JP3037833B2 - Multi-terminal optical delay compensation circuit - Google Patents

Multi-terminal optical delay compensation circuit

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JP3037833B2
JP3037833B2 JP4237059A JP23705992A JP3037833B2 JP 3037833 B2 JP3037833 B2 JP 3037833B2 JP 4237059 A JP4237059 A JP 4237059A JP 23705992 A JP23705992 A JP 23705992A JP 3037833 B2 JP3037833 B2 JP 3037833B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、空間を伝搬する複数の
光ビームの光路の順序を任意に変換する機能を持った多
端子光スイッチの光遅延を補償する回路に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit for compensating for optical delay of a multi-terminal optical switch having a function of arbitrarily changing the order of optical paths of a plurality of light beams propagating in space.

【0002】[0002]

【従来の技術】2入力2出力の単位スイッチを多段に接
続し、N個の入力端子とN個の出力端子との間を1対1
接続するスイッチとして、クロスバ型構成に基づくマト
リクススイッチがある。図1に、一例としてN入力N出
力(具体的には8入力8出力)のマトリクススイッチの
配線図を示す。図1において実線は網内の配線を示す。
また、図中の長方形は2入力2出力の単位スイッチであ
り、これは外部からの制御によって入力1−出力1、入
力2−出力2の接続形態(スルー)と、入力1−出力
2、入力2−出力1の接続形態(クロス)のいずれか一
方の形態をとる。このスイッチを用いて図中のi番目の
入力端子からの入力信号をj番目の出力端子に接続する
ためには、i番目の入力端子とj番目の出力端子の交点
に位置する単位スイッチ(図中ではハッチングを施した
単位スイッチ)をクロス状態とし、その他の単位スイッ
チでi番目の入力端子あるいはj番目の出力端子に接続
されているもの(図中で一点鎖線の枠内の領域の単位ス
イッチ)をすべてスルー状態とすれば良い。
2. Description of the Related Art A two-input / two-output unit switch is connected in multiple stages, and a one-to-one connection is established between N input terminals and N output terminals.
As a switch to be connected, there is a matrix switch based on a crossbar type configuration. FIG. 1 shows a wiring diagram of a matrix switch having N inputs and N outputs (specifically, 8 inputs and 8 outputs) as an example. In FIG. 1, a solid line indicates a wiring in the network.
The rectangles in the figure are unit switches having two inputs and two outputs, which are controlled by an external device to connect input-output 1, input 2-output 2 (through), input 1-output 2, and input 2-output. One of two connection forms (cross) of the output 1 is adopted. In order to connect the input signal from the i-th input terminal in the drawing to the j-th output terminal using this switch, a unit switch (see FIG. 1) located at the intersection of the i-th input terminal and the j-th output terminal In the drawing, the hatched unit switches) are in a cross state, and the other unit switches connected to the i-th input terminal or the j-th output terminal (unit switches in the area within the dashed line frame in the figure) ) May all be in a through state.

【0003】このマトリクススイッチは、入力端子数
N、出力端子数Nのスイッチ網を簡単な構成で実現で
き、網内での信号の伝搬経路を容易かつ非閉塞に設定で
きる利点を持っている。しかし端子数Nに対してN2
の単位スイッチが必要となるため、Nの増大に伴って部
品の数が非常に大きくなる。また、単位スイッチの通過
の際に信号の減衰がある場合、Nの増大に伴って通過す
る単位スイッチの数が非常に大きくなるため、これに伴
って通過損失が増大するという欠点を有する。
This matrix switch has an advantage that a switch network having N input terminals and N output terminals can be realized with a simple configuration, and a signal propagation path in the network can be set easily and unblocked. However, since N 2 unit switches are required for the number of terminals N, the number of components becomes very large as N increases. In addition, when the signal is attenuated when passing through the unit switch, the number of unit switches passing therethrough becomes very large as N increases, so that there is a disadvantage that the passage loss increases accordingly.

【0004】これに対し、2入力2出力の単位スイッチ
を多段に接続し、2N 個の入力端子と2N 個の出力端子
との間を1対1で接続するすべての組合せを実現するこ
とのできるスイッチ網の構成法が考案されている。図2
は、上記の構成法に基づく32入力32出力のスイッチ回路
網の配線図である。図2の実線は網内の配線を示す。ま
た、長方形は2入力2出力の単位スイッチであり、外部
からの制御によって入力1−出力1、入力2−出力2の
接続形態(スルー)と、入力1−出力2、入力2−出力
1の接続形態(クロス)のいずれか一方の形態をとる。
[0004] In contrast, the unit switches with two inputs and two outputs connected cascade, to realize all combinations of connecting one-to-one between the 2 N pieces of input terminals and the 2 N output terminals that A switch network configuration method has been devised. FIG.
Is a wiring diagram of a switch network of 32 inputs and 32 outputs based on the above configuration method. The solid line in FIG. 2 indicates the wiring in the network. The rectangle is a unit switch having two inputs and two outputs, and a connection form (through) between input 1 and output 1 and input 2 and output 2 and input 1 and output 2 and input 2 and output 1 are controlled by external control. It takes either one of the connection forms (cross).

【0005】図2の回路網は単位スイッチをアレイ状に
配置したスイッチ段と、隣接スイッチ段間を接続する配
線網を交互に配置した構成を持っている。図2の場合、
スイッチ網は9個のスイッチ段と8個の配線網によって
構成されている。一般に、この形のスイッチ網は容易に
N 個の入力端子および2N 個の出力端子を持った構成
に拡張される。この時、スイッチ網は1段当たり2N-1
個の単位スイッチを含む(2N−1)段の単位スイッチ
アレイと、各単位スイッチの出力の一方を、次段のスイ
ッチアレイ中で1個分、2個分、4個分 ・・・・ 2N-2
分空間的に位置がシフトした単位スイッチに接続する配
線網をそれぞれ2段づつ、合計(2N−2)段の配線網
によって構成されることとなる。
The circuit network shown in FIG. 2 has a configuration in which switch stages in which unit switches are arranged in an array and wiring networks connecting adjacent switch stages are alternately arranged. In the case of FIG.
The switch network is composed of nine switch stages and eight wiring networks. In general, the switch network of the form is extended to easily constructed having the 2 N input terminals and the 2 N output terminals. At this time, the switch network has 2 N-1 per stage.
(2N-1) unit switch arrays each including one unit switch, and one of the outputs of each unit switch for one, two, and four switches in the next-stage switch array. Wiring networks connected to the unit switches whose positions are spatially shifted by N-2 pieces are formed by a total of (2N-2) wiring networks in two stages.

【0006】上記のスイッチ網を光学的に実現した多端
子光スイッチとして、学術論文、「多段回路網形態に基
づく再配置可能な多重チャネル自由空間光スイッチ(A
rearrangeable multichannel free-space opticalswitc
h based on multistage network configuration)」、ア
イイーイーイー光波技術雑誌(IEEEE J. Lightwave Tec
h.)、第9巻、頁1726−1732に開示されたものが知られ
ている。
As a multi-terminal optical switch optically realizing the above-mentioned switch network, an academic paper, “Relocationable multi-channel free-space optical switch (A based on a multi-stage network configuration) (A)
rearrangeable multichannel free-space opticalswitc
h based on multistage network configuration) ", IEEEE J. Lightwave Tec
h.), Vol. 9, pages 1726-1732.

【0007】図3に前記文献に記載された多端子光スイ
ッチの構成を示す。このスイッチは、図2に示された回
路網に対応した偏光多重型32×32チャネルスイッチの一
例である。図3において、1−1、1−2はコリメート
された光信号をスイッチ本体に入力するためのコリメー
ト光信号入力端子である。2−1、2−2は偏光ビーム
スプリッタであり、水平偏光波(P波)をそのまま透過
し、垂直偏光波(S波)を内部反射面で90°方向に反射
する。3−1〜3−9は液晶光空間変調器アレイであ
り、内部の各セルを透過する光の偏光面の回転角をセル
毎に0°または90°にスイッチする機能を持っている。
4−1〜4−8は偏光ルーチング素子であり、入射ビー
ムをその偏光状態によって空間的にシフトし、図2の配
線網と同等の機能を果す素子である。5−1、5−2は
スイッチを透過したコリメート光ビームを受信するため
のコリメート光信号受信端子である。本スイッチは、液
晶光空間変調器アレイ3−1〜3−8の各セルを単位ス
イッチとし、単位スイッチへの入出力を互いに直交する
2つの直線偏光とすることにより、通過光ビームの偏光
面の回転を単位スイッチの動作に対応させている。従っ
て、液晶光空間変調器アレイ3−1〜3−9が図2のス
イッチ段に相当し、偏光ルーチング素子4−1〜4−8
が配線網に相当している。
FIG. 3 shows the configuration of the multi-terminal optical switch described in the above-mentioned document. This switch is an example of a polarization multiplexing type 32 × 32 channel switch corresponding to the circuit network shown in FIG. In FIG. 3, reference numerals 1-1 and 1-2 denote collimated optical signal input terminals for inputting the collimated optical signal to the switch body. Reference numerals 2-1 and 2-2 denote polarization beam splitters that transmit a horizontally polarized wave (P wave) as it is and reflect a vertically polarized wave (S wave) in a 90 ° direction on an internal reflection surface. Reference numerals 3-1 to 3-9 denote liquid crystal spatial light modulator arrays, each of which has a function of switching the rotation angle of the polarization plane of light transmitted through each cell to 0 ° or 90 ° for each cell.
Reference numerals 4-1 to 4-8 denote polarization routing elements, which spatially shift the incident beam according to the polarization state thereof, and perform the same function as the wiring network of FIG. Reference numerals 5-1 and 5-2 denote collimated optical signal receiving terminals for receiving a collimated optical beam transmitted through the switch. This switch uses each cell of the liquid crystal spatial light modulator array 3-1 to 3-8 as a unit switch, and inputs and outputs to and from the unit switch are two linearly polarized light beams orthogonal to each other, so that the polarization plane of the passing light beam is changed. Is made to correspond to the operation of the unit switch. Accordingly, the liquid crystal spatial light modulator arrays 3-1 to 3-9 correspond to the switch stages of FIG. 2, and the polarization routing elements 4-1 to 4-8.
Corresponds to a wiring network.

【0008】コリメート光信号入力端子1−1から発す
るP波の光信号とコリメート光信号入力端子1−2から
発するS波の光信号とは、偏光ビームスプリッタ2−1
によって合成されてスイッチ本体に入射する。スイッチ
本体に入射した光信号は、液晶光空間変調器アレイ3に
よって偏光面を制御され、偏光ルーチング素子4によっ
て偏光状態に依存した光路のシフトを受け、最終的に目
的の位置と偏光状態を持ったコリメート光ビームとして
スイッチ本体から出射する。スイッチ本体から出射した
光ビームは偏光ビームスプリッタ2−2によってP波の
光信号とS波の光信号とに分離され、P波成分、S波成
分はそれぞれコリメート光信号受信端子5−1、5−2
によって受信される。
[0008] The P-wave optical signal emitted from the collimated optical signal input terminal 1-1 and the S-wave optical signal emitted from the collimated optical signal input terminal 1-2 are converted into a polarization beam splitter 2-1.
And incident on the switch body. The polarization plane of the optical signal incident on the switch body is controlled by the liquid crystal spatial light modulator array 3, the optical path is shifted by the polarization routing element 4 depending on the polarization state, and finally has the target position and polarization state. The light exits from the switch body as a collimated light beam. The light beam emitted from the switch body is separated into a P-wave optical signal and an S-wave optical signal by the polarization beam splitter 2-2, and the P-wave component and the S-wave component are collimated optical signal receiving terminals 5-1 and 5 respectively. -2
Received by

【0009】本スイッチに適用するルーチング素子4と
しては、図4(a)および(b)に示す素子が開示され
ている。図4において、12は偏光面変換素子アレイであ
り、半波長板、旋光子等の水平偏光と垂直偏光とを交換
する機能を持った素子(図のハッチング部分)と、通常
のガラス板等の偏光面交換機能を持たない素子(図の白
ぬきの部分)とを交互に配置した構造を持っている。13
は偏光ビームスプリッタ、14は偏光ビームスプリッタ13
と同一サイズのガラスロッドである。図4(a)は偏光
ビームスプリッタ13を積層してアレイ状にしたものの間
に偏光面変換素子アレイ12を挿入した構造を持ってい
る。また、図4(b)は偏光ビームスプリッタ13を積層
した第1の偏光ビームスプリッタアレイと、偏光ビーム
スプリッタ13とガラスロッド14とを交互に積層した第2
の偏光ビームスプリッタアレイとを接合した構造を持っ
ている。
As the routing element 4 applied to the present switch, the elements shown in FIGS. 4A and 4B are disclosed. In FIG. 4, reference numeral 12 denotes a polarization plane conversion element array, which includes an element having a function of exchanging horizontal polarized light and vertical polarized light such as a half-wave plate and an optical rotator (hatched portion in the figure) and a normal glass plate or the like. It has a structure in which elements having no polarization plane exchange function (open areas in the figure) are alternately arranged. 13
Is a polarizing beam splitter, 14 is a polarizing beam splitter 13
It is the same size glass rod. FIG. 4 (a) has a structure in which the polarization plane conversion element array 12 is inserted between the polarizing beam splitters 13 which are stacked to form an array. FIG. 4B shows a first polarizing beam splitter array in which polarizing beam splitters 13 are stacked, and a second polarizing beam splitter 13 in which polarizing beam splitters 13 and glass rods 14 are alternately stacked.
And a polarizing beam splitter array.

【0010】図4は、入射する水平偏光(実線)および
垂直偏光(破線)の素子内での光路を示している。いず
れの素子についても、一方の偏光成分がシフトを受けず
に素子を通過し、他方の偏光成分がシフトを受けて互い
に光路が交換されるのが分かる。この時の光路のシフト
の大きさは、いずれも偏光ビームスプリッタ13の一辺の
長さに等しい。従って、これらのサイズを変えることに
よって光路のシフト量を調整することができ、隣接ビー
ム間隔の2倍、4倍 ・・・・ のルーチング素子を作製する
ことができる。
FIG. 4 shows an optical path in the element of the incident horizontally polarized light (solid line) and vertically polarized light (dashed line). Regarding any of the elements, it can be seen that one polarized light component passes through the element without being shifted, and the other polarized light component is shifted and the optical paths are exchanged with each other. The magnitude of the shift of the optical path at this time is equal to the length of one side of the polarizing beam splitter 13. Therefore, by changing these sizes, the shift amount of the optical path can be adjusted, and a routing element having an interval between adjacent beams twice, four times,... Can be manufactured.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図4から明
らかなように、ルーチング素子を通過する光ビームはそ
の入射位置及び偏光面によって、素子内を通過する距離
が互いに異なっている。従って、これらのルーチング素
子を用いた場合、本光スイッチは、入射する各光ビーム
の伝搬時間がビーム毎に異なっている。このため、スイ
ッチ内を通過する光信号に、上記伝搬時間差に対応した
位相差が生じる。この時、スイッチ内を通過する光信号
が高ビットレートで、かつ信号同士が同期している場
合、上記のような位相差によって同期がずれ、伝送特性
に悪影響を与えることとなる。
By the way, as is apparent from FIG. 4, the light beams passing through the routing element have different distances in the element depending on the incident position and the plane of polarization. Therefore, when these routing elements are used, the present optical switch has a different propagation time for each incident light beam. For this reason, a phase difference corresponding to the propagation time difference is generated in the optical signal passing through the switch. At this time, if the optical signal passing through the switch has a high bit rate and the signals are synchronized with each other, the above-described phase difference causes the synchronization to be lost, which adversely affects the transmission characteristics.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記で説明し
たように、スイッチ内部を通過する光信号の伝搬時間差
を除去するための光遅延補償回路の適用によって、高速
な光信号に対してもジッタの影響がなく、安定に動作す
る光スイッチの実現をはかることを目的としている。
According to the present invention, as described above, the present invention is applied to a high-speed optical signal by applying an optical delay compensation circuit for removing a propagation time difference of an optical signal passing through the inside of a switch. It is intended to realize an optical switch that operates stably without being affected by jitter.

【0013】本発明は、格子状あるいは列状かつ平行に
配置された複数のコリメート入射信号光を回路内に入射
する手段と、回路内から出射する格子状あるいは列状か
つ平行に配置された複数のコリメート光ビームを回路外
に出射させる手段とを有し、通過する光ビームの互いに
直交する2つの直線偏光成分をそのまま通過させるか、
あるいはこれらの直線偏光成分を互いに交換するかのい
ずれか一方に制御される偏光面制御素子を複数個配置し
た偏光面制御素子アレイと、その主方向が遅延時間差を
与えるべき2つの偏光成分の偏光面に一致するように配
置された複屈折性を有する透明媒質によって構成するこ
とにより、通過する光ビームの互いに直交する2つの直
線偏光成分のそれぞれを、互いに異なる伝搬遅延時間で
通過させる光遅延素子、を交互に配置することによって
構成されることを特徴としている。
According to the present invention, there are provided means for inputting a plurality of collimated incident signal lights, which are arranged in a grid or in a row and in parallel, into a circuit, and a plurality of collimated incident signal lights which are emitted from the circuit and are arranged in a grid, in a row or in parallel. Means for emitting the collimated light beam out of the circuit, and allowing the two linearly polarized light components orthogonal to each other of the passing light beam to pass as it is,
Alternatively, a polarization plane control element array in which a plurality of polarization plane control elements that are controlled to exchange one of these linear polarization components is arranged, and the polarization of two polarization components whose main direction should give a delay time difference. An optical delay element configured of a transparent medium having birefringence arranged so as to coincide with a plane, thereby allowing each of two mutually orthogonal linearly polarized light components of a passing light beam to pass with different propagation delay times. , Are arranged alternately.

【0014】本発明は、上記光遅延素子の一部が、互い
に直交する2つの直線偏光ビームの一方を透過し、他方
を、その進入方向に対して垂直な方向に反射する偏光ビ
ームスプリッタを、上記の反射された直線偏光の進行方
向に向かって複数個積層した偏光ビームスプリッタアレ
イとによって構成されることを特徴としている。
According to the present invention, there is provided a polarizing beam splitter in which a part of the optical delay element transmits one of two linearly polarized beams orthogonal to each other and reflects the other in a direction perpendicular to the entering direction. It is characterized by comprising a polarizing beam splitter array in which a plurality of the reflected linearly polarized lights are stacked in the traveling direction.

【0015】本発明は、多端子光スイッチ内部で発生す
る光信号の伝搬時間差を補償するものであり、光の偏光
のスイッチングにより単純かつ安定な構成で上記の目的
を実現している点において従来の技術とは明確に異なる
ものである。
The present invention compensates for the propagation time difference of an optical signal generated inside a multi-terminal optical switch, and achieves the above object with a simple and stable configuration by switching light polarization. It is a distinctly different technology.

【0016】本発明の一実施例を添付図面を参照して詳
細に説明する。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0017】[0017]

【実施例】図3に示した多端子光スイッチに図4のルー
チング素子を適用した場合、ルーチング素子を通過する
光の伝搬遅延時間差は、通過光が、素子を構成する偏光
ビームスプリッタによって、素子への入射光及び出射光
に対して垂直な方向に反射されるために生じる。このよ
うな反射による伝搬遅延時間差は、常にこの偏光ビーム
スプリッタの一辺の長さ分だけ光が進行するのに要する
時間の整数倍に等しい。上記のスイッチの場合、偏光ビ
ームスプリッタの一辺の長さは、すべて液晶光空間変調
器のセル間隔の整数倍になっているため、このセル間隔
に等しい厚みのガラスを光が通過するのに要する時間の
整数倍の遅延時間差を補償することにより、遅延時間差
によって生じるジッタあるいは信号の位相差の問題を解
決することができる。
When the routing element shown in FIG. 4 is applied to the multi-terminal optical switch shown in FIG. 3, the difference in propagation delay time of light passing through the routing element is determined by the polarization beam splitter constituting the element. This occurs because the light is reflected in a direction perpendicular to the incident light and the emitted light. The propagation delay time difference due to such reflection is always equal to an integral multiple of the time required for light to travel by the length of one side of the polarizing beam splitter. In the case of the above switch, the length of one side of the polarizing beam splitter is all an integral multiple of the cell interval of the liquid crystal spatial light modulator, so that it is necessary for light to pass through glass having a thickness equal to this cell interval. By compensating for a delay time difference that is an integral multiple of time, the problem of jitter or signal phase difference caused by the delay time difference can be solved.

【0018】図5に本発明の一実施例を示す。図5にお
いて、21−1〜21−5は液晶光空間変調器アレイであ
り、内部の各セルを透過する光の偏光面の回転角をセル
毎に0°または90°にスイッチする機能を持っている。
22は複屈折性結晶であり、主軸の方向が光の入射方向に
対して垂直であり、かつ液晶光空間変調器アレイ21−1
〜21−5のセル配置方向に一致している。また、23−1
〜23−3は偏光ビームスプリッタアレイであり、その一
辺の長さが順に液晶光変調器アレイ21−1〜21−5のセ
ル間隔の1倍、2倍、4倍になるように配置されてい
る。
FIG. 5 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 5, reference numerals 21-1 to 21-5 denote liquid crystal spatial light modulator arrays, each of which has a function of switching the rotation angle of the plane of polarization of light transmitted through each cell to 0 ° or 90 ° for each cell. ing.
Reference numeral 22 denotes a birefringent crystal, the main axis direction of which is perpendicular to the light incident direction, and the liquid crystal spatial light modulator array 21-1.
21-5 correspond to the cell arrangement directions. Also, 23-1
23-3 are polarizing beam splitter arrays, and the length of one side thereof is arranged to be 1, 2, 4 times the cell interval of the liquid crystal light modulator arrays 21-1 to 21-5 in order. I have.

【0019】偏光ビームスプリッタアレイ23−1〜23−
3はいずれもP波の光を直通させる。一方、S波の光
は、前段の偏光ビームスプリッタによってスプリッタの
一辺の長さ分だけ下方にシフトした後、後段の偏光ビー
ムスプリッタによってスプリッタの一辺の長さ分だけ上
方にシフトされる。このため、S波も見かけ上は光路の
シフトを受けずに偏光ビームスプリッタアレイ23−1〜
23−3を通過するが、P波に比べてスプリッタの一辺の
長さの2倍の距離を通過する時間に相当する伝搬遅延を
受ける。従って、偏光ビームスプリッタアレイ23−1〜
32−3を通過するP波とS波との間には、それぞれ液晶
光空間変調器アレイ21−1〜21−5のセル間隔の2倍、
4倍、8倍の厚みのガラスを通過するのに要する時間に
等しい伝搬遅延時間差が与えられる。
The polarizing beam splitter arrays 23-1 to 23-
3 allows the P-wave light to pass directly. On the other hand, the S-wave light is shifted downward by the length of one side of the splitter by the preceding polarization beam splitter, and then shifted upward by the length of one side of the splitter by the subsequent polarization beam splitter. For this reason, the S wave does not seem to be shifted in the optical path, and the polarization beam splitter arrays 23-1 to 23-1 do not appear.
It passes through 23-3, but experiences a propagation delay corresponding to the time it takes to travel twice the length of one side of the splitter compared to the P-wave. Therefore, the polarization beam splitter arrays 23-1 to 23-1
Between the P wave and the S wave passing through 32-3, twice the cell interval of the liquid crystal spatial light modulator arrays 21-1 to 21-5, respectively,
A propagation delay time difference equal to the time required to pass through a glass four or eight times thicker is provided.

【0020】偏光ビームスプリッタアレイ23−1〜23−
3によって実現できる伝搬時間差は液晶光空間変調器ア
レイ21−1〜21−5のセル間隔に等しい厚みのガラスを
通過するのに要する時間の偶数倍に限られる。このた
め、セル間隔の1倍の厚みのガラスを通過するのに要す
る時間に等しい伝搬時間差は複屈折性結晶22を用いて実
現する必要がある。
The polarization beam splitter arrays 23-1 to 23-
3 can be limited to an even multiple of the time required to pass through glass having a thickness equal to the cell spacing of the liquid crystal spatial light modulator arrays 21-1 to 21-5. For this reason, a propagation time difference equal to the time required to pass through glass having a thickness of one time the cell interval needs to be realized using the birefringent crystal 22.

【0021】図6に、複屈折性結晶22の入射光線に対す
る配置および入射光線の経路を示す。図6において、31
は常光線の経路を示し、32は異常光線の経路を示す。各
光線に付けられた矢印あるいは黒点は各光線の電界の振
動方向を示す。また、図中の太い矢印は、複屈折性結晶
の主軸方向を示す。この図のように、異常光線の電界の
振動方向が主軸に平行な場合、通常の複屈折のように常
光線と異常光線とが分離することはなく、互いに同一な
経路を通過する。また、一軸性結晶の場合、主軸に平行
な電界の振動方向を持った異常光線に対する屈折率はn
e であり、主軸に垂直な電界の振動方向を持った常光線
に対する屈折率はno である。従って、複屈折性結晶22
を図6のように配置した場合、常光線、異常光線とも結
晶内部を光路のシフトを受けずに伝搬し、かつ常光線と
異常光線との間に伝搬遅延時間差が生じる。
FIG. 6 shows the arrangement of the birefringent crystal 22 with respect to the incident light beam and the path of the incident light beam. In FIG. 6, 31
Indicates the path of the ordinary ray, and 32 indicates the path of the extraordinary ray. An arrow or a black dot attached to each light beam indicates a vibration direction of an electric field of each light beam. Further, thick arrows in the drawing indicate the main axis direction of the birefringent crystal. As shown in this figure, when the vibration direction of the electric field of the extraordinary ray is parallel to the main axis, the ordinary ray and the extraordinary ray do not separate from each other as in ordinary birefringence, but pass through the same path. In the case of a uniaxial crystal, the refractive index for an extraordinary ray having a vibration direction of an electric field parallel to the main axis is n.
is e, the refractive index for the ordinary ray having the vibration direction of the electric field perpendicular to the main axis is n o. Therefore, the birefringent crystal 22
When both are arranged as shown in FIG. 6, both the ordinary ray and the extraordinary ray propagate inside the crystal without being shifted in the optical path, and a propagation delay time difference occurs between the ordinary ray and the extraordinary ray.

【0022】この時、結晶の厚みをtとすれば、遅延時
間差τd は、
At this time, if the thickness of the crystal is t, the delay time difference τ d is

【数1】 と表される。ただし、cは真空中の光速度、no ,ne
はそれぞれ常光線、異常光線の屈折率を表す。一方、液
晶光空間変調器アレイ21−1〜21−5のセル間隔をd、
偏光ビームスプリッタアレイ23−1〜23−3を構成する
ガラスの屈折率をng とすれば、光が上記セル間隔に等
しい厚みのガラスを通過するのに要する時間τg は、
(Equation 1) It is expressed as However, c is the speed of light in a vacuum, n o, n e
Represents a refractive index of an ordinary ray and an extraordinary ray, respectively. On the other hand, the cell spacing of the liquid crystal spatial light modulator arrays 21-1 to 21-5 is d,
If the refractive index of the glass forming the polarization beam splitter array 23-1~23-3 and n g, time tau g of light takes to pass through the glass thickness equal to the cell spacing,

【数2】 である。従って、(Equation 2) It is. Therefore,

【数3】 となるように結晶の厚みを設定すれば、常光線と異常光
線との間に、光が上記セル間隔に等しい厚みのガラスを
通過するのに要する時間に等しい伝搬時間差を与えるこ
とができる。
(Equation 3) If the thickness of the crystal is set so as to satisfy, a propagation time difference equal to the time required for light to pass through glass having a thickness equal to the cell interval can be given between the ordinary ray and the extraordinary ray.

【0023】一例として、方解石(no =1.658 、ne
=1.486 )を用い、ガラスとしてBK7(ng =1.550
)を用いた場合、t=9.01dとすれば上記の目的は達
せられる。なお、上記の検討は光が上記セル間隔に等し
い厚みのガラスを通過するのに要する時間に等しい伝搬
遅延時間差を与える複屈折性結晶の厚みを求めている
が、この厚みをn倍すれば、上記セル間隔のn倍の厚み
のガラスを通過するのに要する時間に等しい伝搬時間差
を持った複屈折性結晶が得られる。従って、偏光ビーム
スプリッタアレイ23−1〜23−3に代えてこのような複
屈折性結晶を用いても、本実施例と同様な光遅延補償回
路を達成することができる。
[0023] As an example, calcite (n o = 1.658, n e
= 1.486) and BK7 ( ng = 1.550) as glass
), The above object can be achieved if t = 9.01d. Note that the above study seeks the thickness of the birefringent crystal that gives a propagation delay time difference equal to the time required for light to pass through the glass having a thickness equal to the cell spacing, but if this thickness is multiplied by n, A birefringent crystal having a propagation time difference equal to the time required to pass through a glass having a thickness of n times the cell interval is obtained. Therefore, even if such a birefringent crystal is used instead of the polarization beam splitter arrays 23-1 to 23-3, an optical delay compensation circuit similar to that of the present embodiment can be achieved.

【0024】ここで、互いに隣接する2つの液晶光空間
変調器アレイの、互いに同じ位置にあるセルを同時にス
イッチすると、これらのセルを通過する偏光は、前段の
空間変調器アレイによって90°回転し、元の偏光に対し
て直交する偏光となって複屈折性結晶あるいは偏光ビー
ムスプリッタアレイを通過する。この光は、後段の空間
変調器アレイによって再び90°回転して、元の偏光状態
と同一となる。すなわち、このようなスイッチングによ
って、2つの液晶光空間変調器アレイに挟まれた複屈折
性結晶あるいは偏光ビームスプリッタアレイを通過する
際の光の偏光状態がスイッチされ、伝搬時間が切り替え
られる。一方、複屈折性結晶22および偏光ビームスプリ
ッタアレイ23−1〜23−3によって切り替えられる伝搬
時間差は、順にセル間隔の1倍、2倍、4(22 )倍、
8(23 )倍の厚みのガラスを通過するのに要する時間
に等しいから、スイッチ全体としては0からセル間隔の
15(24 −1)倍までの遅延時間差を、セル間隔を単
位としてその倍数で設定することができる。
Here, when cells at the same position of two adjacent liquid crystal spatial light modulator arrays are switched at the same time, polarized light passing through these cells is rotated by 90 ° by the preceding spatial light modulator array. , And pass through a birefringent crystal or polarizing beam splitter array as polarized light orthogonal to the original polarized light. This light is rotated again by 90 ° by the spatial modulator array at the subsequent stage, and becomes the same as the original polarization state. That is, by such switching, the polarization state of light passing through a birefringent crystal or a polarizing beam splitter array sandwiched between two liquid crystal spatial light modulator arrays is switched, and the propagation time is switched. On the other hand, the propagation time difference switched by the birefringent crystal 22 and the polarization beam splitter arrays 23-1 to 23-3 is 1 time, 2 times, 4 (2 2 ) times the cell interval, and so on.
Since it is equal to the time required to pass through glass having a thickness of 8 (2 3 ) times, the delay time difference from 0 to 15 (2 4 -1) times the cell interval for the entire switch is expressed in units of the cell interval. Can be set in multiples.

【0025】上記の切り替えの具体的な例として、図5
の切り替えパターンと伝搬時間の関係を表1に示す。
FIG. 5 shows a specific example of the above switching.
Table 1 shows the relationship between the switching pattern and the propagation time.

【表1】 遅延時間は、セル間隔に等しい厚みのガラスを通過する
のに要する時間τg を単位として示している。複屈折性
結晶22には方解石(no >ne )を用い、その異常光線
が偏光ビームスプリッタアレイ23−1〜23−3のP波と
なるように配置してあるものとする。また、入力光およ
び出力光の偏光面は偏光ビームスプリッタアレイ23−1
〜23−3のP波となるように設定されている。
[Table 1] The delay time is indicated in units of a time τ g required to pass through a glass having a thickness equal to the cell interval. The birefringent crystal 22 using a calcite (n o> n e), the extraordinary ray is assumed that is arranged such that the P-wave of the polarization beam splitter array 23-1~23-3. The polarization planes of the input light and the output light are polarized beam splitter arrays 23-1.
2323-3 are set as P waves.

【0026】表1から明らかなように、遅延時間が0か
ら15τg までの全ての場合が実現されている。従って、
図5の回路によって、多端子光スイッチで生じるチャネ
ル毎の光遅延時間差を補償できることが分かる。この光
遅延補償回路を、図3に示した多端子光スイッチのコリ
メート光信号受信端子5−1および5−2の後段にそれ
ぞれ配置することにより、全てのチャネルの光遅延時間
差を補償した多端子光スイッチを構成することができ
る。また、この光遅延補償回路を、コリメート光信号入
力端子1−1および1−2の前段にそれぞれ配置するこ
とによっても同様な効果を得ることができる。
[0026] As apparent from Table 1, the case of all the delay time zero to 15Tau g is achieved. Therefore,
It can be seen that the circuit of FIG. 5 can compensate for the optical delay time difference for each channel generated in the multi-terminal optical switch. By arranging this optical delay compensation circuit at the subsequent stage of the collimated optical signal receiving terminals 5-1 and 5-2 of the multi-terminal optical switch shown in FIG. 3, a multi-terminal that compensates for the optical delay time difference of all channels. An optical switch can be configured. The same effect can also be obtained by disposing the optical delay compensating circuit at a stage before the collimated optical signal input terminals 1-1 and 1-2.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光遅延補
償回路を用いることにより、多端子光スイッチに生じる
伝搬遅延時間差を補償することが可能となり、伝搬遅延
時間差に起因する位相差によって発生する信号の同期ず
れ、ジッタ等の問題を解決することができる。
As described above, by using the optical delay compensating circuit of the present invention, it is possible to compensate for the propagation delay time difference occurring in the multi-terminal optical switch, and to compensate for the phase difference caused by the propagation delay time difference. This can solve the problems such as out-of-synchronization of signals and jitter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1はN入力N出力(8×8)のマトリクスス
イッチの配線図である。
FIG. 1 is a wiring diagram of an N-input N-output (8 × 8) matrix switch.

【図2】図2は32入力32出力の多段網構成スイッチ回路
網の配線図である。
FIG. 2 is a wiring diagram of a switch network of a multistage network configuration having 32 inputs and 32 outputs.

【図3】図3は従来の光ビーム多端子空間スイッチの構
成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional light beam multi-terminal space switch.

【図4】図4は図3に示した多端子光スイッチに適用す
るルーチング素子の構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a routing element applied to the multi-terminal optical switch shown in FIG.

【図5】図5は本発明の一実施例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing one embodiment of the present invention.

【図6】図6は複屈折性結晶の入射光線に対する配置お
よび入射光線の経路を示す。
FIG. 6 shows an arrangement of a birefringent crystal with respect to an incident light beam and a path of the incident light beam.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−1,1−2 コリメート光信号入力端子 2−1,2−2 偏光ビームスプリッタ 3−1〜3−x 液晶光空間変調器アレイ 4−1〜4−x 偏光ルーチング素子 5−1,5−2 コリメート光信号受信端子 12 偏光面変換素子アレイ 13 偏光ビームスプリッタ 14 ガラスロッド 21−1〜21−5 コリメート光信号入力端子 22 偏光ビームスプリッタ 23−1〜21−3 偏光面変換素子アレイ 31 常光線の経路 32 異常光線の経路 1-1, 1-2 Collimated optical signal input terminal 2-1, 2-2 Polarization beam splitter 3-1-3-x Liquid crystal spatial light modulator array 4-1-4-x Polarization routing element 5-1, 5 -2 Collimated light signal receiving terminal 12 Polarization plane conversion element array 13 Polarization beam splitter 14 Glass rod 21-1 to 21-5 Collimation light signal input terminal 22 Polarization beam splitter 23-1 to 21-3 Polarization plane conversion element array 31 Ray path 32 Extraordinary ray path

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Journal of Lightw ave Technology,Vo l.9 No.12(December 1991)pp.1726−1732 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/01 - 1/13 505 G02F 1/29 - 3/02 H04Q 3/52 - 3/52 101 H04B 10/00 - 10/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (56) References Journal of Lightwave Technology, Vol. 9 No. 12 (December 1991) pp. 1726-1732 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/01-1/13 505 G02F 1/29-3/02 H04Q 3/52-3/52 101 H04B 10/00- 10/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 格子状あるいは列状かつ平行に配置され
た複数のコリメート入射信号光を回路内に入射する手段
と、 回路内から出射する格子状あるいは列状かつ平行に配置
された複数のコリメート光ビームを回路外に出射させる
手段とを有し、 通過する光ビームの互いに直交する2つの直線偏光成分
をそのまま通過させるか、あるいはこれらの直線偏光成
分を互いに交換するかのいずれか一方に制御される偏光
面制御素子を複数個配置した偏光面制御素子アレイと、 その主方向が遅延時間差を与えるべき2つの偏光成分の
偏光面に一致するように配置された複屈折性を有する透
明媒質によって構成することにより、通過する光ビーム
の互いに直交する2つの直線偏光成分のそれぞれを、互
いに異なる伝搬遅延時間で通過させる光遅延素子、を交
互に配置することによって構成されることを特徴とする
多端子光遅延補償回路。
1. A means for injecting a plurality of collimated incident signal lights arranged in a lattice or row and parallel into a circuit, and a plurality of collimators arranged in a lattice or row and parallel emitted from the circuit Means for emitting a light beam out of the circuit, and controlling either to pass two linearly polarized light components of the passing light beam orthogonal to each other as they are or to exchange these linearly polarized light components with each other A polarization plane control element array in which a plurality of polarization plane control elements to be arranged are arranged, and a birefringent transparent medium arranged so that the main direction thereof coincides with the polarization planes of the two polarization components to give a delay time difference. With this configuration, an optical delay element that passes each of two orthogonal linear polarization components of the passing light beam with different propagation delay times is provided. A multi-terminal optical delay compensation circuit characterized by being arranged alternately.
【請求項2】 上記光遅延素子の一部が、互いに直交す
る2つの直線偏光ビームの一方を透過し、他方を、その
進入方向に対して垂直な方向に反射する偏光ビームスプ
リッタを、上記の反射された直線偏光の進行方向に向か
って複数個積層した偏光ビームスプリッタアレイとによ
って構成されることを特徴とする請求項1に記載の多端
子光遅延補償回路。
2. A polarizing beam splitter, wherein a part of the optical delay element transmits one of two linearly polarized beams orthogonal to each other and reflects the other in a direction perpendicular to an entering direction thereof. 2. The multi-terminal optical delay compensating circuit according to claim 1, wherein the multi-terminal optical delay compensating circuit is constituted by a plurality of polarizing beam splitter arrays stacked in the traveling direction of the reflected linearly polarized light.
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