JPH0363631A - Spatial optical matrix switching device - Google Patents
Spatial optical matrix switching deviceInfo
- Publication number
- JPH0363631A JPH0363631A JP19992689A JP19992689A JPH0363631A JP H0363631 A JPH0363631 A JP H0363631A JP 19992689 A JP19992689 A JP 19992689A JP 19992689 A JP19992689 A JP 19992689A JP H0363631 A JPH0363631 A JP H0363631A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- array
- optical
- light
- deflection
- spatial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、光通信、光情報処理システム等の分野で用い
られる空間光変調器、並列光スイッチ等の空間光マトリ
ックススイッチデバイスに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to spatial optical matrix switch devices such as spatial light modulators and parallel optical switches used in fields such as optical communications and optical information processing systems.
従来の技術
従来、この種の空間光マトリックススイッチデバイスと
して特開昭58−111019号公報に示されるものが
ある。第4図はその構成を示すもので、感光媒体l上に
光の干渉を利用して回折格子(図示せず)を形成し、フ
ォトエミッタ回路2から出た光をコリメート手段3を通
してコリメートし、感光媒体1上に形成された回折格子
によりフォトレセプタ回路4上の所定位置に光ビームを
出射させて光学的結合を得るようにしたものである。こ
のデバイスでは、感光媒体1の材質にBSO結晶のよう
な光導電効果と電気光学効果とを併せ持つ結晶を用いる
ことにより、回折格子を可変にして書込み光により任意
の回折格子を形成できるため、フォトエミッタ回路2と
フォトレセブタ回路4との間の光学的結合を任意に選択
することが可能となる。2. Description of the Related Art Conventionally, there is a spatial optical matrix switch device of this type as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 111019/1983. FIG. 4 shows its configuration, in which a diffraction grating (not shown) is formed on the photosensitive medium 1 using light interference, and the light emitted from the photoemitter circuit 2 is collimated through the collimating means 3. A diffraction grating formed on the photosensitive medium 1 is used to emit a light beam to a predetermined position on the photoreceptor circuit 4 to obtain optical coupling. In this device, by using a crystal that has both a photoconductive effect and an electro-optic effect, such as a BSO crystal, as the material of the photosensitive medium 1, the diffraction grating can be made variable and an arbitrary diffraction grating can be formed using the writing light. It becomes possible to arbitrarily select the optical coupling between the emitter circuit 2 and the photoreceptor circuit 4.
発明が解決しようとする課題
ところが、このような空間光マトリックススイッチデバ
イスでは、基本的に回折格子を形成するための書込み系
や、書込み光と信号光とを分離させるための光学系など
が必要であり、素子自体が大きくなってしまう。また、
BSOなとの電気光学結晶は一般にその電気光学効果が
小さく、光の作用によって誘起される格子の回折効率も
小さいものである。よって、光路変換などに用いた場合
、その変換が不十分となりスイッチ特性を悪化させる一
因ともなる。Problems to be Solved by the Invention However, such a spatial optical matrix switch device basically requires a writing system to form a diffraction grating, an optical system to separate the writing light and the signal light, etc. However, the element itself becomes large. Also,
Electro-optic crystals such as BSO generally have a small electro-optic effect, and the diffraction efficiency of the grating induced by the action of light is also small. Therefore, when used for optical path conversion or the like, the conversion may be insufficient, which may also be a factor in deteriorating switch characteristics.
課題を解決するための手段
入射光をコリメートする微小レンズアレイと、この微小
レンズアレイからのコリメート光を電気光学効果に基づ
く屈折率変化により偏向させる光偏向素子アレイと、前
記光偏向素子アレイからの偏向光の偏向角を回折により
増大させて光路を切換える微小ホログラムアレイと、微
小ホログラムアレイにより光路が切換えられた出射光を
出力側光学素子に選択的に結合させる結合素子アレイと
を順に設けた。Means for Solving the Problems A microlens array that collimates incident light, an optical deflection element array that deflects the collimated light from the microlens array by changing the refractive index based on an electro-optic effect, and A micro hologram array that switches the optical path by increasing the deflection angle of the polarized light by diffraction, and a coupling element array that selectively couples the emitted light whose optical path has been switched by the micro hologram array to an output side optical element are provided in this order.
作用
微小レンズアレイによりコリメートされた光は、光偏向
素子アレイにより偏向される。この時、電気光学効果を
利用した屈折率変化によるものであり、偏向角は小さい
が、次段の微小ホログラムアレイに入射して回折作用を
受けることにより、偏向角が増大し、大きな光路切換え
が可能となる。The light collimated by the working microlens array is deflected by the optical deflection element array. At this time, the deflection angle is small due to the refractive index change using the electro-optic effect, but when it enters the next stage micro hologram array and undergoes a diffraction effect, the deflection angle increases and a large optical path switch occurs. It becomes possible.
よって、確実な光スイッチングが可能となり、良好なる
スイッチ特性が得られる。また、大きな偏向角による光
路切換えが可能なため、薄型構造としても出力側光学素
子への結合が可能であり、小型デバイスとなる。さらに
、光路切換えは電気光学効果を利用した光偏向素子アレ
イにおける電界制御で済むため、高速スイッチング機能
を維持できる。Therefore, reliable optical switching becomes possible and good switching characteristics can be obtained. Furthermore, since optical path switching is possible with a large deflection angle, coupling to the output side optical element is possible even with a thin structure, resulting in a small device. Furthermore, since optical path switching can be accomplished by controlling the electric field in the optical deflection element array using the electro-optic effect, high-speed switching function can be maintained.
実施例
本発明の一実施例を第1図ないし第3図に基づいて説明
する。本実施例の空間光マトリックススイッチデバイス
は、微小レンズアレイなるコリメート素子11と、光偏
向素子アレイなる空間偏向素子12と、微小ホログラム
アレイなる偏向角増幅素子13と、結合素子アレイなる
角度変換素子14及び結合素子15とを、光伝搬方向に
順次積層配置させたものである。Embodiment An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The spatial optical matrix switch device of this embodiment includes a collimating element 11 as a microlens array, a spatial deflection element 12 as an optical deflection element array, a deflection angle amplification element 13 as a micro hologram array, and an angle conversion element 14 as a coupling element array. and a coupling element 15 are sequentially stacked in the light propagation direction.
ここに、コリメート素子11は出射側の面に屈折率分布
型マイクロレンズ16が二次元アレイ状に形成されて入
射光をコリメートさせるものである。空間偏向素子12
はLiNb0.のような電気光学結晶17をベースとし
、前記レンズ16毎に電極対18が存在するように電極
対18を二次元アレイ状に配列形成したもので、各電極
対18間に印加する電圧(従って、電極対18間の電界
)を可変制御することにより、入射光を所定の方向に偏
向させるものである(詳細は、後述する)。Here, the collimating element 11 has a refractive index distribution type microlens 16 formed in a two-dimensional array on the exit side surface to collimate the incident light. Spatial deflection element 12
is LiNb0. It is based on an electro-optic crystal 17 such as, and has electrode pairs 18 arranged in a two-dimensional array so that each lens 16 has an electrode pair 18, and the voltage applied between each electrode pair 18 (therefore, , the electric field between the electrode pair 18) to deflect the incident light in a predetermined direction (details will be described later).
偏向角増幅素子13は入射光のビーム径程度に微小な領
域に入射光を所定の方向に回折させる回折方向の異なる
複数個の微小ホログラム19をレンズ16毎に偏向方向
にアレイ状に形成したものである。角度変換素子14も
この偏向角増幅素子13と同様であり、微小ホログラム
19に対応する微小ホログラム20を偏向方向にアレイ
状に形成したものである。結合素子15はコリメート素
子11と同様であり、出射側の面に屈折率分布型マイク
ロレンズ21が二次元アレイ状に形成されてコリメート
機能を持つものである。The deflection angle amplification element 13 has a plurality of micro holograms 19 formed in an array in the deflection direction for each lens 16, which diffracts the incident light in a predetermined direction in an area as small as the beam diameter of the incident light. It is. The angle converting element 14 is also similar to the deflection angle amplifying element 13, and has micro holograms 20 corresponding to the micro holograms 19 formed in an array in the deflection direction. The coupling element 15 is similar to the collimating element 11, and has a refractive index distribution type microlens 21 formed in a two-dimensional array on the exit side surface and has a collimating function.
なお、微小ホログラム19.20は例えば電子ビーム描
画法やドライエツチング法等の加工法を用いることによ
り、ガラス基板などに精度よく高密度アレイ状に形成で
きる。また、屈折率分布型マイクロレンズ16.21は
イオン交換法などによりガラス基板などに精度よくアレ
イ状に形成できる。The minute holograms 19 and 20 can be formed in a high-density array with high accuracy on a glass substrate or the like by using a processing method such as an electron beam lithography method or a dry etching method. Further, the refractive index gradient microlenses 16.21 can be formed in an array with high accuracy on a glass substrate or the like by an ion exchange method or the like.
このようなデバイス構成において、その動作原理を第2
図を参照して説明する。ここでは、コリメート素子11
のレンズ16対応入射側位置には入力光ファイバ22が
結合され、結合素子15のレンズ21対応位置には出力
側光学素子としての出力光ファイバ23が結合されてい
る。In such a device configuration, the operating principle is
This will be explained with reference to the figures. Here, the collimating element 11
An input optical fiber 22 is coupled to an input side position corresponding to the lens 16, and an output optical fiber 23 as an output side optical element is coupled to a position of the coupling element 15 corresponding to the lens 21.
まず、ある入力光ファイバ22aより入射した光24は
、コリメート素子11の対応するレンズ16によりコリ
メートされて空間偏向素子12に入射する。空間偏向素
子12では対応する電極対18間には所定の電界が印加
されており、電極対18間を通るコリメート光24が所
望の微小ホログラム19に入射するように偏向させる。First, light 24 entering from a certain input optical fiber 22a is collimated by the corresponding lens 16 of the collimating element 11 and enters the spatial deflection element 12. In the spatial deflection element 12, a predetermined electric field is applied between the corresponding electrode pairs 18, and the collimated light 24 passing between the electrode pairs 18 is deflected so as to be incident on a desired micro hologram 19.
このような偏向光24の入射した偏向角増幅素子13の
微小ホログラム19は、次段の角度変換素子14の所望
の微小ホログラム20に入射するように回折される。こ
の様子を見ると、第2図からも判るように、空間偏向素
子12による電気光学効果利用による偏向を、微小ホロ
グラム19による回折偏向により、さらに偏向角を増大
させたものとなる。その後、この微小ホログラム2oに
より結合素子15の対応するレンズ21に対して出射さ
れ、このレンズ21により集光されて対応する出力光フ
ァイバ23bに光結合されて出射される。よって、偏向
角増幅素子13以降の素子長を小さくしても、出力光フ
ァイバ23a、23b等への切換え結合が可能であり、
全体的に薄型・小型化されたデバイスとなる。The micro hologram 19 of the deflection angle amplification element 13 into which such polarized light 24 is incident is diffracted so as to be incident on a desired micro hologram 20 of the angle conversion element 14 at the next stage. Looking at this state, as can be seen from FIG. 2, the deflection using the electro-optic effect by the spatial deflection element 12 is further increased by the diffraction deflection by the minute hologram 19. Thereafter, the light is emitted by the micro hologram 2o to the corresponding lens 21 of the coupling element 15, condensed by the lens 21, optically coupled to the corresponding output optical fiber 23b, and emitted. Therefore, even if the length of the elements after the deflection angle amplifying element 13 is reduced, switching coupling to the output optical fibers 23a, 23b, etc. is possible.
The overall device is thinner and smaller.
このような動作において、空間偏向素子12中の電極対
18間に印加する電界の強さを可変させ、例えば第2図
中に破線で示すような光24の状態に偏向角を変え、偏
向角増幅素子13、角度変換素子14の微小ホログラム
19.20として異なる回折方向、角度を持つものを選
択させるようにすれば、出力側として例えば出力光ファ
イバ23a側に結合させることができる。即ち、出力光
ファイバ23a、23bの切換え選択=光スイッチング
が可能となる。In such an operation, the strength of the electric field applied between the electrode pair 18 in the spatial deflection element 12 is varied, and the deflection angle is changed to the state of the light 24 as shown by the broken line in FIG. If the micro holograms 19 and 20 of the amplification element 13 and the angle conversion element 14 are selected to have different diffraction directions and angles, they can be coupled to the output side, for example, to the output optical fiber 23a side. That is, switching selection of the output optical fibers 23a and 23b=optical switching becomes possible.
ところで、前記空間偏向素子12による偏向機能発揮の
ための構造及び作用を第3図により説明する。この空間
偏向素子12の一つのエレメントを抽出すると、矩形状
のLiNb0.なる電気光学結晶17のZ軸方向に電界
を印加するようにZ軸方向の両面に電極対18が対向形
成されている。By the way, the structure and operation for exerting the deflection function by the spatial deflection element 12 will be explained with reference to FIG. When one element of this spatial deflection element 12 is extracted, a rectangular LiNb0. Electrode pairs 18 are formed facing each other on both sides in the Z-axis direction so as to apply an electric field in the Z-axis direction of the electro-optic crystal 17.
この電極対18は電界印加領域と無印加領域との境界面
が入射光24の光軸に対して斜交するように直角三角形
状に形成されている。このような構成によれば、電極対
18間に電源25により電圧を印加しない状態では電気
光学結晶17全体に屈折率変化が生じないが、電極対1
8間に電圧を印加するとその電界の及ぶ電極対18間領
域では電気光学効果により屈折率変化を生じ、電極対1
8の存在しない領域との間に屈折率差を生ずる。いま、
Z軸方向に印加された電極対18間の電界をE2とし、
E、=Oの時の屈折率をn’s電気光学結晶17の電気
光学定数をγ、、とすると、生じる屈折率変化Δn2は
、
ΔnZ” 27 am n Z” EZとなる。即ち、
印加された電界E2に比例した大きさの屈折率変化を生
じる。すると、電気光学結晶17に入射した光24は、
電極対18のある領域とない領域との屈折率差及びその
境界斜面により偏向作用(破線が偏向作用を受けない場
合を示す)を受けて出射される。空間偏向素子12全体
としては、このようなエレメント構造をアレイ状に集積
形成したものである。そのためには、例えば同一のLi
Nb0.基板上に機械加工又はエツチング等により電極
対18用の穴を形威し、この穴に電極材料を流し込むこ
とにより、第1図に示す空間偏向素子12のようにモノ
リシックに作製することができる。これにより、高速動
作可能な光偏向を高密度にて並列動作させることが可能
となる。The electrode pair 18 is formed in a right triangular shape such that the boundary surface between the electric field application area and the non-applied area is oblique to the optical axis of the incident light 24. According to such a configuration, when no voltage is applied between the electrode pair 18 by the power source 25, no change in refractive index occurs in the entire electro-optic crystal 17;
When a voltage is applied between electrode pair 18, a refractive index change occurs due to the electro-optic effect in the area between electrode pair 18 where the electric field extends.
A difference in refractive index is generated between the region where no. now,
Let E2 be the electric field between the electrode pair 18 applied in the Z-axis direction,
If the refractive index when E and =O is n's, and the electro-optic constant of the electro-optic crystal 17 is γ, then the resulting refractive index change Δn2 becomes ΔnZ" 27 am n Z" EZ. That is,
A change in the refractive index occurs in proportion to the applied electric field E2. Then, the light 24 incident on the electro-optic crystal 17 is
The light is emitted after being deflected by the difference in refractive index between the area where the electrode pair 18 is present and the area where it is not, and by the boundary slope thereof (the broken line indicates the case where there is no deflection effect). The spatial deflection element 12 as a whole is formed by integrating such element structures into an array. For this purpose, for example, the same Li
Nb0. By forming holes for the electrode pairs 18 on the substrate by machining or etching, and pouring electrode material into the holes, it is possible to fabricate a monolithic structure like the spatial deflection element 12 shown in FIG. 1. This makes it possible to operate optical deflectors capable of high-speed operation in parallel at high density.
なお、本発明の空間光マトリックススイッチデバイスを
構成する場合、構造的には第1図に例示したものに限ら
ず、例えば出射側のレンズと微小ホログラムアレイ素子
との間に空間偏向素子アレイを設けることにより、双方
向の光マトリツクススイッチを構成してもよい。Note that when constructing the spatial optical matrix switch device of the present invention, the structure is not limited to that illustrated in FIG. 1; for example, a spatial deflection element array may be provided between the exit side lens and the micro hologram array element. By doing so, a bidirectional optical matrix switch may be constructed.
発明の効果
本発明は、上述したように微小レンズアレイと光偏向素
子アレイと微小ホログラムアレイと結合素子アレイとに
より構成したので、微小ホログラムアレイにより偏向角
を増大させて大きな角度で光路切換えを可能とすること
ができ、確実な光スイッチングが可能となり、良好なる
スイッチ特性が得られるとともに、出力側光学素子等の
レイアウト設計が有利となり、薄型構造として小型デバ
イス化を図れ、さらに、光路切換えは電気光学効果を利
用した光偏向素子アレイにおける電界制御で済むため、
高速スイッチング機能を維持できるものである。Effects of the Invention As described above, the present invention is composed of a microlens array, an optical deflection element array, a micro hologram array, and a coupling element array, so that the deflection angle can be increased by the micro hologram array and optical paths can be switched at a large angle. This makes it possible to perform reliable optical switching and obtain good switching characteristics. It is also advantageous for the layout design of output-side optical elements, etc., and the thin structure allows for miniaturization of devices. Furthermore, optical path switching can be done electrically. Electric field control in a light deflection element array using optical effects is sufficient.
It is possible to maintain high-speed switching function.
第1図ないし第3図は本発明の一実施例を示すもので、
第1図は概略分解斜視図、第2図は動作原理を平面図的
に示す説明図、第3図は空間偏向素子の動作を示すlエ
レメントの斜視図、第4図は従来例を示す概略斜視図で
ある。1 to 3 show an embodiment of the present invention,
Fig. 1 is a schematic exploded perspective view, Fig. 2 is an explanatory diagram showing the principle of operation in a plan view, Fig. 3 is a perspective view of an l element showing the operation of the spatial deflection element, and Fig. 4 is a schematic diagram showing a conventional example. FIG.
Claims (1)
レンズアレイからのコリメート光を電気光学効果に基づ
く屈折率変化により偏向させる光偏向素子アレイと、前
記光偏向素子アレイからの偏向光の偏向角を回折により
増大させて光路を切換える微小ホログラムアレイと、微
小ホログラムアレイにより光路が切換えられた出射光を
出力側光学素子に選択的に結合させる結合素子アレイと
よりなることを特徴とする空間光マトリックススイッチ
デバイス。A microlens array that collimates incident light, an optical deflection element array that deflects the collimated light from the microlens array by changing the refractive index based on the electro-optic effect, and diffracts the deflection angle of the polarized light from the optical deflection element array. A spatial optical matrix switch device comprising: a micro hologram array that switches the optical path by increasing the number of lights produced by the micro hologram array; and a coupling element array that selectively couples the emitted light whose optical path has been switched by the micro hologram array to an output side optical element. .
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19992689A JPH0363631A (en) | 1989-08-01 | 1989-08-01 | Spatial optical matrix switching device |
| US07/558,440 US5071232A (en) | 1989-08-01 | 1990-07-27 | Optical deflection element and space optical matrix switching device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19992689A JPH0363631A (en) | 1989-08-01 | 1989-08-01 | Spatial optical matrix switching device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0363631A true JPH0363631A (en) | 1991-03-19 |
Family
ID=16415893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19992689A Pending JPH0363631A (en) | 1989-08-01 | 1989-08-01 | Spatial optical matrix switching device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0363631A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100350251B1 (en) * | 1997-05-21 | 2002-11-18 | 오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤 | Optical device for an optical communication terminal station and manufacturing method therefor |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62279319A (en) * | 1986-05-28 | 1987-12-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | optical matrix switch |
| JPS6313493A (en) * | 1986-07-03 | 1988-01-20 | Nec Corp | Router cell |
| JPS63106630A (en) * | 1986-10-23 | 1988-05-11 | Nippon Mining Co Ltd | Optical switch |
| JPS644724A (en) * | 1987-06-29 | 1989-01-09 | Nec Corp | Optical switch |
| JPH01189635A (en) * | 1988-01-26 | 1989-07-28 | Ricoh Co Ltd | Electro-optical light deflecting element |
-
1989
- 1989-08-01 JP JP19992689A patent/JPH0363631A/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62279319A (en) * | 1986-05-28 | 1987-12-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | optical matrix switch |
| JPS6313493A (en) * | 1986-07-03 | 1988-01-20 | Nec Corp | Router cell |
| JPS63106630A (en) * | 1986-10-23 | 1988-05-11 | Nippon Mining Co Ltd | Optical switch |
| JPS644724A (en) * | 1987-06-29 | 1989-01-09 | Nec Corp | Optical switch |
| JPH01189635A (en) * | 1988-01-26 | 1989-07-28 | Ricoh Co Ltd | Electro-optical light deflecting element |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100350251B1 (en) * | 1997-05-21 | 2002-11-18 | 오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤 | Optical device for an optical communication terminal station and manufacturing method therefor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5071232A (en) | Optical deflection element and space optical matrix switching device | |
| US5648859A (en) | Liquid crystal microprism array, free-space optical interconnector, and optical switch | |
| JP4960294B2 (en) | Wavelength selective switch | |
| US10613412B2 (en) | Light beam deflecting element, wavelength-selective cross-connect device using same, and optical cross-connect device | |
| WO1993007530A1 (en) | Optical phased arrays | |
| US5133027A (en) | Optical waveguide apparatus for controlling a signal light traveling through an optical waveguide by means of other light | |
| CN120352984B (en) | Optical cross system based on silicon-based liquid crystal and control method | |
| JPH1039346A (en) | Electro-optic element | |
| US4995693A (en) | Multi-position opto-electronic switch | |
| US6980718B2 (en) | Optical parts coupling structure, method of manufacturing the same, optical switch, two-dimensional lens array, and method of manufacturing the same | |
| US5959756A (en) | Optical deflection switch | |
| JP4382661B2 (en) | Reflective variable optical deflector and device using the same | |
| JPH0363631A (en) | Spatial optical matrix switching device | |
| JPH0447804B2 (en) | ||
| US7136548B2 (en) | Liquid crystal optical switch with burnt-in control | |
| JP5759430B2 (en) | Wavelength selective switch | |
| CN118688904A (en) | Wavelength selective switches and related optical devices | |
| US6947627B2 (en) | Compact optical switches | |
| JPH049823A (en) | Optical crossbar switch | |
| JP7712400B2 (en) | Optical switch and switching method | |
| US6650796B2 (en) | Waveguide optical frequency router | |
| JPH0246431A (en) | Two-dimensional optical switch | |
| CN119511461A (en) | A wavelength selective switch and node device | |
| US7082267B1 (en) | Shared multi-channel parallel optical interface | |
| JPH05273603A (en) | Optical switching device |