波長選択光スイッチ装置
【課題】ＷＤＭ光を波長に応じて分波する波長選択光スイッチ装置に用いられ、マルチレベルの光フェーズドアレイを用いて波長を分散させる波長選択光スイッチ装置において、波長依存性を少なくしクロストークを減少させること。
【解決手段】マルチレベルの光フェーズドアレイを用いて入射光の波長毎に異なる方向に光ビームを偏光させる。光フェーズドアレイではマルチレベル数が少ない場合も、フェーズドアレイの最大位相シフト量を１．５π以上２．０π未満に設定することによって波長依存性を少なくし、クロストークを減少させる。
【解決手段】マルチレベルの光フェーズドアレイを用いて入射光の波長毎に異なる方向に光ビームを偏光させる。光フェーズドアレイではマルチレベル数が少ない場合も、フェーズドアレイの最大位相シフト量を１．５π以上２．０π未満に設定することによって波長依存性を少なくし、クロストークを減少させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信システムのノード等に用いられる波長選択光スイッチ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スイッチ（Wavelength Selective Switch、ＷＳＳともいう）が注目されている。波長選択スイッチでは、波長を選択し所望の出力ポートへ光ビームを偏向させる光ビーム偏向素子が用いられている。特許文献１，２では光ビーム偏向素子としてＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical System) ミラーアレイの機械的変位を利用したものが提案され、特許文献３，４ではＬＣＯＳ素子(Liquid crystal on silicon)による回折現象を利用したものが提案されている。
【０００３】
一方、近年の伝送容量需要に応えるべく、伝送レートの高速化、新規変調フォーマットが盛んに研究開発されており、光ネットワークも複雑化している。このような光ネットワークにおいては、各光信号の伝送レートや変調フォーマットに対し最適なフィルタリングを実現するため、従来の波長選択機能に加え、パスバンドの中心波長のシフト、及びパスバンドの拡大、縮小などの動的制御機能が求められている。
【０００４】
この機能は、ＷＤＭ信号の各チャンネル、即ち相異なる波長の光に複数の画素を割り当てる高精細なＬＣＯＳ素子やＭＥＭＳミラーアレイなどを用い、光ビームの偏向にはマルチレベルの光フェーズドアレイを用いることで実現することができる。
【０００５】
従来のマルチレベルの光フェーズドアレイでは、特許文献３や非特許文献１，２に記載されているように、最大位相シフト量は設計波長において２πに設定するのが一般的であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ７１６２１１５Ｂ２
【特許文献２】ＵＳ６７０７９５９Ｂ２
【特許文献３】ＵＳ２００６／００６７６１１Ａ１
【特許文献４】ＵＳ７３９７９８０Ｂ２
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】"A Review of Phased Array Steering for Narrow-Band Electrooptical Systems" by Paul F. Mcnamon et al., Proceeding of the IEEE, Vol. 97, No. 6, pp. 1078-1096, June 2009.
【非特許文献２】"Optical Phased Array Technology" by Paul F. Mcnamon et al., Proceeding of the IEEE, Vol. 84, No. 2, pp. 268-298, February 1996.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなマルチレベルの光フェーズドアレイを用いた波長選択素子では、マルチレベル数が少なければ光ビーム偏向角を大きく設計することができる。しかしながら最大位相シフト量を２πに設定すると、光通信波長帯で所望次数の回折効率に大きな波長依存性が生じ損失が増大するという欠点があった。又光ビーム偏向角が小さくなって分離が難しくなり、他の回折次数への迷光が発生し、ポート間のクロストークが劣化するという問題点もあった。
【０００９】
本発明はこのような従来のマルチレベルの光フェーズドアレイの問題点に鑑みてなされたものであって、マルチレベル数が少ない場合も光通信波長帯で所望次数の回折効率に大きな波長依存性が生じることなくクロストークを少なくできるようにすることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決するために、本発明の波長選択光スイッチ装置は、多数の波長の光から成るＷＤＭ信号光を入射し、選択された波長の光信号を出射する入出射部と、ＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させると共に、反射光を合波する波長分散素子と、前記波長分散素子によって分散されたＷＤＭ光を２次元平面上に集光する集光素子と、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平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の位相シフト特性を周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた波長選択素子と、前記波長選択素子の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シフト特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を反射する波長選択素子駆動部と、を具備し、前記フェーズドアレイの最大位相シフト量を１．５π以上２．０π未満としたものである。
【００１１】
この課題を解決するために、本発明の波長選択光スイッチ装置は、多数の波長の光から成るＷＤＭ信号光を入射する入射部と、前記入射部より入射したＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる波長分散素子と、前記波長分散素子によって分散した光を２次元平面上に集光する第１の集光素子と、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平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の位相シフト特性を周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた波長選択素子と、前記波長選択素子の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シフト特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を透過する波長選択素子駆動部と、前記波長選択素子を透過した各波長の光を集光する第２の集光素子と、前記第２の集光素子によって集光された分散光を入射位置毎に夫々合成する波長合成素子と、前記波長合成素子によって合成された光を出射する少なく１つの出射部と、を具備し、前記フェーズドアレイの最大位相シフト量を１．５π以上２．０π未満としたものである。
【００１２】
ここで前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＬＣＯＳ素子であり、前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものとしてもよい。
【００１３】
ここで前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有する液晶素子であり、前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものとしてもよい。
【００１４】
ここで前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＭＥＭＳ素子であり、前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
このような特徴を有する本発明によれば、マルチレベルの光フェーズドアレイを用いて波長選択を行うスイッチ装置において、マルチレベル数が少ない場合も光通信波長帯で所望次数の回折効率に大きな波長依存性が生じることなく、クロストークを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の第１の実施の形態による反射型の波長選択光スイッチ装置のｘ軸方向から見た光学的な配置を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは本発明の第１の実施の形態による反射型の波長選択光スイッチ装置のｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは本発明の第２の実施の形態による透過型の波長選択光スイッチ装置のｘ軸方向から見た光学的な配置を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは本発明の第２の実施の形態による透過型の波長選択光スイッチ装置のｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。
【図３】図３は本発明の第１，第２の実施の形態による波長選択光スイッチ装置に用いられる２次元の波長選択素子を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の第１の実施の形態による波長選択光スイッチ装置の波長選択素子の構造と波長選択素子への光の入力を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂはこの波長選択素子からに光の反射を示す図である。
【図５】図５は本実施の形態によるＬＣＯＳ素子の入射位置と位相シフトの関係を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは本実施の形態によるＬＣＯＳ素子のマルチレベル数と１次回折効率の関係の一例を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは本実施の形態によるＬＣＯＳ素子のマルチレベル数と０次及び１次回折光間の角度差の一例を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは本実施の形態によるＬＣＯＳ素子の１次回折効率の波長依存特性を示すグラフである。
【図７Ｂ】図７Ｂは本実施の形態によるＬＣＯＳ素子の０次回折効率の波長依存特性を示す図である。
【図８】図８は本実施の形態によるマルチレベル数に対する最適な最大位相シフト量の関係を示すグラフである。
【図９】図９は第１の実施の形態において波長選択素子としてＭＥＭＳ素子を用いた場合のＭＥＭＳミラーの駆動状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１Ａは本発明の第１の実施の形態による反射型の波長選択光スイッチ装置の光学素子の構成を示すｘ軸方向から見た側面図、図１Ｂはそのｙ軸方向から見た側面図である。入射光は波長λ1〜λnの光信号が多重化されたＷＤＭ信号光である。ＷＤＭ光は夫々光ファイバ１１を介してコリメートレンズ１２に出射される。又コリメートレンズ１３−１〜１３−ｍに入射した光は夫々光ファイバ１１に平行に配置された光ファイバ１４−１〜１４−ｍより外部に出射される。ここでｍは１以上の自然数である。コリメートレンズ１２から出射するＷＤＭ光はｚ軸に平行であり、ＷＤＭ光は波長分散素子１５に入射される。波長分散素子１５は光を波長に応じてｘｚ平面上で異なった方向に分散するものである。ここで波長分散素子１５としては、回折格子であってもよく、又プリズム等を用いてもよい。又回折格子とプリズムを組み合わせた構成でもよい。こうして波長分散素子１５で分散された光は集光素子であるレンズ１６に与えられる。レンズ１６はｘｚ平面上で分散した光をｚ軸方向に平行に集光する集光素子であって、集光した光は波長選択素子１７に入射される。
【００１８】
尚ここでは図１Ｂに最長波長λ1及び最短波長λnの光を例示しているが、入射光はλ1〜λnまでの間で多数のスペクトルを有するＷＤＭ信号光であるので、ｘｚ平面に沿って展開されたＷＤＭ信号光が帯状に波長選択素子１７に加わる。波長選択素子１７は入射光の波長毎に方向を異ならせ反射するものであり、その反射特性に応じて光フィルタの選択特性が決定されるが、詳細については後述する。波長選択素子１７によって反射された光は、同一の経路を通ってレンズ１６に加わり、再び波長分散素子１５に加わる。波長分散素子１５は反射光に対しては元の入射光と同一方向に集束し、集束した光をレンズ１６に入射する。レンズ１６は入射光と同一の経路で光をｚ軸に平行な光に変換し、コリメートレンズ１３−１〜１３−ｍを介して夫々光ファイバ１４−１〜１４−ｍに出射する。ここで光ファイバ１１，１４―１〜１４−ｍとコリメートレンズ１２，１３−１〜１３−ｍは、ＷＤＭ信号光を入射し、選択された光を出射する入出射部を構成している。
【００１９】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態による透過型の波長選択光スイッチ装置について説明する。図２Ａは本発明の第１の実施の形態による透過型の波長選択光スイッチ装置の光学素子の構成を示すｘ軸方向から見た側面図、図２Ｂはそのｙ軸方向から見た側面図である。図２Ａにおいても入射光は第１の実施の形態で説明したＷＤＭ信号であり、光ファイバ２１からコリメートレンズ２２に入射され、平行な光ビームとして第１の波長分散素子２３に与えられる。光ファイバ２１、コリメートレンズ２２はＷＤＭ信号光を入射する入射部を構成している。波長分散素子２３は図２Ｂに示すように光の波長に応じてｘｚ平面上で異なった方向に光を出射するものである。波長分散素子２３は波長分散素子１５と同様に、回折格子やプリズムもしくは回折格子とプリズムの組み合わせにより実現することができる。分散された光はいずれもレンズ２４に入射される。レンズ２４はｘｚ平面上で分散した光をｚ軸方向に平行に集光する第１の集光素子である。又レンズ２４の光軸に垂直に波長選択素子２５が配置される。波長選択素子２５は入射光を波長毎に所望の方向に透過するものであり、詳細については後述する。波長選択素子２５を透過した光はレンズ２６に入射される。レンズ２４、波長分散素子２３とレンズ２６、波長合成素子２７は波長選択素子２５の中心のｘｙ面に対して面対称である。レンズ２６はｘｚ平面上の平行な光を集光する第２の集光素子であり、波長合成素子２７は図２Ｂに示すように異なった方向から同一位置に入射した光を合成して出射するものである。波長合成素子２７によって合成された光はコリメートレンズ２８−１〜２８−ｍを介して光ファイバ２９−１〜２９−ｍに与えられる。コリメートレンズ２８−１〜２８−ｍ及び光ファイバ２９−１〜２９−ｍは、選択された波長の光を出射する出射部を構成している。
【００２０】
（波長選択素子の構成）
次にここで第１，第２の実施の形態による波長選択光スイッチ装置に用いられる波長選択素子１７，２５について説明する。第１，第２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、帯状の光として波長選択素子１７，２５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Ｒ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、波長毎に反射させる方向を選択することによって、任意の波長の光を選択することができる。第２の実施の形態の波長選択光スイッチ装置では、波長毎に透過させる方向を選択することによって、任意の波長の光を選択することができる。波長選択素子１７，２５には設定部３０がドライバ３１を介して接続されている。設定部３０はｘｙ平面の光を反射又は透過する画素を選択波長に合わせて決定するものである。設定部３０とドライバ３１は波長選択素子の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波長選択素子駆動部を構成している。
【００２１】
次に波長選択素子１７の詳細な構成について説明する。波長選択素子１７としてはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）の液晶素子を用いて実現することができる。ＬＣＯＳ素子１７Ａ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、例えば1000×1000の多数の格子状の画素から構成することができる。図４ＡはＬＣＯＳ素子１７Ａ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４１，ガラス層４２，透明共通電極４３，アライメント層４４，液晶４５，多数の背面反射電極４７を含むアライメント層４６及びシリコン層４８を積層して構成されている。
【００２２】
ＬＣＯＳ素子１７Ａでは波長毎に異なる位置に光ビームが入射する。即ち入射領域に加わる光はＷＤＭ光を波長帯λi（ｉ＝１〜ｎ）に応じてｘｙ平面に展開した光である。ここで波長分散方向を図３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。そのため、ＬＣＯＳ素子１７Ａのある波長の光λiが入射するｙ軸方向の多数の画素に周期的に異なった電圧を与えることによって、図３に示すようにステップ状の位相シフト関数で示され、全体としてのこぎり形状となる屈折率の変化を実現することができる。図５はこの位相シフト関数と光の入射位置との関係を示す図である。図５では複数の画素、ここでは６画素によって位相シフト量を段階的に変化させ、この変化を周期的に繰り返すことによってブレーズ型の回折格子と同等の機能を実現するようにしている。尚、図中では直線状ののこぎり波はブレーズ型回折格子の場合であり、ステップ状の波形は多数のレベル数を有するＬＣＯＳ素子の場合を示している。このように屈折率の変化によりマルチレベル光フェーズドアレイが実現でき、回折現象により例えば図４Ｂに示すように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４４と背面反射電極４６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。
【００２３】
さてマルチレベル光フェーズドアレイの回折角度は次式（１）で示される。
sinθin＋sinθdiff＝ｍ・λ／Λ ・・・（１）
ここで
ｑ：マルチレベル数
ｍ：回折次数
λ：波長
Λ：フェーズドアレイピッチ
θin：入射角度
θdiff：回折角度
とする。
【００２４】
又回折効率ηは近似的に次式（２）で表される。
η＝（sin（π／ｑ）／（π／ｑ））2 ・・・（２）
【００２５】
又ＬＣＯＳ素子の画素のピッチをｄとすると、フェーズドアレイピッチΛとの間に以下の関係が成り立つ。
Λ＝ｑ・ｄ ・・・（３）
【００２６】
図６Ａは式（１）及び式（２）により計算されたマルチレベル数に対する１次回折効率であり、図６Ｂは０次及び１次の回折光間の角度差の例を示している。この例では入射角度を１３．４°、波長λを１５４５ｎｍ、画素のピッチｄを８．５μｍとした場合である。これらの図より示されるようにマルチレベル数ｑが大きくなれば回折効率が上昇する一方、回折光間の角度差は小さくなっている。角度差が小さくなれば入射光と反射光を分離し難くなる。即ち図６Ａ，図６Ｂより知られるように、回折効率と角度差はマルチレベル数に対してはトレードオフの関係にある。例えばマルチレベル数ｑが１１の場合に回折損失０．２ｄＢ以下で角度差は０．９７°となっている。
【００２７】
ここで最大位相シフト量と回折効率、次数間クロストークの関係について説明する。光の回折効率はΛ＞＞λの関係が成り立ち、且つグレーティング層の厚さが十分薄い場合には回折効率ηは次式で示される。
【数１】
【００２８】
マルチレベル数ｑを１１とすると、最大位相シフト量を２π，１．９４π，１．８７π，１．８１π，１．７４πに変化させたときに、式（４）より計算された１次回折効率は図７Ａに示すように夫々曲線Ａ〜Ｅに示すものとなる。このように１次回折効率は波長２πのときに波長依存性が最も高くなり、曲線Ｄに示されるように、最大位相シフト量が１．８１πのときに波長依存性は最も少なくなる。図７Ｂは同一の条件で０次回折効率の波長依存特性を曲線Ａ〜Ｅに示している。本図より知られるように０次回折光の波長依存性から見ると最大位相シフト量は１．８１πであることが好ましい。このためマルチレベル数が１１の場合は、最大位相シフト量の最適値は１．８１πとなる。このようにマルチレベル数に応じて最大位相シフト量を適宜最適な値に設定する必要がある。
【００２９】
図８はマルチレベル数と最適の最大位相シフト量との関係を示している。これより示されるように、マルチレベル数が１０００と多くなれば最大位相シフト量の最適値は２πに近づいていくが、マルチレベル数が少なければ１．５πから２π未満の範囲で最適な最大位相シフト量が変位している。前述したように、マルチレベル数が多くなれば最適な最大位相シフト量は大きくなり、２πに近づく。一方マルチレベル数を数十程度とすれば、最大位相シフト量も２π未満である必要がある。このため本発明では最大位相シフト量を１．５π以上２π未満の範囲としている。マルチレベル数を５以上とすると、最大位相シフト量は１．６π以上であることが好ましく、マルチレベル数を２０以下とすると、最大位相シフト量は１．９５π以下であることが好ましい。
【００３０】
またこの波長選択素子１７の第２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１７Ｂについて説明する。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１７Ｂ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、前述したマルチレベルの光フェーズドアレイを実現することができる。
【００３１】
波長選択素子１７の第３の例として２次元のＭＥＭＳ素子１７Ｃについて説明する。多数のＭＥＭＳミラーが２次元に配置されたＭＥＭＳ素子は、デジタルマイクロ素子（ＤＭＤ）として実用化されている。ＭＥＭＳミラーのｙ軸方向の１列の全画素はＷＤＭ信号のある波長に対応させるものとする。ＭＥＭＳを用いた場合も１つの波長帯に対して複数のＭＥＭＳ素子の画素を対応付けているので、１つの波長に対応する多数の画素に印加する電圧を制御する。そして図９に示すようにＭＥＭＳ素子の各画素をそのｚ軸方向の位置は位相シフト関数で示されるように、全体として一定周期ののこぎり波形状とすることができる。これにより入射光の波長毎に異なった方向に反射させることができる。
【００３２】
次に第２の実施の形態の波長可変フィルタ装置で用いる透過型の波長選択素子２５について説明する。この波長選択素子２５の第１の例としては透過型の２次元ＬＣＯＳ素子２５Ａを用いて構成することができる。透過型のＬＣＯＳ素子２５Ａは図３の背面反射電極３６に代えて透明電極としたものである。この場合も各波長毎に異なる位置に光ビームが入射するので、その位置の画素を透過状態とすればその光信号を選択することができる。ＬＣＯＳ素子２５Ａは１つの波長に相当する位置にｙ軸方向に複数の画素が対応しているため、これらの複数画素について透明電極間に電圧を印加することによって屈折率の凹凸を形成し、回折現象を発現することができる。そして各波長の回折角を独立に制御し、特定波長の入力光を図２Ａに示すように特定方向に回折させたり、他の波長成分の光を不要な光として出射されない方向に光を回折させることができる。
【００３３】
またこの波長選択素子２５の第２の例として、ＬＣＯＳ構造ではない透過型の２次元電極アレイを有する液晶素子２５Ｂ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２５Ｂ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素子と同様である。
【００３４】
尚この実施の形態では２次元の波長選択素子においてｘ軸方向の所定の座標であり、そのｘ座標を有するｙ軸方向の全ての画素をＷＤＭ信号の特定のチャンネルに対応するものとして説明しているが、将来のＷＤＭ信号においては各チャンネル毎に周波数帯域が異なる可能性がある。例えば第1のチャンネルでは１０ＧＨｚ、第２のチャンネルでは４０ＧＨｚの帯域を持つことも考えられる。このような場合には１０ＧＨｚに対応する画素を１つのｘ座標を共通にするｙ軸方向の一列の画素を対応させ、第２のチャンネルでは連続する４つのｘ座標を有するｙ軸方向の４列の画素を対応させることができる。この場合には隣接する４列の画素について位相シフト関数によってシフトさせることにより、そのチャンネルの光を所望の出力ポートに出力することができる。従って設定部の設定に基づいて位相シフト関数をダイナミックに変化させることができ、柔軟性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上詳細に説明したように本発明によれば、波長選択素子の反射特性や透過特性を種々変更することによって、多数チャンネルのＷＤＭ信号の夫々について任意の波長の光を選択することができる。又各波長について複数のビットを有する波長選択素子を用いれば、波長選択特性を自由に変化させることができる。これにより波長選択光スイッチレイ装置をＷＤＭ光のアドドロップ機能を有するノードの主要構成要素として用いることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１１，１４−１〜１４−ｍ，２１，２９−１〜２９−ｍ 光ファイバ
１２，１３−１〜１３−ｍ，２２，２８〜２８−ｍ コリメートレンズ
１６，１８ レンズ
１５，２３ 波長分散素子
１７，２５ 波長選択素子
１７Ａ，２５Ａ ＬＣＯＳ素子
１７Ｂ，２５Ｂ ２Ｄ電極アレイ液晶素子
１７Ｃ ＭＥＭＳ素子
２７ 波長合成素子
３０ 設定部
３１ ドライバ
４１ ＡＲ層
４２ ガラス層
４３ 透明共通電極
４４，４７ アライメント層
４５ 液晶
４６ 反射電極
４８ シリコン層
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信システムのノード等に用いられる波長選択光スイッチ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スイッチ（Wavelength Selective Switch、ＷＳＳともいう）が注目されている。波長選択スイッチでは、波長を選択し所望の出力ポートへ光ビームを偏向させる光ビーム偏向素子が用いられている。特許文献１，２では光ビーム偏向素子としてＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical System) ミラーアレイの機械的変位を利用したものが提案され、特許文献３，４ではＬＣＯＳ素子(Liquid crystal on silicon)による回折現象を利用したものが提案されている。
【０００３】
一方、近年の伝送容量需要に応えるべく、伝送レートの高速化、新規変調フォーマットが盛んに研究開発されており、光ネットワークも複雑化している。このような光ネットワークにおいては、各光信号の伝送レートや変調フォーマットに対し最適なフィルタリングを実現するため、従来の波長選択機能に加え、パスバンドの中心波長のシフト、及びパスバンドの拡大、縮小などの動的制御機能が求められている。
【０００４】
この機能は、ＷＤＭ信号の各チャンネル、即ち相異なる波長の光に複数の画素を割り当てる高精細なＬＣＯＳ素子やＭＥＭＳミラーアレイなどを用い、光ビームの偏向にはマルチレベルの光フェーズドアレイを用いることで実現することができる。
【０００５】
従来のマルチレベルの光フェーズドアレイでは、特許文献３や非特許文献１，２に記載されているように、最大位相シフト量は設計波長において２πに設定するのが一般的であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ７１６２１１５Ｂ２
【特許文献２】ＵＳ６７０７９５９Ｂ２
【特許文献３】ＵＳ２００６／００６７６１１Ａ１
【特許文献４】ＵＳ７３９７９８０Ｂ２
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】"A Review of Phased Array Steering for Narrow-Band Electrooptical Systems" by Paul F. Mcnamon et al., Proceeding of the IEEE, Vol. 97, No. 6, pp. 1078-1096, June 2009.
【非特許文献２】"Optical Phased Array Technology" by Paul F. Mcnamon et al., Proceeding of the IEEE, Vol. 84, No. 2, pp. 268-298, February 1996.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなマルチレベルの光フェーズドアレイを用いた波長選択素子では、マルチレベル数が少なければ光ビーム偏向角を大きく設計することができる。しかしながら最大位相シフト量を２πに設定すると、光通信波長帯で所望次数の回折効率に大きな波長依存性が生じ損失が増大するという欠点があった。又光ビーム偏向角が小さくなって分離が難しくなり、他の回折次数への迷光が発生し、ポート間のクロストークが劣化するという問題点もあった。
【０００９】
本発明はこのような従来のマルチレベルの光フェーズドアレイの問題点に鑑みてなされたものであって、マルチレベル数が少ない場合も光通信波長帯で所望次数の回折効率に大きな波長依存性が生じることなくクロストークを少なくできるようにすることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決するために、本発明の波長選択光スイッチ装置は、多数の波長の光から成るＷＤＭ信号光を入射し、選択された波長の光信号を出射する入出射部と、ＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させると共に、反射光を合波する波長分散素子と、前記波長分散素子によって分散されたＷＤＭ光を２次元平面上に集光する集光素子と、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平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の位相シフト特性を周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた波長選択素子と、前記波長選択素子の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シフト特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を反射する波長選択素子駆動部と、を具備し、前記フェーズドアレイの最大位相シフト量を１．５π以上２．０π未満としたものである。
【００１１】
この課題を解決するために、本発明の波長選択光スイッチ装置は、多数の波長の光から成るＷＤＭ信号光を入射する入射部と、前記入射部より入射したＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる波長分散素子と、前記波長分散素子によって分散した光を２次元平面上に集光する第１の集光素子と、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平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の位相シフト特性を周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた波長選択素子と、前記波長選択素子の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シフト特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を透過する波長選択素子駆動部と、前記波長選択素子を透過した各波長の光を集光する第２の集光素子と、前記第２の集光素子によって集光された分散光を入射位置毎に夫々合成する波長合成素子と、前記波長合成素子によって合成された光を出射する少なく１つの出射部と、を具備し、前記フェーズドアレイの最大位相シフト量を１．５π以上２．０π未満としたものである。
【００１２】
ここで前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＬＣＯＳ素子であり、前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものとしてもよい。
【００１３】
ここで前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有する液晶素子であり、前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものとしてもよい。
【００１４】
ここで前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＭＥＭＳ素子であり、前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
このような特徴を有する本発明によれば、マルチレベルの光フェーズドアレイを用いて波長選択を行うスイッチ装置において、マルチレベル数が少ない場合も光通信波長帯で所望次数の回折効率に大きな波長依存性が生じることなく、クロストークを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の第１の実施の形態による反射型の波長選択光スイッチ装置のｘ軸方向から見た光学的な配置を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは本発明の第１の実施の形態による反射型の波長選択光スイッチ装置のｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは本発明の第２の実施の形態による透過型の波長選択光スイッチ装置のｘ軸方向から見た光学的な配置を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは本発明の第２の実施の形態による透過型の波長選択光スイッチ装置のｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。
【図３】図３は本発明の第１，第２の実施の形態による波長選択光スイッチ装置に用いられる２次元の波長選択素子を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の第１の実施の形態による波長選択光スイッチ装置の波長選択素子の構造と波長選択素子への光の入力を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂはこの波長選択素子からに光の反射を示す図である。
【図５】図５は本実施の形態によるＬＣＯＳ素子の入射位置と位相シフトの関係を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは本実施の形態によるＬＣＯＳ素子のマルチレベル数と１次回折効率の関係の一例を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは本実施の形態によるＬＣＯＳ素子のマルチレベル数と０次及び１次回折光間の角度差の一例を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは本実施の形態によるＬＣＯＳ素子の１次回折効率の波長依存特性を示すグラフである。
【図７Ｂ】図７Ｂは本実施の形態によるＬＣＯＳ素子の０次回折効率の波長依存特性を示す図である。
【図８】図８は本実施の形態によるマルチレベル数に対する最適な最大位相シフト量の関係を示すグラフである。
【図９】図９は第１の実施の形態において波長選択素子としてＭＥＭＳ素子を用いた場合のＭＥＭＳミラーの駆動状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１Ａは本発明の第１の実施の形態による反射型の波長選択光スイッチ装置の光学素子の構成を示すｘ軸方向から見た側面図、図１Ｂはそのｙ軸方向から見た側面図である。入射光は波長λ1〜λnの光信号が多重化されたＷＤＭ信号光である。ＷＤＭ光は夫々光ファイバ１１を介してコリメートレンズ１２に出射される。又コリメートレンズ１３−１〜１３−ｍに入射した光は夫々光ファイバ１１に平行に配置された光ファイバ１４−１〜１４−ｍより外部に出射される。ここでｍは１以上の自然数である。コリメートレンズ１２から出射するＷＤＭ光はｚ軸に平行であり、ＷＤＭ光は波長分散素子１５に入射される。波長分散素子１５は光を波長に応じてｘｚ平面上で異なった方向に分散するものである。ここで波長分散素子１５としては、回折格子であってもよく、又プリズム等を用いてもよい。又回折格子とプリズムを組み合わせた構成でもよい。こうして波長分散素子１５で分散された光は集光素子であるレンズ１６に与えられる。レンズ１６はｘｚ平面上で分散した光をｚ軸方向に平行に集光する集光素子であって、集光した光は波長選択素子１７に入射される。
【００１８】
尚ここでは図１Ｂに最長波長λ1及び最短波長λnの光を例示しているが、入射光はλ1〜λnまでの間で多数のスペクトルを有するＷＤＭ信号光であるので、ｘｚ平面に沿って展開されたＷＤＭ信号光が帯状に波長選択素子１７に加わる。波長選択素子１７は入射光の波長毎に方向を異ならせ反射するものであり、その反射特性に応じて光フィルタの選択特性が決定されるが、詳細については後述する。波長選択素子１７によって反射された光は、同一の経路を通ってレンズ１６に加わり、再び波長分散素子１５に加わる。波長分散素子１５は反射光に対しては元の入射光と同一方向に集束し、集束した光をレンズ１６に入射する。レンズ１６は入射光と同一の経路で光をｚ軸に平行な光に変換し、コリメートレンズ１３−１〜１３−ｍを介して夫々光ファイバ１４−１〜１４−ｍに出射する。ここで光ファイバ１１，１４―１〜１４−ｍとコリメートレンズ１２，１３−１〜１３−ｍは、ＷＤＭ信号光を入射し、選択された光を出射する入出射部を構成している。
【００１９】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態による透過型の波長選択光スイッチ装置について説明する。図２Ａは本発明の第１の実施の形態による透過型の波長選択光スイッチ装置の光学素子の構成を示すｘ軸方向から見た側面図、図２Ｂはそのｙ軸方向から見た側面図である。図２Ａにおいても入射光は第１の実施の形態で説明したＷＤＭ信号であり、光ファイバ２１からコリメートレンズ２２に入射され、平行な光ビームとして第１の波長分散素子２３に与えられる。光ファイバ２１、コリメートレンズ２２はＷＤＭ信号光を入射する入射部を構成している。波長分散素子２３は図２Ｂに示すように光の波長に応じてｘｚ平面上で異なった方向に光を出射するものである。波長分散素子２３は波長分散素子１５と同様に、回折格子やプリズムもしくは回折格子とプリズムの組み合わせにより実現することができる。分散された光はいずれもレンズ２４に入射される。レンズ２４はｘｚ平面上で分散した光をｚ軸方向に平行に集光する第１の集光素子である。又レンズ２４の光軸に垂直に波長選択素子２５が配置される。波長選択素子２５は入射光を波長毎に所望の方向に透過するものであり、詳細については後述する。波長選択素子２５を透過した光はレンズ２６に入射される。レンズ２４、波長分散素子２３とレンズ２６、波長合成素子２７は波長選択素子２５の中心のｘｙ面に対して面対称である。レンズ２６はｘｚ平面上の平行な光を集光する第２の集光素子であり、波長合成素子２７は図２Ｂに示すように異なった方向から同一位置に入射した光を合成して出射するものである。波長合成素子２７によって合成された光はコリメートレンズ２８−１〜２８−ｍを介して光ファイバ２９−１〜２９−ｍに与えられる。コリメートレンズ２８−１〜２８−ｍ及び光ファイバ２９−１〜２９−ｍは、選択された波長の光を出射する出射部を構成している。
【００２０】
（波長選択素子の構成）
次にここで第１，第２の実施の形態による波長選択光スイッチ装置に用いられる波長選択素子１７，２５について説明する。第１，第２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、帯状の光として波長選択素子１７，２５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Ｒ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、波長毎に反射させる方向を選択することによって、任意の波長の光を選択することができる。第２の実施の形態の波長選択光スイッチ装置では、波長毎に透過させる方向を選択することによって、任意の波長の光を選択することができる。波長選択素子１７，２５には設定部３０がドライバ３１を介して接続されている。設定部３０はｘｙ平面の光を反射又は透過する画素を選択波長に合わせて決定するものである。設定部３０とドライバ３１は波長選択素子の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波長選択素子駆動部を構成している。
【００２１】
次に波長選択素子１７の詳細な構成について説明する。波長選択素子１７としてはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）の液晶素子を用いて実現することができる。ＬＣＯＳ素子１７Ａ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、例えば1000×1000の多数の格子状の画素から構成することができる。図４ＡはＬＣＯＳ素子１７Ａ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４１，ガラス層４２，透明共通電極４３，アライメント層４４，液晶４５，多数の背面反射電極４７を含むアライメント層４６及びシリコン層４８を積層して構成されている。
【００２２】
ＬＣＯＳ素子１７Ａでは波長毎に異なる位置に光ビームが入射する。即ち入射領域に加わる光はＷＤＭ光を波長帯λi（ｉ＝１〜ｎ）に応じてｘｙ平面に展開した光である。ここで波長分散方向を図３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。そのため、ＬＣＯＳ素子１７Ａのある波長の光λiが入射するｙ軸方向の多数の画素に周期的に異なった電圧を与えることによって、図３に示すようにステップ状の位相シフト関数で示され、全体としてのこぎり形状となる屈折率の変化を実現することができる。図５はこの位相シフト関数と光の入射位置との関係を示す図である。図５では複数の画素、ここでは６画素によって位相シフト量を段階的に変化させ、この変化を周期的に繰り返すことによってブレーズ型の回折格子と同等の機能を実現するようにしている。尚、図中では直線状ののこぎり波はブレーズ型回折格子の場合であり、ステップ状の波形は多数のレベル数を有するＬＣＯＳ素子の場合を示している。このように屈折率の変化によりマルチレベル光フェーズドアレイが実現でき、回折現象により例えば図４Ｂに示すように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４４と背面反射電極４６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。
【００２３】
さてマルチレベル光フェーズドアレイの回折角度は次式（１）で示される。
sinθin＋sinθdiff＝ｍ・λ／Λ ・・・（１）
ここで
ｑ：マルチレベル数
ｍ：回折次数
λ：波長
Λ：フェーズドアレイピッチ
θin：入射角度
θdiff：回折角度
とする。
【００２４】
又回折効率ηは近似的に次式（２）で表される。
η＝（sin（π／ｑ）／（π／ｑ））2 ・・・（２）
【００２５】
又ＬＣＯＳ素子の画素のピッチをｄとすると、フェーズドアレイピッチΛとの間に以下の関係が成り立つ。
Λ＝ｑ・ｄ ・・・（３）
【００２６】
図６Ａは式（１）及び式（２）により計算されたマルチレベル数に対する１次回折効率であり、図６Ｂは０次及び１次の回折光間の角度差の例を示している。この例では入射角度を１３．４°、波長λを１５４５ｎｍ、画素のピッチｄを８．５μｍとした場合である。これらの図より示されるようにマルチレベル数ｑが大きくなれば回折効率が上昇する一方、回折光間の角度差は小さくなっている。角度差が小さくなれば入射光と反射光を分離し難くなる。即ち図６Ａ，図６Ｂより知られるように、回折効率と角度差はマルチレベル数に対してはトレードオフの関係にある。例えばマルチレベル数ｑが１１の場合に回折損失０．２ｄＢ以下で角度差は０．９７°となっている。
【００２７】
ここで最大位相シフト量と回折効率、次数間クロストークの関係について説明する。光の回折効率はΛ＞＞λの関係が成り立ち、且つグレーティング層の厚さが十分薄い場合には回折効率ηは次式で示される。
【数１】
【００２８】
マルチレベル数ｑを１１とすると、最大位相シフト量を２π，１．９４π，１．８７π，１．８１π，１．７４πに変化させたときに、式（４）より計算された１次回折効率は図７Ａに示すように夫々曲線Ａ〜Ｅに示すものとなる。このように１次回折効率は波長２πのときに波長依存性が最も高くなり、曲線Ｄに示されるように、最大位相シフト量が１．８１πのときに波長依存性は最も少なくなる。図７Ｂは同一の条件で０次回折効率の波長依存特性を曲線Ａ〜Ｅに示している。本図より知られるように０次回折光の波長依存性から見ると最大位相シフト量は１．８１πであることが好ましい。このためマルチレベル数が１１の場合は、最大位相シフト量の最適値は１．８１πとなる。このようにマルチレベル数に応じて最大位相シフト量を適宜最適な値に設定する必要がある。
【００２９】
図８はマルチレベル数と最適の最大位相シフト量との関係を示している。これより示されるように、マルチレベル数が１０００と多くなれば最大位相シフト量の最適値は２πに近づいていくが、マルチレベル数が少なければ１．５πから２π未満の範囲で最適な最大位相シフト量が変位している。前述したように、マルチレベル数が多くなれば最適な最大位相シフト量は大きくなり、２πに近づく。一方マルチレベル数を数十程度とすれば、最大位相シフト量も２π未満である必要がある。このため本発明では最大位相シフト量を１．５π以上２π未満の範囲としている。マルチレベル数を５以上とすると、最大位相シフト量は１．６π以上であることが好ましく、マルチレベル数を２０以下とすると、最大位相シフト量は１．９５π以下であることが好ましい。
【００３０】
またこの波長選択素子１７の第２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１７Ｂについて説明する。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１７Ｂ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、前述したマルチレベルの光フェーズドアレイを実現することができる。
【００３１】
波長選択素子１７の第３の例として２次元のＭＥＭＳ素子１７Ｃについて説明する。多数のＭＥＭＳミラーが２次元に配置されたＭＥＭＳ素子は、デジタルマイクロ素子（ＤＭＤ）として実用化されている。ＭＥＭＳミラーのｙ軸方向の１列の全画素はＷＤＭ信号のある波長に対応させるものとする。ＭＥＭＳを用いた場合も１つの波長帯に対して複数のＭＥＭＳ素子の画素を対応付けているので、１つの波長に対応する多数の画素に印加する電圧を制御する。そして図９に示すようにＭＥＭＳ素子の各画素をそのｚ軸方向の位置は位相シフト関数で示されるように、全体として一定周期ののこぎり波形状とすることができる。これにより入射光の波長毎に異なった方向に反射させることができる。
【００３２】
次に第２の実施の形態の波長可変フィルタ装置で用いる透過型の波長選択素子２５について説明する。この波長選択素子２５の第１の例としては透過型の２次元ＬＣＯＳ素子２５Ａを用いて構成することができる。透過型のＬＣＯＳ素子２５Ａは図３の背面反射電極３６に代えて透明電極としたものである。この場合も各波長毎に異なる位置に光ビームが入射するので、その位置の画素を透過状態とすればその光信号を選択することができる。ＬＣＯＳ素子２５Ａは１つの波長に相当する位置にｙ軸方向に複数の画素が対応しているため、これらの複数画素について透明電極間に電圧を印加することによって屈折率の凹凸を形成し、回折現象を発現することができる。そして各波長の回折角を独立に制御し、特定波長の入力光を図２Ａに示すように特定方向に回折させたり、他の波長成分の光を不要な光として出射されない方向に光を回折させることができる。
【００３３】
またこの波長選択素子２５の第２の例として、ＬＣＯＳ構造ではない透過型の２次元電極アレイを有する液晶素子２５Ｂ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２５Ｂ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素子と同様である。
【００３４】
尚この実施の形態では２次元の波長選択素子においてｘ軸方向の所定の座標であり、そのｘ座標を有するｙ軸方向の全ての画素をＷＤＭ信号の特定のチャンネルに対応するものとして説明しているが、将来のＷＤＭ信号においては各チャンネル毎に周波数帯域が異なる可能性がある。例えば第1のチャンネルでは１０ＧＨｚ、第２のチャンネルでは４０ＧＨｚの帯域を持つことも考えられる。このような場合には１０ＧＨｚに対応する画素を１つのｘ座標を共通にするｙ軸方向の一列の画素を対応させ、第２のチャンネルでは連続する４つのｘ座標を有するｙ軸方向の４列の画素を対応させることができる。この場合には隣接する４列の画素について位相シフト関数によってシフトさせることにより、そのチャンネルの光を所望の出力ポートに出力することができる。従って設定部の設定に基づいて位相シフト関数をダイナミックに変化させることができ、柔軟性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上詳細に説明したように本発明によれば、波長選択素子の反射特性や透過特性を種々変更することによって、多数チャンネルのＷＤＭ信号の夫々について任意の波長の光を選択することができる。又各波長について複数のビットを有する波長選択素子を用いれば、波長選択特性を自由に変化させることができる。これにより波長選択光スイッチレイ装置をＷＤＭ光のアドドロップ機能を有するノードの主要構成要素として用いることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１１，１４−１〜１４−ｍ，２１，２９−１〜２９−ｍ 光ファイバ
１２，１３−１〜１３−ｍ，２２，２８〜２８−ｍ コリメートレンズ
１６，１８ レンズ
１５，２３ 波長分散素子
１７，２５ 波長選択素子
１７Ａ，２５Ａ ＬＣＯＳ素子
１７Ｂ，２５Ｂ ２Ｄ電極アレイ液晶素子
１７Ｃ ＭＥＭＳ素子
２７ 波長合成素子
３０ 設定部
３１ ドライバ
４１ ＡＲ層
４２ ガラス層
４３ 透明共通電極
４４，４７ アライメント層
４５ 液晶
４６ 反射電極
４８ シリコン層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の波長の光から成るＷＤＭ信号光を入射し、選択された波長の光信号を出射する入出射部と、
ＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させると共に、反射光を合波する波長分散素子と、
前記波長分散素子によって分散されたＷＤＭ光を２次元平面上に集光する集光素子と、
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平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の位相シフト特性を周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた波長選択素子と、
前記波長選択素子の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シフト特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を反射する波長選択素子駆動部と、を具備し、
前記フェーズドアレイの最大位相シフト量を１．５π以上２．０π未満とした波長選択光スイッチ装置。
【請求項２】
多数の波長の光から成るＷＤＭ信号光を入射する入射部と、
前記入射部より入射したＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる波長分散素子と、
前記波長分散素子によって分散した光を２次元平面上に集光する第１の集光素子と、
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平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の位相シフト特性を周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた波長選択素子と、
前記波長選択素子の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シフト特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を透過する波長選択素子駆動部と、
前記波長選択素子を透過した各波長の光を集光する第２の集光素子と、
前記第２の集光素子によって集光された分散光を入射位置毎に夫々合成する波長合成素子と、
前記波長合成素子によって合成された光を出射する少なく１つの出射部と、を具備し、
前記フェーズドアレイの最大位相シフト量を１．５π以上２．０π未満とした波長選択光スイッチ装置。
【請求項３】
前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＬＣＯＳ素子であり、
前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものである請求項１又は２記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項４】
前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有する液晶素子であり、
前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものである請求項１又は２記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項５】
前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＭＥＭＳ素子であり、
前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものである請求項１記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項１】
多数の波長の光から成るＷＤＭ信号光を入射し、選択された波長の光信号を出射する入出射部と、
ＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させると共に、反射光を合波する波長分散素子と、
前記波長分散素子によって分散されたＷＤＭ光を２次元平面上に集光する集光素子と、
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平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の位相シフト特性を周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた波長選択素子と、
前記波長選択素子の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シフト特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を反射する波長選択素子駆動部と、を具備し、
前記フェーズドアレイの最大位相シフト量を１．５π以上２．０π未満とした波長選択光スイッチ装置。
【請求項２】
多数の波長の光から成るＷＤＭ信号光を入射する入射部と、
前記入射部より入射したＷＤＭ信号光をその波長に応じて空間的に分散させる波長分散素子と、
前記波長分散素子によって分散した光を２次元平面上に集光する第１の集光素子と、
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平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、２次元の各画素の位相シフト特性を周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた波長選択素子と、
前記波長選択素子の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シフト特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を透過する波長選択素子駆動部と、
前記波長選択素子を透過した各波長の光を集光する第２の集光素子と、
前記第２の集光素子によって集光された分散光を入射位置毎に夫々合成する波長合成素子と、
前記波長合成素子によって合成された光を出射する少なく１つの出射部と、を具備し、
前記フェーズドアレイの最大位相シフト量を１．５π以上２．０π未満とした波長選択光スイッチ装置。
【請求項３】
前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＬＣＯＳ素子であり、
前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものである請求項１又は２記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項４】
前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有する液晶素子であり、
前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものである請求項１又は２記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項５】
前記波長選択素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＭＥＭＳ素子であり、
前記波長選択素子駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものである請求項１記載の波長選択光スイッチ装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１０８３４６（Ｐ２０１２−１０８３４６Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５７６２９（Ｐ２０１０−２５７６２９）
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【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２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【出願人】（５９１１０２６９３）サンテック株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
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