JPH063606A - 空間光スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】１次元もしくは２次元空間で多重化された光信
号の可変接続を行う空間光スイッチ装置に関し、多入力
多出力の多チャネル構成を容易に実現でき、しかも挿入
損失やクロストークも少なくできるようにする。 【構成】２本の互いに平行な入力光軸１０−１，１０−
２に沿って入射した光の直線偏光面を一対の偏光制御手
段１２−１，１２−２により偏向面画が直交する常光ま
たは異常光のいずれかの状態に切り換えて出力する。偏
光制御手段１２−１，１２−２からの異常光又は常光は
第１複屈折率結晶１４に入り、異常光が屈折してシフト
し、常光はそのまま透過する。続いて穴部１８を備えた
半波長板１６が設けられ、穴部１８以外を通る光の偏光
面を９０度回転させる。最後には第２複屈折率結晶２０
が設けられ、異常光をシフトし、常光を透過する。これ
により入出力の光軸が光軸間隔分だけシフトした２入力
２出力の光スイッチ構造が得られ、並列且つ多段に配置
することで多チャネル化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１次元もしくは２次元
空間で多重化された光信号の可変接続を行う空間光スイ
ッチ装置に関する。近年、４Ｋバイトから６Ｍバイト程
度までの大容量画像データを１０Ｇビット／秒程度の超
光束伝送路を通して転送する場合に、可変接続可能なク
ロスコネクト装置としての使用を目的とした小型に構成
できる多チャネルの空間光スイッチ装置が必要になる。

【０００２】また、多チャネルの空間光スイッチ装置
は、並列処理コンピュータのプロセッサ、メモリ間の結
合網やＡＴＭ交換機の多段スイッチなどのサブシステム
を光通話路で実現する用途にも利用できるものとして注
目されている。。

【０００３】

【従来の技術】従来、この種の空間光スイッチ装置とし
ては、電機光学効果を有するＬｉＮｂＯ₃ 等の誘電体基
板上にマトリックス状に配置された光クロスバスイッチ
や２入力２出力の偏光スイッチ等が知られている（特開
平３−２００１２３号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の空間光スイッチ装置にあっては、２次元信号
（面的入力）の扱いが不可能であったり、２入力２出力
の構成しかとれないという制約がある。更に、光路変更
素子として、プリズムアレイが用いられているが、多チ
ャネルビームの入力に伴い、プリズムアレイのサイズが
大きくなり、光路およびビーム経路による光路差の増大
によって、挿入損失とクロストークが大きくなる恐れも
あった。

【０００５】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、多入力多出力の多チャネル構成を容
易に実現でき、しかも挿入損失やクロストークも少なく
できる空間光スイッチ装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。尚、実施例図面中の符号
を併せて示す。本発明の空間光スイッチ装置は、２入力
２出力の光スイッチ構造を基本単位とし、この２入力２
出力の光スイッチ構造は次の構成を備える。

【０００７】即ち、入出力の光軸が光軸間隔分だけシフ
トした２入力２出力の光スイッチ構造を２本の互いに平
行な入力光軸１０−１，１０−２に沿って入射した光の
直線偏光面を直交する２方向のいずれかの状態に切り換
えて出力する一対の偏光制御手段１２−１，１２−２
と、一対の偏光制御手段１２−１，１２−２による一方
向の偏光面（常光）をもつ光を直進させ、他方向の偏光
面（異常光）を持つ光を結晶軸１５の方向に近づけるよ
うに曲げ、２本の入力光軸１０−１，１０−２からの光
を、光軸間隔分だけ横方向にシフトした光軸１２−３を
１本加えた３本の光軸のいずれかに出力する第１複屈折
率結晶１４と、第１複屈折率結晶１４からの３本の光軸
１０−１，１０−２，１０−３の中央の光軸１０−２か
らの光を通過する穴部１８を有し、残り２本の光軸１０
−１，１０−３からの光の波面を９０度回転させる半波
長板１６と、半波長板１６から出力された一方向の偏光
面（常光）をもつ光を直進させ、他方向の偏光面（異常
光）を持つ光を結晶軸１５の方向に近づけるように曲
げ、光の透過と偏向により半波長板１６からの３本の光
軸１０−１〜３に沿った光を、入力光軸１０−１，２に
対し光軸間隔分だけ横方向にシフトした２本の互いに平
行な出力光軸２２−１，２２−２のいずれかに出力する
第２の複屈折率結晶２０とを備え、入出力の光軸が光軸
間隔分だけシフトした２入力２出力の光スイッチ構造を
実現する。

【０００８】ここで偏光制御手段１２−１，２、第１複
屈折率結晶１４、半波長板１６、および第２複屈折率結
晶２０は空気層を介して光軸方向に配列してもよいし、
空気層を介さずに一体に積層してもよい。また第１及び
第２複屈折率結晶１４，２０の各々は、結晶軸（Ｃ軸）
１５とθ＝４５度を成す入射面と出射面を平行に形成
し、且つ共に同一の厚さを有する。

【０００９】更に偏光制御手段１２−１，１２−２とし
ては、液晶を透明電極で挟み、電圧をかけることによっ
て偏光状態を制御する偏光制御構造をもち、且つ偏光制
御構造を光スイッチのチャネル配置に合わせてセグメン
ト化し、各セグメントを独立に制御できるように一体形
成する。更にまた、本発明空間光スイッチ装置は、光フ
ァイバの出射光をコリメート手段により平行光に変換し
た後に偏光制御手段１２−１，２に入射させ、第２複屈
折結晶２０からの出射光を集光手段を用いて光ファイバ
に導入する構造を備える。

【００１０】実際の空間光スイッチ装置としての構成
は、基本単位である２入力２出力の光スイッチ構造を光
軸方向に複数配列して多段構成する。また２入力２出力
の光スイッチ構造を光軸と平行に複数配置して多チャネ
ル構成としてもよい。例えば４入力４出力の多いチャネ
ル空間光スイッチ装置としては、基本となる２入力２出
力の光スイッチ構造を２つ互いに入射面が平行になるよ
うに並列に配置して４チャネルの入出力をもつ１段分の
光スイッチ構造を形成し、且つ第１段に対し第２段を９
０度回転した状態で２段に積層して４入力４出力の光ス
イッチ構造とする。

【００１１】更に、８入力８出力のバニヤン網型光スイ
ッチ構造としては、基本単位となる２入力２出力の光ス
イッチ構造を４つ互いに入射面が平行になるように並列
に配置して８チャネルの入出力をもつ１段分の光スイッ
チ構造を形成し、且つ光スイッチ構造を第１段に対し第
２段を９０度回転し、第２段に対し第３段を回転せず、
更に第３段に対し第４段を４５度回転した状態で４段に
積層して８入力８出力のバニヤン網型光スイッチ構造と
する。

【００１２】この８入力８出力のバニヤン網型光スイッ
チ構造の詳細は、第１段目の８つのチャネル０〜７の配
置を、チャネル０を原点とした２次元座標で隣接チャネ
ル間隔をｄとした時、チャネル０〜７を チャネル０は（０，０）チャネル１（ｄ／２，−ｄ／
２），チャネル２（ｄ，０），チャネル３（３ｄ／２，
−ｄ／２），チャネル４（０，−ｄ），チャネル５（ｄ
／２，−３ｄ／２），チャネル６（ｄ，−ｄ），チャネ
ル（３ｄ／２，−３ｄ／２）に配置し、更に、第一段で
チャネル０−４，チャネル１−５，チャネル２−６，チ
ャネル３−７間、第２段および第３段でチャネル０−
２，チャネル１−３，チャネル４−６，チャネル５−７
間、第４段でチャネル０−１，チャネル２−３，チャネ
ル４−５，チャネル６−７間にビームシフト構造を設け
る。

【００１３】

【作用】このような構成を備えた本発明の空間光スイッ
チ装置によれば、基本素子としての２入力２出力スイッ
チ構造が、一対の偏光制御手段１２−１，１２−２、第
１複屈折率結晶１４、穴部１８を有する半波長板１６、
第２複屈折率結晶２０を積層にることによって実現で
き、簡単な構造により２つのチャネル間で光路の切替え
を可能にする。

【００１４】入力段に設けた一対の偏光制御手段１２−
１，１２−２は、第１及び第２複屈折率結晶１４，２０
のもつ常光を透過し、常光に直交する偏光面をもつ異常
光を結晶軸１５の方向に近づけるようにシフトする性質
を利用し、第１複屈折率結晶１４に入射するの入力チャ
ネル０，１の直線偏光面をもつ入力光信号を常光又は異
常光に制御することで次の４つのスイッチモードが得ら
れる。る。

【００１５】［入出力チャネル０−０間のパス］入力チ
ャネル０の偏光制御手段１２−１で常光とした光は第１
複屈折率結晶１４を透過し、半分波長板１６で偏光面が
９０度回転されて異常光となり、最後の第２複屈折率結
晶２０で結晶軸１５方向に近づくようにシフトし、出力
チャネル０に出力される（経路ａ−ｂ−ｆ）。

【００１６】［入出力チャネル０−１間のパス］入力チ
ャネル０の偏光制御手段１２−１で異常光とした光は第
１複屈折率結晶１４で結晶軸１５方向に近づくようにシ
フトされ、半分波長板１６の穴部１８を通過した後に最
後の第２複屈折率結晶２０で結晶軸１５方向に近づくよ
うにシフトし、出力チャネル１に出力される（経路ａ−
ｄ−ｅ−ｈ）。

【００１７】［入出力チャネル１−０間のパス］入力チ
ャネル１の偏光制御手段１２−２で常光とした光は第１
複屈折率結晶１４を透過し、半分波長板１６の穴部１８
を通り、更に最後の第２複屈折率結晶２０を透過してそ
のまま出力チャネル０に出力される（経路ｃ−ｄ−ｅ−
ｆ）。 ［入出力チャネル１−１間のパス］入力チャネル１の偏
光制御手段１２−１で異常光とした光は第１複屈折率結
晶１４で結晶軸１５方向に近づくようにシフトされ、半
分波長板１６で偏光面が９０度回転されて常光となり、
最後の第２複屈折率結晶２０を透過して、出力チャネル
１に出力される（経路ｃ−ｇ−ｈ）。

【００１８】このような２入力２出力の基本光スイッチ
構造を並列的且つ多段に配置することで、４入力４出
力、８入力８出力等の多段光クロスコネクトスイッチを
容易に実現できる。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の空間光スイッチ装置の第１実
施例を示した実施例構成図であり、空間光スイッチ装置
の基本単位である２入力２出力の光スイッチ構造を示し
ている。図１において、入力チャネル０，１となる２本
の平行な光路（光軸）１０−１，１０−２に対し、同じ
く光軸の間隔分だけシフトした出力チャネル０，１を構
成する２本の平行な光路２２−１，２２−２が設けら
れ、図２に示すように２入力２出力のクロスコネクトス
イッチの配線構造を実現する。

【００２０】この入力チャネル０，１から出力チャネル
０，１の間には偏光制御器１２−１，１２−２、第１複
屈折結晶１４，半波長板１６及び第２複屈折結晶２０が
配置される。偏光制御器１２−１，１２−２は入力チャ
ネル０，１の光路１０−１，１０−２中に設けられ、入
力チャネル０，１から入射した光の直線偏光面を紙面に
直交する方向と紙面に平行な方向の２方向のいずれかの
状態に切り替える。この偏光制御器１２−１，１２−２
としては、液晶を透明電極で挟み、電圧を掛けることに
よって偏光状態を制御する偏光制御構造により実現する
ことができる。

【００２１】偏光制御器１２−１，１２−２に続いては
光路１０−１，１０−２中に１枚の部材として第１複屈
折結晶１４が設けられる。図示の第１複屈折結晶１４は
その主断面を示している。即ち、複屈折結晶の主断面と
は結晶の結晶軸１５と入射光の進行方向を示す光路１０
−１，１０−２を含む断面を意味する。

【００２２】一般に複屈折結晶に光を入射させると異な
る２つの屈折光に分かれて伝播し（光学的異方性）、屈
折光は振動方向が互いに直交している２つの偏光に分か
れて伝播する。この場合、屈折光が複屈折を起こさない
方向のことを結晶の結晶軸１５といい、結晶軸１５方向
に伝播する光に対しては等方性の結晶と同じになる。複
屈折結晶の屈折光は入射角度によって伝播方向と速度が
変わる。このとき伝播方向と速度がスネルの法則に従う
直線偏光のことを常光、スネルの法則に従わない直線偏
光のことを異常光と言う。

【００２３】図１に示す第１複屈折結晶の主断面に垂直
な方向、即ち紙面に垂直な方向に振動している直線偏光
が常光となり、常光は屈折することなく第１複屈折結晶
１４を透過する。異常光は振動方向が常光の振動方向と
直交するので、主断面に対し平行（紙面に平行）な直線
偏光となり、常光の透過方向に対し角度θをもって横方
向にシフトするように斜めに伝播する。

【００２４】このため、第１複屈折結晶１４に対する入
力チャネル０，１の光路１０−１，１０−２は第１複屈
折結晶１４を伝播する際に異常光については光軸に対し
θだけ斜め方向に伝播してシフトすることになる。その
結果、光路が３つに分けられることになる。第１複屈折
結晶１４に続いて設けられた半波長板１６は第１複屈折
結晶１４による３つの平行な光路中に設けられており、
入射した光の偏光面を９０度回転する。この内、第１複
屈折結晶１４からの真中の光路の通過部分については、
穴部１８を開口しており、真中の光路を通る光について
は偏光面の回転を行わずにそのまま透過するようにして
いる。従って、上下の両側に位置する光路から入射した
光の偏光面を９０度回転させることになる。

【００２５】半波長板１６に続く最後の位置には第２複
屈折結晶２０が設けられる。第２複屈折結晶２０は半波
長板１６からの３本の光路中に１枚の部材として設けら
れており、前段に設けている第１複屈折結晶１４と同じ
厚さで且つ結晶軸１５の方向も同じである。第２複屈折
結晶２０についても、紙面に垂直な偏光面をもつ常光に
ついては光路に沿って透過し、紙面に平行な偏光面をも
つ異常光については光路に対しθ方向に伝播してシフト
させる。

【００２６】図３は図１の２入力２出力の基本光スイッ
チ構造における２出力チャネル０−０間、０−１間、１
−０間、１−１間の４つのスイッチ状態に分けて入力チ
ャネルから出力チャネルへの光の伝播経路を示した説明
図である。図３（ａ）は入出力チャネル０−０間の光伝
播を示したもので、偏光制御器１２−１により入力チャ
ネル０からの入射光の偏光面を紙面に垂直な直線偏光と
なる常光に変換して第１複屈折結晶１４に入射してい
る。この常光は、第１複屈折結晶１４を光路方向に透過
し、半波長板１６で９０度偏光面が回転され、第２複屈
折結晶２０に紙面に平行な異常光として入射する。この
異常光は第２複屈折結晶２０を結晶軸１５の方向に近づ
くように伝播することでシフトし、出力チャネル０に送
り出される。従って、入出力チャネル０−０間の伝播に
ついてはａ−ｂ−ｆとなる経路を通る。

【００２７】図３（ｂ）は入出力チャネル０−１間の光
の伝播を示す。この場合には、偏光制御器１２−１は入
力チャネル０からの入射光を紙面に平行な直線偏光をも
つ異常光に変換して第１複屈折結晶１４に入射する。こ
の異常光は第１複屈折結晶を結晶軸１５方向に近づくよ
うに伝播することでシフトし、中央の光路から半波長板
１６に入射する。半波長板１６の中央の光路部分には穴
部１８が設けられているため、偏光面は変化せず、第２
複屈折結晶２０に異常光として入射する。この異常光は
第２複屈折結晶２０の結晶軸１５の方向に近づくように
伝播してシフトし、出力チャネル１に送出される。即
ち、入出力チャネル０−１間についてはａ−ｄ−ｅ−ｈ
となる伝播経路を通る。

【００２８】図３（ｃ）は入出力チャネル１−０間の光
の伝播を示す。この場合には、偏光制御器１２−２は入
力チャネル１からの光を紙面に垂直な直線偏光となる常
光に変換して第１複屈折結晶１４に入射する。この常光
は、第１複屈折結晶１４を光路方向に透過し、半波長板
１６の穴部１８を通過し、更に第２複屈折結晶２０に常
光として入射することで光路方向に透過し、出力チャネ
ル０に送出される。この出力チャネル１−０間について
は、ｃ−ｄ−ｅ−ｆとなる経路で伝播し、横方向のシフ
トは生じない。

【００２９】図３（ｄ）は入出力チャネル１−１間の光
の伝播を示す。この場合、偏光制御器１２−２は入力チ
ャネル１からの入射光を紙面に平行な直線偏光となる異
常光に変換して第１複屈折結晶１４に入射する。この異
常光は第１複屈折結晶１４の結晶軸１５の方向に近づく
ように伝播することでシフトする。第１複屈折結晶１４
でシフトされた異常光は半波長板１６に入射して偏光面
が９０度回転され、紙面に垂直な偏光方向を持つ常光と
して第２複屈折結晶２０に入射される。この常光は第２
複屈折結晶２０を光路方向に透過し、出力チャネル１に
送出される。この入出力チャネル１−１間については、
ｃ−ｇ−ｈとなる経路で伝播される。

【００３０】尚、図１の実施例にあっては、入力チャネ
ル０，１と出力チャネル０，１とはチャネル間隔だけず
れているが、スイッチとしての機能においては格別な問
題はない。この図１に示す本発明の空間光スイッチ装置
の基本スイッチ単位となる２入力２出力の光スイッチ構
造については、例えば図４に示すように光路に直交する
横方向に２組並べるように組み合わせることで４入力４
出力の光スイッチ構造とすることができる。

【００３１】図４にあっては、入力チャネル０，１と出
力チャネル０，１間に図１に示した２入力２出力の光ス
イッチ構造を実現し、また入力チャネル２，３間と出力
チャネル２，３間に同じく図１に示した２入力２出力の
光スイッチ構造を実現している。この内、入力側には偏
光制御基板１２を設け、この偏光制御基板１２上に図１
に示した２つの偏光制御器１２−１，１２−２に相当す
る偏光制御セグメント１２ａ，１２ｂを入力チャネル
０，１に対応して設け、また偏光制御セグメント１２
ｃ，１２ｄを入力チャネル２，３に対応して設けてい
る。

【００３２】続いて設けた第１複屈折結晶１４，半波長
板１６および第２複屈折結晶２０については、共通の部
材として設けている。勿論、半波長板１６には２つの横
方向に配置された２入力２出力光スイッチ構造における
３本の光路の中央の光について穴部１８を２か所に形成
している。また、図１の実施例にあっては、偏光制御器
１２−１，１２−２、第１複屈折結晶１４、半波長板１
６および第２複屈折結晶２０を空気層を介して光路方向
に配列しているが、図４に示すように空気層を介さずに
一体に積層した構造としても良い。

【００３３】図５は本発明の他の実施例を示したもの
で、例えば図４に示したような４入力４出力の光スイッ
チ構造で１つの段を形成し、これを光路方向に１段，２
段，・・・ｎ段（ＮＷ１，ＮＷ２，・・・ＮＷｎ）と多
段に積み重ねて配列することで、多チャネル空間光スイ
ッチ装置を構成しても良い。この場合にも、各段の光ス
イッチ構造を図示のように空気層を介して配列しても良
いし、空気層を介さずに密接して光路方向に積層して一
体化しても良い。

【００３４】次に図１における本発明の基本光スイッチ
構造を用いた４入力４出力のクロスコネクトスイッチの
実施例を説明する。図６は４入力４出力（４×４）クロ
スコネクトスイッチの配線構造を示した説明図であり、
４つの入力チャネルおよび出力チャネルのそれぞれにチ
ャネル番号０，１，２，３を付して示しており、配線構
造はネットワークＮＷ１，ＮＷ２の２段となる。

【００３５】このような４入力４出力のクロスコネクト
スイッチに図１に示した２入力２出力の基本スイッチ単
位を適用して本発明の光空間スイッチ装置を実現する
と、図２（ｂ）に示した図１の２入力２出力の基本スイ
ッチ単位のチャネル面の符号で表すと、図７に示す第１
段のネットワークＮＷ１と第２段のネットワークＮＷ２
の構成となる。

【００３６】即ち、第１段のネットワークＮＷ１につい
ては、図１の２入力２出力の基本光スイッチ構造を横に
して上下２段に並べている。第２段のネットワークＮＷ
２については、第１段のネットワークＮＷ１に対し９０
度回転した状態で同じ光スイッチ構造を積層している。
第１段のネットワークＮＷ１にあっては、チャネル０−
２，１−３間でスイッチ可能であり、また第２段のネッ
トワークＮＷ２ではチャネル０−１，２−３間でスイッ
チ可能であり、結果的に図６の配線構造を実現すること
ができる。

【００３７】図８は図７に示した第１段のネットワーク
ＮＷ１の構造と第２段のネットワークＮＷ２の構造を分
解して示した説明図である。図８（ａ）は第１段のネッ
トワークＮＷ１を構成する偏光制御基板１２，第１複屈
折結晶１４，半波長板１６および第２複屈折結晶２０を
分解して入射面側から示している。

【００３８】まず、入力チャネル０〜３に対応して偏光
制御基板１２上には４か所に分けて偏光制御セグメント
１２ａ〜１２ｄが配置され、偏光制御セグメント１２ａ
〜１２ｄは液晶を透明電極で挟み、電圧を掛けることに
よって偏光状態を制御するように構成されている。即
ち、入力チャネル０に対応して偏光制御セグメント１２
ａが設けられ、入力チャネル１に対応して偏光制御セグ
メント１２ｂが設けられ、入力チャネル２に対応して偏
光制御セグメント１２ｃが設けられ、更に入力チャネル
３に対応して偏光制御セグメント１２ｄが設けられてい
る。

【００３９】次に設けられる第１複屈折結晶１４はチャ
ネル境界は不要であることから共通の部材として設けら
れ、その結晶軸１５は底面図に示す方向となる。このた
め、液晶制御セグメント１２ａ〜１２ｄに対応した入力
チャネル０〜３からの異常光は結晶軸１５方向に近づく
ように伝播されてシフトし、入射面から見ると入射位置
から左側にシフトされることになる。

【００４０】続いて設けられた半波長板１６は前段の第
１複屈折結晶１４における右側へのシフトにより得られ
た３本の光路の中央に対応して２入力２出力の各スイッ
チ構造ごとに穴部１８ａ，１８ｂを設けている。更に、
最終段に設けられる第２複屈折結晶２０は入力側の第１
複屈折結晶１４と同じ厚さで且つ底面図に示すように結
晶軸１５の方向も同じであり、入射面から見て同様に横
方向に異常光をシフトする。

【００４１】図８（ｂ）は図７の第２段目のネットワー
クＮＷ２を構成する偏光制御基板１２，第１複屈折結晶
１４，半波長板１６および第２複屈折結晶２０を分解し
て入射面から見た説明図である。まず、最初に設けられ
る偏光制御基板１２にはチャネル０〜３に対応して液晶
を用いた偏光制御セグメント１２ａ〜１２ｄが配置され
ている。この偏光制御セグメント１２ａ〜１２ｄの配置
位置は図８（ａ）の第１段目のネットワークＮＷ１によ
り各チャネルが左側にチャネル間隔分だけシフトされる
ことから、図示のように左側に寄った位置となる。

【００４２】続いて設けられる第１複屈折結晶１４は各
チャネルに共用された１枚の部材として設けられ、右側
面図に示す方向の結晶軸１５をもつ。このため、結晶軸
１５方向に異常光が伝播され、入射面から見ると入射し
た異常光は下側にチャネル間隔分だけシフトされること
になる。次に設けられた半波長板１６は前段の第１複屈
折結晶１４により分けられた３つの光路の中央に対応し
て穴部１８ａ，１８ｂを形成している。更に、最終段に
設けた第２複屈折結晶２０は第１複屈折結晶１４と同じ
厚さで同じ結晶軸１５の方向を持ち、入射した異常光を
入射面から見ると下方にチャネル間隔分だけシフトする
ことになる。

【００４３】次に８入力８出力（８×８）のクロスコネ
クトスイッチに図１に示した２入力２出力の基本光スイ
ッチ構造を適用した本発明の空間光スイッチ装置の実施
例を説明する。図９は８入力８出力（８×８）のクロス
コネクトスイッチの配線構造を示したもので、８つのチ
ャネルにチャネル番号０〜７を付しており、配線構造は
ネットワークＮＷ１，ＮＷ２，ＮＷ３およびＮＷ４の４
段となる。

【００４４】このような８入力８出力のクロスコネクト
スイッチに図１に示した２入力２出力の本発明の基本光
スイッチ構造を適用すると、図１０に示すように、第１
段〜第４段のネットワークＮＷ１〜ＮＷ４を構成するこ
とができる。具体的には、第１段〜第４段のネットワー
クＮＷ１〜ＮＷ４は共に図２（ｂ）に示した２入力２出
力の基本光スイッチ構造の４つを平行に並べた構造であ
る。

【００４５】ここで、第１段のネットワークＮＷ１に対
し第２段のネットワークＮＷ２は９０度方向が異なって
おり、第２段のネットワークＮＷ２と第３段のネットワ
ークＮＷ３は同じ方向に並べており、図９からも明らか
なように配線構造も同じである。これはブロッキングを
防ぐための迂回回路を発生させるためである。更に、第
４段のネットワークＮＷ４は第３段のネットワークＮＷ
３に対し４５度回転した方向としている。

【００４６】このため、第１段のネットワークＮＷ１に
あっては、チャネル０−４，１−５，２−６，３−７間
でスイッチ可能であり、第２段と第３段のネットワーク
ＮＷ２，ＮＷ３にあっては、チャネル０−２，１−３，
４−６，５−７間でスイッチ可能であり、更に第４段の
ネットワークＮＷ４ではチャネル０−１，２−３，４−
５，６−７間でスイッチ可能である。

【００４７】この８入力８出力のクロスコネクトスイッ
チはバニヤン網型空間光スイッチを構成しており、この
８入力８出力のバニヤン網型光空間スイッチは次のよう
に定義することができる。今、図１０の第１段目のネッ
トワークＮＷ１について、図１１に取り出して示すよう
にチャネル０を原点とするＸＹ座標を設定し、２入力２
出力のチャネル間隔をｄとする。

【００４８】このような座標設定により図１０の第１段
目のネットワークＮＷ１のチャネル０〜７の座標は チャネル０は（０，０） チャネル１は（ｄ／２，−ｄ／２） チャネル２は（ｄ，０） チャネル３は（３ｄ／２，−ｄ／２） チャネル４は（０，−ｄ） チャネル５は（ｄ／２，−３ｄ／２） チャネル６は（ｄ，−ｄ） チャネル７は（３ｄ／２，−３ｄ／２） となるように配置する。更に、第１段目のネットワーク
ＮＷ１内で図１０に示すようにチャネル０−４，１−
５，２−６及び３−７のそれぞれの間でのシフト構造を
図１に示した光スイッチ構造により実現する。

【００４９】以下、同様に第２段〜第４段のネットワー
クＮＷ２〜ＮＷ４についても図１０に示す２つのチャネ
ル間のシフト構造を図１に示した基本的な光スイッチ構
造で実現することになる。図１２は図１０に示した８入
力８出力のバニヤン網型空間光スイッチ装置の具体的な
光スイッチ構造を第１段から第４段に分けて示した説明
図である。

【００５０】図１２（ａ）は第１段目のネットワークＮ
Ｗ１を示し、図１２（ｂ）は第２段目のネットワークＮ
Ｗ２を示し、図１２（ｃ）は第３段目のネットワークＮ
Ｗ３を示し、更に図１２（ｄ）は４段目のネットワーク
ＮＷ４を示しており、いずれについても偏光制御基板１
２，第１複屈折結晶１４，半波長板１６および第２複屈
折結晶２０に分けて入射面側を示している。

【００５１】また、第１複屈折結晶１４については、図
１２（ａ）〜（ｄ）における結晶軸１５の方向を併せて
示している。この結晶軸１５の方向は各段において第２
複屈折結晶２０についても同方向となる。このような結
晶軸１５により第１および第２複屈折結晶１４，２０に
入射した光のうち、異常光については結晶軸１５の方向
に近づくようにチャネル間隔分シフトし、常光は光路方
向にそのまま透過する。

【００５２】この異常光のシフトは入射面から見ると、
１段目については右下４５度方向にチャネル間隔分シフ
トし、２段目については右上４５度方向にチャネル間隔
分シフトし、第３段目については左下４５度方向にチャ
ネル間隔分シフトし、更に第４段目に付いては右方向に
チャネル間隔分だけシフトする。最初に設けられる偏光
制御基板１２については、図１２（ａ）〜（ｄ）の第１
段〜第４段についても８チャネル分の偏光制御セグメン
トを配置しており、それぞれ独立に制御することができ
る。

【００５３】３番目に設けられた半波長板１６について
は、前段に位置する第１複屈折結晶１４の結晶軸１５に
より定まる異常光のシフト方向で定まる３本の光路の中
央に位置するように４つの穴部１８が設けられている。
次に本発明の空間光スイッチ装置に対する光信号の入出
力部の構造としては、空間光スイッチ装置の入力側およ
び出力側のそれぞれにチャネル数およびチャネル位置に
対応したマイクロレンズアレイを設ける。このマイクロ
レンズアレイのコリメート機能により、光ファイバから
出射する光を平行光に変換して空間光スイッチ装置の各
チャネルに入力させる。

【００５４】また、空間光スイッチ装置から出射した光
をマイクロレンズアレイにより収束させて光ファイバに
入射させることになる。勿論、マイクロレンズアレイ以
外に適宜のコリメート光学系を入力側に設け、また出力
側に集光光学系を設ければ良い。尚、上記の実施例は２
入力２出力の基本光スイッチ構造、４入力４出力の空間
光スイッチ構造、更に８入力８出力のバニヤン網型空間
光スイッチ構造を例にとるものであったが、本発明はこ
れに限定されず、ｎ入力ｎ出力の適宜の多チャネル空間
光スイッチ装置につき図１に示した２入力２出力の基本
光スイッチ構造を適用して実現することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、光スイッチ構造における光路偏光部が偏光制御素
子、複屈折率結晶、波長板といった平板状素子の積層構
成であるため構造が簡単であり、２次元配列された多チ
ャネル光スイッチ構造を簡単に実現することができる。

【００５６】また、多段構成の光スイッチ構造を実現し
た場合の光路切替えが最も近い隣接チャネル間で行われ
るため、光路長が最短で済み、チャネル間隔も小さくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による２入力２出力の基本光スイッチ構
造を示した実施例図

【図２】図１のチャネル間配線と配線配置の説明図

【図３】図１の基本光スイッチ構造における入出力チャ
ネル間の光伝播の説明図

【図４】図２の基本スイッチ構造を横に並べて４入力４
出力とした実施例構成図

【図５】図２の基本スイッチ構造を光路方向に配列して
多段構成とした実施例構成図

【図６】４入力４出力のクロスコネクトスイッチのチャ
ネル間配線図

【図７】図６の４入力４出力クロスコネクトスイッチを
実現する本発明の空間光スイッチ装置の各段の配線構造
図

【図８】図７の第１段と第２段における光スイッチ構造
を具体的に示した説明図

【図９】８入力８出力クロスコネクトスイッチを実現す
るバニアン網型空間光スイッチのチャネル間配線図

【図１０】図９の８入力８出力バニアン網型空間光スイ
ッチを実現する本発明の空間光スイッチ装置の各段の配
線構造図

【図１１】図１０のチャネル配置の座標説明図

【図１２】図１０の第１〜４段における光スイッチ構造
を具体的に示した説明図

【符号の説明】

１０−１，１０−２：入力光軸 １２−１，１２−２：偏光制御素子 １２：偏光制御基板 １２ａ〜１２ｄ：偏光制御セグメント １４：第１複屈折結晶 １６：半波長板 １８，１８ａ，１８ｂ：穴部 ２０：第２複屈折結晶 ２２−１，２２−２：出力光軸

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２本の互いに平行な入力光軸と、 該入力光軸に沿って入射した光の直線偏光面を直交する
   ２方向のいずれかの状態に切り換えて出力する一対の偏
   光制御手段と、 該一対の偏光制御手段による一方向の偏光面をもつ光を
   透過し、他方向の偏光面を持つ光を結晶軸方向に近づく
   ように偏向し、該光の透過と偏向により２本の入力光軸
   からの光を、光軸間隔分だけ横方向にシフトした光軸を
   １本加えた３本の光軸のいずれかに出力する第１複屈折
   率結晶と、 該第１複数屈折率結晶からの３本の光軸の中央の光軸か
   らの光を通過する穴部を有し、残り２本の光軸からの光
   の波面を９０度回転させる半波長板と、 該半波長板から出力された一方向の偏光面をもつ光を透
   過し、他方向の偏光面を持つ光を結晶軸方向に近づくよ
   うに偏向し、該光の透過と偏向により半波長板からの３
   本の光軸に沿った光を、前記入力光軸に対し光軸間隔分
   だけ横方向にシフトした２本の互いに平行な出力光軸の
   いずれかに出力する第２複屈折率結晶とを備え、 入出力の光軸が光軸間隔分だけシフトした２入力２出力
   の光スイッチ構造を実現したことを特徴とする空間光ス
   イッチ装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の空間光スイッチに於いて、
   前記偏光制御手段、第１複屈折率結晶、半波長板、およ
   び第２の複屈折率結晶を空気層を介して光軸方向に配列
   したことを特徴とする空間光スイッチ装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の空間光スイッチに於いて、
   前記偏光制御手段、第１複屈折率結晶、半波長板、およ
   び第２の複屈折率結晶を空気層を介さずに光軸方向に一
   体に積層したことを特徴する空間光スイッチ装置。
4. 【請求項４】請求項１の空間光スイッチ装置に於いて、
   前記第１及び第２複屈折率結晶の各々は、結晶軸と４５
   度を成す入射面と出射面を平行に形成し、且つ共に同一
   の厚さを有することを特徴とする空間光スイッチ装置。
5. 【請求項５】請求項１の空間光スイッチ装置に於いて、
   前記偏光制御手段は、液晶を透明電極で挟み、電圧をか
   けることによって偏光状態を制御する偏光制御構造をも
   ち、且つ該偏光制御構造を光スイッチのチャネル配置に
   合わせてセグメント化し、各セグメントを独立に制御で
   きるように一体形成したことを特徴とする空間光スイッ
   チ装置。
6. 【請求項６】請求項１記載の空間光スイッチ装置に於い
   て、光ファイバの出射光をコリメート手段により平行光
   に変換した後に前記偏光制御手段に入射させ、前記第２
   複屈折結晶からの出射光を集光手段を用いて光ファイバ
   に導入する構造を備えたことを特徴とする空間光スイッ
   チ装置。
7. 【請求項７】請求項１乃至６記載の空間光スイッチ装置
   に於いて、前記２入力２出力の光スイッチ構造を光軸方
   向に複数配列して多段構成したことを特徴とする空間光
   スイッチ。
8. 【請求項８】請求項１乃至６記載の空間光スイッチ装置
   に於いて、前記２入力２出力の光スイッチ構造を光軸方
   向に直交する方向に並列に複数配置して多チャネル入出
   力構成としたことを特徴とする空間光スイッチ。
9. 【請求項９】請求項１乃至８記載の空間光スイッチ装置
   に於いて、前記２入力２出力の光スイッチ構造を２つ互
   いに入射面が平行になるように並列に配置して４チャネ
   ルの入出力をもつ１段分の光スイッチ構造を形成し、且
   つ該光スイッチ構造を第１段に対し第２段を９０度回転
   した状態で２段に積層して４入力４出力の光スイッチ構
   造としたことをを特徴とする空間光スイッチ装置。
10. 【請求項１０】請求項１乃至８記載の空間光スイッチ装
    置に於いて、前記２入力２出力の光スイッチ構造を４つ
    互いに入射面が平行になるように並列に配置して８チャ
    ネルの入出力をもつ１段分の光スイッチ構造を形成し、
    且つ該光スイッチ構造を第１段に対し第２段を９０度回
    転し、第２段に対し第３段を回転せず、更に第３段に対
    し第４段を４５度回転した状態で４段に積層して８入力
    ８出力のバニヤン網型光スイッチ構造としたことを特徴
    とする空間光スイッチ装置。
11. 【請求項１１】請求項１０記載の空間光スイッチ装置に
    於いて、前記８入力８出力のバニヤン網型光スイッチ構
    造の第１段目の８つのチャネル０〜７の配置を、チャネ
    ル０を原点とした２次元座標で隣接チャネル間隔をｄと
    した時、チャネル０〜７を チャネル０は（０，０）チャネル１は（ｄ／２，−ｄ／
    ２），チャネル２（ｄ，０），チャネル３（３ｄ／２，
    −ｄ／２），チャネル４（０，−ｄ），チャネル５（ｄ
    ／２，−３ｄ／２），チャネル６（ｄ，−ｄ），チャネ
    ル７（３ｄ／２，−３ｄ／２）に配置し、更に、第一段
    でチャネル０−４，チャネル１−５，チャネル２−６，
    チャネル３−７間、第２段および第３段でチャネル０−
    ２，チャネル１−３，チャネル４−６，チャネル５−７
    間、第４段でチャネル０−１，チャネル２−３，チャネ
    ル４−５，チャネル６−７間にビームシフト構造を設け
    たことを特徴とする空間光スイッチ装置。