JP3008964B2

JP3008964B2 - 光スイッチ

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Publication number: JP3008964B2
Application number: JP3187807A
Authority: JP
Inventors: 正文古賀
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 2000-02-14
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: JPH0534714A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信あるいは光実験
系において好適に用いられる光路切り替え用光スイッチ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光通信あるいは光実験系における
光路切り替え用光スイッチとして様々な種類のものが多
数開発され提供されてきており、外部磁界を可変して光
線の偏光方向を制御することにより光路を切り替えるこ
とができる光スイッチもその１つである。

【０００３】上記の光スイッチの一例としては、既に図
１１に示す様な光スイッチ１（特公昭５９−４４６０６
号公報）が提供されている。この光スイッチ１は、一対
の偏光プリズム２，３、ファラデー回転子（非相反性回
転子）４、光学補償板５、全反射ミラー６，７、光線入
射ポ−ト８，９、光線出射ポ−ト１０，１１とから概略
構成されている。

【０００４】ここで、偏光プリズム２，３は入射してき
た光線を２つの直交成分（ｓ−波成分とｐ−波成分）に
分離または入射してきた２つの直交成分を合波するもの
である。

【０００５】ファラデー回転子４と光学補償板５は、入
射する光に対して次の様に設定されている。すなわち、
光が図１１中左方から右方へ向かって進行する場合には
ファラデー回転子４と光学補償板５の回転方向の相殺効
果により光の偏光方向は変化せず、同図中右方から左方
へ向かって進行する場合には互いの旋光が重なり合って
光の偏光方向が９０°だけ回転するように、ファラデー
回転子４に働く外部磁界Ｈの方向および光学補償板５の
結晶軸の方向が設定されている。

【０００６】したがって、この光スイッチ１において
は、光線入射ポ−ト８から入射した光Ｌ_iは、偏光プリ
ズム２により２つの直交成分（ｓ−波成分とｐ−波成
分）に分離されるものの最終的には偏光プリズム３で再
度これらの直交成分が合波され、この合波された光Ｌ_j
は光線出射ポ−ト１０から出射する。

【０００７】同様に、光線入射ポ−ト９から入射した光
Ｌ_kは偏光プリズム２，３により分離、合波がなされ、
合波された光Ｌ_mは光線出射ポ−ト１１から出射する。

【０００８】また、上記の様に設定された光スイッチ１
において、何らかの方法でファラデー回転子４に働く外
部磁界Ｈの方向を反転させれば、光が図１１中右方から
左方へ向かって進行する場合には光学補償板５とファラ
デー回転子４の回転方向の相殺効果により光の偏光方向
は変化せず、同図中左方から右方へ向かって進行する場
合には互いの旋光が重なりあって光の偏光方向が９０°
だけ回転する。

【０００９】したがって、この光スイッチ１において
は、光線入射ポ−ト８から入射した光Ｌ_iは光線出射ポ
−ト１０から出射せずに光線出射ポ−ト１１から出射
し、同様に光線入射ポ−ト９から入射した光Ｌ_kは光線
出射ポ−ト１１から出射せずに光線出射ポ−ト１０から
出射するという光スイッチとしての動作を行うことがで
きる。

【００１０】しかしながら、上記の光スイッチ１は偏光
プリズム２，３を用いているために光線出射ポ−ト１
０，１１間のアイソレーションを高くすることができな
いという欠点がある。

【００１１】その理由は、偏光プリズム２（３）によっ
て反射されるべきｓ−波成分の中に透過すべきｐ−波成
分が漏れ込む量を−３０ｄＢ以下に抑えることが技術的
に困難であるために、本来現れて欲しくない光線出射ポ
−トにも光が出射されるからである。

【００１２】また、直交成分に分離された２つの光を合
波する際、光の進行方向を全反射ミラー６，７の反射に
よって変更しているために光線の軸合わせを高精度で行
う必要があり、したがって、この光スイッチ１を制作す
るのに高度の技術を必要とするという欠点もある。

【００１３】図１１の例では、偏光プリズム２，３と全
反射ミラー６，７とにより光の進行方向を変化させてい
る。ここで、反射させた位置から合波される位置にいた
るまでの光路長をＬとすると、反射させる角度にΔθだ
け誤差があれば、合波地点ではＬΔθだけ位置ずれが生
じることとなる。合波地点での位置ずれは光線出射ポ−
ト１０（１１）に接続される光導波路との結合損失を増
加させたり、偏波依存性を生じせしめたりすることとな
り、実用的にはΔθを５秒以内の精度に保って各部品を
構成し、かつ実装する必要がある。

【００１４】そこで、上記の光スイッチ１の様々な欠点
を解決する光スイッチとして、図１２に挙げる様な相反
性と非相反性の回転子と液晶板を用いる光スイッチが考
えられている。

【００１５】この光スイッチ２１は、光線の進行方向に
沿って所定間隔をおいて配置された第１ないし第３の複
屈折結晶板２２〜２４と、第１の複屈折結晶板２２と第
２の複屈折結晶板２３との間に挿入された第１群の回転
子２５と、第２の複屈折結晶板２３と第３の複屈折結晶
板２４との間に挿入された第２群の回転子２６と、第１
群の回転子２５と第２の複屈折結晶板２３との間に挿入
された液晶板２７と、第１の複屈折結晶板２２に設けら
れた光線入射ポート２８と、第３の複屈折結晶板２４に
Ｙ軸方向に並列するように設けられた光線出射ポート２
９，３０とから概略構成されており、液晶板２７の電圧
の印加状態を変えることにより光の偏光方向を制御し、
光スイッチとしての動作を行うものである。

【００１６】ここで、図１２中、第１ないし第３の複屈
折結晶板２２〜２４中に描かれている矢印付き実線は常
光線を、矢印付き破線は異常光線を表わしている。

【００１７】また、この図では、光線入射ポート２８側
から光線出射ポート２９，３０側へ向かう方向、すなわ
ち図１２中、左方から右方へ向かう方向をＺ軸の正方
向、下方から上方へ向かう方向をＹ軸の正方向、紙面の
垂直上方から垂直下方へ向かう方向をＸ軸の正方向とす
るカーテシアン座標系を用いて構成・作用等を説明する
こととする。

【００１８】また、右回り方向とは、光線がＺ軸の正方
向に進む場合に、右ネジがこの光線と同一方向に進むと
きの該右ネジの回る方向である。前記光線の場合では、
電界ベクトルが右ネジの回る方向に回転する方向であ
る。また、Ｚ軸の正方向を向く観測者にとって時計方向
へ回転する方向を正方向回転とする。

【００１９】第１の複屈折結晶板２２と光線入射ポート
２８の間にはレンズ３１と光ファイバ３２とが同軸的に
設けられ、第３の複屈折結晶板２４と光線出射ポート２
９との間にもレンズ３３と光ファイバ３４とが同軸的に
設けられ、更に、第３の複屈折結晶板２４と光線出射ポ
ート３０との間にもレンズ３５と光ファイバ３６とが同
軸的に設けられている。

【００２０】第１群の回転子２５は、光線の偏光方向を
同じ角度だけ回転させる相反性と非相反性の回転子から
なるもので、同一平面内に配置された第１の相反性左回
り４５°回転子（以下、単に第１相反性左回転子と略
称する。）４１、第１の相反性右回り４５°回転子（第
１相反性右回転子）４２と、これらの相反性回転子と平
行に配置された第１の非相反性ファラデ−４５°回転子
（第１のファラデ−回転子）４３とから構成されてい
る。

【００２１】第２群の回転子２６は上記の第１群の回転
子２５と同様の構成からなるもので、同一平面内に配置
された第２の相反性左回り４５°回転子（第２相反性左
回転子）４４、第２の相反性右回り４５°回転子（第２
相反性右回転子）４５と、これらの相反性回転子と平行
に配置された第２の非相反性ファラデ−４５°回転子
（第２のファラデ−回転子）４６とから構成されてい
る。

【００２２】上記の複屈折結晶板２２，… としては方
解石もしくはルチル結晶が、また相反性回転子４１，…
としては水晶旋光子や１／２波長板が、またファラデ
−回転子４３，４６としてはビスマス（Ｂｉ）置換ＹＩ
Ｇ結晶やＧＢＩＧ薄膜結晶が好適に用いられる。また、
液晶板２７は、電圧を印加する場合には光線の偏光方向
は回転せず、印加しない場合に９０°回転するものが用
いられる。

【００２３】この光スイッチ２１の複屈折結晶板２２，
…の常光線と異常光線を分離する方向は、第２の複屈折
結晶板２３の分離する方向が第１の複屈折結晶板２２及
び第３の複屈折結晶板２４の分離する方向と異なり、第
１の複屈折結晶板２２と第３の複屈折結晶板２４の分離
する方向が一致するように設定されている。

【００２４】また、第１の複屈折結晶板２２により分離
された常光線と異常光線の偏光方向が第２の複屈折結晶
板２３の入射端面２３ａにて互いに一致するように、第
１相反性左回転子４１、第１相反性右回転子４２、第１
のファラデ−回転子４３それぞれの回転方向、及び第１
のファラデ−回転子４３に働く外部磁界Ｈの強さ及び方
向が設定され、液晶板２７の偏光方向も設定されてい
る。

【００２５】また、第２の複屈折結晶板２３の出射端面
２３ｂにて一致している２本の光線の偏光方向が、第３
の複屈折結晶板２４の入射端面２４ａにて互いに直交す
るように、第２相反性左回転子４４、第２相反性右回転
子４５、第２のファラデ−回転子４６それぞれの回転方
向、及び第２のファラデ−回転子４６に働く外部磁界Ｈ
の強さ及び方向が設定されている。

【００２６】次に、光スイッチ２１の作用等について図
１２ないし図１４を参照して説明する。

【００２７】図１３は、光スイッチ２１において入射ポ
ート２８から光線出射ポート２９へ向かう光路Ａ₁にお
ける光線の偏光状態と空間的位置を入射光側（光線入射
ポート２８側）から観測したものである。以下、これら
の偏光状態を符号Ｚ１〜Ｚ９を用いて示すこととする。

【００２８】いま、外部磁界Ｈの方向および第１相反性
左回転子４１、第１相反性右回転子４２、第２相反性左
回転子４４、第２相反性右回転子４５各々の回転方向、
液晶２７の電界の印加状態を適当に選ぶことで、入射光
線Ｌ_pが図１２中左から右へ向かって進むとき第２の複
屈折結晶板２３の入射端面２３ａでの偏光方向が常光線
となるように構成することができる。

【００２９】光線入射ポート２７から入射した光線Ｌ_p
はＺ１の状態であるが、第１の複屈折結晶板２２により
Ｘ−Ｚ平面上で光線Ｌ₁₁と光線Ｌ₁₂とに分離される。光
線Ｌ₁₁が第１の複屈折結晶板２２に対して常光線（Ｏ−
ｒａｙ）であり、光線Ｌ₁₂が異常光線（Ｅ−ｒａｙ）で
ある。各々の偏光方向は、Ｚ２の様にそれぞれＹ軸方向
とＸ軸方向に向う直交状態となっている。

【００３０】互いに直交している光線Ｌ₁₁と光線Ｌ₁₂の
偏光方向は、回転方向の異なる第１相反性左回転子４１
または第１相反性右回転子４２を通過することで互いに
同じ方向となる。ここでは第１相反性左回転子４１は光
線Ｌ₁₁の入射方向からみて左回り方向に、第１相反性右
回転子４２は光線Ｌ₁₂の入射方向からみて右回り方向に
回転させる。この時の偏光状態はＺ３の様になってい
る。

【００３１】次に、第１のファラデ−回転子４３が光線
Ｌ₁₁と光線Ｌ₁₂をさらに左回りに４５°回転させること
で、これらの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂の偏光方向はＸ軸と平行に
なる（Ｚ４の状態）。

【００３２】Ｘ軸方向に平行となったこれらの光線
Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は、次に液晶板２７を通過することとなる。
液晶板２７に電圧が印加されている場合には、通過する
光線の偏光方向は変化しないので、これらの光線Ｌ₁₁，
Ｌ₁₂はＺ４の状態を保ったまま液晶板２７を通過し（Ｚ
５の状態）、第２の複屈折結晶板２３の入射端面２３ａ
に入射する。

【００３３】第２の複屈折結晶板２３の結晶軸は、Ｘ軸
方向に偏光している２つの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂が常光線とな
るように配置されている。したがって、第２の複屈折結
晶板２３中に入射した光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は偏光方向が変化
しないまま第２の複屈折結晶板２３中を常光線として伝
搬する。

【００３４】第２の複屈折結晶板２３を通過した２つの
光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂（Ｚ６の状態）は、第２群の回転子２６
を通過することとなる。ここでは、第１群の回転子２５
の作用と反対に光線Ｌ₁₁の偏光方向を回転させず、光線
Ｌ₁₂の偏光方向を９０°回転させるように、第２相反性
左回転子４４、第２相反性右回転子４５、第２のファラ
デ−回転子４６をそれぞれ配置する。なお、第２のファ
ラデ−回転子４６の回転方向は第１のファラデ−回転子
４３と同じでよい。

【００３５】この場合、光線Ｌ₁₁は第２相反性右回転子
４５と第２のファラデ−回転子４６を通過することによ
り偏光方向の回転が相殺され結果として偏光方向が回転
しないこととなるが、光線Ｌ₁₂は第２相反性左回転子４
４と第２のファラデ−回転子４６を通過することにより
偏光方向が左回りにそれぞれ４５°回転し、結果として
偏光方向が９０°回転することとなる（Ｚ８の状態）。

【００３６】したがって、第３の複屈折結晶板２４の入
射端面２４ａでは２つの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂の偏光方向は直
交する。この時、第３の複屈折結晶板２４に対して光線
Ｌ₁₁が異常光線（Ｅ−ｒａｙ）となり、光線Ｌ₁₂が常光
線（Ｏ−ｒａｙ）となるので、第３の複屈折結晶板２４
の出射端面２４ｂでは２つの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は空間的に
一致して合波され（Ｚ９の状態）、光線出射ポート２９
から出射される（光線Ｌ_q）。

【００３７】図１４は、上記の光スイッチ２１において
光路Ａ₁から光路Ａ₂に切り替え、入射ポート２８から入
射した光線を光線出射ポート３０から出射する様にした
ときの、光路Ａ₂における光線の偏光状態と空間的位置
を入射光側（光線入射ポート２８側）から観測したもの
である。

【００３８】この場合、Ｚ４の状態までは上記の光路Ａ
₁の場合と全く同一であるから説明を省略する。

【００３９】第１のファラデ−回転子４３から出射した
光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂（Ｚ４の状態）が液晶板２７に入射す
る。この場合、液晶板２７には電圧が印加されていない
ので、光線Ｌ₁₁は左回りに９０°回転し、光線Ｌ₁₂は右
回りに９０°回転する（Ｚ５の状態）。

【００４０】液晶板２７を通過した光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は、
第２の複屈折結晶板２３の入射端面２３ａに入射する。
この場合、光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は第２の複屈折結晶板２３中
を異常光線としてＹ軸負方向へ移動しつつ伝搬する。

【００４１】第２の複屈折結晶板２３の出射端面２３ｂ
から出射した光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は、第２群の回転子２６を
通過することとなる。

【００４２】この場合、光線Ｌ₁₁は第２相反性右回転子
４５と第２のファラデ−回転子４６を通過することによ
り偏光方向が９０°回転することとなるが、光線Ｌ₁₂は
第２相反性左回転子４４と第２のファラデ−回転子４６
を通過することにより偏光方向が相殺されて回転しない
こととなる（Ｚ８の状態）。

【００４３】したがって、第３の複屈折結晶板２４の入
射端面２４ａでは２つの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂の偏光方向は直
交する。この時、第３の複屈折結晶板２４に対して光線
Ｌ₁₁が異常光線（Ｅ−ｒａｙ）となり、光線Ｌ₁₂が常光
線（Ｏ−ｒａｙ）となるので、第３の複屈折結晶板２４
の出射端面２４ｂでは２つの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は空間的に
一致して合波され（Ｚ９の状態）、光線出射ポート３０
から出射される（光線Ｌ_r）。

【００４４】この光スイッチ２１においては、光線入射
ポート２８から入射した光線Ｌ_pは、液晶板２７に電圧
を印加した場合光線出射ポート２９から出射し、液晶板
２７に電圧を印加しない場合光線出射ポート２９から出
射せずに光線出射ポート３０から出射するという光路を
切り替える機能を有し、光スイッチとしての動作を実現
することができる。したがって、１×２の光スイッチと
して利用することができる。

【００４５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
光スイッチ２１においては、相反性回転子４１，… と
して水晶旋光子や１／２波長板を用い、また、ファラデ
−回転子４３，４６としてビスマス（Ｂｉ）置換ＹＩＧ
結晶やＧＢＩＧ薄膜結晶を用いているために、全体の光
路長を大きくとらざるを得ず、小型化に対応できないと
いう欠点がある。例えば、水晶旋光子を用いて偏波面を
４５゜回転させるのには、少なくとも１６ｍｍ近い長さ
が必要となる。

【００４６】また、非相反動作を行うファラデ−回転子
４３，４６を用いているために双方向性が無くなるとい
う欠点もある。更に、該光スイッチ２１は１×２の光ス
イッチとしては機能するものの、２×２の光スイッチと
しての機能を果たすことは極めて難しいという欠点もあ
る。

【００４７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、水晶旋光子、１／２波長板等の相反性回転子
や、Ｂｉ置換ＹＩＧ結晶、ＧＢＩＧ薄膜結晶等のファラ
デ−回転子を用いることなく全体の光路長を小さくする
ことができ、光学的結合を含めた製作が従来の光スイッ
チに比べて容易となり、更に、２×２の光スイッチとし
て機能することができる光スイッチを提供することにあ
る。

【００４８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な光スイッチを採用した。すなわ
ち、請求項１記載の光スイッチは、光線の進行方向に沿
って３枚の複屈折結晶板を所定間隔をおいて配置し、前
記第１と第２の複屈折結晶板の間に、光線の偏光方向を
可変させることのできる第１群の液晶を挿入し、前記第
２と第３の複屈折結晶板の間にも前記第１群の液晶と同
様の機能を有する第２群の液晶を挿入し、前記第１の複
屈折結晶板に１つ以上の光線入射ポートを設けるととも
に前記第３の複屈折結晶板に複数の光線出射ポートを設
け、前記複屈折結晶板の常光線と異常光線を分離する方
向を、前記第１と第３の複屈折結晶板それぞれの分離す
る方向が一致し、前記第２の複屈折結晶板の分離する方
向が前記第１及び第３の複屈折結晶板の分離する方向と
異なるようにそれぞれ設定し、前記第１の複屈折結晶板
により分離された常光線と異常光線の偏光方向が前記第
２の複屈折結晶板の入射端面にて互いに一致するよう
に、前記第１群の液晶のそれぞれの偏光方向を設定し、
前記第２の複屈折結晶板の出射端面にて一致している２
本の光線の偏光方向が、前記第３の複屈折結晶板の入射
端面にて互いに直交するように、前記第２群の液晶のそ
れぞれの偏光方向を設定してなることを特徴としてい
る。

【００４９】また、請求項２記載の光スイッチは、光線
の進行方向に沿って４枚の複屈折結晶板を所定間隔をお
いて配置し、前記第１と第２の複屈折結晶板の間に、光
線の偏光方向を可変させることのできる第１群の液晶を
挿入し、前記第２と第３の複屈折結晶板の間にも前記第
１群の液晶と同様の機能を有する第２群の液晶を挿入
し、前記第３と第４の複屈折結晶板の間にも前記第１群
の液晶と同様の機能を有する第３群の液晶を挿入し、前
記第１の複屈折結晶板に複数の光線入射ポートを設ける
とともに前記第３の複屈折結晶板に複数の光線出射ポー
トを設け、前記複屈折結晶板の常光線と異常光線を分離
する方向を、前記第１と第４の複屈折結晶板それぞれの
分離する方向が一致し、前記第２と第３の複屈折結晶板
それぞれの分離する方向が逆方向となり、かつ、前記第
１及び第４の複屈折結晶板の分離する方向が前記第２及
び第３の複屈折結晶板の分離する方向と異なるようにそ
れぞれ設定し、前記第１の複屈折結晶板により分離され
た常光線と異常光線の偏光方向が前記第２の複屈折結晶
板の入射端面にて互いに一致するように、前記第１群の
液晶のそれぞれの偏光方向を設定し、前記第２の複屈折
結晶板の出射端面にて一致している２本の光線の偏光方
向が、前記第３の複屈折結晶板の入射端面においても一
致するように、前記第２群の液晶のそれぞれの偏光方向
を設定し、前記第３の複屈折結晶板の出射端面にて一致
している２本の光線の偏光方向が、第４の複屈折結晶板
の入射端面にて互いに直交するように、前記第３群の液
晶のそれぞれの偏光方向を設定してなることを特徴とし
ている。

【００５０】

【作用】本発明の請求項１記載の光スイッチでは、第１
の複屈折結晶板に設けられた１つ以上（Ｎ個）の光線入
射ポートのうち光線入射ポートｉ（１≦ｉ≦Ｎ）から入
射した光線は、第３の複屈折結晶板に設けられた複数
（Ｍ個）の光線出射ポートのうち光線出射ポートｋ（１
≦ｋ≦Ｍ）から出射する様に、前記第１群の液晶及び第
２群の液晶のそれぞれの液晶の印加電圧をｏｎ状態また
はｏｆｆ状態のいずれかに設定しておく。

【００５１】ここで、前記第１群の液晶及び第２群の液
晶のそれぞれの液晶の印加電圧をｏｎ状態のものはｏｆ
ｆ状態に、ｏｆｆ状態のものはｏｎ状態にそれぞれ切り
替えれば、光線入射ポートｉから入射した光線は光線出
射ポートｋから出射せずに、光線出射ポートｋ＋１から
出射するという１×２の光スイッチとしての動作を行
う。

【００５２】また、請求項２記載の光スイッチでは、第
１の複屈折結晶板に設けられた複数（Ｎ個）の光線入射
ポートのうち光線入射ポートｉ（１≦ｉ≦Ｎ）から入射
した光線は、第３の複屈折結晶板に設けられた複数（Ｍ
個）の光線出射ポートのうち光線出射ポートｋ（１≦ｋ
≦Ｍ）から出射する様に、また、光線入射ポートｉ＋１
から入射した光線は、光線出射ポートｋ＋１から出射す
る様に、前記第１群の液晶、第２群の液晶、第３群の液
晶のそれぞれの液晶の印加電圧をｏｎ状態またはｏｆｆ
状態のいずれかに設定しておく。

【００５３】ここで、前記第１群の液晶、第２群の液
晶、第３群の液晶のそれぞれの液晶のうち、一部の液晶
の印加電圧をｏｎ状態のものはｏｆｆ状態に、ｏｆｆ状
態のものはｏｎ状態にそれぞれ切り替えれば、光線入射
ポートｉから入射した光線は光線出射ポートｋから出射
せずに、光線出射ポートｋ＋１から出射し、また、光線
入射ポートｉ＋１から入射した光線は、光線出射ポート
ｋ＋１から出射せずに光線出射ポートｋから出射すると
いう２×２の光スイッチとしての動作を行う。

【００５４】

【実施例】以下、本発明の各実施態様について図を参照
して説明する。

【００５５】（第１実施例）図１は請求項１記載の光ス
イッチの一実施例である光スイッチ５１の斜視図であ
る。なお、この光スイッチ５１においては、上述した光
スイッチ２１と同一の構成要素については同一の符号を
付し、説明を省略する。

【００５６】この光スイッチ５１は、光線の進行方向に
沿って所定間隔をおいて配置された第１ないし第３の複
屈折結晶板２２〜２４と、第１の複屈折結晶板２２と第
２の複屈折結晶板２３との間に挿入された第１群の液晶
型偏波回転子（以下、単に液晶回転子と略称する）５２
と、第２の複屈折結晶板２３と第３の複屈折結晶板２４
との間に挿入された第２群の液晶回転子５３と、第１の
複屈折結晶板２２に設けられた光線入射ポート２８と、
第３の複屈折結晶板２４にＹ軸方向に並列するように設
けられた光線出射ポート２９，３０とから概略構成され
ている。

【００５７】第１群の液晶回転子５２は、それぞれの印
加電圧を互いに独立に制御することによりそれぞれの偏
波面を回転させることのできる液晶型の偏波回転子で、
同一平面内に配置された一対の液晶板５５，５６から構
成されている。また、第２群の液晶回転子５３も第１群
の液晶回転子５２と同様に、同一平面内に配置された一
対の液晶板５７，５８から構成されている。

【００５８】液晶板５５，… は、矩型の平板状の透明
セルにねじれネマティック（Ｔwisted Ｎematic）液晶
（ＴＮ液晶）が充填されたもので、この透明セルの光の
入出射端面は通常ＩＴＯ薄膜等のガラス性の透明電極が
形成されている。

【００５９】ＴＮ液晶は、その分子軸が光の入（出）射
端面に平行に配列されたもので、一方の端面から他方の
端面へ向かって軸方向が９０°ねじれている。このＴＮ
液晶では、電圧を印加しない状態では、液晶の軸方向の
ねじれのために光がこのＴＮ液晶内を通過する際にこの
光の電界振動方向が９０°回転し、また、前記電極間に
適当な電圧を印加した状態では、液晶の軸方向が電圧印
加方向に沿うようになり、光の電界振動方向は変化せず
にこの液晶内を通過する。

【００６０】この光スイッチ５１の第１ないし第３の複
屈折結晶板２２〜２４は、次の様な条件で配置されてい
る。第１の複屈折結晶板２２と第３の複屈折結晶板２４
は、光線がＺ軸正方向へ伝搬するのに伴い異常光線がＸ
−Ｚ平面上をＸ軸負方向へ移動するように配置されてい
る。また、第２の複屈折結晶板２３は、光線がＺ軸正方
向へ伝搬するのに伴い異常光線がＹ−Ｚ平面上をＹ軸負
方向へ移動するように配置されている。

【００６１】次に、光スイッチ５１の作用等について図
２及び図３を参照して説明する。図２は、光スイッチ５
１において光線入射ポート２８から光線出射ポート２９
へ向かう光路Ｂ₁における光線の偏光状態と空間的位置
を入射光側（光線入射ポート２８側）から観測したもの
である。以下、これらの偏光状態を符号Ｚ１〜Ｚ６を用
いて示すこととする。

【００６２】ここでは、液晶板５５，５８は電圧が印加
されていない状態（ｏｆｆ状態）にあり、液晶板５６，
５７は所定の電圧が印加された状態（ｏｎ状態）にあ
る。

【００６３】光線入射ポート２８から入射した光線Ｌ_p
はＺ１の状態であるが、第１の複屈折結晶板２２により
Ｘ−Ｚ平面上で光線Ｌ₁₁と光線Ｌ₁₂とに分離される。光
線Ｌ₁₁が第１の複屈折結晶板２２に対して常光線（Ｏ−
ｒａｙ）であり、光線Ｌ₁₂が異常光線（Ｅ−ｒａｙ）で
ある。各々の電界成分は、Ｚ２の様にそれぞれＹ軸方向
とＸ軸方向に向う直交状態となっている。

【００６４】分離された光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は、次に第１群
の液晶回転子５２に入射することとなる。互いに直交し
ている光線Ｌ₁₁と光線Ｌ₁₂の電界成分は、光線Ｌ₁₁が電
圧が印加されていない液晶板５５を、光線Ｌ₁₂が所定の
電圧が印加された液晶板５６をそれぞれ通過することに
よりＸ軸に平行となる。ここでは液晶板５５は光線Ｌ₁₁
の入射方向からみて左回り方向に回転させるが、液晶板
５６は光線Ｌ₁₂を回転させない。この時の偏光状態はＺ
３である。

【００６５】この偏光状態にある光線Ｌ₁₁と光線Ｌ
₁₂は、第２の複屈折結晶板２３を常光線として伝搬す
る。この時の偏光状態はＺ４となる。

【００６６】Ｘ軸方向に平行なこれらの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂
は、次に第２群の液晶回転子５３を通過することとな
る。互いに平行な光線Ｌ₁₁と光線Ｌ₁₂の電界成分は、今
度は光線Ｌ₁₁が所定の電圧が印加されている液晶板５７
を、光線Ｌ₁₂が電圧が印加されていない液晶板５８をそ
れぞれ通過することにより互いに直交し、Ｚ５の状態と
なる。

【００６７】第３の複屈折結晶板２４に対して光線Ｌ₁₁
が異常光線（Ｅ−ｒａｙ）となり、光線Ｌ₁₂が常光線
（Ｏ−ｒａｙ）となるので、第３の複屈折結晶板２４の
出射端面２４ｂでは２つの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は空間的に一
致して合波され（Ｚ６の状態）、光線出射ポート２９か
ら出射される（光線Ｌ_q）。

【００６８】図３は、上記の光スイッチ５１において光
路Ｂ₁から光路Ｂ₂に切り替えて光線入射ポート２８から
入射した光線を光線出射ポート３０から出射する様にし
たときの、光路Ｂ₂における光線の偏光状態と空間的位
置を入射光側（光線入射ポート２８側）から観測したも
のである。

【００６９】ここでは、液晶板５５，５８は所定の電圧
が印加された状態（ｏｎ状態）に、液晶板５６，５７は
電圧が印加されていない状態（ｏｆｆ状態）にある。

【００７０】光線入射ポート２８から入射した光線Ｌ_p
が、第１の複屈折結晶板２２によりＸ−Ｚ平面上で光線
Ｌ₁₁と光線Ｌ₁₂とに分離されるまでの動作は上記光路Ｂ
₁と同一である。

【００７１】分離された光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は、次に第１群
の液晶回転子５２に入射することとなる。互いに直交し
ている光線Ｌ₁₁と光線Ｌ₁₂の電界成分は、光線Ｌ₁₁が所
定の電圧が印加された液晶板５５を、光線Ｌ₁₂が電圧が
印加されていない液晶板５６をそれぞれ通過することに
よりＹ軸に平行となる。ここでは液晶板５５は光線Ｌ₁₁
を回転させないが、液晶板５６は光線Ｌ₁₂の入射方向か
らみて右回り方向に回転させる。この時の偏光状態はＺ
３である。

【００７２】この偏光状態にある光線Ｌ₁₁と光線Ｌ
₁₂は、第２の複屈折結晶板２３を異常光線としてＹ軸負
方向へ移動しつつ伝搬する。この時の偏光状態はＺ４と
なる。

【００７３】Ｙ軸方向に平行なこれらの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂
は、次に第２群の液晶回転子５３を通過することとな
る。互いに平行な光線Ｌ₁₁と光線Ｌ₁₂の電界成分は、今
度は光線Ｌ₁₁が電圧が印加されていない液晶板５７を、
光線Ｌ₁₂が所定の電圧が印加されている液晶板５８をそ
れぞれ通過することにより互いに直交し、Ｚ５の状態と
なる。

【００７４】第３の複屈折結晶板２４に対して光線Ｌ₁₁
が異常光線（Ｅ−ｒａｙ）となり、光線Ｌ₁₂が常光線
（Ｏ−ｒａｙ）となるので、第３の複屈折結晶板２４の
出射端面２４ｂでは２つの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は空間的に一
致して合波され（Ｚ６の状態）、光線出射ポート３０か
ら出射される（光線Ｌ_r）。

【００７５】以上説明したように、この光スイッチ５１
によれば、光線の進行方向に沿って所定間隔をおいて配
置された第１ないし第３の複屈折結晶板２２〜２４と、
第１の複屈折結晶板２２と第２の複屈折結晶板２３との
間に挿入された第１群の液晶回転子５２と、第２の複屈
折結晶板２３と第３の複屈折結晶板２４との間に挿入さ
れた第２群の液晶回転子５３と、第１の複屈折結晶板２
２に設けられた光線入射ポート２８と、第３の複屈折結
晶板２４に設けられた光線出射ポート２９，３０とから
概略構成することとしたので、通常の光学的結合技術を
用いて構成することができ、従来の光スイッチ１の様に
アイソレーションを高くできないという欠点や大変高度
な光学的結合技術を必要とするという欠点が解消され
る。また、また、非相反動作を行うファラデー回転子等
を用いていないため、双方向性を有することができる。

【００７６】また、この光スイッチ５１によれば、光線
入射ポート２８から入射した光線が光線出射ポート２９
から出射する様に、前記第１群の液晶回転子５２及び第
２群の液晶回転子５３のそれぞれの液晶板５５，… の
印加電圧を設定しておき、これらの液晶板５５，… の
印加電圧を切り替えることにより、光線入射ポート２８
から入射した光線は光線出射ポート２９から出射せず
に、光線出射ポート３０から出射するという光路を切り
替える機能を有し、光スイッチとしての動作を実現する
ことができる。したがって、１×２の光スイッチとして
利用することができる。

【００７７】以上の様に、この光スイッチ５１によれ
ば、水晶旋光子やファラデー回転子を用いることなく、
液晶板５５，… の印加電圧を切り替えることにより光
線出射ポートを切り替えることのできる光路切り替え型
光スイッチを実現することができる。

【００７８】なお、上記の説明では動作の理解を容易に
するために光線入射ポートを１つ、光線出射ポートを２
つの１×２の光スイッチ構成としたが、例えばＹ軸方向
に複数の光線入射ポートを配置することで、同時に複数
のチャネルを切り替えることもできる。この場合、光線
出射ポートは隣合ったポート間で切り替わることにな
る。このように、上述した光スイッチ５１では、光線入
出射ポートの数は上記実施例に限定されることなく種々
の変更が可能である。

【００７９】図４は光スイッチ５１の変形実施例である
光スイッチ６１の斜視図である。この光スイッチ６１が
上記の光スイッチ５１と異なる点は、第１の複屈折結晶
板２２と光線入射ポート２８との間にレンズ６２と光フ
ァイバ６３とを同軸的に設け、第３の複屈折結晶板２４
と光線出射ポート２９との間にもレンズ６４と光ファイ
バ６５とを同軸的に設け、第３の複屈折結晶板２４と光
線出射ポート３０との間にもレンズ６６と光ファイバ６
７とを同軸的に設けた点である。

【００８０】光ファイバ６３，… はシングルモードも
しくはマルチモードのいずれも適用可能である。また、
光のエネルギを閉じこめて伝搬させることのできる光導
波路に置き換えることも勿論可能である。

【００８１】この光スイッチ６１においても上記の光ス
イッチ５１と同様の作用、効果を得ることができ、１×
２の光スイッチとして利用することができる。

【００８２】（第２実施例）図５は請求項２記載の光ス
イッチの一実施例である光スイッチ７１の斜視図であ
る。

【００８３】この光スイッチ７１は、光線の進行方向に
沿って所定間隔をおいて配置された第１ないし第４の複
屈折結晶板７２〜７５と、第１の複屈折結晶板７２と第
２の複屈折結晶板７３との間に挿入された第１群の液晶
回転子７６と、第２の複屈折結晶板７３と第３の複屈折
結晶板７４との間に挿入された第２群の液晶回転子７７
と、第３の複屈折結晶板７４と第４の複屈折結晶板７５
との間に挿入された第３群の液晶回転子７８と、第１の
複屈折結晶板７２にＹ軸方向に並列するように設けられ
た光線入射ポート８１，８２と、第４の複屈折結晶板７
５にＹ軸方向に並列するように設けられた光線出射ポー
ト８３，８４とから概略構成されている。

【００８４】第１群の液晶回転子７６は、それぞれの印
加電圧を互いに独立に制御することによりそれぞれの偏
波面を回転させることのできる液晶型の偏波回転子で、
図６に示すように同一平面内に配置され隣合った４枚の
液晶板７６ａ〜７６ｄから構成されている。

【００８５】また、第２群の液晶回転子７７は１枚の液
晶板７７ａから構成されている。また、第３群の液晶回
転子７８は第１群の液晶回転子７６と同様に、図７に示
すように同一平面内に配置され隣合った４枚の液晶板７
８ａ〜７８ｄから構成されている。

【００８６】これらの液晶板７６ａ，… は、第１実施
例において用いられた液晶板５５，… と同様に、矩型
の平板状の透明セルにＴＮ液晶が充填されたものであ
る。

【００８７】この光スイッチ７１の第１ないし第４の複
屈折結晶板７２〜７５は、次の様な条件で配置されてい
る。第１の複屈折結晶板７２と第４の複屈折結晶板７５
は、光線がＺ軸正方向へ伝搬するのに伴い異常光線がＸ
−Ｚ平面上をＸ軸負方向へ移動するように配置されてい
る。また、第２の複屈折結晶板７３は、光線がＺ軸正方
向へ伝搬するのに伴い異常光線がＹ−Ｚ平面上をＹ軸負
方向へ移動するように配置されている。また、第３の複
屈折結晶板７４は、光線がＺ軸正方向へ伝搬するのに伴
い異常光線がＹ−Ｚ平面上をＹ軸正方向へ移動するよう
に配置されている。

【００８８】次に、光スイッチ７１の作用等について図
８及び図９を参照して説明する。図８は、光スイッチ７
１において光線入射ポート８１から光線出射ポート８３
へ向かう光路Ｃ₁、及び光線入射ポート８２から光線出
射ポート８４へ向かう光路Ｃ₂それぞれにおける光線の
偏光状態と空間的位置を入射光側（光線入射ポート８
１，８２側）から観測したものである。

【００８９】図中、矢印付き実線は光路Ｃ₁の光線の様
子を、また矢印付き破線は光路Ｃ₂の光線の様子をそれ
ぞれ示したものである。以下、これらの偏光状態を符号
Ｚ１〜Ｚ８を用いて示すこととする。

【００９０】ここでは、液晶板７６ａ，７６ｃ，７８
ｂ，７８ｄは電圧が印加されていない状態（ｏｆｆ状
態）にあり、液晶板７６ｂ，７６ｄ，７７ａ，７８ａ，
７８ｃは所定の電圧が印加された状態（ｏｎ状態）にあ
る。

【００９１】光線入射ポート８１から入射する光線Ｌ_p
は、第１の複屈折結晶板７２により、Ｘ−Ｚ平面上で常
光線の光線Ｌ₁₁と異常光線の光線Ｌ₁₂とに分離され、光
線入射ポート８２から入射する光線Ｌ_sも同様に常光線
の光線Ｌ₂₁と異常光線の光線Ｌ₂₂とに分離される。これ
らの光線Ｌ_p，Ｌ_sのそれぞれの電界成分は、それぞれＹ
軸方向とＸ軸方向に向う直交状態となっている（Ｚ２の
状態）。

【００９２】２つに分離された光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂及び光線
Ｌ₂₁，Ｌ₂₂とは、次に第１群の液晶回転子７６に入射す
ることとなる。この時、液晶板７６ａ，７６ｃには電圧
が印加されていないために、これらを通過する光の電界
振動方向は９０°回転する。したがって、すべての光線
Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂の電界振動方向はＸ軸に平行と
なる。この時の偏光状態はＺ３である。

【００９３】Ｘ軸に平行な光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂
は、第２の複屈折結晶板７３中を常光線として伝搬す
る。この時の偏光状態はＺ４となる。

【００９４】これらの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂は、
次に第２群の液晶回転子７７を通過することとなる。こ
の時、液晶板７７ａには所定の電圧が印加されているた
めに、この液晶板７７ａを通過する光の電界振動方向は
回転しない（Ｚ５の偏光状態）。したがって、これらの
光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂は、第３の複屈折結晶板７
４中も常光線として伝搬し、Ｚ６における偏光状態はＺ
３の状態と同一となる。

【００９５】これらの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂は、
次に第３群の液晶回転子７８を通過することとなる。こ
の時、液晶板７８ｂ，７８ｄには電圧が印加されていな
いために、これらを通過する光の電界振動方向は９０°
回転する。したがって、光線Ｌ₁₂，Ｌ₂₂の電界振動方向
が９０°回転し、Ｙ軸方向となる。この場合、電界振動
方向が９０°回転する光線は第１群の液晶回転子７６の
場合と逆になっている。したがって、光線Ｌ₁₁と光線Ｌ
₁₂の電界振動方向は互いに直交し、また、光線Ｌ₂₁と光
線Ｌ₂₂の電界振動方向も互いに直交する（Ｚ７の状
態）。

【００９６】第４の複屈折結晶板７５に対して光線Ｌ₁₁
が異常光線となり、光線Ｌ₁₂が常光線となるので、第４
の複屈折結晶板７５の出射端面７５ｂでは２つの光線Ｌ
₁₁，Ｌ₁₂は空間的に一致して合波され（Ｚ８の状態）、
光線出射ポート８３から出射される（光線Ｌ_q）。ま
た、光線Ｌ₂₁，Ｌ₂₂も第４の複屈折結晶板７５により合
成され、光線出射ポート８４から出射される（光線
Ｌ_t）。

【００９７】図９は、光スイッチ７１において光路を切
り替え、光線入射ポート８１から光線出射ポート８４へ
向かう光路Ｃ₃、及び光線入射ポート８２から光線出射
ポート８３へ向かう光路Ｃ₄それぞれにおける光線の偏
光状態と空間的位置を入射光側（光線入射ポート８１，
８２側）から観測したものである。

【００９８】図中、矢印付き実線は光路Ｃ₃の光線の様
子を、また矢印付き破線は光路Ｃ₄の光線の様子をそれ
ぞれ示したものである。

【００９９】ここでは、液晶板７６ａ，７６ｄ，７８
ｂ，７８ｃは所定の電圧が印加された状態（ｏｎ状態）
にあり、液晶板７６ｂ，７６ｃ，７７ａ，７８ａ，７８
ｄは電圧が印加されていない状態（ｏｆｆ状態）にあ
る。

【０１００】光線入射ポート８１から入射する光線Ｌ_p
は、第１の複屈折結晶板７２により、Ｘ−Ｚ平面上で常
光線の光線Ｌ₁₁と異常光線の光線Ｌ₁₂とに分離され、光
線入射ポート８２から入射する光線Ｌ_sも同様に常光線
の光線Ｌ₂₁と異常光線の光線Ｌ₂₂とに分離される。これ
らの光線Ｌ_p，Ｌ_sのそれぞれの電界成分は、それぞれＹ
軸方向とＸ軸方向に向う直交状態となっている（Ｚ２の
状態）。

【０１０１】２つに分離された光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂及び光線
Ｌ₂₁，Ｌ₂₂とは、次に第１群の液晶回転子７６に入射す
ることとなる。この時、液晶板７６ｂ，７６ｃには電圧
が印加されていないために、これらを通過する光の電界
振動方向は９０°回転する。したがって、光線Ｌ₁₁，Ｌ
₁₂の電界振動方向はＹ軸に平行となり、光線Ｌ₂₁，Ｌ₂₂
の電界振動方向はＸ軸に平行となる。この時の偏光状態
はＺ３である。

【０１０２】Ｙ軸に平行な光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は、第２の複
屈折結晶板７３中を異常光線としてＹ軸負方向へ移動し
つつ伝搬し、また、Ｘ軸に平行な光線Ｌ₂₁，Ｌ₂₂は、第
２の複屈折結晶板７３中を常光線として伝搬する。この
時の偏光状態はＺ４となる。したがって、第２の複屈折
結晶板７３の出射端面７３ａでは、光線Ｌ₁₁と光線
Ｌ₂₁、及び光線Ｌ₁₂と光線Ｌ₂₂は、その電界振動方向が
直交した状態で空間的に同じ位置となる。

【０１０３】これらの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂は、
次に第２群の液晶回転子７７を通過することとなる。こ
の時、液晶板７７ａには電圧が印加されていないため
に、この液晶板７７ａを通過する光の電界振動方向が右
回りに９０°回転する（Ｚ５の偏光状態）。したがっ
て、光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂の電界振動方向はＸ軸に平行とな
り、光線Ｌ₂₁，Ｌ₂₂の電界振動方向はＹ軸に平行とな
る。

【０１０４】Ｘ軸に平行な光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は、第３の複
屈折結晶板７４中を常光線として伝搬し、また、Ｙ軸に
平行な光線Ｌ₂₁，Ｌ₂₂は、第３の複屈折結晶板７４中を
異常光線としてＹ軸正方向へ移動しつつ伝搬する。この
時の偏光状態はＺ６である。

【０１０５】これらの光線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂は、
次に第３群の液晶回転子７８を通過することとなる。こ
の時、液晶板７８ａ，７８ｄには電圧が印加されていな
いために、これらを通過する光の電界振動方向は９０°
回転する。したがって、光線Ｌ₁₁の電界振動方向が９０
°回転しＸ軸に平行となる。また、光線Ｌ₂₂の電界振動
方向も９０°回転しＹ軸に平行となる（Ｚ７の状態）。

【０１０６】第４の複屈折結晶板７５に対して光線Ｌ₁₁
が異常光線となり、光線Ｌ₁₂が常光線となるので、第４
の複屈折結晶板７５の出射端面７５ａでは２つの光線Ｌ
₁₁，Ｌ₁₂は空間的に一致して合波され（Ｚ８の状態）、
光線出射ポート８４から出射される（光線Ｌ_t）。ま
た、光線Ｌ₂₁，Ｌ₂₂も第４の複屈折結晶板７５により合
成され、光線出射ポート８３から出射される（光線
Ｌ_q）。

【０１０７】以上説明したように、この光スイッチ７１
によれば、光線の進行方向に沿って所定間隔をおいて配
置された第１ないし第４の複屈折結晶板７２〜７５と、
第１の複屈折結晶板７２と第２の複屈折結晶板７３との
間に挿入された第１群の液晶回転子７６と、第２の複屈
折結晶板７３と第３の複屈折結晶板７４との間に挿入さ
れた第２群の液晶回転子７７と、第３の複屈折結晶板７
４と第４の複屈折結晶板７５との間に挿入された第３群
の液晶回転子７８と、第１の複屈折結晶板７２にＹ軸方
向に並列して設けられた光線入射ポート８１，８２と、
第４の複屈折結晶板７５にＹ軸方向に並列して設けられ
た光線出射ポート８３，８４とから概略構成することと
したので、通常の光学的結合技術を用いて構成すること
ができ、従来の光スイッチ１の様にアイソレーションを
高くできないという欠点や大変高度な光学的結合技術を
必要とするという欠点が解消される。また、また、非相
反動作を行うファラデー回転子等を用いていないため、
双方向性を有することができる。

【０１０８】また、この光スイッチ７１によれば、光線
入射ポート８１から入射した光線が光線出射ポート８３
から出射し、光線入射ポート８２から入射した光線が光
線出射ポート８４から出射する様に、前記第１群の液晶
回転子７６、第２群の液晶回転子７７及び第３群の液晶
回転子７８のそれぞれの液晶板７６ａ，… の印加電圧
を設定しておき、これらの液晶板７６ａ，… の印加電
圧を切り替えることにより、光線入射ポート８１から入
射した光線は光線出射ポート８３から出射せずに光線出
射ポート８４から出射し、光線入射ポート８２から入射
した光線は光線出射ポート８４から出射せずに光線出射
ポート８３から出射するという光路を切り替える機能を
有し、光スイッチとしての動作を実現することができ
る。したがって、２×２の光スイッチとして利用するこ
とができる。

【０１０９】以上の様に、この光スイッチ７１によれ
ば、水晶旋光子やファラデー回転子を用いることなく、
液晶板７６ａ，… の印加電圧を切り替えることによ
り光線出射ポートを切り替えることのできる光路切り替
え型光スイッチを実現することができる。

【０１１０】図１０は光スイッチ７１の変形実施例であ
る光スイッチ９１の斜視図である。この光スイッチ９１
が上記の光スイッチ７１と異なる点は、第１の複屈折結
晶板７２と光線入射ポート８１との間にレンズ９２と光
ファイバ９３とを同軸的に設け、第１の複屈折結晶板７
２と光線入射ポート８２との間にもレンズ９４と光ファ
イバ９５とを同軸的に設け、第４の複屈折結晶板７５と
光線出射ポート８３との間にもレンズ９６と光ファイバ
９７とを同軸的に設け、第４の複屈折結晶板７５と光線
出射ポート８４との間にもレンズ９８と光ファイバ９９
とを同軸的に設けた点である。

【０１１１】光ファイバ９３，… はシングルモードも
しくはマルチモードのいずれも適用可能である。また、
光のエネルギを閉じこめて伝搬させることのできる光導
波路に置き換えることも勿論可能である。

【０１１２】この光スイッチ９１においても上記の光ス
イッチ７１と同様の作用、効果を得ることができ、２×
２の光スイッチとして利用することができる。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の光スイッチによれば、光線の進行方向に沿って３
枚の複屈折結晶板を所定間隔をおいて配置し、前記第１
と第２の複屈折結晶板の間に、光線の偏光方向を可変さ
せることのできる第１群の液晶を挿入し、前記第２と第
３の複屈折結晶板の間にも前記第１群の液晶と同様の機
能を有する第２群の液晶を挿入し、前記第１の複屈折結
晶板に１つ以上の光線入射ポートを設けるとともに前記
第３の複屈折結晶板に複数の光線出射ポートを設けるこ
ととしたので、通常の光学的結合技術を用いて構成する
ことができ、従来の光スイッチの様にアイソレーション
を高くできないという欠点や大変高度な光学的結合技術
を必要とするという欠点が解消される。また、非相反動
作を行うファラデー回転子等を用いていないため、双方
向性を有することができる。

【０１１４】また、この光スイッチによれば、前記複屈
折結晶板の常光線と異常光線を分離する方向を、前記第
１と第３の複屈折結晶板それぞれの分離する方向が一致
し、前記第２の複屈折結晶板の分離する方向が前記第１
及び第３の複屈折結晶板の分離する方向と異なるように
それぞれ設定し、前記第１の複屈折結晶板により分離さ
れた常光線と異常光線の偏光方向が前記第２の複屈折結
晶板の入射端面にて互いに一致するように、前記第１群
の液晶のそれぞれの偏光方向を設定し、前記第２の複屈
折結晶板の出射端面にて一致している２本の光線の偏光
方向が、前記第３の複屈折結晶板の入射端面にて互いに
直交するように、前記第２群の液晶のそれぞれの偏光方
向を設定してなることとしたので、前記第１群の液晶及
び第２群の液晶のそれぞれの液晶の印加電圧を切り替え
ることにより、光線入射ポートｉから入射した光線は光
線出射ポートｋから出射せずに、光線出射ポートｋ＋１
から出射するという光路を切り替える機能を有し、光ス
イッチとしての動作を実現することができる。したがっ
て、１×２の光スイッチとして利用することができる。

【０１１５】また、請求項２記載の光スイッチによれ
ば、光線の進行方向に沿って４枚の複屈折結晶板を所定
間隔をおいて配置し、前記第１と第２の複屈折結晶板の
間に、光線の偏光方向を可変させることのできる第１群
の液晶を挿入し、前記第２と第３の複屈折結晶板の間に
も前記第１群の液晶と同様の機能を有する第２群の液晶
を挿入し、前記第３と第４の複屈折結晶板の間にも前記
第１群の液晶と同様の機能を有する第３群の液晶を挿入
し、前記第１の複屈折結晶板に複数の光線入射ポートを
設けるとともに前記第３の複屈折結晶板に複数の光線出
射ポートを設けることとしたので、通常の光学的結合技
術を用いて構成することができ、従来の光スイッチの様
にアイソレーションを高くできないという欠点や大変高
度な光学的結合技術を必要とするという欠点が解消され
る。また、非相反動作を行うファラデー回転子等を用い
ていないため、双方向性を有することができる。

【０１１６】また、この光スイッチによれば、前記複屈
折結晶板の常光線と異常光線を分離する方向を、前記第
１と第４の複屈折結晶板それぞれの分離する方向が一致
し、前記第２と第３の複屈折結晶板それぞれの分離する
方向が逆方向となり、かつ、前記第１及び第４の複屈折
結晶板の分離する方向が前記第２及び第３の複屈折結晶
板の分離する方向と異なるようにそれぞれ設定し、前記
第１の複屈折結晶板により分離された常光線と異常光線
の偏光方向が前記第２の複屈折結晶板の入射端面にて互
いに一致するように、前記第１群の液晶のそれぞれの偏
光方向を設定し、前記第２の複屈折結晶板の出射端面に
て一致している２本の光線の偏光方向が、前記第３の複
屈折結晶板の入射端面においても一致するように、前記
第２群の液晶のそれぞれの偏光方向を設定し、前記第３
の複屈折結晶板の出射端面にて一致している２本の光線
の偏光方向が、第４の複屈折結晶板の入射端面にて互い
に直交するように、前記第３群の液晶のそれぞれの偏光
方向を設定してなることとしたので、前記第１群の液
晶、第２群の液晶、第３群の液晶のそれぞれの液晶のう
ち、一部の液晶の印加電圧を切り替えることにより、光
線入射ポートｉから入射した光線は光線出射ポートｋか
ら出射せずに、光線出射ポートｋ＋１から出射し、ま
た、光線入射ポートｉ＋１から入射した光線は、光線出
射ポートｋ＋１から出射せずに光線出射ポートｋから出
射するという光路を切り替える機能を有し、光スイッチ
としての動作を実現することができる。したがって、２
×２の光スイッチとして利用することができる。

【０１１７】このように、本発明の光スイッチによれ
ば、水晶旋光子やファラデー回転子を用いることなく、
液晶のみで１×２および２×２の光スイッチを提供する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１記載の光スイッチの一実施例
を示す斜視図である。

【図２】本発明の光スイッチの光路Ｂ₁における光線の
偏光状態と空間的位置を示す図である。

【図３】本発明の光スイッチの光路Ｂ₂における光線の
偏光状態と空間的位置を示す図である。

【図４】本発明の請求項１記載の光スイッチの変形実施
例を示す斜視図である。

【図５】本発明の請求項２記載の光スイッチの一実施例
を示す斜視図である。

【図６】本発明の光スイッチの第１群の液晶回転子の構
成を示す正面図である。

【図７】本発明の光スイッチの第３群の液晶回転子の構
成を示す正面図である。

【図８】本発明の光スイッチの光路Ｃ₁，Ｃ₂における光
線の偏光状態と空間的位置を示す図である。

【図９】本発明の光スイッチの光路Ｃ₃，Ｃ₄における光
線の偏光状態と空間的位置を示す図である。

【図１０】本発明の請求項２記載の光スイッチの変形実
施例を示す斜視図である。

【図１１】従来の偏光プリズム等を用いた光スイッチの
構成及び動作を示す概略図である。

【図１２】従来の相反性及び非相反性回転子と液晶板を
用いた光スイッチを示す斜視図である。

【図１３】従来の光スイッチの光路Ａ₁における光線の
偏光状態と空間的位置を示す図である。

【図１４】従来の光スイッチの光路Ａ₂における光線の
偏光状態と空間的位置を示す図である。

【符号の説明】

５１光スイッチ２２第１の複屈折結晶板２３第２の複屈折結晶板２４第３の複屈折結晶板２８光線入射ポート２９，３０光線出射ポート５２第１群の液晶回転子５３第２群の液晶回転子５５〜５８液晶板６１光スイッチ６２，６４，６６レンズ６３，６５，６７光ファイバ７１光スイッチ７２第１の複屈折結晶板７３第２の複屈折結晶板７４第３の複屈折結晶板７５第４の複屈折結晶板７６第１群の液晶回転子７７第２群の液晶回転子７８第３群の液晶回転子８１，８２光線入射ポート８３，８４光線出射ポート９１光スイッチ９２，９４，９６，９８レンズ９３，９５，９７，９９光ファイバ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光線の進行方向に沿って３枚の複屈折結
晶板を所定間隔をおいて配置し、前記第１と第２の複屈
折結晶板の間に、光線の偏光方向を可変させることので
きる第１群の液晶を挿入し、前記第２と第３の複屈折結
晶板の間にも前記第１群の液晶と同様の機能を有する第
２群の液晶を挿入し、前記第１の複屈折結晶板に１つ以上の光線入射ポートを
設けるとともに前記第３の複屈折結晶板に複数の光線出
射ポートを設け、前記複屈折結晶板の常光線と異常光線を分離する方向
を、前記第１と第３の複屈折結晶板それぞれの分離する
方向が一致し、前記第２の複屈折結晶板の分離する方向
が前記第１及び第３の複屈折結晶板の分離する方向と異
なるようにそれぞれ設定し、前記第１の複屈折結晶板により分離された常光線と異常
光線の偏光方向が前記第２の複屈折結晶板の入射端面に
て互いに一致するように、前記第１群の液晶のそれぞれ
の偏光方向を設定し、前記第２の複屈折結晶板の出射端面にて一致している２
本の光線の偏光方向が、前記第３の複屈折結晶板の入射
端面にて互いに直交するように、前記第２群の液晶のそ
れぞれの偏光方向を設定してなることを特徴とする光ス
イッチ。
【請求項２】光線の進行方向に沿って４枚の複屈折結
晶板を所定間隔をおいて配置し、前記第１と第２の複屈
折結晶板の間に、光線の偏光方向を可変させることので
きる第１群の液晶を挿入し、前記第２と第３の複屈折結
晶板の間にも前記第１群の液晶と同様の機能を有する第
２群の液晶を挿入し、前記第３と第４の複屈折結晶板の
間にも前記第１群の液晶と同様の機能を有する第３群の
液晶を挿入し、前記第１の複屈折結晶板に複数の光線入射ポートを設け
るとともに前記第３の複屈折結晶板に複数の光線出射ポ
ートを設け、前記複屈折結晶板の常光線と異常光線を分離する方向
を、前記第１と第４の複屈折結晶板それぞれの分離する
方向が一致し、前記第２と第３の複屈折結晶板それぞれ
の分離する方向が逆方向となり、かつ、前記第１及び第
４の複屈折結晶板の分離する方向が前記第２及び第３の
複屈折結晶板の分離する方向と異なるようにそれぞれ設
定し、前記第１の複屈折結晶板により分離された常光線と異常
光線の偏光方向が前記第２の複屈折結晶板の入射端面に
て互いに一致するように、前記第１群の液晶のそれぞれ
の偏光方向を設定し、前記第２の複屈折結晶板の出射端面にて一致している２
本の光線の偏光方向が、前記第３の複屈折結晶板の入射
端面においても一致するように、前記第２群の液晶のそ
れぞれの偏光方向を設定し、前記第３の複屈折結晶板の出射端面にて一致している２
本の光線の偏光方向が、第４の複屈折結晶板の入射端面
にて互いに直交するように、前記第３群の液晶のそれぞ
れの偏光方向を設定してなることを特徴とする光スイッ
チ。