波長(zhǎng)選擇開關(guān)的制作方法
【專利摘要】一種波長(zhǎng)選擇開關(guān),其具有:端口陣列,其將輸入信號(hào)光的輸入端口及輸出信號(hào)光的輸出端口沿第1方向排列而構(gòu)成;分光元件,其將從輸入端口輸入的信號(hào)光在與第1方向不同的第2方向上進(jìn)行分光;聚光元件,其對(duì)通過分光元件分光后的信號(hào)光分別進(jìn)行聚光;光偏轉(zhuǎn)元件,其使通過聚光元件聚光后的信號(hào)光分別朝向輸出端口偏轉(zhuǎn);第1光學(xué)系統(tǒng),其在通過第1方向和信號(hào)光的光軸方向建立的第1面內(nèi),使入射至聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置在光軸方向上與聚光元件的前側(cè)焦點(diǎn)一致;以及第2光學(xué)系統(tǒng),其在通過第2方向和光軸方向建立的第2面內(nèi),使入射至聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置在光軸方向上相對(duì)于前側(cè)焦點(diǎn)偏移。
【專利說明】波長(zhǎng)選擇開關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的一個(gè)方案涉及一種波長(zhǎng)選擇開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在日本特表2008 - 536168號(hào)公報(bào)(以下,稱為"專利文獻(xiàn)1")中記載的光學(xué)裝置 具有:多個(gè)輸入及輸出端口,它們由光纖f禹合準(zhǔn)直器提供;變形系統(tǒng),其將來自輸入端口的 信號(hào)光變換為具有規(guī)定的光束輪廓(beam profile)的光束;衍射光柵,其用于將該光束在 空間上進(jìn)行分離;聚焦光學(xué)裝置,其用于將通過衍射光柵分離后的光束變換為具有細(xì)長(zhǎng)光 束輪廓的槽形光束(channel beam);微鏡陣列,其具有適合于該槽形光束的光束輪廓的細(xì) 長(zhǎng)形狀;以及控制系統(tǒng),其為了將槽形光束切換至規(guī)定的輸出端口而控制微鏡的旋轉(zhuǎn)。
[0003] 在專利文獻(xiàn)1所記載的光學(xué)設(shè)備中,作為用于在微鏡上提供細(xì)長(zhǎng)光束輪廓的變形 系統(tǒng)的一個(gè)例子,提出了使用雙圓錐狀、圓筒狀或圓環(huán)狀的多個(gè)透鏡等。但是,在該情況下, 為了增大光束尺寸的寬高比,必須使用多個(gè)上述的透鏡等。其結(jié)果,光路長(zhǎng)度變長(zhǎng),構(gòu)造變 得復(fù)雜。另外,為了實(shí)現(xiàn)期望的寬高比,光學(xué)設(shè)計(jì)的自由度降低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的一個(gè)方案的目的在于,提供一種能夠提高光學(xué)設(shè)計(jì)的自由度的波長(zhǎng)選擇 開關(guān)。
[0005] 本發(fā)明的一個(gè)方案所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)具有:端口陣列,其將輸入信號(hào)光的輸 入端口及輸出信號(hào)光的輸出端口沿第1方向排列而構(gòu)成;分光兀件,其將從輸入端口輸入 的信號(hào)光在與第1方向不同的第2方向上進(jìn)行分光;聚光元件,其對(duì)通過分光元件分光后的 信號(hào)光分別進(jìn)行聚光;光偏轉(zhuǎn)元件,其使通過聚光元件聚光后的信號(hào)光分別朝向輸出端口 偏轉(zhuǎn);第1光學(xué)系統(tǒng),其在通過第1方向和信號(hào)光的光軸方向建立的第1面內(nèi),使入射至聚 光元件的信號(hào)光的光束腰部位置在光軸方向上與聚光元件的前側(cè)焦點(diǎn)一致;以及第2光學(xué) 系統(tǒng),其在通過第2方向和光軸方向建立的第2面內(nèi),使入射至聚光元件的信號(hào)光的光束腰 部位置在光軸方向上相對(duì)于聚光元件的前側(cè)焦點(diǎn)偏移。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案,能夠提供一種可提高光學(xué)設(shè)計(jì)的自由度的波長(zhǎng)選擇開 關(guān)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 圖1A及圖1B是表示本發(fā)明的一個(gè)方案所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)的第1實(shí)施方式的 結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0008] 圖2是表示經(jīng)由透鏡傳播的高斯光束的圖。
[0009] 圖3是表示前側(cè)腰部距離與后側(cè)腰部距離的關(guān)系的曲線圖。
[0010] 圖4是表示前側(cè)腰部距離與后側(cè)腰部尺寸的關(guān)系的曲線圖。
[0011] 圖5是表示變形光學(xué)系統(tǒng)與光束腰部位置的關(guān)系的圖。
[0012] 圖6是表示光軸方向偏移量與透過率的關(guān)系的曲線圖。
[0013] 圖7A及圖7B是表示本發(fā)明的一個(gè)方案所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)的第2實(shí)施方式的 結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0014] 圖8是表示變形光學(xué)系統(tǒng)與光束腰部位置的關(guān)系的圖。
[0015] 圖9是表示從光束腰部位置至聚光透鏡為止的距離與光偏轉(zhuǎn)元件處的光束尺寸 之間關(guān)系的曲線圖。
[0016] 圖10是表示從光束腰部位置至聚光透鏡為止的距離與光偏轉(zhuǎn)元件處的光束尺寸 之間關(guān)系的曲線圖。
[0017] 圖11是表示本發(fā)明的一個(gè)方案所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)的第3實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的 示意圖。
[0018] 圖12是表示本發(fā)明的一個(gè)方案所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)的第4實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的 示意圖。
[0019] 圖13是表示本發(fā)明的一個(gè)方案所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)的第4實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的 示意圖。
[0020] 圖14是表示從規(guī)定的軸線方向觀察時(shí)的端口陣列的結(jié)構(gòu)的圖。
[0021] 圖15是表示從y軸方向觀察時(shí)的端口陣列的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0022] 圖16是從規(guī)定的軸線方向觀察時(shí)的光偏轉(zhuǎn)元件的正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 〔實(shí)施方式的說明〕
[0024] 首先,列舉本發(fā)明的一個(gè)方案所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)的一個(gè)實(shí)施方式并進(jìn)行說 明。
[0025] -個(gè)實(shí)施方式所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)具有:端口陣列,其將輸入信號(hào)光的輸入端 口及輸出信號(hào)光的輸出端口沿第1方向排列而構(gòu)成;分光兀件,其將從輸入端口輸入的信 號(hào)光在與第1方向不同的第2方向上進(jìn)行分光;聚光元件,其對(duì)通過分光元件分光后的信號(hào) 光分別進(jìn)行聚光;光偏轉(zhuǎn)元件,其使通過聚光元件聚光后的信號(hào)光分別朝向輸出端口偏轉(zhuǎn); 第1光學(xué)系統(tǒng),其在通過第1方向和信號(hào)光的光軸方向建立的第1面內(nèi),使入射至聚光元件 的信號(hào)光的光束腰部位置在光軸方向上與聚光元件的前側(cè)焦點(diǎn)一致;以及第2光學(xué)系統(tǒng), 其在通過第2方向和光軸方向建立的第2面內(nèi),使入射至聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位 置在光軸方向上相對(duì)于聚光元件的前側(cè)焦點(diǎn)偏移。
[0026] 在該波長(zhǎng)選擇開關(guān)中,從輸入端口輸入的信號(hào)光在由分光兀件進(jìn)行分光后,入射 至聚光元件。入射至聚光元件的信號(hào)光通過聚光元件進(jìn)行聚光并入射至光偏轉(zhuǎn)元件。入射 至光偏轉(zhuǎn)元件的信號(hào)光朝向輸出端口偏轉(zhuǎn)。在此,該波長(zhǎng)選擇開關(guān)具有第1光學(xué)系統(tǒng)。第1 光學(xué)系統(tǒng)在第1面內(nèi),使入射至聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置在信號(hào)光的光軸方向上 與聚光元件的前側(cè)焦點(diǎn)一致。第1面是通過輸入端口及輸出端口的排列方向即第1方向、和 信號(hào)光的光軸方向建立的面。另一方面,該波長(zhǎng)選擇開關(guān)具有第2光學(xué)系統(tǒng)。第2光學(xué)系統(tǒng) 在第2面內(nèi),使入射至聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置在信號(hào)光的光軸方向上相對(duì)于聚 光兀件的前側(cè)焦點(diǎn)偏移。第2面是通過分光兀件的分光方向即第2方向、和信號(hào)光的光軸方 向建立的面。如上所述,如果在第1面內(nèi)使信號(hào)光的光束腰部位置與聚光元件的焦點(diǎn)一致, 且在第2面內(nèi)使信號(hào)光的光束腰部位置相對(duì)于聚光元件的焦點(diǎn)偏移,則在實(shí)現(xiàn)期望的寬高 比時(shí),光學(xué)設(shè)計(jì)的自由度提高。此外,此處的所謂寬高比是指,用第1面內(nèi)的光偏轉(zhuǎn)元件上 的信號(hào)光的光束尺寸除以第2面內(nèi)的光偏轉(zhuǎn)元件上的信號(hào)光的光束尺寸所得到的值。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施方式所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)中,第1光學(xué)系統(tǒng)也可以包含:第1要素, 其在第1及第2面內(nèi)具有屈光力(optical power);以及第2要素,其至少在第1面內(nèi)具有 屈光力。能夠使用上述的第1及第2要素構(gòu)成第1光學(xué)系統(tǒng)。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施方式所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)中,第2光學(xué)系統(tǒng)也可以是在第2面內(nèi),使 入射至聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置在光軸方向上位于聚光元件的前側(cè)焦點(diǎn)的前級(jí)。 在此情況下,在第2面內(nèi),信號(hào)光一邊從光束腰部位置開始展寬一邊入射至聚光元件。艮P, 能夠?qū)⒌?光學(xué)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)寬高比的提高。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施方式所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)中,第2光學(xué)系統(tǒng)也可以由第3要素構(gòu)成, 該第3要素僅在第1及第2面中的第1面內(nèi)具有屈光力。在此情況下,能夠容易地構(gòu)成上 述第2光學(xué)系統(tǒng)。
[0030] 在一個(gè)實(shí)施方式所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)中,第2光學(xué)系統(tǒng)也可以是在第2面內(nèi),使 入射至聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置在光軸方向上位于聚光元件的前側(cè)焦點(diǎn)的后級(jí)。 在此情況下,能夠在第2面內(nèi),在信號(hào)光的展寬較小的階段中通過分光元件進(jìn)行信號(hào)光的 分光。因此,能夠?qū)崿F(xiàn)分光元件的小型化。
[0031] 在一個(gè)實(shí)施方式所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)中,第2光學(xué)系統(tǒng)也可以由至少一對(duì)棱鏡 構(gòu)成。在此情況下,能夠容易地構(gòu)成上述第2光學(xué)系統(tǒng)。另外,棱鏡由于不具有屈光力,因 此,配置的自由度高。
[0032] -個(gè)實(shí)施方式所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)也可以具有第3光學(xué)系統(tǒng),該第3光學(xué)系統(tǒng) 在第2面內(nèi),將從入射至聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置至聚光元件為止的距離擴(kuò)大。 在此情況下,能夠減少損耗。
[0033] 在一個(gè)實(shí)施方式所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)中,第3光學(xué)系統(tǒng)也可以由至少一對(duì)棱鏡 構(gòu)成。在此情況下,能夠容易地構(gòu)成上述第3光學(xué)系統(tǒng)。另外,棱鏡由于不具有屈光力,因 此,配置的自由度高。
[0034] 在一個(gè)實(shí)施方式所涉及的波長(zhǎng)選擇開關(guān)中,也可以是在第2面內(nèi),在將從入射至 聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置至聚光元件為止的距離設(shè)為S ly,將聚光元件的焦距設(shè) 為f4,將從聚光元件射出的信號(hào)光的光束腰部位置處的光束尺寸設(shè)為D 2y時(shí),通過下述算式 (1)表示的第1值Vi,與在使第1值Vi進(jìn)行了變化時(shí)光束尺寸D2y變化的變化點(diǎn)相比較小。 在此情況下,在第2面內(nèi),能夠一邊抑制光束尺寸D 2y的變化一邊使第1值%(例如距離Sly) 變化。因此,光學(xué)設(shè)計(jì)的自由度提高。
[0035]【公式1】
[0036]
【權(quán)利要求】
1. 一種波長(zhǎng)選擇開關(guān),其具有: 端口陣列,其將輸入信號(hào)光的輸入端口及輸出信號(hào)光的輸出端口沿第1方向排列而構(gòu) 成; 分光元件,其將從所述輸入端口輸入的信號(hào)光在與所述第1方向不同的第2方向上進(jìn) 行分光; 聚光元件,其對(duì)通過所述分光元件分光后的信號(hào)光分別進(jìn)行聚光; 光偏轉(zhuǎn)元件,其使通過所述聚光元件聚光后的信號(hào)光分別朝向所述輸出端口偏轉(zhuǎn); 第1光學(xué)系統(tǒng),其在通過所述第1方向和信號(hào)光的光軸方向建立的第1面內(nèi),使入射至 所述聚光兀件的信號(hào)光的光束腰部位置在所述光軸方向上與所述聚光兀件的前側(cè)焦點(diǎn)一 致;以及 第2光學(xué)系統(tǒng),其在通過所述第2方向和所述光軸方向建立的第2面內(nèi),使入射至所述 聚光兀件的信號(hào)光的光束腰部位置在所述光軸方向上相對(duì)于所述前側(cè)焦點(diǎn)偏移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述第1光學(xué)系統(tǒng)包含:第1要素,其在所述第1及第2面內(nèi)具有屈光力;以及第2要 素,其至少在所述第1面內(nèi)具有屈光力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述第2光學(xué)系統(tǒng)在所述第2面內(nèi),使入射至所述聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置 在所述光軸方向上位于所述前側(cè)焦點(diǎn)的前級(jí)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述第2光學(xué)系統(tǒng)由第3要素構(gòu)成,該第3要素僅在所述第1及第2面中的所述第1 面內(nèi)具有屈光力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述第2光學(xué)系統(tǒng)在所述第2面內(nèi),使入射至所述聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置 在所述光軸方向上位于所述前側(cè)焦點(diǎn)的后級(jí)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述第2光學(xué)系統(tǒng)由至少一對(duì)棱鏡構(gòu)成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 該波長(zhǎng)選擇開關(guān)具有第3光學(xué)系統(tǒng),該第3光學(xué)系統(tǒng)在所述第2面內(nèi),將從入射至所述 聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置至所述聚光元件為止的距離擴(kuò)大。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述第3光學(xué)系統(tǒng)由至少一對(duì)棱鏡構(gòu)成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 在所述第2面內(nèi),在將從入射至所述聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置至所述聚光元 件為止的距離設(shè)為Sly,將所述聚光元件的焦距設(shè)為f4,將從所述聚光元件射出的信號(hào)光的 光束腰部位置處的光束尺寸設(shè)為D 2y時(shí),通過下述算式(1)表示的第1值 ',與在使所述第 1值 ' 進(jìn)行了變化時(shí)所述光束尺寸D2y變化的變化點(diǎn)相比較小 【公式1】
β
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 在所述第2面內(nèi),在將從入射至所述聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置至所述聚光元 件為止的距離設(shè)為Sly,將所述聚光元件的焦距設(shè)為f4,將從所述聚光元件射出的信號(hào)光的 光束腰部位置處的光束尺寸設(shè)為D 2y時(shí),通過下述算式(1)表示的第1值 ',與在使所述第 1值%進(jìn)行了變化時(shí)所述光束尺寸D2y變化的變化點(diǎn)相比較大 【公式2】
Q
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 該波長(zhǎng)選擇開關(guān)具有第4光學(xué)系統(tǒng),該第4光學(xué)系統(tǒng)在所述第2面內(nèi),在將入射至所述 聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置處的光束尺寸設(shè)為Dly,將信號(hào)光的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí),將通 過下述算式(2 )表示的第2值&擴(kuò)大 【公式3】
Q
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述第4光學(xué)系統(tǒng)由至少一對(duì)棱鏡構(gòu)成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 在所述第2面內(nèi),在將入射至所述聚光元件的信號(hào)光的光束腰部位置處的光束尺寸設(shè) 為Dly,將信號(hào)光的波長(zhǎng)設(shè)為λ,將所述聚光元件的焦距設(shè)為f4時(shí),使用第2值Zq而通過下 述算式(3)表示的第3值V 3大于或等于4,該第2值&是通過下述算式(2)表示的 【公式4】
【公式5】
〇
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述光偏轉(zhuǎn)元件配置在從所述聚光元件射出的信號(hào)光的在所述第2面內(nèi)的光束腰部 位置處。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 在將從所述聚光元件射出的信號(hào)光的在第2面內(nèi)的光束腰部位置至所述聚光元件為 止的距離設(shè)為S2y,將從所述聚光元件射出的信號(hào)光的在所述第1面內(nèi)的光束腰部位置處的 信號(hào)光的光束尺寸設(shè)為D 2x,將所述聚光元件的焦距設(shè)為f4,將信號(hào)光的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí),滿 足下述算式(4) 【公式6】
〇
16. 根據(jù)權(quán)利要求6、8、12中任一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 從所述輸入端口輸入的信號(hào)光的向所述棱鏡的入射角度為大于或等于70°。
17. 根據(jù)權(quán)利要求6、8、12、16中任一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 從所述輸入端口輸入的信號(hào)光的向所述棱鏡的入射角度與布儒斯特角大致相等。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述棱鏡的折射率為大于或等于1. 5。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述棱鏡的折射率為大于或等于3. 0。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 該波長(zhǎng)選擇開關(guān)具有偏振分集模塊,該偏振分集模塊配置在所述第1光學(xué)系統(tǒng)的前 級(jí)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述偏振分集模塊包含:偏振分光器,其與偏振方向相對(duì)應(yīng)地將信號(hào)光在所述第2方 向上分離;偏振旋轉(zhuǎn)兀件,其使通過所述偏振分光器分離后的信號(hào)光中的一方的偏振方向 與另一方的偏振方向一致;以及光路調(diào)整元件,其使通過所述偏振分光器分離后的信號(hào)光 中的一方的光路長(zhǎng)度與另一方的光路長(zhǎng)度一致。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)選擇開關(guān),其中, 所述端口陣列、所述分光元件及所述光偏轉(zhuǎn)元件配置在規(guī)定的軸線上, 所述端口陣列具有: 第1部分,其具有包含作為所述輸入端口的第1輸入端口和作為所述輸出端口的第1 輸出端口在內(nèi)的第1光輸入/輸出端口,該第1部分在相對(duì)于所述規(guī)定的軸線向所述第1 方向傾斜的第1光軸上進(jìn)行所述第1光輸入/輸出端口的入射/出射;以及 第2部分,其具有包含作為所述輸入端口的第2輸入端口和作為所述輸出端口的第2 輸出端口在內(nèi)的第2光輸入/輸出端口,該第2部分在相對(duì)于所述規(guī)定的軸線向所述第1 方向傾斜的第2光軸上進(jìn)行所述第2光輸入/輸出端口的入射/出射, 以所述規(guī)定的軸線為基準(zhǔn)的所述第1光軸的傾斜角和所述第2光軸的傾斜角彼此不 同, 所述分光元件相對(duì)于所述第1及第2輸入/輸出端口共通地設(shè)置, 所述光偏轉(zhuǎn)元件具有: 第1光偏轉(zhuǎn)部,其使經(jīng)過所述分光元件后的來自所述第1輸入端口的信號(hào)光朝向所述 第1輸出端口;以及 第2光偏轉(zhuǎn)部,其使經(jīng)過所述分光元件后的來自所述第2輸入端口的信號(hào)光朝向所述 第2輸出端口。
【文檔編號(hào)】G02B6/35GK104049305SQ201410096422
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】田澤英久, 鹽崎學(xué), 高橋健一郎 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社