に示す従来の波長選択スイッチにおいて、アレイ導波路回折格子分波器１に入力された波長多重信号光は、波長ごとに分波された後、空間光学系により液晶素子アレイ２に入力される。液晶素子アレイ２は、波長ごとに偏光状態を制御することができ、偏波ビームディスプレーサ３に入力する光の偏光面を、結晶軸に対して０度もしくは９０度回転することができる。偏光面の角度に応じて、偏波ビームディスプレーサ３からの出力は偏波分離されて、空間的なビーム位置が上下方向にシフトすることになる。したがって、液晶素子アレイ２により偏光状態を切替えることで、アレイ導波路回折格子合波器４１に結合されるか、あるいはアレイ導波路回折格子合波器４２に結合されるかを選択することができる。これによって、各波長について出力ポートを切替えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−０４２５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１に示したような従来の波長選択スイッチでは、各波長の光信号の光路の切り替えを担う部分が液晶素子と偏波ビームディスプレーサとの組み合わせで構成されているため、部品点数が多く、かつ、各部品の光軸を精密に合わせて組み立てる必要があるため、製造工程が煩雑である、という問題点があった。
【００１１】
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、入力された各波長の光信号を合波し、各波長の光信号の偏光状態に応じた出力ポートから出力する、偏光依存性を有するアレイ導波路回折格子合波器を提供することにある。さらに、偏光依存性を有するアレイ導波路回折格子合波器を用いることにより、出力光ビーム位置（各波長の光信号の出力位置）を空間的にシフトさせるための偏波ビームディスプレーサを不要とし、部品点数が少なく、かつ製造工程が簡易な波長選択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】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、アレイ導波路回折格子合波器であって、入力された各波長の光信号を合波して２つの出力ポートの何れかから出力するアレイ導波路回折格子合波器であって、前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有し、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、入力ポートを有する波長分波器と、偏光制御素子アレイと、２つの出力ポートを有するアレイ導波路回折格子合波器とが、空間光学系により結合された、波長選択スイッチであって、前記偏光制御素子アレイは、前記波長分波器により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御するように構成され、前記アレイ導波路回折格子合波器は、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して前記２つ出力ポートのいずれかから出力するものであって、かつ前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有しており、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の波長選択スイッチにおいて、前記偏光制御素子アレイは、反射型の素子であり、前記波長分波器と前記アレイ導波路回折格子合波器が同一の光回路であって、前記入力ポートと前記２つの出力ポートのうち１つが同一であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、波長選択スイッチであって、光信号を、第１の偏光状態の光信号と第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態の光信号とに分離する偏光分離素子と、前記第１の偏光状態の光信号が入力される入力ポートを有する第１の波長分波器と、前記第２の偏光状態の光信号が入力される入力ポートを有する第２の波長分波器と、前記第１の波長分波器および前記第２の波長分波器により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御するように構成された偏光制御素子アレイと、２つの出力ポートを有し、前記第１の波長分波器により分波され、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して当該２つの出力ポートのいずれから出力する第１のアレイ導波路回折格子合波器と、２つの出力ポートを有し、前記第２の波長分波器により分波され、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して当該２つの出力ポートのいずれから出力する第２のアレイ導波路回折格子合波器と、前記第１のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの一方から出力される前記第１の偏光状態の光信号と、前記第２のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの一方から出力される前記第２の偏光状態の光信号とを合成する第１の偏波合成素子と、前記第１のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの他方から出力される前記第２の偏光状態の光信号と、前記第２のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの他方から出力される前記第２の偏光状態の光信号とを合成する第２の偏波合成素子と、を備え、前記前記第１の波長分波器および前記第２の偏波分離器と前記偏光制御素子アレイと、ならびに前記偏光制御素子アレイと前記第１のアレイ導波路回折格子合波器および前記第２のアレイ導波路回折格子合波器とが空間光学系により結合された、波長選択スイッチであって、前記第１のアレイ導波路回折格子合波器および前記第２のアレイ導波路回折格子合波器は各々、前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有し、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の波長選択スイッチにおいて、前記偏光制御素子アレイは反射型の素子であり、前記偏光分離素子、前記第１の波長分波器、前記第２の波長分波器、前記第１アレイ導波路回折格子合波器、前記第２アレイ導波路回折格子合波器、前記第１偏光合成素子および前記第２偏光合成素子が１つの基板上に形成され、前記偏光分離素子と前記第１偏光合成素子とが同一であり、前記第１の波長分波器と前記第１アレイ導波路回折格子合波器とが同一であり、前記第２の波長分波器と前記第２アレイ導波路回折格子合波器とが同一であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、入力された各波長の光信号を合波し、各波長の光信号の偏光状態に応じた出力ポートから出力する、偏光依存性を有するアレイ導波路回折格子合波器が提供される。
【００１８】
また、本発明によれば、偏光依存性を有するアレイ導波路回折格子合波器を用いることにより、出力光ビーム位置（各波長の光信号の出力位置）を空間的にシフトさせるための偏波ビームディスプレーサを不要とし、部品点数が少なく、かつ製造工程が簡易な波長選択スイッチが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る波長選択スイッチの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る波長選択スイッチの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る波長選択スイッチの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図２は本発明の第１の実施形態の波長選択スイッチの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
図２に示す波長選択スイッチは、波長分波器１と、各波長の光信号の偏光状態を制御する偏光制御素子アレイ２と、偏光制御された光信号を合波して出力するアレイ導波路回折格子合波器２４１とを備える。波長分波器１と偏光制御素子アレイ２とは、シリンドリカルレンズ５１および主レンズ６１からなる空間光学系により結合されている。偏光制御素子アレイ２とアレイ導波路回折格子合波器２４１とは、シリンドリカルレンズ５２および主レンズ６２からなる空間光学系により結合されている。
【００２２】
波長分波器１は、入力された波長多重光信号を波長ごとに分波する。波長分波器１は、基板上に作製された入力導波路（入力ポート）、スラブ導波路およびアレイ導波路により構成されたＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）型のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）とすることができる。波長分波器１により分波された光信号は、波長により水平面（基板面）内に異なる角度に出射する。
【００２３】
シリンドリカルレンズ５１は、波長分波器１から出射した光ビームが上下方向（波長多重光信号の分波方向に垂直な方向）への広がりを防ぐ。主レンズ６１は、シリンドリカルレンズ５１を透過した各波長の光ビームを偏光制御素子アレイ２に集光する。シリンドリカルレンズ５１の焦点はＰＬＣの出射端面になるように構成および配置されている。したがって、波長分波器１から水平面内で波長により異なる角度で出射した光ビームは全て中心光軸が平行な光ビームとなりそれぞれ偏光制御素子アレイ２を構成する偏光制御素子に集光する（異なる波長の光ビームは、異なる偏光制御素子に集光する）。
【００２４】
偏光制御素子アレイ２は、捩れネマチック（ＴＮ：Twisted Nematic）液晶素子（セル）や、電界制御複屈折（ＥＣＢ：Electrically Controlled Birefringence）液晶素子（セル）などを、波長分波器１により光信号が分波される方向に配列したデバイスとことができる。偏光制御素子アレイ２は、波長分波器１により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御する。
【００２５】
主レンズ６２およびシリンドリカルレンズ５２は、偏光制御素子アレイ２を透過した各波長の光ビームをアレイ導波路回折格子合波器２４１に結合するように、構成・配置されている。
【００２６】
アレイ導波路回折格子合波器２４１は、２つの出力導波路（出力ポート）４０１および４０２、スラブ導波路およびアレイ導波路により構成された石英系ガラスＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）型のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）とすることができる。２つの出力ポートから出力される光の中心波長は、スラブ導波路端面における出力ポートの間隔Dに応じて、次式（１）で与えられる一定の波長差Δλ1-2を有する。
【００２７】
【数１】
【００２８】
ここで、ｎsはスラブ導波路の実効屈折率、ｄはアレイ導波路のピッチ、ｆはスラブ導波路の焦点距離、ｍは回折次数、ｎcおよびＮcはアレイ導波路の実効屈折率および群屈折率である。
【００２９】
アレイ導波路回折格子合波器２４１は、その透過中心波長が偏光依存性を有するように作製されている。すなわち、ある出力ポートからの透過中心波長が、ＴＭモード（電界の振動方向が基板面に対して垂直な方向）とＴＥモード（電界の振動方向が基板面に対して平行な方向）とで、次式（２）で与えられる波長シフトΔλTM-TEを有する。
【００３０】
【数２】
【００３１】
ここで、Δｎcはアレイ導波路の実効屈折率の偏波依存性（すなわち、複屈折）、ΔＬはアレイ導波路の光路長差である。式（２）からわかるように、アレイ導波路回折格子の偏光依存波長シフトは、アレイ導波路の複屈折によって決まるので、アレイ導波路の導波路形状や応力を調整することで、透過中心波長が偏光依存性を有するアレイ導波路回折格子を作製することができる。
【００３２】
本実施形態の波長選択スイッチは、式（１）で与えられる波長差と、式（２）で与えられる波長シフトが等しくなるように構成したアレイ導波路回折格子合波器２４１を用いたことを特徴とする。
【００３３】
このように設定することで、アレイ導波路回折格子合波器２４１に、ある波長の光が入力されたとき、偏光状態がＴＭモードであれば出力ポート４０１から出力され、偏光状態がＴＥモードであれば出力ポート４０２から出力されるようにすることができる。
【００３４】
したがって、偏光制御素子アレイ２によって各波長の光信号の偏光状態を切替えることで、出力ポートを選択することができる。
【００３５】
（実施例１）
コアとクラッドの比屈折率差Δ＝１．５％のシリカガラス系ＰＬＣを用いて、１００ＧＨｚ間隔４０ｃｈのＡＷＧを作製し、これをアレイ導波路回折格子合波器２４１として用いて、第１の実施形態の波長選択スイッチを作製した。作製したＡＷＧの偏光依存波長シフトはΔλTM-TE＝０．６ｎｍであった。入力側ＡＷＧにＴＭモードの偏光を入力し、ＴＮ液晶セルを配列したデバイスを偏光制御素子アレイ２として用いて偏光状態を制御して、アレイ導波路回折格子合波器２４１から出力される光信号を観測した。４０ｃｈのうち任意の光信号について、液晶セルの出力光の偏光方向がＴＭモードのままの場合は出力ポート４０１から出力され、偏光方向をＴＥモードに回転させた場合には出力ポート４０２から出力されることを確認した。挿入損失は４ｄＢ、消光比は３５ｄＢであった。
【００３６】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態の波長選択スイッチの概略図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００３７】
図３に示す波長選択スイッチは、偏光制御素子アレイ２として、反射型の液晶素子を用いており、アレイ導波路回折格子合分波器１１が、図２に示す波長選択スイッチの波長分波器１とアレイ導波路回折格子合波器２４１を兼ねることで、アレイ導波路回折格子を共通化した構成となっている。すなわち、図３に示す波長選択スイッチは、図２に示す波長選択スイッチを構成するアレイ導波路回折格子合波器２４１をアレイ導波路回折格子合分波器１１として用い、アレイ導波路回折格子合波器２４１の２つ出力導波路（出力ポート）のうちの一方を入出力導波路１０１（入出力兼用ポート）とし、他方を出力導波路１０２（出力ポート）することで、波長分波器１を不要としている。
【００３８】
アレイ導波路回折格子合分波器１１の前段には、入出力光信号を分離するために、光サーキュレータ７が配置される。
【００３９】
偏光制御素子アレイ２は、第１の実施形態と同様に捩れネマチック（ＴＮ：Twisted Nematic）液晶素子（セル）や、電界制御複屈折（ＥＣＢ：Electrically Controlled Birefringence）液晶素子（セル）などを配列し、さらに主レンズ６１と反対側にミラー（図示しない）を設けたデバイスとすることができる。
【００４０】
光サーキュレータ７を介して、アレイ導波路回折格子合分波器１１の入出力ポート１０１に入力された波長多重光信号は、分波された波長ごとに、偏光制御素子アレイ２の設定に応じて、偏光状態がそのままの場合は再び入出力ポート１０１から出力され、偏光面が９０°回転された場合は出力ポート１０２から出力される。
【００４１】
（実施例２）
コアとクラッドの比屈折率差Δ＝１．５％のシリカガラス系ＰＬＣを用いて、１００ＧＨｚ間隔４０ｃｈのＡＷＧを作製し、これをアレイ導波路回折格子合分波器１１として用いて、第２の実施形態の波長選択スイッチを作製した。作製したＡＷＧの偏光依存波長シフトはΔλTM-TE＝０．６ｎｍであった。ＡＷＧの入出力兼用ポート１０１にＴＭモードの偏光を入力し、反射型ＥＣＢ液晶セルを配列したデバイスを偏光制御素子アレイ２として用いて偏光状態を制御して、再びＡＷＧに結合して出力される光信号を観測した。４０ｃｈのうち任意の光信号について、液晶セルの出力光の偏光方向がＴＭモードのままの場合はポート１０１から出力され、偏光方向をＴＥモードに回転させた場合にはポート１０２から出力されることを確認した。挿入損失は５ｄＢ、消光比は３５ｄＢであった。
【００４２】
（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態に示した波長選択スイッチは、入力される偏光状態を所定の状態に規定する必要がある。実用上は、入力光信号の偏光状態によらず動作することが望まれるので、第１および第２の実施形態に示した波長選択スイッチを２系統配置し、波長分波器の入力導波路同士およびアレイ導波路回折格子合波器の出力導波路同士がそれぞれ接続される偏波分離素子、あるいはアレイ導波路回折格子合分波器の入出力導波路同士および出力導波路同士がそれぞれ接続される偏波分離素子を設けることで、入力偏光状態によらない動作を実現することができる。
【００４３】
図４は本発明に係る波長選択スイッチの概略図である。
図４に示す波長選択スイッチは、同一基板上に作製された、入出力導波路１０１、出力導波路１０２、スラブ導波路およびアレイ導波路により構成された第１のアレイ導波路回折格子合分波器１１と、入出力導波路１１１、出力導波路１１２、スラブ導波路およびアレイ導波路により構成された第２のアレイ導波路回折格子合分波器１２と、入出力導波路１１１と入出力導波路１１１とに接続された偏波分離合成素子８１と、出力導波路１０１と出力導波路１０２とに接続された偏波分離合成素子８２とを備える。また、図４に示す波長選択スイッチは、第２の実施形態で説明した反射型の偏光制御素子アレイ２を備える。第１のアレイ導波路回折格子合分波器１１と偏光制御素子アレイ２とはシリンドリカルレンズ５１および主レンズ６１からなる空間光学系により結合されている。同様に、第２のアレイ導波路回折格子合分波器１２と偏光制御素子アレイ２とはシリンドリカルレンズ５２および主レンズ６１からなる空間光学系により結合されている。
【００４４】
ここで、偏波分離合成素子８１からアレイ導波路回折格子合分波器１１および１２のスラブ導波路までの経路（すなわち、入出力導波路１０１および１１１）、および偏波分離合成素子８２からアレイ導波路回折格子合分波器１１および１２のスラブ導波路までの経路（すなわち、出力導波路１０２および１１２）は、いずれも等長になるように設計されている。
【００４５】
光サーキュレータ７を介して波長選択スイッチの入力ポートへ入力された光信号（波長多重光信号）は、偏光分離合成素子８１により、ＴＭモードとＴＥモードに分離され、ＴＭモードの光信号はアレイ導波路回折格子合分波器１１の入出力兼用ポート（入出力導波路）１０１へ、ＴＥモードの光信号はアレイ導波路回折格子合分波器１２の入出力ポート（入出力導波路）１１１へと導かれる。
【００４６】
偏光分離合成素子８１により分離されたＴＭモードの信号光は、アレイ導波路回折格子合分波器１１により分波され、シリンドリカルレンズ５１、主レンズ６１および偏光制御素子アレイ２を構成する偏光制御素子を透過する。偏光制御素子アレイ２のミラー（図示しない）により反射された光信号は、偏光制御素子、主レンズ６１およびシリンドリカルレンズ５１を透過して再びアレイ導波路回折格子合分波器１１に結合し、各波長についての偏光制御素子アレイ２の設定に応じて、入出力兼用ポート１０１または出力ポート１０２から出力される。より具体的には、偏光状態がＴＭモードのまま再び回折格子合分波器１１へ結合した光信号は、入出力兼用ポート１０１から出力され、偏光状態がＴＥモードに変換されて再び回折格子合分波器１１へ結合した光信号は出力ポート１０２から出力される。
【００４７】
他方、偏光分離合成素子８１により分離されたＴＥモードの信号光は、アレイ導波路回折格子合分波器１２により分波され、シリンドリカルレンズ５２、主レンズ６１および偏光制御素子アレイ２を構成する偏光制御素子を透過する。偏光制御素子アレイ２のミラーにより反射された光信号は、偏光制御素子、主レンズ６１およびシリンドリカルレンズ５２を透過して再びアレイ導波路回折格子合分波器１２に結合し、各波長についての偏光制御素子アレイ２の設定に応じて、入出力兼用ポート１１１または出力ポート１１２から出力される。より具体的には、偏光状態がＴＥモードのままの再び回折格子合分波器へ結合した光信号は、入出力兼用ポート１１１から出力され、偏光状態がＴＭモードに変換されて再び回折格子合分波器１２へ結合した光信号は出力ポート１１２から出力される。
【００４８】
入出力兼用ポート１０１から出力されるＴＭモードの信号光と、入出力兼用ポート１１１から出力されるＴＥモードの信号光とは、偏光分離合成素子８１で再び合成されて、光サーキュレータ７を介して、出力ポート７１から出力される。他方、出力ポート１０２から出力されるＴＥモードの信号光と、出力ポート１１２から出力されるＴＭモードの信号光とは、偏光分離合成素子８２で合成されて、出力ポート７２から出力される。
【００４９】
なお、図２に示す波長選択スイッチの波長分波器を２つと、当該２つの波長分波器の入力導波路が接続された偏波分離合成素子とを１つの基板上に作製し、図２に示す波長選択スイッチのアレイ導波路回折格子合波器を２つと、当該２つのアレイ導波路回折格子合波器の対応する２つの出力導波路がそれぞれ接続された２つの偏波分離合成素子とを別の１つの基板上に作成し、シリンドリカルレンズおよび主レンズからなる空間光学系により透過型の偏光制御素子アレイと結合してもよい。
【００５０】
（実施例３）
コアとクラッドの比屈折率差Δ＝１．５％のシリカガラス系ＰＬＣを用いて、１００ＧＨｚ間隔４０ｃｈのＡＷＧと偏波分離合成回路を集積化したチップを作製し、第３の実施形態の波長選択スイッチを作製した。作製したＡＷＧの偏光依存波長シフトはΔλTM-TE＝０．６ｎｍであった。光サーキュレータの入力ポート７０に無偏光の光信号を入力し、各ＡＷＧからの出力光の偏光を、反射型ＥＣＢ液晶素子を用いて制御して、再びＡＷＧに結合して出力される光信号を観測した。４０ｃｈのうち任意の光信号について、液晶セルにおいて偏光を回転させない場合はポート７１から出力され、偏光方向を９０°回転させた場合にはポート７２から出力されることを確認した。挿入損失は６ｄＢ、消光比は３５ｄＢであった。
【符号の説明】
【００５１】
１ アレイ導波路回折格子分波器
２ 液晶素子アレイ
３ 偏波ビームディスプレーサ（偏波分離結晶）
４１、４２、２４１ アレイ導波路回折格子合波器
５１、５２ シリンドリカルレンズ
６１、６２ 主レンズ
４０１、４０２ 出力ポート
１１、１２ アレイ導波路回折格子合分波器
１０１、１１１ 入出力ポート
１０２、１１２ 出力ポート
７ 光サーキュレータ
７０ 入力ポート
７１、７２ 出力ポート
８１、８２ 偏波分離合成素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された各波長の光信号を合波して２つの出力ポートの何れかから出力するアレイ導波路回折格子合波器であって、
前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有し、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とするアレイ導波路回折格子合波器。
【請求項２】
入力ポートを有する波長分波器と、偏光制御素子アレイと、２つの出力ポートを有するアレイ導波路回折格子合波器とが、空間光学系により結合された、波長選択スイッチであって、
前記偏光制御素子アレイは、前記波長分波器により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御するように構成され、
前記アレイ導波路回折格子合波器は、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して前記２つ出力ポートのいずれかから出力するものであって、かつ前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有しており、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記偏光制御素子アレイは、反射型の素子であり、
前記波長分波器と前記アレイ導波路回折格子合波器が同一の光回路であって、前記入力ポートと前記２つの出力ポートのうち１つが同一であることを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
光信号を、第１の偏光状態の光信号と第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態の光信号とに分離する偏光分離素子と、
前記第１の偏光状態の光信号が入力される入力ポートを有する第１の波長分波器と、
前記第２の偏光状態の光信号が入力される入力ポートを有する第２の波長分波器と、
前記第１の波長分波器および前記第２の波長分波器により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御するように構成された偏光制御素子アレイと、
２つの出力ポートを有し、前記第１の波長分波器により分波され、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して当該２つの出力ポートのいずれから出力する第１のアレイ導波路回折格子合波器と、
２つの出力ポートを有し、前記第２の波長分波器により分波され、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して当該２つの出力ポートのいずれから出力する第２のアレイ導波路回折格子合波器と、
前記第１のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの一方から出力される前記第１の偏光状態の光信号と、前記第２のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの一方から出力される前記第２の偏光状態の光信号とを合成する第１の偏波合成素子と、
前記第１のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの他方から出力される前記第２の偏光状態の光信号と、前記第２のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの他方から出力される前記第２の偏光状態の光信号とを合成する第２の偏波合成素子と、
を備え、
前記前記第１の波長分波器および前記第２の偏波分離器と前記偏光制御素子アレイと、ならびに前記偏光制御素子アレイと前記第１のアレイ導波路回折格子合波器および前記第２のアレイ導波路回折格子合波器とが空間光学系により結合された、波長選択スイッチであって、
前記第１のアレイ導波路回折格子合波器および前記第２のアレイ導波路回折格子合波器は各々、前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有し、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記偏光制御素子アレイは反射型の素子であり、
前記偏光分離素子、前記第１の波長分波器、前記第２の波長分波器、前記第１アレイ導波路回折格子合波器、前記第２アレイ導波路回折格子合波器、前記第１偏光合成素子および前記第２偏光合成素子が１つの基板上に形成され、前記偏光分離素子と前記第１偏光合成素子とが同一であり、前記第１の波長分波器と前記第１アレイ導波路回折格子合波器とが同一であり、前記第２の波長分波器と前記第２アレイ導波路回折格子合波器とが同一であることを特徴とする請求項４に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１】
入力された各波長の光信号を合波して２つの出力ポートの何れかから出力するアレイ導波路回折格子合波器であって、
前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有し、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とするアレイ導波路回折格子合波器。
【請求項２】
入力ポートを有する波長分波器と、偏光制御素子アレイと、２つの出力ポートを有するアレイ導波路回折格子合波器とが、空間光学系により結合された、波長選択スイッチであって、
前記偏光制御素子アレイは、前記波長分波器により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御するように構成され、
前記アレイ導波路回折格子合波器は、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して前記２つ出力ポートのいずれかから出力するものであって、かつ前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有しており、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記偏光制御素子アレイは、反射型の素子であり、
前記波長分波器と前記アレイ導波路回折格子合波器が同一の光回路であって、前記入力ポートと前記２つの出力ポートのうち１つが同一であることを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
光信号を、第１の偏光状態の光信号と第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態の光信号とに分離する偏光分離素子と、
前記第１の偏光状態の光信号が入力される入力ポートを有する第１の波長分波器と、
前記第２の偏光状態の光信号が入力される入力ポートを有する第２の波長分波器と、
前記第１の波長分波器および前記第２の波長分波器により分波された各波長の光信号の偏光状態を独立に制御するように構成された偏光制御素子アレイと、
２つの出力ポートを有し、前記第１の波長分波器により分波され、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して当該２つの出力ポートのいずれから出力する第１のアレイ導波路回折格子合波器と、
２つの出力ポートを有し、前記第２の波長分波器により分波され、前記偏光制御素子アレイにより偏光状態が制御された各波長の光信号を合波して当該２つの出力ポートのいずれから出力する第２のアレイ導波路回折格子合波器と、
前記第１のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの一方から出力される前記第１の偏光状態の光信号と、前記第２のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの一方から出力される前記第２の偏光状態の光信号とを合成する第１の偏波合成素子と、
前記第１のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの他方から出力される前記第２の偏光状態の光信号と、前記第２のアレイ導波路回折格子合波器の２つの出力ポートのうちの他方から出力される前記第２の偏光状態の光信号とを合成する第２の偏波合成素子と、
を備え、
前記前記第１の波長分波器および前記第２の偏波分離器と前記偏光制御素子アレイと、ならびに前記偏光制御素子アレイと前記第１のアレイ導波路回折格子合波器および前記第２のアレイ導波路回折格子合波器とが空間光学系により結合された、波長選択スイッチであって、
前記第１のアレイ導波路回折格子合波器および前記第２のアレイ導波路回折格子合波器は各々、前記出力ポートの透過中心波長が偏光依存性を有し、前記偏光依存性による透過中心波長シフトが前記２つの出力ポート間の透過中心波長差に等しくなるように構成されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記偏光制御素子アレイは反射型の素子であり、
前記偏光分離素子、前記第１の波長分波器、前記第２の波長分波器、前記第１アレイ導波路回折格子合波器、前記第２アレイ導波路回折格子合波器、前記第１偏光合成素子および前記第２偏光合成素子が１つの基板上に形成され、前記偏光分離素子と前記第１偏光合成素子とが同一であり、前記第１の波長分波器と前記第１アレイ導波路回折格子合波器とが同一であり、前記第２の波長分波器と前記第２アレイ導波路回折格子合波器とが同一であることを特徴とする請求項４に記載の波長選択スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２３２４５７（Ｐ２０１１−２３２４５７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０１２３７（Ｐ２０１０−１０１２３７）
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【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２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【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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