JP3043908B2 - Optical path conversion element - Google Patents

Optical path conversion element

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JP3043908B2
JP3043908B2 JP4208149A JP20814992A JP3043908B2 JP 3043908 B2 JP3043908 B2 JP 3043908B2 JP 4208149 A JP4208149 A JP 4208149A JP 20814992 A JP20814992 A JP 20814992A JP 3043908 B2 JP3043908 B2 JP 3043908B2
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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変換する機能を持つ多端子光ス
イッチに用いられる光路変換素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical path changing element used for a multi-terminal optical switch having a function of changing the order of the optical paths of a plurality of light beams propagating in space.

【0002】[0002]

【従来の技術】2次元アレイ状に配列された光ビームの
経路を、液晶空間光変調器による光ビームの偏光面のス
イッチング機能と複屈折材料の光路変換機能とを利用し
て制御して光スイッチを実現する技術が知られている。
図1に、上記の技術の一例として、文献(山口他、「多
段ビームシフト型多端子光スイッチの試作」、1992年電
子情報通信学会春期全国大会予稿、SC−3−8)に示さ
れている多段ビームシフト型光集線スイッチの基本構造
を示す。図1(a) において、11−1〜11−7は液晶を用
いた偏光制御素子アレイであり、入射する光の水平偏光
成分と垂直偏光成分とを互いに交換する状態(クロス)
か、あるいは交換しない状態(スルー)かのいずれかに
各セルを独立に制御する機能を持っている。12−1〜12
−3は複屈折結晶であり、入射する光の水平偏光成分を
常光線としてそのまま通過させ、垂直偏光成分は異常光
線として液晶空間変調器11−1〜11−7のセル間隔分だ
け空間的に下方にシフトする機能を持っている。13−1
〜13−3は12−1〜12−3と同様な複屈折結晶を光の入
射方向を軸に90°回転したもので、入射光の垂直偏光成
分を常光線としてそのまま通過させ、水平偏光成分は異
常光線として偏光制御素子アレイ11−1〜11−7のセル
間隔分だけ、空間的に図中の手前側の方向にシフトする
機能を持っている。また、図中の各段の光路変換素子の
矢印は、素子を通過するビームが集束される方向を示し
ている。
2. Description of the Related Art The path of a light beam arranged in a two-dimensional array is controlled by using a function of switching the plane of polarization of the light beam by a liquid crystal spatial light modulator and a function of converting a light path of a birefringent material. Techniques for realizing switches are known.
FIG. 1 shows an example of the above technology in a document (Yamaguchi et al., "Prototype of Multi-stage Beam-Shift Type Multi-terminal Optical Switch", Proceedings of the 1992 IEICE Spring Conference, SC-3-8). The basic structure of a multistage beam-shift type optical concentrator switch is shown. In FIG. 1A, reference numerals 11-1 to 11-7 denote polarization control element arrays using liquid crystal, in which the horizontal and vertical polarization components of incident light are exchanged with each other (cross).
It has the function of controlling each cell independently, either in a state of not being exchanged (through). 12-1 to 12
-3 is a birefringent crystal, which allows the horizontal polarization component of the incident light to pass as it is as an ordinary ray, and the vertical polarization component as an extraordinary ray spatially by the cell interval of the liquid crystal spatial modulators 11-1 to 11-7. It has the function of shifting down. 13-1
Reference numerals 13-3 denote birefringent crystals similar to 12-1 to 12-3 rotated by 90 ° about the incident direction of light. The vertical polarization component of the incident light is passed as ordinary light, and the horizontal polarization component is transmitted. Has a function of spatially shifting an extraordinary ray to the near side in the figure by the cell interval of the polarization control element arrays 11-1 to 11-7. The arrows of the optical path conversion elements at each stage in the drawing indicate the directions in which the beams passing through the elements are focused.

【0003】図1(b) は複屈折結晶12−1〜12−3、13
−1〜13−3を通過する常光線および異常光線の経路を
示している。図中の実線は常光線の経路を示し、破線は
異常光線の経路を示している。液晶空間変調器の各セル
から出射した光ビームの常光線の成分はシフトを受けず
に通過し、異常光線成分は液晶空間変調器のセル間隔分
だけのシフトを受け、隣接したセルから出射する常光線
成分と同じ位置から出射する。
FIG. 1B shows birefringent crystals 12-1 to 12-3 and 13.
It shows paths of ordinary rays and extraordinary rays passing through -1 to 13-3. The solid line in the figure indicates the path of the ordinary ray, and the broken line indicates the path of the extraordinary ray. The ordinary ray component of the light beam emitted from each cell of the liquid crystal spatial modulator passes without being shifted, and the extraordinary ray component is shifted by the cell interval of the liquid crystal spatial modulator and emitted from the adjacent cell. It is emitted from the same position as the ordinary ray component.

【0004】図1(a) の左方から入射する、水平偏光化
されたコリメート光ビームは、通過する偏光制御素子ア
レイ11−1のセルがスルー状態の時は、その直後の複屈
折結晶12−1によるビームシフトを受けずに次段の偏光
制御素子アレイ11−2に達する。また、通過する偏光制
御素子アレイ11−1のセルがクロス状態の時は、垂直偏
光に変換されて、直後の複屈折結晶12−1によるビーム
シフトを受け、次段の偏光制御素子アレイ11−2の下方
の隣接セルに達する。偏光制御素子アレイ11−2によっ
て垂直偏光となった光ビームは、直後の複屈折結晶13−
1によるビームシフトを受けずに、そのままの位置で次
段の偏光制御素子アレイ11−3に達する。一方、水平偏
光となった光ビームは、直後の複屈折結晶13−1による
ビームシフトを受け、次段の偏光制御素子アレイ11−3
の手前側の隣接セルにシフトする。この様な、偏光面の
制御と位置のシフトにより、入射光ビームは順次スイッ
チの手前下方のセルに収束される。
A horizontally polarized collimated light beam incident from the left side of FIG. 1A is transmitted to the birefringent crystal 12 immediately after the cell of the polarization control element array 11-1 passing therethrough is in a through state. The beam reaches the polarization control element array 11-2 at the next stage without being subjected to the beam shift by -1. When the passing polarization control element array 11-1 cell is in a cross state, the polarization control element array 11-1 is converted into vertically polarized light, and is subjected to a beam shift by the immediately following birefringent crystal 12-1. The next lower cell of 2 is reached. The light beam that has become vertically polarized by the polarization control element array 11-2 is immediately followed by the birefringent crystal 13-.
The beam reaches the next-stage polarization control element array 11-3 at the same position without receiving the beam shift by 1. On the other hand, the horizontally polarized light beam undergoes a beam shift by the immediately following birefringent crystal 13-1, and the next stage polarization control element array 11-3
Is shifted to the adjacent cell in front of. By such control of the polarization plane and the shift of the position, the incident light beam is sequentially converged on the cell below the switch.

【0005】上記の光スイッチで光ビームのシフトに用
いている複屈折結晶は、結晶中の伝搬に要する時間が常
光線と異常光線とでは通常互いに異なるという性質を持
っている。ここで1軸性結晶を通過する常光線および異
常光線の結晶内の伝搬時間は、
[0005] The birefringent crystal used for shifting the light beam in the above-mentioned optical switch has the property that the time required for propagation in the crystal is usually different between an ordinary ray and an extraordinary ray. Here, the propagation time of the ordinary ray and the extraordinary ray passing through the uniaxial crystal in the crystal is

【数4】 である。ここで、τ0 ,τe はそれぞれ常光線、異常光
線の結晶内伝搬時間、tは結晶の厚さ、cは真空中の光
速度である。また、n0 ,ne はそれぞれ電界の振動方
向が主軸に垂直な方向、主軸方向となる光の屈折率、θ
は結晶の入射面と結晶主軸との角度である。この式から
明らかなように、n0 >ne の場合は常にτ0 >τe
なり、n0 <ne の場合に常にτ0 <τe となる。ここ
で、上記の光スイッチのビームシフトに通常用いられる
方解石は一軸性結晶であり、n0 >ne である。従っ
て、このスイッチでは各段でビームシフトを受けた回数
が多い光ビームは、ビームシフトを受けない光ビームに
比べてスイッチ内の伝搬時間が短くなる。このため、ス
イッチ内の通過経路によってスイッチ内を通過する光信
号に位相差が生じる。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。
(Equation 4) It is. Here, τ 0 and τ e are the propagation times of the ordinary ray and the extraordinary ray in the crystal, t is the thickness of the crystal, and c is the speed of light in vacuum. Also, n 0 and ne are the refractive index of light whose vibration direction of the electric field is perpendicular to the principal axis, the principal axis direction, and θ, respectively.
Is the angle between the plane of incidence of the crystal and the main axis of the crystal. As is apparent from this equation, the n 0> n always becomes τ 0> τ e For e, n 0 <n always τ 0e to e. For Here, calcite typically used for beam shift of the optical switch is a uniaxial crystal, an n 0> n e. Therefore, in this switch, a light beam that has been subjected to a beam shift in each stage more frequently has a shorter propagation time in the switch than a light beam that has not been subjected to the beam shift. For this reason, a phase difference occurs in the optical signal passing through the switch due to the passing path in 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 phase is out of synchronization due to the above-described phase, which adversely affects the transmission characteristics.

【0006】図2には、上記の技術を用いた光スイッチ
のもう一つの例として、文献(野口他、「多段回線網形
態に基づく再配列可能な多重チャネル自由空間光スイッ
チ(Arearrangeable multichannel free-space optical
switch based on multistage network configuratio
n)」, アイ イー イー イー(IEEE J.Lightwave Tec
h.), 9,頁1726) に開示されている、多段網型光スイ
ッチの構造の概略が示されている。図2において、21−
1〜21−9は液晶を用いた偏光制御素子アレイであり、
入射する光の水平偏光成分と垂直偏光成分とを互いに交
換する状態(クロス)か、あるいは交換しない状態(ス
ルー)かのいずれかに各セルを独立に制御する機能を持
っている。22−1,22−2、23−1,23−2、24−1,
24−2、25−1,25−2はそれぞれ偏光ルーチング素子
で、同一光路を伝搬する光ビームの一方の偏光成分同士
をシフトしてこれらの光路を交換する機能を持ち、光ビ
ームのシフト量およびシフト方向に応じて、そのサイズ
および設置方向がそれぞれ異なっている。
FIG. 2 shows another example of an optical switch using the above-mentioned technique, which is described in a literature (Noguchi et al., "Arrangeable multichannel free-space optical switch based on a multistage network configuration." space optical
switch based on multistage network configuratio
n) ", IEEE J. Lightwave Tec
h.), 9, p. 1726), the structure of a multi-stage optical switch is schematically shown. In FIG.
1 to 21-9 are polarization control element arrays using liquid crystal,
It has a function of independently controlling each cell in a state where the horizontal polarization component and the vertical polarization component of the incident light are exchanged with each other (cross) or in a state where they are not exchanged (through). 22-1, 22-2, 23-1, 23-2, 24-1,
Reference numerals 24-2, 25-1, and 25-2 denote polarization routing elements, each of which has a function of shifting one polarization component of a light beam propagating in the same optical path and exchanging these optical paths, and a shift amount of the light beam. The size and the installation direction are different depending on the shift direction.

【0007】図2の各偏光制御素子アレイは2×2スイ
ッチのアレイに相当し、偏光ルーチング素子はスイッチ
アレイ間を接続する結線網に相当する。初段の偏光制御
素子アレイ21−1の各セルには、水平偏光成分と垂直偏
光成分のそれぞれが独立に変調された偏光多重化光信号
が入射する。この両者は偏光ルーチング素子22−1によ
って空間的に分離され、後段の各偏光制御素子アレイに
よって、それぞれ独立に経路が設定される。そして、最
終的に偏光多重化信号の水平あるいは垂直偏光成分とし
て、最終段の偏光制御素子アレイ21−9の目的のセルか
ら出射される。
Each polarization control element array in FIG. 2 corresponds to an array of 2 × 2 switches, and the polarization routing element corresponds to a connection network connecting the switch arrays. A polarization multiplexed optical signal in which the horizontal polarization component and the vertical polarization component are independently modulated enters each cell of the first-stage polarization control element array 21-1. These are spatially separated by the polarization routing element 22-1, and paths are independently set by the respective polarization control element arrays at the subsequent stage. Then, the polarization control signal is finally emitted as a horizontal or vertical polarization component of the polarization multiplexed signal from a target cell of the polarization control element array 21-9 at the final stage.

【0008】図3には、複屈折結晶を用いて構成した偏
光ルーチング素子の構造が示されている。図3の(a) 〜
(d) はそれぞれ順に、図2のルーチング素子22−1,22
−2、23−1,23−2、24−1,24−2、25−1,25−
2の構造を示している。図3において、31には光ビーム
の入射位置が示されている。32は複屈折結晶を示し、矢
印の向きが異常光線のシフト方向を示している。33は偏
光面交換素子であり、通過する光ビームの水平偏光成分
と垂直偏光成分とを交換する機能を持っている。34は偏
光面交換素子33と同一の形状および屈折率を持った光学
的に等方な透明板である。図3から明らかなように、
(c) は(a) を、光の入射方向を軸に90°回転したもので
あり、(d) は(b) を光の入射方向を軸に90°回転したも
のである。
FIG. 3 shows the structure of a polarization routing element formed by using a birefringent crystal. Fig. 3 (a)-
(d) are the routing elements 22-1 and 22-2 of FIG.
-2, 23-1, 23-2, 24-1, 24-2, 25-1, 25-
2 shows the structure of FIG. In FIG. 3, reference numeral 31 indicates the incident position of the light beam. 32 indicates a birefringent crystal, and the direction of the arrow indicates the shift direction of the extraordinary ray. Reference numeral 33 denotes a polarization plane exchange element, which has a function of exchanging a horizontal polarization component and a vertical polarization component of a passing light beam. Reference numeral 34 denotes an optically isotropic transparent plate having the same shape and refractive index as the polarization plane exchange element 33. As is clear from FIG.
(c) is obtained by rotating (a) by 90 ° about the light incident direction, and (d) is obtained by rotating (b) by 90 ° about the light incident direction.

【0009】図4には、図3に示したルーチング素子を
伝搬する光ビームの経路をが示されている。図4におい
て、実線は常光線の経路を示し、破線は異常光線の経路
を示している。(a) は図3の(a) および(c) の経路を示
し、(b) は図3の(b) および(d) の経路を示している。
(a) では、複屈折結晶による異常光線のシフト量が隣接
光ビーム間隔に等しく、偏光面交換素子および透明板の
幅も隣接光ビーム間隔に等しい。このため、(a) では、
互いに隣接する光ビーム列の上側の異常光線と下側の常
光線とが交換される。一方、(b) では、複屈折結晶によ
る異常光線のシフト量が隣接光ビーム間隔の2倍であ
り、偏光面交換素子および透明板の幅も隣接光ビーム間
隔の2倍に等しい。このため、(b) では、上側2列の光
ビーム列の異常光線と下側2列の光ビーム列の常光線と
が、空間的な位置関係を保ちつつ交換される。
FIG. 4 shows a path of a light beam propagating through the routing element shown in FIG. In FIG. 4, the solid line indicates the path of the ordinary ray, and the broken line indicates the path of the extraordinary ray. (a) shows the route of (a) and (c) in FIG. 3, and (b) shows the route of (b) and (d) in FIG.
In (a), the shift amount of the extraordinary ray due to the birefringent crystal is equal to the interval between adjacent light beams, and the widths of the polarization plane exchange element and the transparent plate are also equal to the interval between adjacent light beams. Therefore, in (a),
The extraordinary ray on the upper side and the ordinary ray on the lower side of the light beam train adjacent to each other are exchanged. On the other hand, in (b), the amount of shift of the extraordinary ray due to the birefringent crystal is twice the interval between adjacent light beams, and the width of the polarization plane exchange element and the transparent plate is also equal to twice the interval between adjacent light beams. For this reason, in (b), the extraordinary rays of the upper two light beam rows and the ordinary rays of the lower two light beam rows are exchanged while maintaining the spatial positional relationship.

【0010】[0010]

【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、常光線として通過する
距離および異常光線として通過する距離が互いに異なっ
ている。従って、複屈折結晶として方解石を用いた場
合、図2に示されたスイッチは、入射する各光ビームの
伝搬時間がビーム毎に異なることになる。このため、前
記の多段ビームシフト型光スイッチの場合と同様に、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、同期がずれて伝送特性に悪
影響を与えることとなる。
By the way, as is apparent from FIG. 4, the distance of the light beam passing through the routing element depends on the incident position and the polarization plane, and the distance that the light beam passes as an ordinary ray and the distance that passes as an extraordinary ray are mutually different. Is different. Therefore, when calcite is used as the birefringent crystal, the switch shown in FIG. 2 has a different propagation time for each incident light beam. For this reason, as in the case of the above-mentioned multi-stage beam shift type optical switch, when the optical signal passing through the switch has a high bit rate and the signals are synchronized, the synchronization is shifted and adversely affects the transmission characteristics. It will be.

【0011】図2の光スイッチにおいて、初段の偏光制
御素子アレイ21−1の同一のセルに入射する水平偏光成
分と垂直偏光成分が、常に最終段の偏光制御素子アレイ
21−9の同一のセルから出射する水平偏光成分と垂直偏
光成分になるように両者の偏光成分の経路を設定する
と、本スイッチは入射光の偏光状態が不定の場合にも適
用が可能となる。しかし、この場合、入射する光信号同
士を同期させる必要がなくても、上記の同一セルから出
射する水平偏光成分と垂直偏光成分のスイッチ内の伝搬
時間が一致していないと、この両者の伝搬時間差がこの
信号のジッタとなるため、高ビットレート信号伝送に対
して悪影響が出る。従って、この両者の伝搬時間を常に
一致させておく必要がある。
In the optical switch shown in FIG. 2, the horizontal polarization component and the vertical polarization component incident on the same cell of the first-stage polarization control element array 21-1 are always changed to the last-stage polarization control element array.
If the paths of the horizontal polarization component and the vertical polarization component emitted from the same cell 21-9 are set so as to be both, the present switch can be applied even when the polarization state of the incident light is indefinite. . However, in this case, even if it is not necessary to synchronize the incident optical signals, if the propagation times of the horizontal polarization component and the vertical polarization component emitted from the same cell in the switch do not match, the propagation of the two components is not performed. Since the time difference becomes the jitter of this signal, it has an adverse effect on high bit rate signal transmission. Therefore, it is necessary to always make the propagation times of these two coincide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、複屈折結晶を
用いて異常光線をシフトする光路変換素子に対して、本
素子が本質的に持っている常光線と異常光線の伝搬時間
差を補償し、これによって生じる光信号の位相のずれ、
あるいはジッタの問題を解決することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention compensates for a propagation time difference between an ordinary ray and an extraordinary ray inherent in the present element for an optical path conversion element that shifts an extraordinary ray using a birefringent crystal. And the resulting phase shift of the optical signal,
Alternatively, the object is to solve the problem of jitter.

【0013】本発明の光路変換素子は、複屈折性を有す
る第1の透明媒質と、上記第1の透明媒質と同一の形
状、材質を有し、常光線に対する異常光線の位置シフト
の大きさが上記第1の透明媒質のそれに等しく、かつそ
のシフトの方向が上記第1の透明媒質とは逆であるよう
に配置された第2の透明媒質と、上記2つの透明媒質の
間に設置され、上記第1の透明媒質から出射する常光線
を上記第2の透明媒質に入射する異常光線に変換し、か
つ上記第1の透明媒質から出射する異常光線を上記第2
の透明媒質に入射する常光線に変換する偏光面交換素子
によって構成されることを特徴としている。
The optical path conversion element of the present invention has a first transparent medium having birefringence, the same shape and material as the first transparent medium, and the magnitude of the position shift of the extraordinary ray with respect to the ordinary ray. Is disposed between the second transparent medium and a second transparent medium which is arranged so as to be equal to that of the first transparent medium and the shift direction is opposite to that of the first transparent medium. Converting an ordinary ray emitted from the first transparent medium into an extraordinary ray incident on the second transparent medium, and converting the extraordinary ray emitted from the first transparent medium into the second extraordinary ray.
Is characterized by a polarization plane exchange element that converts an ordinary ray incident on a transparent medium.

【0014】本発明の光路変換素子は、上記偏光面交換
素子が半波長板によって構成されることを特徴としてい
る。
[0014] The optical path conversion element of the present invention is characterized in that the polarization plane switching element is constituted by a half-wave plate.

【0015】本発明の光路変換素子は、上記偏光面交換
素子が、通過する直線偏光の偏光面を90°回転させる旋
光子によって構成されることを特徴としている。
[0015] The optical path conversion element of the present invention is characterized in that the polarization plane exchange element is constituted by an optical rotator for rotating the polarization plane of the passing linearly polarized light by 90 °.

【0016】本発明の光路変換素子は、上記第1、第2
の透明媒質が方解石またはルチル結晶で構成されている
ことを特徴としている。
The optical path-changing element of the present invention comprises the first and second
Wherein the transparent medium is composed of calcite or rutile crystals.

【0017】本発明の光路変換素子は、複屈折性を有す
る第1の透明媒質と、複屈折性を有し、かつ上記第1の
透明媒質と、常光線屈折率と異常光線屈折率の大小関係
が逆である第2の透明媒質とによって構成され、上記第
1の透明媒質の電界の振動方向が主軸に垂直な方向、主
軸方向となる光の屈折率をそれぞれn01,ne1、入射面
と結晶主軸との角度をθ1 とし、上記第2の透明媒質の
電界の振動方向が主軸に垂直な方向、主軸方向となる光
の屈折率をそれぞれn02,ne2、入射面と結晶主軸との
角度をθ2 とした場合に、上記第1の透明媒質の厚さt
1 と上記第2の透明媒質の厚さt2 との間に
An optical path-changing element according to the present invention comprises a first transparent medium having birefringence, the first transparent medium having birefringence, and a magnitude of an ordinary ray refractive index and an extraordinary ray refractive index. The first transparent medium has a refractive index of n 01 , n e1 , which is a direction in which the vibration direction of the electric field of the first transparent medium is perpendicular to the principal axis, and a direction of the principal axis, respectively. The angle between the plane and the principal axis of the crystal is θ 1 , the direction of oscillation of the electric field of the second transparent medium is perpendicular to the principal axis, and the refractive indices of light in the principal axis direction are n 02 and ne 2 , respectively. When the angle with the main axis is θ 2 , the thickness t of the first transparent medium is
Between 1 and the thickness t 2 of the second transparent medium.

【数5】 の関係が成立するように上記第1および第2の透明媒質
が配置されていることを特徴としている。
(Equation 5) The first and second transparent media are arranged so that the following relationship is established.

【0018】本発明の光路変換素子は、上記第1の透明
媒質の入射面と結晶主軸との角度θ 1
The optical path-changing element of the present invention comprises the first transparent element.
Angle θ between the plane of incidence of the medium and the principal axis of the crystal 1But

【数6】 の関係を満足することを特徴としている。(Equation 6) The relationship is satisfied.

【0019】本発明の光路変換素子は、上記第2の透明
媒質の入射面と結晶主軸との角度θ 2 が、
The optical path-changing element of the present invention is characterized in that the second transparent
Angle θ between the plane of incidence of the medium and the principal axis of the crystal TwoBut,

【数7】 の関係を満足することを特徴としている。(Equation 7) The relationship is satisfied.

【0020】本発明の光路変換素子は、上記第1、第2
の透明媒質の一方が方解石で構成されていることを特徴
としている。
The optical path-changing element of the present invention comprises the first and second
Is characterized in that one of the transparent media is composed of calcite.

【0021】本発明の光路変換素子は、上記第1、第2
の透明媒質の一方がルチル結晶で構成されていることを
特徴としている。
The optical path-changing element of the present invention comprises the first and second
Is characterized in that one of the transparent media is composed of a rutile crystal.

【0022】本発明の光路変換素子は、異常光線のシフ
トの大きさが互いに等しく、その方向が互いに逆であ
る、第1、第2の上記の光路変換素子を直列に配置し、
上記第1および第2の光路変換素子の間に、上記第1お
よび第2の光路変換素子による異常光線のシフトの大き
さの整数倍に等しい幅を有し、かつ上記第1の光路変換
素子から出射する常光線を上記第2の光路変換素子に入
射する異常光線に変換し、かつ上記第1の光路変換素子
から出射する異常光線を上記第2の光路変換素子に入射
する常光線に変換する偏光面交換素子と、上記偏光面交
換素子と等しい幅を有し、かつ上記偏光面変換素子と同
一の屈折率を有する光学的に等方な透明媒質とを、その
幅の方向に交互に積層したことを特徴としている。
In the optical path-changing element of the present invention, the first and second optical path-changing elements, in which the magnitude of the shift of the extraordinary ray is equal to each other and the directions thereof are opposite to each other, are arranged in series.
A first optical path conversion element having a width between the first and second optical path conversion elements, the width being equal to an integral multiple of the magnitude of the shift of the extraordinary ray by the first and second optical path conversion elements; Is converted into an extraordinary ray incident on the second optical path conversion element, and an extraordinary ray exiting from the first optical path conversion element is converted into an ordinary ray incident on the second optical path conversion element. A polarizing plane exchange element, and an optically isotropic transparent medium having the same width as the polarization plane exchange element and having the same refractive index as the polarization plane conversion element, alternately in the width direction. It is characterized by being laminated.

【0023】本発明は、従来検討されていなかった、常
光線と異常光線の間の伝搬時間差を補償する構成を持っ
た複屈折結晶の構成を明らかにしている点において従来
技術とは明確に異なる。
The present invention is clearly different from the prior art in that the structure of a birefringent crystal having a structure for compensating for a propagation time difference between an ordinary ray and an extraordinary ray, which has not been studied in the past, is clarified. .

【0024】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説
明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0025】[0025]

【実施例】図5に、本発明の第1の実施例を示す。(a)
は本実施例に基づく素子の構造を示し、(b) は素子を通
過する光の経路を示す。図5において、51−1と51−2
は複屈折結晶であり、複屈折結晶51−1と51−2とは同
一の材質、形状で、異常光線のシフト方向が互いに逆向
きとなっている。52は偏光面交換素子であり、通過する
光ビームの水平偏光成分と垂直偏光成分とを交換する機
能を持っている。偏光面交換素子の機能を持つ素子とし
ては、例えば主軸を複屈折結晶の異常光線のシフト方向
に対して45°回転させた半波長板あるいは旋光角90°の
旋光子がある。
FIG. 5 shows a first embodiment of the present invention. (a)
Shows the structure of the device according to this embodiment, and (b) shows the path of light passing through the device. In FIG. 5, 51-1 and 51-2
Is a birefringent crystal, and the birefringent crystals 51-1 and 51-2 have the same material and shape, and the shift directions of extraordinary rays are opposite to each other. Reference numeral 52 denotes a polarization plane exchange element, which has a function of exchanging a horizontal polarization component and a vertical polarization component of a passing light beam. Examples of the element having the function of the polarization plane exchange element include a half-wave plate in which the main axis is rotated by 45 ° with respect to the shift direction of the extraordinary ray of the birefringent crystal, or a rotator having an optical rotation angle of 90 °.

【0026】図5から明らかなように、本素子に入射す
る常光線は第1の複屈折結晶51−1を直進し、偏光面交
換素子52によって異常光線に変換された後、第2の複屈
折結晶51−2によって上方にシフトされ、素子を出射す
る。一方、本素子に入射する異常光線は第1の複屈折結
晶51−1によって下方にシフトされ、偏光面交換素子52
によって常光線に変換された後、第1の複屈折結晶51−
1を直進して、本素子から出射する。各複屈折結晶51−
1,51−2の異常光線のシフト量をdとすると、常光線
として入射した光ビームは上方にdだけシフトし、異常
光線として入射した光ビームは下方にdだけシフトす
る。従って、両者は相対的に2dのシフトを受けることと
なる。一方、この両者の光ビームはいずれも各複屈折結
晶51−1,51−2の一方を常光線として通過し、もう一
方を異常光線として通過する。このため、両者の光ビー
ムが本素子を通過するのに要する伝搬時間は互いに等し
くなる。従って、本素子は入射する水平偏光と垂直偏光
とを平行にシフトして分離するという素子本来の機能を
保ちつつ、この両者を同一の伝搬時間で通過させる。
As is apparent from FIG. 5, the ordinary ray incident on the present element travels straight through the first birefringent crystal 51-1 and is converted into an extraordinary ray by the polarization plane exchange element 52, and then the second birefringent crystal 51-1. The light is shifted upward by the refraction crystal 51-2 and exits the element. On the other hand, the extraordinary ray incident on this element is shifted downward by the first birefringent crystal 51-1.
After being converted into an ordinary ray by the first birefringent crystal 51-
1 and go out of the device. Each birefringent crystal 51−
Assuming that the shift amount of the extraordinary ray of 1, 51-2 is d, the light beam incident as the ordinary ray shifts upward by d, and the light beam incident as the extraordinary ray shifts downward by d. Therefore, both will receive a relative 2d shift. On the other hand, both light beams pass one of the birefringent crystals 51-1 and 51-2 as an ordinary ray and the other as an extraordinary ray. Therefore, the propagation times required for both light beams to pass through the present element are equal to each other. Therefore, the present element passes both of them with the same propagation time, while maintaining the element's original function of separating and splitting incoming horizontal polarized light and vertical polarized light in parallel.

【0027】図6に、図5の光路変換素子を用いた多段
ビームシフト型光集線スイッチの構成例を示す。図6に
おいて、61−1〜61−7は液晶を用いた偏光制御素子ア
レイである。62−1〜62−3は図5に示した光路変換素
子であり、入射する光の水平偏光成分を液晶空間変調器
61−1〜61−7のセル間隔の1/2 だけ空間的に上方にシ
フトし、垂直偏光成分を液晶空間変調器61−1〜61−7
のセル間隔の1/2 だけ空間的に下方にシフトする。63−
1〜63−3は62−1〜62−3と同様な複屈折結晶の光の
入射方向を軸に90°回転したもので、入射光の垂直光成
分を液晶空間変調器61−1〜61−7のセル間隔の1/2 だ
け空間的に図中の奥側にシフトし、水平偏光成分は偏光
制御素子アレイ61−1〜61−7のセル間隔の1/2 だけ空
間的に図中の手前側の方向にシフトする。また、図中の
各段の光路変換素子の矢印は、素子を通過するビームが
集束される方向を示している。
FIG. 6 shows an example of the configuration of a multi-stage beam shift type optical concentrator switch using the optical path changing element of FIG. In FIG. 6, reference numerals 61-1 to 61-7 denote polarization control element arrays using liquid crystal. Reference numerals 62-1 to 62-3 denote optical path conversion elements shown in FIG.
The vertical polarization component is spatially shifted upward by half of the cell interval of 61-1 to 61-7, and the vertical polarization component is shifted to the liquid crystal spatial modulators 61-1 to 61-7.
Spatially downward by half the cell spacing of 63−
Reference numerals 1 to 63-3 denote rotations of the birefringent crystal similar to those of 62-1 to 62-3 by 90 degrees around the incident direction of the light, and convert the vertical light component of the incident light into liquid crystal spatial modulators 61-1 to 61-1. The horizontal polarization component is spatially shifted by half of the cell interval of the polarization control element arrays 61-1 to 61-7 spatially in the figure by half of the cell interval of −7. Shifts toward the front of. The arrows of the optical path conversion elements at each stage in the drawing indicate the directions in which the beams passing through the elements are focused.

【0028】本構成では、各光路変換素子の伝搬時間が
入射光の偏光状態によらず同一であるため、スイッチを
通過する光ビーム同士で位相差を生じることがない。従
って、本スイッチは入射する光信号の同期を保ったまま
これらを出力することができる。なお、本構成では、光
路変換素子62−1〜62−3、63−1〜63−3が両方の偏
光成分を共にシフトするため、そのシフト分を補償する
ため、各液晶空間変調器61−2〜61−7は、前段の液晶
空間変調器61−1〜61−6に対して、そのセル間隔の1/
2 だけ上方あるいは奥側にシフトしている。また、光路
変換素子62−1〜62−3、63−1〜63−3はいずれも、
通過する水平偏光成分と垂直偏光成分を交換するため、
図1(a) の場合と同等なスイッチ動作を得るためには、
各液晶空間変調器61−2〜61−7の各セルのスルー状態
とクロス状態の制御を図1(a) の場合とは逆にする必要
がある。
In this configuration, since the propagation time of each optical path conversion element is the same regardless of the polarization state of the incident light, there is no phase difference between the light beams passing through the switch. Therefore, this switch can output these optical signals while maintaining the synchronization of the optical signals. In this configuration, since the optical path conversion elements 62-1 to 62-3 and 63-1 to 63-3 shift both polarization components together, the liquid crystal spatial modulators 61-1 to 6-3 compensate for the shift. 2 to 61-7 are provided with respect to the liquid crystal spatial modulators 61-1 to 61-6 in the preceding stage, by 1 / the cell interval.
It is shifted upward or backward by two. Further, each of the optical path conversion elements 62-1 to 62-3 and 63-1 to 63-3 is
In order to exchange the horizontal and vertical polarization components passing through,
In order to obtain a switch operation equivalent to the case of FIG.
It is necessary to reverse the control of the through state and the cross state of each cell of each of the liquid crystal spatial modulators 61-2 to 61-7 with respect to the case of FIG.

【0029】図7には、上記第一の実施例による光路変
換素子を用いて図3に示したものと等価な機能を持った
ルーチング素子を構成した例が示されている。図7の
(a) 、(b) がそれぞれ図3の(a) 、(b) の素子に対応し
ている。なお、図3の(c) 、(d) と等価な素子は、(a)
、(b) の素子を90°回転すれば得られることは自明で
ある。図7において、71は光ビームの入射位置を示す。
72−1,72−2、73−1,73−2は複屈折結晶を示し、
矢印の向きが異常光線のシフト方向を示している。74−
1,74−2は偏光面交換素子であり、通過する光ビーム
の水平偏光成分と垂直偏光成分とを交換する機能を持
つ。75は偏光面交換素子であり、その機能は偏光面交換
素子74と同等であるが、その形状が異なっている。76は
偏光面交換素子75と同一の形状および屈折率を持った光
学的に等方な透明板である。図7の構成では、複屈折結
晶72−1および73−1と偏光面交換素子74−1が、上記
第1の実施例による光路変換素子を構成しており、複屈
折結晶72−2および73−2と偏光面交換素子74−2が、
もう1つの、上記第1の実施例による光路変換素子を構
成している。すなわち、本構成は、2個の上記第1の実
施例による光路変換素子の間に、この光路変換素子の異
常光線のシフトの大きさの整数倍の幅を持った偏光面交
換素子75と、これと同一の形状および屈折率を持った光
学的に等方な透明板76を交互に積層したものである。
FIG. 7 shows an example in which a routing element having a function equivalent to that shown in FIG. 3 is formed by using the optical path conversion element according to the first embodiment. In FIG.
(a) and (b) correspond to the elements of (a) and (b) in FIG. 3, respectively. Elements equivalent to (c) and (d) in FIG. 3 are (a)
, (B) can be obtained by rotating the element by 90 °. In FIG. 7, reference numeral 71 denotes an incident position of the light beam.
72-1, 72-2, 73-1 and 73-2 indicate birefringent crystals,
The direction of the arrow indicates the shift direction of the extraordinary ray. 74−
Reference numeral 1742 denotes a polarization plane exchange element, which has a function of exchanging a horizontal polarization component and a vertical polarization component of a passing light beam. Numeral 75 denotes a polarization plane exchange element, whose function is the same as that of the polarization plane exchange element 74, but the shape thereof is different. Reference numeral 76 denotes an optically isotropic transparent plate having the same shape and refractive index as the polarization plane exchange element 75. In the configuration of FIG. 7, the birefringent crystals 72-1 and 73-1 and the polarization plane switching element 74-1 constitute an optical path conversion element according to the first embodiment, and the birefringent crystals 72-2 and 73-1. -2 and the polarization plane exchange element 74-2,
Another optical path conversion element according to the first embodiment is constituted. That is, the present configuration is such that, between the two optical path conversion elements according to the first embodiment, a polarization plane exchange element 75 having a width that is an integral multiple of the magnitude of the shift of the extraordinary ray of the optical path conversion element, In this embodiment, optically isotropic transparent plates 76 having the same shape and refractive index are alternately laminated.

【0030】図8に、図7のルーチング素子中を通過す
る光ビームの経路を示す。図中の実線は常光線を示し、
破線は異常光線を示す。図8の(a) 、(b) がそれぞれ図
7の(a) 、(b) の素子に対応する。図8から明らかなよ
うに、これらの素子は、図4に示された素子と同等なル
ーチング機能を持っている。また、図7で上記第1の実
施例による光路変換素子を構成する部分は、どのような
偏光方向を持った入射光も、すべて互いに等しい伝搬時
間で通過する。従って、図7のルーチング素子は伝搬時
間に差のないルーチング素子として機能し、このルーチ
ング素子を図2に示した多段網型光スイッチに適用すれ
ば、スイッチ内を伝搬する全ての光信号に対し、スイッ
チ内を通過する伝搬時間を互いに等しくすることがで
き、これらの光信号の同期を保ったまま、スイッチング
を行うことができる。
FIG. 8 shows the path of the light beam passing through the routing element of FIG. Solid lines in the figure indicate ordinary rays,
Dashed lines indicate extraordinary rays. (A) and (b) of FIG. 8 correspond to the elements of (a) and (b) of FIG. 7, respectively. As is apparent from FIG. 8, these elements have the same routing function as the elements shown in FIG. Further, in FIG. 7, the portions constituting the optical path conversion element according to the first embodiment all pass incident light having any polarization direction with the same propagation time. Therefore, the routing element of FIG. 7 functions as a routing element having no difference in propagation time, and if this routing element is applied to the multi-stage optical switch shown in FIG. , The propagation times through the switches can be made equal to each other, and switching can be performed while maintaining the synchronization of these optical signals.

【0031】図2の多段網型光スイッチを非同期の任意
偏光の入射光に対して適用するためには、前に説明した
通り初段のルーチング素子で分離した光信号の水平偏光
成分と垂直偏光成分を最終段のルーチング素子で合成し
て同一の光路から出射させれば良い。しかしこの時、こ
の両者の伝搬時間が互いに一致している必要がある。図
2の例では、分離された2つの光信号は一方が次段の偏
光制御素子アレイの上2段のセルに入射し、もう一方が
下2段のセルに入射する。ここで、本スイッチの初段と
最終段のルーチング素子の間の中間部分は、偏光制御素
子アレイの上2段の部分と下2段の部分とが全く同一の
構造となっている。従って、上記の分離された信号が上
2段と下2段の部分でそれぞれ同一な経路を通るように
各偏光制御素子アレイを設定すれば、ルーチング素子と
して従来のものを用いた場合でも、この中間部分での両
者の伝搬時間を互いに等しくすることができる。従っ
て、初段と最終段のルーチング素子における両者の伝搬
時間を互いに等しくすれば、両者のスイッチ内での伝搬
時間を互いに等しくすることができる。すなわち、この
場合には、初段と最終段のルーチング素子に図7に示し
た本発明によるルーチング素子を用い、その他のルーチ
ング素子には従来のものを用いる構成によって、高ビッ
トレートな光信号に対しても信号のジッタが発生しない
光スイッチを構成することができる。
In order to apply the multistage network type optical switch of FIG. 2 to incident light of asynchronous arbitrary polarization, the horizontal polarization component and the vertical polarization component of the optical signal separated by the first-stage routing element as described above are used. May be combined by the final-stage routing element and emitted from the same optical path. However, at this time, it is necessary that the propagation times of the two coincide with each other. In the example of FIG. 2, one of the two separated optical signals enters the upper two-stage cell of the next-stage polarization control element array, and the other enters the lower two-stage cell. Here, the intermediate part between the first and last routing elements of the present switch has exactly the same structure in the upper two parts and the lower two parts of the polarization control element array. Therefore, if each polarization control element array is set so that the above separated signal passes through the same path in the upper two stages and the lower two stages, even if a conventional device is used as a routing element, The propagation times of the two at the intermediate portion can be made equal to each other. Accordingly, if the propagation times of the first and last routing elements are made equal to each other, the propagation times in both switches can be made equal to each other. In other words, in this case, the routing element according to the present invention shown in FIG. 7 is used for the first and last stage routing elements, and the conventional routing elements are used for the other routing elements. Thus, an optical switch that does not generate signal jitter can be configured.

【0032】図9に、本発明の第2の実施例を示す。
(a) は実施例に基づく素子の構造を示し、(b) は素子を
通過する常光線、異常光線の経路をそれぞれ実線、破線
で示す。図9において、91は屈折率がn0 >ne の関係
にある一軸性結晶で、例えば方解石がある。また、92は
屈折率がn0 <ne の関係にある一軸性結晶で、例えば
ルチル結晶がある。ここで、複屈折結晶91のn0 ,ne
をそれぞれn01,ne1、厚みをt1 、結晶の入射面と結
晶主軸との角度θをθ1 とし、複屈折結晶92のn 0 ,n
e をそれぞれn02,ne2、厚みをt2 、結晶の入射面と
結晶主軸との角度をθ2 とした時、図9の光路変換素子
を通過する常光線、異常光線の伝搬時間τ′0 ,τ′e
はそれぞれ次式のようになる。
FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention.
(a) shows the structure of the device based on the example, and (b) shows the device
The paths of the passing ordinary and extraordinary rays are indicated by solid and broken lines, respectively.
Indicated by In FIG. 9, reference numeral 91 denotes a refractive index n0> Neconnection of
For example, there is calcite. Also, 92
Refractive index is n0<NeA uniaxial crystal in the relationship
There are rutile crystals. Here, n of the birefringent crystal 910, Ne
To n01, Ne1, Thickness t1, Connected to the entrance surface of the crystal
Angle θ with the crystal main axis1And n of the birefringent crystal 92 0, N
eTo n02, Ne2, Thickness tTwo, With the entrance surface of the crystal
The angle with the crystal main axis is θTwoAnd the optical path conversion element of FIG.
Propagation time of ordinary and extraordinary rays passing through0, Τ 'e
Are as follows.

【数8】 ただし、cは真空中の光速度である。上式より、常光線
と異常光線の伝搬時間を等しくするためには、複屈折結
晶91および92の厚みt1 ,t2 の比が
(Equation 8) Here, c is the speed of light in a vacuum. From the above equation, in order to make the propagation times of the ordinary ray and the extraordinary ray equal, the ratio of the thicknesses t 1 and t 2 of the birefringent crystals 91 and 92 is determined.

【数9】 の関係を満たせば良い。また一般に、複屈折結晶による
異常光線のシフト量dは
(Equation 9) It is only necessary to satisfy the relationship. Generally, the shift amount d of the extraordinary ray due to the birefringent crystal is

【数10】 の時最大となり、この時、(Equation 10) At the maximum, then

【数11】 となる。[Equation 11] Becomes

【0033】従って、複屈折結晶91および92の異常光線
シフト量を最大にした時の本実施例の素子の異常光線シ
フト量d′は次式で表される。
Accordingly, the extraordinary ray shift d 'of the element of this embodiment when the extraordinary ray shift of the birefringent crystals 91 and 92 is maximized is expressed by the following equation.

【数12】 また、常光線、異常光線の伝搬時間を等しくする結晶厚
みの条件は、
(Equation 12) The condition of the crystal thickness for equalizing the propagation times of the ordinary ray and the extraordinary ray is as follows.

【数13】 となる。(Equation 13) Becomes

【0034】上の2式を用いて複屈折結晶91および92の
厚みを求めることにより、希望の異常光線シフト量を有
し、かつ常光線、異常光線間の伝搬時間差のない光路変
換素子を設計することができる。ここで、一例として、
複屈折結晶91に方解石(n0=1.658 、ne =1.486)を
用い、複屈折結晶92にルチル結晶(n0 =2.616 、n e
=2.903)を用いて異常光線シフト量が1mmの素子を設計
する場合の例を示す。この場合、異常光線シフト量を最
大にするθはそれぞれθ1 =48.1°、θ2 =42.0°とな
る。ここで、上式の係数を計算すると、
Using the above two equations, the birefringent crystals 91 and 92
By obtaining the thickness, the desired extraordinary ray shift
Optical path change without propagation time difference between ordinary ray and extraordinary ray
A replacement element can be designed. Here, as an example,
Calcite (n0= 1.658, ne= 1.486)
Using a rutile crystal (n0= 2.616, n e
= 2.903) to design an element with an extraordinary ray shift of 1 mm
An example is shown below. In this case, minimize the extraordinary ray shift amount.
Θ to be large is θ1= 48.1 °, θTwo= 42.0 °
You. Here, when the coefficient of the above equation is calculated,

【数14】 が得られる。これらの値から複屈折結晶の厚みを求める
と、t1 =5.92mm、t2=3.36mmとなる。
[Equation 14] Is obtained. When the thickness of the birefringent crystal is determined from these values, t 1 = 5.92 mm and t 2 = 3.36 mm.

【0035】なお、本実施例では複屈折結晶91がn0
e で、複屈折結晶92がn0 <neである場合を示した
が、この両者を入れ換えても同等の機能を持った光路変
換素子が実現されることは自明である。すなわち、本発
明は複屈折結晶の配列順序を特に限定しているものでは
ない。また、本実施例は複屈折結晶91および92が一軸性
結晶である場合を示したが、二軸性結晶の場合でも、3
つの主方向屈折率のうちの2つが接近している場合は、
接近している2つの平均をn0 とし、もう一つをne
して、近似的に一軸性結晶とみなし、上式を用いて解析
することができる。一例として、硝石(主方向屈折率n
1 =1.5064、n2 =1.5056、n3 =1.3346) の場合は、
0 =(n1 +n2 )/2=1.5060、ne =n3 =1.33
46として、近似的に一軸性結晶として扱うことができ
る。従って、このような二軸性結晶を用いて構成した図
9の光路変換素子も本発明に含まれる。
In this embodiment, the birefringent crystal 91 has n 0 >
In n e, but birefringent crystal 92 showed a case is n 0 <n e, it is obvious that the optical path conversion element having the same function be switched to the both are realized. That is, the present invention does not particularly limit the arrangement order of the birefringent crystals. Further, the present embodiment has shown the case where the birefringent crystals 91 and 92 are uniaxial crystals.
If two of the principal refractive indices are close,
Assuming that the average of two approaches is n 0 and the other is n e , it can be regarded as approximately a uniaxial crystal and analyzed using the above equation. As an example, saltpeter (major direction refractive index n
1 = 1.5064, n 2 = 1.5056, n 3 = 1.3346)
n 0 = (n 1 + n 2) /2=1.5060,n e = n 3 = 1.33
As 46, it can be treated approximately as a uniaxial crystal. Therefore, the present invention also includes the optical path conversion element of FIG. 9 configured using such a biaxial crystal.

【0036】また、図9に示した光路変換素子は、常光
線と異常光線の伝搬時間差がない点を除けば、その機能
は通常の複屈折結晶とまったく同等である。従って、図
1のビームシフト形光スイッチの複屈折結晶12−1〜12
−3、13−1〜13−3を本光路変換素子に置き換えれ
ば、そのまま、経路によって伝搬時間に差が生じない光
スイッチを構成することができる。また、本光路変換素
子の間に、この光路変換素子の異常光線のシフトの大き
さの整数倍の幅を持った偏光面交換素子と、これと同一
の形状および屈折率を持った光学的に等方な透明板を交
互に積層すれば、図3の複屈折結晶32を本光路変換素子
に置き換えたルーチング素子が構成される。このルーチ
ング素子を、図2の多段網型光スイッチに適用すれば、
やはり経路によって伝搬時間に差が生じない光スイッチ
を構成することができる。また、本素子を図2の多段網
形光スイッチの初段および最終段に適用するルーチング
素子に用いることにより任意偏光の入射光ビームをジッ
タなしに通過させることができる。
The function of the optical path changing element shown in FIG. 9 is exactly the same as that of a normal birefringent crystal except that there is no difference in the propagation time between the ordinary ray and the extraordinary ray. Therefore, the birefringent crystals 12-1 to 12-12 of the beam shift type optical switch of FIG.
If -3 and 13-1 to 13-3 are replaced with the present optical path conversion element, an optical switch that does not cause a difference in propagation time depending on the path can be configured as it is. Further, a polarization plane exchange element having a width that is an integral multiple of the magnitude of the shift of the extraordinary ray of the optical path conversion element, and an optical element having the same shape and refractive index as the optical path conversion element. By alternately stacking isotropic transparent plates, a routing element in which the birefringent crystal 32 of FIG. 3 is replaced with the present optical path conversion element is formed. If this routing element is applied to the multi-stage network type optical switch of FIG.
Also, an optical switch in which the propagation time does not differ depending on the path can be configured. Further, by using this element as a routing element applied to the first and last stages of the multistage optical switch shown in FIG. 2, an incident light beam of arbitrary polarization can be passed without jitter.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光路
変換素子の適用により、複屈折結晶を用いた素子が本質
的に持っている常光線と異常光線の伝搬時間差の補償が
可能となり、これによって生じる光信号の位相のずれあ
るいはジッタの問題を解決することができる。
As described above, by applying the optical path conversion element according to the present invention, it is possible to compensate for the propagation time difference between the ordinary ray and the extraordinary ray inherent in the element using the birefringent crystal. The problem of the phase shift or jitter of the optical signal caused by this can be solved.

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

【図1】図1は、多段ビームシフト型光集線スイッチの
基本構造を示す図であり、(a)はその概略を示す図であ
り、(b) はスイッチ内部の複屈折結晶を通過する常光線
および異常光線の経路をそれぞれ実線、破線で示してい
る。
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a basic structure of a multi-stage beam shift type optical concentrator switch, where FIG. 1A is a schematic diagram thereof, and FIG. The paths of the light beam and the extraordinary light beam are shown by a solid line and a broken line, respectively.

【図2】図2は、多段網型光スイッチの構造の概略を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the structure of a multistage optical switch.

【図3】図3は、複屈折結晶を用いて構成した偏光ルー
チング素子の構造を示す図であり、(a) 〜(d) はそれぞ
れ、図2のルーチング素子22−1,22−2、23−1,23
−2、24−1,24−2、25−1,25−2の構造を示して
いる。
FIG. 3 is a view showing a structure of a polarization routing element formed by using a birefringent crystal, and (a) to (d) respectively show the routing elements 22-1 and 22-2 of FIG. 23-1, 23
-2, 24-1, 24-2, 25-1, 25-2 are shown.

【図4】図4は、偏光ルーチング素子を伝搬する光ビー
ムの経路を示し、(a) は図3の(a) および(c) の経路で
あり、(b) は図3の(b) および(d) の経路であり、ここ
で、実線、破線はそれぞれ常光線、異常光線の経路を示
している。
FIG. 4 shows the path of a light beam propagating through a polarization routing element, where (a) is the path of (a) and (c) of FIG. 3, and (b) is (b) of FIG. And (d), where the solid and broken lines indicate the paths of the ordinary ray and the extraordinary ray, respectively.

【図5】図5は、本発明の第1の実施例であり、(a) は
本実施例に基づく素子の構造を示す図であり、(b) は素
子を通過する常光線および異常光線の経路をそれぞれ実
線、破線で示している。
FIGS. 5A and 5B show a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 5A is a diagram showing the structure of an element according to the embodiment, and FIG. Are indicated by solid lines and broken lines, respectively.

【図6】図6は、図5の光路変換素子を用いた多段ビー
ムシフト型光集線スイッチの構成例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a multi-stage beam shift type optical concentrator switch using the optical path conversion element of FIG. 5;

【図7】図7は、図3に示されたものと等価な機能を持
つルーチング素子の構成例を示す図であり、(a) 、(b)
はそれぞれ図3の(a) 、(b) の素子に対応している。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a routing element having a function equivalent to that shown in FIG. 3, and (a), (b)
Correspond to the elements of FIGS. 3A and 3B, respectively.

【図8】図8は、図7のルーチング素子中を通過する光
ビームの経路を示し、図中の実線、破線はそれぞれ常光
線、異常光線を示し、(a) 、(b) はそれぞれ図7の
(a)、(b) の素子に対応している。
8 shows the path of a light beam passing through the routing element of FIG. 7, wherein solid and broken lines indicate ordinary and extraordinary rays, respectively, and FIGS. 7 of
They correspond to the elements (a) and (b).

【図9】図9は、本発明の第2の実施例であり、(a) は
本実施例に基づく素子の構造を示し、(b) は素子を通過
する常光線および異常光線の経路をそれぞれ実線、破線
で示している。
FIGS. 9A and 9B show a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 9A shows the structure of an element according to this embodiment, and FIG. 9B shows the paths of ordinary and extraordinary rays passing through the element. These are indicated by solid lines and broken lines, respectively.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11−1〜11−7 偏光制御素子アレイ 12−1〜12−3 複屈折結晶 13−1〜13−3 複屈折結晶 21−1〜21−9 偏光制御アレイ 22−1,22−2 偏光ルーチング素子 23−1,23−2 偏光ルーチング素子 24−1,24−2 偏光ルーチング素子 25−1,25−2 偏光ルーチング素子 31 光ビームの入射位置 32 複屈折結晶 33 偏光面交換素子 34 光学的に等方な透明板 51−1,52−2 複屈折結晶 52 偏光面交換素子 61−1〜61−7 偏光制御素子アレイ 62−1〜62−3 光路変換素子 63−1〜63−3 光路変換素子 71 光ビームの入射位置 72−1,72−2 複屈折結晶 73−1,73−2 複屈折結晶 74−1,74−2 偏光面交換素子 75 偏光面交換素子 76 光学的に等方な透明板 91 複屈折結晶 92 複屈折結晶 11-1 to 11-7 Polarization control element array 12-1 to 12-3 Birefringent crystal 13-1 to 13-3 Birefringent crystal 21-1 to 21-9 Polarization control array 22-1, 22-2 Polarization routing Element 23-1, 23-2 Polarization routing element 24-1, 24-2 Polarization routing element 25-1, 25-2 Polarization routing element 31 Light beam incident position 32 Birefringent crystal 33 Polarization plane exchange element 34 Optically Isotropic transparent plate 51-1 and 52-2 Birefringent crystal 52 Polarization plane exchange element 61-1 to 61-7 Polarization control element array 62-1 to 62-3 Optical path conversion element 63-1 to 63-3 Optical path conversion Element 71 Light beam incident position 72-1, 72-2 Birefringent crystal 73-1, 73-2 Birefringent crystal 74-1, 74-2 Polarization plane exchange element 75 Polarization plane exchange element 76 Optically isotropic Transparent plate 91 Birefringent crystal 92 Birefringent crystal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−120823(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 27/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-120823 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 27/28

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複屈折性を有する第1の透明媒質と、 上記第1の透明媒質と同一の形状、材質を有し、常光線
に対する異常光線の位置シフトの大きさが上記第1の透
明媒質のそれに等しく、かつそのシフトの方向が上記第
1の透明媒質とは逆であるように配置された第2の透明
媒質と、 上記2つの透明媒質の間に設置され、上記第1の透明媒
質から出射する常光線を上記第2の透明媒質に入射する
異常光線に変換し、かつ上記第1の透明媒質から出射す
る異常光線を上記第2の透明媒質に入射する常光線に変
換する偏光面交換素子によって構成されることを特徴と
する光路変換素子。
1. A first transparent medium having birefringence, the same shape and material as the first transparent medium, and the magnitude of a position shift of an extraordinary ray with respect to an ordinary ray is the first transparent medium. A second transparent medium disposed so as to be equal to that of the medium and having a shift direction opposite to that of the first transparent medium; and a second transparent medium disposed between the two transparent media, Polarization for converting an ordinary ray emitted from a medium into an extraordinary ray incident on the second transparent medium, and converting an extraordinary ray emitted from the first transparent medium into an ordinary ray incident on the second transparent medium. An optical path conversion element comprising a surface exchange element.
【請求項2】 上記偏光面交換素子が半波長板によって
構成されることを特徴とする請求項1に記載の光路変換
素子。
2. The optical path-changing element according to claim 1, wherein said polarization plane switching element is constituted by a half-wave plate.
【請求項3】 上記偏光面交換素子が、通過する直線偏
光の偏光面を90°回転させる旋光子によって構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の光路変換素子。
3. The optical path-changing element according to claim 1, wherein the polarization plane switching element is constituted by an optical rotator that rotates the polarization plane of the passing linearly polarized light by 90 °.
【請求項4】 上記第1、第2の透明媒質が方解石また
はルチル結晶で構成されていることを特徴とする請求項
1から3のいずれか1つに記載の光路変換素子。
4. The optical path-changing element according to claim 1, wherein the first and second transparent media are made of calcite or rutile crystal.
【請求項5】 複屈折性を有する第1の透明媒質と、 複屈折性を有し、かつ上記第1の透明媒質と、常光線屈
折率と異常光線屈折率の大小関係が逆である第2の透明
媒質とによって構成され、 上記第1の透明媒質の電界の振動方向が主軸に垂直な方
向、主軸方向となる光の屈折率をそれぞれn01,ne1
入射面と結晶主軸との角度をθ1 とし、上記第2の透明
媒質の電界の振動方向が主軸に垂直な方向、主軸方向と
なる光の屈折率をそれぞれn02,ne2、入射面と結晶主
軸との角度をθ2 とした場合に、上記第1の透明媒質の
厚さt1 と上記第2の透明媒質の厚さt2 との間に 【数1】 の関係が成立するように上記第1および第2の透明媒質
が配置されていることを特徴とする光路変換素子。
5. A first transparent medium having birefringence, and a first transparent medium having birefringence, wherein the magnitude relationship between the ordinary ray refractive index and the extraordinary ray refractive index is opposite to the first transparent medium. The first transparent medium has a refractive index of n 01 , n e1 and n 01 , respectively, in which the direction of oscillation of the electric field of the first transparent medium is perpendicular to the principal axis and the principal axis direction.
The angle between the plane of incidence and the principal axis of the crystal is θ 1 , the direction of oscillation of the electric field of the second transparent medium perpendicular to the principal axis and the refractive index of light in the principal axis direction are n 02 and ne 2 , respectively. the angle between the principal crystal axis in case of a theta 2, Equation 1] between the thickness t 2 of said first transparent medium having a thickness of t 1 and the second transparent medium Wherein the first and second transparent media are arranged so that the following relationship is established.
【請求項6】 上記第1の透明媒質の入射面と結晶主軸
との角度θ1 が 【数2】 の関係を満足することを特徴とする請求項5に記載の光
路変換素子。
6. The angle θ 1 between the incident surface of the first transparent medium and the crystal main axis is given by The optical path conversion element according to claim 5, wherein the following relationship is satisfied.
【請求項7】 上記第2の透明媒質の入射面と結晶主軸
との角度θ2 が、 【数3】 の関係を満足することを特徴とする請求項5あるいは6
に記載の光路変換素子。
7. An angle θ 2 between the incident surface of the second transparent medium and the crystal main axis is given by 7. The relationship of claim 5 or claim 6, wherein
An optical path conversion element according to item 1.
【請求項8】 上記第1、第2の透明媒質の一方が方解
石で構成されていることを特徴とする請求項5から7の
いずれか1つに記載の光路変換素子。
8. The optical path conversion device according to claim 5, wherein one of the first and second transparent media is made of calcite.
【請求項9】 上記第1、第2の透明媒質の一方がルチ
ル結晶で構成されていることを特徴とする請求項5から
8のいずれか1つに記載の光路変換素子。
9. The optical path conversion device according to claim 5, wherein one of the first and second transparent media is made of a rutile crystal.
【請求項10】 異常光線のシフトの大きさが互いに等
しく、その方向が互いに逆である、第1、第2の請求項
1から9のいずれか1つに記載の光路変換素子を直列に
配置し、 上記第1および第2の光路変換素子の間に、 上記第1および第2の光路変換素子による異常光線のシ
フトの大きさの整数倍に等しい幅を有し、かつ上記第1
の光路変換素子から出射する常光線を上記第2の光路変
換素子に入射する異常光線に変換し、かつ上記第1の光
路変換素子から出射する異常光線を上記第2の光路変換
素子に入射する常光線に変換する偏光面交換素子と、 上記偏光面交換素子と等しい幅を有し、かつ上記偏光面
変換素子と同一の屈折率を有する光学的に等方な透明媒
質とを、 その幅の方向に交互に積層したことを特徴とする光路変
換素子。
10. An optical path changing element according to claim 1, wherein the extraordinary rays have the same magnitude of shift and their directions are opposite to each other. And having a width between the first and second optical path conversion elements equal to an integral multiple of the magnitude of the shift of the extraordinary ray by the first and second optical path conversion elements, and
The ordinary ray emitted from the optical path conversion element is converted into an extraordinary ray incident on the second optical path conversion element, and the extraordinary ray emitted from the first optical path conversion element is incident on the second optical path conversion element. A polarization plane exchange element that converts to ordinary light, and an optically isotropic transparent medium having the same width as the polarization plane exchange element and having the same refractive index as the polarization plane exchange element, An optical path-changing element characterized by being alternately stacked in a direction.
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