(57)【要約】【課題】光入出力ポートに入射する−１次光を低減することができる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１Ａは、入力ポート１１および出力ポート１２ａ〜１２ｄを含む光入出力部１８と、波長分散素子１５と、ＬＣＯＳ型の位相変調素子１７とを備える。位相変調素子１７により回折された波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３の１次光それぞれは、所望の出力ポート１２ｂ〜１２ｄそれぞれに入射する。そして、出力ポート１２ａ〜１２ｄと、波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３の−１次光の光軸とが互いに離間するように、入力ポート１１および出力ポート１２ａ〜１２ｄが配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入力される第１ポートと、光が出力される第２ポートと、光が入力または出力される少なくとも１つの第３ポートとによって構成される光入出力ポートが所定方向に並ぶ光入出力部と、
前記光入出力部と光学的に結合される波長分散素子と、
位相変調を行う複数の画素を有し、回折格子状の位相変調パターンを呈示することにより、前記第１ポートから前記波長分散素子を介して到達する光の光路を回折によって偏向する位相変調素子と、
を備え、
前記位相変調素子により回折される前記光の１次光が前記第２ポートに入射するとともに、前記第１ポート及び前記第３ポートと、前記光の−１次光の光軸とが互いに離間するように前記光入出力ポートが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】
前記光入出力ポートの一部と残部とが、前記位相変調素子により回折される前記光の０次光の光軸を挟んで配置されており、前記一部と前記残部とが、前記０次光の光軸を基準として互いに非対称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３】
前記光入出力ポートの一部と残部とが、前記位相変調素子により回折される前記光の０次光の光軸を挟んで配置されており、前記残部が、前記０次光の光軸を基準とする前記一部との対称位置から一律に離間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４】
前記位相変調素子により回折される前記光の０次光の光軸から各光入出力ポートまでの距離の比が互いに素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５】
前記光入出力ポートのポート間隔が、前記位相変調素子により回折される前記光の０次光の光軸からの距離が離れるほど大きいか又は小さ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６】
前記位相変調素子の法線に対し、前記波長分散素子を介して到達する光の光軸が傾斜しており、前記−１次光の光軸の位置が前記傾斜による０次光の光軸の位置ずれ量を加味して決定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７】
前記波長分散素子と前記位相変調素子との間の光路上に配置され、前記波長分散素子を通過する光を前記位相変調素子へ向けて集光する集光レンズを更に備え、
前記光入出力ポートの一部と残部とが、前記位相変調素子により回折される前記光の０次光の光軸を挟んで配置されており、
前記波長分散素子を介して到達する光の前記位相変調素子に対する入射角をα、前記集光レンズと前記位相変調素子との距離をＬとしたとき、前記残部が、前記０次光の光軸を基準とする前記一部との対称位置からＬｓｉｎαだけ離間されていることを特徴とする、請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項８】
前記波長分散素子と前記位相変調素子との間の光路上に配置され、前記波長分散素子を通過する光を前記位相変調素子へ向けて集光する集光レンズを更に備え、
前記波長分散素子を介して到達する光の前記位相変調面に対する入射角をα、前記集光レンズと前記位相変調面との距離をＬとしたとき、前記０次光の光軸に最も近い前記第３ポートの中心軸線と前記０次光の光軸との間隔がＬｓｉｎαに略等しいことを特徴とする、請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項９】
前記第１ポートにアイソレータが設けられているか、又は、前記位相変調素子により回折される前記光の０次光を打ち消すための位相変調パターンが前記回折格子状の位相変調パターンに重畳されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１０】
前記第２ポートに入射する前記１次光の光強度を基準としたとき、前記第３ポートに入射する前記−１次光の相対光強度が−３０ｄＢ未満であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項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、波長選択スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、グレーティング構造を有する光フェーズマトリックスデバイスを用いて、回折格子状の位相変調パターンによる変調を波長成分毎に独立に行うことにより、光路を制御するデバイスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００６７６１１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
波長選択スイッチの一つとして、位相変調素子を用いるものがある。位相変調素子は、二次元状に配列された複数の画素を有し、位相変調を画素毎に行うことができる素子である。このような波長選択スイッチでは、位相変調素子に回折格子状の位相パターンを呈示させて該位相変調素子に入射した各波長成分の反射方向を制御することにより、各波長成分の結合先となる光入出力ポートを選択する。
【０００５】
通常、回折格子に光が入射すると、０次光、±１次光、±２次光、・・・といった複数の光成分が発生する。このうち１次光の光強度が最も強いため、出力ポートには１次光が結合される。しかしながら、位相変調パターンの精度によっては０次光や−１次光といった他の回折光の光強度が無視できないほど増大する場合がある。特に−１次光は、１次光とは対称的な出射角で発生するため、光入出力ポートの配置によっては−１次光が別の光入出力ポートに入射してしまい、ノイズ光の原因となる。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、光入出力ポートに入射する−１次光を低減することが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】
上述した課題を解決するために、本発明による波長選択スイッチは、光が入力される第１ポートと、光が出力される第２ポートと、光が入力または出力される少なくとも１つの第３ポートとによって構成される光入出力ポートが所定方向に並ぶ光入出力部と、光入出力部と光学的に結合される波長分散素子と、位相変調を行う複数の画素を有し、回折格子状の位相変調パターンを呈示することにより、第１ポートから波長分散素子を介して到達する光の光路を回折によって偏向する位相変調素子と、を備え、位相変調素子により回折される光の１次光が第２ポートに入射するとともに、第１ポート及び第３ポートと、光の−１次光の光軸とが互いに離間するように光入出力ポートが配置されていることを特徴とする。
【０００８】
また、波長選択スイッチは、光入出力ポートの一部と残部とが、位相変調素子により回折される光の０次光の光軸を挟んで配置されており、一部と残部とが、０次光の光軸を基準として互いに非対称に配置されていることを特徴としてもよい。
【０００９】
また、波長選択スイッチは、光入出力ポートの一部と残部とが、位相変調素子により回折される光の０次光の光軸を挟んで配置されており、残部が、０次光の光軸を基準とする一部との対称位置から一律に離間されていることを特徴としてもよい。
【００１０】
また、波長選択スイッチは、位相変調素子により回折される光の０次光の光軸から各光入出力ポートまでの距離の比が互いに素であることを特徴としてもよい。
【００１１】
また、波長選択スイッチは、光入出力ポートのポート間隔が、位相変調素子により回折される光の０次光の光軸からの距離が離れるほど大きいか又は小さいことを特徴としてもよい。
【００１２】
また、波長選択スイッチは、位相変調素子の法線に対し、波長分散素子を介して到達する光の光軸が傾斜しており、−１次光の光軸の位置が傾斜による０次光の光軸の位置ずれ量を加味して決定されていることを特徴としてもよい。
【００１３】
また、波長選択スイッチは、波長分散素子と位相変調素子との間の光路上に配置され、波長分散素子を通過する光を位相変調素子へ向けて集光する集光レンズを更に備え、光入出力ポートの一部と残部とが、位相変調素子により回折される光の０次光の光軸を挟んで配置されており、波長分散素子を介して到達する光の位相変調素子に対する入射角をα、集光レンズと位相変調素子との距離をＬとしたとき、残部が、０次光の光軸を基準とする一部との対称位置からＬｓｉｎαだけ離間されていることを特徴としてもよい。
【００１４】
また、波長選択スイッチは、波長分散素子と位相変調素子との間の光路上に配置され、波長分散素子を通過する光を位相変調素子へ向けて集光する集光レンズを更に備え、波長分散素子を介して到達する光の位相変調面に対する入射角をα、集光レンズと位相変調面との距離をＬとしたとき、０次光の光軸に最も近い第３ポートの中心軸線と０次光の光軸との間隔がＬｓｉｎαに略等しいことを特徴としてもよい。
【００１５】
また、波長選択スイッチは、第１ポートにアイソレータが設けられているか、又は、位相変調素子により回折される光の０次光を打ち消すための位相変調パターンが回折格子状の位相変調パターンに重畳されていることを特徴としてもよい。
【００１６】
また、波長選択スイッチは、第２ポートに入射する１次光の光強度を基準としたとき、第３ポートに入射する−１次光の相対光強度が−３０ｄＢ未満であることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による波長選択スイッチによれば、光入出力ポートに入射する−１次光を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態として、波長選択スイッチの構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１に示された波長選択スイッチのII−II線に沿った側断面図である。
【図３】光入出力ポートの配列の一例を示す図である。
【図４】位相変調素子の具体的な構成例として、ＬＣＯＳ型の位相変調素子の構成を示す断面図である。
【図５】回折格子状の位相変調パターンが変調面に呈示されたときの、偏向方向における実質的な位相変化を示すグラフである。
【図６】変調面を法線方向（光入射方向）から見た様子を示す図である。
【図７】（ａ）：偏向方向における変調面の位相分布を示す図である。（ｂ）：（ａ）の場合における、光入出力部に到達した反射光のポート配列方向における光強度分布を示すグラフである。
【図８】（ａ）：偏向方向における変調面の位相分布を示す図である。（ｂ）：（ａ）の場合における、光入出力部に到達した反射光のポート配列方向における光強度分布を示すグラフである。
【図９】比較例として、従来の波長選択スイッチにおけるポート配列を模式的に示す図である。
【図１０】入力ポート及び複数の出力ポートの相対配置を示す図である。
【図１１】図１０に示された光入出力部と、光入出力部に到達した回折光の光強度分布との関係を示す図である。
【図１２】第１変形例としての光入出力ポートの相対配置を示す図である。
【図１３】第２変形例の比較例として、従来の波長選択スイッチにおけるポート配列を模式的に示す図である。
【図１４】第２変形例としての光入出力ポートの相対配置を示す図である。
【図１５】位相変調素子に呈示される位相変調パターンを示すグラフである。
【図１６】第４変形例としての光入出力ポートの相対配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明による波長選択スイッチの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態として、波長選択スイッチ１Ａの構成を概略的に示す平面図である。また、図２は、図１に示された波長選択スイッチ１ＡのII−II線に沿った側断面図である。なお、理解の容易のため、図１及び図２にはＸＹＺ直交座標系が示されている。波長選択スイッチ１Ａは、ＹＺ平面に沿った上面及び底面と、Ｘ軸方向に沿った４つの側面とを有する略直方体状を呈している。
【００２１】
図１及び図２に示されるように、この波長選択スイッチ１Ａは、入力ポート１１と、複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄとを含む光入出力部１８を備えている。入力ポート１１には、複数の波長成分を含む光（例えば波長多重光通信における信号光）Ｌ１が波長選択スイッチ１Ａの外部から入力される。本実施形態では、波長選択スイッチ１Ａは、入力ポート１１に入力された光Ｌ１を波長成分毎に分光して、各波長成分を、複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄのそれぞれから出力する。なお、図１では一例として３つの波長成分Ｌ２１、Ｌ２２及びＬ２３と４つの出力ポート１２ａ〜１２ｄとが図示されており、３つの波長成分Ｌ２１、Ｌ２２及びＬ２３それぞれが、４つの出力ポート１２ａ〜１２ｄのうち３つの出力ポート１２ｂ，１２ｃ及び１２ｄそれぞれから出力される。なお、以下の説明において、入力ポート１１と、複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄとを含めて、光入出力ポートと称することがある。
【００２２】
複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄは、所定方向（例えばＸ軸方向）に並んで配置されており、本実施形態では入力ポート１１と複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄとがＸ軸方向に一列に並んで配置されている。なお、以下の説明において、Ｘ軸方向をポート配列方向と称することがある。ここで、図３は、光入出力部１８を構成する光入出力ポートの配列の一例を示す図であって、光入出力ポートをＺ軸方向から見た様子を示している。図３に示されるように、本実施形態では、入力ポート１１が光入出力ポートの中央に配置されており、複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄの一部である出力ポート１２ａ及び１２ｂが入力ポート１１に対してポート配列方向における一方の側に配列されており、複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄの残部である出力ポート１２ｃ及び１２ｄが入力ポート１１に対してポート配列方向における他方の側に配列されている。なお、入力ポート１１及び複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄは、例えば光ファイバといった光導波部材によって好適に構成される。
【００２３】
また、後述するように、本実施形態の光入出力部１８では、入力ポート１１と出力ポート１２ｂとの間隔ｄ０を基準としたとき、入力ポート１１と出力ポート１２ａとの間隔（中心軸線同士の間隔）は２ｄ０であるが、入力ポート１１と出力ポート１２ｃとの間隔はｄ０＋Δｄであり、入力ポート１１と出力ポート１２ｄとの間隔は２ｄ０＋Δｄである。すなわち、入力ポート１１を基準とした出力ポート１２ｃ，１２ｄの位置が、出力ポート１２ａ，１２ｂとの対称位置からΔｄだけオフセットされている。この理由については、後に詳述する。
【００２４】
再び図１及び図２を参照する。波長選択スイッチ１Ａは、更に、コリメータレンズ１３と、アナモルフィック光学系１４と、波長分散素子１５と、集光レンズ１６と、位相変調素子１７と、制御部２０とを備えている。
【００２５】
コリメータレンズ１３は、入力ポート１１と光学的に結合されており、入力ポート１１から入力された光Ｌ１を平行化（コリメート）する。また、コリメータレンズ１３は、複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄと光学的に結合されており、分光後の各波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３を、各々に対応する出力ポート（例えば１２ｂ〜１２ｄ）に向けて集光する。
【００２６】
アナモルフィック光学系１４は、コリメータレンズ１３を介して光Ｌ１を受け、光軸に対して垂直な光Ｌ１の断面を、上述した所定方向（本実施形態ではＸ軸方向）と交差する方向（例えばＹ軸方向、以下この方向を分光方向と称することがある）に延びる偏平形状となるよう変換する。本実施形態において、アナモルフィック光学系１４はプリズム１４ａ，１４ｂによって好適に構成され、Ｙ軸方向に光Ｌ１の幅が大きくなるように拡大する。このように、光軸に対して垂直な光Ｌ１の断面は、Ｙ軸方向に延びる偏平形状となる。また、アナモルフィック光学系１４は、その一方の面がコリメータレンズ１３を介して複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄと光学的に結合されており、他方の面が、後述する位相変調素子１７の変調面１７ａと光学的に結合されている。アナモルフィック光学系１４は、変調面１７ａにおいて反射した各波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３のＹ軸方向の幅を、各々に対応する出力ポート（例えば１２ｂ〜１２ｄ）に向けて縮小する。このようなアナモルフィック光学系１４は、一または複数の、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の一方にのみ光パワーを有する光学部品（例えばシリンドリカルレンズ）によって構成されてもよい。また、アナモルフィック光学系１４は、Ｙ軸方向に光Ｌ１の幅が大きくなるように拡大するように構成されてもよいし、Ｘ軸方向に光Ｌ１の幅が小さくなるように縮小するように構成されてもよい。
【００２７】
波長分散素子（分光素子）１５は、入力ポート１１から入力された光Ｌ１を受けて、その光Ｌ１を各波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３に分光する。本実施形態の波長分散素子１５は、コリメータレンズ１３及びアナモルフィック光学系１４を介して光Ｌ１を受ける。波長分散素子１５は、例えば表面に回折格子が形成された板状部材によって好適に構成される。波長分散素子１５によって分光された光Ｌ１の各波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３は、それぞれ異なる光軸方向に進む。本実施形態では、各波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３は、上述した分光方向（Ｙ軸方向）に分光される。
【００２８】
集光レンズ１６は、波長分散素子１５と位相変調素子１７とを光学的に結合しており、波長分散素子１５と位相変調素子１７との間の光路上に配置されている。集光レンズ１６は、波長分散素子１５を通過した各波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３を、位相変調素子１７の変調面１７ａに向けて集光する。このとき、Ｙ軸方向に延びる偏平形状の光は、変調面１７ａにおいてＸ軸方向に延びる偏平形状の光に変換される。また、集光レンズ１６は、変調面１７ａによって反射された各波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３を、波長分散素子１５に向けてコリメートする。
【００２９】
位相変調素子１７は、位相変調を行う複数の画素を有し、回折格子状の位相変調パターンを呈示することにより、入力ポート１１から波長分散素子１５等を介して到達した光Ｌ１、すなわち波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３の光路をＸＺ平面内で偏向する。なお、以下の説明において、Ｘ軸方向を偏向方向と称することがある。このときのＸＺ平面内における偏向角（反射角）は、波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３それぞれで互いに異なり、各波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３が所望の出力ポート（例えば１２ｂ〜１２ｄ）に入射するように設定される。
【００３０】
ここで、図４は、位相変調素子１７の具体的な構成例として、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）型の位相変調素子１７の構成を示す断面図である。図４に示されるように、位相変調素子１７は、シリコン基板１７１と、シリコン基板１７１の主面上に設けられた複数の画素電極１７２とを有する。複数の画素電極１７２は、シリコン基板１７１の主面に沿って二次元状に配列されている。また、シリコン基板１７１の主面上には、液晶層１７３、透明電極１７４、及びカバーガラス１７５が順に配置されている。そして、透明電極１７４と複数の画素電極１７２との間に形成される電界の大きさに応じて、液晶層１７３に入射した波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３の位相が変調される。この位相変調量は、各画素電極１７２毎に異なる大きさの電界が形成されることにより、各画素毎に異なる大きさとなる。なお、前述した変調面１７ａは、複数の画素電極１７２、液晶層１７３および透明電極１７４によって主に構成される。また、図４には、変調面１７ａに回折格子状の位相変調パターンを呈示したときの各画素毎の位相変調量が、グラフＧ１１として概念的に示されている。
【００３１】
図５は、回折格子状の位相変調パターンが変調面１７ａに呈示されたときの、偏向方向における実質的な位相変化を示すグラフである。先の図４に概念的に示されたように、変調面１７ａでは、０（ｒａｄ）から２π（ｒａｄ）にかけて位相変調量が階段的に増加し、２π（ｒａｄ）に達すると、再び０（ｒａｄ）に戻り、０（ｒａｄ）から２π（ｒａｄ）にかけて位相変調量が階段的に増加する。このような位相変調パターンにより、図５に示されるような階段状に単調増加する回折格子状の位相変調パターンが実質的に実現される。そして、このような位相変調パターンが呈示された変調面１７ａに各波長成分Ｌ２１（Ｌ２２又はＬ２３）が入射すると、回折格子の周期に応じた出射角θでもって各波長成分Ｌ２１（Ｌ２２又はＬ２３）が反射する。
【００３２】
図６は、変調面１７ａを法線方向（光入射方向）から見た様子を示す図である。変調面１７ａは、Ｙ軸方向（分光方向）に沿って並ぶ複数の位相変調領域１７ｂ〜１７ｅを含んでおり、これらの位相変調領域１７ｂ〜１７ｅに対し、波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３が選択的に入射する。図６に示された例では、位相変調領域１７ｃ，１７ｄ及び１７ｅそれぞれに対して波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３それぞれが入射している。そして、位相変調領域１７ｃ〜１７ｅは、互いに異なる周期の回折格子を呈示することによって、波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３を各々に対応する出力ポート１２ｂ〜１２ｄへ向けて反射する。こうして位相変調素子１７により反射された各波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３は、集光レンズ１６によって平行化されたのち、アナモルフィック光学系１４及びコリメータレンズ１３を経て、それぞれ対応する出力ポート１２ｂ〜１２ｄに到達する。
【００３３】
図７（ａ）及び図８（ａ）は、偏向方向における変調面１７ａの位相分布を示している。また、図７（ｂ）及び図８（ｂ）それぞれは、図７（ａ）及び図８（ａ）それぞれの場合における、光入出力部１８に到達した反射光のポート配列方向における光強度分布を示すグラフである。図７（ａ）に示されるように、変調面１７ａに呈示される位相変調量が偏向方向において一定である場合には、図７（ｂ）に示されるように、０次光Ａ０のみが光入出力部１８に到達する。これに対し、図８（ａ）に示されるように、変調面１７ａに呈示される位相変調量が偏向方向において回折格子状を成している場合には、図８（ｂ）に示されるように、０次光Ａ０の光強度が小さくなると共に、隣の１次光Ａ１の光強度が増大する。従って、図６に示された位相変調領域１７ｃ〜１７ｅの回折格子の周期は、変調面１７ａに入射した波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３の１次光が各出力ポート１２ｂ〜１２ｄに入射するように設定される。
【００３４】
また、光入出力部１８には、図８（ｂ）に示されるように、１次光Ａ１の他に、２次光Ａ２や３次光以上の高次光、および、−１次光Ａ−１、−２次光Ａ−２や−３次光以下の負の高次光といった複数の光が到達する。これら１次光以外の光は、当該波長成分Ｌ２１（Ｌ２２若しくはＬ２３）の入射対象である出力ポート１２ｂ（１２ｃ若しくは１２ｄ）は勿論、他の光入出力ポートにも極力入射しないことが望まれる。前述したように、１次光以外の光が他の光入出力ポートに入射すると、ノイズ光の原因となるからである。以下の説明において、外部から光を入力する入力ポートを第１ポート、１次光Ａ１に対する所望の出力ポートを第２ポート、第１ポートおよび第２ポート以外のポートを第３ポートと称することがある。
【００３５】
ここで、図９は、比較例として、従来の波長選択スイッチにおける光入出力部１８を模式的に示す図である。同図に示されるように、従来の波長選択スイッチでは、入力ポート１１及び出力ポート１２ａ〜１２ｄが互いに等間隔（間隔ｄ０）で配列されている。このような構成において、波長成分Ｌ２１が出力ポート１２ｂに入射する場合を考える。前述したように、位相変調素子１７の変調面１７ａから出射される波長成分Ｌ２１の回折光のうち、１次光Ａ１が出力ポート１２ｂ（すなわち、第２ポート）に入射する。そして、このとき、−１次光Ａ−１、２次光Ａ２及び−２次光Ａ−２が発生する。
【００３６】
いま、集光レンズ１６の中心と変調面１７ａとの間の距離をＬとし、集光レンズ１６の光軸に対するｎ次光（ｎは整数）Ａｎの傾斜角（出射角）をθｎとすると、集光レンズ１６の中心軸を基準とする、集光レンズ１６におけるｎ次光Ａｎの通過点の位置座標ｘｎは、
ｘｎ＝Ｌ・ｓｉｎ（θｎ）    ・・・（１）
と表される。また、ｎ次光Ａｎの傾斜角θｎは、１次光Ａ１の傾斜角θ１のｎ倍（すなわちθｎ＝ｎ・θ１）である。ここで、傾斜角θｎは極めて小さい角度であるため、上式（１）は
ｘｎ＝Ｌ・ｓｉｎ（θｎ）＝Ｌ・ｓｉｎ（ｎ・θ１）≒ｎＬ・ｓｉｎ（θ１）  ・・・（２）
と近似される。すなわち、位置座標ｘｎは、集光レンズ１６における１次光Ａ１の通過点の位置座標ｘ１のｎ倍となる。換言すれば、集光レンズ１６における各次の光の通過点は、互いに等間隔となる。そして、この間隔は光入出力部１８まで維持されるため、図９に示されるように、光入出力部１８に到達した各次の光の到達位置は、互いに等間隔となる。このことから、入力ポート１１及び出力ポート１２ａ〜１２ｄが互いに等間隔（間隔ｄ０）で配列されている場合に、１次光Ａ１を出力ポート１２ｂに入射させると、−１次光Ａ−１が出力ポート１２ｃに入射し、２次光Ａ２が出力ポート１２ａに入射し、−２次光Ａ−２が出力ポート１２ｄに入射してしまう。
【００３７】
特に、−１次光Ａ−１は１次光Ａ１とは対称的な出射角で発生するため、例えば本実施形態のように入力ポート１１の両側に出力ポートが配置されているような場合には、１次光Ａ１が入射する所望の出力ポートと対称の位置に存在する出力ポートに−１次光Ａ−１が必ず入射することとなる。また、１次光Ａ１の傾斜角θ１が大きい場合には２次光Ａ２や−２次光Ａ−２の光軸が光入出力部１８から外れることがあるが、このような場合には位相変調パターンの画素間での位相差が大きくなるので回折格子状のパターンの精度が低下し、−１次光Ａ−１の光強度が更に増大してしまうという問題がある。
【００３８】
そこで、本実施形態では、図１０に示されるように入力ポート１１及び出力ポート１２ａ〜１２ｄの相対配置が設定される。まず、１次光Ａ１の光軸上に出力ポート１２ｂが配置されるように、入力ポート１１および出力ポート１２ｂの相対配置が設定される。これにより、１次光Ａ１が出力ポート１２ｂに入射する。一方、出力ポート１２ｂを除く他の出力ポート１２ａ、１２ｃ及び１２ｄ（すなわち、第３ポート）と、−１次光Ａ−１の光軸とが互いに離間するように、入力ポート１１および複数の出力ポート１２ａ，１２ｃ及び１２ｄの相対配置が設定される。これにより、−１次光Ａ−１が他の出力ポート１２ａ，１２ｃ及び１２ｄ（第３ポート）に入射することを回避し、若しくはその入射光量を低減することができる。
【００３９】
ここで、出力ポート１２ａ、１２ｃ及び１２ｄ（第３ポート）と、−１次光Ａ−１の光軸とが互いに離間するとは、出力ポート１２ｂ（第２ポート）に入射する１次光Ａ１の光強度（最大結合強度）を基準としたとき、出力ポート１２ａ、１２ｃ及び１２ｄ（第３ポート）に入射する−１次光Ａ−１の光強度が例えば−３０ｄＢ未満となるように互いを遠ざけることをいう。−１次光Ａ−１の光強度が１次光Ａ１の光強度の−３０ｄＢ未満であれば、光通信への影響を十分に抑えることができる。
【００４０】
また、上記の説明では波長成分Ｌ２１を例に挙げて説明したが、波長成分Ｌ２２及びＬ２３についても同様である。すなわち、波長成分Ｌ２２に関しては、所望の出力ポート１２ｃ（第２ポート）を除く他の出力ポート１２ａ、１２ｂ及び１２ｄ（第３ポート）と、波長成分Ｌ２２の−１次光Ａ−１の光軸とが互いに離間するように、入力ポート１１および複数の出力ポート１２ａ，１２ｂ及び１２ｄの相対配置が設定される。また、波長成分Ｌ２３に関しては、所望の出力ポート１２ｄ（第２ポート）を除く他の出力ポート１２ａ〜１２ｃ（第３ポート）と、波長成分Ｌ２３の−１次光Ａ−１の光軸とが互いに離間するように、入力ポート１１および複数の出力ポート１２ａ〜１２ｃの相対配置が設定される。
【００４１】
一実施例では、０次光Ａ０の光軸を挟んで配置された光入出力部１８の一部（出力ポート１２ａ，１２ｂ）と残部（出力ポート１２ｃ，１２ｄ）とが、０次光Ａ０の光軸を基準として互いに非対称に配置されているとよい。これにより、−１次光Ａ−１が所望の出力ポート（第２ポート）以外の出力ポート（第３ポート）に入射することを好適に防ぐことができる。このような形態は、例えば図１０に示されるように、光入出力部１８の残部（出力ポート１２ｃ，１２ｄ）が、０次光Ａ０の光軸を基準とする一部（出力ポート１２ａ，１２ｂ）との対称位置から一律に、距離Δｄだけ離間されていることで好適に実現される。
【００４２】
図１１は、図１０に示された光入出力部１８と、光入出力部１８に到達した回折光の光強度分布との関係を示す図である。図１１に示されるように、光強度のピークが最も高い１次光Ａ１のポート配列方向の光軸位置は、所望の出力ポート１２ｂ（第２ポート）のポート配列方向位置と一致している。一方、−１次光Ａ−１及び−２次光Ａ−２のポート配列方向の光軸位置は、他の出力ポート１２ｃ，１２ｄ（第３ポート）のポート配列方向位置から外れている。従って、１次光Ａ１を所望の出力ポート１２ｂ（第２ポート）に好適に入射させ得るとともに、−１次光Ａ−１及び−２次光Ａ−２が他の出力ポート１２ｃ，１２ｄ（第３ポート）に入射することを回避（若しくは入射光量を低減）することができる。
【００４３】
なお、図１１では、２次光Ａ２の発生位置と出力ポート１２ａの位置とが一致する様子が便宜的に示されているが、１次光Ａ１の傾斜角θ１が小さい場合には、位相変調パターンの画素間での位相差が小さくなるので回折格子状のパターンの精度を高くでき、２次光Ａ２の強度は無視できるほど小さくできる。一方、１次光Ａ１の傾斜角θ１が大きい場合には、２次光Ａ２の光軸が光入出力部１８から外れることとなる。従って、１次光Ａ１の傾斜角θ１が大きい故に−１次光Ａ−１の光強度がノイズとして問題となる場合には、２次光Ａ２はノイズとなりにくい。即ち、−１次光Ａ−１の出力ポートへの入射を回避することにより、位相変調素子１７における高次回折光の第３ポートへの入射を好適に抑制することができる。
【００４４】
また、図１０に示されるように、本実施形態の波長選択スイッチ１Ａでは、入力ポート１１からの光が変調面１７ａに対して垂直に入射するので、０次光Ａ０は入力ポート１１へ向けて反射する。このような場合、入力ポート１１にアイソレータ１９が設けられていると良い。これにより、入力ポート１１に入射した０次光Ａ０を効果的に排除することができる。或いは、０次光Ａ０を打ち消すための位相変調パターンが、変調面１７ａに呈示される回折格子状の位相変調パターンに重畳されていてもよい。これにより、０次光Ａ０の光量を低減して、入力ポート１１への０次光Ａ０の入射を効果的に防ぐ（若しくは入射光量を低減する）ことができる。或いは、集光レンズ１６の光軸に対して入力ポート１１を離間して配置してもよい。これにより、入力ポート１１への０次光Ａ０の入射を好適に回避することができる。
【００４５】
（第１の変形例）
図１２は、上記実施形態の第１変形例としての入力ポート１１および複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄの相対配置を示す図である。この例では、２次光Ａ２の光軸に対して出力ポート１２ａが離間しており、２次光Ａ２が出力ポート１２ａに入射しないようになっている。このように、正の高次光の光軸に対しても出力ポートが離間されていることが好ましい。
【００４６】
このような形態は、例えば０次光Ａ０の光軸から各出力ポート１２ａ〜１２ｄまでの距離ｄａ〜ｄｄの比が互いに素（１と当該数以外に整数の約数が存在しない）であることによって好適に実現され得る。これらのポート配置によって、何れの波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３においても、１次光Ａ１以外の光（−１次光Ａ−１、２次光Ａ２、−２次光Ａ−２、及びその他の高次光）が出力ポート１２ａ〜１２ｄに入射することを好適に回避（若しくは入射光量を低減）することができる。
【００４７】
（第２の変形例）
上記実施形態では、入力ポート１１に光Ｌ１が入力され、各波長成分Ｌ２１〜Ｌ２３を複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄから選択的に出力する形態について説明した。しかしながら、出力ポート１２ａ〜１２ｄへの−１次光（より好ましくは、２次光や−２次光等の高次光も）の入射を回避することによる効果は、複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄそれぞれに複数の波長成分それぞれが入力され、これらを合波して入力ポート１１から出力する形態においても同様に得られる。以下、そのような形態について詳細に説明する。なお、本変形例の以下の説明では、ポート１１を出力ポートと称し、ポート１２ａ〜１２ｄを入力ポートと称する。また、本変形例においては、入力ポート１２ｃを第１ポート、出力ポート１１を第２ポート、第１ポート以外の入力ポート１２ａ、１２ｂ、１２ｄを第３ポートと称することがある。
【００４８】
図１３は、比較例として、従来の波長選択スイッチにおける光入出力部１８（図９を参照）を模式的に示す図である。ここでは、出力ポート１１及び入力ポート１２ａ〜１２ｄが互いに等間隔（間隔ｄ０）で配列されている。このような構成において、入力ポート１２ｃ（第１ポート）から出射された波長成分Ｌ２４が、出力ポート１１（第２ポート）に入射する場合を考える。このとき、位相変調素子１７の変調面１７ａから出射される波長成分Ｌ２１の回折光のうち、１次光Ａ１が出力ポート１１に入射する。そして、このとき−１次光Ａ−１、０次光Ａ０、２次光Ａ２及び３次光Ａ３が発生する。
【００４９】
本変形例においても、集光レンズ１６における各次の光の通過点は、互いに等間隔となる。そして、この間隔は光入出力部１８まで維持されるため、図１３に示されるように、光入出力部１８に到達した各次の光の到達位置もまた、互いに等間隔となる。このことから、出力ポート１１及び入力ポート１２ａ〜１２ｄが互いに等間隔（間隔ｄ０）で配列されている場合に、入力ポート１２ｃからの波長成分Ｌ２４を出力ポート１１に入射させると、−１次光Ａ−１が入力ポート１２ａに入射し、０次光Ａ０が入力ポート１２ｂに入射してしまう。
【００５０】
そこで、本実施形態では、図１４に示されるように出力ポート１１及び入力ポート１２ａ〜１２ｄの間隔が設定される。すなわち、１次光Ａ１の光軸上に出力ポート１１が配置されるように、出力ポート１１および入力ポート１２ｃの間隔が設定される。これにより、１次光Ａ１が出力ポート１１（第２ポート）に入射する。一方、複数の入力ポート１２ａ〜１２ｄ（第１ポート及び第３ポート）の中心軸線と、−１次光Ａ−１の光軸とが互いに離間するように、複数の入力ポート１２ａ〜１２ｄの間隔が設定される。これにより、−１次光Ａ−１が入力ポート１２ａ〜１２ｄ（第１ポート及び第３ポート）に入射することを回避し、若しくはその入射光量を低減することができる。
【００５１】
なお、複数の入力ポート１２ａ〜１２ｄの中心軸線と、−１次光Ａ−１の光軸とが互いに離間するとは、例えば、出力ポート１１に入射する１次光Ａ１の光強度（最大結合強度）を基準としたとき、入力ポート１２ａ〜１２ｄに入射する−１次光Ａ−１の光強度が−３０ｄＢ未満となるように互いを遠ざけることをいう。
【００５２】
また、本変形例では、更に、複数の入力ポート１２ａ〜１２ｄ（第１ポート及び第３ポート）の中心軸線と、０次光Ａ０の光軸とが互いに離間するように、複数の入力ポート１２ａ〜１２ｄの間隔が設定されると尚良い。これにより、０次光Ａ０が入力ポート１２ａ〜１２ｄに入射することを回避し、若しくはその入射光量を低減することができる。
【００５３】
一実施例では、１次光Ａ１の光軸を挟んで配置された光入出力部１８の一部（入力ポート１２ｃ，１２ｄ）と残部（入力ポート１２ａ，１２ｂ）とが、１次光Ａ１の光軸を基準として互いに非対称に配置されているとよい。これにより、−１次光Ａ−１及び０次光Ａ０が入力ポート１２ａ〜１２ｄ（第１ポート及び第３ポート）に入射することを好適に防ぐことができる。このような形態は、例えば図１４に示されるように、光入出力部１８の残部（入力ポート１２ａ，１２ｂ）が、１次光Ａ１の光軸を基準とする一部（入力ポート１２ｃ，１２ｄ）との対称位置から一律に、距離Δｄだけ離間されていることで好適に実現される。
【００５４】
また、図１４に示されるように、本変形例では、或る波長成分を出射した入力ポートへ向けて、２次光Ａ２が反射する。従って、入力ポート１２ａ〜１２ｄにはアイソレータ１９が設けられていることが好ましい。これにより、入力ポート１２ａ〜１２ｄに入射した２次光Ａ２を効果的に排除することができる。或いは、２次光Ａ２を打ち消すための位相変調パターンが、変調面１７ａに呈示される回折格子状の位相変調パターンに重畳されていてもよい。これにより、２次光Ａ２の光量を低減して、入力ポート１２ａ〜１２ｄ（第１ポート及び第３ポート）への２次光Ａ２の入射を効果的に防ぐ（若しくは入射光量を低減する）ことができる。
【００５５】
（第３の変形例）
図１５は、位相変調素子１７に呈示される位相変調パターンを示すグラフである。位相変調素子１７では、図中の実線で示されるような回折格子パターンを呈示する制御電圧が印加された場合であっても、画素間のクロストーク等の影響によって、図中の破線で示されるようにパターン形状が歪む場合がある。このようなクロストークは、隣接画素間の位相差が大きいほど顕著となる。従って、上記実施形態の波長選択スイッチ１Ａでは、光入出力部１８の端に近い（すなわち、出力ポート１１から遠い）入力ポートほど、−１次光Ａ−１の光軸から離れて配置されることが好ましい。例えば、出力ポート１１及び各入力ポート１２ａ〜１２ｄの間隔が、０次光Ａ０の光軸からの距離が離れるほど次第に大きくなるか、又は次第に小さくなるように設定されることにより、このような形態を好適に実現することができる。
【００５６】
（第４の変形例）
図１６は、上記実施形態の第４変形例としての入力ポート１１および複数の出力ポート１２ａ〜１２ｄの相対配置を示す図である。この例では、入力ポート１１が集光レンズ１６の光軸からＸ軸方向にオフセットして配置されることにより、０次光Ａ０と入力ポート１１との結合が回避されている。このような場合、位相変調面１７ａの法線に対し、位相変調面１７ａに入射する各波長成分（図では波長成分Ｌ２１を例示）の光軸が角度αだけ傾斜する。換言すれば、位相変調面１７ａに対する各波長成分の入射角がα（＞０）となる。
【００５７】
このように各波長成分の光軸が傾斜している場合、ｎ次光Ａｎの光軸の傾斜角θｎは次の数式（３）により表される。
θｎ＝ｎ・θ１＋α  ・・・（３）
従って、集光レンズ１６の中心軸を基準とする、集光レンズ１６におけるｎ次光Ａｎの通過点の位置座標ｘｎは、
ｘｎ＝Ｌ・ｓｉｎ（θｎ）＝Ｌ・ｓｉｎ（ｎ・θ１＋α）
＝Ｌ・ｓｉｎ（ｎ・θ１）＋Ｌ・ｓｉｎ（α）｝
≒ｎＬ・ｓｉｎ（θ１）＋Ｌ・ｓｉｎ（α）    ・・・（４）
と表される。
【００５８】
この数式（４）によれば、ｎ次光Ａｎの通過点の位置座標ｘｎは、傾斜αが無い場合と比較して、傾斜による０次光Ａ０の光軸の位置ずれ量Ｌ・ｓｉｎ（α）だけオフセットされることがわかる。従って、−２次光Ａ−２、−１次光Ａ−１、２次光Ａ２等の光軸の位置は、上記位置ずれ量Ｌ・ｓｉｎ（α）を加味して決定されるとよい。
【００５９】
また、本変形例では、光入出力部１８の一部（出力ポート１２ａ，１２ｂ）と残部（出力ポート１２ｃ，１２ｄ）とが、０次光Ａ０の光軸を挟んで配置されている。そして、光入出力部１８の残部（出力ポート１２ｃ，１２ｄ）は、０次光Ａ０の光軸を基準とする光入出力部１８の一部（出力ポート１２ａ，１２ｂ）との対称位置から上記位置ずれ量Ｌ・ｓｉｎ（α）だけ一律に離間された上で（すなわち、図１６においてΔｄ＝２Ｌ・ｓｉｎ（α））、同じ間隔ｄ０で配列されていることが好ましい。なお、この場合、位置ずれ量Ｌ・ｓｉｎ（α）が間隔ｄ０の１／２となるように、入射角αおよび光入出力部１８のポート間隔が設定されるとさらに良い。これにより、隣合う入力ポートの中間の位置に−１次光Ａ−１が到達するので、−１次光Ａ−１と入力ポートとの結合を極めて小さくすることができる。
【００６０】
また、０次光Ａ０の光軸に最も近い第３ポート（本変形例では出力ポート１２ｂ）の中心軸線と０次光Ａ０の光軸との間隔は、上記の位置ずれ量Ｌｓｉｎαに略等しいことが好ましい。これにより、非動作時における入力ポートへの結合を最小限に止めることができる。
【００６１】
本発明による波長選択スイッチは、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では分光後の波長成分（若しくは合波される波長成分）の数が３である場合を例示したが、分光後の波長成分の数は２以上であれば本発明を好適に適用できる。そして、入力ポートの数は、波長成分の数以上であれば任意の個数を選択可能である。
【００６２】
また、上記実施形態では位相変調素子としてＬＣＯＳ型の位相変調素子を例示したが、本発明に適用可能な位相変調素子はこれに限られず、回折格子状の位相変調パターンを呈示することが可能な種々の位相変調素子を採用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１Ａ…波長選択スイッチ、１１…入力ポート（出力ポート）、１２ａ〜１２ｄ…出力ポート（入力ポート）、１３…コリメータレンズ、１４…アナモルフィック光学系、１４ａ，１４ｂ…プリズム、１５…波長分散素子、１６…集光レンズ、１７…位相変調素子、１７ａ…変調面、１７ｂ〜１７ｅ…位相変調領域、１８…光入出力部、１９…アイソレータ、２０…制御部、Ａ０…０次光、Ａ１…１次光、Ａ２…２次光、Ａ３…３次光、Ａ−１…−１次光、Ａ−２…−２次光、Ａｎ…ｎ次光、ｄ０…配列ピッチ、Ｌ１…光、Ｌ２１〜Ｌ２３…波長成分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2014215457.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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