波長選択スイッチ
【課題】クロストークの発生を低減した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１は、入力ポートおよび出力ポートを含む入出力部１０と、入力ポートから入射した波長多重された入力光を、波長毎の光に分散する分散部１５と、入力光を分散部１５へ導く、少なくとも第１のレンズ１２を含むリレー光学系と、分散部１５により分散された波長毎の光を集光する第３のレンズ１６と、第３のレンズ１６により集光された波長毎の光をそれぞれ偏向して、出力ポートに出射させる偏向部１７とを備える。第１のレンズ１２は、入力光が第１のレンズのいずれかの面で反射され発生した迷光が、出力ポートに入射しないように、入力光に対して傾け、または、ずらして配置される。
【解決手段】波長選択スイッチ１は、入力ポートおよび出力ポートを含む入出力部１０と、入力ポートから入射した波長多重された入力光を、波長毎の光に分散する分散部１５と、入力光を分散部１５へ導く、少なくとも第１のレンズ１２を含むリレー光学系と、分散部１５により分散された波長毎の光を集光する第３のレンズ１６と、第３のレンズ１６により集光された波長毎の光をそれぞれ偏向して、出力ポートに出射させる偏向部１７とを備える。第１のレンズ１２は、入力光が第１のレンズのいずれかの面で反射され発生した迷光が、出力ポートに入射しないように、入力光に対して傾け、または、ずらして配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる波長の光を分岐させまたは結合させることが可能な波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光波長多重通信に用いられる波長選択スイッチが知られている（例えば、特許文献１参照）。図１９Ａ、図１９Ｂは、特許文献１に記載の波長選択スイッチを概念的に示した図である。図１９Ａは、波長選択スイッチ１００の構成を示す側面図であり、図１９Ｂは同じく上面図である。
【０００３】
波長選択スイッチ１００は、入力ポート１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｅ、出力ポート１０１ｃ、マイクロレンズアレイ１０２、第１のレンズ１０３、第２のレンズ１０６、分散素子１０７、第３のレンズ１０８、及び、複数のミラー（偏向素子）１１０ａ〜１１０ｅを有するミラーアレイ（偏向器）１０９を含んで構成されている。この波長選択スイッチ１００では、波長多重された光が、入力ポート１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｅの任意の入力ポートから入力され、第１のレンズ１０３、第２のレンズ１０６を介して、分散素子１０７で波長ごとに分離された後、第３のレンズ１０８によりミラーアレイ１０９のミラー１１０ａ〜１１０ｅに集光され、当該ミラー１１０ａ〜１１０ｅの偏向により任意の波長の光を選択し、出力ポート１０１ｃに出力する。
【０００４】
図１９Ａおよび図１９Ｂでは、入力ポート１０１ａから入力された波長多重された光が出力ポート１０１ｃに出力される様子を示している。また、この波長選択スイッチ１００では第２のレンズ１０６と第３のレンズ１０８の焦点距離がほぼ同じに構成されており、一次集光点１０５の像を１倍の倍率でミラーアレイ１０９に伝播している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９０７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、波長選択スイッチでは、本来信号光として出射されるべき光（正規光）以外の、不所望な迷光が、戻り光となって出力ポートに出力される場合がある。このような事象は、クロストークと呼ばれている。クロストークが発生する原因はいくつか考えられる。例えば、図１９Ａ，Ｂに示す従来例において、入力ポート１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｅに近い第１のレンズ１０３のポート側の面または分散素子側の面で、入力光が反射され、この戻り光が出力ポート１０１ｃに結合すると、クロストークを発生させる原因となり得る。以下、この点を詳述する。
【０００７】
図２０は、波長選択スイッチの入出力ポートから一次集光点１０５までの光束の形状を説明する図である。入力ポート１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｅから入力される入力光は、ガウシアンビームであり、マイクロレンズアレイ１０２から離れた位置にある第１のレンズ１０３上では光束径がマイクロレンズアレイ１０２近傍より広がる。そうすると、隣接する入力ポート１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｅからの、または、隣接する出力ポート１０１ｃへの光束の光路との間で重なりが発生する場合がある。
【０００８】
ここで、第１のレンズ１０３の少なくとも一方の面が、略平面に近い場合、当該略平面によって入力光が、入出力ポートに向けて反射される。第１のレンズ１０３の入出力ポート側の面１０３ａの光束の重なり部で、入力光が反射されると、その反射光は容易に他のポートに入射してしまう。例えば、図２０の入力ポート１０１ｂおよび１０１ｄからの入力光の光束は、第１のレンズ１０３の入出力ポート側の面１０３ａにおいて、出力ポート１０１ｃへの出力光の光束と一部重なりを有している。したがって、この重なり部で入力光が反射されると、容易に出力ポート１０１ｃへ入射してしまう。このように、第１のレンズ１０３によって、クロストークが発生する場合がある。
【０００９】
また、第１のレンズ１０３が、略平面に近い面を有さない場合であっても、クロストークが発生する場合がある。図２１は、従来例による波長選択スイッチの入力ポートおよび出力ポートから、一次集光点１０５までの構成を示す側面図である。入力用の光ファイバ１０１ａから入力された光は、マイクロレンズアレイ１０２の対応するマイクロレンズによりコリメート光に変換され、第１のレンズ１０３およびシリンドリカルレンズ１０４により一次集光点１０５に集光されている。シリンドリカルレンズ１０４は、この場合入力光の出射側にシリンドリカル面１０４ａを有して配置されている。このような配置において、入力光が略平面の波面を有し、その一部の光がシリンドリカルレンズ１０４の入射側の平面１０４ｂにより反射されると、この平面１０４ｂで反射された反射光はレンズ１０３およびマイクロレンズアレイ１０２の対応するマイクロレンズを通り、例えば出力用の光ファイバ１０１ｃに結合し得る。このような場合、光ファイバ１０１ｃには、本来信号光として入射すべき波長分離された光（正規光）に加えて、波長毎の光に分離されていない反射光が入射しクロストークを発生させることが懸念される。
【００１０】
図２２Ａは、図２１の波長選択スイッチの入力光の光束を示す上面図であり、破線は入力光の波面を示している。この図では、入力光が、レンズ１０３およびシリンドリカルレンズ１０４で屈折されて、一次集光点１０５に集光する様子を示している。一方、図２２Ｂは、入射側の平面１０４ｂで一部の入力光が反射された反射光の光路を示している。図２２Ｂのように、入力光の波面とシリンドリカルレンズ１０４の平面１０４ｂとは、ほぼ同等の形状となっているので、平面１０４ｂで反射された光は、レンズ１０３を介して出力ポートの近傍で集光され、出力用の光ファイバ１０１ｃに結像する。この場合、光ファイバ１０１ｃに入射した反射光はクロストークを発生させる。
【００１１】
なお、シリンドリカルレンズ１０４の向きを変えて、入出力ポート側にシリンドリカル面、一次集光点側に平面を向けて配置した場合も、出射側の平面に反射された入力光が光ファイバに結像して、クロストークを発生させるおそれがある。
【００１２】
したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、クロストークの発生を低減した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】
【００１３】
上記目的を達成する波長選択スイッチの発明は、
少なくとも一つの入力ポートおよび少なくとも一つの出力ポートを含む入出力部と、
前記入力ポートから入射される波長多重された入力光を、波長毎の光に分散する分散部と、
前記入力ポートから入射される前記入力光を前記分散部へと導く、少なくとも１つの透過型のリレー光学素子を含むリレー光学系と、
前記分散部により分散された前記波長毎の光を集光する第１の集光素子と、
前記第１の集光素子により集光された前記波長毎の光をそれぞれ偏向して、前記出力ポートに出射させる偏向部と、を備え、
前記リレー光学素子は、前記入力光が該リレー光学素子のいずれかの面で反射され発生した迷光が、前記出力ポートに入射しないように、前記入力光に対して傾け、または、ずらして配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リレー光学素子を、入力光が該リレー光学素子のいずれかの面で反射され発生した迷光が、出力ポートに入射しないように、入力光に対して傾け、または、ずらして配置したので、クロストークの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図２】第１実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図３】光束の大きさを説明する図である。
【図４】図１、２の第１のレンズ（リレーレンズ）を透過する光の光路の一例を説明する図である。
【図５】図１、２の分散素子上での入力光のスポットを示す斜視図である。
【図６】図１，２の偏向器の構成を示す斜視図である。
【図７Ａ】図１，２の波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の入出力ポート側の面による入力光の反射光の光束の一例を説明する側面図である。
【図７Ｂ】図１，２の波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の入出力ポート側の面による入力光の反射光の光束の一例を説明する上面図である。
【図８Ａ】図１，２の波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の分散素子側の面による入力光の反射光の光束の一例を説明する側面図である。
【図８Ｂ】図１，２の波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の分散素子側の面による入力光の反射光の光束の一例を説明する上面図である。
【図９】図１，２の波長選択スイッチにおける光強度の調節方法を説明する上面図である。
【図１０】図９の第１のレンズ（リレーレンズ）近傍における光路を説明する図である。
【図１１】図９の出力ポート近傍における光路を説明する図である。
【図１２】第２実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図１３Ａ】図１２の第１のレンズ（リレーレンズ）の光軸を入力光の進行方向に一致させて配置した図である。
【図１３Ｂ】図１２の第１のレンズ（リレーレンズ）の光軸を入力光の進行方向に対して傾けて配置した図である。
【図１４Ａ】第３実施の形態に係る波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の入出力ポート側の面による入力光の反射光の光束を説明する側面図である。
【図１４Ｂ】第３実施の形態に係る波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の入出力ポート側の面による入力光の反射光の光束を説明する上面図である。
【図１５Ａ】第３実施の形態に係る波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の分散素子側の面による入力光の反射光の光束を説明する側面図である。
【図１５Ｂ】第３実施の形態に係る波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の分散素子側の面による入力光の反射光の光束を説明する上面図である。
【図１６Ａ】第４実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図１６Ｂ】第４実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図１７Ａ】入力光の入射側を平面とするシリンドリカルレンズの配置を調整する前の状態を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａのシリンドリカルレンズの回転調整方法を説明する図である。
【図１７Ｃ】図１７Ａのシリンドリカルレンズの他の回転調整方法を説明する図である。
【図１７Ｄ】入力光の出射側を平面とするシリンドリカルレンズの配置を調整する前の状態を示す図である。
【図１７Ｅ】図１７Ｄのシリンドリカルレンズの回転調整方法を説明する図である。
【図１８Ａ】第５実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図１８Ｂ】第５実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図１９Ａ】従来例による波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図１９Ｂ】従来例による波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図２０】入出力ポートから一次集光点まで光束の形状を説明する図である。
【図２１】他の従来例による波長選択スイッチの入力ポートおよび出力ポートから、一次集光点までの構成を示す側面図である。
【図２２Ａ】図２１の波長選択スイッチの入力光の光束を示す上面図である。
【図２２Ｂ】図２１の波長選択スイッチのシリンドリカルレンズ入射側の平面による入力光の反射光の光路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のある態様に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施の形態）
図１および図２は、それぞれ、第１実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図および上面図である。
【００１８】
波長選択スイッチ１は、入出力部１０、第１のレンズ１２、第２のレンズ１４、分散部を構成する分散素子１５、第１の集光素子である第３のレンズ１６、偏向部を構成する偏向器１７を含んで構成されている。ここで、第１のレンズ１２と第２のレンズ１４とは、リレー光学系を構成するリレー光学素子である。また、図１，２において、実線の矢印は、入出力部１０から偏向器１７に至るまでの光の光路を示し、破線の矢印は偏向器１７から入出力部１０へ戻る光の光路を示す。実線および破線の矢印は、以下の図においても同様とする。
【００１９】
入出力部１０には複数の光ファイバから成る光ファイバアレイの端部が直列に配列され、これに対応する複数のマイクロレンズから成るマイクロレンズアレイ１１が設けられている。一組の光ファイバとマイクロレンズとは、入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅおよび出力ポート１０ｃのうち一つのポートを構成する。この入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅおよび出力ポート１０ｃは、それぞれ、波長選択スイッチ１の外部からの波長多重された信号光を入力させ、また、外部へ信号光を出力させるものである。以下、説明の便宜上、入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅおよび出力ポート１０ｃを、適宜、入出力ポート１０ａ〜１０ｅとまとめて表記する。入出力ポートの数は例えば６以上とし、出力ポートおよび入力ポートをそれぞれ任意の配置で複数設けることができるが、図１においては、説明の都合から、出力ポート１０ｃを中心とする５つの入出力ポート１０ａ〜１０ｅのみを図示している。また、図１および図２においては、入力ポート１０ｂから入力された光が、出力ポート１０ｃに出力される例を示している。
【００２０】
なお、入力光の光束の強度は、図３に示すようにガウス分布を持ち、光束の中心位置が最も光強度が強い。このように、マイクロレンズアレイ１１から離れた位置にある第１のレンズ１２上では光束径がマイクロレンズアレイ１１近傍より広がるため、隣接する入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅからの、または、隣接する出力ポート１０ｃへの光束の光路との間で重なりが発生する。
【００２１】
ここで、入力光の重なりを決める入力光の光束の幅は、入力光の光強度が最も高い値を１００とした場合の、光強度が１になる光束径により定義する。光強度のピーク値の１％程度未満の強度の光であれば、その一部が反射され隣接するポートに入射してもそれほど大きなクロストークの原因にならない。なお、光束の大きさは、上記の定義に限定されるものではなく、例えば、光強度のピーク値の５％や１３．５％となる光束径等を用いて定義することもできる。
【００２２】
マイクロレンズアレイ１１のそれぞれのマイクロレンズは、各入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅの光ファイバから入射する光を略平行なコリメート光に変換し、また、波長選択スイッチ１内で入出力ポート１０ｃに向けて出力される略平行なコリメート光を光ファイバアレイの対応する光ファイバに結合させる。このように、入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅから波長選択スイッチ１内に入射する入力光、および、波長選択スイッチ１内で出力ポート１０ｃに向かう出力光は、互いに略平行なコリメート光となるように設計される。
【００２３】
以下の各実施の形態において、入出力ポート１０ａ〜１０ｅは、入力光の方向（ｚ方向）と直交する第１の方向（y方向）に配列されるものとする。また、入力光の方向（ｚ方向）及び第１の方向（ｙ方向）と直交する方向を第２の方向（ｘ方向）とする。また、入力光（正規光）の光路が、ｘｚ面内で方向を変える場合、各光路上の位置で光路に沿う方向をｚ方向とし、これと第１の方向（ｙ方向）に直交する方向を第２の方向（ｘ方向）とする。なお、現実の波長選択スイッチの光路中に、図示しないミラー、プリズム等の偏向部材が光路を折り曲げるために配置されている場合には、ｘ方向及びｙ方向との説明は、このような偏向部材が無いものとした仮想的な光学系を前提として用いられることとする。
【００２４】
第１のレンズ１２は、両側に凸面を有するレンズである。第１のレンズ１２を透過した入力光は、一次集光点２０で第１のレンズ１２によって集光されたスポットを形成する。この一次集光点２０は、複数の入力ポートからの入力光が交わる位置である。また、第１のレンズ１２は、入力光の進行方向に対して、光軸がｘｚ面内で第２の方向に傾きを有するように配置されている。このため、第１のレンズ１２を含むリレー光学系は、共軸光学系ではなく、光軸に対して非対称な光学系となっている。
【００２５】
図４は、第１のレンズ（リレーレンズ）１２を透過する光の光路の一例を説明する上面図である。図４によれば、第１のレンズ１２は、入出力部１０側の面１２ａと分散素子１５側の面１２ｂとの２面を有している。入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅから入射された入力光は、第１の方向（ｙ方向）から見たとき、第１のレンズ１２の入力部側の面１２ａの略中央に、第１のレンズ１２の光軸Ｏに対して、角度αで入射し分散素子側の面１２ｂから角度βで出射する。角度αと角度βとは、一般には等しくならない。
【００２６】
第２のレンズ１４と第３のレンズ１６とは、例えば焦点距離ｆがほぼ等しいレンズである。この場合、第２のレンズ１４、分散素子１５、第３のレンズ１６および偏向器１７は、一次集光点２０、第２のレンズ１４、分散素子１５の分散面、第３のレンズ１６、および、偏向器１７の偏向素子（ミラー）１８のそれぞれの間の距離が焦点距離ｆに略等しくなるように配置される。これによって、一次集光点２０を通った光束は、第２のレンズ１４でコリメート光となり、第３のレンズ１６により偏向器１７の偏向素子１８ａ〜１８ｅに集光される。なお、第２のレンズ１４と第３のレンズ１６の焦点距離は異ならせる構成も可能である。
【００２７】
分散素子１５は、例えば、分散面上に第１の方向（ｙ方向）に平行な格子が形成された回折格子である。分散素子１５としては、波長毎の光の分解性能が高くより分散角が大きいものが望ましい。第２のレンズ１４を透過した入力光は、各入力ポートの光の第１の方向（ｙ方向）に対して互いに略平行なコリメート光となって分散素子１５に入射する。図５に、分散素子１５の分散面上での入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅから入射した入力光のスポット１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅを示す。それぞれの入力光は、分散素子１５の分散面上で第２の方向（ｘ方向）に波長毎に異なる角度で分散される。すなわち、分散素子１５は入力光を入力光に含まれる波長毎の光に分離する。
【００２８】
前述のように、分散素子１５と第３レンズ１６とは焦点距離ｆだけ離れているので、図２に示すように、分散素子１５で分散された波長毎の光は、第３のレンズ１６により波長毎の光の第２の方向（ｘ方向）に対して、互いに平行な収束光となって、各波長に対応した偏向素子１８に入射する。また、波長毎の個々の光は、第３のレンズ１６によって、偏向器１７の各波長に対応した偏向素子１８上に集光されたスポットを形成する。さらに、側面から見た場合、図１に示すように、一次集光点２０を通過した入力光は、分散素子１５で分散された後、ｙｚ平面内で第３のレンズ１６の光軸と偏向器１７の偏向素子１８の偏向素子面とが交わる高さ位置（ｙ方向の位置）に集光する。
【００２９】
図６は、偏向器１７を第３のレンズ１６側から見た斜視図である。偏向器１７は、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイであり、偏向素子１８は、ＭＥＭＳミラーアレイを構成する個々の第１の方向（Ｙ方向）に長い矩形状のマイクロミラーを有している。この図では、ｘｚ面内方向のうち、特にＭＥＭＳミラーアレイが配列されている方向を第２の方向（Ｘ方向）として説明する。なお、ここでは、第２の方向が入出力ポートでの第２の方向（ｘ方向）と異なっているので、Ｘ方向、Ｙ方向と表記している。偏向素子１８は第２の方向（Ｘ方向）に少なくとも波長の数だけ配列されている。この偏向器１７においては、各偏向素子１８はＸ軸を中心に回転するＸθと、Ｙ軸を中心に回転するＹθの２回転自由度を有している。波長毎の光はＸθおよびＹθの回転により、それぞれ、第１の方向（Ｙ方向）および第２の方向（Ｘ方向）に偏向される。第１の方向（Ｙ方向）に波長毎の光を偏向させることにより、出力ポート１０ｃに出射される波長毎の入力ポートの光を選択し、第２の方向（Ｘ方向）に波長毎の光を偏向させることにより、出力ポート１０ｃに出射される波長毎の入力ポートの光の強度を調整することができる。この第２の方向への偏向は、後述するアッテネーションに用いられる。
【００３０】
図１，２において破線で示すように、各偏向素子１８上に集光し反射された波長毎の光は、拡散光となって第３のレンズ１６を通り、この第３のレンズ１６によりコリメート光となって、分散素子１５に入射する。各偏向素子１８のＹθの回転角が等しい場合には、図２に示すように、第３のレンズ１６を透過した波長毎の光は、第１の方向（ｙ方向）から見たとき分散素子１５の分散素子面上の同一の点に集まる。一方、各偏向素子１８のＸθの回転角を変えることによって、波長毎の光は分散素子１５の第１の方向に異なる位置に入射する。図１では、出力ポート１０ｃに出力される波長の光を破線で示しているが、同じ出力ポート１０ｃに出力する波長の光が複数ある場合は、異なる波長に対応する偏向素子１８のＸ軸周りの回転角を調整して、分散素子１５によって波長多重して、同一の出力ポート１０ｃから出射させることができる。
【００３１】
分散素子１５を透過した光は、コリメート状態を保ったまま第２のレンズ１４に入射して、一次集光点２０に集光された後、第１のレンズ１２によりコリメートされ、出力ポート１０ｃに対応するマイクロレンズアレイ１１のマイクロレンズに入射する。出力光は、このマイクロレンズによって、対応する出力ポート１０ｃに集光され正規光として出力される。
【００３２】
本実施の形態では、前述のように、第１のレンズ１２の光軸が、入力光の進行方向に対して、第２の方向（ｘ方向）に傾いている。図７Ａ、図７Ｂは、それぞれ、第１のレンズ１２の入出力ポート１０ａ〜１０ｅ側の面１２ａによる、入力光の反射による迷光の光束の一例を説明する側面図および上面図である。また、図８Ａ、図８Ｂは、それぞれ、第１のレンズ１２の分散素子側の面１２ｂによる入力光の反射による迷光の光束の一例を説明する側面図および上面図である。
【００３３】
図７Ａおよび図７Ｂに示すように、入力ポート１０ｂを出射した入力光は、第１のレンズ１２の入出力ポート側の面１２ａで、その一部が僅かに反射され迷光となる。この迷光の光束は、レンズの凸面での反射により拡散する光となって、図７Ａに示すように、マイクロレンズアレイ１１の例えば、入力ポート１０ａ、１０ｂおよび出力ポート１０ｃの一部と重なる高さの拡散光となって、入出力部１０側に戻る。しかし、入力光の進行方向に対して、第１のレンズ１２の光軸を第２の方向（ｘ方向）に図４の角度α傾けたので、図７Ｂに示すように、入力光が反射されて発生した迷光は、第２の方向（ｘ方向）に外れるため、マイクロレンズアレイ１１に入射すること抑制することができる。したがって、戻り光が、出力ポート１０ｃに入射することを抑制することができる。
【００３４】
また、図８Ａ，図８Ｂに示すように、入力ポート１０ｂから入射した入力光は、第１のレンズ１２の分散素子側の面１２ａで、その一部が僅かに反射され迷光となる。この迷光の光束は、レンズの凸面の内部反射により集光された後拡散光となって、図８Ａに示すように、マイクロレンズアレイ１１の例えば、入力ポート１０ｄおよび出力ポート１０ｃと重なる高さの光となって、入出力部１０側に戻る。しかし、入力光の進行方向に対して、第１のレンズ１２の光軸を第２の方向（ｘ方向）に図４の角度α傾けたので、図８Ｂに示すように、入力光が反射されて発生した迷光は、第２の方向に外れるため、マイクロレンズアレイ１１に入射することを抑制することができる。したがって、戻り光が、出力ポート１０ｃに入射することを抑制することができる。
【００３５】
なお、角度αは、入力光のレンズ面での反射による迷光が、マイクロレンズアレイ１１に入射しないように決定される。また、図７Ａ，図７Ｂ，図８Ａおよび図８Ｂで示す反射による迷光の光束は一例を示すものであって、入力光の第１のレンズ１２のレンズ面による反射による迷光の形態はこれだけに限られない。例えば、図７においては、マイクロレンズアレイ１１の近傍に到達する迷光は、第１のレンズ１２の形状により、光束の径の広がりがより大きい場合も小さい場合も発生し得る。また、図８Ａ，図８Ｂにおいて、第１のレンズ１２の分散素子側のレンズ面１２ｂでの反射により発生する迷光は、一旦収束された後、発散する光束となってマイクロレンズアレイ１１の近傍に到達しているが、これに限られず、第１のレンズ１２の形状に応じて、集光する光束のままマイクロレンズアレイ１１の近傍に到達する場合もあり得る。
【００３６】
次に、図９は、図１，２の波長選択スイッチにおける光強度の調節方法を説明する上面図である。入出力部１０の各入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅから入力される波長多重された光は、一般的に波長ごとに入力される光強度が異なる。波長選択スイッチには、波長ごとに異なる強度を揃えて、波長多重し、出力ポートから出力するという機能（アッテネーション）を有することができる。アッテネーションは、光強度をそろえる対象となる複数の波長の光のうち、最も光強度値が小さいものに、他の波長の光の光強度を減少させて揃えることにより行う。
【００３７】
次に本実施の形態のアッテネーション方法について説明する。本実施の形態の波長選択スイッチ１は偏向器（ミラーアレイ）１７の偏向素子（ミラー）１８ａ〜１８ｅを第２の方向（Ｘ方向）に振ってアッテネーションを行う。図９は偏向器１７の偏向素子１８ｃのみ第２の方向（Ｘ方向）にミラーを振った場合のミラーから反射された光Ｌ２がどのように出力ポート１０ｃに出力されるかを示している。偏向器１７の偏向素子１８ａ，１８ｂ，１８ｄ，１８ｅはミラーを第２方向（Ｘ方向）に振っていないため、偏向器１７から入出力部１０に戻る光Ｌ１は、第１方向（ｙ方向）から見たとき、入出力部１０からミラーまでの光と同じ光路を逆方向に通る。
【００３８】
一方、偏向素子１８ｃによって反射された光Ｌ２は、ｘｚ面内において、偏向素子１８ａ、１８ｂ、１８ｄ、１８ｅで反射された光Ｌ１とは異なった角度で第３のレンズ１６に入射し、第３レンズ１６から出射した後は、分散素子１５により回折され、第１の方向（ｙ方向）から見た場合、偏向素子１８ａ、１８ｂ、１８ｄ、１８ｅで反射された光Ｌ１と一定の距離離れた平行な光Ｌ２となって、第２のレンズ１４で一次集光点２０に集光された後、第１のレンズ１２に入射する。
【００３９】
図１０は、図９の第１のレンズ１２近傍における光路を説明する図であり、図１１は、図９の入出力ポート１０ｃ近傍における光路を説明する図である。図１０に示すように、一次集光点２０を通った偏向素子１８ｃにより反射された光Ｌ２は、第１のレンズ１２を通って再び偏向素子１８ａ、１８ｂ、１８ｄ、１８ｅで反射された光Ｌ１と平行な光となる。さらに、この光Ｌ２は、マイクロレンズアレイ１１の出力ポート１０ｃに対応するマイクロレンズに、当該マイクロレンズの光軸から離れた位置に光軸に平行に入射し、図１１のようにθだけ傾いて該出力ポート１０ｃのファイバ端部に入射する。
【００４０】
角度θだけ斜めに入った場合の出力ポート１０ｃの結合効率ηは次式（１）で表され、角度θが大きくなると、結合効率ηは小さくなる事がこの式（１）から分かる。
η＝ｅｘｐ（−π２ω２θ２／λ） （１）
ここで、ωは出力ポート１０ｃのファイバ端部に入射するスポットサイズ、λは出力ポート１０ｃに出力される光の波長を示している。
【００４１】
したがって、第１実施の形態の波長選択スイッチ１では、偏向素子１８をＹ軸周りに回転させる（第２の方向に振る）ことによって、偏向素子１８で反射される波長毎の光のｘｚ平面内での出射方向を変えることができる。これによって、出力ポート１０ｃに入る光の入射角θも同様に変化させることができる。その結果、式（１）からも分かるように出力ポート１０ｃに出力される光強度を自由に変えることができる。
【００４２】
アッテネーションを行うには偏向器１７の偏向素子１８を振る方向は、入射光を垂直反射する方向から、図６のＹ軸回りに時計回り側または反時計回り側のいずれかとすることができる。しかし、本実施の形態では、第１のレンズ１２の光軸が傾いていることから、偏向器１７で反射された光Ｌ２が第１のレンズ１２に入る入射角が、偏向素子１８を振る前と比べて大きくなる方向に偏向素子１８を振ることが望ましい。偏向素子１８を、第１のレンズ１２の入射角が偏向素子１８を振る前と比べて大きくなる方向に振ると、光が、第１のレンズ１２の分散素子１５側の面１２ｂを通過する際、傾いて入射する。その結果、第１のレンズ１２の面１２ｂで、僅かに発生した反射光が偏向器１７と入出力部１０との間を行き交うことを抑制することができるため、クロストークの発生を抑制することができる。また、偏向素子１８の第２の方向（Ｘ方向）の偏向の方向が決まっている場合は、それに応じて、第１のレンズ１２の傾きの方向を決めることで、クロストークの発生を抑制することができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態による波長選択スイッチ１は、入力光の進行方向に対して、光軸が傾きを有するように第１のレンズ（リレー光学素子）１２を配置し、入力光が第１のレンズ１２のいずれかの面で反射され発生した迷光も、出力ポート１０ｃに入射しないように構成しているので、第１のレンズ１２による不所望な反射により発生する迷光によるクロストークの発生を低減することができる。
【００４４】
特に、入出力部１０を構成する入出力ポートの数が約２０以上の場合、第１のレンズ１２の焦点距離が長くなり、第１のレンズ１２における光束の重なりがより大きくなる場合がある。また、第１のレンズ１２を構成する面の少なくとも一方が、略平面に近くなる場合がある。このような場合に、本実施の形態による波長選択スイッチ１を採用すると、レンズ面による入力光の反射によるクロストークの発生を低減する観点で、特に好ましい。
【００４５】
また、入出力ポート１０ａ〜１０ｅは、第１の方向（ｙ方向）に直列に配列され、第１のレンズ１２の光軸は、第１のレンズ１２に入射する入力光の進行方向に対して、第１の方向（ｙ方向）と直交する第２の方向（ｘ方向）に傾いていることによって、第１のレンズ１２の光軸を、入力光の進行方向に対して傾ける角度が小さくとも、入力光の反射光による迷光が、入出力ポート１０ａ〜１０ｅに入射することを避けることができる。なお、第１のレンズ１２の光軸は、第１の方向（ｙ方向）に傾けることも可能である。その場合、入力光の第１のレンズ１２での反射による迷光が、入出力ポート１０ａ〜１０ｅに入射しないようにするために、傾ける角度は大きくなる。また、第１のレンズ１２の光軸を傾ける方向は、必ずしも、第１の方向（ｙ方向）と厳密に直交する第２の方向（ｘ方向）である必要はなく、第１の方向（ｙ方向）に略直交する方向であっても、同様の効果を奏する。
【００４６】
さらに、第１のレンズ１２に入射する入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅからの入力光の光束および出力ポート１０ｃへ向かう出力光の光束が、隣接する他の入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅからの入力光または出力ポート１０ｃへの出力光の光束に対して重なりを有しているので、より入出力ポートの密度を高めることができる。このとき、第１のレンズ１２の光軸を傾けていることによって、光束が重なりを有していても、入力光の反射によるクロストークの発生を抑制することができる。
【００４７】
また、偏向素子１８による第２の方向（Ｘ方向）への波長毎の光の偏向は、波長毎の光が偏向素子１８により第２の方向（Ｘ方向）に垂直に反射されるときよりも、第１のレンズ１２に対する波長毎の光の入射角が大きくなる向きに行うように構成したので、偏向器１７で反射され戻ってきた正規光が、第１のレンズ１２の分散素子側の面１２ｂで外部反射することによるクロストークの発生を抑制することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、第１のレンズ１２を入力光が透過する場合の反射光によるクロストークを除去するために、入力光の進行方向に対して、第１のレンズ１２の光軸が傾きを有するように配置した。しかし、クロストークは、第１のレンズ１２のみならず、例えば第２のレンズ１４や、入力ポートと分散素子との間に配置された他の透過型の光学素子による反射や反射型の光学素子による透過などによっても発生し得る。その場合も、これら光学素子に入射する入力光の進行方向と当該光学素子の光軸とを傾けることによって、迷光を出力ポートに入射しないようにし、クロストークを除去ないし低減することができる。
【００４９】
（第２実施の形態）
図１２は、第２実施の形態に係る波長選択スイッチ１の構成を示す上面図である。本実施の形態は、第１実施の形態に係る波長選択スイッチにおいて、特に、第１のレンズ１２へ入射する入力光の進行方向と第１のレンズ１２を出射する入力光の進行方向とが、一致するように、第１のレンズ１２を配置したものである。すなわち、図４における角度αと角度βが等しい角度となる。
【００５０】
図１２の破線で囲まれた部分に対応する図１３Ａおよび図１３Ｂを用いて、本実施の形態の第１レンズ１２の配置方法について説明する。まず、図１３Ａに示すように、第１の方向（ｙ方向）から見たとき、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸とが一致するように、第１のレンズ１２を配置する。このとき、角度αは０度である。次に、図１３Ｂに示すように、第１のレンズ１２の前側主点１２ｃを通る第１の方向（ｙ方向）の軸を中心として、第１のレンズ１２を、調整ジグなどを用いて回転させる。これによって、角度αと角度βとは等しい角度となる。このとき、第２の方向のシフト量であるΔＸは次式で表すことができる。
【００５１】
【数１】
ここで、ｔは第１のレンズ１２の厚み、ｎ１は第１のレンズ１２の屈折率、ｎ２は、第１のレンズ１２の周りの空気あるいは真空の屈折率である。αおよびｔが微小な場合は、ΔＸも微小となるので、第１のレンズ１２による光路の第２の方向へのシフトが、波長選択スイッチ１の全体の光学系に与える影響も小さくなる。
【００５２】
その他の構成・作用は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。なお、第１のレンズ１２へ入射する入力光の進行方向と第１のレンズ１２を出射する入力光の進行方向とが、厳密に一致せず、略一致する場合であっても同様の効果を奏する。
【００５３】
以上説明したうように、本実施の形態によれば、第１のレンズ１２へ入射する入力光の進行方向と第１のレンズ１２を出射する入力光の進行方向とが略一致するので、装置全体の組み立て性が向上し、装置の性能も出しやすい。
【００５４】
（第３実施の形態）
第３実施の形態に係る波長選択スイッチは、図１、図２に示した第１実施の形態の波長選択スイッチ１において、第１のレンズ１２の光軸を入出力部１０からの入力光の進行方向と平行とし、且つ、第１の方向から見たとき、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸とをずらして配置したものである。図１４Ａ、図１４Ｂは、それぞれ、第１のレンズ１２の入出力ポート１０ａ〜１０ｅ側の面１２ａによる、入力光の反射光の光束の一例を説明する側面図および上面図である。また、図１５Ａ、図１５Ｂは、それぞれ、第１のレンズ１２の分散素子側の面１２ｂによる入力光の反射光の光束の一例を説明する側面図および上面図である。
【００５５】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、入力ポート１０ｂから入射した入力光は、第１のレンズ１２の入出力ポート１０ａ〜１０ｅ側の面１２ａで、その一部が僅かに反射され迷光となる。この迷光の光束は、レンズの凸面での反射により拡散する光となって、図１４Ａに示すように、マイクロレンズアレイ１１の例えば、入力ポート１０ａ、１０ｂおよび出力ポート１０ｃの一部と重なる高さの拡散光となって、入出力部１０側に戻る。しかし、第１の方向（ｙ方向）から見たとき、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸とをずらして配置したので、図１４Ｂに示すように、入力光が反射されて発生した迷光は、第２の方向に外れてマイクロレンズアレイ１１には入射せず、したがって、出力ポート１０ｃに戻り光となって戻ることがない。
【００５６】
また、図１５Ａ，図１５Ｂに示すように、入力ポート１０ｂから入射した入力光は、第１のレンズ１２の分散素子側の面１２ｂで、その一部が僅かに反射され迷光となる。この迷光の光束は、第１のレンズ１２の凸面の内部反射により集光された後拡散光となって、図１５Ａに示すように、マイクロレンズアレイ１１の例えば、入力ポート１０ｄおよび出力ポート１０ｃと重なる高さの光となって、入出力部１０側に戻る。しかし、第１の方向から見たとき、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸とをずらして配置したので、図１５Ｂに示すように、入力光が反射されて発生した迷光は、マイクロレンズアレイ１１には入射せず、したがって、出力ポート１０ｃに戻り光となって戻ることがない。
【００５７】
なお、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸との第１の方向（ｙ方向）から見たときのずれは、入力光の第１のレンズ１２のレンズ面での反射による戻り光が、マイクロレンズアレイ１１に入射しないように決定される。また、図１４Ａ，図１４Ｂ，図１５Ａおよび図１５Ｂで示す光束は一例を示すものであって、入力光の第１のレンズ１２のレンズ面による反射による迷光の形態はこれだけに限られない。
【００５８】
なお、第１の方向（ｙ方向）から見たとき、第１のレンズ１２を透過した入力光の光路は、レンズ１２による屈折を受けるので、図１４Ｂの紙面の斜め上方向に折り曲げられ、図１５Ｂの紙面の斜め下方向に折り曲げられる。その他の構成・作用は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００５９】
本実施の形態による波長選択スイッチ１は、第１の方向（ｙ方向）から見たとき、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸とをずらして配置し、入力光が第１のレンズ１２のいずれかの面で反射され発生した迷光が、出力ポート１０ｃに入射しないように構成しているので、第１のレンズ１２での不所望な反射によるクロストークの発生を低減することができる。
【００６０】
なお、第１実施の形態および本実施の形態では、第１の方向（ｙ方向）に見たとき、いずれの入力光の光束のいずれの部分も第１のレンズ１２の入出力ポート側の面１２ａおよび分散素子側の面１２ｂに、斜めに入射する。これによって、入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅからの入力光のレンズ面での反射による迷光が、マイクロレンズアレイ１１の位置に戻らないようにしている。
【００６１】
（第４実施の形態）
図１６Ａおよび図１６Ｂは、それぞれ第４実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図および上面図である。なお、本実施の形態の波長選択スイッチも、第１実施の形態と同様な透過側の分散素子を用い、当該偏向素子で光路が偏向されているが、図１６Ｂでは、簡単のため入出力部１０から偏向器１７までを直線的に示している。また、第１実施の形態の波長選択スイッチでは、４つの入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅと１つの出力ポート１０ｃを有していたが、本実施の形態では、１０ａを入力ポート、１０ｂ〜１０ｄを出力ポートとする、１つの入力ポートと４つの出力ポートを有する波長選択スイッチ１を例示する。
【００６２】
波長選択スイッチ１は、入出力部１０、第２の集光素子である第１のレンズ１２、リレー光学素子であるシリンドリカルレンズ１３、第２のレンズ１４、分散部を構成する分散素子１５、第１の集光素子である第３のレンズ１６、偏向部を構成する偏向器１７を含んで構成されている。これまでの実施の形態では、第１のレンズ１２に着目して説明がなされてきた。しかし、第１のレンズ１２を構成する面が特殊な形状である場合や、入出力部１０を構成する入出力ポートの数がそれほど多くない場合には、第１のレンズ１２を構成するいずれの面も、略平面形状でない形状にすることも可能である。このような場合、第１のレンズ１２に起因するクロストークは、問題となりにくい。一方で、シリンドリカルレンズ１３の平面側での反射による迷光が問題となるような場合がある。
【００６３】
入出力部１０には複数の光ファイバアレイ５の端部がアレイ状に（直列に）配列され、これに対応した複数のマイクロレンズがアレイ状に配置されたマイクロレンズアレイ１１が設けられている。一組の光ファイバとマイクロレンズとは、入力ポート１０ａおよび出力ポート１０ｂ〜１０ｅのうち一つのポートを構成する。この入力ポート１０ａおよび出力ポート１０ｂ〜１０ｅは、それぞれ、波長選択スイッチ１の外部からの波長多重された信号光を入力させ、また、外部へ信号光を出力させるものである。以下、説明の便宜上、入力ポート１０ａおよび出力ポート１０ｂ〜１０ｅを、適宜、入出力ポート１０ａ〜１０ｅとまとめて表記する。入出力ポートの数は例えば６以上とし、出力ポートの数を入力ポートの数よりも多数設けることができるが、図１６Ａにおいては、説明の都合から、出力ポート１０ｃを中心とする５つの入出力ポート１０ａ〜１０ｅのみを図示している。
【００６４】
入出力用の光ファイバアレイ５の他端は、波長選択スイッチ１の外部と接続されている。マイクロレンズアレイ１１のマイクロレンズは、光ファイバから入射する光をコリメート光に変換し、また、波長選択スイッチ１内で各入出力ポート１０ｂ〜１０ｅに向けて出力されるコリメート光を光ファイバアレイ５の対応する光ファイバに結合させる。このように、入力ポート１０ａから波長選択スイッチ１内に入射する入力光、および、波長選択スイッチ１内で各入出力ポート１０ｂ〜１０ｅに向かう出力光は、コリメート光となるように設計される。
【００６５】
シリンドリカルレンズ１３は、入出力部１０側が平面であり分散素子１４側にシリンドリカル面を有し、第２の方向（ｘ方向）に光束を縮める、すなわち、第２の方向（ｘ方向）にのみ屈折力を有するレンズである。シリンドリカルレンズ１３は、第１の方向（ｙ方向）については第１のレンズ１２からの収束光をそのまま収束させ、第２の方向（ｘ方向）についてはより大きな収束度で収束させる。このため第１のレンズ１２およびシリンドリカルレンズ１３を透過した入力光は、第１のレンズ１２の焦点近傍の一次集光点２０で第２の方向（ｘ方向）により狭い楕円形のスポットを形成する。すなわち、本実施の形態では、シリンドリカルレンズ１３は、光束を楕円化させる楕円化素子である。また、シリンドリカルレンズ１３の入出力部１０側の平面は、入力光の光束が垂直入射しないように傾けて配置されている。別の言い方をすれば、シリンドリカルレンズ１３は、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面が、第１のレンズ１２の光軸に対して傾けて配置されている。あるいは、シリンドリカルレンズ１３は、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面が、第１のレンズ１２の光軸に垂直な面に対して、非平行に配置されている。よって、リレー光学系を構成する第１のレンズ１２、シリンドリカルレンズ１３および第２のレンズ１４は、光軸に関して非対称な光学系となっている。
【００６６】
第２のレンズ１４と第３のレンズ１６とは、第１実施の形態と同様に、例えば焦点距離ｆの等しいレンズである。この場合、第２のレンズ１４、分散素子１５、第３のレンズ１６および偏向器１７は、第１実施の形態と同様に配置される。また、分散素子１５および偏向器１７は、第１実施の形態と同様の構成のものを用いるものとする。
【００６７】
以上のような構成により、入力ポート１０ａから入射した入力光は、第１のレンズ１２、シリンドリカルレンズ１３および第２のレンズ１４を経て分散素子１５で波長毎に分散され、第３のレンズ１６により偏向器１７の各偏向素子１８に集光される。各偏向素子１８により反射された波長毎の光は、それぞれ第３のレンズ１６を通り分散素子１５で回折され、入力光と反対方向の光路を経て、入出力部１０のうち入力用に用いられた以外のいずれかの出力ポート１０ｂ〜１０ｅまたは図示しない他の出力ポートに正規光として出力される。図１６Ａおよび図１６Ｂでは、入力ポート１０ａから波長多重された入力光が入力され、特定の波長の出力光が出力ポート１０ｃから出力される場合を図示している。
【００６８】
次に、シリンドリカルレンズ１３による入力光の反射について説明する。図１６Ｂに示すように、シリンドリカルレンズ１３は、第１の方向（ｙ方向）に直交するｘｚ面内において、入力光の進行方向に対して入射側の平面を第２の方向（ｘ方向）に傾けて配置する。この第２の方向（ｘ方向）の傾きは、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面で入力光の一部が反射されると、その反射による迷光Ｌｓがｘ方向に光軸から外れ、出力ポート１０ｂ〜１０ｅに実質的に入射しないように設定する。すなわち、入力光は、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面に対して傾いて入射するため、クロストークの発生を抑制することができる。
【００６９】
なお、シリンドリカルレンズ１３を波長選択スイッチ１内に固定する場合には、例えば紫外線硬化樹脂等を用いる。まず、シリンドリカルレンズ１３の入射側平面を、入力光の光束に直交するように冶具等を用いて仮に固定する。そして、光学系の性能を落とさず、且つ、クロストークが小さくなるようにシリンドリカルレンズ１３を回転させて微調整を行って、最終的な固定位置を決定する。その際、シリンドリカルレンズ１３の回転前後において、シリンドリカルレンズ１３から出射する光（正規光）の出射角度の変化が小さくなるようにシリンドリカルレンズ１３の配置を調整する事が望ましい。仮にシリンドリカルレンズ１３を回転する前後において、シリンドリカルレンズ１３から出射する光（正規光）の出射角度が大きく変化してしまうと、第２のレンズ１４への光の入射位置が、第２のレンズ１４の中心位置から第２の方向（ｘ方向）に大きくずれてしまう。この結果、光学系の性能が大きく変化してしまう。
【００７０】
ここで、シリンドリカルレンズ１３を回転する前において、図１７Ａの上面図に示すように、光がシリンドリカルレンズ１３の面頂の点Ｐを通過していたとする。そして、図１７Ｂの上面図に示すように、シリンドリカルレンズ１３の面頂の点Ｐを光が通過するように、シリンドリカルレンズ１３を回転させると同時に、シリンドリカルレンズ１３をｘ方向とｚ方向に移動させる。そうすると、シリンドリカルレンズ１３から出射する光の出射角度を、シリンドリカルレンズ１３の回転前後で揃えることが可能である。
【００７１】
この場合、シリンドリカルレンズ１３から出射する光の位置は、回転前後でΔＸ移動する。そうすると、その移動量ΔＸは、シリンドリカルレンズ１３の厚さをｄ、シリンドリカルレンズ１３外部の屈折率をｎ１、シリンドリカルレンズ１３の屈折率をｎ２、シリンドリカルレンズ１３の回転角をθとすると次式で表される。
Δｘ＝ｄ×ｎ１×θ／ｎ２ （３）
【００７２】
この移動量ΔＸは回転角θに対して、微小であるため、第２のレンズ１４の中心位置から第２の方向（ｘ方向）に大きくずれてしまうことは無い。また、シリンドリカルレンズ１３の別の回転方法としては、図１７Ｃに上面図を示すように、シリンドリカル面の弧の中心を回転中心Ｃとして、シリンドリカルレンズ１３を回転させることもできる。
【００７３】
また、シリンドリカルレンズ１３は、図１７Ｄの上面図に示すように入力光の出射側の面を平面となるように配置しても良い。その場合も、入射側の面を透過して、出射側の平面で反射された入力光の一部が迷光となって出力ポートに入射しないように、傾きを調整することができる。
【００７４】
ここで、シリンドリカルレンズ１３を回転する前において、図１７Ｄに示すように、光がシリンドリカルレンズ１３の面頂の点Ｐを通過していたとする。そして、シリンドリカルレンズ１３を回転する際の回転基準位置を点Ｐにすると、図１７Ｅのように、回転後も必ず光は面頂の点Ｐを通過する。この場合、シリンドリカルレンズ１３の回転後に、光を面頂の点Ｐを通過させるように、シリンドリカルレンズ１３をｘ方向とｚ方向に移動させる作業が不用である。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面を、入力光の光束に対して傾けて配置し、その反射による迷光Ｌｓがｘ方向に光軸から外れ、出力ポート１０ｂ〜１０ｅに入射しないようにしたので、クロストークの発生を低減することができる。
【００７６】
（第５実施の形態）
図１８Ａおよび図１８Ｂは、それぞれ第５実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図および上面図である。本実施の形態は、第４実施の形態において、シリンドリカルレンズ１３の傾きの方向を第２の方向（ｘ方向）ではなく、第１の方向（ｙ方向）としたものである。この第１の方向（ｙ方向）の傾きは、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面で入力光の一部が反射されると、その反射による迷光Ｌｓがｙ方向に光軸から外れ、出力ポート１０ｂ〜１０ｅに実質的に入射しないように設定する。これによって、クロストークの発生を低減することができる。その他の構成、作用は第４実施の形態と同様なので、同一構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７７】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、各実施の形態において、入出力ポートから出力された入力光の光軸方向（ｚ方向）に直交する鉛直方向を第１の方向（ｙ方向）、水平方向を第２の方向（ｘ方向）としたが、第１の方向（ｙ方向）は鉛直方向に限られず、第２の方向（ｘ方向）は水平方向に限られない。第１の方向（ｙ方向）および第２の方向（ｘ方向）は、入力光の進行方向に直交し且つ互いに直交する２方向であれば良い。
【００７８】
また、分散素子１５は、分散素子と反射面とを組み合わせたリットマン−メトカルフ型の構成であってもよい。この場合、レンズ１４およびレンズ１６を共通化させることができる。また、分散素子１５は、透過型に限られず、反射型回折格子、Ｇｒｉｓｍ、スーパープリズム等を用いることもできる。
【００７９】
また、一組の光ファイバとマイクロレンズとは、入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅおよび出力ポート１０ｃのうち一つのポートを構成するとしたが、各入出力ポートは、マイクロレンズを含まなくてもよい。
【００８０】
また、第４および第５実施の形態において、楕円化素子は入力光の通過する一方の面をシリンドリカル面とするシリンドリカルレンズとしたが、これに限られない。例えば、楕円化素子は、第２の方向（ｘ方向）にのみ屈折力を有するレンズに限られず、第１の方向（ｙ方向）と第２の方向（ｘ方向）の双方に屈折力を有するが、第１の方向（ｙ方向）により大きな屈折力を有するレンズとすることもできる。
【００８１】
さらに、第４および第５実施の形態の楕円化素子のいずれかの面は平面としたが、楕円化素子の両面が非平面で構成されている場合も、入力光の楕円化素子への入射面または出射面を傾けることにより、反射による迷光が出力ポートに入射することを抑制、または、低減することが期待できる。さらに、シリンドリカルレンズ１３は、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面が、ｘｚ面内において、レンズ１２の光軸に対して傾いていると同時に、ｙｚ面内において、レンズ１２の光軸に対して傾いて配置されていてもよい。
【００８２】
また、第４および第５実施の形態では、第１のレンズ１２および第２レンズ１４の光軸は、入力光の進行方向に対して傾いていないが、これらのレンズの一方または双方を傾けた構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 波長選択スイッチ
５ 光ファイバアレイ
１０ 入出力部
１０ａ〜１０ｅ 入出力ポート
１１ マイクロレンズアレイ
１２ 第１のレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
１４ 第２のレンズ
１５ 分散素子
１６ 第３のレンズ
１７ 偏向器
１８ 偏向素子
２０ 一次集光点
Ｏ 光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる波長の光を分岐させまたは結合させることが可能な波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光波長多重通信に用いられる波長選択スイッチが知られている（例えば、特許文献１参照）。図１９Ａ、図１９Ｂは、特許文献１に記載の波長選択スイッチを概念的に示した図である。図１９Ａは、波長選択スイッチ１００の構成を示す側面図であり、図１９Ｂは同じく上面図である。
【０００３】
波長選択スイッチ１００は、入力ポート１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｅ、出力ポート１０１ｃ、マイクロレンズアレイ１０２、第１のレンズ１０３、第２のレンズ１０６、分散素子１０７、第３のレンズ１０８、及び、複数のミラー（偏向素子）１１０ａ〜１１０ｅを有するミラーアレイ（偏向器）１０９を含んで構成されている。この波長選択スイッチ１００では、波長多重された光が、入力ポート１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｅの任意の入力ポートから入力され、第１のレンズ１０３、第２のレンズ１０６を介して、分散素子１０７で波長ごとに分離された後、第３のレンズ１０８によりミラーアレイ１０９のミラー１１０ａ〜１１０ｅに集光され、当該ミラー１１０ａ〜１１０ｅの偏向により任意の波長の光を選択し、出力ポート１０１ｃに出力する。
【０００４】
図１９Ａおよび図１９Ｂでは、入力ポート１０１ａから入力された波長多重された光が出力ポート１０１ｃに出力される様子を示している。また、この波長選択スイッチ１００では第２のレンズ１０６と第３のレンズ１０８の焦点距離がほぼ同じに構成されており、一次集光点１０５の像を１倍の倍率でミラーアレイ１０９に伝播している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９０７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、波長選択スイッチでは、本来信号光として出射されるべき光（正規光）以外の、不所望な迷光が、戻り光となって出力ポートに出力される場合がある。このような事象は、クロストークと呼ばれている。クロストークが発生する原因はいくつか考えられる。例えば、図１９Ａ，Ｂに示す従来例において、入力ポート１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｅに近い第１のレンズ１０３のポート側の面または分散素子側の面で、入力光が反射され、この戻り光が出力ポート１０１ｃに結合すると、クロストークを発生させる原因となり得る。以下、この点を詳述する。
【０００７】
図２０は、波長選択スイッチの入出力ポートから一次集光点１０５までの光束の形状を説明する図である。入力ポート１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｅから入力される入力光は、ガウシアンビームであり、マイクロレンズアレイ１０２から離れた位置にある第１のレンズ１０３上では光束径がマイクロレンズアレイ１０２近傍より広がる。そうすると、隣接する入力ポート１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｅからの、または、隣接する出力ポート１０１ｃへの光束の光路との間で重なりが発生する場合がある。
【０００８】
ここで、第１のレンズ１０３の少なくとも一方の面が、略平面に近い場合、当該略平面によって入力光が、入出力ポートに向けて反射される。第１のレンズ１０３の入出力ポート側の面１０３ａの光束の重なり部で、入力光が反射されると、その反射光は容易に他のポートに入射してしまう。例えば、図２０の入力ポート１０１ｂおよび１０１ｄからの入力光の光束は、第１のレンズ１０３の入出力ポート側の面１０３ａにおいて、出力ポート１０１ｃへの出力光の光束と一部重なりを有している。したがって、この重なり部で入力光が反射されると、容易に出力ポート１０１ｃへ入射してしまう。このように、第１のレンズ１０３によって、クロストークが発生する場合がある。
【０００９】
また、第１のレンズ１０３が、略平面に近い面を有さない場合であっても、クロストークが発生する場合がある。図２１は、従来例による波長選択スイッチの入力ポートおよび出力ポートから、一次集光点１０５までの構成を示す側面図である。入力用の光ファイバ１０１ａから入力された光は、マイクロレンズアレイ１０２の対応するマイクロレンズによりコリメート光に変換され、第１のレンズ１０３およびシリンドリカルレンズ１０４により一次集光点１０５に集光されている。シリンドリカルレンズ１０４は、この場合入力光の出射側にシリンドリカル面１０４ａを有して配置されている。このような配置において、入力光が略平面の波面を有し、その一部の光がシリンドリカルレンズ１０４の入射側の平面１０４ｂにより反射されると、この平面１０４ｂで反射された反射光はレンズ１０３およびマイクロレンズアレイ１０２の対応するマイクロレンズを通り、例えば出力用の光ファイバ１０１ｃに結合し得る。このような場合、光ファイバ１０１ｃには、本来信号光として入射すべき波長分離された光（正規光）に加えて、波長毎の光に分離されていない反射光が入射しクロストークを発生させることが懸念される。
【００１０】
図２２Ａは、図２１の波長選択スイッチの入力光の光束を示す上面図であり、破線は入力光の波面を示している。この図では、入力光が、レンズ１０３およびシリンドリカルレンズ１０４で屈折されて、一次集光点１０５に集光する様子を示している。一方、図２２Ｂは、入射側の平面１０４ｂで一部の入力光が反射された反射光の光路を示している。図２２Ｂのように、入力光の波面とシリンドリカルレンズ１０４の平面１０４ｂとは、ほぼ同等の形状となっているので、平面１０４ｂで反射された光は、レンズ１０３を介して出力ポートの近傍で集光され、出力用の光ファイバ１０１ｃに結像する。この場合、光ファイバ１０１ｃに入射した反射光はクロストークを発生させる。
【００１１】
なお、シリンドリカルレンズ１０４の向きを変えて、入出力ポート側にシリンドリカル面、一次集光点側に平面を向けて配置した場合も、出射側の平面に反射された入力光が光ファイバに結像して、クロストークを発生させるおそれがある。
【００１２】
したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、クロストークの発生を低減した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】
【００１３】
上記目的を達成する波長選択スイッチの発明は、
少なくとも一つの入力ポートおよび少なくとも一つの出力ポートを含む入出力部と、
前記入力ポートから入射される波長多重された入力光を、波長毎の光に分散する分散部と、
前記入力ポートから入射される前記入力光を前記分散部へと導く、少なくとも１つの透過型のリレー光学素子を含むリレー光学系と、
前記分散部により分散された前記波長毎の光を集光する第１の集光素子と、
前記第１の集光素子により集光された前記波長毎の光をそれぞれ偏向して、前記出力ポートに出射させる偏向部と、を備え、
前記リレー光学素子は、前記入力光が該リレー光学素子のいずれかの面で反射され発生した迷光が、前記出力ポートに入射しないように、前記入力光に対して傾け、または、ずらして配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リレー光学素子を、入力光が該リレー光学素子のいずれかの面で反射され発生した迷光が、出力ポートに入射しないように、入力光に対して傾け、または、ずらして配置したので、クロストークの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図２】第１実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図３】光束の大きさを説明する図である。
【図４】図１、２の第１のレンズ（リレーレンズ）を透過する光の光路の一例を説明する図である。
【図５】図１、２の分散素子上での入力光のスポットを示す斜視図である。
【図６】図１，２の偏向器の構成を示す斜視図である。
【図７Ａ】図１，２の波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の入出力ポート側の面による入力光の反射光の光束の一例を説明する側面図である。
【図７Ｂ】図１，２の波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の入出力ポート側の面による入力光の反射光の光束の一例を説明する上面図である。
【図８Ａ】図１，２の波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の分散素子側の面による入力光の反射光の光束の一例を説明する側面図である。
【図８Ｂ】図１，２の波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の分散素子側の面による入力光の反射光の光束の一例を説明する上面図である。
【図９】図１，２の波長選択スイッチにおける光強度の調節方法を説明する上面図である。
【図１０】図９の第１のレンズ（リレーレンズ）近傍における光路を説明する図である。
【図１１】図９の出力ポート近傍における光路を説明する図である。
【図１２】第２実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図１３Ａ】図１２の第１のレンズ（リレーレンズ）の光軸を入力光の進行方向に一致させて配置した図である。
【図１３Ｂ】図１２の第１のレンズ（リレーレンズ）の光軸を入力光の進行方向に対して傾けて配置した図である。
【図１４Ａ】第３実施の形態に係る波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の入出力ポート側の面による入力光の反射光の光束を説明する側面図である。
【図１４Ｂ】第３実施の形態に係る波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の入出力ポート側の面による入力光の反射光の光束を説明する上面図である。
【図１５Ａ】第３実施の形態に係る波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の分散素子側の面による入力光の反射光の光束を説明する側面図である。
【図１５Ｂ】第３実施の形態に係る波長選択スイッチにおける第１のレンズ（リレーレンズ）の分散素子側の面による入力光の反射光の光束を説明する上面図である。
【図１６Ａ】第４実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図１６Ｂ】第４実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図１７Ａ】入力光の入射側を平面とするシリンドリカルレンズの配置を調整する前の状態を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａのシリンドリカルレンズの回転調整方法を説明する図である。
【図１７Ｃ】図１７Ａのシリンドリカルレンズの他の回転調整方法を説明する図である。
【図１７Ｄ】入力光の出射側を平面とするシリンドリカルレンズの配置を調整する前の状態を示す図である。
【図１７Ｅ】図１７Ｄのシリンドリカルレンズの回転調整方法を説明する図である。
【図１８Ａ】第５実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図１８Ｂ】第５実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図１９Ａ】従来例による波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図１９Ｂ】従来例による波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図２０】入出力ポートから一次集光点まで光束の形状を説明する図である。
【図２１】他の従来例による波長選択スイッチの入力ポートおよび出力ポートから、一次集光点までの構成を示す側面図である。
【図２２Ａ】図２１の波長選択スイッチの入力光の光束を示す上面図である。
【図２２Ｂ】図２１の波長選択スイッチのシリンドリカルレンズ入射側の平面による入力光の反射光の光路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のある態様に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施の形態）
図１および図２は、それぞれ、第１実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図および上面図である。
【００１８】
波長選択スイッチ１は、入出力部１０、第１のレンズ１２、第２のレンズ１４、分散部を構成する分散素子１５、第１の集光素子である第３のレンズ１６、偏向部を構成する偏向器１７を含んで構成されている。ここで、第１のレンズ１２と第２のレンズ１４とは、リレー光学系を構成するリレー光学素子である。また、図１，２において、実線の矢印は、入出力部１０から偏向器１７に至るまでの光の光路を示し、破線の矢印は偏向器１７から入出力部１０へ戻る光の光路を示す。実線および破線の矢印は、以下の図においても同様とする。
【００１９】
入出力部１０には複数の光ファイバから成る光ファイバアレイの端部が直列に配列され、これに対応する複数のマイクロレンズから成るマイクロレンズアレイ１１が設けられている。一組の光ファイバとマイクロレンズとは、入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅおよび出力ポート１０ｃのうち一つのポートを構成する。この入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅおよび出力ポート１０ｃは、それぞれ、波長選択スイッチ１の外部からの波長多重された信号光を入力させ、また、外部へ信号光を出力させるものである。以下、説明の便宜上、入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅおよび出力ポート１０ｃを、適宜、入出力ポート１０ａ〜１０ｅとまとめて表記する。入出力ポートの数は例えば６以上とし、出力ポートおよび入力ポートをそれぞれ任意の配置で複数設けることができるが、図１においては、説明の都合から、出力ポート１０ｃを中心とする５つの入出力ポート１０ａ〜１０ｅのみを図示している。また、図１および図２においては、入力ポート１０ｂから入力された光が、出力ポート１０ｃに出力される例を示している。
【００２０】
なお、入力光の光束の強度は、図３に示すようにガウス分布を持ち、光束の中心位置が最も光強度が強い。このように、マイクロレンズアレイ１１から離れた位置にある第１のレンズ１２上では光束径がマイクロレンズアレイ１１近傍より広がるため、隣接する入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅからの、または、隣接する出力ポート１０ｃへの光束の光路との間で重なりが発生する。
【００２１】
ここで、入力光の重なりを決める入力光の光束の幅は、入力光の光強度が最も高い値を１００とした場合の、光強度が１になる光束径により定義する。光強度のピーク値の１％程度未満の強度の光であれば、その一部が反射され隣接するポートに入射してもそれほど大きなクロストークの原因にならない。なお、光束の大きさは、上記の定義に限定されるものではなく、例えば、光強度のピーク値の５％や１３．５％となる光束径等を用いて定義することもできる。
【００２２】
マイクロレンズアレイ１１のそれぞれのマイクロレンズは、各入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅの光ファイバから入射する光を略平行なコリメート光に変換し、また、波長選択スイッチ１内で入出力ポート１０ｃに向けて出力される略平行なコリメート光を光ファイバアレイの対応する光ファイバに結合させる。このように、入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅから波長選択スイッチ１内に入射する入力光、および、波長選択スイッチ１内で出力ポート１０ｃに向かう出力光は、互いに略平行なコリメート光となるように設計される。
【００２３】
以下の各実施の形態において、入出力ポート１０ａ〜１０ｅは、入力光の方向（ｚ方向）と直交する第１の方向（y方向）に配列されるものとする。また、入力光の方向（ｚ方向）及び第１の方向（ｙ方向）と直交する方向を第２の方向（ｘ方向）とする。また、入力光（正規光）の光路が、ｘｚ面内で方向を変える場合、各光路上の位置で光路に沿う方向をｚ方向とし、これと第１の方向（ｙ方向）に直交する方向を第２の方向（ｘ方向）とする。なお、現実の波長選択スイッチの光路中に、図示しないミラー、プリズム等の偏向部材が光路を折り曲げるために配置されている場合には、ｘ方向及びｙ方向との説明は、このような偏向部材が無いものとした仮想的な光学系を前提として用いられることとする。
【００２４】
第１のレンズ１２は、両側に凸面を有するレンズである。第１のレンズ１２を透過した入力光は、一次集光点２０で第１のレンズ１２によって集光されたスポットを形成する。この一次集光点２０は、複数の入力ポートからの入力光が交わる位置である。また、第１のレンズ１２は、入力光の進行方向に対して、光軸がｘｚ面内で第２の方向に傾きを有するように配置されている。このため、第１のレンズ１２を含むリレー光学系は、共軸光学系ではなく、光軸に対して非対称な光学系となっている。
【００２５】
図４は、第１のレンズ（リレーレンズ）１２を透過する光の光路の一例を説明する上面図である。図４によれば、第１のレンズ１２は、入出力部１０側の面１２ａと分散素子１５側の面１２ｂとの２面を有している。入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅから入射された入力光は、第１の方向（ｙ方向）から見たとき、第１のレンズ１２の入力部側の面１２ａの略中央に、第１のレンズ１２の光軸Ｏに対して、角度αで入射し分散素子側の面１２ｂから角度βで出射する。角度αと角度βとは、一般には等しくならない。
【００２６】
第２のレンズ１４と第３のレンズ１６とは、例えば焦点距離ｆがほぼ等しいレンズである。この場合、第２のレンズ１４、分散素子１５、第３のレンズ１６および偏向器１７は、一次集光点２０、第２のレンズ１４、分散素子１５の分散面、第３のレンズ１６、および、偏向器１７の偏向素子（ミラー）１８のそれぞれの間の距離が焦点距離ｆに略等しくなるように配置される。これによって、一次集光点２０を通った光束は、第２のレンズ１４でコリメート光となり、第３のレンズ１６により偏向器１７の偏向素子１８ａ〜１８ｅに集光される。なお、第２のレンズ１４と第３のレンズ１６の焦点距離は異ならせる構成も可能である。
【００２７】
分散素子１５は、例えば、分散面上に第１の方向（ｙ方向）に平行な格子が形成された回折格子である。分散素子１５としては、波長毎の光の分解性能が高くより分散角が大きいものが望ましい。第２のレンズ１４を透過した入力光は、各入力ポートの光の第１の方向（ｙ方向）に対して互いに略平行なコリメート光となって分散素子１５に入射する。図５に、分散素子１５の分散面上での入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅから入射した入力光のスポット１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅを示す。それぞれの入力光は、分散素子１５の分散面上で第２の方向（ｘ方向）に波長毎に異なる角度で分散される。すなわち、分散素子１５は入力光を入力光に含まれる波長毎の光に分離する。
【００２８】
前述のように、分散素子１５と第３レンズ１６とは焦点距離ｆだけ離れているので、図２に示すように、分散素子１５で分散された波長毎の光は、第３のレンズ１６により波長毎の光の第２の方向（ｘ方向）に対して、互いに平行な収束光となって、各波長に対応した偏向素子１８に入射する。また、波長毎の個々の光は、第３のレンズ１６によって、偏向器１７の各波長に対応した偏向素子１８上に集光されたスポットを形成する。さらに、側面から見た場合、図１に示すように、一次集光点２０を通過した入力光は、分散素子１５で分散された後、ｙｚ平面内で第３のレンズ１６の光軸と偏向器１７の偏向素子１８の偏向素子面とが交わる高さ位置（ｙ方向の位置）に集光する。
【００２９】
図６は、偏向器１７を第３のレンズ１６側から見た斜視図である。偏向器１７は、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイであり、偏向素子１８は、ＭＥＭＳミラーアレイを構成する個々の第１の方向（Ｙ方向）に長い矩形状のマイクロミラーを有している。この図では、ｘｚ面内方向のうち、特にＭＥＭＳミラーアレイが配列されている方向を第２の方向（Ｘ方向）として説明する。なお、ここでは、第２の方向が入出力ポートでの第２の方向（ｘ方向）と異なっているので、Ｘ方向、Ｙ方向と表記している。偏向素子１８は第２の方向（Ｘ方向）に少なくとも波長の数だけ配列されている。この偏向器１７においては、各偏向素子１８はＸ軸を中心に回転するＸθと、Ｙ軸を中心に回転するＹθの２回転自由度を有している。波長毎の光はＸθおよびＹθの回転により、それぞれ、第１の方向（Ｙ方向）および第２の方向（Ｘ方向）に偏向される。第１の方向（Ｙ方向）に波長毎の光を偏向させることにより、出力ポート１０ｃに出射される波長毎の入力ポートの光を選択し、第２の方向（Ｘ方向）に波長毎の光を偏向させることにより、出力ポート１０ｃに出射される波長毎の入力ポートの光の強度を調整することができる。この第２の方向への偏向は、後述するアッテネーションに用いられる。
【００３０】
図１，２において破線で示すように、各偏向素子１８上に集光し反射された波長毎の光は、拡散光となって第３のレンズ１６を通り、この第３のレンズ１６によりコリメート光となって、分散素子１５に入射する。各偏向素子１８のＹθの回転角が等しい場合には、図２に示すように、第３のレンズ１６を透過した波長毎の光は、第１の方向（ｙ方向）から見たとき分散素子１５の分散素子面上の同一の点に集まる。一方、各偏向素子１８のＸθの回転角を変えることによって、波長毎の光は分散素子１５の第１の方向に異なる位置に入射する。図１では、出力ポート１０ｃに出力される波長の光を破線で示しているが、同じ出力ポート１０ｃに出力する波長の光が複数ある場合は、異なる波長に対応する偏向素子１８のＸ軸周りの回転角を調整して、分散素子１５によって波長多重して、同一の出力ポート１０ｃから出射させることができる。
【００３１】
分散素子１５を透過した光は、コリメート状態を保ったまま第２のレンズ１４に入射して、一次集光点２０に集光された後、第１のレンズ１２によりコリメートされ、出力ポート１０ｃに対応するマイクロレンズアレイ１１のマイクロレンズに入射する。出力光は、このマイクロレンズによって、対応する出力ポート１０ｃに集光され正規光として出力される。
【００３２】
本実施の形態では、前述のように、第１のレンズ１２の光軸が、入力光の進行方向に対して、第２の方向（ｘ方向）に傾いている。図７Ａ、図７Ｂは、それぞれ、第１のレンズ１２の入出力ポート１０ａ〜１０ｅ側の面１２ａによる、入力光の反射による迷光の光束の一例を説明する側面図および上面図である。また、図８Ａ、図８Ｂは、それぞれ、第１のレンズ１２の分散素子側の面１２ｂによる入力光の反射による迷光の光束の一例を説明する側面図および上面図である。
【００３３】
図７Ａおよび図７Ｂに示すように、入力ポート１０ｂを出射した入力光は、第１のレンズ１２の入出力ポート側の面１２ａで、その一部が僅かに反射され迷光となる。この迷光の光束は、レンズの凸面での反射により拡散する光となって、図７Ａに示すように、マイクロレンズアレイ１１の例えば、入力ポート１０ａ、１０ｂおよび出力ポート１０ｃの一部と重なる高さの拡散光となって、入出力部１０側に戻る。しかし、入力光の進行方向に対して、第１のレンズ１２の光軸を第２の方向（ｘ方向）に図４の角度α傾けたので、図７Ｂに示すように、入力光が反射されて発生した迷光は、第２の方向（ｘ方向）に外れるため、マイクロレンズアレイ１１に入射すること抑制することができる。したがって、戻り光が、出力ポート１０ｃに入射することを抑制することができる。
【００３４】
また、図８Ａ，図８Ｂに示すように、入力ポート１０ｂから入射した入力光は、第１のレンズ１２の分散素子側の面１２ａで、その一部が僅かに反射され迷光となる。この迷光の光束は、レンズの凸面の内部反射により集光された後拡散光となって、図８Ａに示すように、マイクロレンズアレイ１１の例えば、入力ポート１０ｄおよび出力ポート１０ｃと重なる高さの光となって、入出力部１０側に戻る。しかし、入力光の進行方向に対して、第１のレンズ１２の光軸を第２の方向（ｘ方向）に図４の角度α傾けたので、図８Ｂに示すように、入力光が反射されて発生した迷光は、第２の方向に外れるため、マイクロレンズアレイ１１に入射することを抑制することができる。したがって、戻り光が、出力ポート１０ｃに入射することを抑制することができる。
【００３５】
なお、角度αは、入力光のレンズ面での反射による迷光が、マイクロレンズアレイ１１に入射しないように決定される。また、図７Ａ，図７Ｂ，図８Ａおよび図８Ｂで示す反射による迷光の光束は一例を示すものであって、入力光の第１のレンズ１２のレンズ面による反射による迷光の形態はこれだけに限られない。例えば、図７においては、マイクロレンズアレイ１１の近傍に到達する迷光は、第１のレンズ１２の形状により、光束の径の広がりがより大きい場合も小さい場合も発生し得る。また、図８Ａ，図８Ｂにおいて、第１のレンズ１２の分散素子側のレンズ面１２ｂでの反射により発生する迷光は、一旦収束された後、発散する光束となってマイクロレンズアレイ１１の近傍に到達しているが、これに限られず、第１のレンズ１２の形状に応じて、集光する光束のままマイクロレンズアレイ１１の近傍に到達する場合もあり得る。
【００３６】
次に、図９は、図１，２の波長選択スイッチにおける光強度の調節方法を説明する上面図である。入出力部１０の各入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅから入力される波長多重された光は、一般的に波長ごとに入力される光強度が異なる。波長選択スイッチには、波長ごとに異なる強度を揃えて、波長多重し、出力ポートから出力するという機能（アッテネーション）を有することができる。アッテネーションは、光強度をそろえる対象となる複数の波長の光のうち、最も光強度値が小さいものに、他の波長の光の光強度を減少させて揃えることにより行う。
【００３７】
次に本実施の形態のアッテネーション方法について説明する。本実施の形態の波長選択スイッチ１は偏向器（ミラーアレイ）１７の偏向素子（ミラー）１８ａ〜１８ｅを第２の方向（Ｘ方向）に振ってアッテネーションを行う。図９は偏向器１７の偏向素子１８ｃのみ第２の方向（Ｘ方向）にミラーを振った場合のミラーから反射された光Ｌ２がどのように出力ポート１０ｃに出力されるかを示している。偏向器１７の偏向素子１８ａ，１８ｂ，１８ｄ，１８ｅはミラーを第２方向（Ｘ方向）に振っていないため、偏向器１７から入出力部１０に戻る光Ｌ１は、第１方向（ｙ方向）から見たとき、入出力部１０からミラーまでの光と同じ光路を逆方向に通る。
【００３８】
一方、偏向素子１８ｃによって反射された光Ｌ２は、ｘｚ面内において、偏向素子１８ａ、１８ｂ、１８ｄ、１８ｅで反射された光Ｌ１とは異なった角度で第３のレンズ１６に入射し、第３レンズ１６から出射した後は、分散素子１５により回折され、第１の方向（ｙ方向）から見た場合、偏向素子１８ａ、１８ｂ、１８ｄ、１８ｅで反射された光Ｌ１と一定の距離離れた平行な光Ｌ２となって、第２のレンズ１４で一次集光点２０に集光された後、第１のレンズ１２に入射する。
【００３９】
図１０は、図９の第１のレンズ１２近傍における光路を説明する図であり、図１１は、図９の入出力ポート１０ｃ近傍における光路を説明する図である。図１０に示すように、一次集光点２０を通った偏向素子１８ｃにより反射された光Ｌ２は、第１のレンズ１２を通って再び偏向素子１８ａ、１８ｂ、１８ｄ、１８ｅで反射された光Ｌ１と平行な光となる。さらに、この光Ｌ２は、マイクロレンズアレイ１１の出力ポート１０ｃに対応するマイクロレンズに、当該マイクロレンズの光軸から離れた位置に光軸に平行に入射し、図１１のようにθだけ傾いて該出力ポート１０ｃのファイバ端部に入射する。
【００４０】
角度θだけ斜めに入った場合の出力ポート１０ｃの結合効率ηは次式（１）で表され、角度θが大きくなると、結合効率ηは小さくなる事がこの式（１）から分かる。
η＝ｅｘｐ（−π２ω２θ２／λ） （１）
ここで、ωは出力ポート１０ｃのファイバ端部に入射するスポットサイズ、λは出力ポート１０ｃに出力される光の波長を示している。
【００４１】
したがって、第１実施の形態の波長選択スイッチ１では、偏向素子１８をＹ軸周りに回転させる（第２の方向に振る）ことによって、偏向素子１８で反射される波長毎の光のｘｚ平面内での出射方向を変えることができる。これによって、出力ポート１０ｃに入る光の入射角θも同様に変化させることができる。その結果、式（１）からも分かるように出力ポート１０ｃに出力される光強度を自由に変えることができる。
【００４２】
アッテネーションを行うには偏向器１７の偏向素子１８を振る方向は、入射光を垂直反射する方向から、図６のＹ軸回りに時計回り側または反時計回り側のいずれかとすることができる。しかし、本実施の形態では、第１のレンズ１２の光軸が傾いていることから、偏向器１７で反射された光Ｌ２が第１のレンズ１２に入る入射角が、偏向素子１８を振る前と比べて大きくなる方向に偏向素子１８を振ることが望ましい。偏向素子１８を、第１のレンズ１２の入射角が偏向素子１８を振る前と比べて大きくなる方向に振ると、光が、第１のレンズ１２の分散素子１５側の面１２ｂを通過する際、傾いて入射する。その結果、第１のレンズ１２の面１２ｂで、僅かに発生した反射光が偏向器１７と入出力部１０との間を行き交うことを抑制することができるため、クロストークの発生を抑制することができる。また、偏向素子１８の第２の方向（Ｘ方向）の偏向の方向が決まっている場合は、それに応じて、第１のレンズ１２の傾きの方向を決めることで、クロストークの発生を抑制することができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態による波長選択スイッチ１は、入力光の進行方向に対して、光軸が傾きを有するように第１のレンズ（リレー光学素子）１２を配置し、入力光が第１のレンズ１２のいずれかの面で反射され発生した迷光も、出力ポート１０ｃに入射しないように構成しているので、第１のレンズ１２による不所望な反射により発生する迷光によるクロストークの発生を低減することができる。
【００４４】
特に、入出力部１０を構成する入出力ポートの数が約２０以上の場合、第１のレンズ１２の焦点距離が長くなり、第１のレンズ１２における光束の重なりがより大きくなる場合がある。また、第１のレンズ１２を構成する面の少なくとも一方が、略平面に近くなる場合がある。このような場合に、本実施の形態による波長選択スイッチ１を採用すると、レンズ面による入力光の反射によるクロストークの発生を低減する観点で、特に好ましい。
【００４５】
また、入出力ポート１０ａ〜１０ｅは、第１の方向（ｙ方向）に直列に配列され、第１のレンズ１２の光軸は、第１のレンズ１２に入射する入力光の進行方向に対して、第１の方向（ｙ方向）と直交する第２の方向（ｘ方向）に傾いていることによって、第１のレンズ１２の光軸を、入力光の進行方向に対して傾ける角度が小さくとも、入力光の反射光による迷光が、入出力ポート１０ａ〜１０ｅに入射することを避けることができる。なお、第１のレンズ１２の光軸は、第１の方向（ｙ方向）に傾けることも可能である。その場合、入力光の第１のレンズ１２での反射による迷光が、入出力ポート１０ａ〜１０ｅに入射しないようにするために、傾ける角度は大きくなる。また、第１のレンズ１２の光軸を傾ける方向は、必ずしも、第１の方向（ｙ方向）と厳密に直交する第２の方向（ｘ方向）である必要はなく、第１の方向（ｙ方向）に略直交する方向であっても、同様の効果を奏する。
【００４６】
さらに、第１のレンズ１２に入射する入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅからの入力光の光束および出力ポート１０ｃへ向かう出力光の光束が、隣接する他の入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅからの入力光または出力ポート１０ｃへの出力光の光束に対して重なりを有しているので、より入出力ポートの密度を高めることができる。このとき、第１のレンズ１２の光軸を傾けていることによって、光束が重なりを有していても、入力光の反射によるクロストークの発生を抑制することができる。
【００４７】
また、偏向素子１８による第２の方向（Ｘ方向）への波長毎の光の偏向は、波長毎の光が偏向素子１８により第２の方向（Ｘ方向）に垂直に反射されるときよりも、第１のレンズ１２に対する波長毎の光の入射角が大きくなる向きに行うように構成したので、偏向器１７で反射され戻ってきた正規光が、第１のレンズ１２の分散素子側の面１２ｂで外部反射することによるクロストークの発生を抑制することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、第１のレンズ１２を入力光が透過する場合の反射光によるクロストークを除去するために、入力光の進行方向に対して、第１のレンズ１２の光軸が傾きを有するように配置した。しかし、クロストークは、第１のレンズ１２のみならず、例えば第２のレンズ１４や、入力ポートと分散素子との間に配置された他の透過型の光学素子による反射や反射型の光学素子による透過などによっても発生し得る。その場合も、これら光学素子に入射する入力光の進行方向と当該光学素子の光軸とを傾けることによって、迷光を出力ポートに入射しないようにし、クロストークを除去ないし低減することができる。
【００４９】
（第２実施の形態）
図１２は、第２実施の形態に係る波長選択スイッチ１の構成を示す上面図である。本実施の形態は、第１実施の形態に係る波長選択スイッチにおいて、特に、第１のレンズ１２へ入射する入力光の進行方向と第１のレンズ１２を出射する入力光の進行方向とが、一致するように、第１のレンズ１２を配置したものである。すなわち、図４における角度αと角度βが等しい角度となる。
【００５０】
図１２の破線で囲まれた部分に対応する図１３Ａおよび図１３Ｂを用いて、本実施の形態の第１レンズ１２の配置方法について説明する。まず、図１３Ａに示すように、第１の方向（ｙ方向）から見たとき、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸とが一致するように、第１のレンズ１２を配置する。このとき、角度αは０度である。次に、図１３Ｂに示すように、第１のレンズ１２の前側主点１２ｃを通る第１の方向（ｙ方向）の軸を中心として、第１のレンズ１２を、調整ジグなどを用いて回転させる。これによって、角度αと角度βとは等しい角度となる。このとき、第２の方向のシフト量であるΔＸは次式で表すことができる。
【００５１】
【数１】
ここで、ｔは第１のレンズ１２の厚み、ｎ１は第１のレンズ１２の屈折率、ｎ２は、第１のレンズ１２の周りの空気あるいは真空の屈折率である。αおよびｔが微小な場合は、ΔＸも微小となるので、第１のレンズ１２による光路の第２の方向へのシフトが、波長選択スイッチ１の全体の光学系に与える影響も小さくなる。
【００５２】
その他の構成・作用は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。なお、第１のレンズ１２へ入射する入力光の進行方向と第１のレンズ１２を出射する入力光の進行方向とが、厳密に一致せず、略一致する場合であっても同様の効果を奏する。
【００５３】
以上説明したうように、本実施の形態によれば、第１のレンズ１２へ入射する入力光の進行方向と第１のレンズ１２を出射する入力光の進行方向とが略一致するので、装置全体の組み立て性が向上し、装置の性能も出しやすい。
【００５４】
（第３実施の形態）
第３実施の形態に係る波長選択スイッチは、図１、図２に示した第１実施の形態の波長選択スイッチ１において、第１のレンズ１２の光軸を入出力部１０からの入力光の進行方向と平行とし、且つ、第１の方向から見たとき、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸とをずらして配置したものである。図１４Ａ、図１４Ｂは、それぞれ、第１のレンズ１２の入出力ポート１０ａ〜１０ｅ側の面１２ａによる、入力光の反射光の光束の一例を説明する側面図および上面図である。また、図１５Ａ、図１５Ｂは、それぞれ、第１のレンズ１２の分散素子側の面１２ｂによる入力光の反射光の光束の一例を説明する側面図および上面図である。
【００５５】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、入力ポート１０ｂから入射した入力光は、第１のレンズ１２の入出力ポート１０ａ〜１０ｅ側の面１２ａで、その一部が僅かに反射され迷光となる。この迷光の光束は、レンズの凸面での反射により拡散する光となって、図１４Ａに示すように、マイクロレンズアレイ１１の例えば、入力ポート１０ａ、１０ｂおよび出力ポート１０ｃの一部と重なる高さの拡散光となって、入出力部１０側に戻る。しかし、第１の方向（ｙ方向）から見たとき、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸とをずらして配置したので、図１４Ｂに示すように、入力光が反射されて発生した迷光は、第２の方向に外れてマイクロレンズアレイ１１には入射せず、したがって、出力ポート１０ｃに戻り光となって戻ることがない。
【００５６】
また、図１５Ａ，図１５Ｂに示すように、入力ポート１０ｂから入射した入力光は、第１のレンズ１２の分散素子側の面１２ｂで、その一部が僅かに反射され迷光となる。この迷光の光束は、第１のレンズ１２の凸面の内部反射により集光された後拡散光となって、図１５Ａに示すように、マイクロレンズアレイ１１の例えば、入力ポート１０ｄおよび出力ポート１０ｃと重なる高さの光となって、入出力部１０側に戻る。しかし、第１の方向から見たとき、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸とをずらして配置したので、図１５Ｂに示すように、入力光が反射されて発生した迷光は、マイクロレンズアレイ１１には入射せず、したがって、出力ポート１０ｃに戻り光となって戻ることがない。
【００５７】
なお、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸との第１の方向（ｙ方向）から見たときのずれは、入力光の第１のレンズ１２のレンズ面での反射による戻り光が、マイクロレンズアレイ１１に入射しないように決定される。また、図１４Ａ，図１４Ｂ，図１５Ａおよび図１５Ｂで示す光束は一例を示すものであって、入力光の第１のレンズ１２のレンズ面による反射による迷光の形態はこれだけに限られない。
【００５８】
なお、第１の方向（ｙ方向）から見たとき、第１のレンズ１２を透過した入力光の光路は、レンズ１２による屈折を受けるので、図１４Ｂの紙面の斜め上方向に折り曲げられ、図１５Ｂの紙面の斜め下方向に折り曲げられる。その他の構成・作用は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００５９】
本実施の形態による波長選択スイッチ１は、第１の方向（ｙ方向）から見たとき、入力光の光路と第１のレンズ１２の光軸とをずらして配置し、入力光が第１のレンズ１２のいずれかの面で反射され発生した迷光が、出力ポート１０ｃに入射しないように構成しているので、第１のレンズ１２での不所望な反射によるクロストークの発生を低減することができる。
【００６０】
なお、第１実施の形態および本実施の形態では、第１の方向（ｙ方向）に見たとき、いずれの入力光の光束のいずれの部分も第１のレンズ１２の入出力ポート側の面１２ａおよび分散素子側の面１２ｂに、斜めに入射する。これによって、入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅからの入力光のレンズ面での反射による迷光が、マイクロレンズアレイ１１の位置に戻らないようにしている。
【００６１】
（第４実施の形態）
図１６Ａおよび図１６Ｂは、それぞれ第４実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図および上面図である。なお、本実施の形態の波長選択スイッチも、第１実施の形態と同様な透過側の分散素子を用い、当該偏向素子で光路が偏向されているが、図１６Ｂでは、簡単のため入出力部１０から偏向器１７までを直線的に示している。また、第１実施の形態の波長選択スイッチでは、４つの入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅと１つの出力ポート１０ｃを有していたが、本実施の形態では、１０ａを入力ポート、１０ｂ〜１０ｄを出力ポートとする、１つの入力ポートと４つの出力ポートを有する波長選択スイッチ１を例示する。
【００６２】
波長選択スイッチ１は、入出力部１０、第２の集光素子である第１のレンズ１２、リレー光学素子であるシリンドリカルレンズ１３、第２のレンズ１４、分散部を構成する分散素子１５、第１の集光素子である第３のレンズ１６、偏向部を構成する偏向器１７を含んで構成されている。これまでの実施の形態では、第１のレンズ１２に着目して説明がなされてきた。しかし、第１のレンズ１２を構成する面が特殊な形状である場合や、入出力部１０を構成する入出力ポートの数がそれほど多くない場合には、第１のレンズ１２を構成するいずれの面も、略平面形状でない形状にすることも可能である。このような場合、第１のレンズ１２に起因するクロストークは、問題となりにくい。一方で、シリンドリカルレンズ１３の平面側での反射による迷光が問題となるような場合がある。
【００６３】
入出力部１０には複数の光ファイバアレイ５の端部がアレイ状に（直列に）配列され、これに対応した複数のマイクロレンズがアレイ状に配置されたマイクロレンズアレイ１１が設けられている。一組の光ファイバとマイクロレンズとは、入力ポート１０ａおよび出力ポート１０ｂ〜１０ｅのうち一つのポートを構成する。この入力ポート１０ａおよび出力ポート１０ｂ〜１０ｅは、それぞれ、波長選択スイッチ１の外部からの波長多重された信号光を入力させ、また、外部へ信号光を出力させるものである。以下、説明の便宜上、入力ポート１０ａおよび出力ポート１０ｂ〜１０ｅを、適宜、入出力ポート１０ａ〜１０ｅとまとめて表記する。入出力ポートの数は例えば６以上とし、出力ポートの数を入力ポートの数よりも多数設けることができるが、図１６Ａにおいては、説明の都合から、出力ポート１０ｃを中心とする５つの入出力ポート１０ａ〜１０ｅのみを図示している。
【００６４】
入出力用の光ファイバアレイ５の他端は、波長選択スイッチ１の外部と接続されている。マイクロレンズアレイ１１のマイクロレンズは、光ファイバから入射する光をコリメート光に変換し、また、波長選択スイッチ１内で各入出力ポート１０ｂ〜１０ｅに向けて出力されるコリメート光を光ファイバアレイ５の対応する光ファイバに結合させる。このように、入力ポート１０ａから波長選択スイッチ１内に入射する入力光、および、波長選択スイッチ１内で各入出力ポート１０ｂ〜１０ｅに向かう出力光は、コリメート光となるように設計される。
【００６５】
シリンドリカルレンズ１３は、入出力部１０側が平面であり分散素子１４側にシリンドリカル面を有し、第２の方向（ｘ方向）に光束を縮める、すなわち、第２の方向（ｘ方向）にのみ屈折力を有するレンズである。シリンドリカルレンズ１３は、第１の方向（ｙ方向）については第１のレンズ１２からの収束光をそのまま収束させ、第２の方向（ｘ方向）についてはより大きな収束度で収束させる。このため第１のレンズ１２およびシリンドリカルレンズ１３を透過した入力光は、第１のレンズ１２の焦点近傍の一次集光点２０で第２の方向（ｘ方向）により狭い楕円形のスポットを形成する。すなわち、本実施の形態では、シリンドリカルレンズ１３は、光束を楕円化させる楕円化素子である。また、シリンドリカルレンズ１３の入出力部１０側の平面は、入力光の光束が垂直入射しないように傾けて配置されている。別の言い方をすれば、シリンドリカルレンズ１３は、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面が、第１のレンズ１２の光軸に対して傾けて配置されている。あるいは、シリンドリカルレンズ１３は、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面が、第１のレンズ１２の光軸に垂直な面に対して、非平行に配置されている。よって、リレー光学系を構成する第１のレンズ１２、シリンドリカルレンズ１３および第２のレンズ１４は、光軸に関して非対称な光学系となっている。
【００６６】
第２のレンズ１４と第３のレンズ１６とは、第１実施の形態と同様に、例えば焦点距離ｆの等しいレンズである。この場合、第２のレンズ１４、分散素子１５、第３のレンズ１６および偏向器１７は、第１実施の形態と同様に配置される。また、分散素子１５および偏向器１７は、第１実施の形態と同様の構成のものを用いるものとする。
【００６７】
以上のような構成により、入力ポート１０ａから入射した入力光は、第１のレンズ１２、シリンドリカルレンズ１３および第２のレンズ１４を経て分散素子１５で波長毎に分散され、第３のレンズ１６により偏向器１７の各偏向素子１８に集光される。各偏向素子１８により反射された波長毎の光は、それぞれ第３のレンズ１６を通り分散素子１５で回折され、入力光と反対方向の光路を経て、入出力部１０のうち入力用に用いられた以外のいずれかの出力ポート１０ｂ〜１０ｅまたは図示しない他の出力ポートに正規光として出力される。図１６Ａおよび図１６Ｂでは、入力ポート１０ａから波長多重された入力光が入力され、特定の波長の出力光が出力ポート１０ｃから出力される場合を図示している。
【００６８】
次に、シリンドリカルレンズ１３による入力光の反射について説明する。図１６Ｂに示すように、シリンドリカルレンズ１３は、第１の方向（ｙ方向）に直交するｘｚ面内において、入力光の進行方向に対して入射側の平面を第２の方向（ｘ方向）に傾けて配置する。この第２の方向（ｘ方向）の傾きは、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面で入力光の一部が反射されると、その反射による迷光Ｌｓがｘ方向に光軸から外れ、出力ポート１０ｂ〜１０ｅに実質的に入射しないように設定する。すなわち、入力光は、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面に対して傾いて入射するため、クロストークの発生を抑制することができる。
【００６９】
なお、シリンドリカルレンズ１３を波長選択スイッチ１内に固定する場合には、例えば紫外線硬化樹脂等を用いる。まず、シリンドリカルレンズ１３の入射側平面を、入力光の光束に直交するように冶具等を用いて仮に固定する。そして、光学系の性能を落とさず、且つ、クロストークが小さくなるようにシリンドリカルレンズ１３を回転させて微調整を行って、最終的な固定位置を決定する。その際、シリンドリカルレンズ１３の回転前後において、シリンドリカルレンズ１３から出射する光（正規光）の出射角度の変化が小さくなるようにシリンドリカルレンズ１３の配置を調整する事が望ましい。仮にシリンドリカルレンズ１３を回転する前後において、シリンドリカルレンズ１３から出射する光（正規光）の出射角度が大きく変化してしまうと、第２のレンズ１４への光の入射位置が、第２のレンズ１４の中心位置から第２の方向（ｘ方向）に大きくずれてしまう。この結果、光学系の性能が大きく変化してしまう。
【００７０】
ここで、シリンドリカルレンズ１３を回転する前において、図１７Ａの上面図に示すように、光がシリンドリカルレンズ１３の面頂の点Ｐを通過していたとする。そして、図１７Ｂの上面図に示すように、シリンドリカルレンズ１３の面頂の点Ｐを光が通過するように、シリンドリカルレンズ１３を回転させると同時に、シリンドリカルレンズ１３をｘ方向とｚ方向に移動させる。そうすると、シリンドリカルレンズ１３から出射する光の出射角度を、シリンドリカルレンズ１３の回転前後で揃えることが可能である。
【００７１】
この場合、シリンドリカルレンズ１３から出射する光の位置は、回転前後でΔＸ移動する。そうすると、その移動量ΔＸは、シリンドリカルレンズ１３の厚さをｄ、シリンドリカルレンズ１３外部の屈折率をｎ１、シリンドリカルレンズ１３の屈折率をｎ２、シリンドリカルレンズ１３の回転角をθとすると次式で表される。
Δｘ＝ｄ×ｎ１×θ／ｎ２ （３）
【００７２】
この移動量ΔＸは回転角θに対して、微小であるため、第２のレンズ１４の中心位置から第２の方向（ｘ方向）に大きくずれてしまうことは無い。また、シリンドリカルレンズ１３の別の回転方法としては、図１７Ｃに上面図を示すように、シリンドリカル面の弧の中心を回転中心Ｃとして、シリンドリカルレンズ１３を回転させることもできる。
【００７３】
また、シリンドリカルレンズ１３は、図１７Ｄの上面図に示すように入力光の出射側の面を平面となるように配置しても良い。その場合も、入射側の面を透過して、出射側の平面で反射された入力光の一部が迷光となって出力ポートに入射しないように、傾きを調整することができる。
【００７４】
ここで、シリンドリカルレンズ１３を回転する前において、図１７Ｄに示すように、光がシリンドリカルレンズ１３の面頂の点Ｐを通過していたとする。そして、シリンドリカルレンズ１３を回転する際の回転基準位置を点Ｐにすると、図１７Ｅのように、回転後も必ず光は面頂の点Ｐを通過する。この場合、シリンドリカルレンズ１３の回転後に、光を面頂の点Ｐを通過させるように、シリンドリカルレンズ１３をｘ方向とｚ方向に移動させる作業が不用である。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面を、入力光の光束に対して傾けて配置し、その反射による迷光Ｌｓがｘ方向に光軸から外れ、出力ポート１０ｂ〜１０ｅに入射しないようにしたので、クロストークの発生を低減することができる。
【００７６】
（第５実施の形態）
図１８Ａおよび図１８Ｂは、それぞれ第５実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図および上面図である。本実施の形態は、第４実施の形態において、シリンドリカルレンズ１３の傾きの方向を第２の方向（ｘ方向）ではなく、第１の方向（ｙ方向）としたものである。この第１の方向（ｙ方向）の傾きは、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面で入力光の一部が反射されると、その反射による迷光Ｌｓがｙ方向に光軸から外れ、出力ポート１０ｂ〜１０ｅに実質的に入射しないように設定する。これによって、クロストークの発生を低減することができる。その他の構成、作用は第４実施の形態と同様なので、同一構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７７】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、各実施の形態において、入出力ポートから出力された入力光の光軸方向（ｚ方向）に直交する鉛直方向を第１の方向（ｙ方向）、水平方向を第２の方向（ｘ方向）としたが、第１の方向（ｙ方向）は鉛直方向に限られず、第２の方向（ｘ方向）は水平方向に限られない。第１の方向（ｙ方向）および第２の方向（ｘ方向）は、入力光の進行方向に直交し且つ互いに直交する２方向であれば良い。
【００７８】
また、分散素子１５は、分散素子と反射面とを組み合わせたリットマン−メトカルフ型の構成であってもよい。この場合、レンズ１４およびレンズ１６を共通化させることができる。また、分散素子１５は、透過型に限られず、反射型回折格子、Ｇｒｉｓｍ、スーパープリズム等を用いることもできる。
【００７９】
また、一組の光ファイバとマイクロレンズとは、入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅおよび出力ポート１０ｃのうち一つのポートを構成するとしたが、各入出力ポートは、マイクロレンズを含まなくてもよい。
【００８０】
また、第４および第５実施の形態において、楕円化素子は入力光の通過する一方の面をシリンドリカル面とするシリンドリカルレンズとしたが、これに限られない。例えば、楕円化素子は、第２の方向（ｘ方向）にのみ屈折力を有するレンズに限られず、第１の方向（ｙ方向）と第２の方向（ｘ方向）の双方に屈折力を有するが、第１の方向（ｙ方向）により大きな屈折力を有するレンズとすることもできる。
【００８１】
さらに、第４および第５実施の形態の楕円化素子のいずれかの面は平面としたが、楕円化素子の両面が非平面で構成されている場合も、入力光の楕円化素子への入射面または出射面を傾けることにより、反射による迷光が出力ポートに入射することを抑制、または、低減することが期待できる。さらに、シリンドリカルレンズ１３は、シリンドリカルレンズ１３の入射側の平面が、ｘｚ面内において、レンズ１２の光軸に対して傾いていると同時に、ｙｚ面内において、レンズ１２の光軸に対して傾いて配置されていてもよい。
【００８２】
また、第４および第５実施の形態では、第１のレンズ１２および第２レンズ１４の光軸は、入力光の進行方向に対して傾いていないが、これらのレンズの一方または双方を傾けた構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 波長選択スイッチ
５ 光ファイバアレイ
１０ 入出力部
１０ａ〜１０ｅ 入出力ポート
１１ マイクロレンズアレイ
１２ 第１のレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
１４ 第２のレンズ
１５ 分散素子
１６ 第３のレンズ
１７ 偏向器
１８ 偏向素子
２０ 一次集光点
Ｏ 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの入力ポートおよび少なくとも一つの出力ポートを含む入出力部と、
前記入力ポートから入射される波長多重された入力光を、波長毎の光に分散する分散部と、
前記入力ポートから入射される前記入力光を前記分散部へと導く、少なくとも１つの透過型のリレー光学素子を含むリレー光学系と、
前記分散部により分散された前記波長毎の光を集光する第１の集光素子と、
前記第１の集光素子により集光された前記波長毎の光をそれぞれ偏向して、前記出力ポートに出射させる偏向部と、を備え、
前記リレー光学素子は、前記入力光が該リレー光学素子のいずれかの面で反射され発生した迷光が、前記出力ポートに入射しないように、前記入力光に対して傾け、または、ずらして配置されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記リレー光学素子は、前記入力光の進行方向に対して、光軸が傾きを有するように配置されるリレーレンズ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３】
前記入力ポートと前記出力ポートとは、第１の方向に配列され、前記リレーレンズの光軸は、該リレーレンズへ入射する前記入力光の進行方向に対して、前記第１の方向と直交する第２の方向に傾いていることを特徴とする請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記リレーレンズは、該リレーレンズへ入射する前記入力光の進行方向と該リレーレンズを出射する前記入力光の進行方向とが、一致するように配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記リレー光学素子は、リレーレンズであり、前記入力ポートと前記出力ポートとは、第１の方向に配列され、前記リレーレンズは、前記第１の方向から見たとき、前記入力光が、該リレーレンズの光軸から前記第１の方向と略直交する第２の方向にずれて入射するように配置されてい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６】
複数の前記入力ポートを備え、前記リレーレンズに入射する少なくとも一つの入力ポートからの入力光の光束が、隣接する他の入力ポートからの入力光または出力ポートへの出力光の光束に対して重なりを有していることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【請求項７】
前記偏向部は、前記波長毎の光を、前記リレー光学系を経て前記入出力部に向けて折り返す複数の偏向素子を備え、該偏向素子は前記第１の方向に前記波長毎の光を偏向させることにより該波長毎の光が出射する出力ポートを選択し、前記第２の方向に前記波長毎の光を偏向させることにより、前記出力ポートに出射される前記波長毎の光の強度を調整し、前記第２の方向への前記波長毎の光の偏向は、前記波長毎の光が前記偏向素子により前記第２の方向に垂直に反射されるときよりも、前記リレーレンズに対する前記波長毎の光の入射角が大きくなる向きに行うように構成されることを特徴とする請求項３または４に記載の波長選択スイッチ。
【請求項８】
前記リレー光学素子は、前記偏向部に集光する前記波長毎の光のスポットを楕円形状にする楕円化素子であり、該楕円化素子は、少なくとも前記入力光が通過する２つの面を有し、該２つの面のいずれか一方の面は平面であり、前記楕円化素子により反射された前記入力光の一部が前記出力ポートに入射しないように、前記楕円化素子は、前記入力光が前記楕円化素子の前記平面に対して傾いて入射するように配置されている請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項９】
前記リレー光学系は、第２の集光素子を備え、前記楕円化素子は、前記平面が前記第２の集光素子の光軸に対して傾いて配置されている請求項８に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１０】
前記入力ポートと前記出力ポートとは、第１の方向に配列され、前記第１の方向に直交する面内において、前記平面は前記入力光の進行方向に対して傾いている請求項８または９に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１１】
前記入力ポートと前記出力ポートとは、第１の方向に配列され、前記楕円化素子の前記平面は前記入力光の進行方向に対して前記第１の方向に傾いている請求項８または９に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１２】
前記楕円化素子は、シリンドリカル面を有するシリンドリカルレンズである請求項８〜１１のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１３】
前記シリンドリカルレンズは、前記入力ポートから入射される波長多重された入力光が前記シリンドリカル面の面頂を通過するように配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１４】
前記シリンドリカルレンズは、前記シリンドリカル面が前記入出力部側に向いて配置されている請求項１２または１３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１】
少なくとも一つの入力ポートおよび少なくとも一つの出力ポートを含む入出力部と、
前記入力ポートから入射される波長多重された入力光を、波長毎の光に分散する分散部と、
前記入力ポートから入射される前記入力光を前記分散部へと導く、少なくとも１つの透過型のリレー光学素子を含むリレー光学系と、
前記分散部により分散された前記波長毎の光を集光する第１の集光素子と、
前記第１の集光素子により集光された前記波長毎の光をそれぞれ偏向して、前記出力ポートに出射させる偏向部と、を備え、
前記リレー光学素子は、前記入力光が該リレー光学素子のいずれかの面で反射され発生した迷光が、前記出力ポートに入射しないように、前記入力光に対して傾け、または、ずらして配置されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記リレー光学素子は、前記入力光の進行方向に対して、光軸が傾きを有するように配置されるリレーレンズ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３】
前記入力ポートと前記出力ポートとは、第１の方向に配列され、前記リレーレンズの光軸は、該リレーレンズへ入射する前記入力光の進行方向に対して、前記第１の方向と直交する第２の方向に傾いていることを特徴とする請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記リレーレンズは、該リレーレンズへ入射する前記入力光の進行方向と該リレーレンズを出射する前記入力光の進行方向とが、一致するように配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記リレー光学素子は、リレーレンズであり、前記入力ポートと前記出力ポートとは、第１の方向に配列され、前記リレーレンズは、前記第１の方向から見たとき、前記入力光が、該リレーレンズの光軸から前記第１の方向と略直交する第２の方向にずれて入射するように配置されてい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６】
複数の前記入力ポートを備え、前記リレーレンズに入射する少なくとも一つの入力ポートからの入力光の光束が、隣接する他の入力ポートからの入力光または出力ポートへの出力光の光束に対して重なりを有していることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【請求項７】
前記偏向部は、前記波長毎の光を、前記リレー光学系を経て前記入出力部に向けて折り返す複数の偏向素子を備え、該偏向素子は前記第１の方向に前記波長毎の光を偏向させることにより該波長毎の光が出射する出力ポートを選択し、前記第２の方向に前記波長毎の光を偏向させることにより、前記出力ポートに出射される前記波長毎の光の強度を調整し、前記第２の方向への前記波長毎の光の偏向は、前記波長毎の光が前記偏向素子により前記第２の方向に垂直に反射されるときよりも、前記リレーレンズに対する前記波長毎の光の入射角が大きくなる向きに行うように構成されることを特徴とする請求項３または４に記載の波長選択スイッチ。
【請求項８】
前記リレー光学素子は、前記偏向部に集光する前記波長毎の光のスポットを楕円形状にする楕円化素子であり、該楕円化素子は、少なくとも前記入力光が通過する２つの面を有し、該２つの面のいずれか一方の面は平面であり、前記楕円化素子により反射された前記入力光の一部が前記出力ポートに入射しないように、前記楕円化素子は、前記入力光が前記楕円化素子の前記平面に対して傾いて入射するように配置されている請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項９】
前記リレー光学系は、第２の集光素子を備え、前記楕円化素子は、前記平面が前記第２の集光素子の光軸に対して傾いて配置されている請求項８に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１０】
前記入力ポートと前記出力ポートとは、第１の方向に配列され、前記第１の方向に直交する面内において、前記平面は前記入力光の進行方向に対して傾いている請求項８または９に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１１】
前記入力ポートと前記出力ポートとは、第１の方向に配列され、前記楕円化素子の前記平面は前記入力光の進行方向に対して前記第１の方向に傾いている請求項８または９に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１２】
前記楕円化素子は、シリンドリカル面を有するシリンドリカルレンズである請求項８〜１１のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１３】
前記シリンドリカルレンズは、前記入力ポートから入射される波長多重された入力光が前記シリンドリカル面の面頂を通過するように配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１４】
前記シリンドリカルレンズは、前記シリンドリカル面が前記入出力部側に向いて配置されている請求項１２または１３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７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１７Ｅ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図２１】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１７Ｅ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図２１】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１８１４９７（Ｐ２０１２−１８１４９７Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５４１１（Ｐ２０１１−２５５４１１）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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