JPH03246525A - Multi-terminal optical switch - Google Patents

Multi-terminal optical switch

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JPH03246525A
JPH03246525A JP4253490A JP4253490A JPH03246525A JP H03246525 A JPH03246525 A JP H03246525A JP 4253490 A JP4253490 A JP 4253490A JP 4253490 A JP4253490 A JP 4253490A JP H03246525 A JPH03246525 A JP H03246525A
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optical path
polarization
light
linearly polarized
polarization plane
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Kazuhiro Noguchi
一博 野口
Kazuo Hokari
和男 保苅
Toshikazu Sakano
寿和 坂野
Takao Matsumoto
松本 隆男
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Abstract

PURPOSE:To integrate elements and to make switch passing optical paths short by arranging polarization plane control element arrays and optical path polarizing elements alternately on optical paths of collimated light beams which are made incident on a device. CONSTITUTION:The collimated signal light beam emission arrays 111 and 112 are arranged on two sides of a polarization beam splitter 131 for optical multiplexing and collimated signal beam output port arrays 121 and 122 are arranged on two sides of a polarization beam splitter 132. A light beam which is made incident on one polarization plane control element among the polarization plane control element arrays 141 - 149 has its plane of polarization rotated by 90 deg. and its passing P and s waves are alternated. When the element is ON. When the corresponding element is OFF, on the other hand, the plane of polarization is not affected at all and the passing P and S wave are held in the states as they are. Optical path converting elements 151 - 158 switch optical paths according to the planes of polarization of incident light beams. Consequently, the elements are integrated and the switch passing optical paths can be made short.

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野1 本発明は、空間を伝搬する複数の光ビームの光路の順序
を任意に変換する機能を有する多端子光スイッチに関す
るものである。 1従来の技術1 光スイッチは光フアイバ通信システムの多様化・高信頼
化・経済化などのために必要とされ、特に電子式光スイ
ッチは高速動作、可動部をもたないことで高信頼度が実
現できるなどの特徴を有している。例えば、空間を伝搬
する光ビームの偏光状態をスイッチングすることによっ
て、多数の入力端子と、多数の出力端子との間の配線を
スイッチングする光マトリクススイッチが従来提案され
ている。 第6図に、この従来の光マトリクススイッチの構造を示
す。第6図においてlは入力光ビーム、2は出力光ビー
ム、3は入力側偏光面制御素子、4は出力側偏光面制御
素子、および5は偏光ビームスプリッタである。偏光ビ
ームスプリッタ5は、本図の横方向および縦方向に通過
するP波を透過し、S波を90度屈折させる。また、偏
光面制御素子3および4は、OFF状態では通過する光
の偏光面に影響を与えず、ON状態では通過する光の偏
光面を90度回転することによってP波とS波とを互い
に変換させる。また、このスイッチの入力光ビーム1は
、すべてP波であるものとする。 このスイッチを用いて図中のi番目の入力光ビームをj
番目の出力光ビームとして取り出すためには、i番目の
入力光ビームとj番目の出力光ビームとの交点に位置す
る偏光ビームスプリッタ5の入力側偏光面制御素子3お
よび出力側偏光面制御素子4をともにONとし、その他
の偏光面制御素子をすべて叶Fとすれば良い。この時、
上記の偏光ビームスプリッタ5に達した光ビームは、入
力側偏光面制御素子3によってS波に変換され、偏光ビ
ームスプリッタ5によって屈折され、出力側偏光面制御
素子4によって再びP波に変換され、出力光ビームとし
て伝搬する。 一方、2人力2出力の単位スイッチを多段に接続し、2
N個の入力端子と2N個の出力端子との間を1対1で接
続することで入力端子と出力端子間のすべての組み合わ
せを実現することのできるスイッチ網の構成法が発明さ
れている。第7図はこの構成法に基づく8人力8出力の
スイッチ回路網の結線状態を示す。第7図において実線
12はスイッチ網内の光ファイバによる配線を示す。ま
た、長方形11は2人力2出力の単位スイッチであり、
外部からの制御によって入力■−比出力、入力■−比出
力の接続形態(スルー)と、入力■−比出力、入力■−
比出力の接続形態(クロス)のいずれか一方の形態をと
る。 第7図に示したスイッチ網は、2N個の入力端子と2N
個の出力端子をもったスイッチ網に容易に拡張できる。 この拡張は、端子数2N−1個のスイッチ網を2個並列
に並べ、その前段に2本の出力を1本ずつ上記2個のス
イッチ網のおのおのに分配する単位スイッチ段を設け、
後段に、上記2個のスイッチ網のおのおのから1本ずつ
の人力を受ける単位スイッチ段を設けることにより実現
される。 ここで、初段のi番目の単位スイッチの2本の出力端子
を、次段のi番目の単位スイッチとi+2N−1番目(
i≦2N−1の時)またはi  2N−1番目(i>2
”の時)の単位スイッチとにそれぞれ接続し、最終段の
前段のi番目の単位スイッチの2本の出力端子を、最終
段のi番目の単位スイッチと1 + 2 N−1番目(
i≦2 N−1の時)または1−2N−1番目(i >
 2 N−’の時)の単位スイッチに接続すれば、上記
の条件は満たされる。 第8図に、上記のスイッチ網の拡張の例として、入力端
子数および出力端子数を2’=32個とした時の配線を
示したものである。本図中で破線状で示した領域21は
第7図に示した8人力8出力のスイッチ網と同一の構造
となっている。また、鎖線枠で示した領域22は上記の
拡張アルゴリズムに従って構成した16人力16出力の
スイッチ網を形成している。また、第8図のスイッチ網
全体は、このスイッチ網22を上記アルゴリズムによっ
てさらに拡張したものである。 上記のアルゴリズムおよび第8図から明らかなように、
−M的に、2N個の入力端子および出力端子をもったス
イッチ網は、1段当り2N−1個の単位スイッチを含む
(2N−1)段の単位スイッチアレイと、各クロスコネ
クトスイッチの出力の一方を、次段のスイッチアレイ中
で1個分、2個分、4個分・・・2N−2個分空間的に
位置がシフトしたスイッチに接続する配線網をそれぞれ
2段ずつ、合計(2N−2)段の配線網によって構成さ
れる。 上記のスイッチ網を光学的に実現するための単位スイッ
チの構成法として、偏光面制御素子による通過光ビーム
の偏光面の回転を単位スイッチの動作に対応させる方法
がある。第9図は、この単位スイッチの動作を示す図で
ある。第9図において、31および32は偏光ビームス
プリッタであり、P波を透過し、S波を90度屈折させ
る。33は偏光ビームスプリッタ31.32間に配設さ
れた偏光面制御素子であり、OFF状態では通過する光
ビームの偏光面に影響を与えず、ON状態では通過する
光ビームの偏光面を90度回転させて、P波とS波とを
交換する。34.35は入射偏光ビームであり、34は
P波、35はS波である。36.37は出射偏光ビーム
であり、36はP波、37はS波となる。 第9図において、偏光面制御素子33が叶Fの場合は、
通過する光ビームの偏光面は変化せず、P波である入射
光ビーム34はそのままP波として出射光ビーム36と
なり、S波である入射光ビーム35は偏光ビームスプリ
ッタ32で90度屈折して出射光ビーム37となる。一
方、偏光面制御素子33がONの場合は、通過する光ビ
ームの偏光面が90度回転し、P波である入射光ビーム
34はS波に変換されて出射光ビーム37とな、す、S
波である入射光ビーム35ばP波に変換されて出射光ビ
ーム36となる。 この2つの動作は、入射光ビーム34.35を2つの人
力とし、出射光ビーム36.37を2つの出力と考える
と、上に定義した単位スイッチのスルーとクロスの2つ
の動作と全(同一となる。 [発明が解決しようとする課題】 上述した第6図に示すような従来の光マトクリススイッ
チは、入力端子数N、出力端子数Nのスイッチング回路
を簡単な構成で実現できる。しかし、端子数Nに対して
Nに対してN2個の偏光ビームスプリッタが必要となる
ため、端子数Nの増大に伴って部品の数が非常に大きく
なる。また、光ビームは最大2N−1個の偏光ビームス
プリッタと、入力側および出力側の偏光面制御素子を通
過するために通過損失が大きくなるという欠点を有する
。 また、第9図に示すような偏光面制御素子33を単位ス
イッチ素子として、第7図、第8図に示すようなスイッ
チ網を構成する場合には、各スイッチ段の間の配線を設
定する必要がある。−船釣に、この配線は各スイッチか
らの出射光ビームをP波とS波に分離し、そのそれぞれ
を次段のスイッチのもう一方の入射光ビームと合成して
、次段のスイッチに入射する必要がある。2N個の入力
端子および出力端子を持ったスイッチ網に対して、この
光ビームの分離と合成をそれぞれ個別の偏光ビームスプ
リッタを用いて行なうと、配線網1段当たり2N個の偏
光ビームスプリッタが必要となる。従って、偏光ビーム
スプリッタによる配線網を採用すると、スイッチ網全体
で2N(2N−2)個の偏光ビームスプリッタが必要と
なり、端子数の増加とともに必要な部品数が非常に大き
くなるという欠点が生じる。また、こうした部品数の増
大に伴って、スイッチ内での信号光の光路が長くなる上
、各信号光の光路の差が大きくなり、信号の遅延やジッ
タを引き起こすという欠点を生じる。 本発明の目的は、上述のような欠点を除去し、自由空間
を伝搬する複数の光ビームをスイッチングするための簡
便でかつ小型化可能な多端子光スイッチを提供すること
にある。 [課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本発明は、複数の入射信号光
のそれぞれが互いに直交する2つの直線偏光成分のいず
れか一方のみを有するコリメータ光であって、該コリメ
ータ光の中で互いに直交する直線偏光成分であるの同士
を合成して同一光路上を伝搬させるとともに、該光路を
等間隔の格子状に、あるいは一列状でかつ平行に配置し
て装置内に入射する信号光入射手段と、該装置内から出
射する複数のコリメート光ビームのおのおのを互いに直
交する2つの直線偏光成分に分離して該装置外に出射さ
せる信号光出射手段と、通過する光ビームの互いに直交
する2つの直線偏光成分をそのまま通過させるか、ある
いはこれらの直線偏光成分を互いに交換するか、のいず
れか一方に制御される偏光面制御素子を前記光路に対応
して複数個配置した偏光面制御素子アレイと、通過する
複数の光ビームのすべてに対して、該光ビームを直交す
る2つの直線偏光成分に分離し、その一方の直線偏光成
分の光路を光路間隔の所定の整数倍だけ上下方向または
左右方向に変換して、この光路変換された直線偏光成分
を互いに直交する2つの直線偏光成分に分離された他の
光ビームの光路変換されない直線偏光成分と合成して同
一光路上を伝搬させる光路変換素子とを有し、前記装置
内に入射された前記複数のコリメート光の光路上に前記
偏光面制御素子アレイと前記光路偏光素子とを当該複数
のコリメート光の個数に応じて複数個交互に配置して構
成した個とを特徴とする。 また、本発明の一形態として、前記光路変換素子は、互
いに直交する2つの直線偏光ビームの一方を透過し、該
直線偏光ビームのモをその進入方向に対して垂直な方向
に反射する複数個の同一な形状を有した偏光ビームスプ
リッタを、前記の反射された直線偏光の進行方向に向か
って積層した第一の偏光ビームスプリッタアレイと、該
偏光ビームスプリッタアレイと同一形状でかつ前記直線
偏光ビームの反射方向が逆となるように第2の偏光ビー
ムスプリッタアレイと、前記2つの偏光ビームスプリッ
タアレイに挟まれ、かつ通過する前記互いに直交する2
つの直線偏光ビームの偏光面を互いに交換させる偏光面
回転素子とによって一体的に構成されており、該偏光面
回転素子の幅は積層されたここの前記偏光ビームスプリ
ッタの幅と同一であるとともに、この幅が前記装置内に
入射された複数のコリメート光の光路の間隔の整数倍で
あり、前記偏光面回転素子が複数枚配置される場合は、
これらの偏光回転素子が前記幅の2倍の周期で、互いに
平行に配列されることを特徴とする。 また、本発明の他の形態として、前記信号光入射手段は
、信号を伝送する複数の偏波保持ファイバ、該偏波保持
ファイバを等間隔の格子状に、あるいは一列状でかつ平
行に固定するブロック、および前記偏波保持ファイバの
出射ビームを平行光線束にするコリメート用ロッドレン
ズからなる第1と第2のコリメート光ビーム放射アレイ
と、該第1と第2のコリメート光ビーム放射アレイから
入射するコリメート光の一方を透過し、その他方をその
進入方向に対して垂直な方向に反射することにより該コ
リメート光の中で互いに直交する直線偏光成分であるも
の同士を合成して同一光路上に伝搬させる偏光ビームス
プリッタとを有することを特徴とする。 [作 用1 本発明による多端子光スイッチは、光路変換素子として
集積化された偏光ビームスプリッタを用いて素子の一体
化およびスイッチ通過光路の短小化を図ったので、調整
の簡単さ、および装置の小型化を実現することができる
。 特に本発明は、偏光ビームスプリッタおよび偏光面制御
素子を集積して一体化した光路変換素子により、複数の
空間伝搬光ビームの配線機能を短い光路長および小さな
光路長差で実現したことを最大の特徴としており、この
点において従来技術とは明確に異なる。 [実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。 第1図は、本発明の一実施例の多端子光スイッチの構成
を示す。本実施例は、第8図に示した上述の入力端子数
、出力端子数がともに32のスイッチ網と等価な光スイ
ツチ網である。 第1図において111,112はそれぞれ複数の平行光
線束の信号光ビームを入射するためのコリメート信号光
ビーム放射アレイであり、一方の放射アレイ111から
放射する光ビームはP波の直線偏光であり、他方の放射
アレイ112から放射する光ビームはS波の直線偏光で
ある。また、121.122はそれぞれ複数の平行光線
束の信号光ビームを出射するためのコリメート信号光ビ
ーム出カポードアレイである。 131.132はそれぞれP波を透過し、S波を90度
屈折させる偏光ビームスプリッタである。上述のコリメ
ート信号光ビーム放射アレイ111,112は前者の光
合波用の偏光ビームスプリッタ131の2辺に配置され
、上述のコリメート信号光ビーム出カポードアレイ12
1,122は後者の光分岐用の偏光ビームスプリッタ1
32の2辺に配置される。 141〜149はそれぞれ偏光面制御素子アレイであり
、このアレイ上のいずれかの偏光面制御素子に入射した
光ビームは、その素子がONの場合、偏光面が90度回
転し、通過するP波とS波が互いに交代する。一方、対
応する素子がOFFの場合は、偏光面は何の影響も受け
ず、通過するP波とS波はそのままの状態を保つ。この
偏光面制御素子アレイ141〜149としては例えば電
気エネルギーの印加により偏光面の回転を制御可能な液
晶セルを用いて実現することができる。このような液晶
セルとしては例えばホモジニアス配向処理を行なった2
枚のガラス基板の間に、誘電異方性が正のネマティック
液晶を入れ、液晶分子の長軸方向が2枚のガラス基板の
間で90度ねじれるようにしたツイストネマティック(
TN)またはねじれネマティック配列セルと呼ぶ液晶セ
ルがある。その他、電気光学結晶であるBSO(ビスマ
スシリコンオキサイド、 Bi+2SiOzo)による
偏光面回転や、磁気光学結晶であるYIG(Y3F、5
0.2)系の結晶を用いて磁界によるファラデー回転で
偏光面変調することによっても偏光面制御素子アレイ1
41−149を実現することができる。 151〜158は、それぞれ光路変換素子であり、入射
光ビームの偏光面によってその光路を切り替える機能を
有する。第1図に示すように、偏光ビームスプリッタ1
31の後方に偏光面制御素子アレイ141〜149と光
路変換素子151〜158とを複数のコリメート光の光
路上に交互に配置し、その後方に偏光ビームスプリッタ
132を配置して構成する。ここで、偏光面制御素子ア
レイ141〜149のそれぞれは上述の第8図の単位ス
イッチの1段分に相当し、光路変換素子151〜158
のそれぞれは第8図の各スイッチ段間の配線網に相当す
る。 第2図(A)には、光ビームの進行方向に向かって見た
時の一方の放射アレイ111上での放射光ビームの番号
を、第2図(B)には、他方の放射アレイ112上での
放射光ビームの番号をそれぞれ示す。また、第2図(C
)には、光ビームの進行方向に向かって見た時の一方の
出力ポードアレイ121上での各出力ボートの番号を、
第2図(D)には、他方の出力ポードアレイ122上で
の各出力ボートの番号をそれぞれ出す。また、第2図(
E)には、光ビームの進行方向に向かって見た時に、偏
光面制御素子アレイ141〜149および光路変換素子
151−158を通過する光ビームの光路の番号を示す
。本図に示すように、各素子および光路は4行4列のア
レイ上に配列されており、左上から右に向かって順に番
号がつけられている。nを整数とした場合、番号2nと
2n−1の光ビームは、偏光ビームスプリッタ131に
よって合成され、それぞれ光路n上を互いに直交する偏
光面を持った偏光ビームとして伝搬する。 第1図の光スイッチを第8図のスイッチ網と等価なもの
とするには、通過する光ビームの一方の偏光成分を、第
2図(E)に定めた光路の番号で、光路変換素子154
.155については1.光路変換素子153.156に
ついては2.光路変換素子152.157については4
1光路変換素子151,158については8だけシフト
する必要がある。ここで、光路を4あるいは8だけシフ
トする操作は、第2図(E)において上下方向に光路間
隔の1倍あるいは2倍光路なシフトすることによって実
現できる。また、光路を1あるいは2だけシフトする操
作は、第2図(E)において左右方向に光路間隔の1倍
あるいは2倍光路をシフトすることによって実現できる
。一般に22N(i1本の光ビームのスイッチングには
22N本の光路が必要であ一す、スイッチングすべき光
路番号の差は最大22N−1となる。この時、光路を第
2図と同様な方法で2N行2N列に等間隔に配置すれば
、必要な光路のシフト量は最大で光路間隔の2N−1倍
となる。すなわち、本発明では光路の2次元配列により
、空間的に大きな光路の移動を必要とせずに、番号の違
いの大きな光路同士をスイッチングすることが可能であ
る。 第3図には第1図のコリメート信号光ビーム放射アレイ
111,112の断面構成を示す。第3図において、7
1は偏波保持ファイバ、72はガラスあるいはプラスチ
ックのブロック、73はセルフォックレンズ(登録商標
)である。偏波保持ファイバ71は、それぞれの主軸が
隣接するファイバの方向に一致するようにブロック72
に埋め込まれている。 これにより、伝送すべき光信号をファイバ71から水平
あるいは垂直方向にP波またはS波の直線偏光した光り
として放射させることができる。ファイバ71の出射光
は、セルフォックスレンズ73によりコリメートされた
光りビームとして放射される。この時、各ファイバから
の出射コリメート光ビームの出射方向が互いに平行とな
るように各セルフォックスレンズ73の位置を調整して
取り付けられる。 第4図(A)〜(D)に、第1図の光路変換素子151
−158構成を示す。第4図(A)は上下方向に光路間
隔の2倍光路なシフトする横置型の8シフト用光路変換
素子151,158を示し、第4図(B)は上下方向に
光路間隔の1倍光路をシフトする横置型の4シフト用光
路変換素子152.157を示し、第4図(C)は左右
方向に、光路間隔の2倍光路をシフトする縦置型の2シ
フト用光路変換素子153.156を示し、第4図(D
)は左右方向に光路間隔の1倍光路をシフトする縦置型
の1シフト用光路変換素子154,155を示す。 第4図(A)〜(D)において、41は偏光ビームスプ
リッタであり、入射する光を互いに直交する2つの直線
偏光成分(P成分およびS成分)に分離し、P成分はそ
のまま透過させ、S成分はビームスプリッタ内部の反射
面で反射させる構造となっている。また42は半波長板
(l/2波長板)であり、その主軸が偏光ビームスプリ
ッタ41に対するP成分およびS成分の偏光面に対して
45°の角度を持つように配置されている。従って、半
波長板42を通過したP成分およびS成分の光は、それ
ぞれ偏光面が90°回転し、P成分はS成分に、またS
成分はP成分に、それぞれ変換される。 光路変換素子151〜158は第4図(A)〜(D)に
示すように細長い偏光ビームスプリッタ41を複数個積
層したスプリッタアレイ2個を対向させ、このスプリッ
タアレイの間に各ビームスプリッタ41と同一の幅を有
する半波長板42をビームスプリッタ41に対して1個
おきに挿入した構造となっている。この時の各ビームス
プリッタ41および半波長板420幅は、ともにこれら
の光路変換素子151〜158による光路のシフト量に
等しくなるようにする。 第5図(A)〜(DJに上記光路変換素子151〜15
8に入射したP成分およびS成分の光の通過経路を示す
。第5図(A)、 (B)は光路間隔に等しいシフト量
を持つ素子152.154.155.157を示し、第
5図(C)、(D)は光路間隔の2倍のシフト量を持つ
素子151,153,156,158を示している。ま
た本図中の実線はP成分の光ビームの経路を示し、破線
はS成分の光ビームの経路を示す。 まず、光路間隔に等しいシフト量を持つ素子152、1
54.155.157について説明する。第5図(A)
。 (B)に示すように、半波長板42が挿入されていない
ビームスプリッタ41に入射するP成分の光ビームおよ
びこれにより1段下の半波長板42が挿入されたビーム
スプリッタ41に入射するS成分の光ビームは、いずれ
も半波長板42の存在しない間隙を通過する。このため
、この両者の光ビームはいずれも入射位置同じ高さにあ
るビームスプリッタ41から出射し、その偏光面もその
まま保たれる。 一方、半波長板42が挿入されていないビームスプリッ
タ41に入射するS成分の光ビームおよびこれにより1
段下の半波長板42が挿入されたビームスプリッタ41
に入射するP成分の光ビームは、いずれも半波長板42
の中を通過する。このため、前者のS成分はP成分に変
換されて、入射位置に対して1段下のビームスプリッタ
41から出射する。また、後者のP成分はS成分に変換
されて、入射位置に対して1段上のビームスプリッタ4
1から出射する。従って、この両者の光路および偏光面
が互いに入れ替わったことになり、本素子により光路間
隔に等しいシフト量の光路変換が実現される。 また、光路間隔の2倍のシフト量を持つ素子151、1
53.156.158の場合は、第5図(C)、CD)
に示すように、半波長板42が挿入されていないビーム
スプリッタ41に入射するP成分およびこれよりビーム
スプリッタ1個分(光路間隔の2倍)下の半波長板42
が挿入されていないビームスプリッタ41に入射するS
成分は、いずれも光路のシフト、偏光面の回転を受けな
いのに対し、半波長板42が挿入されていないビームス
プリッタ41に入射するS成分およびこれよりビームス
プリッタ1個分(光路間隔の2倍)下の半波長板42が
挿入されたビームスプリッタ41に入射するP成分は、
その光路および偏光面が互いに入れ替わる。従って、本
素子により光路間隔の2倍のシフト量の光路変換が実現
される。同様にして、各ビームスプリッタ4Iおよび半
波長板42の幅を光路間隔のn倍にすることにより、光
路間隔のn倍のシフト量を有する光路変換素子を構成す
ることができる。 第5図から明らかなように、光路間隔のn倍のシフト量
を有する光路変換素子中を通過する光の光路長をCとす
れば、βは光路間隔dと半波長板42の厚みtに対して
、2nd+t≦β≦4nd+tの関係がある。一方、第
2図に関する上述の説明から明らかなように、22N′
″N0本の光ビームのスイッチングするための光スイッ
チには光路のシフト量が光路間隔の2訃1倍、2訃2、
・・・・21倍、2°倍の光路変換素子がそれぞれ4個
ずつ必要になる。 従って、141などの偏光面制御素子の1段あたりの厚
みをTとすれば、22N″1本の光ビームをスイッチン
グするための光スイッチを通過する光の全光路長しは 8 (2N−1)d+4Nt+ (4N+l)T≦L 
≦16(2N−1)d+4Nt+(4N+1)Tの関係
を満たす。また、この時の最大の光路長差L6は8(2
N−1)dとなる。 これらの関係から、例えばd=2mm、 t=1mm、
 T=5mmとして、128チヤンネルの光スイッチを
構成する場合、N=3となるから、Lは最大でも30.
1cm、またL6は11.2cmとなる。この光スイッ
チを構成する各光学部材の平均的な屈折率を例えば1.
5とすれば、この光スイッチの通過に伴う信号の遅延は
最大約1.5nsであり、光路長差による信号のジッタ
は最大でも0.56nsとなる。従って、信号の伝送レ
ートが数十Mb/sの場合には、はとんど信号遅延ある
いはジッタの問題な(スイッチを構成できる。 また、本発明による光スイッチでは、偏光ビームスプリ
ッタ41および偏光面回転素子42をあらかじめ一体化
して光路変換素子を形成することができる。従って、本
発明による光スイッチでは、光ビームが通過する光学素
子とその数は、入力端子数および出力端子数が2Nの場
合、141のような偏光面制御素子が(2N−1)個、
一体化された151のような光路変換素子が(2N−2
)個、および両端部の偏光ビームスプリッタ111.1
12か2個である。すなわち、本発明は光路変換素子と
して偏光ビームスプリッタを集積することにより、素子
の一体化を図ることができ、従来技術に比較して、必要
な部品数を著しく少なくできる。このため、本発明によ
る多端子光スイッチは、従来の光スイッチに比較して調
整が簡単であり、かつ、装置の小型化を実現できるとい
う利点を有する。 なお、第1図の本発明の実施例では入力端子および出力
端子の数を32とじた場合について説明を行なっている
が、本発明は、任意の自然数nに対し、2@−’ < 
n≦2”を満たす整数mを求め、端子数2″′のスイッ
チを構成し、その中のn本の端子を用いることによって
、端子数nのスイッチとして動作させることができる。 従って、本発明は入力および出力の端子数については何
らの制約をも加えるものでない。 [発明の効果1 以上説明したように、本発明によれば、以上のような構
成により次のような効果が得られる。 (1)光路変換素子として集積化された偏光ビームスプ
リッタを用いて素子の一体化およびスイッチ通過光路の
短小化が図られるので、はとんど信号遅延あるいはジッ
タの問題な(スイッチを構成できる。 (2)光路変換素子として偏光ビームスプリッタを集積
することにより素子の一体化を図れるので、必要な部品
数を著しく少なくでき、これにより調整が簡単となって
、かつ装置の小型化を実現できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application 1] The present invention relates to a multi-terminal optical switch having a function of arbitrarily changing the order of optical paths of a plurality of light beams propagating in space. 1. Conventional technology 1. Optical switches are needed to diversify, increase reliability, and make optical fiber communication systems more economical. In particular, electronic optical switches operate at high speed and have no moving parts, making them highly reliable. It has the characteristics of being able to realize For example, an optical matrix switch has been proposed that switches wiring between a large number of input terminals and a large number of output terminals by switching the polarization state of a light beam propagating in space. FIG. 6 shows the structure of this conventional optical matrix switch. In FIG. 6, 1 is an input light beam, 2 is an output light beam, 3 is an input side polarization plane control element, 4 is an output side polarization plane control element, and 5 is a polarization beam splitter. The polarizing beam splitter 5 transmits the P waves passing in the horizontal and vertical directions in the figure, and refracts the S waves by 90 degrees. Furthermore, in the OFF state, the polarization plane control elements 3 and 4 do not affect the polarization plane of the passing light, and in the ON state, they rotate the polarization plane of the passing light by 90 degrees, thereby controlling the P waves and S waves from each other. Convert. It is also assumed that all input optical beams 1 of this switch are P waves. Using this switch, the i-th input optical beam in the figure is j
In order to extract the output light beam as the output light beam, the input side polarization plane control element 3 and the output side polarization plane control element 4 of the polarization beam splitter 5 are located at the intersection of the i-th input light beam and the j-th output light beam. It is sufficient to turn both of them ON and set all other polarization plane control elements to F. At this time,
The light beam that has reached the polarization beam splitter 5 is converted into an S wave by the input side polarization plane control element 3, refracted by the polarization beam splitter 5, and converted into a P wave again by the output side polarization plane control element 4. Propagates as an output light beam. On the other hand, two human-powered, two-output unit switches are connected in multiple stages, and two
A method of configuring a switch network has been invented that can realize all combinations between input terminals and output terminals by connecting N input terminals and 2N output terminals on a one-to-one basis. FIG. 7 shows the connection state of an eight-man power, eight-output switch network based on this construction method. In FIG. 7, solid lines 12 indicate wiring by optical fibers within the switch network. In addition, the rectangle 11 is a unit switch with two outputs powered by two people.
By external control, input ■ - ratio output, input ■ - ratio output connection form (through), input ■ - ratio output, input ■ -
Either one of the specific output connection types (cross) is used. The switch network shown in Figure 7 has 2N input terminals and 2N input terminals.
It can be easily expanded to a switch network with several output terminals. In this expansion, two switch networks each having 2N-1 terminals are arranged in parallel, and a unit switch stage is installed in front of the switch network to distribute one output from each of the two switch networks to each of the two switch networks.
This is realized by providing a unit switch stage that receives human power from each of the two switch networks at the subsequent stage. Here, the two output terminals of the i-th unit switch in the first stage are connected to the i-th unit switch in the next stage and the i+2N-1th (
when i≦2N-1) or i 2N-1th (i>2
”), and the two output terminals of the i-th unit switch in the previous stage of the final stage are connected to the i-th unit switch in the final stage and 1 + 2 N-1th (
when i≦2N-1) or 1-2N-1th (i >
2N-'), the above condition is satisfied. FIG. 8 shows wiring when the number of input terminals and the number of output terminals is set to 2'=32 as an example of expansion of the above switch network. The area 21 indicated by a broken line in this figure has the same structure as the 8-man power 8-output switch network shown in FIG. Furthermore, the region 22 indicated by the chain line frame forms a switch network with 16 manpower and 16 outputs constructed according to the above-mentioned extended algorithm. The entire switch network shown in FIG. 8 is obtained by further expanding this switch network 22 using the above algorithm. As is clear from the above algorithm and Figure 8,
-M-wise, a switch network with 2N input terminals and output terminals consists of a (2N-1) stage unit switch array containing 2N-1 unit switches per stage and an output of each cross-connect switch. 1, 2, 4... 2N-2 wiring networks are connected to the switches whose positions have been spatially shifted by 2N-2 in the next stage switch array, for a total of 2 stages each. It is composed of a wiring network of (2N-2) stages. As a method for configuring unit switches for optically realizing the above switch network, there is a method in which the rotation of the polarization plane of a passing light beam by a polarization plane control element corresponds to the operation of the unit switches. FIG. 9 is a diagram showing the operation of this unit switch. In FIG. 9, 31 and 32 are polarizing beam splitters, which transmit P waves and refract S waves by 90 degrees. 33 is a polarization plane control element disposed between the polarization beam splitters 31 and 32. In the OFF state, it does not affect the polarization plane of the passing light beam, and in the ON state, it changes the polarization plane of the passing light beam by 90 degrees. Rotate to exchange P waves and S waves. 34 and 35 are incident polarized beams, 34 is a P wave, and 35 is an S wave. 36 and 37 are output polarized beams, 36 is a P wave, and 37 is an S wave. In FIG. 9, when the polarization plane control element 33 is leaf F,
The polarization plane of the passing light beam does not change, and the incident light beam 34, which is a P wave, becomes the output light beam 36 as a P wave, and the incident light beam 35, which is an S wave, is refracted by 90 degrees by the polarizing beam splitter 32. This becomes an emitted light beam 37. On the other hand, when the polarization plane control element 33 is ON, the polarization plane of the passing light beam is rotated by 90 degrees, and the incident light beam 34, which is a P wave, is converted into an S wave and becomes an output light beam 37. S
The incident light beam 35, which is a wave, is converted into a P wave and becomes an output light beam 36. These two operations are equivalent to the two operations of through and cross of the unit switch defined above, considering the input light beam 34.35 as two human powers and the output light beam 36.37 as two outputs. [Problem to be Solved by the Invention] The conventional optical matrix switch as shown in FIG. 6 described above can realize a switching circuit with N input terminals and N output terminals with a simple configuration.However, , since N2 polarizing beam splitters are required for each N terminal number, the number of components becomes extremely large as the number N of terminals increases.In addition, the number of light beams is 2N-1 at maximum. It has the disadvantage that the passing loss is large because it passes through the polarization beam splitter and the polarization plane control elements on the input side and the output side.Also, if the polarization plane control element 33 as shown in Fig. 9 is used as a unit switch element, When configuring a switch network as shown in Figures 7 and 8, it is necessary to set up wiring between each switch stage. It is necessary to separate the wave into P waves and S waves, combine each with the other incident light beam of the next stage switch, and input it to the next stage switch.It has 2N input terminals and output terminals. If the optical beams are separated and combined using individual polarizing beam splitters for a switch network, 2N polarizing beam splitters will be required per stage of the wiring network.Therefore, wiring using polarizing beam splitters If a network is adopted, 2N (2N-2) polarizing beam splitters are required for the entire switch network, which has the disadvantage that the number of required components increases significantly as the number of terminals increases. As a result, the optical path of the signal light within the switch becomes longer, and the difference between the optical paths of each signal light increases, causing signal delay and jitter. The object of the present invention is to eliminate the drawbacks and provide a simple and downsized multi-terminal optical switch for switching a plurality of light beams propagating in free space. [Means for solving the problem] Achieving the above object. Therefore, the present invention provides a collimator light in which each of a plurality of incident signal lights has only one of two linearly polarized components orthogonal to each other, and the linearly polarized light components in the collimator light are orthogonal to each other. a signal light input means for synthesizing the signals and propagating them on the same optical path, and arranging the optical paths in an equally spaced grid pattern or in a row in parallel to enter the device; signal light emitting means for separating each of the plurality of collimated light beams into two mutually orthogonal linearly polarized light components and emitting the same to the outside of the device; and for allowing the two mutually orthogonal linearly polarized light components of the passing light beam to pass through as they are. a polarization plane control element array in which a plurality of polarization plane control elements are arranged corresponding to the optical path, and the plurality of polarization plane control elements are controlled to either mutually exchange these linearly polarized light components, and a plurality of light beams passing through the polarization plane control element array; For all of the above, the light beam is separated into two orthogonal linearly polarized components, and the optical path of one of the linearly polarized components is converted vertically or horizontally by a predetermined integer multiple of the optical path spacing. and an optical path changing element that combines the converted linearly polarized light component with a linearly polarized light component of another light beam that is not optically path-changed and that is separated into two mutually orthogonal linearly polarized components and propagates on the same optical path, A plurality of the polarization plane control element arrays and the optical path polarization elements are alternately arranged on the optical path of the plurality of collimated lights incident therein according to the number of the plurality of collimated lights. shall be. Further, as one form of the present invention, the optical path changing element may include a plurality of optical path changing elements that transmit one of two linearly polarized beams orthogonal to each other and reflect a portion of the linearly polarized beam in a direction perpendicular to the direction of entry thereof. a first polarizing beam splitter array in which polarizing beam splitters having the same shape and stacked in the traveling direction of the reflected linearly polarized light; a second polarizing beam splitter array such that the reflection directions of the two polarizing beam splitter arrays are opposite to each other;
and a polarization plane rotation element that mutually exchanges the polarization planes of two linearly polarized beams, and the width of the polarization plane rotation element is the same as the width of the laminated polarization beam splitter, and When this width is an integral multiple of the interval between the optical paths of a plurality of collimated lights incident into the device, and a plurality of the polarization plane rotation elements are arranged,
A feature is that these polarization rotation elements are arranged parallel to each other with a period twice the width. In another aspect of the present invention, the signal light input means includes a plurality of polarization-maintaining fibers for transmitting signals, and fixes the polarization-maintaining fibers in a grid pattern with equal intervals or in a line and in parallel. a block, and first and second collimated light beam emitting arrays each comprising a collimating rod lens that converts the output beam of the polarization-maintaining fiber into a bundle of parallel light beams; and input from the first and second collimated light beam emitting arrays. By transmitting one of the collimated lights and reflecting the other in a direction perpendicular to the direction of incidence, linearly polarized components of the collimated lights that are perpendicular to each other are combined onto the same optical path. It is characterized by having a polarized beam splitter for propagating the polarized light beam. [Function 1] The multi-terminal optical switch according to the present invention uses a polarizing beam splitter integrated as an optical path conversion element to integrate the elements and shorten the optical path passing through the switch. It is possible to realize downsizing. In particular, the present invention realizes the wiring function of multiple spatially propagating light beams with short optical path lengths and small optical path length differences using an optical path conversion element that integrates a polarization beam splitter and a polarization plane control element. In this respect, it is clearly different from the conventional technology. [Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a multi-terminal optical switch according to an embodiment of the present invention. This embodiment is an optical switch network equivalent to the above-mentioned switch network having 32 input terminals and 32 output terminals as shown in FIG. In FIG. 1, reference numerals 111 and 112 are collimated signal light beam radiation arrays for inputting signal light beams of a plurality of parallel ray bundles, and the light beam radiated from one radiation array 111 is a linearly polarized P wave. , the light beam emanating from the other radiating array 112 is linearly polarized S-wave. Reference numerals 121 and 122 designate collimated signal light beam output cupode arrays for respectively emitting a plurality of parallel light beams of signal light beams. 131 and 132 are polarizing beam splitters that transmit P waves and refract S waves by 90 degrees. The above-mentioned collimated signal light beam emitting arrays 111 and 112 are arranged on two sides of the former polarizing beam splitter 131 for optical multiplexing, and the above-mentioned collimated signal light beam output coupler array 12
1,122 is a polarizing beam splitter 1 for the latter optical branching.
It is placed on two sides of 32. Reference numerals 141 to 149 each represent a polarization plane control element array, and when a light beam incident on any of the polarization plane control elements on this array is turned on, the polarization plane is rotated by 90 degrees, and the P wave passing through the light beam is rotated by 90 degrees. and S waves alternate with each other. On the other hand, when the corresponding element is OFF, the polarization plane is not affected in any way, and the passing P waves and S waves remain unchanged. The polarization plane control element arrays 141 to 149 can be realized using, for example, liquid crystal cells that can control the rotation of the polarization plane by applying electrical energy. As such a liquid crystal cell, for example, 2 cells subjected to homogeneous alignment treatment are used.
Twisted nematic liquid crystal (nematic liquid crystal with positive dielectric anisotropy) is placed between two glass substrates, and the long axis direction of the liquid crystal molecules is twisted 90 degrees between the two glass substrates.
There is a liquid crystal cell called twisted nematic alignment cell (TN) or twisted nematic alignment cell. In addition, polarization plane rotation using electro-optic crystal BSO (bismuth silicon oxide, Bi+2SiOzo), and magneto-optic crystal YIG (Y3F, 5
0.2) The polarization plane control element array 1 can also be created by modulating the polarization plane by Faraday rotation using a magnetic field using a system crystal.
41-149 can be realized. Reference numerals 151 to 158 are optical path changing elements, each having a function of switching the optical path depending on the polarization plane of the incident light beam. As shown in FIG.
31, polarization plane control element arrays 141 to 149 and optical path conversion elements 151 to 158 are arranged alternately on the optical path of a plurality of collimated lights, and a polarization beam splitter 132 is arranged behind them. Here, each of the polarization plane control element arrays 141 to 149 corresponds to one stage of the unit switch in FIG. 8 described above, and the optical path conversion elements 151 to 158
Each corresponds to the wiring network between each switch stage in FIG. FIG. 2(A) shows the numbers of the emitted light beams on one of the radiating arrays 111 when viewed in the traveling direction of the light beams, and FIG. 2(B) shows the numbers of the radiating light beams on the other radiating array 111. The numbers of the synchrotron radiation beams above are shown respectively. In addition, Fig. 2 (C
) is the number of each output port on one output port array 121 when viewed in the direction of travel of the light beam.
FIG. 2(D) shows the numbers of each output port on the other output port array 122. Also, Figure 2 (
E) shows the number of the optical path of the light beam passing through the polarization plane control element arrays 141 to 149 and the optical path changing elements 151 to 158 when viewed in the direction in which the light beam travels. As shown in this figure, the elements and optical paths are arranged in an array of 4 rows and 4 columns, and are numbered sequentially from the upper left to the right. When n is an integer, the light beams numbered 2n and 2n-1 are combined by the polarizing beam splitter 131, and each propagates on the optical path n as a polarized beam having planes of polarization perpendicular to each other. In order to make the optical switch shown in FIG. 1 equivalent to the switch network shown in FIG. 154
.. 155 for 1. Regarding the optical path conversion elements 153 and 156, see 2. 4 for optical path conversion elements 152 and 157
1 optical path conversion elements 151 and 158 need to be shifted by 8. Here, the operation of shifting the optical path by 4 or 8 can be realized by shifting the optical path by one or two times the optical path interval in the vertical direction in FIG. 2(E). Further, the operation of shifting the optical path by 1 or 2 can be realized by shifting the optical path by 1 or 2 times the optical path interval in the left-right direction in FIG. 2(E). Generally, 22N (i) switching of one optical beam requires 22N optical paths, and the maximum difference in optical path numbers to be switched is 22N-1. If they are arranged at equal intervals in 2N rows and 2N columns, the required shift amount of the optical paths is at most 2N-1 times the optical path spacing.In other words, in the present invention, the two-dimensional arrangement of the optical paths allows for spatially large optical paths. It is possible to switch optical paths with large differences in numbers without requiring movement. Fig. 3 shows a cross-sectional configuration of the collimated signal light beam emitting arrays 111 and 112 of Fig. 1. In, 7
1 is a polarization-maintaining fiber, 72 is a glass or plastic block, and 73 is a SELFOC lens (registered trademark). The polarization-maintaining fibers 71 are arranged in blocks 72 such that each principal axis coincides with the direction of the adjacent fiber.
embedded in. Thereby, the optical signal to be transmitted can be emitted from the fiber 71 in the horizontal or vertical direction as linearly polarized light of P waves or S waves. The light emitted from the fiber 71 is collimated by the Selfox lens 73 and radiated as a light beam. At this time, the positions of the Selfox lenses 73 are adjusted and attached so that the output directions of the collimated light beams from each fiber are parallel to each other. 4(A) to (D), the optical path conversion element 151 of FIG.
-158 configuration is shown. FIG. 4(A) shows a horizontal type 8-shift optical path conversion element 151, 158 that shifts the optical path by twice the optical path spacing in the vertical direction, and FIG. 4-shift optical path conversion elements 152 and 157 are horizontally placed, and FIG. Figure 4 (D
) shows vertically placed one-shift optical path conversion elements 154 and 155 that shift the optical path by one time the optical path interval in the left-right direction. In FIGS. 4(A) to (D), 41 is a polarizing beam splitter, which separates incident light into two mutually orthogonal linearly polarized components (P component and S component), and allows the P component to pass through as is. The structure is such that the S component is reflected by a reflective surface inside the beam splitter. Reference numeral 42 denotes a half-wave plate (l/2-wave plate), which is arranged so that its main axis has an angle of 45° with respect to the polarization plane of the P component and S component with respect to the polarizing beam splitter 41. Therefore, the polarization planes of the P component and S component light that have passed through the half-wave plate 42 are rotated by 90 degrees, and the P component becomes the S component and the S component becomes the S component.
The components are each converted into P components. As shown in FIGS. 4A to 4D, the optical path converting elements 151 to 158 have two splitter arrays in which a plurality of elongated polarizing beam splitters 41 are stacked facing each other, and each beam splitter 41 is placed between the splitter arrays. The structure is such that every other half-wave plate 42 having the same width is inserted into the beam splitter 41. At this time, the widths of each beam splitter 41 and half-wave plate 420 are both made equal to the amount of shift of the optical path by these optical path changing elements 151 to 158. Fig. 5(A) - (DJ is equipped with the above optical path conversion elements 151 - 15)
8 shows the passage paths of the P component and S component light incident on FIG. 5(A) and 5(B) show elements 152.154.155.157 with a shift amount equal to the optical path spacing, and FIG. 5(C) and (D) show an element 152.154.155.157 with a shift amount twice the optical path spacing. Elements 151, 153, 156, and 158 are shown. Further, the solid line in this figure shows the path of the P component light beam, and the broken line shows the path of the S component light beam. First, the elements 152 and 1 have a shift amount equal to the optical path interval.
54.155.157 will be explained. Figure 5 (A)
. As shown in (B), a P-component light beam enters the beam splitter 41 in which the half-wave plate 42 is not inserted, and an S-component light beam enters the beam splitter 41 in which the half-wave plate 42 one step below is inserted. Each of the component light beams passes through a gap in which no half-wave plate 42 is present. Therefore, both of these light beams are emitted from the beam splitter 41 located at the same height as the incident position, and their polarization planes are also maintained as they are. On the other hand, the S-component light beam incident on the beam splitter 41 in which the half-wave plate 42 is not inserted;
Beam splitter 41 with half-wave plate 42 inserted at the bottom
Both of the P-component light beams incident on the half-wave plate 42
pass through. Therefore, the former S component is converted into a P component and output from the beam splitter 41 one stage below the incident position. The latter P component is converted to an S component, and the beam splitter 4, which is one stage higher than the incident position,
It emits from 1. Therefore, the optical paths and polarization planes of both are interchanged with each other, and the present element realizes optical path conversion with a shift amount equal to the optical path interval. In addition, the elements 151, 1 have a shift amount twice the optical path interval.
53.156.158, Figure 5 (C), CD)
As shown in , the P component incident on the beam splitter 41 without the half-wave plate 42 inserted and the half-wave plate 42 one beam splitter below (twice the optical path spacing)
S incident on the beam splitter 41 where is not inserted
None of the components undergoes a shift in the optical path or rotation of the plane of polarization, but the S component that enters the beam splitter 41 in which the half-wave plate 42 is not inserted and the S component that is incident on the beam splitter 41 in which the half-wave plate 42 is not inserted, The P component incident on the beam splitter 41 into which the lower half-wave plate 42 is inserted is:
Their optical paths and planes of polarization interchange with each other. Therefore, this element realizes optical path conversion with a shift amount twice the optical path interval. Similarly, by making the width of each beam splitter 4I and half-wave plate 42 n times the optical path spacing, it is possible to configure an optical path conversion element having a shift amount n times the optical path spacing. As is clear from FIG. 5, if the optical path length of the light passing through the optical path conversion element having a shift amount n times the optical path interval is C, β is the optical path interval d and the thickness t of the half-wave plate 42. On the other hand, there is a relationship of 2nd+t≦β≦4nd+t. On the other hand, as is clear from the above explanation regarding FIG.
``In an optical switch for switching N0 optical beams, the shift amount of the optical path is 2 times the optical path spacing, 2 times the optical path interval, 2 times the optical path distance,
... Four 21x and 2° optical path conversion elements are required. Therefore, if the thickness per stage of a polarization plane control element such as 141 is T, the total optical path length of light passing through an optical switch for switching one light beam is 8 (2N-1 )d+4Nt+ (4N+l)T≦L
The following relationship is satisfied: ≦16(2N-1)d+4Nt+(4N+1)T. In addition, the maximum optical path length difference L6 at this time is 8 (2
N-1)d. From these relationships, for example, d=2mm, t=1mm,
When configuring a 128-channel optical switch with T=5 mm, N=3, so L is 30.
1cm, and L6 is 11.2cm. For example, the average refractive index of each optical member constituting this optical switch is 1.
5, the signal delay due to passage through this optical switch is approximately 1.5 ns at maximum, and the signal jitter due to the difference in optical path length is 0.56 ns at maximum. Therefore, when the signal transmission rate is several tens of Mb/s, it is possible to configure a switch that has problems with signal delay or jitter. The optical path changing element can be formed by integrating the rotating element 42 in advance. Therefore, in the optical switch according to the present invention, the number of optical elements through which the light beam passes is as follows when the number of input terminals and the number of output terminals is 2N. , 141, (2N-1) polarization plane control elements,
An integrated optical path conversion element like 151 (2N-2
) and polarizing beam splitters 111.1 at both ends.
12 or 2 pieces. That is, in the present invention, by integrating a polarizing beam splitter as an optical path conversion element, the elements can be integrated, and the number of necessary parts can be significantly reduced compared to the conventional technology. Therefore, the multi-terminal optical switch according to the present invention has the advantage that adjustment is easier and the device can be made more compact than conventional optical switches. In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the case is explained in which the number of input terminals and output terminals is 32. However, in the present invention, for any natural number n, 2@-'<
By finding an integer m that satisfies n≦2'', configuring a switch with 2'' terminals, and using n terminals therein, it can be operated as a switch with n terminals. Therefore, the present invention does not impose any restrictions on the number of input and output terminals. [Effect 1 of the Invention As explained above, according to the present invention, the following effects can be obtained by the above configuration. (1) By using an integrated polarizing beam splitter as an optical path conversion element, the elements can be integrated and the optical path passing through the switch can be shortened, so it is possible to configure a switch that is free from problems such as signal delay or jitter. (2) By integrating a polarizing beam splitter as an optical path converting element, the elements can be integrated, so the number of necessary parts can be significantly reduced, and this makes adjustment easier and the device smaller.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の一実施例の多端子光スイッチの全体
の構成を示す斜視図、 第2図(A1−(D)は、第1図のコリメート光ビーム
放射アレイ、コリメート光出力ポードアレイ、および伝
搬するコリメート光の各光路の番号を示す図であり、 第2図(A)、(B)はコリメート光ビーム放射アレイ
中の各光ビームの番号を示す図、 第2図(C)、(D)はコリメート光出力ポードアレイ
中の各光ビームの番号を示す図、 第2図(E)は装置内を伝搬するコリメート光の光路の
番号を示す図、 第3図は第1図のコリメート光出力ポードアレイの構造
を示す断面図、 第4図(A)〜(DJは、第1図の光路変換素子の構造
を示す斜視図、 第5図(A)〜(D)ば1、第1図の光路変換素子を通
過するP偏光およびS偏光の光路を示す図であり、 第5図(A) 、 (B)は、一方の偏光成分を光路間
隔の1倍だけシフトする光路変換素子の光路を示す図、 第5図(C)、(DJは、一方の偏光成分を光路間隔の
2倍だけシフ1−する光路変換素子の光路を示す図、 第6図は、偏光ビームスプリッタをマトリクス状に配置
して構成した従来の光スイッチの構造を示す平面図、 第7図は、8人力8出力の従来の光スイツチ回路網の配
線を示す結線図、 第8図は、32人力32出力の従来の光スイツチ回路網
の配線を示す結線図、 第9図は、第7図、第8図のスイッチ回路として偏光面
制御素子による従来のスイッチの機能を示す光路図であ
る。 111.112・・・コリメート光ビーム放射アレイ、
121.122・・・コリメート光出力ポードアレイ、
131、132・・・ 偏光ビームスプリッタ、141
−149・・・偏光面制御素子アレイ、151〜159
・・・光路変換素子、 41・・・偏光ビームスプリッタ、 42・・・偏光面回転素子、 71・・・偏波保持ファイバ、 72・・・ガラスあるいはプラスチックのブロック、 73・・・セルフォックレンズ (登録商標)
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a multi-terminal optical switch according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 (A1-(D) shows the collimated light beam emitting array in FIG. , and the number of each optical path of the propagating collimated light; FIGS. 2(A) and 2(B) are diagrams showing the number of each optical beam in the collimated light beam emission array; , (D) is a diagram showing the number of each light beam in the collimated light output port array, FIG. 2 (E) is a diagram showing the number of the optical path of the collimated light propagating within the device, and FIG. 4(A)-(DJ is a perspective view showing the structure of the optical path conversion element in FIG. 1. FIG. 5(A)-(D) FIG. 5 is a diagram showing the optical paths of P-polarized light and S-polarized light passing through the optical path conversion element in FIG. (DJ is a diagram showing the optical path of an optical path conversion element that shifts one polarization component by twice the optical path spacing.) A plan view showing the structure of a conventional optical switch arranged in a matrix; Fig. 7 is a wiring diagram showing the wiring of a conventional optical switch circuit network with 8 manpower and 8 outputs; 111. A wiring diagram showing the wiring of a conventional optical switch circuit network for output. FIG. 9 is an optical path diagram showing the function of a conventional switch using a polarization plane control element as the switch circuit of FIGS. 7 and 8. 111. 112...Collimated light beam emitting array,
121.122...Collimated light output port array,
131, 132... Polarizing beam splitter, 141
-149...Polarization plane control element array, 151 to 159
... Optical path conversion element, 41 ... Polarization beam splitter, 42 ... Polarization plane rotation element, 71 ... Polarization maintaining fiber, 72 ... Glass or plastic block, 73 ... Selfoc lens (registered trademark)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)複数の入射信号光のそれぞれが互いに直交する2つ
の直線偏光成分のいずれか一方のみを有するコリメータ
光であって、該コリメータ光の中で互いに直交する直線
偏光成分であるもの同士を合成して同一光路上を伝搬さ
せるとともに、該光路を等間隔の格子状に、あるいは一
列状でかつ平行に配置して装置内に入射する信号光入射
手段と、該装置内から出射する複数のコリメート光ビー
ムのおのおのを互いに直交する2つの直線偏光成分に分
離して該装置外に出射させる信号光出射手段と、 通過する光ビームの互いに直交する2つの直線偏光成分
をそのまま通過させるか、あるいはこれらの直線偏光成
分を互いに交換するか、のいずれか一方に制御される偏
光面制御素子を前記光路に対応して複数個配置した偏光
面制御素子アレイと、 通過する複数の光ビームのすべてに対して、該光ビーム
を直交する2つの直線偏光成分に分離し、その一方の直
線偏光成分の光路を光路間隔の所定の整数倍だけ上下方
向または左右方向に変換して、この光路変換された直線
偏光成分を互いに直交する2つの直線偏光成分に分離さ
れた他の光ビームの光路変換されない直線偏光成分と合
成して同一光路上を伝搬させる光路変換素子とを有し、 前記装置内に入射された前記複数のコリメート光の光路
上に前記偏光面制御素子アレイと前記光路変換素子とを
当該複数のコリメート光の個数に応じて複数個交互に配
置して構成したことを特徴とする多端子光スイッチ。 2)前記光路変換素子は、互いに直交する2つの直線偏
光ビームの一方を透過し、該直線偏光ビームのもう一方
をその進入方向に対して垂直な方向に反射する複数個の
同一な形状を有した偏光ビームスプリッタを、前記の反
射された直線偏光の進行方向に向って積層した第1の偏
光ビームスプリッタアレイと、 該偏光ビームスプリッタアレイと同一形状で、かつ前記
直線偏光ビームの反射方向が逆となるように各偏光ビー
ムスプリッタが配置積層された第2の偏光ビームスプリ
ッタアレイと、 前記2つの偏光ビームスプリッタアレイに挟まれ、かつ
通過する前記互いに直交する2つの直線偏光ビームの偏
光面を互いに交換させる偏光面回転素子とによって一体
的に構成されており、該偏光面回転素子の幅は積層され
た個々の前記偏光ビームスプリッタの幅と同一であると
ともに、この幅が前記装置内に入射された複数のコリメ
ート光の光路の間隔の整数倍であり、 前記偏光面回転素子が複数枚配置される場合は、これら
の偏光回転素子が前記幅の2倍の周期で、互いに平行に
配列されることを特徴とする請求項1に記載の多端子光
スイッチ。 3)前記信号光入射手段は、信号を伝送する複数の偏波
保持ファイバ、該偏波保持ファイバを等間隔の格子状に
、あるいは一列状でかつ平行に固定するブロック、およ
び前記偏波保持ファイバの出射ビームを平行光線束にす
るコリメート用ロッドレンズからなる第1と第2のコリ
メート光ビーム放射アレイと、 該第1と第2のコリメート光ビーム放射アレイから入射
するコリメート光の一方を透過し、その他方をその進入
方向に対して垂直な方向に反射することにより該コリメ
ート光の中で互いに直交する直線偏光成分であるもの同
士を合成して同一光路上に伝搬させる偏光ビームスプリ
ッタとを有することを特徴とする請求項1または2に記
載の多端子光スイッチ。
[Scope of Claims] 1) A collimator light in which each of a plurality of incident signal lights has only one of two mutually orthogonal linearly polarized components, wherein the collimator light has only one of two mutually orthogonal linearly polarized components. a signal light input means for synthesizing certain light beams and propagating them on the same optical path, and arranging the light paths in a lattice shape with equal intervals or in a row in parallel to enter the device; Signal light emitting means for separating each of the plurality of emitted collimated light beams into two mutually orthogonal linearly polarized light components and emitting the same to the outside of the device; a polarization plane control element array in which a plurality of polarization plane control elements are arranged corresponding to the optical path, and the plurality of polarization plane control elements are controlled to either make the linearly polarized light components or exchange the linearly polarized light components with each other; For all of the beams, the light beam is separated into two orthogonal linearly polarized components, and the optical path of one of the linearly polarized components is transformed vertically or horizontally by a predetermined integral multiple of the optical path interval. an optical path converting element that combines the linearly polarized light component whose optical path has been changed with a linearly polarized light component whose optical path has not been changed of another light beam separated into two mutually orthogonal linearly polarized components and propagates the same on the same optical path; The apparatus is characterized in that a plurality of the polarization plane control element arrays and the optical path converting elements are arranged alternately on the optical path of the plurality of collimated lights incident on the apparatus according to the number of the plurality of collimated lights. Multi-terminal optical switch. 2) The optical path conversion element has a plurality of identical shapes that transmit one of the two linearly polarized beams orthogonal to each other and reflect the other linearly polarized beam in a direction perpendicular to the direction of incidence thereof. a first polarizing beam splitter array in which polarizing beam splitters stacked in the direction in which the reflected linearly polarized light travels; a second polarizing beam splitter array in which each polarizing beam splitter is arranged and stacked so that the planes of polarization of the two mutually orthogonal linearly polarized beams sandwiched between and passing through the two polarizing beam splitter arrays are mutually The width of the polarization plane rotation element is the same as the width of each of the stacked polarization beam splitters, and this width is the same as the width of the polarization plane rotation element that is to be replaced. is an integral multiple of the distance between the optical paths of the plurality of collimated lights, and when a plurality of the polarization plane rotation elements are arranged, these polarization rotation elements are arranged parallel to each other at a period twice the width. The multi-terminal optical switch according to claim 1, characterized in that: 3) The signal light input means includes a plurality of polarization-maintaining fibers for transmitting signals, a block for fixing the polarization-maintaining fibers in a lattice shape with equal intervals or in a row in parallel, and the polarization-maintaining fibers first and second collimated light beam emitting arrays each comprising a collimating rod lens that converts an emitted beam into a bundle of parallel light rays; , and a polarizing beam splitter that combines mutually orthogonal linearly polarized components of the collimated light and propagates them on the same optical path by reflecting the other in a direction perpendicular to the direction of entry thereof. The multi-terminal optical switch according to claim 1 or 2, characterized in that:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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