JP5521238B2 - 光路切替装置および複数光信号の光路切替方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信や光情報処理等の光エレクトロニクスやフォトニクスの各分野において活用され、熱レンズ方式光制御式光路切替スイッチを利用して光路の切替を行う光路切替装置、および複数光信号の光路切替方法に関する。

本発明者等は、先に、新しい原理に基づく光路切替装置および方法を発明した（特許文献１参照）。この光路切替装置等では、熱レンズ形成光素子内の制御光吸収領域に対して、制御光吸収領域が吸収する波長帯域の制御光と、制御光吸収領域が吸収しない波長帯域の信号光とを、各光軸が一致するように収束させて照射し得る構成を有している。この構成によれば、熱レンズ形成光素子内の制御光吸収領域への信号光の照射に対して、制御光の照射は選択的に行われる。制御光の照射が信号光の照射と同時に行われないときには信号光が穴付きミラーの穴を通して直進し、他方、制御光の照射が信号光の照射と同時に行われるときには信号光の進行方向に対して傾けて設けた穴付きミラーで反射して光路を変更させる。特許文献１には、１種類の波長の制御光によって制御光の進行方向を２方向に切り替えることができる光制御型光路切替装置が開示されている。この光制御型光路切替装置は以下では「１対２型光制御型光路切替装置」と記す。

更に、本発明者等は、熱レンズ形成光素子および穴付きミラーを複数組み合わせて用いて構成した光制御式の光路切替装置および光信号光路切替方法を発明した（特許文献２参照）。この光路切替装置等では、制御光吸収領域が吸収する波長帯域と制御光の波長とを１対１に対応させており、更に、例えば吸収波長帯域の異なる色素を用いた３種類の制御光吸収領域の熱レンズ形成光素子を合計７個組み合わせて使用し、併せて、３種類の波長の制御光の各々の明滅を制御することにより、例えばサーバのデータを８箇所に光制御方式で切り替えて配信するシステムが開示されている。

なお、上記の特許文献１，２に開示された光路切替の方式では、制御光を照射した場合、熱レンズ効果によって信号光のビーム断面形状はリング状に変化する。そこで、これらの光路切替方式を以下では「リングビーム方式」と記すこととする。

更に、本発明者等は、その後、特許文献３〜６に開示される通り、光路変更方法および光路切替装置を提案した。これらの光路変更方法および光路切替装置によれば、熱レンズ形成光素子中の制御光吸収領域に、制御光吸収領域が吸収する波長帯域の制御光、および制御光吸収領域が吸収しない波長帯域の信号光を入射させ、制御光および信号光は、制御光吸収領域にて収束するように照射されかつ各々の光の収束点の位置が異なるように照射される。制御光および信号光は、光の進行方向で制御光吸収領域の入射面またはその近辺で収束し、その後、拡散する。これにより、制御光吸収領域内で制御光を吸収した領域およびその周辺領域に温度上昇が起き、当該温度上昇に起因して可逆的に熱レンズの構造が変化し、屈折率が変化して、信号光の進行方向を変化させることができる。特許文献３〜６に記載される光路変更の方式では、制御光を照射しても信号光のビーム断面形状はほぼ円形に保たれる。そこで、当該光路変更の方式を以下では「丸ビーム方式」と記すこととする。

特許文献４，５には、１種類の波長の制御光によって制御光の進行方向を２方向に切り替える１対２型光制御型光路切替装置が開示されている。また特許文献５，６には、例えば、７芯光ファイバーの中心の光ファイバーから出射する信号光の光路を、中心の光ファイバーの周辺に設けられた光ファイバーから出射する制御光によって７方向に切り替える光制御型光路切替装置が開示されている。この光制御型光路切替装置を以下では「１対７型光制御型光路切替装置」と記す。また、従来の丸ビーム方式の光制御型光路切替装置、特に１対７型光制御型光路切替装置において、制御光および信号光は制御光吸収領域にて収束するように照射されかつ各々の光の収束点の位置が異なるように照射されるが、複数の制御光ビームおよび１つの信号光ビームの光軸の位置合わせの煩雑さを避け、また、偏波依存性に悪影響を与えるダイクロマティックミラーの使用を避けるため、特許文献７に記載の端面近接多芯バンドル光ファイバーが好適に用いられる。更に、特許文献８には熱レンズ効果を有効に利用するために適した熱レンズ形成光素子の形態、および、熱レンズ形成光素子に用いられる色素溶液の溶剤の粘度および粘度の温度特性について詳しく開示されている。また特許文献６には、例えば、７方向に切り替えられた信号光を７芯光ファイバーで検出する光制御型光路切替装置が開示されている。

特許第３８０９９０８号公報 特許第３９０６９２６号公報 特開２００７−２２５８２５号公報 特開２００７−２２５８２６号公報 特開２００７−２２５８２７号公報 特開２００８−０８３０９５号公報 特開２００８−０７６６８５号公報 特開２００９−１７５１６４号公報

上述の特許文献１〜８では、いずれも１つの信号光源からの信号光を制御光照射の有無により、複数の光路に切り替える方法および装置について述べている。しかし、同一の光路切替装置により、複数の信号光を複数の光路に切り替えを行いたいという要望がある。

また、例えば、上述の１対７型光制御型光路切替装置を複数個用いて、それぞれの光路切替装置の信号光を７方向に光路を切り替えて、複数の信号光を複数の光路に切り替えて１つの受光素子に受光させるためには、受光素子の上流側に、光学ミキサーを配置する必要があり、装置構成が煩雑になる。具体的に、例えば、２対２型光制御型光路切替装置を構成する方法として、２台の１対２型光制御型光路切替装置を並列に並べて、これらの２台の１対２型光制御型光路切替装置の出力端を、２台の２対１の光ミキサー（合波器）を用いて束ねることにより、２対２型光制御型光路切替装置を構成可能であるが、順方向については正常動作が可能であるが、逆方向については、光ミキサー（合波器）部分が分波器として働くために、２対２型光制御型光路切替装置が構成できない。これを回避する方法として、４台の１対２型光制御型光路切替装置を用いる構成法がある。すなわち、２台の１対２型光制御型光路切替装置を並列に並べて、上述の光ミキサーの代わりに２台の１対２型光制御型光路切替装置を逆向きに並列に並べて接続することにより、２対２型光制御型光路切替装置が構成できる。この方法により、６対６型光制御型光路切替装置を構成するためには、１２台の１対７型光制御型光路切替装置が必要となり、装置構成が煩雑になる。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、同一の光路切替装置により、複数の信号光を、複数の光路に切り替え可能とする、光路切替装置および複数光信号の光路切替方法を提供することにある。

本発明は、以下の特徴を有する。

本願請求項１に係る発明の光路切替装置は、
１種類以上の波長の信号光を照射する一対の近接した信号光光源と、
前記一対の近接した信号光光源を間に挟んだ前記信号光とは異なる特定波長の制御光を照射する２つ以上の制御光光源と、
前記信号光は透過し、前記制御光を選択的に吸収する光吸収層を含む熱レンズ形成光素子と、
前記光吸収層に前記制御光と前記信号光とを各々収束点を光軸に対して垂直方向で異ならせて、前記光吸収層内にて収束させて入射させる集光手段と、を有し、
前記熱レンズ形成光素子は、前記制御光と前記信号光が、光の進行方向で前記光吸収層内において収束したのち拡散することによって、前記光吸収層内における前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因し過渡的に熱レンズが形成され、該熱レンズにより、前記光吸収層内に屈折率分布が生じ、前記信号光の進行方向を変え、光路切替を行い、
更に、前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光と、前記制御光が照射され光路切替された信号光とを、それぞれ収束または集光した光路切替装置であって、前記制御光が照射され光路切替された信号光は、一対の他方の前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光の収束または集光した位置と同一の位置に、それぞれ収束または集光するようにしたことを特徴とする。

本願請求項２に係る発明の光路切替装置は、請求項１に記載の光路切替装置において、
更に、熱レンズ素子通過後の信号光を収束または集光させる光学装置は、第１の受光手段と第２の受光手段を設け、前記第１の受光手段と第２の受光手段の間に、両面が平行な部分を持つくさび型プリズムを設け、前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光はくさび型プリズムの両面が平行部分を通過し、前記制御光が照射され光路切替された信号光はくさび型プリズムのプリズム部分を通過させ、前記制御光が照射され光路切替された信号光は一対の他方の前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光の収束または集光した位置と同一の位置に、それぞれ収束または集光するようにしたことを特徴とする。

本願請求項３に係る発明の光路切替装置は、請求項１または請求項２記載の光路切替装置において、
複数の信号光光源が一対となる信号光光源となるように、３つ以上の信号光光源を近接して配置したことを特徴とする。

本願請求項４に係る発明の複数光信号の光路切替方法は、
一対をなす２つ以上の信号光光源からの、１種類以上の波長の信号光を各々の光軸を揃えて出射させ、
前記一対の近接した信号光源を間に挟んだ２つ以上の制御光光源からの、前記信号光とは異なる特定波長の制御光を各々出射させ、
前記信号光は透過し、前記制御光を選択的に吸収する光吸収層を含む熱レンズ形成光素子に、前記信号光と前記制御光とを各々収束点を光軸に対して垂直方向で異ならせて、前記光吸収層内にて収束するよう集光して照射し、
前記信号光は前記熱レンズ形成光素子を透過させ、
前記制御光は前記熱レンズ形成光素子内の前記光吸収層にて光吸収させて前記光吸収層内における前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に伴う熱レンズを過渡的に形成させて前記熱レンズ形成光素子内の前記光吸収層内に屈折率分布を生じさせ、前記信号光の進行方向を変えて光路切替させ、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光と、前記制御光が照射され光路切替された信号光をそれぞれ、同一光学手段からなる第１の受光手段および第２受光手段により収束または集光させ、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光と、前記制御光が照射され光路切替された信号光とを、前記第１の受光手段と第２受光手段との間に設けたくさび型プリズムにより分光したまま屈折させて通過させること、を特徴とする。

本発明に係る光路切替装置および複数光信号の光路切替方法は、次の効果を奏する。すなわち、複数の信号光を同一の光学装置により複数の位置に光路切り替えが可能となり、１つの信号光を複数の位置に切り替える方法に比較して、省スペース、低消費電力、利便性向上等の効果を有する。

本発明の第１の実施の形態における入射光源の配置と光路切替装置の概念図である。 本発明の第１の実施の形態の光路切替装置に用いられるくさび型プリズムの概念図である。 本発明の第２の実施の形態における入射光源の配置を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態の光路切替装置に用いられる六角錐台プリズムの平面図である。 本発明の第２の実施の形態の光路切替装置に用いられる六角錐台プリズムの側面図である。 本発明の第３の実施の形態における入射光源の配置を示す概念図である。 本発明の第３の実施の形態の光路切替装置に用いられる八角錐台プリズムの平面図である。 本発明の第４の実施の形態の入射光源の配置を示す概念図である。 本発明の第４の実施の形態における光路切替装置に用いられる十二角錐台プリズムの平面図である。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。以下の図の説明では、図を複雑にせず説明を分かりやすくするために、各光源から出射した光の中心線のみで各光源から出射した光の進行を表し、説明をしている。

［第１の実施形態］
図１および図２を用いて、本発明の第１の実施形態に係る光路切替装置の構成の一例を以下に説明し、併せて光信号の光路切替方法を説明する。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る光路切替装置では、入射光源を４つ設け、そのうち、中央部分の２つの入射光源を信号光光源とし、一方、入射光源の外側の２つの入射光源を制御光光源とした。また、本実施の形態では、２つの信号光光源は、２種類の異なる信号光を伝搬する信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂであり、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂは、ほぼ直線上に配置されている。一方、２つの制御光光源は、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂを挟むように配置された２つの制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂであって、制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂもほぼ直線上に配置されている。

また、本実施の形態では、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂならびに制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂの中心間距離は、例えば４０μｍである。例えば、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂならびに制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂとして、シングルモード光ファイバーを用いた場合、クラット部分をエッチングすることにより、４０μｍの太さにしたものを近接して並べて作成することができる。

また、図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る光路切替装置では、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂならびに制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂのそれぞれの端面から出射される、２種類の信号光（図１における二点破線ならびに一点破線で図示）および２つの制御光（図１における太線で図示）が、凸レンズからなるコリメートレンズ２０および集光レンズ２２を介して熱レンズ形成素子３０に集光させる。なお、２つのレンズ２０および２２を用いる代わりに、１つのレンズで集光しても良い。また、熱レンズ形成素子３０の下流側には、熱レンズ形成素子３０を通過した信号光を集光させるための第１の受光手段である受光レンズ４０と、くさび型プリズム５０と、第２の受光手段である結合レンズ６０とが設けられ、結合レンズ６０から出射した光路切替された信号光は、受光素子７０に入射する。ここで、受光素子７０の中心間距離は、例えば４０μｍであり、受光素子７０を多芯バンドル光ファイバーとする場合、それぞれのシングルモード光ファイバーのクラット部分をエッチングすることにより４０μｍの太さにしたものを２つ近接して並べて作成した。

本実施に形態における熱レンズ形成素子３０は、上述した２種類の異なる信号光は透過し、一方、上述した２つの制御光を選択的に吸収する光吸収層を有する。

また、図２に示すように、くさび型プリズム５０は、中心部分は対向する２つの面が平行に形成された頂上平面５４を有し、この頂上平面５４を挟んで傾斜面５２，５６が形成された、くさび型プリズムである。更に、結合レンズ６０の焦点距離を２ｍｍ、受光素子７０の間隔を４０μｍとし、くさび型プリズム５０の屈折率を、２つの異なる波長の信号光（１３１０ｎｍおよび１４９０ｎｍを用いた）に対して１．５とし、くさび型プリズム５０のウェッジ角度θを約１．１５度とすることによって、結合レンズ６０を通過した制御光が照射されて光路切替がなされた信号光は、受光素子７０にほぼ垂直に入射するようになり、受光素子７０にシングルモード光ファイバーを用いた場合は、結合効率が良くなる。

次に、本実施の形態における光路切替装置の光路切替方法について、図１，２を用いて説明する。まず、例えば、制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂのいずれからも制御光が出射されず、信号光用光ファイバー１０ａから信号光がコリメート２０に出射された場合、信号光は、コリメートレンズ２０、集光レンズ２２によって、熱レンズ形成素子３０に０．７倍〜等倍に結像され、光路３００（図１の二点破線）に沿って、受光レンズ４０、くさび型プリズム５０の頂上平面５４を通過して、結合レンズ６０によって結像倍率が、０．７〜１．４倍になり、受光素子７０に結像する。

一方、制御光用光ファイバー１２ａから制御光がコリメートレンズ２０に出射され、信号光用光ファイバー１０ａから信号光がコリメート２０に出射された場合、信号光は、コリメートレンズ２０、集光レンズ２２によって、光路３００に沿って熱レンズ形成素子３０に０．７倍〜等倍に結像され、更に、制御光が照射され制御光の光吸収で形成される熱レンズ領域によって光路偏向され、光路３０２（図１の破線）に沿って、受光レンズ４０、くさび型プリズム５０の傾斜面５２を通過して、結合レンズ６０を介して受光素子７０に結像する。

また、制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂのいずれからも制御光が出射されず、信号光用光ファイバー１０ｂから信号光がコリメート２０に出射された場合、信号光は、コリメートレンズ２０、集光レンズ２２によって、熱レンズ形成素子３０に０．７倍〜等倍に結像され、光路２００（図１の一点破線）に沿って、受光レンズ４０、くさび型プリズム５０の頂上平面５４を通過して、結合レンズ６０によって結像倍率が、０．７〜１．４倍になり、受光素子７０に結像する。

一方、制御光用光ファイバー１２ｂから制御光がコリメートレンズ２０に出射され、信号光用光ファイバー１０ｂから信号光がコリメート２０に出射された場合、信号光は、コリメートレンズ２０、集光レンズ２２によって、光路２００に沿って熱レンズ形成素子３０に０．７倍〜等倍に結像され、更に、制御光が照射され制御光の光吸収で形成される熱レンズ領域によって光路偏向され、光路２０２（図１の破線）に沿って、受光レンズ４０、くさび型プリズム５０の傾斜面５６を通過して、結合レンズ６０を介して受光素子７０に結像する。

第１の実施形態の光路切替装置によれば、同一の光路切替装置によって、２種類の信号光を、少なくとも４つの光路に切り替えることができる。また、従来のような、信号光のミキサーも不要になり、その結果、装置構成を小型化することができる。更に、必要な情報は、２本の信号光用光ファイバーを用いた信号光の時間差によって伝搬することで、複数の信号光を同一の光路切替装置を用いて送信することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施の形態の光路切替装置は、上述した第１の実施の形態の光路切替装置の構成に対し、信号光光源と制御光光源の構成が異なり、また、それに伴い、くさび型プリズムの構造も異なるが、その他の構成はほぼ同じ構成であることから、その他の構成についての説明は省略する。

本実施の形態における信号光用光源と制御光光源の配置について、以下に説明する。図３に示すように、３つの信号光光源となる信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃが、それぞれ正三角形を構成するように近接して配置されている。更に、３つの信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃを囲むように、制御光光源となる制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆが配置され、一対の信号光光源を挟んで制御光光源を設けた配置としている。すなわち、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ｂ，１２ｅが配置されている。この配置は、上述した第１の実施の形態と同じ配置である。同様に、信号光用光ファイバー１０ｂ，１０ｃを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｄが配置され、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｃを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ｆ，１２ｃが配置されている。本実施の形態では、信号光用光ファイバーならびに制御光用光ファイバーをフェルール内に収納する場合の位置決めを確実にするために、ダミー用光ファイバー１４ａ，１４ｂ，１４ｃが、それぞれ制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｆの間、制御光用光ファイバー１２ｂ，１２ｃの間、ならびに、制御光用光ファイバー１２ｄ，１２ｅの間に配置されている。ここで、ダミー用光ファイバー１４ａ，１４ｂ，１４ｃからは、光は出射することなく、例えば４０μｍのファイバーからなる。

本実施の形態における受光素子は、図１に示す受光素子７０を多芯バンドル光ファイバーとする場合、それぞれのシングルモード光ファイバーのクラット部分をエッチングすることにより４０μｍの太さにしたものを３つ近接させ、正三角形を形成するように並べて作成した。

更に、本実施の形態におけるくさび型プリズム８０は、図４Ａ、図４Ｂに示すように、六角錐台プリズムである。中心部分は、対向する２つの面が平行に形成された頂上平面８８を有し、頂上平面８８の周囲に、６面の傾斜面８１〜８６が形成されている。従って、上述した第１の実施の形態の光路切替装置のように、制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆのいずれからも制御光を照射しない場合は、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃから出射されるそれぞれの信号光は、くさび型プリズム８０の頂上平面８８を通過して、それぞれ受光素子に結像される。一方、制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆのいずれかから制御光が照射された場合、号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃから出射されるそれぞれの信号光は、その光路が偏向されて、くさび型プリズム８０の傾斜面８１〜８６のいずれかを通過して、受光素子に結合される。

すなわち、制御光用光ファイバー１２ｂから制御光が出射された場合、信号光用光ファイバー１０ｂから出射された信号光は、熱レンズ形成素子３０（図１）における制御光の光吸収で形成された熱レンズ領域によって光路偏向され、くさび型プリズム８０の傾斜面８４を通過して、受光素子に結像される。同様に、制御光用光ファイバー１２ｅから制御光が出射された場合、信号光用光ファイバー１０ａから出射された信号光は、熱レンズ形成素子３０（図１）における制御光の光吸収で形成された熱レンズ領域によって光路偏向され、くさび型プリズム８０の傾斜面８１を通過して、受光素子に結像される。また、制御光用光ファイバー１２ａから制御光が出射された場合、信号光用光ファイバー１０ｂから出射された信号光は、熱レンズ形成素子３０（図１）における制御光の光吸収で形成された熱レンズ領域によって光路偏向され、くさび型プリズム８０の傾斜面８５を通過して、受光素子に結像され、同様に、制御光用光ファイバー１２ｄから制御光が出射された場合、信号光用光ファイバー１０ｃから出射された信号光は、熱レンズ形成素子３０（図１）における制御光の光吸収で形成された熱レンズ領域によって光路偏向され、くさび型プリズム８０の傾斜面８２を通過して、受光素子に結像される。更に、制御光用光ファイバー１２ｆから制御光が出射された場合、信号光用光ファイバー１０ａから出射された信号光は、熱レンズ形成素子３０（図１）における制御光の光吸収で形成された熱レンズ領域によって光路偏向されて、くさび型プリズム８０の傾斜面８６を通過して、受光素子に結像され、同様に、制御光用光ファイバー１２ｃから制御光が出射された場合、信号光用光ファイバー１０ｃから出射された信号光は、熱レンズ形成素子３０（図１）における制御光の光吸収で形成された熱レンズ領域によって光路偏向されて、くさび型プリズム８０の傾斜面８３を通過して、受光素子に結像される。

第２の実施形態の光路切替装置によれば、同一の光路切替装置によって、３種類の信号光を、少なくとも９個の光路に切り替えることができる。また、従来のような、信号光のミキサーも不要になり、その結果、装置構成を小型化することができる。更に、必要な情報は、３本の信号光用光ファイバーを用いた信号光の時間差によって伝搬することで、複数の信号光を同一の光路切替装置を用いて送信することができる。

［第３の実施形態］
第３の実施の形態の光路切替装置は、上述した第１の実施の形態の光路切替装置の構成に対し、信号光光源と制御光光源の構成が異なり、また、それに伴いくさび型プリズムの構造も異なるが、その他の構成はほぼ同じ構成であることから、その他の構成についての説明は省略する。

本実施の形態における信号光用光源と制御光光源の配置について、以下に説明する。図５に示すように、４つの信号光光源となる信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが、それぞれ正四角形を構成するように近接して配置されている。更に、４つの信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを囲むように、制御光光源となる制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈが配置され、一対の信号光光源を挟んで制御光光源を設けた配置としている。すなわち、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ｈ，１２ｃが配置されている。この配置は、上述した第１の実施の形態と同じ配置である。同様に、信号光用光ファイバー１０ｂ，１０ｃを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ｂ，１２ｅが配置され、信号光用光ファイバー１０ｃ，１０ｄを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ｄ，１２ｇが配置され、更に、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｄを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｆが配置されている。

更に、本実施の形態では、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｃを挟んで、その外側に４つの制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｈ，１２ｄ，１２ｅが配置され、信号光用光ファイバー１０ｂ，１０ｄを挟んで、その外側に４つの制御光用光ファイバー１２ｂ，１２ｃ，１２ｆ，１２ｇが配置されている。すなわち、本実施の形態では、一対の信号光光源である信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｃを挟んで、その外側の制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｈと制御光用光ファイバー１２ｄ，１２ｅとがそれぞれペアになって信号光源と直線上に配置されている。同様に、一対の信号光光源である信号光用光ファイバー１０ｂ，１０ｄを挟んで、その外側の制御光用光ファイバー１２ｂ，１２ｃと制御光用光ファイバー１２ｆ，１２ｇとがそれぞれペアになって信号光源と直線上に配置されている。

従って、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｃを一対の近接した信号光光源としたときであって、信号光用光ファイバー１０ａから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｈから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させ、一方、信号光用光ファイバー１０ｃから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ｄ，１２ｅから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させる。同様に、信号光用光ファイバー１０ｂ，１０ｄを一対の近接した信号光光源としたときであって、信号光用光ファイバー１０ｂから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ｂ，１２ｃから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させ、一方、信号光用光ファイバー１０ｄから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ｆ，１２ｇから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させる。

なお、本実施の形態においても、第１，第２の実施の形態の光路切替装置と同様に、光源の中心間距離は例えば４０μｍであり、シングルモード光ファイバーのクラット部分をエッチング等の手段で４０μｍの太さにしたものを近接して並べて作成した。また、受光素子の中心間距離は例えば４０μｍであり、シングルモード光ファイバーのクラット部分をエッチング等の手段で４０μｍの太さにしたものを４つ近接させ、正四角形を形成するように並べて作成した。

更に、本実施の形態におけるくさび型プリズム９０は、図６に示すように、八角錐台プリズムである。中心部分は、対向する２つの面が平行に形成された頂上平面９９を有し、頂上平面９９の周囲に、８面の傾斜面９１〜９８が形成されている。従って、上述した第１の実施の形態の光路切替装置のように、制御光用光ファイバー１２ａ〜１２ｈのいずれからも制御光を照射しない場合は、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄから出射されるそれぞれの信号光は、くさび型プリズム９０の頂上平面９９を通過して、それぞれ受光素子に結像される。一方、制御光用光ファイバー１２ａ〜１２ｈのいずれかから制御光が照射された場合、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄから出射されるそれぞれの信号光は、その光路が偏向されて、くさび型プリズム９０の傾斜面９１〜９８のいずれかを通過して、受光素子に結合される。なお、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄから出射されるそれぞれの信号光の光路偏向については、第２の実施の形態の光路切替装置で説明した方式と同様になされるため、ここでの説明は省略する。

第３の実施形態の光路切替装置によれば、同一の光路切替装置によって、４種類の信号光を、少なくとも１６個の光路に切り替えることができる。また、従来のような、信号光のミキサーも不要になり、その結果、装置構成を小型化することができる。更に、必要な情報は、４本の信号光用光ファイバーを用いた信号光の時間差によって伝搬することで、複数の信号光を同一の光路切替装置を用いて送信することができる。

［第４の実施形態］
第４の実施の形態の光路切替装置は、上述した第１の実施の形態の光路切替装置の構成に対し、信号光光源と制御光光源の構成が異なり、また、それに伴いくさび型プリズムの構造も異なるが、その他の構成はほぼ同じ構成であることから、その他の構成についての説明は省略する。

本実施の形態における信号光用光源と制御光光源の配置について、以下に説明する。図７に示すように、６つの信号光光源となる信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆが、それぞれ正六角形を構成するように近接して配置されている。更に、６つの信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆを囲むように、制御光光源となる制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ，１２ｊ，１２ｋ，１２ｍが配置され、一対の信号光光源を挟んで制御光光源を設けた配置としている。すなわち、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｂを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ｍ，１２ｄが配置されている。この配置は、上述した第１の実施の形態と同じ配置である。同様に、信号光用光ファイバー１０ｂ，１０ｃを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ｂ，１２ｆが配置され、信号光用光ファイバー１０ｃ，１０ｄを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ｄ，１２ｈが配置され、更に、信号光用光ファイバー１０ｄ，１０ｅを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ｆ，１２ｊが配置され、更に、信号光用光ファイバー１０ｅ，１０ｆを挟んで、その外側に２つの制御光用光ファイバー１２ｈ，１２ｍが配置されている。

更に、本実施の形態では、信号光用光ファイバーならびに制御光用光ファイバーをフェルール内に収納する場合の位置決めを確実にするために、ダミー用光ファイバー１４が、信号光用光ファイバー１０ａ〜１０ｆに囲まれるように中心に配置されている。ここで、ダミー用光ファイバー１４からは、光は出射することなく、例えば４０μｍのファイバーからなる。

更に、本実施の形態では、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｃを挟んで、その外側に４つの制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｍ，１２ｅ，１２ｆが配置され、信号光用光ファイバー１０ｂ，１０ｄを挟んで、その外側に４つの制御光用光ファイバー１２ｂ，１２ｃ，１２ｇ，１２ｈが配置され、更に、信号光用光ファイバー１０ｃ，１０ｅを挟んで、その外側に４つの制御光用光ファイバー１２ｃ，１２ｅ，１２ｉ，１２ｊが配置され、信号光用光ファイバー１０ｄ，１０ｆを挟んで、その外側に４つの制御光用光ファイバー１２ｆ，１２ｇ，１２ｋ，１２ｍが配置されている。

すなわち、本実施の形態では、一対の信号光光源である信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｃを挟んで、その外側の制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｍと制御光用光ファイバー１２ｅ，１２ｆとがそれぞれペアになって信号光源と直線上に配置されている。同様に、一対の信号光光源である信号光用光ファイバー１０ｂ，１０ｄを挟んで、その外側の制御光用光ファイバー１２ｂ，１２ｃと制御光用光ファイバー１２ｇ，１２ｈとがそれぞれペアになって信号光源と直線上に配置されている。更に、一対の信号光光源である信号光用光ファイバー１０ｃ，１０ｅを挟んで、その外側の制御光用光ファイバー１２ｃ，１２ｅと制御光用光ファイバー１２ｉ，１２ｊとがそれぞれペアになって信号光源と直線上に配置されている。同様に、一対の信号光光源である信号光用光ファイバー１０ｄ，１０ｆを挟んで、その外側の制御光用光ファイバー１２ｆ，１２ｇと制御光用光ファイバー１２ｋ，１２ｍとがそれぞれペアになって信号光源と直線上に配置されている。

従って、信号光用光ファイバー１０ａ，１０ｃを一対の近接した信号光光源としたときであって、信号光用光ファイバー１０ａから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ａ，１２ｍから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させ、一方、信号光用光ファイバー１０ｃから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ｅ，１２ｆから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させる。同様に、信号光用光ファイバー１０ｂ，１０ｄを一対の近接した信号光光源としたときであって、信号光用光ファイバー１０ｂから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ｂ，１２ｃから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させ、一方、信号光用光ファイバー１０ｄから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ｇ，１２ｈから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させる。

また、信号光用光ファイバー１０ｃ，１０ｅを一対の近接した信号光光源としたときであって、信号光用光ファイバー１０ｃから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ｅ，１２ｆから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させ、一方、信号光用光ファイバー１０ｅから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ｉ，１２ｊから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させる。同様に、信号光用光ファイバー１０ｄ，１０ｆを一対の近接した信号光光源としたときであって、信号光用光ファイバー１０ｄから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ｆ，１２ｇから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させ、一方、信号光用光ファイバー１０ｆから出射させた信号光を光路偏向させる場合、制御光用光ファイバー１２ｋ，１２ｍから同時にほぼ同一波長の制御光を出射させる。

なお、本実施の形態においても、第１、第２の実施の形態の光路切替装置と同様に、光源の中心間距離は例えば４０μｍであり、シングルモード光ファイバーのクラット部分をエッチング等の手段で４０μｍの太さにしたものを近接して並べて作成した。また、受光素子の中心間距離は例えば４０μｍであり、シングルモード光ファイバーのクラット部分をエッチング等の手段で４０μｍの太さにしたものを６つ近接させ、更に中心にダミーファイバーを配置して、正六角形を形成するように並べて作成した。

更に、本実施の形態におけるくさび型プリズム１００は、図８に示すように、十二角錐台プリズムである。中心部分は、対向する２つの面が平行に形成された頂上平面１１３を有し、頂上平面１１３の周囲に、１２面の傾斜面１０１〜１１２が形成されている。従って、上述した第１の実施の形態の光路切替装置のように、制御光用光ファイバー１２ａ〜１２ｍのいずれからも制御光を照射しない場合は、信号光用光ファイバー１０ａ〜１０ｆから出射されるそれぞれの信号光は、くさび型プリズム１００の頂上平面１１３を通過して、それぞれ受光素子に結像される。一方、制御光用光ファイバー１２ａ〜１２ｍのいずれかから制御光が照射された場合、信号光用光ファイバー１０ａ〜１０ｆから出射されるそれぞれの信号光は、その光路が偏向されて、くさび型プリズム１００の傾斜面１０１〜１１２のいずれかを通過して、受光素子に結合される。なお、信号光用光ファイバー１０ａ〜１０ｆから出射されるそれぞれの信号光の光路偏向については、第２の実施の形態の光路切替装置で説明した方式と同様になされるため、ここでの説明は省略する。

第４の実施形態の光路切替装置によれば、同一の光路切替装置によって、６種類の信号光を、少なくとも３６個の光路に切り替えることができる。また、従来のような、信号光のミキサーも不要になり、その結果、装置構成を小型化することができる。更に、必要な情報は、４本の信号光用光ファイバーを用いた信号光の時間差によって伝搬することで、複数の信号光を同一の光路切替装置を用いて送信することができる。

本発明は、光通信分野および光情報処理分野において有効に用いることができる。

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ 信号光用光ファイバー、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ，１２ｊ，１２ｋ，１２ｍ 制御光用光ファイバー、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ ダミー用光ファイバー、２０ コリメートレンズ、２２ 集光レンズ、３０ 熱レンズ形成素子、４０ 受光レンズ、５０，８０，９０，１００ くさび型プリズム、６０ 結合レンズ、７０ 受光素子、２００，２０２，３００，３０２ 光路。

Claims (4)

1. １種類以上の波長の信号光を照射する一対の近接した信号光光源と、
   前記一対の近接した信号光光源を間に挟んだ前記信号光とは異なる特定波長の制御光を照射する２つ以上の制御光光源と、
   前記信号光は透過し、前記制御光を選択的に吸収する光吸収層を含む熱レンズ形成光素子と、
   前記光吸収層に前記制御光と前記信号光とを各々収束点を光軸に対して垂直方向で異ならせて、前記光吸収層内にて収束させて入射させる集光手段と、を有し、
   前記熱レンズ形成光素子は、前記制御光と前記信号光が、光の進行方向で前記光吸収層内において収束したのち拡散することによって、前記光吸収層内における前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因し過渡的に熱レンズが形成され、該熱レンズにより、前記光吸収層内に屈折率分布が生じ、前記信号光の進行方向を変え、光路切替を行い、
   更に、前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光と、前記制御光が照射され光路切替された信号光とを、それぞれ収束または集光した光路切替装置であって、前記制御光が照射され光路切替された信号光は、一対の他方の前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光の収束または集光した位置と同一の位置に、それぞれ収束または集光するようにしたことを特徴とする光路切替装置。
2. 更に、熱レンズ素子通過後の信号光を収束または集光させる光学装置は、第１の受光手段と第２の受光手段を設け、前記第１の受光手段と第２の受光手段の間に、両面が平行な部分を持つくさび型プリズムを設け、前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光はくさび型プリズムの両面が平行部分を通過し、前記制御光が照射され光路切替された信号光はくさび型プリズムのプリズム部分を通過させ、前記制御光が照射され光路切替された信号光は一対の他方の前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光の収束または集光した位置と同一の位置に、それぞれ収束または集光するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置。
3. 複数の信号光光源が一対となる信号光光源となるように、３つ以上の信号光光源を近接して配置したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光路切替装置。
4. 一対をなす２つ以上の信号光光源からの、１種類以上の波長の信号光を各々の光軸を揃えて出射させ、
   前記一対の近接した信号光光源を間に挟んだ２つ以上の制御光光源からの、前記信号光とは異なる特定波長の制御光を各々出射させ、
   前記信号光は透過し、前記制御光を選択的に吸収する光吸収層を含む熱レンズ形成光素子に、前記信号光と前記制御光とを各々収束点を光軸に対して垂直方向で異ならせて、前記光吸収層内にて収束するよう集光して照射し、
   前記信号光は前記熱レンズ形成光素子を透過させ、
   前記制御光は前記熱レンズ形成光素子内の前記光吸収層にて光吸収させて前記光吸収層内における前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に伴う熱レンズを過渡的に形成させて前記熱レンズ形成光素子内の前記光吸収層内に屈折率分布を生じさせ、前記信号光の進行方向を変えて光路切替させ、
   前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光と、前記制御光が照射され光路切替された信号光をそれぞれ、同一光学手段からなる第１の受光手段および第２受光手段により収束または集光させ、
   前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光と、前記制御光が照射され光路切替された信号光とを、前記第１の受光手段と第２受光手段との間に設けたくさび型プリズムにより分光したまま屈折させて通過させること、を特徴とする複数光信号の光路切替方法。

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