JP5040842B2 - 波長選択スイッチ - Google Patents
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Description
図1は、本発明による波長選択スイッチの一実施形態における全体構成を示す斜視図である。また、図2は、図1の出力ポート付近を拡大して示した図である。
まず、前述した従来の波長選択スイッチにおける第1および第2の問題点が発生する原因について詳しく説明する。従来の波長選択スイッチでは、図3に示すように、出力ポートのマイクロレンズ112は通常の球面レンズであり、出力光に対する減衰量の可変範囲内に対応した第1領域REG1の焦点距離F1に対し、可変範囲外に対応した第2領域REG2の焦点距離F2は一致している。
θがREG1に対応した値の場合;S(θ)=S1(θ)
θがREG2に対応した値の場合;S(θ)=S2(θ) …(1)
S1(B+b)−S1(B)≦D
S2(A−B−b)≦E …(2)
上述した実施形態では、各出力ポートPoutのマイクロレンズ12を二重焦点構造にするために、第1,2領域REG1,REG2の曲率半径R1,R2を相違させるレンズ構造とする一例を示したが、例えば図10に示すように、レンズ面の曲率半径は従来と同様に均一とし、第1領域REG1に対応するレンズ部分12Aの屈折率N1と、第2領域REG2に対応するレンズ部分13Bの屈折率N2とを異ならせることにより、二重焦点構造のマイクロレンズ12’’を実現するようにしてもよい。
(付記1) 少なくとも1つの入力ポートおよび複数の出力ポートが第1方向に配列された入出力光学系と、
前記入出力光学系の入力ポートから出力される光を波長に応じて前記第1方向とは異なる第2方向に角度分散させる分光素子と、
前記分光素子から出力された光を集光させる集光光学系と、
前記集光光学系で集光された各波長の光の集光位置に角度可変の反射面が配置された複数の反射ミラーを有するミラー部と、
前記ミラー部の各反射ミラーで反射された各波長の光が、前記集光光学系および前記分光素子を介して、前記入出力光学系の出力先に設定された出力ポートに結合されるように、前記各反射ミラーの角度を制御すると共に、該各反射ミラーの角度を最適結合状態からずらすことにより、当該出力光の強度を予め設定した減衰量の可変範囲に従って調整可能にする制御部と、を備え、
前記入出力光学系の各出力ポートは、前記反射ミラーから前記集光光学系および前記分光素子を介して入力される反射光を光ファイバの端面に結合させるレンズをそれぞれ有し、
前記各レンズは、前記反射ミラーが前記減衰量の可変範囲内に対応した角度に制御されているときに当該反射光が入力されるレンズ面上の第1領域の焦点距離に対し、前記反射ミラーが前記減衰量の可変範囲外に対応した角度に制御されているときに当該反射光が入力されるレンズ面上の第2領域の焦点距離が異なる構造を持つことを特徴とする波長選択スイッチ。
前記反射ミラーの最適結合状態からの角度変化をθとし、該角度変化θが前記減衰量の可変範囲内に対応した値の場合に前記出力ポートに結合される出力光の強度変化を第1の結合効率関数S1(θ)で表すと共に、前記角度変化θが前記減衰量の可変範囲外に対応した値の場合に前記出力ポートに結合される出力光の強度変化を第2の結合効率関数S2(θ)で表し、また、前記入出力光学系の隣接する出力ポートの間の距離を前記反射ミラーの最適結合状態の角度設定を基準にして角度換算した値をAとし、前記減衰量の可変範囲内で最大の減衰量を出力光に与える時の前記反射ミラーの角度変化をBとし、外界からの影響による前記反射ミラーの角度変動量をbとし、さらに、前記反射ミラーの角度変動時における出力光強度の変動許容量をDとし、隣接する出力ポートへのクロストーク許容量をEとするとき、
前記レンズは、前記第1および第2の結合効率関数S1(θ),S2(θ)が、
S1(B+b)−S1(B)≦D
S2(A−B−b)≦E
の関係を満たすように、前記第1領域の焦点距離および前記第2領域の焦点距離が設定されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
前記レンズは、前記第1領域に対応するレンズ面の曲率半径と、前記第2領域に対応するレンズ面の曲率半径とが異なる二重焦点構造のマイクロレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。
前記レンズは、前記第1領域に対応するレンズ部分の屈折率と、前記第2領域に対応するレンズ部分の屈折率とが異なる二重焦点構造のマイクロレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。
前記レンズは、前記第1領域に対応する鋸波型溝の形状または溝間隔と、前記第2領域に対応する鋸波型溝の形状または溝間隔とが異なる二重焦点構造のフレネルレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。
前記レンズは、前記第2領域の焦点距離が多重化されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
前記レンズは、前記第2領域に対応するレンズ面の曲率半径が2回以上変化する多重焦点構造のマイクロレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。
前記レンズは、前記第2領域に対応するレンズ面を自由曲面としたことを特徴とする波長選択スイッチ。
前記レンズは、前記第2領域に対応するレンズ部分の屈折率が2回以上変化する多重焦点構造のマイクロレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。
前記レンズは、前記第2領域に対応するレンズ部分の屈折率が連続的に変化することを特徴とする波長選択スイッチ。
前記レンズは、前記第2領域に対応する鋸波型溝の形状または溝間隔が2回以上変化する多重焦点構造のフレネルレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。
前記レンズは、前記第2領域に対応する鋸波型溝の形状または溝間隔が連続的に変化することを特徴とする波長選択スイッチ。
前記制御部は、前記各反射ミラーの角度を最適結合状態から前記第1方向に変化させることを特徴とする波長選択スイッチ。
11 光ファイバ
12,12’,12’’,12’’’ マイクロレンズ
12A,12B レンズ部分
13 スペーサー
14 フレネルレンズ
14A,14B 鋸波型溝
20 分光素子
30 集光光学系
40 ミラー部
41 反射ミラー
50 制御部(CONT)
REG1 第1領域
REG2 第2領域
F1,F2 焦点距離
R1,R2,Ri 曲率半径
N1,N2 屈折率
L1,Li スペーサーの厚さ
θ 反射ミラーの角度変化
δ 出力光強度(結合効率)の変動量
XT 隣接ポートへのクロストーク発生量
Claims (10)
- 少なくとも1つの入力ポートおよび複数の出力ポートが第1方向に配列された入出力光学系と、
前記入出力光学系の入力ポートから出力される光を波長に応じて前記第1方向とは異なる第2方向に角度分散させる分光素子と、
前記分光素子から出力された光を集光させる集光光学系と、
前記集光光学系で集光された各波長の光の集光位置に角度可変の反射面が配置された複数の反射ミラーを有するミラー部と、
前記ミラー部の各反射ミラーで反射された各波長の光が、前記集光光学系および前記分光素子を介して、前記入出力光学系の出力先に設定された出力ポートに結合されるように、前記各反射ミラーの角度を制御すると共に、該各反射ミラーの角度を最適結合状態からずらすことにより、当該出力光の強度を予め設定した減衰量の可変範囲に従って調整可能にする制御部と、を備え、
前記入出力光学系の各出力ポートは、前記反射ミラーから前記集光光学系および前記分光素子を介して入力される反射光を光ファイバの端面に結合させるレンズをそれぞれ有し、
前記各レンズは、前記反射ミラーが前記減衰量の可変範囲内に対応した角度に制御されているときに当該反射光が入力されるレンズ面上の第1領域の焦点距離に対し、前記反射ミラーが前記減衰量の可変範囲外に対応した角度に制御されているときに当該反射光が入力されるレンズ面上の第2領域の焦点距離が異なる構造を持つことを特徴とする波長選択スイッチ。 - 請求項1に記載の波長選択スイッチであって、
前記反射ミラーの最適結合状態からの角度変化をθとし、該角度変化θが前記減衰量の可変範囲内に対応した値の場合に前記出力ポートに結合される出力光の強度変化を第1の結合効率関数S1(θ)で表すと共に、前記角度変化θが前記減衰量の可変範囲外に対応した値の場合に前記出力ポートに結合される出力光の強度変化を第2の結合効率関数S2(θ)で表し、また、前記入出力光学系の隣接する出力ポートの間の距離を前記反射ミラーの最適結合状態の角度設定を基準にして角度換算した値をAとし、前記減衰量の可変範囲内で最大の減衰量を出力光に与える時の前記反射ミラーの角度変化をBとし、外界からの影響による前記反射ミラーの角度変動量をbとし、さらに、前記反射ミラーの角度変動時における出力光強度の変動許容量をDとし、隣接する出力ポートへのクロストーク許容量をEとするとき、
前記レンズは、前記第1および第2の結合効率関数S1(θ),S2(θ)が、
S1(B+b)−S1(B)≦D
S2(A−B−b)≦E
の関係を満たすように、前記第1領域の焦点距離および前記第2領域の焦点距離が設定されていることを特徴とする波長選択スイッチ。 - 請求項1または2に記載の波長選択スイッチであって、
前記レンズは、前記第1領域に対応するレンズ面の曲率半径と、前記第2領域に対応するレンズ面の曲率半径とが異なる二重焦点構造のマイクロレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。 - 請求項1または2に記載の波長選択スイッチであって、
前記レンズは、前記第1領域に対応するレンズ部分の屈折率と、前記第2領域に対応するレンズ部分の屈折率とが異なる二重焦点構造のマイクロレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。 - 請求項1または2に記載の波長選択スイッチであって、
前記レンズは、前記第1領域に対応する鋸波型溝の形状または溝間隔と、前記第2領域に対応する鋸波型溝の形状または溝間隔とが異なる二重焦点構造のフレネルレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。 - 請求項1または2に記載の波長選択スイッチであって、
前記レンズは、前記第2領域の焦点距離が多重化されていることを特徴とする波長選択スイッチ。 - 請求項6に記載の波長選択スイッチであって、
前記レンズは、前記第2領域に対応するレンズ面の曲率半径が2回以上変化する多重焦点構造のマイクロレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。 - 請求項6に記載の波長選択スイッチであって、
前記レンズは、前記第2領域に対応するレンズ部分の屈折率が2回以上変化する多重焦点構造のマイクロレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。 - 請求項6に記載の波長選択スイッチであって、
前記レンズは、前記第2領域に対応する鋸波型溝の形状または溝間隔が2回以上変化する多重焦点構造のフレネルレンズであることを特徴とする波長選択スイッチ。 - 請求項1〜9のいずれか1つに記載の波長選択スイッチであって、
前記制御部は、前記各反射ミラーの角度を最適結合状態から前記第1方向に変化させることを特徴とする波長選択スイッチ。
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