JPH01140134A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低損失で小形の、波長多重光をその波長成分
に分離し、分離された光の取出し端子を変換することが
可能な電子式の光スイッチに関するものである。

〔従来技術・発明が解決しようとする問題点〕光スイッ
チング技術は、光フアイバ伝送システムを多様化、高度
化するのに重要な技術である。

このため、光スイツチング網の構成や光スイッチに関し
て、多くの検問が行われてきた。従来の一般の光スイッ
チでは、ある端子から入力され、別の端子から出力され
ている光パワーを、さらに別の端子から出力するように
切換えるものであった。

これに対し、最近、波長多重された光を波長ごとに分離
し、各波長の光について、その光路を切換える光スイッ
チが検討されるようになった。このような波長多重光用
の光スイッチに関する従来の電子式の構成例［島津、西
“光幅光素子を用いた波長分割多重光スイッチの構成′
°、昭和６１年度電子通信学会総合全国大会講演論文集
、ｌ）、１０−２９６１は第４図に示ずようなものであ
り、１は光ファイバ、２および３はレンズ、４は音響光
学偏向索子、５はアレー状光検出素子である。光ファイ
バ１から放射した光はレンズ２で平行光束に変換され、
音響光学偏向素子４に入射する。音響光学偏向索子４は
光の進行方向を曲げｔ出射し、偏光された平行光束はレ
ンズ３でアレー状光検出素子５に集束される。ここで、
音響光学偏向索子４による光の偏向角は、通過光の波長
と音響光学偏向索子４に印加する電気信号の周波数に依
存しているので、例えば、２波多重（波長λｉ、波長λ
２）の光が周波数ｆ１の第１の電気信号と周波数ｆ２の
第２の電気信号が印加されている音響光学偏向素子４を
通過すると４つの光スポットをアレー状光検出素子５上
につくる。このとき、周波数ｆ１の第１の電気信号によ
る波長λ１．波長λ２の光のスポットをアレー状光検出
素子５の光検出領域Ａ近辺に、周波数ｆ２の第２の電気
信号による波長λ１．波長λ２の光のスポットをアレー
状光検出素子５の光検出領域Ｂ近辺につくるとする。第
１の電気信号の周波数をｆ！から偏移させると、それに
つれて、波長λ１．波長λ２の光の光検出領１ｉｉ！Ａ
近辺での結像位置が変わるので、第１の電気信号がある
特定の周波数の場合には波長λ電の光スポットは光検出
領域Ａ内に位置し、第１の電気信号が別の特定の周波数
の場合には波長λ２の光のスポットは光検出領域Ａ内に
位置する。

この状況は、第２の電気信号の周波数を偏移させたとき
の、波長λ１．波長λ２の光スポットの光検出領域Ｂ近
辺での動きについても同様である。

したがって、第１の電気信号の周波数を制御することで
、光検出領１ｉ１Ａで検出する光を波長２＋の光とする
か、波長λ２の光とするか、選択できるし、また、第２
の電気信号の周波数を制御することで、光検出領域Ｂで
検出する光を波長λ１の光とするか、波長λ２の光とす
るか、選択できる。

以上のようにして、波長多重光用の光スイッチの動作を
実現している。しかしながら、このような従来のＩＸＮ
光スイッチでは、多重された各波長の光をＮ分岐したあ
と、望みの波長の光を選択する方法をとっているので、
原理的に分岐損があるという問題があった。

本発明の目的は、原理的に無損失に構成される波長多重
用の光スイッチを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、異なる波長λ１と波長λ２の光が入力あるい
は出力される第１の端子と波長λ１あるいは波長λ２の
光のうりの一方が入力あるいは出力される第２の端子お
よび第３の端子があり、第１のスイッチ状態では波長λ
１の光に対しては第１の端子と第２の端子が、波長λ２
の光に対しては第１の端子と第３の端子が接続され、ま
た、第２のスイッチ状態においては波長λ１の光に対し
て第１の端子と第３の端子が、波長λ２の光に対しては
第１の端子と第２の端子が接続される光スイッチにおい
て、少なくとも、異なる波長の直線偏光の方位を異なる
角度で回転する第１の偏光回転索子と、電界の印加の状
態によって偏光の方位の回転角度を制御できる第２の偏
光回転素子と、直交する直線偏光を分離し異なる方向に
取出す偏光素子とを用いて構成され、第１のスイッチ状
態では、第１の端子から入射する波長λ１と波長λ２の
直線偏光回転素子を通過させてそれぞれの偏光の方位を
異なる角度で回転して直交させ、これを偏光の方位の回
転がないように制御した第２の偏光回転素子を通過させ
たあと、偏光素子に入射して波長λ１と波長λ２の直線
偏光を分離して、第２の端子には波長λ１の光を、第３
の端子には波長λ２の光を取出し、第２のスイッチ状態
では、第１の端子から入射する波長λｌと波長λ２の直
線偏光を第１の偏光回転素子を通過させてそれぞれの偏
光の方位を異なる角度で回転して直交させ、これを偏光
の方位の回転角が波長λ１および波長λ２の直線偏光に
対して同じ９０°となるように電界の印加により制御し
た第２の偏光回転素子を通過させることで波長λ１．お
よび波長λ２の直線偏光の方位を第１のスイッチ状態と
逆にしたあと、偏光素子に入射して波長λ１と波長λ２
の直線偏光を分離して、第２の端子には波長λ２の光を
、第３の端子には波長λ電の光を取出すようにしたこと
を特徴とするものである。このように、本発明では、入
力された波長多重光の偏光方向を波長によって異なる角
度だけ回転することによって偏光方向を直交させ、偏光
状態の違いとして多重波Ｑ成分を分離し、この偏光状態
を、印加電界にＪ、って、あるスイッチ状態ではそのま
ま、別のスイッチ状態では全ての波長の光に対して９０
°回転するように制御できる素子を通過させることによ
って、多重波長成分の光の偏光方向を切換える。

したがって、波長により偏光状態の異なる光を偏晃素子
をもちいて、別々の光ビームとして出力すると、印加す
る電界の状態を変えることで、出力される各光ビームの
波長を切換えることができる。

このような動作のどの部分にも原理的な損失過程が含ま
れていないので、従来のこの種の光スイッチで問題であ
った原理的な損失をなくした、低損失の光スイッチが実
現できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例の構成を示す図であって、６は
偏光保持光ファイバ（第１の端子）、７−１は光ファイ
バ（第２の端子）、７−２は光ファイバ（第３の端子）
、８および９−１．９−２はレンズ、１０は偏光回転素
子（第１の偏光回転素子）、１１は偏光回転制御素子（
第２の偏光回転素子）、１２は偏光ビームスプリッタ（
偏光素子）である。また、第２図は第１図に示した構成
の点Ｃ，Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈでの偏光状態を模式的に示す図
である。以下、第２図を参照しながら、第１図の動作を
説明する。偏光保持光ファイバ６から放射された波長λ
１およびλ２の光は、レンズ８によって平行光束に変換
され、偏光回転素子１０に入射する。点Ｃにおける波長
λ１の光と波長λ２の光の偏光方向は同方向であり、例
えば、第１図の紙面に垂直である（第２図Ｃ）。偏光回
転素子１０が適当に設計された旋光性物質や波長板であ
れば、波長λ１の光と波長λ２の光が偏光回転素子１０
を通過して点りに至ると、その偏光の方位は回転されて
角度差９０°がつき、例えば、波長λ１の光については
第１図の紙面に対して垂直、波長λ２の光については第
１図の紙面に対して水平となる（第２図ｄ＞［Ｉｌｄ［
井、箕輪：特願昭６２−８３０５０］。偏光回転素子１
０を通過した光は偏光回転制御素子１１に入射する。偏
光回転制御素子１１は、後述のようにして、通過する光
の波長によらないで偏光の方位の回転を与えるもので、
その回転角は、（１８０ｘｊ）’の場合と（９０＋１８
０ｘｋ）’の場合がある。ここで、ｊ、には自然数とす
る。いま、偏光方向の回転角が（１８０Ｘｊ）”の場合
を考えると、偏光回転制御素子１１を波長λ１の光と波
長λ２の光が通ｉして点Ｆに達しても、その偏光の方位
は変わらない（第２図ｆ＋）。波長λ１の光は、偏光ビ
ームスプリッタ１２の入力点Ｆで第１図の紙面に垂直な
方位の直線偏光であり、これは偏光ビームスプリッタ１
２にとってＳ偏光であるので、偏光ビームスプリッタ１
２で反射して、点Ｇの方向に進み（点Ｇでの偏光状態は
第２図０＋）、レンズ９−１で集束されて光ファイバ７
−１に結合する。

一方、波長λ２の光は、偏光ビームスプリッタ１２の入
力点［で第１図の紙面に平行な方位の直線偏光であり、
これは偏光ビームスプリッタ１２にとってｐ偏光である
ので、偏光ビームスプリッタ１２を通過して、点Ｈの方
向に進み（点Ｈでの偏光状態は第２図ｈ１）、レンズ９
−２で集束されて光ファイバ７−２に結合する。つぎに
、偏光回転制御素子１１による偏光方向の回転角が（９
０、←１８０Ｘｋ）’である場合を考える。波長λ電の
光が偏光回転制御素子１１を通過すると、偏光の方位が
回転して第１図の紙面に平行な方位の直線偏光となり（
第２図ｆ２）、これは偏光ビームスプリッタ１２にとっ
てｐ偏光であるので、偏光ビームスプリッタ１２を通過
して、点Ｈの方向に進み（点Ｈでの偏光状態は第２図ｈ
２）、レンズ９−２で集束されて光ファイバ７−２に結
合する。

波長λ２の光が偏光回転制御ｌ索子１１を通過すると、
偏光の方位が回転して第１図の紙面に垂直な方位の直線
偏光となり（第２図ｆ２）、これは偏光ビームスプリッ
タ１２にとってＳ偏光であるので、偏光ビームスプリッ
タ１２で反射して、点Ｇの方向に進み（点Ｇでの偏光状
態は第２図０２）、レンズ９−１で集束されて光ファイ
バ７−１に結合する。以上のように、偏光回転制御素子
１１がある状態のとぎには、波長λ１の光に対して偏光
保持光ファイバ６と光ファイバ７−１が、波長λ２の光
に対して偏光保持光ファイバ６と光ファイバ７−２が接
続される。また、偏光回転ａｉＩ＋御素子１１を別の状
態とすると、波長λ１の光に対して偏光保持光ファイバ
６と光ファイバ７−２が、波長λ２の光に対して偏光保
持光ファイバ６と光ファイバ７−２が接続されるように
なる。この結果、−光回転制御素子１１の状態を切換え
ることにより、波長多重光用の光スイッチ動作が達成さ
れる。

以上のスイッチ動作で１要なのは、偏光回転制御素子１
１の状態の切換えである。機械的にこれをおこなうには
、波長λ１と波長λ２の光に対して１／２波長板として
作用する波長板を、その光学軸を直交する波長λ１ど波
長λ２の光の偏光の方位に対して４５°傾けて、光路中
に挿入、抜去すればよい。本発明では、これを電子式に
行うもので、以下に詳しく説明する。ＬＩＮｂ０３やＬ
ｉＴａＯ３などの３ｍ群の光学結晶では、ｚ軸方向に光
を進行させ、Ｘ軸方向に電界Ｅを印加するとき、Ｘ−ｙ
平面に関して、Ｅ＝Ｏでは屈折率の異方性はなく、Ｅ≠
０では主軸がＸ軸から４５°傾いた屈折率の異方性が生
じる。この現象を利用すれば、１／２波長板の電子的な
挿入、抜去が行える。すなわち、Ｅ＝Ｏでは屈折率の異
方性がないので、１／２波長板が抜去された状態に相当
する。Ｅ≠Ｏでは主軸がＸ＠あるいはｙ軸に対して４５
°傾いた屈折率の異方性が生じるので、結晶の厚さや印
加電界Ｅが適当であれば、波長λ１あるいは波長λ２の
光に対して１／２波長板として作用する。

ここで問題となるのは、Ｅ≠０のとぎ、結晶が波長λ１
の光に対しても、波長λ２の光に対しても、同時に１／
２波長板として作用しなければならないことである。こ
れは、２種類の３ｍ群結晶（結晶■と結晶■）を用いる
ことで実現できる。結晶の２軸方向の長さをＩ、ｘ軸方
向の長さをｄ、ｘ軸方向に加える電圧をＶとし、さらに
、Ｅ＝０のときのＸ軸方向およびｙ軸方向の屈折率をｎ
。、この効果に関係するポッケルス定数をｒ２２、主軸
変換後の軸をｘ　Ｊ　、　ｙ　／　とする。また、結晶
工。

結晶■、波波長１．波長λ２についてこれらのパラメー
タを添字１．ｎ、１．２で区別すると、（Ｖｌ／ｄ）Ｉ −（λ＋（ＮＲ）ｉ２−λ２　　（ＮＲ）ｎ＋　）／２
Ｋ（Ｖｌ／ｄ）１ −（λ２　　（Ｎ　Ｒ）１＋　−λ＋　　（ＮＲ）１２
　）／２Ｋを満足するようにすれば、波長λ電、波長λ
２の光に対して１／２波長板として作用する。ただし、
（ＮＲ＞ｔ＋　　−（ｎｏ）ｎ　３　　　（ｒ　２２　
）ｔ＋（ＮＲ）１２＝（ｎｏ）ｒ２３　（ｒ２２）１２
（ＮＲ）ｎｔ　＝　（ｎｏ　）ｚ＋　　　（ｒ２２）ｘ
ｔ（ＮＲ）ｎ２＝（ｎｏ）ｍｚ３　（ｒ２２）ＩＫ＝　
　（ＮＲｈ１（ＮＲ）ｍｚ　　　　（ＮＲ＞ｒ２（ＮＲ
）ｍｌである。なお、Ｓｌｚなどの３２群の光学結晶で
も、電界の印加により、４５°の主軸回転がおこること
が知られている。

第３図は本発明の別の実施例であり、１３は光ファイバ
、１４は偏光ビームスプリッタ、１５゜１６は直角プリ
ズムであり、他の数字は第１図で示した構成と同じもの
を指す。本実施例では、光ファイバ１３から放射した光
は特定の方位の直線偏光に限定されることはなく、任意
の偏光状態でよい。すなわち、光ファイバ１３からの放
射光はレンズ８で平行光束に変換されたあと、偏光ビー
ムスプリッタ１４で、第３図の紙面に平行な方位の直線
偏光と垂直な方位の直線偏光とに分離される。ここで平
行な方位の直線偏光として分離された光は、偏光回転素
子１０．偏光回転制御ｌ索子１１を通過し、直角プリズ
ム１６で反射して、偏光ビームスプリッタ１２に入射す
る。この光路はＬｌで示されている。また、垂直な方位
の直線偏光として分離された光は、直角プリズム１５で
反射され、偏光回転素子１０．偏光回転制御素子１１を
通過して、偏光ビームスプリッタ１２に入射する。この
光路はＬｌで示されている。偏光回転制御素子１１に電
界が印加されていない状態では、第１図の実施例での説
明から明らかなにうに、波長λ１の光は、光路Ｌ１をと
った場合には第３図の紙面に水平な方位の直線偏光とし
て、光路Ｌ２をとった場合には第３図の紙面に垂直な方
位の直線偏光として、偏光ビームスプリッタ１２に入射
するので、結局、光路Ｌ１の光も光路１−２の光もレン
ズ９−１によって集束され、光ファイバ７−１に結合す
る。波長λ２の光は、この逆に、光路し１の光は第３図
紙面に垂直な方位のσ線幅光、光路Ｌ２の光は第３図紙
面に平行な方位の直線偏光として偏光ビームスプリッタ
１２に入射するので、レンズ９−２によって集束され、
光ファイバ９−２に結合される。次に、偏光回転制御素
子１１に電界が印加された状態では、偏光回転制御素子
１１を光が通過することによって、偏光の方位が一様に
９０″″さらに回転するので、光路Ｌ’＋あるいは光路
Ｌ２をとる波長λ１の光、波長λ２の光に関する偏光の
方位は、全て、偏光回転制御素子１１に電界が印加され
ていない場合に対して、入替えの関係にあり、したがっ
て、波長λ１の光は光ファイバ７−２に、波長λ２の光
は光ファイバ７−１に結合する。このように、本実施例
では、任意の偏光状態の光を光ファイバ１３から入力し
ても、波長多重用の光スイツチ動作が実現される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、入力された波長多重
光の偏光方向を波長によって異なる角度で回転すること
によって多重波長成分の偏光方向を直交させて、それぞ
れを分離し、その侵、あるスイッチ状態では偏光状態を
そのまま、別のスイッチ状態では全ての波長の光に対し
てその偏光方向を９０°回転するように電子的に制御で
きる素子を通過させることによって、多重波長成分光の
偏光方向を切換えている。したがって、偏光ビームスプ
リッタなどの素子をもらいることによって、多重波長成
分光を別々の光ビームとして取出すことができ、また、
その取出しの端子は上記の偏光回転の電子的な制御素子
の制御状態によって切換えることができる。このように
、本発明では、従来のこの種の光スイッチにあった分岐
の動作を含んでおらず、基本的に無損失で波長多重用の
光スイッチが構成できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の゛一実施例として示した光スイッチの
概略構成図、第２図は第１図の実施例の動作を説明する
ための実施例のいくつかの点における偏光状態を示す図
、第３図は本発明の別の実施例として示した光スイッチ
の概略構成図、第４図は従来の光スイッチの概略構成図
である。 ６・・・第１の端子（偏光保持光ファイバ）、７−１・
・・第２の端子（光ファイバ）、７−２・・・第３の端
子（光ファイバ）、１０・・・第１の偏光回転素子、°
１１・・・第２の偏光回転素子（偏光回転制御素子）、
１２・・・偏光素子（偏光ビームスプリッタ）。 １１）願人　日本電信電話株式会社 第１図 ７−２：第うめｆｆＩ＋ １０；第１の備え回転東缶 １ｊ：茗２の偵１乞回Ｒ東十 １２：偏光ｔ＋ 第２図 ｆｔ　　　　　ｇｔ　　　　　　ｈｔ ｆ２　　　　　ｑ２　　　　　ｈ２ 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 異なる波長λ＿１と波長λ＿２の光が入力あるいは出力
   される第１の端子と波長λ＿１あるいは波長λ＿２の光
   のうちの一方が入力あるいは出力される第２の端子およ
   び第３の端子があり、第１のスイッチ状態では波長λ＿
   １の光に対しては第１の端子と第２の端子が、波長λ＿
   ２の光に対しては第１の端子と第３の端子が接続され、
   また、第２のスイッチ状態においては波長λ＿１の光に
   対して第１の端子と第３の端子が、波長λ＿２の光に対
   しては第１の端子と第２の端子が接続される光スイッチ
   において、少なくとも、異なる波長の直線偏光の方位を
   異なる角度で回転する第１の偏光回転素子と、電界の印
   加の状態によって偏光の方位の回転角度を制御できる第
   ２の偏光回転素子と、直交する直線偏光を分離し異なる
   方向に取出す偏光素子とを用いて構成され、第１のスイ
   ッチ状態では、第１の端子から入射する波長λ＿１と波
   長λ＿２の直線偏光回転素子を通過させてそれぞれの偏
   光の方位を異なる角度で回転して直交させ、これを偏光
   の方位の回転がないように制御した第２の偏光回転素子
   を通過させたあと、偏光素子に入射して波長λ＿１と波
   長λ＿２の直線偏光を分離して、第２の端子には波長λ
   ＿１の光を、第３の端子には波長λ＿２の光を取出し、
   第２のスイッチ状態では、第１の端子から入射する波長
   λ＿１と波長λ＿２の直線偏光を第１の偏光回転素子を
   通過させてそれぞれの偏光の方位を異なる角度で回転し
   て直交させ、これを偏光の方位の回転角が波長λ＿１お
   よび波長λ＿２の直線偏光に対して同じ９０°となるよ
   うに電界の印加により制御した第２の偏光回転素子を通
   過させることで波長λ＿１および波長λ＿２の直線偏光
   の方位を第１のスイッチ状態と逆にしたあと、偏光素子
   に入射して波長λ＿１と波長λ＿２の直線偏光を分離し
   て、第２の端子には波長λ＿２の光を、第３の端子には
   波長λ＿１の光を取出すようにしたことを特徴とする光
   スイッチ。