(57)【要約】【解決手段】光デバイスは、少なくとも３つの光ポートを含む。光学配置は、光ポートのうちのいずれかから受信された光ビームを第１の偏光状態に配置する。分散素子は、光ビームを複数の波長成分に空間的に分離する。光パワー素子は、各波長成分を少なくとも１つの方向に収束させる。プログラマブル光位相変調器は、波長成分を、光学配置、分散素子、及び集束素子を通して選択された光出力に誘導する。プログラマブル光位相変調器は、誘導を実施する活性区域と、活性区域を取り囲む非活性区域と、を含む。光ポートのうちの少なくとも１つとプログラマブル光位相変調器の非活性区域のうちの少なくとも一部分との間の光路内に位置付けられた偏光配置は、光エネルギーを第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態に配置するように構成される。【選択図】図１
2020514797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイスであって、
少なくとも３つの光ポートと、
該光ポートのうちのいずれかから受信された光ビームを第１の偏光状態に配置するための光学配置と、
前記光ビームを複数の波長成分に空間的に分離するための分散素子と、
前記複数の波長成分の各々を少なくとも１つの方向に収束させるための光学パワー素子と、
前記第１の偏光状態にある集束された複数の波長成分を受信するためのプログラマブル光位相変調器であって、該変調器が、前記波長成分を、前記光学配置、前記分散素子、及び集束素子を通して光出力のうちの選択された１つに誘導するように構成され、前記プログラマブル光位相変調器が、前記誘導を実施する活性区域、及び該活性区域を取り囲む非活性区域を含む、プログラマブル光位相変調器と、
前記光ポートのうちの少なくとも１つと前記プログラマブル光位相変調器の前記非活性区域の少なくとも一部分との間の光路内に位置付けられた偏光配置であって、該偏光配置が、光エネルギーを前記第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態に配置するように構成されている、偏光配置と、を備える光デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも３つの光ポートが、第１の波長選択スイッチの機能に関連付けられている第１の組の光ポートと、第２の波長選択スイッチの機能に関連付けられている第２の組の光ポートと、を含み、前記偏光配置が、前記第１の組の光ポートと前記プログラマブル光位相変調器の前記非活性区域の部分との間の光路内に位置付けられている、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記光学配置が、前記第１及び第２の組の光ポートのうちの１つの前記光路内に位置付けられている偏光子と、前記第１の第２の組の光ポートの他方に位置付けられている半波長板と、を含む、請求項２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記第１の波長選択スイッチが、Ｎ個の入力光ポート（Ｎ≧２）と、１個の出力光ポートと、を有するＮ×１スイッチとして機能するように配置され、前記第２の波長選択スイッチが、１個の入力光ポートと、Ｍ個の出力ポート（Ｍ≧２）と、を有する１×Ｍスイッチとして機能するように配置されている、請求項３に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記偏光配置が、前記プログラマブル光位相変調器の平面に対して一定の斜角を画定する光軸を有する、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記少なくとも３つの光ポートが、前記光ビームを受信するための少なくとも１つの光入力ポートと、複数の光出力ポートと、を含み、前記光学配置が、前記光入力ポートと前記光出力ポートの各々との間の光結合を可能にするように、更に構成され、前記複数の光出力ポートのうちの任意の１つと前記複数の光出力ポートのうちの任意の他のものとの間の光結合を防止する、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記光学配置が、横断する光エネルギーの異なる偏光状態間を区別することによって、選択されたポートの間の光結合を選択的に可能にし、かつ防止するように更に構成されている、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記光学配置が、光ポートアレイ内の前記ポートのうちのいずれかから受信された光ビームを、前記第１及び第２の偏光状態にそれぞれ配置されている第１及び第２の光学成分に空間的に分離するための少なくとも１つのウォークオフ結晶と、前記第１の光学成分を前記第２の偏光状態に配置するための第１の複合半波長板と、前記第２の偏光状態にあるが前記第１の偏光状態にはない光エネルギーを送信するための偏光子と、ファラデー回転子及び第２の複合半波長板であって、該ファラデー回転子及び第２の複合半波長板が、前記光入力ポートから受信された空間的に分離された光ビームを、前記偏光子を介して前記第１の偏光状態に回転させ、前記複数の光出力ポートから受信された空間的に分離された光ビームを、前記第２の直交偏光状態に回転させる、ファラデー回転子及び第２の複合半波長板と、を含む、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記プログラマブル光位相変調器が、液晶ベースの位相変調器を含む、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記液晶ベースの位相変調器が、ＬＣｏＳデバイスである、請求項９に記載の光デバイス。
【請求項１１】
前記分散素子が、回折格子及びプリズムからなる群から選択される、請求項９に記載の光デバイス。
【請求項１２】
前記光ポートアレイから受信された光ビームを拡大し、前記拡大された光ビームを前記分散素子に方向付けるための光学系を更に備える、請求項９に記載の光デバイス。
【請求項１３】
前記光学系が、第１の方向に第１の倍率を有し、前記第１の方向に直交する第２の方向に第２の倍率を有し、前記第１の倍率が、前記第２の倍率とは異なる、請求項１２に記載の光デバイス。
【請求項１４】
前記第１の方向は、前記光ビームが空間的に分離される波長分散軸に平行であり、前記第１の倍率が、前記第２の倍率よりも小さい、請求項１３に記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
光通信ネットワークでは、個々の波長（すなわち、チャネル）で複数の光チャネルを有する光信号は、ある位置から別の位置に、典型的には、光ファイバの長さを通って送信される。光クロスコネクトモジュールは、ある光ファイバから別の光ファイバへの光信号の切り替えを可能にする。波長選択性光クロスコネクト、又は波長選択スイッチ（wavelength selective switch 、ＷＳＳ）は、再構成可能な波長依存性スイッチングを可能にし、すなわち、これにより特定の波長チャネルを第１の光ファイバから第２の光ファイバに切り替えることを可能にする一方で、他の波長チャネルを第１の光ファイバ内に伝搬させるか、又は特定の波長チャネルを第３の光ファイバに切り替えることを可能にする。波長選択性光スイッチングに基づく光学ネットワークアーキテクチャは、個々の波長チャネルの光路を自動的に作成又は再ルーティングする能力に起因して、多くの魅力的な特徴を有する。サービスの配備を促進し、光ネットワークの故障点の周りの再ルーティングを促進し、サービスプロバイダの資本及び運用費を削減し、またネットワークの将来性のあるトポロジを作成する。
【０００２】
波長選択スイッチは、それらの様々な入力及び出力ポートの間の望ましくない光結合を呈し得る。発生し得る別の望ましくない特徴は、帯域外クロストークである。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書で論じる主題の一態様によれば、少なくとも３つの光ポートを含む光デバイスが提供される。光学配置は、光ポートのうちのいずれかから受信された光ビームを第１の偏光状態に配置する。分散素子は、光ビームを複数の波長成分に空間的に分離する。光パワー素子は、複数の波長成分の各々を少なくとも１つの方向に収束させる。プログラマブル光位相変調器は、第１の偏光状態にある集束された複数の波長成分を受信する。プログラマブル光位相変調器は、波長成分を、光学配置、分散素子、及び集束素子を通して、光出力のうちの選択された１つに誘導するように構成される。プログラマブル光位相変調器は、誘導を実施する活性区域と、活性区域を取り囲む非活性区域と、を含む。偏光配置は、光ポートのうちの少なくとも１つとプログラマブル光位相変調器の非活性区域のうちの少なくとも一部分との間の光路内に位置付けられる。偏光配置は、光エネルギーを第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態に配置するように構成される。
【０００４】
本明細書で論じる主題の別の態様によれば、光ポートアレイと、光学配置と、分散素子と、集束素子と、プログラマブル光位相変調器と、を含む光デバイスが提供される。光ポートアレイは、光ビームを受信するための少なくとも１つの光入力ポートと、複数の光出力ポートと、を有する。光学配置は、少なくとも１つの光入力ポートと光出力ポートの各々との間の光結合を可能にし、複数の光出力ポートのうちの任意の１つと複数の光出力ポートのうちの任意の他のものとの間の光結合を防止する。分散素子は、光学配置を横断し、光ビームを複数の波長成分に空間的に分離した後に、光ビームを少なくとも１つの光入力から受信する。集束素子は、複数の波長成分を集束させる。プログラマブル光位相変調器は、集束された複数の波長成分を受信する。変調器は、波長成分を光出力のうちの選択された１つに誘導するように構成される。
【０００５】
本明細書に開示する主題の別の態様によれば、光学配置は、横断する光エネルギーの異なる偏光状態の間を区別することによって、選択されたポートの間の光結合を選択的に可能にし、かつ防止するように構成される。具体的には、いくつかの実施形態では、光学配置は、光ビームを任意の偏光状態で受信し、光ビームを所定の偏光状態で分散素子に提供するように更に構成される。
【０００６】
特定の一実施形態では、光学配置は、光ポートアレイ内のポートのうちのいずれかから受信された光ビームを、第１及び第２の偏光状態にそれぞれ配置されている第１及び第２の光学成分に空間的に分離するための少なくとも１つのウォークオフ結晶を含む。光学配置はまた、第１の光学成分を第２の偏光状態に配置するための第１の複合半波長板と、随意に、第２の偏光状態にあるが第１の偏光状態にはない光エネルギーを送信するための偏光子を含む。光学配置のこの実施形態はまた、ファラデー回転子及び第２の複合半波長板を含む。ファラデー回転子及び第２の複合半波長板は、光入力ポートから受信された空間的に分離された光ビームを、偏光子を介して第１の偏光状態に回転させ、複数の光出力ポートから受信された空間的に分離された光ビームを、第２の直交の偏光状態に回転させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】光ビームがポートのうちの異なるものの間で切り替えられるときに、例えば、波長選択スイッチに組み込まれ得る光学配置の断面図を概略的に示す。
【図２】光ビームがポートのうちの異なるものの間で切り替えられるときに、例えば、波長選択スイッチに組み込まれ得る光学配置の断面図を概略的に示す。
【図３】光ビームがポートのうちの異なるものの間で切り替えられるときに、例えば、波長選択スイッチに組み込まれ得る光学配置の断面図を概略的に示す。
【図４】図１〜図３に示される光学配置の代替的な実施形態を示す。
【図５】図１〜図３に示される光学配置の別の代替的な実施形態を示す。
【図６】帯域外クロストークを示す、スイッチング素子としてＬＣｏＳを用いる光デバイスの完全なスペクトル帯域幅を示す。
【図７】ＬＣｏＳの平面図を示し、その活性区域及び周囲フレームを示す。
【図８】図５の線Ｉ−Ｉに沿って取られたＬＣｏＳの平面図を示す。
【図９】図５の線Ｉ−Ｉに沿って取られた偏光配置の平面図を示す。
【図１０】図９の線ＩＩ−ＩＩに沿って取られた光デバイスの一実施形態を示す。
【図１１】偏光子が帯域外クロストークを低減するために組み込まれた後の、図６のトレースと同様の挿入損失トレースを示す。
【図１２Ａ】それぞれ、本発明の実施形態と共に使用され得る自由空間ＷＳＳなどの簡略化された光デバイスの一例のそれぞれ上面図及び側面図である。
【図１２Ｂ】それぞれ、本発明の実施形態と共に使用され得る自由空間ＷＳＳなどの簡略化された光デバイスの一例のそれぞれ上面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に詳述するように、１組の光ポートを異なる組の光ポートに指向的に結合する光学配置が提供され、そのため組の各々の中の光ポートが、それ自体の組内の任意の他の光ポートに光学的に結合されない。この配置は、ポートの間のより低いレベルの光結合を達成するために、光スイッチなどの光デバイスと一体化されてもよい。
【０００９】
図１は、例えば、ダイバーシティの問題（ビームがある入力ポートから別の入力ポートに進行するときに生じる光損失）、及び隔離（ビームが出力ポートから入力ポートに進行するときに生じる光損失）に対処するための波長選択スイッチ（ＷＳＳ）に組み込むことができる光学配置１００の断面図を概略的に示す。４つの光ポート１０、２０、３０、及び４０が示されており、したがってこの実施例では、光デバイス１００が組み込まれ得る波長選択スイッチは、１×３スイッチである。図１に示される光学配置１００は、空間光変調器が、Ｃｏｍポート１０と光ポート２０、３０、及び４０のうちのいずれかとの間の光ビームを方向付けることを可能にするであろう。より一般的には、１×ｎ個のスイッチング機能を提供するために、任意の数ｎの光ポートが用いられてもよい。光学配置１００は、ウォークオフ結晶５０と、第１の複合半波長板６０と、偏光子７０と、ファラデー回転子８０と、第２の複合半波長板９０と、を含み、これらの全てが、Ｃｏｍ（共通）ポートとして機能し、光ポート２０、３０、及び４０のうちのいずれかに選択的に方向付けられる光ポート１０によって受信される光ビームを処理するために、図示のように光学的に結合される。
【００１０】
図１において、光ビームの２つの直交する状態又は成分は、それが様々な光学素子を通って伝搬するときに示される。１つの偏光成分（例えば、垂直の又はｖ−成分）は、垂直の矢印で示され、他の偏光成分（例えば、水平の又はｈ−成分）は点で示される。ウォークオフ結晶５０のウォークオフ方向、並びに半波長板及びファラデー回転子によって引き起こされる回転の方向は、前方又は下流方向、すなわち正のｚ−方向に伝搬する光ビームの偏光成分に関して説明される。
【００１１】
Ｃｏｍポート１０によって受信された光ビームは、前方方向に伝搬し、ウォークオフ結晶５０に入り、光ビームを、互いに対して空間的に変位される２つの直交するように偏光されたビームに分割する。図１の実施例では、この空間変位はｘ方向にある。光ビームは、ウォークオフ結晶５０から出て、領域６２、６４、６６、及び６８を有する複合半波長板６０に入り、領域６２、６４、６６、及び６８は、９０度で入射ビームの偏光を回転させるように配置されたそれらの光軸を有する。複合半波長板６０の残りの領域は、入射ビームの偏光状態を変更しない。
【００１２】
半波長板領域６２、６４、６６、及び６８は、それぞれ、光ポート４０、３０、２０、及び１０によって画定される光路に沿って位置決めされる。半波長板領域６８は、Ｃｏｍポート１０から進行する光ビームのｈ−偏光された成分を受信するように位置決めされる。複合半波長板６０の結果として、Ｃｏｍポート１０から生じる光ビームは、両方とも同じ偏光状態（すなわち、ｖ−偏光状態）にある。
【００１３】
光ビームは、複合半波長板６０から出て、垂直に偏光された光のみが通過する随意の偏光子７０に入る。したがって、Ｃｏｍポート１０から生じる２つの空間的に変位された光ビーム成分のみが、偏光子７０を通過するであろう。
【００１４】
随意の偏光子７０を出た後、Ｃｏｍポート１０から生じる２つの垂直に偏光された光ビームは、ファラデー回転子８０に入る。ファラデー回転子８０は、図示のように、光ビームが下流方向に進行しているときに、光ビームの偏光状態を時計回り方向に４５度回転させる。ファラデー回転子８０に続く第２の複合半波長板９０は、Ｃｏｍポート１０から空間的に変位された２つの光ビームを受信する第１の半波長板領域９２を含む。第２の半波長板９０はまた、光ポート４０、３０、及び２０によって画定される光路に沿って位置決めされた第２の半波長板領域９４も含む。同じ方向に進行する２つのビームについて、第２の半波長板領域９４は、第１の半波長板領域９２の偏光状態とは反対方向に光ビームの偏光状態を回転させるように配置される。
【００１５】
ファラデー回転子８０から光ビームを受信する第１の半波長板領域９２は、光ビームを更に４５度時計回り方向に更に回転させ、そのためそれらの両方は、第１の半波長板領域９２からｈ−偏光状態で出る。図示のように、ファラデー回転子８０及び第１の半波長領域９２の正味の効果は、入力光ビームが垂直の偏光状態にある場合に、光ビームを水平の偏光状態で出力し、入力光ビームが水平の偏光状態にある場合に、光ビームを垂直の偏光状態で出力することである。すなわち、ファラデー回転子８０及び第１の半波長板領域９２は共に、１つの偏光状態にあるビームの偏光を、その直交する偏光状態に回転させる。更に、光ビームがファラデー回転子８０及び第１の半波長板領域９２を通過する順序は、図１に示されるものとは逆であってもよい。
【００１６】
第１の半波長板領域９２を出た後、光ビームは、更に、様々な他の光成分を通って下流に方向付けられ、空間光変調器（図１には図示せず）によって光学処理を受ける。空間光変調器は、光ビームの様々な波長成分を、光ポート２０、３０、及び４０のうちの選択された１つに選択的に方向付ける。図１に示される空間光変調器及び光学配置を組み込む波長選択スイッチの一実施例は、図１２Ａ及び図１２Ｂに関して以下に示される。
【００１７】
図１に示される光学配置１００は、空間光変調器が、Ｃｏｍポート１０と光ポート２０、３０、及び４０のうちのいずれかとの間の光ビームを方向付けることを可能にするであろう。しかしながら、光学配置１００はまた、ポート２０、３０、及び４０のうちのいずれかに方向付けられる光ポート２０、３０及び４０のうちのいずれかから生じる任意の光ビームを遮断するであろう（例えば、光ポート２０からの光ビームは、光ポート３０又は光ポート４０に到達することが防止されるであろう）。
【００１８】
図１の例を続けると、第２の複合半波長板９０を出てＳＬＭ（空間光変調器）によって再方向付けられた後、ＳＬＭによって光ポート４０に方向付けられたＣｏｍポート１０から生じる光ビームは、上流方向に進行すると、まず第２の複合半波長板９０の第２の半波長板領域９４及びファラデー回転子８０を通過するであろう。第２の半波長板領域９４及びファラデー回転子８０の正味の効果は、上流方向に進行する入力光ビームが垂直の偏光状態にある場合に、光ビームを水平の偏光状態で出力し、入力光ビームが上流方向に進行するときに水平の偏光状態にある場合に、光ビームを垂直の偏光状態で出力することである。すなわち、第２の半波長板領域９４及びファラデー回転子８０は共に、１つの偏光状態にある上流進行光ビームの偏光を、その直交の偏光状態に回転させる。更に、光ビームが第２の半波長板領域９４及びファラデー回転子８０を通過する順序は、図１に示されるものとは逆であってもよい。
【００１９】
ＳＬＭから光ポート４０まで上流方向に進行する光ビームは、第２の半波長板領域９４に入るとｈ−偏光状態になるので、それらは、第２の半波長板領域９４及びファラデー回転子８０から直交の偏光状態で出るであろう。すなわち、光ビームは、第２のファラデー回転子８０からｖ−偏光状態で出ることになり、したがって偏光子７０を通過するであろう。次いで、光ビームは、複合半波長板６０を通過し、１つのビーム（複数）の偏光が、半波長板領域６２によってｈ−偏光状態に回転されるであろう。ここで直交の偏光状態にある２つのビームは、光ポート４０に方向付けられる前に、ビームを再結合するウォークオフ結晶５０に入る。
【００２０】
Ｃｏｍポート１０から生じ、光ポート２０、３０、及び４０のうちのいずれかに方向付けられる光ビームとは対照的に、ポート２０、３０、及び４０のうちのいずれかから生じる光ビームは、偏光子７０によって他のポート２０、３０、及び４０のうちのいずれかに到達することが防止されるであろう。すなわち、光学配置１００は、高度な指向性を呈する。これは、図２に示されており、光ビームは、光学配置１００の光ポート２０から生じ、偏光子７０によって光ポート４０に到達することが防止される。同様に、図３は、光ビームが光ポート４０からＣＯＭポート１０に正常に方向付けられたときの光学配置１００を示しており、それにより、光学配置１００が高度な隔離を呈することを示している。
【００２１】
前述のように、いくつかの実施形態では、偏光子７０は、提供されない。偏光子７０を使用しない場合の、ＣＯＭ１から、例えば、ポート４０へのスイッチングは、影響を受けないであろう。同様に、ポート４０からＣＯＭポート１０への光ビームの切り替えは、影響を受けない。しかしながら、光ビームが、２に示されるような出力ポート２０、３０、又は４０のうちの任意の２つの間で切り替えられるのを防止する方法が効果的であろう。
【００２２】
図２と同様に、図４は、図４において偏光子７０が存在しないことを除いて、光ビームがポート２０からポート４０に切り替えられる光学配置を示す。図４において、光ビームは、図２に示されるように、第１の複合半波長板６０に到達するまで、光学配置を通って進行する。図示のように、光ビームの各偏光成分がウォークオフ結晶５０を通過した後、ビームは、光ポート４０に方向付けられるであろう。しかしながら、ポート４０の光軸に沿って方向付けられるのではなく、２つの偏光成分は、ポートの光軸から変位されることになり、隣接するポートの間の間隔が十分であると仮定すると、２つの偏光は、両方とも、ポート４０及び任意の隣接するポートに届かないであろう。このようにして、ポート２０と４０との間の結合が防止される。
【００２３】
図５は、図１〜図３に示される光学配置の別の代替的な実施形態を示す。この実施形態において、２つの独立して動作可能な波長選択スイッチの機能が提供される。図１〜図３及び図５、並びに本明細書の残りの図において、同様の要素は、同様の参照番号によって示される。しかしながら、第１及び第２のＷＳＳの両方に関連付けられている光ポートは、共通の組のそのような光学素子を共有してもよい。２つのスイッチは、レンズ、分散素子、及び空間光変調器などの、共通の組の光学素子を共有することができる。すなわち、２つのＷＳＳの機能は、単一の物理スイッチングデバイスに組み込まれてもよい。この実施例８の例示の目的のために、光ポートが示される。光ポート１０、２０、３０、及び４０は、Ｎ×１ウィッチとして機能する第１のＷＳＳと関連付けられており、この例では、Ｎ＝３である。すなわち、この第１のＷＳＳ光ポート４０は、光ポート１０、２０、及び３０のうちのいずれかによって受信される波長を選択的に方向付けることができる指定された出力ポートとして機能する。図５において、光ポート１０によって受信された波長が光ポート４０に方向付けられていることが示される。
【００２４】
同様に、光ポート５０、６０、７０、及び８０は、１×Ｎスイッチとして機能する第２のＷＳＳと関連付けられている。すなわち、この第２のＷＳＳ光ポート８０は、光ポート５０、６０、及び７０のうちのいずれかに波長を選択的に方向付けることができる指定された入力ポートとして機能する。図５において、光ポート８０によって受信された波長が光ポート５０に方向付けられていることが示される。
【００２５】
図５の例示を明確にするために、第１のＷＳＳに関連付けられている、ウォークオフ結晶５０、第１の複合半波長板６０、偏光子７０、ファラデー回転子８０、及び第２の複合半波長板９０は、第２のＷＳＳに関連付けられている、ウォークオフ結晶５０、第１の複合半波長板６０、偏光子７０、ファラデー回転子８０、及び第２の複合半波長板９０とは別個の素子として示される。しかしながら、上述のように、第１及び第２のＷＳＳの両方は、共通の組のそのような素子を共有してもよい。
【００２６】
図５の２つのＷＳＳは、各々４つの光ポートを有するものとして示されているが、より一般的には、任意の数のポートが用いられてもよく、この数は、２つの機能的スイッチング素子の間で同じであるか、又は異なっていてもよいことに留意されたい。更に、他の実施形態では、３つ以上のＷＳＳの機能は、同じ物理デバイスに組み込まれてもよい。
【００２７】
第１のＷＳＳの光ポート１０、２０、３０、及び４０の間の所望の結合を達成するために必要な適切な指向性を提供するために、半波長板８５が、光ポート１０、２０、３０、及び４０と空間光変調器７３（例えば、ＬＣｏＳ）との間の光路に挿入される。この例では、半波長板８５は、第２の複合半波長板９０と空間光変調器８５との間に位置付けられる。第１のＷＳＳの動作は、光ポート１０によって受信され、光ポート４０に方向付けられた光ビームによって、図５に示される。図示のように、光ポート１０から生じる光ビームは、その２つの成分が第２の半波長板領域９４を垂直の偏光状態で出ることにより、前述のように光学配置を横断する。次いで、半波長板８５は、２つの成分を水平の偏光状態に回転させる。水平に偏光された成分は、それらを出力ポート４０に方向付ける空間光変調器７３によって受信される。空間光変調器７３から水平に偏光された成分を受信すると、半波長板８５は、それらの偏光を垂直の偏光状態に回転させ、その後、成分は、上述のように残りの光学素子を横断する。光ポート２０及び３０から指定された出力ポート４０に方向付けられた光ビームは、光ポート１０から光ポート４０に方向付けられた光ビームに関して上述したものと同様の様式で光学配置を横断する。
【００２８】
第２のＷＳＳの光ポート５０、６０、７０、及び８０の間の所望の結合を達成するために必要な適切な指向性を提供するために、第２の偏光子８７は、光ポート５０、６０、７０、及び８０と空間光変調器７３との間の光路内に挿入される。第２の偏光子８７は、水平に偏光された光が通過することのみを可能にする。第２のＷＳＳの動作は、光ポート８０によって受信され、光ポート５０に方向付けられる光ビームによって、図５に示される。図示のように、光ポート８０から生じる光ビームは、前述のように光学配置を横断して、その２つの成分が第１の半波長板領域９２を水平の偏光状態で出る。次いで、水平に偏光された成分は、第２の偏光子が水平に偏光されるので、影響を受けずに第２の偏光子８７を横断する。水平に偏光された成分は、空間光変調器７３によって受信され、出力ポート５０に方向付けられる。第２の偏光子８７は、空間光変調器７３から再び方向付けられた成分を受信し、再度、それらに影響を及ぼさずに通過させ、その後、その成分は、上述のように残りの光学素子を横断する。光ポート８０から光ポート６０及び７０のいずれかに方向付けられた光ビームは、光ポート８０から光ポート５０に方向付けられた光ビームに関して上述したものと同様の様式で、光学配置を横断する。
【００２９】
したがって、図５に関連して上述した実施形態では、２つのＷＳＳのいずれかから空間光変調器７３によって受信された光ビームは、同じ（例えば、水平の）偏光状態にある。
【００３０】
上述の実施形態のいずれかにおいて起こり得る１つの問題は、帯域外クロストークから生じる。このようなクロストークは、図６の挿入損失トレースに示されており、これは、スイッチング素子としてＬＣｏＳを用いる光デバイスの完全なスペクトル帯域幅を示す。この実施例では、デバイスが動作するスペクトル帯域幅は、Ｃバンド、例えば、１５３０ナノメートル（ｎｍ）〜１５６５ｎｍの波長範囲である。また、図６には帯域外クロストーク１５が示される。このクロストークのソースは、液晶画素が位置付けられている活性区域の外側にあるＬＣｏＳ表面の部分から光ポートによって受信される光ビームの反射である。
【００３１】
図７は、図５に示されるＬＣｏＳ７３などのＬＣｏＳの平面図を示す。ＬＣｏＳ７３は、液晶画素が位置付けられている活性区域７１と、周囲フレーム７７と、を含む。図８は、図８が図５の線Ｉ−Ｉに沿って取られていることを除いて、ＬＣｏＳ７３の同様の平面図を示す。このようにして、図８は、活性区域７１の上半分の上に位置付けられている半波長板８５、及び活性区域７１の下半分の上に位置付けられている第２の偏光子８７を示す。上述のように、帯域外クロストークは、ＬＣｏＳ表面の周囲フレーム７７からの入力光ビームの反射から生じる。このクロストークは、活性区域７１の外側のＬＣｏＳ７３の部分から生じるので、液晶画素の制御によって抑制することができない。
【００３２】
帯域外クロストークを抑制するために、いくつかの実施形態では、偏光子配置は、ＬＣｏＳフレーム７７の上に置かれ、任意の光がフレーム７７から光ポートに反射されるのを防止し得る。すなわち、図５の実施形態と同様に、ＬＣｏＳ７３に到達する光ビームが第１の偏光状態（例えば、図５の水平の偏光状態）にある場合、ＬＣｏＳフレーム７７の上に位置付けられた偏光配置は、直交の偏光状態（例えば、図５の垂直の偏光状態）にあるべきである。このような偏光配置は図９に示されており、これは、図８と同様に、図５の線Ｉ−Ｉに沿って取られる。この実施形態では、垂直の偏光子１１３は、図５の１×Ｎスイッチに関連付けられているＬＣｏＳ７３の活性区域に隣接するＬＣｏＳフレーム７７の部分の上に置かれる。垂直の偏光子１１３は、光ポート５０、６０、７０、及び８０とＬＣｏＳフレーム７７との間の光路内の水平の偏光子８７とＬＣｏＳ７３との間に位置付けられてもよい。
【００３３】
図９に示される垂直の偏光子１１３は、図５に示される１×Ｎスイッチで生じる帯域外クロストークを抑制する。同様の一対の垂直の偏光子は、図５に示されるＮ×１スイッチに関連付けられているＬＣｏＳ７３の活性区域に隣接するＬＣｏＳフレーム７７の部分の上に置かれて、Ｎ×１スイッチに生じる帯域外クロストークを防止し得る。一般に、光デバイスが２つ以上のＷＳＳの機能を組み込む場合、全てのＷＳＳ又はＷＳＳの任意の所望のサブセットにおける帯域外クロストークを抑制するために、ＬＣｏＳフレームの上に偏光子が提供されてもよい。光デバイスがＬＣｏＳの活性区域の全体を用いる単一のＷＳＳのみを組み込む場合、帯域外クロストークを抑制するために使用される偏光子は、ＬＣｏＳフレームの全ての上に置かれてもよい。
【００３４】
ＬＣｏＳ７３に到達する光ビームが水平の偏光状態にある上述の実施例では、帯域外クロストークを抑制するために使用される偏光子１１３は、垂直の偏光状態にある。より一般的には、ＬＣｏＳに到達する光ビームがいくつかの任意に選択された第１の偏光状態にある場合、帯域外クロストークを抑制するために使用される偏光子は、直交の偏光状態にあるべきである。
【００３５】
いくつかの実施形態では、帯域外クロストークを抑制するために使用される偏光子は、ＬＣｏＳの活性区域の縁部と重なり合ってもよい。これは、図９に示される垂直の偏光子１１３について示される。１つの例示的な実施例では、重なり合いは、ＬＣｏＳ７３の活性区域７１内に約１０画素（約８０マイクロメートル）延在してもよい。
【００３６】
図１０は、図９の線ＩＩ−ＩＩに沿って取られた光デバイスの一実施形態を示す。図示のように、この実施形態では、追加の０次クロストークの発生を回避するために、半波長板８５、水平の偏光子８７、及び垂直の偏光子１１３の光軸は、ＬＣｏＳ７３の平面に対して一定の傾斜角度をなす。図１０に示されるようないくつかの実施形態では、半波長板８５及び水平の偏光子８７は、ＬＣｏＳ７３の平面に対して反対方向に方向付けられた傾斜角度を画定するように位置決めされてもよい。更に、図１０に更に示されるように、１×ＮのＷＳＳに関連付けられている垂直の偏光子１１３の平面は、水平の偏光子８７の平面に平行であってもよい。Ｎ×１のＷＳＳにおける帯域外クロストークを抑制するために追加の偏光子が提供される場合、これらの偏光子は、半波長板８５の平面に平行であってもよい。
【００３７】
図１１は、偏光子が帯域外クロストークを低減するために組み込まれた後の、図６のトレースと同様の挿入損失トレースを示す。図示のように、帯域外クロストークは、大部分が排除されている。
【００３８】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、それぞれ、本発明の実施形態と共に使用され得る自由空間ＷＳＳ１００などの簡略化された光デバイスの一例の上面図及び側面図である。光は、入力及び出力ポートとして機能する光ファイバなどの光導波路を通ってＷＳＳ１００に入力及び出力される。図１２Ｂで最も良く分かるように、ファイバコリメータアレイ１０１は、コリメータ１０２1 、１０２2 及び１０２3 にそれぞれ結合された複数の個々のファイバ１２０1 、１２０2 、及び１２０3 を含んでもよい。ファイバ１２０のうちの１つ以上からの光は、コリメータ１０２によって自由空間ビームに変換される。ポートアレイ１０１から出る光は、ｚ軸に平行である。ポートアレイ１０１は、図１２Ｂの３つの光ファイバ／コリメータ対を示しているが、より一般的には、任意の好適な数の光ファイバ／コリメータ対が用いられてもよい。
【００３９】
光学配置１２０は、ポートアレイ１０１から出る光を受信し、後述する一対の望遠鏡に光を方向付ける。光学配置１２０は、図１、図４、又は図５に関して上述したタイプの光アイソレータであってもよい。
【００４０】
一対の望遠鏡又は光ビーム拡張器は、ポートアレイ１０１からの自由空間光ビームを拡大する。第１の望遠鏡又はビーム拡張器は、光学素子１０６及び１０７から形成され、第２の望遠鏡又はビーム拡張器は、光学素子１０４及び１０５から形成される。
【００４１】
図１２Ａ及び１２Ｂにおいて、２つの軸内の光に影響を及ぼす光学素子は、両図において両凸光学系として実線で示される。一方、１つの軸内の光にのみ影響を及ぼす光学素子は、影響を受ける軸内の平凸レンズとして実線で示される。１つの軸内の光にのみ影響を及ぼす光学素子はまた、それらが影響を及ぼさない軸内に破線によって示される。例えば、図１２Ａ及び１２Ｂにおいて、光学素子１０２、１０８、１０９、及び１１０は、両方の図に実線で示される。一方、光学素子１０６及び１０７は、（ｙ軸に沿ってパワーを集束させているので）図１２Ａに実線で示され、図１２Ｂでは（ｘ軸に沿ってビームが影響を受けないので）破線で示される。光学素子１０４及び１０５は、（ｘ軸に沿ってパワーを集束させているので）図１２Ｂに実線で示され、（ｙ軸に沿ってビームが影響を受けないので）図１２Ａでは破線で示されている。
【００４２】
各望遠鏡は、ｘ及びｙ方向に異なる倍率で作成されてもよい。例えば、ｘ方向の光を拡大する光学素子１０４及び１０５から形成される望遠鏡の倍率は、ｙ方向の光を拡大する光学素子１０６及び１０７から形成される望遠鏡の倍率よりも小さくてもよい。
【００４３】
一対の望遠鏡は、ポートアレイ１０１からの光ビームを拡大し、それらを波長分散素子１０８（例えば回折格子又はプリズム）に光学的に結合し、波長分散素子１０８は、自由空間光ビームをそれらの構成波長又はチャネルに分離する。波長分散素子１０８は、その波長に従って、ｘ−ｙ平面上で異なる方向に光を分散させるように作用する。分散素子からの光は、ビーム収束光学素子１０９に方向付けられる。
【００４４】
ビーム収束光学素子１０９は、波長分散素子１０８からの波長成分を、例えば、ＬＣｏＳデバイス１１０などの液晶ベースの位相変調器とすることができるプログラマブル光位相変調器に結合する。波長成分は、ｘ軸に沿って分散され、これは波長分散方向又は軸と呼ばれる。したがって、所与の波長の各波長成分は、少なくとも画素のアレイ上でｘ方向に集束される。他の実装形態では、ビーム収束軸は、ｘ及びｙの方向の両方に各波長成分を集束させてもよい。例として、限定するものではないが、λ1 、λ2 、及びλ3 で示される中心波長を有する３つのそのような波長成分が、波長分散軸（ｘ軸）に沿ってＬＣｏＳデバイス１１０に集束される図１２Ａに示される。
【００４５】
図１２Ｂで最も良く分かるように、ＬＣｏＳデバイス１１０からの反射後、各波長成分は、ビーム収束光学素子１０９（屈折力素子）、波長分散素子１０８、並びに光学素子１０６及び１０７を通ってポートアレイ１０１内の選択されたファイバに結合され得る。
【００４６】
帯域外クロストークを抑制するために使用される垂直の偏光子１１３が用いられる場合、一実施形態では、それらは、ビーム収束光学素子１０９とＬＣｏＳデバイス１１０との間に位置付けられてもよい。いくつかの場合には、垂直の偏光子１１０は、ＬＣｏＳデバイス１１０のフレームに隣接し、それと接触してもよい。
【００４７】
上記の例及び開示は例示的であり、網羅的ではないことを意図している。これらの実施例及び説明は、当業者に多くの変形形態及び代替形態を提案するであろう。
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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