JP6345874B2

JP6345874B2 - 液晶格子に基づく光スイッチ

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Publication number: JP6345874B2
Application number: JP2017510717A
Authority: JP
Inventors: 崇昌毛; 岷淳李; 思超王
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: CN105099598A; WO2015169071A1; EP3133749A4; US20170055051A1; EP3133749A1; CN105099598B; US10284931B2; JP2017516159A; EP3133749B1

Description

本発明は通信分野に関し、具体的には液晶格子に基づく光スイッチに関する。

波長分割多重化（ＷＤＭ）技術に基づく既存の通信ネットワークにおいて、光−電気−光変換を完了するために、ネットワーク内の各ノードは依然として信号を交換する電気信号を用いることによる情報処理の方法を用いている。高速大容量の要求を満たすことに関して、各ノードの電子部品は帯域の制限、クロックオフセット、深刻なクロストーク及び大電力消費といった欠点を有する。結果として、「電子的ボトルネック」の現象が通信ネットワークに生じる。この問題を解決するために、全光学ネットワーク（ＡＯＮ）概念が提案されている。全光学ネットワークは、良好な伝送性、波長ルーティングという特徴、互換性及び大型化の点で、次世代高速ブロードバンドネットワークの第１の選択肢となっている。

光交差接続（ＯｐｔｉｃａｌＣｒｏｓｓＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ、ＯＸＣ）は、全光学ネットワークの中核となる構成要素である。光交差接続及び構成要素並びに光分岐挿入装置（ＯＡＤＭ）などのデバイス、エルビウムドープファイバー増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ、ＥＤＦＡ）、減衰器及び光ファイバーが、全光学ネットワークを形成する。ＯＸＣは、全光信号を交換し、波長リソースが有効に活用され、波長再使用が実装され、すなわち少ない量の波長が大量のネットワークノードの相互接続に用いられるように、ＯＸＣはネットワークノードにおいて特定の波長を相互接続する。光ファイバーが遮断され、またはサービスに障害が発生すると、サービスが遮断されないように、ＯＸＣは障害分離、経路再選択、ネットワーク再構築などの動作を自動的に完了することができる。すなわち、ＯＸＣは、高速光信号及びネットワーク回復のための経路選択などの機能を有する。

市場では現在、液晶（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ、ＬＣ）及び偏光ビームスプリッター（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＢｅａｍＳｐｌｉｔｔｅｒ、ＰＢＳ）に基づくＯＸＣが存在する。図１に示されるように、ＯＸＣは主に光コリメータ、変位器、ＰＢＳアレイ、及びＬＣアレイを含む。光コリメータは光を入出力するように構成され、変位器は入力光を同じ偏光を有する光に変換し、出力端から光コリメータに偏光した光を結合するように構成され、ＰＢＳアレイは偏光した光を分離し、結合するように構成され、ＬＣアレイは光の偏光方向を制御するように構成される。各ノードにおける光の偏光方向はＬＣアレイの電圧を制御することによって制御され、それによって、入力光のいずれかのいずれかのビームの必要な出力ポートへの伝送を実装する。この技術的解決手段によれば、組み立てが非常に困難であり、体積が大きく、コストが高い。

本発明の実施形態は、切替え可能な偏光格子を使用することによって光交差相互接続を実装し、ＬＣアレイ及びＰＢＳアレイに基づく光交差相互接続に関する、組み立てが非常に困難であり、体積が大きく、コストが高いという従来技術の技術的課題を解決するために、液晶格子に基づく光スイッチを提供する。

第１の態様によれば、本発明の実施形態は、入力コリメータと、出力コリメータとを含み、さらに入力偏光ビームスプリッターと、入力１／４波長板と、出力１／４波長板と、出力偏光ビームスプリッターと、Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイと、を含み、Ｎは２以上の整数である、光スイッチング装置であって、
入力偏光ビームスプリッターが、入力コリメータと入力１／４波長板との間に配置され、入力コリメータからの入力光信号を異なる偏光方向を有する２つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する２つの光信号を入力１／４波長板に出力するように構成され、
入力１／４波長板が、入力偏光ビームスプリッターとＮ×Ｎ液晶格子のアレイとの間に配置され、入力偏光ビームスプリッターから、異なる偏光方向を有する２つの光信号を受け取り、異なる偏光方向を有する２つの光信号を円偏光に結合し、円偏光をＮ×Ｎ液晶格子のアレイに出力するように構成され、
Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイが、入力１／４波長板と出力１／４波長板との間に配置され、入力１／４波長板からの円偏光を、Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイ内にあり、入力１／４波長板に対応する液晶格子を用いることによって受け取り、円偏光を、選択された伝送経路を通って選択された出力１／４波長板に出力するように構成され、選択された伝送経路が、Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイの液晶格子についての電圧を設定することによって選択され、
出力１／４波長板が、Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイと出力偏光ビームスプリッターとの間に配置され、Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイからの円偏光を異なる偏光方向を有する２つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する２つの光信号を、出力偏光ビームスプリッターに出力するように構成され、
出力偏光ビームスプリッターが、出力１／４波長板と出力コリメータとの間に配置され、出力１／４波長板からの異なる偏光方向を有する２つの光信号を、出力コリメータに結合するように構成された、光スイッチング装置を提供する。

第１の態様の第１の可能な実装方法において、Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイにおける液晶格子が、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子／液晶平板の組み合わせ、Ｎ×Ｎポリマー偏光格子／液晶平板／ポリマー偏光格子の組み合わせ、またはＮ×Ｎポリマー偏光格子／液晶平板／ポリマー偏光格子／液晶平板の組み合わせを含む。

第１の態様または第１の可能な実装方法におけるいずれかのいずれかの可能な実装方法を参照して、第２の可能な実装方法において、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子内のいずれかのいずれかの切替え可能偏光格子について、いずれかのいずれかの切替え可能偏光格子の両端の間に印加された電圧が第１のしきい値電圧よりも低い場合、いずれかの切替え可能偏光格子内の液晶分子は入射光を回折させる液晶格子を形成し、またはいずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が第１のしきい値電圧以上である場合、液晶分子はいずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧によって生じる電場の方向に向かって偏向し、格子効果が消滅し、
Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子において、入射光を偏向する必要がない切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が第１のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向させる必要がある切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が第１のしきい値よりも低く設定され、入射光を偏向させる必要のある切替え可能偏光格子が、入力１／４波長板に対応し、出力１／４波長板に対応する切替え可能偏光格子であり、入射光を偏向する必要がない切替え可能偏光格子が、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子のアレイにおいて、入射光を偏向する必要がある切替え可能偏光格子を除いた切替え可能偏光格子である。

第１の態様の第２の可能な実装方法を参照して、第３の可能な実装方法において、入射光を偏向する必要がある切替え可能偏光格子の両端の間の電圧がゼロに設定される。

第１の態様の第２または第３の可能な実装方法を参照して、第４の可能な実装方法において、いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間に印加された電圧が第１のしきい値電圧よりも低い場合に、いずれかの切替え可能偏光格子が３つの回折レベル、すなわちレベル０、レベル＋１、レベル−１を有し、入射する右手円偏光がいずれかの切替え可能偏光格子によってレベル＋１に回折されて左手円偏光に変化し、入射する左手円偏光がいずれかの切り替え可能偏光格子によってレベル−１に回折されて右手円偏光に変化する。

第１の態様の第２から第４の可能な実装方法のいずれか一つを参照して、第５の可能な実装方法において、出力信号光の円偏光状態が出力クロストーク光の円偏光状態と反対であり、液晶平板に入射する光信号の偏光状態が、液晶平板の両端の間の電圧を設定することによって制御される。

第１の態様の第５の可能な実装方法を参照して、第６の可能な実装方法において、
いずれかの液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧よりも低い場合、いずれかの液晶平板の出力光の偏光状態がいずれかの液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、または、
いずれかの液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧以上である場合、左手円偏光がいずれかの液晶平板に入力されるときは、いずれかの液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光がいずれかの液晶平板に入力されるときは、いずれかの液晶平板が左手円偏光を出力する。

第１の態様の第５の可能な実装方法を参照して、第７の可能な実装方法において、いずれかの液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧以上である場合、いずれかの液晶平板の出力光の偏光状態が液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、
いずれかの液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧未満である場合、左手円偏光がいずれかの液晶平板に入力されると、いずれかの液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光がいずれかの液晶平板に入力されると、いずれかの液晶平板が左手円偏光を出力する。

第１の態様または第１の可能な実装方法のいずれかの可能な実装方法を参照して、第８の可能な実装方法において、いずれかのポリマー偏光格子／液晶平板／ポリマー偏光格子の組み合わせが、第１のポリマー偏光格子と、第１の液晶平板と、第２のポリマー偏光格子とを含み、
第１のポリマー偏光格子及び第２のポリマー偏光格子が共に固定格子であり、
右手円偏光が入力されると、右手円偏光が第１のポリマー偏光格子または第２のポリマー偏光格子によってレベル＋１に回折されて左手円偏光を出力し、左手円偏光が入ｒｙ九されると、左手円偏光が第１のポリマー偏光格子または第２のポリマー偏光格子によってレベル−１に回折されて右手円偏光を出力し、
第１の液晶平板が、第１の液晶平板の両端の間の電圧を設定することによって、液晶平板に入射する光信号の偏向を制御するように構成される。

第１の態様の第８の可能な実装方法を参照して、第９の可能な実装方法において、第１の液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧以上である場合、左手円偏光が第１の液晶平板に入力されると、第１の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が第１の液晶平板に入力されると、第１の液晶平板が左手円偏光を出力し、
入射光を偏向する必要がない第１の液晶平板の両端の電圧が第２のしきい値よりも低く設定され、入射光を偏向する必要のある第１の液晶平板の両端の間の電圧が、第２のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向する必要のある第１の液晶平板が、入力１／４波長板に対応し、出力１／４波長板に対応する第１の液晶平板であり、入射光を偏向する必要のない第１の液晶平板が、Ｎ×Ｎの第１の液晶平板のアレイにおける、入射光を偏向する必要がある第１の液晶平板を除いた第１の液晶平板である。

第１の態様の第８の可能な実装方法を参照して、第１０の可能な実装方法において、第１の液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧より低い場合、左手円偏光が第１の液晶平板に入力されると、第１の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が第１の液晶平板に入力されると、第１の液晶平板が左手円偏光を出力し、
入射光を偏向する必要のない第１の液晶平板の両端の間の電圧が第２のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向する必要のある第１の液晶平板の両端の間の電圧が第２のしきい値電圧未満に設定され、入射光を偏向する必要のある第１の液晶平板が、入力１／４波長板に対応し、出力１／４波長板に対応する第１の液晶平板であり、入射光を偏向する必要のない第１の液晶平板が、Ｎ×Ｎの第１の液晶平板のアレイにおいて、入射光を偏向する必要がある第１の液晶平板を除いた第１の液晶平板である。

第１の態様の第８の可能な実装方法を参照して、第１１の可能な実装方法において、出力信号光の円偏光状態が出力クロストーク光の円偏光状態と反対であり、第２の液晶平板に入射する光信号の偏光状態が、第２の液晶平板の両端間の電圧を設定することによって制御される。

第１の態様の第１１の可能な実装方法を参照して、第１２の可能な実装方法において、いずれかの第２の液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧よりも低い場合、いずれかの第２の液晶平板の出力光の偏光状態がいずれかの第２の液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、
いずれかの第２の液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧以上である場合、左手円偏光がいずれかの第２の液晶平板に入力されると、いずれかの第２の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光がいずれかの液晶平板に入力されると、いずれかの第２の液晶平板が左手円偏光を出力する。

第１の態様の第１１の可能な実装方法を参照して、第１３の可能な実装方法において、Ｎ×Ｎの第２の液晶平板が電気的に制御される複屈折液晶であり、
いずれかの第２の液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧以上である場合、いずれかの第２の液晶平板の出力光の偏光状態が、いずれかの第２の液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、
いずれかの第２の液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値よりも低い場合、左手円偏光がいずれかの第２の液晶平板に入力されると、いずれかの第２の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光がいずれかの第２の液晶平板に入力されると、いずれかの第２の液晶平板が左手円偏光を出力する。

本発明の実施形態は、入力コリメータと、入力偏光ビームスプリッターと、入力１／４波長板と、Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイと、出力１／４波長板と、出力偏光ビームスプリッターと、出力コリメータとを含む、液晶格子に基づく光スイッチング装置を提供する。入力偏光ビームスプリッター及び入力１／４波長板を通過した後に、入力光は円偏光に変化する。光の伝送経路は液晶格子の電圧を変化させることによって選択され、光は特定のポートに出力され、出力１／４波長板及び出力偏光ビームスプリッターを通過し、次いで出力コリメータに結合され、これによって、Ｎ×Ｎ光交差切替え機能及び光分岐挿入機能を実装する。光の伝送経路は液晶格子の電圧を設定することによって選択され、これは光スイッチング装置を単純化し、コストを低減し、構成要素の大きさを低減させる。以下に、特定の実施形態を用いた説明を行う。

本発明の実施形態における解決手段及び従来技術をより明確に説明するために、以下に簡単に本実施形態または従来技術を説明するために必要な添付図面について説明する。明らかに、以下の説明における添付図面は単に本発明のいくつかの実施形態を示すにすぎず、当業者であれば、創造的な努力なしにこれらの添付図面から他の図面を得ることができる。

従来技術の光スイッチング装置の概略的な構造図である。本発明の実施形態１に従う液晶格子に基づく光スイッチング装置の概略的な構造図である。本発明の実施形態２に従う切替え可能な偏光格子に基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。切替え可能な偏光格子の液晶整列層を作製するためのプロセスの概略図である。切替え可能な偏光格子の両端の間の電圧が０Ｖである場合の液晶分子の整列の概略図である。切替え可能な偏光格子の両端の間の電圧が第１のしきい値電圧よりも高い場合の液晶分子の整列の概略図である。切替え可能な偏光格子の原理の概略図である。本発明の実施形態３に従う切替え可能な偏光格子／液晶平板に基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。垂直整列（ＶＡ）型液晶平板の原理の概略図である。切替え可能な偏光格子／液晶の組み合わせの原理の概略図である。本発明の実施形態４に従う、ポリマー偏光格子／液晶平板／ポリマー偏光格子の組み合わせに基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。ポリマー偏光格子を作製するプロセスの概略図である。ポリマー偏光格子の原理の概略図である。本発明の実施形態５に従う、ポリマー偏光格子／液晶平板／ポリマー偏光格子／液晶平板の組み合わせに基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。

以下に、本発明の実施形態についての添付の図面を参照して、本発明の実施形態の技術的解決手段を明確に説明する。明らかに、説明される実施形態は本発明の実施形態の全てではなく、一部にすぎない。創造的な努力の必要なく本発明の実施形態に基づいて当業者が得ることができるその他全ての実施形態は、本発明の保護範囲内に入ることとなる。

本発明の実施形態は、入力コリメータ、入力偏光ビームスプリッター、入力１／４波長板、液晶格子、出力１／４波長板、出力偏光ビームスプリッター、及び出力コリメータを含む、液晶格子に基づく光スイッチング装置を提供する。入力偏光ビームスプリッター及び入力１／４波長板を通過後、入力光は円偏光に変化する。光についての伝送経路は、液晶格子の電圧を変更することによって選択され、光は特定のポートに出力され、出力１／４波長板及び出力偏光ビームスプリッターを通過し、その後出力コリメータに結合され、これによってＮ×Ｎ光交差スイッチ機能及び光分岐挿入機能を実装する。光についての伝送経路は、液晶格子の電圧を設定することによって選択され、これは光スイッチング装置を単純化し、コストを低減し、構成要素の大きさを低減する。以下に、特定の実施形態を用いて説明する。

実施形態１
図２は、本発明の実施形態１に従う液晶格子に基づく光スイッチング装置の概略的な構造図である。図に示されるように、本発明のこの実施形態における液晶格子に基づく光スイッチング装置は、入力コリメータ１０１、入力偏光ビームスプリッター２０１、入力１／４波長板３０１、Ｎ×Ｎ液晶格子４のアレイ、出力１／４波長板３０２、出力偏光ビームスプリッター２０２、及び出力コリメータ１０２を含み、ｎは２以上の整数である。

入力コリメータ１０１は、光ファイバーから入力される光信号を受容するように構成される。入力コリメータ１０１は、周辺光信号の入射ポートである。光信号は入力光ファイバーを通過し、入力コリメータ１０１に入り、入力コリメータ１０１は入力光信号のビーム成形を行って、ビームウェスト部を拡大し、入力光信号の発散角を低減し、これによってこれらの入力光信号は自由空間内でより長い距離を伝送することができる。

入力偏光ビームスプリッター２０１は入力コリメータ１０１と入力１／４波長板３０１との間に配置され、入力コリメータ１０１からの入力光信号を異なる偏光方向を有する２つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する２つの光信号を入力１／４波長板３０１に出力するように構成される。偏光ビームスプリッター２０１は、複数の技術を用いて実装され、例えば、複屈折結晶、偏光多層膜、ポリマー膜、石英ガラスエッチングを用いて実装されうる。

入力１／４波長板３０１は入力偏光ビームスプリッター２０１とＮ×Ｎ液晶格子４との間に配置され、異なる偏光方向を有する２つの光信号を偏光ビームスプリッター２０１から受け取り、異なる偏光方向を有する２つの光信号を円偏光に変換し、円偏光をＮ×Ｎ液晶格子４のアレイに出力するように構成される。

Ｎ×Ｎ液晶格子４のアレイは入力１／４波長板３０１と出力１／４波長板３０２との間に配置され、Ｎ×Ｎ液晶格子４のアレイ内にあり、入力１／４波長板３０１に対応する液晶格子を用いることによって、入力１／４波長板３０１からの円偏光を受け取り、円偏光を選択された伝送経路を通して選択された出力１／４波長板３０２に出力し、選択された伝送経路は、Ｎ×Ｎ液晶格子４のアレイの液晶格子についての電圧を設定することによって選択される。

出力１／４波長板３０２はＮ×Ｎ液晶格子４のアレイと出力偏光ビームスプリッター２０２との間に配置され、Ｎ×Ｎ液晶格子４のアレイから円偏光を受け取り、円偏光を異なる偏光方向を有する２つの光信号に変換し、異なる偏光方向を有する２つの光信号を偏光ビームスプリッター２０２に出力するように構成される。

出力偏光ビームスプリッター２０２は、出力１／４波長板３０２と出力コリメータ１０２との間に配置され、出力１／４波長板３０２からの異なる偏光方向を有する２つの光信号に対する偏光結合を実施し、異なる偏光方向を有する２つの光信号を出力コリメータ１０２に出力するように構成される。出力偏光ビームスプリッター２０２の実装方法は、入力偏光ビームスプリッター２０１の実装方法と同じであり、詳細は本明細書では改めて説明しない。

出力コリメータ１０２は、出力偏光ビームスプリッター２０２によって出力された光信号を受け取り、受け取った光信号を出力として光ファイバーに結合するように構成される。

本発明のこの実施形態は、入力コリメータ１０１と、入力偏光ビームスプリッター２０１と、入力１／４波長板３０１と、Ｎ×Ｎ液晶格子４のアレイと、出力１／４波長板３０２と、出力偏光ビームスプリッター２０２と、出力コリメータ１０２と、を含む、液晶格子に基づく光スイッチング装置を提供する。光信号の伝送経路は液晶格子の電圧を変化させることによって選択され、光信号は選択された出力端に出力される。低コストの光スイッチング装置は単純な構造を有し、小型である。

実施形態２
図３は、本発明の実施形態２に従う切替え可能偏光格子に基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。図３に示されるように、本発明の実施形態２における切替え可能偏光格子に基づく光スイッチング装置は、入力コリメータ１０１と、入力偏光ビームスプリッター２０１と、入力１／４波長板３０１と、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子４０１のアレイと、出力１／４波長３０２と、出力偏光ビームスプリッター２０２と、出力コリメータ１０２と、を含む。

入力コリメータ１０１は、光ファイバーから入力された光信号を受け取り、光ファイバーから入力された光信号にビーム成形を行って、光信号を入力偏光ビームスプリッター２０１に出力するように構成される。詳細は図２に示すように本発明の前述の実施形態１において説明したので、本明細書では改めて説明しない。

入力偏光ビームスプリッター２０１は、入力コリメータ１０１からの入力光信号を異なる偏光方向を有する２つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する２つの光信号を入力１／４波長板３０１に出力するように構成される。詳細は、図２に示されるように本発明の前述の実施形態１において説明したので、本明細書では改めて説明はしない。

入力１／４波長板３０１は、異なる偏光方向を有する２つの光信号を入力偏光ビームスプリッター２０１から受け取り、異なる偏光方向を有する２つの光信号を円偏光に変換し、円偏光をＮ×Ｎ切替え可能偏光格子４０１のアレイに出力するように構成される。

Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子４０１のアレイは、入力１／４波長板３０１と出力１／４波長板３０２との間に配置され、円偏光を入力１／４波長板３０１から受け取り、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子４０１のアレイの電圧を変化させることによって光の伝送経路を選択し、選択された出力１／４波長板３０２に出力するように構成される。

特定の用途において、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子４０１における切替え可能偏光格子（ＳｗｉｔｃｈａｂｌｅＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＧｒａｔｉｎｇ、ＳＰＧ）の構造及び製造プロセスは、従来の液晶板（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ、ＬＣ）の構造及び製造プロセスと非常によく似ている。主な違いは、液晶整列層の製造にある。一般に、ネマティック（ｎｅｍａｔｉｃ）ＬＣの整列層は、ナイロン製の布、ガラス表面のポリマー層を用いてブラッシング及びワイピングによって形成され、またはポリマー層を単一ビームで露光することによって形成される。図４に示されるように、ＳＰＧの液晶整列層は、ポリマー層を紫外線コヒーレント偏光の２つのビーム、例えば図４（ｂ）の上部の光の２つのビームに露光することによって形成され、光のビームの一方は右手円偏光であり、もう一方のビームは左手円偏光である。図４に示される液晶整列層は、ガラス基板と、光配向層と、電極と、を含む。液晶が２つのガラス基板の間に注入されると、液晶分子の配向は、露光後に整列層に形成されるホログラフィックパターンに従って整列される。図５に示されるように、ＳＰＧの両端の間に電圧が印加されない場合、液晶分子は入射光を回折することができる液晶格子を形成する。図６に示されるように、ＳＰＧの両端の電圧が第１のしきい値電圧Ｖ_ｔｈ以上である場合、液晶分子は電場の方向に向かって偏向し、格子効果が消滅し、ここで、第１のしきい値電圧は、選択される液晶分子及び切替え可能偏光格子の構造に依存する。

具体的には、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子におけるいずれかの切替え可能偏光格子について、いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間に印加される電圧が第１のしきい値電圧よりも低い場合、いずれか切替え可能偏光格子の液晶分子が入射光を回折する液晶格子を形成し、または、いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が第１のしきい値電圧以上の場合、液晶分子はいずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧によって発生する電場の方向に偏向し、格子効果が消滅する。

Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子において、入射光を偏向する必要がない切替え可能偏光格子の両端の間の電圧は、第１のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向する必要がある切替え可能偏光格子の両端の間の電圧は、第１の閾値未満に設定され、ここで、入射光を偏向する必要がある切替え可能偏光格子は、入力１／４波長板に対応し、出力１／４波長板３０２に対応する切替え可能偏光格子であり、入射光を偏向する必要がない切替え可能偏光格子は、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子アレイ４０１において、入射光を偏向する必要がある切替え可能偏光格子を除いた切替え可能偏光格子である。

ＳＰＧは、３つの回折レベルであるレベル０、レベル＋１及びレベル−１を有する。偏光ビームスプリッター及び１／４波長板は、入射光を、入射光の異なる偏向状態に従って左手円偏光及び右手円偏光に分解し、図７に示されるように、左手円偏光及び右手円偏光は、それぞれＳＰＧによってレベル±１に回折される。具体的には、ＳＰＧの両端の間の電圧が第１のしきい値電圧Ｖ_ｔｈ以上である場合、いずれかの偏光状態にある入射光がＳＰＧを通過した後、偏光状態は変化されず、伝搬方向は変化しない。一方、ＳＰＧの両端の間の電圧が第１のしきい値電圧Ｖ_ｔｈよりも低い場合、例えば、Ｖ＝０Ｖである場合、右手円偏光はレベル＋１に回折されて左手円偏光に変化し、左手円偏光はレベル−１に回折されて右手円偏光に変化する。

具体的に、４×４光スイッチング装置を例として用いる。図３に示すように、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４ポートは入射ポートであり、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３及びＯ４ポートは出力ポートである。Ｃ１−Ｏ３、Ｃ２−Ｏ１、Ｃ３−Ｏ２及びＣ４−Ｏ４交差接続が実装されるべきである場合、電圧は表１に従ってＳＰＧについて設定される。例えば、Ｃ１−Ｏ３を実装するためには、Ｃ１とＯ３との交差点に配置されたＳＰＧに印加される電圧のみがゼロに設定される必要があり、高い電圧が他のＳＰＧに印加される。具体的には、高い電圧は第１のしきい値電圧Ｖ_ｔｈ以上である。このようにすると、光はＣ１のコリメータから入射し、伝送方向が変化しないで２つのＳＰＧを通過し、次いで（電圧が０Ｖである）第３のＳＰＧを通過してＯ３に向けて偏向するように回折され、最終的にＯ３のコリメータに結合され、Ｃ１からＯ３まで光の伝送を実装することができる。

この４×４光スイッチング装置は、光分岐挿入機能を有する。図３に示されるように、Ａ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４ポートは挿入ポートであり、１つ以上の波長を光学経路に挿入するように構成され、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４ポートは分岐ポートであり、１つ以上の波長を光学経路から分岐するように構成される。例えば、Ｃ１−Ｏ２、Ｃ２−Ｏ３、Ｃ３−Ｄ３、Ｃ４−Ｏ１、Ａ４−Ｏ４交差接続を実装するためには、Ｃ３から入射した光が分岐ポートＤ３に送られ、Ａ４から入射した光が出力ポートＯ４に挿入され、表２に従ってＳＰＧについて電圧を設定することができる。

出力１／４波長板３０２は、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子４０１のアレイから光信号を受け取り、光信号を異なる偏光方向を有する２つの光信号に変換し、異なる偏光方向を有する２つの光信号を偏光ビームスプリッター２０２に出力するように構成される。詳細は図２に示されるように本発明の前述の実施形態１において説明したため、本明細書において改めて説明はしない。

出力偏光ビームスプリッター２０２は、異なる偏光方向を有する２つの光信号を受け取り、異なる偏光方向を有する２つの光信号に対して偏光結合を実施し、異なる偏光方向を有する２つの光信号を出力コリメータ１０２に出力するように構成される。出力偏光ビームスプリッター２０２は、複数の技術を用いて実装され、例えば、複屈折結晶、偏光多層膜、ポリマー膜及び石英ガラスエッチングを用いて実装されうる。詳細は図２に示されるように本発明の前述の実施形態１において説明したため、本明細書において改めて説明はしない。

出力コリメータ１０２は、光信号を出力偏光ビームスプリッター２０２から受け取り、受け取った光信号を出力のための光ファイバーに結合するように構成される。詳細は図２に示されるように本発明の前述の実施形態１において説明したため、本明細書では改めて説明しない。

本発明のこの実施形態は、入力コリメータ１０１と、入力偏光ビームスプリッター２０１と、入力１／４波長板３０１と、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子４０１のアレイと、出力１／４波長板３０２と、出力偏光ビームスプリッター２０２と、出力コリメータ１０２と、を含む切替え可能偏光格子に基づく光スイッチング装置を提供する。光信号についての伝送経路は、光信号が選択される出力端に出力されるように、切替え可能偏光格子４０１についての電圧を設定することによって選択される。低コストの光スイッチング装置は、単純な構造を有し、小型である。

実施形態３
図８は、本発明の実施形態３に従う切替え可能偏光格子／液晶平板に基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。図８に示されるように、本発明の実施形態３における切替え可能偏光格子／液晶平板に基づく光スイッチング装置は、入力コリメータ１０１と、入力偏光ビームスプリッター２０１と、入力１／４波長板３０１と、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子４０１／液晶平板４０２のアレイと、出力１／４波長板３０２と、出力偏光ビームスプリッター２０２と、出力コリメータ１０２と、を含む。

本実施形態における解決手段は、液晶平板４０２が各切替え可能偏光格子４０１の後に追加されて切替え可能偏光格子４０１／液晶平板４０２の組み合わせを形成することを除いて、実施形態２におけるものと類似している。Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子４０１／液晶平板４０２のアレイの電圧は、クロストーク光の円偏光状態が、信号光の円偏光状態とは反対となるように制御される。クロストーク光が出力１／４波長板３０２を通過した後は、クロストーク光の偏光状態は信号光の偏光状態に対して垂直であり、クロストーク光は出力端における出力偏光ビームスプリッターによって遮断される。このようにして、信号対雑音比を顕著に向上させることができる。

具体的には、本実施形態における光スイッチング装置の液晶平板４０２は、主に光の偏光状態を制御するように構成される。任意選択的に、液晶平板の整列の種類は、電気的に制御された複屈折（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ、ＥＣＢ）型または垂直整列（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ、ＶＡ）型であってよい。Ｖ＜Ｖ_ｔｈ２、例えばＶ＝０Ｖである場合において、ＥＣＢ型液晶は複屈折結晶であり、Ｖ≧Ｖ_ｔｈ２であるとき、複屈折効果を有しない。Ｖ＜Ｖ_ｔｈ２、例えばＶ＝０Ｖである場合、ＶＡ型液晶は複屈折効果を有さず、Ｖ≧Ｖ_ｔｈ２である場合、複屈折結晶である。Ｖ_ｔｈ２は第２のしきい値電圧であり、第２のしきい値電圧Ｖ_ｔｈ２は液晶平板内の液晶分子及び液晶平板の構造に依存する。

ＶＡ型液晶を例として用いる。図９に示されるように、ＶＡ型液晶の動作原理は次のようになる。印加電圧が第２のしきい値電圧Ｖ_ｔｈ２以上である場合、左手円偏光が入力されると、右手円偏光が出力され、右手円偏光が入力されると、左手円偏光が出力される。印加電圧が第２のしきい値電圧よりも低い場合、例えばＶ＝０Ｖの場合、出力光の偏光状態は入力光の偏光状態と一致する。

図１０に示されるように、光がＳＰＧを通過した後、信号光の偏光方向はクロストーク光の偏光方向と同じである。従って、実施形態２において、別のＳＰＧからのクロストーク光は信号光のチャンネルに結合され、信号対雑音比が低減される。本発明のこの実施形態において、液晶平板ＬＣ４０２はＳＰＧ平板の後に追加される。図１０に示されるように、液晶平板の電圧は、クロストーク光の円偏光状態が常に信号光の円偏光に対して反対となることができるように設定される。このようにして、クロストーク光が出力１／４波長板を通過した後、クロストーク光の偏光状態は信号光の偏光状態に対して垂直となり、クロストーク光は出力偏光ビームスプリッターによって遮断される。このようにして、信号対雑音比を顕著に向上することができる。

実施形態２の解決手段と同様に、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子と液晶平板との組み合わせは、Ｎ×Ｎ光交差機能の実装を可能にし、分岐挿入機能を有することができる。出力経路は、切替え可能偏光格子及び液晶平板の電圧を設定することによって選択され、光交差機能及び分岐挿入機能がさらに実装可能である。詳細は図３に示されるように本発明の前述の実施形態２において説明したので、本明細書では改めて説明しない。

本発明のこの実施形態は、入力コリメータ１０１と、入力偏光ビームスプリッター２０１と、入力１／４波長板３０１と、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子４０１／液晶平板４０２のアレイと、出力１／４波長板３０２と、出力偏光ビームスプリッター２０２と、出力コリメータ１０２と、を含む切替え可能偏光格子／液晶平板に基づく光スイッチング装置を提供する。光信号の伝送経路はＮ×Ｎ切替え可能偏光格子４０１／液晶平板４０２のアレイの電圧を設定することによって選択され、光信号は選択された出力端に出力される。そのような低コストの光スイッチング装置は単純な構造を有し、小型である。さらに、液晶平板の電圧は、クロストーク光の偏光状態が信号光の偏光状態に対して垂直であり、クロストーク光が出力偏光ビームスプリッターによって遮断されるように設定される。このようにして、信号対雑音比を顕著に向上することができる。

実施形態４
図１１は、本発明の実施形態４に基づくポリマー偏光格子／液晶平板／ポリマー偏光格子の組み合わせに基づく光スイッチング装置の概略的な構造図である。図１１に示されるように、本発明の実施形態４におけるポリマー偏光格子／液晶平板／ポリマー偏光格子の組み合わせに基づく光スイッチング装置は、入力コリメータ１０１と、入力偏光ビームスプリッター２０１と、入力１／４波長板３０１と、Ｎ×Ｎポリマー偏光格子４０３１／液晶平板４０２／ポリマー偏光格子４０３２のアレイと、出力１／４波長板３０２と、出力偏光ビームスプリッター２０２と、出力コリメータ１０２と、を含む。

この実施形態における解決手段は、切替え可能偏光格子４０１がポリマー偏光格子４０３１／液晶平板４０２／ポリマー偏光格子４０３２の組み合わせによって置き換えられ、ここで、「／」は光伝送経路において「／」の前後の構成要素の間の隣接する関係を示しており、すなわち光信号はポリマー偏光格子４０３１を通過し、液晶平板４０２に出力され、そしてポリマー偏光格子４０３２に出力される。

特定の実施形態において、ポリマー偏光格子（ＰｏｌｙｍｅｒＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＧｒａｔｉｎｇ、ＰＰＧ）を製造する工程が図１２に示されている。まず、感光性ポリマー材料（光配向材料）がガラス基板上に設けられる（図１２（ａ）に示すように）。次いで、コヒーレント光の２つのビームが感光性ポリマー層を露光してホログラムを形成するのに用いられ（図１２（ｂ）に示すように）、次いで重合可能な液晶が感光性層の上に設けられる（図１２（ｃ）に示すように）。次いで、均一なＵＶ光が重合可能な液晶を露光し、重合可能な液晶を固体化するのに用いられる。この場合、液晶分子は感光層のホログラフィックパターンに従って整列され、固定された格子を形成する（図１２（ｄ）に示すように）。

ＰＰＧは固定された格子であり、そのため、ＰＰＧの性能は電圧を印加することによって変化することができない。図１３に示されるように、右手円偏光はレベル＋１に回折されて、左手円偏光に変化し、左手円偏光は、レベル−１に回折されて、右手円偏光に変化する。従って、ＰＰＧは出力光について２つの方向のみを有する。

液晶平板４０２は、液晶平板４０２の両端の間の電圧を設定することによって、液晶平板４０２に入射する光信号の偏向を制御するように構成される。

任意選択的に、液晶平板４０２はＥＣＢ型液晶またはＶＡ型液晶でありうる。ＥＣＢ型液晶及びＶＡ型液晶の原理については、詳細は図８に示されるように本発明の前述の第３の実施形態で説明したため、本明細書において改めて説明はしない。

Ｎ×ＮＰＰＧ／ＬＣ／ＰＰＧの組み合わせは、Ｎ×Ｎ光交差スイッチ機能を実装することができる。具体的に、４×４ＰＰＧ／ＬＣ／ＰＰＧの組み合わせを例として用いる。図１１に示されるように、液晶平板はＶＡ型液晶であり、またはＥＣＢ液晶が用いられてもよい。液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧以上である場合、光の偏光方向が変化され、出射光の偏向が生じる。液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧よりも低い場合、特に、印加電圧がＶ＝０Ｖである場合、光の偏光方向は変化せず、出射光は光軸に対して平行である。このようにして、４×４光交差スイッチ機能及び分岐挿入機能が、液晶平板についての電圧を設定することによって実装可能である。

任意選択的に、液晶平板４０２がＶＡ型液晶平板である場合、入射光を偏向させる必要のない液晶平板４０２の両端の電圧は第２のしきい値電圧よりも低くなるように設定され、入射光を偏向させる必要がある液晶平板４０２の両端の間の電圧は第２のしきい値電圧以上となるように設定され、入射光を偏向させる必要のある液晶平板４０２は、入力１／４波長板３０１に対応し、出力１／４波長板３０２に対応する液晶平板であり、入射光を偏向させる必要がない液晶平板４０２は、Ｎ×Ｎ液晶平板４０２のアレイのうち、入射光を偏向させる必要がある液晶平板４０２を除いた液晶平板４０２である。

任意選択的に、液晶平板４０２がＥＣＢ型液晶平板である場合、入射光を偏向させる必要がない液晶平板４０２の両端の間の電圧は、第２のしきい値電圧以上となるように設定され、入射光を偏向させる必要がある液晶平板４０２の両端の間の電圧は、第２のしきい値電圧よりも低くなるように設定され、入射光を偏向させる必要のある液晶平板４０２は、入力１／４波長板３０１に対応し、出力１／４波長板３０２に対応する液晶平板であり、入射光を偏向させる必要のない液晶平板４０２は、Ｎ×Ｎ液晶平板４０２のアレイにおいて、入射光を偏向させる必要がある液晶平板４０２を除いた液晶平板である。

図１１に示されるように、４×４ＰＰＧ／ＬＣ／ＰＰＧの組み合わせにおいて、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４ポートは入射ポートであり、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３及びＯ４ポートは出力ポートである。液晶平板の電圧は、Ｃ１−Ｏ３、Ｃ２−Ｏ１、Ｃ３−Ｏ２及びＣ４−Ｏ４交差接続を実装するために表３に従って設定される必要があるのみである。

光スイッチング装置は、光交差スイッチ機能及び分岐挿入機能の両方を実装することができる。図１１に示されるように、Ａ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４ポートは挿入ポートであり、光学経路に１つ以上の波長を挿入するように構成され、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４ポートは分岐ポートであり、光学経路から１つ以上の波長を分岐するように構成される。各ポートの機能については、詳細は実施形態２について説明されており、本明細書で改めて説明はしない。例えば、Ｃ１−Ｏ３、Ｃ２−Ｏ４、Ｃ３−Ｄ３、Ｃ４−Ｏ２及びＡ１−Ｏ１を実装するために、ＬＣアレイについての電圧は表４に従って設定可能である。

本発明のこの実施形態は、入力コリメータ１０１と、入力偏光ビームスプリッター２０１と、入力１／４波長板３０１と、ＰＰＧ４０３１／ＬＣ４０２／ＰＰＧ４０３２と、出力１／４波長板３０２と、出力偏光ビームスプリッター２０２と、出力コリメータ１０２と、を含む、ポリマー偏光格子／液晶平板／ポリマー偏光格子に基づく光スイッチング装置を提供する。光信号の伝送経路は、液晶平板４０２の電圧を設定することによって選択され、光信号は選択された出力端に出力される。低コストの光スイッチング装置は、単純な構造を有し、小型である。

実施形態５
図１４は、本発明の実施形態５に従うＰＰＧ／ＬＣ／ＰＰＧ／ＬＣに基づく光スイッチング装置の概略的な構造図である。図１４に示すように、本発明の実施形態５におけるＰＰＧ／ＬＣ／ＰＰＧ／ＬＣに基づく光スイッチング装置は、入力コリメータ１０１と、入力偏光ビームスプリッター２０１と、入力１／４波長板３０１と、Ｎ×ＮＰＰＧ４０３１／ＬＣ４０２１／ＰＰＧ４０３２／ＬＣ４０２２のアレイと、出力１／４波長板３０２と、出力偏光ビームスプリッター２０２と、出力コリメータ１０２と、を含む。

この実施形態における解決手段は、液晶平板４０２２が各ポリマー偏光格子４０３１／液晶平板４０２１／ポリマー偏光格子４０３２の後に追加されて、ポリマー偏光格子４０３１／液晶４０２１／ポリマー偏光格子４０３２／液晶４０２２の組み合わせを形成することを除いて、実施形態４のそれと類似している。

任意選択的に、ＶＡ型が液晶平板として選択されてもよく、またはＥＣＢ型液晶が液晶平板として選択されてもよい。ＶＡ型液晶及びＥＣＢ型液晶の動作原理については、詳細は実施形態３において説明されており、本明細書では改めて説明はしない。クロストーク光の抑制の原理は実施形態３のそれと類似しており、すなわち、クロストーク光の偏光方向は信号光の偏光方向とは反対にされ、クロストーク光は出力端において偏光ビームスプリッター２０２によって遮断される。そのため、光スイッチング装置の信号対雑音比を顕著に向上させることができる。

本発明のこの実施形態は、入力コリメータ１０１と、入力偏光ビームスプリッター２０１と、入力１／４波長板３０１と、Ｎ×ＮＰＰＧ４０３１／ＬＣ４０２１／ＰＰＧ４０３２／ＬＣ４０２２のアレイと、出力１／４波長板３０２と、出力偏光ビームスプリッター２０２と、出力コリメータ１０２とを含む、ＰＰＧ／ＬＣ／ＰＰＧ／ＬＣに基づく光スイッチング装置を提供する。光信号についての伝送経路は、ＬＣ４０２１についての電圧を設定することによって選択され、光信号は選択された出力端に出力される。そのような低コストの光スイッチング装置は、単純な構造を有し、小型である。さらに、ＬＣ４０２２についての電圧は、クロストーク光の偏光状態が信号光の偏光状態と垂直となるように設定され、クロストーク光は出力偏光ビームスプリッターによって遮断される。このようにして、信号対雑音比を顕著に向上させることができる。

前述の説明は単に本発明の特定の実装方法であり、本発明の保護範囲を限定することを意図するものではない。本発明において開示された技術的範囲内において、当業者によって容易に理解されるあらゆる変形または置換は本発明の保護範囲内に入ることとなる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に属するものとする。

４液晶格子
１０１入力コリメータ
１０２出力コリメータ
２０１入力偏光ビームスプリッター
２０２出力偏光ビームスプリッター
３０１入力１／４波長板
３０２出力１／４波長板
４０１切替え可能偏光格子
４０２液晶平板
４０２１液晶平板
４０２２液晶平板
４０３１ポリマー偏光格子
４０３２ポリマー偏光格子

Claims

入力コリメータと、出力コリメータとを含み、さらに入力偏光ビームスプリッターと、入力１／４波長板と、出力１／４波長板と、出力偏光ビームスプリッターと、Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイと、を含み、Ｎは２以上の整数である、光スイッチング装置であって、
前記入力偏光ビームスプリッターが、前記入力コリメータと前記入力１／４波長板との間に配置され、前記入力コリメータからの入力光信号を異なる偏光方向を有する２つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する前記２つの光信号を前記入力１／４波長板に出力するように構成され、
前記入力１／４波長板が、前記入力偏光ビームスプリッターと前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイとの間に配置され、前記入力偏光ビームスプリッターから、異なる偏光方向を有する前記２つの光信号を受け取り、異なる偏光方向を有する前記２つの光信号を円偏光に結合し、前記円偏光を前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイに出力するように構成され、
前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイが、前記入力１／４波長板と前記出力１／４波長板との間に配置され、前記入力１／４波長板からの前記円偏光を、前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイ内にあり、前記入力１／４波長板に対応する液晶格子を用いることによって受け取り、前記円偏光を、選択された伝送経路を通って選択された前記出力１／４波長板に出力するように構成され、選択された前記伝送経路が、前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイの液晶格子についての電圧を設定することによって選択され、
前記出力１／４波長板が、前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイと前記出力偏光ビームスプリッターとの間に配置され、前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイからの前記円偏光を異なる偏光方向を有する前記２つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する前記２つの光信号を、前記出力偏光ビームスプリッターに出力するように構成され、
前記出力偏光ビームスプリッターが、前記出力１／４波長板と前記出力コリメータとの間に配置され、前記出力１／４波長板からの異なる偏光方向を有する前記２つの光信号を、前記出力コリメータに結合するように構成され、
前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイにおける液晶格子が、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子を含み、
Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子内のいずれかの切替え可能偏光格子について、前記いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間に印加された電圧が第１のしきい値電圧よりも低い場合、いずれかの切替え可能偏光格子内の液晶分子は入射光を偏光に応じて回折させ、またはいずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が第１のしきい値電圧以上である場合、前記液晶分子は前記いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧によって生じる電場の方向に向かって偏向し、格子効果が消滅して、偏光によらず回折させないホログラフィックパターンを有する液晶格子を形成し
前記Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子において、入射光を偏向する必要がない切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が前記第１のしきい値電圧以上に設定され、前記入射光を偏向させる必要がある切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が前記第１のしきい値よりも低く設定され、前記入射光を偏向させる必要のある前記切替え可能偏光格子が、前記入射１／４波長板に対応し、前記出力１／４波長板に対応する切替え可能偏光格子であり、前記入射光を偏向する必要がない前記切替え可能偏光格子が、Ｎ×Ｎ切替え可能偏光格子のアレイにおいて、前記入射光を偏向する必要がある前記切替え可能偏光格子を除いた切替え可能偏光格子である、光スイッチング装置。
前記入射光を偏向する必要がある前記切替え可能偏光格子の両端の間の電圧がゼロに設定される、請求項１に記載の光スイッチング装置。
前記いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間に印加された電圧が前記第１のしきい値電圧よりも低い場合に、前記いずれかの切替え可能偏光格子が３つの回折レベル、すなわちレベル０、レベル＋１、レベル−１を有し、入射する右手円偏光がいずれかの切替え可能偏光格子によってレベル＋１に回折されて左手円偏光に変化し、入射する左手円偏光がいずれかの切り替え可能偏光格子によってレベル−１に回折されて右手円偏光に変化する、請求項１または２に記載の光スイッチング装置。
入力コリメータと、出力コリメータとを含み、さらに入力偏光ビームスプリッターと、入力１／４波長板と、出力１／４波長板と、出力偏光ビームスプリッターと、Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイと、を含み、Ｎは２以上の整数である、光スイッチング装置であって、
前記入力偏光ビームスプリッターが、前記入力コリメータと前記入力１／４波長板との間に配置され、前記入力コリメータからの入力光信号を異なる偏光方向を有する２つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する前記２つの光信号を前記入力１／４波長板に出力するように構成され、
前記入力１／４波長板が、前記入力偏光ビームスプリッターと前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイとの間に配置され、前記入力偏光ビームスプリッターから、異なる偏光方向を有する前記２つの光信号を受け取り、異なる偏光方向を有する前記２つの光信号を円偏光に結合し、前記円偏光を前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイに出力するように構成され、
前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイが、前記入力１／４波長板と前記出力１／４波長板との間に配置され、前記入力１／４波長板からの前記円偏光を、前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイ内にあり、前記入力１／４波長板に対応する液晶格子を用いることによって受け取り、前記円偏光を、選択された伝送経路を通って選択された前記出力１／４波長板に出力するように構成され、選択された前記伝送経路が、前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイの液晶格子についての電圧を設定することによって選択され、
前記出力１／４波長板が、前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイと前記出力偏光ビームスプリッターとの間に配置され、前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイからの前記円偏光を異なる偏光方向を有する前記２つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する前記２つの光信号を、前記出力偏光ビームスプリッターに出力するように構成され、
前記出力偏光ビームスプリッターが、前記出力１／４波長板と前記出力コリメータとの間に配置され、前記出力１／４波長板からの異なる偏光方向を有する前記２つの光信号を、前記出力コリメータに結合するように構成され、
前記Ｎ×Ｎ液晶格子のアレイにおける前記液晶格子が、Ｎ×Ｎポリマー偏光格子／液晶平板／ポリマー偏光格子の組み合わせを含み、いずれかのポリマー偏光格子／液晶平板／ポリマー偏光格子の組み合わせが、第１のポリマー偏光格子と、第１の液晶平板と、第２のポリマー偏光格子とを含み、
前記第１のポリマー偏光格子及び前記第２のポリマー偏光格子が共に、入射光を偏光に応じて回折させるホログラフィックパターンを有する固定格子であり、
右手円偏光が入力されると、前記右手円偏光が前記第１のポリマー偏光格子または前記第２のポリマー偏光格子によってレベル＋１に回折されて左手円偏光を出力し、左手円偏光が入力されると、前記左手円偏光が前記第１のポリマー偏光格子または前記第２のポリマー偏光格子によってレベル−１に回折されて右手円偏光を出力し、
前記第１の液晶平板が、前記第１の液晶平板の両端の間の電圧を設定することによって、前記第１の液晶平板に入射する光信号の偏向を制御するように構成された、光スイッチング装置。
前記第１の液晶平板が垂直整列液晶であり、
前記第１の液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧よりも低い場合、前記第１の液晶平板の出力光の偏光状態が前記第１の液晶平板の入射光の偏光状態と一致し、または、
前記第１の液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧以上である場合、左手円偏光が前記第１の液晶平板に入力されると、前記第１の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が前記第１の液晶平板に入力されると、前記第１の液晶平板が左手円偏光を出力し、
入射光を偏向する必要がない第１の液晶平板の両端の電圧が前記第２のしきい値よりも低く設定され、入射光を偏向する必要のある第１の液晶平板の両端の間の電圧が、前記第２のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向する必要のある第１の液晶平板が、前記入力１／４波長板に対応し、前記出力１／４波長板に対応する前記第１の液晶平板であり、入射光を偏向する必要のない前記第１の液晶平板が、Ｎ×Ｎの第１の液晶平板のアレイにおける、入射光を偏向する必要がある前記第１の液晶平板を除いた第１の液晶平板である、請求項４に記載の光スイッチング装置。
前記第１の液晶平板が電気的に制御された複屈折液晶であり、
前記第１の液晶平板に印加された電圧が第２のしきい値電圧以上である場合、前記第１の液晶平板の出力光の偏光状態が前記第１の液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、または、
前記第１の液晶平板に印加される電圧が第２のしきい値電圧より低い場合、左手円偏光が前記第１の液晶平板に入力されると、前記第１の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が前記第１の液晶平板に入力されると、前記第１の液晶平板が左手円偏光を出力し、
入射光を偏向する必要のない前記第１の液晶平板の両端の間の電圧が前記第２のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向する必要のある第１の液晶平板の両端の間の電圧が前記第２のしきい値電圧よりも低く設定され、入射光を偏向する必要のある前記第１の液晶平板が、前記入力１／４波長板に対応し、前記出力１／４波長板に対応する前記第１の液晶平板であり、入射光を偏向する必要のない前記第１の液晶平板が、Ｎ×Ｎの第１の液晶平板のアレイにおいて、入射光を偏向する必要がある前記第１の液晶平板を除いた第１の液晶平板である、請求項４に記載の光スイッチング装置。