(57)【要約】【課題】ポート間ピッチを不必要に拡げることなくＩＬＲとＸＴの両方を低減できる波長選択スイッチを提供する。【解決手段】通過ポート１１とこの通過ポート１１と隣り合う挿入ポート１２ｂ，１２ｃとの間隔を、この他の挿入ポート間の間隔よりも広くする。これにより、ＩＬＲを抑制するために主軸成分の割合を大きくするようにＭＥＭＳミラー装置４５１のミラーを制御しながらＡＴＴを調整する、すなわち、通過ポート１１に関する制御軌跡の傾き角φを大きく取っても、通過ポート１１に隣り合うポートとの距離が離れているためにＸＴが増大しないので、ポート間ピッチを不必要に拡げることなくＩＬＲとＸＴの両方を低減することができる。【選択図】  図１
2011002693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号が入出力される複数のポートが第１の方向に沿って配列された入出力手段と、
１つの前記ポートから入力された光信号を分波する合分波手段と、
前記第１の方向とこの第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ沿った２つの回動軸回りに回動する複数のミラーにより、前記合分波手段により分波された前記光信号を偏向して、所定のポートから出力させる偏向手段と
を備え、
前記複数のポートの１つは、特定の光信号を出力する通過ポートであり、
この通過ポートと隣り合う少なくとも１つの他のポートとの間隔は、他のポートの間の間隔よりも広い
ことを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
光信号が入出力される複数のポートが第１の方向に沿って配列された入出力手段と、
複数の前記ポートから入力された光信号を合波する合波手段と、
前記第１の方向とこの第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ沿った２つの回動軸回りに回動する複数のミラーにより、前記合波手段により合波された前記光信号を偏向して、１つの前記ポートから出力させる偏向手段と
を備え、
前記複数のポートの１つは、特定の光信号を入力する通過ポートであり、
この通過ポートと隣り合う少なくとも１つの他のポートとの間隔は、他のポートの間の間隔よりも広い
ことを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記通過ポートは、前記１つの他のポート以外の前記ポートの間に配設される
ことを特徴とする請求項１または２記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記通過ポートは、前記１つの他のポートと、この１つの他のポート以外のポートとの間に配設される
ことを特徴とする請求項１または２記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記通過ポートは、前記入出力手段の端部に配設される
ことを特徴とする請求項１または２記載の波長選択スイッチ。
【請求項６】
前記１つの他のポートに接続され、この１つの他のポートに入出力される光信号以外の光信号とは逆方向から入出力される光誤入力を遮るアイソレータをさらに備え、
前記入出力手段は、前記複数のポートが等間隔に配列され、
前記通過ポートは、前記１つの他のポートの隣りに配設され、
前記偏向手段は、前記通過ポートに対応する前記ミラーを、前記１つの他のポート側に傾けた制御軸に基づいて回動させる
ことを特徴とする請求項１または２記載の波長選択スイッチ。
【請求項７】
偏向光を平行光に変換して、前記入出力手段に光信号を入出力するｆθレンズと、
このｆθレンズからの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズと、
この円筒レンズと前記合分波手段との間に配設される第１の集光レンズと、
前記合分波手段と前記偏向手段との間に配設される第２の集光レンズと
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１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、波長多重光信号の合分波や方路選択等を行う波長選択スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の分野では、光信号を電気信号に変換することなく相手先に送信することにより、光の特徴を生かした高速通信が実現されている。また、１つの波長に１つの光信号を対応させて波長多重するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexer）技術により、１本の光ファイバにより大容量の光伝送を行うことも実現されている。このようなＷＤＭ技術を用いた光ネットワークは、一般に、図２３に示すような複数のノード１００をリング状に接続した構成（以下、「リングネットワーク」という）を採っている。
【０００３】
ノード１００は、図２４に示すように、減衰して届いた波長多重された信号（以下、「ＷＤＭ信号」という）を増幅する入力側の光増幅器２００ａ，２００ｂと、ノード１００から出力されるＷＤＭ信号をブーストする出力側の光増幅器２００ｃ，２００ｄと、１個の入力ポートおよびＮ個の出力ポート（以下、「１×Ｎ」という）を有し、光カプラ３００ａ，３００ｂを用いて別のノード１００から送られてきた特定波長の光信号をＷＤＭ信号から取り出す１×ＮＤｒｏｐ型波長選択スイッチ（ＷＳＳ: Wavelength-Selective Switch）４００ａ，４００ｂと、Ｎ個の入力ポートおよび１個の出力ポート（以下、「Ｎ×１」という）を有し、別のノード１００に向けて送る特定波長の光信号をＷＤＭ信号に加えるＮ×１Ａｄｄ型ＷＳＳ４００ｃ，４００ｄと、１×ＮＤｒｏｐ型ＷＳＳ４００ａ，４００ｂから光信号を受信したり、Ｎ×１Ａｄｄ型ＷＳＳ４００ｃ，４００ｄに光信号を送信したりするトランスポンダ５００ａ，５００ｂを有し、各種処理を行うクライアント信号収容機能部５００とを備えている。
【０００４】
あるノード１００から別のノード１００への特定波長からなる光信号の経路、すなわち波長パスは、１×ＮＤｒｏｐ型ＷＳＳ４００ａ，４００ｂやＮ×１Ａｄｄ型ＷＳＳ４００ｃ，４００ｄのようなＷＳＳを用いることによりダイナミックに制御することが可能となり、光伝送路での障害発生時や新規の波長パスの設定の要求時に迅速かつ柔軟に対応することができる。このため、近年ではＷＳＳが注目を浴びている。
【０００５】
ここで、リングネットワークを構成するノード１００において、各Ｄｒｏｐ型ＷＳＳ４００ａ，４００ｂにおけるＮ個の出力ポートのうちのそれぞれ１つ、および、各Ａｄｄ型ＷＳＳ４００ｃ，４００ｄにおけるＮ個の入力ポートのうちのそれぞれ１つは、リングネットワークに接続されている。すなわち、それらのポートは、ノード１００においてＤｒｏｐもＡｄｄも行われず、ノード１００に関係のない光信号も通す特別なポートである。そこで、以下においては、それらのポートを“通過ポート”と呼ぶこととする。
また、各Ｄｒｏｐ型ＷＳＳ４００ａ，４００ｂにおけるＮ個の出力ポートのうち通過ポートを除いた（Ｎ−１）個のポートは、多重されたＷＤＭ光信号からノード１００に関係する特定波長の光信号を分岐するポートであるので、“分岐ポート”と呼ぶこととする。
また、各Ａｄｄ型ＷＳＳ４００ｃ，４００ｄにおけるＮ個の入力ポートのうち通過ポートを除いた（Ｎ−１）個のポートは、ノード１００に関係した特定波長の光信号をＷＤＭ信号に挿入するためのポートなので“挿入ポート”と呼ぶこととする。
また、各Ｄｒｏｐ型ＷＳＳ４００ａ，４００ｂにおけるそれぞれ１個の入力ポート、および、各Ａｄｄ型ＷＳＳ４００ｃ，４００ｄにおけるそれぞれ１個の出力ポートは、Ｎ個の対応する出力ポート（Ｄｒｏｐ型）または入力ポート（Ａｄｄ型）に対して共通の入力（Ｄｒｏｐ型）または出力（Ａｄｄ型）ポートになるので、“共通ポート”と呼ぶこととする。
なお、場合によっては、入力ポート、出力ポート、通過ポート、分岐ポート、挿入ポートおよび共通ポートを、単に「ポート」と呼ぶこととする。
【０００６】
上述した通過ポートを通過する光信号は、ノード１００の入力端および出力端に設けられた光増幅器２００ａ〜２００ｄを通過する。このため、ノード１００からの出力光信号には、Ｄｒｏｐ型ＷＳＳ４００ａ，４００ｂやＡｄｄ型ＷＳＳ４００ｃ，４００ｄの通過ポートが有する透過帯域特性と、光増幅器２００ａ〜２００ｄが有する光雑音特性とにより、劣化が生じてしまう。リングネットワークでは、ノード１００が多段階に接続されているので、ノード１００を通過するたびに光信号が劣化してしまう。このため、なるべく多くのノードを繋いで大規模な光ネットワークを実現するためには、通過ポートに対して他のポートよりも高い透過帯域特性が要求される。具体的には、ＷＳＳの減衰率（ＡＴＴ:attenuation）条件を変えても、挿入損失リップル（ＩＬＲ：insertion loss ripple）が現れずにフラットな透過帯域を保つことが要求される。
【０００７】
近年、低損失で広帯域なＷＳＳとして注目されているのが、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systemes）技術により作成された２つの回動軸を有するミラー装置を用いた空間光学系波長選択スイッチ（空間光学系ＷＳＳ）である。この空間光学系ＷＳＳの一例を、図２５に示す。
【０００８】
図２５に示す空間光学系ＷＳＳ４００は、入力ポートおよび出力ポート（以下、合わせて「入出力ポート」と言う）が所定の方向に配列された入出力ポートアレイ４１０と、入出力ポートに光信号を入出力するために偏向光を平行光に変換するｆθレンズ４２０と、ｆθレンズ４２０からの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズ４３０と、第１のレンズ４４１、光信号を合分波する回折格子４４２および第２のレンズ４４３からなり、円筒レンズ４３０を通して集光された断面が楕円形状の光信号を後述するミラーアレイ４５０に等倍で投影する４ｆ光学系４４０と、複数のＭＥＭＳミラー装置４５１が所定の方向に沿って一列に配列されたミラーアレイ４５０とを備えており、これらがこの順番でｚ軸に沿って一列に配列されている。
【０００９】
ここで、入出力ポートアレイ４１０は、一般的に、入力ポート用の光ファイバと出力ポート用の光ファイバとが同一のブロック（固定具）に一次元的に配列されて固定されたファイバコリメータから構成されている。なお、ファイバコリメータアレイは、ファイバアレイとレンズアレイを組み合わせた構成、または、ファイバとレンズが一体化されたレンズドファイバをアレイ化した構成の何れであってもよい。
【００１０】
また、ＭＥＭＳミラー装置４５１の各ミラーは、ｚ軸に対して直交するｘ軸およびこのｘ軸に対して直交するｙ軸回りに回動可能とされており、入出力ポートはそのｙ軸に沿った方向に配列されており、ＭＥＭＳミラー装置４５１はそのｘ軸に沿った方向に配列されている。
【００１１】
このような空間光学系ＷＳＳにおいて特徴的なのは、第１には、ＭＥＭＳミラー装置４５１に入射する光信号のビーム形状が、波長分散方向（ＭＥＭＳミラー装置４５１が並んだ方向）に縮小された楕円形状になっていることである。すなわち、円筒レンズ４３０と第１のレンズ４４１との間の複合共焦点面Ｓ１と、ＭＥＭＳミラー装置４５１のミラー上とに、図２６に示すような断面が楕円形状のビームを形成する。
【００１２】
また、第２には、分波された各波長の光信号を偏向させ、目的のポートに任意の結合状態で結合させるための偏向素子としてのＭＥＭＳミラー装置４５１のＭＥＭＳミラー４５１１が、上述したように、波長分散方向（θｙ方向）と、波長分散方向に垂直な方向（θｘ方向）の二方向にビームを偏向する能力を有することである。図２７に示すように、波長分散方向に垂直な方向にビームを偏向するＭＥＭＳミラー４５１１の角度θｘは、ｘ軸回りの回動であって、主に結合する光ポートを選択するための角度である。一方、波長分散方向にビームを偏向する角度θｙは、ｙ軸回りの回動であって、主に結合状態を任意にする、すなわち、ＡＴＴを調整するための角度である。なお、以下において、ｘ軸は、ＷＳＳの主目的である光スイッチ（ポート選択）をする軸であるので、主軸と呼ぶこととする。一方、ｙ軸は、ＷＳＳの副目的であるＡＴＴ調整のための軸であるので、副軸と呼ぶこととする（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１３】
上述したように、空間光学系ＷＳＳにおいてＭＥＭＳミラー装置４５１に投影する光信号の断面形状を楕円形にするのは、透過スペクトルのトップ形状をフラットにしながら、透過領域を拡大するためである。このようにビームを一方向に縮小させる光学素子としては、上述した円筒レンズ１２２やアナモルフィックプリズム等が挙げられる。特に円筒レンズを用いた場合、楕円形状の短軸方向にポートの方向を並べるように設計するため、入出力ポートを１次元的に配列することが多い。
【００１４】
円筒レンズを使用した場合、ＭＥＭＳミラー４５１１のエッジによる波長分散方向への散乱光や回折光が光ポートに結合しやすくなるため、ＡＴＴを大きくすると透過帯域リップル（ＩＬＲと同義）が増大してしまう。この現象について、図２８Ａ〜図２８Ｂを参照して説明する。
【００１５】
図２８Ａに示すように、ＭＥＭＳミラー４５１１のエッジで生じた散乱光や回折光には、波長分散方向（θｙ成分）に様々な向きを持った成分が含まれている。これを模式的に示したのが図２８Ｂである。符号ｅで示すＭＥＭＳミラー４５１１のエッジで生じた散乱光や回折光には、副軸回りにおいて様々な向きの成分が含まれている。これに対して、符号ｆで示すＭＥＭＳミラー４５１１のエッジではない領域における反射光は、１つの方向の成分のみからなっている。このため、ＡＴＴを調整するために副軸を回動させた場合、反射光の光強度の変化は、その回動に対して迅速に追従するが、ＭＥＭＳミラー４５１１のエッジで生じる散乱光や回折光の光強度の変化は、その回動に対して鈍感である。図２８Ｃに示すように、ＡＴＴが小さい場合には、全体の光強度に対する散乱光や回折光の光強度が絶対量として小さいので、その散乱光や回折光の成分が光スペクトルには現れにくい。しかしながら、副軸を回してＡＴＴを大きくした場合には、ＭＥＭＳミラー４５１１のエッジではない領域の反射光は減っていくのに対して、散乱光や回折光の成分は減りにくいので、光信号の全ての光強度に対する散乱光や回折光の光強度が相対的に増加してしまう。このため、ＭＥＭＳミラー４５１１のエッジ部分に対応する光スペクトルの両端には、減少しない散乱光や回折光の成分が現れ、光スペクトルの両端が“うさぎの耳”のように飛び出すRabbit Earと呼ばれる現象が生じる。このRabbit Earは、成長して伸びて行く現象ではなく、減るべきところが減らないために飛び出して見える現象と解釈できる。当然、飛び出した部分はＩＬＲとなるため、透過帯域特性を制限する要因となる。
【００１６】
この問題を解決するには、ＡＴＴの調整にも主にポート選択に使う主軸を用いるようにすればよい。なぜならば、散乱光や回折光は、主軸方向には広がっていないためである。このため、主軸回りにＭＥＭＳミラー４５１１を回せば、通常の反射光と同様、散乱光や回折光の成分の光強度も変化する。しかしながら、この解決方法は別の問題を引き起こしてしまう。上述したように、主軸はポート選択を主な役割としているので、主軸の状態を変えることは、隣り合うポートへ向けて光信号を偏向していることに他ならない。このため、主軸を変えると隣り合うポートへの信号光の漏れ出こみ、すなわち、クロストーク（ＸＴ:cross talk）が生じてしまう。
【００１７】
ＸＴが起こると、本来、信号光が通らないはずのポート間で、わずかながら信号光が通ることになる。このため、ＸＴが大きくなると、光信号のＳ／Ｎ比の劣化を引き起こしてしまう。特に、Ａｄｄ型ＷＳＳの通過ポートに、誤動作などにより隣り合う挿入ポートから同等レベルの光信号が入力された場合、ＸＴが十分に抑えられていないと、前段のノードから送られてきたリングネットワーク上のＷＤＭ信号における所定の波長の信号に、誤動作で加わった同一波長の光信号が混入してしまう。同一波長であるため、誤入力された光信号成分を光フィルタで取り除くことは極めて困難である。このため、Ａｄｄ型ＷＳＳの通過ポートに対しては、他の分岐ポートや挿入ポートよりもＸＴの抑制が要求されている。
【００１８】
ＸＴの抑制を解決するには、今度は、入出力ポートが並ぶ方向と直交している、波長分散方向に光ビームを偏向させて減衰量を調整すればよい。これにより、ＡＴＴを調整するためにビームを偏向しても、このビームが隣り合うポートに近づかないので、ＸＴが大きくならない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】碓氷光男，他、二軸回動可能な狭ピッチＭＥＭＳミラーアレイ、2008年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、C-3-63
【非特許文献２】橋本悦，他、ＷＳＳ用ＭＥＭＳミラーの曲線制御法によるRabbit Earの抑制、2009年電子情報通信学会総合大会、C-3-19
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、波長成分方向に光ビームを偏向させることは、ＭＥＭＳミラー４５１１を副軸方向に回すことに他ならないので、上述したように、ＩＬＲを解決することが困難となる。このように、ＭＥＭＳミラー４５１１を主軸回りに回動させることによるＡＴＴ調整は、ＩＬＲに関しては有利だがＸＴの点では不利に働き、ＭＥＭＳミラー４５１１を副軸回りに回動させることによるＡＴＴ調整は、ＸＴに関しては有利だがＩＬＲについては不利に働くという、トレードオフの関係にある。
【００２１】
このため、両方の特性を実用上問題のない程度に低減するには、主軸と副軸の両方についてＭＥＭＳミラー４５１１を回して、ＡＴＴの調整をすることが考えられる。そこで、ＷＳＳを設計する場合には、主軸回りの回動と副軸回りの回動の割合を、ＩＬＲとＸＴの両特性において仕様の要求を満たすように、最適化する必要がある（例えば、非特許文献２参照。）。
【００２２】
最適化の自由度を高めるという意味では、通過ポート近傍の入出力ポート間ピッチを拡げることが考えられる。この場合、ピッチを広げて、主軸方向のＸＴ上問題が出ない回動範囲を拡大することにより、Rabbit Earを低減させることができる。しかしながら、単純にピッチを広げると、Rabbit Earを低減できるものの、入出力ポートアレイ４１０が大型になってしまうので、入出力ポートアレイ４１０の大きさが限られている場合には配列できる入出力ポートの数量が少なくなってしまう。このように、単純なピッチの拡大はポート数の減少を招くこととなる。
【００２３】
この問題を解決するには、Rabbit Earを抑制するとともに許容するＸＴ内に収まるようにピッチの間隔を設定することが挙げられる。すなわち、ピッチ間隔を必要最小限度に拡げる方法である。例えば、ＭＥＭＳミラー４５１１を主軸方向に回すことを基本とした上で、ＸＴが許容値に近づいた場合には、ＭＥＭＳミラー４５１１を副軸方向に回してＸＴを小さくし、再度、ＸＴが許容値近傍になるまでＭＥＭＳミラー４５１１を主軸方向に回す、という動作を繰り返すことにより、必要最小限のポート間ピッチで、許容ＸＴ内にＸＴを抑え、かつ、Rabbit Earを抑制しようとするものである。
【００２４】
ところが、入出力ポートのピッチ間隔を広げた場合、主軸と副軸を切り替えるポイントの設定、特に、副軸から主軸に切り替えるポイントの設定が困難であった。ＭＥＭＳミラー４５１１の回動軸を主軸から副軸に切り替えるポイントは、隣り合うポートの光強度をモニタして、許容ＸＴに近づいたときに切り替えればよい。これに対して、ＭＥＭＳミラー４５１１の回動軸を副軸から主軸に切り替えるポイントは、Rabbit Earの程度に依存するが、そのRabbit Earの測定が困難なために、容易に設定することができない。このため、従来では、その切り替えポイントを、経験や勘などに基づいて適当に設定していたので、必要最小限のポート間ピッチの定義にも曖昧さが残ってしまい、意図に反して不必要にポート間ピッチを広げたりする恐れがあった。
【００２５】
このように、円筒レンズと入出力ポートが１次元的に配列されている入出力ポートアレイとを有するＷＳＳ空間光学系においては、主軸偏向によるＡＴＴ調整はＩＬＲ上有利だがＸＴ上不利であり、副軸偏向によるＡＴＴ調整はＸＴ上有利だがＩＬＲ上不利になるというトレードオフの問題が発生するため、不必要にポート間ピッチを拡げることなくＩＬＲとＸＴの両方を低減させることが困難であった。
【００２６】
そこで、本願発明は、ポート間ピッチを不必要に拡げることなくＩＬＲとＸＴの両方を低減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】
【００２７】
上述した課題を解決するために、本発明に係る波長選択スイッチは、光信号が入出力される複数のポートが第１の方向に沿って配列された入出力手段と、１つのポートから入力された光信号を分波する合分波手段と、第１の方向とこの第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ沿った２つの回動軸回りに回動する複数のミラーにより、合分波手段により分波された光信号を偏向して、所定のポートから出力させる偏向手段とを備え、複数のポートの１つは、特定の光信号を出力する通過ポートであり、この通過ポートと隣り合う少なくとも１つの他のポートとの間隔は、他のポートの間の間隔よりも広いことを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明に係る他の波長選択スイッチは、光信号が入出力される複数のポートが第１の方向に沿って配列された入出力手段と、複数のポートから入力された光信号を合波する合波手段と、第１の方向とこの第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ沿った２つの回動軸回りに回動する複数のミラーにより、合波手段により合波された光信号を偏向して、１つのポートから出力させる偏向手段とを備え、複数のポートの１つは、特定の光信号を入力する通過ポートであり、この通過ポートと隣り合う少なくとも１つの他のポートとの間隔は、他のポートの間の間隔よりも広いことを特徴とするものである。
【００２９】
上記波長選択スイッチにおいて、通過ポートは、上記１つの他のポート以外のポートの間に配設されるようにしてもよい。
【００３０】
また、上記波長選択スイッチにおいて、通過ポートは、上記１つの他のポートと、この１つのポート以外のポートとの間に配設されるようにしてもよい。
【００３１】
また、上記波長選択スイッチにおいて、通過ポートは、入出力手段の端部に配設されるようにしてもよい。
【００３２】
また、上記波長選択スイッチにおいて、上記１つの他のポートに接続され、この１つの他のポートに入出力される光信号とは逆方向から入出力される光誤入力を遮るアイソレータをさらに備え、入出力手段は、複数のポートが等間隔に配列され、通過ポートは、上記１つの他のポートの隣りに配設され、偏向手段は、通過ポートに対応するミラーを、１つの他のポート側に傾けた制御軸に基づいて回動させるようにしてもよい。
【００３３】
さらに、上記波長選択スイッチにおいて、偏向光を平行光に変換して、入出力手段に光信号を入出力するｆθレンズと、このｆθレンズからの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズと、この円筒レンズと合分波手段との間に配設される第１の集光レンズと、合分波手段と偏向手段との間に配設される第２の集光レンズとをさらに備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、通過ポートとこの通過ポートと隣り合う少なくとも１つの他のポートとの間隔を、この他のポートの間の間隔よりも広くすることにより、ＩＬＲを抑制するために主軸（第２の方向に沿った回動軸）成分の割合を大きくするようにミラーを制御しながらＡＴＴを調整しても、隣り合うポートとの距離が離れているためにＸＴが増大しないうえ、ＸＴが許容値に収まる範囲内で制御軸を傾けて、副軸の回動に加え、主軸の回動も使ってＡＴＴを調整することで、ポート間ピッチを不必要に拡げることなくＩＬＲとＸＴの両方を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ＭＥＭＳミラー装置におけるミラーの構成を模式的に示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ＭＥＭＳミラー装置におけるミラーと電極の構成を模式的に示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、ＭＥＭＳミラー装置におけるミラーのθｘ方向の回動を説明するための図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、ＭＥＭＳミラー装置におけるミラーのθｙ方向の回動を説明するための図である。
【図３】図３は、電圧平面上の損失等高線を示す図である。
【図４】図４は、ポートｎを選択する場合を説明するための電圧平面上の損失等高線を示す図である。
【図５】図５は、副軸のみでＡＴＴを調整する場合を説明するための損失等高線を示す図である。
【図６】図６は、主軸と副軸の割合を変えてＡＴＴを調整する場合を説明するための損失等高線を示す図である。
【図７】図７は、ポート間ピッチの設定方法を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態に係る波長選択スイッチの入出力ポートアレイの損失等高線を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る波長選択スイッチの入出力ポートアレイの損失等高線を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る波長選択スイッチの入出力ポートアレイの損失等高線を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施の形態に係る波長選択スイッチの入出力ポートアレイの損失等高線を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第５の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第５の実施の形態に係る波長選択スイッチの入出力ポートアレイの損失等高線を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の第６の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の第６の実施の形態に係る波長選択スイッチの入出力ポートアレイの損失等高線を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の第７の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の第７の実施の形態に係る波長選択スイッチの入出力ポートアレイの損失等高線を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の第８の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第８の実施の形態に係る波長選択スイッチの入出力ポートアレイの損失等高線を示す図である。
【図２３】図２３は、リングネットワークの構成を模式的に示す図である。
【図２４】図２４は、ノードの構成を模式的に示す図である。
【図２５】図２５は、空間光学系波長選択スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図２６】図２６は、楕円形状の断面形状を有する光信号を示す図である。
【図２７】図２７は、ＭＥＭＳミラー装置のミラーの動作を説明するための図である。
【図２８Ａ】図２８Ａは、ＭＥＭＳミラー装置のミラーのエッジで生じた散乱光や回折光を説明するための図である。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、図２８Ａの散乱光や回折光を模式的に示した図である。
【図２８Ｃ】図２８Ｃは、副軸を回動させたときの光信号の光強度の変化を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態について詳細に説明する。
【００３７】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る波長選択スイッチついて説明する。なお、本実施の形態において、図２５を参照して説明した波長選択スイッチ１００と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【００３８】
＜波長選択スイッチの構成＞
図１に示すように、本実施の形態に係る波長選択スイッチ１は、Ａｄｄ型ＷＳＳからなり、複数の入出力ポートを有する入出力ポートアレイ１０と、入出力ポートに光信号を入出力するために偏向光を平行光に変換するｆθレンズ４２０と、ｆθレンズ４２０からの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズ４３０と、第１のレンズ４４１、光信号を合分波する回折格子４４２および第２のレンズ４４３からなり、円筒レンズ４３０を通して集光された断面が楕円形状の光信号を後述するミラーアレイ４５０に等倍で投影する４ｆ光学系４４０と、複数のＭＥＭＳミラー装置４５１が所定の方向に沿って一列に配列されたミラーアレイ４５０とを備えている。
【００３９】
入出力ポートアレイ１０は、特定の信号を通過させる１つの通過ポート１１および複数の挿入ポート１２ａ〜１２ｎからなる複数の光入力ポートと、共通の光出力ポートとなる１つの共通ポート１３とから構成され、これらがｙ軸方向に沿って一列に配設されている。ここで、共通ポート１３は、入出力ポートアレイ１０が有する複数ポートの中央に配設されている。また、挿入ポート１２ａ〜１２ｎは、共通ポート１３よりもｙ軸の正の側に挿入ポート１２ａ〜１２ｃが、ｙ軸の負の側に挿入ポート１２ｄ〜１２ｎが配設されている。また、通過ポート１１は、挿入ポートの間（本実施の形態では挿入ポート１２ｂと挿入ポート１２ｃの間）に配設されている。
【００４０】
ここで、通過ポート１１と挿入ポート１２ｂ，１２ｃのうちの少なくとも一方と間隔は、これら以外のポート間の間隔よりも広く設定されている。本実施の形態では、通過ポート１１と挿入ポート１２ｂの間隔、および、通過ポート１１と挿入ポート１２ｃの間隔の両方が、これら以外のポート間の間隔よりも広く設定されている。
【００４１】
このようなＡｄｄ型の波長選択スイッチ１において、通過ポート１１および挿入ポート１２ａ〜１２ｎおよびから入力された光信号は、ｆθレンズ４２０により偏向され、円筒レンズ４３０によりビーム断面を楕円状に偏向されたのち、第１のレンズ４４１を介して回折格子４４２上に集光され、この回折格子４４２により分波される。この分波された各光信号は、第２のレンズ４４３により集光されてミラーアレイ４５０の対応するＭＥＭＳミラー装置４５１に入射される。このＭＥＭＳミラー装置４５１により偏向された各光信号は、第２のレンズ４４３により集光され、回折格子４４２により合波される。このようにして波長多重された光信号は、第１のレンズ４４１，円筒レンズ４３０およびｆθレンズ４２０を介して共通ポート１３から出力される。
【００４２】
＜ポートと軸電圧の関係＞
次に、通過ポート１１と挿入ポート１２ａ，１２ｂとの間隔について説明する前に、ポートとＭＥＭＳミラー４５１１の主軸成分と副軸成分との関係の理解を容易にするために、ポートと軸電圧との関係について説明する。
【００４３】
ＷＳＳなどで用いられる二軸の静電駆動ＭＥＭＳミラー装置の一構成例を図２Ａ〜図２Ｄに示す。このＭＥＭＳミラー装置４５１は、ジンバル構造を有するＭＥＭＳミラー４５１１と、このＭＥＭＳミラー４５１１の下方に対向配置された電極４５１２ａ〜４５１２ｄとから構成される。この電極４５１２ａ〜４５１２ｄは、ＭＥＭＳミラー４５１１の主表面と略平行な同一平面上に設けられており、電極４５１２ａ，４５１２ｂはｘ軸に対して対称に、電極４５１２ｃ，４５１２ｄはｙ軸に対して対称に配設される。ＭＥＭＳミラー４５１１の電位は、グランド電位と同じ電位となるようにしているので、電極４５１２ａ〜４５１２ｄに電圧を印加すると、電極４５１２ａ〜４５１２ｄとＭＥＭＳミラー４５１１との間に静電引力が生じ、この静電引力とＭＥＭＳミラー４５１１を支持する捻りばねによる復元力とが釣り合う角度までＭＥＭＳミラー４５１１が傾くこととなる。ＭＥＭＳミラー４５１１の回動方向は、ｘ軸回りとｙ軸回りの２つなので、回動を制御する電圧（すなわち制御変数）も２つあれば二軸の角度を任意に制御することができる。また、多くの変数を扱うよりも、変数の数を必要最小限にした方が制御方法を容易に構築しやすい。そこで、４つの電極４５１２ａ〜４５１２ｄに印加する４つの電圧（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ：それぞれの電圧（以下、電極電圧という）を、下式（１）、（２）に示すように２つの電圧Ｖｘ、Ｖｙで表すこととする。
【００４４】
Ｖｘ＝Ｖａ−Ｖｂ  ・・・（１）
Ｖｙ＝Ｖｃ−Ｖｄ  ・・・（２）
【００４５】
上式（１）、（２）を用いることにより、ｘ軸回りの回動を制御する電圧をＶｘ、ｙ軸回りの回動を制御する電圧をＶｙとして扱うことができる。以下において、電圧Ｖｘ、Ｖｙを軸電圧と言う。なお、通常、二軸駆動のミラーの場合、図２Ａ〜図２Ｄに示したようなジンバル構造のミラー以外にも、電極電圧ではなく、変数を絞った軸電圧を使ってミラーの駆動制御を行う場合が多い。また、電極電圧とＶｘ，Ｖｙとの関係は、必ずしも上式（１）、（２）に示すような関係に限定されず、ミラーの特性などを考慮して他の関係式が採用される場合もある。
【００４６】
ＭＥＭＳミラー装置４５１において、軸電圧Ｖｘを変えると、ＭＥＭＳミラー４５１１は、ｘ軸回りに回動する。図１に示したように、入出力ポートがｘ軸と直交するｙ軸方向に並んでいるので、各入力ポートと出力ポートとを結合するｘ軸回りの回動角は、入力ポートの数ｎだけ存在する。したがって、各入力ポートと出力ポートとを最適に結合する電圧Ｖｘも、入力ポートの数ｎだけ存在することとなる。
【００４７】
一方、ＭＥＭＳミラー装置４５１において、軸電圧Ｖｙを変えると、ＭＥＭＳミラー４５１１は、ｙ軸回りに回動する。図１に示したように、入力ポートがｙ軸と平行な方向に並んでいるので、もし、ある入力ポートと出力ポートが最適結合（最も損失が小さくなる状態）している状態からｙ軸回りの回動を与えると、結合状態が悪化して、入力ポートと出力ポートの間の損失が増大する。このとき、入力ポートが並んでいる方向と直交する方向にミラーを回動させているので、他のポートの結合状態には影響が及ばない。すなわち、ｙ軸回りの回動は、あるポートとの結合効率を下げるだけで、他のポートへの影響が小さい。このため、ｙ軸回りの回動は、主に損失制御に用いられる。ｙ軸回りの損失特性は、最も損失が小さくなる点をピークとして、このピークからずれるほど損失が大きくなる、山状の形状を示す。したがって、ある入力ポートと出力ポートを最適に結合する電圧Ｖｙは、１つだけ存在することとなる。
【００４８】
すなわち、図３に示すように、Ｖｘ軸の方向には、入力ポート数に応じたＮポート分のピークが存在する。一方、Ｖｙ軸方向には、ポート毎にピークは１つしか存在しない。このため、ｘ軸回り方向に大きな回動角度が要求されやすい。しかし、ＭＥＭＳミラー装置４５１がｘ軸回り、ｙ軸回りとも同程度の範囲までしか回動できない場合は、Ｖｘ方向に損失特性を圧縮するように光学系の設計を行う場合が多い。このような場合、Ｖｘ, Ｖｙともに同程度の電圧範囲の中に、Ｖｘ方向には入力ポート数に応じたＮポート分のピークが存在し、他方、Ｖｙ方向には、ポート毎に１つのピークが存在することになる。そのため、Ｖｘ−Ｖｙ平面（以下、「電圧平面」という）上の損失等高線は、Ｖｙ軸方向に細長くなった楕円がＶｘ方向にＮ個並んだ（図３はＮ＝１０の場合を示す）、特長的な形状を示す。Ｖｘ＝０のところで各ポートの等高線を示す楕円が空いているところがみられるが、ここは共通ポート自身が結合する領域である。通常、共通ポートを入力ポートまたは出力ポートとして同時に使用することはないので、空けている。
【００４９】
なお、採用したミラー装置によっては、ＶｘやＶｙの正方向および負方向の何れか一方にしかミラーが動作しない場合もありうる。このような場合は、図３からミラーが動作する電圧範囲だけを取り出した損失等高線になるが、動作範囲が絞られるだけあって、本実施の形態をそのまま適用することができる。したがって、動作範囲が絞られた場合も図３に含まれるものとして、動作範囲が絞られる場合についての説明は省略する。
【００５０】
このようなＭＥＭＳミラー装置を有する空間光学系ＷＳＳにおいて、あるポートｎを選択するというのは、図４に示すように、そのポートに対応する損失等高線内の中心に位置する電圧Ｖｘ＿ｐｏｒｔ  ｎに、ポート選択軸のＶｘ電圧を合わせることを意味する。
また、あるポートのＡＴＴを調整するというのは、副軸のみでＡＴＴを調整する場合、図５に示すように、そのポートに対応する損失等高線内の中心電圧Ｖｘ＿ｐｏｒｔ  ｎにＶｘを設定した状態で、所望のＡＴＴになるまでＶｙ電圧を変化させることを意味する。
さらに、ＡＴＴを調整するときの主軸と副軸の割合を変えるというのは、図６に示すように、ＡＴＴを調整する際に副軸だけではなく一緒に主軸も回すとミラーの電圧軌跡が斜めの軌跡を採るが、この軌跡の傾き角φを変えるということを意味する。φ＝０°ならば副軸電圧ＶｙのみでＡＴＴを調整していることになり、φ＝９０°ならば主軸電圧ＶｘのみでＡＴＴを調整していることになる。
【００５１】
ＩＬＲとＸＴ特性を両立させるには、許容されるＸＴ以上にならない範囲でφを大きく取って制御する軌跡を傾けたほうがよい。しかしながら、ポート間隔が等しい場合、傾けられる角度は、どのポートでも同様にならざるを得ず、高い性能が要求される通過ポートでも、分岐ポートや挿入ポートと同程度のＩＬＲ特性およびＸＴ特性しか得られない。
【００５２】
そこで、ポート間ピッチについて、通過ポートに関しては隣り合うポートから離した不等間隔ピッチを採用する。本実施の形態では、上述したように、通過ポート１１と挿入ポート１２ａ，１２ｂのうちの少なくとも一方と間隔を、これら以外のポート間の間隔よりも広く設定する。これにより、通過ポートに対して許容されるＸＴを他の分岐ポートや挿入ポートより大きくすることができる。また、制御軌跡の角度φの角度も分岐ポートや挿入ポートより大きく取ることでＩＬＲの特性を向上することができる。
【００５３】
＜ポート間ピッチの設定方法＞
次に、入出力ポートアレイ１０において、他のポートよりも広くなっているポート間ピッチの設定方法について、図７を参照して説明する。この図７は、通過ポートとこの通過ポートに隣り合って並設されたポート（以下、隣接ポートという）の損失等高線図を示すものである。
【００５４】
ポート間ピッチは、以下の３つの要素に基づいて設定される。
（１）通過ポートに要求されるＸＴの許容値（許容ＸＴ値）［dB］。
（２）ＷＳＳの運用で用いられるＡＴＴの範囲（運用ＡＴＴ範囲）［dB］。
（３）最大ＡＴＴにおけるRabbit Earの許容値（許容Rabbit Ear値）［dB］。
【００５５】
ＸＴは、通過ポートと隣接ポートに同じ光強度の光信号が入力された場合、通過ポートを通って共通ポートに出力される光強度の最大値、すなわちＡＴＴを０dBとしたときの出力光強度と、隣接ポートから共通ポートに漏れ出した光強度との比として定義される。ＡＴＴが０dBとなるミラーの電圧平面上の状態は、図７の符号ｇの近傍になる。また、上記（１）に相当する隣接ポートからＸＴの許容値［dB］となる光強度が共通ポートに出力する電圧状態は、図７の隣接ポートの等高線図に示した符号αで示す楕円（以下、「許容ＸＴライン」という）上の電圧状態になる。この許容ＸＴラインαより内側の電圧状態では、隣接ポートから共通ポートに出力される光強度の値がＸＴの許容値より大きくなる。このため、図７の符号ｉの破線で示す電圧平面上のミラーを制御する軌跡（以下、「制御軌跡」という）は、許容ＸＴラインαの内側に入らないように設定される。
【００５６】
上記（２），（３）の要素については、それぞれ図７の符号βで示す楕円と符号γで示す破線とにより表現される。ここで符号βの楕円は、通過ポートにおける運用条件の最大ＡＴＴを示すライン（以下、「運用範囲の最大ＡＴＴライン」という）である。また、符号γの破線は、許容Rabbit Earを示すライン（以下、「許容Rabbit Earライン」という）である。上述したように、Rabbit Earは副軸の回動に依存するので、この許容Rabbit Earラインγはほぼ副軸に直交した線になる。
【００５７】
ＸＴの許容値を満たし、かつ、ＷＳＳの運用で用いられるＡＴＴ範囲内でRabbit Earの許容値を満たす条件の中で、最もポート間ピッチを小さくできるのは、図７の符号α〜γの３つのラインが１つの点（図７の符号ｈ）で交わった場合である。したがって、このような状態になるように、通過ポートの原点と隣接ポートの原点Ｖｘの差である、ポート間ピッチΔＶｘを設定すればよい。また、この条件を最大限生かすように、制御軌跡ｉも符号ｈで示す点を通るようにする。
【００５８】
さらに、電圧平面上のポート間ピッチΔＶｘが決まれば、ΔＶｘをポートアレイ上の物理的な距離ΔＬに換算することにより、通過ポートと隣り合う挿入ポートとを離すべき距離を求めることができる。一般に、ミラーのポート切り替え軸角度θｘに対するポートの位置は光学設計で決定されるので、ΔＶｘをポート切り替え軸角度における角度差Δθｘに換算することによりΔＬを求めることができる。
【００５９】
このポート間ピッチの設定方法を本実施の形態における入出力ポートアレイ１０に適用する。図８に示す入出力ポートアレイ１０の各ポートの損失等高線からもわかるように、通過ポート１１の損失等高線と挿入ポート１２ｂ損失等高線の間隔、および、通過ポート１１の損失等高線と挿入ポート１２ｃの損失等高線図の間隔は、これら以外のポートの損失等高線の間隔よりも広くなっている。その通過ポート１１と挿入ポート１２ｂ、１２ｃとの間隔、すなわちポート間ピッチΔＶｘは、図８に示す電圧平面上において、上述した許容ＸＴライン、運用範囲の最大ＡＴＴラインおよび許容Rabbit Earラインが１つの点で交わり、かつ、この点上をミラー装置４５１のＭＥＭＳミラー４５１１を制御する軌跡が通過するように設定されている。また、入出力ポートアレイ１０における各ポート間の物理的な距離は、設定したポート間ピッチΔＶｘを物理的な距離ΔＬに換算する求められる。このように設定することにより、通過ポート１１に対して許容されるＸＴを他の挿入ポートより大きくすることができる。また、制御軌跡の角度φも他のポートより大きく取ることができるので、ＩＬＲの特性を向上させることができる。
【００６０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、通過ポート１１とこの通過ポート１１と隣り合う挿入ポート１２ｂ，１２ｃとの間隔を、この他の挿入ポート間の間隔よりも広くすることにより、ＩＬＲを抑制するために主軸成分の割合を大きくするようにＭＥＭＳミラー４５１１を制御しながらＡＴＴを調整する、すなわち、通過ポート１１に関する制御軌跡の傾き角φを大きく取っても、通過ポート１１に隣り合うポートとの距離が離れているためにＸＴが増大しないので、ポート間ピッチを不必要に拡げることなくＩＬＲとＸＴの両方を低減することができる。
【００６１】
なお、ファイバアレイの各ポートが物理的に等ピッチに設定されており、そのピッチの変更が困難な場合、通過ポートと隣り合うポートを未使用とすることにより、通過ポートと隣り合ったポートとのピッチを拡げることによっても、本実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。この場合は、ポート間ピッチΔＶｘが先に与えられることになるので、このΔＶｘを基に、許容ＸＴ値、許容Rabbit Ear値、運用ＡＴＴ範囲、または、これらの組み合わせについて設定するようにすればよい。
【００６２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態と入出力ポートアレイの構成を変更したものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【００６３】
＜波長選択スイッチの構成＞
図９に示すように、本実施の形態に係る波長選択スイッチ２は、Ａｄｄ型ＷＳＳからなり、複数の入出力ポートを有する入出力ポートアレイ２０と、入出力ポートに光信号を入出力するために偏向光を平行光に変換するｆθレンズ４２０と、ｆθレンズ４２０からの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズ４３０と、第１のレンズ４４１、光信号を合分波する回折格子４４２および第２のレンズ４４３からなり、円筒レンズ４３０を通して集光された断面が楕円形状の光信号を後述するミラーアレイ４５０に等倍で投影する４ｆ光学系４４０と、複数のＭＥＭＳミラー装置４５１が所定の方向に沿って一列に配列されたミラーアレイ４５０とを備えている。
【００６４】
入出力ポートアレイ２０は、１つの通過ポート１１および複数の挿入ポート１２ａ〜１２ｎからなる複数の光入力ポートと、共通の光出力ポートとなる１つの共通ポート１３とから構成され、これらがｙ軸方向に沿って一列に配設されている。ここで、共通ポート１３は、入出力ポートアレイ２０が有する複数ポートの中央に配設されている。また、挿入ポート１２ａ〜１２ｎは、共通ポート１３よりもｙ軸の正の側に挿入ポート１２ａ〜１２ｃが、ｙ軸の負の側に挿入ポート１２ｄ〜１２ｎが配設されている。また、通過ポート１１は、挿入ポートと共通ポートとの間（本実施の形態では挿入ポート１２ｃと共通ポート１３の間）に配設されている。
【００６５】
ここで、通過ポート１１と、この通過ポート１１に隣り合った挿入ポート１２ｃとの間隔は、これら以外のポート間の間隔よりも広く設定されており、図１０に示すように、通過ポート１１の損失等高線と挿入ポート１２ｃの損失等高線の間隔も、これら以外のポートの損失等高線の間隔よりも広くなっている。その通過ポート１１と挿入ポート１２ｃとの間隔、すなわちポート間ピッチΔＶｘは、図１０に示す電圧平面上において、第１の実施の形態と同様、許容ＸＴライン、運用範囲の最大ＡＴＴラインおよび許容Rabbit Earラインが１つの点で交わり、かつ、この点上をミラー装置４５１のＭＥＭＳミラー４５１１を制御する軌跡が通過するように設定されている。また、入出力ポートアレイ２０における各ポート間の物理的な距離は、設定したポート間ピッチΔＶｘを物理的な距離ΔＬに換算して求められる。このように、通過ポート１１と挿入ポート１２ｃとのポート間ピッチΔＶｘを広く設定することにより、通過ポート１１に関する制御軌跡の傾き角φを大きく取ることができるので、挿入ポート１２ａ〜１２ｎよりも高いＸＴ特性およびＩＬＲ特性を得ることができる。すなわち、通過ポート１１に対して許容されるＸＴを挿入ポート１２ａ〜１２ｎより大きくすることができるとともに、制御軌跡の傾き角φを挿入ポート１２ａ〜１２ｎの傾き角より大きく取れるのでＩＬＲ特性を向上させることができる。
【００６６】
［第３の実施の形態］
次に、本発明に係る第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態と入出力ポートアレイの構成を変更したものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【００６７】
＜波長選択スイッチの構成＞
図９に示すように、本実施の形態に係る波長選択スイッチ３は、Ａｄｄ型ＷＳＳからなり、複数の入出力ポートを有する入出力ポートアレイ３０と、入出力ポートに光信号を入出力するために偏向光を平行光に変換するｆθレンズ４２０と、ｆθレンズ４２０からの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズ４３０と、第１のレンズ４４１、光信号を合分波する回折格子４４２および第２のレンズ４４３からなり、円筒レンズ４３０を通して集光された断面が楕円形状の光信号を後述するミラーアレイ４５０に等倍で投影する４ｆ光学系４４０と、複数のＭＥＭＳミラー装置４５１が所定の方向に沿って一列に配列されたミラーアレイ４５０とを備えている。
【００６８】
入出力ポートアレイ３０は、１つの通過ポート１１および複数の挿入ポート１２ａ〜１２ｎからなる複数の光入力ポートと、共通の光出力ポートとなる１つの共通ポート１３とから構成され、これらがｙ軸方向に沿って一列に配設されている。ここで、共通ポート１３は、入出力ポートアレイ３０が有する複数ポートの中央に配設されている。また、挿入ポート１２ａ〜１２ｎは、共通ポート１３よりもｙ軸の正の側に挿入ポート１２ａ〜１２ｃが、ｙ軸の負の側に挿入ポート１２ｄ〜１２ｎが配設されている。また、通過ポート１１は、入出力ポートアレイ３０に含まれるポートのうちの端部（本実施の形態では共通ポート１３からｙ軸の正の側に最も離れた位置）に配設されている。
【００６９】
ここで、通過ポート１１とこの通過ポート１１に隣り合う挿入ポート１２ａとの間隔は、これら以外のポート間の間隔よりも広く設定されており、図１２に示すように、通過ポート１１の損失等高線と挿入ポート１２ａの損失等高線の間隔も、これら以外のポートの損失等高線の間隔よりも広くなっている。その通過ポート１１と挿入ポート１２ａとの間隔、すなわちポート間ピッチΔＶｘは、図１２に示す電圧平面上において、第１の実施の形態と同様、許容ＸＴライン、運用範囲の最大ＡＴＴラインおよび許容Rabbit Earラインが１つの点で交わり、かつ、この点上をミラー装置４５１のＭＥＭＳミラー４５１１を制御する軌跡が通過するように設定されている。また、入出力ポートアレイ３０における各ポート間の物理的な距離は、設定したポート間ピッチΔＶｘを物理的な距離ΔＬに換算して求められる。このように、通過ポート１１と挿入ポート１２ａとのポート間ピッチΔＶｘを広く設定することにより、通過ポート１１に関する制御軌跡の傾き角φを大きく取ることができるので、挿入ポート１２ａ〜１２ｎよりも高いＸＴ特性およびＩＬＲ特性を得ることができる。すなわち、通過ポート１１に対して許容されるＸＴを挿入ポート１２ａ〜１２ｎより大きくすることができるとともに、制御軌跡の傾き角φを挿入ポート１２ａ〜１２ｎの傾き角より大きく取れるのでＩＬＲ特性を向上させることができる。
【００７０】
［第４の実施の形態］
次に、本発明に係る第４の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態と入出力ポートアレイの構成を変更したものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【００７１】
＜波長選択スイッチの構成＞
図１３に示すように、本実施の形態に係る波長選択スイッチ４は、Ａｄｄ型ＷＳＳからなり、複数の入出力ポートを有する入出力ポートアレイ４０と、入出力ポートに光信号を入出力するために偏向光を平行光に変換するｆθレンズ４２０と、ｆθレンズ４２０からの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズ４３０と、第１のレンズ４４１、光信号を合分波する回折格子４４２および第２のレンズ４４３からなり、円筒レンズ４３０を通して集光された断面が楕円形状の光信号を後述するミラーアレイ４５０に等倍で投影する４ｆ光学系４４０と、複数のＭＥＭＳミラー装置４５１が所定の方向に沿って一列に配列されたミラーアレイ４５０とを備えている。
【００７２】
入出力ポートアレイ４０は、１つの通過ポート１１および複数の挿入ポート１２ａ〜１２ｎからなる複数の光入力ポートと、共通の光出力ポートとなる１つの共通ポート１３とを備え、これらがｙ軸方向に沿って一列かつ等間隔に配設されている。ここで、共通ポート１３は、入出力ポートアレイ４０が有する複数ポートの中央に配設されている。また、挿入ポート１２ａ〜１２ｎは、共通ポート１３よりもｙ軸の正の側に挿入ポート１２ａ〜１２ｄが、ｙ軸の負の側に挿入ポート１２ｅ〜１２ｎが配設されている。また、通過ポート１１は、共通ポート１３に隣り合った位置（本実施の形態では挿入ポート１２ｄと共通ポート１３との間）に配設されている。
【００７３】
また、入出力ポートアレイ４０には、さらにアイソレータ１４が設けられている。このアイソレータ１４は、共通ポート１３に接続されており、この共通ポート１３における信号光の逆流を防ぐ、すなわち、共通ポート１３側から波長選択スイッチ４へ入力する光信号を遮り、共通ポート１３に波長選択スイッチ４側からの信号光の出力のみを行わせる。
【００７４】
本実施の形態では、入出力ポートアレイ４０における各ポートの物理的なピッチは同一である。しかしながら、通過ポート１１には信号光が入力されるのに対して、共通ポート１３には信号光が出力されるので、光入力ポートのみの配列を考えると、通過ポート１１は、共通ポート１３に隣り合う側のピッチ、すなわち、挿入ポート１２ｅとのピッチが、他の挿入ポート間のピッチよりも広くなっている。
【００７５】
そこで、図１４に示すように、通過ポート１１において、電圧平面上におけるＭＥＭＳミラー４５１１の制御軌跡ｉを共通ポート１３側に傾けることにより、通過ポート１１に関する制御軌跡の傾き角φを大きく取ることができるので、挿入ポート１２ａ〜１２ｎよりも高いＸＴ特性およびＩＬＲ特性を得ることができる。すなわち、通過ポート１１に対して許容されるＸＴを挿入ポート１２ａ〜１２ｎより大きくすることができるとともに、制御軌跡の傾き角φを挿入ポート１２ａ〜１２ｎの傾き角より大きく取れるのでＩＬＲ特性を向上させることができる。
【００７６】
なお、上述したように制御軌跡を傾けた場合、共通ポート１３が自身に結合する状態である等高線領域内へ制御軌跡ｉが入り込むので、共通ポート１３側から誤って光が入ると、この光が共通ポート１３へ戻ってしまう可能性がある。そこで、本実施の形態では、共通ポート１３にアイソレータ１４を接続することにより、共通ポート１３側からの誤入力がＷＳＳに入射されるのを防いでいる。
【００７７】
［第５の実施の形態］
次に、本発明に係る第５の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態と光信号の経路が異なる、すなわち、Ｄｒｏｐ型ＷＳＳからなるものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【００７８】
＜波長選択スイッチの構成＞
図１５に示すように、本実施の形態に係る波長選択スイッチ５は、Ｄｒｏｐ型ＷＳＳからなり、複数の入出力ポートを有する入出力ポートアレイ５０と、入出力ポートに光信号を入出力するために偏向光を平行光に変換するｆθレンズ４２０と、ｆθレンズ４２０からの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズ４３０と、第１のレンズ４４１、光信号を合分波する回折格子４４２および第２のレンズ４４３からなり、円筒レンズ４３０を通して集光された断面が楕円形状の光信号を後述するミラーアレイ４５０に等倍で投影する４ｆ光学系４４０と、複数のＭＥＭＳミラー装置４５１が所定の方向に沿って一列に配列されたミラーアレイ４５０とを備えている。
【００７９】
入出力ポートアレイ５０は、１つの通過ポート１１および複数の分岐ポート１５ａ〜１５ｎからなる複数の光出力ポートと、共通の光入力ポートとなる１つの共通ポート１３とから構成され、これらがｙ軸方向に沿って一列に配設されている。ここで、共通ポート１３は、入出力ポートアレイ５０が有する複数ポートの中央に配設されている。また、分岐ポート１５ａ〜１５ｎは、共通ポート１３よりもｙ軸の正の側に分岐ポート１５ａ〜１５ｃが、ｙ軸の負の側に分岐ポート１５ｄ〜１５ｎが配設されている。また、通過ポート１１は、分岐ポートの間（本実施の形態では分岐ポート１５ｂと分岐ポート１５ｃの間）に配設されている。
【００８０】
このようなＤＲＯＰ型の波長選択スイッチ５において、共通ポート１３から入力された光信号は、ｆθレンズ４２０により偏向され、円筒レンズ４３０によりビーム断面を楕円状に偏向されたのち、第１のレンズ４４１を介して回折格子４４２上に集光され、この回折格子４４２により分波される。この分波された各波長の光信号は、第２のレンズ４４３により集光されて、ミラーアレイ４５０の対応するＭＥＭＳミラー装置４５１に入射される。このＭＥＭＳミラー装置４５１により偏向された各波長の光信号は、第２のレンズ４４２により集光され、回折格子４４２により周波数毎に合波される。この周波数毎に合波された光信号は、円筒レンズ４３０およびｆθレンズ４２０を介して対応する通過ポートおよび分岐ポート１５ａ〜１５ｎから出力される。
【００８１】
ここで、通過ポート１１と分岐ポート１５ｂ，１５ｃのうちの少なくとも一方と間隔は、これら以外のポート間の間隔よりも広く設定されている。本実施の形態では、通過ポート１１と分岐ポート１５ｂの間隔、および、通過ポート１１と分岐ポート１５ｃの間隔の両方が、これら以外のポート間の間隔よりも広く設定されている。
【００８２】
したがって、図１６に示すように、通過ポート１１の損失等高線と分岐ポート１２ｂ，１２ｃの損失等高線との間隔も、これら以外のポートの損失等高線の間隔よりも広くなっている。その通過ポート１１と分岐ポート１２ｂ，１２ｃとの間隔、すなわちポート間ピッチΔＶｘは、第１の実施の形態と同等の方法により設定することができる。
【００８３】
ここで、本実施の形態では、ＸＴは、共通ポート１３を通って通過ポート１１に出力される光強度の最大値、すなわちＡＴＴを０dBとしたときの出力光強度と、隣り合う分岐ポートに漏れ出した光強度との比として定義される。これを踏まえた上で、図８で示したように、許容ＸＴライン、運用範囲の最大ＡＴＴラインおよび許容Rabbit Earラインが１つの点で交わり、かつ、この点上をミラー装置４５１のＭＥＭＳミラー４５１１を制御する軌跡が通過するようポート間ピッチΔＶｘを設定する。また、電圧平面上の距離ΔＶｘが決まれば、ΔＶｘをポートアレイ上の物理的な距離ΔＬに換算することで、通過ポートと隣り合う分岐ポートとを離すべき距離が求められる。一般にミラーのポート切り替え軸角度θｘに対するポートの位置は光学設計で決定されるので、ΔＶｘをポート切り替え軸角度における角度差Δθｘに換算できればΔＬが求まる。本実施の形態では、このΔＬ以上に通過ポートと隣り合うポートのピッチを空ける。
また、ミラーの角度θｘと印加電圧Ｖｘとの関係は、測定によって得られるので、この関係を用いれば、電圧平面状の電圧差ΔＶｘをポート切り替え軸角度における角度差Δθｘに換算することができる。
【００８４】
このように、通過ポート１１と分岐ポート１５ｂ，１５ｃとのポート間ピッチΔＶｘを広く設定することにより、通過ポート１１に関する制御軌跡の傾き角φを大きく取ることができるので、分岐ポート１５ａ〜１５ｎよりも高いＸＴ特性およびＩＬＲ特性を得ることができる。すなわち、通過ポート１１に対して許容されるＸＴを分岐ポート１５ａ〜１５ｎより大きくすることができるとともに、制御軌跡の傾き角φを分岐ポート１５ａ〜１５ｎの傾き角より大きく取れるのでＩＬＲ特性を向上させることができる。
【００８５】
［第６の実施の形態］
次に、本発明に係る第６の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第５の実施の形態と入出力ポートアレイの構成を変更したものである。したがって、本実施の形態において、第５の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【００８６】
＜波長選択スイッチの構成＞
図１７に示すように、本実施の形態に係る波長選択スイッチ６は、Ｄｒｏｐ型ＷＳＳからなり、複数の入出力ポートを有する入出力ポートアレイ６０と、入出力ポートに光信号を入出力するために偏向光を平行光に変換するｆθレンズ４２０と、ｆθレンズ４２０からの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズ４３０と、第１のレンズ４４１、光信号を合分波する回折格子４４２および第２のレンズ４４３からなり、円筒レンズ４３０を通して集光された断面が楕円形状の光信号を後述するミラーアレイ４５０に等倍で投影する４ｆ光学系４４０と、複数のＭＥＭＳミラー装置４５１が所定の方向に沿って一列に配列されたミラーアレイ４５０とを備えている。
【００８７】
入出力ポートアレイ６０は、１つの通過ポート１１および複数の分岐ポート１５ａ〜１５ｎからなる複数の光出力ポートと、共通の光入路ｙくポートとなる１つの共通ポート１３とから構成され、これらがｙ軸方向に沿って一列に配設されている。ここで、共通ポート１３は、入出力ポートアレイ６０が有する複数ポートの中央に配設されている。また、分岐ポート１５ａ〜１５ｎは、共通ポート１３よりもｙ軸の正の側に分岐ポート１５ａ〜１５ｃが、ｙ軸の負の側に分岐ポート１５ｄ〜１５ｎが配設されている。また、通過ポート１１は、分岐ポートと共通ポートとの間（本実施の形態では分岐ポート１５ｃと共通ポート１３の間）に配設されている。
【００８８】
ここで、通過ポート１１と、この通過ポート１１に隣り合う分岐ポート１５ｃとの間隔は、これら以外のポート間の間隔よりも広く設定されており、図１８に示すように、通過ポート１１の損失等高線と分岐ポート１５ｃの損失等高線の間隔も、これら以外のポートの損失等高線の間隔よりも広くなっている。その通過ポート１１と分岐ポート１５ｃとの間隔、すなわちポート間ピッチΔＶｘは、図１８に示す電圧平面上において、第６の実施の形態と同様、許容ＸＴライン、運用範囲の最大ＡＴＴラインおよび許容Rabbit Earラインが１つの点で交わり、かつ、この点上をミラー装置４５１のＭＥＭＳミラー４５１１を制御する軌跡が通過するように設定されている。また、入出力ポートアレイ６０における各ポート間の物理的な距離は、設定したポート間ピッチΔＶｘを物理的な距離ΔＬに換算して求められる。このように、通過ポート１１と分岐ポート１５ｃとのポート間ピッチΔＶｘを広く設定することにより、通過ポート１１に関する制御軌跡の傾き角φを大きく取ることができるので、分岐ポート１５ａ〜１５ｎよりも高いＸＴ特性およびＩＬＲ特性を得ることができる。すなわち、通過ポート１１に対して許容されるＸＴを分岐ポート１５ａ〜１５ｎより大きくすることができるとともに、制御軌跡の傾き角φを分岐ポート１５ａ〜１５ｎの傾き角より大きく取れるのでＩＬＲ特性を向上させることができる。
【００８９】
［第７の実施の形態］
次に、本発明に係る第７の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第５の実施の形態と入出力ポートアレイの構成を変更したものである。したがって、本実施の形態において、第５の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【００９０】
＜波長選択スイッチの構成＞
図１９に示すように、本実施の形態に係る波長選択スイッチ７は、Ｄｒｏｐ型ＷＳＳからなり、複数の入出力ポートを有する入出力ポートアレイ７０と、入出力ポートに光信号を入出力するために偏向光を平行光に変換するｆθレンズ４２０と、ｆθレンズ４２０からの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズ４３０と、第１のレンズ４４１、光信号を合分波する回折格子４４２および第２のレンズ４４３からなり、円筒レンズ４３０を通して集光された断面が楕円形状の光信号を後述するミラーアレイ４５０に等倍で投影する４ｆ光学系４４０と、複数のＭＥＭＳミラー装置４５１が所定の方向に沿って一列に配列されたミラーアレイ４５０とを備えている。
【００９１】
入出力ポートアレイ７０は、１つの通過ポート１１および複数の分岐ポート１５ａ〜１５ｎからなる複数の出力ポートと、共通の光入力ポートとなる１つの共通ポート１３とから構成され、これらがｙ軸方向に沿って一列に配設されている。ここで、共通ポート１３は、入出力ポートアレイ７０が有する複数ポートの中央に配設されている。また、分岐ポート１５ａ〜１５ｎは、共通ポート１３よりもｙ軸の正の側に分岐ポート１５ａ〜１５ｃが、ｙ軸の負の側に分岐ポート１５ｄ〜１５ｎが配設されている。また、通過ポート１１は、入出力ポートアレイ７０に含まれるポートのうちの端部（本実施の形態では共通ポート１３からｙ軸の正の側に最も離れた位置）に配設されている。
【００９２】
ここで、通過ポート１１とこの通過ポート１１に隣り合う分岐ポート１５ａとの間隔は、これら以外のポート間の間隔よりも広く設定されており、図２０に示すように、通過ポート１１の損失等高線と分岐ポート１５ａの損失等高線の間隔も、これら以外のポートの損失等高線の間隔よりも広くなっている。その通過ポート１１と分岐ポート１５ａとの間隔、すなわちポート間ピッチΔＶｘは、図２０に示す電圧平面上において、第１の実施の形態と同様、許容ＸＴライン、運用範囲の最大ＡＴＴラインおよび許容Rabbit Earラインが１つの点で交わり、かつ、この点上をミラー装置４５１のＭＥＭＳミラー４５１１を制御する軌跡が通過するように設定されている。また、入出力ポートアレイ７０における各ポート間の物理的な距離は、設定したポート間ピッチΔＶｘを物理的な距離ΔＬに換算して求められる。このように、通過ポート１１と分岐ポート１５ａとのポート間ピッチΔＶｘを広く設定することにより、通過ポート１１に関する制御軌跡の傾き角φを大きく取ることができるので、分岐ポート１５ａ〜１５ｎよりも高いＸＴ特性およびＩＬＲ特性を得ることができる。すなわち、通過ポート１１に対して許容されるＸＴを分岐ポート１５ａ〜１５ｎより大きくすることができるとともに、制御軌跡の傾き角φを分岐ポート１５ａ〜１５ｎの傾き角より大きく取れるのでＩＬＲ特性を向上させることができる。
【００９３】
［第８の実施の形態］
次に、本発明に係る第８の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第５の実施の形態と入出力ポートアレイの構成を変更したものである。したがって、本実施の形態において、第５の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【００９４】
＜波長選択スイッチの構成＞
図２１に示すように、本実施の形態に係る波長選択スイッチ８は、Ｄｒｏｐ型ＷＳＳからなり、複数の入出力ポートを有する入出力ポートアレイ８０と、入出力ポートに光信号を入出力するために偏向光を平行光に変換するｆθレンズ４２０と、ｆθレンズ４２０からの光信号のビーム断面を楕円形状にする円筒レンズ４３０と、第１のレンズ４４１、光信号を合分波する回折格子４４２および第２のレンズ４４３からなり、円筒レンズ４３０を通して集光された断面が楕円形状の光信号を後述するミラーアレイ４５０に等倍で投影する４ｆ光学系４４０と、複数のＭＥＭＳミラー装置４５１が所定の方向に沿って一列に配列されたミラーアレイ４５０とを備えている。
【００９５】
入出力ポートアレイ８０は、１つの通過ポート１１および複数の分岐ポート１５ａ〜１５ｎからなる複数の光出力ポートと、共通の光入力ポートとなる１つの共通ポート１３とを備え、これらがｙ軸方向に沿って一列かつ等間隔に配設されている。ここで、共通ポート１３は、入出力ポートアレイ８０が有する複数ポートの中央に配設されている。また、分岐ポート１５ａ〜１５ｎは、共通ポート１３よりもｙ軸の正の側に分岐ポート１５ａ〜１５ｄが、ｙ軸の負の側に分岐ポート１５ｅ〜１５ｎが配設されている。また、通過ポート１１は、共通ポート１３に隣り合った位置（本実施の形態では分岐ポート１５ｄと共通ポート１３との間）に配設されている。
【００９６】
また、入出力ポートアレイ８０には、さらにアイソレータ１６が設けられている。このアイソレータ１６は、共通ポート１３に接続されており、この共通ポート１３における信号光の逆流を防ぐ、すなわち、共通ポート１３から波長選択スイッチ８側に出力される光信号を遮り、共通ポート１３に外部からの信号光の入力のみを行わせる。
【００９７】
本実施の形態では、入出力ポートアレイ８０における各ポートの物理的なピッチは同一である。しかしながら、通過ポート１１には信号光が入力されるのに対して、共通ポート１３には信号光が出力されるので、光入力ポートのみの配列を考えると、通過ポート１１は、共通ポート１３に隣り合う側のピッチ、すなわち、分岐ポート１５ｅとのピッチが、他の分岐ポート間のピッチよりも広くなっている。
【００９８】
そこで、図２２に示すように、通過ポート１１において、電圧平面上におけるＭＥＭＳミラー４５１１の制御軌跡ｉを共通ポート１３側に傾けることにより、通過ポート１１に関する制御軌跡の傾き角φを大きく取ることができるので、分岐ポート１５ａ〜１５ｎよりも高いＸＴ特性およびＩＬＲ特性を得ることができる。すなわち、通過ポート１１に対して許容されるＸＴを分岐ポート１５ａ〜１５ｎより大きくすることができるとともに、制御軌跡の傾き角φを分岐ポート１５ａ〜１５ｎの傾き角より大きく取れるのでＩＬＲ特性を向上させることができる。
【００９９】
なお、上述したように制御軌跡を傾けた場合、共通ポート１３が自身に結合する状態である等高線領域内へ制御軌跡ｉが入り込むので、共通ポート１３側から入射された光信号が共通ポート１３へ戻って逆流してしまう可能性がある。そこで、本実施の形態では、共通ポート１３にアイソレータ１６を接続することにより、光信号の共通ポート１３側への逆流からの誤入力がＷＳＳに入射されるのを防いでいる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、リングネットワークのノードに用いられる光スイッチにおける光ファイバアレイなど、複数のポートを有する光学素子に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１〜４…Ａｄｄ型波長選択スイッチ、５〜８…Ｄｒｏｐ型波長選択スイッチ、１０〜８０…入出力ポートアレイ、１１…通過ポート、１２…挿入ポート、１３…共通ポート、１４…アイソレータ、１５…分岐ポート、１６…アイソレータ、４２０…ｆθレンズ、４３０…円筒レンズ、４４０…４ｆ光学系、４４１…第１のレンズ、４４２…回折格子、４４３…第２のレンズ、４５０…ミラーアレイ、４５１…ＭＥＭＳミラー装置、４５１１…ミラー、４５１２ａ〜４５１２ｄ…電極。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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】
2011002693.tif 000018
【図１４】
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【図１５】
2011002693.tif 000020
【図１６】
2011002693.tif 000021
【図１７】
2011002693.tif 000022
【図１８】
2011002693.tif 000023
【図１９】
2011002693.tif 000024
【図２０】
2011002693.tif 000025
【図２１】
2011002693.tif 000026
【図２２】
2011002693.tif 000027
【図２３】
2011002693.tif 000028
【図２４】
2011002693.tif 000029
【図２５】
2011002693.tif 000030
【図２６】
2011002693.tif 000031
【図２７】
2011002693.tif 000032
【図２８Ａ】
2011002693.tif 000033
【図２８Ｂ】
2011002693.tif 000034
【図２８Ｃ】
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