波长选择开关的制作方法
【专利摘要】一种波长选择开关，其具有：端口阵列，其将输入信号光的输入端口及输出信号光的输出端口沿第1方向排列而构成；分光元件，其将从输入端口输入的信号光在与第1方向不同的第2方向上进行分光；聚光元件，其对通过分光元件分光后的信号光分别进行聚光；光偏转元件，其使通过聚光元件聚光后的信号光分别朝向输出端口偏转；第1光学系统，其在通过第1方向和信号光的光轴方向建立的第1面内，使入射至聚光元件的信号光的光束腰部位置在光轴方向上与聚光元件的前侧焦点一致；以及第2光学系统，其在通过第2方向和光轴方向建立的第2面内，使入射至聚光元件的信号光的光束腰部位置在光轴方向上相对于前侧焦点偏移。
【专利说明】波长选择开关
【技术领域】
[0001] 本发明的一个方案涉及一种波长选择开关。
【背景技术】
[0002] 在日本特表2008 - 536168号公报（以下，称为"专利文献1"）中记载的光学装置 具有：多个输入及输出端口，它们由光纤f禹合准直器提供；变形系统，其将来自输入端口的 信号光变换为具有规定的光束轮廓（beam profile)的光束；衍射光栅，其用于将该光束在 空间上进行分离；聚焦光学装置，其用于将通过衍射光栅分离后的光束变换为具有细长光 束轮廓的槽形光束（channel beam);微镜阵列，其具有适合于该槽形光束的光束轮廓的细 长形状；以及控制系统，其为了将槽形光束切换至规定的输出端口而控制微镜的旋转。
[0003] 在专利文献1所记载的光学设备中，作为用于在微镜上提供细长光束轮廓的变形 系统的一个例子，提出了使用双圆锥状、圆筒状或圆环状的多个透镜等。但是，在该情况下， 为了增大光束尺寸的宽高比，必须使用多个上述的透镜等。其结果，光路长度变长，构造变 得复杂。另外，为了实现期望的宽高比，光学设计的自由度降低。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个方案的目的在于，提供一种能够提高光学设计的自由度的波长选择 开关。
[0005] 本发明的一个方案所涉及的波长选择开关具有：端口阵列，其将输入信号光的输 入端口及输出信号光的输出端口沿第1方向排列而构成；分光兀件，其将从输入端口输入 的信号光在与第1方向不同的第2方向上进行分光；聚光元件，其对通过分光元件分光后的 信号光分别进行聚光；光偏转元件，其使通过聚光元件聚光后的信号光分别朝向输出端口 偏转；第1光学系统，其在通过第1方向和信号光的光轴方向建立的第1面内，使入射至聚 光元件的信号光的光束腰部位置在光轴方向上与聚光元件的前侧焦点一致；以及第2光学 系统，其在通过第2方向和光轴方向建立的第2面内，使入射至聚光元件的信号光的光束腰 部位置在光轴方向上相对于聚光元件的前侧焦点偏移。
[0006] 根据本发明的一个方案，能够提供一种可提高光学设计的自由度的波长选择开 关。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1A及图1B是表示本发明的一个方案所涉及的波长选择开关的第1实施方式的 结构的示意图。
[0008] 图2是表示经由透镜传播的高斯光束的图。
[0009] 图3是表示前侧腰部距离与后侧腰部距离的关系的曲线图。
[0010] 图4是表示前侧腰部距离与后侧腰部尺寸的关系的曲线图。
[0011] 图5是表示变形光学系统与光束腰部位置的关系的图。
[0012] 图6是表示光轴方向偏移量与透过率的关系的曲线图。
[0013] 图7A及图7B是表示本发明的一个方案所涉及的波长选择开关的第2实施方式的 结构的示意图。
[0014] 图8是表示变形光学系统与光束腰部位置的关系的图。
[0015] 图9是表示从光束腰部位置至聚光透镜为止的距离与光偏转元件处的光束尺寸 之间关系的曲线图。
[0016] 图10是表示从光束腰部位置至聚光透镜为止的距离与光偏转元件处的光束尺寸 之间关系的曲线图。
[0017] 图11是表示本发明的一个方案所涉及的波长选择开关的第3实施方式的结构的 示意图。
[0018] 图12是表示本发明的一个方案所涉及的波长选择开关的第4实施方式的结构的 示意图。
[0019] 图13是表示本发明的一个方案所涉及的波长选择开关的第4实施方式的结构的 示意图。
[0020] 图14是表示从规定的轴线方向观察时的端口阵列的结构的图。
[0021] 图15是表示从y轴方向观察时的端口阵列的结构的侧视图。
[0022] 图16是从规定的轴线方向观察时的光偏转元件的正视图。
【具体实施方式】
[0023] 〔实施方式的说明〕
[0024] 首先，列举本发明的一个方案所涉及的波长选择开关的一个实施方式并进行说 明。
[0025] -个实施方式所涉及的波长选择开关具有：端口阵列，其将输入信号光的输入端 口及输出信号光的输出端口沿第1方向排列而构成；分光兀件，其将从输入端口输入的信 号光在与第1方向不同的第2方向上进行分光；聚光元件，其对通过分光元件分光后的信号 光分别进行聚光；光偏转元件，其使通过聚光元件聚光后的信号光分别朝向输出端口偏转； 第1光学系统，其在通过第1方向和信号光的光轴方向建立的第1面内，使入射至聚光元件 的信号光的光束腰部位置在光轴方向上与聚光元件的前侧焦点一致；以及第2光学系统， 其在通过第2方向和光轴方向建立的第2面内，使入射至聚光元件的信号光的光束腰部位 置在光轴方向上相对于聚光元件的前侧焦点偏移。
[0026] 在该波长选择开关中，从输入端口输入的信号光在由分光兀件进行分光后，入射 至聚光元件。入射至聚光元件的信号光通过聚光元件进行聚光并入射至光偏转元件。入射 至光偏转元件的信号光朝向输出端口偏转。在此，该波长选择开关具有第1光学系统。第1 光学系统在第1面内，使入射至聚光元件的信号光的光束腰部位置在信号光的光轴方向上 与聚光元件的前侧焦点一致。第1面是通过输入端口及输出端口的排列方向即第1方向、和 信号光的光轴方向建立的面。另一方面，该波长选择开关具有第2光学系统。第2光学系统 在第2面内，使入射至聚光元件的信号光的光束腰部位置在信号光的光轴方向上相对于聚 光兀件的前侧焦点偏移。第2面是通过分光兀件的分光方向即第2方向、和信号光的光轴方 向建立的面。如上所述，如果在第1面内使信号光的光束腰部位置与聚光元件的焦点一致， 且在第2面内使信号光的光束腰部位置相对于聚光元件的焦点偏移，则在实现期望的宽高 比时，光学设计的自由度提高。此外，此处的所谓宽高比是指，用第1面内的光偏转元件上 的信号光的光束尺寸除以第2面内的光偏转元件上的信号光的光束尺寸所得到的值。
[0027] 在一个实施方式所涉及的波长选择开关中，第1光学系统也可以包含：第1要素， 其在第1及第2面内具有屈光力（optical power);以及第2要素，其至少在第1面内具有 屈光力。能够使用上述的第1及第2要素构成第1光学系统。
[0028] 在一个实施方式所涉及的波长选择开关中，第2光学系统也可以是在第2面内，使 入射至聚光元件的信号光的光束腰部位置在光轴方向上位于聚光元件的前侧焦点的前级。 在此情况下，在第2面内，信号光一边从光束腰部位置开始展宽一边入射至聚光元件。艮P， 能够将第2光学系统用于实现宽高比的提高。
[0029] 在一个实施方式所涉及的波长选择开关中，第2光学系统也可以由第3要素构成， 该第3要素仅在第1及第2面中的第1面内具有屈光力。在此情况下，能够容易地构成上 述第2光学系统。
[0030] 在一个实施方式所涉及的波长选择开关中，第2光学系统也可以是在第2面内，使 入射至聚光元件的信号光的光束腰部位置在光轴方向上位于聚光元件的前侧焦点的后级。 在此情况下，能够在第2面内，在信号光的展宽较小的阶段中通过分光元件进行信号光的 分光。因此，能够实现分光元件的小型化。
[0031] 在一个实施方式所涉及的波长选择开关中，第2光学系统也可以由至少一对棱镜 构成。在此情况下，能够容易地构成上述第2光学系统。另外，棱镜由于不具有屈光力，因 此，配置的自由度高。
[0032] -个实施方式所涉及的波长选择开关也可以具有第3光学系统，该第3光学系统 在第2面内，将从入射至聚光元件的信号光的光束腰部位置至聚光元件为止的距离扩大。 在此情况下，能够减少损耗。
[0033] 在一个实施方式所涉及的波长选择开关中，第3光学系统也可以由至少一对棱镜 构成。在此情况下，能够容易地构成上述第3光学系统。另外，棱镜由于不具有屈光力，因 此，配置的自由度高。
[0034] 在一个实施方式所涉及的波长选择开关中，也可以是在第2面内，在将从入射至 聚光元件的信号光的光束腰部位置至聚光元件为止的距离设为S ly，将聚光元件的焦距设 为f4，将从聚光元件射出的信号光的光束腰部位置处的光束尺寸设为D 2y时，通过下述算式 (1)表示的第1值Vi，与在使第1值Vi进行了变化时光束尺寸D2y变化的变化点相比较小。 在此情况下，在第2面内，能够一边抑制光束尺寸D 2y的变化一边使第1值％(例如距离Sly) 变化。因此，光学设计的自由度提高。
[0035]【公式1】
[0036]
【权利要求】
1. 一种波长选择开关，其具有： 端口阵列，其将输入信号光的输入端口及输出信号光的输出端口沿第1方向排列而构 成； 分光元件，其将从所述输入端口输入的信号光在与所述第1方向不同的第2方向上进 行分光； 聚光元件，其对通过所述分光元件分光后的信号光分别进行聚光； 光偏转元件，其使通过所述聚光元件聚光后的信号光分别朝向所述输出端口偏转； 第1光学系统，其在通过所述第1方向和信号光的光轴方向建立的第1面内，使入射至 所述聚光兀件的信号光的光束腰部位置在所述光轴方向上与所述聚光兀件的前侧焦点一 致；以及 第2光学系统，其在通过所述第2方向和所述光轴方向建立的第2面内，使入射至所述 聚光兀件的信号光的光束腰部位置在所述光轴方向上相对于所述前侧焦点偏移。
2. 根据权利要求1所述的波长选择开关，其中， 所述第1光学系统包含：第1要素，其在所述第1及第2面内具有屈光力；以及第2要 素，其至少在所述第1面内具有屈光力。
3. 根据权利要求1或2所述的波长选择开关，其中， 所述第2光学系统在所述第2面内，使入射至所述聚光元件的信号光的光束腰部位置 在所述光轴方向上位于所述前侧焦点的前级。
4. 根据权利要求3所述的波长选择开关，其中， 所述第2光学系统由第3要素构成，该第3要素仅在所述第1及第2面中的所述第1 面内具有屈光力。
5. 根据权利要求1或2所述的波长选择开关，其中， 所述第2光学系统在所述第2面内，使入射至所述聚光元件的信号光的光束腰部位置 在所述光轴方向上位于所述前侧焦点的后级。
6. 根据权利要求5所述的波长选择开关，其中， 所述第2光学系统由至少一对棱镜构成。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的波长选择开关，其中， 该波长选择开关具有第3光学系统，该第3光学系统在所述第2面内，将从入射至所述 聚光元件的信号光的光束腰部位置至所述聚光元件为止的距离扩大。
8. 根据权利要求7所述的波长选择开关，其中， 所述第3光学系统由至少一对棱镜构成。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的波长选择开关，其中， 在所述第2面内，在将从入射至所述聚光元件的信号光的光束腰部位置至所述聚光元 件为止的距离设为Sly，将所述聚光元件的焦距设为f4，将从所述聚光元件射出的信号光的 光束腰部位置处的光束尺寸设为D 2y时，通过下述算式（1)表示的第1值 '，与在使所述第 1值 ' 进行了变化时所述光束尺寸D2y变化的变化点相比较小 【公式1】
β
10. 根据权利要求1至8中任一项所述的波长选择开关，其中， 在所述第2面内，在将从入射至所述聚光元件的信号光的光束腰部位置至所述聚光元 件为止的距离设为Sly，将所述聚光元件的焦距设为f4，将从所述聚光元件射出的信号光的 光束腰部位置处的光束尺寸设为D 2y时，通过下述算式（1)表示的第1值 '，与在使所述第 1值％进行了变化时所述光束尺寸D2y变化的变化点相比较大 【公式2】
Q
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的波长选择开关，其中， 该波长选择开关具有第4光学系统，该第4光学系统在所述第2面内，在将入射至所述 聚光元件的信号光的光束腰部位置处的光束尺寸设为Dly，将信号光的波长设为λ时，将通 过下述算式（2 )表示的第2值&扩大 【公式3】
Q
12. 根据权利要求11所述的波长选择开关，其中， 所述第4光学系统由至少一对棱镜构成。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的波长选择开关，其中， 在所述第2面内，在将入射至所述聚光元件的信号光的光束腰部位置处的光束尺寸设 为Dly，将信号光的波长设为λ，将所述聚光元件的焦距设为f4时，使用第2值Zq而通过下 述算式（3)表示的第3值V 3大于或等于4,该第2值&是通过下述算式（2)表示的 【公式4】
【公式5】
〇
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的波长选择开关，其中， 所述光偏转元件配置在从所述聚光元件射出的信号光的在所述第2面内的光束腰部 位置处。
15. 根据权利要求14所述的波长选择开关，其中， 在将从所述聚光元件射出的信号光的在第2面内的光束腰部位置至所述聚光元件为 止的距离设为S2y，将从所述聚光元件射出的信号光的在所述第1面内的光束腰部位置处的 信号光的光束尺寸设为D 2x，将所述聚光元件的焦距设为f4，将信号光的波长设为λ时，满 足下述算式（4) 【公式6】
〇
16. 根据权利要求6、8、12中任一项所述的波长选择开关，其中， 从所述输入端口输入的信号光的向所述棱镜的入射角度为大于或等于70°。
17. 根据权利要求6、8、12、16中任一项所述的波长选择开关，其中， 从所述输入端口输入的信号光的向所述棱镜的入射角度与布儒斯特角大致相等。
18. 根据权利要求16或17所述的波长选择开关，其中， 所述棱镜的折射率为大于或等于1. 5。
19. 根据权利要求18所述的波长选择开关，其中， 所述棱镜的折射率为大于或等于3. 0。
20. 根据权利要求1至19中任一项所述的波长选择开关，其中， 该波长选择开关具有偏振分集模块，该偏振分集模块配置在所述第1光学系统的前 级。
21. 根据权利要求20所述的波长选择开关，其中， 所述偏振分集模块包含：偏振分光器，其与偏振方向相对应地将信号光在所述第2方 向上分离；偏振旋转兀件，其使通过所述偏振分光器分离后的信号光中的一方的偏振方向 与另一方的偏振方向一致；以及光路调整元件，其使通过所述偏振分光器分离后的信号光 中的一方的光路长度与另一方的光路长度一致。
22. 根据权利要求1至21中任一项所述的波长选择开关，其中， 所述端口阵列、所述分光元件及所述光偏转元件配置在规定的轴线上， 所述端口阵列具有： 第1部分，其具有包含作为所述输入端口的第1输入端口和作为所述输出端口的第1 输出端口在内的第1光输入/输出端口，该第1部分在相对于所述规定的轴线向所述第1 方向倾斜的第1光轴上进行所述第1光输入/输出端口的入射/出射；以及 第2部分，其具有包含作为所述输入端口的第2输入端口和作为所述输出端口的第2 输出端口在内的第2光输入/输出端口，该第2部分在相对于所述规定的轴线向所述第1 方向倾斜的第2光轴上进行所述第2光输入/输出端口的入射/出射， 以所述规定的轴线为基准的所述第1光轴的倾斜角和所述第2光轴的倾斜角彼此不 同， 所述分光元件相对于所述第1及第2输入/输出端口共通地设置， 所述光偏转元件具有： 第1光偏转部，其使经过所述分光元件后的来自所述第1输入端口的信号光朝向所述 第1输出端口；以及 第2光偏转部，其使经过所述分光元件后的来自所述第2输入端口的信号光朝向所述 第2输出端口。
【文档编号】G02B6/35GK104049305SQ201410096422
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】田泽英久, 盐崎学, 高桥健一郎 申请人:住友电气工业株式会社