JPH0519134B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光路切換スイツチに関し、特に光ビー
ムを偏光成分に応じ二方向に分離し、分離された
各光ビームを電気光学効果を利用し二つの光路上
へ交互に切換えて出射できるようにした電気光学
効果光路切換スイツチに関する。

近年光通信システムの進展に伴つて光路を切換
える各種の光路切換スイツチが研究開発されてい
る。

例えばメカニカルな切換方式による光路切換ス
イツチは低損失、低クロストークであると共に、
製作が比較的容易であるため光伝送路切換用スイ
ツチとして実用化されているものもある。

然しながら、メカニカルな光路切換スイツチは
可動部を有するため切換速度に限界があり、可動
部品の摩耗や疲労度があるため信頼性の点で問題
を残している。

一方電気光学効果や磁気光学効果を利用して光
路を切換える方式がある。電気光学効果とは結晶
体に電圧を印加した時にその結晶体の屈折率が変
化する現象をいう。このような性質を持つた結晶
体としては単結晶のLiNbO₃及び透明セラミツク
PLZT等がある。PLZTは電気光学効果が大きく
低電圧駆動ができる点で、光路切換スイツチ用素
子として有望とされている。

電気光学効果を利用した光路切換スイツチは高
速な切換が可能で信頼性の高い利点があるが、現
在知られているものはクロストーク及びノイズが
多い欠点がある。

上記PLZTを利用した光路切換スイツチとして
当初第１図ａ，ｂ図の如きものを考えた。

第１図において、１は入射光ビームを示す。既
知のように入射光ビーム１は偏光方向が直交する
二つの偏光方向を有する光ビーム１ａ，１ｂを成
分としている。該入射光ビーム１の光路上に一方
の偏光方向の光ビーム１ａのみの通過を許容する
光選択用の偏光素子２が配置され、該偏光素子２
を通過した光ビームの光路上に電圧印加により通
過する光ビームを異なる偏光方向に変換する電気
光学結晶素子３（PLZT）が配置され、該電気光
学結晶素子を出射した光ビーム１ａの光路上に該
光ビームの偏光方向に応じこれを直角又は直進方
向に出射する偏光素子（偏光ビームスプリツタ
ー）５が配置されている。

上記によつて入射光ビーム１は偏光素子２に入
射され、一方の偏光方向の光ビーム１ａのみがこ
れを通過し、電気光学結晶素子３に入射する。

電気光学結晶素子３には光路に平行で相対する
二つの面に電極が設けてあり、電源４に接続され
ている。電極面は通過する光ビームの偏光方向に
対して45゜傾斜している。

上記電気光学結晶素子３に電圧が印加されてい
ない場合には上記光ビーム１ａはその偏光方向が
変換されることなくこれを通過し、偏光素子（偏
光ビームスプリツター）５に入射する。偏光ビー
ムスプリツターは入射する光ビームをその偏光方
向に応じ互いに異なる二方向の光ビームに分離す
る機能を有するものであるから、第１図に示す如
く入射する光ビームが一方の偏光方向の光ビーム
である場合には、その偏光方向に応じこれを直進
方向又は直角方向にのみ出射する。同ａ図の場合
には偏光素子２によつて選択された光ビームはそ
の偏光方向が縦方向の光ビーム１ａであるから、
これと図示の如く反射し直角方向に出射する。

他方、第１図ｂに示すように電気光学結晶素子
３に所定の半波長電圧を印加した場合はこれに入
射する光ビーム１ａはその通過の際、偏光方向が
90゜回転するため、偏光方向が横方向の光ビーム
１a′に変換され偏光素子５に入射する。従つてこ
の光ビーム１a′は同素子５で反射されることなく
直進方向に出射されることとなる。

このように上記電気光学効果を利用した光路切
換スイツチは電気光学結晶素子３にスイツチ制御
信号に同期した所定の駆動電圧を印加することに
より入射光ビーム１を制御信号に同期して第１図
ａ又は同図ｂに示すような異なる二方向に光路を
切換えることができるものであるが、この方式に
よる光路切換スイツチの欠点として、電気光学結
晶素子３として用いられる透明セラミツクPLZT
が電圧の印加によつて通過する偏光ビームの一部
を散乱させ、該散乱光１a″が阻止されることなく
出口より出射するため、光路切換スイツチのクロ
ストークを大幅に増大し、ノイズ原因となること
が判明した。

即ち第１図ａに示す如く電気光学結晶素子３に
電圧が印加されていない場合にはこれを通過する
光ビームの散乱は許容し得る限度に止められ、該
散乱光の直進方向への出射は略ないと言つて良い
が、同図ｂに示す如く電気光学結晶素子３に電圧
が印加された場合にはこれを通過する光ビームの
一部が過度に散乱され偏光ビームスプリツター５
を直進せずに直角方向へ出射する欠点がある。

この電気光学結晶素子３の駆動時の過度の散乱
光が本来出射すべきでない方向（スイツチOFF
にある方向）に出射されることがクロストーク助
長及びノイズの大きな原因となる。これが電気光
学効果形スイツチの信頼性を著しく低下させ、実
用上の障害となる。

本発明は上記透明セラミツク類の電気光学結晶
素子を利用した光路切換スイツチの最大の課題と
なる上記光の漏れ、即ちクロストーク、ノイズの
原因を商業ベース上採算のとり得る極めて簡単な
手段にて効果的に除去しつつ、偏光分離による光
路切換えを適正に行なわせんとするものである。

以下本発明を第２図ａ，ｂに示した実施例に基
いて詳述する。

第２図ａ，ｂに示す如く、入射光ビーム１の光
路上に該入射光ビームをその偏光方向に応じ互い
に異なる二方向の光ビームに分離する偏光分離用
の偏光ビームスプリツター２０を配置し、該偏光
ビームスプリツター２０を通過して直角方向に出
射した一方の光ビーム１ａの光路上に電圧印加に
より光ビーム１ａを異なる偏光方向に変換する第
１二次電気光学結晶素子２１を配置する。

同様に偏光ビームスプリツター２０を通過して
直進方向に出射した他方の光ビーム１ｂの光路上
に電圧印加により光ビーム１ｂを異なる偏光方向
に変換する第２二次電気光学結晶素子２２を配置
する。

更に、上記第１二次電気光学結晶素子２１の出
射光路上に該第１二次電気光学結晶素子２１の
ONにより偏光方向が変換された光ビーム１a′の
みの通過を許容し、同素子２１のOFFにより偏
光方向が変換されない光ビーム１ａの通過を阻止
する光選択用の第１偏光素子２３を配置する。

同様に上記第２二次電気光学結晶素子２２の出
射光路上に該第２二次電気光学結晶素子２２の
ONにより偏光方向が変換された光ビーム１b′の
みの通過を許容し、同素子２２のOFFにより偏
光方向が変換されない光ビーム１ｂの通過を阻止
する光選択用の第２偏光素子２４を配置する。即
ち、実施例においては第１偏光素子２３は偏光方
向が縦方向の光ビームの通過を阻止し、第２偏光
素子２４は偏光方向が横方向の光ビームの通過を
阻止する如く配置されている。

再述すると、入射光ビーム１の光路上に該入射
光ビーム１をその偏光方向に応じ直進方向に出射
する光ビーム１ｂと直角方向に反射し出射する光
ビーム１ａとに分離する偏光ビームスプリツター
２０を配し、該偏光ビームスプリツター２０から
直角方向に出射した上記一方の光ビーム１ａの光
路上に該光ビーム１ａの通過を遮断し他方の偏光
方向を有する光ビームを通過する第１偏光素子２
３を、同偏光ビームスプリツター２０から直進方
向に出射した上記他方の光ビーム１ｂの光路上に
該光ビーム１ｂの通過を遮断し一方の偏光方向を
有する光ビームを通過する第２偏光素子２４を
夫々配置し、更に上記光ビーム１ａの通過を遮断
する第１偏光素子２３の入射側に偏光方向変換素
子たる第１二次電気光学結晶素子２１を、光ビー
ム１ｂの通過を遮断する第２偏光素子２４の入射
側に偏光方向変換素子たる第２二次電気光学結晶
素子２２を夫々一方がONであるとき他方がOFF
となるように配置し、上記第１，第２偏光素子２
３，２４は第１，第２二次電気光学結晶素子２１
又は２２のONにて偏光方向が変換された光ビー
ム１a′又は１b′のみの通過を許容するように配向
する。

次に上述した第２図の実施例に基きその作用を
説明する。

第２図ａは偏光ビームスプリツター２０により
分離し出射された一方の光ビーム１ｂの光路上の
第１二次電気光学結晶素子２２に電圧を印加
（ON）し、他方の同ビーム１ａの光路上の第２
二次電気光学結晶素子２１に電圧を印加しない
（OFF）場合を示し、同図ｂは同図ａとは逆に第
１二次電気光学結晶素子２１をONにし、第２二
次電気光学結晶素子２２をOFFにした場合を示
す。

離解を助けるため、ONにした同結晶素子側に
のみスイツチ駆動電源２５を図示した。

第２図ａ，ｂにおいて、例えば送信側光フアイ
バー２６からの入射光ビーム１はロツドレンズ等
（省略）を通り、平行ビームとなつて偏光ビーム
スプリツター２０に入射し、これによりその偏光
方向に応じ二つの光ビーム１ａ，１ｂに分離され
て出射する。第２図ａに示す如く、偏光ビームス
プリツター２０を直進して出射した光ビーム１ｂ
は電圧を印加しON状態にある第２二次電気光学
結晶素子２２を通過する時その偏光方向が90゜回
転され、第２偏光素子２４を通過できる状態に偏
光方向の変換（実施例では横方向から縦方向の偏
光方向の光ビームに変換）がなされる。このた
め、光ビーム１ｂは偏光方向の異なる光ビーム１
b′となつて、第２偏光素子２４から出射され、レ
ンズ系等を介して、例えば受信側光フアイバー２
８に取り込まれ伝播される。

上記光ビーム１ｂがON状態にある第２二次電
気光学結晶素子２２を通過する際、同ビームの一
部は散乱されるが第２の偏光素子２４の存在によ
つて阻止され、光フアイバー２８へ向け出射され
ることが全くなくノイズの要因を除去する。

他方同図ａに示す如く偏光ビームスプリツター
２０を直角方向に出射した光ビーム１ａは第１二
次電気結晶素子２１に電圧を印加していないた
め、散乱を生ずることなく偏光方向が回転されず
に通過し第１偏光素子２３で完全に遮断されるに
至る。

このため漏れ光が出射されて受信側光フアイバ
ー２７に取り込まれクロストークを発生させるこ
とが全くなくなる。

第２図Ｂの場合も、電圧印加が逆になるのみ
で、その動作原理は全く同じである。即ち、偏光
ビームスプリツター２０から直角方向に出射され
る光ビーム１ａは電圧を印加された第１二次電気
光学結晶素子２１を通過する際散乱を生じても第
１の偏光素子２３にてその通過を阻止されるので
ノイズの原因を作らず、他方偏光ビームスプリツ
ター２０から出射される電圧を印加されていない
第２二次電気光学結晶素子２２を通過した光ビー
ム１ｂは偏光方向が変換されないためその出口側
に配した第２偏光素子２４にて完全に遮断される
ので、漏れ光が出射されて受信側光フアイバー２
８に取り込まれクロストークを発生させることが
全くない。

本発明は偏光ビームスプリツターの偏光分離作
用を利用し、これを入射光ビームの入口に配し、
その二つの出口側に第１二次電気光学結晶素子及
び第１偏光素子の対と、第二次電気光学結晶素子
及び第２偏光素子の対とを上記の如く互いに逆動
作する如く組合せて対称配置する極めて簡素且つ
合理的な素子配列で偏光分離による光路切換が確
実且つ適正に行なえ、加えて本発明は以上説明し
たように、光ビームを遮断したい出口、及び光ビ
ームを通過させたい出口の何れにおいても、光散
乱による漏れ出射が一切ないため第１図で説明し
た如きクロストーク発生を極めて効果的に解消
し、更にノイズ低減効果も発揮し、電気光学結晶
素子を用いた偏光分離形電気光学効果光路切換ス
イツチにおける前記問題点を抜本的に解決するこ
とができた。

尚第１，第２の偏光素子２３，２４からの光ビ
ームの出射方向は図示の例に拘束されず、光路を
変換する素子を適宜介在する等してスイツチ機構
に応じ異なる方向としても良く、更に上記した本
発明の基本思想に従い、２分の１波長板を第１又
は第２の二次電気光学結晶素子２１，２２の入射
側又は出射側に配置する等の実施態様例が上げら
れる。この場合第１，第２の偏光素子２３，２４
は適宜その光軸方向を90゜変えて配置する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明と対比される光路切換ス
イツチの原理を素子配列を以つて示す斜視図であ
り、同図ａは電気光学結晶素子に電圧を印加して
いない場合の光路切換状態、同図ｂは同電圧を印
加した場合の光路切換状態を夫々示す。第２図
ａ，ｂは本発明の実施例を示す光路切換スイツチ
の原理を素子配列を以つて示す斜視図であり、同
図ａは二次電気光学結晶素子（透明セラミツク）
に電圧を印加していない場合の光路切換状態、同
図ｂは同電圧を印加した場合の光路切換状態を
夫々示す。 １……入射光ビーム、１ａ，１ｂ……互いに偏
光方向の異なる光ビーム、２０……偏光ビームス
プリツター、２１……第１二次電気光学結晶素
子、２２……第２二次電気光学結晶素子、２３…
…光選択用の第１偏光素子、２４……同第２偏光
素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入射光ビームの光路上に該入射光ビームをそ
   の偏光方向に応じ直進方向に出射する光ビームと
   直角方向に反射し出射する光ビームとに分離する
   偏光ビームスプリツターを配し、該偏光ビームス
   プリツターから直角方向に出射した一方の偏光方
   向を有する光ビームの光路上に該光ビームの通過
   を遮断し他方の偏光方向を有する光ビームを通過
   する第１偏光素子を、同偏光ビームスプリツター
   から直進方向に出射した上記他方の偏光方向を有
   する光ビームの光路上に該光ビームの通過を遮断
   し一方の偏光方向を有する光ビームを通過する第
   ２偏光素子を夫々配置し、更に上記偏光ビームス
   プリツターから直角方向に出射した光ビームの通
   過を遮断する第１偏光素子の入射側に偏光方向変
   換素子たる第１二次電気光学結晶素子を、同偏光
   ビームスプリツターから直進方向に出射した光ビ
   ームの通過を遮断する第２偏光素子の入射側に偏
   光方向変換素子たる第２二次電気光学結晶素子を
   夫々一方がONであるときに他方がOFFとなるよ
   うに配置し、上記第１偏光素子と第２偏光素子は
   該第１二次電気光学結晶素子と第２二次電気光学
   結晶素子の何れか一方のONにて偏光方向が変換
   された光ビームのみの通過を許容する構成とした
   ことを特徴とする光路切換スイツチ。