JP6521072B2 - 光スイッチ装置及びその設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、２入力２出力の光スイッチをＮ^２個配して構成されるマトリクススイッチ回路を用いた光スイッチ装置及びその設計方法に関する。

光伝送において、光を電気に変換することなく光路を切替可能な装置として、光クロスコネクト装置が知られている。この光クロスコネクト装置を適用すると、ネットワークのフレキシビリティを高め、また、管理コストを低減させることができる。

前記光クロスコネクト装置に用いられるマトリクススイッチとしては、ＰＩＬＯＳＳ（Ｐａｔｈ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）スイッチとも呼ばれ、２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチが正方格子上にＮ^２個配された正方格子型マトリクススイッチや、同じく、前記光スイッチが菱形格子上にＮ^２個配された菱形格子型マトリクススイッチが知られている（例えば、特許文献１参照）。

こうしたマトリクススイッチの具体的な回路構成を図面を参照しつつ説明する。
図１は、従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（１）である。該図１に示すように、前記正方格子型マトリクススイッチは、例えば、４行４列の正方格子上に４^２個の光スイッチＳ１１〜Ｓ４４を配して構成される。１列目における上下２つの外部接続可能な入出力ポートには、上下上下の順で入力ポートＡ１〜Ａ４が設定され、残りの入出力ポートが未使用とされる。４列目における上下２つの外部接続可能な入出力ポートには、逆に下上下上の順で出力ポートＢ１〜Ｂ４が設定され、残りの入出力ポートが未使用とされる。
なお、本明細書では、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチを含め、従来のマトリクススイッチにおいて使用される入出力ポートを「オリジナルポート」と呼称し、未使用の入出力ポート（図中、＊で示す入出力ポート）を「アイドルポート」と呼称することとする。

ここで、個々の光スイッチＳ１１〜Ｓ４４は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すようにａ−ｄ間及びｂ−ｃ間が結線されたクロス状態と、ａ−ｃ間及びｂ−ｄ間が結線されたバー状態のいずれかの状態に結線される。なお、図２（ａ）は、光スイッチを説明するための説明図であり、図２（ｂ）は、クロス状態を説明するための説明図であり、図２（ｃ）は、バー状態を説明するための説明図である。
このように構成される正方格子型マトリクススイッチでは、光スイッチＳ１１〜Ｓ４４のうち、任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りをクロス状態とすることで、完全非閉塞かつ経路損失無依存であり、入力ポートＡ１〜Ａ４と出力ポートＢ１〜Ｂ４とのオリジナルポート同士が４！通りで結線可能とされる。
なお、入力と出力の関係には任意性があり、図１に示す正方格子型マトリクススイッチは、入力ポートＡ１〜Ａ４を出力ポートとし、出力ポートＢ１〜Ｂ４を入力ポートとして利用することもできる。

図３は、従来の菱形格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図である。該図３に示すように、菱形格子型マトリクススイッチは、例えば、４行４列の正方格子上に４^２個の光スイッチＳ１１〜Ｓ４４を配して構成される。
ここで、１行１列の光スイッチＳ１１では、未接続の２つの入出力ポートのうち下側の入出力ポートがオリジナルポートとして入力ポートＡ１に設定され、残りの入出力ポートがアイドルポートに設定される。また、光スイッチＳ１１以外の１列目の光スイッチＳ２１〜Ｓ４１では、未接続の入出力ポートがオリジナルポートとして入力ポートＡ２〜Ａ４に設定され、光スイッチＳ１１以外の１行目の光スイッチＳ１２〜Ｓ１４では、未接続の入出力ポートがアイドルポートに設定される。
４行４列の光スイッチＳ４４では、未接続の２つの入出力ポートのうち下側の入出力ポートがオリジナルポートとして出力ポートＢ１に設定され、残りの入出力ポートがアイドルポートに設定される。また、光スイッチＳ４４以外の４行目の光スイッチＳ４１〜Ｓ４３では、未接続の入出力ポートがオリジナルポートとして出力ポートＢ２〜Ｂ４に設定される。また、光スイッチＳ４４以外の４列目の光スイッチＳ１４〜Ｓ３４では、未接続の入出力ポートがアイドルポートに設定される。
なお、光スイッチＳ１４では、未接続の２つの入出力ポートのそれぞれがアイドルポートに設定され、光スイッチＳ４１では、未接続の２つの入出力ポートのうち入力ポートＡ３側の入出力ポートがオリジナルポートとして入力ポートＡ４に設定され、出力ポートＢ３側の入出力ポートがオリジナルポートとして出力ポートＢ４に設定される。
このように構成される菱形格子型マトリクススイッチでは、光スイッチＳ１１〜Ｓ４４のうち、任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りをクロス状態とすると、入力ポートから出力ポートに至る４つの経路で光スイッチの経由数が異なり経路損失無依存ではないものの、正方格子型マトリクススイッチと同様に完全非閉塞であり、入力ポートＡ１〜Ａ４と出力ポートＢ１〜Ｂ４とのオリジナルポート同士が４！通りで結線可能とされる。
なお、入力と出力の関係には任意性があり、図３に示す菱形格子型マトリクススイッチは、入力ポートＡ１〜Ａ４を出力ポートとし、出力ポートＢ１〜Ｂ４を入力ポートとして利用することもできる。

ところで、本発明者らは、光スイッチの入力偏波無依存化を実現するために、正方格子型マトリクススイッチを用いた偏波ダイバーシティ光スイッチ装置を提案している（非特許文献１参照）。図４は、偏波ダイバーシティ光スイッチ装置を説明するための説明図である。
該図４に示すように、偏波ダイバーシティ光スイッチ装置では、光１〜４のそれぞれを電界振幅方向が互いに直交する第１偏波成分と第２偏波成分とに分離し、第１偏波成分を図中上側の正方格子型マトリクススイッチ（４×４ＰＩＬＯＳＳスイッチ）に入力させるとともに、第２偏波成分を図中下側の正方格子型マトリクススイッチ（４×４ＰＩＬＯＳＳスイッチ）に入力させ、これら２つの正方格子型マトリクススイッチの同期をとり、出力される第１偏波成分と第２偏波成分とを偏波結合し、元の光１〜４として出力させることとしている。
しかしながら、この偏波ダイバーシティ光スイッチ装置では、正方格子型マトリクススイッチが２つ必要であり、マトリクススイッチの回路規模（面積、光スイッチの数、配線数、制御端子数等）が単純に２倍となる問題がある。
なお、この問題は、偏波ダイバーシティ光スイッチ装置を菱形格子型マトリクススイッチで構成した場合にも同様に生ずる。また、この問題は、偏波ダイバーシティ光スイッチ装置以外でも２つの信号を同期させて用いる他の同期型光スイッチでも同様に生ずる。

特表昭６３−５００１４０号公報

谷澤 健，鈴木恵治郎，須田悟史，Ｇｕａｎｇｗｅｉ Ｃｏｎｇ，池田和浩，並木 周，河島 整，"オフチップ偏波ダイバーシティ４×４ Ｓｉ細線光スイッチの特性評価，"電子情報通信学会 ２０１５年総合大会 Ｃ−３−６７，２０１５．３．

本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、マトリクススイッチの回路規模を小さく保ったまま、２つの信号同士を同期させて入出力可能な光スイッチ装置及びその設計方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、従来のマトリクススイッチにおいて、空状態のアイドルポートに設定される入出力ポートを利用することで、前記課題を解決することができないか、鋭意検討を行った。
先ず、４行４列の正方格子型マトリクススイッチの１つの結線パターンとして、図５（ａ）に示す、Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ３２，Ｓ３４の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチを全てクロス状態として、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ２），（Ａ３→Ｂ３），（Ａ４→Ｂ４）となる結線パターンで検討を行った。なお、図５（ａ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（１）である。

ここでは、図５（ｂ）に示すように、入力側のアイドルポートに対し、上から順にＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４の入力ポートの設定を行い、Ｋ１〜Ｋ４の（入力→出力）が（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）となるように出力側のアイドルポートに対し、Ｌ１〜Ｌ４の出力ポートの設定を行う。なお、図５（ｂ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（２）である。
図５（ｂ）に示す結線パターンでは、先の通り、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ２），（Ａ３→Ｂ３），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）である入出力経路との２つの入出力経路が形成される。
また、この結線パターンでは、例えば、同じ光の第１偏波成分と第２偏波成分とを、（Ａ１，Ｋ１）を入力ポートのペアとして、いずれかの入力ポートに片方ずつ入力し、（Ｂ１，Ｌ１）を出力ポートのペアとして、いずれかの出力ポートから同じ光の第１偏波成分と第２偏波成分とを片方ずつ出力させることができ、同様に、（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を同じ光の第１偏波成分及び第２偏波成分を入力する入力ポートのペアとし、（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を同じ光の第１偏波成分及び第２偏波成分を出力する出力ポートのペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。

次に、正方格子型マトリクススイッチにおいて、図５（ｂ）に示す結線パターンから図５（ｃ）に示す結線パターンにスイッチさせ、２つの信号を同期させて入出力する同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図５（ｃ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（３）である。
この図５（ｃ）に示す結線パターンは、光スイッチＳ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２をバー状態にスイッチし、残りの光スイッチをクロス状態にスイッチしたときの結線パターンである。この結線パターンでは、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ４），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ１）である入出力経路との２つの入出力経路が形成される。
また、同じ光の第１偏波成分及び第２偏波成分の入力ポートのペアである（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）に対応する出力ポートのペアは、（Ｂ１，Ｌ４），（Ｂ３，Ｌ２），（Ｂ２，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ１）となる。

今、入力ポートのペア（Ａ１，Ｋ１）が光１の第１偏波成分及び第２偏波成分の入力ポートであり、入力ポートのペア（Ａ２，Ｋ２）が光２の第１偏波成分及び第２偏波成分の入力ポートであり、入力ポートのペア（Ａ３，Ｋ３）が光３の第１偏波成分及び第２偏波成分の入力ポートであり、入力ポートのペア（Ａ４，Ｋ４）が光４の第１偏波成分及び第２偏波成分の入力ポートであるとすれば、入力ポートのペア（Ａ２，Ｋ２）に対応する出力ポートのペア（Ｂ３，Ｌ２）から光２の第１偏波成分及び第２偏波成分が出力されることとなり、また、入力ポートのペア（Ａ３，Ｋ３）に対応する出力ポートのペア（Ｂ２，Ｌ３）から光３の第１偏波成分及び第２偏波成分が出力されることとなる。
図５（ｂ）に示す結線パターンに基づき、同じ光の第１偏波成分及び第２偏波成分を入力する入力ペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）に対応する出力ポートのペアは、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）と設定されることから、図５（ｃ）に示す結線パターンに光スイッチをスイッチさせると、光３の第１偏波成分と光２の第２偏波成分とが結合し、また、光２の第１偏波成分と光３の第２偏波成分とが結合することとなり、元の光２，３が得られない。光１，４についても同様に元の光を出力で得ることができない。
同期型光スイッチとして用いるためには、光スイッチのスイッチによる結線パターンの変更に伴い、（入力→出力）が（Ａ２→Ｂ２）（図５（ｂ）参照）から（Ａ２→Ｂ３）（図５（ｃ）参照）に変更されたとき、入力ポートＫ２の出力先がこの変更に同期して出力ポートＢ３のペアである出力ポートＬ３に変更される必要がある。同様に、（入力→出力）が（Ａ３→Ｂ３）（図５（ｂ）参照）から（Ａ３→Ｂ２）（図５（ｃ）参照）に変更されたとき、入力ポートＬ３の出力先がこの変更に同期して出力ポートＢ２のペアである出力ポートＬ２に変更される必要がある。
換言すれば、同期型光スイッチとして用いるためには、結線パターンの変更によって、元の結線パターンで設定した入力ペア及び出力ペアのペア関係が変更されないことが条件となる。

次に、正方格子型マトリクススイッチにおいて、図６（ａ）に示す結線パターンが同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図６（ａ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（４）である。
この図６（ａ）に示す結線パターンでは、図５（ｂ）に示す結線パターンと異なり、出力ポートＢ１〜Ｂ４側のアイドルポートに上から順に入力ポートＫ１〜Ｋ４が設定され、Ｋ１〜Ｋ４の（入力→出力）が（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）となるように入力ポートＡ１〜Ａ４側のアイドルポートに出力ポートＬ１〜Ｌ４が設定されている。なお、光スイッチＳ１１〜Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態は、図５（ｂ）に示す結線パターンと同じである。

図６（ａ）に示す結線パターンでは、図５（ｂ）に示す結線パターンと同様、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ２），（Ａ３→Ｂ３），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）である入出力経路との２つの入出力経路が形成され、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。

次に、図６（ａ）に示す結線パターンを図６（ｂ）に示す結線パターンに変更したときに、同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図６（ｂ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（５）である。
この図６（ｂ）に示す結線パターンは、図６（ａ）に示す結線パターンから光スイッチのＳ１１〜Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態を図５（ｃ）に示す結線パターンと同じスイッチ状態に変更させたものである。

この図６（ｂ）に示す結線パターンでは、図５（ｃ）に示す結線パターンと異なり、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ３），（Ｋ３→Ｌ２），（Ｋ４→Ｌ４）である入出力経路との２つの入出力経路が形成され、依然として、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。

更に、図６（ａ）に示す結線パターンを図６（ｃ）に示す結線パターンに変更したときに、同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図６（ｃ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（６）である。
この図６（ｃ）に示す結線パターンは、光スイッチＳ１３，Ｓ２３，Ｓ３３，Ｓ４３をバー状態にスイッチし、残りの光スイッチをクロス状態にスイッチしたときの結線パターンである。この結線パターンでは、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ２），（Ａ２→Ｂ１），（Ａ３→Ｂ４），（Ａ４→Ｂ３）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ３），（Ｋ２→Ｌ４），（Ｋ３→Ｌ１），（Ｋ４→Ｌ２）である入出力経路との２つの入出力経路が形成される。
このとき、図６（ａ），（ｂ）に示す各結線パターンの入力ペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）のペア関係を維持した状態とすると、図６（ａ），（ｂ）に示す各結線パターンの出力ペアのペア関係が（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）から（Ｂ２，Ｌ３），（Ｂ１，Ｌ４），（Ｂ４，Ｌ１），（Ｂ３，Ｌ２）に変更されることとなる。
したがって、出力ポートＢ１〜Ｂ４側のアイドルポートに入力ポートＫ１〜Ｋ４を設定し、入力ポートＡ１〜Ａ４側のアイドルポートに出力ポートＬ１〜Ｌ４を設定するだけでは、同期型光スイッチとして用いることができない。

引き続き、出力ポートＢ１〜Ｂ４側のアイドルポートに入力ポートＫ１〜Ｋ４を設定し、入力ポートＡ１〜Ａ４側のアイドルポートに出力ポートＬ１〜Ｌ４を設定する場合に、同期型光スイッチとして用いることができるか検討する。図７（ａ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（７）である。
図７（ａ）に示す結線パターンでは、入力ポートＫ１〜Ｋ４及び出力ポートＬ１〜Ｌ４の設定が、図６（ａ）に示す結線パターンから図に示すように変更されている。なお、光スイッチＳ１１〜Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態は、図６（ａ）に示す結線パターンと同じである。

この図７（ａ）に示す結線パターンでは、図６（ａ）に示す結線パターンと同様、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ２），（Ａ３→Ｂ３），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）である入出力経路との２つの入出力経路が形成され、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。

次に、図７（ａ）に示す結線パターンを図７（ｂ）に示す結線パターンに変更したときに、同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図７（ｂ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（８）である。
この図７（ｂ）に示す結線パターンは、図７（ａ）に示す結線パターンから光スイッチＳ１１〜Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態を図６（ｂ）に示す結線パターンと同じスイッチ状態に変更させたものである。

この図７（ｂ）に示す結線パターンでは、図６（ｂ）に示す結線パターンと同様、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ３），（Ｋ３→Ｌ２），（Ｋ４→Ｌ４）である入出力経路との２つの入出力経路が形成され、依然として（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。

更に、図７（ａ）に示す結線パターンを図７（ｃ）に示す結線パターンに変更したときに、同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図７（ｃ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（９）である。
この図７（ｃ）に示す結線パターンは、図７（ａ）に示す結線パターンから光スイッチＳ１１〜Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態を図６（ｃ）に示す結線パターンにスイッチ状態を変更させたものである。

この図７（ｃ）に示す例では、図６（ｃ）に示す結線パターンと異なり、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ２），（Ａ２→Ｂ１），（Ａ３→Ｂ４），（Ａ４→Ｂ３）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ２），（Ｋ２→Ｌ１），（Ｋ３→Ｌ４），（Ｋ４→Ｌ３）である入出力経路との２つの入出力経路が形成され、依然として（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
また、図７（ａ）に示す入力ポートＫ１〜Ｋ４及び出力ポートＬ１〜Ｌ４の設定では、図７（ｂ），（ｃ）に示す結線パターン以外の状態でも光スイッチＳ１１〜Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態を変更させて同期型光スイッチの動作を検討したが、４！通りの全結線パターンで入力ペア及び出力ペアのペア関係に変更がなく、同期型光スイッチとして動作させることができることが確認された。即ち、完全非閉塞の同期型光スイッチとして動作させることができることが確認された。

更に、この完全非閉塞の同期型光スイッチにおける、入力ポートＫ１〜Ｋ４及び出力ポートＬ１〜Ｌ４の設定について検討を進めると、次の規則性を有することが確認された。
即ち、正方格子型マトリクススイッチでは、全ての光スイッチ（Ｓ１１〜Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態（図８参照）で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路（（Ａ１−Ｋ１），（Ａ２−Ｋ２），（Ａ３−Ｋ３），（Ａ４−Ｋ４），（Ｂ１−Ｌ１），（Ｂ２−Ｌ２），（Ｂ３−Ｌ３），（Ｂ４−Ｌ４））における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる２Ｎ個（８個）の入出力ポートのペア（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））のうち、正方格子型マトリクススイッチの１列目におけるＮ個（４個）のオリジナルポート（Ａ１〜Ａ４）をペアに含む半数のＮ個（４個）のペアを第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））とし、残り半数のＮ個（４個）のペアを第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とすると、第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））と第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とのどちらかを一方を入力ペア群とし、他方を出力ペア群とする完全非閉塞の同期型光スイッチが構成される。なお、図８は、正方格子型マトリクススイッチの全ての光スイッチをクロス状態として結線した状態を示す図である。

正方格子型マトリクススイッチとして、これまで図１に示す正方格子型マトリクススイッチに基づいて同期型光スイッチの説明を行ってきたが、図９（ａ），（ｂ）に示す従来の正方格子型マトリクススイッチ（特許文献１の図５、６参照）においても、先の規則性により、完全非閉塞の同期型光スイッチを構成できることが確認された。なお、図９（ａ）は、従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（２）であり、図９（ｂ）は、従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（３）である。
即ち、図１に示す正方格子型マトリクススイッチと図９（ａ），（ｂ）に示す各正方格子型とは、隣接する光スイッチ間の結線方法の相違に基づき、オリジナルポート及びアイドルポートの上下関係が異なるが、いずれの正方格子型マトリクススイッチも４！通りの結線パターンを有する完全非閉塞のマトリクススイッチとして共通し、先の規則性に基づいて、完全非閉塞の同期型光スイッチを構成できる。

また、図１，図９（ａ），（ｂ）に示す各正方格子型マトリクススイッチは、いずれも４行４列マトリクス上に４^２個の光スイッチを配し、４個の光スイッチをバー状態として４！通りの結線パターンを有する完全非閉塞のマトリクススイッチであるが、これらをＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列マトリクス上にＮ^２個の光スイッチを配し、Ｎ個の光スイッチをバー状態としてＮ！通りの結線パターンを有する完全非閉塞のマトリクススイッチとして一般化させた場合においても、先の規則性に基づいて、全て完全非閉塞の同期型光スイッチを構成できる。

また、先の規則性は、菱形格子型マトリクススイッチにも共通する。
即ち、菱形格子マトリクススイッチでは、全ての光スイッチ（Ｓ１１〜Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態（図１０参照）で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路（（Ａ１−Ｋ１），（Ａ２−Ｋ２），（Ａ３−Ｋ３），（Ａ４−Ｋ４），（Ｂ１−Ｌ１），（Ｂ２−Ｌ２），（Ｂ３−Ｌ３），（Ｂ４−Ｌ４））における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる２Ｎ個（８個）の入出力ポートのペア（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））のうち、菱形格子型マトリクススイッチの１列目におけるＮ個（４個）のオリジナルポート（Ａ１〜Ａ４）をペアに含む半数のＮ個（４個）のペアを第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））とし、残り半数のＮ個（４個）のペアを第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とすると、第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））と第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とのどちらか一方を入力ペア群とし、他方を出力ペア群とする完全非閉塞の同期型光スイッチが構成される。なお、図１０は、菱形格子型マトリクススイッチの全ての光スイッチをクロス状態として結線した状態を示す図である。

なお、菱形格子型マトリクススイッチの呼称は、正方格子型マトリクススイッチと概念的に区別するための呼称であり、必ずしも回路の全体形状が菱形である必要はなく、隣接する光スイッチ間の結線関係が図３に示す菱形格子型マトリクススイッチと共通する限り、例えば、図１１に示す回路の全体形状が正方形状ものも回路の全体形状を問わず菱形格子型マトリクススイッチに含まれる。また、逆に、隣接する光スイッチ間の結線関係が図１，９（ａ）、（ｂ）示す正方格子型マトリクススイッチと共通する限り、回路の全体形状が異なる回路も正方格子型マトリクススイッチに含まれる。なお、図１１は、菱形格子型マトリクススイッチの他の構成例を示す図である。

本発明は、前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ ２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列のマトリクス上にＮ^２個配され、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされるマトリクススイッチと、前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成するオリジナルポートと他方を構成するアイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートのペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群とし、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群としたとき、前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光入力手段と、前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における未接続の前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光出力手段と、前記第１光入力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光入力手段と、前記第１光出力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む未接続の前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光出力手段と、を有することを特徴とする光スイッチ装置。
＜２＞ マトリクススイッチが、正方格子型マトリクススイッチの回路構成とされる前記＜１＞に記載の光スイッチ装置。
＜３＞ 更に、光を第１偏波成分と第２偏波成分とに偏波分離して前記第１偏波成分を第１光入力手段に入力するとともに前記第２偏波成分を第２光入力手段に入力するＮ個の偏波分離手段と、第１光出力手段及び第２光出力手段から片方ずつ出力される前記第１偏波成分と前記第２偏波成分とを偏波結合するＮ個の偏波結合手段と、を有する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の光スイッチ装置。
＜４＞ 偏波分離手段が光を第１偏波成分と第２偏波成分とに偏波分離するビームスプリッタと、前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方の偏波軸を他方の偏波軸に回転させる第１偏波回転素子とを有し、偏波結合手段が前記第１偏波回転素子で偏波軸を回転させた前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方の偏波軸を回転前の元の偏波軸に再回転させる第２偏波回転素子と、前記第２偏波回転素子で偏波軸を再回転させた前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方と他方とを偏波結合するビーム結合器と、を有する前記＜３＞に記載の光スイッチ装置。
＜５＞ 正方格子型マトリクススイッチが、１行目の１列からＮ−１列までの各光スイッチが次列において１行の前記光スイッチ及び次行の前記光スイッチと結線され、Ｎ行目の１列からＮ−１列までの前記各光スイッチが次列においてＮ行の前記光スイッチ及び前行の前記光スイッチと結線され、２行目からＮ−１行目の１列からＮ−１列までの前記各光スイッチが次行において前行の前記光スイッチ及び次行の前記光スイッチと結線され、全行における行の方向が並行とされ、かつ、全列における列の方向が並行とされる正方格子型マトリクススイッチであり、前記正方格子型マトリクススイッチと同行同列で同等の大きさであり、前記正方格子型マトリクススイッチの全ての前記光スイッチをクロス状態の結線に置換して結線される正方格子型配線が、平面視で前記正方格子型マトリクススイッチの個々の前記光スイッチに対して個々の前記クロス状態の結線が１つの組をなすように列の方向に対向配置される状態で、行列方向に平面状で展開される前記正方格子型マトリクススイッチの表裏いずれかの面上に配され、Ｎ列目における各組の前記光スイッチと前記クロス状態の結線とが、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが結線され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが結線され、１列目における各組の前記光スイッチと前記クロス状態の結線とが、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが第１光入力手段及び第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段に接続され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段に接続されるか、又は、光の入出力関係を逆として、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段に接続され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが前記第１光入力手段及び前記第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段に接続される前記＜３＞から＜４＞のいずれかに記載の光スイッチ装置。
＜６＞ 一対の第１光入力手段及び第２光出力手段をＮ個の第１入出力源と接続可能なＮ個の第１入出力部とし、一対の第２光入力手段及び第１光出力手段をＮ個の第２入出力源と接続可能なＮ個の第２入出力部とする前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の光スイッチ装置。
＜７＞ ２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列のマトリクス上にＮ^２個配され、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされるマトリクススイッチに対し、前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成するオリジナルポートと他方を構成するアイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートのペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群と設定し、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群と設定する工程を含むことを特徴とする光スイッチ装置の設計方法。

本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、マトリクススイッチの回路規模を小さく保ったまま、２つの信号同士を同期させて入出力可能な光スイッチ装置及びその設計方法を提供することができる。

従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（１）である。 光スイッチを説明するための説明図である。 クロス状態を説明するための説明図である。 バー状態を説明するための説明図である。 従来の菱形格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図である。 偏波ダイバーシティ光スイッチ装置を説明するための説明図である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（１）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（２）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（３）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（４）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（５）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（６）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（７）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（８）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（９）である。 正方格子型マトリクススイッチの全ての光スイッチをクロス状態として結線した状態を示す図である。 従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（２）である。 従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（３）である。 菱形格子型マトリクススイッチの全ての光スイッチをクロス状態として結線した状態を示す図である。 菱形格子型マトリクススイッチの変形例を示す図である。 第１実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第１実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。 第２実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第２実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。 第３実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第３実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。 第４実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第４実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。 第５実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第５実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。 第５実施形態に係る光スイッチ装置を構成する正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図である。 第５実施形態に係る光スイッチ装置を構成する正方格子型配線の回路構成を示す図である。 正方格子型マトリクススイッチ上に正方格子型配線を配した状態を説明する説明図（１）である。 正方格子型マトリクススイッチ上に正方格子型配線を配した状態を説明する説明図（２）である。 第５実施形態に係る光スイッチ装置の変形例を示す図である。 第６実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第６実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。

（光スイッチ装置）
本発明の光スイッチ装置は、少なくとも、マトリクススイッチ、第１光入力手段、第２光入力手段、第１光出力手段、及び第２光出力手段を有する。

前記マトリクススイッチは、光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列のマトリクス上にＮ^２個配され、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされる。

前記光スイッチとしては、２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチ（図２（ａ）〜（ｃ）参照）であれば特に制限はなく、公知の光導波スイッチ、プリズム等の中から目的に応じて適宜選択することができる。

前記正方格子型マトリクススイッチは、前記光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列の正方格子マトリクス上にＮ^２個配され、任意のＮ個の前記光スイッチを前記バー状態とし、残りの前記光スイッチを前記クロス状態として、完全非閉塞でＮ！通りの結線が可能なマトリクススイッチである。
前記正方格子型マトリクススイッチとしては、特に制限はなく、公知の正方格子型マトリクススイッチの中から目的に応じて適宜選択することができ、図１，図９（ａ），（ｂ）に示す４行４列の正方格子型マトリクススイッチや、図１，図９（ａ），（ｂ）に示す４行４列の正方格子型マトリクススイッチと隣接する前記光スイッチ間の結線関係が共通する他の正方格子型マトリクススイッチや、これらの正方格子型マトリクススイッチをＮ行Ｎ列に一般化させた正方格子型マトリクススイッチが挙げられる。

前記菱形格子型マトリクススイッチは、前記光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列の菱形マトリクス上にＮ^２個配され、任意のＮ個の前記光スイッチを前記バー状態とし、残りの前記光スイッチを前記クロス状態として、完全非閉塞でＮ！通りの結線が可能なマトリクススイッチである。
前記菱形格子型マトリクススイッチとしては、特に制限はなく、公知の菱形格子型マトリクススイッチの中から目的に応じて適宜選択することができ、図３，図１１に示す４行４列の菱形格子型マトリクススイッチや、図３，図１１に示す４行４列の菱形格子型マトリクススイッチと隣接する前記光スイッチ間の結線関係が共通する他の菱形格子型マトリクススイッチや、これらの菱形格子型マトリクススイッチをＮ行Ｎ列に一般化させた菱形格子型マトリクススイッチが挙げられる。

なお、前記菱形格子型マトリクススイッチでは、形成される入出力経路間で経由する前記光スイッチの数が異なり、入出力経路間で異なる光の減衰作用等を受けるが、前記正方格子型マトリクススイッチでは、同じ数の前記光スイッチを経由して全ての入出力経路が形成されるため、入出力経路ごとに減衰作用等による影響差がない光を出力させることができる（経路損失無依存）。

前記第１光入力手段及び前記第２光入力手段としては、特に制限はなく、公知の光送信装置そのもののほか、光ファイバ等の前記光送信装置からの光を前記マトリクススイッチに送信する公知の光伝送部材が挙げられる。
また、前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段としても、特に制限はなく、公知の光受信装置そのもののほか、光ファイバ等の前記マトリクススイッチから出力される光を前記光受信装置に送信する公知の光伝送部材が挙げられる。

前記光スイッチ装置では、前記第１光入力手段、前記第２光入力手段、前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段と、前記マトリクススイッチの入出力ポートとが、図８、図１０を用いて先に検討された規則性に基づいて接続される関係を有する。
即ち、前記光スイッチ装置は、前記マトリクススイッチと、前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成するオリジナルポートと他方を構成するアイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートのペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群とし、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群としたとき、前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光入力手段と、前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における未接続の前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光出力手段と、前記第１光入力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光入力手段と、前記第１光出力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む未接続の前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光出力手段と、を有して構成される。

このように構成される前記光スイッチ装置では、前記マトリクススイッチの回路規模を小さく保ったまま、２つの信号同士を同期させて入出力可能な同期型光スイッチを実現することができる。なお、前記同期型光スイッチの構成例としては、本発明の第１実施形態〜第４実施形態として後述する偏波ダイバーシティ光スイッチや双方向光スイッチ等を挙げることができる。

（光スイッチ装置の設計方法）
本発明の光スイッチ装置の設計方法は、前記規則性に基づいて本発明の前記光スイッチ装置を設計する方法である。即ち、２入力２出力で前記クロス及び前記バーのいずれかの状態にスイッチ可能な前記光スイッチがＮを整数としてＮ行Ｎ列の前記マトリクス上にＮ^２個配され、前記正方格子型マトリクススイッチ及び前記菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされる前記マトリクススイッチに対し、前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成する前記オリジナルポートと他方を構成する前記アイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートの前記ペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群とし、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群として設定する工程を含む。
なお、前記工程以外の設定事項については、前記光スイッチ装置及び後述する前記光スイッチ装置の第１実施形態〜第４実施形態について説明する事項の中から適宜選択して採用することができる。
以下では、前記光スイッチ装置の応用例を第１実施形態〜第４実施形態として説明するが、本発明の思想は、これらの応用例に限定されることはない。

＜第１実施形態＞
前記光スイッチ装置の第１実施形態を図１２及び図１３を参照しつつ説明する。この第１実施形態は、前記光スイッチ装置を前記正方格子型マトリクススイッチを用いた前記偏波ダイバーシティ光スイッチとして応用する場合の一実施形態に係る。なお、図１２は、第１実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図１３は、第１実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。

図１２に示すように、第１実施形態に係る光スイッチ装置は、４行４列の前記正方格子型マトリクススイッチを有する。
この正方格子型マトリクススイッチでは、再び図８を参照すると、前述の規則性に基づき、全ての光スイッチ（Ｓ１１〜Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路（（Ａ１−Ｋ１），（Ａ２−Ｋ２），（Ａ３−Ｋ３），（Ａ４−Ｋ４），（Ｂ１−Ｌ１），（Ｂ２−Ｌ２），（Ｂ３−Ｌ３），（Ｂ４−Ｌ４））における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる８個の入出力ポートのペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）のうち、正方格子型マトリクススイッチの１列目における４個のオリジナルポート（Ａ１〜Ａ４）をペアに含む半数の４個のペアが第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））に設定される。
第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））と、第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とのいずれを入力ペア群、出力ペア群とするかには任意性があるが、図１２に示す例では、説明の便宜上、第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））を入力ペア群とし、第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））を出力ペア群とする。

このように入力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））及び出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））が設定される第１実施形態に係る光スイッチ装置では、光１〜４を第１偏波成分及び第２偏波成分に偏波分離する４つの偏波分離手段Ｘ１〜Ｘ４とが、次のように正方格子型マトリクススイッチと接続される関係とされる。
即ち、入力ペア（Ａ１，Ｋ１）が偏波分離手段Ｘ１と接続され、入力ペア（Ａ２，Ｋ２）が偏波分離手段Ｘ２と接続され、入力ペア（Ａ３，Ｋ３）が偏波分離手段Ｘ３と接続され、入力ペア（Ａ４，Ｋ４）が偏波分離手段Ｘ４と接続される関係とされる。
各偏波分離手段Ｘ１〜Ｘ４は、光１〜４を第１偏波成分及び第２偏波成分に偏波分離するビームスプリッタに加え、第２偏波成分の偏波軸を第１偏波成分の偏波軸に回転させる偏波回転素子を有する。このような偏波回転素子を用いると、正方格子型マトリクススイッチにおいて、第１偏波成分及び第２偏波成分を同質の偏波成分として取り扱うことができる。
偏波分離手段Ｘ１の偏波回転素子−入力ポートＡ１間、偏波分離手段Ｘ２の偏波回転素子−入力ポートＡ２間、偏波分離手段Ｘ３の偏波回転素子−入力ポートＡ３間、及び偏波分離手段Ｘ４の偏波回転素子−入力ポートＡ４間は、それぞれ第１光入力手段としての光ファイバ等の光導波路で接続されている。また、同様に、偏波分離手段Ｘ１のビームスプリッタ−入力ポートＫ１間、偏波分離手段Ｘ２のビームスプリッタ−入力ポートＫ２間、偏波分離手段Ｘ３のビームスプリッタ−入力ポートＫ３間、及び偏波分離手段Ｘ４のビームスプリッタ−入力ポートＫ４間は、それぞれ第２光入力手段としての光ファイバ等の光導波路で接続されている。

また、出力側では、出力ペア（Ｂ１，Ｌ１）が偏波結合手段Ｙ１と接続され、出力ペア（Ｂ２，Ｌ２）が偏波結合手段Ｙ２と接続され、出力ペア（Ｂ３，Ｌ３）が偏波結合手段Ｙ３と接続され、出力ペア（Ｂ４，Ｌ４）が偏波結合手段Ｙ４と接続される関係とされる。
各偏波結合手段Ｙ１〜Ｙ４は、第１偏波成分及び第２偏波成分を元の光１〜４とする偏波結合するビーム結合器に加え、回転後の第２偏波成分を回転前の元の偏波軸に再回転させる偏波回転素子を有する。このような偏波回転素子を用いると、正方格子型マトリクススイッチにおいて、第１偏波成分及び第２偏波成分を同質の偏波成分として取り扱うことができる。なお、ビームスプリッタとビーム結合器は、公知のプリズム等で構成され、共通のものを用いることができる。また、偏波回転素子も、公知の回転素子で構成され、偏波分離手段と偏波結合手段とで共通のものを用いることができる。
偏波結合手段Ｙ１の偏波回転素子−出力ポートＢ１間、偏波結合手段Ｙ２の偏波回転素子−出力ポートＢ２間、偏波結合手段Ｙ３の偏波回転素子−出力ポートＢ３間、及び偏波結合手段Ｙ４の偏波回転素子−出力ポートＢ４間は、それぞれ第１光出力手段としての光ファイバ等の光導波路で接続されている。また、同様に、偏波結合手段Ｙ１のビーム結合器−出力ポートＬ１間、偏波結合手段Ｙ２のビーム結合器−出力ポートＬ２間、偏波結合手段Ｙ３のビーム結合器−出力ポートＬ３間、及び偏波結合手段Ｙ４のビーム結合器−出力ポートＬ４間は、それぞれ第２光出力手段としての光ファイバ等の光導波路で接続されている。

このように構成される第１実施形態に係る光スイッチ装置では、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
即ち、図１３に示すように、光スイッチＳ１２，Ｓ１４，Ｓ４２，Ｓ４４をバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態とすると、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ４），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ１）の入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ４），（Ｋ２→Ｌ３），（Ｋ３→Ｌ２），（Ｋ４→Ｌ１）の入出力経路とが形成され、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。また、光スイッチＳ１１〜Ｓ４４のうち、別の任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態としても、入力ペアと出力ペアの関係に変更がなく、全４！通りの結線状態で（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる（例えば、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）。

＜第２実施形態＞
前記光スイッチ装置の第２実施形態を図１４及び図１５を参照しつつ説明する。この第２実施形態は、前記光スイッチ装置を前記菱形格子型マトリクススイッチを用いた前記偏波ダイバーシティ光スイッチとして応用する場合の一実施形態に係る。なお、図１４は、第２実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図１５は、第２実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。

第２実施形態に係る光スイッチは、図１４に示すように第１実施形態に係る光スイッチにおいて、正方格子型マトリクススイッチに代えて、菱形格子型マトリクススイッチを用いること以外は、第１実施形態に係る光スイッチと同様の構成とされる。
即ち、再び図１０を参照すると、前述の規則性に基づき、全ての光スイッチ（Ｓ１１〜Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路（（Ａ１−Ｋ１），（Ａ２−Ｋ２），（Ａ３−Ｋ３），（Ａ４−Ｋ４），（Ｂ１−Ｌ１），（Ｂ２−Ｌ２），（Ｂ３−Ｌ３），（Ｂ４−Ｌ４））における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる８個の入出力ポートのペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）のうち、菱形格子型マトリクススイッチの１列目における４個のオリジナルポート（Ａ１〜Ａ４）をペアに含む半数の４個のペアが第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））に設定される。
これら第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））は、第１実施形態に係る光スイッチ装置と同様の関係で、第１光入力手段、第２光入力手段、第１光出力手段及び第２光出力手段を介して偏波分離手段Ｘ１〜Ｘ４、偏波結合手段Ｙ１〜Ｙ４と接続される。

このように構成される第２実施形態に係る光スイッチ装置では、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
即ち、図１５に示すように、光スイッチＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３３，Ｓ４４をバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態とすると、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ４），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ１）の入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ４），（Ｋ２→Ｌ３），（Ｋ３→Ｌ２），（Ｋ４→Ｌ１）の入出力経路とが形成され、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。また、光スイッチＳ１１〜Ｓ４４のうち、別の任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態としても、入力ペアと出力ペアのペア関係に変更がなく、全４！通りの結線状態で（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
なお、入力と出力の設定には任意性があり、第１実施形態に係る光スイッチ装置と同様に入出力関係を反転させることもできる。

＜第３実施形態＞
前記光スイッチ装置の第３実施形態を図１６及び図１７を参照しつつ説明する。この第３実施形態は、前記光スイッチ装置を前記正方格子型マトリクススイッチを用いた前記双方向光スイッチとして応用する場合の一実施形態に係る。なお、図１６は、第３実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図１７は、第３実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。

第３実施形態に係る光スイッチ装置は、第１実施形態に係る光スイッチ装置と異なり、光の偏波分離、偏波結合を行わず、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）の第１入出力ペア群と、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）の第２入出力ペア群と同期させた双方向光スイッチとして用いられる。

図１６に示すように、第３実施形態に係る光スイッチ装置は、４行４列の正方格子型マトリクススイッチを有する。
この正方格子型マトリクススイッチでは、再び図８を参照すると、前述の規則性に基づき、全ての光スイッチ（Ｓ１１〜Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路（（Ａ１−Ｋ１），（Ａ２−Ｋ２），（Ａ３−Ｋ３），（Ａ４−Ｋ４），（Ｂ１−Ｌ１），（Ｂ２−Ｌ２），（Ｂ３−Ｌ３），（Ｂ４−Ｌ４））における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる８個の入出力ポートのペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）のうち、正方格子型マトリクススイッチの１列目における４個のオリジナルポート（Ａ１〜Ａ４）をペアに含む半数の４個のペアが第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））に設定される。
第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））と、第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とのいずれを入力ペア群、出力ペア群とするかには任意性があるが、図１６に示す例では、説明の便宜上、第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））を入力ペア群とし、第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））を出力ペア群とする。

このように入力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））及び出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））が設定される第３実施形態に係る光スイッチ装置では、入力ペア群のオリジナルポート（Ａ１〜Ａ４）に接続される光ファイバ等の光入力手段が第１光入力手段とされ、入力ペア群のアイドルポート（Ｋ１〜Ｋ４）に接続される光ファイバ等の光入力手段が第２光入力手段とされ、出力ペア群のオリジナルポート（Ｂ１〜Ｂ４）に接続される光ファイバ等の光出力手段が第１光出力手段とされ、出力ペア群のアイドルポート（Ｌ１〜Ｌ４）に接続される光ファイバ等の光出力手段が第２光出力手段とされる。

４個の第１入出力源Ｅ〜Ｈは、任意の一対の第１光入力手段（Ａ１〜Ａ４のいずれかと接続）及び第２光出力手段（Ｌ１〜Ｌ４のいずれかと接続）と接続可能され、これら一対の第１光入力手段及び第２光出力手段が第１入出力部を構成する。
図１６では、１例として、第１光入力手段（Ａ１〜Ａ４のいずれかと接続）及び第２光出力手段（Ｌ１〜Ｌ４のいずれかと接続）を介して、第１入出力源Ｅが入力ポートＡ１及び出力ポートＬ１と接続され、第１入出力源Ｆが入力ポートＡ２及び出力ポートＬ２と接続され、第１入出力源Ｇが入力ポートＡ３及び出力ポートＬ３と接続され、第１入出力源Ｈが入力ポートＡ４及び出力ポートＬ４と接続される例を示している。

また、４個の第２入出力源Ｋ〜Ｎは、任意の一対の第２光入力手段（Ｋ１〜Ｋ４のいずれかと接続）及び第１光出力手段（Ｂ１〜Ｂ４のいずれかと接続）と接続可能され、これら一対の第２光入力手段及び第１光出力手段が第２入出力部を構成する。
図１６では、１例として、第２光入力手段（Ｋ１〜Ｋ４のいずれかと接続）及び第１光出力手段（Ｂ１〜Ｂ４のいずれかと接続）を介して、第２入出力源Ｋが入力ポートＫ１及び出力ポートＢ１と接続され、第２入出力源Ｌが入力ポートＫ２及び出力ポートＢ２と接続され、第２入出力源Ｍが入力ポートＫ３及び出力ポートＢ３と接続され、第２入出力源Ｎが入力ポートＫ４及び出力ポートＢ４と接続される例を示している。
なお、入出力源には、操作者が操作するパーソナルコンピュータ等の信号の入出力装置や該入出力装置と光スイッチ装置との間に配される信号の中継器等、信号の入出力源となるものが該当する。

ここで、説明のために、第１入出力源Ｅ〜Ｈをそれぞれ１名ずつの男性ユーザが操作し、第２入出力源Ｋ〜Ｎをそれぞれ１名ずつの女性ユーザが操作しているとすると、図１７に示すように光スイッチＳ１２，Ｓ１４，Ｓ４２，Ｓ４４をバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態とした結線状態で、（１）第１入出力源Ｅの男性ユーザ（入力ポートＡ１、出力ポートＬ１を使用）と第２入出力源Ｎの女性ユーザ（入力ポートＫ４、出力ポートＢ４を使用）、（２）第１入出力源Ｆの男性ユーザ（入力ポートＡ２、出力ポートＬ２を使用）と第２入出力源Ｍの女性ユーザ（入力ポートＫ３、出力ポートＢ３を使用）、（３）第１入出力源Ｇの男性ユーザ（入力ポートＡ３、出力ポートＬ３を使用）と第２入出力源Ｌの女性ユーザ（入力ポートＫ２、出力ポートＢ２を使用）、（４）第１入出力源Ｈの男性ユーザ（入力ポートＡ４、出力ポートＬ４を使用）と第２入出力源Ｋの女性ユーザ（入力ポートＫ１、出力ポートＢ１を使用）の４組が、第３実施形態の光スイッチ装置を介して双方向接続され、入力（話す）と出力（聞く）により会話等を楽しむことができる。
また、各双方向接続は、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ４），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ１）の入出力経路と、この入出力経路と異なる、（入力→出力）が（Ｋ１→Ｌ４），（Ｋ２→Ｌ３），（Ｋ３→Ｌ２），（Ｋ４→Ｌ１）の入出力経路との２つの入出力経路で構成される。したがって、同じ入出力経路を対向伝搬させて双方向接続を形成する場合に比べて、使用可能な光の制約を少なくすることができる。例えば、光スイッチには動作可能な光の強さに上限が存在するが、同じ入出力経路を対向伝搬させる場合に比べて、２つの異なる入出力経路で双方向接続を形成する場合は、２倍の強さの光を用いることができる。

今、正方格子型マトリクススイッチの結線状態を図７（ａ）と同様、光スイッチＳ２２，Ｓ２４，Ｓ３２，Ｓ３４のバー状態、残りの光スイッチをクロス状態にスイッチさせると各双方向接続は、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ２），（Ａ３→Ｂ３），（Ａ４→Ｂ４）の入出力経路と、（入力→出力）が（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）の入出力経路との２つの入出力経路で構成され、（１）第１入出力源Ｅの男性ユーザ（入力ポートＡ１、出力ポートＬ１を使用）と第２入出力源Ｋの女性ユーザ（入力ポートＫ１、出力ポートＢ１を使用）、（２）第１入出力源Ｆの男性ユーザ（入力ポートＡ２、出力ポートＬ２を使用）と第２入出力源Ｌの女性ユーザ（入力ポートＫ２、出力ポートＢ２を使用）、（３）第１入出力源Ｇの男性ユーザ（入力ポートＡ３、出力ポートＬ３を使用）と第２入出力源Ｍの女性ユーザ（入力ポートＫ３、出力ポートＢ３を使用）、（４）第１入出力源Ｈの男性ユーザ（入力ポートＡ４、出力ポートＬ４を使用）と第２入出力源Ｎの女性ユーザ（入力ポートＫ４、出力ポートＢ４を使用）の４組が、第３実施形態の光スイッチ装置を介して双方向接続され、会話等を楽しむことができる。即ち、正方格子型マトリクススイッチの結線状態を変更しても、入力ペアと出力ペアのペア関係に変更がなく、延いては、各ユーザに割り当てられた１対の入力ポート及び出力ポートに変更がないため、１名の男性ユーザと１名の女性ユーザ間で入力（話す）と出力（聞く）とが同期した双方向接続が実現されることとなる。
そして、この双方向接続は、光スイッチＳ１１〜Ｓ４４のうち、別の任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態としても、全４！通りの結線状態で実現することができる（図７（ｂ），（ｃ）等参照）。

＜第４実施形態＞
前記光スイッチ装置の第４実施形態を図１８及び図１９を参照しつつ説明する。この第４実施形態は、前記光スイッチ装置を前記菱形格子型マトリクススイッチを用いた前記双方向光スイッチとして応用する場合の一実施形態に係る。なお、図１８は、第４実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図１９は、第４実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。

第４実施形態に係る光スイッチは、図１８に示すように第３実施形態に係る光スイッチにおいて、正方格子型マトリクススイッチに代えて、菱形格子型マトリクススイッチを用いること以外は、第３実施形態に係る光スイッチと同様の構成とされる。
即ち、再び図１０を参照すると、前述の規則性に基づき、全ての光スイッチ（Ｓ１１〜Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる８個の入出力ポートのペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）のうち、菱形格子型マトリクススイッチの１列目における４個のオリジナルポート（Ａ１〜Ａ４）をペアに含む半数の４個のペアが第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））に設定される。
これら第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））は、第３実施形態の光スイッチ装置と同様の関係で、第１光入力手段、第２光入力手段、第１光出力手段及び第２光出力手段を介して第１入出力源Ｅ〜Ｈ及び第２入出力源Ｋ〜Ｎの接続関係を設定することができる。
したがって、光スイッチＳ１１〜Ｓ４４のうち、任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態として、全４！通りの結線状態で第１入出力源Ｅ〜Ｈと第２入出力源Ｋ〜Ｎとで入力と出力とを同期させた双方向接続を実現することができる。

先に、偏波ダイバーシティ光スイッチへの応用例として第１実施形態及び第２実施形態に係る前記光スイッチ装置を挙げて説明を行ったが、これらの光スイッチ装置は、入出力経路を構成する配線を変更することで、配線長を同一とし、かつ、より回路規模を小さくすることができる。以下、図面を参照しつつ説明をする。

先ず、前記光スイッチ装置の第５実施形態を図２０及び図２１を参照しつつ説明する。なお、図２０は、第５実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図２１は、第５実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。
この第５実施形態は、第１実施形態に係る前記光スイッチ装置（図１２，１３参照）と入出力経路、入出力ポートのペア、第１入出力ペア群及び第２入出力ペア群の各設定、並びに、入力ペアと偏波分離手段との接続関係及び出力ペアと偏波結合手段との接続関係に変更を与えず、入出力経路を構成する配線等を変更することで、より回路規模を小さくし、回路レイアウトのコンパクト化したものである。即ち、任意の４個の光スイッチをバー状態とし（例えば、図２１中のＳ１２，Ｓ１４，Ｓ４２，Ｓ４４）、残りの光スイッチをクロス状態として、入力ペアと出力ペアの関係に変更がなく、全４！通りの結線状態で（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる点で、第１実施形態に係る前記光スイッチ装置と同じである。以下、変更点について説明する。

第５実施形態に係る光スイッチ装置では、Ｎ列目（４列目）からマトリクススイッチ外方に出る配線をマトリクススイッチ内を通過する態様で１列目に向けて折り返し、折り返された配線端部を１列目側のみに配された偏波分離手段Ｘ１〜Ｘ４及び偏波結合手段Ｙ１〜Ｙ４と接続することとして、回路規模を小さくし、回路レイアウトをコンパクト化することとしている。即ち、第５実施形態に係る光スイッチ装置では、第１実施形態に係る光スイッチ装置においてマトリクススイッチ外方に配される配線をマトリクススイッチ内に配すると同時に、第１実施形態に係る光スイッチ装置において配置先に選択性があった偏波分離手段Ｘ１〜Ｘ４及び偏波結合手段Ｙ１〜Ｙ４の配置先を１列目側にまとめることで、第１実施形態に係る光スイッチ装置よりも、回路規模が小さくされ、回路レイアウトがコンパクト化されている。
加えて、第５実施形態に係る光スイッチ装置では、次の規則性を持たせて構成されることで、配線長を同一にでき、偏波依存損失を小さくすることができる。

先ず、第５実施形態に係る光スイッチ装置の構成部として、図２２に示す正方格子型マトリクススイッチを想定する。なお、図２２は、第５実施形態に係る光スイッチ装置を構成する正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図である。
この正方格子型マトリクススイッチは、１行目の１列からＮ−１列（４−１列＝３列）までの各光スイッチ（Ｓ１１〜Ｓ１３）が次列において１行の光スイッチ（Ｓ１２〜Ｓ１４）及び次行の光スイッチ（Ｓ２２〜Ｓ２４）と結線され、Ｎ行目（４行目）の１列からＮ−１列（４−１列＝３列）までの各光スイッチ（Ｓ４１〜Ｓ４３）が次列においてＮ行（４行）の光スイッチ（Ｓ４２〜Ｓ４４）及び前行の光スイッチ（Ｓ３２〜Ｓ３４）と結線され、２行目からＮ−１行目（４−１行＝３行目）の１列からＮ−１列（４−１列＝３列）までの各光スイッチ（Ｓ２１〜Ｓ２３及びＳ３１〜Ｓ３３）が次行において前行の光スイッチ（Ｓ１２〜Ｓ１４及びＳ２２〜Ｓ２４）及び次行の光スイッチ（Ｓ３２〜Ｓ３４及びＳ４２〜Ｓ４４）と結線され、全行における行の方向が並行とされ、かつ、全列における列の方向が並行とされる正方格子型マトリクススイッチとされる。

次に、第５実施形態に係る光スイッチ装置の構成部として、図２３に示す正方格子型配線を想定する。なお、図２３は、第５実施形態に係る光スイッチ装置を構成する正方格子型配線の回路構成を示す図である。
この正方格子型配線は、前記正方格子型マトリクススイッチと同行同列で略同等の大きさであり、前記正方格子型マトリクススイッチの全ての前記光スイッチをクロス状態の結線に置換して結線される。
即ち、前記正方格子型配線は、前記正方格子型マトリクススイッチと同じ４行４列で略同等の大きさであり、前記正方格子型マトリクススイッチの全ての光スイッチ（Ｓ１１〜Ｓ４４）がクロス状態の結線（Ｃ１１〜Ｃ４４）に置換されて結線される点で前記正方格子型マトリクススイッチと異なる。

次に、図２４に示すように、平面視で前記正方格子型マトリクススイッチの個々の光スイッチ（Ｓ１１〜Ｓ４４）に対して個々のクロス状の結線（Ｃ１１〜Ｃ４４）が同行同列同士で１つの組をなすように列の方向に対向配置される状態で、この正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチの表裏いずれかの面上に配する。即ち、それぞれ行列方向に平面状で展開される前記正方格子型配線及び前記正方格子型マトリクススイッチのいずれか一方を他方に対し、先の状態で同一平面上に重ねて配する。なお、図２４は、正方格子型マトリクススイッチ上に正方格子型配線を配した状態を説明する説明図（１）である。

次に、図２５に示すように、Ｎ列目（４列目）における各組の光スイッチ（Ｓ１４，Ｓ２４，Ｓ３４，Ｓ４４）とクロス状の結線（Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４）とが、光スイッチ（Ｓ１４，Ｓ２４，Ｓ３４，Ｓ４４）のオリジナルポート（Ｂ１〜Ｂ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４）の前記オリジナルポートに相当するポート（Ｂ１〜Ｂ４）とが結線され、かつ、光スイッチ（Ｓ１４，Ｓ２４，Ｓ３４，Ｓ４４）のアイドルポート（Ｋ１〜Ｋ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４）の前記アイドルポートに相当するポート（Ｋ１〜Ｋ４）とが結線されるように、前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチと結線する。なお、図２５は、正方格子型マトリクススイッチ上に正方格子型配線を配した状態を説明する説明図（２）である。

次に、１列目における各組（Ｓ１１とＣ１１の組、Ｓ２１とＣ２１の組、Ｓ３１とＣ３１の組、Ｓ４１とＣ４１の組）の光スイッチ（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）とクロス状の結線（Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１）とが、光スイッチ（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）のオリジナルポート（Ａ１〜Ａ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１）の前記オリジナルポートに相当するポート（Ａ１〜Ａ４）とが第１光入力手段及び第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段（Ｘ１〜Ｘ４）に接続され、かつ、光スイッチ（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）のアイドルポート（Ｌ１〜Ｌ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１）の前記アイドルポートに相当するポート（Ｌ１〜Ｌ４）とが第１光出力手段及び第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段（Ｙ１〜Ｙ４）に接続されるように、偏波分離手段（Ｘ１〜Ｘ４）及び偏波結合手段（Ｙ１〜Ｙ４）の配置（１列目側）、並びに、これら手段と配線との結線を行う。
なお、光の入出力関係には任意性があり、光スイッチ（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）のオリジナルポート（Ａ１〜Ａ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１）の前記オリジナルポートに相当するポート（Ａ１〜Ａ４）とが前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段（Ｙ１〜Ｙ４）に接続され、かつ、光スイッチ（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）のアイドルポート（Ｌ１〜Ｌ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１）の前記アイドルポートに相当するポート（Ｌ１〜Ｌ４）とが前記第１光入力手段及び前記第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段（Ｘ１〜Ｘ４）に接続されるように変更してもよい。
以上の次の規則性を持たせることで、偏波依存損失が小さい第５実施形態に係る光スイッチ装置を構成することができる（図２０参照）。以下、具体的に説明を行う。

第５実施形態に係る光スイッチ装置では、基板１００等の光回路基板上に入出力経路が配される（図２０参照）。この入出力経路中、配線（例えば、光導波路）の長さは同一となり、配線長に比例する光信号の伝搬による損失は等しくなる。また、配線同士が跨ぐ箇所である交差点が必ず発生する。交差点では、光信号の損失が生じることとなる。
しかしながら、第５実施形態に係る光スイッチ装置では、前記規則性を持たせて構成されるため、基板１００上において、バー状態の光スイッチの設定により任意に形成される８つの入出力経路の全てで交差点を通過する回数がいずれも２０回となる。
したがって、第５実施形態に係る光スイッチ装置では、８つの入出力経路により伝達される光信号間での差がなくなり、損失が経路に依存しない態様となり、偏波依存損失を小さくすることができる。
なお、基板１００の外方を含めると８つの入出力経路における交差回数に最大２回分の差が生じるものの、基板１００上での交差回数に比べて基板１００の外方における交差回数が十分に少ないことから、その損失が小さいものとして実質的に無視することができる。
また、図示の例では、入出力経路を構成する配線の一部が基板１００の外方に延線されて基板１００外方に存する偏波分離手段Ｘ１〜Ｘ４及び偏波結合手段Ｙ１〜Ｙ４と接続されているが、偏波分離手段Ｘ１〜Ｘ４、偏波結合手段Ｙ１〜Ｙ４及びこれら手段に至る配線が基板１００上に配されるように構成されてもよい。

なお、第５実施形態に係る光スイッチ装置では、基板１００上に配線を設ける場合に、回路規模の小型化に加え、配線の長さを同一とし、かつ配線同士の交差点の数を実質的に同一とすることで、光信号の損失によって生じる経路による損失の差を小さくし、偏波依存損失を低減することを目的とするが、次の変形例によっても実現することができる。
図２６に第５実施形態に係る光スイッチ装置の変形例を示す。
この変形例は、マトリクス部分を上下２つの階層で分離し、黒い丸で示したポイント部分で上下２つの階層を行き来することができるようにしたものに係る。
即ち、この変形例では、上下２つの階層により、配線長は同一としたうえで、各階層を構成する平面内での交差回数を減らすことができるため、経路損失無依存を実現したまま、全体の損失を低減することができる。
なお、上下２つの階層で分離される限り、前記正方格子型マトリクススイッチと前記正方格子型配線とのいずれを上層とし下層とするかについては、任意である。

次に、第６実施形態に係る光スイッチ装置として、第２実施形態に係る前記光スイッチ装置（菱形格子型マトリクススイッチ）の入出力経路を構成する配線を変更することで、より回路規模を小さくし、回路レイアウトのコンパクト化させた構成を図２７，図２８を参照しつつ説明する。なお、図２７は、第６実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図２８は、第６実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。

この第６実施形態は、第２実施形態に係る前記光スイッチ装置（図１４，１５参照）と入出力経路、入出力ポートのペア、第１入出力ペア群及び第２入出力ペア群の各設定、並びに、入力ペアと偏波分離手段との接続関係及び出力ペアと偏波結合手段との接続関係に変更を与えず、入出力経路を構成する配線等を変更することで、より回路規模を小さくし、回路レイアウトのコンパクト化したものである。即ち、任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態として、入力ペアと出力ペアの関係に変更がなく、全４！通りの結線状態で（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる点で、第２実施形態に係る前記光スイッチ装置と同じである。以下、変更点について説明をする。

第６実施形態に係る光スイッチ装置では、図２７，２８に示すように、Ｎ列目（４列目）からマトリクススイッチ外方に出る配線をマトリクススイッチ内を通過する態様で１列目に向けて折り返し、折り返された配線端部を１列目側のみに配された偏波分離手段Ｘ１〜Ｘ４及び偏波結合手段Ｙ１〜Ｙ４と接続することとして、回路規模を小さくし、回路レイアウトをコンパクト化することとしている。即ち、第６実施形態に係る光スイッチ装置では、第２実施形態に係る光スイッチ装置においてマトリクススイッチ外方に配される配線をマトリクススイッチ内に配すると同時に、第２実施形態に係る光スイッチ装置において配置先に選択性があった偏波分離手段Ｘ１〜Ｘ４及び偏波結合手段Ｙ１〜Ｙ４の配置先を１列目側にまとめることで、第２実施形態と同様に偏波無依存ではないものの、第２実施形態に係る光スイッチ装置よりも、回路規模が小さくされ、回路レイアウトがコンパクト化されている。なお、図２８中の符号２００は、基板を示す。

Ｓ１１〜Ｓ４４ 光スイッチ
Ａ１〜Ａ４，Ｋ１〜Ｋ４ 入力ポート（オリジナルポート）
Ｂ１〜Ｂ４，Ｌ１〜Ｌ４ 出力ポート（オリジナルポート）
＊ アイドルポート
１００，２００ 基板

Claims (7)

1. ２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列のマトリクス上にＮ^２個配され、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされるマトリクススイッチと、
   前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成するオリジナルポートと他方を構成するアイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートのペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群とし、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群としたとき、
   前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光入力手段と、
   前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における未接続の前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光出力手段と、
   前記第１光入力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光入力手段と、
   前記第１光出力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む未接続の前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光出力手段と、
   を有することを特徴とする光スイッチ装置。
2. マトリクススイッチが、正方格子型マトリクススイッチの回路構成とされる請求項１に記載の光スイッチ装置。
3. 更に、光を第１偏波成分と第２偏波成分とに偏波分離して前記第１偏波成分を第１光入力手段に入力するとともに前記第２偏波成分を第２光入力手段に入力するＮ個の偏波分離手段と、
   第１光出力手段及び第２光出力手段から片方ずつ出力される前記第１偏波成分と前記第２偏波成分とを偏波結合するＮ個の偏波結合手段と、
   を有する請求項１から２のいずれかに記載の光スイッチ装置。
4. 偏波分離手段が光を第１偏波成分と第２偏波成分とに偏波分離するビームスプリッタと、前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方の偏波軸を他方の偏波軸に回転させる第１偏波回転素子とを有し、
   偏波結合手段が前記第１偏波回転素子で偏波軸を回転させた前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方の偏波軸を回転前の元の偏波軸に再回転させる第２偏波回転素子と、前記第２偏波回転素子で偏波軸を再回転させた前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方と他方とを偏波結合するビーム結合器と、を有する請求項３に記載の光スイッチ装置。
5. 正方格子型マトリクススイッチが、１行目の１列からＮ−１列までの各光スイッチが次列において１行の前記光スイッチ及び次行の前記光スイッチと結線され、Ｎ行目の１列からＮ−１列までの前記各光スイッチが次列においてＮ行の前記光スイッチ及び前行の前記光スイッチと結線され、２行目からＮ−１行目の１列からＮ−１列までの前記各光スイッチが次行において前行の前記光スイッチ及び次行の前記光スイッチと結線され、全行における行の方向が並行とされ、かつ、全列における列の方向が並行とされる正方格子型マトリクススイッチであり、
   前記正方格子型マトリクススイッチと同行同列で同等の大きさであり、前記正方格子型マトリクススイッチの全ての前記光スイッチをクロス状態の結線に置換して結線される正方格子型配線が、平面視で前記正方格子型マトリクススイッチの個々の前記光スイッチに対して個々の前記クロス状態の結線が１つの組をなすように列の方向に対向配置される状態で、行列方向に平面状で展開される前記正方格子型マトリクススイッチの表裏いずれかの面上に配され、
   Ｎ列目における各組の前記光スイッチと前記クロス状態の結線とが、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが結線され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが結線され、
   １列目における各組の前記光スイッチと前記クロス状態の結線とが、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが第１光入力手段及び第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段に接続され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段に接続されるか、又は、光の入出力関係を逆として、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段に接続され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状態の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが前記第１光入力手段及び前記第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段に接続される請求項３から４のいずれかに記載の光スイッチ装置。
6. 一対の第１光入力手段及び第２光出力手段をＮ個の第１入出力源と接続可能なＮ個の第１入出力部とし、一対の第２光入力手段及び第１光出力手段をＮ個の第２入出力源と接続可能なＮ個の第２入出力部とする請求項１から２のいずれかに記載の光スイッチ装置。
7. ２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列のマトリクス上にＮ^２個配され、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされるマトリクススイッチに対し、前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成するオリジナルポートと他方を構成するアイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートのペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群と設定し、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群と設定する工程を含むことを特徴とする光スイッチ装置の設計方法。