JP4493538B2 - 波長選択スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、複数のＷＤＭネットワークがつながる大規模フォトニックネットワークにおけるハブ等に用いられ、波長毎に任意のパスに切り替えることができる波長選択スイッチに関する。

近年のネットワークは、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）や、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）など、数Ｍｂｉｔ／ｓ〜１００Ｍｂｉｔ／ｓ程度の帯域を持った高速アクセス網が急激に普及している。この高速アクセス網により、ブロードバンドインターネットサービスを享受できる環境が整備されつつあり、通信需要増大に対応するため、バックボーンネットワーク（コア網）では、波長多重技術を用いた超大容量光通信システムの敷設が進みつつある。

一方、メトロネットワーク（メトロ網）と、このコア網との接続部分においては、電気によるスイッチング能力の限界により、この接続部分での帯域ボトルネックの発生が危惧されている。そこで、帯域ボトルネックになるメトロ領域に新しい光スイッチングノードを設置し、ユーザが直接アクセスを行うメトロ網とコア網間で、電気スイッチを介在することなく光領域で直接接続する新しいフォトニックネットワークアーキテクチャの構築が有効であるため、各種の研究開発が精力的に行われている。

このような、コア網とメトロ網とを接続するノードに適用する光スイッチモジュールとして波長選択スイッチがある。図１３は、従来の波長選択スイッチの構成を示す図である。この波長選択スイッチ１３００は、入力光ポート１、回折格子２、レンズ３、ミラーアレイ４、ポート番号＃１〜ポート番号＃５を含む複数の出力光ポート５から構成されており、入力光ポート１から出射される波長多重（ＷＤＭ；Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光（光ビーム）を、回折格子２により異なる角度方向に分離した後、レンズ３により異なる位置に集光させる。集光位置には、分離したチャネル数に対応するＭ個の角度可変な微小ミラー（ＭＥＭＳミラー）からなるミラーアレイ４が配置されている。微小ミラーは、角度変更自在であり、入射された信号光を所望の角度に反射させ、各角度位置に配置されている複数の出力光ポート５（＃１〜＃５のいずれか一つ）へ導く。複数の出力光ポート５からは、選択した任意の波長の信号光を出射することができる（例えば、下記特許文献１参照。）。

図１４は、従来の波長選択スイッチの他の構成を示す図である。この波長選択スイッチ１４００は、図１３に示す構成と比べて透過型の回折格子１２を用いた点が異なる。他の構成は図１３と同様である。θ１は回折格子１２による波長別の光の分散方向（Ｘ方向）であり、θ２は、ある波長に対応する微小ミラー４ａによる光の反射方向（Ｙ方向）である。これら従来の波長選択スイッチは、１入力Ｎ出力（１×Ｎ）の波長選択機能を有している。逆に、入力と出力を逆にすることにより、Ｎ入力１出力（Ｎ×１）の波長選択機能を持たせることもできる。

図１５は、従来の波長選択スイッチが有する波長選択機能を説明する図である。図示のように、入力されたＷＤＭ光（λ１〜λＭ）は、１入力Ｎ出力の波長選択スイッチにより、ｃｈ１〜ｃｈＮのＮ個の光ポートにそれぞれ複数の任意の波長を割り当てて出力することができる（例えば、下記特許文献２参照。）。

米国特許第６５４９６９９号明細書 特表２００３−５１５１８７号公報

上述した従来技術では、１入力Ｎ出力（１×Ｎ）の波長選択機能、または、Ｎ入力１出力（Ｎ×１）の波長選択機能を実現するものであった。一方、光伝送システムでは、光ハブ（Ｈｕｂ）の機能が求められている。図１６は、光ハブの機能を説明する図である。光ハブは、Ｎ個の入力とＮ個の出力を有し、これらＮ×Ｎの入出力ポート間で任意の波長（λ１〜λＭ）を分離し、かつ、任意のポートに切り替えるという機能を持つ。この機能を得るためには、上述した従来技術の波長選択スイッチの個数が２Ｎ個必要となる。このため、従来技術により光ハブを構成しようとすると、装置が大型になるとともにコスト高になるという問題があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有し、入力ポートに入力されたＷＤＭ光を、チャネル毎に任意の出力ポートに切り替えることができるハブ機能を有する波長選択スイッチを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、この発明にかかる波長選択スイッチは、波長多重された光信号がそれぞれ入力され、所定の配置方向を有して配置された複数（Ｎ）の入力ポートと、複数の前記入力ポートからそれぞれ出射された光を、前記入力ポートの配置方向と異なる角度を有する方向に沿って波長別に複数（Ｍ）分離して出射させる第１の波長分散素子と、前記入力ポートの数（Ｎ）と、前記第１の波長分散素子により分離された光の数（Ｍ）に対応したＮ×Ｍの個数を有し、入射した光の反射方向を角度変更自在な微小ミラーを備えた第１のミラーアレイと、からなる入力側の光学系と、前記第１のミラーアレイと同じＮ×Ｍの個数を有する微小ミラーを備え、前記第１のミラーアレイによって反射された光が入射され、入射した光を選択した出力ポートから出力させるために角度変更自在な微小ミラーを備えた第２のミラーアレイと、前記第２のミラーアレイから出射された各波長別の光を合波し、選択された出力ポートに出射させる第２の波長分散素子と、前記第２の波長分散素子を通過した光が入射され、所定の配置方向を有して配置された複数（Ｎ）の出力ポートと、からなる出力側の光学系と、前記第１の波長分散素子に対する光の入射側に設けられた第１のレンズと、前記第１の波長分散素子に対する光の出射側に設けられた第２のレンズと、を備え、前記複数の入力ポートから入力された光の光路を任意の波長毎に前記複数の出力ポートから出力し、前記入力側の光学系と、前記出力側の光学系とが前記第１のミラーアレイおよび第２のミラーアレイを一端として折り返す形で配置され、前記第２の波長分散素子は、前記第１の波長分散素子と共用し、前記入力側の光学系および前記出力側の光学系を構成する前記入力ポートと、前記出力ポートと、前記第１の波長分散素子と、前記第１のレンズと、前記第２のレンズのそれぞれの傾き角度が、前記入力側および出力側のミラーアレイが有する光軸に対する傾き角度に一致させて配置したことを特徴とする。

この発明によれば、複数の入力ポートから入力された光を任意の出力ポートから出力することができる。さらに、入力ポートから入力された光は、波長別に選択して任意の出力ポートから出力することができる。これにより、入力Ｎと出力Ｎを有し、任意の波長を任意のポートに切り替えることができる。

本発明にかかる波長選択スイッチによれば、１台の波長選択スイッチで、光ハブ機能を実現することで、ハブ装置としてのサイズとコストを劇的に低減できるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる波長選択スイッチの好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１−１は、本発明にかかる波長選択スイッチの実施の形態１の構成例を示す図である。波長選択スイッチ１００は、入力ポートを構成するＮ本の入力ファイバ１０１と、出力ポートを構成するＮ本の出力ファイバ１０２をＹ方向に並べて配置し、凸レンズ１０３と、波長分散素子としての回折格子１０４（反射型、透過型いずれでも可能）と、凸レンズ１０５を光軸（Ｚ方向）上に配置し、さらに光軸の延長線上にはミラーアレイとしてのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）を備える。Ｎ本の入力ファイバ１０１と、Ｎ本の出力ファイバ１０２は、それぞれ、Ｎ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートに対応する。

ＭＥＭＳ基板１０６は、入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａと、同様の構造の出力側のＭＥＭＳ基板１０６ｂからなる。これら入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａの面と、出力側のＭＥＭＳ基板１０６ｂの面は、光軸であるＺ方向に対してそれぞれ４５度（互いは９０度）の角度をなすように対称配置されている。これらのＭＥＭＳ基板１０６ａ，１０６ｂは、Ｘ方向に微小ミラー１０７をＭ個並べて設け、Ｙ方向にこの微小ミラー１０７をＮ列並べて構成したマトリクス状のものである。Ｘ方向の微小ミラー配列個数Ｍは回折格子１０４によって分離する波長λ１〜λＭのチャネル数Ｍに対応し、Ｎは、ポート数（入力ファイバ１０１および出力ファイバ１０２の本数Ｎ）に対応している。これらＭＥＭＳ基板１０６ａ，１０６ｂは、ＭＥＭＳ技術を用いて微小な部品により構成されるものであり、実施の形態１にかかる２つのＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）は、基板上の微小ミラー１０７の角度を可変する機構を備えている。

図１−２は、波長選択スイッチ１００の側面図である。入力ポート（入力ファイバ１０１）から出力されたＷＤＭ光は、凸レンズ１０３で集光され、回折格子１０４へ入射される。回折格子１０４により波長毎に出射方向が異なるように振り分けられた光は、凸レンズ１０５を経由してＭＥＭＳ基板１０６ａのうち対応する波長の微小ミラー１０７（図１−１参照）に入射される。微小ミラー１０７から反射された光は、ＭＥＭＳ基板１０６ｂの微小ミラー１０７へ入射される。

ＭＥＭＳ基板１０６ａに入射される光は、光が入力された入力ファイバ１０１の位置（１〜Ｎ）と、光のチャネル（１〜Ｍ）により、ＭＥＭＳ基板１０６ａ上の対応する微小ミラー１０７に入力される。同様に、ＭＥＭＳ基板１０６ｂ上の微小ミラー１０７は、それぞれ、出力される出力ファイバ１０２の位置（１〜Ｎ）と、光のチャネル（１〜Ｍ）により対応づけられており、ＭＥＭＳ基板１０６ｂの微小ミラー１０７で反射された光は、凸レンズ１０５、回折格子１０４、凸レンズ１０３の順に経由し、ＭＥＭＳ基板１０６ｂ上の微小ミラー１０７の位置に対応した出力ファイバ１０２に出力される。

例えば、図１−２において、１番目の入力ポート（入力ファイバ１０１）より入力されたあるチャネルの波長の光は、ＭＥＭＳ基板１０６ａ上の微小ミラー１０７の角度を変更することにより、１番目の出力ポート（出力ファイバ１０２）への出力（実線）、および、Ｎ番目の出力ポート（出力ファイバ１０２）への出力（破線）を切り替えることができる。

したがって、個別のチャネルの光について、対応するＭＥＭＳ基板１０６ａの微小ミラー１０７およびＭＥＭＳ基板１０６ｂの微小ミラー１０７の角度を制御することにより、目的の出力ポートに出力させることができるようになる。

図２および図３は、実施の形態１の他の構成例を示す側面図である。実施の形態１（図１−２参照）の特徴である２つのＭＥＭＳ基板をＺ方向に対してそれぞれ４５度に配置し、入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａから出力側のＭＥＭＳ基板１０６ｂへ直接光を入射させる構成は図１−１、図１−２と同様である。そして、図２および図３では、入力ファイバ１０１から出力ファイバ１０２までの光路に用いる凸レンズの種類を変更した構成の例を示したものである。

図２に示す波長変換スイッチ１２０は、図１−２に示す波長変換スイッチ１００における凸レンズ１０３および凸レンズ１０５の代わりに入力ファイバ１０１および出力ファイバ１０２にそれぞれ対応して小型凸レンズ２００を配置し（レンズアレイでも可）、回折格子１０４に対して光を平行に入射させる構成である。光は入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａまで直進するので、波長変換スイッチ１００とはＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）の入力側と出力側の位置が逆（ＹＺ平面において１８０度回転させた位置）になる。

図１−２に示された構成と同様に、図２において、１番目の入力ポート（入力ファイバ１０１）より入力されたあるチャネルの波長の光は、ＭＥＭＳ基板１０６ａ上の微小ミラー１０７の角度を変更することにより、１番目の出力ポート（出力ファイバ１０２）への出力（実線）、および、Ｎ番目の出力ポート（出力ファイバ１０２）への出力（破線）を切り替えることができる。

図３に示す波長選択スイッチ１３０も図２と同様に、波長変換スイッチ１００の凸レンズ１０３の代わりに各ファイバに対応した小型凸レンズ２００（レンズアレイでも可）を配置する。凸レンズ１０５は、図２同様の状態で配置されており、光は、ＭＥＭＳ基板１０６ａへ入射する前に集光され、ＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）の入力側と出力側の位置は波長変換スイッチ１００と同じ位置となる。これらの波長選択スイッチ１２０、波長選択スイッチ１３０は、共に波長選択スイッチ１００と同様に、個別のチャネルの光について、対応するＭＥＭＳ基板１０６ａの微小ミラー１０７およびＭＥＭＳ基板１０６ｂの微小ミラー１０７の角度を制御することにより、目的の出力ポートに出力させることができる。

図１−２に示された構成と同様に、図３において、１番目の入力ポート（入力ファイバ１０１）より入力されたあるチャネルの波長の光は、ＭＥＭＳ基板１０６ａ上の微小ミラー１０７の角度を変更することにより、１番目の出力ポート（出力ファイバ１０２）への出力（実線）、および、Ｎ番目の出力ポート（出力ファイバ１０２）への出力（破線）を切り替えることができる。

上記実施の形態１によれば、１台の波長選択スイッチのみで、光ハブとしての機能を実現し、光ハブとしてのサイズとコストを劇的に低減させることができる。

（実施の形態２）
実施の形態２の構成は、ＭＥＭＳ基板上にビームウエストを設定した構成である。図４−１は、本発明にかかる波長選択スイッチの実施の形態２の構成例を示す図である。波長選択スイッチ４００は、２枚のＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）上で、ビームウエストを設定した構成である。波長変換スイッチ４００は、Ｎ本の入力ファイバ１０１と、Ｎ本の出力ファイバ１０２をＹ方向に並べて配置し、凸レンズ１０３と、回折格子１０４と、凸レンズ１０５を光軸（Ｚ方向）上に配置する。

さらに光軸の延長線上に、ＭＥＭＳ基板１０６ａと、ＭＥＭＳ基板１０６ｂを同一平面に配置する。同一平面とは、ＭＥＭＳ基板１０６ａの面と、ＭＥＭＳ基板１０６ｂの面とが同じ面位置で同一方向を向いて配置したことを示す。ＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）のＹ方向には、反射光学系として凸レンズ４０１と、全反射ミラー４０２をそれぞれ配置する。ＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）は、図１−１に示したものと同様の構成および機能を用いる。

図４−２は、波長選択スイッチの実施の形態２の構成例の側面図である。図４−２に示すように波長選択スイッチ４００は、ＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）をＺ方向に対して４５度傾け、ＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）の配置位置から見て図中下方には、光軸（Ｚ方向）に対して直交する方向（Ｙ方向）に沿って凸レンズ４０１と、凸面全反射ミラー４０２を配置する。この配置により、入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａに入射された光は、凸レンズ４０１で集光され、全反射ミラー４０２へ入射され、出力側のＭＥＭＳ基板１０６ｂへ反射される。

ここで、反射光学系である凸レンズ４０１と全反射ミラー４０２は、入力側の光学系であるＭＥＭＳ基板１０６ａの微小ミラー１０７から反射された光と、出力側の光学系であるＭＥＭＳ基板１０６ｂの微小ミラー１０７に入射される光の光路とを連続させる光路を形成する。したがって、２つのＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）の面と全反射ミラー４０２の面をビームウエスト位置にすることができる。このときの、全反射ミラー４０２の曲率については後述する。

実施の形態２によれば、２つのＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）を同一平面に実装でき、かつ、入力側、出力側の両ＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）上でビームウエストを設定できるので、微小ミラー１０７での反射効率を高めることができ、実装性と性能を向上させることが可能になる。なお、図４−２に示すようにＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）直前のレンズが凸レンズ１０５の１枚では、ＭＥＭＳ基板１０６ｂと凸レンズ１０５の間の光路Ｌ１と、凸レンズ１０５とＭＥＭＳ基板１０６ａの間の光路Ｌ２では互いに光路差が生じ、ＭＥＭＳ基板１０６の全ての面においてビームウエスト位置を得られないが、ビームウエスト位置のトレランスを広げる光学設計を行うことで、反射効率を低下させることがない構成とすることができる。

（実施の形態３）
図５−１は、本発明にかかる波長選択スイッチの実施の形態３の構成例を示す図である。図５−２は、波長選択スイッチの側面図、図５−３は、波長選択スイッチの上面図である。波長選択スイッチ５００は、Ｎ本の入力ファイバ１０１と、Ｎ本の出力ファイバ１０２をＹ方向に配置し、凸レンズ１０３と、回折格子１０４と、凸レンズ１０５と、ＭＥＭＳ基板１０６を光軸上に配置した構成を有する。ここで、入力側のＭＥＭＳ１０６ａの面と、出力側のＭＥＭＳ１０６ｂの面は同一平面となるように、また光軸に対して直交するように（Ｙ方向に沿って）配置している。ＭＥＭＳ基板１０６は、図１−１に示したものと同様の構成である。なお、図５−３にＭ個のチャネル（λ１〜λＭ）の分離方向を示してある。

波長選択スイッチ５００において、回折格子１０４は、入力ファイバ１０１から入射され凸レンズ１０３で集光された光と、出力側のＭＥＭＳ基板１０６ｂで反射され凸レンズ１０５で集光された光が入射するビームウエスト位置のみに回折用のスリットが設けられている。そして、回折格子１０４として使用しない部分（図中略下半部）は、図５−２に示すように全反射コーティング層１０４ａを設けている。全反射コーティング層１０４ａの曲率については後述する。

入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａで反射された光は、凸レンズ１０５を経由して回折格子１０４の全反射コーティング層１０４ａに入射され全反射される。そして、ＭＥＭＳ基板１０６ｂと凸レンズ１０５の間の光路Ｌ１と、凸レンズ１０５とＭＥＭＳ基板１０６ａの間の光路Ｌ２の光路長を等しくすることができる。

この実施の形態３によれば、光路Ｌ１，Ｌ２の光路長を同じ長さにできるため、図４−２に示した構成と異なり、２つのＭＥＭＳ基板１０７ａ，１０７ｂの全ての領域（微小ミラー１０７）にビームウエストを設定することができる。

（実施の形態４）
図６−１は、本発明にかかる波長選択スイッチの実施の形態４の構成例を示す図である。波長選択スイッチ６００は、Ｎ本の入力ファイバ１０１と、Ｎ本の出力ファイバ１０２をＹ方向に並べて配置し、個々のファイバ（ポート）毎に個別の球レンズを配置したレンズアレイ６０１と、回折格子１０３と、個々のファイバ毎に焦点異なるレンズ６０２を光軸（Ｚ方向）上に配置する。さらに光軸の延長線上にＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ、１０６ｂ）を光軸に対して４５度傾けて配置する。

ＭＥＭＳ基板は、入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａの面と、出力側のＭＥＭＳ基板１０６ｂの面とを同一平面となるように配置した構成である。入力ファイバ１０１から入射された光は、レンズアレイ６０１によって平行にＭＥＭＳ基板１０６ａへ入射されるため、１枚凸レンズを用いる場合に比べて、ＭＥＭＳ基板１０６ａとＭＥＭＳ基板１０６ｂが逆の配置（Ｙ平面上で１８０度回転した位置）となる。さらに、ＭＥＭＳ基板１０６と平行に凸レンズ６０３と、全反射ミラー６０４を配置する。ＭＥＭＳ基板１０６は、図１−１に示したものと同様の構成および機能を有する。全反射ミラー６０４の曲率については後述する。

レンズ６０２は、シリンドリカルレンズ（円柱レンズ）が用いられる。このレンズ６０２は、図６−１に示した回折格子１０４３により波長毎に分離された光を、Ｘ方向上で異なる位置の微小ミラー１０７に集光させる。

図６−２は、波長選択スイッチの実施の形態４の側面図である。レンズ６０２は、図示のように、レンズ６０２とＭＥＭＳ基板１０６ａの間の光路Ｌ１と、ＭＥＭＳ基板１０６ｂとレンズ６０２の間の光路Ｌ２の光路長が一定となるよう、Ｙ方向に対して所定角度を有して斜めに配置する。また、反射面として利用する全反射ミラー６０４をＭＥＭＳ基板１０６の面と平行に配置している。これにより、ＭＥＭＳ基板１０６ａ、１０６ｂを同一平面に配置できるとともに、ＭＥＭＳ基板１０６ａ、１０６ｂ上の全ての領域にビームウエストを設定することができる。したがって、波長選択スイッチ６００は、微小なＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ，１０６ｂ）に対応することができるようになる。

図７および図８は、実施の形態４の他の構成例を示す側面図である。図７に示す波長選択スイッチ６１０は、波長選択スイッチ６００のレンズ６０２の位置をＹ方向に並べて配置した構成を有する。レンズ６０２とＭＥＭＳ基板１０６ａの間の光路Ｌ１と、ＭＥＭＳ基板１０６ｂとレンズ６０２の間の光路Ｌ２の光路長は異なるが、各レンズ６０２のレンズ焦点がそれぞれＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ，１０６ｂ）の面（微小ミラー１０７）に位置するものを用いる。図８に示す波長選択スイッチ６２０は、図７に示した波長選択スイッチ６１０の全反射ミラー６０４に替えて、ＭＥＭＳ基板６０５を配置した構成である。これら波長選択スイッチ６１０と、波長選択スイッチ６２０は、波長選択スイッチ６００と同様の効果をもたらすことができる。

実施の形態４によれば、ＭＥＭＳ基板１０６ａ、１０６ｂを同一平面に配置できるとともに、ＭＥＭＳ基板１０６ａ、１０６ｂ上の全ての領域にビームウエストを設定することができる。したがって、波長選択スイッチ６００は、微小なＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ，１０６ｂ）に対応することができるようになる。

（実施の形態５）
図９−１は、本発明にかかる波長選択スイッチの実施の形態５の構成例を示す図である。図示するような座標軸において、波長選択スイッチ９００は、Ｎ本の入力ファイバ１０１と、Ｎ本の出力ファイバ１０２と、凸レンズ１０３と、回折格子１０４と、凸レンズ１０５を光軸（Ｚ方向）上に配置する。さらに光軸（Ｚ方向）の延長線上には、ＭＥＭＳ基板１０６ａとＭＥＭＳ基板１０６ｂを、互いが同一平面上となるように配置する。ＭＥＭＳ基板１０６の垂線上に、凸レンズ６０３と、全反射ミラー６０４をＭＥＭＳ基板１０６ａ基板１０６と平行に備える。また、上述した光学部品は、全てＹ方向に対して同一の角度に傾けた配置により構成される。ＭＥＭＳ基板１０６は、図１−１に示したものと同様の構成および機能を有する。

図９−２は、波長選択スイッチの実施の形態５の側面図である。図９−１を側面から見た状態である。波長選択スイッチ９００は、光学部品をＹ方向に対して斜め配置にすることで、ＭＥＭＳ基板１０６ｂと凸レンズ１０５の間の光路Ｌ１と、凸レンズ１０５とＭＥＭＳ基板１０６ａの間の光路Ｌ２とを同じ長さの光路長にできる。

実施の形態５によれば、ＭＥＭＳ基板１０６ａ、１０６ｂを同一平面に配置できるとともに、ＭＥＭＳ基板１０６ａ、１０６ｂ上の全ての領域にビームウエストを設定することができる。したがって、波長選択スイッチ６００は、微小なＭＥＭＳ基板１０６（１０６ａ，１０６ｂ）に対応することができるようになる。

（反射面についての説明）
図１０は、フラット反射の原理を説明する図である。入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａに入射された光は、ＭＥＭＳ基板１０６ａ上の微小ミラー１０７の可変角度θｉ（ＭＥＭＳ基板１０６と微小ミラー１０７のなす角）の変化より反射面１０００のどの位置（反射点Ｙｒ）に入射されるかが定まり、その関係は、レンズ焦点距離をｆとすると、Ｙｒ＝ｆ・θｉで表される。反射面１０００がフラットな場合、反射面１０００のどの部分に反射点を持ってきても、反射されるビームは、レンズ１００１の中心軸と対称な微小ミラー１０７にしか向かわない。したがって、任意のスイッチングができないことになる。

図１１は、曲面反射の原理を説明する図である。反射面１１００のような曲面反射面は、入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａで反射した光が入射する位置（以下、「反射点Ｙｒ」という）によりに反射面１１００での光の反射角度（以下、「ミラー角度θｍ（反射面１１００と反射面上の曲面ミラー１１０１のなす角）」という）は異なる。すなわち、レンズ焦点距離ｆが一定であれば、反射面１１００で反射された光が出力側のＭＥＭＳ基板１０６ｂのどの位置に入射されるかは、反射面１１００のミラー角度θｍから一義的に決定する。よって、ＭＥＭＳ基板１０６ａ上のミラー角度θｉを調整すれば、反射面１１００で反射させた光を任意の出力側ＭＥＭＳ基板１０６ｂに向かわせることが可能になる。

具体的には、入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａに入射された光を反射面１１００上のどの反射点に入射させるかは、Ｙｒ＝ｆ・θｉからＭＥＭＳ基板１０６ａのミラー角度θｉを調節することで可能である。また、反射面１１００で反射した光がＭＥＭＳ基板１０６ｂの所望の位置に入射させるためのシフト量ΔＹは、ΔＹ＝２×ｆ×θｍで求めることができる。したがって、θｉで定まる反射面１１００の反射点において、所望のシフト量ΔＹを得られるよう、反射面１１００の曲面ミラーの曲率、θｍを設定する。

以上のことから実施の形態２〜実施の形態５における波長選択スイッチ４００〜波長選択スイッチ９００において、入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａから出力側のＭＥＭＳ基板１０６ｂへの切り替えのための反射面（１０４ａ，４０２，６０４）は、任意の曲率を持った曲面にすることが望ましい。

図１２は、ブレーズド反射の原理を説明する図である。図１２に示すように、異なる反射角度を有する階段状（ブレ−ズド）の反射面１２００を用いることもでき、曲面反射と同様の機能が得られる。この場合、切り替えを行いたいポートの数（入力ファイバおよび出力ファイバの数）がＮのときは、Ｎ−１通りの反射角度を準備しておけばよいことになる。

したがって、実施の形態２〜実施の形態５における波長選択スイッチ４００〜波長選択スイッチ９００において、光を入力側のＭＥＭＳ基板１０６ａから出力側のＭＥＭＳ基板１０６ｂへの切り替えるための反射面として利用されている任意の曲率を持った曲面は、全てブレーズド面に差し替えても同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、実施の形態１〜実施の形態５において説明した波長選択スイッチを実装したモジュールを用いることで、Ｍ種類の波長を多重化した信号光のＮｃｈの入力を、Ｎｃｈの出力に任意に切り替えることが可能となる。

（付記１）波長多重された光信号がそれぞれ入力され、所定の配置方向を有して配置された複数（Ｎ）の入力ポートと、
複数の前記入力ポートからそれぞれ出射された光を、前記入力ポートの配置方向と異なる角度を有する方向に沿って波長別に複数（Ｍ）分離して出射させる第１の波長分散素子と、
前記入力ポートの数（Ｎ）と、前記第１の波長分散素子により分離された光の数（Ｍ）に対応したＮ×Ｍの個数を有し、入射した光の反射方向を角度変更自在な微小ミラーを備えた第１のミラーアレイと、からなる入力側の光学系と、
前記第１のミラーアレイと同じＮ×Ｍの個数を有する微小ミラーを備え、前記第１のミラーアレイによって反射された光が入射され、入射した光を選択した出力ポートから出力させるために角度変更自在な微小ミラーを備えた第２のミラーアレイと、
前記第２のミラーアレイから出射された各波長別の光を合波し、選択された出力ポートに出射させる第２の波長分散素子と、
前記第２の波長分散素子を通過した光が入射され、所定の配置方向を有して配置された複数（Ｎ）の出力ポートと、からなる出力側の光学系と、
を備え、前記複数の入力ポートから入力された光の光路を任意の波長毎に前記複数の出力ポートから出力することを特徴とする波長選択スイッチ。

（付記２）前記入力側の光学系と、前記出力側の光学系とが前記第１のミラーアレイおよび第２のミラーアレイを一端として折り返す形で配置され、
前記第２の波長分散素子は、前記第１の波長分散素子と共用することを特徴とする付記１に記載の波長選択スイッチ。

（付記３）前記第１の波長分散素子に対する光の入射側には第１のレンズを設け、光の出射側には第２のレンズを設けたことを特徴とする付記２に記載の波長選択スイッチ。

（付記４）前記第１のレンズは、前記第１の波長分散素子に対する入射光を平行光とし、
前記第２のレンズは、前記第１のミラーアレイの前記微小ミラーに対する入射光を集光させることを特徴とする付記３に記載の波長選択スイッチ。

（付記５）前記第１のレンズは、前記入力ポートから出射され、前記出力ポートに対して入射させる光の光軸に対応してそれぞれ個別に設けられたレンズ群からなることを特徴とする付記４に記載の波長選択スイッチ。

（付記６）前記第２のレンズは、前記入力ポートおよび前記出力ポートから出射される光の光軸に対応してそれぞれ個別に設けられたレンズ群からなることを特徴とする付記５に記載の波長選択スイッチ。

（付記７）前記入力ポートおよび前記出力ポートの配置方向と、前記第１の波長分散素子および第２の波長分散素子による光の分離方向とが互いに直交することを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の波長選択スイッチ。

（付記８）前記第１のミラーアレイおよび第２のミラーアレイは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により形成されたＭＥＭＳミラーであることを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の波長選択スイッチ。

（付記９）前記第１のミラーアレイと、前記第２のミラーアレイとを、前記光の光軸を中心として互いの面が４５度となるように対称位置に配置したことを特徴とする付記２〜８のいずれか一つに記載の波長選択スイッチ。

（付記１０）前記第１のミラーアレイと、前記第２のミラーアレイは、互いの面が同一平面となるよう配置され、
前記第１のミラーアレイから反射された光と、前記第２のミラーアレイに入射される光の光路とを連続させる光路を形成する反射光学系をさらに設けたことを特徴とする付記２〜８のいずれか一つに記載の波長選択スイッチ。

（付記１１）前記第１のミラーアレイと、前記第２のミラーアレイは、互いの面が同一平面となりかつ前記光の光軸に対して４５度の角度を有して配置され、
前記反射光学系は、前記光軸に対して直交する方向に配置されたレンズと、反射ミラーとからなることを特徴とする付記１０に記載の波長選択スイッチ。

（付記１２）前記入力側の光学系および前記出力側の光学系を構成する前記入力ポートと、前記出力ポートと、前記第１の波長分散素子と、前記第１のレンズと、前記第２のレンズのそれぞれの傾き角度を、前記入力側および出力側のミラーアレイが有する光軸に対する傾き角度に一致させて配置したことを特徴とする付記１１に記載の波長選択スイッチ。

（付記１３）前記第１のミラーアレイと、前記第２のミラーアレイは、互いの面が同一平面となりかつ前記光の光軸に対して直交する角度を有するよう配置され、
前記反射光学系は、前記第１の波長分散素子の面のうち前記光を分離させる回折面を除く面に形成された反射ミラーであることを特徴とする付記１０に記載の波長選択スイッチ。

（付記１４）前記第２のレンズは、前記第１のミラーアレイと、前記第２のミラーアレイとの間の距離が同じ光路長となるように配置されたレンズ群からなることを特徴とする付記１０に記載の波長選択スイッチ。

（付記１５）前記第２のレンズは、前記第１のミラーアレイの面と、前記第２のミラーアレイの面にそれぞれ焦点が合うよう個別の焦点距離を有するレンズ群からなることを特徴とする付記１０に記載の波長選択スイッチ。

（付記１６）前記反射光学系に設けられる反射ミラーは、ＭＥＭＳミラーであることを特徴とする付記１１に記載の波長選択スイッチ。

（付記１７）前記反射光学系に設けられる反射ミラーの反射面は、前記ミラーアレイの微小ミラーの変更角度に対応して所定の曲率を有する曲面反射面であることを特徴とする付記１１または１３に記載の波長選択スイッチ。

（付記１８）前記反射光学系に設けられる反射ミラーの反射面は、段階的に異なる反射角度を有するブレーズド反射面であることを特徴とする付記１１または１３に記載の波長選択スイッチ。

以上のように、本発明にかかる波長選択スイッチは、光通信網のノードに設けられ、波長毎にパスを切り替える光ハブ装置に適している。

本発明にかかる波長選択スイッチの実施の形態１の構成例を示す図である。 波長選択スイッチの側面図である。 実施の形態１の他の構成例を示す側面図である。 実施の形態１の他の構成例を示す側面図である。 本発明にかかる波長選択スイッチの実施の形態２の構成例を示す図である。 波長選択スイッチの側面図である。 本発明にかかる波長選択スイッチの実施の形態３の構成例を示す図である。 波長選択スイッチの側面図である。 波長選択スイッチの上面図である。 本発明にかかる波長選択スイッチの実施の形態４の構成例を示す図である。 波長選択スイッチの側面図である。 実施の形態４の他の構成例を示す側面図である。 実施の形態４の他の構成例を示す側面図である。 本発明にかかる波長選択スイッチの実施の形態５の構成例を示す図である。 波長選択スイッチの側面図である。 フラット反射の原理を説明する図である。 曲面反射の原理を説明する図である。 ブレーズド反射の原理を説明する図である。 従来の波長選択スイッチの構成を示す図である。 従来の波長選択スイッチの構成を示す図である。 従来の波長選択スイッチが有する波長選択機能を説明する図である。 光ハブの機能を説明する図である。

符号の説明

１ 入力光ポート
４ ミラーアレイ
５ 複数の出力光ポート
１００，１２０，１３０，４００，５００，６００，６１０，６２０，９００ 波長選択スイッチ
１０１ 入力ファイバ
１０２ 出力ファイバ
１０３，１０５，４０１，６０３ 凸レンズ
２，１２，１０４ 回折格子
１０６ａ，１０６ｂ，６０５ ＭＥＭＳ基板
１０７ 微小ミラー
２００ 小型凸レンズ
４０２，６０４ 全反射ミラー
６０１ レンズアレイ
３，６０２ レンズ
１１０１ 曲面ミラー

Claims (8)

1. 波長多重された光信号がそれぞれ入力され、所定の配置方向を有して配置された複数（Ｎ）の入力ポートと、
   複数の前記入力ポートからそれぞれ出射された光を、前記入力ポートの配置方向と異なる角度を有する方向に沿って波長別に複数（Ｍ）分離して出射させる第１の波長分散素子と、
   前記入力ポートの数（Ｎ）と、前記第１の波長分散素子により分離された光の数（Ｍ）に対応したＮ×Ｍの個数を有し、入射した光の反射方向を角度変更自在な微小ミラーを備えた第１のミラーアレイと、からなる入力側の光学系と、
   前記第１のミラーアレイと同じＮ×Ｍの個数を有する微小ミラーを備え、前記第１のミラーアレイによって反射された光が入射され、入射した光を選択した出力ポートから出力させるために角度変更自在な微小ミラーを備えた第２のミラーアレイと、
   前記第２のミラーアレイから出射された各波長別の光を合波し、選択された出力ポートに出射させる第２の波長分散素子と、
   前記第２の波長分散素子を通過した光が入射され、所定の配置方向を有して配置された複数（Ｎ）の出力ポートと、からなる出力側の光学系と、
   前記第１の波長分散素子に対する光の入射側に設けられた第１のレンズと、
   前記第１の波長分散素子に対する光の出射側に設けられた第２のレンズと、
   を備え、
   前記入力側の光学系と、前記出力側の光学系とが前記第１のミラーアレイおよび第２のミラーアレイを一端として折り返す形で配置され、
   前記第２の波長分散素子は、前記第１の波長分散素子と共用し、
   前記入力側の光学系および前記出力側の光学系を構成する前記入力ポートと、前記出力ポートと、前記第１の波長分散素子と、前記第１のレンズと、前記第２のレンズのそれぞれの傾き角度が、前記入力側および出力側のミラーアレイが有する光軸に対する傾き角度に一致させて配置され、
   前記複数の入力ポートから入力された光の光路を任意の波長毎に前記複数の出力ポートから出力することを特徴とする波長選択スイッチ。
2. 前記入力ポートおよび前記出力ポートの配置方向と、前記第１の波長分散素子および第２の波長分散素子による光の分離方向とが互いに直交す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。
3. 前記第１のミラーアレイおよび第２のミラーアレイは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により形成されたＭＥＭＳミラーであることを特徴とする請求項１または２に記載の波長選択スイッチ。
4. 前記第１のミラーアレイと、前記第２のミラーアレイとを、前記光の光軸を中心として互いの面が４５度となるように対称位置に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の波長選択スイッチ。
5. 前記第１のミラーアレイと、前記第２のミラーアレイは、互いの面が同一平面となるよう配置され、
   前記第１のミラーアレイから反射された光と、前記第２のミラーアレイに入射される光の光路とを連続させる光路を形成する反射光学系をさらに設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の波長選択スイッチ。
6. 前記第１のミラーアレイと、前記第２のミラーアレイは、互いの面が同一平面となりかつ前記光の光軸に対して４５度の角度を有して配置され、
   前記反射光学系は、前記光軸に対して直交する方向に配置されたレンズと、反射ミラーとからなることを特徴とする請求項５に記載の波長選択スイッチ。
7. 前記第１のミラーアレイと、前記第２のミラーアレイは、互いの面が同一平面となりかつ前記光の光軸に対して直交する角度を有するよう配置され、
   前記反射光学系は、前記第１の波長分散素子の面のうち前記光を分離させる回折面を除く面に形成された反射ミラーであることを特徴とする請求項５に記載の波長選択スイッチ。
8. 前記反射光学系に設けられる反射ミラーの反射面は、前記ミラーアレイの微小ミラーの偏向角度に対応して所定の曲率を有する曲面反射面であることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。

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