(57)【要約】【課題】  ＷＤＭ伝送システムにおいて、ＷＤＭ光に含まれる各単波長光の成分毎に経路切り替えでき、分光光学系に設けられた波長分波素子を共用して部品点数を減少させることができ、さらに、波長選択スイッチの組み立て工程を簡素化可能な、光モニタ装置，光スイッチおよび光モニタ方法を提供する。【解決手段】  第１の波長多重光に含まれる複数の単波長光を単波長光の波長毎に所望の経路に切り替えし、切り替えられた複数の単波長光を多重して第２の波長多重光を出力し、出力された第２の波長多重光をパワー分岐し、さらに、波長分波素子が、パワー分岐された第２の波長多重光を波長成分毎に複数の波長分波光に分波し、そして、分波された複数の波長分波光のそれぞれの物理量をモニタする。【選択図】        図１
2005283932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の空間位置に照射された波長多重光を分波する分波手段と、
該分波手段により分波された信号光の偏向方向を個別に制御する偏向制御手段と、
該偏向制御後の複数の信号光が多重された信号光を前記分波手段の第２の空間位置に照射する照射手段と、
該他の位置に照射されて分波された信号光をモニタし、前記偏向制御手段の制御に反映させる反映手段と、
を備えたことを特徴とする波長分波ユニット。
【請求項２】
前記分波手段として１枚の回折格子又は１つのＶＩＰＡを用いることを特徴とする請求項１記載の波長分波ユニット。
【請求項３】
前記偏向制御手段における偏向制御をＭＥＭＳミラーの角度制御により行なうことを特徴とする請求項１記載の波長分波ユニット。
【請求項４】
前記第２の空間位置は所定の空間位置であり、該空間位置に前記信号光が多重された場合に、信号光が照射されることで分波されることとなる信号光を受信可能な所定の位置に複数の光パワー検出部を設けたこと特徴とする請求項１記載の波長分波ユニット。
【請求項５】
波長多重光を分波する分波手段と、
該分波手段により分波された信号光の偏向方向を個別に制御する偏向制御手段と、
該偏向制御後の複数の信号光が多重された信号光を前記分波手段又は他の分波手段であって近傍に配置された分波手段に与え、分波された信号光をモニタするモニタ手段と、
該モニタ結果を前記偏向制御手段の制御に反映させる反映手段と、
を備えたことを特徴とする波長分波ユニット。
【請求項６】
伝送光とモニタ光用の共通部材からなる入出力光学系と、
該入出力部材からの波長多重光を分波して出力する分波手段と、
該分波手段により分波された伝送光の偏向方向を個別に制御する偏向制御手段と、
該分波手段により分波されたモニタ光をモニタするモニタ手段と、
該モニタ結果を前記偏向制御手段の制御に反映させる反映手段と、
を備えたことを特徴とする波長分波ユニット。
【請求項７】
伝送光、モニタ光用の入力を行なう入出力光学系と、
該入出力光学系からの波長多重光を分波する分波手段と、
該分波手段により分波された伝送光の偏向方向を個別に制御する偏向制御手段と、
該偏向制御手段と共通部材上に配置され、分波されたモニタ光をモニタするモニタ手段と、
該モニタ結果を前記偏向制御手段の制御に反映させる反映手段と、
を備えたことを特徴とする波長分波ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing: ＷＤＭ）伝送システムにおいて、波長成分毎に伝送路を切り替える光スイッチ（以下、波長選択スイッチと称する。）に用いて好適な、波長分波ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットにおいて激増するトラフィックデータ量を処理すべく、波長分割多重通信を中核とするネットワークの光化（光通信化，光インタフェース化）が、急ピッチで進んでいる。現在のネットワーク（ＷＤＭ伝送システムのネットワーク）の形状は、例えば２基のターミナルノード（伝送端局装置）間が直接接続されたポイントツーポイント（point-to-point）型であるが、近い将来におけるネットワークの形状は、リング型又はメッシュ型のものに発展すると予測されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
さらに、ネットワークを構成する各ノードは、所望の波長の信号光を分岐および挿入するアドドロップ（Add and Drop）処理を信号光および電気パケット（電気信号）間のＯＥ変換（Optical to Electrical Conversion：光電気変換）およびＥＯ変換（Electrical to Optical Conversion：電気光変換）等を行なうことなく、光信号のままスイッチングを行なうことが期待される。これにより、各ノードは、信号光の経路切り替え等の処理を高速に行なうことが可能となり、ダイナミックな経路の設定、変更が可能になる。
【０００４】
このような光スイッチは、入力された波長多重信号光に含まれる単波長光の経路を個別に変更し、変更したｎ波の単波長光を必要に応じて再度波長多重することとなる。すなわち、光スイッチは、ｎ波の単波長光のうちの１又は複数の単波長光を選択し、選択した１の単波長光又は複数の単波長光を合波して波長多重信号光を出力する。
尚、各単波長光の波長は、ＩＴＵ（International Telecommunication Union：国際電気通信連合）によって標準化されたＩＴＵグリッドと呼ばれる仕様に規定されており、フォトニックネットワークシステムは、波長多重数をこの規定にしたがって決定する。
【０００５】
（Ｘ１）ネットワーク構成
次に、メッシュ型ネットワークに波長選択スイッチを設けた場合について説明する。
図１１はメッシュ型ネットワークに設けられた波長選択スイッチを説明するための図である。この図１１に示すネットワーク１００はメッシュ型のものであり、また、図１１において、２０１〜２０４は波長選択スイッチ、２０５は合波器、２０６、２０７は波長選択スイッチ２０３についての入力ポート、２０８、２０９は出力ポートを示す。
【０００６】
波長選択スイッチ２０３を、例えば８波の単波長光を光スイッチするものとして説明すると、波長選択スイッチ２０１からの波長多重信号光（Ｗ１）と、合波器２０５からの波長多重信号光（Ｗ２）は、それぞれ、入力ポート２０６、２０７に入力される。そして、波長選択スイッチ２０３は、波長多重信号光（Ｗ１）に含まれる４波の単波長光と、波長多重信号光（Ｗ２）に含まれる４波の単波長光との全部で８波の単波長光の経路を個別に切り替えて、各経路を切り替えた８波の単波長光をそれぞれ波長多重して波長多重信号光（Ｗ３，Ｗ４）を生成し、生成した各波長多重信号光（Ｗ３，Ｗ４）をそれぞれ、出力ポート２０８，２０９から出力する。
【０００７】
（Ｘ２）波長選択スイッチ
図１２は波長選択スイッチ２０３として、２×２スイッチ（２×２ＳＷ）を用いた場合の説明図である。図１２において、２０４ａ、２０４ｂは分波部、２０５は２×２スイッチ、２０４ｃ、２０４ｄは合波部を示す。尚、２×２スイッチとしてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いることができ、分波部、合波部の双方を兼ねるものとして反射型回折格子を用いることができる。
【０００８】
次に、この波長選択スイッチ２０３の動作について説明する。
波長多重信号光Ｗ１（単波長λ２,λ５、λ６の光信号を含む），Ｗ２（単波長λ１、λ３、λ４、λ７の光信号を含む）はそれぞれ分波部２０４ａ，２０４ｂにより分波され、分波光は単波長毎に設けられた２×２スイッチ２０５のそれぞれに入力される。２×２スイッチ２０５は、入力された単波長の信号光をいずれの出力部から出力するかを選択する。尚、２×２スイッチの第１の出力部（図１２では上方の出力部）から出力された単波長光は、合波器２０４ｃに入力され、第２の出力部（図１２では下方の出力部）から出力された信号光は、合波部２０４ｄに入力される。尚、２×２スイッチ２０５に減衰機能がある場合には、選択時に同時に減衰量を調整することで、合波部２０４ｃ、２０４ｄの入力時点において、各単波長のパワーを略同一化することができ、合波部２０４ｃ、２０４ｄにおける合波後に単一の増幅器（不図示）により各波長に均一にパワー制御をかけることができる。
【０００９】
合波部２０４ｃ，２０４ｄにおいて合波された波長多重信号光（Ｗ３，Ｗ４）は、出力ポート２０８、２０９からそれぞれ出力される。
（Ｘ３）モニタ機能付き波長選択スイッチ
以上が、波長選択スイッチ２０３の主要な動作の説明であるが、波長選択後の信号光のモニタによる２×２スイッチ２０５の制御に焦点を当てて更に詳しく説明する。
【００１０】
図１３は従来のモニタ機能を備えた波長選択スイッチの構成図である。
図１３において、２１０ａ、２１０ｂはサーキュレータ、２１１ａ、２１１ｂは光信号を分岐する光カプラ、２１２ａ、２１２ｂは入力光のスペクトルを観測するためのスペクトルモニタ、２１３は２×２スイッチ（例えば、ＭＥＭＳ）のミラーの角度制御を行なう制御回路、２１４ａ〜２１４ｄは、各波長（この場合４波長）に対応するＭＥＭＳミラーに対して角度制御を行なうために駆動電圧を出力する駆動回路（ドライバ）、２１５は集光レンズ、２１６は分波部２０４ａ、２０４ｂ、合波部２０４ｃ、２０４ｄの機能を実現する分波器、２１７は入出力光学系、２１８ａ、２１８ｂはそれぞれ第１入出力部、第２入出力部を示す。
【００１１】
次に、動作について簡単に説明する。
先に説明したように波長多重信号光（Ｗ１、Ｗ２）は光ファイバ接続により入力ポート２０６、２０７に入力される。そして、それぞれサーキュレータ２１０ａ、２１０ｂを介して第１入出力部２１８ａ、第２入出力部２１８ｂに入力される。入力された光信号は、入出力光学系２１７によりコリメート光に変換されて入出力されることとなる。即ち、入出力光学系では、各光ファイバの先端部にコリメータを配置して、コリメート化を図るものである。
【００１２】
コリメート光にされたＷＤＭ信号（Ｗ１、Ｗ２）は分波器としての回折格子の異なるスポット（Ｚ方向にずらしたスポット）に照射され、反射光は分波されたものとなる。
分波されたそれぞれの波長の光は、集光レンズ２１５により、２×２スイッチ２０５を構成するＭＥＭＳミラーの各々に集光される。ここでは、簡単のためにＭＥＭＳミラーは４つ設けられ、Ｗ１、Ｗ２では互いに重複する波長の光信号は存在しないものとする。
【００１３】
２×２スイッチ２０５（ＭＥＭＳ）に照射された単波長光は、対応するＭＥＭＳミラーで反射されて、再度集光レンズを介して分波器２１６に照射される。
ここで、入力ポート２０６から入力された波長多重信号光（Ｗ１）に含まれる単波長光（λ１）を出力ポート２０９に出力する場合について、図４（ａ）を用いて説明する。
図４（ａ）では、入力ポート２０６から入力された波長多重信号光（Ｗ１）は、サーキュレータ１１ａを介して第１入出力部３１ａに入力され、分波器５で分波され、λ１の波長の単波長光は、集光レンズ６を介して２×２スイッチ２０５（λ１用のＭＥＭＳミラー８１）に照射される。
【００１４】
そして、そのλ１の単波長成分は、制御回路２１３の制御に基づいて動作する駆動回路２１４から出力される制御電圧に従って角度制御されたＭＥＭＳミラーにより反射され、集光レンズ６を介して分波器５に照射される。この時照射されるスポットは、分波器５における反射により、第２入出力部３１ｂに導かれる位置であり、ＭＥＭＳミラーの角度は、第２入出力部３１ｂに接続された光ファイバに戻るように制御されることとなる。
【００１５】
一方、入力ポート２０６から入力された波長多重信号光（Ｗ１）に含まれる単波長光（λ１）を出力ポート２０８に出力する場合について、図４（ｂ）を用いて説明する。
図４（ｂ）では、入力ポート２０６から入力された波長多重信号光（Ｗ１）は、サーキュレータ１１ａを介して第１入出力部３１ａに入力され、分波器５で分波され、単波長光（λ１）は、集光レンズ６を介して２×２スイッチ２０５（λ１用のＭＥＭＳミラー８１）に照射される。
【００１６】
そして、単波長成分（λ１）は、制御回路２１３の制御に基づいて動作する駆動回路２１４ａ〜２１４ｄ（図１３参照）から出力される制御電圧に従って角度制御されたＭＥＭＳミラーにより反射され、集光レンズ６を介して分波器５において入射時と略同じスポットに照射されて、第１入出力部３１ａに入力される。即ち、ＭＥＭＳミラーの角度は、同じ光ファイバに戻るように制御されることとなる。
【００１７】
以上のように、２×２スイッチ２０５で反射された光信号は、反射角に応じて第１入出力部３１ａ、第２入出力部３１ｂのいずれかから出力され、サーキュレータ１１ａまたは３１ｂを介して出力ポート２０８または２０９に出力される。
しかし、このようにして２×２スイッチ２０５における角度制御により所望の伝送路に各波長の光信号を切り替えて出力可能であるが、その角度の制御は微妙であり、適確な角度に設定されているかどうかを監視し、最適化を図る制御が必要となる。
【００１８】
（Ｘ４）モニタによる２×２スイッチの制御
そこで、従来技術としては、図１３のように、スペクトルモニタ２１２ａ、２１２ｂを設け、カプラ２１１ａ、２１１ｂにより分岐した波長選択後の光信号のモニタを行なう。即ち、各波長の信号光のパワーを測定し、測定結果を制御回路２１３に与える。
制御回路２１３は、各波長の測定結果に基づき、各波長に割当てられたＭＥＭＳミラーに対応する駆動回路２１４ａ〜２１４ｄを制御して駆動電圧を調整し、ＭＥＭＳミラーの角度を最適な角度に制御するいわゆるフィードバック制御をかける。
【００１９】
尚、ＭＥＭＳミラーの最適角としては、結合損失が最も少なくなる角度だけでなく、単波長光の光パワーの減衰量を可変にするいわゆるＶＯＡ（Variable Optical Attenuator）機能を実現すべく、結合損失が最小となる角度からずらすことにより、意図的に単波長光の損失を増加させる角度も考えられる。
以上が、従来技術の説明であるが、波長選択スイッチに関する技術は多数提案されており、特に、モニタ機能を有し回折格子を用いて波長多重信号光の信号を分離するＷＳＲ（wavelength-separating-routing）装置は、例えば特許文献１に記載され、波長分波素子として、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phase Array）を用いたものは非特許文献２、フォトニック結晶技術を用いて製造された分波器を用いたものは非特許文献３に開示されている。
【特許文献１】米国特許６，５４９，６９９号
【非特許文献１】電子情報通信学会誌２００２年２月号９４頁−１０３頁
【非特許文献２】M.Shirasaki "Large angular dispersion by a virtually imaged phased array and its application to a wavelength demultiplexer”, OSA Optics Letters, Vol. 21, No. 5, pp. 366-368
【非特許文献３】オプトロニクス（オプトロニクス社）２００１年７月号１７９頁−２０８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、従来の技術では、波長選択スイッチとは別個にスペクトルモニタをフィードバック制御用として設ける必要があり装置の小型化に適さない。
本発明は、波長選択スイッチ等のように分波後の各波長の信号光に対して個別に偏光制御を行なうユニットにおいて構成部品の有効利用又はモニタ部分も含めた波長選択スイッチの小型化を図ることを１つの目的とする。尚、上記目的に限らず、後述する発明を実施するための最良の形態に示す各構成により導かれる効果であって、従来の技術によっては得られない効果を奏することも本発明の目的の１つとして位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
（１）本発明では、第１の空間位置に照射された波長多重光を分波する分波手段と、該分波手段により分波された信号光の偏光方向を個別に制御する偏光制御手段と、該偏光制御後の複数の信号光が多重された信号光を前記分波手段の第２の空間位置に照射する照射手段と、該他の位置に照射されて分波された信号光をモニタし、前記偏光制御手段の制御に反映させる反映手段と、を備えたことを特徴とする波長分波ユニットを用いる。
【００２２】
（２）本発明では、（１）において、分波手段として１枚の回折格子又は１つのＶＩＰＡを用いることを特徴とする（１）記載の波長分波ユニットを用いる。
（３）本発明では、（１）において、前記偏光制御手段における偏光制御をＭＥＭＳミラーの角度制御により行なうことを特徴とする（１）記載の波長分波ユニットを用いる。
（４）本発明では、（１）において、前記第２の空間位置は所定の空間位置であり、該空間位置に前記信号光が多重された場合に、信号光が照射されることで分波されることとなる信号光を受信可能な所定の位置に複数の光パワー検出部を設けたこと特徴とする（１）記載の波長分波ユニットを用いる。
【００２３】
（５）本発明では、波長多重光を分波する分波手段と、該分波手段により分波された信号光の偏光方向を個別に制御する偏光制御手段と、該偏光制御後の複数の信号光が多重された信号光を前記分波手段又は他の分波手段であって近傍に配置された分波手段に与え、分波された信号光をモニタするモニタ手段と、該モニタ結果を前記偏光制御手段の制御に反映させる反映手段と、を備えたことを特徴とする波長分波ユニットを用いる。
【００２４】
（６）本発明では、伝送光とモニタ光用の共通部材からなる入出力光学系と、該入出力部材からの波長多重光を分波して出力する分波手段と、該分波手段により分波された伝送光の偏光方向を個別に制御する偏光制御手段と、該分波手段により分波されたモニタ光をモニタするモニタ手段と、該モニタ結果を前記偏光制御手段の制御に反映させる反映手段と、を備えたことを特徴とする波長分波ユニットを用いる。
【００２５】
（７）本発明では、伝送光、モニタ光用の入力を行なう入出力光学系と、該入出力光学系からの波長多重光を分波する分波手段と、該分波手段により分波された伝送光の偏光方向を個別に制御する偏光制御手段と、該偏光制御手段と共通部材上に配置され、分波されたモニタ光をモニタするモニタ手段と、該モニタ結果を前記偏光制御手段の制御に反映させる反映手段と、を備えたことを特徴とする波長分波ユニットを用いる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、分波後の各波長の信号光に対して個別に偏光制御を行なうユニットにおいて構成部品の有効利用又はモニタ部分も含めた波長選択スイッチの小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（Ａ）第一実施形態の説明
（１）ネットワーク構成
第一実施形態におけるネットワーク構成は、図１３において説明した構成と同様であるからここでは説明を省略する。
【００２８】
（２）モニタ機能を備えた波長選択スイッチ
図１３において説明した波長選択スイッチ２０１〜２０４として適用可能な第一実施形態に係る波長選択スイッチについて説明する。
図１は本発明の第一実施形態に係るモニタ機能を備えた波長選択スイッチの構成を示す図である。
【００２９】
図１において、１はモニタ機能を備えた波長選択スイッチ（波長分波ユニット）、２は入出力光学系を示す。入出力光学系は、波長選択の対象である波長多重信号の入出力用である伝送光入出力部３、波長選択後の波長多重信号のモニタ用のモニタ光入出力部４を備えている。また、伝送光入出力部３は第１入出力部３１ａ、第２入出力部３１ｂを有し、モニタ光入出力部４は第１入出力部、第２入出力部を有している。５は入出力光学系２から出力される光信号を分波する分波器、６は伝送光用の集光レンズ、７ａ、７ｂはモニタ光用の集光レンズ、８は偏光手段としてのスイッチ部（例えばＭＥＭＳ）、９は分波器５による分波後の信号光のパワーを検出する光パワー検出部を示す。スイッチ部８は、８１〜８４のスイッチ素子を有し、スイッチ素子のそれぞれは、１枚のＭＥＭＳミラーを有する。図１では、４つのＭＥＭＳミラーを備える場合を示しており、第１入出力部３１ａ、第２入出力部３１ｂからの波長多重信号が分波器５で分波された後の信号光がλ１〜λ４であればＭＥＭＳミラー８１〜８４のそれぞれに照射されることとなるが、一列に４以外の複数のＭＥＭＳミラーを配置したり、複数列に渡って複数のＭＥＭＳミラーを配置することもできる。例えば、第１入出力部３１ａから入力された波長多重信号光が分波器５で分波されて得られた各単波長光を、第１列目のＭＥＭＳミラーに照射されるようにし、第２入出力部３１ｂから入力された波長多重信号光が分波器５で分波されて得られた各単波長光を、第２列目のＭＥＭＳミラーに照射されるようにするのである。これにより、第１入出力部３１ａ、第２入出力部３１ｂに含まれる各単波長光をそれぞれ個別にスイッチング可能となる。
【００３０】
光パワー検出部９は９１ａ〜９４ａ、９１ｂ〜９４ｂのフォトダイオード等からなる光パワー検出素子を有する。１０はスイッチ部８の制御等を行なう制御回路、１０１〜１０４はそれぞれＭＥＭＳミラー８１〜８４のそれぞれに駆動電圧を与える駆動回路を示す。尚、ＭＥＭＳミラーを２軸まわりで静電気を利用して回転動作させるためには、ミラーの下部に配置した４つの電圧パッドのいずれかに、角度に対応した電圧（正又は負電圧）を与えることとなる。
【００３１】
１１ａ、１１ｂはサーキュレータ、１２ａ、１２ｂは光信号を分岐する光カプラをそれぞれ示す。
次に、動作について説明する。
先に説明したように波長多重信号光（Ｗ１、Ｗ２）は光ファイバ接続により入力ポート２０６、２０７に入力される。そして、それぞれサーキュレータ１１ａ、１１ｂを介して伝送光入出力部３の第１入出力部３１ａ、第２入出力部３１ｂに入力される。入力された波長多重光信号は、入出力光学系２に設けられたコリメータにより、コリメート光に変換されて入出力されることとなる。
【００３２】
（３）入出力光学系２の内部構成
ここで、入出力光学系２の内部構成について簡単に説明しておく。
図２は本発明の一実施形態に係る入出力光学系２の内部構成を示す図であり、サーキュレータ１１ａ、１１ｂと接続された光ファイバ１５ａを金属筒１５ｃ内に挿入し、かつ、光ファイバ（又はフェルール）１５ａの側面に塗布された接着剤により金属筒１５ｃに固定されている。そして、分波器５側の入出力端側には、レンズ１５ｂが設けられており、入出力光はこのレンズ１５ｂによりコリメート化される。好ましくは、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、基板２２にＶ溝を複数（この場合は３つ）並列に設け、左２つの溝をモニタ光用、右１つの溝を伝送光用として割当て、サーキュレータ１１ａ、１１ｂ、光カプラ１２ａ、１２ｂからの光ファイバ芯線１７ａをＶ溝の溝に乗せ、上側から基板２１を被せて光ファイバ芯線１７ａをはさみ込む。そして、光ファイバ芯線１７ａの端面側にＶ溝間隔に合わせて配置されたコリメータとしてのレンズを収納したレンズアレイ（レンズアレイブロック）２３を取り付けて入出力光学系２を得る。このようにすることで、入出力部の部材において伝送光、モニタ光の共用が図られることとなる。この場合、分波器５を伝送光、モニタ光用で共用とすることが好ましいが、別個としてもよい。
【００３３】
さて、例えば図３（ａ）〜図３（ｃ）の構成により得られた入出力光学系２は光ファイバ１５ａがＺ軸方向に並ぶように配置され、コリメート光にされたＷＤＭ信号（Ｗ１、Ｗ２）は分波器５としての回折格子の異なるスポット（Ｚ方向にずれたスポット）に照射され、分波された反射光が得られる。尚、伝送光入出力部３とモニタ光入出力部４とは、Ｚ方向だけにずらして配置されるため、入出力光学系２から出力された光が分波器５に到達する間の距離は、伝送光、モニタ光でおおよそ等しくなる。尚、集光レンズを省略すべく、分波器５の表面形状を湾曲させることもできる。
【００３４】
図１において、分波されたそれぞれの波長の光（λ１〜λ４）は、集光レンズ６により、スイッチ部８を構成するＭＥＭＳミラー（８１〜８４）の各々に集光される。ここでは、簡単のためにＭＥＭＳミラーは４つ設けられ、Ｗ１、Ｗ２では互いに重複する波長の光信号は存在しないものとする。
ＭＥＭＳミラー８１〜８４に照射された単波長光は、対応するＭＥＭＳミラーで反射されて、再度集光レンズを介して分波器５に照射される。
【００３５】
（４）波長選択の概念
ここで、入力ポート２０６から入力された波長多重信号光（Ｗ１）に含まれる単波長光（λ１）を出力ポート２０９に出力する場合について、図４（ａ）を用いて説明する。なお、図４（ａ），図４（ｂ）に示すもので上述したものと同一符号を有するものは同一のものを表す。
【００３６】
図４（ａ）では、入力ポート２０６から入力された波長多重信号光（Ｗ１）は、サーキュレータ１１ａを介して第１入出力部３１ａに入力され、分波器５で分波され、単波長光（λ１）は、集光レンズ６を介してＭＥＭＳミラー８１に照射される。
そして、その単波長光（λ１）は、制御部１０の制御に基づいて、駆動回路１０１（図１）から出力される制御電圧に従って角度制御されたＭＥＭＳミラー８１により反射され、集光レンズ６を介して分波器５に照射される。この時照射されるスポットは、分波器５における反射により、第２入出力部３１ｂに導かれる位置であり、ＭＥＭＳミラー８１の角度は、第２入出力部３１ｂに接続された光ファイバに戻るように制御されることとなる。
【００３７】
一方、入力ポート２０６から入力された波長多重信号光（Ｗ１）に含まれる単波長光（λ１）を出力ポート２０８に出力する場合について、図４（ｂ）を用いて説明する。
図４（ｂ）では、入力ポート３１ａから入力された波長多重信号光（Ｗ１）は、サーキュレータ１１ａを介して第１入出力部３１ａに入力され、分波器５で分波され、単波長光（λ１）は、集光レンズ６を介してＭＥＭＳミラー８１に照射される。
【００３８】
そして、単波長光（λ１）は、制御部１０の制御に基づいて駆動回路１０１から出力される制御電圧に従って角度制御されたＭＥＭＳミラー８１により反射され、集光レンズ６を介して分波器５に入射時と略同じスポットに照射される。即ち、ＭＥＭＳミラーの角度は、同じ光ファイバに戻るように制御されることとなる。
以上のように、ＭＥＭＳ８で反射された光信号は、反射角に応じて第１入出力部３１ａ、第２入出力部３１ｂのいずれかから出力され、サーキュレータ１１ａまたは１１ｂを介して出力ポート２０８または２０９に出力される。もちろん、第２入出力部３１ｂから光多重信号も入力されるが、第１入出力部３１ｂと立場を置き換えたものとなるので、説明は省略する。
【００３９】
しかし、このようにしてスイッチ２０５における角度制御により所望の伝送路に各波長の光信号を切り替えて出力可能であるが、その角度の制御は微妙であり、適確な角度に設定されているかどうかを監視し、最適化を図る制御が必要となる。
従って、波長選択後の各波長の信光信号のパワーを測定し、測定結果に基づいて、ＭＥＭＳ８の制御を行なう必要があるが、本実施例では、波長選択に用いる分波器５等を有効に利用する。
【００４０】
（５）モニタ
これについて以下に詳述する。
ＭＥＭＳミラー８１〜８４における反射制御により波長選択された光信号は、分波器５を介して再度多重化されて、サーキュレータ１１ａ、１１ｂに入力され、それぞれ光カプラ１２ａ、１２ｂで分岐され、モニタ光入出力部４の第３入出力端子４１ａ、第４入出力端子４１ｂのそれぞれに入力される。
【００４１】
図１で示したように、入出力光学系２は伝送光入出力部３だけでなく、モニタ光入出力部４を備えており、好ましくは１枚の回折格子からなる共通の分波器５に対向させているため、モニタ光入出力部４からの波長多重信号光は共通の分波器５に照射される。但し、照射位置は、伝送光入出力部３からの波長多重信号光とは異なる位置であり、この例では、Ｚ方向にずれた位置に照射される。ここで、好ましくは分波器５は１つの分波器で構成することが望ましいが、２枚の分波器を連結して構成してもよい。
【００４２】
このようにして、図１に示すモニタ光入出力部４から出力された波長多重信号光は、分波器５により分波されてから集光レンズ７ａ（第３入出力部４１ａからの光信号の場合）、７ｂ（第４入出力部４１ｂからの光信号の場合）を介して分波された波長毎に別個のパワー検出素子（９１ａ〜９４ａ、９１ｂ〜９４ｂ）に入力される。ここで、集光レンズ７ａ、７ｂは、伝送光用の集光レンズ６と同様の特性を有する集光レンズとすることが望ましく、集光レンズ６を１つの集光レンズにより構成する場合は、集光レンズ７ａ、７ｂについても１つの集光レンズにより構成することが望ましい。更なる節約を求めて、集光レンズ６、７ａ、７ｂを単一の集光レンズとすることも可能である。
【００４３】
また、光パワー検出部９は、Ｚ軸と直交するＸ軸に沿って、ｎ個のフォトダイオードをＺ軸が異なるように２列設けたフォトダイオードアレイにより構成されている。第１列目のフォトダイオードアレイ９１ａ〜９４ａについては、分波器５で分波された第３入出力部４１ａから波長多重光の各波長（この場合は、λ１〜λ４）のパワー検出を行い、第２列目のフォトダイオードアレイ９１ｂ〜９４ｂについては、分波器５で分波された第２入出力部４２ａから波長多重光の各波長（この場合は、λ１〜λ４）のパワー検出を行。パワー検出では、入力光の平均強度に応じた電流を出力して、制御部１０に与えることとなる。尚、各フォトダイオードを同一基板上にＭＥＭＳ８の各ミラーと同様の配置間隔（Ｘ軸方向）で一括形成し、各単波長光に分光されたモニタ光がＭＥＭＳミラーと同様に入射するように基板を配置することが好ましい。
【００４４】
図１４（ａ）は本発明の第１実施形態に係るフォトダイオードとＭＥＭＳ８の各ミラーとを一括形成した配置を説明するための図であり、この図１４（ａ）に示す光パワー検出部９ａは、２機能が同一のシリコン基板上に形成されたものである。具体的には図１４（ｂ）に示す配置であり、ＭＥＭＥミラー８１〜８４の配置間隔と、フォトダイオード９１ａ〜９４ａ、フォトダイオード９１ｂ〜９４ｂの配置間隔を一致させ、かつ同一のシリコン基板上に形成している。これにより、ＭＥＭＳ８と光パワー検出部９ａはＺ軸方向にだけずらせて配置したこととなる。尚、ＭＥＭＳ８と光パワー検出部９ａを同一基板上に形成しない場合は、例えば、それぞれを実装した基板を同一基板上に形成した場合のように、配置関係を一致させるようにし、また、分波器５までの距離を対応するＭＥＭＳと同じ距離となるように設定することが望ましい。
【００４５】
以上のように、光パワー検出部９ａの光パワー検出素子に入力された波長（λ１〜λ４）毎の光信号は検出したパワー情報が制御回路１０に入力される。制御回路１０はそれに応じて対応する駆動回路１０１〜１０４を制御して、対応するＭＥＭＳミラー８１〜８４のそれぞれの角度制御を行なうことで、偏光方向を制御する。
尚、ＭＥＭＳミラーの最適角としては、結合損失が最も少なくなる角度だけでなく、単波長光の光パワーの減衰量を可変にする、ＶＯＡ（Variable Optical Attenuator）機能を実現する場合には、ＭＥＭＳミラーの傾斜角を最適点（結合損失が最小となる角度）からずらすことにより、意図的に単波長光の損失を増加させる角度も考えられる。
【００４６】
最後にＭＥＭＳ８の構成、制御について簡単に説明しておく。なお、ＭＥＭＳミラーの個数は、波長選択を希望する波長数とすることが好ましい。
（６）ＭＥＭＳの構成
図５は本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ８の構成を説明するための上面図である。
図５において、８１１は入力された光信号を反射するためのＭＥＭＳミラー（マイクロミラー）であり、支持棒８１２を回転軸として回転可能な構成となっている。支持棒８１２は、ＭＥＭＳミラー８１１に対して固定的な関係であり、内側枠８１４に形成された軸受け溝上で軸を中心として回転可能である。そして支持棒８１３は、内側枠８１４に対して固定的な関係であり、外側枠８１５に形成された軸受け溝上で軸を中心として回転可能である。
【００４７】
ＭＥＭＳミラー８１１の下部には電極が４つ設けられており、８１６ａ、８１６ｂのペアは支持棒８１２を軸としてＭＥＭＳミラー８１１を回転させる場合に用い、正又は負の電圧を与えた側の電極側にＭＥＭＳミラーが静電気力により所望角だけ回転する。
一方、電極８１７ａ、８１７ｂのペアは支持棒８１３を軸としてＭＥＭＳミラー８１１を回転させる場合に用い、正又は負の電圧を与えた側の電極側にＭＥＭＳミラーが回転する。
【００４８】
以上のように２軸を中心に回転可能なＭＥＭＳミラー８１１が一般的であるが、主に第１入出力部３１ａ、３１ｂ間でのスイッチングについて考慮すると、図１において、ＭＥＭＳミラー８１１を図１のＸ軸方向を中心に回転させる制御で大まかなスイッチングが可能であるから、説明の簡単のために、１つの回転軸の回りについての回転制御についてスイッチング動作と絡めて説明する。
【００４９】
次に、図６（ａ），図６（ｂ）はそれぞれＭＥＭＳミラーの回転角によるスイッチング制御を説明するための図である。図６（ａ）のような傾斜角となるようにＭＥＭＳミラー８１１を制御するように電極８１６ａ、８１６ｂのいずれかに電圧を与えることで、入射光は偏光されて反射され、分波器５を介して第２入出力部３１ｂに入力される。また、図６（ｂ）のような傾斜角となるようにＭＥＭＳミラー８１１を制御するように電極８１６ａ、８１６ｂのいずれかに電圧を与える（図６（ｂ）では特に電極８１６ａ側に与える）ことで、入射光は帰還する方向に反射され、分波器５を介して第１入出力部３１ａに入力される。
【００５０】
以上がＭＥＭＳ８の動作の説明であるが、制御回路１０は、駆動回路１０１〜１０４を制御して各電極に与える電圧を制御するのである。
以降、第一実施形態における考えられる種々の変形例について説明する。
（７）入出力光学系２の変形例
入出力光学系２の変形例として、二次元コリメータアレイを用いた構成にすることもできる。
【００５１】
図７（ａ）〜図７（ｃ）はそれぞれ本発明の一実施形態に係る二次元コリメータアレイの製造方法を説明するための図である。この図７（ａ）に示す二次元コリメータアレイ１７は、光ファイバ芯線１７ａと、光ファイバ固定用部材１７ｂと、レンズアレイ１７ｃとが組み合わせられて構成されている。ここで、図７（ａ）に示す光ファイバ固定用部材１７ｂは、例えば金属製であって光ファイバ挿入用の例えば４個の穴を有する。
【００５２】
次に、図７（ｂ）に示す光ファイバ固定用部材１７ｂの４個の穴のそれぞれに、光ファイバ芯線１７ａを挿入し、隙間（空隙部分）を接着剤で固定する。そして、図７（ｃ）に示すレンズアレイ１７ｃを、光ファイバ固定用部材１７ｂの光ファイバ端面を研磨した後貼り付けて、これにより、二次元コリメータアレイを製造することができる。
従って、入出力光学系が、一体化された一次元コリメータアレイ又は一体化された二次元コリメータアレイを用いて構成されている。
【００５３】
（８）分波器５の変形例
分波器５として、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phase Array）を用いることもできる。
図８（ａ）は本発明の一実施形態に係るＶＩＰＡの構成図である。この図８（ａ）に示すＶＩＰＡ１２ａは、波長分散素子の一つであり、ＶＩＰＡの光学配置（入射角度等）と同等の光学配置を有する回折格子と比較して、１０〜２０倍の大きな角度分散を実現するものである。図８（ａ）に示す符号３１を付したものはシリンドリカル・レンズであって、入射光を一方向に通過させるものである。また、符号３２は、反射率１００％の光反射膜３２ａをシリンドリカル・レンズ３１の入射側表面の上部半面に接着させた光反射膜付きガラス板であり、光反射膜３２ａが接着されていない下部半面は反射率０％（Ｒ＝０）であり反射がなく、その部分のガラス板３２は素通しになっている。さらに、シリンドリカル・レンズ３１の出射側表面には高い反射率（〜９５％）を有する光反射膜３２ｂが接着されている。そして、シリンドリカル・レンズ３１から入射された波長多重信号光は、光反射膜付きガラス板３２を通過すると波長毎に分離した光が出力されるようになっている。尚、第一実施形態の変形例として使用する場合には、ＶＩＰＡのガラス板３２の横幅を広げて、４つのシリンドリカル・レンズ３１からそれぞれ２系統のモニタ光、２系統の伝送光を入力し、これらを分波するようにすることが好ましい。
【００５４】
図８（ｂ）は本発明の一実施形態に係るＶＩＰＡ１２ａの分波機能を説明するための図である。この図８（ｂ）に示す入射光は、シリンドリカル・レンズ３１によってガラス板３２に絞り込まれ、ビーム・ウェスト（最も光が収斂した点）が光反射膜３２ｂにくるようになっている。光反射膜３２ｂは、入射光の〜９５％を反射し、残りはガラス板３２を通過する一方、その反射光は光反射膜３２ａで反射され、光反射膜３２ｂにより、再度反射光と透過光とに分けられる。
【００５５】
また、図９は本発明の一実施形態に係るシリンドリカル・レンズ３１を複数設けたＶＩＰＡの一例を示す図であり、この図９に示すＶＩＰＡ１３は、３個のシリンドリカル・レンズ３１を設け、これにより、３系統の入力光について分波するようになっている。なお、図９に示すもので上述したものと同一符号を付したものはそれらと同一のものを表す。
このように、多重反射の結果、全体の系はフェーズド・アレイ光源と等価になり、この仮想的フェーズド・アレイ光源の光は、干渉しあって、コリメート光として出射され、その出射方向は回折格子のブラッグ角に相当する方向となる。以上のように、ＶＩＰＡにより極めて単純な構造で光分波が可能になる。
【００５６】
尚、分波された信号光は縦方向に分波されることとなるが、分波される各波長の信号光にあわせてＭＥＭＳ８を配置することが好ましい。
また、分波器１２はプリズムを用いることもできる。プリズムは、三角柱状のガラスからなり、回折格子と同様に、一定の角度で入射される１７６波の波長成分に対して、波長毎に異なる出射角度を与えるものである。尚、伝送光、モニタ光で入力する位置を変えることで互いに干渉なく分離できる。
【００５７】
また、フォトニック結晶技術を用いて製造された分波器を用いることもできる。フォトニック結晶は屈折率が異なる材料の多次元周期構造体からなり、また、高分散性等を有し、従来の光学材料を用いて構成した場合においては得られない、優れた光学特性を実現する。ここで、フォトニック結晶技術とは、光分波器を半導体の表面又は内部に組成し、また、光分波器を半導体に周期的に組成する技術である。フォトニック結晶技術を用いることによって、材料や構造を自由に設計できる。従って、フォトニック結晶の高分散性を利用した分波器を用いることにより、波長選択スイッチの小型化が図れる。
【００５８】
（９）他のネットワーク構成
図１０は本発明が適用される光ネットワークの他の例を示す図である。この図１０に示す光ネットワーク１５０は、波長多重信号光の波長選択機能を有するリング型フォトニックネットワークであって、例えば３台のＯＡＤＭノード＃１〜＃３が接続されている。なお、１７６波のうちの５波だけが表示されている。
【００５９】
ここで、ＯＡＤＭノード＃１，＃２は、リングＲ１に属し、また、ＯＡＤＭノード＃２，＃３は、リングＲ２に属し、ＯＡＤＭノード＃２は、リングＲ１，Ｒ２の両方のリングに共通して属するようになっている。
また、各ＯＡＤＭノード＃１〜＃３は、いずれも、アドドロップ機能を有する。
具体的には、各ＯＡＤＭノード＃１〜＃３は、伝送路から受信した波長多重信号光が自ノードであるか否かを判定し、自ノードでない場合はその波長多重信号光を通過させて隣接するノードに送信する。一方、受信した波長多重信号光が自ノードである場合はその波長多重信号光のうちの１波以上の単波長光をドロップし、ドロップした１以上の単波長光をパケット変換する。これとは逆に、各ＯＡＤＭノード＃１〜＃３は、受信した単波長光を波長多重信号光に挿入する場合には、受信したパケットを信号光に所定の波長に変換してその変換した信号光を受信した波長多重信号光に挿入する。
【００６０】
このように、リング伝送路Ｒ１およびＲ２から、２方向又はそれ以上の方向からの波長多重信号光を受信して各波長多重信号光に含まれる波長多重数ｎ（ｎは自然数を表す。）波の単波長光の経路を個別に切り替えし、経路切り替えしたｎ波の単波長光を波長多重して２方向に出力可能になっている。
また、このようにして、ネットワーク形状の差異にかかわらず、本発明の光スイッチ装置，光モニタ種類および光スイッチ方法は、いずれのネットワークにおいても適用できる。さらに、これにより、上記の利点が得られる。
【００６１】
（１０）その他
本発明は上述した実施態様およびその変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
上記の分波器１２は、アレイ導波路型波長合分波器（Arrayed Waveguide Grating：ＡＷＧ）を用いることができる。このＡＷＧは、チップ状の平面基板上の光導波路によって構成されるアレイ導波路回折格子を用いたものである。ＡＷＧは、例えばシリコン基板上にフォトリソグラフィを用いて一括生成された光導波路からなり、入力導波路，入力スラブ（入力側スラブ導波路），ｎ本のチャネル導波路からなるアレイ導波路（チャネル導波路アレイ），出力スラブ（出力側スラブ導波路），ｎ本の導波路からなる出力導波路をそなえて構成されている。同一基板上に形成された同様の構成をした複数のＡＷＧをそれぞれ伝送光用、モニタ光用に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第一実施形態に係るモニタ機能を備えた波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る入出力光学系の内部構成を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の一実施形態に係る一次元コリメータアレイの製造方法を説明するための図である。
【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ波長多重光の入出力を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳの構成を説明するための上面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれＭＥＭＳミラーの回転角によるスイッチング制御を説明するための図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の一実施形態に係る二次元コリメータアレイの製造方法を説明するための図である。
【図８】（ａ）は本発明の一実施形態に係るＶＩＰＡの構成図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態に係るＶＩＰＡの分波機能を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るシリンドリカル・レンズを複数設けたＶＩＰＡの一例を示す図である。
【図１０】本発明が適用される光ネットワークの他の例を示す図である。
【図１１】メッシュ型ネットワークに設けられた波長選択スイッチを説明するための図である。
【図１２】２×２スイッチを用いた波長選択スイッチを説明するための図である。
【図１３】従来のモニタ機能を備えた波長選択スイッチの構成図である。
【図１４】（ａ）は本発明の一実施形態に係るフォトダイオードとＭＥＭＳの各ミラーとを一括形成した配置を説明するための図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る光パワー検出部の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  波長選択スイッチ（波長分波ユニット）
２  入出力光学系
３  伝送光入出力部
４  モニタ光入出力部
５  分波器
６，７ａ，７ｂ  集光レンズ
８  スイッチ部（偏光手段）
９，９ａ  光パワー検出部
１０  制御回路
１１ａ，１１ｂ  サーキュレータ
１２ａ，１２ｂ  光カプラ
１３  ＶＩＰＡ
１５ａ  光ファイバ
１５ｂ  レンズ
１５ｃ  金属筒
１７  二次元コリメータアレイ
１７ａ  光ファイバ芯線
１７ｂ  光ファイバ固定用部材
１７ｃ  レンズアレイ
２２  基板
２３  レンズアレイ（レンズアレイブロック）
３１  シリンドリカル・レンズ
３１ａ  第１入出力部
３１ｂ  第２入出力部
３２  光反射膜付きガラス板
３２ａ，３２ｂ  光反射膜
４１ａ  第３入出力部
４１ｂ  第４入出力部
８１〜８４  ＭＥＭＳミラー（スイッチ素子）
９１ａ〜９４ａ，９１ｂ〜９４ｂ  フォトダイオード（光パワー検出素子）
１０１〜１０４  駆動回路
【図１】
2005283932.tif 000003
【図２】
2005283932.tif 000004
【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】
2005283932.tif 000009
【図８】
2005283932.tif 000010
【図９】
2005283932.tif 000011
【図１０】
2005283932.tif 000012
【図１１】
2005283932.tif 000013
【図１２】
2005283932.tif 000014
【図１３】
2005283932.tif 000015
【図１４】
2005283932.tif 000016