波長選択光クロスコネクト装置
【課題】波長選択光クロスコネクト装置において、多数の波長選択スイッチやＭＥＭＳ等の可動部品を用いることなく、小型で実装面積を小さくし、消費電力を削減すること。
【解決手段】波長選択光クロスコネクト装置は、第１〜第Ｍチャンネルの波長多重光が加えられ、夫々を波長分散素子１４によって分散し、空間変調素子１５に伝える。空間変調素子１５ではコントローラ１７からの制御により任意の領域に入射した光を任意の出力用の領域に出射して第２の空間変調素子１６に入射する。第２の空間変調素子１６はＮ個の帯状の領域から波長合成素子に光を入射して夫々のビーム毎に波長を合成し、複数のポートから出力する。これによって入力方路Ｒin１〜ＲinＭに入力されたＭチャンネルの波長多重光を各チャンネルの各波長毎に経路を選択して出力方路Ｒout１〜ＲoutＮより出力する。
【解決手段】波長選択光クロスコネクト装置は、第１〜第Ｍチャンネルの波長多重光が加えられ、夫々を波長分散素子１４によって分散し、空間変調素子１５に伝える。空間変調素子１５ではコントローラ１７からの制御により任意の領域に入射した光を任意の出力用の領域に出射して第２の空間変調素子１６に入射する。第２の空間変調素子１６はＮ個の帯状の領域から波長合成素子に光を入射して夫々のビーム毎に波長を合成し、複数のポートから出力する。これによって入力方路Ｒin１〜ＲinＭに入力されたＭチャンネルの波長多重光を各チャンネルの各波長毎に経路を選択して出力方路Ｒout１〜ＲoutＮより出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信分野における光ネットワーク網の分岐点に相当する光ノードに設けられる複数の入出力方路を有する波長選択光クロスコネクト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日の高度情報通信社会を支える高速大容量光ネットワークには、波長多重光通信技術が利用されている。光ネットワーク網の分岐点に相当する光ノードでは、再構成可能なアド、ドロップ機能を有するＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer）装置の導入が進められている。ＲＯＡＤＭ装置を実現するため、任意の波長の光を任意の方向に切り換える波長選択光クロスコネクト装置が注目されている。現在の波長選択光クロスコネクト装置としては、特許文献１〜３に示すように入力方路数Ｍが１、出力方路数Ｎが２以上、又は入力方路数Ｍが２以上、出力方路数Ｎが１のものが利用されている。今後の大容量ネットワークを実現するためにはノード処理能力の向上が求められ、入力方路数（Ｍ）及び出力方路数（Ｎ）がいずれも複数で、入力方路の任意の複数の波長の光を選択して出力方路に出力することができる波長選択光クロスコネクト装置が求められている。
【０００３】
従来の方法では、特許文献１〜３に示すように入力方路に接続されるＭ個の１×Ｎ波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch、ＷＳＳともいう）と、その各出力を夫々入力とするＮ個のＭ×１波長選択スイッチとを用いて、Ｍ×Ｎの切換えを行う波長選択光クロスコネクト装置を実現することができる。図１は入力方路数Ｍが４、出力方路数Ｎが６の場合の波長選択光クロスコネクト装置の一例を示す図である。本図において、波長選択光クロスコネクト装置は入力方路Ｒin１〜Ｒin４に接続された４個の１×６の波長選択スイッチ（ＷＳＳ）１１０−１〜１１０−４を有している。各波長選択スイッチ１１０−１〜１１０−４の出力は夫々６個の４×１の波長選択スイッチ１２０−１〜１２０−６に入力され、その選択出力が出力方路Ｒout１〜Ｒout６より出力される。これによって波長選択光クロスコネクト装置が実現できる。
【０００４】
しかしながらこの波長選択光クロスコネクト装置は（Ｎ＋Ｍ）個の波長選択スイッチを使用する必要があった。波長選択スイッチは複雑な構造であるため、光伝送実装ボードに搭載が困難なほど、装置面積が大きくなり、装置の価格が高額になる。図１の構成では多数の波長選択スイッチを使用するので、故障率が高く、伝送信頼度が低いという欠点がある。
【０００５】
そこで、少ない部品点数で小型の波長選択光クロスコネクト装置を実現するため、特許文献１，３ではＭＥＭＳ（Micro Electric Mechanical System）微小ミラーの傾斜を利用した複数の波長選択スイッチを利用することを提案している。
【０００６】
又特許文献４にはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）液晶素子を用いた波長選択スイッチを光通信に適用した波長選択光クロスコネクト装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１４７８０４号公報
【特許文献２】特開２００８−１６０４０１号公報
【特許文献３】特開２００９−３３５４３号公報
【特許文献４】ＵＳＰ７，７８７，７２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら従来の方式では入力方路数Ｍと出力方路数Ｎの和、即ちＭ＋Ｎ個の波長選択スイッチを使用するので、方路数が多くなればなるほど波長選択スイッチ数が多く高価になり、故障率も増加して伝送信頼度が低下する。又ＭＥＭＳなどのミラーを機械的に駆動制御する場合には、本質的に振動や衝撃などの外乱に弱いという欠点があった。
【０００９】
又特許文献４に示されているＬＣＯＳ素子は１つの入力ビームに対してＬＣＯＳ素子のパネル面を大きく占有するため、多数の入力ビームに対して適用することができないという問題点があった。
【００１０】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、多数の波長選択スイッチやＭＥＭＳ等の可動部品を用いることなく、小型で実装面積を小さくし、伝送信頼性を向上させたＭ入力Ｎ出力（Ｍ，Ｎは２以上の自然数）の波長選択光クロスコネクト装置を実現することを目的とする。
【００１１】
尚複数の入力及び出力を有する波長選択光クロスコネクト装置自体を波長選択スイッチ装置と称している文献もあるが、本発明ではこれを波長選択光クロスコネクト装置として説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を解決するために、本発明の波長選択光クロスコネクト装置は、第１〜第Ｍチャンネル（Ｍは２以上の自然数）の波長多重光信号がＭ個の入力方路に加えられ、夫々の入力の波長多重光信号について任意の少なくとも１つの波長の信号を選択してＮ個（Ｎは２以上の自然数）の波長多重光信号とし、Ｎ個の出力方路より出力する波長選択光クロスコネクト装置であって、入射されたＭチャンネルの入射光の夫々を入射光の偏光成分に応じて分離して第１，第２の光ビームとし、その一方の偏光方向を回転させることによって偏光方向を揃え２Ｍ本の光ビームとする第１の偏波ダイバーシティ部と、前記第１の偏波ダイバーシティ部を通過した２Ｍ本の波長多重光を夫々その波長に応じて空間的に分散させる第１の波長分散素子と、波長に応じて展開されたｘ軸方向とこれに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された２Ｍ本の入力光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面上に格子状に配置された多数の画素を有し、ｙ軸方向に連続する複数画素の位相を変化させることによってその画素の屈折率特性を変化させ各チャンネルの各波長毎に反射方向を変化させる第１の空間変調素子と、波長に応じて展開されたｘ軸方向とこれに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された２Ｎ本の前記第１の空間変調素子からの入力が加えられた光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面上に格子状に配置された多数の画素を有し、ｙ軸方向に連続する複数画素の位相を変化させることによってその画素の屈折率特性を変化させ各チャンネルの各波長毎に反射方向を変化させる第２の空間変調素子と、前記第２の空間変調素子の２Ｎ本の空間的に分散した波長の光を２Ｎ本の波長多重光に合成する波長合成素子と、前記波長合成素子で合成された２Ｎ本の反射光のうち同一チャンネルの光の一方の偏光方向を回転させて２Ｎチャンネルの光を夫々Ｎチャンネルに合成する第２の偏波ダイバーシティ部と、前記第１，第２の空間変調素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによって各波長毎に位相特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を反射する空間変調素子駆動部と、を具備するものである。
【００１３】
ここで前記第１，第２の空間変調素子のビームスイッチング機能は、液晶の屈折率を三角波状に変化させることによって実現するようにしてもよい。
【００１４】
ここで前記第１，第２の空間変調素子は、ＬＣＯＳ素子としてもよい。
【００１５】
ここで前記第１，第２の空間変調素子は、２次元液晶アレイ素子としてもよい。
【００１６】
ここで前記第１，第２の空間変調素子は、液晶駆動モードをＶＡ方式としてもよい。
【００１７】
ここで前記第１，第２の空間変調素子は、液晶駆動モードをＩＰＳ方式としてもよい。
ものである。
【発明の効果】
【００１８】
以上詳細に説明したように本発明によれば、Ｍチャンネルの入力光を偏波ダイバーシティ部によって２Ｍ本の平行な光ビームとして波長分散素子に加え、波長分散素子で波長を分散させて第１の空間変調素子に入力している。そして第１の空間変調素子では同一チャンネルの波長毎に異なった方向に入射光を反射させ、第２の空間変調素子に導く。第２の空間変調素子では同一チャンネルの複数の波長の光が同一方向になるように反射方向を制御し、第２の偏波ダイバーシティ部を通過してＮチャンネルの出力ビームとし、波長を合成して出力している。このため複数入力の各波長帯の信号を任意の出力ポートの任意の位置に移動させてクロスコネクト装置を実現することができる。この場合には第１，第２の空間変調素子を用いることによって振動や衝撃の影響を受けることなく柔軟な光ネットワークを形成することができる。又波長の帯域を任意に変更することができ、柔軟性の高いクロスコネクト装置を実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は入力方路数４、出力方路数６を有する従来の波長選択光クロスコネクト装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施の形態による波長選択光クロスコネクト装置の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施の形態による波長選択光クロスコネクト装置の主要部の構成を示す斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の第２の実施の形態による波長選択光クロスコネクト装置のｙ軸方向から見た光学的な配置を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは第２の実施の形態の２つのＬＣＯＳ素子の光学的な配置を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは本実施の形態による波長選択器に用いられるＬＣＯＳ素子を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは本実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の垂直配向（ＶＡ）モードの液晶材料の電圧を印加していないときの液晶内の配向状態を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは本実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の垂直配向モードでの電圧を印加したときの液晶内の配向状態を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは本実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子３８の正面と受光領域を示す図である。
【図６Ｂ】図６ＢはＬＣＯＳ素子３８の受光領域Ｒ１の詳細を示す拡大図である。
【図７】図７は本発明の第２の実施の形態によるＬＣＯＳ素子４０の受光領域を示す図である。
【図８】図８は本発明の第２の実施の形態によるＬＣＯＳ素子及び従来のＬＣＯＳ素子のｙ軸方向の位相角の変化を示すグラフである。
【図９】図９は本発明の第３の実施の形態による波長選択光クロスコネクト装置のｙ軸方向から見た光学的な配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施の形態）
図２は本発明の基本構成による波長選択光クロスコネクト装置１Ａの構成図、図３はその主要部を示す斜視図である。波長選択光クロスコネクト装置１ＡはＭ個（Ｍは２以上の自然数）の入力方路Ｒin１〜ＲinＭと、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の出力方路Ｒout１〜ＲoutＮを有している。ここで入力方路Ｒin１に入力される第１チャンネルの光信号はλ11〜λL1（Ｌは２以上の自然数）の光信号が多重化された波長多重光信号（以下、ＷＤＭ信号という）とする。入力方路Ｒin２に入力される第２チャンネルの光信号も同様に波長λ12〜λL2の光信号が多重化されたＷＤＭ信号とする。一般的に表現すると、入力方路Ｒin(j
)に入力される第ｊチャンネルのＷＤＭ信号は、波長λ1j〜λLjの光信号が多重化されたＷＤＭ信号（ｊ＝１〜Ｍ）とする。ここで第１サフィックス（１〜Ｌ）が同一のものは同一波長を表し、第２サフィックス（１〜Ｍ）はチャンネルを表す。このＭチャンネルのＷＤＭ信号は光ファイバ１１−１〜１１−Ｍを介してコリメートレンズ１２−１〜１２−Ｍから成るコリメートレンズアレイに入力される。又各コリメートレンズ１２−１〜１２−Ｍの出力側には偏波ダイバーシティ部１３が設けられる。偏波ダイバーシティ部１３は各入力ポートの波長多重光を夫々ｓ偏光成分とｐ偏光成分の第１，第２の光ビームに分離する偏光ビームスプリッタと、各入力ポートの分離した光ビームのいずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換する波長板とを有しており、各チャンネルのＷＤＭ光を夫々２本の平行な光ビームとするものである。各チャンネルの夫々２本の光ビームは波長分散素子１４に与えられる。波長分散素子１４は偏波ダイバーシティ部１３からの２Ｍの入力光について波長に応じて光を異なった方向に分散するものであり、例えば回折格子によって実現することができる。波長分散素子１４からの出力は集光手段等を介して第１の空間変調素子１５に導かれる。第１の空間変調素子１５は各チャンネル、各波長の分散された光を受光し、各チャンネル、各波長毎に第２の空間変調素子１６の１〜Ｎまでの任意のチャンネルに出力するように方向を変化させて反射する素子である。又第２の空間変調素子１６は第１〜第Ｎチャンネルの夫々について２本の各波長に分散された夫々の異なった方向からの反射光を所定方向に揃えて出力するための方向変換を行う素子である。これらの第１，第２の空間変調素子１５，１６にはコントローラ１７が接続されている。そして第２の空間変調素子１６からの出力は適当な集光素子を介して波長合成素子１８に与えられる。波長合成素子１８は２Ｎ本の異なった波長成分を１つの波長成分に合成して同一方向に集光して出力するもので、例えば回折格子によって実現される。又波長合成素子１８の出力側には偏波ダイバーシティ部１９が設けられる。偏波ダイバーシティ部１９は波長合成素子で合成された２Ｎ本の反射光のうち同一チャンネルの光の一方の偏光方向を回転させて２Ｎチャンネルの光を夫々Ｎチャンネルに合成するものである。偏波ダイバーシティ部１９の出力側にコリメートレンズ２０−１〜２０−Ｎ及び出力ファイバ２１−１〜２１−Ｎが接続される。これらは入力用の光ファイバ１１−１〜１１−Ｍやコリメートレンズアレイ１２−１〜１２−Ｍ及び偏波ダイバーシティ部１３と対称な構造を有している。
【００２１】
次に空間変調素子１５，１６について説明する。第１の実施の形態において、入射光を波長に応じてｘｚ平面上で分散させ、帯状の光として空間変調素子１５に入射したとき、その入射領域は図３に示す長方形状の領域Ｒ１〜ＲＭであるとする。そして第１の実施の形態の波長選択光スイッチ装置では、各チャンネルの波長毎に反射させる方向を選択し、空間変調素子１６のＲ１〜ＲＮのいずれかの入射領域の同一の波長帯部分に入射する。そして第２の空間変調素子１６では各チャンネルの波長帯毎に異なった方向からの光を入射し、これを同一方向に反射することによって波長合成素子１８に出力する。こうすれば第１，第２の空間変調素子１５，１６の反射方向を制御することによって、任意の波長の光を選択することができる。コントローラ１７はｘｙ平面の光の反射方向を選択波長に合わせて決定する。コントローラ１７は空間変調素子１５，１６のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の特性を制御する空間変調素子駆動部を構成している。尚図３では同一チャンネルの２本の光ビームをまとめて記載しているが、実際には２本の平行な光ビームの反射方向が同時に切換えられてスイッチングされる。
【００２２】
（第２の実施の形態）
次に本発明のより具体的な実施の形態について説明する。図４Ａは第２の実施の形態による８入力８出力（Ｍ＝Ｎ＝８）の波長選択光クロスコネクト装置１Ｂの主要部の構成を示す図である。本図においてｙ軸方向に８本の光ファイバ３１が並列に配置されており、各光ファイバ３１には夫々コリメートレンズアレイ３２のコリメートレンズが接続される。そしてその出力側には偏波ダイバーシティ部３３が配置され、更にその光軸上にはミラー３４が設けられる。そしてミラー３４で反射された光を受光する位置には、波長分散素子である回折格子３５が設けられる。回折格子３５は第１の実施の形態の波長分散素子１４と同一の機能を有しており、ｙ軸方向集光レンズ３６、ｘ軸方向集光レンズ３７を介して第１のＬＣＯＳ素子３８に与えられる。ＬＣＯＳ素子３８は第１の実施の形態の第１の空間変調素子１５に対応するものである。このＬＣＯＳ素子３８に対向する位置にはｘ軸方向集レンズ３９を介して第２のＬＣＯＳ素子４０が設けられる。ＬＣＯＳ素子４０は第１の実施の形態の第２の空間変調素子１６に対応するものである。ＬＣＯＳ素子４０で反射された光はｘ軸方向集レンズ４１、ｙ軸方向集光レンズ４２を介して波長合成素子である回折格子４３に与えられる。回折格子４３は各方向の波長分散された光を１６本の光ビームに合成するものであり、その出力はミラー４４を介して偏波ダイバーシティ部４５、コリメートレンズアレイ４６に与えられる。コリメートレンズアレイ４６には出力用の光ファイバ４７が接続されている。尚、偏波ダイバーシティ部３３，４５は第１の実施の形態の偏波ダイバーシティ部１３，１９に対応するものである。
【００２３】
次に第２の実施の形態による波長選択光クロスコネクト装置１Ｂに用いられるＬＣＯＳ素子３８，４０の詳細な構成について説明する。ＬＣＯＳ素子３８，４０は各画素の背面に液晶変調ドライバを内蔵しているため、画素数を多くすることができ格子状の多数の画素から構成することができる。図５ＡはＬＣＯＳ素子３８，４０を示す概略図であり、光が入射する面からｚ軸に沿ってＡＲ層５１，透明共通電極５２，液晶５３，多数の背面反射電極５４を含むアライメント層５５及びシリコン層５６を積層して構成されている。
【００２４】
図６Ａは第２の実施の形態によるＬＣＯＳ素子３８の正面図である。ここで波長分散方向を図６Ａに示すｘ軸方向とすると、夫々の波長に対してｙ軸方向に並んだ多数の画素が対応する。ＬＣＯＳ素子３８にはチャンネル毎に、及び波長毎に異なる位置に光ビームが入射する。即ち入射領域Ｒｊに加わる光はＷＤＭ光を波長帯λij（ｉ＝１〜Ｌ，ｊ＝１〜Ｍ）に応じてｘｙ平面に展開した光である。第２の実施の形態では入力ポート数Ｍ及び出力ポート数Ｎをいずれも８としている。各入力ポートで２本のビームが回折格子３５で波長毎に分散され、ＬＣＯＳ素子３８に加わる。例えば第１ポートのｓ偏光，ｐ偏光の入射光は波長分散されて図６Ａに示す領域Ｒ１に加わる。同様にして第２ポートから第８ポートのｓ偏光及びｐ偏光の夫々の入射光は、波長分散されて夫々領域Ｒ２〜Ｒ８に加わる。図６Ｂは領域Ｒ１を拡大して示しており、その上部にはｓ偏光成分、下方にはｐ偏光成分の波長分散されて夫々波長λ11〜λL1の光が異なった位置に入射する。ここでＬＣＯＳ素子３８は対角が０．７インチの素子（１６．１２７×９．０７１ｍｍ）を用いるものとし、ｘ方向に１９２０素子、ｙ方向に１０８０画素が格子状に配列された素子とする。このときｙ軸方向のポート位置の２本の入力光を波長分散したλij（ｉ＝１〜Ｌ，ｊ＝１〜８）についてはｙ軸方向に１３５ピクセル（pxl）が対応することとなる。更に図６Ｂに示すように各偏光成分の光ビームについては、夫々６７のピクセルが対応することとなる。設定部５７及びドライバ５８は空間変調素子駆動部を構成しており、これらは入射した光の出射方向を制御する。
【００２５】
又ＬＣＯＳ素子４０についても出力ポート数Ｎが８であるため、図７に示すように受光領域Ｒ１〜Ｒ８が設定されている。この場合も設定部５７及びドライバ５８によって入射した光の出射方向が制御される。
【００２６】
次にＬＣＯＳ素子のビーム偏光方式について説明する。従来結晶素子の屈折率分布を制御する方法として、特許文献４に示されるように、光学的位相アレイ（Optical phase array：ＯＰＡ方式）が知られている。この方式では図８の符号Ａに示すように、位相変調量２πradで周期的にのこぎり波のように屈折率分布を形成し、回折効果でビームスイッチング偏光を行っている。ＯＰＡ方式では高いビーム回折効率を得るためにはビーム径を大きくし、のこぎり波状の屈折率分布を繰り返す必要があった。
【００２７】
これに対して本実施の形態では、液晶ビーム偏向方式（Liquid crystal beam deflection、以下ＬＣＢＤ法という）を用いている。ＬＣＢＤ法では図８に符号Ｂで示すように位相の変調量を大きくすることで小さい空間内でビーム屈折を行うことができる。従って図６Ａ，図７に示すように１つのＬＣＯＳ素子の面を複数の領域Ｒ１〜Ｒ８に分割して夫々の領域に光ビームを照射しても、各領域について波長毎に異なった方向に光を反射させることができる。又ＬＣＢＤ法ではＯＰＡ法とは異なってのこぎり波状の位相変化をＬＣＯＳ面上に形成しないため、フライバック効果がなく、高次回折光の発生が少ないという特徴がある。ＬＣＢＤ方式を用いる場合には必要な屈折率勾配を得るためにＯＰＡ法との液晶セルの厚さ（１〜１０μｍ）に比べて液晶セルの厚さを５〜２００μｍと厚くすることが必要となる。
【００２８】
第２の実施の形態では図６Ａに示す領域Ｒ１で受光したある波長の光を、例えば第２のＬＣＯＳ素子４０の領域Ｒ８に向かうようにスイッチングする場合には、最大の偏向角が必要となる。第２の実施の形態では図４Ｂに示すように第１のＬＣＯＳ素子３８と第２のＬＣＯＳ素子４０とはレンズを介して１００ｍｍの間隔がある。この場合に約４．６°の偏向角が必要となる。
【００２９】
第２の実施の形態によるＬＣＯＳ素子３８，４０には垂直配向（ＶＡ）方式の液晶材料で屈折率異方性０．２の液晶材料を使用する。これにより垂直に入射した光を角度θだけ回折させて反射するものとする。角度θは結晶セル厚ｄとすると次式で示される。
θ＝２ｄ・（ｄｎ／ｄｙ）
ここで結晶セル厚ｄを１０８μｍとすると、ビーム偏向角θは約０．０９（rad）、角度表示では最大４．９°であり、領域Ｒ１で受光した光を第２のＬＣＯＳ素子４０の領域Ｒ８に向かうようにスイッチングする場合に必要なビーム偏向角４．６°を上回る偏向角を得ることができる。
【００３０】
そのため、ＬＣＯＳ素子３８のある波長の光λijが入射するｙ軸方向の多数の画素に異なった電圧を与えることによって、図８に示すように三角波状の位相シフト関数で示される屈折率の変化を実現することができる。このように屈折率を変化させることで反射方向を異ならせることができる。ここで位相シフト関数を適宜選択することによって入射光の屈折角度を夫々の波長毎に異なった方向に変化させることができるので、ＬＣＯＳ素子３８，４０は特性可変型の回折格子として考えることができる。従って透明電極５２と背面反射電極５４との間に電圧を印加することによって各波長成分の回折角を独立に制御し、特定波長の入力光を所望の方向に反射させたり、他の波長成分の光を不要な光として回折させ、出射されない方向に光を反射させることができる。
【００３１】
こうすれば例えば図６Ａに示すＬＣＯＳ素子３８のλ11の入射光を図７に示す第２のＬＣＯＳ素子４０の領域Ｒ８の波長λ18の位置にスイッチングしたり、ＬＣＯＳ素子３８のλ31の入射光をＬＣＯＳ素子４０の領域Ｒ７のλ3７に入射させることができる。但し第２のＬＣＯＳ素子４０の夫々の受光領域には同一波長の複数の光が同一位置に入射されることのないように、あらかじめ設定部５７によって制御されているものとする。そして同一波長λ11〜λ18の１６本の入射光は第２のＬＣＯＳ素子でもλ11〜λ18のいずれかの位置に入射するものとし、他の領域には入射しない。そうすれば第２のＬＣＯＳ素子で入射した光を全て同一方向に反射させるように制御することができ、回折格子４４で合成して１６本の光ビームに変換することができる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。図９は第３の実施の形態による８入力８出力（Ｍ＝Ｎ＝８）の波長選択光クロスコネクト装置１Ｃの主要部の構成を示す図である。本図においてｙ軸方向に８本の光ファイバ６１が並列に配置されており、各光ファイバ６１には夫々コリメートレンズアレイ６２のコリメートレンズが接続される。そしてその出力側には偏波ダイバーシティ部６３が配置され、更にその光軸上には拡大プリズム６４が設けられる。そして拡大プリズム６４で拡大された光を受光する位置には、波長分散素子である回折格子６５が設けられる。回折格子６５は第１の実施の形態の波長分散素子１４と同一の機能を有しており、ｙ軸方向集光レンズ６６を介してＬＣＯＳ素子６７に与えられる。ＬＣＯＳ素子６７は第１の実施の形態の第１の空間変調素子１５に対応するものである。このＬＣＯＳ素子６７に対向する位置にはｘ軸方向集光レンズ６６，６８を介してＬＣＯＳ素子６９が設けられる。ＬＣＯＳ素子６９は第１の実施の形態の第２の空間変調素子１６に対応するものである。ＬＣＯＳ素子６９で反射された光はｘ軸方向集光レンズ６８を介して波長合成素子である回折格子７０に与えられる。回折格子７０は各方向の波長分散された光を１６本の光ビームに合成するものであり、その出力は拡大プリズム７１を介して偏波ダイバーシティ部７２、コリメートレンズアレイ７３に与えられる。コリメートレンズアレイ７３には出力用の光ファイバ７４が接続されている。尚、偏波ダイバーシティ部６３，７２は第１の実施の形態の偏波ダイバーシティ部１３，１９に対応するものである。
【００３３】
この実施の形態では２つのＬＣＯＳ素子６７，６９には第２の実施の形態と同様に０．７インチのＬＣＯＳ素子を用い、解像度は１９２０×１０８０画素とする。また２つのＬＣＯＳ素子の間隔を２００ｍｍとしている。この実施の形態では液晶駆動モードは広視野特性に優れたＩＰＳ（In-Plane Switching）モードを用いる。又屈折率異方性０．２の液晶材料を使用し、ここではＬＣＯＳ間隔を２倍としているため、ビーム偏向角は同一のＬＣＯＳ素子を用いたとしても第２の実施の形態に比べて２．３°の偏向角で足りる。従ってＬＣＯＳ素子６７，６９の厚さを第２の実施の形態のＬＣＯＳ素子３８，４０の１／２とすることができ、結晶セル厚を５４μｍとした。この実施の形態でも従来例に比べて実装効率に優れ、小型に配置することができる。
【００３４】
尚前述した各実施の形態では２つのＬＣＯＳ素子を用いているが、１つのＬＣＯＳ素子の領域を２分割して第１，第２の領域とし、適当なミラーを用いることで第１の領域を第１のＬＣＯＳ素子、第２の領域を第２のＬＣＯＳ素子として使用することができる。こうすれば１つのＬＣＯＳ素子を用いて波長選択光クロスコネクト装置を実現することができる。
【００３５】
また第２，第３の実施の形態では空間変調素子としてＬＣＯＳ素子３８，４０，６７，６９について説明しているが、他の例として、ＬＣＯＳ構造ではない反射型の２次元電極アレイを有する液晶素子を用いることができる。ＬＣＯＳ素子の場合には画素の背面に液晶ドライバが内蔵されているが、２次元電極アレイ液晶素子は液晶変調用のドライバが素子の外部に装備されている。その他の構成はＬＣＯＳ素子と同様であり、前述したＬＣＢＤ法による偏向の制御を実現することができる。
【００３６】
この実施の形態では格子状に多数の画素を有する空間変調素子を用いているため、各チャンネル帯の波長の幅を任意に設定することができる。従って特定の波長帯の幅が広ければ図６Ａや図７のｘ軸方向の画素数を多くしたり、波長帯が狭い場合にはｘ軸方向の画素数を少なくするなど、入力光の波長帯の幅に応じて画素を適宜設定することができる。
【００３７】
又この実施の形態では入力信号をＷＤＭ信号光としているが、ＷＤＭ信号光に限らず多数の波長が重畳された光についてこの発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は光ネットワークの分岐点に設けられ多数のＷＤＭ光を波長毎にスイッチングする光ノードの波長選択光クロスコネクト装置として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 波長選択光クロスコネクト装置
１２−１〜１２−Ｍ，２０−１〜２０−Ｎ コリメートレンズ
１３，１９，３３，４５，６３，７２ 偏波ダイバーシティ部
２６，３７，３９，４１，４２，６６，６８ レンズ
１４ 波長分散素子
１５，１６ 空間変調素子
１７ コントローラ
１８ 波長合成素子
３１，４８，６１，７４ 光ファイバ
３２，４７ コリメートレンズアレイ
３５，４３，６５，７０ 回折格子
３８，４０，６７，６９ ＬＣＯＳ素子
５７ 設定部
５８ ドライバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信分野における光ネットワーク網の分岐点に相当する光ノードに設けられる複数の入出力方路を有する波長選択光クロスコネクト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日の高度情報通信社会を支える高速大容量光ネットワークには、波長多重光通信技術が利用されている。光ネットワーク網の分岐点に相当する光ノードでは、再構成可能なアド、ドロップ機能を有するＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer）装置の導入が進められている。ＲＯＡＤＭ装置を実現するため、任意の波長の光を任意の方向に切り換える波長選択光クロスコネクト装置が注目されている。現在の波長選択光クロスコネクト装置としては、特許文献１〜３に示すように入力方路数Ｍが１、出力方路数Ｎが２以上、又は入力方路数Ｍが２以上、出力方路数Ｎが１のものが利用されている。今後の大容量ネットワークを実現するためにはノード処理能力の向上が求められ、入力方路数（Ｍ）及び出力方路数（Ｎ）がいずれも複数で、入力方路の任意の複数の波長の光を選択して出力方路に出力することができる波長選択光クロスコネクト装置が求められている。
【０００３】
従来の方法では、特許文献１〜３に示すように入力方路に接続されるＭ個の１×Ｎ波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch、ＷＳＳともいう）と、その各出力を夫々入力とするＮ個のＭ×１波長選択スイッチとを用いて、Ｍ×Ｎの切換えを行う波長選択光クロスコネクト装置を実現することができる。図１は入力方路数Ｍが４、出力方路数Ｎが６の場合の波長選択光クロスコネクト装置の一例を示す図である。本図において、波長選択光クロスコネクト装置は入力方路Ｒin１〜Ｒin４に接続された４個の１×６の波長選択スイッチ（ＷＳＳ）１１０−１〜１１０−４を有している。各波長選択スイッチ１１０−１〜１１０−４の出力は夫々６個の４×１の波長選択スイッチ１２０−１〜１２０−６に入力され、その選択出力が出力方路Ｒout１〜Ｒout６より出力される。これによって波長選択光クロスコネクト装置が実現できる。
【０００４】
しかしながらこの波長選択光クロスコネクト装置は（Ｎ＋Ｍ）個の波長選択スイッチを使用する必要があった。波長選択スイッチは複雑な構造であるため、光伝送実装ボードに搭載が困難なほど、装置面積が大きくなり、装置の価格が高額になる。図１の構成では多数の波長選択スイッチを使用するので、故障率が高く、伝送信頼度が低いという欠点がある。
【０００５】
そこで、少ない部品点数で小型の波長選択光クロスコネクト装置を実現するため、特許文献１，３ではＭＥＭＳ（Micro Electric Mechanical System）微小ミラーの傾斜を利用した複数の波長選択スイッチを利用することを提案している。
【０００６】
又特許文献４にはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）液晶素子を用いた波長選択スイッチを光通信に適用した波長選択光クロスコネクト装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１４７８０４号公報
【特許文献２】特開２００８−１６０４０１号公報
【特許文献３】特開２００９−３３５４３号公報
【特許文献４】ＵＳＰ７，７８７，７２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら従来の方式では入力方路数Ｍと出力方路数Ｎの和、即ちＭ＋Ｎ個の波長選択スイッチを使用するので、方路数が多くなればなるほど波長選択スイッチ数が多く高価になり、故障率も増加して伝送信頼度が低下する。又ＭＥＭＳなどのミラーを機械的に駆動制御する場合には、本質的に振動や衝撃などの外乱に弱いという欠点があった。
【０００９】
又特許文献４に示されているＬＣＯＳ素子は１つの入力ビームに対してＬＣＯＳ素子のパネル面を大きく占有するため、多数の入力ビームに対して適用することができないという問題点があった。
【００１０】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、多数の波長選択スイッチやＭＥＭＳ等の可動部品を用いることなく、小型で実装面積を小さくし、伝送信頼性を向上させたＭ入力Ｎ出力（Ｍ，Ｎは２以上の自然数）の波長選択光クロスコネクト装置を実現することを目的とする。
【００１１】
尚複数の入力及び出力を有する波長選択光クロスコネクト装置自体を波長選択スイッチ装置と称している文献もあるが、本発明ではこれを波長選択光クロスコネクト装置として説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を解決するために、本発明の波長選択光クロスコネクト装置は、第１〜第Ｍチャンネル（Ｍは２以上の自然数）の波長多重光信号がＭ個の入力方路に加えられ、夫々の入力の波長多重光信号について任意の少なくとも１つの波長の信号を選択してＮ個（Ｎは２以上の自然数）の波長多重光信号とし、Ｎ個の出力方路より出力する波長選択光クロスコネクト装置であって、入射されたＭチャンネルの入射光の夫々を入射光の偏光成分に応じて分離して第１，第２の光ビームとし、その一方の偏光方向を回転させることによって偏光方向を揃え２Ｍ本の光ビームとする第１の偏波ダイバーシティ部と、前記第１の偏波ダイバーシティ部を通過した２Ｍ本の波長多重光を夫々その波長に応じて空間的に分散させる第１の波長分散素子と、波長に応じて展開されたｘ軸方向とこれに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された２Ｍ本の入力光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面上に格子状に配置された多数の画素を有し、ｙ軸方向に連続する複数画素の位相を変化させることによってその画素の屈折率特性を変化させ各チャンネルの各波長毎に反射方向を変化させる第１の空間変調素子と、波長に応じて展開されたｘ軸方向とこれに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された２Ｎ本の前記第１の空間変調素子からの入力が加えられた光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面上に格子状に配置された多数の画素を有し、ｙ軸方向に連続する複数画素の位相を変化させることによってその画素の屈折率特性を変化させ各チャンネルの各波長毎に反射方向を変化させる第２の空間変調素子と、前記第２の空間変調素子の２Ｎ本の空間的に分散した波長の光を２Ｎ本の波長多重光に合成する波長合成素子と、前記波長合成素子で合成された２Ｎ本の反射光のうち同一チャンネルの光の一方の偏光方向を回転させて２Ｎチャンネルの光を夫々Ｎチャンネルに合成する第２の偏波ダイバーシティ部と、前記第１，第２の空間変調素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによって各波長毎に位相特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を反射する空間変調素子駆動部と、を具備するものである。
【００１３】
ここで前記第１，第２の空間変調素子のビームスイッチング機能は、液晶の屈折率を三角波状に変化させることによって実現するようにしてもよい。
【００１４】
ここで前記第１，第２の空間変調素子は、ＬＣＯＳ素子としてもよい。
【００１５】
ここで前記第１，第２の空間変調素子は、２次元液晶アレイ素子としてもよい。
【００１６】
ここで前記第１，第２の空間変調素子は、液晶駆動モードをＶＡ方式としてもよい。
【００１７】
ここで前記第１，第２の空間変調素子は、液晶駆動モードをＩＰＳ方式としてもよい。
ものである。
【発明の効果】
【００１８】
以上詳細に説明したように本発明によれば、Ｍチャンネルの入力光を偏波ダイバーシティ部によって２Ｍ本の平行な光ビームとして波長分散素子に加え、波長分散素子で波長を分散させて第１の空間変調素子に入力している。そして第１の空間変調素子では同一チャンネルの波長毎に異なった方向に入射光を反射させ、第２の空間変調素子に導く。第２の空間変調素子では同一チャンネルの複数の波長の光が同一方向になるように反射方向を制御し、第２の偏波ダイバーシティ部を通過してＮチャンネルの出力ビームとし、波長を合成して出力している。このため複数入力の各波長帯の信号を任意の出力ポートの任意の位置に移動させてクロスコネクト装置を実現することができる。この場合には第１，第２の空間変調素子を用いることによって振動や衝撃の影響を受けることなく柔軟な光ネットワークを形成することができる。又波長の帯域を任意に変更することができ、柔軟性の高いクロスコネクト装置を実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は入力方路数４、出力方路数６を有する従来の波長選択光クロスコネクト装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施の形態による波長選択光クロスコネクト装置の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施の形態による波長選択光クロスコネクト装置の主要部の構成を示す斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の第２の実施の形態による波長選択光クロスコネクト装置のｙ軸方向から見た光学的な配置を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは第２の実施の形態の２つのＬＣＯＳ素子の光学的な配置を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは本実施の形態による波長選択器に用いられるＬＣＯＳ素子を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは本実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の垂直配向（ＶＡ）モードの液晶材料の電圧を印加していないときの液晶内の配向状態を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは本実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子の垂直配向モードでの電圧を印加したときの液晶内の配向状態を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは本実施の形態に用いられるＬＣＯＳ素子３８の正面と受光領域を示す図である。
【図６Ｂ】図６ＢはＬＣＯＳ素子３８の受光領域Ｒ１の詳細を示す拡大図である。
【図７】図７は本発明の第２の実施の形態によるＬＣＯＳ素子４０の受光領域を示す図である。
【図８】図８は本発明の第２の実施の形態によるＬＣＯＳ素子及び従来のＬＣＯＳ素子のｙ軸方向の位相角の変化を示すグラフである。
【図９】図９は本発明の第３の実施の形態による波長選択光クロスコネクト装置のｙ軸方向から見た光学的な配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施の形態）
図２は本発明の基本構成による波長選択光クロスコネクト装置１Ａの構成図、図３はその主要部を示す斜視図である。波長選択光クロスコネクト装置１ＡはＭ個（Ｍは２以上の自然数）の入力方路Ｒin１〜ＲinＭと、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の出力方路Ｒout１〜ＲoutＮを有している。ここで入力方路Ｒin１に入力される第１チャンネルの光信号はλ11〜λL1（Ｌは２以上の自然数）の光信号が多重化された波長多重光信号（以下、ＷＤＭ信号という）とする。入力方路Ｒin２に入力される第２チャンネルの光信号も同様に波長λ12〜λL2の光信号が多重化されたＷＤＭ信号とする。一般的に表現すると、入力方路Ｒin(j
)に入力される第ｊチャンネルのＷＤＭ信号は、波長λ1j〜λLjの光信号が多重化されたＷＤＭ信号（ｊ＝１〜Ｍ）とする。ここで第１サフィックス（１〜Ｌ）が同一のものは同一波長を表し、第２サフィックス（１〜Ｍ）はチャンネルを表す。このＭチャンネルのＷＤＭ信号は光ファイバ１１−１〜１１−Ｍを介してコリメートレンズ１２−１〜１２−Ｍから成るコリメートレンズアレイに入力される。又各コリメートレンズ１２−１〜１２−Ｍの出力側には偏波ダイバーシティ部１３が設けられる。偏波ダイバーシティ部１３は各入力ポートの波長多重光を夫々ｓ偏光成分とｐ偏光成分の第１，第２の光ビームに分離する偏光ビームスプリッタと、各入力ポートの分離した光ビームのいずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換する波長板とを有しており、各チャンネルのＷＤＭ光を夫々２本の平行な光ビームとするものである。各チャンネルの夫々２本の光ビームは波長分散素子１４に与えられる。波長分散素子１４は偏波ダイバーシティ部１３からの２Ｍの入力光について波長に応じて光を異なった方向に分散するものであり、例えば回折格子によって実現することができる。波長分散素子１４からの出力は集光手段等を介して第１の空間変調素子１５に導かれる。第１の空間変調素子１５は各チャンネル、各波長の分散された光を受光し、各チャンネル、各波長毎に第２の空間変調素子１６の１〜Ｎまでの任意のチャンネルに出力するように方向を変化させて反射する素子である。又第２の空間変調素子１６は第１〜第Ｎチャンネルの夫々について２本の各波長に分散された夫々の異なった方向からの反射光を所定方向に揃えて出力するための方向変換を行う素子である。これらの第１，第２の空間変調素子１５，１６にはコントローラ１７が接続されている。そして第２の空間変調素子１６からの出力は適当な集光素子を介して波長合成素子１８に与えられる。波長合成素子１８は２Ｎ本の異なった波長成分を１つの波長成分に合成して同一方向に集光して出力するもので、例えば回折格子によって実現される。又波長合成素子１８の出力側には偏波ダイバーシティ部１９が設けられる。偏波ダイバーシティ部１９は波長合成素子で合成された２Ｎ本の反射光のうち同一チャンネルの光の一方の偏光方向を回転させて２Ｎチャンネルの光を夫々Ｎチャンネルに合成するものである。偏波ダイバーシティ部１９の出力側にコリメートレンズ２０−１〜２０−Ｎ及び出力ファイバ２１−１〜２１−Ｎが接続される。これらは入力用の光ファイバ１１−１〜１１−Ｍやコリメートレンズアレイ１２−１〜１２−Ｍ及び偏波ダイバーシティ部１３と対称な構造を有している。
【００２１】
次に空間変調素子１５，１６について説明する。第１の実施の形態において、入射光を波長に応じてｘｚ平面上で分散させ、帯状の光として空間変調素子１５に入射したとき、その入射領域は図３に示す長方形状の領域Ｒ１〜ＲＭであるとする。そして第１の実施の形態の波長選択光スイッチ装置では、各チャンネルの波長毎に反射させる方向を選択し、空間変調素子１６のＲ１〜ＲＮのいずれかの入射領域の同一の波長帯部分に入射する。そして第２の空間変調素子１６では各チャンネルの波長帯毎に異なった方向からの光を入射し、これを同一方向に反射することによって波長合成素子１８に出力する。こうすれば第１，第２の空間変調素子１５，１６の反射方向を制御することによって、任意の波長の光を選択することができる。コントローラ１７はｘｙ平面の光の反射方向を選択波長に合わせて決定する。コントローラ１７は空間変調素子１５，１６のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の特性を制御する空間変調素子駆動部を構成している。尚図３では同一チャンネルの２本の光ビームをまとめて記載しているが、実際には２本の平行な光ビームの反射方向が同時に切換えられてスイッチングされる。
【００２２】
（第２の実施の形態）
次に本発明のより具体的な実施の形態について説明する。図４Ａは第２の実施の形態による８入力８出力（Ｍ＝Ｎ＝８）の波長選択光クロスコネクト装置１Ｂの主要部の構成を示す図である。本図においてｙ軸方向に８本の光ファイバ３１が並列に配置されており、各光ファイバ３１には夫々コリメートレンズアレイ３２のコリメートレンズが接続される。そしてその出力側には偏波ダイバーシティ部３３が配置され、更にその光軸上にはミラー３４が設けられる。そしてミラー３４で反射された光を受光する位置には、波長分散素子である回折格子３５が設けられる。回折格子３５は第１の実施の形態の波長分散素子１４と同一の機能を有しており、ｙ軸方向集光レンズ３６、ｘ軸方向集光レンズ３７を介して第１のＬＣＯＳ素子３８に与えられる。ＬＣＯＳ素子３８は第１の実施の形態の第１の空間変調素子１５に対応するものである。このＬＣＯＳ素子３８に対向する位置にはｘ軸方向集レンズ３９を介して第２のＬＣＯＳ素子４０が設けられる。ＬＣＯＳ素子４０は第１の実施の形態の第２の空間変調素子１６に対応するものである。ＬＣＯＳ素子４０で反射された光はｘ軸方向集レンズ４１、ｙ軸方向集光レンズ４２を介して波長合成素子である回折格子４３に与えられる。回折格子４３は各方向の波長分散された光を１６本の光ビームに合成するものであり、その出力はミラー４４を介して偏波ダイバーシティ部４５、コリメートレンズアレイ４６に与えられる。コリメートレンズアレイ４６には出力用の光ファイバ４７が接続されている。尚、偏波ダイバーシティ部３３，４５は第１の実施の形態の偏波ダイバーシティ部１３，１９に対応するものである。
【００２３】
次に第２の実施の形態による波長選択光クロスコネクト装置１Ｂに用いられるＬＣＯＳ素子３８，４０の詳細な構成について説明する。ＬＣＯＳ素子３８，４０は各画素の背面に液晶変調ドライバを内蔵しているため、画素数を多くすることができ格子状の多数の画素から構成することができる。図５ＡはＬＣＯＳ素子３８，４０を示す概略図であり、光が入射する面からｚ軸に沿ってＡＲ層５１，透明共通電極５２，液晶５３，多数の背面反射電極５４を含むアライメント層５５及びシリコン層５６を積層して構成されている。
【００２４】
図６Ａは第２の実施の形態によるＬＣＯＳ素子３８の正面図である。ここで波長分散方向を図６Ａに示すｘ軸方向とすると、夫々の波長に対してｙ軸方向に並んだ多数の画素が対応する。ＬＣＯＳ素子３８にはチャンネル毎に、及び波長毎に異なる位置に光ビームが入射する。即ち入射領域Ｒｊに加わる光はＷＤＭ光を波長帯λij（ｉ＝１〜Ｌ，ｊ＝１〜Ｍ）に応じてｘｙ平面に展開した光である。第２の実施の形態では入力ポート数Ｍ及び出力ポート数Ｎをいずれも８としている。各入力ポートで２本のビームが回折格子３５で波長毎に分散され、ＬＣＯＳ素子３８に加わる。例えば第１ポートのｓ偏光，ｐ偏光の入射光は波長分散されて図６Ａに示す領域Ｒ１に加わる。同様にして第２ポートから第８ポートのｓ偏光及びｐ偏光の夫々の入射光は、波長分散されて夫々領域Ｒ２〜Ｒ８に加わる。図６Ｂは領域Ｒ１を拡大して示しており、その上部にはｓ偏光成分、下方にはｐ偏光成分の波長分散されて夫々波長λ11〜λL1の光が異なった位置に入射する。ここでＬＣＯＳ素子３８は対角が０．７インチの素子（１６．１２７×９．０７１ｍｍ）を用いるものとし、ｘ方向に１９２０素子、ｙ方向に１０８０画素が格子状に配列された素子とする。このときｙ軸方向のポート位置の２本の入力光を波長分散したλij（ｉ＝１〜Ｌ，ｊ＝１〜８）についてはｙ軸方向に１３５ピクセル（pxl）が対応することとなる。更に図６Ｂに示すように各偏光成分の光ビームについては、夫々６７のピクセルが対応することとなる。設定部５７及びドライバ５８は空間変調素子駆動部を構成しており、これらは入射した光の出射方向を制御する。
【００２５】
又ＬＣＯＳ素子４０についても出力ポート数Ｎが８であるため、図７に示すように受光領域Ｒ１〜Ｒ８が設定されている。この場合も設定部５７及びドライバ５８によって入射した光の出射方向が制御される。
【００２６】
次にＬＣＯＳ素子のビーム偏光方式について説明する。従来結晶素子の屈折率分布を制御する方法として、特許文献４に示されるように、光学的位相アレイ（Optical phase array：ＯＰＡ方式）が知られている。この方式では図８の符号Ａに示すように、位相変調量２πradで周期的にのこぎり波のように屈折率分布を形成し、回折効果でビームスイッチング偏光を行っている。ＯＰＡ方式では高いビーム回折効率を得るためにはビーム径を大きくし、のこぎり波状の屈折率分布を繰り返す必要があった。
【００２７】
これに対して本実施の形態では、液晶ビーム偏向方式（Liquid crystal beam deflection、以下ＬＣＢＤ法という）を用いている。ＬＣＢＤ法では図８に符号Ｂで示すように位相の変調量を大きくすることで小さい空間内でビーム屈折を行うことができる。従って図６Ａ，図７に示すように１つのＬＣＯＳ素子の面を複数の領域Ｒ１〜Ｒ８に分割して夫々の領域に光ビームを照射しても、各領域について波長毎に異なった方向に光を反射させることができる。又ＬＣＢＤ法ではＯＰＡ法とは異なってのこぎり波状の位相変化をＬＣＯＳ面上に形成しないため、フライバック効果がなく、高次回折光の発生が少ないという特徴がある。ＬＣＢＤ方式を用いる場合には必要な屈折率勾配を得るためにＯＰＡ法との液晶セルの厚さ（１〜１０μｍ）に比べて液晶セルの厚さを５〜２００μｍと厚くすることが必要となる。
【００２８】
第２の実施の形態では図６Ａに示す領域Ｒ１で受光したある波長の光を、例えば第２のＬＣＯＳ素子４０の領域Ｒ８に向かうようにスイッチングする場合には、最大の偏向角が必要となる。第２の実施の形態では図４Ｂに示すように第１のＬＣＯＳ素子３８と第２のＬＣＯＳ素子４０とはレンズを介して１００ｍｍの間隔がある。この場合に約４．６°の偏向角が必要となる。
【００２９】
第２の実施の形態によるＬＣＯＳ素子３８，４０には垂直配向（ＶＡ）方式の液晶材料で屈折率異方性０．２の液晶材料を使用する。これにより垂直に入射した光を角度θだけ回折させて反射するものとする。角度θは結晶セル厚ｄとすると次式で示される。
θ＝２ｄ・（ｄｎ／ｄｙ）
ここで結晶セル厚ｄを１０８μｍとすると、ビーム偏向角θは約０．０９（rad）、角度表示では最大４．９°であり、領域Ｒ１で受光した光を第２のＬＣＯＳ素子４０の領域Ｒ８に向かうようにスイッチングする場合に必要なビーム偏向角４．６°を上回る偏向角を得ることができる。
【００３０】
そのため、ＬＣＯＳ素子３８のある波長の光λijが入射するｙ軸方向の多数の画素に異なった電圧を与えることによって、図８に示すように三角波状の位相シフト関数で示される屈折率の変化を実現することができる。このように屈折率を変化させることで反射方向を異ならせることができる。ここで位相シフト関数を適宜選択することによって入射光の屈折角度を夫々の波長毎に異なった方向に変化させることができるので、ＬＣＯＳ素子３８，４０は特性可変型の回折格子として考えることができる。従って透明電極５２と背面反射電極５４との間に電圧を印加することによって各波長成分の回折角を独立に制御し、特定波長の入力光を所望の方向に反射させたり、他の波長成分の光を不要な光として回折させ、出射されない方向に光を反射させることができる。
【００３１】
こうすれば例えば図６Ａに示すＬＣＯＳ素子３８のλ11の入射光を図７に示す第２のＬＣＯＳ素子４０の領域Ｒ８の波長λ18の位置にスイッチングしたり、ＬＣＯＳ素子３８のλ31の入射光をＬＣＯＳ素子４０の領域Ｒ７のλ3７に入射させることができる。但し第２のＬＣＯＳ素子４０の夫々の受光領域には同一波長の複数の光が同一位置に入射されることのないように、あらかじめ設定部５７によって制御されているものとする。そして同一波長λ11〜λ18の１６本の入射光は第２のＬＣＯＳ素子でもλ11〜λ18のいずれかの位置に入射するものとし、他の領域には入射しない。そうすれば第２のＬＣＯＳ素子で入射した光を全て同一方向に反射させるように制御することができ、回折格子４４で合成して１６本の光ビームに変換することができる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。図９は第３の実施の形態による８入力８出力（Ｍ＝Ｎ＝８）の波長選択光クロスコネクト装置１Ｃの主要部の構成を示す図である。本図においてｙ軸方向に８本の光ファイバ６１が並列に配置されており、各光ファイバ６１には夫々コリメートレンズアレイ６２のコリメートレンズが接続される。そしてその出力側には偏波ダイバーシティ部６３が配置され、更にその光軸上には拡大プリズム６４が設けられる。そして拡大プリズム６４で拡大された光を受光する位置には、波長分散素子である回折格子６５が設けられる。回折格子６５は第１の実施の形態の波長分散素子１４と同一の機能を有しており、ｙ軸方向集光レンズ６６を介してＬＣＯＳ素子６７に与えられる。ＬＣＯＳ素子６７は第１の実施の形態の第１の空間変調素子１５に対応するものである。このＬＣＯＳ素子６７に対向する位置にはｘ軸方向集光レンズ６６，６８を介してＬＣＯＳ素子６９が設けられる。ＬＣＯＳ素子６９は第１の実施の形態の第２の空間変調素子１６に対応するものである。ＬＣＯＳ素子６９で反射された光はｘ軸方向集光レンズ６８を介して波長合成素子である回折格子７０に与えられる。回折格子７０は各方向の波長分散された光を１６本の光ビームに合成するものであり、その出力は拡大プリズム７１を介して偏波ダイバーシティ部７２、コリメートレンズアレイ７３に与えられる。コリメートレンズアレイ７３には出力用の光ファイバ７４が接続されている。尚、偏波ダイバーシティ部６３，７２は第１の実施の形態の偏波ダイバーシティ部１３，１９に対応するものである。
【００３３】
この実施の形態では２つのＬＣＯＳ素子６７，６９には第２の実施の形態と同様に０．７インチのＬＣＯＳ素子を用い、解像度は１９２０×１０８０画素とする。また２つのＬＣＯＳ素子の間隔を２００ｍｍとしている。この実施の形態では液晶駆動モードは広視野特性に優れたＩＰＳ（In-Plane Switching）モードを用いる。又屈折率異方性０．２の液晶材料を使用し、ここではＬＣＯＳ間隔を２倍としているため、ビーム偏向角は同一のＬＣＯＳ素子を用いたとしても第２の実施の形態に比べて２．３°の偏向角で足りる。従ってＬＣＯＳ素子６７，６９の厚さを第２の実施の形態のＬＣＯＳ素子３８，４０の１／２とすることができ、結晶セル厚を５４μｍとした。この実施の形態でも従来例に比べて実装効率に優れ、小型に配置することができる。
【００３４】
尚前述した各実施の形態では２つのＬＣＯＳ素子を用いているが、１つのＬＣＯＳ素子の領域を２分割して第１，第２の領域とし、適当なミラーを用いることで第１の領域を第１のＬＣＯＳ素子、第２の領域を第２のＬＣＯＳ素子として使用することができる。こうすれば１つのＬＣＯＳ素子を用いて波長選択光クロスコネクト装置を実現することができる。
【００３５】
また第２，第３の実施の形態では空間変調素子としてＬＣＯＳ素子３８，４０，６７，６９について説明しているが、他の例として、ＬＣＯＳ構造ではない反射型の２次元電極アレイを有する液晶素子を用いることができる。ＬＣＯＳ素子の場合には画素の背面に液晶ドライバが内蔵されているが、２次元電極アレイ液晶素子は液晶変調用のドライバが素子の外部に装備されている。その他の構成はＬＣＯＳ素子と同様であり、前述したＬＣＢＤ法による偏向の制御を実現することができる。
【００３６】
この実施の形態では格子状に多数の画素を有する空間変調素子を用いているため、各チャンネル帯の波長の幅を任意に設定することができる。従って特定の波長帯の幅が広ければ図６Ａや図７のｘ軸方向の画素数を多くしたり、波長帯が狭い場合にはｘ軸方向の画素数を少なくするなど、入力光の波長帯の幅に応じて画素を適宜設定することができる。
【００３７】
又この実施の形態では入力信号をＷＤＭ信号光としているが、ＷＤＭ信号光に限らず多数の波長が重畳された光についてこの発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は光ネットワークの分岐点に設けられ多数のＷＤＭ光を波長毎にスイッチングする光ノードの波長選択光クロスコネクト装置として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 波長選択光クロスコネクト装置
１２−１〜１２−Ｍ，２０−１〜２０−Ｎ コリメートレンズ
１３，１９，３３，４５，６３，７２ 偏波ダイバーシティ部
２６，３７，３９，４１，４２，６６，６８ レンズ
１４ 波長分散素子
１５，１６ 空間変調素子
１７ コントローラ
１８ 波長合成素子
３１，４８，６１，７４ 光ファイバ
３２，４７ コリメートレンズアレイ
３５，４３，６５，７０ 回折格子
３８，４０，６７，６９ ＬＣＯＳ素子
５７ 設定部
５８ ドライバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１〜第Ｍチャンネル（Ｍは２以上の自然数）の波長多重光信号がＭ個の入力方路に加えられ、夫々の入力の波長多重光信号について任意の少なくとも１つの波長の信号を選択してＮ個（Ｎは２以上の自然数）の波長多重光信号とし、Ｎ個の出力方路より出力する波長選択光クロスコネクト装置であって、
入射されたＭチャンネルの入射光の夫々を入射光の偏光成分に応じて分離して第１，第２の光ビームとし、その一方の偏光方向を回転させることによって偏光方向を揃え２Ｍ本の光ビームとする第１の偏波ダイバーシティ部と、
前記第１の偏波ダイバーシティ部を通過した２Ｍ本の波長多重光を夫々その波長に応じて空間的に分散させる第１の波長分散素子と、
波長に応じて展開されたｘ軸方向とこれに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された２Ｍ本の入力光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面上に格子状に配置された多数の画素を有し、ｙ軸方向に連続する複数画素の位相を変化させることによってその画素の屈折率特性を変化させ各チャンネルの各波長毎に反射方向を変化させる第１の空間変調素子と、
波長に応じて展開されたｘ軸方向とこれに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された２Ｎ本の前記第１の空間変調素子からの入力が加えられた光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面上に格子状に配置された多数の画素を有し、ｙ軸方向に連続する複数画素の位相を変化させることによってその画素の屈折率特性を変化させ各チャンネルの各波長毎に反射方向を変化させる第２の空間変調素子と、
前記第２の空間変調素子の２Ｎ本の空間的に分散した波長の光を２Ｎ本の波長多重光に合成する波長合成素子と、
前記波長合成素子で合成された２Ｎ本の反射光のうち同一チャンネルの光の一方の偏光方向を回転させて２Ｎチャンネルの光を夫々Ｎチャンネルに合成する第２の偏波ダイバーシティ部と、
前記第１，第２の空間変調素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによって各波長毎に位相特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を反射する空間変調素子駆動部と、を具備する波長選択光クロスコネクト装置。
【請求項２】
前記第１，第２の空間変調素子のビームスイッチング機能は、液晶の屈折率を三角波状に変化させることによって実現する請求項１記載の波長選択光クロスコネクト装置。
【請求項３】
前記第１，第２の空間変調素子は、ＬＣＯＳ素子である請求項１記載の波長選択光クロスコネクト装置。
【請求項４】
前記第１，第２の空間変調素子は、２次元液晶アレイ素子である請求項１記載の波長選択光クロスコネクト装置。
【請求項５】
前記第１，第２の空間変調素子は、液晶駆動モードがＶＡ方式である請求項３記載の波長選択光クロスコネクト装置。
【請求項６】
前記第１，第２の空間変調素子は、液晶駆動モードがＩＰＳ方式である請求項３記載の波長選択光クロスコネクト装置。
【請求項１】
第１〜第Ｍチャンネル（Ｍは２以上の自然数）の波長多重光信号がＭ個の入力方路に加えられ、夫々の入力の波長多重光信号について任意の少なくとも１つの波長の信号を選択してＮ個（Ｎは２以上の自然数）の波長多重光信号とし、Ｎ個の出力方路より出力する波長選択光クロスコネクト装置であって、
入射されたＭチャンネルの入射光の夫々を入射光の偏光成分に応じて分離して第１，第２の光ビームとし、その一方の偏光方向を回転させることによって偏光方向を揃え２Ｍ本の光ビームとする第１の偏波ダイバーシティ部と、
前記第１の偏波ダイバーシティ部を通過した２Ｍ本の波長多重光を夫々その波長に応じて空間的に分散させる第１の波長分散素子と、
波長に応じて展開されたｘ軸方向とこれに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された２Ｍ本の入力光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面上に格子状に配置された多数の画素を有し、ｙ軸方向に連続する複数画素の位相を変化させることによってその画素の屈折率特性を変化させ各チャンネルの各波長毎に反射方向を変化させる第１の空間変調素子と、
波長に応じて展開されたｘ軸方向とこれに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された２Ｎ本の前記第１の空間変調素子からの入力が加えられた光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面上に格子状に配置された多数の画素を有し、ｙ軸方向に連続する複数画素の位相を変化させることによってその画素の屈折率特性を変化させ各チャンネルの各波長毎に反射方向を変化させる第２の空間変調素子と、
前記第２の空間変調素子の２Ｎ本の空間的に分散した波長の光を２Ｎ本の波長多重光に合成する波長合成素子と、
前記波長合成素子で合成された２Ｎ本の反射光のうち同一チャンネルの光の一方の偏光方向を回転させて２Ｎチャンネルの光を夫々Ｎチャンネルに合成する第２の偏波ダイバーシティ部と、
前記第１，第２の空間変調素子のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによって各波長毎に位相特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を反射する空間変調素子駆動部と、を具備する波長選択光クロスコネクト装置。
【請求項２】
前記第１，第２の空間変調素子のビームスイッチング機能は、液晶の屈折率を三角波状に変化させることによって実現する請求項１記載の波長選択光クロスコネクト装置。
【請求項３】
前記第１，第２の空間変調素子は、ＬＣＯＳ素子である請求項１記載の波長選択光クロスコネクト装置。
【請求項４】
前記第１，第２の空間変調素子は、２次元液晶アレイ素子である請求項１記載の波長選択光クロスコネクト装置。
【請求項５】
前記第１，第２の空間変調素子は、液晶駆動モードがＶＡ方式である請求項３記載の波長選択光クロスコネクト装置。
【請求項６】
前記第１，第２の空間変調素子は、液晶駆動モードがＩＰＳ方式である請求項３記載の波長選択光クロスコネクト装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−９８９１２（Ｐ２０１３−９８９１２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２４１０（Ｐ２０１１−２４２４１０）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（５９１１０２６９３）サンテック株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（５９１１０２６９３）サンテック株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
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