(57)【要約】【課題】入出力ポートに対して信号光を入射または出射する時に、光学素子を配置する必要がなく、光学素子の位置の調整、並びに高精度のアライメントに対する要求条件を緩和し、また、インターコネクションデバイスおよび伝送路の光学部品における様々な位相歪みを自動的に補正する。【解決手段】信号光ａ１を偏光素子３４によって異常光線に設定した場合、結晶３１ａでは相互励起型位相共役鏡が生成され、結晶３１ｂでは、共役鏡が生成されず、信号光ａ１とａ２とが双方向に接続される。信号光ａ１を常光線に設定した場合、結晶３１ａでは相互励起型位相共役鏡が誘起されず、結晶３１ｂでは共役鏡が誘起され、信号光ａ１と信号光ａ３を双方向に接続される。信号光ａ１を異常光線または常光線と制御することによって、入出力ポート３３ｂ、３３ｃのうちの何れか一方と入出力ポート３３ａとの双方向接続を制御できる。【選択図】  図６
2004271929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交差して入射される二つの光波の偏光方向によって相互励起型位相共役鏡の生成および非生成が制御され、上記相互励起型位相共役鏡が生成されるときに、二つの光波が互いの位相共役光として出力される媒質を使用し、
上記媒質において交差するように第１および第２の光波が入射され、
上記第１および第２の光波が共に異常光線とされる第１の状態と、
上記第１および第２の光波の少なくとも一方が常光線とされる第２の状態とを有し、
上記第１の状態において、上記相互励起型位相共役鏡が誘起され、上記第２の光波が上記相互励起型位相共役鏡にて回折されて上記第１の光波の入射位置に出力されると共に、上記第１の光波が上記相互励起型位相共役鏡にて回折されて上記第２の光波の入射位置に出力され、
上記第２の状態において、上記相互励起型位相共役鏡が誘起されないようにした光スイッチ装置。
【請求項２】
交差して入射される二つの光波の偏光方向によって相互励起型位相共役鏡の生成および非生成が制御され、上記相互励起型位相共役鏡が生成されるときに、二つの光波が互いの位相共役光として出力される第１および第２の媒質を使用し、
第１および第２の上記媒質とその間に配置された半波長板で構成され、
第１の入出力ポートから第１の上記媒質と上記半波長板と第２の上記媒質とを順に透過する方向へ第１の信号光が入射され、
上記第１の信号光の偏波を回転させることにより、上記第１および第２の上記媒質の何れか一方に相互励起型位相共役鏡を生成し、
第２および第３の入出力ポートから上記第１および第２の上記媒質にそれぞれの第２および第３の信号光が入射され、
上記第２および第３の信号光の内で、上記相互励起型位相共役鏡が生成される上記第１および第２の上記媒質の一方に入射される信号光と、位相共役光に変換された形で相互に接続されるようにした光伝搬経路接続切り替え装置。
【請求項３】
交差して入射される二つの光波の偏光方向によって相互励起型位相共役鏡の生成および非生成が制御され、上記相互励起型位相共役鏡が生成されるときに、二つの光波が互いの位相共役光として出力される第１、第２、第３および第４の媒質を使用し、
第１および第２の上記媒質とその間に配置され、偏光を９０°回転する第１の半波長板で構成された第１の接続切り替え装置と、第３および第４の上記媒質とその間に配置され、偏光を９０°回転する第２の半波長板で構成された第２の接続切り替え装置とが並列化され、
第１の入出力ポートから上記第１の上記媒質と上記第１の半波長板と上記第２の上記媒質とを順に透過する方向へ第１の信号光が入射され、
第２の入出力ポートから上記第３の上記媒質と上記第２の半波長板と上記第４の上記媒質とを順に透過する方向へ第２の信号光が入射され、
第３および第４の入出力ポートから上記第３および第４の上記媒質にそれぞれの第３および第４の信号光が入射され、
上記第１および第２の信号光の偏波を回転させることによって、上記第１および上記第４の入出力ポートとが双方向に接続されると共に、上記第２および第３の入出力ポートとが双方向に接続される第１の状態と、上記第１および上記第３の入出力ポートとが双方向に接続されると共に、上記第２および第４の入出力ポートとが双方向に接続される第２の状態とを切り替える光伝搬経路接続切り替え装置。
【請求項４】
請求項１において、
上記第１および第３の上記媒質と、上記第２および第４の上記媒質とをそれぞれ結晶を共有化した構成とした光伝搬経路接続切り替え装置。
【請求項５】
交差して入射される二つの光波の偏光方向によって相互励起型位相共役鏡の生成および非生成が制御され、上記相互励起型位相共役鏡が生成されるときに、二つの光波が互いの位相共役光として出力される第１、第２、第３および第４の媒質を使用し、
第１、第２、第３および第４の上記媒質と、上記第１および第２の上記媒質の間に配置された第１の半波長板と、上記第３および第４の上記媒質の間に配置された第２の半波長板と、上記第１および第３の上記媒質の間に配置された第３の半波長板と、上記第２および第４の上記媒質の間に配置された第４の半波長板と、上記第２および第３の上記媒質の間に配置された第１の光路と、上記第１および第２の上記媒質の間に配置された第２の光路とから構成され、
第１の入出力ポートから上記第１の上記媒質と上記第１の半波長板と上記第２の上記媒質とを順に透過する方向へ第１の信号光が入射され、
第２の入出力ポートから上記第３の上記媒質と上記第２の半波長板と上記第４の上記媒質とを順に透過する方向へ第２の信号光が入射され、
第３の入出力ポートから上記第３の上記媒質と上記第３の半波長板と上記第１の上記媒質とを順に透過する方向へ第３の信号光が入射され、
第４の入出力ポートから上記第４の上記媒質と上記第４の半波長板と上記第２の上記媒質とを順に透過する方向へ第４の信号光が入射され、
上記第１、第２、第３および第４の信号光の偏波を回転させることによって、上記媒質の相互励起型位相共役鏡の生成を制御し、上記第１、第２、第３および第４の入出力ポートの内の任意の二つが双方向に接続される光伝搬経路接続切り替え装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、全光構成の光スイッチ装置および複数の光入力を任意のチャンネルを切り替え接続可能な光伝搬経路接続切り替え装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報通信および処理の分野において、例えばコンピュータ内のボード間や、プロセッサ間の情報伝送に、光信号を用いたいわゆる光インターコネクション技術の開発が進められている。この光インターコネクションの構成としては、送信されてきた光信号を各ボードで一旦電気信号に戻して波形整形してから再び光信号として次段に送り出す中継方法と、光信号を電気信号に変換することなく光のまま中継する方法が考えられる。
【０００３】
前者の方法では、送信されてきた光信号を一旦電気信号に戻すために、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：大規模集積回路）などによりフレキシブルに経路を決定し、再び光信号に変換した後に次段に送り出すことができる。しかしながら、光−電気変換に伴う伝送遅延や、発熱が問題となる。したがって、光のまま中継する後者の方法が有利と考えられる。
【０００４】
種々の構成が提案されているが、何れの場合も、光ファイバや偏光素子、コリメート素子、反射鏡等の様々な光学素子を組み合わせることによって、一つのコネクションデバイスが構成されている。したがって、クロストークの小さい高性能なスイッチング特性を得るためには、それぞれの光学素子の高精度な位置合わせおよびアライメントが要求される。
【０００５】
従来のスイッチングデバイスの一例を図１Ａおよび図１Ｂに示す。このデバイスは、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶１を用いた偏光制御素子と二つのビームスプリッタ２および３とミラー部で構成され、偏光制御素子１において偏光を回転角で０°または９０°回転させることによって、２×２光スイッチを実現している。参照符号４ａ、４ｂがそれぞれ入力ファイバを示し、参照符号５ａ、５ｂがそれぞれ入力ファイバ４ａ、４ｂに対するファイバコリメート素子を示し、参照符号６ａ、６ｂがそれぞれ出力ファイバを示し、参照符号７ａ、７ｂがそれぞれ出力ファイバ６ａ、６ｂに対するファイバコリメート素子を示す。また、実線がＳ偏光の光路を示し、破線がＰ偏光の光路を示す。
【０００６】
まず、入力ファイバ４ａからファイバコリメート素子５ａを通して信号光が入射される。１段目の偏光ビームスプリッタ２によってＳ偏光およびＰ偏光に分離され、それぞれ偏光制御素子１を透過する。偏光制御素子１で設定した回転角に応じて２段目の偏光ビームスプリッタ３を通過した信号光の出力先を選択することができる。
【０００７】
図１Ａは、偏光制御素子１で設定された偏光回転角が９０°の場合を示し、図１Ｂは、偏光制御素子１で設定された偏光回転角が０°の場合を示す。偏光回転角が９０°の場合では、信号光がファイバコリメート素子７ａを通して出力ファイバ６ａに対して出力される。偏光回転角が０°の場合では、信号光がファイバコリメート素子７ｂを通して出力ファイバ６ｂに対して出力される。入力ファイバ４ｂおよびファイバコリメート素子５ｂを通して入力された信号光も、偏光回転角に応じて出力ファイバ６ａおよび６ｂの一方に対して出力される。
【０００８】
図２Ａおよび図２Ｂは、従来のスイッチングデバイスの他の例としてのビームシフタ型光スイッチの概念図である。この光スイッチは、二つの複屈折率板１１ａおよび１１ｂと、これらの複屈折率板１１ａおよび１１ｂの間に配されたＴＮ液晶からなる偏光制御素子１２とからなる。入力ファイバ１３ａからマイクロレンズアレイ１４ａを通してＳ偏光の信号光ａ１が複屈折率板１１ａに入射され、入力ファイバ１３ｂからマイクロレンズアレイ１４ｂを通してＰ偏光の信号光ａ２が複屈折率板１１ａに入射される。信号光ａ１およびａ２は、偏波が直交し、マイクロレンズアレイ１４ａおよび１４ｂによってコリメートされる。
【０００９】
偏光制御素子１２および複屈折率板１１ｂを通った信号光がマイクロレンズアレイ１５ａおよび１５ｂを通って出力ファイバ１６ａおよび１６ｂにそれぞれ入射される。図２Ａおよび図２Ｂに示されるビームシフタ型光スイッチによって２×２スイッチが構成される。
【００１０】
複屈折率板１１ａおよび１１ｂが偏波によって屈折率が異なることを利用して、偏光制御素子１２によって偏波を０°または９０°回転させる。偏光回転角を０°とした場合には、図２Ａに示すように、マイクロレンズアレイ１４ｂを介して入力ファイバ１３ｂから入射した信号光（Ｓ偏光）ａ１が破線の光路で示すように、複屈折率板１１ａ、１１ｂおよび偏光制御素子１２を直進してマイクロレンズアレイ１５ａを介して出力ファイバ１６ａに入射される。一方、マイクロレンズアレイ１４ａを介して入力ファイバ１３ａから入射した信号光（Ｐ偏光）ａ２が実線の光路で示すように、複屈折率板１１ａおよび１１ｂで屈折されることによって斜進し、マイクロレンズアレイ１５ａｂ介して出力ファイバ１６ｂに入射される。
【００１１】
偏光回転角を９０°した場合には、図２Ｂに示すように、マイクロレンズアレイ１４ｂを介して入力ファイバ１３ｂから入射した信号光（Ｓ偏光）ａ１が破線の光路で示すように、複屈折率板１１ａを直進し、偏光制御素子１２によってＰ偏光とされる。その結果、複屈折率板１１ｂによって屈折されることによって斜進し、マイクロレンズアレイ１５ｂを介して出力ファイバ１６ｂに入射される。一方、マイクロレンズアレイ１４ａを介して入力ファイバ１３ａから入射した信号光（Ｐ偏光）ａ２が実線の光路で示すように、複屈折率板１１ａで屈折されることによって斜進し、偏光制御素子１２によってＳ偏光とされる。その結果、複屈折率板１１ｂを直進し、マイクロレンズアレイ１５ａを介して出力ファイバ１６ａに入射される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す従来の液晶光スイッチにおいては、ファイバコリメータ５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ、偏光ビームスプリッタ２，３等の全ての光学素子の位置およびアライメントに高い精度が要求される。図２に示すシフタ型光スイッチの構成においても、ファイバ１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂ、マイクロレンズアレイ１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ、複屈折率板１１ａ，１１ｂ等の全ての光学素子の位置およびアライメントに高い精度が要求される。
【００１３】
したがって、この発明の一の目的は、雑光やクロストークの低減に必要とされる光学素子の位置およびアライメントに高い精度が要求されることを緩和でき、また、コリメート素子などを必要としない簡易な光学的構成でもって、任意のチャンネル間を双方向に接続することを可能とした光スイッチ装置および光伝搬経路接続切り替え装置を提供することにある。
【００１４】
この発明の他の目的は、インターコネクションデバイスおよび通信路の光学部品における様々な位相歪みを自動的に補正することを可能とした光スイッチ装置および光伝搬経路接続切り替え装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、交差して入射される二つの光波の偏光方向によって相互励起型位相共役鏡の生成および非生成が制御され、相互励起型位相共役鏡が生成されるときに、二つの光波が互いの位相共役光として出力される媒質を使用し、
媒質において交差するように第１および第２の光波が入射され、
第１および第２の光波が共に異常光線とされる第１の状態と、
第１および第２の光波の少なくとも一方が常光線とされる第２の状態とを有し、
第１の状態において、相互励起型位相共役鏡が誘起され、第２の光波が相互励起型位相共役鏡にて回折されて第１の光波の入射位置に出力されると共に、第１の光波が相互励起型位相共役鏡にて回折されて第２の光波の入射位置に出力され、
第２の状態において、相互励起型位相共役鏡が誘起されないようにした光スイッチ装置である。
【００１６】
請求項２の発明は、交差して入射される二つの光波の偏光方向によって相互励起型位相共役鏡の生成および非生成が制御され、相互励起型位相共役鏡が生成されるときに、二つの光波が互いの位相共役光として出力される第１および第２の媒質を使用し、
第１および第２の媒質とその間に配置された半波長板で構成され、
第１の入出力ポートから第１の媒質と半波長板と第２の媒質とを順に透過する方向へ第１の信号光が入射され、
第１の信号光の偏波を回転させることにより、第１および第２の媒質の何れか一方に相互励起型位相共役鏡を生成し、
第２および第３の入出力ポートから第１および第２の媒質にそれぞれの第２および第３の信号光が入射され、
第２および第３の信号光の内で、相互励起型位相共役鏡が生成される第１および第２の媒質の一方に入射される信号光と、位相共役光に変換された形で相互に接続されるようにした光伝搬経路接続切り替え装置である。
【００１７】
請求項３の発明は、交差して入射される二つの光波の偏光方向によって相互励起型位相共役鏡の生成および非生成が制御され、相互励起型位相共役鏡が生成されるときに、二つの光波が互いの位相共役光として出力される第１、第２、第３および第４の媒質を使用し、
第１および第２の媒質とその間に配置され、偏光を９０°回転する第１の半波長板で構成された第１の接続切り替え装置と、第３および第４の媒質とその間に配置され、偏光を９０°回転する第２の半波長板で構成された第２の接続切り替え装置とが並列化され、
第１の入出力ポートから第１の媒質と第１の半波長板と第２の媒質とを順に透過する方向へ第１の信号光が入射され、
第２の入出力ポートから第３の媒質と第２の半波長板と第４の媒質とを順に透過する方向へ第２の信号光が入射され、
第３および第４の入出力ポートから第３および第４の媒質にそれぞれの第３および第４の信号光が入射され、
第１および第２の信号光の偏波を回転させることによって、第１および第４の入出力ポートとが双方向に接続されると共に、第２および第３の入出力ポートとが双方向に接続される第１の状態と、第１および第３の入出力ポートとが双方向に接続されると共に、第２および第４の入出力ポートとが双方向に接続される第２の状態とを切り替えられる光伝搬経路接続切り替え装置である。
【００１８】
請求項５の発明は、交差して入射される二つの光波の偏光方向によって相互励起型位相共役鏡の生成および非生成が制御され、相互励起型位相共役鏡が生成されるときに、二つの光波が互いの位相共役光として出力される第１、第２、第３および第４の媒質を使用し、
第１、第２、第３および第４の媒質と、第１および第２の媒質の間に配置された第１の半波長板と、第３および第４の媒質の間に配置された第２の半波長板と、第１および第３の媒質の間に配置された第３の半波長板と、第２および第４の媒質の間に配置された第４の半波長板と、第２および第３の媒質の間に配置された第１の光路と、第１および第２の媒質の間に配置された第２の光路とから構成され、
第１の入出力ポートから第１の媒質と第１の半波長板と第２の媒質とを順に透過する方向へ第１の信号光が入射され、
第２の入出力ポートから第３の媒質と第２の半波長板と第４の媒質とを順に透過する方向へ第２の信号光が入射され、
第３の入出力ポートから第３の媒質と第３の半波長板と第１の媒質とを順に透過する方向へ第３の信号光が入射され、
第４の入出力ポートから第４の媒質と第４の半波長板と第２の媒質とを順に透過する方向へ第４の信号光が入射され、
第１、第２、第３および第４の信号光の偏波を回転させることによって、媒質の相互励起型位相共役鏡の生成を制御し、第１、第２、第３および第４の入出力ポートの内の任意の二つが双方向に接続される光伝搬経路接続切り替え装置である。
【００１９】
この発明では、交差して入射される二つの光波の偏光方向によって相互励起型位相共役鏡の生成および非生成が制御され、相互励起型位相共役鏡が生成されるときに、二つの光波が互いの位相共役光として出力される媒質例えばフォトリフラクティブ媒質を使用する。相互励起型位相共役鏡の生成および非生成を制御することによって、複数のチャンネル間の相互接続を切り替える構成を実現できる。この発明では、入出力ポートから媒質に対して信号光を入射する時、並びに媒質から入出力ポートに対して信号光を出射する時に、コリメート素子、マイクロレンズ等の光学素子を配置する必要がなく、部品点数を削減できると共に、雑光やクロストークの低減に必要な光学素子の位置の調整、並びに高精度のアライメントに対する要求条件を緩和することができる。また、この発明においては、各信号光を互いの位相共役光として入射位置から出力される。したがって、この発明によれば、インターコネクションデバイスおよび伝送路の光学部品における様々な位相歪みを自動的に補正することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。この発明は、相互励起型位相共役鏡の生成と消去（非生成）を制御するものである。この発明の理解を容易とするために、最初に位相共役鏡について説明する。位相共役鏡は、光の伝搬路上の空間位相歪みを補正する技術の一つである。図３は、位相共役鏡を概念的に示す。図３に示すように、きれいな平面波２１がプラスチック板、熱で揺らぐ空気等の位相擾乱物体２２を通過すると、位相が乱され、波面が乱れる。この乱れた波２３が位相共役鏡２４に入射される。この乱れた波２３に対して、位相共役鏡２４の反射波２５の波面が共役の関係となる。この反射波２５がこれまでたどった道を引き返すが、途中で再び位相擾乱物体２２を通ることによって、乱れが打ち消された元のきれいな平面波２６に戻る。
【００２１】
位相共役波は、種々の非線形現象によって発生することが知られているが、特にフォトリフラクティブ効果を用いた場合、位相共役光を発生させるのに光強度の閾値が低いという利点を有する。フォトリフラクティブ効果とは、光の照射によって媒質中に空間電界が発生し、ポッケルス効果を介して媒質の屈折率が変化する現象である。比較的低出力のレーザ光により屈折率格子を形成できるという特長を有している。
【００２２】
フォトリフラクティブ効果を用いた位相共役鏡の一つに相互励起型位相共役鏡（ＭＰＰＣＭ：Ｍｕｔｕａｌｌｙ  Ｐｕｍｐｅｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ  Ｍｉｒｒｏｒ）がある。図４に示すように、互いにインコヒーレントな二つのレーザ光２７，２８をフォトリフラクティブ結晶（ＰＲＣ：ＰｈｏｔｏＲｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｃｒｙｓｔａｌ）２９に交差して入射することにより、相互励起型位相共役鏡が形成され、互いの位相共役波として出力させることがことができるものである。ここで、二つの光波の伝搬路上に配置させ、互いの共役光を発生させた場合、これらの共役光は、これまでにたどった光路を正確に引き返しながら、挿入時の元の波面を再生しつつ、挿入位置へ出力する。ここで、もし何らかの位相擾乱物質２２ａ，２２ｂが伝搬路上に置かれていても、位相共役光は、それらの歪みを補正することが可能で、二つの伝搬路間は、効率よく双方向に接続される。
【００２３】
図５は、この発明によるスイッチ素子部の基本的構成とその動作を示す。参照符号３１がフォトリフラクティブ媒質を示す。フォトリフラクティブ媒質３１の感受率が光波の偏波方向に大きく依存する。一例として、フォトリフラクティブ媒質３１は、異常光線に対して非常に大きい結合係数を有し、一方、常光線については、小さい接合係数を有するチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）である。フォトリフラクティブ媒質３１において交差するように、フォトリフラクティブ媒質３１に対して二つの信号光が入射される。
【００２４】
図５Ａに示すように、共に常光線の信号光ａ１およびａ２がフォトリフラクティブ媒質３１に対して入射された場合、並びに図５Ｂに示すように、一方の信号光が常光線ａ１で他方の信号光が異常光線ａ２の場合（またはその逆の場合）では、結合係数が小さく、相互励起型位相共役鏡を誘起するのに必要な結合強度が得られず、信号光ａ１およびａ２は、回折されることなく媒質３１を通過する。図５Ｃに示すように、信号光ａ１およびａ２が共に異常光線の場合にのみ、大きい結合係数のために、互いに共有するような回折格子、すなわち、相互励起型位相共役鏡が誘起され、信号光ａ１およびａ２は、互いの位相共役光として回折される。この場合、二つの信号光ａ１およびａ２は、互いの光路をたどり、双方向に接続される。相互励起型位相共役鏡が生成された場合では、クロストーク以外の成分は、媒質３１を通過しない。以下の説明では、説明の簡単のため、クロストークについては、無視している。
【００２５】
図６は、この発明による１×２の双方向接続スイッチの第１の実施形態を示す。接続スイッチング素子として働く二つのフォトリフラクティブ結晶３１ａおよび３１ｂとその間に、透過する光波の偏波を９０°回転させる半波長板３２が配置される。信号光の入出力部として、入出力ポート３３ｂおよび３３ｃが設けられており、入出力ポート３３ａからは二つの結晶３１ａおよび３１ｂと半波長板３２を通過する方向から１本の信号光ａ１が入射され、入出力ポート３３ｂおよび３３ｃからは、それぞれの結晶３１ａおよび３１ｂに入射するように、２本の異常光線の信号光ａ２およびａ３が入射されている。
【００２６】
図６Ａに示すように、入出力ポート３３ａからの信号光ａ１を偏光素子３４によって異常光線に設定した場合、結晶３１ａでは、相互励起型位相共役鏡が生成され、また、信号光ａ１が半波長板３２を通過することによって常光線となるために、結晶３１ｂでは、相互励起型位相共役鏡が生成されない。その結果、信号光ａ１とａ２とが双方向に接続されるような経路が設定される。
【００２７】
図６Ｂに示すように、偏光素子３４を用いて入出力ポート３３ａからの信号光ａ１を常光線に設定した場合、結晶３１ａでは、信号光ａ１が常光線となるため、相互励起型位相共役鏡が誘起されない。一方、結晶３１ｂでは、信号光ａ１が異常光線となるために、異常光線の信号光ａ３と相互励起型位相共役鏡が誘起され、その結果、信号光ａ１と信号光ａ３を双方向に接続するような経路が設定される。このように、偏光素子３４を用いて信号光ａ１を異常光線または常光線と制御することによって、入出力ポート３３ｂおよび３３ｃに設けられている二つのチャンネルのうちの何れか一方と入出力ポート３３ａとの双方向接続を制御できる。
【００２８】
上述した１×２の双方向接続スイッチに基づいて種々の形態の双方向接続スイッチを構成することが可能である。図７は、二つの上述した１×２の双方向接続スイッチを並列化することによって構成された２×２の双方向接続インターコネクションである、この発明の第２の実施形態の構成と動作を示す。
【００２９】
二つのフォトリフラクティブ結晶３１ａおよび３１ｂとこれらの結晶の間に配置された半波長板３２とが一方の１×２の双方向接続スイッチを構成する。また、二つのフォトリフラクティブ結晶４１ａおよび４１ｂとこれらの結晶の間に配置された半波長板４２とが他方の１×２の双方向接続スイッチを構成する。結晶３１ａにおいて交差するように、入出力ポート３３ａからの信号光ｂ２と、結晶４１ａを通った入出力ポート３３ｂからの信号光ｂ３とが入射される。結晶３１ｂにおいて交差するように、結晶３１ａを通った入出力ポート３３ａからの信号光ｂ２と、結晶４１ｂを通った入出力ポート３３ｃからの信号光ｂ４とが入射される。結晶４１ａにおいて交差するように、入出力ポート３３ｄからの信号光ｂ１と、入出力ポート３３ｂからの信号光ｂ３とが入射される。結晶４１ｂにおいて交差するように、結晶４１ａを通った入出力ポート３３ｄからの信号光ｂ１と、入出力ポート３３ｃからの信号光ｂ４とが入射される。
【００３０】
入出力ポート３３ｄから入射される信号光ｂ１および入出力ポート３３ａから入射される信号光ｂ２は、互いに偏光が直交し、信号光ｂ１およびｂ２に関して異常光線および常光線の関係を切り替えることが可能にされている。また、入出力ポート３３ｂから入射される信号光ｂ３および入出力ポート３３ｃから入射される信号光ｂ４は、共に異常光線に設定されている。
【００３１】
図７Ａは、信号光ｂ１が異常光線に設定され、信号光ｂ２が常光線に設定された状態を示す。信号光ｂ１およびｂ３が異常光線に設定されているので、信号光ｂ１およびｂ３が交差する結晶４１ａに相互励起型位相共役鏡が誘起される。その結果、信号光ｂ１とｂ３が双方向に接続される。
【００３２】
信号光ｂ２が半波長板３２によって偏波が９０°回転されて異常光線とされて、結晶３１ｂに入射される。信号光ｂ２と交差するように、異常光線の信号光ｂ４が結晶３１ｂに入射されるので、結晶３１ｂに相互励起型位相共役鏡が誘起される。その結果、信号光ｂ２とｂ４が双方向に接続される。
【００３３】
図７Ｂは、信号光ｂ１が常光線に設定され、信号光ｂ２が異常光線に設定された状態を示す。信号光ｂ１が常光線に設定されているので、結晶４１ａには、相互励起型位相共役鏡が誘起されない。その結果、信号光ｂ１およびｂ３が結晶４１ａを通過する。共に異常光線の信号光ｂ１およびｂ３が交差する結晶３１ａに相互励起型位相共役鏡が誘起される。その結果、信号光ｂ２とｂ３が双方向に接続される。
【００３４】
結晶４１ａを通った信号光ｂ１が半波長板４２によって偏波が９０°回転されて異常光線とされて、結晶４１ｂに入射される。信号光ｂ１と交差するように、異常光線の信号光ｂ４が結晶４１ｂに入射されるので、結晶４１ｂに相互励起型位相共役鏡が誘起される。その結果、信号光ｂ１とｂ４が双方向に接続される。
【００３５】
上述したように、入出力ポート３３ｄおよび３３ａから入射される信号光ｂ１およびｂ２の偏光を回転させることによって２×２の相互接続切り替えが可能となる。
【００３６】
図７の構成では、４個のフォトリフラクティブ結晶３１ａ，３１ｂ，４１ａおよび４１ｂを使用しているが、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、結晶３１ａおよび４１ａに代えて共有のフォトリフラクティブ結晶４４ａを設け、また、結晶３１ｂおよび４１ｂに代えて共有のフォトリフラクティブ結晶４４ｂを設けた構成も可能である。図８Ａは、信号光ｂ１が異常光線に設定され、信号光ｂ２が常光線に設定され、信号光ｂ１とｂ３が双方向に接続され、また、信号光ｂ２とｂ４が双方向に接続される状態を示す。図８Ｂは、信号光ｂ２が異常光線に設定され、信号光ｂ１が常光線に設定され、信号光ｂ１とｂ４が双方向に接続され、また、信号光ｂ２とｂ３が双方向に接続される状態を示す。
【００３７】
図９は、この発明の第３の実施形態を示す。第３の実施形態は、図６を参照して上述した１×２の光スイッチの構成を２次元的に拡張し、４チャンネル双方向接続インターコネクションを構成したものである。すなわち、一部に外部の光路５１および５２を加え、また、４個のフォトリフラクティブ結晶３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂの隣り合うもの同士の間に半波長板３２，４２，５３，５４をそれぞれ配置したものである。一方の外部の光路５１は、相互励起型位相共役鏡が生成されないために、結晶３１ａ，３１ｂを通過する信号光と、結晶４１ａ，４１ｂを通過する信号光を相互に接続する。他方の外部の光路５２は、相互励起型位相共役鏡が生成されないために、結晶４１ａ，３１ａを通過する信号光と、結晶４１ｂ，３１ｂを通過する信号光を相互に接続する。
【００３８】
入出力ポート３３ｄおよび３３ａから入力される信号光ｂ１およびｂ２は、互いに偏光が直交するように設定され、入出力ポート３３ｂおよび３３ｃから入力される信号光ｂ３およびｂ４は、互いに偏光が直交するように設定されている。さらに、これらの信号光ｂ１およびｂ２の対において、異常光線および常光線の関係を入れ替えることができ、同様に、信号光ｂ３およびｂ４の対において、異常光線および常光線の関係を入れ替えることができるようにされている。
【００３９】
図１０は、図９に示す４チャンネル双方向接続インターコネクションの動作のモードを示すものである。最初に、図１０Ａに示すモードでは、信号光ｂ１が異常光線、信号光ｂ２が常光線、信号光ｂ３が異常光線、信号光ｂ４が常光線に設定される。この場合では、結晶４１ａに交差して入射される信号光ｂ１およびｂ３が共に異常光線であるために、結晶４１ａに相互励起型位相共役鏡が誘起され、信号光ｂ１およびｂ３が双方向に接続される。また、信号光ｂ２およびｂ４が共に常光線であるが、半波長板３２および５４によってそれぞれの偏波が９０°回転される。したがって、結晶３１ｂに交差して入射される信号光が共に異常光線となるために、結晶３１ｂに相互励起型位相共役鏡が誘起され、信号光ｂ２およびｂ４が双方向に接続される。
【００４０】
次に、図１０Ｂに示すモードでは、信号光ｂ１が常光線、信号光ｂ２が異常光線、信号光ｂ３が常光線、信号光ｂ４が異常光線に設定される。この場合では、結晶４１ａに交差して入射される信号光ｂ１およびｂ３が共に常光線であるために、結晶４１ａに相互励起型位相共役鏡が誘起されない。結晶４１ａを通過した信号光ｂ３が半波長板５３によってその偏波が９０°回転されて結晶３１ａに入射される。したがって、結晶３１ａに交差して入射される二つの信号光か共に異常光線となるために、結晶３１ａに相互励起型位相共役鏡が誘起され、信号光ｂ２およびｂ３が双方向に接続される。また、結晶４１ａを通過した信号光ｂ１が半波長板４２を介して結晶４１ｂに入射される。結晶４１ｂには、異常光線の信号光ｂ４が入射される。したがって、結晶４１ｂに交差して入射される信号光が共に異常光線となるために、結晶４１ｂに相互励起型位相共役鏡が誘起され、信号光ｂ１およびｂ４が双方向に接続される。
【００４１】
次に、図１０Ｃでは、信号光ｂ１が常光線、信号光ｂ２が異常光線、信号光ｂ３が異常光線、信号光ｂ４が常光線に設定される。この場合では、結晶４１ａに対して常光線の信号光ｂ１が入射されるので、結晶４１ａに相互励起型位相共役鏡が誘起されない。結晶４１ｂに対して常光線の信号光ｂ４が入射されるので、結晶４１ｂに相互励起型位相共役鏡が誘起されない。結晶４１ａを通った信号光ｂ１が半波長板４２を介して異常光線とされ、結晶４１ｂを介して外部の光路５１に入射される。光路５１を通って結晶３１ｂに入射される。
【００４２】
異常光線の信号光ｂ３が結晶４１ａを通り、半波長板５３によってその偏波が９０°回転されて結晶３１ａに入射される。したがって、結晶３１ａに相互励起型位相共役鏡が誘起されない。結晶３１ａを通った常光線の信号光ｂ３が外部の光路５２を通って結晶３１ｂに入射される。したがって、結晶３１ｂに相互励起型位相共役鏡が誘起されない。結局、図１０Ｃに示すモードでは、全ての結晶３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂに相互励起型位相共役鏡が誘起されない。
【００４３】
光路５１を通った信号光が結晶３１ｂを通って半波長板３２に入射され、半波長板３２によってその偏波が９０°回転されて結晶３１ａを通って入出力ポート３３ａに導かれる。一方、入出力ポート３３ａからの信号光ｂ２が結晶３１ａ、半波長板３２、結晶３１ｂ、光路５１、結晶４１ｂ、半波長板４２、結晶４１ａを順に通って入出力ポート３３ｄに導かれる。このように、入出力ポート３３ａおよび３３ｄが双方向に接続される。
【００４４】
また、入出力ポート３３ｂからの信号光ｂ３が結晶４１ａ、半波長板５３、結晶３１ａ、光路５２、結晶３１ｂ、半波長板５４および結晶４１ｂを介して入出力ポート３３ｃに導かれる。一方、入出力ポート３３ｃからの信号光ｂ４が結晶４１ｂ、半波長板５４、結晶３１ｂ、光路５２、結晶３１ａ、半波長板５３および結晶４１ａを介して入出力ポート３３ｂに導かれる。このように、入出力ポート３３ｂおよび３３ｃが双方向に接続される。
【００４５】
次に、図１０Ｄでは、信号光ｂ１が異常光線、信号光ｂ２が常光線、信号光ｂ３が常光線、信号光ｂ４が異常光線に設定される。常光線が入射される結晶３１ａおよび４１ａに相互励起型位相共役鏡が誘起されない。信号光ｂ１が結晶４１ａを通り、半波長板４２によって、その偏波が９０°回転されて結晶４１ｂに入射される。したがって、常光線が入射される結晶４１ｂに相互励起型位相共役鏡が誘起されない。信号光ｂ２が結晶３１ａを通り、半波長板３２によって、その偏波が９０°回転されて結晶３１ｂに入射される。したがって、常光線が入射される結晶３１ｂに相互励起型位相共役鏡が誘起されない。このように、図１０Ｄに示すモードにおいても、図１０Ｃに示すモードと同様に、全ての結晶３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂに相互励起型位相共役鏡が誘起されないことになる。
【００４６】
入出力ポート３３ａからの信号光ｂ２が結晶３１ａ、半波長板３２、結晶３１ｂ、光路５１、結晶４１ｂ、半波長板４２および結晶４１ａを順に通過して入出力ポート３３ｄに導かれる。一方、入出力ポート３３ｄからの信号光ｂ１が上述した信号光ｂ２がたどる光路を逆方向にたどり、入出力ポート３３ａに導かれる。したがって、入出力ポート３３ａおよび３３ｄが双方向に接続される。
【００４７】
入出力ポート３３ｂからの信号光ｂ３が結晶４１ａ、半波長板５３、結晶３１ａ、光路５２、結晶３１ｂ、半波長板５４および結晶４１ｂを順に通過して入出力ポート３３ｃに導かれる。一方、入出力ポート３３ｃからの信号光ｂ４が上述した信号光ｂ３がたどる光路を逆方向にたどり、入出力ポート３３ｂに導かれる。したがって、入出力ポート３３ｂおよび３３ｃが双方向に接続される。
【００４８】
以上の説明から分かるように、図９に示す第３の実施形態は、入出力ポート３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの一つが他の残りの３個の入出力ポートの選択した一つと双方向に接続することができ、４チャンネル双方向接続インターコネクションが実現される。
【００４９】
この発明は、上述したこの発明の一実施形態等に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば第１の実施形態（図６）、第２の実施形態（図８）および第３の実施形態（図９）のそれぞれの構成を図面の用紙と垂直方向に多重化する構成が可能である。また、フォトリフラクティブ結晶としては、チタン酸バリウムに限らず、常誘電体のＢＳＯ（Ｂｉ１２ＳｉＯ２０）結晶等の他の材料を使用できる。
【００５０】
【発明の効果】
この発明によれば、入出力ポートからフォトリフラクティブ結晶等の媒質に対して信号光を入射する時、並びにこの媒質から入出力ポートに対して信号光を出射する時に、コリメート素子、マイクロレンズ等の光学素子を配置する必要がなく、部品点数を削減できると共に、雑光やクロストークの低減に必要な光学素子の位置の調整、並びに高精度のアライメントに対する要求条件を緩和することができる。
【００５１】
この発明においては、各信号光を互いの位相共役光として入射位置から出力される。したがって、この発明によれば、位相共役光の空間的な復元性によって、光ファイバ中のモード拡散や、モード結合による波面の乱れや、光軸のずれ等の、インターコネクションデバイスおよび伝送路の光学部品における様々な位相歪みを自動的に補正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光スイッチの一例の構成の説明に用いる略線図である。
【図２】従来の光スイッチの他の例の構成の説明に用いる略線図である。
【図３】位相共役鏡の説明に用いる略線図である。
【図４】相互励起型位相共役鏡の説明に用いる略線図である。
【図５】スイッチ素子部の動作の説明に用いる略線図である。
【図６】この発明の第１の実施形態である１×２の双方向接続スイッチの構成を示す略線図である。
【図７】この発明の第２の実施形態である２×２の双方向接続インターコネクションの構成を示す略線図である。
【図８】この発明の第２の実施形態において結晶を共有化した構成を示す略線図である。
【図９】この発明の第３の実施形態である４チャンネル双方向接続インターコネクションの構成を示す略線図である。
【図１０】この発明の第３の実施形態の動作モードを説明するための略線図である。
【符号の説明】
３１，３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂ，４４ａ，４４ｂ・・・フォトリフラクティブ結晶、３２，４２，５３，５４・・・半波長板、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ・・・入出力ポート、５１，５２・・・外部の光路
【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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