JPH01502710A - 双方向光空間スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 双方向光空間スイッチ 本発明は、光ネットワークにおける集中交換システムで使用可能な双方向光空間 スイッチに関する。該集中交換システムは、最大のネットワークのサイズ、範囲 、及びフレキシビリティ−を提供する光学的及び電子的な多重化に両立性を有す る最も単純なアクティブネットワークであり、現存のワイヤーネットワークにも 両立性を有する。

Ａ、ヒメノ（Ｈｌｍｅｎｏ）及びＭ、コバヤシ（Ｋｏｂａｙａｓｈｌ）による、 「４×４光ゲートマトリツクススイツチ（４×４ｏｐｔ１ｃａｌ　−Ｇａｔｅ　 ｍａｔｒｉｘ　５ｗ１ｔｃｈ）　Ｊ　（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆｌｌｇｈｔｖａｖ ｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏｌ　ＬＴ−３Ｎｏ、２　Ａｐｒｌｌ　’８５　 ）と題された文献には、４つの入力ポートのうちの各入力ポート１１に入力され た光信号が、光学スプリッタＳ１によりゲートエレメントＧ１１−Ｇｉ４の各々 に分配される光ゲートマトリックススイッチが開示されている。所望の単一のゲ ートＧｌｊが開いた時、光信号は該ゲートを通りコンバイナＣｊを介して出力ポ ートＯｊに達することができる。前記コンバイナＣｊは全てのゲートＧｌｊ−０ ４ｊからの光受信器への出力を合成する。この装置は、入力ポートｌｊと複数の 出力ポートＯｊとの間の多重結合を得ることを可能にしている。各光ゲートＧ１ ｊは偏光回転体により構成される。該偏光回転体は、偏光子と交差検光子との間 に、該偏光回転体に供給される駆動電圧により制御されるオン／オフ光ゲートを 構成するように配置される。この装置は、単方向性である点において不利である 。

本発明による双方向光空間スイッチは、前記第１．第２の入力アレーからのスイ ッチングされた光信号を受ける第１．第２の出力アレーと、第１．第２の面を持 ち、各セルは印加される制御信号に応答して一方の面から他方の面に通過する光 の偏光状態を変化させることを選択的に可能とするアクティブセルアレーと、複 数のセル群のそれぞれの第１の側面を、第１の入力アレーの対応する入力及び第 ２の出力アレーの対応する出力に光学的に結合する第１の光結合手段と、 複数のセル群のそれぞれの第２の側面を、第２の入力アレーの対応する入力及び 第２の出力アレーの対応する出力に光学的に結合する第２の光結合手段とを具備 し、前記第１．第２の光結合手段は、各入力からアクティブセルアレーに来る光 を偏光し、且つ入力からセルを通過して適切に偏光された光のみを入力から遠ざ けて出力に向うよう方向付けするように設けられた第１．第２の偏光ビームスプ リッタをそれぞれ含んでいる。

前記偏光ビームスプリッタは、例えば、多層の誘電体層を挾んで互いに接合され る斜面をそれぞれ有する２つの直交プリズムを備え、該斜面方向に偏光された光 を９０°だけ偏光し、該斜面を横切る方向に偏光された光を該スプリッタを通過 して直進させる。前記偏光ビームスブリフタは、偏光手段およびビームスプリッ タの両方を提供するので、本発明による双方向スイッチにおける偏光ビームスプ リッタの使用は、実質的にロスの無い光を偏光状態の弁別のために確保する。

仮に非偏光状態選択ビームスプリッタが、分離された偏光子に直列に使用される と、損失、は典型的；には５０％となり、両ビームスプリッタではスイッチ全体 を５通して最少７５％のパワーロスとなってしまう。従って、本・発明は特に有 効な双方向光スィッチを提供する。

好ましくは、アクティブセルアレーは、マトリックスアレーの形態を有する。該 マトリックスアル−は、各入力を該マトリクスアレーの行又は列のそれぞれに接 続し、且つ各行又は列をそれぞれ出力に結合するように−１設けられる光結合手 段を備えている。望ましくは、入力アレー及び出力アレーは、相互に直交配置さ れたりニアアレーにより形成され、且つ上記光結合手段は、特定の入力からの光 を該アレーの特定の行又は列へ結合するように設けられ且つそれに対応して該ア レーの特定の行又は列からの光をそれ・ぞれの出力に結合するように設けられた レンズ群又はホログラムにより形成される。

前記アクティブセルアレーは、好ましくは、ＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ−ｎｅｍａｔ ｉｃ）型の素子を含むアレー状の液晶素子により構成される。しかしながら、全 体のコントラスト比を改善するために、散乱セルのような他のタイプの液晶素子 を、ＴＮ型の素子に縦続的に設けてもよい。

前記偏光ビームスプリフタは、好ましくは、出力から該アクティブセルに入射す る光と逆の偏光状態の光を、出力に向けるように配置され、その結果、選択され たセルを通過する光が９０′″回転された偏光面を持つときにのみ、該光が、該 アクティブセルアレイから該偏光ビームスプリッタを下流へ通り抜け、出力に向 けられ得る。しかしながら、入力から該アクティブセルアレイに入射する光と同 じ偏光状態にある光を出力に向け、且つ該選択されたセルを除く全てのアクティ ブセルについて、それらを通過する光の面すなわち偏光特性を９０＠回転させる ように構成されるべく設けられる偏光ビームスプリッタを備えることも可能であ る。

本発明による光スィッチは、典型的には、全ての各入力を全ての各出力に選択的 に結合することができるように構成されるが、分配及び収集手段として特定の多 重接続及び禁止装置を提供することもできる。ここで、一つの特定入力信号が一 つ以上の出力目標に送ることが要求される場合、該光学手段が、各グループにお ける対応するセルを一つ又はそれ以上の出力と結合するように構成することが可 能であり、一つの特定入力を一つの特定出力に結合できないようにすることが要 求される場合、該光学手段は、前記グループのいくつかにおける対応するセルを 特定の出力に結合しないように構成することができる。

前記入力アレーは、多数の光フアイバー導波路の終端、又は、それに代わる、そ れらの出力が入力信号により変調される多数の光素子により構成され得る。従っ て、入力アレーのそれぞれは、分岐された１つの光源から得ることができ、各分 岐成分は、入力信号により変調されるものであるか、ある゛いは、各々が入力信 号により変調される多数の独立した光源により構成され得る。前記出力アレーは 、光空間スイッチから遠くに導かれる先導波路アレイの終端により構成されるか 、又は、受光した光を検出する光検出器アレイにより成され得る。このような光 検出器は、また、光信号の形で出力を生成する光再生器の一部を構成し得る。

このようにして、前記光空間スイッチは、該スイッチの入力において入力電気信 号の入力が光信号に変換され、出力において電気信号に逆変換されるような電気 通信システムのスイッチング要素として用いられ得る。従って、これは、在来の 電気クロスバ−スイッチにおいて要求される、各通電路に直列に接続されるスイ ッチング手段により、各入力を各出力に物理的に接続する導電路の、必要性を無 くすることができ、該スイッチの帯域幅を改善する。また、光空間スイッチは、 光信号のスイッチング要素としても用いられ得る。

次に、本発明を、添付図面を参照して、単なる例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す斜視図、第２図は本発明の第２の実施例を 示す斜視図である。

第１図を参照するに、ここには水平面内に配置されたシングルモード又はマルチ モード光ファイバーのリボンから構成される第１の入力アレ−１が示されており 、入力アレ−１は、偏光ビームスプリッタ２によって偏光され、液晶マトリック スアレー３に入射する光を発する。液晶マトリックスアレー３を通過した光は、 検光偏光ビー４スプリツタ４を通過し、そこから、もしも正しい偏光特性を有し ていれば、おおむね垂直面内に配置された第１の出力アレーを構成するシングル 又はマルチモード出力ファイバー５のリボンへ向かう。円柱レンズ及び平凸レン ズの組合せからなる光学系６は、ビームスプリッタ２と液晶素子３との間に、リ ボン１における各ファイバーからの光がそれぞれファイバー液晶素子３の対応す る列に向くように配置される。組合せレンズ６及び偏光ビームスプリッタ２は共 に第１の光学手段を構成する。やはり円柱レンズ及び平凸レンズの組合せからな るさらなる光学系７は、素子３とビームスプリッタ４との間に配置される。これ らは、マトリックス３の行からの光を、第２の偏光ビームスプリッタ４と共に第 ２の光学手段を構成する、リボン５のそれぞれの出力ファイバーへ集光する。該 装置は、また、垂直面内で且つ出力リボン５に対し直角に配置される第２の入力 アレーである入力ファイバー８を有し、且つ、垂直面内で且つ入力リボン１に対 して一般には垂直に配置されている第２の出力アレイである出力ファイバー９を 有している。液晶素子３は、典型的には、ＮＸＮマトリックスに分割されたＴＮ 型液晶素子であり、入力及び出力ファイバーのリボン１，５゜６及び７はそれぞ れＮ個のファイバーを有する。

すなわち、入力リボン１からスイッチを通って出力リボン５に向かう第１の方向 に通過する光を考えると、その光は、偏光ビームスプリッタ２で先ず偏光され、 そして、排除される光は偏光ビームスプリッタ２の接合面から上向（第１図を参 照）に反射される。光学系６は、特定の入力ファイバからの排除されなかった光 を、前記リボンにおける特定のファイバの列に対応する位置にある液晶素子３の セルの一つの列全体に拡散させる。制御信号が、誤判における１つ又はそれ以上 のセルに与えられることにより、偏光状態は９０°変化され、これにより、前記 列の他のセルを通過する光が影響されることなしに、これらのセルを通る光は、 ９０°回転された偏光方向を持つようになる。光学系７は、液晶素子３の異なる 行からの光を、リボン５における出力ファイバのそれぞれの終端に向ける。しか しながら、偏光状態が変化されずにセルを通って伝達される光は、ビームスプリ ッタ４の接合面により偏向され、９０°回転されたそれらのセルからの光のみが 、ビームスプリッタを通って伝達され、リボン５のファイバーの端面に入射する 。

スイッチを通って反対方向に向かう通過光は、光ファイバーを介してリボン８に 導入される。特定の偏光状態にある光は、ビームスプリッタ８の接合面で反射さ れ、光学系７により、リボン８における光ファイバーの位置に対応する液晶素子 ３の特定の列に集束される。第１の入力アレ−１のある入力から来た光に偏光面 の９０″回転を生じさせるべく制御信号が印加された特定の列におけるセルは、 それを通る第２の入力アレイ８の入力からの光の偏光性をも変化させるであろう 。光学系６は、全てのセルからの光を集め、偏光ビームスプリッタ２に向かわせ る。偏光の方向が変化されていない光は、真直ぐに通り抜けてビームスプリッタ ２に向かい、９０°偏光状態が変化された光は、ビームスプリッタ２の内面で、 出力光ファイバー９のリボンに向けて反射される。光学系６は、液晶素子３の所 定の列からの光を、それぞれに対応するリボン９の光ノアバー上に集束させる。

従って、一旦、液晶素子３の１つの特定のセルに制御信号が供給されることによ り、前記光スィッチにおける１つの特定のチャネルが確立されると、２つの対応 するスイッチの、各方向に該光スィッチを通る、接続が同時に形成される。

Ｎ−１００において、液晶素子３の１つの選択されたセルを通る光と通らない光 とのコントラスト比は、少なくとも１０４すなわち４０ｄＢでなければならない 。これは、高品質の偏光ビームスプリッタ２及び４とＴＮ型液晶アレーを用いれ ば可能である。

さて、第２図を参照するに、光、スイッチは、第１図に示す光スィッチにおいて 用いられたような、入力アレ−１及び８゜出力アレ−５及び９及び液晶マトリッ クスセルアレー３を有している。この実施例は、偏光ビームスプリッタ１ｏ及び １１がマトリックスアレー３に隣接して配置される点で第１図の実施例と相違す る。それぞれ円柱及び平凸レンズの組合せ（理解を容易にするために光学的なボ ックスとして図示されている）からなる光学系１２．１３，１４．及び１５は、 光をアレー３へ、またはから、そして入力及び出力１，５゜８、および９へ、ま たはから、それぞれ偏光ビームスプリッタを介して、偏向させる。光学系１２． １５及び偏光ビームスプリッタ１０と、光学系１３．１４及び偏光ビームスプリ ッタ１１とは、それぞれ第１．第２の光学手段を構成している。

第２図のスイッチは第１図のものと機能上は同等であるが、光学系が光を適宜な る行または列全体に広がるように偏向された後に、偏光ビームスプリッタによる 入力からの光の偏光が生じ、且つ出力に供給されるべく光学系を通過する前に偏 光ビームスプリッタにより検光される。

分離された各方向のイメージング光学要素を有する第２図の構成は、他の方向の 入力光学装置に影響を与えることなく、各方向の出力イメージング光学装置を最 適化されるようにすることを可能とする。従って、入力及び出力光学装置は、独 立に最適化され得る。その一方、この構成では、第１図の構成よりも、より多く の画像素子を必要とする。

第１図または第２図を参照して特に述べられた以外のレンズ系を用いたイメージ ング光学装置、又はホログラフィ−イメージングのような他の方法を、セル間で 入力信号を分配し、且つセルから出力へ最終信号を伝播するために、適用し得る が、円柱および平凸レンズの組合せは、単純で且つ有効でしかも容易に入手でき るという利点を有している。

本発明による光学系は、非修正単方向伝送にも用いることができるということで 高く評価されるべきである。

前記光学手段は、入力から発した光をセルに結合し、そしてセルから出力に結合 する光導波路を含んでいる。この場合、分配手段は、各束が入力に結合され、そ して各ファイバの束がそれぞれ該入力に組合わされたグループ内の個々のセルに 結合される、多数の光ファイバの束により形成され得る。この場合、アクティブ アレーセルの幾何学的形状は、どんな都合のよい形状にしてもよい。例えば、線 形ばかりか円形アレイにも形成してよく、また、単一の多素子部品または多数の 個別素子により構成されてもよい。

第１図の実施例のレンズ系６及び７を光導波路で置換える場合、それらは偏光維 持ファイバーでなければならない。図のレンズ系１２．１３，１４．及び１５を 光導波路で置換える場合、該光導波路の端部は、理想的には、ビームスプリッタ の深部を通りアレー３の選択されセルに向けるため先導波路内の光を集束すべく レンズ化されるであろう。

国際調査報告 国際調査報告 ＣＢ　８８０００５２ Ｓ＾　２Ｃ４ＳＳ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．スイッチングされるべき光信号を放出する第１，第２の入力アレーと、 前記第１，第２の入力アレーからのスイッチングされた光信号を受ける第１，第 ２の出力アレーと、第１，第２の面を持ち、各セルは印加される制御信号に応答 して一方の面から他方の面に通過する光の偏光状態を変化させることを選択的に 可能とするアクティブセルアレーと、複数のセル群のそれぞれの第１の側面を、 第１の入力アレーの対応する入力及び第２の出力アレーの対応する出力に光学的 に結合する第１の光結合手段と、 複数のセル群のそれぞれの第２の側面を、第２の入力アレーの対応する入力及び 第２の出力アレーの対応する出力に光学的に結合する第２の光結合手段とを具備 し、前記第１，第２の光結合手段は、各入力からアクティブセルアレーに来る光 を偏光し、且つ入力からセルを通過して適切に偏光された光のみを入力から遠ざ けて出力に向うよう方向付けするように設けられた第１，第２の偏光ビームスプ リッタをそれぞれ含む双方向光空間スイッチ。
2. ２．各偏光ビームスプリッタは、セルアレーに隣接して配置される請求の範囲第 １項に記載の光空間スイッチ。
3. ３．各偏光ビームスプリッタは、入力アレー及び出力アレーに隣接して配置され る請求の範囲第１項に記載の光空間スイッチ。
4. ４．光学手段は、アレーセルに対し入力と出力とを結合する光導波路を含んでい る先行するいずれかの請求の範囲に記載の光空間スイッチ。
5. ５．アクティブアレーセルは、マトリックスアレーで構成され、セルにおける行 又は列のそれぞれの入力を結合し、セルにおける行又は列のそれぞれの出力を結 合する光学手段を具備している先行するいずれかの請求の範囲に記載の光空間ス イッチ。
6. ６．光学手段は、レンズにより構成される請求の範囲第５項に記載の光空間スイ ッチ。
7. ７．光学手段は、球面レンズ及び平凸レンズを含んでいる請求の範囲第６項に記 載の光空間スイッチ。
8. ８．アクティブセルアレーは、ねじれネマテック型液晶素子アレーを有する先行 するいずれかの請求の範囲に記載の光空間スイッチ。
9. ９．前記ねじれネマチック型液晶セルは、セルを散在させた液晶をカスケード接 続している請求の範囲第８項に記載の光空間スイッチ。
10. １０．前記入力は、光ファイバー導波路の終端を含んでいる先行するいずれかの 請求の範囲に記載の光空間スイッチ。
11. １１．前記入力配列は、スイッチングされる光信号の供給により出力が変調を受 ける複数の光学素子から構成されている請求の範囲第１項から第９項のいずれか に記載の光空間スイッチ。
12. １２．前記出力は、光ファイバー導波路の終端を含んでいる先行するいずれかの 請求の範囲に記載の光空間スイッチ。
13. １３．前記出力は、スイッチングされている光信号を検出することができる光検 出器である請求の範囲第１項から第１２項のいずれかに記載の光空間スイッチ。