(57)【要約】【課題】簡単な構成で、光の進行方向を切り替えることのできる光偏向素子を提供する。【解決手段】光偏向素子（１００）は、断面が正多角形の偏向プリズム（１０１）と、偏向プリズムの第１の面に接することのできる入力プリズムと、第２の面に接することのできる出力プリズムと、を備える。光偏向素子は、当該正多角形を含む断面内において、入力プリズムに入った光が、入力プリズムが第１の面に接し、出力プリズムが第２の面に接していない場合に、第１の面を通って偏向プリズムに入り、各面で全反射して、第１の面に戻るように機能し、入力プリズムが第１の側に接し、出力プリズムが第２の面に接している場合に、第１の面を通って偏向プリズムに入り、第２の面を通って出力プリズムに入り、出力プリズムの出力面から出るように機能する。【選択図】図１
2008064873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を偏光させる断面が正多角形状である偏向プリズムと、
当該偏向プリズムの第１の面に接することのできる入力プリズムと、
当該偏向プリズムの第２の面に接することのできる出力プリズムと、を備え、
当該正多角形を含む断面内において、前記入力プリズムの入力面を通って入力プリズムに入った光が、前記入力プリズムが前記第１の面に接し、前記出力プリズムが前記第２の面に接していない場合には、前記第１の面を通って前記偏向プリズム内に入り、各面で全反射して、前記第１の面に戻り、前記入力プリズムが前記第１の面に接し、前記出力プリズムが前記第２の面に接している場合には、前記第１の面を通って偏向プリズム内に入り、前記第２の面で全反射せずに前記出力プリズムに入り、前記出力プリズムの出力面から出るように、前記正多角形の角数をＮ、前記入力プリズムの入力面の入射角を
【数１】
2008064873.tif 000045
前記偏向プリズム内の各面における反射角を
【数２】
2008064873.tif 000046
前記偏向プリズム、前記入力プリズムおよび前記出力プリズムの、所定の波長の光に対する屈折率を
【数３】
2008064873.tif 000047
周囲の媒体の、当該所定の波長の光に対する屈折率を
【数４】
2008064873.tif 000048
とした場合に、
【数５】
2008064873.tif 000049
の関係を満足することを特徴とする光偏向素子。
【請求項２】
前記出力プリズムから光が出る点において、出力面に立てた法線と光のなす角度が、入射角と同じであり、前記出力プリズムから出た光が、前記正多角形を含む断面内において、前記第２の面に平行に進行することを特徴とする請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項３】
前記入力プリズムが前記偏向プリズムの面に接していない場合には、前記入力プリズムに入った光が、前記入力プリズムの面で屈折および反射することにより、前記入力プリズムを出た後に、入る前と同じ方向に進行するように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光偏向素子。
【請求項４】
同一のプリズムが、前記入力プリズムまたは前記出力プリズムとして機能する入出力プリズムであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項５】
前記正多角形のＮ個の面に接することのできるＮ個の入出力プリズムを備えたことを特徴とする請求項４に記載の光偏向素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の光偏向素子を複数個備える光回路であって、複数の光経路を含み、当該複数の光経路に沿って、複数の光偏向素子を配置したことを特徴とする、光回路。
【請求項７】
複数の光経路が、平行であるか、または
【数６】
2008064873.tif 000050
の角度をなすことを特徴とする、請求項６に記載の光回路。
【請求項８】
請求項１から５のいずれかに記載の光偏向素子を少なくとも２個備える光回路であって、第１および第２の光偏向素子を、断面の正多角形の一辺に対応する面が対向するように光経路を含む空間を隔てて配置し、当該空間に、前記第１および第２の光偏向素子に共用される入力プリズムを配置し、当該共用される入力プリズムが、前記第１の光偏向素子の面に接するときには、当該共用される入力プリズムに入った光が、前記第１の光偏向素子に入って前記第１の光偏向素子によって偏向され、前記第２の光偏向素子の面に接するときには、前記第２の光偏向素子に入って前記第２の光偏向素子によって偏向されるように構成されたことを特徴とする光回路。
【請求項９】
前記共用される入力プリズムが、前記第１の光偏向素子の面に接するときに光が入る第１の入力面と、前記第２の光偏向素子の面に接するときに光が入る第２の入力面とを備えることを特徴とする請求項８に記載の光回路。
【請求項１０】
光を偏光させる円柱状光学部材と、前記円柱状光学部材に接することのできる入力プリズムと、前記円柱状光学部材に接することのできる出力プリズムと、を備える光偏向素子であって、
入力プリズムは、前記円柱状光学部材に接する第１の面に対して傾きを有する入力面を備え、出力プリズムは、前記円柱状光学部材に接する第２の面に対して傾きを有する出力面を備え、
前記円柱状光学部材の円形を含む断面内において、前記第１の面に平行に進行し前記入力面を通って前記入力プリズムに入った光が、前記入力プリズムが前記円柱状光学部材に接し、前記出力プリズムが前記円柱状光学部材に接していない場合に、前記第１の面を通って前記円柱状光学部材に入り、前記円柱状光学部材内の側面において所定の角度でＮ回、全反射して、前記円柱状光学部材内をＭ回、回って前記第１の面に戻り、前記入力プリズムが前記円柱状光学部材に接し、前記出力プリズムが前記円柱状光学部材に接している場合に、前記第１の面を通って前記円柱状光学部材に入り、前記第２の面が接する側面で全反射せずに前記第２の面を通って前記出力プリズムに入り、前記出力プリズムの出力面から出るように、
前記入力プリズムの入力面の入射角を
【数７】
2008064873.tif 000051
前記円柱状光学部材内における側面における当該所定の反射角を
【数８】
2008064873.tif 000052
前記円柱状光学部材、前記入力プリズムおよび前記出力プリズムの、所定の波長の光に対する屈折率を
【数９】
2008064873.tif 000053
周囲の媒体の、当該所定の波長の光に対する屈折率を
【数１０】
2008064873.tif 000054
とした場合に、
【数１１】
2008064873.tif 000055
の関係を満足することを特徴とする光偏向素子。
【請求項１１】
光を偏光させる円柱状光学部材と、前記円柱状光学部材に接することのできる入出力プリズムと、を備える減衰素子であって、
前記入出力プリズムは、前記円柱状光学部材に接する面に対して傾きを有する入力面と、前記円柱状光学部材に接する面に対して別の傾きを有する出力面とを備え、
前記入出力プリズムが前記円柱状光学部材に接している場合に、前記円柱状光学部材の円形を含む断面内において、前記円柱状光学部材に接する面に平行に進行し前記入力面を通って入出力プリズムに入った光が、前記円柱状光学部材に接する面を通って前記円柱状光学部材に入り、前記円柱状光学部材内の側面において所定の角度でＮ回、全反射して、前記円柱状光学部材内をＭ回、回って前記円柱状光学部材に接する面に戻り、前記入出力プリズムに入り、前記入出力プリズムの出力面から出るように、前記入出力プリズムの入力面の入射角を
【数１２】
2008064873.tif 000056
出力面を通って内の側面における当該所定の反射角を
【数１３】
2008064873.tif 000057
前記円柱状光学部材、入出力プリズムの、所定の波長の光に対する屈折率を
【数１４】
2008064873.tif 000058
周囲の媒体の、当該所定の波長の光に対する屈折率を
【数１５】
2008064873.tif 000059
とした場合に、
【数１６】
2008064873.tif 000060
の関係を満足することを特徴とする減衰素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信や光コンピューティングなどに使用される、光偏向素子および当該光偏向素子を含む光回路に関するものである。特に、光の進行方向を切り替えることのできる、光偏向素子および当該光偏向素子を含む光回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光の進行方向を切り替えることのできる、光回路としては、たとえば、光ファイバを接続するマトリクス・スイッチがある。マトリクス・スイッチによって、Ｍ個の光入力チャネルが、Ｎ個の出力チャネルに切り替えられる。マトリクス・スイッチは、たとえば、反射鏡またはプリズムを高精度で移動させることによって実現される。このように、反射鏡またはプリズムを高精度で移動する装置を実現するにはコストがかかる。
【０００３】
また、光ファイバを接続するマトリクス・スイッチなどに使用される、光偏向素子として、光偏向素子の中空部に、光偏向素子と屈折率の等しい、可動片と液体とを含み、これらを中空部内で移動させて光の進行方向を切替えるものもある（特許文献１）。しかし、素子の中空部に液体を含むため、製造手順が煩雑であり、また、使用上の制限がある。さらに、光偏向素子を小さくすることができない。
【０００４】
【特許文献１】米国特許6345132B1号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の背景の下に、簡単な構成で、光の進行方向を切り替えることのできる、光偏向素子、光スイッチおよび当該光偏向素子、光スイッチを含む光回路に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による光偏向素子は、光を偏光させる断面が正多角形状である偏向プリズムと、当該偏向プリズムの第１の面に接することのできる入力プリズムと、当該偏向プリズムの第２の面に接することのできる出力プリズムと、を備える。
【０００７】
本発明による光偏向素子は、当該正多角形を含む断面内において、前記入力プリズムの入力面を通って入力プリズムに入った光が、前記入力プリズムが前記第１の面に接し、前記出力プリズムが前記第２の面に接していない場合には、前記第１の面を通って前記偏向プリズム内に入り、各面で全反射して、前記第１の面に戻るように機能する。また、本発明による光偏向素子は、当該正多角形を含む断面内において、第１の面に平行に進行し入力面を通って入力プリズムに入った光が、前記入力プリズムが前記第１の面に接し、前記出力プリズムが前記第２の面に接している場合には、前記第１の面を通って偏向プリズム内に入り、前記第２の面で全反射せずに前記出力プリズムに入り、前記出力プリズムの出力面から出るように機能する。上記のように機能するように、本発明による光偏向素子は、前記正多角形の角数をＮ、前記入力プリズムの入力面の入射角を
【数１】
2008064873.tif 000003
前記偏向プリズム内の各面における反射角を
【数２】
2008064873.tif 000004
前記偏向プリズム、前記入力プリズムおよび前記出力プリズムの、所定の波長の光に対する屈折率を
【数３】
2008064873.tif 000005
周囲の媒体の、当該所定の波長の光に対する屈折率を
【数４】
2008064873.tif 000006
とした場合に、
【数５】
2008064873.tif 000007
の関係を満足することを特徴とする。なお、本明細書および特許請求の範囲において、特に記載がない場合に、角度の単位はラジアンとする。
【０００８】
本発明によれば、入力プリズムが偏向プリズムの側面に接している場合に、出力プリズムを偏向プリズムの、他のいずれかの側面に接するようにすることにより、入力プリズムに入った光の方向を変えて出力プリズムから出るようにすることができる。また、出力プリズムが接する側面を変えることにより、光の方向を変えることができる。このように、出力プリズムを、偏向プリズムに接する位置と接しない位置との間で移動させることにより、光の方向を変えることができる。
【０００９】
本発明による光偏向素子は、光を偏光させる円柱状光学部材と、前記円柱状光学部材に接することのできる入力プリズムと、前記円柱状光学部材に接することのできる出力プリズムと、を備える。入力プリズムは、前記円柱状光学部材に接する第１の面に対して傾きを有する入力面を備え、出力プリズムは、前記円柱状光学部材に接する第２の面に対して傾きを有する出力面を備える。本発明による光偏向素子は、前記円柱状光学部材の円形を含む断面内において、前記第１の面に平行に進行し前記入力面を通って前記入力プリズムに入った光が、前記入力プリズムが前記円柱状光学部材に接し、前記出力プリズムが前記円柱状光学部材に接していない場合に、前記第１の面を通って前記円柱状光学部材に入り、前記円柱状光学部材内の側面において所定の角度でＮ回、全反射して、前記円柱状光学部材内をＭ回、回って前記第１の面に戻るように機能する。また、本発明による光偏向素子は、前記円柱状光学部材の円形を含む断面内において、前記第１の面に平行に進行し前記入力面を通って前記入力プリズムに入った光が、前記入力プリズムが前記円柱状光学部材に接し、前記出力プリズムが前記円柱状光学部材に接している場合に、前記第１の面を通って前記円柱状光学部材に入り、前記第２の面が接する側面で全反射せずに前記第２の面を通って前記出力プリズムに入り、前記出力プリズムの出力面から出るように機能する。上記のように機能するように、本発明による光偏向素子は、前記入力プリズムの入力面の入射角を
【数６】
2008064873.tif 000008
前記円柱状光学部材内における側面における当該所定の反射角を
【数７】
2008064873.tif 000009
前記円柱状光学部材、前記入力プリズムおよび前記出力プリズムの、所定の波長の光に対する屈折率を
【数８】
2008064873.tif 000010
周囲の媒体の、当該所定の波長の光に対する屈折率を
【数９】
2008064873.tif 000011
とした場合に、
【数１０】
2008064873.tif 000012
の関係を満足することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、入力プリズムが円柱状光学部材の側面に接している場合に、出力プリズムを円柱状光学部材の、側面に接するようにすることにより、入力プリズムに入った光の方向を変えて出力プリズムから出るようにすることができる。また、出力プリズムが接する位置を変えることにより、光の方向を変えることができる。このように、出力プリズムを、偏向プリズムに接する位置と接しない位置との間で移動させることにより、光の方向を変えることができる。円柱状光学部材の円形の断面を利用するので、光の方向を任意の方向とすることができる。
【００１１】
本発明による減衰素子は、光を偏光させる円柱状光学部材と、前記円柱状光学部材に接することのできる入出力プリズムと、を備える。前記入出力プリズムは、前記円柱状光学部材に接する面に対して傾きを有する入力面と、前記円柱状光学部材に接する面に対して別の傾きを有する出力面とを備える。本発明による減衰素子は、前記入出力プリズムが前記円柱状光学部材に接している場合に、前記円柱状光学部材の円形を含む断面内において、前記円柱状光学部材に接する面に平行に進行し前記入力面を通って入出力プリズムに入った光が、前記円柱状光学部材に接する面を通って前記円柱状光学部材に入り、前記円柱状光学部材内の側面において所定の角度でＮ回、全反射して、前記円柱状光学部材内をＭ回、回って前記円柱状光学部材に接する面に戻り、前記入出力プリズムに入り、前記入出力プリズムの出力面から出るように機能する。上記のように機能するように、本発明による減衰素子は、前記入出力プリズムの入力面の入射角を
【数１１】
2008064873.tif 000013
出力面を通って内の側面における当該所定の反射角を
【数１２】
2008064873.tif 000014
前記円柱状光学部材、入出力プリズムの、所定の波長の光に対する屈折率を
【数１３】
2008064873.tif 000015
周囲の媒体の、当該所定の波長の光に対する屈折率を
【数１４】
2008064873.tif 000016
とした場合に、
【数１５】
2008064873.tif 000017
の関係を満足することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、入出力プリズムへ入った光を、減衰させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構成で、光の進行方向を切り替えることのできる、光偏向素子、光スイッチおよび光回路が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態による光偏向素子１００の構成を示す図である。光偏向素子は、断面が正方形の偏向プリズム１０１と、偏向プリズム１０１の正方形断面の四辺に対応する４個の側面に設けられた、断面が二等辺三角形の入出力プリズム１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃおよび１０３ｄからなる。
【００１５】
入出力プリズム１０３ａは、偏向プリズム１０１に対向する面１０３３が、偏向プリズム１０１の、正方形の一辺に対応する側面１０１１に接する位置（以下、オン位置という）または当該側面１０１１から離れた位置（以下、オフ位置という）をとることができるように構成される。入出力プリズム１０３ｂ、１０３ｃおよび１０３ｄも同様に、それぞれ、側面１０１３、１０１５および１０１７に接する位置（以下、オン位置という）または当該側面１０１３、１０１５および１０１７から離れた位置（以下、オフ位置という）をとることができるように構成される。
【００１６】
入出力プリズム１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃおよび１０３ｄを動かすためのアクチュエータとしては、たとえば、圧電素子、光電モータ、静電アクチュエータなどを使用してもよい。
【００１７】
正方形を含む断面内において、偏向プリズム１０１の、正方形の一辺に対応する側面１０１１に平行で、図１において上方向に進む光が、側面１０３１から入出力プリズム１０３ａに入るようにする。後述する条件が満たされると、光偏向素子は、以下のように機能する。
【００１８】
入出力プリズム１０３ａがオン位置である場合には、光は、側面１０３３および側面１０１１を通過して偏向プリズム１０１内に進行し、側面１０１３に至る。
【００１９】
入出力プリズム１０３ｂがオン位置であれば、光は、入出力プリズム１０３ｂ内に進み、入出力プリズム１０３ｂから出て、図において右方向に進む。
【００２０】
入出力プリズム１０３ｂがオフ位置であれば、光は、側面１０１３で全反射して側面１０１５に至る。側面１０１３における入射角および反射角はθ１である。
【００２１】
入出力プリズム１０３ｃがオン位置であれば、光は、入出力プリズム１０３ｃ内に進み、入出力プリズム１０３ｃから出て、図において下方向に進む。
【００２２】
入出力プリズム１０３ｃがオフ位置であれば、光は、側面１０１５で全反射して側面１０１７に至る。側面１０１５における入射角および反射角はθ１である。
【００２３】
入出力プリズム１０３ｄがオン位置であれば、光は、入出力プリズム１０３ｄ内に進み、入出力プリズム１０３ｄから出て、図において左方向に進む。
【００２４】
入出力プリズム１０３ｄがオフ位置であれば、光は、側面１０１７で全反射して側面１０１１に至る。側面１０１７における入射角および反射角はθ１である。
【００２５】
他方、入出力プリズム１０３ａがオフ位置であれば、側面１０３１から入出力プリズム１０３ａに入った光は、側面１０３３で全反射して側面１０３５から出て、上方向に進む。すなわち、光の進行方向は変わらない。側面１０３３における入射角および反射角はθ１である。
【００２６】
このように、入出力プリズム１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃおよび１０３ｄをオン位置またはオフ位置に移動させることにより、光偏向素子に入った光の方向を変えることができる。
【００２７】
光偏向素子を上記のように機能させる第一の条件は、偏向プリズム１０１の側面１０１１、１０１３、１０１５および１０１７ならびに、これらの側面と対向する、入出力プリズム１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃおよび１０３ｄの側面において全反射が生じうることであり、第二の条件は、偏向プリズム１０１内において光の経路のループが形成されることである。
【００２８】
偏向プリズム１０１ならびに入出力プリズム１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃおよび１０３ｄの、波長λの光に対する屈折率をｎ１、周囲の媒体の波長λの光に対する屈折率をｎ０、臨界角をθｃとすると、第一の条件は、
【数１６】
2008064873.tif 000018
と表わされる。ここで、θ１は、偏向プリズム１０１の側面および入出力プリズム１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃおよび１０３ｄの側面における入射角、θｃは臨界角を表わす。
【００２９】
一般的に、断面が、角数Ｎである正多角形について、第二の条件は、
【数１７】
2008064873.tif 000019
と表わされる。
【００３０】
式（１）および（２）から正多角形の角数Ｎは、以下の条件を満足すればよい。
【００３１】
【数１８】
2008064873.tif 000020
図２は、入出力プリズム１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃおよび１０３ｄの構成を示す図である。入出力プリズム１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃおよび１０３ｄは、同じ構成を有するので、以下１０３と総称する。図２において、光は、入出力プリズム１０３の側面１０３３に平行に進行し、側面１０３１から入出力プリズム１０３に入る。入出力プリズム１０３の側面１０３１における入射角θ０に対する屈折角をθａとすると、式（２）から
【数１９】
2008064873.tif 000021
であるので、
【数２０】
2008064873.tif 000022
したがって、加法定理から
【数２１】
2008064873.tif 000023
となる。この式を変形して
【数２２】
2008064873.tif 000024
他方、屈折率の定義から
【数２３】
2008064873.tif 000025
となる。
【００３２】
式（４）および（５）を整理すると、
【数２４】
2008064873.tif 000026
となる。したがって、式（６）を満足するように、入出力プリズム１０３の形状を定める。入出力プリズム１０３の断面が二等辺三角形であれば、底角は、
【数２５】
2008064873.tif 000027
となる。入出力プリズム１０３の断面は、側面１０３３に対応する辺に平行な上底を有する台形であってもよい。さらに、入出力プリズム１０３は、光の入力面と、偏向プリズム１０１の側面に接する面との傾きが
【数２６】
2008064873.tif 000028
であれば、どのような形状であってもよい。
【００３３】
光として、たとえば、光通信で使われるλ＝1.55μmのレーザー光束を考え、プリズム素子の基材をシリコン（n1 = 3.47774）、素子の周辺は空気（n0 = 1）とする。式（３）から、
Ｎ> 2.456
となるからＮは３以上の自然数であればよい。Ｎ= 4とすると、式（６）および式（２）から
θ0 ≒ 1.035rad（= 59.3°）
θ1 ≒ 0.785rad（= 45°）
となる。シリコンの屈折率は空気に対して高いため、実際の使用では表面反射を抑えるために反射防止膜を施す必要がある。
【００３４】
図３は、断面が正方形の偏向プリズム１０１を含む光偏向素子１００を、複数の光経路に沿って複数個配列した光回路の構成を示す図である。複数の光経路は、互いに平行であるか
【数２７】
2008064873.tif 000029
の角度をなす。端子１０５は、光を送信または受信する。端子１０５から送信された光は、１個または複数個の光偏向素子１００を経由して他の端子１０５に到達し、受信される。光偏向素子１００で光の進行方向を変える場合には、光経路上の入出力プリズム１０３がオン位置となって入力プリズムとして機能し、他の入出力プリズム１０３がオン位置となって出力プリズムとして機能する。光経路上の位置および待機位置を有するミラー１０７を設け、必要に応じて光を反射させて進行方向を変えてもよい。
【００３５】
図４は、入出力プリズムの他の実施形態の構成を示す図である。本実施形態においては、光経路を挟んで配置された２個の偏向プリズム４０１ａおよび４０１ｂが、１個の入出力プリズム４０３を使用する。入出力プリズム４０３は、オフ位置、偏向プリズム４０１ａに対するオン位置、および偏向プリズム４０１ｂに対するオン位置をとる。入出力プリズム４０３は、偏向プリズム４０１ａに進行する光が入る入力面および偏向プリズム４０１ｂに進行する光が入る入力面の２個の入力面を備える。図４において、光が左方向から入った場合に、偏向プリズム４０１ａに導かれた光は反時計回りに回転し、偏向プリズム４０１ｂに導かれた光は時計回りに回転する。
【００３６】
図５は、断面が正三角形の偏向プリズム２０１を含む光偏向素子２００を、複数の光経路に沿って複数個配列した光回路の構成を示す図である。複数の光経路は、互いに平行であるか
【数２８】
2008064873.tif 000030
の角度をなす。端子２０５は、光を送信または受信する。端子２０５から送信された光は、１個または複数個の光偏向素子２００を経由して他の端子２０５に到達し、受信される。光偏向素子２００で光の進行方向を変える場合には、光経路上の入出力プリズム２０３がオン位置となって入力プリズムとして機能し、他の入出力プリズム２０３がオン位置となって出力プリズムとして機能する。
【００３７】
図６は、断面が正六角形の偏向プリズム３０１を含む光偏向素子３００を、複数の光経路に沿って複数個配列した光回路の構成を示す図である。複数の光経路は、互いに平行であるか
【数２９】
2008064873.tif 000031
の角度をなす。端子３０５は、光を送信または受信する。端子３０５から送信された光は、１個または複数個の光偏向素子３００を経由して他の端子３０５に到達し、受信される。光偏向素子３００で光の進行方向を変える場合には、光経路上の入出力プリズム３０３がオン位置となって入力プリズムとして機能し、他の入出力プリズム３０３がオン位置となって出力プリズムとして機能する。光経路上の位置および待機位置を有するミラー３０７を設け、必要に応じて光を反射させて進行方向を変えてもよい。
【００３８】
図７は、本発明の他の実施形態による、光を偏光させる円柱状光学部材５０１および入出力プリズム５０３を含む光偏向素子５００の構成を示す図である。
【００３９】
円柱状光学部材５０１内で繰り返す全反射の回数Ｎは
【数３０】
2008064873.tif 000032
となる。ただし、Ｍは光路が閉じて元の経路に戻るまでに光束が円柱状光学部材５０１中を回転する回数であり、θ1は円柱状光学部材５０１への入射角である。光路が閉じるためには
【数３１】
2008064873.tif 000033
が自然数となるＭとθ1の組み合わせの存在が必要である。もし適当な組み合わせが存在しなければ、方程式を満足する解は（Ｎ，Ｍ）=(0, 0)ないし(∞, ∞)となり、実際上の解は(Ｎ，Ｍ)=(∞, ∞)となる。Ｍとθ１の適当な組み合わせが存在する場合でも、多くの場合においてＮは大きな値となるため、実質上無限大とみなせる。したがって光偏向素子５００は、任意方向に偏向する素子として使用できる。
【００４０】
図７に示すように、光は、円柱状光学部材５０１の円形を含む断面内において、入出力プリズム５０３の、円柱状光学部材５０１に接する面に平行に進行し、入出力プリズム５０３に入る。その際の入射角は、θ０である。
【００４１】
式（７）から
【数３２】
2008064873.tif 000034
であるので、式（１）を満たすようにＭおよびＮを定める。また、式（６）の導入と同様の手順によって、
【数３３】
2008064873.tif 000035
となる。したがって、式（８）を満足するように、入出力プリズム５０３の形状を定める。入出力プリズム５０３の断面が二等辺三角形であれば、底角は、
【数３４】
2008064873.tif 000036
となる。入出力プリズム５０３の断面は、円柱状光学部材５０１に接する側面に対応する辺に平行な上底を有する台形であってもよい。さらに、入出力プリズム５０３は、光の入力面と、円柱状光学部材５０１の側面に接する面との傾きが
【数３５】
2008064873.tif 000037
であれば、どのような形状であってもよい。
【００４２】
他方、プリズム基材の内部吸収率が高ければ、円柱状光学部材５０１中を多数回反射する過程で信号が減衰するので、本実施形態の光偏向素子は、減衰器として使用することもできる。
【００４３】
波長1.5μmの光に対して、円柱状光学部材５０１の素材である、シリコン（Si）の内部吸収係数αは常温（25℃）で
【数３６】
2008064873.tif 000038
である。円柱状光学部材５０１中を光線が進む光路長をxとすると、光線の減衰率Τは
【数３７】
2008064873.tif 000039
となる。光路長xは１回の反射当たりに進む光路長x0と光路が閉じるまでの反射回数Nの積であり、以下のように表せる。
【００４４】
【数３８】
2008064873.tif 000040
１回の反射当たりに進む光路長x0は以下のように表せる。
【００４５】
【数３９】
2008064873.tif 000041
ただし、rは円柱状光学部材５０１の曲率半径で、θ1は光線の円柱状光学部材内での入射角および反射角である。式（７）を変形して
【数４０】
2008064873.tif 000042
と表現できる。式（１２）において、Ｍは光路が閉じるまでに円柱状光学部材５０１中を光線が周回する回数であり、Ｎ／Ｍは光線が一周する当たりの反射回数を表わす。このとき、ＮとＭの組は式（１）の条件を満足する必要がある。式（１０）乃至（１２）を整理すると光路長xは
【数４１】
2008064873.tif 000043
となる。減衰率はαとｘのそれぞれに依存するが、αは基材の物性で決まってしまうため自由度はない。xはＮ→∞の極限では
【数４２】
2008064873.tif 000044
となり、ｒおよびＭに依存する。
【００４６】
ここで、r = 1 [cm]で光路が閉じるまでの反射回数（Ｎ）が１０００回、その間に光線が円柱状光学部材５０１内を５０回周回すると仮定すると、式（９）などから減衰率Ｔは、
Τ ≒ 0.0438
となる。
【００４７】
本発明によれば、簡単な構成で、光の進行方向を切り替えることのできる、光偏向素子、光スイッチおよび当該光偏向素子、光スイッチを含む光回路が得られる。さらに、円柱状光学部材を含む光偏向素子は減衰素子として使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態による光偏向素子の構成を示す図である。
【図２】入出力プリズムの構成を示す図である。
【図３】断面が正方形の偏向プリズムを含む光偏向素子を複数個配列した光回路の構成を示す図である。
【図４】入出力プリズムの他の実施形態の構成を示す図である。
【図５】断面が正三角形の偏向プリズムを含む光偏向素子を複数個配列した光回路の構成を示す図である。
【図６】断面が正六角形の偏向プリズムを含む光偏向素子を複数個配列した光回路の構成を示す図である。
【図７】円柱状光学部材を含む光偏向素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００、２００、３００、５００…光偏向素子、１０１、２０１、３０１…偏向プリズム、５０１…円柱状光学部材、１０３、２０３、３０３、４０３、５０３…入出力プリズム
【図１】
2008064873.tif 000061
【図２】
2008064873.tif 000062
【図３】
2008064873.tif 000063
【図４】
2008064873.tif 000064
【図５】
2008064873.tif 000065
【図６】
2008064873.tif 000066
【図７】
2008064873.tif 000067