(57)【要約】【課題】ビーム処理装置、ビーム減衰および切り替え装置、ならびに光波長選択スイッチシステムを提供する。【解決手段】本発明におけるビーム処理装置は、ポリマー偏光格子および4分の1波長板アレイを備える。ビームの偏光状態の分割および調節を、ポリマー偏光格子および4分の1波長板アレイを使用することによって実行することができる。ビーム減衰および切り替え装置は、切り替え可能な偏光格子と光路角度調節装置とを備え、あるいは半波長液晶板と、4分の1波長板と、ポリマー偏光格子と、光路角度調節装置とを備える。光波長選択スイッチシステムは、上述のビーム処理装置と、上述のビーム減衰および切り替え装置とを備え、構造が比較的単純であり、組み立ても比較的簡単であり、ポリマー偏光格子、4分の1波長板、および切り替え可能な偏光格子の製造技術は比較的単純であるため、本発明の実施形態は、製造技術を簡単にでき、コストを下げることができ、性能を改善することができる。【選択図】図１A
2016103021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つの4分の1波長板アレイを備えるビーム処理装置であって、
各々の4分の1波長板アレイは、少なくとも1つのポリマー偏光格子に対応しており、前記ポリマー偏光格子および前記4分の1波長板アレイは、光伝送路上に続けて配置されており、
前記ポリマー偏光格子は、該ポリマー偏光格子の表面に入射するビームを左円偏光および右円偏光に分割し、
前記4分の1波長板アレイは、遅軸の方向が異なる少なくとも2つの4分の1波長板を備えており、前記ポリマー偏光格子による分割の実行後に得られた左円偏光および右円偏光を同じ偏光方向を有する直線偏光に調節する、ビーム処理装置。
【請求項２】
各々の4分の1波長板アレイは、1つのポリマー偏光格子に対応しており、
各々の4分の1波長板アレイに対応する前記1つのポリマー偏光格子は、該ポリマー偏光格子の表面に入射するビームを異なる伝送角度を有する左円偏光および右円偏光に分割するように構成されている、請求項1に記載のビーム処理装置。
【請求項３】
各々の4分の1波長板アレイは、2つのポリマー偏光格子に対応しており、
各々の4分の1波長板アレイに対応する前記2つのポリマー偏光格子は、該ポリマー偏光格子の表面に入射するビームを同じ伝送角度を有する左円偏光および右円偏光に分割するように構成されている、請求項1に記載のビーム処理装置。
【請求項４】
切り替え可能な偏光格子と、光路角度調節装置とを備えるビーム減衰および切り替え装置であって、
前記切り替え可能な偏光格子および前記光路角度調節装置は、光伝送路上に続けて配置されており、
前記切り替え可能な偏光格子は、第1の電圧が印加されたとき、入射ビームの回折後に、入射ビームの偏光状態および伝送角度を変更し、第2の電圧が印加されたとき、入射ビームの回折後に、入射ビームの偏光状態および伝送角度の変更を省略し、あるいは異なる電圧が印加されたとき、入射ビームを回折させ、入射ビームを元の伝送角度とは異なる別の伝送角度に変更し、元の伝送角度の方向のビームを減衰させるように構成され、
前記光路角度調節装置は、前記切り替え可能な偏光格子を通過した後に該光路角度調節装置に入射するビームを異なる伝送角度に調節し、次いで該ビームを出力するように構成されている、ビーム減衰および切り替え装置。
【請求項５】
前記光路角度調節装置は、シリコン基板上液晶またはマイクロ電気機械システムである、請求項4に記載のビーム減衰および切り替え装置。
【請求項６】
第1の半波長液晶板、第1の4分の1波長板、ポリマー偏光格子、および光路角度調節装置を光伝送路上に続けて配置して備えるビーム減衰および切り替え装置であって、
前記第1の半波長液晶板は、異なる電圧において、該第1の半波長液晶板の表面に入射する直線偏光の偏光方向を変化させるように構成され、
前記第1の4分の1波長板は、前記第1の半波長液晶板による処理の実行後に得られた直線偏光を左円偏光または右円偏光に調節するように構成され、
前記ポリマー偏光格子は、前記第1の4分の1波長板による処理の実行後に得られた左円偏光または右円偏光を異なる伝送角度を有する光に分割するように構成され、
前記光路角度調節装置は、前記ポリマー偏光格子による分割の実行後に得られ、異なる電促角度を有しており、該光路角度調節装置の表面に入射する光を、異なる伝送角度に調節し、該調節後の光を出力のために反射させるように構成され、該反射させられた光は、前記ポリマー偏光格子、前記第1の4分の1波長板、および前記第1の半波長液晶板を順に通過した後に、同じ偏光方向を有する直線偏光になる、ビーム減衰および切り替え装置。
【請求項７】
前記光路角度調節装置は、マイクロ電気機械システムである、請求項6に記載のビーム減衰および切り替え装置。
【請求項８】
前記光路角度調節装置は、シリコン基板上液晶であり、
当該ビーム減衰および切り替え装置は、前記光伝送路上に続けて配置された第2の4分の1波長板および第2の半波長液晶板をさらに備え、前記第2の4分の1波長板および前記第2の半波長液晶板は、前記シリコン基板上液晶と前記ポリマー偏光格子との間に位置し、前記第2の4分の1波長板が前記ポリマー偏光格子に隣接し、前記第2の半波長液晶板が前記シリコン基板上液晶に隣接しており、
前記第2の4分の1波長板は、前記ポリマー偏光格子による分割の実行後に得られた異なる伝送角度を有する左円偏光または右円偏光を、直線偏光に調節するように構成され、
前記第2の半波長液晶板は、前記第2の4分の1波長板による処理の実行後に得られた直線偏光を、同じ偏光方向を有する直線偏光に調節し、前記シリコン基板上液晶の表面に入射する直線偏光の偏光方向を前記シリコン基板上液晶の光軸の方向に一致させることを可能にするように構成され、
前記シリコン基板上液晶は、前記第2の半波長液晶板によって調節された後に該シリコン基板上液晶の表面に入射する直線偏光を、異なる伝送角度に調節し、該調節後の光を出力のために反射させるように構成され、該反射させられた直線偏光は、前記第2の半波長液晶板、前記第2の4分の1波長板、前記ポリマー偏光格子、前記第1の4分の1波長板、および前記第1の半波長液晶板を順に通過した後に、同じ偏光方向を有する直線偏光になる、請求項6に記載のビーム減衰および切り替え装置。
【請求項９】
光ファイバアレイと、ビーム処理サブシステムと、光路伝送サブシステムと、光路切り替えサブシステムとを備える光波長選択スイッチシステムであって、
前記光ファイバアレイは、少なくとも1つの入力ビームを前記ビーム処理サブシステムに送るとともに、該ビーム処理サブシステムによって出力される少なくとも1つの出力ビームを受け取るように構成され、
前記ビーム処理サブシステムは、請求項1から3のいずれか一項に記載のビーム処理装置を備え、該ビーム処理装置を使用することによって前記入力ビームまたは前記出力ビームについて偏光状態の分割および調節を実行して同じ偏光方向を有する直線偏光を得、
前記光路伝送サブシステムは、前記ビーム処理サブシステム内の前記ビーム処理装置による処理の実行後に得られた前記同じ偏光方向を有する直線偏光について、異なる角度に応じた回折および分割をもたらし、次いで該直線偏光を前記光路切り替えサブシステムに伝送するように構成され、
前記光路切り替えサブシステムは、請求項4から8のいずれか一項に記載のビーム減衰および切り替え装置を備え、前記光路伝送サブシステムによって伝送された光の角度を変更して、減衰および光路切り替えの機能を実現するように構成されている、光波長選択スイッチシステム。
【請求項１０】
前記光路伝送サブシステムは、第1の円柱レンズと、透過回折格子と、第2の円柱レンズとを備え、
前記第2の円柱レンズの光軸と前記第1の円柱レンズの光軸とが互いに垂直であり、
前記透過回折格子は、前記第1の円柱レンズと前記第2の円柱レンズとの間に位置し、該透過回折格子と前記第2の円柱レンズとの間の距離が、該透過回折格子と前記第1の円柱レンズとの間の距離よりも小さく、
前記ビーム処理サブシステム内の前記ビーム処理装置ならびに前記光路切り替えサブシステム内の前記ビーム減衰および切り替え装置は、前記第1の円柱レンズおよび前記第2の円柱レンズの焦点の位置に位置し、
前記第1の円柱レンズは、前記ビーム処理サブシステム内の前記ビーム処理装置による処理の実行後に得られた前記同じ偏光方向を有する直線偏光を、該第1の円柱レンズの光軸に垂直な平面内の平行な直線偏光に反射させるように構成され、
前記透過回折格子は、前記第1の円柱レンズによって実行された反射の後に得られた前記平行な直線偏光について、第1の回折を、異なる角度に応じて実行するとともに、前記第2の円柱レンズによって反射させられたビームについて、第2の回折を、異なる角度に応じて実行するように構成され、
前記第2の円柱レンズは、前記透過回折格子による前記第1の回折の実行後に得られたビームを、該第2の円柱レンズの光軸に垂直な平面内の平行な直線偏光に反射させ、該反射後の平行な直線偏光の前記透過回折格子への入射を可能にするように構成されている、請求項9に記載の光波長選択スイッチシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信技術の分野に関し、特にビーム処理装置、ビーム減衰および切り替え装置、ならびに光波長選択スイッチシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送ネットワークにおいて、構成変更可能な光信号挿入／分岐多重化装置（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer、ROADM）の技術が、光ネットワークのノードにおける波長スイッチング（wavelength switching）および次元スイッチング（dimension switching）を実行でき、サービスネットワークの柔軟なスケジューリングの要件を満足させるようにネットワークの容量を柔軟に拡大し、運転コストを削減することができる。
【０００３】
現時点において、ROADMでは、光波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch、WSS）システムにおけるビーム処理装置が、入力ビームまたは出力ビームについて分光状態の分割および調節を実行するために一般的に使用されている。現時点において、ビーム処理装置は、入力ビームおよび出力ビームを処理するために、通常は以下の方法を使用する。入力ビームが、マイクロレンズアレイ（Micro Lens Array、MLA）を使用することによって成形され、ウォラストンプリズム（Wollaston prism）を通過した後に、成形済みのビームが、偏光方向が互いに垂直である直線偏光の2つのビームに分割される。直線偏光の2つのビームは、MLAの光軸に関して異なる方向に沿って分割され、次いで複屈折性結晶によって実行される位相補償を被り、最終的に、半波長板を通過した後に、一方の直線偏光のビームは90度回転し、偏光方向が互いに平行な2つの直線偏光が得られる。
【０００４】
ビームの偏光状態の分割および調節を実行するために、実行のためにウォラストンプリズム、位相補償板、および半波長板を使用する技術的解決策が、上記において使用されている。しかしながら、ウォラストンプリズムは、通常は、研磨（grinding）などの技術を使用することによって得られ、製造技術が複雑であり、複雑なプロセスが上述の部品を組み立てるために必要であり、したがってビーム処理装置の製造も比較的複雑であり、製造コストも比較的高い。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、ビーム処理装置、ビーム減衰および切り替え装置、ならびに光波長選択スイッチシステムを提供する。このビーム処理装置の構造および製造技術は、単純である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第1の態様においては、少なくとも1つの4分の1波長板アレイを備えており、各々の4分の1波長板アレイは、少なくとも1つのポリマー偏光格子に対応しており、前記ポリマー偏光格子および前記4分の1波長板アレイは、光伝送路上に続けて配置されており、
前記ポリマー偏光格子は、該ポリマー偏光格子の表面に入射するビームを左円偏光および右円偏光に分割し、
前記4分の1波長板アレイは、遅軸の方向が異なる少なくとも2つの4分の1波長板を含み、前記ポリマー偏光格子による分割の実行後に得られた左円偏光および右円偏光を同じ偏光方向を有する直線偏光に調節する、ビーム処理装置が提供される。
【０００７】
第1の態様に関し、第1の実施の方法において、各々の4分の1波長板アレイは、1つのポリマー偏光格子に対応しており、
各々の4分の1波長板アレイに対応する前記1つのポリマー偏光格子は、該ポリマー偏光格子の表面に入射するビームを異なる伝送角度を有する左円偏光および右円偏光に分割するように構成される。
【０００８】
第1の態様に関し、第2の実施の方法において、各々の4分の1波長板アレイは、2つのポリマー偏光格子に対応しており、
各々の4分の1波長板アレイに対応する前記2つのポリマー偏光格子は、該ポリマー偏光格子の表面に入射するビームを同じ伝送角度を有する左円偏光および右円偏光に分割するように構成される。
【０００９】
第2の態様においては、切り替え可能な偏光格子と、光路角度調節装置とを備えており、前記切り替え可能な偏光格子および前記光路角度調節装置は、光伝送路上に続けて配置されており、
前記切り替え可能な偏光格子は、第1の電圧が印加されたとき、入射ビームの回折後に、入射ビームの偏光状態および伝送角度を変更し、第2の電圧が印加されたとき、入射ビームの回折後に、入射ビームの偏光状態および伝送角度の変更を省略し、あるいは異なる電圧が印加されたとき、入射ビームを回折させ、入射ビームを元の伝送角度とは異なる別の伝送角度に変更し、元の伝送角度の方向のビームを減衰させるように構成され、
前記光路角度調節装置は、前記切り替え可能な偏光格子を通過した後に該光路角度調節装置に入射するビームを異なる伝送角度に調節し、次いで該ビームを出力するように構成されている、ビーム減衰および切り替え装置が提供される。
【００１０】
第2の態様に関し、第1の実施の方法において、前記光路角度調節装置は、シリコン基板上液晶またはマイクロ電気機械システムである。
【００１１】
第3の態様においては、第1の半波長液晶板、第1の4分の1波長板、ポリマー偏光格子、および光路角度調節装置を光伝送路上に続けて配置して備えており、
前記第1の半波長液晶板は、異なる電圧において、該第1の半波長液晶板の表面に入射する直線偏光の偏光方向を変化させるように構成され、
前記第1の4分の1波長板は、前記第1の半波長液晶板による処理の実行後に得られた直線偏光を左円偏光または右円偏光に調節するように構成され、
前記ポリマー偏光格子は、前記第1の4分の1波長板による処理の実行後に得られた左円偏光または右円偏光を異なる伝送角度を有する光に分割するように構成され、
前記光路角度調節装置は、前記ポリマー偏光格子による分割の実行後に得られ、異なる電促角度を有しており、該光路角度調節装置の表面に入射する光を、異なる伝送角度に調節し、該調節後の光を出力のために反射させるように構成され、該反射させられた光は、前記ポリマー偏光格子、前記第1の4分の1波長板、および前記第1の半波長液晶板を順に通過した後に、同じ偏光方向を有する直線偏光になる、ビーム減衰および切り替え装置が提供される。
【００１２】
第3の態様に関し、第1の実施の方法において、前記光路角度調節装置は、マイクロ電気機械システムである。
【００１３】
第3の態様に関し、第2の実施の方法において、前記光路角度調節装置は、シリコン基板上液晶であり、
当該ビーム減衰および切り替え装置は、前記光伝送路上に続けて配置された第2の4分の1波長板および第2の半波長液晶板をさらに含み、前記第2の4分の1波長板および前記第2の半波長液晶板は、前記シリコン基板上液晶と前記ポリマー偏光格子との間に位置し、前記第2の4分の1波長板が前記ポリマー偏光格子に隣接し、前記第2の半波長液晶板が前記シリコン基板上液晶に隣接し、
前記第2の4分の1波長板は、前記ポリマー偏光格子による分割の実行後に得られた異なる伝送角度を有する左円偏光または右円偏光を、直線偏光に調節するように構成され、
前記第2の半波長液晶板は、前記第2の4分の1波長板による処理の実行後に得られた直線偏光を、同じ偏光方向を有する直線偏光に調節し、前記シリコン基板上液晶の表面に入射する直線偏光の偏光方向を前記シリコン基板上液晶の光軸の方向に一致させることを可能にするように構成され、
前記シリコン基板上液晶は、前記第2の半波長液晶板によって調節された後に該シリコン基板上液晶の表面に入射する直線偏光を、異なる伝送角度に調節し、該調節後の光を出力のために反射させるように構成され、該反射させられた直線偏光は、前記第2の半波長液晶板、前記第2の4分の1波長板、前記ポリマー偏光格子、前記第1の4分の1波長板、および前記第1の半波長液晶板を順に通過した後に、同じ偏光方向を有する直線偏光になる。
【００１４】
第4の態様によれば、光ファイバアレイと、ビーム処理サブシステムと、光路伝送サブシステムと、光路切り替えサブシステムとを備えており、
前記光ファイバアレイは、少なくとも1つの入力ビームを前記ビーム処理サブシステムに送るとともに、該ビーム処理サブシステムによって出力される少なくとも1つの出力ビームを受け取るように構成され、
前記ビーム処理サブシステムは、第1の態様または第1の態様のいずれかの実施の方法に係るビーム処理装置を含み、該ビーム処理装置を使用することによって前記入力ビームまたは前記出力ビームについて偏光状態の分割および調節を実行して同じ偏光方向を有する直線偏光を得、
前記光路伝送サブシステムは、前記ビーム処理サブシステム内の前記ビーム処理装置による処理の実行後に得られた前記同じ偏光方向を有する直線偏光について、異なる角度に応じた回折および分割をもたらし、次いで該直線偏光を前記光路切り替えサブシステムに伝送するように構成され、
前記光路切り替えサブシステムは、第2の態様、第2の態様の実施の方法、第3の方法、または第3の態様のいずれかの実施の方法に係るビーム減衰および切り替え装置を含み、前記光路伝送サブシステムによって伝送された光の角度を変更して、減衰および光路切り替えの機能を実現するように構成されている、光波長選択スイッチシステムが提供される。
【００１５】
第4の態様に関し、第1の実施の方法において、前記光路伝送サブシステムは、第1の円柱レンズと、透過回折格子と、第2の円柱レンズとを含み、
前記第2の円柱レンズの光軸と前記第1の円柱レンズの光軸とが互いに垂直であり、
前記透過回折格子は、前記第1の円柱レンズと前記第2の円柱レンズとの間に位置し、該透過回折格子と前記第2の円柱レンズとの間の距離が、該透過回折格子と前記第1の円柱レンズとの間の距離よりも小さく、
前記ビーム処理サブシステム内の前記ビーム処理装置ならびに前記光路切り替えサブシステム内の前記ビーム減衰および切り替え装置は、前記第1の円柱レンズおよび前記第2の円柱レンズの焦点の位置に位置し、
前記第1の円柱レンズは、前記ビーム処理サブシステム内の前記ビーム処理装置による処理の実行後に得られた前記同じ偏光方向を有する直線偏光を、該第1の円柱レンズの光軸に垂直な平面内の平行な直線偏光に反射させるように構成され、
前記透過回折格子は、前記第1の円柱レンズによって実行された反射の後に得られた前記平行な直線偏光について、第1の回折を、異なる角度に応じて実行するとともに、前記第2の円柱レンズによって反射させられたビームについて、第2の回折を、異なる角度に応じて実行するように構成され、
前記第2の円柱レンズは、前記透過回折格子による前記第1の回折の実行後に得られたビームを、該第2の円柱レンズの光軸に垂直な平面内の平行な直線偏光に反射させ、該反射後の平行な直線偏光の前記透過回折格子への入射を可能にするように構成される。
【００１６】
本発明の実施形態において提供されるビーム処理装置、ビーム減衰および切り替え装置、ならびに光波長選択スイッチシステムにおいて、ビーム処理装置は、ポリマー偏光格子および4分の1波長板を備え、ポリマー偏光格子は、入力ビームを左円偏光または右円偏光に分割する。4分の1波長板は、ポリマー偏光格子による分割の実行後に得られた左円偏光および右円偏光を同じ偏光方向を有する直線偏光に調節する。したがって、本発明の実施形態においては、ビームの分光状態の分割および調節を、ウォラストンプリズム、位相補償板、および半波長板を使用することによって形成される伝統的なビーム処理装置と比べて構造がより単純であり、組み立てもより簡単であるポリマー偏光格子および4分の1波長板を使用することによって実行できる。さらに、ポリマー偏光格子および4分の1波長板の製造技術も、ウォラストンプリズムの製造技術と比べてより簡単であり、したがって本発明の実施形態は、ビーム処理装置の製造技術を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本発明の実施形態によるビーム処理装置の概略の構造図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態によるビーム処理装置の概略の構造図である。
【図２Ａ】本発明のこの実施形態によるPPGの製造技術プロセスの概略図である。
【図２Ｂ】本発明のこの実施形態によるPPGの製造技術プロセスの概略図である。
【図２Ｃ】本発明のこの実施形態によるPPGの製造技術プロセスの概略図である。
【図２Ｄ】本発明のこの実施形態によるPPGの製造技術プロセスの概略図である。
【図３Ａ】本発明のこの実施形態によるPPGの特性の概略図である。
【図３Ｂ】本発明のこの実施形態によるPPGの特性の概略図である。
【図４Ａ】本発明のこの実施形態によるQWPAの配置の概略図である。
【図４Ｂ】本発明のこの実施形態によるQWPAの配置の概略図である。
【図５】本発明のこの実施形態に従ってビーム処理装置がビームについて処理を実行する第1のプロセスの概略図である。
【図６】本発明のこの実施形態に従ってビーム処理装置がビームについて処理を実行する第2のプロセスの概略図である。
【図７】本発明のこの実施形態に従ってビーム処理装置がビームについて処理を実行する第3のプロセスの概略図である。
【図８】本発明のこの実施形態に従ってビーム処理装置がビームについて処理を実行する第4のプロセスの概略図である。
【図９】本発明の実施形態による光システムの構造ブロック図である。
【図１０Ａ】本発明のこの実施形態に従ってビーム伝送サブシステムがビームについて処理を実行するプロセスの概略図である。
【図１０Ｂ】本発明のこの実施形態に従ってビーム伝送サブシステムがビームについて処理を実行するプロセスの概略図である。
【図１１Ａ】本発明のこの実施形態によるSPGの製造プロセスの概略図である。
【図１１Ｂ】本発明のこの実施形態によるSPGの製造プロセスの概略図である。
【図１２Ａ】本発明のこの実施形態によるSPGの特性の概略図である。
【図１２Ｂ】本発明のこの実施形態によるSPGの特性の概略図である。
【図１２Ｃ】本発明のこの実施形態によるSPGの特性の概略図である。
【図１３】本発明のこの実施形態に従ってビーム切り替えサブシステムがビームについて処理を実行する第1のプロセスの概略図である。
【図１４Ａ】本発明のこの実施形態に従ってビーム切り替えサブシステムがビームについて処理を実行する第2のプロセスの概略図である。
【図１４Ｂ】本発明のこの実施形態に従ってビーム切り替えサブシステムがビームについて処理を実行する第2のプロセスの概略図である。
【図１５Ａ】本発明のこの実施形態に従ってビーム切り替えサブシステムがビームについて処理を実行する第3のプロセスの概略図である。
【図１５Ｂ】本発明のこの実施形態に従ってビーム切り替えサブシステムがビームについて処理を実行する第3のプロセスの概略図である。
【図１６Ａ】本発明のこの実施形態によるLCOS角度の調節の概略図である。
【図１６Ｂ】本発明のこの実施形態によるLCOS角度の調節の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下は、本発明の実施形態における技術的解決策を、本発明の実施形態における添付の図面を参照して、明瞭かつ充分に説明する。当然ながら、説明される実施形態は、あくまでも本発明の一部の実施形態であり、すべての実施形態ではない。当業者が本発明の実施形態にもとづいて創造的な活動を必要とすることなく得ることができるすべての他の実施形態は、本発明の保護の範囲に含まれる。
【００１９】
図1Aが、本発明の実施形態によるビーム処理装置の概略の構造図である。本発明のこの実施形態において提供されるビーム処理装置は、少なくとも1つの4分の1波長板アレイを備え、各々の4分の1波長板アレイが、少なくとも1つのポリマー偏光格子に対応し、ポリマー偏光格子および4分の1波長板アレイが、光伝送路上に続けて配置されている。
【００２０】
ポリマー偏光格子は、ポリマー偏光格子の表面に入射するビームを左円偏光および右円偏光に分割し、4分の1波長板アレイは、遅軸の方向が異なる少なくとも2つの4分の1波長板を含んでおり、ポリマー偏光格子による分割の実行後に得られた左円偏光および右円偏光を同じ偏光方向を有する直線偏光に調節する。
【００２１】
以下で、本発明の実施形態は、図1Bに示されるように、説明のために、ビーム処理装置がマイクロレンズアレイによって成形されたビームについて処理を実行する例を使用する。
【００２２】
本発明のこの実施形態において、ビーム処理装置102は、マイクロレンズアレイ101に隣接している。ビーム処理装置102は、ポリマー偏光格子1021（Polymer Polarization Grating、PPG）および4分の1波長板アレイ1022（Quarter-Wave Plate Array、QWPA）を備えている。マイクロレンズアレイ101、ポリマー偏光格子1021、および4分の1波長板アレイ1022は、光伝送路上に続けて配置されている。
【００２３】
本発明のこの実施形態において、ビーム処理装置102に含まれるPPG1021を、ポリマー液晶への干渉光の露光の方法での製造によって得ることができる。図2A〜図2Dが本発明のこの実施形態によるPPGの製造技術プロセスの概略図である。
【００２４】
第1に、図2Aに示されるように、光学立体規則性ポリマー材料202の層が、塗装などの方法でガラス基板201上に形成される。
【００２５】
第2に、図2Bに示されるように、左回転の紫外光および右回転の紫外光203の相互干渉によって得られる光照射野（light field）が、光学立体規則性ポリマー材料202の露光に使用される。
【００２６】
第3に、図2Cに示されるとおり、重合特性を有する液晶材料204の層が、図2Bにおいて露光された光学立体規則性ポリマー材料202に塗布される。
【００２７】
最後に、図2Dに示されるとおり、一様な紫外光205が、重合特性を有する液晶材料204を照らすことによって、液晶材料204内の液晶分子の配列を固めるために使用される。
【００２８】
本発明のこの実施形態において、ビーム処理装置102に含まれるQWPA1022を、やはりポリマー液晶への干渉光の露光の方法での製造によって得ることができる。具体的な製造技術は、PPG1021を製造するプロセスと同様である。しかしながら、光学立体規則性ポリマー材料202の露光のプロセスにおいて、左回転の紫外光および右回転の紫外光ではなく、直線偏光の紫外光が使用される。
【００２９】
本発明のこの実施形態において、PPG1021は、図3Aおよび3Bに示されるように、右円偏光および左円偏光である偏光状態および伝送角度を偏光する機能を有する。図3Aにおいて、PPGを通過した後に、右円偏光は、左円偏光になる。図3Bにおいて、PPGを通過した後に、左円偏光は、右円偏光になる。PPGを通過する右円偏光および右円偏光の伝送角度の変化は、PPGの製造条件に関係する。本発明のこの実施形態において、以下の例が、説明のために使用される。図3Aにおいて、PPGを通過した後で、右円偏光は、左円偏光になり、左円偏光は、下方を照らし、図3Bにおいて、PPGを通過した後で、左円偏光は、右円偏光になり、右円偏光は、上方を照らす。
【００３０】
本発明のこの実施形態において、QWPA1022は、同じ幅および異なる遅軸の方向の連続して配置された複数の4分の1波長板と同等である。4分の1波長板を、横並びに配置することができ、あるいは上下に配置することができる。図4Aおよび図4Bに示されるとおり、QWPA1022は、左円偏光および右円偏光を、同じ偏光方向を有する直線偏光に調節することができる。
【００３１】
本発明のこの実施形態において、PPG1021は、MLA101に隣接し、MLA101によって成形されたビームを左円偏光および右円偏光に分割するように構成される。ビームの成形は、ビームの光点（light spot）のサイズを変えることを指す。QWPA1022は、PPG1021に隣接した光伝送路上に位置し、PPG1021が分割を実行した後に得られた左円偏光および右円偏光を同じ偏光方向を有する直線偏光に調節する。図5は、本発明のこの実施形態に従ってビームについて処理を実行するためにMLA101、PPG1021、およびQWPA1022が使用されるプロセスの概略図である。図5に示されるとおり、入力ビームがMLA101を使用することによって成形され、PPG1021を通過した後で、入力ビームの右円偏光は、左円偏光になり、左円偏光は、下方を照らし、入力ビームの左円偏光は、右円偏光になり、右円偏光は、上方を照らす。PPG1021による処理の実行後に得られた左円偏光および右円偏光がQWPA1022を通過した後で、上向きの右円偏光および下向きの左円偏光は、遅軸の方向が異なる4分の1波長板（Quarter-Waveplate、QWP）を別々に通過し、結果として同じ偏光方向を有する直線偏光を得ることができる。
【００３２】
本発明のこの実施形態において提供されるビーム処理装置においては、入力ビームが、PPG1021を使用することによって左円偏光および右円偏光に分割され、PPG1021による分割の実行後に得られた左円偏光および右円偏光は、QWPA1022を使用することによって同じ偏光方向を有する直線偏光に調節される。したがって、本発明のこの実施形態において、ビーム処理装置は、PPG1021およびQWPA1022を使用することによってビームの偏光状態の分割および調節を実行することができ、ウォラストンプリズム、位相補償板、および半波長板を使用することによって形成される伝統的なビーム処理装置と比べて、構造がより単純であり、さらなる組み立てもより簡単である。加えて、本発明のこの実施形態においては、PPG1021およびQWPA1022を、ポリマー液晶の露光の方法での製造によって得ることができ、使用される製造技術も、ウォラストンプリズムの製造技術と比べてより単純であり、したがって本発明のこの実施形態は、ビーム処理装置の製造技術を単純にすることができる。
【００３３】
さらに、本発明のこの実施形態においては、PPG1021およびQWPA1022の製造を、大型のガラス基板上で実行することができ、その後に必要とされるサイズの装置が、切断技術を使用することによって得られる。例えば、使用される装置のサイズは2×5平方ミリメートルであり、その場合には、2インチ四方のガラス基板が250個の装置を生み出すことができ、したがって装置1つ当たりのコストがきわめて低い。
【００３４】
本発明のこの実施形態において提供されるビーム処理装置は、ビームの偏光状態を調節する必要がある光システムに適用可能であり、ここで光システムは、例えば光波長選択スイッチシステムであってよい。本発明のこの実施形態において提供されるビーム処理装置は、ビーム処理装置102におけるPPG1021およびQWPA1022の組み合わせの方法を、種々の光システムに適用できるように柔軟に調節することができる。
【００３５】
本発明のこの実施形態において、入射ビームについて異なる伝送角度および同じ偏光方向を有する2つの直線偏光への分割および調節を実行するために、1つのPPG1021および一群のQWPA1022をビーム処理装置102において使用することができる。入力ビームがPPG1021を通過した後で、入力ビームを、異なる伝送角度を有する左円偏光および右円偏光に分割することができ、次いで左円偏光および右円偏光がQWPA1022を通過した後で、同じ偏光方向を有する直線偏光を得ることができる。ビームの偏光状態が分割される平面は、入力光ファイバおよび出力光ファイバが位置する平面に垂直である。具体的な構造に関して、使用されるQWPAが図4Aに示される構造を用いている図5を参照することができる。
【００３６】
本発明のこの実施形態において、ビーム処理装置における光ファイバの配置の方向は、図6に示されるように、ビームの偏光状態が分割される平面に平行であってもよい。この場合、実施のために、異なる主軸方向を有する複数のQWPAを使用する必要があり、すなわちQWPAが図4Bに示した構造を使用する。
【００３７】
本発明のこの実施形態において、入射ビームについて同じ伝送角度および同じ偏光方向を有する2つの直線偏光への分割および調節を実行するために、2つのPPG1021および一群のQWPA1022を、各々のビーム処理装置102において使用することができる。入力ビームが第1のPPG1021を通過した後で、入力ビームを、異なる伝送角度を有する左円偏光および右円偏光に分割することができる。第1のPPG1021を通過した後で、左円偏光および右円偏光は、第2のPPG1021を通過し、互いに平行な照射の左円偏光および右円偏光を得ることができる。第2のPPG1021を通過する互いに平行な照射の右円偏光および左円偏光は、図7に示されるように、QWPA1022を通過し、結果として同じ偏光方向を有する直線偏光を得ることができる。
【００３８】
図7において、ビームの偏光状態が分割される平面は、入力光ファイバおよび出力光ファイバが位置する平面に対して垂直であり、使用されるQWPAは、図4Aに示した構造を用いる。本発明のこの実施形態において、ビーム処理装置における光ファイバの配置の方向は、図8に示されるように、ビームの偏光状態が分割される平面に平行であってもよい。実施のために、異なる主軸方向を有する複数のQWPAを使用する必要があり、すなわちQWPAが、図4Bに示した構造を使用する。
【００３９】
本発明の上述の実施形態において提供されるビーム処理装置にもとづき、本発明の実施形態は、光波長選択スイッチシステム900をさらに提供する。図9に示されるように、光波長選択スイッチシステム900は、ビーム処理サブシステム901、光路伝送サブシステム902、および光路切り替えサブシステム903を備え、確かに光波長選択スイッチシステム900は、光ファイバアレイ904をさらに備える。
【００４０】
図9において、光ファイバアレイ904は、少なくとも1つの入力ビームをビーム処理サブシステム901に送り出し、ビーム処理サブシステム901によって出力される少なくとも1つの出力ビームを受け取るように構成される。ビーム処理サブシステム901は、上述の実施形態に係るビーム処理装置を備え、光ファイバアレイ904によってビーム処理サブシステムに送り出される少なくとも1つの入力ビームについて偏光状態の分割および調節を実行して、同じ偏光方向を有する直線偏光を得るように構成される。光路伝送サブシステム902は、ビーム処理サブシステム901内のビーム処理装置による処理の実行後に得られる同じ偏光方向を有している直線偏光について、種々の角度に応じた回折および分割をもたらし、その後に直線偏光を光路切り替えサブシステム903に伝えるように構成される。光路切り替えサブシステム903は、光路伝送サブシステム902から伝えられるビームの角度または位置を変化させることで、減衰および切り替えの機能を実行するように構成される。
【００４１】
光路切り替えサブシステム903による減衰および切り替え後のビームは、光路の可逆のプロセスに従って、光路伝送サブシステム902およびビーム処理サブシステム901によって別途処理される。戻されて結合させられたビームが、出力ポートとして使用される光ファイバアレイに出力される。
【００４２】
本発明のこの実施形態において提供される光波長選択スイッチシステムにおいて、ビーム処理サブシステム901は、入力ビームおよび出力ビームについて処理を実行するように構成される。光波長選択スイッチシステムにおける光ファイバアレイ904は、少なくとも1つの入力ビームをビーム処理サブシステム901に送り出し、ビーム処理サブシステム901によって出力された少なくとも1つの出力ビームを受け取るために、入力ポートおよび出力ポートとして使用される。入力ビームは、光ファイバアレイの入力ポートを通って光システムに伝送される入射ビームであり、出力ビームは、光システムによって返されて結合させられ、その後に出力ポートに出力されるビームである。本発明のこの実施形態において、ビーム処理サブシステム901が入力ビームについて偏光状態の分割および調節を実行して、同じ偏光方向を有する直線偏光を得るプロセスに関しては、図5に示した処理プロセスを参照することが可能であり、ここでは詳細の再度の説明は省略する。出力ビームについては、光路の可逆性ゆえに、光システムから返されるビームを、ビーム処理装置102に用いられるPPG1021およびQWPA1022によって組み合わせ、その後に光ファイバアレイの出力ポートに結合させて出力することができる。
【００４３】
第2に、本発明のこの実施形態において、光路伝送サブシステム902は、ビーム処理サブシステム901内のビーム処理装置による処理の実行後に得られる同じ偏光方向を有している直線偏光について、種々の角度に応じた回折および分割をもたらすために、透過回折格子（transmission grating）、第1の円柱レンズ、および第2の円柱レンズを使用することができる。円柱レンズを、非軸対象な特殊非球面レンズと考えることができる。円柱レンズは、円柱レンズの光軸に垂直な平面内での散乱または集光機能を提供することができ、円柱レンズの光軸に平行な平面における円柱レンズは、平面と等価である。本発明のこの実施形態において、同じ偏光方向を有する直線偏光の種々の角度に応じた透過回折格子、第1の円柱レンズ、および第2の円柱レンズによる回折および分割は、以下の方法を使用することができる。第1の円柱レンズの光軸は、光ファイバアレイの配置の方向に平行であり、第2の円柱レンズの光軸は、第1の円柱レンズの光軸に対して垂直である。透過回折格子が、第1の円柱レンズと第2の円柱レンズとの間に位置し、透過回折格子と第2の円柱レンズとの間の距離は、透過回折格子と第1の円柱レンズとの間の距離よりも短く、第1の円柱レンズは、ビーム処理サブシステム901内のビーム処理装置による処理の実行後に得られた同じ偏光方向を有する直線偏光を、第1の円柱レンズの光軸に垂直な平面内の平行な直線偏光に反射させるように構成され、透過回折格子は、第1の円柱レンズによる反射の実行後に得られた第1の円柱レンズの光軸に垂直な平面内の平行な直線偏光について第1の回折を種々の角度に応じて実行するとともに、第2の円柱レンズによって反射させられたビームについて第2の回折を種々の角度に応じて実行するように構成され、第2の円柱レンズは、透過回折格子による第1の回折の実行後に得られたビームを第2の円柱レンズの光軸に垂直な平面内の平行な直線偏光に反射させ、反射後の平行な直線偏光を透過回折格子に入射させることができるように構成される。本発明のこの実施形態において、透過回折格子は、透過回折格子の表面に入射する或る波長のビームについて、種々の角度に応じた回折および分割をもたらすことができる。光点の変更に加えて、円柱レンズは、透過回折格子によって回折させられたビームを透過
回折格子にさらに反射させることで、ビームについて透過回折格子による第2の回折の実行を可能にでき、したがってビームが透過回折格子を2回通過し、さらにはビームの分割の角度がより大きくなり、さらにはビームの伝送に使用される装置の光システムにおける位置をよりコンパクトにし、光システムの全体としてのサイズを縮小し、電力の消費を低減することができる。
【００４４】
本発明のこの実施形態において、直線偏光が、説明のための例として使用される。図10Aに示されるとおり、第1の円柱レンズの光軸に対して垂直な平面において、直線偏光は、最初に第1の円柱レンズ1011に出会い、反射の後に、直接偏光は、第1の円柱レンズの光軸に垂直な平面内の平行光になる。透過回折格子1012およびプリズム1013を通過した後で、或る波長の光は、種々の角度に応じて回折および分割を被り、回折および分割後の光が、第2の円柱レンズ1014によって反射され、次いでプリズム1013および透過回折格子1012を再び通過し、結果として或る波長の光の分割の角度がより大きくなる。第1の円柱レンズ1011による反射の後に、光は、光路切り替えサブシステム903に集まる。次いで、特定の角度設定が、光路切り替えサブシステム903によって或る波長のビームについて実行され、ビームが別の経路に沿って戻り、出力のために光ファイバアレイの対応する出力ポートに結合させられる。図10Bに示されるとおり、第2の円柱レンズの光軸に垂直な平面において、第1の円柱レンズ1011、透過回折格子1012、およびプリズム1013を通過した後に、直線偏光は、第2の円柱レンズ1014に到達する。反射後に、直線偏光は、第2の円柱レンズの光軸に垂直な平面において平行光になる。次いで、プリズム1013、透過回折格子1012、および第1の円柱レンズ1011を再び通過した後に、平行光は、光路切り替えサブシステム903に達する。異なる光学波長の光は、それぞれの設定に応じた異なる角度で反射され、第1の円柱レンズ1011、透過回折格子1012、プリズム1013、第2の円柱レンズ1014、プリズム1013、透過回折格子1012、および第1の円柱レンズ1011を順に通過した後に、反射光は、出力のために光ファイバアレイの出力ポートに結合させられる。
【００４５】
本発明のこの実施形態において、光路伝送サブシステム902は、ビームを透過回折格子に2回通すことができ、さらにビームの回折の分割角度を2倍にすることができる透過回折格子および円柱レンズを使用することができる。50GHzの隔たりを有する2つの隣接する光信号が、例として使用され、光路切り替えサブシステムにおける2つの光信号の分割の距離は、同じであると仮定される。光路切り替えサブシステムにおける分割の距離は、焦点距離および分割角度の積であるため、分割角度が2倍に増えると、焦点距離を半分に減らすことができ、すなわちシステム全体の焦点距離を半分に減らすことができる。システム全体の焦点距離が短くなるため、光ファイバアレイと円柱レンズとの間の距離も、より短くなる。この場合、システムがよりコンパクトになり、より小さいビームウエストを伝送に使用することができ、したがって3dBのスペクトル帯域幅をさらに得ることができる。
【００４６】
本発明のこの実施形態における図10Aおよび図10Bが、プリズム1013を含んでいることに注意すべきである。プリズム1013は、光路伝送サブシステム902を通過するビームが光路切り替えサブシステムの同じ平面に集中できるように、異なる波長の光について補償を実行することができる。実際の応用においては、プリズム1013を配置しなくてもよい。
【００４７】
光路角度調節装置を、通常は、光路切り替えサブシステム903において使用することができる。ビームが、光路角度調節装置を使用することによって減衰させられ、ビームは、設定された出力ポートに案内され、次いで出力のために結合させられる。光路角度調節装置は、例えば、シリコン基板上液晶（LCOS、Liquid Crystal on Silicon）、マイクロ電気機械システム（MEMS、Micro-Electro-Mechanical System）、などであってよい。LCOSは、種々の周期の位相格子を生成することによって出力角度を調節し、MEMSは、種々のマイクロレンズの角度を直接調節することによって出力角度を調節する。
【００４８】
現時点において、光路角度調節装置だけがビームについて減衰および切り替えを実行するプロセスにおいて、ビームのランダムクロストーク（random crosstalk）が他の伝送経路に形成され、瞬間的なクロストークを引き起こす可能性がある。本発明のこの実施形態においては、切り替え可能偏光格子（Switchable Polarization Grating、SPG）を、光路の減衰を好都合に実行し、瞬間的なクロストークの問題を克服するために、光路角度調節装置の前方に追加することができる。
【００４９】
本発明のこの実施形態におけるSPGを、以下の製造プロセスを使用することによって製造することができる。
【００５０】
第1に、図11Aに示されるとおり、電極層1102および感光ポリマー材料1103が、2つのガラス基板1101上に別々に形成され、電極層1102および感光ポリマー材料1103が形成された2つのガラス基板が一体にパッケージされ、2つのガラス基板の間に、液晶を注入するためのすき間が確保される。
【００５１】
第2に、図11Bに示されるように、左回転の紫外光および右回転の紫外光1104の相互干渉によって得られる光の場が、感光ポリマー材料1103を露光して、感光ポリマー材料1103内の分子の配列を固めるために使用され、次いで液晶1105がすき間に注入され、液晶分子がポリマー材料のホログラムに従って配列される。
【００５２】
本発明のこの実施形態において、上述の方法を使用することによって製造されるSPGは、SPGに加えられる電圧の値に応じて、図12A〜図12Cに示される特徴を有することができる。SPGに低電圧が印加されるとき、SPG内の液晶はホログラフィック格子に類似し、したがって入射右円偏光は、左円偏光になることができ、左円偏光は、図12Aに示されるように下方（あるいは、製造条件に応じて、上方）を照らし、入射左円偏光は、右円偏光になることができ、右円偏光は、図12Bに示されるように上方（あるいは、製造条件に応じて、下方）を照らす。SPGに高電圧が印加されるとき、図12Cに示されるとおり、内部の液晶分子の配列が変化でき、ホログラフィック格子の効果が消え、すべての光が元の方向に沿って直接伝えられ、偏光方向は変化しない。
【００５３】
本発明のこの実施形態において、SPGは、光路切り替えサブシステム903の光路角度調節装置の前方に追加され、SPGを通過するビームは、SPGへの印加電圧の値および入力ビームの異なる偏光状態に応じて異なる方向に伝えられる。SPGに高電圧が印加されるとき、入力光を元の方向に伝送することができ、SPGに低電圧が印可されるとき、左円偏光または右円偏光は、右円偏光または左円偏光になり、比較的大きな角度で別の方向に回折させられ、図13に示されるように、光路角度調節装置によって反射させられた光は、角度が大きすぎるがゆえに光ファイバアレイの出力ポートに結合できず、したがって完全に失われる。換言すると、本発明のこの実施形態においては、SPGが光路角度調節装置の前方に使用され、減衰をSPGを使用することによって実行でき、光路角度調節装置は、単に光路の切り替えだけに使用され、したがって光路の切り替えのプロセスが単純化される。さらに、本発明のこの実施形態においては、光路切り替えプロセスにおいて、最初にSPGの減衰が最大値に調節され、その後に光路の切り替えが光路角度調節装置を使用することによって実行される。光路角度調節装置が安定した後で、SPGの減衰が必要な値に調節されることで、光路切り替えのプロセスにおける瞬間的なクロストークを防止することができる。
【００５４】
本発明のこの実施形態の具体的な実施のプロセスにおいて、光路伝送サブシステムによって光路切り替えサブシステムに伝送されるビームは、直線偏光であり、したがって2つのQWPおよび1つのSPGが、図13に示されるように、本発明のこの実施形態における上述のビーム減衰機能を実行するために組み合わせられる。QWP1301を通過した後で、入力ビームは、SPG1302に達する。SPG1302を通過した後で、ビームは、SPGへの印加電圧の値および入力ビームの異なる偏光状態に応じて異なる方向に伝送される。SPGに高電圧が印加されるとき、入力光を元の方向に伝送することができ、SPGに低電圧が印可されるとき、左円偏光または右円偏光は、右円偏光または左円偏光になり、比較的大きな角度で別の方向に回折させられ、光路角度調節装置によって反射させられた光、すなわち図13における望ましくない迷光は、角度が大きすぎるがゆえに光ファイバアレイの出力ポートに結合できない。光路角度調節装置1303に到達して光路角度調節装置1303によって反射させられた後で、元の方向に伝送される光、すなわち図13における所望の信号光は、依然として光ファイバアレイの出力ポートに結合できる。
【００５５】
本発明のこの実施形態において、光路角度調節装置1303は、LCOSまたはMEMSであってよい。光路角度調節装置1303がLCOSであり、LCOSが本発明のこの実施形態に適用される場合、光路切り替えプロセスを、LCOSのための複雑な制御アルゴリズムを使用することなく実現することができる。光路角度調節装置がMEMSであり、MEMSが本発明のこの実施形態に適用される場合、光路切り替えプロセスにおける瞬間的なクロストークの問題を、2次元のMEMSを使用することなく1次元のMEMSを使用することによって防止でき、したがってMEMSの加工の難しさを減らし、コストを削減することができる。
【００５６】
本発明のこの実施形態において、光ファイバアレイのより多くの出力ポートへの結合を達成するとともに、光路切り替えサブシステム903の回折効率も改善するために、光路切り替えサブシステム903のビーム出射角度をやはり増やすことができる。本発明のこの実施形態において、光伝送路上に順に配置されるPPG、QWP、半波長液晶板、および光路角度調節装置を、光路切り替えサブシステム903において使用することができる。半波長液晶板は、異なる電圧において、半波長液晶板の表面に入射する直線偏光の偏光方向を変化させるように構成され、QWPは、半波長液晶板による処理の実行後に得られた直線偏光を左円偏光または右円偏光に調節するように構成され、PPGは、4分の1波長板による処理の実行後に得られた左円偏光または右円偏光を異なる伝送角度を有する光に分割し、偏光状態を変化させるように構成され、光路角度調節装置は、光路角度調節装置の表面に入射する光を異なる伝送角度に調節し、次いで調節後の光を出力のために反射させるように構成され、ここでPPG、QWP、および半波長液晶板を順に通過した後で、反射された光は同じ偏光方向を有する直線偏光となり、直線偏光は光ファイバアレイの出力ポートに案内される。
【００５７】
本発明のこの実施形態において、光路角度調節装置は、LCOSまたはMEMSであってよい。
【００５８】
光路角度調節装置がLCOSである場合、本発明のこの実施形態において、直線偏光についてのLCOSの要件を満たすために、順に配置される第2のQWPおよび第2の半波長液晶板を、LCOSとPPGとの間にさらに配置する必要がある。第2のQWPは、PPGに隣接し、第2の半波長液晶板は、LCOSに隣接する。第2のQWPは、PPGによる分割の実行後に得られた異なる伝送角度を有する左円偏光または右円偏光を直線偏光に調節するように構成され、第2の半波長液晶板は、第2のQWPによる処理の実行後に得られた直線偏光を同じ偏光方向を有する直線偏光に調節し、LCOSに入射する直線偏光の偏光方向をLCOSの光軸の方向に一致させることを可能にするように構成され、LCOSは、第2の半波長液晶板による調節後にLCOSの表面に入射する直線偏光を異なる伝送角度に調節し、調節後の光を出力のために反射させるように構成され、ここで第2の半波長液晶板、第2のQWP、PPG、QWP、および半波長液晶板を順に通過した後で、反射された直線偏光は同じ偏光方向を有する直線偏光になる。図14Aおよび図14Bに示されるように、半波長液晶板1401およびQWP1402を通過した後で、入力ビームは、左円偏光または右円偏光になり、PPG1403によって上方または下方に回折させられた後で、左円偏光または右円偏光は、右円偏光または左円偏光になる。QWP1404を通過した後で、PPG1403によって回折させられた右円偏光または左円偏光は、直線偏光となり、次いで直線偏光の偏光方向を変化させるために、種々の電圧が半波長液晶板1405に印加されるように制御される。光路角度調節装置1406の表面に達する直線偏光が光路角度調節装置1406によって反射させられた後で、反射後の直線偏光は、半波長液晶板1405、QWP1404、PPG1403、QWP1402、および半波長液晶板1401を再び通過し、したがって同じ偏光方向を有する直線偏光になる。同じ偏光方向を有する直線偏光は、光路伝送サブシステムに戻り、最終的に光ファイバアレイの出力ポートに案内される。
【００５９】
光路角度調節装置がMEMSである場合、ビームの偏光状態について特別な要件は存在せず、したがって第2のQWPおよび第2の半波長液晶板を配置する必要はない。
【００６０】
図15Aおよび図15Bに示されるように、半波長液晶板1401およびQWP1402を通過した後で、入力ビームは、左円偏光または右円偏光になり、PPG1403によって上方または下方に回折させられた後で、左円偏光または右円偏光は、右円偏光または左円偏光になる。PPG1403によって回折させられた右円偏光または左円偏光がMEMS1407の表面に到達し、MEMS1407によって反射させられた後で、反射光は、PPG1403、QWP1402、および半波長液晶板1401を再び通過し、したがって同じ偏光方向を有する直線偏光になる。同じ偏光方向を有する直線偏光は、光路伝送サブシステムに戻り、最終的に光ファイバアレイの出力ポートに案内される。
【００６１】
図14A、図14B、図15A、および図15Bから、本発明のこの実施形態において、光路角度調節装置の前方に用いられる半波長液晶板、QWP、およびPPGが、光路切り替えサブシステムの最大出射角度を2倍にできることを、理解することができる。例えば、図14Aおよび図14Bにおいては、LCOSが光路角度調節装置として使用される。Nの角度範囲の光路切り替えを実現する必要がある場合、LCOSの前方に位置する半波長液晶板、QWP、およびPPGが、最初に入射ビームを所定の角度に切り替え、次いでLCOSがN／4の角度範囲の切り替えを生じさせた後で、切り替えられたビームが回折させられ、その後に入射ビームが半波長液晶板、QWP、およびPPGによって別の角度になるように切り替えられ、N／4の角度範囲の同じ切り替えがLCOSによって生成される。本発明のこの実施形態において、周期が異なり、異なる変化方向にある位相格子を、LCOSのビーム回折角度の調節を実行するために、LCOSに入れることができる。例えば、図16Aに示される方法を、図14Aに示される角度の切り替えを実施するために使用することができ、図16Bに示される方法を、図14Bに示される角度の切り替えを実施するために使用することができる。したがって、半波長液晶板、QWP、およびPPGの回折角度を設計し、LCOSの切り替え角度範囲を設計することによって、出射ビームの最大角度範囲を、LCOSによって設定される最大回折角度範囲の2倍に増やすことができる。同様に、図15Aおよび図15Bにおいて、N／2の角度範囲の切り替えを、同じ方法を使用することによって実施することができる。LCOSの最大回折角度範囲が増やされない場合に、本発明のこの実施形態において提供される光路切り替えサブシステムが、ビームの出射角度範囲を大きくすることによって、出力ポートの増加または光路切り替えサブシステムの性能の改善をもたらすことができることを、理解できるであろう。
【００６２】
本発明のこの実施形態において、光路角度調節装置は、LCOSまたはMEMSであってよい。光路角度調節装置がLCOSであり、LCOSが本発明のこの実施形態に適用され、出力ポートの量が変わらないままであると仮定される場合、LCOSの位相格子の周期が2倍になるようにLCOSの回折角度を半分に減らすことができ、したがって格子の位相の変化をより滑らかにすることができ、回折効率を改善することができる。光路角度調節装置がMEMSであり、MEMSが本発明のこの実施形態に適用され、出力ポートの量が変わらないままであると仮定される場合、MEMSの回転角度を半分に減らすことができ、したがってMEMSの駆動電圧が低減され、駆動回路の設計が簡単になり、コストが削減される。
【００６３】
本発明のこの実施形態において提供される光波長選択スイッチシステム900においては、伝統的に使用されているウォラストンプリズム、位相補償板、および半波長板と比べて、PPGおよびQWPAがビーム処理サブシステムにおいて使用され、ビームの偏光状態の分割および調節をより容易に実施することができ、PPGおよびQWPAの製造技術は単純であり、したがってビーム処理サブシステム内のビーム処理装置の組み立ておよび製造もより容易である。
【００６４】
光波長選択スイッチシステム900においては、透過回折格子および円柱レンズが、ビーム伝送サブシステムにおいて、ビームが透過回折格子を2回通過できることで、光波長選択スイッチシステムの焦点距離を短縮することができるように使用される。全体としてのシステムの焦点距離が短くなるため、光波長選択スイッチシステムがよりコンパクトになる。加えて、より小さいビームウエストを伝送に使用することができ、したがって3dBのスペクトル帯域幅をさらに得ることができる。光波長選択スイッチシステム900においては、SPGがビーム切り替えサブシステムにおいて使用され、減衰をより好都合に実行でき、瞬間的なクロストークの問題を解決することができる。光波長選択スイッチシステム900においては、PPG、QWP、および半波長液晶板が光路切り替えサブシステムにおいて使用されることで、光路切り替えサブシステム903によって案内されるビームの出射角度が大きくなり、したがって光ファイバアレイのより多くの出力ポートへの結合が達成され、回折効率が改善される。
【００６５】
本発明の実施形態は、SPGおよび光路角度調節装置を光伝送路上に順に配置して備えるビーム減衰および切り替え装置をさらに提供する。
【００６６】
SPGは、第1の電圧が印加されるとき、入射ビームを回折させた後で、ビームの偏光状態および伝送角度を変化させ、第2の電圧が印加されるとき、ビームの偏光状態および伝送角度の変更を省略し、あるいは異なる電圧が印加されるとき、元の伝送角度とは異なる別の伝送角度に回折させられたビームのエネルギーを変化させ、元の伝送角度の方向のビームを減衰させるように構成される。例えば、本発明のこの実施形態において、印加される電圧がゼロであり、あるいは低電圧が印加される場合、入射ビームの回折後に、ビームの偏光状態および伝送角度（レベル±1）が変化し、高電圧が印加される場合、ビームの伝送角度（レベル0）または偏光方向は変化せず、異なる電圧が印加されるとき、ビームをレベル±1に回折させられるように制御することによって、レベル0のビームの異なる減衰を実行することができる。
【００６７】
光路角度調節装置は、SPGを通過した後に光路角度調節装置に入射するビームを異なる伝送角度に調節し、その後にビームを出力するように構成される。
【００６８】
本発明のこの実施形態において提供されるビーム減衰および切り替え装置は、光路角度調節装置およびSPGを備える。SPGは、光路角度調節装置の前方に使用される。SPGを、減衰を実行するために使用することができ、光路角度調節装置は、単に光路の切り替えのために使用され、したがって光路の切り替えの制御プロセスが簡単になる。さらに、本発明のこの実施形態においては、光路切り替えプロセスにおいて、最初にSPGの減衰が最大値に調節され、その後に光路の切り替えが光路角度調節装置を使用することによって実行される。光路角度調節装置が安定した後で、SPGの減衰が必要な値に調節されることで、光路切り替えのプロセスにおける瞬間的なクロストークを防止することができる。
【００６９】
本発明のこの実施形態において、光路角度調節装置は、LCOSまたはMEMSであってよい。光路角度調節装置がLCOSであり、LCOSが本発明のこの実施形態に適用される場合、光路切り替えプロセスを、LCOSのための複雑な制御アルゴリズムを使用することなく実現することができる。光路角度調節装置がMEMSであり、MEMSが本発明のこの実施形態に適用される場合、光路切り替えプロセスにおける瞬間的なクロストークの問題を、2次元のMEMSを使用することなく1次元のMEMSを使用することによって防止でき、したがってMEMSの加工の難しさを減らし、コストを削減することができる。
【００７０】
本発明のこの実施形態において提供されるビーム減衰および切り替え装置は、例えば光波長選択スイッチシステムなど、種々の光システムに適用可能である。本発明のこの実施形態において提供されるビーム減衰および切り替え装置についての充分には詳しくない説明のために、図13および関連の実施形態の説明を参照することができ、詳細は本明細書において再度は説明しない。
【００７１】
本発明の実施形態は、第1の半波長液晶板、第1のQWP、PPG、および光路角度調節装置を光伝送路上に順に配置して備えるビーム減衰および切り替え装置であって、
第1の半波長液晶板は、異なる電圧において、第1の半波長液晶板の表面に入射する直線偏光の偏光方向を変化させるように構成され、
第1のQWPは、第1の半波長液晶板による処理の実行後に得られた直線偏光を左円偏光または右円偏光に調節するように構成され、
PPGは、第1のQWPによる処理の実行後に得られた左円偏光または右円偏光を異なる伝送角度を有する光に分割するように構成され、
光路角度調節装置は、光路角度調節装置の表面に入射する直線偏光を異なる伝送角度に調節し、次いで調節後の光を出力のために反射させるように構成され、
ここでPPG、第1のQWP、および第1の半波長液晶板を順に通過した後で、反射された直線偏光は同じ偏光方向を有する直線偏光となる、ビーム減衰および切り替え装置をさらに提供する。
【００７２】
本発明のこの実施形態において、光路角度調節装置は、MEMSまたはLCOSであってよい。
【００７３】
本発明のこの実施形態において、光路角度調節装置がLCOSであり、ビーム減衰および切り替え装置が第2のQWPおよび第2の半波長液晶板を光伝送路上に順に配置してさらに備え、第2のQWPおよび第2の半波長液晶板がLCOSとPPGとの間に位置し、第2のQWPがPPGに隣接し、第2の半波長液晶板がLCOSに隣接する場合、
第2のQWPは、PPGによる分割の実行後に得られた異なる伝送角度を有する左円偏光または右円偏光を直線偏光に調節するように構成され、
第2の半波長液晶板は、第2のQWPによる処理の実行後に得られた直線偏光を同じ偏光方向を有する直線偏光に調節し、LCOSの表面に入射する直線偏光の偏光方向をLCOSの光軸の方向に一致させることを可能にするように構成され、
LCOSは、第2の半波長液晶板による調節後にLCOSの表面に入射する直線偏光を異なる伝送角度に調節し、調節後の光を出力のために反射させるように構成され、ここで第2の半波長液晶板、第2のQWP、PPG、第1のQWP、および第1の半波長液晶板を順に通過した後で、反射された直線偏光は同じ偏光方向を有する直線偏光になる。
【００７４】
本発明のこの実施形態において提供されるビーム減衰および切り替え装置において、半波長液晶板、QWP、およびPPGが、光路角度調節装置の前方に用いられ、光路切り替えサブシステムの出射角度を2倍にでき、より多くの出力ポートへの結合を達成できる。
【００７５】
本発明のこの実施形態において、光路角度調節装置は、LCOSまたはMEMSであってよい。光路角度調節装置がLCOSであり、LCOSが本発明のこの実施形態に適用され、出力ポートの量が変わらないままであると仮定される場合、LCOSの位相格子の周期が2倍になるようにLCOSの回折角度を半分に減らすことができ、したがって格子の位相の変化をより滑らかにすることができ、回折効率を改善することができる。光路角度調節装置がMEMSであり、MEMSが本発明のこの実施形態に適用され、出力ポートの量が変わらないままであると仮定される場合、MEMSの回転角度を半分に減らすことができ、したがってMEMSの駆動電圧が低減され、駆動回路の設計が簡単になり、コストが削減される。
【００７６】
本発明のこの実施形態において提供されるビーム減衰および切り替え装置は、例えば光波長選択スイッチシステムなど、種々の光システムに適用可能である。本発明のこの実施形態において提供されるビーム減衰および切り替え装置についての充分には詳しくない説明のために、図14A、図14B、図15A、図15B、および関連の実施形態の説明を参照することができ、詳細は本明細書において再度は説明しない。
【００７７】
本発明の実施形態において上述および添付の図面に示された入射ビーム、関連の装置によって処理されるビーム、などは、説明のための例として1つのビームを使用しているが、これが単に図示および説明を簡単にするためのものにすぎないことに、注意すべきである。本発明の実施形態は、ビームの数にいかなる限定も設定するものではない。本発明の実施形態に係るビームの数は、少なくとも1つであり、同じまたは異なる伝送角度、あるいは同じまたは異なる変更方向に係るビームの数は、少なくとも2つである。
【００７８】
当然ながら、当業者であれば、本発明の技術的思想および技術的範囲から離れることなく、本発明に対する種々の改良および変種を作り出すことができる。本発明は、それらの改良および変種を、それらが以下の特許請求の範囲およびそれらの均等な技術によって定められる保護の範囲に含まれる限りにおいて、包含するように意図される。
【符号の説明】
【００７９】
101  マイクロレンズアレイ
102  ビーム処理装置
201  ガラス基板
202  光学立体規則性ポリマー材料
203  紫外光
204  液晶材料
205  紫外光
900  光波長選択スイッチシステム
901  ビーム処理サブシステム
902  光路伝送サブシステム
903  光路切り替えサブシステム
904  光ファイバアレイ
1011  円柱レンズ
1012  透過回折格子
1013  プリズム
1014  円柱レンズ
1021  ポリマー偏光格子
1022  4分の1波長板アレイ
1101  ガラス基板
1102  電極層
1103  感光ポリマー材料
1104  紫外光
1105  液晶
1303  光路角度調節装置
1401  半波長液晶板
1405  半波長液晶板
1406  光路角度調節装置
【図１Ａ】
2016103021.tif 000003
【図１Ｂ】
2016103021.tif 000004
【図２Ａ】
2016103021.tif 000005
【図２Ｂ】
2016103021.tif 000006
【図２Ｃ】
2016103021.tif 000007
【図２Ｄ】
2016103021.tif 000008
【図３Ａ】
2016103021.tif 000009
【図３Ｂ】
2016103021.tif 000010
【図４Ａ】
2016103021.tif 000011
【図４Ｂ】
2016103021.tif 000012
【図５】
2016103021.tif 000013
【図６】
2016103021.tif 000014
【図７】
2016103021.tif 000015
【図８】
2016103021.tif 000016
【図９】
2016103021.tif 000017
【図１０Ａ】
2016103021.tif 000018
【図１０Ｂ】
2016103021.tif 000019
【図１１Ａ】
2016103021.tif 000020
【図１１Ｂ】
2016103021.tif 000021
【図１２Ａ】
2016103021.tif 000022
【図１２Ｂ】
2016103021.tif 000023
【図１２Ｃ】
2016103021.tif 000024
【図１３】
2016103021.tif 000025
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
2016103021.tif 000027
【図１５Ａ】
2016103021.tif 000028
【図１５Ｂ】
2016103021.tif 000029
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
2016103021.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月7日(2016.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つの4分の1波長板アレイを備えるビーム処理装置であって、
各々の4分の1波長板アレイは、少なくとも1つのポリマー偏光格子に対応しており、前記ポリマー偏光格子および前記4分の1波長板アレイは、光伝送路上に続けて配置されており、
前記ポリマー偏光格子は、該ポリマー偏光格子の表面に入射するビームを左円偏光および右円偏光に分割し、
前記4分の1波長板アレイは、遅軸の方向が異なる少なくとも2つの4分の1波長板を備えており、前記ポリマー偏光格子による分割の実行後に得られた左円偏光および右円偏光を同じ偏光方向を有する直線偏光に調節する、ビーム処理装置。
【請求項２】
各々の4分の1波長板アレイは、1つのポリマー偏光格子に対応しており、
前記1つのポリマー偏光格子は、該1つのポリマー偏光格子の前記表面に入射する前記ビームを異なる伝送角度を有する前記左円偏光および前記右円偏光に分割するように構成されている、請求項1に記載のビーム処理装置。
【請求項３】
各々の4分の1波長板アレイは、2つのポリマー偏光格子に対応しており、
前記2つのポリマー偏光格子は、該2つのポリマー偏光格子の前記表面に入射する前記ビームを同じ伝送角度を有する前記左円偏光および前記右円偏光に分割するように構成されている、請求項1に記載のビーム処理装置。
【請求項４】
切り替え可能な偏光格子と、光路角度調節装置とを備えるビーム減衰および切り替え装置であって、
前記切り替え可能な偏光格子および前記光路角度調節装置は、光伝送路上に続けて配置されており、
前記切り替え可能な偏光格子は、第1の電圧が印加されたとき、入射ビームの偏光状態および伝送角度を変更するように入射ビームを回折し、第2の電圧が印加されたとき、入射ビームの偏光状態および伝送角度の変更を省略するように入射ビームを回折する、ように構成され、
前記光路角度調節装置は、前記切り替え可能な偏光格子を通過した後に該光路角度調節装置に入射するビームを異なる伝送角度に調節し、次いで該調整されたビームを出力するように構成されている、ビーム減衰および切り替え装置。
【請求項５】
前記光路角度調節装置は、シリコン基板上液晶またはマイクロ電気機械システムである、請求項4に記載のビーム減衰および切り替え装置。
【請求項６】
第1の半波長液晶板、第1の4分の1波長板、ポリマー偏光格子、および光路角度調節装置を光伝送路上に続けて配置して備えるビーム減衰および切り替え装置であって、
前記第1の半波長液晶板は、該第1の半波長液晶板の表面に入射する直線偏光の偏光方向を変化させるように構成され、
前記第1の4分の1波長板は、前記第1の半波長液晶板によって処理された直線偏光を左円偏光または右円偏光に調節するように構成され、
前記ポリマー偏光格子は、前記第1の4分の1波長板によって処理された左円偏光または右円偏光を異なる伝送角度を有する光に分割するように構成され、
前記光路角度調節装置は、出力のために該光路角度調節装置の前記表面に入射する光を反射させるように構成され、該反射させられた光は、前記ポリマー偏光格子、前記第1の4分の1波長板、および前記第1の半波長液晶板を順に通過した後に、同じ偏光方向を有する直線偏光になる、ビーム減衰および切り替え装置。
【請求項７】
前記光路角度調節装置は、マイクロ電気機械システムである、請求項6に記載のビーム減衰および切り替え装置。
【請求項８】
第1の半波長液晶板、第1の4分の1波長板、ポリマー偏光格子、第2の半波長液晶板、第2の4分の1波長板、および光路角度調節装置を光伝送路上に続けて配置して備えるビーム減衰および切り替え装置であって、
前記第1の半波長液晶板は、該第1の半波長液晶板の表面に入射する直線偏光の偏光方向を変化させるように構成され、
前記第1の4分の1波長板は、前記第1の半波長液晶板によって処理された直線偏光を左円偏光または右円偏光に調節するように構成され、
前記ポリマー偏光格子は、前記第1の4分の1波長板によって処理された左円偏光または右円偏光を異なる伝送角度を有する光に分割するように構成され、
前記第2の4分の1波長板は、前記ポリマー偏光格子による分割の実行後に得られた異なる伝送角度を有する左円偏光または右円偏光を、直線偏光に調節するように構成され、
前記第2の半波長液晶板は、前記第2の4分の1波長板による処理の実行後に得られた直線偏光を、同じ偏光方向を有する直線偏光に調節し、前記光路角度調節装置の表面に入射する直線偏光の偏光方向を前記光路角度調節装置の光軸の方向に一致させることを可能にするように構成され、
前記光路角度調節装置は、該光路角度調節装置の表面に入射する光を、出力のために反射させるように構成され、該反射させられた直線偏光は、前記第2の半波長液晶板、前記第2の4分の1波長板、前記ポリマー偏光格子、前記第1の4分の1波長板、および前記第1の半波長液晶板を順に通過した後に、同じ偏光方向を有する直線偏光になる、ビーム減衰および切り替え装置。
【請求項９】
光ファイバアレイと、ビーム処理サブシステムと、光路伝送サブシステムと、光路切り替えサブシステムとを備える光波長選択スイッチシステムであって、
前記光ファイバアレイは、少なくとも1つの入力ビームを前記ビーム処理サブシステムに送るとともに、該ビーム処理サブシステムによって出力される少なくとも1つの出力ビームを受け取るように構成され、
前記ビーム処理サブシステムは、請求項1から3のいずれか一項に記載のビーム処理装置を備え、該ビーム処理装置を使用することによって前記入力ビームまたは前記出力ビームについて偏光状態の分割および調節を実行して同じ偏光方向を有する直線偏光を得、
前記光路伝送サブシステムは、前記ビーム処理サブシステム内の前記ビーム処理装置による処理の実行後に得られた前記同じ偏光方向を有する直線偏光について、異なる角度に応じた回折および分割をもたらし、次いで該直線偏光を前記光路切り替えサブシステムに伝送するように構成され、
前記光路切り替えサブシステムは、請求項4から8のいずれか一項に記載のビーム減衰および切り替え装置を備え、前記光路伝送サブシステムによって伝送された光の角度を変更して、減衰および光路切り替えの機能を実現するように構成されている、光波長選択スイッチシステム。
【請求項１０】
前記光路伝送サブシステムは、第1の円柱レンズと、透過回折格子と、第2の円柱レンズとを備え、
前記第2の円柱レンズの光軸と前記第1の円柱レンズの光軸とが互いに垂直であり、
前記透過回折格子は、前記第1の円柱レンズと前記第2の円柱レンズとの間に位置し、該透過回折格子と前記第2の円柱レンズとの間の距離が、該透過回折格子と前記第1の円柱レンズとの間の距離よりも小さく、
前記ビーム処理サブシステム内の前記ビーム処理装置ならびに前記光路切り替えサブシステム内の前記ビーム減衰および切り替え装置は、前記第1の円柱レンズおよび前記第2の円柱レンズの焦点の位置に位置し、
前記第1の円柱レンズは、前記ビーム処理サブシステム内の前記ビーム処理装置による処理の実行後に得られた前記同じ偏光方向を有する直線偏光を、該第1の円柱レンズの光軸に垂直な平面内の平行な直線偏光に反射させるように構成され、
前記透過回折格子は、前記第1の円柱レンズによって実行された反射の後に得られた前記平行な直線偏光について、第1の回折を、異なる角度に応じて実行するとともに、前記第2の円柱レンズによって反射させられたビームについて、第2の回折を、異なる角度に応じて実行するように構成され、
前記第2の円柱レンズは、前記透過回折格子による前記第1の回折の実行後に得られたビームを、該第2の円柱レンズの光軸に垂直な平面内の平行な直線偏光に反射させ、該反射後の平行な直線偏光の前記透過回折格子への入射を可能にするように構成されている、請求項9に記載の光波長選択スイッチシステム。
【外国語明細書】
2016103021000001.pdf