特許 6019468 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】6019468

(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 1/01 20060101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/31

   G02F1/01 D

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-199170(P2012-199170)

(22)【出願日】2012年9月11日

(65)【公開番号】特開2014-56004(P2014-56004A)

(43)【公開日】2014年3月27日

【審査請求日】2015年6月5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】 国際公開第２０１２／０５６９８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００６７６１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１０６６３３（ＪＰ，Ａ）

(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】

複数の入出力ポートを有し、ＷＤＭ信号光が入射光として加えられる光入出力部と、
前記光入出力部より入力される入射光を波長毎に空間的に異なる角度に分離すると共に、異なる方向からの出射光を合成して前記光入出力部に出力する偏波面無依存型の波長分散素子と、
前記波長分散素子によって分離された光を集光する集光素子と、
前記集光素子を介して入射された入射光をその偏光成分に応じて分離して第１，第２の光ビームとし、その一方の偏光方向を回転させることによって偏光方向をそろえると共に、第１，第２の反射光のうち同一波長の出射光の一方の偏光方向を回転させて合成する偏波分離器と、
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、ｙ軸方向に連続する複数の画素の位相を変化させることによってその画素の屈折率特性を変化させ、波長毎に反射方向を変化させる空間位相変調素子と、
前記空間位相変調素子の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各波長毎に位相シフト特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を反射する空間位相変調素子駆動部と、を具備し、
前記集光素子は空間位相変調素子の面に達する光がどの位置でも互いに平行となるように結像するテレセントリック光学系の集光素子であり、
前記空間位相変調素子の面上でのＷＤＭ信号光の１チャンネル当りの波長分散方向の物理長をｄとし、１チャンネル当りの波長分散方向のビーム半径をｗｌとすると、ｄ／ｗｌ＞６としたことを特徴とする波長選択光スイッチ装置。

【請求項2】

前記波長分散素子の角度分散をｄθ／ｄν、前記集光素子に入射する波長分散方向のビーム半径をｗｆとすると、
ｄθ／ｄνとｗｆとの積を、０．０６（ｒａｄ．／ＧＨｚ・μｍ）以上としたことを特徴とする請求項１記載の波長選択光スイッチ装置。

【請求項3】

前記集光素子は、集光レンズ又は凹面鏡のいずれか一方である請求項１又は２記載の波長選択光スイッチ装置。

【請求項4】

前記空間位相変調素子は、
２次元に配列された多数の画素を有するＬＣＯＳ素子であり、
前空間位相変調素子駆動部は、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１〜３のいずれか１項記載の波長選択光スイッチ装置。

【請求項5】

前記偏波分離器は、
入射光を偏光方向に応じて第１，第２の光ビームに分離する偏光ビームスプリッタと、
分離した一方の光の偏光方向と他方の光の偏光方向にそろえる波長板と、を具備する請求項１〜４のいずれか１項記載の波長選択光スイッチ装置。

【請求項6】

前記波長分散素子は、グリズムである請求項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】

本発明は光通信分野などに用いられるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などの液晶素子を用いた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、任意の波長を任意の方向に切り換える波長選択光スイッチ（Wavelength Selective Switch、波長選択光スイッチ装置ともいう）が注目されている。波長選択光スイッチでは、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おり、特許文献１，２にはＬＣＯＳ(Liquid crystal on silicon)による回折現象を利用したものが用いられている。又特許文献３，４にはＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical System) ミラーアレイの機械的変位を利用したものが用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＵＳ７７８７７２０Ｂ２

【特許文献2】ＵＳ７３９７９８０Ｂ２

【特許文献3】ＵＳ７１６２１１５Ｂ２

【特許文献4】ＵＳ６７０７９５９Ｂ２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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ことが求められている。

【0005】

ＲＯＡＤＭ装置では光信号は複数の波長選択光スイッチを通過するが、個々の波長選択光スイッチのフィルタ波形のエッジが急峻でないと波長選択光スイッチを通過する度に通過帯域幅が狭窄化し、受信端で信号を十分に再生できないという問題が発生する。特にこの問題は、伝送レートの高い光信号の送受信で顕在化する。この問題を解決するため、よりエッジが急峻なフィルタ波形、即ち大きなスーパーガウシアン係数を有する波長選択光スイッチ装置が望まれている。

【0006】

波長選択光スイッチ装置の伝達関数は、次式に示すスーパーガウス関数で表現できる。
ＩＬ＝１０・log［exp（-ln₂・（２・Δν／ＢＷ₃）²ⁿ）］ ・・・（１）
ここで、
ＩＬ：相対挿入損失（ｄＢ）
Δν：フィルタ中心周波数からのズレ量、
ＢＷ₃：３ｄＢバンド幅
ｎ：スーパーガウシアン係数
である。ここで図１はスーパーガウシアン係数ｎを１〜６まで変化させたときの中心周波数からのずれ量に対する相対挿入損失を示すグラフである。通常の波長選択スイッチではｎは３程度であった。

【0007】

波長選択光スイッチ装置では特許文献１，２に示すように空間位相変調素子としてＬＣＯＳ素子が用いられる。ＬＣＯＳ素子のスイッチング性能は、そのスイッチングの原理から偏波依存性を有している。従って偏波依存性による光学的損失を解消するために、入力光の偏波をＬＣＯＳ素子の構造で決められる所望の単一偏波に変換する光学部品が必要である。

【0008】

そして波長分散素子に偏光依存性がある場合、それによる光損失を避けるため、光学素子は波長分散素子の前に配置する必要がある。

【0009】

しかしながら、テレセントリック光学系を構成する集光レンズの手前にこの光学素子を配置すると、集光レンズには偏波分離した２本のビームが別々の位置に入射することになり、集光レンズへの入射ビーム径が集光レンズ有効径の半分以下に制限される。従ってｎの値は偏光を分離し、所定方向にそろえるという操作をしない場合に比べて半分以下となってしまい、シャープな波長選択特性が得られないという問題点があった。

【0010】

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、シャープなフィルタ特性を実現することができる波長選択光スイッチ装置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】

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、複数の入出力ポートを有し、ＷＤＭ信号光が入射光として加えられる光入出力部と、前記光入出力部より入力される入射光を波長毎に空間的に異なる角度に分離すると共に、異なる方向からの出射光を合成して前記光入出力部に出力する偏波面無依存型の波長分散素子と、前記波長分散素子によって分離された光を集光する集光素子と、前記集光素子を介して入射された入射光をその偏光成分に応じて分離して第１，第２の光ビームとし、その一方の偏光方向を回転させることによって偏光方向をそろえると共に、第１，第２の反射光のうち同一波長の出射光の一方の偏光方向を回転させて合成する偏波分離器と、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、ｙ軸方向に連続する複数の画素の位相を変化させることによってその画素の屈折率特性を変化させ、波長毎に反射方向を変化させる空間位相変調素子と、前記空間位相変調素子の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各波長毎に位相シフト特性を変化させ、各波長毎に異なった方向に光を反射する空間位相変調素子駆動部と、を具備し、前記集光素子は空間位相変調素子の面に達する光がどの位置でも互いに平行となるように結像するテレセントリック光学系の集光素子であり、前記空間位相変調素子の面上でのＷＤＭ信号光の１チャンネル当りの波長分散方向の物理長をｄとし、１チャンネル当りの波長分散方向のビーム半径をｗｌとすると、ｄ／ｗｌ＞６としたことを特徴とするものである。

【0013】

ここで前記波長分散素子の角度分散をｄθ／ｄν、前記集光素子に入射する波長分散方向のビーム半径をｗｆとすると、ｄθ／ｄνとｗｆとの積を、０．０６（ｒａｄ．／ＧＨｚ・μｍ）以上とするようにしてもよい。

【0014】

ここで前記集光素子は、集光レンズ又は凹面鏡のいずれか一方としてもよい。

【0015】

ここで前記空間位相変調素子は、２次元に配列された多数の画素を有するＬＣＯＳ素子であり、前空間位相変調素子駆動部は、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。

【0016】

ここで前記偏波分離器は、入射光を偏光方向に応じて第１，第２の光ビームに分離する偏光ビームスプリッタと、分離した一方の光の偏光方向と他方の光の偏光方向にそろえる波長板と、を具備するようにしてもよい。

【0017】

ここで前記波長分散素子は、グリズムとしてもよい。

【発明の効果】

【0018】

このような特徴を有する本発明によれば、偏波分離器を集光素子と空間位相変調素子との間に配置している。これによって集光素子を通過する光はｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分離された光ではなく、全ての偏光成分を含む状態で通過させることができる。このため空間位相変調素子に加わる光ビームの幅ωｌを小さくすることができ、ξパラメータを大きく、波長選択特性を改善す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】

【0019】

【図1】図１はスーパーガウンシアン関数を変化させたときの中心周波数からのずれ量に対する相対挿入損失を示すグラフである。

【図2】図２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構成要素を示す図である。

【図3A】図３Ａは本発明の第２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3B】図３Ｂは本発明の第２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4】図４は本発明の第２の実施の形態及び比較例による反射型の波長選択光スイッチ装置の集光レンズを通過する光を示す図である。

【図5A】図５Ａ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に用いられる偏波分離器の第１の例を示す図である。

【図5B】図５Ｂ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に用いられる偏波分離器の第２の例を示す図である。

【図6】図６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ＬＣＯＳ素子に入射する光を示す図である。

【図7A】図７Ａは本発明の第１，第２の実施の形態による波長選択光スイッチ装置の波長選択素子の構造と波長選択素子への光の入力を示す図である。

【図7B】図７Ｂはこの波長選択素子からの光の反射を示す図である。

【図8】図８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9】図９は本実施の形態による波長選択素子の相対挿入損失と中心周波数からのずれ量に対する相対挿入損失を示すグラフである。

【図10】図１０は本実施の形態による集光レンズを通過する光とＬＣＯＳ素子への入射光の径を示す図である。

【図11】図１１はパラメータξとｄθ／ｄν・ｗｆ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】

【0020】

図２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構成を示すブロック図である。図２に示すように波長選択光スイッチ装置１は、少なくとも１つの入力ポート１１及び複数の出力ポート１２−１〜１２−Ｎが接続される光入出力部１３を有している。入力ポート１１及び出力ポート１２−１〜１２−Ｎは光ファイバによって構成される。ここで入力ポート１１に入力される光信号はλ₁〜λ_nまでの多数の波長が多重化された波長多重光信号（ＷＤＭ信号）光とする。光入出力部１３はこのＷＤＭ信号光をコリメートレンズによって平行光とするものであり、又出射光をコリメートレンズを介して出力ポート１２−１〜１２−Ｎに出力するものである。光入出力部１３の出力側には光ビーム整形部１４が設けられる。光ビーム整形部１４は後述する空間位相変調素子の面上で光ビームの径を調整するため、入射光を光分散方向にビーム径を広げた楕円ビームに変換するよう整形し、出射光を逆変換するものである。光ビーム整形部１４の出力側には偏波無依存型の波長分散素子１５が設けられる。波長分散素子１５は波長に応じて光を異なった方向に分散するものであり、例えば偏波無依存型の回折格子やプリズムによって実現することができる。波長分散素子１５の出力側には集光素子１６を介して偏波分離器１７が設けられる。集光素子１６は後述する空間位相変調素子の面上で光がどの位置に結像しても互いに平行となるように集光するテレセントリック光学系の集光素子である。偏波分離器１７は入力ポートのＷＤＭ光をｓ偏光成分とｐ偏光成分の光ビームに分離する偏光ビームスプリッタと、分離した光ビームのいずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換する波長板とを有しており、ＷＤＭ光を２本の平行な光ビームとするものである。この２本の光ビームは空間位相変調素子１８に導かれる。空間位相変調素子１８にはコントローラ１９が接続されている。空間位相変調素子１８は各波長の分散された光を受光し、各波長毎に方向を変化させて反射する素子であり、偏波依存性を有している。そして空間位相変調素子１８からの反射光は偏波分離器１７に戻り、偏波分離器１７で合成された反射光の一方の偏光方向を回転させて合成される。偏波分離器１７の出力は集光素子１６を介して波長分散素子１５に与えられて合成される。波長分散素子１５の出力は光ビーム整形部１４を介して光入出力部１３の出力ポート１２−１〜１２−Ｎより出力される。尚ここでは入力ポート１１と出力ポート１２−１〜１２−Ｎを用いているが、入出力を逆転させるようにして用いることもできる。

【0021】

次に第１の実施の形態をより具体化した第２の実施の形態について説明する。図３Ａはこの実施の形態によるｙ軸方向からの光ビーム整形部１４以降の光学素子の配置を示す図、図３Ｂはｘ軸方向からの光学的な配置を示す図である。入力ポート１１と出力ポート１２−１〜１２−Ｎ及び光入出力部１３の構成は第１の実施の形態と同様とする。尚以下の図では、ｐ偏光成分を縦の矢印、ｓ偏光成分を円で示している。

【0022】

この実施の形態では、波長分散素子１５は波長分散素子２０により構成される。波長分散素子２０は入射光を波長に応じてｘｚ平面上で異なった方向に分散すると共に、反射光を波長に応じてｘｚ平面上で異なった方向に合成するものである。この実施の形態では波長分散素子２０は回折格子とプリズムとを組み合わせたグリズム（Grism）で実現している。波長分散素子２０で分散された光は集光素子１６に相当する集光レンズ２１に与えられる。集光レンズ２１はｘｚ平面上で分散した光を偏波分離器２２を介してＬＣＯＳ素子２３の面上にｚ軸方向に平行に集光する集光素子である。

【0023】

尚図３Ａでは最長波長λ₁及び最短波長λ_n及びその中間のλ_iの波長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、ｘｙ平面に沿って展開されたＷＤＭ信号光が帯状にＬＣＯＳ素子２３に加わる。ＬＣＯＳ素子２３はコントローラ２４からの制御によって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波長選択光スイッチの選択特性が決定される。

【0024】

図４（ａ）は集光レンズ２１を通過する光の径を示しており、図中の略長方形状の領域が光が通過する領域である。ｘ軸は波長分散方向であり、長方形状の左端のｙ軸に分散した部分が波長λ₁、右端の左端のｙ軸に分散した部分は波長λ_nの光が通過する領域であり、波長分散した光はこの間でほぼ連続して分散した状態となっている。図４（ｂ）はこれと比較して偏波方向によって２つの光ビームに入射光を分離した光を集光レンズに入射した場合を示す。このようにあらかじめ波長偏波方向で入射ビームを２つに分離してしまうと、各ビームでは波長分散方向で集光レンズ３１を使用する範囲が狭くなる。

【0025】

次に偏波分離器２２の具体例について、図５Ａ，図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは偏波分離器２２Ａを示しており、偏光ビームスプリッタ３１，プリズム３２，λ／２波長板３３によって構成される。集光レンズ２１によって集光される偏波分離部２２Ａの偏光ビームスプリッタ３１に入射される。偏光ビームスプリッタ３１はｐ偏光はそのまま通過させ、ｓ偏光成分の光を反射するものである。偏光ビームスプリッタ３１で分離された光はプリズム３２に入射する。プリズム３２は出力側に、プリズム３２をｓ偏光成分の光を反射してλ／２波長板３３に入射する。λ／２波長板３３はｓ偏光成分の光をｐ偏光に変換するものであり、２つの光ビームの偏光方向をそろえることができる。

【0026】

次に図５Ｂは偏光分離器２２の他の例を示す図である。この偏光分離器２２Ｂでは偏光ビームスプリッタはウォラストンプリズム３４で実現され、入射光をｐ偏光とｓ偏光成分とに分離するものである。ウォラストンプリズム３４を通過したｓ偏光成分はλ／２波長板３３によってｐ偏光成分に変換される。

【0027】

本実施の形態では、空間位相変調素子１８はＬＣＯＳ素子２３によって実現している。第２の実施の形態において、ＬＣＯＳ素子２３に加わる光はＷＤＭ光を波長帯に応じてｘｙ平面に展開した光である。ここでＬＣＯＳ素子２３は例えば波長分散方向（ｘ方向）に１９２０画素、これと垂直な方向（ｙ方向）に１０８０画素が格子状に配列された素子とする。こ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制御することによって、任意の波長の光を選択することができる。コントローラ２４はｘｙ平面の光の反射方向を選択波長に合わせて決定する。コントローラ２４はＬＣＯＳ素子２３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位相変調素子駆動部を構成している。

【0028】

次にＬＣＯＳ素子２３の詳細な構成について説明する。ＬＣＯＳ素子２３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る。図７ＡはＬＣＯＳ素子２３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６１，ガラス層６２，透明共通電極６３，アライメント層６４，液晶６５，多数の背面反射電極６７を含むアライメント層６６及びシリコン層６８を積層して構成されている。

【0029】

ＬＣＯＳ素子２３の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６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２３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８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８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７Ｂ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。従って透明電極６３と背面反射電極６７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。

【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（２）で示される。
sinθ_in＋sinθ_diff＝ｋ・λ／Λ ・・・（２）
ここで
ｑ：マルチレベル数
ｋ：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】

又回折効率ηは近似的に次式（３）で表される。
η＝（sin（π／ｑ）／（π／ｑ））² ・・・（３）

【0032】

又ＬＣＯＳ素子２３の画素のピッチをｐとすると、フェーズドアレイピッチΛとの間に以下の関係が成り立つ。
Λ＝ｑ・ｐ ・・・（４）

【0033】

さて回折格子や集光レンズを使う空間光学系でのフィルタ形状の設計指標として、（５）式で表されるξパラメータが知られている。
ξ＝（ν_ch・ｄｘ／ｄν）／（２ｗｌ） ・・・（５）
ここで
ν_ch：ＷＤＭ信号のチャネル周波数の間隔
ｄｘ／ｄν：ＬＣＯＳ面上での単位周波数あたりの分散量、
ｗｌ：ＬＣＯＳ面上での波長分散方向のガウシアンビーム半径（１／ｅ²強度）
である。ここでは図９は周波数の変化に応じた相対的な挿入損失を示すグラフであり、ξパラメータを変化させた場合を示している。ここでξパラメータを１〜６まで変化させたときには、波長選択特性は図示のようになり、これは式（１）に示すスーパーガウシアン係数ｎとほぼ同等と考えることができる。従って式（５）のξの値を大きく設計することで、より急峻なフィルタ形状を得ることができる。

【0034】

更に図１０に示すように
ｆ：集光レンズ２１の焦点距離
ｗｆ：集光レンズ２１へ入射する波長分散方向のビーム半径
λ：波長
とすると、ｗｌは（６）式で近似できる。
ｗｌ＝（λ・ｆ）／（π・ωｆ） ・・・（６）
（５）式から、ξの値を大きくするためにはｗｌを小さく設計すればよく、これを実現するために（６）式からｗｆを大きく設計するのが有効であることがわかる。

【0035】

ここで、ＬＣＯＳ素子２３の面上での単位周波数あたりの分散量ｄｘ／ｄνは回折格子の角度分散ｄθ／ｄνを用いて次の（７）式で示される。
ｄｘ／ｄν＝ｆ・ｄθ／ｄν ・・・（７）
ここで式（６）及び（７）を式（５）に代入して次式が得られる。
ξ＝（π・ν_ch・ｄθ／ｄν・ω_f）／２・λ ・・・（８）

【0036】

図１１は、ν_ch＝５０ＧＨｚ、λ＝１５５０ｎｍとした場合に、ξとｄθ／ｄν・ｗｆとの関係を示すグラフである。ここでｄθ／ｄνとｗｆの積が０．０６［ｒａｄ．／ＧＨｚ・μｍ］となるように光学系を配置するとξ＝３．０となる。

【0037】

尚、従来の波長選択光スイッチ装置は概ねξ＝３．０程度である。ここでν_chを５０ＧＨｚとしたのは、ＷＤＭシステムの中では最も狭いチャンネル間隔であり、チャンネル間隔が狭いほどフィルタ波形への要求が厳しくなるからである。又波長を１５５０ｎｍとしたのは、ＷＤＭシステムで広く用いられているＣバンドの中心値であり、波長が１５２０ｎｍ〜１５７０ｎｍの間ではほぼ同一の値が得られる。従って一般化したξパラメータにおいては、ｄθ／ｄν・ｗｆを０．０６以上となるように角度分散と集光レンズへの入射ビーム径ｗｆを選択することによって、従来の波形よりも優れたフィルタ形状が実現される。

【0038】

より一般的には、ＬＣＯＳ素子２３の面上の１チャンネル当りの物理長をｄ（＝ν_ch・ｄｘ／ｄν）とし、ＬＣＯＳ素子２３の面上の１チャンネル当りのビーム半径をｗｌとすると、次式
ξ＝ｄ／２・ｗｌ
であり、ξ＞３とするため、ｄ／ｗｌ＞６に設定することが好ましい。

【0039】

又この実施の形態では入力信号をＷＤＭ信号光としているが、ＷＤＭ信号光に限らず多数の波長が重畳された光についてこの発明を適用することができる。

【0040】

又この実施の形態では集光素子を集光レンズとしているが、凹面鏡を用いて構成することもできる。又空間位相変調素子をＬＣＯＳ素子としているが、ＭＥＭＳ素子を用いて本発明を実現することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0041】

以上詳細に説明したように本発明によれば、シャープなフィルタ特性を有する波長選択光スイッチを得ることができ、ＷＤＭ光のノードの主要構成要素となる波長選択光スイッチとして好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0042】

１１ 入力ポート
１２−１〜１２−Ｎ 出力ポート
１３ 光入出力部
１４ 光ビーム整形部
１５，２０ 波長分散素子
１６ 集光素子
１７ 偏波分離器
１８ 空間位相変調素子
１９ コントローラ
２１ 集光レンズ
２２ 偏波分離器
２３ ＬＣＯＳ素子
３１ 偏光ビームスプリッタ
３２ プリズム
３３ λ／２波長板
３４ ウォラストンプリズム

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】