特許 6019466 波長選択光スイッチ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6019466

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】波長選択光スイッチ装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/31 20060101AFI20161020BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20161020BHJP

   G02F 1/01 20060101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/31

   G02F1/13 505

   G02F1/01 D

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-158381(P2012-158381)

(22)【出願日】2012年7月17日

(65)【公開番号】特開2014-21226(P2014-21226A)

(43)【公開日】2014年2月3日

【審査請求日】2015年5月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】591102693

【氏名又は名称】サンテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100084364

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 宜喜

(72)【発明者】

【氏名】桜井 康樹

【審査官】 廣崎 拓登

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０８３４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００５８３９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２９１７７３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００ − １／１３

１／１３７− １／１４１

１／２１ − ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多数の波長の光から成る信号光を入射する入力ポート及び選択された波長の光信号を出射する出力ポートを有する入出射部と、
信号光をその波長に応じて空間的に分散させると共に、反射光を合波する波長分散素子と、
前記波長分散素子によって分散された光を２次元平面上に集光する集光素子と、
波長に応じて展開されたｘ軸方向と、これに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、ｘ軸上の各画素についてｙ軸方向に位相シフト量をのこぎり波状に周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた空間光位相変調器と、
前記空間光位相変調器のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動し、各波長の光を夫々複数の方向に反射する空間光位相変調器駆動部と、を具備し、
前記入力ポートからの空間光位相変調器への入射光を正反射する０次回折光を基準として、ある１つの出力ポートに対する反射角をθ_Nとし、０次回折光を基準として入射光の角度をθ₀とすると、他の全ての出力ポートに入射する反射角は次式
θ₀／２＜θ_N<θ₀
の範囲の反射光を受光するものである波長選択光スイッチ装置。

【請求項2】

多数の波長の光から成る信号光を入射する入力ポート及び選択された波長の光信号を出射する出力ポートを有する入出射部と、
信号光をその波長に応じて空間的に分散させると共に、反射光を合波する波長分散素子と、
前記波長分散素子によって分散された光を２次元平面上に集光する集光素子と、
波長に応じて展開されたｘ軸方向と、これに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、ｘ軸上の各画素についてｙ軸方向に位相シフト量をのこぎり波状に周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた空間光位相変調器と、
前記空間光位相変調器のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動し、各波長の光を夫々複数の方向に反射する空間光位相変調器駆動部と、を具備し、
前記入出射部は、前記ある１つの入力ポートからの空間光位相変調器への入射光を正反射する０次回折光を基準として、出力ポートに対する反射角をθ_Nとし、０次回折光を基準として入射光の角度をθ₀とすると、他の全ての入力ポートからその出力ポートに入射する反射角は次式
θ₀／２＜θ_N<θ₀
の範囲の反射光を受光するものである波長選択光スイッチ装置。

【請求項3】

前記入出射部の前記入力ポート及び出力ポートは、複数のマイクロレンズと夫々のマイクロレンズの中心軸に位置する光ファイバとを有するものであり、
前記光ファイバとマイクロレンズの双方の間隔ｄを１２５μｍ以下とした請求項１又は２記載の波長選択光スイッチ装置。

【請求項4】

前記入出射部の前記入力ポート及び出力ポートを平面光回路とした請求項１又は２記載の波長選択光スイッチ装置。

【請求項5】

前記入出射部の前記入力ポートは複数のマイクロレンズと夫々のマイクロレンズの中心軸に位置する光ファイバとを有するものであり、前記マイクロレンズの有効径をφ、隣接するマイクロレンズの間隔をｄとしたときにφ＜ｄとなるようにレンズアレイを配置した請求項１又は２記載の波長選択光スイッチ装置。

【請求項6】

前記空間光位相変調器は、２次元に配列された多数の画素を有するＬＣＯＳ素子であり、
前記空間光位相変調器駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものである請求項１〜５のいずれか１項記載の波長選択光スイッチ装置。

【請求項7】

前記空間光位相変調器は、２次元に配列された多数の画素を有する液晶素子であり、
前記空間光位相変調器駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものである請求項１〜５のいずれか１項記載の波長選択光スイッチ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光通信システムのノード等に用いられる波長選択光スイッチ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

今日の高度情報通信社会を支える高速大容量光ネットワークには、波長多重光通信技術が利用されている。光ネットワーク網の分岐点に相当する光ノードでは、再構成可能なアド、ドロップ機能を有するＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer）装置の導入が進められている。ＲＯＡＤＭ装置を実現するため、任意の波長の光を任意の方向に切り換える波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch、ＷＳＳともいう）が注目されている。波長選択スイッチでは、波長を選択し所望の出力ポートへ光ビームを偏向させる光ビーム偏向素子が用いられている。特許文献１，２，３ではＬＣＯＳ素子(Liquid crystal on silicon)による回折現象を利用したものが提案されている。

【0003】

一方、近年の伝送容量需要に応えるべく、伝送レートの高速化、新規変調フォーマットが盛んに研究開発されており、光ネットワークも複雑化している。このような光ネットワークにおいては、各光信号の伝送レートや変調フォーマットに対し最適なフィルタリングを実現するため、従来の波長選択機能に加え、パスバンドの中心波長のシフト、及びパスバンドの拡大、縮小などの動的制御機能が求められている。

【0004】

この機能は、ＷＤＭ信号の各チャンネル、即ち相異なる波長の光に複数の画素を割り当てる高精細なＬＣＯＳ素子などを用い、光ビームの偏向にはマルチレベルの光フェーズドアレイを用いることで実現することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＵＳ２００６／００６７６１１Ａ１

【特許文献2】ＵＳ７３９７９８０Ｂ２

【特許文献3】特開２０１２−１０８３４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかるにこのような波長選択光スイッチ装置を用いて複数の入力ポートから成る光を１つのポートにまとめるマルチプレクサとして用いた場合に、選択していないポートの光が出力ポートに漏れることがあるという問題点があった。例えば図１（ａ）において波長選択光スイッチ１０１は複数の入力ポート１０２−１〜１０２−Ｎと１つの出力ポート１０３を有する光スイッチとする。この場合に例えば入力ポート１０２−１のある波長の光を選択していた場合であっても、他の入力ポート、例えば１０２−Ｎに加えられている信号の一部が出力ポート１０３に出力されてしまうという欠点があった。

【0007】

同様にして図１（ｂ）に示すように波長選択光スイッチ１１１は１つの入力ポート１１２と複数の出力ポート１１３−１〜１１３−Ｎを有する光スイッチとする。この場合に、例えば出力ポート１１３−１にある波長の光を選択していた場合であっても、選択していない出力ポート、例えば１１３−Ｎに入力の一部が漏れてしまうという問題点があった。これらの現象はポート間クロストークと呼ばれるが、できるだけ低いことが望まれる。光スイッチを光通信システムのノードに用いる場合には、ポート間クロストークは少なくとも３０ｄＢ以上、好ましくは４０ｄＢ以上にしておく必要がある。

【0008】

次にこのポート間クロストークの原因について説明する。マルチレベルの光フェースドアレイを用いた空間光位相変調器では、回折次数にかかわらず等間隔に高次回折光が現れる。例えば図２に示すようにＬＣＯＳ素子などの空間光位相変調器１２０に対する入射光の入射角をθ_inとすると、正反射する０次回折光Ｌ₀の出射角は−θ_inとなる。そして０次光からの１次回折光Ｌ₁の偏向角をθとすると、１次回折光には最大レベルの反射光が得られるが、これと等角度間隔のｎθ（ｎは整数）の回折光、即ち２次、３次・・・の高次回折光Ｌ₂、Ｌ₃・・・及び−１次、−２次・・・の高次回折光Ｌ_-1、Ｌ_-2・・・が現れる。従ってこれらの回折光を受光する位置に受光用の光軸や光ファイバがあれば、ポート間クロストークが生じてしまうこととなる。

【0009】

又図３はＬＣＯＳ素子の断面を示す図であり、光が入射する面から入射面に垂直方向にＡＲ層１３１，ガラス層１３２，透明共通電極１３３，液晶１３４，多数の背面反射電極１３５及びシリコン層１３６を積層して構成されている。ここでＡＲ層１３１から入射角θ_inで入射した光は図示しない光路を経て液晶層１３４より反射層１３５に入射する。この角度をａθ_in（ａは定数）とする。このとき各電極に印加される電圧に応じた回折角度で反射される。反射角をａ（θ_in＋θ）とすると、反射光はＡＲ層１３１を通過して外部に出力される。この反射光の出射角度はθ_in＋θとなる。しかし反射光の一部は共通電極層１３３の面で反射され、液晶層１３４を通って再び反射層１３５で反射され外部に出力される。この反射光の出射角度はθ_in＋２θとなる。これが繰り返されるため高次の反射光が得られ、高次の反射光の角度差はθの整数倍となる。これをフレネル反射光という。

【0010】

即ち高次回折成分とフレネル反射光成分は同一角度で周期的に現れることとなる。これらの反射光がポート間クロストークの原因となっている。

【0011】

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであって、高次回折成分とフレネル反射光成分によるクロストークの影響を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

この課題を解決するために、本発明の波長選択光スイッチ装置は、多数の波長の光から成る信号光を入射する入力ポート及び選択された波長の光信号を出射する出力ポートを有する入出射部と、信号光をその波長に応じて空間的に分散させると共に、反射光を合波する波長分散素子と、前記波長分散素子によって分散された光を２次元平面上に集光する集光素子と、波長に応じて展開されたｘ軸方向と、これに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、ｘ軸上の各画素についてｙ軸方向に位相シフト量をのこぎり波状に周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた空間光位相変調器と、前記空間光位相変調器のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動し、各波長の光を夫々複数の方向に反射する空間光位相変調器駆動部と、を具備し、前記入力ポートからの空間光位相変調器への入射光を正反射する０次回折光を基準として、ある１つの出力ポートに対する反射角をθ_Nとし、０次回折光を基準として入射光の角度をθ₀とすると、他の全ての出力ポートに入射する反射角は次式
θ₀／２＜θ_N<θ₀
の範囲の反射光を受光するものである。

【0013】

この課題を解決するために、本発明の波長選択光スイッチ装置は、多数の波長の光から成る信号光を入射する入力ポート及び選択された波長の光信号を出射する出力ポートを有する入出射部と、信号光をその波長に応じて空間的に分散させると共に、反射光を合波する波長分散素子と、前記波長分散素子によって分散された光を２次元平面上に集光する集光素子と、波長に応じて展開されたｘ軸方向と、これに垂直なｙ軸方向から成るｘｙ平面に展開された入射光を受光する位置に配置され、ｘｙ平面に格子状に配列された多数の画素を有し、ｘ軸上の各画素についてｙ軸方向に位相シフト量をのこぎり波状に周期的に変化させるマルチレベル光フェーズドアレイを用いた空間光位相変調器と、前記空間光位相変調器のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動し、各波長の光を夫々複数の方向に反射する空間光位相変調器駆動部と、を具備し、前記入出射部は、前記ある１つの入力ポートからの空間光位相変調器への入射光を正反射する０次回折光を基準として、出力ポートに対する反射角をθ_Nとし、０次回折光を基準として入射光の角度をθ₀とすると、他の全ての入力ポートからその出力ポートに入射する反射角は次式
θ₀／２＜θ_N<θ₀
の範囲の反射光を受光するものである。

【0014】

ここで前記入出射部の前記入力ポート及び出力ポートは、複数のマイクロレンズと夫々のマイクロレンズの中心軸に位置する光ファイバとを有するものであり、前記光ファイバとマイクロレンズの双方の間隔ｄを１２５μｍ以下としてもよい。

【0018】

ここで前記入力ポート及び出力ポートを平面光回路としてもよい。

【0019】

ここで前記入力ポートは複数のマイクロレンズと夫々のマイクロレンズの中心軸に位置する光ファイバとを有するものであり、前記マイクロレンズの有効径をφ、隣接するマイクロレンズの間隔をｄとしたときにφ＜ｄとなるようにレンズアレイを配置するようにしてもよい。

【0020】

ここで前記空間光位相変調器は、２次元に配列された多数の画素を有するＬＣＯＳ素子であり、前記空間光位相変調器駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものとしてもよい。

【0021】

ここで前記空間光位相変調器は、２次元に配列された多数の画素を有する液晶素子であり、前記空間光位相変調器駆動部は、波長選択特性に応じて各画素に印加する電圧を制御するものとしてもよい。

【発明の効果】

【0022】

このような特徴を有する本発明によれば、マルチレベルの光フェーズドアレイを用いて波長選択を行う光スイッチ装置において、ポート間のクロストークが生じにくい位置に出射用の出力ポートを設定できるようにしたものであり、出力ポートに生じるクロストークを大幅に低減することができる。従って光のスイッチングの品質を大幅に向上させることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は従来の波長選択光スイッチ装置を示す概略図である。

【図2】図２は高次回折光の角度を示す図である。

【図3】図３はＬＣＯＳ素子内のフレネル反射の状態を示す図である。

【図4A】図４Ａは本発明の第１の実施の形態による反射型の波長選択光スイッチ装置のｘ軸方向から見た光学的な配置を示す図である。

【図4B】図４Ｂは本発明の第１の実施の形態による反射型の波長選択光スイッチ装置のｙ軸方向からの光学的な配置を示す図である。

【図5】図５は本発明の第１の実施の形態による波長選択光スイッチ装置に用いられる２次元の空間光位相変調器を示す図である。

【図6A】図６Ａは本発明の第１の実施の形態による波長選択光スイッチ装置の空間光位相変調器の構造と空間光位相変調器への光の入射を示す図である。

【図6B】図６Ｂはこの空間光位相変調器からの光の反射を示す図である。

【図7】図７は本実施の形態によるＬＣＯＳ素子の入射位置と位相シフトの関係を示す図である。

【図8】図８は本発明の第１の実施の形態による波長選択光スイッチ装置の入射角と反射角の関係を示す図である。

【図9】図９は本発明の第２の実施の形態による波長選択光スイッチ装置のｘ軸方向から見た光学的な配置を示す図である。

【図10】図１０は本発明の第３の実施の形態による波長選択光スイッチ装置の光ファイバアレイとマイクロレンズの関係を示す図である。

【図11】図１１は偏向角度と回折効率の関係を示すグラフである。

【図12】図１２は本発明の第４の実施の形態による波長選択光スイッチ装置の光ファイバアレイとマイクロレンズの関係を示す図である。

【図13】図１３は第４の実施の形態によるマイクロレンズ間隔とクロストークとの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

（第１の実施の形態）
図４Ａは本発明の第１の実施の形態による反射型の波長選択光スイッチ装置の光学素子の構成を示すｘ軸方向から見た側面図、図４Ｂはそのｙ軸方向から見た側面図である。入射光は波長λ₁〜λ_nの光信号が多重化されたＷＤＭ信号光である。ＷＤＭ光は夫々光ファイバ１１を介してコリメートレンズ１２に出射される。コリメートレンズ１２はｘ方向及びｙ方向に光を集束して出力するものであり、図４Ａではその中心線についても示している。又コリメートレンズ１３−１〜１３−ｍに入射した光は夫々光ファイバ１１に平行に配置された光ファイバ１４−１〜１４−ｍより外部に出射される。ここでｍは自然数である。ここで光ファイバ１１及びコリメートレンズ１２は入力ポートを構成しており、光ファイバ１４−１〜１４−ｍ及びコリメートレンズ１３−１〜１３−ｍは複数の出力ポートを構成している。コリメートレンズ１２から出射するＷＤＭ光は波長分散素子１５に入射される。波長分散素子１５は光を波長に応じてｘｚ平面上で異なった方向に分散するものである。ここで波長分散素子１５としては、回折格子であってもよく、又プリズム等を用いてもよい。又回折格子とプリズムを組み合わせた構成でもよい。こうして波長分散素子１５で分散された光は集光素子であるレンズ１６に与えられる。レンズ１６は図４Ｂに示すようにｘｚ平面上で分散した光をｚ軸方向に平行に集光する集光素子であって、集光した光は回折格子として機能する空間光位相変調器１７に入射される。

【0025】

尚ここでは図４Ｂに最長波長λ₁及び最短波長λ_nの光を例示しているが、入射光はλ₁〜λ_nまでの間で多数のスペクトルを有するＷＤＭ信号光であるので、ｘｚ平面に沿って展開されたＷＤＭ信号光が帯状に空間光位相変調器１７に加わる。空間光位相変調器１７は入射光の波長毎に方向を異ならせ反射するものであり、その反射特性に応じて光フィルタの選択特性が決定されるが、詳細については後述する。空間光位相変調器１７によって反射された光は、同一の経路を通ってレンズ１６に加わり、再び波長分散素子１５に加わる。波長分散素子１５は反射光に対しては元の入射光と同一方向に集束し、ｚ軸に平行な光に変換し、コリメートレンズ１３−１〜１３−ｍを介して夫々光ファイバ１４−１〜１４−ｍに出射する。ここで光ファイバ１１，１４―１〜１４−ｍとコリメートレンズ１２，１３−１〜１３−ｍは、ＷＤＭ信号光を入射し、選択された光を出射する入力用及び出力用のポートを構成しており、合わせて入出射部となっている。この実施の形態では光ファイバ１１、コリメートレンズ１２を入力ポート、他を出力ポートとしているが、これらは適宜変更することが可能である。入力ポートを複数、出力ポートを１つとしてもよい。この場合は入力ポートに加わる光はＷＤＭ光のいずれかの波長成分の光を入力し、出力ポートでこれを合成するものであってもよい。

【0026】

（空間光位相変調器の構成）
次にここで第１の実施の形態による波長選択光スイッチ装置に用いられる空間光位相変調器１７について説明する。第１の実施の形態において、入射光を波長に応じてｘｚ平面上で分散させ、空間光位相変調器１７に入射したとき、その入射領域は図５に示す長方形状の領域Ｒであるとする。そして第１の実施の形態の波長選択光スイッチ装置では、波長毎に反射させる方向を選択することによって、任意の波長の光を選択することができる。空間光位相変調器１７には設定部２０がドライバ２１を介して接続されている。設定部２０はｘｙ平面の光を反射又は透過する画素を選択波長に合わせて後述するように決定するものである。ドライバ２１は入力されたデジタル信号を画素に印加する電圧に変換するＤ／Ａ変換器を含んでいる。設定部２０とドライバ２１は空間光位相変調器１７のｘｙ方向に配列された各画素の電極を駆動することによってｘ軸及びｙ軸方向の所定の位置の画素の特性を制御する空間光位相変調器駆動部を構成している。

【0027】

次に空間光位相変調器１７の詳細な構成について説明する。空間光位相変調器１７としてはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）の液晶素子を用いて実現することができる。ＬＣＯＳ素子１７Ａは各画素の背面に液晶変調ドライバを内蔵しているため、画素数を多くすることができ、例えば1920×1080の多数の格子状の画素から構成することができる。図６ＡはＬＣＯＳ素子１７Ａを示す概略図であり、光が入射する面からｚ軸に沿ってＡＲ層３１，ガラス層３２，透明共通電極３３，アライメント層３４，液晶３５，多数の背面反射電極３７を含むアライメント層３６及びシリコン層３８を積層して構成されている。

【0028】

ＬＣＯＳ素子１７Ａでは波長毎に異なる位置に光ビームが入射する。即ち入射領域に加わる光はＷＤＭ光を波長帯λ_i（ｉ＝１〜ｎ）に応じてｘｙ平面に展開した光である。ここで波長分散方向を図５に示すｘ軸方向とすると、夫々の波長に対してｙ軸方向に並んだ多数の画素が対応する。そのため、ＬＣＯＳ素子１７Ａのある波長の光λ_iが入射するｙ軸方向の多数の画素に周期的に異なった電圧を与えることによって、図５に示すようにステップ状の位相シフト関数で示され、全体としてのこぎり形状となる屈折率の変化を実現することができる。図７はこの位相シフト関数と光の入射位置との関係を示す図である。図７では複数の画素、ここでは６画素によって位相シフト量を段階的に変化させ、この変化を周期的に繰り返すことによってブレーズ型の回折格子と同等の機能を実現するようにしている。尚、図中では直線状ののこぎり波はブレーズ型回折格子の場合であり、ステップ状の波形は多数のレベル数を有するＬＣＯＳ素子の場合を示している。このように屈折率の変化によりマルチレベル光フェーズドアレイが実現でき、回折現象により例えば図６Ｂに示すように反射方向を異ならせることができる。ここで位相シフト関数を適宜選択することによって入射光の屈折角度を夫々の波長毎に異なった方向に変化させることができるので、ＬＣＯＳ素子は特性可変型の回折格子として考えることができる。従って透明共通電極３３と背面反射電極３７との間に電圧を印加することによって各波長成分の回折角を独立に制御し、特定波長の入力光を所望の方向に反射させたり、他の波長成分の光を不要な光として回折させ、出射されない方向に光を反射させることができる。

【0029】

またこの空間光位相変調器１７の第２の例として、ＬＣＯＳ構造ではない反射型の２次元電極アレイを有する液晶素子１７Ｂについて説明する。ＬＣＯＳ素子の場合には画素の背面に液晶ドライバが内蔵されているが、２次元電極アレイ液晶素子１７Ｂは液晶変調用のドライバが素子の外部に装備されている。その他の構成はＬＣＯＳ素子と同様であり、前述したマルチレベルの光フェーズドアレイを実現することができる。

【0030】

さてマルチレベル光フェーズドアレイの回折角度は次式（１）で示される。
sinθ_in＋sinθ_diff＝ｍ・λ／Λ ・・・（１）
ここで
ｑ：マルチレベル数
ｍ：回折次数
λ：波長
Λ：フェーズドアレイピッチ
θ_in：入射角度
θ_diff：回折角度
とする。

【0031】

ここで入力ポートと出力ポートの配置及び空間光位相変調器１７への入出射角について更に説明する。この実施の形態では入力ポートに対して複数の出力ポートが設けられている。さて図８に示すように入力ポートからの出力が空間光位相変調器１７に入射される。図８では入射光を中心の１本のラインＬ_inで示している。０次反射光Ｌ₀については入射角と出射角は同一である。そして空間光位相変調器１７をマルチレベル光フェーズドアレイで制御し、０次反射光Ｌ₀の角度を基準としてある波長の光を１つの出力ポートに反射するよう制御したときの反射光までの角度をθ_Nとする。この１次反射光を受光する角度に位置する出力ポート、例えばコリメートレンズ１３−ｉ、光ファイバ１４−ｉの出力ポートには、最大レベルの反射光Ｌ_iが得られる。ここで前述したようにフレネル反射の場合であっても高次回折光成分であっても、０次反射光と１次反射光との角度θ_Nの整数倍の位置にも一点鎖線で示す角度にその波長の反射光の一部が出力される。従って特定の１次反射光を受光する角度に設置されるポートを出力ポートとした場合には、残余の反射光が現れる位置には他の出力ポートを配置しないことによって、ポート間クロストークを効果的に低減することができる。即ち他の全ての出力ポートについては、０次反射光Ｌ₀を基準として他の出力ポートに入射する反射光の角度θ_Mはｐを整数としてｐθ_Nを中心として微小角度範囲±Δθ内に位置しないように割り当てる。即ち配置してもよい範囲は以下の式で示される。
ｐ・θ_N＋Δθ＜θ_M＜（ｐ＋１）θ_N−Δθ ・・・（２）
Δθは小さいほど好ましく０であれば最も良い。ここでレンズ１６の焦点距離をｆとし、全てのコリメートレンズ１３−１〜１３−ｍに入射するビームの直径をφとすると、Δθはφ／２ｆ以下であることが好ましい。いずれの出力ポートについてもそれ以外の出力ポートとの間ではこの関係を満たすことができるように、夫々の出力ポートの角度を設定する。例えばコリメートレンズ１３−１、光ファイバ１４−１から成る出力ポートに入射する際に、０次反射光を基準としてその反射光のラインＬ₁との角度をθ₁とすると、それ以外の出力ポートへの反射角はｐθ₁を中心として±Δθの範囲以外の値となる。こうすればポート間クロストークを効果的に防止することができる。

【0032】

次に第１の実施の形態の変形例として、入力ポートと出力ポートとを逆転させた場合について説明する。複数の入力ポートと１つの出力ポートによって波長選択光スイッチ装置を構成する場合には、ある１つの入力ポートからの空間光位相変調器への入射光を正反射する０次回折光を基準として、出力ポートに入射する反射角をθ_Nとすると、他の全ての入力ポートからその出力ポートに入射する反射角θ_Mは、ｐを整数、集束レンズ１６の焦点距離をｆ、出力ポートによっての入射位置での光ビームのビーム直径をφとし、Δθをφ／２ｆ以下として、ｐθ_Nを中心として微小角度範囲±Δθ内に位置しないように割り当てる。即ち配置してもよい範囲は前述した式（２）で示される。

【0033】

（第２の実施の形態）
さて第１の実施の形態の条件（２）を満たすことによってクロストークを防止することができるが、このような条件を満足する位置に出力ポートや入力ポートを設定することは容易でない場合がある。そこで第２の実施の形態による波長選択光スイッチ装置では、入出力ポートの配置を容易にすることができるようにしている。図９は入力ポートと複数の出力ポートを示しており、ここでは入力ポートを光ファイバ４１、コリメートレンズ４２から成るものとし、反射光を受光する位置されたマイクロレンズアレイをコリメートレンズ４３−１〜４３−ｍ、光ファイバ４４−１〜４４−ｍとする。その他の構成は第１の実施の形態と同様であるので詳細な説明を省略する。この場合も入力ポートから出射された光が空間位相変調器１７に入射するとき、入射光のラインをＬ_inとし、その０次反射光をラインＬ₀で示す。０次反射光のラインＬ₀と入射光のラインＬ_inとの角度をθ₀とする。このラインＬ₀を基準にしてある１つの出力ポートに入射する１次反射光のラインＬ₁の角度をθ_Nとする。このとき２次回折光Ｌ₂、３次回折光Ｌ₃・・・は、２θ_N，３θ_N・・・の反射角度を持つ。又−１次回折光Ｌ_-1、−２次回折光Ｌ_-2・・・は−θ_N，−２θ_N・・・の反射角度を持つ。従って他の全ての出力ポートに入射する光のラインＬ₀に対する角度は以下の条件
θ₀／２＜θ_N<θ₀ ・・・（３）
を満たすように配置する。この式（３）の条件に合うように他の出力ポートを配置することによって、全ての出力ポートについて第１の実施の形態の条件式（２）を考慮することなく、容易にポート間クロストークを回避するように配置することができる。この場合にはコリメートレンズや光ファイバを近接して配置することとなるため、配置が極めて容易となるという効果も得られる。

【0034】

次に第２の実施の形態の変形例として、入力ポートと出力ポートとを逆転させた場合について説明する。この場合にはある１つの入力ポートからの空間光位相変調器への入射光を正反射する０次回折光を基準として、出力ポートに対する反射角をθ_Nとし、０次回折光を基準として入射光の角度をθ₀とすると、他の全ての入力ポートからその出力ポートに入射する反射角は次式
θ₀／２＜θ_N<θ₀
の範囲の反射光を受光するものとする。

【0035】

（第３の実施の形態）
次の本発明の第３の実施の形態について説明する。この実施の形態は第１の実施の形態と基本的には同一であり、入出力ポートの配置のみが異なっている。図１０はこの実施の形態による光ファイバアレイ５１とマイクロレンズアレイ５２の配置を示している。光ファイバには同一間隔で多数のファイバ５１−１，５１−２・・・を並列に一体化したファイバアレイを用いる。コリメートレンズは隣接する多数のレンズ５２−１，５２−２・・・を一体化したマイクロレンズアレイを用いる。そしてファイバとレンズの間隔と光軸を一致させるため、その間隔は同一に設定する。ここではその間隔をｄとする。一般的にマイクロレンズアレイの間隔ｄは１２５μｍ又は２５０μｍのものが用いられている。これは広く使用されている光ファイバの芯線の径である１２５μｍや、光ファイバ粗線の径である２５０μｍに合わせたものであるが、第３の実施の形態では、この間隔ｄを以下のように定める。
ｄ＜１２５μｍ
このように間隔ｄを定めると光ファイバアレイ５１の各光ファイバ間隔及びマイクロレンズアレイ５２のレンズの間隔をより密に配置することとなり、偏向角度を小さくすることができる。例えばクラッド径が８０μｍの光ファイバを用いてファイバアレイを構成してもよい。又平面光波回路ＰＬＣを用いて間隔ｄを１２５μｍ以下とし、入出力ポートをアレイ化してもよい。

【0036】

こうすれば狭い間隔で多数の入出力ポートを配置することができるため、ポート数を増やすことが可能となる。又図１１は偏向角度と回折効率との関係を示すグラフである。この図に示されるように、偏向角度が小さければ小さいほど回折効率は向上する。従ってこの実施の形態では狭い間隔で多数の入出力ポートを配置することができ、ポート数を増加させると共に回折効率を向上させることができるという効果が得られる。

【0037】

（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。この実施の形態においても入出力ポートの部分のみを図１２に示しており、それ以降の構成については第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。この実施の形態では図１２に示すように隣接するマイクロレンズアレイとの間隔をｄとする。各マイクロレンズの有効域直径φとすると、直径φよりもマイクロレンズ間隔ｄを大きくなるように（φ＜ｄ）設定する。図１３はマイクロレンズ間隔ｄとクロストークとの関係を示すグラフであり、この間隔ｄが大きくなるほどクロストークの低減量が大きくなる。即ち高次回折光やフレネル反射光の成分がなるべく光ファイバアレイに入射しないようにするために、これらの反射光がレンズの中間に入射するようにするときに、マイクロレンズアレイの各レンズの有効径をレンズ間隔より小さくすることでクロストーク性能を向上させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0038】

以上詳細に説明したように本発明によれば、空間光位相変調器からの反射光や透過光を受光する出力ポートの角度を適宜設定することによって、ポート間クロストークを低減することができる。これにより波長選択光スイッチ装置をＷＤＭ光のアドドロップ機能を有するノードの主要構成要素として用いることができる。

【符号の説明】

【0039】

１１，１４−１〜１４−ｍ 光ファイバ
１２，１３−１〜１３−ｍ コリメートレンズ
１６，１８ レンズ
１５ 波長分散素子
１７ 空間光位相変調器
１７Ａ ＬＣＯＳ素子
１７Ｂ ２Ｄ電極アレイ液晶素子
２０ 設定部
２１ ドライバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】