JP2014197154A - 光操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光操作装置における多ポート化に伴うファイバの取り回しの困難性を回避しつつ、小型化して設置スペースを節約するとともに、高コスト化を抑制すること。
【解決手段】光スイッチ装置は、１本のマルチコア光ファイバを用いたマルチコアファイバアレイと、マルチコアファイバアレイに対して順次配置された、コリメータレンズと、アナモルフィックプリズムペアと、分散素子としての回折格子と、集光素子としての集光レンズと、偏波分離素子と、偏波回転素子と、光スイッチとしての空間光変調器とを備える。マルチコア光ファイバ１における複数のコア１ａを波長多重信号光ＯＳの入出力ポートとして用い、コア１ａａを入力ポート、コア１ａｂ〜１ａｅを出力ポートとして用いて、入出力ポートに共通した同一のコリメータレンズ１２を用いる。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、光操作装置に関する。

従来、波長多重方式とパス管理の技術とを組み合わせて、高速で大容量の伝送ネットワークを運用するための技術であるＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer）が知られている。そして、このＲＯＤＡＭにおけるより柔軟な運営のために、波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch ：ＷＳＳ）の多ポート化が求められている。

特許文献１には、１つのポートごとに１つのレンズが割り当てられており、光をコリメートしている構成が記載されている。すなわち、特許文献１に記載された波長選択光スイッチ装置は、入力側のｎ個のポートと、出力側の１個の共通のポートと、各ポートの入出力口ごとに備えられたｎ個のコリメータレンズと、回折格子と、集光光学系としてのレンズと、マイクロミラーとから構成されている。

特開２００６−１３３３３６号公報

また、特許文献１に記載のＷＳＳにおいて、入出力ポートとしてファイバアレイが使用されている。ところが、多ポート化に伴ってファイバの本数が増加すると、ファイバの取り回しが困難になるという問題がある。さらに、各ポートの入出力口にそれぞれコリメータレンズが設けられているため、多ポート化に伴ってコリメータレンズも増加させる必要が生じることから、設置スペースの増大および高コスト化を招くという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、光操作装置における多ポート化に伴うファイバの取り回しの困難性を回避しつつ、小型化して設置スペースを節約するとともに、高コスト化を抑制できる光操作装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る光操作装置は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する複数のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光の光路を切り換えて光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する角度操作器と、光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光をコリメートするコリメート手段と、光入出力ポートと角度操作器との間に配置され、光入出力ポートと角度操作器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、を備えた光操作装置において、光入出力ポートが、複数のコアを有するファイバ基体における複数のコアのうちの断面において所定の配列方向に沿って配列されたコアから構成され、ファイバ基体の所定の配列方向に沿って配列された光入出力ポートを構成するコアに対して、同一のコリメート手段によって光をコリメートするように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記の発明において、ファイバ基体を複数備え、複数のファイバ基体において、それぞれのファイバ基体の光入出力ポートを構成するコアが互いに所定の配列方向に沿って配列されていることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記の発明において、コリメート手段を複数備え、複数のファイバ基体における個々のファイバ基体ごとに同一のコリメート手段によって光をコリメートするように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記の発明において、光入出力ポートが、ファイバ基体における複数のコアのうちの、断面において所定の配列方向に沿って複数の列で配列されたコアによって構成されることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記の発明において、角度操作器が、入射された光の位相を液晶によって変調するとともに回折させる素子からなり、フレネルレンズ形状の位相を描画した空間光変調器からなることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置によれば、多ポート化に伴うファイバの取り回しの困難性を回避しつつ、小型化して設置スペースを節約するとともに、高コスト化を抑制することが可能となる。

図１Ａは、本発明の第１の実施形態による波長選択光スイッチ装置の構成を示す側面図である。 図１Ｂは、本発明の第１の実施形態による波長選択光スイッチ装置の構成を示す上面図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施形態による波長選択光スイッチ装置に用いられるマルチコアファイバアレイを示す正面図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施形態による波長選択光スイッチ装置に用いられるマルチコアファイバアレイを示す側面図である。 図３は、従来技術による波長選択光スイッチ装置の構成を示す側面図である。 図４は、本発明の第２の実施形態による波長選択光スイッチ装置の構成を示す側面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態において用いられる空間光変調器の表示画像の一例を示す図である。 図６Ａは、本発明の第３の実施形態による波長選択光スイッチ装置の構成を示す側面図である。 図６Ｂは、本発明の第３の実施形態による波長選択光スイッチ装置の構成を示す上面図である。 図７Ａは、本発明の第４の実施形態による波長選択光スイッチ装置の構成を示す側面図である。 図７Ｂは、本発明の第４の実施形態による波長選択光スイッチ装置の構成を示す上面図である。 図８Ａは、本発明の第５の実施形態による波長選択光スイッチ装置の構成を示す側面図である。 図８Ｂは、本発明の第５の実施形態による波長選択光スイッチ装置の構成を示す上面図である。 図９Ａは、本発明の第５の実施形態による波長選択光スイッチ装置に用いられるマルチコアファイバアレイを示す正面図である。 図９Ｂは、本発明の第５の実施形態による波長選択光スイッチ装置に用いられるマルチコアファイバアレイを示す側面図である。 図１０Ａは、本発明の実施形態において用いることができるマルチコア光ファイバの一例を示す断面図である。 図１０Ｂは、本発明の実施形態において用いることができるマルチコア光ファイバの一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、図中、適宜ｘｙｚ座標系を用いて方向を説明しているが、各図においてｘｙｚ軸の方向は同一であるものとする。

（第１の実施形態）
（波長選択光スイッチ装置）
まず、本発明の第１の実施形態によるマルチコアファイバアレイを用いた光操作装置としての波長選択光スイッチ装置について説明する。図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、この第１の実施形態による波長選択光スイッチ装置１０の構成を示す側面図および上面図である。

図１Ｂに示すように、この第１の実施形態による波長選択光スイッチ装置１０は、ファイバ基体として、たとえば１本のマルチコア光ファイバを用いたマルチコアファイバアレイ１１と、マルチコアファイバアレイ１１に対して順次配置された、コリメータレンズ１２，１３と、一対のアナモルフィックプリズム１４ａ，１４ｂからなるアナモルフィックプリズムペア１４と、回折格子１５と、集光素子としての集光レンズ１６と、偏波分離素子１７と、たとえばλ／２波長板から構成される偏波回転素子２１と、たとえばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）から構成された光スイッチとしての空間光変調器１８とを備えている。なお、実際には回折格子１５において光路は曲げられるので、アナモルフィックプリズムペア１４から空間光変調器１８までの各素子は、回折格子１５の前後で角度を持って配置されているが、図１Ａおよび図１Ｂにおいては簡略化のために直列に配置して示す。

（マルチコアファイバアレイ）
ここで、この第１の実施形態におけるマルチコアファイバアレイ１１について説明する。図２Ａおよび図２Ｂはそれぞれ、本発明の第１の実施形態による波長選択光スイッチ装置１０に用いられるマルチコア光ファイバ１を備えたマルチコアファイバアレイ１１を示す正面図および側面図である。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、この第１の実施形態によるマルチコアファイバアレイ１１は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する光入出力ポートとなる複数のコア１ａを有するマルチコア光ファイバ１と、このマルチコア光ファイバ１がその長手方向に垂直な断面において光を入出力可能に挿通固定する光ファイバ固定基材１１ａとから構成されている。マルチコア光ファイバ１は、マルチコア光ファイバ１の断面内において所定の配列方向（図中ｘ軸方向）に沿ってたとえば直線状に並べられた複数のコア１ａ（コア１ａａ，１ａｂ，１ａｃ，１ａｄ，１ａｅ）と、コア１ａの周囲のクラッド１ｂとから構成されている。そして、図２Ｂに示すように、この第１の実施形態においては、マルチコア光ファイバ１における複数のコア１ａが波長多重信号光ＯＳの入出力ポートとして用いられる。

この波長選択光スイッチ装置１０では、マルチコア光ファイバ１のコア１ａのうち、コア１ａａが、外部から光が入力される共通の光入力ポート（Ｃｏｍポート）として設定されており、その他の４つのコア１ａｂ〜１ａｅが、外部に光を出力する出力ポートとして設定されている。すなわち、この波長選択光スイッチ装置１０は１×４の光スイッチとして機能する。

また、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、コリメータレンズ１２，１３は、マルチコア光ファイバ１の出力ポートとしてのコア１ａａから出力した光を平行光にし、または、入力された平行光をマルチコア光ファイバ１の光入力ポートとしてのコア１ａｂ〜１ａｅに集光して結合させる。

なお、コリメータレンズ１２から出力した信号光は、平行光になっているが、各入出力信号光（ＯＳ，ＯＳ１，ＯＳ２）の各光軸は非平行になっている。そこで、波長多重信号光ＯＳに関して、コリメータレンズ１３を経ることで、他の出力信号光ＯＳ１，ＯＳ２の各光軸と平行になるように出射される。ここで、コリメータレンズ１２の焦点距離よりコリメータレンズ１３の焦点距離を大きく取ることによって、コリメータレンズ１３からの出力光を、各入出力信号光ＯＳ，ＯＳ１，ＯＳ２の各光軸を平行にしながら、略平行光として出力させることができ、好ましい。また、たとえば、コリメータレンズ１２の焦点距離に対するコリメータレンズ１３の焦点距離を、約２０倍以上にすることによって、コリメータレンズ１２から出射した後の平行光の状態を損なうことなく、各入出射信号光ＯＳ，ＯＳ１，ＯＳ２の各光軸を平行にできるとともに、アナモルフィックプリズムペア１４に入射する位置におけるｙ方向についてのビームウェスト径を十分大きく取ることができ、さらに、空間光変調器１８に入射されるビームのｙ方向についてのビームウェスト径を十分小さくできるので、より好ましい。

また、光分散素子としての回折格子１５は、透過型回折格子であって、コリメータレンズ１２，１３と集光レンズ１６との間に配置され、入力された光を分光するものである。アナモルフィックプリズムペア１４は、マルチコアファイバアレイ１１と回折格子１５との間に配置され、入力された光のビーム形状の縦横比を変更するものである。

また、集光レンズ１６は、マルチコアファイバアレイ１１と空間光変調器１８との間に配置され、これらを光学的に結合させるものである。ここで、集光レンズ１６は１枚のレンズから構成されていてもよいし、複数のレンズから構成されていてもよい。

また、偏波分離素子１７は、集光レンズ１６と空間光変調器１８との間に配置され、入力された光の偏波状態を操作するものであり、具体的には入力された光の偏波分離を行うものである。この偏波分離素子１７は、たとえばルチル（ＴｉＯ_２）単結晶や方解石などの複屈折性材料からなり、互いに直交する２つの直線偏波成分（ｘ軸偏波成分およびｙ軸偏波成分）を含む光を、このｘ軸偏波成分の光とｙ軸偏波成分の光とに偏波分離する。ここで、偏波分離素子１７から出射された光は光入出力ポートの配列方向に分離される。また、λ／２波長板から構成される偏波回転素子２１は、入力された光の偏波回転を行うものである。偏波回転素子２１は、λ／２波長板であり、入力された光の偏波方向を９０度回転させてｙ軸偏波成分の光をｘ軸偏波成分の光として偏波方向と一致させて出力する。

また、空間光変調器１８を構成するＬＣＯＳは、入射された光の位相を液晶によって変調し、回折させることができる空間光変調器である。したがって、ＬＣＯＳを用いた波長選択光スイッチ装置１０では、ある経路から入力された信号光を、ＬＣＯＳによって回折させて、特定の経路に出力することにより、光スイッチ動作を実現している。ここで、ＬＣＯＳは液晶の複屈折を利用するため、偏波依存特性を有しているので、この第１の実施形態においては、偏波分離素子１７および偏波回転素子２１を備えている。そして、この偏波分離素子１７が、波長選択光スイッチ装置１０に入力された信号光を互いに直交する２つの直線偏波の信号光に分離し、偏波回転素子２１が一方の信号光の偏波方向を回転させてもう一方の信号光の偏波方向に合わせることによって、偏波方向が一致した２つの信号光がＬＣＯＳに入射されるように構成されている。これによって、単一の偏波方向のみからなる信号光がＬＣＯＳに入射されるので、偏波依存特性の問題が解決される。

また、以上のように構成された波長選択光スイッチ装置１０に入力または出力される光は特に限定されないが、たとえば波長１５２０〜１６２０ｎｍの光通信用の信号光である。

（波長選択光スイッチ装置の動作）
次に、波長選択光スイッチ装置１０の動作について説明する。まず、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、この波長選択光スイッチ装置１０のマルチコアファイバアレイ１１のＣｏｍポート（図２Ａに示すマルチコア光ファイバ１のコア１ａａ）に、互いに波長が異なる４つの信号光からなる波長多重信号光ＯＳが入力される。マルチコアファイバアレイ１１は、波長多重信号光ＯＳを出力してコリメータレンズ１２に入射させる。コリメータレンズ１２から出力した波長多重信号光ＯＳは平行光であるが、他の出力信号光ＯＳ１，ＯＳ２の各光軸とは非平行である。そこで、さらにコリメータレンズ１３を経ることによって、波長多重信号光ＯＳを、他の出力信号光ＯＳ１，ＯＳ２と平行になるようにして、アナモルフィックプリズムペア１４に出力する。アナモルフィックプリズムペア１４は、波長多重信号光ＯＳのビーム径を、回折格子１５の格子の配列方向に広げて出力する。その結果、空間光変調器１８上における波長多重信号光ＯＳが細長のビーム形状になることで、隣接する波長信号同士が干渉しにくくなる。回折格子１５は、波長多重信号光ＯＳを、波長が互いに異なる複数の波長の信号光に分光して、所定の角度に出力する。なお、図１Ａおよび図１Ｂにおいては図示の便宜上、信号光ＯＳ１，ＯＳ２のみ記載している。集光レンズ１６は、各信号光ＯＳ１，Ｓ２の光路を屈折させて、偏波分離素子１７を介して空間光変調器１８に集光する。

ここで、上述したように、偏波分離素子１７は、各信号光ＯＳ１，ＯＳ２を偏波分離し、偏波回転素子２１によって分離した２つの光の偏波方向を一致させる。したがって、各信号光ＯＳ１，ＯＳ２は、操作がされた信号光ＯＳ１ａ，ＯＳ２ａとして空間光変調器１８に集光される。

次に、空間光変調器１８は、制御器（図示せず）によって印加電圧が制御され、各信号光ＯＳ１ａ，ＯＳ２ａをマルチコア光ファイバ１の出力ポートとしてのコア１ａｂ〜１ａｅのうちの対応するポートに向けて所定の角度で回折させる。ここで、空間光変調器１８は偏波依存特性を有するが、信号光ＯＳ１ａ，ＯＳ２ａは偏波分離素子１７の操作を受けて単一の偏波方向からなるものにされているので、空間光変調器１８の偏波依存特性の影響なく回折される。

次に、各信号光ＯＳ１ａ，ＯＳ２ａは再度、偏波分離素子１７および偏波回転素子２１に入力する。偏波分離素子１７および偏波回転素子２１は、各信号光ＯＳ１ａ，ＯＳ２ａに往路とは逆の操作を与え、すなわち、２つの一致した偏波方向の光を直交させて合成し、各信号光ＯＳ１，ＯＳ２として出力する。

各信号光ＯＳ１，ＯＳ２はそれぞれ、偏波回転素子２１、偏波分離素子１７、集光レンズ１６、回折格子１５、アナモルフィックプリズムペア１４、一対のコリメータレンズ１３，１２を順次経由して、マルチコアファイバアレイ１１のマルチコア光ファイバ１における所望のコア１ａｂ〜１ａｅへと入力し、これらのコア１ａｂ〜１ａｅを通じて所定の伝送路を通じて波長選択光スイッチ装置１０から出力される。このようにして、この波長選択光スイッチ装置１０は、Ｃｏｍポートから入力された波長多重信号光ＯＳを各波長の信号光ＯＳ１，ＯＳ２ごとに所望のポートに出力する波長選択光スイッチング動作を行うことができる。

（従来の波長選択光スイッチ装置）
次に、本発明の第１の実施形態と比較するために、従来の波長選択光スイッチ装置について説明する。図３は、特許文献１に示す従来の波長選択光スイッチ装置１００を示す側面図である。

図３に示すように，従来の波長選択光スイッチ装置１００は、ｎ本の光ファイバをまとめて光ファイバアレイ１０１とし、それぞれの光ファイバに対向してそれぞれコリメータレンズ１０２−１，１０２−２，…，１０２−ｎが設けられている。また、従来の波長選択光スイッチ装置１００は、一対のアナモルフィックプリズム１０３ａ，１０３ｂからなるアナモルフィックプリズムペア１０３と、回折格子１０４と、集光レンズ１０５と、偏波分離素子１０６および偏波回転素子１０８と、ＬＣＯＳなどから構成された光スイッチとしての空間光変調器１０７とを備えている。このように、従来の波長選択光スイッチ装置１００においては、光ファイバアレイ１０１を複数本の光ファイバから構成していることにより、光ファイバの取り回しが必要となり、さらに、それぞれの光ファイバに対応させてコリメータレンズ１０２−１〜１０２−ｎを設ける必要があることによって、極めて広い設置スペースを確保しなければならず、さらに高コストであった。

これに対し、以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、マルチコア光ファイバ１の複数のコア１ａを入出力ポートとして利用し、これらの各入出力ポートに共通させて同一のコリメータレンズを用いていることにより、波長選択光スイッチ装置における多ポート化に伴って複数の光ファイバを用いる必要がないため、ファイバの取り回しの困難性を回避することができるとともに小型化することができるので、設置スペースを節約することができ、高コスト化を抑制することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による波長選択光スイッチ装置について説明する。図４は、この第２の実施形態による波長選択光スイッチ装置２０を示す側面図である。

図４に示すように、この第２の実施形態による波長選択光スイッチ装置２０においては、第１の実施形態と異なり、空間光変調器１８は、たとえばフレネルレンズ形状を描画させたＬＣＯＳから構成されている。なお、図４において、コリメータレンズ１２，１３および集光レンズ１６の焦点距離がそれぞれ、ｆ１，ｆ２，およびｆ３であり、集光レンズ１６からビームウェスト位置の距離はｆ３＋ｗである。その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

ここで、上述したフレネルレンズ形状の描画は、たとえば以下のようにして行われる。図５は、この第２の実施形態において用いられる空間光変調器１８の表示画像の一例を示す図である。

まず、ｘ方向についての入出射信号光のビームウェスト位置は、空間光変調器１８上にくるように全体の光学系が構成されている。図５において、色が濃い部分の屈折率が高く、薄い部分の屈折率が低くなっている。すなわち、位相変調の周期が、図５中Ｄ２の下から上への方向（スイッチング方向：ｙ方向に対応）に行くにつれ、次第に短くなるように各画素の屈折率が制御されている。その結果、Ｄ２の下から上への方向、すなわちフレネルレンズの中央から上下端方向に行くにつれ、次第に（フレネル）レンズとしての曲率が大きくなるように作用させることができる。このように、空間光変調器１８の表示画像は、光入出力ポートを構成する各コア１ａの配列方向と、空間光変調器１８を構成する各画素の屈折率のグラデーションの方向とが一致する、すなわち、図５中Ｄ２方向に屈折率の分布が形成されて、同方向についてフレネルレンズの機能を有している。

そして、上述したように空間光変調器１８を反射型のフレネルレンズとして機能させるように制御して、フレネルレンズとしての曲率を最適化させることによって、空間光変調器１８から出射した信号光のｙ方向についてのビームウェスト位置を補償して、マルチコア光ファイバ１のそれぞれのコア１ａに好適に結合させることができる。

以上説明した第２の実施形態によれば、波長選択光スイッチ装置２０において、マルチコア光ファイバ１を用いて複数のコア１ａを光入出力ポートとして利用するとともに、１つのコリメータレンズ１２によって光をコリメートさせていることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、空間光変調器１８を、フレネルレンズ形状を描画させたＬＣＯＳから構成していることにより、空間光変調器１８を反射した反射光のビームウェスト位置を任意の位置に調整することが可能になる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態による波長選択光スイッチ装置について説明する。図６Ａおよび図６Ｂはそれぞれ、この第３の実施形態による波長選択光スイッチ装置３０の構成を示す側面図および上面図である。

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、この第３の実施形態による波長選択光スイッチ装置３０は、第１の実施形態と異なり、偏波分離素子１７が設けられておらず、アナモルフィックプリズムペア１４と回折格子１５との間に、偏波分離素子１９として一対のウォラストンプリズム１９ａ，１９ｂが設けられている。なお、実際には回折格子１５において光路は曲げられるので、アナモルフィックプリズムペア１４から空間光変調器１８までの各素子は、回折格子１５の前後で角度を持って配置されているが、図６Ａ，図６Ｂにおいては簡略化のために直列に配置して示す。その他の構成については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（波長選択光スイッチ装置の動作）
次に、波長選択光スイッチ装置３０の動作について説明する。まず、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、ある光ファイバ伝送路を伝送してマルチコア光ファイバ１から入力した波長多重信号光ＯＳを、マルチコアファイバアレイ１１からコリメータレンズ１２に入射させる。コリメータレンズ１２から出力した波長多重信号光ＯＳは平行光であるが、他の出力信号光ＯＳ１，ＯＳ２の各光軸とは非平行である。そこで、さらにコリメータレンズ１３を経ることによって、波長多重信号光ＯＳを、他の出力信号光ＯＳ１，ＯＳ２と平行になるようにして、アナモルフィックプリズムペア１４に出力する。アナモルフィックプリズムペア１４は、波長多重信号光ＯＳを偏波分離素子１９に入力して偏波させる。

そして、図６Ａに示すように、波長多重信号光ＯＳは偏波分離素子１９によりそれぞれ直線偏波を有する２つの信号光ＯＳａと信号光ＯＳｂとがｘ軸方向に分離された状態で回折格子１５や集光レンズ１６に入力する。その後、信号光ＯＳａはそのまま空間光変調器１８に入力し、信号光ＯＳｂは偏波回転素子２１を通過した後に空間光変調器１８に入力する。この場合においても、この第３の実施形態においては、マルチコアファイバアレイ１１を用いていることにより小型化を実現でき、低コスト化が可能になる。その他の動作については第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

以上説明した第３の実施形態によれば、波長選択光スイッチ装置３０において、マルチコア光ファイバ１を用いて複数のコア１ａを光入出力ポートとして利用するとともに、１つのコリメータレンズ１２によって光をコリメートさせていることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態による波長選択光スイッチ装置について説明する。図７Ａおよび図７Ｂはそれぞれ、この第４の実施形態による波長選択光スイッチ装置４０の構成を示す側面図および上面図である。

図７Ａおよび図７Ｂに示すように、この第４の実施形態による波長選択光スイッチ装置４０は、第１の実施形態と異なり、マルチコアファイバアレイ１１の代わりに、第１の実施形態において用いられたマルチコア光ファイバ１をＮ本用いた、マルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎから構成されるマルチコアファイバアレイ４１が設けられている。これらのＮ本のマルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎのそれぞれにおいて入出力ポートとして用いる複数のコア１ａの並び方向は、マルチコアファイバアレイ４１におけるマルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎの並び方向（ｘ軸方向）と略平行にする。また、第１の実施形態と異なり、コリメータレンズ１２の代わりに、Ｎ本のマルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎのそれぞれに対応して設けられたＮ個のコリメータレンズ４２−１〜４２−Ｎが設けられている。そして、これらのＮ本のマルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎの入出力光において、コリメータレンズ１３、アナモルフィックプリズムペア１４、回折格子１５、集光レンズ１６、偏波分離素子１７、および空間光変調器１８が共通に用いられる。さらに、波長選択光スイッチ装置４０においては、偏波分離素子１７の空間光変調器１８側に、それぞれのマルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎからの光に対応してそれぞれ、第１の実施形態と同様のたとえばλ／２波長板からなる偏波回転素子４９−１〜４９−Ｎがそれぞれ設けられている。また、空間光変調器１８は、マルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎの配列方向に沿って、Ｎ個の領域に分割され、それぞれの領域をマルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎに対応したＮ個の空間光変調器として動作させる。その他の構成については第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（波長選択光スイッチ装置の動作）
次に、波長選択光スイッチ装置４０の動作について説明する。図７Ｂに示すように、まず、マルチコアファイバアレイ４１におけるそれぞれのマルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎに入力した複数の波長多重信号光ＯＳ１〜ＯＳＮをそれぞれ、コリメータレンズ４２−１〜４２ーＮによってコリメートし、さらにコリメータレンズ１３によって各マルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎ内の各コアからのそれぞれの入出力信号光の光軸が互いに平行となるようにしてアナモルフィックプリズムペア１４に出力する。その後の動作については、それぞれのマルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎのそれぞれにおいて、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

この第４の実施形態によれば、複数のマルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎを備えたマルチコアファイバアレイ４１を用いていることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、Ｎ本のマルチコア光ファイバ１−１〜１−Ｎにそれぞれコリメータレンズを割り当て、その他のコリメータレンズ１３、アナモルフィックプリズムペア１４、回折格子１５、集光レンズ１６、偏波分離素子１７、および空間光変調器１８を共通に用いることにより、Ｎ体の波長選択光スイッチ装置を１体の波長選択光スイッチ装置とした、いわゆるＮin１の波長選択光スイッチ装置を実現できるので、より一層の小型化を図ることができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態による波長選択光スイッチ装置について説明する。図８Ａおよび図８Ｂはそれぞれ、この第５の実施形態による波長選択光スイッチ装置５０の構成を示す側面図および上面図である。

図８Ａおよび図８Ｂに示すように、この第５の実施形態による波長選択光スイッチ装置５０は、第１の実施形態と異なり、後述するようにコアが直線的に２列に配列されたマルチコア光ファイバを３本用いて構成されるマルチコアファイバアレイ５１と、マルチコアファイバアレイ５１に対して順次配置された、１つのコリメータレンズ１２と、１つのシリンドリカル形状のコリメータレンズ５３とを備えている。また、これに伴って、空間光変調器１８を、２列に配置されたマルチコア光ファイバの複数のコア列の配列方向（図９Ａ、図９Ｂ中ｙ方向）に沿って２つの領域に分割させ、それぞれの領域を上述したマルチコア光ファイバ１の各コア１ａの列に対応させて、２個の空間光変調器１８として動作させる。その他の構成については第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。なお、回折格子１５において光路が曲げられるので、アナモルフィックプリズムペア１４から空間光変調器１８までの各素子は、回折格子１５の前後で角度を持って配置されているが、図８Ａおよび図８Ｂにおいては簡略化のために直列に配置して示す。

（マルチコアファイバアレイ）
ここで、この第５の実施形態におけるマルチコアファイバアレイ５１について説明する。図９Ａおよび図９Ｂはそれぞれ、この第５の実施形態による波長選択光スイッチ装置５０に用いられるマルチコア光ファイバ２を備えたマルチコアファイバアレイ５１を示す正面図および側面図である。

図９Ａに示すように、この第５の実施形態によるマルチコアファイバアレイ５１は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する光入出力ポートとなる複数のコア２ａを有する３本のファイバ基体としてのマルチコア光ファイバ２と、このマルチコア光ファイバ２がその長手方向に垂直な断面において光の入出力可能なように挿通固定する光ファイバ固定基材５１ａとから構成されている。マルチコア光ファイバ２は、その断面内において所定の配列方向（図中ｘ軸方向）に互いに平行に２列に並べられた複数のコア２ａ（２ａａ〜２ａｏ）と、コア２ａの周囲のクラッド２ｂとから構成されている。

そして、図９Ｂに示すように、この第５の実施形態においては、マルチコア光ファイバ２における複数のコア２ａが波長多重信号光ＯＳの入出力ポートとして用いられる。また、この波長選択波長選択光スイッチ装置５０では、マルチコア光ファイバ２のコア２ａのうち、一対のコア２ａａがそれぞれ、外部から光が入力される共通の光入力ポート（Ｃｏｍポート）として設定されており、その他の１４対のコア２ａｂ〜２ａｏが、外部に光を出力する出力ポートとして設定されている。すなわち、この波長選択光スイッチ装置５０は、２体からなる一対の１×１４の光スイッチとして機能する。

（波長選択光スイッチ装置の動作）
次に、波長選択光スイッチ装置５０の動作について説明する。すなわち、図８Ｂに示すように、ある光ファイバ伝送路から伝送されて入力した２つの波長多重信号光ＯＳを、マルチコアファイバアレイ５１において光軸がずれた状態でマルチコア光ファイバ２の一対のコア２ａａからそれぞれ、コリメータレンズ１２，５３に出力する。コリメータレンズ１２，５３はこれらの波長多重信号光ＯＳを平行光としてアナモルフィックプリズムペア１４に出力する。その後の動作については、光軸がずれて伝送される以外、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

この第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、波長選択光スイッチ装置５０に用いられるマルチコア光ファイバ２が、互いに平行に２列に配列された複数のコア２ａ（２ａａ〜２ａｏ）を有していることにより、２体からなる１×１４の光スイッチを１つの波長選択光スイッチ装置として機能させることができ、いわゆる２in１の波長選択光スイッチ装置を実現することが可能になり、より小型化を図ることができる。

次に、以上説明した実施形態において使用可能なマルチコア光ファイバの他の例について説明する。図１０Ａおよび図１０Ｂはそれぞれ、本発明に使用可能なマルチコア光ファイバ３の一例を示す断面図である。

図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、この他の例によるファイバ基体としてのマルチコア光ファイバ３は、複数のコア３ａが三角格子状に配置されて構成されており、周囲にクラッド３ｂが設けられている。

そして、このマルチコア光ファイバ３を上述した第１〜第４の実施形態による波長選択光スイッチ装置に用いる場合には、図１０Ａに示すように、複数のコア３ａのうちの直線状に配列された複数のコア３ａ（図１０Ａ中、破線Ａの囲み）を選択する。そして、選択されたコア３ａを、上述したマルチコア光ファイバ１におけるコア１ａとして使用する。なお、複数のコア３ａのうちの直線状に配列された複数のコア３ａとしては、図１０Ａ中、破線Ｂの囲みのコア３ａを選択することも可能である。これらは、波長選択光スイッチ装置において必要とされる光スイッチに応じて適宜選択される。

また、図１０Ｂに示すように、このマルチコア光ファイバ３を上述した第５の実施形態による波長選択光スイッチ装置５０に用いる場合には、複数のコア３ａのうちの直線状に配列された２列の複数のコア３ａ（図１０Ｂ中、破線Ｂおよび破線Ｃの囲み）を選択する。そして、選択されたコア３ａを、上述した第５の実施形態におけるマルチコア光ファイバ２のコア２ａと同様に使用する。マルチコア光ファイバ３におけるコア３ａの選択は、互いに平行に配列された２列であれば適宜その他の列も選択可能であるが、波長範囲が広い場合には、コア３ａ間の間隔を確保する必要があるため、２列の間隔を所定の間隔以上に確保できるように選択される。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。たとえば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

たとえば、上述の第１〜第３の実施形態においては、マルチコアファイバアレイとして、１本のマルチコア光ファイバ１を用いているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、複数のマルチコア光ファイバ１を同様にコア１ａの配列方向に並べ、コリメータレンズ１２を共用させるようにしても良く、これにより、入出力ポート数を更に増やすことが可能になる。

また、たとえば上述した実施形態においては、波長選択光スイッチ装置は１×４型または１×１４型のものであるが、本発明では光が入出力するポートとしてのマルチコア光ファイバのコアの数は特に限定されず、１×Ｎ光スイッチ装置またはＮ×１光スイッチ装置であればよい（ただし、Ｎは２以上の整数である）。

また、上述の実施形態においては、アナモルフィックプリズム１４ａ，１４ｂを用いたアナモルフィック光学系を用いているが、必ずしもアナモルフィックプリズムペア１４に限定されるものではなく、シリンドリカルレンズを用いることも可能である。この場合、空間光変調器１８としてのＬＣＯＳにフレネルレンズを描画する必要がないため、空間光変調器１８の代わりに通常の平板ミラーを用いても良い。また、空間光変調器１８としてはＭＥＭＳを用いても良い。

また、上述した実施形態においては、空間光変調器１８がＬＣＯＳであるが、空間光変調層として液晶または光をスイッチできる他の部材を用いた偏波依存特性を有する空間光変調器または光スイッチであれば特に限定されるものではない。

また、上述した実施形態においては、回折格子は透過型であるが、反射型でもよい。また回折格子の代わりに、プリズムなどの光分散素子を用いてもよい。また、光分散素子としては偏波依存特性が小さいものが好ましい。

また、上述の実施形態においては、本発明を波長選択光スイッチ装置に適用した例について説明したが、本発明はこれに限らず、光分散素子を備えず、特定波長の信号光の経路を任意に変更するための光スイッチ装置に適用することができる。また、本発明は、アナモルフィック光学系を備えない光スイッチ装置に対しても適用することができる。

また、上述の実施形態においては、光スイッチを用いた波長選択光スイッチ装置について説明したが、本発明は、空間光変調器を用いる光操作装置であれば特に限定されない。たとえば、上述の実施形態において、空間光変調器として、光スイッチの替わりに強度変調器を用いれば、強度変調装置として利用できる。更に、回折格子による分散方向である図１のｙ軸方向に沿って、強度変調器を並べることにより、各強度変調器に入射された波長の光ごとに光の強度を操作できるので、折り返された光の強度スペクトル形状を制御することができる。また、たとえば、空間光変調器として、光スイッチの替わりに位相変調器を用いれば、位相変調装置として利用できる。更に、回折格子による分散方向である図１のｙ軸方向に沿って、位相変調器を並べることで、各位相変調器に入射された波長の光ごとに光の位相を操作できるので、折り返された光の群速度分散の波長依存性を制御することができる。郡速度分散の波長依存性を制御することにより、たとえば、光信号の分散補償の機能を位相変調装置に持たせることができる。これらの空間光変調を行う際は、操作した光を、必ずしも光が入力されたポートとは異なるポートに出力する必要は無く、光が入力されたポートと同じポートに折り返してもよい。その場合は、サーキュレータなどを用いて、入力光と出力光とを分離することができる。

また、上述の実施形態においては、複数の入出力ポートとして複数のコアを使用し、この複数のコアを有するファイバ基体として、マルチコア光ファイバを使用しているが、必ずしもマルチコア光ファイバに限定されるものではなく、ファイバ基体として、複数の光ファイバを、それらのコアが極めて小さい間隔になるように束ねて形成された、いわゆるファイババンドルを使用することも可能である。

１，１−１〜１−Ｎ，２，３ マルチコア光ファイバ
１ａ，１ａａ〜１ａｅ，２ａ，２ａａ〜２ａｏ，３ａ コア
１ｂ，２ｂ，３ｂ クラッド
１０，２０，３０，４０，５０ 波長選択光スイッチ装置
１１，４１，５１ マルチコアファイバアレイ
１１ａ，５１ａ 光ファイバ固定基材
１２，１３，４２−１〜４２−Ｎ，５３ コリメータレンズ
１４ アナモルフィックプリズムペア
１４ａ，１４ｂ アナモルフィックプリズム
１５ 回折格子
１６ 集光レンズ
１７，１９ 偏波分離素子
１８ 空間光変調器
１９ａ，１９ｂ ウォラストンプリズム
２１、４９−１〜４９−Ｎ 偏波回転素子

Claims (5)

1. 外部から光が入力される、または外部に光を出力する複数のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、
   前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光の光路を切り換えて前記光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する角度操作器と、
   前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光をコリメートするコリメート手段と、
   前記光入出力ポートと前記角度操作器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記角度操作器とを光学的に結合させる集光レンズ系と、を備えた光操作装置において、
   前記光入出力ポートが、複数のコアを有するファイバ基体における前記複数のコアのうちの断面において前記所定の配列方向に沿って配列されたコアから構成され、
   前記ファイバ基体の前記所定の配列方向に沿って配列された前記光入出力ポートを構成するコアに対して、同一のコリメート手段によって前記光をコリメートするように構成されている
   ことを特徴とする光操作装置。
2. 前記ファイバ基体を複数備え、前記複数のファイバ基体において、それぞれの前記ファイバ基体の前記光入出力ポートを構成するコアが互いに前記所定の配列方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載の光操作装置。
3. 前記コリメート手段を複数備え、前記複数のファイバ基体における個々のファイバ基体ごとに同一のコリメート手段によって前記光をコリメートするように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光操作装置。
4. 前記光入出力ポートが、前記ファイバ基体における前記複数のコアのうちの、断面において前記所定の配列方向に沿って複数の列で配列されたコアによって構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光操作装置。
5. 前記角度操作器が、入射された光の位相を液晶によって変調するとともに回折させる素子からなり、フレネルレンズ形状の位相を描画した空間光変調器からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光操作装置。

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