WO2023157408A1 - 光スイッチ及び切替方法 - Google Patents

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WO2023157408A1
WO2023157408A1 PCT/JP2022/042812 JP2022042812W WO2023157408A1 WO 2023157408 A1 WO2023157408 A1 WO 2023157408A1 JP 2022042812 W JP2022042812 W JP 2022042812W WO 2023157408 A1 WO2023157408 A1 WO 2023157408A1
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signal light
light
signal
modulation element
optical
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PCT/JP2022/042812
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雄一朗 九内
裕幸 日下
正浩 柏木
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株式会社フジクラ
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection

Definitions

  • the present invention relates to an optical switch and switching method for switching the optical path of signal light.
  • optical switches using DMDs or LCOS do not have such functionality.
  • One aspect of the present invention has been made in view of the above problem, and is to realize an optical switch having a function of switching the optical path of signal light according to a control signal on which the signal light is superimposed.
  • An optical switch is an optical switch that switches the optical path of signal light obtained by modulating carrier light with a control signal and a data signal, comprising a mirror and a half mirror, and the mirror and the half mirror.
  • a light modulation element that reflects or refracts the signal light reflected by a mirror, the light modulation element including a plurality of cells whose phase modulation amounts can be set independently of each other, and the signal light that has passed through the half mirror.
  • a photodetector for simultaneously detecting the intensity of the signal light reflected by the mirror and the half mirror at different times; and demodulating the control signal from the intensity of the signal light simultaneously detected by the photodetector.
  • a control unit for setting a phase modulation amount of each cell included in the light modulation element so that the signal light is emitted in a direction according to the control signal.
  • a switching method is a switching method for switching an optical path of a signal light obtained by modulating a carrier light with a control signal and a data signal, wherein a plurality of phase modulation amounts can be set independently of each other.
  • the optical path of the signal light can be switched according to the control signal superimposed on the signal light.
  • FIG. 3 is a waveform diagram illustrating waveforms of signal light input to the optical switch shown in FIG. 2;
  • FIG. 1 is a side view showing the configuration of an optical switch according to one embodiment of the present invention;
  • FIG. (a) shows the configuration of a reflective optical switch, and
  • (b) shows the configuration of a transmissive optical switch.
  • 3(a) is a plan view of a reflective optical modulation element included in the optical switch shown in FIG. 2(a).
  • FIG. (b) is a cross-sectional view of a cell that constitutes the light modulation element.
  • 3(a) is a plan view of a transmissive optical modulation element included in the optical switch shown in FIG. 2(b);
  • FIG. (b) is a cross-sectional view of a cell that constitutes the light modulation element.
  • 3 is a perspective view showing a configuration of part of a modification of the optical switch shown in FIG. 2;
  • FIG. (a) shows a partial configuration of a modification of the reflective optical switch shown in (a) of FIG. 2, and
  • (b) shows a modification of the transmissive optical switch shown in (b) of FIG. shows the configuration of part of
  • the optical switch 1 is a device for switching the optical path of the signal light L.
  • Signal light L is obtained by modulating carrier light L0 with control signal C and data signal D.
  • FIG. The bit rate of the control signal C is 1/Tc and the bit rate of the data signal is 1/Td. That is, the signal light L is modulated with a 1-bit control signal C every Tc seconds and a 1-bit data signal D every Td seconds.
  • the control signal C designates the optical path of the signal light L.
  • the control signal C designates one optical path for every n bits (n is any natural number equal to or greater than 1).
  • Td bit rate of the data signal D
  • FIG. 1 is a waveform diagram illustrating the waveform of signal light L.
  • FIG. FIG. 1(a) is a waveform diagram illustrating the waveform of the carrier light L0.
  • FIG. 1(b) is a waveform diagram illustrating the waveform of the signal light L' obtained by modulating the carrier light L0 with the control signal C.
  • FIG. 1(c) is a waveform diagram illustrating the waveform of the signal light L obtained by modulating the signal light L' with the data signal D.
  • FIG. 1 is a waveform diagram illustrating the waveform of signal light L.
  • n 3
  • the control signal C designates one optical path every 3 bits.
  • the optical path of signal light L1 modulated with the first bit of data signal D (also referred to as data signal D1) is designated by the first three bits of control signal C (also referred to as control signal C1)
  • the optical path of signal light L2 modulated by the next 1 bit of signal D (also referred to as data signal D2) is designated by the next 3 bits of control signal C (also referred to as control signal C2).
  • the order of modulation is not limited to the one exemplified in FIG. That is, instead of modulating the light carrier L0 with the control signal C and then with the data signal D, the light carrier L0 may be modulated with the data signal D and then with the control signal C.
  • the modulation may be performed using an optical modulator, or may be performed using a multiplexer. In the latter case, for example, the signal light Lc representing the control signal C is combined with the carrier light L0 to generate the signal light L', and the signal light Ld representing the data signal D is combined with the signal light L'.
  • Signal light L can be generated by oscillating.
  • FIG. 2(a) is a side view showing a configuration example of the reflective optical switch 1.
  • FIG. 1A the reflective optical switch 1 is also referred to as an optical switch 1A.
  • the optical switch 1A includes an input port 11, a mirror 12, a half mirror 13, an optical modulator 14A, a photodetector 15, a controller 16A, an output port group 17A, and a lens 18A. .
  • the input port 11 is means for guiding the signal light Li input to the optical switch 1A.
  • an optical fiber is used as the input port 11 .
  • Signal light Li emitted from the input port 11 is incident on the mirror 12 .
  • the mirror 12 is means for reflecting the incident signal light Li
  • the half mirror 13 is means for reflecting part of the incident signal light Li and transmitting part of the incident signal light Li. is.
  • the mirror 12 and the half mirror 13 are arranged so that their reflecting surfaces face each other.
  • the signal light Li incident on the mirror 12 is (1) reflected at a point P1 on the mirror 12, (2) reflected at a point Q1 on the half mirror 13, and (3) reflected at a point P2 on the mirror 12.
  • the signal light Li reflected at the point Q3 of the half mirror 13 is incident on the optical modulator 14A. Further, the signal light Li that has passed through the points Q1, Q2, and Q3 of the half mirror 13 enters the photodetector 15 .
  • the distance d between the mirror 12 and the half mirror 13 is set so that the time from when the signal light Li is reflected by the half mirror 13 to when it reenters the half mirror 13 is Tc.
  • the optical path length of the signal light Li from the point Qi (i is a natural number of 1 to n ⁇ 1) to the point Qi+1 via the point Pi+1 is set to be c ⁇ Tc (c is the speed of light).
  • the light modulation element 14A is means for modulating and reflecting the signal light Li, and is composed of a plurality of cells whose phase modulation amounts can be set independently of each other.
  • the light modulation element 14A is sometimes called a "spatial light modulator". A configuration example of the light modulation element 14A will be described later with reference to different drawings.
  • the amount of phase modulation of each cell forming the light modulation element 14A is controlled by the controller 16A so that the signal light Li is emitted in the direction according to the control signal Ci.
  • the photodetector 15 is means for simultaneously detecting the signal light Li that has passed through the half mirror 13 and has been reflected by the mirror 12 and the half mirror 13 at different times. In other words, it is means for detecting the temporal change in the intensity of the signal light Li as the spatial distribution of the intensity of the signal light Li transmitted through the half mirror 13 .
  • an image sensor is used as the photodetector 15 .
  • the photodetector 15 includes (1) the signal light Li modulated by the first bit of the control signal Ci that has passed through the point Q3 of the half mirror 13, and (2) the light that has passed through the point Q2 of the half mirror 13.
  • the signal light Li modulated by the second bit of the control signal Ci and (3) the signal light Li modulated by the third bit of the control signal Ci transmitted through the point Q3 of the half mirror 13 are simultaneously detected.
  • the intensity of the signal light Li detected by the photodetector 15 is provided to the controller 16A.
  • the intensity of the signal light Li reflected by the mirror 12 once, the signal light Li reflected by the mirror 12 twice, and the signal light Li reflected by the mirror 12 three times are detected by light.
  • the device 15 employs a configuration for simultaneous detection, the present invention is not limited to this.
  • the photodetector 15 simultaneously detects the intensity of the signal light Li reflected twice by the mirror 12, the signal light Li reflected by the mirror 12 three times, and the signal light Li reflected by the mirror 12 four times. may be adopted.
  • the mirror A configuration may be employed in which the photodetector 15 simultaneously detects the intensity of the signal light Li reflected once by the mirror 12 and the intensity of the signal light Li reflected twice by the mirror 12 . More generally, where m is an arbitrary integer greater than or equal to 0, the signal light Li reflected m times by the mirror 12, the signal light Li reflected m+1 times by the mirror 12, .
  • a configuration can be employed in which the photodetector 15 simultaneously detects the intensity of the reflected signal light.
  • the control unit 16A demodulates the control signal Ci from the intensity of the signal light Li detected by the photodetector 15, and controls the optical modulation element so that the signal light Li is reflected in a direction corresponding to the demodulated control signal Ci.
  • 14A is a means for setting the phase modulation amount of each cell constituting 14A. In the illustrated example, when the control signal Ci is 101, the control unit 16A adjusts the phase modulation amount of each cell constituting the light modulation element 14A so that the signal light Li is reflected in the direction where the emission angle is ⁇ 1. set. Further, when the control signal Ci is 010, the control section 16A sets the phase modulation amount of each cell constituting the light modulation element 14A so that the signal light Li is reflected in a direction with an emission angle of ⁇ 2.
  • the output port group 17A is composed of a plurality of output ports 17A1-17A2.
  • the output ports 17A1-17A2 are means for guiding the signal light Li output from the optical switch 1A.
  • optical fibers are used as the output ports 17A1 and 17A2.
  • the output port 17A1 is provided on the optical path of the signal light Li reflected by the optical modulation element 14A so that the output angle is ⁇ 1. Therefore, when the control signal Ci is 101, the signal light Li reflected by the optical modulator 14A enters the output port 17A1 and is guided through the output port 17A1.
  • the output port 17A2 is provided on the optical path of the signal light Li reflected by the optical modulation element 14A so that the output angle is ⁇ 2. Therefore, when the control signal Ci is 010, the signal light Li reflected by the optical modulator 14A enters the output port 17A2 and is guided through the output port 17A2.
  • the lens 18A is means for condensing the signal light Li reflected by the light modulation element 14A.
  • the lens 18A converges the signal light Li reflected by the light modulation element 14A at an output angle of ⁇ 1 onto the incident end surface of the output port 17A1. Further, the lens 18A converges the signal light Li reflected by the light modulation element 14A at an output angle of .theta.2 onto the incident end face of the output port 17A2.
  • the signal light Li reflected by the light modulation element 14A can be efficiently made incident on the output ports 17A1 to 17A2.
  • the mirror 12 may be realized by an optical modulation element.
  • a partial area of the light modulation element may be used as the light modulation element 14A and the other area of the light modulation element may be used as the mirror 12.
  • FIG. Also, the optical switch 1A may have a plurality of combinations of the input port 11 and the output port group 17A. Thereby, a multi-channel optical switch can be realized.
  • the distance d' between the half mirror 13 and the photodetector 15 is matched with the distance d between the mirror 12 and the half mirror 13.
  • the time when the portion corresponding to the head of the data signal Di in the signal light Li reaches the optical modulation element 14A, and the head of the 1st, 2nd and 3rd bits of the control signal Ci in the signal light Li can be matched.
  • the time required to demodulate the control signal Ci and control the optical modulation element 14A it is necessary to reflect the portion corresponding to the head of the data signal Di in the signal light Li in the direction specified by the control signal Ci. becomes difficult.
  • the distance d′ between the half mirror 13 and the photodetector 15 may be set smaller than the distance d between the mirror 12 and the half mirror 13 .
  • FIG. 2(b) is a side view showing a configuration example of the transmissive optical switch 1.
  • FIG. 1B the transmission type optical switch 1 is also described as an optical switch 1B.
  • the optical switch 1B includes an input port 11, a mirror 12, a half mirror 13, an optical modulator 14B, a photodetector 15, a controller 16B, an output port group 17B, and a lens 18B. .
  • the input port 11, mirror 12, half mirror 13, and photodetector 15 provided in the optical switch 1B are configured in the same manner as the input port 11, mirror 12, half mirror 13, and photodetector 15 provided in the optical switch 1A.
  • the light modulation element 14B is means for modulating and refracting the signal light Li, and is composed of a plurality of cells whose phase modulation amounts can be set independently of each other.
  • the light modulation element 14B is sometimes called a "spatial light modulator". A configuration example of the light modulation element 14B will be described later with reference to different drawings.
  • the phase modulation amount of each cell constituting the light modulation element 14B is controlled by the control section 16B so that the signal light Li is emitted in the direction according to the control signal Ci.
  • the control unit 16B demodulates the control signal Ci from the intensity of the signal light Li detected by the photodetector 15, and controls the optical modulation element so that the signal light Li is refracted in a direction corresponding to the demodulated control signal Ci.
  • 14B is a means for setting the phase modulation amount of each cell constituting 14B.
  • the control unit 16B sets the phase modulation amount of each cell constituting the light modulation element 14B so that the signal light Li is refracted in the direction where the emission angle is ⁇ 1. do.
  • the control signal Ci is 010
  • the control unit 16B sets the phase modulation amount of each cell constituting the light modulation element 14B so that the signal light Li is refracted in a direction with an emission angle of ⁇ 2.
  • the output port group 17B is composed of a plurality of output ports 17B1-17B2.
  • the output ports 17B1 and 17B2 are means for guiding the signal light Li output from the optical switch 1B.
  • optical fibers are used as the output ports 17B1 and 17B2.
  • the output port 17B1 is provided on the optical path of the signal light Li refracted by the optical modulation element 14B so that the output angle is ⁇ 1. Therefore, when the control signal Ci is 101, the signal light Li refracted by the optical modulator 14B enters the output port 17B1 and is guided through the output port 17B1.
  • the output port 17B2 is provided on the optical path of the signal light Li refracted by the optical modulation element 14B so that the output angle is ⁇ 2. Therefore, when the control signal Ci is 010, the signal light Li refracted by the optical modulator 14B enters the output port 17B2 and is guided through the output port 17B2.
  • the lens 18B is means for condensing the signal light Li refracted by the light modulation element 14B.
  • the lens 18B converges the signal light Li refracted by the light modulation element 14B so that the output angle is ⁇ 1 on the incident end surface of the output port 17B1. Further, the lens 18B converges the signal light Li refracted by the light modulation element 14B so that the output angle is ⁇ 2, onto the incident end face of the output port 17B2.
  • the signal light Li refracted by the light modulation element 14B can be efficiently made incident on the output ports 17B1 and 17B2.
  • the mirror 12 may be realized by an optical modulation element.
  • a part of the light modulating element may be used as the light modulating element 14B and the other area of the light modulating element may be used as the mirror 12.
  • FIG. Also, the optical switch 1B may have a plurality of combinations of the input port 11 and the output port group 17B. Thereby, a multi-channel optical switch can be realized.
  • the distance d' between the half mirror 13 and the photodetector 15 is matched with the distance d between the mirror 12 and the half mirror 13.
  • the time when the portion corresponding to the head of the data signal Di in the signal light Li reaches the optical modulation element 14B, and the head of the 1st, 2nd and 3rd bits of the control signal Ci in the signal light Li can be matched.
  • the distance d′ between the half mirror 13 and the photodetector 15 may be set smaller than the distance d between the mirror 12 and the half mirror 13 .
  • the signal light Li is set to the heads of the first, second, and third bits of the control signal Ci.
  • Corresponding portions reach the photodetector 15 at the same time. Therefore, it becomes easy to refract the portion corresponding to the head of the data signal Di in the signal light Li in the direction specified by the control signal Ci.
  • FIG. 3(a) is a plan view of the light modulation element 14A according to this specific example.
  • FIG. 3(b) is a cross-sectional view of the microcell C that constitutes the light modulation element 14A according to this specific example.
  • the light modulation element 14A is composed of a plurality of microcells C whose phase modulation amounts are set independently of each other, as shown in FIG. 3(a).
  • the signal light Li is incident on the optical modulation element 14A, the signal light Li reflected by each microcell C while being phase-modulated interferes with each other, thereby forming the signal light Li emitted in the direction corresponding to the control signal Ci. be done.
  • the phase modulation amount of each microcell C may be variable or fixed, but is variable in this configuration example.
  • microcell refers to a cell with a cell size of less than 10 ⁇ m, for example.
  • cell size refers to the square root of the area of a cell. For example, when the planar view shape of the microcell C is square, the cell size of the microcell C is the length of one side of the microcell C. As shown in FIG. The lower limit of the cell size of microcell C is, for example, 1 nm.
  • the light modulation element 14A illustrated in (a) of FIG. 3 is composed of 200 ⁇ 200 microcells C arranged in a matrix.
  • the plan view shape of each microcell C is a square of 500 nm ⁇ 500 nm, and the plan view shape of the light modulation element 14A is a square of 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m.
  • Each microcell C constituting the light modulation element 14A includes, for example, a polarizing plate C11, a reflector C12, a first electrode C13, a magnetization free layer C14, and an insulating layer, as shown in (b) 0 of FIG. It can be composed of C15, a magnetization fixed layer C16, and a second electrode C17.
  • the polarizing plate C11 and the reflecting plate C12 are arranged so as to face each other.
  • the first electrode C13, the magnetization free layer C14, the insulating layer C15, the magnetization fixed layer C16, and the second electrode C17 are laminated in this order and sandwiched between the polarizer C11 and the reflector C12.
  • the stacking direction of the first electrode C13, the magnetization free layer C14, the insulating layer C15, the magnetization fixed layer C16, and the second electrode C17 is orthogonal to the stacking direction of the polarizer C11 and reflector C12.
  • the first side surface of the magnetization free layer C14 is in surface contact with one main surface of the polarizing plate C11, and the second side surface of the magnetization free layer C14 facing the first side surface is one main surface of the reflector C12. Face to face contact.
  • the signal light Li (1) enters the magnetization free layer C14 via the polarizing plate C11, (2) is reflected by the reflector C12, and (3) travels outside the magnetization free layer C14 via the polarizing plate C11. emit.
  • the magnetization free layer C14 is made of, for example, a conductive and translucent soft magnetic material (eg, CoFeB).
  • the magnetization fixed layer C16 is made of, for example, a conductive hard magnetic material (for example, permalloy).
  • a polarizing plate is selected that selectively transmits a polarized component whose polarization direction P is parallel to the magnetization direction M of the magnetization fixed layer C16.
  • FIG. 3B illustrates a case where the magnetization direction M and the polarization direction P are parallel to both the main surface of the polarizing plate C11 and the main surface of the magnetization fixed layer C16.
  • a spin current (a flow of spin-polarized electrons) is injected from the magnetization fixed layer C16 to the magnetization free layer C14 through the insulating layer C15 due to the tunnel effect. and magnetization occurs in the magnetization free layer C14.
  • the magnetization generated in the magnetization free layer C14 is magnetization parallel to the magnetization direction M of the magnetization fixed layer C16, that is, magnetization parallel to the polarization direction P of the signal light incident on the magnetization free layer C14 via the polarizing plate C11. is. Therefore, the phase of the signal light is delayed due to the transverse Kerr effect in the process of propagating through the magnetization free layer C14.
  • the phase change amount of the signal light in the cell C is determined according to the magnitude of magnetization generated in the magnetization free layer C14.
  • the magnitude of magnetization generated in the magnetization free layer C14 is determined according to the magnitude of the spin current injected into the magnetization free layer C14.
  • the magnitude of the spin current injected into the magnetization free layer C14 is determined according to the potential difference applied between the first electrode C13 and the second electrode C17. Therefore, by controlling the potential difference applied between the first electrode C13 and the second electrode C17, the phase modulation of the cell C can be set to a desired value.
  • the optical modulation element 14A is composed of a plurality of cells C that perform phase modulation by spin injection into the magnetization free layer C14. Therefore, it is possible to switch the optical path of the signal light Li at a higher speed than DMD and LCOS.
  • the microcell C having the same configuration as an STT (Spin Transfer Torque) type MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) has been described, but the present invention is not limited to this.
  • a microcell C having a configuration similar to that of an SOT (Spin Orbit Torque) type MRAM may be used.
  • Such a microcell C can be realized, for example, by removing the insulating layer C15, the magnetization fixed layer C16, and the second electrode C17 from the structure shown in FIG. 3(b).
  • a spin current can be efficiently injected into the magnetization free layer C14 by including a heavy metal in the first electrode C13 and applying a pulse voltage or a pulse current to the first electrode C13.
  • FIG. 4(a) is a plan view of the light modulation element 14B according to this specific example.
  • FIG. 4(b) is a cross-sectional view of the microcell C that constitutes the light modulation element 14B according to this specific example.
  • the light modulation element 14B is composed of a plurality of microcells C whose phase modulation amounts are set independently of each other, as shown in FIG. 4(a).
  • the signal light Li is incident on the optical modulation element 14B, the signal light Li transmitted through each microcell C while being phase-modulated interferes with each other, thereby forming the signal light Li emitted in the direction corresponding to the control signal Ci. be.
  • the phase modulation amount of each microcell C may be variable or fixed, but is variable in this configuration example.
  • the light modulation element 14B illustrated in (a) of FIG. 4 is composed of 200 ⁇ 200 microcells C arranged in a matrix.
  • the plan view shape of each microcell C is a square of 500 nm ⁇ 500 nm, and the plan view shape of the light modulation element 14B is a square of 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m.
  • Each microcell C constituting the light modulation element 14B includes, for example, a polarizing plate C11, a polarizing plate C18, a first electrode C13, a magnetization free layer C14, and an insulating layer, as shown in FIG. It can be composed of C15, a magnetization fixed layer C16, and a second electrode C17.
  • the polarizing plate C11 and the polarizing plate C18 are arranged so as to face each other.
  • the first electrode C13, the magnetization free layer C14, the insulating layer C15, the magnetization fixed layer C16, and the second electrode C17 are laminated in this order and sandwiched between the polarizing plate C11 and the polarizing plate C18.
  • the stacking direction of the first electrode C13, the magnetization free layer C14, the insulating layer C15, the magnetization fixed layer C16, and the second electrode C17 is orthogonal to the stacking direction of the polarizer C11 and reflector C12.
  • the first side surface of the magnetization free layer C14 is in surface contact with one main surface of the polarizing plate C11, and the second side surface of the magnetization free layer C14 facing the first side surface is one main surface of the reflector C12. Face to face contact.
  • the signal light Li (1) enters the magnetization free layer C14 via the polarizing plate C11, (2) passes through the magnetization free layer C14, and (3) passes through the polarizing plate C18 to the outside of the magnetization free layer C14.
  • the magnetization free layer C14 is made of, for example, a conductive and translucent soft magnetic material (eg, CoFeB).
  • the magnetization fixed layer C16 is made of, for example, a conductive hard magnetic material (for example, permalloy).
  • a polarizing plate is selected that selectively transmits a polarized component whose polarization direction P is parallel to the magnetization direction M of the magnetization fixed layer C16.
  • FIG. 4B illustrates the case where the magnetization direction M and the polarization direction P are parallel to both the main surface of the polarizing plate C11 and the main surface of the magnetization fixed layer C16.
  • a spin current (a flow of spin-polarized electrons) is injected from the magnetization fixed layer C16 to the magnetization free layer C14 through the insulating layer C15 due to the tunnel effect. and magnetization occurs in the magnetization free layer C14.
  • the magnetization generated in the magnetization free layer C14 is magnetization parallel to the magnetization direction M of the magnetization fixed layer C16, that is, magnetization parallel to the polarization direction P of the signal light incident on the magnetization free layer C14 via the polarizing plate C11. is. Therefore, the phase of the signal light is delayed due to the transverse Kerr effect in the process of propagating through the magnetization free layer C14.
  • the phase change amount of the signal light in the cell C is determined according to the magnitude of magnetization generated in the magnetization free layer C14.
  • the magnitude of magnetization generated in the magnetization free layer C14 is determined according to the magnitude of the spin current injected into the magnetization free layer C14.
  • the magnitude of the spin current injected into the magnetization free layer C14 is determined according to the potential difference applied between the first electrode C13 and the second electrode C17. Therefore, by controlling the potential difference applied between the first electrode C13 and the second electrode C17, the phase modulation of the cell C can be set to a desired value.
  • the optical modulation element 14B is composed of a plurality of microcells C that perform phase modulation by spin injection into the magnetization free layer C14. Therefore, it is possible to switch the optical path of the signal light Li at a higher speed than DMD and LCOS.
  • the microcell C having the same configuration as an STT (Spin Transfer Torque) type MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) has been described, but the present invention is not limited to this.
  • a microcell C having a configuration similar to that of an SOT (Spin Orbit Torque) type MRAM may be used.
  • Such a microcell C can be realized, for example, by removing the insulating layer C15, the magnetization fixed layer C16, and the second electrode C17 from the structure shown in FIG. 4(b).
  • a spin current can be efficiently injected into the magnetization free layer C14 by including a heavy metal in the first electrode C13 and applying a pulse voltage or a pulse current to the first electrode C13.
  • FIG. 5(a) is a perspective view showing a part of the configuration of the optical switch 1A'.
  • optical switch 1A' has an optical modulation element 14A' instead of the optical modulation element 14A, and an output port group 17A'a to 17A'c instead of the output port group 17A. , are configured in the same manner as the optical switch 1A.
  • the light modulation element 14A' is means for modulating and reflecting the signal light Li, and is composed of a plurality of cells whose phase modulation amounts can be set independently of each other.
  • the phase modulation amount of each cell constituting the optical modulation element 14A' is set so as to reflect the signal light Li in a direction corresponding to the wavelength ⁇ of the carrier light L0 and the control signal Ci.
  • the settings are as follows.
  • the optical modulation element 14A' reflects the signal light Li in the in-plane direction of the plane Pa.
  • the control signal Ci is 101
  • the light modulation element 14A' reflects the signal light Li so that the output angle within the plane Pa is ⁇ 1.
  • the control signal Ci is 010
  • the light modulation element 14A' reflects the signal light Li so that the output angle within the plane Pa is ⁇ 2.
  • the optical modulation element 14A' reflects the signal light Li in the in-plane direction of the plane Pb.
  • the control signal Ci is 101
  • the light modulation element 14A' reflects the signal light Li so that the output angle within the plane Pb is ⁇ 1.
  • the control signal Ci is 010
  • the light modulation element 14A' reflects the signal light Li so that the output angle within the plane Pb is ⁇ 2.
  • the optical modulation element 14A' reflects the signal light Li in the in-plane direction of the plane Pc.
  • the control signal Ci is 101
  • the light modulation element 14A' reflects the signal light Li so that the output angle within the plane Pc is ⁇ 1.
  • the control signal Ci is 010
  • the light modulation element 14A' reflects the signal light Li so that the output angle within the plane Pc is ⁇ 2.
  • the output port group 17A'a is arranged on the optical path of the signal light Li reflected by the optical modulation element 14A' and having a wavelength ⁇ of ⁇ a.
  • the output port group 17A′a includes output ports provided on the optical path of the signal light Li reflected by the optical modulator 14B so that the output angle is ⁇ 1, and output ports provided on the optical path of the signal light Li reflected by the optical modulator 14B so that the output angle is ⁇ 2. and an output port provided on the optical path of the reflected signal light Li.
  • the output port group 17A'b is arranged on the optical path of the signal light Li reflected by the optical modulation element 14A' and having a wavelength ⁇ of ⁇ b.
  • the output port group 17A'b includes output ports provided on the optical path of the signal light Li reflected by the optical modulator 14B so that the output angle is ⁇ 1, and output ports provided on the optical path of the signal light Li reflected by the optical modulator 14B so that the output angle is ⁇ 2. and an output port provided on the optical path of the reflected signal light Li.
  • the output port group 17A'c is arranged on the optical path of the signal light Li reflected by the optical modulation element 14A' and having a wavelength ⁇ of ⁇ c.
  • the output port group 17A'b includes output ports provided on the optical path of the signal light Li reflected by the optical modulator 14B so that the output angle is ⁇ 1, and output ports provided on the optical path of the signal light Li reflected by the optical modulator 14B so that the output angle is ⁇ 2. and an output port provided on the optical path of the reflected signal light Li.
  • the optical switch 1A' in addition to switching the optical path of the signal light Li according to the control signal Ci, it is possible to switch the optical path of the signal light Li according to the wavelength ⁇ of the carrier light L0. Further, when the signal light Li is wavelength-multiplexed, each wavelength component included in the signal light Li can be separated.
  • FIG. 5(b) is a perspective view showing a part of the configuration of the optical switch 1B'.
  • optical switch 1B' has an optical modulation element 14B' instead of the optical modulation element 14B, and an output port group 17B'b to 17B'c instead of the output port group 17B. , are configured in the same manner as the optical switch 1B.
  • the light modulation element 14B' is means for modulating and refracting the signal light Li, and is composed of a plurality of cells whose phase modulation amounts can be set independently of each other.
  • the phase modulation amount of each cell constituting the optical modulation element 14B' is set so as to refract the signal light Li in a direction corresponding to the wavelength ⁇ of the carrier light L0 and the control signal Ci.
  • the settings are as follows.
  • the optical modulator 14B' When the wavelength ⁇ of the carrier light L0 is ⁇ b, the optical modulator 14B' refracts the signal light Li in the in-plane direction of the plane Pb. In particular, when the control signal Ci is 101, the optical modulator 14B' refracts the signal light Li so that the output angle within the plane Pb is ⁇ 1. On the other hand, when the control signal Ci is 010, the light modulation element 14B' refracts the signal light Li so that the output angle within the plane Pb is ?2.
  • the optical modulator 14B' When the wavelength ⁇ of the carrier light L0 is ⁇ b, the optical modulator 14B' refracts the signal light Li in the in-plane direction of the plane Pb. In particular, when the control signal Ci is 101, the optical modulator 14B' refracts the signal light Li so that the output angle within the plane Pb is ⁇ 1. On the other hand, when the control signal Ci is 010, the light modulation element 14B' refracts the signal light Li so that the output angle within the plane Pb is ?2.
  • the optical modulator 14B' refracts the signal light Li in the in-plane direction of the plane Pc.
  • the control signal Ci is 101
  • the light modulation element 14B' refracts the signal light Li so that the output angle within the plane Pc is ⁇ 1.
  • the control signal Ci is 010
  • the light modulation element 14B' refracts the signal light Li so that the output angle within the plane Pc is ⁇ 2.
  • the output port group 17B'b is arranged on the optical path of the signal light Li refracted by the optical modulation element 14B' and having a wavelength ⁇ of ⁇ b.
  • the output port group 17B′b includes output ports provided on the optical path of the signal light Li refracted by the optical modulation element 14B so that the output angle is ⁇ 1, and output ports provided on the optical path of the signal light Li refracted by the optical modulation element 14B so that the output angle is ⁇ 2. and an output port provided on the optical path of the signal light Li refracted so as to be.
  • the output port group 17B'b is arranged on the optical path of the signal light Li refracted by the optical modulation element 14B' and having a wavelength ⁇ of ⁇ b.
  • the output port group 17B′b includes output ports provided on the optical path of the signal light Li refracted by the optical modulation element 14B so that the output angle is ⁇ 1, and output ports provided on the optical path of the signal light Li refracted by the optical modulation element 14B so that the output angle is ⁇ 2. and an output port provided on the optical path of the signal light Li refracted so as to be.
  • the output port group 17B'c is arranged on the optical path of the signal light Li refracted by the optical modulation element 14B' and having a wavelength ⁇ of ⁇ c.
  • the output port group 17B′b includes output ports provided on the optical path of the signal light Li refracted by the optical modulation element 14B so that the output angle is ⁇ 1, and output ports provided on the optical path of the signal light Li refracted by the optical modulation element 14B so that the output angle is ⁇ 2. and an output port provided on the optical path of the signal light Li refracted so as to be.
  • the optical switch 1B' in addition to switching the optical path of the signal light Li according to the control signal Ci, it is possible to switch the optical path of the signal light Li according to the wavelength ⁇ of the carrier light L0. Further, when the signal light Li is wavelength-multiplexed, each wavelength component included in the signal light Li can be separated.
  • An optical switch is an optical switch for switching optical paths of signal light obtained by modulating carrier light with a control signal and a data signal, comprising a mirror and a half mirror, and the mirror and the half mirror.
  • a light modulation element that reflects or refracts the signal light reflected by a mirror, the light modulation element including a plurality of cells whose phase modulation amounts can be set independently of each other, and the signal light that has passed through the half mirror.
  • a photodetector for simultaneously detecting the intensity of the signal light reflected by the mirror and the half mirror at different times; and demodulating the control signal from the intensity of the signal light simultaneously detected by the photodetector.
  • a control unit for setting a phase modulation amount of each cell included in the light modulation element so that the signal light is emitted in a direction according to the control signal.
  • the optical path of the signal light can be switched according to the control signal superimposed on the signal light.
  • the signal light is modulated with a 1-bit control signal every Tc seconds, and the interval between the mirror and the half mirror is , the time from when the signal light is reflected by the half mirror to when it reenters the half mirror is set to be Tc.
  • the control signal designates one optical path for every n bits (n is an arbitrary integer of 1 or more), and the optical The detector detects the signal light reflected m times by the mirror (m is an arbitrary integer equal to or greater than 0), the signal light reflected m+1 times by the mirror, ..., and the signal light reflected m+n times by the mirror A configuration is adopted in which light is detected simultaneously.
  • an input port for guiding the signal light incident on the optical switch, and the signal light emitted from the optical switch A configuration is adopted in which a plurality of output ports for guiding signal light are further provided, the plurality of output ports being provided for each output direction of the signal light.
  • the signal light input through the input port is switched according to the control signal superimposed on the signal light through which one of the plurality of output ports is to be outputted. be able to.
  • the optical modulation element is a reflective optical modulation element
  • the control unit responds to the control signal.
  • a configuration is adopted in which the phase modulation amount of each cell included in the light modulation element is set so that the signal light is reflected in the direction of the light modulation element.
  • the optical modulation element is a transmissive optical modulation element, and the control unit responds to the control signal.
  • a configuration is employed in which the phase modulation amount of each cell included in the light modulation element is set so that the signal light is refracted in the direction of the light modulation element.
  • the optical modulation element is composed of a plurality of cells that perform phase modulation by spin injection into the magnetization free layer.
  • the configuration is adopted.
  • the optical path of the signal light can be switched at high speed according to the control signal on which the signal light is superimposed.
  • a switching method is a switching method for switching an optical path of a signal light obtained by modulating a carrier light with a control signal and a data signal, wherein a plurality of phase modulation amounts can be set independently of each other. a step of reflecting or refracting the signal light reflected by a mirror and a half mirror using an optical modulation element including a cell of; simultaneously detecting the intensities of the signal lights reflected at different times; demodulating the control signal from the simultaneously detected intensities of the signal lights so that the signal lights are emitted in directions corresponding to the control signals; and setting a phase modulation amount of each cell included in the light modulation element.
  • the optical path of the signal light can be switched according to the control signal superimposed on the signal light.

Abstract

制御信号に応じて信号光の光路を切替える機能を有する光スイッチを実現する。光スイッチ（１Ａ，１Ｂ）は、ミラー（１２）及びハーフミラー（１３）に反射された信号光（Ｌｉ）を反射又は屈折する光変調素子（１４Ａ，１４Ｂ）と、ハーフミラー（１３）を透過して光検出器（１５）により同時に検出された信号光（Ｌｉ）の強度から制御信号（Ｃｉ）を復調し、制御信号（Ｃｉ）に応じた方向に信号光（Ｌｉ）が出射されるよう、光変調素子（１４Ａ，１４Ｂ）に含まれる各セルの位相変調量を設定する制御部（１６Ａ，１６Ｂ）と、を備えている。

Description

光スイッチ及び切替方法
　本発明は、信号光の光路を切替える光スイッチ及び切替方法に関する。
　データ通信量の増加に伴って、光幹線系ネットワークにおいては、大容量化への要求が高まっている。この要求に応えるべく、光基幹系ネットワークの形態は、point-to-point型からリング型を経て、メッシュ型に進化している。メッシュ型の光基幹系ネットワークを効率的に利用するためには、信号光の経路を高速に切替える必要がある。信号光の経路を高速に切替えることが可能な光スイッチとしては、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）を用いた光スイッチや、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を用いた光スイッチなどが知られている。例えば、特許文献１には、ＬＣＯＳを用いた光スイッチが開示されている。
日本国公開特許公報「特開２０１５－９４７７９号」
　光ネットワークにおいては、信号光に重畳された制御信号に応じて、その信号光の経路を切替えることが必要になる場合がある。しかしながら、ＤＭＤ又はＬＣＯＳを用いた光スイッチは、このような機能を有していない。
　本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、信号光の重畳された制御信号に応じて、その信号光の光路を切替える機能を有する光スイッチを実現することにある。
　本発明の一態様に係る光スイッチは、搬送光を制御信号及びデータ信号により変調することにより得られた信号光の光路を切替える光スイッチであって、ミラー及びハーフミラーと、前記ミラー及び前記ハーフミラーに反射された前記信号光を反射又は屈折する光変調素子であって、位相変調量が互いに独立に設定可能な複数のセルを含む光変調素子と、前記ハーフミラーを透過した前記信号光であって、前記ミラー及び前記ハーフミラーによる反射回数の異なる前記信号光の強度を同時に検出する光検出器と、前記光検出器により同時に検出された前記信号光の強度から前記制御信号を復調すると共に、前記制御信号に応じた方向に前記信号光が出射されるよう、前記光変調素子に含まれる各セルの位相変調量を設定する制御部と、を備えている。
　本発明の一態様に係る切替方法は、搬送光を制御信号及びデータ信号により変調することにより得られた信号光の光路を切替える切替方法であって、位相変調量が互いに独立に設定可能な複数のセルを含む光変調素子を用いて、ミラー及びハーフミラーに反射された前記信号光を反射又は屈折する工程と、前記ハーフミラーを透過した前記信号光であって、前記ミラー及び前記ハーフミラーによる反射回数の異なる前記信号光の強度を同時に検出する工程と、同時に検出された前記信号光の強度から前記制御信号を復調すると共に、前記制御信号に応じた方向に前記信号光が出射されるよう、前記光変調素子に含まれる各セルの位相変調量を設定する工程と、を含んでいる。
　本発明の一態様によれば、信号光に重畳された制御信号に応じて、その信号光の光路を切替えることができる。
図２に示す光スイッチに入力される信号光の波形を例示する波形図である。 本発明の一実施形態に係る光スイッチの構成を示す側面図である。（ａ）は、反射型の光スイッチの構成を示し、（ｂ）は、透過型の光スイッチの構成を示す。 （ａ）は、図２の（ａ）に示す光スイッチが備える反射型の光変調素子の平面図である。（ｂ）は、その光変調素子を構成するセルの断面図である。 （ａ）は、図２の（ｂ）に示す光スイッチが備える透過型の光変調素子の平面図である。（ｂ）は、その光変調素子を構成するセルの断面図である。 図２に示す光スイッチの変形例の一部の構成を示す斜視図である。（ａ）は、図２の（ａ）に示す反射型の光スイッチの変形例の一部の構成を示し、（ｂ）は、図２の（ｂ）に示す透過型の光スイッチの変形例の一部の構成を示す。
　（光スイッチの構成）
　光スイッチ１は、信号光Ｌの光路を切替えるための装置である。信号光Ｌは、搬送光Ｌ０を制御信号Ｃ及びデータ信号Ｄで変調することにより得られたものである。制御信号Ｃのビットレートは、１／Ｔｃであり、データ信号のビットレートは、１／Ｔｄである。すなわち、信号光Ｌには、Ｔｃ秒毎に１ビットの制御信号Ｃが変調されており、Ｔｄ秒毎に１ビットのデータ信号Ｄが変調されている。
　制御信号Ｃは、信号光Ｌの光路を指定する。本実施形態において、制御信号Ｃは、ｎビット（ｎは１以上の任意の自然数）毎に１つの光路を指定する。本実施形態においては、データ信号ＤのビットレートＴｄがＴｄ＝ｎ×Ｔｃを満たすように設定されているので、データ信号Ｄ１ビット毎に信号光Ｌの光路を切替えることが可能である。
　図１は、信号光Ｌの波形を例示する波形図である。図１の（ａ）は、搬送光Ｌ０の波形を例示する波形図である。図１の（ｂ）は、搬送光Ｌ０を制御信号Ｃで変調することにより得られる信号光Ｌ’の波形を例示する波形図である。図１の（ｃ）は、信号光Ｌ’をデータ信号Ｄにより変調することにより得られる信号光Ｌの波形を例示する波形図である。
　図１に示した例では、搬送光Ｌ０の周期をＴ０として、Ｔｃ＝２×Ｔ０であり、Ｔｄ＝３×Ｔｃ＝６×Ｔ０である。また、ｎ＝３であり、制御信号Ｃは、３ビット毎に１つの光路を指定する。例えば、データ信号Ｄの最初の１ビット（データ信号Ｄ１とも記載する）が変調された信号光Ｌ１の光路は、制御信号Ｃの最初の３ビット（制御信号Ｃ１とも記載する）により指定され、データ信号Ｄの次の１ビット（データ信号Ｄ２とも記載する）が変調された信号光Ｌ２の光路は、制御信号Ｃの次の３ビット（制御信号Ｃ２とも記載する）により指定される。
　なお、変調の順序は、図１に例示したものに限定されない。すなわち、搬送光Ｌ０を制御信号Ｃで変調してからデータ信号Ｄで変調する代わりに、搬送光Ｌ０をデータ信号Ｄで変調してから制御信号Ｃで変調してもよい。また、変調は、光変調器を用いて行ってもよいし、合波器を用いて行ってもよい。後者の場合、例えば、制御信号Ｃを表す信号光Ｌｃを搬送光Ｌ０に合波することによって信号光Ｌ’を生成することができ、データ信号Ｄを表す信号光Ｌｄを信号光Ｌ’に合波することによって信号光Ｌを生成することができる。
　図２の（ａ）は、反射型の光スイッチ１の構成例を示す側面図である。以下、反射型の光スイッチ１を光スイッチ１Ａとも記載する。
　光スイッチ１Ａは、入力ポート１１と、ミラー１２と、ハーフミラー１３と、光変調素子１４Ａと、光検出器１５と、制御部１６Ａと、出力ポート群１７Ａと、レンズ１８Ａと、を備えている。
　入力ポート１１は、光スイッチ１Ａに入力される信号光Ｌｉを導波するための手段である。本実施形態においては、入力ポート１１として、光ファイバを用いている。入力ポート１１から出射した信号光Ｌｉは、ミラー１２に入射する。
　ミラー１２は、入射した信号光Ｌｉを反射するための手段であり、ハーフミラー１３は、入射した信号光Ｌｉの一部を反射すると共に、入射した信号光Ｌｉの一部を透過するための手段である。ミラー１２及びハーフミラー１３は、それぞれの反射面が互いに対向するように配置されている。本実施形態において、ミラー１２に入射した信号光Ｌｉは、（１）ミラー１２の点Ｐ１にて反射され、（２）ハーフミラー１３の点Ｑ１にて反射され、（３）ミラー１２の点Ｐ２にて反射され、（４）ハーフミラー１３の点Ｑ２にて反射され、（５）ミラー１２の点Ｐ３にて反射され、（６）ハーフミラー１３の点Ｑ３にて反射される。ハーフミラー１３の点Ｑ３にて反射された信号光Ｌｉは、光変調素子１４Ａに入射する。また、ハーフミラー１３の点Ｑ１、点Ｑ２、及び点Ｑ３を透過した信号光Ｌｉは、光検出器１５に入射する。
　ミラー１２とハーフミラー１３との間隔ｄは、信号光Ｌｉがハーフミラー１３に反射されてからハーフミラー１３に再入射するまでの時間がＴｃとなるように設定されている。換言すれば、点Ｑｉ（ｉは１以上ｎ－１以下の自然数）から点Ｐｉ＋１を経て点Ｑｉ＋１に至る信号光Ｌｉの光路長がｃ×Ｔｃ（ｃは光速）となるように設定されている。このため、データ信号Ｄｉで変調された信号光Ｌｉが光変調素子１４Ａに入射するのと同期して、（１）ハーフミラー１３の点Ｑ３を透過した、制御信号Ｃｉの１ビット目で変調された信号光Ｌｉ、（２）ハーフミラー１３の点Ｑ２を透過した、制御信号Ｃｉの２ビット目で変調された信号光Ｌｉ、（３）ハーフミラー１３の点Ｑ３を透過した、制御信号Ｃｉの３ビット目で変調された信号光Ｌｉが同時に光検出器１５に入射する。
　光変調素子１４Ａは、信号光Ｌｉを変調及び反射するための手段であり、位相変調量が互いに独立に設定可能な複数のセルにより構成されている。光変調素子１４Ａは、「空間光変調器」と呼ばれることもある。光変調素子１４Ａの構成例については、参照する図面を代えて後述する。光変調素子１４Ａを構成する各セルの位相変調量は、信号光Ｌｉを制御信号Ｃｉに応じた方向に出射するように、制御部１６Ａによって制御される。
　光検出器１５は、ハーフミラー１３を透過した信号光Ｌｉであって、ミラー１２及びハーフミラー１３による反射回数が異なる信号光Ｌｉを同時に検出するための手段である。換言すると、信号光Ｌｉの強度の時間変化を、ハーフミラー１３を透過した信号光Ｌｉの強度の空間分布として検出するための手段である。本実施形態においては、光検出器１５として、イメージセンサを用いている。本実施形態において、光検出器１５は、（１）ハーフミラー１３の点Ｑ３を透過した、制御信号Ｃｉの１ビット目で変調された信号光Ｌｉ、（２）ハーフミラー１３の点Ｑ２を透過した、制御信号Ｃｉの２ビット目で変調された信号光Ｌｉ、（３）ハーフミラー１３の点Ｑ３を透過した、制御信号Ｃｉの３ビット目で変調された信号光Ｌｉを同時に検出する。光検出器１５にて検出された信号光Ｌｉの強度は、制御部１６Ａに提供される。
　なお、本実施形態においては、ミラー１２に１回反射された信号光Ｌｉ、ミラー１２に２回反射された信号光Ｌｉ、及び、ミラー１２に３回反射された信号光Ｌｉの強度を光検出器１５が同時に検出する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。例えば、ミラー１２に２回反射された信号光Ｌｉ、ミラー１２に３回反射された信号光Ｌｉ、及びミラー１２に４回反射された信号光Ｌｉの強度を光検出器１５が同時に検出する構成を採用してもよい。また、入力ポート１１から出射された信号光Ｌｉがミラー１２にて反射される前にハーフミラー１３に反射される構成を採用する場合には、ミラー１２に０回反射された信号光Ｌｉ、ミラー１２に１回反射された信号光Ｌｉ、及びミラー１２に２回反射された信号光Ｌｉの強度を光検出器１５が同時に検出する構成を採用してもよい。より一般的に言うと、ｍを０以上の任意の整数として、ミラー１２にｍ回反射された信号光Ｌｉ、ミラー１２にｍ＋１回反射された信号光Ｌｉ、…、及び、ミラー１２にｍ＋ｎ回反射された信号光の強度を光検出器１５が同時に検出する構成を採用することができる。
　制御部１６Ａは、光検出器１５にて検出された信号光Ｌｉの強度から制御信号Ｃｉを復調すると共に、復調した制御信号Ｃｉに応じた方向に信号光Ｌｉが反射されるように光変調素子１４Ａを構成する各セルの位相変調量を設定するための手段である。図示した例では、制御信号Ｃｉが１０１である場合、制御部１６Ａは、出射角がθ１となる方向に信号光Ｌｉが反射されるように光変調素子１４Ａを構成する各セルの位相変調量を設定する。また、制御信号Ｃｉが０１０である場合、制御部１６Ａは、出射角がθ２となる方向に信号光Ｌｉが反射されるように光変調素子１４Ａを構成する各セルの位相変調量を設定する。
　出力ポート群１７Ａは、複数の出力ポート１７Ａ１～１７Ａ２により構成されている。出力ポート１７Ａ１～１７Ａ２は、それぞれ、光スイッチ１Ａから出力される信号光Ｌｉを導波するための手段である。本実施形態においては、出力ポート１７Ａ１～１７Ａ２として、光ファイバを用いている。
　出力ポート１７Ａ１は、光変調素子１４Ａにて出射角がθ１となるように反射された信号光Ｌｉの光路上に設けられている。したがって、制御信号Ｃｉが１０１である場合、光変調素子１４Ａにて反射された信号光Ｌｉは、出力ポート１７Ａ１に入射し、出力ポート１７Ａ１を導波される。一方、出力ポート１７Ａ２は、光変調素子１４Ａにて出射角がθ２となるように反射された信号光Ｌｉの光路上に設けられている。したがって、制御信号Ｃｉが０１０である場合、光変調素子１４Ａにて反射された信号光Ｌｉは、出力ポート１７Ａ２に入射し、出力ポート１７Ａ２を導波される。
　レンズ１８Ａは、光変調素子１４Ａにて反射された信号光Ｌｉを集光するための手段である。レンズ１８Ａは、光変調素子１４Ａにて出射角がθ１となるように反射された信号光Ｌｉを出力ポート１７Ａ１の入射端面に集光する。また、レンズ１８Ａは、光変調素子１４Ａにて出射角がθ２となるように反射された信号光Ｌｉを出力ポート１７Ａ２の入射端面に集光する。レンズ１８Ａを設けることによって、光変調素子１４Ａにて反射された信号光Ｌｉを、効率良く出力ポート１７Ａ１～１７Ａ２に入射させることが可能になる。
　なお、ミラー１２は、光変調素子によって実現してもよい。この場合、光変調素子の一部の領域を、光変調素子１４Ａとして用い、その光変調素子のその他の領域を、ミラー１２として用いてもよい。また、光スイッチ１Ａは、入力ポート１１と出力ポート群１７Ａとの組み合わせを複数備えていてもよい。これにより、多チャンネル光スイッチを実現することができる。
　また、本実施形態においては、ハーフミラー１３と光検出器１５との間隔ｄ’を、ミラー１２とハーフミラー１３との間隔ｄと一致させている。これにより、信号光Ｌｉにおいてデータ信号Ｄｉの先頭に対応する部分が光変調素子１４Ａに到達する時刻と、信号光Ｌｉにおいて制御信号Ｃｉの１ビット目、２ビット目、及び３ビット目の先頭に対応する部分が光検出器１５に同時に到達する時刻とを一致させることができる。ただし、この場合、制御信号Ｃｉの復調及び光変調素子１４Ａの制御に要する時間を考慮すると、信号光Ｌｉにおいてデータ信号Ｄｉの先頭に対応する部分を制御信号Ｃｉにより指定される方向に反射することが困難になる。この点を考慮して、ハーフミラー１３と光検出器１５との間隔ｄ’を、ミラー１２とハーフミラー１３との間隔ｄよりも小さく設定してもよい。これにより、信号光Ｌｉにおいてデータ信号Ｄｉの先頭に対応する部分が光変調素子１４Ａに到達する前に、信号光Ｌｉにおいて制御信号Ｃｉの１ビット目、２ビット目、及び３ビット目の先頭に対応する部分が光検出器１５に同時に到達する。このため、信号光Ｌｉにおいてデータ信号Ｄｉの先頭に対応する部分を制御信号Ｃｉにより指定される方向に反射することが容易になる。
　図２の（ｂ）は、透過型の光スイッチ１の構成例を示す側面図である。以下、透過型の光スイッチ１を光スイッチ１Ｂとも記載する。
　光スイッチ１Ｂは、入力ポート１１と、ミラー１２と、ハーフミラー１３と、光変調素子１４Ｂと、光検出器１５と、制御部１６Ｂと、出力ポート群１７Ｂと、レンズ１８Ｂと、を備えている。光スイッチ１Ｂが備える入力ポート１１、ミラー１２、ハーフミラー１３、及び光検出器１５は、光スイッチ１Ａが備える入力ポート１１、ミラー１２、ハーフミラー１３、及び光検出器１５と同様に構成されている。
　光変調素子１４Ｂは、信号光Ｌｉを変調及び屈折するための手段であり、位相変調量が互いに独立に設定可能な複数のセルにより構成されている。光変調素子１４Ｂは、「空間光変調器」と呼ばれることもある。光変調素子１４Ｂの構成例については、参照する図面を代えて後述する。光変調素子１４Ｂを構成する各セルの位相変調量は、信号光Ｌｉを制御信号Ｃｉに応じた方向に出射するように、制御部１６Ｂによって制御される。
　制御部１６Ｂは、光検出器１５にて検出された信号光Ｌｉの強度から制御信号Ｃｉを復調すると共に、復調した制御信号Ｃｉに応じた方向に信号光Ｌｉが屈折されるように光変調素子１４Ｂを構成する各セルの位相変調量を設定するための手段である。図示した例では、制御信号Ｃｉが１０１である場合、制御部１６Ｂは、出射角がθ１となる方向に信号光Ｌｉが屈折されるように光変調素子１４Ｂ構成する各セルの位相変調量を設定する。また、制御信号Ｃｉが０１０である場合、制御部１６Ｂは、出射角がθ２となる方向に信号光Ｌｉが屈折されるように光変調素子１４Ｂを構成する各セルの位相変調量を設定する。
　出力ポート群１７Ｂは、複数の出力ポート１７Ｂ１～１７Ｂ２により構成されている。出力ポート１７Ｂ１～１７Ｂ２は、それぞれ、光スイッチ１Ｂから出力される信号光Ｌｉを導波するための手段である。本実施形態においては、出力ポート１７Ｂ１～１７Ｂ２として、光ファイバを用いている。
　出力ポート１７Ｂ１は、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ１となるように屈折された信号光Ｌｉの光路上に設けられている。したがって、制御信号Ｃｉが１０１である場合、光変調素子１４Ｂにて屈折された信号光Ｌｉは、出力ポート１７Ｂ１に入射し、出力ポート１７Ｂ１を導波される。一方、出力ポート１７Ｂ２は、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ２となるように屈折された信号光Ｌｉの光路上に設けられている。したがって、制御信号Ｃｉが０１０である場合、光変調素子１４Ｂにて屈折された信号光Ｌｉは、出力ポート１７Ｂ２に入射し、出力ポート１７Ｂ２を導波される。
　レンズ１８Ｂは、光変調素子１４Ｂにて屈折された信号光Ｌｉを集光するための手段である。レンズ１８Ｂは、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ１となるように屈折された信号光Ｌｉを出力ポート１７Ｂ１の入射端面に集光する。また、レンズ１８Ｂは、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ２となるように屈折された信号光Ｌｉを出力ポート１７Ｂ２の入射端面に集光する。レンズ１８Ｂを設けることによって、光変調素子１４Ｂにて屈折された信号光Ｌｉを、効率良く出力ポート１７Ｂ１～１７Ｂ２に入射させることが可能になる。
　なお、ミラー１２は、光変調素子によって実現してもよい。この場合、光変調素子の一部の領域を、光変調素子１４Ｂとして用い、その光変調素子のその他の領域を、ミラー１２として用いてもよい。また、光スイッチ１Ｂは、入力ポート１１と出力ポート群１７Ｂとの組み合わせを複数備えていてもよい。これにより、多チャンネル光スイッチを実現することができる。
　また、本実施形態においては、ハーフミラー１３と光検出器１５との間隔ｄ’を、ミラー１２とハーフミラー１３との間隔ｄと一致させている。これにより、信号光Ｌｉにおいてデータ信号Ｄｉの先頭に対応する部分が光変調素子１４Ｂに到達する時刻と、信号光Ｌｉにおいて制御信号Ｃｉの１ビット目、２ビット目、及び３ビット目の先頭に対応する部分が光検出器１５に同時に到達する時刻とを一致させることができる。ただし、この場合、制御信号Ｃｉの復調及び光変調素子１４Ｂの制御に要する時間を考慮すると、信号光Ｌｉにおいてデータ信号Ｄｉの先頭に対応する部分を制御信号Ｃｉにより指定される方向に屈折することが困難になる。この点を考慮して、ハーフミラー１３と光検出器１５との間隔ｄ’を、ミラー１２とハーフミラー１３との間隔ｄよりも小さく設定してもよい。これにより、信号光Ｌｉにおいてデータ信号Ｄｉの先頭に対応する部分が光変調素子１４Ｂに到達する前に、信号光Ｌｉにおいて制御信号Ｃｉの１ビット目、２ビット目、及び３ビット目の先頭に対応する部分が光検出器１５に同時に到達する。このため、信号光Ｌｉにおいてデータ信号Ｄｉの先頭に対応する部分を制御信号Ｃｉにより指定される方向に屈折することが容易になる。
　（反射型の光変調素子の構成例）
　反射型の光スイッチ１Ａが備える反射型の光変調素子１４Ａの構成例について、図３を参照して説明する。図３の（ａ）は、本具体例に係る光変調素子１４Ａの平面図である。図３の（ｂ）は、本具体例に係る光変調素子１４Ａを構成するマイクロセルＣの断面図である。
　光変調素子１４Ａは、図３の（ａ）に示すように、位相変調量が互いに独立に設定された複数のマイクロセルＣにより構成されている。光変調素子１４Ａに信号光Ｌｉが入射すると、位相変調されながら各マイクロセルＣで反射された信号光Ｌｉが相互に干渉することによって、制御信号Ｃｉに応じた方向に出射する信号光Ｌｉが形成される。各マイクロセルＣの位相変調量は、可変であってもよいし、固定であってもよいが、本構成例においては、可変である。
　なお、本明細書において、「マイクロセル」とは、例えば、セルサイズが１０μｍ未満のセルのことを指す。また、「セルサイズ」とは、セルの面積の平方根のことを指す。例えば、マイクロセルＣの平面視形状が正方形である場合、マイクロセルＣのセルサイズとは、マイクロセルＣの一辺の長さである。マイクロセルＣのセルサイズの下限は、例えば、１ｎｍである。
　図３の（ａ）に例示した光変調素子１４Ａは、マトリックス状に配置された２００×２００個のマイクロセルＣにより構成されている。各マイクロセルＣの平面視形状は、５００ｎｍ×５００ｎｍの正方形であり、光変調素子１４Ａの平面視形状は、１００μｍ×１００μｍの正方形である。
　光変調素子１４Ａを構成する各マイクロセルＣは、例えば図３の（ｂ）０に示すように、偏光板Ｃ１１と、反射板Ｃ１２と、第１電極Ｃ１３と、磁化自由層Ｃ１４と、絶縁層Ｃ１５と、磁化固定層Ｃ１６と、第２電極Ｃ１７と、により構成することができる。
　偏光板Ｃ１１及び反射板Ｃ１２は、互いに対向するように配置されている。第１電極Ｃ１３、磁化自由層Ｃ１４、絶縁層Ｃ１５、磁化固定層Ｃ１６、及び第２電極Ｃ１７は、この順に積層され、偏光板Ｃ１１と反射板Ｃ１２との間に挟みこまれている。ここで、第１電極Ｃ１３、磁化自由層Ｃ１４、絶縁層Ｃ１５、磁化固定層Ｃ１６、及び第２電極Ｃ１７の積層方向は、偏光板Ｃ１１及び反射板Ｃ１２の積層方向と直交する。このため、磁化自由層Ｃ１４の第１の側面が偏光板Ｃ１１の一方の主面と面接触し、第１の側面に対向する磁化自由層Ｃ１４の第２の側面が反射板Ｃ１２の一方の主面と面接触する。信号光Ｌｉは、（１）偏光板Ｃ１１を介して磁化自由層Ｃ１４の内部に入射し、（２）反射板Ｃ１２により反射され、（３）偏光板Ｃ１１を介して磁化自由層Ｃ１４の外部に出射する。
　磁化自由層Ｃ１４は、例えば、導電性及び透光性を有する軟磁性材料（例えば、ＣｏＦｅＢ）により構成される。また、磁化固定層Ｃ１６は、例えば、導電性を有する硬磁性材料（例えば、パーマロイ）により構成される。また、偏光板Ｃ１１としては、偏光方向Ｐが磁化固定層Ｃ１６の磁化方向Ｍと平行な偏光成分を選択的に透過する偏光板が選択される。図３の（ｂ）においては、磁化方向Ｍ及び偏光方向Ｐが、偏光板Ｃ１１の主面及び磁化固定層Ｃ１６の主面の両方と平行になる場合を例示している。
　第１電極Ｃ１３と第２電極Ｃ１７との間に電位差を与えると、トンネル効果によりスピン流（スピン偏極した電子の流れ）が絶縁層Ｃ１５を介して磁化固定層Ｃ１６から磁化自由層Ｃ１４に注入され、磁化自由層Ｃ１４に磁化が生じる。ここで、磁化自由層Ｃ１４に生じる磁化は、磁化固定層Ｃ１６の磁化方向Ｍと平行な磁化、すなわち、偏光板Ｃ１１を介して磁化自由層Ｃ１４に入射する信号光の偏光方向Ｐと平行な磁化である。このため、信号光の位相は、磁化自由層Ｃ１４を伝搬する過程で横カー効果により遅延する。
　ここで、セルＣにおける信号光の位相変化量は、磁化自由層Ｃ１４に生じる磁化の大きさに応じて決まる。また、磁化自由層Ｃ１４に生じる磁化の大きさは、磁化自由層Ｃ１４に注入されるスピン流の大きさに応じて決まる。また、磁化自由層Ｃ１４に注入されるスピン流の大きさは、第１電極Ｃ１３と第２電極Ｃ１７との間に与える電位差に応じて決まる。したがって、第１電極Ｃ１３と第２電極Ｃ１７との間に与える電位差を制御することによって、セルＣの位相変調を所望の値に設定することができる。
　以上のように、光変調素子１４Ａは、磁化自由層Ｃ１４へのスピン注入により位相変調を行う複数のセルＣにより構成されている。したがって、ＤＭＤやＬＣＯＳよりも高速に信号光Ｌｉの光路を切替えることが可能である。
　なお、本構成例においては、ＳＴＴ（Spin Transfer Torque）方式のＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）と同様の構成を有するマイクロセルＣについて説明したが、これに限定されない。例えば、ＳＯＴ（Spin Orbit Torque）方式のＭＲＡＭと同様の構成を有するマイクロセルＣを用いてもよい。なお、このようなマイクロセルＣは、例えば、図３の（ｂ）に示した構造から、絶縁層Ｃ１５、磁化固定層Ｃ１６、及び第２電極Ｃ１７を取り去ることにより実現することができる。この場合、例えば、第１電極Ｃ１３に重金属を含め、第１電極Ｃ１３にパルス電圧又はパルス電流を与えることにより、磁化自由層Ｃ１４に効率よくスピン流を注入することができる。
　（透過型の光変調素子の構成例）
　透過型の光スイッチ１Ｂが備える透過型の光変調素子１４Ｂの構成例について、図４を参照して説明する。図４の（ａ）は、本具体例に係る光変調素子１４Ｂの平面図である。図４の（ｂ）は、本具体例に係る光変調素子１４Ｂを構成するマイクロセルＣの断面図である。
　光変調素子１４Ｂは、図４の（ａ）に示すように、位相変調量が互いに独立に設定された複数のマイクロセルＣにより構成されている。光変調素子１４Ｂに信号光Ｌｉが入射すると、位相変調されながら各マイクロセルＣを透過した信号光Ｌｉが相互に干渉することによって、制御信号Ｃｉに応じた方向に出射する信号光Ｌｉが形成される。各マイクロセルＣの位相変調量は、可変であってもよいし、固定であってもよいが、本構成例においては、可変である。
　図４の（ａ）に例示した光変調素子１４Ｂは、マトリックス状に配置された２００×２００個のマイクロセルＣにより構成されている。各マイクロセルＣの平面視形状は、５００ｎｍ×５００ｎｍの正方形であり、光変調素子１４Ｂの平面視形状は、１００μｍ×１００μｍの正方形である。
　光変調素子１４Ｂを構成する各マイクロセルＣは、例えば図４の（ｂ）０に示すように、偏光板Ｃ１１と、偏光板Ｃ１８と、第１電極Ｃ１３と、磁化自由層Ｃ１４と、絶縁層Ｃ１５と、磁化固定層Ｃ１６と、第２電極Ｃ１７と、により構成することができる。
　偏光板Ｃ１１及び偏光板Ｃ１８は、互いに対向するように配置されている。第１電極Ｃ１３、磁化自由層Ｃ１４、絶縁層Ｃ１５、磁化固定層Ｃ１６、及び第２電極Ｃ１７は、この順に積層され、偏光板Ｃ１１と偏光板Ｃ１８との間に挟みこまれている。ここで、第１電極Ｃ１３、磁化自由層Ｃ１４、絶縁層Ｃ１５、磁化固定層Ｃ１６、及び第２電極Ｃ１７の積層方向は、偏光板Ｃ１１及び反射板Ｃ１２の積層方向と直交する。このため、磁化自由層Ｃ１４の第１の側面が偏光板Ｃ１１の一方の主面と面接触し、第１の側面に対向する磁化自由層Ｃ１４の第２の側面が反射板Ｃ１２の一方の主面と面接触する。信号光Ｌｉは、（１）偏光板Ｃ１１を介して磁化自由層Ｃ１４の内部に入射し、（２）磁化自由層Ｃ１４を透過し、（３）偏光板Ｃ１８を介して磁化自由層Ｃ１４の外部に出射する。
　磁化自由層Ｃ１４は、例えば、導電性及び透光性を有する軟磁性材料（例えば、ＣｏＦｅＢ）により構成される。また、磁化固定層Ｃ１６は、例えば、導電性を有する硬磁性材料（例えば、パーマロイ）により構成される。また、偏光板Ｃ１１及び偏光板Ｃ１８としては、偏光方向Ｐが磁化固定層Ｃ１６の磁化方向Ｍと平行な偏光成分を選択的に透過する偏光板が選択される。図４の（ｂ）においては、磁化方向Ｍ及び偏光方向Ｐが、偏光板Ｃ１１の主面及び磁化固定層Ｃ１６の主面の両方と平行になる場合を例示している。
　第１電極Ｃ１３と第２電極Ｃ１７との間に電位差を与えると、トンネル効果によりスピン流（スピン偏極した電子の流れ）が絶縁層Ｃ１５を介して磁化固定層Ｃ１６から磁化自由層Ｃ１４に注入され、磁化自由層Ｃ１４に磁化が生じる。ここで、磁化自由層Ｃ１４に生じる磁化は、磁化固定層Ｃ１６の磁化方向Ｍと平行な磁化、すなわち、偏光板Ｃ１１を介して磁化自由層Ｃ１４に入射する信号光の偏光方向Ｐと平行な磁化である。このため、信号光の位相は、磁化自由層Ｃ１４を伝搬する過程で横カー効果により遅延する。
　ここで、セルＣにおける信号光の位相変化量は、磁化自由層Ｃ１４に生じる磁化の大きさに応じて決まる。また、磁化自由層Ｃ１４に生じる磁化の大きさは、磁化自由層Ｃ１４に注入されるスピン流の大きさに応じて決まる。また、磁化自由層Ｃ１４に注入されるスピン流の大きさは、第１電極Ｃ１３と第２電極Ｃ１７との間に与える電位差に応じて決まる。したがって、第１電極Ｃ１３と第２電極Ｃ１７との間に与える電位差を制御することによって、セルＣの位相変調を所望の値に設定することができる。
　以上のように、光変調素子１４Ｂは、磁化自由層Ｃ１４へのスピン注入により位相変調を行う複数のマイクロセルＣにより構成されている。したがって、ＤＭＤやＬＣＯＳよりも高速に信号光Ｌｉの光路を切替えることが可能である。
　なお、本構成例においては、ＳＴＴ（Spin Transfer Torque）方式のＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）と同様の構成を有するマイクロセルＣについて説明したが、これに限定されない。例えば、ＳＯＴ（Spin Orbit Torque）方式のＭＲＡＭと同様の構成を有するマイクロセルＣを用いてもよい。なお、このようなマイクロセルＣは、例えば、図４の（ｂ）に示した構造から、絶縁層Ｃ１５、磁化固定層Ｃ１６、及び第２電極Ｃ１７を取り去ることにより実現することができる。この場合、例えば、第１電極Ｃ１３に重金属を含め、第１電極Ｃ１３にパルス電圧又はパルス電流を与えることにより、磁化自由層Ｃ１４に効率よくスピン流を注入することができる。
　（光スイッチの変形例）
　光スイッチ１Ａの変形例（以下、光スイッチ１Ａ’と記載する）について、図５の（ａ）を参照して説明する。図５の（ａ）は、光スイッチ１Ａ’の構成の一部を示す斜視図である。
　光スイッチ１Ａ’は、光変調素子１４Ａに代えて光変調素子１４Ａ’を備えている点、及び、出力ポート群１７Ａに代えて出力ポート群１７Ａ’ａ～１７Ａ’ｃを備えている点を除き、光スイッチ１Ａと同様に構成されている。
　光変調素子１４Ａ’は、信号光Ｌｉを変調及び反射するための手段であり、位相変調量が互いに独立に設定可能な複数のセルにより構成されている。光変調素子１４Ａ’を構成する各セルの位相変調量は、信号光Ｌｉを、搬送光Ｌ０の波長λ、及び、制御信号Ｃｉに応じた方向に反射するように設定されている。図示した例では、以下のように設定されている。
　搬送光Ｌ０の波長λがλａである場合、光変調素子１４Ａ’は、信号光Ｌｉを面Ｐａの面内方向に反射する。特に、制御信号Ｃｉが１０１である場合、光変調素子１４Ａ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐａ内における出射角がθ１となるように反射する。一方、制御信号Ｃｉが０１０である場合、光変調素子１４Ａ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐａ内における出射角がθ２となるように反射する。
　搬送光Ｌ０の波長λがλｂである場合、光変調素子１４Ａ’は、信号光Ｌｉを面Ｐｂの面内方向に反射する。特に、制御信号Ｃｉが１０１である場合、光変調素子１４Ａ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐｂ内における出射角がθ１となるように反射する。一方、制御信号Ｃｉが０１０である場合、光変調素子１４Ａ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐｂ内における出射角がθ２となるように反射する。
　搬送光Ｌ０の波長λがλｃである場合、光変調素子１４Ａ’は、信号光Ｌｉを面Ｐｃの面内方向に反射する。特に、制御信号Ｃｉが１０１である場合、光変調素子１４Ａ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐｃ内における出射角がθ１となるように反射する。一方、制御信号Ｃｉが０１０である場合、光変調素子１４Ａ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐｃ内における出射角がθ２となるように反射する。
　出力ポート群１７Ａ’ａは、光変調素子１４Ａ’にて反射された信号光Ｌｉであって、波長λがλａである信号光Ｌｉの光路上に配置されている。出力ポート群１７Ａ’ａは、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ１となるように反射された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ２となるように反射された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、により構成される。
　出力ポート群１７Ａ’ｂは、光変調素子１４Ａ’にて反射された信号光Ｌｉであって、波長λがλｂである信号光Ｌｉの光路上に配置されている。出力ポート群１７Ａ’ｂは、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ１となるように反射された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ２となるように反射された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、により構成される。
　出力ポート群１７Ａ’ｃは、光変調素子１４Ａ’にて反射された信号光Ｌｉであって、波長λがλｃである信号光Ｌｉの光路上に配置されている。出力ポート群１７Ａ’ｂは、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ１となるように反射された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ２となるように反射された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、により構成される。
　光スイッチ１Ａ’によれば、信号光Ｌｉの光路を制御信号Ｃｉに応じて切り替えることに加えて、信号光Ｌｉの光路を搬送光Ｌ０の波長λに応じて切り替えることができる。また、信号光Ｌｉが波長多重されている場合、信号光Ｌｉに含まれる各波長成分を分離することができる。
　光スイッチ１Ｂの変形例（以下、光スイッチ１Ｂ’と記載する）について、図５の（ｂ）を参照して説明する。図５の（ｂ）は、光スイッチ１Ｂ’の構成の一部を示す斜視図である。
　光スイッチ１Ｂ’は、光変調素子１４Ｂに代えて光変調素子１４Ｂ’を備えている点、及び、出力ポート群１７Ｂに代えて出力ポート群１７Ｂ’ｂ～１７Ｂ’ｃを備えている点を除き、光スイッチ１Ｂと同様に構成されている。
　光変調素子１４Ｂ’は、信号光Ｌｉを変調及び屈折するための手段であり、位相変調量が互いに独立に設定可能な複数のセルにより構成されている。光変調素子１４Ｂ’を構成する各セルの位相変調量は、信号光Ｌｉを、搬送光Ｌ０の波長λ、及び、制御信号Ｃｉに応じた方向に屈折するように設定されている。図示した例では、以下のように設定されている。
　搬送光Ｌ０の波長λがλｂである場合、光変調素子１４Ｂ’は、信号光Ｌｉを面Ｐｂの面内方向に屈折する。特に、制御信号Ｃｉが１０１である場合、光変調素子１４Ｂ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐｂ内における出射角がθ１となるように屈折する。一方、制御信号Ｃｉが０１０である場合、光変調素子１４Ｂ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐｂ内における出射角がθ２となるように屈折する。
　搬送光Ｌ０の波長λがλｂである場合、光変調素子１４Ｂ’は、信号光Ｌｉを面Ｐｂの面内方向に屈折する。特に、制御信号Ｃｉが１０１である場合、光変調素子１４Ｂ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐｂ内における出射角がθ１となるように屈折する。一方、制御信号Ｃｉが０１０である場合、光変調素子１４Ｂ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐｂ内における出射角がθ２となるように屈折する。
　搬送光Ｌ０の波長λがλｃである場合、光変調素子１４Ｂ’は、信号光Ｌｉを面Ｐｃの面内方向に屈折する。特に、制御信号Ｃｉが１０１である場合、光変調素子１４Ｂ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐｃ内における出射角がθ１となるように屈折する。一方、制御信号Ｃｉが０１０である場合、光変調素子１４Ｂ’は、信号光Ｌｉを、面Ｐｃ内における出射角がθ２となるように屈折する。
　出力ポート群１７Ｂ’ｂは、光変調素子１４Ｂ’にて屈折された信号光Ｌｉであって、波長λがλｂである信号光Ｌｉの光路上に配置されている。出力ポート群１７Ｂ’ｂは、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ１となるように屈折された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ２となるように屈折された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、により構成される。
　出力ポート群１７Ｂ’ｂは、光変調素子１４Ｂ’にて屈折された信号光Ｌｉであって、波長λがλｂである信号光Ｌｉの光路上に配置されている。出力ポート群１７Ｂ’ｂは、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ１となるように屈折された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ２となるように屈折された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、により構成される。
　出力ポート群１７Ｂ’ｃは、光変調素子１４Ｂ’にて屈折された信号光Ｌｉであって、波長λがλｃである信号光Ｌｉの光路上に配置されている。出力ポート群１７Ｂ’ｂは、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ１となるように屈折された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、光変調素子１４Ｂにて出射角がθ２となるように屈折された信号光Ｌｉの光路上に設けられた出力ポートと、により構成される。
　光スイッチ１Ｂ’によれば、信号光Ｌｉの光路を制御信号Ｃｉに応じて切り替えることに加えて、信号光Ｌｉの光路を搬送光Ｌ０の波長λに応じて切り替えることができる。また、信号光Ｌｉが波長多重されている場合、信号光Ｌｉに含まれる各波長成分を分離することができる。
　（まとめ）
　本発明の態様１に係る光スイッチは、搬送光を制御信号及びデータ信号により変調することにより得られた信号光の光路を切替える光スイッチであって、ミラー及びハーフミラーと、前記ミラー及び前記ハーフミラーに反射された前記信号光を反射又は屈折する光変調素子であって、位相変調量が互いに独立に設定可能な複数のセルを含む光変調素子と、前記ハーフミラーを透過した前記信号光であって、前記ミラー及び前記ハーフミラーによる反射回数の異なる前記信号光の強度を同時に検出する光検出器と、前記光検出器により同時に検出された前記信号光の強度から前記制御信号を復調すると共に、前記制御信号に応じた方向に前記信号光が出射されるよう、前記光変調素子に含まれる各セルの位相変調量を設定する制御部と、を備えている。
　上記の構成によれば、信号光に重畳された制御信号に応じて、その信号光の光路を切替えることができる。
　本発明の態様２に係る光スイッチにおいては、態様１の構成に加え、前記信号光には、Ｔｃ秒毎に１ビットの制御信号が変調されており、前記ミラーと前記ハーフミラーとの間隔は、前記信号光が前記ハーフミラーに反射されてから前記ハーフミラーに再入射するまでの時間がＴｃとなるように設定されている、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光検出器により同時に検出される信号光の強度から、その信号光に重畳された制御信号の連続するビットを復調することができる。
　本発明の態様３に係る光スイッチにおいては、態様１又は２の構成に加えて、前記制御信号は、ｎビット（ｎは１以上の任意の整数）毎に１つの光路を指定し、前記光検出器は、前記ミラーにｍ回（ｍは０以上の任意の整数）反射された前記信号光、前記ミラーにｍ＋１回反射された信号光、…、及び、前記ミラーにｍ＋ｎ回反射された信号光を同時に検出する、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光検出器により同時に検出される信号光の強度から、その信号光に重畳された制御信号の連続するｎビットを復調することができる。
　本発明の態様４に係る光スイッチにおいては、態様１～３の何れかの構成に加えて、前記光スイッチへと入射する前記信号光を導波する入力ポートと、前記光スイッチから出射する前記信号光を導波する複数の出力ポートであって、前記信号光の出射方向毎に設けられた複数の出力ポートと、を更に備えている、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、入力ポートを介して入力された信号光を、複数の出力ポートのうち何れの出力ポートを介して出力するかを、その信号光に重畳された制御信号に応じて切り替えることができる。
　本発明の態様５に係る光スイッチにおいては、態様１～４の何れかの構成に加えて、前記光変調素子は、反射型の光変調素子であり、前記制御部は、前記制御信号に応じた方向に前記信号光が反射されるよう、前記光変調素子に含まれる各セルの位相変調量を設定する、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、信号光に重畳された制御信号に応じて、その信号光の光路を切替えることが可能な反射型の光スイッチを実現することができる。
　本発明の態様６に係る光スイッチにおいては、態様１～４の何れかの構成に加えて、前記光変調素子は、透過型の光変調素子であり、前記制御部は、前記制御信号に応じた方向に前記信号光が屈折されるよう、前記光変調素子に含まれる各セルの位相変調量を設定する、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、信号光に重畳された制御信号に応じて、その信号光の光路を切替えることが可能な透過型の光スイッチを実現することができる。
　本発明の態様７に係る光スイッチにおいては、態様１～６の何れかの構成に加えて、前記光変調素子は、磁化自由層へのスピン注入により位相変調を行う複数のセルにより構成されている、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、信号光の重畳された制御信号に応じて、その信号光の光路を高速に切替えることができる。
　本発明の態様８に係る切替方法は、搬送光を制御信号及びデータ信号により変調することにより得られた信号光の光路を切替える切替方法であって、位相変調量が互いに独立に設定可能な複数のセルを含む光変調素子を用いて、ミラー及びハーフミラーに反射された前記信号光を反射又は屈折する工程と、前記ハーフミラーを透過した前記信号光であって、前記ミラー及び前記ハーフミラーによる反射回数の異なる前記信号光の強度を同時に検出する工程と、同時に検出された前記信号光の強度から前記制御信号を復調すると共に、前記制御信号に応じた方向に前記信号光が出射されるよう、前記光変調素子に含まれる各セルの位相変調量を設定する工程と、を含んでいる。
　上記の方法によれば、信号光に重畳された制御信号に応じて、その信号光の光路を切替えることができる。
　（付記事項）
　本発明は、上述した各実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。上述した実施形態に含まれる各技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
　１Ａ，１Ｂ，１Ａ’，１Ｂ’　　　　　　光スイッチ
　１１　　　　　　　　　　　　　　　　　入力ポート
　１２　　　　　　　　　　　　　　　　　ミラー
　１３　　　　　　　　　　　　　　　　　ハーフミラー
　１４Ａ，１４Ａ’，１４Ｂ，１４Ｂ’　　光変調素子
　１５　　　　　　　　　　　　　　　　　光検出器
　１６Ａ，１６Ｂ　　　　　　　　　　　　制御部
　１７Ａ，１７Ｂ　　　　　　　　　　　　出力ポート群
　１８Ａ，１８Ｂ　　　　　　　　　　　　レンズ

Claims (8)

  1. 　搬送光を制御信号及びデータ信号により変調することにより得られた信号光の光路を切替える光スイッチであって、
    　ミラー及びハーフミラーと、
    　前記ミラー及び前記ハーフミラーに反射された前記信号光を反射又は屈折する光変調素子であって、位相変調量が互いに独立に設定可能な複数のセルを含む光変調素子と、
    　前記ハーフミラーを透過した前記信号光であって、前記ミラー及び前記ハーフミラーによる反射回数の異なる前記信号光の強度を同時に検出する光検出器と、
    　前記光検出器により同時に検出された前記信号光の強度から前記制御信号を復調すると共に、前記制御信号に応じた方向に前記信号光が出射されるよう、前記光変調素子に含まれる各セルの位相変調量を設定する制御部と、を備えている、
    ことを特徴とする光スイッチ。
  2. 　前記信号光には、Ｔｃ秒毎に１ビットの制御信号が変調されており、
    　前記ミラーと前記ハーフミラーとの間隔は、前記信号光が前記ハーフミラーに反射されてから前記ハーフミラーに再入射するまでの時間がＴｃとなるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
  3. 　前記制御信号は、ｎビット（ｎは１以上の任意の整数）毎に１つの光路を指定し、
    　前記光検出器は、前記ミラーにｍ回（ｍは０以上の任意の整数）反射された前記信号光、前記ミラーにｍ＋１回反射された信号光、…、及び、前記ミラーにｍ＋ｎ回反射された信号光を同時に検出する、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光スイッチ。
  4. 　前記光スイッチへと入射する前記信号光を導波する入力ポートと、
    　前記光スイッチから出射する前記信号光を導波する複数の出力ポートであって、前記信号光の出射方向毎に設けられた複数の出力ポートと、を更に備えている、
    ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の光スイッチ。
  5. 　前記光変調素子は、反射型の光変調素子であり、
    　前記制御部は、前記制御信号に応じた方向に前記信号光が反射されるよう、前記光変調素子に含まれる各セルの位相変調量を設定する、
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光スイッチ。
  6. 　前記光変調素子は、透過型の光変調素子であり、
    　前記制御部は、前記制御信号に応じた方向に前記信号光が屈折されるよう、前記光変調素子に含まれる各セルの位相変調量を設定する、
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光スイッチ。
  7. 　前記光変調素子は、磁化自由層へのスピン注入により位相変調を行う複数のセルにより構成されている、
    ことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の光スイッチ。
  8. 　搬送光を制御信号及びデータ信号により変調することにより得られた信号光の光路を切替える切替方法であって、
    　位相変調量が互いに独立に設定可能な複数のセルを含む光変調素子を用いて、ミラー及びハーフミラーに反射された前記信号光を反射又は屈折する工程と、
    　前記ハーフミラーを透過した前記信号光であって、前記ミラー及び前記ハーフミラーによる反射回数の異なる前記信号光の強度を同時に検出する工程と、
    　同時に検出された前記信号光の強度から前記制御信号を復調すると共に、前記制御信号に応じた方向に前記信号光が出射されるよう、前記光変調素子に含まれる各セルの位相変調量を設定する工程と、を含んでいる、
    ことを特徴とする切替方法。
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