(57)【要約】【課題】  簡単かつ安価で、軽量コンパクトな構成で、複数の波長選択スイッチも用いることなく、１つの波長選択スイッチを用いて、ポート数が多い波長選択スイッチを実現する。【解決手段】  本発明に係る波長選択スイッチは、第１方向にアレイ状に並び波長多重された光の入力部と出力部とを有する光入出力部（１０）と、入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段（１５）と、信号波長に分離された光を収束させる集光要素（１６）と、集光要素（１６）により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるよう第１方向に信号光を偏向させる光偏向素子アレイ（１７）から構成される波長選択スイッチであって、集光要素（１６）により収束された光束に対して、光偏向素子アレイ（１７）の光偏向素子が第１方向に複数配列されていることを特徴とする。【選択図】図１
2012088543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部と出力部とを有する光入出力部と、
前記入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、
前記信号波長に分離された光を収束させる集光要素と、
前記集光要素により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるよう第１方向に前記信号光を偏向させる光偏向素子アレイから構成される波長選択スイッチであって、
前記集光要素により収束された光束に対して、前記光偏向素子アレイの光偏向素子が第１方向に複数配列されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記第１方向に並ぶ複数の光偏向素子のうちの１つは、前記光束の強度が最も強い位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向に亘って略一定である場合において、
前記光束の強度を最も高く偏向させる光偏向素子の第２方向の中心位置における第１方向の幅が第２方向の端の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向において異なる場合において、
第２方向の中心位置における隙間が最も大きく、端にいくほど隙間が小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向に亘って略一定である場合において、
前記光束の強度を最も高く偏向させる光偏向素子の第２方向の中心位置における第１方向の幅が第２方向の端の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項６】
前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向において異なる場合において、
第２方向の中心位置における隙間が最も小さく、端にいくほど隙間が大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力される波長多重された光を分散して波長ごとに出力可能な波長選択スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＮ×１（Ｎ個の入力ポート×１個の出力ポート）の波長選択スイッチの例として、図１４で用いられている５×１の波長選択スイッチ１００があり、図１４（a）は側面図、図１４（ｂ）は上面図を示している。
【０００３】
かかる波長選択スイッチ１００は、入力ポート１１０a〜１１０ｄ、出力ポート１１０e、レンズアレイ１３０、第１レンズ１４０、第２レンズ１５０、分散素子１６０、第３レンズ１６０、および、複数のミラー１９０ａ〜１９０eを有するミラーアレイ１８０で構成されており、入力ポート１１０a〜１１０dの波量多重された光を任意のポートおよび任意の波長を選択し出力ポート１１０eに出力する。図１４では入力ポート１１０aの波長多重された光が出力ポート１１０eに出力される様子を示している。
【０００４】
なお、同様の構成の波長選択スイッチが、特許文献１等に記載され、特許文献に記載される波長選択スイッチでは、分散素子に入射するビーム径が、分散方向に垂直な方向のビーム径に比べて、分散方向のビーム径が大きくなるようにし、分散方向に垂直な方向に装置が大型化するのを抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３３２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、Ｎ×１の波長選択スイッチに関して、例えば４０若しくは８０個の入力ポートなどに対応して、ポート数を多くする事が望まれている。
ここで、ポート数を多くすると、任意の入力ポートを出力ポートへ接続するミラーアレイ（１８０）の各ミラー（１９０ａ〜１９０e）の振れ角度が増大することになる。
しかし、ミラーの振れ角には制限があり、ミラーの振れ角で出力ポートに接続される入力ポートの数が決まってしまう。
【０００７】
従って、従来のＮ×１の波長選択スイッチは、ポート数を多くするために、図１５のような複数の独立したＭ×１の波長選択スイッチ１００を多段に繋いで構成して、出力ポートに接続される入力ポートの数を増やしている。
【０００８】
しかしながら、従来のＮ×１および１×Ｎの波長選択スイッチは、ポート数を増やすために、一般的には複数のＭ×１および１×Ｍの波長選択スイッチを複数個用いて多段にして構成されるため、その製造にはＭ×１および１×Ｍで構成される波長選択スイッチの部材が複数個必要となり、組み立て工数もその個数分必要となり、装置全体に必要なコストが高くなってしまうといった実情がある。
【０００９】
また、これに加えて、多段で構成すると装置のサイズが大きくなり、重量も重くなってしまうといった実情がある。
【００１０】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたもので、簡単かつ安価で、軽量コンパクトな構成で、複数の波長選択スイッチも用いることなく、１つの波長選択スイッチを用いて、ポート数が多い波長選択スイッチを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、
第１方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部と出力部とを有する光入出力部と、
前記入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、
前記信号波長に分離された光を収束させる集光要素と、
前記集光要素により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるよう第１方向に前記信号光を偏向させる光偏向素子アレイから構成される波長選択スイッチであって、
前記集光要素により収束された光束に対して、前記光偏向素子アレイの光偏向素子が第１方向に複数配列されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記第１方向に並ぶ複数の光偏向素子のうちの１つは、前記光束の強度が最も強い位置に配設されていることを特徴とすることができる。
【００１３】
本発明において、前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向に亘って略一定である場合において、
前記光束の強度を最も高く偏向させる光偏向素子の第２方向の中心位置における第１方向の幅が第２方向の端の幅よりも小さいことを特徴とすることができる。
【００１４】
本発明において、前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向において異なる場合において、
第２方向の中心位置における隙間が最も大きく、端にいくほど隙間が小さいことを特徴とすることができる。
【００１５】
本発明において、前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向に亘って略一定である場合において、
前記光束の強度を最も高く偏向させる光偏向素子の第２方向の中心位置における第１方向の幅が第２方向の端の幅よりも大きいことを特徴とすることができる。
【００１６】
本発明において、前記第１方向に複数配列された複数の光偏向素子のうち前記光束の強度を最も強く偏向させる光偏向素子と、この光偏向素子と前記第１方向において隣接する光偏向素子と、の隙間が、第１方向と略直交し前記光偏向素子面と略平行な第２方向において異なる場合において、
第２方向の中心位置における隙間が最も小さく、端にいくほど隙間が大きいことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、簡単かつ安価で、軽量コンパクトな構成で、複数の波長選択スイッチも用いることなく、１つの波長選択スイッチを用いて、ポート数が多い波長選択スイッチを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る波長選択スイッチの全体的な構成例を概略的に示す図である。
【図２】同上実施形態に係る波長選択スイッチにおいて生成される第１方向に大きい楕円状のビーム形状を説明するための斜視図である。
【図３】同上実施形態に係る波長選択スイッチのミラーアレイにおいて第１方向及び第２方向に複数のミラーが配設された構成例を示す図である。
【図４】同上実施形態に係る波長選択スイッチのミラーアレイにおいて、Ｘ軸及びＹ軸廻りに回転可能な複数のミラーの配設例を示す斜視図である。
【図５】同上実施形態に係る波長選択スイッチのミラーアレイのミラーの振れ角β2a/2とミラーの第１方向のビーム幅Ｓ3との関係を示す図である。
【図６】静電駆動方式を採用した場合のＭＥＭＳミラーの代表的な構成を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る波長選択スイッチのミラーアレイにおいて第１方向及び第２方向に複数のミラーが配設された構成例を示す図である。
【図８】図８（a）は従来の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポートに出力される光強度と波長の関係を示し、図８（ｂ）は同上実施形態の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポートに出力される光強度と波長の関係を示す図である。図８（c）は波長と出力ポートの光強度との関係を示す図である。
【図９】同上実施形態における第１方向に複数並んで配設されるミラーの他の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る波長選択スイッチのミラーアレイにおいて第１方向及び第２方向に複数のミラーが配設された構成例を示す図である。
【図１１】通常のミラーを使用した従来の波長選択スイッチの場合において、Ｙθのミラー回転によって光減衰を行った際の出力部への出力強度の周波数依存性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】図１２（a）は従来の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポートに出力される光強度と波長の関係を示し、図１２（ｂ）は本実施形態の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポートに出力される光強度と波長の関係を示す図である。図１２（c）は波長と出力ポートの光強度との関係を示す図である。
【図１３】同上実施形態における第１方向に複数並んで配設されるミラーの他の構成例を示す図である。
【図１４】従来のＮ×１（Ｎ個の入力ポート×１個の出力ポート）の波長選択スイッチの構成例を示す図である。
【図１５】従来において、複数の独立したＭ×１の波長選択スイッチを多段に繋いでポート数を多くするようにした構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る波長選択スイッチの実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
本発明に係る第１の実施形態で説明する波長選択スイッチ１の概念を示す図を図１に示し、図１(a)は本実施形態の波長選択スイッチ１の側面図、図１(b)は上面図を示し、第１の実施形態の波長選択スイッチ１は複数の入出力ポート１０とレンズアレイ１１、第１レンズ１２、第２レンズ１３、第３レンズ１４、分散素子１５、集光レンズ１６、ミラーアレイ１７を有している。
【００２１】
図１では、例えば、４つの入力ポート１０ａ〜１０ｄと１本の出力ポート１０ｅが、出力ポート１０ｅを中心に第１方向に等間隔で並んだ状態で構成されているが、入出力ポートの本数、入力ポートと出力ポートの並び等はこの状態で限定されるものではない。また、図１では、入力ポート１０ａのみ、光が入力されている様子を簡略化して示しているが、実際は複数の入力ポートから、波長多重された光が入力されている。
【００２２】
レンズアレイ１１は少なくとも複数の入出力ポート１０のそれぞれのポート（１０ａ〜１０ｄ）に対応したレンズを有しており、それぞれの入力ポート（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）から出た光はレンズアレイ１１のレンズによって、コリメートされた光となり第１レンズ１２に入る。
【００２３】
本実施形態においては、この第１レンズ１２に入った光は、第１レンズ１２と第２レンズ１３によって集光される。
【００２４】
第１レンズ１２は焦点距離ｆ1、第２レンズ１３は焦点距離ｆ2を有しており、第２レンズ１３は第２方向にだけパワーを持ったシリンドリカルレンズである。その集光位置での光のビーム形状は第２レンズ１３を入れることによって、図２のような第１方向に大きい楕円状のビーム形状となる。この時の第１方向のビームの幅をＳ1、第２方向のビームの幅をＳ2としている。
【００２５】
また、その集光位置は複数の入力ポートの光が交わる位置であり、集光位置での入力ポート１０aの光が進む方向と第１レンズ１２と第２レンズ１３の光軸との角度はβ1aで表される。
【００２６】
また、入力ポート１０ａの中心位置と第１レンズ１２の光軸は第１方向にＹ1だけ離れており、Ｙ1が大きくなればなるほど、その入射角度β1aは大きくなる。その関係は次式で表される。
【００２７】
【数１】
2012088543.tif 000003
【００２８】
集光された光は集光位置を過ぎると光は広がりビームとなり、第３レンズ１４に入る。  第３レンズ１４は焦点距離ｆ3を有しており、第３レンズ１４に入る位置は第１方向にＹ2だけ離れた位置である。Ｙ2は式（２）より求められる。
【００２９】
【数２】
2012088543.tif 000004
【００３０】
第３レンズ１４に入射した光は、第３レンズ１４によって、コリメートされ、分散素子１５の方向に出ていき、分散素子１５に第２方向にα1だけ傾いて入射する。
【００３１】
分散素子１５は第３レンズ１４でコリメートされた光を第１方向とは異なる第２方向に波長に応じて角度分散させる。つまり、分散素子１５に入る波長多重された光は、各波長に応じて第２方向に且つ異なった角度α2a〜α2eの角度範囲の間で進行していく事となり、その角度は式（３）で表される。
【００３２】
【数３】
2012088543.tif 000005
ｍは回折次数、ｄは回折格子のピッチ、λは波長を示している。
【００３３】
その分散する様子は図１（ｂ）では簡略化して５つの波長のみ図示しており、分散素子１５は図１のような透過型の分散素子を示しているが、反射型を用いても良い。
【００３４】
集光レンズ１６は焦点距離ｆ4有しており、分散素子１５により分散された各波長の光は集光レンズ１６によって、ミラーアレイ１７のミラー上にそれぞれ集光されている。
【００３５】
分散素子１５と集光レンズ１６の間隔は焦点距離ｆ4だけ離れている事が望ましい。
なぜなら、分散素子１５と集光レンズ１６の間隔は焦点距離ｆ4からずれた位置に配置されると、集光レンズ１６から出た各波長の光の角度が波長ごとに異なってしまう為である。
【００３６】
つまり、分散素子１５と集光レンズ１６の間隔がｆ4であると、集光レンズ１６から出た光は波長ごとに一致した方向にミラーアレイ１７のミラーに向かって進んでいき、分散素子１５により分散された各波長の光はミラーアレイ１７の各波長に対応したミラー上にそれぞれ集光している。その集光位置は複数の入力ポートの光が交わる位置であり、集光位置での入力ポート１０aの光が進む方向と集光レンズ１６の光軸との角度であるβ2aは式（４）より求められる。
【００３７】
【数４】
2012088543.tif 000006
【００３８】
また、その集光位置での光のビーム形状は図３に示すように第１方向に大きい楕円のビーム形状であり、第１方向のビーム幅をＳ3、第２方向のビームをＳ4とし、それらの大きさは次式で表される。
【００３９】
【数５】
2012088543.tif 000007
【００４０】
【数６】
2012088543.tif 000008
【００４１】
ミラーアレイ１７は第１方向と第２方向ともに複数のミラーを有している。各ミラーは少なくとも第２方向に波長多重された波長の数に対応して配列されている。
【００４２】
仮にその波長の数がλa〜λrの１８個であるとすると、ミラーは第２方向に１８個並んでおり、その各波長のビームの第２方向の中心位置と、その波長に対応したミラーの第２方向の中心が一致するように設置されている。各波長のビームに対して、図３のようにミラー１８a〜１８rを中心にミラー１９a〜１９rとミラー２０a〜２０rが両側にあり、合計３個のミラーが設けられている。１つのビームに対して設けられるミラーの数は３個に限定されるものではなく、複数設置されても良い。
【００４３】
各ミラー１８a〜１８r、１９a〜１９r、２０a〜２０rは、図４に示すように、それぞれのミラーを回転させる軸であるＸ軸を中心に回転するＸθと、Ｙ軸を中心に回転するＹθに回転する事が可能である。
【００４４】
Ｘ軸は第２方向、Ｙ軸は第１方向に対応している。各ミラー上に集光される光は各ミラーの反射面に対して、β2a/2だけ斜めに入射し、各ミラーによって入射方向とはβ2aだけ異なった方向に反射される。集光レンズの光軸とミラーの角度が垂直の場合を振れ角０°とするとミラーの振れ角はβ2a/2となる。
【００４５】
ミラーアレイ１７の各ミラーによって反射された光は広がりを持ったビーム形状で集光レンズ１６に入る。集光レンズ１６に入った各波長の光はコリメート光となって集光レンズ１６から分散素子１５に向かって進んでいき、分散素子１５に入射し、その入射する位置は各ミラーの回転角が同じの場合、各波長の光は分散素子１５上で一点に集まる。
【００４６】
分散素子１５によって波長多重された光はコリメート状態を保ったまま第３レンズ１４に入り、第３レンズ1４によって集光され、その集光位置での光のビーム形状は第１方向に大きい楕円状のビーム形状となる。
【００４７】
第３レンズ１４によって、集光された光は第２レンズ１３と第１レンズ１２によって、円形のビーム形状にコリメートされ、出力ポート１０ｅに対応したレンズアレイ１１のレンズに入り、出力ポート１０ｅに集光される。
【００４８】
図５は入力ポート１０ａがミラーアレイ１７のミラーの振れ角β2a/2とミラーの第１方向のビーム幅Ｓ3との関係を示す。尚、入射角β2a/2を変化させるために式（１）より、Ｙ１＝一定のもと、ｆ1を変化させている。図より、ミラーアレイ１７のミラーの振れ角β2a/2が小さくなるとミラーのビーム幅Ｓ3は大きくなる事が分かる。
【００４９】
ミラーの第１方向のビーム幅Ｓ3を大きくする事で、ミラーの振れ角を大きくする事なく、複数の入力ポートを出力ポート１０ｅに接続する事が可能となる。
【００５０】
すなわち、図１３（a）に示す従来の構成においても、ミラーの振れ角を大きくする事でポート数を多くする事は可能である。
【００５１】
しかし、本構成の波長選択スイッチ１で用いるミラーアレイ１７は、一般的にＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術で作製されており、静電駆動方式が採用されている。
【００５２】
ここでは図６を用いて静電駆動型ＭＥＭＳミラーの駆動原理を説明すると共に特徴を説明する。
図６は静電駆動方式を採用した場合のＭＥＭＳミラーの代表的な構成を示す。上面に反射面を有する可動板を有し、可動板は一対のヒンジによって傾斜可能に支持されている。ヒンジの固定面は図示していない固定部に固定されている。従って、可動板の傾斜軸は一対のヒンジ断面中心間を結ぶ線上になる。基板上に形成された駆動電極１および駆動電極２は可動板に対向し、各駆動電極は傾斜軸上を境として各傾斜方向に分かれて設けられている。また、可動板と各駆動電極１，２の間には静電ギャップと呼ばれる間隔が設けられている。
【００５３】
次に図６に示したＭＥＭＳミラーの駆動方法について説明する。可動板が駆動電極１に引き寄せられる方向に傾斜する場合を考える。可動板の反射面が形成された面の裏面は導電性を有しており、一定電位（通常はＧＮＤ電位）となっている。駆動電極１に駆動電圧V１を印加すると可動板に静電引力が生じて駆動電極１に引き寄せられる方向に傾斜する。駆動電圧V1と静電引力〔Ｆ〕との間には以下の式が成り立つ。
【００５４】
【数７】
2012088543.tif 000009
ここで、ε０は比誘電率，ＷおよびＬは駆動電極1の寸法，ｄは静電ギャップである。
【００５５】
式（７）から、大きな静電力を得る為には駆動電極面積を大きくする事、静電ギャップを小さくする事、駆動電圧を大きくする事が有効である事がわかる。
【００５６】
一方、大きな傾斜角を得る事を考えると、静電ギャップを小さくする事は可動板の傾斜範囲を小さくする事になる事から有効ではない。
また、駆動電極は可動板に対向している事が必要であり、可動板サイズは仕様として設定される反射面の大きさで決まってしまう事から、駆動電極面積を大きくする事で大きな傾斜角を得るには限界がある。
残るは駆動電圧であるが、大きな駆動電圧を印加すると静電ギャップ間で静電破壊（あるいは絶縁破壊）が発生する為、やはり駆動電圧を大きくする事で大きな傾斜角を得るのも限界がある。
【００５７】
要するに波長選択スイッチ用のＭＥＭＳミラーアレイとしては大きな傾斜角を実現する事が望まれるが、静電駆動型ＭＥＭＳミラーにおいて、静電力を大きくする事で大きな傾斜角を得るには限界がある事がわかる。
【００５８】
大きな傾斜角を得る別の方法としてヒンジの剛性を小さくする方法が考えられる。ヒンジ剛性が傾斜軸周りの動きに対して小さくなれば、小さな力で大きな傾斜角を得る事が出来る。
しかしながら、ヒンジ剛性はミラーアレイの要求仕様の一つである耐衝撃性に対しても影響力を有しており、ヒンジ剛性は耐衝撃性を満足する様に設計される。従って、大きな傾斜角を得る為にヒンジ剛性を小さくする事ができない。
【００５９】
結論として、一般的な静電駆動型ＭＥＭＳミラーアレイにおいて、大きな傾斜角を実現するのは極めて困難であると言わざるを得ない。
本構成の波長選択スイッチ１に求められるミラーアレイは、図６で示したような１次元駆動型ではなく２次元駆動型である事が求められるが、大きな傾斜角を実現する観点では全く同様の問題が生じる。
【００６０】
従って、第１の実施形態によれば、この様にミラーの振れ角度幅および反射面の大きさに制限があった場合においても、ミラーに集光するビームに対して、複数のミラーを設置する事で、１つのミラーの反射面を大きくする事なく、ビームを大きくする事ができ、ビームを大きくする事でミラーの振れ角度幅も小さくできるため、複数の入力ポートを出力ポート１０eに接続する事が可能となる。
【００６１】
本実施形態のようにミラーの振れ角を大きくする事なく、複数の入力ポートを出力ポート１０eに接続する事が可能となるため図１５のような従来の構成である波長選択スイッチ１００を多段にした場合と比べて部品コストが大幅に削減できる。また、複数の波長選択スイッチを用いる事がない為、組み立て工数も大幅に短縮できる。更に、多段で構成した場合に比べて、装置を小型軽量化することができる。
【００６２】
次に、従来の波長選択スイッチの光減衰特性劣化について説明する。
波長選択スイッチは、光通信網において多段で構成されたり、発信元からの距離が異なる信号を処理したりする必要がある。また、光通信網においては一定の距離間隔で光アンプが設置される。光アンプに導入される光強度は波長に関して均一であることが望ましい。
従って、波長選択スイッチには、波長方向に光強度を制御するための光減衰機能（アッテネーション機能）が求められる。
【００６３】
本実施形態において光減衰は、ミラーアレイのミラーをＹθ回転することによって行うものとする。Ｘθのミラー回転によっても光減衰を行うことが可能である。しかし、Ｘθのミラー回転によっても光減衰は入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射（入力部と出力部の組み合わせを切り替える）する働きを有するため、ある入力部と出力部を結合している状態でＸθのミラー回転により光減衰を生じさせることは、予期しない入力部と出力部の結合（一般にクロストークという）を生じさせる可能性がある。
従って、弊害が生じない限り前記Ｙθのミラー回転によって光減衰を行うのが理想的と言える。また実際には、前記Ｙθのミラー回転と、前記Ｘθのミラー回転とを組み合わせて光減衰を行ってもよい。
【００６４】
入力ポートの数が増えてくると、安定して入力ポートと出力ポートを接続したり、安定して光減衰を行うためには、ミラーの分解能を確保する必要がある。従来はその分解能を確保する為に、１つのミラーで分解能を確保していたが、本実施形態では複数のミラーを用いて入力ポートと出力ポートを接続するためミラーの分解能を細かくする事は容易であり、また、ミラーに集光する１つのビームに対して、複数のミラーのミラーを回転させる方向を変えることによって、より細かな分解能を確保する事ができる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
第２の実施形態の波長選択スイッチは、上述した図１に示した第１の実施形態の構成に対して、ミラーアレイの形状を、図７に示すように、各波長のビームの第２方向の中心位置とその波長に対応したミラーの第２方向の中心位置が一致するように設置されているミラー２８ａ〜２８ｒの第２方向の中心位置における第１方向の幅が最も小さく、端にいくほど大きくなるミラーアレイ２７を設置した応用例である。
【００６６】
ミラーアレイ２７のミラー２８ａ〜２８ｒは、第１方向に対して、ミラー２９ａ〜２９ｒとミラー３０ａ〜３０ｒと隣り合っており、その隣り合ったミラー２９ａ〜２９ｒとミラー３０ａ〜３０ｒとミラー２８ａ〜２８ｒの隙間は一定である。
【００６７】
その隙間は出来るだけ小さいほうが望ましい、なぜなら隙間が大きすぎるとミラー２８ａ〜２８ｒから反射される光強度が減少してしまうためである。また、隙間は必ずしも一定である必要はない。
【００６８】
次に、波長選択スイッチの求められる性能の１つである透過帯域幅について説明する。  図８（a）は従来の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポート１０ｅに出力される光強度と波長の関係を示し、図８（ｂ）は本実施形態の構成による１つのミラー２８ａから反射された光が出力ポート１０ｅに出力される光強度と波長の関係を示している。
【００６９】
ミラー中心に集光する波長はＩＴＵグリッド（ＩＴＵ（国際電気通信連合）によって定められたグリッド規格）の周波数に対応した波長であり、その波長を中心にミラーに集光するが、その波長は図８ではλa3であり、λa3を中心にλa1〜λa5の波長の光がそれぞれミラーに集光している。
ここでは説明を簡略化して５つの波長のみ図示しているが、実際には５つの波長を含む複数の波長が連続的に集光している。
【００７０】
図８（a）に示すλa1の光はミラーの端に集光し、ミラーから当たっている部分はビームの半分であるので、ミラーから反射される光強度も半分となる。λa1の光がミラーで反射され出力ポート１０eに出力される光強度をＰ’1とし、同様にλa2〜λa4の出力ポート１０eに出力される光強度Ｐ’2〜Ｐ’4とし比較すると、Ｐ’1＜Ｐ’2〜Ｐ’4となる。λa5の光も同様にミラーの端に集光するので、出力ポート１０eに出力される光強度とＰ’5はＰ’5＜Ｐ’2〜Ｐ’4の関係となる。このように波長に対する出力ポート１０eの光強度を求めると、図８（ｃ）の点線で示す曲線が描ける。
【００７１】
ＩＴＵグリッドの周波数に対応した波長すなわちλa3の光強度Ｐ3’を基準とし、その光強度Ｐ’3から0.5dB低下した光強度の地点の波長の幅を透過帯域幅と呼び、一般的に周波数に換算して、周波数帯域の幅として表される。この透過帯域幅は広ければ広いほど良い。
【００７２】
従来の構成である図８（a）のλa2〜λa4の光は集光されるビームがミラー全面にあたり反射されるため、ミラーから反射される光強度は一致していたが、本実施形態の構成ではミラー２８aと２９aおよび３０aとの隙間によって損失される光強度がλa2とλa4は一致しているが、λa2およびλa4とλa3は異なっているため、反射される光強度も同様に異なる値となる。
【００７３】
つまり、λa2およびλa4のミラーから反射される光強度はλa３の光強度よりも高く、それに伴い出力ポート１０eに出力される光強度も同様の結果となる。他の波長も同様に出力ポート１０eに出力される光強度を求めると、図８（ｃ）の実線で示す曲線が描ける。従来の構成で描いた点線の曲線と比較すると透過帯域幅は広くなる。
【００７４】
本実施形態は、図８（ｂ）に示すようなミラー２８aが第２方向の中心位置における第１方向の幅が最も小さく、端にいくほど大きくなるミラーのみを説明したが、図８（ｂ）に示すミラー２８aに対して、図９（a）のミラー３８aのように第１方向の幅が最も小さくなる箇所が第２方向のＣ区間で幅が一定のミラーや、図９（b）のミラー４８aのように第１方向の幅が最も大きくなる箇所が第２方向のＤ区間で幅が一定となるミラーでも本実施形態と同様の効果が得られる。
【００７５】
なお、本実施形態では、第１方向において隣接するミラー間の隙間を第２方向に亘って略一定とした場合について説明したが、第１方向において隣接するミラー間の隙間が第２方向（該当するミラーの第２方向幅内）において異ならせる（変化させる）ことができ、その場合においては、例えば、各波長のビームの第２方向の中心位置とその波長に対応したミラーの第２方向の中心位置が一致するように設置されているミラー２８ａ〜２８ｒと、隣接するミラー２９ａ〜２９ｒ、３０ａ〜３０ｒと、の隙間に関して、第２方向の中心位置における隙間が最も大きく、端にいくほど隙間が小さくなるようにミラーアレイ２７を設置することで、端から中心位置に向かうに従って隙間により損失される光強度が大きくなるため、本実施形態と同様の作用効果が奏せられることになる。
【００７６】
＜第３実施形態＞
本実施形態の波長選択スイッチは、上述した図１に示した第１の実施形態の構成に対して、ミラーアレイの形状を図１０に示すように、各波長のビームの第２方向の中心位置とその波長に対応したミラーの第２方向の中心位置が一致するように設置されているミラー５８ａ〜５８ｒの第２方向の中心位置における第１方向の幅が最も大きく、端にいくほど小さくなるミラーアレイ５７を設置した応用例である。
【００７７】
ミラーアレイ５７のミラー５８ａ〜５８ｒは第１方向に対して、ミラー５９ａ〜５９ｒとミラー６０ａ〜６０ｒとそれぞれ隣り合っており、その隣り合ったミラー５９ａ〜５９ｒとミラー６０ａ〜６０ｒとミラー５８ａ〜５８ｒの隙間は一定である。
【００７８】
その隙間は出来るだけ小さいほうが望ましい、なぜなら隙間が大きすぎるとミラー５８ａ〜５８ｒから反射される光強度が減少してしまうためである。また、隙間は必ずしも一定である必要はない。
【００７９】
次に、ラビットイヤーについて説明する。
波長選択スイッチの光減衰を行う際、減衰量が大きくなるに従ってミラーアレイのミラーの端部で反射される波長の光の出力部への出力強度が、ミラー中心で反射される波長の光の出力部への出力強度に比べて大きくなる現象が生じる。この現象は、ミラー端部における光の回折により生じるもので、その形状がウサギの耳に似ていることからラビットイヤーと呼ばれ、光減衰時の周波数特性劣化の原因となっている。
【００８０】
このラビットイヤーの出現は前記Ｙθのミラー回転よって光減衰を行う際、より顕著に現れることが知られている。通常のミラーを使用した従来の波長選択スイッチの場合の，前記Ｙθのミラー回転によって光減衰を行った際の、出力部への出力強度の周波数依存性のシミュレーション結果を図１１に示す。
【００８１】
光減衰量が大きくなるに従って、ラビットイヤーが大きく出現していることが分かる。波長選択スイッチの求められる性能の１つとして、このラビットイヤーが大きくなってはいけない。
【００８２】
図１１に示すようにラビットイヤーの大きさはＩＴＵグリッドの周波数に対応した波長の出力強度とラビットイヤーの凸部の出力強度との差で表される。
【００８３】
図１２（a）は従来の構成による１つのミラーから反射された光が出力ポート１０eに出力される光強度と波長の関係を示し、図１２（ｂ）は本実施形態の構成による１つのミラー５８aから反射された光が出力ポート１０eに出力される光強度と波長の関係を示している。但し、両者とも、出力ポート１０eに出力される光強度は前記Ｙθのミラーを回転して光減衰を行なった場合の光強度である。ミラー中心に集光する波長はＩＴＵグリッドの周波数に対応した波長であり、その波長を中心にミラーに集光するが、その波長を図１２ではλa3とし、λa1〜λa5の波長の光がそれぞれミラーに集光している。ここでは説明を簡略化して５つの波長のみ図示しているが、実際には５つの波長を含む複数の波長が連続的にミラーに集光している。
【００８４】
図１２（a）に示すλa1の光はミラーの端に集光し、ミラーから反射される部分はビームの半分であるので、ミラーから反射される光強度Ｐ’1も半分となる。そのミラーから反射されるλa1の光はミラーの端に集光しビームの半分が削られた事によって光の回折が生じ、出力ポート上でビームが広がってしまい、その光速の一部が出力ポートに光強度Ｑ’1として出力される。
【００８５】
また、端のミラーに集光しないλa2〜λa4の光はミラーに対してビーム全体が当たるのでミラーから反射される光は大きく減衰することなく反射される。また、ミラーから反射されたλa2〜λa4の光は回折が大きく生じることなく出力ポート上に集光されるため、前記Ｙθの回転によって光減衰を行う際はそのビームの一部が出力ポートに光強度Ｑ’2〜Ｑ’4として出力される。その大きさはミラーの回転量に依存するが、ミラーを十分傾けた状態ではＱ’1＞Ｑ’2〜Ｑ’4となり、ラビットイヤーが発生してしまう。
【００８６】
従来の構成である図１２（a）のλa2〜λa4の光は集光されるビームがミラー全面にあたり反射されるため、ミラーから反射される光強度Ｐ’2〜Ｐ’4は一致していたが、本実施形態の構成ではミラー５８aと５９aおよび６０aとの隙間によって損失される光強度がλa2とλa4は一致しているが、λa2およびλa4とλa3は異なっているため、反射される光強度Ｐ2およびＰ4とＰ3は異なる値となる。λa2およびλa4のミラーから反射される光強度Ｐ2、Ｐ4は光強度Ｐ3よりも低く、それに伴い出力ポート１０eに出力される光強度Ｑ2、Ｑ4は光強度Ｑ3よりも低い値となる。他の波長も同様に出力ポート１０eに出力される光強度を求めると、図１２（ｃ）の実線で示す曲線が描ける。従来の構成で描いた点線の曲線と比較するとＲ′＞Ｒとなり、本実施形態を用いた構成にするとラビットイヤーが小さくなる。
【００８７】
本実施形態は、図１２（ｂ）に示すようなミラー５８aが第２方向の中心位置における第１方向の幅が最も大きく、端にいくほど小さくなるミラーのみを説明したが、図１３（a）のようなミラー６８aが第１方向の幅が最も大きくなる箇所が第２方向のＨ区間で幅が一定のミラーや、図１３（b）のようなミラー７８aが第１方向の幅が最も小さくなる箇所が第２方向のＫ区間で幅が一定となるミラーでも同様の効果が得られる。
【００８８】
なお、本実施形態では、第１方向において隣接するミラー間の隙間を第２方向に亘って略一定とした場合について説明したが、第１方向において隣接するミラー間の隙間が第２方向（該当するミラーの第２方向幅内）において異ならせる（変化させる）ことができ、その場合においては、例えば、各波長のビームの第２方向の中心位置とその波長に対応したミラーの第２方向の中心位置が一致するように設置されているミラー５８ａ〜５８ｒと、隣接するミラー５９ａ〜５９ｒ、６０ａ〜６０ｒと、の隙間に関して、第２方向の中心位置における隙間が最も小さく、端にいくほど隙間が小さくなるようにミラーアレイ２７を設置することで、中心位置から端に向かうに従って隙間により損失される光強度が大きくなるため、本実施形態と同様の作用効果が奏せられることになる。
【００８９】
本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明に係る波長選択スイッチは、簡単かつ安価で、軽量コンパクトな構成で、複数の波長選択スイッチも用いることなく、１つの波長選択スイッチを用いて、ポート数が多い波長選択スイッチを実現することができ、例えば光学系の分野において有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１      波長選択スイッチ
１０    入出力ポート（本発明の入出力部に相当）
１０ａ〜１０ｄ  入力ポート（本発明の入力部に相当）
１０ｅ  出力ポート（本発明の出力部に相当）
１１    レンズアレイ（本発明の光分散手段の一部を構成）
１２    第１レンズ（本発明の光分散手段の一部を構成）
１３    第２レンズ（本発明の光分散手段の一部を構成）
１４    第３レンズ（本発明の光分散手段の一部を構成）
１５    分散素子（本発明の光分散手段の一部を構成）
１６    集光レンズ（本発明の集光要素を構成）
１７    ミラーアレイ（本発明の光偏向素子アレイに相当）
１８、１９、２０    ミラー
【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】
2012088543.tif 000021
【図１３】
2012088543.tif 000022
【図１４】
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【図１５】
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