(57)【要約】光スイッチは、光信号の１つ以上の波長成分が入射される複数の入出射ポートを備える。更に、光スイッチは、波長成分を複数の入出射ポートのうちの１つの入出射ポートに向ける光学的構成体を備える。この入出射ポートは、複数の入出射ポートから任意に選択することができる。光信号が複数の波長成分を含む場合、光学的構成体は、例えば薄膜フィルタ等の少なくとも１つの波長成分選択素子を備える。波長成分選択素子は、複数の波長成分から１つの波長成分を選択する。更に、光学的構成体は、波長成分選択素子にそれぞれ対応する光学素子を備える。各光学素子は、波長成分選択素子によって選択された波長成分を複数の入出射ポートのうちの任意に選択可能な１つの入出射ポートに、他の波長成分とは独立して向ける。光学素子は、傾斜可能な逆反射ミラー部材であってもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の１つ以上の波長成分が入射される複数の入出射ポートと、
上記波長成分を上記複数の入出射ポートのうちの任意に選択可能な１つの入出射ポートに向ける光学的構成体とを備える光スイッチ。
【請求項２】
上記光信号は、広波長域信号であり、上記光学的構成体は、波長無依存であることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
上記光学的構成体は、上記波長成分を逆反射することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項４】
上記光学的構成体は、上記広波長域信号を逆反射することを特徴とする請求項２記載の光スイッチ。
【請求項５】
上記光信号は、複数の波長成分を含み、
上記光学的構成体は、
上記複数の波長成分から１つの波長成分を選択する少なくとも１つの波長成分選択素子と、
上記波長成分選択素子の１つにそれぞれ対応し、該対応する波長成分選択素子によって選択された波長成分を、上記複数の入出射ポートのうちの任意に選択可能な１つの入出射ポートに、他の波長成分とは独立して向ける複数の光学素子とを備えることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項６】
上記入出射ポートと光学的構成体との間に配設された自由空間領域を備える請求項１記載の光スイッチ。
【請求項７】
上記入出射ポートと波長成分選択素子との間に配設された自由空間領域を備える請求項５記載の光スイッチ。
【請求項８】
上記波長成分選択素子は、それぞれ上記複数の波長成分のうちの異なる１つの波長成分を透過させ、残りの波長成分を反射する薄膜フィルタであることを特徴とする請求項５記載の光スイッチ。
【請求項９】
上記波長成分選択素子は、バルク回析グレーティングであることを特徴とする請求項８記載の光スイッチ。
【請求項１０】
上記光学素子は、複数の位置に亘って傾斜可能な反射ミラーであり、該反射ミラーの各位置は、入射した波長成分を上記入出射ポートのうち異なる１つの選択された入出射ポートに反射することを特徴とする請求項５記載の光スイッチ。
【請求項１１】
上記反射ミラーは、マイクロエレクトロメカニカル逆反射ミラーアセンブリの一部であることを特徴とする請求項１０記載の光スイッチ。
【請求項１２】
上記逆反射ミラーアセンブリは、非球面レンズを備えることを特徴とする請求項１１記載の光スイッチ。
【請求項１３】
上記逆反射ミラーアセンブリは、曲面を有する反射素子を備えることを特徴とする請求項１２記載の光スイッチ。
【請求項１４】
上記逆反射ミラーは、逆反射光学アセンブリの一部であることを特徴とする請求項１０記載の光スイッチ。
【請求項１５】
上記逆反射ミラーは、それぞれ圧電アクチュエータを備えることを特徴とする請求項１０記載の光スイッチ。
【請求項１６】
上記自由空間領域は、互いに平行な第１及び第２の面を有する光透過性を有する基板であり、上記複数の波長成分選択素子は、互いに平行な第１及び第２の面にそれぞれ配列された第１及び第２のアレーとして形成されていることを特徴とする請求項７記載の光スイッチ。
【請求項１７】
上記光透過性を有する基板は、光信号を伝搬する空気を媒体として含むことを特徴とする請求項１５記載の光スイッチ。
【請求項１８】
上記光透過性を有する基板は、シリカガラス基板であることを特徴とする請求項１６記載の光スイッチ。
【請求項１９】
上記第１及び第２のアレーは、配列方向に沿って相対的に位置をずらして配設されていることを特徴とする請求項１６記載の光スイッチ。
【請求項２０】
上記第１のアレー内に配設された各波長成分選択素子は、選択した波長成分を上記第２のアレー内に配設された波長成分選択素子に向けることを特徴とする請求項１９記載の光スイッチ。
【請求項２１】
上記複数の波長成分選択素子は、閉じた構成を有していることを特徴とする請求項７記載の光スイッチ。
【請求項２２】
上記閉じた構成は、円形の構成であることを特徴とする請求項２１記載の光スイッチ。
【請求項２３】
上記自由空間領域は、多角形の形状を有することを特徴とする請求項２１記載の光スイッチ。
【請求項２４】
上記第１のアレー内に配設され、光信号のビームウエストの位置を調整することにより挿入損失を低減する集束ミラーを備える請求項１６記載の光スイッチ。
【請求項２５】
上記自由空間領域は、空気であることを特徴とする請求項２３記載の光スイッチ。
【請求項２６】
上記自由空間領域は、シリカガラスであることを特徴とする請求項２３記載の光スイッチ。
【請求項２７】
上記各波長成分選択素子と、該各波長成分選択素子に対応する光学素子との間に配設されたコリメートレンズを備え、上記各光学素子は、対応するコリメートレンズの焦点位置に配設されていることを特徴とする請求項５記載の光スイッチ。
【請求項２８】
上記コリメートレンズ及び光学素子は、逆反射器として機能することを特徴とする請求項２７記載の光スイッチ。
【請求項２９】
上記光学的構成体は、少なくとも１つのコリメートレンズと少なくとも１つの傾斜ミラーとを備えることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３０】
上記各光学素子は、コリメートレンズと傾斜ミラーとを備えることを特徴とする請求項５記載の光スイッチ。
【請求項３１】
上記光信号は、第１及び第２の複数の波長成分を含み、上記光学的構成体は、第１及び第２の光学的構成部分を含み、該各光学的構成部分は、
上記第１及び第２の複数の波長成分のうち何れかの複数の波長成分を選択する少なくとも１つの波長成分選択素子と、
上記波長成分選択素子の１つにそれぞれ対応し、該対応する波長成分選択素子によって選択された波長成分を、上記複数の入出射ポートのうちの任意に選択可能な１つの入出射ポートに、他の波長成分とは独立して向ける複数の光学素子とを備えることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３２】
上記第１の複数の波長成分を上記第１の光学的構成部分に向け、上記第２の複数の波長成分を上記第２の光学的構成部分に向ける光学的カップリング構成体を備える請求項３１記載の光スイッチ。
【請求項３３】
上記光学的カップリング構成体は、上記第２の複数の波長成分を上記第２の光学的構成部分に反射し、上記第１の複数の波長成分を透過するフィルタを備えることを特徴とする請求項３２記載の光スイッチ。
【請求項３４】
上記光学的カップリング構成体は、上記フィルタから上記第１の複数の波長成分が入射され、該第１の複数の波長成分を上記第１の光学的構成部分に向けるプリズムを備えることを特徴とする請求項３３記載の光スイッチ。
【請求項３５】
一対の波長成分選択素子間の光信号が通過する光経路に配設され、該光信号のビームウエストの位置を調整することにより挿入損失を低減する集束ミラーを備える請求項７記載の光スイッチ。
【請求項３６】
少なくとも１つの波長成分を含む光信号の第１の波長成分を第１の入出射ポートから、該第１の入出射ポートを含む複数の入出射ポートのうちの任意に選択された１つの入出射ポートに向ける波長成分ルーティング方法において、
上記第１の入出射ポートに光信号を入射するステップと、
上記光信号が複数の波長成分を含んでいるとき、上記第１の波長成分を選択するステップと、
上記複数の入出射ポートから任意の入出射ポートを選択するステップと、
上記第１の波長成分を上記任意の入出射ポートに向けるステップとを有する波長成分ルーティング方法。
【請求項３７】
上記第１の入出射ポートと、上記任意の入出射ポートは、同一の入出射ポートであることを特徴とする請求項３６記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項３８】
上記第１の波長成分を方向付けるステップは、該第１の波長成分を自由空間領域を介して方向付けるステップを有することを特徴とする請求項３６記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項３９】
上記第１の波長成分を選択するステップは、該第１の波長成分に対応する通過波長域を有する薄膜フィルタによって該第１の波長成分を分波するステップを有することを特徴とする請求項３６記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項４０】
上記第１の波長成分は、傾斜ミラーによって自由空間領域を介して方向付けられることを特徴とする請求項３８記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項４１】
上記傾斜ミラーは、マイクロエレクトロメカニカルミラーであることを特徴とする請求項４０記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項４２】
上記マイクロエレクトロメカニカルミラーは、逆反射マイクロエレクトロメカニカルミラーアセンブリであることを特徴とする請求項４１記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項４３】
上記光信号は、広波長域光信号であることを特徴とする請求項３６記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項４４】
複数の波長成分を含む光信号の少なくとも第１及び第２の波長成分を第１の入出射ポートから、該第１の入出射ポートを含む複数の入出射ポートのうちの任意に選択された１つの入出射ポートに方向付ける波長成分ルーティング方法において、
上記第１の入出射ポートに光信号を入射するステップと、
上記複数の波長成分から上記第１の波長成分を選択するステップと、
上記複数の入出射ポートから任意の入出射ポートを選択するステップと、
上記第１の波長成分を上記任意の入出射ポートに向けるステップと、
上記第２の波長成分を上記第１の波長成分が向けられた任意の入出射ポートとは独立して上記複数の入出射ポートから選択された他の任意の入出射ポートに向けるステップとを有する波長成分ルーティング方法。
【請求項４５】
上記第１の入出射ポートと、上記任意の入出射ポートは、同一の入出射ポートであることを特徴とする請求項４４記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項４６】
上記第１及び第２の波長成分を方向付けるステップは、該第１及び第２の波長成分を自由空間領域を介して方向付けるステップを有することを特徴とする請求項４４記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項４７】
上記第１の波長成分を選択するステップは、該第１の波長成分に対応する通過波長域を有する薄膜フィルタによって該第１の波長成分を分波するステップを有することを特徴とする請求項４４記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項４８】
上記第１の波長成分は、傾斜ミラーによって自由空間領域を介して方向付けられることを特徴とする請求項４６記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項４９】
上記傾斜ミラーは、マイクロエレクトロメカニカルミラーであることを特徴とする請求項４８記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項５０】
上記マイクロエレクトロメカニカルミラーは、逆反射マイクロエレクトロメカニカルミラーアセンブリであることを特徴とする請求項４９記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項５１】
上記傾斜ミラーは、圧電アクチュエータを備えることを特徴とする請求項４８記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項５２】
上記第１の波長成分が上記傾斜ミラーに入射する前に、該第１の波長成分をコリメートするステップを有する請求項４８記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項５３】
上記分波及び方向付けは、複数の狭波長域自由空間スイッチによって実行されることを特徴とする請求項４７記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項５４】
上記自由空間スイッチは、逆反射ミラーを備えることを特徴とする請求項５３記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項５５】
複数の波長成分を含むＷＤＭ光信号の少なくとも第１及び第２の波長成分を第１の入出射ポートから、該第１の入出射ポートを含む複数の入出射ポートのうちの任意に選択された１つ以上の入出射ポートに向ける波長成分ルーティング方法において、
（ａ）上記ＷＤＭ光信号から上記第１の波長成分を分波するステップと、
（ｂ）上記第１の波長成分を任意の入出射ポートに向けるステップと、
（ｃ）上記ＷＤＭ光信号から上記第２の波長成分を分波し、該第２の波長成分を上記任意の入出射ポートとは独立して上記複数の入出射ポートから選択された入出射ポートに向けるステップとを有する波長成分ルーティング方法。
【請求項５６】
上記ステップ（ｃ）は、ステップ（ａ）及びステップ（ｂ）に続いて実行されることを特徴とする請求項５５記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項５７】
上記第１及び第２の波長成分を方向付けるステップは、該第１及び第２の波長成分を自由空間領域を介して方向付けるステップを有することを特徴とする請求項５５記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項５８】
上記第１の波長成分は、該第１の波長成分に対応する通過波長域を有する薄膜フィルタによって分波されることを特徴とする請求項５５記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項５９】
上記第１の波長成分は、傾斜ミラーによって自由空間領域を介して方向付けられることを特徴とする５７記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項６０】
上記傾斜ミラーは反射ミラーであることを特徴とする請求項５９記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項６１】
上記反射ミラーである傾斜ミラーは、圧電アクチュエータを備えることを特徴とする請求項６０記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項６２】
上記第１の波長成分を上記傾斜ミラー上にコリメートするステップを有する請求項５９記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項６３】
上記分波及び方向付けは、複数の狭波長域自由空間スイッチによって実行されることを特徴とする請求項５５記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項６４】
上記各波長成分選択素子に対応し、該各波長成分選択素子を通過する波長成分をモニタする検出手段を備える請求項５記載の光スイッチ。
【請求項６５】
上記分波を行うステップの後、上記第１の波長成分をモニタするステップを有する請求項５５記載の波長成分ルーティング方法。
【請求項６６】
複数の波長成分を含むＷＤＭ光信号の１つ以上の波長成分が入射される複数の入出射ポートと、
上記複数の１つ以上の波長成分から１つの波長成分を選択し、該選択した波長成分を、上記複数の入出射ポートのうちの任意に選択可能な１つの入出射ポートに、他の波長成分とは独立して向ける波長成分選択／方向付け手段とを備える光スイッチ。
【請求項６７】
上記波長成分選択／方向付け手段は、複数の狭波長域自由空間スイッチを備えることを特徴とする請求項６６記載の光スイッチ。
【請求項６８】
上記波長成分選択／方向付け手段は、波長成分選択素子と、該波長成分選択素子に対応する光学素子とを備えることを特徴とする請求項６６記載の光スイッチ。
【請求項６９】
上記波長成分選択素子は、薄膜フィルタであることを特徴とする請求項６８記載の光スイッチ。
【請求項７０】
上記狭波長域自由空間スイッチは、薄膜フィルタと傾斜光学素子とを備えることを特徴とする請求項６７記載の光スイッチ。
【請求項７１】
上記傾斜光学素子は、傾斜ミラーであることを特徴とする請求項７０記載の光スイッチ。
【請求項７２】
上記波長成分選択素子は、バルク回析グレーティングであることを特徴とする請求項６８記載の光スイッチ。
【請求項７３】
上記各狭波長域自由空間スイッチに対応する検出手段を備える請求項６６記載の光スイッチ。
【請求項７４】
上記入出射ポートと、選択／方向付け手段との間に配設された自由空間領域を備える請求項６６記載の光スイッチ。
【請求項７５】
上記自由空間領域は、互いに平行な第１及び第２の面を有する光透過性を有する基板であり、上記複数の波長成分選択／方向付け手段は、互いに平行な第１及び第２の面にそれぞれ第１及び第２のアレーとして形成されている複数の波長成分選択素子を備えることを特徴とする請求項７４記載の光スイッチ。
【請求項７６】
上記自由空間領域は、光信号を伝搬する空気を媒体として含むことを特徴とする請求項７４記載の光スイッチ。
【請求項７７】
上記光透過性を有する基板は、シリカガラス基板であることを特徴とする請求項７４記載の光スイッチ。
【請求項７８】
上記第１及び第２のアレーは、配列方向に沿って相対的に位置をずらして配設されていることを特徴とする請求項７５記載の光スイッチ。
【請求項７９】
上記第１のアレー内に配設された各波長成分選択素子は、選択した波長成分を上記第２のアレー内に配設された波長成分選択素子に向けることを特徴とする請求項７８記載の光スイッチ。
【請求項８０】
上記光学素子は、逆反射器であることを特徴とする請求項６８記載の光スイッチ。
【請求項８１】
上記傾斜光学素子は、傾斜ミラーとコリメートレンズとを備えることを特徴とする請求項７０記載の光スイッチ。
【請求項８２】
上記コリメートレンズと傾斜ミラーとの間に配設され、挿入損失を低減する補正光学素子を備える請求項２９記載の光スイッチ。
【請求項８３】
上記光学素子は、傾斜ミラーであり、上記補正光学素子は、凸凹レンズであることを特徴とする請求項８２記載の光スイッチ。
【請求項８４】
上記凸凹レンズの少なくとも一方の面は、該凸凹レンズと上記傾斜ミラーとの間の距離に実質的に等しい球面曲率半径を有することを特徴とする請求項８３記載の光スイッチ。
【請求項８５】
上記コリメートレンズと傾斜ミラーとの間に配設され、挿入損失を低減する補正光学素子を備える請求項８１記載の光スイッチ。
【請求項８６】
上記補正光学素子は、凸凹レンズであることを特徴とする請求項８５記載の光スイッチ。
【請求項８７】
上記凸凹レンズは、該凸凹レンズの少なくとも一方の面と上記傾斜ミラーとの間の距離に実質的に等しい球面曲率半径を有することを特徴とする請求項８６記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願】
本出願は、２０００年５月１６日に米国特許商標庁に出願された同時に係続中の米国特許出願第０９／５７１８３３号「再構成可能な光スイッチ（Ａ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ）」に関連する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに関し、特に、波長選択可能に光を柔軟にルーティングする光スイッチに関する。
【０００３】
【従来の技術】
一般的に波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ：以下、ＷＤＭという。）システムと呼ばれる多波長通信システム（ｍｕｌｔｉ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ）が注目されている。これらのシステムは、情報の異なるストリームを搬送する異なる波長成分からなるＷＤＭ光信号を使用する。ＷＤＭシステムは、当初は、２点間において１本のファイバで伝送することができる情報容量を増加させるために開発されたものであるが、近年の光フィルタの技術の発展により、特にスイッチング素子が進歩したことにより、波長毎に異なる経路を有する複雑なネットワークが構築できるようになった。更に、所定の波長を所定の経路にルーティングする波長依存型のスイッチング素子に加えて、再構成可能光素子（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）も実現されている。再構成可能光素子は、所定の波長がルーティングされる経路を動的に変化させることができ、これにより、ネットワークのトポロジを必要に応じて効率的に変化させ、要求される帯域幅の変化に対応し、又はネットワーク障害時時にサービスを復旧することができるようになった。
【０００４】
再構成可能光素子としては、光挿入／分岐多重装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ：以下、ＯＡＤＭという。）及び光クロスコネクト装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｎｎｅｃｔｓ：以下、ＯＸＣという。）等がある。ＯＡＤＭは、ＷＤＭ信号から１つ以上の波長成分を分離（ｓｅｐａｒａｔｅ）又は分岐（ｄｒｏｐ）し、この成分を別の経路にルーティングするために使用されるものである。分岐された波長成分は、共通のファイバ経路にルーティングされることもあり、分岐された各波長成分がそれぞれの別のファイバ経路にルーティングされることもある。ＯＸＣは、ＯＡＤＭより柔軟性が高いデバイスであり、仮想的には、任意の構成の複数の入力ＷＤＭ信号の成分を任意の数の出力経路に再分配することができる。
【０００５】
上述した再構成可能光素子の機能は、様々な異なるデバイスによって実現することができる。例えば、一対の合分波器（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ／ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ）間に任意の数の異なる広波長域スイッチング機構を挿入するという手法が広く採用されている。ＯＡＤＭ素子の例は、米国特許第５５０４８２７号、第５６１２８０５号、第５９５９７４９号に開示されており、一般的なＯＸＣスイッチングアーキテクチャは、ティー・コーチ（Ｔ．Ｋｏｃｈ）及びアイ・カミノウ（Ｉ．Ｋａｍｉｎｏｗ）編、イー・マーフィ（Ｅ．Ｍｕｒｐｈｙ）著、光ファイバ通信ＩＩＩＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ＩＩＩＢ）第１０章に開示されている。これらの文献に開示されている手法は、波長を順次分離し、必要な切換を行った後に波長を多重化するものであり、ここで、従来のＯＸＣは、スイッチング機構として比較的複雑なＭ×Ｍデバイスを用いているため、ＯＸＣは、与えられた波長を如何なる出力端子にルーティングすることもできるが、ＯＡＤＭは、２×２のアレーの光スイッチを用いているため柔軟性に乏しく、波長を２つの出力端子のうちの何れか１つにルーティングすることしかできない。ＯＡＤＭを用いた代替的な２つの手法では、デバイス間に効果的に挿入され、波長分離及び多重を同時に実行するスイッチング可能なミラーを採用している。第１の手法（例えば、米国特許第５９７４２０７号）では、波長の２倍の厚さの薄膜誘電体合分波器（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ／ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）を使用し、第２の手法（米国特許第５９６０１３３号）では、バルク回析グレーティング（ｂｕｌｋ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）からの分散（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を利用して、波長チャンネルを分波（分離）した後、波長チャンネルを傾斜ミラーアレー（ａｒｒａｙ ｏｆ ｔｉｌｔａｂｌｅ ｍｉｒｒｏｒ）に反射させる。ＯＡＤＭ技術の他の手法では、再構成可能な方式で多波長を単一のファイバ出力端子に分離する４ポートデバイスを採用し、このため、受信機においてチャンネルを広波長域光電子変換する必要がある場合、分波器を追加する必要がある。このような動作を実現する第１の手法では、上述した２ポートの回析グレーティング分波器及び傾斜ミラーアレーに光ファイバサーキュレータを追加する（ＩＥＥＥレーザ及びエレクトロオプティックソサイエティ（ＩＥＥＥ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ）フォード（Ｆｏｒｄ）他著、ポストデッドラインペーパーＬＥＯＳ’９７（Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ ｐａｐｅｒｓ ＬＥＯＳ’９７））。第２の手法では、熱光学移相器（ｔｅｒｍｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｅｒ）を用いた集積シリカ導波路技術（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）（例：Ｄｏｅｒｒ， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔ． Ｔｅｃｈ． Ｌｅｔｔ’９８）により、各波長毎に挿入状態及び分岐状態を切り換える。この他の４ポートＯＡＤＭでは、光ファイバサーキュレータ及びオプションとして調整可能なファイバグレーティングリフレクタを用いて、分岐されたチャンネルをルーティングする（例：Ｃ．Ｒ．Ｇｉｌｅｓ， ＩＯＯＣ’９５， ＪＤＳ ２０００ ｃａｔａｌｏｇ）。
【０００６】
ここで、従来の全ての光スイッチング技術が有する問題について述べる。これらのデバイスは、短所の観点から２つのクラスに分類できる。すなわち、柔軟性が高いが、コストが高く光損失が大きいデバイスと、安価で光損失が小さいが柔軟性が低いデバイスの２つである。最も柔軟性が高いＯＸＣデバイスは、多数の波長の経路をそれぞれのファイバ（例えば、スイッチを有する合分波器）に切り換えるようにプログラミングできるが、これらのデバイスの挿入損失は、最大で２０ｄＢもあり、したがって、挿入損失を補償するための光増幅器を設ける必要がある。このため、それ自体高価なデバイスに加えて、コストが実質的に高くなってしまう。これらのデバイスは、高コストであるため、例えばファイバグレーティング及び薄膜フィルタ等の柔軟性が低いデバイスが代用される場合が多い。これらのデバイスは、安価で挿入損失も小さい（２〜５ｄＢ／ノード）が、これらのデバイスは、通常、再構成不可能な波長固定のＯＡＤＭとして実現されるため、柔軟性に乏しい。更に、これらのデバイスによってより多くの波長を分岐させようとすると、これらのデバイスの損失、コスト、サイズ及び／又は複雑性が増大し、より柔軟なＯＸＣデバイスを用いた方が有利となってしまうという点でも、これらのデバイスの柔軟性は低い。近年、米国特許第５４７９０８２号に開示されているように、これらの低コストのＯＡＤＭデバイスに柔軟性を付加し、ＯＡＤＭデバイスによって、設計段階で固定された波長の所定のサブセット（ｓｕｂｓｅｔ）を選択的に分岐又は通過させることができるようになった。また、上述の再構成可能なＯＡＤＭデバイスでは、柔軟性がある程度高められているが、この代償として、（分波／切換のための）挿入損失が大きくなり、（バルクグレーティングに対して）波長解像度が制限され、及び／又は４ポートデバイスに接続して使用する合分波器を追加しなければならず、コストが高くなってしまう。
【０００７】
光切換を行う前に入力信号を分波する従来のＯＸＣ及びＯＡＤＭ法における顕著な制約は、各出射ポートには、特定の固定された波長のみしか分岐できず、この波長は変更できないという点にある。この構成では、各スイッチには、分波器から予め選択された波長成分のみが入射され、したがって特定の波長のみしか出射することができない。また、これらのデバイスでは、後段で光切換を行わない限り、必要に応じて所定の波長をある出射ポートから他の出射ポートに変え（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）、又は複数の波長を１つの出射ポートに変えることができないため、これらのデバイスの柔軟性は制限されている。このような問題は、ＷＤＭスイッチのみではなく、例えば米国特許５６２１８２９に開示されている１×Ｍ広波長域スイッチを含む広波長域スイッチについても同様に生じる。上述のような動作は、ネットワーク内のある要素が特定のポートによってのみアクセス可能であり、（ａ）そのポートに向けられた波長チャンネルを変更し、又は（ｂ）そのポートを介してアクセスされる特定のファイバに、新たな波長を向けることが望ましい場合に必要とされる。このような動作が必要となる状況としては、代替的な波長を用いてリンクを復旧する必要がある場合、又は同一のファイバに新たなＷＤＭ波長を追加することによって特定のポートに向けられた情報容量を増加させる必要がある場合の２つの状況がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
２０００年５月１６日に米国特許商標庁に出願された米国特許出願第０９／５７１８３３号「再構成可能な光スイッチ（Ａ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ）」には、上述の機能を実現する光スイッチが開示されている。すなわち、ここに開示される光スイッチは、ＷＤＭ信号の全ての各波長成分を互いに独立して、任意の入射ポートから任意の出射ポートにルーティングすることができる。詳しくは、この光スイッチは、現在の多くの光スイッチと同様に、便宜的に「入力」ポート及び「出力」ポートと呼ばれる全体の光ポートのうちの２つのポートのサブセット間に光経路を形成する。この光スイッチでは、入射ポートのサブセットと、出射ポートのサブセットとの間の接続を実現することができるが、同じサブセット（入力又は出力）内の２つのポート間の接続を実現することはできない。すなわち、この光スイッチでは、通常、２組のポートのサブセットが存在し、一方のサブセットに光が入射すると、その光は他方のサブセットからしか出射されない。すなわち、この光スイッチでは、上述のような制約のため、同じポートのサブセット内の２つのポート間で波長成分をルーティングすることができない。同じポートのサブセット内でのルーティングは、例えば、双方向システムにおいて、ユーザがリモートの分配ノード（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｏｄｅ）の出射ポート間を接続し、光ネットワークの不必要な部分を省略して２つの設備間の通信を行うことを望む場合等に必要となる。このような機能を広波長域、波長無依存スイッチにおいて実現することが望ましく、更に、このような機能を波長無依存スイッチにおいて、ＷＤＭ信号の全ての各波長成分に対して実現することがより望ましい。
【０００９】
このように、全ての波長成分を任意のポートから他の任意のポートに、制約なくルーティングできる光スイッチの実現が望まれている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光スイッチは、光信号の１つ以上の波長成分が入射される複数の入出射ポートを備える。更に、光スイッチは、波長成分を複数の入出射ポートのうちの１つの入出射ポートに向ける光学的構成体（ｏｐｔｉｃａｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を備える。この入出射ポートは、複数の入出射ポートから任意に選択することができる。
【００１１】
本発明の一具体例においては、光学的構成体は、波長成分を任意に選択された入出射ポートに逆反射する。
【００１２】
本発明の他の具体例においては、光信号は、複数の波長成分を含み、光学的構成体は、少なくとも１つの波長成分選択素子を備える。波長成分選択素子は、複数の波長成分から１つの波長成分を選択する。更に、光学的構成体は、波長成分選択素子にそれぞれ対応する光学素子を備える。各光学素子は、波長成分選択素子によって選択された波長成分を、複数の入出射ポートのうちの任意に選択可能な１つの入出射ポートに、他の波長成分とは独立して向ける。
【００１３】
本発明の他の具体例においては、波長成分選択素子は、それぞれ複数の波長成分のうちの異なる１つの波長成分を透過させ、残りの波長成分を反射する薄膜フィルタであってもよい。これに代えて、波長成分選択素子は、バルク回析グレーティングであってもよい。
【００１４】
本発明の一具体例において、光学素子は、複数の位置に亘って傾斜可能な反射ミラーであり、反射ミラーの各位置は、入射した波長成分を入出射ポートのうち異なる１つの選択された入出射ポートに反射する。
【００１５】
本発明の一具体例においては、反射ミラーは、マイクロエレクトロメカニカル（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ：ＭＥＭ）逆反射ミラーアセンブリの一部であってもよい。逆反射ミラーアセンブリは、非球面レンズを備えていてもよく、曲面を有する反射素子を備えていてもよい。
【００１６】
本発明の一具体例においては、光スイッチは、入出射ポートと光学的構成体との間に配設された自由空間領域を備える。更に、一具体例において、自由空間領域は、互いに平行な第１及び第２の面を有する光透過性を有する基板である。この場合、複数の波長成分選択素子は、互いに平行な第１及び第２の面にそれぞれ配列された第１及び第２のアレーとして形成されている
本発明の一具体例においては、第１及び第２のアレーは、配列方向に沿って相対的に位置をずらして配設されている。第１のアレー内に配設された各波長成分選択素子は、選択した波長成分を第２のアレー内に配設された波長成分選択素子に向ける。
【００１７】
本発明の一具体例においては、光透過性を有する基板は、光信号を伝搬する空気を媒体として含む。これに代えて、光透過性を有する基板は、シリカガラス基板であってもよい。
【００１８】
また、本発明に係る波長成分ルーティング方法は、複数の波長成分を含む光信号の少なくとも第１の及び第２の波長成分を第１の入出射ポートから、複数の入出射ポートのうちの任意に選択された１つの入出射ポートに向ける。複数の入出射ポートには、第１の入出射ポートも含まれる。この波長成分ルーティング方法では、先ず、第１の入出射ポートに光信号を入射する。次に、複数の波長成分から第１の波長成分を選択する。次に、複数の入出射ポートから任意の入出射ポートを選択する。次に、第１の波長成分を任意の入出射ポートに向ける。更に、第２の波長成分を第１の波長成分が向けられた任意の入出射ポートとは独立して複数の入出射ポートから選択された他の任意の入出射ポートに向ける。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に基づいて構成された光スイッチング機構（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｆａｂｒｉｃ）により実現される機能を示している。波長分割多重（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ：以下、ＷＤＭという。）信号は、ポート６９１，６９２，・・・，６９ｎの何れかに供給される。ポート６９１，６９２，・・・，６９ｎは、双方向ポートであり、すなわち入射ポートとしても出射ポートとしても機能する。光スイッチング機構６２は、ＷＤＭ信号の各波長成分を、ＷＤＭ信号が入力されたポートから、このＷＤＭ信号が入力されたポートを含む全てのポート６９１，６９２，・・・，６９ｎの中からから任意に選択したポートにルーティングするよう設計されている。すなわち、光スイッチング機構６２は、任意の波長成分を任意の入射ポートから任意の出射ポートに、他の波長成分とは独立して選択的にルーティングすることができる。したがって、この光スイッチング機構６２は、他のスイッチング機構とは異なり、一方が入射ポートとして機能し、他方が出射ポートとして機能する２つの区別されるポートのサブセットを有していない。
【００２０】
なお、ここで使用する波長成分という用語は、単一の波長のみを表すものではなく、波長の帯域をも意味するものとする。すなわち、波長成分という用語は、単一の波長又はＷＤＭ光信号に含まれる全波長のサブセットである波長域（連続するチャンネルのセットによって提供される）を意味するものとする。
【００２１】
図２は、本発明に基づく広波長域波長無依存スイッチングを説明するための図である。図２に示す具体例では、コリメートレンズ３２１及び傾斜ミラー３１５は、それぞれのポートがコリメートレンズ（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｌｅｎｓ）及び光ファイバを備えるポートのアレー（図示せず）から入射された入射ビーム３５０を逆反射（ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔ）する部材として機能する。入射ビーム３５０に平行な逆反射ビーム３５２の空間的位置は、傾斜ミラー３１５の傾斜角によって決定される。図２から明らかなように、所定のポートから入射された入射ビーム３５０は、任意のポートに方向付けることができる。なお、入射ビーム３５０と逆反射ビーム３５２が同じ経路を通過するように傾斜ミラー３１５を傾ければ、入射ビーム３５０を先に入射したポートと同じポートから出射することもできる。
【００２２】
また、図２では、傾き及び移動は、図面の平面上の１次元方向のみしか示していないが、この図面に垂直な方向にミラーを前後に傾けることにより、２次元スイッチングを実現することができる。傾斜ミラーについては、図３に示す本発明の具体例を用いて、以下に更に詳細に説明する。
【００２３】
図３は、本発明に基づく第２の波長無依存スイッチングの具体例を示す図である。図３において、光スイッチング素子３００は、光透過性を有する基板３０８と、複数の誘電体薄膜フィルタ３０１，３０２，３０３，３０４と、複数のコリメートレンズ３２１，３２２，３２３，３２４と、複数の傾斜ミラー３１５，３１６，３１７，３１８と、複数のポート３４０１，３４０２，・・・，３４０ｎとを備える。基板３０８は、平行平坦な表面３０９，３１０を有し、表面３０９，３１０上には、それぞれ第１のフィルタアレーと第２のフィルタアレーが形成されている。第１のフィルタアレーは、薄膜フィルタ３０１，３０３から構成され、第２のフィルタアレーは、薄膜フィルタ３０２，３０４から構成されている。コリメートレンズ３２１〜３２４及び傾斜ミラー３１５〜３１８は、それぞれ各薄膜フィルタ３０１〜３０４に対応している。各薄膜フィルタ３０１〜３０４と、対応するコリメートレンズ３２１〜３２４及び傾斜ミラー３１５〜３１８は、狭波長域自由空間スイッチ（ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄ ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ）、すなわち個々の波長成分を異なる経路にルーティングするスイッチを構成する。光スイッチング素子３００の物理的寸法は、ＷＤＭ信号のビームの直径に基づいて決定される。
【００２４】
薄膜フィルタ３０１〜３０４は、誘電体多層膜構造（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を有する周知の部品である（例えば、米国特許５５８３６８３号に記載されている）。薄膜フィルタ３０１〜３０４は、波長に依存する特性を有し、すなわち薄膜フィルタ３０１〜３０４の反射率及び透過率は、光の波長に依存している。詳しくは、薄膜フィルタ３０１は、薄膜フィルタ３０１に入射されたＷＤＭ光信号の波長成分のうちの波長λ１を有する成分のみを透過する。薄膜フィルタ３０１は、この他の全ての波長成分を反射する。同様に、薄膜フィルタ３０２は、波長λ２を有する成分のみを透過し、他の全ての波長成分を反射する。一方、薄膜フィルタ３０３，３０４は、それぞれ波長λ３，λ４を有する成分のみを透過し、他の全ての波長成分を反射する。このようにして、本発明に基づく光スイッチング素子３００は、異なる通過波長域を有する複数の薄膜フィルタ３０１〜３０４で波長を分離する。
【００２５】
傾斜ミラー３１５〜３１８は、２つの軸を中心に精密に傾斜可能なミラーであり、例えばλ／２０の平面度を有する小型で信頼性が高いミラーである。傾斜ミラー３１５〜３１８は、例えばマイクロエレクトロメカニカル方式（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）を採用した１つ以上の屈曲アーム（ｆｌｅｘｕｒｅ ａｒｍ）によって支持されている。屈曲アームを駆動することにより傾斜ミラー３１５〜３１８の表面が傾斜し、これにより入射光ビームの伝搬の方向が変えられる。超小型電気機械ミラーの具体例については、米国特許第６０２８６８９号及びその参考文献に開示されている。勿論、例えば圧電素子アクチュエータ等の他の機構を用いてミラーの位置を制御してもよい。
【００２６】
動作時には、異なる波長成分λ１，λ２，λ３，λ４を含むＷＤＭ信号がポート３４０１，３４０２，・・・，３４０ｎのうちの１つのポートから、そのポートに対応するコリメートレンズ３１４１，３１４２，・・・，３１４ｎのうちの１つのコリメートレンズに入射する。ＷＤＭ信号は、基板３０８を透過して薄膜フィルタ３０１に入射される。ここで、薄膜フィルタ３０１の特性により、波長成分λ１は薄膜フィルタ３０１を透過し、他の波長成分は、薄膜フィルタ３０１で反射され、基板３０８を介して薄膜フィルタ３０２に向けられる。薄膜フィルタ３０１を透過した波長λ１の成分は、コリメートレンズ３２１によって、傾斜ミラー３１５に集束される。図２に示す具体例と同様に、傾斜ミラー３１５は、適切に傾斜されており、波長成分λ１は、光経路３５０を介してコリメートレンズ３２１を通過し、傾斜ミラー３１５により、光経路３５２を介して、ポート３４０１、３４０２，・・・，３４０ｎのうち選択されたポートに反射される。光経路３５２は、光経路３５０に対するオフセットを有しており、このため、波長成分λ１は、所望のポートに向けられる。波長成分λ１が出射される特定のポートは、傾斜ミラー３１５の向きによって決定される。光経路３５０と光経路３５２とが一致する場合、波長成分λ１は、入射したポートと同一のポートに戻される。
【００２７】
上述のように、残りの波長成分λ２，λ３，λ４は、薄膜フィルタ３０１によって反射されて基板３０８に戻され、薄膜フィルタ３０２に向けられる。波長成分λ２は、薄膜フィルタ３０２及びコリメートレンズ３２２を透過して、傾斜ミラー３１６により反射されるとともに、薄膜フィルタ３０１で反射され、選択されたポートに逆反射される。同様に、他の全ての波長成分は、薄膜フィルタ３０３，３０４によって順次分離され、傾斜ミラー３１７，３１８によって、選択された出射ポートに反射される。このように、傾斜ミラー３１５〜３１８を適切に駆動することにより、各波長成分は、他の全ての波長成分から独立して、選択された出射ポートに向けられる。どの傾斜ミラーによっても方向付けされなかった波長は、バイパスポート、すなわちファイバ３４３に入射される。なお、図３では、４つの波長を選択的に切り換える実施の形態を示しているが、本発明は、適切な数の狭波長域自由空間スイッチを設けることにより、如何なる数の波長をも選択的に切り換えることができる。
【００２８】
図３に示す本発明の実施の形態は、多くの重要な利点を有する。例えば、この実施の形態により、入射ポートの組と出射ポートの組とを区別する必要がない。すなわち、全ての各ポートは、同時に入射ポートとしても出射ポートとしても機能することができる。更に、自由空間切換を採用することにより、光接続（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）の数が最小に維持され、デバイスの挿入損失、複雑性及びコストが抑制される。
【００２９】
以下では、図３に示す実施の形態の特定の具体例について、例示的に説明する。この具体例では、基板３０８は、厚さ１２ｍｍ、幅１１．４７５ｍｍ、長さ３２ｍｍの直方体シリカブロックとして形成されている。また、２×１０本のコリメートされたビームのアレーは、ブロックに直交する線に対して１１．５６°の角度でブロックに入射する。このビームアレーは、ブロックの長手方向に平行な軸を中心としてビームを回転し、ブロックとビームアレーとの間に所望の角度を形成するように適切な方向に向けられている。また、ビームアレー内のビームが互いに平行となるように、独立してコリメートされた単一ファイバの出射ポートが配列されている。このコリメートレンズの焦点距離は、コーニングＳＭＦ−２８（Ｃｏｍｉｎｇ ＳＭＦ−２８：商標）ファイバから出射され、単一レンズを通過した光が０．４５ｍｍの幅を有し、ガウスウエスト（Ｇａｕｓｓｉａｎ ｗａｉｓｔ）がレンズから７２ｍｍ離れるように選択されている。ファイバ端は、平坦に研磨され、無反射コーティングされている。
【００３０】
狭波長域自由空間スイッチの第１及び第２のアレーは、それぞれ８個の薄膜フィルタを備える。薄膜フィルタは、それぞれフィルタ表面の曲率半径が１００ｍより大きく、寸法が３．２ｍｍ×１１．ｍｍである３空洞共振薄膜フィルタ（ｔｈｒｅｅ−ｃａｖｉｔｙ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｆｉｌｔｅｒ）である。第１のアレーにおいて、基板の端部から３．２ｍｍの位置に配設されている第１の薄膜フィルタは、光学的に優れた屈折率整合エポキシ（ｏｐｔｉｃａｌ−ｑｕａｌｉｔｙ， ｉｎｄｅｘ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｅｐｏｘｙ）によって基板に接着されており、中心波長が１９４．０ＴＨｚ（１５４５．３２ｎｍ）の通過波長域を有する。光学的通過波長域は、通常、ピークから−０．５ｄＢ下がったレベルにおいて０．４ｎｍの幅を有し、中心波長から０．８ｎｍ離れた波長において減衰率が−１５ｄＢよりも良い波長域である。薄膜フィルタには、１２ｍｍの焦点距離を有する非球面レンズが取り付けられている。このコリメートレンズの焦点には、市販されているマイクロエレクトロメカニカル（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ：ＭＥＭ）傾斜ミラーが設けられている。傾斜ミラーに電圧を印加することにより、２つの軸を中心として、傾斜ミラーの傾斜角を変更することができる。傾斜ミラーの調整角度は、通常、２０°を超えることはない。
【００３１】
更に、第１のアレーは、第２の狭波長域自由空間スイッチを含み、第２の狭波長域自由空間スイッチは、第１の自由空間スイッチから３．２３ｍｍ離れた位置に設けられている。この第２の狭波長域自由空間スイッチにおいて採用されている薄膜フィルタは、１９３．８ＴＨｚ（１５４６．９２ｎｍ）の中心波長を有する。更に、基板に沿って、６個の狭波長域自由空間スイッチが設けられており、それぞれの中心波長は、１５４８．５２ｎｍ、１５５０．１２ｎｍ、１５５１．７２ｎｍ、１５５３．３２ｎｍ、１５５４．９２ｎｍ、１５５６．５２ｎｍである。隣接する各狭波長域自由空間スイッチの中心から中心までの距離は、３．２３ｍｍである。
【００３２】
狭波長域自由空間スイッチの第２のアレーは、狭波長域自由空間スイッチの第１のアレーが設けられている基板表面とは反対側の基板表面に設けられている。狭波長域自由空間スイッチの第２のアレーの各狭波長域自由空間スイッチは、それぞれが狭波長域自由空間スイッチの第１のアレーの各狭波長域自由空間スイッチの中間となる位置に対応するように、横方向に半分シフトされ、互いに３．２３ｍｍ離間して設けられている。狭波長域自由空間スイッチの第２のアレーに採用されている８つの薄膜フィルタの中心波長は、それぞれ１５４４．５２ｎｍ、１５４６．１２ｎｍ、１５４７．７２ｎｍ、１５４９．３２ｎｍ、１５５０．９２ｎｍ、１５５２．５２ｎｍ、１５５４．１２ｎｍ、１５５５．７２ｎｍである。
【００３３】
各傾斜ミラーは、ミラーを駆動するための電圧が印加される電子回路を備える。傾斜ミラーによって特定の出力ファイバに向けて波長成分を反射させるように傾斜ミラーを駆動するために必要な電圧は、傾斜ミラー毎に異なる。傾斜ミラーを駆動するための駆動電圧（−６０〜＋６０ボルトの範囲）は、出力ファイバに入射される光パワーが最大となるように選択される。
【００３４】
図３に示す各狭波長域自由空間スイッチは、逆反射のために必ずしも１つのレンズと１つのミラーの組合せを用いるものであるとは限らないということは、当業者にとって明らかである。すなわち、波長成分を適切に方向付けるために、この他の光学素子を組み合わせて使用してもよい。例えば、レンズを用いることなく、２つの傾斜ミラーを用いても所望の機能を実現することができる。また、これに代えて、２つの軸を中心とする傾斜に加えて空間的に移動できる単一のミラーを用いてもよい。更に、本発明は、ビームが所望のファイバポートに入射するようにビームを移動させて逆反射することができる如何なるスイッチング構成を採用してもよい。
【００３５】
図３に示す狭波長域自由空間スイッチによって受光される個々の波長成分の有無及び強度をモニタすることが重要である場合が多い。特に、ＷＤＭ信号が多数の波長成分を含んでいる場合、従来のファイバモニタリングタップ（ｆｉｂｅｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔａｐ）を用いてこのようなモニタを行うことは困難である。一方、本発明では、各傾斜ミラーには単一の波長成分のみが入射されるため、この問題が容易に克服される。すなわち、各波長成分は、ミラーの背後に設けられ、ミラーを通過した波長成分のパワーの極一部を検出する検出器によってモニタすることができる。この情報と従来のファイバモニタリングタップによる情報とを組み合わせることにより、狭波長域自由空間スイッチを介してルーティングされる光の実体（ｐｉｃｔｕｒｅ）をより完全にモニタしてネットワーク制御及び管理を行うことができる。
【００３６】
更に、様々な角度の傾斜ミラーと、入力及び出力ファイバとの間の位置関係を精密に維持することにより、出力ファイバに傾斜ミラーから入射されるパワーを最適化することも重要である。この制御は、従来のファイバモニタリングタップを用いて、ファイバに入射されるパワーをモニタしながら傾斜ミラーを低速で調整することにより行うことができる。しかしながら、この手法は、ファイバ上に多くの他の波長が存在すると複雑となり、この場合、傾斜ミラーの位置を調整する際に、固有のＲＦ周波数による微小な振幅変調により各波長成分をエンコード（ｅｎｃｏｄｅ）することによって、各出力ファイバにおいて検出される各波長成分の検出精度を向上させることが望ましい。このＲＦ変調（ＲＦ ｔｏｎｅ）は、送信機において、各波長成分に対して固有の変調によりエンコードしてもよく、これに代えて、ＲＦ振幅変調は、ミラー調整中にミラーの傾きを僅かに振動させ、ファイバへのカップリング効率を僅かに変化させることによって、一時的に行ってもよい。ミラーを振動させる手法は、エンコードされた変調を測定する際、ネットワーク全体をトラック（ｔｒａｃｋ）する必要がなく、更に、調整する必要があるときのみ、変調をエンコードすればよいという点で優れている。
【００３７】
以下、図１及び図４を参照して、本発明の他の実施の形態を説明する。この実施の形態では、図２及び図３を用いて説明した実施の形態と同様に、入射ポートと出射ポートは、予め定められていない。なお、この実施の形態では、図２及び図３を用いて説明した実施の形態とは異なり、従来の１×Ｍ光スイッチ及び合波器を用いる。ＷＤＭ信号は、図１に示すように、入出射ポート６９１，６９２，・・・，６９ｎの何れかに入射され、従来の合分波器６７１，６７２，・・・，６７ｎによって個々の波長成分又はチャンネルに分離されて、個々のファイバに出射される。このような合分波器は、周知の構成を有し、例えば、以下に限定されるものではないが、薄膜誘電体フィルタと、シリカ光導波路内のアレー状に配設された導波路グレーティングとを含む周知の様々な異なる手法により実現される。個々の各スイッチング機構６５１，６５２，・・・，６５ｎには、全ての合分波器６７１，６７２，・・・，６７ｎから同じ波長成分が入射される。スイッチング機構は、入射された所定の波長成分に対して、入出射ポート６９１，６９２，・・・，６９ｎのうちの任意の２つのポート間の双方向光接続を確立し、これにより、入射された信号をスイッチング機構から任意の合分波器６７１，６７２，・・・，６７ｎにルーティングする。合分波器は、入射された信号と、他のスイッチング機構６５１，６５２，・・・，６５ｎから入射された他の波長成分とを合波（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）する。全ての各波長成分又はチャンネルに対して、個別のスイッチング機構を使用できれば、ＷＤＭ信号の如何なる成分も、他の成分のルーティングから独立して、入出射ポート６９１，６９２，・・・，６９ｎのうちの任意の２つのポート間でルーティングすることができる。
【００３８】
図４は、スイッチング機構６５１，６５２，・・・，６５ｎのうちの１つのスイッチング機構６５の具体的な構成を示している。図４に示すように、何れかの入出射ポートから入射された波長成分は、従来の１×Ｍスイッチ６３１，６３２，・・・，６３ｎのうちの１つのスイッチの唯一の入射ポート６１１，６１２，・・・，６１ｎに入射される。各１×Ｍスイッチ６３１，６３２，・・・，６３ｎのＭ個の出射ポートのうちの１つを除く全ての出射ポートは、それぞれ他の各１×Ｍスイッチに接続されている。各１×Ｍスイッチ６３１，６３２，・・・，６３ｎの残りの出射ポートは、波長成分を反射してその１×Ｍスイッチの入射ポートに戻すミラー６０に接続されている。全ての１×Ｍスイッチについて、各１×Ｍスイッチ間をこのように接続することにより、光信号は、スイッチング機構の任意の２つの入射ポート６１１，６１２，・・・，６１ｎ間でルーティングでき、また、元の入射ポートに光信号を反射して戻すこともできる。所定の１×Ｍスイッチの入射ポートに入射された波長成分は、その所定の１×Ｍスイッチによって、所定の１×Ｍスイッチから、所望の入出射ポートに対応する合分波器に接続されている１×Ｍスイッチへの接続を確立することにより、入出射ポート６９１，６９２，・・・，６９ｎのうちの所望の入出射ポートにルーティングされる。そして、合分波器は、波長成分を合波して、所望の入出射ポートに入射する。
【００３９】
ここで、図２及び図３に示す本発明の実施の形態では、幾つかの状況において、図２又は図３に示すスイッチに入射される光ビームが適切にコリメートされない場合がある。この結果、単純な非球面レンズと、このレンズの焦点面に配設された傾斜ミラーとを備える自由空間スイッチ（広波長域及び狭波長域の何れにおいても）では、入出射ポートの１つの光をルーティングして戻す際、挿入損失が生じることがある。この挿入損失は、任意のポートから入射されたビームが非球面レンズの焦点面においてレンズの光軸を交差しても、このビームのビームウエストが焦点面に位置しない場合に生じる。ここで、図５に示すように、非球面レンズ５０と傾斜ミラー５２間に補正レンズ（ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｏｐｔｉｃ）５４を挿入することにより、上述のような原因に起因する挿入損失を最小化することができる。補正レンズ５４は、例えば、傾斜ミラー５１の表面からの距離に等しい球面曲率半径を有する凸凹レンズであってもよい。これにより、補正レンズ５４は、光ビームの方向を変えることなく、単に、ビームウエストの位置を変化させる。また、これにより、各ビームが焦点面の光軸を確実に交差するようにしながら、各ビームのウエストを焦点面に位置させることができる。このように各自由空間スイッチに補正レンズ５４を挿入する手法に代えて、自由空間スイッチの１つを集束ミラー（フォーカシングミラー：ｆｏｒｃｕｓｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ）に置換してもよい。例えば、図６に示す具体例では、光学素子８５０は、自由空間スイッチではなく、集束ミラーアレーである。この具体例では、光学素子又は集束ミラーアレー（以下、集束素子という。）８５０は、自由空間スイッチ８４０と自由空間スイッチ８６０の間の光経路に設けられているが、集束素子８５０は、異なる自由空間スイッチ間の光経路内のどこに設けてもよい。集束素子８５０は、ビームウエストの位置を調整し、スイッチング機構内の比較的細いビームのコリメーションをレイリーレンジ（Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｒａｎｇｅ）内に維持する。コリメーションをこのレベルに維持することにより、図５を用いて説明したような焦点補正は不要となる。
【００４０】
図８は、光透過性を有する基板を略円形の形状に構成した本発明の一変形例を示している。勿論、この変形例においても、基板６０８は、上述と同様に、空気（ａｍｂｉｅｎｔ ａｉｒ）、シリカガラス又はその他の光透過性を有する媒体により形成されている。ここでは、各傾斜ミラー６１５〜６２１は、基板６０８の周囲に環状に配列されている。このような構成の利点の１つとして、各傾斜ミラー間の距離を図３に示す具体例における各傾斜ミラー間の距離よりも長くできるという利点がある。この変形例では、より多くの空間を利用できるため、傾斜ミラー間の距離を大きくすることにより、傾斜ミラーを収納するパッケージングの構成の柔軟性が増す。例えば、この空間の余裕により、傾斜ミラーの寸法を小型化してカスタマイズすることなく、既成の傾斜ミラーパッケージを採用することができる。
【００４１】
図７は、本発明の更なる変形例を示しており、この変形例においては、図３に示す本発明に基づく光スイッチング素子３００を２個以上用いて、個々の光スイッチング素子３００より多くの波長成分をルーティングできる拡張波長スイッチ７００が実現されている。このような構成は、個々のスイッチング機構の波長容量を増し、図５及び図８を参照して述べたコリメーションの問題を回避するための有効な手法である。詳しくは、個別のスイッチ７１０は、波長λ１〜λ８をルーティングするよう構成され、個別のスイッチ７２０は、波長λ９〜λ１６をルーティングするよう構成され、したがって、拡張波長スイッチ７００は、波長λ１〜λ１６をルーティングするように構成された個別の光スイッチング素子３００と同様に波長λ１〜λ１６をルーティングする。拡張波長スイッチ７００は、個々のスイッチ７１０，７２０に加えて、バンディングフィルタ（ｂａｎｄｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ）７３０及びプリズム７４０を備える。バンディングフィルタ７３０は、図３に示す薄膜フィルタ３０１〜３０４と同様の薄膜フィルタであってもよい。バンディングフィルタ７３０は、波長成分λ１〜λ８を透過し、波長成分λ９〜λ１６を反射する。バンディングフィルタ７３０には、入出射ポート７４０１，７４０２，・・・，７４０ｎからＷＤＭ信号が入射される。ここで、波長成分λ９〜λ１６は、スイッチ７２０に向けて反射され、スイッチ７２０は、図３を参照して説明した光スイッチング素子３００と同様に、波長成分をルーティングする。一方、波長成分λ１〜λ８は、バンディングフィルタ７３０を透過し、プリズム７４０により、全反射の原理に基づいて、スイッチ７１０に向けて反射される。なお、図７では、平行に配置された２つの個別の光スイッチング素子３００から構成される拡張波長スイッチ７００を示しているが、同様の手法により、個別の光スイッチング素子３００を３個以上連結して、所望数の波長成分をルーティングできることは、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に基づく光スイッチにより実現される機能を示す図である。
【図２】
本発明に基づく広波長域波長無依存光スイッチの構成を示す図である。
【図３】
本発明に基づく波長無依存光スイッチの構成を示す図である。
【図４】
従来の１×Ｍスイッチを用いて、図１に示す機能を実現する光スイッチ機構の構成を示す図である。
【図５】
図２に類似した構成を有し、増加するビーム挿入損失を最小化する補正レンズを用いた具体例を示す図である。
【図６】
集束レンズを用いて挿入損失を低減する図５に示す具体例の変形例を示す図である。
【図７】
本発明の変形例を示す図である。
【図８】
透明基板を多角形の形状に形成した本発明の変形例を示す図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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