(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重された光の複数の波長成分をスイッチングする波長選択スイッチであって、
スイッチング面におけるファイバポートアレイに配列された、波長成分の間をスイッチするための複数のファイバポートと、
前記スイッチング面において前記波長多重された光の光学倍率を提供するアナモルフィックな望遠鏡と、
前記スイッチング面に対し垂直な分散面において、前記波長多重された光を前記複数の波長成分に分離するように、前記複数のファイバポートと共に作動可能な分散素子と、ここで、前記アナモルフィックな望遠鏡は前記分散面においてパッシブであり、
前記複数のファイバポートと前記分散素子との間に配置され、前記分散素子へ前記波長多重された光を結合するために、前記分散面ではアクティブであり、前記スイッチング面ではパッシブにとどまるコリメートするアナモルフィックな光学素子と、
前記複数の波長成分に対応して作動可能であり、且つ前記複数の波長成分のうちの選択
された１つを、前記複数のファイバポートのうちの選択された１つにガイドするように作
動可能なスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の上に前記複数の波長成分のうちの選択された１つを焦点合わせする焦点合わせ素子と、
を備え、
前記スイッチング面と前記分散面は、前記波長選択スイッチの光軸を含んでいる、波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記アナモルフィックな望遠鏡は、第１及び第２のアナモルフィックな光学素子を備え、各々は、前記スイッチング面ではアクティブであり、前記分散面ではパッシブである、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記スイッチング面及び分散面において前記波長多重された光を拡大する入力望遠鏡をさらに備え、このような拡大は、前記スイッチング面及び分散面のうちの少なくとも１つにおいて、前記第１及び第２のアナモルフィックな光学素子、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、前記分散素子及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つからなるグループから選択された素子の性能の最適化を可能にする、請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記アナモルフィックな望遠鏡及び前記コリメートするアナモルフィックな光学素子は、前記スイッチング面及び分散面において波長多重された光を、各々、互いに独立して拡大するために配置されており、このような独立した拡大は、前記波長選択スイッチの全体的なサイズを低減する、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記ファイバポートアレイは、前記スイッチング面及び分散面の少なくとも一方において前記波長多重された光のサイズを変更する手段をさらに備え、前記変更する手段は、前記第１、第２のアナモルフィックな光学素子、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、前記焦点合わせ素子、前記分散素子及び前記スイッチング素子からなるグループから選択された少なくとも１つの素子の性能要件を緩和することによって、設計の自由度をさらに拡げる、請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項６】
前記第１、第２のアナモルフィックな光学素子、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、前記分散素子及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つを、前記スイッチング面及び分散面のうちの一方の面において位置決めする手段をさらに備え、前記位置決めする手段は、前記第１、第２のアナモルフィックな光学素子、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、前記焦点合わせ素子、前記分散素子及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つからなるグループから選択された素子の性能要件を緩和することによって、設計上の制約を低減する、請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項７】
前記分散素子、前記スイッチング素子及び前記ファイバポートアレイのうちの少なくと
も１つを、前記スイッチング面及び分散面の少なくとも一方において、前記第１及び第２のアナモルフィックな光学素子、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、前記焦点合わせ素子の少なくとも１つの焦点に対応する位置の近くに位置決めする手段をさらに備える、請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項８】
前記コリメートするアナモルフィックな光学素子は、シリンドリカルレンズ又はシリンドリカルミラーを備える、請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項９】
前記コリメートするアナモルフィックな光学素子は、前記第１及び第２のアナモルフィックな光学素子、前記分散素子及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つの設計上の制約を低減する、請求項８に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１０】
前記コリメートするアナモルフィックな光学素子は、前記分散素子付近の光信号のビームサイズを増加させ、それにより、前記分散素子の設計上の制約を低減する、請求項８に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１１】
前記第１のアナモルフィックな光学素子は、シリンドリカルレンズ又はシリンドリカルミラーを備える、請求項８に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１２】
前記第２のアナモルフィックな光学素子は、シリンドリカルレンズ又はシリンドリカルミラーを備える、請求項８に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１３】
前記分散素子、前記スイッチング素子及び前記ファイバポートアレイは、前記波長多重された光の局所的なビームウエストの近くに配置されており、それにより、前記アナモルフィックな望遠鏡、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、前記焦点合わせ素子、前記分散素子及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つの設計上の制約を低減する、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１４】
前記波長多重された光は、前記スイッチング面及び分散面の一方において、前記分散素子とスイッチング素子との間で前記光軸と概して平行にテレセントリックに伝播する、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１５】
前記波長多重された光の波長成分は、前記スイッチング面及び分散面の一方において、前記分散素子と前記スイッチング素子との間で、前記光軸と概して平行にテレセントリックに伝播する、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１６】
前記第１の、第２の、又はコリメートするアナモルフィックな光学素子は、第１、第２、及び第３のシリンドリカルレンズをそれぞれ備える、請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１７】
前記焦点合わせ素子は球面レンズを備える、請求項１６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１８】
前記球面レンズは、前記分散素子と前記スイッチング素子との間に配置され、前記配置される位置は、実質的に、前記分散素子及び前記スイッチング素子から前記球面レンズの１つの焦点距離だけ離れた位置である、請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１９】
前記球面レンズは、前記スイッチング面においては収束した光信号を、前記分散面においてはテレセントリックな光信号を同時に生成する、請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項２０】
前記第１、第２及び第３のシリンドリカルレンズは、前記ファイバポートアレイと前記分散素子の間に配置されている、請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項２１】
前記第３のシリンドリカルレンズは、前記ファイバポートアレイと前記分散素子の間に位置決めされ、前記位置決めされる位置は、実質的に、前記分散素子から前記第３のシリンドリカルレンズの１つの焦点距離だけ離れた位置である、請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項２２】
前記第３のシリンドリカルレンズは、前記分散面においてはアクティブであり、前記スイッチング面においては実質的にパッシブである、請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項２３】
前記第３のシリンドリカルレンズは、前記第１のシリンドリカルレンズの実質的に１つの焦点距離と前記第２のシリンドリカルレンズの実質的に１つの焦点距離との合計に実質的に等しい焦点距離を備える、請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項２４】
前記第１及び第２のシリンドリカルレンズは、前記スイッチング面において、前記第１及び第２のシリンドリカルレンズの後側で、前記光軸と概して平行にテレセントリックに伝播する前記波長多重された光を形成する、請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項２５】
前記第１及び第２のシリンドリカルレンズの設計パラメータは、前記第３の球面レンズが、前記分散面及び前記スイッチング面の少なくとも一方において、前記スイッチング素子の近くに、収束した光信号を形成することを可能にする、請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項２６】
前記第１及び第２のシリンドリカルレンズは、前記スイッチング面においてはアクティブであり、前記分散面においては実質的にパッシブである、請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項２７】
前記スイッチング面及び分散面において前記波長多重された光を拡大する入力望遠鏡をさらに備え、前記入力望遠鏡レンズは、前記ファイバポートアレイと前記第１のシリンドリカルレンズとの間に配置される、第１及び第２の入力球面レンズを備えた請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項２８】
前記第１の入力球面レンズの焦点距離と前記第２の入力球面レンズの焦点距離は共に、前記複数の波長成分を前記ファイバポート間に向けるのに必要な前記スイッチング素子の傾斜角要件を低減するために最適化される、請求項２７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項２９】
前記第１の入力球面レンズの焦点距離は、前記スイッチング素子の傾斜角要件と、前記スイッチング素子の高さ対幅のアスペクト比とのバランスに基づいて得られる、請求項２７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３０】
前記スイッチング素子は、１０以下の高さ対幅のアスペクト比をさらに備える、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３１】
前記第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリンドリカルレンズは、前記波長多重された光の局所的なビームウエストの両側付近に配置され、前記ビームウエストからの前記配置は、前記スイッチング面においては前記第１及び第２のシリンドリカルレンズの各々１つの焦点距離に対応する位置への配置であり、前記分散面においては前記焦点距離に対応する位置への配置ではない、請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３２】
前記波長成分を、前記ファイバポートアレイに配列された前記複数のファイバポート内に案内するように作動可能であるビーム案内素子をさらに備える、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３３】
前記ビーム案内素子は、プリズム、リフレクタ、回折格子、ホログラフィック素子、及び液晶素子からなるグループから選択される、請求項３２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３４】
前記ビーム案内素子は、前記複数のファイバポートからの共通の波長成分を、前記スイッチング素子上の特定の波長に関連する位置に収束させるように作動可能である、請求項３３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３５】
前記ファイバポートアレイは、ファイバポートの列を複数有する２次元ファイバポートアレイを備え、前記波長選択スイッチは、前記波長成分を前記ファイバポートの複数の列のうちの前記ファイバポートの１つの列内に案内するように作動可能であるビーム案内素子をさらに備える、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３６】
前記ビーム案内素子は、モノリシックに集積化された素子の１つ以上のファセットをさらに備え、前記１つ以上のファセットのうちの少なくとも１つのファセットは、前記波長成分を、前記ファイバポートの複数の列のうちの前記ファイバポートの列内に案内するように作動可能である、請求項３５に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３７】
前記ビーム案内素子は、光学プリズム、リフレクタ、回折素子、ホログラフィック素子、液晶、Ｓｉ基板反射型液晶表示素子及びこれらの組合せからなるグループから選択される、請求項３２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３８】
前記スイッチング素子は、ＭＥＭＳミラーのアレイである、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３９】
偏波依存損失を低減するための、前記焦点合わせ素子に近接して配置される少なくとも１つの１／４波長板をさらに備える、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４０】
光出力モニタをさらに備える、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４１】
前記ビーム案内素子は、前記複数のファイバポートからの共通の波長成分を、前記スイッチング素子上の特定の波長に関連する位置に収束させるように作動可能である、請求項３２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４２】
前記光学素子は、前記アナモルフィックな望遠鏡と前記コリメートするアナモルフィックな光学素子との間に構成された少なくとも１つのビーム案内プリズムをさらに備え、ここで、前記スイッチング素子は２軸スイッチング素子を備え、前記複数のファイバポートはさらに、２次元ファイバポートアレイに配列され、前記少なくとも１つのビーム案内プリズムによって、前記２軸スイッチング素子から反射する波長多重された光の波長成分が前記複数のファイバポートのうちの１つに案内される、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４３】
前記２次元ファイバポートアレイはさらに、ファイバポートの列を複数配列している、請求項４２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４４】
前記ビーム案内プリズムは、前記複数のファイバポートのうちの１つ以上のファイバポートからの共通の波長成分を、前記スイッチング素子上の特定の波長に関連する位置に収束させるように作動可能である、請求項４２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４５】
前記２軸スイッチング素子は、第１の軸において、少なくとも１つの波長成分を前記スイッチング素子上の位置に関連した特定の波長から、前記複数のファイバポートのうちの選択された１つのファイバポートにスイッチするように作動可能である、請求項４４に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４６】
前記２軸スイッチング素子は、第２の軸において、前記１つ以上の光信号の出力均等化を制御するように作動可能である、請求項４４に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４７】
前記波長多重された光の同じ波長成分は、互いにオーバーラップして、前記同じ波長間でのクロストークを伴うことなく、前記アナモルフィックな望遠鏡のうちの少なくとも１つの光学アパーチャを共有する、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４８】
前記少なくとも１つの１／４波長板は、前記焦点合わせ素子と一体的に組み合わされて、前記光学素子のうちの１つを形成する、請求項３９に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４９】
前記少なくとも１つの１／４波長板は、前記スイッチング素子のための透明な保護カバーとして用いられる、請求項３９に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５０】
波長多重された光の複数の波長成分をスイッチングする波長選択スイッチであって、
スイッチング面におけるファイバポートアレイに配列された、波長成分の間をスイッチするための複数のファイバポートと、
前記スイッチング面において前記波長多重された光の光学倍率を提供するアナモルフィックな望遠鏡と、
前記波長多重された光を、前記ファイバポートアレイに配列された前記複数のファイバポートに案内するように作動可能な少なくとも１つのビーム案内プリズムと、
前記スイッチング面に対し垂直な分散面において、前記波長多重された光を前記複数の波長成分に分離するように、前記複数のファイバポートと共に作動可能な分散素子と、ここで、前記アナモルフィックな望遠鏡は前記分散面においてパッシブであり、
前記複数のファイバポートと前記分散素子との間に配置され、前記分散素子へ前記波長多重された光を結合するために、前記分散面ではアクティブであり、前記スイッチング面ではパッシブにとどまるコリメートするアナモルフィックな光学素子と、
前記複数の波長成分に対応して作動可能であり、且つ前記複数の波長成分のうちの選択された１つを、前記複数のファイバポートのうちの選択された１つにガイドするように作動可能なスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の上に前記複数の波長成分のうちの選択された１つを焦点合わせする焦点合わせ素子と、
を備え、
前記スイッチング面と前記分散面は、前記波長選択スイッチの光軸を含んでいる、波長選択スイッチ。
【請求項５１】
前記アナモルフィックな望遠鏡は、第１及び第２のアナモルフィックな光学素子を備え、各々は、前記スイッチング面ではアクティブであり、前記分散面ではパッシブである、請求項５０に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５２】
波長多重された光の複数の波長成分をスイッチングする波長選択スイッチであって、
スイッチング面に対し各々の列が並行であり、ファイバポートの複数の列を有する２次元のファイバポートアレイに配列された、波長成分の間をスイッチするための複数のファイバポートと、
前記スイッチング面において前記波長多重された光の光学倍率を提供するアナモルフィックな望遠鏡と、
前記スイッチング面に対し垂直な分散面において、前記波長多重された光を前記複数の波長成分に分離するように、前記複数のファイバポートと共に作動可能な分散素子と、ここで、前記アナモルフィックな望遠鏡は前記分散面においてパッシブであり、
前記複数のファイバポートと前記分散素子との間に配置され、前記分散素子へ前記波長多重された光を結合するために、前記分散面ではアクティブであり、前記スイッチング面ではパッシブにとどまるコリメートするアナモルフィックな光学素子と、
前記複数の波長成分に対応して作動可能であり、且つ前記複数の波長成分のうちの選択された１つを、前記複数のファイバポートのうちの選択された１つにガイドするように作動可能なスイッチング素子と、
前記波長多重された光を、前記複数のファイバポートから前記スイッチング素子へ、及び前記スイッチング素子から前記複数のファイバポートへ案内するように作動可能な少なくとも１つのビーム案内素子と、
前記スイッチング素子の上に前記複数の波長成分のうちの選択された１つを焦点合わせする焦点合わせ素子と、
を備え、
前記スイッチング面と前記分散面は、前記波長選択スイッチの光軸を含んでいる、波長選択スイッチ。  
【請求項５３】
前記スイッチング素子は、ミラーのアレイをさらに備え、前記ミラーのアレイの各ミラーは、前記スイッチング面における一方の軸と前記分散面における他方の軸との２つの軸周りに傾斜するように構成される、請求項５２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５４】
前記アナモルフィックな望遠鏡は、第１及び第２のアナモルフィックな光学素子を備え、各々は、前記スイッチング面ではアクティブであり、前記分散面ではパッシブである、請求項５２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５５】
前記ビーム案内素子は、前記波長多重された光を、前記複数のファイバポートの前記ファイバポート内に案内するように作動可能なプリズムを備えた、請求項５２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５６】
前記スイッチング素子、前記ビーム案内素子及び前記２次元ファイバポートアレイは、前記複数のファイバポートのうちの一つのファイバポートの列から、前記複数のファイバポートのうちの異なるファイバポートの列へ、少なくとも１つの波長成分を選択的に案内するように構成されている、請求項５３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５７】
波長多重された光の複数の波長成分をスイッチングするための波長選択スイッチの性能を最適化する方法であって、
スイッチング面におけるファイバポートアレイに配列された、波長成分の間をスイッチするための複数のファイバポートを設けるステップと、
前記スイッチング面において、前記波長多重された光の光学倍率を提供するアナモルフィックな望遠鏡を設けるステップと、
前記スイッチング面に対し垂直な分散面において、前記波長多重された光を前記複数の波長成分に分離するように、前記複数のファイバポートと共に作動可能な分散素子を設けるステップと、ここで、前記アナモルフィックな望遠鏡は前記分散面においてパッシブであり、
前記複数のファイバポートと前記分散素子との間に配置され、前記分散素子へ前記波長多重された光を結合するために、前記分散面ではアクティブであり、前記スイッチング面ではパッシブにとどまるコリメートするアナモルフィックな光学素子を設けるステップと、前記複数の波長成分に対応して作動可能であり、且つ前記複数の波長成分のうちの選択された１つを、前記複数のファイバポートのうちの選択された１つにガイドするように作動可能なスイッチング素子を設けるステップと、
前記スイッチング素子の上に前記複数の波長成分のうちの選択された１つを焦点合わせする焦点合わせ素子を設けるステップと、ここで、前記スイッチング面と前記分散面は、前記波長選択スイッチの光軸を含んでおり、
前記スイッチング素子を、前記スイッチング面及び分散面の両方において前記焦点合わせ素子の焦点に位置決めするステップと、
を備える前記方法。
【請求項５８】
前記スイッチング素子を位置決めする際に、前記アナモルフィックな望遠鏡、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、前記分散素子及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つの設計上の制約を低減するステップをさらに備える、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記アナモルフィックな望遠鏡を提供するステップは、第１及び第２のアナモルフィックな光学素子を提供するステップを備え、各々は、前記スイッチング面ではアクティブであり、前記分散面ではパッシブであり、前記アナモルフィックな望遠鏡は、前記分散素子及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つの設計上の制約を低減する、請求項５７に記載の方法。
【請求項６０】
前記スイッチング面及び前記分散面の少なくとも一方において、前記波長選択スイッチの光軸と概して平行にテレセントリックに伝播する前記波長多重された光を形成するステップをさらに備える、請求項５７に記載の方法。
【請求項６１】
前記波長多重された光が、前記分散面において、前記スイッチング素子に近づく際に、互いに概して平行にテレセントリックに伝播する１つ以上の光信号を生成するステップをさらに備える、請求項５７に記載の方法。
【請求項６２】
前記スイッチング面には収束した光ビームを生成し、前記分散面にはテレセントリックな光ビームを生成するステップをさらに備える、請求項５７に記載の方法。
【請求項６３】
前記スイッチング面及び前記分散面において前記波長多重された光を独立して拡大するステップをさらに備え、前記スイッチング面及び前記分散面における前記独立した拡大は、前記分散素子及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つからなるグループから選択された素子の性能の最適化を可能にする、請求項５７に記載の方法。
【請求項６４】
前記スイッチング面及び前記分散面において前記波長多重された光を独立して拡大するステップをさらに備え、前記拡大は、前記アナモルフィックな望遠鏡、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、及び前記焦点合わせ素子からなるグループから選択された少なくとも１つの素子の設計上の制約を低減する、請求項５７に記載の方法。
【請求項６５】
前記分散素子及び前記スイッチング素子からなるグループから選択された素子に対する性能要件を緩和することによって、設計の自由度をさらに広げるために、前記アナモルフィックな望遠鏡、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、及び前記焦点合わせ素子を位置決めするステップをさらに備える、請求項５７に記載の方法。
【請求項６６】
前記スイッチング素子を、前記スイッチング面及び前記分散面の両方において、前記焦点合わせ素子の焦点に近接して位置決めするステップは、前記アナモルフィックな望遠鏡、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、及び前記焦点合わせ素子からなるグループから選択された素子の性能要件を緩和することによって、設計の自由度をさらに広げる、請求項５７に記載の方法。
【請求項６７】
前記分散素子の近くの前記波長多重された光のサイズを増加させ、それにより、前記分散素子に対する性能要件を緩和するステップをさらに備える、請求項５７に記載の方法。
【請求項６８】
前記第１及び第２のアナモルフィックな光学素子のうちの少なくとも１つの焦点距離を最小限化するステップをさらに備え、前記最小限化することは、前記波長成分を前記ファイバポート間に向けるのに必要な前記スイッチング素子の傾斜角要件を低減する、請求項５９に記載の方法。
【請求項６９】
波長多重された光の複数の波長成分をスイッチングするための波長選択スイッチの性能を最適化する方法であって、
スイッチング面における２次元ファイバポートアレイに配列された、波長成分の間をスイッチするための複数のファイバポートを設けるステップと、
前記スイッチング面において、前記波長多重された光の光学倍率を提供するアナモルフィックな望遠鏡を設けるステップと、
前記スイッチング面に対し垂直な分散面において、前記波長多重された光を前記複数の波長成分に分離するように、前記複数のファイバポートと共に作動可能な分散素子を設けるステップと、ここで、前記アナモルフィックな望遠鏡は前記分散面においてパッシブであり、
前記複数のファイバポートと前記分散素子との間に配置され、前記分散素子へ前記波長多重された光を結合するために、前記分散面ではアクティブであり、前記スイッチング面ではパッシブにとどまるコリメートするアナモルフィックな光学素子を設けるステップと、前記複数の波長成分に対応して作動可能であり、且つ前記複数の波長成分のうちの選択された１つを、前記複数のファイバポートのうちの選択された１つにガイドするように作動可能なスイッチング素子を設けるステップと、
前記スイッチング素子の上に前記複数の波長成分のうちの選択された１つを焦点合わせする焦点合わせ素子を設けるステップと、
前記複数のファイバポートの間に前記波長成分を案内するように作動可能な少なくとも１つのビーム案内プリズムと、ここで、前記スイッチング面と前記分散面は、前記波長選択スイッチの光軸を含んでおり、
前記スイッチング素子を、前記スイッチング面及び分散面の両方において前記焦点合わせ素子の焦点に位置決めするステップと、
を備える方法。
【請求項７０】
前記アナモルフィックな望遠鏡を提供するステップは、第１及び第２のアナモルフィックな光学素子を提供するステップを備え、各々は、前記スイッチング面ではアクティブであり、前記分散面ではパッシブであり、前記アナモルフィックな望遠鏡は、前記分散素子、前記ビーム案内プリズム、及び前記スイッチング素子の設計上の制約を低減するものである、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記スイッチング素子は、ミラーのアレイをさらに備え、前記ミラーのアレイにおける各ミラーは、前記スイッチング面における一方の軸と前記分散面における他方の軸との２つの軸周りに傾斜するように構成される、請求項６９に記載の方法。
【請求項７２】
前記スイッチング面及び前記分散面のうちの少なくとも一方において、前記波長選択スイッチの光軸に概して平行にテレセントリックに伝播する光信号を生成するステップをさらに備える、請求項６９に記載の方法。
【請求項７３】
前記波長多重された光が、前記スイッチング素子に近づく際に、前記分散面において、互いに概して平行にテレセントリックに伝播する光信号を生成するステップをさらに備える、請求項６９に記載の方法。
【請求項７４】
前記スイッチング面においては収束する光信号を生成し、前記分散面においてはテレセントリックなビームを生成するステップをさらに備える、請求項６９に記載の方法。
【請求項７５】
前記スイッチング面及び前記分散面において前記波長多重された光を独立して拡大するステップをさらに備え、前記スイッチング面及び前記分散面における前記独立した拡大は、前記スイッチング面及び前記分散面の少なくとも一方における、前記分散素子、前記ビーム案内プリズム及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つからなるグループから選択された素子の性能の最適化を可能にする、請求項６９に記載の方法。
【請求項７６】
前記スイッチング面及び前記分散面において、前記波長多重された光を独立して拡大するステップをさらに備え、前記拡大することは、前記焦点合わせ素子の設計上の制約を低減する、請求項６９に記載の方法。
【請求項７７】
前記分散素子、前記ビーム案内プリズム及び前記スイッチング素子からなるグループから選択された素子の設計上の制約を低減するために、前記アナモルフィックな望遠鏡、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、及び前記焦点合わせ素子を位置決めするステップをさらに備える、請求項６９に記載の方法。
【請求項７８】
前記分散素子、前記ビーム案内プリズム、前記スイッチング素子及び前記ファイバポートアレイのうちの少なくとも１つを、前記スイッチング面及び前記分散面のうち少なくとも一方において、前記アナモルフィックな望遠鏡、前記コリメートするアナモルフィックな光学素子、及び前記焦点合わせ素子のうちの少なくとも１つにおける少なくとも１つの焦点に対応する位置の近くに位置決めするステップをさらに備え、前記位置決めすることは、前記分散素子、前記ビーム案内プリズム及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つからなるグループから選択された素子の設計上の制約を低減する、請求項６９に記載の方法。
【請求項７９】
前記分散素子の近くの前記波長多重された光のサイズを増加させ、それにより、前記分散素子に対する性能要件を緩和するステップをさらに備える、請求項６９に記載の方法。
【請求項８０】
前記アナモルフィックな望遠鏡の焦点距離を最小限化するステップをさらに備え、前記最小限化することは、前記波長成分を、前記ファイバポート間に向けるのに必要な前記スイッチング素子の傾斜角要件を低減する、請求項７０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して光通信に関し、特に、波長分割多重に関する。
【０００２】
［関連する米国特許出願に対する優先権の主張］
本米国特許非仮出願は、法的に認められている最大限の範囲内で、参照により全体が本願に組込まれる、２００８年２月２８日に出願された「特徴的な動作面を有する波長選択スイッチ」というタイトルの米国特許仮出願第６１／０６７，６３５号に対する優先権及びその十分な恩恵を主張する。
【背景技術】
【０００３】
最近の通信ネットワークは、いくつかのスペクトル波長帯域内で、非常に広い帯域幅を示す石英光ファイバに大きく依存している。典型的なポイントツーポイント型光ファイバ通信リンクの送信側においては、電気データ信号が、例えば、１５２５〜１５６５ナノメートルの伝送帯域（いわゆるＣバンド）での半導体レーザ放射の出力を変調するのに用いられ、結果として生じる変調された光信号は、石英光ファイバの一端に結合される。該光信号は、ある程度長いリンクでは、１つ以上の増幅器、例えば、光励起エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）により、経路の途中で直接増幅されることができる。該光ファイバリンクの受信側においては、フォトディテクタが、変調光を受信して元の電気的形態に変換する。非常に長いリンクの場合、該光信号は、波長分散（ＣＤ）及び偏波分散等のファイバに関連する障害により、また、増幅器のノイズ制限により、過度に歪むリスクにさらされるが、該信号を検出してファイバ内に戻すことにより、再構成することができる。このプロセスは、一般に、光−電気−光（ＯＥＯ）再生と呼ばれている。
【０００４】
最近の動向において、光ファイバシステムの伝送容量は、波長が個別に異なる多数の独立した光信号が光ファイバリンクを通じて同時に伝送される波長分割多重（ＷＤＭ）によって大幅に増加している。例えば、Ｃバンド伝送窓は、ＥＤＦＡ増幅器のスペクトル増幅帯域幅によって部分的に決まる、約３５ナノメートルの帯域幅を有しており、この場合、多数の波長を同時に送信することができる。Ｎ個の波長を含むＷＤＭネットワークの場合も同様であり、リンクのデータ伝送容量は、Ｎ倍に増加する。ＷＤＭネットワークの仕様により、共通ファイバへの波長多重は、典型的には、回折格子、アレイ導波路回折格子、または、一連の薄膜フィルタを採用したデバイスによってなされる。多数の波長は、ＷＤＭシステムのレシーバにおいて、多重化を実行した後、別々に検出して、元の電気データストリームで出力する同じ種類のデバイスを用いて、空間的に分離されることができる。
【０００５】
伝送スペクトルが、１ナノメートル未満の波長間隔を有する４０、８０またはそれ以上の波長数を含む高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）方式が設計されている。現在の設計は、それぞれ、０．４〜０．８ナノメートルの波長間隔、または、等価的に、５０〜１００ＧＨｚの周波数間隔を有している。スペクトルパッキング（spectral packing）スキームは、経済的要因、帯域幅及び他の要因によって決まるより大きいまたはより小さな間隔を可能にする。利用可能なＷＤＭスペクトルを広げるのに役に立つ他の種類の増幅器、例えば、ラマン増幅器が現在、商品化されている。しかし、ＷＤＭに対しては、信号劣化及びＯＥＯ再生に関して、非ＷＤＭファイバリンクと同様の問題がある。ＷＤＭ方式では、存在する大量の波長によってＯＥＯ再生のコストがかさむ。
【０００６】
最近の光ファイバネットワークは、上述したシンプルなポイントツーポイント「長距離」方式よりもかなり複雑なものに進化している。その代わり、光ファイバネットワークが地方、都市圏及び地域に広がっていけば広がるほど、該ネットワークは、ファイバスパンに沿った多くのノードだけでなく、１つの入射側リンクで受信された信号を、様々な出射側リンクの間で選択的にスイッチすることのできる、または、局所的な消費に対して、該ネットワークを完全に分離することのできる、ファイバスパン間の接続（例えば、メッシュネットワークや相互接続されたリングネットワーク）を含むことになる。電子的リンク、またはすでに検出されて、元の電気的形態に変換されている光信号の場合、従来の電子スイッチは、意図された宛先に対して該信号を直接的に経路選択するものであり、このことは、後に、該信号を、光ファイバ伝送のための光学領域に変換することを含むことができる。しかし、光ファイバ信号を、元の光学的形態のままでスイッチングすることで、最大限可能な範囲内で、コストのかかるＯＥＯ再生を避けようとする要求は、スイッチング問題に対して新たな課題を提示する。
【０００７】
［スイッチング］
最も単純な従来のファイバスイッチングアプローチにおいて、多数のファイバリンクを相互接続する各ネットワークノードは、信号を光から電気的形態に変換する多くの光受信器と、電気的データ信号をスイッチングする従来の電子スイッチと、該スイッチングされた信号を、電気的データから元の光学的形態に変換する光送信器とを含む。ＷＤＭ方式では、この光／電気／光（ＯＥＯ）変換は、各ファイバ上のＷ波長成分の各々に対して、別々の受信器及び送信器によって行わなければならない。このコストのかかる同一且つ多量のＯＥＯ部品の必要性は、現在のところ、大量の波長を使用する高度に相互接続されたメッシュＷＤＭ方式の実施を遅らせている。
【０００８】
光ファイバスイッチングのための別のアプローチは、全て光ネットワーク内で高度な波長スイッチングを実施することである。このアプローチの１つのバージョンにおいては、１つの多波長入射ファイバからの波長成分Ｗが、異なる空間経路に逆多重化される。そして、複数の個別且つ専用のスイッチング素子は、マルチプレクサが異なる波長の光信号を単一の出射ファイバに統合する前に、波長分離された複数の信号を所望の出力ファイバポートへ経路選択する。従来のファイバスイッチングシステムにおいては、全ての光ファイバスイッチング素子及び関連するマルチプレクサ及びデマルチプレクサが、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）に組込まれており、これは、分散素子及び波長選択能力を有する拡張光クロスコネクト（ＯＸＣ）の特殊なケースである。加えて、このようなシステムは、集光用のレンズ及び光を反射させるミラーと、このような光をコリメートする小型レンズとを組込んでいる。
【０００９】
有利な点としては、全ての光ファイバスイッチング素子を、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）からなる単一のチップに実装することができるということである。該ＭＥＭＳチップは、一般に、別々に制御することのできる可変傾斜角ミラーの２次元アレイを含む。Ｓｏｌｇａａｒｄらに対する米国特許第６，０９７，８５９号明細書は、このようなＭＥＭＳ波長選択スイッチ（ＷＳＳ）の機能構成について記載しており、該スイッチは、入射ファイバからの波長を受入れ、該波長を多数の出射ファイバのうちの何れか１つへスイッチングすることが可能である。数百もの微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーのスイッチングアレイ全体は、半導体集積回路業界において十分に開発された技術によって、１ｃｍ未満の寸法を有するチップ上に作り込むことができる。
【００１０】
Ｓｏｌｇａａｒｄらはさらに、（多数入力Ｍのファイバポート及び多数出力Ｍのファイバポートを含む）非常に多数のポートの多波長ＷＤＭ波長選択スイッチ（ＷＳＳ）についても述べており、これは、複数のＷＤＭチャネルを、これらの波長成分Ｗに分割して、これらの波長成分Ｗをスイッチングすることによって実現している。このＳｏｌｇａａｒｄらのＷＳＳは、いずれかの入力ファイバポート上のいずれかの波長チャネルを、いずれかの出力ファイバポート上の対応する波長チャネルへスイッチングする能力を有する。また、複数の入力ファイバのうちのいずれかにおける１つの波長チャネルは、複数の出力ファイバのいずれかにおける同じ波長チャネルにスイッチングされることができる。現在のＷＤＭ波長選択スイッチにおける各ＭＥＭＳミラーは、１つ以上の軸周りに傾斜するか否かに関わらず、単一の波長チャネル専用になっている。
【００１１】
しかし、ファイバポートの総数が増すにつれて、このようなＷＤＭ波長選択スイッチからなる光学系のサイズは急激に増大する。さらに、該デバイスのサイズも増加し、スイッチング素子（複数のスイッチング素子）は、該波長成分により大きな空間経路偏向を与えなければならない。例えば、ＭＥＭＳミラーアレイを採用する場合、該デバイスのサイズの増大は、より大きな傾斜角を要し、該ＭＥＭＳミラーアレイのコストが増加し、且つ欠陥率が増加する。さらに、このようなＷＤＭ波長選択スイッチの多くは、特定の空間経路専用の、すなわち、特定のファイバポート用に調整された素子を必要とする。このような専用の素子は、その数によるコストの増加を招くが、一般に、同様にコストを増大させる極度に高度のパフォーマンス特性及び低トレランスも要する。
【００１２】
従って、デバイスのサイズを実質的に増加させることなく、ファイバポート数を増加させることが可能であると同時に、スイッチング素子を含む波長選択スイッチの部品のためのパフォーマンス要件を低減する、改良されたＷＤＭ波長選択スイッチに対する要求があることは容易に理解できよう。
【発明の概要】
【００１３】
一実施形態において簡潔に説明しているように、本発明は、上述した不都合を克服し、アパーチャ共用光学系を利用して、ファイバポート容量及び波長選択スイッチ（ＷＳＳ）の光学的性能を増大させると共に、該ＷＳＳの個々の部品に対する性能要件を低減し、機能的に特徴的な直交面の光学的性能の最適化を可能にする波長選択スイッチを設けることにより、このようなデバイスに対する、認識されている要求を満たす。
【００１４】
本発明の主要な態様によれば、及び概して述べると、好適な形態における本ＷＳＳは、光信号を波長成分に分離するように適合された分散素子と動作可能に連通している複数のファイバポートと、光入力信号の選択された波長成分を入力ファイバポートから出力用の他のファイバポートのうちの選択されたファイバポートへ向けるように適合されたスイッチング素子（１×Ｎスイッチ）とを備える。別の実施形態においては、スイッチング素子は、光入力信号の選択された波長成分を複数の入力ファイバポートのうちの選択されたファイバポートから単一の出力ファイバポート（Ｎ×１スイッチ）へ向けるように適合されている。
【００１５】
より具体的には、本ＷＳＳは、スイッチング面内で実質的に位置合わせされた複数のファイバポートと、複数のレンズまたはこれらの等価物、回折格子またはその等価物を含み、各ファイバポートに関連する各入力信号または出力信号の各波長成分で作動可能な、本明細書に開示されているような複数の光学素子と、各々が、選択された波長と関連付けられている個別に制御可能な複数のミラーまたはその等価物と、を備えることが好ましい。複数のミラーの各々は、分散面内で位置合わせされていることが好ましく、該分散面は、スイッチング面に対して実質的に直交している。波長選択スイッチのいくつかの素子、例えば、回折格子及び特定のレンズは、分散面においてのみアクティブになるように設計されている。これに対して、波長選択スイッチの他の素子、例えば、特定の他のレンズは、スイッチング面においてのみアクティブになるように設計されている。波長選択スイッチのさらに他の素子、例えば、特定のレンズは、これら両方の面においてアクティブになるように設計されている。
【００１６】
例えば、本ＷＳＳの一実施形態においては、複数の光学素子は、２つの好ましくは球面レンズ、すなわち、ファイバポート／自由空間の界面と第１のシリンドリカルレンズとの間に配置された、第１の望遠鏡レンズ及び第２の望遠鏡レンズを備える光学望遠鏡を含む。第１の望遠鏡レンズは、ファイバポート／自由空間境界から第１の望遠鏡レンズの焦点距離にほぼ等しい距離に配置されることが好ましく、第２の望遠鏡レンズは、ファイバポート／自由空間境界から第２の望遠鏡レンズの焦点距離と第１の望遠鏡レンズの焦点距離の２倍との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。第２の望遠鏡レンズは、さらに、第１の望遠鏡レンズから第２の望遠鏡レンズの焦点距離と第１の望遠鏡レンズの焦点距離との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。第１及び第２の望遠鏡レンズは、スイッチング面及び分散面の両方の面においてアクティブであり、本質的に、ファイバアレイの前で「望遠鏡」を構成する。第１のシリンドリカルレンズ（Ｌ１）は、第２の望遠鏡レンズから第２の望遠鏡レンズの焦点距離と第１のシリンドリカルレンズの焦点距離との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましく、該第１のシリンドリカルレンズは、スイッチング面においてはアクティブであるが、分散面ではパッシブである。第２のシリンドリカルレンズ（Ｌ２）は、第１のシリンドリカルレンズから第２のシリンドリカルレンズの焦点距離と第１のシリンドリカルレンズの焦点距離との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましく、該第２のシリンドリカルレンズは、スイッチング面においてはアクティブであるが、分散面においてはパッシブである。第３のシリンドリカルレンズ（Ｌ４）は、第２の望遠鏡レンズと第１のシリンドリカルレンズとの間の境界からそれらのレンズの焦点距離の合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましく、該第３のシリンドリカルレンズは、分散面においてはアクティブであるが、スイッチング面においてはパッシブである。回折格子は、第３のシリンドリカルレンズから該第３のシリンドリカルレンズの焦点距離にほぼ等しい距離に配置されることが好ましく、該回折格子は、分散面においてはアクティブであるが、スイッチング面においてはパッシブであることが好ましい。加えて、該回折格子は、第２の望遠鏡レンズと第１のシリンドリカルレンズの間の境界から第１のシリンドリカルレンズの焦点距離の２倍と第２のシリンドリカルレンズの焦点距離の２倍との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。また、該回折格子は、第２の望遠鏡レンズと第１のシリンドリカルレンズとの間の境界から第３のシリンドリカルレンズの焦点距離の２倍にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。第３の球面レンズ（Ｌ３）は、回折格子から第３の球面レンズの焦点距離にほぼ等しい距離に配置されることが好ましく、該第３の球面レンズは、分散面及びスイッチング面の両方の面においてアクティブである。ＭＥＭＳミラーのアレイは、第３の球面レンズから該第３の球面レンズの焦点距離にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。
【００１７】
ミラーは、ＭＥＭＳミラーアレイとして形成されることが好ましく、各ミラーは、スイッチング面に直角な軸周りで且つ分散面内で、傾斜角が可変であることが好ましく、選択されたミラーの軸周りの回転は、入力信号の選択された波長成分を、選択された出力ファイバポートへ向ける。
【００１８】
分散面においては、第１のファイバポートの入力光信号は、該ファイバポートに関連する光ファイバケーブルまたは導波路を出るときに自由空間に入り、第１及び第２の球面レンズによって拡大され、実質的に変化せずに第１のシリンドリカルレンズを通過し、実質的に変化せずに第２のシリンドリカルレンズを通過し、第３のシリンドリカルレンズによって焦点が合わされ、回折格子によって構成波長成分に角度分散され、その後、各構成波長成分は、第３の球面レンズによって複数のミラーのうちの関連するミラーに焦点が合わされることが好ましい。
【００１９】
スイッチング面においては、第１のファイバポートの入力光信号は、該ファイバポートに関連する光ファイバケーブルまたは導波路を出るときに自由空間に入り、第１及び第２の球面レンズによって拡大され、第１のシリンドリカルレンズによって焦点が合わされ、実質的に変化せずに第３のシリンドリカルレンズを通過し、第２のシリンドリカルレンズによって焦点が合わされ、第３のシリンドリカルレンズによって焦点が合わされ、変化せずに回折格子を通過し、第３の球面レンズによって複数のミラーのうちの関連するミラーに焦点が合わされることが好ましい。ミラーの各々は、軸周りに傾斜角を変えることで選択的に調節されて、関連する波長成分を、選択された出力光ファイバケーブルまたは導波路へ伝え、それによって、入力ファイバポートと（関連する波長成分用の）出力ファイバポートとを接続する。
【００２０】
反射後、スイッチング面においては、各波長成分は、第３の球面レンズを逆に通過し、それによって焦点が合わされ、変化せずに回折格子を通過し、第２のシリンドリカルレンズによって焦点が合わされ、実質的に変化せずに第３のシリンドリカルレンズを通過し、そして最後に、第１のシリンドリカルレンズにより及び第１及び第２の球面レンズによって、出力ファイバポート上に焦点が合わされる。分散面においては、各ミラーから反射された選択された波長成分は、第３の球面レンズを逆に通過し、それによって焦点が合わされ、回折格子を逆に通過し、そこで他の選択された波長と結合されて単一のＷＤＭビームを形成し、変化せずに第２のシリンドリカルレンズを通過し、第３のシリンドリカルレンズを通過することによって焦点が合わされ、変化せずに第１のシリンドリカルレンズを通過し、最終的には、出力ファイバポートに達する前に、第１及び第２の球面レンズによって、出力ファイバポート上に焦点が合わされる。
【００２１】
従って、波長選択スイッチは、２つの特徴的な面内における該スイッチのパフォーマンスを最適化するように選択された光学素子を備えることが好ましく、ファイバポート／自由空間境界、回折素子及びスイッチング素子は全て、これら両方の面における光学系の焦点に配置される。よって、ファイバポート／自由空間境界、分散素子及びスイッチング素子の各々は、これら両方の面内において、光信号が同時にガウシアンビームウエストを呈する位置に配置される。
【００２２】
望遠鏡は、回折格子での過度に大きなビーム幅を低減するように機能することが好ましく、それによって、該ビーム幅のサイズを低減し、それに伴って、回折格子のコストを低減する。望遠鏡はさらに、小さなミラー寸法を有する所望のスペクトル通過帯域形状を実現するための分散面におけるスイッチングミラーでの狭いビーム幅に対する要求、スイッチングミラーの高さ対幅のアスペクト比を制限するためのスイッチング面におけるスイッチングミラーでのビーム幅を制限する要求、及び所定距離離間したファイバポート間でのスイッチングに要するミラーの傾斜角を低減する要求によって課される、第１及び第２のシリンドリカルレンズに対する設計上の制約を緩和するように機能することが好ましい。
【００２３】
さらに、波長選択スイッチは、ファイバポートアレイに配列された複数のファイバポートと、複数のファイバポートの各々と共に作動可能な複数の光学素子と、少なくとも１つの光信号を複数の波長成分に分離する、上記複数のファイバポートの各々と共に作動可能な分散素子と、上記複数の波長成分の各々で作動可能で且つ上記複数の波長成分のうちの選択された１つを上記複数のファイバポートのうちの選択された１つにガイドするように制御可能なスイッチング素子と、を備え、上記複数の光学素子、上記分散素子及び上記スイッチング素子のうちの少なくとも１つの各々は、第１の面においては少なくとも１つの光信号の光学特性に影響を及ぼし、且つ、上記複数の光学素子、上記分散素子及び上記スイッチング素子のうちの前記少なくとも１つの各々は、第２の面においては前記光学特性に影響を及ぼさず、前記第１の面は概して前記第２の面に直交している。
【００２４】
また、波長選択スイッチは、前記２つの概して直交する面の少なくとも一方における光ビームフィールドのサイズを変更する手段をさらに備え、該手段は、前記複数の光学素子、上記分散素子、上記スイッチング素子または上記波長選択スイッチのうちの少なくとも１つに関する要件を緩和することによって、設計の自由度をさらに広げる。
【００２５】
別の実施形態においては、波長選択スイッチは、２次元ファイバポートアレイと、２つの軸に対して傾斜することが可能なミラーとを含むことができ、分散面においてファイバポートの複数の列のうちの１つに、１つ以上の波長成分を選択的に案内することによって、ファイバポート数の増加を実現することができる。
【００２６】
また、さらに別の実施形態においては、波長選択スイッチは、少なくとも１つの２次元ファイバポートアレイと、少なくとも１つのビーム案内素子と、２つの軸に対して傾斜することが可能なミラーとを含むことができ、１つ以上の波長成分を、分散面においてファイバポートの複数の列のうちの１つに選択的に案内することによって、ファイバポート数の増加を実現することができる。
【００２７】
従って、本ＷＳＳの特徴は、光学素子がアクティブである一方の面におけるパフォーマンスを、他方の面におけるビームに影響を及ぼすことなく最適化するように、光学素子を独立して選択する能力である。このことは、設計を単純化し、より大きなフレキシビリティを可能にする。
【００２８】
本ＷＳＳの別の特徴は、様々なレンズのスイッチング面の光学アパーチャ内に、ビームを互いにオーバーラップさせることができる能力である。このことは、従来の波長選択スイッチの部品の光学アパーチャの一部を、各ファイバポートのビームに専用化しなければならず、多数のファイバポートが付加されるために部品を許容し難いほどに大きくしてしまう従来の波長選択スイッチよりも多くの、１次元ファイバポートアレイのためのファイバポート数を可能にする。
【００２９】
本ＷＳＳの別の特徴は、ファイバを自由空間にインターフェースさせる単純なファイバポートアレイを利用する能力である。
【００３０】
本ＷＳＳのさらに別の特徴は、１つ以上の光信号からの同じ波長を、該ＷＳＳ内において互いにオーバーラップさせることを可能にすると共に、該同じ波長間で発生するクロストークを伴うことなく、光学素子の光学アパーチャを共用する能力である。
【００３１】
本ＷＳＳのさらに別の特徴は、２次元ファイバポートアレイへの拡張により、低コストで、他の解決法よりも良好なパフォーマンスで、ファイバポート数を倍数的に増加させる能力である。
【００３２】
本ＷＳＳのさらに別の特徴は、ファイバポートが「カラーレス（colorless）である」ということ、すなわち、波長をファイバポートへ及びファイバポートからスイッチすることができるということに関して制限がないということである。
【００３３】
本ＷＳＳのさらに別の特徴は、「ヒットレス（hitless）」スイッチングを有する能力、すなわち、ビーム案内機構（例えば、傾斜角を変えることのできるマイクロミラー）が２つの案内軸を有する場合に、確立されている他のどの光路にも影響を及ぼすことなく、波長を一つのポートから他のポートへスイッチすることができる（すなわち、光路を確立及び／または変えることができる）ということである。
【００３４】
本ＷＳＳのまた別の特徴は、ビーム案内機構を、最小限の光損失をもたらす設定から意図的に「デチューニング」することにより、確立されたいずれかの経路の光出力損失を制御された方法で増加させることができるということである。この特徴の１つの用途は、（Ｎ×１動作における）１つの出力ポートまたは（１×Ｎ動作における）複数の出力ポートにおいて、全ての経路の光出力レベルを均一にすることである。
【００３５】
本ＷＳＳのまた別の特徴は、比較的多数の光学ポートを収容できるということである。例えば、４２個のポートを組込んだ設計（例えば、１×４１または４１×１のＷＳＳ）が開発されているが、ポート数の実際の上限は確立されていない。加えて、本発明には、基本的な設計に対して最小限の影響を伴う、ポート数への倍数的拡張（例えば、２×、３×等）を可能にする変形例がある。
【００３６】
本ＷＳＳのまた別の特徴は、予想される低挿入損、例えば、５ｄＢ未満を維持する能力である。
【００３７】
本ＷＳＳのまた別の特徴は、制定された通信業界標準仕様（例えば、偏波依存損失（ＰＤＬ）、波長分散（ＣＤ）、偏波モード分散（ＰＭＤ）、等）の範囲内で光学パフォーマンスパラメータを実現する能力である。
【００３８】
該ＷＳＳのこれら及び他の特徴は、当業者には、添付図面に照らして読めば、本発明の詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００３９】
本発明のＷＳＳは、同様の参照符号が同様の構造を示し且つ全体を通して同様の要素を指している添付図面を参照して、発明を実施するための形態を読めば、よく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、一実施形態による波長選択スイッチのスイッチング面におけるガウシアンビーム経路を説明する平面図と分散面における同じ部品及び光ビームを示す正面図である。
【図２】図２は、一実施形態による図１のＮ×１のＷＳＳに含まれている平面導波路を用いた光コンセントレータ（optical concentrator）アレイの概略図である。
【図３】図３は、ガウシアンビームの相対ビーム強度を対数で示す図である。
【図４】図４は、図３のガウシアンビームの相対ビーム強度を対数で示す図である。
【図５】図５は、レンズを通過するガウシアンビームの変化を示す略図及び式である。
【図６】図６は、図１の波長選択スイッチのビームチェックポイントの略図である。
【図７】図７は、別の実施形態による、第１及び第２の望遠鏡レンズがない図１の波長選択スイッチの略図である。
【図８】図８は、別の実施形態による、ビーム案内要素の追加を伴う図１の波長選択スイッチの略図である。
【図９】図９は、別の実施形態による、２つの直列透過分散素子の略図である。
【図１０】図１０は、別の実施形態による、２つの直列反射分散素子の略図である。
【図１１】図１１は、別の実施形態による、２つの経路が通る単一の透過分散素子の略図である。
【図１２】図１２は、別の実施形態による、２つの経路が横切る単一の反射分散素子の略図である。
【図１３】図１３は、別の実施形態による、２つの経路が横切る別の単一の反射分散素子の略図である。
【図１４】図１４は、別の実施形態による、偏光ビームスプリッタをその間に有する別の二重反射分散素子の略図である。
【図１５】図１５は、別の実施形態による、回折格子と第３の球面レンズの間に挿入された１／４波長板を有する図１の波長選択スイッチの略図である。
【図１６】図１６は、別の実施形態による、図１のファイバポートアレイの端面の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
提示されている図面は、単に説明目的のものであり、従って該図面は、請求されている発明に関して本質的であると思われる場合を除いて、本発明を、図示されている構成の細部のいずれかまたは全てに限定することを所望も意図もしないことに留意すべきである。
【００４２】
本発明の実施形態を説明する際には、図に示すように、特定の専門用語を、明確化のために用いている。しかし、本発明は、その選択された特定の専門用語に限定することを意図するものではなく、また、各特定の要素が、同様の目的を実現する同様の方法で作動する全ての技術的等価物を含むことを理解すべきである。
【００４３】
例えば、図面及び説明は、単玉レンズを示しているが、このような各レンズは、１つ以上の非平面ミラーを含む複数の素子によって置き換えることができ、それにより、同じ機能を実現することができることを理解されたい。このような複数の素子は、パフォーマンス特性をさらに向上させることができる。また、このようなレンズは、限定するものではないが、単一のガラス材料、２つ以上の複合ガラス材料、湾曲反射面、回折面、ホログラフィック面またはこれらの組合せを含む様々な技術によって得ることができる。同様に、光ファイバという用語は、以後、光信号をファイバポートアレイへまたは該ファイバポートアレイから伝達する手段に関して排他的に用いることにするが、いずれかの導波路または該導波路の組合せは、光入力信号を、該ファイバポートの自由空間境界へ供給するように、及び該ファイバポートからの光出力信号を受信するように実施することができることを理解すべきである。さらに、選択素子は、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーのアレイとして記載されているが、液晶デバイス、２次元の機械的に変形可能なミラー等を含む別の選択素子を用いることができることは理解されよう。
【００４４】
図１を参照して、各々の波長が操作される対象物を構成する、単波長または波長多重された光からなる１つ以上の光信号からの波長をスイッチングする波長選択スイッチである（ＷＳＳ）スイッチ１００は、直交面において２つの特徴的な動作特性を有しているバイモーダル光学系を採用している。スイッチ１００の重要且つ新規な特徴は、光学的性能及びスイッチ１００のファイバポート容量を著しく改善すると共に、個々の部品のパフォーマンス要件を減らす、バイモーダル光学系によってもたらされる非常に大きな設計上の自由度があることである。さらに、該バイモーダル光学系は、光学素子の独立した選択が、該光学素子がアクティブである一方の面におけるパフォーマンスを、他方の面におけるビームに影響を及ぼすことなく最適化することを可能にし、それに伴って設計を単純化し、また、大きな設計の柔軟性を可能にする。該バイモーダル光学系によってもたらされる２つの光学面は、スイッチ１００において行わなければならない２つの基本的なプロセス、すなわち、１）波長分割多重（ＷＤＭ）信号における波長の分離及び再結合（すなわち、分波及び合波）と、２）ファイバポート間での光のスイッチング、に対して、個別に最適化される。本発明において、このファイバポートスイッチングを実行する光学平面を「スイッチング面」２００と呼び、ＷＤＭ多重化を実行する光学平面は、回折格子が、好ましくは、ＷＤＭ波長成分を角度分散するためにこの面において用いられるため、「分散面」３００と呼ぶ。スイッチング面の特徴は、スイッチ１００の様々なレンズ及び他の光学素子のスイッチング面光学アパーチャ内において、ビームが互いにオーバーラップすることを可能にする能力である。このことは、従来の波長選択スイッチよりも多くの、１次元ファイバポートアレイのためのファイバポート数を可能にするので、従来の波長選択スイッチの部品は、その光学アパーチャの一部を各ファイバポートのビーム専用にしなければならず、非常に多数のファイバポートが加えられるため、部品が巨大化せざるをえなかった。
【００４５】
説明のために選ばれたスイッチ１００の一実施形態における光学系を図１に示す。単純な単玉レンズが図１に示されているが、実際には、改善された光学性能を与えるために、各レンズは、二枚球レンズ及び三枚球レンズ等の複数の素子で構成することができるということが理解されることを、本明細書においては意図されている。加えて、図１における光学レンズによって行われる同じ機能性は、非平面ミラーによって実行できることも意図されている。図１の上半分はスイッチング面２００を示し、下半分は分散面３００を示している。図１の３つのレンズＬ１、Ｌ２及びＬ４は、シリンドリカルレンズ（「ｃｙｌ」で示す）であり、このようなレンズは、ある平面においては光「パワー」を有するが、その直交面においては単に平坦なガラス板のように見えるものである。図１の他の３つのレンズＬａ、Ｌｂ及びＬ３は、一般的な球面レンズ（「ｓｐｈ」で示す）であり、従って、両方の面において同一に見えるものである。
【００４６】
再び図１を参照して、スイッチ１００は、ファイバポートアレイ１１０と、３つは球面レンズ、３つはシリンドリカルレンズである６つのレンズでなる光学素子１２０と、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーのアレイからなるスイッチング素子１３０と、回折格子でなる分散素子１４０（分散面においてのみ「アクティブ」である）と、を備えることが好ましく、スイッチング面２００と分散面３００が規定されている。スイッチ１００は、当該技術分野では公知のベースプレート、ハウジング、取付け部材、接着剤、緩衝部材、ミラー駆動装置等をさらに含むことが好ましいことは、当業者であれば理解されよう。
【００４７】
図２について説明すると、ファイバポートアレイ１１０は、選定された位置及び／または方向に、光ファイバ１１２〜１１８を収容して固定するように適合された導波路１１１を含むことが好ましい。図１に図示されたスイッチにおいて、光ファイバ１１２〜１１７の各々は、実質的に位置合わせされており、スイッチング面を画定し、１次元アレイを構成する。図２において、光ファイバ１１２〜１１８の各々は、自由空間との境界を画定する終端点を備えることが好ましく、光ファイバ及び導波路１１１内を伝播してきた光信号は、該終端点でファイバ及び導波路１１１から出て、自由空間を伝播することができる。光ファイバ１１２〜１１８は、ＷＤＭ信号を含む光を自由空間に放射する該ファイバアレイの端部で終端することが好ましく、光は、その後、スイッチ１００の様々なレンズによって捉えられて操作される。同様に、少なくとも一定の角変位の範囲内で該終端点に到達した自由空間を伝播してきた光信号は、該終端点で光ファイバ内に入って、その中を伝播することが可能である。このような各終端点は、スイッチング面２００内のライン１１９Ａに沿って位置合わせされていることが好ましく、すなわち、限定するものではないが、Ｓで表される集められたコア間の間隔及び所定距離離れたファイバポート間でのスイッチングに必要な、低減されたミラー傾斜角度を可能にするために、光信号が両面において同時にガウシアンビームウエストを呈する位置に配置されている。本明細書においては、ファイバポートアレイ１１０に関しては、該システムの光学ポートを備えるファイバは、図２に示すように、ファイバアレイ内の平坦な導波路に結合（すなわち、移行）することができるため、「ファイバ」に関する何らかの言及は、「導波路」と同義であることが意図されている（明確にするために、７つのファイバのみが図示されているだけであって、Ｎ個のファイバが意図されていることに留意されたい）。スイッチ１００のためになるように、このファイバ／導波路移行は、ライン１１９Ａによって表される該アレイの端部における導波路１１１のコア間の間隔を容易に短縮し、ファイバポートアレイ１１０における非常に多数のファイバの実施において支援するのに好ましい。好ましくは、図２において、該コア間の間隔は、ファイバポートアレイ１１０の自由空間端部において、Ｓで表される値まで短縮されている。ファイバポートアレイ１１０のファイバすなわち導波路から放射された光は、該アレイのライン１１９Ａに沿った自由空間端部において急速に発散し、そのため、各ファイバに対して、この端部にビームウエストがある。この位置における該ビームウエストの幅は、基本的なファイバモードによって決まる。典型的なシングルモードファイバの場合、このビームウエストは、約１０．４ミクロンであり、図４に示すように、従来のｅ−２ガウシアンプロファイルポイントで定義される。
【００４８】
従来技術においては、典型的には非常に小さなレンズ（すなわち、レンズレット）が、該ファイバアレイの各ファイバの直前に置かれているが、このことは、１）小さなレンズレットの光学的品質が非常に高くなければならず、２）関連するファイバへの各レンズレットのアラインメントが極度にクリティカルであり、３）光学系の垂直方向の全高は、光ファイバ１１２〜１１８の数が増すにつれて、スイッチング面２００方向に急激に増加し、４）ファイバ／レンズアレイの高度にカスタマイズされた性質は、入手先を非常に限定するものとなる、という不利点を有する。本ＷＳＳは、ＦＡＳＯ（fully aperture-shared optical）システム、すなわち、各光ファイバ１１２〜１１８からの光の各ビームが、スイッチ１００の各レンズ、ミラー及び回折格子アパーチャを通過し、トータルのアパーチャのかなりの部分を占め、その結果、多数のビームを、所定の光学素子上に互いにオーバーラップさせることができるシステム、を用いることによって、これらの問題を回避する。好ましくは、該ファイバアレイにおけるファイバ間の間隔は、３０ミクロン以下まで短縮することができる。このことは、非常にコンパクトなスイッチ１００用の光学系をもたらし、また、ポート数の多いスイッチ１００に対して、比較的小さな傾斜角をもたらす。スイッチ１００の動作に必要なその種のファイバポートアレイ１１０は、一般に、多くの入手先から得られる。また、スイッチ１００の動作に必要なレンズも、多くの入手先から容易に入手できる。従って、該ＷＳＳの重要な特徴は、スイッチング素子１３０及び分散素子１４０のみが該スイッチ１００のために独自に設計されており、該スイッチ１００の唯一のカスタマイズされた部品であるということである。
【００４９】
次に、図３及び図４について説明すると、スイッチ１００は、ファイバポートアレイ１１０の光ファイバ１１２〜１１８から放射する光ビームが主にガウシアン強度プロファイルを有し、そのため、このような光ビームは確立されているガウスの伝播理論に従って自由空間を伝播するということをフルに活用することが好ましい。ガウシアンビームの強度プロファイルを、図３（対数単位）及び図４（線形単位）で示す。図３から、ガウシアンビームの直径を定義する都合のよい「端部」はなく、実際には、ガウシアンビームは、図３に示す比率に基づいて無限大に拡がる直径を理論的に有するということは明らかである。しかし、実際には、ガウシアンビームは、光学系における一部の限定的なアパーチャによって切取られる（すなわち、クリップされる）。慣例により、ガウシアンビームの直径は、多くの場合、相対的強度がピークの１３．５％（−８．７ｄＢ）の値まで落ちているところを該ビームの幅として記述し、本明細書においては、符号Ｄｏで示す（図３及び図４中の数式を参照）。このビーム幅は、一般に、ｅ−２または１／ｅ２ビーム幅としても知られている（図３の右側の軸を参照）。
【００５０】
次に、図５について説明すると、レンズＬを通過するガウシアンビームＢの変化が、該図に示されている関係によって説明されており、ただし、λは、光の波長である。このような関係は、「球状ガウシアンビームのフォーカシング（Focusing of Spherical Gaussian Beams）」Ｓ．Ａ．Ｓｅｌｆ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、ｖｏｌ．２２、Ｐ６５８、１９８３年、にさらに説明されており、この文献全体を参照により本明細書に援用する。ガウスの伝播理論から生じる重要なことは、「ビームウエスト」と呼ばれる最小ビーム径の光ビーム経路に沿ったポイントが、レンズの前後の焦平面に同時に生じるということである。図５において、数式２は、レンズの前側の入力ウエスト距離Ｓ１の関数として該レンズによって形成される共役すなわち出力ビームウエストの距離Ｓ２を与える。この数式から、入力ビームウエストが、該レンズの前側の焦平面に位置すれば（すなわち、Ｓ１＝ｆ）、出力ビームウエストは、該レンズの後側の焦平面に位置する（すなわち、Ｓ２＝ｆ）。この結果は、ＦＦ光学系の規則と呼ばれ、光ビームパラメータの制御及び変更及び光学素子の位置決めにより、ＷＳＳの性能の最適化を可能にする。しかし、このＦＦ光学系の規則の下で形成された２つのビームウエストの直径は、ＺＲ１＝ｆ（注意：ＺＲ１は、図５の数式１によって定義される）の特別な場合を除いて、図５の数式３に示すように、一般には等しくない。
【００５１】
再び図１について説明すると、光学系１２０は、第１のシリンドリカルレンズ１２１、第３のシリンドリカルレンズ１２３、第２のシリンドリカルレンズ１２５と、第１の球面レンズ１２２、第２の球面レンズ１２４、第３の球面レンズ１２６と、を備えることが好ましい。好ましくは、第１の球面レンズ１２２と第２の球面レンズ１２４を備える光学望遠鏡レンズ１２８がファイバポートアレイ１１０と第１のシリンドリカルレンズ１２１との間に配置されており、望遠鏡光学系の方法で機能する。本明細書においては、光学望遠鏡レンズ１２８は、１つ以上の望遠鏡光学系の光学素子を備えることができ、このような素子が、望遠鏡光学系の機能を実行できることが意図されている。第１の球面レンズ１２２は、ファイバポートアレイ１１０の自由空間境界ライン１１９Ａから第１の球面レンズ１２２の焦点距離ｆａにほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。第２の球面レンズ１２４は、ファイバポートアレイ１１０の自由空間境界ライン１１９Ａから第２の球面レンズ１２４の焦点距離ｆｂと第１の球面レンズ１２２の焦点距離ｆａの２倍との合計にほぼ等しい距離に配置されている。また、第２の球面レンズ１２４は、さらに、第１の球面レンズ１２２から第２の球面レンズ１２４の焦点距離ｆｂと第１の球面レンズ１２２の焦点距離ｆａとの合計にほぼ等しい距離に配置されている。好ましくは、光学望遠鏡レンズ１２８は、スイッチング面２００と分散面３００との両面においてアクティブである。符号Ｌａ及びＬｂが付された図１に示す第１の球面レンズ１２２及び第２の球面レンズ１２４を備える光学望遠鏡レンズ１２８は、本質的に、ファイバポートアレイ１１０の前側で「望遠鏡」を構成する。理想的なシステムにおいては必要ではないが、光学望遠鏡レンズ１２８は、緩和された仕様、パフォーマンス要件の実現及び／または光学系１２０、分散素子１４０及びスイッチング素子１３０及びスイッチ１００の光学系の他の多くの部品のうちの少なくとも１つの設計上の制約の低減につながる重要な特徴である。
【００５２】
望遠鏡レンズ１２８は、さらに、より小さなミラー寸法を有する所望のスペクトル通過帯域形状を実現するための分散面３００におけるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎでの狭小なビーム幅に対する要求、スイッチングミラーの高さ対幅のアスペクト比を制限するためのスイッチング面２００におけるスイッチング素子１３０でのビーム幅を制限する要求、及び所定距離離れたファイバポート１１０〜１１７の間でのスイッチングに必要なミラー傾斜角を低減する要求によって課せられた、第１の球面レンズ１２２及び第２の球面レンズ１２４に対する設計上の制約を軽減するように機能することが好ましい。
【００５３】
第１のシリンドリカルレンズ１２１は、第２の球面レンズ１２４から該第２の球面レンズ１２４の焦点距離ｆｂと第１のシリンドリカルレンズ１２１の焦点距離ｆ１との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。第１のシリンドリカルレンズ１２１は、スイッチング面２００においてはアクティブであるが、分散面３００ではパッシブであること、すなわち、第１のシリンドリカルレンズは、スイッチング面２００対分散面３００の光線追跡１９１及び１９５によって描かれているように、スイッチング面２００においては該シリンドリカルレンズを通過する光信号の焦点を合わせるが、分散面３００においては該シリンドリカルレンズを通過する光信号には実質的に影響を及ぼさないことが好ましい。第３のシリンドリカルレンズ１２３は、（第２の球面レンズ１２４と第１のシリンドリカルレンズ１２１との間のビームウエストに位置している）ライン１１９Ｂから第３のシリンドリカルレンズ１２３の焦点距離ｆ４にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。第３のシリンドリカルレンズ１２３は、分散面３００においてはアクティブであるが、スイッチング面２００においてはパッシブであること、すなわち、第３のシリンドリカルレンズは、分散面３００においては該レンズを通過する光信号の焦点を合わせることが好ましい。第２のシリンドリカルレンズ１２５は、ライン１１９Ｂから該レンズの焦点距離ｆ２と第１のシリンドリカルレンズ１２１の焦点距離ｆ１の２倍との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。また、第２のシリンドリカルレンズ１２５は、第１のシリンドリカルレンズ１２１から第２のシリンドリカルレンズ１２５の焦点距離ｆ２と第１のシリンドリカルレンズ１２１の焦点距離ｆ１との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。第２のシリンドリカルレンズ１２５は、スイッチング面２００においてはアクティブであるが、分散面３００においてはパッシブであること、すなわち、第２のシリンドリカルレンズは、スイッチング面２００においては該レンズを通過する光信号の焦点を合わせることが好ましい。第３の球面レンズ１２６は、第２のシリンドリカルレンズ１２５から第３の球面レンズ１２６の焦点距離ｆ３と第２のシリンドリカルレンズ１２５の焦点距離ｆ２との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。また、第３の球面レンズ１２６は、第３のシリンドリカルレンズ１２３から第３のシリンドリカルレンズ１２３の焦点距離ｆ４と第３の球面レンズ１２６の焦点距離ｆ３との合計にほぼ等しい距離に配置されるこが好ましい。第３の球面レンズ１２６は、スイッチング面２００及び分散面３００の両方でアクティブであること、すなわち、該第３の球面レンズは、スイッチング面２００及び分散面３００において該レンズを通過する光信号の焦点を合わせることが好ましい。
【００５４】
好ましくは、光学系１２０は、スイッチ１００の重要な設計上の特徴であり、この光学系１２０の特定の設計及び構成に基づいて、このような光学系は、緩和された仕様、パフォーマンス要件を可能にし、及び／または分散素子１４０、スイッチング素子１３０及び／または他の光学系１２０の設計上の制約を低減する。また、本明細書においては、光学系１２０が、１つ以上の球面レンズ及び１つ以上のシリンドリカルレンズ等を含むことができることが意図されている。
【００５５】
光学系１２０に対しては、単純に単玉レンズが図１に示されているが、実際には、各レンズは、スイッチ１００及び／または光学系１２０の改善された光学性能を与えるために、２球レンズ及び３球レンズ等の複数の素子で構成することができることが意図されている。さらに、これらのレンズの表面形状は、場合によっては、純粋な球面形状または円筒形状に限定されないが、要望どおりに、スイッチ１００及び／または光学系１２０の光学性能を改善するために、高次の「非球面」形状を有してもよい。さらに、各レンズの性能を最適化する際のかなりの柔軟性を与える、該レンズが製造されるガラスの種類に対する制限はない。さらに、スイッチ１００及び／または光学系１２０の光学性能は、好ましくは、スイッチ１００における光学的ノイズになる可能性を本質的に有する「ゴースト」反射を排除するために、全てのレンズ表面を、反射防止膜で被覆することにより、恩恵を受けるであろう。加えて、本明細書においては、光学系１２０の光学レンズによって実行される同じ機能は、ほとんどの場合、非平面ミラーによって実行することができることが意図されている。
【００５６】
スイッチング素子１３０は、Ｎ個の個別に制御可能なミラーを備える、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎとして形成されることが好ましく、各ミラーは、光信号のＮ個の波長のうちのそれぞれ１つに関連付けられている。スイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎにおける各ミラーは、軸１３３周りに傾斜可能であることが好ましく、該軸は、スイッチング面２００と直角に且つ分散面３００内に配置されることが好ましい。軸１３３周りのスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎのうちの選択されたミラーの回転は、入力信号の対応する波長成分を、選択された出力ファイバポートへ向けることができる。傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１は、限定するものではないが、スイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎの各ミラー間の間隔の短縮、ミラーサイズの低減、所定距離離れたファイバポート間でのスイッチングに必要なミラー傾斜角の低減を可能にするために、第３の球面レンズ１２６から第３の球面レンズ１２６の焦点距離ｆ３にほぼ等しい距離に、スイッチング面２００及び分散面３００におけるライン１３３に沿って位置合わせされて配置されること、すなわち、光信号が、該両方の面において同時にガウシアンビームウエストを呈する位置に配置されることが好ましい。
【００５７】
傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎは、公知の半導体ベースの微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術によって製造されることが好ましいが、スイッチング素子１３０は、このような技術によって製造されたミラーを使用することに限定されない。実際には、スイッチング素子１３０は、典型的なＭＥＭＳミラーよりもかなり大きく、そのため、他の従来の機械的製造手段により、おそらく著しく低コストで実現可能であるミラーを有効に使用する能力を有する。
【００５８】
本明細書においては、光ビームを案内するように機能する、スイッチング素子１３０の傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１を、限定するものではないが、２次元画素化された機械的に変形可能なミラーや液晶（例えば、Ｓｉ基板反射型液晶表示素子（ＬＣＯＳ）等のフェーズドアレイデバイスを含む他のビーム案内機構によって置き換えることができることが意図されている。本明細書においては、光学系内で傾斜角を変えることのできるＭＥＭＳミラーの機能が当該技術分野では公知であるため、便宜上、スイッチング素子１３０の動作を説明するのに、該ＭＥＭＳミラーのみを用いている。
【００５９】
分散素子１４０は、回折格子１４１として形成されることが好ましく、また、ライン１１９Ｂから第１のシリンドリカルレンズ１２１の焦点距離ｆ１と第２のシリンドリカルレンズ１２５の焦点距離ｆ２の２倍との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。加えて、回折格子１４１は、ライン１１９Ｂから第３のシリンドリカルレンズ１２３の焦点距離ｆ４の２倍にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。さらに、回折格子１４１は、第３のシリンドリカルレンズ１２３から第３のシリンドリカルレンズ１２３の焦点距離ｆ４にほぼ等しい距離に配置されることが好ましく、及び／または回折格子１４１は、第３の球面レンズ１２６から第３の球面レンズ１２６の焦点距離ｆ３にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。回折格子１４１は、分散面３００においてはアクティブであるが、スイッチング面２００においてはパッシブであることが好ましく、自由空間から回折格子１４１へ伝播する光ファイバ１１２〜１１７のうちの１つから放射された光信号を、Ｎ個の波長成分に分離することが好ましい。また、回折格子１４１は、限定するものではないが、該回折格子において、過剰に大きなビーム幅を低減し、それによって、該回折格子のサイズを低減し、また該回折格子のコストを低減するために、光信号が、両面において同時にガウシアンビームウエストを呈する位置に配置される。一実施形態においては、光信号は、該光学スイッチング素子に入り、その後、そこから出る際に、該分散素子のアクティブな面（分散面）において実質的にテレセントリックな様式で伝播する。
【００６０】
スイッチ１００のコンセプトを説明するために、本明細書における全ての図は、光がこのような回折格子によって回折される本来の手法ではなくて、機能的な手法で透過型の回折格子の使用を示している。反射型の回折格子が、同様にスイッチ１００に適用可能である。
【００６１】
［設計パラメータ］
次に、図６について説明すると、図１に示すようなスイッチ１００の光学的機能のさらなる説明が、図６に示すように、いくつかのビームチェックポイント１５０を定義することによって支援されている。チェックポイント１（ＣＰ１）１５１におけるビームは、ＦＦ光学系の規則の２回の適用、すなわち第１の球面レンズ１２２（Ｌａ）の１回と第２の球面レンズ１２４（Ｌｂ）の１回との結果により、該ファイバアレイの端面が拡大されて形成される。ＣＰ１ １５１における光ビームの発散角（すなわち円錐角）は、第１の球面レンズ１２２の焦点距離と第２の球面レンズ１２４の焦点距離との比から算出されるＭＴ、すなわちＭＴ＝ｆｂ／ｆａで示す該望遠鏡の倍率によってファイバポートアレイ１１０から放射される光の発散角に関して狭められ、このことは、光ビームパラメータの制御および／または変更、及び１つ以上の光学素子の位置決めにより、ＷＳＳの性能の最適化を可能にする。
【００６２】
図６についてさらに説明すると、本明細書においては、ＦＦ光学系の規則は、好ましくは、スイッチ１００の光部品、分散素子１４０及びスイッチング素子１３０を位置決めする際に、スイッチ１００の両バイモーダル面において常に有利に用いられることが意図されている。例えば、ＣＰ２ １５２におけるビームはＣＰ１ １５１の共役ビームウエストを表し、ＣＰ３ １５３におけるビームはＣＰ２ １５２における共役ビームウエストを表し、以下同様である。従って、ビームウエストは、図１に開示されているように、該光学系の各レンズのペアの間に、及び分散素子１４０及びスイッチング素子１３０が配置されている箇所に形成される。好ましくは、光スイッチ１００において、スイッチング素子１３０は、スイッチング素子１３０の傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーによってもたらされる蹴られ（クリッピング）及び回折損失をなくすために、ビームウエストＣＰ４ １５４及びＣＰ７ １５７に配置されている。さらに、ビーム１９１、１９５が光スイッチ１００の全往復行程を伝播して、元のファイバポートアレイ１１０に到達すると、そのビームウエストは、元々ファイバすなわち導波路１１１から放射されたビームウエストとサイズが実質的に同じになり、その結果、該ビームを、同じファイバすなわち導波路１１１に有効に再結合できるということも好ましい。スイッチ１００を設計する際の好ましい目的は、スイッチ１００の往復行程における中間点を表すため、スイッチング面２００におけるスイッチング素子１３０で、及び分散面３００における傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎで、両バイモーダル面においてビームウエストを伴うスイッチ１００を設計することである。従って、ＦＦ光学系の規則の順守は、十分な光学的品質のレンズの使用と共に、スイッチ１００の終端間の光挿入損が最小限化されることを確実にする。
【００６３】
バイモーダルスイッチ１００を通るビーム経路は、光線追跡とも呼ばれる従来の幾何光学によって決めることができる。図６の上半分のスイッチング面２００を参照すると、光線追跡は、ＦＦ光学系の規則が、分散素子１４０が配置されているＣＰ３ １５３における光軸Ａと平行に（すなわち、テレセントリックな態様で）伝播するビームを、好ましく且つ有利に生み出すことを示している。このようなテレセントリック性は、分散素子１４０の効率的且つ正しい動作にとってクリティカルであり、そうでなければ、様々なファイバからの同じ波長λｎは、該波長λｎに関連する傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎの指定されたスイッチングミラー上に正確に重ならないことになる。第３の球面レンズ１２６（Ｌ３）を介した光線追跡は、好ましくは、特定の波長λｎのファイバアレイの各ファイバからの全てのビームが、その波長λｎに関連する傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎの特定のスイッチングミラー上に収束することを示している。この結果、波長λｎに対するこのスイッチングミラーの制御された傾斜角調節は、ファイバポートアレイ１１０の２つの選択されたファイバ間に、光路すなわち光学的経路を形成し、このことは、（波長ごとの）スイッチ１００の２つの光学ポートを接続することと等価である。
【００６４】
図６の下半分の分散面３００を参照すると、光線追跡は、各ファイバからの各ビームは、ＣＰ６ １５６において分散素子１４０に到達するまで、光軸Ａに沿って進むことを示している。好ましくは、分散素子１４０は、ＷＤＭ信号の波長成分を角度分散させるものであり、該分散素子１４０は、第３の球面レンズ１２６（Ｌ３）の前側焦平面に厳密に位置しているため、様々な波長λｎの成分は、第３の球面レンズ１２６（Ｌ３）を通過した後、ＣＰ７ １５７に配置された傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎのスイッチングミラーに近づくにつれて、互いに平行に（すなわち、テレセントリックな様式で）伝播する。このことは、分散面における公称傾斜角がゼロになるように、スイッチングミラーを平坦な基板上に形成することにとって有利である。従って、最適のスイッチ１００において、スイッチングミラーは、スイッチ１００が機能するために、スイッチング面において傾斜することのみが必要である。また、ＦＦ光学系の規則を利用するスイッチ１００の設計は、ＣＰ７ １５７における光ビームの所望のテレセントリック性を実現すると共に、ＣＰ６ １５６及びＣＰ７ １５７の両方において生じるビームウエストを可能にした。本明細書においては、回折格子１４１は、厳密には、図１及び図６に示すように作動しないが、論考上の都合のために機能的に図示されていることに留意されたい。回折格子に関する詳細は、以下に説明する。
【００６５】
ビームウエストは、スイッチング面２００におけるＣＰ２ １５２に位置するビームウエストに関連する分散面３００にはビームウエストがないことを除いて、スイッチ１００の両方の面において一致していることに注意されたい。また、ＣＰ４ １５４（傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎのスイッチングミラー）以外の、スイッチング面２００におけるビーム同士の重なりは、全て自由空間内で生じるため、ファイバポート間の散乱誘導形の光クロストークの可能性を著しく低減することにも注意されたい。
【００６６】
好ましくは、第３の球面レンズ１２６（Ｌ３）は、２つの非常に異なる機能、すなわち、１）スイッチング面２００では収束ビームを生成し、且つ、２）分散面３００ではテレセントリックなビームを生成することを同時に実行する。好ましくは、分散素子１４０及びスイッチング素子１３０は、最も独特であり、また特に、スイッチング素子１３０の場合には、カスタマイズされた部品を要するため、設計プロセスの初期段階においてはまず、これら２つの部品のパラメータを定義することから、スイッチ１００の設計をスタートさせることが望ましい。これらの理由から、分散素子１４０及びスイッチング素子１３０の特性は、好ましくは、第３の球面レンズ１２６（Ｌ３）に対する光学的要件を決めることができるようになっており、このことは、第３の球面レンズ１２６（Ｌ３）が、主に分散面３００に対して最適化されることを意味する。
【００６７】
次に、以下の数式について説明すると、θｍｎが２つの隣接する波長λｍ及びλｎの間の分散素子１４０の角度の差を表し、及びＳｍｎが、同じこれらの波長における傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎのスイッチングミラーの中心間の間隔を表すとすると、第３の球面レンズ１２６（Ｌ３）の必要な焦点距離は、以下の数式から算出することができる。
【数１】
0005726407.tif 000002
【００６８】
スイッチ１００の設計におけるこのポイントにおいては、他の全てのレンズが自由変数であり、すなわち、それらの焦点距離は、スイッチ１００のためのＷＳＳ設計の特定の要件を満たすように選定することができる。望遠鏡レンズ１２８、第１の球面レンズ１２２（Ｌａ）及び第２の球面レンズ１２４（Ｌｂ）を選択する際には、個々の部品の性能負荷を低減すると共に、他のシステムレベルの性能要件も満たすために、多くの柔軟性が、ＷＳＳによって与えられる。しかし、再び図１及び図６を参照すると、レンズ群、すなわち、第１のシリンドリカルレンズ１２１（Ｌ１）、第３のシリンドリカルレンズ１２３（Ｌ４）及び第２のシリンドリカルレンズ１２５（Ｌ２）の焦点距離は、第３のシリンドリカルレンズ１２３（Ｌ４）の焦点距離が、第１のシリンドリカルレンズ１２１（Ｌ１）の１つの焦点距離ｆ１と第２のシリンドリカルレンズ１２５（Ｌ２）の１つの焦点距離ｆ２との合計に等しくなければならず（すなわち、ｆ４＝ｆ１＋ｆ２）（図１参照）、その結果、ビームウエストは、ＣＰ３ １５３及びＣＰ６ １５６に同時に存在することとなり、このことが、光ビームの制御及び／または変更と、１つ以上の光学素子の位置決めとによるＷＳＳの性能の最適化を可能にするため、完全に独立はしていないことが意図されている。
【００６９】
ＷＳＳのための重要な性能仕様は、各ＷＤＭ波長チャネルに関連するスペクトル通過帯域である。該通過帯域は、ＣＰ７ １５７に位置する傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎのスイッチングミラーにおける分散面３００におけるビームウエストのサイズに直接的に関係する。経験則として、Ｄ７で示す、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎのスイッチングミラーにおけるｅ−２ビーム幅が、好ましくは、Ｗｍで示す該スイッチングミラーの幅の１／４よりも大きくない場合、言い換えれば、Ｄ７≦Ｗｍ／４である場合には、適切に広く上部が平坦な通過帯域形状が各ＷＤＭチャネルに与えられる。例えば、好ましくは、スイッチングミラーλｎの幅が１００ミクロンの場合、Ｄ７は２５ミクロンを超える幅にすべきではない。上記の経験則は、隣接するスイッチングミラー間のエッジ間ギャップｇがミラーの幅の約５％未満であると仮定している。ＣＰ７ １５７におけるビームウエストＤ７は、ＣＰ６ １５６におけるビームウエストＤ６の共役であることが好ましい。そのため、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎのスイッチングミラー上のビーム幅Ｄ７は、ＣＰ６ １５６におけるビームウエストＤ６を十分に広くすることによって、十分に狭くすることができることが好ましい。
【００７０】
必要なビーム幅Ｄ６は、ｆ４に対して予め計算した値を用いて、図５の数式３から計算することができることが好ましい。有利には、スイッチ１００の設計は、比較的長い焦点距離ｆ４の第３のシリンドリカルレンズ１２３（Ｌ４）を可能にし、このことは、図５の数式３に従って、ＣＰ６ １５６に、比較的大きなビームウエストＤ６を形成するのにも役に立つ。しかし、ＣＰ６ １５６における過剰に広いビームウエストＤ６は、該システムの通過帯域仕様に必要なものよりも大きく且つコスト高の回折格子１４１をもたらすため、考慮すべきバランスがある。好ましくは、ＣＰ６ １５６において、最も有効なまたは所望されるＤ６を得るのに必要なｆ４の実際の値は、Ｄ６は、Ｄ５の共役なビームウエストであるため、図５の数式３に従って、ＣＰ５ １５５におけるビームウエストＤ５のサイズに依存する。本発明の重要な特徴は、ＣＰ５ １５５におけるビームウエストＤ５が、光学望遠鏡レンズ１２８（Ｌａ及びＬｂ）によってもたらされる光学倍率ＭＴの量によって選択可能であるということである。従って、ｆ４にとって必要な値は、望遠鏡倍率ＭＴの関数である。実用的なＷＳＳ設計の場合、好ましくは、光学望遠鏡レンズ１２８（Ｌａ及びＬｂ）の望遠鏡によってもたらされる倍率は、過剰に大きなビーム幅Ｄ６を避けるのに重要である。
【００７１】
ここで、図６の上半分のスイッチング面２００に目を向けると、第１のシリンドリカルレンズ１２１と第２のシリンドリカルレンズ１２５（Ｌ１及びＬ２）が、別の望遠鏡を有効に形成していることが見て分かる。好ましくはここに望遠鏡を形成する理由は、前に述べたように、第３の球面レンズ１２６（Ｌ３）が、ＣＰ４ １５４のスイッチング素子１３０のスイッチングミラー面に収束ビームを生成することを可能にする、ＣＰ１ １５１からＣＰ３ １５３へのビームテレセントリック性を維持するためである。好ましくは、第１のシリンドリカルレンズ１２１及び第２のシリンドリカルレンズ１２５（Ｌ１及びＬ２）の望遠鏡の光学倍率は、ファイバポート間にビームを向けるのに必要なスイッチングミラー傾斜角の量を低減するために、最小限にすべきである。好ましくは、この第２の望遠鏡の倍率は、ｆ１が増加し且つｆ２が減少したときに最小限になる。加えて、このことは、実際には、スイッチング面２００における第２のシリンドリカルレンズ１２５（Ｌ２）及び第３の球面レンズ１２６（Ｌ３）の光学アパーチャを低減するように作用する。第１のシリンドリカルレンズ１２１及び第２のシリンドリカルレンズ１２５（Ｌ１及びＬ２）は、スイッチング面２００においてのみ有効であり、そのため、これらのレンズの焦点距離ｆ１及びｆ２は、光ビームパラメータの制御及び／または変更、及び１つ以上の光学素子の位置決めによるＷＳＳの性能の最適化を可能にする、ｆ４＝ｆ１＋ｆ２という前述した要件を満たす限りにおいて、変更可能である。
【００７２】
しかし、スイッチ１００を最適化する際の別の考慮すべき事柄は、Ｄ４で示す、ＣＰ４ １５４におけるスイッチング素子１３０のスイッチングミラー上でのビームウエストの高さである。スイッチング素子１３０のスイッチングミラーの製造及び動作は、好ましくは、該ミラーの高さを適当な値に制限することにより補助されるものであり、例えば、スイッチング素子１３０は一般に、高さ対幅において１０未満のアスペクト比が有利である。ビーム径Ｄ４は、ＣＰ１ １５１からＣＰ４ １５４への、図５の数式３の反復適用に起因する。そのため、Ｄ４のサイズを低減するには、好ましくは、ＣＰ３ １５３におけるＤ３のサイズを増加させるべきであり、このＤ３のサイズの増加は、ｆ１が減少したときに生じる、ＣＰ２ １５２におけるＤ２のサイズが減少した場合に生じる。しかし、この目的のためにｆ１を減少させることは、前述したように、スイッチング素子１３０のスイッチングミラーの傾斜角を低減するために、ｆ１を増加させて、第１のシリンドリカルレンズ１２１及び第２のシリンドリカルレンズ１２５（Ｌ１及びＬ２）の望遠鏡の倍率を低下させることと反対のことである。そのため、スイッチ１００のためのｆ１の最適値は、好ましくは、スイッチング素子１３０のスイッチングミラーの高さ対幅のアスペクト比に対して、スイッチングミラーの傾斜角をバランスさせることに起因する。
【００７３】
第１のシリンドリカルレンズ１２１及び第２のシリンドリカルレンズ１２５（Ｌ１及びＬ２）の焦点距離を変えることの概略的な効果を表１に示す。この表において、「ＳＰ」はスイッチング面２００を表し、「ＤＰ」は分散面３００を表し、「Ｆ／＃」は、アパーチャ幅によって分割されるレンズの焦点距離の比を表す（Ｆ／＃が高いほどレンズの設計が容易になることに留意されたい）。４つの効果のカテゴリーがあり、チェックマークは有益を意味し、「Ｘ」マークは不利益を意味し、「〜Ｘ」はやや不利益を意味し、「ｎａ」は有意な効果なしを意味する。好ましくは、この表は、第１のシリンドリカルレンズ１２１及び第２のシリンドリカルレンズ１２５（Ｌ１及びＬ２）の焦点距離を変えることにより、スイッチ１００の特定の性能パラメータを改善する概略的指針として用いることができる。しかし、本明細書においては、光学的設計の実施において、光ビームパラメータの制御及び／または変更、及び１つ以上の光学素子の位置決めによるＷＳＳの性能の最適化を可能にする、スイッチ１００における特定の性能目標を実現するために、変更することもできる追加的な設計パラメータがあることが意図されている。
【表１】
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【００７４】
上記において、好ましくは、ＣＰ２ １５２におけるＤ２の小さなサイズが、スイッチングミラーのアスペクト比を制限することの補助になることを述べた。好ましくは、Ｄ２は、ＣＰ１ １５１におけるＤ１をより大きく形成した場合に、より小さく形成することができ、このことは、望遠鏡レンズ１２８（Ｌａ及びＬｂ）によって有利にもたらされる。また、好ましくは、分散面３００内のＣＰ５ １５５における倍率をもたらす望遠鏡レンズ１２８（Ｌａ及びＬｂ）のより前での使用を支援して（第１の球面レンズ１２２（Ｌａ）及び第２の球面レンズ１２４（Ｌｂ）（Ｌａ及びＬｂ）は、図６に示すような球面レンズであるため、ＣＰ１ １５１及びＣＰ５ １５５におけるビーム特性は同じであることに留意する）、従って、望遠鏡レンズ１２８（Ｌａ及びＬｂ）の望遠鏡は、好ましくは、スイッチング面２００及び分散面３００の両方における問題を同時に解決する助けとなり、このことは、本ＷＳＳの重要な特徴である。
【００７５】
図７を参照すると、本発明の別の実施形態の図においては、Ｌａ及びＬｂの望遠鏡素子が省かれている。この別の実施形態のスイッチ１００Ｂは、ポートアレイ１１０と、光学系１２０と、スイッチング素子１３０と、分散素子１４０と、を備えることが好ましく、スイッチング面２００及び分散面３００が規定されている。ポートアレイ１１０は、光ファイバ１１２〜１１７を、選択された位置及び／または方向に収容して固定するように適合されたファイバチャネルアレイ１１１を含むことが好ましい。図１及び図２に示されたスイッチにおいては、光ファイバ１１２〜１１７の各々は、スイッチング面２００において実質的に位置合わせされており、且つ該スイッチング面を規定し、１次元アレイを構成している。光ファイバ１１２〜１１７の各々は、自由空間との境界を画定する終端点を備えることが好ましく、光ファイバ内を伝播する光信号は、該終端点でファイバから出て、自由区間内を伝播することができる。同様に、少なくとも一定の角変位の範囲内で該終端点に到達する、自由空間内を伝播してきた光信号は、該終端点で光ファイバ内に入って、その中を伝播することができる。このような各終端点は、スイッチング面２００におけるライン１１９Ａに沿って位置合わせされることが好ましい。
【００７６】
光学系１２０は、第１のシリンドリカルレンズ１２１と、第３のシリンドリカルレンズ１２３と、第２のシリンドリカルレンズ１２５と、第３の球面レンズ１２６と、を備えることが好ましい。第１のシリンドリカルレンズ１２１は、ライン１１９Ａから第１のシリンドリカルレンズ１２１の焦点距離ｆ１にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。第１のシリンドリカルレンズ１２１は、スイッチング面２００においてはアクティブであるが、分散面３００においてはパッシブであることが好ましく、すなわち、第１のシリンドリカルレンズは、スイッチング面２００における光線追跡１９１及び１９５によって描かれているように、スイッチング面２００においては該レンズを通過する光信号の焦点を合わせるが、該レンズを通って分散面３００を通過する光信号に関しては、実質的に影響を及ぼさない。第３のシリンドリカルレンズ１２３は、ライン１１９Ａから第３のシリンドリカルレンズ１２３の焦点距離ｆ４にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。第３のシリンドリカルレンズ１２３は、分散面３００においてはアクティブであるが、スイッチング面２００においてはパッシブであることが好ましく、すなわち、第３のシリンドリカルレンズは、分散面３００においては該レンズを通過する光信号の焦点を合わせる。第２のシリンドリカルレンズ１２５は、ライン１１９Ａから該レンズの焦点距離ｆ２と第１のシリンドリカルレンズ１２１の焦点距離ｆ１の２倍との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。第２のシリンドリカルレンズ１２５は、スイッチング面２００においてはアクティブであるが、分散面３００においてはパッシブであることが好ましく、すなわち、第２のシリンドリカルレンズは、スイッチング面２００においては該レンズを通過する光信号の焦点を合わせる。第１の球面レンズ１２６は、第２のシリンドリカルレンズ１２５から第２のシリンドリカルレンズ１２５の焦点距離ｆ２と第１の球面レンズ１２６の焦点距離ｆ３との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましい。第１の球面レンズ１２６は、スイッチング面２００及び分散面３００の両方の面においてアクティブであることが好ましく、すなわち、第１の球面レンズは、スイッチング面２００及び分散面３００において該レンズを通過する光信号の焦点を合わせる。
【００７７】
図１と同様に、スイッチング素子１３０は、第１の球面レンズ１２６から焦点距離ｆ３にほぼ等しい距離に配置されることが好ましく、軸１３３周りの、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎの選択されたスイッチングミラーの回転は、入力信号の対応する波長成分を、選択された出力ポートへ向けることができる。好ましくは回折格子１４１として形成された分散素子１４０は、ライン１１９Ａから第１のシリンドリカルレンズ１２１の焦点距離ｆ１の２倍と第２のシリンドリカルレンズ１２５の焦点距離ｆ２の２倍との合計にほぼ等しい距離に配置されることが好ましく、自由空間を通って回折格子１４１へ伝播する、光ファイバ１１２〜１１７のうちの１つから射出された光信号を、Ｎ個の波長成分に分離することが好ましい。回折格子１４１は、分散面３００においてはアクティブであるが、スイッチング面２００においてはパッシブであることが好ましい。使用中、スイッチ１００Ｂは、１×５スイッチとして用いることができ、光ファイバ１１２〜１１７のうちの選択された１つ、例えば、光ファイバ１１３は、入力ファイバポートとして使用することができ、光ファイバ１１２〜１１７のうちの残りの光ファイバ、すなわち、光ファイバ１１２及び１１４〜１１７は、出力ファイバポートとして使用することができる。従って、光ファイバ１１３内を伝播する光信号は、ライン１１９Ａと概して直角の軸Ａに沿って、該ライン位置で自由空間に入ることができることが好ましい。光線追跡１９１及び１９５によって示されているように、光信号は、軸Ａと概して平行に、ガウシアンビームとして伝播することができ、ビーム幅は、該ビームがライン１１９Ａから遠くへ伝播するにつれて、拡大する。スイッチング面２００においては、第１のシリンドリカルレンズ１２１は、好ましくは、概して位置Ｐ１で該ビームを焦点に合わせるが、第１のシリンドリカルレンズ１２１は、分散面３００においては、ビームに実質的に影響を及ぼさないことが好ましく、光線追跡１９１は、そのビーム幅の継続的な拡大を示している。この結果、ビームは、好ましくは、分散面３００においては、第３のシリンドリカルレンズ１２３により、概して位置Ｐ２に焦点が合わされるが、スイッチング面２００においては、その第３のシリンドリカルレンズ１２３によって実質的な変化はない。そして、ビームは、好ましくは、スイッチング面２００においては第２のシリンドリカルレンズ１２５によって焦点が合わされた後、概して軸Ａに平行に伝播し、また好ましくは、分散面３００においては、実質的に不変である（すなわち、位置Ｐ２における該ビームは、好ましくは、分散面３００における第２のシリンドリカルレンズ１２５によって乱されない）。分散面３００においては、上述したように、概して位置Ｐ２に配置された回折格子１４１は、好ましくは、ビームをＮ個の波長成分に分離し、球面レンズ１２６と共に、好ましくは、各波長成分の焦点を、ミラーアレイ１３１の対応するミラーの面上に合わせる。しかし、スイッチング面２００においては、回折格子１４１は、好ましくは、実質的にビームに影響を及ぼさず、このことは、好ましくは、各波長成分の焦点が、概して位置Ｐ３���おいて、ミラーアレイ１３１の対応するミラーの面上に合わせられるまで、軸Ａに概して平行に伝播することを継続する。
【００７８】
ミラーアレイ１３１による反射の後、ファイバポートアレイ１１０における、選択された光ファイバ上に出力されるように要望された光信号の波長成分は、スイッチング面２００ならびに分散面３００の概して位置Ｐ２に焦点を有する球面レンズ１２６によって、焦点が合わせられることが好ましい。回折格子１４１は、ファイバポートアレイ１１０の各光ファイバに対して、分散面３００であれば、該光ファイバ上への出力のために選択された波長成分を結合することが好ましい。スイッチング面２００においては、第２のシリンドリカルレンズ１２５及び第１のシリンドリカルレンズ１２１は、このように結合された波長成分の焦点を、概して位置１１９Ａにおける該選択された光ファイバ上に合わせることが好ましい。図１の説明図においては、ミラーに関連する光ファイバ１１５からの入力光信号の波長成分は、光ファイバ１１３への出力のために選択されているのに対して、図７においては、ミラーに関連する光ファイバ１１３からの入力光信号の波長成分は、光ファイバ１１７への出力のために選択されている。図１の分散面３００においては、第３のシリンドリカルレンズ１２３は、好ましくは、光信号の各波長成分の焦点を概して位置１１９Ａに合わせ、一方、スイッチング面２００においては、第１のシリンドリカルレンズ１２１及び第２のシリンドリカルレンズ１２５は、同様に、該光信号の各波長成分の焦点を、概して位置１１９Ａに合わせている。
【００７９】
各ミラー１３１ａ〜１３１ｎは、ミラー制御電圧を該ミラーに供給するように作動可能な制御デバイスＣによって制御されることが好ましい。光線追跡１９１によって図示されているように、傾斜角を変えることのできるミラー１３１ｎ等のスイッチングミラーアレイ１３１ａ〜１３１ｎのうちの選択されたスイッチングミラーの傾斜角は、いずれかのファイバポート上へ制御し、もしあれば、関連する波長成分λｎが出力される。加えて、１つ以上のミラー１３１ａ〜１３１ｎの軸１３３周りの傾斜角は、概して位置１１９Ａにおいて、ファイバポートアレイ１１０上に関連する波長成分によって形成されるスポットを、選択されたファイバポートの中心から外すことができるように、任意に制御することができる。ミラー１３１ｎの軸１３３周りの傾斜角の度合いは、出力波長成分の信号強度を制御することができることが好ましく、それにより、異なる波長成分の信号強度の均等化を達成することができ、または、それにより、いずれかのまたは全ての波長成分の出力信号強度の他の選択的調節を調節することができる。
【００８０】
レンズ１２１〜１２７の各々、回折格子１４１及びミラーアレイ１３１の配置が、ビームに、スイッチング面２００及び／または分散面３００の少なくとも一方において、ビームウエスト（すなわち、ビーム幅に対する局所的な最小値）を呈させることに留意することが重要である。具体的には、光線追跡１９１及び１９５は、概して位置Ｐ１、Ｐ２及びＰ３においてビームウエストを呈することが好ましく、一方、光線追跡１９５は、位置Ｐ２、Ｐ１及び１１９Ａにおいてビームウエストを呈することが好ましい。スイッチング面２００においては、位置Ｐ１における該ビーム幅の減少は、好ましくは、スイッチング面２００における位置Ｐ２でのビーム幅の減少を可能にし、位置Ｐ３における該ビーム幅も減少され、それにより、ミラーアレイ１３１におけるクリッピング及び回折損失を回避することができる。分散面３００においては、位置Ｐ１におけるビームウエストを避けると、好ましくは、位置Ｐ２におけるビーム幅を十分に大きくして、位置Ｐ３において、狭小なビームウエストを実現することができ、それにより、所望のスペクトル通過帯域を、より小さな寸法のミラーで実現することができる（このことは、ミラーに望まれるアスペクト比の実現も容易にする）。位置Ｐ２におけるビーム幅は、上述したように、分散面３００においては比較的広いが、ビームは、好ましくは、それにもかかわらずスイッチング面２００においては位置Ｐ２でビームウエストを呈し、それにより、ビームウエストが、位置Ｐ３においても呈され、位置Ｐ３におけるビーム幅をさらに減少させる。スイッチング面２００及び分散面３００の両方におけるビーム幅のこのような低減は、好ましくは、ミラーにおけるクリッピングまたは信号損失を低減する。
【００８１】
次に、図８について説明すると、分散面３００において、ビーム案内素子（ＢＳＥ）１６２が追加された、図１に示す本発明の別の実施形態の説明図である。この別の実施形態のスイッチ１００Ｃは、好ましくは（第１の球面レンズ１２２及び第２の球面レンズ１２４を備える）光学望遠鏡レンズ１２８と第１のシリンドリカルレンズ１２１との間に配置され、分散面３００において作動可能なビーム案内素子１６２の、図１のスイッチ１００への付加を備えることが好ましく、すなわち、該ビーム案内素子は、分散面３００において該素子を通過する光信号を案内する。好ましくは、ビーム案内素子１６２は、スイッチ１００Ｃにおける光ファイバポートの数を、倍数的に増加させることを可能にする。また、光ファイバ１１２Ａの多数の列を含む２次元ファイバアレイ１１０Ｃを用いて、及び光学望遠鏡レンズ１２８（Ｌａ及びＬｂ）の第２の球面レンズ１２４の後側にビーム案内素子１６２を付加することで、図８に示すように、光学ポートの数を、２列ファイバアレイ１１０Ｄまたは３列ファイバアレイ１１０Ｅのように、２倍以上にすることができる。そして、スイッチ１００Ｃは、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３２ａ〜１３２ｎのための２軸スイッチングミラーを含むことが好ましく、該スイッチングミラーは、２列ファイバアレイ１１０Ｄまたは３列ファイバアレイ１１０Ｅ内の列間のスイッチングを可能にする第１及び第２の傾斜軸を含む。例えば、１×４１のＷＳＳスイッチ１００Ｃは、各列に４２個のファイバを含む２列のファイバ列を備えるファイバアレイ１１０Ｄを用いた場合に、１×８３のＷＳＳスイッチに拡張可能にすることができる。本明細書においては、３列以上のファイバ列を用い、３つ以上のビーム案内素子を使用して、スイッチ１００Ｃのポート数をさらに増加させることが意図されている。
【００８２】
再び図８を参照すると、図１に示した本発明のまた別の実施形態が示されており、この実施形態は、スイッチング面２００において、ビーム案内素子（ＢＳＥ）１６２の追加を含む。この別の実施形態のスイッチ１００Ｃは、好ましくは（第１の球面レンズ１２２及び第２の球面レンズ１２４を備える）光学望遠鏡レンズ１２８と第１のシリンドリカルレンズ１２１との間に配置され、スイッチング面２００において作動可能なビーム案内素子１６２の、図１のスイッチ１００への追加を備えることが好ましく、すなわち、該ビーム案内素子は、スイッチング面２００において該ビーム案内素子を通過する光信号を案内する。好ましくは、ビーム案内素子１６２は、いくつかのファイバポートからの光を、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３２ａ〜１３２ｎの２軸スイッチングミラーの別のセット（ミラーの第２の線形アレイ）へ向けることができるようにする。スイッチ１００Ｃのこの構成は、本質的に、２つの独立して作動するＷＳＳシステムを、同じ光学系（スイッチ１００Ｃ）内に作り出す。第２のＷＳＳは、限定するものではないが、関連するファイバポート内のチャネルの光出力のモニタリングを含む多くの目的のために用いることができる。
【００８３】
本明細書においては、ビーム案内素子１６２を配置する理想の位置は、様々なファイバポートからのビームがいくつかの物理的分離を経てきた、図６に示すＣＰ３ １５３、または、分離素子１４０と第３の球面レンズ１２６（Ｌ３）との間であることが意図されている。
【００８４】
さらに、ビーム案内素子（ＢＳＥ）１６２は、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３２ａ〜１３２ｎ（追加的なスイッチング素子１３０）の２軸スイッチングミラーの別のセット（ページの外部に伸びるミラーのリニアアレイからなる１つ以上の行または列）に向けるべきビームを、ファイバアレイ１１０の一部からの選択する目的で、スイッチ１００内に配置することができるということも意図されている。
【００８５】
さらにまた、本明細書においては、光のビームを案内するように機能するスイッチ１００のビーム案内素子（ＢＳＥ）１６２は、限定するものではないが、従来の光学プリズム、リフレクタ、回折素子、ホログラフィック素子、液晶、ＬＣＯＳ及びこれらの組合せを含む他のビーム案内機構と置き換えることができることも意図されている。
【００８６】
またさらに、本明細書においては、スイッチング素子１３０は、第１の軸が、波長すなわち光信号をスイッチングするのに利用され、第２の軸が、個別の波長すなわち光信号の出力レベルを減衰させて、等しい出力レベルを得るのに利用される２軸ミラーを備えることができることが意図されている。このような均等化及び減衰は、２００４年９月２８日に発行された「可変伝送マルチチャネル光スイッチ」というタイトルの米国特許第６，７９８，９４１号明細書に記載されており、この明細書全体を参照により本明細書に援用する。
【００８７】
［機能強化された回折格子］
またさらに、本発明のいくつかの特徴は、回折格子１４１による波長分散の量が増すにつれて、機能強化することができることが意図されている。波長分散の増加を実現するには、いくつかの方法がある。最も単純なアプローチは、分散方向におけるミリメートル当たりの溝の数で通常は表される、非常に高い線密度を有する回折格子を用いることである。しかし、回折格子の回折効率の偏波依存は、ｍｍ当たりの溝の数が増加するにつれて増し、このことは、光学系全体のための十分に低い偏波依存損失（ＰＤＬ）を維持するために、このように用いられる回折格子の選択に実施上の制限を与える。
【００８８】
波長分散の増加を実現するための別のアプローチは、２つ以上の回折格子１４１を直列に用いることである。この方法においては、より低い溝／ｍｍ密度を有するが、本質的に低いＰＤＬを有する回折格子１４１を組合わせることができると共に、トータルのＰＤＬを低く維持することができる。次に、図９について説明すると、非常にコンパクトな配置で構成され、第２のシリンドリカルレンズ１２５と第３の球面レンズ１２６との間に非可動反射ミラー１３４を利用した波長分散（ＣＤ）の影響も低減する、２つの透過型回折格子１４１Ａ及び１４１Ｂを備えるスイッチ１００の一部が図示されている。あるいは、図９におけるアプローチは、図１０に示すように、第２のシリンドリカルレンズ１２５と第３の球面レンズ１２６との間に配置された２つの反射型回折格子１４１Ｃ及び１４１Ｄを用いて実施することもできる。さらに、本明細書においては、図１１に示すように、第２のシリンドリカルレンズ１２５と第３の球面レンズ１２６との間に配置された透過型回折格子１４１Ｅと反射ミラー１３４を用いて、単一の回折格子を通る２つの光路を図示のように実現することもできることも意図されている。さらにまた、本明細書においては、図１２に示すように、第２のシリンドリカルレンズ１２５と第３の球面レンズ１２６との間に配置された、反射型回折格子１４１Ｆと反射ミラー１３４を用いて、単一の回折格子を通る２つの光路を図示するように実現することもできることが意図されている。またさらに、本明細書においては、図１３に示すように、第２のシリンドリカルレンズ１２５と第３の球面レンズ１２６との間に配置された、反射型回折格子１４１Ｇと反射ミラー１３４を用いて、単一の回折格子を通る２つの光路を図示するように実現することができることが意図されている。本明細書においては、図９〜図１３に示されているスイッチ１００における回折格子の場合の基本的なアプローチに対する他の変形例を、２つ、３つまたはそれ以上の回折格子を利用して構成することができることが意図されている。
【００８９】
図９〜図１３によって提案された方法で、低ＰＤＬの回折格子を用いる場合でも、今日の通信業界に特有の厳しい仕様を満たすために、スイッチ１００全体のＰＤＬを低減するさらなる必要性がある。回折格子は、スイッチ１００における主要な偏波依存部品になる可能性があるため、図１４に記載されている、円偏光した光のみが回折格子１４１Ｈ及び１４１Ｉに入射するように、偏光ビームスプリッタ１６４を用いる手法を利用することができる。図１４において、光（光信号すなわちビーム）は、図の左側からビームスプリッタ１６４に入り、任意の電界分極状態を有することができる。該ビームスプリッタ内のビーム分割層の目的は、概して任意の偏光状態の入射光ビームを、一方が、このページの面内に電界振動を有し（Ｓ−偏光）、他方が、このページの面と直角な電界振動を有する（Ｐ−偏光）、２つの直交直線偏光状態に分解することである。ビームスプリッタ１６４内の該分割層は、これらの直交直線偏光状態のどちらか一方を常に反射または透過するように設計されことができる。説明のため、ビームスプリッタ１６４の該分割層は、Ｐ−偏光した光を透過するように、及びＳ−偏光した光を反射するように設計されている。従って、入射光ビームの分解されたＰ−偏光成分は、ビームスプリッタ１６４内の該分割層により、１／４波長板（ＱＷＰ）１６６Ａへ向けて伝達されることが好ましい。ＱＷＰ１６６Ａの光学的に「速い」軸は、光のＰ−偏光に対して、４５度の角度で配置されるため、回折格子１４１Ｈへ進む左旋円（ＬＨＣ）偏光状態を生じる。回折格子１４１Ｈからの反射時に、光ビームの偏光状態は、右旋円（ＲＨＣ）状態を得る。このＲＨＣ偏光ビームがＱＷＰ１６６Ａに戻って入ると、Ｓ−偏光状態に変換される。この説明においては、ビームスプリッタ１６４の分割層は、Ｓ−偏光した光を反射するように設計されているため、該ビームは、ビームスプリッタ１６４で反射されてレンズ１２６へ向かう。ビームスプリッタ１６４内のビーム分割層によって、ＱＷＰ１６６Ｂへ反射される、入射光の分解されたＳ−偏光成分の場合にも、同様の状況が存在する。この場合、回折格子１４１Ｉに当る光は、ＲＨＣ偏光状態を有する。回折格子１４１Ｈ及び１４１Ｉは、ＲＨＣ偏光及びＬＨＣ偏光に対して同じ回折効率を有し、そのため、Ｓ−偏光状態またはＰ−偏光状態のいずれかに分解される入射光の量に関係なく、ビームスプリッタ１６４を離れてレンズ１２６へ向かう光の正味量は、入射光の偏光状態と無関係に同じになる。従って、回折格子の固有の偏波依存回折性能特性は、有効に除去されている。
【００９０】
ＰＤＬを低減する別の比較的単純なアプローチが図１５に示されており、それにより、１／４波長板１６８Ｃが、（図１に示すスイッチと同様の）スイッチ１００Ｄにおける、回折格子１４１と第３の球面レンズ１２６の間の第３の球面レンズ１２６の直前に挿入されることが好ましい。１／４波長板１６８Ｃの光軸は、第３の球面レンズ１２６の前での何らかの面依存偏波効果が無効になるように、分散面３００に対して４５°の角度で配置されることが好ましい。第３の球面レンズ１２６の直前に１／４波長板１６８Ｃを配置することは、１）ＱＷＰの作用が光の入射角に対してある程度の感度を有し、ビームの角度がこの位置において過剰でないため、及び、２）１／４分波長板１６８Ｃが傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１の近くに位置しているので、ＰＤＬを徐々に軽減することができるため、有利である。従って、特定の用途においては、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１２１のよりに近くにＱＷＰを「カバーガラス」の形で、ミラーアレイ１３１の直ぐ上に、移動させることが実行可能である。本明細書においては、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１のスイッチングミラーの表面上に、ＱＷＰを「付着」または他の方法で直接配置することが意図されている。また、第３の球面レンズ１２６の設計により、１／４波長板１６８Ｃは、好ましくは、第３の球面レンズ１２６と一体的部品として組込んでもよい。例えば、１／４波長板１６８Ｃは、第３の球面レンズ１２６の平坦面に接合してもよいし、あるいは、２重レンズの２つの半体間に「挟み込んで」もよい。
【００９１】
ファイバポートアレイ１１０における光ビームまたはスポット／ビーム断面サイズ（すなわち、横方向のビーム幅）を拡大することにより、追加的な設計及び性能上の融通性をスイッチ１００に与えることができる。一例として、図２に戻って説明すると、ファイバポートアレイ１１０のライン１１９Ａに沿った自由空間縁部におけるスイッチング面２００方向での光ビームの拡大が示されているが、一般的なコンセプトは、この面におけるビーム拡大に限定されない。スイッチング面２００におけるビーム拡大は、導波路１１１の製造プロセス中に、徐々に拡がる導波路１１１を、ライン１１９Ａに沿って、自由空間縁部にまたは自由空間縁部付近に実装することによって実現されることが好ましく、従って、伝播するビームは、単一のガウシアン状ビームの状態のままである。このビーム拡大プロセスは、ファイバポートアレイ１１０のライン１１９Ａに沿った自由空間縁部における光の伝播の方向とは無関係であることに注意されたい。実例として、光ビームの拡大は、図２においては、導波路１１１を幅ｍに拡大することによって達成される。
【００９２】
スイッチング面２００または分散面３００の一方で作動可能である、図１に示す標準的な望遠鏡レンズ１２８（Ｌａ及びＬｂ）の代わりに、アナモルフィックな望遠鏡レンズ１２８（Ｌａ及びＬｂ）を実装することによって、さらなる設計及び性能上の融通性をスイッチ１００に与えることができる。アナモルフィックな望遠鏡レンズは、好ましくは、望遠鏡レンズ１２８（Ｌａ及びＬｂ）の表面を非球面に形成することにより、または、Ｌａ及びＬｂの望遠鏡に追加的なレンズを追加すること等により、実現することができる。アナモルフィックな光学素子は、１次元、軸または面における光学特性のみを変え、拡大させまたは歪曲する。シリンドリカルレンズは、アナモルフィック光学素子の一例である。このような特徴をスイッチ１００に導入すると、第３のシリンドリカルレンズ１２３の焦点距離ｆ４は、第１のシリンドリカルレンズ１２１（Ｌ１）の焦点距離（ｆ１）と第２のシリンドリカルレンズ１２５（Ｌ２）の焦点距離（ｆ２）との合計に等しくなければならない（すなわち、ｆ４＝ｆ１＋ｆ２）というこれまでの要件を緩和させ、このことは、光ビームパラメータの制御及び／または変更、及び１つ以上の光学素子の位置決めによるＷＳＳの性能の最適化を可能にし、それによって、スイッチング面２００及び分散面３００の独立したさらなる最適化を可能にする。
【００９３】
（特定のファイバポートを通って入る特定の波長λｎ、すなわち、光信号を表す）光ビームは、スイッチ１００内を全往復して、ファイバポートアレイ１１０の導波路１１１に結合された（傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１の関連するスイッチングミラーλｎの角度位置によって選択される）選定された出力ファイバ内に戻って結合されるため、ファイバ内への結合された光エネルギの効率は、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１のスイッチングミラーλｎを、最大の結合効率をもたらす角度位置から離して、意図的にデチューニングすることにより選択的に低減することができる。実際には、スイッチングミラーλｎを意図的にデチューニングすることは、出力ファイバに結合されるように選定される各光信号の挿入損を能動的に制御する手段をもたらす。さらに、各出力ファイバ内の各光信号の光出力レベルのモニタリングのための手段を、スイッチ１００の外部に設けた場合には、制御された挿入損の上述したプロセスを、各光信号を共通のまたは均等化されたレベルの出力にするのに用いることができる。前記光信号の均等化は、光ネットワークにおいていくつかの顕著な利点を有しており、そのため、信号出力の均等化を実行する能力は、本発明の非常に好ましい特徴である。ファイバへの光出力の結合の度合いは、従来の「重なり積分」法によって、解析的に推定することができる。このような解析的推定は、Ｒ．Ｅ．Ｗａｇｎｅｒ、Ｗ．Ｊ．Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎの「シングルモードファイバ部品における光学素子の結合効率（Coupling efficiency of optics in single-mode fiber components）」Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、ｖｏｌ．２１、Ｐ２６７１、１９８２年、で詳しく説明されており、この文献を参照により本明細書に援用する。
【００９４】
再び図２について説明すると、スイッチ１００の光学系において、結合効率を最適化戻しする、または、過剰な挿入損を均等に生成する意図的な目的のための、傾斜角を変えることのできるスイッチングミラーアレイ１３１のスイッチングミラーλｎの角度デチューニングは、ファイバポートアレイ１１０の端面１７０を横方向に動く適用可能な光ビームをもたらすが、ファイバポートアレイ１１０の端面１７０での光の入射角は、本質的に同じままである。この特定のシナリオの場合、一般的な結合の重なり積分に対するおおよその解法は、Ｓｔ−Ａｍａｎｔらにより、Ｙ．Ｓｔ−Ａｍａｎｔ、Ｄ．Ｇａｒｉｅｐｙ、Ｄ．Ｒａｎｃｏｕｒｔの「軸対称のガウシアンビーム間の光結合の固有特性（Intrinsic properties of the optical coupling between axisymmetric Gaussian beams）」Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、ｖｏｌ．４３、ｎｏ．３０、Ｐ５６９１、２００４年、に開示されており、この文献の全体を参照により本明細書に援用する。
【００９５】
ファイバポートアレイ１１０においてコア間の間隔ｓを非常に近接して離間した設計とする場合、好ましくは、図１６に示すように、隣接するファイバに対する光学的クロストークを防ぐために、ビームを、ファイバのラインＢに直角に移すことが有利である。
【００９６】
本明細書に記載されている様々な設計パラメータは、このような光スイッチの最適な性能を可能にするために、光スイッチにおいて、光ビームパラメータの制御及び／または変更、１つ以上の光学素子の位置決め、及び光信号の拡大により、ＷＳＳの性能の最適化を可能にし、設計上の制約を低減し、及び性能要件、仕様を緩和することによって、設計の自由度をさらに広げ、及び／または分散素子１４０、スイッチング素子１３０、または、スイッチ１００の光学系における他の光学素子１２０のうちの少なくとも１つの設計上の制約を低減することを認識すべきである。
【００９７】
さらに、ビームウエスト及び／またはスイッチ１００内の光学素子の焦点に近い光学素子、分散素子１４０、スイッチング素子１３０及び／または他の光学素子１２０の位置決めを含む、本明細書に記載されている様々な設計パラメータは、光スイッチ１００の全体にわたって該光ビームのガウシアン形状を維持すると共に、スイッチ１００内の各光信号及び／または波長に対する光路長全体を短縮することを認識すべきである。
【００９８】
以下の特許請求の範囲における各構成部材は明記しない限り２つ以上を必要としないが、２つ以上を許可すると解釈すべきである。また、本明細書における「アレイ」という用語は、１つ以上の列を含む。
【００９９】
上述したように、本発明の例示的な実施形態について説明してきたが、当業者は、開示が単に例示的なものであること、及び様々な他の代替、適合及び変更が、本発明の範囲内で可能であることに留意すべきである。当業者には、上記の説明及び関連する図面に提示されている教示の利益を有する、本発明に関連する多くの変更及び他の実施形態が、頭に浮かぶであろう。本明細書においては、特有の用語を用いているが、これらの用語は、一般的及び説明的な意味で用いられており、限定のためのものではない。従って、本発明は、本明細書で説明されている具体的な実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【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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【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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