JPH0627501A

JPH0627501A - 光スイッチ

Info

Publication number: JPH0627501A
Application number: JP18521592A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Okayama; 秀彰岡山; Masato Kawahara; 正人川原
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1992-07-13
Filing date: 1992-07-13
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】ホログラム型の光スイッチであって従来より
クロストークを低減出来かつ出力ポートへの入射ロスを
少なく出来る光スイッチを提供する。【構成】Ｍ個の入力ポート２１と、Ｎ個の出力ポート
２３と、これら入力ポート及び出力ポート間に設けら
れ、各入力ポートと対向する位置にホログラム２５ａが
それぞれ形成される第１の能動型のホログラム装置２５
と、この第１の能動型ホログラム装置２５及び各出力ポ
ート２３（出力ポート群）間に設けられ、各出力ポート
２３と対向する位置にホログラム２７ａがそれぞれ形成
される第２の能動型ホログラム装置２７とを具える（た
だし、Ｍは１以上の整数であり、Ｎは２以上の整数であ
る。）。第１及び第２の能動型ホログラム装置２５、２
７を液晶ディスプレイで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光路をホログラムに
よって切り換える型の光スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光交換システムを実現するためには、光
信号経路を任意に切り換えることができる光スイッチの
実現が不可欠になる。従来このような光スイッチの一種
として、ホログラムにより光路を切り換える型の光スイ
ッチがあった（例えば文献Ｉ：オープラスイー（Ｏ
ｐｌｕｓＥ），（１９９１．１０），ｐ．５２−５
３）。以下、この文献Ｉに開示の光スイッチの構成につ
いて簡単に説明する。図７はその説明に供する図であ
り、文献Ｉに開示の光スイッチの構成を概略的に示した
斜視図である。

【０００３】この従来の光スイッチは、複数の入力ポー
ト（図示例では４個の入力ポート）１１ａ〜１１ｄと、
これら入力ポートに対向する位置それぞれにホログラム
１３ａ〜１３ｄが形成される能動型のホログラム装置１
３と、複数の出力ポート１５ａ〜１５ｄとを具えてい
た。能動型のホログラム１３はこの場合多数の画素を有
する液晶ディスプレイ（ただし、偏光板ははずされてい
るもの）により構成されていた。

【０００４】この従来の光スイッチでは、液晶ディスプ
レイの各画素に加える電圧を制御することにより、ホロ
グラム装置１３上のホログラム１３ａ〜１３ｄをリアル
タイムに異なるホログラムに書き換えることができる。
すなわち、任意の入力ポートと対向しているホログラム
を、任意の出力ポートに光を導くような屈折率分布を有
するホログラムとなるように書き換えることができるの
で、４×４規模の光交換機の機能が得られた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ホログラム型の光スイッチでは、互いに対向し合ってい
る入出力ポート同士間の接続（例えば図７の１１ａ→１
３ａ→１５ａのような接続）では光は出力ポートに平行
に入射されるので問題ないが、それ以外の接続（例えば
図７の１１ａ→１３ａ→１５ｄのような接続）の場合、
光はホログラム装置１３によって所定の出力ポート側に
回折されるので所定の出力ポートに対し斜めに入射され
るようにするため、出力ポートへの入射ロスが生じると
いう問題があった。

【０００６】また、出力ポートに上述のように光が斜め
に照射されるということは、光スイッチ規模が増大し出
力ポート間距離が狭くなった場合に光が所定の出力ポー
ト以外の出力ポートにも及び易くなるので、クロストー
クが生じ易いという問題点があった。

【０００７】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの発明の目的は、ホログラムを用い
た光スイッチであって従来より光信号の出力ポートへの
入射ロスを低減できかつクロストークの低減が図れる光
スイッチを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明の光スイッチによれば、Ｍ個の入力ポート
と、Ｎ個の出力ポートと、これら入力ポート及び出力ポ
ート間に設けられ、各入力ポートと対向する位置にホロ
グラムがそれぞれ形成される能動型のホログラム装置と
を具える光スイッチにおいて（ただし、Ｍは１以上の整
数であり、Ｎは２以上の整数である。）、能動型ホログ
ラム装置（以下、「第１の能動型ホログラム装置」とも
いう。）と出力ポート群との間に、各出力ポートと対向
する位置にホログラムがそれぞれ形成される第２の能動
型ホログラム装置を、具えたことを特徴とする。

【０００９】ここで、第１の能動型ホログラム装置及び
第２の能動型ホログラム装置はいずれも種々の好適なも
ので構成できる。例えば、液晶ディスプレイ（偏光板を
有しないもの）はこれらホログラム装置を構成するもの
として好適である。また、電気光学効果を示す基板に微
細なグレーティング及び多数の電極を施しこれら電極を
選択的に駆動し局部的に屈折率変化を生じさせるような
装置でも、これら能動型ホログラムを構成することが可
能である。

【００１０】また、この発明の実施に当たり、第１の能
動型ホログラム及び第２の能動型ホログラムそれぞれ
を、互いが共焦点形となるような構造及び配置とするの
が好適である。ここで、共焦点形とする場合の具体的な
構造例としては、両ホログラム装置を構成する基板を、
平面状のものではなく、多数の面を持つ、かつ、これら
面からそれぞれ引いた垂線が一点で交差するような（つ
まり共焦点を持つような）多数の面を持つ基板とし、こ
れら多数の面それぞれをホログラム形成面とした構成
（例えば後述の実施例の項の図３参照）が挙げられる。
そして、これら能動型ホログラム装置を、その一方の装
置の焦点が他方の装置のあるホログラム形成面にほぼ位
置するように、対向配置する構成が挙げられる（図２参
照）。また、この発明では、第１及び第２の能動型ホロ
グラム自体で共焦点型を構成するのみに限られずこれら
と他の構成成分とを組み合わせて共焦点型の能動型ホロ
グラムを構成する場合も発明の範囲に含む。具体例とし
ては、両ホログラム装置それぞれを平面形のもの（例え
ば平面型液晶ディスプレイ）で構成し、これら液晶ディ
スプレイ間にこれら液晶ディスプレイを共焦点形にし得
る多面体の光学系を設ける構成（実施例の項の図４参
照。）、また、これら液晶ディスプレイ間にこの液晶デ
ィスプレイを共焦点形にし得る固定ホログラム装置を設
ける構成（実施例の項の図５、図６参照）を挙げること
ができる（実施例の項の図４参照。）。もちろん、これ
ら以外の好適な構成でも良い。

【００１１】

【作用】この発明の構成によれば、各入力ポートはこれ
に光が入力されると、その光を第１の能動型ホログラム
装置の該入力ポートに対応するホログラム面（以下、
「対応ホログラム面」という。）に導く。ここで第１の
能動型ホログラム装置は、能動型ゆえ、対応ホログラム
面のホログラムを、入力ポートから送られきた光を第２
のホログラム装置の所望の位置のホログラム面（以下、
「選択ホログラム面」という。）に導き得るホログラム
に、書き換える。これにより、光は第２の能動型ホログ
ラム装置の選択ホログラム面に達する。また、第２の能
動型ホログラム装置は、能動型ゆえ、選択ホログラム面
のホログラムを、その光を受けるに好適な状態のホログ
ラムであって受けた光を対応する出力ポートに光軸が一
致するように出力し得るに好適なホログラムに、書き換
える。選択ホログラム面のホログラムをこのように書き
換えできるということは、第１のホログラム装置から斜
めに光が入射されてもこれを効率的に受けることがで
き、かつ、出力ポートに平行光として送れることを意味
するから、出力ポートに斜めに光を入射させていた従来
構造に比べ、出力ポートでの入射ロスの軽減ができ、か
つ、クロストークを低減できる。また、第２の能動型ホ
ログラム装置の選択ホログラム面近傍の他のホログラム
を、光遮蔽状態を形成し得るホログラムに書き換えるこ
ともできる。こうすれば、クロストークの低減をさらに
確実に行なえる。

【００１２】また、第１及び第２の能動型ホログラム装
置を共焦点形のものとする構成では、両ホログラム装置
が初期状態で対向し合うホログラム面を他方のホログラ
ム装置の例えば中央部分にできる（図３参照）というよ
うに、光を回折させるためのホログラムを予めオフセッ
トをかけた状態のものにできる。したがって、光交換の
ために光を回折させる角度は、第１及び第２の能動型ホ
ログラム装置を平板型としてこれらを対向配置した構成
に比べ、１／２にできる（後述の図２及び図３を比較参
照）。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の光スイッチ
の実施例について説明する。しかしながら、説明に用い
る各図はこの発明を理解できる程度に各構成成分の寸
法、形状及び配置関係を概略的に示してあるにすぎな
い。また、説明に用いる各図において同様な構成成分に
ついては同一の番号を付して示してある。

【００１４】１．第１実施例（平板型の例）図１はこの発明の光スイッチの基本的な構造例を示した
斜視図、また、図２はこの発明の説明を容易にするため
に３×３規模の例で示した実施例の光スイッチの側面図
である。この図２は、この光スイッチをちょうど図１の
Ｐ方向相当の方向から見た図である。

【００１５】この発明の光スイッチは、図１に示したよ
うに、Ｍ個の入力ポート２１と、Ｎ個の出力ポート２３
と、これら入力ポート及び出力ポート間に設けられ、各
入力ポートと対向する位置にホログラム２５ａがそれぞ
れ形成される第１の能動型のホログラム装置２５と、こ
の第１の能動型ホログラム装置２５及び各出力ポート２
３（出力ポート群）間に設けられ、各出力ポート２３と
対向する位置にホログラム２７ａがそれぞれ形成される
第２の能動型ホログラム装置２７とを具える（ただし、
Ｍは１以上の整数であり、Ｎは２以上の整数であ
る。）。

【００１６】ここで、この実施例の場合の第１及び第２
の能動型ホログラム装置は、いずれも平面型の液晶ディ
スプレイをもって構成してある。また、図２の例では、
実用面を図るため、各入力ポート２１ａ〜２１ｃと第１
の能動型ホログラム装置２５との間にコリメート用のロ
ッドレンズ２９をそれぞれ具え、各出力ポート２３ａ〜
２３ｃと第２のホログラム装置２７との間にコリメート
用のロッドレンズ２９をそれぞれ具える構成としてあ
る。なお、コリメート用のロッドレンズ２９は必須では
ないが設けておいた方が望ましい。

【００１７】この図２に示した光スイッチでは、例えば
入力ポート２１ａに入射された光は、コリメート用ロッ
ドレンズにより平行光にされた後に第１の能動型ホログ
ラム装置２５の対応するホログラム面（すなわち対応ホ
ログラム面）に達する。第１の能動型ホログラム装置２
５は、この対応ホログラム面のホログラムを第２の能動
型ホログラム装置の所望のホログラム面（すなわち選択
ホログラム面）に光を回折し得るホログラム（回折格
子）に、書き換えている。この図示例では、第１の能動
型ホログラム装置２５は対応ホログラム面のホログラム
を、第２のホログラム装置２７の、出力ポート２３ｂと
対向する位置に光を回折し得るホログラムに書き換えて
いる。このようなホログラムの書き換えは、液晶ディス
プレイの各画素に印加する電圧を制御することにより行
なえる。これにより、第２の能動型ホログラム装置２７
の選択ホログラム面には、第１の能動型ホログラム装置
２５からθの角度をもって光が斜め入射される。一方、
第２の能動型ホログラム装置２７は、この選択ホログラ
ム面のホログラムを、上記角度を持って入射された光を
水平の平行光に戻すためのホログラムに、書き換えてい
る。このようなホログラムの書き換えは、第１の能動型
ホログラム２５同様に、液晶ディスプレイの各画素に印
加する電圧を制御することにより行なえる。この平行に
なった光はコリメート用ロッドレンズ２９により集光さ
れた後出力ポート２３ｂに至る。

【００１８】このように、この発明の光スイッチでは、
斜め光を第２の能動型ホログラム装置により平行光に変
換して出力ポートに入射できるので、出力ポートでの入
射ロスを図７のものより軽減できる。また、第１の能動
型ホログラム装置によって出力ポートを選択し、第２の
能動型ホログラム装置によって入力ポートを選択する関
係のため、図７のものに比べ光伝搬経路をより特定でき
るから、クロストークを排除できその分クロストーク特
性を改善できる。

【００１９】なお、この第１実施例の光スイッチにおい
て入力ポート２１ａから出力ポート２３ｃに光を交換す
る場合は、第１の能動型ホログラム装置２５の対応ホロ
グラム面のホログラムを光が２θの角度で回折されるホ
ログラムに書き換え、第２の能動型ホログラム装置の選
択ホログラム面のホログラムを所定の通り（斜め光→平
行光）書き換えれば良い。

【００２０】２．第２実施例（共焦点型の例）第１実施例では、第１及び第２の能動型ホログラム装置
をいずれも平板型のものとしこれらを対向配置してい
た。しかし、この構成では、例えば、入力ポート２１ａ
から出力ポート２３ｃに光を交換するには、第１の能動
型ホログラム装置２５の対応ホログラム面のホログラム
を、光が２θの角度で回折されるようなホログラムとす
る必要があった。以下の実施例ではこの角度を軽減でき
る例を説明する。

【００２１】２−１．その１図３は、第２実施例の第１の例による３×３規模の光ス
イッチを図２同様に側面図により示したものである。こ
の例の場合、第１の能動型ホログラム装置２５及び第２
の能動型ホログラム装置２７各々を、平面構成でなく、
３つのホログラム面Ｉ〜III を「略くの字状」に配した
構成としてある。ただし、各ホログラム面はそれらの各
垂線（図３のｐ，ｑ，ｒなど）が１点で交差するよう
（この点を「焦点」ということにする。）配置してあ
る。そして、両ホログラム装置２５、２７を、一方の焦
点が他方のホログラム装置の中央のホログラム面II上に
なるように離して対向させて配置してある。そして、各
入力ポート２１ａ〜２１ｃはこの第１の能動型ホログラ
ム装置２５の各ホログラム面Ｉ〜III に１対１で対向す
るように扇形に配置してあり、また、各出力ポート２３
ａ〜２３ｃはこの第２の能動型ホログラム装置２７の各
ホログラム面Ｉ〜III に１対１で対向するように扇形に
配置してある。なお、このような「略くの字状」のホロ
グラム装置は、例えば、３枚の液晶ディスプレイを張り
合わせるなどして構成できる。

【００２２】この図３に示した構成では、第２の能動型
ホログラム装置２５の各ホログラム面Ｉ〜III のうちの
両端の面Ｉ、III は、各入力ポート２１ａ〜２１ｃから
見たときいずれも同じ角度θを持った方向に見える。し
たがって、入力ポート２１ａ〜２１ｃの位置に無関係
に、各ホログラム面Ｉ〜III の各出力ポート２３ａ〜２
３ｃに対するホログラムパターンは同じにできるという
利点が得られる。また、この構成では、入力ポート２１
ａから出力ポート２３ｃに光を交換する場合でも光を回
折させる角度はθで済む。図２の場合、同角度は２θ必
要であったことと比べると、この実施例では同角度が１
／２で済むことが理解できる。光を回折させる角度を小
さくできることにより、ホログラム装置を構成する際に
細かいグレーティングが不要になり（液晶ディスプレイ
の場合は画素ピッチをゆるくでき）、また、ホログラム
装置の動作も容易にできるという利点が得られる。

【００２３】なお、この図３の構成の場合、第１及び第
２の能動型ホログラムはパラボラ状の基板を用いて構成
しても良いと考えられる。また、行列方向に展開された
光スイッチで共焦点形を構成する場合、すなわち、図１
に示したような光スイッチで共焦点形を構成する場合、
各ホログラム面の垂線が対向するホログラム装置の中央
部（図１中Ｘ₁、Ｘ₂で示す当たり）となるようなホロ
グラム面を有する第１及び第２ホログラム装置をそれぞ
れ用意すれば良い。

【００２４】２−２．その２図４は、第２実施例の第２の例による３×３規模の光ス
イッチを図２同様に側面図により示したものである。図
３に示した構成では、ホログラム面Ｉ〜III を有するホ
ログラム装置を作製するのが大変な場合が考えられる。
そこで、この図４の例では、図２を用いて説明した平板
型の第１及び第２のホログラム装置間に、図３の共焦点
の構成が得られるような多面体の屈折光学系３１を付加
して、共焦点形の光スイッチを構成する。この場合の光
交換の際の第１及び第２の能動型ホログラム装置２５，
２７のホログラム書き換えは、図３を用いて説明したと
同様に行なえば良い。

【００２５】２−３．その３図５は、第２実施例の第３の例による３×３規模の光ス
イッチを図２同様に側面図により示したものである。図
４に示した構成では、多面体の屈折光学系を作製するの
が大変な場合が考えられる。そこで、この図４の例で
は、第１の能動型ホログラム装置２５及び第２の能動型
ホログラム装置２７間に、固定型の第１のホログラム装
置３３及び第２のホログラム装置３５をそれぞれ設け
て、共焦点形の光スイッチを構成する。ただし、これら
固定型の第１及び第２のホログラム装置３３，３５は、
これらの装置３３，３５により図４に示した屈折光学系
３１と同様な光学系が構成できるようなホログラムを有
したものとしておく。

【００２６】２−４．その４図６は、第２実施例の第４の例による３×３規模の光ス
イッチを図２同様に側面図により示したものである。図
５に示した構成に加え第１及び第２のホログラム装置３
３，３５間にレンズ３７を設けている。これにより固定
型の第１及び第２のホログラム装置３３，３５間距離を
短縮出来るので、図５のものより光スイッチ全体の小型
化が図れる。

【００２７】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の光スイッチによれば、第１の能動型ホログラム
装置によって出力ポートを選択し、第２の能動型ホログ
ラム装置によって入力ポートを選択することになるの
で、従来のもの（図７のもの）に比べ光伝搬経路をより
特定できるから、その分クロストーク特性を改善でき
る。また、第１の能動型ホログラムから斜め光が送られ
てきた場合もこの斜め光を第２の能動型ホログラム装置
により平行光に変換して出力ポートに入射できるので、
出力ポートでの入射ロスを従来のもの（図７のもの）よ
り軽減できる。

【００２８】また、第１及び第２の能動型ホログラム装
置を共焦点形のものとする構成では、光を回折させるた
めのホログラムを予めオフセットをかけた状態のものに
できる。したがって、光交換のために光を回折させる角
度は、第１及び第２の能動型ホログラム装置を平板型と
してこれらを対向配置した構成に比べ、１／２にできる
（図２及び図３を比較参照）。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光スイッチの基本的な構造例を示し
た図である。

【図２】第１実施例の光スイッチを示した側面図であ
る。

【図３】第２実施例の第１の例を示した図である。

【図４】第２実施例の第２の例を示した図である。

【図５】第２実施例の第３の例を示した図である。

【図６】第２実施例の第４の例を示した図である。

【図７】従来の光スイッチを示した斜視図である。

【符号の説明】

２１：Ｍ個の入力ポート２１ａ〜２１ｃ：入力ポート２３：Ｎ個の出力ポート（出力ポート群）２３ａ〜２３ｃ：出力ポート（出力ポート群）２５：第１のホログラム装置２５ａ：ホログラム２７：第２のホログラム装置２７ａ：ホログラム２９：コリメート用ロッドレンズ３１：多面体の屈折光学系３３：固定型の第１のホログラム装置３５：固定型の第２のホログラム装置３７：レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポート
と、これら入力ポート及び出力ポート間に設けられ、各
入力ポートと対向する位置にホログラムがそれぞれ形成
される能動型のホログラム装置と、を具える光スイッチ
において（ただし、Ｍは１以上の整数であり、Ｎは２以
上の整数である。）、能動型ホログラム装置と出力ポート群との間に、各出力
ポートと対向する位置にホログラムがそれぞれ形成され
る第２の能動型ホログラム装置を、具えたことを特徴と
する光スイッチ。
【請求項２】請求項１に記載の光スイッチにおいて、入力ポート側の前記能動型ホログラム及び前記第２の能
動型ホログラムそれぞれを、互いが共焦点形となるよう
な構造及び配置としたことを特徴とする光スイッチ。