JPS61281223A - 光スイツチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は光の進行方向を電気的又は磁気的に制御する
光スイッチを用いて構成した光スイッチ装置に関する。

（従来の技術） 従来より、この種の光スイッチは、機械的光スイッチよ
りも信頼性及び高速性に優れたものが形成出来るとの期
待の下で、研究及び開発が進められており、例えば文献
「昭和５９年信学光電波全大講演論文集、３９０、（１
９８４年１０月）、２２〜１３４には、微小光学部品を
組合わせによって構成された、偏波依存性のない２入力
２出力の光スイッチが提案されている。

先ず、この発明の理解を容易にするために、第４図〜第
６図（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、この文献に開示され
た光スイッチの基本構造とその動作につき説明する。

第４図は従来の光スイッチの構造を示す線図である。ご
の光スイッチは電圧制御によって液晶の複屈折性を制御
して光の進行方向を変える２×２マトリツクス光スイッ
チである。

第４図においで、１０ａ及びＩＯｂは第一及び第一入力
ボートであり、１２ａ及び１２ｂは第一及び第二出力ボ
ートである。１４及び１Ｇは第一及び第二偏光プリズム
であり、これら偏光プリズム１４及び１６は互いに液晶
セル１８を挟んで接合されている。さらに、２０及び２
２は第一及び第二反射面である。第一及び第二人カボー
トｌｏａ及び１０ｂは第一偏光プリズム１４の直交する
面にそれぞれ設けられており、一方出力ボート１２ａ及
び１２ｂは第二偏光プリズム１６の直交する面にそれぞ
れ設けられている。そして、鎖線２４及び２６で示す面
はそれぞれ光を二つの異なった偏光光線束に分離する働
きをするスプリット面である。

次に、第５図（Ａ）及び（Ｂ）並びに第６図（Ａ）及び
（Ｂ）を参照してこの従来の光スイッチの動作を説明す
る。

第５図（Ａ）及び（Ｂ）はパー（Ｂａｒ）状態説明図及
びクロス（Ｃｒ　ｏ　ｓ　ｓ）状態説明図である。

パー状態とは光スイフチの中心線に対して同一側で光の
入出力が行われる状態をいい、又、クロス状態とは光の
入出力が中心線に対して反対側で行われる場合をいう。

この光スイッチでは中心線はスプリント面２４．２６に
対応している。

パー状態の場合につき説明する。この従来の光スイッチ
の構成では、液晶セル１８に電圧を印加しない。第一入
力ボー）１０ａから入射した光３０はスプリット面２４
で直進するｐ偏光３０ｐと反射されたＳ偏光３０ｓとに
分離される。ｐ偏光３０Ｐは液晶セル１８を透過し１反
射面２２で反射されて第一出力ポート１２ａから出力さ
れる。Ｓ偏光３０ｓは反射面２０で反射された後そのま
ま液晶セル１８を透過してスプリット面２６に入射する
が、Ｓ偏光なのでそこで反射され、ｐ偏光３０ｐと同様
に第一出力ポート１２ａから出力される。

次に、第５図（Ｂ）に示すクロス状態の場合を考える。

この場合には、液晶１８に電圧を印加する。

第−入力ボートｌｏａに入力した光３０のうちｐ偏光３
０ｐはスプリット面２４を直進し、液晶セル１８に入射
するが、液晶セル１８によりＳ偏光３２ｓに変換される
。この偏光３２ｓは反射面２２において反射されてスプ
リット面２６に入射し、Ｓ偏光であるので反射されて第
二出力ポー）＋２ｂから出力される。一方、スプリ７）
而２４で反射されたＳ偏光３０ｓは反射面２０で反射さ
れた後液晶セル１８に入射し、液晶セル１８でｐ偏光３
２Ｐに変換される。このｐ偏光３２Ｐはこの面２６を直
進し、第二出力ポート１２ｂから出力される。このよう
な状態をクロス状態とする。

次に、第６図（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第一入力
ボート１０ｂから光が入力した場合を説明する。これら
第６図（Ａ）及び（Ｂ）は第５図（Ａ）及び（Ｂ）にそ
れぞれ対応する説明図である。

先ず、第６図（Ａ）に示すパー状態説明する。この場合
には、入力光３０はスプリット面２４で直進するＰ偏光
３０ｐと反射されるＳ偏光３０ｓとの分離される。ｐ偏
光３０ｐは反射面２０で反射されて液晶セル１８を透過
し、第二出力ポート１２ｂから出力される。またＳ偏光
３０ｓは液晶セル１８を通過した後、反射面２２で反射
され、スプリット面２Ｂでも反射されて、第二出力ポー
ト１２ｂから出力される。このように、第一入力ボート
から光を入力させた時の動作は、第一入力ボート１０ａ
から光を入力させた場合を中心線２４．２６で線対称に
左右を丁度入れ変えた関係にある。

また、クロス状態の場合には、第６図（Ｂ）に示すよう
に、第二人カポートｌｏｂから入力した光は第一出力ボ
ー）１２ｂから出力される。

従って、液晶セル１８に電圧が印加されていない時には
、第二出力ポート１２ｂから出力され、また、液晶セル
１８に電圧が印加されている詩は第一出力ボーｈ１２ａ
から出力される。

」二連したように、２×２光スイッチとして動作する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述したようの構成の従来の光スイッチ
であると、偏光プリズム１４及び１６、液晶１８等によ
る光の分離或いは変換作用が完全でなはなくて有限なり
ロストークを持っているいるため、光スイッチの第一・
及び第一入力ポートから入力された光が互いにまざって
しまい、信号光にクロストーク光が混入している。

従って、従来の電気制御式光スイッチは１機械式の光ス
イッチに比べ、遥に消光比及びクロストークが悪いとい
う欠点があった。

この発明の目的は１上述したような従来の光スイッチが
有する問題点を除去し、消光比が高く、しかも、クロス
トークの少ない２×２型の光スイッチ装置を提供するこ
とにある。

（問題点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装置
の構成を第１図の模式図を参照して説明する。

この光スイッチ装置は入力用の第一及び第二光スイッチ
４２及び４４と、出力用の第三及び第四光スイッチ４６
及び４８を具える。

これら各光スイッチ４２〜４８を、信号光とクロストー
ク光とが別経路を通るように、互いに結合する。

この場合、これら各光スイッチ４２〜４８の所要の入出
力ポートを適烏に結合させて、第一光スイッチの第一出
力を第三光スイッチの第一入力とし及び第一光スイッチ
の第二出力を第四光スイッチの第一入力とすると共に、
第二光スイッチの第一出力を第四光スイッチの第一入力
とし及び第二光スイッチの第二出力を第三光スイッチの
第一入力とするのが好適である。

ここで、−例として、第１図において、第一光スイッチ
４２の第一及び第一入力ポートを５０ａ、５゜ｂとし、
第一及び第二出力ポートを５２ａ、５２ｂとする。第二
光スイッチ４４の第一及び第一入力ポートを５４ａ、５
４ｂとし、第一及び第二出力ポートを５６ａ、５８ｂと
する。第三光スイッチ４６の第一及び第一入力ボートを
５８ａ、５８ｂとし、第一及び第二出力ポートを８０ａ
、６ｏｂとする。第四光スイッチ４８の第一及び第一入
力ボートを８２ａ、８２ｂとし、第一及び第二出力ポー
トを８４ａ、８４ｂとする。

この場合、スイッチ装置４０は、各光スイッチ４２〜４
８を接続経路６６、Ｂ８．７０．７２により結合した構
成となっている。この場合の結合手段は任意好適な手段
を用いることが出来、回答限定されるものではない。

このような結合により、第一及び第三光スイッチ４２及
び４Ｂの組が中心線に対して同一側にあり。

又、第二及び第四光スイッチ４４及び４８の組が中心線
に対して前者の組とは反対側にある。

（作用） 次に、第２図（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、この発明の
構成による動作原理につき説明する。

第２図（Ａ）及び（Ｂ）はこの発明の光スイッチ装置の
動作原理を説明するための説明図であり、第２図（Ａ）
は第一〜第四光スイッチ４２〜４８の全てがバー状８（
図中Ｂで示す）にあり、（Ｂ）はクロス状態（図中Ｃで
示す）にあるとする。

パー熊に　るとキ　・２Ａ 先ず、第一光スイッチ４２の第一人カポ−）５０ａから
入力された信号光７４は接続経路６Ｂへ信号光７Ｂとし
て出力される。このときクロストーク光７８を生じる。

信号光７６は第三光スイッチ４６によりその第一出力ポ
ート８０ａへ出力光８０として出力される。このとき、
第三光スイッチ４６の第二出力ポートロ０ｂにクロスト
ーク光８４が出力される。

一方、上述のクロストーク光７８は第四光スイッ　　　
　　　　。

チ４８の第二出力ポートロ４ｂからクロストーク光８２
として出力される 次に、第二光スイッチ４４の第一人カポ−）５４ａに入
力された信号光８Ｂは、この光スイッチ４４により接続
経路７０へ信号光８８として出力される。この信号光８
８は第四光スイッチ４８により第一出力ポート８４ａへ
出力光９０として出力される。

一方、第二光スイッチ４４から接続経路７２にクロスト
ーク光９２が生じ、第四光スイッチ４日から第二出力ポ
ート８４ｂへとクロストーク光９４が生ずる。

クロストーク光９２は第二光スイッチ４６により第二出
カポ−１−６ｏｂへりロストーク光８６として出力され
る。

上述したような入出力が行われているとき、／九−状態
となっている。

クロス　熊にある　さ　　２Ｂ 第−光スイッチ４２の第一入力ボート５０ａから入力さ
れた信号光７４は接続経路６８を経て信号光となり、さ
らに第四光スイッチ４８から第一出力ポート８４ａへ出
力光１００として出力されると共に、第二出力ポー）６
４ｂヘクロストーク光１０２を出力させる。又、第−光
スイッチ４２から接続経路６６にクロストーク光１０４
が生じ、これは第三光スイッチ４６の第二出力ボートＢ
ｏｂからクロストーク光１０６として出力される。

一方、第二光スイッチ４４の第一入力ボー　ト５４ａか
ら入力された信号光８６はこのスイッチ４４により接続
経路７２へ信号光１０８として出力される。このとき信
号経路７０にクロストーク光１１０が生ずる。

信号光１０８は第三光スイッチ４６により第一出力ボー
トロ０ａへ出力光１１２として出力される。このとき、
クロストーク光１１４が生じ、第二出力ポートロ０ｂか
ら出力される。クロストーク光＋２０は第四光スイッチ
４８により第二出力ポー［４ｂからクロストーク光１１
Ｂ　として出力される。

このような入出力が行われているとき、クロス状態とな
っている。

上述した説明からも理解出来るように、この発明の光ス
イッチ装置をこのように１成すれば、λカボートを第−
光スイッチ４２の第一入力ボート５０ａ及び第二光スイ
ッチ４４の第一入力ボー）５４ａとし、出力ポートを第
三光スイッチ４６の第一出力ボートｆｉｏａ及び第四光
スイッチ４８の第一出力ポート６４ａとすることが出来
る。また、第三光スイッチおよビ第四光スイッチ４６及
び４８の第二出力ボート８Ｑｂ及び８４ｂがそれぞれク
コストーク光出力ボートとなている。

従って、このような構成により、光信号と、クロストー
クとを別経路に導き別個の出力ポートから出力させるこ
とが出来るので、２×２光スイフチとしての機能を損な
わずに、消光比、クロスト−りを改善するとか出来る。

（実施例） 次に、この発明の詳細な説明する。

第３図は第４図に示した光スイッチを四個互いに結合し
て第１図に示した結合状態に構成した例を示す。

この場合、第一及び第二光スイッチ４２及び４４の出力
ボート側と、第三及び第四光スイッチ４６及び４８の入
力ポート側のそれぞれの偏光プリズムの面を互いに結合
させ、第一及び第三光スイッチの液晶セルが連続し、及
び、第四光及び第二光スイッチの液晶セルが連続した構
成となっている。

この図において、１２０及び１２２が第一及び第一入力
ボートであり、１２４及び１２Ｅｔが第一及び第二出力
ボートである。また、１２８及び１３０はそれぞれ第一
及び第二クロストーク光出力ボートであり、１３２及び
１３４はダミー人カボートである。

鎖線で示す１３８は偏光ブリスム等でＳ成されるスプリ
ット面であり、１３８は反射面、１４０は液晶セルであ
る。また、＋４２　、１４４　、１４８　、１４８は第
１図に示した接続経路６６．６８．７０．７２にそれぞ
れ対応する領域である。

このような構成において、バー状態では、第一入力ボー
）　１２０から入力した信号光は第一出力ボー　ト１２
４から出力し、クコストーク光はクロストーク光出力ボ
ート１２８及び１３０から出力される。

また、第一入力ボート１２２かも入力した信号光は第二
出力ポート１２６から出力し、クコストーク光はクロス
トーク光出力ポート１２８及び１３０から出力される。

一方、クロス状態では、第一入力ボート１２０から入力
した信号光は第二出力ポート１２６から出力され、クロ
ストーク光はクロストーク光出力ポート１２８及び１３
０から出力される。また、第一入力ボート１２２から入
力した信号光は第一出力ボート１２４から出力され、ク
コストーク光はクロストーク光出力ポート１２８及び１
３０から出力される。

尚、この発明の光スイッチ装置における光スイッチの組
合せ結合は他組み合わせ結合であっても良い。

また、この発明の用いた光スイッチは液晶を用いたもの
であるが、これに限定されるものではなく、例えばファ
ラデイー回転を用いた光スイッチであっても良い。

（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
ッチ装置によれば、２×２光スイッチとしての機能を損
なわずに消光比及びクロストークを改善することが出来
る０例えば、従来の構成では消光比が−２０，ｄ　Ｂ　
Ｌか得られなかったものが、この発明の光スイッチ装置
であると、消光比が一４０ｄＢ程度のものが得られる。

これがため、消光比及びクロストークに対する設計上の
要求が緩和されるので、この発明の光スイッチ装置は低
電圧で動作させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光スイッチ装置の構成を模式的に示
した線図、 第２図（Ａ）及び（Ｂ）はこの発明の動作原理を説明す
るための説明図、 第３図はこの発明の光スイッチ装置を示す線図、 第４図は従来の光スイッチを示す線図、第５図（Ａ）及
び（Ｂ）並びに第６図（Ａ）及び（Ｂ）は従来の光スイ
ッチの動作を説明するための線図である。 ４０・・・光スイッチ装置、４２・・・第一光スイッチ
４４・・・第二光スイッチ、　　４Ｂ・・・第三光スイ
ッチ４８・・・第四光スイッチ ５０ａ、５４ａ、５８ａ、８２ａ　、　！２０−・−第
一入力ポート５０ｂ、５４ｂ、５８ｂ、８２ｂ　、　１
２２・・・第一入力ポート５２ａ、５８ａ、８０ａ、８
４ａ　、　１２４・・・第一出力ポート５２ｂ、５８ｂ
、８０ｂ、８４ｂ　、　１２Ｇ・・・第二出力ポート８
８．８８，７０．７２・・・接続経路７４、７Ｂ、８８
．８８．１１８，１０８・・・信号光７８．８２．８４
．９２．９４．　９Ｂ、　１０２，１０４　　、　１０
８　　。 １１０　、１１４，１１８・・・クロストーク光８０．
９０，１００　、１１２・・・出力光１２Ｂ・・・第一
クロストーク光出力ポート１３０・・・第二クロストー
ク光出力ポート１３２　、１３４・・・ダミー入力ポー
ト１３Ｂ・・・スプリット面、　１３８・・・反射面１
４０・・・液晶セル １４２　、１４４　、１４８　、１４８・・・接続経路
の領域。 特許出願人　　　　　沖電気工業株式会社代理人　弁理
士　　　　　大　　垣　　　孝　　・−４０：　１１．
スイ−ｔｒｉｌｌ　　　　ｚｏａ、ｓ４６．ｎａｔｐｚ
ａ：’ｄ−ｈｎ；ｒｓ−１−４２：答−六スイッナ　　
　５０ｂ、譜、　ｆｌｔｂ、ん浄・竿−入力ポート４４
二′！！シ光スイプナ　　　５２ｔｉ、　ｊｆ６ａ、　
６０ｔ１．６４ａ　：　竿−、ｉｌｉ　＃　ＩＰ−）４
６：懐；米、スイγす　　　　５２シ、ｊ６ｂ、（１１
ｂ、６０　：多＝出〃ボート４１：’ｌ１ｔＱＬス／Ｉ
−ｙ’ｒ　　　　　６６．６１．７０．７２ニ一時二の
ｉ＆明１ｖ充スイブナ裁１の椙収国第１図 ノ＼゛−仄刻　　　　　　　　　　　りυス択九（Ａ）
　　　　　　　　　　（Ｂ） 従東り動作戸、理銑明田 第５図 バーＸ′カ　　　　　　　　　　　７０ス択店（Ａ）　
　　　　　　　　　　　　（Ｂ）槌壕のＩ＋）忰岸理説
明国 第６図 手続補正書 昭和６１年７月３日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力用の第一及び第二光スイッチと、出力用の第
   三及び第四光スイッチを具え、 これら第一〜第四光スイッチを、信号光とクロストーク
   光とが別経路を通るように、互いに結合して成る ことを特徴とする光スイッチ装置。
2. （２）第一光スイッチの第一出力を第三光スイッチの第
   一入力とし及び第一光スイッチの第二出力を第四光スイ
   ッチの第二入力とし、 第二光スイッチの第一出力を第四光スイッチの第一入力
   とし及び第二光スイッチの第二出力を第三光スイッチの
   第二入力とした ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光スイッ
   チ装置。