(57)【要約】      （修正有）【課題】加工精度を高め、加工工程時間を短縮でき、コスト低減を図れると共に、結合効率を向上できる光路切替装置および光路切替方法を提供する。【解決手段】光路切替装置は、信号光Ｌ１の波長λ１と制御光Ｌ２の波長λ２は異なるよう選択され、信号光を透過しかつ制御光を吸収する色素溶液が充填された色素セル１１、信号光を色素セルへ収束照射する信号光光学装置２０、制御光を色素セルへ収束照射する制御光光学装置３０、信号光のビーム光軸に対して制御光のビーム光軸を交差させる配置構成、制御光によって色素セル１１内に形成される屈折率分布を利用して信号光の光路を切り替える切替手段、色素セル１１を透過し直進または光路偏向された信号光を受ける受光モジュール４１〜４３を備える。【選択図】図１
2019002964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光の波長と制御光の波長は異なるよう選択され、前記信号光を透過しかつ前記制御光を吸収する色素溶液が充填された熱レンズ形成素子と、
前記信号光をコリメートし、前記熱レンズ形成素子へ収束照射する出射手段と、
前記制御光をコリメートし、前記熱レンズ形成素子へ収束照射する出射手段と、
前記熱レンズ形成素子へ収束照射される前記信号光のビーム光軸に対して、前記熱レンズ形成素子へ収束照射される前記制御光のビーム光軸を交差させる配置構成と、
前記制御光によって前記熱レンズ形成素子内に形成される屈折率分布を利用して前記信号光の光路を切り替える切替手段と、
前記熱レンズ形成素子を透過し、直進するまたは光路偏向された前記信号光を受ける受光手段と、
を備えることを特徴とする光路切替装置。
【請求項２】
前記信号光を出射する前記出射手段は、信号光光源に接続された光ファイバとコリメートレンズの組合せを含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項３】
前記制御光を出射する前記出射手段は、制御光光源とコリメートレンズの組合せで構成されることを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項４】
前記制御光を出射する前記出射手段は、制御光光源に接続された光ファイバとコリメートレンズの組合せを含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項５】
前記信号光を収束照射する前記出射手段は１枚以上のレンズからなる集光レンズであることを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項６】
前記制御光を収束照射する前記出射手段は１枚以上のレンズからなる集光レンズであることを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項７】
前記熱レンズ形成素子を透過した前記信号光を受光する前記受光手段は、前記信号光のビーム光軸上に設けられたマルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項８】
前記熱レンズ形成素子を透過した前記信号光を受光する前記受光手段は、前記信号光のビーム光軸上に設けられたコリメートレンズ、集光レンズ、およびシングルモード光ファイバの組合せであることを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項９】
前記熱レンズ形成素子を透過した前記信号光を受光する前記受光手段は、前記信号光のビーム光軸上に設けられたフォトダイオードであることを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項１０】
前記制御光を出射する１〜６基のいずれかの前記出射手段は、前記信号光を出射する前記出射手段の中心軸の位置を中心とする正六角形の頂点の位置のいずれかに配置されることを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項１１】
前記信号光を受ける１つ以上の前記受光手段は、直進する前記信号光を受けるための前記受光手段の位置を中心とする、半径が１種類以上の同心円上に配置されることを特徴とする請求項１１記載の光路切替装置。
【請求項１２】
Ｎ基（Ｎ：１〜４９のいずれかの整数）の前記受光手段は、前記受光手段の外壁の一部または全部が接する外接円の直径をｄ１とするとき、下記の４種類の式（１），（２），（３），（４）で計算される半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，またはＲ４の円周上に、等間隔でそれぞれｎ１基，ｎ２基，ｎ３基，またはｎ４基、合計Ｎ基配置されることを特徴とする請求項１１記載の光路切替装置。
（１）    Ｒ１＝ｄ１／（２＊ｓｉｎ１５°）
（２）    Ｒ２＝Ｒ１＊ｃｏｓ１５°＋ｄ１＊ｃｏｓ３０°
（３）    Ｒ３＝Ｒ１＋ｄ１
（４）    Ｒ４＝ｄ１／（２＊ｓｉｎ７．５°）
ここで、Ｎ＝ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＋ｎ４
ｎ１＝１〜１２
ｎ２＝１〜１２
ｎ３＝１〜１２
ｎ４＝１〜２４
【請求項１３】
前記制御光を出射する１〜６基のいずれかの前記出射手段は、いずれか１基による単独出射で、または、互いに隣接するいずれか２基による同時出射で、前記制御光を出射するようにしたことを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項１４】
前記信号光のビーム光軸に対して記制御光のビーム光軸を交差させる前記配置構成は、
前記制御光のビームが前記信号光のビーム光軸上の１点で交差するよう前記制御光を収束照射する前記出射手段の出射方向を調整する照射位置変更装置を備えることを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項１５】
前記信号光のビーム光軸に対して記制御光のビーム光軸を交差させる前記配置構成は、
複数の前記制御光の各ビームが前記信号光のビーム光軸上の１点で交差するよう前記制御光を収束照射する前記出射手段の配置関係を調整する機構を有することを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項１６】
前記信号光のビーム光軸に対して記制御光のビーム光軸を交差させる前記配置構成は、複数の前記制御光の各光源の出射パワーを制御し、２個以上の前記光源を同時に照射し、かつ、その出射パワーの組合せを記憶し、自動制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の光路切替装置。
【請求項１７】
信号光の波長と制御光の波長は異なるよう選択し、
熱レンズ形成素子内に前記信号光を透過し前記制御光を吸収する色素溶液を充填し、
前記熱レンズ形成素子内の前記色素溶液中へ前記信号光を収束させて照射し、
前記熱レンズ形成素子内の前記色素溶液中へ、前記信号光のビーム光軸と交差するように前記制御光を収束させて照射し、
前記色素溶液中に収束照射される前記制御光を吸収した光エネルギにより前記色素溶液内部に熱膨張、密度低下、および屈折率の低下を起こし、形成された屈折率分布の中に収束照射される前記信号光を透過させ、前記屈折率分布を利用して前記信号光の光路を切り替え、光路偏向する、
ことを特徴とする光路切替方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光路切替装置および光路切替方法に関し、特に、光通信分野、光情報処理分野で用いられる光路切替装置および光路切替方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
色素溶液の熱膨張による屈折率変化（熱レンズ効果）を利用した光路切替装置および方法は公知である（下記の特許文献１参照）。この光路切替装置等では、熱レンズ形成素子内の制御光吸収領域に対して、制御光吸収領域が吸収する波長帯域の制御光と、制御光吸収領域が吸収しない波長帯域の信号光とを、各光軸が一致するように収束させて照射する構成を有している。この構成によれば、熱レンズ形成素子内の制御光吸収領域への信号光の照射に対して、制御光の照射は選択的に行われる。制御光の照射が信号光の照射と同時に行われないときには信号光が穴付ミラーの穴を通して直進し、他方、制御光の照射が信号光の照射と同時に行われるときには信号光の進行方向に対して傾けて設けた穴付ミラーで反射して光路を変更させる。特許文献１には、１種類の波長の制御光によって制御光の進行方向を２方向に切り替えることができる光制御型光路切替装置が開示されている。この光制御型光路切替装置は以下では「１対２型光制御型光路切替装置」と記す。
【０００３】
さらに、熱レンズ形成素子および穴付ミラーを複数組み合わせて構成した光制御式の光路切替装置および方法が公知である（下記の特許文献２参照）。この光路切替装置等では、制御光吸収領域が吸収する波長帯域と制御光の波長とを１対１に対応させ、また例えば吸収波長帯域の異なる色素を用いた３種類の制御光吸収領域の熱レンズ形成素子を合計７個組み合わせて使用し、併せて、３種類の波長の制御光の各々の明滅を制御することにより、例えばサーバのデータを８箇所に光制御方式で切り替えて配信するシステムが開示されている。
【０００４】
さらに下記の特許文献３〜７には、信号光のビーム断面形状はほぼ円形に保ったまま、その光路を切り替える装置および方法が開示されている。すなわち、熱レンズ形成素子に充填された色素溶液の制御光吸収領域（光吸収層）に、制御光吸収領域が吸収する波長帯域の制御光と、制御光吸収領域が吸収しない波長帯域の信号光とを入射させ、制御光および信号光は、制御光吸収領域にて収束するように照射されかつ各々の光の収束点の位置が異なるように照射される。制御光および信号光は、光の進行方向で制御光吸収領域の入射面またその近辺で収束し、その後、拡散する。これにより、制御光吸収領域内で制御光を吸収した領域およびその周辺領域に温度上昇が起き、当該温度上昇に起因して熱レンズ形成素子中の色素溶液に熱膨張にともなう密度変化が起こり、屈折率が変化し可逆的に熱レンズの構造が変化して、信号光のビーム断面形状はほぼ円形に保ったまま、信号光の進行方向を変化させることができる。なお特許文献３〜７には、信号光ビームと制御光ビームが交差するような光学配置は記載されていない。
【０００５】
さらに特許文献４，５には、１種類の波長の制御光によって制御光の進行方向を２方向に切り替える１対２型光制御型光路切替装置が開示されている。また特許文献５には、例えば、７芯光ファイバの中心の光ファイバから出射する信号光の光路を、中心の光ファイバの周辺に最密に設けられた６本の光ファイバのうちのいずれか１本から出射する制御光によって７方向に切り替える光制御型光路切替装置が開示されている。この光制御型光路切替装置を以下では「１対７型光制御型光路切替装置」と記す。また特許文献６には、例えば、７芯光ファイバの中心の光ファイバから出射する信号光の光路を、中心の光ファイバの周辺に最密に設けられた６本の光ファイバのいずれか隣接する２本から出射する制御光によって多方向にベクトル制御する光制御型光路切替装置が開示されている。ここで制御光および信号光は、光吸収層またはその近辺にて収束するように照射されかつ制御光および信号光の各々の収束点の位置が光軸に対して垂直方向で相異なるように照射され、制御光および信号光は交差しない。また従来の丸ビーム方式の光制御型光路切替装置、特に１対７型光制御型光路切替装置において、制御光および信号光は制御光吸収領域にて収束するように照射されかつ各々の光の収束点の位置が異なるように照射されるが、複数の制御光ビームおよび１つの信号光ビームの光軸の位置合わせの煩雑さを避け、さらに、偏波依存性に悪影響を与えるダイクロマティックミラーの使用を避けるため、特許文献８に記載の端面近接多芯バンドル光ファイバが好適に用いられる。さらに、特許文献９には熱レンズ効果を有効に利用するために適した熱レンズ形成素子の形態、および、熱レンズ形成素子に用いられる色素溶液の溶剤の粘度および粘度の温度特性について詳しく開示されている。また、特許文献７には、例えば、７芯光ファイバの中心の光ファイバから出射する信号光の光路を、中心の光ファイバの周辺に最密に設けられた６本の光ファイバのいずれか１本または隣接する２本から同時にから出射する制御光によって１３方向または２５方向に切り替え、切り替えられた信号光を１３または２５芯光ファイバで検出する光制御型光路切替装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８０９９０８号公報
【特許文献２】特許第３９０６９２６号公報
【特許文献３】特許第４８２２１１３号公報
【特許文献４】特許第４８２２１１４号公報
【特許文献５】特許第４８２２１１５号公報
【特許文献６】特許第４６７４３３６号公報
【特許文献７】特許第５７８７２５６号公報
【特許文献８】特開２００８−０７６６８５号公報
【特許文献９】特許第５３７０７１１号公報
【特許文献１０】特許第５６１１１６０号公報
【特許文献１１】特許第５７５５７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献５〜７に記載された光制御型光路切替装置、すなわち、信号光のビーム断面形状をほぼ円形に保ったまま光路を切り替える方式の１対７型光制御型光路切替装置は、下記の（１）〜（８）の光学的要素から構成されている。
（１）中心の信号光ファイバの周辺に最密に６本の制御光ファイバを設けた、端面近接７芯バンドル光ファイバ（以下「照射側バンドルファイバ」と記す。）
（２）照射側バンドルファイバの光ファイバ端面から出射するレーザビームをコリメートする１基のコリメートレンズ
（３）コリメートレンズの出射光を回析限界近くまで収束させて熱レンズ形成素子へ入射させるための１基の集光レンズ
（４）制御光のＯＮ−ＯＦＦに応じて形成される熱レンズによって信号光ビームの光路を偏向させる熱レンズ形成素子
（５）熱レンズ形成素子から広がりながら出射する直進または偏向信号光ビームを集光し、コリメートする一式の受光レンズ
（６）偏向された信号光を分離して６，１２または２４本の出射側バンドルファイバへ導くための６，１２または２４角錘台プリズム
（７）直進信号光または偏向信号光を各々集光して出射側バンドルファイバの光ファイバ端面へ入射させるための１基の集光レンズ
（８）直進する信号光を受光して伝搬させる中心光ファイバの周辺に６，１２または２４本の偏向された信号光用光ファイバを配置した出射側バンドルファイバ
【０００８】
上記の光学的要素については、次のような技術課題がある。
【０００９】
（１）第１の課題
照射側バンドルファイバの中心に位置する信号光光ファイバと最密に接する制御光光ファイバの中心間距離は４０μｍ以下が好ましい。すなわち、照射側バンドルファイバは直径４０μｍ以下の極細径光ファイバ７本を束ねたものである。束ねる光ファイバ径が小さいほど、加工精度に及ぼす製法上の「公差」の影響が大きくなり、加工精度が低下しやすい、という課題が提起される。
例えば、フェルールに設けた孔に束ねた光ファイバを接着剤と共に挿入する製法の場合、挿入を行うためには、ファイバ中心間距離を１μｍ程度離す必要がある。これは、ファイバ径が通常の１２５μｍの場合、０．８％の誤差であるが、ファイバ径が４０μｍの場合、２．５％の誤差となる。ファイバの中心間距離の誤差だけでなく、光ファイバの出射端面の角度のズレは光路偏向された信号光を出射側バンドルファイバへ入射させる際の結合損失に大きく影響する。特に、偏向された６チャンネルすべての結合損失を一定レベル以下に設定すると、不良品率が例えば７０％以上に達する場合がある。細径ファイバを束ねて接着する際、光ファイバ出射ビームの方位を確認しながら１本ずつファイバを固定していく方法が提案されている（上記の特許文献１０，１１を参照）。この方法であれば加工精度は高くできる反面、工程時間が長くなり高コストとなるという課題がある。いずれにしても、丸ビーム方式光制御型光路切替装置の生産性を高め、製造コストを低減するためには、照射側バンドルファイバを使用しない装置構成の開発が課題となる。
【００１０】
（２）第２の課題
光学部品の１つである６，１２または２４角錘台プリズムは、光路偏向された信号光ビームを対応する出射側バンドルファイバの１つへ集光入射させるために必須のものである。課題の１つは多角錘台の加工精度である。６，１２または２４角錘台プリズムの順に高度な加工精度が要求される。課題の他の１つは６，１２または２４角錘台プリズムの順に偏向された信号光ビームが通過する角錘台プリズムの面が小さくなり、光損失の増大による出射側バンドルファイバへの結合効率低下、または、隣接チャンネル間のクロストーク増大という障害が起こりやすくなる。ここで、位相光学の制約上、信号光ビームは単一の丸ビームではなく、中心部分周辺にドーナツ型に多重の分布を持つため、単に錘台の加工精度を高めても、上記２つの課題に伴う２種類の弊害を無くすことはできない。
【００１１】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、加工精度を高めることができ、加工工程時間を短縮することができ、コスト低減を図ることができると共に、結合効率を向上することができる光路切替装置および光路切替方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る光路切替装置および光路切替方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１３】
本発明に係る光路切替装置は、
信号光の波長と制御光の波長は異なるよう選択され、信号光を透過しかつ制御光を吸収する色素溶液が充填された熱レンズ形成素子と、
信号光をコリメートし、熱レンズ形成素子へ収束照射する出射手段と、
制御光をコリメートし、熱レンズ形成素子へ収束照射する出射手段と、
熱レンズ形成素子へ収束照射される信号光のビーム光軸に対して、熱レンズ形成素子へ収束照射される制御光のビーム光軸を交差させる配置構成と、
制御光によって熱レンズ形成素子内に形成される屈折率分布を利用して信号光の光路を切り替える切替手段と、
熱レンズ形成素子を透過し、直進するまたは光路偏向された信号光を受ける受光手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記の光路切替装置では、熱レンズ形成素子の照射箇所で信号光のビーム光軸に対して１以上の制御光のビーム光軸を選択的に適宜に交差させ、信号光の光路を切り替えるようにしている。この光路切替装置は、例えばファクトリーオートメーションやスーパーコンピュータ等のデータ光リンクや高画質画像センサの光信号多チャンネル切替に適用され得る。
【００１５】
本発明に係る光路切替方法は、
信号光の波長と制御光の波長は異なるよう選択し、
熱レンズ形成素子内に信号光を透過し制御光を吸収する色素溶液を充填し、
熱レンズ形成素子内の色素溶液中へ信号光を収束させて照射し、
熱レンズ形成素子内の色素溶液中へ、信号光のビーム光軸と交差するように制御光を収束させて照射し、
色素溶液中に収束照射される制御光を吸収した光エネルギにより色素溶液内部に熱膨張、密度低下、および屈折率の低下を起こし、形成された屈折率分布の中に収束照射される信号光を透過させ、屈折率分布を利用して信号光の光路を切り替え、光路偏向することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る光路切替装置および光路切替方法によれば、次の効果を奏する。
生産性を高める上での障害となる、直径４０μｍよりも細い光ファイバから成る照射側バンドルファイバを用いることなく、丸ビーム方式光制御型の光路切替装置等を実現できる。
さらに、多角錘台を用いることなく、光路偏向光の出射側バンドルファイバへの結合効率を高く、かつクロストークを小さくして丸ビーム方式光制御型の光路切替装置等で光路偏向を７方向よりも多くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る光路切替装置を概念的に説明する第１の実施形態の側面図である。
【図２】集光モジュールの内部構造の一例を示す断面図である。
【図３】評価のための測定光学系の構成を示す側面図である。
【図４】制御光の入射角度に対する信号光の出射ビーム角度の変化を示すグラフである。
【図５】信号光と制御光の照射位置関係に基づく信号光の出射ビームの移動位置を示す図である。
【図６】本発明の代表的な第２の実施形態に係る光路切替装置の要部構成を示す一部断面側面図である。
【図７】本実施形態に係る光路切替装置の機能を検証するための測定光学系の構成を示す側面図である。
【図８Ａ】測定光学系（Ａ）で、信号光と制御光の照射位置が一致する場合における、信号光のビーム照射箇所近傍を通過する制御光断面の位置と信号光ビーム断面の位置および形状（Ｂ），（Ｃ）を図解する図である。
【図８Ｂ】測定光学系（Ａ）で、信号光の照射位置に対し制御光の照射位置が上側にずれた場合における、信号光のビーム照射箇所近傍を通過する制御光断面の位置と信号光ビーム断面の位置および形状（Ｂ），（Ｃ）を図解する図である。
【図８Ｃ】測定光学系（Ａ）で、信号光の照射位置に対し制御光の照射位置が下側にずれた場合における、信号光のビーム照射箇所近傍を通過する制御光断面の位置と信号光ビーム断面の位置および形状（Ｂ），（Ｃ）を図解する図である。
【図９】色素溶液の吸収スペクトルと制御光または信号光の波長の関係を例示するグラフである。
【図１０】照射光学系ユニットにおける信号と制御光の収束照射レンズの配置状態を示す図６におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図１１】受光光学系（４００〜４２４）と直進信号光（２００）と偏向信号光（２０１〜２２４）の配置関係を示す図である。
【図１２】制御光パワーと信号光の偏向角の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る光路切替装置の要部構成を示し、受光光学系（４００〜４４８）と直進信号光（２００）と偏向信号光（２０１〜２４８）の配置関係を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る光路切替装置の要部構成を示し、受光光学系（４００〜４４８）と直進信号光（２００）と偏向信号光（２０１〜２４８）の配置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１〜図５を参照して本発明に係る光路切替装置および光路切替方法の基本的な構成を概念的に説明する。この光路切替装置は空間光結合型の光路切替装置である。
【００２０】
図１において１１は色素セルである。色素セル１１は、「熱レンズ形成素子」または「熱レンズ素子」とも呼ばれ、熱的作用でレンズユニットを形成する素子として構成されている。色素セル１１の内部には、特定の作用（透過・吸収作用）を発揮する色素溶液が充填されている。色素セル１１の詳細については例えば特許第５４５３６５６号公報に開示されている。図１において、色素セル１１の左側が入射側領域であり、色素セル１１の右側が出射側領域である。色素セル１１の左側面が入射面１１Ａとなり、色素セル１１の右側面が出射面１１Ｂとなっている。色素セル１１の入射面１１Ａおよび出射面１１Ｂの形状は、好ましくは例えば矩形または円形であるが、任意の形状に設定することができる。当該色素溶液は、後述するように、色素セル１１の入射面１１Ａに照射されたビーム状の信号光（符号Ｌ１：波長λ１）を透過し、色素セル１１の入射面１１Ａに照射されたビーム状の制御光（符号Ｌ２：波長λ２）を吸収するという作用を有している。信号光の波長λ１と制御光の波長λ２は、異なる波長となるように選択されている。色素セル１１は、信号光または制御光の波長に応じて、透過作用または吸収作用を発揮する。色素セル１１に照射されたビーム状制御光は、その励起作用に基づく熱作用で色素セル１１内の色素溶液の屈折率分布に係る物理的条件を変化させ（熱膨張、密度低下、屈折率低下等）、これに基づき、色素セル１１に照射されたビーム状信号光の光路を切り替えて直進状態から偏向させるという制御作用を有する。ここで、「偏向」とは「光線の進行方向を変更すること」を意味する。色素セル１１の入射面１１Ａに照射された信号光は、制御光によって制御された色素セル１１内の色素溶液によって、直進、または光路を切り替えられて偏向され、色素セル１１の出射面１１Ｂから出射される。
【００２１】
色素セル１１の入射側領域には、信号光光学装置２０と制御光光学装置３０が設けられている。
【００２２】
信号光光学装置２０は、信号光光源２１と信号光ファイバ２２と集光モジュール２３とから構成される。信号光光源２１は、レーザ光源であり、例えば波長１３１０ｎｍ（ナノメートル：波長λ１）のビーム状の信号光（レーザ光）を出力する。出力された信号光は、信号光ファイバ２２を介して集光モジュール２３に供給される。信号光ファイバ２２は、好ましくはシングルモードの光ファイバである。集光モジュール２３は、信号光ファイバ２２を経由して供給されたビーム状の信号光を、内蔵レンズでコリメートかつ収束させ、色素セル１１の入射面１１Ａの中央部に照射させる。集光モジュール２３の内部構造の一例を図２に示す。
【００２３】
図２に示すように、集光モジュール２３は、所定長さ（約５０ｍｍ）の円筒状筐体２３Ａを有し、当該円筒状筐体２３Ａ内のほぼ中央部にコリメート用レンズ２３Ｂを、出力部側に集光用レンズ２３Ｃをそれぞれ設けている。円筒状筐体２３Ａの入力部側には、上記信号光ファイバ２２の端部２２Ａが接続されている。信号光ファイバ２２で導かれた信号光は、コリメート用レンズ２３Ｂによってコリメートされ、その後、集光用レンズ２３Ｃで収束され、集光モジュール２３の出力部から信号光ビームとして出射される。設計上、コリメート用レンズ２３Ｂには非球面レンズが使用され、焦点距離ｆは好ましくは６ｍｍである。また集光レンズ２３Ｃにはアクロマティックレンズが使用され、焦点距離は好ましくは１０ｍｍである。かかる集光モジュール２３によって、設計上、好ましくは１０〜１５μｍ程度のビーム径を有するビーム状信号光が作られる。このビーム状信号光のビーム径（直径）は、好ましくはほぼ１４μｍである。集光モジュール２３から出射されたビーム状信号光は、色素セル１１の入射面１１Ａの中央部に照射される。色素セル１１の入射面１１Ａにおける信号光Ｌ１の入射角度は、好ましくは、ほぼ９０°である。
【００２４】
制御光光学装置３０は、制御光光源３１と制御光ファイバ３２と制御光用光学ユニット３３とから構成される。制御光光源３１も信号光光源２１と同様にレーザ光源であり、例えば波長９８０ｎｍ（ナノメートル：波長λ２）のビーム状の制御光（レーザ光）を出力する。制御光ビーム断面のエネルギ分布はガウス分布であることが好ましい。出力された制御光は、制御光ファイバ３２を介して制御光用光学ユニット３３に供給される。制御光用光学ユニット３３は、制御光ファイバ３２を経由して供給された制御光を、内蔵されたコリメート用レンズ３３Ａでコリメートさせ、かつ集光用レンズ３３Ｂで収束させ、色素セル１１の入射面１１Ａの中央部付近に傾斜状態で照射させる。コリメート用レンズ３３Ａおよび集光用レンズ３３Ｂは共に非球面レンズであり、特に集光用レンズ３３Ｂについては、評価光学系の干渉等を防ぐ目的で、例えば焦点距離７８ｍｍの長焦点のものを用いる。ビーム状制御光のビーム径（直径）は集光レンズが長焦点の場合７５μｍ程度と大きいが、別の実施形態で記述するように制御光ビーム径は小さいほど好ましい。制御光用光学ユニット３３から出射されたビーム状制御光は、色素セル１１の入射面１１Ａのほぼ中央部の領域に照射される。色素セル１１の入射面１１Ａにおける制御光Ｌ２の入射角度は、選択された好ましい所定の傾斜角度である。従って、色素セル１１の入射面１１Ａにおいて、ビーム状制御光Ｌ２のビーム光軸はビーム状信号光Ｌ１のビーム光軸に対して、選択された好ましい適宜角度で交差するように設定される。
【００２５】
図１の側面図において、制御光光学装置３０は、信号光光学装置２０の上側位置に配置され、制御光用光学ユニット３３から出射された制御光Ｌ２は、そのビーム光軸が、集光モジュール２３から出射された信号光Ｌ１のビーム光軸に対して上側から交差するように設定されている。しかしながら、制御光光学装置３０の配置位置は図１に示された配置位置に限定されず、制御光Ｌ２と信号光Ｌ１のビーム光軸の交差関係が所要の関係に保持される限り、下側、右側、または左側等の任意の位置に配置することができる。
【００２６】
さらに制御光用光学ユニット３３は、色素セル１１の入射面１１Ａのほぼ中央部の領域において制御光Ｌ２の照射位置を変更することができる照射位置変更装置３４を備えている。色素セル１１の入射面１１Ａにおける制御光Ｌ２の照射位置の変更は、入射面１１Ａにおける制御光Ｌ２の入射角度を例えば３通りに変更することによって行われる。制御光Ｌ２の照射位置の変更は、信号光の照射位置に対して相対的に行われる。例えば、図１に示された構成において、色素セル１１の入射面１１Ａにおける信号光Ｌ１の照射位置に対して、制御光Ｌ２の照射位置を一致させたり、または上側もしくは下側にずらすことができる。このように、色素セル１１の入射面１１Ａにおける信号光Ｌ１の照射位置に対して、制御光Ｌ２の照射位置を一致させたり、または上側もしくは下側にずらすことによって、色素セル１１を透過した信号光Ｌ１が出射面１１Ｂから出射されるとき、その出射方向を変えることが可能になる。これにより、色素セル１１を透過する信号光Ｌ１の光路を切り替え、偏向することが可能になる。
【００２７】
なお、制御光Ｌ２の照射位置の変更は、照射位置変更装置３４を用いた移動方式には限定されない。他の方式としては、制御光光学装置３０の全部または一部を例えば３基分用意し、予め各制御光光学装置の上記入射角度を異ならせて固定的に設置し、照射位置を選択的に変更するように構成することもできる。固定方式の具体的な構成例は、他の実施形態として、さらに詳しく後述される。
【００２８】
図１において、色素セル１１の出射側領域には、一例として、３つの受光モジュール４１，４２，４３が配置されている。受光モジュール４１は上側位置に配置され、受光モジュール４２は中央位置に配置され、受光モジュール４３は下側位置に配置されている。色素セル１１の出射面１１Ｂから出射される信号光Ｌ１は、制御光Ｌ２の入射位置に応じてその光路が切り替えられ、いずれかの光路を選択して、３つの受光モジュール４１，４２，４３のいずれかに入射される。受光モジュール４２は直進する信号光Ｌ１を受光し、受光モジュール４１は上側に偏向した信号光Ｌ１を受光し、受光モジュール５３は下側に偏向した信号光Ｌ１を受光する。
【００２９】
次に、図３を参照して、前述の構成を有する光路切替装置において、制御光Ｌ２の入射角度の変化における信号光Ｌ１の出射ビーム角度の評価を説明する。図３は、評価のための測定光学系の構成を示している。図３において、色素セル１１、信号光光学装置２０、制御光光学装置３０の構成要素は、図１で説明した要素と同じである。図３に示された構成では、色素セル１１の出射側領域に、直線状の受光ファイバ４４を備えた受光器（フォトダイオード（ＰＤ））４５を配置している。この受光ファイバ４４および受光器４５の受光ユニットは、破線の矢印４６に示されるように、色素セル１１の中心部１１Ｃを回転中心として、回転し得るように設けられている。以上の構成において、制御光Ｌ２の入射角度を変更し、さらに特定の入射角度において制御光の照射位置を変更して、色素セル１１の出射面１１Ｂから出射される信号光Ｌ１の出射ビーム角を、受光器４５による受光レベルで測定し、評価する。
【００３０】
図４に評価結果を示す。図４に示したグラフで、横軸は制御光入射角度（度）を示し、縦軸は出射ビーム角度（度）を示している。図４に示した結果によれば、制御光入射角度２０度のとき、制御光の照射位置変化に応じて信号光出射角度は１０〜１２度の範囲で偏向され、また、制御光入射角度３０度のとき、同じく信号光出射角度は９〜１４度の範囲で偏向された。この結果をまとめると、制御光Ｌ２の入射角度に対する信号光Ｌ１の出射ビーム角度の依存性は比較的に小さく、かつ出射ビーム角度の変化量として幅を持つことが分かる。この結果は、信号光Ｌ１のビーム照射位置に対して制御光Ｌ２のビーム照射位置がわずかに変化すると、信号光Ｌ１の出射ビームの角度変化量も異なるためであると推測される。
【００３１】
図５を参照して、光路切替装置による光路切替の作用を説明する。図５において、上段横方向に示した（１），（２），（３）について、（１）は信号光Ｌ１と制御光Ｌ２の位置関係を示し、（２）は（１）におけるＸ方向矢視の図を示し、（３）は（１）におけるＹ方向矢視の図を示す。Ｘ方向矢視の図は、入射側領域で色素セル１１の入射面１１Ａを見た図である。Ｙ方向矢視の図は出力側領域でスクリーン４７を見た図である。また図５の（１）と（２）において、その左側縦方向に示した（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）について、（Ａ）は信号光と制御光の照射位置が一致した場合、（Ｂ）は制御光が上側にずれた場合、（Ｃ）は制御光が下側にずれた場合をそれぞれ示している。なお図５において、信号光Ｌ１の照射位置は実線の円で示され、制御光Ｌ２の照射位置は波線の円で示されている。
【００３２】
図５の（１），（２）に示すように、色素セル１１の入射面１１Ａにおける信号光Ｌ１の照射位置と制御光Ｌ２の照射位置の位置関係に関して、一致させる場合（図５の（Ａ））、上側にずれた場合（図５の（Ｂ））、下側にずれた場合（図５の（Ｃ））には、その状態に応じて色素セル１１内に充填された色素溶液の屈折率分布が変化し、色素セル１１内を透過する信号光Ｌ１の光路を切り替え、その出射ビームの出射角度を変更することが可能となる。信号光Ｌ１の出射ビームの出射角度は、図５の（３）に示すようになる。図５の（３）によれば、信号光Ｌ１の照射位置と制御光Ｌ２の照射位置が一致する場合（図５の（Ａ））には、信号光Ｌ１の出射ビーム（出射角度方向）は右横（丸数字の１）に移動する。信号光Ｌ１の照射位置に対して制御光Ｌ２の照射位置が上側にずれる場合（図５の（Ｂ））には、信号光Ｌ１の出射ビーム（出射角度方向）は右下（丸数字の２）に移動する。信号光Ｌ１の照射位置に対して制御光Ｌ２の照射位置が下側にずれる場合（図５の（Ｃ））には、信号光Ｌ１の出射ビーム（出射角度方向）は右上（丸数字の３）に移動する。
【００３３】
上記のように、本実施形態に係る光路切替装置によれば、色素セル１１の入射される制御光Ｌ２の照射位置（入射角度）を信号光Ｌ１の照射位置に対して相対的に変えることによって、色素セル１１を透過する信号光Ｌ１の光路を切り替え、その出射ビームの出射位置を変更し、信号光Ｌ１を偏向させることができる。
【００３４】
＜第２の実施形態＞
次に、図６〜図１２を参照して、本発明に係る光路切替装置および光路切替方法の他の実施形態を説明する。この第２の実施形態に係る光路切替装置等によれば、前述した通り、制御光光学装置３０に対応する制御光コリメート光学系等を予め複数用意し、各制御光光学系の予め入射角度を異ならせて固定的に設置し、制御光Ｌ２の照射位置を変更するようにした固定方式の構成を有している。
本実施形態の説明で、「信号光コリメート光学系６０」と「信号光収束照射レンズ７０」または「信号光光学系２００１」等は、前述の信号光光学装置２０に相当する。また「制御光コリメート光学系６１〜６６」と「制御光収束照射レンズ７１〜７６」または「制御光光学系２００２」は前述の制御光光学装置３０に相当する。
【００３５】
本実施形態に係る光路切替装置５０も空間光結合型光路切替装置である。光路切替装置５０は、架台５１上に配置された照射光学系ユニット５２、色素セル５３、受光光学系ユニット５４、およびコリメートレンズ５５から構成される。色素セル５３は、前述した色素セル１１と実質的に同じであり、色素セル５３の内部には色素溶液５３Ａが内蔵されている。図６において、色素セル５３の左側面は入射面であり、右側面は出射面である。コリメートレンズ５５は、色素セル５３の出射面に配置されている。
【００３６】
照射光学系ユニット５２には、１本の信号光ファイバ５６を経由して信号光光源（図示せず）が接続され、さらに例えば６本の制御光ファイバ５７を経由して制御光光源（図示せず）が接続されている。空間的位置関係として、６本の制御光ファイバ５７は、中心に位置する信号光ファイバ５６の周囲に等間隔にて配置されている。また信号光ファイバ５６および制御光ファイバ５７の各光ファイバはフェルール５８を介して照射光学系ユニット５２に接続される。
【００３７】
なお、上記のごとく信号光ファイバ５６および６本の制御光ファイバ５７の各光ファイバとフェルール５８を用いないで、信号光光源と制御光光源を直接に照射光学系ユニット５２に接続することもできる。
【００３８】
照射光学系ユニット５２は、信号光コリメート光学系６０、制御光コリメート光学系６１〜６６、信号光収束照射レンズ７０、制御光収束照射レンズ７１〜７６を備えている。６つの制御光コリメート光学系６１〜６６は、中心に位置する信号光コリメート光学系６０の周囲に等間隔に配置されている。また制御光収束照射レンズ７１〜７６も、同様に、中心に位置する制御光コリメート光学系７０の周囲に等間隔に配置されている。信号光および制御光のコリメート光学系６０，６１〜６６のいずれも、対応する光ファイバ５６，５７または光源から出射されるレーザ光（信号光、制御光）を効率的に平行ビームに変換し、収束照射レンズ７０〜７６へ結合させる。いずれのコリメート光学系も、１枚以上の非球面レンズ乃至屈折率分布型ロッドレンズが好適に用いられる。コリメート光学系との結合効率を高めるための、光ファイバ５６，５７の端面は好ましくは斜め研磨などの公知手法が用いられる。
【００３９】
色素セル５３は、例えば、石英ガラス製の角形断面の管に、図９に示すような吸収スペクトル特性を有する赤外線吸収色素を沸点約２９０℃の有機溶剤に溶解させた溶液（色素溶液５３Ａ）を充填し、管の両端を溶融封止したものが用いられる。色素セル５３の寸法としては一例として四角断面の外寸が１ｍｍ角、内寸が０．５ｍｍ角、石英ガラスの厚さ０．２５ｍｍ、封止された管の長さ２５〜３０ｍｍ、色素溶液の液柱の長さ１５〜２０ｍｍのものが好適に用いられる。
【００４０】
色素セル５３の吸収スペクトルが図９に示された特性を有する場合、制御光Ｌ２の波長λ２は９５０〜１０５０ｎｍが好ましく、信号光Ｌ１の波長λ１は１２５０ｎｍよりも長波長であれば、任意の波長に対応可能である。
【００４１】
コリメートレンズ５５は、色素セル５３から拡散しながら出射する直進信号光または偏向信号光を無駄なく、平行ビームまたは収束ビームとして、受光光学系ユニット５４内に設けられた例えば２５個の受光光学系４００〜４２４の受光端面へ入射させるために用いられる。コリメートレンズ５５には、好ましくは１枚以上の非球面レンズが用いられる。２５個の受光光学系４００〜４２４は、受光光学系ユニット５４内において、中心に位置する１つの受光光学系４００の周りにて、径の異なる２つの同心円上の各々に１２個ずつ等間隔にて配置されている。
【００４２】
受光光学系４００〜４２４としては、（１）受光レンズと収束レンズを用いてシングルモードファイバへ結合させる光学系、（２）マルチモードファイバ端面でダイレクトに受光する光学系、（３）フォトダイオード（図示せず）で直接受光しり光学系を用いて電気信号として取り出す方式、のいずれかを、用途に応じて、好適に使用することができる。また受光光学系４００〜４２４の各々の出力端には、受光側のフェルール５８を介して受光ファイバ６００〜６２４が接続されている。
【００４３】
また図６の色素セル５３内の色素溶液５３Ａにおいて、８１は熱レンズ、８２は信号光Ｌ１のビームウエスト、８３はビーム収束点である。収束照射される信号光Ｌ１と制御光Ｌ２は、熱レンズ８２に基づきビーム収束点８３に収束される。その後、信号光Ｌ１は色素溶液５３Ａを透過し、直進信号光２００、または、偏向角θ１の偏向信号光２０１〜２１２、偏向角θ２の偏向信号光２１３〜２２４として出射され、対応する受光光学系４００〜４２４に入射される。
【００４４】
上記の光路切替装置５０を検証するための、必要最小限の構成要素からなる測定装置を図７に示す。
【００４５】
色素セル５３へ収束照射された信号光Ｌ１のビームウエスト８１は、収束照射レンズ７０からの距離Ｌｗかつ色素溶液５３Ａの深さＬｈの位置に調整される。制御光Ｌ２が照射されない場合、図６に示すように信号光Ｌ１は拡散しながら直進し、コリメートレンズ５５でコリメートされ、直進信号光２００として受光光学系４００へ入射する。
【００４６】
図７に示すように直進する信号光Ｌ１のビーム光軸と交差するように制御光Ｌ２が照射され、制御光Ｌ２が色素溶液５３Ａに吸収されると、光エネルギは熱エネルギに変換され、色素溶液５３Ａの温度上昇、熱膨張、密度低下による屈折率の低下が起こり、収束照射された制御光Ｌ２のビーム光軸上に屈折率の分布による熱レンズ８２が形成される。ここで、信号光Ｌ１のビームウエスト８１が熱レンズ８２を通過すると、屈折率分布の状態に応じて信号光Ｌ１の光路が偏向される。偏向された信号光２５０をマルチモードファイバ６５０の端面で受光し、またはビームプロファイラ受光面８４で受光する。ビームプロファイラ受光面８４は図８Ａ，８Ｂ，８Ｃのそれぞれに示される。このビームプロファイラ受光面８４は、前述したスクリーン４７の受光面に相当する。ビームプロファイラ受光面８４における受光状態によって、偏向された信号光２５０の光軸方位を３次元で計測することができる。
【００４７】
信号光Ｌ１の偏向が検出される受光側の光学要素の配置において、直進信号光Ｌ１の光軸に対する制御光Ｌ２の光軸の角度θを２０度と３０度に変えたところ、偏向された信号光２５０の偏向角度θ２’は、前述の図４に示したように、１０〜１２度、または９〜１４度弱であった。この程度の角度θの変化では、信号光偏向角θ２’の変化量は大差ないことが解った。換言すると、色素溶液５３Ａの内部に形成される熱レンズ効果の屈折率分布は「線状」または「柱状」ではなく、制御光Ｌ２の照射方位に影響されにくい「球状」に近いことが推測される。
【００４８】
次いで、交差する信号光Ｌ１と制御光Ｌ２の交点の位置（照射位置）を前後にずらし、熱レンズ８２の位置が信号光Ｌ１のビームウエスト８１のＺ＋方向（図８Ａ，８Ｂ，８Ｃで上方向）またはＺ−方向（図８Ａ，８Ｂ，８Ｃで下方向）に位置するように変化させたところ、図８Ａ，８Ｂ，８Ｃに示すような変化を確認することができた。なお図８Ａ，８Ｂ，８Ｃにおいて、色素セル５３から出射した信号光をビームプロファイラ受光面８４にて受光し、ビーム断面の形状を直接観察した。ビームプロファイラ受光面８４としては、好ましくは赤外線撮像素子またはナイフエッジ方式のものを使用することができる。この測定の結果、図８Ｂ，８Ｃに図解されるように、制御光Ｌ２が信号光Ｌ１のビームウエスト８１を通過する配置（図８Ａの場合）を避けるよう詳細に位置調整することにより、信号光Ｌ１のビーム断面の形状をガウス分布（丸ビーム）から大きく崩すことなしに、光路偏向を行えることが確認された。
【００４９】
なお、図８Ａ，８Ｂ，８Ｃの各々では、信号光と制御光の照射位置でのビーム断面の位置関係を示す側面図（Ａ）と、Ｘ方向矢視の図（Ｂ）と、Ｙ方向矢視の図（Ｃ）が示されている。また図８Ａ，８Ｂ，８Ｃにおいて、信号光光学系２００１、制御光光学系２００２、偏向信号光２６０，２６１，２６２、出射信号光断面２６００，２６０１，２６１１，２６２２が示されている。
【００５０】
熱レンズ８２の作用効果を有効に使用し、さらに熱レンズ８２の形成・消滅に対する応答速度を高速にするためには、信号光Ｌ１のビームウエスト８１の直径をできるだけ小さくし、熱レンズ８２における屈折率分布を有効に利用する必要がある。
【００５１】
信号光Ｌ１および制御光Ｌ２のビームウエストを細くするためには信号光ビームウエスト８１と照射レンズ７０からの距離Ｌｗをできるだけ短くすることが好ましい。そのためには図１０に示すように、同一直径で最密に並べた信号光Ｌ１の収束照射レンズ７０および制御光Ｌ２の収束照射レンズ７１〜７６のレンズ中心間距離Ｌ０をできるだけ小さくすることが好ましい。なお、信号光Ｌ１と制御光Ｌ２の光軸の角度θ、Ｌ０およびＬｗは、下記の式〔１〕の関係にある。
【００５２】
Ｌｗ＝Ｌ０／ｔａｎθ      …〔１〕
【００５３】
例えば、レンズ直径を２ｍｍ、θを３０度とすると、Ｌｗは３．４６ｍｍである。
【００５４】
また、信号光Ｌ１のビームウエスト８１の直径Ｄｗは、信号光Ｌ１のビームの直径Ｄ０、信号光Ｌ１の波長λ１および信号光Ｌ１の収束照射レンズ７０の焦点距離に相応する上記Ｌｗからガウシャンビームに関する位相光学解析に基づく下記の式〔２〕で近似計算することができる。
【００５５】
Ｄｗ＝（４／π）×λ×（Ｌｗ／Ｄ０）      …〔２〕
【００５６】
収束照射レンズ７０に入射する信号光Ｌ１のビームの直径を２０μｍ、信号光Ｌ１の波長λ１を１．３μｍ、Ｌｗを３．４６ｍｍ、Ｄ０を２ｍｍとすると、Ｄｗは約３μｍと試算される。この理論値に近づけることができれば、熱レンズ効果を充分、利用することできる。
【００５７】
図１２は、熱レンズ効果を充分活用できる光学系における、制御光のパワーと偏向角の測定結果の一例である。制御光のパワーが小さすぎると、直進信号光と偏向信号光の差が小さくなり、クロストーク特性が悪化する。一方、制御光のパワーを強くしすぎると、色素溶液５３Ａが制御光のビームウエスト８１の近傍で沸騰し、信号光が透過できなくなる。室温域から色素溶液５３Ａの温度２８０度以下で動作させる場合、実用的に利用可能な偏向角は７度から１４度程度であることが実験的に確認された。
【００５８】
この値と、制御光のベクトル制御の技術（特許文献６）、および、信号光の受光光学系において分離可能な信号光ビーム径の値から、制御光パワーをＰ３〜Ｐ４のレベルで変え、受光光学系の受光面を、円周上に１２個〜２４個並べることで、直進以外の信号光の偏向方向を６方向、１２方向、１８方向、２４方向、３６方向、４８方向に変えることが可能である。
【００５９】
図１１は、直進以外の信号光の偏向方向を６、１２、１８、２４の方向に変える場合に対応する受光光学系４００〜４２４の各受光面の配置例である。受光面が最密に１２個並んだ第１内周円４００１（半径Ｒ１）に隣接して、第２内周円４００２（半径Ｒ２）上に１２個の受光面が間隔を置いて並んでいる。
【００６０】
制御光Ｌ２がＯＮ状態で、その照射パワーがレベルＰ１のときには信号光Ｌ１は偏向角θ１で偏向されて、第１内周円４００１上の受光面（受光光学系４０１〜４１２）で受光され、制御光Ｌ２がＯＮ状態でその照射パワーがレベルＰ２場合には信号光Ｌ２は偏向角θ２（θ１＜θ２）で偏向されて、第２内周円４００２上の受光面（受光光学系４１３〜４２４）で受光される。制御光光源を１つまたは隣接する２つをＯＮ状態にし、そのパワーを制御することで、コリメートされた信号光のビームが受光光学系４００〜４２４の受光面のいずれかに、正確に入射するよう調整することができる。受光光学系４００〜４２４のチャンネル間の受光漏れをなくし、クロストークを低減するためには、偏向された信号光のビーム断面がガウス分布の丸型に近いことが好ましい。さらに、位相光学的にガウス分布ビーム中心の周辺部に出現するドーナツ型のサイドローブによるクロストークを避けるためには受光光学系４０１〜４２４の各受光面にマスクを設けることもできる。
【００６１】
第１内周円４００１上に到達する偏向信号光２０１〜２１２のビームの平均的直径をＢ１とし、また第２内周円４００２上に到着にする偏向信号光２１３〜２２４のビームの平均的直径をＢ２とすると、下記の式〔３〕および〔４〕が成り立つ。ここでＬｔは信号光Ｌ１のビームウエスト８１から受光面までの距離（色素溶液５３Ａおよび石英の屈折率を考慮）である。
【００６２】
Ｒ１＝Ｌｔ×ｔａｎ（θ１）  ≧  （６／π）×Ｂ１      …〔３〕
Ｒ２＝Ｌｔ×ｔａｎ（θ２）  ≧  （６／π）×Ｂ２      …〔４〕
【００６３】
受光面の直径Ｂ１（およびＢ２）を３ｍｍとすると、式〔３〕からＲ１は５．７ｍｍ以上、θ１を７度とすると、Ｌｔ（空気に換算）は４６．４ｍｍ以上と計算される。このとき式〔４〕においてＬｔを４６．４ｍｍ、θ２を１０度とすると、Ｒ２は８．２ｍｍ以上と計算される。
【００６４】
次に、制御光の６つのチャンネル（各レーザ光源：ＬＤ）のＯＮ−ＯＦＦ状態および隣接２チャンネルのパワー強度の組み合わせによって、直進方向および２４方向の光路切替は下記の表１のように行われる。
【００６５】
【表１】
2019002964.tif 000003
【００６６】
上記の表１において、制御光ＬＤのＣｈ．１〜６は、６つの制御光Ｌ１の制御光光源に対応する。また光光学系４００〜４２４の符号と配置は図１１に示した通りである。なお、直進信号光２００は受光光学系４００へ、偏向信号光２０１〜２２４は、各々、受光光学系４０１〜４２４へ入射する。さらに、パワーレベルは概ね、下記の式〔５〕に基づく関係にある。
【００６７】
Ｌ２＜Ｌ３  かつ  ２Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３      …〔５〕
【００６８】
本実施形態に係る光路切替装置５０は、色素セル５３内に波長λ２の制御光Ｌ２が収束照射されて形成される屈折率分布を有効利用し、波長λ１の信号光Ｌ１のビーム光路が切り替わるよう調整する手段として、複数の制御光ビームが信号光ビームの光軸上の１点で交差するよう制御光収束照射手段を調整する機構を備えるように構成された。その機構としては、空間的配置構造を有する固定式の光学系調整機構が好適に用いられる。
【００６９】
さらに、本実施形態に係る光路切替装置５０は、色素セル５３等内に波長λ２の制御光Ｌ２が収束照射されて形成される屈折率分布を有効利用し、波長λ１の信号光Ｌ１のビーム光路が切り替わるよう調整する手段として、複数の制御光の光源の出射パワーを各々制御し、２個以上の制御光の光源を同時に照射し、かつ、その出射パワーの組み合わせを記憶し、自動制御する電気的処理装置を有することが好ましい。この電気的処理装置は予め記録されたプログラミングに従い、「初期化」の手順を実行させることによって、制御光光源６チャンネルのパワー強度の組み合わせを順次試行し信号光の光路が所定の受光光学系へ切り替わるよう自動的に試行錯誤を繰り返し、その結果を記憶し、通常運転モードにおいては、必要とする制御光光源６チャンネルのパワー強度の組み合わせを再現する。仮に、制御光光源６チャンネルのパワー強度の組み合わせだけで所望の光路切替ができなかった場合は、機械的な調整を再度実施するものとする。
【００７０】
＜第３の実施形態＞
図１３を参照して第３の実施形態に係る光路切替装置を説明する。第３の実施形態に係る光路切替装置の基本的構成は、前述した第２の実施形態に係る光路切替装置５０と同じである。図１３は、第３の実施形態の光路切替装置の要部の配置構成を示し、光路切替装置における受光光学系４００〜４４８へ入射する直進信号光２００および偏向信号光２０１〜２４８の配置を示している。図１３に示した直進信号光２００および偏向信号光２０１〜２４８の配置は、図１１に示した直進方向および２４方向の受光光学系４００〜４２４に対してさらに外周円（半径Ｒ４）４００４を設定し、当該外周円４００４上にさらに２４個の受光光学系４２５〜４４８を最密に並べたものである。
【００７１】
外周円４００４上に到達する偏向信号光のビームの平均的直径をＢ４とすると、下記の式〔６〕が成り立つ。ここでＬｔは式〔３〕および式〔４〕の場合と同義である。
【００７２】
Ｒ４＝Ｌｔ×ｔａｎ（θ４）  ≧  （１２／π）×Ｂ４      …〔６〕
【００７３】
ここで、Ｌｔを第２の実施形態の場合の４６．４ｍｍ、Ｂ４を３ｍｍとすると、θ４は１３．８度である。この値は、信号光偏向角の実質的最大値に一致し、実現可能である。
【００７４】
図１０における内周円上の受光光学系４００〜４２４の２５チャンネルへ入射する直進信号光２００および偏向信号光２０１〜２２４の光路切替を行うためには、制御光ＬＤチャンネルである６チャンネルの各制御光パワーを上記の表１の通りに制御すればよい。
さらに、図１３における外周円４００４上の受光光学系４２５〜４４８の２４チャンネルへ入射する偏向信号光２２５〜２４８の光路切替を行うためには、制御光ＬＤチャンネルである６チャンネルの各制御光パワーを下記の表２の通りに制御すればよい。
【００７５】
【表２】
2019002964.tif 000004
【００７６】
上記表２において、制御光ＬＤのＣｈ．１〜６は制御光光源１０１１〜１０１６に対応している。また受光光学系の符号と配置は図１３に示されたものと対応している。なお、偏向信号光２２５〜２４８は各々受光光学系４２５〜４４８へ入射する。またパワーレベルは、概ね、下記の関係（式〔７〕）を有する。
【００７７】
Ｌ５＜Ｌ６  かつ  ２Ｌ４＝Ｌ５＋Ｌ６      …〔７〕
【００７８】
＜第４の実施形態＞
図１４を参照して第４の実施形態に係る光路切替装置を説明する。第４の実施形態に係る光路切替装置の基本的構成は、前述した第２の実施形態に係る光路切替装置５０と同じである。図１４は、第４の実施形態の光路切替装置の要部の配置構成を示し、光路切替装置における受光光学系４００〜４４８へ入射する直進信号光２００および偏向信号光２０１〜２４８の配置を示す。図１４に示した直進信号光２００および偏向信号光２０１〜２４８の配置は、図１１に示した直進方向および２４方向の受光光学系４００〜４２４に対してさらに第３内周円（半径Ｒ３）４００３と前述の外周円（半径Ｒ４）４００４を設定している。第３内周円４００３の半径Ｒ３は第３の実施形態等の第２内周円４００２の半径Ｒ２よりも大きく設定される。第１内周円４００１上には受光光学系４０１〜４１２を配置し、第３円周円４００３上には受光光学系４１３〜４２４を配置し、外周円４００４に受光光学系４２５〜４４８が配置される。受光光学系４１３〜４２４は、第１内周円４００１上の受光光学系４０１〜４１２の外周へ同じ方位で、間隔を空けて配置される。
【００７９】
従って、受光光学系４１３〜４２４へ偏向信号光２１３〜２２４を光路切替して入射させるためには、制御光ＬＤチャンネルのＣｈ．１〜６の強度を下記の表３の通りに制御すれば良い。
【００８０】
【表３】
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【００８１】
上記の表３において、制御光ＬＤチャンネルのＣｈ．１〜６は制御光光源１０１１〜１０１６に対応している。受光光学系の符号と配置は図１４に示した通りである。なお偏向信号光２１３〜２２４は各々受光光学系４１３〜４２４へ入射する。また表１における制御光パワーレベルＬ１を図１２におけるパワーレベルＰ１とすると、表３におけるパワーレベルＬ４’は図１２におけるパワーレベルＰ３に相当する。
【００８２】
なお一般的に、Ｎ基（Ｎ：１〜４９のいずれかの整数）の受光光学系の配置構造に関して、次のように述べることができる。
Ｎ基の受光光学系は、受光光学系の外壁の一部または全部が接する外接円の直径をｄ１とするとき、下記の４種類の式（１），（２），（３），（４）で計算される半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，またはＲ４の円周上に、等間隔でそれぞれｎ１基，ｎ２基，ｎ３基，またはｎ４基、合計Ｎ基配置することができる。
（１）    Ｒ１＝ｄ１／（２＊ｓｉｎ１５°）
（２）    Ｒ２＝Ｒ１＊ｃｏｓ１５°＋ｄ１＊ｃｏｓ３０°
（３）    Ｒ３＝Ｒ１＋ｄ１
（４）    Ｒ４＝ｄ１／（２＊ｓｉｎ７．５°）
ここで、Ｎ＝ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＋ｎ４
ｎ１＝１〜１２
ｎ２＝１〜１２
ｎ３＝１〜１２
ｎ４＝１〜２４
【００８３】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明に係る光路切替装置および光路切替方法は、例えば、ファクトリーオートメーションやスーパーコンピュータ等のデータ光リンクや高画質画像センサの光信号多チャンネル切替に利用される。
【符号の説明】
【００８５】
１１              色素セル
２０              信号光光学装置
３０              制御光光学装置
４１，４２，４３  受光モジュール
４７              スクリーン
５０              光路切替装置
５１              架台
５２              照射光学系ユニット
５３              色素セル
５３Ａ            色素溶液
５４              受光光学系ユニット
５５              コリメートレンズ
６０              信号光コリメート光学系
６１〜６６        制御光コリメート光学系
７０              信号光収束照射レンズ
７１〜７６        制御光収束照射レンズ
８１              信号光ビームウエスト
８２              熱レンズ
８３              ビーム収束点
２００            直進信号光
２０１〜２１２    偏向信号光（偏向角θ１）
２１３〜２２４    偏向信号光（偏向角θ２またはθ３）
２２５〜２４８    偏向信号光（偏向角θ４）
２５０            偏向信号光
２６１，２６２    偏向信号光
４００            受光光学系（直進信号光）
４０１〜４１２    受光光学系（信号光偏向角θ１）
４１３〜４２４    受光光学系（信号光偏向角θ２またはθ３）
４２５〜４４８    受光光学系（信号光偏向角θ４）
６００〜６４８    受光ファイバ
６５０            受光マルチモードファイバ
２００１          信号光光学系
２００２          制御光光学系
４００１          受光光学系の中心を結ぶ第１内周円（半径Ｒ１）
４００２          受光光学系の中心を結ぶ第２内周円（半径Ｒ２）
４００３          受光光学系の中心を結ぶ第３内周円（半径Ｒ３）
４００４          受光光学系の中心を結ぶ外周円（半径Ｒ４）
Ｌ１              信号光
Ｌ２              制御光
θ                制御光入射角度
θ１              偏向信号光の偏向角度
θ２，θ２’      偏向信号光の偏向角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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