"ピクセル化ホログラム装置を用いて1つ以上の光データストリームの経路選択をする光スイッチを操作する方法であって、第1のホログラムを第2のホログラムに変更することを備え、この変更ステップは、前記第1のホログラムを前記第2のホログラムへ展開するようにホログラムのシーケンスを提供することを含む、方法。前記シーケンスを形成する中間ホログラムは、再生画像を制御するために選択される、請求項1に記載の方法。前記ピクセル化ホログラム装置は、液晶装置である、請求項1または請求項2に記載の方法。前記シーケンスのホログラムは、単一ピクセルによって前記シーケンスの先行ホログラムから相違する、請求項1から請求項3のいずれかに記載の方法。前記経路選択は、前記変更ステップによって影響を受けない、請求項1から請求項4のいずれかに記載の方法。シリコン回路の上方に液晶材料の集積層およびそれぞれのx、y平面を有し、変調レベルの不連続数を支持するピクセル化ホログラム装置のための位相専用コンピュータ生成ホログラムを形成する方法であって、所望のホログラムの主要な再生座標を決定し、前記座標を用いて、ベースセルのピクセルのサイズを計算し、ホログラムを与えるために位相量子化手法によってベースセルパターンを評価すること、並びに、前記ピクセル化ホログラム装置の全開口が満たされるまで前記ピクセル化ホログラム装置の平面内に前記ベースセルホログラムを複製すること、前記ベースセルの前記ホログラムを新しいホログラムへ変更し、この変更ステップは、前記ホログラムを前記新しいホログラムへ展開するようにホログラムのシーケンスを提供することを含む、方法。シリコン回路の上方に液晶材料の集積層を有し、変調レベルの不連続数を支持するピクセル化ホログラム装置によって、光データストリームを伝搬する光ビームの経路選択をする方法であって、所望のホログラムの主要な再生座標を決定し、前記座標を用いて、ベースセルのピクセルのサイズを計算し、位相量子化手法によってベースセルパターンを評価すること、並びに、前記ベースセルを複製し、該複製されたパターンを前記ピクセル化ホログラム装置に適用し、前記ピクセル化ホログラム装置が長期間所定のバイアス状態にあることを回避するために、実質的に一定の再生視野を達成するパターンのシーケンスを介して、前記ベースセルパターンを新しいベースセルパターンへ変更すること、を含む方法。好ましい実施形態の説明様々な図面において、同じ参照番号は同じ部品を示す。図15を参照することによって始めると、光源101のアレイおよび光学受光器107のアレイは、ホログラフィスイッチholographicswitchの入力素子および出力素子として配置されている。多数の用途の場合、この光源および受光器は、劈開されるかあるいは端部研磨されたファイバを含んでもよい。他の用途では、入力は、レーザあるいはLEDのような発光源であってもよく、出力は光検出器であってもよい。各入力101は、異なるディジタルあるいはアナログ光信号を、スイッチを介して1つのあるいは可能性としていくつかの出力107へ送信することができる。したがって、最高N個までの異なる信号が、いかなる瞬間にもスイッチを同時に通過することができる。各入力に与えられた光は、データによって変調された単一波長、異なる波長で作動する多数の異なるデータ源例えば、波長多重化システム、あるいは、連続体の波長からなってもよい。このスイッチは図15で断面で示されているが、入力アレイおよび出力アレイ101、107は、一般的には2次元アレイであり、ホログラフィスイッチは3次元体3dimensionalvolumeを含んでいてもよい。スイッチングを行うために、入力アレイ101は、レンズアレイ102の後方に配置されている。入力アレイによって放射される各光信号は、レンズアレイ102のレンズのうちの1つによって平行にされる自由空間に入る。次に、各平行ビームはホログラム装置103を通過する。ホログラム装置103は、この装置に入射するビームの光伝搬方向の特定の偏向を生じるように設計されている位相および/または輝度および/または複屈折のホログラフィパターンを表示する。そのホログラムパターンは、各光ビームが異なる偏向角を受けるように設計されてもよい。装置103は、個別のビームをいくつかの異なる角度あるいは回折順序に分割する効果も有し得る。このパワー分割効果を利用するための1つの用途は、入力ポートを2つ以上の出力ポートに経路選択routeすることにある。偏向された光信号は、第2のホログラム装置105に達するまで相互接続領域104中の自由空間に伝搬する。第2のホログラム装置105のホログラムパターンは、第1のホログラム装置103に導入された偏向を反転するように設計されているので、発生する信号ビームはシステムの光軸に対して再度平行になる。次に、光信号は、第2のレンズアレイ106を通過し、その各レンズがその関連光信号を受光器アレイ107の出力ポート内へ集束する。したがって、第1のホログラム装置103に表示されたホログラムパターンおよび第2のホログラム装置105に表示された関連ホログラムパターンは、受光器アレイ107のいずれの出力ファイバが入力アレイ101のいずれの入力ファイバからの光データを受信するかを決定する。相互接続領域104は、第1および第2のホログラム装置103、105に表示される特定のホログラムパターンにより決定されるという仕方で、信号ビームが空間的に再配列することを可能とする。このスイッチは、出力107が入力101に光信号を送信し戻すことができるように逆にも作動する。図15の固定ホログラム装置を再構成可能な装置と取り換えようとする際には、次のことを含む多数の問題が生じる。1このようなホログラフィスイッチを実施するために、適切なホログラムパターンのセットが選択されねばならない。このホログラムセットは、任意の入力チャネルを任意の出力チャネルに経路選択することを可能とし、一方で、挿入損失およびクロストークを指定値の範囲内に保持することを可能としなければならない。チャネル間のノイズ分離は使用されているパターンに強く依存するので、このことは簡単な仕事ではない。特に、ホログラムセットは、高次回折が間違ったチャネルの下で始められることを防止するように最適化されねばならない。2再構成可能ホログラムによって生成され得る最大角度偏向angulardeflectionは、一般的には、固定されたホログラム記録で達成され得る場合よりも小さい。第1および第2のホログラム装置103、105の平面間の相互接続領域104の長さは、この最大角度偏向によって決定され、したがって、スイッチは、一般的には、光学シャッフルよりも大きい自由空間光路長を必要とする。構成要素許容範囲およびパッケージング設計の制約のために、この光路長を最小にすることは頻繁に非常に望まれることである。3再構成可能ホログラムの回折効率は、第1および第2のホログラム装置103、105をまっすぐ通過する偏向されていないゼロ次信号として表示された、不足量の若干の割合のために、一般的には、100よりも小さい。スイッチに更なる増加なしに、これらの偏向されない信号は、受光器に望ましくない雑音信号を生じさせる、例えば、入力1からの信号の何分の1は常にホログラム状態とは無関係に常に出力1に達し、入力2からの信号の何分の1は常に出力2に達する等である。これらの信号は、スイッチの適切な機能を損なう。4N×N個のスイッチ内で使用するための再構成可能ホログラムを構成する便宜的な方法は、シリコン回路の上に液晶材料の層を集積することである。この種のSLMは、一般的には透過性よりもむしろ反射性において作動し、したがって、図15に示されたスイッチレイアウトはもはや適切でない。図2は、透過性空間光変調器と併用するためのN×N個のホログラフィスイッチの基本構成を示している。しかしながら、理解を改善するために、ホログラム装置を全く有していないことを除いて図2と同一である図1の説明が最初に行われる。光源のアレイ1は、図示されるように左側に配置され、光受光器のアレイ9は、図示されるように右側に配置される。入力アレイ1と受光器アレイ9との間の光路において、順に、第1のコリメーティングレンズ2、第1の集束レンズ4、第2のコリメーティングレンズ6および第2の集束レンズ8が配置されている。これらのレンズの各々は、バルクレンズである。従って、このレンズに付随する精度、再現性およびコストの問題のために、マイクロレンズの使用が避けられる。第1のコリメーティングレンズは、入力アレイ1から離隔され、第2の集束レンズは、出力アレイから離隔される。第1のコリメーティングレンズ2および第1の集束レンズ4は、その間にファンアウト領域afanoutregionを規定し、第1の集束レンズおよび第2のコリメーティングレンズは、その間に相互接続領域を規定し、第2のコリメーティングレンズおよび第2の集束レンズは、その間にファンイン領域afaninregionを規定する。入力1に次いで、光信号のアレイは、f2の焦点距離を有する第1のコリメーティングレンズ2によって平行にされる自由空間に入る。入力アレイ1は、信号ビームが異なる角度方向に平行にされるように、代表的には、レンズの主要な表面から距離f2でレンズ2の後部焦点平面内に配置されている。レンズ2に次いで、平行信号は、f4の焦点距離を有する第1の集束レンズ4の方へ自由空間ファンアウト領域3内を伝搬する。領域3内を伝搬するこの信号は、平行ビームが第1の集束レンズ4に到達する時間によって完全に空間的に分離されるように、レンズ2によって角度的に分散される。レンズ2に対するレンズ4の位置は、ビームが相互接続領域5を互いに平行に横切って通るように選択される。代表的には、この条件は、レンズ4の主要な表面をレンズ2の主要な表面から距離f2f4だけ離して位置付けることによって満たされる。次に、集束スポットのアレイは、代表的には、レンズ4の前部焦点平面相互接続領域5内のいずれかの位置にある内に形成される。相互接続領域5に次いで、第2のコリメーティングレンズ6は、信号を再度平行にし、ファンイン領域7内へこれらの信号を供給し、ファンイン領域7において、それらの信号は第2の集束レンズ8によって適切な出力ファイバ9内へ集束される。第2の集束レンズ8は、代表的には、第2のコリメーティングレンズ6の前から距離f6f8の位置に配置され、出力素子9は、レンズ8の焦点平面にある。実際には、第1および第2のコリメーティングレンズおよび第1および第2の焦点レンズ2、4、6、8の各々は、固定色消しレンズcementedachromats、複合レンズシステム、および/またはミラー素子のような光パワーを有する単一バルク素子あるいは等価構成要素からなってもよい。さらに、入力源1および出力受光器9は、放射および受光のそれぞれにおいて同じ光学開口数を有する例えば、入出力は単一モードファイバである場合には、第1のコリメーティングレンズ2は第2の集束レンズ8と類似し、第1の集束レンズ4は第2のコリメーティングレンズ6と類似する。この場合、焦点平面は、第1の集束レンズ4と第2のコリメーティングレンズ6との間のちょうど中間に存在する。ファイバ対ファイバのスイッチングの場合、入出力アレイ1、9は、後方反射を減少させるためにある角度で劈開あるいは端部研磨されたファイバを含んでもよいし、反射防止被覆されてもよいし、あるいは光信号を正しい位置および空間に適合させる導波装置から成ってもよい。それに代えて、2次元ファイバアレイを製造するための何らかの構造が使用されてもよい。図2を参照すると、相互接続領域5に関して、第1の集束レンズ4の外側におよび第2のコリメーティングレンズ6の外側にそれぞれ配置された強誘電体液晶FLC空間光変調器SLMという形態で第110および第211のバイナリホログラム装置を有するスイッチが示されている。それに代え、ホログラム装置は、相互接続領域をその間で規定するために、レンズの内側に配置されてもよいことが当業者によって理解されるであろう。しかしながら、図示されている配置は、ファイバと空間光変調器との間の奇数のバルクレンズここでは1個であるが、波長変動によるオフセット変動を出力で傾斜エラーtilterrorに変換させる、という点で有利である。当業者に公知であるように、傾斜エラーは、オフセットエラーよりも光ファイバに対して比較的問題とならない。本実施形態で使用されるホログラム装置は、バイナリ光変調器として使用の容易さのために選択された強誘電体液晶空間光変調器である。しかし、他のバイナリ光変調器装置がその代わりに使用されてもよい。空間光変調器は、第1の集束レンズおよび第2のコリメータレンズ4、6の最も外側の表面にできるだけ接近して配置されている。空間光変調器10、11は、装置に入射するビームの光伝搬方向を偏向させるように設計され、位相および/または輝度および/または複屈折の様々なパターンを表示するように駆動される。いかなる瞬間にも、11に表示されるホログラムパターンは、装置10に導入される偏向を取り戻すrestoreように設計されねばならない。したがって、ホログラムによって導入される偏向によって、入力信号は、表示されるホログラムパターンによる方法で、再配列され、出力に経路選択される。ホログラムパターンが変更されるとき、それはそのスイッチの経路選択routingである。本発明の本実施形態では、光スイッチングは、レンズアレイ要素に対する必要性なしに達成される。強誘電体液晶SLMを使用することによって、独自の偏光が達成され得る。ここで後述されるように、これは、入来する偏光が必ずしも決定できない場合、重要な機能である。次に、N×N個のスイッチを構成する設計式を、光信号ビームがガウスのTEM00プロファイルGaussianTEM00prodilesを有する状況に対して検討する。ガウスビームGaussianbeamは、レーザおよび劈開された単一モードファイバによって放射された光学プロフファイルに対する有用な近似である。近軸ガウシアンaparaxialGaussianはレンズ間の自由空間において伝搬するとき、その半径方向の寸法は変わるが、そのプロフファイルは次の周知の伝搬規則に従ってガウシアンのままである。ここで、w0は、z=0に任意に置かれたガウスの中心部の寸法theGaussianwaistdimension最小ビーム半径である、wは、位置z/2における横断ビーム半径thetransversebeamradius、z/2は、その中心部からの伝搬距離、λは、光信号ビームの中心光波長である。図1および図2に関して説明された光スイッチシステムが対称的に設計されて用いられる場合、各信号ビームは、図3に示されるように相互接続領域5の中心であってホログラム装置10、11間のちょうど中間に、直径2wのガウスの中心部を形成する。ホログラム間の相互接続距離zに関して、平面10、11におけるビームは、上記の式1によって与えられる2wのガウス直径を有する。さらに、レンズ4とホログラム10との間およびレンズ6とホログラム11との間の距離が無視できる場合、f4およびf6は、両方ともz/2に等しいように選択されるべきである。代表的には、平面10、11における光信号の間隔間interspacing△hを相互接続長を短くするためにできるだけ小さくすることが望ましい。しかしながら、隣接信号間のクロストークを減らすためには、この同寸法を増加させることも望ましい。図4は、無収差光学により与えられた任意の2つの隣接する光路間における予想雑音分離theexpectednoiseisolationのプロットである。パラメータγは、式2として規定される。γ.≧3のシステム設計限界は、しばしば許容可であり、隣接信号経路間の約39dbの雑音分離あるいはそれよりもよい雑音分離を生じる。式1の1回の微分式thefirstderivativeをゼロに等しくすることによって見つけられた所与の△hの値に対して、△hの最適最小値があることが分かった式3。さらにホログラム装置がピクセル化される場合、これらの装置によって導入され得る最大有用回折角amaximumusefulangleofdiffractionφがある。式4に示されたこの角度は、スイッチの正確な動作を保持する最小相互接続長zを最終的に決定する。ここで、dはホログラムピクセル化ピッチthehologrampixellationpitch、Aは使用された全ホログラム開口である。代表的な場合において、空間光変調器10、11は、回転軸の1つだけまたはその両方に関しての角度回折を導入してもよく、並びに、ホログラムピクセル化ピッチはx軸方向とy軸方向との間で異なっていてもよい。式2から式4は、必要とされる相互接続長対サポートされ得る入力および出力数に関する設計基準をもたらす。規則的な2次元の正方形格子squaregrid上に配置されたN個の入力およびN個の出力がある場合に関して、近軸解法は式5で示される。したがって、1.55μmの中心波長で作動し、かつγ=3である場合の20μmの形状サイズfeaturesizeを有するホログラムを使用して構成される32×32個のスイッチは、少なくとも95mmだけ離隔された空間光変調器10、11を必要とする。そのとき、スイッチの挿入損失は、導入される波長が設計波長からそれているときに徐々に増加する。式5は、ホログラフィ光スイッチのための最小光路長設計である。しかしながら、スイッチのための全設計サイクルafulldesigncycleは、適切なホログラムパターンのセットを決定するための手法も組み入れなければならない。このホログラムセットは、代表的には、使用されるホログラム装置の性能に従って、任意の入力を任意の出力に少なくとも経路選択できなければならないが、スイッチが再構成されるときに、全光路間の雑音分離や挿入損失の変化のような様々なスイッチ性能ターゲットも保持できなければならない。これらの制約の下では、ホログラムセットは、ホログラム装置から利用できる全範囲の偏向角を利用しなくてもよい。さらに、1:1のアスペクト比の正方形状にパックされたsquarepacked格子以外の入力および出力ポートの空間装置は、何らかの用途に対してより良く最適化されてもよい。したがって、最小光路設計を得ることは可能でなくてもよい。これらの実施形態の場合、式5は、式6に変更すべきである。ここで、Cは、選択されたホログラムセットの特性を明らかにするスケールパラメータを示している。Cは、代表的には相対的な入力および出力ポートの位置の反復設計によって決定されねばならない。スイッチの各入力ポートは、装置10の固有副開口領域uniquesubapertureregionを示し、各出力ポートは、光を装置11の固有副開口領域から収集する。したがって、各副開口は、正確なスイッチング機能性を得るために最少数のホログラムピクセルを含まなければならない。式7は、回折軸当たりの副開口毎に存在しなければならないホログラムピクセルの最少数を示す。正方形状にパックされた入力出力アレイに基づき、並びに、強誘電体液晶空間光変調器FLC‐SLMのような2相ホログラム装置を利用した高性能スイッチ設計雑音分離は約40dB、損失変化は1dB未満のための既知のデータポイントのサンプルは、下の表1に表されれている。再構成可能ホログラムによって生成できる最大角度偏向は、代表的には、固定されたホログラム記録afixedhologramrecordingによって得ることができる場合よりも小さいので、スイッチは、代表的には、ホログラム装置間に比較的長い自由空間光路長を必要とする。次に図5および図6を参照すると、ホログラム装置10、11間の物理距離は、付加的な光学素子をスイッチに導入することによって低下している。これらの2つの実施形態では、相互接続領域5の長さ、およびそれによるスイッチの光路長は、第5のレンズをシステムに組み込むことによって低下する。図6を参照すると、負の光学パワーnegativeopticalpowerを有する追加のレンズ素子12は、視野レンズafieldlensとして相互接続領域5の中心に配置され、図1から図5の実施形態のレンズ4、6は、より短い焦点距離を有するレンズ13、14によってそれぞれ置換されてる。これらのレンズの各々は、バルクレンズであり、実際には、式8のような光パワーopticalpowerを有する等価複合構成要素または単一バルク素子から成ってもよい。ここで、f13はレンズ13の焦点距離であり、f14はレンズ14の焦点距離である。視野レンズ12の付加は、レンズ13、14の比較的短い焦点距離を補う。f13がf14に等しい通常のケースでは、スイッチの動作は、視野レンズの要素が式9を満たす場合に保持される。ここで、f12はレンズ12の焦点距離であり、f4は、交換されたレンズの焦点距離である。図6に示される他の実施形態は、正の光学パワーpositiveopticalpowerを有する他のレンズ素子15が単一共役リレーレンズaunityconjugaterelaylensとして相互接続領域5の中心に置かれ、図1から図5の実施形態のレンズ4、6は、比較的短い焦点距離を有するレンズ16、17によってそれぞれ置換されている。これらのレンズの各々は、バルクレンズであり、実際には、式10のような光学パワーopticalpowerを有する等価複合構成要素または単一バルク素子から成ってもよい。ここで、f15は、リレーレンズ15の焦点距離であり、f16は、レンズ16の焦点距離であり、かつf17は、レンズ17の焦点距離である。図6の実施形態では、出力ポートの空間配列は、もとのスイッチ設計と機能的に同じに維持するために、x軸およびy軸の両方に関して鏡像反転mirrorreversedされる。リレーレンズ15の付加は、16、17の焦点距離の減少を補償する。f16がf17に等しい通常のケースでは、スイッチの動作は、リレーレンズ15が式11を満たす場合に保持される。32×32個のスイッチを例として使用すると、それら3つの実施形態に対するホログラム装置10、11間の光路長は次の通りである。図1から図4に関して検討される第1の実施形態については、相互接続領域に対する最小長は95mmであることは既に確立された。図5を参照して検討された第2の実施形態については、f13=f14=18mmである場合に、中央凹面素子thecentralconcaveelementは5.5mmの焦点距離を有し、相互接続長は36mmである。図6を参照して検討された第3の実施形態については、f16=f17=18mmである場合、中央凸面素子thecentralconvexelementは5.5mmの焦点距離を有し、相互接続長は58mmである。明らかに、第3の実施形態は比較的長いが、第3の実施形態は光学収差の制御が容易であるという長所を有する。再構成ホログラムの回折効率は、代表的には、不完全な光変調のため、および/またはホログラムパターン内の空間無駄スペースspatialdeadspaceのために100よりも小さい。効率不足の若干の割合は、ゼロ次ビームが両方のホログラム装置10、11をまっすぐ通るビームである場合には、偏向されないゼロ次ビームとしてしばしば示される。スイッチを更に増加しなければ、これらのゼロ次信号は、出力ポートにおいてクロストークを生成し、それによって、適切なスイッチ機能を損なってしまう。これが1つの問題である場合、本実施形態は、ゼロ次信号がそのシステムの光学開口の外側に無事に通過してくるように改変されてもよい。図7を参照すると、第1のスイッチでは、入出力アレイ21、29は、システム光軸18の反対側にずらされるが、全ての他の構成要素は軸上に対称に維持されている。したがって、このシステムの光軸18は、スイッチの全レンズ素子の中心を通過するが、入力アレイ21はこの軸の片側に完全にずらされ、出力アレイ29は、完全に反対側にずらされている。さらに、ホログラム装置の同じ最大回折角能力thesamemaximumdiffractionanglecapabilityを与えられた入力および出力アレイに対する最適アスペクト比が、この場合、システムの非対称性のために正方形状のアレイよりもむしろ1:2が好ましい、ということは明らかである。このアスペクト比の変化は、代表的には、パラメータC上記の式6を参照よりわずかに高い設計値に反映されている。図7のスイッチは、軸を外れた仕方で作動させる必要があるために、性能を制限する光学収差の導入をもたらし得る。機能的に同じではあるが、光学システムが近軸に近い方法anearparaxialmannerで作動することができる構造は、図8に示された構造を取り入れている。図8のスイッチでは、入力および出力アレイおよび全レンズ構成要素は、少しだけ横方向にずらされている中央視野レンズ素子またはリレーレンズ素子acentralfieldorrelaylenselement22または25を除いて軸上に対称に維持されている。図8を参照すると、入力アレイ1の平面の光軸上に位置付けられた点19が光信号を出す場合、この点は、装置10において角度Aで通り、装置11において角度-Aで通る光ビームを偏向させることによって、出力アレイの平面の光軸上に位置付けられた点20に相互接続されてもよい。角度Aは、ゼロ次クロストーク問題を避けるためにスイッチ設計者によって決定されるパラメータである。点19および20は、代表的には、それぞれ入力および出力アレイ領域の幾何学的中心にある。したがって、図8に示されるように、中央レンズ素子の必要とされる横方向のずれαは、次のとおり式12である。中央素子が図5のように負レンズであるか、あるいは、中央素子が図6のように正レンズである場合には、式13:である。両方の場合において、Aは、中央レンズの変位の方向に直交する軸の周りにラジアンで測定される。多重量子ウェル変調器アレイmultiplequantumwellmodulatorarrays、音響光学acoustoopticセルおよび電気光学electroopticセルおよび液晶変調器のような装置は、再構成可能ホログラムをディスプレイするのに全ての可能性として適している装置である。ホログラム装置10、11は、実際に単一ホログラムピクセルアレイ、2つの個別のホログラムピクセルアレイ、あるいは複数のピクセルアレイであってもよい。前述されているように、強誘電体FLCピクセルアレイは、偏光に反応しない方法で位相ホログラムとして構成されてもよいので、ホログラフィスイッチに特に良く適している。偏光に反応しないことは、スイッチに入る偏光状態を制御することが比較的困難である場合、ファイバ対ファイバfibretofibreのスイッチにとって特に重要である。FLC材料の薄い層は、空間光変調器SLMとして半導体装置の上にも便宜的に集積化されることもでききる。この場合、シリコンチップ上の回路は、液晶を変調するアドレス指定可能電極および入射光を反射するミラーの両方の役目を果たす。FLC‐SLM強誘電体液晶空間光変調器FerroelectricLiquidCrystalSpatialLightModulatorsで構成されるホログラフィスイッチは、比較的迅速に再構成され得る。図9を参照すると、反射性ホログラム装置を用いたホログラフィ光スイッチの実施の形態が記載されている。この反射性装置は、例えば、半導体SLM上のFLCFLConsemiconductorSLMsである。ビームスプリッタは、しばしば反射性SLMのような構成要素を収容できる光学システムにおいて使用されている。しかしながら、このようなビームスプリット構成要素がこれらを通過する光信号の慎重なcareful偏光制御を有しない場合、これらの構成要素は、通過毎に3dBの光学損失を持ち込んでしまう。このような制約は多数の光学スイッチング用途において許容できるものではない。したがって、図9を参照して検討される実施形態は、ビームスプリットを使用しないシステムを示している。図9では、入力アレイ1および出力アレイ9は、スイッチ光学装置の端部に配置されている。入力信号ビームは、第1のレンズ32によって平行にされ、第2のレンズ30によって出力ポート内へフォーカスバックfocusedbackされる。2つの反射ホログラム装置35、38は、2つのレンズ34、37を含む相互接続領域の周りに配置され、付加的なリレーあるいは視野レンズ36は必要に応じて加えられる。しかしながら、本実施の形態の場合、ホログラム装置の反射特性のために、光信号ビームは、反対方向にレンズ34、37を2回通過しなければならない。これらのレンズの入射側inwardおよび出射側outwardの通過は、ジグザグの経路を与えるように、空間的あるいは角度的に分離もされなければならない。したがって、この光学システムは、押しつぶされたかあるいは直立したzのそれぞれの形をとる。さらに、レンズ33および39が、これらの2重通過を補償するためにスイッチに加えられた。レンズ32および33の組合せは、レンズ34の前の入力アレイの画像を投影する光学拡大ステージ例えば、対物レンズを形成する。次に、レンズ34は、ビームを第1のSLM35上に平行にし、信号を相互接続領域に供給する。同様に、レンズ37は、ビームを第2のSLM38上に平行にし、信号をレンズ39および30の組合せによって形成された縮小ステージに供給する。図10は、図2のスイッチの部分ブロック概略図を示す。図10を参照すると、空間光変調器11は、この装置に電力を供給する関連する制御および駆動回路図示せずを有するLCDスクリーン領域211を有する。メモリ回路212は、ホログラムデータを記憶し、選択回路213は、制御入力220に応答し、スクリーン領域211上に表示するためにメモリからホログラムパターンを選択することによって、所望されたとおりのスイッチングを行う。コンピュータ230は、ここで後述されるように、メモリ回路に記憶するためのホログラムデータのセットを計算する。そのコンピュータは、一旦ホログラムデータが得られると、使用中のメモリ回路から切断される。通常の使用中、第2のコリメーティングレンズ6は、平行かつ液晶スクリーン領域に印加される出力ビーム206、明瞭にするための1つだけ示されているを供給する。スクリーン領域上において、ディスプレイは制御入力220によって選択されるホログラムパターンに従って供給され、入射ビームは出力アレイ9、図示せずのうちの必要とされる出力素子へホログラムによってそらされる。理想的なコンピュータ生成ホログラムCGMComputerGeneratedHologramは、ある固定ディスプレイ装置あるいは再構成可能ディスプレイ装置によって生成される連続位相および/または輝度変調の空間パターンである。実際には、CGHパターンを生成する際の処理制限および再構成可能なCGHパターンを表示する際の装置制限は、実際のCGHが一般的には空間的にサンプル化され例えば、ピクセル化される、次に不連続数adiscretenumberの変調レベルに量子化されることを意味している。最も一般的な種類のCGHは、位相専用変調phaseonlymodulationを行い、しばしば2つの位相能力phasecapability例えば、0、πに制限される。位相量子化処理の非線形性のために、特定の再生パターンを生成するのに必要とされる最適CGHパターンの直接の計算は通常不可能であり、したがって、擬似アニーリングsimulatedannealingあるいはエラー拡散errordiffusionのような発見的な反復技術が、しばしばホログラム設計のために使用された。反復CGH設計手法は、あるターゲット視野tergetfieldに対してCGHによって発生された再生視野replayfieldを最適化することの間に良好なバランスを提供する。しかしながら、一般的にこれらのアルゴリズム内にプログラムprogrammedされた固有の偶然性randomnessも、各計算サイクルが固有雑音特性を有するCGHを形成し得ることを意味し、すなわち、ユーザが自分の用途のための最も適切なホログラムを選択するためにあるステージにおいて介在しなければならない。この試行錯誤hitandmiss方式は、再生視野の背景雑音がこのシステム内に形成されるクロストークを防止するために一般的に充分に定量化quantifiedされねばならない場合には、光スイッチのためのCGHの使用には最適でない。次にホログラフィ光スイッチに適しているCGHパターンセットのための設計手法が記載されている。CGHによって形成された回折再生画像を見ることは、コヒーレント光あるいは部分的コヒーレント光でCGH装置を照射することと、次に、あるその後の平面にフラウンホーファー遠視野回折画像Fraunhoferfarfielddiffractionimageを形成することとを代表的には含む。図11を参照すると、これを達成するための最も便宜的な配置は、平行にされた垂直光201でCGH200を照射し、次に無限共役比レンズaninfinaiteconjugateratiolens203の焦点平面に再生画像202を形成する。スカラー回折理論scalardiffractiontheoryによれば、再生画像は、スケール化scaledされた2次元フーリエ変換によってCGH装置の複合光透過率に関連している。CGHがこのシステムから取り除かれた場合、レンズは、再生視野の中心の単一ゼロ次スポット内へ光を集束する。CGHが配置されている場合、光は、このスポットの範囲外へ回折され、このゼロ次位置の周りのx、yの横平面に配置された輝度および位相の光再生分布になる。いくつかの状況では、再生レンズは存在しなくてもよい。これらの場合、再生画像は、重ね合わされた平面波の角度スペクトルとみなすことができる。ホログラフィ光スイッチでは、CGHパターンに対する代表的な要件は、できるだけ多くの単一出力スポットに集中される光パワーで再生視野を生成することに対するものである。この条件は、スイッチによるルーティング損失を最少にし、通常、必要とされる再生ピーク位置における単一ピークを含むCGH反復手法のためのターゲット視野を規定することによって得られる式14。ここで、δは、理想化デルタ関数再生ピークプロファイルtheidealiseddeltafunctionreplypeakprofileであり、Xp、Ypは、ゼロ次位置に対する主再生スポット位置である。さらに、CGH再生視野内の全雑音ピークの位置および輝度も、この雑音この雑音はスイッチ内のクロストークを生じ得るがスイッチ出力ポートのいずれかに達しないような仕方でスイッチが設計され得るように、充分に定量化されなければならない。ホログラフィスイッチのためのこの設計問題は、全ての構成でスイッチを作動するのに必要とされる全てのCGHパターンに対する再生視野を調べることによって取り組むことができる。従って、スイッチ入力および出力は、クロストーク問題を避けるために適切な位置に置かれなければならない。しかしながら、必要とされるホログラムのセットは、実際には、まず入力および出力の位置によって決定されるので、このクロストーク最少化問題は必然的に反復処理となる。スイッチ設計手法の複雑さと結びついた従来のCGH設計手法の複雑さは、従来の技術により大きなホログラフィスイッチを設計することが可能でなかったことを意味している。要するに、反復CGH設計アルゴリズムを使用することは、光スイッチングに適用される場合、いくつかの顕著な欠点、すなわち、1生成される再生視野の雑音分布を制御することは困難である;2CGH設計アルゴリズムは数値的に計算に集中してしまう;3式1によって規定されたターゲットとなる出力スポットの位置の分解能は制限されていた;を有する。CGHアルゴリズムのためのターゲット視野は、一般的には、実際のCGHディスプレイ装置と同じ解像度あるいはその整数分の1でサンプルされるために、最後に挙げた欠点が生じる。したがって、ホログラムディスプレイがM個のピクセルを含む場合、ターゲット視野は、離散的かつ均一に間隔をあけられたサンプル点数Mの最大値も含む。CGH設計の従来の方法を使用した場合、ターゲットピークは、これらの格子点に位置するだけであってもよい。光スイッチ用途に適している位相専用ホログラムパターンを生成するための非発見的な方法は、数学的位相マスクの生成および量子化に基づいて開発された。この方法は、再生視野においてターゲットスポットの位置決めのためのより良い分解能を可能にし、CGHが迅速に決定されることを可能にし、それによってスイッチ入力および出力ポートの設計および配置に非常に良い反復性をもたらす。さらに、この方法を使用して設計されたCGHパターンによって生成された雑音視野noisefieldsは、雑音強度および位置の観点において正確に定量化され得る。光スイッチに適している位相専用CGHは、ピクセル化ベースセルパターンによって規定される。このベースセルは、所望のホログラムに対する主再生スポットの座標から直接計算され、迅速位相量子化手法を使用して構成される。最終的なCGHを形成するために、装置の全開口が満たされるまで、ホログラムディスプレイ装置のx、y平面において傾斜あるいは複製される。したがって、他のCGH設計手法に反して、ホログラムパターンの設計はホログラムディスプレイ装置の解像度に直接関連していない。その代わりに、ベースセルは、通常、xおよびy方向へそれぞれ異なる回数であって、代表的には、非整数回数傾斜される。この手法の結果として、主要CGH再生モード位置は、位置の離散数に制限されることなく、準連続方法aquasicontinuousmannerでCGH再生平面のアドレス指定可能な領域内のどこにも配置できる。さらに、ベースセルパターンの設計は、CGH再生視野の単一ピークにおけるパワーを最大化するように最適化される以下、主要なモードと呼ぶ。ゼロ次位置に対するこのピークの正確な位置は、決定論的アルゴリズムに従ってホログラムのベースセル設計を独自に規定するために使用される。さらに、CGHによって生成される再生視野の雑音特性は、一般的には規則的に間隔をあけられたピークの合計に関して分析的に示されている以下、モードmodesとよぶ。ベースセルパターン、主要なモード位置および雑音視野の間の直接の対応関係が与えられれば、ホログラフィスイッチのためのCGHセットを設計するための手法を構成することは比較的簡単な方法となる。CGH生成の速度、および再生視野の予測可能調和構造thepredictableharmonicstructureは、ホログラフィスイッチの設計において有利である。ホログラムベースセルパターンは、CGHがホログラムパターンに入射する光の平行近軸ビームで与えるために必要とされる正規化角度偏差から計算される。したがって、θyおよびθxが、y軸およびx軸それぞれについてCGHが導入すべきである光回折回転角opticaldiffractionanglesofrotation小さい角度である場合、所望のホログラムに対する主要な再生モード座標を示す2つの無次元パラメータηp、ζpが次のように規定できる。ここで、λはCGHに入射する光の波長であり、pは、xおよびy軸方向に沿ってのCGHディスプレイ装置のピクセルピッチである。一方、ηp、ζpは、ゼロ次位置に対する主要な再生スポットの物理座標に関して規定されてもよい式16。ここで、Xp、Ypは、ホログラムに対するターゲットとなる主要なモード位置であり、fは、遠視野回折画像を形成するために使用されるレンズの焦点距離である。式15および16に従って光を経路選択するベースセルパターンを計算するために、主要なモードの場合の正規化ターゲット座標ηp、ζpは、有理数として記述されるべきである式17。ここで、Nx、Ny、DxおよびDyは整数である。しかしながら、通常のCGH回折理論により、ピクセル化ホログラムパターンによって生成され得る最大に用い得る回折角には上限がある。正規化ターゲット座標ηp、ζpに関しては、主要な再生モードは、コーナー-0.5、-0.5から0.5、0.5によって包括的に結合された正方形領域内にのみ位置付けられ得る。ここで、0、0はゼロ次位置を示している。したがって、ホログラムベースセルを示す4つの整数は、式18を満たさなければならない。ここで、Rx、Ryは、ホログラムディスプレイ装置の解像度ピクセル数である。主要なモードの正規化ターゲット座標が正確には有理分数として記述できない場合に関しては、座標ηp、ζpは、式17および18を満たすまで、端数を丸められるroundedべきである。しかしながら、ここに示された技術がホログラム生成の従来技術の方法に比べて有利であることは直ちに理解できる。例えば、Rx=Ry=25ピクセルである場合、擬似アニーリングは、ターゲットとなる主要なモードが位置し得る625個の位置だけしかグリッドを与えない。それに反して、ここに示された技術は、10000個のターゲットとなる位置を与えることをの潜在的に可能とする。Rx=Ry=100であるとき、この長所は、さらにより説得力がある、すなわち10000個対2316484個の位置である。DxおよびDyは、ホログラムを決定するのに必要とされるベースセルパターンのサイズピクセル数を指定する。一般に、DxおよびDyの値が小さけれ小さいほど、ホログラムは、ホログラム装置内のいかなる画像エラーに対してもより強く、生成される再生視野をより明瞭にする、すなわち、再生において存在する雑音ピークがより少なくなる。式40の有理分数は、その最低分母形式に簡略化されねばならない。そうでなければ、ベースセルパターンを生成する手法は、不正確な結果を生じる。すなわち、Dxは、Nxの整数の倍数であってはならず、Dyは、Nyの整数の倍数であってはならない。次に、光を座標ηp、ζpに経路選択するための固有ベースセルパターンは、2つのステップで計算される。最初に、空間にサンプルされた位相スクリーンφが上記の有理分数に関して規定される式19。この位相スクリーンは、ベースセルパターンのピクセルに対応するDx×Dyのサンプル点を含む。代表的な位相スクリーンは、図12にグラフで示される。ここで、k=0、1、2...Dx-1、およびlエル=0、1、2...Dy-1である。第2のステップでは、位相スクリーンは、ホログラムが表示される装置によってサポートされる離散的に均一に分布された同じ数の位相レベルψへ位相量子化される。ここで、ψsk、lエルは、ターゲットホログラム装置のためのベースセルパターンの最終的なサンプル化および量子化された表示であり、jは、複素数演算子-11/2であり、exp...は、指数演算子であり、int{...}は、マイナス無限大の方に最も近い整数へその引数argumentを丸めた量子化関数である。下記の表2は、2相装置のためのベースセルホログラム画像のいくつかの設計例を示す。ここで、ベースセルパターンは、ホログラム表示装置が各ピクセルに与えなければならない相対位相角に関して示されている。これらの位相角は次のように規定される。表示装置上に最終ホログラム画像を形成するために、ベースセルパターンは、全ての使用可能なホログラム開口を満たすように傾斜されねばならない。この複製は、通常、図13のxおよびy方向に異なる回数であって、代表的には非整数回数だけ生じる。フーリエ理論は、ベースセルの非整数回の複製は一般的にはスペクトル漏れ量spectralleakageとして公知の現象を生じ、それによってウィンドウイングwindowing関数が使用されないかぎり、スペクトル領域すなわち、再生視野の歪みを生じる。したがって、生成されるホログラムは、平面波によって照射されず、その代わりにアポダイゼーションapodisationを示すビームによって照射される。このアポダイゼーションは、必要とされるウィンドウイング関数を与え、ベースセルの再生および最終のホログラム画像の再生が対応することを確実にする。適当なアポダイゼーション関数の一の実施の形態は、TEM00のガウスモードプロファイルTEM00Gaussiamodeprofileである。これは、大部分のレーザ、導波管および劈開されたファイバによって放射される基本的な光学プロファイルに対する良好な近似である。円形対称のTEM00のガウス強度プロファイルは、通常、式22におけるようにビーム半径wに関して規定される。このガウス視野Gaussianfieldが全光開口Aを有するホログラム装置に入射する場合、ウィンドウイング関数の有用な有効測定値は、パラメータγ式23から測定できる。経験的には、γの値が約3およびそれ以上の値が適切なガウスアポダイゼーションを与えることが分かった。このガウスアポダイゼーションは、光学的視野の輝度がホログラム装置開口のエッジにおいてゼロの方へ向かわなければないというウィンドウイング関数の要求を満たす。もしこの条件が満たされるとすれば、他の光学プロファイルも採用され得る。もしアポダイゼーション関数が適切であるならば、合成傾斜ホログラムによって生成される主要なモードの位置は、スカラー回折理論の総ての制限を受けてベースセルパターンを設計するために使用された、主要なモードの位置と同じである。ガウスアポダイゼーションの場合、ベースセルパターンのおよそ2つの完全複製は、信頼性のある再生画像を生成するために、最終ホログラム画像内に存在すべきであることが経験的に分かる。しかしながら、もしこの制約が遵守される場合、再生スポットはアポダイゼーション関数によって決定されるプロファイルを有するが、アポダイゼーションされたCGHによって生成されたスポット位置は、ベースセルパターンだけの解析によって予測されるものと同じである。上記に概略されるステップにより設計されたホログラムは、代表的には、その再生画像における雑音ピークの規則的に間隔をあけられたアレイを示す。正規化座標に関して、主要なモードが分数N/Dによって示された位置にある場合、雑音モードも分数n/Dの位置において生じ、ここでnは、n≠Nであるマイナス無限大とプラス無限大との間のいずれかの整数である。しかし、全ての示されている分数位置が実際に雑音を出すとは限らない。ホログラム再生の特定の雑音モードの有無は、ベースセルパターンのためのフーリエ級数を調べることによって予測でき、すなわち、フーリエ級数の特定の調波の有無が、最終ホログラム再生において対応する雑音モードの有無を明らかにする。2相ホログラムは、例えばO’Brien等を参考にした強誘電体液晶空間光変調器のような再構成ホログラムディスプレイ装置上に表示できるので、特に重要である。2相ホログラム再生画像のための基本モード構造は、フーリエ理論を使用してターゲットピーク位置座標γp、ζpから解析的に得ることができる。Dが、式17において与えられるDx、Dyの最小公倍数として計算される場合、再生モードの位置と相対輝度は、式24によって与えられる。関数Envη、ζは、単一のCGHピクセル開口の光回折画像として計算される輝度包絡線関数anintensityenvelopefunctionである。正方形あるいは矩形ピクセルの場合、この関数は式25によって示される。ここで、τは、ピクセル分離によって分割された光を変調するピクセル開口の比として定義されるピクセルの充填率fillfactorの項である。式24は、モード位置および信号/雑音乗数を含むだけである。この式は、CGH照射のアポダイゼーションによって引き起こされるモード整形あるいはモード拡大効果を含まない。これらの効果の解析は、通常、合成ホログラム画像の全回折計算を必要とする。しかしながら、ベースセルパターンから得られたホログラム再生分布の比較的簡単なモード表示および2つ以上の位相レベルを可能とするホログラム表示のために得られる等価式は、通常、CGHの性能を示すのに適切であり、光スイッチのためのホログラムセットを設計するために必要とされる計算時間をかなり減少させる。第1の用途では、上記の手法により設計された再構成可能なCGHパターンは、光ビームあるいは信号を出力ポート、光受光器あるいは検出器へ経路選択するために、適応光素子として使用される。次に、照射されたCGHディスプレイ、フーリエ再生レンズおよびホログラム再生画像の平面内に位置付けられた出力ポートを使用したこのような場合、ホログラムあるいはホログラムのセットは、主要なモードあるいは他の再生モードを出力ポート内へ位置付けるために表示される。本技術の実施形態では、主要なモードは、他のホログラム設計技術を使用して得ることができるよりも非常に大きい解像度で出力ポート内に配置できる。この技術を使用して、主要なモードは、代表的にはサブミクロン精度を有する再生画像のx、y平面の周りに配置できる。この高解像度は、出力受光器が単一モード光ファイバである場合の用途などにおける位置合わせの厳格なシステムにとって重要である。第2の用途では、光受光器あるいは検出器のアレイは、ホログラムの再生平面に配置され、主要なモードあるいは他の再生モードは、アレイ素子の個別位置を特徴付けるためにx、yの周りに走査される。本実施形態では、単一モードファイバアレイのような装置は、各ファイバ出力の戻り光信号を最大にするためにCGHを変えることによってテストでき、それによってアレイ素子の相対位置を決定する。このように、アレイ素子の位置のいかなる位置付けエラーあるいは欠陥も評価できる。第3の用途では、主要な再生モードあるいは他の再生モードは、出力受光器あるいは検出器の開口数、線形開口、あるいは受光モード分布を決定するためにx、yの周りに走査される。第4の用途では、擬似アニーリングあるいは他のCGH設計手法は、特定の雑音モードを抑制し、あるいは異なる仕方で再生画像内の光パワーの分布を変えるために、ホログラムそのものに用いるよりもむしろホログラムのベースセルパターンbasecellpaternに用いられる。第5の用途では、CGH画像のシフトに変化しない特性shiftinvariantnatureは、再生輝度分布を変更させることなくホログラム画像を変更あるいは更新するために利用される。この場合、ベースセルパターンは、使用可能なディスプレイ開口を満たすように傾斜される前にCGH開口内の異なる位置に位置付けられる。このように生成される各CGHは、他のCGHからシフトされ、開口されたバージョンであるが、再生輝度画像は、どのホログラムが表示されても、全ての集約的な目的のためには変わらないままである。さらなるホログラムパターンのセットは、それらが順次表示される場合にホログラム装置の全ピクセルが各ホログラムの位相状態において等しいあるいは特に指定された時間量を費やすように、計算されることもできる。次に、このシーケンスは、必要な限りは繰り返され得る。位相変調ピクセルが各ピクセルで正味交流AC電圧を保持するために連続して切り換えられなければないが、一定再生画像を保持することが望ましいことである場合に、この用途は、FLC‐SLMのようなCGH装置にとって特に重要である。液晶装置が長い時間所定のバイアス状態のまま維持されているように、液晶装置に一定電位を印加することは、液晶装置にとって望ましいことではないことは当業者に周知である。ホログラムが移動不変translationinvariantということも当業者には周知である。したがって、有利な技術は、ディスプレイ装置を横切って必要に応じて1次元あるいは2次元のいずれかにおいてホログラムパターンを一度にかつ規則的な間隔で1つあるいはそれ以上のピクセルだけスクロールすることである。したがって、この目的のための回路が設けられている。この動作は、視聴者が生じている動きを見る場合、ディスプレイの適用において生じるであろうことに反して、機能性に全然影響を及ぼさない。代表的には、各フレームを生成するために使用されるシフトされたベースセルパターンが第1のフレームを生成するために使用される傾斜バージョンのベースセルと一致する場合に、すなわちホログラムが整数の数のベースセル長だけシフトされる場合に、一連のフレームが繰り返される。図14aは、0.25、0のホログラムを表示する7つのピクセルを有する2相ホログラム装置のためのフレームシーケンスを示している。この図において、ベースセルパターンは、各フレームと次のフレームとの間の間で1ピクセルだけ右方向へシフトする。この実施の形態におけるシーケンスの各列は、各位相状態において等しい全総時間数を達成することを示す。FLC‐SLMのような装置の場合、一定に近い再生視野を達成しつつも、フレーム変化当たりの位相状態変化を受けなければならないピクセル数を最少にすることも望ましい。これは、このシステムを通過する連続光学データストリームがある場合の用途において特に重要である。これらの用途の場合、次のフレームの全体を瞬時に表示するよりもむしろ、一時にピクセルの中の1つあるいはあるグループを交替させることによって各フレームを次のフレームに展開させるevolveことが必要であり得る。図14bは、一時に変わるピクセル数を減らすために図14aのシーケンス内に挿入できる付加的なフレームの部分シーケンスを示している。本実施の形態では、たった1つのピクセルだけが、図14aのフレーム1をフレーム2内に展開させるために一時に変わる。図14bのシーケンスを使用して、導入されてしまう不完全な中間ホログラムのために再生画像のなんらかの歪みが存在し得る。しかしながら、このような歪みは、フレームシーケンスの慎重な選択によって最小化できる。いくつかのベースセルパターンにとって、ホログラムを単にシフトすることは、全位相状態に等しい持続時間を生成させるのに充分でないこともあり得る。この場合、2π.u/Ψここで、uは範囲1...Ψの整数であるの位相オフセットだけ調整されたバージョンのベースセルを導入することが必要となり得る。オフセットは全ピクセルに与えられるので、このオフセットは再生画像を変更しない。しかしながら、このオフセットはベースセルの表示を変更する。図14cは、位相オフセット方法をフレームシフトと結合する2相0.2、0のホログラムの実施の形態を示している。第6の用途では、このようなホログラムは光スイッチを構成するために使用される。光スイッチは、光ネットワークのための重要な使用可能な技術として出現してきている。光入力のアレイと光出力のアレイとの間の自由空間における光のビームの経路選択をするために再構成可能なCGHを使用するホログラフィ光スイッチは、スケーラビリティおよび高い信号対雑音マージンなどの競合技術に比べていくつかの重要な機能的長所を有する。1×M個のホログラフィスイッチは、S.T.WarrおよびR.J.Mears著の強誘電体液晶装置の偏光に影響を受けない動作Polarisationinsensitiveoperationofferroelectricliquidcrystaldevicesエレクトロニクスレターズ31:91995P.714~715に記載され、M×M個のスイッチも記載されている。現在まで、ホログラム設計アルゴリズムの複雑さ、CGH再生視野に使用可能な制限された解像度および再生画像を解析するのに必要とされる全スカラー波回折理論は、多数の入力および出力を有するホログラフィスイッチを設計することを不可能にしていた。しかしながら、ここで示されている技術は、これらの大きなホログラフィスイッチを設計するための非常に良い見通しprospectsを提供することができる。S.T.WarrおよびR.J.Mears著の強誘電体液晶装置の偏光に影響を受けない動作エレクトロニクスレターズ31:91995P.714~715によれば、1×M個のスイッチは、再構成可能CGHを照射するように平行にされた入力信号と、再生画像を形成するフーリエレンズと、光出力のアレイとを含む。出力のアレイは、ホログラムの再生平面に配置され、様々なCGH画像は、入力信号を1つあるいはそれ以上の出力ポートへ経路選択するために表示される。したがって、1×M個のスイッチは、入力信号が出力ポートの各々に経路選択できるように少なくともM個の異なるホログラム画像のセットを必要とする。このスイッチは、出力がホログラムセットの主要な再生モードの位置と一致するように設計されねばならないように、それだけでなく、このセットのいかなるホログラムによって生成される雑音モードも決して顕著な出力信号を生じないように設計されねばならない。さらに、課題は、クロストークを導入しないでスイッチング機能を提供することに適した直交orthogonalホログラムのセットを設計することにある。したがって、1×M個のスイッチを実現するホログラムのセットの設計は、式16によって与えられるような出力ポートのための適切な位置と同様に、スイッチを作動させるのに必要とされるCGHパターンの両方を表す式17によって規定されるM個の分数のセットを決定する問題に軽減される。代表的には、選択された分数のセットによって満たされなければならない多数の制約がある。それは次のことを含むがこれに限定されない。任意の対の出力ポートの間の最小許容物理的距離には、これらのポートの物理的寸法あるいは他の特性に関連するなんらかの制限があり得る。式19による設計手法の間に考察できる分数のセットに存在する制限により、有効なCGHピクセル数が有限になり得る。スイッチが様々な出力間で構成されるので、スイッチを通る光挿入損失の若干の最大許容変動があり得る。主要な再生モード内へ回折された光パワーは、一般的には、増加された角度偏向で減少するので、この制約によって、その設計において考慮できる最大の分数が決定され得る。設計を完成させるために割り当てられたある時間制限があり得るので、多数の雑音モードを示す大きな分母を有する分数のようなあまり有用でない分数は、設計処理から自動的に除外されてもよい。分数の最終的な選択に影響を及ぼし得る大きなゼロ次スポットを自動で生成することなどの、CGHディスプレイ装置によって導入される付加的な制約があり得る。このセットのいずれかのホログラムによって発生されるいかなる雑音モードも出力ポートのうちの1つに関していかに近接して位置され得るかを決定するスイッチの幾つかのクロストーク規格があり得る。この分数セットは、出力ポートの位置およびこれらの出力に関する雑音モードの位置の両方を決定する。したがって、クロストークを最小化するために、設計手法は、反復的でなければならない。よって、上記制約により与えられた1×M個のスイッチのための適切な分数のセットを検索することは、例えば、帰納的関数およびツリー検索を含む多数の周知の発見的なアルゴリズムのうちのいずれか1つのような目的検索手法を使用して解決できる。この場合、2相装置のための式24によって与えられたような雑音モードの位置および輝度に関する簡単な解析式は、ホログラムセットを設計するのに必要とされる計算時間を大いに減少させることができる。同様な方法は、M×M個のスイッチを設計するためにも使用できる。M×M個のスイッチは、光入力信号のアレイと、第1のホログラム装置上に表示された再構成可能CGHのアレイと、自由空間相互接続領域と、第2のホログラム装置上に表示された再構成可能CGHのアレイと、光出力のアレイとを含む。入力信号は、CGHのアレイを第1の装置上に照射するために平行にされ、ホログラム画像によってこの装置上に偏向され、次に入力信号が空間的に再配列することを可能にする相互接続領域を横切って伝搬する。次に、CGHの第2のアレイは、この信号を出力ポート内に偏向する。任意の入力を任意の出力へ経路選択するために、光信号は、第1のCGH装置である角度によって偏向され、次に代表的に第2のCGH装置において等しく値かつ反対の角度によって偏向されねばならない。M×M個のスイッチの設計にとって、入力ポート位置は、正規化座標においてηi、ξiによって、出力ポート位置はη0、ξ0によって示され得る。したがって、本発明による入力を出力に経路選択するのに必要とされるホログラムは、第1および第2のホログラム装置上の正確なアレイ位置にそれぞれ表示されるη0-ηi.ξ...0-,ξiおよびηi‐η0.、ξi-、ξ0である。さらに、第1のホログラムは、異なる方向に伝搬し、様々な空間位置において第2の装置に到達する雑音モードのセットを到達する雑音モードのセットを発生する。第2のホログラムも、出力ポートに達する異なる光伝搬方向を可能にする雑音モードのセットを有する。したがって、入力ポートと出力ポートとの間のM2個の異なる接続経路の各々に関して、2つのホログラム装置によって発生される雑音モードは、他の出力ポートのいずれかにおいて許容できないクロストーク信号を生じさせないようにチェックされねばならない。したがって、式24のような雑音モードに関する簡略された式を使用してさえ、M×M個のスイッチに関する入力および出力ポートの反復配置は膨大な仕事である。しかしながら、多数の用途では、入力ポートおよび出力ポートが規則正しい格子、例えばηi=η0=1/13、2/13、3/13等に配置されることが望ましい。不運なことに、規則的な方法で配置されているポートを相互接続するのに必要とされるホログラムによって発生される雑音モードは、雑音を他の出力ポート内へまっすぐ経路選択してしまう傾向がある。それによって、ひどいクロストークの問題を引き起こしてしまう。ここに開示されている解決策は、雑音モード分布がより好ましくなるように、2、3、4等によって分割できる入力ポートおよび出力ポートの分数位置の分母を選択することにある。60=3×4×5の分母を使用することによって非常に高い信号対雑音マージンを示す32×32個のスイッチの実施の形態が表3に与えられている。代替的な技術は、ビームステアリングスイッチabeamsteeringswitchのフーリエ級数の画像を使用する。物理学は、原子の結晶格子からのX線回折の2次元バージョンであるので、同じ記号および解析が使用できる。SLMへの入力は、ファイバあるいは入力導波管からの遠視野であり、これをFibx、yと呼ぶ。SLMは、SLMの有限範囲を示すトップハット関数tophatfunctionTopx、yと乗算される周期Λの無限の周期の位相変調Phx、y、Λとして扱われる。したがって、位相変調直後の電界は、次の式26によって示される。ここで、は、乗算を示している。スイッチからの出力は、次のように式27によって与えられる位相変調の直後の電界のFTフーリエ変換である。ここで、記号は重畳積分convolutionを示す。次に、位相変調Phx、y、Λは、周期的であり、かつ無限範囲のものであるために、FTは、式28によって示された原点に中心がある2π/Λのksinθ空間における分離のデルタ関数の無限セットである。ここで、λは光波長であり、θxは、x‐z平面で測定されたx軸からのビームステアリング角であり、θyは、y‐z平面で測定されたy軸からのビームステアリング角である。その最も一般的な形式では、Λは、ベクトルとして示すことができ、ΛxおよびΛyは、周期ベクトルΛのx成分およびy成分である。位相変調の周期性のために、これらのデルタ関数の各々の振幅pjjを計算するためにフーリエ級数を使用できる。この答えは、フラウンホーファー限界における回折と仮定すると、正確である。大きなビームステアリング角度にとって、フレネル傾角率1cosθ/2は含むべきであるが、SLMピクセルは、これが関連するほどには充分に小さくない。ヘルツダイポールHertziandipoleの電磁散乱特性から生じるこの傾角率は、ビーム散乱角とともに減少する最大ビーム散乱効率に対する唯一の基本的理由である。光学システムをビームステアリング角θが横方向位置Ltanθに変換されるものとする。sinθ≒tanθと仮定すると、そのとき式29によって示された出力位置u、vでのデルタ関数のセットを得ることができる。正味の出力は、上記のようにFTFibx、yTopx、yで重畳積分されconvolved、これをgu、v、すなわち要するに出力スポットと呼ぶ。したがって、式30による周期位相変調のフーリエ係数の値に応じて振幅および位相によって出力平面の全面で再生されたgu、v出力スポットが得られる。位相変調Phx、y、Λの横並進atransversetranslationは、フーリエ係数pijの位相を変えるので、出力スポットの位相を変えるが、この出力スポットの振幅を変えない。デルタ関数の分離が、出力スポットの横幅における顕著な範囲よりも大きい限り、各スポットは、別々であるとみなすことができるので、出力ファイバあるいは導波管への結合効率は、位相変調の横並進atransversetranslationによって影響を及ぼされない。ビームステアリングを使用してスイッチを設計するための一般的な目的は、SLMの各構成にとって、選択された出力ファイバあるいは導波管がgu、v出力スポットの1つのこれらの複製の1つを受信するように、出力ファイバあるいは導波管のセットを位置決めすることにあり、gu、vの任意の他の不必要な複製から任意の他の出力ファイバあるいは導波管へ結合されるパワーを最小に設定された閾値以下に保持することにある。1つの方法が過去に提示されているMJHolmes等の波長ルートネットワークのための低クロストーク装置LowcrosstalkdevicesforwavelengthroutednetworksIEEColloquim、1995年6月8日ので、不必要な出力スポットは、いかなる他の導波管あるいは出力ファイバへ決して完全にすなわち完全に位置あわせされては結合しない。この論文の方法は、出力ファイバあるいは導波管の非規則的な2Dアレイへの出力を有する1:N個のビームステアリングスイッチのためのものである。ここで、次のことを検討する。i出力ファイバあるいは導波管の規則的な2Dアレイへのビームステアリングを可能にする前述の方法の特別の場合である。それは、クロストーク抑制方法がN:Nスイッチにさらに応用できる出力ファイバ間隔のこの規則性である。ii特に位相の周期が偶数のピクセルである場合に、回折順序さえ非常に弱く発生される傾向があることが認識されているという観点において、前述の方法の拡張である。これは許容周期数を増加させる。本発明による光スイッチにおいて使用可能な光学システムの概略図を示す。図1の構成に基づいた本発明による光スイッチの第1の実施形態の概略図を示す。図2の相互接続領域の拡大図を示し、ビームが相互接続領域を横切るときのビームのガウスの中心部Gaussianwaistを示す。無収差光学装置により与えられる任意の2つの隣接する光路間の予想雑音分離のプロットを示す。付加的な負のパワーレンズを含む図2のスイッチの第1の変形例を示す。付加的な正のパワーレンズを含む図2のスイッチの第2の変形例を示す。クロストークを減少させるように変更された光スイッチのレイアウトの概略図を示す。クロストークを減少させるための軸を外れた付加レンズを有する光スイッチのより詳細な図を示す。反射性ホログラム装置を使用する光スイッチの図を示す。ホログラムの生成、記憶および選択のための接続を示す、本発明による光スイッチの実施形態の部分ブロック概略図を示す。無限共役比レンズaninfiniteconjugateratiolensの焦点平面に形成される再生画像を有する、平行にされた垂直光を用いてコンピュータ生成ホログラムを見るための装置を示す。本発明の方法を使用するホログラムのための位相スクリーンを示す。ホログラム装置の開口を横切る複製あるいは傾斜ベースセルパターンを示す。ベースセルフレームシーケンスの例を示す。本発明を理解する際に有用な従来のスイッチを示す。"