JPH0996841A - 液晶を用いた光スイッチ - Google Patents
液晶を用いた光スイッチInfo
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- JPH0996841A JPH0996841A JP27698095A JP27698095A JPH0996841A JP H0996841 A JPH0996841 A JP H0996841A JP 27698095 A JP27698095 A JP 27698095A JP 27698095 A JP27698095 A JP 27698095A JP H0996841 A JPH0996841 A JP H0996841A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】小型で且つ作製が容易で、さらに、出力光のＳ
Ｎを高くすることのできる光スイッチである。 【解決手段】複数の入力ポート１と出力ポート１１を有
し、入力ポートに供給される入力光３を所望の出力ポー
トから出力光として出力する光スイッチである。凹凸部
を持つ空間に充填された液晶９を有するデバイス４で入
力光３が変調される。液晶９の配向状態は制御手段７、
８、１２、１３により制御される。
Ｎを高くすることのできる光スイッチである。 【解決手段】複数の入力ポート１と出力ポート１１を有
し、入力ポートに供給される入力光３を所望の出力ポー
トから出力光として出力する光スイッチである。凹凸部
を持つ空間に充填された液晶９を有するデバイス４で入
力光３が変調される。液晶９の配向状態は制御手段７、
８、１２、１３により制御される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の入力ポート
と出力ポートを有し、入力ポートに供給される入力光信
号を所望の出力ポートから出力光信号として出力する光
スイッチに関するものである。
と出力ポートを有し、入力ポートに供給される入力光信
号を所望の出力ポートから出力光信号として出力する光
スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信技術の進展とともに、光スイッチ
ング技術が盛んに開発されている。光スイッチとして、
従来から、ホログラフィ技術を用いたもの、液晶を用い
たものなど様々なものが提案されている。例えば、液晶
を用いたものとして、液晶の屈折率異方性と液晶界面で
の全反射効果を利用するものが提案されており、特開平
５−２４１１２１号公報には書き換え可能なホログラム
記録デバイスを用いたものが提案されている。図５に、
特開平５−２４１１２１号公報に開示の光スイッチの構
成図を示す。入力ポート群１０１の所望の入力ポートに
入力した光信号ＩＳｌは、偏光ビームスプリッタ１０５
によって反射され、強誘電性液晶空間光変調器１０３の
読み出し面の所定の位置に垂直に入射する。そして、強
誘電性液晶空間光変調器１０３上に描かれたホログラム
により回折されレンズ１０７に到達し、それぞれの入射
角度に対応した出力ポート群１０２の所望の出力ポート
に光信号ＩＳｌを導く。
ング技術が盛んに開発されている。光スイッチとして、
従来から、ホログラフィ技術を用いたもの、液晶を用い
たものなど様々なものが提案されている。例えば、液晶
を用いたものとして、液晶の屈折率異方性と液晶界面で
の全反射効果を利用するものが提案されており、特開平
５−２４１１２１号公報には書き換え可能なホログラム
記録デバイスを用いたものが提案されている。図５に、
特開平５−２４１１２１号公報に開示の光スイッチの構
成図を示す。入力ポート群１０１の所望の入力ポートに
入力した光信号ＩＳｌは、偏光ビームスプリッタ１０５
によって反射され、強誘電性液晶空間光変調器１０３の
読み出し面の所定の位置に垂直に入射する。そして、強
誘電性液晶空間光変調器１０３上に描かれたホログラム
により回折されレンズ１０７に到達し、それぞれの入射
角度に対応した出力ポート群１０２の所望の出力ポート
に光信号ＩＳｌを導く。
【０００３】一方、ホログラム生成用制御光源アレイ１
０４からの光束はレンズ１０６によって平面波となり、
強誘電性液晶空間光変調器１０３の書き込み面上に入射
する。この結果、書き込み面には全面に一様な干渉縞が
描かれる。この時、参照光ＣＬａｌはレンズ１０６の光
軸上の点光源から出射され、その位置は常に固定されて
いる。出力ポート選択光ＣＬｂｌの出射位置は出力ポー
トと１対１に対応しており、出力ポート選択光ＣＬｂｌ
の出射位置を選ぶことで、出力ポートの選択ができる。
これにより、光信号ＩＳｌは出力ポート群１０２の所望
の出力ポートに入射し、当該光スイッチの出力光として
出力される。
０４からの光束はレンズ１０６によって平面波となり、
強誘電性液晶空間光変調器１０３の書き込み面上に入射
する。この結果、書き込み面には全面に一様な干渉縞が
描かれる。この時、参照光ＣＬａｌはレンズ１０６の光
軸上の点光源から出射され、その位置は常に固定されて
いる。出力ポート選択光ＣＬｂｌの出射位置は出力ポー
トと１対１に対応しており、出力ポート選択光ＣＬｂｌ
の出射位置を選ぶことで、出力ポートの選択ができる。
これにより、光信号ＩＳｌは出力ポート群１０２の所望
の出力ポートに入射し、当該光スイッチの出力光として
出力される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来のホ
ログラフィを用いた光スイッチは、書き換え可能なホロ
グラム記録デバイスヘ干渉縞を記録する為の書き込み手
段と光信号を出力ポートに導く為のレンズなどが必要で
あり、装置が小型にできないという問題点があつた。ま
た、入力ポートに入力される光信号が波長多重されてい
る場合には、その波長に応じた干渉縞ピッチを形成する
ことが困難であるという欠点があつた。
ログラフィを用いた光スイッチは、書き換え可能なホロ
グラム記録デバイスヘ干渉縞を記録する為の書き込み手
段と光信号を出力ポートに導く為のレンズなどが必要で
あり、装置が小型にできないという問題点があつた。ま
た、入力ポートに入力される光信号が波長多重されてい
る場合には、その波長に応じた干渉縞ピッチを形成する
ことが困難であるという欠点があつた。
【０００５】従って、本発明の目的は、小型で且つ作製
が容易な光スイッチを提供することにある。さらに、出
力光のＳＮを高くすることのできる光スイッチを提供す
ることにある。また、入力ポートに入力される光信号が
波長多重されている場合にも使用できる光スイッチを提
供することにある。
が容易な光スイッチを提供することにある。さらに、出
力光のＳＮを高くすることのできる光スイッチを提供す
ることにある。また、入力ポートに入力される光信号が
波長多重されている場合にも使用できる光スイッチを提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光スイッチは、複数の入力ポートと出力ポートを有
し、入力ポートに供給される入力光を所望の出力ポート
から出力光として出力する光スイッチにおいて、凹凸部
を持つ空間に充填された液晶を有するデバイスで入力光
が変調される様に構成され、該液晶の配向状態を制御す
る制御手段が設けられたことを特徴とする。
明の光スイッチは、複数の入力ポートと出力ポートを有
し、入力ポートに供給される入力光を所望の出力ポート
から出力光として出力する光スイッチにおいて、凹凸部
を持つ空間に充填された液晶を有するデバイスで入力光
が変調される様に構成され、該液晶の配向状態を制御す
る制御手段が設けられたことを特徴とする。
【０００７】より詳細には、本発明の光スイッチは、複
数の入力ポートと出力ポートを有し、入力ポートに供給
される入力光信号を所望の出力ポートから出力光信号と
して出力する光スイッチにおいて、２枚の光学的等方性
を有する基板を有し、該基板の対向する面の一方に凹凸
部が形成されており、該２枚の基板の間に液晶を充填
し、該液晶の配向状態を制御する制御手段とを設けたこ
とを特徴とする。
数の入力ポートと出力ポートを有し、入力ポートに供給
される入力光信号を所望の出力ポートから出力光信号と
して出力する光スイッチにおいて、２枚の光学的等方性
を有する基板を有し、該基板の対向する面の一方に凹凸
部が形成されており、該２枚の基板の間に液晶を充填
し、該液晶の配向状態を制御する制御手段とを設けたこ
とを特徴とする。
【０００８】以下の様な態様にしても良い。前記入力ポ
ートに入力され、前記基板、液晶、制御手段を有するデ
バイスに入射する光信号は、直線偏光である。前記入力
ポートと前記基板、液晶、制御手段を有するデバイスと
の間の光路中に、偏光板を設ける。前記入力ポートに入
力される光信号が直線偏光光であつて、該ポートから前
記デバイスまでの間に用いる光フアイパが偏波面保存フ
ァイバである。前記複数の入力ポートに入力される光信
号は複数の光波長を有し、かつ前記凹凸部が位相型の回
折格子構造である。前記凹凸部が形成される光学的等方
性を有する基板の屈折率と前記液晶の異常屈折率がほぼ
一致している。前記複数の入力ポートに入力される光信
号は複数の光波長を有し、かつ前記凹凸部が前記光波長
に応じた深さを有するステップ状の構造である。前記凹
凸部が前記複数の入力ポートの数と同じに分割され、そ
れぞれの部分に充填された液晶の配向状態を独立に制御
する。前記凹凸部の位相格子の高さｈは、前記充填され
る液晶の異常屈折率と常屈折率との差△ｎと、該入力ポ
ートに入力される光信号の光波長λとを用いて、 ｈ＝（（ｍ十１／２）λ）／△ｎ （ｍ＝０、１、２、３、・・・） である。前記ステップ状の液晶層の間隔ｄは、前記充填
される液晶の異常屈折率と常屈折率との差△ｎと、該入
力ポートに入力される光信号の光波長λとを用いて、 ｄ＝（√３λ）／２△ｎ である。スイッチング信号により変調された入力光信号
の偏光光は、偏光ビームスプリッタを介して透過または
反射させることにより、前記複数の出力ポートに出力さ
れる。１つのファイバに波長多重された光信号を回折格
子によって分波するとともに、該回折格子の中心に焦点
を有するレンズによってそれぞれ略平行光束に変換し、
該複数の入力光信号を前記デバイスに入射させる。前記
デバイスから出射する複数の出力光信号を、回折格子の
中心に焦点を有するレンズによってそれぞれ略平行光束
に変換し、該回折格子によって合波して１つのファイバ
に波長多重された光信号として出射させる。入力光信号
が、前記基板、液晶、制御手段を有するデバイスに角度
を成して入射する様に構成されている。
ートに入力され、前記基板、液晶、制御手段を有するデ
バイスに入射する光信号は、直線偏光である。前記入力
ポートと前記基板、液晶、制御手段を有するデバイスと
の間の光路中に、偏光板を設ける。前記入力ポートに入
力される光信号が直線偏光光であつて、該ポートから前
記デバイスまでの間に用いる光フアイパが偏波面保存フ
ァイバである。前記複数の入力ポートに入力される光信
号は複数の光波長を有し、かつ前記凹凸部が位相型の回
折格子構造である。前記凹凸部が形成される光学的等方
性を有する基板の屈折率と前記液晶の異常屈折率がほぼ
一致している。前記複数の入力ポートに入力される光信
号は複数の光波長を有し、かつ前記凹凸部が前記光波長
に応じた深さを有するステップ状の構造である。前記凹
凸部が前記複数の入力ポートの数と同じに分割され、そ
れぞれの部分に充填された液晶の配向状態を独立に制御
する。前記凹凸部の位相格子の高さｈは、前記充填され
る液晶の異常屈折率と常屈折率との差△ｎと、該入力ポ
ートに入力される光信号の光波長λとを用いて、 ｈ＝（（ｍ十１／２）λ）／△ｎ （ｍ＝０、１、２、３、・・・） である。前記ステップ状の液晶層の間隔ｄは、前記充填
される液晶の異常屈折率と常屈折率との差△ｎと、該入
力ポートに入力される光信号の光波長λとを用いて、 ｄ＝（√３λ）／２△ｎ である。スイッチング信号により変調された入力光信号
の偏光光は、偏光ビームスプリッタを介して透過または
反射させることにより、前記複数の出力ポートに出力さ
れる。１つのファイバに波長多重された光信号を回折格
子によって分波するとともに、該回折格子の中心に焦点
を有するレンズによってそれぞれ略平行光束に変換し、
該複数の入力光信号を前記デバイスに入射させる。前記
デバイスから出射する複数の出力光信号を、回折格子の
中心に焦点を有するレンズによってそれぞれ略平行光束
に変換し、該回折格子によって合波して１つのファイバ
に波長多重された光信号として出射させる。入力光信号
が、前記基板、液晶、制御手段を有するデバイスに角度
を成して入射する様に構成されている。
【０００９】
（実施例１）図１は本発明の光スイッチの実施例１の要
部概略図である。図を簡単にするために、ここでは４つ
の入力信号の場合について示す。図中、１、１１はそれ
ぞれ入力ポート、出力ポートである。５は使用波長に対
して透明な光学的に等方性を有する基板であり、この基
板５を凹凸の形状にすることで回折格子５−１〜５−４
が形成されている。そして、この回折格子部は分割され
ており、それぞれ入力ポート１−１〜１−４が割り当て
られている。さらに、その格子ピッチ及び高さはその入
力ポート１ヘ入力される光信号の波長に応じて異なって
いる。また、６は基板５に対向して設けられ、使用波長
に対して透明な光学的に等方性を有する他の基板、９は
基板５、６間に充填された屈折率可変物質である液晶、
７および８はそれぞれ基板５、６上に形成された透明電
極であり、７の電極は前記回折格子５−１〜５−４の分
割に一致させて分割されている。当然のことながら、電
極を分割するのは対向する電極のうち７でも８でも構わ
ないことは言うまでもない。
部概略図である。図を簡単にするために、ここでは４つ
の入力信号の場合について示す。図中、１、１１はそれ
ぞれ入力ポート、出力ポートである。５は使用波長に対
して透明な光学的に等方性を有する基板であり、この基
板５を凹凸の形状にすることで回折格子５−１〜５−４
が形成されている。そして、この回折格子部は分割され
ており、それぞれ入力ポート１−１〜１−４が割り当て
られている。さらに、その格子ピッチ及び高さはその入
力ポート１ヘ入力される光信号の波長に応じて異なって
いる。また、６は基板５に対向して設けられ、使用波長
に対して透明な光学的に等方性を有する他の基板、９は
基板５、６間に充填された屈折率可変物質である液晶、
７および８はそれぞれ基板５、６上に形成された透明電
極であり、７の電極は前記回折格子５−１〜５−４の分
割に一致させて分割されている。当然のことながら、電
極を分割するのは対向する電極のうち７でも８でも構わ
ないことは言うまでもない。
【００１０】本実施例では、光スイッチング信号に応じ
てスイッチ群１３、電源１２により電極７−１〜７−４
に印加される電界により、回折格子５−１〜５−４の凹
部に充填された液晶９の屈折率を制御することで、入射
光３に対する回折効果を制御し、出力ポート１１に入力
信号を伝送する。即ち、本実施例は、液晶９に印加する
電界を制御することで、入射光３に対する回折効果を制
御し、出力ポート１１に入力信号を伝送することを目的
としている。
てスイッチ群１３、電源１２により電極７−１〜７−４
に印加される電界により、回折格子５−１〜５−４の凹
部に充填された液晶９の屈折率を制御することで、入射
光３に対する回折効果を制御し、出力ポート１１に入力
信号を伝送する。即ち、本実施例は、液晶９に印加する
電界を制御することで、入射光３に対する回折効果を制
御し、出力ポート１１に入力信号を伝送することを目的
としている。
【００１１】しかしながら、入射光２の偏光状態が液晶
９の配向と直交する場合（Ｐ偏光）は、電界印加の有無
にかかわらず、常に液晶９の常屈折率ｎoを感じ、常に
入射光に回折を生じさせる（下で述べる様に、回折格子
を形成する基板５の屈折率ｎgと液晶９の異常屈折率ｎe
とをほぼ一致させているとする）。従って、入射光の偏
光状態は液晶９の配向に平行（Ｓ偏光）にする必要があ
る（図１の紙面に垂直方向）。
９の配向と直交する場合（Ｐ偏光）は、電界印加の有無
にかかわらず、常に液晶９の常屈折率ｎoを感じ、常に
入射光に回折を生じさせる（下で述べる様に、回折格子
を形成する基板５の屈折率ｎgと液晶９の異常屈折率ｎe
とをほぼ一致させているとする）。従って、入射光の偏
光状態は液晶９の配向に平行（Ｓ偏光）にする必要があ
る（図１の紙面に垂直方向）。
【００１２】次に、本実施例における回折作用について
説明する。図１において、電界が印加されていない部
分、例えば電極７−２の部分は、液晶９が回折格子５−
２の凹部内で格子方向（紙面に垂直方向）に配向された
ホモジニアス配向の状態にされているとする。この時、
入射光３−２（図示する様に、偏光状態は液晶９の配向
に平行）は液晶９の異常屈折率ｎeを感じる。回折格子
５−２を形成する基板５の屈折率をｎg、入射光３の波
長をλ、回折格子の高さをｈとすれば、矩形状の回折格
子の場合、零次透過回折光の回折効率η0は近似的に次
式で表される。 η0≒１／２｛１十ｃｏｓ（２π△ｎ′ｈ／λ）｝ （１） ここで、△ｎ′は回折格子５−２の屈折率ｎgと異常屈
折率ｎeとの屈折率差を表し、△ｎ′＝｜ｎe−ｎg｜で
ある。
説明する。図１において、電界が印加されていない部
分、例えば電極７−２の部分は、液晶９が回折格子５−
２の凹部内で格子方向（紙面に垂直方向）に配向された
ホモジニアス配向の状態にされているとする。この時、
入射光３−２（図示する様に、偏光状態は液晶９の配向
に平行）は液晶９の異常屈折率ｎeを感じる。回折格子
５−２を形成する基板５の屈折率をｎg、入射光３の波
長をλ、回折格子の高さをｈとすれば、矩形状の回折格
子の場合、零次透過回折光の回折効率η0は近似的に次
式で表される。 η0≒１／２｛１十ｃｏｓ（２π△ｎ′ｈ／λ）｝ （１） ここで、△ｎ′は回折格子５−２の屈折率ｎgと異常屈
折率ｎeとの屈折率差を表し、△ｎ′＝｜ｎe−ｎg｜で
ある。
【００１３】つまり、回折格子を形成する基板５の屈折
率ｎgと液晶９の異常屈折率ｎeとをほぼ一致させると
（このとき△ｎ′＝△ｎ＝｜ｎe−ｎo｜、ここで、△ｎ
は液晶材料の異常屈折率ｎeと常屈折率ｎoとの屈折率差
を表す））、常に△ｎ′＝０となる。従って、液晶９に
電界が印加されていない時の零次透過回折光の回折効率
η0は、η0＝ｌとなり、すべての光量が透過され、入射
光３−２は回折されずに光束９−２となり、レンズ１０
−２ｂを介してＯＦＦモードの出力ポート１１−２ｂに
出力される。
率ｎgと液晶９の異常屈折率ｎeとをほぼ一致させると
（このとき△ｎ′＝△ｎ＝｜ｎe−ｎo｜、ここで、△ｎ
は液晶材料の異常屈折率ｎeと常屈折率ｎoとの屈折率差
を表す））、常に△ｎ′＝０となる。従って、液晶９に
電界が印加されていない時の零次透過回折光の回折効率
η0は、η0＝ｌとなり、すべての光量が透過され、入射
光３−２は回折されずに光束９−２となり、レンズ１０
−２ｂを介してＯＦＦモードの出力ポート１１−２ｂに
出力される。
【００１４】一方、電界が印加されている部分、例えば
電極７−１の部分では、電界印加量に従つて液晶９の異
常屈折率ｎeと常屈折率ｎoとが所定の比率で合成された
合成屈折率を感じ、或る印加電界量で液晶９は基板５に
対して垂直に配向され、ホメオトロピック配向状態とな
り、液晶９の常屈折率ｎoを感じ飽和する。従つて、入
射光３−１は基板屈折率ｎg（＝ｎe）と液晶９の常屈折
率ｎoの屈折率差を有する位相格子に入射した時と同様
に回折され、入射光３−１はＯＮモードの出力ポート１
１−ｌａに出力される。この状態で更に、前記凹凸部の
位相格子の高さｈが、屈折率差△ｎ′と、入力ポートに
入力される光信号の光波長λとを用いて ｈ＝（（ｍ十１／２）λ）／△ｎ′（ｍ＝０、１、２、３、・・・） （２） である時、η0＝０となる。つまり入射光３−１はＯＦ
Ｆモードの出力ポート１１−ｌｂには透過しない。従つ
て、回折格子の高さを（２）式で与えられるものにする
ことで、スイッチング信号のＳ／Ｎを高める事ができ
る。
電極７−１の部分では、電界印加量に従つて液晶９の異
常屈折率ｎeと常屈折率ｎoとが所定の比率で合成された
合成屈折率を感じ、或る印加電界量で液晶９は基板５に
対して垂直に配向され、ホメオトロピック配向状態とな
り、液晶９の常屈折率ｎoを感じ飽和する。従つて、入
射光３−１は基板屈折率ｎg（＝ｎe）と液晶９の常屈折
率ｎoの屈折率差を有する位相格子に入射した時と同様
に回折され、入射光３−１はＯＮモードの出力ポート１
１−ｌａに出力される。この状態で更に、前記凹凸部の
位相格子の高さｈが、屈折率差△ｎ′と、入力ポートに
入力される光信号の光波長λとを用いて ｈ＝（（ｍ十１／２）λ）／△ｎ′（ｍ＝０、１、２、３、・・・） （２） である時、η0＝０となる。つまり入射光３−１はＯＦ
Ｆモードの出力ポート１１−ｌｂには透過しない。従つ
て、回折格子の高さを（２）式で与えられるものにする
ことで、スイッチング信号のＳ／Ｎを高める事ができ
る。
【００１５】本実施例では、入力ポート１−１、１−
２、１−３、１−４に入射させる光の波長としてそれぞ
れλ１＝１．５μｍ、λ２＝１．３μｍ、λ３＝０．８
３μｍ、λ４＝０．７８μｍを用いている。この時、出
力ポート１１を規則正しく配列させる為に、回折角をす
べて等しく約２６度に設定し、使用する液晶９としてチ
ッソのＫＮ−５００８（商標名）を用いた。この液晶材
料は異常屈折率ｎe＝１．４９６、異常屈折率ｎeと常屈
折率ｎoとの屈折率差△ｎ＝０．１３０である。従っ
て、回折格子を形成する基板５は、屈折率ｎg（＝ｎe）
＝１．４９６である日本電子硝子（株）のＢＬＣ（商標
名）を用いた。
２、１−３、１−４に入射させる光の波長としてそれぞ
れλ１＝１．５μｍ、λ２＝１．３μｍ、λ３＝０．８
３μｍ、λ４＝０．７８μｍを用いている。この時、出
力ポート１１を規則正しく配列させる為に、回折角をす
べて等しく約２６度に設定し、使用する液晶９としてチ
ッソのＫＮ−５００８（商標名）を用いた。この液晶材
料は異常屈折率ｎe＝１．４９６、異常屈折率ｎeと常屈
折率ｎoとの屈折率差△ｎ＝０．１３０である。従っ
て、回折格子を形成する基板５は、屈折率ｎg（＝ｎe）
＝１．４９６である日本電子硝子（株）のＢＬＣ（商標
名）を用いた。
【００１６】このときそれぞれの回折格子５−１、５−
２、５−３、５−４のピッチ／高さは、それぞれ３．３
５μｍ／５．７７μｍ、２．９１μｍ／５．００μｍ、
１．８６μｍ／３．１９μｍ、１．７４μｍ／３．００
μｍとした。ここで高さｈを決定するのに異常屈折率ｎ
eと常屈折率ｎoとの屈折率差△ｎ＝０．１３０を用いた
が、厳密には液晶材料の分散を考慮して決定することが
望ましい。
２、５−３、５−４のピッチ／高さは、それぞれ３．３
５μｍ／５．７７μｍ、２．９１μｍ／５．００μｍ、
１．８６μｍ／３．１９μｍ、１．７４μｍ／３．００
μｍとした。ここで高さｈを決定するのに異常屈折率ｎ
eと常屈折率ｎoとの屈折率差△ｎ＝０．１３０を用いた
が、厳密には液晶材料の分散を考慮して決定することが
望ましい。
【００１７】今、図示するように回折格子５−１、５−
３の部分にのみ透明電極７−１、７−３によつて電界を
印加すると、上述した様に入射光束が回折されＯＮモー
ドの出力ポート１１−ｌａ、１１−３ａに、それぞれ波
長λｌ、λ３の光が出力され、波長λ２、λ４の光はＯ
ＦＦモードの出力ポート１１−２ｂ、１１−４ｂに出力
される。
３の部分にのみ透明電極７−１、７−３によつて電界を
印加すると、上述した様に入射光束が回折されＯＮモー
ドの出力ポート１１−ｌａ、１１−３ａに、それぞれ波
長λｌ、λ３の光が出力され、波長λ２、λ４の光はＯ
ＦＦモードの出力ポート１１−２ｂ、１１−４ｂに出力
される。
【００１８】本実施例において、上述した様に入射光の
偏光状態は液晶９の配向に平行（Ｓ偏光）にする必要が
あるために、本光スイッチに入射させる光信号は偏光板
で直線偏光にしたり、入力ポートから本デバイス４まで
の伝送路としては偏波面保存ファイバを用い、本デパイ
ス４ヘ入射する光の偏光方向を揃える様に偏波面保存フ
ァイバを適宜回転させて調整することが望ましい。
偏光状態は液晶９の配向に平行（Ｓ偏光）にする必要が
あるために、本光スイッチに入射させる光信号は偏光板
で直線偏光にしたり、入力ポートから本デバイス４まで
の伝送路としては偏波面保存ファイバを用い、本デパイ
ス４ヘ入射する光の偏光方向を揃える様に偏波面保存フ
ァイバを適宜回転させて調整することが望ましい。
【００１９】（実施例２）図２は本発明の光スイッチの
実施例２の要部概略図である。本実施例では、図１の実
施例に比べて、１つの光ファイバに波長多重された入力
信号をスイッチングする様に構成し、出力ポートもＯＮ
／ＯＦＦ信号それぞれをまとめて伝送する様に構成して
いる点が異なっている。図２において、図１で示す要素
と同一要素には同番号を付している。
実施例２の要部概略図である。本実施例では、図１の実
施例に比べて、１つの光ファイバに波長多重された入力
信号をスイッチングする様に構成し、出力ポートもＯＮ
／ＯＦＦ信号それぞれをまとめて伝送する様に構成して
いる点が異なっている。図２において、図１で示す要素
と同一要素には同番号を付している。
【００２０】本実施例では、１つの光ファイバ１４に波
長多重された入力信号はレンズ１５で平行光束にして回
折格子１６上に入射する。この回折格子１６は入射光束
を分光し、レンズ１７によって夫々を結像させる。これ
らの光束をレンズ２０−１、２０−２、２０−３、２０
−４によりほぼ平行光束にして、実施例１で説明したデ
バイス４へそれぞれの入力を入射させる。本実施例で
は、ＯＮ信号を伝送するための光ファイバ２５、および
ＯＦＦ信号を伝送するための光ファイバ３０とにスイッ
チングするために、次の様にしている。ＯＮ信号として
回折されて出力される信号光１９−ｌａ、１９−３ａは
レンズ１８−１ａ〜１８−４ａ、２１−１ａ〜２１−４
ａ、２３を介して光束を変換し回折格子２２を用いて合
波し、レンズ２４で光ファイバ２５へ出力し、ＯＦＦ信
号として回折されずに出力される信号光１９−２ｂ、１
９−４ｂはレンズ１８−１ｂ〜１８−４ｂ、２１−１ｂ
〜２１−４ｂ、２６を介して光束を変換し回折格子２７
を用いて合波し、レンズ２９を用いて光ファイバ３０へ
それぞれ出力する様に構成している。このように構成す
ることにより、波長多重された入力信号でも所定のポー
トヘ出力することができる。
長多重された入力信号はレンズ１５で平行光束にして回
折格子１６上に入射する。この回折格子１６は入射光束
を分光し、レンズ１７によって夫々を結像させる。これ
らの光束をレンズ２０−１、２０−２、２０−３、２０
−４によりほぼ平行光束にして、実施例１で説明したデ
バイス４へそれぞれの入力を入射させる。本実施例で
は、ＯＮ信号を伝送するための光ファイバ２５、および
ＯＦＦ信号を伝送するための光ファイバ３０とにスイッ
チングするために、次の様にしている。ＯＮ信号として
回折されて出力される信号光１９−ｌａ、１９−３ａは
レンズ１８−１ａ〜１８−４ａ、２１−１ａ〜２１−４
ａ、２３を介して光束を変換し回折格子２２を用いて合
波し、レンズ２４で光ファイバ２５へ出力し、ＯＦＦ信
号として回折されずに出力される信号光１９−２ｂ、１
９−４ｂはレンズ１８−１ｂ〜１８−４ｂ、２１−１ｂ
〜２１−４ｂ、２６を介して光束を変換し回折格子２７
を用いて合波し、レンズ２９を用いて光ファイバ３０へ
それぞれ出力する様に構成している。このように構成す
ることにより、波長多重された入力信号でも所定のポー
トヘ出力することができる。
【００２１】（実施例３）図３は本発明の光スイッチの
実施例３の要部概略図である。本実施例では、図１の実
施例に比べて、入力ポート１からの入射光を本デバイス
４へ或る所定の角度θinで入射させることにより、各回
折格子の格子ピッチを狭くしている点が異なっている。
図３において、図１で示す要素と同一要素には同番号を
付している。
実施例３の要部概略図である。本実施例では、図１の実
施例に比べて、入力ポート１からの入射光を本デバイス
４へ或る所定の角度θinで入射させることにより、各回
折格子の格子ピッチを狭くしている点が異なっている。
図３において、図１で示す要素と同一要素には同番号を
付している。
【００２２】本実施例では、入射角θin、回折角θout
ともに３０度と設定した。このとき回折格子の各部（図
３では不図示であるが、図１における５−１、５−２、
５−３、５−４に相当する）におけるピッチ／高さは、
それぞれ１．５μｍ／５．７７μｍ、１．３μｍ／５．
０Ｏμｍ、０．８３μｍ／３．１９μｍ、０．７８μｍ
／３．０Ｏμｍとなる。格子ピッチに比べて格子の高さ
を高くすることにより、矩形形状の回折格子の１次回折
効率を高くすることができるので、実施例１の場合より
も出力信号が大きくなり、スイッチング信号のＳ／Ｎを
更に高めることができる。
ともに３０度と設定した。このとき回折格子の各部（図
３では不図示であるが、図１における５−１、５−２、
５−３、５−４に相当する）におけるピッチ／高さは、
それぞれ１．５μｍ／５．７７μｍ、１．３μｍ／５．
０Ｏμｍ、０．８３μｍ／３．１９μｍ、０．７８μｍ
／３．０Ｏμｍとなる。格子ピッチに比べて格子の高さ
を高くすることにより、矩形形状の回折格子の１次回折
効率を高くすることができるので、実施例１の場合より
も出力信号が大きくなり、スイッチング信号のＳ／Ｎを
更に高めることができる。
【００２３】（実施例４）図４は本発明の光スイッチの
実施例４の要部概略図である。図１の実施例が基板５を
凹凸の形状にすることで回折格子を形成しているのに対
し、本実施例は、基板５の凹凸部が入力ポートヘ入力さ
れる光信号の光波長に応じた深さを有するステップ状の
構造である点が異なつている。図４において、図１で示
す要素と同一要素には同番号を付している。
実施例４の要部概略図である。図１の実施例が基板５を
凹凸の形状にすることで回折格子を形成しているのに対
し、本実施例は、基板５の凹凸部が入力ポートヘ入力さ
れる光信号の光波長に応じた深さを有するステップ状の
構造である点が異なつている。図４において、図１で示
す要素と同一要素には同番号を付している。
【００２４】本実施例では、光スイッチング信号に応じ
てＴＮ（ツイステッド・ネマチック）液晶９に印加され
る電界により入射光３の偏光状態を制御し、その変化に
応じて出力ポート１１に入力信号をスイッチングする様
に構成されている。従って、前記実施例１では、入射光
の偏光状態は液晶９の配向に平行（振動面が紙面に垂直
な偏光状態）にする必要があったが、本実施例ではこれ
に直交する偏光光も利用できる。
てＴＮ（ツイステッド・ネマチック）液晶９に印加され
る電界により入射光３の偏光状態を制御し、その変化に
応じて出力ポート１１に入力信号をスイッチングする様
に構成されている。従って、前記実施例１では、入射光
の偏光状態は液晶９の配向に平行（振動面が紙面に垂直
な偏光状態）にする必要があったが、本実施例ではこれ
に直交する偏光光も利用できる。
【００２５】図４において電界が印加されていない部
分、例えば電極７−２の部分に入射する入力ポート１−
２の光はコリメータレンズ２−２により平行光束３−２
にされる。いま、入射光は振動面が紙面に垂直な偏光状
態（Ｓ偏光）であるとする。この時、入射光３−２の偏
光面はＴＮ液晶９によつて（３−２）′で図示する様に
偏光面を９０度回転させられ、偏光ビームスプリッタ３
３へＰ偏光として入射する。偏光ビームスプリッタ３３
はこの偏光を透過させ、（３−２）″の光束になり集光
レンズｌ０−２ｂを介してＯＦＦの出力ポート１１−２
ｂへ出力される。
分、例えば電極７−２の部分に入射する入力ポート１−
２の光はコリメータレンズ２−２により平行光束３−２
にされる。いま、入射光は振動面が紙面に垂直な偏光状
態（Ｓ偏光）であるとする。この時、入射光３−２の偏
光面はＴＮ液晶９によつて（３−２）′で図示する様に
偏光面を９０度回転させられ、偏光ビームスプリッタ３
３へＰ偏光として入射する。偏光ビームスプリッタ３３
はこの偏光を透過させ、（３−２）″の光束になり集光
レンズｌ０−２ｂを介してＯＦＦの出力ポート１１−２
ｂへ出力される。
【００２６】一方、電界が印加されている部分、例えば
電極７−１の部分に入射する入力ポート１−１の光３−
１は偏光面になんら作用を受けずに、Ｓ偏光（３−
１）′のまま偏光ビームスプリッタ３３へ入射し、ここ
で反射されて（３−１）″の光束になりＯＮの出力ポー
ト１１−ｌａへ出力される。
電極７−１の部分に入射する入力ポート１−１の光３−
１は偏光面になんら作用を受けずに、Ｓ偏光（３−
１）′のまま偏光ビームスプリッタ３３へ入射し、ここ
で反射されて（３−１）″の光束になりＯＮの出力ポー
ト１１−ｌａへ出力される。
【００２７】本実施例では、それぞれの入力ポートに入
力される光信号はそれぞれ波長が異なつており、各入力
ポート１−１〜１−４の液晶層の厚さｄをそれぞれ最適
化することで高いコントラストを実現している。Ｇｏｏ
ｔｈとＴａｒｒｙによれば（Ｊ． Ｐｈｙｓ． Ｄ：
Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ８（１９７５）１５７
５）、２枚の偏光板の偏光軸を平行にしたＴＮモードセ
ルの光透過率Ｉは次式で与えられる。 Ｉ＝ｓｉｎ2［π｛１十ｕ2｝1/2／２］／｛１十ｕ2｝ （３） ここで、ｕ＝２ｄ△ｎ／λであり、ｕ＝√３、√１５、
√３５・・・のときＩ＝０となり、コントラストを高く
することができる。しかし、本実施例では使用波長が光
通信で用いられている赤外域の波長であるため、ｕ＝√
１５以上の場合はセル厚ｄが厚くなりすぎ、スイッチン
グの応答性を考慮するとｕ＝√３の場合が最適である。
本実施例で用いる液晶６としては、高速で作動し高コン
トラストが得られるものが良く、そのためには粘性係数
が２０ｃｐ程度、素子ギャップは１０μｍ程度以下にす
ることができる液晶を選ぶことが望ましい。
力される光信号はそれぞれ波長が異なつており、各入力
ポート１−１〜１−４の液晶層の厚さｄをそれぞれ最適
化することで高いコントラストを実現している。Ｇｏｏ
ｔｈとＴａｒｒｙによれば（Ｊ． Ｐｈｙｓ． Ｄ：
Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ８（１９７５）１５７
５）、２枚の偏光板の偏光軸を平行にしたＴＮモードセ
ルの光透過率Ｉは次式で与えられる。 Ｉ＝ｓｉｎ2［π｛１十ｕ2｝1/2／２］／｛１十ｕ2｝ （３） ここで、ｕ＝２ｄ△ｎ／λであり、ｕ＝√３、√１５、
√３５・・・のときＩ＝０となり、コントラストを高く
することができる。しかし、本実施例では使用波長が光
通信で用いられている赤外域の波長であるため、ｕ＝√
１５以上の場合はセル厚ｄが厚くなりすぎ、スイッチン
グの応答性を考慮するとｕ＝√３の場合が最適である。
本実施例で用いる液晶６としては、高速で作動し高コン
トラストが得られるものが良く、そのためには粘性係数
が２０ｃｐ程度、素子ギャップは１０μｍ程度以下にす
ることができる液晶を選ぶことが望ましい。
【００２８】本実施例では、入力ポート１−１、１−
２、１−３、１−４に入射させる光の波長としてそれぞ
れλｌ＝１．５μｍ、λ２＝１．３μｍ、λ３＝０．８
３μｍ、λ４＝０．７８μｍを用い、更に液晶９として
チッソのＫＮ−５００８（商標名）を用いた。この液晶
材料は異常屈折率ｎe＝１．４９６、異常屈折率ｎeと常
屈折率ｎoとの屈折率差△ｎ＝０．１３０である。従つ
て、ｄ＝（√３λ）／２△ｎなる条件より、ステップ状
基板５の各部の液晶層の厚さｄは、それぞれ９．９９μ
ｍ、８．６６μｍ、５．５３μｍ、５．２Ｏμｍとし
た。
２、１−３、１−４に入射させる光の波長としてそれぞ
れλｌ＝１．５μｍ、λ２＝１．３μｍ、λ３＝０．８
３μｍ、λ４＝０．７８μｍを用い、更に液晶９として
チッソのＫＮ−５００８（商標名）を用いた。この液晶
材料は異常屈折率ｎe＝１．４９６、異常屈折率ｎeと常
屈折率ｎoとの屈折率差△ｎ＝０．１３０である。従つ
て、ｄ＝（√３λ）／２△ｎなる条件より、ステップ状
基板５の各部の液晶層の厚さｄは、それぞれ９．９９μ
ｍ、８．６６μｍ、５．５３μｍ、５．２Ｏμｍとし
た。
【００２９】もし、入射光がＰ偏光（振動面が紙面に平
行な偏光状態）である場合には、出力ポート１１のＯＮ
／ＯＦＦのそれぞれのポート群を入れ替えれば上記の動
作でスイッチングできる。また、図中、３１の位置へ偏
光板を設け、デバイス３２への入射光３の偏光方向を揃
えることも可能である。
行な偏光状態）である場合には、出力ポート１１のＯＮ
／ＯＦＦのそれぞれのポート群を入れ替えれば上記の動
作でスイッチングできる。また、図中、３１の位置へ偏
光板を設け、デバイス３２への入射光３の偏光方向を揃
えることも可能である。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速動作が可能な小型の光スイッチを安価で容易に作製
することができる。さらに、光学的に等方的な基板に形
成する凹凸部を、使用する波長ごとに最適化することで
色々な波長に対応でき、入力ポートに入力される光信号
が波長多重されている場合にも使用できる光スイッチを
実現できる。
高速動作が可能な小型の光スイッチを安価で容易に作製
することができる。さらに、光学的に等方的な基板に形
成する凹凸部を、使用する波長ごとに最適化することで
色々な波長に対応でき、入力ポートに入力される光信号
が波長多重されている場合にも使用できる光スイッチを
実現できる。
【図１】本発明の実施例１の要部概略図。
【図２】本発明の実施例２の要部概略図。
【図３】本発明の実施例３の要部概略図。
【図４】本発明の実施例４の要部概略図。
【図５】従来の光スイッチの要部概略図。
１ 入力ポート ２、９、１０、１５、１７、１８、２０、２１、２３、
２３、２６、２９レンズ ４、３２ 基板、液晶、制御手段を有するデバイス ５ 凹凸部を有する基板（位相格子５−１〜５−４ま
たはステップ状基板） ６ 基板 ７、８ 透明電極 ９ 液晶 １２ 電源 １３ スイッチ群 １１ 出力ポート １２ 電源 １３ スイッチ群 １４、２５、３０ 光ファイバ １６、２２、２７ 回折格子 ３１ 偏光板 ３３ 偏光ビームスプリッタ １０１ 入力ポート群 １０２ 出力ポート群 １０３ 強誘電性液晶空間光変調器 １０４ ホログラム生成用制御光源アレイ １０５ 偏光ビームスプリッタ １０６、１０７ レンズ
２３、２６、２９レンズ ４、３２ 基板、液晶、制御手段を有するデバイス ５ 凹凸部を有する基板（位相格子５−１〜５−４ま
たはステップ状基板） ６ 基板 ７、８ 透明電極 ９ 液晶 １２ 電源 １３ スイッチ群 １１ 出力ポート １２ 電源 １３ スイッチ群 １４、２５、３０ 光ファイバ １６、２２、２７ 回折格子 ３１ 偏光板 ３３ 偏光ビームスプリッタ １０１ 入力ポート群 １０２ 出力ポート群 １０３ 強誘電性液晶空間光変調器 １０４ ホログラム生成用制御光源アレイ １０５ 偏光ビームスプリッタ １０６、１０７ レンズ
Claims (14)
- 【請求項１】複数の入力ポートと出力ポートを有し、入
力ポートに供給される入力光信号を所望の出力ポートか
ら出力光信号として出力する光スイッチにおいて、一方
に入力光信号が入射し他方から出力光信号が出射する２
枚の光学的等方性を有する基板を有し、該基板の対向す
る面の一方に凹凸部が形成されており、該２枚の基板の
間に液晶を充填し、該液晶の配向状態を制御する制御手
段を設けた事を特徴とする光スイッチ。 - 【請求項２】前記入力ポートに入力され、前記基板、液
晶、制御手段を有するデバイスに入射する光信号は、直
線偏光である事を特徴とする請求項１記載の光スイッ
チ。 - 【請求項３】前記入力ポートと前記基板、液晶、制御手
段を有するデバイスとの間の光路中に、偏光板を設けた
事を特徴とする請求項２記載の光スイッチ。 - 【請求項４】前記入力ポートに入力される光信号が直線
偏光光であつて、該ポートから前記デバイスまでの間に
用いる光ファイバが偏波面保存ファイバである事を特徴
とする請求項２記載の光スイッチ。 - 【請求項５】前記複数の入力ポートに入力される光信号
は複数の光波長を有し、かつ前記凹凸部が位相型の回折
格子構造である事を特徴とする請求項１記載の光スイッ
チ。 - 【請求項６】前記凹凸部が形成される光学的等方性を有
する基板の屈折率と前記液晶の異常屈折率とがほぼ一致
している事を特徴とする請求項５記載の光スイッチ。 - 【請求項７】前記複数の入力ポートに入力される光信号
は複数の光波長を有し、かつ前記凹凸部が前記光波長に
応じた深さを有するステップ状の構造である事を特徴と
する請求項１記載の光スイッチ。 - 【請求項８】前記凹凸部が前記複数の入力ポートの数と
同じに分割され、前記制御手段はそれぞれの部分に充填
された液晶の配向状態を独立に制御する事を特徴とする
請求項５、６又は７に記載の光スイッチ。 - 【請求項９】前記凹凸部の位相型の回折格子の高さｈ
は、前記充填される液晶の異常屈折率と常屈折率との差
△ｎと、該入力ポートに入力される光信号の光波長λと
を用いて、 ｈ＝（（ｍ十１／２）λ）／△ｎ （ｍ＝０、１、２、３、・・・） である事を特徴とする請求項５、６又は８に記載の光ス
イッチ。 - 【請求項１０】前記ステップ状の液晶層の間隔ｄは、前
記充填される液晶の異常屈折率と常屈折率との差△ｎ
と、該入力ポートに入力される光信号の光波長λとを用
いて、 ｄ＝（√３λ）／２△ｎ である事を特徴とする請求項７又は８に記載の光スイッ
チ。 - 【請求項１１】スイッチング信号により変調された入力
光信号の偏光光は、偏光ビームスプリッタを介して透過
または反射させることにより、前記複数の出力ポートに
出力される事を特徴とする請求項１０記載の光スイッ
チ。 - 【請求項１２】１つのファイバに波長多重された光信号
を回折格子によって分波するとともに、該回折格子の中
心に焦点を有するレンズによってそれぞれ略平行光束に
変換し、該複数の入力光信号を前記デバイスに入射させ
る事を特徴とする請求項５乃至１１の何れかに記載の光
スイッチ。 - 【請求項１３】前記デバイスから出射する複数の出力光
信号を、回折格子の中心に焦点を有するレンズによって
それぞれ略平行光束に変換し、該回折格子によって合波
して１つのファイバに波長多重された光信号として出射
させる事を特徴とする請求項５乃至１１の何れかに記載
の光スイッチ。 - 【請求項１４】入力光信号が、前記基板、液晶、制御手
段を有するデバイスに角度を成して入射する様に構成さ
れている事を特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27698095A JPH0996841A (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 液晶を用いた光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27698095A JPH0996841A (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 液晶を用いた光スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0996841A true JPH0996841A (ja) | 1997-04-08 |
Family
ID=17577097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27698095A Pending JPH0996841A (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 液晶を用いた光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0996841A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003511717A (ja) * | 1999-10-04 | 2003-03-25 | トーマス・スワン・アンド・カンパニー・リミテツド | 光スイッチ |
| US7136548B2 (en) * | 2000-06-16 | 2006-11-14 | France Telecom | Liquid crystal optical switch with burnt-in control |
| US7706040B2 (en) | 2002-03-15 | 2010-04-27 | Ricoh Company, Ltd. | Optical scanning apparatus, illuminant apparatus and image forming apparatus |
| US8937759B2 (en) | 2001-09-03 | 2015-01-20 | Thomas Swan & Co. Ltd. | Optical processing |
| US10257594B2 (en) | 2012-08-15 | 2019-04-09 | Thomas Swan And Co., Ltd. | Optical device and methods |
| JP2019113752A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 株式会社 オルタステクノロジー | 光スイッチ装置、波長選択スイッチ及び照明装置 |
-
1995
- 1995-09-29 JP JP27698095A patent/JPH0996841A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003511717A (ja) * | 1999-10-04 | 2003-03-25 | トーマス・スワン・アンド・カンパニー・リミテツド | 光スイッチ |
| US7136548B2 (en) * | 2000-06-16 | 2006-11-14 | France Telecom | Liquid crystal optical switch with burnt-in control |
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| US9529325B2 (en) | 2001-09-03 | 2016-12-27 | Thomas Swan & Co. Ltd | Optical processing |
| US10180616B2 (en) | 2001-09-03 | 2019-01-15 | Thomas Swan & Co. Ltd. | Optical processing |
| US10642126B2 (en) | 2001-09-03 | 2020-05-05 | Thomas Swan & Co. Ltd. | Optical processing |
| US11073739B2 (en) | 2001-09-03 | 2021-07-27 | Thomas Swan & Co. Ltd. | Optical processing |
| US7706040B2 (en) | 2002-03-15 | 2010-04-27 | Ricoh Company, Ltd. | Optical scanning apparatus, illuminant apparatus and image forming apparatus |
| US10257594B2 (en) | 2012-08-15 | 2019-04-09 | Thomas Swan And Co., Ltd. | Optical device and methods |
| JP2019113752A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 株式会社 オルタステクノロジー | 光スイッチ装置、波長選択スイッチ及び照明装置 |
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