(57)【要約】【課題】各光学素子の位置決めおよび位置調整が容易であり、加えて、高速に信号光の位置決め制御が可能な光スイッチ装置を提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも１つの入力光ファイバから発せられた信号光を少なくとも１つの出力光ファイバに向けて偏向させる第１および第２の光偏向手段と、前記信号光と該信号光とは波長の異なる制御光とを合波する結合手段と、前記第１の光偏向手段と第２の光偏向手段との間の光路上に配置され、前記信号光と制御光との光路を分離する光路分離手段と、分離された制御光を受光する受光手段とにより、制御光を検出して高速に信号光の位置決め制御が可能な光スイッチ装置を提供する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの入力光ファイバから発せられた信号光を少なくとも１つの出力光ファイバに向けて偏向させる第１および第２の光偏向手段と、前記信号光と該信号光とは波長の異なる制御光とを合波する結合手段と、前記第１の光偏向手段と第２の光偏向手段との間の光路上に配置され、前記信号光と制御光との光路を分離する光路分離手段と、分離された制御光を受光する受光手段とを有する光スイッチ装置。
【請求項２】
前記光偏向手段が可動ミラーであり、前記光路分離手段が該可動ミラーの表面に設けられている請求項１に記載された光スイッチ装置。
【請求項３】
前記光路分離手段が、前記合波された光のうち、前記信号光を反射し、前記制御光を透過する請求項１に記載された光スイッチ装置。
【請求項４】
前記光路分離手段が、レリーフ型回折光学素子である請求項１に記載された光スイッチ装置。
【請求項５】
前記光路分離手段が、体積型ホログラム素子である請求項１に記載された光スイッチ装置。
【請求項６】
前記光路分離手段が、多層膜干渉フィルターである請求項１に記載された光スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いた通信システムに関し、光接続の切り換えを可能とする光スイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた通信システムにおいて、光接続の切り換えを可能とする光スイッチ装置としては、特開２００１−１７４７２４号公報に示された技術が知られている。この光スイッチ装置は、図７に示されるように、入力用レンズアレー１ａと、２つのＭＥＭＳミラーアレー（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）２ａ，２ｂと、出力用レンズアレー１ｂとから構成されている。光スイッチ装置に接続された入力光ファイバから射出された信号光は、入力用レンズアレー１ａでコリメート光とされる。そして、２つのＭＥＭＳミラーアレー２ａ，２ｂで反射され、出力用レンズアレー１ｂに入射して集光されて、選択された出力光ファイバへと入射する。
【０００３】
信号光を選択された出力光ファイバに入射させるためのミラーの角度制御については、出力信号光の強度や出力信号光と入力信号光との相関に基づいて行う方法が開示されている。また、光スイッチ装置における光ビームの位置制御法に関しては、国際公開第０１／２４３８４号パンフレットに、入力光ファイバの射出部近傍で、信号光に制御光を合波し、２つのミラーアレーで反射した後、出力光ファイバへの入射前に、制御光を分岐させ、この制御光に基づいてミラーの角度制御を行う方法が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２００１−１７４７２４号公報に開示されたミラーの角度制御方法では、出力信号光の強度や出力信号光と入力信号光との相関に基づいてその制御を行うため、光ビームの位置ずれ方向が検出できないという問題がある。また、出力信号光の強度や出力信号光と入力信号光との相関に基づいてその制御を行うとすると、制御の方法が複雑となって、高速に位置決め制御ができないことから、振動や衝撃等の外乱に対して安定した制御を行うことができないという問題もある。
【０００５】
さらに、国際公開第０１／２４３８４号パンフレットに開示された制御法においては、制御光を合波あるいは分波するプリズムを光ファイバとミラーアレーとの間に配置する必要があることから、各光学素子の位置決めが難しく、また、装置の大型化やこれに伴う光の結合効率の低下等が問題となる。また、ミラーアレーを２度通過した後に、光ビームの位置ずれを検出するため、各ミラーの傾き誤差をそれぞれ分離して検出することができず、高速な位置決め制御が困難であるという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、各光学素子の位置決めおよび位置調整が容易であり、加えて、高速に信号光の位置決め制御が可能な光スイッチ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、少なくとも１つの入力光ファイバから発せられた信号光を少なくとも１つの出力光ファイバに向けて偏向させる第１および第２の光偏向手段と、前記信号光と該信号光とは波長の異なる制御光とを合波する結合手段と、前記第１の光偏向手段と第２の光偏向手段との間の光路上に配置され、前記信号光と制御光とを分離する光分離手段と、分離された制御光を受光する受光手段とを有する光スイッチ装置を提案している。
【０００８】
この発明によれば、結合手段の作動により合波された信号光と制御光とが、光偏向手段において偏向された後に、光路分離手段において分離される。光路分離手段は、第１の光偏向手段と第２の光偏向手段との間の光路上に配置されているので、光路分離手段によって分離された制御光を用いれば、第１および第２の光偏向手段を独立して制御することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載された光スイッチ装置において、前記光偏向手段が可動ミラーであり、前記光路分離手段が該可動ミラーの表面に設けられている光スイッチ装置を提案している。
この発明によれば、可動ミラーである光偏向手段に入射する合波された信号光と制御光がその表面に設けられた光路分離手段により分離されて、反射することから、光偏向手段と光路分離手段を別々に設ける場合よりも構成を単純化することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載された光スイッチ装置において、前記光路分離手段が、前記合波された光のうち、前記信号光を反射し、前記制御光を透過する光スイッチ装置を提案している。
この発明によれば、信号光が光路分離手段の内部を通過しないため、信号光に不必要な収差が発生せず、結合効率の低下を防止することができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載された光スイッチ装置において、前記光路分離手段が、レリーフ型回折光学素子である光スイッチ装置を提案している。
この発明によれば、レリーフ型回折光学素子の特徴であるレリーフ構造の溝の深さを制御することで、容易に光路分離手段の波長選択性を可変することができる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載された光スイッチ装置において、前記光路分離手段が、体積型ホログラム素子である光スイッチ装置を提案している。請求項６に係る発明は、請求項１に記載された光スイッチ装置において、前記光路分離手段が、多層膜干渉フィルターである光スイッチ装置を提案している。
【００１３】
これらの発明によれば、体積型ホログラム素子あるいは多層膜干渉フィルターの有する高い波長選択性を利用することにより、容易に、信号光と制御光とを分離できることから、損失の少ない光学系を構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る光スイッチ装置について図１から図６を参照して詳細に説明する。
図１に示されている、本実施形態に係る光スイッチ装置は、レンズアレー１ｃと、ＭＥＭＳミラーアレー２ｃと、干渉フィルター３と、光ファイバカプラ４ａと、イメージャー５ａとから構成されている。
【００１５】
レンズアレー１ｃは、入力光ファイバから射出された光をコリメートする作用を有し、出力光ファイバに入射する光に対しては集光作用を有する。ＭＥＭＳミラーアレー２ｃは、ミラーと制御電圧を加えるための電極とを備えた複数の素子により構成され、電極に制御信号を加えることにより、所望のミラーを一つの、あるいは、複数の回転軸の周囲で回転させる。干渉フィルター３は、ガラス表面に金属や誘電体をコーティングした構造を有しており、特定の波長域の光だけを透過させる性質を有する。光ファイバカプラ４ａは、入力信号光とは別の光ファイバによって導かれた制御光と信号光とを合波する。イメージャー５ａは、干渉フィルター３を透過した光を受光する受光素子であり、例えば、フォトダイオードやＣＣＤ等がある。
【００１６】
本発明の第１の実施形態に係る光スイッチ装置において、入力光ファイバ内を伝播してきた波長１．５５μｍの信号光は、別の光ファイバを介して、入力された波長１．３μｍの制御光と光ファイバカプラ４ａ内で合波される。合波された光は、レンズアレー１ｃに入射し、コリメート光に変換され、ＭＥＭＳミラーアレー２ｃへと進む。ＭＥＭＳミラーアレー２ｃ内の選択されたミラー部で反射された光は、干渉フィルター３に入射する。なお、本実施形態において干渉フィルター３は、波長１．３μｍの制御光を透過し、波長１．５５μｍの信号光を反射するように選択されている。よって、信号光は、干渉フィルター３の表面で反射してＭＥＭＳミラーアレー２ｃに向い、制御光は、干渉フィルター３を透過してイメージャー５ａに入射する。
【００１７】
ＭＥＭＳミラーアレー２ｃに向った信号光は、先程とは別の選択されたミラーで反射されて、レンズアレー１ｃに入射する。レンズアレー１ｃに入射した信号光は、レンズの作用により集光されて光ファイバカプラ４ａ内を通過し、出力光ファイバ内に入射する。一方で、イメージャー５ａに入射した制御光は、電気信号に変換されて、ＭＥＭＳミラーの姿勢情報信号が生成される。得られたＭＥＭＳミラーの姿勢情報信号からＭＥＭＳミラーは、図示しない制御手段により、最適な姿勢に制御され、信号光を最適な方向へと反射する。なお、光ファイバは、双方向であるため、例えば、出力光ファイバ側から信号光が入力された場合でも、同様の作用を有する。また、制御光の供給は、入力側の光ファイバのみに対して行われる。
【００１８】
本実施形態によれば、一つのＭＥＭＳミラーアレー２ｃを２つの領域に分割し、それぞれを入力光ファイバ側および出力光ファイバ側から信号光が入力された際の光偏向手段としている。また、イメージャー５ａについても双方向で一つの素子により構成している。このような構成により、素子の点数が少なく、各素子間の位置決めを容易に行うことができる。また、ＭＥＮＳミラーアレー２ｃの個々のミラーに対応して、イメージャー５ａ内の受光素子を割り当てることにより、各々のミラーを高速に制御することができる。さらに、光路分離手段として用いた干渉フィルター３は、優れた波長選択性を有する素子であるため、制御光として用いる光の波長の選択に自由度を持たせることができる。
【００１９】
本発明の第２の実施形態に係る光スイッチ装置は、図２に示されている。本実施形態の光スイッチ装置は第１の実施形態に対し、レンズアレー１ｃをテレセントリック結像光学系６に置き換えた構成となっている。この結像光学系６は、信号光の波長帯域における色収差を補正するための光学系である。また、この結像光学系６は、信号光と制御光の焦点距離差により生ずる色収差を補正する焦点距離補正手段７を有している。この焦点距離補正手段７には、ホログラフィックレンズが用いられる。本実施形態において、ホログラフィックレンズは、制御光にのみ光学的なパワーを有し、信号光には、光学的パワーを有しない素子として機能する。なお、光ファイバは、双方向であるため、例えば、出力光ファイバ側から信号光が入力された場合でも、同様の作用を有する。
【００２０】
第２の実施形態に係る光スイッチ装置によれば、信号光の波長帯域における色収差や信号光と制御光との焦点距離の差により生ずる色収差を効果的に補正できるため、十分な光強度を有する制御信号が得られる。したがって、これによって、精度の高い高速な制御が期待できる。
【００２１】
本発明の第３の実施形態に係る光スイッチ装置は、図３に示されている。本実施形態の光スイッチ装置は、第１の実施形態と次の点で異なる。１つは、制御光を導入する別体の制御光用点光源９をレンズアレー１ｃに対して、ＭＥＭＳミラーアレー２ｃ側に配置した点である。もう１つは、この制御光と信号光を結合する手段としてレンズアレー１ｃの後に、反射型のホログラフィックレンズ８を配置した点である。本実施形態に用いられるホログラフィックレンズ８は、制御光用点光源９から射出された制御光を略コリメートしてＭＥＭＳミラーアレー２ｃを照明する一方で、信号光には、光学的な作用を及ぼさないで透過させる作用を有する。なお、光ファイバは、双方向であるため、例えば、出力光ファイバ側から信号光が入力された場合でも、同様の作用を有する。
【００２２】
本発明の第３の実施形態によれば、レンズアレー１ｃを通る光が信号光のみであるため、レンズアレー１ｃを信号光に対して最適化することができる。また、制御光は、この光学的な作用を受けないため、制御光を最適な状態でＭＥＭＳミラーに対して照明することができる。したがって、信号光と制御光の焦点距離差により生ずる色収差が発生することもなく、十分な光強度を有する制御信号が得られる。
【００２３】
本発明の第４の実施形態に係る光スイッチ装置は、図４に示されている。本実施形態の光スイッチ装置は、第１の実施形態に対し、ＭＥＭＳミラー上にレリーフ型の回折素子１１を形成した点および信号光用の反射ミラー１０を独自に設けた点において、構成上の差異がある。各ＭＥＭＳミラー部の構成は、図４（ｂ）のようになっており、光ファイバカプラ４ａにより合波された波長０．６８μｍの制御光と波長１．５５μｍの信号光が、レリーフ型回折素子１１の回折作用により分離される。
【００２４】
レリーフの溝深さは、制御光の波長に対して、一次の回折効率が最大となるように構成されているため、十分な光強度を有する制御光がイメージャー５ａに入射される。また、信号光の波長は、制御光の波長の２倍以上であるため、信号光は、回折素子１１での回折作用をほとんど受けず反射される。そして信号光は、その後、再び反射ミラー１０およびＭＥＭＳミラーで反射されて、選択された出力光ファイバに導かれる。なお、光ファイバは、双方向であるため、例えば、出力光ファイバ側から信号光が入力された場合でも、同様の作用を有する。
【００２５】
本発明の第４の実施形態によれば、レリーフ型回折素子１１をＭＥＭＳミラー上に形成したため、光学系の構造を単純化することができる。また、各光学素子の位置決めや位置調整が容易になるので、組立性を向上させることができる。また、レリーフの溝深さをコントロールすることで、合波された信号から制御光と信号光とを効率的に分離することができるため、十分な光強度を有する制御信号を得ることができる。
【００２６】
本発明の第５の実施形態に係る光スイッチ装置は、図５に示されている。本実施形態の光スイッチ装置は、第１の実施形態と比べると、レンズアレー１ａ、１ｂ、ＭＥＭＳミラーアレー２ａ、２ｂ、イメージャー５ｂ、５ｃを入力側、出力側にそれぞれ備える構成となっている。入力光ファイバを伝播してきた信号光は、光ファイバカプラ４ｂによって制御光と合波された後、レンズアレー１ａでコリメートされ、ＭＥＭＳミラーに入射する。入射した光はミラー面で反射され、干渉フィルター３に入射する。干渉フィルター３は、入射してきた光のうち、信号光のみを選択的に反射し、制御光を透過する。
【００２７】
反射した信号光は、もう一方のＭＥＭＳミラーに入射し、反射した後、レンズアレー１ｂに入射する。レンズアレー１ｂに入射した信号光は、レンズの作用により集光され、光ファイバカプラ４ｃを通って、出力光ファイバに入射する。一方、透過した制御光は、イメージャー５ｃに入射し、電気信号に変換されて、ＭＥＭＳミラーの姿勢情報信号が生成される。得られたＭＥＭＳミラーの姿勢情報信号からＭＥＭＳミラーは、図示しない制御手段により、最適な姿勢に制御され、信号光を最適な方向へと反射する。なお、光ファイバは、双方向であるため、例えば、出力光ファイバ側から信号光が入力された場合でも、同様の作用を有する。
【００２８】
本発明の第５の実施形態によれば、入力側と出力側にそれぞれ光学素子を配置したことから、多くの信号を同時に処理するようなシステムに対して、高速な制御をすることができる。
【００２９】
本発明の第６の実施形態に係る光スイッチ装置は、図６に示されている。本実施形態の光スイッチ装置は、第５の実施形態において、光路分離手段である干渉フィルター３を体積型ＨＯＥ（ＨＯＥ：Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ）１２に置き換えた構成となっている。体積型ＨＯＥ１２は、内部に干渉縞が記録された光学素子であり、高い波長選択性を有している。
【００３０】
光ファイバカプラ４ｂによって合波された光は、レンズアレー１ａでコリメートされ、ＭＥＭＳミラーに入射する。ＭＥＭＳミラーに入射した光は、ミラー面で反射され、体積型ＨＯＥ１２に入射する。体積型ＨＯＥ１２は、入射してきた光のうち、制御光のみを選択的に反射し、信号光を透過する。また、体積型ＨＯＥ１２は、内部に記録された干渉縞により、一種のレンズ作用を有しているため、反射された制御光は、イメージャー５ａに対して垂直に入射される。
【００３１】
本発明の第６の実施形態によれば、体積型ＨＯＥが有する高い波長選択性により、信号光と制御光とを効率的に分離することができる。また、体積型ＨＯＥの有するレンズ作用により、イメージャーの配置や各素子間の位置の調整が容易に行うことができる。
【００３２】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、第１、第２、第３、第５の実施形態においては、光路分離手段として、干渉フィルターを用いる場合について、説明したが、これに代えて、同様に高い波長選択性を有する体積型ＨＯＥを用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、特定の反射面に入射する信号光を制御光と合波し、制御すべき反射面で反射した後に、制御光のみを取り出して、この制御光によって、反射面の角度を調整することとしたことから、特定の反射面に対して、高速に信号光の位置決め制御を行うことができるという効果がある。また、波長選択性の高い光路分離手段により、信号光と制御光とを効率的に分離することにより、十分な光強度を有する制御光が得られる効果がある。さらに、部品点数を削減することにより、各光学素子の位置決めおよび位置調整が容易な光学系を構成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光スイッチ装置の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る光スイッチ装置の構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る光スイッチ装置の構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る光スイッチ装置の構成図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る光スイッチ装置の構成図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る光スイッチ装置の構成図である。
【図７】従来例に係る光スイッチ装置の構成図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ・・・レンズアレー、
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・ＭＥＭＳミラーアレー（光偏向手段）、
３・・・干渉フィルター（光路分離手段）、
４ａ、４ｂ、４ｃ・・・光ファイバカプラ（結合手段）、
５ａ、５ｂ、５ｃ・・・イメージャー（受光手段）、
６・・・テレセントリック結像光学系、７・・・焦点距離補正手段、
８・・・ホログラフィックレンズ、９・・・制御光用点光源、
１０・・・ミラー、１１・・・レリーフ型回折素子、１２・・・体積型ＨＯＥ、
【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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