JP5995794B2 - 光操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、光操作装置に関するものである。

近年の光通信システムは、その形態がｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ型から、リング型またはメッシュ型のネットワークへと発展しつつある。このような形態のネットワークのノードには、任意の信号光を任意のポートに入出力させて、信号光の経路を任意に変更するための光操作装置である光スイッチ装置が必要とされる。

特に、互いに異なる波長の信号光が波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing）されたＷＤＭ信号光を用いる場合は、任意の波長の信号光に対して任意に経路を変更できる波長選択光スイッチ装置が必要とされる。

光スイッチ装置において、光スイッチ素子、回折格子、アナモルフィックプリズムなど、偏波依存特性を有する光学素子が使用される場合がある。その結果、これらの偏波依存特性を有する光学素子が、光スイッチ装置に入力される光の偏波状態によって、当該光に異なる作用を及ぼす場合がある。光学素子の偏波依存特性が光スイッチ装置の特性に影響することを抑制するために、光スイッチ装置内に偏波分離素子および波長板を設ける構成が開示されている。当該構成では、偏波分離素子は入力された光を互いに直交する偏波状態を有する二つの光に分離し、波長板は分離した光の偏波状態を適宜回転させる。当該構成は、波長板が分離した光の偏波状態を適宜回転させることによって、所定の光学素子の偏波依存性を相殺するように構成されている（特許文献１参照）。

米国特許第７，３９７，９８０号明細書

偏波分離素子の一つにウォーラストンプリズムがある。ウォーラストンプリズムは、入力された光を、互いに直交する偏波状態を有する二つの光に分離して、当該二つの光を入力された光の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように出力するように偏波光を操作する偏波分離素子である。

しかしながら、たとえばウォーラストンプリズムのような、互いに直交する二つの偏波状態の光を互いに非平行な光路で出力する偏波分離素子を使用した場合、これに起因して偏波依存特性、たとえば偏波依存損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss）が光スイッチ装置に発生する場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、偏波依存特性が抑制された光操作装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光操作装置は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも一つのポートを有する光入出力ポートと、前記光入出力ポートのポートに対応して設けられた少なくとも一つのコリメータレンズと、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する光操作素子と、前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光のうちの一方の光路を変位させて、前記二つの偏波状態の光を、前記入力された光の入射方向に対してほぼ平行な方向に出力する第１偏波光操作素子と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光を、前記入力された光の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する第２偏波光操作素子と、を備え、前記第１偏波光操作素子および前記第２偏波光操作素子は、偏波光操作部を構成しており、前記偏波光操作部は、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光を分離し、かつ、該分離した二つの光の光路が前記集光レンズ系の前記光入出力ポート側の焦点位置の近傍で交差するように、該分離した二つの光を操作することを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記発明において、前記二つの光の光路の交差点と、前記集光レンズ系の前記光入出力ポート側の焦点位置との距離は、前記第２偏波光操作素子において前記二つの偏波状態の光が互いに逆向きの角度を成すように光路が屈曲する位置と、前記集光レンズ系の前記光入出力ポート側の焦点位置との距離よりも短いことを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記発明において、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム径をビーム径拡大方向に拡大するアナモルフィック光学系をさらに備えることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも一つのポートを有する光入出力ポートと、前記光入出力ポートのポートに対応して設けられた少なくとも一つのコリメータレンズと、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する光操作素子と、前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、複数の光学素子が直列に配列した構成を有し、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム径をビーム径拡大方向に拡大するアナモルフィック光学系と、前記アナモルフィック光学系を構成する複数の光学素子の間または前記アナモルフィック光学系と前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光を分離し、前記入力された光の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する偏波光操作素子と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記発明において、前記光入出力ポートと前記光操作素子との間において、少なくとも偏波依存特性を有する光学素子を間に挟むように配置された二つの（ｎ＋ｍ／４）波長板（ただし、ｎは０以上の整数であり、ｍは１または３）を備えることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記発明において、前記二つの（ｍ＋ｋ／４）波長板は、前記第２偏波光操作素子または前記偏波光操作素子よりも前記光操作素子側に配置されることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記発明において、前記集光レンズ系と前記光操作素子との間において、前記分離した二つの光の一方が通過する位置に配置された（ｋ＋１／２）波長板（ただし、ｋは０以上の整数）を備えることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記発明において、前記光操作素子は、ＳＬＭで構成されていることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記発明において、前記光操作素子は、ＬＣＯＳで構成されていることを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記発明において、前記偏波光操作部または前記アナモルフィック光学系と前記集光レンズ系との間に配置された光分散素子を備え、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする。

本発明に係る光操作装置は、上記発明において、前記光分散素子は、前記集光レンズ系の前記光入出力ポート側の焦点位置に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、偏波依存特性が抑制された光操作装置を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図２は、実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図３は、偏波光操作部の構成例１を説明する図である。 図４は、偏波光操作部の構成例２を説明する図である。 図５は、偏波光操作部の構成例３を説明する図である。 図６は、実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図７は、実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図８は、実施の形態３に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図９は、実施の形態４に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図１０は、実施の形態４に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。 図１１は、実施の形態４に係る光スイッチ装置における光の位相の変化を説明する図である。 図１２は、波長ブロッカーと光サーキュレータとを組み合わせた構成を示す図である。 図１３は、比較形態の光スイッチ装置の模式的な構成図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る光操作装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
図１、２は、本発明の実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。この光スイッチ装置１０００は、波長選択光スイッチ装置であって、光の経路をスイッチング操作する光操作装置である。図１は、光スイッチ装置１０００を、光スイッチ方向（方向Ｄ１）と垂直の方向から見た図である。図２は、光スイッチ装置１０００を、光分散方向（アナモルフィックプリズムペアのビーム径拡大方向、方向Ｄ２）と垂直の方向から見た図である。

光スイッチ装置１０００は、光入出力ポート１０と、コリメータレンズアレイ２０と、第１偏波光操作素子である偏波光操作素子３０と、第２偏波光操作素子である偏波光操作素子４０と、アナモルフィック光学系であるアナモルフィックプリズムペア５０と、光分散素子である回折格子６０と、集光レンズ７０と、１／２波長板８０と、光操作素子である光スイッチ素子９０とがこの順番に配置されて構成されている。

なお、実際には回折格子６０において光路は曲げられるので、アナモルフィックプリズムペア５０から光スイッチ素子９０までの各素子は回折格子６０の前後で角度を持って配置される。また、アナモルフィックプリズムペア５０において光路が方向Ｄ２の方向にシフトすることがある。ただし、図１、２においては、説明の簡略化のために、集光レンズ７０の光軸７０ａに沿って各素子を直列に配置して示している。

光入出力ポート１０は、光ファイバからなる光ファイバポート１１、１２、１３、１４、１５を備えている。光ファイバポート１１〜１５は、所定の配列方向（光スイッチ方向である方向Ｄ１）に沿って、略等間隔でアレイ状に配列されている。光ファイバポート１１〜１５は、外部から光が入力される、または外部に光を出力するものである。なお、光スイッチ装置１０００に入力または出力される光は特に限定されないが、たとえば波長１５２０〜１６２０ｎｍの光通信用の信号光である。

コリメータレンズアレイ２０は、複数のコリメータレンズからなる。コリメータレンズアレイ２０を構成する各コリメータレンズは、光入出力ポート１０を構成する各光ファイバポート１１〜１５に対応して設けられている。コリメータレンズアレイ２０は、各光ファイバポート１１〜１５から出力した光を平行光にする、または、入力された平行光を各光ファイバポート１１〜１５に集光して結合させる機能を有する。

光スイッチ素子９０は、たとえばＳＬＭ（Spatial Light Modulator）である。ＳＬＭは、１次元もしく２次元的に配列された複数の位相変調素子の画素から構成され、その各画素の位相を制御することで光を操作する空間位相変調素子である。本実施の形態１では、光スイッチ素子９０は、ＳＬＭの一種であるLiquid Crystal On Silicon（ＬＣＯＳ）であるとする。

光スイッチ素子９０は、光入出力ポート１０のいずれかの光ファイバポートから入力した光を反射して光路を切り換え、光入出力ポート１０の他のいずれかの光ファイバポートに向けて出力する機能を有する。

単レンズである集光レンズ７０は、点対称レンズであって、光入出力ポート１０と光スイッチ素子９０との間に配置されている。この集光レンズ７０は、光入出力ポート１０と光スイッチ素子９０とを光学的に結合するものである。なお、回折格子６０は集光レンズ７０の焦点位置に配置されている。以下、焦点位置とは、レンズまたはレンズ系の主面から焦点距離だけ離れた位置とする。

偏波光操作素子３０は、光入出力ポート１０と集光レンズ７０との間に配置されている。偏波光操作素子３０は、光入出力ポート１０側から入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光のうち、異常光の光路を変位させて、二つの偏波状態の光を、入力された光の入射方向に対してほぼ平行な方向に出力する。なお、本実施の形態１では、偏波光操作素子３０は、異常光の光路を変位させる方向が方向Ｄ１となるように配置される。また、偏波光操作素子３０は、光相反性を有する。したがって、偏波光操作素子３０は、所定距離だけ離隔させて互いに平行な光路で集光レンズ７０側から入力された、互いに直交する偏波状態を有する二つの光を結合して出力する機能を有する。偏波光操作素子３０はたとえばルチル、カルサイト、ＹＶＯ_４等の複屈折性材料からなる。

偏波光操作素子４０は、光入出力ポート１０と集光レンズ７０との間で、偏波光操作素子３０よりも集光レンズ７０側に配置されている。偏波光操作素子４０は、光入出力ポート側１０から入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光を、入力された光の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する。なお、本実施の形態１では、偏波光操作素子４０は、二つの光が方向Ｄ１に平行な面内で互いに逆向きの角度を成すように出力されるように配置される。また、偏波光操作素子４０は、光相反性を有する。したがって、偏波光操作素子４０は、互いに逆向きの角度を成すような光路で集光レンズ７０側から入力された、互いに直交する偏波状態を有する二つの光を結合して出力する機能を有する。偏波光操作素子４０はたとえばウォーラストンプリズムで構成される。
偏波光操作素子３０および偏波光操作素子４０は、偏波光操作部を構成している。

アナモルフィックプリズムペア５０は、光入出力ポート１０と集光レンズ７０との間で、偏波光操作素子４０よりも集光レンズ７０側に配置されている。アナモルフィックプリズムペア５０は光学素子である二つのアナモルフィックプリズム５１、５２が直列に配列されて構成されている。アナモルフィックプリズムペア５０は、光入出力ポート１０側から入力された光のビーム形状をビーム径拡大方向である方向Ｄ２に拡大する機能を有する。また、アナモルフィックプリズムペア５０は、光相反性を有するため、光スイッチ素子９０側から入力された光のビーム形状を方向Ｄ２に縮小する機能を有する。なお、アナモルフィックプリズムペア５０は、たとえばシリンドリカルレンズ系などの他のアナモルフィック光学系に置き換えてもよい。また、ビーム径を拡大する方法としてアナモルフィックプリズムペアとしたが、本発明はこれに限らず、アナモルフィックプリズムを用いても良い。

１／２波長板８０は、光スイッチ素子９０の集光レンズ７０側に配置される。１／２波長板８０は、後述するように、偏波光操作素子３０で分離された一方の偏波状態の光の光路上に配置される。そして、１／２波長板８０は当該一方の偏波状態の光の直線偏光に対し遅相軸を４５度に配置される。

この光スイッチ装置１０００では、光ファイバポート１１〜１５のうちいずれか一つが、外部から光が入力される共通の光ファイバポート（Ｃｏｍポート）として機能し、その他の四つの光ファイバポートが、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。すなわち、この光スイッチ装置１０００は１×４の光スイッチとして機能する。

つぎに、この光スイッチ装置１０００の動作について説明する。以下では、まず光スイッチ装置１０００の波長選択光スイッチとしての動作を説明し、その後に光スイッチ装置１０００における偏波状態の操作について説明する。

まず、図１、２に示すように、光ファイバポート１４に、外部から或る信号光Ｌ１が入力される。信号光Ｌ１はＷＤＭ信号光であり、互いに異なる波長を有する信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを含むとする。

光ファイバポート１４は、入力された信号光Ｌ１をコリメータレンズアレイ２０のうちの対応するコリメータレンズへ出力する。このコリメータレンズは、信号光Ｌ１を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。

偏波光操作素子３０および偏波光操作素子４０で構成される偏波光操作部は、信号光Ｌ１を互いに直交する偏波状態を有する二つの光に分離し、所定の操作を行うが、これについては後述する。

アナモルフィックプリズムペア５０は、偏波光操作部から出力された信号光Ｌ１のビーム形状を方向Ｄ２に拡大し、楕円形にする。回折格子６０は、楕円形にされた信号光Ｌ１をその波長に応じた所定の回折角で回折する。その結果、図２に示すように、信号光Ｌ１は、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃに分光される。

集光レンズ７０は、回折された信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを光スイッチ素子９０に集光させる。なお、１／２波長板８０の作用については後述する。光スイッチ素子９０は、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃが集光された部分の画素の位相が制御されて、各信号光Ｌ１ｂ、Ｌ１ａ、Ｌ１ｃを、各信号光の波長に応じた所定の角度で反射させる。

以下、反射された信号光のうち、信号光Ｌ１ａの反射光を代表して説明する。集光レンズ７０は、反射された信号光を入射光と略平行にする。

アナモルフィックプリズムペア５０は、光相反性によって、反射された信号光のビーム形状を方向Ｄ２の方向に縮小して略円形に戻す。その後、反射された信号光は光ファイバポート１３に対応するコリメータレンズに入力する。このコリメータレンズは、反射された信号光を集光し、光ファイバポート１３に結合させる。光ファイバポート１３は結合された光を外部に出力する。以上のようにして、この光スイッチ装置１０００は、Ｃｏｍポートである光ファイバポート１４から入力された信号光の経路を光ファイバポート１３に切り換えることができる。

また、他の波長の信号光Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃについても同様に、その経路が、光ファイバポート１３以外の光ファイバポート、たとえば光ファイバポート１１、１２にそれぞれ切り換られる。これによって、信号光の波長毎の所望の経路の切り換えを実現することができる。

つぎに、光スイッチ装置１０００における偏波状態の操作について説明する。図１に示すように、偏波光操作素子３０は、光入出力ポート１０側から入力された信号光Ｌ１を、信号光Ｌ１に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの信号光Ｌ１１、Ｌ１２に分離して出力する。本実施の形態１では、信号光Ｌ１１が方向Ｄ１に平行な偏波方向Ｐ１を有する異常光であり、信号光Ｌ１２が方向Ｄ１に垂直な偏波方向Ｐ２を有する常光であるように、第１偏波光操作素子３０が配置されている。したがって、信号光Ｌ１１の光路は方向Ｄ１の方向に変位する。そして、第１偏波光操作素子３０は、信号光Ｌ１１、Ｌ１２を、信号光Ｌ１の入射方向に対してほぼ平行な方向に出力する。

第２偏波光操作素子４０は、入力された信号光Ｌ１１、Ｌ１２を、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する。このとき、図１に示すように、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の光路は互いに近づく方向に屈曲する。その結果、信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、アナモルフィックプリズムペア５０を通過後、集光レンズ７０の光入出力ポート側の焦点位置、すなわち回折格子６０の配置位置で交差する。ここで、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の光路の交差する点を交差点ＸＰとする。

信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、その後回折格子６０により図２に示すように分光されるが、ここでは説明の簡略化のために、信号光Ｌ１ａに対応する互いに直交する偏波状態の信号光を、信号光Ｌ１１、Ｌ１２として説明する。

信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、集光レンズ７０の光入出力ポート側の焦点位置で交差するので、集光レンズ７０を通過した後には、互いにほぼ平行、かつ集光レンズ７０の光軸７０ａにほぼ平行な光路を進行する。そして、信号光Ｌ１１、Ｌ１２のいずれも、光スイッチ素子９０の表面の別々の位置で、表面にほぼ垂直に入射する。なお、信号光Ｌ１１については、その光路上に配置された１／２波長板８０によって、その偏波方向が９０度回転されてから光スイッチ素子９０に入射する。その結果、信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、偏波方向がいずれも偏波方向Ｐ２に揃えられた状態で、光スイッチ素子９０に入射する。ここで、光スイッチ素子９０は、その反射効率が偏波依存性を有するが、本実施の形態１では、光スイッチ素子９０は偏波方向Ｐ２に対して反射効率が高くなるように配置されているので、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の間の偏波状態の相違による反射効率の違いは解消される。

なお、信号光Ｌ１１は集光レンズ７０によって光スイッチ素子９０に対して集光されてそのビーム径が小さくなる。また、光スイッチ素子９０の位置は、光入出力ポート１０の各ポートからの光が集光する位置でもある。したがって、１／２波長板８０を光スイッチ素子９０の近傍に配置することで、１／２波長板８０を小型化できる。

光スイッチ素子９０は、信号光Ｌ１１、Ｌ１２を光ファイバポート１３に結合させるべく、所定の角度で反射する。反射された信号光をそれぞれ信号光Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａとする。信号光Ｌ１１と信号光Ｌ１１Ａとの間の光路の角度を角度θ１、信号光Ｌ１２と信号光Ｌ１２Ａとの間の光路の角度を角度θ２とする。上述したように信号光Ｌ１１、Ｌ１２のいずれも、光スイッチ素子９０の表面にほぼ垂直に入射するので、角度θ１と角度θ２とはほぼ等しい。その後、信号光Ｌ１２Ａは、集光レンズ７０、回折格子６０、アナモルフィックプリズムペア５０、偏波光操作素子４０、偏波光操作素子３０を通過する。信号光Ｌ１１Ａは、再度１／２波長板８０を通過して偏波方向が偏波方向Ｐ２に戻された後、集光レンズ７０、回折格子６０、アナモルフィックプリズムペア５０、偏波光操作素子４０、偏波光操作素子３０を通過する。偏波光操作素子３０は信号光Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａを結合して信号光Ｌ１Ａとし、コリメータレンズを介して光ファイバポート１３に出力する。

なお、信号光Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃに対応する互いに直交する偏波状態の信号光は、光スイッチ素子９０による反射角度が異なる以外は上記信号光Ｌ１１、Ｌ１２と同様にして、光ファイバポート１３以外の所定の光ファイバポートに出力される。

ここで、上述したように、光スイッチ素子９０は、偏波光操作部において分離された二つの信号光Ｌ１１、Ｌ１２を所定の角度で反射するが、この反射角度が互いに異なる場合は、信号光Ｌ１１、Ｌ１２に対する反射特性に相違が生じる場合がある。その理由は、入射された光を異なる反射角度で反射する場合、光スイッチ素子９０には、異なる状態を与えなければならないので、反射率に相違が生じる場合があるからである。たとえば、本実施の形態１では、光スイッチ素子９０はＬＣＯＳであるので、反射角度を異なるものとするためには、信号光が入射される領域の液晶素子の画素に印加する電圧を異なる値に設定する必要があるので、反射率の相違が生じる場合がある。このような反射率の相違は、ＰＤＬ等の偏波依存特性の原因となる。

たとえば、図１３は、比較形態の光スイッチ装置の模式的な構成図である。この光スイッチ装置２０００は、光入出力ポート１０と、コリメータレンズアレイ２０と、偏波光操作素子４０と、アナモルフィックプリズムペア５０と、回折格子６０と、集光レンズ７０と、１／２波長板８０と、光操作素子である光スイッチ素子９０とがこの順番に配置されて構成されている。これらの光学素子の配置は実施の形態１とほぼ同様である。たとえば、回折格子６０は集光レンズ７０の焦点位置に配置されている。ただし、光スイッチ装置２０００は偏波光操作素子３０を備えていないものである。

光スイッチ装置２０００では、たとえば光ファイバポート１３から信号光Ｌ１００が入力されると、偏波光操作素子４０は、入力された信号光Ｌ１００に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの信号光Ｌ１０１、Ｌ１０２を、入力された光の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように分離して出力する。信号光Ｌ１０１は偏波方向Ｐ１を有しており、信号光Ｌ１０２は偏波方向Ｐ２を有している。

しかしながら、光スイッチ装置２０００は、信号光Ｌ１００が二つの信号光Ｌ１０１、Ｌ１０２に分離する位置が、集光レンズ７０の焦点位置（回折格子６０が配置されている位置）とは離れた位置にある。その結果、信号光Ｌ１０１、Ｌ１０２は、光スイッチ素子９０の表面の法線に対して互いに異なる角度で該表面に入射する。この場合、光スイッチ素子９０が、信号光Ｌ１０１、Ｌ１０２をたとえば光ファイバポート１２に結合させるべく反射する場合、信号光Ｌ１０１、Ｌ１０２との間で反射角度が異なる。具体的には、信号光Ｌ１０１、Ｌ１０２が反射された信号光をそれぞれ信号光Ｌ１０１Ａ、Ｌ１０２Ａとし、信号光Ｌ１０１と信号光Ｌ１０１Ａとの間の光路の角度を角度θ１０１、信号光Ｌ１０２と信号光Ｌ１０２Ａとの間の光路の角度を角度θ１０２とすると、角度θ１０１と角度θ１０２とは異なる値となる。したがって、光スイッチ素子９０では、信号光Ｌ１０１、Ｌ１０２が入射される各領域の液晶素子の画素には、異なる値の電圧を印加する必要があるので、信号光Ｌ１０１、Ｌ１０２に対する光スイッチ素子９０の反射率が相違する場合がある。この場合、その後信号光Ｌ１０１Ａ、Ｌ１０２Ａが偏波光操作素子４０で結合された信号光Ｌ１００Ａにおいて、ＰＤＬの発生の原因となる。そして、このＰＤＬのような光スイッチ装置の偏波依存性を抑制するためには、挿入損失が小さい方の偏波の挿入損失を、挿入損失が大きい方の偏波の挿入損失に合わせて大きくする必要がある。つまり、光スイッチ装置２０００の偏波依存性を抑制しようとすると、余計な光損失を与えなければならないので、装置の挿入損が大きくなる。

これに対して、本実施の形態１に係る光スイッチ装置１０００では、上述したように信号光Ｌ１１、Ｌ１２のいずれも、光スイッチ素子９０の表面にほぼ垂直に入射するので、角度θ１と角度θ２とはほぼ等しい。したがって、光スイッチ素子９０では、信号光Ｌ１１、Ｌ１２が入射される各領域の液晶素子の画素には、ほぼ同一の電圧を印加すればよいので、例えば反射率等の特性の相違の発生を抑制ないし防止できる。その結果、本実施の形態１に係る光スイッチ装置１０００は、偏波依存特性が抑制され、且つ挿入損失も小さいものとなる。

なお、本実施の形態１に係る光スイッチ装置１０００では、信号光Ｌ１１、Ｌ１２が、集光レンズ７０の光入出力ポート１０側の焦点位置で交差するように、偏波光操作部を構成しているため、信号光Ｌ１１、Ｌ１２のいずれもが、光スイッチ素子９０の表面にほぼ垂直に入射する。ただし、本発明はこれにかぎらず、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の交差点ＸＰが集光レンズ７０の光入出力ポート１０側の焦点位置に近づける、または焦点位置近傍になるように信号光Ｌ１１、Ｌ１２を操作する偏波光操作部の構成であればよい。

図３は、偏波光操作部の構成例１を説明する図である。図３において、焦点位置Ｆは集光レンズ７０の焦点位置を示す。屈曲位置ＳＰは、偏波光操作素子４０において信号光Ｌ１１、Ｌ１２光が互いに逆向きの角度を成すように光路が屈曲する位置を示す。また、距離ａは、焦点位置Ｆと屈曲位置ＳＰとの距離を示す。距離ｂは、焦点位置Ｆと交差点ＸＰとの距離を示す。

ここで、図１３に示す光スイッチ装置２０００の構成では、信号光Ｌ１０１、Ｌ１０２の交差点とは、偏波光操作素子４０における信号光Ｌ１０１、Ｌ１０２の光路の屈曲位置と等しい位置であり、集光レンズ７０の焦点位置から離れた位置にある。

これに対して、図３に示す偏波光操作部の構成例１では、焦点位置Ｆと交差点ＸＰとの距離ｂが、焦点位置Ｆと屈曲位置ＳＰとの距離ａよりも短い。したがって、この構成例１を用いれば、図１３のように交差点と屈曲位置とが等しい位置にある場合と比較して、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の光スイッチ素子９０の表面への入射方向を、表面に垂直な方向に近づける効果が得られるので、光スイッチ装置の偏波依存性が抑制される。

図４は、偏波光操作部の構成例２を説明する図である。図４に示す構成例２では、図１や図３の場合と比較して、偏波光操作素子３０と偏波光操作素子４０との配置の順番が入れ替わっている。この構成例２でも、焦点位置Ｆと交差点ＸＰとの距離ｂが、焦点位置Ｆと屈曲位置ＳＰとの距離ａよりも短い。したがって、この構成例２を用いれば、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の光スイッチ素子９０の表面への入射方向を、表面に垂直な方向に近づける効果が得られるので、光スイッチ装置の偏波依存性が抑制される。

図５は、偏波光操作部の構成例３を説明する図である。図５に示す構成例３では、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の交差点ＸＰは、偏波光操作素子３０から出力された信号光Ｌ１１、Ｌ１２の光路を、光の進行方向とは逆向きに伸ばしたときに互いの光路が交差する点として規定される。この構成例３でも、焦点位置Ｆと交差点ＸＰとの距離ｂが、焦点位置Ｆと屈曲位置ＳＰとの距離ａよりも短い。したがって、この構成例３を用いれば、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の光スイッチ素子９０の表面への入射方向を、表面に垂直な方向に近づける効果が得られるので、光スイッチ装置の偏波依存性が抑制される。

なお、上記構成例１〜３では、交差点ＸＰが、焦点位置Ｆよりも紙面左側（すなわち偏波光操作部側）にあるが、焦点位置Ｆと交差点ＸＰとの距離ｂが、焦点位置Ｆと屈曲位置ＳＰとの距離ａよりも短いという条件を満たせば、交差点ＸＰは焦点位置Ｆよりも紙面右側（すなわち集光レンズ７０側）にあっても良い。

（実施の形態２）
図６、７は、本発明の実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。図６は、光スイッチ装置１１００を方向Ｄ１と垂直の方向から見た図である。図７は、光スイッチ装置１１００を方向Ｄ２と垂直の方向から見た図である。光スイッチ装置１１００は、図１、２に示す実施の形態１に係る光スイッチ装置１０００の構成において、偏波光操作素子３０を削除し、偏波光操作素子４０を、アナモルフィックプリズムペア５０を構成する光学素子である二つのアナモルフィックプリズム５１、５２の間に配置した構成を有する。

この光スイッチ装置１１００では、一例として、光ファイバポート１３に、外部から或る信号光Ｌ２が入力される。信号光Ｌ２はＷＤＭ信号光であり、互いに異なる波長を有する信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃを含むとする。

光ファイバポート１３は、入力された信号光Ｌ２をコリメータレンズアレイ２０のうちの対応するコリメータレンズへ出力する。このコリメータレンズは、信号光Ｌ２を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。

アナモルフィックプリズムペア５０のアナモルフィックプリズム５１は、信号光Ｌ２のビーム形状を方向Ｄ２の方向に拡大し、楕円形にする。また、偏波光操作素子４０は、信号光Ｌ２を互いに直交する偏波状態を有する二つの光に分離し、所定の操作を行うが、これについては後述する。アナモルフィックプリズム５２は、信号光Ｌ２のビーム形状を方向Ｄ２の方向にさらに拡大し、さらに扁平率が大きい楕円形にする。回折格子６０は、楕円形にされた信号光Ｌ２をその波長に応じた所定の回折角で回折する。その結果、図７に示すように、信号光Ｌ２は、信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃに分光される。

集光レンズ７０は、回折された信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃを光スイッチ素子９０に集光させる。光スイッチ素子９０は、信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃが集光された部分の画素の位相が制御されて、各信号光Ｌ２ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｃを、各信号光の波長に応じた所定の角度で反射させる。

以下、反射された信号光のうち、信号光Ｌ２ａの反射光を代表して説明する。集光レンズ７０は、反射された信号光を入射光に対して略平行にする。

アナモルフィックプリズムペア５０は、光相反性によって、反射された信号光のビーム形状を方向Ｄ２の方向に縮小して略円形に戻す。その後、反射された信号光は光ファイバポート１３以外の所定の光ファイバポートに対応するコリメータレンズに入力する。このコリメータレンズは、反射された信号光を集光し、対応する光ファイバポートに結合させる。この光ファイバポートは結合された光を外部に出力する。以上のようにして、この光スイッチ装置１１００は、光ファイバポート１３から入力された信号光の経路を他の光ファイバポートに切り換えることができる。

また、他の波長の信号光Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃについても同様に、その経路が、光ファイバポート１３以外の光ファイバポートにそれぞれ切り換られる。これによって、信号光の波長毎の所望の経路の切り換えを実現することができる。

つぎに、光スイッチ装置１１００における偏波状態の操作について説明する。図６に示すように、偏波光操作素子４０は、光入出力ポート１０側から入力された信号光Ｌ２を、信号光Ｌ２に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの信号光Ｌ２１、Ｌ２２に分離し、信号光Ｌ２の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する。本実施の形態２では、信号光Ｌ２１が偏波方向Ｐ１を有し、信号光Ｌ２２が偏波方向Ｐ２を有する。

信号光Ｌ２１、Ｌ２２は、その後回折格子６０により図７に示すように分光されるが、ここでは説明の簡略化のために、信号光Ｌ２ａに対応する互いに直交する偏波状態の信号光を、信号光Ｌ２１、Ｌ２２として説明する。

光スイッチ素子９０は、信号光Ｌ２１、Ｌ２２を所定の光ファイバポートに結合させるべく、所定の角度で反射する。ここで、本実施の形態２に係る光スイッチ装置１１００では、信号光Ｌ２１、Ｌ２２の交差点は、偏波光操作素子４０における信号光Ｌ２１、Ｌ２２の光路の屈曲位置と等しい位置であり、集光レンズ７０の焦点位置から離れた位置にある。ただし、偏波光操作素子４０は、アナモルフィックプリズムペア５０を構成する二つのアナモルフィックプリズム５１、５２の間に配置されている。したがって、図１３に示す光スイッチ装置２０００の場合のように偏波光操作素子４０がアナモルフィックプリズムペア５０よりも光入出力ポート１０側に配置される場合よりも、信号光Ｌ２１、Ｌ１２の交差点を集光レンズ７０の光入出力ポート１０側の焦点位置に近づけることができる。その結果、信号光Ｌ２１、Ｌ２２の光スイッチ素子９０の表面への入射方向を表面と垂直の方向に近づけることができるので、信号光Ｌ２１、Ｌ２２に対する光スイッチ素子９０の反射率等の特性の相違が抑制される。これによって、本実施の形態２に係る光スイッチ装置１１００は、偏波依存特性が抑制されたものとなる。

その後、反射された信号光Ｌ２２は、集光レンズ７０、回折格子６０、アナモルフィックプリズム５２、偏波光操作素子４０、アナモルフィックプリズム５１を通過する。反射された信号光Ｌ２１は、１／２波長板８０、集光レンズ７０、回折格子６０、アナモルフィックプリズム５２、偏波光操作素子４０、アナモルフィックプリズム５１を通過する。偏波光操作素子４０は反射された信号光Ｌ２１、Ｌ２２を結合し、コリメータレンズを介して所定の光ファイバポートに出力する。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。光スイッチ装置１２００は、図６、７に示す実施の形態２に係る光スイッチ装置１１００の構成において、偏波光操作素子４０を、アナモルフィックプリズムペア５０と回折格子６０との間に配置した構成を有する。

この光スイッチ装置１２００では、アナモルフィックプリズムペア５０は、光入出力ポート１０側から入力された信号光Ｌ２´のビーム形状を方向Ｄ１と垂直の方向に拡大し、楕円形にする。その後、偏波光操作素子４０は、信号光Ｌ２´を、信号光Ｌ２´に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの信号光Ｌ２１´、Ｌ２２´に分離し、信号光Ｌ２´の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する。信号光Ｌ２１´は偏波方向Ｐ１を有し、信号光Ｌ２２´は偏波方向Ｐ２を有する。これらの信号光Ｌ２１´、Ｌ２２´は、実施の形態２に係る光スイッチ装置１１００の場合と同様に、その後回折格子６０による分光、集光レンズ７０による集光、光スイッチ素子９０による反射の作用を施され、さらに集光レンズ７０、回折格子６０、偏波光操作素子４０、アナモルフィックプリズムペア５０の作用を施される。

この光スイッチ装置１２００では、偏波光操作素子４０によって分離する、互いに直交する偏波状態を有する二つの信号光の交差点を、実施の形態２に係る光スイッチ装置１１００の場合よりも、集光レンズ７０の光入出力ポート１０側の焦点位置にさらに近づけることができる。なお、光スイッチ装置１２００の場合は、偏波光操作素子４０を通過する信号光はアナモルフィックプリズムペア５０によってビーム径が所望の倍率で拡大されている。これに対して、光スイッチ装置１１００の場合は、偏波光操作素子４０を通過する信号光は、アナモルフィックプリズムペア５０のアナモルフィックプリズム５１のみでビーム径が拡大されているので、光スイッチ装置１２００の場合よりもビーム径が小さい。したがって、光スイッチ装置１１００の場合は、アナモルフィックプリズムペア５０のビーム径拡大方向である方向Ｄ２における偏波光操作素子４０のサイズは、光スイッチ装置１２００の場合におけるサイズよりも小さくてよい。

（実施の形態４）
図９、１０は、本発明の実施の形態４に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。図９は、光スイッチ装置１３００を方向Ｄ１と垂直の方向から見た図である。図１０は、光スイッチ装置１３００を方向Ｄ２と垂直の方向から見た図である。光スイッチ装置１３００は、図６、７に示す実施の形態２に係る光スイッチ装置１１００の構成において、さらに１／４波長板１００、１１０を追加し、偏波光操作素子４０の方向を方向Ｄ１において反転させた構成を有する。

１／４波長板１００は、偏波光操作素子４０とアナモルフィックプリズム５２との間に配置されている。１／４波長板１１０は、１／２波長板８０と光スイッチ素子９０との間に配置されている。

この光スイッチ装置１３００では、一例として、光ファイバポート１３に、外部から或る信号光Ｌ３が入力される。信号光Ｌ３はＷＤＭ信号光であり、互いに異なる波長を有する信号光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃを含むとする。

光ファイバポート１３は、入力された信号光Ｌ３をコリメータレンズアレイ２０のうちの対応するコリメータレンズへ出力する。このコリメータレンズは、信号光Ｌ３を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。

アナモルフィックプリズムペア５０のアナモルフィックプリズム５１は、信号光Ｌ３のビーム形状を方向Ｄ２の方向に拡大し、楕円形にする。また、偏波光操作素子４０は、信号光Ｌ３を互いに直交する偏波状態を有する二つの光に分離し、実施の形態２に係る光スイッチ装置１１００における偏波光操作素子４０と同様の所定の操作を行う。アナモルフィックプリズム５２は、信号光Ｌ３のビーム形状を方向Ｄ２の方向にさらに拡大し、さらに扁平率が大きい楕円形にする。回折格子６０は、楕円形にされた信号光Ｌ３をその波長に応じた所定の回折角で回折する。その結果、図１０に示すように、信号光Ｌ３は、信号光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃに分光される。

集光レンズ７０は、回折された信号光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃを光スイッチ素子９０に集光させる。光スイッチ素子９０は、信号光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃが集光された部分の画素の位相が制御されて、各信号光Ｌ３ｂ、Ｌ３ａ、Ｌ３ｃを、各信号光の波長に応じた所定の角度で反射させる。

以下、反射された信号光のうち、信号光Ｌ３ａの反射光を代表して説明する。集光レンズ７０は、反射された信号光を入射光に対して略平行にする。

アナモルフィックプリズムペア５０は、光相反性によって、反射された信号光のビーム形状を方向Ｄ２の方向に縮小して略円形に戻す。その後、反射された信号光は光ファイバポート１３以外の所定の光ファイバポートに対応するコリメータレンズに入力する。このコリメータレンズは、反射された信号光を集光し、対応する光ファイバポートに結合させる。この光ファイバポートは結合された光を外部に出力する。以上のようにして、この光スイッチ装置１３００は、光ファイバポート１３から入力された信号光の経路を他の光ファイバポートに切り換えることができる。

また、他の波長の信号光Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃについても同様に、その経路が、光ファイバポート１３以外の光ファイバポートにそれぞれ切り換られる。これによって、信号光の波長毎の所望の経路の切り換えを実現することができる。

また、偏波光操作素子４０は、光入出力ポート１０側から入力された信号光Ｌ３を、信号光Ｌ３に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの信号光Ｌ３１、Ｌ３２に分離し、信号光Ｌ３の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する。偏波光操作素子４０として用いることができる光学素子としては、例えば、ウォーラストンプリズムがある。本実施の形態４では、信号光Ｌ３１が偏波方向Ｐ２を有し、信号光Ｌ３２が偏波方向Ｐ１を有する。

信号光Ｌ３１、Ｌ３２は、その後回折格子６０により図１０に示すように分光されるが、説明の簡略化のために、信号光Ｌ３ａに対応する互いに直交する偏波状態の信号光を、信号光Ｌ３１、Ｌ３２として説明する。

光スイッチ素子９０は、信号光Ｌ３１、Ｌ３２を所定の光ファイバポートに結合させるべく、所定の角度で反射する。ここで、本実施の形態４に係る光スイッチ装置１３００では、実施の形態２に係る光スイッチ装置１１００の場合と同様に、信号光Ｌ３１、Ｌ３２の交差点を集光レンズ７０の光入出力ポート１０側の焦点位置に近づけることができる。その結果、信号光Ｌ３１、Ｌ３２の光スイッチ素子９０の表面への入射方向を表面と垂直の方向に近づけることができるので、信号光Ｌ３１、Ｌ３２に対する光スイッチ素子９０の反射率等の特性の相違が抑制される。これによって、本実施の形態４に係る光スイッチ装置１３００は、偏波依存特性が抑制されたものとなる。

その後、反射された信号光Ｌ３２は、１／４波長板１１０、集光レンズ７０、回折格子６０、アナモルフィックプリズム５２、１／４波長板１００、偏波光操作素子４０、アナモルフィックプリズム５１を通過する。反射された信号光Ｌ３１は、１／４波長板１１０、１／２波長板８０、集光レンズ７０、回折格子６０、アナモルフィックプリズム５２、１／４波長板１００、偏波光操作素子４０、アナモルフィックプリズム５１を通過する。偏波光操作素子４０は反射された信号光Ｌ３１、Ｌ３２を結合し、コリメータレンズを介して所定の光ファイバポートに出力する。

さらに、光スイッチ装置１３００では、１／２波長板８０および１／４波長板１００、１１０によって、１／４波長板１００、１１０の間に配置されている光学素子である回折格子６０やアナモルフィックプリズム５２の偏波依存特性の光スイッチ装置１３００に対する影響が相殺される。

以下、具体的に説明する。図１１は、光スイッチ装置１３００における光の位相の変化を説明する図である。まず、偏波光操作素子４０は、信号光Ｌ３を、偏波方向Ｐ２を有する信号光Ｌ３１と偏波方向Ｐ１を有する信号光Ｌ３２とに分離する。

信号光Ｌ３２は、１／４波長板１００によってλ／４の位相差（π／２）を与えられ、その後１／４波長板１１０によってさらにλ／４の位相差を与えられる。ここで、１／４波長板１００、１１０は偏波方向Ｐ１、Ｐ２の直線偏光に対し遅相軸を４５度に配置される。これによって、信号光Ｌ３２は、合計でλ／２の位相差（π）を与えられて、その偏波方向が偏波方向Ｐ２に回転された状態で、光スイッチ素子９０に入射する。光スイッチ素子９０によって反射された後の信号光Ｌ３２は、１／４波長板１１０によってλ／４の位相差を与えられ、その後１／４波長板１００によってさらにλ／４の位相差を与えられる。これによって、信号光Ｌ３２は、合計でλの位相差（２π）を与えられて、その偏波方向が偏波方向Ｐ１に戻された状態で、偏波光操作素子４０に入射する。

一方、信号光Ｌ３１は、１／４波長板１００によってλ／４の位相差を与えられ、その後１／２波長板８０、１／４波長板１１０によって、さらにそれぞれλ／２、λ／４の位相差を与えられる。これによって、信号光Ｌ３２は、合計でλの位相差を与えられて、その偏波方向が偏波方向Ｐ２に戻された状態で、光スイッチ素子９０に入射する。光スイッチ素子９０によって反射された後の信号光Ｌ３１は、１／４波長板１１０、１／２波長板８０によってそれぞれλ／４、λ／２の位相差を与えられ、その後１／４波長板１００によってさらにλ／４の位相差を与えられる。これによって、信号光Ｌ３１は、合計で２λの位相差を与えられて、その偏波方向が偏波方向Ｐ２に戻された状態で、偏波光操作素子４０に入射する。信号光Ｌ３１、Ｌ３２は、それぞれ偏波光操作素子４０によって分離された直後の偏波状態に戻されているので、偏波光操作素子４０の光相反性によって結合される。

ここで、信号光Ｌ３２については、１／４波長板１００から１／４波長板１１０に向かって往路を進行しているときには、λ／４の位相差を有している。一方、１／４波長板１１０から１／４波長板１００に向かって復路を進行しているときには、３λ／４の位相差を有している。したがって、信号光Ｌ３２は、往路を進行しているときと、復路を進行しているときとで、偏波状態が直交している。同様に、信号光Ｌ３１については、往路を進行しているときには、λ／４の位相差を有している。一方、復路を進行しているときには、７λ／４の位相差を有している。したがって、信号光Ｌ３１は、往路を進行しているときと、復路を進行しているときとで、偏波状態が直交している。

したがって、信号光Ｌ３１、Ｌ３２は、往路を進行しているときに、１／４波長板１００と１／４波長板１１０との間に挟まれて配置されている光学素子、たとえば回折格子６０を通過してその偏波依存性によって影響を受けても、往路を進行し、回折格子６０を再び通過する際に、往路とは逆の偏波依存性による影響を受けることになる。その結果、信号光Ｌ３１、Ｌ３２に対する回折格子６０の偏波依存性の影響は相殺される。
なお、光スイッチ装置１３００では偏波光操作素子４０を例としてウォーラストンプリズムで説明したが、１／４波長板を用いた本実施の形態４の偏波依存性の抑制方法は、偏波光操作素子をウォーラストンプリズムに限定するものではなく、入力された光を２つの直交する偏波状態を有する光に分離する素子であればよい。

なお、光スイッチ装置１３００において、１／２波長板８０と１／４波長板１１０の位置関係は入れ替えても良い。一方、偏波光操作素子４０と１／４波長板１００との位置関係を入れ替えてしまうと、信号光Ｌ３１、Ｌ３２は復路を進行後、信号光Ｌ３１、Ｌ３２の偏波状態が元に戻らないままに偏波光操作素子４０に入射するので、偏波光操作素子４０による結合ができないので好ましくない。

なお、１／４波長板１００、１１０に代えて、（ｎ＋ｍ／４）波長板（ただし、ｎは０以上の整数であり、ｍは１または３）を用いても良い。また、１／２波長板８０に代えて、（ｋ＋１／２）波長板（ただし、ｋは０以上の整数）を用いても良い。また、１／２波長板８０と１／４波長板１１０とが直列配置された構成に代えて、３／４波長板を用いても良い。

なお、上記実施の形態では、集光レンズ系である集光レンズ７０は単レンズで構成されているが、本発明はこれに限らず、複数のレンズで構成されている集光レンズ系を用いても良い。また、集光レンズ系として、シリンドリカルレンズを用いてもよい。

また、上記実施の形態では回折格子を透過型としたが、本発明はこれに限らず、反射型の回折格子を用いても良い。また、回折格子の代わりにたとえば分散プリズムなどの他の光分散素子を用いても良い。また、本発明に係る光スイッチ装置は、光分散素子を用いずに、非波長選択型の光スイッチ装置として構成してもよい。

また、上記実施の形態では、各光スイッチ装置は１×４光スイッチであるが、本発明では光が入出力するポートの数は特に限定されず、Ｎ×Ｍ光スイッチ（Ｎ、Ｍは任意の整数）であればよい。また、たとえば光スイッチ装置１０００の構成において、光ファイバポート１２、１３、１４、１５のいずれかから信号光を入力させて、Ｃｏｍポートとしての光ファイバポート１１から出力させるように光スイッチ装置１０００を動作させてもよい。これによって、光スイッチ装置１０００を４×１光スイッチとして使用することができる。

また、上記実施の形態では、光操作装置を光スイッチ装置として説明してきたが、光操作素子としての光スイッチ素子を他の光操作機能を有する光操作素子に置き換えることで、例えば波長ブロッカーや波形整形器等の光操作装置としても利用することができる。

波長ブロッカーは、入力されたＷＤＭ信号光のなかの特定の波長成分を有する信号光のみを出力し、その他の波長成分を有する信号光を遮断する機能を持つ光操作装置である。波長ブロッカーは、たとえば光スイッチ装置１０００の光スイッチ素子９０を、光操作素子を有する波長ブロック部に置き換えることで実現できる。波長ブロック部はたとえばＳＬＭで構成できる。したがって、波長ブロッカーは、光入力ポートと光出力ポートと、コリメータレンズアレイと、偏波光操作部と、アナモルフィックプリズムペアと、回折格子と、集光レンズ系と、波長ブロック部とをこの順番に配置して構成することができる。波長ブロッカーの機能は、光入力ポートから入力されたＷＤＭ信号光が回折格子によって分光され、波長ブロック部に集光された信号光のうち、出力したい波長成分を有する信号光のみを光出力ポートに結合するようにスイッチし、その他の波長成分を有する信号光を光出力ポートに結合しないように制御することで実現される。上記光入力ポートと光出力ポートは必ずしも、別のポートである必要はなく、１つの光入出力ポートで光入力ポートと光出力ポートを兼ねてもよい。その場合は、図１２に示すように、波長ブロッカー１４００の１つの光入出力ポート１４１０の手前に光サーキュレータ１４２０を配置する構成とすることが好ましい。この構成によって、光サーキュレータ１４２０を介して、ＷＤＭ信号光Ｌ１を波長ブロッカー１４００の１つの光入出力ポート１４１０に入力して、出力したい信号光Ｌ１ａを取り出すことができる。

波形整形器は、入力された光の各波長成分の強度や位相を制御することでスペクトルの形状や光パルスの時間波形を制御する機能を持つ光操作装置である。波形整形器は、たとえば光スイッチ装置１０００の光スイッチ素子９０を、光操作素子を有する波形整形部に置き換えることで実現できる。波形整形部はたとえば光操作素子としてのＳＬＭで構成できる。したがって、波形整形器は、光入力ポートと光出力ポートと、コリメータレンズアレイと、偏波光操作部と、アナモルフィックプリズムペアと、回折格子と、集光レンズ系と、波形整形部とをこの順番に配置して構成することができる。波形整形器の機能は、光入力ポートから入力された光が回折格子によって分光され、波形整形部に集光された各波長成分の光のうち、出力したい波長成分の光のみを光出力ポートに結合するようにスイッチし、その他の波長成分の光を出力ポートに結合しないように制御することで実現され、これによってたとえばスペクトルの形状を制御することが可能である。更に、波形整形器において、各波長に該当するＳＬＭの画素の位相のオフセット量を制御することで、各波長の位相も制御することが可能である。波形整形器の場合も、波長ブロッカーと同様に、上記光入力ポートと光出力ポートは必ずしも、別のポートである必要はなく、１つの光入出力ポートで光入力ポートと光出力ポートを兼ねてもよい。その場合は、図１２と同様に、光入出力ポートの手前に光サーキュレータを配置することで出力光を取り出すことができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態１に係る光スイッチ装置１０００において、実施の形態４の場合と同様に２枚の１／４波長板を配置してもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０ 光入出力ポート
１１、１２、１３、１４、１５ 光ファイバポート
２０ コリメータレンズアレイ
３０、４０ 偏波光操作素子
５０ アナモルフィックプリズムペア
５１ アナモルフィックプリズム
５２ アナモルフィックプリズム
６０ 回折格子
７０ 集光レンズ
７０ａ 光軸
８０ １／２波長板
９０ 光スイッチ素子
１００、１１０ １／４波長板
１０００、１１００、１２００、１３００ 光スイッチ装置
１４００ 波長ブロッカー
１４１０ 光入出力ポート
１４２０ 光サーキュレータ
ａ、ｂ 距離
Ｄ１、Ｄ２ 方向
Ｆ 焦点位置
Ｌ１、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ１Ａ、Ｌ２、Ｌ２´、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ３、Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ１１、Ｌ１１Ａ、Ｌ１２、Ｌ１２Ａ、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２１´、Ｌ２２´、Ｌ３１、 Ｌ３２ 信号光
Ｐ１、Ｐ２ 偏波方向
ＳＰ 屈曲位置
ＸＰ 交差点
θ１、θ２ 角度

Claims (8)

1. 外部から光が入力される、または外部に光を出力する少なくとも一つのポートを有する光入出力ポートと、
   前記光入出力ポートのポートに対応して設けられた少なくとも一つのコリメータレンズと、
   前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する光操作素子と、
   前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
   前記光入出力ポート側の前記集光レンズ系の焦点位置に配置された光分散素子と、
   前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光のうちの一方の光路を変位させて、前記二つの偏波状態の光を、前記入力された光の入射方向に対してほぼ平行な方向に出力する第１偏波光操作素子と、
   前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光を、前記入力された光の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する第２偏波光操作素子と、
   を備え、
   前記第１偏波光操作素子および前記第２偏波光操作素子は、偏波光操作部を構成しており、前記偏波光操作部は、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光を分離し、かつ、該分離した二つの光の光路が前記集光レンズ系の前記光入出力ポート側の焦点位置の近傍で交差するように、該分離した二つの光を操作し、前記分離した二つの光は、前記光操作素子の表面の別々の位置に入射することを特徴とする光操作装置。
2. 前記二つの光の光路の交差点と、前記集光レンズ系の前記光入出力ポート側の焦点位置との距離は、前記第２偏波光操作素子において前記二つの偏波状態の光が互いに逆向きの角度を成すように光路が屈曲する位置と、前記集光レンズ系の前記光入出力ポート側の焦点位置との距離よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の光操作装置。
3. 前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、前記光入出力ポート側から入力された光のビーム径をビーム径拡大方向に拡大するアナモルフィック光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光操作装置。
4. 前記光入出力ポートと前記光操作素子との間において、少なくとも偏波依存特性を有する光学素子を間に挟むように配置された二つの（ｎ＋ｍ／４）波長板（ただし、ｎは０以上の整数であり、ｍは１または３）を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光操作装置。
5. 前記二つの（ｍ＋ｋ／４）波長板は、前記第２偏波光操作素子または前記偏波光操作素子よりも前記光操作素子側に配置されることを特徴とする請求項４に記載の光操作装置。
6. 前記集光レンズ系と前記光操作素子との間において、前記分離した二つの光の一方が通過する位置に配置された（ｋ＋１／２）波長板（ただし、ｋは０以上の整数）を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光操作装置。
7. 前記光操作素子は、ＳＬＭで構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光操作装置。
8. 前記光操作素子は、ＬＣＯＳで構成されていることを特徴とする請求項７に記載の光操作装置。

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