(57)【要約】【課題】回折格子の角度分散を大きくし、ＭＥＭＳミラーを小型化することなく小型化できる波長選択スイッチを提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る波長選択スイッチは、折り曲げ反射ミラーが縦方向に傾斜したミラー部を設けて、上下方向に立体的にビームが複数本配置し、一定の空間伝播距離をミラー間に立体的に小さく折り畳む構造を採用している。部品を小型化することなく、基板に垂直方向にもビームを折り畳むことで小さな空間に長い光路長を形成することができた。【選択図】図１
2010134088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
１以上の波長を含む１以上の入力光が光ファイバから入力され、又は１以上の波長を含む１以上の出力光が光ファイバに出力される複数の入出力ポートが設けられた入出力端と、
前記入出力端に設けられた光コリメータと、
前記光コリメータからの入力光を波長毎に異なる角度で反射又は透過させ、出力光を波長毎に異なる角度で反射又は透過させて前記光コリメータに結合させる波長分散素子と、
前記波長分散素子で波長毎に分離された前記波長分散素子からの入力光の光軸をそれぞれ並行とし、かつそれぞれの入力光のビームを波長毎に収束させ、波長毎に分離された出力光を前記波長分散素子へ収束させるレンズと、
前記レンズからの入力光を波長毎に反射角を変えて反射する反射素子と、
前記波長分散素子と前記レンズとの間又は前記レンズと前記反射素子との間で入力光及び出力光の光路を前記基板に対して垂直方向に折り畳んで反射するミラー対と、
を備える波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記レンズの焦点距離が、前記レンズと前記反射素子との間の光路長又は前記波長分散素子と前記レンズとの間の光路長に略等しい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】
前記波長分散素子が回折格子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記反射素子がＭＥＭＳであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記反射素子が液晶反射素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長多重通信において、異なる波長の光を分岐し又は結合することが可能な波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
入力ポートから入射した多重通信光を回折格子で波長群に分離し、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーで各波長を組み替えて、出力ポートに出力するいわゆる波長選択スイッチあるいは波長クロスコネクトスイッチが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。一般に回折格子の角度分散は数式１のように与えられる。
【数１】
2010134088.tif 000003
ここでβは回折角、ｍは回折次数、Ｎは１ｍｍあたりの格子数、λは波長、ｄβ／ｄλは角度分散である。
【０００３】
数式１の両辺にレンズの焦点距離ｆをかけると数式２のようになり、左辺は線分散ｆ（ｄβ／ｄλ）となる。
【数２】
2010134088.tif 000004
【０００４】
例えば、波長１．５５μｍで１００ＧＨｚ間隔で動作する波長選択スイッチを例にとると、回折格子としては回折効率などの点から次数ｍ＝１、格子数Ｎ＝１１５０本／ｍｍ、入射角７５度、回折角５５度程度のものが望ましい。また、ＭＥＭＳミラーの製造条件等からその幅は数１００μｍ程度が妥当である。これより小さいものでは製造が困難になるだけでなく、実装そのものが困難になり、所望の特性が得られなくなる。同様に回折格子の格子数Ｎを大きくして角度分散を大きくすることも製造が困難になるだけでなく、所望の特性が得られなくなる。ここではＭＥＭＳミラーのピッチを３００μｍとすると、数式２からレンズ焦点距離として１５０ｍｍ程度であることがわかる。モジュール化において、焦点距離１５０ｍｍ程度のレンズ光学系を直線的に配列させるとサイズが大きくなり、実用的でないため、特許文献１のように折り曲げミラーで折り畳みながらコンパクトにする方法が取られている。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００２／０２５３５８パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
市場はさらに小型のモジュールを要求しているが、上述のように回折格子やＭＥＭＳミラー等の部品の精度を維持したまま小型化することが困難である上、モジュールへの実装等の製造精度を維持することも困難である。このため、波長選択スイッチは市場が要求するさらなる小型化が困難という課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、回折格子の角度分散を大きくし、ＭＥＭＳミラーを小型化することなく小型化できる波長選択スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、折り曲げ反射ミラーが縦方向に傾斜したミラー部を設けて、上下方向に立体的にビームが複数本配置し、一定の空間伝搬距離をミラー間に立体的に小さく折り畳む構造を採用している。
【０００８】
具体的には、本発明に係る波長選択スイッチは、基板と、１以上の波長を含む１以上の入力光が光ファイバから入力され、又は１以上の波長を含む１以上の出力光が光ファイバに出力される複数の入出力ポートが設けられた入出力端と、前記入出力端に設けられた光コリメータと、前記光コリメータからの入力光を波長毎に異なる角度で反射又は透過させ、出力光を波長毎に異なる角度で反射又は透過させて前記光コリメータに結合させる波長分散素子と、前記波長分散素子で波長毎に分離された前記波長分散素子からの入力光の光軸をそれぞれ並行とし、かつそれぞれの入力光のビームを波長毎に収束させ、波長毎に分離された出力光を前記波長分散素子へ収束させるレンズと、前記レンズからの入力光を波長毎に反射角を変えて反射する反射素子と、前記波長分散素子と前記レンズとの間又は前記レンズと前記反射素子との間で入力光及び出力光の光路を前記基板に対して垂直方向に折り畳んで反射するミラー対と、を備える。
【０００９】
従来の波長選択スイッチでは特許文献１のように実装基板に水平方向のみにミラーで光を折り曲げていたために小型化に限界があった。本発明に係る波長選択スイッチでは、部品を小型化することなく、基板に垂直方向にもビームを折り畳むことで小さな空間に長い光路長を形成することができた。
【００１０】
従って、本発明は、回折格子の角度分散を大きくし、ＭＥＭＳミラーを小型化することなく小型化できる波長選択スイッチを提供することができる。本発明に係る波長選択スイッチは、部品のサイズや部品点数が従来の波長選択スイッチと同等であり、組み立てが容易で従来技術と同等の精度を維持したまま製造可能である。
【００１１】
本発明に係る波長選択スイッチの前記レンズの焦点距離が、前記レンズと前記反射素子との間の光路長又は前記波長分散素子と前記レンズとの間の光路長に略等しいことが好ましい。各波長のビーム形状が横に大きく広がった状態から小さな形状となるため、波長分散素子や反射素子の配置の許容が大きくなり、組み立てが容易になる。
【００１２】
本発明に係る波長選択スイッチの前記波長分散素子を回折格子とすることができる。
【００１３】
本発明に係る波長選択スイッチの前記反射素子を、ＭＥＭＳとすることができる。
【００１４】
本発明に係る波長選択スイッチの前記反射素子を、液晶反射素子とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、回折格子の角度分散を大きくし、ＭＥＭＳミラーを小型化することなく小型化できる波長選択スイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、具体的に実施形態を示して本発明を詳細に説明するが、本願の発明は以下の記載に限定して解釈されない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１７】
（実施形態）
図１は、本実施形態の波長選択スイッチを説明する概観図である。図１の波長選択スイッチは、基板１０と、１以上の波長を含む１以上の入力光が光ファイバ５１から入力され、又は１以上の波長を含む１以上の出力光が光ファイバ５２に出力される複数の入出力ポートが設けられた入出力端１１と、入出力端１１に設けられた光コリメータ１２と、光コリメータ１２からの入力光を波長毎に異なる角度で反射又は透過させ、出力光を波長毎に異なる角度で反射又は透過させて光コリメータ１２に結合させる波長分散素子１３と、波長分散素子１３で波長毎に分離された波長分散素子１３からの入力光の光軸をそれぞれ並行とし、かつそれぞれの入力光のビームを波長毎に収束させ、波長毎に分離された出力光を波長分散素子１３へ収束させるレンズ１４と、レンズ１４からの入力光を波長毎に反射角を変えて反射する反射素子１５と、波長分散素子１３とレンズ１４との間又はレンズ１４と反射素子１５との間で入力光及び出力光の光路を基板１０に対して垂直方向に折り畳んで反射する上下方向多重ミラー（１６−１、１６−２、１６−３、１６−４）と、を備える。上下方向多重ミラー１６−１と上下方向多重ミラー１６−２とで１つのミラー対をなす。また、上下方向多重ミラー１６−３と上下方向多重ミラー１６−４とで１つのミラー対をなす。
【００１８】
例えば、入力光は波長多重通信光である。光ファイバ５１から光コリメータ１２に入射した入力光は光調整手段１７に結合される。例えば、光調整手段１７は入力光のビーム変形をするビームシェーパーや入力光の偏波分離をする偏波ダイバーシティである。光調整手段１７から出射される入力光は波長分離素子１３に入射する。例えば、波長分離素子１３は回折格子である。本実施例では、波長分離素子１３が反射形の回折格子であるとして説明する。透過型の回折格子でも同様に説明することができる。
【００１９】
入力光は、波長分離素子１３に入射角７５度で入射し、１次の回折光が回折角５５度で波長分離（基板１０に水平方向）されて反射される。入力光のビームの形状は光ファイバ５１の出射点では１０．４μｍφであるが、光調整手段１７でビーム変形を受けて、回折格子直前では横３．７ｍｍ高さ０．７ｍｍ程度の横に長い楕円形状になる。回折格子で回折された入力光は数式１に従って各波長成分で扇状に放射される。
【００２０】
回折格子からの入力光を上下方向多重用ミラー１６−１の下部のミラー（基板１０側のミラー）で９０度に曲げると同時に基板１０に対して斜め上方６度に反射させる。反射された光は上下方向多重ミラー１６−２の下部のミラーに到達する。この下部のミラー面はビーム進行方向に垂直で基板１０に対して上方に６度傾いている。従って、上下方向多重用ミラー１６−１からの光は元の方向の戻り、上下方向多重ミラー１６−１の上部のミラーで基板１０に対してさらに６度上方に反射される。さらに、反射された光は上下方向多重ミラー１６−２の上部ミラーで９０度かつ基板１０に平行に反射され、レンズ１４に結合される。なお、上方とは基板１０の面から垂直に離れる方向であり、下方とは基板１０の面に垂直に近づく方向である。
【００２１】
レンズ１４の焦点距離は、レンズ１４と反射素子１５との間の光路長又は波長分散素子１３とレンズ１４との間の光路長に略等しい。各波長の光はレンズ１４（焦点距離ｆ＝１５０ｍｍ）に入射し、基板１０の面と平行に扇状に広がった各波長のビームはここで互いに平行となり、反射素子１５に基板１０と平行に入射することになる。例えば、反射素子１５は、ＭＥＭＳミラーアレイや液晶反射素子アレイである。レンズ１４と反射素子１５を焦点距離分だけ離すことで、各波長のビーム形状は横に大きく広がった状態から幅７０μｍ高さ４５０μｍの縦に細長く小さな形状することができた。このようにレンズ１４と反射素子１５間の距離を焦点距離とすることで各波長に対応するＭＥＭＳミラーアレイや液晶反射素子を実用的な小さなサイズにすることができる。本実施形態では、ＭＥＭＳのサイズは、縦６００μｍ、横２８０μｍ（３００μｍピッチ）とした。なお、ここで、横とは基板１０の面と平行な方向であり、縦とは基板１０の面に垂直な方向を意味する。液晶反射素子としては、液晶の偏光回転、複屈折光学結晶を利用したもの（例えば、ＵＳ２００８／００８７３７８）、ＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）を利用したもの（例えば、ＵＳ２００６／００６７６１１）がある。
【００２２】
図２は比較例である従来の１×Ｎ波長選択スイッチのモジュールであるが、基板１０に必要な面積は後述のように面積１２７５０ｍｍ２であった。一方、本実施例の波長選択スイッチのモジュールは、図２の波長選択スイッチモジュールと同等の特性ながら、基板１０の面積を約４０％低減化させて７５００ｍｍ２（７５ｍｍ×１００ｍｍ）とすることができ、モジュールを小型化することができた。
【００２３】
（比較例）
図２は、比較例である従来の波長選択スイッチを説明する概観図である。従来の波長選択スイッチはビームをミラーで基板１０と水平方向のみに畳む構造である。光ファイバ５１を出射した入射光は１０．４μｍφであり、光調整手段１７を経て、波長分散素子１３の入射直前では横３．７ｍｍ高さ０．７ｍｍの横に長い楕円形状になる。回折格子である波長分散素子１３で回折された入射光は、数式１に従って各波長で異なる方向に扇状に放射される。ミラー２６−１とミラー２６−２でビーム進行方向をそれぞれ９０度に曲げて、反対方向にビーム方向を変える。レンズ１４を通過した光は各波長光が扇状から平行になると同時に横に細長い楕円形状ビームは焦点距離だけ離れた位置で縦に細長い楕円形状ビームになる。レンズ１４と反射素子の間にも水平方向９０度に曲げるミラー２６−３とミラー２６−４を配置する。ビーム形状は縦長の楕円形状（例えば、幅７０μｍ、高さ４５０μｍ程度）になりながら、かつ水平方向にビームを折り畳むことで基板１０の大きさを１２７５０ｍｍ２（８５ｍｍ×１５０ｍｍ）とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の波長選択スイッチは、異なる波長の光を分岐することができ、光波長多重通信ネットワーク実現の際の波長多重用の光合分波回路や波長再配置型のａｄｄ−ｄｒｏｐ波長多重回路として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る波長選択スイッチを説明する概観図である。
【図２】従来の波長選択スイッチを説明する概観図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０：基板
１１：入出力端
１２：光コリメータ
１３：波長分散素子
１４：レンズ
１５：反射素子
１６−１、１６−２、１６−３、１６−４：上下方向多重ミラー
１７：光調整手段
２６−１、２６−２、２６−３、２６−４：ミラー
５１、５２：光ファイバ
Ｂ：光路、ビーム
【図１】
2010134088.tif 000005
【図２】
2010134088.tif 000006