JPH0635008A - 多端子光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速な光信号に対してもジッタの影響がな
く、安定に動作する光スイッチを得ることを目的とす
る。 【構成】 この光スイッチは、複数のコリメート入射信
号光を入射するコリメート光信号入力端子101 と、液晶
光空間変調器アレイ102-１〜102-７と、光信号伝搬時間
等化型ルーチング素子103-１，２と、通常の偏光ルーチ
ング素子104-１〜104-６と、コリメート光信号受信端子
105 を具え、スイッチ内部でのルーチング素子の配置を
限定することによって、スイッチ内部で２つに分離され
た光信号の伝搬時間差を除去する構造を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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持った、
光交換機などに利用できる多端子光スイッチに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】２入力２出力の単位スイッチを多段に接
続し、Ｎ個の入力端子とＮ個の出力端子との間を１対１
接続するスイッチとして、クロスバ型構成に基づくマト
リクススイッチがある。図１に、一例としてＮ入力Ｎ出
力（具体的には８入力８出力）のマトリクススイッチの
配線図を示す。図１において実線は網内の配線を示す。
また、図中の長方形は２入力２出力の単位スイッチであ
り、これは外部からの制御によって入力１−出力１、入
力２−出力２の接続形態（スルー）と、入力１−出力
２、入力２−出力１の接続形態（クロス）のいずれか一
方の形態をとる。このスルーを用いて図中のｉ番目の入
力端子からの入力信号をｊ番目の出力端子に接続するた
めには、ｉ番目の入力端子とｊ番目の出力端子の交点に
位置する単位スイッチ（図中ではハッチングを施した単
位スイッチ）をクロス状態とし、その他の単位スイッチ
でｉ番目の入力端子あるいはｊ番目の出力端子に接続さ
れているもの（図中で一点鎖線の枠内の領域の単位スイ
ッチ）をすべてスルー状態とすれば良い。

【０００３】このマトリクススイッチは、入力端子数
Ｎ、出力端子数Ｎのスイッチ網を簡単な構成で実現で
き、網内での信号の伝搬経路を容易かつ非閉塞に設定で
きる利点を持つ。しかし端子数Ｎに対してＮ² 個の単位
スイッチが必要となるため、Ｎの増大に伴って部品の数
が非常に大きくなる。また、単位スイッチの通過の際に
信号の減衰がある場合、Ｎの増大に伴って通過する単位
スイッチの数が非常に大きくなるため、これに伴って通
過損失が増大するという欠点を有する。

【０００４】これに対し、２入力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２^N 個の出力端子
との間を１対１で接続するすべての組合せを実現するこ
とのできるスイッチ網の構成法が考案されている。図２
は、上記の構成法に基づく32入力32出力のスイッチ回路
網の配線図である。図２の実線は網内の配線を示す。ま
た、長方形は２入力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１−出力１、入力２−出力２の
接続形態（スルー）と、入力１−出力２、入力２−出力
１の接続形態（クロス）のいずれか一方の形態をとる。

【０００５】図２の回路網は単位スイッチをアレイ状に
配置したスイッチ段と、隣接スイッチ段間を接続する配
線網を交互に配置した構成を持っている。図２の場合、
スイッチ網は９個のスイッチ段と８個の配線網によって
構成されている。一般に、この形のスイッチ網は容易に
２^N 個の入力端子および２^N 個の出力端子を持った構成
に拡張される。この時、スイッチ網は１段当たり２^N-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、各単位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 ・・・・ ２^N-2 個
分空間的に位置がシフトした単位スイッチに接続する配
線網をそれぞれ２段づつ、合計（２Ｎ−２）段の配線網
によって構成されることとなる。

【０００６】上記のスイッチ網を光学的に実現した多端
子光スイッチとして、学術論文、「多段回路網形態に基
づく再配置可能な多重チャネル自由空間光スイッチ（Ar
earrangeable multichannel free-space opticalswitch
based on multistagenetwork configuration ）」、ア
イイーイーイー光波技術雑誌（IEEEE J.Lightwave Tec
h. ）、第９巻、頁1726−1732に開示されたものが知ら
れている。

【０００７】図３に前記文献に記載される多端子光スイ
ッチの構成を示す。図３において、１−１、１−２はコ
リメートされた光信号をスイッチ本体に入力するための
コリメート光信号入力端子である。２−１、２−２は偏
光ビームスプリッタであり、水平偏光（Ｐ波）をそのま
ま透過し、垂直偏光（Ｓ波）を内部反射面で90°方向に
反射する。３−１〜３−ｘは液晶光空間変調器アレイで
あり、内部の各セルを透過する光の偏光面の回転角をセ
ル毎に０°または90°にスイッチする機能を持つ。４−
１〜４−ｘは偏光ルーチング素子であり、入射ビームを
その偏光状態によって空間的にシフトし、図２の配線網
と同等の機能を果す素子である。５−１、５−２はスイ
ッチを透過したコリメート光ビームを受信するためのコ
リメート光信号受信端子である。本スイッチは、液晶光
空間変調器アレイ３の各セルを単位スイッチとし、単位
スイッチへの入出力を互いに直交する２つの直線偏光と
することにより、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ている。

【０００８】コリメート光信号入力端子１−１から発す
るＰ波の光信号とコリメート光信号入力端子１−２から
発するＳ波の光信号とは、偏光ビームスプリッタ２−１
によって合成されてスイッチ本体に入射する。スイッチ
本体に入射した光信号は、液晶光空間変調器アレイ３に
よって偏光面を制御され、偏光ルーチング素子４によっ
て偏光状態に依存した光路のシフトを受け、最終的に目
的の位置と偏光状態を持ったコリメート光ビームとして
スイッチ本体から出射する。スイッチ本体から出射した
光ビームは偏光ビームスプリッタ２−２によってＰ波の
光信号とＳ波の光信号とに分離され、Ｐ波成分、Ｓ波成
分はそれぞれコリメート光信号受信端子５−１、５−２
によって受信される。

【０００９】本スイッチに適用するルーチング素子４と
しては、図４（ａ）〜（ｃ）に示す素子が開示されてい
る。図４において、11は複屈折結晶であり、例えば方解
石が用いられている。12は偏光面変換素子アレイであ
り、半波長板、旋光子等の水平偏光と垂直偏光とを交換
する機能を持った素子（図のハッチング部分）と、通常
のガラス板等の偏光面交換機能を持たない素子（図の白
ぬきの部分）とを交互に配置した構造を持つ。13は偏光
ビームスプリッタ、14は偏光ビームスプリッタ13と同一
サイズのガラスロッドである。図４（ａ）は複屈折結晶
11の間に偏光面変換素子アレイ12を挿入した構造を持
つ。図４（ｂ）は偏光ビームスプリッタ13を積層しアレ
イ状にしたものの間に偏光面変換素子アレイ12をを挿入
した構造を持つ。また、図４（ｃ）は偏光ビームスプリ
ッタ13を積層した第１の偏光ビームスプリッタアレイ
と、偏光ビームスプリッタ13とガラスロッド14とを交互
に積層した第２の偏光ビームスプリッタアレイとを接合
した構造を持つ。

【００１０】図４には、入射する水平偏光（実線）およ
び垂直偏光（破線）の素子内での光路を示す。いずれの
素子についても、一方の偏光成分がシフトを受けずに素
子を通過し、他方の偏光成分がシフトを受けて互いに光
路が交換されるのが分かる。この時の光路のシフトの大
きさは、図４（ａ）では複屈折結晶11による異常光線の
シフトの大きさに等しく、図４（ｂ）および（ｃ）では
偏光ビームスプリッタ13の一辺の長さに等しい。従っ
て、これらのサイズを変えることによって光路のシフト
量を調整することができ、隣接ビーム間隔の２倍、４倍
・・・・ のルーチング素子を作製することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記文献に記載される
光スイッチは、同一光路を進行する水平偏光および垂直
偏光のそれぞれが互いに異なる信号を持つ偏光多重の光
信号に対するスイッチである。従って、入力されるコリ
メート光ビームが任意の偏光状態を持つ場合あるいは偏
光状態が時間とともに変動する場合には、本スイッチは
このままの形では適用することができない。この様な任
意偏光を持った光信号に対しても本光スイッチを適用可
能とする方法の１つとして、１つの光信号の水平偏光成
分と垂直偏光成分とをそれぞれ独立の光信号とみなし、
これらのスイッチ内での経路を独立に設定して、最終的
にこれらを同一光路を伝搬する水平偏光成分と垂直偏光
成分として空間的に合成し、１本の光ビームとして目的
のチャネルから出射させることが考えられる。この方法
によれば、空間的に１本の光ビームとしてスイッチに入
射した光信号を、再び１本の光ビームとして目的のチャ
ネルから出射されることが可能となる。しかし、スイッ
チ内部で２つに分離された光信号が再び合成されるまで
に通過する経路の伝搬時間が分離された光信号同士で異
なっていると、これを合成した時に、伝搬時間差による
ジッタが発生し、高速な光信号の伝搬に悪影響を及ぼ
す。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記で説明した
ように、スイッチ内部で２つに分離された光信号の伝搬
時間差を除去したスイッチ構成の適用によって、高速な
光信号に対してもジッタの影響がなく、安定に動作する
光スイッチの実現をはかることを目的としている。

【００１３】本発明は、数のコリメート入射信号光の光
路を格子状あるいは一列状、かつ平行に配置してスイッ
チ本体内に入射する手段と、複数の光ビームのすべてに
対し、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移動して、これを
他の光ビームの光路移動されない直線偏光成分と合成
し、同一光路上を伝搬させる機能を有する光路変換素子
と、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
制御素子を複数個配置した偏光面制御素子アレイとを有
し、スイッチ本体内に入射された上記複数のコリメート
光ビームの光路上に、上記偏光面制御素子アレイと光路
変換素子とが交互に配置され、かつ該直線偏光成分が常
に同一の光路からスイッチ本体外に出射するように、上
記偏光面制御素子が動作するようにした多端子光スイッ
チにおいて、上記スイッチ本体内で分離された２つの光
ビームの、分離された直後に入射する偏光面制御素子ア
レイから同一の光路に合成される直前に入射する偏光面
制御素子アレイまでの経路が、常に互いに同形となるよ
うに上記偏光面制御素子が動作し、上記２つの光ビーム
が、該光ビームを分離する光路変換素子内、および該光
ビームを合成する光路変換素子内を通過するのに要する
時間の和が常に上記２つの光ビームの間で等しくなるよ
うな伝搬時間等化機能を持つように、上記２つの光路変
換素子が構成されていることを特徴としている。

【００１４】本発明はまた、上記伝搬時間等化機能を持
つ光路変換素子が、互いに直交する２つの直線偏光ビー
ムの一方をそのまま透過し、他方を、その進行方向に対
して垂直な方向に反射する、複数個の同一形状を有した
偏光ビームスプリッタを上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１の偏光ビームスプリッタ
アレイと、上記偏光ビームスプリッタアレイと同一形状
で、かつ上記直線偏光ビームの反射方向が逆となるよう
に配置された第２の偏光ビームスプリッタアレイと、上
記２つのビームスプリッタアレイに挟まれ、かつ通過す
る上記２つの直線偏光の偏光面を互いに交換させる機能
を有する偏光面回転素子、によって構成されることを特
徴としている。

【００１５】さらに本発明は、上記伝搬時間等化機能を
有する光路変換素子が、互いに直交する２つの直線偏光
ビームの一方をそのまま透過し、他方を、その進入方向
に対して垂直な方向に反射する、複数個の同一形状を有
した偏光ビームスプリッタを上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１の偏光ビームスプリ
ッタアレイと、上記偏光ビームスプリッタと同一形状
で、かつ上記直線偏光ビームの反射方向が逆となるよう
に配置された偏光ビームスプリッタを、透明で該偏光ビ
ームスプリッタと同一形状かつ同一屈折率のスペーサを
介して積層した第２の偏光ビームスプリッタアレイと、
上記第１の偏光ビームスプリッタアレイと同一形状の偏
光ビームスプリッタアレイと、上記第１の偏光ビームス
プリッタアレイと同一形状で、かつ上記直線偏光ビーム
の反射方向が逆となるように配置された偏光ビームスプ
リッタアレイとを合成し、かつ全体を上記第１あるいは
第２の偏光ビームスプリッタアレイに対して光の進入方
向を軸として直角に回転した第３の偏光ビームスプリッ
タアレイ、とによって構成されることを特徴としてい
る。

【００１６】

【作用】本発明は、スイッチ内部でのルーチング素子の
配置を限定することによってスイッチ内部で２つに分離
された光信号の伝搬時間差を除去するものであり、その
限定の方法を明示している点において従来技術とは明確
に異なるものである。

【００１７】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説
明する。

【００１８】

【実施例】図５に本発明の一実施例を示す。図５におい
て、101 はコリメートされた光信号をスイッチ本体に入
力するためのコリメート光信号４×４入力端子である。
102-１〜102-ｘは液晶光空間変調器アレイであり、内部
の各セルを透過する光の偏光面の回転角をセル毎に０°
または90°にスイッチする機能を持つ。103-１、103-２
は光信号伝搬時間等化型偏光ルーチング素子であり、同
一の光路から入射した水平偏光成分と垂直偏光成分がこ
れら２つの素子を通過する際に要する伝搬時間が互いに
等しくなるように構成された偏光ルーチング素子の対で
ある。104-１〜104-６は通常の偏光ルーチング素子であ
り、入射光ビームをその偏光状態によって空間的にシフ
トし、図２の配線網と同等の機能を果す素子である。10
5 はスイッチを透過したコリメート光ビームを受信する
ためのコリメート光信号受信端子である。

【００１９】図６は、図５に示されたスイッチ本体内で
の光信号経路を示す配線図である。図２に示した配線図
に対し、両端のスイッチ段を除いた構成となっている。
隣接する２つの入力が、それぞれ図５のコリメート光信
号入力端子の１つから入力される水平偏光成分、垂直偏
光成分に対応し、隣接する２つの出力が、それぞれ図５
のコリメート光信号受信端子の１つに受信される水平偏
光成分、垂直偏光成分に対応する。また、図６の両端の
配線網が図５の光信号伝搬時間等化型偏光ルーチング素
子103-１、103-２に対応し、その中間の部分が液晶光空
間変調器アレイ102-１〜102-７および通常の偏光ルーチ
ング素子104-１〜104-６で構成される部分を表してい
る。

【００２０】図６に示すように、このスイッチ網の中間
部分は、図中のハッチングで示した全く同一の構成を持
った２つのスイッチ網を並列に配置した構成となってい
る。ところで、図６のスイッチ網の隣接する２つの入力
端子からの信号は初段の配線網によって２つに分離さ
れ、並列に配置された中間段のスイッチ網の両方に１つ
づつ分配される。これらの信号は、それぞれの中間段で
独立に経路を設定されて出力された後、最終段の配線網
によって再び合成されて隣接する２つの出力端子から出
力される。この時、上記の分離された２つの信号は、そ
れぞれの中間段の互いに同一の位置から入射し、互いに
同一の位置から出射する。従って、それぞれの中間段内
部の各単位スイッチを、すべて互いに同じ状態となるよ
うに設定すれば、上記の分離された２つの信号は、それ
ぞれ入射した中間段内を互いに同一の経路をとって進行
することとなる。このため、これら２つの信号は互いに
等しい伝搬時間で中間段を通過する。

【００２１】一方、図６の両端の配線網は、光信号伝搬
時間等化型偏光ルーチング素子に対応する部分である。
図５の説明の通りに、上記の分離された２つの信号が入
力側および出力側の光信号伝搬時間等化型光ルーチング
素子を互いに等しい伝搬時間で通過するならば、これら
がスイッチ本体内部を通過するのに要する伝搬時間を完
全に一致させることができる。

【００２２】図７に光信号伝搬時間等化型偏光ルーチン
グ素子の第１の構成例を示す。図７（ａ）は、その構成
を示し、図７（ｂ）はその光路を示す。図７は簡単のた
め上２段８本の入出力ポートと、下２段８本の入出力ポ
ートをそれぞれ１組として、各組でともに入出力の組合
せを説明する図である。図７では中間部分のルーチング
素子が省略されているが、前に述べたように、この中間
部分では、通過する光ビームが最終的に到達すべき出射
側ルーチング素子からの出射位置に応じて、上２段と下
２段の間で全く同様に光ビームの経路設定が行われると
ともに、その偏光面の変換が行われる。図７（ａ）にお
いて、21はコリメート光信号入力端子であり、22は偏光
ビームスプリッタである。23は偏光面変換素子アレイで
あり、半波長板、旋光子等の水平偏光と垂直偏光とを交
換する機能を持った素子（図のハッチングの部分）と、
通常のガラス板等の偏光面交換機能を持たない素子（図
の白ぬきの部分）とを交互に配置した構造を持つ。ま
た、24はコリメート光信号受信端子である。本構成で
は、入力側のルーチング素子が、Ｓ波を偏光ビームスプ
リッタ22の一辺の長さに等しい距離だけ上方にシフトす
る偏光ビームスプリッタとＳ波を偏光ビームスプリッタ
22の一辺の長さに等しい距離だけ下方にシフトする偏光
ビームスプリッタアレイとの間に偏光面変換素子アレイ
を挿入した構造を有し、入力側のルーチング素子が、入
力側のルーチング素子の上下を逆転した構造を有してい
る。個々のルーチング素子単体の構成は、図４（ｂ）に
示したものと同様であるから、これらのいずれも図６の
初段および最終段の配線網と同等の機能を果す。

【００２３】ここで、コリメート光信号入力端子21から
入力されたコリメート光信号受信端子に出力される光信
号の経路には、以下の４通りがある。 コリメート光信号入力端子21の上半分 → コリメート光信号受信端子24の上半分、 コリメート光信号入力端子21の上半分 → コリメート光信号受信端子24の下半分、 コリメート光信号入力端子21の下半分 → コリメート光信号受信端子24の上半分、 コリメート光信号入力端子21の下半分 → コリメート光信号受信端子24の下半分、

【００２４】このそれぞれの場合について、偏光ビーム
スプリッタアレイ中を伝搬するＰ波およびＳ波の光路長
を求めると、表１のようになる。

【表１】

【００２５】ここで、ｄは偏光ビームスプリッタ22の一
辺の長さである。表１から明らかなように、上記の〜
のすべての場合に入射されるＰ波とＳ波の偏光ビーム
スプリッタ中の光路長は互いに等しくなる。より一般的
には、本構成を用いた場合、入射側のルーチング素子で
は、その入射位置によらず、Ｓ偏光は上側のポートから
出射し、Ｐ偏光は下側のポートから出射する。そして同
じ位置から入射した光ビーム同士で比較すると、上側に
出射する光ビームの方が下側に出射する光ビームよりも
常にｄだけ長い光路を通過する。一方、出射側のルーチ
ング素子では、同じ位置から出射する光ビームで比較す
ると、その出射位置によらず常に上側から入射する光ビ
ームの方が下側から入射する光ビームよりもｄだけ短い
光路を通過する。この結果、表１に示すように、Ｐ偏波
とＳ偏波とが両方のルーチング素子内での光路長差が相
殺されて、結果的に分離された２つの光信号の伝搬時間
が等しくなるのである。

【００２６】ここで、図２あるいは図６のスイッチ網
は、中央のスイッチ段から見て左右対称であり、かつ２
^N 本の入出力に対して単位スイッチ１，２，... ，２
^N-2 個分のシフトを行う配線網がすべて完備していれ
ば、配線網の配置順序が図と異なっていても、その機能
は図に示したものと同等になる。例えば、図８のように
配線網の配列順序を逆にした形のスイッチ網でも、図６
のスイッチ網と同等の機能を有する。

【００２７】このような形の配線網に対応した光信号伝
搬時間等化型偏光ルーチング素子の第１の構成例は図９
に示すような形となる。図９において、21はコリメート
光信号入力端子であり、22は偏光ビームスプリッタであ
り、23は偏光面変換素子アレイである。また、24はコリ
メート光信号受信端子である。図９の構成の場合、入射
側のルーチング素子では、同じ位置から入射した光ビー
ムはその入射位置によらずコリメート光信号入力端子の
奇数番目の行の高さに出射する光ビームの方が偶数番目
の行の高さに出射する光ビームよりも常にｄだけ長い光
路を通過し、かつ出射側のルーチング素子では、同じ位
置から出射する光ビームはその出射位置によらず常にコ
リメート光信号受信端子の奇数番目の行の高さから入射
する光ビームの方が偶数番目の行の高さから入射する光
ビームよりもｄだけ短い光路を通過するため、両方のル
ーチング素子内での光路長差が相殺されて、結果的に分
離された２つの光信号の伝搬時間が等しくなる。ただ
し、ｄは偏光ビームスプリッタ22の一辺の長さである。

【００２８】なお、図７および図９の構成例では、光信
号の入射側と出射側のルーチング素子を交換した場合で
も、分離した光信号が再び合成されるまでの伝搬時間が
等しくなることは明白である。従って、図７および図９
の構成例て入射側と出射側のルーチング素子を交換した
構成も本発明に含まれる。図７および図９では簡単のた
め上下方向２段を交換する場合を示したが、段数を増や
し、90°回転させたルーチング素子を複数用いることに
よりマトリクス状入出力ポートの交換が可能になる。

【００２９】図10に、光信号伝搬時間等化型偏光ルーチ
ング素子の第２の構成例を示す。これは図６のスイッチ
網に対応する構成である。図10（ａ）は、その構成を示
し、図10（ｂ）は光路を示している。図10（ａ）におい
て、31はコリメート光信号入力端子であり、32は偏光ビ
ームスプリッタである。33は偏光ビームスプリッタ32の
構成材料と同一の屈折率を持った材料で構成され、かつ
偏光ビームスプリッタ32と同一の形状を持つ透明ロッド
である。また、34はコリメート光信号受信端子である。

【００３０】図10に示したルーチング素子の形状は、図
４（ｃ）に示した素子の後段に偏光ビームスプリッタ32
のみで構成された偏光ビームスプリッタアレイを光の入
射方向を軸にして直角に回転させたものを付加したもの
である。ただし、後段に付加された偏光ビームスプリッ
タアレイは、光の入射方向を軸に直角に回転しているた
め、ルーチング素子に対するＰ波が、この付加された偏
光ビームスプリッタアレイに対してＳ波となることに注
意する必要がある。後段に付加されたこの偏光ビームス
プリッタアレイは、このアレイに対するＳ波のみを、ビ
ームスプリッタの一辺の長さｄだけ互いに逆方向に２度
シフトする。従って、このアレイを通過する光ビームは
位置のシフトは全く受けないが、そのＳ波成分はＰ波成
分に比べて、２ｄだけ長い光路を通ることとなる。すな
わち、この偏光ビームスプリッタアレイは、前段のルー
チング素子によるＰ波とＳ波の間の光路差を補正する機
能を果している。

【００３１】ここで、コリメート光信号入力端子21から
入力されコリメート光信号受信端子に出力される光信号
の経路には、以下の４通りがある。 コリメート光入力端子31の上半分 → コリメート光信号受信端子34の上半分、 コリメート光入力端子31の上半分 → コリメート光信号受信端子34の下半分、 コリメート光入力端子31の下半分 → コリメート光信号受信端子34の上半分、 コリメート光入力端子31の下半分 → コリメート光信号受信端子34の下半分、

【００３２】このそれぞれの場合について、偏光ビーム
スプリッタアレイ中を伝搬するＰ波およびＳ波の光路長
を求めると、表２のようになる。

【表２】

【００３３】表２から明らかなように、上記の〜の
すべての場合に入射されるＰ波とＳ波の偏光ビームスプ
リッタ中の光路長は互いに等しくなる。より一般的に
は、本構成を用いた場合、入射側のルーチング素子で
は、同じ位置から入射した光ビームはその入射位置によ
らず下側に出射する光ビームの方が上側に出射する光ビ
ームよりも常にｄだけ長い光路を通過し、かつ出射側の
ルーチング素子では、同じ位置から出射する光ビームよ
りもｄだけ短い光路を通過するため、両方のルーチング
素子内での光路長差が相殺されて、結果的に分離された
２つの光信号の伝搬時間が等しくなるのである。

【００３４】図11に、図10とは異なる光信号伝搬時間等
化型偏光ルーチング素子の第２の構成例を示す。図11
（ａ）は、その構成を示し、図11（ｂ）は光路を示す。
図11（ａ）において、31はコリメート光信号入力端子で
あり、32は偏光ビームスプリッタである。33は偏光ビー
ムスプリッタ32の構成材料と同一の屈折率を持った材料
で構成され、かつ偏光ビームスプリッタ32と同一の形状
を持つ透明ロッドである。また、34はコリメート光信号
受信端子である。

【００３５】図11の構成は、図10の出力側の光信号伝搬
時間等化型偏光ルーチング素子の前段部分を紙面に垂直
な軸を中心にして180°回転した形となっている。図11
（ｂ）の光路図から明らかなように、この様な形の構成
でも、出射側のルーチング素子では、同じ位置から出射
する光ビームはその出射位置によらず常に下側から入射
する光ビームの方が上側から入射する光ビームよりもｄ
だけ短い光路を通過する。従って、図11の構成でも、図
10の場合と同様に、分離された２つの光信号の伝搬時間
を等しくすることができる。

【００３６】図10および図11では、図４（ｃ）の構成の
ルーチング素子の後段に、光路長補正のための偏光ビー
ムスプリッタアレイを付加した構造となっているが、本
構成では通過する光の偏光面を回転させる素子が使用さ
れていないため、この光路長補正偏光ビームスプリッタ
アレイは、図12（ａ），（ｃ）に示すように図４（ｃ）
の構成のルーチング素子の前段あるいはその中間に設置
した構成とすることも可能である。

【００３７】また、図８のスイッチ網に対応する構成と
して、図13に示すようなルーチング素子の構成も可能で
ある。この構成の場合、入射側のルーチング素子では、
同じ位置から入射した光ビームはその入射位置によらず
コリメート光信号入力端子の偶数番目の行の高さに出射
する光ビームの方が奇数番目の行の高さに出射する光ビ
ームよりも常にｄだけ長い光路を通過し、かつ出射側の
ルーチング素子では、同じ位置から出射する光ビームは
その出射位置によらず常にコリメート光信号受信端子の
偶数番目の行の高さから入射する光ビームの方が奇数番
目の行の高さから入射する光ビームよりもｄだけ短い光
路を通過するため、両方のルーチング素子内での光路長
差が相殺されて、結果的に分離された２つの光信号の伝
搬時間が等しくなる。従って、図12および図13の構成も
本発明に含まれる。また、90°回転させた素子を用いる
ことでマトリクス状の入出力ポートに対するスイッチも
可能になる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による多端
子光スイッチでは、スイッチ内部で２つに分離された光
信号の伝搬時間差が除去されているため、高速な光信号
に対してもジッタの影響がなく、安定に動作する光スイ
ッチが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はＮ入力Ｎ出力（８×８）のマトリクスス
イッチの配線図である。

【図２】図２は32入力32出力の多段網構成スイッチ回路
網の配線図である。

【図３】図３は従来の光ビーム多端子空間スイッチの構
成を示す図である。

【図４】図４は図３に示した多端子光スイッチに適用す
るルーチング素子の構成を示す図である。

【図５】図５は本発明の一実施例を示す図である。

【図６】図６は図５に示されたスイッチ本体内での光信
号経路を示す配線図である。

【図７】図７は光信号伝搬時間等化型偏光ルーチング素
子の第１の構成例を示す図であり、（ａ）はその構成を
示し、（ｂ）は素子内での光路を示す。

【図８】図８は本発明の他の実施例に基づく、図５ある
いは図６とは異なった構成のスイッチ本体内での光信号
経路を示す配線図である。

【図９】図９は図８に基づく光信号伝搬時間等化型偏光
ルーチング素子の第１の構成例を示す図である。

【図１０】図10は光信号伝搬時間等化型偏光ルーチング
素子の第２の構成例を示す図であり、（ａ）はその構成
を示し、（ｂ）は素子内での光路を示す。

【図１１】図11は図10の場合と異なる光信号伝搬時間等
化型偏光ルーチング素子の第２の構成例を示す図であ
り、（ａ）はその構成を示し、（ｂ）は素子内での光路
を示す。

【図１２】図12は光信号伝搬時間等化型偏光ルーチング
素子の第２の構成例に基づく、図10とは異なった偏光ル
ーチング素子の構成を示す図である。

【図１３】図13は図８に基づく光信号伝搬時間等化型偏
光ルーチング素子の第２の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１−１，１−２ コリメート光信号入力端子 ２−１，２−２ 偏光ビームスプリッタ ３−１〜３−ｘ 液晶光空間変調器アレイ ４−１〜４−ｘ 偏光ルーチング素子 ５−１，５−２ コリメート光信号受信端子 11 複屈折結晶 12 偏光面変換素子アレイ 13 偏光ビームスプリッタ 14 ガラスロッド 21 コリメート光信号入力端子 22 偏光ビームスプリッタ 23 偏光面変換素子アレイ 24 コリメート光信号受信端子 31 コリメート光信号入力端子 32 偏光ビームスプリッタ 33 透明ロッド 34 コリメート光信号受信端子 101 コリメート光信号入力端子 102-１〜102-ｘ 液晶光空間変調器アレイ 103-１，103-２ 光信号伝搬時間等化型偏光ルーチング
素子 104-１〜104-ｘ 通常の偏光ルーチング素子 105 コリメート光信号受信端子

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【手続補正書】

【提出日】平成４年９月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】２入力２出力の単位スイッチを多段に接
続し、Ｎ個の入力端子とＮ個の出力端子との間を１対１
接続するスイッチとして、クロスバ型構成に基づくマト
リクススイッチがある。図１に、一例としてＮ入力Ｎ出
力（具体的には８入力８出力）のマトリクススイッチの
配線図を示す。図１において実線は網内の配線を示す。
また、図中の長方形は２入力２出力の単位スイッチであ
り、これは外部からの制御によって入力１−出力１、入
力２−出力２の接続形態（スルー）と、入力１−出力
２、入力２−出力１の接続形態（クロス）のいずれか一
方の形態をとる。このスイッチを用いて図中のｉ番目の
入力端子からの入力信号をｊ番目の出力端子に接続する
ためには、ｉ番目の入力端子とｊ番目の出力端子の交点
に位置する単位スイッチ（図中ではハッチングを施した
単位スイッチ）をクロス状態とし、その他の単位スイッ
チでｉ番目の入力端子あるいはｊ番目の出力端子に接続
されているもの（図中で一点鎖線の枠内の領域の単位ス
イッチ）をすべてスルー状態とすれば良い。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のコリメート入射信号光の光路を格
   子状あるいは一列状、かつ平行に配置してスイッチ本体
   内に入射する手段と、 複数の光ビームのすべてに対し、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
   の光路を移動して、これを他の光ビームの光路移動され
   ない直線偏光成分と合成し、同一光路上を伝搬させる機
   能を有する光路変換素子と、 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
   素子を複数個配置した偏光面制御素子アレイとを有し、 スイッチ本体内に入射された上記複数のコリメート光ビ
   ームの光路上に、上記偏光面制御素子アレイと光路変換
   素子とが交互に配置され、かつ該直線偏光光成分が常に
   同一の光路からスイッチ本体外に出射するように、上記
   偏光面制御素子が動作するようにした多端子光スイッチ
   において、 上記スイッチ本体内で分離された２つの光ビームの、分
   離された直後に入射する偏光面制御素子アレイから同一
   光路に合成される直前に入射する偏光面制御素子アレイ
   までの経路が、常に互いに同形となるように上記偏光面
   制御素子が動作し、 上記２つの光ビームが、該光ビームを分離する光路変換
   素子内、および該光ビームを合成する光路変換素子内を
   通過するのに要する時間の和が常に上記２つの光ビーム
   の間で等しくなるような伝搬時間等化機能を持つよう
   に、上記２つの光路変換素子が構成されることを特徴と
   する多端子光スイッチ。
2. 【請求項２】 上記伝搬時間等化機能を持つ光路変換素
   子が、 互いに直交する２つの直線偏光ビームの一方をそのまま
   透過し、他方を、その進行方向に対して垂直な方向に反
   射する、複数個の同一形状を有した偏光ビームスプリッ
   タを上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１の偏光ビームスプリッタアレイと、 上記偏光ビームスプリッタアレイと同一形状で、かつ上
   記直線偏光ビームの反射方向が逆となるように配置され
   た第２の偏光ビームスプリッタアレイと、 上記２つのビームスプリッタアレイに挟まれ、かつ通過
   する上記２つの直線偏光の偏光面を互いに交換させる機
   能を有する偏光面回転素子、によって構成されることを
   特徴とする請求項１に記載の多端子光スイッチ。
3. 【請求項３】 上記伝搬時間等化機能を有する光路変換
   素子が、 互いに直交する２つの直線偏光ビームの一方をそのまま
   透過し、他方を、その進入方向に対して垂直な方向に反
   射する、複数個の同一形状を有した偏光ビームスプリッ
   タを上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１の偏光ビームスプリッタアレイと、 上記偏光ビームスプリッタと同一形状で、かつ上記直線
   偏光ビームの反射方向が逆となるように配置された偏光
   ビームスプリッタを、透明で該偏光ビームスプリッタと
   同一形状かつ同一屈折率のスペーサを介して積層した第
   ２の偏光ビームスプリッタアレイと、 上記第１の偏光ビームスプリッタアレイと同一形状の偏
   光ビームスプリッタアレイと、上記第１の偏光ビームス
   プリッタアレイと同一形状で、かつ上記直線偏光ビーム
   の反射方向が逆となるように配置された偏光ビームスプ
   リッタアレイとを合成し、かつ全体を上記第１あるいは
   第２の偏光ビームスプリッタアレイに対して光の進入方
   向を軸として直角に回転した第３の偏光ビームスプリッ
   タアレイ、とによって構成されることを特徴とする請求
   項１あるいは請求項２に記載の多端子光スイッチ。