(57)【要約】【課題】小型で多入力多出力の光スイッチを構成可能な円偏光入出力装置の提供。【解決手段】本発明の円偏光入出力装置は、厚さ方向に対し＋θ及び−θの角度で傾斜する円偏光が入射されたときに円偏光を厚さ方向に回折させて出射する第１の偏光回折格子と、第１の偏光回折格子から厚さ方向と平行な方向で入射される円偏光に対し、回転方向を反転させた状態及び前記回転方向を維持させた状態のいずれかの状態で厚さ方向と平行な方向に出射する液晶偏光回転素子と、液晶偏光回転素子から厚さ方向と平行な方向で入射される円偏光を、回転方向に応じて厚さ方向と平行な方向から＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向に回折させて出射する第２の偏光回折格子と、第１の偏光回折格子に対し、厚さ方向と平行な方向に対し＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向から円偏光を照射する円偏光照射部と、を備える。【選択図】図４
2019039940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされ、θを３°〜６０°のいずれかの角度として、厚さ方向に対し＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜するビーム状の円偏光が前記入射面から入射されたときに前記円偏光を前記厚さ方向に回折させて出射面から出射可能とされる平板状の第１の偏光回折格子と、
一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされるとともに前記第１の偏光回折格子と対向して配され、前記第１の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向で前記入射面に入射される前記円偏光に対し、電圧印加に伴うオンオフ制御により、前記円偏光の回転方向を反転させた状態及び前記回転方向を維持させた状態のいずれかの状態とし、この状態の前記円偏光を前記出射面から前記厚さ方向と平行な方向に出射可能とされる平板状の液晶偏光回転素子と、
一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされるとともに前記液晶偏光回転素子と対向して配され、前記液晶偏光回転素子から前記厚さ方向と平行な方向で前記入射面に入射される前記円偏光を、前記回転方向に応じて、前記厚さ方向と平行な方向から＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向に回折させて前記出射面から出射可能とされる平板状の第２の偏光回折格子と、を有する円偏光回転回折スイッチと、
前記第１の偏光回折格子の前記入射面に対し、前記厚さ方向と平行な方向に対し＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされる円偏光照射部と、
を備えることを特徴とする円偏光入出力装置。
【請求項２】
円偏光回転回折スイッチが、第１の偏光回折格子と液晶偏光回転素子と第２の偏光回折格子とをこの順で積層させて構成される請求項１に記載の円偏光入出力装置。
【請求項３】
第１の偏光回折格子の入射面に対し、前記第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対し＋θの角度で傾斜する方向から円偏光を照射可能とされる円偏光照射部を第１の円偏光照射部としたとき、更に、前記第１の偏光回折格子の入射面に対し、前記第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対し−θの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされる第２の円偏光照射部を有する請求項１から２のいずれかに記載の円偏光入出力装置。
【請求項４】
更に、第２の偏光回折格子から第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対して＋θの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向に配され、前記円偏光を受光可能とされる第１の円偏光受光部と、前記厚さ方向と平行な方向に対して−θの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向に配され、前記円偏光を受光可能とされる第２の円偏光受光部と、を備える請求項３に記載の円偏光入出力装置。
【請求項５】
１行１列目の円偏光回転回折スイッチの第２の偏光回折格子から第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対して＋θの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向を行の方向とし、前記１行１列目の円偏光回転回折スイッチの前記第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して−θの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向を列の方向として、Ｍ及びＮを２以上の整数として、Ｍ×Ｎ個の円偏光回転回折スイッチが、それぞれの前記第１の偏光回折格子の入射面及び前記第２の偏光回折格子の出射面を平行な状態としてＭ行Ｎ列のマトリクス格子上に配され、
１列目におけるＭ個の前記円偏光回転回折スイッチの前記各第１の偏光回折格子の入射面に対し、前記厚さ方向と平行な方向に対して＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされるＭ個の円偏光照射部が配され、
Ｍ行目におけるＮ個の前記円偏光回転回折スイッチの前記各第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向に前記円偏光を受光可能とされるＮ個の円偏光受光部が配される請求項１から２のいずれかに記載の円偏光入出力装置。
【請求項６】
１行１列目の円偏光回転回折スイッチの第２の偏光回折格子から第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対して＋θの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向を行の方向とし、前記１行１列目の円偏光回転回折スイッチの前記第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して−θの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向を列の方向として、Ｌを２以上の整数として２Ｌ個の円偏光回転回折スイッチが、それぞれの前記第１の偏光回折格子の入射面及び前記第２の偏光回折格子の出射面を平行な状態としてＬ行Ｌ列の菱形格子上に配され、
１列目におけるＬ個の前記円偏光回転回折スイッチの前記各第１の偏光回折格子の入射面に対し、前記厚さ方向と平行な方向に対して＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされるＬ個の円偏光照射部が配され、
Ｌ行目におけるＬ個の前記円偏光回転回折スイッチの前記各第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向に前記円偏光を受光可能とされるＬ個の円偏光受光部が配される請求項５に記載の円偏光入出力装置。
【請求項７】
第１の偏光回折格子の入射面及び第２の偏光回折格子の出射面の面内方向に隣接する複数の円偏光回転回折スイッチが、それぞれの前記第１の偏光回折格子及び前記第２の偏光回折格子を、一体形成された１つの部材として共有するように構成される請求項５から６のいずれかに記載の円偏光入出力装置。
【請求項８】
第２の偏光回折格子から第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対して＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向に配され、前記円偏光を受光可能とされる円偏光受光部を有し、
前記円偏光受光部の配置位置から前記円偏光受光部における前記円偏光の受光方向と反対方向に円偏光照射部から照射される円偏光と同一の円偏光を照射したとき、前記円偏光照射部から照射される前記円偏光とで共焦点が形成される位置に、円偏光回転回折スイッチが配される請求項１から２のいずれかに記載の円偏光入出力装置。
【請求項９】
一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされ、角度θを３°〜６０°のいずれかの角度とし、角度αを０°を超え４５°以下のいずれかの角度とし、かつ、α＋θを９０°未満として、厚さ方向に対し＋（θ＋α）及び−（θ−α）のいずれかの角度で傾斜するビーム状の円偏光が前記入射面から入射されたときに前記円偏光を前記厚さ方向に対し、前記角度αで傾斜する傾斜方向に回折させて出射面から出射可能とされる平板状の第１の偏光回折格子と、
一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされるとともに前記第１の偏光回折格子と対向して配され、前記第１の偏光回折格子から前記傾斜方向で前記入射面に入射される前記円偏光に対し、電圧印加に伴うオンオフ制御により、前記円偏光の回転方向を反転させた状態及び前記回転方向を維持させた状態のいずれかの状態とし、この状態の前記円偏光を前記出射面から前記傾斜方向に出射可能とされる平板状の液晶偏光回転素子と、
一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされるとともに前記液晶偏光回転素子と対向して配され、前記液晶偏光回転素子から前記傾斜方向で前記入射面に入射される前記円偏光を、前記回転方向に応じて、前記厚さ方向と平行な方向に対し＋（θ＋α）及び−（θ−α）のいずれかの角度で傾斜する方向に回折させて前記出射面から出射可能とされる平板状の第２の偏光回折格子と、を有する円偏光回転回折スイッチと、
前記第１の偏光回折格子の前記入射面に対し、前記厚さ方向と平行な方向に対し＋（θ＋α）及び−（θ−α）のいずれかの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされる円偏光照射部と、
を備えることを特徴とする円偏光入出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円偏光の回転方向及び回折方向を制御可能とし、光スイッチとして利用可能な円偏光入出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術では、Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）ミラーアレイやＬｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉ（ＬＣｏＳ）液晶変調器をスイッチングエンジンとして光スイッチが構成されてきた。
しかし、これらのスイッチングエンジンでは、低損失に光を偏向できる角度が高々２°程度であることから、光ビームのスイッチングを行う場合、長大な光路長を確保する必要があり、光スイッチを小型化することが困難である。
【０００３】
こうしたことから、液晶変調器と、主に＋１次と−１次の回折光が生じる偏光回折格子とで構成される光ビーム偏向器が提案されている（非特許文献１、図１参照）。
しかしながら、この提案では、図１に示すように１×Ｎ型（Ｎ≧２）の光スイッチに適用できるものの、２入力２出力の光スイッチや複数の入力ポートから複数の出力ポートへ光路の切替えを行う多入力多出力の光スイッチを構成することができない。なお、図１は、従来の光ビーム偏光器における偏光の入出力状況を説明する説明図である。
【０００４】
また、第１の偏光回折格子と液晶偏光回転素子と第２の偏光回折格子とで構成される偏光無依存の変調器が提案されている（非特許文献２、図２参照）。
しかしながら、この提案においても、図２に示すように１入力２出力の光スイッチに適用できるものの、前記２入力２出力の光スイッチや前記多入力多出力の光スイッチを構成することができない配置とされる。なお、図２は、従来の変調器における偏光の入出力状況を説明する説明図である。
【０００５】
これらの提案で用いられる偏光回折格子は、格子周期を短くすることによって回折角を５°以上とすることが可能であり、この利点を生かした小型で多入力多出力の光スイッチを構成可能な円偏光入出力装置の開発が求められる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Jihwan Kim et al., “Wide-angle, nonmechanical beam steering using thin liquid crystal polarization gratings,” Proceedings of SPIE, Vol. 7093, 709302
【非特許文献２】Chulwoo Oh et al., “Polarization-independent Modulation Using Standard Liquid Crystal Microdisplays and Polymer Polarization Gratings,” 28th International Display Research Conference, 16.2, Orlando, Florida, United States, Nov 3-6, 2008）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、小型で多入力多出力の光スイッチを構成可能な円偏光入出力装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞  一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされ、θを３°〜６０°のいずれかの角度として、厚さ方向に対し＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜するビーム状の円偏光が前記入射面から入射されたときに前記円偏光を前記厚さ方向に回折させて出射面から出射可能とされる平板状の第１の偏光回折格子と、一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされるとともに前記第１の偏光回折格子と対向して配され、前記第１の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向で前記入射面に入射される前記円偏光に対し、電圧印加に伴うオンオフ制御により、前記円偏光の回転方向を反転させた状態及び前記回転方向を維持させた状態のいずれかの状態とし、この状態の前記円偏光を前記出射面から前記厚さ方向と平行な方向に出射可能とされる平板状の液晶偏光回転素子と、一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされるとともに前記液晶偏光回転素子と対向して配され、前記液晶偏光回転素子から前記厚さ方向と平行な方向で前記入射面に入射される前記円偏光を、前記回転方向に応じて、前記厚さ方向と平行な方向から＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向に回折させて前記出射面から出射可能とされる平板状の第２の偏光回折格子と、を有する円偏光回転回折スイッチと、前記第１の偏光回折格子の前記入射面に対し、前記厚さ方向と平行な方向に対し＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされる円偏光照射部と、を備えることを特徴とする円偏光入出力装置。
＜２＞  円偏光回転回折スイッチが、第１の偏光回折格子と液晶偏光回転素子と第２の偏光回折格子とをこの順で積層させて構成される前記＜１＞に記載の円偏光入出力装置。
＜３＞  第１の偏光回折格子の入射面に対し、前記第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対し＋θの角度で傾斜する方向から円偏光を照射可能とされる円偏光照射部を第１の円偏光照射部としたとき、更に、前記第１の偏光回折格子の入射面に対し、前記第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対し−θの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされる第２の円偏光照射部を有する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の円偏光入出力装置。
＜４＞  更に、第２の偏光回折格子から第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対して＋θの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向に配され、前記円偏光を受光可能とされる第１の円偏光受光部と、前記厚さ方向と平行な方向に対して−θの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向に配され、前記円偏光を受光可能とされる第２の円偏光受光部と、を備える前記＜３＞に記載の円偏光入出力装置。
＜５＞  １行１列目の円偏光回転回折スイッチの第２の偏光回折格子から第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対して＋θの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向を行の方向とし、前記１行１列目の円偏光回転回折スイッチの前記第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して−θの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向を列の方向として、Ｍ及びＮを２以上の整数として、Ｍ×Ｎ個の円偏光回転回折スイッチが、それぞれの前記第１の偏光回折格子の入射面及び前記第２の偏光回折格子の出射面を平行な状態としてＭ行Ｎ列のマトリクス格子上に配され、１列目におけるＭ個の前記円偏光回転回折スイッチの前記各第１の偏光回折格子の入射面に対し、前記厚さ方向と平行な方向に対して＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされるＭ個の円偏光照射部が配され、Ｍ行目におけるＮ個の前記円偏光回転回折スイッチの前記各第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向に前記円偏光を受光可能とされるＮ個の円偏光受光部が配される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の円偏光入出力装置。
＜６＞  １行１列目の円偏光回転回折スイッチの第２の偏光回折格子から第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対して＋θの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向を行の方向とし、前記１行１列目の円偏光回転回折スイッチの前記第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して−θの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向を列の方向として、Ｌを２以上の整数として２Ｌ個の円偏光回転回折スイッチが、それぞれの前記第１の偏光回折格子の入射面及び前記第２の偏光回折格子の出射面を平行な状態としてＬ行Ｌ列の菱形格子上に配され、１列目におけるＬ個の前記円偏光回転回折スイッチの前記各第１の偏光回折格子の入射面に対し、前記厚さ方向と平行な方向に対して＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされるＬ個の円偏光照射部が配され、Ｌ行目におけるＬ個の前記円偏光回転回折スイッチの前記各第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向に前記円偏光を受光可能とされるＬ個の円偏光受光部が配される前記＜５＞に記載の円偏光入出力装置。
＜７＞  第１の偏光回折格子の入射面及び第２の偏光回折格子の出射面の面内方向に隣接する複数の円偏光回転回折スイッチが、それぞれの前記第１の偏光回折格子及び前記第２の偏光回折格子を、一体形成された１つの部材として共有するように構成される前記＜５＞から＜６＞のいずれかに記載の円偏光入出力装置。
＜８＞  第２の偏光回折格子から第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対して＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向に配され、前記円偏光を受光可能とされる円偏光受光部を有し、前記円偏光受光部の配置位置から前記円偏光受光部における前記円偏光の受光方向と反対方向に円偏光照射部から照射される円偏光と同一の円偏光を照射したとき、前記円偏光照射部から照射される前記円偏光とで共焦点が形成される位置に、円偏光回転回折スイッチが配される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の円偏光入出力装置。
＜９＞  一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされ、角度θを３°〜６０°のいずれかの角度とし、角度αを０°を超え４５°以下のいずれかの角度とし、かつ、α＋θを９０°未満として、厚さ方向に対し＋（θ＋α）及び−（θ−α）のいずれかの角度で傾斜するビーム状の円偏光が前記入射面から入射されたときに前記円偏光を前記厚さ方向に対し、前記角度αで傾斜する傾斜方向に回折させて出射面から出射可能とされる平板状の第１の偏光回折格子と、一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされるとともに前記第１の偏光回折格子と対向して配され、前記第１の偏光回折格子から前記傾斜方向で前記入射面に入射される前記円偏光に対し、電圧印加に伴うオンオフ制御により、前記円偏光の回転方向を反転させた状態及び前記回転方向を維持させた状態のいずれかの状態とし、この状態の前記円偏光を前記出射面から前記傾斜方向に出射可能とされる平板状の液晶偏光回転素子と、一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされるとともに前記液晶偏光回転素子と対向して配され、前記液晶偏光回転素子から前記傾斜方向で前記入射面に入射される前記円偏光を、前記回転方向に応じて、前記厚さ方向と平行な方向に対し＋（θ＋α）及び−（θ−α）のいずれかの角度で傾斜する方向に回折させて前記出射面から出射可能とされる平板状の第２の偏光回折格子と、を有する円偏光回転回折スイッチと、前記第１の偏光回折格子の前記入射面に対し、前記厚さ方向と平行な方向に対し＋（θ＋α）及び−（θ−α）のいずれかの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされる円偏光照射部と、を備えることを特徴とする円偏光入出力装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、小型で多入力多出力の光スイッチを構成可能な円偏光入出力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の光ビーム偏光器における偏光の入出力状況を説明する説明図である。
【図２】従来の変調器における偏光の入出力状況を説明する説明図である。
【図３（ａ）】第１の偏光回折格子の機能を説明する説明図である。
【図３（ｂ）】第２の偏光回折格子の機能を説明する説明図である。
【図３（ｃ）】第１の偏光回折格子及び第２の偏光回折格子の構成を説明する説明図である。
【図３（ｄ）】液晶偏光回転素子の機能を説明する説明図である。
【図４】第１の実施形態に係る円偏光入出力装置の構成を説明する説明図である。
【図５（ａ）】第１の実施形態に係る円偏光入出力装置の動作を説明する説明図（１）である。
【図５（ｂ）】第１の実施形態に係る円偏光入出力装置の動作を説明する説明図（２）である。
【図５（ｃ）】第１の実施形態に係る円偏光入出力装置の動作を説明する説明図（３）である。
【図５（ｄ）】第１の実施形態に係る円偏光入出力装置の動作を説明する説明図（４）である。
【図５（ｅ）】第１の実施形態に係る円偏光入出力装置の変形例の動作を説明する説明図（１）である。
【図５（ｆ）】第１の実施形態に係る円偏光入出力装置の変形例の動作を説明する説明図（２）である。
【図５（ｇ）】第１の実施形態に係る円偏光入出力装置の変形例の動作を説明する説明図（３）である。
【図５（ｈ）】第１の実施形態に係る円偏光入出力装置の変形例の動作を説明する説明図（４）である。
【図６】円偏光回転回折スイッチの構成例を説明する説明図である。
【図７】Ｍ行Ｎ列の光マトリクススイッチを構成する第２の実施形態に係る円偏光入出力装置の構成を説明する説明図である。
【図８】Ｌ行Ｌ列の光マトリクススイッチを構成する第３の実施形態に係る円偏光入出力装置の構成を説明する説明図である。
【図９】第２，３の実施形態の変形例に係る円偏光入出力装置の構成を説明する説明図である。
【図１０】共焦点に円偏光回転回折スイッチを配する構成を示す説明図である。
【図１１】角度θ＋α、θ−αで傾斜させた方向で入出力させる状態を示す説明図（１）である。
【図１２】角度θ＋α、θ−αで傾斜させた方向で入出力させる状態を示す説明図（２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（円偏光回転回折スイッチ）
本発明の円偏光入出力装置に用いられる円偏光回転回折スイッチについて、図３（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ説明をする。前記円偏光回転回折スイッチは、第１の偏光回折格子と、液晶偏光回転素子と、第２の偏光回折格子とを有する。
なお、図３（ａ）は、前記第１の偏光回折格子の機能を説明する説明図であり、図３（ｂ）は、前記第２の偏光回折格子の機能を説明する説明図であり、図３（ｃ）は、前記第１の偏光回折格子及び前記第２の偏光回折格子の構成を説明する説明図であり、図３（ｄ）は、前記液晶偏光回転素子の機能を説明する説明図である。
【００１２】
第１の偏光回折格子１０１ａは、平板状の偏光回折格子で構成される（図３（ａ）参照）。また、一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされ、θを°３°〜６０°、好適には５°〜６０°のいずれかの角度として、厚さ方向に対し＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜するビーム状の円偏光が前記入射面から入射されたときに前記円偏光を前記厚さ方向に回折させて出射面から出射可能とされる。
【００１３】
第１の偏光回折格子１０１ａでは、前記入射面に対して垂直に右回り円偏光を入射させると、第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向（図３（ａ）中のｘ方向）に対して、＋θの角度で傾斜する＋１次の左回り円偏光を前記出射面から出射可能とされる（図３（ａ）の上側参照）。
また、前記入射面に対して垂直に左回り円偏光を入射させると、第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向（図３（ａ）中のｘ方向）に対して、−θの角度で傾斜する−１次の右回り円偏光を前記出射面から出射可能とされる（図３（ａ）の下側参照）。
即ち、第１の偏光回折格子１０１ａでは、入射される円偏光の回転状態に応じて、±１次の方向に回折され、回転方向が入射前の回転方向と反対となる円偏光のみを出射する。
この状況は、入射及び出射の関係を反対としても同様である。
なお、図３（ａ）中、第１の偏光回折格子１０１ａに付した矢印は、第１の偏光回折格子１０１ａの周期方向ベクトルの向きを示している。
【００１４】
第２の偏光回折格子１０１ｂは、平板状の偏光回折格子で構成される（図３（ｂ）参照）。また、一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされるとともに液晶偏光回転素子１０３と対向して配され、液晶偏光回転素子１０３から第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向で前記入射面に入射される前記円偏光を、前記回転方向に応じて、前記厚さ方向と平行な方向から＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向に回折させて前記出射面から出射可能とされる。
【００１５】
第２の偏光回折格子１０１ｂでは、前記入射面に対して、第２の偏光回折格子１０１ｂの厚さ方向（図３（ｂ）中のｘ方向）に対し−θの角度で傾斜する左回り円偏光を入射させると、前記円偏光を右回り円偏光として前記厚さ方向に回折させて出射面から出射可能とされる（図３（ｂ）の上側参照）。
また、前記入射面に対して、第２の偏光回折格子１０１ｂの厚さ方向（図３（ｂ）中のｘ方向）に対し＋θの角度で傾斜する右回り円偏光を入射させると、前記円偏光を左回り円偏光として前記厚さ方向に回折させて出射面から出射可能とされる（図３（ｂ）の下側参照）。
即ち、第２の偏光回折格子１０１ｂでは、入射される円偏光の回転状態に応じて、±１次の方向に回折され、回転方向が入射前の回転方向と反対となる円偏光のみを出射する。
この状況は、入射及び出射の関係を反対としても同様である。
つまり、第２の偏光回折格子１０１ｂと、第１の偏光回折格子１０１ａとは、周期方向ベクトルの向きが異なるのみで同様の構成及び機能を有する。
なお、図３（ｂ）中、第２の偏光回折格子１０１ｂに付した矢印は、第２の偏光回折格子１０１ｂの周期方向ベクトルの向きを示している。
【００１６】
第１の偏光回折格子１０１ａ及び第２の偏光回折格子１０１ｂの構成を図３（ｃ）に示す。
図３（ｃ）に示すように、第１の偏光回折格子１０１ａ及び第２の偏光回折格子１０１ｂでは、長鎖状の分子１０２ａ及び１０２ｂが、第１の偏光回折格子１０１ａ及び第２の偏光回折格子１０１ｂの厚さ方向（図３（ｃ）中のｘ方向）に対し面内で直交する一の方向（図３（ｃ）中のｙ方向）に周期Λで周期的に回転して配向されて配されるとともに、これら長鎖状の分子１０２ａ及び１０２ｂの周期的な構造が、面内で前記一の方向と直交する他の方向（図３（ｃ）中のｚ方向）に一定間隔で並設されて構成される。
また、第１の偏光回折格子１０１ａ及び第２の偏光回折格子１０１ｂでは、回折角θが、通常の回折格子と同じく、光の波長をλとして次式（１）を満たすように構成される。
【００１７】
【数１】
2019039940.tif 000003
【００１８】
第１の偏光回折格子１０１ａ及び第２の偏光回折格子１０１ｂとしては、このような特徴を有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、特表２００８−５３２０８５号公報等に記載される高回折角の偏光回折格子を用いることができる。
【００１９】
図３（ｄ）に示すように、液晶偏光回転素子１０３は、平板状の液晶偏光回転素子で構成される。また、一の面が入射面とされ、前記一の面と対向する他の面が出射面とされるとともに第１の偏光回折格子１０１ａ（及び第２の偏光回折格子１０１ｂ）と対向して配され、第１の偏光回折格子１０１ａから第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図３（ｄ）中のｘ方向）で前記入射面に入射される前記円偏光を前記出射面から前記厚さ方向と平行な方向に出射可能とされる。
【００２０】
ここで、液晶偏光回転素子１０３では、電圧を加えたオフ状態において、前記入射面に入射される前記円偏光に対し、前記回転方向を維持させて、前記円偏光を前記出射面から前記厚さ方向と平行な方向（図３（ｄ）のｘ方向）に出射可能とされる（図３（ｄ）の左上及び左下参照）。
また、電圧を加えないオン状態で、前記入射面に入射される前記円偏光に対し、前記回転方向を反転させて、前記円偏光を前記出射面から前記厚さ方向と平行な方向（図３（ｄ）のｘ方向）に出射可能とされる（図３（ｄ）の右上及び右下参照）。
【００２１】
液晶偏光回転素子１０３としては、このような特徴を有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ｘｙ平面内でｙ方向を向いたホモジニアス配向した液晶分子が電圧印可によって、ｘｙ平面内でｘ方向に傾く構成の液晶位相変調器等の公知の液晶偏光回転素子を用いることができる。なお、液晶の配向によっては、液晶偏光回転素子１０３に代えて、電圧を加えるとオン状態になり、電圧を加えないとオフ状態になるタイプの公知の液晶偏光回転素子も利用することができる。以降では、前記円偏光の回転方向を反転させる状態をオン状態とし、前記円偏光の回転方向を維持させる状態をオフ状態として説明する。
【００２２】
本発明の円偏光入出力装置では、以上に説明した円偏光回転回折スイッチを用いて、小型で多入力多出力の光スイッチを構成可能とする。即ち、前記円偏光回転回折スイッチでは、第１の偏光回折格子１０１ａ及び第２の偏光回折格子１０１ｂの回折角θを３°〜６０°として、大きくとることができるため、本発明の円偏光入出力装置では、この特徴を利用して小型で多入力多出力の光スイッチを構成可能とする。
【００２３】
前記多入力多出力の光スイッチを構成する円偏光入出力装置としては、（１）１つの円偏光回転回折スイッチに対して２つの円偏光照射部が配される円偏光入出力装置と、（２）１つの円偏光回転回折スイッチに対して１つの円偏光照射部が配される円偏光入出力装置とに大別することができる。
以下では、前記（１）の一例として第１の実施形態に係る円偏光入出力装置を挙げ、また、前記（２）の例として第２、第３の実施形態に係る各円偏光入出力装置を挙げて、本発明の前記円偏光入出力装置に係る実施形態の例を説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る円偏光入出力装置１００を図４を参照しつつ説明する。なお、図４は、第１の実施形態に係る円偏光入出力装置１００の構成を説明する説明図である。
円偏光入出力装置１００は、図４に示すように、第１の偏光回折格子１０１ａ、液晶偏光回転素子１０３及び第２の偏光回折格子１０１ｂを有する円偏光回転回折スイッチ１０６と、第１の円偏光照射部１０４ａと、第２の円偏光照射部１０４ｂと、第１の円偏光受光部１０５ａと、第２の円偏光受光部１０５ｂとを備え、２入力２出力の光スイッチを構成する。
【００２５】
第１の円偏光照射部１０４ａは、第１の偏光回折格子１０１ａの入射面に対し、第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図４中のｘ方向）に対し＋θの角度で傾斜する方向からビーム状の円偏光を照射可能とされる。
また、第２の円偏光照射部１０４ｂは、第１の偏光回折格子１０１ａの入射面に対し、第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図４中のｘ方向）に対し−θの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされる。
【００２６】
第１の円偏光照射部１０４ａ及び第２の円偏光照射部１０４ｂとしては、前記円偏光を照射するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知のレーザ光源及び偏光板等で構成される円偏光照射装置を用いることができる。
【００２７】
第１の円偏光受光部１０５ａは、第２の偏光回折格子１０１ｂから第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図４中のｘ方向）に対して＋θの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向に配され、前記円偏光を受光可能とされる。
また、第２の円偏光受光部１０５ｂは、第２の偏光回折格子１０１ｂから前記厚さ方向と平行な方向（図４中のｘ方向）に対して−θの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向に配され、前記円偏光を受光可能とされる。
【００２８】
第１の円偏光受光部１０５ａ及び第２の円偏光受光部１０５ｂとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、受光した前記円偏光を目的とする状態の光として外部出力する公知の光出力装置を用いることができる。
【００２９】
第１の実施形態に係る円偏光入出力装置１００の動作について、図５（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ説明をする。なお、図５（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態に係る円偏光入出力装置１００の動作を説明する説明図（１）〜（４）である。
【００３０】
図５（ａ）に示すように、円偏光入出力装置１００では、第１の円偏光照射部１０４ａから、第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ａ）中のｘ方向）に対し＋θの角度で傾斜する方向で、第１の偏光回折光子１０１ａの入射面に対して左回り円偏光を照射すると、前記左回り円偏光が第１の偏光回折格子１０１ａにより右回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向（図５（ａ）中のｘ方向）に回折され、液晶偏光回転素子１０３に導入される。
このとき、液晶偏光回転素子１０３が前記オフ状態であると、前記右回り円偏光は、液晶偏光回転素子１０３をそのまま透過して、第２の偏光回折格子１０１ｂに導入される。
第２の偏光回折格子１０１ｂに導入された前記右回り円偏光は、第２の偏光回折格子１０１ｂにより前記左回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ａ）中のｘ方向）に対して−θの角度をもって回折され、第２の円偏光受光部１０５ｂに導入される。
【００３１】
一方、液晶偏光回転素子１０３が前記オン状態であると、図５（ｂ）に示すように、液晶偏光回転素子１０３に導入される前記右回り円偏光は、液晶偏光回転素子１０３により前記左回り円偏光に回転方向が変換され、第２の偏光回折格子１０１ｂに導入される。
第２の偏光回折格子１０１ｂに導入された前記左回り円偏光は、第２の偏光回折格子１０１ｂにより前記右回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ｂ）中のｘ方向）に対して＋θの角度をもって回折され、第１の円偏光受光部１０５ａに導入される。
【００３２】
次に、図５（ｃ）に示すように、円偏光入出力装置１００では、第２の円偏光照射部１０４ｂから、第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ｃ）中のｘ方向）に対し−θの角度で傾斜する方向で、第１の偏光回折光子１０１ａの入射面に対して右回り円偏光を照射すると、前記右回り円偏光が第１の偏光回折格子１０１ａにより左回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向（図５（ｃ）中のｘ方向）に回折され、液晶偏光回転素子１０３に導入される。
このとき、液晶偏光回転素子１０３が前記オフ状態であると、前記左回り円偏光は、液晶偏光回転素子１０３をそのまま透過して、第２の偏光回折格子１０１ｂに導入される。
第２の偏光回折格子１０１ｂに導入された前記左回り円偏光は、第２の偏光回折格子１０１ｂにより前記右回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ｃ）中のｘ方向）に対して＋θの角度をもって回折され、第１の円偏光受光部１０５ａに導入される。
【００３３】
一方、液晶偏光回転素子１０３が前記オン状態であると、図５（ｄ）に示すように、液晶偏光回転素子１０３に導入される前記左回り円偏光は、液晶偏光回転素子１０３により前記右回り円偏光に回転方向が変換され、第２の偏光回折格子１０１ｂに導入される。
第２の偏光回折格子１０１ｂに導入された前記右回り円偏光は、第２の偏光回折格子１０１ｂにより前記左回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ｄ）中のｘ方向）に対して−θの角度をもって回折され、第２の円偏光受光部１０５ｂに導入される。
【００３４】
以上のように、円偏光入出力装置１００では、第１の円偏光照射部１０４ａから円偏光回転回折スイッチ１０６に入力される円偏光を、液晶偏光回転素子１０３のオンオフ動作に基づき、第１の円偏光受光部１０５ａ及び第２の円偏光受光部１０５ｂの２つの出力先を選択して出力させるとともに、第２の円偏光照射部１０４ｂから円偏光回転回折スイッチ１０６に入力される円偏光を、液晶偏光回転素子１０３のオンオフ動作に基づき、第１の円偏光受光部１０５ａ及び第２の円偏光受光部１０５ｂの２つの出力先を選択して出力させることができ、第１の円偏光照射部１０４ａ及び第２の円偏光照射部１０４ｂの２つの入力を切替えて利用する２入力２出力の光スイッチとして構成することができる。
【００３５】
なお、円偏光入出力装置１００では、第１の偏光回折格子１０１ａの周期方向ベクトルの向きと、第２の偏光回折格子１０１ｂの周期方向ベクトルの向きとを反対方向に設定しているが（図４、図５（ａ）〜（ｄ）参照）、これらの周期方向ベクトルの向きを同一方向に設定しても、２入力２出力の光スイッチとして構成することができる。
周期方向ベクトルの向きを同一方向に設定した変形例である円偏光入出力装置１００’の動作について、図５（ｅ）〜（ｈ）を参照しつつ説明する。なお、図５（ｅ）〜（ｈ）は、第１の実施形態に係る円偏光入出力装置の変形例の動作を説明する説明図（１）〜（４）である。
【００３６】
図５（ｅ）に示すように、円偏光入出力装置１００’では、第１の円偏光照射部１０４ａから、第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ｅ）中のｘ方向）に対し＋θの角度で傾斜する方向で、第１の偏光回折光子１０１ａの入射面に対して左回り円偏光を照射すると、前記左回り円偏光が第１の偏光回折格子１０１ａにより右回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向（図５（ｅ）中のｘ方向）に回折され、液晶偏光回転素子１０３に導入される。
このとき、液晶偏光回転素子１０３が前記オフ状態であると、前記右回り円偏光は、液晶偏光回転素子１０３をそのまま透過して、第２の偏光回折格子１０１ｂに導入される。
第２の偏光回折格子１０１ｂに導入された前記右回り円偏光は、第２の偏光回折格子１０１ｂにより前記左回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ｅ）中のｘ方向）に対して＋θの角度をもって回折され、第１の円偏光受光部１０５ａに導入される。
【００３７】
一方、液晶偏光回転素子１０３が前記オン状態であると、図５（ｆ）に示すように、液晶偏光回転素子１０３に導入される前記右回り円偏光は、液晶偏光回転素子１０３により前記左回り円偏光に回転方向が変換され、第２の偏光回折格子１０１ｂに導入される。
第２の偏光回折格子１０１ｂに導入された前記左回り円偏光は、第２の偏光回折格子１０１ｂにより前記右回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ｆ）中のｘ方向）に対して−θの角度をもって回折され、第２の円偏光受光部１０５ｂに導入される。
【００３８】
次に、図５（ｇ）に示すように、円偏光入出力装置１００’では、第２の円偏光照射部１０４ｂから、第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ｇ）中のｘ方向）に対し−θの角度で傾斜する方向で、第１の偏光回折光子１０１ａの入射面に対して右回り円偏光を照射すると、前記右回り円偏光が第１の偏光回折格子１０１ａにより左回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向（図５（ｇ）中のｘ方向）に回折され、液晶偏光回転素子１０３に導入される。
このとき、液晶偏光回転素子１０３が前記オフ状態であると、前記左回り円偏光は、液晶偏光回転素子１０３をそのまま透過して、第２の偏光回折格子１０１ｂに導入される。
第２の偏光回折格子１０１ｂに導入された前記左回り円偏光は、第２の偏光回折格子１０１ｂにより前記右回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ｇ）中のｘ方向）に対して−θの角度をもって回折され、第２の円偏光受光部１０５ｂに導入される。
【００３９】
一方、液晶偏光回転素子１０３が前記オン状態であると、図５（ｈ）に示すように、液晶偏光回転素子１０３に導入される前記左回り円偏光は、液晶偏光回転素子１０３により前記右回り円偏光に回転方向が変換され、第２の偏光回折格子１０１ｂに導入される。
第２の偏光回折格子１０１ｂに導入された前記右回り円偏光は、第２の偏光回折格子１０１ｂにより前記左回り円偏光に変換されるとともに第１の偏光回折格子１０１ａの厚さ方向と平行な方向（図５（ｈ）中のｘ方向）に対して＋θの角度をもって回折され、第１の円偏光受光部１０５ａに導入される。
【００４０】
以上のように、第１の偏光回折格子１０１ａの周期方向ベクトルの向きと、第２の偏光回折格子１０１ｂの周期方向ベクトルの向きとを同一方向に設定した円偏光入出力装置１００’においても、これら周期方向ベクトルの向きが反対方向に設定された円偏光入出力装置１００と同様に、２入力２出力の光スイッチとして構成することができる。
【００４１】
また、第１の実施形態に係る円偏光入出力装置１００（及びその変形例である円偏光入出力装置１００’）では、第１の偏光回折格子１０１ａ−液晶偏光回転素子１０３間、及び、液晶偏光回転素子１０３−第２の偏光回折格子１０１ｂ間に間隔を空けて、これらを対向させた状態で説明をしたが、これらは、図６に示すように、第１の偏光回折格子１０１ａ、液晶偏光回転素子１０３及び第２の偏光回折格子１０１ｂの順で積層されて、一体の円偏光回転回折スイッチ１０６を構成してもよい。このような構成とすることで、より小型の光スイッチを構成することができる。なお、図６は、円偏光回転回折スイッチの構成例を説明する説明図である。
【００４２】
また、第１の実施形態に係る円偏光入出力装置１００（及びその変形例である円偏光入出力装置１００’）では、前記（１）の態様の最も簡素な例として、２入力２出力の光スイッチの構成例で説明を行ったが、２つの前記円偏光回転回折スイッチを１つの前記円偏光回転回折スイッチの２つの出力方向に配して、より多入力で多出力の光スイッチを構成することができる。
以下に説明する第２、第３の各実施形態においては、こうした多入力多出力の光スイッチの構成例として説明する。
【００４３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る円偏光入出力装置１１０を図７を参照しつつ説明する。
円偏光入出力装置１１０では、１行１列目の円偏光回転回折スイッチ１０６−１１の前記第２の偏光回折格子から前記第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対して＋θの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向を行の方向とし、１行１列目の円偏光回転回折スイッチ１０６−１１の前記第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して−θの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向を列の方向として、３×４＝１２個の円偏光回転回折スイッチ１０６−１１〜１０６−３４（１１〜３４の数字は、行列の数字に対応する）が、それぞれの前記第１の偏光回折格子の入射面及び前記第２の偏光回折格子の出射面を平行な状態として３行４列のマトリクス格子上に配される。
また、１列目における３個の円偏光回転回折スイッチ１０６−１１〜１０６−３１の前記各第１の偏光回折格子の入射面に対し、前記厚さ方向と平行な方向に対し−θの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされる３個の円偏光照射部１０４ａ〜１０４ｃが配され、３行目における４個の円偏光回転回折スイッチ１０６−３１〜１０６−３４の前記各第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して−θの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向に前記円偏光を受光可能とされる４個の円偏光受光部（１０５ａ〜１０５ｄ）が配される。
【００４４】
このように構成される円偏光入出力装置１１０では、各円偏光回転回折スイッチ１０６−１１〜１０６−３４が、円偏光入出力装置１００における円偏光回転回折スイッチ１０６と同様に動作し、３入力４出力の光スイッチを構成することができる。
【００４５】
なお、円偏光入出力装置１１０では、３入力４出力の光スイッチを構成することとしたが、本発明の円偏光入出力装置は、Ｍ及びＮを２以上の整数としたＭ行Ｎ列のマトリクス格子に適用することで、任意のＭ入力Ｎ出力の光スイッチを構成することができる。
また、円偏光入出力装置１１０は、円偏光回転回折スイッチ１０６−１１〜１０６−３４の周期ベクトルの向きを適宜変更することで、円偏光照射部１０４ａ〜１０４ｃを、前記厚さ方向と平行な方向に対し＋θの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射することとし、円偏光受光部１０５ａ〜１０５ｄを、前記厚さ方向と平行な方向に対して＋θの角度で傾斜する方向から前記円偏光を受光することとして、各要素の配置が変更されてもよい。
【００４６】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る円偏光入出力装置１２０を図８を参照しつつ説明する。
円偏光入出力装置１２０は、円偏光入出力装置１１０と異なり、行の数と列の数とが同数とされる。
即ち、円偏光入出力装置１２０では、１行１列目の円偏光回転回折スイッチ１０６−１１の前記第２の偏光回折格子から前記第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対して＋θの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向を行の方向とし、１行１列目の円偏光回転回折スイッチ１０６−１１の前記第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して−θの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向を列の方向として、３×３＝９個の円偏光回転回折スイッチ１０６−１１〜１０６−３３（１１〜３３の数字は、行列の数字に対応する）が、それぞれの前記第１の偏光回折格子の入射面及び前記第２の偏光回折格子の出射面を平行な状態として３行３列の菱形格子上に配される。
また、１列目における３個の円偏光回転回折スイッチ１０６−１１〜１０６−３１の前記各第１の偏光回折格子の入射面に対し、前記厚さ方向と平行な方向に対し−θの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射可能とされる３個の円偏光照射部１０４ａ〜１０４ｃが配され、３行目における３個の円偏光回転回折スイッチ１０６−３１〜１０６−３３の前記各第２の偏光回折格子から前記厚さ方向と平行な方向に対して−θの角度で傾斜する方向に出射される前記円偏光の出射方向に前記円偏光を受光可能とされる３個の円偏光受光部１０５ａ〜１０５ｃが配される。
【００４７】
このように構成される円偏光入出力装置１２０では、各円偏光回転回折スイッチ１０６−１１〜１０６−３３が、円偏光入出力装置１００における円偏光回転回折スイッチ１０６と同様に動作し、３入力３出力の光スイッチを構成することができる。
また、円偏光入出力装置１２０では、円偏光照射部１０４ａ〜１０４ｃと円偏光受光部１０５ａ〜１０５ｃとの間で、１対１の光接続を３！通りに設定することが可能であり、円偏光入出力装置１１０よりも用いる前記円偏光回転回折スイッチの数が少なく、より小型で効果的な光接続の設定を行うことができる。
【００４８】
なお、円偏光入出力装置１２０では、３入力３出力の光スイッチを構成することとしたが、本発明の円偏光入出力装置は、Ｌを２以上の整数としたＬ行Ｌ列の菱形格子に適用することで、任意のＬ入力Ｌ出力の光スイッチを構成することができる。
また、円偏光入出力装置１２０は、円偏光回転回折スイッチ１０６−１１〜１０６−３３の周期ベクトルの向きを適宜変更することで、円偏光照射部１０４ａ〜１０４ｃを、前記厚さ方向と平行な方向に対し＋θの角度で傾斜する方向から前記円偏光を照射することとし、円偏光受光部１０５ａ〜１０５ｃを、前記厚さ方向と平行な方向に対して＋θの角度で傾斜する方向から前記円偏光を受光することとして、各要素の配置が変更されてもよい。
【００４９】
次に、第２，３の実施形態の変形例に係る円偏光入出力装置１３０について図９を参照しつつ説明する。なお、図９は、第２，３の実施形態の変形例に係る円偏光入出力装置の構成を説明する説明図である。
円偏光入出力装置１３０では、前記第１の偏光回折格子の入射面及び前記第２の偏光回折格子の出射面の面内方向に隣接する複数の前記円偏光回転回折スイッチが、それぞれの前記第１の偏光回折格子及び前記第２の偏光回折格子を、一体形成された１つの部材として共有するように構成された一体型円偏光回転回折スイッチ１０７−１〜１０７−５を有して構成される。
ここで、一体型円偏光回転回折スイッチ１０７−１，１０７−３，１０７−５のそれぞれは、前記第１の偏光回折格子及び前記第２の偏光回折格子が一体形成されるものの、５つに分割された液晶偏光回転素子に応じて、５つの前記円偏光回転回折スイッチとして機能する。
また、一体型円偏光回転回折スイッチ１０７−２，１０７−４のそれぞれについても、前記第１の偏光回折格子及び前記第２の偏光回折格子が一体形成されるものの、４つに分割された液晶偏光回転素子に応じて、４つの前記円偏光回転回折スイッチとして機能する。
【００５０】
この円偏光入出力装置１３０では、一体型円偏光回転回折スイッチ１０７−１〜１０７−５が、それぞれ前記第１の偏光回折格子の入射面及び前記第２の偏光回折格子の出射面の面内方向に隣接する複数の前記円偏光回転回折スイッチを間隔を設けずに一体に集積させて構成されるため、一体型円偏光回転回折スイッチ１０７−１〜１０７−５における前記円偏光回転回折スイッチの数を最適化することにより、より小型の光スイッチを構成することも可能となる。
【００５１】
また、円偏光入出力装置１３０では、一体型円偏光回転回折スイッチ１０７−１，１０７−５の中央に存在する１つの前記円偏光回転回折スイッチ、一体型円偏光回転回折スイッチ１０７−２，１０７−４の中央に存在する２つの前記円偏光回転回折スイッチ、及び一体型円偏光回転回折スイッチ１０７−３の中央に存在する３つの前記円偏光回転回折スイッチにより、円偏光入出力装置１２０と同様に３入力３出力の光スイッチを構成することができる。
円偏光入出力装置１３０では、円偏光照射部１０４ｂ，１０４ｃが、前記３入力３出力の光スイッチに関与する前記円偏光回転回折スイッチに対して、一体型円偏光回転回折スイッチ１０７−１乃至１０７−２を介して間接的に円偏光を照射し、円偏光受光部１０５ｂ，１０５ｃが前記３入力３出力の光スイッチに関与する前記円偏光回転回折スイッチに対して、一体型円偏光回転回折スイッチ１０７−４乃至１０７−５を介して間接的に円偏光を受光する態様とされるが、このような態様についても前記円偏光照射部及び前記円偏光受光部の一態様として、本発明の円偏光入出力装置の思想に含まれる。
【００５２】
次に、前記円偏光回転回折スイッチ、前記円偏光照射部及び前記円偏光受光部の好適な位置関係について図１０を参照しつつ説明する。なお、共焦点に円偏光回転回折スイッチを配する構成を示す説明図である。
【００５３】
この例では、前記第２の偏光回折格子から前記第１の偏光回折格子の厚さ方向と平行な方向に対して＋θ及び−θのいずれかの角度で傾斜する方向に出射される円偏光の出射方向に配され、前記円偏光を受光可能とされる円偏光受光部１０５ａ（１０５ｂ，１０５ｃ）を有し、円偏光受光部１０５ａ（１０５ｂ，１０５ｃ）の配置位置から円偏光受光部１０５ａ（１０５ｂ，１０５ｃ）における前記円偏光の受光方向と反対方向に円偏光照射部１０４ａ（１０４ｂ，１０４ｃ）から照射される円偏光と同一の円偏光を照射したとき、円偏光照射部１０４ａ（１０４ｂ，１０４ｃ）から照射される前記円偏光とで共焦点が形成される位置に、前記円偏光回転回折スイッチが配される。
【００５４】
円偏光照射部１０４ａ（１０４ｂ，１０４ｃ）から照射される前記円偏光と、円偏光受光部１０５ａ（１０５ｂ，１０５ｃ）の配置位置から照射される前記円偏光とにおける光ビームのスポット半径を√２ω０とすると、共焦点での前記光ビームのスポット半径は、ωｏ程度に狭小化する。
このとき、レイリー範囲であるｆは、下記式（２）のように表すことができる。
【００５５】
【数２】
2019039940.tif 000004
ただし、前記式（２）中のλは、動作波長を示す。
【００５６】
円偏光照射部１０４ａ（１０４ｂ，１０４ｃ）から照射される、スポット直径２√２ωｏの光ビームの波面は、共焦点位置に近づくにつれて平坦となる。その後、平坦化された前記光ビームの波面は、前記円偏光回転回折スイッチでの回折により、円偏光受光部１０５ａ（１０５ｂ，１０５ｃ）の配置位置に近づくにつれて円弧となり、再びスポット直径２√２ωｏの光ビームとなる。
したがって、共焦点レンズ系の共焦点位置に前記円偏光回転回折スイッチを配置することで、回折損失が低減されて低損失なスイッチ動作が可能となる。
図１０に示す例では、５つの前記一体型円偏光回転回折スイッチのうち、中央の一体型円偏光回転回折スイッチが共焦点位置に配されるように、左右２つずつの前記一体型円偏光回転回折スイッチ、円偏光照射部１０４ａ（１０４ｂ，１０４ｃ）及び円偏光受光部１０５ａ（１０５ｂ，１０５ｃ）が配されることが好ましい。つまり、前記円偏光回転回折スイッチが複数配される場合には、これら円偏光回転回折スイッチが複数配される領域の略中心位置が前記共焦点位置とされることが好ましい。
【００５７】
以上に説明した諸実施形態では、偏光回折格子に対して、右回り円偏光及び左回り円偏光を、前記偏光回折格子の厚さ方向に対し、角度θで傾斜させた方向で入出力させる構成を示したが、図１１及び図１２に示すように角度θ＋α，θ−αで傾斜させた方向で入出力させることも可能である。この態様では、円偏光回転回折スイッチを構成する諸部材中で、前記円偏光が前記偏光回折格子の厚さ方向に対し角度αで傾斜する方向で伝搬する。角度αとしては、０°を超え４５°以下であり、好適には、１°〜１５°である。また、角度θ＋αとしては、９０°未満である。この態様とすると、反射光などの迷光が入りにくい利点がある。なお、図１１及び図１２は、角度θ＋α、θ−αで傾斜させた方向で入出力させる状態を示す説明図（１）、（２）である。
なお、その他の事項については、前述の諸実施形態で説明した事項を適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１００，１００’１１０，１２０，１３０  円偏光入出力装置
１０１ａ    第１の偏光回折格子
１０１ｂ    第２の偏光回折格子
１０２ａ，１０２ｂ  長鎖状の分子
１０３      液晶偏光回転素子
１０４ａ〜ｃ  円偏光照射部
１０５ａ〜ｄ  円偏光受光部
１０６，１０６−１１〜１０６−３４  円偏光回転回折スイッチ
１０７−１〜１０７−５  一体型円偏光回転回折スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図３（ｄ）】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図５（ｄ）】
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【図５（ｅ）】
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【図５（ｆ）】
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【図５（ｇ）】
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【図５（ｈ）】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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