(57)【要約】  本発明に係る波長選択スイッチは、像倍率Ｍ倍の光路調整用光学部品９０を第二結像位置Ｂとミラーアレイ８０の間に配置することで、従来で使用していた分光素子、ファイバアレイ、ミラーアレイのままで第一レンズ３０及び第二レンズ５０の焦点距離を１／Ｍに縮小でき、光路長が縮小された小型波長選択光スイッチ３０１を提供できる。さらに光路長が縮小したことにより、光路変換に用いる反射ミラー類の減少及び筐体の小型化による低コスト化が実現できる。
2010001734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一以上の波長を含む入力光が入力される複数の入力ポート及び出力光が出力される少なくとも一つの出力ポートが横並び直線状に設けられた入出力端と、
前記入出力端に対向して配置され、前記入力ポートからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を前記出力ポートに結合させるレンズアレイと、
前記レンズアレイを間にして前記入出力端の反対側に配置され、前記レンズアレイからのそれぞれの入力光を焦点に収束させて拡散し、出力光を平行光にして前記レンズアレイに結合する第一レンズと、
前記第一レンズを間にして前記レンズアレイの反対側に配置され、前記第一レンズからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点に収束させた後に拡散して前記第一レンズに結合する第二レンズと、
前記第二レンズを間にして前記第一レンズの反対側に配置され、入力光を受ける面上に前記入出力端の前記入力ポート及び前記出力ポートの配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面でそれぞれの入力光を波長ごと異なる角度で反射回折させて再び前記第二レンズに結合し、出力光を入力光と同様に波長ごとに異なる角度で反射回折させて前記第二レンズに結合する分光素子と、
前記第二レンズを間にして前記分光素子の反対側であり、前記第一レンズと前記第二レンズとを結ぶ中心軸を外して配置され、前記分光素子で反射されて前記第二レンズで波長毎に収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラーを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、前記第二レンズ、前記分光素子、再度前記第二レンズ、前記第一レンズ、前記レンズアレイの順で経由させて前記出力ポートへ結合させるミラーアレイと、
前記第二レンズから前記ミラーアレイへの入力光及び前記ミラーアレイから前記第二レンズへの出力光の共通の光路に配置され、前記第一レンズ及び前記第二レンズの焦点距離を短縮する光路調整用光学部品と、
を備える波長選択スイッチ。
【請求項２】
一以上の波長を含む入力光が入力される複数の入力ポート及び出力光が出力される少なくとも一つの出力ポートが横並び直線状に設けられた入出力端と、
前記入出力端に対向して配置され、前記入力ポートからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を前記出力ポートに結合させるレンズアレイと、
前記レンズアレイを間にして前記入出力端の反対側に配置され、前記レンズアレイからのそれぞれの入力光を焦点に収束させて拡散し、出力光を平行光にして前記レンズアレイに結合する第一レンズと、
前記第一レンズを間にして前記レンズアレイの反対側に配置され、前記第一レンズからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点に収束させた後に拡散して前記第一レンズに結合する第二レンズと、
前記第二レンズを間にして前記第一レンズの反対側に配置され、入力光を受ける面上に前記入出力端の前記入力ポート及び前記出力ポートの配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面でそれぞれの入力光を波長ごとに異なる角度で透過回折させ、出力光を入力光と同様に波長ごと異なる角度で透過回折させて前記第二レンズに結合する分光素子と、
前記分光素子を間にして前記第二レンズの反対側に配置され、波長毎に分離された前記分光素子からのそれぞれの入力光を波長毎に収束させ、出力光を平行光にして前記分光素子へ結合する第三レンズと、
前記第三レンズを間にして前記分光素子の反対側に配置され、前記第三レンズで収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラーを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、前記第三レンズ、前記分光素子、前記第二レンズ、前記第一レンズ、前記レンズアレイの順で経由させて前記出力ポートへ結合させるミラーアレイと、
前記第三レンズから前記ミラーアレイへの入力光及び前記ミラーアレイから前記第三レンズへの出力光の共通の光路に配置され、前記第一レンズ及び前記第二レンズの焦点距離を短縮する光路調整用光学部品と、
を備える波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記光路調整用光学部品は、前記入力光が入射する側から順に光路調整用第一レンズ及び光路調整用第二レンズを有しており、前記光路調整用第一レンズ及び前記光路調整用第二レンズで共焦点光学系を構成してい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】
前記光路調整用第二レンズは、前記光路調整用第一レンズより長焦点であることを特徴とする請求項３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記光路調整用第一レンズは凸レンズまたは凹レンズであることを特徴とする請求項４に記載の波長選択スイッチ。
【請求項６】
前記光路調整用光学部品の像倍率をＭとしたとき、
前記レンズアレイ及び前記第一レンズのそれぞれの焦点距離が、請求項１から５のいずれかに記載の前記レンズアレイ及び前記第一レンズの焦点距離のＭ倍であることを特徴とする請求項１から５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】
光波長多重通信の普及に伴い、波長毎に光信号を合波又は分波する波長選択スイッチが光通信のキーデバイスとなっている。【０００３】
図１は従来の波長選択スイッチの概略構成図である。入出力ポート１０１とは、入出力端１００にある全ての入出力ポート（図１及び図２では入出力ポート１０１ａ〜１０１ｅ）を示すものとする。また、導波路１４は、ファイバアレイ１４０にある全ての導波路（図１及び図２では導波路１４ａ〜１４ｅ）を示すものとする。【０００４】
図１の波長選択スイッチ２００は、焦点位置に配置された入出力端１００の入出力ポート１０１から出力される光を平行光にするレンズアレイ１０２と、レンズアレイ１０２からの光を収束させる高開口数の第一レンズ１０３と、第一レンズ１０３と焦点位置を共通に配置された第二レンズ１０４と、第二レンズ１０４からの光を波長ごとに異なる角度に反射する分光素子１０５と、第二レンズ１０４の焦点位置に配置され分光素子１０５から第二レンズ１０４を透過した光を第二レンズ１０４に向けて任意の角度で反射するミラーアレイ１０６と、を備える（例えば、特許文献１〜３を参照。）。【０００５】
これにより、ミラーアレイ１０６において任意の角度で反射された光は、ミラーアレイ１０６の個々のマイクロミラーの傾斜角度に応じて波長ごとに異なる入出力ポートに収束する。このように、第一レンズ１０３は、ミラーアレイ１０６で反射した光のうち分光素子１０５で再び反射して第二レンズ１０４を透過した光の角度を変えるとともに入出力ポート１０１からの光の光軸にオフセットを付与する機能を有している。【０００６】
図２は、図１の反射型の分光素子１０５を透過型の分光素子１０５’に置き換えた波長選択スイッチ２００’の概略構成図である。図２（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチ２００’を示し、図３（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチ２００’を示している。但し、図２では作図の都合で透過型分光素子１０５の入射角及び回折角が共に０度に近い状態に表現されているが、実際は入射角及び回折角共に４５度に近い値である。図１の波長選択スイッチ２００と同じ機能を有する部品には同じ符号が付されている。また、図２の第三レンズ１０４’は、分光素子１０５’からミラーアレイ１０６までの光に対して図１の第二レンズ１０４と同じ機能を持つ。【０００７】
Ｎ入力１出力（Ａｄｄ型）波長選択光スイッチの場合、図２の波長選択スイッチ２００’の入出力ポートの１つを出力ポートとし、他を入力ポートとすればよい。以下の説明では、出力ポート１０１ｃ、入力ポート１０１ａ、入力ポート１０１ｂ、入力ポート１０１ｄ、入力ポート１０１ｅとして説明する。【０００８】
ファイバアレイ１４０内の導波路１４を波長多重化された光信号が入力ポート１０１から発散光として出射される。例えば入力ポート１０１ｂから発散光として出射された入力光（一点鎖線）は、レンズアレイ１０２に入射し平行光に変換され、第一レンズ１０３に入射する。第一レンズ１０３に入力光は集束光に変換され、第一結像位置Ａで結像され、再び発散光となって第二レンズ１０４に入射し、再び平行光に変換され分光素子１０５に入射する。分光素子１０５に入力光は波長ごと分波され第三レンズ１０４’に入射し、集束光に変換されミラーアレイ１０６で波長ごとに結像される。例えば、マイクロミラー１０６ｃは、出力光を出力ポート１０１ｃに入射させるために必要な傾斜角度θｍに傾斜し、出力光（実線）となって第三レンズ１０４’に発散光として入射する。第三レンズ１０４’で出力光は平行光に変換され分光素子１０５を透過し、第二レンズ１０４に入射して集束光に変換され、第一結像位置Ａで結像される。第一結像位置Ａで結像された出力光は発散光となって、第一レンズ１０３に入射し、平行光に変換されてレンズアレイ１０２に入射し、集束光に変換されて出力ポート１０１ｃに結合され、ファイバアレイ１０１を経由し伝送される。【０００９】
従来の波長選択スイッチは２つの共焦点光学系から成っている。レンズアレイ１０２及び第一レンズ１０３から構成される共焦点光学系Ｉと、その後段の共焦点光学系ＩＩである。共焦点光学系ＩＩは、図１の場合、第二レンズ１０４及び分光素子１０５で構成されており、図２の場合、第二レンズ、分光素子１０５及び第三レンズ１０４’で構成されている。レンズアレイ１０２の焦点距離をｆｏ、第一レンズ１０３の焦点距離をｆ１としたとき共焦点光学系Ｉの像倍率Ｍ１はｆ１／ｆｏとなる。ここで像倍率とは横倍率の絶対値である。ファイバのモードフィールド径をωｏとすると、第一結像位置Ａでのビームスポットサイズω１は数式１となる。
ω１＝ωｏ・ｆｌ／ｆｏ                                  （１）【００１０】
図１の場合光が同一レンズを通過し、図２の場合光がレンズ特性が同じ２枚のレンズを通過するので共焦点光学系ＩＩの像倍率＝１となり、第一結像位置Ａとミラーアレイ１０６でのビームスポットサイズは同じになる。すなわち、ミラーアレイ１０６上のビームスポットサイズωｍは数式１’で表される。
ωｍ＝ωｏ・ｆ１／ｆｏ                                  （１’）【００１１】
更に分光素子１０５上でのビームサイズωｇは数式１と下記のガウシアンビームの公式より数式２となる。
ωｇ＝λ・ｆ２／（π・ω１）          （ガウシアンビームの公式）
ωｇ＝λ・ｆ２・ｆｏ／（π・ｆ１・ωｏ）                  （２）
ここで、ｆ２：第二レンズ１０４及び第三レンズ１０４’の焦点距離である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１０１４７９号公報
【特許文献２】特開２００６−２７６２１６号公報
【特許文献３】特開２００６−２８４７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このような波長選択スイッチは、第一レンズ１０３及び第二レンズ１０４の焦点距離を短くすることで小型化を図ることができる。ここで、焦点距離を短くすることについて検討する。【００１４】
（第一レンズ１０３の焦点距離）
ミラーアレイ１０６で反射された光はマイクロミラー１０６ｃの傾斜角度θｍに対し、２θｍの角度となって図１では第二レンズ１０４に入射し、図２では第三レンズ１０４’に入射する。この光はコリメート光に変換され図１では分光素子１０５で反射され再び第二レンズ１０４に入射し、図２では分光素子１０５を透過して第二レンズ１０４に入射する。図１では光が同じ第二レンズ１０４を透過しているため、また、図２では第二レンズ１０４と第三レンズ１０４は同じレンズであり焦点距離が同じであるため、光が第一結像位置Ａに向かう角度も２θｍとなる。更に第一レンズ１０３に向かう角度も２θｍとなる。マイクロミラー１０６ｃの傾斜角度θｍで隣接ポートヘ切り替えようとした場合、ファイバアレイ１４０及びレンズアレイ１０２のピッチＰｆは数式３となる。
Ｐｆ＝ｔａｎ（２θｍ）・ｆ１                              （３）【００１５】
第一レンズ１０３の焦点距離ｆ１を短くすればピッチＰｆが小さくなる。しかし、ファイバアレイ１４０及びレンズアレイ１０２のピッチＰｆを小さくすることは製造が難しくなる。一方、数式３では、マイクロミラーの傾斜角度θｍを大きくすることで、ピッチＰｆを維持して焦点距離ｆ１を短くすることができるが、傾斜角度θｍには限度があるため、ピッチＰｆを維持して焦点距離ｆ１を短くすることは困難である。このため、第一レンズ１０３の焦点距離ｆ１を所定の長さ以上にしておく必要があった。【００１６】
（第二レンズ１０４の焦点距離）
ここで、ＸＺ面から見た波長選択スイッチ２００’を図２（ａ）に示す。分光素子１０５に所定の角度で入射した入力光（一点鎖線）は回折され、各波長間隔ｄλに分波され、それぞれ所定の回折角度で第三レンズ１０４’に入射し、ミラーアレイ１０６上で結像する。図２（ａ）では出力光を省略している。中心波長をλｏ、波長間隔をｄλとすれば、隣接波長はλｏ＋ｄλ、λｏ−ｄλと表現できる。ミラーアレイ１０６のマイクロミラー１０６ｃのピッチＰｍは、λｏとλｏ−ｄλの回折角度差ｄβとし、第三レンズ１０４’の焦点距離ｆ２とした場合、数式４で表すことができる。
Ｐｍ＝ｔａｎ（ｄβ）・ｆ２                                （４）【００１７】
ピッチＰｍを縮小することは、波長選択スイッチとして波長透過帯域特性の悪化及びポート間クロストークの悪化に影響を及ぼす上、マイクロミラー１０６ｃのピッチＰｍを縮小するのは製造上困難である。このため、ピッチＰｍを一定以上にしておく必要がある。このため、第二レンズ１０４の焦点距離ｆ２を小さくしようとすれば、ｔａｎ（ｄβ）の値を大きくする必要がある。【００１８】
回折方程式を下に示す。
ｇ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍ・λ            （回折格子方程式）
ここで、ｇ：格子ピッチ、ｍ：回折次数、α：入射角、β：回折角である。【００１９】
回折方程式から、β＝ａｒｃｓｉｎ（ｍ・λ／ｇ−ｓｉｎα）、ｄβ＝ｍ・ｄλ／（ｇ・ｃｏｓβ）であるから、格子ピッチｇを縮小することで回折角変化ｄβを拡大することができる。【００２０】
しかし、回折格子の格子ピッチｇを縮小することは製造困難であり歩留り低下や高価格化を招く。また、格子ピッチｇを縮小しても、回折格子方程式の関係より、光は回折格子への入射角度及び回折角度が格子面の法線から大きく傾斜して回折面に近づいた入出射角度となり、回折効率の低下と偏波依存性を招く。このため、格子ピッチｇを縮小して回折角度βを拡大することは困難である。【００２１】
一方、分光素子を複数使用する方法もあるが、光軸調整が難しく、偏波依存損失及び挿入損失が大きくなり、回折角度βを拡大することは困難である。【００２２】
このように、ｄβまたはｔａｎ（ｄβ）を大きくすることが困難であるため、第二レンズ１０４の焦点距離ｆ２を縮小することは難しい。以上の説明のように、第一レンズ１０３の焦点距離ｆ１及び第二レンズ１０４の焦点距離ｆ２を短くすることは困難のため、波長選択スイッチを小型化することが困難という課題があった。【００２３】
（他の課題）
第一レンズ１０３の焦点距離ｆ１を短くすると第一結像位置Ａ及びミラーアレイ１０６でのビームスポットサイズが大きくなる。このため、マイクロミラーの面積を拡大しなければならず、ミラーアレイ１０６が大きくなり、波長選択スイッチを小型化することが困難という課題もある。また第二レンズ１０４の焦点距離ｆ２を縮小すると、数式２より分光素子１０５上を照射するビームサイズが縮小する。これにより波長分解能が低下するため、波長選択スイッチを小型化することが困難という課題もあった。更に、第一結像位置Ａのビームスポットサイズω１を変えずに第二レンズ１０４の焦点距離ｆ２を縮小すると、ミラーアレイ１０６上の線分散は比例して縮小する。このため、隣接波長間隔を維持するためにミラーアレイ１０６の間隔を比例して縮小する必要があった。一方で、ミラーアレイ１０６上のビームスポットサイズωｍは第一結像位置Ａのビームスポットサイズω１と同じなので、ミラーアレイ１０６の間隔が縮小した場合、通過帯域特性及び遮断特性急峻度が劣化するという問題があり、波長選択スイッチを小型化することが困難であるという課題があった。【００２４】
そこで、本発明は、上記の課題を解決し、小型の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】
【００２５】
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、第一レンズ及び第二レンズの焦点距離を短縮する光路調整用光学部品を配置することとした。【００２６】
具体的には、本発明に係る波長選択スイッチは、一以上の波長を含む入力光が入力される複数の入力ポート及び出力光が出力される少なくとも一つの出力ポートが横並び直線状に設けられた入出力端と、前記入出力端に対向して配置され、前記入力ポートからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を前記出力ポートに結合させるレンズアレイと、前記レンズアレイを間にして前記入出力端の反対側に配置され、前記レンズアレイからのそれぞれの入力光を焦点に収束させて拡散し、出力光を平行光にして前記レンズアレイに結合する第一レンズと、前記第一レンズを間にして前記レンズアレイの反対側に配置され、前記第一レンズからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点に収束させた後に拡散して前記第一レンズに結合する第二レンズと、前記第二レンズを間にして前記第一レンズの反対側に配置され、入力光を受ける面上に前記入出力端の前記入力ポート及び前記出力ポートの配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面でそれぞれの入力光を波長ごと異なる角度で反射回折させて再び前記第二レンズに結合し、出力光を入力光と同様に波長ごとに異なる角度で反射回折させて前記第二レンズに結合する分光素子と、前記第二レンズを間にして前記分光素子の反対側であり、前記第一レンズと前記第二レンズとを結ぶ中心軸を外して配置され、前記分光素子で反射されて前記第二レンズで波長毎に収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラーを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、前記第二レンズ、前記分光素子、再度前記第二レンズ、前記第一レンズ、前記レンズアレイの順で経由させて前記出力ポートへ結合させるミラーアレイと、前記第二レンズから前記ミラーアレイへの入力光及び前記ミラーアレイから前記第二レンズへの出力光の共通の光路に配置され、前記第一レンズ及び前記第二レンズの焦点距離を短縮する光路調整用光学部品と、を備える。【００２７】
本発明に係る波長選択スイッチの他の構成は、一以上の波長を含む入力光が入力される複数の入力ポート及び出力光が出力される少なくとも一つの出力ポートが横並び直線状に設けられた入出力端と、前記入出力端に対向して配置され、前記入力ポートからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を前記出力ポートに結合させるレンズアレイと、前記レンズアレイを間にして前記入出力端の反対側に配置され、前記レンズアレイからのそれぞれの入力光を焦点に収束させて拡散し、出力光を平行光にして前記レンズアレイに結合する第一レンズと、前記第一レンズを間にして前記レンズアレイの反対側に配置され、前記第一レンズからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点に収束させた後に拡散して前記第一レンズに結合する第二レンズと、前記第二レンズを間にして前記第一レンズの反対側に配置され、入力光を受ける面上に前記入出力端の前記入力ポート及び前記出力ポートの配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面でそれぞれの入力光を波長ごとに異なる角度で透過回折させ、出力光を入力光と同様に波長ごと異なる角度で透過回折させて前記第二レンズに結合する分光素子と、前記分光素子を間にして前記第二レンズの反対側に配置され、波長毎に分離された前記分光素子からのそれぞれの入力光を波長毎に収束させ、出力光を平行光にして前記分光素子へ結合する第三レンズと、前記第三レンズを間にして前記分光素子の反対側に配置され、前記第三レンズで収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラーを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、前記第三レンズ、前記分光素子、前記第二レンズ、前記第一レンズ、前記レンズアレイの順で経由させて前記出力ポートへ結合させるミラーアレイと、前記第三レンズから前記ミラーアレイへの入力光及び前記ミラーアレイから前記第三レンズへの出力光の共通の光路に配置され、前記第一レンズ及び前記第二レンズの焦点距離を短縮する光路調整用光学部品と、を備える。【００２８】
像倍率Ｍ倍の光路調整用光学部品を第二レンズ又は第三レンズとミラーアレイとの間に配置することで、分光素子、ファイバアレイ、ミラーアレイのピッチを既存のままで第一レンズ及び第二レンズの焦点距離を１／Ｍに縮小できる。従って、光路長を縮小でき、小型の波長選択光スイッチを提供できる。さらに光路長が縮小したことにより、光路変換に用いる反射ミラー類の減少及び筐体の小型化による低コスト化が実現できる。【００２９】
本発明に係る波長選択スイッチの前記光路調整用光学部品は、前記入力光が入射する側から順に光路調整用第一レンズ及び光路調整用第二レンズを有しており、前記光路調整用第一レンズ及び前記光路調整用第二レンズで共焦点光学系を構成している。２枚のレンズの焦点距離で像倍率Ｍを調整できる。【００３０】
本発明に係る波長選択スイッチの前記光路調整用第二レンズは、前記光路調整用第一レンズより長焦点である。像倍率Ｍ＞１とすることができる。また、前記光路調整用第一レンズは凸レンズまたは凹レンズとすることができる。【００３１】
ここで、入出力端において入力ポートが中心にあり、出力ポートがその両側に並んでいる場合、入力ポートから最外郭の出力ポートまでの距離Ｐｎは数式４’となる。
Ｐｎ＝ｔａｎ（２θｍ）・ｆ１                            （４’）【００３２】
ｎ本の出力ポートは中心付近の入力ポートから所定の間隔で配置されているため、出力ポート数を増やすためには数式４’から分かるようにミラーアレイのマイクロミラーの最大傾斜角度を増やすか、第１レンズの焦点距離を長くする必要がある。しかし、マイクロミラーの傾斜角度には限度がある。また、第１レンズの焦点距離を長くすると波長選択スイッチが大型化する。一方、各ポート間ピッチを縮小して出力ポート数を増加させれることもできるが、ファイバアレイ及びレンズアレイを狭ピッチ化することが困難であり、歩留り低下やコストアップも考えられる。このため、小型化した波長選択スイッチの出力ポート数を増やすことも課題となっていた。【００３３】
そこで、本発明に係る波長選択スイッチは、像倍率をＭの光路調整用光学部品の挿入により１／Ｍにした第一レンズの焦点距離を元に戻し、レンズアレイの焦点距離をＭ倍にすることとした。ここで、Ｍ＞１とする。【００３４】
通常レンズアレイ及び第一レンズの焦点距離は、第二レンズの焦点距離に対して非常に短い。このため、レンズアレイの焦点距離がＭ倍になっても第二レンズの焦点距離を１／Ｍにする効果で波長選択スイッチを小型化できる。また、１／Ｍにした第一レンズの焦点距離を元に戻しても、第二レンズの焦点距離を１／Ｍにする効果で波長選択スイッチを小型化できる。従って、本発明は、出力ポート数の多い小型の波長選択スイッチを提供することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は、低コストで小型の波長選択スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略構成図である。
【図２】従来の波長選択スイッチの概略構成図である。（ａ）はｘ−ｚ面における概略構成図であり、（ｂ）はｙ−ｚ面における概略構成図である。
【図３】本発明に係る波長選択スイッチの概略構成図である。（ａ）はｘ−ｚ面における概略構成図であり、（ｂ）はｙ−ｚ面における概略構成図である。
【図４】本発明に係る波長選択スイッチの概略構成図である。（ａ）はｘ−ｚ面における概略構成図であり、（ｂ）はｙ−ｚ面における概略構成図である。
【図５】本発明に係る波長選択スイッチの概略構成図である。（ａ）はｘ−ｚ面における概略構成図であり、（ｂ）はｙ−ｚ面における概略構成図である。
【図６】本発明に係る波長選択スイッチの概略構成図である。（ａ）はｘ−ｚ面における概略構成図であり、（ｂ）はｙ−ｚ面における概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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。
【００３８】
（第１実施形態）
図３に、第一実施形態の波長選択スイッチ３０１の概略構成図を示す。図３（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチ３０１を示し、図３（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチ３０１を示している。また、以下の説明で、入出力ポート１１とは、入出力端１０にある全ての入出力ポート（図３及び図４では入出力ポート１１ａ〜１１ｃ）を示すものとする。また、導波路１４とは、ファイバアレイ１４０にある全ての導波路（図３及び図４では導波路１４ａ〜１４ｃ）を示すものとする。なお、本実施例では、入出力ポート１１のうち、１１ａ及び１１ｃを入力光が入力される入力ポートとし、入出力ポート１１ｂを出力光が出力される出力ポートとして説明する。
【００３９】
波長選択スイッチ３０１は、反射型の構成、つまり、分光素子６０で光を反射回折する構成である。波長選択スイッチ３０１は、一以上の波長を含む入力光が入力される複数の入出力ポート１１ａ、入出力ポート１１ｃ及び出力光が出力される少なくとも一つの入出力ポート１１ｂが横並び直線状に設けられた入出力端１０と、入出力端１０に対向して配置され、入出力ポート１１ａ及び入出力ポート１１ｃからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を入出力ポート１１ｂに結合させるレンズアレイ２０と、レンズアレイ２０を間にして入出力端１０の反対側に配置され、レンズアレイ２０からのそれぞれの入力光を焦点に収束させて拡散し、出力光を平行光にしてレンズアレイ２０に結合する第一レンズ３０と、第一レンズ３０を間にしてレンズアレイ２０の反対側に配置され、第一レンズ３０からのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点に収束させた後に拡散して第一レンズ３０に結合する第二レンズ５０と、第二レンズ５０を間にして第一レンズ３０の反対側に配置され、入力光を受ける面上に入出力端１０の入出力ポート１１の配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面でそれぞれの入力光を波長ごと異なる角度で反射回折させて再び第二レンズ５０に結合し、出力光を入力光と同様に波長ごとに異なる角度で反射回折させて第二レンズ５０に結合する分光素子６０と、第二レンズ５０を間にして分光素子６０の反対側であり、第一レンズ３０と第二レンズ５０とを結ぶ中心軸を外して配置され、分光素子６０で反射されて第二レンズ５０で波長毎に収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラーを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、第二レンズ５０、分光素子６０、再度第二レンズ５０、第一レンズ３０、レンズアレイ２０の順で経由させて入出力ポート１１ｂへ結合させるミラーアレイ８０と、第二レンズ５０からミラーアレイ２０への入力光及びミラーアレイ２０から第二レンズ５０への出力光の共通の光路に配置され、第一レンズ３０及び第二レンズ５０の焦点距離を短縮する光路調整用光学部品９０と、を備える。
【００４０】
入出力端１０は、ファイバアレイ１４０の入出力ポート１１が設けられた端面である。図３では、入力光が入力される入出力ポート１１ａ及び入出力ポート１１ｃと２つ記載しているが、これ以上又はこれ以下の任意の数で配置可能である。同様に入出力ポート１１ｂも１つに限らず複数であってもよい。入出力ポート１１には、例えば、ポートごとに導波路１４ａ〜１４ｃが接続される。また、入出力ポート１１ａ及び入出力ポート１１ｃは、それぞれ導波路１４を伝搬する一以上の波長を含む光を入力する。入出力ポート１１ｂは、導波路１４ｂへ光を出力する。また、入出力ポート１１ｂは、横並び直線状に設けられる。
【００４１】
レンズアレイ２０としては、例えば、マイクロレンズアレイがある。
【００４２】
第一レンズ３０及び第二レンズ５０としては、例えば、凸レンズ、光学収差を低減させるために適切な凸レンズと凹レンズを接着して組み合わせたダブレットレンズ、及び、トリプレットレンズのように複数のレンズを組み合わせたレンズがある。
【００４３】
分光素子６０は、例えば、反射型回折格子である。分光素子６０は、ｙ軸方向の格子がｘ軸方向に平行に複数形成された格子面６２を持つ。例えば、格子面６２は形成された複数の凹凸形状の溝であってもよいし、光を反射する部分と吸収する部分とを交互に配置してもよい。これにより、図３（ａ）に示すように、第二レンズ５０を透過した光は、分光素子６０で反射回折する。すなわち、当該光は分光素子６０の格子面６２からｘｚ面内で波長ごとに異なる回折角度で出射する。なお、当該光はｚ軸方向にはそのまま反射される。図３では簡単のため分光素子６０の格子面６２は、第二レンズ５０に正対しているが、一般的には格子面６２の法線がｘｚ面内にあるように光軸（ｚ軸）に対して傾斜している。
【００４４】
ミラーアレイ８０は、マイクロミラー８０ａ〜８０ｃを有する。入力光に含まれる波長数に応じて波長ごとに複数配置するとよい。ミラーアレイ８０は、マイクロミラー毎に傾斜角度θｍを変えることができる。マイクロミラーとしては、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを適用できる。マイクロミラー８０ａ〜８０ｃはミラーピッチＰｍでＸ方向に配列されている。
【００４５】
レンズアレイ２０及び第一レンズ３０で入出力端１０から第一結像位置Ａまでの共焦点光学系Ｉが構成される。また、第二レンズ５０及び分光素子６０で第一結像位置Ａから第二結像位置Ｂまでの共焦点光学系ＩＩが構成される。
【００４６】
光路調整用光学部品９０は、第二レンズ５０からミラーアレイ８０への入力光及びミラーアレイ８０から第二レンズ５０への出力光の共通の光路に配置される。光路調整用光学部品９０の像倍率Ｍは入力光に対して１以上である。また、光路調整用光学部品９０は、入力光が入射する側から順に光路調整用第一レンズ９１及び光路調整用第二レンズ９２を有しており、光路調整用第一レンズ９１及び光路調整用第二レンズ９２で第二結像位置Ｂからミラーアレイ８０までの共焦点光学系ＩＩＩを構成している。
【００４７】
次に、波長選択スイッチ３０１の動作を図３（ａ）、図３（ｂ）で説明する。入力光を一点鎖線で示し、出力光を実線で示す。なお、図３（ａ）では、出力光を省略している。また、図３（ｂ）では、ミラーアレイ８０から分光素子６０までの入力光を破線で示し、出力光を点線で示している。導波路１４を伝搬する波長多重された光は、入力ポート１１ａから入力光として出射され、レンズアレイ２０で平行光になり、第一レンズ３０によって収束され、第一結像位置Ａで結像され、再び発散光となって第二レンズ５０に入射し、再び平行光に変換され分光素子６０に入射する。それぞれの入力光は、分光素子６０で回折反射される。すなわち、当該光は分光素子６０の回折面６２でｘｚ面内に波長毎に異なる角度で反射回折する。図３（ａ）で、分光素子６０で波長毎に分波された光を点線、一点鎖線、長破線で示している。分光素子６０で反射回折され、所定の波長ごと分波された光は第二レンズ５０で収束され、第二結像位置Ｂに結像する。
【００４８】
第二結像位置Ｂを通過した入力光は再び拡散光となって光路調整用第一レンズ９１に入射し平行光に変換され光路調整用第二レンズ９２に入射する。このとき、ｘ軸方向において短波長の光路と長波長の光路が逆転する。さらに入射光は光路調整用第二レンズ９２で収束光に変換され、ミラーアレイ８０のＸ方向に所定間隔で配置されるマイクロミラー８０ａ〜８０ｃ上で結像する。
【００４９】
すなわち、入出力ポート１１からのいずれの入力光も、分光素子６０で波長毎に分光され、それぞれマイクロミラー８０ａ〜８０ｃのいずれかに入射する。例えば、入力光は３つの波長（λ１、λ２、λ３）が波長多重された光である場合、入出力ポート１１ａからの入力光のうち波長λ１の光はマイクロミラー８０ａに入射し、波長λ２の光はマイクロミラー８０ｂに入射し、波長λ３の光はマイクロミラー８０ｃに入射する。
【００５０】
いずれかの波長の反射光が入出力ポート１１ｂへ結合されるようにマイクロミラー８０ａ〜８０ｃの傾斜角度θｍを変え、反射光の方向を調整する。反射光の角度はマイクロミラー８０ａ〜８０ｃの傾斜角度θｍの２倍の角度（２θｍ）である。反射光は、拡散光となって再び光路調整用第二レンズ９２に入射し平行光に変換され光路調整用第一レンズ９１に入射する。ここで、再びｘ軸方向において短波長と長波長の光路が逆転し、収束光となって第二結像位置Ｂで結像する。第二結像位置Ｂに結像した反射光は拡散光となって第二レンズ５０に入射し、平行光に変換され分光素子６０に入射し、反射回折されて合波され、第二レンズ５０に入射し収束光となって第一結像位置Ａに結像する。第一結像位置Ａに結像した光信号は再び拡散光となって第一レンズ３０に入射し平行光に変換され、入出力ポート１１ｂに対応するレンズアレイ２０に入射し、入出力端１０で結像し、導波路１４ｂを伝送していく。
【００５１】
（第一レンズ及び第二レンズの焦点距離）
光路調整用光学部品９０が光路調整用第一レンズ９１及び光路調整用第二レンズ９２で構成される場合、光路調整用光学部品９０の像倍率Ｍは数式５となる。
Ｍ＝ｆ４／ｆ３                                            （５）
ここで、ｆ３：光路調整用第一レンズ９１の焦点距離、ｆ４：光路調整用第二レンズ９２の焦点距離である。
【００５２】
像倍率ＭはＭ＞１となるように、光路調整用第二レンズ９２は、光路調整用第一レンズ９１より長焦点とする。すなわちｆ４＞ｆ３という関係になるように光路調整用第一レンズ９１及び光路調整用第二レンズ９２を選択する必要がある。像倍率Ｍの光路調整用光学部品９０を共焦点光学系ＩＩとミラーアレイ８０の間に配置することで、第一レンズ３０の焦点距離ｆ１及び第二レンズ５０の焦点距離ｆ２をそれぞれ１／Ｍに縮小できる。すなわち、第一レンズ焦点距離がｆ１／Ｍ、第二レンズ焦点距離がｆ２／Ｍとなるため、波長選択スイッチ３０１を小型化することができる。
【００５３】
（ミラーアレイ上のビームスポットサイズ）
共焦点光学系Ｉのレンズアレイ２０の焦点距離をｆｏ、第一レンズの焦点距離をｆ１／Ｍとした場合、共焦点光学系Ｉの像倍率Ｍ１は、Ｍ１＝ｆ１／（Ｍ・ｆｏ）となる。ファイバのモードフィールド径をωｏとすると、第一結像位置Ａでのビームスポットサイズω１は数式６となる。
ω１＝ωｏ・ｆ１／（Ｍ・ｆｏ）                            （６）
【００５４】
更に、共焦点光学系ＩＩは同一レンズを通過するため像倍率は１倍なので、第二結像位置Ｂでのビームスポットサイズω２は第一結像位置Ａでのビームスポットサイズω１と同じである。次に、ミラーアレイ上のビームスポットサイズωｍは光路調整用光学部品９０によりＭ倍に像倍されるので数式７となる。
ωｍ＝Ｍ・ωｏ・ｆ１／（Ｍ・ｆｏ）＝ωｏ・ｆ１／ｆｏ      （７）
【００５５】
数式７は従来例の数式（１’）と同じになる。像倍率Ｍ倍の光路調整用光学部品９０を共焦点光学系ＩＩとミラーアレイ８０の間に配置して第一レンズ３０及び第二レンズ５０の焦点距離を１／Ｍに縮小してもミラーアレイ８０上のビームスポットサイズは変化せず、マイクロミラー８０ａ〜８０ｃを大きくする必要がない。従って、ミラーアレイ８０の大きさを保ったまま、光路調整用光学部品９０で第一レンズ３０及び第二レンズ５０の焦点距離を短くし、波長選択スイッチ３０１を小型化することができる。
【００５６】
（分光素子上のビームスポットサイズ）
第一結像位置Ａでのビームスポットサイズは数式６であり、前述のガウシアンビームの公式により分光素子上のビームサイズωｇは数式８となる。
ωｇ＝λ・ｆｏ・Ｍ・ｆ２／（π・ｆ１・ωｏ・Ｍ）
＝λ・ｆｏ・ｆ２／（π・ｆ１・ωｏ）                  （８）
【００５７】
数式８は従来例の数式２と同じになる。像倍率Ｍ倍の光路調整用光学部品９０を共焦点光学系ＩＩとミラーアレイ８０の間に配置しても分光素子６０上のビームスポットサイズは変化せず、波長分解能も変化しない。従って、波長分解能を保ったまま、光路調整用光学部品９０で第一レンズ３０及び第二レンズ５０の焦点距離を短くし、波長選択スイッチ３０１を小型化することができる。
【００５８】
（ファイバアレイ及びレンズアレイのピッチ）
図３（ｂ）のように、反射光を出力するポートを切り替えるときのミラーアレイ８０のマイクロミラーの傾斜角度θｍとする。反射光の光軸は入射光の光軸に対して２θｍの角度を持つ。反射光は光路調整用第二レンズ９２でコリメート光に変換される。光路調整用第二レンズ９２で入射光の光軸から反射光の光軸までのＹ軸方向距離をｄＹ、光路調整用第二レンズ９２の焦点距離をｆ４とすると、Ｙ軸方向距離ｄＹは数式９のようになる。
ｄＹ＝ｔａｎ（２θｍ）・ｆ４                              （９）
【００５９】
また、第一レンズ３０の光線画角θ１、ならびにファイバアレイ１４０及びレンズアレイ２０のピッチＰｆは数式１０となる。
Ｐｆ＝ｔａｎθ１・（ｆ１／Ｍ）
θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｐｆ・Ｍ／ｆ１）                    （１０）
【００６０】
光線画角θ１、第二レンズ５０の光線画角θ２、第三レンズ７０の光線画角θ２’、光路調整用第一レンズ９１の光線画角θ３は同位角なので数式１０は以下のようになる。
θ３＝ａｒｃｔａｎ（Ｐｆ・Ｍ／ｆ１）                  （１０’）
【００６１】
更に距離ｄＹは光路調整用第一レンズ９１の焦点距離をｆ３とすると次式となる。
ｄＹ＝ｔａｎ｛ａｒｃｔａｎ（Ｐｆ・Ｍ／ｆ１）｝・ｆ３    （１１）
数式９及び数式１１より
ｔａｎ｛ａｒｃｔａｎ（Ｐｆ・Ｍ／ｆ１）｝・ｆ３＝ｔａｎ（２θｍ）・ｆ４
Ｐｆ＝ｔａｎ（２θｍ）・ｆ１・ｆ４／（ｆ３・Ｍ）        （１２）
数式１２に数式５を代入するとピッチＰｆは次式となる。
Ｐｆ＝ｔａｎ（２θｍ）・ｆ１                            （１３）
【００６２】
数式１３は従来例の数式３と同じになる。像倍率Ｍ倍の第三共焦点光学系を第二共焦点光学系とミラーアレイの間に配置してもファイバアレイ１４０及びレンズアレイ２０のピッチＰｆは変化しない。従って、ファイバアレイ１４０及びレンズアレイ２０の大きさを保ったまま、光路調整用光学部品９０で第一レンズ３０及び第二レンズ５０の焦点距離を短くし、波長選択スイッチ３０１を小型化することができる。
【００６３】
（ミラーアレイのピッチ）
図３（ａ）のように、分光素子６０に所定の角度で入射した入力光は回折され、波長間隔ｄλに分波され所定の回折角度となり第二レンズ５０に入射し第二結像位置Ｂに結像する。この第二結像位置Ｂは共焦点光学系ＩＩＩによりミラーアレイ８０が映し出される実像位置である。
【００６４】
ここで、分波された入力光の中心波長をλｏ、波長間隔をｄλとすれば、隣接波長はλｏ＋ｄλ、λｏ−ｄλと表現できる。図３（ａ）では、中心波長λｏの入力光を一点鎖線で示し、隣接波長λｏ＋ｄλ及び隣接波長λｏ−ｄλの入力光をそれぞれ点線及び長破線で示している。例えば、中心波長λｏの入力光と隣接波長λｏ−ｄλの入力光との回折角度差をｄβとすると、実像のミラーアレイ８０’のピッチＰｍ’は数式１４で表すことができる。
Ｐｍ’＝ｔａｎ（ｄβ）・ｆ２／Ｍ                          （１４）
一方、ミラーアレイ８０のピッチＰｍは共焦点光学系ＩＩＩによりＭ倍に変換されるため、数式１５のようになる。
Ｐｍ＝Ｍ・Ｐｍ’＝ｔａｎ（ｄβ）・ｆ２                    （１５）
【００６５】
数式１５は従来例の数式４と同じになる。像倍率Ｍ倍の光路調整用光学部品９０を共焦点光学系ＩＩとミラーアレイ８０の間に配置して第一レンズ３０及び第二レンズ５０の焦点距離を１／Ｍに縮小しても、ミラーアレイ８０に求められるピッチＰｍは変化しない。従って、ミラーアレイ８０のピッチＰｍを狭くせず、光路調整用光学部品９０で第一レンズ３０及び第二レンズ５０の焦点距離を短くし、波長選択スイッチ３０１を小型化することができる。
【００６６】
以上のように、像倍率Ｍ倍の光路調整用光学部品９０を第二結像位置Ｂとミラーアレイ８０の間に配置することで、第一レンズ３０及び第二レンズ５０の焦点距離を１／Ｍに縮小でき、光路長が縮小された小型波長選択光スイッチ３０１を提供できる。また、光路長が縮小したことにより、所定の筐体内に実装する際必要になる光路変換用ミラー部品類の減少及び筐体の小型化による部材コストの低減が実現できる。更に、従来使用していた分光素子、ファイバアレイ、レンズアレイ、ミラーアレイの各ピッチを縮小せずに小型化が図れるため、低コスト化が実現できる。さらに光路長が縮小したことにより、光路変換に用いる反射ミラー類の減少及び筐体の小型化による低コスト化が実現できる。
【００６７】
（第２実施形態）
図４に、第２実施形態の波長選択スイッチ３０２の概略構成図を示す。図４（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチ３０２を示し、図４（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチ３０２を示している。図４において図３と同じ符号のものは相互に同じものであるため、その部分の説明は省略する。なお、本実施例では、入出力ポート１１のうち、１１ａ及び１１ｃを入力光が入力される入力ポートとし、入出力ポート１１ｂを出力光が出力される出力ポートとして説明する。
【００６８】
波長選択スイッチ３０２は、透過型の構成、つまり、分光素子６５が光を透過回折する構成である。第２実施形態の波長選択スイッチ３０２は、一以上の波長を含む入力光が入力される複数の入出力ポート１１ａ、入出力ポート１１ｃ及び出力光が出力される少なくとも一つの入出力ポート１１ｂが横並び直線状に設けられた入出力端１０と、入出力端１０に対向して配置され、入出力ポート１１ａ及び入出力ポート１１ｃからのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を入出力ポート１１ｂに結合させるレンズアレイ２０と、レンズアレイ２０を間にして入出力端１０の反対側に配置され、レンズアレイ２０からのそれぞれの入力光を焦点に収束させて拡散し、出力光を平行光にしてレンズアレイ２０に結合する第一レンズ３０と、第一レンズ３０を間にしてレンズアレイ２０の反対側に配置され、第一レンズ３０からのそれぞれの入力光を平行光にし、出力光を焦点に収束させた後に拡散して第一レンズ３０に結合する第二レンズ５０と、第二レンズ５０を間にして第一レンズ５０の反対側に配置され、入力光を受ける面上に入出力端１０の入出力ポート１１の配列方向に平行な複数の格子が形成された格子面６７でそれぞれの入力光を波長ごとに異なる角度で透過回折させ、出力光を入力光と同様に波長ごと異なる角度で透過回折させて第二レンズ５０に結合する分光素子６５と、分光素子６５を間にして第二レンズ５０の反対側に配置され、波長毎に分離された分光素子６５からのそれぞれの入力光を波長毎に収束させ、出力光を平行光にして分光素子６５へ結合する第三レンズ７０と、第三レンズ７０を間にして分光素子６５の反対側に配置され、第三レンズ７０で収束された入力光が波長毎に入射し、それぞれの入力光が共用する波長毎のマイクロミラーを有しており、所望の入力光の所望の波長の光を出力光として反射し、第三レンズ７０、分光素子６５、第二レンズ５０、第一レンズ３０、レンズアレイ２０の順で経由させて入出力ポート１１ｂへ結合させるミラーアレイ８０と、第三レンズ７０からミラーアレイ８０への入力光及びミラーアレイ８０から第三レンズ７０への出力光の共通の光路に配置され、第一レンズ３０及び第二レンズ５０の焦点距離を短縮する光路調整用光学部品９０と、を備える。
【００６９】
分光素子６５は、例えば、透過型回折格子である。分光素子６５の格子面６７は図３の格子面６２と同様である。そのため、図４（ａ）に示すように、第二レンズ５０を透過した入力光は、分光素子６５で透過回折する。すなわち、入力光は分光素子６５の格子面６７からｘｚ面内で波長ごとに異なる回折角度で出射する。
【００７０】
波長選択スイッチ３０２は、第二レンズ５０と第三レンズ７０が共焦点光学系ＩＩを構成する。第三レンズ７０は第二レンズ５０と同じ特性を持っており、第二レンズ５０と分光素子６５との距離と等しい距離に配置される。
【００７１】
次に、波長選択スイッチ３０２の動作を図４（ａ）、図４（ｂ）で説明する。入力光を一点鎖線で示し、出力光を実線で示す。なお、図４（ａ）では、出力光を省略している。入力光が分光素子６５に入射するまで及び出力光が入出力ポート１１ｂに結合するまでは図３の波長選択スイッチ３０１と同様である。それぞれの入力光は分光素子６５の回折面６２でｘｚ面内に波長ごと異なる角度で透過回折され、所定の波長間隔で分波される。分波されたそれぞれの光は第三レンズ７０で収束され、光路調整用光学部品９０を経由して波長毎にミラーアレイ８０のマイクロミラー８０ａ〜８０ｃに入射する。
【００７２】
ミラーアレイ８０の動作及び光路調整用光学部品９０の機能は図３の波長選択スイッチ３０１と同様である。従って、図３の波長選択スイッチ３０１で説明したように、像倍率Ｍ倍の光路調整用光学部品９０を第二結像位置Ｂとミラーアレイ８０の間に配置することで、第一レンズ３０及び第二レンズ５０の焦点距離を１／Ｍに縮小でき、光路長が縮小された小型波長選択光スイッチ３０２を提供できる。また、図３の波長選択スイッチ３０１で説明と同様に低コスト化が実現できる。
【００７３】
（第３実施形態）
図５に第３実施形態の波長選択スイッチ３０３の概略構成図を示す。図４の波長選択スイッチ３０２との違いは、光路調整用第一レンズ９１の代替として光路調整用第一レンズ９６を用いている点である。そのため全体構成の詳細と全体動作の説明は省略し光路調整用光学部品９０の構成と動作について説明する。
【００７４】
図４の光路調整用第一レンズ９１は凸レンズであるが、図５の光路調整用第一レンズ９６は凹レンズである。光路調整用第二レンズ９２は図４の第２実施形態と同様に凸レンズである。光路調整用光学部品９０の像倍率は数式１６となる。
Ｍ＝ｆ４／｜ｆ３｜                                        （１６）
ここでｆ３：光路調整用第一レンズ９６の焦点距離（凹レンズのため負値）、ｆ４：光路調整用第二レンズ９２の焦点距離である。
【００７５】
像倍率ＭがＭ＞１となるように、光路調整用第二レンズ９２の焦点距離は光路調整用第一レンズ９６の焦点距離の絶対値より大とする。すなわちｆ４＞｜ｆ３｜の等位関係になるように光路調整用第一レンズ９６および光路調整用第二レンズ９２を選択する必要がある。光路調整用第一レンズ９６は第二結像点Ｂと第三レンズ７０の間であり、第二結像点Ｂから光路調整用第一レンズ９６の焦点距離ｆ３の絶対値分だけ離れた場所に設置される。また光路調整用第二レンズ９２は光路調整用第一レンズ９６とミラーアレイ８０の間であり、光路調整用第一レンズ９６よりｆ４−｜ｆ３｜だけ離れて設置される。これにより第二結像点ＢのＭ倍の正立像がミラーアレイ８０上に結像する。
【００７６】
図４の波長選択スイッチ３０２では第二結像点ＢのＭ倍の倒立像がミラーアレイ８０上に結像するが、この点を除けば波長選択スイッチ３０２と波長選択スイッチ３０３の全体動作は同じである。
【００７７】
（実施例）
従来の波長選択スイッチと第２実施形態で説明した波長選択スイッチ３０２とを比較する。従来の波長選択光スイッチは、レンズアレイ焦点距離ｆｏ＝１ｍｍ、第一レンズ焦点距離ｆ１＝１０ｍｍ、第二レンズ焦点距離ｆ２＝１５０ｍｍとした場合、ファイバアレイ入出射端からミラーアレイまでの光路長Ｌ＝６２２ｍｍとなる。それに対し、波長選択光スイッチ３０２は、共焦点光学系ＩＩＩの光路調整用第一レンズ９１の焦点距離ｆ３＝５ｍｍ、光路調整用第二レンズ９２の焦点距離ｆ４＝１０ｍｍ、すなわち像倍率Ｍ＝２倍とした場合、第一レンズ３０及び第二レンズ５０焦点距離が１／２に縮小されるので、第一レンズ３０の焦点距離ｆ１’＝５ｍｍ、第二レンズ５０の焦点距離ｆ２’＝７５ｍｍとなり、ファイバアレイ１４０の入出射端１０からミラーアレイ８０までの光路長Ｌ’＝３４２ｍｍとなる。よって、光路長を４５％短縮することができ、波長選択光スイッチを小型化することができた。
【００７８】
（第４実施形態）
図６に、第４実施形態の波長選択スイッチ３０４の概略構成図を示す。図６（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチ３０４を示し、図６（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチ３０４を示している。図６において図３及び図４と同じ符号のものは相互に同じものであるため、その部分の説明は省略する。波長選択スイッチ３０４と図４の波長選択スイッチ３０２との違いは、波長選択スイッチ３０４が入出力端１０、レンズアレイ２０、及び第一レンズ３０の代替として入出力端１５、レンズアレイ２５、及び第一レンズ３５を備えている点である。
【００７９】
入出力端１５は、入出力端１０より入出力ポート数が多い。具体的には、入出力端１５は、中心に入力ポート１１ｌがあり、その両側に出力ポート（１１ｈ〜１１ｋ）と出力ポート（１１ｍ〜１１ｐ）がある。このため、レンズアレイ２５もレンズアレイ２０に比べてレンズ数が多い。また、レンズアレイ２５の焦点距離はレンズアレイ２０の焦点距離のＭ倍、すなわちｆｏ・Ｍである。
【００８０】
第一レンズ３５は幅の広がった出力ポート（１１ｈ〜１１ｋ、１１ｍ〜１１ｐ）に出力光を結合するため第一レンズ３０より径が大きい。また、第一レンズ３５の焦点距離は第一レンズ３０の焦点距離のＭ倍、すなわち（ｆ１／Ｍ）・Ｍ＝ｆ１である。なお、像倍率Ｍは数式５のように光路調整用第一レンズ９１及び光路調整用第二レンズ９２で調整することができる。
【００８１】
（マイクロミラーの傾斜角度と多ポート化との関係）
図６（ｂ）よりマイクロミラーの最大傾斜角度をθｍとすると、ミラーアレイ８０での反射角度（出力光の出射角度）は２θｍとなる。更に光路調整用第二レンズ９２でコリメート光に変換される出力光のＹ方向の位置をｄＹ、光路調整用第二レンズ９２の焦点距離をｆ４とすると、以下の関係式になる。
ｄＹ＝ｔａｎ（２θｍ）・ｆ４                              （１７）
【００８２】
また光路調整用第一レンズ９１に入射する光線画角をθ３、光路調整用第一レンズ９１の焦点距離をｆ３とすると、出力光のＹ方向の位置ｄＹは以下の関係式になる。
ｄＹ＝ｔａｎ（θ３）・ｆ３                                （１８）
【００８３】
数式１７及び数式１８から
ｔａｎ（２θｍ）・ｆ４＝ｔａｎ（θ３）・ｆ３
θ３＝２θｍ・ｆ４／ｆ３                                  （１９）
数式１９及び数式５から
θ３＝２θｍ・Ｍ                                          （２０）
を導くことができる。光線画角θ１、θ２、θ２’、θ３は同位角なので数式２０は以下のようになる。
θ１＝２θｍ・Ｍ                                          （２１）
【００８４】
第１レンズ焦点距離をｆ１とすると、ポート切替可能な最外郭出力ポート距離Ｐｎは  数式２１から以下のようになる。
Ｐｎ＝ｔａｎ（２θｍ・Ｍ）・ｆ１                          （２２）
数式２２と数式４’とを比較すると、マイクロミラーの最大傾斜角度が同じでも、ポート切替可能な最外郭出力ポート距離ＰｎがおよそＭ倍増す。従って、波長選択スイッチ３０４は第２実施形態の波長選択スイッチ３０２と比べてポートピッチやマイクロミラーの最大傾斜角度を変更せずに多ポート化が可能となる。
【００８５】
（ミラーアレイ上のビームスポットサイズ）
共焦点光学系Ｉのレンズアレイ２１の焦点距離をｆｏ・Ｍ、第１レンズ３５の焦点距離をｆ１とした場合、共焦点光学系Ｉの像倍率Ｍ１は、Ｍ１＝ｆ１／（ｆｏ・Ｍ）となる。また、導波路１４のモードフィールド径をωｏとすると、第一結像位置Ａでのビームスポットサイズω１は次式となる。
ω１＝ωｏ・ｆ１／（ｆｏ・Ｍ）                            （２３）
更に、共焦点光学系ＩＩは同じレンズの構成のため像倍率は１倍なので、第二結像位置Ｂでのビームスポットサイズω２は第一結像位置Ａでのビームスポットサイズω１と同じになる。
【００８６】
次に、ミラーアレイ８０上のビームスポットサイズωｍは光路調整用光学部品９０によりＭ倍の像に変換されるので次式となる。
ωｍ＝Ｍ・ωｏ・ｆ１／（ｆｏ・Ｍ）＝ωｏ・ｆ１／ｆｏ      （２４）
よって、数式２４は数式１’と等価となる。これは、像倍率Ｍ倍の光路調整用光学部品９０を共焦点光学系ＩＩとミラーアレイ８０の間に配置し、レンズアレイ２５の焦点距離を図４のレンズアレイ２０の焦点距離のＭ倍に、第一レンズ３５の焦点距離を図４の第一レンズ３０の焦点距離のＭ倍にしてもミラーアレイ上のビームスポットサイズは変化しないことを意味する。従って、波長選択スイッチ３０４は、ミラーアレイ８０のマイクロミラーを大きくする必要がなく、第２実施形態の波長選択スイッチ３０２の大きさを維持したまま入出力ポートを増やすことができる。
【００８７】
（分光素子上のビームスポットサイズ）
第一結像位置Ａでのビームスポットサイズである数式２３と第二レンズ５０の焦点距離ｆ２／Ｍをガウシアンビームの公式に代入すると、分光素子６０上のビームサイズωｇは次式となる。
ωｇ＝λ・ｆ２・ｆｏ・Ｍ／（π・ωｏ・ｆ１・Ｍ）
＝λ・ｆｏ・ｆ２／（π・ωｏ・ｆ１）                  （２５）
【００８８】
数式２５は数式２と等価となる。像倍率Ｍ倍の光路調整用光学部品９０を共焦点光学系ＩＩとミラーアレイ８０の間に配置し、レンズアレイ２５の焦点距離を図４のレンズアレイ２０の焦点距離のＭ倍に、第一レンズ３５の焦点距離を図４の第一レンズ３０の焦点距離のＭ倍にしても分光素子６０上のビームサイズは変化しない。従って、波長選択スイッチ３０４は、第２実施形態の波長選択スイッチ３０２の波長分解能を維持したまま入出力ポートを増やすことができる。
【００８９】
（ミラーアレイのピッチ）
図６（ａ）のように、分光素子６０に所定の角度で入射した入力光は回折され、波長間隔ｄλに分波され所定の回折角度となり第二レンズ５０に入射し第二焦点位置Ｂに結像する。この第二焦点位置Ｂは共焦点光学系ＩＩＩによりミラーアレイ８０が映し出される実像位置である。
【００９０】
ここで、分波された光信号の中心波長をλｏ、波長間隔をｄλとすれば、隣接波長はλｏ＋ｄλ、λｏ−ｄλと表現できる。図３（ａ）で説明したように、実像のミラーアレイ８０’のピッチＰｍ’は次式で表すことができる。
Ｐｍ’＝ｔａｎ（ｄβ）・ｆ２／Ｍ                          （２６）
また、ミラーアレイ８０のピッチＰｍは共焦点光学系ＩＩＩによりＭ倍に変換されるため、次式で表すことができる。
Ｐｍ＝Ｍ・Ｐｍ’＝ｔａｎ（ｄβ）・ｆ２                    （２７）
【００９１】
数式２７は数式１５と等価となる。これは、像倍率Ｍ倍の光路調整用光学部品９０を共焦点光学系ＩＩとミラーアレイ８０の間に配置し、レンズアレイ２５の焦点距離を図４のレンズアレイ２０の焦点距離のＭ倍に、第一レンズ３５の焦点距離を図４の第一レンズ３０の焦点距離のＭ倍にしてもミラーアレイのピッチは変化しないことを意味する。従って、波長選択スイッチ３０４は、ミラーアレイ８０を大きくする必要がなく、第２実施形態の波長選択スイッチ３０２の大きさを維持したまま入出力ポートを増やすことができる。
【００９２】
なお、第４実施形態の波長選択スイッチ３０４も第２実施形態の波長選択スイッチ３０２に対する第１実施形態の波長選択スイッチ３０１と同様に分光素子で光路を折り返した構造とすることができる。
【００９３】
（実施例）
従来の波長選択スイッチと第４実施形態で説明した波長選択スイッチ３０４とを比較する。従来の波長選択光スイッチは、レンズアレイ焦点距離ｆｏ＝０．５ｍｍ、第一レンズ焦点距離ｆ１＝２５ｍｍ、第二レンズ焦点距離ｆ２＝１５０ｍｍ、ミラーアレイのマイクロミラーの最大傾斜角度±１．５ｄｅｇとした場合、ファイバアレイ入出射端からミラーアレイまでの光路長Ｌ＝６５１ｍｍとなる。また、中心の入力ポートから、最外郭出力ポート配置可能な位置までの距離Ｐｎ＝１．３１ｍｍである。例えば、ポート間隔を０．２５ｍｍピッチとした場合、１０の出力ポートを配置することができる。
【００９４】
一方、波長選択スイッチ３０４は、共焦点光学系ＩＩＩの光路調整用第一レンズ９１の焦点距離ｆ３＝５ｍｍ、光路調整用第二レンズ９２の焦点距離ｆ４＝１０ｍｍ、すなわち像倍率Ｍ＝２倍とした場合、レンズアレイの焦点距離がＭ倍され、第２レンズ焦点距離が１／Ｍに縮小されるので、レンズアレイ焦点距離ｆｏ’＝１ｍｍ、第２レンズ焦点距離ｆ２’＝７５ｍｍとなり、ファイバアレイ１４０の入出射端１０からミラーアレイ８０までの光路長Ｌ’＝３８２ｍｍとなる。この光路長は、第２実施形態の波長選択スイッチ３０２の光路長Ｌ’＝３４２より４０ｍｍ長いだけであり、従来の波長選択スイッチの光路長を４１％短縮でき、波長選択スイッチ３０４を小型化することができる。
【００９５】
さらに、中心の入力ポートから、最外郭出力ポート配置可能な位置までの距離Ｐｎ＝２．６２ｍｍである。例えば、ポート間隔を０．２５ｍｍピッチとした場合、波長選択スイッチ３０４は２０の出力ポートを配置することができ、小型で多ポート切換可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
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。
【符号の説明】
【００９７】
２００、２００’、３０１、３０２、３０３、３０４：波長選択スイッチ
１０、１００：入出力端
２０、１０２：レンズアレイ
３０、１０３：第一レンズ
５０、１０４：第二レンズ
６０、６５、１０５、１０５’：分光素子
６２、６７：格子面
７０、１０４’：第三レンズ
８０、１０６：ミラーアレイ
８０’：実像のミラーアレイ
８０ａ〜８０ｃ、８０ｈ〜８０ｐ、１０６ａ〜１０６ｃ：マイクロミラー
９０：光路調整用光学部品
９１、９６：光路調整用第一レンズ
９２：光路調整用第二レンズ
１０１、１０１ａ〜１０１ｇ：入出力ポート
１１、１１ａ〜１１ｃ、１１ｈ〜１１ｐ：入出力ポート
１４０：ファイバアレイ
１４、１４ａ〜１４ｅ、１４ｈ〜１４ｐ：導波路
Ａ：第一結像位置
Ｂ：第二結像位置
Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ：共焦点光学系
【図１】
2010001734.tif 000003
【図２】
2010001734.tif 000004
【図３】
2010001734.tif 000005
【図４】
2010001734.tif 000006
【図５】
2010001734.tif 000007
【図６】
2010001734.tif 000008
【国際調査報告】
2010001734.tif 000009
2010001734.tif 000010
2010001734.tif 000011
2010001734.tif 000012