(57)【要約】【課題】光学波長の選択的スイッチングのための方法、システム、および装置を提供すること。【解決手段】１つの２×２の波長選択スイッチアレイは、１つまたは複数の光入力ビームを受け取るように構成された複数の光入力ポート、および１つまたは複数の光出力ビームを受け取るように構成された複数の光出力ポートであって、２×２の光ポートの対のアレイを形成する複数の光入力ポートおよび複数の光出力ポートと、１つまたは複数の光学的な調節および波長分散の要素と、複数の偏光変調セルを有する偏光変調器アレイであって、各偏光変調セルが、前記各偏光変調セルを通る、特定の波長チャネルと関連した光ビームの偏光配向を別個に変更するように構成されている偏光変調器アレイと、それぞれの特定の入力ビームを、偏光配向に応じて、第１の出力ポートまたは第２の出力ポートのいずれかへルーティングするように構成された偏光選択性のビームルーティング光学要素とを含む。【選択図】図１Ａ
2015141419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが１つまたは複数の波長チャネルを有する１つまたは複数の光入力ビームを受け取るように構成された複数の光入力ポート、および、それぞれがスイッチング状態に基づいて１つまたは複数の波長チャネルを有する１つまたは複数の光出力ビームを受け取るように構成された複数の光出力ポートであって、それぞれが１対の光入力ポートおよび１対の光出力ポートを含んでいる２×２の光ポートのアレイを形成する、複数の光入力ポートおよび複数の光出力ポートと、
入力ビームを視準ビームに変換するための光パワーを有する光学組立体と、
光ビームを共通の偏光方向に整列させ、第１の方向に進む前記１つまたは複数の入力光ビームの前記それぞれの波長チャネルを分離して、異なる波長チャネルを有する２つ以上の分離した光ビームを特定の出力ビームへと結合するように構成された１つまたは複数の光学的な調節および波長分散の要素と、
複数の偏光変調セルを有する偏光変調器アレイ上に、前記入力ビームを合焦するための光パワーを有する合焦光学要素を含む光学組立体であって、各セルが、前記セルを通る、特定の２×２のスイッチの特定の波長チャネルと関連した光ビームの偏光配向を別個に変更するように構成されている光学組立体と、
それぞれの特定の入力ビームを、偏光配向に応じて、対応する２×２の光ポートの対の第１の出力ポートまたは第２の出力ポートのいずれかへルーティングするように構成された１つまたは複数の偏光選択性のビームルーティング光学要素と、
を備えることを特徴とする２×２の波長選択スイッチアレイ。
【請求項２】
ランダムな偏光を有する入力光ビームが共通の偏光を有する光ビームになるように、視準光学要素と半波長板とに結合された偏光調節組立体を含んでいる１つまたは複数の光学的調節要素をさらに備える請求項１に記載の２×２の波長選択スイッチアレイ。
【請求項３】
前記複数の光ファイバが、実質的に視準光学要素の後方焦点面に位置決めされたマイクロレンズアレイに光学的に結合されている請求項２に記載の２×２の波長選択スイッチアレイ。
【請求項４】
回折格子が、前記視準光学要素と前記合焦光学要素の間に光学的に結合されており、視準光学要素の前方焦点面および前記合焦光学要素の後方焦点面に配置されている請求項２に記載の２×２の波長選択スイッチアレイ。
【請求項５】
前記１つまたは複数の波長分散要素が、波長チャネルに応じて入射光ビームを分離するための回折格子を含む請求項１に記載の２×２の波長選択スイッチアレイ。
【請求項６】
前記１つまたは複数の偏光選択性のビームルーティング光学要素が、前記偏光変調器アレイと前記合焦光学要素の間に光学的に結合された第１および第２のウォラストンプリズムである請求項１に記載の２×２の波長選択スイッチアレイ。
【請求項７】
視準光学組立体と前記合焦レンズ組立体の間に結合された回折格子が前記合焦光学要素の後方焦点面に位置決めされ、また、前記偏光変調器アレイが前記合焦光学要素の前方焦点面に位置決めされるように、前記合焦光学要素が、前記回折格子と前記偏光選択性のビームルーティング組立体の前記第１のウォラストンプリズムの間に光学的に結合されている請求項６に記載の２×２の波長選択スイッチアレイ。
【請求項８】
それぞれの２×２の光ポートの対が、独立した２×２の波長選択スイッチの一部分を形成し、前記２×２の波長選択スイッチが、前記２×２の波長選択スイッチのスイッチング状態に応じて、第１の対の光入力ポートにおける前記入力光ビームの波長チャネルを、光出力ポートの対のうちの１つにルーティングする請求項１に記載の２×２の波長選択スイッチアレイ。
【請求項９】
マイクロレンズアレイに光学的に結合された複数の光ファイバと、
視準光学要素と、
前記マイクロレンズアレイと視準光学要素の間に光学的に結合された偏光調節組立体と、
前記視準光学要素と自由空間サーキュレータ組立体の間に光学的に結合されたビーム平行度補正ウォラストンプリズムと、
前記自由空間サーキュレータ組立体と合焦光学要素の間に光学的に結合された回折格子と、
前記合焦光学要素と偏光変調器アレイの間に光学的に結合された第１のウォラストンプリズムおよび第２のウォラストンプリズムと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
前記偏光調節組立体が、偏光ビーム分離ウォラストンプリズムおよび半波長板を含む請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記自由空間サーキュレータ組立体が、偏光ビームスプリッタ、ガーネット材料、および波長板を含む請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数の光ファイバが、１つまたは複数の入力光ビームを受け取るように構成された複数の光入力ポートを含み、前記１つまたは複数の入力光ビームのそれぞれが、１つまたは複数の波長チャネルを有し、複数の光出力ポートが、スイッチング状態に基づいて１つまたは複数の波長チャネルを受け取るように構成されており、前記複数の光入力ポートおよび複数の光出力ポートが、１対の光入力ポートおよび１対の光出力ポートをそれぞれ含んでいる２×２の光ポートの対のアレイを形成する請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
それぞれの２×２の光ポートの対が、独立した２×２の波長選択スイッチの一部分を形成し、前記２×２の波長選択スイッチが、前記２×２の波長選択スイッチのスイッチング状態に応じて、第１の対の光入力ポートにおける前記入力光ビームの波長チャネルを、前記光出力ポートの対のうちの１つにルーティングする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記偏光変調器アレイが、複数の偏光変調セルを含み、各偏光変調セルが、前記各偏光変調セルを通る、特定の２×２の波長選択スイッチの特定の波長チャネルと関連した光ビームの偏光配向を別個に変更するように構成されている請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
２×２の波長選択スイッチのアレイの、１つまたは複数の２×２のスイッチのそれぞれにおいて、それぞれが複数の波長チャネルを含んでいる１つまたは複数の光ビームを受け取るステップと、
それぞれの２×２のスイッチで受け取られた前記１つまたは複数の光ビームに対して、
前記１つまたは複数の光ビームを、共通の偏光方向を有するように調節するステップと、
前記１つまたは複数の光ビームを、波長に応じて、個別波長の光ビームへと分離するステップと、
各波長を、偏光変調器アレイの分離したセルへ向けるステップであって、各セルが、特定のスイッチング状態に依拠して、前記セルに入射する光ビームの偏光配向を変更するかまたは維持するように、選択的に活性化されるステップと、
前記個別波長の光ビームを、前記偏光変調器アレイの対応するセルの前記活性化に基づいて、偏光方向を有する１つまたは複数の光出力ビームへと合成するステップであって、各出力ビームが、前記複数の波長チャネルのうちの１つまたは複数を有するステップと、
前記１つまたは複数の出力光ビームのそれぞれを、前記２×２のスイッチの特定の出力ポートにルーティングするステップと、
を含むことを特徴とする光学的スイッチングのための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、光学波長の選択的スイッチングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光波長選択スイッチは、光通信システムで一般的に使用される。光波長選択スイッチは、たとえば光ファイバにおける任意波長を有する光信号の、１つの光ファイバから別の光ファイバへの選択的スイッチングを可能にするスイッチである。従来の波長選択スイッチは、一般的には、光信号を波長ベースで切り換えるための構造体を含んでいる、波長の選択性の再構成可能な光ＡＤＤ／ＤＲＯＰノード（光学的に透明なルータ）用に使用される。光波長選択スイッチは、一般的には光ファイバ通信産業、計測器産業および国防産業で使用されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一般に、本明細書で説明される主題の革新的な態様の１つを具現化することができる２×２の波長選択スイッチアレイは、それぞれが１つまたは複数の波長チャネルを有する１つまたは複数の光入力ビームを受け取るように構成された複数の光入力ポート、および、それぞれがスイッチング状態に基づいて、１つまたは複数の波長チャネルを有する１つまたは複数の光出力ビームを受け取るように構成された複数の光出力ポートであって、それぞれが１対の光入力ポートおよび１対の光出力ポートを含んでいる２×２の光ポートの対のアレイを形成する、複数の光入力ポートおよび複数の光出力ポートと、入力ビームを視準ビームに変換するための光パワーを有する光学組立体と、光ビームを共通の偏光方向に整列させ、第１の方向に進む１つまたは複数の入力光ビームのそれぞれの波長チャネルを分離して、異なる波長チャネルを有する２つ以上の分離した光ビームを特定の出力ビームへと結合するように構成された１つまたは複数の光学的な調節および波長分散の要素と、複数の偏光変調セルを有する偏光変調器アレイ上に、入力ビームを合焦するための光パワーを有する合焦光学要素を含む光学組立体であって、各セルが、そのセルを通る、特定の２×２のスイッチの特定の波長チャネルと関連した光ビームの偏光配向を別個に変更するように構成されている光学組立体と、それぞれの特定の入力ビームを、偏光配向に応じて、対応する２×２の光ポートの対の第１の出力ポートまたは第２の出力ポートのいずれかへルーティングするように構成された１つまたは複数の偏光選択性のビームルーティング光学要素とを含む。
【０００４】
前述の実施形態および他の実施形態は、それぞれが、任意選択で、以下の特徴のうちの１つまたは複数を、単独で、または組合せで含むことができる。２×２の波長選択スイッチアレイがさらに含む１つまたは複数の光学的調節要素は、ランダムな偏光を有する入力光ビームが共通の偏光を有する光ビームになるように、視準光学要素と半波長板とに結合された偏光調節組立体を含む。光ファイバが、実質的に視準光学要素の後方焦点面に位置決めされたマイクロレンズアレイに光学的に結合されている。回折格子が、視準光学要素と合焦光学要素の間に光学的に結合されており、視準光学要素の前方焦点面および合焦光学要素の後方焦点面に配置されている。１つまたは複数の波長分散要素は、波長チャネルに応じて入射光ビームを分離するための回折格子を含む。１つまたは複数の偏光選択性のビームルーティング光学要素は、偏光変調器アレイと合焦光学要素の間に光学的に結合された第１および第２のウォラストンプリズムである。視準光学組立体と合焦レンズ組立体の間に結合された回折格子が合焦光学要素の後方焦点面に位置決めされ、また、偏光変調器アレイが合焦光学要素の前方焦点面に位置決めされるように、合焦光学要素が、回折格子と偏光選択性のビームルーティング組立体の第１のウォラストンプリズムとの間に光学的に結合されている。それぞれの２×２の光ポートの対が、独立した２×２の波長選択スイッチの一部分を形成し、２×２の波長選択スイッチは、２×２の波長選択スイッチのスイッチング状態に応じて、第１の対の光入力ポートにおける入力光ビームの波長チャネルを、光出力ポートの対のうちの１つにルーティングする。
【０００５】
一般に、本明細書で説明される主題の革新的な態様の１つを具現化することができるシステムは、マイクロレンズアレイに光学的に結合された複数の光ファイバと、視準光学要素と、マイクロレンズアレイと視準光学要素の間に光学的に結合された偏光調節組立体と、視準光学要素と自由空間サーキュレータ組立体の間に光学的に結合されたビーム平行度補正ウォラストンプリズムと、自由空間サーキュレータ組立体と合焦光学要素の間に光学的に結合された回折格子と、合焦光学要素と偏光変調器アレイの間に光学的に結合された第１のウォラストンプリズムおよび第２のウォラストンプリズムとを含む。
【０００６】
前述の実施形態および他の実施形態は、それぞれが、任意選択で、以下の特徴のうちの１つまたは複数を、単独で、または組合せで含むことができる。偏光調節組立体は、偏光ビーム分離ウォラストンプリズムおよび半波長板を含む。自由空間サーキュレータ組立体は、偏光ビームスプリッタ、ガーネット材料、および波長板を含む。複数の光ファイバには、それぞれが、１つまたは複数の波長チャネルを有する１つまたは複数の入力光ビームを受け取るように構成された複数の光入力ポートと、スイッチング状態に基づいて１つまたは複数の波長チャネルを受け取るように構成された複数の光出力ポートとが含まれ、複数の光入力ポートおよび複数の光出力ポートによって、それぞれが１対の光入力ポートおよび１対の光出力ポートを含んでいる２×２の光ポートの対のアレイが形成される。それぞれの２×２の光ポートの対が、独立した２×２の波長選択スイッチの一部分を形成し、２×２の波長選択スイッチは、２×２の波長選択スイッチのスイッチング状態に応じて、第１の対の光入力ポートにおける入力光ビームの波長チャネルを、光出力ポートの対のうちの１つにルーティングする。偏光変調器アレイは、複数の偏光変調セルを含み、各偏光変調セルが、それを通る光ビームの偏光配向を別個に変更するように構成されており、特定の２×２の波長選択スイッチの特定の波長チャネルと関連付けられている。
【０００７】
一般に、本明細書で説明される主題の革新的な態様の１つを具現化することができる、光スイッチングのための方法は、２×２の波長選択スイッチのアレイの、１つまたは複数の２×２のスイッチのそれぞれにおいて、それぞれが複数の波長チャネルを含んでいる１つまたは複数の光ビームを受け取るステップと、それぞれの２×２のスイッチで受け取られた１つまたは複数の光ビームに対して、１つまたは複数の光ビームを、共通の偏光方向を有するように調節するステップと、１つまたは複数の光ビームを、波長に応じて、個別波長の光ビームへと分離するステップと、各波長を、偏光変調器アレイの分離したセルへ向けるステップであって、各セルが、特定のスイッチング状態に依拠して、セルに入射する光ビームの偏光配向を変更するかまたは維持するように、選択的に活性化されるステップと、個別波長の光ビームを、偏光変調器アレイの対応するセルの活性化に基づいて、偏光方向を有する１つまたは複数の光出力ビームへと合成するステップであって、各出力ビームが、複数の波長チャネルのうちの１つまたは複数を有するステップと、１つまたは複数の出力光ビームのそれぞれを、２×２のスイッチの特定の出力ポートにルーティングするステップと、を含む。
【０００８】
本明細書で説明される主題の特定の実施形態は、以下の利点の１つまたは複数を実現するように実装され得る。本明細書で説明される２×２の波長選択スイッチアレイでは、複数の２×２の波長選択スイッチは、光学部品の共通セットおよび調整プロシージャの共通セットを共有することができる。アレイの最初のスイッチと最後のスイッチが整列している限り、他のすべてのスイッチが自動的に整列され得る。デバイスの合計のコストが最小化され、デバイスの全体的な大きさも最小化される。
【０００９】
本明細書の主題の１つまたは複数の実施形態の詳細が、添付図面および以下の説明において記載される。主題の他の特徴、態様、および利点が、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】ポートスイッチング面上の２×２の波長選択スイッチアレイの一例の図である。
【図１Ｂ】第１のスイッチング状態における２×２の波長選択スイッチアレイの一例の図である。
【図１Ｃ】第２のスイッチング状態における２×２の波長選択スイッチアレイの一例の図である。
【図２】波長分散面上の２×２の波長選択スイッチアレイの一例の図である。
【図３】図１〜図２の例の２×２の波長選択スイッチアレイの２次元偏光変調器アレイ上のビームスポットの図的例示である。
【図４Ａ】第１のスイッチ状態における２×２の波長選択スイッチの一例のスイッチング図である。
【図４Ｂ】第２のスイッチ状態における２×２の波長選択スイッチの一例のスイッチング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
様々な図面における同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。
【００１２】
図１Ａは、ポートスイッチング面における一例の２×２の波長選択スイッチアレイ１０１の図１００である。図２は、波長分散面上の例示の２×２の波長選択スイッチアレイ１０１の図２００である。特に、２×２の波長選択スイッチアレイ１０１は、独立して操作される２×２の波長選択スイッチのアレイをもたらすものである。２×２の波長選択スイッチアレイ１０１の光学的配置は、波長選択性のビーム経路ルーティングのための一般的な光学部品をもたらし、その結果、各波長チャネルは、それぞれの２×２の波長選択スイッチの２次元偏光変調器アレイの対応するピクセルのスイッチ状態に依拠して、光学部品を通るプログラム可能な経路を辿る。２×２の波長選択スイッチアレイ１０１の光学的配置は、ポートスイッチング面と波長分散面の両方においてテレセントリックに構成されている。これによって、ファイバポートのアレイは、２×２の波長選択スイッチアレイ１０１のための調整プロシージャの共通セットを共有することができる。以下で詳細に説明されるように、特定の構成要素は、テレセントリック構成の一部分として、合焦レンズまたは視準レンズのそれぞれの後方焦点面または前方焦点面に位置決めされている。
【００１３】
２×２の波長選択スイッチアレイ１０１は、マイクロレンズアレイ１０４に光学的に結合された複数の光ファイバ１０２を含む。マイクロレンズアレイ１０４は、ウォラストンプリズム１０６に光学的に結合されている。マイクロレンズアレイ１０４の後で、入力ガウスビームのウエストサイズが約６０〜７０μｍに変換され、その結果、ビーム拡散角が適切な値に減少し、偏光ビームの角度分離のためのウォラストンプリズム１０６による操作が容易になり得る。特に、複数の光ファイバ１０２は、複数の２×２の光入力ファイバと光出力ファイバの対を含む。たとえば、２×２のファイバの対は、入力ファイバ１および２ならびに出力ファイバ１’および２’を含むことができる。それぞれの２×２の光ファイバの対は、２×２の波長選択スイッチを形成するのに使用され得る。したがって、Ｎ個の２×２の波長選択スイッチを形成するのに、複数の光ファイバの対が使用される。
【００１４】
入力光ファイバおよび出力光ファイバのそれぞれが、マイクロレンズアレイ１０４に光学的に結合されている。マイクロレンズアレイ１０４は、支持基板上にアレイで形成された小口径レンズのアレイである。マイクロレンズアレイ１０４は、入力ガウスビームのウエストを変換するためのものである。マイクロレンズアレイ１０４は、光学的入力ファイバのうちの任意のものからの入力光を、同時に整列させて、偏光ビームの角度分離のためのウォラストンプリズム１０６の特定の部分に向けるように構成されている。同様に、マイクロレンズアレイ１０４は、アレイを通る出力光を、光出力ファイバの特定の光ファイバ上に合焦するように構成されている。各光入力ポートは、１つまたは複数の波長チャネルを有する光ビームを入力することができる。
【００１５】
光入力ファイバからの入来光ビームは、ランダム偏光を有することができる。したがって、偏光状態は、ウォラストンプリズム１０６がもたらす偏光角度分離と、ウォラストンプリズム１０９がもたらす角度のある補正と、４５度に切断された半波長板１１０との組合せである偏光調節組立体によって実施される。ウォラストンプリズム１０６は、入来光を、２つの直交する直線偏光ビームに分離し、これらは互いから指定された角度で分かれる。さらに、ウォラストンプリズム１０６は、波長分散面に沿って偏光分離をもたらすように構成されている。
【００１６】
ウォラストンプリズム１０６は、主視準レンズ１０８に結合されている。主視準レンズ１０８は、入来光を整列させるように構成されており、その結果、ガウスビームのサイズが２〜５ｍｍに拡大されて、ビーム拡散角がさらに縮小する。図１Ａに示されたポートスイッチング面上で、主視準レンズ１０８の後、すべての入力ビームがその前方焦点面において視準され、その前方焦点面において交差する。加えて、マイクロレンズアレイ１０４（図１）は、主視準レンズ１０８の後方焦点面に位置決めされるように構成されている。
【００１７】
図２に示される色分散面上で、入力ファイバ１０２のすべてからの、ウォラストンプリズム１０６によって分離された偏光ビームのすべてが、主視準レンズ１０８の後に、視準されて、実質的に平行になるように曲げられる。色分散面上では、主視準レンズ１０８は、主視準レンズ１０８に対するウォラストンプリズム１０６の位置決めのために、異なる偏光を有する入来光ビームを互いに平行になるように完全に補正することはできない。具体的には、ウォラストンプリズム１０６は、視準レンズ１０８の後方焦点面において正確に位置決めすることができない。したがって、さらなる補正が必要である。
【００１８】
主視準レンズ１０８は、補正ウォラストンプリズム１０９と半波長板１１０とに対して光学的に結合されている。ウォラストンプリズム１０９および半波長板１１０は、視準レンズ１０８からの、分離され、垂直に偏光され、実質的に視準された光ビームを受け取って、同一の偏光を有する平行ビームへとさらに補正するように構成されている。ウォラストンプリズム１０９が有する小さな複屈折は、主視準レンズ１０８から受け取った２つの分離された偏光ビーム間の交差角をさらに補正する。半波長板１１０は、第１の偏光を有する光ビームのみが波長板上に入射するように、光の経路の一部分のみを覆うように構成されている。第２の垂直に偏光された光ビームは、半波長板１１０上に入射しない。半波長板１１０上に入射する光は、半波長板１１０を出るとき、９０度回転した偏光を有する。その結果、主視準レンズ１０８からの光は、同一の偏光を有する平行な光ビームとしてウォラストンプリズム１０９および半波長板１１０を出る。
【００１９】
ウォラストンプリズム１０９と半波長板１１０の組合せは、自由空間サーキュレータ組立体１１２に光学的に結合されている。自由空間サーキュレータ組立体１１２は、偏光ビームスプリッタ（「ＰＢＳ」）１１４、ガーネット材料１１６、および波長板１１８を含む。ＰＢＳ  １１４は、直交偏光を有するビームを反射する一方で、第２の偏光を有する光ビームを通す。特に、ＰＢＳ  １１４は、第２の偏光を有する光ビームがＰＢＳ  １１４を直接通り抜ける一方で、直交偏光を有する光ビームは、２つのプリズムが接合される角度に基づいて導かれるような角度で接合された２つのプリズムで形成され得る。
【００２０】
特に、ウォラストンプリズム１０９および半波長板１１０からＰＢＳ  １１４に入る光ビームは、同一の偏光方向を有し、したがってＰＢＳ  １１４を通り抜ける。伝搬の順方向では、ガーネット材料１１６は、入力ビームの偏光方向を＋４５度だけ回転させ、ｃ軸２２．５度にカットされた半波長板１１８が、偏光方向を−４５度だけ回転させることになり、出てくる光ビームが有する偏光の回転は、合計で０度になる。しかしながら、逆方向では、ガーネット材料１１６が、光ビームの偏光方向を＋４５度だけ回転させる。波長板１１８が、偏光方向をさらに＋４５度だけ回転させる。したがって、出てくる光ビームが有する偏光方向の回転は、合計で９０度になる。ガーネット材料１１６の回転角は、磁界の方向のみに依拠する。そのため、ＰＢＳと、ガーネットと、半波長板との組合せは、ビーム伝搬方向に依拠する偏光ビームルーティングデバイスをもたらす。
【００２１】
自由空間サーキュレータ組立体１１２は、回折格子１２０に光学的に結合されている。回折格子１２０は、各波長が別個の経路（たとえば回折格子からの特定の角度）を辿るように、入力光ビームを、自由空間サーキュレータ組立体１１２から波長に応じて分離する。回折格子１２０は、光を、異なる方向に進むいくつかの光ビームに分割して回折する回折格子であり得る。これらの光ビームの方向は、回折格子１２０の間隔および光の波長に依拠し、その結果、回折格子１２０は、入力光ビームの異なる波長チャネルを分離する分散素子として働く。
【００２２】
回折格子１２０は、合焦レンズ１２２に光学的に結合されている。合焦レンズ１２２を通り抜けた後に、異なる波長を有するビームの角度分離は、偏光変調アレイ１２８が位置決めされている前方焦点面上の空間位置分離に変換されることになる。したがって、各波長ビームの偏光状態は、独立して変調され得る。
【００２３】
特に、テレセントリック構成（図１）によって示されるように、回折格子１２０は合焦レンズ１２２の後方焦点面に位置決めされており、加えて、回折格子１２０は主視準レンズ１０８の前方焦点面に位置決めされている。入力ポートと出力ポートの間のビーム経路スイッチングのために、合焦レンズ１２２と偏光変調アレイ１２８の間に、ウォラストンプリズム１２４、１２６の対が光学的に結合されている。
【００２４】
主視準レンズ１０８からの入力の視準ビームは、回折格子１２０の位置において交差し、合焦レンズ１２２に進む。合焦レンズ１２２の後、入力ポート（ファイバ）１０２からのビームは、ポートスイッチング光学部品１２４、１２６、および１３０を通り抜け、偏光変調アレイ１２８上に合焦される。ポートスイッチング面上では、たとえばファイバ２、２’といった下部ポートからのビームのみが半波長板１３０を通り抜けて、９０度の偏光方向回転を受けることになる。合焦レンズ１２２を通り抜けた後に、たとえばファイバ１といった上部入力ポートのビームは、（図１Ａに示されたように）曲げられて下部経路を通り抜けることになり、たとえばファイバ２といった下部入力ポートのビームは、上部の経路を通って半波長板１３０を通り抜けることになる。すべての下部入力ファイバの偏光方向は、半波長板１３０を通り抜けた後に９０度だけ回転することになる。半波長板１３０の後、上部入力ポートと下部入力ポートの偏光方向は直交する。入力ポート１および２からの２つの直交する偏光ビームは、ウォラストンプリズム１２４および１２６を通り抜け、偏光変調アレイ１２８上で組み合わされて、同一の波長チャネルを有する単一の合焦されたスポットを形成することになる。ポートスイッチング面上における光学的レイアウトは、一般的な４ｆのテレセントリック構成であり、異なる行が異なるスイッチに対応し、異なる列が偏光変調アレイ１２８上の異なる波長チャネルに対応する状態で、個々の２×２のスイッチの異なる入力ポートが分離した位置にマッピングされる。
【００２５】
これは、複数の２×２のスイッチのスイッチングの積重ね方向および色分散方向に関して、例示の２×２の波長選択スイッチアレイの２次元偏光変調器アレイ上のビームスポット分布の図的例示３００を示している図３によって説明される。
【００２６】
偏光変調器アレイ１２８は、たとえば画素セルといったいくつかの分離した偏光変調セルを含んでいる液晶セルアレイであり得る。各ピクセルは、ピクセル上に入射する光の偏光配向を、たとえば９０度だけ回転させるように、または偏光を変更しないように、それぞれ独立して制御され得る。たとえば、特定のセルの端から端までの電圧が、液晶の整列をもたらすことができる。偏光が回転されるか否かということは、液晶が整列しているかどうかということ次第であり得る。液晶アレイに加えて、偏光変調器アレイ１２８も、薄膜トランジスタの液晶パネルまたはシリコン上の液晶であり得る。
【００２７】
偏光変調器アレイ１２８の各偏光変調セルは、特定の２×２のスイッチの特定の波長チャネルに対する偏光制御をもたらすように設計することができる。そのため、偏光変調器アレイ１２８は、特定の２×２のスイッチのそれぞれにおける波長の所望の組合せに応じて、各個別波長の偏光状態を独立して制御するように構成することができる。たとえば、波長の特定の所望のルーティングに関して、偏光変調器アレイ１２８は、Ｎ個の２×２の波長選択スイッチのそれぞれについて所望の出力ポートルーティングを達成するための波長の特定の偏光をもたらすようにプログラムすることができる。
【００２８】
例で示されたものなど、２つの入力ポート１および２ならびに２つの出力ポート１’および２’を有する特定の２×２のスイッチにおいて、偏光変調器アレイ１２８のセグメント上に、（偏光変調器アレイ１２８上の１つの位置に結合される、入力ファイバ１およびファイバ２からの）順方向に伝搬する入力光ビームが当るとき、セグメント上のピクセルは、偏光回転をもたらさないようにプログラムされており、次いで、２つの垂直に偏光されたビームは、偏光を不変に保ち、ウォラストンプリズム１２６および１２４へ逆反射されることになる。逆方向へ伝搬する２つのビームは、自由空間サーキュレータ組立体１１２（図１）までのすべての通路を、それらの順方向の伝搬方向と同一のビーム経路を辿る。逆方向へ伝搬するビームの偏光方向は、半波長板１１８およびガーネット材料１１６を通り抜けた後に９０度回転されることになる。次いで、逆方向へ伝搬するビームがルーティングされることになる新規のビーム経路は、ポートスイッチング面上の入力ポートと同じ位置にあるが、色分散面に沿った空間においてシフトされたものである。その結果、入力１は出力１’にルーティングされ、入力２は出力２’にルーティングされる。
【００２９】
図１Ｂは、第１のスイッチング状態における２×２の波長選択スイッチアレイ１０１の一例である。特に、図１Ｂは、２×２の波長選択スイッチアレイ１０１を通る光の経路を示す。入力１に入る光は出力１’において戻して出力され、入力２に入る光は出力２’にルーティングされる。
【００３０】
代替スイッチング設定では、偏光変調アレイ１２８のセグメント上のピクセルは、９０度の偏光回転になるようにプログラムされる。次いで、垂直に偏光された入力ビームは、それらの偏光方向を交換することになる。偏光変調器アレイ１２８の後、ビームは、ウォラストンプリズム１２６および１２４へ反射して戻される。偏光方向が反射後に９０度回転されるので、次いで、入力ファイバ１および２からのビームの伝搬路が、ウォラストンプリズム１２６と１２４の間で逆方向に交換される。このことが意味するのは、ウォラストンプリズム１２６からずっと自由空間サーキュレータ組立体１１２までの逆方向では、入力１からのビームは、入力２の順方向へのビーム経路に沿って逆方向へ伝搬することになり、一方、入力２からのビームは、入力１の順方向へのビーム経路に沿って逆方向へ伝搬することになるということである。その結果、入力１が出力２’にルーティングされ、入力２が出力１’にルーティングされる。
【００３１】
図１Ｃは、第２のスイッチング状態における２×２の波長選択スイッチアレイ１０１の一例である。特に、図１Ｃは、２×２の波長選択スイッチアレイ１０１を通る光の経路を示す。入力１に入る光は出力２’において戻して出力され、入力２に入る光は出力１’にルーティングされる。
【００３２】
色分散面（図２）において、逆方向では、分散が回折格子１２０を通る帰路によって相殺されるので、異なる波長を有する光ビームが回折格子１２０の後で１本の特定の出力ビームに再結合される。しかしながら、偏光をスイッチングされたビームの異なる波長は、偏光変調器アレイ１２８の対応する後端の液晶セルピクセルに関連した偏光を有するので、対のウォラストンプリズム１２４および１２８のために、ポートスイッチング面上の、入力ビームとは異なる経路に沿ってルーティングされる。偏光変調器アレイ１２８によるスイッチングを受けていない波長に対応する光ビームは、入力経路と類似の光学的戻り経路を辿るが、それらを対応する出力ポートに整列させる色分散面上におけるいくらかの変位を伴う。
【００３３】
逆方向では、光ビームは、回折格子から自由空間サーキュレータ組立体１１２への経路を辿り、ここで、偏光は、半波長板１１８とガーネット材料１１６の組合せによって９０度回転される。自由空間サーキュレータ組立体１１２は、逆方向へ伝搬する入力ビームを、空間で色分散面に沿ってシフトされている出力ポートにルーティングする。順方向へ伝搬する入力ビームは、ＰＢＳ  １１４を通り抜けることができる第１の偏光方向を有するが、第２の方向の偏光を有する逆方向へ伝搬するビームは、ＰＢＳ  １１４から第２の経路に沿って視準レンズ１０８を通って戻され、ウォラストンプリズム１０６によって再結合された偏光が、特定の光ファイバ１０２に出力されることになる。
【００３４】
複数の２×２の波長選択スイッチが、図１によって示されたものなどの４ｆのテレセントリック構成におけるポートスイッチング面に沿って積み重ねられ、異なる個別スイッチからのビームが、回折格子１２０の面において交差する。各スイッチに関する色分散面上のビーム経路はすべて同様である。
【００３５】
一例として、Ｎ個の２×２のスイッチアレイの第１の２×２のスイッチは、入力ポート１および２を有することができる。第１のスイッチ状態は、入力ポート１からのすべての波長を出力ポート１’へルーティングし、入力ポート２からのすべての波長を出力ポート２’へルーティングする。第２のスイッチ状態は、入力ポート１からの特定のグループの波長を出力ポート２’へルーティングして、入力ポート２からの特定のグループの波長を出力ポート１’へルーティングし、入力ポート１からの別の特定のグループの波長を出力１’へルーティングして、入力ポート２からの別の特定のグループの波長を出力２’へルーティングする。それぞれの特定の波長には、以下で説明される図４Ａ〜図４Ｂの特色とするラインとともにラベルが付けられている。２×２のスイッチの経路は、偏光変調器１２８の設定に依拠して出力経路を交換する。
【００３６】
この例を継続して、入力ポート１における入力光は第１の波長を有し、入力ポート２における入力光は第２の波長を有する。第１のスイッチ状態では、偏光変調器アレイ１２８は、第１の波長のビームおよび第２の波長のビームに対応する画素セルに関する偏光を変更することはない。その結果、第１の波長の光ビームが辿る戻り経路は、入力経路に類似であるが、光ビームを出力ポート１’に導くようにオフセットされている。同様に、第２の波長の光ビームが辿る戻りの経路は、入力経路に類似であるが、光ビームを出力ポート２’に導くようにオフセットされている。
【００３７】
しかしながら、第２のスイッチ状態では、偏光変調器１２８は、第１の波長のビームおよび第２の波長のビームに対応する画素セルに関する偏光を変更する。その結果、第１の波長の光ビームは、ウォラストン１２６および１２４によって交換された戻り経路を辿り、出力経路に沿って出力ポート２’に向かう。同様に、第２の波長の光ビームは、ウォラストン１２６および１２４によって交換された戻り経路を辿り、出力経路に沿って出力ポート１’に向かう。
【００３８】
それぞれの２×２のスイッチの対が、別個の波長を有する光ビームに関連付けられ得る。さらに、それぞれの２×２のスイッチの対は、偏光変調器アレイ１２８を使用して、特定のスイッチ状態に独立して制御され得る。したがって、Ｎ個の２×２のスイッチの対のそれぞれのスイッチ状態は独立している。
【００３９】
加えて、各入力ポートは、複数の波長チャネルを有する光ビームを入力することができる。各波長は、出力光ビームが波長の様々な組合せを有することができるように、それぞれの出力ポートに制御可能にルーティングされ得る。たとえば、入力ポート１に入力される光ビームは波長λ１およびλ２を有することができる。偏光変調器アレイ１２８の設定に基づいて、波長λ１を出力ポート１’にルーティングすることができ、波長λ２を出力ポート２’にルーティングすることができ、その逆も可能である。
【００４０】
様々な出力ポートスイッチングの例が、図４Ａ〜図４Ｂに示されている。図４Ａは、第１のスイッチ状態における２×２の波長選択スイッチ４００の一例のスイッチング図を示す。２×２のスイッチ４００は、第１の入力ポート１、第２の入力ポート２、第１の出力ポート１’、および第２の出力ポート２’を含む。第１の入力ポート１に入力される光ビームは、波長λ１、λ２、およびλ３を有する３つの波長チャネルを含む。第２の入力ポート２に入力される光ビームは、波長λ４、λ５、およびλ６を有する３つの波長チャネルを含む。第１のスイッチ状態では、第１の入力ポート１に入力される波長λ１、λ２、およびλ３のそれぞれが、第１の出力ポート１’において出力されるように導かれる。同様に、第２の入力ポート２に入力される波長λ４、λ５、およびλ６のそれぞれが、第２の出力ポート２’において出力されるように導かれる。
【００４１】
図４Ｂは、第２のスイッチ状態における２×２の波長選択スイッチ４００の一例のスイッチング図を示す。第２のスイッチ状態では、偏光変調器は、波長チャネルのうちのいくつかが第１のスイッチ状態のそれぞれの出力ポートから切り換えられた状態になる回転した偏光を有するように、構成されている。図４Ｂに示される例では、第１の出力ポート１’は、波長λ４、λ２、およびλ６を受け取る。したがってλ２に対応する波長チャネルが第１の出力ポート１’に向けられたままである一方、λ４およびλ６に対応する波長チャネルの出力ポートは、第２の出力ポート２’から第１の出力ポート１’に切り換えられる。
【００４２】
同様に、第１の出力ポート２’は、波長λ１、λ５、およびλ３を受け取る。したがってλ５に対応する波長チャネルが第２の出力ポート２’に向けられたままである一方、λ１およびλ３に対応する波長チャネルの出力ポートは、第１の出力ポート１’から第２の出力ポート２’に切り換えられる。
【００４３】
たとえば、第２のスイッチング状態では、偏光変調器は、波長λ１、λ３、λ４、およびλ６については９０度だけ偏光を回転させることができる一方で、他の波長チャネルの偏光方向は不変に保つ。この回転は、たとえば図１〜図２に関して上記で説明したように、それぞれの波長チャネルを対応する出力ポートにルーティングする２×２の波長選択スイッチアレイを通る光路をもたらす。
【００４４】
本明細書は多くの特定の実装形態の詳細を含むが、これらは、いかなる発明の範囲に対する限定または特許請求され得るものの限定としてではなく、むしろ特定の発明の特定の実施形態に特有であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。本明細書の個別の実施形態の文脈で説明された特定の特徴は、１つの実施形態の中で組み合わせて実装することもできる。反対に、１つの実施形態の文脈で説明された様々な特徴は、複数の実施形態で別個に、もしくは任意の適切なサブ組合せで実装することもできる。さらに、各特徴は、上記ではある組合せにおいて働くように記載されており、場合によっては最初からそのように特許請求されているが、特許請求された組合せの１つまたは複数の特徴は、場合によってはその組合せから実現されてもよく、特許請求された組合せは、部分組合せまたは部分組合せの変形形態を対象とするものであってもよい。
【００４５】
同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が、示される特定の順序または連続した順序で実行されること、あるいはすべての図示の動作が実行されることを必要とするものとして理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利である場合がある。その上、上記で説明した実施形態における様々なシステムモジュールと構成要素の分離は、すべての実施形態においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきでなく、説明されたプログラム構成要素およびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品において共に統合されるか、または複数のソフトウェア製品にパッケージングされ得ることを理解されたい。主題の特定の実施形態が説明されてきた。他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内に入る。
【符号の説明】
【００４６】
１  入力ファイバ
１’  入力ファイバ
２  出力ファイバ
２’  出力ファイバ
１０１  ２×２の波長選択スイッチアレイ
１０２  光ファイバ
１０４  マイクロレンズアレイ
１０６  ウォラストンプリズム
１０８  主視準レンズ
１０９  ウォラストンプリズム
１１０  半波長板
１１２  自由空間サーキュレータ組立体
１１４  偏光ビームスプリッタ
１１６  ガーネット材料
１１８  波長板
１２０  回折格子
１２２  合焦レンズ
１２４  ポートスイッチング光学部品
１２６  ポートスイッチング光学部品
１２８  偏光変調アレイ
１３０  ポートスイッチング光学部品
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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