JPH0593924A

JPH0593924A - 光ゲートスイツチアレイ

Info

Publication number: JPH0593924A
Application number: JP25374691A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Kato; 正良加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-10-01
Filing date: 1991-10-01
Publication date: 1993-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】スイッチ特性が偏光に依存しなくて光利用効
率の高いものとすること。【構成】各々１本の光路をＮ本に分岐するＭ個の光分
岐回路１２ａ，１２ｂ，〜と、各々Ｍ本の光路を１本に
合波するＮ個の光合波回路１５ａ，〜とを２次元マトリ
クス状に対向配置させ、これらの光分岐回路１２ａ，１
２ｂ，〜と光合波回路１５ａ，〜との間に偏光分離手段
１７と個別制御自在なＭ×Ｎ個のセル１８ａ，１８ｂ，
〜を有する偏光制御手段１８と偏光合成手段１９とを順
に配設し、光分岐回路１３ａ，１３ｂ，〜を通して分岐
入射した信号光２２，２３，〜を、偏光分離手段１７に
より常光線２２ａ，２３ａ，〜と異常光線２２ｂ，２３
ｂ，〜とに分離させた後、対応するセル１８ａ，１８
ｂ，〜により偏光制御して偏光合成手段１９中での光路
を切換えて合成可能とし、対応する光合波回路１５ａ，
〜に対する光学的結合を制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光回路、光情
報処理などの分野において、光伝送路間の接続を任意に
切換えるために用いられる光ゲートスイッチアレイに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光路を電気的に切換える光スイッ
チとしては、図５に示すように、液晶シャッタ１を用い
たゲート型光スイッチがある。これは、昭和５９年度電
子通信学会総合全国大会において‘Ｓ１７−１１４×
４ゲート形光スイッチ（８−２９１）’として発表され
たもので、半導体レーザ２等から出射された光を各々光
分岐回路３により分岐し、各々の光信号に対して直交す
る偏光子により挾まれた液晶シャッタ１の偏光制御機能
により光信号の透過を電気的にオン・オフ制御すること
により、光合成回路４に対する光学的結合を制御し、光
スイッチングするようにしたものである。５は検出用の
フォトダイオードである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
光ゲートスイッチ構成による場合、ゲート部、即ち液晶
シャッタ１での偏光子により一方の直線偏光のみを利用
するものであり、光利用効率が偏光に依存してしまう。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、各々１本の光路をＮ本に分岐するＭ個の光分岐回路
と、各々Ｍ本の光路を１本に合波するＮ個（Ｍ，Ｎはと
もに２以上の自然数）の光合波回路とを２次元マトリク
ス状に対向配置させ、前記光分岐回路の各分岐光路出口
に対してコリメートレンズを設けるとともに前記光合波
回路の各分岐光路入口に対して集光レンズを設け、これ
らのコリメートレンズ及び集光レンズを介して前記光分
岐回路と前記光合波回路との間に偏光分離手段と個別制
御自在なＭ×Ｎ個のセルを有する偏光制御手段と偏光合
成手段とを順に配設し、前記偏光制御手段の各セルによ
り各信号光の偏光を制御して偏光合成手段に対する各偏
光光の光路を切換えて前記光分岐回路と前記光合成回路
との間の光学的結合を制御するようにした。

【０００５】この際、偏光分離手段と偏光合成手段と
を、請求項２記載の発明では、複屈折性を有する透明基
板とし、請求項３記載の発明では、互いに平行な回折格
子を配置した２重回折格子とした。

【０００６】

【作用】光分岐回路を通して分岐入射した信号光は、偏
光分離手段により常光線と異常光線とに分離されて偏光
制御手段の各セルに入射する。この偏光制御手段におい
て各セルにより信号光の偏光を制御して偏光を変換する
ことにより、分離された偏光成分の光路が切換えられて
偏光合成手段で再び合成されて、対応する光合波回路に
光学的に結合されて出射される。一方、偏光制御手段の
各セルにおいて偏光変換しないように制御することによ
り、分離された偏光成分は偏光合成手段で合成されず、
対応する光合波回路に光学的に結合されないものとな
る。よって、光学的に結合される部分では、分離された
偏光成分が再び合成されたものとなるので、スイッチ特
性が偏光に依存せず、光利用効率の高いものとなる。

【０００７】この際、偏光分離手段と偏光合成手段とを
複屈折性を有する透明基板とすれば、中間の偏光制御手
段を含めてこれらを積層一体化形成して小型化を図るこ
とができる。また、偏光分離手段と偏光合成手段とを２
重回折格子とすれば、安価で生産性に優れたものとな
る。

【０００８】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１ないし図３に基
づいて説明する。まず、図２は本実施例による光ゲート
スイッチアレイの概念的構成例を示すもので、半導体レ
ーザ（図示せず）等からの光信号を入力するためのＭ本
の入力ポート１１ａ，１１ｂ，〜，１１_M（Ｍは２以上
の自然数であり、ここではＭ＝３）を、各々Ｎ本の分岐
出力ポート１１ａ₁，１１ａ₂，〜，１１ａ_N，１１ｂ₁，
１１ｂ₂，〜，１１ｂ_N，〜，１１_M1，１１_M2，〜１１_MN
（Ｎは２以上の自然数であり、ここではＮ＝３）に分
岐する形状の光導波路構成のＭ個の光分岐回路１２ａ，
１２ｂ，〜，１２_M をｙ軸方向に積層配設させた光分岐
ユニット１３が設けられている。また、光信号を入力す
るためのＭ本ずつの分岐入力ポート１４ａ₁，１４ａ₂，
〜，１４ａ_M，１４ｂ₁，１４ｂ₂，〜，１４ｂ_M，１
４_N1，〜，１４_NMを各々１本ずつの出力ポート１４ａ，
１４ｂ，〜，１４_N に合波する形状の光導波路構成のＮ
個の光合波回路１５ａ，１５ｂ，〜，１５_N を光分岐ユ
ニット１３とは直交するｘ軸方向に積層配設させた光合
波ユニット１６が設けられている。これらのユニット１
３，１６は縦横方向が異なるように直交させた状態で２
次元マトリクス状に対向配置されている。即ち、対向部
ではＭ行Ｎ列のマトリクス構成となる。

【０００９】このようなユニット１３，１６間には光分
岐ユニット１３側から順に偏光分離手段１７、偏光制御
手段１８及び偏光合成手段１９が配設されている。偏光
分離手段１７の入射側には各分岐出力ポート１１ａ₁，
１１ａ₂，〜，１１ａ_N，１１ｂ₁，１１ｂ₂，〜，１１ｂ
_N，〜，１１_M1，１１_M2，〜，１１_MN に対応させてコリ
メートレンズ２０が設けられている。また、偏光合成手
段１９の出射側には各分岐入力ポート１４ａ₁，１４
ａ₂，〜，１４ａ_M，１４ｂ₁，１４ｂ₂，〜，１４ｂ_M，
〜，１４_N1，〜，１４_NM に対応させて集光レンズ２１
が設けられている。前記偏光制御手段１８は後述するよ
うに、例えば、ツイステッド・ネマチックＴＮ型の液晶
パネルによるものであり、Ｍ×Ｎ個のセルからなり、電
気的に個別にオン・オフ制御することにより、各信号光
の偏光を制御して後段の偏光合成手段１９中を通る偏光
の光路を切換えて、光分岐回路１２・光合波回路１５間
の光学的結合を制御し、出力側（出力ポート１４ａ，１
４ｂ，〜，１４_N ）への信号光の伝搬を切換えてスイッ
チングするようにしたものである。

【００１０】より具体的構造及び作用を図１により説明
する。ここでは、偏光分離手段１７、偏光合成手段１９
は、ともに複屈折性を有する平板状の透明基板、例え
ば、方解石を光軸に対して斜め４５°の面でカットした
ものにより構成されている。このような偏光分離手段１
７や偏光合成手段１９によれば、ｙ軸（紙面に平行）方
向に偏光面を有する常光線は結晶内を直進し、ｘ軸（紙
面に垂直）方向に偏光面を有する異常光線は結晶内で屈
折されて伝播する。また、偏光制御手段１８はＴＮ型液
晶パネルによるものであり、Ｍ×Ｎ個の液晶セルを有す
る。各液晶セルは液晶に印加する電界をオン・オフして
偏光面を回転させることにより偏光面を制御するもので
ある。セル駆動方式としては、通常の液晶パネルの駆動
方式と同様に、単純マトリクス又はアクティブマトリク
ス方式などによればよい。また、対応する分岐出力ポー
ト側と分岐入力ポート側とは、図示のように、ｙ軸方向
に所定量だけオフセットされた配置とされている。

【００１１】今、図１において、入力ポート１１ａから
入射された信号光２２は分岐されて分岐出力ポート１１
ａ_N に伝播される（分岐出力ポート１１ａ₁〜１１ａ_N-1
側についても同様）。コリメートレンズ２０によりコリ
メートされた信号光２２は、偏光分離手段（透明基板）
１７に入射され、その内の常光線２２ａは結晶内を直進
し、異常光線２２ｂは屈折されて伝播する。このように
互いに直交する偏光光２２ａ，２２ｂに分離された信号
光は偏光制御手段（液晶パネル）１８の液晶セル１８ａ
_N に入射する。ここに、オン状態で偏光面を９０°回転
するように構成した場合、各液晶セルにおいて、オン状
態では常光線は異常光線、異常光線は常光線に各々偏光
変換されるが、オフ状態では各偏光光が変換されないも
のとなる。よって、オン状態に制御された液晶セル１８
ａ_N を通過した各信号光成分は偏光合成手段（透明基
板）１９内で合成され、集光レンズ２１により集光され
て分岐入力ポート１４ａ₁ に出射結合され、出力ポート
１４ａから出射される。

【００１２】一方、例えば、入力ポート１１ｂに入射し
オフ状態に制御された液晶セル１８ｂ_N を通過した信号
光２３の常光線２３ａ、異常光線２３ｂは偏光変換を受
けないため、偏光合成手段１９においてさらに空間的に
分離され、後段の対応する分岐入力ポート１４ａ₂ には
光学的に結合されず、カットされるものとなる。

【００１３】即ち、入力ポート１１ａ〜１１_M より入射
した信号光を光分岐回路１２ａ〜１２_M により分配し、
分配された信号光の一つないしは複数個を各液晶セルの
状態制御による光ゲート動作により選択することによ
り、所望の出力ポート１４ａ〜１４_N より出射させるこ
とができる。

【００１４】ところで、図１に示すように構成した場
合、偏光分離手段１７、偏光合成手段１９となる複屈折
性を有する透明基板の板厚ｄは、常光線と異常光線との
分離角をθ、レンズ径をａとすると、各偏光光を空間的
に分離するためには、ｄ≧ａ／tanθ とする必要があ
る。また、液晶パネルは電極に透明電極を用い、偏光分
離手段１７、偏光合成手段１９用の複屈折性平板を基板
として用い、スペーサを介して対向させ、液晶を封入し
て作製する。即ち、偏光分離手段１７、偏光制御手段１
８と偏光合成手段１９とを積層一体化形成することがで
き、小型の光ゲートスイッチアレイとなる。この時、偏
光分離側と偏光合成側とでは光軸を必ずしも一致させる
必要はなく、液晶パネルを境として各々の光軸が対称に
なるように配設させてもよい。また、液晶自体もＴＮ型
に限らず、強誘電性結晶を用い、応答性を向上させても
よい。

【００１５】また、光分岐回路１２ａの光導波路（ポー
ト１１）には図３に示すように光ファイバを用い、Ｓｉ
基板２４上にフォトリグラフィ法と異方性エッチング法
とによりＶ溝２５を形成し、各レンズ２０及び光ファイ
バ（分岐出力ポート１１ａ₁〜１１ａ_N）を接着等によ
り固定し、これらの複数本の光ファイバを一部融着する
ことにより、入力ポート１１ａを作製するようにすれば
よい。他の光分岐回路１２ｂ〜１２_M はもちろん、光合
波回路１５ａ〜１５_N 側についても同様に作製すればよ
い。

【００１６】つづいて、本発明の第二の実施例を図４に
より説明する。本実施例は、複屈折性を有する透明基板
構成の偏光分離手段１７、偏光合成手段１９に代えて、
ガラス基板などの透明基板の両面に回折格子を形成した
２重回折格子による偏光分離手段２６、偏光合成手段２
７を、偏光制御手段１８と組合せ、各偏光光の分離、合
成に回折現象を利用するようにしたものである。光ゲー
トスイッチアレイとしての動作原理は、前記実施例と同
様である。

【００１７】ここで、この２重回折格子は深溝で光の波
長以下の格子間隔を有する高密度の回折格子をガラス基
板の両面に形成することにより、波長変動に対して安定
し、かつ、高効率であり、格子に平行な偏光面を有する
偏光光に対してグレーティングとして作用する偏光依存
性を有するものとなる。このような２重回折格子は、例
えば２光束干渉露光法により原盤を作製した後、電鋳に
よりスタンパを作製し、いわゆる２Ｐ法により複製する
ようにすれば安価に作製できる。また、ガラス基板上に
個別に作製した後、それらを互いに貼り合わせたもので
もよい。このような高密度の２重回折格子の偏光依存性
を用いて信号光の各偏光成分（常光線、異常光線）の分
離又は合成を行なうことにより、複屈折性透明基板の場
合と同等の機能が発揮される。ただし、信号光をブラッ
グ角近傍で入射させるため、図示のように傾斜させて用
いる必要があり、液晶パネルによる偏光制御手段１８と
しては別個のガラス基板等を用いて単独で作製する必要
がある。また、筐体を作製して図４に示すこれらの光学
部品を接着等により保持させる必要もある。

【００１８】なお、これらの実施例に代表される本発明
の光ゲートスイッチアレイは、可逆性を有し、双方向通
信が可能なことは明らかである。また、構成的にもこれ
らの実施例方式に限らず、例えば光分岐回路や光合成回
路としては、ガラス基板上に対するイオン拡散処理や、
Ｓｉ基板などの基板に対して通常の薄膜形成技術及び加
工技術を施すことにより、必要数の分岐又は合波用の光
導波路を形成したようなものであってもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、上述したように、光分岐回路
と光合波回路との間に、偏光分離手段、偏光制御手段及
び偏光合成手段を設け、偏光制御手段の各セルによる各
信号光の偏光を制御して偏光合成手段に対する光路を切
換えることにより、対応する光分岐回路と光合波回路と
の間の光学的結合を制御するようにしたので、光合波回
路側に伝播される信号光は常光線と異常光線との両方の
直線偏光成分の合成されたものとなり、スイッチ特性が
偏光に依存せず光利用効率の高いものとすることができ
る。

【００２０】この際、請求項２記載の発明によれば、偏
光分離手段と偏光合成手段とを複屈折性を有する透明基
板としたので、中間の偏光制御手段を含めてこれらを積
層一体化形成して小型化を図ることができ、また、請求
項３記載の発明によれば、偏光分離手段と偏光合成手段
とを２重回折格子としたので、スタンパ複製法等の利用
により安価で生産性に優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の断面的構成を示す側面
図である。

【図２】その概念的構成を示す斜視図である。

【図３】光分岐回路構成例を示す斜視図である。

【図４】本発明の第二の実施例の断面的構成を示す側面
図である。

【図５】従来例を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１２ａ〜１２_M 光分岐回路１５ａ〜１５_N 光合波回路１７，２６偏光分離手段１８偏光制御手段１９，２７偏光合成手段２０コリメートレンズ２１集光レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各々１本の光路をＮ本に分岐するＭ個の
光分岐回路と、各々Ｍ本の光路を１本に合波するＮ個
（Ｍ，Ｎはともに２以上の自然数）の光合波回路とを２
次元マトリクス状に対向配置させ、前記光分岐回路の各
分岐光路出口に対してコリメートレンズを設けるととも
に前記光合波回路の各分岐光路入口に対して集光レンズ
を設け、これらのコリメートレンズ及び集光レンズを介
して前記光分岐回路と前記光合波回路との間に偏光分離
手段と個別制御自在なＭ×Ｎ個のセルを有する偏光制御
手段と偏光合成手段とを順に配設し、前記偏光制御手段
の各セルにより各信号光の偏光を制御して偏光合成手段
に対する各偏光光の光路を切換えて前記光分岐回路と前
記光合成回路との間の光学的結合を制御するようにした
ことを特徴とする光ゲートスイッチアレイ。
【請求項２】偏光分離手段と偏光合成手段とを、複屈
折性を有する透明基板としたことを特徴とする請求項１
記載の光ゲートスイッチアレイ。
【請求項３】偏光分離手段と偏光合成手段とを、互い
に平行な回折格子を配置した２重回折格子としたことを
特徴とする請求項１記載の光ゲートスイッチアレイ。