JP2015031787A - 波長選択スイッチ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各光入出力ポートの入出射光軸が傾斜している波長選択スイッチにおいて、光入出力部等の調芯を精度良く行う。【解決手段】この波長選択スイッチは、所定の軸線Ｃ上に並んで配置された光入出力部１０、分光素子、及び光偏向素子を備える。光入出力部１０は、所定の軸線Ｃに対して傾斜した光軸でもって入出射を行う光入出力ポート１１，１２と、所定の軸線Ｃに沿った光軸でもって調芯用の光Ｌ３の入出射を行う調芯用ポート１３とを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、波長選択スイッチ及びその製造方法に関するものである。

特許文献１には、波長選択スイッチ（ＷＳＳ：wavelength selective switch）に関する発明が開示されている。この波長選択スイッチは、コリメータアレイと、リレー光学系と、波長分散素子と、集光光学系と、２つの反射鏡とを備えている。コリメータアレイに含まれる各コリメータレンズに対して２本の導波路が設けられており、２本の導波路それぞれによって２つの光入出力ポートが構成される。これらの光入出力ポートの光入出射角は互いに異なっている。

米国特許出願公開第２０１２／０２３７２１８号明細書 特開２０１１−２４８０００号公報 米国特許第７７２５０２７号明細書

波長選択スイッチは、光入出力部、分光素子、及び光偏向素子が所定軸線上に並んで配置された構成を備えている。このような波長選択スイッチの一形態として、光入出力部を二以上のグループに分け、各グループの入出射光に対応する光偏向素子の二以上の光偏向部を、例えば分光方向と交差する方向に並べて配置する形態がある。このような形態を採用することにより、従来の波長選択スイッチと比較して更に多くの波長成分を分離（若しくは結合）することが可能となる。

このように、二以上の光偏向部が分光方向と交差する方向に並べて配置される場合、各グループの光入出力ポートからの光を各光偏向部に到達させるために、各光入出力ポートの入出射光軸を上記所定軸線に対して傾斜させることがある（例えば特許文献１を参照）。しかしながら、各光入出力ポートの入出射光軸が傾斜していると、光入出力部等の調芯作業（アライメント）が困難となる。すなわち、一般的な波長選択スイッチでは光入出力ポートの入出射光軸が上記所定軸線に沿っているので、調芯用の光を或る光入出力ポートに入力し、該光入出力ポートへの戻り光の光強度が大きくなるように（すなわち、戻り光の光軸と該光入出力ポートの光軸とが互いに近づくように）光入出力部等のアライメントを行うとよい。しかし、入出射光軸が傾斜していると、上記所定軸線方向における光入出力部等の位置ずれによって戻り光の光強度が変動してしまうので、光入出力部等の調芯を精度良く行うことが難しいという問題がある。

本発明は、各光入出力ポートの入出射光軸が傾斜している場合に、光入出力部等の調芯を精度良く行うことができる波長選択スイッチ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る波長選択スイッチは、所定の軸線上に並んで配置された光入出力部、分光素子、及び光偏向素子を備える波長選択スイッチである。光入出力部は、第１の光入力ポート及び第１の光出力ポートを含み、所定の軸線に対し所定の軸線と交差する第１の方向に傾斜した光軸でもって入出射を行う３個以上の第１の光入出力ポートと、第２の光入力ポート及び第２の光出力ポートを含み、所定の軸線に対し第１の方向に傾斜した光軸でもって入出射を行う３個以上の第２の光入出力ポートと、所定の軸線に沿う光軸でもって調芯用の光の入出射を行う調芯用ポートとを有する。所定の軸線を基準とする第１の光入出力ポートの入出射角と第２の光入出力ポートの入出射角とは互いに異なる。分光素子は、第１及び第２の光入出力ポートの入出射光の光軸を、所定の軸線および第１の方向と交差する方向へ波長に応じた角度で変化させる。光偏向素子は、分光素子を経た第１の光入力ポートからの光を第１の光出力ポートへ向ける第１の光偏向部と、分光素子を経た第２の光入力ポートからの光を第２の光出力ポートへ向ける第２の光偏向部とを有する。

本発明による波長選択スイッチ及びその製造方法によれば、各光入出力ポートの入出射光軸が傾斜している場合に、光入出力部等の調芯を精度良く行うことできる。

図１は、第１実施形態に係る波長選択スイッチの構成を示す模式図である。 図２は、第１実施形態に係る波長選択スイッチの構成を示す模式図である。 図３は、ｚ軸方向から見た光入出力部の構成を示す図である。 図４は、ｙ軸方向から見た光入出力部の構成を示す側面図である。 図５は、ｚ軸方向から見た光偏向素子の正面図である。 図６は、直交座標系のｙ軸方向から見た調芯作業の様子を示す図である。 図７は、調芯用の光の光路の典型例を示す図である。 図８は、ｚ軸方向から見た光偏向素子の正面図であって、第１及び第２の光偏向部に加えて、調芯用の光を反射するための光反射部を示している。 図９は、ｚ軸方向から見た光偏向素子の正面図であって、第１及び第２の光偏向部に加えて、調芯用の光を反射するための光反射部を示している。 図１０は、波長選択スイッチの調芯工程を示すフローチャートである。 図１１は、第１変形例に係る光入出力部の構成を模式的に示す側面図である。 図１２は、第２変形例に係る光入出力部の構成を模式的に示す側面図である。 図１３は、第３変形例に係る光入出力部の構成を模式的に示す側面図である。 図１４は、第４変形例に係る光入出力部の構成を模式的に示す側面図である。 図１５は、第５変形例に係る光入出力部の構成を模式的に示す側面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による波長選択スイッチ及びその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１及び図２は、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１Ａの構成を示す模式図である。なお、以下の図面には直交座標系Ｓが示されている。図１は、直交座標系Ｓのｙ軸方向から見た波長選択スイッチ１Ａの側面図であり、ｘ軸及びｚ軸を含む平面における波長選択スイッチ１Ａの模式的な構成を示している。図２は、直交座標系Ｓのｘ軸方向から見た波長選択スイッチ１Ａの上面図であり、ｙ軸及びｚ軸を含む平面における波長選択スイッチ１Ａの模式的な構成を示している。

図１及び図２に示されるように、波長選択スイッチ１Ａは、光入出力部１０、分光素子２０、及び光偏向素子３０を備えている。光入出力部１０、分光素子２０、及び光偏向素子３０は、所定の軸線Ｃ上に並んで配置されている。所定の軸線Ｃは、例えばｚ軸方向に延びる軸線である。なお、図１及び図２では所定の軸線Ｃが一直線状に描かれているが、例えば反射鏡等が中途に配置されることにより所定の軸線Ｃが屈曲していてもよい。

図３は、所定の軸線Ｃの方向（ｚ軸方向）から見た光入出力部１０の構成を示す図である。また、図４は、ｙ軸方向から見た光入出力部１０の構成を示す側面図である。図３及び図４に示されるように、光入出力部１０は、第１の部分１０ａと第２の部分１０ｂとを有している。第１の部分１０ａと第２の部分１０ｂとは、図１及び図２に示された所定の軸線Ｃと交差する第１の方向（本実施形態では、ｘ軸方向）に並んで配置されている。

第１の部分１０ａは、３個以上の第１の光入出力ポート１１を含む。本実施形態では、これらの光入出力ポート１１はｘ軸方向に整列されている。これらの光入出力ポート１１には、一又は複数の第１の光入力ポート１１ａと、一又は複数の第１の光出力ポート１１ｂとが含まれている。例示として、図３及び図４には、一つの光入力ポート１１ａと、複数の光出力ポート１１ｂとが示されている。この場合、光入力ポート１１ａは、例えば波長多重光である光Ｌ１１を波長選択スイッチ１Ａの内部へ出射する。光出力ポート１１ｂは、例えば、光偏向素子３０によって偏向された波長成分Ｌ１２を受ける。

図４に示されるように、この第１の部分１０ａでは、所定の軸線Ｃに対し所定の軸線Ｃと交差する第１の方向（本実施形態では、ｘ軸方向）に傾斜した光軸でもって光入出力ポート１１の入出射（すなわち、光入力ポート１１ａからの光Ｌ１１の出射および光出力ポート１１ｂへの波長成分Ｌ１２の入射）が行われる。所定の軸線Ｃを基準とする光入出力ポート１１の入出射角θ１の角度範囲は、所定の軸線Ｃを０°としたとき例えば０°＜θ１＜５°であり、更に好適には０°＜θ１＜３°である。

第２の部分１０ｂは、３個以上の第２の光入出力ポート１２を含む。本実施形態では、これらの光入出力ポート１２はｘ軸方向に整列されている。これらの光入出力ポート１２には、一又は複数の第２の光入力ポート１２ａと、一又は複数の第２の光出力ポート１２ｂとが含まれている。例示として、図３及び図４には、一つの光入力ポート１２ａと、複数の光出力ポート１２ｂとが示されている。この場合、光入力ポート１２ａは、例えば波長多重光である光Ｌ２１を波長選択スイッチ１Ａの内部へ出射する。光出力ポート１２ｂは、例えば、光偏向素子３０によって偏向された波長成分Ｌ２２を受ける。

図４に示されるように、この第２の部分１０ｂでは、ｘ軸方向に傾斜した光軸でもって光入出力ポート１２の入出射（すなわち、光入力ポート１２ａからの光Ｌ２１の出射および光出力ポート１２ｂへの波長成分Ｌ２２の入射）が行われる。所定の軸線Ｃを基準とする光入出力ポート１２の入出射角は、光入出力ポート１１の入出射角θ１とは異なっており、例えば−θ１である。

各光入出力ポート１１は、光ファイバ１１ｃ及び集光素子（集光レンズ）１１ｄを含んで構成されている。各集光素子１１ｄは、対応する光ファイバ１１ｃの端面に光結合されている。同様に、各光入出力ポート１２は、光ファイバ１２ｃ及び集光素子（集光レンズ）１２ｄを含んで構成されている。各集光素子１２ｄは、対応する光ファイバ１２ｃの端面に光結合されている。

図４に示されるように、各光ファイバ１１ｃと、各光ファイバ１１ｃそれぞれに対応する各集光素子１１ｄとの光軸は互いにずれている。具体的には、集光素子１１ｄの光軸は光ファイバ１１ｃの光軸に対してΔα（＞０）だけずれており、また、そのずれ量Δαは、３個以上の光入出力ポート１１において互いに等しい。これによって、３個以上の光入出力ポート１１に均一な正の入出射角θ１が付与されている。なお、本実施形態では、３個以上の光ファイバ１１ｃは間隔αでもって互いに等間隔に配置されており、これらに対応する３個以上の集光素子１１ｄもまた、間隔αでもって互いに等間隔に配置されている。

一方、各光ファイバ１２ｃと、各光ファイバ１２ｃそれぞれに対応する各集光素子１２ｄとの光軸もまた、ｘ軸方向に互いにずれている。但し、そのずれ量は集光素子１１ｄのずれ量とは異なっており、例えば−Δαである。また、そのずれ量−Δαは、３個以上の光入出力ポート１２において互いに等しい。これによって、３個以上の光入出力ポート１２に均一な負の入出射角−θ１が付与されている。また、本実施形態では、３個以上の光ファイバ１２ｃは間隔αでもって互いに等間隔に配置されており、これらに対応する３個以上の集光素子１２ｄもまた、間隔αでもって互いに等間隔に配置されている。

また、本実施形態では、光入出力部１０が、光入出力ポート１１，１２とは別に、３個の調芯用ポート１３を更に有している。調芯用ポート１３は、所定の軸線Ｃに沿った光軸でもって調芯用の光Ｌ３の入出射を行うためのポートである。これらの調芯用ポート１３もまた、光ファイバ１３ｃと、光ファイバ１３ｃの端面に光結合された集光素子１３ｄとを含んでいる。但し、光ファイバ１３ｃの光軸と集光素子１３ｄの光軸とは、互いに一致している。従って、調芯用ポート１３において入出射される光Ｌ３は、所定の軸線Ｃに沿って伝搬する。

本実施形態では、３個の調芯用ポート１３は、１個の調芯用ポート１３ａと、２個の調芯用ポート１３ｂとを含んでいる。調芯用ポート１３ａは、３個以上の光入出力ポート１１と、３個以上の光入出力ポート１２との間（典型的には、ｘ軸方向における光入出力部１０の中央部）に配置されている。２つの調芯用ポート１３ｂは、ｘ軸方向における調芯用ポート１３ａの両側、すなわち調芯用ポート１３ａを間に挟む位置にそれぞれ配置される。本実施形態の２つの調芯用ポート１３ｂは、光入出力ポート１１，１２の配列の両端（すなわち、ｘ軸方向における光入出力部１０の両端）にそれぞれ配置されている。

光ファイバ１３ｃに隣り合う光ファイバ１１ｃ及び１２ｃと光ファイバ１３ｃとは、互いに間隔αをあけて配置されている。一方、集光素子１３ｄに隣り合う集光素子１１ｄ及び１２ｄと集光素子１３ｄとは、互いに間隔α＋Δα（若しくはα−Δα）をあけて配置されている。このような構成によって、前述した光ファイバ１１ｃと集光素子１１ｄとの光軸のずれ量Δα、及び光ファイバ１２ｃと集光素子１２ｄとの光軸のずれ量−Δαが実現されている。換言すれば、本実施形態では、光ファイバ１１ｃ、１２ｃ及び１３ｃが互いに等ピッチで配列され、集光素子１１ｄ、１２ｄ及び１３ｄが互いに不等ピッチで配列されている。そして、集光素子１１ｄの位置が、光ファイバ１１ｃに対して配列方向の一方の側（ｘ軸の正側）にずれており、集光素子１２ｄの位置が、光ファイバ１２ｃに対して配列方向の他方の側（ｘ軸の負側）にずれている。

再び図１及び図２を参照する。波長選択スイッチ１Ａは、光入出力部１０と分光素子２０との間の所定の軸線Ｃ上に配置された前段光学系として、リレー光学系４１及びアナモルフィック光学系４２を更に備えている。リレー光学系４１は、光入出力ポート１１，１２に対して共通に設けられた２つのレンズ４１ａ及び４１ｂを含む。レンズ４１ａは、例えば、ｘ軸方向及びｙ軸方向に光パワーを有する凸状の球面レンズである。レンズ４１ａは、レンズ４１ｂよりも前段に配置され、レンズ４１ａの前側焦点は集光素子１１ｄ〜１３ｄ（図４を参照）の後側焦点と略一致するように配置されている。つまり、レンズ４１ａは、光入出力部１０が有する集光素子１１ｄ〜１３ｄの焦点距離ｆ１及びレンズ４１ａの焦点距離ｆ２の分だけ集光素子１１ｄ，１２ｄから離れた位置に配置されている。

レンズ４１ａは、ｘ軸方向及びｙ軸方向について、光入出力部１０から当該レンズ４１ａに入射する光Ｌ１１および光Ｌ２１のビームウエスト位置におけるビームサイズと比較して、当該レンズ４１ａを通過後の光Ｌ１１および光Ｌ２１のビームウエスト位置におけるビームサイズを相対的に大きくすることが好ましい。このようにすると、例えば波長選択スイッチ１Ａにおいてリレー光学系４１及びアナモルフィック光学系４２を介して光制御を行う場合に、光入出力部１０の光入出力ポート１１，１２におけるロスの増加を抑制することができる。

レンズ４１ｂは、少なくともｘ軸方向に光パワーを有する。レンズ４１ｂは、例えば、ｘ軸方向のみに光パワーを有するシリンドリカルレンズである。レンズ４１ｂの前側焦点は、レンズ４１ａの後側焦点と略一致するように配置されている。また、レンズ４１ｂの後側焦点は、後述する集光レンズ４３の前側焦点と略一致するように配置されている。つまり、レンズ４１ｂは、レンズ４１ａの焦点距離ｆ２及びレンズ４１ｂの焦点距離ｆ３の分だけレンズ４１ａから離れた位置であって、レンズ４１ｂの焦点距離ｆ３及び集光レンズ４３の焦点距離ｆ４の分だけ集光レンズ４３から離れた位置に配置されている。なお、レンズ４１ａ，４１ｂは、図１及び図２に示されたような光透過型のものに限られず、ミラーのような反射型のものであってもよい。

アナモルフィック光学系４２は、光入出力ポート１１，１２に対して共通に設けられており、リレー光学系４１の前段若しくは後段に配置されている。図１及び図２には、リレー光学系４１の後段にアナモルフィック光学系４２が配置された形態が示されている。アナモルフィック光学系４２は、リレー光学系４１のレンズ４１ｂから出射された光Ｌ１１，Ｌ２１を入射すると共に、その光Ｌ１１，Ｌ２１のビームサイズをｙ軸方向に拡大して出射する。アナモルフィック光学系４２は、入力されたビームのアスペクト比を変換して出力する機能を有するものであり、プリズムペアやシリンドリカルレンズ、シリンドリカルミラー等を単独又は組み合わせて構成され得る。本実施形態では、例えば１対のプリズム４２ａ，４２ｂを例示する。

分光素子２０は、光入出力ポート１１，１２に対して共通に設けられており、光入出力ポート１１，１２の入出射光の光軸を、所定の軸線Ｃおよびｘ軸方向と交差する方向、例えばｙ軸方向へ波長に応じた角度で変化させる。分光素子２０は、光入力ポート１１ａ，１２ａからの光Ｌ１１，Ｌ２１が波長多重光である場合には、光Ｌ１１，Ｌ２１を複数の波長成分に分光する。図１及び図２では、理解の容易のため、複数の波長成分のうちの或る波長成分Ｌ１２，Ｌ２２のみを代表して図示する。分光素子２０としては、例えば回折格子を用いることができる。

分光素子２０と光偏向素子３０との間の所定の軸線Ｃ上には、集光レンズ（集光要素）４３が配置されている。集光レンズ４３は、分光素子２０によって分光されて出射された波長成分Ｌ１２，Ｌ２２を入射し、その波長成分Ｌ１２，Ｌ２２を、ｘ軸方向について例えばコリメートしつつ光偏向素子３０に向けて偏向すると共に、ｙ軸方向について光偏向素子３０上に集光する。集光レンズ４３としては、例えば、ｘ軸方向及びｙ軸方向に光パワーを有する凸状の球面レンズといった回転対称レンズが用いられる。

光偏向素子３０は、集光レンズ４３の後側焦点に配置されている。光偏向素子３０は、光入力ポート１１ａから分光素子２０を経て集光レンズ４３によって集光された波長成分Ｌ１２を受け、その波長に応じた所定の光出力ポート１１ｂに向けて波長成分Ｌ１２を偏向する。同様に、光偏向素子３０は、光入力ポート１２ａから分光素子２０を経て集光レンズ４３によって集光された波長成分Ｌ２１を受け、その波長に応じた所定の光出力ポート１２ｂに向けて波長成分Ｌ２２を偏向する。そのために、光偏向素子３０は、所定の軸線Ｃと交差する平面内にて二次元状に配列された複数の光偏向領域を有している。光偏向素子３０は、各光偏向領域において対応する波長成分Ｌ２１，Ｌ２２を受け、波長成分Ｌ１２，Ｌ２２のそれぞれを独立して光出力ポート１１ｂ，１２ｂに向けて偏向する。

図５は、所定の軸線Ｃの方向から見た光偏向素子３０の正面図である。図５に示されるように、光偏向素子３０は、ｘ軸方向に並ぶ第１の光偏向部３１および第２の光偏向部３２を有している。第１の光偏向部３１は、ｙ軸方向（分光方向）に並ぶ複数の光偏向領域３１ａを含んでおり、分光素子２０を経た光入力ポート１１ａからの各波長成分を対応する光偏向領域３１ａにおいて受け、これらの波長成分を光出力ポート１１ｂへ向ける。また、第２の光偏向部３２は、ｙ軸方向（分光方向）に並ぶ複数の光偏向領域３２ａを含んでおり、分光素子２０を経た光入力ポート１２ａからの各波長成分を対応する光偏向領域３２ａにおいて受け、これらの波長成分を光出力ポート１２ｂへ向ける。

光偏向素子３０としては、例えばＬＣＯＳ（Liquid Cristal On Silicon）といった位相変調素子が好適に用いられる。このような位相変調素子は、位相変調を行う複数の画素を有し、回折格子状の位相変調パターンを呈示することにより入射光の光路を偏向する。なお、光偏向素子３０としては、位相変調素子以外にも、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子といった種々の素子を用いることができる。

光偏向素子３０としてＬＣＯＳ型の位相変調素子が用いられる場合、所定の軸線Ｃおよびｘ軸方向を含む面内（すなわちｘｚ平面内）において、光入力ポート１１ａ，１２ａから到達する波長成分Ｌ１２，Ｌ２２の光軸が位相変調素子の変調面に対して直交するとよい。これにより、更に精緻な偏向制御が可能となる。このような形態は、例えば、ｘｚ平面内において波長成分Ｌ１２，Ｌ２２の光軸が変調面に対して直交するように、所定の軸線Ｃに対する光入出力ポート１１，１２の入出射角θ１，−θ１が設定されることにより好適に実現され得る。この場合、前段光学系（リレー光学系４１及びアナモルフィック光学系４２）及び集光レンズ４３は、ｘｚ平面内において波長成分Ｌ１２，Ｌ２２の光軸が変調面に対して直交するように、光入出力ポート１１，１２からの光の光路を変更するとよい。また、この場合、ｘ軸方向における前段光学系（リレー光学系４１及びアナモルフィック光学系４２）並びに集光レンズ４３の中心光軸が、互いに一致していると更に好適である。また、この場合、光入出力ポート１１の入出射光Ｌ１１，Ｌ１２の光軸と、光入出力ポート１２の入出射光Ｌ２１，Ｌ２２の光軸とは、所定の軸線Ｃに対して互いに対称であるとよい。なお、所定の軸線Ｃは、仮に該所定の軸線Ｃに沿って出射された光が位相変調素子の変調面に到達した場合に、所定の軸線Ｃおよびｘ軸方向を含む面内（ｘｚ平面内）において、該光の光軸が位相変調素子の変調面に対して直交するような軸線である。

光偏向素子３０によって偏向された波長成分Ｌ１２，Ｌ２２は、集光レンズ４３、分光素子２０、アナモルフィック光学系４２、及びリレー光学系４１を介して所定の光出力ポート１１ｂ，１２ｂに到達し、波長選択スイッチ１Ａの外部へ出力される。

以上の構成を備える波長選択スイッチ１Ａを製造する際の一工程として、調芯工程（アライメント）について説明する。図６は、直交座標系Ｓのｙ軸方向から見た調芯作業の様子を示す図である。また、図１０は、波長選択スイッチ１Ａの調芯工程を示すフローチャートである。

本実施形態の調芯工程では、図６に示されるように、まず、光入出力部１０の前方の所定軸線Ｃ上に、平面反射鏡５０を配置する。このとき、平面反射鏡５０の光反射面５０ａを、所定の軸線Ｃに対して垂直とする。次に、３つの調芯用ポート１３に、調芯用の光Ｌ３を入力する（第１ステップＳ１）。前述したように、調芯用ポート１３の入出射光軸は所定の軸線Ｃに沿っているので、調芯用の光Ｌ３は、所定の軸線Ｃに沿って（典型的には平行に）進行し、平面反射鏡５０の光反射面５０ａに達する。調芯用の光Ｌ３は、光反射面５０ａにおける入射角及び出射角を共に０°として反射され、元の光路を辿って調芯用ポート１３へ戻る。

ここで、図７は、調芯用の光Ｌ３の光路の典型例を示す図である。図７に示されるように、本実施形態の調芯用の光Ｌ３の光路は、光入出力部１０と前段光学系（リレー光学系４１）との間、及びリレー光学系４１と集光レンズ４３との間において、所定の軸線Ｃに沿って延びる（平行になる）。従って、平面反射鏡５０を、光入出力部１０と前段光学系（リレー光学系４１）との間（図中の位置Ａ１）、若しくはリレー光学系４１と集光レンズ４３との間（例えば図中の位置Ａ２）に配置することによって、調芯用の光Ｌ３を、調芯用ポート１３へ好適に戻すことができる。或いは、リレー光学系４１のレンズ４１ａとレンズ４１ｂとの間において、複数の調芯用ポート１３からそれぞれ出射される複数の光Ｌ３が互いに交わる交点Ｐ１上に平面反射鏡５０を配置してもよい（図中の位置Ａ３）。この場合、光入出力部１０のｘ軸方向の一端に位置する調芯用ポート１３から出射された光Ｌ３は、光入出力部１０のｘ軸方向の他端に位置する調芯用ポート１３へ戻る。

また、平面反射鏡５０に代えて、光偏向素子３０を用いてもよい。すなわち、光偏向素子３０に、第１の光偏向部３１および第２の光偏向部３２とは別に光反射部を設け、この光反射部によって調芯用の光Ｌ３を反射させてもよい。このとき、光反射部は、光偏向部３１，３２とは異なり調芯用の光Ｌ３を偏向せず、入射角及び出射角を共に０°として光Ｌ３を反射する。また、このとき、図７に示されるように、複数の調芯用ポート１３からそれぞれ出射される複数の光Ｌ３は、光偏向素子３０の偏向面上の一点Ｐ２に到達する。従って、光入出力部１０の一端に位置する調芯用ポート１３から出射された光Ｌ３は、光入出力部１０の他端に位置する調芯用ポート１３へ戻る。

図８及び図９は、ｚ軸方向から見た光偏向素子３０の正面図であって、第１及び第２の光偏向部３１，３２に加えて、調芯用の光Ｌ３を反射するための光反射部３３及び３４をそれぞれ示している。図８に示される光反射部３３は、或る一定の波長幅（例えば波長多重光である光Ｌ１１，Ｌ２１の帯域幅）を有する光Ｌ３を入射する場合に適用される光反射部であって、分光方向（ｙ軸方向）に延びた形状を有する。また、図９に示される複数の光反射部３４は、離散的な複数の波長成分（例えば波長多重光である光Ｌ１１，Ｌ２１の両端波長成分及び中心波長成分）を有する光Ｌ３が入射される場合に適用される光反射部であって、分光方向（ｙ軸方向）に並んで配置される。図８及び図９に示されるように、光反射部３３及び３４は、ｘ軸方向において第１の光偏向部３１と第２の光偏向部３２との間に配置される。なお、回折格子２０への光Ｌ３の入射角が、回折格子２０への光Ｌ１１，Ｌ２１の入射角とは異なるので、光反射部３３及び３４の位置は、第１及び第２の光偏向部３１，３２に対してｙ軸方向に僅かにずれる。逆に言えば、第１及び第２の光偏向部３１，３２の位置は、光反射部３３及び３４に対してｙ軸方向に僅かにずれる。

次に、平面反射鏡５０若しくは光偏向素子３０において反射した調芯用の光Ｌ３を、調芯用ポート１３を介して取得し、調芯用の光Ｌ３の強度を検出する（第２ステップＳ２）。このとき、光Ｌ３の光軸が調芯用ポート１３から離れているほど、光Ｌ３の検出強度が小さい。このことは、例えば、集光素子１１ｄ〜１３ｄからなるレンズアレイが、光ファイバ１１ｃ〜１３ｃからなるファイバアレイに対する所定位置からずれていることを意味する。

続く第３ステップＳ３では、第２ステップＳ２において得られる調芯用の光Ｌ３の強度が大きくなる方向、すなわち光Ｌ３の光軸が調芯用ポート１３に近づく方向に、光入出力部１０の入出射角を調整する。一実施例では、まず、光入出力ポート１１と光入出力ポート１２との間に配置されている調芯用ポート１３ａから検出される光Ｌ３の強度が最大となるように（すなわち光損失が最小となるように）、集光素子１１ｄ〜１３ｄと光ファイバ１１ｃ〜１３ｃとの相対位置を調整する。次に、光入出力ポート１１，１２の配列の両端に位置する２つの調芯用ポート１３ｂから検出される光Ｌ３の強度が均一に近づくように、集光素子１１ｄ〜１３ｄと光ファイバ１１ｃ〜１３ｃとの相対位置を調整する。なお、理想的には、３つの調芯用ポート１３において検出される光Ｌ３の光損失が各々最小となるとよい。

以上の構成を備える本実施形態の波長選択スイッチ１Ａでは、光入出力部１０が、光入出力ポート１１，１２とは別に、所定の軸線Ｃに沿った光軸でもって調芯用の光Ｌ３の入出射を行う調芯用ポート１３を更に有する。光入出力ポート１１，１２の入出射光は所定の軸線Ｃに対して傾斜しているため調芯に使用し難いが、このような調芯用ポート１３を別に用意しておくことによって、調芯作業を容易に行うことができる。

また、本実施形態のように、光入出力ポート１１，１２及び調芯用ポート１３は、光ファイバ１１ｃ〜１３ｃをそれぞれ含んでもよい。この場合、光ファイバ１１ｃ，１２ｃの光軸方向と、光入出力ポート１１，１２の入出射方向とが互いに異なり、光ファイバ１３ｃの光軸方向と調芯用ポート１３の入出射方向とが互いに一致しているとよい。これにより、光ファイバ１１ｃ〜１３ｃの光軸方向を例えば所定の軸線Ｃに沿った方向に揃えることができ、波長選択スイッチ１Ａの製造が容易となる。

また、光ファイバ１１ｃ〜１３ｃの光軸が所定の軸線Ｃに沿っている場合、光入出力ポート１１，１２が、光ファイバ１１ｃ，１２ｃの端面に光結合された集光素子１１ｄ，１２ｄを含み、光ファイバ１１ｃ，１２ｃの光軸と集光素子１１ｄ，１２ｄの光軸とが互いにずれているとよい。また、調芯用ポート１３が、光ファイバ１３ｃの端面に光結合された集光素子１３ｄを含み、光ファイバ１３ｃの光軸と集光素子１３ｄの光軸とが互いに一致しているとよい。これにより、所定の軸線Ｃに対して傾斜した光入出力ポート１１，１２の入出射角と、所定の軸線Ｃに沿った調芯用ポート１３の入出射角とを簡易に実現することができる。また、このような形態により、光入出力ポート１１，１２が十分な有効径を確保できるので、波長選択スイッチ１Ａが小型化された場合であっても入出射角θ１，−θ１の絶対値を十分に大きくすることが可能となる。

また、本実施形態のように、光入出力ポート１１と光入出力ポート１２とが或る方向に並んで配列されている場合、調芯用ポート１３は、光入出力ポート１１，１２の配列の両端、及び、光入出力ポート１１と光入出力ポート１２との間に配置されているとよい。これにより、光入出力部１０の調芯作業をバランス良く行うことができ、調芯精度をより高めることができる。なお、調芯用ポート１３として調芯用ポート１３ａのみが設けられる形態や、２個の調芯用ポート１３ｂのみが設けられる形態であっても、本実施形態の効果を好適に奏することができる。

また、本実施形態の波長選択スイッチ１Ａでは、所定の軸線Ｃ上において光入出力部１０と分光素子２０との間に前段光学系（リレー光学系４１及びアナモルフィック光学系４２）が配置されている。この場合、上述したように、平面反射鏡５０は、光入出力部１０と前段光学系との間に配置されてもよい。これにより、光入出力部１０の光ファイバ１１ｃ〜１３ｃに対する集光素子１１ｄ〜１３ｄの調芯を、他の光学部品の位置誤差に影響されることなく、精度良く行うことができる。または、平面反射鏡５０は、上述したように、リレー光学系４１と集光レンズ４３との間、若しくはリレー光学系４１のレンズ４１ａとレンズ４１ｂとの間における複数の光Ｌ３が互いに交わる交点Ｐ１上に配置されてもよく、或いは、平面反射鏡５０に代えて光偏向素子３０が用いられてもよい。これらのうち何れかによって、集光素子１１ｄ〜１３ｄ以外の光学部品の位置誤差を吸収するように、集光素子１１ｄ〜１３ｄの調芯を行うことができる。

（第１の変形例）
図１１は、上記第１実施形態の一変形例に係る光入出力部１０Ａの構成を模式的に示す側面図であって、光入出力部１０Ａをｙ軸方向から見た形態を示している。本変形例に係る光入出力部１０Ａでは、上記実施形態（図４を参照）とは異なり、集光素子１１ｄの光軸が、光ファイバ１１ｃの光軸に対して−Δαだけずれている。なお、このずれ量−Δαは、３個以上の光入出力ポート１１において互いに等しい。これによって、３個以上の光入出力ポート１１に均一な負の入出射角−θ１が付与される。

一方、集光素子１２ｄの光軸は、光ファイバ１２ｃの光軸に対して正の方向にΔαだけずれている。なお、ずれ量Δαは、３個以上の光入出力ポート１２において互いに等しい。これによって、３個以上の光入出力ポート１２に均一な正の入出射角θ１が付与される。

このように、本変形例では、光ファイバ１１ｃ、１２ｃ及び１３ｃが互いに等ピッチで配列され、集光素子１１ｄ、１２ｄ及び１３ｄが互いに不等ピッチで配列されている。そして、集光素子１１ｄの位置が、光ファイバ１１ｃに対して配列方向の一方の側（ｘ軸の負側）にずれており、集光素子１２ｄの位置が、光ファイバ１２ｃに対して配列方向の他方の側（ｘ軸の正側）にずれている。従って、光入出力ポート１１において入出射角が負（−θ１）となり、光入出力ポート１１に対してｘ軸の負側に位置する光入出力ポート１２において入出射角が正（θ１）となるので、光入出力ポート１１の入出射光と、光入出力ポート１２の入出射光とが互いに交差することとなる。このような形態であっても、上記第１実施形態と同様に、調芯用ポート１３を用いて調芯作業を容易に行うことができる。

（第２の変形例）
図１２は、上記第１実施形態の別の変形例に係る光入出力部１０Ｂの構成を模式的に示す側面図であって、光入出力部１０Ｂをｙ軸方向から見た形態を示している。本変形例に係る光入出力部１０Ｂでは、上記第１変形例（図１１を参照）とは異なり、光ファイバ１１ｃの光軸が、集光素子１１ｄの光軸に対して正の方向にΔαだけずれている。なお、このずれ量Δαは、３個以上の光入出力ポート１１において互いに等しい。これによって、３個以上の光入出力ポート１１に均一な負の入出射角−θ１が付与される。

一方、光ファイバ１２ｃの光軸は、集光素子１２ｄの光軸に対して−Δαだけずれている。なお、ずれ量Δαは、３個以上の光入出力ポート１２において互いに等しい。これによって、３個以上の光入出力ポート１２に均一な正の入出射角θ１が付与される。

このように、本変形例では、集光素子１１ｄ、１２ｄ及び１３ｄが互いに等ピッチで配列され、光ファイバ１１ｃ、１２ｃ及び１３ｃが互いに不等ピッチで配列されている。そして、光ファイバ１１ｃの位置が、集光素子１１ｄに対して配列方向の一方の側（ｘ軸の正側）にずれており、光ファイバ１２ｃの位置が、集光素子１２ｄに対して配列方向の他方の側（ｘ軸の負側）にずれている。従って、光入出力ポート１１において入出射角が負（−θ１）となり、光入出力ポート１１に対してｘ軸の負側に位置する光入出力ポート１２において入出射角が正（θ１）となるので、光入出力ポート１１の入出射光と、光入出力ポート１２の入出射光とが互いに交差することとなる。このような形態であっても、上記第１変形例と同様に、調芯用ポート１３を用いて調芯作業を容易に行うことができる。

なお、上記第１実施形態においても同様に、集光素子１１ｄ、１２ｄ及び１３ｄが互いに等ピッチで配列され、光ファイバ１１ｃ、１２ｃ及び１３ｃが互いに不等ピッチで配列されてもよい。この場合、光ファイバ１１ｃの位置が、集光素子１１ｄに対してｘ軸の負側にずれ、光ファイバ１２ｃの位置が、集光素子１２ｄに対してｘ軸の正側にずれているとよい。これにより、光入出力ポート１１において入出射角が正（θ１）となり、光入出力ポート１１に対してｘ軸の負側に位置する光入出力ポート１２において入出射角が負（−θ１）となる。

（第３の変形例）
図１３は、上記第１実施形態の更に別の変形例に係る光入出力部１０Ｃの構成を模式的に示す側面図であって、光入出力部１０Ｃをｙ軸方向から見た形態を示している。本変形例に係る光入出力部１０Ｃでは、上記実施形態（図４を参照）とは異なり、光入出力ポート１１及び１２を含む複数のポート群１４が、ｘ軸方向に並んで配置されている。光入出力ポート１１及び１２は、ｘ軸方向に交互に並んで配置されている。

具体的には、各ポート群１４はマルチコア光ファイバ１５をそれぞれ有している。マルチコア光ファイバ１５は、ｘ軸方向に並ぶ少なくとも２本のコア（光導波路）１５ａ，１５ｂを含んでいる。一方のコア１５ａは光入出力ポート１１を構成し、他方のコア１５ｂは光入出力ポート１２を構成している。また、各ポート群１４は一つの集光素子１４ｄを有している。集光素子１４ｄは、２本のコア１５ａ，１５ｂの端面に光結合されている。コア１５ａの光軸は、集光素子１４ｄの光軸に対してｘ軸正方向にずれており、これによって、光入出力ポート１１に負の入出射角−θ１が付与されている。また、コア１５ｂの光軸は、集光素子１４ｄの光軸に対してｘ軸負方向にずれており、これによって、光入出力ポート１２に正の入出射角θ１が付与されている。

このように、本変形例では、集光素子１４ｄの位置が、コア１５ａに対して配列方向の一方の側（ｘ軸の正側）にずれており、コア１５ｂに対して配列方向の他方の側（ｘ軸の負側）にずれている。従って、光入出力ポート１１において入出射角が負（−θ１）となり、光入出力ポート１２において入出射角が正（θ１）となる。そして、本変形例では光入出力ポート１１，１２が交互に並んで配置されているので、光入出力ポート１１の入出射光と、光入出力ポート１２の入出射光とが互いに交差することとなる。

なお、調芯用ポート１３ａは、複数のポート群１４の配列の間（好ましくは、複数のポート群１４の配列の中央付近）に配置されている。また、調芯用ポート１３ｂは、複数のポート群１４の配列の両端にそれぞれ配置されている。これらの調芯用ポート１３を構成する光ファイバ１３ｃはシングルコア光ファイバであり、単一のコア１３ｅを有する。このコア１３ｅの光軸は、集光素子１３ｄの光軸と一致してしており、これによって、所定の軸線Ｃに沿った光軸でもって調芯用ポート１３が光Ｌ３の入出射を行う。

上記のような形態であっても、上記第１実施形態と同様に、調芯用ポート１３を用いて調芯作業を容易に行うことができる。

（第４の変形例）
図１４は、上記第１実施形態の更に別の変形例に係る光入出力部１０Ｄの構成を模式的に示す側面図であって、光入出力部１０Ｄをｙ軸方向から見た形態を示している。本変形例に係る光入出力部１０Ｄでは、光入出力ポート１１，１２及び調芯用ポート１３を含む複数のポート群１６が、ｘ軸方向に並んで配置されている。光入出力ポート１１及び１２はｘ軸方向に交互に並んで配置されており、調芯用ポート１３は光入出力ポート１１と光入出力ポート１２との間に配置されている。

具体的には、各ポート群１６はマルチコア光ファイバ１７をそれぞれ有している。マルチコア光ファイバ１７は、ｘ軸方向に並ぶ少なくとも３本のコア（光導波路）１７ａ〜１７ｃを含んでいる。コア１７ａは光入出力ポート１１を構成し、コア１５ｂは光入出力ポート１２を構成し、コア１７ｃは調芯用ポート１３を構成している。また、各ポート群１６は一つの集光素子１６ｄを有している。集光素子１６ｄは、３本のコア１７ａ〜１７ｃの端面に光結合されている。コア１７ａの光軸は、集光素子１６ｄの光軸に対してｘ軸正方向にずれており、これによって、光入出力ポート１１に負の入出射角−θ１が付与されている。コア１７ｂの光軸は、集光素子１６ｄの光軸に対してｘ軸負方向にずれており、これによって、光入出力ポート１２に正の入出射角θ１が付与されている。コア１７ｃの光軸は、集光素子１６ｄの光軸と一致しており、これによって、所定の軸線Ｃに沿った光軸でもって調芯用ポート１３が光Ｌ３の入出射を行う。

上記のような形態であっても、上記第１実施形態と同様に、調芯用ポート１３を用いて調芯作業を容易に行うことができる。

（第５の変形例）
図１５は、上記第１実施形態の更に別の変形例に係る光入出力部１０Ｅの構成を模式的に示す側面図であって、光入出力部１０Ｅをｙ軸方向から見た形態を示している。本変形例に係る光入出力部１０Ｅでは、第３変形例に係る複数のポート群１４が、ｘ軸方向に並んで配置されている。光入出力ポート１１及び１２は、ｘ軸方向に交互に並んで配置されている。

但し、本変形例では、第３変形例とは異なり、調芯用ポート１３が複数のポート群１４から独立して配置されていない。すなわち、本変形例では、各ポート群１４において光入出力ポート１１が調芯用ポートを兼ねており、光入出力ポート１１は、所定の軸線Ｃに沿った光軸でもって光Ｌ１１，Ｌ１２及び調芯用の光Ｌ３の入出射を行う。このような形態は、各ポート群１４を構成するマルチコア光ファイバ１５の光軸を、所定の軸線Ｃに対して例えば角度θ１だけ傾斜させることにより好適に実現される。なお、このとき、光入出力ポート１２における入出射光Ｌ２１，Ｌ２２の所定の軸線Ｃに対する角度は２θとなる。

上記のような形態であっても、光入出力ポート１１（調芯用ポート）を用いて調芯作業を容易に行うことができる。

上述した各実施形態および各変形例による波長選択スイッチ及びその製造方法は、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態および各変形例では、光入出力ポート及び調芯用ポートが光ファイバ及び集光レンズを含むものとして説明したが、光入出力ポート及び調芯用ポートはこのような形態に限られない。

また、上記実施形態および第１〜第３の変形例では、光入出力部が３個の調芯用ポートを有する場合を例示したが、光入出力部は少なくとも１個の調芯用ポートを有していればよい。また、調芯用ポートの配置に関しても、上記実施形態および第１〜第３の変形例の他に様々な配置が可能である。

また、上記第３〜第５変形例ではマルチコア光ファイバが用いられているが、マルチコア光ファイバの複数のコアに相当する部分を複数のシングルコア光ファイバによって構成してもよい。このような形態であっても、第３〜第５変形例と同様の作用効果を得ることができる。

１Ａ…波長選択スイッチ、１０，１０Ａ〜１０Ｅ…光入出力部、１１，１２…光入出力ポート、１１ａ，１２ａ…光入力ポート、１１ｂ，１２ｂ…光出力ポート、１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ…光ファイバ、１１ｄ，１２ｄ，１３ｄ…集光素子、１３…調芯用ポート、１４，１６…ポート群、１４ｄ，１６ｄ…集光素子、１５，１７…マルチコア光ファイバ、１５ａ，１５ｂ，１７ａ〜１７ｃ…コア、２０…分光素子、３０…光偏向素子、３１，３２…光偏向部、５０…平面反射鏡、Ｃ…所定の軸線、Ｌ３…調芯用光。

Claims (9)

1. 所定の軸線上に並んで配置された光入出力部、分光素子、及び光偏向素子を備える波長選択スイッチであって、
   前記光入出力部は、
   第１の光入力ポート及び第１の光出力ポートを含み、前記所定の軸線に対し前記所定の軸線と交差する第１の方向に傾斜した光軸でもって入出射を行う３個以上の第１の光入出力ポートと、
   第２の光入力ポート及び第２の光出力ポートを含み、前記所定の軸線に対し前記第１の方向に傾斜した光軸でもって入出射を行う３個以上の第２の光入出力ポートと、
   前記所定の軸線に沿う光軸でもって調芯用の光の入出射を行う調芯用ポートと
   を有し、前記所定の軸線を基準とする前記第１の光入出力ポートの入出射角と前記第２の光入出力ポートの入出射角とが互いに異なり、
   前記分光素子は、前記第１及び第２の光入出力ポートの入出射光の光軸を、前記所定の軸線および前記第１の方向と交差する方向へ波長に応じた角度で変化させ、
   前記光偏向素子は、
   前記分光素子を経た前記第１の光入力ポートからの光を前記第１の光出力ポートへ向ける第１の光偏向部と、
   前記分光素子を経た前記第２の光入力ポートからの光を前記第２の光出力ポートへ向ける第２の光偏向部と
   を有する、波長選択スイッチ。
2. 前記第１及び第２の光入出力ポート、並びに前記調芯用ポートは、光ファイバをそれぞれ含んでおり、
   前記第１及び第２の光入出力ポートの前記光ファイバの光軸方向と、前記第１及び第２の光入出力ポートの入出射方向とが互いに異なり、
   前記調芯用ポートの前記光ファイバの光軸方向と、前記調芯用ポートの入出射方向とが互いに一致している、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
3. 前記第１及び第２の光入出力ポート、並びに前記調芯用ポートの前記光ファイバの光軸が前記所定の軸線に沿っており、
   前記第１及び第２の光入出力ポートは、前記光ファイバの端面に光結合されている集光素子を更に含んでおり、該光ファイバの光軸と該集光素子の光軸とが互いにずれており、
   前記調芯用ポートは、前記光ファイバの端面に光結合されている集光素子を更に含んでおり、該光ファイバの光軸と該集光素子の光軸とが互いに一致している、請求項２に記載の波長選択スイッチ。
4. 前記３個以上の第１の光入出力ポートにおける前記光ファイバの光軸と前記集光素子の光軸とのずれ量が互いに等しく、
   前記３個以上の第２の光入出力ポートにおける前記光ファイバの光軸と前記集光素子の光軸とのずれ量が互いに等しく、
   前記第１の光入出力ポートにおける前記ずれ量と、前記第２の光入出力ポートにおける前記ずれ量とが互いに異なる、請求項３に記載の波長選択スイッチ。
5. 前記第１の光入出力ポートと前記第２の光入出力ポートとが前記第１の方向に並んで配列されており、
   前記調芯用ポートが、前記第１及び第２の光入出力ポートの配列の両端、及び、前記第１の光入出力ポートと前記第２の光入出力ポートとの間のうち少なくとも一方に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ。
6. 前記第１及び第２の光入出力ポートを各々含む複数のポート群が前記第１の方向に並んで配置されており、
   各ポート群は、前記第１及び第２の光入出力ポートを各々構成する２以上の光導波路と、該２以上の光導波路の端面に光結合されている集光素子とを含んでおり、該２以上の光導波路の光軸と前記集光素子の光軸とが互いにずれており、
   各ポート群は、前記調芯用ポートを構成する光導波路を更に含んでおり、該光導波路の光軸と前記集光素子の光軸とが互いに一致している、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の波長選択スイッチを製造する方法であって、
   前記調芯用ポートに調芯用の光を入力する第１ステップと、
   前記所定の軸線上に配置された反射鏡、若しくは前記光偏向素子において反射した前記調芯用の光を前記調芯用ポートを介して取得し、該調芯用の光の強度を検出する第２ステップと、
   前記第２ステップにおいて得られる前記調芯用の光の強度が大きくなる方向に、前記所定の軸線を基準とする前記光入出力部の入出射角を調整する第３ステップと
   を含む、波長選択スイッチの製造方法。
8. 前記波長選択スイッチが、前記所定の軸線上において前記光入出力部と前記分光素子との間に配置された前段光学系を更に備えており、
   前記反射鏡を前記光入出力部と前記前段光学系との間に配置し、前記反射鏡において反射した前記調芯用の光を前記調芯用ポートを介して取得する、請求項７に記載の波長選択スイッチの製造方法。
9. 前記光入出力部が前記調芯用ポートを複数有しており、
   前記第３ステップの際に、前記調芯用の光の強度が二以上の前記調芯用ポートにおいて均一に近づくように前記光入出力部の入出射角を調整する、請求項７または８に記載の波長選択スイッチの製造方法。

Images