JP6691471B2 - Optical switch - Google Patents
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Description
本発明は、光通信ネットワーク等に用いられる光スイッチに関する。 The present invention relates to an optical switch used in an optical communication network or the like.
インターネットの普及に伴い、データ通信ネットワークに対する需要が爆発的に伸びており、これを支えるため、光通信ネットワークに対する大容量化と柔軟なカスタマイズ機能の要求がますます強くなってきている。このような光通信ネットワークに対する要求の一つである大容量化の観点からみると、波長多重(ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing)通信が実用化されている。 With the spread of the Internet, the demand for data communication networks is exploding, and to support this, demands for large capacity and flexible customization functions for optical communication networks are increasing. From the viewpoint of increasing the capacity, which is one of the requirements for such an optical communication network, Wavelength Division Multiplexing (WDM) communication has been put into practical use.
柔軟なカスタマイズ機能の観点からみると、ＷＤＭ化された信号波長ごとに方路を選択するスイッチング機能を備える１入力Ｎ出力(あるいはＮ入力１出力)波長選択スイッチ(ＷＳＳ: Wavelength Selective Switch)が開発されている。以下では、このような１入力Ｎ出力(あるいはＮ入力１出力)ＷＳＳを、単にＷＳＳと呼ぶ。 From the perspective of flexible customization, a 1-input N-output (or N-input 1-output) wavelength selective switch (WSS) with a switching function that selects a route for each WDM signal wavelength has been developed. Has been done. Hereinafter, such 1-input N-output (or N-input 1-output) WSS is simply referred to as WSS.
２つのＷＳＳを１つのモジュールで実現した２入力１出力のＷＳＳの開発が進んでいる。１つのモジュールでクロスコネクト機能をもつＷＳＳを実現するために、より多くのＷＳＳを一つのモジュールに集積したＮ入力１出力のＷＳＳを使用することも検討されている（非特許文献１）。非特許文献１では、１つの入出力ポートから複数の角度に出射させることで、各出射角の信号光を別のＷＳＳとして取り扱う。 Development of a 2-input 1-output WSS in which two WSSs are realized by one module is in progress. In order to realize a WSS having a cross-connect function with one module, it is also considered to use an N input / one output WSS in which more WSSs are integrated in one module (Non-Patent Document 1). In Non-Patent Document 1, the signal light of each emission angle is treated as another WSS by emitting light from one input / output port at a plurality of angles.
上記ＷＳＳのような光スイッチでは、接続ポート以外のポートへの信号光の漏れこみ(ポート間クロストーク)が問題となる。また、複数のWSSを一つのモジュールに組み込んだ２入力１出力のＷＳＳなどでは、あるＷＳＳの信号光が他のＷＳＳに入るスイッチ間クロストークが問題となる。 In an optical switch such as the above WSS, leakage of signal light into ports other than the connection port (crosstalk between ports) becomes a problem. Further, in a two-input one-output WSS in which a plurality of WSSs are incorporated in one module, crosstalk between switches in which signal light of one WSS enters another WSS becomes a problem.
これらのクロストーク（ポート間クロストーク、スイッチ間クロストーク）が光スイッチに関する課題となる。 These crosstalks (port-to-port crosstalk, switch-to-switch crosstalk) pose problems for optical switches.
本発明は、このような状況の下においてなされたもので、信号光の入出力モードをポートにより異なるようにすることにより、特定のモードでのみ信号がポートに結合し、クロストークを低減するようにした光スイッチを提供することを目的とする。 The present invention has been made under such a circumstance, and by making the input / output mode of the signal light different depending on the port, the signal is coupled to the port only in a specific mode and crosstalk is reduced. It is an object of the present invention to provide an optical switch having the above structure.
上記の課題を達成するため、本発明は、１または複数の入力ポートと、１または複数の出力ポートと、前記入力ポートからの光を特定の伝搬モードで空間に出力する空間光出力器と、入射光の空間的な位相分布を変調する空間光変調素子と、前記空間光変調素子によって変調された光を前記出力ポートへ結合させる空間光入力器とを含み、前記出力ポートへの結合モードは、前記特定の伝搬モードとは異なる複数のモードを有し、かつ互いに異なるように構成されており、前記空間光変調素子は、前記空間光入力器に入射する際の光の伝搬モードを、結合させる前記出力ポートへの結合モードに切り替えるように構成されている。 To achieve the above object, the present invention provides one or more input ports, one or more output ports, and a spatial light output device that outputs light from the input ports to a space in a specific propagation mode, A spatial light modulator that modulates the spatial phase distribution of incident light, and a spatial light input device that couples the light modulated by the spatial light modulator to the output port, and the coupling mode to the output port is the have a plurality of different modes of the particular propagation mode, and are set to be different from each other, the spatial light modulator, the light propagation mode of the time of entering the spatial light input device, coupled It is configured to switch to a coupling mode to the output port .
結合させる前記出力ポート以外の出力ポートでは、前記結合モードと前記伝搬モードとが直交するように設定されるようにしてもよい。 The output ports other than the output ports to be coupled may be set so that the coupling mode and the propagation mode are orthogonal to each other.
前記空間光入力器および前記空間光出力器は、平面光導波路を用いて構成されているようにしてもよい。 The spatial light input device and the spatial light output device may be configured using a planar optical waveguide.
本発明によれば、特定のモードでのみ信号がポートに結合し、クロストークを低減するようにすることができる。 According to the present invention, a signal can be coupled to a port only in a specific mode to reduce crosstalk.
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態である光スイッチ１の構成例を示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an optical switch 1 which is a first embodiment of the present invention.
図１において、光スイッチ１は、入出力ポート部１０１と、入出力ポート部１０１の後記入出力ポートからの信号光を特定の伝搬モードおよび特定の入出力角で空間に入出射する空間光入出力器１０２−１，１０２−２，１０２−３，１０２−４と、上記入出力ポートの各々からの出射角に対応して空間光変調素子１０４に光を照射するための光学素子１０３と、入力信号光の空間的な位相分布を変調することが可能な空間光変調素子１０４とを備える。なお、以下の説明では、空間光入出力器１０２−１〜１０２−４を、空間光入出力器１０２とも総称する。 In FIG. 1, an optical switch 1 includes an input / output port unit 101 and a spatial light input / output unit for inputting / outputting a signal light from a post-writing output port of the input / output port unit 101 into a space in a specific propagation mode and a specific input / output angle. Output devices 102-1, 102-2, 102-3, and 102-4, and an optical element 103 for irradiating the spatial light modulation element 104 with light corresponding to the emission angle from each of the input / output ports, And a spatial light modulator 104 capable of modulating the spatial phase distribution of the input signal light. In the following description, the spatial light input / output devices 102-1 to 102-4 are also collectively referred to as the spatial light input / output device 102.
入出力ポート部１０１は、光信号の入力ポートＩｎ−１と、３つの出力ポートＯｕｔ−１，Ｏｕｔ−２，Ｏｕｔ−３とを含む。 The input / output port unit 101 includes an input port In-1 for optical signals and three output ports Out-1, Out-2, Out-3.
入力ポートＩｎ−１から入力された信号は、入力ポート１０２−１に応じた角度および伝搬モードで空間光入出力器１０２−１から出射され、光学素子１０３を介して空間光変調素子１０４に入射する。 A signal input from the input port In-1 is emitted from the spatial light input / output unit 102-1 in an angle and a propagation mode according to the input port 102-1 and is incident on the spatial light modulation element 104 via the optical element 103. To do.
光学素子１０３は、空間光変調素子１０４からの信号光の入射角に応じ、空間光入出力器１０２−１〜１０２−４がある面内の特定の場所に光を入射させるように構成されている。このような光学素子１０３として、レンズ等が用いられる。レンズの場合、入射した角度の変化が集光位置の変化に変換されるが知られている（例えば、文献１：「谷田貝豊彦著,先端光エレクトロニクスシリーズ１１、光コンピューティング（共立出版株式会社）、2004年10月15日初版1刷発行、p.18-21」参照）。 The optical element 103 is configured to cause light to be incident on a specific place in the plane where the spatial light input / output units 102-1 to 102-4 are located according to the incident angle of the signal light from the spatial light modulator 104. There is. A lens or the like is used as such an optical element 103. In the case of a lens, it is known that the change of the incident angle is converted into the change of the condensing position (for example, Reference 1: “Toyohiko Tanigai, Advanced Optoelectronics Series 11, Optical Computing” (Kyoritsu Publishing Co., Ltd.). , October 15, 2004, 1st edition, 1st edition, p.18-21 ”).
空間光変調素子１０４は、入射された光信号の空間的な位相分布を変調することにより伝搬角度を制御することができる。空間光学系を用いたＷＳＳ（波長選択スイッチ）などの空間光変調素子１０４としては、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）が用いられることが多い。 The spatial light modulator 104 can control the propagation angle by modulating the spatial phase distribution of the incident optical signal. As the spatial light modulator 104 such as a WSS (wavelength selective switch) using a spatial optical system, for example, LCOS (Liquid Crystal On Silicon) is often used.
本実施形態の光スイッチ１において、空間位相変調素子１０４としてのＬＣＯＳで偏向された信号光は、光学素子１０３への入射角に応じ、入出力ポート部１０１にある面内の特定の場所に入射する。 In the optical switch 1 according to the present embodiment, the signal light deflected by the LCOS as the spatial phase modulation element 104 is incident on a specific place in the plane of the input / output port unit 101 according to the incident angle to the optical element 103. To do.
空間光変調素子１０４では、特定の場所に入射させたい（結合させたい）入出力ポート部１０１中の出力ポートＯｕｔ−１〜Ｏｕｔ−３と接続される空間光入出力器１０２に信号光が入射するように、偏向角を制御する。これにより、光信号の行き先をスイッチングすることができる。 In the spatial light modulator 104, the signal light is incident on the spatial light input / output unit 102 connected to the output ports Out-1 to Out-3 in the input / output port unit 101 which is desired to be incident (to be coupled) at a specific place. The deflection angle is controlled so that Thereby, the destination of the optical signal can be switched.
図２（ａ）および図２（ｂ）は、かかるＬＣＯＳで実現される空間位相変調のパタンにおける伝搬方向偏向の一例を説明するための図である。 FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams for explaining an example of the propagation direction deflection in the pattern of spatial phase modulation realized by the LCOS.
図２（ａ）および図２（ｂ）では、ＬＣＯＳにおいて、のこぎり波状の位相変調パタンをかけることで、信号光は、のこぎり波の傾きに応じた偏向角の変化が与えられる。これにより、ＬＣＯＳで反射する光の伝搬方向が偏向される。 In FIGS. 2A and 2B, by applying a sawtooth-shaped phase modulation pattern in the LCOS, the signal light is given a change in the deflection angle according to the inclination of the sawtooth wave. As a result, the propagation direction of the light reflected by the LCOS is deflected.
図３は、回折光によりポート間の漏話（ＸＴ）が生じ得る状態との一例を説明するための図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a state in which crosstalk (XT) between ports can occur due to diffracted light.
図３では、空間光変調素子１０４としてのＬＣＯＳで予め設定された角度（例えば、θ）とは異なる角度（意図しない角度）へ入射光が偏向されるものの例として、様々な回折光（例えば、「２θ」の偏向角を有する２次光、「−２θ」の偏向角を有する−２次光など）が示されている。高次回折光は、設定した偏向角度の整数倍の偏向角に回折されることが知られている（例えば、文献２−「Wang, Xinghua "Liquid Crystal Diffractive Optical Elements: Applications and Limitations." Electronic Thesis or Dissertation, Kent State University, 2005. 」参照）。 In FIG. 3, various diffracted lights (for example, various diffracted lights) are deflected as an example of incident light deflected at an angle (unintended angle) different from an angle (for example, θ) preset by the LCOS as the spatial light modulator 104. Secondary light having a deflection angle of “2θ”, −secondary light having a deflection angle of “−2θ”, etc.) are shown. It is known that high-order diffracted light is diffracted at a deflection angle that is an integral multiple of the set deflection angle (for example, Document 2- "Wang, Xinghua" Liquid Crystal Diffractive Optical Elements: Applications and Limitations. "Electronic Thesis or Dissertation, Kent State University, 2005. ").
本実施形態の光スイッチ１において、仮にこのような高次回折光が出力ポートＯｕｔ−１〜Ｏｕｔ−３に入射した場合、本来結合させることになるポート以外のポートに信号光が結合し、これによりポート間の漏話（ＸＴ：Cross Talk）が生じ得る。 In the optical switch 1 of the present embodiment, if such higher-order diffracted light is incident on the output ports Out-1 to Out-3, the signal light is coupled to the ports other than the ports to be originally coupled, which causes Cross talk (XT) between ports can occur.
このようなＸＴを抑制するためには、各入出力ポートＩｎ−１，Ｏｕｔ−１〜Ｏｕｔ−３の結合モードを変更することが有効となる。たとえば、図１に示した各ポートＩｎ−１，Ｏｕｔ−１〜Ｏｕｔ−３に異なる結合モードを持たせることで各ポート間へのＸＴを低減できる。これは、信号光が各ポートに結合するための結合率が、入射される信号光の複素振幅とポートの結合モードの重なり積分で決まるためである（例えば、文献３−「河野健治 著, 光デバイスのための結合系の基礎と応用 (現代工学社), 2003年7月25日第２版２刷発行, p. 29-32」参照）。 In order to suppress such XT, it is effective to change the coupling mode of each of the input / output ports In-1, Out-1 to Out-3. For example, each port In-1, Out-1 to Out-3 shown in FIG. 1 can have a different coupling mode to reduce the XT between the ports. This is because the coupling rate for coupling the signal light to each port is determined by the overlap integral of the complex amplitude of the incident signal light and the coupling mode of the port (see, for example, Reference 3- "Kenji Kawano, Hikaru"). Basics and applications of coupling systems for devices (Hyundai Engineering Co., Ltd.), 2nd edition, 2nd edition, July 25, 2003, p. 29-32. ”).
上述した光の結合率は、下記式（１）で与えられる（上記文献３）。 The light coupling rate described above is given by the following equation (1) (reference 3 above).
ここで、η：結合効率、φi（ｘ，ｙ）：ポートの結合モード、φ* i（ｘ，ｙ）：入射した信号光の複素振幅、を表す。 Here, η: coupling efficiency, φ i (x, y): port coupling mode, φ * i (x, y): complex amplitude of incident signal light.
上記式（１）によれば、最も結合率が高くなるのは、結合モードと入射光の複素振幅（モード）とが同一の場合である。一方、結合率が低くなるのは、結合モードと入力された入射光のモードとが異なる場合である。 According to the above equation (1), the highest coupling rate occurs when the coupling mode and the complex amplitude (mode) of the incident light are the same. On the other hand, the coupling rate becomes low when the coupling mode and the mode of the incident light input are different.
このことから、本実施形態の光スイッチ１では、特定のモードでのみ結合するように設計することで、他の伝搬モードｍ１（図１）の光が入射する際の結合効率を低くし、これによりＸＴを抑制するようにしている。 From this, in the optical switch 1 of the present embodiment, by designing to couple only in a specific mode, the coupling efficiency when light of another propagation mode m1 (FIG. 1) enters is reduced, and Is used to suppress XT.
一般に、ＬＣＯＳなどによる空間的な位相変調により、光の伝搬モードを変換できることが知られている（文献４−「Naoya Matsumoto他５人, "Generation of high-quality higher-order Laguerre-Gaussian beams using liquid-crystal-on-silicon spatial light modulators," J. Opt. Soc. Am. A 25, 1642-1651 (2008)」参照）。 Generally, it is known that the propagation mode of light can be converted by spatial phase modulation using LCOS or the like (Reference 4- "Naoya Matsumoto et al.," Generation of high-quality higher-order Laguerre-Gaussian beams using liquid ". -crystal-on-silicon spatial light modulators, "J. Opt. Soc. Am. A 25, 1642-1651 (2008)").
本実施形態の光スイッチ１では、ＬＣＯＳなどの空間位相変調素子１０４は、入出力ポート部１０１の各光入出力ポートと接続されている空間光入出力器１０２に入射する際の伝搬モードを切り替える。このような伝搬モードの切り替えと偏向角の調整とを同時に空間位相変調素子１０４によって行うことにより、空間光入出力器１０２のある面内の特定の場所に特定の伝搬モードｐ（図１）で信号光を入射させることができる。 In the optical switch 1 of the present embodiment, the spatial phase modulation element 104 such as LCOS switches the propagation mode when entering the spatial optical input / output device 102 connected to each optical input / output port of the input / output port unit 101. . By performing such switching of the propagation mode and adjustment of the deflection angle at the same time by the spatial phase modulation element 104, a specific propagation mode p (FIG. 1) is obtained at a specific place in the plane where the spatial light input / output device 102 is present. Signal light can be incident.
例えば、ＸＴを最も効果的に抑制するには、各出力ポートの結合モードｍ１，ｍ２，ｍ３（図１）と直交するモードを採用することが好ましい。このような直交モードを採用することで、同一の場所に入力する各ポートと結合する伝搬モードのうち、特定の伝搬モード以外の伝搬モードはすべて結合しなくなる。このことは、上記式（１）に示した分子の積分項が「０」になり、これにより、結合率ηが「０」になるからである。 For example, in order to suppress XT most effectively, it is preferable to adopt a mode orthogonal to the coupling modes m1, m2, m3 (FIG. 1) of each output port. By adopting such an orthogonal mode, all the propagation modes other than the specific propagation mode among the propagation modes coupled to each port input to the same place are not coupled. This is because the integral term of the numerator shown in the above formula (1) becomes "0", and thus the binding rate η becomes "0".
上述した直交する光の伝搬モードとしては、例えば、基底および高次のガウシアンモードが用いられる（上記文献４を参照）。例えば、図１の例では、各出力ポートＯｕｔ−１〜Ｏｕｔ−３において、０次、１次、２次のガウシアンモード（結合モード）でのみ結合することにより、すべての結合モードが直交する。すなわち、図1では、入力ポートＩｎ−１1からの出力光の伝搬モードは、０次のガウシアンモードとし、各出力ポートＯｕｔ−１〜Ｏｕｔ−３の結合モードは、０次〜２次のガウシアンモードとして設定される。 As the propagation modes of the orthogonal light described above, for example, Gaussian modes of the base and higher orders are used (see the above-mentioned Document 4). For example, in the example of FIG. 1, in each of the output ports Out-1 to Out-3, by coupling only in the 0th, 1st, and 2nd order Gaussian modes (coupling modes), all the coupling modes are orthogonal. That is, in FIG. 1, the propagation mode of the output light from the input port In-11 is a 0th-order Gaussian mode, and the coupling mode of each output port Out-1 to Out-3 is a 0th-order to 2nd-order Gaussian mode. Is set as.
以上説明したように、本実施形態の光スイッチ１によれば、入力ポートと、出力ポートと、入力ポートからの光を特定の伝搬モードで空間に出力する空間光出力器１０２と、入射光の空間的な位相分布を変調する空間光変調素子１０４と、空間光変調素子１０４によって変調された光を前記出力ポートへ結合させる空間光入力器１０２とを含む。ここで、出力ポートへの結合モードは、特定の伝搬モードとは異なる複数のモードを有する（結合させる出力ポートＯｕｔ−２以外の出力ポートでは、結合モードｍ１，ｍ３と伝搬モードｐとが直交する。）。これにより、特定のモードでのみ信号が出力ポートで結合し、ポート間（またはスイッチ間）のクロストークを低減することができる。 As described above, according to the optical switch 1 of the present embodiment, the input port, the output port, the spatial light output device 102 that outputs the light from the input port to the space in the specific propagation mode, and the incident light It includes a spatial light modulator 104 that modulates the spatial phase distribution, and a spatial light input device 102 that couples the light modulated by the spatial light modulator 104 to the output port. Here, the coupling mode to the output port has a plurality of modes different from the specific propagation mode (in the output ports other than the output port Out-2 to be coupled, the coupling modes m1 and m3 and the propagation mode p are orthogonal to each other. .). This allows signals to be combined at the output ports only in certain modes, reducing crosstalk between ports (or between switches).
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態である光スイッチ１Ａについて説明する。なお、この光スイッチ１Ａの構成は、図１に示したものとほぼ同一である。本実施形態の以下の説明では、特に記述しない限り、第１実施形態の説明で用いた符号等をそのまま用いる。
<Second Embodiment>
The optical switch 1A according to the second embodiment of the present invention will be described below. The configuration of the optical switch 1A is almost the same as that shown in FIG. In the following description of the present embodiment, the reference numerals and the like used in the description of the first embodiment are used as they are, unless otherwise specified.
第１実施形態の光スイッチ１は、１連の１入力３出力で構成されていたが、必ずしもその必要はない。第２実施形態の光スイッチ１Ａは、第１実施形態のものと同様の効果を実現するものであるが、２連の１入力２出力で構成されている。 Although the optical switch 1 according to the first embodiment is composed of one series of one input and three outputs, it is not always necessary. The optical switch 1A of the second embodiment achieves the same effect as that of the first embodiment, but is configured with two 1-input and 2-output.
図４は、かかる光スイッチ１Ａの構成例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the optical switch 1A.
図４に示すように、この光スイッチ１Ａは、第１実施形態のものと同様に、入出力ポート部１０１と、入出力ポート部１０１の入出力ポートからの信号光を特定の伝搬モードおよび特定の入出力角で空間に入出射する空間光入出力器１０２−１，１０２−２，１０２−３と、上記入出力ポートの各々からの出射角に対応して空間光変調素子１０４に光を照射するための光学素子１０３と、入力信号光の空間的な位相分布を変調することが可能な空間光変調素子１０４とを備える。この実施形態においても、空間光入出力器１０２−１〜１０２−３を空間光入出力器１０２とも総称する。 As shown in FIG. 4, in the optical switch 1A, as in the first embodiment, the input / output port unit 101 and the signal light from the input / output port of the input / output port unit 101 are specified in a specific propagation mode and specified. The spatial light input / output devices 102-1, 102-2, and 102-3 that enter and exit the space at the input / output angles of the light and the spatial light modulator 104 corresponding to the output angles from the input / output ports. The optical element 103 for irradiating and the spatial light modulator 104 capable of modulating the spatial phase distribution of the input signal light are provided. Also in this embodiment, the spatial light input / output devices 102-1 to 102-3 are collectively referred to as the spatial light input / output device 102.
入出力ポート部１０１は、２つの入力ポートＩｎ−１，Ｉｎ−２と、４つの出力ポートＯｕｔ−１−１，Ｏｕｔ−１−２，Ｏｕｔ−２−１，Ｏｕｔ−２−２とを備える。 The input / output port unit 101 includes two input ports In-1, In-2 and four output ports Out-1-1, Out-1-2, Out-2-1, Out-2-2. .
入出力ポート部１０１における１つの入力ポートから入力された信号は、入力ポートに応じた角度および伝搬モードＰ１１，Ｐ２１で空間光入出力器１０２−１から出射され、光学素子１０３を介して空間光変調素子１０４に入射する。 A signal input from one input port of the input / output port unit 101 is emitted from the spatial light input / output unit 102-1 at an angle and propagation modes P11 and P21 according to the input port, and is transmitted via the optical element 103 to the spatial light. The light enters the modulation element 104.
そして、空間光変調素子１０４では、特定の場所に入射させたい（結合させたい）入出力ポート部１０１中の出力ポートＯｕｔ−１−１〜Ｏｕｔ−２−２と接続される空間光入出力器１０２に信号光が入射するように、偏向角を制御する。これにより、光信号の行き先をスイッチングすることができる。 Then, in the spatial light modulator 104, the spatial light input / output device connected to the output ports Out-1-1 to Out-2-2 in the input / output port unit 101 to be incident (to be coupled) at a specific place. The deflection angle is controlled so that the signal light is incident on 102. Thereby, the destination of the optical signal can be switched.
この光スイッチ１Ａでも、第１実施形態のものと同様に、各出力ポートの結合モードと直交するモードを採用する。例えば、図３の例では、入力ポートＩｎ−１，Ｉｎ−２からの出力光の伝搬モードＰ１１，Ｐ２１を０次のガウシアンとし、出力ポートＯｕｔ−２−１，Ｏｕｔ−２−２の結合モードｍ２１，ｍ３２を０次のガウシアンモードとする。そして、出力ポートＯｕｔ−１−１,Ｏｕｔ−１−２の結合モードｍ１１，ｍ３１を１次のガウシアンモードとする。 This optical switch 1A also adopts a mode orthogonal to the coupling mode of each output port, as in the first embodiment. For example, in the example of FIG. 3, the propagation modes P11 and P21 of the output light from the input ports In-1 and In-2 are the 0th-order Gaussian, and the coupling modes of the output ports Out-2-1 and Out-2-2. The m21 and m32 are set to the 0th-order Gaussian mode. Then, the coupling modes m11 and m31 of the output ports Out-1-1 and Out-1-2 are set to the first-order Gaussian mode.
このようにしても、出力ポートへの結合モードは、特定の伝搬モードとは異なる複数のモードを有する（結合させる出力ポート以外の出力ポートでは、結合モードと伝搬モードとが直交する。）。これにより、特定のモードでのみ信号が出力ポートで結合し、ポート間（またはスイッチ間）のクロストークを低減することができる。 Even in this case, the coupling mode to the output port has a plurality of modes different from the specific propagation mode (in the output ports other than the output port to be coupled, the coupling mode and the propagation mode are orthogonal to each other). This allows signals to be combined at the output ports only in certain modes, reducing crosstalk between ports (or between switches).
次に、上記各実施形態の光スイッチ１，１Ａの変形例について説明する。 Next, modified examples of the optical switches 1 and 1A of the above-described embodiments will be described.
（変形例１）
空間光入出力器１０２は、平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）を用いるようにしてもよい。例えばＰＬＣを用いる場合に、ＳＢＴ（Spatial Beam Transformer）回路を使用するようにしてもよい（例えば、文献５−「K. Senohoka 外６人, “Spatial beam transformer for wavelength selective switch consisting of silica-based planar lightwave circuit,” Proceedings of OFC/NFOEC 2012, JTh2A.5」参照）。
(Modification 1)
The spatial light input / output device 102 may use a planar lightwave circuit (PLC). For example, when a PLC is used, an SBT (Spatial Beam Transformer) circuit may be used (see, for example, Reference 5- "K. Senohoka et al.," Spatial beam transformer for wavelength selective switch composed of silica-based planar "). lightwave circuit, ”Proceedings of OFC / NFOEC 2012, JTh2A.5”).
図５（ａ）は、かかるＳＢＴ回路４０の構成例を示す図である。 FIG. 5A is a diagram showing a configuration example of the SBT circuit 40.
ＳＢＴ回路４０は、入出力導波路、スラブ導波路４０２、およびアレイ導波路４０３を含む光回路である。 The SBT circuit 40 is an optical circuit including an input / output waveguide, a slab waveguide 402, and an array waveguide 403.
ＳＢＴ回路４０において、ＰＬＣ側の所定の導波路から入力された光信号は、所定の角度でＰＬＣの出力端から空間光学回路（空間光変調素子１０４）側に出射する。一方、空間光学回路側からＰＬＣに所定の角度で入力された光信号は、ＰＬＣ側の所定の導波路４０３に出力する。 In the SBT circuit 40, the optical signal input from the predetermined waveguide on the PLC side is emitted from the output end of the PLC to the spatial optical circuit (spatial light modulation element 104) side at a predetermined angle. On the other hand, the optical signal input to the PLC from the spatial optical circuit side at a predetermined angle is output to the predetermined waveguide 403 on the PLC side.
図５において、ＳＢＴ回路４０では、入力導波路４０１からスラブ導波路４０２に入力された光がスラブ導波路４０２内を伝搬した後の伝搬モードが空間に出力される。また、空間からＳＢＴ回路４０に光が入力される場合には、入力導波路４０１と結合するモードを拡大または縮小したモードが結合モードになる。 5, in the SBT circuit 40, the propagation mode after the light input from the input waveguide 401 to the slab waveguide 402 propagates in the slab waveguide 402 is output to the space. Further, when light is input from the space to the SBT circuit 40, the mode in which the mode coupled with the input waveguide 401 is expanded or contracted becomes the coupled mode.
このように、ＳＢＴ回路４０では、入力導波路４０１からスラブ導波路４０２への光の伝搬モード（図５（ｂ））を変えることで、空間に出力する光の伝搬モードを変更することができる（図５（ｃ））。 As described above, in the SBT circuit 40, the propagation mode of light output to the space can be changed by changing the propagation mode of light from the input waveguide 401 to the slab waveguide 402 (FIG. 5B). (FIG.5 (c)).
（変形例２）
変更例１のＳＢＴ回路４０において、スラブ導波路の入力導波路としてマルチモード干渉（ＭＭＩ）導波路を用いるようにしてもよい（例えば、文献６−「T. Hiraki外４名, "Monolithically Integrated Mode Multiplexer/De-multiplexer on Three-dimensional SiOx-waveguide Platform," in Optical Fiber Communication Conference, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2015), paper W1A.2.」参照）。
(Modification 2)
In the SBT circuit 40 of the first modification, a multimode interference (MMI) waveguide may be used as an input waveguide of the slab waveguide (for example, Reference 6- “T. Hiraki et al., 4 persons,“ Monolithically Integrated Mode ”). Multiplexer / De-multiplexer on Three-dimensional SiOx-waveguide Platform, "in Optical Fiber Communication Conference, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2015), paper W1A.2.").
図６（ａ）は、かかるＭＭＩ導波路４０５を用いたＳＢＴ回路４０の構成例を示している。このＳＢＴ回路４０においても、入力導波路４０１からスラブ導波路４０２への光の伝搬モードを変える（図６（ｂ）および図６（ｃ））ことで、空間に出力する光の伝搬モードを変更することができる（図６（ｄ）および図６（ｅ））。 FIG. 6A shows a configuration example of the SBT circuit 40 using the MMI waveguide 405. Also in this SBT circuit 40, by changing the propagation mode of light from the input waveguide 401 to the slab waveguide 402 (FIGS. 6B and 6C), the propagation mode of light output to the space is changed. (FIG. 6 (d) and FIG. 6 (e)).
（変形例３）
変形例２のＳＢＴ回路４０では、ＭＭＩ導波路４０５を用いる場合について説明したが、これに限られない。例えば、波面整合法で設定された導波路を用いてモード変換を行うようにしてもよい（例えば、波面整合法は文献７−「J. Sakamoto外３名, "Computer-generated optical mode-managed funnel coupler for reducing intrinsic coupling loss," in Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Technical Digest (2016) (Optical Society of America, 2016), paper SM1F.2.」参照）。
(Modification 3)
In the SBT circuit 40 of the modified example 2, the case of using the MMI waveguide 405 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, mode conversion may be performed using a waveguide set by the wavefront matching method (for example, the wavefront matching method is described in Reference 7- "J. Sakamoto et al., 3 Computers-generated optical mode-managed funnel"). coupler for reducing intrinsic coupling loss, "in Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Technical Digest (2016) (Optical Society of America, 2016), paper SM1F.2.").
（変形例４）
空間光入出力器１０２において、信号光の入出射角を変化させる機能と伝搬モードを変換する機能は、別々の素子で実現するようにしてもよい。例えば、レンズによって信号光の入出射角を変えるとともに、位相マスクによって伝搬モードを変化させるようにすることもできる（文献４を参照）。
(Modification 4)
In the spatial light input / output device 102, the function of changing the input / output angle of the signal light and the function of converting the propagation mode may be realized by separate elements. For example, it is possible to change the incident / emission angle of the signal light with a lens and to change the propagation mode with a phase mask (see Document 4).
図７（ａ）は、かかる変形例３における空間光入出力器１０２Ａの構成例を例示している。 FIG. 7A illustrates a configuration example of the spatial light input / output device 102A in the third modification.
この空間光入出力器１０２Ａでは、レンズ５０２によって、入出力導波路５０１−１，５０１−２からの信号光の入出射角を変えるとともに、位相マスク５０３−１，５０３−２によって伝搬モードを変化させるようにしている（図７（ｂ）→図７（ｃ）または図７（ｂ）→図７（ｄ））。 In this spatial light input / output device 102A, the lens 502 changes the incident / emission angle of the signal light from the input / output waveguides 501-1 and 501-2, and the propagation modes are changed by the phase masks 503-1 and 503-2. 7 (b) → FIG. 7 (c) or FIG. 7 (b) → FIG. 7 (d).
（変形例５）
光スイッチ１，１Ａにおいて、入出力ポート部１０１の入力導波路および／または出力導波路の数は必要に応じて適宜変更することができる。
(Modification 5)
In the optical switches 1 and 1A, the number of input waveguides and / or output waveguides of the input / output port unit 101 can be appropriately changed as necessary.
１Ａ 光スイッチ
１０１ 入出力ポート部
１０２−１〜１０２−４：空間光入出力器
１０３ 光学素子
１０４ 空間位相変調素子
４０１ 入力導波路
４０２ スラブ導波路
４０３ アレイ導波路
４０５ ＭＭＩ導波路
５０１ 入出力ポート
５０２ レンズ
５０３−１，５０３−２ 位相マスク
1A Optical switch 101 Input / output port section 102-1 to 102-4: Spatial optical input / output device 103 Optical element 104 Spatial phase modulation element 401 Input waveguide 402 Slab waveguide 403 Array waveguide 405 MMI waveguide 501 Input / output port 502 Lens 503-1, 503-2 Phase mask
Claims (3)
１または複数の出力ポートと、
前記入力ポートからの光を特定の伝搬モードで空間に出力する空間光出力器と、
入射光の空間的な位相分布を変調する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって変調された光を前記出力ポートへ結合させる空間光入力器と
を含み、
前記出力ポートへの結合モードは、前記特定の伝搬モードとは異なる複数のモードを有し、かつ互いに異なるように構成されており
前記空間光変調素子は、前記空間光入力器に入射する際の光の伝搬モードを、結合させる前記出力ポートへの結合モードに切り替えるように構成された
ことを特徴とする光スイッチ。 One or more input ports,
One or more output ports,
A spatial light output device that outputs light from the input port to a space in a specific propagation mode,
A spatial light modulator that modulates the spatial phase distribution of incident light;
A spatial light input device for coupling the light modulated by the spatial light modulator to the output port;
Binding mode to said output port, said to have a plurality of different modes of the particular propagation mode, and are set to be different from each other
The spatial light modulator is configured to switch a propagation mode of light upon entering the spatial light input device to a coupling mode to the output port for coupling .
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