(57)【要約】光装置は、偏光依存性損失（ＰＤＬ）を削減しつつ、光ビームの切換及び減衰を実行する構造を有する。光装置は、複屈折式偏向装置と２つの液晶（ＬＣ）構造とを含む。第１ＬＣ構造を利用して光ビームのｓ偏光成分を調整し、第２ＬＣ構造を利用して光ビームのｐ偏光成分を調整する。各ＬＣ構造は、光ビームのｓ偏光成分と光ビームのｐ偏光成分を別個に且つＰＤＬが削減されるように調整することができるような、個別の制御電極を有する。本光装置は、波長分割多重（ＷＤＭ）光信号から分割された複数の波長チャンネル等の、複数の入力光束を処理するように設定されてもよい。【選択図】図２Ａ
2012525611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ビームの光経路内に、及び、前記入力ビームの成分から生成される複数の出力ビームの光経路内に配置される複屈折式偏向装置と、
入射光の偏光状態を調整するために前記入力ビーム及び前記出力ビームのｐ偏光成分の光経路内に配置される第１液晶（ＬＣ）構造であって、複数のＬＣセルと前記第１液ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第１制御電極とを有する第１ＬＣ構造と、
入力光の偏光状態を調整するために前記入力ビーム及び前記出力ビームのｓ偏光成分の光経路内に配置される第２ＬＣ構造であって、複数のＬＣセルと前記第２ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第２制御電極とを有する第２ＬＣ構造と
を含む、光装置であって、
前記第１ＬＣ構造及び前記第２ＬＣ構造が、それぞれ、前記第１制御電極及び前記第２制御電極を利用して独立に制御可能である、光装置。
【請求項２】
前記入力ビームの成分が前記第１及び第２ＬＣ構造を通過した後に、前記入力ビームの成分の光経路内に配置される第２複屈折式偏向装置を更に含み、前記第２複屈折式偏向装置が、前記入力ビームの成分から複数の出力ビームを生成する、請求項１に記載の光装置。
【請求項３】
前記複数の出力ビームを、前記第２複屈折式偏向装置、前記第１及び第２ＬＣ構造、及び前記第１複屈折式偏向装置に通るように再誘導するために、前記複数の出力ビームの光経路内に配置される反射要素を更に含む、請求項２に記載の光装置。
【請求項４】
前記第２複屈折式偏向装置と前記反射要素との間に配置される４分の１波長板を更に含む、請求項３に記載の光装置。
【請求項５】
前記第１ＬＣ構造が、第１出力ビームが通過する第１ＬＣセルと第１入力ビーム成分が通過する第２ＬＣセルと第２出力ビームが通過する第３ＬＣセルとを含み、
前記第２ＬＣ構造が、第３出力ビームが通過する第４ＬＣセルと第２入力ビーム成分が通過する第５セルと第４出力ビームが通過する第６ＬＣセルとを含む、請求項１に記載の光装置。
【請求項６】
前記第１及び第３出力ビームが、前記第１複屈折式偏向装置内で結合されて、出力ビームを形成する、請求項５に記載の光装置。
【請求項７】
前記第２及び第４出力ビームが、前記第１複屈折式偏向装置内で結合されて、出力ビームを形成する、請求項５に記載の光装置。
【請求項８】
ｐ偏光成分とｓ偏光成分とを独立に制御することにより偏光依存性損失を削減するように設定された光装置であって、
入射光の偏光状態を調整するために入力ビーム及び前記入力ビームから生成される出力ビームのｐ偏光成分の光経路内に配置される第１液晶（ＬＣ）構造であって、複数のＬＣセルと前記第１ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第１制御電極とを有する第１ＬＣ構造と、
入射光の偏光状態を調整するために前記入力ビーム及び前記出力ビームのｓ偏光成分の光経路内に配置される第２ＬＣ構造であって、複数のＬＣセルと前記第２ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第２制御電極とを有する第２ＬＣ構造と
を含み、
前記第１制御電極により加えられる制御信号が、前記第２制御電極により加えられる制御信号と異なる、光装置。
【請求項９】
前記入力ビームの光経路、並びに、前記出力ビームの前記ｓ偏光及びｐ偏光成分の光経路内に配置される第１複屈折式偏向装置と、
前記入力ビームの前記ｓ偏光及びｐ偏光成分が前記第１及び第２ＬＣ構造を通過した後に、前記入力ビームの前記ｓ偏光及びｐ偏光成分の光経路内に配置される第２複屈折式偏向装置であって、前記入力ビームの前記ｓ偏光及びｐ偏光成分から前記出力ビームを生成する第２複屈折式偏向装置と
を更に含む、請求項８に記載の光装置。
【請求項１０】
前記複数の出力ビームを、前記第２複屈折式偏向装置、前記第１及び第２ＬＣ構造、並びに前記第１複屈折式偏向装置に戻るように再誘導するために、前記出力ビームの光経路内に配置される反射要素を更に含む、請求項９に記載の光装置。
【請求項１１】
前記第２複屈折式偏向装置と前記反射要素との間に配置される４分の１波長板を更に含む、請求項１０に記載の光装置。
【請求項１２】
前記第１ＬＣ構造が、第１出力ビームが通過する第１ＬＣセルと第１入力ビーム成分が通過する第２ＬＣセルと第２出力ビームが通過する第３ＬＣセルとを含み、
前記第２ＬＣ構造が、第３出力ビームが通過する第４ＬＣセルと第２入力ビーム成分が通過する第５セルと第４出力ビームが通過する第６ＬＣセルとを含む、請求項８に記載の光装置。
【請求項１３】
前記第１及び第３出力ビームが結合されて、出力ビームを形成する、請求項１２に記載の光装置。
【請求項１４】
前記第２及び第４出力ビームが結合されて、出力ビームを形成する、請求項１２に記載の光装置。
【請求項１５】
入力ビームをその波長成分に分離する波長分散要素と、
入射光の偏光状態を調整するために前記波長成分及び前記波長成分から生成される出力ビームのｐ偏光成分の光経路内に配置される第１ＬＣ構造であって、複数のＬＣセルと前記第１ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第１制御電極とを有する第１ＬＣ構造と、
入力光の偏光状態を調整するために前記波長成分及び前記出力ビームのｓ偏光成分の光経路内に配置される第２ＬＣ構造であって、複数のＬＣセルと前記第２ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第２制御電極とを有する第２ＬＣ構造と
を含む、波長選択スイッチであって、
前記第１ＬＣ構造及び前記第２ＬＣ構造が、それぞれ、前記第１制御電極及び前記第２制御電極を利用して独立に制御可能である、波長選択スイッチ。
【請求項１６】
前記波長成分の光経路、並びに、前記出力ビームの前記ｓ偏光及びｐ偏光成分の光経路内に配置される第１複屈折式偏向装置と、
前記波長成分の前記ｓ偏光及びｐ偏光成分が前記第１及び第２ＬＣ構造を通過した後に、前記波長成分の前記ｓ偏光及びｐ偏光成分の光経路内に配置される第２複屈折式偏向装置であって、前記波長成分の前記ｓ偏光及びｐ偏光成分から前記出力ビームを生成する第２複屈折式偏向装置と
を更に含む、請求項１５に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１７】
前記複数の出力ビームを、前記第２複屈折式偏向装置、前記第１及び第２ＬＣ構造、並びに前記第１複屈折式偏向装置に戻るように再誘導するために、前記出力ビームの光経路内に配置される反射要素を更に含む、請求項１６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１８】
前記第２複屈折式偏向装置と前記反射要素との間に配置される４分の１波長板を更に含む、請求項１７に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１９】
前記第１ＬＣ構造の前記ＬＣセルが３行に配置され、各行が複数のＬＣセルを有し、前記第２ＬＣ構造の前記ＬＣセルが３行に配置され、各行が複数のＬＣセルを有する、請求項１５に記載の波長選択スイッチ。
【請求項２０】
前記第１ＬＣ構造が、前記３行のＬＣセルの各々に対して個別のバイアス電極を含み、前記第２ＬＣ構造が、前記３行のＬＣセルの各々に対して個別のバイアス電極を含む、請求項１９に記載の波長選択スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、光通信システム及び部品に関し、特に、液晶式光スイッチ及び減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムでは、入力光束が入力ポートを通じて光切換装置に入り、２つの出力ポートのうちの１つに誘導される、光信号の１×２切換を実行することを時折必要とする。複数の１×２光スイッチを組み合わせることにより実現され得る２×２、１×Ｎ、及びＮ×Ｎ光スイッチ等の更に複雑な光切換方式もある。
【０００３】
光通信システム内では、例えば、波長分割多重（ＷＤＭ）を用いる光通信システム内では、光スイッチによる信号の迂回に加えて、信号の減衰が必要とされる。そのような光システムでは、情報は、複数のチャンネルにより搬送され、各々のチャンネルには、固有の波長がある。ＷＤＭにより、各々のデータ源が専用チャンネルに割り当てられるので、異なるデータから同じ光ファイバリンク上で同時にデータを伝送することができる。その結果、光通信リンクは、ＷＤＭ信号に組み込まれる波長又はチャンネルの数につれて増す凝集帯域を有する。このように、ＷＤＭ技術は、利用可能な光ファイバ基盤を最大限に利用するので、１つのみの光リンク又はファイバを必要とする多数の光リンク又は光ファイバを通常必要していたものが、代わりに、１つしか必要としない。実際に、ＷＤＭ信号の異なる波長のチャンネルは、光通信システムを通り抜ける際に、非対称な損失を通常被り、各々のチャンネルに対する強度が不均等になる。これらの不均等な強度は、ＷＤＭ信号により搬送される情報の完全性に悪影響を与える場合があるので、ＷＤＭシステム中に光装置又は光装置アレイを利用して、波長に依存しない減衰を行い、ＷＤＭ信号内に含まれるチャンネルのそれぞれの強度を均等にする。
【０００４】
当該技術分野では、ＷＤＭ信号内に含まれるチャンネルを切り換え、減衰させる液晶（ＬＣ）基盤の光スイッチが知られており、幾つかの用途では、他の光スイッチ設計よりも多くの利点を与えるが、入力光束の偏光状態に関連する欠点がある。ＬＣ式光スイッチは、切換機能を実行するのに、直線に偏光された入力光の偏光状態を回転させることに依存しているので、そのような光スイッチが、要望に応じて光束の光チャンネルを変えるために、入力光束は、偏光状態が単一で周知のものでなければならない。しかしながら、光ファイバ上を伝送される光信号は、通常、無作為に偏光される、即ち、光信号は、ｓ成分とｐ成分が無作為に重なり合い、各偏光成分は、光スイッチにより別個に処理されなければならない。
【０００５】
光束をＬＣで切り換えるために光束のｓ偏光成分とｐ偏光成分とを管理する当該技術分野で周知の１つの取り組みは、光束をｓ偏光ビームとｐ偏光ビームに、又は、ｓ偏光成分とｐ偏光成分に空間的に分割するために、複屈折要素で偏光に「差」をつけること含む。光信号が、ＬＣ式光スイッチ内に最初に導入される際に、例えば、光信号が光入力ファイバを出て、自由空間ビームになるので、偏光に差をつけることができる。複屈折光学部品が、光信号を２つの物理的にずれたｓ偏光成分とｐ偏光成分に分離した後、それらの成分のうちの一方の偏光を９０°回転させて、他方の偏光に整合させることができる。このように、光信号は、同じ偏光状態を有する密接に配置された一対の平行ビームに変換され、このビーム対は、光スイッチにより、周知の偏光状態を有する単一の光束として共に処理され得る。しかしながら、そのような取り組みは、光信号が、時には長いチャンネル長にわたって２つの平行ビームの形態であることを必要とし、それにより、信号の質を低下させる大きな偏光依存性損失（ＰＤＬ）の尤度が増す。加えて、光信号がファイバを出るときに偏光に差をつけるのに比較的大きな光アセンブリを必要とするので、光スイッチの入力ポートと出力ポートとの間の間隔が、不都合にも大きくなり、例えば、１ｍｍを越えることになる。
【０００６】
代わりに、ＬＣ式光スイッチは、入力ビームをｓ偏光成分とｐ偏光成分に分解し、次に、各成分を個別に減衰させ、切り換えるのを管理する。しかしながら、そのような取り組みは、ｓ偏光とｐ偏光に対するＬＣ材料の減衰能が異なるために、ＰＤＬが、大きくなり得る。図１は、ｓ偏光とｐ偏光に対するＬＣ光減衰器の電気光学動作を示し、減衰曲線１９１及び１９２を含む。グラフ１００の横軸は、ＬＣ光減衰器に印加される電圧であり、グラフ１００の縦軸は、その結果得られる、光減衰器上に直交するように入射され且つ光減衰器を通り抜ける光束の減衰である。減衰曲線１９１は、ｓ偏光である光束の減衰を示し、減衰曲線１９２は、ｐ偏光である光束の減衰を示す。図示されるように、ｐ偏光の減衰曲線は、ｓ偏光の減衰と実質的に異なる。従って、光束のｓ偏光成分及びｐ偏光成分は、両方が、ＬＣ光減衰器により調整され、各成分が、異なる量で減衰され、その結果、ＰＤＬ１９３になる。例えば、印加されたＶｏでは、ＬＣ光減衰器は、ｓ偏光を１０ｄＢに、ｐ偏光を１２ｄＢに減衰させ、２ｄＢのＰＤＬ１９３が生じる。
【０００７】
当該技術分野では、光信号を切り換え、減衰させることが知られているが、それらの操作の各々は、通常、異なる光装置により行われる。切り換えるために一方の光装置を利用し、光通信システム内で減衰させるために他方の装置を利用することにより、システムの寸法と複雑さが増し、光装置が整列されずに信号の質の低下が更に起こりそうになり、切換機能を完全にするための第１の独立した制御信号と、減衰機能を完全にするための第２の独立した制御信号が必要とされる。
【０００８】
従って、当該技術分野では、部品の数が最小限であり、入力ポートと出力ポートが密接に配置され、ｓ偏光とｐ偏光が任意に組み合わされた信号を切り換え、低いＰＤＬで減衰することができる、光通信網用の光スイッチが必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の１つ以上の実施形態は、ＰＤＬを削減しつつ、光ビームを切り換え、減衰させる構造を有する光装置を提供する。光装置は、複屈折式偏向装置と２つの液体ＬＣ構造とを含む。第１ＬＣを利用して光ビームのｓ偏光成分を調整し、第２ＬＣを利用して光ビームのｐ偏光成分を調整する。各ＬＣ構造は、光ビームのｓ偏光成分と光ビームのｐ偏光成分を別個に且つＰＤＬが削減されるように調整することができるような、個別の制御電極を有する。光装置は、波長分割多重光信号から分割される多重波長チャンネル等の、複数の入力光束を処理する波長選択スイッチとして設定されてもよい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態による光装置は、入力ビームの光経路内に、及び、その入力ビームの成分から生成される複数の出力ビームの光経路内に配置される複屈折式偏向装置と、入射光の偏光状態を調整するために入力ビーム及び出力ビームのｐ偏光成分の光経路内に配置される第１ＬＣ構造であって、複数のＬＣセルと前記第１ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第１制御電極とを有する第１ＬＣ構造と、入力光の偏光状態を調整するために入力ビーム及び出力ビームのｓ偏光成分の光経路内に配置される第２ＬＣ構造であって、複数のＬＣセルと前記第２ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第２制御電極とを有する第２ＬＣ構造とを含む。第１ＬＣ構造と第２ＬＣ構造は、それぞれ、第１制御電極と第２制御電極とを利用して独立に制御することができる。
【００１１】
本発明の別の実施形態による光装置は、ｐ偏光成分とｓ偏光成分とを独立に制御することにより偏光依存性損失を削減するように設定される。光装置は、入射光の偏光状態を調整するために入力ビーム及び前記入力ビームから生成される出力ビームのｐ偏光成分の光経路内に配置される第１ＬＣ構造であって、複数のＬＣセルと前記第１ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第１制御電極とを有する第１ＬＣ構造と、入射光の偏光状態を調整するために入力ビーム及び出力ビームのｓ偏光成分の光経路内に配置される第２ＬＣ構造であって、複数のＬＣセルと前記第２ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第２制御電極とを有する第２ＬＣ構造とを含む。第１制御電極により加えられる制御信号は、第２制御電極により加えられる制御信号とは異なる。
【００１２】
本発明の実施形態による波長選択スイッチは、入力ビームをその波長成分に分離する波長分散要素と、入射光の偏光状態を調整するために波長成分及び前記波長成分から生成される出力ビームのｐ偏光成分の光経路内に配置される第１ＬＣ構造であって、複数のＬＣセルと前記第１ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第１制御電極とを有する第１ＬＣ構造と、入力光の偏光状態を調整するために波長成分及び出力ビームのｓ偏光成分の光経路内に配置される第２ＬＣ構造であって、複数のＬＣセルと前記第２ＬＣ構造の前記ＬＣセルに同じ制御信号を加える第２制御電極とを有する第２ＬＣ構造とを含む。第１ＬＣ構造と第２ＬＣ構造は、それぞれ、第１制御電極と第２制御電極とを利用して、独立に制御することができる。
【００１３】
本発明の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上に簡潔に要約された本発明は、実施形態を参照することにより、更に具体的に記述され得る。その実施形態の幾つかは、付属の図面に示されている。しかしながら、付属の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを説明しており、従って、本発明に対するその範囲を限定するものと見なされるべきではなく、他の同じく有効な実施形態を許容し得ることに留意しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】入射のｓ偏光及びｐ偏光に対する液晶（ＬＣ）光減衰器の電気光学動作を示す。
【図２Ａ】本発明の実施形態に従って、最小限のＰＤＬで、光信号を１×２に切り換え、減衰させるように設定されている光装置の断面図を概略的に示す。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に従って光装置が入力ビームを出力ポートに切り換えるように設定されている場合の、入力ビームのｓ成分及びｐ成分により取られる光経路を示す。
【図２Ｃ】本発明の実施形態に従って光装置が入力ビームを出力ポートに切り換えるように設定されている場合の、入力ビームのｓ成分及びｐ成分により取られる光経路を示す。
【図３】本発明の実施形態に従って入力ビームのｓ成分及びｐ成分を減衰する際に、副画素の独立した制御が、どのように偏光依存性損失（ＰＤＬ）を最小限にするのかを示すグラフである。
【図４Ａ】本発明の実施形態に従って入力ビームを出力ポートに切り換えるように設定されている場合のＬＣ式ビーム偏光構造の概略側面図を示す。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に従って入力ビームを出力ポートに切り換えるように設定されている場合のＬＣ式ビーム偏光構造の概略側面図を示す。
【図５】複屈折式アセンブリの概略側面図を示す。
【図６】本発明の実施形態に従って、複数の偏光ビーム分割器で構成される光装置の概略側面図を示す。
【図７Ａ】本発明の実施形態に従って、ＷＤＭ信号を１×２で切り換え、減衰させる波長選択スイッチの概略上面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に従って、ＷＤＭ信号を１×２で切り換え、減衰させる波長選択スイッチの概略側面図である。
【図８】本発明の実施形態に従って、複数の入力光束を処理するためのＬＣ式ビーム偏光アレイの概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
明快さのために、図面間で共通である同一の要素を表記するために、利用可能である箇所では、同一の参照番号が利用された。
【００１６】
本発明の実施形態は、偏光依存性損失（ＰＤＬ）を削減しつつ、ｓ偏光とｐ偏光が任意に組み合わされている光ビームを１×２で切り換え、減衰させる光切換装置を考察する。光切換装置は、光ビームをｓ偏光成分とｐ偏光成分に分離し、各偏光成分が実質的に同じ量で減衰されるように、第１液晶（ＬＣ）ビーム偏光構造と第１制御信号を利用してｓ成分を切り換え、減衰させ、第２ＬＣビーム偏光構造と第２制御信号を利用してｐ成分を切り換え、減衰させる。
【００１７】
光装置は、複屈折式偏向装置と、各々が３つの副画素を有する２つの液晶（ＬＣ）ビーム偏光構造と、偏光分離回転アセンブリとを含む。複屈折式偏向装置は、入力光束をｓ偏光成分とｐ偏光成分に、それらの成分がＬＣビーム偏光構造により調整される前に分離し、分離されたｓ偏光成分とｐ偏光成分がＬＣビーム偏光構造により調整された後に、出力光束の分離されたｓ偏光成分とｐ偏光成分を単一の出力ビームに組み合わせる。第１ＬＣビーム構造内の画素は、１つの偏光、例えば、ｓ偏光を有する入力ビーム及び出力ビームの成分を調整し、第２ＬＣビーム偏光構造内の画素は、別の偏光、例えば、ｐ偏光を有する入力ビーム及び出力ビームの成分を調整する。各々のＬＣビーム偏光構造により、単一の制御信号を利用して、１つの偏光成分の１×２切換及び減衰を制御することができる。ＬＣビーム偏光構造をそのような構造のアレイに拡張することにより、光切換装置は、波長分割多重（ＷＤＭ）光信号から分割される多重波長チャンネル等の、複数の入力光束を処理するように設定され得る。
【００１８】
図２Ａは、本発明の実施形態に従って、最小限のＰＤＬで光信号を１×２に切り換え、減衰させるように設定される光装置２００の断面図を概略的に示す。光装置２００は、複屈折式偏向装置１０１と、ＬＣビーム偏光構造１０２、１０４と、偏光分離回転アセンブリ１２０とを含み、それらの全ては、図示されるように、入力ビーム１７１を処理する、即ち、切り換え、減衰させるために任意選択に組み合わされる。光装置２００は、１×２光スイッチとして働くために、光経路Ｐ１、Ｐ２及びＰ３により、それぞれ、入力ポート１３１及び出力ポート１３２、１３３に任意選択に結合される。光装置２００内の入力ビーム１７１、出力ビーム１７２、１７３、及びそれらの各々のｓ偏光成分及びｐ偏光成分の可能な光経路１５０が、矢印で表示されている。ｐ偏光は、鉛直棒の矢印で表示され、ｓ偏光は、点の矢印で表示されている。光装置２００の特定の切換形態での、例えば、入力ポート１３１から出力ポート１３２に入力ビームを切り換える形態での入力ビームと出力ビームが通過する特定の光経路１５０が、図２Ｂ、２Ｃと関連して以下に記載される。
【００１９】
複屈折式偏向装置１０１は、直交偏光状態に基づいて、並進で異なる量だけ入射光束を偏らせる、ＹＶＯ４又は他の複屈折材料あってもよい。複屈折式偏向装置１０１は、１つの偏光状態（図２Ａ〜Ｃに示される実施形態ではｓ偏光）の光が、大きく偏向することなく複屈折式偏向装置１０１を通過し、反対の偏光状態（図２Ａ〜Ｃに示される実施形態ではｐ偏光）の光が、図示される偏向で複屈折式偏向装置１０１を通過するように、入射ビーム１７１に対して方向付けられる。結果として、入力ビーム１７１のｓ偏光成分は、偏光調整用のＬＣビーム偏光構造１０２に向かい、入力ビーム１７１のｐ偏光成分は、偏光調整用のＬＣビーム偏光構造１０４に向かう。ＬＣビーム偏光構造１０２、１０４により実行される偏光調整が、以下に示される。
【００２０】
ＬＣビーム偏光構造１０２及び１０４は、各々が、２つの透明な板（明快さのために、図示されず）の間に形成される３つのＬＣ副画素を含み、当該技術分野で十分に知られている技術を用いて、前記副画素を積層して、ＬＣ副画素１０２Ａ〜Ｃ及びＬＣ副画素１０４Ａ〜Ｃを形成する。一実施形態では、ＬＣビーム偏光構造１０２及び１０４が、単一のＬＣ構造として作製されることにより、光装置２００の部品の製造、組立、光の整列が容易になる。ＬＣ副画素１０２Ａ〜Ｃ及び１０４Ａ〜Ｃは、ねじれネマティック（ＴＮ）型材料、電気的に制御される複屈折（ＥＣＢ）型材料等のようなＬＣ材料を含む。ＬＣビーム偏光構造１０２は、ＬＣ副画素１０２Ａ〜Ｆの両端に電位差を与える透明電極も含み、それにより、ＬＣ副画素１０２Ａ〜Ｆを「オフ」又は「オン」に選択的に切り換える、即ち、入射光の偏光を変更するか又は変更しないかのどちらかに各ＬＣ副画素を設定する。ねじれネマティック型材料に対して、ほぼ零ボルトの電位差は、９０°回転の偏光を生成し、約５ボルト以上の電位差は、０°回転の偏光を生成する。
【００２１】
ＬＣビーム偏光構造１０２の透明電極は、１つの鉛直制御電極１０３と３つの水平電極１０６Ａ〜Ｃとを含み、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層から形作られる。同様に、ＬＣビーム偏光構造１０４の透明電極は、１つの鉛直制御電極１０５と３つの水平な電極１０６Ｄ〜Ｆとを含む。それらの透明電極は、ＬＣ構成を確定する緩衝ポリイミド層で覆われる。水平電極１０６Ａ〜Ｆは、一方の透明板の表面上に形成され、図示されるように、各々が、ＬＣ副ピクセル１０２Ａ〜Ｃ及び１０４Ａ〜Ｃの隣に配置される。鉛直制御電極１０３は、反対の透明電極板の表面上に形成され、ＬＣ副画素１０２Ａ〜Ｃの隣に位置し、鉛直制御電極１０５は、反対の透明電極板の表面上に形成され、ＬＣ副画素１０４Ａ〜Ｃの隣に位置する。入射光の偏光状態を調整することにより、ＬＣ副画素１０２Ａ〜Ｃ及び１０４Ａ〜Ｃは、光装置２００が、図２Ｂ、２Ｃに関連して以下に記載されるように、ＰＤＬを最小限にしつつ、ｓ偏光とｐ偏光が任意に組み合わされた入力ビーム１７１を１×２で切り換え、減衰させることを可能にする。水平方向及び鉛直方向の参照記号は、単に記載目的のためのものである。当業者は、光装置２００を任意の方位に設定して、本明細書に記載されるような１×２切換及び減衰を行ってもよいことを認識するであろう。
【００２２】
偏光分離回転アセンブリ１２０は、複屈折要素１２１と、４分の１波長板１２２と、鏡１２３とを含む。複屈折要素１２１は、入射光に対して複屈折式偏向装置１０１の偏向方式とは反対の偏向方式が実施されるように光軸が向いていることを除いて、複屈折式偏向装置１０１と実質的に同じであり得る。即ち、図２Ａ〜Ｃに示される実施形態では、入射ｐ偏光は、図示される偏向で複屈折式偏向装置１２１を通過し、入射ｓ偏光は、大きく偏向することなく複屈折式偏向装置１２１を通過する。４分の１波長板１２２は、鏡１２３の上に備え付けされ、鏡１２３は、図示されるように入射光を反射し、４分の１波長１２２は、入射光が、４分の１波長板１２２を２回通過する際に、入射光の偏光を合わせて９０°回転させる。代わりに、鏡１２３の代わりに、当業者が他の光学機器を実装して、ＬＣビーム偏光構造１０２と４分の１波長を通過した光を、ＬＣビーム偏光構造１０２と第２経路用の４分の１波長板１２２に戻すように再誘導することができる。
【００２３】
光装置２００は、作動中に、ｓ偏光成分とｐ偏光成分が任意に組み合わされた直線偏光入力ビームを１×２で切り換え、低いＰＤＬで減衰させる。１×２切換操作の一部として、光装置２００は、入力ポート１３１から出力ポート１３２（出力ビーム１７２）又は出力ポート１３３（出力ビーム１７３）へ入射ビーム１７１を誘導するように設定することができる。入力ビーム１７１をｓ偏光成分とｐ偏光成分に分離し、ＬＣビーム偏光構造１０２を利用してｓ成分の偏光を所望の偏光に調整し、ＬＣビーム偏光構造１０４を利用してｐ成分の偏光を所望の偏光に調整することにより、出力ポート１３２と１３３との間の入力ビーム１７１の１×２切換及び減衰が達成される。入力ビーム１７１が光装置２００により減衰される際にＰＤＬを最小限にするために、ビーム１７１のｓ成分及びビーム１７１のｐ成分は、別個に調整され得る（異なる量で回転され得る）。偏光調整の後に、各々の分離、調整された偏光成分を、その成分の調整された偏光に基づいて、それぞれの光経路に沿って誘導し、それらの成分を再結合して、出力ビームを形成することにより、入力ビーム１７１の１×２切換及び減衰が完了する。偏光調整並びに切換及び減衰プロセスの他の詳細は、図２Ｂ、２Ｃと関連して以下に記載される。当業者は、本明細書に記載されるような光装置２００の実施形態が、１×２光スイッチであるが、光装置２００が、本質的に双方向であり、２×１光スイッチとしても有効に動作し得ると理解するであろう。光装置２００が、２×１光スイッチとして動作する場合、入力ポート１３１は、出力ポートの役割をし、出力ポート１３２、１３３は、入力ポートの役割をする。
【００２４】
図２Ｂは、本発明の実施形態に従って、光装置２００が入力ビーム１７１を出力ポート１３２に切り換えるように設定される場合に、入力ビーム１７１のｓ成分及びｐ成分により取られる光経路を示す。入力ビーム１７１は、光経路Ｐ１を介して入力ポート１３１から複屈折式偏向装置１０１に向かう。複屈折式偏向装置１０１は、入力ビーム１７１を２つの成分１７１Ａと１７１Ｂに分割し、ここでは、成分１７１Ａが、入力ビーム１７１のｐ偏光成分であり、成分１７１Ｂが、入力ビーム１７１のｓ偏光成分である。
【００２５】
最初に、光装置２００を通る成分１７１Ａの経路が記述される。成分１７１Ａは、図示されるように下方に偏り、複屈折式偏向装置１０１を出て、次に、副画素１０４Ｂを通過する。副画素１０４Ｂは、要望に応じて成分１７１Ａの偏光を調整し、続いて、成分１７１Ａが、出力ポート１３２に実質的に向かうようにする。この実施形態では、副画素１０４Ｂは、成分１７１Ａの偏光が０°だけ（副画素１０４Ｂ内に、成分１７１Ａに平行な線で表示される）回転するように設定される。従って、成分１７１Ａは、副画素１０４Ｂを去った後、実質的にｐ偏光のままである。そのために、少なくとも約５Ｖの電位差が、副画素１０４Ｂの電極間に、即ち、水平電極１０６Ｅと鉛直電極１０５との間に印加される。副画素１０４ＢのＬＣ材料の両端でのそのような電位差により、副画素１０４Ｂの消光比は、約−４０ｄＢ未満である、即ち、成分１７１Ａ内のｓ偏光の強度が、副画素１０４Ｂを通過した後に、成分１７１Ａ成分内のｐ偏光の強度よりも約４倍大きいことが確保される。成分１７１Ａは、複屈折要素１２１に入り、上方に偏り、４分の１波長板１２２に入り、鏡１２３から反射され、４分の１波長板１２２と複屈折要素１２１に戻って通過し、従って、副画素１０４Ａに向かう。４分の１波長板１２２を２回通過することにより、成分１７１Ａの偏光は、９０°だけ回転し、従って、成分１７１Ａは、ｓ偏光に変換され、偏ることなく複屈折要素１２１を直接通過する。成分１７１Ａは、偏光分離回転アセンブリ１２０を出た後に、副画素１０４Ａに入る。この実施形態では、副画素１０４Ａは、成分１７１Ａの偏光が９０°だけ（副画素１０４Ａ内に、成分１７１Ａに垂直な線で表示される）回転すように設定されている。従って、成分１７１Ａは、副画素１０４Ａを去った後、実質的にｐ偏光に変換される。そのために、ほぼ零ボルトの電位差が、副画素１０４Ａの電極間に、即ち、水平電極１０６Ｄと鉛直制御電極１０５との間に印加される。成分１７１Ａは、複屈折式偏向装置１０１により上方に偏り、図示されるように、成分１７１Ａを成分１７１Ｂと組み合わせて、光経路Ｐ２に沿って誘導される出力ビーム１７２を形成する。
【００２６】
同様に、入力ビーム１７１のｓ偏光成分である成分１７１Ｂは、副画素１０２Ｂ及び１０２Ａを通って光経路Ｐ２に向かい、成分１７１Ａと再結合され、出力ポート１３２に向かう。副画素１０２Ａ〜Ｃは、副画素１０４Ａ〜Ｃが成分１７１Ａの偏光を回転させるのと同じように、成分１７１Ｂの偏光を回転させるようには設定されていない。結果として、水平電極１０６Ａ〜Ｃと鉛直電極１０３との間に印加される電圧は、水平電極１０６Ｄ〜Ｆと鉛直電極１０５との間に印加される電圧と同じではない。即ち、図２Ｂに示される光装置２００の構成では、少なくとも約５Ｖの電位差が、副画素１０２Ａ及び１０２Ｃの電極間に印加され、ほぼ零ボルトの電位差が、副画素１０２Ｂの電極間に印加される。
【００２７】
当該分野で周知のように、ある電圧範囲では、ＬＣ式光スイッチは、消光比が最適なものを下回り、適切な切換分離が問題となる。例えば、零ボルトでは、ねじれネマティックＬＣ材料は、消光比が、−１０〜−１５ｄＢのみであり得る。結果として、そのようなＬＣを通過した後、１つの偏光を最初に有する光は、反対の偏向を有する光エネルギーの残留量を有してＬＣを出る。ＬＣと作動状態ではない出力ポートとの間に指向性がある場合、望まれない残留光が、不利に、作動状態ではない出力ポートに向かう場合があり、それは、極めて望ましくないことである。光装置２００は、望まれない光エネルギーを、ＬＣビーム偏光構造１０２又は１０４を２回通るように誘導することにより、そのような状況を回避する。ＬＣビーム偏光構造を通る第２経路では、残留ビームの偏光状態を調整して、続いて、望まれない光経路から偏光状態を実質的に選別又は再誘導できるようにする。
【００２８】
図２Ｂは、副画素１０２Ｂ、１０４Ｂをそれぞれ通過する成分１７１Ａ、１７１Ｂの副産物である残留ビーム１７１Ｃ、１７１Ｄの光経路を示す。残留ビーム１７１Ｃ、１７１Ｄは、副画素１０４Ｂ、１０２Ｂをそれぞれ通過した後に成分１７１Ａ、１７１Ｂ内にそれぞれ存在する、少量のｓ偏光及びｐ偏光から構成される。光装置２００は、十分な量の残留ビーム１７１Ｃ、１７１Ｄが、作動状態ではない出力ポートＰ３に入るのを妨げ、それにより、消光比の高い切換が提供される。例えば、残留ビーム１７１Ｃは、複屈折要素１２１により成分１７１Ａから分離され、４分の１波長板１２２を通過することによりｐ偏光に変換され、副画素１０４Ｃに向かう。副画素１０４Ｃは、残留ビーム１７１Ｃの偏光が９０°回転するように設定され、副画素１０４Ｃを去った後、残留ビーム１７１Ｃを実質的にｓ偏光に変換する。次に、残留ビーム１７１Ｃ内の光エネルギーの大部分は、複屈折式偏向装置１０１により減衰経路ＡＰ１に沿って誘導され、出力ポート１３３に入らない。実際に、残留ビーム１７１Ｃ内の、即ち、いずれかのｐ偏光内の光エネルギーの小部分は、複屈折式偏向装置１０１により、減衰経路ＡＰ２を介して出力ポート１３３に向かう。副画素１０２Ａ及び１０２Ｃのように、副画素１０４Ｂは、消光比が、図２Ｂに示される構成において−４０ｄＢ未満であるので、減衰経路ＡＰ２を介して出力ポート１３３に達する望まれない光エネルギーの強度は、大きくはない。同様に、光装置２００は、残留ビーム１７１Ｄの光エネルギーを、出力ポート１３３ではなく減衰経路ＡＰ３に向ける。残留ビーム１７１Ｄのｓ偏光部分は、減衰経路ＡＰ４に沿って出力ポート１３３に向かうが、残留ビーム１７１Ｃと同様に、ｓ偏光部分は、少なくとも４０ｄＢ削減されており、大きくはない。
【００２９】
図２Ｃは、光装置２００が、本発明の実施形態に従って入力ビーム１７１を出力ポート１３３に切り換えるように設定される場合の入力ビーム１７１のｓ成分及びｐ成分により取られた光経路を示す。この構成では、副画素１０２Ａ〜Ｃ及び１０４Ａ〜Ｃは、それらの両端に印加される電位差が、図２Ｂに示される構成の場合とは異なるので、成分１７１Ａ及び１７１Ｂ並びに残留ビーム１７１Ｃ、１７１Ｄは、異なる光経路に沿っている。光装置２００が、入力ビーム１７１を出力ポート１３３に切り換えるように設定される場合、少なくとも約５Ｖの電位差が、副画素１０２Ｂ、１０４Ａ及び１０４Ｃの両端に印加されるので、それらを通過する偏光は、偏光性が変わらない。反対に、ほぼ零ボルトの電位差が、副画素１０２Ａ、１０２Ｃ、及び１０４Ｂの両端に印加されるので、それらを通過する光の偏光は、９０°だけ回転する。図示されるように、成分１７１Ａ及び１７１Ｂは、入力ビーム１７３に組み合わされ、出力ポート１３３に誘導され、残留ビーム１７１Ｃ、１７１Ｄは、それぞれ、減衰経路ＡＰ５、ＡＰ６に沿って誘導される。
【００３０】
光装置２００は、本発明の実施形態に従って、低いＰＤＬで入力ビーム１７１を減衰する。入力ビーム１７１の減衰は、ＬＣビーム偏光構造１０２及び１０４で入力ビーム１７１の偏光を部分的に調整することにより達成されるので、入力ビーム１７１の光エネルギーの一部分は、出力ポート１３２に向かい、入力ビーム１７１の光エネルギーの残りは、残留経路ＡＰ１及びＡＰ３に沿って誘導される残留ビームを形成する。
【００３１】
そのような構成では、副画素１０２Ｂ及び１０４Ｂの両端に印加される電位差は、零ボルト又は５ボルトにもはや維持されずに、代わりに、副画素１０４Ｂ及び１０２Ｂがそれぞれ成分１７１Ａ、１７１Ｂの偏光を部分的にのみ調整するように、０〜５ボルトの間を変化する。このように、所望の出力ポート、即ち、最終的に出力ポート１３２に向かう入力ビーム１７１からの光エネルギーの強度は、要望に応じて削減されてもよい。結果として、残留ビーム１７１Ｃ、１７１Ｄに割り当てられる光エネルギーの強度の増加は、それに従って増加する。従って、入力ビーム１７１は、益々減衰され、残留ビーム１７１Ｃ、１７１Ｄは、減衰された光エネルギーを得る。上記のように、実質的に全ての光エネルギー１７１Ｃ、１７１Ｄは、それぞれ、減衰経路ＡＰ１、ＡＰ３に沿って誘導され、作動状態ではない出力ポート、即ち、出力ポート１３３に入らない。
【００３２】
入力ビーム１７１を減衰する際に、成分１７１Ａ、１７１ｂの各々は、ＰＤＬを最小限にするために、実質的に等しく減衰されてもよい。成分１７１Ａ、１７１Ｂの各々を実質的に等しく減衰させるために、入力ビーム１７１に対して、副画素１０２の両端に印加される電位差と副画素１０４Ｂの両端に所与の減衰レベルで印加される電位差は、同じではない。代わりに、副画素１０２Ｂ及び１０４Ｂを独立に制御して、入射ｐ偏光、即ち、成分１７１Ａと、ｓ偏光、即ち、成分１７１Ｂに対するＬＣ材料のその異なる電気光学動作を相殺し、各成分の等しい減衰を作り出すことができる。
【００３３】
図３は、本発明の実施形態に従って、副画素１０２Ｂ及び１０４Ｂの独立した制御が、成分１７１Ａ及び１７１Ｂを減衰させる際に、どのようにＰＤＬを最小限にするのかを示すグラフ３００である。グラフ３００は、入射ｓ偏光及びｐ偏光に対する副画素１０２Ｂ及び１０４Ｂの電気光学動作を示す。グラフ３００の横軸は、副画素１０２Ｂ及び１０４Ｂに印加される電位差を表し、グラフ３００の縦軸は、その結果得られる、直交するように入射され、副画素１０２Ｂ及び１０４Ｂを通過する光束の減衰を表す。減衰曲線３９１は、両副画素を通過するｓ偏光の減衰を示し、減衰曲線３９２は、両副画素を通過するｐ偏光の減衰を示す。図示されるように、所与の印加電位差では、ｐ偏光の減衰は、ｓ偏光の減衰とは実質的に異なる。副画素１０２Ｂ及び１０４Ｂは、独立して制御されるので、各々の副画素の両端に異なる電位差を印加することができ、それにより、一方の副画素を通過するｓ偏光と他方の副画素を通過するｐ偏光について等しい減衰レベルを作り出す。例えば、入力ビーム１７１の所望の減衰レベルは、１０ｄＢであり、電位差Ｖ１０２Ｂは、副画素１０２Ｂに印加され、電位差Ｖ１０４Ｂは、副画素１０４Ｂに印加される。ｐ偏光であり、副画素１０４Ｂを通過する成分１７１Ａは、減衰曲線３９２により示されるように、Ｖ１０４Ｂの電位差が副画素１０４Ｂに印加される際に１０ｄＢに減衰する。同様に、ｓ偏光であり、副画素１０２Ｂを通過する成分１７１Ｂは、減衰曲線３９１により示されるように、Ｖ１０２Ｂの電位差が副画素１０２Ｂに印加される際に１０ｄＢに減衰する。従って、副画素１０２Ｂ及び１９４Ｂの独立した制御により、低いＰＤＬで入力ビーム１７１を減衰させることができる。加えて、副画素１０２Ｂ及び１０４Ｂの独立した制御により、光装置２００は、入力ビーム１７１が、回折格子によりＷＤＭ信号から空間的に分割されている光束である場合のように、他の光源から入力ビーム１７１が被るＰＤＬを補償することができる。
【００３４】
表１は、ＬＣビーム偏光構造１０２、１０４の電極への電圧印加方法を要約している。前記方法により、入力ビーム１７１は、本発明の実施形態に従って、出力ポート１３２，１３３の間で切り換えられてもよく、及び／又は、要望に応じて減衰されてもよい。上に記載される成分１７１Ｂの１×２切換及び減衰は、ＬＣビーム偏光構造１０２の制御信号を変えることにより達成される。同様に、成分１７１Ａの１×２切換及び減衰は、ＬＣビーム偏光構造１０４の制御信号を変えることにより達成される。明快さのために表１の、その電圧印加方法は、ＬＣビーム偏光構造１０２に対して記載されるが、同様に、ＬＣビーム偏光構造１０４に適用することができる。
【００３５】
この電圧印加方法に従って、第１バイアスは、水平電極１０６Ａ及び１０６Ｃに印加され、反対の極性の第２バイアスは、水平電極１０６Ｂに印加され、制御信号である第３バイアスは、鉛直制御電極１０３に印加される。水平電極１０６Ａ〜Ｃに対する制御信号は、値が、第１バイアスと第２バイアスとの間の範囲であり得る。水平電極と鉛直制御電極１０３との間に現れる電位差は、各々のＬＣ画素が、直線偏光の入力ビームを調整する方式を定める。従って、鉛直制御電極１０３と水平電極１０６Ａとの間に現れる電位差は、ＬＣビーム偏光構造１０２内のＬＣ副画素１０２Ａの偏光効果を定める。ねじれネマティック（ＴＮ）型ＬＣ材料を含むＬＣ画素は、その両端で約１．２Ｖまでの電位差により、大部分の線形偏光が、ｓ偏光からｐ偏光に変換され、逆も又は同様である。その両端の電位差が約４．０Ｖ以上であるＬＣ画素は、入射ビームの偏光を本質的に変換しない。結果として、その両端の電位差が約１．２Ｖ〜４．０ＶであるＬＣ画素は、電位差に応じて、入射光の偏光を部分的に変換する。
【００３６】
表１は、その結果得られる、成分１７１Ｂと残留ビーム１７１Ｄが通過する各々の副画素１０２Ａ〜Ｃの両端で生成される電位差を（ボルトで）示す。その結果得られる、各々のＬＣ画素の両端での電位差の値は、（表１の第１行に与えられる）鉛直制御電極１０３に印加されるボルト表示でのバイアスを、（表１の第１列に与えられる）水平電極１０６Ａ〜Ｃに印加されるボルト表示でのバイアスと相互参照することにより定められる。表１に要約される実施例では、＋６Ｖの一定のバイアスが、水平電極１０６Ａ及び１０６Ｃを介して、それぞれ副画素１０２Ａ及び１０２Ｃに印加される。−６Ｖの一定のバイアスは、水平電極１０６Ｂにより副画素１０２Ｂに印加される。鉛直制御電極１０３に印加されるバイアスは、＋６Ｖ〜−６Ｖで変化し得る。
【００３７】
【表１】
2012525611.tif 000003
【００３８】
表１を参照して、その結果得られる、ＬＣビーム偏光構造１０２の各ＬＣ画素の両端で生成され得る電位差は、−１２Ｖ〜＋１２Ｖの範囲である。従って、副画素１０２Ａ〜Ｃは、成分１７１Ｂの偏光を完全に又は部分的に変換するように設定されてもよく、成分１７１Ｂが変換されずに通過するように設定されてもよい。表１の第４行及び第５行に要約されるように、成分１７１Ｂは、鉛直制御電極１０３に印加されるバイアスを変えることにより、光出力ポート１３２、出力ポート１３３に完全に又は部分的に誘導されてもよく、阻止されても、即ち、減衰経路に沿って誘導されてもよい。同様に、表１に表される電圧印加方法は、成分１７１Ａを光出力ポート１３２、出力ポート１３３に、又は減衰経路に沿って完全に又は部分的に誘導するように、ＬＣビーム偏光構造１０４に適用されてもよい。
【００３９】
当業者は、鉛直制御電極１０３、１０５及び水平電極１０５Ａ〜Ｆへの電圧印加方法について表１に開示される特定値が、本発明の実施形態において変更されてよいことを理解するであろう。例えば、ＬＣの動作は、鉛直制御電極１０３、１０５と水平電極１０６Ａ〜Ｆとの間の電位差に相応しているので、全ての電極上のバイアスは、副画素１０２Ａ〜Ｃ及び副画素１０４Ａ〜Ｃの動作に影響を与えることなく、同じ量で増加されても、減少されてもよいと考えられる。更に、前記電極間の電位差の範囲は、−１２Ｖ〜＋１２Ｖに正確に保持される必要がある。どの種類のＬＣ材料が副画素１０２Ａ〜Ｃ及び１０４Ａ〜Ｃに存在するかに応じて、表１に開示される電位差を変更して、前記ＬＣ材料の光効率を最適化してもよい。
【００４０】
図４Ａは、入力ビーム１７１を出力ポート１３３に切り換えるように設定される場合の、ＬＣビーム偏光構造１０２及び１０４の概略側面図を示す。副画素１０２Ｂ及び１０４Ｃは、それらの両端に印加される電位差が１２ボルトであり、入射光が、偏光状態を実質的に変えずに通過することができるのに対し、副画素１０２Ｃ及び１０４Ｂは、それらの両端に印加される電位差が零ボルトであり、入射光４０１の偏光状態が９０°回転する。図４Ｂは、入力ビーム１７１を出力ポート１３２に切り換えるように設定される場合のＬＣビーム偏光構造１０２及び１０４の概略側面を示し、副画素１０２Ａ〜Ｃ及び１０４Ａ〜Ｃの各々の調整状態が、それに応じて図示されている。
【００４１】
要約すれば、鉛直制御電極１０３のバイアス値は、減衰される、即ち、出力ポートに入るのを望まれている偏光状態とは反対の偏光状態に調整されて、続いて減衰経路に向かう、成分１７１Ｂの一部分を定める。このように、成分１７１Ｂの１×２切換及び減衰は、第１制御信号により制御され、単一の（即ち、縦列ではない）ＬＣ構造により実行される。鉛直制御電極１０５のバイアス値は、減衰される成分１７１Ａの一部分を定め、従って、成分１７１Ａの１×２切換及び減衰は、第２制御信号により制御され、単一のＬＣ構造により実行される。そのような配置により、特に、ＬＣビーム偏光構造１０２及び１０４が単一のＬＣ構造として作製される場合、切換及び減衰機能を実行する光システムの寸法と複雑さが削減される。加えて、そのようなシステムの制御は、入力ビームのｓ成分を切り換え、減衰させる第１制御信号と、入力ビームのｐ成分を切り換え、減衰させる第２制御信号という、入力ビーム切換及び減衰ための２つの制御信号しか必要としないので、簡略化される。
【００４２】
図２Ｂ、２Ｃを再び参照して、複屈折式偏向装置１０１を通る成分１７１Ａ及び１７１Ｂの光経路長は、実質的に異なり、大きな偏光モード分散（ＰＭＤ）と他の問題が生じ得る。当業者は、光装置２００内の複屈折式偏向装置１０１を、成分１７１Ａ及び１７１Ｂに対して等しい経路長を与える複屈折式アセンブリに入れ替えてもよいことを認識するであろう。図５は、そのようなアセンブリの一実施例の概略側面図を示す。複屈折式アセンブリ５００は、図示されるように、入力ビーム５０５のｓ偏光成分５０３及びｐ偏光成分５０４に対して等しい光経路長を与える、第１複屈折性結晶５０１と第２複屈折性結晶５０２とを含む。一実施形態では、第１複屈折性結晶５０１と第２複屈折性結晶５０２との間に半波長板５０６を設置して、ｓ偏光成分５０３とｐ偏光成分５０４を好ましいように調整してもよい。
【００４３】
一実施形態では、ＹＶＯ４結晶の代わりに、偏光ビーム分割器を複屈折式偏向装置１０１として利用して、入力ビームをｓ偏光成分とｐ偏光成分に分離する。追加の偏光ビーム分割器を利用して、一方の偏光の出力ビームを出力ポートに誘導し、他方の偏光の望まれないエネルギーを損失ポート、光緩衝器、又は他の除去手段に誘導してもよい。図６は、本発明の実施形態に従って、複数の偏光ビーム分割器で構成される光装置６００の概略側面図を示す。
【００４４】
光装置６００は、ＹＶＯ４結晶の代わりに偏光ビーム分割器６０１と光アレイ６１０を利用することを除いて、光装置２００に実質的に同じである。偏光ビーム分割器６０１は、入力ビーム１７１をｓ偏光成分とｐ偏光成分に分離し、光アレイ６１０は、前記成分をＬＣビーム偏光構造１０２及び１０４並びに出力ポート１３２、１３３に選択的に誘導する。光アレイ６１０は、鏡６１１、結合光学部品６１２、並びに偏光ビーム分割器６１３、６１４、及び６１５を含む。説明のために、図６に示される光経路は、光装置６００が入力ビーム１７１を出力ポート１３２に切り換えるように設定される場合の成分１７１Ａ及び１７１Ｂに対するものである。偏光ビーム分割器６１３、６１４、及び６１５は、作動状態の出力ポート、例えば、出力ポート１３２に出力ビームを誘導し、作動状態ではない出力ポート、例えば、出力ポート１３３から離れるように残留ビームを誘導するように設定されている。図２Ｂ、２Ｃの光装置２００に関して、少なくとも４０ｄＢだけ低減された残留ビームのみが、作動状態ではない出力ポートに向かう。
【００４５】
図７Ａは、本発明の実施形態に従って、ＷＤＭ信号の１×２切換及び減衰を実行するＷＳＳ７００の概略上面図である。図７Ｂは、ＷＳＳ７００の概略側面図である。ＷＳＳ７００は、入力光束の波長チャンネルの各々を、２つの出力光経路のうちの１つに選択的に誘導することができる。例えば、複数の波長チャンネルを含む入力光束は、入力ファイバを通るように入り、個別の波長チャンネルの各々は、２つの出力ファイバのうちの１つに向かってもよい。本発明の実施形態は、光装置２００と実質的に同じ光装置をＷＳＳ７００内に組み込むことを考慮している。 ＬＣ式光切換装置は、ＷＤＭ信号内に含まれる波長チャンネルを選択的に１×２で切り換え、減衰させる。用語「上面図」及び「側面図」並びに水平方向及び鉛直方向の参照記号は、単に、記載目的のためのものである。当業者は、ＷＳＳ７００をいずれかの方位に設定して、本明細書に記載されるような１×２切換及び減衰を行ってもよいことを認識するであろう。
【００４６】
ＷＳＳ７００は、光入力ポート７０１と、光出力ポート７０２及び７０３と、ビーム形成光学部品と、回折格子７１０と、光切換アセンブリ７２０とを含む。ＷＳＳ７００は、鏡、集束レンズ、及び他の操縦光学部品等の追加の光学部品も含み得るが、明快さのために、図７Ａ、７Ｂからは省かれている。ビーム形成光学部品として、ｘ円筒レンズ７０４、７０５及びｙ円筒レンズ７０６、７０７が挙げられる。ＷＳＳ７００の部品は、記載目的のために、本明細書で水平面として定義される平らな表面７９０上に備え付けられている。本明細書に記載される実施例では、平面７９０は、ＷＳＳ７００と相互作用する光束が通過する平面に実質的に平行である。その上、記載目的のために、本明細書に記載されるＷＳＳ７００の構成は、ＷＤＭ信号を水平面に波長で分割し、鉛直平面に切換選択する、即ち、チャンネルを迂回させる。
【００４７】
光入力ポート７０１は、ＷＤＭ光入力信号７７１をＷＳＳ７００に光学的に誘導する。光入力信号７７１は、複数の多重波長チャンネルを含み、ｓ偏光とｐ偏光が、任意に組み合わされる。Ｘ円筒レンズ７０４は、外から入ってきたビーム７５０を鉛直方向に延ばし、円筒レンズ７１６は、外から入ってきたビーム７５０を水平方向に延ばす。Ｘ円筒レンズ７０４及びＹ円筒レンズ７０６は、共に、光入力信号７７１を形作り、ビームが、回折格子７１０上に入射される際に断面で楕円形であり、その楕円の長軸が、水平面に平行であるようにする。加えて、Ｘ円筒レンズ７０４及びＹ円筒レンズ７０６は、光入力信号７７１を回折格子７１０上に集束させる。
【００４８】
回折格子７１０は、鉛直方向に整列され、各々の波長を固有の光経路に沿って誘導することにより、光入力信号７７１の各々の波長チャンネルを空間的に分離又は分割するように設定された回折格子である。そのようにする際に、回折格子７１７は、複数の外から入ってきたビームを形成し、外から入ってきたビームの数は、光入力信号７７１内に含まれる光波長チャンネルの数に対応する。図７Ａでは、回折格子７１０は、光入力信号７７１を３つの入力信号７７１Ａ〜Ｃに分離するように示されている。実際には、入力信号７７１内に含まれる光チャンネルの数は、５０までであるか、又はそれよりも大きい。図７Ａ、７Ｂに示される構成では、回折格子７１０による波長チャンネルの分離が水平方向に生じるので、スペクトル解像度は、Ｙ円筒レンズ７０６により行われるように、外から入ってきたビーム７５０を水平方向に広げることにより高められる。回折格子７１０は、出力ビーム７２２、７７３の、多重化と呼ばれる波長チャンネル結合も実行する。
【００４９】
Ｘ円筒レンズ７０５及びＹ円筒レンズ７０７は、共に、ビームが、光切換アセンブリ７２０、即ち、複屈折式偏向装置１０１の第１要素に直交して入射するように、入力信号７７１を縦列化する。加えて、Ｘ円筒レンズ７０５及びＹ円筒レンズ７０７は、出力ビーム７２２、７７３が光切換アセンブリ７２０を出た後に、それらの出力ビームを回折格子７１０上に集束させる。
【００５０】
光切換アセンブリ７２０は、光入力信号７７１から分割される複数の水平方向にずれた波長チャンネルを調整するように変更されていることを除いて、構成及び操作が、図２Ａ〜Ｃの光装置２００と同じである。そのために、光切換アセンブリ７２０は、光装置２００と同じ構造のＬＣビーム偏光アレイを含む。
【００５１】
図８は、本発明の実施形態に従って複数の入力光束を処理するＬＣビーム偏光アレイ７２２の概略断面図を示す。図８は、図７に示されるようなＬＣビーム偏光アレイ７２２の断線Ａ−Ａで切り取られている。ＬＣビーム偏光アレイ７２２は、複数の鉛直制御電極７２５Ａ〜Ｃ及び７２６Ａ〜Ｃと、複数の水平電極１０６Ａ〜Ｆとを含む。各々の鉛直制御電極７２５Ａ〜Ｃは、構成が、図２Ａ〜Ｃの鉛直制御電極１０３と実質的に同じであり、光入力信号７７１が分割される波長チャンネルのうちの１つに対応する。同様に、各々の鉛直制御電極７２６Ａ〜Ｃは、構成が、図２Ａ〜Ｃの鉛直制御電極１０５と実質的に同じであり、光入力信号７７１から分割される波長チャンネルのうちの１つに対応する。そのために、各々の鉛直制御電極７２５Ａ〜Ｃ、７２６Ａ〜Ｃは、所望の波長チャンネルが必要な鉛直電極上に入射するように適切に配置される。明晰さのために、図８には、鉛直電極が、３つのチャンネルのみに対して示されている。５０以上の波長チャンネルに設定される鉛直電極アレイも考慮される。水平電極１０６Ａ〜Ｆは、ＬＣビーム偏光アレイ７２２により処理される全ての波長チャンネル用の共通電極として働く。ＬＣビーム偏光アレイ７２２の副画素は、鉛直制御電極７２５Ａ〜Ｃ、７２６Ａ〜Ｃと、水平電極１０６Ａ〜Ｆとの間の領域により確定される。鉛直電極７２５Ａ内の陰影付きの領域は、ＬＣビーム偏光アレイ７２２のそのような１つの副画素８０１を示す。
【００５２】
ＷＳＳ７００は、作動中に、光装置２００内の入力ビーム１７１に対して上に記載された同じ方法で、チャンネルのｓ成分及びｐ成分を（ＬＣ偏光を介して）調整し、鉛直方向にずらすことにより、所与の波長チャンネルの光を迂回させる。従って、ＬＣビーム偏光アレイ７２２内の入力ビーム７７１よりも下に鉛直方向にずれた出力ビーム７７２は、出力ポート７０２用に選択された波長チャンネルを含む。同様に、ＬＣビーム偏光アレイ７２２内の入力ビーム７７１よりも上に鉛直方向にずれた出力ビーム７７３は、出力ポート７０３用に選択された波長チャンネルを含む。光装置２００内の入力ビーム１７１に対する上記の方法で、各々の波長チャンネルを独立して減衰させてもよい。
【００５３】
要するに、ＷＳＳ７００は、ｓ偏光とｐ偏光が任意に組み合わされた入力ビームをＷＤＭで信号迂回させることと、波長に依存せずに減衰させることの両方を可能にする光切換装置である。単一ＬＣビーム偏光構造は、入力ビームの各々の波長チャンネルのｓ偏光成分とｐ偏光成分を独立に制御して減衰及び切換を行い、それは、大きなＰＤＬを回避する。ＷＳＳは、入力ファイバで偏光差を必要としないので、偏光に依存する損失の別の大きな原因が回避される。加えて、波長チャンネルの１×２切換を実行する同じ光切換装置により、ＷＤＭ信号内に含まれる個別のチャンネルを均等にすることができるので、光切換装置の製作、整列、及び制御が簡略化される。
【００５４】
上記のことは、本発明の実施形態を目指しているが、本発明の他の及び更なる実施形態が、その基本的な範囲から逸脱することなく具現化されてもよく、その範囲は、以下の請求項により定められる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
2012525611.tif 000016