(57)【要約】  特にチャネルブロックへの応用のための光ファイバ波長選択スイッチ。入力信号は、ビームの光操作が行われる面に関して予め定義された偏光の光ビームに変換される。次に、ビームは、好ましくはこの系の面にのみ横方向に拡大され、次に好ましくは回折格子によってビーム拡大面に空間的に分散される。光は、偏光回転素子、好ましくは各ピクセルが個々の波長に作用するように波長分散方向に沿ってピクセル化された液晶セルに案内される。適切な制御電圧がピクセルに印加されると、そのピクセルを通過している光信号の偏光が回転する。ピクセルのすべてからの波長分散ビームは次に再結合され、選択された偏光成分のみが前記スイッチから転送されるように位置合わせされた偏光選択素子へ向けて通過する。【選択図】図９
2008541187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を異なる偏光の２つの光ビームに分解するように適応する第１の複屈折素子と、
異なる偏光の前記２つの光ビームを予め決められた面に拡大するためのビーム拡大器と、
前記異なる偏光の拡大された２つの光ビームを受け、前記予め決められた面に前記拡大された光ビームの異なる波長成分を分散する第１の分散素子と、
前記異なる偏光の拡大された光ビームの前記分散波長成分を焦点面に集束するための少なくとも１つの光学素子と、
本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記拡大された光の個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルが該ピクセルに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
２つの拡大された光ビームの再生のために、前記偏光回転素子を通過した後に前記拡大光ビームの前記分散波長成分を収集するための少なくとも１つの光学素子と、
前記２つの拡大された光ビーム出力を受け、それらを２つの多重波長出力光ビームに結合する第２の分散素子と、
前記２つの多重波長出力光ビームが前記予め決められた面に圧縮されるように位置合わせされたビーム圧縮器と、
予め決められた異なる偏光の前記２つの多重波長出力ビームのそれらの波長成分のみを１つの透過出力ビームに結合するための第２の複屈折素子とを含む波長選択光スイッチ。
【請求項２】
前記少なくとも１つピクセルに関連する波長成分を有する前記出力ビームの前記光の透過は、前記制御信号によって決まる、請求項１に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項３】
前記第１及び第２の分散素子の少なくとも一方は、低偏光依存損失の回折格子である、先のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項４】
異なる偏光の前記拡大光ビームの前記分散波長成分を焦点面上に集束するための前記少なくとも１つの光学素子は、前記第１の分散素子自体である、先のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項５】
前記ピクセルに適用された前記制御信号は、前記ピクセルを通過する光の前記偏光の方向を本質的に一貫して９０°回転させるようになっている、
先のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項６】
前記ビーム拡大器および前記ビーム圧縮器の少なくとも一方は、一対のアナモフィックプリズム、単一プリズムおよび円柱レンズ望遠鏡システムのいずれか１つである、先のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項７】
少なくとも1つの前記プリズムの少なくとも一方の面が低偏光依存損失の非反射膜を有する、請求項６に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項８】
前記偏光回転素子は液晶セルである先のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項９】
先のいずれか一項に記載の複数の波長選択スイッチを含む波長選択スイッチモジュールであって、前記波長依存スイッチの少なくとも２つは、分散素子、集束素子および偏光回転素子の少なくとも１つを共通で使用する、波長選択スイッチモジュール。
【請求項１０】
複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を予め決められた本質的に同一の偏光方向を有する２つの光ビームに分解するように適応する第１の複屈折素子と、
前記２つの光ビームを予め決められた面に拡大するためのビーム拡大器と、
前記拡大された２つの光ビームを受け、前記予め決められた面に前記拡大された光ビームの異なる波長成分を分散する第１の分散素子と、
前記拡大された光ビームの前記分散波長成分を焦点面に集束するための第１の少なくとも１つの光学素子と、
本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記拡大された光の個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルが該ピクセルに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
２つの拡大された光ビームの再生のために、前記偏光回転素子を通過した後に前記拡大光ビームの前記分散波長成分を収集するための第２の少なくとも１つの光学素子と、
前記２つの拡大された光ビーム出力を受け、それらを２つの多重波長出力光ビームに結合する第２の分散素子と、
前記第２の分散素子よりも下流側に配置され、前記出力光ビームをそれらの入力経路に沿って反対方向へ前記スイッチを通って戻すように反射すべく作用する反射素子とを含み、
前記スイッチからの伝送戻りのために、予め決められた偏光方向の前記少なくとも１つのピクセルを通って反射して戻る光の波長成分のみが前記第１の複屈折素子によって再結合される、波長選択光スイッチ。
【請求項１１】
さらに、前記第２の分散素子の後に配置されたビーム圧縮器を含み、前記反射素子は前記ビーム圧縮器の後に配置されている、請求項１０に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項１２】
前記ビーム圧縮器は複数の要素からなり、該要素間に前記反射素子が配置されている、請求項１０に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項１３】
さらに、前記反射素子の前に配置された線形偏光素子を含む、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項１４】
前記入力光は入力ファイバから受け、前記スイッチを通って戻される前記光は出力ファイバに向けられ、また前記スイッチは、前記出力ファイバの光を前記入力ファイバの光と分離する分離素子を含む、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項１５】
前記分離素子はサーキュレータである、請求項１４に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項１６】
複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を予め決められた本質的に同一の偏光方向を有する２つの光ビームに分解するように適応する複屈折素子と、
前記２つの光ビームを予め決められた面に拡大するためのビーム拡大器と、
前記拡大された２つの光ビームを受け、前記予め決められた面に前記拡大された光ビームの異なる波長成分を分散する分散素子と、
前記拡大された光ビームの前記分散波長成分を焦点面に集束するための第１の少なくとも１つの光学素子と、
本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記拡大された光ビームの個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルが該ピクセルに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
２つの拡大された光ビームの再生のために、前記偏光回転素子を通過した後に前記拡大光ビームの前記分散波長成分を収集するための第２の少なくとも１つの光学素子と、
前記２つの拡大され、再生された光ビームをコリメートするための第３の少なくとも1つの光素子と、
前記２つの拡大され、再生されてコリメートされた光ビームに配置され、また前記出力光ビームをそれらの入力経路に沿って反対方向へ前記スイッチを通して戻すように反射すべく作用する反射素子とを含み、
前記スイッチからの伝送戻りのために、予め決められた偏光方向の前記少なくとも１つのピクセルを通して反射して戻る光の波長成分のみが前記複屈折素子によって再結合される、波長選択光スイッチ。
【請求項１７】
さらに、前記反射素子の前に配置された線形偏光素子を含む、請求項１６に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項１８】
前記入力光は入力ファイバから受け、前記スイッチを通って戻される前記光は出力ファイバに向けられ、また前記スイッチは、前記出力ファイバの光を前記入力ファイバの光と分離する分離素子を含む、請求項１６および１７のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項１９】
前記分離素子はサーキュレータである、請求項１８に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項２０】
複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を異なる偏光の２つの光ビームに分解するように適応する複屈折素子と、
前記２つの光ビームを予め決められた面に拡大するためのビーム拡大器と、
前記異なる偏光の拡大された２つの光ビームを受け、前記予め決められた面に前記拡大された２つの光ビームの異なる波長成分を分散する分散素子と、
異なる偏光の前記拡大された２つの光ビームの前記分散波長成分を焦点面に集束するための少なくとも１つの光学素子と
本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記２つの光の個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルが該ピクセルに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
前記偏光回転素子の前記少なくとも１つのピクセルを通過する前記２つの光ビームの前記波長成分が前記少なくとも１つのピクセルに戻るように、前記偏光回転素子の近傍で該偏光回転素子の後に配置された反射面とを含む、波長選択光スイッチ。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのピクセルを通って戻るように反射された前記２つの光の波長成分が本質的にそれらの入力経路に沿って反対方向へ、前記少なくとも１つの光学素子、前記分散素子、前記ビーム拡大器および前記複屈折素子を通って前記スイッチを戻るように向けられ、前記スイッチからの伝送戻りのために、予め決められた異なる偏光の前記少なくとも１つのピクセルを通って反射して戻る光の波長成分のみが前記複屈折素子によって再結合される、請求項２０に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのピクセルに関連する波長成分を有する前記光の前記スイッチからの戻り伝送は、前記制御信号によって決まる、請求項２１に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのピクセルに適用された前記制御信号は、前記ピクセルを通過する光の前記偏光の方向を本質的に一貫して４５°回転させるようになっている、先の請求項２０から２２のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項２４】
前記入力光は入力ファイバから受け、前記スイッチを通って戻される前記光は出力ファイバに向けられ、また前記スイッチは、前記出力ファイバの光を前記入力ファイバの光と分離する分離素子を含む、請求項２１から２３のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項２５】
前記ビーム分離素子はサーキュレータである請求項２４に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項２６】
前記ビーム拡大器は、一対のアナモフィックプリズム、単一プリズムおよび円柱レンズ望遠鏡システムのいずれか１つである、請求項２０から２５のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項２７】
少なくとも1つの前記プリズムの少なくとも一方の面が低偏光依存損失の非反射膜を有する、請求項２６に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項２８】
前記偏光回転素子は液晶セルである、請求項２０から２７のいずれか一項に記載の方法の波長選択光スイッチ。
【請求項２９】
第１の入力ポートからの複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を予め決められた本質的に同一の偏光を有する２つの光ビームに分解するように適応する複屈折素子と、
予め決められた同一の偏光を有する前記２つの光ビームを受ける偏光ビーム スプリッタと、
前記偏光ビーム分割素子を透過した後、予め決められた面に前記２つの光ビームを拡大するためのビーム拡大器と、
前記拡大された２つの光ビームを受け、前記予め決められた面に前記拡大された２つの光ビームの異なる波長成分を分散する分散素子と、
拡大された前記２つの光ビームの前記分散波長成分を焦点面に集束するための少なくとも１つの光学素子と、
本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記拡大された光の個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルがこれに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
前記偏光回転素子の前記少なくとも１つのピクセルを通過する前記２つの光ビームの波長成分が前記少なくとも１つのピクセルに戻るように、前記偏光回転素子の近傍で該偏光回転素子の後に配置された反射面と、
前記偏光ビームスプリッタで反射され、前記予め決められた偏光と同様であるが直角な偏光を有する２つの光ビームを受けるために、前記偏光ビームスプリッタの反射出力に配置され、前記少なくとも１つのピクセルによって回転された偏光方向を有し前記偏光回転素子を通って反射して戻る前記２つの光ビームの波長成分が第１の出力ポートで前記スイッチから出力されるように、前記２つの光ビームを出力光ビームに作り直す第２の複屈折素子とを含む波長選択光スイッチ。
【請求項３０】
前記偏光ビームスプリッタは、立方晶系偏光ビームスプリッタ、グラン・テイラー偏光子、グランレーザ偏光子、グラン・トムソンプリズム、ウォラストンプリズムおよびロッション偏光子のいずれか１つである、請求項２９に記載の波長選択光スイッチ。
グ
【請求項３１】
また、消光比を有し、前記偏光回転素子と前記反射面との間に配置される直線偏光子であって前記ピクセルを透過する予め決められた偏光方向の光を前記消光比で減衰するように位置合わせされた偏光子を含み、その強度が前記消光比で２度減衰されるように、前記反射面による反射の後で前記減衰を受けた光は前記直線偏光子を２度目に通って戻る、請求項２９に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項３２】
前記光ビームの経路上の前記偏光回転素子に至る前に配置された少なくとも1つの直線偏光素子を含む、請求項２９から３１のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項３３】
前記偏光回転素子を通って戻る反射した前記２つの光ビームの前記波長成分は、該波長成分に関連して前記少なくとも１つのピクセルに適用される前記制御信号に従って前記第２の複屈折素子を通って前記スイッチから出力される、請求項２９から３２のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項３４】
さらに、前記第１の入力ポートに配置されたサーキュレータを含み、前記ピクセルに適用された前記制御信号に従って前記第１の入力ポートへの入射光が前記サーキュレータまたは前記第１の入力ポートに戻るように向けられるべく、前記少なくとも１つのセルによって偏光方向が非回転であり前記偏光回転素子を通って戻る反射した前記２つの光ビームの前記波長成分が前記サーキュレータに戻るように向けられる、請求項２９から３３のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項３５】
さらに、前記第１の出力ポートが光学信号を加えあるいは取り出すことを可能とするように、前記第１の出力ポートに配置された第２のサーキュレータを含む、請求項３４に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項３６】
前記分散素子は高効率回折格子である請求項２９から３５のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項３７】
前記拡大された光ビームの分散された波長成分を焦点面の上に集束するための前記少なくとも1つの光素子は、前記分散素子自体である、先の請求項のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項３８】
前記ピクセルに適用された前記制御信号は、前記ピクセルを通過する光の前記偏光方向を本質的に一貫して４５°回転させるようになっている、請求項１０から３６のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項３９】
前記ビーム拡大器は、一対のアナモフィックプリズム、単一プリズムおよび円柱レンズ望遠鏡システムのいずれか１つである、請求項１０から３６のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項４０】
前記偏光回転素子は液晶セルである、請求項１０から３６のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項４１】
さらに、前記反射面の前の複屈折ウエッジを含み、該複屈折ウエッジは、予め決められた偏光の波長成分のみが法線入射で前記反射面に向けられまた反射してそれらの入射経路に沿って戻るように（図６Ｇ）、角度を合わされている、請求項１０から４０のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項４２】
前記反射面は一方の面に反射膜を有する複屈折ウエッジから成り、該複屈折ウエッジは、予め決められた偏光の波長成分のみが法線入射で前記反射膜に当たりまた反射してそれらの入射経路に沿って戻るように、位置合わせされている、請求項１０から４０のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項４３】
反射型波長選択光スイッチを構成する方法であって、
光信号の波長成分を選択すべくピクセル化された偏光回転要素を用いる波長選択光スイッチであって前記偏光回転素子のピクセルに当たる前記波長成分の偏光方向の回転によって前記光信号を切り換える波長選択光スイッチを用意すること、
複屈折ウエッジを通る前記光信号の前記波長成分が前記波長成分の偏光方向に応じた角度で逸れるように、前記偏光回転素子の後に前記複屈折ウエッジを配置すること、
前記波長成分が予め決められた偏光を有するときのみ法線入射で前記反射面に当たりまたその入射経路に沿って反射して戻るように、前記複屈折ウエッジの後に反射面を用意することを含む、反射型波長選択光スイッチの構成方法。
【請求項４４】
前記反射面は、前記複屈折ウエッジとは別の反射素子上に設けられる、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記反射面は、前記複屈折ウエッジ表面の膜によって提供される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
反射型波長選択光スイッチを構成する方法であって、
光信号の波長成分を選択すべくピクセル化された偏光回転要素を用いる波長選択光スイッチであって前記偏光回転素子のピクセルに当たる前記波長成分の偏光方向の回転によって前記光信号を切り換える波長選択光スイッチを用意すること、
直線偏光子を通る前記光信号の前記波長成分が前記波長成分の偏光方向に依存するように、前記偏光回転素子の後に前記直線偏光子を配置すること、
前記波長成分が予め決められた偏光を有するときのみその入射経路に沿って反射して戻るように、前記直線偏光子後に反射面を配置することを含む、反射型波長選択光スイッチの構成方法。
【請求項４７】
前記偏光回転素子の後に配置された前記直線偏光子は、前記スイッチのブロック率を高めるように作用する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を予め定義された偏光を有する２つの光ビームに分解するように適応する第１の複屈折素子と、
予め定義された偏光を有する前記２つの光ビームを受け、前記光ビームの異なる波長成分を分散する第１の分散素子と、
予め定義された偏光の前記２つの光ビームの前記分散された波長成分を焦点面に収束するための少なくとも１つの第１の光学素子と、
本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記拡大された光の個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルが該ピクセルに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
前記偏光回転素子の近傍で該偏光回転素子の後に配置された反射面であって前記光ビームが前記ピクセルを通って戻りかつ前記光ビームの入射経路とは空間的に別の出力経路に沿って反射するように位置合わせされた反射面と、
前記光を出力するための出力部とを含み、前記光ビームの透過が前記制御信号によって決まるように、前記出力経路が前記ピクセルを通過した後の前記光ビームを受け、予め決められた偏光のみを透過させる少なくとも１つの偏光選択素子を含む、波長選択光スイッチ。
【請求項４９】
前記光出力のための前記出力部は、
前記出力光ビームをコリメートするための少なくとも１つの光学素子と、
前記光ビームの個々の波長成分を多重波長出力光に結合するように作用する分散素子とを含み、
前記偏光選択素子は、前記２つの光ビームを１つの出力ビームに結合するための第２の複屈折素子である、請求項４８に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項５０】
前記出力部の前記少なくとも１つの光学素子は前記第１の少なくとも1つの光素子と共通である、請求項４９に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項５１】
前記出力部の前記分散素子は前記第１の分散素子と共通である、請求項４９に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項５２】
さらに、予め定義された面に予め決められた偏光を有する前記２つの光ビームを拡大するために、前記第１の分散素子の前に配置されたビーム拡大器を含み、前記拡大された光ビームの異なる波長成分が前記予め決められた面に分散されるように、位置合わせされている、請求項４８から５１のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項５３】
前記光を出力するための前記出力部は、また、前記多重波長出力ビームが前記予め決められた面に圧縮されるように位置合わせされたビーム拡大器を含む、請求項５２に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項５４】
前記出力部の前記光拡大器は前記第１の光拡大器と共通である、請求項５３に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項５５】
前記第１の複屈折素子は、前記入力光を同じ偏光方向を有する２つの光ビームに分解する、請求項４８から５４のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項５６】
さらに、少なくとも１つの直線偏光子を含む、請求項５５に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項５７】
前記第１の複屈折素子および前記第２の複屈折素子は光軸を有し、該両複屈折素子は、それらの中で複屈折を受けたビームが収束するように、相互にそれらの光軸を収斂させて配置されている、請求項４９から５４のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項５８】
前記第１の複屈折素子および前記第２の複屈折素子は光軸を有し、前記両複屈折素子はそれらの中で複屈折を受けたビームが発散するように、前記複屈折素子が相互にそれらの光軸を分岐させて配置されている、請求項４９から５４のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項５９】
さらに、偏光されたビームを分割するビームスプリッタを含み、該ビームスプリッタが、前記ピクセルに適用される前記制御信号に応じて、前記偏光回転素子の前記ピクセルからの入射光を前記偏光選択素子または分離されたポートに向けるように、前記ビーム拡大器と前記偏光選択素子との間に配置されている、請求項５５および５６のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項６０】
前記第１の複屈折素子は、前記入力光を異なる偏光方向の２つの光ビームに分解する、請求項４８から５４のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項６１】
前記入力および出力の両経路は、それらの共通な面が前記分散面に直角となるように位置合わせされている、請求項４８から６０のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項６２】
前記反射面は、前記光ビームの前記出力経路および前記入射経路が前記分散面に配置されるように、位置合わせされている、請求項４８から６０のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項６３】
前記入力光および前記出力光の少なくとも一方が、ファイバ光コリメータを経てそれぞれ前記スイッチに入力しあるいは該スイッチから出力される、請求項４９から６２のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項６４】
デュアルコリメータを経て、前記入力光が前記スイッチに入力し、また前記出力光が前記スイッチから出力する、請求項４９から６２のいずれか一項に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項６５】
さらに、前記デュアルコリメータの下流のルーフプリズムを含む、請求項６４に記載の波長選択光スイッチ。
【請求項６６】
第１および第２のポートを有する双方向光モジュールと、
前記１および第２のポートのそれぞれのサーキュレータとを含む光学系であって、２つの別個の単方向性回路のために使用することができる光学系。
【請求項６７】
少なくとも１つの前記サーキュレータは３ポートサーキュレータである請求項６６に記載の光学系。
【請求項６８】
前記光モジュールは、波長選択光スイッチ、チャネルブロッカー、動的な利得を示すイコライザーおよびフィルタから成るグループから選ばれる、請求項６６に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作が波長に依存する高速光スイッチの分野に関し、特に、光通信システム中のチャネルブロッカー（チャネル遮断器）として使用される高速光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野では、デジタルまたはアナログ情報を伝えるための光キャリアとして光の波長を利用することが知られている。また、異なる波長を使って、一組すなわち１チャンネルの情報を他のものから識別することができる。多数の波長が1つのファイバ上に結合されるすなわち多重化される場合、これは波長分割多重方式（ＷＤＭ）と称されている。そのようなＷＤＭの使用は、システム全体のバンド幅を広げる。例えば、２つの波長を転送する1つのファイバは、1つの波長を転送するファイバの２倍のバンド幅を有する。一般的には、1つのファイバで多数のチャネルが伝えられる。チャネル間隔が小さくなる程、ファイバで送信できるチャネル数は増大する。最近、国際電気通信連合（International Telecommunications Union）は、利用可能な光バンド幅の高い利用を保証するために、１００ＧＨｚ(約０．８ｎｍの波長離隔距離に等しい)の周波数分離の光信号チャネルを有する高密度ＷＤＭ（「ＤＷＤＭ」）ネットワーク規格を提案し、また、より高密度の規格が想定されている。ＤＷＤＭネットワークの性能要件(バンド幅、漏話、偏光依存の損失、偏光モード分散および挿入損等のための要件)は、より厳格になっている。さらに、光のチャネル間隔を減少させることによって容量を増大させるという将来の努力が、光学系の構成要素についてのさらなる改良を必要とするであろうということは予見できる。
【０００３】
ＰＣＴ出願係属中の国際出願番号ＰＣＴＩＬ０２／００５１１では、ここにその全体が参照によって組み込まれるが、波長選択スイッチが開示されており、そこでは、入力光信号が空間で波長分散を生じ、また２つの好ましくは直角な面に偏光分割される。波長分散は好ましくは回折格子によって行われ、また偏光分割は偏光ビームスプリッタによって行われる。各ピクセルが別個の波長チャネルに作用するように、液晶偏光変調器などの偏光回転素子は、波長分散方向に沿ってピクセル化され、各ピクセルに印加された制御電圧によって各ピクセルを通過する光信号の偏光が回転するように、動作する。偏光の変調された信号は、それぞれ入力信号をそれぞれ分散および分割するのに使われたと同様な分散および偏光結合の両素子によって、波長の再結合および偏光の再結合を受ける。出力偏光再結合器で、結果として生じる出力信号が向けられる方向は、特定の波長チャネルの偏光が偏光変調ピクセルによって回転させられたか否かによって決まる。高速の波長選択の光学スイッチは、したがって、WDMスイッチへの応用に使用できるように提供される。そのようなスイッチは、また、チャネル遮断器としての使用のために、１×１構成で提供され得る。しかし、２チャネルの入力および出力ポートの使用は、スイッチをそのような使用のために不必要に複雑にする。さらに、解像度および挿入損は、初めから、単極、単チャネル切替えのために組み立てられたスイッチで達成できるものに比較して、それよりも劣っているかもしれない。
【０００４】
それ故、安く製造することができ、また簡単な導入のために小型であり、信頼でき、非常に低い挿入損、高い波長解像度および安定した性能をネットワークのさまざまな環境条件下で有する、光ファイバの単極波長選択光学スイッチの要求が存在する。
【０００５】
本明細書の本項および他の項で言及された前記刊行物のそれぞれの開示事項は、全体のそれぞれが参照されることにより、ここに組み込まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、光通信および情報伝送システムにおけるチャネルブロックに利用できる新規な光ファイバの単極波長選択スイッチの構造を提供することにある。スイッチは最小構成要素を用い、したがって、そのようなシステムで大規模使用のために経済的に組み立てることができる。スイッチの配置変化は、一方向または双方向構成が実現できることを可能にし、多極動作を提供するために積み重ねることができる。そのスイッチ構造は、また、波長選択可変光減衰器として使用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
国際公開公報ＷＯ２００５／０５２５０７号パフレットで公開されたＰＣＴ出願係属中の国際出願番号ＰＣＴ／ＩＬ２００３／００１００２には、波長選択スイッチが記載されている。そこでは、入力光信号は、最初に、ビームの光学的操作がなされる系（システム）の面に関して予め定義された偏光を有する光ビームに変換される。この光学的操作の系の面については以下に述べる。この「定義された偏光」は、好ましくは全体的に定義された方向を有する直線偏光またはこれに代えて、また好ましくは定義された偏光方向が回転する円形偏光ビームであるかもしれない。本願の目的は、係属出願中のＰＣＴ／ＩＬ２００３／００１００２に示されたスイッチのそれらと共通のいくつかの要素を有する波長選択スイッチ構造を提供することにあるが、よりコンパクトな構造と共に、より大きな汎用性および実用性を可能とするように、より複雑な偏光オプションおよび異なる幾何学的／光学的配置を用いる。この明細書で用いられ主張されている用語「直線偏光」は、偏光を受けた光ビームが所望の方向での単一の線形偏光を有することを意図する偏光ビームではあるが、その所望方向以外のいくつかの偏光成分を含むかもしれないことが理解される。同様に、この明細書で用いられ主張されている用語「円偏光」は、偏光を受けた光ビームが所望の回転方向への円形の偏光を有することを意図する偏光ビームではあるが、それが多少長円の原因になる方向のいくつかの偏光成分を含むかもしれないことが理解されよう。
【０００８】
一般的な直線偏光を用いる好適な実施例のために、偏光変換は、好ましくは、ＹＶＯ４のようなビームウオークオフ結晶として知られている複屈折結晶によって行うことができる。係属出願中のＰＣＴ／ＩＬ２００３／００１００２に示された実施例では、この複屈折結晶は、出力ポートの約一半を覆う半波長板を有する。そのような素子は、中国、福州のJDSU-Casix社からＣ偏光子として市販されており、この名称は今や当該技術分野で共通に総称的に使用されている。そのような実施例のために、結果として生じる全体に直線偏光出力ビーム（光線）は、模範的にはＳ偏光であると仮定すると、一実施例によれば、次に、システム平面すなわちＳ偏光の方向に平行な平面に、円柱レンズ望遠鏡システムまたは単一のプリズムなどのいかなる代替方法をも利用することができるが、１対のアナモフィックプリズムによって、横に拡大される。ビームは、次に、好ましくは回折格子によって、ビームの拡大と同じ面で空間的に波長分散を生じる。前記ビームの横方向の拡大は、該横方向拡大と同一面で分散と組み合わされて従来技術のスイッチを超える大きな利点を有するスイッチを提供し、これは、ビーム拡大が等方性であるかあるいは横に向けられているに拘わらないが、これにより特にスイッチの高さの低減が可能となり、また、これにより波長解像度を高めることが可能になる。
【０００９】
光は、偏光変換素子、好ましくは、液晶セルを通して方向付けられる。この適用にわたって、種々の実施例が、一般的には、偏光回転を生じるための液晶素子を有するものとして記載されているが、これが、発明の一般性を損なうことを意図されていないことが理解されるべきであり、いかなる適当な偏光回転素子をもそれらの実施例で等価的に使うことができる。各ピクセルが個々の波長に作用するように、偏光回転素子は波長分散方向に沿ってピクセル化される。適切な制御電圧がピクセルに印加されると、そのピクセルを通過している光信号の偏光はＳ偏光からＰ偏光に回転する。前記すべてのピクセルからの波長の分散したビームは、好ましくは、前記入力ビームを分散させるために使われたそれと同じ回折格子によって、次に再結合し、スイッチ出力へ向けて通過する。係属出願中のＰＣＴ／ＩＬ２００３／００１００２に記載されたスイッチでは、この出力に、Ｓ偏光のみが出ることを許され、Ｐ偏光がブロックされるように、入力Ｃ偏光子の偏光方向と同一の偏光方向に位置合わせされた他のＣ偏光子が配置されている。消光比を増大させるために、Ｓ偏光方向に平行に位置合わせされた直線偏光子を前記出力ビームがＣ偏光子へ入力する前にオプションで配置することができる。偏光を回転させないピクセルを通過した波長の光は、したがって、前記スイッチの小さな挿入損分だけ弱められて該スイッチから出力される。他方、ＳからＰに偏光方向を回転させるピクセルを通過した波長の光は、大きく減衰され、Ｓ偏光のみを透過させ、Ｐ偏光を阻止するように位置合わせされた前記Ｃ偏光子のために、全体に前記スイッチを出ることが阻止される。各ピクセルが特定の波長と関連しているので、結果として生じる効果は、波長依存のオン／オフ光学スイッチのそれである。各チャネルは、液晶セルピクセルのスイッチング速度に従って切り換え可能であり、したがってＷＤＭまたはＤＷＤＭスイッチでの使用に適している。
【００１０】
出願係属中のＰＣＴ／ＩＬ２００３／００１００２で、より十分に説明されたスイッチ動作の上記した説明では、同一偏光ビームを発生させるためにＣ偏光子を用いている。本発明の好適な実施例に従って、入力光を個別のＰおよびＳ偏光に分割すべく、その出力の一部に半波長板を用いることなく複屈折ビームウオークオフ結晶を利用できる光スイッチ素子が提供され、各偏光ビームは横方向ビーム拡大器および波長分散素子に入力される。波長分散素子として回折格子が用いられたときに好ましくは高効率回折格子が利用される出願係属中のＰＣＴ／ＩＬ２００３／００１００２で述べられたＣ偏光子に比較すると、本実施例で使用される前記回折格子は、好ましくは低い偏光依存損失（lpdl）を有するべきでありそれにより異なる偏光ビームを処理することができる。後述する発明の好適な実施例の種々の説明で記載されているように、偏光スイッチング処理は多少変更される。本願の好適な実施例では、転送される波長およびブロックされる波長の選択は、偏光に感応する素子の組合せおよびそれらの状態に依存し、それらが組合わさって、そこを通過する光の偏光を方向付けまた回転させる。光を伝搬しあるいは光の通過を阻止するように応答可能な基本的要素およびそのグループは、本願ではときどき総称的に呼ばれるが、偏光選択素子であり、これは請求項に記載されているように、Ｃ偏光子、線形偏光板、複屈折ウオークオフ結晶、偏光ビームスプリッタ或いはそれらの組合せと称されている。そのような偏光選択素子は、また好ましくは従来の立方晶系偏光ビームスプリッタ、グラン・テイラー偏光子、グランレーザ偏光子、グラン・トムソンプリズム、ウォラストンプリズムおよびロッション偏光子を含む。
【００１１】
円偏光の光ビームを使った実施例のために、円偏光ビームを生じる従来のどのような代替的方法をも使用できるが、円偏光は、好ましくは、最初に発生する直線偏光ビームの経路に４分の１波長板を挿入することによって生成される。偏光変換素子好ましくは液晶セルは、ピクセルに適切な制御電圧が印加される時、そのピクセルを通過する光の偏光の対称性が反転されるように、例えば、時計方向すなわち右回りの偏光信号は、反時計方向すなわち左回りに変換され、逆もまた同様であるように配置される。このようにして、特定のピクセルを通り抜けた光を遮断するか透過させるかのために、入力信号に関して出力が対称的な偏光を有するか、あるいは液晶セルによって反対称的な偏光に変換されているかによれば、前記スイッチ出力が単純になる。液晶セルまたはこれと等価なものを通過した後、円偏光は好ましくはスイッチの出力側で線形偏光に戻され、これにより、直線偏光子および／またはＣ偏光子による出力ビームの単純な阻止または透過が可能になる。偏光の対称性を反転させないピクセルを通過した波長の光は、したがって、前記スイッチの小さな挿入損だけ弱められて前記スイッチから出力される。他方、偏光の対称性を非対称モードに反転させるピクセルと通過した波長の光は、高い減衰を受け、全体に、前記スイッチから出ることを阻止される。
【００１２】
スイッチの種々の要素間の相互の整合方向は、その動作効率について重要な役割を果たす。したがって、線形偏光の好適な実施例のために、好ましいアナモフィックプリズムペアは、入射角をブルースター角近傍に保証するように、好ましくは入射ビームのＳ偏光に関して位置合わせされる。この入射角では、Ｓ偏光成分は、最適効率によって前記プリズムペアを通って伝えられることから、低挿入損を結果として生じる。同様に、回折格子刻線の方向と直角な平面でのビーム拡大は、高い波長解像度を保証する。さらに、回折格子刻線の方向と直角な入射ビームのＳ偏光面は、最適の回折格子効率を保証する。
【００１３】
以下の３つの特徴のいくつかあるいはそのすべての組合せ、すなわち回折格子分散面と同じ面での、解像度が有利なビーム拡大の使用、最適の回折格子効率を提供する偏光選択の使用およびマルチ偏光選択素子の直列の使用による偏光選択の使用は、波長選択単極スイッチの波長解像度を増大させ、従来入手可能であった光学スイッチに比較してＯＮ／ＯＦＦ減衰比を増大させる結果となる。さらに、そのような１次元的な倍率を生成するために使うことができる代替要素を使用するよりも、横方向へのビーム拡大し、また圧縮するアナモフィックプリズムペアを使用することは、一般的に、その透過状態にあるとき、スイッチの低挿入損を結果として生じる。さらに、そのようなスイッチは、同様な機能を実行している従来の入手可能なスイッチよりも一層コンパクトに、また経済的に構成することができる。
【００１４】
上に説明された実施例で、システム（系）を横切る光のＳ偏光方向は、前記ビーム拡大面およびビーム分散面の双方に平行である。この実施例は、最適な光伝送特性と、それゆえ最も低いスイッチ挿入損とを提供する。しかし、他の好適な実施例によれば、前記スイッチは、拡大および分散の方向と平行以外の角度の偏光方向で、また動作し得ることが理解されよう。しかしながら、その場合、スイッチ効率は、一般的に低い。横方向へのビーム拡大指向が用いられる本発明の実施例のそれらの構成要素の方位面に関連する好適な特徴は、ビーム拡大面がビーム分散面に平行であることである。
【００１５】
さらに、上記の実施例であるが、偏光選択素子のアラインメントは、偏光回転素子のピクセルが切り換えられるとき、それを通過する光がスイッチから出ることを阻止され、切り換えられなかったピクセルを通過している光は転送されるように配列が規定され、これは従来の「常開放」スイッチと呼ばれ、本発明が逆のモードで等価的に効果的に動作するであろうことが理解されるであろう。すなわち切換えられないピクセルを通る光は阻止され、切り換えられたピクセルを通る光はスイッチから出るように、偏光回転素子はプログラムされまた偏光感応素子は整列され、これは従来「常閉鎖」スイッチと呼ばれている。
【００１６】
本発明のスイッチの他の好適な実施例によれば、偏光回転子後の反射面の使用は、その入射経路を戻るように制御を受けた偏光を方向付けるように作用し、スイッチの多数の構成要素の実質的な削減を可能とし、その結果、最初に述べた透過型実施例のほぼ半分になる。そのような反射型スイッチの実施例は、出力信号から入力信号を分離するために、入出力ビーム経路またはファイバに配置された、例えば、先に明らかにしたそれらのタイプのうちの1つのようなサーキュレータまたは偏光ビームスプリッタを使用する。さらに、偏光ビームスプリッタおよび1つ以上のサーキュレータの使用は、2方向スイッチが１×２または２×２の実施例として構成されることを可能にする。スイッチ要素の入出力側での偏光ビームスプリッタの使用は、また、１×２および２×２の透過型スイッチの実施を可能にする。
【００１７】
本発明のさらに好適な実施例によれば、反射型スイッチは、反射ビームが偏光回転子から入力ビームのそれと異なる経路に沿って戻されることを確保することにより、サーキュレータや偏光ビームスプリッタを使用することなく実施することができる。これは、一般に、入力ビームが直角に反射面に当たらないように入力ビームに関する反射面の適正な幾何的配置によって達成することができる。これを達成するために２つの主要な配置がある。入出力ビームの空間的変位は、分散面で実行することができ、この場合には素子を並べて配置することが知られており、あるいは、空間的変位は分散面と直角な面で実行することができ、その場合、素子が２つのレベル（平面）配置を持つことが知られている。さらに、以下に説明するように、これらの好適な配置は、それらで実施されるスイッチまたはスイッチアレイの実装容量で利点を有する。
【００１８】
本発明の上記した好適な実施例は、すべて、入射光信号の所望の波長成分のすべてを基本的に完全に伝え、あるいは所望の波長成分のすべての転送を基本的に完全に阻止するように設計されたスイッチで説明されている。本発明のさらなる好適な実施例によれば、同じスイッチ構造は、波長依存の可変光減衰器として動作するように配列することができる。この実施例では、ピクセルに適用された信号は、偏光アナライザを通して出力から伝送される偏光の成分をわずかに変化させるように、予め決められた中間調整にそのピクセルを通過している光の偏光を回転させるように決められる。ピクセルを通過している偏光の回転を変化させることにより、そのピクセルに対応する伝送波長の光レベルを最小および最大の伝送レベルの間で変化させることができる。
【００１９】
本発明のさらに好適な実施例によれば、また、上記したようなスイッチ構造ではあるが、横方向のビーム拡大が提案された適用に不要となり、したがって使用されず、偏光処理を受けた入力光は、直接波長分散素子に渡される。そのようなスイッチでは、集束素子のビーム開口数が分散方向に拡大する同様なスイッチより小さいので、集束したビームスポットはより大きく、対応して波長解像度が減少する。そのような解像度の低減は、隣接するチャネルの分離が重要なパラメータとなるチャンネルブロッキングあるいはスイッチングへの適用に不利益となるかもしれないが、スイッチング素子がチャネル中で均一な利得を得ようとして使われる動的な利得等化（ＤＧＥ）などの応用では、そのように重要ではないであろう。そのような適応では、隣り合うチャネル間の利得の変化が一般的により小さく、順応するので、チャネル−チャネル間の高解像度はまったく必要でない。
【００２０】
本発明のさらなる好適な実施例によれば、双方向光伝送系モジュールの最大利用を保証するために双方向光伝送特性を利用した新たな方法およびシステムが提供される。その光モジュールの入出力ポートには、入力または出力の各光が異なる経路に分離されるサーキュレータのような方向に依存した構成要素が設けられる。このように、光モジュールの各双方向ポートは、サーキュレータで２つの一方向ポートに効果的に変換され、そこでは、単一のモジュールを２つ別個の回路で使うことができるように、入出力信号が分離される。前記光学モジュールは、それが真に双方向性であるという条件で、波長選択スイッチ、ダイナミックゲインイコライザー、フィルタ、チャネルブロッカー、或いは他の光信号処理モジュールのような、好ましくは１×１光スイッチである。
【００２１】
本発明のさらに他の好適な実施例に従って、以下を含む波長選択光スイッチが提供される。
（ａ）複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を異なる偏光の２つの光ビームに分解するように適応する第１の複屈折素子と、
（ｂ）異なる偏光の前記２つの光ビームを予め決められた面に拡大するためのビーム拡大器と、
（ｃ）前記異なる偏光の拡大された２つの光ビームを受け、前記予め決められた面に前記拡大された光ビームの異なる波長成分を分散する第１の分散素子と、
（ｄ）前記異なる偏光の拡大された光ビームの前記分散波長成分を焦点面に集束するための少なくとも１つの光学素子と、
（ｅ）本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記拡大された光の個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルが該ピクセルに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
（ｆ）２つの拡大された光ビームの再生のために、前記偏光回転素子を通過した後に前記拡大光ビームの前記分散波長成分を収集するための少なくとも１つの光学素子と、
（ｇ）前記２つの拡大された光ビーム出力を受け、それらを２つの多重波長出力光ビームに結合する第２の分散素子と、
（ｈ）前記２つの多重波長出力光ビームが前記予め決められた面に圧縮されるように位置合わせされたビーム圧縮器と、
（ｉ）予め決められた異なる偏光の前記２つの多重波長出力ビームのそれらの波長成分のみを１つの透過出力ビームに結合するための第２の複屈折素子とである。
【００２２】
上記の波長選択光スイッチでは、少なくとも１つのピクセルに関連した波長成分を有する出力ビーム光の透過は、好ましくは、前記制御信号によって決まる。さらに、第１および第２の分散素子の少なくとも１つは、好ましくは低偏光依存損失を有する回折格子である。さらに、焦点面上への異なる偏光の前記拡大光ビームの前記分散波長成分を焦点面上に集束するための前記少なくとも１つの光学素子は、好ましくは前記第１の分散素子自体である。さらに、前記ピクセルに適用された前記制御信号は、好ましくは、前記ピクセルを通過する光の偏光方向を本質的に一貫した９０°回転させる。
【００２３】
さらに、本発明の他の好適な実施例に従って、上記の複数の波長選択スイッチを含む波長選択スイッチモジュールであって、前記波長依存スイッチの少なくとも２つは、分散素子、集束素子および偏光回転素子の少なくとも１つを共通で使用する波長選択スイッチモジュールが提供される。
【００２４】
本発明のさらに他の好適な実施例に従って、以下を含む波長選択光スイッチが提供される。
（ａ）複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を予め決められた本質的に同一の偏光方向を有する２つの光ビームに分解するように適応する第１の複屈折素子と、
（ｂ）前記２つの光ビームを予め決められた面に拡大するためのビーム拡大器と、
（ｃ）前記拡大された２つの光ビームを受け、前記予め決められた面に前記拡大された光ビームの異なる波長成分を分散する第１の分散素子と、
（ｄ）前記拡大された光ビームの前記分散波長成分を焦点面に集束するための第１の少なくとも１つの光学素子と、
（ｅ）本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記拡大された光の個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルが該ピクセルに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
（ｆ）２つの拡大された光ビームの再生のために、前記偏光回転素子を通過した後に前記拡大光ビームの前記分散波長成分を収集するための第２の少なくとも１つの光学素子と、
（ｇ）前記２つの拡大された光ビーム出力を受け、それらを２つの多重波長出力光ビームに結合する第２の分散素子と、
（ｈ）前記第２の分散素子よりも下流側に配置され、前記出力光ビームをそれらの入力経路に沿って反対方向へ前記スイッチを通って戻すように反射すべく作用する反射素子とを含み、前記スイッチからの伝送戻りのために、予め決められた偏光方向の前記少なくとも１つのピクセルを通って反射して戻る光の波長成分のみが前記第１の複屈折素子によって再結合される、波長選択光スイッチである。
【００２５】
直前に記載のスイッチは、また、好ましくは、第２の分散素子の後に置かれたビーム圧縮器を含み、前記反射素子は前記ビーム圧縮器の後に配置される。前記ビーム圧縮器は、好ましくは複数の要素からなり、該要素間に前記反射要素が配置される。前記スイッチは、また、好ましくは、前記反射素子の前に配置された線形偏光素子を含む。さらに、前記入力光は、好ましくは入力ファイバから受け、該スイッチを通って戻される前記光は、好ましくは出力ファイバに向けられ、その場合、前記スイッチは、また好ましくは、前記出力ファイバの光を前記入力ファイバの光から分離する分離素子を含む。このビーム分離素子は、好ましくはサーキュレータである。
【００２６】
本発明のさらに好適な実施例に従って、また、以下の波長選択光スイッチが提供される。
（ａ）複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を予め決められた本質的に同一の偏光方向を有する２つの光ビームに分解するように適応する複屈折素子と、
（ｂ）前記２つの光ビームを予め決められた面に拡大するためのビーム拡大器と、
（ｃ）前記拡大された２つの光ビームを受け、前記予め決められた面に前記拡大された光ビームの異なる波長成分を分散する分散素子と、
（ｄ）前記拡大された光ビームの前記分散波長成分を焦点面に集束するための第１の少なくとも１つの光学素子と、
（ｅ）本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記拡大された光ビームの個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルが該ピクセルに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
（ｆ）２つの拡大された光ビームの再生のために、前記偏光回転素子を通過した後に前記拡大光ビームの前記分散波長成分を収集するための第２の少なくとも１つの光学素子と、
（ｇ）前記２つの拡大され、再生された光ビームをコリメートするための第３の少なくとも1つの光素子と、
（ｈ）前記２つの拡大され、再生されてコリメートされた光ビームに配置され、また前記出力光ビームをそれらの入力経路に沿って反対方向へ前記スイッチを通して戻すように反射すべく作用する反射素子とを含み、前記スイッチからの伝送戻りのために、予め決められた偏光方向の前記少なくとも１つのピクセルを通して反射して戻る光の波長成分のみが前記複屈折素子によって再結合される、波長選択光スイッチである。
【００２７】
直前に記載のスイッチは、また、好ましくは前記反射素子の前に配置された線形偏光素子を含む。さらに、前記入力光は、好ましくは前記入力ファイバから受け、前記スイッチを通って戻される前記光は、出力ファイバに向けられ、その場合、前記スイッチは、また、好ましくは、前記出力ファイバの光を前記入力ファイバの光と分離する分離素子を含む。このビーム分離素子は、好ましくはサーキュレータである。
【００２８】
また、本発明のさらに他の実施例に従って、以下を含む波長選択光スイッチが提供される。
（ａ）複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を異なる偏光の２つの光ビームに分解するように適応する複屈折素子と、
（ｂ）前記２つの光ビームを予め決められた面に拡大するためのビーム拡大器と、
（ｃ）前記異なる偏光の拡大された２つの光ビームを受け、前記予め決められた面に前記拡大された２つの光ビームの異なる波長成分を分散する分散素子と、
（ｄ）異なる偏光の前記拡大された２つの光ビームの前記分散波長成分を焦点面に集束するための少なくとも１つの光学素子と
（ｅ）本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記２つの光の個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルが該ピクセルに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
（ｆ）前記偏光回転素子の前記少なくとも１つのピクセルを通過する前記２つの光ビームの前記波長成分が前記少なくとも１つのピクセルに戻るように、前記偏光回転素子の近傍で該偏光回転素子の後に配置された反射面とを含む、波長選択光スイッチである。
【００２９】
前に述べた波長選択光スイッチでは、前記少なくとも１つのピクセルを通って戻るように反射された前記２つの光の波長成分が本質的にそれらの入力経路に沿って反対方向へ、前記少なくとも１つの光学素子、前記分散素子、前記ビーム拡大器および前記複屈折素子を通って前記スイッチを戻るように向けられ、前記スイッチからの伝送戻りのために、好ましくは、予め決められた異なる偏光の前記少なくとも１つのピクセルを通って反射して戻る光の波長成分のみが前記複屈折素子によって再結合される。そのようなスイッチでは、前記少なくとも１つのピクセルに関連する波長成分を有する前記光の前記スイッチからの戻り伝送は、好ましくは制御信号によって決まる。さらに、前記少なくとも１ピクセルに適用された前記制御信号は、好ましくは、前記ピクセルを通過するひかりの偏光方向を本質的に一貫して４５°回転させる。さらに、前記入力光は、好ましくは、入力ファイバから受け、前記スイッチを通って戻される前記光は出力ファイバに向けられ、その場合、前記スイッチは、また、前記出力ファイバの光を前記入力ファイバの光と分離する分離素子を含むことができる。前記ビーム分離素子は、好ましくはサーキュレータである。
【００３０】
さらに、本発明の好適な実施例に従って、以下の波長選択光スイッチが提供される。
（ａ）第１の入力ポートからの複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を予め決められた本質的に同一の偏光を有する２つの光ビームに分解するように適応する複屈折素子と、
（ｂ）予め決められた同一の偏光を有する前記２つの光ビームを受ける偏光ビームスプリッタと、
（ｃ）前記偏光ビーム分割素子を透過した後、予め決められた面に前記２つの光ビームを拡大するためのビーム拡大器と、
（ｄ）前記拡大された２つの光ビームを受け、前記予め決められた面に前記拡大された２つの光ビームの異なる波長成分を分散する分散素子と、
（ｅ）拡大された前記２つの光ビームの前記分散波長成分を焦点面に集束するための少なくとも１つの光学素子と、
（ｆ）本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記拡大された光の個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルがこれに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
（ｇ）前記偏光回転素子の前記少なくとも１つのピクセルを通過する前記２つの光ビームの波長成分が前記少なくとも１つのピクセルに戻るように、前記偏光回転素子の近傍で該偏光回転素子の後に配置された反射面と、
（ｈ）前記偏光ビームスプリッタで反射され、前記予め決められた偏光と同様であるが直角な偏光を有する２つの光ビームを受けるために、前記偏光ビームスプリッタの反射出力に配置され、前記少なくとも１つのピクセルによって回転された偏光方向を有し前記偏光回転素子を通って反射して戻る前記２つの光ビームの波長成分が第１の出力ポートで前記スイッチから出力されるように、前記２つの光ビームを出力光ビームに作り直す第２の複屈折素子とを含む波長選択光スイッチである。
【００３１】
この波長選択光スイッチでは、前記偏光ビームスプリッタは、好ましくは、立方晶系偏光ビームスプリッタ、グラン・テイラー偏光子、グランレーザ偏光子、グラン・トムソンプリズム、ウォラストンプリズムおよびロッション偏光子のいずれか１つである。
【００３２】
さらに、この波長選択光スイッチは、また好ましくは、消光比を有し前記偏光回転素子と前記反射面との間に配置される直線偏光子であって前記ピクセルを透過する予め決められた偏光方向の光を前記消光比で減衰するように位置合わせされた偏光子を含み、その強度が前記消光比で２度減衰されるように、前記反射面による反射の後で前記減衰を受けた光は前記直線偏光子を２度目に通って戻る。さらに、この波長選択光スイッチは、好ましくは、また前記光ビームの経路上の前記偏光回転素子に至る前に配置された少なくとも１つの線形偏光素子を含む。直前に述べたこれらのすべての実施例では、前記偏光回転素子を通って戻る反射した前記２つの光ビームの波長成分は、好ましくは、該波長成分に関連して前記少なくとも１つのピクセルに適用される前記制御信号に従って前記第２の複屈折素子を通って前記スイッチから出力される。
【００３３】
前記スイッチは、また、好ましくは前記第１の入力ポートに配置されたサーキュレータを含み、その場合、前記ピクセルに適用された前記制御信号に従って前記第１の入力ポートへの入射光が前記サーキュレータまたは前記第１の入力ポートに戻るように向けられるべく、前記少なくとも１つのセルによって偏光方向が非回転であり前記偏光回転素子を通って戻る反射した前記２つの光ビームの前記波長成分が前記サーキュレータに戻るように向けられる。そのような場合、本発明の他の好適な実施例に従って、前記スイッチは、前記第１の出力ポートが光信号を加えあるいは取り出すことを可能とするように、前記第１の出力ポートに配置された第２のサーキュレータを含むことができる。前記分散素子は、好ましくは高効率回折格子である。
【００３４】
本発明のまた好適な実施例に従って、反射面を含む上記のいずれのスイッチの実施例においても、前記ピクセルに適用される制御信号は、好ましくは前記ピクセルを通過する光の偏光方向を一貫して本質的に４５°回転させるようになっている。さらに、反射型スイッチの実施例は、また好ましくは、前記反射面の前の複屈折ウエッジを含み、該複屈折ウエッジは予め決められた偏光の波長成分のみが直角な入射角で前記反射面に向けられ、また反射してそれらの入射経路に沿って戻るように角度を合わされている。
【００３５】
本発明のさらに他の好適な実施例に従って、以下の各ステップを含む反射型波長選択光スイッチを構成する方法が提供される。
（ａ）光信号の波長成分を選択すべくピクセル化された偏光回転要素を用いる波長選択光スイッチであって前記偏光回転素子のピクセルに当たる前記波長成分の偏光方向の回転によって前記光信号を切り換える波長選択光スイッチを用意すること、
（ｂ）複屈折ウエッジを通る前記光信号の前記波長成分が前記波長成分の偏光方向に応じた角度で逸れるように、前記偏光回転素子の後に前記複屈折ウエッジを配置すること、
（ｃ）前記波長成分が予め決められた偏光を有するときのみ法線入射で前記反射面に当たりまたその入射経路に沿って反射して戻るように、前記複屈折ウエッジの後に反射面を用意することを含む、反射型波長選択光スイッチの構成方法である。
【００３６】
上記の方法によれば、前記反射面は、好ましくは、前記複屈折ウエッジとは別の反射素子上または該複屈折ウエッジ自体の表面の膜によって提供される。
【００３７】
本発明のさらに他の好適な実施例に従って、また以下のステップを含む反射型波長選択光スイッチを構成する方法が提供される。
（ａ）光信号の波長成分を選択すべくピクセル化された偏光回転要素を用いる波長選択光スイッチであって前記偏光回転素子のピクセルに当たる前記波長成分の偏光方向の回転によって前記光信号を切り換える波長選択光スイッチを用意すること、
（ｂ）直線偏光子を通る前記光信号の前記波長成分が前記波長成分の偏光方向に依存するように、前記偏光回転素子の後に前記直線偏光子を配置すること、
（ｃ）前記波長成分が予め決められた偏光を有するときのみその入射経路に沿って反射して戻るように、前記直線偏光子後に反射面を配置することを含む、反射型波長選択光スイッチの構成方法である。
【００３８】
本発明のさらに他の好適な実施例に従って、以下を含む波長選択光スイッチが提供される。
（ａ）複数の波長成分を有する入力光を受けるための複屈折素子であって前記入力光を予め定義された偏光を有する２つの光ビームに分解するように適応する第１の複屈折素子と、
（ｂ）予め定義された偏光を有する前記２つの光ビームを受け、前記光ビームの異なる波長成分を分散する第１の分散素子と、
（ｃ）予め定義された偏光の前記２つの光ビームの前記分散された波長成分を焦点面に収束するための少なくとも１つの第１の光学素子と、
（ｄ）本質的に前記焦点面に配置された偏光回転素子であってその個々のピクセルが前記拡大された光の個々の波長成分に関連付けられるようにほぼ前記分散方向に沿ってピクセル化され、前記偏光回転素子の少なくとも一つのピクセルが該ピクセルに適用される制御信号によって当該ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
（ｅ）前記偏光回転素子の近傍で該偏光回転素子の後に配置された反射面であって前記光ビームが前記ピクセルを通って戻りかつ前記光ビームの入射経路とは空間的に別の出力経路に沿って反射するように位置合わせされた反射面と、
（ｆ）前記光を出力するための出力部とを含み、前記光ビームの透過が前記制御信号によって決まるように、前記出力経路が前記ピクセルを通過した後の前記光ビームを受け、予め決められた偏光のみを透過させる少なくとも１つの偏光選択素子を含む、波長選択光スイッチである。
【００３９】
直前に記載したスイッチでは、前記光ビームは反射されて前記入射経路から空間的に別個の出力経路に沿って戻され、前記光を出力する出力部は、好ましくは前記出力光ビームをコリメートするための少なくとも１つの光素子と、前記光ビームの個々の波長成分を多重波長出力高に結合するように作用する分散素子とを含み、前記偏光選択素子は、好ましくは、前記２つの光ビームを１つの出力ビームに結合するための第２の複屈折素子である。前記出力部の前記少なくとも１つの光学素子は、好ましくは前記第１の少なくとも１つの光素子と共通である。同様に、前記出力部の前記分散素子は、好ましくは、前記第１の分散素子と共通である。
【００４０】
さらに、入力光ビームが空間的に入射経路と別の出力経路に沿って反射して戻るようなスイッチは、また好ましくは、予め決められた面で予め定義された偏光を有する前記２つのビームを拡大するために、前記第１の分散素子の前に配置されたビーム拡大器を含むことができる。光を出力するための前記出力部は、また好ましくは、マルチ波長出力ビームが予め決められた面で圧縮されるように位置合わせされたビーム拡大器を含む。そのような場合、前記出力部の前記ビーム拡大器は好ましくは前記第１の光拡大器と共通とすることができる。
【００４１】
本発明のさらに他の好適な実施例に従って、入力光ビームが空間的に入射経路と別の出力経路に沿って反射して戻る波長選択光スイッチでは、前記第１の複屈折素子は、好ましくは、入力光を同じ偏光方向を有する２つの光ビームに分解する。その場合、前記スイッチは、好ましくは、また少なくとも１つの直線偏光子を含む。さらに、前記スイッチは、また好ましくは、偏光されたビームを分割するビームスプリッタを含み、該ビームスプリッタが、前記ピクセルに適用される前記制御信号に応じて、前記偏光回転素子の前記ピクセルからの入射光を前記偏光選択素子または分離されたポートに向けるように、前記ビーム拡大器と前記偏光選択素子との間に配置されている。
【００４２】
本発明のさらに他の好適な実施例に従って、入出力の両経路が空間的に個別である上記のような波長選択光スイッチが提供され、また第１の複屈折素子および第２の複屈折素子が光軸を有し、また該両複屈折素子は、それらの中で複屈折を受けたビームが収束するように、好ましくはそれらの光軸を相互に収斂させている。代替的に、また好ましくは、そのようなスイッチでは、前記両複屈折素子は、それらの中で複屈折を受けたビームが発散するように、好ましくはそれらの光軸を相互に分岐させる。
【００４３】
本発明のさらに他の好適な実施例に従って、入出力の両経路が空間的に個別である上記のような波長選択光スイッチが提供され、また前記第１の複屈折素子は、好ましくは、入力光を異なる偏光方向を有する２つの光ビームに分解する。
【００４４】
空間的に別個の入出力ビーム経路を有する上記の波長選択光スイッチのいずれにおいても、前記入出力経路は、好ましくは、それらの共通の面が前記分散面に直角となるように位置合わせされる。代替的に、また好ましくは、光ビームの入射経路および出力経路が前記分散面に配置されるように、前記反射面が位置合わせされる。
【００４５】
本発明のさらに他の好適な実施例に従って、空間的に別個の入射光経路および出力光経路を有する上記のいずれの波長選択光スイッチにおいても、入力光および出力光の少なくとも一方は、好ましくはファイバ光コリメータを経てそれぞれ前記スイッチに入力しあるいは該スイッチから出力する。さらに、好ましくはデュアルコリメータを経て、入力光が前記スイッチに入力しまた前記出力光が前記スイッチから出力する。後者の場合、前記スイッチは、また好ましくは、デュアルコリメータの下流にダハプリズムを含む。
【００４６】
本発明のさらにより多くの好適な実施例に従って、ビーム拡大を含む上記スイッチのいずれにおいても、ビーム拡大器、ビーム圧縮器またはその双方が、好ましくは、１対のアナモフィックプリズム、単一プリズムおよび円柱レンズ望遠鏡システムのいずれか１つとすることができる。そのような場合、少なくとも１つの前記プリズムの少なくとも１つの面は、好ましくは、そこに存在する低偏光依存損失の非反射膜を有する。
【００４７】
さらに、上記の波長選択光スイッチのいずれにおいても、焦点面上に前記光ビームの分散波長成分を集束するための少なくとも１つの光学素子は、好ましくは前記分散素子自体とすることができる。
【００４８】
最後に、先に記載の波長選択光スイッチの実施例のいずれにおいても、前記偏光回転素子は、好ましくは、液晶セルである。
【００４９】
本発明のさらなる好適な実施例に従って、光学系が２つの別個の単方向性回路のために使用することができるように、第１および第２のポートのそれぞれに、第１および第２のポートと、サーキュレータとを有する双方向性光モジュールを含む光学系が提供される。前記サーキュレータの少なくとも１つは、好ましくは３ポートサーキュレータである。前記光モジュールは、好ましくは、波長選択光スイッチ、チャネルブロッカ、動的な利得を示すイコライザーまたはフィルタのいずれか１つとすることができる。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０５２５０７号パンフレット
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明は、図面に関連する以下の詳細な説明からより十分に理解され、高く評価されるであろう。
【００５１】
図１Ａを参照するに、該図は、係属出願中のＰＣＴ／ＩＬ２００３／００１００２に記載されたと同様であるが、いくつかの相違点を有する本発明の好適な実施例による光ファイバ、単極、波長選択光スイッチ構造を概略的に示す。そのようなスイッチは、それが１つの入力チャンネルを１つの出力チャンネルに切り換えることができるので、１×１スイッチとして、知られている。図示の好適なスイッチ構造は、また波長選択可変光減衰器として動作する。前記スイッチ構造は、波長選択性能を有することから、光学情報スイッチングすなわちルーティングネットワークの可変チャンネルブロッカー（遮断器）あるいは減衰器として動作することができるように、予め選択された所望の波長を切り換えるか、あるいは減衰さえることができる。
【００５２】
図１Ａに示された好適な実施例は、最初に、そのスイッチングあるいは減衰機能に基本的な直線偏光を用いて説明されている。切り換えまたは減衰を受ける信号は、入力ファイバ８からコリメータ１０へ、またそこから好ましくは、中国、福州のＪＤＳＵ−Ｃａｓｉｘ社から市販されているようなＣ偏光子１２に入力する。Ｃ偏光子は、好ましくはＹＶＯ4などの複屈折結晶から成り、該結晶は入力信号を２つの相互に直角なＳおよびＰ偏光成分に分割するように動作する。係属出願中のＰＣＴ／ＩＬ２００３／００１００２に記載された実施例では、半波長板が前記結晶の出力ポートの適切な一半上に置かれており、この半波長板は、Ｃ偏光子から出る両ビームが、この好適な実施例の説明の目的のために、図面の紙平面内にあると定義されるのと同じ偏光方向すなわちＳ偏光を有するように、Ｐ偏光成分を回転させる。その結果、前記スイッチへの入力点での光の偏光方向の瞬時の方向の如何に拘わらず、前記入力信号から引き出された２つの空間的な位置の取り替えによるＳ偏光のビームが生成される。ファイバを透過した光信号の偏向方向が一般に未知であることから、この結果は重要である。本発明の前記スイッチは個々の成分ビームを個々に利用せずに前記両成分の合計を利用して動作するので、2つの空間変位した両Ｓ偏光成分の強度比は入力偏光方向に依存するが、この従属関係は一般に重要ではない。本発明のさらなる好適な実施例によれば、出力に半波長板を有するＣ偏光子１２に代えて、光の偏光をＳおよびＰの偏光ビームに分割するために、好ましくは、ＹＶＯ４ビームウオークオフ結晶のような従来の複屈折結晶を図１Ａの実施例に使用することができる。この好適な実施例は、後の図４Ｃに関連して、さらに説明されるであろう。
【００５３】
Ｃ偏光子１２の消光比は、一般に３０ｄＢの次数（オーダー）を有する。消光比を増大させるために、米国、ニューヨーク州のＣｏｒｎｉｎｇに在るＣｏｒｎｉｎｇ社から入手可能なＰｏｌａｒｃｏｒ（商標）素子などの直線偏光子１４を前記Ｃ偏光子の出力にオプションで配置することができ、該直線偏光子は、望ましくないＰ偏光成分を減少させるために、前記Ｃ偏光子から出る光のＳ偏光方向に平行に整列される。前記スイッチの動作モードの以下の説明から理解されるように、消光比が高いほど、前記スイッチによって得られるオン／オフ比は高くなる。
【００５４】
本発明の好適な実施例によれば、Ｓ偏光ビームは、次に、図面の平面に平行な面でビームを拡大するために横方向に拡大率を有するが図面の前記面と直角な方向には殆ど拡大しないビーム拡大器に向けられる。好ましくは、アナモフィックプリズムペア１５、１６が用いられる。一方向への拡大を達成するアナモフィックプリズムペアの好ましい使用は、価格および配列の容易さが考慮される場合には、例えば円柱レンズ望遠鏡または単一プリズムよりもむしろ有利である。単一プリズムの実施例は、入力ビームに平行ではなくまた比較的低い拡大率を有する出力ビームを結果として生じるという不利をもつ。２つのプリズムを用いた解決策は、円柱レンズを用いる解決策に比べて、以下に説明されているように、そのようなプリズムペアへの入射角をブリュースター角の近傍に設定できるので有利であり、このブリュースター角では、P偏光成分がプリズムペアを透過する効率は、円柱レンズ望遠鏡を透過する効率よりもずっと低い。したがって、これは、円柱レンズ望遠鏡を使用するシステムに比べて、システム全体のブロック（遮断）効果を改善する。
【００５５】
広げられたビームは、次に、回折格子１８に向けられ、該回折格子は前記光ビームを図面平面内でその個々の波長成分に分散するように動作する。回折格子刻線の方向のビームに直角な方向へ広げられたビームを使用することにより、より高い解像力の達成が可能となり、また、これにより前記スイッチの波長解像度が増大し、５０ＧＨｚのチャネル間隔およびその近傍のような高密度ＤＷＤＭシステムでそれが動作することを可能にする。前記回折格子は、より低次の単純な回折格子またはより高い次数のエシェル格子か否かに拘わらず、好ましくは、最大の効率と、分散の要求されるレベルとの双方を有するように選択された次数で動作する。前記回折格子は、切り換えられるべき分散波長の範囲が回折されて結像レンズ２０を通って戻るように、位置合わせされる。前記スイッチは、また、格子に無関係の偏光で動作することが理解されるであろうが、前記格子は、前記モジュールの消光比をさらに増大させるように、Ｓ偏光方向に高い回折効率を有し、Ｐ偏光成分に低い回折効率を有する高効率タイプを選択することが好ましい。
【００５６】
代替的に、また好ましくは、Ｐ偏光に高い効率を示す回折格子を使うことができる。この場合、以下に記載し、図４Ｂに関連して示すように、Ｐ偏光は、円柱レンズを通過する場合、アナモフィックプリズムペアを通過する場合よりも高い効率を示すので、以上に述べた理由により、横方向へのビームの拡大のために、アナモフィックプリズムペアよりもむしろ、円柱レンズ望遠鏡を使うことが良い。
【００５７】
代替的に、好ましくは、回折格子は、位置１９に回転することができ、該位置では、前記回折格子は負の次数モードで動作する。この場合、入力ファイバ５０、コリメータ５２、Ｃ偏光子５６、直線偏光子５４およびの1対のアナモフィックプリズム５８、５９から成る入力モジュールは、回折格子１９と結像レンズ２０との間の光軸の内側に位置することから、したがって、スイッチモジュールの全横幅を減少させることができる。図１Ａでは、この内側入力モジュールからの光ビーム経路が概略的に拡大された状態で示され、また回折格子１９からの波長分散が概略的に示されているが、他方、前記外側入力モジュールでは図面の明瞭化のために、入力ファイバ８から光軸のみが描かれている。
【００５８】
図1Ａには、入力光信号の多数の波長成分を一般的に表すために、回折格子１８または１９からの２つの分散ビームが描かれている。一方の分散された波長が破線で示され、他方が実線で示されている。分散されたビームは、レンズ２０によって、偏光回転素子２４、好ましくは液晶セルの平面上に集束される。図１Ａの好適な実施例では、前記結像レンズと以下で説明される相補的なコリメートレンズ３２とは、単レンズとして示されているが、これらのレンズのいずれもの機能が、また、図１Ａに示されているような単一要素構成であるか複数の構成要素構成であるかに拘わらず、必要な光パワーを有するいかなる光素子によってでも果たすことができることが理解されよう。
【００５９】
偏光回転素子の特に便利な形態として、液晶セルの使用は、単一の液晶セルに制限されることを意図しない。用語「液晶セル」は、また、偏光回転素子として動作可能な液晶セルおよび波長板の多くの変形または組合せに及ぶことを意図されていることが、この応用にわたって理解されるであろう。以下に記載されているように、これらのさまざまな変形または組合せは、一般的に、本発明のスイッチの種々の好適な実施例の一つまたはそれ以外に使用される。以下のリストは、用語「液晶セル」または「液晶要素」によって理解され得る可能な実施例を制限することを意図しておらず、そのような変形および組合せのようないくつかの一般の好適な例は、以下に示されるとおりである。
（ａ）通常半波長の不活性複屈折を示し、ノーマリグレイ（通常灰色）形態として知られた結果を生じる単一セル、
（ｂ）付加の半波長板と共に、その組み合わせが不活性の零複屈折を生じ、その結果ノーマリホワイトの形態を生じる単一セル、
（ｃ）係属出願中のＰＣＴ／ＩＬ２００４／０００３８９に記載された「カスケードの液晶要素を備える光学素子」のような零の活性複屈折素子を有し、結果としてノーマリホワイト形態を生じる一対の直列配置されたセル、および
（ｄ）上記のＰＣＴ出願に記載されているように、付加の半波長板と共に、その組合せが不活性の半波の複屈折を示しＨＷＰの波長依存性のために結果としてノーマリグレイ形態を生じる一対の直列配置されたセル。
【００６０】
上記の変形および組合せは、回転された偏光ビームが液晶を一度だけ通過する透過型への適用に適切である。回転された偏光ビームが液晶を２度通過する反射型の実施例のために、上記リストの参照により半波長に対し４分の１波長で置換されることが理解されよう。
【００６１】
図１Ａに例示されているように、偏光回転素子は、異なる分散波長が前記素子の異なるピクセルのそれぞれに当たるように、好ましくは、波長分散の方向にピクセル化されている。第１の適正な駆動電圧Ｖが、好ましくは従来よく知られた前記素子の表面を覆う透明な酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）電極によってピクセルに印加されると、該ピクセルを通り抜けている光の偏光はＳからＰ偏光へ好ましくは９０°回転する。その効果は、以下に説明する。第２の適正電圧がそのピクセルに印加されると、光はそのＳ偏光を不変の状態で通過する。
【００６２】
液晶セル２４を通過後、偏光変調を受けたビームは前記スイッチモジュールの出力側を通過する。該スイッチモジュールは、好ましくは、前記した入力側のそれらと相補的な構成要素を有する。したがって、前記モジュールの出力側は、好ましくは、折り曲げ（folding）ミラー３０と、結像レンズ対２０、３２に従来よく知られているように最適な伝達特性を提供すべく入力集束レンズ２０から好ましくは距離２ｆを隔てた相補的な結像レンズ３２と、前記所望の波長の分散光を受けて再結合するように動作する回折格子３４と、(横方向へのビーム拡大が前記スイッチ中で使用されているそれらの好適な実施例では、)横方向に拡大されたビームを一対の本質的に対称なコリメートされたビームにコリメートすべく動作するアナモフィックプリズムペア３６、３８と、入力ポートでコリメート（平行に）されたこの対をなすビームを受光し単一の結合されたビームを出力するＣ偏光子４２と、この単一出力ビームを出力ファイバ４６に供給するコリメータ４４とを含む。前記入力側におけると同様に、出力回折格子３４の負の一次回折または他の負の次数を利用することにより、回折格子３４を前記コリメータレンズ３２に結合する線の内側に、出力ファイバおよび該出力ファイバに関連付けられた構成要素を配置することができる。一般的に、前記モジュールの対称性を維持するために、入力および出力の両回折格子は、好ましくは同じ次数で動作する。従来よく知られているように、最適な光の転送効率を提供するために、回折格子間距離は、好ましくは４ｆである。消光比をより一層増大させるために、Ｐ偏光方向を有する波長光が前記偏光子の透過を阻止されるように、図面の平面に平行な偏光方向を有するように整列された直線偏光子４０を出力Ｃ偏光子４２の前に配置することができる。
【００６３】
オフ状態における前記スイッチの減衰は、２つの垂直なＳおよびＰの両偏光間の全体的な消光比（ＥＲ）によって決まる。この全体的な消光比は、Ｃ偏光子ＥＲ、回折格子ＥＲ、プリズムＥＲおよびモジュール配列の組合せに起因する。偏光が前記液晶セルの中で回転しなかった波長の光は、任意（オプション）の直線偏光子４０と、事実上減衰を受けなかった出力Ｃ偏光子４２とを通過し、これにより、前記スイッチは、その特定の波長にとって、オン状態で在り続ける。透過信号中の唯一の減少は、そのときの前記スイッチの挿入損から生じる。前記液晶素子の各ピクセル駆動回路は、このように、前記システムの動作の要求によって、異なる瞬間での異なる波長を調子を合わせて通過させるかまたは遮断するために、通信または情報制御システムによってプログラム制御を受けることができる。
【００６４】
Ｃ偏光子１２、４２の出力の近くに配置される直線偏光子１４、４０以外にも、消光比をなお一層増大させるために、好ましくは、付加の直線偏光子２６、２８を液晶セル２４のどちらの側へも配置することができる。液晶セルが一般的に使われるネマチックの結晶タイプを有し、ラビング方向がそれを横切る光の偏光方向に関し４５度であるならば、ピクセルを横切る電圧が最大減衰すなわち遮断のために設定される場合、ピクセルを通過する間に光りが受ける位相差はπである。他方、複屈折を減少させるために電圧が調整されると、前記セルを通して位相の変化は０に向かい、また前記挿入損は最小になる。従来よく知られた如何なる代替タイプの液晶素子をも、同様に好ましく使用することができ、また、その主要な必要条件は、全体的な透過または遮断機能を提供すべく、前記スイッチ構造の出力側で、そのときに分析できる光の偏光変化を発生させる能力を有することである。
【００６５】
パッケージの設置面積の減少のために、集束レンズ２０および偏光回転セル２４間の通路で、ビームは、反射ミラー２２によって、また同様にセル２４の出力経路側のミラー３０で、好ましくは折り曲げられる。他の折り曲げミラーは、また、モジュールサイズをより一層減少させるために、モジュール中の適切な他の場所で使用することができる。
【００６６】
図１Ａの好適な実施例で示された前記スイッチ構造が、減衰器として使われるとき、偏光回転素子２４の種々のピクセルに印加される駆動電圧Ｖは、上記したように、そのピクセルを横切る光信号の減衰に必要なレベルが出力で得られるように、90°以外の偏光回転を提供できるように決められる。
【００６７】
さらに直線偏光素子１４および４０(または５４および４０)が好ましくは１／４波長板によって置換される場合、光は円偏光ビームに変換され、図１Ａのスイッチまたは減衰器構造は、前記液晶素子２４の各ピクセルを通過する光の円偏光の回転方向を変えることにより、上記に説明したように、動作可能である。これに代えて、好ましくは、付加的な１／４波長板２５、３７（または５５、３７）を前記した直線偏光子１４、４０の後および前にそれぞれ追加することにより、１／４波長板への入力がより完全に直線偏光となることから、より完全な円偏光出力が結果として生じる。そのような実施例では、直線偏光子２６、２８が不要になるであろう。
【００６８】
次に図１Ｂを参照するに、該図は線形ビーム拡大器が用いられた好適な実施例のためにピクセル化された偏光回転素子２４の異なるピクセル２７に当たる集束ビームを概略的に示す。波長分散方向でもあるビーム拡大方向に沿った集束レンズ２０の大きな有効開口数により、入力ビームはそれと直角な方向よりも分散方向でより狭い細長いスポット２９に集束する。その幅はピクセルサイズより狭く、ピクセルとピクセルとの間のそのようなそのはっきりとした輪郭が可能となる。線形のビーム拡大の程度がより高いほど焦点スポットの波長分散方向は狭くなり、したがって前記スイッチの各チャンネルの帯域幅は高くなる。本発明のこの実施例によれば、方向性を有するビーム拡大の使用は、スイッチのような実施例の波長解像度を十分に改善することを可能とし、その結果、高密度チャンネル配置のシステムに使用しても、良好なチャンネル間識別を達成することが可能となる。
【００６９】
本発明のさらに好適な実施例によれば、本願の要約部で先に述べたと同様に、本願明細書に記載されたいずれの波長選択スイッチも、また好ましくは、図１Ａの実施例に示されている横方向ビーム拡大器１５、１６を使用することなく稼働することができる。ビーム拡大を行わないそのような実施例のための図１Ｃを次に参照するに、該図はピクセル化された偏光回転素子２４の異なるピクセルに当たる集束ビームを概略的に示す。集束レンズ２０の小さい有効開口数のため、スポット３１に集束する入力ビームの寸法は、それがピクセル化された偏光回転素子の１つのピクセルよりも多くのピクセルを覆うように、ピクセルサイズよりかなり大きい。その場合、ピクセル−ピクセル間の識別は可能ではない。しかしながら、そのようなスイッチの実施例の波長解像度は、一般的に、ダイナミックゲインイコライザーへの適用のような離散的通信路分離が不要な応用での使用には十分に良好であり、そこでは、チャンネルからチャンネルへのすなわち隣接するチャンネル間ではなく、多数のチャンネル上で徐々にのみ変化する波長選択の切り替えあるいは減衰が必要とされる。ビーム拡大素子１５、１６およびそれに対応するビーム圧縮素子３６、３８の削除は、ビーム拡大／圧縮器を利用した、より高解像度デバイスに比べて、そのようなデバイスのコストの低減が可能となる。代替的で、より高価でない実施例は、より大きなピクセルを有する偏光回転素子により、達成することができ、その場合、ダイナミックゲインイコライザーなどの応用に必要とされている解像度を提供すれば、十分である。
【００７０】
図２Aを参照するに、該図は、図１Ａに示された好適な実施例の分散回折格子１８と収束回折格子３４との間の分散ビーム光学経路の分散方向に直角な平面の概略的な側断面図であり、好ましくは前記液晶素子２４から各レンズの焦点距離の間隔ｆを隔てた一対のレンズ２０、３２によって、光が前記液晶素子上に収束しまた該液晶素子から結像される方法を示す。構成要素は、図１Ａで用いられたそれらと同じ参照符号を付されている。最もよい結合を提供する従来技術で知られ、先に述べたように、２つの回折格子間の距離は、好ましくは、４ｆであるように設計される。
【００７１】
前記偏光回転素子上への分散した光の波長成分を集束しそこからの光の結像を達成するレンズの使用に代えて、好ましくは、凹面格子をこれらの機能の一方または両方のために、使用することができる。次に、図２Bを参照するに、該図は分散方向と直角な平面の図であり、そのような実施例を示す。凹面の分散回折格子２１は、液晶素子２４の平面の上に入射する拡大された光を分散し、またそれの焦点を合わせ、凹面の分散回折格子３５は液晶素子２４を通過後の光の分散波長成分を収集し、好ましくは、前記ビーム圧縮器へ向けて生じる多重波長ビームをコリメート（平行に）する。さらに他の一層好適な実施例によれば、これらの機能のいずれか一方をレンズで達成し、他方を凹面回折格子を用いて達成することができる。スイッチを通過している光を集束しあるいはコリメート／結像する補助機能を実行する凹面の分散回折格子の使用は、図１Ａの実施例に関連して記載されたが、そのような凹面格子構造は、本願で説明された他のいずれの実施例にも使用でき、それによって集束、コリメート／結像のための複数の光学要素あるいは単一の光学が不要となることが理解できよう。
【００７２】
次に図３を参照するに、該図は図１Ａに示された好適な実施例のC偏光子１２の概略図である。C偏光子は、出力ポートのP偏光側に半波長板１３を有するYVO4などの好ましくは複屈折ビームウオークオフ結晶を含む。オプションの直線偏光子１４は、消光比の改善のために組み込まれており、S偏光方向に平行に整列され、出力ビームの両部分内に配置されている。個々のPおよびSの偏光成分は、図面に示された２つの出力ビーム上に明示されている。光学複屈折軸１１は複屈折するビームの方向と４５°で示されている。
【００７３】
次に、図４Ａを参照するに、該図は、図１Ａに示された好適な実施例のアナモフィックプリズムペア１５、１６の概略図であり、前記C偏光子からの全体寸法dを有する細い光が全体寸法Dに一方向へのみ本質的に横に如何に拡大されるかを示す。倍率は、好ましくは、プリズム頂角、プリズム素材およびプリズム間相互の角度の関数として、×２および×６あるいはそれ以上の間に設定することができる。プリズム間の間隔は、入出力ビーム間の光軸変位を決める。この２つのビームは、好ましくは相互に平行にされる。
【００７４】
次に図４Bを参照するに、該図は、図１Ａの実施例に使用するためのビームの横方向への拡大の他の好適な方法を示す概略図であり、円柱レンズ２１および２３を含む円柱レンズ望遠鏡システムを用いる。前記Ｃ偏光子からの全体寸法ｄの細い光は、図４Ｂの上部に示されているように、全体寸法Ｄに一方向へのみ本質的に横に拡大され、他方、垂直方向には、図４Ｂ下部に示されているように、拡大は全く発生しない。しかしながら、適正な偏光感度の非反射膜を有するアナモフィックプリズムペアは、また、この役目に使用するのに有利である。
【００７５】
次に図１Ａまたは２Ａに示された実施例のスイッチング効果を示す図４Ｃを参照する。図４Ｃは、図２Ａに示されたと同様なスイッチの概略図であり、両図面で等価の部品には図２Ａにおけると同一の参照番号が用いられている。好ましくは、高効率回折格子１８、３４が用いられ、そのような回折格子は、一般的にはＳ偏光に対しては８０％、またＰ偏光に対しては２０％のオーダーの効率を有するので、これらの実施例では、Ｃ偏光子は、Ｓ偏光出力を提供するように使用されている。そのような実施例では、前記ＬＣＤがそこを通り抜ける光の通路に偏光回転を生じさせなければ、入力で両ビームのＳ偏光は出力でＳ偏光のままであり、従って、入射光は前記スイッチを透過する。他方、前記ＬＣＤが、そのセルがλ／２に近い複屈折を有していると、両ビームのＳ偏光はＰ偏光に変換され、両方のビームは結合出力されず、その結果、光は殆ど完全にブロックされる。
【００７６】
次に、本発明の他の好適な実施例を説明する図４Ｄを参照するに、そこでは、低い偏光依存損失（ＰＤＬ）を有する回折格子２７、２９が使用されている。
そのような回折格子は、一般的に両偏光に対し同様な効率を有し、いずれの方向の偏光に対しても８０％程の高さであることから、従って、ＰまたはＳ偏光のそれらからの回折は公平である。光の偏光をＰおよびＳ偏光ビームに分割するために、そのとき、図３および図４Ｃの実施例に示されたＣ偏光子に代えて、好ましくはＹＶＯ４ビームウオークオフ結晶のような従来の複屈折結晶を使用することができる。そのような配置では、前記ＬＣＤの複屈折が零のような場合、それらの焦点を通るビームの幾何学的クロスオーバのために、ＰおよびＳ偏光ビームは前記ＬＣＤの通過後、それらの位置を変換し、したがってスイッチ出力に結合されない。従って、前記スイッチは光をブロックする。そのようなスイッチの動作は、図１０Ａおよび１０Ｂにより詳細に示されている。図４Ｄの実施例では、複屈折を正確に零にすることができ、従って、いかなる影響をも排除して完全にブロックすることができる。
【００７７】
次に、図４Ｅを参照するに、該図は本発明の透過型スイッチの他の好適な実施例を分散面に直角な平面で見た概略図である。この実施例は、この透過型スイッチが特にコンパクトな構成を有するように、一対の反射面９５、９８によって好ましくはビームが折り返されている点で先の透過型の実施例とは、異なる。デュアルファイバコリメータ８４が、出力信号ファイバ９９から入力信号ファイバ８３を分離するために、好ましくは使用される。デュアルファイバコリメータ８４からの出力ビーム８７は、好ましくは、図４Ｅの実施例に好適に示されているダハプリズム（ルーフプリズム）８８のようなビーム屈曲素子に入力される。このプリズムは、前記デュアルファイバコリメータの出口での光学系の光軸からのずれを修正するために、ビーム８７を屈折させるように動作する。このずれは、ダハプリズム８８の動作を示すために、図４Ｅでは誇張されている。代替的に、また好ましくは、入力および出力の両信号の分離は、２つのシングルファイバコリメータであって、その一方は入力側Ｃ偏光子に供給しまたその他方は出力側Ｃ偏光子から供給を受ける２つのシングルファイバコリメータで実行することができる。そのような入出力配置が図７の実施例に関連して以下に示されている。次に、入力ビームは、両出力ビームがＳ偏光方向を有するように、Ｃ偏光子８９に入力する。次に、オプションの線偏光子９１を通過した光はスイッチの消光比の増大のためにＳ偏光の透過光にそろえられ、次に好ましくはアナモフィックプリズムペア９２によって横方向に拡大される。横への拡大方向が図の紙面と直角であるので、それは図４Ｅでは、明白ではない。拡大された光ビームは、次に好ましくは回折格子９４で、また前記図の紙面に直角な方向へ波長分散を受け、結像レンズ９５により、直角プリズムの斜辺面９５のような４５°表面からの全反射の後、ピクセル化された液晶９７上に集束され、そのピクセル軸は図面と直角な方向に伸びる。代替的に、また好ましくは、前記ビームに関して好適に４５°に位置合わせされたミラーを使って達成することができる。前記レンズは、前記光が前記ピクセル面に集束し、異なる波長が前記液晶の異なるピクセル上に当たるように、配置される。前記ピクセルは、特定のピクセルを通過している波長が阻止されることになっているか透過することになっているかに応じて、ＳからＰ偏光へ各ピクセルを通過している光の偏光を回転させあるいは回転させないように、制御される。
【００７８】
前記液晶を通った後、前記光は、好ましくは、直角プリズムの他方の４５°（または４５°に傾斜したミラー）に入射し、その斜辺面９８から全体的に内部で反射され、レンズ９６によって回折格子９４に戻されて結像され、該回折格子で分散した波長成分が再結合される。拡大されたビームは、次に、アナモルフィックプリズムペア９２によって圧縮され、オプションの直線偏光子９１に出会う。該直線偏光子は、回転したＰ偏光で光を遮断し、すなわち、そのままの回転しなかったＳ偏光で光を通すように、動作する。Ｓ偏光の透過したビームは、次に他方のC偏光子９０で再結合し、ダハプリズム８８を経てデュアルファイバコリメータ８４の第２のポート８６に方向付けられ、ここから伝達信号が出力ファイバ９９を経て出る。図４Ｅに示した実施例では、入出力ビームが共に近接して位置するので、前記液晶素子の入出力の両側のために、オプションの直線偏光子９１、ビーム拡大９２、ビーム分散９４およびビーム集束９６の機能を実行するためにそれぞれ単一構成要素が用いられた。しかしながら、その別個の入力および出力の構成要素は、好ましくは入力側および出力側で十分に等しいものが使われることが理解されるであろう。
【００７９】
図４Ｃのスイッチング配置が使われているように、図４Ｅの実施例は、高効率回折格子およびＣ偏光子８９、９０を使って、説明されている。この実施例は、また、代わりに図４Ｄのスイッチング配置を使って構成することができることを理解できよう。この場合、低ＰＤＬ回折格子が高効率回折格子の代わりに使われ、図４Ｄを参照して説明したように、入力偏光をＳおよびＰ偏光に分割するために、およびスイッチの出力側で光ビームを再結合するために、Ｃ偏光子８９、９０に代えて、ＹＶＯ４のような従来の複屈折要素が好ましくは用いられる。
【００８０】
本発明の上記実施例では、ただ一度、偏光回転素子を横切り、光は入力ポートから出力ポートへスイッチを透過して通り過ぎる。
【００８１】
次に図５Ａおよび５Ｂを参照するに、これらは本発明のより好適な実施例に従って構成され、動作する波長選択スイッチの更なるタイプをその頂部として知られたところから見て示す概略図である。これらの好適な実施例は、反射型の実施例であり、反射面からの反射後に作用するピクセルを通って戻るようにビームを方向付ける前記反射面が組み込まれる点で、先の実施例で示されたものと異なる。共通の構成要素が等価に利用されるが、スイッチの入力および出力側で反転機能すなわち鏡像機能が利用される。この方法では、スイッチを構成するために必要とされている構成要素の数は、例えば図１Ａで示された透過型実施例のそれの殆ど半分にまで減少する。しかしながら、これらの反射型の実施例では、そこで、本質的に標準反射が使われ、付加の構成要素は、切り換えられた出力信号から入力信号を分離するためにスイッチの入出力端に必要とされる。図５Ａでは、この付加の構成要素はサーキュレータであり、他方、図５Ｂの実施例では偏光ビームスプリッタである。
【００８２】
図５Ａに示された実施例では、入力信号６０は、好ましくは、サーキュレータ６２およびコリメータ６４を経て、入力信号ビームをそれらの偏光によって２つのビームに分解するための複屈折素子６６に適用される。図５Ａおよび５Ｂで使われた破線の中心線は、光軸を表すことを意図し、個々の光を表すものではない。複屈折素子６６は、同じ偏光、好ましくはＳ偏光の出力ビームを提供するＣ偏光子であっても良く、その場合、スイッチング構造の動作は図４Ｃの実施例に記載されたそれであり、あるいは異なる偏光であるＳおよびＰ偏光を提供すべく、ＹＶＯ４結晶のような複屈折ビームウオークオフ素子であってもよく、その場合、スイッチング構造の動作は図４Ｄの実施例に記載されたそれである。スイッチの動作を説明するために、スイッチング機能の構造が図４Ｃに示されたそれに類似するように、Ｃ偏光子を使っている好適な実施例が使われるであろう。しかしながら、以下で特に言及されたケースを除いて、スイッチング機能の構造が図４Ｄに示されたそれに類似するように、これらの反射型の実施例がウオークオフ複屈折結晶を使って等しく実施できることが理解されよう。
【００８３】
さらに、複屈折結晶６６は、複屈折を受けたビームを分散方向と直角すなわち図５Ａの紙面と直角な方向へ偏向させるように、その光軸を位置合わせされ、また、結晶の出力面の頂部または底部に応じた半波長板が配置される。それらに特定の偏光を有する２つのビーム成分は、図５Ａがスイッチの平面図であるという意味で、一方が他方の上に重なって前記複屈折結晶から出力される。
【００８４】
代替的に、また好ましくは、複屈折を受けたビームが分散の方向に、すなわち図５Ａの図面の紙面上で偏向されるように、前記光軸を位置合わせすることができ、また半波長板を前記結晶の出力面の左右に応じて置くことができる。それらに特定の偏光方向を有する２つのビーム成分は、図５Ａがスイッチの平面図であるという意味で、横に並んで前記複屈折結晶から出力される。
【００８５】
複屈折を受けたビーム成分の偏向方向のためのこれら2つの異なる形態、すなわち「２平面」および「横並び」は、スイッチの幾何学的配置および寸法に大きな影響を及ぼし、これらの違いは、基本的に、本願明細書に記載された実施例のすべてに適用可能である。種々の配置の結果として生じるスイッチ寸法の詳細は、図１２Ｄに関連して、より十分に説明されている。
【００８６】
前記Ｃ偏光子から、前記ビームは、好ましくは、Ｓ偏向方向に並列に位置合わせされたオプションの直線偏光子６８に向けられ、次に一対のアナモフィックプリズム６９、７０のようなアナモフィックビーム拡大器に向けられ、該拡大器は前記ビームを図５Ａの実施例では紙面である１つの予め定義された面内で拡大する。前記図面の紙面内で前記プリズムペアによって横方向へ拡大された前記ビームは回折格子７２に当たり、光は前記紙面内でスペクトルに分散し、集束レンズ７４に向けられる。このレンズは、好ましくは、４ｆ配置を使って、最高の光の性能を提供するために、反射面から当該レンズの焦点距離ｆの間隔をおいて配置されている。前記レンズは偏向回転素子７６、好ましくはピクセル化された液晶セルを通してビームの焦点を合わせる。集束レンズ７４に代えて、図２Ｂの実施例に関連して前記したように、回折格子７２は、図５Ａの反射型の実施例で必要とされている分散および集束機能の双方を実行するような凹面回折格子とすることができる。液晶素子７６は、好ましくは、特定のピクセルが選択され、適切な切換電圧の印加によって動作されると、その液晶セルのピクセルが１／４波長板として振る舞い、当該ピクセルを通過する光の線偏光を円偏光に変換する。非動作時では、ピクセルを通過しても偏光の変換は生じない。前記液晶セルを通過した後、光は、前記セルに近接してその近傍に配置された反射面８０に当たり、反射して前記セルを通って戻る。反射板表面８０は、前記ビームがその行きと戻りとの両方向で前記回転素子のピクセルの最小面積上に良好に集束するように、できるだけ偏光回転素子７６に近く置くべきである。反射板表面８０は、好ましくは、前記セルの後面または内面上の適当な被膜を使ってセルの一部として形成することができる。反射の効果は、ビームの伝搬方向に関連して円回転の有効な方向を逆転することであり、前記ピクセルを経ての戻りで、該ピクセルが切り換えられたピクセルであると、円偏光が直線偏光に戻るように変換されるが、元の位置合わせされたＳ偏光からＰ偏光へ９０°の偏光回転を受ける。他方、前記ピクセルが切り換えられないと、Ｓ偏光は不変である。
【００８７】
その後、前記光は、その入射経路と同じ経路に沿って戻るように、進み続ける。C偏光子６６は、前記液晶セル内でその偏光方向をＰ偏光に切り換えられた波長の光に対して、今度はブロッカー（遮断器）として動作するが、不変のＳ偏光の波長光の透過を許す。この透過光は、サーキュレータ６２から出力ファイバ８２に向けられ、このサーキュレータ６２で前記スイッチを出る。先の例におけると同様に、任意に組み込まれた直線偏光子６８は、スイッチの消光比を増大させるために使われている。図５Ａの種々の実施例での直線偏光子の使用は、入力信号ビームをそれらの偏光に応じた２つのビームに分解するためにＣ偏光子が使用されている場合に限定され、複屈折ビームウオークオフ結晶の場合ではないことが理解されるであろう。複屈折ビームウオークオフ結晶が使われるとき、２つの直角な偏光が偏光回転素子までのスイッチ経路に存在し、直線偏光子は、１つの偏光方向が存在するときだけに、１つの偏光方向に関して得られる消光比を改善するために使うことができるので、これは明らかである。
【００８８】
上記の実施例で、液晶セルが選択されると、それが作動されているときに１／４波長板として作用し、その結果、偏光は、光が通る折り返し通路によって全体で９０°回転する。前記セルを通って戻った後の結果として生じる９０°の偏光回転の光信号は、直線偏光子６８が設けられていれば、これと連携してＣ偏光子６６で阻止される。この好適な実施例では、オフ減衰レベルは、直線偏光子６８が適合されていれば、その消光比と共にＣ偏光子６６の消光比に依存する。
【００８９】
上記に説明した配置に代えて、好ましくは、図５Ａに破線で示されたアイテム７８である直線偏光子を液晶セル７６と反射面８０との間に置くことができる。
この場合、前記液晶セルは、それが作動されているとき、半波長板として動作するように選択され、その結果、前記ピクセルが作動されていると、通り抜ける光の偏光は、前記セルを通る前進経路から丁度９０°、Ｓ偏光からＰ偏光へ回転する。位置７８にある前記直線偏光子は、その消光比によって、作動するピクセルを通過して前進するようなP偏光を減衰させるように、Ｓ偏光方向に平行に整列される。前記ミラーで反射した後、引き返すＰ偏光ビームは再び偏光子７８を通り、総減衰が偏光子７８の消光比の自乗に依存するように、そこで強度は再び消光比によって減衰される。この好適な実施例のオン／オフ比は、したがって、C偏光子６６の出力に直線偏光子６８を有する実施例または如何なる直線偏光子をも有しない実施例のそれらよりも、かなり優れている。この強い減衰を受けたＰ偏光ビームは再び作動された液晶セル７６の「半波長板」を横切り、ここで交差する偏光子７８を２度横切った後に残るＰ偏光の光の極めて少ない残存分が、回転して再びＳ偏向方向に戻り、また前記連結構成要素を経て戻り、前記出口ファイバ８２から出る。特定のピクセルが非動作に置かれると、該ピクセルを透過する光の偏向方向を不変のままにおかれ、その光は、前記スイッチを通るC偏光子６６までの帰路でＳ偏光を保持し、最終的に、前記スイッチの挿入損分だけ減衰されてファイバ８２を通って前記スイッチを出る。前記スイッチがあたかも直列接続の２つのスイッチのように動作するそのような折り返し通路の実施例は、図１Ａまたは４Ｅに示されるような透過型単一通路配置に比較して、スイッチの阻止率は大きく増大する。
【００９０】
図５Ｂを参照するに、該図は本発明の反射型のさらに好適な実施例の概略図であり、図５Ａと同様であるが、出力ビームから入力ビームを分離するために偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を使用する。図５Ａのサーキュレータの実施例と異なり、ＰＢＳ実施例は動作のために単一の偏光方向の光を必要とするので、図５Ｂの実施例は、通常の複屈折ビームウオークオフ結晶によってではなく、ビームを２つの成分に分割するためのＣ偏光子でのみ動作可能である。しかしながら、図５Ａの実施例に示された要素と等しい図５Ｂの要素には、図５Ａにおけると同様の参照番号が付されている。入力光信号６０は、コリメータ６４を経て、好ましくはＳ偏光を入力ビームの両部分に提供するように形成されたＣ偏光子６６に直接適用される。これらは、次に、他の適正なＰＢＳ構造を使用できるが、ダブルプリズムとして図５Ｂの好適な実施例に示されたＰＢＳ６１を通過する。スイッチのビーム分散および切替え区間、それは図５Ａのそれらと同一あるが、を横切った後、反射された出力ビームはＰＢＳ６１に再入力する。いかなる特定の波長に対しても、ビーム偏光回転素子７６の適切なピクセルの作動によって偏光がＰ偏光に回転されると、出力ビームは、前記ＰＢＳによって、入力Ｃ偏光子６６とは別の他の、Ｐ偏光のためのＣ偏光子６３に向けられる。この出力Ｃ偏光子６３から、光は出力コリメータ６５および出力ファイバ６７に向けられる。代替的に、また好ましくは、出力ビームレベルを監視するためにパワーメータ７１を出力コリメータ６５に代えて出力に配置することができる。ブロッキング（遮断）の改善のために、前記ＰＢＳ６１と出力Ｃ偏光子６３との間に、オプションの付加直線偏光子６８′′を追加することができ、また他のオプションの付加直線偏光子６８′を前記ＰＢＳ６１と入力Ｃ偏光子６６との間に追加することができる。
【００９１】
特にＣ偏光子を使うという必要性についての上記の制限のほかに、図５Ｂの前記ＰＢＳ実装は、該ＰＢＳが「常閉鎖」スイッチである点で、図５Ａのサーキュレータ実施例の「常開放」構造に比較して、また図５Ａのサーキュレータ実施例と異なる。
【００９２】
次に図５Ｃを参照するに、該図は本発明の他の好適な実施例の概略図であり、図５Ａの実施例へのＰＢＳの付加により、あるいは図５Ｂの実施例へのサーキュレータの付加により、１×２の波長選択スイッチの実施が可能になることを示す。前記スイッチの入出力領域のみが図５Ｃに示されており、前記スイッチの残部は同様な図５Ａまたは５Ｂに示されている。図５Ｃの実施例では、λ１、λ２、λ３で表された波長領域からなる入力信号がサーキュレータ７３の入力ポート８３に適用される。本発明のこの実施例の説明の簡素化のために、図５Ｃおよび５Ｄには３つの波長だけが示されている。しかし、用途で必要とされ、またスイッチの解像力が許す限り、本発明は、より多くの波長で同様に動作可能であることが理解されよう。多重波長入力信号は、Ｃ偏光子７５を通過し、該偏光子はＰＢＳ７７に、またスイッチ７９の切換区間にＳ偏光のみを出力する。１×２スイッチの動作を例にとって見ると、λ２波長チャネルが作動されると、λ２光の偏光がＰ偏光に回転され、次にλ２信号がＰ偏光Ｃ偏光子８１を通ってPＢＳ出力ポート８７へ至るようにＰＢＳ７７により反射され、他方、λ１およびλ３信号はＰＢＳ７７を通ってサーキュレータ７３の出力ポート８５から出力される。もしλ２波長チャネルが作動されていないならば、λ２信号は、また、サーキュレータ７３の出力ポート８５から出力される。入力ポート８３のいずれのチャンネルも、従って、２つの出力ポート８５、８７のいずれにも切り換えることができる。
【００９３】
次に、図５Ｄを参照するに、該図は２×２波長選択スイッチであり、本発明の他の好適な実施例に従って構成され、また動作する。このスイッチは、追加のサーキュレータ８９がＰＢＳ出力ポート８７に付加される以外、図５Ｃに示された１×２スイッチに構成が類似する。このサーキュレータ８９の他の２つのポートは、スイッチによっていずれの波長チャネル用にも切り換えられる「アド」（加算）９３および「ドロップ」９１（取り出し）として使われる。図５Ｄに示される例では、これはλ２波長チャンネルである。付加あるいはその取り出しが行われないチャンネルのための出力ポート８５は、エクスプレスポートとして知られている。
【００９４】
本発明のさらなる好適な実施例によると、図５Ｅおよび５Ｆに示されるような透過型の１×２あるいは２×２波長選択スイッチを提供すべく、１つ以上のＰＢＳを図１Ａおよび４Ｅに示されたような本発明のスイッチの透過型の実施例に追加することができる。
【００９５】
次に図５Ｅを参照するに、該図は本発明の他の好適な実施例に従って構成され、動作する１×２透過型波長選択光スイッチであり、それは図５Ｃに示された実施例が反射型であるが、透過型であるという点を除いてこれに等しい。前記スイッチの入出力領域のみが図５Ｅに詳細に示されており、透過型スイッチの要部、１１０は、図１Ａまたは４Ｅに示された構成要素と等しい配置に類似する。図５Ｅの実施例では、λ１、λ２、λ３で好適に表された波長領域からなる入力信号が前記スイッチの入力ポート１００に適用される。多重波長入力信号は、Ｃ偏光子１０１を通過し、該偏光子はスイッチ１１０の切換区間に好ましくはＳ偏光のみを出力する。スイッチ１１０からの出力はＰＢＳ１０２に向けられ、該ＰＢＳはＳ偏光をＳ偏光Ｃ偏光子１０３を経て出力ポート１０４に向け、またＰ偏光は反射してＰ偏光Ｃ偏光子１０５を経て出力ポート１０６から出力される。１×２スイッチの動作を例にとって見ると、λ２波長チャネルが作動されると、λ２光の偏光がＰ偏光に回転され、次にλ２信号がＰ偏光Ｃ偏光子１０５を通って出力ポート１０６へ至るようにＰＢＳ１０２により反射され、他方、λ１およびλ３信号はＰＢＳ１０２を通って出力ポート１０４から出力される。もしλ２波長チャネルが作動されていないならば、λ２信号は、また、出力ポート１０４から出力される。入力ポート１００のいずれのチャンネルも、従って、２つの出力ポート１０４、１０６のいずれにも切り換えることができる。
【００９６】
次に、図５Ｆを参照するに、該図は２×２波長選択スイッチであり、本発明の他の好適な実施例に従って構成され、また動作する。このスイッチは、追加のＰＢＳ１０８が透過型スイッチ１１０の入力に付加された以外、図５Ｅに示された１×２スイッチに構成が類似する。中間Ｐ偏光Ｃ偏光子１０７を備えるこのＰＢＳ１０８の反射ポート１０９は、スイッチによっていずれの波長チャネル用にも切り換えられる「アド」ポートとして使用される。図５Ｆに示される例では、これはλ２波長チャンネルである。「ドロップ」ポートは、図５Ｅの実施例と同様に、出力ポート１０６である。取り出しが行われないチャンネルのための出力ポートは、エクスプレスポート１０４として知られている。
【００９７】
図５Ｃおよび５Ｄに関連して説明されたと同様、また、図５Ｅおよび５Ｆには３つの波長のみが示されている。しかし用途で必要とされ、またスイッチの解像力が許す限り、本発明の好適な実施例は、より多くの波長で同様に動作可能であることが理解されよう。
【００９８】
次に図５Ｇおよび５Ｈを参照するに、該図は本発明の反射型の実施例の消光比を増大させるに好適な、図５Ａおよび５Ｂに示されたそれらの代替的な他の配置を概略的に示す図面である。図５Ａおよび５Ｂで使用された追加の直線偏光子７８に代えて、図５Ｇおよび５Ｈの実施例では、偏光回転素子７６を横切るビームは複屈折ウエッジ７７に適用され、該ウエッジは、Ｓ偏光およびＰ偏光の各成分を異なる角度で屈折し、これによりそれらを分離する。図５Ｇの好適な実施例では、反射ミラー７９は、別個の構成要素であり、それがＳ偏光成分と直角になるように配置され、このＳ偏光成分は、その入射経路に沿って反射して戻され、偏光回転素子７６を再び横切る。他方、Ｐ偏光成分は、法線入射以外の角で反射され、したがって、自由空間で消失する。図５Ｈの好適な実施例では、反射ミラー４９は、追加の別個の反射要素が不要となるように、直接ウエッジ７７の後面に適用された反射コーティングである。さらに、この実施例を使えば、１つの構成要素の位置合わせが必要であるに過ぎないので、従ってスイッチ構成を簡素化することができる。図５Ｇおよび５Ｈのセルのピクセル方向は、図面の平面と直角である。異なる角度で反射面に入射するビームの異なる偏光成分を方向付けるために整列される複屈折ウエッジの使用は、同一偏光方向を有する２つのビームが前記スイッチの作用部分を通過するいかなる波長選択スイッチの実施例にも利用することができる。一般的に、これは、入力ビームを２つのビーム成分に分離するＣ偏光子を利用する本願のいかなるスイッチの実施例も含むが、また、それらの使用は、上記した係属出願中のＰＣＴ出願番号ＰＣＴＩＬ０２／００５１１で説明した実施例をも含む。
【００９９】
次に、図６Ａおよび６Ｂを参照するに、該図は出力格子の後のすべてについて、反射素子のための多数の置換位置を示すそのような好適な実施例を概略的に示す図である。図５Ａから５Ｄの実施例では、特に、図５Ａおよび５Ｂに示されていると同様に、偏光回転素子とレンズ焦点の反射素子との間の線偏光子の配置は、特に短焦点距離配置の形態では、波長解像度の低下を引き起こすことがある。これは、ビームスポットが反射面にその最小サイズを有するように配置されるので、またその反射面から離れるに従って、その最小のサイズからそれるので、生じる。偏光回転素子が鏡面に近くないと、発散ビームが偏光回転素子に到達するまでにスイッチの解像度が低下する程度にまで寸法が増大し、ビームスポットが１つのピクセルより多くを覆うかもしれないので、直線偏光素子が間に挿入されるならば必然的にそのようになる。
【０１００】
図５Ａおよび５Ｂの反射型の実施例と対比すると、図６Ａおよび６Ｂの実施例では、反射素子の好適な位置は、直線偏光素子に関連してそれと共に設けられる場合、位相回転素子から反射素子を遠ざけることにより、解像度のこの損失を避ける。これにより、スイッチの波長解像度が最適になるように、光線が常に最も強く収束する配置で偏光回転素子を通過させることができるという点で、図６Ａおよび６Ｂの実施例は、図５Ａおよび５Ｂのそれらより有効な利点を有する。
【０１０１】
図6Ａの第１の好適な実施例によれば、アナモフィックプリズムペア３６、３８の後、または「出力」ビームをコリメート（平行に）するために使われる他のいかなる好適なビーム拡大素子の後にも、前記スイッチの終端で反射素子３３を配置することができる。図５Ａおよび５Ｂの実施例に関連して先に説明したように、スイッチの消光比を増大させるために、好ましくは、直線偏光素子３９が反射素子３３の前に配置され、あるいは前記反射素子が図５Ｇの実施例に示されたように複屈折ウエッジおよびミラーからなり、この配置はまた偏光の選択特性を示す。代替的に、また好ましくは、前記反射素子、およびそれに関連付けられたオプションの線形偏光子は、アナモフィックプリズムペア３６、３８間のそれぞれの位置３３′および３９′または使用された他の好適なビーム分散要素のいずれの側にも配置することができる。他の好適な実施例によれば、前記反射素子、およびそれに関連づけられたオプションの線形偏光子は、分散素子３４の下流側で光路のどこの位置３３′′および３９′′にもそれぞれ置くことができる。分散素子３４の下流位置のいずれであっても、同様な方法で波長のすべてを取り扱うことができるように、前記ビームは基本的にコリメートを受け、非分散であるので、反射素子の正確な位置は重要ではなく、したがって、スイッチブロッキング比や波長解像度に妥協することなく、そのような実施例の構成を簡素化し、コストを下げることができる。図６Ａで、前記反射素子およびそれに関連するオプションの前記線形偏光子がそれぞれ位置３３′′および３９′′に配置されていれば、前記ビームは３３′′を越えて進行せず、図６Ａに示されている連続ビームは、前記反射面が位置３３′または３３のいずれかにある場合の光経路を示すに過ぎないことが理解できよう。同様な理解が、位置３３′および３９′の要素に適用可能である。
【０１０２】
サーキュレータ、ＰＢＳ、ダブルコリメータ、あるいはダハプリズムを有するデュアルコリメータなどの構成要素は、また、切り換えられたか、あるいは切り換えられなかった出力ビームから入力を分離するために、図６Ａの実施例の入力側に追加されなければならない。図６Ａの実施例では、この構成要素は、好ましくは、サーキュレー６として示されており、該サーキュレータは外側の代替入力ファイバ８に配置されているが、内側の入力ファイバ５０が使われるならば、このビーム分離素子は、入力ファイバ５０に配置されることが理解できよう。
【０１０３】
次に図６Ｂを参照するに、該図は図６Ａに示された実施例の代替的な好適な反射型の実施例を概略的に示し、該図では、偏光回転素子２４を通過した後に、前記光ビームが、相補的な結像レンズ３２の下流側に配置された付加のリレーレンズ４１を経てコリメータ（平行化）されたビームに変換されている。結像レンズ３２の交差焦点４７は、好ましくは、従来知られているように、最適の光転送を提供するために、入力回折格子１８または１９から距離４ｆに配置される。図６Ｂの実施例の概略図で、結像レンズ３２の交差焦点４７およびリレーレンズ４１の位置は、１ページ上に全スイッチ光学全体を表示することにおける便利さのために、結像レンズ焦点距離に関連して必ずしも正しいスケールで示されているわけではないことに注意されたい。
【０１０４】
反射素子４３およびオプション的にそれに関連づけられた直線偏光子４５はリレーレンズ４１の下流側に配置されており、反射素子４３への入射ビームの平行化された性質のため、この入射ビームは、同じ経路に沿って戻り、また前記偏光回転子を戻り、この好適な実施例では、内側入力ファイバ５０に示されている入出力ビーム分離素子６を経て前記スイッチから戻る。図６Ａの好適な実施例と異なり、図６Ｂの実施例では、前記反射素子は、波長分散ビーム上で動作し、第２の分散素子は使用しない。したがって、この実施例は、特に単純であり、最小の部品数によって折り返し方式の反射型性のスイッチ配置の利点をもたらす。
【０１０５】
それはまた、図６Ａおよび６Ｂに示されたと同様な反射型実施例は、図４Ｅの透過型実施例に基づいて構成できることが理解されよう。
【０１０６】
図５Ａから６Ｂのいずれの反射型の実施例でも、また図４Ｅの透過型の実施例に適用できる反射型変更例でも、前記出力ビームは、基本的に、入力ビームと同じ光路に沿って前記スイッチを通って戻り、サーキュレータやＰＢＳのような付加の単一または複数の構成要素によって入力ビームから分離される。しかしながら、本発明の他の好適な実施例によれば、前記出力ビームは、スイッチ配列によって生成された空間的な分離による代替的方法で入力ビームから分離することができる。これは以下の図７から１２Ｃに示された好適な実施例に示されており、該図には、入出力ビームが直角な入射角以外の角度で鏡面から反射することにより、入力および出力の両ビームが、適切な場合、異なる経路に沿って、また別個の光学部品によってまたは入力および出力の両ビームをカバーするに十分に大型のコンポーネントによって処理されるように、互いに空間的に分離される。そのような実施例では、サーキュレータまたはＰＢＳなどのビーム分離素子の必要性は、除去されて、したがって、製造コストおよび挿入損を抑制する。
【０１０７】
まず図７を参照するに、該図は本発明の好適な実施例に係る２平面（レベル）構成として知られた多重チャンネル波長選択スイッチモジュールを概略的に示す。この２平面構成がビーム反射の入射角で達成されることは注目されるべきであり、また、図５Ａおよび５Ｂの法線入射の実施例に関連して説明される２つのレベル構成は、複屈折されたビームが複屈折結晶中で偏向される方向の結果として達成される。図７の好適な実施例では、入力信号１２０は入力コリメータ１２２に、またそこから入力Ｃ偏光子１２４に適用され、該入力偏光子から出る両入力ビームが同じＳ偏光を有するように、当該結晶の出力ポートの一半に半波長板１２７を有する。Ｃ偏光子１２４からの出力は、好ましくは、アナモフィックプリズムペアのような方向性を示すビーム拡大器１２６を通過し、該ビーム拡大器で図の紙面と直角な方向へ拡大される。拡大された前記ビームは、また、高効率回折格子１２８により、図の紙面に直角な方向へ分散され、ピクセル化された偏光回転子１３２、好ましくはピクセル化された液晶セル上にレンズ１３０で集束され、各分散波長範囲は、それぞれに関連づけられたピクセルを通過する。前記ピクセルは図の紙面と直角な方向に配列されている。偏光回転素子１３２の後ろ、または該素子の背面上、またはＩＴＯ透明電極層に隣接するＬＣセルの内面上に置かれた反射面１３４は、出力ビームと入力ビームとを空間的に分離するように、入力ビームの入射角に応じて、異なる経路に沿って前記ビームを戻す。偏光回転素子１３２の種々のピクセル１３３への制御電圧の設定に応じて、それらの偏光を回転され、または回転されずに、前記出力ビームの異なる波長成分は、回折格子１２８に１対の横方向に拡大されたビームに再結合され、ビーム拡大器１２６によって元の平行ビーム寸法に再圧縮される。ビーム拡大器１２６、分散素子１２８および光素子１３０は、偏光回転素子への前記入力ビームおよびそこからの反射された出力ビーム両方のそれぞれの機能を果たす概略的な単一構成要素として、図７の好適な実施例に示されており、また、図８から１２Ｃの実施例に以下に示されている。入出力のビームが空間的に相互に近接していることから、これらの構成要素のそのような使用は、一般に便利であり、スペース節約であり、費用効果が高い。しかしながら、図７から１２Ｃに示された実施例は、入力および出力ビームのための分散および集束する別個のビーム拡大器のいずれもまたはすべてを用いて、等しく実行できることができ、そのような使用は、また、これらの実施例の説明に含められており、適切に権利範囲を主張することを意図していることが理解されるべきである。
【０１０８】
ＰＢＳ１３１が存在しないスイッチの好適な実施例では、前記結晶の入力ポートの一半に配置された半波長板１２９を有するＣ偏光子１２５は、この対をなす平行ビームを受け、単一の結合されたビームを出力し、出力コリメータ１２３はこのビームを単一波長に切り換えられた出力信号１２１に変換する。好ましくは、図１Ａに示されるような反射回折格子が等価的に好適に使用できるかもしれないことが理解されるであろうが、図７の好適な実施例では、回折格子は透過回折格子として図示されている。さらに、直線偏光子を、好ましくはまた有利に、図５Ａおよび５Ｂの反射型の実施例で説明したと同様な方法で、偏光回転素子１３２とリフレクタ１３４との間に、追加することができる。
【０１０９】
１×２スイッチは、該スイッチの出力経路に、前記Ｃ偏光子であるＣｓ１２５の入力前で偏光ビームスプリッタ１３１を挿入することにより、この実施例の変更として、実施することができる。前記偏光ビームスプリッタへ入射する前記出力ビームの偏光方向に応じて、それは偏光回転素子１３２の関連するピクセルに印加される駆動電圧に依存するが、前記出力は、ＰＢＳ１３１により、Ｃ偏光子Ｃｐ１３７を経て出力コリメータ１３３およびその出力ファイバ１３５へ、またはＣ偏光子Ｃｓ１２５を経て出力コリメータ１２３およびその出力ファイバ１２１のいずれかに導かれる。
【０１１０】
次に図８Ａを参照するに、該図は図７の２平面スイッチの入出力コリメータおよび２つのＣ偏光子の代替的および好適な実施例の概要を示す等角図を示し、入出力の偏光変換機能は、単一の複屈折結晶、好ましくはＹＶＯ４を含むダブルＣ偏光子内で実行される。この実施例では、Ｃ偏光子ポートの異常波出力上に配置された半波長板１３７、１３８が示されている。この実施例は、より少ない構成部品を用いた特にコンパクトなスイッチ構造を提供する。図８Ａの実施例は、図８Ｂに示された実施例を用いることにより、より一層簡素化することができ、２枚の半波長板１３７、１３８は、上方出力ビームが影響を受けることなく通り抜けることができる開口を有する単一の波長板１３９に置き換えられている。そのような単一構成部品は、例え開口を形成しても、図８Ａに示された２枚の半波長板よりはコスト面で有利である。
【０１１１】
前記回折格子および前記回転偏光子への入力ビームの全断面が同じ偏光を有するＣ偏光子の使用は、偏光回転素子が作動されていないときに複屈折が零であれば、この実施例は、ノーマリホワイト形態として知られているスイッチ動作を生じる。そのような形態では、偏光回転素子１３２の適切なピクセルに印加されるいかなる切換電圧も無しに、光はブロックされていない出力ポートに戻り、それゆえ、切換出力は正常に白い。前記偏光回転素子が１／４波長の複屈折を示すと、作動しないとき、その切換器（スイッチ）はノーマリグレイモードで動作し、これらのすべての構造は、図４Ｃおよび４Ｄに関連して先に説明したとおりである。
【０１１２】
次に図９を参照するに、該図は、本発明の他の好適な実施例に係り、図７に示された２平面の実施例と同様であるがノーマリブラック切換形態で動作する反射型マルチチャンネル波長選択スイッチモジュールの概略図である。これは、図７で用いられたＣ偏光子１２４、１２５に代えて、出力面のエリアの一部に半波長板を有しないＹＶＯ４のような一対の複屈折結晶１４５、１４７を用いる図９の実施例で達成される。ＰおよびＳ偏光のビーム位置の幾何学的反転のために、前記偏光回転子が作動されないとき、スイッチがノーマリブラック形態になるように該スイッチが閉じられる。図９では、スイッチが開放な形態で示されるように、図示された特定の波長経路のための偏光回転素子が作動して示されている。したがって、外側ビームはＳ偏光１４０で入力し、またＰ偏光１４２として反射され、他方、内側ビームはＰ偏光１４１で入力し、またＳ偏光１４３として反射される。図４Ｃおよび４Ｄに関連して先に説明したように、そのような実施例は低ＰＤＬ回折格子１２８の使用を義務づける。図９の実施例の利点の１つは、ブロックキング（遮断）化に波長依存性がまったくないことである。個々の入出力のためにそれぞれの複屈折結晶を使用することに代えて、また好ましくは、図１０Ａおよび１０Ｂで以下に示すように、ビームのすべてを扱うに十分な断面積を有するならば、単一の結晶を使用できることである。
【０１１３】
次に、図１０Ａおよび１０Ｂを参照するに、該図は、入出力コリメータ１２２、１２３および図９の２平面タイプの実施例の偏光分離複屈折結晶１３７を通る光路の概略図である。図１０Ａおよび１０Ｂは、この実施例の切換動作をピクセル化された偏光回転素子１３２、好ましくはピクセル化された液晶セルから戻る光線が切り換えられる経路と切り換えられない経路との変更を例示する。図９に戻ってこれを参照するに、偏光回転素子１３２およびリフレクタ１３４への入射角のために、入ってくる光１４０の外側ビームは外側ビーム１４２として、また入ってくる内側ビーム１４１は内側ビーム１４３として戻ることについて言及することは重要である。図９に示された切換状況では、特定の波長のビームが当たるピクセル１４４は、Ｓ偏光の入力ビーム１４０がＰ偏光のビーム１４２として戻り、またＰ偏光の入力ビーム１４１がＳ偏光のビーム１４３として戻るように、通過する光の偏光方向を回転させるべく作動される。
【０１１４】
図１０Ａを参照するに該図は、動作ピクセル１４４が作動された図９に示されていると同じ切換状況を示し、外側入力ビーム１４０はＰ偏光に回転された偏光の外側出力ビーム１４２としてスイッチング素子から戻り、従って、出力コリメータ１２３により出力されるように、複屈折結晶１３６の戻り経路で偏向され、出力コリメータ１２３により出力される。同様に、内側の入力ビーム１４１は、Ｓ偏光に回転された内側の出力ビーム１４３として、スイッチング素子から戻り、従って、出力コリメータ１２３によって出力されるように、複屈折結晶１３６の戻り経路で偏向しない。
【０１１５】
図１０Ｂは、図９および１０Ａとは逆の切換状況を示し、ピクセル１４４が作動せず、ノーマリブラック形態のために複屈折は零である。この場合、外側の入力ビーム１４０は外側の出力ビーム１４２として前記切換素子から戻るが元の偏向が切り換えられずにＳ偏向として戻り、従って、複屈折結晶１３６を通る戻り経路で偏向されることはない。結果的に、それは出力コリメータ１２３に結合されず、自由空間に分散する。同様に、内側の入力ビーム１４１は、内側出力ビーム１４３として前記切換素子からＰ偏光とし偏光を変えずに戻り、従って、複屈折クリスタル１３６を通る戻り経路で偏向される。従って、また、それは出力コリメータ１２３に結合されない。この状況では、前記スイッチは、ブロック（阻止）モードであり、よって、このスイッチは、ノーマリブラック形態を有するものとして知られている。
【０１１６】
次に、図１１Ａおよび１１Ｂを参照するに、図７および８に示されているように本発明の２平面実施例に使用するための２つの代替的な好ましいＣ偏光子構成を示す。図１１Ａに示された実施例で、Ｃ偏光子の入力部分への複屈折されたビームが前記結晶の外方エッジ１５４へ偏向し、また前記結晶の反対側の外方エッジ１５６に切り換えられた後で返るように、２つの複屈折結晶１５０、１５２の光軸１１の配向は逆方向に配置されている。この構成では、２つの個別の半波長板１５７、１５８が偏光方向を回転させるために必要とされている。他方、図１１Ｂの好適な実施例では、ビームが内方へ複屈折され、従って、両偏光入力光が前記スイッチング素子に向けて出力され、前記スイッチング素子から戻るビーム１６６が前記結晶の内側エッジで互いに近くに位置するように、Ｃ偏光子の複屈折結晶１６０、１６２の光軸の配向は、図１１Ａの実施例のそれらと反対に配置されている。この状況では、単一の半波長板１６８を使い、従って、構成部品のコスト削減を生じることが可能である。さらに、図１１Ａの実施例の複屈折結晶は、図１１Ｂのそれと同じ寸法で示されているが、実際には、図１１Ａの入出力ビームによって示されるほど近くに入力コリメータを置くことが物理的に困難であるので、図１１Ｂの実施例は一般により小さな複屈折結晶の使用を可にする。図１１Ａおよび１１Ｂの実施例はＣ偏光子を示すが、図９の実施例に用いられているように、それらの出力面のエリアの一部に半波長板のないＹＶＯ４などの複屈折結晶でも、また同様な利点が得られることが理解できるであろう。
【０１１７】
図１１Ａおよび１１Ｂで、偏光回転素子が零複屈折であり、そこに入力したビーム偏光を回転させないとき、反射された出力ビームは、充実円（Ｓ偏光）と全線矢印（Ｐ偏光）で示されている。他方、偏光素子が半波長の複屈折の全効果があり、そこに入力したビーム偏光を９０°回転させるとき、それらは中空円（Ｓ偏光）と破線矢印（Ｐ偏光）で示されている。
【０１１８】
次に図１２Ａを参照するに、該図は、本発明のさらに他の好適な実施例によるマルチチャンネル波長選択スイッチモジュールのスイッチの頂部から見た前端の概略図である。図１２Ａの実施例は、入力および出力ビームが反射鏡からの角度的な反射により空間的に分離されて示されているという点で、図７から１０Ｂのそれらと同様である。しかしながら、図１２Ａは、並列配置を示すという点で図７から１０Ｂのそれらと異なり、入力および出力ビーム経路が相互に分散面と直角な方向に配置されている図７から１０Ｂの２平面形態に対比されるように、並列配置では、入力および出力ビーム経路は相互に分散面に配置されている。並列配置の利点は、スイッチモジュールへの構成部品のパッキング密度がより高いことであり、各スイッチが一枚のカードに搭載されると、その場合、１器材ラック当たり、より多くのカードを使うことができる。図１２Ａの実施例は、光の入力信号１４２を入力し、また出力信号１４４を出力するための実施がデュアルコリメータ１４０で示されている点で、また図７から１０Ｂのそれらと異なる。前記デュアルコリメータを出る発散ビームは、ダハプリズム１４６によって好ましくは平行にされる。前記ダハプリズムおよびデュアルコリメータの目的は、２つのビームを並列配置することである。代替的に、および好ましくは、従来技術で知られているように、１対のウエッジプリズムをこの目的のために使うことができる。この配置は、また多くの代替的な配置で実現することができ、先の図７から１０Ｂの実施例で記載されているように２つの別個のコリメータ、２つの別個のウエッジプリズムとデュアルコリメータ、Ｃ偏光子に向けられた１つのコリメータ、および追加のコリメータを有するプリズムを使うなどである。これらの配置のいくつかでは、他より大きな光素子が必要とされる。さらに、図７から１０Ｂに示された先の２平面の実施例は、同様に、図１２Ａの好適な実施例に示されているようなダハプリズム、または２つの個別のウエッジプリズムとデュアルコリメータ、Ｃ偏光子に向けられた１つのコリメータ、および追加のコリメータを有するプリズムなどを使うことができる。
【０１１９】
ダハプリズム１４６が使われる場合、プリズム面へ直角に入射するビームがないように、その結果、後方反射が取り除かれるように、プリズム面の方向が好適に選ばれる。図１２Ａに示された実施例では、前記プリズムからのビームの入退出の両方で法線入射が避けられるように、デュアルコリメータ１４０の入力および出力ビームは、前記プリズムの（図１２Ａで見て）左側で直角以外の角度で該プリズムの底面を通り抜け、平行なあるいはほぼ平行なビームは、Ｃ偏光子１４８へ向けて方向付けられ、前記プリズムの屈曲した屋根を通り抜ける。
【０１２０】
前記入力ビームは、前記ダハプリズムから、好ましくは、デュアル（ダブル）Ｃ偏光子１４８に向けられ、該偏光子で偏光方向の２つのビームに分割され、スイッチの頂部から見て示す図１２Ａにその一方が他方の下に位置付けられている。偏向されたビームは非偏向ビームの直下（または直上）に位置付けられ、それゆえ、スイッチのこの平面図の中で個々に見ることはできないが、比較位置は以下の図１２Ｂに明確に示されているであろう。偏向されたビームの出力にある半波長板１５８は、それを非偏向ビームのそれと同じ偏向に変換する。前記入力ビームは、図面の紙面で前記ビームを分散する分散素子および反射型スイッチング素子に向けて、次にビーム拡大器を通過し、入力経路から横方向に変位した出力経路を戻る。完全なビーム経路は以下の図１２Ｃに示されている。
【０１２１】
次に図１２Ｂを参照するに、該図はデュアル（ダブル）Ｃ偏光子１４８の概略的な等角図により、入出力ビームの変位を示す。図１２Ｂは、同じ偏光方向で前記分散回折格子および前記スイッチング素子へ向けて進む２つの平行入力ビーム１５２、１５３に分けられる入力ビーム１５０と、前記スイッチの前記偏光切換（スイッチング）素子による処理の後、また反射後、前記分散回折格子から並列に並んで戻った後で１つの出力ビーム１５６に再結合される２つの出力ビーム１５４、１５５とを示す。半波長板１５８は、前記Ｃ偏光子の前方出力面のほぼ半分を覆う。したがって、この好適な実施例は、波長選択スイッチ装置の前端のために、特に、コンパクトな構造を提供する。代替的に、また好ましくは、Ｃ偏光子の使用に代えて、図４Ｄおよび９の実施例で説明したように、スイッチ動作構造の変化に応じて、低い偏光依存損失（ＰＤＬ）回折格子を有する複屈折結晶を使用することができる。
【０１２２】
図１２Ｃを参照するに、該図は、並んだスイッチの好適な実施例の頂部からの概略図であり、入力１７０から出力１７２までの完全な光学的配置を示す。この好適な実施例では、図１２Ａに示されたものとは異なり、別個の入力コリメータ１７４および出力コリメータ１７６が好適に使用されている。Ｃ偏光子１７８は、入力ビームを図の紙面に直角な方向へ好ましくは一方が他方の最上に位置する２つのＳ偏光に分離し、次に該偏光は、アナモフィックプリズムペア１８０、１８２により前記紙面に空間的に広げられて、高効率反射回折格子１８４により前記紙面にスペクトル分散される。前記スペクトル分散は、図１２Ｃでは、一分散波長のビームが実線で示され、他方の分散波長のビームが破線で示されている。前記２つの分散波長は、波長分散範囲の両端にあるように示されている。スペクトル的に分散されたビームは、本実施例では、ピクセル化された偏光回転素子１８８および反射面１９０上に、レンズ１８６で集束される。反射面上に入射する分散ビームの入射角のため、反射ビームは、入力ビームに並ぶように変位され、前記スイッチを経て出力コリメータ１７６に戻り、これは薄型スイッチを提供し、器材ラック中での前記スイッチのより高い密度パッキングを可能にする。
【０１２３】
本実施例の図１２Ａおよび１２Ｂについて説明したように、Ｃ偏光子および高効率回折格子配置の使用に代えて、図４Ｄおよび９の実施例で説明したように、スイッチ動作構造の変化に応じて、低い偏光依存損失（ＰＤＬ）回折格子を有する複屈折結晶を使用することができる。
【０１２４】
図１Ａから１２Ｃの上記した好適な実施例における前記波長選択スイッチは、以上に説明したように、最適の波長解像度を提供するので、すべて一般的に横方向ビーム拡大を使用している実施例で説明されている。しかしながら、説明された前記スイッチ実施例のいずれも、解像度の減少が受入れ可能なような応用での使用のためには、ビーム拡大素子なしでまた動作可能なことが理解されよう。
【０１２５】
次に、図５Ａから１２Ｃに記載の種々の反射型スイッチ実施例から利用可能な異なるスイッチの幾何学的配置を示す図１２Ｄを参照する。先に説明したように、半波長板を有しないウオークオフ結晶として動作するか、あるいはＣ偏光子として動作するかにかかわらず、複屈折結晶は、２つのビーム成分をスイッチ幅を横方向に横断する分散方向、あるいは垂直にスイッチの高さの上下へ、前記分散方向と直角な方向のいずれか一方に向けるように、位置合わせされた光学軸を有することができ、これらの２つの選択肢は、並列配置または２平面配置をそれぞれ与える。さらに、入出力に個別のコリメータを使い、また出力ビームから入力の分離を反射面へのビーム入射角に依存する配置では、レンズによる前記ビームの集束およびそれらの反射が、構成ビーム位置の反転を生じ、また、これは反射方向に関して構成ビームの相互位置に依存する。すなわち、反射が分散面でなされたか、またはそれに直角であるかどうかである。これらの組合せは、異なる寸法の光学部品を必要とする多くの異なる組合せを結果として生じ、それぞれが独自の長所および短所を有する異なった形状のスイッチ輪郭を結果として生じる。これらの配置で最も重要なものが図１２Ｄに要約されている。
【０１２６】
図１２Ｄは記号表の形式であり、各行が異なる好適なスイッチ配置を示す。縦列は以下を示す。
（ａ）複屈折結晶の光軸のアラインメントを示す図
（ｂ）使用される半波長板位置と共に結晶端面のビーム位置の図
（ｃ）横方向拡大後のビームを示す集束レンズ外形の断面
（ｄ）所定の偏光ビームが反射し光学系を通過した後で如何なる位置交換をなすかを示す結晶端面の図
（ｅ）各配置に関連する本願の図面表。
【０１２７】
図１２の行は、以下を示す。
１．法線入射反射での入出力のために単一コリメータを使った反射型配置。複屈折光学軸は、例えば、２平面の対をなすビーム偏光成分を生成し、該両成分は、レンズ焦点を２つのビームが横切るため、反射し光学系を通過した後、垂直方向へ位置交換する。
２．法線入射反射での入出力のために単一のコリメータを使った反射型配置。複屈折光学軸は、例えば、並んだ対のビーム偏光成分を生成し、該両成分は反射して光学系を通過した後、水平方向に位置変換する。この配置は、行１．のそれよりも低い高さを有し、積層スイッチ配置に有利であるがより大型の集束レンズを必要とする。サーキュレータまたは偏光ビーム分割器が出力から入力を分離するために使われる。
３．別個の入出力のコリメータを使った反射型配置で、入力および出力の両ビームは、ビームの集束レンズの半径方向位置によって生成される反射面での入射角効果によって、幾何学的に分離される。複屈折光学軸は、例えば２平面で対をなすビーム偏光成分を生成し、該両成分は反射して光学系を通過した後、垂直方向に位置変換する。さらに、分散方向に直角な方向での入力ビームの偏向は、光学系を通しての反射と通過のために、出力ビームに、それらの対応する入力ビームに関して垂直方向への位置変更を生じさせる。その結果、特定のビーム成分の切換が、出力でビーム位置の垂直交換を結果として生じさせる。図１２Ｄの内容の一般性を損なわずに、行３の最初の列に示された好適な実施例に加えて、図７から１１Ｂの種々の実施例に例示されているように半波板の他の好適位置があることは注意されるべきである。さらに、単一の複屈折結晶は図１１Ａおよび１１Ｂに示されているように、一対の結晶で置き換えることができる。
４．別個の入出力のコリメータを使った反射型配置で、入力および出力の両ビームは、ビームの集束レンズの半径方向位置によって生成される反射面での入射角効果によって、幾何学的に分離される。複屈折光学軸は、例えば２平面で対をなすビーム偏向成分を生成し、該両成分は反射して光学系を通過した後、垂直方向に位置変換する。しかしながら、行．３の実施例と異なり、分散方向に平行な方向への入力ビーム成分の偏向は、特定の偏光の出力ビームがそれに対応する入力ビームに関して水平に位置変更するように、反射の後の入出力のビームの並んだ幾何学的配置を結果として生じる。その結果、特定のビーム成分の切換が、出力で位置の交差交換を結果として生じさせる。並列入出力位置の配置は、低いスイッチユニットの達成を可能にするが、この配置は、またより大きなレンズを必要とする。
【０１２８】
図１２Ｄは図示のすべてにおいて半波長板を示し、Ｃ偏光子の適用を暗示しているが、同じ幾何学的条件はウオークオフ複屈折結晶の配置のために適用可能であることは理解されるべきである。Ｃ偏光子配置のために示された実施例では、高効率回折格子が使われているが、他方、ウオークオフ複屈折結晶の配置のためには、低偏光依存損失（ｌｐｄｌ）回折格子を使う必要がある。
【０１２９】
次に図１３を参照するに、該図は本発明のさらに他の好適な実施例によるマルチチャネル波長選択スイッチモジュールの概略図である。前記実施例は、図１３の実施例で１対の別個の１×１スイッチが同じパッケージで積み重ねられて、好ましくは共通の分散素子２００、２０１、共通の集束レンズ２０２、２０３および共通の液晶セル２０４を利用する以外、図２Ａに概略的に示された光学活性部分と同様である。さらに、図１３で示されていないが、さらに、プリズムペアおよびＣ偏光子を同様に共通とすることができるが、もちろん、入出力のために、別個のコリメータが必要とされている。液晶セルへの適切な制御電圧の印加は、両チャネルを同時に切り換え、したがって、スイッチング冗長量を提供する。これらの共通の構成要素の共有により、そのような実施例は、よりコンパクトで、構成要素の経済的な装置を１つのパッケージに構成することを可能にする。
【０１３０】
次に図１４を参照するに、該図は本発明のさらに他の好適な実施例によるマルチチャネルの波長選択スイッチモジュールの概略図である。この実施例は、液晶セル２１２、２１３およびそれらに関連づけられた集束レンズ２１５が独立的であるが、分散回折格子２１０、２１１だけがスイッチを通して転送された２つのチャネルに共通である点で、図１３のそれと異なる。このようにして、どのスイッチのどのようなチャネルでも、独立して遮断することができる。いくつかの共通の構成要素の共有によって、そのような実施例は、よりコンパクトで、構成要素の経済的なマルチチャネルデバイスを１つのパッケージに構成することを可能にする。
【０１３１】
図１３および１４で示された複合ユニット実施例は透過型スイッチの実施例として示されているが、同じパッケージ共有技術が、また図５Ａおよび５Ｃに示された反射型の実施例に適用できることが理解されよう。同様に、１対のスイッチのみが図１３および１４の各モジュールに示されているが、同じパッケージ共有技術が、また各モジュールの２つを超えるスイッチに適用できることが理解されよう。そのようなスイッチ積み重ね技術のさらなる例は、従来技術で知られているように、チェンネル冗長性を有する切換または遮断能力を提供するに有用な多層並列波長選択スイッチを提供するために、上記したＰＣＴ出願番号ＰＣＴＩＬ０２／００５１に記載されており、参照によってその全体がここに含まれる。
【０１３２】
次に図１５を参照するに、該図は本発明の好適な実施例に従って構成され、動作する透過型双方向光モジュール２２０を含む光学系を概略的に示す。図５Ｇの好適な実施例は、光学系モジュールの最大の利用を保証するために、光伝搬の双方向特性を利用する新方式を提供する。図５Ｇの実施例は、透過型の波長選択スイッチ２２０の使用を示すが、本発明のこの態様は、光モジュールを通過する光信号を所定の機能に従って処理する如何なる双方向透過型の光モジュールを使っても、また実行可能であることが理解されよう。本発明の好適な実施例によれば、光モジュールの入力および出力の両ポートは、ポートに出入りする光が異なる経路に分離されるように、サーキュレータのような方向依存性の構成要素に設けられる。このように、各双方向のポートは、サーキュレータによって２つの一方向ポートに効果的に変換され、単一モジュールが２つの個別の回路で使用できるように、入出力信号が分離される。
【０１３３】
図１５には、入出力端に３ポートサーキュレータ２２１を有する透過型波長選択スイッチ２２０が示されている。透過型の波長選択スイッチ２２０は双方向性のデバイスであり、入力および出力の用語は名目であり、その使用時に決まる特定の方向に関して定義される。サーキュレータ２２１のポート２２３に到着している入力信号は、スイッチ２２０に入力され、そこで信号のためにプログラムされた波長依存の切換を受け、サーキュレータ２２２に出力され、それはポート２２４で出る。サーキュレータ２２２のポート２２５に到着している入力信号は、モジュール２２０に入力され、該モジュールが双方向性であるという条件で、該モジュールに特有の光信号処理を受け、サーキュレータ２２１に出力され、それはポート２２６で出る。前記システムは、したがって、別個の回路を通って双方向に流れるトラヒックを扱うことができ、それが単一モジュール２２０のみで成るので、構成要素の要件の削減が達成できる。
【０１３４】
光モジュール２２０は、それが真に双方向性であるならば、好ましくは、波長選択スイッチ、ダイナミックゲインイコライザー、フィルタ、チャンネルブロックカーまたはいかなる他の光信号モジュールであっても良い。モジュールの双方向性の保持で、選択基準が伝搬方向と無関係に適用されるので、モジュールがマルチチャネルプロセッサであれば、チャネル処理選択基準が両伝搬方向で同じになるであろうということが理解されよう。
【０１３５】
透過型あるいは反射型であろうと、上記した種々のスイッチの実施例が、液晶素子のピクセルへの適切な駆動電圧の使用により、また波長選択減衰器として動作させることができ、あるいは直線偏光の換わりに円偏光を用いて動作させることができることが理解されよう。
【０１３６】
本発明が、特に上記に示されまた説明されたところに制限されないことは当業者にとって理解できるであろう。むしろ、本発明の範囲は、上記の記述を読むことにより当業者が思い浮かぶ先行技術にない変更や修正と同様に、上記の様々な特徴のコンビネーションおよびサブコンビネーションの両方を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１Ａ】本発明の好適な実施例により構成され、動作する単極の波長選択光スイッチを概略的に示す。
【図１Ｂ】ピクセル化された偏光回転素子の異なるピクセルに当たる図１Ａのスイッチの収束された入力ビームを示す概略図であり、線形ビーム拡大が使用される実施例の結果を示す。
【図１Ｃ】ピクセル化された偏光回転素子の異なるピクセルに当たる図１Ａのスイッチの収束された入力ビームを示す概略図であり、線形のビーム拡大が使用されない実施例の結果を示す。
【図２Ａ】図１Ａに示された好適な実施例の一部による分散ビームの光路の概略的な側断面図であり、前記スイッチの代替的な集束配置を示す。
【図２Ｂ】図１Ａに示された好適な実施例の一部による分散ビームの光路の概略的な側断面図であり、前記スイッチの代替的な集束配置を示す。
【図３】図１Ａに示された好適な実施例のＣ偏光子の概略的な断面図である。
【図４Ａ】本発明のスイッチのために所望のビーム拡大を生じさせる代替的な好適な方向を概略的に示し、図１Ａに示された好適な実施例のアナモルフィックプリズムペアの概略図である。
【図４Ｂ】本発明のスイッチのために所望のビーム拡大を生じさせる代替的な好適な方向を概略的に示し、好適にビームを拡大するための円柱レンズ望遠鏡を示す。
【図４Ｃ】図１Ａまたは２Ａに示された好適なタイプの実施例の切換効果を示し、高効率の回折格子を使用した実施例の概略図である。
【図４Ｄ】図１Ａまたは２Ａに示された好適なタイプの実施例の切換効果を示し、低偏光依存損失（ＰＤＬ）の回折格子が使われた他の実施例を示す。
【図４Ｅ】特にコンパクトなスイッチが達成されるように、ビームが1対の反射面によって折り返される伝達スイッチ構造の好適な他の実施例の概略図である。
【図５Ａ】本発明のさらなる好適な実施例による反射型スイッチの実施例の概略図であり、サーキュレータは分離した入力および出力の両信号を使用する。
【図５Ｂ】本発明のさらなる好適な実施例による反射型スイッチの実施例の概略図であり、入力および出力の両信号の分離のために偏光ビームスプリッタが使用されている。
【図５Ｃ】本発明の他の好適な実施例によるスイッチの反射型の入出力領域の概略図であり、図５Ａの実施例にＰＢＳが付加されあるいは図５Ｂの実施例にサーキュレータが付加されることにより、１×２波長選択スイッチの実施が可能となる。
【図５Ｄ】本発明の他の好適な実施例による２×２反射型波長選択スイッチの入出力領域の概略図であり、図５ＣのスイッチのＰＢＳ出力ポートに付加のサーキュレータが追加される以外、図５Ｃに示された１×２スイッチに類似する。
【図５Ｅ】本発明の他の好適な実施例による１×２波長選択スイッチの概略図であり、反射型ではない透過型である以外は図５Ｃに示された実施例と同等である。
【図５Ｆ】本発明の他の好適な実施例により構成され、動作する２×２波長選択スイッチの概略図であり、透過型スイッチの入力に付加のＰＢＳが追加されている以外、図５Ｅに示された１×２スイッチ構造に類似する。
【図５Ｇ】本発明の反射型の実施例の消光比を増大するためのより好適な、複屈折ウエッジおよび適切に位置合わせされた反射鏡を使う、図５Ａおよび図５Ｂに示された例の代替的な配置の概略図であり、反射鏡は個別の部品である。
【図５Ｈ】本発明の反射型の実施例の消光比を増大するためのより好適な、複屈折ウエッジおよび適切に位置合わせされた反射鏡を使う、図５Ａおよび図５Ｂに示された例の代替的な配置の概略図であり、反射鏡は前記ウエッジの背面に直接塗られている。
【図６Ａ】本発明の波長選択光スイッチの他の好適な反射型の実施例を概略的に示し、反射素子は、前記出力格子後の好適位置で、図１Ａの実施例の出力側に配置されている。
【図６Ｂ】本発明の波長選択光スイッチの他好適な反射型の実施例を概略的に示し、第２の回折格子が取り除かれ、また、反射素子の入射経路に沿って反射素子から反射して戻るビームをコリメートすべく使用されるリレーレンズが用いられていること以外、図６Ａと同様である。
【図７】本発明のスイッチの反射型配置の代替的な実施例の概略図であり、入出力のビームが異なる経路に沿って処理されるように、入出力のビームは直角入射以外の角で鏡面から反射することによって互いに空間で分離する概略図であって、Ｃ偏光子および互換的に１×１および１×２配置を示し２つのレベル配置の高効率格子を使うマルチチャネルの波長選択スイッチモジュールの頂部からの概略図である。
【図８Ａ】本発明のスイッチの反射型配置の代替的な実施例の概略図であり、入出力のビームが異なる経路に沿って処理されるように、入出力のビームは直角入射以外の角で鏡面から反射することによって互いに空間で分離する概略図であって、特にコンパクトなスイッチ配置を可能とする、入出力コリメータおよび図７の２平面スイッチの２つのＣ偏光子の好適な実施例を概略的に示す等角図である。
【図８Ｂ】本発明のスイッチの反射型配置の代替的な実施例の概略図であり、入出力のビームが異なる経路に沿って処理されるように、入出力のビームは直角入射以外の角で鏡面から反射することによって互いに空間で分離する概略図であって、特にコンパクトなスイッチ配置を可能とする、入出力コリメータおよび図７の２平面スイッチの２つのＣ偏光子の好適な実施例を概略的に示す等角図である。
【図９】本発明のスイッチの反射型配置の代替的な実施例の概略図であり、入出力のビームが異なる経路に沿って処理されるように、入出力のビームは直角入射以外の角で鏡面から反射することによって互いに空間で分離する概略図であって、図７の２平面実施例と同様に１×１反射型マルチチャネル、２平面波長選択スイッチモジュールであるが、図７のＣ偏光子に代えて一対の複屈折結晶と、図７の高効率回折格子に代えて低ＰＤＬ回折格子とを用いている。
【図１０Ａ】本発明のスイッチの反射型配置の代替的な実施例の概略図であり、入出力のビームが異なる経路に沿って処理されるように、入出力のビームは直角入射以外の角で鏡面から反射することによって互いに空間で分離する概略図であって、入力および出力の両コリメータと、図９の２平面実施例の偏光分離複屈折結晶を通る光とを概略的に示し、２切換位置のスイッチを示す。
【図１０Ｂ】本発明のスイッチの反射型配置の代替的な実施例の概略図であり、入出力のビームが異なる経路に沿って処理されるように、入出力のビームは直角入射以外の角で鏡面から反射することによって互いに空間で分離する概略図であって、入力および出力の両コリメータと、図９の２平面実施例の偏光分離複屈折結晶を通る光とを概略的に示し、２切換位置のスイッチを示す。
【図１１Ａ】本発明のスイッチの反射型配置の代替的な実施例の概略図であり、入出力のビームが異なる経路に沿って処理されるように、入出力のビームは直角入射以外の角で鏡面から反射することによって互いに空間で分離する概略図であって、図７から９に示されているような２平面の実施例に使用するための代替的かつ好適な複屈折結晶アライメント配置を示す。
【図１１Ｂ】本発明のスイッチの反射型配置の代替的な実施例の概略図であり、入出力のビームが異なる経路に沿って処理されるように、入出力のビームは直角入射以外の角で鏡面から反射することによって互いに空間で分離する概略図であって、図７から９に示されているような２平面の実施例に使用するための代替的かつ好適な複屈折結晶アライメント配置を示す。
【図１２Ａ】本発明のスイッチの反射型配置の代替的な実施例の概略図であり、入出力のビームが異なる経路に沿って処理されるように、入出力のビームは直角入射以外の角で鏡面から反射することによって互いに空間で分離する概略図であって、他の好適なマルチチャネルの波長選択スイッチモジュールのスイッチ頂部から見た前端の概略図であり、図７から１０Ｂの実施例と同様、入出力ビームは反射鏡から反射角で空間的に分離されるが、図７から１０Ｂの実施例と異なり、並列配置で用いられ、両入出力ビーム経路は相互に分散面に置かれる。
【図１２Ｂ】本発明のスイッチの反射型配置の代替的な実施例の概略図であり、入出力のビームが異なる経路に沿って処理されるように、入出力のビームは直角入射以外の角で鏡面から反射することによって互いに空間で分離する概略図であって、図１２Ａの並列の実施例の２重Ｃ偏光子の入出力ビームの相対変位を示す概略的な等角図である。
【図１２Ｃ】本発明のスイッチの反射型配置の代替的な実施例の概略図であり、入出力のビームが異なる経路に沿って処理されるように、入出力のビームは直角入射以外の角で鏡面から反射することによって互いに空間で分離する概略図であって、入力から出力までの完全な光学的配置を示す並列スイッチの好適な実施例の上部から見た概略図である。
【図１２Ｄ】図５Ａから１２Ｃに記載された種々の反射型スイッチの実施例から得られるそれぞれに異なるスイッチ配置の概略図である。
【図１３】１つのパッケージ中で積み重ねられた1対の１×１スイッチを含み、共通の回折格子、レンズおよび液晶セルを利用する本発明のさらに他の好適な実施例によるマルチチャンネル波長選択光スイッチモジュールの概略図である。
【図１４】図１３のそれと同様であるが、共通の回折格子だけを利用する、他のマルチチャンネル波長選択スイッチモジュールの概略図である。
【図１５】光学系モジュールの最大の利用を保証すべく光伝搬の双方向特性の利用を示す、透過双方向光モジュールを含む光学系を概略的に示す。
【符号の説明】
【０１３８】
８、５０  入力ファイバ
１０、４４、５２、６４、６５、８４、１２２、１２３、１３３、１４０、１７４、１７６  コリメータ
１２、４２、５６、６６、８９、９０、１３６、１４８、１５０、１５２、１６０、１６２  Ｃ偏光子（複屈折素子）
１４、２６、２８、４０、５４、６８、７８、９１  直線偏光子
１５、１６、３６，３８、５８、５９、９２、１２６  ビーム拡大器
１８、１９、３４、７２、９４、１００、１０１、１１０、１１１  回折格子（第１および第２の分散素子）
２０、３２、７４、９６、１０２、１０５、２０２、２０３、２１５  結像（集束）レンズ
２１、２３  円柱レンズ（ビーム拡大器およびビーム圧縮器、第１および第２の分散素子）
２４、７６、９７、１０４、１０２、１０４、１８８、２０４、２１２、２１３  偏光回転素子、液晶セル（偏光切換素子）
２２、３０  折り曲げミラー
４６  出力ファイバ
６１、７７、１０２、１０８、１３１  ビームスプリッタ
６２、２２１、２２２  サーキュレータ
４９、７９、８０、９５、９８、１９０  反射面
８４  デュアルファイバコリメータ
８８  ダハプリズム
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2008541187.tif 000009
【図４Ｂ】
2008541187.tif 000010
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2008541187.tif 000012
【図４Ｅ】
2008541187.tif 000013
【図５Ａ】
2008541187.tif 000014
【図５Ｂ】
2008541187.tif 000015
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
2008541187.tif 000017
【図５Ｅ】
2008541187.tif 000018
【図５Ｆ】
2008541187.tif 000019
【図５Ｇ】
2008541187.tif 000020
【図５Ｈ】
2008541187.tif 000021
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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