JP2016057407A - Wavelength selective switch - Google Patents
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Abstract
Description
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に関する。 The present invention relates to a wavelength selective optical switch used in a node or the like of an optical communication system.
近年続く爆発的なネットワークトラフィックの増大を背景に、ネットワークの大容量化や低コスト化への要求が高まると同時に災害時にも通信を確保する高い信頼性を持ったネットワーク構築の重要性がより注目されている。これらの要求を満たすネットワーク構成である、ＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ａｄｄ／ｄｒｏｐ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）リングネットワークの導入が始まっている。このネットワーク下では光信号を電気信号に変換することなくパス切り替えを実現することで電力消費量の大きいＯＥＯ変換部を減らし、低コスト・低消費電力を両立しながら通信経路の冗長化を行うことが可能である。 Against the backdrop of explosive growth in network traffic in recent years, the demand for higher capacity and lower costs for networks has increased, and at the same time, the importance of building a highly reliable network that ensures communication even in the event of a disaster is drawing more attention Has been. Introduction of a ROADM (Reconfigurable optical add / drop multiplexer) ring network, which is a network configuration that satisfies these requirements, has begun. Under this network, path switching is realized without converting optical signals into electrical signals, thereby reducing the number of OEO converters that consume a large amount of power and making communication paths redundant while achieving both low cost and low power consumption. Is possible.
ＲＯＡＤＭネットワーク中では光信号を波長ごとに多重化した波長分割多重通信（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式が採用され、波長ごとに方路を管理する必要がある。光ノードを構成する波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ）は任意の波長を任意の方路に切り替えることが可能であり、ＲＯＡＤＭネットワークのフレキシビリティ向上をもたらすキーデバイスとして注目されている。特に空間光学型ＷＳＳは多ポートの光路切り替えが可能であることから注目を集めている。 In a ROADM network, a wavelength division multiplexing (WDM) system in which optical signals are multiplexed for each wavelength is adopted, and a route needs to be managed for each wavelength. A wavelength selective switch (WSS) constituting an optical node can switch an arbitrary wavelength to an arbitrary path, and has attracted attention as a key device that improves the flexibility of the ROADM network. In particular, the spatial optical type WSS is attracting attention because it allows multi-port optical path switching.
また、ネットワークの大容量化を目的として、ファイバー中の複数の伝搬モードを利用した空間多重伝送技術の研究開発も進められている。この伝送方式ではそれぞれの伝搬モードで個別の信号を伝送することにより、１つの伝搬モードのみを利用した場合や、伝搬する全ての伝搬モードで同一の信号を伝送するよりも伝送を大容量化することが可能となる。また、波長多重通信に空間多重伝送技術を適用することにより、さらなる大容量化を実現することができる。 In addition, research and development of spatial multiplexing transmission technology using a plurality of propagation modes in a fiber is underway for the purpose of increasing the capacity of a network. In this transmission method, by transmitting individual signals in each propagation mode, the transmission capacity is increased when only one propagation mode is used or when the same signal is transmitted in all propagation modes. It becomes possible. Further, by applying a spatial multiplexing transmission technique to wavelength division multiplexing, it is possible to realize a further increase in capacity.
ＲＯＡＤＭネットワーク内では、ＷＤＭ信号の光経路はＷＳＳを多段に通過していることから、個々のＷＳＳでのフィルター形状に影響を受けて光経路を透過できる波長成分は制限されるため、これが通過できるノード数を制限している。その為、個々のＷＳＳの透過帯域を広く保つことが求められている。それに加え、複数の伝搬モードを信号の伝搬に用いる空間多重伝送技術を適用する際には、複数の伝搬モード間のクロストークが問題となる。これは、伝搬モード毎に異なる信号を伝搬している場合、本来伝搬している信号に異なる信号が混入することにより信号特性を劣化させるためである。 In the ROADM network, since the optical path of the WDM signal passes through the WSS in multiple stages, the wavelength component that can be transmitted through the optical path is limited by the filter shape of each WSS, so that it can pass through. The number of nodes is limited. Therefore, it is required to keep the transmission band of each WSS wide. In addition, when applying a spatial multiplexing transmission technique using a plurality of propagation modes for signal propagation, crosstalk between the plurality of propagation modes becomes a problem. This is because when different signals are propagated for each propagation mode, signal characteristics are deteriorated by mixing different signals into the originally propagated signals.
図８に、従来の空間光学型ＷＳＳの構成を示す。図８（ａ）、図８（ｂ）は、それぞれ空間光学型ＷＳＳの側面図、上面図である。空間光学型ＷＳＳの基本的な光学系は入出力ポート群１００１、波長分散素子１００２、集光レンズ１００３、偏向素子アレイ１００４から構成されている。入射したＷＤＭ信号光は回折格子１００２で分光され、次にレンズ１００３を通して偏向素子アレイ１００４の各偏向素子に入射する。この入射した光を偏向素子により、ＷＤＭ信号のチャネルごとに偏向することで、接続ポートを切り替えている。 FIG. 8 shows a configuration of a conventional spatial optical type WSS. FIGS. 8A and 8B are a side view and a top view, respectively, of the spatial optical type WSS. The basic optical system of the spatial optical type WSS includes an input / output port group 1001, a wavelength dispersion element 1002, a condenser lens 1003, and a deflection element array 1004. The incident WDM signal light is split by the diffraction grating 1002 and then enters each deflection element of the deflection element array 1004 through the lens 1003. The connection port is switched by deflecting the incident light for each channel of the WDM signal by the deflecting element.
現在提案されている波長選択スイッチの構成では、波長分散軸にも各伝搬モード固有の光強度分布が存在し、偏向素子間に入射光がまたがった場合には一部の光が偏向できなくなり、伝搬モードの光強度分布を維持できなくなる。 In the configuration of the wavelength selective switch currently proposed, there is a light intensity distribution specific to each propagation mode in the wavelength dispersion axis, and when the incident light straddles between the deflecting elements, some light cannot be deflected, The light intensity distribution in the propagation mode cannot be maintained.
上記のような理由で、伝搬モードの光強度分布が崩れると、他の伝搬モードへのモード間クロストークが発生するため、マルチモード伝搬を用いたＷＳＳでは偏向後に伝搬モードの光強度分布を維持できる領域で、各チャネルの透過帯域幅が制限される。 For the reasons described above, if the light intensity distribution in the propagation mode collapses, crosstalk between modes to other propagation modes occurs, so the WSS using multimode propagation maintains the light intensity distribution in the propagation mode after deflection. The transmission bandwidth of each channel is limited in the area where it can be performed.
また、波長分散が連続である場合には、偏向素子の設置位置の変動により偏向する波長の設計値からのずれが発生する。そのため、ＷＳＳの偏向素子の設置位置の設計値からのずれや設置後の位置の変動に対するトレランスの条件が厳しくなる。 Further, when the chromatic dispersion is continuous, a deviation from the design value of the wavelength to be deflected occurs due to a change in the installation position of the deflection element. For this reason, the tolerance conditions for the deviation from the design value of the installation position of the deflection element of the WSS and the fluctuation of the position after installation become severe.
一方、回折次数を高くして短い自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を持ち、周波数に対して回折角が周期的に変化することで回折角の変化が不連続になる波長分散素子も存在する。その代表例がＡｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＡＷＧ）とＶｉｒｔｕａｌｌｙ Ｉｍａｇｅｄ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ（ＶＩＰＡ）である。両者ともに数十ＧＨｚという短いＦＳＲを実現することが可能であり、回折角はＦＳＲの周期で周期的に変化する。 On the other hand, there is also a wavelength dispersion element that has a higher diffraction order, has a short free spectral region (FSR), and changes the diffraction angle discontinuously when the diffraction angle changes periodically with respect to the frequency. Typical examples are Arrayed-Waveguide Grating (AWG) and Virtually Imaged Phased Array (VIPA). Both can realize a short FSR of several tens of GHz, and the diffraction angle changes periodically with the period of the FSR.
これらの波長分散素子はチャネル内の分散補償などの用途に使われている例があるが、前述のチャネル境界の波長領域での特性劣化の問題を解決するものではない。 Although these wavelength dispersion elements are used for applications such as dispersion compensation in a channel, they do not solve the above-described characteristic deterioration problem in the wavelength region of the channel boundary.
非線形な回折特性を持つ波長分散素子として、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）とＡＷＧを組み合わせた物が報告されているが、この例ではＭＺＩの透過帯域幅が狭いために広い透過帯域を確保することができないことが問題となる。 As a wavelength dispersion element having nonlinear diffraction characteristics, a combination of a Mach-Zehnder interferometer (MZI) and AWG has been reported. In this example, a wide transmission band is secured because the transmission band width of MZI is narrow. The problem is that it cannot be done.
上記のように、従来のＷＳＳでは、複数の伝搬モードを利用した空間多重技術を適用した場合、その内部の波長分散素子での回折角が波長に対して連続的に変化することから、チャネル境界の波長の光成分において、モード間クロストークが発生して信号特性の劣化が発生することで、実用に足る通信品質を保証できる波長成分が制限される。また、偏向素子の設置位置の変動により偏向できる波長が変化してしまうことから、その設置精度や位置変動トレランスが厳しくなっている。 As described above, in the conventional WSS, when a spatial multiplexing technique using a plurality of propagation modes is applied, the diffraction angle at the wavelength dispersion element in the inside continuously changes with respect to the wavelength, so that the channel boundary In the light component having the wavelength of 1, the crosstalk between modes occurs and the signal characteristics are deteriorated, so that the wavelength component that can guarantee the communication quality sufficient for practical use is limited. Further, since the wavelength that can be deflected changes due to the change in the installation position of the deflection element, the installation accuracy and tolerance for position change are severe.
偏向素子間領域の影響による透過帯域狭窄を抑制する方法として、波長分散を離散化する方法が挙げられる。離散的な波長分散を行う為の構成として、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）とＡＷＧを組み合わせた構成が報告されている。 As a method of suppressing the transmission band narrowing due to the influence of the region between the deflection elements, a method of discretizing chromatic dispersion can be mentioned. As a configuration for performing discrete wavelength dispersion, a configuration in which a Mach-Zehnder interferometer (MZI) and an AWG are combined has been reported.
しかしながら、ＭＺＩとＡＷＧによる上記の構成では波長分散素子では透過帯域特性の０．５ｄＢ帯域幅は４５％が限界となり、十分な透過帯域を確保することが出来ない。 However, with the above-described configuration based on MZI and AWG, the 0.5 dB bandwidth of the transmission band characteristic is limited to 45% in the wavelength dispersion element, and a sufficient transmission band cannot be secured.
他にも、導波路を用いた上記以外の波長分散の非線形化の手法としては、光モード合成カプラとＡＷＧや、ＡＷＧとＡＷＧ、多段のＭＺＩとＡＷＧを組み合わせる手法等（特許文献１、２参照）が報告されている。しかしながら、導波路を用いた際には、誘電体中を伝搬させるために挿入損失が大きいこと、導波路の基板に対して垂直方向と平行方向で作製時に発生する応力が異なることから偏波依存性が発生することなどが問題となる。これらは、ＷＳＳを透過するＷＤＭ信号を劣化させてしまうという課題がある。 In addition, as a method of nonlinearizing wavelength dispersion other than the above using a waveguide, a method of combining an optical mode synthesis coupler and AWG, AWG and AWG, multistage MZI and AWG, etc. (see Patent Documents 1 and 2) ) Has been reported. However, when a waveguide is used, it depends on the polarization because the insertion loss is large because it propagates in the dielectric, and the stress generated during fabrication differs in a direction perpendicular to and parallel to the substrate of the waveguide. The problem is that the sexuality occurs. These have the problem of degrading the WDM signal that passes through the WSS.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＷＳＳ内の波長分散素子の波長分散を離散的にすることで、偏向素子のチャネル境界の波長領域でのモード間クロストークおよび透過帯域の狭窄を抑制し、透過帯域の広い波長選択スイッチを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to make the chromatic dispersion of the chromatic dispersion element in the WSS discrete so that it can be obtained in the wavelength region of the channel boundary of the deflection element. An object is to provide a wavelength selective switch having a wide transmission band by suppressing crosstalk between modes and narrowing of the transmission band.
上記の課題を解決するために、本発明は、波長選択スイッチであって、２つ以上の入出力ポートと、前記入出力ポートから入射された、高次の伝搬モードが多重化された入射光を、伝搬モード毎に波長分散する分散軸が一致した２つ以上の波長分散部と、前記２つ以上の波長分散部により離散的に波長分散された光を集光する集光素子と、前記集光素子により離散的に集光された光をそれぞれ偏向し、前記集光素子、前記波長分散部を介して前記入出力ポートに入射する偏向部と、を備え、前記２つ以上の波長分散部の内、少なくとも１つの第１の波長分散部は、自由スペクトル領域が他の第２の波長分散部よりも短く、波長分散が他の前記波長分散部と逆方向であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a wavelength selective switch that includes two or more input / output ports and incident light that is incident from the input / output ports and multiplexed with a higher-order propagation mode. Two or more chromatic dispersion units having the same dispersion axis for chromatic dispersion for each propagation mode, a condensing element for condensing light that is discretely wavelength-dispersed by the two or more wavelength dispersion units, and The two or more chromatic dispersions, each comprising a deflecting unit that deflects the light discretely collected by the condensing element and enters the input / output port via the wavelength dispersing unit At least one of the first chromatic dispersion units is characterized in that the free spectral region is shorter than the other second chromatic dispersion units, and the chromatic dispersion is in the opposite direction to the other chromatic dispersion units. .
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の波長選択スイッチにおいて、前記２つ以上の波長分散部は、波長の変化に対する回折角の変化が一定である波長領域を有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the wavelength selective switch according to the first aspect, the two or more wavelength dispersion units have a wavelength region in which a change in diffraction angle with respect to a change in wavelength is constant. To do.
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の波長選択スイッチにおいて、前記偏向部は、偏向方向を個別に制御可能な２つ以上の偏向領域を含み、離散的に集光された光の集光位置の間隔と前記偏向領域の間隔とが一致することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the wavelength selective switch according to the first aspect, the deflecting unit includes two or more deflecting regions whose deflection directions can be individually controlled, and is discretely collected light. The interval between the light condensing positions is equal to the interval between the deflection regions.
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至２のいずれかに記載の波長選択スイッチにおいて、前記第１の波長分散部は、２つ以上のＡＷＧを含むことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the wavelength selective switch according to the first or second aspect, the first wavelength dispersion unit includes two or more AWGs.
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の波長選択スイッチにおいて、前記第１の波長分散部は、ＶＩＰＡを含むことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the wavelength selective switch according to any one of the first to third aspects, the first wavelength dispersion unit includes a VIPA.
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の波長選択スイッチにおいて、前記ＶＩＰＡへの入射光を整形するビーム整形素子をさらに備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the wavelength selective switch according to claim 5, further comprising a beam shaping element for shaping the incident light to the VIPA.
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の波長選択スイッチにおいて、前記第１の波長分散部から出射された光の角度を調整するレンズ系をさらに備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the wavelength selective switch according to any one of claims 1 to 6, further comprising a lens system for adjusting an angle of the light emitted from the first wavelength dispersion unit. Features.
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の波長選択スイッチにおいて、前記第１の波長分散部の自由スペクトル領域は、前記入力ポートに入力されるＷＤＭ信号のグリッド間隔に一致することを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the wavelength selective switch according to any one of claims 1 to 6, wherein the free spectral region of the first wavelength dispersion unit is a grid interval of a WDM signal input to the input port. To match.
本発明は、ＷＳＳにおいて、偏向素子のチャネル境界の波長領域でのモード間クロストークおよび透過帯域の狭窄を抑制し、透過帯域を広くする効果を奏する。 The present invention has an effect of widening the transmission band by suppressing crosstalk between modes and narrowing of the transmission band in the wavelength region of the channel boundary of the deflection element in WSS.
以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。なお、全図を通して同一の符合は同一または相当部分を示すものとする。 Hereinafter, although the form for implementing this invention is demonstrated, this invention is not limited to an Example. Note that the same reference numerals denote the same or corresponding parts throughout the drawings.
（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る波長選択スイッチの構成を示す。本実施形態に関る光学系は、入出力ポート群１０１、マイクロレンズアレイ１０２、波長分散の方向が後述の回折格子１０４とは反対であり回折格子１０４よりも短いＦＳＲを持つ波長分散素子１０３、回折格子１０４、回折格子１０４からの出射光を集光するレンズ１０５、ＭＥＭＳミラーアレイ１０６がこの順に配置されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of a wavelength selective switch according to Embodiment 1 of the present invention. The optical system according to the present embodiment includes an input / output port group 101, a microlens array 102, a wavelength dispersion element 103 having an FSR that is opposite to the diffraction grating 104 described later and has a shorter FSR than the diffraction grating 104, A diffraction grating 104, a lens 105 for condensing light emitted from the diffraction grating 104, and a MEMS mirror array 106 are arranged in this order.
まず入出力ポート群１０１に入力された複数の伝搬モードを含んだ光信号は、マイクロレンズアレイ１０２を経てコリメート光として空間に出射され、波長分散素子１０３に入射する。波長分散素子１０３に入射した光は、波長分散素子１０３のＦＳＲの周期で周期的な回折を受けて、回折格子１０４に入射する。この時、波長分散素子１０３での波長に対する周期的な回折角の変化により、回折格子１０４での波長分散が周期的に相殺される。回折格子１０４からの出射角は、前述の周期的な波長分散の相殺により波長分散素子１０３のＦＳＲの周期で離散化された回折角となる。この光をレンズ１０５で集光することにより、偏向素子アレイ１０６上での集光位置は波長に対して離散的に変化する。ＭＥＭＳミラーアレイ１０６により反射角が変化した光は再びレンズ１０５、回折格子１０４、波長分散素子１０３、マイクロレンズアレイ１０２を通過して、入出力ポート群１０１中の入力ポートとは異なるポートに結合される。 First, an optical signal including a plurality of propagation modes input to the input / output port group 101 is emitted into space as collimated light through the microlens array 102 and enters the wavelength dispersion element 103. The light incident on the wavelength dispersion element 103 undergoes periodic diffraction at the FSR period of the wavelength dispersion element 103 and enters the diffraction grating 104. At this time, the chromatic dispersion in the diffraction grating 104 is periodically canceled by the periodic change in the diffraction angle with respect to the wavelength in the chromatic dispersion element 103. The emission angle from the diffraction grating 104 becomes a diffraction angle discretized at the FSR period of the chromatic dispersion element 103 by canceling out the periodic chromatic dispersion described above. By condensing this light with the lens 105, the condensing position on the deflection | deviation element array 106 changes discretely with respect to a wavelength. The light whose reflection angle is changed by the MEMS mirror array 106 passes through the lens 105, the diffraction grating 104, the wavelength dispersion element 103, and the microlens array 102 again, and is coupled to a port different from the input port in the input / output port group 101. The
尚、本実施形態ではＦＳＲが短い波長分散素子１０３を先に配置したが、回折格子１０４との順番が反対でも本発明の効果に変わりはない。 In this embodiment, the wavelength dispersion element 103 having a short FSR is arranged first, but the effect of the present invention is not changed even if the order of the diffraction grating 104 is reversed.
ここで、本発明の波長分散部について説明する。図２（ａ）に、ＷＳＳで用いられる代表的なバルクの波長分散素子である回折格子の分散特性を示し、図２（ｂ）に、周波数に対して周期的に回折角が変化する波長分散素子の分散特性を示す。回折格子１０４は通常、数ＴＨｚから数百ＴＨｚオーダのＦＳＲを持ち、光の周波数に対して連続的に回折角が変化する（図２（ａ））。それに対し、高い次数の回折光を利用することでＦＳＲが短い波長分散素子１０３では、そのＦＳＲの周期で、周波数に対して周期的に回折角が変化する（図２（ｂ））。 Here, the wavelength dispersion unit of the present invention will be described. FIG. 2A shows the dispersion characteristics of a diffraction grating, which is a typical bulk wavelength dispersion element used in WSS, and FIG. 2B shows chromatic dispersion in which the diffraction angle changes periodically with respect to frequency. The dispersion characteristics of the element are shown. The diffraction grating 104 usually has an FSR on the order of several THz to several hundred THz, and the diffraction angle continuously changes with respect to the frequency of light (FIG. 2A). On the other hand, in the chromatic dispersion element 103 having a short FSR by using high-order diffracted light, the diffraction angle periodically changes with respect to the frequency in the period of the FSR (FIG. 2B).
これら２種類の波長分散素子を波長分散が逆方向となるように設置することで、回折格子１０４による波長分散を周期的に打ち消し、波長分散素子１０３のＦＳＲの周期で回折角が波長に対して離散化する（図２（ｃ））。この回折角が離散化する波長を、チャネル境界に合わせることで、チャネルごとに回折角を分離することが可能となり、レンズ１０５により集光した際にはチャネルごとに分離してＭＥＭＳミラーアレイ１０６の各ミラー上に集光される。 By installing these two types of wavelength dispersion elements so that the wavelength dispersion is in the opposite direction, the wavelength dispersion caused by the diffraction grating 104 is periodically canceled, and the diffraction angle with respect to the wavelength is the wavelength of the FSR of the wavelength dispersion element 103. Discretization is performed (FIG. 2C). By matching the wavelength at which the diffraction angle is discretized to the channel boundary, the diffraction angle can be separated for each channel. When the light is collected by the lens 105, the diffraction angle is separated for each channel. Focused on each mirror.
ＷＳＳの特性を改善するための、本発明のＷＳＳの波長分散部における波長分散離散化の条件は以下の３つである。 In order to improve the characteristics of WSS, the chromatic dispersion discretization conditions in the chromatic dispersion section of the WSS of the present invention are the following three conditions.
条件１．レンズ１０５で集光した光がＭＥＭＳミラーアレイ１０６のミラー間のギャップに入らないこと
条件２．離散化した集光位置の間隔がＭＥＭＳミラーアレイ１０６のミラーピッチに一致していること
条件３．波長分散素子１０３のＦＳＲがＷＤＭ信号のグリッド間隔に一致していること
Condition 1. 1. The light collected by the lens 105 does not enter the gap between the mirrors of the MEMS mirror array 106. Condition 2. 2. Discrete condensing position intervals coincide with the mirror pitch of the MEMS mirror array 106. Condition 3. The FSR of the wavelength dispersion element 103 matches the grid interval of the WDM signal.
条件１について説明する。前述のように回折格子１０４と回折格子１０４よりもＦＳＲが短い波長分散素子１０３を組み合わせることで、図２（ｃ）のような離散的な波長分散を得ることが出来る。さらに、離散化された際のチャネル内の集光位置の変化が、集光した光がＭＥＭＳミラーアレイ１０６のミラー間のギャップに入射しない範囲であれば、このＷＳＳがミラー間のギャップによる影響や透過帯域の制限を受けることがなくなる。 Condition 1 will be described. As described above, by combining the diffraction grating 104 and the wavelength dispersion element 103 having a shorter FSR than the diffraction grating 104, discrete wavelength dispersion as shown in FIG. 2C can be obtained. Further, if the change of the condensing position in the channel when discretized is in a range where the collected light does not enter the gap between the mirrors of the MEMS mirror array 106, this WSS is affected by the gap between the mirrors. The transmission band is not limited.
次に条件２について説明する。集光位置が離散化された際には、各チャネルに対応した波長は全て同じ位置に集光することになるため、それら光は各チャネルに対応したＭＥＭＳミラーアレイ１０６の各ミラー上に集光する必要がある。よって、離散化された集光位置の間隔は、偏向素子であるＭＥＭＳミラーアレイ１０６のミラーピッチに一致している必要がある。 Next, condition 2 will be described. When the condensing position is discretized, all the wavelengths corresponding to the respective channels are collected at the same position, so that the light is condensed on each mirror of the MEMS mirror array 106 corresponding to each channel. There is a need to. Therefore, the interval between the discretized light collection positions needs to match the mirror pitch of the MEMS mirror array 106 that is a deflection element.
最後に条件３について説明する。前述のとおり、回折格子１０４と回折格子１０４よりもＦＳＲが短い波長分散素子１０３の組み合わせにより波長分散を離散化する際には、離散化される波長間隔は波長分散素子１０３のＦＳＲに従う。ＷＳＳとして利用する際には、この離散化により各波長チャネルを分離しなければならない為、波長分散素子１０３のＦＳＲはＷＤＭ信号のグリッド間隔に一致させる必要がある。 Finally, condition 3 will be described. As described above, when the chromatic dispersion is discretized by the combination of the diffraction grating 104 and the wavelength dispersion element 103 having an FSR shorter than that of the diffraction grating 104, the wavelength interval to be discretized follows the FSR of the wavelength dispersion element 103. When used as a WSS, each wavelength channel must be separated by this discretization, so that the FSR of the wavelength dispersion element 103 needs to match the grid interval of the WDM signal.
上記の条件１〜３を満たすことにより、ＷＤＭ信号を波長チャネル毎に分離し、ＭＥＭＳミラーアレイ１０６のミラー間の境界領域やミラー間ギャップの影響を受けずに方路の切り替えを行うことが可能となり、透過帯域が波長に対して変化しない矩形のフィルター形状を持つことができる。これにより、広帯域化が可能となる。 By satisfying the above conditions 1 to 3, the WDM signal can be separated for each wavelength channel, and the path can be switched without being affected by the boundary region between the mirrors of the MEMS mirror array 106 and the gap between the mirrors. Thus, the filter can have a rectangular filter shape whose transmission band does not change with respect to the wavelength. Thereby, it becomes possible to widen the bandwidth.
また、常に各チャネルに対応する偏向素子の中心に光が集光するため、偏向素子間の境界領域で発生する制御できない波長成分がなくなることから、偏向素子間の境界領域に由来する迷光等の特性劣化を抑制することが出来る。同時に、集光した光がそのチャネルに対応した偏向素子から出ない範囲であれば、偏向素子、ここではＭＥＭＳミラーアレイ１０６の配置位置がずれたとしても光学的な影響が発生しない。 In addition, since light is always collected at the center of the deflection element corresponding to each channel, there is no uncontrollable wavelength component generated in the boundary region between the deflection elements, so stray light or the like derived from the boundary region between the deflection elements can be eliminated. Characteristic deterioration can be suppressed. At the same time, as long as the collected light does not come out of the deflection element corresponding to the channel, even if the arrangement position of the deflection element, here, the MEMS mirror array 106 is deviated, no optical influence is generated.
このような効果は図２（ｃ）のように２種類の分散能が一致していない場合でも同様であるが、特に、２種類の波長分散素子の分散能が図２（ｄ）のように、チャネル毎に、対応する波長領域内において完全に相殺される場合には、ＭＥＭＳミラーアレイ１０６の設置トレランスの拡大や、素子サイズの縮小などの効果がさらに期待できる。 Such an effect is the same even when the two types of dispersive power do not match as shown in FIG. 2C, but in particular, the dispersive power of the two types of wavelength dispersive elements is as shown in FIG. 2D. In the case where each channel cancels out completely within the corresponding wavelength region, effects such as an increase in installation tolerance of the MEMS mirror array 106 and a reduction in element size can be further expected.
尚、高次の伝搬モードが多重化された信号を波長分散素子でモード毎に分離した場合、レンズ焦点でのビーム径はモード毎に異なる。また、モード毎に分離された高次の伝搬モードのビームが部分的に削れるなどしてビーム形状が変わると、モード間クロストークが発生する。そのため、高次の伝搬モードが多重化された信号を入射光として利用する場合、各モードのビームが対応する各偏向素子に収まるよう注意が必要である。 When a signal in which higher-order propagation modes are multiplexed is separated for each mode by the wavelength dispersion element, the beam diameter at the lens focal point is different for each mode. Further, when the beam shape changes due to, for example, partial removal of a beam of a higher-order propagation mode separated for each mode, crosstalk between modes occurs. Therefore, when a signal in which higher-order propagation modes are multiplexed is used as incident light, care must be taken so that the beam of each mode is accommodated in each corresponding deflection element.
また２種類の波長分散素子は、それぞれ複数の回折の組合せでも良く、たとえば波長分散素子１０３、回折格子１０４は、それぞれ２枚の波長分散素子を組み合わせた構成でも問題ない。その場合、組み合わせた最終的な回折角が離散的になるように各波長分散素子を設定すればよい。 The two types of wavelength dispersion elements may be a combination of a plurality of diffractions. For example, the wavelength dispersion element 103 and the diffraction grating 104 may have a configuration in which two wavelength dispersion elements are combined. In that case, each wavelength dispersion element may be set so that the final combined diffraction angle becomes discrete.
上記のように、ＷＳＳの波長分散部としてバルクの波長分散素子と、それとは逆方向の波長分散を持った波長分散素子を組み合わせることにより、偏向素子の中心にのみ光を集光することが可能となり、偏向素子間に入射する波長成分の光による特性劣化を抑制することが出来る。また、導波路構造の際に問題となる挿入損失や偏波依存性を抑制することが可能となる。 As mentioned above, it is possible to condense light only at the center of the deflecting element by combining a bulk wavelength dispersing element as a wavelength dispersion part of WSS and a wavelength dispersing element having wavelength dispersion in the opposite direction to the bulk wavelength dispersing element. Thus, it is possible to suppress deterioration of characteristics due to light having a wavelength component incident between the deflecting elements. Moreover, it becomes possible to suppress the insertion loss and the polarization dependency which are problems in the waveguide structure.
尚、本実施形態では偏向素子として、ＭＥＭＳミラーアレイ１０６を用いたが、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）などの他の空間光変調器を用いた時も同様の効果を得ることが出来る。 In the present embodiment, the MEMS mirror array 106 is used as the deflecting element, but the same effect can be obtained when another spatial light modulator such as Liquid Crystal on Silicon (LCOS) is used.
（実施形態２）
図３に、本発明の実施形態２に係る波長選択スイッチの構成を示す。本実施形態に関る光学系は、入出力ポート群３０１、マイクロレンズアレイ３０２、波長分散の方向が後述の回折格子３０６とは反対であり回折格子３０６よりも短いＦＳＲを持つ波長分散素子３０３、波長分散素子間の波長分散の大きさを調整するために配置された２枚のレンズ３０４、３０５、回折格子３０６、回折格子からの出射光を集光するレンズ３０７、ＭＥＭＳミラーアレイ３０８がこの順に配置されている。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a configuration of a wavelength selective switch according to Embodiment 2 of the present invention. The optical system according to the present embodiment includes an input / output port group 301, a microlens array 302, a wavelength dispersion element 303 having an FSR that is opposite to the diffraction grating 306 described below and has a shorter FSR than the diffraction grating 306, Two lenses 304, 305, a diffraction grating 306, a lens 307 for condensing light emitted from the diffraction grating, and a MEMS mirror array 308 are arranged in this order, which are arranged to adjust the magnitude of wavelength dispersion between the wavelength dispersion elements. Has been placed.
まず入出力ポート群３０１に入力された光信号は、マイクロレンズアレイ３０２を経てコリメート光として空間に出射され、波長分散素子３０３に入射する。波長分散素子３０３に入射した光は、波長分散素子３０３のＦＳＲの周期で周期的な回折を受けて空間に出射される。周期的な回折を受けた光はレンズ３０４、３０５によって波長に対する回折角の変化量が拡大もしくは縮小され、回折格子３０６に入射する。この時、波長分散素子３０３での波長に対する周期的な回折角の変化により、回折格子３０６での波長分散が周期的に相殺される。 First, an optical signal input to the input / output port group 301 passes through the microlens array 302, is emitted into the space as collimated light, and enters the wavelength dispersion element 303. The light incident on the wavelength dispersion element 303 undergoes periodic diffraction at the FSR period of the wavelength dispersion element 303 and is emitted to the space. The light subjected to periodic diffraction is enlarged or reduced in the amount of change in the diffraction angle with respect to the wavelength by the lenses 304 and 305, and enters the diffraction grating 306. At this time, the chromatic dispersion in the diffraction grating 306 is periodically canceled by the periodic change in the diffraction angle with respect to the wavelength in the chromatic dispersion element 303.
回折格子３０６からの出射角は、前述の周期的な波長分散の相殺により波長分散素子３０３のＦＳＲの周期で離散化された回折角となる。この光をレンズ３０７で集光することにより、ＭＥＭＳミラーアレイ３０８上での集光位置は波長に対して離散的に変化する。ＭＥＭＳミラーアレイ３０８により反射角が変化した光は再びレンズ３０７、回折格子３０６、レンズ３０５、３０４、波長分散素子３０３、マイクロレンズアレイ３０２を通過して、入出力ポート群３０１中の入力ポートとは異なるポートに結合される。 The emission angle from the diffraction grating 306 becomes a diffraction angle discretized at the FSR period of the wavelength dispersion element 303 by canceling out the periodic wavelength dispersion described above. By condensing this light with the lens 307, the condensing position on the MEMS mirror array 308 changes discretely with respect to the wavelength. The light whose reflection angle is changed by the MEMS mirror array 308 passes through the lens 307, the diffraction grating 306, the lenses 305 and 304, the wavelength dispersion element 303, and the microlens array 302 again, and what is an input port in the input / output port group 301? Coupled to different ports.
本実施形態ではＦＳＲが短い波長分散素子３０３を先に配置したが、回折格子３０６との順番が反対でも本発明の効果に変わりはない。 In this embodiment, the wavelength dispersion element 303 having a short FSR is arranged first, but the effect of the present invention is not changed even if the order of the diffraction grating 306 is reversed.
２種類の波長分散素子は、それぞれ複数の回折の組合せでも良く、たとえば波長分散素子３０３、回折格子３０６は２枚の波長分散素子を組み合わせた構成でも問題ない。その場合、組み合わせた最終的な回折角が離散的になるように各波長分散素子を設定すればよい。 The two types of wavelength dispersion elements may each be a combination of a plurality of diffractions. For example, the wavelength dispersion element 303 and the diffraction grating 306 may have a configuration in which two wavelength dispersion elements are combined. In that case, each wavelength dispersion element may be set so that the final combined diffraction angle becomes discrete.
次に、短いＦＳＲを持つ波長分散素子３０３と回折格子３０６の波長分散の大きさをレンズ３０４、３０５により調整する手法について説明する。一般的に、ＦＳＲが短い波長分散素子３０３の方が波長分散能は大きくなるため、回折格子３０６の波長分散能と組み合わせて分散角を相殺させるには、実施形態１で述べた条件１の設計条件が厳しくなる。 Next, a method for adjusting the chromatic dispersion magnitude of the chromatic dispersion element 303 having the short FSR and the diffraction grating 306 by using the lenses 304 and 305 will be described. In general, the wavelength dispersion element 303 having a short FSR has a larger wavelength dispersion. Therefore, in order to cancel the dispersion angle in combination with the wavelength dispersion of the diffraction grating 306, the design of the condition 1 described in the first embodiment is used. Conditions become stricter.
そこで、ＦＳＲが短い波長分散素子３０３と回折格子３０６の間にレンズ３０４、３０５を追加し、分散角を拡大・縮小する機能を追加する。ＦＳＲが短い波長分散素子３０３と、回折格子３０６の波長分散能の比から、レンズ３０４、３０５の焦点距離の比を式（１）のように設定することで、波長分散を相殺し、偏向素子アレイ、ここではＭＥＭＳミラーアレイ３０８中の各チャネルに対応した偏向素子の中心部にのみ光を集光させることが可能となる。 Therefore, lenses 304 and 305 are added between the chromatic dispersion element 303 having a short FSR and the diffraction grating 306, and a function of enlarging / reducing the dispersion angle is added. The ratio of the focal lengths of the lenses 304 and 305 is set as shown in the expression (1) from the ratio of the wavelength dispersion power of the chromatic dispersion element 303 having a short FSR and the diffraction grating 306, thereby canceling the chromatic dispersion. Light can be collected only at the center of the deflection element corresponding to each channel in the array, here, the MEMS mirror array 308.
ここで、ｆ１、ｆ２はそれぞれレンズ３０４、３０５の焦点距離、（ｄθ／ｄλ）ｇ１はＦＳＲが短い波長分散素子３０３の波長分散能、（ｄθ／ｄλ）ｇ２は回折格子３０６の波長分散能である。 Here, f1 and f2 are the focal lengths of the lenses 304 and 305, (dθ / dλ) g1 is the wavelength dispersion of the wavelength dispersion element 303 with a short FSR, and (dθ / dλ) g2 is the wavelength dispersion of the diffraction grating 306. is there.
式（１）を満たすレンズ３０４、３０５を挿入する事により、波長分散離散化の条件１を満たすことができる。 By inserting the lenses 304 and 305 satisfying the expression (1), the condition 1 for chromatic dispersion discretization can be satisfied.
尚、本実施形態では偏向素子として、ＭＥＭＳミラーアレイ３０８を用いたが、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ （ＬＣＯＳ）などの他の空間光変調器を用いた時も同様の効果を得ることが出来る。 In the present embodiment, the MEMS mirror array 308 is used as the deflecting element, but the same effect can be obtained when other spatial light modulators such as Liquid Crystal on Silicon (LCOS) are used.
（実施形態３）
図４に、本発明の実施形態３に係る波長選択スイッチの構成を示す。本実施形態は、入出力ポート群４０１、波長分散の方向が後述の回折格子４０５とは反対であり回折格子４０５よりも短いＦＳＲを持つ積層されたＡＷＧアレイ４０２、波長分散素子間の波長分散の大きさを調整するために配置された２枚のレンズ４０３、４０４、回折格子４０５、回折格子４０５で回折された光を集光するレンズ４０６とＭＥＭＳミラーアレイ４０７がこの順に配置されている。
(Embodiment 3)
FIG. 4 shows the configuration of a wavelength selective switch according to Embodiment 3 of the present invention. In this embodiment, the input / output port group 401, the stacked AWG array 402 having the FSR that is opposite to the diffraction grating 405 described later and shorter than the diffraction grating 405, and the wavelength dispersion between the wavelength dispersion elements. Two lenses 403 and 404 arranged for adjusting the size, a diffraction grating 405, a lens 406 for condensing light diffracted by the diffraction grating 405, and a MEMS mirror array 407 are arranged in this order.
本実施形態における説明では、波長分散を調整するレンズにはレンズ４０３、４０４を２枚のみを用いているが、同様の光学特性を有する構成であれば何枚のレンズを用いても構わず、またどのような配置を用いても問題はない。また、波長分散の大きさがＡＷＧアレイ４０２と回折格子４０５で同じ場合には、レンズ４０３、４０４を配置する必要はない。 In the description of this embodiment, only two lenses 403 and 404 are used as a lens for adjusting chromatic dispersion. However, any number of lenses may be used as long as they have similar optical characteristics. There is no problem with any arrangement. Further, when the chromatic dispersion is the same between the AWG array 402 and the diffraction grating 405, the lenses 403 and 404 need not be arranged.
また、本実施形態における説明ではバルクの波長分散素子として回折格子４０５を１枚のみを用いているが、同様の光学特性を有する構成であれば複数のどのようなバルクの波長分散素子の組み合わせでも良く、またどのような配置を用いても問題はない。 In the description of the present embodiment, only one diffraction grating 405 is used as a bulk wavelength dispersion element. However, any combination of a plurality of bulk wavelength dispersion elements may be used as long as the structure has similar optical characteristics. Good and no matter what arrangement is used.
ＡＷＧアレイ４０２は複数（ｎ個）のＡＷＧを積層しており、順番に、ＡＷＧ４１２−１、ＡＷＧ４１２−２、、、、ＡＷＧ４１２−ｎが積層されている。説明のために、入力ポートをＡＷＧ４１２−１、出力ポートはＡＷＧ４１２−２、、、、ＡＷＧ４１２−ｎとする。以下の説明では、出力ポートとしてＡＷＧ４１２−２を選択した場合の動作について説明する。 A plurality of (n) AWGs are stacked in the AWG array 402, and AWG 412-1, AWG 412-2, ..., AWG 412-n are stacked in order. For the sake of explanation, it is assumed that the input port is AWG 412-1 and the output port is AWG 412-2, AWG 412-n. In the following description, the operation when AWG 412-2 is selected as the output port will be described.
まず入出力ポートに入力された光はＡＷＧ４１２−１に入射され、ＡＷＧ４１２−１を経てＡＷＧ４０２−１のＦＳＲの周期で周期的な回折を受けて空間に出射される。周期的な回折を受けた光はレンズ４０３、４０４によって波長に対する回折角の変化量が拡大もしくは縮小され、回折格子４０５に入射する。この時、ＡＷＧ４１２−１での波長に対する周期的な回折角の変化により、回折格子４０５での波長分散が周期的に相殺される。 First, the light input to the input / output port is incident on the AWG 412-1, passes through the AWG 412-1, undergoes periodic diffraction at the FSR period of the AWG 402-1, and is emitted to the space. The light that has undergone periodic diffraction is incident on the diffraction grating 405 after the amount of change in the diffraction angle with respect to the wavelength is enlarged or reduced by the lenses 403 and 404. At this time, the chromatic dispersion in the diffraction grating 405 is periodically canceled by the periodic change in the diffraction angle with respect to the wavelength in the AWG 412-1.
回折格子４０５からの出射角は、前述の周期的な波長分散の相殺によりＡＷＧ４１２−１のＦＳＲの周期で離散化された回折角となる。この光をレンズ４０６で集光することにより、ＭＥＭＳミラーアレイ４０７上での集光位置は波長に対して離散的に変化し、各チャネルに対応したＭＥＭＳミラーの中心部にのみ集光する。 The exit angle from the diffraction grating 405 becomes a diffraction angle discretized at the FSR period of the AWG 412-1 by canceling the above-described periodic chromatic dispersion. By condensing this light with the lens 406, the condensing position on the MEMS mirror array 407 changes discretely with respect to the wavelength, and condenses only on the center part of the MEMS mirror corresponding to each channel.
ＭＥＭＳミラーアレイ４０７により反射角が変化した光は再びレンズ４０６、回折格子４０５、レンズ４０４、５０３、入力とは異なるＡＷＧ４１２−２を通過して、入出力ポート群４０１中の入力ポートとは異なるポートに結合される。 The light whose reflection angle is changed by the MEMS mirror array 407 passes through the lens 406, the diffraction grating 405, the lenses 404 and 503, and the AWG 412-2 different from the input again, and is a port different from the input port in the input / output port group 401. Combined with
本実施形態においては、ＡＷＧ４１２−１を用いて周期的な波長分散を発生させることにより、代表的なバルクの波長分散素子である回折格子４０５の波長分散を周期的に相殺することで、回折格子４０５での回折角が離散的になり、ＭＥＭＳミラーアレイ４０７の各ミラーの中心部にのみ光を集光させ、ミラーエッジでの透過帯域の狭窄化などを回避できる。また、ＡＷＧ４１２−１と回折格子４０５の波長分散の大きさを、レンズ４０３、４０４で調整することができる。 In the present embodiment, by generating periodic chromatic dispersion using the AWG 412-1, the chromatic dispersion of the diffraction grating 405, which is a typical bulk chromatic dispersion element, is periodically canceled out. The diffraction angle at 405 becomes discrete, and light is collected only at the center of each mirror of the MEMS mirror array 407, so that narrowing of the transmission band at the mirror edge can be avoided. Further, the magnitude of the wavelength dispersion between the AWG 412-1 and the diffraction grating 405 can be adjusted by the lenses 403 and 404.
波長分散の大きさを調整する為のレンズ４０３の焦点距離ｆ１とレンズ４０４の焦点距離ｆ２の比は、ＡＷＧ４１２−１の波長分散能（ｄθ／ｄλ）ｇ１と回折格子４０５の波長分散能（ｄθ／ｄλ）ｇ２として式（１）を満たすよう設定する。 The ratio of the focal length f1 of the lens 403 and the focal length f2 of the lens 404 for adjusting the magnitude of chromatic dispersion is the wavelength dispersion power (dθ / dλ) of AWG 412-1 g1 and the wavelength dispersion power (dθ of the diffraction grating 405). / Dλ) g2 is set so as to satisfy Expression (1).
ＷＤＭ信号のグリッド間隔は、一般的に数十ＧＨｚ〜数百ＧＨｚが用いられる。このような短いＦＳＲを実現するためには、高い次数の回折光を利用する必要があるが、高い次数の回折を発生させる波長分散素子として、ＡＷＧを用いることができる。また、ＡＷＧを用いることにより、同様に周期的な変動があるマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）を用いるよりも、透過帯域の平坦性を高く保つことができ、広い透過帯域を実現可能である。 A grid interval of the WDM signal is generally several tens GHz to several hundreds GHz. In order to realize such a short FSR, it is necessary to use high-order diffracted light, but AWG can be used as a wavelength dispersion element that generates high-order diffraction. In addition, by using AWG, the flatness of the transmission band can be kept higher than when using a Mach-Zehnder interferometer (MZI) that similarly has periodic fluctuations, and a wide transmission band can be realized.
また、回折格子４０５としてバルクの波長分散素子を用いることにより、すべての波長分散素子を導波路構造で作製するよりも挿入損失、偏波依存性を回避することができる。 Further, by using a bulk wavelength dispersion element as the diffraction grating 405, insertion loss and polarization dependency can be avoided as compared with the case where all the wavelength dispersion elements are manufactured with a waveguide structure.
回折格子４０５の分散能が完全に相殺される場合には、偏向素子アレイ４０７の設置トレランスの一層の拡大や、素子サイズの縮小などの効果がさらに期待できる。 When the dispersive power of the diffraction grating 405 is completely canceled, effects such as further increase in installation tolerance of the deflection element array 407 and reduction in element size can be expected.
ＡＷＧアレイ４０２に代わりＶｉｒｔｕａｌ Ｉｍａｇｅｄ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ（ＶＩＰＡ）を用いることで、本構成と同様の効果を持ちながら、入力ポートを多ポート化することが容易となる。次の実施形態４にて詳細を説明する。 By using a Virtual Imaged Phased Array (VIPA) instead of the AWG array 402, it becomes easy to increase the number of input ports while having the same effect as this configuration. Details will be described in the following fourth embodiment.
また、本実施形態では偏向素子として、ＭＥＭＳミラーアレイ４０７を用いたが、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）などの他の空間光変調器を用いた時も同様の効果を得ることが出来る。 In the present embodiment, the MEMS mirror array 407 is used as the deflecting element. However, the same effect can be obtained when another spatial light modulator such as Liquid Crystal on Silicon (LCOS) is used.
（実施形態４）
図５に、本発明の実施形態４に係る波長選択スイッチの構成を示す。図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ波長選択スイッチの上面図と側面図である。本実施形態は入出力ポート群５０１と、波長分散の方向が後述の回折格子５０５とは反対であり回折格子５０５よりも短いＦＳＲを持つＶＩＰＡ５０２、波長分散素子間の波長分散の大きさを調整するために配置された２枚のレンズ５０３、５０４、回折格子５０５、回折格子５０５で回折された光を集光するレンズ５０６とＭＥＭＳミラーアレイ５０７がこの順に配置されている。
(Embodiment 4)
FIG. 5 shows a configuration of a wavelength selective switch according to Embodiment 4 of the present invention. FIGS. 5A and 5B are a top view and a side view of the wavelength selective switch, respectively. The present embodiment adjusts the magnitude of chromatic dispersion between the input / output port group 501, the VIPA 502 having a shorter FSR than the diffraction grating 505 in the direction of chromatic dispersion, which will be described later, and the chromatic dispersion element. The two lenses 503 and 504, the diffraction grating 505, the lens 506 for condensing the light diffracted by the diffraction grating 505, and the MEMS mirror array 507 are arranged in this order.
本実施形態における説明では波長分散を調整するレンズにはレンズ５０３、５０４を２枚のみを用いているが、同様の光学特性を有する構成であれば何枚のレンズを用いても構わず、またどのような配置を用いても問題はない。また、波長分散の大きさがＶＩＰＡ５０２と回折格子５０５で同じ場合には、レンズ５０３、５０４を配置する必要はない。また、本実施形態における説明ではバルクの波長分散素子として回折格子５０５を１枚のみを用いているが、同様の光学特性を有する構成であれば複数のどのようなバルクの波長分散素子の組み合わせでも良く、またどのような配置を用いても問題はない。 In the description of this embodiment, only two lenses 503 and 504 are used as the lens for adjusting the chromatic dispersion. However, any number of lenses may be used as long as they have the same optical characteristics. There is no problem with any arrangement. Further, when the chromatic dispersion is the same between the VIPA 502 and the diffraction grating 505, the lenses 503 and 504 do not need to be arranged. In the description of the present embodiment, only one diffraction grating 505 is used as a bulk wavelength dispersion element. However, any combination of a plurality of bulk wavelength dispersion elements may be used as long as the structure has similar optical characteristics. Good and no matter what arrangement is used.
本実施形態の動作は、入出力ポート５１１−１に関与する機能部を例として、以下のとおりである。まず入力ポート５０１−１に入力された光信号は、ＶＩＰＡ５０２を経てＶＩＰＡ５０２のＦＳＲの周期で周期的な回折を受けて空間に出射される。周期的な回折を受けた光はレンズ５０３、５０４によって波長に対する回折角の変化量が拡大もしくは縮小され、回折格子５０５に入射する。 The operation of the present embodiment is as follows, taking as an example the functional units involved in the input / output port 511-1. First, an optical signal input to the input port 501-1 passes through the VIPA 502, undergoes periodic diffraction at the FSR period of the VIPA 502, and is emitted to the space. The light that has undergone periodic diffraction is incident on the diffraction grating 505 after the amount of change in the diffraction angle with respect to the wavelength is enlarged or reduced by the lenses 503 and 504.
この時、ＶＩＰＡ５０２での波長に対する周期的な回折角の変化により、回折格子５０５での波長分散が周期的に相殺される。回折格子５０５からの出射角は、前述の周期的な波長分散の相殺によりＶＩＰＡ５０２のＦＳＲの周期で離散化された回折角となる。この光をレンズ５０６で集光することにより、ＭＥＭＳミラーアレイ５０７上での集光位置は波長に対して離散的に変化し、各チャネルに対応した偏向素子の中心部にのみ集光する。 At this time, the chromatic dispersion in the diffraction grating 505 is periodically canceled by the periodic change in the diffraction angle with respect to the wavelength in the VIPA 502. The exit angle from the diffraction grating 505 is a diffraction angle discretized at the FSR period of the VIPA 502 by canceling out the periodic chromatic dispersion described above. By condensing this light with the lens 506, the condensing position on the MEMS mirror array 507 changes discretely with respect to the wavelength, and condenses only on the central part of the deflection element corresponding to each channel.
偏向素子アレイ、ここではＭＥＭＳミラーアレイ５０７により反射角が変化した光は、再びレンズ５０６、回折格子５０５、レンズ５０４、５０３、ＶＩＰＡ５０２を通過して、入出力ポート群５０１中の入力ポートとは異なるポートに結合される。 The light whose reflection angle is changed by the deflecting element array, here, the MEMS mirror array 507 passes through the lens 506, the diffraction grating 505, the lenses 504, 503, and the VIPA 502 again, and is different from the input port in the input / output port group 501. Coupled to the port.
図７に、ＶＩＰＡの原理を説明する図を示す。ＶＩＰＡ７０１に入射した光は、ＶＩＰＡ７０１内で内部反射による一定の光路長差が付きながら、ＶＩＰＡ出射面から繰り返し段階的に出射する。各出射光の光路長差により、ＶＩＰＡ７０１の出射面では波長ごとに異なる角度で波面が揃うことで、波長分散素子として働く。出射光同士の光路長差はＶＩＰＡ７０１の板厚、設置角度、硝材などで制御することが可能であり、光路長差が長いほどＦＳＲが短くなる。 FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of VIPA. The light incident on the VIPA 701 is repeatedly emitted step by step from the VIPA exit surface while a certain optical path length difference is caused by internal reflection in the VIPA 701. Due to the difference in the optical path length of each outgoing light, the wave front is aligned at different angles for each wavelength on the outgoing face of the VIPA 701, thereby functioning as a wavelength dispersion element. The optical path length difference between the emitted lights can be controlled by the plate thickness, installation angle, glass material, etc. of VIPA 701. The longer the optical path length difference, the shorter the FSR.
本実施形態においては、ＶＩＰＡ５０２を用いて周期的な波長分散を発生させ、代表的なバルクの波長分散素子である回折格子５０５の波長分散を周期的に相殺することで、回折格子５０５での回折角を離散的にしてＭＥＭＳミラーアレイ５０７の各ミラーの中心部にのみ光を集光させ、ミラーエッジでの透過帯域の狭窄化などを回避できる。また、ＶＩＰＡ５０２と回折格子５０５の波長分散の大きさ、レンズ５０３、５０４で調整することができる。さらに、１つのＶＩＰＡ５０２を複数の入力ポート群５０１で共有することができる。 In this embodiment, periodic chromatic dispersion is generated using the VIPA 502, and the chromatic dispersion of the diffraction grating 505, which is a typical bulk chromatic dispersion element, is periodically canceled out. By making the folding angle discrete, light can be condensed only at the center of each mirror of the MEMS mirror array 507, and narrowing of the transmission band at the mirror edge can be avoided. Further, the magnitude of wavelength dispersion between the VIPA 502 and the diffraction grating 505 can be adjusted by the lenses 503 and 504. Furthermore, one VIPA 502 can be shared by a plurality of input port groups 501.
波長分散の大きさを調整する為のレンズ５０３の焦点距離ｆ１とレンズ５０４の焦点距離ｆ２の比は、ＶＩＰＡ５０２の波長分散能（ｄθ／ｄλ）ｇ１と回折格子５０５の波長分散能（ｄθ／ｄλ）ｇ２として式（１）を満たすように設定する。 The ratio of the focal length f1 of the lens 503 and the focal length f2 of the lens 504 for adjusting the magnitude of the chromatic dispersion is the chromatic dispersion (dθ / dλ) g1 of the VIPA 502 and the chromatic dispersion (dθ / dλ) of the diffraction grating 505. ) It sets so that Formula (1) may be satisfy | filled as g2 .
また、ＶＩＰＡ５０２はＡＷＧ同様、高い次数の回折を発生させる波長分散素子である。よって、ＶＩＰＡ５０２の波長分散の方向が回折格子５０５と逆方向になるように配置することにより、ＷＤＭ信号のグリッド間隔のような短い周期での波長分散の離散化を得ることが可能である。 The VIPA 502 is a wavelength dispersion element that generates high-order diffraction, like the AWG. Therefore, by arranging the VIPA 502 so that the direction of chromatic dispersion is opposite to that of the diffraction grating 505, it is possible to obtain discrete chromatic dispersion with a short period such as the grid interval of the WDM signal.
また、ＷＳＳには多くの入出力ポートを同時に処理する機能が求められており、入出力ポートには多ポート化が求められる。ＡＷＧ等の導波路構造を持つ波長分散素子を用いて複数のポートを構成させる場合には、その導波路を基板に対して平行に並べて作製するか、垂直に重ねて作製する必要がある。 In addition, WSS is required to have a function of simultaneously processing many input / output ports, and the input / output ports are required to have multiple ports. When a plurality of ports are configured using a wavelength dispersion element having a waveguide structure such as AWG, it is necessary to manufacture the waveguides by arranging them parallel to the substrate or by stacking them vertically.
しかしながら、導波路構造を基板に平行に並べる方法はデバイスの面積が巨大化してしまうため、多ポート化には不向きである。同時に、導波路構造を多層化する際には、積層などでの層ごとの特性の変化などが問題となる。 However, the method of arranging the waveguide structure parallel to the substrate is not suitable for increasing the number of ports because the area of the device becomes enormous. At the same time, when the waveguide structure is multi-layered, there is a problem such as a change in characteristics for each layer in the lamination or the like.
一方、導波路構造を持たないＶＩＰＡ５０２では光を局所的に閉じ込めることがないため、１つのＶＩＰＡ５０２に複数の入出力ポート５１１を配置することが可能である。複数のポートから入射した光は波長チャネル毎に離散的に分光され、ＭＥＭＳミラーアレイ５０７中の各波長チャネルに対応した偏向素子の中心部にのみ集光される。 On the other hand, since the VIPA 502 having no waveguide structure does not confine light locally, a plurality of input / output ports 511 can be arranged in one VIPA 502. Light incident from a plurality of ports is discretely dispersed for each wavelength channel, and is collected only at the center of the deflection element corresponding to each wavelength channel in the MEMS mirror array 507.
よって、高い次数を発生させるＶＩＰＡ５０２とバルクの波長分散素子、ここでは回折格子５０５を組み合わせることにより、波長分散を離散化してＭＥＭＳミラーアレイ５０７の各ミラーの中心部にのみ集光させると同時に、多ポート化を行うことが容易となる。導波路構造を利用せずに波長分散を離散化することが可能なため、挿入損失や偏波依存性を抑制することもできる。 Therefore, by combining the VIPA 502 that generates a high order and a bulk wavelength dispersion element, here, the diffraction grating 505, the wavelength dispersion is discretized and condensed only at the center of each mirror of the MEMS mirror array 507, and at the same time, It becomes easy to port. Since chromatic dispersion can be discretized without using a waveguide structure, insertion loss and polarization dependence can be suppressed.
（実施形態５）
図６に、本発明の実施形態５に係る波長選択スイッチの構成を示す。本実施形態は、入出力ポート群６０１と、ＶＩＰＡ６０３へ入射する光のプロファイルを整形するビーム整形素子６０２、波長分散の方向が後述の回折格子６０６とは反対であり回折格子６０６よりも短いＦＳＲを持つＶＩＰＡ６０３、上記の波長分散素子間の波長分散の大きさを調整するために配置された２枚のレンズ６０４、６０５、回折格子６０６と、回折格子６０６で回折された光を集光するレンズ６０７とＭＥＭＳミラーアレイ６０８がこの順に配置されている。
(Embodiment 5)
FIG. 6 shows the configuration of a wavelength selective switch according to Embodiment 5 of the present invention. In this embodiment, an input / output port group 601, a beam shaping element 602 that shapes the profile of light incident on the VIPA 603, and an FSR that is opposite to the diffraction grating 606, which will be described later, and shorter than the diffraction grating 606. A VIPA 603, two lenses 604 and 605, a diffraction grating 606, and a lens 607 for condensing the light diffracted by the diffraction grating 606. The lenses 604 and 605 are arranged to adjust the wavelength dispersion between the wavelength dispersion elements. And MEMS mirror array 608 are arranged in this order.
本実施形態では偏向素子として、ＭＥＭＳミラーアレイ６０８を用いたが、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）などの他の空間光変調器を用いた時も同様の効果を得ることが出来る。 In the present embodiment, the MEMS mirror array 608 is used as the deflecting element, but the same effect can be obtained when other spatial light modulators such as Liquid Crystal on Silicon (LCOS) are used.
本実施形態における説明では波長分散を調整するレンズには、レンズ６０４、６０５を２枚のみを用いているが、同様の光学特性を有する構成であれば何枚のレンズを用いても構わず、またどのような配置を用いても問題はない。また、波長分散の大きさがＶＩＰＡ６０３と回折格子６０６で同じ場合には、レンズ６０４、６０５を配置する必要はない。 In the description of the present embodiment, only two lenses 604 and 605 are used as a lens for adjusting chromatic dispersion. However, any number of lenses may be used as long as they have similar optical characteristics. There is no problem with any arrangement. Further, when the chromatic dispersion is the same between the VIPA 603 and the diffraction grating 606, the lenses 604 and 605 do not need to be arranged.
また、本実施形態における説明ではバルクの波長分散素子として回折格子６０６を１枚のみを用いているが、同様の光学特性を有する構成であれば複数のどのようなバルクの波長分散素子の組み合わせでも良く、またどのような配置を用いても問題はない。 In the description of the present embodiment, only one diffraction grating 606 is used as a bulk wavelength dispersion element. However, any combination of a plurality of bulk wavelength dispersion elements may be used as long as it has a similar optical characteristic. Good and no matter what arrangement is used.
まず入出力ポート６１１−１に入力された光信号は、ビーム整形素子６０２を経てｓｉｎｃ関数形状のビームとしてＶＩＰＡ６０３に入射される。その後、ＶＩＰＡ６０３のＦＳＲの周期で周期的な回折を受けて空間に出射される。周期的な回折を受けた光はレンズ６０４、６０５によって波長に対する回折角の変化量が拡大もしくは縮小され、回折格子６０６に入射する。この時、ＶＩＰＡ６０３での波長に対する周期的な回折角の変化により、回折格子６０６での波長分散が周期的に相殺される。回折格子６０６からの出射角は、前述の周期的な波長分散の相殺によりＶＩＰＡ６０３のＦＳＲの周期で離散化された回折角となる。この光をレンズ６０７で集光することにより、ＭＥＭＳミラーアレイ６０８上での集光位置は波長に対して離散的に変化する。 First, an optical signal input to the input / output port 611-1 is incident on the VIPA 603 as a sinc function shaped beam through the beam shaping element 602. After that, it undergoes periodic diffraction at the FSR period of VIPA 603 and is emitted into space. The light that has undergone periodic diffraction is incident on the diffraction grating 606 after the amount of change in the diffraction angle with respect to the wavelength is enlarged or reduced by the lenses 604 and 605. At this time, the chromatic dispersion in the diffraction grating 606 is periodically canceled by the periodic change in diffraction angle with respect to the wavelength in the VIPA 603. The exit angle from the diffraction grating 606 is a diffraction angle discretized at the FSR period of the VIPA 603 by canceling out the periodic chromatic dispersion described above. By condensing this light with the lens 607, the condensing position on the MEMS mirror array 608 changes discretely with respect to the wavelength.
また、ＶＩＰＡ６０３への入射光のフーリエ変換が波長に対する光強度の分布形状となるため、ＶＩＰＡ６０３への入射光をｓｉｎｃ関数形状にしたことで、離散化された後の波長に対する光強度分布の形状は矩形になり、光強度の波長依存性は抑制され、平坦で広い透過帯域を獲得することが出来る。偏向素子アレイ、ここではＭＥＭＳミラーアレイ６０８により反射角が変化した光は再びレンズ６０７、回折格子６０６、レンズ６０５、６０４、ＶＩＰＡ６０３、ビーム整形素子６０２を通過して、入出力ポート群６０１中の入力ポート６１１−１とは異なるポートに結合される。 In addition, since the Fourier transform of the incident light to the VIPA 603 becomes a distribution shape of the light intensity with respect to the wavelength, the light intensity distribution with respect to the wavelength after the discretization is obtained by making the incident light to the VIPA 603 into a sinc function shape. It becomes rectangular, the wavelength dependence of the light intensity is suppressed, and a flat and wide transmission band can be obtained. The light whose reflection angle is changed by the deflecting element array, here, the MEMS mirror array 608 passes again through the lens 607, the diffraction grating 606, the lenses 605 and 604, the VIPA 603, and the beam shaping element 602, and is input to the input / output port group 601. The port 611-1 is coupled to a different port.
本実施形態においては、ＶＩＰＡ６０３を用いて周期的な波長分散を発生させることにより、代表的なバルクの波長分散素子である回折格子６０６の波長分散を周期的に相殺することで、回折格子６０６での回折角を離散的にし、各チャネルに対応するＭＥＭＳミラーアレイ６０８の各ミラーの中心部にのみ集光することで、ミラーエッジでの透過帯域の狭窄化などを回避できる。また、ビーム整形素子６０２により、光強度の波長依存性を低減することで、平坦で広い透過帯域事を得ることが出来る事が特徴である。 In the present embodiment, by generating periodic chromatic dispersion using the VIPA 603, the chromatic dispersion of the diffraction grating 606, which is a typical bulk chromatic dispersion element, is periodically canceled out. Is made discrete and the light is condensed only at the center of each mirror of the MEMS mirror array 608 corresponding to each channel, so that the narrowing of the transmission band at the mirror edge can be avoided. The beam shaping element 602 is characterized in that a flat and wide transmission band can be obtained by reducing the wavelength dependence of the light intensity.
波長分散の大きさを調整する為のレンズ６０４の焦点距離ｆ１とレンズ６０５の焦点距離ｆ２の比は、ＶＩＰＡ６０３の波長分散能（ｄθ／ｄλ）ｇ１と回折格子６０６の波長分散能（ｄθ／ｄλ）ｇ２として式（１）を満たすように選ぶ。 The ratio of the focal length f1 of the lens 604 and the focal length f2 of the lens 605 for adjusting the magnitude of chromatic dispersion is the chromatic dispersion power (dθ / dλ) g1 of the VIPA 603 and the chromatic dispersion power (dθ / dλ) of the diffraction grating 606. ) G2 is selected so as to satisfy the formula (1).
波長分散は、ＶＩＰＡ６０３のＦＳＲの周期で離散化される。よって、光通信で用いられるＷＤＭ信号のグリッド間隔に一致したＦＳＲを持つＶＩＰＡ６０３を利用することで、ＷＤＭ信号の波長チャネルを離散的に分離することが可能となる。 The chromatic dispersion is discretized by the period of FSR of VIPA 603. Therefore, by using the VIPA 603 having an FSR that matches the grid interval of the WDM signal used in optical communication, the wavelength channels of the WDM signal can be discretely separated.
また、ＶＩＰＡ６０３を用いた場合、ＶＩＰＡ６０３からレンズを１枚透過した後の出射光強度の波長依存性はＶＩＰＡ６０３への入射光形状に依存する。具体的には、ＶＩＰＡ６０３への入射光形状をフーリエ変換した形状が、ＦＳＲ１周期内の出射光強度の波長依存性プロファイルとなる。図７に示すように、ＶＩＰＡへの入射光形状が一般的に用いられるガウシアンビームである場合、出射光強度の波長依存性はガウス分布となる。そのため、分散角を離散化し、ＭＥＭＳミラーアレイの各ミラーの中心部にのみ集光した場合でも、チャネル内の強度が波長依存性を持ち、これが特性の劣化を引き起こす。 Further, when the VIPA 603 is used, the wavelength dependence of the emitted light intensity after passing one lens from the VIPA 603 depends on the shape of the incident light on the VIPA 603. Specifically, the shape obtained by Fourier transforming the shape of the incident light on VIPA 603 is the wavelength dependency profile of the emitted light intensity within the FSR1 period. As shown in FIG. 7, when the incident light shape on the VIPA is a commonly used Gaussian beam, the wavelength dependence of the emitted light intensity is a Gaussian distribution. Therefore, even when the dispersion angle is discretized and the light is condensed only at the center of each mirror of the MEMS mirror array, the intensity in the channel has wavelength dependency, which causes deterioration of characteristics.
波長依存性がフラットになるよう改善するためには、ＶＩＰＡ６０３への入射光形状が矩形関数の逆フーリエ変換であるｓｉｎｃ関数になるように整形することが有効である。ビーム形状の整形手法として、ビームシェイパーやホログラム技術などが挙げられる。本実施形態では、単一の素子として光のプロファイルを整形するビーム整形素子６０２を記述したが、ビームシェイパーやホログラム素子、レンズ等の組み合わせによりｓｉｎｃ関数形状のビームを作製してもよい。 In order to improve the wavelength dependency so as to be flat, it is effective to shape the incident light on the VIPA 603 so as to be a sinc function which is an inverse Fourier transform of a rectangular function. Examples of beam shape shaping techniques include beam shaper and hologram technology. In this embodiment, the beam shaping element 602 that shapes the light profile as a single element is described. However, a beam having a sinc function shape may be formed by a combination of a beam shaper, a hologram element, a lens, and the like.
例えば、ガウシアンビームを矩形に変形させるビームシェイパーを用いる場合、矩形ビームを生成したのちにレンズによるフーリエ変換作用を利用し、ｓｉｎｃ関数形状の入射光を生成する。このようなＶＩＰＡ入射光形状の整形により、ＭＥＭＳミラーアレイの各ミラー上に集光した光強度の波長依存性が低減され、透過帯域を広くフラットに保つことが出来る。 For example, when a beam shaper that deforms a Gaussian beam into a rectangle is used, the rectangular beam is generated, and then the Fourier transform action by the lens is used to generate incident light having a sinc function shape. By shaping the VIPA incident light shape, the wavelength dependency of the light intensity collected on each mirror of the MEMS mirror array is reduced, and the transmission band can be kept wide and flat.
本実施形態では偏向素子として、ＭＥＭＳミラーアレイ６０８を用いたが、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）などの他の空間光変調器を用いた時も同様の効果を得ることが出来る。 In the present embodiment, the MEMS mirror array 608 is used as the deflecting element, but the same effect can be obtained when other spatial light modulators such as Liquid Crystal on Silicon (LCOS) are used.
１０１、３０１、４０１、５０１、６０１、１００１ 入出力ポート群
１０２、３０２ マイクロレンズアレイ
１０３、３０３、１００２ 波長分散素子
１０４、３０６、４０５、５０５、６０６ 回折格子
１０５、３０４、３０５、３０７、４０３、４０４、４０６、５０３、５０４、５０６、６０４、６０５、６０７、７０２、１００３ レンズ
１０６、３０７、４０７、５０７、６０８、１００４ ＭＥＭＳミラーアレイ
４０２ ＡＷＧアレイ
４１２ ＡＷＧ
５０２、６０３、７０１ ＶＩＰＡ
５１１ 入出力ポート
１００４ 偏向素子アレイ
101, 301, 401, 501, 601, 1001 Input / output port group 102, 302 Microlens array 103, 303, 1002 Wavelength dispersion element 104, 306, 405, 505, 606 Diffraction grating 105, 304, 305, 307, 403, 404, 406, 503, 504, 506, 604, 605, 607, 702, 1003 Lens 106, 307, 407, 507, 608, 1004 MEMS mirror array 402 AWG array 412 AWG
502, 603, 701 VIPA
511 Input / output port 1004 Deflection element array
Claims (8)
前記入出力ポートから入射された、高次の伝搬モードが多重化された入射光を、伝搬モード毎に波長分散する分散軸が一致した２つ以上の波長分散部と、
前記２つ以上の波長分散部により離散的に波長分散された光を集光する集光素子と、
前記集光素子により離散的に集光された光をそれぞれ偏向し、前記集光素子、前記波長分散部を介して前記入出力ポートに入射する偏向部と、
を備え、前記２つ以上の波長分散部の内、少なくとも１つの第１の波長分散部は、自由スペクトル領域が他の第２の波長分散部よりも短く、波長分散が他の前記波長分散部と逆方向であることを特徴とする波長選択スイッチ。 Two or more input / output ports;
Two or more chromatic dispersion units having a dispersion axis that chromatically disperses the incident light incident from the input / output port and multiplexed with higher-order propagation modes for each propagation mode;
A condensing element that condenses the light discretely wavelength-dispersed by the two or more wavelength dispersion units;
Deflecting light discretely collected by the condensing element, respectively, and deflecting the incident light to the input / output port through the condensing element and the wavelength dispersion unit;
Among the two or more wavelength dispersion units, at least one of the first wavelength dispersion units has a free spectral region shorter than the other second wavelength dispersion units, and the other wavelength dispersion units have a different wavelength dispersion. Wavelength selective switch characterized by being in the opposite direction.
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