(57)【要約】  波長選択光スイッチ装置は、光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する偏波依存特性を有する光操作素子と、光入出力ポートと光操作素子との間に配置され光入出力ポートと光操作素子と光学的に結合させる集光レンズ系と、光入出力ポートと集光レンズ系との間に配置され入力された光を光分散方向で分光する光分散素子と、集光レンズ系と光分散素子との間に配置され入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する２つの光を、光スイッチ方向と平行な面において互いに角度を成す方向に出力できる偏波操作素子と、偏波操作素子と光操作素子との間に配置され偏波操作素子から出力された互いに直交する偏波状態を有する２つの光の偏波方向を同一にする偏波回転素子と、を備える。これにより、フットプリントを小さくでき、安価で挿入損失特性に優れた波長選択光スイッチ装置が提供される。
2016056534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から光が入力される、または外部に光を出力する複数のポートが光スイッチ方向に配列された光入出力ポートと、
前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する、偏波依存特性を有する光操作素子と、
前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、
前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、入力された光を光分散方向で分光する光分散素子と、
前記集光レンズ系と前記光分散素子との間に配置され、入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する２つの光を、前記光スイッチ方向と平行な面において互いに角度を成す方向に出力できる偏波操作素子と、
前記偏波操作素子と前記光操作素子との間に配置され、前記偏波操作素子から出力された互いに直交する偏波状態を有する２つの光の偏波方向を同一にする偏波回転素子と、
を備えることを特徴とする波長選択光スイッチ装置。
【請求項２】
前記光操作素子は空間光変調器であることを特徴とする請求項１に記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項３】
前記光分散素子は透過型回折格子であることを特徴とする請求項１または２に記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項４】
前記偏波操作素子はウォーラストンプリズムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項５】
前記光スイッチ方向に屈折力を有するレンズとして、前記集光レンズ系のみを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項６】
前記集光レンズ系は、前記２つの光が、前記空間光変調器において略焦点を結ぶように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項７】
前記集光レンズ系は非球面レンズにより構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項８】
前記集光レンズ系は対向配置された２つの平凸レンズにより構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項９】
前記光操作素子を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記２つの光がそれぞれ入力される前記光操作素子の各領域を、前記各光を異なる角度で反射するように制御することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記２つの光の一方を減衰させるように前記光操作素子を制御することを特徴とする請求項９に記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記光操作素子の各領域を、前記光スイッチ方向においてそれぞれ異なる形状を有するフレネルレンズ状の特性を有するように制御することを特徴とする請求項９または１０に記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項１２】
前記光入出力ポートを構成する各ポートに対応して設けられたコリメータレンズを備え、前記光入出力ポートから入力した光の前記コリメータレンズ直後のビームウェストにおけるスポットサイズが６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項１３】
前記光入出力ポートにおけるポートの配列ピッチが２５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項１４】
前記２つの光が、前記光操作素子の表面に垂直に入射するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項１５】
前記偏波操作素子に対して前記光入出力ポート側に配置され、入力された光を互いに直交する２つの直線偏波の光に分離し、該分離された光は、それぞれの伝搬方向が、前記入力された光の伝搬方向に平行になるように出力される偏波分離素子を備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項１６】
前記偏波分離素子は、常光に対する屈折率と異常光に対する屈折率との大小関係が、前記偏波操作素子における常光に対する屈折率と異常光に対する屈折率との大小関係とは逆である複屈折材料で構成されることを特徴とする請求項１５に記載の波長選択光スイッチ装置。
【請求項１７】
前記光入出力ポートは、複数のポート群を含み、前記ポート群は、同一のポート群内に含まれるポートは光の入出力方向が互いに平行であって、異なるポート群内にそれぞれ含まれるポートは光の入出力方向が互いに異なるように構成され、
当該波長選択光スイッチ装置は、前記各ポート群をそれぞれ含む単位光スイッチ装置を複数含むように構成されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の波長選択光スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択光スイッチ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信システムは、その形態がｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ型から、リング型またはメッシュ型のネットワークへと発展しつつある。このような形態のネットワークのノードには、任意の信号光を任意のポートに入出力させて、信号光の経路を任意に変更するための光操作装置である光スイッチ装置が必要とされる。特に、互いに異なる波長の信号光が波長分割多重（Wavelength  Division  Multiplexing）されたＷＤＭ信号光を用いる場合は、任意の波長の信号光に対して任意に経路を変更できる波長選択光スイッチ装置が必要とされる。【０００３】
光スイッチ装置において、信号光の経路を切り替えるために、ＬＣＯＳ（Liquid  Crystal  On  Silicon）を用いたものがある（特許文献１〜３参照）。ＬＣＯＳは、ＳＬＭ（Spatial  Light  Modulator）の一種である。ＳＬＭは、１次元もしくは２次元的に配列された複数の位相変調素子の画素から構成され、その各画素の位相を制御することで光を操作することができる。ＬＣＯＳでは、位相変調素子は液晶で構成されており、入力された光の位相を液晶によって変調し、回折させることができる。したがって、ＬＣＯＳを用いた光スイッチ装置では、ある経路から入力された信号光を、ＬＣＯＳによって回折（反射）させて、特定の経路に出力することにより、光スイッチ動作を実現している。【０００４】
ここで、ＬＣＯＳは液晶の複屈折を利用するため、偏波依存特性を有している。この偏波依存特性を解消するために、ＬＣＯＳを用いた光スイッチ装置は、偏波分離素子および偏波回転素子を備えている場合がある。このような光スイッチ装置は、偏波分離素子が、光スイッチ装置に入力された信号光を互いに直交する２つの直線偏波の信号光に分離し、偏波回転素子が一方の信号光の偏波方向を回転させてもう一方の信号光の偏波方向に合わせることによって、偏波方向が一致した２つの信号光がＬＣＯＳに入射されるように構成されている。これによって、単一の偏波方向のみからなる信号光がＬＣＯＳに入射されるので、偏波依存特性の問題が解決される。なお、分離した信号光は偏波回転素子および偏波分離素子の光相反性によりその後偏波合成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，３９７，９８０号明細書
【特許文献２】米国特許第７，７８７，７２０号明細書
【特許文献３】特開２０１２−０９３５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、信号光は偏波分離素子によって偏波分離したのちに、分離した各偏波の信号光が異なる角度で回折格子に入力される。このため、各偏波の信号光は回折格子により非点収差やコマ収差、波面収差などの収差の影響を受ける際に、異なる程度の収差の影響を受けてしまう。特に、収差の影響およびその相違は各偏波の回折格子への入射角の相違が大きいほど大きくなる。このような収差は各偏波の信号光の光結合効率の相違を発生させ、光スイッチ装置の挿入損失を増大させる場合がある。さらには、分離した各偏波の信号光が多くの光学素子を通過すると、各信号光がその偏波状態に応じて光学素子から受ける屈折力や波面収差の差が累積するため、その後偏波合成された信号光の品質が、入力時と比較して低下する場合がある。また、このような各信号光が受ける屈折力や波面収差の差は、光学素子のサイズやアラインメントの精度を向上させることで抑制することはできるが、光スイッチ装置の製造性の低下を招くおそれがある。【０００７】
特許文献３の構成では、偏波分離素子がＬＣＯＳの手前に配置されているため、偏波分離した各偏波の信号光が異なる角度で回折格子に入射されるという問題は発生しない。しかしながら、光スイッチ装置では、光入出力ポートを多ポート化するほど、ＬＣＯＳに入力されるときの信号光のスポットサイズが増大するという特性がある。このため、特許文献２の構成では、その図５等から解るように、スポットサイズが増大した信号光を十分な離間距離で偏波分離するためには、偏波分離素子の光の進行方向および偏波分離方向での長さを長くしなければならない場合がある。そのため、光スイッチ装置のフットプリントおよび材料・製造コストが増大する場合があるという問題がある。【０００８】
特許文献２では、信号光を光分散方向に分離しているが、この場合は光分散方向における回折格子、集光レンズ等の必要長さが２倍以上に増大する。このため、各素子のコストおよび光スイッチ装置のフットプリントの増大を招く。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フットプリントを小さくでき、かつ安価で挿入損失特性に優れた波長選択光スイッチ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する複数のポートが光スイッチ方向に配列された光入出力ポートと、前記光入出力ポートのいずれかのポートから入力した光を前記光入出力ポートのいずれかのポートに向けて出力する、偏波依存特性を有する光操作素子と、前記光入出力ポートと前記光操作素子との間に配置され、前記光入出力ポートと前記光操作素子とを光学的に結合させる集光レンズ系と、前記光入出力ポートと前記集光レンズ系との間に配置され、入力された光を光分散方向で分光する光分散素子と、前記集光レンズ系と前記光分散素子との間に配置され、入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する２つの光を、前記光スイッチ方向と平行な面において互いに角度を成す方向に出力できる偏波操作素子と、前記偏波操作素子と前記光操作素子との間に配置され、前記偏波操作素子から出力された互いに直交する偏波状態を有する２つの光の偏波方向を同一にする偏波回転素子と、を備えることを特徴とする。【００１１】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記光操作素子は空間光変調器であることを特徴とする。【００１２】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記光分散素子は透過型回折格子であることを特徴とする。【００１３】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記偏波操作素子はウォーラストンプリズムであることを特徴とする。【００１４】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記光スイッチ方向に屈折力を有するレンズとして、前記集光レンズ系のみを備えることを特徴とする。【００１５】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記集光レンズ系は、前記２つの光が、前記空間光変調器において略焦点を結ぶように配置されていることを特徴とする。【００１６】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記集光レンズ系は非球面レンズにより構成されていることを特徴とする。【００１７】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記集光レンズ系は対向配置された２つの平凸レンズにより構成されていることを特徴とする。【００１８】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記光操作素子を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記２つの光がそれぞれ入力される前記光操作素子の各領域を、前記各光を異なる角度で反射するように制御することを特徴とする。【００１９】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記制御部は、前記２つの光の一方を減衰させるように前記光操作素子を制御することを特徴とする。【００２０】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記制御部は、前記光操作素子の各領域を、前記光スイッチ方向においてそれぞれ異なる形状を有するフレネルレンズ状の特性を有するように制御することを特徴とする。【００２１】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記光入出力ポートを構成する各ポートに対応して設けられたコリメータレンズを備え、前記光入出力ポートから入力した光の前記コリメータレンズ直後のビームウェストにおけるスポットサイズが６０μｍ以下であることを特徴とする。【００２２】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記光入出力ポートにおけるポートの配列ピッチが２５０μｍ以下であることを特徴とする。【００２３】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記２つの光が、前記光操作素子の表面に垂直に入射するように構成されていることを特徴とする。【００２４】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記偏波操作素子に対して前記光入出力ポート側に配置され、入力された光を互いに直交する２つの直線偏波の光に分離し、該分離された光は、それぞれの伝搬方向が、前記入力された光の伝搬方向に平行になるように出力される偏波分離素子を備えることを特徴とする。【００２５】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記偏波分離素子は、常光に対する屈折率と異常光に対する屈折率との大小関係が、前記偏波操作素子における常光に対する屈折率と異常光に対する屈折率との大小関係とは逆である複屈折材料で構成されることを特徴とする。【００２６】
本発明の一態様に係る波長選択光スイッチ装置は、前記光入出力ポートは、複数のポート群を含み、前記ポート群は、同一のポート群内に含まれるポートは光の入出力方向が互いに平行であって、異なるポート群内にそれぞれ含まれるポートは光の入出力方向が互いに異なるように構成され、当該波長選択光スイッチ装置は、前記各ポート群をそれぞれ含む単位光スイッチ装置を複数含むように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、フットプリントを小さくでき、かつ安価で挿入損失特性に優れた波長選択光スイッチ装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。
【図３】図３は、図１に示す光スイッチ素子の表示画像の一例を表す図である。
【図４】図４は、実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る光スイッチ装置における信号光の角度を説明する図である。
【図７】図７は、実施の形態３に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。
【図８】図８は、実施の形態３に係る光スイッチ装置における構成を説明する図である。
【図９】図９は、変形サバール板を用いた構成を説明する図である。
【図１０】図１０は、ルチル素子の光軸を変更した構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、図面を参照して本発明に係る波長選択光スイッチ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、図中、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の直交座標系であるｘｙｚ座標系を適宜用いて方向を説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１、２は、本発明の実施の形態１に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。図１は、光スイッチ装置１０００を、ｘ軸の負の側から見た図である。図２は、光スイッチ装置１０００を、ｙ軸の正の側から見た図である。
【００３１】
光スイッチ装置１０００は、光入出力ポート１０と、コリメータレンズアレイ２０と、アナモルフィック光学系３０と、光分散素子である回折格子４０と、偏波操作素子であるウォーラストンプリズム５０と、集光レンズ系である集光レンズ６０と、偏波回転素子である１／２波長板７０と、光操作素子である光スイッチ素子８０とがこの順番に配置されて構成されている。また、光スイッチ装置１０００は、光スイッチ素子８０を制御する制御部９０を備える。
【００３２】
なお、実際には回折格子４０において光路は曲げられるので、アナモルフィック光学系３０から光スイッチ素子８０までの各素子は回折格子４０の前後で角度を持って配置される。また、アナモルフィック光学系３０において光路がｙ軸方向にシフトすることがある。ただし、図１、２においては、説明の簡略化のために、ｚ軸方向に平行な集光レンズ６０の光軸６０ａに沿って各素子を直列に配置して示している。
【００３３】
光入出力ポート１０は、光ファイバからなる複数の光ファイバポート１１、１２、１３、１４を備えている。光ファイバポート１１〜１４は、所定の配列方向（ｘ軸に沿った光スイッチ方向である方向Ｄ２）に沿って、略等間隔でアレイ状に配列されている。光ファイバポート１１〜１４は、外部から光が入力される、または外部に光を出力するものである。なお、本明細書では光ファイバポートが方向Ｄ２に沿ったアレイ状の構成で説明するが、本発明は、光ファイバポートが方向Ｄ１にも配列する２次元アレイ状光ファイバポートにも拡張することができる。また、光スイッチ装置１０００に入力または出力される光は特に限定されないが、たとえば波長１５２０〜１６２０ｎｍの光通信用の信号光である。
【００３４】
コリメータレンズアレイ２０は、複数のコリメータレンズからなる。コリメータレンズアレイ２０を構成する各コリメータレンズは、光入出力ポート１０を構成する各光ファイバポート１１〜１４に対応して設けられている。コリメータレンズアレイ２０は、各光ファイバポート１１〜１４から出力した光を平行光にする、または、入力された平行光を各光ファイバポート１１〜１４に集光して結合させる機能を有する。
【００３５】
光スイッチ素子８０は、たとえばＳＬＭである。本実施の形態１では、光スイッチ素子８０は、ＳＬＭの一種であり、位相変調素子である液晶の画素が２次元配列されたＬＣＯＳであるとする。
【００３６】
光スイッチ素子８０は、光入出力ポート１０のいずれかの光ファイバポートから入力した光を反射（回折）して光路を切り換え、光入出力ポート１０の他のいずれかの光ファイバポートに向けて出力する機能を有する。なお、図２に示すように、光スイッチ素子８０は方向Ｄ２に並ぶ２つの領域８０ａ、８０ｂを有している。
【００３７】
集光レンズ６０は、点対称レンズであって、光入出力ポート１０と光スイッチ素子８０との間に配置されている。この集光レンズ６０は、光入出力ポート１０と光スイッチ素子８０とを光学的に結合するものである。
【００３８】
回折格子４０は、コリメータレンズアレイ２０と集光レンズ６０との間に配置される透過型回折格子であり、光入出力ポート１０のいずれかの光ファイバポートから入力した光を光分散方向（ｙ軸に沿った方向Ｄ１）で分光する。なお、回折格子４０および光スイッチ素子８０はそれぞれ集光レンズ６０の前側と後側の凡そ焦点位置に配置されている。以下、焦点位置とは、レンズまたはレンズ系の主面から焦点距離だけ離れた位置とする。
【００３９】
ウォーラストンプリズム５０は、集光レンズ６０と回折格子４０との間に配置されている。ウォーラストンプリズム５０は、光入出力ポート１０側から入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する二つの光を、入力された光の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成す方向に光路を屈曲させて出力することができる。なお、本実施の形態１では、ウォーラストンプリズム５０は、二つの光が方向Ｄ２に平行な面（ｘｚ平面）内で互いに逆向きの角度を成す方向に出力されるように配置される。また、ウォーラストンプリズム５０は、光相反性を有する。したがって、ウォーラストンプリズム５０は、互いに逆向きの角度を成すような光路で集光レンズ６０側から入力された、互いに直交する偏波状態を有する二つの光を結合して出力する機能を有する。
【００４０】
アナモルフィック光学系３０は、光入出力ポート１０と回折格子４０との間に配置されている。アナモルフィック光学系３０は、方向Ｄ１にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ３１と、方向Ｄ１にのみ回折力を有するアナモルフィックプリズム３２とが直列に配列されて構成されている。アナモルフィック光学系３０は、光入出力ポート１０側から入力された光のビーム形状を方向Ｄ１に拡大する機能を有する。また、アナモルフィック光学系３０は、光相反性を有するため、光スイッチ素子８０側から入力された光のビーム形状を方向Ｄ１に縮小する機能を有する。なお、アナモルフィック光学系３０は、たとえば１つまたは２つのアナモルフィックプリズムを用いた他のアナモルフィック光学系に置き換えてもよい。
【００４１】
１／２波長板７０は、ウォーラストンプリズム５０と光スイッチ素子８０との間に配置されるが、本実施の形態１では、光スイッチ素子８０の集光レンズ６０側に配置される。１／２波長板７０は、後述するように、ウォーラストンプリズム５０で分離された一方の偏波状態の光の光路上に配置される。そして、１／２波長板７０は当該一方の偏波状態の光の直線偏光に対し遅相軸と偏光軸とのなす角が４５度となるように配置される。
【００４２】
制御部９０は、光スイッチ素子８０の各位相変調素子の画素に電圧信号を印加し、その画素が光に与える位相を制御する。制御部９０は、たとえば電圧信号発生部と、演算部と、記憶部とを備えている。電圧信号発生部は、光スイッチ素子８０に印加する電圧信号を発生する。演算部は、電圧信号発生部の制御のための各種演算処理を行うものであり、たとえばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）で構成される。記憶部は、演算部が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータ等が格納される、たとえばＲＯＭ（Read  Only  Memory）で構成される部分と、演算部が演算処理を行う際の作業スペースや演算部の演算処理の結果等を記憶する等のために使用される、たとえばＲＡＭ（Random  Access  Memory）で構成される部分とを備えている。また、制御部９０は、領域８０ａ、８０ｂを独立に制御できる。
【００４３】
この光スイッチ装置１０００では、光ファイバポート１１〜１４のうちいずれか一つが、外部から光が入力される共通の光ファイバポート（Ｃｏｍポート）として機能し、その他の三つの光ファイバポートが、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。すなわち、この光スイッチ装置１０００は１×３の光スイッチとして機能する。
【００４４】
つぎに、この光スイッチ装置１０００の動作を、光ファイバポート１２をＣｏｍポートとする場合について、図１、２を用いて説明する。
【００４５】
まず、光ファイバポート１２に、外部から或る信号光Ｌ１が入力される。信号光Ｌ１はＷＤＭ信号光であり、互いに異なる波長を有する信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを含むとする。信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃの波長については、信号光Ｌ１ｃが最も長波長であり、信号光Ｌ１ｂが最も短波長であり、信号光Ｌ１ａがその間の波長であるとする。
【００４６】
光ファイバポート１２は、入力された信号光Ｌ１をコリメータレンズアレイ２０のうちの対応するコリメータレンズへ出力する。このコリメータレンズは、信号光Ｌ１を、ビーム形状が略円形の略平行光にする。
【００４７】
アナモルフィック光学系３０は、コリメータレンズから出力された信号光Ｌ１のビーム形状を方向Ｄ１の方向に拡大し、楕円形にする。
【００４８】
回折格子４０は、楕円形にされた信号光Ｌ１をその波長に応じた所定の回折角で回折する。その結果、図１に示すように、信号光Ｌ１は、それぞれ信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃに分光される。また、図２では、図面の簡略化のため、分光された後の信号光も信号光Ｌ１として図示している。
【００４９】
ウォーラストンプリズム５０は、アナモルフィック光学系３０側から入力された信号光Ｌ１を、信号光Ｌ１（Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ）に含まれる互いに直交する偏波状態を有する２つの信号光Ｌ１１、Ｌ１２に分離し、ｘｚ平面において信号光Ｌ１の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する。本実施の形態１では、信号光Ｌ１１がｙ軸方向の偏波を有し、信号光Ｌ１２がｘ軸方向の偏波を有する。なお、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃから分離した信号光はそれぞれ２つずつあるが、図面の簡略化のため、図１では１つの偏波方向の信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃのみ図示している。また、図２では、分離した偏波の信号光を、信号光Ｌ１１、Ｌ１２で代表させて図示している。このように、本明細書では、主に波長の異なる信号光について説明するときは信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃの符号を用い、偏波状態の異なる信号光について説明するときは信号光Ｌ１１、Ｌ１２の符号を用いる場合がある。
【００５０】
集光レンズ６０は、回折された信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを光スイッチ素子８０のそれぞれ別の領域に集光させる。上述したように、光スイッチ素子８０はそれぞれ集光レンズ６０の凡そ焦点位置に配置されているので、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ（Ｌ１１、Ｌ１２）が、光スイッチ素子８０において略焦点を結ぶ。ここで、図２に示すように、信号光Ｌ１２については、その光路上に配置された１／２波長板７０によって、その偏波方向が９０度回転されてから光スイッチ素子８０に入射する。その結果、信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、偏波方向がいずれもｙ軸方向に揃えられた状態で、光スイッチ素子８０に入射する。このように、１／２波長板７０は、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の偏波方向を同一にする。ここで、光スイッチ素子８０は、その位相変化量に偏波依存性を有するが、本実施の形態１では、光スイッチ素子８０はｙ軸偏波方向の光に対して位相変化量を制御できるように配置されているので、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の間の偏波状態の相違による回折効率の違いは解消される。また、信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、互いに異なる角度で光スイッチ素子８０の表面に入射する。
【００５１】
光スイッチ素子８０では、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃの各偏波の信号光（信号光Ｌ１１、Ｌ１２）が集光される領域に、入力領域が形成されている。なお、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃの入力領域は、波長分散方向である方向Ｄ１の方向に並んでいる。また、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の入力領域は、上述した領域８０ａ、８０ｂであり、光スイッチ方向である方向Ｄ２の方向に並んでいる。この入力領域では、制御部９０により、入力領域に含まれる複数の画素の位相が制御されて、各信号光Ｌ１ｂ、Ｌ１ａ、Ｌ１ｃを、各信号光の波長に応じた所定の角度で反射（回折）させる。
【００５２】
また、信号光Ｌ１１、Ｌ１２が集光される領域はそれぞれ領域８０ａ、８０ｂであるが、領域８０ａへの信号光Ｌ１１の入射角と、領域８０ｂへの信号光Ｌ１２の入射角は異なる。したがって、領域８０ａ、８０ｂでは、制御部９０により、後にウォーラストンプリズム５０によって信号光Ｌ１１、Ｌ１２が再び合成されるように、信号光Ｌ１１、Ｌ１２を異なる反射角で反射するように位相が制御される。
【００５３】
以下、反射された信号光のうち、信号光Ｌ１ａの反射光を代表して信号光Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａとして説明する。なお、信号光Ｌ１２Ａは、１／２波長板７０によって、その偏波方向が再度９０度回転される。その後、信号光Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａは、集光レンズ６０を通過し、光相反性によって反射前とは逆の屈折を受ける。
【００５４】
ウォーラストンプリズム５０は、光相反性によって、互いに直交する偏波状態を有する信号光Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａを結合し、信号光Ｌ１Ａとする。信号光Ｌ１Ａは、回折格子４０を通過し、光相反性によって反射前とは逆の回折を受ける。アナモルフィック光学系３０は、光相反性によって、信号光Ｌ１Ａのビーム形状を方向Ｄ１の方向に縮小して略円形に戻す。その後、信号光Ｌ１Ａは光ファイバポート１４に対応するコリメータレンズに入力する。このコリメータレンズは、信号光Ｌ１Ａを集光し、光ファイバポート１４に結合させる。光ファイバポート１４は結合された信号光Ｌ１Ａを外部に出力する。以上のようにして、この光スイッチ装置１０００は、Ｃｏｍポートである光ファイバポート１２から入力された信号光Ｌ１に含まれる信号光Ｌ１ａの経路を光ファイバポート１４に切り換えることができる。
【００５５】
また、信号光Ｌ１に含まれる他の波長の信号光Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃについても同様に、その経路が、光ファイバポート１４以外の光ファイバポート、すなわち光ファイバポート１１、１３にそれぞれ切り換えられる。これによって、信号光の波長毎の所望の経路の切り換えを実現することができる。
【００５６】
この光スイッチ装置１０００では、信号光Ｌ１は、回折格子４０を通過した後でウォーラストンプリズム５０によって偏波分離される。このため、信号光Ｌ１に含まれる直交する２つの偏波状態の信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、分離される前に同じ角度で回折格子４０に入力される。このため、回折格子４０から受ける収差の影響は、信号光Ｌ１１、Ｌ１２で同一となる。また、分離後の信号光Ｌ１１、Ｌ１２が通過する光学素子の数も少なくなる。その結果、この光スイッチ装置１０００は、挿入損失の増大や製造性の低下が抑制され、挿入損失特性や製造性に優れた光スイッチ装置となる。なお、集光レンズ６０を、収差の少ない非球面レンズにより構成することや、集光レンズ６０の代わりに、たとえば対向配置された２つの平凸レンズにより構成される集光レンズ系などのように、収差の少ない集光レンズ系を用いることにより、挿入損失特性や製造性がさらに優れた光スイッチ装置を構成できる。
【００５７】
また、この光スイッチ装置１０００では、ウォーラストンプリズム５０が集光レンズ６０の手前にあり、かつ信号光Ｌ１１、Ｌ１２を互いに角度を成す方向に出力するため、光入出力ポート１０を多ポート化し、光スイッチ素子８０に入力されるときの信号光Ｌ１１、Ｌ１２のスポットサイズが増大したとしても、ウォーラストンプリズム５０のサイズの増大は抑制される。なぜならば、本光学系の偏波分離距離は、ウォーラストンプリズムを構成する複屈折結晶のなす角と複屈折率が決めるため、サイズには依存しないからである。一方で特許文献３に示されるような複屈折結晶の偏波分離距離は、光伝搬方向の結晶長に依存する。よってこの光スイッチ装置１０００は、フットプリントおよび材料・製造コストの増大が抑制され、フットプリントを小さくでき、かつ安価な光スイッチ装置となる。
【００５８】
なお、光スイッチ素子８０に入力されるときの信号光Ｌ１１、Ｌ１２のｘ軸方向のスポットサイズは、光ファイバポート１２から入力されたときの信号光Ｌ１のスポットサイズに反比例する。光入出力ポート１０の多ポート化を実現する場合、多ポート化による光スイッチ装置の大型化を抑制するために、信号光のコリメータレンズ直後のビームウェストにおけるスポットサイズが６０μｍ以下、あるいは配列ピッチが２５０μｍ以下である光ファイバポートとすることが好ましい。光ファイバポートの配列ピッチを小さくすると信号光のスポットサイズも小さくなる。このような小さい信号光Ｌ１のスポットサイズの場合、光スイッチ素子８０に入力されるときの信号光Ｌ１１、Ｌ１２のスポットサイズは増大するが、この光スイッチ装置１０００の構成であれば、このスポットサイズの増大に伴うフットプリントの増大を抑制できる。
【００５９】
さらに、この光スイッチ装置１０００では、信号光Ｌ１１、Ｌ１２を光スイッチ方向に分離しているため、光分散方向における光スイッチ素子８０の必要長さの増大を抑制することができるので、フットプリントを小さくできる光スイッチ装置となる。さらに、この光スイッチ装置１０００では、信号光Ｌ１１、Ｌ１２を角度的に分離しているため、信号光Ｌ１１、Ｌ１２が光スイッチ素子８０において集光される領域を容易に別の領域８０ａ、８０ｂとできる。そのため、光スイッチ方向に屈折力を有するレンズとしては、集光レンズ６０のみを備えるという簡易な構成を実現できる。一方、信号光Ｌ１１、Ｌ１２を集光レンズより手前において角度的に分離しない場合、信号光Ｌ１１、Ｌ１２が光スイッチ素子８０において集光される領域を分離するために、光スイッチ方向に屈折力を有する他のレンズを設ける必要がある。
【００６０】
ここで、この光スイッチ装置１０００では、アナモルフィック光学系３０が信号光Ｌ１のビーム形状をｙ軸方向に拡大しているため、ｘ軸方向とｙ軸方向とでは信号光Ｌ１のビームウェストのｚ軸方向での位置が異なり、具体的にはｘ軸方向におけるビームウェストの位置は、ｙ軸方向におけるビームウェストの位置よりも、集光レンズ６０から遠い位置となる。この場合、光スイッチ素子８０をｙ軸方向におけるビームウェストの位置に配置すると、ｘ軸方向においては、光スイッチ素子８０はビームウェストの位置よりも集光レンズ６０に近い位置に配置されることとなる。その結果、ｘ軸方向においては、光スイッチ素子８０からの信号光Ｌ１Ａのビームウェストが光ファイバポート１４の端面よりもアナモルフィック光学系３０側に位置することとなるため、信号光Ｌ１Ａは光ファイバポート１４に対する結合効率が低下して光損失を受けることとなる。
【００６１】
この場合、光スイッチ素子８０をｙ軸方向における信号光Ｌ１のビームウェストの位置に配置するとともに、制御部９０が、光スイッチ素子８０がｘ軸方向において反射型のフレネルレンズとして機能するように制御を行うことによって、ｘ軸とｙ軸との両方において信号光Ｌ１Ａのビームウェストが光ファイバポート１４の端面に位置するようにすることが好ましい。これにより、信号光Ｌ１Ａの光ファイバポート１４に対する結合効率の低下を抑制することができる。
【００６２】
光スイッチ素子８０は、制御部９０により、液晶層が２次元的に所望の屈折率の分布を有するように制御できる。そして、この屈折率の分布を調整することによって、入射した光が、画素電極群により反射して液晶層を伝搬する際に、フレネルレンズ状の位相変調をするように形成することができる。この光スイッチ素子８０による擬似的な反射型フレネルレンズは、制御部９０により、フレネルレンズとしての曲率および焦点距離を、所望の値に設定することができるものである。
【００６３】
図３は、光スイッチ素子８０の表示画像の一例を表す図である。図３では、光スイッチ素子８０が凸面鏡として働くように制御することを前提として説明するが、凹面鏡として働くよう制御してもよい。また、図３（ａ）、（ｂ）は領域８０ａ、８０ｂにおける表示画像を示している。
【００６４】
図３において、色が濃い部分の屈折率が高く、薄い部分の屈折率が低くなっている。すなわち、領域８０ａでは、位相変調の周期が、ｘ軸方向の正の向きに従って、次第に短くなるように各画素の屈折率が制御されている。その結果、ｘ軸方向の正の向きに従って、次第にフレネルレンズとしての曲率が大きくなるように作用させることができる。一方、領域８０ｂでは、位相変調の周期が、ｘ軸方向の負の向きに従って、次第に短くなるように各画素の屈折率が制御されている。その結果、ｘ軸方向の負の向きに従って、次第にフレネルレンズとしての曲率が大きくなるように作用させることができる。
【００６５】
ここで、上述したように、領域８０ａへの信号光Ｌ１１の入射角と、領域８０ｂへの信号光Ｌ１２の入射角は異なる。したがって、領域８０ａ、８０ｂでは、制御部９０により、後にウォーラストンプリズム５０によって信号光Ｌ１１、Ｌ１２が再び合成されるように、信号光Ｌ１１、Ｌ１２を異なる反射角で反射するように位相が制御される。図３（ａ）に示す例では、領域８０ａにおいて、入射された信号光Ｌ１１のビームＢ１の中心に対してフレネルレンズの光軸ＡＸをｘ軸の負の向きにシフトさせることによって、信号光Ｌ１１をｘ軸の正の向きに角度を成す方向に反射させることができる。また、図３（ｂ）に示す例では、領域８０ｂにおいて、入射された信号光Ｌ１２のビームＢ２の中心に対してフレネルレンズの光軸ＡＸをｘ軸の正の向きにシフトさせることによって、信号光Ｌ１２をｘ軸の負の向きに角度を成す方向に反射させることができる。
【００６６】
このように、領域８０ａと領域８０ｂとで、形成するフレネルレンズの光軸、曲率、焦点距離を調整することによって、信号光Ｌ１１、Ｌ１２を確実に光ファイバポート１４に結合させるように、信号光Ｌ１１、Ｌ１２を適切な反射角で信号光Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａとして反射できるとともに、信号光Ｌ１Ａの光ファイバポート１４に対する結合効率の低下を抑制することができる。
【００６７】
また、この光スイッチ装置１０００では、偏波分離後の信号光Ｌ１１、Ｌ１２が通過する光学素子の数が少なくされているが、分離後に通過する光学素子である集光レンズ６０、１／２波長板７０などが偏波依存損失（Polarization  Dependent  Loss：ＰＤＬ）を有している場合がある。たとえば、スイッチ軸方向において、集光レンズ６０への入射位置が異なる偏波のペアは、わずかなりとも異なる屈折力を受けることになる。また、１／２波長板７０がスイッチ軸方向にズレた場合、１／２波長板７０の作用する光が蹴られ、過剰損を生じる場合がある。このような場合、たとえば信号光Ｌ１１が信号光Ｌ１２よりもＰＤＬに起因する光損失が小さい場合、制御部９０により、信号光Ｌ１１の方を減衰させるように光スイッチ素子８０の領域８０ａを制御することにより、ＰＤＬを低減できる。このとき、ＰＤＬを完全に解消できるように信号光Ｌ１１の減衰量を調整することが好ましい。信号光Ｌ１１を減衰させる方法としては、領域８０ａによる信号光Ｌ１１の反射角度の調整やフレネルレンズを描画する場合にはその焦点距離（曲率）を調整することにより、信号光Ｌ１１の光ファイバポート１４に対する結合効率を低下させる方法がある。または、領域８０ａに対して反射率や回折効率などが低い特性を有する描画を行うことにより信号光Ｌ１１を減衰させてもよい。
【００６８】
（実施の形態２）
図４、５は、本発明の実施の形態２に係る光スイッチ装置の模式的な構成図である。図４は、光スイッチ装置２０００を、ｘ軸の負の側から見た図である。図５は、光スイッチ装置２０００を、ｙ軸の正の側から見た図である。
【００６９】
図４、５に示すように、光スイッチ装置２０００は、図１、２に示す光スイッチ装置１０００において、光入出力ポート１０、コリメータレンズアレイ２０、１／２波長板７０、光スイッチ素子８０、制御部９０を、それぞれ光入出力ポート１１０、コリメータレンズアレイ１２０、１／２波長板１７０ａ、１７０ｂ、光スイッチ素子１８０、制御部１９０に置き換えた構成を有する。
【００７０】
この光スイッチ装置２０００は、光スイッチ装置１０００と同様に機能する単位光スイッチ装置を複数（本実施の形態２では２つ）含むように構成された、いわゆるＮｉｎ１型の光スイッチ装置として機能する。
【００７１】
光入出力ポート１１０は、所定の配列方向（方向Ｄ２）に配列された光ファイバからなる複数の光ファイバポートを備えた複数のポート群１１０Ａ、１１０Ｂを含んでいる。なお、ポート群１１０Ａ、１１０Ｂは、いずれも光入出力ポート１０と同様に４本の光ファイバポートを備えているが、図５ではその中の光ファイバポート１１１Ａ、１１２Ａおよび１１１Ｂ、１１２Ｂの２つずつのみ図示している。ポート群１１０Ａ、１１０Ｂは、同一のポート群内に含まれる光ファイバポートは光の入出力方向が互いに平行であって、異なるポート群間に含まれる光ファイバポートは光の入出力方向が互いに異なるように構成されている。具体的には、ポート群１１０Ａ内に含まれる光ファイバポート１１１Ａ、１１２Ａは光の入出力方向が互いに平行である。ポート群１１０Ｂ内に含まれる光ファイバポート１１１Ｂ、１１２Ｂは光の入出力方向が互いに平行である。また、ポート群１１０Ａ、１１０Ｂ内にそれぞれ含まれる光ファイバポート１１１Ａ、１１１Ｂは光の入出力方向が互いに異なる。なお、ポート群１１０Ａ、１１０Ｂは、集光レンズ６０の光軸に対して光の入出力方向が所定の角度αをなすように対称に配置されている。
【００７２】
コリメータレンズアレイ１２０は、複数のコリメータレンズからなり、光入出力ポート１１０を構成する各光ファイバポートに対応して設けられている。
【００７３】
光スイッチ素子１８０は、ＬＣＯＳであり、光入出力ポート１１０のポート群１１０Ａのいずれかの光ファイバポートから入力した光を反射（回折）して光路を切り換え、ポート群１１０Ａの他のいずれかの光ファイバポートに向けて出力する機能を有する。光スイッチ素子１８０は、さらに、ポート群１１０Ｂのいずれかの光ファイバポートから入力した光を反射（回折）して光路を切り換え、ポート群１１０Ｂの他のいずれかの光ファイバポートに向けて出力する機能を有する。図５に示すように、光スイッチ素子１８０は方向Ｄ２に並ぶ４つの領域１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄを有している。
【００７４】
１／２波長板１７０ａ、１７０ｂは、ウォーラストンプリズム５０で分離された一方の偏波状態の光の光路上にそれぞれ配置される。そして、１／２波長板１７０ａ、１７０ｂは当該一方の偏波状態の光の直線偏光に対し遅相軸と偏光軸とのなす角が４５度となるように配置される。
【００７５】
制御部１９０は、制御部９０と同様の構成を有し、領域１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄを独立に制御できる。
【００７６】
光スイッチ装置２０００は、光スイッチ装置１０００と同様に機能し、同様の効果を有する２つの単位光スイッチ装置２０００Ａ、２０００Ｂを含むように構成されている。単位光スイッチ装置２０００Ａは、ポート群１１０Ａ、コリメータレンズアレイ１２０のうちのポート群１１０Ａに対応するコリメータレンズ、アナモルフィック光学系３０、回折格子４０、ウォーラストンプリズム５０、集光レンズ６０、１／２波長板１７０ａ、光スイッチ素子１８０のうちの領域１８０ｃ、１８０ｄ、および制御部１９０を含んで構成されるものである。一方、単位光スイッチ装置２０００Ｂは、ポート群１１０Ｂ、コリメータレンズアレイ１２０のうちのポート群１１０Ｂに対応するコリメータレンズ、アナモルフィック光学系３０、回折格子４０、ウォーラストンプリズム５０、集光レンズ６０、１／２波長板１７０ｂ、光スイッチ素子１８０のうちの領域１８０ａ、１８０ｂ、および制御部１９０を含んで構成されるものである。
【００７７】
このように、光スイッチ装置２０００は、コリメータレンズアレイ１２０、アナモルフィック光学系３０、回折格子４０、ウォーラストンプリズム５０、集光レンズ６０および制御部１９０を共用の構成とする２つの単位光スイッチ装置２０００Ａ、２０００Ｂを含む２ｉｎ１型の光スイッチ装置である。
【００７８】
したがって、たとえば図５に示すように、光スイッチ装置２０００において、ポート群１１０Ａの光ファイバポート１１１Ａから入力された、互いに波長が異なる信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを含む信号光Ｌ１は、コリメータレンズアレイ１２０により平行光とされ、アナモルフィック光学系３０によりビーム形状を楕円形とされ、回折格子４０により信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃに分光される。さらに、信号光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃは、ウォーラストンプリズム５０により互いに直交する偏波状態を有する２つずつの信号光（信号光Ｌ１１、Ｌ１２）に分離され、集光レンズ６０により光スイッチ素子１８０のうちの領域１８０ｃ、１８０ｄに集光される。このとき、信号光Ｌ１２は、１／２波長板１７０ａによってその偏波方向が９０度回転される。さらに、信号光Ｌ１ａが偏波分離したものである信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、領域１８０ｃ、１８０ｄにおいて所定の角度で反射されて、信号光Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａとなり、さらにその後ウォーラストンプリズム５０により偏波合成されて信号光Ｌ１Ａとなり、ポート群１１０Ａの光ファイバポート１１２Ａから出力される。
【００７９】
同様に、ポート群１１０Ｂの光ファイバポート１１１Ｂから入力された、互いに波長が異なる信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃを含む信号光Ｌ２は、コリメータレンズアレイ１２０により平行光とされ、アナモルフィック光学系３０によりビーム形状を楕円形とされ、回折格子４０により信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃに分光される。さらに、信号光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃは、ウォーラストンプリズム５０により互いに直交する偏波状態を有する２つずつの信号光（信号光Ｌ２１、Ｌ２２）に分離され、集光レンズ６０により光スイッチ素子１８０のうちの領域１８０ａ、１８０ｂに集光される。このとき、信号光Ｌ２２は、１／２波長板１７０ｂによってその偏波方向が９０度回転される。さらに、信号光Ｌ２ａが偏波分離したものである信号光Ｌ２１、Ｌ２２は、領域１８０ａ、１８０ｂにおいて所定の角度で反射されて、信号光Ｌ２１Ａ、Ｌ２２Ａとなり、さらにその後ウォーラストンプリズム５０により偏波合成されて信号光Ｌ２Ａとなり、ポート群１１０Ｂの光ファイバポート１１２Ｂから出力される。
【００８０】
この光スイッチ装置２０００は、光スイッチ装置１０００と同様に機能し、同様の効果を有する２つの単位光スイッチ装置２０００Ａ、２０００Ｂを含んでおり、光スイッチ装置１０００と同様に挿入損失特性や製造性に優れ、フットプリントを小さくでき、かつ安価な光スイッチ装置となる。
【００８１】
また、この光スイッチ装置２０００では、ポート群１１０Ａ、１１０Ｂは、集光レンズ６０の光軸に対して所定の角度αをなすように配置されているため、たとえば図５において、回折格子４０への信号光Ｌ１、Ｌ２の入射角はそれぞれαである。一方、ウォーラストンプリズム５０が回折格子４０の前に配置されている構成の場合は、ウォーラストンプリズム５０により信号光が互いに逆向きに角度βで分離されるとすると、回折格子４０への信号光Ｌ１、Ｌ２の入射角は、最大でα＋βとなり、光スイッチ装置２０００の場合よりも入射角が大きくなってしまうので好ましくない。
【００８２】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る光スイッチ装置について説明する。まず、図６を用いて、上記実施の形態１に係る光スイッチ装置１０００において、光入出力ポート１０側から、集光レンズ６０の光軸６０ａに一致させて信号光Ｌ１を入力させる場合について説明する。上述したように、回折格子４０は集光レンズ６０の凡そ焦点位置に配置されているので、回折格子４０と集光レンズ６０との距離は凡そ集光レンズ６０の焦点距離ｆに等しい。
【００８３】
上述したように、ウォーラストンプリズム５０は、信号光Ｌ１を、互いに直交する偏波状態を有する２つの信号光Ｌ１１、Ｌ１２に分離し、ｙｚ平面において信号光Ｌ１の入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する。このとき、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の角度的な分離の起点は、集光レンズ６０の焦点位置よりも集光レンズ６０に近い位置となるため、集光レンズ６０を通過した信号光Ｌ１１、Ｌ１２の進行方向は光軸６０ａとは平行にならず、或る角度φで広がることとなる。この場合、信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、光スイッチ素子８０に垂直に入射しないこととなるので、これに起因して信号光Ｌ１１、Ｌ１２間で光スイッチ素子８０による回折効率（反射率）に差が生じる場合があり、またＰＤＬが生じる場合もある。
【００８４】
これに対して、本実施の形態３に係る光スイッチ装置３０００は、実施の形態１に係る光スイッチ装置１０００の構成において、ウォーラストンプリズム５０に対して光入出力ポート１０側、好ましくはさらに回折格子４０に対して光入出力ポート１０側に配置され、入力された光を互いに直交する２つの直線偏波の光に分離し、該分離された光は、それぞれの伝搬方向が、入力された光の伝搬方向に平行になるように出力される偏波分離素子であるルチル素子２１０を備えている。
【００８５】
光スイッチ装置３０００では、ルチル素子２１０は、信号光Ｌ１を２つの信号光Ｌ１１、Ｌ１２に分離し、信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、それぞれの伝搬方向が、信号光Ｌ１の伝搬方向に平行になるように出力する。これにより、信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、回折格子４０に垂直に入射される。その後、ウォーラストンプリズム５０は、信号光Ｌ１１、Ｌ１２を、その入射方向に対して互いに逆向きの角度を成すように光路を屈曲させて出力する。この場合、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の角度的な分離の起点は、破線ＤＬで示したように回折格子４０の位置（すなわち、集光レンズ６０の凡その焦点位置）までずれるため、集光レンズ６０を通過した信号光Ｌ１１、Ｌ１２の進行方向は光軸６０ａと平行になる。その結果、信号光Ｌ１１、Ｌ１２は、光スイッチ素子８０に垂直に入射されることとなるので、光スイッチ素子８０による回折効率（反射率）の差やＰＤＬを抑制することができる。なお、このような偏波分離素子はルチル素子に限定されず、たとえば方解石や、ウォーラストンプリズムを複数組み合わせて構成したものでもよい。
【００８６】
なお、本実施の形態３では、図７に示すように信号光Ｌ１１、Ｌ１２の角度的な分離の起点を、破線ＤＬで示したように回折格子４０の位置にずれるように、ルチル素子２１０のｚ軸方向での厚さを調整し、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の分離距離を設定している。しかし、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の角度的な分離の起点を回折格子４０の位置までずらさなくても、図６に示す起点の位置から回折格子４０側に近づければ、信号光Ｌ１１、Ｌ１２の広がり角度φを小さくできるので好ましい。
【００８７】
ところで、ウォーラストンプリズムは、その光軸を光の入射角に対して垂直に配置して使用するが、ウォーラストンプリズム内では、常光に対する屈折率と異常光に対する屈折率との間に乖離がある。その結果、常光と異常光に速度差が発生することになり、異常光と常光との間で光路差が生じる。この光路差は、ウォーラストンプリズムにおける偏波モード分散（ＰＭＤ）の原因となる。
【００８８】
ここで、現在の光通信ネットワークにおいては、波長選択光スイッチ装置のＰＭＤを０．５ｐｓ程度まで低減する必要がある。本実施の形態に係る波長選択光スイッチ装置のウォーラストンプリズムとして方解石からなるものを用いる場合、方解石の屈折率は異常光に対して１．４８、常光に対して１．６６である。仮に、ウォーラストンプリズムの厚さが５ｍｍであるとすると、常光と異常光との光路差は、約０．８５ｍｍとなり、常光と異常光との群速度遅延（ＤＧＤ）であるＰＭＤは数ｐｓにまで達することとなる。
【００８９】
そこで、実施の形態３に係る光スイッチ装置３０００において、ウォーラストンプリズム５０で生じるＰＭＤを補償するために、ルチル素子２１０の特性を利用することが好ましい。ルチルの屈折率は、異常光に対して２．６９、常光に対して２．４４であり、常光に対する屈折率の方が異常光に対する屈折率よりも低い。すなわち、ルチル素子２１０は、常光に対する屈折率と異常光に対する屈折率との大小関係が方解石とは逆であり、方解石からなるウォーラストンプリズム５０とは逆の複屈折性を有するものである。そこで、ウォーラストンプリズム５０で生じる常光と異常光との光路差を、ルチル素子２１０により補償することで、ＰＭＤを補償することができる。
【００９０】
図８は、実施の形態３に係る光スイッチ装置３０００における構成を説明する図である。なお、信号光Ｌ１１が異常光、信号光Ｌ１２が常光である。ルチル素子２１０の光軸ＯＡは、例えば４７．８度の角度になるように設定する。ここで、ルチル素子２１０の光軸６０ａの方向での厚さを１２ｍｍとし、ウォーラストンプリズム５０の光軸６０ａの方向での厚さを１７．６ｍｍとすることで、ウォーラストンプリズム５０で生じるＰＭＤを、ルチル素子２１０により補償することができる。
【００９１】
図９は、変形サバール板を用いた構成を説明する図である。すなわち、図９では、光スイッチ装置３０００の構成において、ルチル素子２１０を変形サバール板２２０に置き換えたものである。変形サバール板２２０は、２枚のルチル素子の間に１／２波長板を挟んだ構造を有する偏波分離素子である。図９のように変形サバール板２２０を用いれば、変形サバール板２２０を適切に設計することで、同じ厚さでも常光と異常光との光路差をより大きくすることができる。その結果、より薄い変形サバール板２２０によって、ウォーラストンプリズム５０で生じるＰＭＤを補償することができる。
【００９２】
図１０は、ルチル素子の光軸を変更した構成を説明する図である。図１０では、ルチル素子２１０の光軸ＯＡがルチル素子２１０に対する信号光Ｌ１の入射方向と平行になるように、ルチル素子２１０を配置する。この場合、信号光Ｌ１に含まれる異常光である信号光Ｌ１１と常光である信号光Ｌ１２は、空間的に分離せずに信号光Ｌ１の入射方向に沿って(光軸６０ａに沿って)伝搬するが、両者には屈折率差により光路差が生じる。図１０の構成によっても、ウォーラストンプリズム５０で生じるＰＭＤを、ルチル素子２１０により補償することができる。
【００９３】
なお、図１０の構成では、ルチル素子２１０は空間的な偏波分離を行わない。したがって、たとえば図１０の場合と同様に光軸ＯＡを設定したルチル素子２１０を実施の形態１、２に係る光スイッチ装置に追加することによって、各光スイッチ装置においてウォーラストンプリズム５０で生じるＰＭＤを、ルチル素子２１０により補償することができる。
【００９４】
また、図８〜図１０を用いて説明した構成では、ウォーラストンプリズム５０が方解石からなり、そのＰＭＤを補償するためにルチル素子を利用している。しかし、ウォーラストンプリズム５０のＰＭＤを補償する素子はルチル素子に限られず、ウォーラストンプリズム５０を構成する複屈折材料における常光に対する屈折率と異常光に対する屈折率との大小関係とは逆の大小関係を有する複屈折材料で構成される素子であればよい。
【００９５】
また、上記実施の形態では、偏波操作素子としてウォーラストンプリズム５０を備えているが、偏波操作素子としては、入力された光に含まれる互いに直交する偏波状態を有する２つの光を互いに角度を成す方向に出力する素子であれば特に限定されず、たとえばローションプリズムなどを用いてもよい。また、光操作素子は、ＬＣＯＳに限らない。偏波依存特性を有する光操作素子を備える光スイッチ装置であれば、本発明を適用できる。
【００９６】
また、上記実施の形態では回折格子を透過型としたが、本発明はこれに限らず、反射型の回折格子を用いてもよい。また、回折格子の代わりにたとえば分散プリズムなどの他の光分散素子を用いてもよい。なお、透過型の回折格子や分散プリズムを用いると、光入出力ポート１０から回折格子（または分散プリズム）までの光路とウォーラストンプリズム５０とが空間的に干渉しにくくなるので好ましい。
【００９７】
また、上記実施の形態では、光スイッチ装置１０００は１×３光スイッチであるが、本発明では光が入出力するポートの数は特に限定されず、Ｎ×Ｍ光スイッチ（Ｎ、Ｍは任意の整数）であればよい。また、たとえば光スイッチ装置１０００の構成において、光ファイバポート１２、１３、１４のいずれかから信号光を入力させて、Ｃｏｍポートである光ファイバポート１１から出力させるように光スイッチ装置１０００を動作させてもよい。これによって、光スイッチ装置１０００を３×１光スイッチとして使用することができる。
【００９８】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上のように、本発明に係る波長選択光スイッチ装置は、例えば光通信システムに適用して好適なものである。
【符号の説明】
【０１００】
１０、１１０  光入出力ポート
１１、１２、１３、１４、１１１Ａ、１１２Ａ、１１１Ｂ、１１２Ｂ  光ファイバポート
２０、１２０  コリメータレンズアレイ
３０  アナモルフィック光学系
３１  シリンドリカルレンズ
３２  アナモルフィックプリズム
４０  回折格子
５０  ウォーラストンプリズム
６０  集光レンズ
６０ａ、ＡＸ、ＯＡ  光軸
７０、１７０ａ、１７０ｂ  １／２波長板
８０、１８０  光スイッチ素子
８０ａ、８０ｂ、１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄ  領域
９０、１９０  制御部
１１０Ａ、１１０Ｂ  ポート群
２１０  ルチル素子
２２０  変形サバール板
１０００、２０００、３０００  光スイッチ装置
２０００Ａ、２０００Ｂ  単位光スイッチ装置
Ｂ１、Ｂ２  ビーム
Ｄ１、Ｄ２  方向
ＤＬ  破線
Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ１１Ａ、Ｌ１２、Ｌ１２Ａ、Ｌ１Ａ、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ２、Ｌ２１、Ｌ２１Ａ、Ｌ２２、Ｌ２２Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ  信号光
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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