(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳミラーを用いない波長選択スイッチを提供する。【解決手段】入力ポートに対応し当該入力ポートへ入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光し波長に応じた出射角度で出射するアレイ導波路回折格子を含む入力側基板（１０）、および出力ポートに各々対応するアレイ導波路回折格子を含む出力側基板（１０’）と、アレイ導波路回折格子により波長毎に分光された光信号を各々に集光するレンズ（４０）と、集光された光信号の各々を、入力側基板の基板面に垂直な方向にスイッチするための１入力２出力の液晶スイッチ（７００，８００）とを備える。【選択図】図３
2009042557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個の入力ポートから光信号を入力し分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して、光軸を変化させることによりＭ個（Ｍは２以上の整数）の所望の出力ポートに対応させ、各々の出力ポートに対応する光信号は異なる波長の複数の光信号が合流して各出力ポートから出力する、１個の入力ポートおよびＭ個の出力ポートを有する波長選択スイッチであって、
前記入力ポートへ入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光手段と、
前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光信号の各々に対し進行方向を変化させる空間変調手段と
を含むことを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記分光手段として、互いに平行に重ねられたアレイ導波路回折格子を用いて構成された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】
前記空間変調手段は、１つまたは複数の１入力２出力の液晶スイッチを含む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４】
前記空間変調手段は、各波長の光信号の減衰を変化可能な可変光減衰器のアレイをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記１入力２出力の液晶スイッチは、光信号の偏光面を０度または９０度回転する機能をもつ液晶素子と、偏波ビームディスプレーサとを用いて構成されたことを特徴とする請求項３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項６】
前記１入力２出力の液晶スイッチは、光信号の偏光面を０度または９０度回転する機能をもつ液晶素子と、入力側の面と出力側の面とが平行でなく一定角度傾いている複屈折結晶とを用いて構成されたことを特徴とする請求項３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項７】
前記光軸上に、１／２波長板を用いることを特徴とする請求項５または６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項８】
前記光軸上に、前記空間変調手段を透過後の光信号を反射する反射手段を備えることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
【請求項９】
前記光軸上に、１／４波長板を用いることを特徴とする請求項８に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の波長選択スイッチにおいて、前記光信号の進行の向きを逆向きにし、前記出力ポートから光を入力し、前記光入力ポートから光を出力することを特徴とするＭ個の入力ポートと１個の出力ポートとを有した波長選択スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信システムに応用可能な、波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の大容量化が進展し、伝送容量が波長分割多重（ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing））方式により増大する一方で、ノードにおける経路切換機能のスループットの増大が強く求められている。従来はその経路切換は、伝送されてきた光信号を電気信号に変換した後に、電気スイッチにより行う方法が主流であったが、高速で広帯域であるという光信号の特徴を生かして、光スイッチ等を用いて光信号のまま、アド・ドロップ等を行う、ＲＯＡＤＭシステムが導入されている。具体的には、ネットワークをリング型として各ノードで光信号のアド・ドロップを行うとともに、その必要がないものは光信号のまま通過させるため、ノード装置が小型で低消費電力化するという利点がある。それらＲＯＡＤＭ（reconfigurable optical add/drop multiplexer）システムの将来的な展開に必要なデバイスとして、波長選択スイッチ（Wavelength selective switch:ＷＳＳ）モジュールが求められている。
【０００３】
従来、ＭＥＭＳミラーアレイを用いたＷＳＳが知られている（例えば、特許文献１参照）。図１は、そのようなＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーアレイを用いたＷＳＳの構成を示す図である。図１（ａ）はＷＳＳの平面図であり、図１（ｂ）は側面図である。図１に示すＷＳＳは、入力側の光ファイバに波長分割多重（ＷＤＭ）化された光信号が入力光として入力し、波長分波器（例えば、基板１０上に石英ガラス系のスラブ導波路１２およびアレイ導波路１４を備えた光導波路（Planar lightwave circuit：ＰＬＣ）で作製されたアレイ導波路回折格子（Arrayed waveguide grating:ＡＷＧ））により互いに波長の異なるチャネル光信号ごとに分波され、分波されたチャネル光信号が、レンズ（シリンドリカルレンズ２０、主レンズ４０）により、ＭＥＭＳミラーアレイを構成するＭＥＭＳミラー６０に集光するように構成されている。ここでＭＥＭＳミラーアレイは、各々のミラー６０に各波長チャネルの光信号が各々入力するように配置されている。したがって、この各ＭＥＭＳミラーの角度を調整することにより、各波長チャネルの光信号は任意の方向にステアすることができる。例えば図１に示すＷＳＳにおいて光軸に対して左右の方向にミラーを振ることにより、同一基板上の他のＡＷＧに入力することが可能である。
【０００４】
図１（ｂ）に示すように、ＷＳＳは、入力側のアレイ導波路回折格子基板１０と複数の出力側のアレイ導波路回折格子基板１０’とをスタックした構成のＷＳＳである。したがって、各ＭＥＭＳミラーの角度を光軸に対して上下の方向にさらに調整することにより、スタックされた他のＰＬＣ基板のＡＷＧに光信号を入力させることができる。
【０００５】
図１に示すＷＳＳにおいて、各波長チャネルの光信号は、出力側の各ＡＷＧにより合波され再び各出力ポートからＷＤＭ信号として出力される。図１の例では１つの入力側のアレイ導波路格子に対して、１９個のアレイ導波路格子が存在するため１入力１９出力（１×１９）のＷＳＳとして機能する。
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５２６２８７号公報
【非特許文献１】ヘクト著、ヘクト光学II，２００４年９月，ｐ８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１の波長選択スイッチは、以下のような課題が存在する。図１の波長選択スイッチでは、ＷＤＭ光信号を波長毎に回折格子で分割し、ＭＥＭＳミラーアレイに当てて処理しているため、ＭＥＭＳミラー同士の隙間をできるだけ狭くする必要がある。すなわちＭＥＭＳミラーは、図２に示すように波長ｃｈ数分のミラーが隙間なく並べられ、典型的にはその上下にヒンジ（ミラーを支えるバネ）が設けられた構造になっている。この理由は回折格子から波長毎に分けられた光がミラー面のＡ−Ａ’に入射するため、ミラー間の隙間分だけ出射光の波長スペクトルにギャップができるためである。すなわち上下右左に傾けるため、上下右左にヒンジが設けられた方が有利であるにもかかわらず、ミラー間にヒンジ（バネ）を入れることはできず上下にのみヒンジがある。
【０００８】
それにもかかわらず従来例では、上下右左にミラーを傾け、反射光を２次元方向に曲げる必要がある。これは出力ポートに対応するアレイ導波路格子の出力部が光軸の進行方向にむかって２次元的に配置していることに起因する。このように原理的には１軸方向の回転に適したヒンジ構造にも関わらず２軸方向に回転させる必要があり、ヒンジに無理な応力がかかるため信頼性等に問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＭＥＭＳミラーを用いない波長選択スイッチ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】
【００１０】
本発明の波長選択スイッチは上記の課題を解決するために、ＭＥＭＳミラーを用いずに、液晶の光偏波スイッチを用いることを特徴とする。この波長選択スイッチは、内部に信号光の光路を折り返すミラーを設置した反射型として構成することも、あるいは折り返しミラーを配置しない透過型として構成することもできる。
【００１１】
本発明に係る波長選択スイッチは、１個の入力ポートから光信号を入力し分光して異なる波長の複数の光信号に分離して、各波長の光信号に対して、光軸を変化させることによりＭ個（Ｍは２以上の整数）の所望の出力ポートに対応させ、各々の出力ポートに対応する光信号は異なる波長の複数の光信号が合流して各出力ポートから出力する、１個の入力ポートおよびＭ個の出力ポートを有する、波長選択スイッチにおいて、入力ポートへ入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光手段と、分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、前記集光手段により集光された光信号の各々に対し進行方向を変化させる空間変調手段とを含む。
【００１２】
一実施形態では、互いに平行に重ねられたアレイ導波路回折格子を分光手段として用いことができる。
【００１３】
また、一実施形態では、光信号の偏光面を０度または９０度回転する機能をもつ液晶素子と、偏波ビームディスプレーサまたは入力側の面と出力側の面とが平行でなく一定角度傾いている複屈折結晶とを用いて構成された１つまたは複数の１入力２出力の液晶スイッチを用いて液晶偏波スイッチ部を構成することができる。
【００１４】
さらにまた、一実施形態では、各波長の光信号の減衰を変化可能な可変光減衰器のアレイをさらに備えることができる。
【００１５】
また、一実施形態では、光軸上に１／４波長板および反射手段を設け反射型として構成することができる。あるいは、光軸上に、１／２波長板を設け透過型として構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
上記のように、本発明によれば、液晶の光偏波スイッチを用いることで、ＭＥＭＳミラーを用いない波長選択スイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。  
（実施形態１）  偏波ビームディスプレーサを用いた、反射型ＷＳＳ
図３は、本発明の、第１の実施形態の波長選択スイッチＷＳＳの概略構成を説明するための図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。
【００１８】
本実施形態の波長選択スイッチは、入力ポートまたは出力ポート側から順に、スタックされたＡＷＧを含むＰＬＣ（入力側ＡＷＧ１０および出力側ＡＷＧ１０’）と、シリンドリカルレンズＡ  ２０と、偏波ビームディスプレーサ（偏波分離部）３０、シリンドリカルレンズＢ（主レンズ）４０と、液晶可変光減衰器（Variable Optical Attenuator：ＶＯＡ）５００と、第１液晶スイッチ７００および第２液晶スイッチ８００と、反射ミラー６１０とを備える。
【００１９】
本実施形態のＷＳＳでは、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を含むＰＬＣ１０（１０’）は、石英系ガラスのコアとクラッドがＳｉ基板上に形成されたものであり、光導波路１１、スラブ導波路１２、アレイ導波路１４からなるＡＷＧを構成している。この基板をＰＬＣ基板と呼ぶ。このＡＷＧについては、出力側にスラブ導波路を含んでも含まなくともよい。そしてそのＡＷＧを含むＰＬＣ基板が５枚重ね合う形で接着固定されている（接着のためのスペーサなど細かい構造は省略した）。そしてその各ＰＬＣ基板のアレイ導波路側（図の右側）にシリンドリカルレンズＡ  ２０が各々配置されている。そしてその先に各々の光信号の偏光を分離・合波するための偏波ビームディスプレーサが固定されており、その先にシリンドリカルレンズＢ（主レンズ）４０が配置されている。
【００２０】
第１液晶スイッチ７００および第２液晶スイッチ８００は、液晶スイッチ部（本明細書において、液晶偏波スイッチ部ともいう。さらに、本明細書において、液晶スイッチ部と液晶ＶＯＡ５００とを空間変調部ともいう。）を構成する。第１液晶スイッチ７００および第２液晶スイッチ８００は、それぞれ液晶素子５５０と、液晶素子５５０を透過した光を入射する偏波分離結晶８４０とを備え、液晶スイッチ部において入力側ＡＷＧから出射した光を上下方向（ＰＬＣのスタック方向）にステアする機能を担いう。
【００２１】
ここで光信号の伝搬の順に従って本実施形態のＷＳＳの構造と機能を説明する。  
図３（ａ）に示すように、ＡＷＧは透過型の回折格子であるから入力側のＡＷＧ１０からの出力光は、波長により水平面内に異なる角度に出射する。ここでは例えば光信号の波長チャネル（Ｃｈ）は、約１５３０ｎｍから１５６０ｎｍの１００ＧＨｚ間隔で存在し、波長チャネル数は４０波長とする。図３ではそのうち、最小波長λ1、中心波長λ20、最大波長λ40のビームのみを示した。
【００２２】
入力側ＰＬＣ１０の端面から出射した光ビームは上下方向の広がりを防ぐため、シリンドリカルレンズＡ  ２０を透過する。
【００２３】
次いで、液晶ＶＯＡ５００、第１液晶スイッチ７００および第２液晶スイッチ８００を構成する液晶素子が偏光依存性を持つため、偏波分離部３０でシリンドリカルレンズＡ  ２０を透過した光を、例えば水平方向の偏光成分のみにする。この偏波分離部の構成と原理を図４に示す。図４は、偏波分離部を構成する偏波ビームディスプレーサの概略構成を示す。偏波ビームディスプレーサは、複屈折結晶により作製することができ（例えば、非特許文献１参照）、偏波分離部３０は、複屈折結晶（偏波分離結晶）８４０と、１／２波長板８５０とを備える。
【００２４】
偏波ビームディスプレーサの偏波分離結晶８４０に入射された光は、水平方向の偏光成分が偏波分離結晶８４０の出力端面の上部に、垂直方向の偏光成分が偏波分離結晶８４０の出力端面の下部にそれぞれ出射される。ここで図４のように１／２波長板８５０を、光軸に垂直な面内で、主軸が水平方向から４５度の方向になるように設けると、複屈折結晶８４０から出射された垂直方向の偏光成分は水平方向の偏光成分に変換されて出力される。したがって偏波ビームディスプレーサに入射した光は全て水平方向の成分の平行光として出力される。この隣接した２つのビームの挙動は全く同一のため、以下の説明や図面では省略する。
【００２５】
再び図３を参照すると、偏波分離部から出力された光は図のようにシリンドリカルレンズＢ（主レンズ）４０を透過する。本実施形態において、シリンドリカルレンズＢ  ４０の焦点はＰＬＣの出射端面になるようにしている。そのため、図３（ａ）のように水平面内で波長により出射角度が異なっていた光は全て中心光軸が平行な光となり液晶ＶＯＡ５００へ入射し強度が制御される。
【００２６】
図５は、液晶ＶＯＡ５００の概略構成を示す図であり、図５（ａ）は、液晶ＶＯＡ５００の拡大した側面図であり、図５（ｂ）は、液晶ＶＯＡ５００の拡大した正面図である。液晶ＶＯＡ５００は、液晶素子５５０を、２つの偏光素子５０２により挟んだ構造である。また、液晶素子５５０は、液晶５１０を、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide、インジウムスズ酸化物）電極５０６および配向膜５０８が形成された２つのガラス基板５０４により挟んだ構造である。
【００２７】
上述のように入力側ＡＷＧ１０によって光信号は水平方向に各波長の光信号に分離される。その各波長の光信号が各々入射する場所が図５（ｂ）のＩＴＯ電極の各ピクセルの場所に対応する。
【００２８】
ここで、本実施形態の液晶ＶＯＡ５００が各波長の光信号に対して可変光減衰器として働く原理を説明する。当該液晶素子５５０が水平方向の偏光のみを透過する偏光子５０２により前後を挟まれている。この液晶ＶＯＡ５００は、各ピクセルに水平方向の偏光を入射した時に、透明導電膜のＩＴＯ電極５０６に所望の電圧を加えることにより、光信号の偏光面を光軸に垂直面上に０〜９０度まで回転できる。そして出力側にも偏光子５０２があるので可変光減衰器として作用する。具体的には、例えば液晶５１０への印加電圧１Ｖから５Ｖへ増加することにより、入射光の回転角は９０度から０度まで変化することから、この電圧を調整することにより、各波長の光信号について個別に透過光強度を制御できる。このようにして、液晶ＶＯＡ５００は、各波長の光信号の減衰を変化可能な可変光減衰器のアレイとして機能することがきる。なお、本実施形態では、図３に示すように液晶ＶＯＡ５００を光路上の第１液晶ＳＷ７００の前段に配置しているが、第２液晶ＳＷ８００の前段、反射ミラー６１０の前段に配置してもよい。
【００２９】
その後に波長ｃｈ毎に光ビームを上下方向に分離（してシフト）するための液晶光偏波スイッチ部に入射する。
【００３０】
ここで、図６を参照して本実施形態における液晶光偏波スイッチの基本原理を説明する。既に図５を参照して説明したように液晶素子５５０は偏光面の回転角度を印加電圧により０、９０度で制御できる。したがって液晶素子５５０と前述の偏波分離結晶８４０とを用いると、図６（ａ）に示すような上下に光を分離する１×２スイッチを構成できる。最終的にその各々の光路の出力側に各々ＰＬＣを設置することによりＷＳＳを構成できる。
【００３１】
この１×２光スイッチを１×４に拡大し反射させるためには、図６（ａ）に示した１×２光スイッチを、カスケードに配置すればよい。その原理を詳細に説明するため、偏光の変化を図６（ｂ）に示した。なお各液晶素子５５０の構造は実際には、図６（ａ）に示した多層構造であるが図６（ｂ）では省略して１層で示している。ここで第１の液晶素子５５０−１および第２の液晶素子５５０−２については、液晶素子に印加する電圧にしたがって、偏光を９０度回転するか、回転しないかの２値をとる。この例では第１の液晶素子５５０−１が９０度偏光を回転し、第２の液晶素子５５０−２が０度偏光を回転するように構成している。左から入射した水平方向の偏波の光は第１の液晶素子５５０−１により９０度偏光を回転させられる。そして第１の偏波分離結晶８４０−１で図６（ａ）に示した原理にしたがい大きくシフトする。第２の液晶は偏光面を回転せず、第２の偏波分離結晶８４０−２で図６（ａ）に示した原理に従いシフトする。ここでは第１の偏波偏波分離結晶８４０−１におけるシフト量を２ｄ、第２の偏波分離結晶８４０−２におけるシフト量をｄとなるように、偏波分離結晶の厚さをそれぞれ設定している。
【００３２】
そして第２の偏波分離結晶８４０−２を透過した垂直方法の偏波の光は、λ／４波長板６８０を透過し反射ミラー６１０で反射され再びλ／４波長板６８０を透過することにより９０度偏光を回転させられた後に、第２の偏波分離結晶８４０−２へ再び入射する。以後の偏光状態は図に示した通りであり、結果として、シフト量が３ｄとなる。
【００３３】
図６（ｃ）に１×４の出力状態を全て列挙した図を示す。その詳細な説明は省略するが、液晶素子に印加する電圧を制御することにより、結果として、入力ポートを基準に３ｄ，ｄ，−ｄ，−３ｄの４通りのシフト量だけシフトされた光を出力するようにすることができる。すなわち、図６（ｃ）に示すように入力ポート（ポート３）から入力した光は、ポート１，２，４，５の出力できる。ここで垂直方向へのシフト量の組み合わせは偏波分離結晶の厚さによって調整することが可能である。例えば第１および第２の偏波分離結晶のシフト量がそれぞれ３ｄおよびｄとなるように偏波分離結晶の厚さを設定すると、入力ポートからのシフト量の組み合わせは、４ｄ，２ｄ，−２ｄ，−４ｄとなり、入力側のＡＷＧ１０および出力側のＡＷＧ１０’を等間隔にスタックすることができる。
【００３４】
一方、水平方向（ＰＬＣのスタック方向に対して垂直な面内の方向）については、図３（ａ）に示したように各波長ｃｈの信号がＡＷＧ１０により分離されている。従って液晶スイッチを構成する液晶素子５５０も液晶ＶＯＡ５００と同様に図５（ｂ）に示すようにＩＴＯ電極を縦長にパタン化し、所望の波長ｃｈの信号光ごとに１ピクセルのＩＴＯ電極に当たるようにしておくことにより、各波長ｃｈごとに図６（ｃ）のような切り替えをすることが可能である。そして、ＡＷＧ１０’を出力信号の集光位置に並べることにより、所望のＡＷＧ１０’に戻すことができる。各ＡＷＧ１０’に戻された光は合波されてＰＬＣ基板の左側の各ポートから出力する。以上のように、図３に示した波長選択スイッチは、１×４の波長選択スイッチとして機能する。
【００３５】
なお各部品については反射迷光を防ぐために、端面を無反射コート処理を施している。
【００３６】
なおここでは液晶素子として、一般的なツイストネマティック型を用いてもよいし、電界制御複屈折型を用いてもよい。同様の機能を実現できるなら液晶の種類は特に限定しない。
【００３７】
また光の入力方向に向かって、液晶ＶＯＡ５００、第１液晶スイッチ７００、第２液晶スイッチ８００の順に配列する例を説明したが、この順番は自由に設定することが可能である。例えば、光の入力方向に向かって第１液晶スイッチ７００、第２液晶スイッチ８００、液晶ＶＯＡ５００という順番にしてもよい。
【００３８】
なお光学的には空間での光線はガウスビームで近似でき、反射型の本実施形態では反射ミラー面とＰＬＣ出力面がビームウエストとなる。また反射ミラーについては種々の方式が考えられる。図７に反射ミラーの構成例を示す。図７（ａ）は液晶ＶＯＡ５００および液晶スイッチ部（７００，８００）の配列の後段にミラー６１０を配置した例を示し、図７（ｂ）は、液晶ＶＯＡ５００おおよび液晶スイッチ部の配列のうちの最後段の部品における液晶素子５５０のＩＴＯ電極をＡｕ電極６１０’として構成し、当該Ａｕ電極６１０’を反射ミラーとして用いる例を示している。液晶素子５５０が焦点であるミラー面に近くなる分だけ、光信号の透過帯域が広く切れの良い波長スペクトル特性となるという利点がある。
【００３９】
なお本実施例では説明の都合上１×４（１入力４出力）の波長選択スイッチの例を示したが、光の進行方向を逆にして、入出力の方向も逆にすれば４入力１出力（４×１）の波長選択スイッチとして動作させることも可能である。さらに同じように１×２の液晶スイッチのカスケード数を増やすと、１×８，１×１６等の波長選択スイッチや、一部ポートを省略することにより１×Ｎ（Ｎは２以上の整数）、あるいはＮ×１の波長選択スイッチを構成することができる。
【００４０】
またここでは入力のＰＬＣ１０と出力光のＰＬＣ１０’とを分け合計で５枚のＰＬＣを用いる例を示したが、反射ミラー６１０により反射され主レンズ４０を再び透過した光を入力用のＡＷＧ１０に入力するように調整すると、入力のＰＬＣと出力のＰＬＣを１枚で兼ねることも可能である。この場合、ＡＷＧを含むＰＬＣ基板の枚数が１枚少なくなるという利点がある。入力のＰＬＣと出力のＰＬＣを１枚で兼ねるように波長選択スイッチを構成する場合には、光サーキュレータを用いることによって入出力光を分離することができる。
【００４１】
なお本実施形態はあくまで典型的な１例を示しており、同様の構成で同様の機能ブロックを持つものなら本実施形態のみに限るものではない。
【００４２】
（実施形態２）  複屈折結晶を用いた反射型ＷＳＳ
図８は、本発明の、第２の実施形態の波長選択スイッチＷＳＳの概略構成を説明するための図であり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は側面図である。図８に示す波長選択スイッチの構成要素のうち、図３に示す第１の実施形態の波長選択スイッチＷＳＳの構成要素と同一または類似の機能を有す構成要素については、同一または類似の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４３】
本実施形態の波長選択スイッチＷＳＳの構成は、主レンズ４０としてシリンドリカルレンズＢの代わりに球面レンズを用い、液晶スイッチを構成する偏波分離結晶としてウェッジ型の複屈折結晶９００を用いる点で、上記第１の実施形態の波長選択スイッチＷＳＳの構成と相違する。詳しくは後述するが、液晶光偏波スイッチ部における上下方向の光軸の分離（シフト）は、複屈折結晶９００による水平・垂直方向の偏光の屈折角度の違いによっても引き起こすことができる。本実施形態ではその複屈折結晶による偏光の角度分離を用いて波長選択スイッチを構成している。
【００４４】
本実施形態において、主レンズ４０の焦点はＰＬＣの出射端面および反射ミラー６１０の反射面に想定している。
【００４５】
ここで光信号の伝搬の順に従って本実施形態のＷＳＳの構造と機能を説明する。  
まず水平方向に左から光がＡＷＧ１０に入射し各波長ｃｈに分離され、シリンドリカルレンズＡ  ２０や偏光分離部３０を通過するまでは、実施形態１で説明したものと同じであるため省略する。
【００４６】
実施形態１では、主レンズ４０を通過し液晶ＶＯＡ５００へ入射する光と、液晶ＶＯＡ５００を透過し主レンズ４０へ入射する反射光とが平行であったのに対して、本実施形態では、主レンズ４０により光は、反射ミラー６１０の反射面に集光される。したがって本実施形態における液晶偏波スイッチ部は、上記第１の実施形態における液晶偏波スイッチ部のように平行に光軸をシフトさせるのではなく、入射した光軸の角度を変えるように作用する。
【００４７】
図９を参照して、本実施形態の液晶偏波スイッチ部で角度を変える原理を説明する。図９（ａ）は、本実施形態の液晶スイッチの一部を構成するウェッジ型の偏波分離結晶を説明するための図である。ここで偏波分離結晶の例として、複屈折結晶ＹＶＯ４を用いる。ここでは、複屈折結晶ＹＶＯ４の水平方向の屈折率がｎ（//）＝１．９４４７、垂直方向の屈折率がｎ＝２．１４８６とする。そして複屈折結晶ＹＶＯ４の光が入射する入射面が光路に対して垂直であり、図のように出力する出力面が入射面に対して傾いていると、スネルの法則により入力偏光の向きにより出力角度がシフトする。したがって、複屈折結晶の前段に配置された液晶素子５５０において、複屈折結晶に入射する光の偏光の方向を０か９０度に制御することにより出射角度を変化させる１×２の光スイッチとして第１液晶スイッチ７００および第２液晶スイッチ８００を機能させることができる。
【００４８】
図９（ｂ）は、図９（ａ）の複屈折結晶ＹＶＯ４の出射面のオフセット角度に対する、光軸の各偏光（水平、垂直）の屈折角度を計算したグラフである。このようにオフセット角度を調整することにより各偏光の屈折角を所望の値に変化させることができ、その垂直方向の光と水平方向の光との屈折角度差（図９（ｂ）において点線で示す。）も一様に増加する。本実施形態ではこの液晶光偏波スイッチ部により光軸に角度を与える。ここで反射ミラー６１０の反射面は焦点位置にあるため、反射角度にかかわらず主レンズ４０において入射光に対して平行な光が戻る。すなわち液晶光偏波スイッチ部による反射角度の変化は、主レンズ４０における中心軸からのシフト量に対応する。したがって、スイッチングした光を入射光と平行に、シフト量を調節して任意のＡＷＧに戻すことができるため光スイッチとして機能できる。
【００４９】
ここで複屈折結晶ＹＶＯ４の入射面は入射する光の光路に対して完全に垂直ではなく所望の特性が得られるように傾けて配置される。また反射ミラー６１０自体の角度は出力ポートも考慮して設定される。そして水平方向においてはＡＷＧにより各波長ｃｈに光信号は分離しているため、その各波長ｃｈに合わせて液晶素子のＩＴＯ電極５０６を分離して配置すれば、第１液晶ＳＷ７００および第２液晶ＳＷ８００はそれぞれ、各波長に対して１×２スイッチとして機能ができる。
【００５０】
例えばこれをカスケードに組み合わせることにより、上記第１の実施形態と同様に、１×４の光スイッチを構成できる。なおこの出射角度の変化分は出射面の傾きに依存する。したがって第１液晶スイッチ７００のスイッチング角度と、第２液晶スイッチ８００のスイッチング角度とを変えることにより１×４のスイッチを構成できる。例えば、第１液晶スイッチ７００で大きなスイッチング角度を与え、第２液晶スイッチ８００でより小さなスイッチング角度を与えるようにすることで、１×４のスイッチを構成できる。なお光軸の角度を変化させてもミラー面がレンズの焦点となっていることから、主レンズにより平行光となり、液晶偏波スイッチ部で付与された角度変化は、右から左に進行して主レンズ４０を透過した後に、上下方向のシフト量に対応し、上記第１の実施形態と同様の動作をする。
【００５１】
この１×４ＷＳＳにおいては複屈折結晶のオフセット角度のみで屈折角が決定され、結晶の厚さには依存しない。したがって可能な範囲で結晶を薄くすることが可能であり、上記第１の実施形態１と比較して、液晶素子５５０と反射ミラー６１０との距離を近くすることができるという長所がある。これは液晶素子における焦点ボケが少なく、特性としては各波長の光信号の透過帯域が広いことに対応する。
【００５２】
なお各部品については反射迷光を防ぐために、端面を無反射コート処理を施したり光軸の垂直面から傾けたりすることができることは言うまでもない。
【００５３】
本実施形態では、主レンズ４０として１枚の球面レンズを用いた例を示したが、収差等を考慮して他のレンズ、非球面レンズやベストフォーカスレンズ、あるいは２枚以上のレンズの組合せ、例えばアロマティックレンズの組合せ等を用いてもよい。
【００５４】
なお本実施例では説明の都合上１×４（１入力４出力）の波長選択スイッチの例を示したが、光の進行方向を逆にして、入出力の方向も逆にすれば４入力１出力（４×１）の波長選択スイッチとして動作させることも可能である。さらに同じように１×２の液晶スイッチのカスケード数を増やすと、１×８，１×１６等の波長選択スイッチや、一部ポートを省略することにより１×Ｎ（Ｎは２以上の整数）、あるいはＮ×１の波長選択スイッチを構成することができる。
【００５５】
なお本実施形態はあくまで典型的な１例を示しており、同様の構成の機能ブロックを持つものなら本実施形態のみに限るものではない。
【００５６】
（実施形態３）  偏波ビームディスプレーサを用いた透過型ＷＳＳ
図１０は、本発明の、第３実施形態の波長選択スイッチＷＳＳの概略構成を説明するための図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側面図である。図１０に示す波長選択スイッチの構成要素のうち、図３に示す第１の実施形態の波長選択スイッチＷＳＳの構成要素と同一または類似の機能を有す構成要素については、同一または類似の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５７】
本実施形態の波長選択スイッチは、上記第１の実施形態の反射ミラー６１０を無くし、当該反射ミラー６１０の位置について対称となるように、上記第１の実施形態の波長選択スイッチを並べて配置した、透過型ＷＳＳである。
【００５８】
したがって、本実施形態の波長選択スイッチは、基本的には反射ミラーが存在した場所の焦点面を対称面とした光学系であり、基本構造は全て上記第１の実施形態と同じである。異なる点は、入力光信号に対応するＰＬＣ基板１０のみを左側に残し、出力光信号に対応するＰＬＣ基板１０’のみを右側に設置していること、及び中央の反射ミラーを除いた焦点位置に１／２波長板８５０を設置した点である。第１および第３の実施形態の波長選択スイッチは、それぞれ反射型および透過型という違いから予想される変化であってそれ以外の点では用いる部品の細部まで全く同じであると考えて良い。したがって各部材の詳細な説明や、構造、動作原理の説明は第１の実施形態と重複するので省略する。
【００５９】
透過型波長選択スイッチの特徴として、反射面がなくなり中央の焦点面に１／２波長板をまとめて置くことができるため、液晶ＶＯＡや液晶スイッチなどの液晶素子を焦点面により近づけることができ、焦点ボケによる帯域劣化の影響が低減できる。また反射型では主レンズの前面からの反射戻り光が信号光と混ざりコヒーレントクロストークを引き起こす可能性があるが、透過型では原理的に反射戻り光が混ざらないのでそのような懸念はないという長所がある。
【００６０】
一方、透過型の欠点として当然ながら部品点数が約２倍必要であり、部品の高精度な調節箇所も約２倍となる。また各光部品の位置ズレトレランスも反射型に比べ厳しくなる。したがって透過型は原理的な特性には優れるが、現実のモジュールとしては大型で部材費や実装コストが高くなる傾向にある。
【００６１】
なお本実施形態はあくまで典型的な１例を示しており、同様の構成で同様の機能ブロックを持つものなら本実施形態のみに限るものではない。
【００６２】
（実施形態４）  複屈折結晶を用いた透過型ＷＳＳ
図１１は、本発明の、第４実施形態の波長選択スイッチＷＳＳの概略構成を説明するための図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は側面図である。図１１に示す波長選択スイッチの構成要素のうち、図８に示す第２の実施形態の波長選択スイッチＷＳＳの構成要素と同一または類似の機能を有す構成要素については、同一または類似の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６３】
本実施形態の波長選択スイッチは、上記第２の実施形態の反射ミラー６１０を無くし、当該反射ミラー６１０の位置について対称となるように、上記第２の実施形態の波長選択スイッチを並べて配置した、透過型ＷＳＳである。
【００６４】
したがって、本実施形態の波長選択スイッチは、基本的には反射型のミラーが存在した場合の焦点面を対称面とした光学系であり、基本構造は全て上記第２の実施形態と同じである。異なる点は、入力光信号に対応するＰＬＣ基板１０のみを左側に残し、出力光信号に対応するＰＬＣ基板１０’のみを右側に設置していること、及び中央の反射ミラーを除いた焦点位置に１／２波長板８５０を設置した点である。第１および第３の実施形態の波長選択スイッチは、それぞれ反射型および透過型という違いから予想される変化であってそれ以外の点では用いる部品の細部まで全く同じであると考えて良い。したがって各部材の詳細な説明や、構造、動作原理の説明は上記第１および２の実施形態と重複するので省略する。
【００６５】
また、本実施形態の透過型波長選択スイッチの特徴も、上記第３の実施形態で説明した特徴と同じであるので省略する。
【００６６】
なお本実施形態はあくまで典型的な１例を示しており、同様の構成で同様の機能ブロックを持つものなら本実施形態のみに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略構成を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】従来の波長選択スイッチに用いられるＭＥＭＳミラーの概略構成を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る波長選択スイッチに用いる液晶スイッチの動作原理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波長選択スイッチに用いる液晶光可変減衰器（液晶ＶＯＡ）の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は本発明の一実施形態に係る波長選択スイッチに用いる液晶光偏波スイッチの基本原理を説明するための図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、一実施形態に係る波長選択スイッチに用いる反射ミラーの構成形態を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る波長選択スイッチに用いる液晶スイッチの動作原理を説明するための図であり、（ａ）は、液晶スイッチの一部を構成する偏波分離結晶を説明するための図であり、（ｂ）は、偏波分離結晶として複屈折結晶ＹＶＯ４を用いた場合の出射面のオフセット角度に対する、光軸の各偏光（水平、垂直）の屈折角度を計算したグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０，１０’  光導波路基板
２０  シリンドリカルレンズ
４０  主レンズ
６０  ＭＥＭＳミラー
５００  液晶ＶＯＡ
６１０  ミラー
７００，８００  液晶スイッチ
【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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