(57)【要約】【課題】空間光変調素子の不完全性に起因するクロストークの劣化を低減する光スイッチを提供する。【解決手段】本発明の光スイッチは、少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも１つの出力ポートと、入力ポートからの光信号を入射し、光信号を、出力ポートのうちの選択される出力ポートに偏向する空間光変調部とを含み、空間光変調部は、スイッチング方向に複数の位相分布単位が連続して設定され、位相分布単位の各々は、空間光変調部への信号光の入射位置に応じて位相変調量が線形に増加する領域と、位相変調量が線形に減少する領域とを１つずつ有し、位相変調量が線形に増加する領域は、位相変調量が線形に減少する領域に比べて大きく、位相分布単位のうちの１の位相分布単位の位相の増加の傾きは、隣り合う位相分布単位の位相の増加の傾き傾きと同一であり、位相分布単位のうちの１の位相分布単位の周期は、隣り合う位相分布単位の周期と異なるように設定される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも１つの出力ポートと、前記入力ポートからの光信号を入射し、前記光信号を、前記出力ポートのうちの選択される出力ポートに偏向する空間光変調部と、を含む光スイッチであって、前記空間光変調部は、
前記光スイッチのスイッチング方向に複数の位相分布単位が連続して設定され、
前記位相分布単位の各々は、空間光変調部への信号光の入射位置に応じて位相変調量が線形に増加する領域と、前記位相変調量が線形に減少する領域とを１つずつ有し、
前記位相変調量が線形に増加する領域は、前記位相変調量が線形に減少する領域に比べて大きく、
前記位相分布単位のうちの１の位相分布単位の位相の増加の傾きは、隣り合う位相分布単位の位相の増加の傾きと同一であり、
前記位相変化量が線形に減少する領域の位相変化量は2πであり、
前記位相分布単位は、周囲が異なる位相分布単位を含むように設定されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記位相分布単位のうちの１の位相分布単位の周期は、隣り合う位相分布単位の周期と異なるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記空間光変調部により設定される最大位相変調量は、２πよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記入力ポートおよび前記出力ポートと、前記空間光変調部との間に配置された光学レンズをさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記入力ポートおよび前記出力ポートと前記光学レンズとの距離、および前記光学レンズと前記空間光変調部との距離は、それぞれ前記光学レンズの焦点距離と同一となるように設定することを特徴とする請求項４に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記入力ポートおよび前記出力ポートと、前記空間光変調部との間に配置される分光素子をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至５に記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信ネットワークに用いられる波長選択スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットなどのデータ通信ネットワークの爆発的な普及により、光通信ネットワークの大容量化の要求がますます強くなっている。このようなネットワーク需要の拡大に対応するため波長多重通信が実用化されているが、近年は波長ごとの方路スイッチングを可能にする波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｗｉｔｃｈ）の需要も高まりつつある。従来の波長選択スイッチとして、特許文献１に開示されたものがある。
【０００３】
図１は、特許文献１に開示された従来の波長選択スイッチの一例の構成を示す図である。図１において、入出力光ファイバ１〜１０のうちのいずれか１本から入力された波長多重信号は、実線で示す光路２８の往路（実線）に沿って発散しつつ伝搬し、凹面ミラー１２により平行光に変換されて、光路２７の往路に沿って回折格子１４に入射する。回折格子１４に入射した波長多重信号は、回折格子１４により角度分散され、波長ごとに異なる方向に回折して、それぞれ光路２３の往路の方向へ伝搬する。伝搬した光信号は、シリンダレンズ１３によりスイッチ軸方向（入出力光ファイバが配列される方向：図１の紙面垂直方向）が集光ビームに変換され、波長分波方向（スイッチ軸方向と直行する方向：図１の紙面水平方向）では平行ビームのまま、凹面ミラー１２に入射する。スイッチ軸方向の集光ビームは、凹面ミラー１２上において、ビームウェストを結ぶことになる。
【０００４】
そして、凹面ミラー１２から反射された光信号は、スイッチ軸方向においては発散ビームとなって伝搬し、再度シリンダレンズ１３に入射して平行光に変換され、空間偏向素子１５に入射する。一方、波長分波方向凹面ミラー１２により反射されて集光ビームに変換され、シリンダレンズ１３を透過して空間偏向素子１５方向に伝搬する。
【０００５】
空間光偏向素子１５は、ＬＣＯＳ（Ｌｙｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）による偏向素子が用いられる。ＬＣＯＳは個別に光位相変調が可能な多数のピクセルからなり、ＬＣＯＳへの入射光に対し、その入射位置に応じて異なる位相変調を設定することができるデバイスである。この設定された位相により、入射した光信号の位相を位置ごとに変調（シフト）して反射する。
【０００６】
波長選択スイッチのスイッチング動作は、位置に対して位相が線形に変化し、その位相振幅が一定の周期で折り返されるセロダイン波で位相変調を施すことにより実現する。このスイッチング動作は、ＬＣＯＳのスイッチ軸方向にのこぎり波状の位相変調波形を与えることで実現される。図２はスイッチングに必要なのこぎり波の位相変調波形の概略を示すものである。ＬＣＯＳの最大位相変調量は制限されており、おおよそ２πを若干上回る程度である。したがって、一般には図２に示されるように、横軸をＬＣＯＳの位置（μｍ）、縦軸を位相変調量とすると、位相変調量が２πで折り返されるのこぎり波の位相変調波形を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７０９２５９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＬＣＯＳは液晶を用いる位相変調デバイスであり、隣接するピクセル間で液晶に印加する電圧が異なる場合、電界の隣接干渉が発生することが問題となっていた。隣接干渉の影響は、セロダイン波の不完全性をもたらし、このセロダイン波の不完全性により、高次回折光が発現する。
【０００９】
具体的には、図２に記載の位相変調波形において、セロダイン波は位相が０から２πに変化した後、位相２πで折り返すという位相変化を繰り返すことになる。ここで、位相の折り返し付近では、位相が２πと０とにおける電界の干渉と液晶素子の追従との程度によって、離散的に２πで折り返しが行われるのではなく、アナログ的に位相が変化する有限幅の領域が生じることになる。この領域による光信号は、２πから０への線形なスロープの位相変化を生じ、このスロープの位相変化が、スイッチング動作を実現する０から２πへの線形なスロープと同じ周期性を持って現れる。そうすると、この２πから０への線形なスロープの位相変化の領域のそれぞれからは同相の光が同一周期で発生し、互いに強めあうことにより高次回折光（２次回折光、もしくは２次以上の高次回折光）を生成する。この位相変化の領域をフライバック領域と呼ぶ。
【００１０】
図３は、高次回折光の発生の様子を示す図であり、空間位相変調素子１５に対するフーリエ面の様子を示している。言い換えれば、空間周波数軸上での様相である。
【００１１】
図３において、１次回折光が主信号であり、１次回折光が入射される位置に出力ポート２〜１０が配置される。これに対して、２次回折光はクロストーク（ＸＴ）成分となるため、２次回折光が入射される位置には出力ポートは配置できない。ここで、２次回折光は、０次回折光から１次回折光の最も内側（０次回折光側）までの距離ｘ１の２倍の距離ｘ２より外側に発生する。
【００１２】
一方で、反射光の波長帯域を変更して、反射光が結合される出力ポートを入力ポートに近づけた場合（つまり、領域Ｄを狭くした場合）、ポートを配置するための領域である領域Ａまで狭くなってしまい、配置できる出力ポート数が限定されてしまう。領域Ａの幅は領域Ｄと同じ幅に限定されてしまうからである。ここで、領域Ａの外側にポート数を増やした場合、増やしたポートに領域Ａの２次回折光が現れてしまう。したがって、ある程度の出力ポート数を確保したい場合、必然的にある程度領域Ｄの幅を取らなければならなくなってしまう。
【００１３】
したがって、必要となる入出力ポート数が決まった場合は、出力ポートの領域Ａを一定量とる必要があり、ポートを配置できない領域Ｄも領域Ａと同じ幅をとらなければならないため、ポート方向（図３のｘの方向）の幅は最低でも領域Ａの２倍は必要になる。この方向ｘの幅は波長選択スイッチの高さを決めており、ｘの値が大きくなると、光スイッチのモジュールの背が高くなり、波長選択スイッチを小型化できないという課題が生じている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも１つの出力ポートと、前記入力ポートからの光信号を入射し、前記光信号を、前記出力ポートのうちの選択される出力ポートに偏向する空間光変調部と、を含む光スイッチであって、前記空間光変調部は、複数の位相分布単位が連続して設定され、前記位相分布単位の各々は、空間光変調部への信号光の入射位置に応じて位相変調量が線形に増加する領域と、前記位相変調量が線形に減少する領域とを１つずつ有し、前記位相変調量が線形に増加する領域は、前記位相変調量が線形に減少する領域に比べて大きく、前記位相分布単位のうちの１の位相分布単位の位相の増加の傾きは、隣り合う位相分布単位の位相の増加の傾きと同一であり、前記位相変化量が線形に減少する領域の位相変化量は2πであり、前記位相分布単位は、周囲が異なる位相分布単位を含むように設定されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記位相分布単位のうちの１の位相分布単位の周期は、隣り合う位相分布単位の周期と異なるように設定されることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光スイッチにおいて、前記空間光変調部により設定される最大位相変調量は、２πよりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の光スイッチにおいて、前記入力ポートおよび前記出力ポートと、前記空間光変調部との間に配置された光学レンズをさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光スイッチにおいて、前記入力ポートおよび前記出力ポートと前記光学レンズとの距離、および前記光学レンズと前記空間光変調部との距離は、それぞれ前記光学レンズの焦点距離と同一となるように設定することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光スイッチにおいて、前記入力ポートおよび前記出力ポートと、前記空間光変調部との間に配置される分光素子をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、空間光変調素子の不完全性に起因するクロストークの劣化を低減した光スイッチを提供することが可能になる。また、従来の光スイッチに比べて、スイッチポート数を倍増することが可能である。さらに、小型の光スイッチを提供することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】特許文献１に開示された従来の波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図２】従来のスイッチングに必要な位相変調波形の概略を示す図である。
【図３】高次回折光の発生の様子を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる光スイッチを示す構成図である。
【図５】第１の実施形態において、ＬＣＯＳによる光信号の偏向のための位相パターン示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかる光スイッチを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２３】
＜第１の実施形態＞
図４は、本発明の第１の実施形態にかかる光スイッチを示す構成図である。図４に記載の光スイッチ１００は、光信号１０３ａを入力する入力ポート１０１ａと、入力ポート１０１ａの前段に配置されたマイクロレンズ１０２ａと、光信号１０３ｂ〜１０３ｅを出力する出力ポート１０１ｂ〜１０１ｅと、出力ポート１０１ｂ〜１０１ｅの前段に配置されたマイクロレンズ１０２ｂ〜１０２ｅとを備えている。また、光スイッチ１００は入力された光信号１０３ａのビームを平行光に変換する光学レンズ１０４と、入力ポート１０１ａからの光信号１０３ａを入射し、入射された光信号１０３ａを、出力ポート１０１ｂ〜１０１ｅのうちの選択されるいずれかの出力ポートに偏向する空間光変調部１０５とを備えている。
【００２４】
入力ポート１０１ａから出力された光信号１０３ａは、マイクロレンズ１０２ａを介してビーム成形され、光スイッチ１００内の空間に出力される。光スイッチ１００内の空間に出力された光信号１０３ａは、光学レンズ１０４により平行ビームに変換され、空間光変調部１０５（第１の実施形態においてはＬＣＯＳによる光偏向素子とする）へと入射される。空間光変調部１０５には、後述するビーム偏向に必要な位相パターンが設定される。空間光変調部１０５により偏向された光信号１０３ａは反射されて、再び光学レンズ１０４を介して集光ビームに変換され、出力ポート１０１ｂへと伝搬する。出力ポート１０１ｂの前段にはマイクロレンズ１０２ｂが設置され、光信号１０３ｂを、マイクロレンズ１０２ｂにおいて出力ポート１０１ｂへの結合に適したビーム形状にビーム成形される。図４の例においては、出力ポート１０１ｂから１０１ｅのうち、１０１ｂへ光信号１０３ｂを出力する例を図示したが、光信号が出力される出力ポートは、空間光変調部１０５により１０１ｂ〜１０１ｅのいずれかが選択されるように構成される。
【００２５】
ここで、光学レンズ１０４と入出力ポート１０１ａ〜１０１ｅとの間の距離、および空間光変調部１０５と光学レンズ１０４との間の距離は、光学レンズ１０４の焦点距離ｆの近傍に設定される。ここでいう近傍とは、従来のビーム偏向パターンを空間光変調部１０５に設定した際に、高次回折光が発生し、他の出力ポートに結合する光強度が無視できない程度の領域をいう。
【００２６】
図５は、本実施形態１における空間光変調部１０５において、ＬＣＯＳによる光信号の偏向のための位相パターンを示す図である。図５は、ｘ軸を、スイッチ方向（出力ポートが並ぶ方向：図１のｘ軸と同じ向き）とし、図の位相パターンをＬＣＯＳに与える。ここで、光信号のビーム偏向を行うためには、線形な位相パターンを与える必要がある。一方で、ＬＣＯＳにて変調可能な位相変調量には上限があるため、線形な位相分布を適当な位置で折り返して変形されたセロダイン波とする。位相パターンをセロダイン波とすることにより、入射光にとっては線形な位相分布として見えるように設定する。この際に、折り返し領域（フライバック領域）の位相の段差が２πとなるように設定するが、折り返し領域の発生位置が周期的にならないように設定する。
【００２７】
図５において、所望のポートに主信号を出力するために設定する位相分布の傾きをαとして、図２のセロダイン波形と同一の傾きを持つように設定する。
【００２８】
位相分布が線形に増加し、適当な位置で折り返してフライバック領域で減少する一つの単位を位相分布単位と呼ぶことにすると、ある位相分布単位の位相変調量が線形に増加する部分の傾きは、隣り合う位相分布単位の位相変調量の傾きに等しい（つまり、すべての位相分布単位の位相変調量の傾きが等しい）が、ある位相分布単位の幅は、隣り合う位相分布単位の幅と異なることになる。
【００２９】
図５において、位相分布単位の幅は、それぞれの周期において、ｐ１、ｐ２、ｐ３、・・・、ｐｎと変化するが、ｐ１〜ｐｎが異なるように設定される。このような位相変調は最大位相変調量が２πよりも大きいＬＣＯＳを使用することで実現される。
【００３０】
位相の設定において、折り返しの周期が不均一になると、折り返し領域の反射光は、同相でなくなり、互いに干渉することなく、各々異なる領域へ拡散され、特定の位置に高次回折光が発生することがなくなる。そうすると、高次回折光に寄与していた光エネルギーは拡散され、光エネルギーは、さまざまな偏向方向に一様に分散される。
【００３１】
したがって、本実施形態における位相の周期の設定により、高次回折光が無視できるようになり、高次回折光に起因するクロストークの劣化を引き起こすことなく、ビーム偏向を実現することができる。
【００３２】
また、２次回折光の発生が抑えられるため、領域Ａの外側に出力ポートを配置することが可能となり、領域Ｄを狭くすることにより、装置の低背化、小型化を図ることができる。
【００３３】
なお、周期ｐ１、ｐ２、ｐ３、・・・、ｐｎは必ずしもすべて異なるように設定する必要はなく、２次光以上の高次回折光の発生が無視できる程度に、不均一性をもつように設定してもよい。
【００３４】
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態にかかる光スイッチを示す構成図である。図６に記載の光スイッチ２００は、光信号を入力する入力ポート２０１ａと、入力ポート２０１ａの前段に配置されたマイクロレンズ２０２ａと、光信号を出力するする出力ポート２０１ｂ〜２０１ｅと、出力ポート２０１ｂ〜２０１ｅの前段に配置されたマイクロレンズ２０２ｂ〜２０２ｅとを備えている。また、光スイッチ２００は、入力された光信号のビームを、波長ごとに角度分散する回折格子２０６と、波長ごとに角度分散された光信号のビームを平行光に変換する集光する光学レンズ２０３と、入力ポート２０１ａからの光信号を入射し、入射された光信号を、出力ポート２０１ｂ〜２０１ｅのうちの選択されるいずれかの出力ポートに偏向する空間光変調部２０５とを備えている。
【００３５】
図６の光スイッチ２００は、図４の光スイッチ１００と、レンズ２０３と入出力ポート２０１ａ〜２０１ｅの間に回折格子２０６が設置されている点において異なるものである。光スイッチ２００の構成により、本発明の利点をもつ波長選択機能をもった光スイッチの実現が可能になる。
【符号の説明】
【００３６】
１００、２００  光スイッチ
１０１ａ、２０１ａ  入力ポート
１０１ｂ〜１０１ｅ、２０１ｂ〜２０１ｅ  出力ポート
１０２ａ〜１０２ｅ、２０２ａ〜２０２ｅ  マイクロレンズ
１０３ａ〜１０３ｅ、２０３ａ〜２０３ｅ  光信号
１０４、２０４  光学レンズ
１０５、２０５  空間光変調部
２０６  回折格子
【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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