(57)【要約】【課題】光スイッチにおいて、光学素子を移動させることなく光路の切換を行うことができ、その結果、スイッチングの信頼性を向上することができるようにする。【解決手段】入射側の複数の光ファイバ６と出射側の複数の光ファイバ６との間で、筐体２に対し、１軸結晶板から製作され、偏波方向により光束を分離、移動し、合成して出射するための偏波分離素子７、偏波移動素子９、偏波合成素子１０を配置する。そして、偏波分離素子７と偏波移動素子９との間に、偏波方向を回転させるファラデー回転子８を配置する。ファラデー回転子８の外周に、Ｚ軸方向に移動可能に磁石３を設け、駆動手段４で移動させて、ファラデー回転子８を透過する光束の偏波方向を制御してスイッチングを行う。【選択図】      図１
2004287331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光束を偏波成分ごとに分離する偏波分離素子と、
該偏波分離素子で分離された光束の光路を、該光束の偏波方向に応じて所定方向に移動させる偏波移動素子と、
該偏波移動素子で移動された光束を所定光路に合成する偏波合成素子と、
前記偏波分離素子と前記偏波合成素子との間の光路中に配置され、透過する光束の偏波方向を所定角度だけ回転可能としたファラデー回転子と、
該ファラデー回転子に対して移動可能に設けられ、該ファラデー回転子に対して位置移動して該ファラデー回転子に作用する磁界を可変することにより、前記透過する光束の偏波方向を所定角度回転させる状態と非回転とする状態とを切り換える磁石とを備える光スイッチ。
【請求項２】
前記入射された光束が前記偏波分離素子の異なる位置に入射する複数の光束であって、
該複数の光束を前記偏波合成素子において互いに異なる位置に出射するとともに、前記磁石の移動位置に応じて、少なくとも一対の出射位置を相互に切換可能としたことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記磁石が、その内側に前記ファラデー回転子および該ファラデー回転子を透過する光束を配置することが可能な空洞を設けた永久磁石からなり、
前記ファラデー回転子を前記空洞内に配置する状態と、前記ファラデー回転子から前記空洞外に配置する状態とが切換可能とされたことを特徴とする請求項１または２に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記偏波移動素子と前記偏波合成素子とのそれぞれが、光学軸に対して４５度傾斜する平面で同一厚さに切断された２枚の１軸結晶板を、それぞれの光学軸が互いに９０度交差してねじれた姿勢で、主断面に直交する幅方向に接合した接合結晶板からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記偏波移動素子と前記偏波合成素子とを組み合わせて、前記偏波分離素子として用いたことを特徴とする請求項４に記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば光通信システムなどにおいて光伝送路を切り換えるために用いられる光スイッチには、光路を切り換える光学素子を機械的に移動させるもの（例えば特許文献１）や、光束の偏光特性を利用したもの（例えば特許文献２）があった。
特許文献１には、光ファイバからの出射光束を２回全反射して光路を変更するプリズムを２種類配置し、一方を光路中に進退させて移動することにより、光ファイバからの出射光を選択的に他の光ファイバに入射させる光スイッチ装置が記載されている。
特許文献２には、複屈折結晶板により偏光方向に応じて光路を移動させ、液晶回転子またはファラデー回転子を２つ用いて光路中の偏光方向を変えることで、光束の出射位置を可変する１×２および２×２光スイッチが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２７２６１２号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献２】
特開平５−３４７１４号公報（第２−７頁、図１、１２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の光スイッチには以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、プリズムを移動させるので、移動誤差などにより、光路にばらつきが生じる。その結果、光ファイバケーブルなど細径の光ファイバが比較的密接しているような場合に要求される高精度の位置精度で光路切換を行うことが難しいという問題があった。
特許文献２に記載の技術では、第１の複屈折結晶板により異常光線を一方向に分離し、分離後、一方の光束の偏光方向を第１の液晶回転子により９０度変えて偏光方向を揃え、第２の複屈折結晶板により偏光方向に応じて常光線または異常光線として直進または移動させ、そして一方の光束の偏光方向を第２の液晶回転子により９０度変え、その後、第３の複屈折結晶板により異常光線を移動させることにより、分離された光束を１つの光路に合成する。そして、第１、第２の液晶回転子によりそれぞれの光束の選択的に偏光方向を回転させることにより、光束の出射位置を変更する。
したがって、上記２つの液晶回転子のいずれか１つが動作不良を起こしたり故障したりすれば、所望の光路変更ができなくなるものであった。その結果、信頼性に欠けるという問題があった。また、液晶回転子では、例えば停電などの影響で駆動電圧が印加できない場合、偏光方向を保持できないため、停電時などの信頼性が劣るという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、光学素子を移動させることなく光路の切換を行うことができ、その結果、スイッチングの信頼性を向上することができる光スイッチを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、入射された光束を偏波成分ごとに分離する偏波分離素子と、該偏波分離素子で分離された光束の光路を、該光束の偏波方向に応じて所定方向に移動させる偏波移動素子と、該偏波移動素子で移動された光束を所定光路に合成する偏波合成素子と、前記偏波分離素子と前記偏波合成素子との間の光路中に配置され、透過する光束の偏波方向を所定角度だけ回転可能としたファラデー回転子と、該ファラデー回転子に対して移動可能に設けられ、該ファラデー回転子に対して位置移動して該ファラデー回転子に作用する磁界を可変することにより、前記透過する光束の偏波方向を所定角度回転させる状態と非回転とする状態とを切り換える磁石とを備える。
この発明によれば、入射された光束を偏波分離素子で偏波成分ごとに分離し、さらに偏波移動素子によりその光路を移動し、偏波合成素子により分離・移動された光束を所定光路に合成することができる。一方、偏波分離素子と偏波合成素子との間に配置されたファラデー回転子は、磁石の移動位置に応じて、光路中の光束の偏波方向を所定角度回転させる。その結果、偏波方向の変化に応じて、偏波移動素子および偏波合成素子の作用を受ける光束が切り換えられ、それにより、光束が合成される所定光路が切り換えられる。したがって、入射光束の光路を選択的に切り換えて出射する光スイッチとすることができる。
また、磁石を移動して偏波方向を回転させるので、光学素子を移動させることないから、高精度な光路切換を容易に行うことができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記入射された光束が前記偏波分離素子の異なる位置に入射する複数の光束であって、該複数の光束を前記偏波合成素子において互いに異なる位置に出射するとともに、前記磁石の移動位置に応じて、少なくとも一対の出射位置を相互に切換可能とした構成とする。
この発明によれば、光スイッチに入射した少なくとも一対の光束の出射位置を磁石の移動位置により相互に切り換えることができる。したがって、コンパクトな構成でクロス光スイッチを構成することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の光スイッチにおいて、前記磁石が、その内側に前記ファラデー回転子および該ファラデー回転子を透過する光束を配置することが可能な空洞を設けた永久磁石からなり、前記ファラデー回転子を前記空洞内に配置する状態と、前記ファラデー回転子から前記空洞外に配置する状態とが切換可能とされた構成とする。
この発明によれば、磁石を永久磁石とし、磁石の移動によりファラデー回転子に作用する磁界を可変するから、磁石の位置を固定するだけで、光スイッチによる光路切換状態を保持することができ、例えば、磁界強さを所定値に保持するため電力を消費させることなく、光路切換状態を保持できる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の光スイッチにおいて、前記偏波移動素子と前記偏波合成素子とのそれぞれが、光学軸に対して４５度傾斜する平面で同一厚さに切断された２枚の１軸結晶板を、それぞれの光学軸が互いに９０度交差してねじれた姿勢で、主断面に直交する幅方向に接合した接合結晶板からなる。
この発明によれば、互いに９０度交差してねじれた位置関係にある光学軸を有し、入射位置により光学軸の方向が異なる接合結晶板により、常光線は直進させ、それぞれの入射位置に応じて、異常光線をそれぞれ異なる方向に平行移動させることができる。すなわち、接合結晶板１枚で、所定の偏波方向を有する光束を異なる２方向へ平行移動させることができる。したがって、２本の光束を異なる位置に入射して、互いに異なる位置に出射させる光路の移動を行うことができる。
また、このような接合結晶板は、複屈折を利用するので、例えば反射ミラー、プリズム、レンズなどの光学素子とは異なり、厳密な光軸合せをしなくても高精度に光路を平行移動することができる。
また、このような接合結晶板をそれぞれの厚さ方向に平行、かつそれぞれの接合面が互いに９０度で交差する方向に配置することにより、特定の偏波方向を有する２つの光束を互いに直交する２方向に移動させて合成したり、その光路を逆進して分離させたりすることができる。
例えば、２×２格子の対角方向に、偏波方向の異なる光束を入射し、そのそれぞれの隣接方向に平行移動させて最初の対角位置と異なる対角方向の一方へ移動させて、それぞれの光路を合成することができる。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の光スイッチにおいて、前記偏波移動素子と前記偏波合成素子とを組み合わせて、前記偏波分離素子として用いた構成とする。
この発明によれば、偏波移動素子と偏波合成素子の光路を逆にたどれば、偏波方向の混在した光束を互いに直交する２方向に分離して移動させることができるので、偏波分離素子として用いることができる。したがって、偏波分離素子、偏波移動素子および偏波合成素子がすべて接合結晶板により構成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、実施形態が異なる場合でも、同一または相当する部材には同一符号を付し、共通する説明は省略する。
本発明の実施形態に係る光スイッチについて説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る光スイッチの概略構成を説明するための模式説明図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る光スイッチの一例の主要部を説明するための斜視説明図である。図２（ｂ）、（ｃ）は、同じくその動作説明図である。
なお、説明を簡単にするために、図面中にＸＹＺ直角座標系を設定し、その軸方向を参照して方向を表現する場合がある。このＸＹＺ座標系は右手系とする。
【００１２】
本発明の実施形態に係る光スイッチ１は、例えば光通信システムにおいて、光信号などが伝送される複数の光ファイバ６の端部から、コリメータ５ａ、５ｂなどを介して出射される平行光束の光路をそれぞれ必要に応じて切り換えて、コリメータ５Ａ、５Ｂなどを通して別の光ファイバ６に入射させる光スイッチングを行う装置である。
スイッチング動作には、１対多、多対１、多対多の動作があるが、本実施形態では、１対２、２対２のスイッチング動作を行う具体例について説明する。１対２のスイッチングは、例えば、コリメータ５ａから出射される光束をコリメータ５Ａ、５Ｂのいずれかに選択的に入射させるものである。２対２のスイッチングは、例えば、コリメータ５ａ、５ｂから出射される光束を、それぞれコリメータ５Ａ、５Ｂに入射させる状態とそれぞれコリメータ５Ｂ、５Ａに入射させる状態とを選択的切り換えるものである。
以下では、まず１対２のスイッチングを行う場合の一例について説明する。
【００１３】
本実施形態の光スイッチ１の概略構成は、筐体２、ファラデー回転子８、磁石３、駆動手段４、偏波分離素子７、偏波移動素子９および偏波合成素子１０からなる。
筐体２は、Ｚ方向（図１の左右方向）に後述する偏波分離素子７、ファラデー回転子８、偏波移動素子９、偏波合成素子１０などを所定の位置精度で配置して支持するための部材であり、Ｚ方向の両端部には、光束を入出射させるための適宜の開口（不図示）が設けられている。筐体２の、Ｚ軸に直交する断面は図１（ｂ）に示すように略矩形断面を備えている。
【００１４】
偏波分離素子７は、コリメータ５ａ、５ｂなどからＺ方向に出射される光束が、所定の入射位置に入射したとき、その光束を偏波方向に応じて分離し、その出射位置をＸまたはＹ方向に所定距離移動させて、Ｚ軸に平行な方向に出射する光学素子である。なお、分離後の各偏波成分の光束は、互いに重ならないような距離だけ離されるような構成とされている。
【００１５】
本実施形態では、偏波分離素子７として、１軸結晶板７ａ、７ｂからなるサバール板を採用し、その厚さ方向がＺ方向と一致し、入射光束Ｒ０と直交するように配置した構成を採用している（図２（ａ）参照）。サバール板は、周知のように、光学軸と４５度の傾きを持つように切断した１軸結晶からなる、厚さの厳密に等しい２枚の平行平面板を、主断面が直交するように貼り合せたものである。
１軸結晶板７ａは、厚さｄ１を有し、光学軸がＹＺ平面内にあって、Ｚ軸正方向からＹ軸の正方向に向けて４５度だけ傾斜されている１軸正結晶の平行平面板である。図２（ａ）において１軸結晶板７ａの側面に記載した両矢印は光学軸の方向を示す（以下同様）。１軸結晶板７ａの主断面は、ＹＺ平面に平行な平面となっている。
１軸結晶板７ｂは、厚さｄ１を有し、光学軸がＺＸ平面内でＺ軸正方向からＸ軸正方向に向けて４５度だけ傾斜されている１軸正結晶の平行平面板である。１軸結晶板７ｂの主断面は、ＺＸ平面に平行な平面となっている。
分離後の各光束のＸＹ平面における距離は、それらの光束径に応じて厚さｄ１を適宜に設定することにより互いに重ならない距離とされている。
【００１６】
ファラデー回転子８は、光束の透過方向（図示Ｚ方向）に磁界Ｈを加えることにより光束の偏波方向を９０度回転することができる板状の光学素子であり、偏波分離素子７から分離して出射される光束が入射可能な位置において、ＸＹ平面に平行に配置されている。ファラデー回転子８の光束が透過する面は略矩形状とされ、例えば光束４本をＸ、Ｙ方向に２×２の格子状配置で、互いに重なることなく同時に透過させることが可能な大きさを有する。
ファラデー回転子８の材質は、ファラデー回転子として機能すればどのような材質でもよいが、例えば、ビスマス置換希土類鉄ガーネットなどの透光性セラミックスの単結晶などが好適に採用できる。
【００１７】
磁石３は、図１に示したように、例えばフェライトなどの磁性体を略円筒状に成形し、その内径側の空洞３ａにおいて軸方向に適宜強さの略一様な磁界Ｈを形成するように着磁された永久磁石である。空洞３ａは、少なくとも筐体２がＺ方向に貫通できる断面積を有し、筐体２に対して位置決めされた適宜のガイド部材（不図示）などにより、磁石３の軸方向がＺ軸に沿って移動可能とされている。
駆動手段４は、磁石３をガイド部材に沿ってＺ軸方向に移動させるための手段であり、ファラデー回転子８を覆うことにより磁石３の空洞３ａに発生する略一様の磁界Ｈがファラデー回転子８に加えられる位置（磁界増加位置）と、ファラデー回転子８の端面からＺ方向に距離Ｌだけ離れて、ファラデー回転子８に加えられる磁界Ｈの強さが十分低下する位置（磁界減衰位置）との間を選択的に往復させることが可能とされている。
駆動手段４としては、どのような手段でもよいが、例えば、レバーなどを用いた手動による移動手段、直動運動可能な可動ステージ、ソレノイドなどを用いた電磁的な手段、および適宜のアクチュエータなどが採用できる。
【００１８】
偏波移動素子９は、１軸結晶板９ａ、９ｂを貼り合わせた接合結晶板から構成される。
１軸結晶板９ａ、９ｂは、いずれも寸法Ｂ×Ｗの矩形断面を有する厚さｄ２の直方体であり、光学軸の方向がＺＸ平面内でＺ軸に対して４５度傾斜するように１軸正結晶を切断して製作したものである。そして、それぞれの光学軸の方向が９０度ねじれるように、それぞれのＺＸ平面に平行な平面で張り合わせて、寸法Ｂ×２Ｗ×ｄ２の平行平面板とされている。
本実施形態では、図２（ａ）に示したように、１軸結晶板９ａがＹ軸の正方向側、１軸結晶板９ｂがＹ軸の負方向側に配置され、１軸結晶板９ａの光学軸はＺ軸の正方向からＸ軸の正方向に測って４５度傾斜しており、１軸結晶板９ｂの光学軸はＺ軸の正方向からＸ軸の負方向に測って４５度傾斜している。
寸法Ｂ、２Ｗは、いずれも２つの光束が互いに重なることなく並行して透過することが可能な寸法とされている。また厚さｄ２は、入射光束が常光線と異常光線に分かれて出射されたとき、それぞれの光束の出射位置が重ならないような厚さとされている。
【００１９】
偏波合成素子１０は、１軸結晶板１０ａ、１０ｂを貼り合わせた接合結晶板から構成される。
１軸結晶板１０ａ、１０ｂは、それぞれ１軸結晶板９ａなどと同一の部材を用い、貼り合せ面をＹＺ平面に平行に配置し、１軸結晶板１０ａ、１０ｂをそれぞれＸ軸の負方向側、正方向側に配置したものである。そして、１軸結晶板１０ａの光学軸はＺ軸の正方向からＹ軸の負方向に測って４５度傾斜しており、１軸結晶板１０ｂの光学軸はＺ軸の正方向からＹ軸の正方向に測って４５度傾斜している。
【００２０】
本実施形態の光スイッチ１の動作について説明する。
図２（ｂ）、（ｃ）は、図２（ａ）の偏波分離素子７の前段と各素子の後段の空間とをそれぞれ順に示す空間ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、ＰＤ、ＰＥにおいて、Ｚ軸と直交する断面における透過光束の位置および偏波状態を表している。相対位置を分かりやすくするために、光束の位置を４マスの格子枠で表される領域内に描いている。各領域を、各図共通に、Ｙ軸正方向側かつＸ軸負方向側の領域Ｉ、Ｙ軸正方向側かつＸ軸正方向側の領域ＩＩ、Ｙ軸負方向側かつＸ軸負方向側の領域ＩＩＩ、Ｙ軸負正方向側かつＸ軸正方向側の領域ＩＶと呼ぶことにする。マス内の両矢印は偏波方向を表す。
まず、図２（ｂ）を参照して、磁石３が磁界減衰位置に配置され、ファラデー回転子８が偏波を回転させない強度の磁界Ｈが作用する場合について説明する。この場合は、空間ＰＡから偏波分離素子７に対して領域ＩＩＩに入射する入射光束Ｒ０が、偏波合成素子１０から領域ＩＩＩに出射され、空間ＰＥにおいてに出射光束Ｒ１として伝搬する。
【００２１】
光ファイバ６を通過してコリメータ５ａから出射される入射光束Ｒ０の偏波方向は様々であるから、空間ＰＡにおいてＸ、Ｙ軸方向の偏波成分である偏波光束Ｒｘと偏波光束Ｒｙとを合成したものと考えることができる。
偏波光束Ｒｘ、Ｒｙが１軸結晶板７ａを透過する際、光学軸の傾斜により、偏波光束Ｒｘは常光線としてＺ軸方向に距離ｄ１だけ直進し、偏波光束Ｒｙは異常光線として４５度方向に斜行してＹ軸正方向の領域Ｉに移動する。
そして、１軸結晶板７ｂを透過する際には、光学軸の傾斜により、偏波光束Ｒｙは常光線としてＺ軸方向に距離ｄ１だけ直進し、偏波光束Ｒｘは異常光線として４５度方向に斜行してＸ軸正方向の領域ＩＶに移動する。
したがって、入射光束Ｒ０は、空間ＰＢにおいては、領域ＩでＺ方向に直進する偏波光束Ｒｙと領域ＩＶでＺ方向に直進する偏波光束Ｒｘに分離される。このとき、１軸結晶板７ａ、７ｂの厚さが厳密に等しいので、偏波光束Ｒｘ、Ｒｙの光路長が一致し、それぞれの光束の位相は、ずれないものである。
【００２２】
それぞれの光束がファラデー回転子８を透過すると、磁界の強さがファラデー効果を起こさない強さとなっているので偏波方向は回転しない。すなわち、空間ＰＣでは、空間ＰＢの位置と同じ偏波方向が保持される。
次に、それぞれの光束が偏波移動素子９に入射する。領域Ｉを進む偏波光束Ｒｙは、１軸結晶板９ａに入射し、１軸結晶板９ａの光学軸の方向から常光線として直進する。領域ＩＶを進む偏波光束Ｒｘは、１軸結晶板９ｂ入射して、その光学軸の方向から異常光線として４５度方向に斜行してＸ軸負方向の領域ＩＩＩに移動する。そして、空間ＰＤをその状態で直進する。
【００２３】
そして、それぞれの光束が偏波合成素子１０に入射する。領域Ｉを進む偏波光束Ｒｙは、１軸結晶板１０ａに入射し、そのの光学軸の方向から異常光線として４５度方向に斜行してＹ軸負方向の領域ＩＩＩに移動する。領域ＩＩＩを進む偏波光束Ｒｘは、１軸結晶板１０ａに入射し、その光学軸の方向から常光線として直進する。すなわち、偏波光束Ｒｘ、Ｒｙは、領域ＩＩＩにおいて合成され、出射光束Ｒ１として、空間ＰＥにおいてＺ方向に直進し、例えばコリメータ５Ａに入射する。
【００２４】
偏波移動素子９、偏波合成素子１０を透過する際、偏波光束Ｒｘ、Ｒｙは、それぞれ１回ずつ、常光線、異常光線として厚さｄ２を透過するので、それぞれの光路長は同一となり、位相差が生じない状態で合成される。すなわち干渉により強度変調されることがない。また、透過する光学素子の個数、材質も共通なので、透過損失も同一となる。したがって偏波方向ごとに異なる量のノイズが加わるということがないという利点を有する。
【００２５】
次に、図２（ｃ）を参照して、磁石３が駆動手段４により磁界増加位置に移動され、ファラデー回転子８に偏波を回転させる強度の磁界Ｈが作用する場合について説明する。この場合は、空間ＰＡから偏波分離素子７に対して領域ＩＩＩに入射する入射光束Ｒ０が、偏波合成素子１０から領域ＩＩに出射され空間ＰＥにおいて出射光束Ｒ２として伝搬する。
空間ＰＡ、ＰＢは上記と同じなので、ファラデー回転子８透過後について、以下に説明する。
【００２６】
ファラデー回転子８は、透過光束の偏波方向を９０度回転させるので、空間ＰＣにおいては、領域Ｉの偏波光束Ｒｙの偏波方向がＸ軸と平行となり、領域ＩＶの偏波光束Ｒｘの偏波方向がＹ軸と平行となり、その状態で偏波移動素子９に入射する。
１軸結晶板９ａに入射する偏波光束Ｒｙは、異常光線として４５度斜行し、領域ＩＩに移動する。１軸結晶板９ｂに入射する偏波光束Ｒｘは、常光線として直進する。そして、空間ＰＤをその状態で直進する。
それぞれの光束は、偏波合成素子１０において、１軸結晶板１０ｂに入射し、偏波光束Ｒｙは常光線として直進し、偏波光束Ｒｘは異常光線として４５度斜行し、領域ＩＩにおいてそれぞれ合成される。そして、出射光束Ｒ２として領域ＩＩから出射されて直進する．そして例えばコリメータ５Ｂに入射する。
その際、偏波光束Ｒｘ、Ｒｙの間には位相差が生じないことは上記と同様である。
【００２７】
このように本実施形態の光スイッチ１によれば、領域ＩＩＩに入射した入射光束Ｒ０を、磁石３をＺ方向に移動させることにより、領域ＩＩＩの出射光束Ｒ１、あるいは領域ＩＩの出射光束Ｒ２として選択的に出射させることができる。
その際、光学素子を移動しないので、スイッチング動作において光路の方向にばらつきが生じることがない。したがって信頼性の高い光スイッチとなるという利点がある。
【００２８】
また、光スイッチ１によれば、ファラデー回転子８を用いるものの、出射光束Ｒ１、Ｒ２は、入射光束Ｒ０と同じ偏波成分が同一位相で合成されるので、入射光束Ｒ０の偏波状態に依存することなくスイッチングできるという利点がある。すなわち、高速の光通信において重要な課題とされる偏波モード分散（ＰＭＤ）を光スイッチ内で増加させることがないので、光信号ノイズの少ない高品質の光スイッチとすることができるという利点がある。
【００２９】
また、偏波分離素子７にサバール板を、偏波移動素子９、偏波合成素子１０に接合結晶板を用いているので、板状の透過光学素子を直線状に配置して光スイッチを構成することができる。そのため、レンズ光学系やミラー、プリズムなどの反射光学素子を用いる場合のように厳密な光軸合せをする必要がない。その結果、コンパクトで簡素な構成を有する光スイッチとすることができるという利点がある。
図２（ａ）では、見易くするため、各素子の間に比較的大きい空間ＰＢ、ＰＣ、ＰＤを設けているが、これらの空間を伝播する光束は平行光束だから、空気間隔さえとれれば、距離の制約はなく、互いに近接させることが可能である。
【００３０】
また、磁石３に永久磁石を用いるので、駆動手段４として電力を要しない機械的な機構を採用することにより、停電時にも、スイッチング状態を保持したり、スイッチング状態を変更したりできるという利点がある。
また、スイッチング状態を保持するのに電流を消費しないようにすることができるので、省エネルギーの光スイッチとすることができるという利点がある。
【００３１】
次に、本実施形態における２対２の光スイッチングを行う場合の一例について、上記と異なる点を中心に簡単に説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る光スイッチの他例の主要部を説明するための斜視説明図である。図４は、同じくその動作説明図である。
本例の光スイッチ１は、ファラデー回転子８の前段に設けられた偏波分離素子７に代えて、偏波分離素子１１と偏波移動素子９とを設け、ファラデー回転子８の後段に設けられていた偏波移動素子９、偏波合成素子１０に代えて、偏波移動素子１２、偏波合成素子１３とを設けてなる。後述するように、本例の偏波分離素子１１と偏波移動素子９とは、サバール板のような、入射光束を各偏波成分に分離し、入射位置と異なる位置に分離させるタイプの偏波分離素子という意味では、合わせて一つの偏波分離素子を形成するとみなすこともできる。
【００３２】
偏波分離素子１１は、偏波成分のいずれかをＹ方向に移動させて分離させるための接合結晶板で、コリメータ５ａ、５ｂ（図１（ａ）参照）に対向して設けられている。その構成は上記の偏波合成素子１０とまったく同様である。すなわち、１軸結晶板１１ａ、１１ｂがそれぞれ１軸結晶板１０ａ、１０ｂに対応している。
偏波移動素子９は、偏波成分のいずれかをＸ方向に移動させて分離させるための接合結晶板で、偏波分離素子１１の後段に配置されている。偏波移動素子９は、図２（ａ）に対して、ファラデー回転子８との位置関係が異なるだけで、構成とＸＹ面の配置位置とは同一である。
偏波移動素子１２は、１軸結晶板９ａ、９ｂをＹ方向に入れ替えて、それぞれ１軸結晶板１２ａ、１２ｂとした接合結晶板であり、ファラデー回転子８の後段に配置されている。
偏波合成素子１３は、１軸結晶板１１ａ、１１ｂをＸ方向に入れ替えて、それぞれ１軸結晶板１３ａ、１３ｂとした接合結晶板であり、偏波移動素子１２の後段に配置されている。
【００３３】
本例の光スイッチ１の動作について説明する。
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図３の偏波分離素子１１前段と各素子の後段の空間とをそれぞれ順に示す空間ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤ、ＱＥ、ＱＦにおいて、Ｚ軸と直交する断面における透過光束の位置および偏波状態を表している。図４（ａ）は、磁石３が磁界減衰位置に配置された場合を示し、図４（ｂ）は、磁石３が磁界増加位置に移動された場合を示す。
図４における領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶの意味などは図２（ｂ）、（ｃ）と同じである。ただし、本例では、２対２の光スイッチを構成するため、領域ＩＩに入射光束Ｒｂが、領域ＩＩＩに入射光束Ｒａがそれぞれ同時に入射される。そこで見易さを考慮して、空間ＱＢ以降を（１）、（２）の２系列に分けて図示している。
【００３４】
偏波分離素子１１の領域ＩＩ、ＩＩＩにそれぞれ入射光束Ｒｂ、Ｒａを入射させる。入射光束Ｒｂは、空間ＱＡにおいてＸ、Ｙ軸に平行な偏波成分を有する偏波光束Ｒｂｘ、Ｒｂｙからなる。入射光束Ｒａは、空間ＱＡにおいてＸ、Ｙ軸に平行な偏波成分を有する偏波光束Ｒａｘ、Ｒａｙからなる。
なお、各偏波光束の移動原理については、上記と同様なので、領域移動の経過を簡単に述べるに留める。
図２（ａ）の系列（１）に沿って、入射光束Ｒｂの移動を説明する。入射光束Ｒｂが偏波分離素子１１に入射すると、偏波光束Ｒｂｙが領域ＩＶに移動する（ＱＢ）。そして偏波移動素子９に入射することにより、偏波光束Ｒｂｘが領域Ｉに移動する（ＱＣ）。この状態で、２×２の格子マスにおいて、入射光束Ｒｂが偏波成分に分離されて入射位置と異なる対角位置に移動されたことになる。この作用は、サバール板の作用と同じである。
そして、磁界減衰位置にあるファラデー回転子８を透過し（ＱＤ）、偏波移動素子１２に入射すると、偏波光束Ｒｂｘが領域ＩＩに移動する（ＱＥ）。そして、偏波合成素子１３に入射することにより、偏波光束Ｒｂｙが領域ＩＩに移動し、偏波光束Ｒｂｘ、Ｒｂｙが合成され、入射光束Ｒｂと同じ光束が出射光束ＲＢとして領域ＩＩに出射される。
【００３５】
同様に、入射光束Ｒａは、領域ＩＩＩに入射され、偏波分離素子１１、偏波移動素子９を経て、空間ＱＣで２×２の格子マスの対角位置に分離移動される。これは、サバール板の作用と同じであるが、本実施形態では、接合結晶板である偏波分離素子１１、偏波移動素子９を組み合わせることにより、領域ＩＩ、ＩＩＩで同時にこのような分離移動ができるという利点がある。
続いて、偏波移動素子１２により偏波光束Ｒａｘが領域ＩＩＩに移動され、偏波合成素子１３により、偏波光束Ｒａｙが領域ＩＩＩに移動されて、偏波光束Ｒａｘ、Ｒａｙが合成され、出射光束ＲＡとして領域ＩＩＩに出射される。
【００３６】
次に、磁石３を磁界増加位置に移動すると、空間ＱＤにおいて偏波光束Ｒｂｘ、Ｒｂｙ、Ｒａｘ、Ｒａｙの偏波方向が９０度回転され、偏波移動素子１２、偏波合成素子１３により移動する光束が逆転する結果、偏波光束Ｒｂｘ、Ｒｂｙが領域ＩＩＩで合成され（ＱＦ）、偏波光束Ｒａｘ、Ｒａｙが領域ＩＩで合成され、それぞれ出射光束ＲＡ、ＲＢとして、それぞれの入射領域と逆転する領域に出射される。
このようにして、磁石３を磁界減衰位置と磁界増加位置との間で移動することにより、クロス光スイッチングを行うことが可能となっている。
【００３７】
本例の光スイッチ１によれば、特に、偏波分離素子１１、偏波移動素子９、偏波移動素子１２および偏波合成素子１３がいずれもほとんど同様の構成からなる接合結晶板を用いるので、構成が簡素となり組立が容易で部品の共通化も図ることができて低コスト化が可能となるという利点がある。
【００３８】
次に本発明の光スイッチを好適に採用することができる光通信システムの光スイッチの例を示す。図５（ａ）は光通信システムの概念図である。図５（ｂ）、（ｃ）は、図５（ａ）の光通信ネットワークに用いる光スイッチの実施形態を説明するための模式説明図である。
光通信システムの概略構成は、光ファイバリング１４がノード１５、１７などで他の光ファイバリングに接続されてなる。
ノード１５には、光ファイバリング１４の光信号を光伝送路１６に切り換えるために１×２光スイッチ１９、２０が設けられている。それぞれを同時に光ファイバリング１４側（図中の実線）、光伝送路１６側（図中の破線）に切り換えることにより、光ファイバリング１４を閉じる状態と光伝送路１６に開放する状態とを切り換えることができる。１×２光スイッチ１９、２０には、図２に示した光スイッチ１の一例を好適に採用することができる。
ノード１７には、光信号を光電変換して伝送し、他の光ファイバリング接続するためのトランシーバ１８がクロス光スイッチ２１を介して接続されている。クロス光スイッチ２１により、光ファイバリング１４を閉じる状態と、他の光ファイバリングと接続する状態とを同時に切り換えることができる。クロス光スイッチ２１には、図３、４に示した光スイッチ１の他例を好適に採用することができる。
【００３９】
なお、上記の説明では、１軸正結晶を切断して接合結晶板を製作するとして説明したが、１軸負結晶によって製作してもよいことは言うまでもない。
また、上記の説明では、各接合結晶板に同一材料を用いるとしたので、その厚さを共通としたが、材質を代える場合は、厚さなどの寸法は適宜変えることができる。
また、上記の説明では、磁石として永久磁石を採用する例で説明したが、停電時の動作や、消費電力に問題がない場合には、電磁石を用いてもよい。
また、上記の説明では、特に高信頼性が求められる光通信システムに好適に用いることができるとして説明したが、本発明は、その用途に限らないことは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、ファラデー回転子に磁界を加える際に、磁石を移動させるので、光学素子を移動させることなく光路の切換を行うことができ、その結果、スイッチングの信頼性を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光スイッチの概略構成を説明するための模式説明図およびそのＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光スイッチの一例の主要部を説明するための斜視説明図およびその動作説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光スイッチの他例の主要部を説明するための斜視説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光スイッチの他例の動作説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る光スイッチを用いた光通信システムの模式説明図である。
【符号の説明】
１  光スイッチ
３  磁石
３ａ  空洞
４  駆動手段
７、１１  偏波分離素子
７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ  １軸結晶板
８  ファラデー回転子
９、１２  偏波移動素子
１０、１３  偏波合成素子
１４  光ファイバリング（光通信システム）
１９、２０  １×２光スイッチ（光スイッチ）
２１  クロス光スイッチ（光スイッチ）
【図１】
2004287331.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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