JPS6136976Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は入射光の光路を電気的または機械的に
切換える光スイツチに関し、特に入出射光路がそ
れぞれ２本ある場合にその光路間の切換えを行な
う２×２の光スイツチに関する。

光フアイバや半導体レーザーの性能の向上に伴
なつて光伝送装置の実用化が進められている。光
伝送装置は公衆通信ばかりでなく工場内の情報の
伝送や計算機関のデータ伝送にも使われている。
特に後者のような狭い領域内でデータの伝送を行
なる場合にはループ状の伝送路がよく用いられ
る。ループ状の伝送路にはいくつかの端末装置が
接続され、すべての情報の制御を行なうセンター
ステーシヨンから送られる信号の受信およびセン
ターステーシヨンへのデータの送信が上記のルー
プ状伝送路を通して行なわれる。上記のような光
伝送装置においてはすべての情報が個々の端末装
置中を通つて行くので、安全のために、端末装置
が故障した場合その端末装置だけ伝送路中からは
ずすような光スイツチが必要とされる。

第１図はそのような光スイツチの模式図を示
す。第１図において１，２はループ状光伝送路の
一部を示し、３は光スイツチ、４，５は端末装置
６へ光を導くための伝送路である。光スイツチ３
は通常は実線７で示すような、伝送路１と４およ
び伝送路２と５を接続する状態にセツトされ、端
末装置６が故障した場合や端末装置６を通さない
で情報を伝送したい場合は波線８で示すように伝
送路１と２および伝送路４と５を短絡するように
セツトされる。すなわち、光スイツチ３は２×２
の入出力切換え機能をもつ必要がある。

従来上記のような光スイツチはミラーやレン
ズ、プリズム等を電磁石で移動させて切換えを行
なうものが使用されている。しかし上記のごとく
機械的な移動を利用したものは切換え速度が遅い
ので切換え時に情報が破壊されてしまうという欠
点がある。また、機械的な移動部をもつているた
め長期間の使用に対して信頼性が低いという欠点
がある。

一方、誘電体、半導体または磁性体基板上に光
導波路を形成し、上記光導波路間で例えば方向性
結合器を合成して２×２の光スイツチを得ようと
いう試みがなされているが、上記のごとき光スイ
ツチは製作が非常に難しく、また、単一モード光
フアイバを使つた伝送路しか適用できないという
欠点がある。

上記のような欠点を除去するために結晶の電気
光学効果を利用した光スイツチが開発されてい
る。入射光の偏光状態を偏光変換素子で変換し、
複屈折性物質からなるプリズム等で出射光の光路
をその偏光状態によつて空間的に分離して光スイ
ツチを構成する。しかし、上記のように偏光変換
素子を用いる場合には入射光の偏光状態に対して
影響を受けないような構成をとらなければならな
い。上記のごとく入射光の偏光状態の影響を受け
ないように構成された従来の２×２の光スイツチ
は電子通信学会，光，量子エレクトロニクス研究
会資料，OQE79−108に述べられている電圧制御
型光スイツチが開発されているだけである。

上記の電圧制御型光スイツチにおいては、入射
光の偏光状態に対する依存性を除くために、偏光
変換素子の入射側および出射側に第２図に示すよ
うな偏波面合成プリズムを設置している。偏波面
合成プリズムは４つの方解石１１，１２，１３，
１４を互いに接着して製作される。方解石１１お
よび１２はyz面内でｚ軸に関して互いに対称な
方向を向いた光軸をもつ方解石である。方解石１
３および１４はxz面内でｚ軸に関して互いに対
称な方向を向いた光軸をもつ方解石である。入射
光１５のｙ方向の偏光成分と入射光１６のｘ方向
の偏光成分を合成したものが出射光１７であり、
入射光１５のｘ方向の偏光成分と入射光１６のｙ
方向の偏光成分を合成したものが出射光１８とな
る。２×２の光スイツチを構成する場合には出射
光１７と１８が共に偏光変換素子に入射され、偏
光変換素子からの出射光は再び第２図と同様の偏
波面合成プリズムに入射する。第２図の偏波面合
成プリズムにおいて方解石１１，１２，１３，１
４の長さおよび方位は正確に設定値に合わせる必
要がある。特に４つの方解石の相対的な長さ、方
位に差が生じた場合は出射光１７，１８はそれぞ
れ完全に１本の出射ビームとはならない。また、
入射光１５と１６の相対的位置を決めるためには
ｘ，ｙの両方向の調整を必要とする。すなわち、
従来の第２図の偏波面合成プリズムは製作工数が
多くかかり、その使用に際しては入射ビームの２
方向への調整が必要であるという欠点がある。

本考案の目的は高速に切換えが可能で、かつ入
射光の偏光状態に対する依存性がなく、構造が簡
単で製作、調整が容易な２×２の光スイツチを提
供することにある。

本考案では、平行な入射面および出射面をもつ
第１，第２，第３，第４の複屈折性物質例えば方
解石を光透過方向に順次配置し、前記第２および
第３の複屈折性物質の間に透過光の偏光状態を変
換する偏光変換素子例えば電気光学効果を利用
し、印加電圧によつて偏光状態を変換する偏光変
換素子を設置し、前記第１および第２の複屈折性
物質の間および前記第３および第４の複屈折性物
質の間に光路を変換する素子例えばミラーやプリ
ズムを設置することによつて、高速で入射光の偏
光状態に依存しない２×２の光スイツチが得られ
る。

第３図は本考案による２×２の光スイツチの一
実施例を示す平面図である。第３図において、光
軸がyz面内のｙ軸またはｚ軸と一致しない方向
にあり入出射面がxy面にほぼ平行な複屈折性物
質である方解石２１，２２，２３，２４が光透過
方向（Ｚ方向）に順次配置されている。ここで方
解石２２と２３はＺ方向の長さが等しく光軸はｚ
軸に関して対称である。方解石２１および２４は
Ｚ方向の長さが方解石２２の２倍であり、かつ方
解石２１および２４の光軸はそれぞれ方解石２３
および方解石２２の光軸と同じ向きである。方解
石２２と２３の間には偏光変換素子として電気光
学効果を使つた偏光変換素子２５が設置されてい
る。偏光変換素子の材料としてはKDP結晶や
GaAs等の−族化合物結晶、CdTe等の−
族化合物結晶、Bi₁₂SiO₂₀結晶等を用いること
ができる。偏光変換素子２５には光透過方向に透
明電極２８が設置されているが、光透過方向に垂
直に電極を設置した場合にはLiTaO₃結晶，
LiNbO₃結晶等を材料として用いることができ
る。方解石２１と２２の間および方解石２３と２
４の間にはそれぞれ光路を変換するための小さな
ミラー２６および２７が設置されている。以下に
本実施例の動作を説明する。入射光３１はミラー
２６によつて光路を曲げられ、方解石２２に入射
し、異常光であるＹ方向の偏光成分３２と常光で
あるＸ方向の偏光成分３３に分離される。偏光成
分３２および３３は偏光変換素子２５を通過して
方解石２３に入射する。偏光変換素子２５に接続
された電源２９の電圧が０のときは偏光成分３２
および３３は偏光状態が保存されるので方解石２
３中ではそれぞれ異常光である偏光成分３４と常
光である偏光成分３５となり再び合成されて出射
し、ミラー２７により光路を曲げられて出射光３
６となる。一方、入射光４１は方解石２１によつ
て常光であるＸ方向の偏光成分４２と異常光であ
るＹ方向の偏光成分４３に分離され、ミラー２６
の外側を通過してそれぞれ方解石２２，偏光変換
素子２５，方解石２３を通過する。電源２９の電
圧が０のときは偏光成分４２および４３は偏光状
態が保存されるので、偏光成分４２は方解石２２
および２３中で常光である偏光成分４４および４
６となり、偏光成分４３は異常光である偏光成分
４５および４７となる。偏光成分４６および４７
はミラー２７の外側を通過し、方解石２４に入射
してそれぞれ常光である偏光成分４８，異常光で
ある偏光成分４９となつて合成され出射光５０と
なる。一方、電源２９により偏光変換素子２５に
電圧が印加されたときは、偏光成分３２および３
３はそれぞれ直交する偏光成分に変換されるので
方解石２３に入射したときそれぞれ偏光成分４６
および４７となり出射光５０となる。同様に偏光
成分４４および４５はそれぞれ直交する偏光成分
に変換されるので方解石２３に入射したとき、そ
れぞれ偏光成分３４および３５となり合成され出
射光３６となる。すなわち、電源２９の電圧が０
のときは入射光３１は出射光３６となり、入射光
４１は出射光５０となるが、電源２９により偏光
変換素子に電圧が印加されたときは入射光３１は
出射光５０となり入射光４１は出射光３６とな
る。すなわち２×２の光スイツチの動作が得られ
る。本実施例において入射光および出射光の方向
は可逆である。また、本実施例において方解石２
３および２４をｚ軸に対して180゜回転し、ミラ
ー２７をｙ軸方向に移動させても２×２の光スイ
ツチが得られる。上述のように本実施例の光スイ
ツチは入射光の偏光状態に依存しなく、かつ電気
光学効果を使つた偏光変換素子を用いているので
高速であり、かつ単に４つの方解石ブロツクを用
いているので構成が簡単である。入射光および出
射光はyz面に平行な同一面内にあるので調整が
簡単であり、また方解石２１，２２，２３，２４
の長さに誤差を生じていてもその方解石をｚ軸に
対してわずかに回転させて調整することができる
ので方解石の製作精度は低くてよい。

なお、偏光変換素子としては光透過方向に周期
的な電界を印加することによつて常光と異常光の
間の位相整合をとりながら偏光変換を行なう素子
を用いることができる。また結晶に電圧を印加し
て偏光変換を行なう素子や、磁気光学効果を使つ
て偏光変換を行なう素子を用いることも可能であ
る。また、複屈折性物質としてはルチル結晶，水
晶等を用いることができる。光路を変換する素子
としてはプリズムや光フアイバ等を用いてもよ
い。

以上述べたように本考案によれば、高速に切換
えが可能で、かつ入射光の偏光状態に対する依存
性がなく、構造が簡単で、製作、調整が容易な２
×２の光スイツチが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はループ状の伝送路で使われる光スイツ
チの模式図、第２図は従来の光スイツチに使われ
る偏波面合成プリズムを示す図、第３図は本考案
による光スイツチの一実施例を示す平面図であ
る。 図において、２１，２２，２３，２４は複屈折
性物質である方解石、２５は偏光変換素子、２
６，２７はミラーである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 互いに平行な入射面と出射面をもつ第１，第
   ２，第３，第４の複屈折性物質を光透過方向に順
   次配置し、前記第２および第３の複屈折性物質の
   間に透過光の偏光状態を変換する偏光変換素子を
   設置し、前記第１および第２の複屈折性物質の間
   および前記第３および第４の複屈折性物質の間に
   光路を変換する素子を設置したことを特徴とする
   光スイツチ。