(57)【要約】【課題】光路切替が可能で後段の光ファイバーへの光結合を高効率に行う。【解決手段】制御光１１等および信号光１が、熱レンズ形成素子７の光吸収層２５またはその近辺にて収束しかつ制御光１１等および信号光１の各々の収束点の位置が光軸に対し垂直方向で相異なるように照射され、制御光１１等の波長は光吸収層２５が吸収する波長帯域から選ばれ、信号光１の波長は光吸収層２５が吸収しない波長帯域から選ばれ、制御光１１等と信号光１は光吸収層２５またはその近辺に各々収束して入射され、２つ以上の制御光１１等の各々の照射の有無および各々の照射強度に応じ、光吸収層２５内にて吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因する屈折率変化により、信号光の進行方向を変え、進行方向が変えられた信号光２２１等を光路切替要求に応じ特定の受光手段に入射させる光路切替方法である。【選択図】図1
2008083095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光吸収層を含む熱レンズ形成素子中の光吸収層に、制御光と信号光とを入射させ、
前記制御光は２つ以上を同時に入射させ、
所望の光路切替要求に応じて前記２つ以上の制御光の各々について照射の有無および照射強度を定め、
前記制御光および前記信号光は、前記光吸収層またはその近辺にて収束するように照射されかつ前記制御光および前記信号光の各々の収束点の位置が光軸に対して垂直方向で相異なるように照射され、
前記制御光の波長と前記信号光の波長を異ならせ、前記制御光の波長は前記光吸収層が吸収する波長帯域から選ばれ、前記信号光の波長は前記光吸収層が吸収しない波長帯域から選ばれ、
前記制御光と前記信号光は、前記光吸収層またはその近辺において各々収束して入射されることによって、前記光吸収層内における、前記２つ以上の制御光の各々の照射の有無および各々の照射強度に応じて、前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因する屈折率変化すなわち熱レンズによって、前記信号光の進行方向を変え、
前記２つ以上の制御光の各々の照射の有無および各々の照射強度に応じて進行方向が変えられた信号光を、前記所望の光路切替要求に応じて定められた特定の受光手段に入射させることを特徴とするベクトル制御式光路切替方法。
【請求項２】
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、前記光吸収層内またはその近辺での見かけ上の収束点が互いに分離していることを特徴とする請求項１に記載のベクトル制御式光路切替方法。
【請求項３】
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、それぞれ同一の光学手段によって収束または集光され、前記所望の光路切替要求に応じて定められた特定の受光手段によって受光されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のベクトル制御式光路切替方法。
【請求項４】
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、それぞれ同一の光学手段によって収束または集光され、前記所望の光路切替要求に応じて定められた特定の受光手段として設けられた光ファイバーによって受光されることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３のいずれか１項に記載のベクトル制御式光路切替方法。
【請求項５】
前記光ファイバーに入射する、制御光が照射されず信号方向が変わらなかった信号光と、光路を切り替えられた１つ以上の信号光の前記光吸収層内またはその近辺における互いの見かけ上の収束点距離が、前記受光手段としての光ファイバー間距離を前記信号光を前記光ファイバーに収束または集光する光学手段の結像倍率で除した距離であることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項４のいずれか１項に記載のベクトル制御式光路切替方法。
【請求項６】
１種類以上の波長の信号光を照射する信号光光源と、
前記信号光とは異なる波長の制御光を同時に照射する２つ以上の制御光光源であって、
所望の光路切替要求に応じて前記２つ以上の制御光の各々について照射の有無および照射強度が定められて照射される制御光光源と、
前記信号光は透過し、前記制御光を選択的に吸収する光吸収層を含む熱レンズ形成素子と、
前記光吸収層またはその近辺に前記制御光と前記信号光とを各々収束点を光軸に対して垂直方向で異ならせて集光させる集光手段と、を有し、
前記熱レンズ形成素子は、前記２つ以上の制御光と前記信号光が、前記光吸収層またはその近辺において収束して入射されることによって、前記光吸収層内における、前記２つ以上の制御光の各々の照射の有無および各々の照射強度に応じて、前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因する屈折率変化すなわち熱レンズによって、前記信号光の進行方向を変え、
前記所望の光路切替要求に応じて前記信号光が選択的に入射される受光手段を備えたことを特徴とするベクトル制御式光路切替装置。
【請求項７】
前記熱レンズ形成素子の光吸収層に形成された熱レンズは、前記制御光が照射されず進行方向が変更されなかった信号光と前記制御光が照射され進行方向が変更された信号光との前記光吸収層またはその近辺での見かけ上の収束点を互いに分離させることを特徴とする請求項６に記載のベクトル制御式光路切替装置。
【請求項８】
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、それぞれ同一の光学手段によって収束または集光され、前記所望の光路切替要求に応じて定められた特定の受光手段によって受光されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のベクトル制御式光路切替装置。
【請求項９】
前記受光手段が、光ファイバーであることを特徴とする請求項６、請求項７、請求項８のいずれか１項に記載のベクトル制御式光路切替装置。
【請求項１０】
前記光ファイバーに入射する、信号方向が変わらなかった信号光と、光路を切り替えられた１つ以上の信号光の前記光吸収層またはその近辺における互いの見かけ上の収束点距離は、受光光ファイバー間距離を前記信号光を前記光ファイバーに収束または集光する光学手段の結像倍率で除した距離であることを特徴とする請求項７、請求項８、請求項９のいずれか１項に記載のベクトル制御式光路切替装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野および光情報処理分野で用いられる光路切替装置および光路切替方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットおよび会社内・家庭内イントラネットの普及にともなうネットワークトラフィックの爆発的増加に対応するため、電気信号を経由しない光路切替装置（光スイッチ）、すなわち、光−光直接スイッチが求められている。光ファイバー、光導波路、あるいは、空間を伝搬する光の進む道筋、すなわち、光路を切り替える装置・方法としては、例えば、光導波路内または光導波路間で光路を切り替える空間分割型、多重化された複数の波長の光を波長に応じた光路へ分割して切り替える波長分割多重型、一定時間毎に時分割多重化された光の光路を切り替える時分割多重型、空間を伝搬する光の光路を鏡やシャッターなどを用いて空間的に分割・合成するフリースペース型などの方式が知られている。これらの方式は、各々多重化することも複数を組み合わせて使用することもできる。
【０００３】
空間分割型光スイッチには、方向性結合器を利用するもの、光分岐器で光信号のコピーを作り、ゲート素子により光をオン・オフするもの、交差またはＹ分岐の交差部分で導波路の屈折率を変化させることで、導波路を伝搬してきた光を透過させたり反射させたりするものなどが提案されているが、まだ研究開発段階である。マッハツェンダー干渉計型光導波路スイッチの導波路の屈折率を変化させるために電気ヒーター加熱による熱光学効果を用いるものが実用化に近づいていると言われているが、応答速度が１ミリ秒程度と遅いだけでなく、光スイッチを動作させるために電気信号を用いなければならない、という欠点を有する。
【０００４】
フリースペース型光スイッチには、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ；  ＭＥＭＳと略記される。）、励起子吸収・反射スイッチ（Ｅｘｃｉｔｏｎ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｗｉｔｃｈ；ＥＡＲＳスイッチと略記される）、多段ビームシフタ型光スイッチ、ホログラム型光スイッチ、液晶スイッチなどが検討されている。これらは、機械的可動部分がある、偏波依存性があるなどの課題があり、まだ充分実用段階にあるとは言えない。
【０００５】
一方、熱レンズ形成素子に光を照射することで引き起こされる透過率変化や屈折率変化を利用し、直接、光で光の強度や周波数を変調する、全光型熱レンズ形成素子や光制御方式の研究が盛んに行われている。本発明者らは、全光型光素子等による新たな情報処理技術の開発を目指して、有機色素凝集体をポリマーマトリックスに分散した有機ナノパーティクル光熱レンズ形成素子を用いて、光制御方式の研究を行って来た（非特許文献１参照）。現在、制御光（６６０ｎｍおよび９８０ｎｍ）により信号光（７８０ｎｍおよび１５５０ｎｍ）の変調を行う方式で、制御光と信号光を同軸・同焦点入射させることを特徴とし、制御光の吸収により過渡的に形成される熱レンズにより信号光が屈折されるという動作原理の素子を開発しており、約２０ナノ秒の高速応答が達成されている。光応答性組成物からなる熱レンズ形成素子に制御光を照射し、制御光とは異なる波長帯域にある信号光の透過率および／または屈折率を可逆的に変化させることにより前記熱レンズ形成素子を透過する前記信号光の強度変調および／または光束密度変調を行う光制御方法であって、前記制御光および前記信号光を各々収束させて前記熱レンズ形成素子へ照射し、かつ、前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点の近傍（ビームウエスト）の光子密度が最も高い領域が前記熱レンズ形成素子中において互いに重なり合うように前記制御光および前記信号光の光路を調整することを特徴とする光制御方法が開示されている（特許文献１から特許文献７参照）。光応答性組成物からなる熱レンズ形成素子に、互いに波長の異なる制御光および信号光を照射し、前記制御光の波長は前記光応答性組成物が吸収する波長帯域から選ばれるものとし、前記光応答性組成物が前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に発生する温度上昇に起因する密度変化の分布に基づいた熱レンズを可逆的に形成させ、前記熱レンズを透過する信号光の強度変調および／または光束密度変調を行う光制御方法が開示されている（特許文献８参照）。そして、上記熱レンズ形成素子として例えば色素／樹脂膜や色素溶液膜が用いられ、制御光のパワー２ないし２５ｍＷにおける制御光照射に対する信号光の応答時間は、２マイクロ秒未満と記載されている（特許文献８参照）。ここで熱レンズ効果とは、光吸収の中心部分において光を吸収した分子などが光を熱に変換し、この熱が周囲に伝搬されることにより温度分布が生じ、その結果、光透過媒体の屈折率が光吸収中心から外部へ向けて球状に変化して光吸収中心の屈折率が低く外部へ向けて屈折率が高くなる分布を生じ、これが凹レンズのように機能するような光の屈折効果を示す。熱レンズ効果は分光分析の分野で古くから利用されており、現在では分子１個による光吸収をも検出するような超高感度分光分析も可能になっている（非特許文献２および非特許文献３参照）。
【０００６】
これらの熱レンズを用いる方法は光で光を制御する点で優れ、かつ高速応答も可能であるが、制御光照射時に形成され光束形状がドーナツ型になり、そのために光ファイバーへの結合効率が小さくなるという問題がある。
【０００７】
上記課題を解決する方法として、本発明者等は、光吸収層を含む熱レンズ形成素子中の光吸収層に、制御光と信号光とを前記光吸収層にて収束するように照射し、かつ前記制御光および前記信号光の各々の収束点の位置が光軸に対して垂直方向で相異なるように照射され、前記制御光と前記信号光は、光の進行方向で前記光吸収層の入射面またはその内部において収束したのち拡散することによって、前記光吸収層内における前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因し可逆的に形成される熱レンズにより、屈折率が変化して、前記信号光の進行方向を変え、すなわち光路を偏向させ、前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され光路偏向された信号光とを、分離して検出することを特徴とする光路切替方法および切替装置を出願している（特願２００６−０４６０２８号および特願２００６−０４６０２９号）。この方法では、進行方向が変えられた信号光の光束形状がドーナツ型にならず、元の光束形状に近い状態で光路偏向されるので光ファイバーへの結合効率を、信号光の光束形状がドーナツ型の場合よりも高くすることができる。そしてより小型で１入力複数出力が可能な方法として特願２００６−０４６０２９号では、信号光および制御光の照射方法として、１つのフェルールに複数の光ファイバーを近接させ、全光ファイバーの端面が同一平面になるよう並べ、１つの光ファイバーから信号光を出射させ、その光ファイバーに隣接するも１つの光ファイバーからは制御光を出射させ、信号光の受光側にも出射側と同様に１つのフェルールに複数の光ファイバーを近接させ、全光ファイバーの端面が同一平面になるよう並べ、制御光照射の有無に応じて、特定の光ファイバーで受光する方法を開示している。この方法は装置構成をコンパクトにできるなどのメリットがある一方、信号光および制御光が出射される、近接する複数の光ファイバーの配置と制御光が照射されず直進する信号光および光路偏向された信号光を受光する複数の光ファイバーの配置とが、完全に１対１に対応しない限りずれが生じ、信号光の受光を効率良く行えないという課題が残る。
【０００８】
熱レンズ効果ないし熱による屈折率変化を用いて光路を偏向させる方式として、発熱抵抗体で媒体に熱を与え、媒体内に屈折率分布を生じさせ、光を偏向する方法が開示されている（特許文献９参照）。しかしながら、上述の手法は、発熱抵抗体で発熱させ、熱伝導で媒体を加熱することになるので、「熱の拡がり」という問題を本来的に有する。つまり、熱の拡がりにより、広い面積内で微細な熱勾配を与えることができず、所望の屈折率分布を得るのが困難である。さらに、発熱抵抗体の微細加工は半導体集積回路で用いられているフォトリソグラフィ技術を採用しても、現実には一定の限界を有し、素子が大型化せざるを得ない。素子が大型化すれば、それにともない光学系も複雑かつ大型化する。また、発熱抵抗体で発熱させ、熱伝導で媒体を加熱することになるので、応答が遅く、屈折率変化の周波数を上げることができないという不具合を本質的な問題として有している。
【０００９】
また、光応答組成物からなる熱レンズ形成素子と、該熱レンズ形成素子にくさび形の光強度分布で光を照射するための強度分布調整手段とから少なくとも構成され、制御光により前記熱レンズ形成素子中に屈折率分布を形成し、該屈折率分布により前記制御光とは異なる波長の信号光の偏向を行うことを特徴とする熱レンズ形成素子を用いた偏向素子が開示されている（特許文献１０参照）。この方式は、光で光を制御する点では優れたものであるが、該熱レンズ形成素子にくさび形の光強度分布で光を照射するための強度分布調整手段で制御光のロスが大きく、また、くさび形の光強度分布を自由に形成することが難しく、光路切替方向を自由に設定することができないというおそれもある。
【００１０】
また、レーザー光を照射して物質を加熱することによりレーザー光の照射された物質の屈折率を変え、レーザー光を偏向する方法が提案されている（特許文献１１および特許文献１２参照）。どちらの方法も、ビーム径が太く、大パワーを入力させないとレーザー光の偏向はほんのわずかである。特許文献１１の方法は、照射光の加熱で照射光自身が偏向する方法である。この方法を光偏向に用いる場合は、加熱して屈折率を変えるために照射光は吸収されるので、物質を透過する光は原理的に大きく減少してしまうことになる。
【００１１】
特許文献１２の方法は、電気的または機械的手段を取らず、制御ビームの照射でスイッチ物質の屈折率を変え、信号ビームの光路を変える光学的スイッチである。しかしながら、この場合のも、制御ビームも信号ビームもレンズを用いて集光する方法を取っておらず、屈折率変化を起こさせるレーザー光は大パワーが必要である。また、装置も大がかりになってしまう。
【００１２】
特許文献１１および特許文献１２のどちらにも、本提案のように非偏向光と偏向光とを分離し集光する手段、および受光手段に光ファイバーを用い非偏向光と偏向光の光ファイバーへの入射角の違いを利用し非偏向光と偏向光との高精度の分別を行う手段等は記載されていない。
【００１３】
特許文献１３は、複数の光ファイバーを規則的に配置した構造をもつ円筒型光伝導体およびこの光伝導体の製法を開示している。しかし、本提案の光偏向や光路切替については何も述べていない。
【００１４】
【非特許文献１】平賀隆、田中教雄、早水紀久子、守谷哲郎著、色素会合体・凝集体の作成・構造評価・光物性、「電子技術総合研究所彙報」、通商産業省工業技術院電子技術総合研究所発行、第５９巻、第２号、２９−４９頁（１９９４年）
【非特許文献２】藤原祺多夫、不破敬一郎、小林孝嘉著、レーザ誘起熱レンズ効果とその比色法への応用、「化学」、化学同人発行、第３６巻、第６号、４３２−４３８頁（１９８１年）
【非特許文献３】北森武彦、澤田嗣郎著、光熱変換分光分析法、「ぶんせき」、日本分析化学会発行、１９９４年３月号、１７８−１８７頁
【特許文献１】特開平８−２８６２２０号公報
【特許文献２】特開平８−３２０５３５号公報
【特許文献３】特開平８−３２０５３６号公報
【特許文献４】特開平９−３２９８１６号公報
【特許文献５】特開平１０−９０７３３号公報
【特許文献６】特開平１０−９０７３４号公報
【特許文献７】特開平１０−１４８８５２号公報
【特許文献８】特開平１０−１４８８５３号公報
【特許文献９】特開昭６０−１４２２１号公報
【特許文献１０】特開平１１−１９４３７３号公報
【特許文献１１】米国特許４，７７６，６７７号
【特許文献１２】米国特許４，５８５，３０１号
【特許文献１３】特許第２７８１７１０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、複雑で高価な電気回路や機械的可動部品を用いず小さい制御光パワーによりに任意の方向に光偏向を可能とすることにより、故障が極めて少なく、耐久性の高い、偏波依存性の極めて少ない、信号光の光強度減衰が少なく、信号光断面におけるエネルギー分布が回析光学的に収束の容易な状態（例えばガウス分布）を保ちつつ光路切替が可能で後段の光ファイバーへの光結合を高効率に行うことができ、消光比の高い１入力複数出力が可能な小型な光路切替装置および光路切替方法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】
【００１６】
本発明は、以下の特徴を有する。
【００１７】
（１）少なくとも光吸収層を含む熱レンズ形成素子中の光吸収層に、制御光と信号光とを入射させ、
前記制御光は２つ以上を同時に入射させ、
所望の光路切替要求に応じて前記２つ以上の制御光の各々について照射の有無および照射強度を定め、
前記制御光および前記信号光は、前記光吸収層またはその近辺にて収束するように照射されかつ前記制御光および前記信号光の各々の収束点の位置が光軸に対して垂直方向で相異なるように照射され、
前記制御光の波長と前記信号光の波長を異ならせ、前記制御光の波長は前記光吸収層が吸収する波長帯域から選ばれ、前記信号光の波長は前記光吸収層が吸収しない波長帯域から選ばれ、
前記制御光と前記信号光は、前記光吸収層またはその近辺において各々収束して入射されることによって、前記光吸収層内における、前記２つ以上の制御光の各々の照射の有無および各々の照射強度に応じて、前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因する屈折率変化すなわち熱レンズによって、前記信号光の進行方向を変え、
前記２つ以上の制御光の各々の照射の有無および各々の照射強度に応じて進行方向が変えられた信号光を、前記所望の光路切替要求に応じて定められた特定の受光手段に入射させることを特徴とするベクトル制御式光路切替方法である。
【００１８】
（２）前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、前記光吸収層またはその近辺での見かけ上の収束点が互いに分離している上記（１）に記載のベクトル制御式光路切替方法である。
【００１９】
（３）前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、それぞれ同一の光学手段によって収束または集光され、前記所望の光路切替要求に応じて定められた特定の受光手段によって受光されることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のベクトル制御式光路切替方法である。
【００２０】
（４）前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、それぞれ同一の光学手段によって収束または集光され、前記所望の光路切替要求に応じて定められた特定の受光手段として設けられた光ファイバーによって受光されることを特徴とする、上記（１）、（２）、（３）のいずれか１つに記載のベクトル制御式光路切替方法である。
【００２１】
（５）前記光ファイバーに入射する、制御光が照射されず信号方向が変わらなかった信号光と、光路を切り替えられた１つ以上の信号光の前記光吸収層内またはその近辺における互いの見かけ上の収束点距離が、前記受光手段としての光ファイバー間距離を前記信号光を前記光ファイバーに収束または集光する光学手段の結像倍率で除した距離であることを特徴とする、上記（２）、（３）、（４）のいずれか１つに記載のベクトル制御式光路切替方法である。
【００２２】
（６）１種類以上の波長の信号光を照射する信号光光源と、
前記信号光とは異なる波長の制御光を同時に照射する２つ以上の制御光光源であって、
所望の光路切替要求に応じて前記２つ以上の制御光の各々について照射の有無および照射強度が定められて照射される制御光光源と、
前記信号光は透過し、前記制御光を選択的に吸収する光吸収層を含む熱レンズ形成素子と、
前記光吸収層またはその近辺に前記制御光と前記信号光とを各々収束点を光軸に対して垂直方向で異ならせて集光させる集光手段と、を有し、
前記熱レンズ形成素子は、前記２つ以上の制御光と前記信号光が、前記光吸収層またはその近辺において収束して入射されることによって、前記光吸収層内における、前記２つ以上の制御光の各々の照射の有無および各々の照射強度に応じて、前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因する屈折率変化すなわち熱レンズによって、前記信号光の進行方向を変え、
前記所望の光路切替要求に応じて前記信号光が選択的に入射される受光手段を備えたことを特徴とするベクトル制御式光路切替装置である。
【００２３】
（７）前記熱レンズ形成素子の光吸収層に形成された熱レンズは、前記制御光が照射されず進行方向が変更されなかった信号光と前記制御光が照射され進行方向が変更された信号光との前記光吸収層またはその近辺での見かけ上の収束点を互いに分離させることを特徴とする、上記（６）に記載のベクトル制御式光路切替装置である。
【００２４】
（８）前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、それぞれ同一の光学手段によって収束または集光され、前記所望の光路切替要求に応じて定められた特定の受光手段によって受光されることを特徴とする上記（６）または（７）に記載のベクトル制御式光路切替装置である。
【００２５】
（９）前記検出手段が、光ファイバーである上記（６）、（７）、（８）のいずれかに記載のベクトル制御式光路切替装置である。
【００２６】
（１０）前記光ファイバーに入射する、信号方向が変わらなかった信号光と、光路を切り替えられた１つ以上の信号光の前記光吸収層またはその近辺における互いの見かけ上の収束点距離は、受光光ファイバー間距離を前記信号光を前記光ファイバーに収束または集光する光学手段の結像倍率で除した距離であることを特徴とする、上記（７）、（８）、（９）のいずれかに記載の光路切替装置である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、制御光を集光して光吸収層またはその近辺に照射することにより局部的に光パワー密度を高めることができ、低パワーで光吸収層の局所の温度を高めることができ、その部分およびの屈折率を変えることができる。また信号光も集光して制御光の照射位置近辺の光吸収層に入射させることにより、制御光による屈折率の変化を効率良く利用でき、２つ以上の制御光を同時に入射させることによりベクトル制御式で光路切替方向を自由に制御可能となり、信号光の偏向を利用した精度の良い光路切替が可能となる。
【００２８】
さらに、偏向された信号光は、集光前のビーム断面と同じ形状で熱レンズ形成素子より出力されるため、偏向された信号光をのちに集光させて用いる際にも実用性が高い。
【００２９】
さらに、複数の制御光を同一の光吸収層またはその近辺に入射させ、１つの入力を複数の異なった光路にベクトル制御式で切り替えることができる。
【００３０】
また、複数の制御光と信号光、複数の光路切替信号光を近接した光ファイバーで入射および検出することが可能であるので、小型で安価な装置を提供できる。
【００３１】
また、本発明では、制御光および信号光を集光し、かつ集光点を近接できるので、高速の光路切替が可能となる。
【００３２】
また、低パワーの半導体レーザーを用いることができるので、小型で安価な装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図１〜８の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る光偏向型光路切替装置の概略構成図である。ここで、光は、光の進行方向１００１に沿って進行する。
【００３５】
また、図２に、７芯光ファイバー１２０の光出射側端面を、図３に７芯光ファイバー１３０の入射側端面を、模式的に示す。
【００３６】
さらに、図４ａに７芯光ファイバー１２０と光学平板４の穴３との位置関係を、図４ｂに、７芯光ファイバー１２０の光出射側端面から出射する信号光１および制御光１１の拡がりを模式的に示す。
【００３７】
図１、図２、図４ａおよび図４ｂにおいて、少なくとも１つの波長が異なる２つ以上の光を、同一面上に配置された各々の出射領域からそれぞれ出射させる光源として、２本以上のシングルモード光ファイバーを束ね、各光ファイバーの光出射端面を同一平面になるよう研磨した、７芯光ファイバー１２０を用い、各光ファイバーのコアを前記の出射領域とし、７芯光ファイバー１２０の中心の光ファイバーのコア１００の出射端面１０１から信号光１を出射させ、７芯光ファイバー１２０の周辺の光ファイバーのコア２０１，２０２，２０３，２０４，２０５および２０６の各々の出射端面からそれぞれ制御光１１，１２および図示しない他の４本の制御光を同時に１つ以上出射させ、信号光１と制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光は異なる波長とし、信号光１は、信号光と制御光の波長の違いによる集光点のずれ、すなわち色収差を補正するための光学平板４に設けられた穴３を通過するようにし、制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光は７芯光ファイバー１２０の出射端面に接触させて配置された光学平板４を、穴３を避けて透過するようにし、信号光１と制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光は共通の、結像のための光学手段としての集光レンズ５および６を通過し、熱レンズ形成素子７の光吸収層２５の光入射側の同一平面上に結像される。熱レンズ形成素子７の光吸収層２５は信号光１の波長を吸収せず、制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光の波長は吸収するような光吸収スペクトル特性を有するものを用いるものとする。制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光が照射されない場合、信号光１は熱レンズ形成素子７を直進し、信号光２２０として直進し、制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光が照射される場合、熱レンズ形成素子７の光吸収層２５が制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇にともなう屈折率変化、すなわち、温度が高い領域ほど屈折率が小さくなる屈折率分布（これを熱レンズ効果という）によって、信号光１は光路が偏向され、光路偏向された信号光２２１，２２２および図示しない他の４本の信号光として出射する。熱レンズ素子７を通過した信号光は集光レンズ８および９によって受光され、コリメートされた後、受光側光ファイバー１３０の光ファイバー３００，３０１，３０２，３０３，３０４，３０５または３０６の端面のいずれかに確実に入射するよう、受光側光ファイバー１３０の配置および前記制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光の強度および強度比が調整される。このように１つ以上の制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光の強度および強度比を調整することによって、信号光１の光路偏向を制御することから、本発明の熱レンズ方式光路切替方法をベクトル制御式と呼ぶ。
【００３８】
ここで、信号光１と制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光は、まずレンズ５および６により、光の進行方向で光吸収層２５の入射面から数百μｍ光吸収層２５内またはその外に進んだところにおいて収束するようにした。信号光と制御光との収束点間の距離は、２５〜５０μｍほど離れる様にした。光ファイバーの出射面は丸いので、収束（集光）点での信号光の形状は丸い。しかし、信号光と制御光との収束点間の距離が２５μｍ未満の場合には、丸ビームにならず、三日月型ビームになってしまう。この三日月型ビームの信号光ではのちに集光させ光ファイバーに入射させた場合には入射効率が減少してしまい、実用性にかけるおそれがある。そこで、信号光と制御光との収束点間の距離は前述のように、２５ないし５０μｍになるよう調節した。
【００３９】
図２に示すように、光出射側の７芯光ファイバー１２０としては、屈折率の異なる２種類の石英ガラスからなるコアおよびクラッドで構成されるシングルモード光ファイバー７本の一端を束ね、フェルール１２１の穴に挿入し、接着剤１２２で固定し、光ファイバー７本の出射端面を揃えて同一平面になるよう研磨したものであって、例えば、中心コア１００の直径および周辺コア２０１，２０２，２０３，２０４，２０５および２０６の直径はすべて９．５μｍ、中心クラッド１１０および周辺クラッド２１１，２１２，２１３，２１４，２１５および２１６の直径はすべて３９．０μｍのものを用いた。この場合、中心コア１００と、周辺コア２０１，２０２，２０３，２０４，２０５または２０６のコア中心間距離は３９．０μｍであり、また、隣接する周辺コアの中心間距離も各々３９．０μｍである。なお、制御光として波長９８０ｎｍを用いた場合は、光源からはコアの直径約６．５μｍのシングルモード光ファイバーで伝送し、７芯光ファイバー１２０の周辺コア２０１，２０２，２０３，２０４，２０５および２０６に対応する束ねられていない片方の末端（図示せず）に結合した。この場合の７芯光ファイバー１２０の制御光用周辺ファイバーの長さは約５０ｃｍであった。光出射側の７芯光ファイバー１２０として、中心コア１００の直径は９．５μｍ、周辺コア２０１，２０２，２０３，２０４，２０５および２０６の直径はすべて約６．５μｍとしても良いことは言うまでもない。
【００４０】
７芯光ファイバー１２０を構成する７本のシングルモード光ファイバーは石英光ファイバーのクラッド層をフッ酸で所望の太さにエッチングして用いた。エッチングする部分は、光ファイバーの先端数ｍｍとした。エッチングした後の光ファイバーの太さは、光吸収層２５に収束（集光）した信号光と制御光の収束（集光）点の光軸に直角方向の所望の距離から算出した。本実施の形態では、エッチングした後の光ファイバーの直径を３９．０μｍとした。
【００４１】
７芯光ファイバー１２０の束ねられていない片方の末端（図示せず）は、７本とも独立しており、クラッドの直径はいずれも１２５μｍであり、中心の光ファイバーは信号光１の光源１基（図示せず）へ、周辺の光ファイバー６本は、各々、制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光の光源６基（図示せず）に接続される。
【００４２】
信号光１の光源としては、例えば、発振波長１５５０ｎｍ、出力１ないし２０ｍＷの半導体レーザーを１つ用いた。信号光はこれ以外でも熱レンズ形成素子７の光吸収層２５を透過する波長であれば何でも良い。
【００４３】
制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光の光源としては、例えば、発振波長９８０ｎｍ、出力１０ないし５０ｍＷの半導体レーザーを最大６基用いた。制御光の光源の数は用途に応じて、１ないし６の範囲で任意に選択される。制御光の波長はこれ以外でも熱レンズ形成素子７の光吸収層２５で吸収される波長であれば任意の波長を用いることができる。ただし、後述のように１枚の光学平板４を用いる方法で信号光と制御光の色収差を補正する関係で、制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光の波長はすべて、ほぼ同一であることが好ましい。
【００４４】
熱レンズ形成素子７としては、直径１０ｍｍ厚さ１ｍｍの石英ガラスの丸板に直径１０ｍｍ内径８ｍｍのリング状石英ガラスを溶融・接着したものを精密研磨して、厚さ５００μｍの液膜を保持できるように加工したものへ、後述の色素溶液を入れ、もう１枚の直径１０ｍｍ厚さ１ｍｍの石英ガラスを紫外線硬化樹脂で接着したものを用いた。
【００４５】
熱レンズ形成素子７の光吸収層２５としては、例えば、赤外線吸収シアニン色素の8-[2-Chloro-3-(2,4-diphenyl-6,7-dihydro-5H-chromone-8-ylmethylene)-cyclohex-1-enylmethylene]-2,4-diphenyl-5,6,7,8-tetorahydro-chromenylium perchlorateを1,2-ジクロロベンゼンに０．２重量％で溶解させたものを、セルギャップ５００μｍの前記石英セルに充填して用いた。本発明の光偏向方法および光偏向装置で使用される熱レンズ形成素子中の光吸収層の材料、信号光の波長帯域、および制御光の波長帯域は、これらの組み合わせとして、使用目的に応じて適切な組み合わせを選定し用いることができる。具体的な設定手順としては、例えば、まず、使用目的に応じて信号光の波長ないし波長帯域を決定し、これを制御するのに最適な光吸収層膜の材料と制御光の波長の組み合わせを選定すれば良い。または、使用目的に応じて信号光と制御光の波長の組み合わせを決定してから、この組み合わせに適した光吸収層膜の材料を選定すれば良い。例えば、信号光によって画像や文字を直接表示しようとする場合は、信号光としては波長４００〜８００ｎｍの可視光線を用い、制御光としては波長９８０ｎｍの赤外線を用い、光吸収層の材料としては前記波長の可視光線を透過し前記波長の赤外線を吸収するものが用いられる。また、例えば、使用する光吸収層の材料の光吸収スペクトルにおける吸収極大の最長波長λ１に相当する波長の光を制御光として用いる場合、λ１よりも長波長の光を信号光として好適に用いることができる。具体的には、光吸収層の材料としてペリレンを用いる場合、制御光を例えば４０５ｎｍ、信号光を例えば５４０ｎｍ、６６０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍ、９８０ｎｍ、１３１０ｎｍ、または，１５５０ｎｍとすることができる。また、光吸収層の材料として銅フタロシアニン誘導体を用いる場合、制御光を例えば６５０ｎｍ、信号光を例えば６９０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍ、９８０ｎｍ、１３１０ｎｍ、または，１５５０ｎｍとすることができる。熱レンズ形成素子７の光吸収層２５に用いられる色素の具体例としては、例えば、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、エオシン、フロキシンＢなどのキサンテン系色素、アクリジンオレンジ、アクリジンレッドなどのアクリジン系色素、エチルレッド、メチルレッドなどのアゾ色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、３，３’−ジエチルチアカルボシアニンヨージド、３，３’−ジエチルオキサジカルボシアニンヨージドなどのシアニン色素、エチル・バイオレット、ビクトリア・ブルーＲなどのトリアリールメタン系色素、ナフトキノン系色素、アントラキノン系色素、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド系色素、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド系色素などを好適に使用することができる。また、これらの色素を単独で、または、２種以上を混合して使用することができる。溶剤としては、少なくとも使用する色素を溶解するものを用いることができるが、熱レンズ形成時の温度上昇に際し、熱分解することなく、かつ、沸騰する温度（沸点）が１００℃以上、好ましくは２００℃以上、さらに好ましくは３００℃以上のものを好適に用いることができる。具体的には、硫酸などの無機系溶剤、o−ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素系、１−フェニル−１−キシリル���タンまたは１−フェニル−１−エチルフェニルエタンなどの芳香族置換脂肪族炭化水素系、ニトロベンゼンなどのニトロベンゼン誘導体系、などの有機溶剤を好適に用いることができる。
【００４６】
熱レンズ形成素子７の光吸収層２５で制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光が吸収されると、光吸収層の温度が上昇し、屈折率が変わる。温度が上昇するので、一般に屈折率は下がる方向に変化する。通常のレーザー光源から出射するレーザー光、および、通常のレーザー光源から出射し光ファイバーを透過してきたレーザー光の強度分布はガウス分布である。また、前記レーザー光をレンズ等で集光した光もガウス分布をしている。よって、制御光が照射された光吸収層での屈折率分布は、制御光の光軸で屈折率が一番低下し、制御光の周辺では屈折率の低下が少なくなる。また、熱伝導があるので、光の照射されていない部分でも屈折率が変化する。
【００４７】
図５ａ，図５ｂおよび図５ｃは、信号光が偏向する状況を説明した図である。なお、説明を簡単にするため、図５ａ，ｂ，ｃでは光吸収層と光吸収層の周りの媒質との屈折率の違いによる光の屈折は無視することとする。図５ａ，ｂ，ｃにおいて、熱レンズ形成素子の光吸収層２５において、収束（集光）点近辺での制御光の光強度分布２９、収束（集光）点から離れたところでの制御光の光強度分布３０を示すとともに、制御光の収束（集光）点３１と、制御光が照射されないときの信号光の収束（集光）点３３と、制御光が照射され偏向した光が受光側からではあたかもそこから発したと思われる見かけ上の信号光の収束（集光）点３２を示す。図５ａは制御光と信号光が光吸収層２５の入射面に収束（集光）した場合、図５ｂは制御光と信号光が光吸収層の入射面から数十μｍ光吸収層２５の中に進んだところに収束（集光）した場合、図５ｃは制御光と信号光が光吸収層の入射面から数十μｍよりさらに光吸収層２５の中に進んだところに収束（集光）した場合のレーザー光の光路を模式的に示したものである。
【００４８】
制御光が照射されない場合は、信号光は直進する。制御光が照射されると、信号光は偏向する。光吸収層２５を透過した信号光は、図１に示す受光側７芯光ファイバー１３０の個々の光ファイバー端面には、図５ａ，ｂ，ｃに示す見かけ上の信号光の収束（集光）点３２から信号光が出射されたように収束（集光）する。図５ｂの場合は、信号光の収束（集光）点３３と見かけ上の信号光の収束（集光）点３２はほとんど一致するが、図５ａおよび図５ｃの場合はずれてくる。ずれる方向が、図５ａの場合と図５ｃの場合とでは逆方向である。
【００４９】
集光レンズ５および６としては、ともに、焦点距離２ｍｍの非球面レンズを用いた。本実施の形態では、集光（結像）倍率は、１とした。集光レンズ５および６の代わりに１つの単レンズを用いても良い。いずれにしても、屈折率の異なる凸レンズと凹レンズを複数枚数組み合わせた大がかりな、色収差補正レンズを用いない限り、レンズ構成材料の屈折率波長分散により、波長が短い光ほど焦光点は近く、波長が長い光ほど焦光点は遠くなる、という色収差が発生することを避けることはできない。本実施の形態でも、焦点距離２ｍｍの第１のレンズ５と焦点距離２ｍｍの第２のレンズ６で、同一面から出射する波長１５５０ｎｍの信号光と波長９８０ｎｍの制御光を熱レンズ形成光学素子７の光吸収層２５に集光しているが、信号光と制御光の集光点は光の進行方向で約５０μｍずれてしまう。もし、焦点距離２ｍｍの１枚のレンズで集光したとすると、ずれ量はこの約２倍になってしまう。信号光と制御光とで、このような集光点位置ずれが生じると、光吸収層で屈折率変化の大きい制御光の集光点の近辺では信号光は未だ集光しきれず拡がっており、信号光に対する屈折率の影響が光軸に垂直な断面位置により異なり、信号光分布がガウス分布から大きくはずれてしまう。その結果、全体として偏向効率が悪くなってしまう。
【００５０】
そこで、本実施の形態では、信号光１は、信号光と制御光の波長の違いによる集光点のずれ、すなわち色収差を補正するための光学平板４に設けられた穴３を通過するようにし、制御光１１は７芯光ファイバー１２０の出射端面に接触または近接させて配置された光学平板４を、穴３を避けて透過するようにした。穴３は、コア１００の光出射端面１０１から出射する信号光１の開口角に合わせて、テーパー状にすることが好ましい。また、光学平板４に穴３を加工する方法としては、サンドブラスト法、エキシマーレーザーアブレーション法などが好適に用いられるが、いずれの場合も、径が一定の穴を開けるよりも、テーパー状の穴を開ける方が加工は容易である。因みに、フッ化アルゴン（ＡｒＦ）のエキシマレーザーを用いると、直径数μｍの穴を開けることもできる。
【００５１】
図４ａに光学平板４に設けられたテーパー付き穴３と７芯光ファイバー１２０の出射側端面の位置関係を示す。言うまでもなく、テーパー付き穴３は、７芯光ファイバー１２０の出射側端面に隣接する穴４１が小さく、光学平板４の出射側の穴４２が大きい。７芯光ファイバー１２０のコア直径が９．５μｍ、クラッド直径が３９．０μｍであることから、穴４１の直径は１０〜２０μｍ、穴４２の直径は４０μｍ程度が好ましい。このようなテーパー状穴３と拡がりながら出射する信号光１とが干渉しないようにするためには、光学平板４の厚さｔを、以下の式〔１〕を満たすように設定すれば良い。
【００５２】
ｔ≦（ｄ−ｃ）／２Ｎ  …〔１〕
（ここで、ｃは前記出射領域を円形に近似したときの平均直径［光ファイバーのコア直径］、ｄは円形に近似した前記出射領域間の平均距離［隣接コア間距離］、Ｎは前記出射領域［コア］から出射する光の開口数である。）
【００５３】
シングルモード光ファイバーの開口数Ｎは、通常、約０．１１である。したがって、本実施の形態において、ｄを３９．０μｍ、ｃを９．５μｍとすると、ｔは１３４μｍ以下であれば良い。
【００５４】
一方、前記の色収差（信号光と制御光の集光点は光の進行方向で約５０μｍ）を補正するために必要な光学平板４の厚さｔは、光学平板４の材質として、波長９８０ｎｍでの屈折率１．８８３という高屈折率のものを用いた場合、１００μｍで良い。この値は、上記の式〔１〕も満足する。言うまでもなく、制御光（９８０ｎｍ）に対する色収差補正効果を最大にするためには、信号光（１５５０ｎｍ）を屈折率１の空気（穴３）を通過させるのが好適である。
【００５５】
用いたシングルモード光ファイバーのコア径は９．５μｍで点光源と見なせる。用いたシングルモード光ファイバーの開口数は約０．１１であるので、光ファイバー１２０のコア１００からの信号光１は、色収差補正のための光学平板４を光ファイバー１２０の光出射端面に密着させると、光学平板４の出射面（光ファイバーの反対側の面）での信号光太さは約３０μｍとなる。前述のように光学平板４の出射面には約４０μｍの穴を開けているので、信号光１は光学平板４と干渉することなく、穴３を通過することができる。
【００５６】
図４ｂに示すように、信号光は、コア１００の出射端面１０１から光学平板４の穴を通過して、空気中に直接出射する。一方、制御光１１は、コア２０１の端面２０１１からコア材料よりも高屈折率の光学平板４を通過した後、光学平板４の出射面２１１２から空気中に出射される。したがって、制御光は空気よりも高屈折率の光学平板４を通過する結果、見かけ上は約５０μｍ光の進行方向に進んだところから出射したようになり、前記の色収差（信号光と制御光の集光点は光の進行方向で約５０μｍ）は補正される。制御光１２ないし図示しない他の４本の制御光についても、制御光１１と全く同様にして、色収差が補正される。
【００５７】
なお、本実施例では中心コア１００からの出射光は１５５０ｎｍ、周辺コア２０１，２０２，２０３，２０４，２０５および２０６からの出射光が９８０ｎｍであるので、中心コア１００からの出射光１５５０ｎｍは光学平板４に設けられた穴３通過するようにし、周辺コア２０１，２０２，２０３，２０４，２０５および２０６からの出射光９８０ｎｍは穴３を避けて透過するようにした。しかし、逆に中心コアからの出射光の波長が周辺コアからの出射光の波長よりも短い場合は、光学平板は中心コアからの出射光のみが通過するようにする必要がある。
【００５８】
レンズ８は焦点距離２ｍｍ、レンズ９は焦点距離２．７５ｍｍの非球面レンズを用いた。本実施の形態では、２つのレンズで信号光を収束（集光）させたが、１つのレンズで収束（集光）させるようにしても良いことは言うまでもない。焦点距離は２ｍｍおよび２．７５ｍｍである必要はないが、小型化にすることと、７芯光ファイバー１３０の受光側端面に入射する信号光の分離と入射効率の関係から前述の焦点距離のものを用いることとした。ここで、レンズ８とレンズ９とで形成される結像倍率は１．３７５である。
【００５９】
本実施の形態の図１では記載していないが、制御光が熱レンズ形成素子７を通過し、受光側７芯光ファイバー１３０に入射して後段の機構に影響を与える場合は、制御光はカットし信号光は透過する波長選択フィルターを、熱レンズ形成素子７と受光側７芯光ファイバー１３０との間に設置すると良い。
【００６０】
図３に示すように、受光側の７芯光ファイバー１３０としては、光出射側の７芯光ファイバー１２０の場合と同様に、屈折率の異なる２種類の石英ガラスからなるコアおよびクラッドで構成されるシングルモード光ファイバー７本の一端を束ね、フェルール１３１の穴に挿入し、接着剤１３２で固定し、光ファイバー７本の入射端面を揃えて同一平面になるよう研磨したものであって、例えば、中心コア３００および周辺コア３０１，３０２，３０３，３０４，３０５および３０６の直径はすべて９．５μｍ、中心クラッド３１０および周辺クラッド３１１，３１２，３１３，３１４，３１５および３１６の直径はすべて３９．０μｍのものを用いた。この場合、中心コア３００と、周辺コア３０１，３０２，３０３，３０４，３０５または３０６のコア中心間距離は３９．０μｍであり、また、隣接する周辺コアの中心間距離も各々３９．０μｍである。
【００６１】
７芯光ファイバー１３０を構成する７本のシングルモード光ファイバーは、７芯光ファイバー１２０の場合と同様に、コア直径９．５μｍのシングルモード石英光ファイバーのクラッド層をフッ酸で所望の太さにエッチングして用いた。エッチングする部分は、光ファイバーの先端数ｍｍとした。
【００６２】
エッチングした後のシングルモード光ファイバーのクラッド直径は、光吸収層２５に収束（集光）した信号光と制御光の収束（集光）点の光軸に直角方向の所望の距離から算出した。本実施の形態では、エッチングした後の光ファイバーのクラッド直径ωを３９．０μｍとした。エッチングした後の光ファイバーのクラッド直径ωは、光吸収層２５に収束（集光）した信号光の収束点３３と見かけ上の信号光の収束点３２との光軸に直角方向の距離χと式〔２〕の関係にある。
【００６３】
ω  ＝  ｍχ      …〔２〕
ここでｍは、図１に示すレンズ８とレンズ９とで形成される結像倍率である。本実施の形態では、ｍ＝１．３７５であるが、結像倍率ｍは７芯光ファイバー１３０への入射効率が最大になるように設定すると良い。
【００６４】
上記χは、次の条件を変えると変えられる。
１．熱レンズ形成素子の光吸収層の、信号光と制御光の収束（集光）点に対する位置
２．制御光パワー
３．制御光位置（光吸収層またはその近辺での信号光と制御光の集光点の光軸に直角方向の距離）
４．熱レンズ形成素子の光吸収層の厚み
５．制御光波長および信号光波長
６．光吸収層の色素濃度
【００６５】
受光側７芯光ファイバー１３０の束ねられていない片方の末端（図示せず）は、７本とも独立しており、クラッドの直径はいずれも１２５μｍであり、７本の独立して光ファイバーは各々、例えばフォトダイオードなどの光検出器に接続され、７本の光ファイバーに光路切替された信号光が受光・検出される。
【００６６】
なお、受光側７芯光ファイバー１３０の代わりに、７つの独立した受光部の間隔を４０μｍ程度に接近させて設置できるような光検出器があれば、それを用いても光路切替された信号光を、光路切替の様子を検出することができる。
【００６７】
受光側７芯光ファイバー１３０の位置調整および７つの光ファイバー端面への入射効率向上の調整は、以下に述べる手順で行った。
【００６８】
非偏向光、すなわち直進信号光２２０を効率良く受光できるよう、受光側７芯光ファイバー１３０の中心ファイバーのコア３００端面の位置および光軸の調整をまず行い、次いで、受光側７芯光ファイバー１３０の中心軸を回転軸として、受光側７芯光ファイバー１３０の取り付け方位角度を調整し、その後、光出射側７芯光ファイバーの周辺光ファイバーから出射する制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光の強度および強度比を調整して受光側７芯光ファイバー１３０の特定の光ファイバー・コアへの入射効率向上を計った。
【００６９】
図２に示す光出射側７芯光ファイバーのコア２００および２０１ないし２０６の配置、および、図３に示す受光側光出射側７芯光ファイバーのコア３００および３０１ないし３０６の配置を、幾何学的に完全に正確な「正６角形」として製造することが困難であり、個々のコアの中心位置が０．１ないし１μｍ程度ずれるため、例えば、コア２０１だけから制御光１１を出射させたとき、制御光１１の強度のみを調整することで、コア２００から出射する信号光１を偏向された信号光２２１として、例えば、受光側７芯光ファイバー１３０の特定の光ファイバー・コア３０４で、ほぼ完全に受光できるよう受光側７芯光ファイバー１３０の取り付け方位角度を微調整することは可能であるが、その調整状態において同時に、コア２０１以外のコア２０２ないし２０６の「どれか１つだけ」から制御光１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光を、強度を注意深く制御して出射させたときに、偏向された信号光（例えば２２２）を、受光側７芯光ファイバー１３０の光ファイバー・コアの特定の１つ（例えば３０３）だけで完全に受光させることは容易ではない。そこで、コア２０１以外のコア２０２ないし２０６の「どれか１つだけ」に「隣接するもう１つ」からも、注意深く強度の調整された制御光を出射させ、２つの制御光によるベクトル制御を実現することによって、偏向された信号光（例えば２２２）を、受光側７芯光ファイバー１３０の光ファイバー・コアの特定の１つ（例えば３０３）だけで完全に受光させることが可能となる。表１に、出射側制御光ファイバー番号および制御光パワーと受光側光ファイバー入射信号強度の一例を示す。なお、表１において、−９９ｄＢと記載されているところは、測定器の検出限界以下の出力であったところである。
【００７０】
表１に示す調整例では、制御光の照射がない場合の直進信号光の受光側７芯光ファイバー１３０の中心ファイバーのコア３００への入射信号強度１０．３ｄＢに対して、制御光１１及び１２を照射したときに受光側７芯光ファイバー１３０のコア３０４への入射信号強度６．７ｄＢであり、その他の特定のコアへ入射させる場合は、制御光１２および１３、１３および１４、１４および１５、１５および１６、または、１６および１１を同時に照射することによって、ベクトル制御によって、受光側７芯光ファイバー１３０の特定のコア（それぞれ、３０４，３０３，３０２，３０１，３０６または３０５）への入射強度が６．１ないし６．７ｄＢを達成するよう、前記同時照射する２つの制御光強度を表１に示すように調整している。なお、上記制御光１３，１４，１５，１６は、７芯光ファイバー１２０の周辺コア２０３，２０４，２０５，２０６から各々出射する制御光である。
【００７１】
【表１】
2008083095.tif 000003
【００７２】
表１の調整例の場合、いわゆる「クロストーク」として、例えば、制御光１１及び１２を照射した場合、コア３０４以外のコア３００，３０５，３０６でも微弱な強度の信号光が検知されたが、消光比は［（−３５〜３７）−６．７］ｄＢ、すなわち、−４１〜４３ｄＢであり、実用的な消光比（−３５ｄＢ）を充分満足している。その他の場合のクロストークも−４０ｄＢを超えていない。
【００７３】
なお、非偏向光、すなわち直進信号光２２０の受光の調整は、受光側７芯光ファイバー１３０の中心ファイバーのコア３００端面の位置および光軸の調整のみで行ったが、受光側７芯光ファイバー１３０の中心ファイバーのコア３００端面の位置および光軸の調整をした後にさらに、光出射側７芯光ファイバーの周辺光ファイバーから出射する１１，１２ないし図示しない他の４本の制御光の強度および強度比を調整して受光側７芯光ファイバー１３０の中心光ファイバー・コアへの入射効率向上を計っても良い。
【００７４】
図６に、図５ａ，ｂ，ｃに示した熱レンズ形成素子７の光吸収層２５への信号光と制御光の収束（集光）点の入射の位置（光吸収層位置）と、検出器の位置での非偏向光と偏向光との分離距離の測定データ例を示す。図６で、光吸収層位置が０μｍは光吸収層の入射面であり、プラスの方向は光の進行方向である。図６の場合は、光吸収層２５への信号光と制御光の収束（集光）点の入射位置（すなわち光吸収層位置）が４０〜６０μｍの場合は分離距離が０に近い。この場合は、図５ｂの状態のときである。光吸収層２５への入射位置がこれからずれると、分離距離が大きくなる。光吸収層２５への入射位置（光吸収層位置）が２００μｍ以上では、分離距離に大きな変化がなかった。しかし、偏向されたビーム形状は、入射位置（光吸収層位置）が５００μｍ以上の場合の方が良かった。図６では、光吸収層２５の厚みは１０００μｍのものを用いているが、光吸収層２５の厚みがもっと薄いもの、例えば、５００μｍのものを用いた場合でも、ほぼ図６と同じ値を示した。すなわち、光吸収層２５の厚みが５００μｍでも光吸収層位置１０００μｍ（光吸収層２５の外５００μｍ）での値はほぼ同じ値を示した。これは、５００μｍ以上では制御光がほとんどそれまでに吸収されており、光の偏向量に及ぼす影響が小さいためと考えられる。図６で分離距離の正負の符号は、信号光の光吸収層２５への入射点を原点（すなわち０点）とし、偏向する方向を正とした。分離距離が正になるのは図５ｃの状態のときであり、負になるのは図５ａと図５ｂの間の状態のときである。なお、図６のデータは、図１のレンズ５，６，８，９の焦点距離がいずれも８ｍｍのときの例であるが、本実施の形態の場合でも大きな差はなかった。
【００７５】
図６において、線３８（菱形点を結ぶ実線）は制御光パワー１５．４ｍＷの場合、線３９（四角点を結ぶ実線）は制御光パワー１８ｍＷの場合、線４０（三角点を結ぶ実線）は制御光パワー２０．５ｍＷの場合である。図６の測定において、光吸収層の厚みは１０００μｍとし、制御光位置（第１の集光レンズ６の集光点での信号光と制御光の光軸に直角方向の距離）は２５μｍ、色素濃度は０．１％であって光吸収層の波長１５５０ｎｍにおける透過率９５％および９８０ｎｍにおける透過率０．１％であった。
【００７６】
（比較例１）
第１の実施の形態において、レンズ５を用いず、信号光および制御光を収束することなく熱レンズ形成素子７に照射する点を除いては、第１の実施形態と同様の実験を行ったが、制御光パワー１８ｍＷ程度では、制御光を照射しても信号光の偏向は全く観察されなかった。そこで、制御光光源をＴｉ：サイファイアレーザーに変えて、さらにハイパワーの制御光（９８０ｎｍ）を照射したところ、信号光の偏向が検知される前に熱レンズ形成素子中の色素溶液の溶剤が沸騰を開始し、信号光の偏向を行うことが困難であることが確認された。さらに、制御光のパワーを前記沸騰が始まる寸前まで下げて、熱レンズ形成素子に入射するまでの信号光と制御光の配置およびビーム間距離を微調整したが、信号光の光路偏向は観察されなかった。さらにまた、熱レンズ形成素子中の光吸収層における信号光と制御光の配置およびビーム間距離を微調整したが、信号光の光路偏向は観察されなかった。すなわち、制御光を収束させて熱レンズ形成素子中の光吸収層において拡散しながら光吸収が起こるようにしないで、コリメートされた平行ビームとして照射した場合、信号光の光路を偏向するに足る大きさの熱レンズが形成されない。
【００７７】
（第２の実施の形態）
図７は本発明の第２の実施の形態に係る光偏向型光路切替装置の概略構成図である。本発明の第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ光学部材については、同一の番号を付けた。
【００７８】
図７に示す偏向式光路切替装置は、集光レンズ８の出射側にミラー１７、さらにミラー１７の出射側にそれぞれ集光レンズ１８および１９が設けられ、さらに集光レンズ１８，１９によって集光されたそれぞれの信号光を受光するシングルモード光ファイバー２０，２１が設けられている以外は、図１に示す第１の実施の形態に係る偏向式光路切替装置と同様の構成を有する。また、用いた信号光の波長は１５５０ｎｍ、制御光の波長は９８０ｎｍであった。しかし、信号光の波長も制御光の波長もこれ以外の波長でも良いことは第１の実施の形態と同様言うまでもない。
【００７９】
図７において、７芯光ファイバー１２０の中心の光ファイバーのコア１００の出射端面１０１から信号光１を出射させ、７芯光ファイバー１２０の周辺の光ファイバーのコア２０１，２０２，２０３，２０４，２０５および２０６の内の２つから、例えばコア２０１，２０２の出射端面から制御光１１、１２を同時に出射させ、信号光１と制御光１１および１２は異なる波長とし、信号光１は、信号光と制御光の波長の違いによる集光点のずれ、すなわち色収差を補正するための光学平板４に設けられた穴３を通過するようにし、制御光１１ないし１２は７芯光ファイバー１２０の出射端面に接触させて配置された光学平板４を、穴３を避けて透過するようにし、信号光１と制御光１１および１２は共通の、結像のための光学手段としての集光レンズ５および６を通過し、熱レンズ形成素子７の光吸収層２５の入射面または光吸収層２５内に結像される。熱レンズ形成素子７の光吸収層２５は信号光１の波長を吸収せず、制御光１１および１２の波長は吸収するような光吸収スペクトル特性を有するものを用いるものとする。制御光１１および１２が照射されない場合、信号光１は熱レンズ形成素子７を直進し、信号光２２０として直進し、制御光１１および１２が照射される場合、熱レンズ形成素子７の光吸収層２５が制御光１１および１２を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇にともなう屈折率変化、すなわち、温度が高い領域ほど屈折率が小さくなる屈折率分布（これを熱レンズ効果という）によって、信号光１は光路が偏向され、光路偏向された信号光２２１として出射する。熱レンズ素子７を通過した信号光は集光レンズ８でコリメートされる。制御光１１および１２が照射されない場合、信号光１はミラー１７で反射されることなく直進し集光レンズ１８で集光されシングルモード光ファイバー２０に入射する。制御光１１および１２が照射された場合、信号光１は光路偏向され、信号光２２１としてミラー１７で反射され、集光レンズ１９で集光されシングルモード光ファイバー２１に入射する。シングルモード光ファイバーへの入射効率が最大になるように、７芯光ファイバー１２０の中心軸を回転軸として方位角度の調整およびシングルモード光ファイバー２０および２１の位置および傾きを調整するが、制御光１１および１２の強度を調整することにより、さらに容易にかつ精度良く調整が可能となる。
【００８０】
図７において、信号光１および制御光１１、１２は、７芯光ファイバーから出射させたが、図８に示す３芯光ファイバー１４０を用いても良い。信号光１は、例えば、コア４００から出射させ、制御光１１および１２は４０１および４０２から出射させる。なお、図８において、３芯光ファイバー１４０としては、屈折率の異なる２種類の石英ガラスからなるコアおよびクラッドで構成されるシングルモード光ファイバー３本の一端を束ね、フェルール１４１の穴に挿入し、接着剤１４２で固定し、光ファイバー３本の出射端面を揃えて同一平面になるよう研磨したものであって、例えば、コア４００の直径は約９．５μｍ、４０１〜４０２の直径は約６．５μｍ、クラッド４１０〜４１２の直径はすべて３９．０μｍである。この場合、コア間距離も３９．０μｍである。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、光通信分野および光情報処理分野において有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光偏向型光路切替装置の概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図であり、７芯光ファイバー１２０の光出射側端面を模式的に表す図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面図であり、７芯光ファイバー１３０の受光側端面を模式的に表す図である。
【図４ａ】光学平板４に設けられたテーパー付き穴３と７芯光ファイバー１２０の出射側端面の位置関係を表す図である。
【図４ｂ】図４ａのＣ−Ｃ’線に沿った断面図であり、７芯光ファイバー１２０の光出射側端面から出射する信号光１および制御光１１の拡がりを模式的に表す図である。
【図５ａ】信号光の偏向を説明する図である。
【図５ｂ】信号光の偏向を説明する図である。
【図５ｃ】信号光の偏向を説明する図である。
【図６】非偏向光と偏向光の分離距離の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光偏向型光路切替装置の概略構成図である。
【図８】３芯光ファイバー１４０の光出射側端面を模式的に表す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  ７芯光ファイバー１２０の中心コア１００から出射した信号光、２  熱レンズ形成素子７によって光路偏向された信号光、３  光学平板４に設けられた穴、４  光学平板、５，６  集光レンズ、７  熱レンズ形成素子、８，９  集光レンズ、１１，１２  ７芯光ファイバー１２０の周辺コア２０１，２０２から各々出射した制御光、１７  ミラー、１８，１９  集光レンズ、２０，２１  シングルモード光ファイバー、２５  光吸収層、２９  収束（集光）点近辺での制御光の光強度分布、３０  収束（集光）点から離れたところでの制御光の光強度分布、３１  制御光の収束（集光）点、３２  制御光が照射され偏向した信号光が受光側からではあたかもそこから発したと思われる見かけ上の信号光の収束（集光）点、３３  制御光が照射されないときの信号光の収束（集光）点、３８  菱形点を結ぶ実線、３９  四角点を結ぶ実線、４０  三角点を結ぶ実線、４１  テーパー状の穴（小）、４２  テーパー状の穴（大）、１００  ７芯光ファイバー１２０の中心コア、１０１  コア１００の出射端面、１１０  ７芯光ファイバー１２０の中心クラッド、１２０  光出射側の７芯光ファイバー、１２１  ７芯光ファイバー１２０のフェルール、１２２  接着剤、１３０  受光側の７芯光ファイバー、１３１  ７芯光ファイバー１３０のフェルール、１３２  接着剤、１４０  ３芯光ファイバー、１４１  ３芯光ファイバー１４０のフェルール、１４２  接着剤、２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６  ７芯光ファイバー１２０の周辺コア、２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１６  ７芯光ファイバー１２０の周辺クラッド、２２１，２２２  熱レンズ形成素子７によって光路偏向された信号光、３００  ７芯光ファイバー１３０の中心コア、３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６  ７芯光ファイバー１３０の周辺コア、３１０  ７芯光ファイバー１３０の中心クラッド、３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６  ７芯光ファイバー１３０の周辺クラッド、４００、４０１，４０２  ３芯光ファイバー１４０のコア、４１０、４１１，４１２  ３芯光ファイバー１４０のクラッド、１００１  光の進行方向、２０１１  ７芯光ファイバー１２０の周辺クラッド２０１の出射端面、２１１２  光学平板４から出射する制御光１１の出射面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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