(57)【要約】【課題】分光した各波長の光の空間的な分離量を効果的に大きくすることができるダブルパスモノクロメータ、ならびにこれを用いた波長選択光スイッチ、および光チャンネルモニタを提供すること。【解決手段】入射光を回折させて分光する回折格子と、前記入射光を前記回折格子が回折させた回折光を３以上の奇数回反射させて該回折格子に再入射させるように配置した反射面を有する反射器と、を備える。好ましくは、前記反射器において、前記反射面は、前記回折格子に再入射させる際の前記回折光が、基準波長において、前記反射器によって反射させる前の前記回折光と略平行に進行し、かつ前記入射光に対して回折平面上で離隔した位置で前記回折格子に再入射するように、配置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を回折させて分光する回折格子と、
前記入射光を前記回折格子が回折させた回折光を３以上の奇数回反射させて該回折格子に再入射させるように配置した反射面を有する反射器と、
を備えることを特徴とするダブルパスモノクロメータ。
【請求項２】
前記反射器において、前記反射面は、前記回折格子に再入射させる際の前記回折光が、基準波長において、前記反射器によって反射させる前の前記回折光と略平行に進行し、かつ前記入射光に対して回折平面上で離隔した位置で前記回折格子に再入射するように、配置していることを特徴とする請求項１に記載のダブルパスモノクロメータ。
【請求項３】
前記反射面は平面状であることを特徴とする請求項１または２に記載のダブルパスモノクロメータ。
【請求項４】
前記反射器は光学プリズムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のダブルパスモノクロメータ。
【請求項５】
前記反射面は光学プリズムの内表面であり、前記反射面における前記回折光の入射角がいずれも６０度であることを特徴とする請求項３に記載のダブルパスモノクロメータ。
【請求項６】
前記光学プリズムは、前記回折光が入射する面に無反射コートを有することを特徴とする請求項４または５に記載のダブルパスモノクロメータ。
【請求項７】
前記光学プリズムは、前記反射面の少なくともいずれか一つにフェイズコートを有することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載のダブルパスモノクロメータ。
【請求項８】
前記光学プリズムと前記回折格子とが接合していることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一つに記載のダブルパスモノクロメータ。
【請求項９】
前記回折格子は透過型回折格子であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のダブルパスモノクロメータ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載のダブルパスモノクロメータを備えることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一つに記載のダブルパスモノクロメータを備えることを特徴とする光チャンネルモニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダブルパスモノクロメータ、ならびにこれを用いた波長選択光スイッチ、および光チャンネルモニタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信システムは、その形態がｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ型から、リング型、またはメッシュ型のネットワークへと発展しつつある。このような形態のネットワークのノードには、任意の波長の信号光を任意のポートに入出力させて、任意の信号光の経路を任意に変更するための波長選択光スイッチが必要とされる。
【０００３】
波長選択光スイッチは、たとえば互いに異なる波長の信号光が波長分割多重（Wavelength  Division  Multiplexing）されたＷＤＭ信号光から、各信号光を空間的に分離する機能が必要である。この信号光を分離する機能を実現するために、たとえば回折格子を用いたモノクロメータ（分光器）が利用されている。なお、各波長の信号光の空間的な分離量を大きくするために、ダブルパスモノクロメータ等を用いて、信号光を複数回だけ回折させる方法がある（たとえば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７６４８７号公報
【特許文献２】特開２００７−１６３７８０号公報
【特許文献３】特許第３４０７８３４号公報
【特許文献４】米国特許第６７５０９９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
たとえば波長選択光スイッチの製造容易性、特性の改善、または小型化等の理由により、モノクロメータについては、各波長の光の空間的な分離量をより一層大きくすることが要求されている。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、分光した各波長の光の空間的な分離量を効果的に大きくすることができるダブルパスモノクロメータ、ならびにこれを用いた波長選択光スイッチ、および光チャンネルモニタ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し、目的を達成するために、本発明に係るダブルパスモノクロメータは、入射光を回折させて分光する回折格子と、前記入射光を前記回折格子が回折させた回折光を３以上の奇数回反射させて該回折格子に再入射させるように配置した反射面を有する反射器と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るダブルパスモノクロメータは、上記の発明において、前記反射器において、前記反射面は、前記回折格子に再入射させる際の前記回折光が、基準波長において、前記反射器によって反射させる前の前記回折光と略平行に進行し、かつ前記入射光に対して回折平面上で離隔した位置で前記回折格子に再入射するように、配置していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るダブルパスモノクロメータは、上記の発明において、前記反射面は平面状であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るダブルパスモノクロメータは、上記の発明において、前記反射器は光学プリズムであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るダブルパスモノクロメータは、上記の発明において、前記反射面は光学プリズムの内表面であり、前記反射面における前記回折光の入射角がいずれも６０度であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るダブルパスモノクロメータは、上記の発明において、前記光学プリズムは、前記回折光が入射する面に無反射コートを有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るダブルパスモノクロメータは、上記の発明において、前記光学プリズムは、前記反射面の少なくともいずれか一つにフェイズコートを有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るダブルパスモノクロメータは、上記の発明において、前記光学プリズムと前記回折格子とが接合していることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るダブルパスモノクロメータは、上記の発明において、前記回折格子は透過型回折格子であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る波長選択光スイッチは、上記の発明のいずれか一つに記載のダブルパスモノクロメータを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光チャンネルモニタは、上記の発明のいずれか一つに記載のダブルパスモノクロメータを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、分光した各波長の光の空間的な分離量を効果的に大きくすることができるダブルパスモノクロメータ、ならびにこれを用いた波長選択光スイッチ、および光チャンネルモニタを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施の形態１に係るダブルパスモノクロメータの構成および動作を説明する模式図である。
【図２】図２は、比較形態としてのダブルパスモノクロメータの構成および動作を説明する模式図である。
【図３】図３は、実施の形態２に係るダブルパスモノクロメータの構成および動作を説明する模式図である。
【図４】図４は、実施の形態３に係る波長選択光スイッチの構成および動作を説明する模式図である。
【図５】図５は、実施の形態３に係る波長選択光スイッチの構成および動作を説明する模式図である。
【図６】図６は、実施の形態３の変形例に係る波長選択光スイッチの構成を説明する模式図である。
【図７】図７は、実施の形態４に係る光チャンネルモニタの構成および動作を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を参照して本発明に係るダブルパスモノクロメータ、波長選択光スイッチ、および光チャンネルモニタの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るダブルパスモノクロメータの構成および動作を説明する模式図である。図１に示すように、このダブルパスモノクロメータ１０は、回折格子１と、反射器としての光学プリズム２と、λ／４波長板３とを備えている。
【００２２】
回折格子１は、光学ガラス等からなる透過型の回折格子であり、紙面と垂直の方向に延伸する溝等の一次元の格子パターンが、紙面と平行な面内において配列方向Ａｒ１の方向に多数配列するように形成された格子面１ａと、格子面１ａと略平行な面である裏面１ｂとを有している。
【００２３】
光学プリズム２は、無反射コートが施された平面状の外表面である入出射面２ａと、フェイズコートが施された平面状の内表面である反射面２ｂ、２ｃ、２ｄとを有している。この光学プリズム２は、正三角形の光学プリズムの一つの角を切断して形成した台形状を有しており、容易に準備できるものである。入出射面２ａと反射面２ｂの成す角、および入出射面２ａと反射面２ｄの成す角は、いずれも６０度である。また、入出射面２ａと反射面２ｃは平行になっている。したがって、反射面２ｃと反射面２ｂの成す角、および反射面２ｃと反射面２ｄの成す角は、いずれも１２０度である。また、光学プリズム２は、回折格子１に対して所定の角度で配置されているが、これについては後述する。
【００２４】
また、λ／４波長板３は、回折格子１と光学プリズム２との間に配置されている。このλ／４波長板３は、入射された光に含まれる直交偏波成分の間にπ／２の位相差を与えて出射させるものである。
【００２５】
つぎに、図１を用いてこのダブルパスモノクロメータ１０の動作について説明する。はじめに、所定の波長帯域を有する平行光である入射光Ｌ１を回折格子１の格子面１ａに入射する。すると、回折格子１は、格子面１ａに形成された格子パターンによって入射光Ｌ１を回折させ、分光する。また、格子面１ａで回折された光は裏面１ｂで屈折し、回折格子１から出射される。回折格子１への入射角Ａ１をθ１、回折格子１からの出射角Ａ２をθ２、波長をλ、回折格子１の単位長さ辺りの溝本数をｇとすると、
ｓｉｎ（θ１）＋ｓｉｎ（θ２）＝ｇλ
で表される。
【００２６】
以下では、入射光Ｌ１が回折、分光された光である回折光を、入射光Ｌ１の波長帯域のうち中心波長の回折光である回折光ＣＬ１、波長帯域の短波長側の端の波長の回折光である回折光ＳＬ１、長波長側の端の波長の回折光である回折光ＬＬ１によって代表させて表すこととする。このとき、図１に示すように、回折光ＳＬ１は、紙面に平行な面内において、回折光ＣＬ１の進行方向に対して時計回りの向きに広がるように回折する。一方、回折光ＬＬ１は、回折光ＣＬ１の進行方向に対して反時計回りの向きに広がるように回折する。他の回折光は、回折光ＳＬ１と回折光ＬＬ１の成す角の間を進行することとなる。また、回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１の進行方向のなす面を回折平面と称することとする。
【００２７】
なお、回折格子１の配置については、入射光Ｌ１の格子面１ａに対する入射角θ１が回折光の回折角θ２と等しくなるような角度で配置すれば、回折効率が高くなるので好ましい。この場合、入射角θ１を、入射光Ｌ１の波長帯域のいずれかの波長の回折角θ２と等しくなるようにしてもよいが、基準波長として入射光Ｌ１の波長帯域の中心波長を有する回折光ＣＬ１を選択し、この回折光ＣＬ１の回折角θ２と入射角θ１が等しくなるようにすれば、波長帯域内での回折効率の波長依存性が小さくなるので特に好ましい。以下では、回折光ＣＬ１の波長を基準波長として説明する。
【００２８】
入射角θ１は、たとえば格子面１ａの格子パターンの密度が１０００ｇ／ｍｍであり、基準波長が１５５０ｎｍである場合は約５０度とする。入射角θ１は、基準波長や格子パターンの密度によって適宜調整する。
【００２９】
つぎに、回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１は、上述したように回折格子１の裏面１ｂにおいてやや屈折した後、λ／４波長板３を通過し、入出射面２ａを介して光学プリズム２に入射する。そして、光学プリズム２内を３回内部反射して光学プリズム２から出射される。この３回の内部反射はそれぞれ平面ミラーによる反射のように振舞う。
【００３０】
なお、光学プリズム２は、回折光ＣＬ１がその入出射面２ａに垂直に入射するように角度が調整されて配置されている。このように中心波長である回折光ＣＬ１が入出射面２ａに垂直に入射するようすれば、入出射面２ａに施された無反射コートの波長依存性の影響を抑制できたり、無反射コートの入射角依存性を抑制できたりするので好ましい。
【００３１】
つぎに、光学プリズム２は、入射した回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１を、その反射面２ｂによって反射し、その進行方向を約６０度だけ屈曲させる。ここで、反射面２ｂが反射したことによって、回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１の位置関係が反射される前とは鏡像の関係となる。その結果、回折光ＳＬ１は、上述した場合とは逆に、回折平面において、回折光ＣＬ１の進行方向に対して反時計回りの向きに広がるように進行し、回折光ＬＬ１は、時計回りの向きに広がるように進行する。
【００３２】
つづいて、光学プリズム２は、反射面２ｃ、２ｄによって、回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１を次々に反射する。このように、反射面２ｂ、２ｃ、２ｄによって奇数回である３回反射された回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１の位置関係は次のようになる。すなわち、回折光ＳＬ１は、回折平面において、回折光ＣＬ１の進行方向に対して反時計回りの向きに広がるように進行し、回折光ＬＬ１は、時計回りの向きに広がるように進行する。
【００３３】
なお、反射面２ｂ、２ｃ、２ｄにはフェイズコートが施されているので、入射光Ｌ１の偏光状態がランダムに変化する場合であっても、反射の際に直交偏波状態の間で位相差が発生することが防止される。なお、本実施の形態１では、反射面２ｂ、２ｃ、２ｄのすべてにフェイズコートを施しており、各反射面２ｂ、２ｃ、２ｄにおいて個別に位相差の発生を防止しているが、たとえば反射面２ｂ、２ｃ、２ｄのいずれか一つまたは二つにのみフェイズコートを施して、そのフェイズコートによって、他のフェイズコートの無い反射面において発生する位相差を補償するようにしてもよい。
【００３４】
つぎに、回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１は、入出射面２ａに垂直に光学プリズム２から出力し、λ／４波長板３を通過する。ここで、反射面２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの反射角は６０度であり、反射角の合計が１８０度となるように調整されているため、回折光ＣＬ１の進行方向Ａｒ３は、光学プリズム２によって反射させる前の回折光ＣＬ１の進行方向Ａｒ２と略平行になっている。
【００３５】
その後、回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１は、裏面１ｂ側から回折格子１に再入射し、裏面１ｂにおいてやや屈折した後、格子面１ａに再入射する。このとき、格子面１ａに再入射させる際の回折光ＣＬ１の進行方向Ａｒ３は、進行方向Ａｒ２と略平行であるため、回折光ＣＬ１の格子面１ａに対する入射角は回折格子１による回折角と略等しくなるので、回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１の回折効率は高くなる。さらに、回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１を、λ／４波長板３に二回通過させて、入射光Ｌ１が最初に回折格子１に入射したときの、各回折光の偏波状態を９０度回転させた状態で回折格子１に再入射させているので、回折格子１が有する回折効率の偏波依存性は補償される。
【００３６】
そして、回折格子１は、格子面１ａに形成された格子パターンによって回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１をさらに回折させる。これによって、回折光ＳＬ１、ＬＬ１は、回折光ＣＬ１に対する広がりの角度が、回折格子１によって最初に回折されたときの角度の２倍になる。その結果、ダブルパスモノクロメータ１０から出射される各波長の回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１の空間的な分離量は効果的に大きくなる。
【００３７】
このように、本実施の形態１に係るダブルパスモノクロメータ１０では、分光された回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１を奇数回である３回だけ反射させて回折格子１に再入射させるようにして、最初の回折における回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１の回折平面上における位置関係と、再入射の際の回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１の位置関係とを、逆転させている。その結果、回折格子１を一度だけ通過させる場合と比較して、分光された回折光の広がり角度を２倍とできるので、出射する各波長の回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１の空間的な分離量を大きくすることができる。また、回折格子は比較的高価な光学部材であるが、このダブルパスモノクロメータ１０は回折格子を１枚だけ使用しているため、２枚の回折格子を使用する場合と同程度の分離量を実現しつつも、比較的安価なものとなる。さらに、各波長の回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１の空間的な分離量が大きいので、このダブルパスモノクロメータ１０は小型化することもできる。
【００３８】
また、回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１が回折格子１に再入射する位置を、回折平面上で入射光Ｌ１から離隔した位置にできるので、入射光Ｌ１との干渉を避けることができる。また、これとともに、位置の離隔の方向が回折平面内であるため、ダブルパスモノクロメータ１０は紙面垂直方向に対して薄型となるので、全体的に小型化することができる。さらに、入射光Ｌ１と、再入射の際の回折光ＣＬ１とについて、回折格子１に対する入射角と回折角とを等しくできるので、高い回折効率を得ることができる。
【００３９】
さらには、図１に示すように、このダブルパスモノクロメータ１０では、入射光Ｌ１と、回折光ＣＬ１の光路を平行にできる。また、回折光ＣＬ１は光学プリズム２へ垂直に入出力する。その結果、回折格子１および光学プリズム２、またはその他の光学部品とのアライメントが容易になるので、製造性に優れたダブルパスモノクロメータとなる。一般的に、光路に角度が付くように光学部材をアセンブルすることは難しく、光路は平行であることが望ましい。
【００４０】
また、さらには、回折格子１が透過型であるため、光学プリズム２等の光学部材と入射光Ｌ１や回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１とが干渉せず好ましい。
【００４１】
ここで、本実施の形態１に対する比較形態として、回折光を偶数回である２回だけ反射させて回折格子に再入射させるダブルパスモノクロメータについて説明する。
【００４２】
図２は、比較形態としてのダブルパスモノクロメータの構成および動作を説明する模式図である。図２に示すように、このダブルパスモノクロメータ１０´は、回折格子１´と、反射器としての光学プリズム２´とを備えている。
【００４３】
回折格子１´は、図１に示す回折格子１と同様な回折パターンが形成された格子面１ａ´と裏面１ｂ´とを有する透過型の回折格子である。一方、光学プリズム２´は、無反射コートが施された外表面である入出射面２ａ´と、フェイズコートが施された内表面である反射面２ｂ´、２ｃ´とを有し、反射面２ｂ´と反射面２ｃ´との成す角が９０度である直角プリズムである。
【００４４】
このダブルパスモノクロメータ１０´において、図１の場合と同様に、所定の波長帯域を有する平行光である入射光Ｌ１´を回折格子１´の格子面１ａ´に入射し、これを分光して回折光として入射光Ｌ１´の波長帯域のうち中心波長の回折光である回折光ＣＬ１´、波長帯域の短波長側の端の波長の回折光である回折光ＳＬ１´、長波長側の端の波長の回折光である回折光ＬＬ１´を発生させる。
【００４５】
回折光ＣＬ１´、ＳＬ１´、ＬＬ１´は、入出射面２ａ´を介して光学プリズム２´に入射する。光学プリズム２´は、入射した回折光ＣＬ１´、ＳＬ１´、ＬＬ１´を、その反射面２ｂ´、２ｃ´によって、反射角の合計が１８０度となるように反射させる。このように、反射面２ｂ´、２ｃ´によって偶数回である２回反射された回折光ＣＬ１´、ＳＬ１´、ＬＬ１´の位置関係は次のようになる。すなわち、回折光ＳＬ１´は、回折平面において、回折光ＣＬ１´の進行方向に対して時計回りの向きに広がるように進行し、回折光ＬＬ１´は、反時計回りの向きに広がるように進行する。
【００４６】
その結果、回折格子１´が、格子面１ａ´に形成された格子パターンによって、再入射した回折光ＣＬ１´、ＳＬ１´、ＬＬ１´をさらに回折させ後には、最初の回折による光の広がりが相殺されてしまう。したがって、図２に示すように、回折光ＣＬ１´、ＳＬ１´、ＬＬ１´の光路は略平行になってしまうので、出射される各波長の回折光ＣＬ１´、ＳＬ１´、ＬＬ１´の空間的な分離量は、本実施の形態１の場合のようには大きくならない。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態１に係るダブルパスモノクロメータ１０は、各波長の空間的な分離量を効果的に大きくすることができ、小型化できるものとなる。
【００４８】
なお、上記実施の形態１において、光学プリズム２は、回折光ＣＬ１がその入出射面２ａに垂直に入射および出射するように角度が調整されて配置されている。しかしながら、回折光ＣＬ１の入出射面２ａの法線に対する入射角または出射角を６度〜８度として、入出射面２ａによる回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１のリターンロスをさらに抑制するようにしてもよい。なお、この場合も、反射面２ｂ、２ｃ、２ｄによる反射後の回折光ＣＬ１の進行方向が、光学プリズム２によって反射させる前の回折光ＣＬ１の進行方向と略平行になるように、各反射面２ｂ、２ｃ、２ｄ、または入出射面２ａの角度を調整することが好ましい。
【００４９】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係るダブルパスモノクロメータは、回折格子と光学プリズムとが接合したものである。
【００５０】
図３は、実施の形態２に係るダブルパスモノクロメータの構成および動作を説明する模式図である。図３に示すように、このダブルパスモノクロメータ２０は、図１に示すものと同様の格子面１ａと裏面１ｂとを有する透過型の回折格子１と、反射器としての光学プリズム４とを備えている。
【００５１】
光学プリズム４は、無反射コートが施された平面状の外表面である入出射面４ａと、フェイズコートが施された平面状の内表面である反射面４ｂ、４ｃ、４ｄとを有している。この光学プリズム４は、必要に応じて透明な接合剤５を介して入出射面４ａにおいて回折格子１と接合している。
【００５２】
つぎに、このダブルパスモノクロメータ２０の動作について説明する。このダブルパスモノクロメータ２０において、図１の場合と同様に、所定の波長帯域を有する平行光である入射光Ｌ１を回折格子１の格子面１ａに入射し、これを分光して、入射光Ｌ１の波長帯域のうち中心波長の回折光である回折光ＣＬ１、波長帯域の短波長側の端の波長の回折光である回折光ＳＬ１、長波長側の端の波長の回折光である回折光ＬＬ１を発生させる。
【００５３】
すると、回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１は、接合剤５および入出射面４ａを介して光学プリズム４に入射する。光学プリズム４は、入射した回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１を、その反射面４ｂ、４ｃ、４ｄによって、反射角の合計が１８０度となるように反射させ、回折光ＣＬ１の進行方向を、光学プリズム４によって反射させる前の回折光ＣＬ１の進行方向と略平行になるようにしている。
【００５４】
このように、反射面４ｂ、４ｃ、４ｄによって３回反射された回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１の位置関係は、実施の形態１の場合と同様に、次のようになる。すなわち、回折光ＳＬ１は、回折平面において、回折光ＣＬ１の進行方向に対して反時計回りの向きに広がるように進行し、回折光ＬＬ１は、時計回りの向きに広がるように進行する。
【００５５】
その結果、回折格子１が、格子面１ａに形成された格子パターンによって、再入射した回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１をさらに回折させた後には、回折光ＳＬ１、ＬＬ１は、回折光ＣＬ１に対して進行方向のなす角度が、回折格子１によって最初に回折されたときの角度の２倍になる。したがって、出射される各波長の回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１の空間的な分離量は効果的に大きくなる。
【００５６】
また、実施の形態１と同様に、回折光ＣＬ１、ＳＬ１、ＬＬ１が回折格子１に再入射する位置を、回折平面上で入射光Ｌ１から離隔した位置にできるので、入射光Ｌ１との干渉を避けることができる。また、これとともに、位置の離隔の方向が回折平面内であるため、ダブルパスモノクロメータ２０は紙面垂直方向に対して薄型となるので、全体的に小型化できる。さらに、入射光Ｌ１と、再入射の際の回折光ＣＬ１とについて、回折格子１に対する入射角と回折角とを等しくできるので、高い回折効率を得ることができる。
【００５７】
さらに、このダブルパスモノクロメータ２０は、光学プリズム４と回折格子１とが接合して一体になっているので、相対的な位置関係の調整が容易であり、製造性に優れたものとなる。また、たとえばこのダブルパスモノクロメータ２０を固定するために基台が、環境温度等の変化により膨張、収縮しても、光学プリズム４と回折格子１とは一体となって変位するため、その相対位置は変化しない。したがって、このダブルパスモノクロメータ２０は、環境温度等の変化による光学的なアライメントのずれが発生しにくいものとなる。
【００５８】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る波長選択光スイッチについて説明する。本実施の形態３に係る波長選択光スイッチは、入力したＷＤＭ信号から所定の波長の信号光を選択し、その信号光の波長ごとに経路を切り換えて出力するものである。
【００５９】
図４、図５は、本実施の形態３に係る波長選択光スイッチの構成および動作を説明する模式図である。なお、図５では、説明の簡略化のために各構成要素を光路に沿って直列に配置して示している。図４、図５に示すように、この波長選択光スイッチ１００は、各々が異なる経路の光ファイバ伝送路に接続し、アレイ状に配置された４つのコリメータ１０１〜１０４と、コリメータ１０１〜１０４に対して順次配置された、アナモルフィックプリズムペア１０５と、図１に示したように回折格子１、光学プリズム２、およびλ／４波長板３からなる実施の形態１に係るダブルパスモノクロメータ１０と、集光レンズ１０６と、ミラー面を有しアレイ状に配置された３つの光スイッチ素子１０７〜１０９とを備えている。さらに、この波長選択光スイッチ１００は、３つの光スイッチ素子１０７〜１０９を制御するためのモニタ素子１１０と制御回路１１１とを備えている。光スイッチ素子１０７〜１０９は、たとえばＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems、微小電気機械システム）素子、もしくはＬＣＯＳ（Liquid  Crystal  on  Silicon）を用いて実現される。
【００６０】
つぎに、この波長選択光スイッチ１００の動作について説明する。はじめに、図４に示すように、コリメータ１０１は、或る光ファイバ伝送路を伝送してきたＷＤＭ信号光ＯＳ１を平行光としてアナモルフィックプリズムペア１０５に出力する。アナモルフィックプリズムペア１０５は、ＷＤＭ信号光ＯＳ１のビーム径を、ダブルパスモノクロメータ１０の回折格子１の格子パターンの配列方向に広げて、ＷＤＭ信号光ＯＳ１が多くの格子パターンに当たるようにして、波長選択の分解能を高めるようにしている。また、アナモルフィックプリズムペア１０５は、光スイッチ１０７〜１０９の位置での波長分離方向のビーム径を小さくするようにもしている。ダブルパスモノクロメータ１０は、入射したＷＤＭ信号光ＯＳ１を分光して、互いに異なる波長の信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃを空間的に分離する。集光レンズ１０６は、信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃを、それぞれ光スイッチ素子１０７〜１０９に集光する。光スイッチ素子１０７〜１０９は、そのミラー面によって、集光した信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃを所定の角度で反射させることで、出力するポートをコリメータ１０２〜１０４から選択する。
【００６１】
その後、図５に示すように、反射した信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃは、集光レンズ１０６、ダブルパスモノクロメータ１０、アナモルフィックプリズムペア１０５を順次経由して、コリメータ１０２〜１０４のそれぞれへと入力し、コリメータ１０２〜１０４に接続した光ファイバ伝送路へと出力する。なお、ダブルパスモノクロメータ１０のλ／４波長板３によって、アナモルフィックプリズムペア１０５および回折格子１の偏波依存性は補償される。
【００６２】
ここで、モニタ素子１１０は、信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃのそれぞれの一部を分岐した光を受光し、信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃの波長および強度をモニタする。そして、制御回路１１１は、このモニタの結果をもとに光スイッチ素子１０７〜１０９の各ミラー部を独立に可動させることによって、それぞれの信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃの反射角度が最適になるように制御を行う。なお、信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃの分岐は、たとえばコリメータ１０２〜１０４に接続されている光ファイバの一部に分岐カプラを設けたり、この波長選択光スイッチ１００内の適当な位置に分岐用のミラーを設けたりすることによって行うことができる。また、モニタ素子１１０は、たとえばＡＷＧ（Arrayed  Waveguide  Grating）素子もしくは回折格子と複数のフォトダイオードとから構成される。
【００６３】
この波長選択光スイッチ１００は、実施の形態１に係るダブルパスモノクロメータ１０を備えているので、信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃの分離量を効果的に大きくできる。その結果、光スイッチ素子１０７〜１０９をアレイ状に配置する際に、その配置スペースを十分に設けることができるとともに、信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃのクロストークを減らすことができるので、製造性が高く、特性がよいものになる。また、波長選択光スイッチ１００は、ダブルパスモノクロメータ１０の有する薄型、高い回折効率という特徴により、薄型であり、低損失なものとなる。
【００６４】
ここで、波長選択光スイッチの場合、たとえば空間的に分離した各信号光を、数百μｍ間隔でアレイ状に配列した光スイッチ素子のそれぞれに、数ｃｍ〜数十ｃｍだけ離れた位置から集光させる必要があるため、信号光の光路のアライメントは精密に行う必要がある。しかしながら、波長選択光スイッチの内部において信号光の光路がお互いに角度を有していると、光路をアライメントするために波長選択光スイッチの構成要素間の角度のアライメントがより困難になり、かつ角度のアライメントに伴う構成要素間の位置のアライメントも必要となる。そして、たとえば回折格子の角度のアライメントがずれると、光スイッチ素子の間隔と各信号光の間隔とが一致しなくなるなどの問題も生じる。このように、波長選択光スイッチの場合、その光路のアライメントは一般的に非常に困難である。
【００６５】
これに対して、この波長選択光スイッチ１００は、ＷＤＭ信号光ＯＳ１および信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃの光路が略平行になる部分が多いため、各構成要素のアライメントがきわめて容易であるので、その製造性は飛躍的に高いものとなる。また、無駄なスペースを必要としないため、小型なものになる。
【００６６】
なお、本実施の形態３は、一つのポート（コリメータ１０１）から入力されたＷＤＭ信号を複数のポート（コリメータ１０２〜１０４）に振り分ける構成を有するが、複数のポートから入力されたＷＤＭ信号を一つのポートに振り分ける構成にしてもよく、その場合の作用は本実施の形態３と同様な説明をすることができる。
【００６７】
また、図６は、実施の形態３の変形例に係る波長選択光スイッチの構成を説明する模式図である。この変形例に係る波長選択光スイッチ２００は、図４に示す波長選択スイッチ１００からモニタ素子１１０を削除した構成を有する波長選択光スイッチ本体２０１と、波長選択光スイッチ本体２０１にＷＤＭ信号光ＯＳ１を入力させる光ファイバ伝送路２０２と、波長選択光スイッチ本体２０１が出力する信号光ＯＳ１ａ、信号光ＯＳ１ｂ、または信号光ＯＳ１ｃを伝送する光ファイバ伝送路２０３と、光ファイバ伝送路２０３に設けられた分岐光カプラ２０４と、光分岐カプラ２０４と波長選択光スイッチ本体２０１とに接続したモニタ素子１１０とを備える。
【００６８】
この波長選択光スイッチ２００は以下のように動作する。波長選択光スイッチ本体２０１は、光ファイバ伝送路２０２からＷＤＭ信号光ＯＳ１を入力されると、たとえば信号光ＯＳ１ａを選択して光ファイバ伝送路２０３に出力する。光分岐カプラ２０４は、光ファイバ伝送路２０３を伝送する信号光ＯＳ１ａからその一部を分岐して分岐信号光ＯＳ２としてモニタ素子１１０に入力する。モニタ素子１００は、分岐信号光ＯＳ２を光電変換し、電流信号ＥＳとして波長選択光スイッチ本体２０１に入力する。波長選択光スイッチ本体２０１において、制御回路は、モニタ素子１１０からの電流信号ＥＳと、予め設定された参照信号レベルとを比較して、その差分がゼロになるように、波長選択光スイッチ本体２０１の設定（たとえば光スイッチの位置）を適切に制御することができる。この波長選択光スイッチ２００は、上記のような動作によって、出力する少なくとも１つの信号光のモニタによるフィードバック制御を実現している。なお、モニタする信号光は１つに限られず、全ての信号光をモニタする構成としてもよい。
【００６９】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る光チャンネルモニタについて説明する。本実施の形態４に係る光チャンネルモニタは、入力したＷＤＭ信号からこれに含まれる各波長の信号光のパワを測定するものである。
【００７０】
図７は、本実施の形態４に係る光チャンネルモニタの構成および動作を説明する模式図である。図６に示すように、この光チャンネルモニタ３００は、光ファイバに接続したコリメータ１０１と、アナモルフィックプリズムペア１０５と、図１に示したように回折格子１、光学プリズム２、およびλ／４波長板３からなる実施の形態１に係るダブルパスモノクロメータ１０と、集光レンズ１０６と、アレイ状に配置された３つのフォトダイオード３０２〜３０４からなるフォトダイオードアレイ３０１と、フォトダイオードアレイ３０１の電流信号の出力をモニタして各信号光のパワを測定するためのモニタ回路３０５とを備えている。
【００７１】
つぎに、この光チャンネルモニタ３００の動作について説明する。図７に示すように、コリメータ１０１は、或る光ファイバを伝送してきたＷＤＭ信号光ＯＳ１を平行光としてアナモルフィックプリズムペア１０５に出力する。アナモルフィックプリズムペア１０５は、ＷＤＭ信号光ＯＳ１のビーム径を、ダブルパスモノクロメータ１０の回折格子１の格子パターンの配列方向に広げて、ＷＤＭ信号光ＯＳ１が多くの格子パターンに当たるようにして、波長選択の分解能を高めるようにしている。また、アナモルフィックプリズムペア１０５は、光スイッチ１０７〜１０９の位置での波長分離方向のビーム径を小さくするようにもしている。ダブルパスモノクロメータ１０は、入射したＷＤＭ信号光ＯＳ１を分光して、互いに異なる波長の信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃを空間的に分離する。集光レンズ１０６は、信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃを、それぞれフォトダイオード３０２〜３０４に集光する。フォトダイオード３０２〜３０４は、受光した各信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃのパワに応じた値の電流信号を出力する。モニタ回路３０５は、フォトダイオード３０２〜３０４からの電流値を読み取って、各信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃのパワを算出する。
【００７２】
この光チャンネルモニタ３００は、実施の形態１に係るダブルパスモノクロメータ１０を備えているので、信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃの分離量を効果的に大きくできる。その結果、フォトダイオード３０２〜３０４をアレイ状に配置する際に、その配置スペースを十分に設けることができるとともに、信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃのクロストークを減らすことができるので、製造性が高く、特性がよいものになる。また、光チャンネルモニタ３００は、ダブルパスモノクロメータ１０の有する薄型、高い回折効率という特徴により、薄型であり、低損失なものとなる。
【００７３】
また、この光チャンネルモニタ３００は、ＷＤＭ信号光ＯＳ１および信号光ＯＳ１ａ、ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃの光路が略平行になる部分が多いため、各構成要素のアライメントがきわめて容易であるので、その製造性は飛躍的に高いものとなる。また、無駄なスペースを必要としないため、小型なものになる。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、反射器として光学プリズムを用いているが、たとえば平面状のミラーを組み合わせて形成した反射器を用いてもよい。
【００７５】
また、上記実施の形態では、λ／４波長板を用いて、回折光をλ／４波長板に２回通過させるようにして、回折格子等の偏波依存性を補償している。しかしながら、λ／４波長板の代わりにλ／２波長板を用いて、回折光をλ／２波長板に１回通過させるようにして偏波依存性の補償を行ってもよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、回折光が回折格子に再入射する位置を、回折平面上で入射光から離隔した位置にしているが、入射光から回折平面と垂直方向に離隔した位置にしてもよい。
【００７７】
また、上記実施の形態では、回折光を３回反射させるようにしているが、反射させる回数は奇数回であれば、反射器の構成を適宜設定して、５回以上反射させるようにしてもよい。
【００７８】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態３に係る波長選択光スイッチまたは実施の形態４に係る光チャンネルモニタに、実施の形態２に係るダブルパスモノクロメータを適用してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１  回折格子
１ａ  格子面
１ｂ  裏面
２、４  光学プリズム
２ａ、４ａ、６ａ  入出射面
２ｂ〜２ｄ、４ｂ〜４ｄ、６ｂ  反射面
３  λ／４波長板
５  接合剤
１０、２０  ダブルパスモノクロメータ
１００、２００  波長選択光スイッチ
１０１〜１０４  コリメータ
１０５  アナモルフィックプリズムペア
１０６  集光レンズ
１０７〜１０９  光スイッチ素子
１１０  モニタ素子
１１１  制御回路
２０１  波長選択光スイッチ本体
２０２、２０３  光ファイバ伝送路
２０４  分岐光カプラ
３００  光チャンネルモニタ  
３０１  フォトダイオードアレイ
３０２〜３０４  フォトダイオード
３０５  モニタ回路
Ａｒ１  配列方向
Ａｒ２、Ａｒ３  進行方向
ＣＬ１、ＬＬ１、ＳＬ１  回折光
ＥＳ  電流信号
Ｌ１  入射光
ＯＳ１  ＷＤＭ信号光
ＯＳ１ａ〜ＯＳ１ｃ、ＯＳ２  信号光
Ａ１  入射角
Ａ２  回折角
【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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