(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を、偏光方向が直交する、偏光方向がＳ偏光である第１の光と偏光方向がＰ偏光である第２の光とに分離する第１の複屈折素子と、
前記第１の光および前記第２の光を異なる部位にそれぞれ入力し、前記第１の光をＳ偏光よりＰ偏光に回転させ前記第２の光の偏光をＰ偏光で保持する第１の状態と、前記第１の光をＳ偏光で保持し前記第２の光の偏光をＰ偏光よりＳ偏光に回転させる第２の状態とを切り替え可能な、第１の偏光制御部と、
前記第１の偏光制御部より出力された前記第１の光および前記第２の光を入力し、偏光方向が前記Ｓ偏光である光を反射し、偏光方向が前記Ｐ偏光である光を透過する、偏光分離部と、
前記偏光分離部で反射された前記第１の光および前記第２の光が、再び前記偏光分離部に入射する方向に反射する反射部と、
前記第１の偏光制御部が第２の状態にあるとき、前記反射部から反射された前記第１の光および前記第２の光が、再び前記偏光分離部で反射されて再度前記第１の偏光制御部の前記異なる部位にそれぞれ入力し、前記第１の光がＳ偏光を保持され、前記第２の光の偏光がＳ偏光よりＰ偏光に回転された後に、前記第１の複屈折素子を通じて合成され出力される位置に設けられた第１の出力ポートと、
前記第１の偏光制御部が第１の状態にあるとき、前記偏光分離部を透過した前記第１の光および前記第２の光を異なる部位にそれぞれ入力し、前記第１の光の偏光回転量と前記第２の光の偏光回転量を独立に制御可能である第２の偏光制御部と、
前記第２の偏光制御部より出力された前記第１の光および前記第２の光を入力し、前記第２の偏光制御部が前記第２の光の偏光をＰ偏光よりＳ偏光に回転させ前記第１の光の偏光をＰ偏光で保持する状態であるとき、前記第１の光と前記第２の光を合成し出力する第２の複屈折素子と、
前記第２の複屈折素子により前記第１の光と前記第２の光が合成された光が出力される第２出力ポートと、を備えた光スイッチデバイス。
【請求項２】
請求項１記載の光スイッチデバイスであって、前記第２の偏光制御部の前記第１の光および前記第２の光の偏光回転量を制御することにより、前記第２の出力ポートから出力される前記合成された光の出力強度を制御可能な光スイッチデバイス。
【請求項３】
請求項１記載の光スイッチデバイスであって、前記偏光分離部および前記反射部は、プリズムのそれぞれ第１の面および第２の面に設けられた膜であることを特徴とする光スイッチデバイス。
【請求項４】
入力光を、偏光方向が直交する、偏光方向がＳ偏光である第１の光と偏光方向がＰ偏光である第２の光とに分離する第１の複屈折素子と、
前記第１の光および前記第２の光を異なる部位にそれぞれ入力し、前記第１の光をＳ偏光よりＰ偏光に回転させ前記第２の光の偏光をＰ偏光で保持する第１の状態と、前記第１の光をＳ偏光で保持し前記第２の光の偏光をＰ偏光よりＳ偏光に回転させる第２の状態とを切り替え可能な、第１の偏光制御部と、
前記第１の偏光制御部より出力された前記第１の光および前記第２の光を入力し、偏光方向が前記Ｓ偏光である光を反射し、偏光方向が前記Ｐ偏光である光を透過する、偏光分離部と、
前記偏光分離部で反射された前記第１の光および前記第２の光が、再び前記偏光分離部に入射する方向に反射する反射部と、
前記第１の偏光制御部が第２の状態にあるとき、前記反射部から反射された前記第１の光および前記第２の光が、再び前記偏光分離部で反射されて再度前記第１の偏光制御部の前記異なる部位にそれぞれ入力し、前記第１の光がＳ偏光を保持され、前記第２の光の偏光がＳ偏光よりＰ偏光に回転された後に、前記第１の複屈折素子を通じて合成され出力される位置に設けられた第１の出力ポートと、
前記第１の偏光制御部が第１の状態にあるとき、前記偏光分離部を透過した前記第１の光および前記第２の光のうち、前記第２の光が出力される領域のみに設けられ、前記第２の光のみを入力する二分の一波長板と、
前記二分の一波長板から出力された前記第２の光と前記偏光分離部より出力された前記第１の光を合成し出力する第２の複屈折素子と、
前記第２の複屈折素子により前記第１の光と前記第２の光が合成された光が出力される第２出力ポートと、を備えた光スイッチデバイス。
【請求項５】
請求項４記載の光スイッチデバイスであって、前記偏光分離部および前記反射部は、プリズムのそれぞれ第１の面および第２の面に設けられた膜であることを特徴とする光スイッチデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットトラフィックの増大に伴い光通信容量の増大化が急務である。通信容量の増大策には、ビットレートの増大と波長多重（ＷＤＭ）による増大があり、これらシステムを構成する光デバイスの実現が急がれている。
【０００３】
ＷＤＭ伝送とは多数の波長を一本の光ファイバ中を伝送させる手法であり、個々の波長に情報を載せ容量を増大させる。これらＷＤＭ伝送システムでは、例えばポート切り替えにより冗長構成をとる、ポートを切り換えてモニタする等、必ずと言っていいほど小チャネルの光スイッチが用いられている。
【０００４】
また、光ファイバ中を伝送する場合、個々の波長での伝播損失が異なり、長距離伝送後の光レベルが個々の波長で変わってしまう現象が起きる。伝送路に分岐用デバイスやＥＤＦアンプが用いられた場合はこの現象がより顕著となる。
【０００５】
このため、光伝送する前や受信する前に個々の波長における光レベルを一定にする必要がある。この解決策として、個々の波長のレベルを制御する可変アッテネータデバイスと光スイッチ等を用い、伝信時の光出力や受信時の光出力が一定となるように制御する工夫が行われている。
【０００６】
但し、ＷＤＭ伝送を想定する場合、個々の波長（チャネル）毎に光レベルを設定する為に、チャネル毎に光可変できるアッテネータや光スイッチを設ける必要がある。現状では、個々のデバイスを装置内実装しているのが実情であり、装置の大型化、コストアップとなっている。これらの小型化策として、導波路（ＰＬＣ）を用いた手法などが開発されてきているが、コスト、サイズ面では不十分な構成である。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１１３５８２号公報（図３（ａ））
【特許文献２】特許第３００８９６４号公報
【特許文献３】特開平５−２０４０００号公報
【発明の開示】
【０００８】
本発明は上述する課題を解決する手段の一つとして、小チャネルながら光路切り換えと光出力可変を両立させたデバイスを提案するものである。
【０００９】
本発明の一態様によれば、入力光を、偏光方向が直交する、偏光方向がＳ偏光である第１の光と偏光方向がＰ偏光である第２の光とに分離する第１の複屈折素子と、前記第１の光および前記第２の光を異なる部位にそれぞれ入力し、前記第１の光をＳ偏光よりＰ偏光に回転させ前記第２の光の偏光をＰ偏光で保持する第１の状態と、前記第１の光をＳ偏光で保持し前記第２の光の偏光をＰ偏光よりＳ偏光に回転させる第２の状態とを切り替え可能な、第１の偏光制御部と、前記第１の偏光制御部より出力された前記第１の光および前記第２の光を入力し、偏光方向が前記Ｓ偏光である光を反射し、偏光方向が前記Ｐ偏光である光を透過する、偏光分離部と、前記偏光分離部で反射された前記第１の光および前記第２の光が、再び前記偏光分離部に入射する方向に反射する反射部と、前記第１の偏光制御部が第２の状態にあるとき、前記反射部から反射された前記第１の光および前記第２の光が、再び前記偏光分離部で反射されて再度前記第１の偏光制御部の前記異なる部位にそれぞれ入力し、前記第１の光がＳ偏光を保持され、前記第２の光の偏光がＳ偏光よりＰ偏光に回転された後に、前記第１の複屈折素子を通じて合成され出力される位置に設けられた第１の出力ポートと、前記第１の偏光制御部が第１の状態にあるとき、前記偏光分離部を透過した前記第１の光および前記第２の光を異なる部位にそれぞれ入力し、前記第１の光の偏光回転量と前記第２の光の偏光回転量を独立に制御可能である第２の偏光制御部と、前記第２の偏光制御部より出力された前記第１の光および前記第２の光を入力し、前記第２の偏光制御部が前記第２の光の偏光をＰ偏光よりＳ偏光に回転させ前記第１の光の偏光をＰ偏光で保持する状態であるとき、前記第１の光と前記第２の光を合成し出力する第２の複屈折素子と、前記第２の複屈折素子により前記第１の光と前記第２の光が合成された光が出力される第２出力ポートと、を備えた光スイッチデバイスが提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、入力光を、偏光方向が直交する、偏光方向がＳ偏光である第１の光と偏光方向がＰ偏光である第２の光とに分離する第１の複屈折素子と、前記第１の光および前記第２の光を異なる部位にそれぞれ入力し、前記第１の光をＳ偏光よりＰ偏光に回転させ前記第２の光の偏光をＰ偏光で保持する第１の状態と、前記第１の光をＳ偏光で保持し前記第２の光の偏光をＰ偏光よりＳ偏光に回転させる第２の状態とを切り替え可能な、第１の偏光制御部と、前記第１の偏光制御部より出力された前記第１の光および前記第２の光を入力し、偏光方向が前記Ｓ偏光である光を反射し、偏光方向が前記Ｐ偏光である光を透過する、偏光分離部と、前記偏光分離部で反射された前記第１の光および前記第２の光が、再び前記偏光分離部に入射する方向に反射する反射部と、前記第１の偏光制御部が第２の状態にあるとき、前記反射部から反射された前記第１の光および前記第２の光が、再び前記偏光分離部で反射されて再度前記第１の偏光制御部の前記異なる部位にそれぞれ入力し、前記第１の光がＳ偏光を保持され、前記第２の光の偏光がＳ偏光よりＰ偏光に回転された後に、前記第１の複屈折素子を通じて合成され出力される位置に設けられた第１の出力ポートと、前記第１の偏光制御部が第１の状態にあるとき、前記偏光分離部を透過した前記第１の光および前記第２の光のうち、前記第２の光が出力される領域のみに設けられ、前記第２の光のみを入力する二分の一波長板と、前記二分の一波長板から出力された前記第２の光と前記偏光分離部より出力された前記第１の光を合成し出力する第２の複屈折素子と、前記第２の複屈折素子により前記第１の光と前記第２の光が合成された光が出力される第２出力ポートと、を備えた光スイッチデバイスが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る光出力可変スイッチデバイスを図１（側面図）および図２（平面図）に示す。本デバイスは、光ファイバ１０，１２，１４、複屈折結晶板１６，１８、レンズ２０，２２，２４、液晶２６，２８、偏波分離膜３０と反射膜３２を施したプリズム３４にて構成されており非常に小型なデバイス構成を実現している。３６，３８は光ファイバの心線を保持するファイバブロック、４０はプリズム３４と同サイズのガラスなどの透明媒体である。全体構成としては、２本のファイバ１０，１２の一方を入力として、もう一方をＯＵＴ１、透過方向の反対側ポートをＯＵＴ２とする１×２スイッチとなっている。液晶２６の電圧制御により、ＯＵＴ１またはＯＵＴ２のポートが選択でき、更に、ＯＵＴ２については液晶２８の電圧制御により光出力可変も可能である。
【００１２】
基本的な原理を以下に説明する。２芯ファイバの片側１０より入射した光はレンズ２０を介して複屈折結晶板１６に入射する。複屈折結晶板１６に入射した光は常光（Ｐ偏光）と異常光（Ｓ偏光）に分離され結晶内部を進行する。ここで、複屈折結晶１６の出口にＰ偏光軸とＳ偏光軸の各々に対応する電極を持つ液晶２６を構成する。更に、液晶素子２６の後部に偏波分離膜３０と全反射膜３２を施したキューブ状のプリズム３４（図３参照）を配置し、液晶２６のＯＮ，ＯＦＦにより反射および透過を選択できる構成としている。ここで、偏波分離膜３０の特性は図４で示す特性を持ち、反射膜３２は通常の全反射する膜特性である。入力光は複屈折結晶板１６により常光（Ｐ偏光）、異常光（Ｓ偏光）に分かれ、複屈折板１６を抜けた直後に液晶素子２６へ入射する。液晶素子２６で偏波方向を制御された光は偏波分離膜３０に入射し、Ｓ偏光であれば上部方向に反射され、上部に構成されている全反射膜３２により折り返され元の光軸へ戻る事となる。Ｐ偏光であれば偏波分離膜３０を透過する。ここで、液晶素子２６の、Ｐ偏光に対応する電極の電圧をＯＮ／ＯＦＦすることにより複屈折結晶板１６からの常光（Ｐ偏光）の偏波方向を９０°回転させたりそのまま通過させたりすることで、偏波分離膜３０の反射、透過を選択する事が出来る。更に、プリズム３４の先に液晶素子２８を設け、次の複屈折結晶板１８に入射する偏波方向を制御する事によりＯＵＴ２方向への出力が可能となる。一方、異常光（Ｓ偏光）についても同様で、液晶素子２６の、Ｓ偏光に対応する電極のＯＮ／ＯＦＦ制御により偏波分離膜３０に入射する光を変化させることにより、透過および反射を選択し、透過の場合にはプリズム後部に設けられた液晶２８によりＯＵＴ２ポートへの出力が可能となる。
【００１３】
具体的には、出力先としてＯＵＴ１を選択するときは、図５（平面図）および図６（側面図）に模式的に示すように、液晶２６において、複屈折結晶１６からのＰ偏光（実線）の偏光軸に対応する電極（Ａ電極）をＯＮに、Ｓ偏光（破線）の偏光軸に対応する電極（Ｂ電極）をＯＦＦにする。これにより、複屈折結晶１６からのＰ偏光が液晶を抜けた時点でＳ偏光に変わってすべてがＳ偏光となり、偏光分離膜３０で反射される。偏光分離膜３０で反射されたＳ偏光は全反射膜３２で反射され、偏光分離膜３０で再度反射されて再度液晶２６へ入射する。液晶２６において、Ａ電極部では偏光分離膜３０により反射し戻ってきたＳ偏光（複屈折結晶１６からのＰ偏光がＳ偏光に変換されたもの）が液晶２６を抜けた時点でＰ偏光に変わり、もう一方のＳ偏光（複屈折結晶１６からのＳ偏光）は、Ｂ電極（ＯＦＦ状態）に入射しＳ偏光のまま複屈折結晶１６に入射し合成されてＯＵＴ１から出力される。
【００１４】
出力先としてＯＵＴ２を選択するときは、図７（平面図）および図８（側面図）に模式的に示すように、上記とは逆に、Ａ電極をＯＦＦにＢ電極をＯＮにする。これにより、Ｓ偏光がＰ偏光に変わるので、偏光分離膜３０を透過する。液晶２８のＡ電極をＯＮにＢ電極をＯＦＦにすることにより、透過したＰ偏光の一部（複屈折結晶１６からのＰ偏光）がＳ偏光に変わり、複屈折結晶１８で残りのＰ偏光（複屈折結晶１６からのＳ偏光がＰ偏光に変換されたもの）と合成されＯＵＴ２から出力される。
【００１５】
ここで、液晶素子２８に加える電圧を微小制御することによりＯＵＴ２に出力される光出力を可変することが出来る。具体的には、液晶２８の後方に設けられている複屈折結晶板を介してＯＵＴ２ポートへ結合できる光成分とは異なる光成分を持つようにする事により、それがＯＵＴ２ポートへ結合できずロスとなる。すなわち、液晶素子２８の電圧の微小制御により細かな光出力可変が実現できる（図９参照）。
以上により、小型で且つ安価な光出力可変スイッチデバイスを実現する事ができる。
【００１６】
光ファイバ１０，１２としては、例えば２芯のファイバアセンブリもしくは、１芯ファイバアセンブリを二つ並べたものを用い、光ファイバ１０，１２の間隔は例えば約３００μｍとする。レンズ２０，２２，２４はコリメートレンズとし、光ファイバ１０から入射し膜３０，３２で反射された光が光ファイバ１２へ入射するように折り返し反射光学系を構成すべくレンズ中心より外周に外れた位置に光軸を構成する。反射型光軸の折り返し点としては、図１，２に示すように、プリズム３４の後部（液晶板２８との界面）とする。複屈折結晶板１６としては例えばルチル（１mm□×３mm長、分離ピッチ：３００μｍ）を用い、レンズ２０および液晶２６との固定は光学系接着剤により行う。各部品をベースとなる部材上に光学系が確立できる様に構成してもよい。液晶素子２６には例えば約２５０μｍ角の電極がＰ偏光ポートおよびＳ偏光ポートに各々形成されている。偏波分離膜３０と全反射膜３２を施したプリズム３４は例えば石英もしくはガラスで構成し、各々の膜は誘電体多層膜もしくは金属膜にて形成する。プリズムサイズは２mm角程度とする。ＯＵＴ２ポートの側に構成する液晶２８は前述した液晶２６と同様のものでよく、その後部に構成する複屈折結晶板１８も前述したルチル（１mm角×３mm長、分離ピッチ：３００μｍ）を用いる。ＯＵＴファイバ１４は１芯のものとしレンズ２４も一つである。例えば、レンズとファイバが一体のものを用いても良い。
【００１７】
これら各エレメントは光学系接着剤により固定し、全体をプリモールドパッケージ内に収納固定する。これにより、約幅５mm×長さ２０mm×高さ３mmの光出力可変が可能な光スイッチ（１×２）を構成する事ができる。
【００１８】
光出力可変後の光レベルをモニタするレベルモニタを設けることもできる。レベルモニタにはＰＤ（フォトダイオード）素子を用い、本デバイスの外部に出力されるＰＤ電流を使用したフィードバック回路により液晶へ印加する電圧を制御する。図１０に示すように、モニタ手法としては、ＯＵＴ２ポート前にカプラ膜５０を構成し、ＰＤ素子５２へ光を導く。ここで用いるＰＤ素子５２には、デバイス全体をコンパクトにすべく裏面入射ＰＤを用い、カプラ膜５０の下部において光学系接着剤によりカプラープリズムに直接接着固定する。図１０にはさらに、ＯＵＴ１側の光レベルをモニタするためのカプラ膜５４およびＰＤ素子５６が示されている。
【００１９】
ＯＵＴ２の光出力を可変としない場合には液晶２８の代わりに二分の一波長板をＡポートに対応する領域のみに設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の光スイッチデバイスの一実施形態の側面図である。
【図２】図１のデバイスの平面図である。
【図３】プリズム３４の図である。
【図４】偏波分離膜３０の特性を示すグラフである。
【図５】出力光としてＯＵＴ１を選択したときの光の経路を模式的に示す平面図である。
【図６】図５の側面図である。
【図７】出力光としてＯＵＴ２を選択したときの光の経路を模式的に示す平面図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】液晶素子２８の電圧制御による光出力可変を説明するグラフである。
【図１０】レベルモニタ機能を備えた光スイッチデバイスの側面図である。
【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】
0004282606.tif 000010
【図１０】
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