CN102859433A - 光开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光开关。该光开关具备：光输入输出端口，其沿着规定的排列方向排列有三个以上的端口；空间光调制器，其具有光入射层、光反射层、设置在光入射层与光反射层之间的空间光调制层，对从光输入输出端口中的任一个端口入射到光入射层的光进行空间调制并将其朝向光输入输出端口中的其它的任一个端口输出；聚光透镜，其使光输入输出端口与空间光调制器光学地耦合，其中，在采用沿着光输入输出端口的排列方向的坐标轴，且以聚光透镜的光轴的位置为该坐标轴的原点的情况下，当在光输入输出端口中输入或输出光的第一端口、输出或输入从所述第一端口输入或输出的光的第二端口及第三端口的坐标分别为x0、x1及x2(其中，成立x1、x2＞0)时，x2≠2x1+x0成立。

Description

光开关
技术领域
本发明涉及光开关。
背景技术
在光传送系统中，为了切换多重波长光信号等光信号的路径，而使用光开关。在这样的光开关中存在为了切换光信号的路径而使用LCOS(Liquid Crystal On Silicon)的情况(参照专利文献1、2)。LCOS是通过液晶来调制入射的光的相位，而使入射的光能够发生衍射的空间光调制器。因此，在使用了LCOS的光开关中，通过LCOS使从某路径入射的光信号发生衍射，从而使该光信号向特定的路径输出，由此实现光开关动作。
在专利文献1、2所公开的光开关中，输入光信号的输入端口和输出光信号的输出端口沿着规定的方向以等间隔排列。并且，输入端口配置在透镜的光轴上。因此，LCOS构成为使入射光的角度沿该排列方向发生衍射。另外，输入及输出端口的个数分别为N、M(N、M为1以上的整数)的光开关被称为N×M光开关。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第7092599号说明书
专利文献2：美国专利第7397980号说明书
发明内容
发明所要解决的课题
然而，本发明者们对专利文献1、2所公开的结构的光开关的特性进行仔细研究时，发现存在如下这样的问题：在进行使从规定的输入端口输入的光信号向规定的输出端口输出这样的光开关动作的情况下，存在光信号的一部分还向非预想的其它的输出端口输出的情况。当这样向光开关输入的光信号的一部分还向非预想的输出端口输出时，产生输出端口间的串扰特性发生劣化的问题。
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种具有良好的串扰特性的光开关。
发明解决课题的手段
为了解决上述的课题而实现目的，本发明涉及的光开关的特征在于，具备：光输入输出端口，其沿着规定的排列方向排列有三个以上的从外部输入光或向外部输出光的端口；空间光调制器，其具有光入射层、光反射层、设置在所述光入射层与所述光反射层之间的空间光调制层，对从所述光输入输出端口中的任一个端口入射到所述光入射层的光进行空间调制并将其朝向所述光输入输出端口中的其它的任一个端口输出；聚光透镜，其配置在所述光输入输出端口与所述空间光调制器之间，使所述光输入输出端口与所述空间光调制器光学地耦合，其中，在采用沿着所述光输入输出端口的排列方向的坐标轴，且以所述聚光透镜的光轴的位置为该坐标轴的原点的情况下，当在所述光输入输出端口中输入或输出光的第一端口、输出或输入从所述第一端口输入或输出的光的第二端口及第三端口的坐标分别为x0、x1及x2(其中，x1、x2＞0)时，x2≠2x1+x0成立。
另外，本发明涉及的光开关在上述的发明的基础上，其特征在于，所述第一端口的坐标x0为零以外的值，在所述光输入输出端口中相邻的端口间的间隔为等间隔或不等间隔。
另外，本发明涉及的光开关在上述的发明的基础上，其特征在于，所述第一端口的坐标x0为零，在所述光输入输出端口中相邻的端口间的间隔为不等间隔。
另外，本发明涉及的光开关在上述的发明的基础上，其特征在于，所述第一端口是输入向所述光输入输出端口中的其它的端口输出的光的端口。
另外，本发明涉及的光开关在上述的发明的基础上，其特征在于，所述第一端口是从所述光输入输出端口中的其它的端口输入的光所输出的端口。
另外，本发明涉及的光开关在上述的发明的基础上，其特征在于，所述空间光调制器为LCOS。
另外，本发明涉及的光开关在上述的发明的基础上，其特征在于，具备设置在所述光输入输出端口与所述空间光调制器之间的光分散元件，所述光开关作为波长选择光开关而发挥功能。
另外，本发明涉及的光开关在上述的发明的基础上，其特征在于，所述光输入输出端口具有三个以上的波长合分波器，在所述各波长合分波器中输出同一波长的各端口构成沿所述排列方向排列的端口，所述光开关作为波长选择光开关而发挥功能。
另外，本发明涉及的光开关在上述的发明的基础上，其特征在于，所述多重波长合分波器为阵列波导光栅。
发明效果
根据本发明，可防止因空间光调制器内的多重反射而产生的反射光向非预想的输出端口耦合的情况，从而起到能够实现具有良好的串扰特性的光开关的效果。
附图说明
图1是实施方式1涉及的光开关的简要结构图。
图2是图1所示的空间光调制器的分解图。
图3是表示图1所示的光输入输出器的具体的结构的图。
图4是说明图1所示的光开关的空间光调制器中的光的行为的图。
图5是实施方式2涉及的光开关的简要结构图。
图6是说明图5所示的光开关的空间光调制器中的光的行为的图。
图7是表示现有例的光开关的串扰的测定结果的图。
图8是实施方式2的变形例涉及的光开关的简要结构图。
图9是说明光纤端口等间隔配置时的空间光调制器中的光的行为的图。
图10是实施方式3涉及的光开关的简要结构图。
图11是实施方式4涉及的光开关的简要结构图。
图12是表示实施方式5涉及的光开关的结构的框图。
图13是说明图12所示的光开关的动作的说明图。
具体实施方式
以下，参照图面，对本发明涉及的光开关的实施方式进行详细地说明。另外，本发明没有被该实施方式限定。另外，在各附图中，在同一或对应的要素上适当标注同一符号。并且，附图是示意图，需要注意各层的厚度与宽度的关系、各层的比率等存在与现实的结构不同的情况。在附图的相互之间，也存在包含彼此的尺寸的关系或比率不同的部分的情况。
(实施方式1)
图1是实施方式1涉及的光开关的简要结构图。如图1所示，该光开关10具备空间光调制器1、光输入输出器2、聚光透镜3。另外，向本光开关10输入或输出的光没有特别地限定，但例如为波长1520～1620nm的光通信用的信号光。
光输入输出器2具备从外部输入光或向外部输出光的光输入输出端口2a、和多个准直透镜2b。光输入输出端口2a是将光纤端口2aa～2ae沿规定的排列方向(图中x轴方向)排列成阵列状的光输入输出端口。另外，准直透镜2b与各光纤端口2aa～2ae对应而设置。准直透镜2b具有使从光纤端口输出的光成为平行光或使输入的平行光向光纤端口会聚而进行耦合的功能。另外，从光纤射出的光可以近似为高斯(ガウシアン)光束。当来自光纤的出射光通过准直透镜而成为平行光时，随着传播而光束直径逐渐减小，在光束腰位置处成为最小，然后再变大。
聚光透镜3配置在光输入输出器2与空间光调制器1之间，使光输入输出端口2a与空间光调制器1光学地耦合。符号A表示聚光透镜3的光轴。另外，聚光透镜3可以由一片透镜构成，也可以由多片透镜构成。另外，当聚光透镜3的焦点距离为f时，空间光调制器1从聚光透镜3离开距离f而配置。即，空间光调制器1配置在聚光透镜3的焦点的位置上。另外，若从准直透镜2b到光束腰位置的距离为d，则当聚光透镜3从准直透镜2b离开距离d+f而配置时，能够减小与光纤2a再耦合时的耦合损失。
在该光开关10中，将光输入输出端口2a中位于最接近光轴A的位置的光纤端口2aa设定为从外部输入光的共用的光纤端口(Com端口)，并将其它的四个光纤端口2ab～2ae设定为向外部输出光的光纤端口。即，该光开关10作为1×4的光开关而发挥功能。另外，光纤端口2aa不在光轴A上。
接着，对空间光调制器1进行说明。图2是图1所示的空间光调制器1的分解图。如图2所示，该空间光调制器1为LCOS，具有在形成有液晶驱动电路的硅基板1a上顺次层叠作为反射率大致为100％的反射层的像素电极组1b、作为空间光调制层的液晶层1c、取向膜1d、ITO(IndiumTin Oxide)电极1e、玻璃封盖1f的结构。另外，也可以根据需要在像素电极组1b与液晶层1c之间也设置取向膜。此外，以下将取向膜1d、ITO电极1e及玻璃封盖1f作为光入射层1g。
该空间光调制器1通过对像素电极组1b与ITO电极1e之间施加电压，而能够将液晶层1c控制成在规定的方向上具有折射率的等级。并且，通过调整该折射率的等级，在从光入射层1g侧入射的光由像素电极组1b反射而在液晶层1c中传播时，能够将光调整成以规定的衍射角发生衍射。
另外，空间光调制器1以使光输入输出端口2a的光纤端口2aa～2ae的排列方向与液晶层1c的折射率的等级的方向一致的方式配置。其结果是，该空间光调制器1通过控制向液晶层1c施加的施加电压，能够控制光的出射角度，从而能够使从光纤端口2aa入射的光朝向其它的光纤端口2ab～2ae中的任一个端口输出。
接着，对光输入输出器2的具体的结构进行说明。图3是表示图1所示的光输入输出器2的具体的结构的图。在图3所示的结构中，光输入输出器2具备：光输入输出端口2a；多个准直透镜2b；供光输入输出端口2a的各光纤端口穿过且将各光纤端口固定的光纤固定基材2c；安装在光纤固定基材2c上，并且保持准直透镜2b的透明的间隔部2d。
各光纤端口以其光出射端面与安装有间隔部2d的光纤固定基材2c的面位于同一平面上的方式固定。另外，间隔部2d的厚度为与准直透镜2b的焦点距离大致相当的厚度。其结果是，在该光输入输出器2中，准直透镜2b能够使从光纤端口输出的光成为平行光，并且能够使输入的平行光向光纤端口会聚而进行耦合。
(动作例1-1)
接着，作为该光开关10的动作例1-1，如图1所示，说明将从光纤端口2aa输入的光的路径切换成光纤端口2ab的情况。首先，在光纤端口2aa从外部输入光，对应的准直透镜2b使输入的光成为平行光。聚光透镜3使成为平行光的光L1向空间光调制器1会聚。空间光调制器1通过控制向液晶层1c施加的施加电压，对会聚并入射的光L1进行空间调制而使其发生衍射，并将发生了衍射的光L2朝向光纤端口2ab输出。聚光透镜3使发生了衍射的光L2相对于光轴A平行。与光纤端口2ab对应的准直透镜2b使相对于光轴A平行的光L2会聚，并使其与光纤端口2ab耦合。光纤端口2ab将耦合后的光向外部输出。
这样，该光开关10将从光纤端口2aa输入的光的路径切换成光纤端口2ab。另外，同样，该光开关10通过空间光调制器1的控制，也能够将从作为Com端口的光纤端口2aa输入的光的路径切换成其它的光纤端口2ab～2ae中的任一个。
在此，在空间光调制器1使发生了衍射的光L2朝向光纤端口2ab输出时，由于空间光调制器1的内部反射而产生多重反射，发生了衍射的光L2的一部分作为二次反射光而射出。然而，在本实施方式1涉及的光开关10中，当聚光透镜3的光轴A的位置为x轴的坐标原点，纸面朝上为正方向时的光纤端口2aa、2ab、2ac的坐标分别为x0、x1、x2时，下述式(1)成立。
x2≠2x1+x0…(1)
通过以使式(1)成立的方式配置光纤端口2aa、2ab、2ac，从而二次反射光不会到达光纤端口2ac，因此可防止非预想地向光纤端口2ac输出的情况。其结果是，该光开关10的串扰特性变得良好。
以下，具体地进行说明。图4是说明图1所示的光开关10的空间光调制器1中的光的行为的图。另外，在图4中，聚光透镜3省略记载。另外，对于角度而言，以顺时针的方向为角度的正方向。
首先，在图4中，从光纤端口2aa输入且成为平行光后由聚光透镜3会聚的光L1向空间光调制器1的液晶层1c入射。图中的单点划线表示液晶层1c的表面的法线。
在液晶层1c的表面对光L1适用斯涅耳(スネル)定律时，式(2)成立。
n1sinθ1＝n2sinθ2…(2)
另外，n1表示入射侧介质的折射率，θ1表示光L1相对于液晶层1c的入射角，n2表示液晶层1c的折射率，θ2表示光L1的折射角。
在此，由于通常聚光透镜的焦点距离f与排列光纤端口2aa～2ae的宽度相比十分长，因此入射角、折射角十分小。因而，式(2)能够如以下这样近似。
Figure BDA00002279761300071
Figure BDA00002279761300072
以下，将θ2替换成φ。于是，如图4所示，光L1的入射角成为a φ，折射角成为φ。另外，此时，光纤端口2aa的坐标x0表示为x0＝ftan(aφ)，但由于aφ十分小，因此可以由以下的式(3)近似地表示。
Figure BDA00002279761300073
另外，如图4所示，由于x0为负值，因此φ也为负值。
接着，像素电极组1b中的像素电极M1反射光L1，液晶层1c通过折射率的等级的效果，使光L1相对于液晶层1c的表面的法线以衍射角θ发生衍射。另外，此时，像素电极M1实际上配置成其反射表面与液晶层1c的表面大致平行，但上述衍射使像素电极M1成为如下这样的状态，即，在将像素电极M1以其反射表面的法线(图中由虚线表示)相对于液晶层1c的表面的法线成角度(θ+φ)/2的方式倾斜配置的状态下与将光L1正反射的状态相同，因此在图4中将像素电极M1倾斜表示。
在衍射角为θ的情况下，发生了衍射的光L2相对于液晶层1c的出射角成为aθ。以使光L2通过聚光透镜3成为与光轴A平行地行进的光后向光纤端口2ab输入的方式设定该衍射角θ。因此，光纤端口2ab的坐标x1可以由以下的式(4)近似地表示。
x1＝ftan(aθ)＝faθ…(4)
在此，反射面M2示意性地表示存在于光入射层1g内的内部反射面。实际上，在多个面每次发生折射时需要适用斯涅耳定律，但为了使说明容易理解，在此省略。通过该反射面M2，在发生了衍射的光L2从空间光调制器1射出时，其一部分的光被反射，成为二次反射光L3而到达像素电极M3。另外，通常液晶层1c较薄为几μm，因此像素电极M3与像素电极M1相邻。这样，由于像素电极M3与像素电极M1相邻，因此受到与像素电极M1同样的液晶层1c的折射率的等级的效果。因此，像素电极M3与像素电极M1同样，为如下这样的状态，即，在将像素电极M3以其反射表面的法线(图中由虚线表示)相对于液晶层1c的表面的法线成角度(θ+φ)/2的方式倾斜配置的状态下与将二次反射光L3正反射的状态相同。因此，二次反射光L3相对于液晶层1c的表面的法线以衍射角(2θ+φ)发生衍射。之后，二次反射光L3以出射角a(2θ+φ)从空间光调制器1射出。
当该二次反射光L3通过聚光透镜3成为与光轴A平行地行进的光后到达的位置为位置P1，且位置P1的x坐标为x3时，x3由以下的式(5)表示。
x3＝fa(2θ+φ)＝2x1+x0…(5)
在此，利用式(3)、(4)进行了式子变形。
这样，因空间光调制器1的内部中的多重反射而产生的二次反射光L3到达由式(5)表示的x坐标的位置。
在此，如上述所示，在本实施方式1涉及的光开关10中，对于光纤端口2ac的坐标x2而言，以使作为式(1)的x2≠2x1+x0成立的方式进行配置。因此，二次反射光L3不会到达光纤端口2ac，可防止二次反射光L3从光纤端口2ac输出的情况。其结果是，该光开关10的串扰特性变得良好。
另外，在上述的说明中，光纤端口2aa的坐标x0为负值，即使以使坐标x0成为正值的方式配置光纤端口2aa，上述式(1)～(5)也成立。因此，即使坐标x0为正值的情况下，该光开关10的串扰特性也良好。但是，在本实施方式1中，由于光纤端口2aa未配置在聚光透镜3的光轴A上，因此x0≠0。
(动作例1-2)
接着，作为该光开关10的动作例1-2，对将从光纤端口2aa输入的光的路径切换成光纤端口2ad的情况进行说明。在本实施方式1涉及的光开关10中，当上述的x坐标中的光纤端口2ad、2ae的坐标分别为x1′、x2′时，以使与式(1)同样的式子即x2′≠2x1′+x0成立的方式进行配置。在该情况下，与图4所示的情况相反，液晶层1c所产生的衍射方向成为x轴的负方向，但通过与动作例1-1相同的原理，可防止从空间光调制器1射出的二次反射光非预想地向其它光纤端口2ae输出的情况，因此该光开关10的串扰特性变得良好。
如以上说明的那样，本实施方式1涉及的光开关10可防止从空间光调制器1射出的二次反射光向非预想的光纤端口输出的情况，因此串扰特性变得良好。
另外，在本实施方式1中，光纤端口2aa～2ae既可以等间隔配置，也可以不等间隔。
(实施方式2)
接着，对本发明的实施方式2进行说明。本实施方式2涉及的光开关中，将光输入输出端口中输入光的Com端口配置在聚光透镜的光轴上。
图5是实施方式2涉及的光开关的简要结构图。如图5所示，该光开关20具备空间光调制器1、光输入输出器4、聚光透镜3。
光输入输出器4具备光输入输出端口4a、多个准直透镜4b。光输入输出端口4a是将光纤端口4aa～4ag在规定的排列方向(图中x轴方向)上排列成阵列状的光输入输出端口。另外，准直透镜4b与各光纤端口4aa～4ag对应而设置。准直透镜4b具有使从光纤端口输出的光成为平行光或者使输入的平行光向光纤端口会聚而进行耦合的功能。光输入输出器4的具体的结构与图3所示的结构同样。
空间光调制器1及聚光透镜3是与实施方式1的空间光调制器及聚光透镜相同的构件。并且，与实施方式1同样，空间光调制器1配置在聚光透镜3的焦点的位置。另外，空间光调制器1以使光输入输出端口2a的光纤端口4aa～4ag的排列方向与液晶层1c的折射率的等级的方向一致的方式进行配置。
在该光开关20中，将光输入输出端口4a中配置在光轴A上的光纤端口4aa设定为从外部输入光的Com端口，将其它的六个光纤端口4ab～4ag设定为向外部输出光的光纤端口。即，该光开关20作为1×6的光开关而发挥功能。
(动作例2)
接着，作为该光开关20的动作例2，如图5所示，对将从光纤端口4aa输入的光的路径切换成光纤端口4ab的情况进行说明。首先，光纤端口4aa从外部输入光，对应的准直透镜4b使输入的光成为平行光。聚光透镜3使成为平行光的光L4向空间光调制器1会聚。空间光调制器1通过控制向液晶层1c施加的施加电压，对会聚并入射的光L4进行空间调制而使其发生衍射，并将发生了衍射的光L5朝向光纤端口4ab输出。聚光透镜3使发生了衍射的光L5相对于光轴A平行。与光纤端口4ab对应的准直透镜4b使相对于光轴A平行的光L5会聚，并使其与光纤端口4ab耦合。光纤端口4ab将耦合后的光向外部输出。
这样，该光开关20将从光纤端口4aa输入的光的路径切换成光纤端口4ab。另外，同样，该光开关20能够将从作为Com端口的光纤端口4aa输入的光的路径切换成其它的光纤端口4ab～4ag中的任一个。
在此，在空间光调制器1将发生了衍射的光L4朝向光纤端口4ab输出时，由于空间光调制器1的内部反射而产生多重反射，发生了衍射的光L4的一部分作为二次反射光L6而输出。然而，在本实施方式2涉及的光开关20中，当聚光透镜3的光轴A的位置为x轴的坐标原点，纸面向上为正方向时的光纤端口4ab、4ac的坐标分别为x4、x5，且二次反射光L6所到达的位置P2的坐标为x6时，以下的式(6)成立。
x6＝2x4…(6)
与此相对，光纤端口4ab、4ac以使以下的式(7)成立的方式配置。
x5≠2x4…(7)
另外，式(7)相当于式(1)中x0＝0的情况，相当于将作为光输入的Com端口的光纤端口4aa配置在光轴A上的情况。
这样，通过使式(7)成立，从而可防止二次反射光L6非预想地向其它的光纤端口4ac输出的情况，因此该光开关20的串扰特性变得良好。
以下，具体地进行说明。图6是说明图5所示的光开关20的空间光调制器1中的光的行为的图。另外，在图6中，聚光透镜3省略记载。
在图6中，与图4不同之处在于，从光纤端口4aa输入的光L4以入射角为零向空间光调制器1的液晶层1c入射。由于光纤端口4aa配置在聚光透镜3的光轴A上，因此即使光L4通过聚光透镜3，其行进方向也不会发生折射，因此这样入射角为零。
像素电极M1反射光L4，液晶层1c通过折射率的等级的效果，使光L4相对于液晶层1c的表面的法线以衍射角θ发生衍射。
在衍射角为θ的情况下，发生了衍射的光L5相对于液晶层1c的出射角成为aθ。以使光L4通过聚光透镜3成为与光轴A平行地行进的光后向光纤端口4ab输入的方式设定该衍射角θ。因此，光纤端口4ab的坐标x4能够由以下的式(8)近似地表示。
x4＝ftan(aθ)＝faθ…(8)
在此，在通过反射面M2使发生了衍射的光L4从空间光调制器1射出时，其一部分的光被反射，成为二次反射光L6而达到与像素电极M1相邻的像素电极M3。像素电极M3反射二次反射光L6，液晶层1c通过折射率的等级的效果，使二次反射光L6相对于液晶层1c的表面的法线以衍射角(2θ)发生衍射。之后，二次反射光L6以出射角(2aθ)从空间光调制器1射出。
因此，该二次反射光L6所到达的位置P2的x坐标x6成为x6＝fa(2θ)＝2x4，从而导出式(6)。
在此，如上所述，在本实施方式2涉及的光开关20中，对于光纤端口4ac的坐标x5而言，以使式(7)成立的方式进行配置。因此，二次反射光L6不会到达光纤端口4ac，可防止二次反射光L6从该光纤端口4ac输出的情况。其结果是，该光开关20的串扰特性变得良好。
另外，同样，当光纤端口4ad的坐标为x7时，x7≠2x4、x7≠2x5成立。其结果是，在将从光纤端口4aa输入的光的路径切换成光纤端口4ab及光纤端口4ac中的任一个的情况下，都可防止在空间光调制器1中产生的二次反射光L6非预想地向光纤端口4ad输出的情况。并且，当光纤端口4ae、4af、4ag的x坐标为x4′、x5′、x7′时，x5≠2x4、x7≠2x4、x7≠2x5成立。其结果是，在将从光纤端口4aa输入的光的路径切换成光纤端口4ae及光纤端口4af中的任一个的情况下，都可防止在空间光调制器1中产生的二次反射光L6非预想地向其它的光纤端口4ae或光纤端口4af输出的情况。因此，该光开关20的串扰特性变得良好。
如以上说明的那样，本实施方式2涉及的光开关20可防止从空间光调制器1射出的二次反射光L6向非预想的光纤端口输出的情况，因此串扰特性变得良好。
另外，在本实施方式2中，若将光纤端口4aa～4ae等间隔地配置，则有时上述的式(6)成立，因此需要形成为不等间隔。
在此，作为现有的光开关的例子，制作出如下这样的光开关：为与本实施方式2涉及的光开关20同样的结构，但对于光纤端口的坐标而言，以x4＝2.4mm、x5＝4.8mm、x7＝9.6mm、x4′＝-2.4mm、x5′＝-4.8mm、x7′＝-9.6mm的方式、即使光纤端口等间隔地排列的方式进行设定。并且，设定成从x0＝0的Com端口输入波长约为1552nm的光，对空间光调制器进行控制，使光向坐标x4的光纤端口输出。进而，测定坐标x4的光纤端口与坐标x5的光纤端口的端口间的串扰。
图7是表示现有例的光开关的串扰的测定结果的图。图7是表示以从坐标x4的光纤端口的光输出为基准(0dB)时的从坐标x5的光纤端口的光输出的图。在图7中，从坐标x5的光纤端口输出相对于基准低25dB的反射光。在此，例如在光通信中由于要求的规格严厉，因此即使在显示器的用途中不会成为问题的25dB这样极小的串扰，也会成为问题。
与此相对，当以与本实施方式2的光开关20同样的结构将光纤端口的坐标以x4＝2.4mm、x5＝5mm、x7＝11mm、x4′＝-2.4mm、x5′＝-5mm、x7′＝-11mm的方式设定时，在进行与上述同样的测定的情况下，从坐标x5的光纤端口大致不会射出反射光，从而能够实现极其良好的串扰特性。
(实施方式2的变形例)
在上述实施方式2中，光开关20作为1×6的光开关而发挥功能。以下，作为其变形例，对将光开关20作为6×1的光开关而发挥功能的情况进行说明。
图8是实施方式2的变形例涉及的光开关的简要结构图。图8所示的光开关20的简要结构虽然与图5所示的结构同样，但在本变形例中，将光输入输出端口4a中的六个光纤端口4ab～4ag设定为从外部输入光的光纤端口，并将配置在光轴A上的光纤端口4aa设定为向外部输出光的Com端口。即，该光开关20作为6×1的光开关而发挥功能。
(动作例3)
接着，作为该光开关20的动作例3，对将从光纤端口4ab输入的光的路径切换成光纤端口4aa的情况进行说明。首先，在光纤端口4ab从外部输入光，对应的准直透镜4b使输入的光成为平行光。聚光透镜3使成为平行光的光L7向空间光调制器1会聚。空间光调制器1通过控制向液晶层1c施加的施加电压，对会聚并入射的光L7进行空间调制而使其发生衍射，并使发生了衍射的光L8朝向光纤端口4aa输出。聚光透镜3使发生了衍射的光L8相对于光轴A平行。与光纤端口4aa对应的准直透镜4b使相对于光轴A平行的光L8会聚，并使其与光纤端口4aa耦合。光纤端口4aa将耦合后的光向外部输出。
这样，该光开关20将从光纤端口4ba输入的光的路径切换成光纤端口4aa。另外，同样，该光开关20也能够将从光纤端口4ab～4ag中的任一个输入的光的路径切换成作为Com端口的光纤端口4aa。
但是，在这样将光开关20作为6×1的光开关而如动作例2那样动作的状态下，例如从其它的光纤端口4ac输入光L9。该光L9通常时经由聚光透镜3而到达空间光调制器1，即使发生衍射，该衍射的光L10也不会到达光纤端口4aa而被输出。其理由是，在本动作例2中，空间光调制器1的衍射角设定成使从光纤端口4ab输入的光向光纤端口4aa输出。
另一方面，在输入光L9的情况下，因空间光调制器1的内部反射而从光L9产生并射出二次反射光L11。然而，在该光开关20中，对于光纤端口4ab、4ac而言，以上述的式(7)成立的方式进行配置。其结果是，对于二次反射光L11而言，也如图8所示那样到达位置P3，因此不会到达光纤端口4aa而被输出。因此，可防止从光纤端口4ac输入的光L9引起的二次反射光L11非预想地向光纤端口4aa输出的情况。另外，同样，在将从光纤端口4ab～4af中的任一个输入的光的路径切换成光纤端口4aa的情况下，都可防止在空间光调制器1中产生的二次反射光L11非预想地向光纤端口4aa输出的情况。
如以上说明的那样，即使本变形例涉及的光开关20作为6×1的光开关使用，串扰特性也良好。
另外，假若将光纤端口4ac配置在图8所示的位置P4，且将光纤端口4aa、4ab、4ac等间隔配置，则光纤端口4ab、4ac的x坐标x4、x5的关系满足x5＝2x4。这种情况下，二次反射光向光纤端口4aa输入，光纤端口4ab、4ac的端口间串扰降低。
图9是说明光纤端口4aa、4ab、4ac等间隔配置时的空间光调制器1中的光的行为的图。
对图9和图6进行比较时，从光纤端口4ab输入的光L7通过与图6中的光L4、L5反向的路径，成为发生衍射的光L8而被射出，之后到达光纤端口4aa而输出。另一方面，假设将光纤端口4ac配置在图8所示的位置P4的情况下，从光纤端口4ac输入的光L9′通过与图6中的二次反射光L6反向的路径，成为发生衍射的光L10′而被射出。在此，通过反射面M2而产生光L10′的二次反射光L11′，但该二次反射光L11′通过与图6中的光L4反向的路径，而向与发生了衍射的光L8相同的方向射出。因此，二次反射光L11′成为使端口间串扰特性劣化的原因。
(实施方式3)
在上述实施方式中，光输入输出端口由光纤构成，但也可以由玻璃材料或半导体材料形成的光波导路构成。以下，作为本发明的实施方式3，对光输入输出端口由石英系玻璃的平面光波回路(Planar LightwaveCircuit：PLC)构成的光开关进行说明。
图10是实施方式3涉及的光开关的简要结构图。如图10所示，该光开关30具有将图2所示的光开关20的结构中的光输入输出器4替换成光输入输出器5的结构。
光输入输出器5具备：由石英系玻璃的PLC形成的光输入输出端口5a；多个准直透镜5b；安装在光输入输出端口5a上，且保持准直透镜5b的间隔部5d；用于将光输入输出端口5a与外部的路径连接的光纤阵列5f。
在光输入输出端口5a上以将光纤阵列5f和与光纤阵列5f对应的准直透镜5b光学地连接的方式形成光波导路来作为输入或输出端口。上述的光波导路端口与实施方式1的光纤端口2aa～2ac、2ae～2af同样，在图中x轴方向上排列成阵列状，其x坐标也与光纤端口2aa～2ac，2ae～2af同样地设定。
对该光开关30的动作的一例进行说明。首先，从构成光纤阵列5f的光纤5fa向光输入输出端口5a的Com端口、即配置在光透镜3的光轴A上的光波导路端口输入光L12。接着，聚光透镜3使光L13向空间光调制器1会聚，空间光调制器1使光L13发生衍射，使其成为光L13而朝向规定的光波导端口输出。此时，虽然产生二次反射光L14，但与实施方式2同样，二次反射光L14不会到达其它的光波导路端口。因此，该光开关30成为具有良好的串扰的光开关。
(实施方式4)
接着，对本发明的实施方式4进行说明。本实施方式4涉及的光开关具有阵列波导光栅(Arrayed WaveGuide Grating：AWG)来作为波长合分波器，本实施方式4涉及的光开关作为波长选择光开关而发挥功能。
图11是实施方式4涉及的光开关的简要结构图。如图11所示，该光开关40具有将图2所示的光开关10的结构中的光输入输出器2替换成光输入输出器6的结构。另外，对于空间光调制器而言，既可以使用六个空间光调制器1，也可以将一个空间光调制器1以分割成六个区域而独立地控制各区域的方式进行使用。
光输入输出器6具备：将石英玻璃的AWG6aa～6ae積层而构成的光输入输出端口6a；多个准直透镜6b；安装在光输入输出端口6a，且保持准直透镜6b的间隔部6d；用于将光输入输出端口6a与外部的路径连接的光纤阵列6f。
AWG6aa～6ae具有将从输入端口输入的波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6的光从与各波长对应的输出端口输出的功能。纤阵列6f与AWG6aa～6ae的各输入端口连接。准直透镜6b与AWG6aa～6ae的各输出端口对应而设置。另外，对于AWG6aa～6ae的输出端口而言，同一波长的输出端口在图中x轴方向上排列成阵列状，其x坐标与图1的光开关10的光纤端口2aa～2ac、2ae～2af同样地设定。例如，在图11中，将在x轴方向上排列成阵列状的各AWG6aa～6ae的波长λ1的输出端口由虚线包围而进行表示。另外，未图示的其它的光开关与各波长的输出端口对应而与图示的空间光调制器1并列配置。
对该光开关40的动作的一例进行说明。首先，从与光输入输出端口6a的AWG6aa连接的光纤6fa输入包括波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6的光的光L15。AWG6aa将光L15中的波长λ2的光L16从与波长λ2对应的输出端口OP1输出。接着，聚光透镜3使光L16向与波长λ2对应的空间光调制器1会聚，空间光调制器1使光L16发生衍射，使其成为光L17而朝向AWG6ab～6ae中的规定的AWG的与波长λ2对应的输出端口输出。
此时，在空间光调制器1中产生二次反射光L18，但与实施方式1同样，二次反射光L17不会到达其它的光波导路端口。因此，该光开关40成为具有良好的串扰的光开关。另外，对于其它的波长的光而言，也通过与其波长对应的空间光调制器切换成规定的路径，由此该光开关40作为具有良好的串扰的波长选择光开关而发挥功能。
另外，在本实施方式4中，使用AWG作为波长合分波器，但也可以适当组合光纤熔融型或滤波型等的波长选择性元件来构成波长合分波器。
(实施方式5)
接着，对本发明的实施方式5涉及的光开关进行说明。本实施方式5涉及的光开关是从输入的多重波长光信号中选择规定波长的光信号，并按该光信号的波长而切换路径并进行输出的波长选择光开关。
图12是表示本实施方式5涉及的光开关的结构的框图。如图12所示，该光开关100具备：与外部的路径连接的光输入输出器2；相对于光输入输出器2顺次配置的变形棱镜对61、衍射光栅62、聚光透镜3、λ/4波长板63；在与图中所示的x轴正交的方向上配置成阵列状的四个空间光调制器1A～1D；用于控制空间光调制器1A～1D的监视元件68；以及控制电路69。
另外，光输入输出器2、聚光透镜3与实施方式1的光输入输出器、聚光透镜相同。并且，在以聚光透镜3的位置为x轴的原点的情况下，光输入输出器2的各光纤配置在与实施方式1同样的x坐标上。空间光调制器1A～1D均与实施方式1的空间光调制器1相同。聚光透镜3与空间光调制器1A～1D离开聚光透镜3的焦点距离f。
另外，实际上，光路在变形棱镜对61和衍射光栅62处弯曲，因此将各元件保持角度而配置，但在图12中，为了简化，而表示为排成一列配置。
接着，对光开关100的动作进行说明。图13是说明图12所示的光开关100的动作的说明图。另外，图13是从与图8中的x轴方向垂直的方向观察光开关100而得到的图。首先，光输入输出器2使从某路径向作为Com端口的光纤端口2aa输入的多重波长光信号OS1成为平行光而向变形棱镜对61输出。变形棱镜对61以使多重波长光信号OS1的光束直径向衍射光栅62的栅格的排列方向扩宽，来使多重波长光信号OS1照射到更多栅格上的方式来提高波长选择的分辨率。衍射光栅62将入射的多重波长光信号OS1中含有的规定的波长的光信号OS1a以规定的角度输出。聚光透镜3使光信号OS1通过λ/4波长板63而向空间光调制器1A会聚。
空间光调制器1A使会聚后的光信号OS1a发生衍射，并使其成为光信号OS2而顺次经由λ/4波长板63、聚光透镜3、衍射光栅62、变形棱镜对61而向光输入输出器2的所期望的光纤端口2ab输出。另外，λ/4波长板63以使光信号OS1a和光信号OS2的光的偏振状态彼此正交的方式改变它们的偏光状态。由此，来对变形棱镜对61及衍射光栅62的偏振波依存性进行补偿。
另外，衍射光栅62使多重波长光信号OS1中包含的其它的规定的波长的光信号OS1b、OS1c、OS1d分别向其它的规定的角度输出。各光信号OS1b、OS1c、OS1d分别通过空间光调制器1B、1C、1D而发生衍射，并成为光信号OS3、OS4、OS5而顺次经由λ/4波长板6、聚光透镜3、衍射光栅62、变形棱镜对61向分别对应的光纤端口2ac、2ad、2ae输出。
至于空间光调制器1A～1D，监视元件68对将光信号OS2～OS5的一部分分路后的光的波长及强度进行监视，并基于该监视结果来独立控制空间光调制器1A～1D，由此将各光信号OS2～OS5的衍射角度控制成为最佳。光信号OS2～OS5的分支例如可以通过在光输入输出器2的一部分上设置分支耦合器，或在光开关100内的适当位置设置分支用的反射镜来进行。另外，监视元件68例如由AWG和多个光电二极管构成。
在此，例如空间光调制器1A在使光信号OS1a发生衍射时，将在空间光调制器1A的内部产生的二次反射光射出。该二次反射光顺次经由λ/4波长板63、聚光透镜3、衍射光栅62、变形棱镜对61而到达光输入输出器2。然而，通过与实施方式1的情况同样的作用，该二次反射光不会到达其它的光纤端口2ac～2ae中的任一个。另外，对于其它的光信号OS1b、OS1c、OS1d而言，即使因它们而在空间光调制器1B～1D的内部产生二次反射，而二次反射射出，也不会到达规定的光纤端口以外的光纤端口。因此，该光开关100的端口间的串扰良好。
另外，在上述实施方式中，光开关为1×4、1×6、6×1等，但在本发明中输入输出光的端口的个数没有限定，只要为N×M光开关即可。但是，N及M中的一方需要为2以上，因此端口需要为3以上。另外，在实施方式4那样使用波长合分波器的结构中，波长合分波器需要为3以上。
另外，在上述实施方式中，使因空间光调制器的内部反射产生的二次反射光不向非预想的端口输出。对于更高次的反射光而言，虽然与二次反射光相比强度非常弱，但也更优选不向非预想的端口输出。例如，当被输入光的第一端口、将从第一端口输入的光输出的第二端口及第三端口的坐标分别为x0、x1及x2时，在从第一端口向第二端口切换路径的情况下，为了避免k次反射光向第三端口输出，只要使x2≠2k x1+x0成立即可。
另外，例如在上述实施方式1、2或其变形例中，将光输入输出端口中始终输入或输出光的Com端口配置在聚光透镜的光轴上或光轴的附近。这样，能够减小通过空间光调制器使光发生衍射时的衍射角，因此能提高衍射效率，从而优选。另外，当将Com端口配置在聚光透镜的光轴上时，容易进行组合光开关时的对准，且能够使空间光调制器中的光的入射角或出射角成为零，因此更容易进行空间光调制器的控制，从而特别优选。但是，本发明没有限定于此，也可以将光输入输出端口中最远离光轴的端口作为Com端口。
另外，在上述实施方式中，空间光调制层为液晶，但只要是能够对光进行空间调制的构件即可，没有特别地限定。
另外，在上述实施方式中，空间光调制器为反射型的空间光调制器，但也可以为透过型的空间光调制器。这种情况下，反射层的反射率不是大致100％，而具有某程度的透光性。即使这样的透过型的空间光调制器，由于在夹着空间光调制层的层间能够引起内部多重反射，因此也能够适用本发明。
另外，本发明没有被上述实施方式限定。将上述各实施方式的各构成要素适当组合而构成的方式也包含于本发明。例如，在实施方式5涉及的光开关中可以适用实施方式2的光输入输出器。
工业实用性
如以上所示，本发明涉及的光开关主要适合利用于光通信的用途。
符号说明：
1、1A～1D  空间光调制器
1a  硅基板
1b  像素电极组
1c  液晶层
1d  取向膜
1e  ITO电极
1f  玻璃封盖
1g  光入射层
2、4～6  光输入输出器
2a、4a～6a  光输入输出端口
2aa～2ae、4aa～4ag  光纤端口
2b、4b～6b  准直透镜
2c  光纤固定基材
2d、5d、6d  间隔部
3  聚光透镜
5f、6f  光纤阵列
5fa、6fa  光纤
6aa～6ae  AWG
10～40、100  光开关
61  变形棱镜对
62  衍射光栅
63λ/4  波长板
68  监视元件
69  控制电路
A  光轴
L1、L2、L4、L5、L7～L13、L15～L17  光
L3、L6、L11、L14、L18  二次反射光
M1、M3  像素电极
M2  反射面
OP1  输出端口
OS1  多重波长光信号
OS1a～OS1d、OS2～OS5  光信号
P1～P4  位置

Claims (9)

1.一种光开关，其特征在于，
具备：
光输入输出端口，其沿着规定的排列方向排列有三个以上的从外部输入光或向外部输出光的端口；
空间光调制器，其具有光入射层、光反射层、和设置在所述光入射层与所述光反射层之间的空间光调制层，对从所述光输入输出端口中的任一个端口入射到所述光入射层的光进行空间调制并将其朝向所述光输入输出端口中的其它的任一个端口输出；
聚光透镜，其配置在所述光输入输出端口与所述空间光调制器之间，使所述光输入输出端口与所述空间光调制器光学地耦合，
在采用沿着所述光输入输出端口的排列方向的坐标轴，且以所述聚光透镜的光轴的位置为该坐标轴的原点的情况下，当在所述光输入输出端口中输入或输出光的第一端口、将从所述第一端口输入或输出的光输出或输入的第二端口及第三端口的坐标分别为x0、x1及x2时，x2≠2x1+x0成立，其中，x1、x2＞0。
2.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于，
所述第一端口的坐标x0为零以外的值，在所述光输入输出端口中相邻的端口间的间隔为等间隔或不等间隔。
3.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于，
所述第一端口的坐标x0为零，在所述光输入输出端口中相邻的端口间的间隔为不等间隔。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光开关，其特征在于，
所述第一端口是将向所述光输入输出端口中的其它的端口输出的光输入的端口。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的光开关，其特征在于，
所述第一端口是从所述光输入输出端口中的其它的端口输入的光所输出的端口。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光开关，其特征在于，
所述空间光调制器为LCOS。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光开关，其特征在于，
具备设置在所述光输入输出端口与所述空间光调制器之间的光分散元件，所述光开关作为波长选择光开关而发挥功能。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的光开关，其特征在于，
所述光输入输出端口具有三个以上的波长合分波器，在所述各波长合分波器中输出同一波长的各端口构成沿所述排列方向排列的端口，所述光开关作为波长选择光开关而发挥功能。
9.根据权利要求8所述的光开关，其特征在于，
所述多重波长合分波器为阵列型光波导光栅。
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