JPH0527272A - 光スイツチ及び送信モジユール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力端から出力端までを平行状態で構成し、
光ファイバとの接続を容易とすると共に接続部での占有
スペースの省略化を図ることが可能な光スイッチ及び送
信モジュールを提供する。 【構成】 光の分離を行う偏光分離手段及び光を屈曲さ
せる光屈折手段を備えた第１偏光分離プリズム９と、こ
の偏光分離プリズム９により光を屈曲されると共に分離
されたＰ偏光とＳ偏光とが入射できるように配置され電
圧印加により光路の切換えを行う液晶セル８と、この液
晶セル８を通過した光の合成を行う偏光合成手段及び光
を屈曲させる光屈折手段を備えた第２偏光プリズム１０
と、光を入出射させる光ファイバ１３，１４と、この光
ファイバ１３に連設されたカップリングレンズ１１，１
２とより光スイッチを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光スイッチ及び送信モ
ジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来における光スイッチ機構としては、
例えば、特開平２−１０００２５号公報に開示されてい
るものがある。これは、図９に示すように、中央には液
晶セル１が設けられ、この液晶セル１を挾んだ両側には
偏光ビームスプリッタ２ａ，２ｂ及び反射プリズム３
ａ，３ｂが配設されている。偏光ビームスプリッタ２ａ
の各面にはロッドレンズ４を介して２本の光ファイバ５
が接続され、また、偏光ビームスプリッタ２ｂの各面に
はロッドレンズ６を介して２本の光ファイバ７が接続さ
れている。

【０００３】この場合、光ファイバ５から入射し偏光ビ
ームスプリッタ２ａにより分離されたＰ偏光とＳ偏光と
は液晶セル１内に導かれ、この液晶セル１において液晶
分子の配列状態の変化を利用して偏光状態を切換えるこ
とにより、液晶セル１を通過後の偏光ビームスプリッタ
２ｂによって光路を切換え、その切換えられた光を光フ
ァイバ７から出射させるというものであり、これはいわ
ゆる、２×２の光スイッチからなる偏光制御型光切換え
スイッチと呼ばれるものである。

【０００４】また、この他に、「Ｏptical Ｓwitches
Ｕsing Ｌiquid Ｃrystals」というタイトルで、Ｓprin
ger Ｓeries in Ｅlectronicsand Ｐhotonics，vol２９
Ｐhotonic Ｓwitching ２ に開示されているようなもの
もある。この場合、前述したような光切換えスイッチを
４×４光スイッチの多段に構成したものとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したような２×２
の光スイッチの場合、入力端側２端子及び出力端側２端
子は、各々直交した構成となっているため、これにより
ファイバ端を装着した時の入出力部での空間スペースが
大きなものとなる。この場合、ファイバアレイを平行光
路として、入力側、出力側に構成しづらい点がある。ま
た、多チャンネルに展開した図７に示すような４×４の
光スイッチ構成においても、幅の大きいものとなる。さ
らに、前述したような例では、液晶セルも斜方向に設定
されるため、有効使用面積も比較的大きなものとなる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、光の分離を行う偏光分離手段及び光を屈曲させる光
屈折手段を備えた第１偏光分離プリズムと、この偏光分
離プリズムにより光を屈曲させると共に分離されたＰ偏
光とＳ偏光とが入射できるように配置され電圧印加によ
り光路の切換えを行う液晶セルと、この液晶セルを通過
した光の合成を行う偏光合成手段及び光を屈曲させる光
屈折手段を備えた第２偏光プリズムと、光を入出射させ
る光ファイバと、この光ファイバに連設されたカップリ
ングレンズとにより光スイッチを設けた。

【０００７】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、液晶セルを３層設け、この液晶セルの前
後に配置される第１及び第２の偏光分離プリズムの偏光
プリズム面を４群から形成し、一方の光ファイバから入
射し他方の光ファイバから出射する光が少なくとも６回
の偏光分離面及び反射面を通過するように設定した。

【０００８】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明において、液晶セルをＮ−１層設け、この液晶セル
の前後に配置される第１及び第２の偏光分離プリズムの
偏光プリズム面をＮ群から形成し、一方の光ファイバか
ら入射し他方の光ファイバから出射する光が少なくとも
２（Ｎ−１）回の偏光分離面及び反射面を通過するよう
に設定した。

【０００９】請求項４記載の発明では、光の分離を行う
偏光分離手段及び光を屈曲させる光屈折手段を備えた第
１偏光分離プリズムと、この偏光分離プリズムにより光
を屈曲させると共に分離されたＰ偏光とＳ偏光とが入射
できるように配置され電圧印加により光路の切換えを行
う液晶セルと、この液晶セルを通過した光の合成を行う
偏光合成手段及び光を屈曲させる光屈折手段を備えた第
２偏光プリズムと、光を入出射させる光ファイバと、こ
の光ファイバに連設されたカップリングレンズとよりな
り、前記液晶セルは３層設けられ、この液晶セルの前後
に配置される前記第１及び第２の偏光分離プリズムの偏
光プリズム面は４群から形成され、一方の前記光ファイ
バから入射し他方の前記光ファイバから出射する光が少
なくとも６回の偏光分離面を通過するように設定された
光ファイバを設け、発光素子アレイを４個設け、ファイ
バアレイを４列配設し、受光素子アレイを４個設けた。

【００１０】請求項５記載の発明では、光の分離を行う
偏光分離手段及び光を屈曲させる光屈折手段を備えた第
１偏光分離プリズムと、この偏光分離プリズムにより光
を屈曲させると共に分離されたＰ偏光とＳ偏光とが各々
垂直入射できるように配置され電圧印加により光路の切
換えを行う液晶セルと、この液晶セルを通過した光の合
成を行う偏光合成手段及び光を屈曲させる光屈折手段を
備えた第２偏光プリズムと、光を入出射させる光ファイ
バと、この光ファイバに連設されたカップリングレンズ
とよりなり、前記液晶セルはＮ−１層設けられ、この液
晶セルの前後に配置される前記第１及び第２の偏光分離
プリズムの偏光プリズム面はＮ群から形成され、一方の
前記光ファイバから入射し他方の前記光ファイバから出
射する光が少なくとも２（Ｎ−１）回の偏光分離面を通
過するように設定された光ファイバを設け、発光素子ア
レイをＮ個設け、ファイバアレイをＮ列配設し、受光素
子アレイをＮ個設けた。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明においては、Ｐ偏光及びＳ
偏光の分離点から合成点までの光路長が等しいため、高
速、高信頼性の信号切換えが可能となり、また、液晶セ
ルによる偏光制御を行えるため低電圧駆動が可能とな
る。

【００１２】請求項２及び３記載の発明においては、多
チャンネルをコンパクトに構成できるようになる。

【００１３】請求項４及び５記載の発明においては、ア
レイ状の構成が簡易にできるとともに、アレイ方向のサ
イズも小さくすることが可能となる。

【００１４】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１〜図４に基づい
て説明する。図１は偏光制御型の２×２光スイッチの基
本構成を示すものである。液晶セル８は中央に配置され
ており、その左右対称の位置には第１偏光分離プリズム
としての第１偏光ビームスプリッタ９、第２偏光分離プ
リズムとしての第２偏光ビームスプリッタ１０が配設さ
れている。この場合、それら偏光分離面９ａ，１０ａが
セル面８ａに対して垂直となるような位置関係に設定さ
れている。また、前記第１偏光ビームスプリッタ９は、
光の分離を行う図示しない偏光分離手段及び光を屈曲さ
せる図示しない光屈折手段を有している。前記第２偏光
ビームスプリッタ１０は、前記液晶セル８を通過した光
の合成を行う図示しない偏光合成手段及び図示しない光
を屈曲させる光屈折手段を有している。

【００１５】また、前記第１偏光ビームスプリッタ９、
前記第２偏光ビームスプリッタ１０の前記セル面８ａと
は反対側の位置には、それぞれ一対のカップリングレン
ズ１１，１２が２個平行に配置されている。前記カップ
リングレンズ１１には、外部からの光情報を導くための
光ファイバ１３が接続されている。また、前記カップリ
ングレンズ１２には、外部への光情報の伝達のための光
ファイバ１４が接続されている。

【００１６】このような構成において、まず、チャンネ
ル（入力端）Ａの光ファイバ１３から入力された光は、
カップリングレンズ１１によって平行光束に変換され
る。その後、偏光分離用のプリズムである第１偏光ビー
ムスプリッタ９に屈折入射し、その偏光分離面９ｂで偏
光分離される。すなわち、Ｓ偏光は正反射光となり、Ｐ
偏光はそのまま透過光となる。そして、これらＳ，Ｐ偏
光は第１偏光ビームスプリッタ９を通過することにより
各々平行な２つの光束となり、液晶セル８のセル面８ａ
に垂直に入射する。この時、液晶セル８の印加電圧を制
御することにより、Ｓ，Ｐの偏光状態を変えることがで
きる。この液晶セル８には、ネマチック型と強誘電型と
があるが、いずれも適用させることができる。そして、
その印加された電圧によって偏光状態を変換し、光路の
切換えを行うことが可能となる。

【００１７】図１では、液晶セル８によりＳ偏光がＰ偏
光に変換され、Ｐ偏光がＳ偏光に変換された状態を示す
ものである。図２は偏光分離面９ａでのＳ，Ｐの偏光分
離の状態を示すものである。そして、その後は、第２偏
光ビームスプリッタ１０に入射し、その偏光分離面１０
ａによってＳ偏光は正反射され、Ｐ偏光はそのまま透過
して、これにより両者が合成されカップリングレンズ１
２に導かれ、光ファイバ１４の出力端Ｄに結合され、外
部へ伝送されることになる。このような一連の動作によ
り、入力端Ａは出力端Ｄに接続されたことになる。

【００１８】また、このような動作過程において、液晶
セル８による偏光切換えを行わない場合には、入力端Ａ
は出力端Ｃと接続されることになる。また、入力端Ｂに
ついても上述したような入力端Ａと同様な切換えを行う
ことが可能であり、全体として、２×２の光切換えスイ
ッチを実現することができる。

【００１９】図３は偏光分離面９ａ，１０ａ（多層膜）
の反射率の角度依存性を、また、図４はその反射率の波
長依存性をそれぞれ示したものである。図中、ＲｓはＳ
偏光の反射率を表わし、ＲｐはＰ偏光の反射率を表わ
す。この場合、偏光分離には、基本的にブリュスター角
を利用することにより、極めて良好な偏光分離特性を得
ることができ、しかも、これにより波長許容量も大き
く、信頼性（安定性）の高いデバイス構成を得ることが
可能となる。また、本実施例のような構成とすることに
より、幅（高さ）方向にコンパクト化が可能な構成とす
ることができ、ブリュスター角などの適用により、高消
光比を得ることが可能となる。

【００２０】次に、本発明の第二の実施例を図５に基づ
いて説明する。これは、前述した図１の基本構成をもと
に、多チャンネル光スイッチへ応用した場合のものであ
り、４×４の光切換えスイッチの構成となっている。こ
こでは、３個の液晶セル８，１５，１６が設けられ、こ
の液晶セル８の前後には第１及び第２の偏光分離プリズ
ム１７，１８が配置され、液晶セル１５の入力側には第
１偏光ビームスプリッタ９が配置され、液晶セル１６の
出力側には第２偏光ビームスプリッタ１０が配置されて
いる。このように第１及び第２の偏光分離プリズム９，
１０，１７，１８により偏光プリズム面は４群から形成
されている。また、ここでは、一方の光ファイバ１３か
ら入射し他方の光ファイバ１４から出射する光は、少な
くとも６回の偏光分離面９ａ，１０ａ，１７ａ，１８ａ
を通過するように設定されている。なお、第１及び第２
の偏光分離プリズム１７，１８には、一部に全反射面１
９が形成されている。

【００２１】このような構成において、図９の従来例を
同様な４×４の光スイッチに構成した例を比較のために
構成した例を図７に示す。この図７において、入力端及
び出力端での光ファイバ１３，１４は本発明の目的の一
つである平行な状態で構成されてはいるが、しかし、そ
のような斜傾型の偏光ビームスプリッタを用いたような
構成では、幅方向のコンパクト化などの目的は達成され
ておらず、依然として２×２の光スイッチの従来におけ
る欠点をそのまま内在している。これに対して、本実施
例のような構成とすることにより、多チャンネルでもコ
ンパクト化することができ、しかも、入力から出力まで
の光路長を従来よりも短くできるため、高性能、高信頼
化を図ることが可能となる。

【００２２】次に、本発明の第三の実施例を図６に基づ
いて説明する。ここでは、上述したような光スイッチの
特性を活かし、送信モジュールを構成したものである。
すなわち、入力側には、発光素子アレイ２０が４個設け
られ、これらに対応してＩ／Ｆカップラー２１が配設さ
れている。Ｉ／Ｆカップラー２１には光ファイバ１３が
接続され、これにより４列からなるファイバアレイを構
成している。また、出力側には、光ファイバ１４と接続
された受光素子アレイ２２が４個設けられている。この
ように発光素子アレイ２０と、受光素子アレイ２２と、
光ファイバ１３，１４とを組合わせることにより、スイ
ッチ機能をもつパラレル送信モジュールを構成すること
ができるため、アレイ状の構成が簡易化されると共にア
レイ方向のサイズも小さくすることが可能となる。

【００２３】最後に、偏光分離面と反射面との関係を図
８に基づいて説明しておく。これまで述べてきたように
（ａ）に示すような偏光分離プリズム２３のような構成
では偏光分離面２４をビーム２５は通過していくが、こ
れを今、厚さｔだけコンパクト化した（ｂ）に示すよう
な構成とすると、反射面２６にてビーム２５が反射され
光路を変更することになるため、その分、偏光分離面を
通過する回数は減ることになる。

【００２４】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、光の分離を行う
偏光分離手段及び光を屈曲させる光屈折手段を備えた第
１偏光分離プリズムと、この偏光分離プリズムにより光
を屈曲させると共に分離されたＰ偏光とＳ偏光とが入射
できるように配置され電圧印加により光路の切換えを行
う液晶セルと、この液晶セルを通過した光の合成を行う
偏光合成手段及び光を屈曲させる光屈折手段を備えた第
２偏光プリズムと、光を入出射させる光ファイバと、こ
の光ファイバに連設されたカップリングレンズとにより
光スイッチを設けたので、Ｐ偏光及びＳ偏光の分離点か
ら合成点までの光路長が等しいため、高速、高信頼性の
信号切換えが可能となり、また、液晶セルによる偏光制
御を行えるため低電圧駆動が可能となり、さらに、幅方
向のコンパクト化された構成とすることができるもので
ある。

【００２５】請求項２記載の発明は、液晶セルを３層設
け、この液晶セルの前後に配置される第１及び第２の偏
光分離プリズムの偏光プリズム面を４群から形成し、一
方の光ファイバから入射し他方の光ファイバから出射す
る光が少なくとも６回の偏光分離面及び反射面を通過す
るように設定したので、多チャンネルをコンパクトに構
成できるようになり、これにより小型化を図ることがで
きると共に入力から出力までの光路長を短くできるため
高性能化、高信頼化を図ることができるものである。

【００２６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、液晶セルをＮ−１層設け、この液晶セルの
前後に配置される第１及び第２の偏光分離プリズムの偏
光プリズム面をＮ群から形成し、一方の光ファイバから
入射し他方の光ファイバから出射する光が少なくとも２
（Ｎ−１）回の偏光分離面及び反射面を通過するように
設定したので、請求項２記載の発明と同様な効果を得る
ことができるものである。

【００２７】請求項４記載の発明は、光の分離を行う偏
光分離手段及び光を屈曲させる光屈折手段を備えた第１
偏光分離プリズムと、この偏光分離プリズムにより光を
屈曲させると共に分離されたＰ偏光とＳ偏光とが入射で
きるように配置され電圧印加により光路の切換えを行う
液晶セルと、この液晶セルを通過した光の合成を行う偏
光合成手段及び光を屈曲させる光屈折手段を備えた第２
偏光プリズムと、光を入出射させる光ファイバと、この
光ファイバに連設されたカップリングレンズとよりな
り、前記液晶セルは３層設けられ、この液晶セルの前後
に配置される前記第１及び第２の偏光分離プリズムの偏
光プリズム面は４群から形成され、一方の前記光ファイ
バから入射し他方の前記光ファイバから出射する光が少
なくとも６回の偏光分離面を通過するように設定された
光ファイバを設け、発光素子アレイを４個設け、ファイ
バアレイを４列配設し、受光素子アレイを４個設けたの
で、アレイ状の構成が簡易にできるとともに、アレイ方
向のサイズも小さくすることが可能となり、これにより
細長の構成が全体として可能となるものである。

【００２８】請求項５記載の発明では、光の分離を行う
偏光分離手段及び光を屈曲させる光屈折手段を備えた第
１偏光分離プリズムと、この偏光分離プリズムにより光
を屈曲させると共に分離されたＰ偏光とＳ偏光とが各々
垂直入射できるように配置され電圧印加により光路の切
換えを行う液晶セルと、この液晶セルを通過した光の合
成を行う偏光合成手段及び光を屈曲させる光屈折手段を
備えた第２偏光プリズムと、光を入出射させる光ファイ
バと、この光ファイバに連設されたカップリングレンズ
とよりなり、前記液晶セルはＮ−１層設けられ、この液
晶セルの前後に配置される前記第１及び第２の偏光分離
プリズムの偏光プリズム面はＮ群から形成され、一方の
前記光ファイバから入射し他方の前記光ファイバから出
射する光が少なくとも２（Ｎ−１）回の偏光分離面を通
過するように設定された光ファイバを設け、発光素子ア
レイをＮ個設け、ファイバアレイをＮ列配設し、受光素
子アレイをＮ個設けたので、請求項４記載の発明と同様
な効果を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例である光スイッチの様子
を示す構成図である。

【図２】偏光分離プリズムによる光の分離の様子を示す
光路図である。

【図３】偏光分離面の反射率の角度依存性を示す特性図
である。

【図４】偏光分離面の反射率の波長依存性を示す特性図
である。

【図５】本発明の第二の実施例である多チャンネル光ス
イッチの様子を示す構成図である。

【図６】本発明の第三の実施例である送信モジュールの
様子を示す構成図である。

【図７】従来の構成を４×４の光スイッチに適用した場
合の様子を示す構成図である。

【図８】（ａ）は偏光分離面を通過するビームの様子を
示す光路図、（ｂ）は反射面により反射されるビームの
様子を示す光路図である。

【図９】従来における２×２の光スイッチの様子を示す
構成図である。

【符号の説明】

８ 液晶セル ９ 第１偏光分離プリズム ９ａ 偏光分離面 １０ 第２偏光分離プリズム １０ａ 偏光分離面 １３，１４ 光ファイバ １７ 第１偏光分離プリズム １７ａ 偏光分離面 １８ 第２偏光分離プリズム １８ａ，２４ 偏光分離面 ２６ 反射面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の分離を行う偏光分離手段及び光を屈
   曲させる光屈折手段を備えた第１偏光分離プリズムと、
   この偏光分離プリズムにより光を屈曲させると共に分離
   されたＰ偏光とＳ偏光とが入射できるように配置され電
   圧印加により光路の切換えを行う液晶セルと、この液晶
   セルを通過した光の合成を行う偏光合成手段及び光を屈
   曲させる光屈折手段を備えた第２偏光プリズムと、光を
   入出射させる光ファイバと、この光ファイバに連設され
   たカップリングレンズとよりなることを特徴とする光ス
   イッチ。
2. 【請求項２】 液晶セルを３層設け、この液晶セルの前
   後に配置される第１及び第２の偏光分離プリズムの偏光
   プリズム面を４群から形成し、一方の光ファイバから入
   射し他方の光ファイバから出射する光が少なくとも６回
   の偏光分離面及び反射面を通過するように設定したこと
   を特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
3. 【請求項３】 液晶セルをＮ−１層設け、この液晶セル
   の前後に配置される第１及び第２の偏光分離プリズムの
   偏光プリズム面をＮ群から形成し、一方の光ファイバか
   ら入射し他方の光ファイバから出射する光が少なくとも
   ２（Ｎ−１）回の偏光分離面及び反射面を通過するよう
   に設定したことを特徴とする請求項１記載の光スイッ
   チ。
4. 【請求項４】 光の分離を行う偏光分離手段及び光を屈
   曲させる光屈折手段を備えた第１偏光分離プリズムと、
   この偏光分離プリズムにより光を屈曲させると共に分離
   されたＰ偏光とＳ偏光とが入射できるように配置され電
   圧印加により光路の切換えを行う液晶セルと、この液晶
   セルを通過した光の合成を行う偏光合成手段及び光を屈
   曲させる光屈折手段を備えた第２偏光プリズムと、光を
   入出射させる光ファイバと、この光ファイバに連設され
   たカップリングレンズとよりなり、前記液晶セルは３層
   設けられ、この液晶セルの前後に配置される前記第１及
   び第２の偏光分離プリズムの偏光プリズム面は４群から
   形成され、一方の前記光ファイバから入射し他方の前記
   光ファイバから出射する光が少なくとも６回の偏光分離
   面を通過するように設定された光ファイバを設け、発光
   素子アレイを４個設け、ファイバアレイを４列配設し、
   受光素子アレイを４個設けたことを特徴とする送信モジ
   ュール。
5. 【請求項５】 光の分離を行う偏光分離手段及び光を屈
   曲させる光屈折手段を備えた第１偏光分離プリズムと、
   この偏光分離プリズムにより光を屈曲させると共に分離
   されたＰ偏光とＳ偏光とが各々垂直入射できるように配
   置され電圧印加により光路の切換えを行う液晶セルと、
   この液晶セルを通過した光の合成を行う偏光合成手段及
   び光を屈曲させる光屈折手段を備えた第２偏光プリズム
   と、光を入出射させる光ファイバと、この光ファイバに
   連設されたカップリングレンズとよりなり、前記液晶セ
   ルはＮ−１層設けられ、この液晶セルの前後に配置され
   る前記第１及び第２の偏光分離プリズムの偏光プリズム
   面はＮ群から形成され、 一方の前記光ファイバから入射し他方の前記光ファイバ
   から出射する光が少なくとも２（Ｎ−１）回の偏光分離
   面を通過するように設定された光ファイバを設け、発光
   素子アレイをＮ個設け、ファイバアレイをＮ列配設し、
   受光素子アレイをＮ個設けたことを特徴とする送信モジ
   ュール。