(57)【要約】【課題】光の回折を用いて波長選択スイッチング装置のサイズを小さくする。【解決手段】波長に基づいて光信号を選択的に伝送するための波長選択スイッチング装置(100,400,500)及び方法は、異なる波長の光信号を空間的に分離するために回折を利用し、これにより、選択された波長の光信号を選択的に伝送する。波長選択スイッチング装置は、光信号の偏光成分を選択的に回転させて、偏光成分の偏光状態を、回折格子(106)における入射方向と出射方向の両方において同じにする。こうして、高い格子線周波数（例えば、1550nmの波長範囲内の信号に対して１mm当たり900を超える格子線）を有する回折格子を、入射方向及び出射方向の両方における光信号の偏光成分を回折させるために使用することができる。【選択図】図１
2005115377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デバイス（１００、４００、５００）において、
入射方向において光信号を受信するための入力部（１０２）と、前記光信号の選択された光信号を出射方向に選択的に伝送させるための出力部（１０４）とを備える光学システム（１０８）であって、前記入射方向における前記各光信号の偏光成分の１つを第１の偏光状態へと選択的に回転させるように構成された光学システムと、
前記光学システムに光学的に結合された光学ユニット（１１２、４１２、５１２）であって、前記出射方向における前記選択された光信号の前記偏光成分が前記第１の偏光状態になるように、前記選択された光信号の前記偏光成分を側方に変位させ、かつ回転させるよう構成された光学ユニットと、
前記光学システムと前記光学ユニットとの間に配置されて、前記入射方向および出射方向における前記選択された光信号の前記偏光成分を回折させる回折格子（１０６）であって、前記選択された光信号の前記偏光成分が、前記回折格子における前記入射方向および出射方向の両方で前記第１の偏光状態にあることからなる、回折格子
とを備える光学デバイス。
【請求項２】
前記回折格子（１０６）が、１ｍｍ当たりの格子線が９００を超える格子線周波数を有することを特徴とする、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記光学ユニット（１１２、４１２、５１２）が、
ウォークオフ結晶（１２４）と、
波長板（１２６）
を備え、
前記波長板は、前記出射方向の前記選択された光信号の前記偏光成分が、該波長板を選択的に通過するように配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記光学ユニット（１１２、４１２、５１２）が、
ウォラストンプリズム（４３０）と、
波長板（４３２）
を備え、
前記半波長板は、前記出射方向の前記選択された光信号の前記偏光成分が、該波長板を選択的に通過するように配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記光学ユニット（１１２、４１２、５１２）が、
偏光ビームスプリッタ（５３４、５３６）と、
波長板（５４０）
を備え、
前記波長板が、前記出射方向における前記選択された光信号の前記偏光成分が該波長板を選択的に通過するように配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学デバイス。
【請求項６】
変更可能な光学特性を有するピクセルを備える制御可能なスイッチングアレイ（１１４）をさらに備える、請求項１乃至５のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項７】
選択された光信号を伝送するための方法であって、
光信号を受信するステップ（６０２）と、
前記光信号の偏光成分を第１の偏光状態へと選択的に回転させるステップ（６０６）と、
前記光信号の前記偏光成分を空間的に分離するために、前記第１の偏光状態にある前記光信号の前記偏光成分を回折させるステップ（６０８）と、
前記光信号の選択された光信号の前記偏光成分を前記第１の偏光状態から第２の偏光状態に選択的に変換するステップ（６１０）と、
前記選択された光信号の前記偏光成分を側方に変位させるステップ（６１２）と、
前記選択された光信号の前記偏光成分を前記第２の偏光状態から前記第１の偏光状態に回転して戻すステップ（６１４）と、
前記第１の偏光状態にある前記選択された光信号の前記偏光成分を回折させるステップ（６１６）と、
前記選択された光信号の前記偏光成分を出力するステップ（６２２）
とを含む方法。
【請求項８】
前記変換するステップ（６１０）が、前記光信号の前記偏光成分を反射するステップを含むことからなる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記変換するステップ（６１０）が、電気制御信号に応答して、前記選択された光信号の前記偏光成分を前記第１の偏光状態から前記第２の偏光状態に変換するステップを含むことからなる、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記側方に変位させるステップ（６１２）が、前記第２の偏光状態にある前記偏光成分を側方にのみ変位させるデバイス（１１２、４１２、５１２）を通して、前記選択された光信号の前記偏光成分を伝送させるステップを含むことからなる、請求項７乃至９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光学デバイスに関し、特に、波長に基づいて光信号を選択的に伝送させるための光学デバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長選択スイッチングデバイスは、光通信システムにおける重要な構成部品である。一例として、波長選択スイッチングデバイスは、選択された波長の光信号のみを選択的に伝送し、異なる波長のその他の光信号を遮断するために使用することができる。こうした波長選択スイッチングデバイスは、一般に遮断フィルタと呼ばれる。
【０００３】
一般に、波長選択スイッチングデバイスは、２つの主要機能部分、つまりデマルチプレクサと、能動スイッチングまたは減衰素子とを備える。デマルチプレクサは、波長が異なる光信号を空間的に分離し、能動素子は、波長に基づいて光信号を選択的に経路指定して送る。利用可能な波長またはチャネルが多数である場合、好ましい技術の選択肢は、デマルチプレクサについては回折格子および自由空間光学系であり、能動素子については、単純な構造、製造の容易さ、可動部品がないという点で液晶スイッチングアレイである。こうした波長選択スイッチングデバイスの場合、液晶スイッチングアレイは、透過または反射構成に使用されうる。しかし、波長選択スイッチングデバイスのサイズを最小限にする点で、反射構成が好ましい。従来の反射構成では、光信号は、同一の回折格子により２回、つまり液晶スイッチングアレイに向かう入射方向に１回、アレイから離れる出射方向にもう１回回折される。選択された波長の場合、光信号の偏光状態は、入射方向では、出射方向における偏光状態とは異なる。
【０００４】
波長に基づいて光信号を空間的に分離するための回折格子を使用する光学デバイスの物理的なサイズは、利用可能なチャネルの数に関連する。チャネル数が増えると、波長が異なるより多くの光信号が、空間に分散されなければならない。したがって、デバイスの物理的なサイズは増加する。しかし、デバイスのサイズは、回折格子の光学特性によっても左右される。格子線の周波数、つまり単位長さ当たりの格子線の数が増加するにつれて、デバイスの角度分散は増加し、したがって、十分な空間的分離を得るために回折格子とスイッチングアレイとの間に必要な距離が減少する。しかし、格子線の周波数が高い回折格子は（たとえば、１５５０ｎｍの波長範囲の光信号では、１ｍｍ当たり９００本を超える格子線）、１つの偏光状態にのみ有効であり、その結果、従来の反射構成における液晶スイッチングアレイを有する波長選択スイッチングデバイスに使用することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらを考慮すると、波長選択スイッチングデバイスと、波長に基づいて光信号を選択的に伝送（または透過）させるための方法であって、高い格子線周波数を有する回折格子を使用できる方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
波長選択スイッチングデバイス、および波長に基づいて光信号を選択的に伝送させるための方法は、波長が異なる光信号を空間的に分離するために回折を利用し、これにより、選択された波長の光信号を選択的に伝送させることができる。波長選択スイッチングデバイスは、偏光成分の偏光状態が、回折格子における入射および出射方向で同じであるように、光信号の偏光成分を選択的に回転させる。したがって、高い格子線周波数（たとえば、１５５０ｎｍ波長範囲の信号の場合、１ｍｍ当たり９００本を超える格子線）を有する回折格子を、入射および出射方向の光信号の偏光成分を回折させるために使用することができる。こうした格子線を使用すると、デバイスのサイズを縮小することができる。
【０００７】
本発明の一実施態様による波長選択スイッチングデバイスは、光学システム、光学ユニット、回折格子および能動光学素子を備える。光学システムは、入射方向における光信号を受信するための入力部と、選択された光信号を出射方向に選択的に伝送させるための出力部とを備える。光学システムは、入射方向の各光信号の偏光成分の１つを第１の偏光状態、たとえばＰ偏光状態に選択的に回転させるように構成される。
【０００８】
デバイスの能動光学素子は、選択された光信号の偏光成分を第１の偏光状態から第２の偏光状態、たとえばＳ偏光状態に選択的に変換するように構成される。光学ユニットは、出射方向における選択された光信号の偏光成分が第１の偏光状態であるように、選択された光信号の偏光成分を側方に変位させて回転させるように構成される。
【０００９】
デバイスの回折格子は、光学システムと光学ユニットとの間に配置され、入射方向および出射方向の両方における選択された光信号の偏光成分を回折する。光学ユニットにより、選択された光信号の偏光成分は、回折格子における入射および出射方向の両方で同じ偏光状態、つまり第１の偏光状態にある。
【００１０】
本発明の一実施態様により選択された光信号を伝送させるための方法は、光信号を受信するステップと、光信号の偏光成分を第１の偏光状態に選択的に回転させるステップと、第１の偏光状態の光信号の偏光成分を回折させて、偏光成分を空間的に分離するステップと、選択された光信号の偏光成分を第１の偏光状態から第２の偏光状態に選択的に変換するステップと、選択された光信号の偏光成分を第２の偏光状態から第１の偏光状態に戻すように回転させるステップと、出射方向における第１の偏光状態の選択された光信号の偏光成分を回折させるステップと、選択された光信号の偏光成分を出力するステップとを含む。
【００１１】
本発明のその他の態様および利点は、本発明の原理を例示する添付図面と共に以下の詳細な説明から明かになるであろう。
【実施例】
【００１２】
図１は、本発明の一実施態様による波長選択スイッチングデバイス１００の斜視図を示す。波長選択スイッチングデバイス１００は、デバイスの入力部１０２で受信した波長分割多重（ＷＤＭ）光信号の単一波長光信号を、単一波長光信号の波長に応じてデバイスの出力部１０４に選択的に伝送する。さらに、波長選択スイッチングデバイス１００は、高い格子線周波数（たとえば、１５５０ｎｍ波長範囲の光信号の場合、１ｍｍ当たり９００本を超える格子線）を有する回折格子１０６を使用する。こうした回折格子を使用することにより、波長選択スイッチングデバイス１００は、デバイスの物理的なサイズを著しく増加させることなく、より多くの利用可能な波長、つまりチャネルを提供することができる。
【００１３】
図１に示すように、波長選択スイッチングデバイス１００は、フロントエンド光学システム１０８と、回折格子１０６と、レンズ１１０と、中間光学ユニット１１２と、制御可能なスイッチングアレイ１１４とを備える。フロントエンド光学システム１０８は、波長が異なる単一波長光信号を含むＷＤＭ光信号を入力光ファイバ１１６から受信するための入力部１０２と、選択された波長の光信号を出力光ファイバ１１８に選択的に伝送するための出力部１０４とを備える。選択された波長に応じて、入力部１０２で受信する光信号は、以下で詳細に述べるように出力部１０４に送られるか、または入力部１０２に返される。したがって、波長選択スイッチングデバイス１００は、特定波長の光信号のみを入力光ファイバ１０２から出力光ファイバ１０４に選択的に伝送させることができる。波長の選択は、制御可能なスイッチングアレイ１１４を使用して変更することができる。したがって、波長選択スイッチングデバイス１００は、構成可能な遮断フィルタとして機能する。
【００１４】
図２、図３Ａおよび図３Ｂには、波長選択スイッチングデバイス１００の側面図が示されている。本明細書では、入射方向とは、入力光ファイバ１１６から制御可能なスイッチングアレイ１１４への方向であり、出射方向とは、制御可能なスイッチングアレイ１１４から入力光ファイバ１１６または出力光ファイバ１１８への方向である。図２は、波長に関係なくすべての光信号に関する入射方向の偏光成分の光路を示す。図３Ａは、選択された波長の単一波長光信号に関する出射方向の偏光成分の光路を示す。図３Ｂは、選択されない波長の単一波長光信号に関する出射方向の偏光成分の光路を示す。
【００１５】
図２、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、フロントエンド光学システムは、入力光学ユニット２０２と、出力光学ユニット２０４とを備える。入力光学ユニット２０２は、レンズ２０６と、ウォークオフ結晶２０８と、半波長板２１０とから構成される。レンズ２０６は、入力光ファイバ１１６とウォークオフ結晶２０８との間に配置され、入力光ファイバから受信した光信号を集束する。ウォークオフ結晶２０８は、レンズ２０６と半波長板２１０との間に配置される。ウォークオフ結晶２０８は、光信号のＳ偏光成分を空間的に変位させるよう配向されて、光信号の直交ＳおよびＰ偏光成分を、図２に示すようにｚ方向に互いに分離された並列部分に空間的に分離する。半波長板２１０は、Ｓ偏光成分のみが半波長板２１０により受け取られるように、ウォークオフ結晶２０８に対して配置される。Ｓ偏光成分は、半波長板２１０によりＰ偏光状態へと直交方向に回転させられる。したがって、光信号の両方の偏光成分は、入力光学ユニット２０２によりＰ偏光状態に設定される。入力光学ユニット２０２は、入力光学ユニット２０２により出力される偏光成分が回折格子に入射するように、回折格子１０６と光学的に整列する。
【００１６】
入力光学ユニット２０２と同様、出力光学ユニット２０４は、レンズ２１２と、ウォークオフ結晶２１４と、半波長板２１６とから構成される。以下に記載するとおり、出力光学ユニット２０４は、選択された波長の光信号の偏光成分のみを受け取る。さらに、光信号の両方の偏光成分は、出力光学ユニット２０４に達する時にはＰ偏光状態にある。半波長板２１６は、半波長板２１０により回転された偏光成分が、半波長板２１６を介してウォークオフ結晶２１４上に入射し、他の偏光成分はウォークオフ結晶２１４上に直接入射するように、ウォークオフ結晶２１４に対して配置される。半波長板２１６は、半波長板２１６上に入射する偏光成分の偏光状態をＳ偏光状態へと回転させる。ウォークオフ結晶２１４は、図３Ａに示すように、Ｓ偏光成分がＰ偏光成分に向かって空間的に変位するように配向される。その結果、ＳおよびＰ偏光成分は、ウォークオフ結晶２１４により空間的に結合される。レンズ２１２は、ウォークオフ結晶２１４と出力光ファイバ１１８との間に配置されて、結合されたＳおよびＰ偏光成分を出力光ファイバの端部上に出力光信号として集束する。
【００１７】
図１、図２、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、回折格子１０６は、入射偏光成分をフロントエンド光学システム１０８と制御可能なスイッチングアレイ１１４との間で回折させるように配置される。回折格子１０６は、ホログラフィック格子または任意の他の適切な回折格子とすることができる。上記のとおり、回折格子１０６は、高い格子線周波数、たとえば１ｍｍ当たり９００本を超える格子線を有する回折格子である。従来の波長選択スイッチングデバイスとは対照的に、波長選択スイッチングデバイス１００は、回折格子１０６における入射方向および出射方向両方の入射偏光成分が同じ偏光状態で配向されるように設計される。これにより、波長選択スイッチングデバイス１００は、高い格子線周波数を有する回折格子１０６を使用することができる。高い格子線周波数を有する回折格子は、１つの偏光状態にのみ有効である。
【００１８】
図示の実施態様では、回折格子１０６は、反射型格子として示されている。他の実施態様では、回折格子１０６は透過型格子とすることができる。しかし、反射型格子は、波長選択スイッチングデバイス１００の物理的なサイズを縮小させる。
【００１９】
回折格子１０６の回折特性により、異なる波長の入射偏光成分は、異なる回折角度で回折する。一例として、フロントエンド光学システム１０８からの波長λ１、λ２、λ３、λ４およびλ５の偏光成分は、図１に示すように、異なる回折角度で回折される。したがって、波長が異なる偏光成分は、制御可能なスイッチングアレイ１１４において空間的に分離される。その結果、制御可能なスイッチングアレイ１１４は、所望波長の単一波長光信号が出力光ファイバ１１８に伝送されるように、その所望波長の単一波長光信号の偏光成分を選択的に処理することができる。
【００２０】
波長選択スイッチングデバイス１００のレンズ１１０は、回折格子１０６と制御可能なスイッチングアレイ１１４との間に配置される。入射方向では、レンズ１１０は、偏光成分が、制御可能なスイッチングアレイ１１４に向かって互いに平行に伝播するように、回折格子１０６から発散する様々な波長の回折された偏光成分をコリメート（平行化）する。出射方向では、レンズ１１０は、制御可能なスイッチングアレイ１１４により反射された偏光成分を回折格子１０６の共通領域上に集束する。
【００２１】
波長選択スイッチングデバイス１００の制御可能なスイッチングアレイ１１４は、図１に示すように、ピクセル１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄおよび１２０Ｅを備える。図面を単純にするために、５個のピクセルのみを示すが、これらは、実際の波長選択スイッチングデバイスにあるピクセルの小部分を表す。ピクセル１２０Ａ〜１２０Ｅは、液晶またはニオブ酸リチウムなどの電気的に制御可能な複屈折（ＥＣＢ）材料を含む。ＥＣＢ材料の光学特性は、選択的に電界を印加することにより、受動状態と能動状態との間で切り換えることができる。したがって、ピクセル１２０Ａ〜１２０Ｅは、選択的に駆動電圧を印加することにより２つの状態間で個々に切り換えることができる。あるピクセルのＥＣＢ材料が受動状態にある場合、そのピクセルは、そのピクセルによって反射された偏光成分を変更しない。しかし、あるピクセルのＥＣＢ材料が能動状態に切り換えられると、そのピクセルは光学的に能動的（アクティブ）になり、そのピクセルに入射する偏光成分に対して４分の１波長板として機能する。
【００２２】
制御可能なスイッチングアレイ１１４の裏面１２２は、裏面１２２に入射する偏光成分を回折格子１０６に戻すように反射する反射面である。したがって、光信号の偏光成分の各対は、制御可能なスイッチングアレイ１１４のピクセル１２０Ａ〜１２０Ｅの１つを通って２回伝播する。こうした往復は、ピクセルのＥＣＢ材料が受動状態の場合、偏光成分に何の影響も及ぼさない。しかし、ピクセルのＥＣＢ材料が能動状態に切り替わると、ピクセルを通る往復は、偏光成分に対して半波長板と同じ効果を有する。したがって、制御可能なスイッチングアレイ１１４の能動ピクセルは、以下に詳細に記載するとおり、入射方向のＰ偏光成分を出射方向のＳ偏光成分に変換する。
【００２３】
波長選択スイッチングデバイス１００の中間光学ユニット１１２は、レンズ１１０と制御可能なスイッチングアレイ１１４との間に位置する。この実施態様では、中間光学ユニット１１２は、ウォークオフ結晶１２４と半波長板１２６とを備える。ウォークオフ結晶１２４は、Ｓ偏光成分だけが変位するように配向される。制御可能なスイッチングアレイ１１４に向かう入射方向では、光信号の両方の偏光成分は、偏光成分がウォークオフ結晶１２４を通って伝播する時、Ｐ偏光状態にある。したがって、入射方向では、偏光成分は、ウォークオフ結晶１２４による影響を受けない。しかし、制御可能なスイッチングアレイ１１４からの出射方向では、能動状態に切り換えられたピクセル上に入射する偏光成分はＳ偏光成分に変換される。したがって、出射方向では、両方の偏光成分は、図３Ａに示すように、ウォークオフ結晶１２４により変位される。
【００２４】
中間光学ユニット１１２の半波長板１２６は、入射方向の偏光成分が半波長板を通って伝播しないように配置される。しかし、半波長板１２６は、出射方向では、ウォークオフ結晶１２４により変位された偏光成分が半波長板１２６を通って伝播し、変位しなかった偏光成分が半波長板１２６を通って伝播しないように配置される。選択された波長の偏光成分のみが、制御可能なスイッチングアレイ１１４のピクセル１２０Ａ〜１２０Ｅの１つによりＳ偏光成分に変換され、次に、ウォークオフ結晶１２４により変位されるため、半波長板１２６は選択された波長の偏光成分にのみ作用し、この偏光成分は、半波長板１２６によってＰ偏光状態に回転される。
【００２５】
次に、単一波長光信号の偏光成分に対する波長選択スイッチングデバイス１００の作用について説明する。上記のとおり、図２は、すべての単一波長光信号の偏光成分に関する入射方向における経路を示す。図３Ａは、選択された単一波長光信号に関する偏光成分の出射方向における経路を示す。したがって、図３Ａでは、偏光成分は、制御可能なスイッチングアレイ１１４の能動ピクセルから反射する。図３Ｂは、選択されない単一波長光信号の偏光成分の出射方向における経路を示す。したがって、図３Ｂでは、偏光成分は、制御可能なスイッチングアレイ１１４の不活性（能動でない）ピクセルから反射する。特定の波長、たとえば波長λ１の光信号は、図２に示すように、波長選択スイッチングデバイス１００によって入力ポート１０２において入力光ファイバ１１６から受信される。次に、光信号は、入力光学ユニット２０２のレンズ２０６により集束され、ウォークオフ結晶２０８に伝送される。光信号はウォークオフ結晶２０８を通って伝播するため、光信号のＳ偏光成分は選択的に変位され、光信号の２つの直交するＳ偏光成分とＰ偏光成分は空間的に分離される。次に、Ｓ偏光成分は、半波長板２１０により直交方向に回転され、Ｓ偏光成分はＰ偏光成分に変換される。したがって、光信号の両方の偏光成分は、今やＰ偏光状態にある。
【００２６】
次に、２つのＰ偏光成分は、回折格子１０６により特定の回折角度で回折され、これにより、回折された偏光成分は、制御可能なスイッチングアレイ１１４の目標ピクセルに向かって光路上を伝播する。回折角度は、回折された偏光成分についての目標ピクセルを決定する。回折角度は、偏光成分の波長に応じて決まる。したがって、制御可能なスイッチングアレイ１１４の目標ピクセルは、回折された偏光成分の波長に対応する。回折された偏光成分の光路が、制御可能なスイッチングアレイ１１４に対して垂直ではない場合、光路は、レンズ１１０によりアレイに垂直な方向に変更される。図２では、回折された偏光成分は、制御可能なスイッチングアレイ１１４のピクセル１２０Ａが波長λ１に対応するので、そのピクセルに向けて送られる。
【００２７】
偏光成分は、レンズ１１０の次に、中間光学ユニット１１２のウォークオフ結晶１２４を通って伝送される。偏光成分は、Ｐ偏光状態であるため、ウォークオフ結晶による影響は受けることなくウォークオフ結晶１２４を通って伝送される。したがって、偏光成分の光路は、ウォークオフ結晶１２４により変更されない。
【００２８】
波長λ１の単一波長光信号が選択されて、出力光ファイバ１１８に伝送される場合、目標ピクセル１２０ＡのＥＣＢ材料は能動状態に切り換えられ、これにより、そのピクセルは４分の１波長板として機能する。この状態では、Ｐ偏光成分は、能動状態（アクティブ）にされたピクセル１２０Ａにより２回遅延される。Ｐ偏光成分はピクセル１２０Ａを通って伝播するので、直線Ｐ偏光成分は、ピクセル１２０Ａの能動状態（アクティブ）にされたＥＣＢ材料により、円（形）偏光成分に変換される。次に、円偏光成分は反射面１２２から反射されて、円偏光成分の左右像が変更される。反射した円偏光成分は、ピクセル１２０Ａを通って再び伝播するので、円偏光成分は直線偏光成分に変換し戻される。しかし、左右像の変化のために、元のＰ偏光成分はＳ偏光成分に変換される。
【００２９】
出射方向では、図３Ａに示すように、変換されたＳ偏光成分は、中間光学ユニット１１２のウォークオフ結晶１２４を通って再び伝送される。しかし、偏光成分は、能動状態にある制御可能なスイッチングアレイ１１４のピクセル１２０ＡによりＳ偏光成分に変換されているため、Ｓ偏光成分はウォークオフ結晶１２４により側方に変位され、これにより、その偏光成分は半波長板１２６上に入射する。したがって、その偏光成分は半波長板１２６を通って伝送される。半波長板１２６では、その偏光成分は直交方向に回転され、これにより、その偏光成分はＰ偏光成分に変換し戻される。
【００３０】
次に、Ｐ偏光成分は、レンズ１１０を介して回折格子１０６に伝送される。回折格子１０６では、Ｐ偏光成分は、中間光学ユニット１１２のウォークオフ結晶１２４によって生じる変位により、出力光学ユニット２０４に向かって回折する。回折されたＰ偏光成分の一方は、出力光学ユニット２０４の半波長板２１６を通り、次にウォークオフ結晶２１４を通過し、他方の回折されたＰ偏光成分は、ウォークオフ結晶２１４を直接通過する。半波長板２１６を通過する偏光成分はＳ偏光状態へと直交方向に回転されて、その偏光成分をＳ偏光成分に変換する。次に、変換されたＳ偏光成分は、ウォークオフ結晶２１４により、他方の偏光成分に向かって変位する。こうして、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分は、ウォークオフ結晶２１４により空間的に結合される。次に、結合した偏光成分は、レンズ２１２により出力光ファイバ１１８上に集束され、出力光信号として出力光ファイバを通って伝送される。
【００３１】
しかし、出力光ファイバ１１８に送られるように波長λ１の単一波長光信号を選択しなかった場合、目標ピクセル１２０ＡのＥＣＢ材料は受動状態にある。この状態では、偏光成分の偏光状態は、ピクセル１２０Ａにより変更されない。したがって、偏光成分は、同じ偏光状態で、つまり図３Ｂに示すようにＰ偏光状態でピクセルから出現する。Ｐ偏光状態では、偏光成分は、変位することなくウォークオフ結晶１２４を通過し、したがって、半波長板１２６を通過しない。次に、Ｐ偏光成分は、入射方向と同じ光路上で、レンズ１１０を介して回折格子１０６に伝送される。回折格子１０６では、偏光成分は入力光学ユニット２０２に戻るように回折される。
【００３２】
回折されたＰ偏光成分の一方は、出力光学ユニット２０４の半波長板２１０を通り、次にウォークオフ結晶２０８を通過し、他方の回折されたＳ偏光成分は、ウォークオフ結晶２０８を直接通過する。半波長板２１０を通過する偏光成分は、Ｓ偏光状態へと直交方向に回転され、その偏光成分がＳ偏光成分に変換される。次に、変換されたＳ偏光成分は、ウォークオフ結晶２０８により他方の偏光成分に向かって変位する。こうして、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分は、ウォークオフ結晶２０８により空間的に結合される。結合した偏光成分は、レンズ２０６により入力光ファイバ１１６上に集束される。したがって、選択されなかった波長の偏光成分は、入射方向と同じ出射方向の光路をたどる。
【００３３】
能動状態における制御可能なスイッチングアレイ１１４のピクセル１２０Ａにより入力光ファイバ１１６に返された光信号は、望ましい場合も、望ましくない場合もある。この信号が望ましくない場合、光アイソレータ（図示しない）を入力光ファイバ１１６の前方に配置して、戻り信号を遮断することができる。しかし、この信号が望ましい場合、光サーキュレータ（図示しない）を入力光ファイバ１１６の前方に配置して、この戻り信号を受信し、アクティビティ（例えば、能動状態かそうではないか）を監視するために使用することができる。
【００３４】
次に、図４を参照すると、本発明の代替の第１実施態様による波長選択スイッチングデバイス４００が示されている。この実施態様では、波長選択スイッチングデバイス４００は、波長選択スイッチングデバイス１００の中間光学ユニット１１２のウォークオフ結晶１２４および半波長板１２６と同様の構成において、ウォラストンプリズム（Wollaston prism）４３０と、半波長板４３２とから成る中間光学ユニット４１２を備える。ウォラストンプリズム４３０は、該プリズムがウォークオフ結晶１２４と類似する効果をＳおよびＰ偏光成分に与えるように配向される。
【００３５】
入射方向では、光信号の偏光成分は、中間光学ユニット４１２に達する前にはＰ偏光状態にある。したがって、その偏光成分は、ウォラストンプリズム４３０による影響は受けずに、制御可能なスイッチングアレイ１１４に伝送される。次に、その偏光成分は、該偏光成分が伝播した制御可能なスイッチングアレイのピクセル、たとえばピクセル１２０Ａの光学的状態に応じて、ＳまたはＰ偏光状態で、制御可能なスイッチングアレイ１１４により、ウォラストンプリズム４３０に反射して戻される。
【００３６】
出射方向では、偏光成分の波長が選択された波長である場合、つまり、偏光成分が、制御可能なスイッチングアレイ１１４によりＳ偏光成分に変換される場合は、ウォラストンプリズム４３０は、偏光成分が半波長板４３２を通過するようにＳ偏光成分を選択的に変位させる。半波長板４３２を通過することにより、Ｓ偏光成分は直交方向に回転され、偏光成分がＰ偏光成分に変換される。次に、これらのＰ偏光成分は、波長選択スイッチングデバイス１００に関して上述したように、回折格子１０６を介して出力光ファイバ１１８に伝送される。
【００３７】
しかし、偏光成分の波長が選択された波長ではない場合、偏光成分は、制御可能なスイッチングアレイ１１４によりＳ偏光成分に変換されない。したがって、出射方向では、これらの偏光成分は、やはりウォラストンプリズム４３０による影響を受けず、したがって半波長板４３２を通過しない。その代わりに、偏光成分は、波長選択スイッチングデバイス１００に関して上述したように、回折格子１０６を介して入力光ファイバ１１６に戻るように伝送される。
【００３８】
次に、図５を参照すると、本発明の代替の第２実施態様による波長選択スイッチングデバイス５００が示されている。この実施態様では、波長選択スイッチングデバイス５００は、偏光ビームスプリッタ５３４および５３６と、オプションの偏光子５３８と、半波長板５４０とから成る中間光学ユニット５１２を備える。中間光学ユニット１１２および４１２と同様、出射方向では、中間光学ユニット５１２は、偏光成分が、Ｐ偏光状態で回折格子１０６により回折され、出力光ファイバ１１８に伝送されるように、選択された波長の偏光成分を変位および回転させる。
【００３９】
偏光ビームスプリッタ５３４は、Ｓ偏光成分のみを反射するように構成される。図示の実施態様では、偏光ビームスプリッタ５３４は、もう一方の偏光ビームスプリッタ５３６に向かって、出射するＳ偏光成分を反射するように配向される。偏光ビームスプリッタ５３６も、Ｓ偏光成分のみを反射するように構成される。偏光ビームスプリッタ５３６は、偏光ビームスプリッタ５３４からのＳ偏光成分を半波長板５４０を通るように反射するよう配向される。半波長板５４０では、Ｓ偏光成分は直交方向に回転されて、偏光成分がＰ偏光状態に変換される。オプションの偏光子５３８は、偏光ビームスプリッタ５３４からのＳ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ５３６に伝送されることを確実にするために、２つの偏光ビームスプリッタ５３４と５３６との間に配置される。
【００４０】
入射方向では、偏光成分は、中間光学ユニット５１２に達する前にはＰ偏光状態にある。したがって、偏光成分は、偏光ビームスプリッタ５３４を通って制御可能なスイッチングアレイ１１４に伝送される。次に、偏光成分は、偏光成分が伝播して通過する制御可能なスイッチングアレイのピクセル、たとえばピクセル１２０Ａの活性化状態（例えば、能動状態にあるか能動状態にないか）に応じて、Ｓ偏光状態またはＰ偏光状態で、制御可能なスイッチングアレイ１１４により偏光ビームスプリッタ５３４に戻るように反射される。
【００４１】
出射方向では、選択された波長の偏光成分は、偏光ビームスプリッタ５３４により偏光ビームスプリッタ５３６に向かって反射される。これは、これらの偏光成分が、制御可能なスイッチングアレイ１１４によりＳ偏光成分に変換されるためである。反射したＳ偏光成分は、オプションの偏光子５３８を介して偏光ビームスプリッタ５３６に伝送され、そこで、偏光成分は、偏光ビームスプリッタ５３６により半波長板５４０に向かって再び反射される。半波長板５４０では、Ｓ偏光成分はＰ偏光成分に変換される。次に、変換されたＰ偏光成分は、波長選択スイッチングデバイス１００に関して上述したように、回折格子１０６を介して出力光ファイバ１１８に伝送される。
【００４２】
しかし、偏光成分の波長が選択された波長ではない場合、偏光成分は、制御可能なスイッチングアレイ１１４によりＰ偏光成分に変換されない。したがって、出射方向では、これらの偏光成分は、偏光ビームスプリッタ５３４によっては偏光ビームスプリッタ５３６に向かって反射されず、その結果、半波長板５４０を通過しない。その代わりに偏光成分は、波長選択スイッチングデバイス１００に関して上述したように、回折格子１０６を介して入力光ファイバ１１６に戻るように伝送される。
【００４３】
本発明の一実施態様による、選択された波長の光信号を伝送させるための方法について、図６のプロセスフロー図を参照して説明する。ブロック６０２では、単一波長光信号から成る多重波長光信号を受信する。ブロック６０４では、単一波長光信号の直交するＳ偏光成分とＰ偏光成分が空間的に分離される。ブロック６０６では、単一波長光信号のＳ偏光成分がＰ偏光状態へと回転される。ブロック６０８では、単一波長光信号のＰ偏光成分が、波長に基づいて偏光成分を空間的に分離するために回折される。
【００４４】
次に、ブロック６１０では、選択された単一波長光信号のＰ偏光成分がＳ偏光状態に変換される。ブロック６１２では、選択された光信号のＳ偏光成分が側方に変位される。ブロック６１４では、側方に変位されたＳ偏光成分がＰ偏光状態へと回転されて戻される。ブロック６１６では、選択された光信号のＰ偏光成分が回折される。ブロック６１８では、選択された光信号のＰ偏光成分の１つがＳ偏光状態に回転される。ブロック６２０では、選択された光信号のＳおよびＰ偏光成分が空間的に結合される。ブロック６２２では、結合された偏光成分が出力される。
【００４５】
本発明による、波長に基づいて光信号を選択的に伝送するための波長選択スイッチング装置(100,400,500)及び方法は、異なる波長の光信号を空間的に分離するために回折を利用し、これにより、選択された波長の光信号を選択的に伝送する。波長選択スイッチング装置は、光信号の偏光成分を選択的に回転させて、偏光成分の偏光状態を、回折格子(106)での入射方向と出射方向の両方において同じにする。こうして、高い格子線周波数（例えば、1550nmの波長範囲内の信号に対して１mm当たり900を超える格子線）を有する回折格子を、入射方向及び出射方向の両方における光信号の偏光成分を回折させるために使用することができる。
【００４６】
本発明の特定の実施態様について図示し説明したが、本発明は、そのように図示し説明した構成部分の特定の形態または構成に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびそれと等価なものにより画定される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施態様による波長選択スイッチングデバイスの斜視図である。
【図２】図１の波長選択スイッチングデバイスの側面図であり、すべての単一波長光信号の偏光成分の入射方向における光路を示す。
【図３Ａ】図１の波長選択スイッチングデバイスの側面図であり、選択された波長の単一波長光信号の偏光成分の出射方向における光路を示す。
【図３Ｂ】図１の波長選択スイッチングデバイスの側面図であり、選択されない波長の単一波長光信号の偏光成分の出射方向における光路を示す。
【図４】本発明の第１の代替実施態様による波長選択スイッチングデバイスの側面図である。
【図５】本発明の第２の代替実施態様による波長選択スイッチングデバイスの側面図である。
【図６】本発明の一実施態様による選択された波長の光信号を伝送させるための方法のフロー図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００、４００、５００  光学デバイス
１０２  入力部
１０４  出力部
１０６  回折格子
１０８  光学システム
１１２、４１２、５１２  光学ユニット
【図１】
2005115377.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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