JPH0246431A - ２次元光スイッチ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、複数の光導波路を伝搬してきた光や複数の空
間ビームの光路の切り替えまたは遮断を同時並列的に行
なえる２次元光スイッチに関するものである。

（従来の技術） 従来より、伝搬する光の光路を切り替えたり、または遮
断したりするために種々の構造の光スイッチか提案され
実用化されている。これらの光スイッチは、主に一つま
たは直線状に並んだ複数の光導波路を伝搬する光や一つ
または直線状に並んだ複数の空間ビームの光路を切り替
えたり、遮断したりする構造を有するものである。これ
らの光スイッチの構造としては、干渉形（位相制御形）
、方向性結合形、屈折率分布形等、種々のものか知られ
ている。

第２図は、代表的な光スイッチである干渉形（マツハツ
エンダ形）光スイッチの構造図で、図中、１は光導波路
、２−１．２−２は電極、３はＬｉＮｂＯ２からなる基
板である。この光スイッチは、電気光学効果を用いて光
路を切り替えるもので、例えば電極２−］に電圧を印加
し、光導波路］ａを伝搬する光の位相を変化させて、二
つの光導波路１ａ、ｌｂを伝搬する光を干渉させること
により、出射する光をオン、オフするようになっている
。

この第２図においては、一つの基板に一つの光スイッチ
を配置してあり、一つの入射光に対してのオン　オフ動
作か可能であるか、光スイッチを同一基板に複数個配置
して同時並列的に複数の光の光路の切り替えまたは遮断
か行なえる、いイつゆる２次元光スイッチについても種
々の提案かなされている。

第３図乃至第６図は、従来の２次元光スイッチの第１〜
第４の構造例を示すものであり、以下順を追って説明す
る。

第３図は、第１の構造例を示す斜視図で、図中、４−１
．４−２は複数個、例えば９個のレンズＬを３ｘ３のマ
トリクス状に配置してなるレンズアレイ、５−１．５−
２．５−３は各々同一基板に複数個、例えば３個ずつ光
スイッチ○ＳＷを並設した光スイッチ部で、レンズアレ
イ４−１と４２間に、各光スイッチＯ８Ｗの入射端とレ
ンズアレイ４−１の各レンズし１出射端とレンズアレイ
４−２の各レンズ（第３図には図示せず）とがそれぞれ
対向するように、光スイッチ部５−１．５２．５−３を
配設し、７トリクス状に伝搬してくる光に対して、各光
スイッチＯ８Ｗ　（９個）て個別にオン、オフする構造
となっている。

また、第４図は、第２の＋ｂ構造例示す斜視図で、第１
の例と異なる点は、レンズアレイ４−］−と４２間に、
複数個例えば９個の光スイッチＯ８Ｗを並設した一つの
光スイッチ部５−４を配設し、７トリクス状に伝搬して
レンズアレイ４−１を透過した光を、ミラー６−１〜６
−４を用いて光スイッチ部５−４の各光スイッチＯ８Ｗ
に導き、各光スイッチＯ８Ｗの出射光を、同様にミラー
を用いてレンズアレイ４−２の各レンズＬに導く構造と
なっている。

さらに、第５図は、第３の構造例を示す斜視図で、第２
の例と異なる点は、ミラーを用いる代わりに、レンズア
レイ４−１の各レンズＬを透過した光を光ファイバＦＢ
を用いて光スイッチ部５４の各光スイッチ○ＳＷに導き
、これら光スイッチ○ＳＷの出射光を、同様に光ファイ
バＦＢを用いてレンズアレイ４−２の各レンズＬに導＜
１１４造となっている。

第６図（ａ）は、第４の構造例を示す斜視図、第６図（
ｂ）はその動作原理の説明図で、この２次元光スイッチ
は前述の第１〜第３の例と異なり磁気光学効果（ファラ
デー効果）を利用したものである（Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｅ
　Ｒｏｓｓ　、Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａ１ｍａｇ
ｎｅｔＯ−ＯｐｔｔＣ５ｐａｔｔａｌ　ｌｉｇｈｔ　ｍ
ｏｄｕｌａｔｏｒ　ｆｏｒｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｓｅｓ
ｓｊｎｇ　　、０ＰＴＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮ
ＧＶＯＬ、　Ｎｏ、４．ｐ４８５−４９０．１９８３参
照）。

第６図において、６−１及び６−２は複数個、例えば１
２個のレンズＬを３ｘ４のマトリクス状に配置してなる
レンズアレイ、７はレンズアレイ６−１の各レンズＬを
透過した光のうち所定の偏波面を有する光のみを透過す
る偏光板、８は］２個の光スイッチエレメント８−１〜
８−１２か７トリクス状に配置され、偏光板７を透過し
た光の偏波面を後記する原理に基づいて所定角度回転す
る光スイッチ部、９は光スイッチ部８の各光スイッチエ
レメント８−１〜８−１２を介した光のうち後記するよ
うに所定方向にその偏波面か回転した光のみを透過しレ
ンズアレイ６−２に出射する検光板である。

この２次元光スイッチの動作原理は、第６図（ｂ）に示
すように、レンズアレイ６−１を透過し、さらに偏光板
７を透過して偏光面の揃った光か、例えば光スイッチ部
８の光スイッチエレメント８−１．８−２にそれぞれ入
射すると、光スイッチエレメント８−１はオン状態、こ
れに対して光スイッチエレメント８−２はオフ状態で磁
化方向が逆になる。これによって、各々の光スイッチエ
レメント８−１．８−２を通過する光の偏波面の回転方
向が、第３図（ｂ）に示すように逆になる。これらの光
が検光板９に入射すると、オン状態の光のみが検光板９
を透過し、オフ状態の光は遮断される。このように、第
４の例による２次元光スイッチは、光スイッチ部８の各
光スイッチエレメント８−１〜８−１２の磁化方向を変
化させることで、光のオン、オフを行なうようになって
いる。なお、この光スイッチ部８は、非磁性体基板上に
磁性体膜を成長させ、エツチングによりマトリクス状に
各光スイッチエレメント８−１〜８１２を配置している
。さらに、磁化方向の制御はマトリクス状に設けた電極
の各々に個別に電流を流すことで行なっている。また、
この光スイッチの切り替え速度は１μｓである。

この他にも、２次元光スイッチとしては種々の原理を利
用した構造のものがあり（属地、“空間光変調器の最近
の動向”、オプトロニクス、Ｎｏ。

４．１９８５　参照）、その光路切り替え速度は、数μ
ｓ〜数重量ｓが一般的である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記第１の例によれば、各光スイッチ部
５−１．５−２．５−３のそれぞれについてレンズアレ
イ４−１と位置合わせを行ない、各光スイッチＯ８Ｗに
光を入射させる必要があるため、その位置合わせにかな
りの時間を要し、かつ位置合わせのための装置が多数必
要となり、大型化を招くと共に、コスト高になるという
問題点があった。

また、第２の例によれば、ミラーを多数必要とし、ミラ
ーの位置合わせ精度をよくするための装置が多数必要と
なり、第１の例と同様に、大型化を招くという問題点が
あった。

さらに、第３の例によれば、小型化を図ろうとすると光
ファイバＦＢの長さを短くする必要かあるが、これでは
曲率半径が小さくなりその部分で損失増加を招き、小型
化が困難である。また、光ファイバＦＢと各レンズＬと
位置合わせを行なうためにも位置合わせ用の装置が必要
である。やはり大型化を招くという問題点があった。

また、以上の第１乃至第３の例では処理する信号光の数
を増加させると、必然的にマトリクスの数が増えるため
、その分位置合わせ用の装置が必要になり、さらに大型
化を招く。

さらにまた、第４の例によれば、位置合わせ用の装置を
必要としないため、大型化を招く恐れは少ないが、その
切り替え速度が１μｓ程度と、電気光学効果を利用し、
Ｉｎｓ程度以下で光路を切り替えることのできるものに
比べてがなり遅いという問題点があった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、レンズアレイの各
レンズと光スイッチ部の各光スイッチとの位置合わせの
ための装置を必要とせず、大型化を招く恐れはなく、し
かも高速かつ的確に光路の切り替えまた遮断が行なえる
優れた２次元光スイッチを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、請求項（１）では、レンズア
レイと、レンズアレイを透過した光の光路の切り替えま
たは遮断を行なう光導波路形光スイッチを複数個配置し
てなる光スイッチ部とを備えた２次元光スイッチにおい
て、前記各光スイッチの光導波路をその導波路軸が前記
レンズアレイの光透過方向とほぼ垂直となるように配置
すると共に、光導波路の一端側にはレンズアレイの透過
光を反射して光導波路に入射させる第１のミラーを配置
し、かつ、他端側には光導波路からの出射光をその出射
方向とほぼ垂直方向に反射する第２のミラーを配置した
。

また、請求項（２）では、レンズアレイ及び偏光板と、
これらレンズアレイ及び偏光板を透過した光の偏波面を
所定角度回転させる光導波路形光スイッチを複数個配置
してなる光スイッチ部と、光スイッチ部の各スイッチで
偏波面が回転された光のみを透過する検光板とを備えた
２次元光スイッチにおいて、前記各光スイッチの光導波
路をその導波路軸か前記レンズアレイ及び偏光板の光透
過方向とほぼ垂直となるように配置すると共に、光導波
路の一端側には前記レンズアレイ及び偏光板の透過光を
反射して光導波路に入射させる第１のミラーを配置し、
かつ、他端側には光導波路からの出射光を反射して前記
検光板に入射させる第２のミラーを配置した。

（作　用） 請求項（１）によれば、レンズアレイの各レンズで集光
され透過してきた光は、光スイッチ部の各光スイッチの
光導波路の一端側に配置した第１のミラーにより、その
透過方向とほぼ垂直方向に反射されて、光導波路にその
一端から入射する。光導波路に入射した光は、各光スイ
ッチで光路を切り替えられたり、遮断されたりする。こ
のように、光スイッチでスイッチングされた光は、さら
に光導波路を伝搬してその他端から出射する。この光導
波路から出射した光は、第２のミラーでその出射方向と
ほぼ垂直方向に反射されて、当該２次元光スイッチから
出射される。

また、請求項（２）によれば、レンズアレイの各レンズ
で集光され透過し、さらに偏光板を透過して偏波面の揃
った光あるいは偏光板を透過して偏波面が揃い、さらに
レンズアレイの各レンズで集光され透過した光は、光ス
イッチ部の各光スイッチの光導波路の一端側に配置した
第１のミラーにより、その透過方向とほぼ垂直方向に反
射されて、光導波路にその一端から入射する。光導波路
に入射した光は、各光スイッチで偏波面が所定角度回転
される。偏波面か回転された光は、さらに光導波路を伝
搬してその他端から出射する。この光導波路から出射し
た光は、第２のミラーでその出射方向とほぼ垂直方向に
反射されて、検光板に入射し、偏波面が回転された光は
検光板を透過して、当該２次元光スイッチから出射され
る。

（実施例） ］　２ 第１図は、本発明による２次元光スイッチの第１の実施
例を示すもので、第１図（ａ）はその斜視図、第１図（
ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ線矢視方向の拡大断面図で
ある。図中、１０−１１０−２はそれぞれ複数個、例え
ば９個のレンズＬ−１１〜Ｌ−１９並びにＬ２１〜Ｌ２
９を３ｘ３のマトリクス状に配置してなるレンズアレイ
、２０はレンズアレイ１０−１とレンズアレイ１０２間
に配設された光スイッチ部で、ＬｉＮｂＯ３等からなる
基板２１にレンズアレイ１０−１の各レンズＬ−１１〜
Ｌ−１９を透過してきた光の光路の切り替えまたは遮断
を行なう９個の光導波路形光スイッチ２２−１〜２２−
９が３ｘ３のマトリクス状に配列されている。

各光スイッチ２２−１〜２２−９は位相制御形、方向性
結合形、屈折率分布形等か適用され、その主構成要素で
ある各光導波路ＯＧは、その導波路軸、即ち光伝搬方向
がレンズアレイ１０−１の光透過方向とほぼ垂直となる
ように配置されている。

さらに、各光導波路ＯＧの一端側にはレンズアレイ１０
−１の各レンズＬ　］、　］〜Ｌ１−９の透過光を反射
して光導波路ＯＧに入射させる第１のミラＭ１が配置さ
れ、かっ、他端側には光導波路ＯＧからの出射光をその
出射方向とほぼ垂直方向（図面に向かって下方）に反射
してレンズアレイ１０２の各レンズＬ−２１〜Ｌ−２９
に入射させる第２のミラーＭ２を配置しである。また、
ＥＬは光導波路ＯＧ上に装荷した電極である。

また、第１−図（ｂ）のように第１及び第２のミラーＭ
１及びＭ２を配置するための溝はエツチングにより作製
可能であり、この溝にアルミニウム。

金、銀等を蒸着することにより、第１及び第２のミラー
Ｍ］及びＭ２を作製することができる。

次に、上記構成による動作を説明する。レンズアレイ１
０−１の各レンズＬ−１１〜Ｌ−１９で集光され透過し
てきた光は、光スイッチ部２ｏの各光スイッチ２２−１
〜２２−９の光導波路ＯＧの一端側に配置した第１のミ
ラーＭ］に到達し、この第１のミラーＭ１でその透過方
向とほぼ垂直方向に反射されて、光導波路ＯＧにその一
端から入射する。光導波路ＯＧに入射した光は、各光ス
イッチ２２−１〜２２−９において各電極ＥＬへの印加
電圧により、例えば位相等が変化されて光路を切り替え
られたり、遮断されたりする。このように、各光スイッ
チ２２−１〜２２−９でスイッチングされた光は、さら
に光導波路ＯＧを伝搬してその他端から出射する。この
光導波路ＯＧから出射した光は、第２のミラーＭ２でそ
の出射方向とほぼ垂直方向に反射され、即ち基板２１下
面側に出射されて、レンズアレイ１０−２の各レンズＬ
−２１〜Ｌ−２９に入射し、それらを透過して当該２次
元光スイッチから出射される。

以上のように、本節１の実施例によれば、レンズアレイ
１０−１．１０−２、光スイッチ部２０の各光スイッチ
２２−１〜２２−９並びに各光スイッチ２２−１〜２２
−９の光導波路ＯＧの両端にそれぞれ配置した第１及び
第２のミラーは、微細加工技術で作製可能なため、各部
分の寸法及び各部分間の間隔寸法は精度よく作製できる
。従って、基板２１の両端の二つの光スイッチについて
位置合わせを行なえば、光スイッチ部２０全体の光スイ
ッチ２２−１〜２２−９について位置合わせが完了した
ことになる。このため、レンズアレイ１０−１．　　ユ
０−２と光スイッチ部２０との位置合わせを比較的容易
に行なうことができ、しかも位置合わせのための装置を
設ける必要もなく、大型化を招くことはない。また、マ
トリクスの数が増えても二つのレンズアレイ１０−１．
１０−２と１枚の基板２１からなる光スイッチ部２０の
位置合わせだけでよく、それによって位置合わせをする
ための装置が増加し、大型化することもない。

さらに、位相制御形、方向性結合形等の導波路形光スイ
ッチの光導波路ＯＧの両端に第１及び第２のミラーＭｌ
、Ｍ２を設けただけなので、その光路切り替え速度に影
響なく、従って、Ｉｎｓ程度以下の高速で光路切り替え
が可能である。

第７図は、本発明による２次元光スイッチの第２の実施
例を示すもので、第７図（ａ）はその斜視図、第７図（
ｂ）は第７図（ａ）のＢ−Ｂ線矢視力向の拡大断面図で
ある。本節２の実施例と前記第１の実施例と異なる点は
、光スイッチ部２０の各光スイッチ２２−１〜２２−９
の光導波路ＯＧ他端側に配置した第２のミラーＭ２の反
射方向を基板２１の下面方向ではなく、上面方向に反射
するように配置したことにある。これにより、レンズア
レイ１０−１に入射光を集光し透過するレンズＬ−１１
〜Ｌ−１９に並設して、光スイッチ部２０を通過し、第
２のミラーＭ２で反射された光を集光し透過するレンズ
Ｌ−１１−〜Ｌ〜１９′を配置でき、第１の実施例にお
けるレンズアレイ１０−２は不要となる。

従って、第２の実施例によれば、前記第１に実施例の効
果に加えて、２次元光スイッチの小型化を図れる。

第８図は、本発明による２次元光スイッチの第３の実施
例を示す斜視図である。本節３の実施例と前記第１の実
施例の異なる点は、レンズアレイ１０−１と光スイッチ
部２０との間に、レンズアレイ１０−１の各レンズＬ−
１１〜Ｌ−１９を透過してきた光の偏波面を揃えるため
の偏光板３０を配設すると共に、光スイッチ部２０の各
光スイッチ２２−１〜２２−９を偏波面を回転させるこ
とができる光導波路形光スイッチ（基板２１はＬｉＮｂ
Ｏ３基板）、例えば位相変調器で構成し、さらに、光ス
イッチ部２０とレンズアレイ１〇−２との間に、光スイ
ッチ部２０の各光スイッチ２２−１〜２２−９で偏波面
が回転された光のみを透過する検光板４０を配設したこ
とにある。

ここで、本節３の実施例による動作を説明する。

レンズアレイ１０−１の各レンズＬ−１１〜Ｌ−１９で
集光され透過した光は、続いて偏光板３０を透過して偏
波面が揃い、光スイッチ部２０の各光スイッチ２２−１
〜２２−９の光導波路ＯＧの一端側に配置した第１のミ
ラーＭ１により、その透過方向とほぼ垂直方向に反射さ
れて、光導波路ＯＧにその一端から入射する。光導波路
ＯＧに入射した光は、各光スイッチ２２−１〜２２−９
において、電極ＥＬへの印加電圧によりその偏波面が所
定角度回転される。偏波面が回転された光は、さらに光
導波路ＯＧを伝搬してその他端から出射する。この光導
波路から出射した光は、第２のミラーＭ２でその出射方
向とほぼ垂直方向に反射されて、検光板４０に入射し、
オン状態の各光スイッチで偏波面が回転された光は検光
板４ｏを透過して、レンズアレイ１ｏ−２の各レンズＬ
−２］Ｌ−２９に入射し、それらを透過して当該２次元
光スイッチから出射される。

本節３の実施例も、前記第１の実施例と同様に、２次元
光スイッチの大型化を招く恐れはなく、しかもＬ　ｉＮ
　ｂ　Ｏａ等の基板２１上に作製された光スイッチの場
合、］ｎｓ程度以下で光路切り替えが可能であり、この
光スイッチの光導波路ＯＧの両端にそれぞれ第１及び第
２のミラーＭＩ　　Ｍ２を配置しただけなので光路切り
替え速度に影響はなく、従って、Ｉｎｓ程度以下と高速
切り替えが可能となっている。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）または請求項（２）
によれば、７トリクス状に配列されて伝搬し１　つ てくる光の光路を切り替えたり、遮断したりするために
、それに対応した位置に光路を切り替えたり、遮断した
り、偏波面を回転させることのできる光導波路形光スイ
ッチを複数個配置した光スイッチ部を備え、さらにそれ
らの各光スイッチの光導波路の両端には、光導波路に対
してほぼ垂直に伝搬する光を光導波路に入射させる第１
のミラと、光導波路からの出射光をその出射方向に対し
てほぼ垂直な方向に反射する第２のミラーを配置したの
で、高速のスイッチング動作が可能な２次元光スイッチ
を実現できる利点がある。また、マトリクスの数か増え
ても、それにより位置合イっせを行なうための装置を付
加する必要がなく、２次元光スイッチの大型化を防止で
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１−図は本発明による２次元光スイッチの第１の実施
例を示すもので、第１図（ａ）はその斜視図、第１図（
ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ線矢視方向の拡大断面図、
第２図は代表的な光スイッチである干渉形（マツハツエ
ンダ形）光スイッチの構造図、第３図は第１の従来例を
示す斜視図、第４図は第２の従来例を示す斜視図、第５
図は第３の従来例を示す斜視図、第６図（ａ）は第４の
従来例を示す斜視図、第６図（ｂ）は第４の従来例の動
作原理の説明図、第７図は本発明による２次元光スイッ
チの第２の実施例を示すもので、第７図（ａ）はその斜
視図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）のＢ−Ｂ線矢視方向
の拡大断面図、第８図は本発明による２次元光スイッチ
の第３の実施例を示す斜視図である。 図中、１０−１．１．０−２・・・レンズアレイ、２０
・・光スイッチ部、２］・・・基板、２２−１〜２２−
９・・・光導波路形光スイッチ、Ｍｌ・・第１のミラー
、Ｍ２・・・第２のミラー　Ｌ−１１〜Ｌ１９　　Ｌ−
１１〜Ｌ−１９−Ｌ２１−Ｌ−２９・・・レンズ、３０
・・・偏光板、４０・・・検光板。 特　許　出　願　人　日本電信電話株式会社代理人　　
弁理士　　吉１）積年

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レンズアレイと、レンズアレイを透過した光の光
   路の切り替えまたは遮断を行なう光導波路形光スイッチ
   を複数個配置してなる光スイッチ部とを備えた２次元光
   スイッチにおいて、 前記各光スイッチの光導波路をその導波路軸が前記レン
   ズアレイの光透過方向とほぼ垂直となるように配置する
   と共に、光導波路の一端側にはレンズアレイの透過光を
   反射して光導波路に入射させる第１のミラーを配置し、
   かつ、他端側には光導波路からの出射光をその出射方向
   とほぼ垂直方向に反射する第２のミラーを配置した ことを特徴とする２次元光スイッチ。
2. （２）レンズアレイ及び偏光板と、これらレンズアレイ
   及び偏光板を透過した光の偏波面を回転させる光導波路
   形光スイッチを複数個配置してなる光スイッチ部と、光
   スイッチ部の各スイッチで偏波面が回転された光のみを
   透過する検光板とを備えた２次元光スイッチにおいて、 前記各光スイッチの光導波路をその導波路軸が前記レン
   ズアレイ及び偏光板の光透過方向とほぼ垂直となるよう
   に配置すると共に、光導波路の一端側には前記レンズア
   レイ及び偏光板の透過光を反射して光導波路に入射させ
   る第１のミラーを配置し、かつ、他端側には光導波路か
   らの出射光を反射して前記検光板に入射させる第２のミ
   ラーを配置した ことを特徴とする２次元光スイッチ。