(57)【要約】【課題】本発明では、部品点数が少なく挿入損失も小さい液晶光学素子、及びこれを用いた波長選択スイッチを提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る液晶光学部品は、液晶粒が高分子内に分散した高分子液晶複合層と、高分子液晶複合層に照射され高分子液晶複合層を透過する光を所定の角度に反射可能な複数のミラーと、高分子液晶複合層への電圧の印加により複数のミラーへ向かう光に対する高分子液晶複合層の光透過率を複数のミラーへの光ごとに変化するように高分子液晶複合層に設けられた一対の電極と、を備える。また、本発明の波長選択スイッチは、第一レンズと、第一レンズを間にして複数の光入出力ポートの反対側に配置される回折格子と、第一レンズを間にして回折格子の反対側に配列されたシリンドリカル凹レンズと、シリンドリカル凹レンズを間にして第一レンズの反対側に配置された上記液晶光学部品と、を備える。【選択図】図１
2008233474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶粒が高分子内に分散した高分子液晶複合層と、
前記高分子液晶複合層に照射され前記高分子液晶複合層を透過する光を所定の角度に反射可能な複数のミラーと、
前記高分子液晶複合層への電圧の印加により前記複数のミラーへ向かう光に対する前記高分子液晶複合層の光透過率を前記複数のミラーへの光ごとに変化するように前記高分子液晶複合層に設けられた一対の電極と、
を備える液晶光学部品。
【請求項２】
前記複数のミラーは、前記複数のミラーのそれぞれの反射面の法線が平行となるように一列に配置され、
前記電極は、光透過性材料であり、前記高分子液晶複合層を挟んで前記高分子液晶複合層に電圧を印加するように前記高分子液晶複合層の両面に前記複数のミラーの配置間隔と略同じ間隔で前記複数のミラーの配列方向に縞状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶光学部品。
【請求項３】
一の面が開放された筐体をさらに備え、
前記複数のミラーは前記複数のミラーの反射面が前記一の面を向くように前記筺体の底部に配置され、
前記高分子液晶複合層は前記高分子液晶複合層の光の照射される被照射面と反対側の面が前記筐体の開放された前記一の面を覆うように前記複数のミラーの反射面に対向して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶光学部品。
【請求項４】
一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置された第一レンズと、
前記第一レンズを間にして前記複数の光入出力ポートの反対側に配置され、前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第一レンズを透過した光を受ける面上に前記複数の光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第一レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で反射する回折格子と、
前記光入出力ポートから出力され前記回折格子で反射した光のうち前記第一レンズを透過した光を透過させて前記複数の光入出力ポートの配列方向では凹レンズとしての作用を持ち前記第一レンズからの収束光を平行光束に変換し、前記複数の光入出力ポートの配列方向と直交する方向ではレンズ作用を持たず前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させるように前記第一レンズを間にして前記回折格子の反対側に配列されたシリンドリカル凹レンズと、
前記シリンドリカル凹レンズを間にして前記第一レンズの反対側に配置された請求項１から３のいずれかに記載の液晶光学部品と、
を備え、
前記液晶光学部品の複数のミラーは、前記光入出力ポートから出力され前記回折格子で反射し前記第一レンズ及び前記シリンドリカル凹レンズを透過した光を、前記シリンドリカル凹レンズを間にして前記第一レンズの反対側で前記シリンドリカル凹レンズの焦点距離だけ離れた位置においてそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが前記シリンドリカル凹レンズ及び前記第一レンズを透過して前記回折格子で反射し再び前記第一レンズを透過して前記複数の光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定される波長選択スイッチ。
【請求項５】
一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置された第一レンズと、
前記第一レンズを間にして前記複数の光入出力ポートの反対側に配置され、前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第一レンズを透過した光を受ける面上に前記複数の光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第一レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子と、
前記回折格子を間にして前記第一レンズの反対側に前記第一レンズと前記回折格子との距離と等しい距離だけ離れて配置される第二レンズと、
前記光入出力ポートから出力され前記回折格子を透過した光のうち前記第二レンズを透過した光を透過させて前記複数の光入出力ポートの配列方向では凹レンズとしての作用を持ち前記第二レンズからの収束光を平行光束に変換し、前記複数の光入出力ポートの配列方向と直交する方向ではレンズ作用を持たず前記第二レンズからの収束光をそのまま収束させるように前記第二レンズを間にして前記回折格子の反対側に配列されたシリンドリカル凹レンズと、
前記シリンドリカル凹レンズを間にして前記第二レンズの反対側に配置された請求項１から３のいずれかに記載の液晶光学部品と、
を備え、
前記液晶光学部品の複数のミラーは、前記光入出力ポートから出力され前記第一レンズ、前記回折格子、前記第二レンズ及び前記シリンドリカル凹レンズを透過した光を、前記シリンドリカル凹レンズの焦点距離だけ離れた位置においてそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが前記シリンドリカル凹レンズ、前記第二レンズ及び前記第一レンズを透過して前記複数の光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定される波長選択スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の透過率を可変可能な液晶光学部品、及びこの液晶光学部品を用い、光波長多重通信において、異なる波長の光を分岐し又は結合することが可能な波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長多重光通信の普及に伴い、波長毎に光信号を合波又は分波する波長選択スイッチが光通信のキーデバイスとなっている。
【０００３】
ここで、図６に従来の光シャッターの概略構成図を示す。
【０００４】
図６の光シャッター１００は、入射光を２つの偏向に分けて出力する複屈折板１１０と、複屈折板１１０からの一方の光を透過する１／２波長板１１１と、複屈折板１１０からの他方の光と１／２波長板１１１からの光の偏向角度をそれぞれ調整する偏光子１１２と、偏光子１１２からの２つの光の偏向をそれぞれ４５°回転させる偏波回転素子１１３と、を備える。なお、図６では、光シャッター１００がミラー１１４の前段部に設けられた形態を示している。
【０００５】
ミラー１１４への入射ビームは、図面に垂直方向及び水平方向の偏波を含むビームである。これを複屈折板１１０で２つの直交する偏波に分ける。偏光は、複屈折板１１０の結晶軸方向に沿って進み、１／２波長板１１１に入射する。この偏光は、９０度回転して偏光子１１２に入射するため、偏波無依存が実現される。光のビームは、偏光子１１２から偏波回転素子１１３に入射して偏光方向が４５度回転するとそのままの状態でミラー１１４で反射し、再度、偏波回転素子１１３に入射し、さらに偏光方向は４５°回転する。はじめの４５°回転とミラー１１４での反射後の４５°回転で９０°回転したことになり、偏光子１１２で光が遮られることになる。光のビームの減衰は、偏光子１１２で行われる。
【０００６】
この光シャッター１００を、波長選択スイッチに適用した場合、ミラー１１４が動作するときに発生する目的外の光ファイバへの光結合を光シャッター１００を閉じることで防ぐことができる。また、偏光角を電圧で制御することでミラー１１４から反射した光のビームの減衰量を制御することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１０６３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の光シャッターは、偏光方向を制御する方法で光のビームの強度を制御していた。また、偏波を利用する光量制御法では、入射ビームの偏波の変動による影響を受ける。このため、偏波無依存化のための複屈折板１１０及び偏波を制御するための偏光子１１２が必要になり、部品点数がさらに増えることになる。また、部品点数の増加により挿入損失も増加することになってしまう。
【０００９】
そこで、本発明では、部品点数が少なく挿入損失も小さい液晶光学部品、及びこれを用いた波長選択スイッチ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】
上記目的を達成するために、本発明では、液晶粒が高分子内に分散した高分子液晶複合材に電圧を印加することで光の透過率を可変させる液晶光学素子をミラーの前段に設けることにした。
【００１１】
具体的には、本願第一発明に係る液晶光学部品は、液晶粒が高分子内に分散した高分子液晶複合層と、前記高分子液晶複合層に照射され前記高分子液晶複合層を透過する光を所定の角度に反射可能な複数のミラーと、前記高分子液晶複合層への電圧の印加により前記複数のミラーへ向かう光に対する前記高分子液晶複合層の光透過率を前記複数のミラーへの光ごとに変化するように前記高分子液晶複合層に設けられた一対の電極と、を備える。
【００１２】
これにより、複数のミラーに向けて入射する光の減衰量を複数のミラーへの光ごとに制御可能で、部品点数も少なく小型で挿入損失も小さい液晶光学部品を提供することができる。
【００１３】
上記液晶光学部品において、前記複数のミラーは、前記複数のミラーのそれぞれの反射面の法線が平行となるように一列に配置され、前記電極は、光透過性材料であり、前記高分子液晶複合層を挟んで前記高分子液晶複合層に電圧を印加するように前記高分子液晶複合層の両面に前記複数のミラーの配置間隔と略同じ間隔で前記複数のミラーの配列方向に縞状に形成されていることが望ましい。
【００１４】
これにより、ＭＥＭＳミラーの振れ角度は数度で十分にファイバの切り替えを起こすことが可能である。例えば、ミラー面と高分子液晶複合層の間の距離を０．３ｍｍとし、ミラーの振れ角を５度とすると、入射、反射ビームのビームスポット位置ずれは概略０．０３ｍｍであり、１つの電極の幅よりも小さくもできる。このようにミラー角度が変化しても、同じ電極部分を通過するように配置し、各波長の光透過率を制御することができる。
【００１５】
また、上記液晶光学部品において、一の面が開放された筐体をさらに備え、前記複数のミラーは前記複数のミラーの反射面が前記一の面を向くように前記筺体の底部に配置され、前記高分子液晶複合層は前記高分子液晶複合層の光の照射される被照射面と反対側の面が前記筐体の開放された前記一の面を覆うように前記複数のミラーの反射面に対向して配置されることが望ましい。ここで、入射される光ビームはその強度が半径方向にガウス分布をしており、このビーム直径は高分子液晶複合層の一対の電極の面積より大きくならず、また、ミラーから反射して戻ってくる光ビームの直径もこの一対の電極の面積より大きくならないように、十分に高分子液晶複合層とミラーの間隔は狭くすることが重要である。
【００１６】
これにより、液晶光学部品としてモジュール化することができる。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置された第一レンズと、前記第一レンズを間にして前記複数の光入出力ポートの反対側に配置され、前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第一レンズを透過した光を受ける面上に前記複数の光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第一レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で反射する回折格子と、前記光入出力ポートから出力され前記回折格子で反射した光のうち前記第一レンズを透過した光を透過させて前記複数の光入出力ポートの配列方向では凹レンズとしての作用を持ち前記第一レンズからの収束光を平行光束に変換し、前記複数の光入出力ポートの配列方向と直交する方向ではレンズ作用を持たず前記第一レンズからの収束光をそのまま収束させるように前記第一レンズを間にして前記回折格子の反対側に配列されたシリンドリカル凹レンズと、前記シリンドリカル凹レンズを間にして前記第一レンズの反対側に配置された前記液晶光学部品と、を備え、前記液晶光学部品の複数のミラーは、前記光入出力ポートから出力され前記回折格子で反射し前記第一レンズ及び前記シリンドリカル凹レンズを透過した光を、前記シリンドリカル凹レンズを間にして前記第一レンズの反対側で前記シリンドリカル凹レンズの焦点距離だけ離れた位置においてそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが前記シリンドリカル凹レンズ及び前記第一レンズを透過して前記回折格子で反射し再び前記第一レンズを透過して前記複数の光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定される。
【００１８】
本発明では、シリンドリカル凹レンズを備えるため、角度／オフセット変換機能をシリンドリカル凹レンズの１つで実現でき、部品点数を削減して簡易な構成にすることができる。また、高分子液晶複合層に電極を備えた液晶光学素子を備えることにより、高分子液晶複合層で光透過率を変えられるため、挿入損失が小さい状態で複数のミラーの可動時の他のファイバへの光の漏洩を防止することができる。さらに、高分子液晶複合層のみで光透過率を変えられるため、液晶光学素子の挿入によりミラー面でビームスポットサイズがわずかに変化するのでミラー位置を僅かに調整するだけで簡単に挿入して、使用することができる。従って、部品点数も少なく小型の波長選択スイッチを提供することができる。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、一以上の波長を含む光を入出力し、横並び直線状に設けられた複数の光入出力ポートに対向して前記光入出力ポートからの光を平行光にするように配置された第一レンズと、前記第一レンズを間にして前記複数の光入出力ポートの反対側に配置され、前記光入出力ポートから入出力される光のうち前記第一レンズを透過した光を受ける面上に前記複数の光入出力ポートの配置方向に平行な複数の格子が形成された格子面において前記第一レンズを透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子と、前記回折格子を間にして前記第一レンズの反対側に前記第一レンズと前記回折格子との距離と等しい距離だけ離れて配置される第二レンズと、前記光入出力ポートから出力され前記回折格子を透過した光のうち前記第二レンズを透過した光を透過させて前記複数の光入出力ポートの配列方向では凹レンズとしての作用を持ち前記第二レンズからの収束光を平行光束に変換し、前記複数の光入出力ポートの配列方向と直交する方向ではレンズ作用を持たず前記第二レンズからの収束光をそのまま収束させるように前記第二レンズを間にして前記回折格子の反対側に配列されたシリンドリカル凹レンズと、前記シリンドリカル凹レンズを間にして前記第二レンズの反対側に配置された前記液晶光学部品と、を備え、前記液晶光学部品の複数のミラーは、前記光入出力ポートから出力され前記第一レンズ、前記回折格子、前記第二レンズ及び前記シリンドリカル凹レンズを透過した光を、前記シリンドリカル凹レンズの焦点距離だけ離れた位置においてそれぞれ反射し、反射した光のそれぞれが前記シリンドリカル凹レンズ、前記第二レンズ及び前記第一レンズを透過して前記複数の光入出力ポートのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定される。
【００２０】
本発明では、シリンドリカル凹レンズを備えるため、角度／オフセット変換機能をシリンドリカル凹レンズの１つで実現でき、部品点数を削減して簡易な構成にすることができる。また、高分子液晶複合層に電極を備えた液晶光学素子を備えることにより、高分子液晶複合層で光透過率を変えられるため、挿入損失が小さい状態で複数のミラーの可動時の他のファイバへの光の漏洩を防止することができる。さらに、高分子液晶複合層のみで光透過率を変えられるため、液晶光学素子の挿入によりミラー面でビームスポットサイズがわずかに変化するのでミラー位置を僅かに調整するだけで簡単に挿入して、使用することができる。従って、部品点数も少なく小型の波長選択スイッチを提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、部品点数が少なく挿入損失も小さい液晶光学部品、及びこれを用いた波長選択スイッチを提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、具体的に実施形態を示して本願発明を詳細に説明するが、本願の発明は以下の記載に限定して解釈されない。なお、以下の実施形態では、１つの光入出力ポート（後述の光入出力ポート２０ｄ）から光が出力され他の光入出力ポート（後述の光入出力ポート２０ａ〜２０ｇ）に光を波長ごとに分けて出力する構成について説明するが、当該他の光入出力ポート２０ａ〜２０ｇのいずれかから出力される光を波長ごとに分けて当該１つの光入出力ポート２０ｄに入力する形態についても同様に説明できる。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図である。図１（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチを示し、図１（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチを示している。図１の波長選択スイッチ１０は、反射型の構成、つまり、後述の回折格子３１で光を反射する構成である。
【００２４】
図１の波長選択スイッチ１０は、光入出力ポート２０ｄからの光を平行光にするように配置された凸レンズ３０と、光入出力ポート２０ｄからの光のうち凸レンズ３０を透過した光を波長ごとに異なる角度で反射する回折格子３１と、凸レンズ３０を間にして回折格子３１の反対側に配置されたシリンドリカル凹レンズ３３と、シリンドリカル凹レンズ３３を間にして凸レンズ３０の反対側に配置された液晶光学部品４９と、を備える。本実施形態では、液晶光学部品４９は、ミラー３５ａ，３５ｂと液晶光学素子４８とを含んで構成される。液晶光学部品４９については後に詳説する。
【００２５】
図１では、光入出力ポート２０ｄから出力して回折格子３１で反射し、ミラー３５ｂに至るまでの光路については凸レンズ３０、シリンドリカル凹レンズ３３の作用を表すために破線で光束の広がりを示し、実線で主光線を示している。他の光路については図の錯綜を避けるため主光線のみを実線、又は一点鎖線若しくは二点鎖線で示している。
【００２６】
また、本実施形態では凸レンズ３０（前述の第一レンズに相当するレンズ。）を用いているが、ここで用いるレンズは凸レンズに限定されない。例えば、光学収差を低減させるために適切な凸レンズと凹レンズを接着して組み合わせたダブレットレンズを用いてもよいし、また、３つのレンズを組み合わせたトリプレットを用いてもよい。
【００２７】
光入出力ポート２０ａ〜２０ｇは、複数備えている。図１では、光入出力ポート２０ａ〜２０ｇと７つ記載しているが、これ以上又はこれ以下の任意の数で配置可能である。光入出力ポート２０ａ〜２０ｇには、例えば、図１に示すように光入出力ポート２０ａ〜２０ｇごとに光ファイバ４０ａ〜４０ｇが接続され、又は、光導波路が接続される。また、光入出力ポート２０ａ〜２０ｇは、それぞれ光ファイバ４０ａ〜４０ｇを伝搬する一以上の波長を含む光を入出力する。また、光入出力ポート２０ａ〜２０ｇは、横並び直線状に設けられ、光入出力ポート２０ａ〜２０ｇに対向して配置された凸レンズ３０が光入出力ポート２０ａ〜２０ｇからの光を平行光に変換しうるように、凸レンズ３０から凸レンズ３０の焦点距離ｆｍだけ離れた位置に配置される。図１では、図１（ｂ）に示すように、光入出力ポート２０ａ〜２０ｇは、光入出力ポート２０ａ〜２０ｇから出力される光の向きがｚ軸方向に平行となるように配置されているが、凸レンズ３０において平行光に変換されるのであれば、いずれの向きに向いていてもよい。例えば、図１に示すように光入出力ポート２０ａ〜２０ｇが焦点距離ｆｍだけ離れた位置に配置される場合、光入出力ポート２０ａ〜２０ｇの向きは凸レンズ３０に対して斜めであってもよい。
【００２８】
回折格子３１は、凸レンズ３０を間にして光入出力ポート２０ａ〜２０ｇの反対側に配置される。また、図１では、共焦点系を構成するため、回折格子３１は、凸レンズ３０から凸レンズ３０の焦点距離ｆｍだけ離れた位置に配置される。図１のように共焦点系を構成すると波長選択スイッチ１０を小型にすることができ有効である。
【００２９】
また、回折格子３１の格子面３２上には、光入出力ポート２０ａ〜２０ｇの配置方向に平行となるように配置された格子（不図示、以下本明細書において同じである。）が形成されている。図１では、格子面３２上には、図１（ｂ）のｙ軸方向に平行な格子が図１（ａ）のｘ軸方向に並列に複数形成される。格子は、格子面３２上に形成された複数の凹凸形状の溝であってもよいし、光を反射する部分と吸収する部分とを交互に配置してもよい。これにより、図１（ａ）に示すように、凸レンズ３０を透過した光は、回折格子３１の格子面３２上で反射してｘ軸方向に波長ごとに異なる角度で反射する。なお、図１（ｂ）のｚ軸方向にはそのまま返送される。図１では簡単のため回折格子３１の格子面３２は、凸レンズ３０に正対しているが、一般的には格子面３２の法線がｘｚ面内にあるように光軸（ｚ軸）に対して傾斜している。
【００３０】
シリンドリカル凹レンズ３３は、回折格子３１で反射した光のうち凸レンズ３０を透過した光を透過させて後述のミラー３５ａ，３５ｂに向けて収束させる。シリンドリカル凹レンズ３３は、図１（ａ）のｘ−ｚ面、つまり光入出力ポート２０ａ〜２０ｇの配列方向と直交する方向（ｘ方向）では単純平板であり、凸レンズ３０からの焦点位置ｆｍよりも若干長くなる位置に、凸レンズ３０からの光をそのまま収束させる。一方、図１（ｂ）のｙ−ｚ面、つまり光入出力ポート２０ａ〜２０ｇの配列方向（ｙ方向）では凹レンズとして機能し、凸レンズ３０からの光を平行光に変換してミラー３５ａ，３５ｂに導く。図１では、シリンドリカル凹レンズ３３は、凹面３４がミラー３５ａ，３５ｂの側を向くように配置されるが、凸レンズ３０の側を向くように配置しても当然によい。また、図１では、平凹のシリンドリカルレンズを適用しているが、両凹のシリンドリカルレンズでもよい。
【００３１】
ミラー３５ａ，３５ｂは、回折格子３１で反射し凸レンズ３０及びシリンドリカル凹レンズ３３を透過した光を、シリンドリカル凹レンズ３３を間にして凸レンズ３０の反対側でそれぞれ反射する。図１では２つ記載しているが、光ファイバ４０内を伝搬する光の波長数に応じて波長ごとに複数配置するとよい。以下、ミラー３５ａを中心に説明するが、ミラー３５ｂも同様である。ミラー３５ａは、シリンドリカル凹レンズ３３の焦点距離ｆ３だけ離れた位置に配置される。そして、シリンドリカル凹レンズ３３からの光が収束する位置でシリンドリカル凹レンズ３３からの収束光を任意の角度で反射する。また、ミラー３５ａで反射した光がシリンドリカル凹レンズ３３及び凸レンズ３０を透過して回折格子３１で反射し再び凸レンズ３０を透過して光入出力ポート２０ａ〜２０ｇのいずれかに収束するように光の反射角度がそれぞれ設定される。図１では、ミラー３５ａでは、光入出力ポート２０ｃに、ミラー３５ｂでは、光入出力ポート２０ｅに、それぞれ収束するように設定されているが、角度に応じて光入出力ポート２０ａ〜２０ｇのいずれにも収束させることは可能である。例えば、ミラー３５ａのように角度を上方に傾けると凸レンズ３０及び回折格子３１を通して光入出力ポート２０ｃに収束させることができ、一方、ミラー３５ｂのように下方に傾けると凸レンズ３０及び回折格子３１を通して光入出力ポート２０ｅに収束させることができる。このように、ミラー３５ａの角度を変えることで波長選択が可能となる。ミラー３５ａとしては、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを適用して小型の波長選択スイッチを実現することができる。
【００３２】
液晶光学部品４９は、液晶光学素子４８と、複数のミラー３５ａ，３５ｂと、を備える。ここで、液晶光学部品４９の実施形態について詳説する。
【００３３】
図３は、液晶光学部品の概略構成図を示している。図３（ａ）は、上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ’線の断面図をそれぞれ示している。
【００３４】
図３の液晶光学部品５０は、図３（ｃ）に示すように、液晶光学素子５１と、後述の高分子液晶複合層７０に照射され高分子液晶複合層７０を透過する光６１を所定の角度に反射可能なＭＥＭＳミラー７１と、を備える。液晶光学素子５１は、液晶粒が高分子内に分散した高分子液晶複合層７０と、高分子液晶複合層７０への電圧の印加によりＭＥＭＳミラー７１へ向かう光６１，６２に対する高分子液晶複合層７０の光透過率をＭＥＭＳミラー７１のそれぞれのミラー７６ａ〜７６ｄへの光ごとに変化するように高分子液晶複合層７０に設けられた一対の電極８２ａ〜８２ｄ，８３ａ〜８３ｄと、を備える。なお、電極８２ａと電極８３ａとで一対の電極を構成する。他の電極８２ｂ〜８２ｄ，８３ｂ〜８３ｄにおいても同様である。さらに、液晶光学部品５０は、ＭＥＭＳミラー７１が封止される筐体７３を備え、高分子液晶複合層７０により筺体７３の解放された一の面７４を覆うようにＭＥＭＳミラー７１が封止される。このように、筐体７３にＭＥＭＳミラー７１を封止することで、液晶光学部品５０としてモジュール化することができる。そして、モジュール化した液晶光学部品５０は、図１の波長選択スイッチ１０の、液晶光学部品４９の部分に液晶光学素子５１の挿入によりミラー面でビームスポットサイズがわずかに変化するのでミラー位置を僅かに調整するだけで簡単に挿入して適用することができる。
【００３５】
図３の高分子液晶複合層７０は、本実施形態では、網目状の高分子ネットワーク中に直径１μｍ程度の液晶の連続層が分散されている構成であり、液晶の配向方向がランダム配向となっているため、無電界状態では強い光散乱状態を示す。高分子液晶複合層７０を得る方法としては、高分子または高分子前駆体と液晶の混合物から、液晶を層分離させて得る方法が一般的である（例えば、特許文献２を参照。）。高分子液晶複合層７０の表面には、図３（ｃ）に示すように一対の電極８２ａ〜８２ｄ，８３ａ〜８３ｄを配置している。この一対の電極８２ａ〜８２ｄ，８３ａ〜８３ｄに電圧を印加すると高分子液晶複合層７０内の液晶分子の配向が揃い、光透過状態へ変化することが知られている。また、無電界時に光透過状態となるリバースモード型の高分子液晶複合層も知られている（例えば、特許文献２を参照。）。具体的には、紫外線硬化接着剤とネマチック液晶とを混合したものを、後述の透明電極が形成されたガラス板８０，８１に塗布し、紫外線を照射して硬化させることにより作製した。高分子液晶複合層７０は高分子液晶複合層７０の光の照射される被照射面７５と反対側の面が筐体７３の開放された一の面７４を覆うようにＭＥＭＳミラー７１に含まれる複数のミラー７６ａ〜７６ｄの反射面７７（図３（ｂ））に対向して配置される。
【特許文献２】特開平１１−５２３３９号公報
【００３６】
ＭＥＭＳミラー７１は、高分子液晶複合層７０に照射され高分子液晶複合層７０を透過する光６１を所定の角度に反射可能である。本実施形態では、ＭＥＭＳミラー７１は、複数のミラー７６ａ〜７６ｄのそれぞれの反射面７７（図３（ｂ））の法線が平行となるように一列に配置される。ＭＥＭＳミラー７１は、一の面７４が開放された筐体７３の底部７８に、複数のミラー７６ａ〜７６ｄの反射面７７（図３（ｂ））が一の面７４を向くように配置される。
【００３７】
一対の電極８２ａ〜８２ｄ，８３ａ〜８３ｄは、高分子液晶複合層７０への電圧の印加によりＭＥＭＳミラー７１へ向かう光６１，６２に対する高分子液晶複合層７０の光透過率をＭＥＭＳミラー７１のそれぞれのミラー７６ａ〜７６ｄへの光６１や光６２ごとに変化するように高分子液晶複合層７０に設けられる。一対の電極８２ａ〜８２ｄ，８３ａ〜８３ｄは、光透過性材料からなる。そして、図３（ａ）（ｃ）に示すように、高分子液晶複合層７０を挟んで高分子液晶合層７０に電圧を印加するように、高分子液晶複合層７０の両面にＭＥＭＳミラー７１のそれぞれのミラー７６ａ〜７６ｄの配置間隔と略同じ間隔でミラー７６ａ〜７６ｄの配列方向に縞状に形成されている。なお、電極７２ａと電極７２ｂとで一対の電極を構成する。
【００３８】
本実施形態では、２枚のガラス板８０，８１の片面に、一対の電極８２ａ〜８２ｄ，８３ａ〜８３ｄとして、酸化スズ等の光透過性材料で縞状の透明電極を形成し、高分子液晶複合層７０を挟んだ構造としている。この構成で、内側の両透明電極から電極リードを取り出し、交流電圧を印加することで高分子液晶複合層７０の散乱状態を制御することができる。透明電極を縞状に形成することで、ＭＥＭＳミラー７１に含まれる複数のミラー７６ａ〜７６ｄに向けて入射する光６１，６２の減衰量を複数のミラー７６ａ〜７６ｄへの光ごとに制御可能で、部品点数も少なく小型で挿入損失も小さい液晶光学部品５０を提供することができる。
【００３９】
液晶光学部品５０へ入射する光６２は、高分子の中に数μｍのマイクロドメインとして存在するランダム配向の液晶領域により散乱する。この状態で光６２に対応する電極８２ｄ，８３ｄに交流電圧を印加することで液晶マイクロドメインの配向方向を電極８２ｄ，８３ｄに垂直な方向に揃えることができるために、光散乱は減少し、透明な状態に移行させることができる。
【００４０】
ここで、図３の液晶光学素子５１の機能について説明する。
【００４１】
端面が向かい合った２つの光ファイバの間に２つの凸レンズを向かい合わせて配置すると、レンズを通過した光ビームはビームウェストを持つコリメートガウシャンビームとなる。このビームウェスト位置に対象にレンズと光ファイバを配置することで最小損失でファイバ間光結合を実現できることが知られている。受光ファイバ結合効率Ｔは、受光ファイバと光ビームの正規化重複積分で以下の数式（１）と表すことができる。
【００４２】
【数１】
2008233474.tif 000003
【００４３】
数式（１）において、Ｆｒ（ｘ，ｙ）は受光側の受光ファイバの複素振幅を記述する関数、Ｗ（ｘ，ｙ）は、受光光ファイバに結合するビームの複素振幅を記述する関数、「’」の記号は複素共役を表している。これらの関数がすべて複素数であり、このことがコヒーレント重複積分である。最大の受光ファイバの結合効率（Ｔ＝１．０）はビームのモードがすべての位置での振幅、位相の両方が完全に一致したときに実現される。モード形状又は位相のいかなる相違もＴの値を１より小さくする。
【００４４】
この状態で、２つの凸レンズの間に図３の高分子液晶複合層７０を配置すると、モード形状及び位相を乱すことができ、数式（１）のＴを低下させることができる。つまり、光結合率を変えることができるために、任意の光の減衰量を得ることができる光可変減衰器を構成できる。そして、高分子液晶複合層７０に最大振幅１０Ｖｒｍｓで１ｋＨｚの方形波の電圧を印加することで最大結合状態を得ることができる。このときのファイバ間光損失は、１ｄＢであった。また、電圧を０としたときに最大消光比は４０ｄＢである。高分子液晶複合層７０に代えてリバースモード型の高分子液晶複合層を用いた場合には、印加電圧０Ｖでは挿入損失１．２ｄＢであり、最大振幅１２Ｖｒｍｓで１ｋＨｚの方形波を電極を介して印加したときに最大消光比３８ｄＢが得られた。
【００４５】
図１の波長選択スイッチ１０では、複数の光ファイバ４０ａ〜４０ｇ間で光の入出力の切り替えが行われる。ミラー３５ａ，３５ｂで反射光の角度を変化させて光ファイバ４０ａ〜４０ｇ間の切り替えスイッチを行う場合、最短距離で動作させることが動作速度、動作のアルゴリズムの点で有利である。しかし、図１に示すように、例えば、光ファイバ４０ｅから光ファイバ４０ｇへの切り替え経路の途中に他の光ファイバ４０ｆが存在すると、切り替え中に光ファイバ４０ｆに光結合が発生し、不要な妨害が生じる。
【００４６】
本実施形態では、図３の高分子液晶複合層７０を備えた液晶光学素子４８を複数のミラー３５ａ，３５ｂの前面に配置したため、切り替え中の他の光ファイバ４０ｆへの光結合の発生を防止することができる。
【００４７】
ここで、入射光が液晶光学素子４８を通過して、ミラー３５ａ，３５ｂで反射し、再度、液晶光学素子４８を通過して戻ってきたときの挿入損失と液晶光学素子４８への印加電圧の関係を説明する。
【００４８】
図４は、液晶光学素子の挿入損失と液晶光学素子への印加電圧の関係を示している。
【００４９】
図４より、１．８Ｖまでは挿入損失０．５ｄＢであるが、電圧を印加すると光散乱により損失が増加し、９Ｖ付近で飽和し、損失値は３８ｄＢとなった。この変化の応答速度は数ｍｓであった。図１の波長選択スイッチ１０でミラー３５ｂを回転して光ファイバ４０ｅから光ファイバ４０ｇへ切り替える場合、ミラー３５ｂが１軸回転の場合は、切り替えの途中で光ファイバ４０ｆを一瞬横切ることになる。光ファイバ４０ｆに複数の別の波長で動作している場合、これらの光通信にこの一瞬横切る光が妨害を与えることになる。従来、これらの妨害をなくするために２軸動作のミラーを用いて光ファイバ４０ｆを横切らないように迂回して光ファイバ４０ｇに切り替えるようにしていた。このため、ミラーの構造が複雑になったり、回避が十分でなく、妨害が生じるなどの欠点があった。
【００５０】
図１の液晶光学素子４８及びミラー３５ａ，３５ｂを備えた液晶光学部品４９を波長選択スイッチ１０に適用して、例えば、光ファイバ４０ｃから光ファイバ４０ｇに切り替える場合、ミラー３５ａ，３５ｂの回転動作を開始すると同時に液晶光学素子４８に電圧を印加し、挿入損失を最大の３８ｄＢ以上の状態にする。このときの応答速度は数ｍｓである。図１の液晶光学部品４９として図３の液晶光学部品５０を適用した場合には、液晶光学素子４８への電圧印加時の応答速度は、図３のＭＥＭＳミラー７１のそれぞれのミラー７６ａ〜７６ｄ一般的な回転速度と同程度かそれよりも速い。そのため、ＭＥＭＳミラー７１それぞれのミラー７６ａ〜７６ｄが回転し、ファイバ４０ｆを横切るときにはすでに消光比３８ｄＢで光を遮断することができる。目的の光ファイバ４０ｇに切り替わると同時に印加電圧を０Ｖにして挿入損失を０．５ｄＢに戻す。このようにＭＥＭＳミラー７１の切り替え動作時に挿入損失を最大にすることで１軸のＭＥＭＳミラーを用いても、目的以外の光ファイバに妨害を与えることがなくなった。
【００５１】
この波長選択スイッチ１０では、各波長で光強度の異なる波長多重光を各波長に適当な減衰を与えて各波長での光強度を一定にするという機能もある。従来はＭＥＭＳミラーのそれぞれのミラーの回転角度をわずかに調整して、光結合率を変化させて、減衰作用を与えていた。この方法では、ＭＥＭＳミラーからの反射ビームの光ファイバ上でのスポット位置を最大結合の位置からわずかにずらして損失を与えるために、最大結合位置の同じ変位に比べて光の減衰量の変動が大きくなり、その結果、ＭＥＭＳミラーのそれぞれのミラーの微小変動がより大きな光出力変動を起こし、出力光強度にリップルを与えるということが起こる。これに対して、図３の液晶光学素子５１を用いると、光ファイバへの光結合位置を最大にしておき、液晶光学素子５１で減衰を与えることができるため、ＭＥＭＳミラー７１のそれぞれのミラー７６ａ〜７６ｄの微小変位の影響が極めて小さくなり、リップルの少ない良好な減衰光出力を得ることができる。
【００５２】
従来では、図６で説明したように光量制御には４つの部品が必要であったが、図３に示すように、高分子液晶複合層７０を適用することで光ファイバへの光結合を変えることが可能である。また、分散液晶により入射ビームの位相がランダムになり、光ファイバへの光結合が減少する結果、光量を偏光制御によらず変化させることができる。そのため、複数のミラー７６ａ〜７６ｄに向けて入射する光の減衰量を制御可能で部品点数も少なく小型で挿入損失も小さい液晶光学部品５０を提供することができる。なお、液晶光学部品５０自体は、偏光板が不要なため、挿入損失を小さくでき、光出力が安定な減衰器として利用することもできる。
【００５３】
以上より、波長選択スイッチ１０は、光入出力ポート２０ａ〜２０ｇのいずれかから出力される複数波長の光を他の光入出力ポート（光入出力ポート２０ａ〜２０ｇのいずれか）に振分けたり、光入出力ポート２０ａ〜２０ｇのうち複数から出力される光を他の１つの光入出力ポート（光入出力ポート２０ａ〜２０ｇのいずれか）で合波することができるため、光波長多重通信ネットワーク実現の際の波長多重用の光合分波回路や波長再配置型のａｄｄ−ｄｒｏｐ波長多重回路として適用できる。
【００５４】
ここで、ミラー３５ａで反射した光の軌跡について詳細に説明する。
【００５５】
図５は、ミラー３５ａとシリンドリカル凹レンズ３３を示した概略図である。
【００５６】
図５に示すように、ミラー３５ａにおいて角度θｍで反射した主光線５５は、ミラー３５ａへの入射光５６の光軸６０からｈ＝｜ｆ３｜θｍの高さでシリンドリカル凹レンズ３３を透過する。これは、ミラー３５ａをシリンドリカル凹レンズ３３からシリンドリカル凹レンズ３３の焦点距離ｆ３だけ離れた位置に配置したためである。シリンドリカル凹レンズ３３を透過した主光線５５は、シリンドリカル凹レンズ３３透過時の屈折角度がｈ／｜ｆ３｜＝θｍであり、出射角度は、θｍ＋ｈ／｜ｆ３｜＝２θｍとなる。つまり、シリンドリカル凹レンズ３３を透過した主光線５５は、シリンドリカル凹レンズ３３の焦点から高さ−ｈの点を光源として出射される光線と一致するとみることができ、ミラー３５ａに入射する入射光５６の反射位置を等価的に−ｈだけｙ方向にオフセットすることができることがわかる。
【００５７】
以上説明したように、図１の波長選択スイッチ１０は、シリンドリカル凹レンズ３３を備えるため、角度／オフセット変換機能をシリンドリカル凹レンズ３３の１つで実現でき、部品点数を削減して簡易な構成にすることができる。また、小型化も可能となる。また、液晶光学素子４８を備えることにより、図３の高分子液晶複合層７０で光透過率を変えられるため、挿入損失が小さい状態で複数のミラー３５ａ，３５ｂ（図１）の可動時の他の光ファイバへの光の漏洩を防止することができる。さらに、高分子液晶複合層７０のみで光透過率を変えられるため、図１の波長選択スイッチ１０において液晶光学部品４９を除く他の部品の配置を換えることもなくそのまま挿入して、使用することができる。従って、部品点数も少なく小型の波長選択スイッチ１０を提供することができる。
【００５８】
（第二実施形態）
図２に、本実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図を示す。図２（ａ）は、ｘ−ｚ面での波長選択スイッチを示し、図２（ｂ）は、ｙ−ｚ面での波長選択スイッチを示している。なお、図２において図１と同じ符号のものは相互に同じものであるため、その部分の説明は省略する。図２の波長選択スイッチは、透過型の構成、つまり、後述の回折格子で光を透過させる構成である。
【００５９】
図２の波長選択スイッチ１１は、図１の波長選択スイッチ１０と異なる構成部分に代えて、光入出力ポート２０ａ〜２０ｇから入出力される光のうち凸レンズ３０を透過した光を波長ごとに異なる角度で透過させる回折格子３６と、回折格子３６を間にして凸レンズ３０の反対側に凸レンズ３０と回折格子３６との距離と等しい距離だけ離れて配置される凸レンズ３７と、を備える。但し、回折格子３６は、凸レンズ３０を透過した光を透過させる点が異なる他は、図１の回折格子３１と同様である。この場合、格子面３２上に形成される格子は、格子面３２上に形成された複数の凹凸形状の溝であってもよいし、光を透過する部分と反射又は吸収する部分とを交互に配置したスリット状であってもよい。また、凸レンズ３７は、凸レンズ３０と同一のレンズを適用している。
【００６０】
以上の構成により、図２の波長選択スイッチ１１は、図１で説明した波長選択スイッチ１０と同様の機能を発揮して波長選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の波長選択スイッチは、異なる波長の光を分岐し又は結合することができ、光波長多重通信ネットワーク実現の際の波長多重用の光合分波回路や波長再配置型のａｄｄ−ｄｒｏｐ波長多重回路として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】一実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図である。
【図２】一実施形態に係る波長選択スイッチの概略構成図である。
【図３】液晶光学部品の概略構成図である。
【図４】液晶光学素子の挿入損失と液晶光学素子への印加電圧の関係を示した図である。
【図５】ミラーとシリンドリカル凹レンズを示した概略図である。
【図６】従来の光シャッターの概略構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０，１１：波長選択スイッチ
２０ａ〜２０ｇ：光入出力ポート
３０：凸レンズ
３１：回折格子
３２：格子面
３３：シリンドリカル凹レンズ
３４：凹面
３５ａ，３５ｂ：ミラー
３６：回折格子
３７：凸レンズ
４０，４０ａ〜４０ｇ：光ファイバ
４８：液晶光学素子
４９：液晶光学部品
５０：液晶光学部品
５１：液晶光学素子
５５：主光線
５６：入射光
６０：光軸
６１，６２：光
７０：高分子液晶複合層
７１：ＭＥＭＳミラー
７２ａ，７２ｂ：電極
７３：筐体
７４：面
７５：被照射面
７６，７６ａ〜７６ｄ：ミラー
７７：反射面
７８：底部
８０，８１：ガラス板
８２ａ〜８２ｄ：電極
８３ａ〜８３ｄ：電極
１００：光シャッター
１１０：複屈折板
１１１：１／２波長板
１１２：偏光子
１１３：偏波回転素子
１１４：ミラー
【図１】
2008233474.tif 000004
【図２】
2008233474.tif 000005
【図３】
2008233474.tif 000006
【図４】
2008233474.tif 000007
【図５】
2008233474.tif 000008
【図６】
2008233474.tif 000009