JP2747341B2

JP2747341B2 - 光スイッチ並びに光スイッチアレイ及び多ポート光スイッチ

Info

Publication number: JP2747341B2
Application number: JP1239508A
Authority: JP
Inventors: 和男保苅; 一博野口; 寿和坂野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1989-09-14
Publication date: 1998-05-06
Anticipated expiration: 2013-05-06
Also published as: JPH03101716A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、信号光の光路を切替える光スイッチ並びに
光スイッチアレイ及び信号光の光路を切替えて複数の出
力ポートのいずれかに信号光を出射する多ポート光スイ
ッチに関するものである。

（従来の技術）従来、伝搬する光路を切り替えるために種々の構造の
光スイッチが提案され、実用化されている。例えば、方
向性結合形、屈折率分布形、干渉形（位相制御形）の光
スイッチは光導波路を伝搬する光を切り替えることがで
きる代表的構造の光スイッチである。第２図は、方向性
結合形光スイッチの構造を示す図で、１−1,1−２は光
導波路、２−1,2−２は電極、３はリチウムナイオベー
ト（LiNbo₃）や半導体等からなる基板である。この光ス
イッチでは、入力ポートI1から出力ポートO1に出力され
ていた光は、電極２−1,2−２への印加電圧を変化させ
ると電気光学効果で出力ポートO2に出力される。同様
に、入力ポートI2から出力ポートO2に出力されていた光
は、出力ポートO1に出力される。従って、電極２−１、
２−２への印加電圧を制御することで伝搬光のスイッチ
ングを行なうことができる。

これら光導波路形の光スイッチは、２入力２出力が主
であり、これ以上の入力ポート・出力ポートをもった光
スイッチを作製するためには、１つの基板上に２入力２
出力の光スイッチとそれをつなぐ光導波路を多数作製
し、それを多段に接続するか、または多数の２入力２出
力の光スイッチを個別に作製しそれらを多段に光ファイ
バ等で接続する方法のどちらかが用いられている。

さらに、第３図（ａ）（ｂ）は２入力２出力の別の構
成の光スイッチを示した図で、４−１〜４−４は偏光ビ
ームスプリッタ、５−１〜５−６は偏光面制御素子であ
る。これは、偏光ビームスプリッタ４−１〜４−４と偏
光面制御素子５−１〜５−６をマトリックス状に配置し
て、偏光を制御することでスイッチングする構造である
（金山，山口，菊池，“液晶光ゲートを用いた二次元画
像信号交換方式”、電子情報通信学会総合全国大会、S1
1−3,1987）。即ち偏光ビームスプリッタ４−１〜４−
４は、図の横方向及び縦方向からのＰ波を透過し、Ｓ波
を90度屈折させる。また、偏光面制御素子５−１〜５−
６は、オン状態において、通過する光の偏光面を90度回
転させてＰ波とＳ波を互いに変換し、オフ状態において
通過する光の偏光面を回転させることなく、入射偏光状
態と同じ偏光状態で出力する機能を有し、おもに液晶や
PLZT（多結晶セラミック）で構成される。例えば、この
構成の光スイッチを用いて入力ポートI1へのＳ波の偏光
面を有する入力光を出力ポートO1の出力光として取り出
すためには第３図の（ａ）に示すように入力ポートI1へ
の入力光と出力ポートO1の出力光との交点に位置する偏
光ビームスプリッタ４−２の入力側の偏光面制御素子５
−1,5−２および出力側の偏光面制御素子５−４をとも
にオンとし、その他の偏光面制御素子５−3,5−5,5−６
を全てオフとすれば良い。この時、上記の偏光ビームス
プリッタに達した光ビームは、入力側偏光面制御素子に
よってＳ波に変換され偏光ビームスプリッタ４−２によ
って屈折され、出力側の偏光面制御素子５−４によって
再びＰ波に変換され、出力ポートO1に出力される。この
とき、入力ポートI2へ入力されるＳ波の偏光面を有する
入力光は出力ポートO2に出力される。また、偏光面制御
素子５−1,5−2,5−４をオフとし、偏光面制御素子５−
3,5−5,5−６をオンにすれば、入力ポートI1への入力光
は出力ポートO2へ、入力ポートI2への入力光は出力ポー
トO1へそれぞれ出力される。従って、偏光面を制御する
ことで伝搬光のスイッチングができる。

一方、多ポート光スイッチを実現するため、２入力２
出力スイッチを基本ユニットとしてそれを多段に接続し
たスイッチング網構成法が提案されている。第4a図はこ
の構成法の１つで、マトリックス状に64個の光スイッチ
10を配置して、８個の入力ポートI1〜I8と８個の出力ポ
ートO1〜O8を有する８入力８出力の多ポート光スイッチ
を構成したものである（下江他、“光交換用空間スイッ
チの構成”、電子情報通信学会総合全国大会、S11−8,1
987）。第4b図はこの構成法に第３図に示すと同様の構
成からなる２入力２出力光スイッチ20を用いて入力ポー
トI1〜I8と出力ポートO1〜O8を有する８入力８出力の光
スイッチを構成した例である（金山，山口，菊池，“液
晶光ゲートを用いた二次元画像信号交換方式”、電子情
報通信学会総合全国大会、S11−3,1987）。これは２入
力２出力の光スイッチ20を格子状に配列すると共に、隣
接する偏光ビームスプリッタ間に偏光面制御素子を配置
してスイッチング網を構成している。また、第５図はバ
ッチャー（Batcher）網と呼ばれる別のスイッチング網
の構成を示した図であり、入力ポートI1〜I8と出力ポー
トO1〜O8を有する８入力８出力の多ポート光スイッチを
構成した例である（K.E.Batcher,“Sorting Network an
d their Applications",Spring joint Computer Confer
ence,pp.307−314,1968）。このBatcher網は、２入力２
出力光スイッチ11〜46で２つの目的とする出力ポートの
番号の大小関係を比較し並べ替えを行なうことで複数の
入力ポートと目的の出力ポート間の光路を設定する方法
である。これら以外にも、２入力２出力光スイッチを多
段に接続したスイッチング網としてはBenes網、Banyan
網等がある。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、第２図に示す方向性結合形光スイッチ
では集積化が困難であり、第３図に示す２入力２出力光
スイッチでは集積化は容易であるが多数の構成部品を必
要とする。また、前述したスイッチング網による多ポー
ト光スイッチの構成法に第２図または第３図に示す２入
力２出力の光スイッチを用いると入力ポート及び出力ポ
ートの増加に伴ない、構成部品数が非常に増大するとい
う問題点があった。特に、第4a図及び第4b図に示すマト
リックス状のスイッチ構成では、ポート数ｎに対してn²
個の構成部品、即ち（n²/4）個の２入力２出力光スイッ
チ20を必要とするため、ポート数ｎの増大に伴なって構
成部品数は非常に多くなり、多ポート光スイッチの形状
が大型になるという欠点があった。

本発明の目的は上記の問題点に鑑み、構成部品数を削
減した２入力２出力の光スイッチ並びにこの光スイッチ
を用いた光スイッチアレイ、及びこの光スイッチアレイ
を用いた多ポート光スイッチを提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の請求項（１）では、直線偏光された第１及び
第２の信号光をそれぞれ第１及び第２の入力ポートより
入射し、制御信号に基づいて、前記第１の信号光を第１
の出力ポートに、前記第２の信号光を第２の出力ポート
に、或いは前記第１の信号光を前記第２の出力ポート
に、前記第２の信号光を前記第１の出力ポートにそれぞ
れ出射する光スイッチにおいて、一の偏光面を有する第
２の信号光を透過し、前記一の偏光面と90度の角度をな
す他の偏光面を有する第２の信号光を反射する第１の偏
光ビームスプリッタと、前記一の偏光面を有する第１の
信号光を透過して前記第１の出力ポートに出射すると共
に、前記第１の偏光ビームスプリッタにより反射された
前記他の偏光面を有する第２の信号光を反射して前記第
１の出力ポートに出射する第２の偏光ビームスプリッタ
と、前記第２の偏光ビームスプリッタにより反射された
前記他の偏光面を有する第１の信号光を入射光路と異な
る光路に反射する光路変換器と、前記第１の偏光ビーム
スプリッタを透過した前記一の偏光面を有する第２の信
号光を透過して前記第２の出力ポートに出射すると共
に、前記光路変換器により反射された前記他の偏光面を
有する第１の信号光を反射して前記第２の出力ポートに
出射する第３の偏光ビームスプリッタと、前記制御信号
に基づいて、前記第１の偏光ビームスプリッタに入射さ
れる前記第２の信号光及び前記第２の偏光ビームスプリ
ッタに入射される前記第１の信号光のそれぞれの偏光面
を90度回転させて出射する偏光面制御手段とを備えた光
スイッチを提案する。

また、請求項（２）では、請求項（１）記載の光スイ
ッチを複数個組合わせてなる光スイッチアレイを提案す
る。

さらに請求項（３）では、請求項（２）記載の光スイ
ッチアレイを複数個多段に設け、光スイッチアレイの中
の異なる２つの光スイッチのそれぞれの一方の出力ポー
トから出射される信号光を次段の光スイッチアレイの中
の一の光スイッチの第１及び第２の入力ポートに入射す
るように前記複数の光スイッチアレイを接続してなる多
ポート光スイッチを提案する。

（作用）本発明の請求項（１）の光スイッチによれば、例えば
第１乃至第３の偏光ビームスプリッタをＰ波に直線偏光
された信号光を透過し、Ｓ波に直線偏光された信号光を
反射するものに設定する。また、偏光面制御手段はオン
の制御信号を入力したときには透過する光の偏光面を90
度回転させ、オフの制御信号を入力したときには入射光
の偏光面を回転させることなく透過するものに設定す
る。

この設定において、Ｓ波に直線偏光された第１及び第
２の信号光が入射され、オンの制御信号が入力される
と、第１の信号光は偏光面制御手段を透過する際に、そ
の偏光面が90度回転されてＰ波に直線偏光されたものと
なる。この第１の信号光は第２の偏光ビームスプリッタ
を透過して第１の出力ポートから出射される。また、第
２の信号光は露光面制御手段を透過する際に、その偏光
面が90度回転されてＰ波に直線偏光されたものとなる。
この第２の信号光は第１及び第３の偏光ビームスプリッ
タを透過して第２の出力ポートから出射される。

また、偏光面制御手段にオフの制御信号が入力された
場合には、第１の信号光は、偏光面を回転されることな
く偏光面制御手段を透過する。この第１の信号光は第２
の偏光ビームスプリッタによって反射され光路変換器に
入射される。この光路変換器によって第１の信号光は、
その入射光路とは異なる光路にて反射され第３の偏光ビ
ームスプリッタに入射される。この第３の偏光ビームス
プリッタによって第１の信号光は反射され、第２の出力
ポートから出射される。また、第２の信号光も偏光面を
回転されることなく偏光面制御手段を透過する。この第
２の信号光は、第１及び第２の偏光ビームスプリッタに
よって反射され、第１の出力ポートから出射される。

従って、偏光面制御手段に入力される制御信号の状態
に基づいて、第１及び第２の信号光の出力ポートが切替
えられる。

また、請求項（２）によれば、前述した光スイッチが
複数個組合わされて光スイッチアレイが構成され、個々
の光スイッチは個別に動作される。

さらに、請求項（３）によれば、前述した光スイッチ
アレイが複数個多段に設けられ、一の光スイッチアレイ
の中の異なる２つの光スイッチのそれぞれの一方の出力
ポートから出射される信号光が、次段の光スイッチアレ
イの中の一の光スイッチの第１及び第２の入力ポートに
入射される。また、光スイッチアレイの中の光スイッチ
は個別に制御される。これにより、複数の入力ポートの
中の一の入力ポートに入射された信号光は、各光スイッ
チへ所定の制御信号を入力することにより、複数の出力
ポートの中の出力対象の出力ポートに出射される。

（実施例）第１図は本発明の第１の実施例の光スイッチの構成を
示す図である。図において、４−９〜４−11は偏光ビー
ムスプリッタで、Ｐ波に直線偏光された信号光を透過
し、Ｓ波に直線偏光された信号光を反射する。５−13は
偏光面制御素子で、例えば液晶またはPLZT（多結晶セラ
ミック）からなり、オンの制御信号が入力された場合に
は、入射光の偏光面を90度回転させてＰ波とＳ波を互い
に変換して透過する。また、オフの制御信号が入力され
た場合には、入射光の偏光面を回転させることなく透過
して出射する。

６−１は光路変換器で、２枚のミラー61,62からな
り、これらのミラー61,62はその鏡面の挟角が90度の角
度をなすように固着されている。

偏光ビームスプリッタ４−９は入力ポートI1と出力ポ
ートO1との間に配設され、偏光ビームスプリッタ４−1
0,4−11は入力ポートI2と出力ポートO2との間に並設さ
れている。ここで入力ポートI1と入力ポートI2及び出力
ポートO1と出力ポートO2はそれぞれ並設されている。光
路変換器６−１は、次に示す位置に配設されている。即
ち、入力ポートI1から偏光ビームスプリッタ４−９に入
射された第１の信号光が、この偏光ビームスプリッタ４
−９によって反射され、光路を90度屈折させられて、光
路変換器６−１のミラー61の鏡面に入射角度45度にて入
射されると共にミラー61,62によって反射された後、偏
光ビームスプリッタ４−11に入射されるように配設され
ている。また、偏光ビームスプリッタ４−９は、次に示
す位置に配設されている。即ち、入力ポートI2から偏光
ビームスプリッタ４−10に入射され、さらにこの偏光ビ
ームスプリッタ４−10によって反射され、その光路を90
度屈折させられた第２の信号光が入射し、この第２の信
号光を反射して、光路を90度屈折させて出力ポートO1に
出射できる位置に配設されている。さらに偏光ビームス
プリッタ４−11は、光路変換器６−１のミラー62から入
射した第１の信号光を反射して、光路を90度屈折させて
第２の出力ポートO2に出射できるように配設されてい
る。また、入力ポートI1,I2と偏光ビームスプリッタと
の間に偏光面制御素子５−13が配設されている。

次に前述の構成よりなる第１の実施例の動作を説明す
る。

入力ポートI1に入射される第１の信号光と入力ポート
I2に入射される第２の信号光を例えばＳ波に直線偏光し
ておく。ここで、偏光面制御素子５−13にオンの制御信
号を入力すると、第１及び第２の信号光のそれぞれは第
１図中に実線矢印で示す光路を通り、出力ポートO1,O2
から出射される。即ち第１の信号光は偏光面制御素子５
−13を透過する際に、その偏光面が90度回転されてＰ波
に直線偏光されたものとなる。この第１の信号光は偏光
ビームスプリッタ４−９を透過して出力ポートO1から出
射される。また、第２の信号光も偏光面制御素子５−13
を透過する際に、その偏光面が90度回転されてＰ波に直
線偏光されたものとなる。この第２の信号光は偏光ビー
ムスプリッタ４−10,4−11を透過して出力ポートO2から
出射される。

偏光面制御素子５−13にオフの制御信号を入力した場
合には、第１及び第２の信号光のそれぞれは第１図中に
点線及び一点鎖線で示す光路を通り、出力ポートO1,O2
から出射される。即ち、第１の信号光は、偏光面を回転
されることなく偏光面制御素子５−13を透過する。この
第１の信号光は、偏光ビームスプリッタ４−９によって
反射され、光路変換器６−１に入射される。第１の信号
光は光路変換器６−１のミラー61,62によって反射され
た後、偏光ビームスプリッタ４−11に入射される。この
第１の信号光は偏光ビームスプリッタ４−11によって反
射され、出力ポートO2から出射される。また、第２の信
号光も偏光面を回転されることなく偏光面制御素子５−
13を透過する。この第２の信号光は偏光ビームスプリッ
タ４−10によって反射された後、偏光ビームスプリッタ
４−９に入射される。さらに、第２の信号光は偏光ビー
ムスプリッタ４−９によって反射されて出力ポートO1か
ら出射される。

従って、偏光面制御素子５−13へ入力する制御信号の
状態を変化させることによって、第１及び第２の信号光
のそれぞれが出射される出力ポートO1,O2を切替えるこ
とができる。さらに、この２入力２出力の光スイッチを
５個の部品によって構成することができる。

また、Ｐ波に直線偏光した第１及び第２の信号光を用
いた場合には、偏光面制御素子５−13に入力される制御
信号の状態、即ちオンの制御信号を入力したときと、オ
フの制御信号を入力したときのそれぞれにおける第１及
び第２の信号光の出力ポートは前述した場合とは反転す
る。

尚、第１の実施例では光路変換器６−１を２枚のミラ
ー61,62によって構成したが、45度プリズムまたは２個
の偏光ビームスプリッタによって構成しても同様の効果
を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例の光スイッチアレイを説
明する。

第６図は第２の実施例の光スイッチアレイの構成を示
す図である。図において、４−12〜４−17は偏光ビーム
スプリッタ、５−14,5−15は偏光面制御素子で、これら
は前述した第１の実施例の偏光ビームスプリッタ４−９
〜４−11、偏光面制御素子５−13と同様の機能を有して
いる。６−２は光路変換器で、前述した光路変換器６−
１と同様に２枚のミラー63,64からなっている。

本第２の実施例の光スイッチアレイは、第１の実施例
の光スイッチを２個並設することにより構成されてい
る。即ち、入力ポートI1,I2と出力ポートO1,O2とを有す
る第１の光スイッチの入力ポートI2と出力ポートO2との
間に配設された２個の偏光ビームスプリッタ４−13,4−
４を、入力ポートI3,I4と出力ポートO3,O4とを有する第
２の光スイッチの光路変換器となるように２つの光スイ
ッチを並設してある。また、入力ポートI1〜I4と出力ポ
ートO1〜O4はそれぞれ等間隔をおいて並設されている。
これにより構成部品数を削減することができる。

前記第１の光スイッチは、偏光ビームスプリッタ４−
12〜４−14と偏光面制御素子５−14と光路変換器６−２
とから構成され、前記第２の光スイッチは偏光ビームス
プリッタ４−15〜４−17、偏光面制御素子５−15及び偏
光ビームスプリッタ４−13,4−14によって構成されてい
る。

前述の構成よりなる第２の実施例の光スイッチアレイ
によれば、例えばＳ波に直線偏光された第１及び第２の
信号光を入力ポートI1,I2に入射した場合、第１及び第
２の信号光は出力ポートO1,O2から出射されると共に、
偏光面制御素子５−14に入力される制御信号のオン・オ
フの状態に応じて、第１の信号光が出射される出力ポー
トと第２の信号光が出射される出力ポートが切替えられ
る。同様に入力ポートI3,I4に入射された第３及び第４
の信号光は出力ポートO3,O4から出射され、それぞれの
信号光が出射される出力ポートは、偏光面制御素子５−
15に入力される制御信号のオン・オフの状態に応じて切
替えられる。

尚、第２の実施例では２個の２入力２出力の光スイッ
チからなる光スイッチアレイを構成したが、これに限定
されないことは言うまでもないことである。

次に本発明の第３の実施例の多ポート光スイッチを説
明する。

第７図は第３の実施例の多ポート光スイッチの構成を
示す図である。図において、101と115は第１の実施例と
同様の２入力２出力の光スイッチ、102〜114は光スイッ
チアレイで、102と114は第２の実施例と同様に第１の実
施例に示した２入力２出力の光スイッチを２個並設して
なる光スイッチアレイである。同様に、103と113は３個
の光スイッチを、104と112は４個の光スイッチを、105
と111は５個の光スイッチを、106と110は６個の光スイ
ッチを、107と109は７個の光スイッチを、108は８個の
光スイッチをそれぞれ並設してなる光スイッチアレイで
ある。また、光スイッチアレイ102〜114のそれぞれにお
ける複数の入力ポート及び複数の出力ポートは全て等し
い間隔をあけて並設されている。

これらの光スイッチ101,115、光スイッチアレイ102〜
114を多段に配設し、一の光スイッチアレイの中の異な
る２つの光スイッチのそれぞれの一方の出力ポートO2か
ら出射される信号光を次段の光スイッチアレイの中の一
の光スイッチの２つの入力ポートに入射するように接続
して、８入力８出力の多ポート光スイッチを構成してい
る。

即ち、並設された８つの入力ポートI1〜I8と８つの出
力ポートO1〜O8との間に入力ポートI1〜I8の側から順に
光スイッチ101、光スイッチアレイ102〜114、光スイッ
チ115が多段に接続されて配設されている。また、第７
図においては隣接する光スイッチアレイの間に間隔をあ
けているが、実際には密着されたものとなっている。

第７図に向って下側に位置する光スイッチを各光スイ
ッチアレイ102〜114における第１の光スイッチとして下
から上に向って順に第1,第2,第３の光スイッチとし、各
光スイッチの上側に第１の入力ポートと第１の出力ポー
トが、下側に第２の入力ポートと第２の出力ポートが位
置するものとする。ここで、光スイッチ101及び光スイ
ッチアレイ102〜108の第１の光スイッチのそれぞれの第
２の入力ポートには、対応する入力ポートI1〜I8に入射
される８つの信号光が入射されるようになっている。ま
た、光スイッチアレイ108〜114の第１の光スイッチと光
スイッチ115のそれぞれの第２の出力ポートから出射さ
れる信号光は、対応する出力ポートO1〜O8から出射され
るようになっている。さらに光スイッチ101の第２の出
力ポートが光スイッチアレイ102の第１の光スイッチの
第１の入力ポートに、光スイッチアレイ102の第１の光
スイッチの第２の出力ポートが光スイッチアレイ103の
第１の光スイッチの第１の入力ポートに、光スイッチア
レイ103の第１の光スイッチの第２の出力ポートが光ス
イッチアレイ104の第１の光スイッチの第１の入力ポー
トに、光スイッチアレイ104の第１の光スイッチの第２
の出力ポートが光スイッチアレイ105の第１の光スイッ
チの第１の入力ポートに、光スイッチアレイ105の第１
の光スイッチの第２の出力ポートが光スイッチアレイ10
6の第１の光スイッチの第１の入力ポートに、光スイッ
チアレイ106の第１の光スイッチの第２の出力ポートが
光スイッチアレイ107の第１の光スイッチの第１の入力
ポートに、光スイッチアレイ107の第１の光スイッチの
第２の出力ポートが光スイッチアレイ108の第１の光ス
イッチの第１の入力ポートにそれぞれ対応するように、
光スイッチ101及び光スイッチアレイ102〜108は接続さ
れている。さらに、光スイッチアレイ108の第１の光ス
イッチの第１の出力ポートが光スイッチアレイ109の第
１の光スイッチの第２の入力ポートに、光スイッチアレ
イ109の第１の光スイッチの第１の出力ポートが光スイ
ッチアレイ110の第１の光スイッチの第２の入力ポート
に、光スイッチアレイ110の第１の光スイッチの第１の
出力ポートが光スイッチアレイ111の第１の光スイッチ
の第２の入力ポートに、光スイッチアレイ111の第１の
光スイッチの第１の出力ポートが光スイッチアレイ112
の第１の光スイッチの第２の入力ポートに、光スイッチ
アレイ112の第１の光スイッチの第１の出力ポートが光
スイッチアレイ113の第１の光スイッチの第２の入力ポ
ートに、光スイッチアレイ113の第１の光スイッチの第
１の出力ポートが光スイッチアレイ114の第１の光スイ
ッチの第２の入力ポートに、光スイッチアレイ114の第
１の光スイッチの第１の出力ポートが光スイッチ115の
第２の入力ポートに、それぞれ対応するように、光スイ
ッチアレイ108〜114及び光スイッチ115は接続されてい
る。

前述の構成よりなる第３の実施例の多ポート光スイッ
チによれば、例えばＳ波に直線偏光された第１の信号光
を入力ポートI1に入射し、この第１の信号光を出力ポー
トO1から出射させるには、光スイッチ101の偏光面制御
素子にオンの制御信号を入力すれば良い。

これにより光スイッチ101の偏光面制御素子を透過し
た第１の信号光はＰ波の直線偏光を有する信号光にな
り、入力ポートI1と出力ポートO1とを結ぶ直線上に位置
する光スイッチを光路を切替えられることなく通過して
出力ポートO1から出射される。即ち、光スイッチ101を
通過した第１の信号光は、光スイッチアレイ102の第１
の光スイッチ、光スイッチアレイ103,104の第２の光ス
イッチ、光スイッチアレイ105,106の第３の光スイッ
チ、光スイッチアレイ107,108,109の第４の光スイッ
チ、光スイッチアレイ110,111の第３の光スイッチ、光
スイッチアレイ112,113の第２の光スイッチ、光スイッ
チアレイ114の第１の光スイッチ及び光スイッチ115のそ
れぞれの光路を、切替えられることなく通過して出力ポ
ートO1から出射される。また、各光スイッチ101,115、
光スイッチアレイ102〜114の中の所定の光スイッチに入
力される制御信号を所定の状態に設定することにより、
前述したのとは異なる光スイッチを経由して第１の信号
光を出力ポートO1から出射することも可能であることは
言うまでもない。

前述した多ポート光スイッチによれば、入力ポートI1
〜I8のそれぞれに入射された信号光は、光スイッチ101,
115及び光スイッチアレイ102〜114の各光スイッチへ所
定の制御信号を入力することにより、出力対象の出力ポ
ートO1〜O8から出射される。

また、前述した多ポート光スイッチによれば、第4b図
に示す多ポート光スイッチに比べて偏光面制御素子及び
偏光ビームスプリッタの数を削減でき、小型化すること
が可能になる。

尚、第３の実施例では、８入力８出力の多ポート光ス
イッチを構成したが、これに限定されないことは言うま
でもないことである。

次に本発明の第４の実施例の光スイッチアレイを説明
する。

第８図は第４の実施例の光スイッチアレイの構成を示
す図である。この光スイッチアレイは第１の実施例の光
スイッチを２個用い、一方の光スイッチの出力側に他方
の光スイッチを配設すると共に、各光スイッチの入力ポ
ートI1〜I4及び出力ポートO1〜O4がそれぞれ交互に所定
間隔をおいて並設されるように構成部品が配設されてな
るものである。即ち、第８図において、４−18〜４−23
は偏光ビームスプリッタ、５−16〜５−19は偏光面制御
素子、６−3,6−４は光路変換器である。これらの構成
部品は第１の実施例と同様のものである。

前述した一方の光スイッチは、入力ポートI1,I3と出
力ポートO1,O3とを有し、偏光ビームスプリッタ４−18,
4−20,4−21、偏光面制御素子５−16,5−18及び光路変
換器６−３から構成され、他方の光スイッチは入力ポー
トI2,I4と出力ポートO2,O4とを有し、偏光ビームスプリ
ッタ４−19,4−22,4−23、偏光面制御素子５−17,5−19
及び光路変換器６−４から構成されている。

入力ポートI1〜I4と出力ポートO1〜４はそれぞれ所定
の間隔をおいて並設されている。入力ポートI1と出力ポ
ートO1との間に偏光面制御素子５−16と偏光ビームスプ
リッタ４−18が配設され、入力ポートI2と出力ポートO2
との間に偏光面制御素子５−17と偏光ビームスプリッタ
４−19が配設されている。入力ポートI3と出力ポートO3
との間に偏光面制御素子５−18及び隣接した偏光ビーム
スプリッタ４−20,4−21が配設され、入力ポートI4と出
力ポートO4との間に偏光面制御素子５−19及び隣接した
偏光ビームスプリッタ４−22,4−23が配設されている。
また、偏光ビームスプリッタ４−22,4−23は偏光ビーム
スプリッタ４−21よりも出力ポート側に配設され、偏光
ビームスプリッタ４−18は偏光ビームスプリッタ４−20
に対応する位置に、偏光ビームスプリッタ４−19は偏光
ビームスプリッタ４−22に対応する位置にそれぞれ配設
されている。さらに、光路変換器６−３は偏光ビームス
プリッタ４−18から入射される信号光を反射して偏光ビ
ームスプリッタ４−21に入射する位置に、光路変換器６
−４は偏光ビームスプリッタ４−19から入射される信号
光を反射して偏光ビームスプリッタ４−23に入射する位
置にそれぞれ配設されている。また、偏光面制御素子５
−16と偏光面制御素子５−18には同一の制御信号が入力
され、偏光面制御素子５−17と偏光面制御素子５−19に
は同一の制御信号が入力されるようになっている。ここ
で、第８図に斜線で示した構成部品間の空間にガラスの
ブロック等を挿入してユニット化することにより、信号
光の軸合わせを容易にすると共に、形状を小型にしてい
る。

前述の構成よりなる光スイッチアレイによれば、前記
一方の光スイッチにおいて信号光の伝搬光路の切替えを
行わないときは、入力ポートI1から入射される第１の信
号光は出力ポートO1から出射され、入力ポートI3から入
射される第３の信号光は出力ポートO3から出射される。
また、前記一方の光スイッチにおいて信号光の伝搬光路
の切替えを行うときは、前記第１の信号光は出力ポート
O3から出射され、前記第３の信号光は出力ポートO1から
出射される。

同様に前記他方の光スイッチにおいて信号光の伝搬光
路の切替えを行わないときは、入力ポートI2から入射さ
れる第２の信号光は出力ポートO2から出射され、入力ポ
ートI4から入射される第４の信号光は出力ポートO4から
出射される。また、伝搬光路の切替えを行うときは、前
記第２の信号光は出力ポートO4から、前記第４の信号光
は出力ポートO2からそれぞれ出射される。

前述した第４の実施例の光スイッチアレイによれば、
隣接しない２つの入力ポートに入射される信号光の伝搬
光路を切替えることができる。

尚、第４の実施例では、間に１つの入力ポートを挟ん
だ両側の入力ポートに入射する信号光の伝搬光路を切替
える光スイッチアレイを構成したが、これに限定される
ことはない。例えば、第１の実施例の光スイッチを３個
用いれば、間に２つの入力ポートを挟んだ両側の２つの
入力ポートに入射する信号光の伝搬光を切替える光スイ
ッチアレイを構成することができる。

次に、本発明の第５の実施例の８入力８出力の多ポー
ト光スイッチを説明する。

第９図は第５の実施例の多ポート光スイッチの構成を
示す図、第10図は第５の実施例の光路切替えの構成を示
す図である。図において、７−１〜７−６は光スイッチ
アレイで、入力ポートI1〜I8と出力ポートO1〜O8との間
に多段に接続されている。

この多ポート光スイッチは、第５図に示すBatcher網
を２次元にした場合のスイッチ構成をなしている。２次
元のBatcher網については、C.D.Thompson and H.T.Kun
g,“Sorting ona Mesh−connected Parallel Compute
r",Communications of the ACM,Vol.20,No.4,PP.263−2
71,1977に詳細に述べられている。

入力ポートI1〜I8は４行２列の格子状に配設され、奇
数番号の入力ポートI1,I3,I5,I7が上から番号順に配設
された列と、偶数番号の入力ポートI2,I4,I6,I8が上か
ら番号配設された列とを有し、隣接する入力ポートの間
隔は全て等しく設定されている。また、出力ポートO1〜
O8は入力ポートI1〜I8に対応して配設されている。

光スイッチアレイ７−１〜７−６のそれぞれは前述し
た第１の実施例の光スイッチ、第２の実施例の光スイッ
チアレイ及び第４の実施例の光スイッチアレイを並設し
て構成されている。

第10図において、Ａは入力ポートI1と出力ポートO1と
を結ぶ直線光路を示している。同様にＢ〜Ｈは入力ポー
トI2〜I8と対応する出力ポートO2〜O8とを結ぶ直線光路
を示す。また、図中上下方向に記した実線矢印は、２つ
の直線光路を伝搬する信号光の伝搬光路の切替えを行う
光スイッチを示している。即ち、光スイッチアレイ７−
1,7−3,7−６のそれぞれは、第１の実施例の光スイッチ
を４個並設して構成されている。この４個の光スイッチ
は、直線光路Ａと直線光路Ｂとの間に、直線光路Ｃと直
線光路Ｄとの間に、直線光路Ｅと直線光路Ｆとの間に、
直線光路Ｇと直線光路Ｈとの間にそれぞれ配設されてい
る。

光スイッチアレイ７−2,7−５のそれぞれは、第２の
実施例の光スイッチアレイを２個並設して構成され、直
線光路Ａを伝搬する信号光と直線光路Ｃを伝搬する信号
光を、直線光路Ｂを伝搬する信号光と直線光路Ｄを伝搬
する信号光を、直線光路Ｅを伝搬する信号光と直線光路
Ｇを伝搬する信号光を、直線光路Ｆを伝搬する信号光と
直線光路Ｈを伝搬する信号光をそれぞれ入れ替え可能に
なっている。

光スイッチアレイ７−４は第４の実施例の光スイッチ
アレイを２個並設して構成され、直線光路Ａを伝搬する
信号光と直線光路Ｅを伝搬する信号光を、直線光路Ｂを
伝搬する信号光と直線光路Ｆを伝搬する信号光を、直線
光路Ｃを伝搬する信号光と直線光路Ｇを伝搬する信号光
を、直線光路Ｄを伝搬する信号光と直線光路Ｈを伝搬す
る信号光をそれぞれ入れ替え可能になっている。

次に第５の実施例の多ポート光スイッチの動作を第11
図及び第12図に基づいて説明する。第11図において、下
側に示した枠内のアルファベットＡ〜Ｈは前述した直線
光路Ａ〜Ｈに対応し、数字１〜８は、入力ポートI1〜I8
或いは各光スイッチアレイ７−１〜７−６の出力側にお
いて、各直線光路Ａ〜Ｈを伝搬する信号光の出力対象の
出力ポートO1〜O8の番号を示している。

前述したように、入力ポートI1に入射する信号光を出
力ポートO8から、入力ポートI2に入射する信号光を出力
ポートO4から、入力ポートI3に入射する信号光を出力ポ
ートO5から、入力ポートI4に入射する信号光を出力ポー
トO3から、入力ポートI5に入射する信号光を出力ポート
O1から、入力ポートI6に入射する信号光を出力ポートO7
から、入力ポートI7に入射する信号光を出力ポートO6か
ら、入力ポートI8に入射する信号光を出力ポートO2から
それぞれ出射させる場合を考える。この場合、第12図に
示すアルゴリズムに従って各光スイッチへ入力する制御
信号を設定すれば良い。即ち、第12図において、各直線
光路Ａ〜Ｈの間の実線矢印は切替え動作を行う光スイッ
チを示し、点線は切替え動作を行わない光スイッチを示
している。

光スイッチアレイ７−１では、直線光路Ａを伝搬する
信号光と直線光路Ｂを伝搬する信号光を入れ替え、光ス
イッチアレイ７−２では、直線光路Ｂを伝搬する信号光
と直線光路Ｄを伝搬する信号光を、直線光路Ｅを伝搬す
る信号光と直線光路Ｇを伝搬する信号光をそれぞれ入れ
替える。光スイッチアレイ７−３では、直線光路Ａを伝
搬する信号光と直線光路Ｂを伝搬する信号光を、直線光
路Ｅを伝搬する信号光と直線光路Ｆを伝搬する信号光
を、直線光路Ｇを伝搬する信号光と直線光路Ｈを伝搬す
る信号光をそれぞれ入れ替える。光スイッチアレイ７−
４では直線光路Ｃを伝搬する信号光と直線光路Ｇを伝搬
する信号光を、直線光路Ｄを伝搬する信号光と直線光路
Ｈを伝搬する信号光をそれぞれ入れ替える。光スイッチ
アレイ７−５では、直線光路Ａを伝搬する信号光と直線
光路Ｃを伝搬する信号光を、直線光路Ｂを伝搬する信号
光と直線光路Ｄを伝搬する信号光を、直線光路Ｅを伝搬
する信号光と直線光路Ｇを伝搬する信号光をそれぞれ入
れ替える。光スイッチアレイ７−６では、直線光路Ａを
伝搬する信号光と直線光路Ｂを伝搬する信号光を入れ替
える。これにより、入力ポートI1〜I8に入射される各信
号光は出力対象の出力ポートO1〜O8から出射される。

前述したように多ポート光スイッチを構成すること
で、より一層構成部品数を削減することができる。これ
により多ポート光スイッチの形状を小型に形成すること
ができる。

尚、第５の実施例では、Batcher網の多ポート光スイ
ッチを構成したが、Benes網やBanyan網などの多ポート
光スイッチも構成できることは言うまでもないことであ
る。

（発明の効果）以上説明したように本発明の請求項（１）によれば、
第１乃至第３の偏光ビームスプリッタと光路変換器と偏
光面制御手段とからなる２入力２出力の光スイッチを構
成したので、従来の２入力２出力の光スイッチに比べて
構成が簡単であり、かつ、構成部品点数を削減すること
ができる。これにより光スイッチの形状を小型に形成す
ることができると共に集積化も容易に行うことができ
る。

また、請求項（２）及び請求項（３）によれば、請求
項（１）記載の光スイッチを複数用いて、光スイッチア
レイ及び多ポート光スイッチを構成したので、従来の光
スイッチ及び多ポート光スイッチに比べて構成部品数を
大幅に削減することができる。さらにこの形状を小型に
形成することができることから、今後の光通信、光コン
ピュータ等への大いなる貢献を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の光スイッチの構成を示
す図、第２図は方向性結合形光スイッチの構造を示す
図、第３図は従来例の２入力２出力光スイッチの構造を
示す図、第4a図は従来例のマトリックス光スイッチの構
成を示す図、第4b図は従来例のマトリックス光スイッチ
の構成を示す図、第５図はBacther網の構成を示す図、
第６図は本発明の第２の実施例の光スイッチアレイの構
成を示す図、第７図は本発明の第３の実施例の多ポート
光スイッチの構成を示す図、第８図は本発明の第４の実
施例の光スイッチアレイの構成を示す図、第９図は本発
明の第５の実施例の多ポート光スイッチの構成を示す
図、第10図は第５の実施例の光路切替えの構成を示す
図、第11図は第５の実施例における光路の切替えの一例
を説明する図、第12図は光路切替えの一例におけるアル
ゴリズムを示す図である。４−９〜４−23……偏光ビームスプリッタ、５−13〜５
−19……偏光面制御素、６−１〜６−４……光路変換
器、61〜68……ミラー、７−１〜７−６……光スイッチ
アレイ、101,115……２入力２出力光スイッチ、102〜11
4……光スイッチアレイ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直線偏光された第１及び第２の信号光をそ
れぞれ第１及び第２の入力ポートより入射し、制御信号
に基づいて、前記第１の信号光を第１の出力ポートに、
前記第２の信号光を第２の出力ポートに、或いは前記第
１の信号光を前記第２の出力ポートに、前記第２の信号
光を前記第１の出力ポートにそれぞれ出射する光スイッ
チにおいて、一の偏光面を有する第２の信号光を透過し、前記一の偏
光面と90度の角度をなす他の偏光面を有する第２の信号
光を反射する第１の偏光ビームスプリッタと、前記一の偏光面を有する第１の信号光を透過して前記第
１の出力ポートに出射すると共に、前記第１の偏光ビー
ムスプリッタにより反射された前記他の偏光面を有する
第２の信号光を反射して前記第１の出力ポートに出射す
る第２の偏光ビームスプリッタと、前記第２の偏光ビームスプリッタにより反射された前記
他の偏光面を有する第１の信号光を入射光路と異なる光
路に反射する光路変換器と、前記第１の偏光ビームスプリッタを透過した前記一の偏
光面を有する第２の信号光を透過して前記第２の出力ポ
ートに出射すると共に、前記光路変換器により反射され
た前記他の偏光面を有する第１の信号光を反射して前記
第２の出力ポートに出射する第３の偏光ビームスプリッ
タと、前記制御信号に基づいて、前記第１の偏光ビームスプリ
ッタに入射される前記第２の信号光及び前記第２の偏光
ビームスプリッタに入射される前記第１の信号光のそれ
ぞれの偏光面を90度回転させて出射する偏光面制御手段
とを備えた、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】請求項（１）記載の光スイッチを複数個組
合わせてなることを特徴とする光スイッチアレイ。
【請求項３】請求項（２）記載の光スイッチアレイを複
数個多段に設け、一の光スイッチアレイの中の異なる２
つの光スイッチのそれぞれの一方の出力ポートから出射
される信号光を次段の光スイッチアレイの中の一の光ス
イッチの第１及び第２の入力ポートに入射するように前
記複数の光スイッチアレイを接続してなる、ことを特徴とする多ポート光スイッチ。