(57)【要約】  規定された単一偏光方向に入力ビームを変換する偏波ダイバーシティと、それに続く、画素化スイッチングデバイス上で個々の波長チャネルを広げる波長分散を使用する偏光依存性スイッチ。これは、その設定が印加電子信号によって制御されうる偏光回転要素であってよい。これは、偏光方向を無変化のままにしてもよく、または、これは、偏光方向が偏波ダイバーシティコンポーネントを出る入力ビームの偏光に本質的に直交するように偏光方向を回転させてもよい。ビームは、その後、複屈折ウェッジ要素に進み、複屈折ウェッジ要素は、２つの直交偏光を有する光を、異なる程度に屈折させ、したがって、ビームの各波長成分が通過した偏光回転要素に印加される制御信号に従ってビームを分離する。ビームは、その後、制御信号設定に従って異なるポートに誘導されてもよい。２×１スイッチ構成が示される。【選択図】図８Ｃ
2012530930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長選択スイッチであって、
第１の光学ポートと、
前記第１の光学ポートを通して入力される光に所定の偏光方向を与える偏光変換要素と、
前記偏光変換要素に光学的に連通状態にある波長分散要素であって、それにより、前記第１の光学ポートから受信される光の波長成分が分散平面内で分散する、波長分散要素と、
前記分散光を受信するために光学的に結合され、前記分散平面内で全体的に配向された画素を有し、前記画素に印加される制御信号に従って各ピクセルを通過する光の偏光を回転させるようになっている画素化偏光回転要素であって、それにより、前記分散光の波長成分の偏光が、前記波長成分が通過する画素に印加される前記制御信号に従って回転する、画素化偏光回転要素と、
前記偏光回転要素からの光に光学的に連通状態にあり、前記偏光回転要素の画素を横切る光が、前記受信光の偏光に従って第１または第２の方向に反射されるように配設され方向付けられる反射複屈折要素とを備え、
前記要素は、前記反射複屈折要素からの光が前記偏光変換要素に再入するようにさらに方向付けられ、それにより、光が元の偏光に再構成される波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記光は、前記画素に印加される制御信号が前記光学ビームの偏光の変化を全く生成しないようなものであるとき、第１の方向に、また、前記画素に印加される制御信号が前記光学ビームの偏光についての本質的に９０°の回転を生成するようなものであるとき、第２の方向に反射される請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記第１の方向は第２の光学ポートに通じ、前記第２の方向は第３の光学ポートに通じ、それにより、前記第１の光学ポートは、前記制御信号に従って前記第２および第３のポートのいずれかに光学的に接続される請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記反射複屈折要素は、前記方向のうちの１つの方向に反射された前記光が、前記第１の光学ポートから光学経路に関して共線的に戻るように配向し、スイッチは、前記第１の光学ポートの方向から入射する光から、前記１つの方向に反射された光を分離するサーキュレータをさらに備える請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記第２の方向の光学経路内に配設されたアイソレータをさらに備え、前記アイソレータは、前記第２の方向に誘導される光が前記第２の方向に配設される光学ポートに入ることができないように配向される請求項４に記載の波長選択スイッチ。
【請求項６】
前記画素化偏光要素は画素化液晶セルである請求項１から５のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項７】
前記制御信号は、前記液晶セルの画素にわたって電極に印加される電圧である請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項８】
前記反射複屈折要素はウェッジの形態であり、それにより、前記方向は、角度的に識別される方向である請求項１から７のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項９】
前記反射複屈折要素はブロックの形態であり、それにより、前記方向は、横方向に識別される方向である請求項１から８のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１０】
前記第１のポートに入力される光を前記第２および第３のポートのいずれかに誘導する請求項３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１１】
前記第２および第３のポートのいずれかに入力される光を前記第１のポートに誘導する請求項３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１２】
画素化位相変更要素をさらに備え、前記画素化位相変更要素は、前記画素を横切る光にわたって位相を空間的に変えることによって前記偏光回転要素の画素を通過する光の透過を制御し、それにより、出力ポート内に結合する光の能力を制御する請求項１から１１のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１３】
前記光のビームのモード構造は、前記位相変更要素の画素に印加される電圧によって低下する請求項１２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１４】
前記画素化位相変更要素は、櫛状電極構造を備え、前記櫛状電極構造は、前記画素化位相要素の前記画素にわたって空間的に波状の電界を印加し、それにより、前記櫛状電極構造を通過する光の位相は、相応して空間的に交互の変化を受ける請求項１２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１５】
前記光のビームのモード構造の前記低下は、出力ポートファイバ内に結合する能力を制御する請求項１３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１６】
偏光モード減衰器であって、偏光モード減衰器を通過する光の透過を制御する、偏光モード減衰器をさらに備え、前記偏光モード減衰器は、
画素化複屈折偏光回転要素であって、画素化複屈折偏光回転要素の画素を通過する光の偏光方向を、前記画素にわたって印加される電界に従って回転させる、画素化複屈折偏光回転要素と、
シリアル直線偏光器とを備え、
前記偏光モード減衰器の画素を通過する光の減衰は、前記複屈折偏光回転要素を横切る光の偏光が前記直線偏光器の偏光方向に平行である程度に依存する請求項１から１５のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１７】
要素の前記配置構成は前記スイッチ偏光を非依存性にする請求項１から１６のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１８】
波長選択スイッチであって、
第１の光学ポートと、
前記第１の光学ポートに光学的に連通状態にある波長分散要素であって、それにより、前記第１の光学ポートから受信される光の波長成分が分散する、波長分散要素と、
前記分散した波長成分を受信するために全体的に配向した画素を有し、前記画素に印加される制御信号に応答して各ピクセルを通過する光の偏光を回転させるようになっている画素化偏光回転要素であって、それにより、前記分散光の波長成分の偏光が、前記波長成分が通過する画素に印加される前記制御信号に従って回転する、画素化偏光回転要素と、
前記偏光回転要素の画素を横切る光が、前記画素に印加される前記制御信号によって決定される前記光の偏光に従って第１または第２の方向に誘導されるように配設され方向付けられる複屈折要素とを備える波長分散要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その動作が波長依存性である、特に構成可能な光学アドドロップマルチプレクサ（ａｄｄ‐ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）（ＲＯＡＤＭ）用途で使用するための高速光学スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルまたはアナログ情報を搬送する光学キャリアとして光学波長を使用することが光通信分野で知られている。同様に、情報の１つのセットまたはチャネルを別のセットまたはチャネルから識別するために、異なる波長が使用されてもよい。複数の波長が、単一ファイバ上で結合されるかまたは多重化されるとき、これは波長分割多重（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）（ＷＤＭ）と呼ばれる。こうしたＷＤＭは、システムの全体の帯域幅を増加させる。
【０００３】
光学信号の波長に従って、１つのファイバに沿って通過する光学情報のパケットを、いくつかの他のファイバのうちの任意のファイバに切換える必要性が、こうしたシステムに存在する。こうしたスイッチは、光学ルータとして知られている。いくつかの波長依存性スイッチおよびルータが従来技術に存在する。全てが、それぞれその全体を参照により組込まれる同時係合中の米国特許出願第１０／４９２，４８４号、第１０／５８０，８３２号、第１１／９１１，０４７号、および第１２／０６６，２４９号において、種々の波長選択スイッチおよびルータが存在し、入力される光学信号は、２つの好ましくは垂直の平面に偏光分割され、偏光成分の一方は、偏光成分が共に１方向に配向するように回転され、それに続いて、空間波長分散が起こる。偏波ダイバーシティは、偏光ビームスプリッタまたは複屈折ウォークオフ結晶によって実施されてもよく、また、波長分散は、回折格子によって実施されてもよい。各画素が別個の波長チャネル上で動作するように、波長分散方向に沿って画素化された液晶偏光変調器などの偏光回転デバイスは、画素に印加される制御電圧に従って、各画素を通過する光信号の偏光を回転するように動作する。偏光変調信号は、その後、同様の分散および偏光結合コンポーネントによって、入力信号をそれぞれ分散させ分割するために使用されたコンポーネントに波長再結合され、偏光再結合される。出力偏光再結合器において、得られる出力信号が誘導される方向は、特定の波長チャネルの偏光が、偏光変調器画素によって回転したか否かによって決定される。
【０００４】
本節および本仕様書の他の節で述べられる出版物のそれぞれの開示は、それぞれその全体が参照により組込まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、光通信および情報伝送システムにおけるチャネルルーティングまたは遮断用途のために使用されてもよいような、新しい光ファイバ波長選択スイッチ構造を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
デバイスは、２×１スイッチとして設計され、スイッチングのために液晶素子を使用する。マルチプレクサおよびデマルチプレクサの付加は、こうした基本的な２×１構造が、いくつかのポートから／へのアドおよびドロップ機能を有する、構成可能な光学アドドロップマルチプレクサ（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｄｄ−ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）（ＲＯＡＤＭ）のコアとして有利には使用されることを可能にする。スイッチは、最小限のコンポーネントを使用し、したがって、こうしたシステムにおける大規模使用のために経済的に構築されうる。スイッチ構造はまた、デバイスを通る伝達経路の任意の経路用の可変光学減衰器として、位相モードまたは偏光モードＬＣ減衰器セルを組込みうる。本出願で述べるスイッチ構造は２×１構造に関するが、光学的相反原理（ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）によれば、述べるスイッチは１×２スイッチとしても同様に動作しうることが理解される。
【０００７】
スイッチは、規定された単一偏光方向に入力ビームを変換する偏波ダイバーシティと、それに続く、画素化スイッチングデバイス上で個々の波長チャネルを広げる波長分散を使用する。これは、その設定が印加される電子信号によって制御されうる偏光回転要素であってよい。これは、偏光方向を無変化のままにしてもよく、または、これは、偏光方向が偏波ダイバーシティコンポーネントを出る入力ビームの偏光に本質的に直交するように偏光方向を回転させてもよい。ビームは、その後、複屈折ウェッジ要素に進み、複屈折ウェッジ要素は、２つの直交偏光を有する光を、異なる程度に屈折させ、したがって、ビームの各波長成分が通過した偏光回転要素に印加される制御信号に従ってビームを分離する。ビームは、その後、制御信号設定に従って異なるポートに誘導されてもよい。
【０００８】
ビームは、画素化位相変更（ｃｈａｎｇｉｎｇ）要素を通して誘導されることができ、画素化位相変更要素は、画素の前後でビームのモード構造に影響を及ぼすことによってビームの各成分の透過を制御し、それにより、出力ファイバ内に容易に結合するビームの能力を制御する。
【０００９】
こうして、本開示で述べるデバイスの例示的な実施態様に従って、波長選択スイッチが提供され、波長選択スイッチは、
（ｉ）第１の光学ポートと、
（ｉｉ）第１の光学ポートを通して入力される光に所定の偏光方向を与える偏光変換要素と、
（ｉｉｉ）偏光変換要素に光学的に連通状態にある波長分散要素であって、それにより、第１の光学ポートから受信される光の波長成分が分散平面内で分散する、波長分散要素と、
（ｉｖ）分散光を受信するために光学的に結合され、分散平面内で全体的に配向された画素を有し、画素に印加される制御信号に従って各ピクセルを通過する光の偏光を回転させるようになっている画素化偏光回転要素であって、それにより、分散光の波長成分の偏光が、波長成分が通過する画素に印加される制御信号に従って回転する、画素化偏光回転要素と、
（ｖ）偏光回転要素からの光に光学的に連通状態にあり、偏光回転要素の画素を横切る光が、受信光の偏光に従って第１または第２の方向に反射されるように配設され方向付けられる反射複屈折要素とを備え、
要素は、反射複屈折要素からの光が偏光変換要素に再入するようにさらに方向付けられ、それにより、光が元の偏光に再構成される。
【００１０】
こうしたスイッチでは、光は、画素に印加される制御信号が光学ビームの偏光の変化を全く生成しないようなものであるとき、第１の方向に、また、光学ビームの偏光についての本質的に９０°の回転を生成するようなものであるとき、第２の方向に反射されてもよい。この配置構成では、第１の方向は第２の光学ポートに通じてもよく、第２の方向は第３の光学ポートに通じてもよく、それにより、第１の光学ポートは、制御信号に従って第２および第３のポートのいずれかに光学的に接続される。
【００１１】
他の実施態様は、上述したスイッチをさらに含んでもよく、スイッチにおいて、反射複屈折要素は、方向のうちの１つの方向に反射された光が、第１の光学ポートから光学経路に関して共線的に戻るように配向し、スイッチは、第１の光学ポートの方向から入射する光から、１つの方向に反射された光を分離するサーキュレータをさらに備える。こうした実施態様では、スイッチは、第２の方向の光学経路内に配設されたアイソレータをさらに備えるべきであり、アイソレータは、第２の方向に誘導される光が第２の方向に配設される光学ポートに入ることができないように配向される。
【００１２】
上述した実施態様の任意の実施態様では、画素化偏光要素は画素化液晶セルであってよく、その場合、制御信号は、液晶セルの画素にわたって電極に印加される電圧であってよい。
【００１３】
さらなる実施態様は、先に述べた設計のうちの任意の設計による波長選択スイッチを含んでもよく、スイッチにおいて、反射複屈折要素は、ウェッジの形態であり、それにより、方向は角度的に識別される方向であり、または、ブロックの形態であり、それにより、方向は横方向に識別される方向である。
【００１４】
さらに、任意のこうしたスイッチは、第１のポートに入力される光を第２および第３のポートのいずれかに誘導するか、または、第２および第３のポートのいずれかに入力される光を第１のポートに誘導するようなものであってよい。
【００１５】
さらに、上述したスイッチの任意のスイッチの代替の実施態様は、画素化位相変更要素をさらに備えてもよく、画素化位相変更要素は、画素を横切る光にわたって位相を空間的に変える(vary)ことによって偏光回転要素の画素を通過する光の透過を制御し、それにより、出力ポート内に結合する光の能力を制御する。こうしたスイッチでは、光のビームのモード構造は、位相変更要素の画素に印加される電圧によって低下する。画素化位相変更要素は、櫛状電極構造を備えてもよく、櫛状電極構造は、画素化位相要素の画素にわたって空間的に波状の電界を印加し、それにより、櫛状電極構造を通過する光の位相は、相応して空間的に交互の変化を受ける。いずれにしても、光のビームのモード構造の低下は、出力ポートファイバ内に結合する光の能力を制御する。
【００１６】
述べる波長選択スイッチのうちの任意のスイッチは、偏光モード減衰器であって、偏光モード減衰器を通過する光の透過を制御する、偏光モード減衰器をさらに備えてもよく、減衰器は、
（ｉ）画素化複屈折偏光回転要素であって、画素化複屈折偏光回転要素の画素を通過する光の偏光方向を、画素にわたって印加される電界に従って回転させる、画素化複屈折偏光回転要素と、
（ｉｉ）シリアル直線偏光器とを備え、
それにより、偏光モード減衰器の画素を通過する光の減衰は、複屈折偏光回転要素を横切る光の偏光が直線偏光器の偏光方向に平行である程度に依存する。
【００１７】
最後に、さらなる例示的な実施態様は、（ｉ）第１の光学ポートと、（ｉｉ）第１の光学ポートに光学的に連通状態にある波長分散要素であって、それにより、第１の光学ポートから受信される光の波長成分が分散する、波長分散要素と、（ｉｉｉ）分散した波長成分を受信するために全体的に配向した画素を有し、画素に印加される制御信号に応答して各ピクセルを通過する光の偏光を回転させるようになっている画素化偏光回転要素であって、それにより、分散光の波長成分の偏光が、波長成分が通過する画素に印加される制御信号に従って回転する、画素化偏光回転要素と、（ｉｖ）偏光回転要素の画素を横切る光が、画素に印加される制御信号によって決定される光の偏光に従って第１または第２の方向に誘導されるように配設され方向付けられる複屈折要素とを備えてもよい。
【００１８】
本発明は、図面に関連して考えられる、以下の詳細な説明からより完全に理解され認識される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の第１の好ましい実施形態による２×１ＷＳＳを使用した固定アド／ドロップＲＯＡＤＭの機能の略ブロック図である。
【図１Ｂ】より詳細に構成部品を示す、図１Ａで使用される反射波長選択ルータの略図である。
【図２Ａ】複屈折結晶ウェッジと直列接続されたＬＣセルを使用して、ビーム偏向を生成する方法を概略的に示す図である。
【図２Ｂ】複屈折結晶ウェッジと直列接続されたＬＣセルを使用して、ビーム偏向を生成する方法を概略的に示す図である。
【図２Ｃ】複屈折結晶ウェッジと直列接続されたＬＣセルを使用して、ビーム偏向を生成する方法を概略的に示す図である。
【図３Ａ】複屈折結晶ブロックと直列接続されたＬＣセルを使用して、ビーム偏移を生成する方法を概略的に示す図である。
【図３Ｂ】複屈折結晶ブロックと直列接続されたＬＣセルを使用して、ビーム偏移を生成する方法を概略的に示す図である。
【図３Ｃ】複屈折結晶ブロックと直列接続されたＬＣセルを使用して、ビーム偏移を生成する方法を概略的に示す図である。
【図４】図２〜３の実施形態について必要とされる偏光スイッチングを実施するようにＬＣセルを構築する方法を概略的に示す図である。
【図５】図２〜３の実施形態について必要とされるビーム減衰を実施するようにＬＣセルを構築する方法を概略的に示す図である。
【図６Ａ】図５の実施形態の単一セグメントの透過に関してＬＣセルをＯＮまたはＯＦＦに切換える作用を示す図である。
【図６Ｂ】図５の実施形態の単一セグメントの透過に関してＬＣセルをＯＮまたはＯＦＦに切換える作用を示す図である。
【図６Ｃ】図５の実施形態の単一セグメントの透過に関してＬＣセルをＯＮまたはＯＦＦに切換える作用を示す図である。
【図７Ａ】種々の反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図７Ｂ】種々の反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図７Ｃ】種々の反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図７Ｄ】種々の反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図７Ｅ】種々の反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図８Ａ】４つの代替の透過オプションについて、ビームがスイッチ組立体を横切るときのビームの偏光変化を示す、図７Ｅの円形構成のより詳細な図である。
【図８Ｂ】４つの代替の透過オプションについて、ビームがスイッチ組立体を横切るときのビームの偏光変化を示す、図７Ｅの円形構成のより詳細な図である。
【図８Ｃ】４つの代替の透過オプションについて、ビームがスイッチ組立体を横切るときのビームの偏光変化を示す、図７Ｅの円形構成のより詳細な図である。
【図８Ｄ】４つの代替の透過オプションについて、ビームがスイッチ組立体を横切るときのビームの偏光変化を示す、図７Ｅの円形構成のより詳細な図である。
【図８Ｅ】図８Ａ〜８Ｄに示す４つの代替のスイッチ位置についての透過経路を示す真理値表である。
【図９Ａ】位相減衰が組込まれた反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図９Ｂ】位相減衰が組込まれた反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図９Ｃ】位相減衰が組込まれた反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図１０Ａ】偏光減衰が組込まれた反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図１０Ｂ】偏光減衰が組込まれた反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図１０Ｃ】偏光減衰が組込まれた反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図１０Ｄ】偏光減衰が組込まれた反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【図１０Ｅ】偏光減衰が組込まれた反射偏光モードスイッチング実施形態を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで図１Ａに対して参照が行われ、図１Ａは、本開示のデバイスの第１の例示的な実施態様による２×１ＷＳＳを使用した固定アド／ドロップＲＯＡＤＭの機能のブロック図を概略的に示す。ＲＯＡＤＭは、その入力ポート１０にて、波長λ１、λ２、λ３、・・・からなる多波長光を入力し、ローカルドロップポート１１にて所定の波長を分岐させ（ｄｒｏｐ）るかまたはローカルアドポート１２にて所定の波長を挿入し（ａｄｄ）、得られる光信号を出力ポート１３に出力するように設計される。デバイスのコアは、２×１スイッチングルータとして動作する光学切換え式波長選択スイッチ１５である。図１に示す実施形態では、ＷＳＳは、波長λ３についてスルーパスを有し、一方、他の波長λ１、λ２を高い消滅率で阻止する。さらに、パス経路の全ては、スルーパスであれ、アドパスであれ、異なるチャネルから生じる異なる信号強度を補償するために、可変減衰能力を有するべきである。
【００２１】
ここで図１Ｂに対して参照が行われ、図１Ｂは、より詳細に構成部品を示す、図１Ａで使用されうる反射性波長選択スイッチの略平面図である。図１Ｂは、スイッチの単一チャネル経路の平面レイアウトを示す。各ポートの入力（または出力）ビームは、ファイバインタフェースブロックにおいて入力され（または、出力され）、ファイバインタフェースブロックは、好ましくは、１ポートについてのファイバコリメータ２９、それに続いて、好ましくはその出力面の一部上に１／２波長板１９を有するＹＶＯ４結晶などの複屈折ウォークオフ結晶２１を備える。そのため、各チャネルの出力は、ビーム出力のそれぞれに関して垂直線で示されるのと同じ偏光方向を有し、図１Ｂに示す例では図面の平面である所定の平面内に配設されるビーム対を備える。この偏光分解および変換後に、これらのビームは、有利には、アナモルフィックプリズム対２３によって、図１Ｂに示す好ましい例で、その同じ所定の平面内で横方向拡張を受ける可能性がある。これらの横方向に拡張したビームは、やはり同じ所定の平面内で波長分散のために格子２４に渡される。分散波長成分は、その後、ビーム切換えおよび操向モジュール２６上に収束するためにレンズ２５に送られ、ビーム切換えおよび操向モジュール２６は、画素化偏光回転要素２７および反射要素として図１Ｂに示されるビーム操向デバイス２８を備え、切換えられかつ操向された各ビームを反射し、スイッチを後ろにたどって、複屈折結晶の出力位置まで、また、そこから、再結合後に各出力コリメータポートまで戻すように動作する。この操向は、図面の平面に垂直な方向に、また、１つの好ましい実施形態に従って実施される。ビーム操向デバイスは、ミラーのＭＥＭＳアレイであってよい。
【００２２】
類似の透過型実施形態が、同様に実施されることができ、その場合、反射要素２８は、透過操向要素の実施形態によって置換えられ、透過ビームの出力に対処するために、上述したデバイスの入力要素がビーム操向デバイスの右側に繰返される。
【００２３】
ＷＳＳは、入って来る信号を切換えるために、偏光依存性ビーム偏向によって動作する。ここで図２Ａ〜２Ｃに対して参照が行われ、図２Ａ〜２Ｃは、これを達成する第１の有利な方法を概略的に示す。図面は、デバイスの波長分散方向に沿って配設された画素の単一画素エレメントの切換え機能を示す。このスイッチング要素に先行して、ファイバコリメータから出る各入力ビームは、全て図１Ｂで既に示されている、スイッチ、使用される場合、ビームエキスパンダ、および波長分散要素を透過するために、同じ規定の偏光方向を有する密に配設されたビーム対に変換されることが理解される。
【００２４】
図２Ａ〜２Ｃのスイッチング組立体は、複屈折結晶ウェッジ２２に直列接続された液晶（ＬＣ）セル２０を備える。ＬＣセルは、ＬＣセル電極に印加される電圧に従って、通過する光の偏光方向を変更し、複屈折結晶ウェッジは、入射光の偏光に従ってビームを偏向させる。こうして、ビームは、ビームが通過するＬＣ画素に印加される電圧に従って誘導されうる。図２Ａ〜２Ｃに示す例示的なデバイスでは、入射光は、図面の平面に垂直な偏光を有する。図２Ａでは、セルをＯＮに完全に活性化するためにＬＣ電圧が印加された状態で、横切る光の偏光方向の変化が存在せず、ビームは、偏移なしでウェッジを通過する。図２Ｂでは、ＬＣはターンＯＦＦされ、偏光は、図面の平面内になるように、本質的に９０°を通して回転し、したがって、図示するように、ウェッジの複屈折によって検出される。図２Ｃでは、４５°だけ偏光を回転させる中間電圧が、ＬＣ画素に印加され、したがって、円偏光が生成され、それにより、この円偏光の各垂直成分は、その成分の偏光に応じた方向にウェッジによって誘導される。２つの成分が自由空間内で分岐するため、スイッチの信号処理チェーン内の次の光学コンポーネントは、各成分が別々に処理されうるのに十分なコンポーネントの空間的分離を角度偏移が提供するようなウェッジからの距離に配置されうる。この実施態様は、ウェッジが薄く、したがって、材料コストを節約するという利点を有する。
【００２５】
ここで図３Ａ〜３Ｃに対して参照が行われ、図３Ａ〜３Ｃは、その偏光に従ってビームを偏向する別の例示的な方法を概略的に示す。この実施形態は、ウェッジ２２の代わりに、複屈折結晶３２のブロックが使用されることを除いて、切換え用の入力ＬＣセル３０を有する図２Ａ〜２Ｃの実施形態と同様である。これは、ビームが、平行のままであるように、角度的に偏向されるのではなく、横方向に変位されるという利点を有する。しかし、これは、２つの偏光成分の十分な空間分離を提供するために、図２Ａ〜２Ｃのウェッジの実施形態より長い材料のブロックを必要とするという欠点を有する。図３Ａ〜３Ｃに示す３つの状態の構成は、図２Ａ〜２Ｃの構成と同等である。
【００２６】
ここでその３つの部分において図４に対して参照が行われ、３つの部分は共に、図２Ａ〜２Ｃまたは図３Ａ〜３Ｃに示す偏光スイッチングを実施するために使用されるＬＣスイッチングセル２０または３０を構築する方法を概略的に示す。セルは、（図面には示されないが、デバイスの一部分であると理解される分散要素によって生成される）異なる波長が、図４の右手側に示すように、ＬＣセルの異なる画素上に落ちるように、ＷＳＳの分散方向λに沿って画素化されるべきである。図４に示す例示的なセルは、ＣＯＭで示す共通背面電極４０を有し、一方、ＳＥＧで示す前面電極は、各波長チャネルが別々に切換えられうるように、図４の左手側に示すように、波長分散方向に沿って画素またはセグメント４１に分割される。ＬＣ材料は、これら２つの電極間に存在する。ＬＣのラビング軸は、入力偏光方向に対して４５°に配向しているのが示され、それにより、特定のセグメントの電極間に活性化電圧を印加しない場合、入力偏光は９０°だけ回転することになり、一方、活性化電圧の印加は、偏光を、影響を受けないままにすることになる。図２Ａ〜２Ｃおよび３Ａ〜３Ｃのスイッチング組立体の実施形態のいずれかによれば、ビームは、こうして、その特定の波長の画素またはセグメントに電圧が印加されるか否かに従って、デバイスの出力ポートのいずれかの方向に誘導されることになる。
【００２７】
ここで全てのその部分において図５に対して参照が行われ、図５は、前の図面で示した偏光モードスイッチングではなく、位相モード操作の使用によって、各波長チャネルの入力ビームを減衰させる方法を実施するＬＣセルの構造を概略的に示す。この実施形態の共通電極５０は、櫛の形態で多数の別個のストリップで構築される。ＳＥＧで示す前面電極は、各波長チャネルが別々に切換えられうるように、図５の左手側に示すように、波長分散方向に沿って画素またはセグメント５１に分割される。ＬＣ材料は、これら２つの電極間に存在する。ＣＯＭ電極が櫛構造であるため、各セグメント５１の高さは、多数の別個の部分に分割され、これらの部分の一部は、共通電極の電界の影響下にあり、一部は電界の影響下にない。結果として、ＣＯＭ電極とＳＥＧ電極との間に電圧を印加すると、各画素の高さの異なる部分が、画素の厚さにわたって異なる印加電界を受ける。この実施態様の場合、セルのラビング方向が入力偏光方向に平行であるため、光の偏光は、ＬＣを通過するときの印加電界によって影響を受けない。一方、セルの両端への電圧の印加は、通過する光の位相シフトを変更することになる。共通櫛電極ＣＯＭは接地電位に保持される。特定のセグメント電極に電圧が印加されないとき、共通電極とそのセグメント電極との間に電界の変動は存在せず、そのセグメントを通る光の均一透過がもたらされる。一方、セグメント電極に電圧が印加される場合、セグメントの高さにわたる電界は、櫛の連続する「歯（ｔｅｅｔｈ）」間で周期的に変動し、したがって、２つの電極ＣＯＭとＳＥＧ間の対応する領域内の液晶材料の屈折率を周期的に変化させる。屈折率のこの周期的な変動は、セグメントを透過する光の位相の、セグメントの高さにわたる周期的変化を生成する。これは、ビームのモードの特性を破壊し、それにより、ビームは、均一モードビームと同じ方法で結合できない。したがって、そのセグメントを横切るビームは減衰する。したがって、セグメントを横切るビームは、そのセグメントの電極に電圧が印加されているか否かに従って透過されるかまたは阻止される。
【００２８】
共通電極５０に適用される水平櫛構造に対する代替法として、これらのスイッチの他の実施態様によれば、各セグメント５１が、図５の描画方向に垂直に配向した多数の狭いストリップを有するように共通電極を分割することによって、減衰もまた達成されうる。こうした実施態様では、セグメントを通過するビームのモードの特性の破壊をもたらし、したがって、そのセグメントを通過するビームを減衰させるのは、各セグメントの幅にわたって起こる位相変化である。
【００２９】
図５の実施形態の使用によって生成される位相乱れに加えて、セグメントを通過するビームを減衰させるのを補助しうる、さらなる回折格子作用が存在する可能性がある。櫛間隔が小さく、通常１００ミクロン〜２０ミクロンであり、また、これらの間隔のうちの少なくともより狭い間隔が、使用される光の波長に近づくため、ＬＣセグメントへの電圧の印加により格子が活性化されると、この格子作用は、光をその経路から回折させ(diffract)、したがって、先に述べた位相スクランブリング作用によって回折に加えて減衰を増加させる。
【００３０】
ここで図６Ａおよび６Ｂに対して参照が行われ、図６Ａおよび６Ｂは、図５の位相モード操作スイッチの単一セグメントの透過に関して、ＬＣセルをＯＮまたはＯＦＦに切換える作用を示す。セルがＯＦＦであるとき、図６Ａに示すように、ビームセグメント内に位相差が生成されず、したがって、減衰は存在しない。セルがＯＮであるとき、図６Ｂに示すように、位相差がビームセグメントの高さにわたって生成し、したがって、ビームは減衰する。図６Ｃは、図６Ｂの拡大断面を示し、セグメントの高さにわたる、２つの屈折率ｎ１とｎ２との間での周期的な変動を示す。これらの状況のいずれにおいても、横切る光の偏光変化は存在しない。
【００３１】
ここで図７Ａおよび７Ｂに対して参照が行われ、図７Ａおよび７Ｂは、本発明の実施態様のさらなる例に従って、図２Ａ〜２Ｃに示す透過偏光モードスイッチングと同様であるが、代わりに反射配置構成を使用したスイッチ機構を概略的に示す。複屈折ウェッジ７０は、入射光の衝当方向と対向する面に反射表面７１を有する。ウェッジに衝当する前とウェッジから反射した後の両方において、光がＬＣセル７４を通過する。図７Ａ〜７Ｅでは、明確にするために、ＬＣセル７４は、複屈折反射ウェッジ７０、７１から離れて示されるが、実際には、これらの２つのコンポーネントは、反射ビームがその入射経路の場合と同じ画素を通過することを保証するために、共に接近しているべきである。この同じコメントが、図９Ａ〜９Ｃおよび図１０Ａ〜１０Ｅについても有効である。図７Ａ〜７Ｅに示す例示的な実施態様の場合、図７ＡのようにセルがＯＦＦであるとき、入射光の偏光は、ｓ偏光からｐ偏光へ９０°回転する。ｐ偏光の場合、複屈折ウェッジ７０を横切る光は、ウェッジから反射した後に、その入射方向に対して角度θ１で戻るような偏移を受ける。その光は、その後、ＬＣセルを再び横切り、光が、それを持って入力された偏光と同じ偏光を持つが、異なる伝搬方向に出力されるように、光の偏光は、ｓ偏光に戻るように再び９０°回転する。図７Ｂでは、ＬＣセルがＯＮであるときの入射光への作用が示される。こうした場合、偏光回転は存在せず、複屈折ウェッジを横切るビームは入射ｓ偏光を維持する。ウェッジを通過すると、ビームは、背面ミラー７１から反射した後、異なる角度θ２だけそらされる。この偏向角度の差は、異なるポートへのビームのスイッチングを可能にするときに働く。
【００３２】
図７Ｃには、ＬＣセルが部分的に切換った状況が示され、円偏光された出力光をもたらす。これは、ＰＤＬ（偏光依存性損失）が高いため、ＯＮまたはＯＦＦ状況の場合に比べて高い挿入損失をもたらすことになる。
【００３３】
図７Ａ〜７Ｃに（また以下で７Ｄ〜７Ｅに）示す実施態様は、その偏光に従ってビームに与えられる方向の変化を提供するために、複屈折ウェッジ７０を利用する。こうしたウェジは、図２Ａ〜２Ｃに示された。しかし、図３Ａ〜３Ｃの実施形態の場合と同様に、複屈折ブロックを使用したその偏光に従ってビーム方向変化を生成することも実行可能であることが理解される。この場合、偏光依存性角度偏向の代わりに、ビームは、偏向依存性横変位が与えられる。
【００３４】
図７Ａ〜７Ｃに示すスイッチの実施態様は、図７Ｄに示すように、スイッチの入力／出力ポートに３つのコリメータ、すなわち、ビームを入力する１つのコリメータ７５、および、図７Ｂおよび７Ａにそれぞれ示す切換え式ダイバージョン角度にそれぞれ対応する、２つの出力ポートでビームを出力するコリメータ７６、７７を必要とする。
【００３５】
これらの反射偏向モードスイッチの別の例によれば、反射複屈折ウェッジは、図７Ｅの構成に示すように、ｐ偏光ビームがその入射経路に沿って戻るような角度で配向されうる。ｓ偏光ビームは、異なる反射角度を有する経路に沿って戻ることになる。こうした配置構成では、２つのコリメータ７７、７９だけが必要とされるが、サーキュレータ７８は、反射される出力光を入力光から分離するために必要である。
【００３６】
しかし、２×１スイッチ構成におけるこうしたサーキュレータの使用は、１つのコリメータについての必要性を省くが、サーキュレータなしのポートにアイソレータの必要性があるという形態で、スイッチ構築の他の結果をもたらす。図８Ａ〜８Ｅは、これらの特徴を概略的に示す。図８Ａ〜８Ｄは、図７Ｅのサーキュレータ構成のより詳細な図を示し、４つの代替の透過オプションについてビームがスイッチ組立体を横切るときのビームの偏光変化を示す。しかし、図７Ｅは１×２スイッチによって説明され、図８Ａ〜８Ｄは２×１構成を示す。図８Ｅは、ＬＣセル状態の関数としての種々のスイッチ状況のルーティングを示す真理値表である。
【００３７】
ここで図８Ａに対して参照が行われ、図８Ａは、スイッチのサーキュレータ実施態様のスイッチング幾何形状を示す。ＩＮ  １およびＩＮ  ２と表示される２つの入力ポートおよびＯＵＴと表示される単一出力ポートが存在する。ポートＩＮ  ２への入力は、図８Ａの場合、アクティブでないため破線で示される。ＩＮ  １を介する信号入力は、入力コリメータＣＯＬ  １、それに続いて、偏光分離、オプションのビームエクスパンション、および波長分散（どれも図に示されず）を横切り、入力および出力ビーム経路の全てをカバーする複屈折スイッチング要素８１に入射する。スイッチング要素は、有利には、ＬＣセルであってよい。λ／２のリタデーションがビームに適用されるようにセル電圧が設定されると、透過ビームは、ｓ偏光を取得し、通常複屈折ウェッジ８２の反射表面８３に入射するような方向にウェッジによって屈折され、サーキュレータに向かってその入力経路に沿って戻り、ＯＵＴポートにてスイッチを出る。
【００３８】
図８Ａ〜８Ｄの全てにおいて、複屈折スイッチング要素８１によって生成されるリタデーションλ／２または０は、図面内の要素の底部縁に記され、得られる偏光ｐまたはｓは、複屈折スイッチング要素８１を透過するビームに接して記される。複屈折ウェッジ８２および複屈折スイッチング要素８１の傾斜角度は、異なる偏光ビームが複屈折ウェッジ内で偏向される方法を明確に示すために、図８Ａ〜８Ｄの図面において誇張された方法で示されることも留意されるべきである。実際には、傾斜角度は、ずっと小さい、通常、８°程度の頂角を有するウェッジの場合、１５°程度であるべきである。
【００３９】
図８Ｂでは、スイッチ状態は、リタデーションがビームに適用されないようにＬＣセル電圧を設定することによって切換えられ、ポートＩＮ  １に入力されるビームは、ｐ偏光を持ってウェッジに透過される。ウェッジの複屈折は、ｓ偏光が屈折された角度と異なる角度でこのｐ偏光を屈折させるようなものであり、ウェッジの相対的配向は、ビームが、後方に反射され、ポートＩＮ  ２に向けてスイッチ組立体を出るようなものである。しかし、この２×１スイッチ構成では、入力信号がいずれかの入力ポートからＯＵＴポートだけに誘導されることが所望され、この信号が、ポートＩＮ  ２にて出力されることを防止することが必要であり、これは、ポートＩＮ  ２へのビーム経路内でのアイソレータ８６の使用によって達成される。
【００４０】
図８Ｃでは、同じスイッチ設定の場合、ポートＩＮ  ２で入力される信号は、アイソレータ８６を、その順方向（ｆｏｒｗａｒｄ）で低挿入損失方向に通過し、ＬＣセル８１によってｐ偏光に変換され、その後、反対方向に図８Ｂのビームの経路をたどり、ついには、サーキュレータ８５によって所望の出力ポートＯＵＴまで誘導される。
【００４１】
図８Ｄでは、ＬＣセル設定は、λ／２のリタデーションを提供するように切換えられ、それにより、ポートＩＮ  ２から入力されるビームは、ｓ偏光を持ってウェッジに入り、サーキュレータおよびポートＩＮ  １に向かうビーム経路（図８Ｄでは破線で示す）に入らないような方向に屈折されるが、スイッチ構造の壁または床のどこかで吸収され失われる。
【００４２】
上記４つの代替のスイッチ位置は、図８Ｅに示す真理値表によって要約される。見てわかるように、こうして、スイッチ組立体は、図８Ａおよび８Ｃに述べた状況で示すように、２×１スイッチとして振る舞い、ポートＩＮ  １およびＩＮ  ２のいずれかの入力は、信号が通過するＬＣセル画素のスイッチング状態に応じて、ポートＯＵＴに交互に切換え可能である。
【００４３】
リタデーションが０とλ／２との間のどこかであるようにＬＣセルが駆動される場合、得られる円または楕円偏光は、１つのポートに入力される入力信号が他の２つのポートの両方に誘導されることになるようなものであることも理解されるべきである。さらに、アイソレータについての必要性は、２×１スイッチング状況に限定されることが留意されるべきである。同じスイッチ構造が１×２構成で使用されるとき、さらなるアイソレータは、先の図８Ｂで説明したように必要とされない。
【００４４】
ここで図９Ａ〜９Ｃに対して参照が行われ、図９Ａ〜９Ｃは、本発明のさらなる好ましい実施形態に従って、図７Ａ〜７Ｅのスイッチと同様であるが、図５および６のＬＣセルのいずれかと同様な位相モード減衰器ＬＣセルを含む偏光モードＬＣスイッチを概略的に示す。種々のポートにおける光学スループットを等しくするために、各ポートを通過する減衰を変えられることが一般に必要である。図９Ａでは、スイッチングＬＣセル９２を有する複屈折反射ウェッジ９０、９１が示される。さらに、スイッチが各ポートについて減衰を提供されるように、位相モードＬＣ減衰器セル９４がビーム経路に配設される。ＬＣスイッチングセル９２およびＬＣ減衰セル９４は空間的に完全に一致できないため、この種の実施形態にはわずかの帯域幅ペナルティが存在する。その理由は、ミラー９１の表面上の収束ビームによって、減衰器ＬＣセル９４において見込まれる画素幅が、減衰ＬＣがスイッチングＬＣに比べてミラーから遠いため、スイッチングＬＣ９２の画素サイズより大きいからである。図９Ａ〜９Ｃに示すスイッチ状況は、スイッチを通過する信号の減衰を制御できるように、ビーム経路内に配設された位相モードＬＣ減衰器セル９４を付加することによって、図７Ａ〜７Ｃに既に示した状況と本質的に同一である。
【００４５】
位相モード減衰器が正しく動作するために、偏光が同じでなければならないため、この実施形態において、偏光モードＬＣスイッチについての入力および出力偏光のアイデンティティが重要であることが留意されるべきである。さらに、入力および出力偏光が同じであるため、高いＰＤＬ、高い効率の格子がシステムにおいて使用されうる。
【００４６】
ここで図１０Ａ〜１０Ｅに対して参照が行われ、図１０Ａ〜１０Ｅは、本発明のさらなる好ましい実施形態に従って、図７Ａ〜７Ｅのスイッチと同様であるが、偏光板１０４と組合せてＬＣセル１０２を備える偏光モード減衰器ＬＣセルを含む偏光モードＬＣスイッチを概略的に示す。
【００４７】
この実施形態の動作は、図１０Ｄ〜１０Ｅに示され、デバイスを通した種々の偏光変化が示される。図面の左手側の入力ポートから複屈折ウェッジ１０８に向かって移動すると、ビームは、入力偏光方向に対して４５°のラビング方向を有する減衰器ＬＣセル１０２に遭遇し、それにより、図１０Ｅに示すようにＯＦＦと表示される特定のセグメントの電極間に活性化電圧の印加がない場合、入力偏光は９０°だけ回転することになる。図１０Ｄに示すようにＯＮと表示される活性化電圧の印加は、偏光を、影響を受けないままにすることになる。偏光板１０４は、図１０Ｄの場合と同様にＬＣセルがＯＮであるときに、不変の偏光方向を有する偏光ビームが、挿入損失だけによって減衰されて通過するように、ビームの入力偏光に平行なその偏光方向を有する。このステージ後に、ビームは、少なくとも図面に示すｐ偏光の場合、スイッチングＬＣセル１０６、そして、反射複屈折ウェッジ１０８に進み、ウェッジ１０８からその特性角度で反射される。一方、図１０Ｅの場合と同様にＬＣセルがＯＦＦである場合、偏光は、９０°回転し、それにより、ビームは、偏光板偏光方向１０４と交差し、したがって、偏光器消滅率によって減衰し、図面で「ｏ」と表示される。完全にＯＦＦのレベルと完全にＯＮのレベルとの間の任意の電圧において、信号は、スイッチ通過時に相応して減衰される。
【００４８】
上述したスイッチの例の全てについて、スイッチが偏光非依存性であるように、ＬＣのＯＮ／ＯＦＦスイッチング状態によらず、出力ビームの偏光が入力ビームの偏光と同じであることが留意される。この特徴は、スイッチがそこで使用されるシステムの設計を簡略化するため、光学スイッチ技術において望ましい。
【００４９】
上述した実施形態は１×２スイッチング構成を示すが、光学部品における相反原理のために、スイッチは、図８Ａ〜８Ｅのサーキュレータの実施形態に関して述べた例外があるが、２×１構成で使用されうることが理解される。さらに、こうしたスイッチは、縦続接続されることができ、コンパクトな寸法およびより多くのポート（入力または出力）を有する複数スイッチング構成をもたらす。
【００５０】
本発明が、特に、先に示され述べられたものによって制限されないことが当業者によって理解される。むしろ、本発明の範囲は、先に述べた種々の特徴、ならびに、上記説明を読むと当業者に思い浮かびかつ従来技術にはない、それらの特徴に対する変形および変更の組合せおよびサブ組合せの両方を含む。
【図１Ａ】
2012530930.tif 000003
【図１Ｂ】
2012530930.tif 000004
【図２Ａ】
2012530930.tif 000005
【図２Ｂ】
2012530930.tif 000006
【図２Ｃ】
2012530930.tif 000007
【図３Ａ】
2012530930.tif 000008
【図３Ｂ】
2012530930.tif 000009
【図３Ｃ】
2012530930.tif 000010
【図４】
2012530930.tif 000011
【図５】
2012530930.tif 000012
【図６Ａ】
2012530930.tif 000013
【図６Ｂ】
2012530930.tif 000014
【図６Ｃ】
2012530930.tif 000015
【図７Ａ】
2012530930.tif 000016
【図７Ｂ】
2012530930.tif 000017
【図７Ｃ】
2012530930.tif 000018
【図７Ｄ】
2012530930.tif 000019
【図７Ｅ】
2012530930.tif 000020
【図８Ａ】
2012530930.tif 000021
【図８Ｂ】
2012530930.tif 000022
【図８Ｃ】
2012530930.tif 000023
【図８Ｄ】
2012530930.tif 000024
【図８Ｅ】
2012530930.tif 000025
【図９Ａ】
2012530930.tif 000026
【図９Ｂ】
2012530930.tif 000027
【図９Ｃ】
2012530930.tif 000028
【図１０Ａ】
2012530930.tif 000029
【図１０Ｂ】
2012530930.tif 000030
【図１０Ｃ】
2012530930.tif 000031
【図１０Ｄ】
2012530930.tif 000032
【図１０Ｅ】
2012530930.tif 000033
【国際調査報告】
2012530930.tif 000034
2012530930.tif 000035