(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポートおよび複数の出力ポートが第１の方向に配列された入出力光学系と、
前記入出力光学系の入力ポートから出射される、波長の異なる複数の光を含んだ波長多重光を、波長に応じて前記第１の方向とは異なる第２の方向に分離する分光素子と、
前記分光素子で分離された各波長の光を異なる位置に集光させる集光光学系と、
前記集光光学系で集光された各波長の光の集光位置に角度可変の反射面が配置された複数の可動ミラーを有し、該各可動ミラーで反射された各波長の光が、前記集光光学系および前記分光素子を介して、前記入出力光学系の複数の出力ポートのうちの当該波長の出力先に設定された出力ポートに導かれるように、前記各可動ミラーの反射面の角度が制御されるミラーアレイと、を備えた波長選択光スイッチにおいて、
前記集光光学系が、焦点距離の異なる複数枚のレンズを有し、該複数枚のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズを、前記第１および第２の方向に直交する光軸方向に平行移動可能にするスライド機構を備えたことを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載の波長選択光スイッチであって、
前記集光光学系は、２枚のレンズの組み合わせからなり、一方のレンズの焦点距離が他方のレンズの焦点距離の５倍以上であることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項３】
請求項２に記載の波長選択光スイッチであって、
前記スライド機構は、前記２枚のレンズのうちの少なくとも長焦点側のレンズを前記光軸方向に平行移動可能にすることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項４】
請求項２に記載の波長選択光スイッチであって、
前記集光光学系は、短焦点側のレンズが収差の補正されたレンズであることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項５】
請求項１に記載の波長選択光スイッチであって、
前記集光光学系は、３枚以上のレンズの組み合わせからなり、最も長い焦点距離を有するレンズの焦点距離が、他のレンズの合成された焦点距離の５倍以上であることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項６】
請求項５に記載の波長選択光スイッチであって、
前記スライド機構は、前記３枚以上のレンズのうちの少なくとも最も長い焦点距離を有するレンズを前記光軸方向に平行移動可能にすることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項７】
請求項１に記載の波長選択光スイッチであって、
前記分光素子は、２枚以上の回折格子の組み合わせからなることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項８】
請求項１に記載の波長選択光スイッチであって、
前記集光光学系は、前記複数枚のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズが他のレンズに対して傾けて配置されていることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項９】
請求項１に記載の波長選択光スイッチであって、
前記集光光学系は、前記分光素子から前記複数枚のレンズの主面までの距離が、前記複数枚のレンズの合成された焦点距離と等しいことを特徴とする波長選択光スイッチ。
【請求項１０】
入力ポートから出射される、波長の異なる複数の光を含んだ波長多重光を、波長に応じて第１の方向に分離する分光素子と、
前記分光素子で分離された各波長の光を異なる位置に集光させる集光光学系と、を備えた光デバイスにおいて、
前記集光光学系が、焦点距離の異なる複数枚のレンズを有し、該複数枚のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズを、前記第１の方向に直交する光軸方向に平行移動可能にするスライド機構を備えたことを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重光を分光素子で波長毎に分離した後にレンズを用いて集光して可動ミラーで反射させることにより各波長の光の経路の切り替えを行う波長選択光スイッチ、および、上記レンズで集光された各波長の光を利用する分光機能を備えた光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、激増するインターネットトラフィックを収容すべく、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）通信を中核としたネットワークの光化が急ピッチで進んでいる。現在のＷＤＭ通信は、主にポイント・ツー・ポイント（point-to-point）型のネットワーク形態であるが、近い将来には、リング型ネットワークやメッシュ状ネットワークへと発展し、これらのネットワークを構成する各ノードでは、任意波長の分岐／挿入（Add/Drop）、電気への変換を介さない全光クロスコネクト（Optical Cross Connect：ＯＸＣ）等の処理が可能となり、波長情報を基にしたダイナミックな光パスの設定／解除が行われると考えられる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
上記のような光技術を最大限に生かしたフォトニックネットワークの各ノードに配置可能な光スイッチとして、例えば図１１に示すような波長選択光スイッチが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この従来の波長選択光スイッチは、入力ポートＰｉｎおよび出力ポートＰｏｕｔ１〜Ｐｏｕｔ３からなる入出力光学系１１０と、分光素子１２０と、集光レンズ１３０と、複数の可動ミラーを配置したミラーアレイ１４０と、上記の各光部品が載置されるベース１５０と、から構成される。上記のような構成の波長選択光スイッチでは、入力ポートＰｉｎに入力されたＷＤＭ光が、分光素子１２０で各波長の光に分離された後、集光レンズ１３０によってミラーアレイ１４０の各波長に対応した可動ミラーにそれぞれ集光され、各々の可動ミラーの反射面の角度が制御されることにより各波長の反射光が任意の出力ポートＰｏｕｔ１〜Ｐｏｕｔ３に導かれ、各波長の光の経路の切り替えが行われる。
【０００４】
上記のような従来の波長選択光スイッチに用いられる分光素子１２０としては、一般的に回折格子が利用される。回折格子は、ガラス基板上に、平行な多数の溝を周期的に刻んだ光学素子であり、光の回折現象を利用して、一定の角度で入射される複数の波長の光を波長毎に異なる角度で出射することができ、波長の分離が可能である。
また、ミラーアレイ１４０としては、一般的にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により形成されたミラー（以下、ＭＥＭＳミラーと呼ぶ）をアレイ化したものが利用され、分光素子１２０により分離された１波長の光に対して１つのＭＥＭＳミラーが配置される。ＭＥＭＳミラーは、反射面の傾斜角度が電磁力によって可変な構造となっており、図１２に示すように反射面の傾斜角度に応じて反射光が導かれる出力ポートが定まる。
【０００５】
上記のような波長選択光スイッチの性能を示す指標の１つが透過帯域である。この透過帯域は、図１３に示すように、各波長に対応したＭＥＭＳミラーに集光される光のビーム径ωとミラー幅Ｗの比率（Ｗ／ω）が大きいほど、また、中心波長のずれが小さいほど広くなる。つまり、ＭＥＭＳミラーの幅Ｗが広く、ＭＥＭＳミラー上のビーム径ωが小さく、そして、ＩＴＵグリッドの各波長に対応した光の集光位置がＭＥＭＳミラーの中心に一致しているほど、透過帯域は広くなる。ここで、ＩＴＵグリッドとは国際通信連合で標準化された波長のことである。波長選択光スイッチの透過帯域が広いと、対応可能なビットレートの上限があがる、波長選択光スイッチの多段接続数を増加できるなどの利点がある。換言すると、波長選択光スイッチの透過帯域が狭いと良好な伝送特性を確保できなくなる。
【０００６】
上記のような波長選択光スイッチで充分な透過帯域特性を得るためには、ＩＴＵグリッドの各波長に対応した光の集光位置と、それに対応するＭＥＭＳミラーの中心とを正確に一致させる必要がある。
具体的には、例えば図１４に示すように、ＩＴＵグリッドのある波長を基準波長λ０とし、その基準波長λ０に対して±ｉ番目（ｉ＝１，２，…）となる波長をλ±ｉで表し、各波長λ０，λ±１の光を含んだＷＤＭ光が回折格子を用いた分光素子１２０に入射角αで与えられたとき、回折格子から出射される波長λ０の光と波長λｉの光とのなす角度θｉは、次の（１）式に従って表される。
【０００７】
θｉ＝ＡｒｃＳｉｎ（Ｎ×λｉ−Ｓｉｎα）
−ＡｒｃＳｉｎ（Ｎ×λ０−Ｓｉｎα）  …（１）
ただし、Ｎは回折格子の１ｍｍあたりの溝本数であり、回折の次数は１次としている。
上記（１）式の関係より、ミラーアレイ１４０上に集光される各波長λ０，λｉの光の間隔（以下、ビームピッチと呼ぶ）Ｘｉは、集光レンズ１３０の焦点距離をｆとして、次の（２）式により求めることができる。
【０００８】
Ｘｉ＝ｆ×θｉ＝ｆ×｛ＡｒｃＳｉｎ（Ｎ×λｉ−Ｓｉｎα）
−ＡｒｃＳｉｎ（Ｎ×λ０−Ｓｉｎα）｝…（２）
上記（２）式において、λ０，λｉは常に一定であるから、ミラーアレイ１４０上に集光される光のビームピッチＸｉは、集光レンズの焦点距離ｆ、回折格子の溝本数ＮおよびＷＤＭ光の入射角αの関数となる。したがって、ミラーアレイ１４０に配置される、波長λ０に対応したＭＥＭＳミラーと波長λｉに対応したＭＥＭＳミラーとの間の距離（以下、ミラーピッチと呼ぶ）Ｘ０ｉは、上記の焦点距離ｆ、溝本数Ｎおよび入射角αが理想値ｆ０、Ｎ０およびα０となる場合のビームピッチと一致するように決定される。すなわち、ミラーピッチＸ０ｉは、次の（３）式に従って予め設計される。
【０００９】
Ｘ０ｉ＝ｆ０×｛ＡｒｃＳｉｎ（Ｎ０×λｉ−Ｓｉｎα０）
−ＡｒｃＳｉｎ（Ｎ０×λ０−Ｓｉｎα０）｝…（３）
【非特許文献１】佐藤健一、外１名，「２０１０年のＩＰオーバフォトニックネットワーク像（２）フォトニックバックボーンネットワークの先端技術」，電子情報通信学会誌，２００２年２月号，ｐ．９４−１０３
【特許文献１】米国特許第６５４９６９９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のような従来の波長選択光スイッチについては、集光レンズの焦点距離ｆ、回折格子の溝本数Ｎ、または、ＷＤＭ光の入射角αに誤差が存在すると、ミラーアレイ１４０上に実際に集光される各波長の光のビームピッチと、ミラーアレイ１４０の各ＭＥＭＳミラーのミラーピッチとの間にずれが発生し、透過帯域の劣化を招いてしまうという問題点がある。ミラーアレイ１４０に配置される各ＭＥＭＳミラーはシリコン基板上にエッチング等の微細加工を施して形成されるため、ミラーアレイ１４０自体にミラーピッチを調整する機構をもたせるのは困難である。
【００１１】
つまり、従来の波長選択光スイッチにおいて充分な透過帯域特性を得るためには、ミラーアレイ１４０に集光される各光のビームピッチを、ミラーアレイ１４０のミラーピッチに常に一致させなければならない。これを実現するための方法としては、例えば、透過帯域の劣化が許容できる範囲まで焦点距離ｆ、溝本数Ｎおよび入射角αの公差を厳しくする方法が考えられる。また、焦点距離ｆまたは溝本数Ｎに誤差が生じていても、回折格子に回転機構を設けて入射角αを可変とすることで、上記の誤差を補正する方法も考えられる。
【００１２】
しかしながら、上記のようなビームピッチＸｉをミラーピッチＸ０ｉに一致させるいずれの方法についても、入射角αに必要とされる精度が非常に厳しいという共通の課題がある。例えば、集光レンズの焦点距離ｆを１００ｍｍ、回折格子の溝本数Ｎを１８００本／ｍｍ、入射角αを６６．５°、ＷＤＭ光の使用波長範囲をＣバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）、波長間隔を１００ＧＨｚ、波長数を４４波とした場合に、透過帯域の劣化を３ＧＨｚ以下に抑えようとするならば、入射角αに必要とされる精度は０．０１°程度となる。このような入射角αの精度は、前者の方法として回折格子を固定実装したとしても、または、後者の方法として回折格子に回転機構を設けたとしても実現することが困難である。仮に、回転機構による回折格子の調整により入射角αの精度を０．０５°にできたとしても、そのときの透過帯域の劣化は１５ＧＨｚ以上となってしまい、これは波長選択光スイッチの動作上問題となる値である。
【００１３】
つまり、従来の波長選択光スイッチでは、一般的に実現可能な実装精度および調整精度において透過帯域の劣化が著しく、波長選択光スイッチとして満足な特性が得られないという課題があった。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、集光レンズの焦点距離や分光素子の実装角度等の誤差に関わらず、各波長の光の集光位置でのビームピッチをミラーアレイのミラーピッチに一致させることができる波長選択光スイッチを提供することを目的とする。また、この波長選択光スイッチの構成を応用して、ＷＤＭ光から高い集光位置精度で各波長の光を分離することのできる分光機能を備えた光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため本発明は、入力ポートおよび複数の出力ポートが第１の方向に配列された入出力光学系と、前記入出力光学系の入力ポートから出射される、波長の異なる複数の光を含んだ波長多重光を、波長に応じて前記第１の方向とは異なる第２の方向に分離する分光素子と、前記分光素子で分離された各波長の光を異なる位置に集光させる集光光学系と、前記集光光学系で集光された各波長の光の集光位置に角度可変の反射面が配置された複数の可動ミラーを有し、該各可動ミラーで反射された各波長の光が、前記集光光学系および前記分光素子を介して、前記入出力光学系の複数の出力ポートのうちの当該波長の出力先に設定された出力ポートに導かれるように、前記各可動ミラーの反射面の角度が制御されるミラーアレイと、を備えた波長選択光スイッチにおいて、前記集光光学系が、焦点距離の異なる複数枚のレンズを有し、該複数枚のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズを、前記第１および第２の方向に直交する光軸方向に平行移動可能にするスライド機構を備えたことを特徴とする。
【００１５】
上記のような構成の波長選択光スイッチでは、入出力光学系の入力ポートから出射されるＷＤＭ光が分光素子で波長に応じて第２の方向に分離された後に、各波長の光が集光光学系の複数枚のレンズを通過することでミラーアレイの対応する可動ミラー上に集光される。このとき、集光光学系の複数枚のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズはスライド機構により光軸方向に平行移動可能となっているので、当該レンズの光軸方向の位置を調整することで、各波長の光の集光位置でのビームピッチをミラーアレイのミラーピッチに一致させておく。ミラーアレイに集光された各波長の光は、対応する可動ミラーで反射されることで、集光光学系および分光素子を介して入出力光学系の出力先に設定された出力ポートに導かれるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
上記のような本発明の波長選択光スイッチによれば、焦点距離の異なる複数枚のレンズを組み合わせて集光光学系を構成し、少なくとも１枚のレンズをスライド機構により光軸方向に平行移動可能としたことで、複数枚のレンズの焦点距離や分光素子の実装角度等の誤差に関わらず、各波長の光の集光位置でのビームピッチをミラーアレイのミラーピッチに一致させることができるため、良好な透過帯域を実現した波長選択光スイッチを容易に製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の波長選択光スイッチを実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の一実施形態による波長選択光スイッチの全体構成を示す斜視図である。また、図２は、図１の構成における光学系の特徴を説明するための図である。
【００１８】
図１および図２において、本波長選択光スイッチは、例えば、入力ポートＰｉｎおよび出力ポートＰｏｕｔ１〜Ｐｏｕｔ３が第１の方向（Ｙ方向）に配列された入出力光学系１と、該入出力光学系１の入力ポートから出射されるＷＤＭ光を、波長に応じて第２の方向（Ｘ方向）に分離する分光素子としての回折格子２と、複数枚（ここでは例えば２枚とする）のレンズの組み合わせからなる集光光学系３と、該集光光学系３で集光された各波長の光の集光位置に対応させて複数のＭＥＭＳミラー４１〜４３が配置されたミラーアレイ４と、上記の各光部品が載置されるベース５と、から構成される。
【００１９】
入出力光学系１は、例えば、４本の光ファイバをＹ方向に配置したファイバアレイ１１と、各光ファイバの端面近傍にコリメータレンズを配置したレンズアレイ１２とを有する。ここでは、ファイバアレイ１１の図で上側に位置する１本の光ファイバが入力ポートＰｉｎに設定され、残りの３本の光ファイバが出力ポートＰｏｕｔ１〜Ｐｏｕｔ３に設定されている。なお、光ファイバの本数および入出力ポートの設定は上記の一例に限定されるものではない。
【００２０】
回折格子２は、入力ポートＰｉｎに入力されコリメータレンズで平行光に変換されたＷＤＭ光が入射角αで与えられ、該ＷＤＭ光に含まれる各波長の光をＸ方向について波長毎に異なる角度で出射する。この回折格子２は、１ｍｍあたりＮ本の溝が形成されており、ベース５上の所定の位置に固定されている。
集光光学系３は、焦点距離ｆ１を有するレンズ３１と、該レンズ３１の焦点距離ｆ１よりも長い焦点距離ｆ２を有するレンズ３２の組み合わせからなり、回折格子２で分離された各波長の光がレンズ３１およびレンズ３２を順に通過することで、各々の光をミラーアレイ４の対応するＭＥＭＳミラー上に集光させると共に、各ＭＥＭＳミラーで反射された光がレンズ３２およびレンズ３１を順に通過することで、各々の反射光を回折格子２に集光させる。各レンズ３１，３２は、Ｘ方向およびＹ方向に直交する光軸方向（Ｚ方向）に平行移動可能な後述するスライド機構を介してベース５上に固定されている。レンズ３２の焦点距離ｆ２は、レンズ３１の焦点距離ｆ１に対して５倍以上となるように設定するのが好ましく、ここでは例えばｆ１：ｆ２＝１：１０とする。ただし、ｆ１とｆ２の比は上記の一例に限られるものではない。
【００２１】
また、短焦点側のレンズ３１としては、球面収差の補正された非球面レンズやグラディウムレンズを使用することが望ましい。これにより、集光光学系３の球面収差を小さくすることができ、各波長の光をミラーアレイ２の対応するＭＥＭＳミラー上にほぼ１点で集光させることが可能になる。すなわち、２枚のレンズの焦点距離ｆ１，ｆ２の比を上記のように１：１０程度に設定した場合、長焦点側のレンズ３２は球面収差に殆ど寄与しなくなる。このため、短焦点側のレンズ３１について球面収差の補正されたレンズを使用することで、集光光学系３全体の球面収差を小さくできるようになる。
【００２２】
ミラーアレイ４は、入力ポートＰｉｎに入力され得るＷＤＭ光の最大波長数に対応した複数個のＭＥＭＳミラー４１，４２，４３がＸ方向に配置されている。基準波長λ０に対応したＭＥＭＳミラー４２と波長λｉに対応したＭＥＭＳミラー４３の間隔（ミラーピッチ）Ｘ０ｉは、上述した（３）式の関係に従って予め設計されている。各ＭＥＭＳミラー４１〜４３は、Ｘ方向に平行なトーションバーを中心にして各々の反射面を傾けることが可能であり、該反射面の傾斜角度が図示しない駆動回路からの駆動信号に従って制御される。
【００２３】
ベース５は、入出力光学系１、回折格子２およびミラーアレイ４が所定の位置に固定されると共に、集光光学系３がスライド機構を介して所定の位置に固定される。スライド機構は、例えば、図３に示すようなフレーム型の構成、または、図４に示すような円筒型の構成とすることが可能である。具体的に、図３のフレーム型スライド機構は、Ｚ方向の溝部５１Ａが形成された金属のフレーム５１と、該フレーム５１の溝部５１Ａにスライド可能な状態で取り付けられたレンズホルダ５２，５３とを有し、集光光学系３のレンズ３１がレンズホルダ５２に固定され、レンズ３２がレンズホルダ５３に固定されている。一方、図４の円筒型スライド機構は、レンズ３１，３２が内周面の所定位置にそれぞれ固定された円筒筐体５４，５５と、各円筒筐体５４，５５の内径に対応した外径を持つ連結部材５６とを有し、各円筒筐体５４，５５が連結部材５６の両端部分にスライド可能な状態で取り付けられている。
【００２４】
次に、上記のような構成を備えた波長選択光スイッチの動作について説明する。
ここでは、上述した従来の場合と同様にＩＴＵグリッドのある波長を基準波長λ０とし、その基準波長λ０に対して±ｉ番目（ｉ＝１，２，…）となる波長をλ±ｉで表し、各波長λ０，λ±ｉの光を含んだＷＤＭ光が入出力光学系１の入力ポートＰｉｎに入力されるときの動作を考えることにする。
【００２５】
入力ポートＰｉｎに入力されたＷＤＭ光はコリメータレンズで平行光とされた後に、回折格子２に対して入射角αで与えられる。回折格子２では、ＷＤＭ光に含まれる各波長の光が前述した（１）式の関係に従ってＸ方向に異なる角度で出射され、各々の光が集光光学系３に送られる。集光光学系３では、各波長の光がレンズ３１，３２を順に通過することで、ミラーアレイ３の対応するＭＥＭＳミラー上に集光される。
【００２６】
ここで、２枚のレンズ３１，３２の合成された焦点距離をｆｄとすると、この焦点距離ｆｄは、各レンズ３１，３２の焦点距離ｆ１，ｆ２およびレンズ３１，３２間の距離ｄを用いて、次の（４）式で表される。
ｆｄ＝ｆ１×ｆ２／（ｆ１＋ｆ２−ｄ）  …（４）
上記の（４）式より、集光光学系３の焦点距離ｆｄは、２枚のレンズ３１，３２の間の距離ｄを変化させることで可変となることが分かる。本波長選択光スイッチでは、スライド機構を利用して２枚のレンズ３１，３２の間の距離ｄを調整することが可能であり、集光光学系３の焦点距離ｆｄは各レンズ３１，３２のＺ方向の位置に応じて可変となっている。
【００２７】
上記のような集光光学系３によってミラーアレイ１４０上に集光される、波長λ０の光と波長λｉの光の間のビームピッチＸｉは、前述した（２）式と上記（４）式を用いて、次の（５）式で表される。
Ｘｉ＝ｆ１×ｆ２／（ｆ１＋ｆ２−ｄ）×｛ＡｒｃＳｉｎ（Ｎ×λｉ−Ｓｉｎα）
−ＡｒｃＳｉｎ（Ｎ×λ０−Ｓｉｎα）｝…（５）
したがって、上記の（５）式より、ビームピッチＸｉは、レンズ３１，３２の焦点距離ｆ１，ｆ２、回折格子の溝本数ＮおよびＷＤＭ光の入射角αだけでなく、レンズ３１，３２間の距離ｄについての関数にもなることが分かる。このためレンズ３１，３２の距離ｄを変化させることにより、他のパラメータｆ１，ｆ２，Ｎ，αに誤差が生じていたとしてもその誤差を補正して、ビームピッチＸｉをミラーアレイ４の対応するＭＥＭＳミラーのミラーピッチＸ０ｉに一致させる（Ｘｉ＝Ｘ０ｉ）ことが可能になる。
【００２８】
上記のようなスライド機構を利用したレンズ３１，３２間の距離ｄの調整は、上述した回折格子２に回転機構を設けてＷＤＭ光の入射角αを調整する場合と比べて簡単であり、高い精度で調整を行うことが容易であるという有利な点がある。また、各レンズの焦点距離ｆ１，ｆ２の比の設定を変えることで距離ｄの調整精度を変化させることができるという利点もある。距離ｄの調整精度に関して具体例を示しておくと、上述した条件と同様に回折格子の溝本数Ｎを１８００本／ｍｍ、入射角αを６６．５°、ＷＤＭ光の使用波長範囲をＣバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）、波長間隔を１００ＧＨｚ、波長数を４４波とし、焦点距離ｆ１，ｆ２の比を１：１０に設定した場合、透過帯域の劣化を３ＧＨｚ以下にするために必要となる距離ｄの精度は２００μｍ程度であり、これは図３や図４に示したようなスライド機構によって充分に実現可能な精度である。
【００２９】
また、図３に示したフレーム型スライド機構によれば、２枚のレンズ３１，３２の位置をそれぞれ独立に調整することが可能である。このようなスライド機構を用いた場合には、長焦点側のレンズ３２の移動によってビームピッチＸｉの補正を行い、そのレンズ３２の移動によって生じる、ＭＥＭＳミラー上の集光状態（ビーム径）の変化およびＹ方向の集光位置ずれを、短焦点側のレンズ３１の移動によって補正することができる。このように焦点距離の異なるレンズ３１，３２のＺ方向の位置を個別に調整して最適化を図ることで、所望の出力ポートに導かれる各波長の光に生じる損失を効果的に低減させることが可能になる。
【００３０】
さらに、回折格子２から集光光学系３までの距離が、集光光学系３全体の焦点距離と等しくなるようにすることによって、集光光学系３により集光される各波長の光が、ミラーアレイ２の対応するＭＥＭＳミラーに対してそれぞれ平行に入射されるようになるため、このような状態が実現されるように各レンズ３１，３２の位置を調整するのが望ましい。具体的には、図５に示すように、回折格子２の光入射点から２枚のレンズ３１，３２の組み合わせにおける主面３ａまでの距離Ｌ１が、上記の（４）式で表されるレンズ３１，３２で合成された焦点距離ｆｄと等しくなるように、回折格子２に対する各レンズ３１，３２の位置を調整すればよいことになる。
【００３１】
ただし、実装上の理由等により、回折格子２から集光光学系３の主面３ａまでの距離Ｌ１が集光光学系３全体の焦点距離ｆｄからずれてしまう場合もある。この場合、例えば図６に示すように、ミラーアレイ４のＭＥＭＳミラーに対する各波長の光の入射角が異なるようになり、垂直入射からのずれ角が大きくなると、出力ポートに導かれる光に生じる損失が増大してしまう。このような状態を考慮すると、集光光学系３全体の焦点距離ｆｄに対する回折格子２から集光光学系３の主面３ａまでの距離Ｌ１のずれ量ΔＬは、回折格子２における最大の回折角をθとし、ＭＥＭＳミラーに入射される光の垂直入射からのずれ角の許容範囲をφとすると、次の（６）式に示す関係を満たすことが必要となる。
【００３２】
ΔＬ＜ｆｄ×Ｔａｎφ／Ｔａｎθ  …（６）
なお、上記のような２枚のレンズ３１，３２のＺ方向の位置に関する調整は、基本的に、本波長選択光スイッチの組み立て時に行われ、各レンズ３１，３２の位置の最適化が完了すると、その位置に各レンズ３１，３２が固定されるものとする。具体的には、例えば、ミラーアレイ４上の集光位置でのビームピッチをＰＤアレイ等の光検出器を用いて測定しながら各レンズ３１，３２の位置を調整するか、または、各波長の光を対応するＭＥＭＳミラーに照射して所要の出力ポートから出力される光のパワーを測定し、その測定値が最大になるように各レンズ３１，３２の位置を調整するなどして、ビームピッチとミラーピッチの一致を判断し、その状態が維持されるようにネジ若しくはＹＡＧ溶接等によりスライド機構を固定すればよい。
【００３３】
上記のようにしてレンズ３１，３２のＺ方向の位置が最適化された集光光学系３により、各波長の光がミラーアレイ４の対応するＭＥＭＳミラー４１〜４３上に集光されるようになると、各波長の光は、出力先となる出力ポートのＹ方向の位置に応じて反射面の傾斜角度が制御されたＭＥＭＳミラーで反射されて光路が折り返される。そして、各ＭＥＭＳミラー４１〜４３からの反射光は、集光光学系３および回折格子２を通過して所望の出力ポートに導かれる。
【００３４】
以上のように本実施形態の波長選択光スイッチによれば、焦点距離の異なる２枚のレンズ３１，３２の組み合わせにより集光光学系３を構成し、スライド機構によりレンズ３１，３２のＺ方向の位置を調整可能としたことで、各レンズ３１，３２の焦点距離ｆ１，ｆ２、回折格子２の溝本数Ｎ、および、回折格子２の実装角度に応じて決まる入射角度αの誤差に関わらず、各波長の光の集光位置でのビームピッチを、ミラーアレイ４の対応するミラーピッチに一致させることができる。これにより、良好な透過帯域を実現した波長選択光スイッチを容易に製造することが可能になる。
【００３５】
なお、上記の実施形態では、１つの入力ポートＰｉｎに入力されたＷＤＭ光が波長毎に分離されて任意の出力ポートＰｏｕｔ１〜Ｐｏｕｔ３から出力される一例について説明したが、入出力の関係を逆にして、任意の入力ポートに入力される各波長の光を１つの出力ポートから出力することも可能である。
次に、上述した実施形態に関連する応用例について説明する。
【００３６】
図７は、２つの回折格子を用いた波長選択光スイッチの応用例を示す図である。
この波長選択光スイッチでは、入出力光学系１の入力ポートに入力されたＷＤＭ光が、２つの回折格子２１，２２に順に与えられることで各波長の光が分離され、上述した実施形態と同様の集光光学系３に送られる。このように２つの回折格子を用いてＷＤＭ光を分光することで、１つの回折格子を用いた場合と比べて各波長の光がＸ方向により大きな角度で回折するようになるため、ミラーアレイ４に配置される各ＭＥＭＳミラーのミラーピッチを広くすることができる。ミラーピッチが広がることによってＭＥＭＳミラーの幅Ｗ（図１３参照）を広くすることが可能になり、その結果として透過帯域の拡大を図ることができる。このように回折格子を複数用いる場合、各回折格子の実装精度は１つの回折格子を用いる場合よりも厳しくなる。しかし、本波長選択光スイッチでは上述したように集光光学系３における各レンズ３１，３２の位置の調整によって各回折格子の実装誤差を補正できるため、回折格子の複数化を容易に実現することが可能である。
【００３７】
図８は、集光光学系のレンズを傾けて配置するようにした波長選択光スイッチの応用例を示す図である。
一般に、複数枚のレンズの組み合わせにより集光光学系を構成した場合、各レンズの形状やレンズ間の距離により、レンズ同士またはレンズと他の光部品との間で光が多重反射を起こし、波長選択光スイッチの特性を劣化させてしまう可能性がある。このような多重反射による特性の劣化を回避するため、図８の波長選択光スイッチでは、例えば集光光学系３のレンズ３２がレンズ３１の対向面に対して傾けて配置されている。これにより、レンズ３１とレンズ３２の間およびレンズ３２とミラーアレイ４の間で光が多重反射するようなことがなくなるため、良好な特性を安定して得ることが可能になる。
【００３８】
図９は、３枚のレンズの組み合わせにより集光光学系を構成した波長選択光スイッチの応用例を示す図である。
この波長選択光スイッチでは、上述した実施形態の構成について、短焦点側のレンズ３１に相当する機能が２枚のレンズ３１Ａ，３１Ｂの組み合わせにより実現されるようにしている。このように３枚のレンズ３１Ａ，３１Ｂ，３２を用いて集光光学系を構成する場合には、レンズ３１Ａ，３１Ｂの組み合わせにおける主面３１ａを考え、その主面３１ａとレンズ３２の間の距離をｄとし、また、３枚のレンズ３１Ａ，３１Ｂ，３２の組み合わせにおける主面３ａを考え、回折格子２の光入射点から前記主面３ａまでの距離をＬ１とすることで、上述した２枚のレンズを用いて集光光学系を構成した場合と同様にして各レンズ３１Ａ，３１Ｂ，３２のＺ方向の位置の調整を行うことが可能である。また、各レンズ３１Ａ，３１Ｂ，３２の焦点距離に関しては、レンズ３１Ａ，３１Ｂの合成された焦点距離ｆ１’に対して、レンズ３２の焦点距離ｆ２が５倍以上となるように設定するのが好ましい。
【００３９】
なお、ここでは３枚のレンズの組み合わせにより集光光学系を構成する応用例を示したが、これと同様の考え方に基づいて４枚以上のレンズの組み合わせにより集光光学系を構成する応用も可能である。
図１０は、ミラーアレイに代えてＰＤアレイを配置することで光スペクトルモニタを構成した応用例を示す図である。
【００４０】
この応用例では、上述した実施形態における回折格子２および集光光学系３がそのまま利用されるとともに、ミラーアレイ４に代えて、各波長の光の集光位置に受光面が配置された複数の光検出器を有するＰＤアレイ６が設けられている。このような構成では、入力ポートＰｉｎに入力されるＷＤＭ光が、回折格子２で波長毎に分離された後に、集光光学系３を通過してＰＤアレイ６の対応する光検出器の受光面上に集光され、各波長の光の強度が各々の光検出器によって検出されるようになる。これにより、光スペクトルモニタを実現することが可能になる。
【００４１】
なお、ここではミラーアレイ４に代えてＰＤアレイ６を設けることにより光スペクトルモニタを構成する一例を示したが、光スペクトルモニタ以外の他の機能を有する光デバイスについて、上述した実施形態における回折格子２および集光光学系３を応用することも可能である。例えば、各波長の光の集光位置に出力ファイバの端面を配置すれば分波器を構成することもできる。
【００４２】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００４３】
（付記１）  入力ポートおよび複数の出力ポートが第１の方向に配列された入出力光学系と、
前記入出力光学系の入力ポートから出射される、波長の異なる複数の光を含んだ波長多重光を、波長に応じて前記第１の方向とは異なる第２の方向に分離する分光素子と、
前記分光素子で分離された各波長の光を異なる位置に集光させる集光光学系と、
前記集光光学系で集光された各波長の光の集光位置に角度可変の反射面が配置された複数の可動ミラーを有し、該各可動ミラーで反射された各波長の光が、前記集光光学系および前記分光素子を介して、前記入出力光学系の複数の出力ポートのうちの当該波長の出力先に設定された出力ポートに導かれるように、前記各可動ミラーの反射面の角度が制御されるミラーアレイと、を備えた波長選択光スイッチにおいて、
前記集光光学系が、焦点距離の異なる複数枚のレンズを有し、該複数枚のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズを、前記第１および第２の方向に直交する光軸方向に平行移動可能にするスライド機構を備えたことを特徴とする波長選択光スイッチ。
【００４４】
（付記２）  付記１に記載の波長選択光スイッチであって、
前記集光光学系は、２枚のレンズの組み合わせからなり、一方のレンズの焦点距離が他方のレンズの焦点距離の５倍以上であることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【００４５】
（付記３）  付記２に記載の波長選択光スイッチであって、
前記スライド機構は、前記２枚のレンズのうちの少なくとも長焦点側のレンズを前記光軸方向に平行移動可能にすることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【００４６】
（付記４）  付記２に記載の波長選択光スイッチであって、
前記集光光学系は、短焦点側のレンズが収差の補正されたレンズであることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【００４７】
（付記５）  付記１に記載の波長選択光スイッチであって、
前記集光光学系は、３枚以上のレンズの組み合わせからなり、最も長い焦点距離を有するレンズの焦点距離が、他のレンズの合成された焦点距離の５倍以上であることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【００４８】
（付記６）  付記５に記載の波長選択光スイッチであって、
前記スライド機構は、前記３枚以上のレンズのうちの少なくとも最も長い焦点距離を有するレンズを前記光軸方向に平行移動可能にすることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【００４９】
（付記７）  付記１に記載の波長選択光スイッチであって、
前記分光素子は、２枚以上の回折格子の組み合わせからなることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【００５０】
（付記８）  付記１に記載の波長選択光スイッチであって、
前記集光光学系は、前記複数枚のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズが他のレンズに対して傾けて配置されていることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【００５１】
（付記９）  付記１に記載の波長選択光スイッチであって、
前記集光光学系は、前記分光素子から前記複数枚のレンズの主面までの距離が、前記複数枚のレンズの合成された焦点距離と等しいことを特徴とする波長選択光スイッチ。
【００５２】
（付記１０）  付記１に記載の波長選択光スイッチであって、
前記集光光学系は、前記分光素子から前記複数枚のレンズの主面までの距離と、前記複数枚のレンズの合成された焦点距離との差がΔＬであるとき、その差ΔＬは、前記複数枚のレンズの合成された焦点距離をｆｄ、前記分光素子における最大の偏向角をθ、前記可動ミラーに入射される光の垂直入射からのずれ角の許容範囲をφとして、ΔＬ＜ｆｄ×Ｔａｎφ／Ｔａｎθの範囲内にあることを特徴とする波長選択光スイッチ。
【００５３】
（付記１１）  入力ポートから出射される、波長の異なる複数の光を含んだ波長多重光を、波長に応じて第１の方向に分離する分光素子と、
前記分光素子で分離された各波長の光を異なる位置に集光させる集光光学系と、を備えた光デバイスにおいて、
前記集光光学系が、焦点距離の異なる複数枚のレンズを有し、該複数枚のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズを、前記第１の方向に直交する光軸方向に平行移動可能にするスライド機構を備えたことを特徴とする光デバイス。
【００５４】
（付記１２）  付記１１に記載の光デバイスであって、
前記集光光学系で集光された各波長の光の集光位置に受光面が配置された複数の光検出器を備え、該各光検出器で検出される各波長の光の強度を用いて前記波長多重光のスペクトルをモニタすることを特徴とする光デバイス。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態による波長選択光スイッチの全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１の構成における光学系の特徴を説明するための図である。
【図３】上記の実施形態に用いられるスライド機構の構成例を示す図である。
【図４】上記の実施形態に用いられるスライド機構の他の構成例を示す図である。
【図５】上記の実施形態において回折格子から集光光学系の主面までの距離が集光光学系の合成された焦点距離に等しくなるようにしたときの状態を示す図である。
【図６】上記の実施形態において回折格子から集光光学系の主面までの距離と集光光学系の合成された焦点距離とにずれが生じたときの状態を示す図である。
【図７】上記の実施形態に関連して、２つの回折格子を用いた応用例の主要部構成を示す図である。
【図８】上記の実施形態に関連して、集光光学系のレンズを傾けて配置した応用例の主要部構成を示す図である。
【図９】上記の実施形態に関連して、３枚のレンズの組み合わせにより集光光学系を構成した応用例の主要部構成を示す図である。
【図１０】上記の実施形態に関連して、ミラーアレイに代えてＰＤアレイを配置して光スペクトルモニタを構成した応用例の主要部構成を示す図である。
【図１１】従来の波長選択光スイッチの構成を示す斜視図である。
【図１２】従来の波長選択光スイッチの動作を説明するための図である。
【図１３】波長選択光スイッチの透過帯域を説明するための図である。
【図１４】従来の波長選択光スイッチにおけるビームピッチとミラーピッチの関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…入出力光学系
１１…ファイバアレイ
１２…レンズアレイ
２，２１，２２…回折格子
３…集光光学系
３１，３１Ａ，３１Ｂ，３２…レンズ
３ａ，３１ａ…主面
４…ミラーアレイ
４１，４２，４３…ＭＥＭＳミラー
５…ベース
５１…フレーム
５１Ａ…溝部
５２，５３…レンズホルダ
５４，５５…円筒筐体
５６…連結部材
６…ＰＤアレイ
α…入射角
Ｘｉ…ビームピッチ
Ｘ０ｉ…ミラーピッチ
【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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