JPH036535A - 波長選択光スイッチ - 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」 この発明は、光フアイバ伝送システム等に用いられる波
長選択光スイッチに係わり、特に低電圧駆動化を図った
波長選択光スイッチに関する。

「従来技術」 光スイツチング技術は、光フアイバ伝送システムを多様
化、高度化するのに重要な技術である。

そこで、光スイツチング網の構成や光スィッチに関して
、多くの検討が行われてきた。

従来の一般的な光スィッチは、ある端子から入力され、
別の端子から出力されている光パワーを、さらに別の端
子から出力するように切換えるものであった。

また、最近、波長多重された光の経路を、それぞれの波
長ごとに独立して制御する波長選択光スイッチも検討さ
れるようになってきている。

ここで、第３図はそのような波長選択光スイッチ（藤井
、箕輪二　「光スィッチ」特願昭６３−１５４９６０参
照）の構成を示す図である。この図において、１　ａ、
　１　ｂ、　１　ｃは各々光ファイバであり、各一方の
面がレンズ２　ａ、　２　ｂ、　２　ｃの一方の面に接
続されている。この場合、光フアイバ１ａ＝ｌｃ各々は
、その軸心をレンズ２ａ〜２ｃの光軸に一致させている
ものとする。レンズ２ａの他方の面が偏向ビームスプリ
ッタ３ａの図面左側の面（左面）に接続されている。偏
向ビームスプリッタ３ａの図面下方の而（下面）にはミ
ラー４ａが接続されている。偏向ビームスプリッタ３ａ
とミラー４ａ各々の図面右側の面（右面）には位相差板
５ａを介して、可変位相差板６および位相差板５ｂが順
次接続されている。ここで、位相差板５　ａ、　５　ｂ
は各々は、方位が２２．５度で、そのリタデーションが
波長へではπ、波長λでは２πである。また、可変位相
差板６は、方位が０度で、波長Δにおけるリタデーショ
ンは電圧無印加時には零、電圧Ｖ印加時にはπである。

この可変位相差板６としては、ニオブ酸リチウムやタン
タル酸リチウムなどの電気光学効果を示す結晶が用いら
れている。次に、上記位相差板５ｂの右面には、上から
順にミラー４ｂ。

偏向ビームスプリッタ３ｂが接続されており、偏向ビー
ムスプリッタ３ｂの右面にはレンズ２ｂが接続され、下
方の面にはレンズ２ｃが接続されている。

このように構成された波長選択光スイッチにおいて、光
ファイバｌａから放射された波長多重光（波長＝八とλ
）がレンズ２ａにて平行ビームに変換されたあと、偏光
ビームスプリッタ３ａにて偏光方位が０度と９０度の直
線偏光ビームに分離される。ここで、分離された偏向方
位０度の光ビームと偏光方位９０度の光ビームは、その
後の進路における状態が同様であるので、以下、偏光方
位０度の光ビームの状態について説明する。

さて、偏向ビームスプリッタ３ａにて分離された、偏向
方位０度の光ビームの波長λの光は、位相差板５　ａ、
　５　ｂでは、その偏向方位が変化することなく通過す
る。また、可変位相差板６でも、その偏光方位が同位相
差板６の方位に平行の状態で入射するので、その偏光方
位が変化することなく通過する。すなわち、波長λの光
は、可変位相差板６の状態によらず、光ファイバｌｃに
結合する。

一方、偏向方位９０度の光ビームの波長Δの光は、可変
位相差板６に電圧が印加されていない場合においては、
同位相差板６でのりタデ−シコンが零であるので、この
可変位相差板６を除いて考えることができ、２枚の同じ
方位の半波長板を通過することと等価になる。したがっ
て、この場合も、波長への光の偏光方位は、位相差板５
ａ、可変位相差板６および位相差板５ｂを通過しても変
化せず、光ファイバ１ｃに結合する。

ここで、可変位相差板６に電圧が印加されると、位相差
板５　ａ、　５　ｂ各々の方位と、これらの中間に位置
する可変位相差板６の方位が異なるので、波長への光は
、位相差板５ａ、５ｂおよび可変位相差板６のいずれに
も、その方位とは平行ではない偏向方位で入射する。こ
れにより、波長Ａの光は、位相差板５ａ、５ｂおよび可
変位相差板６を通過することによって、その偏向方位は
、順次、４５度、４５度、−９０（９０）度と変化する
。したがって、波長への光は、可変位相差板６に電圧が
印加されたときには、光ファイバ１ｂに結合される。

このように、上述した従来の波長選択光スイッチでは、
可変位相差板６への印加電圧を切換えることにより、光
ファイバ！ａから入射する波長多雷光を分離させたり、
させなかったりすることができる。

なお、位相差板５ｂとミラー４ｂ、および、偏向ヒーム
偏向ビームスプリッタ３ｂの間に９０度ＴＮ液晶を挿入
した構成にすれば、この９０度ＴＮ液晶は電圧印加時に
はそれを通過する直線偏光の偏光方位を回転せず、電圧
無印加時には偏光方位を９０度回転するので、結局、可
変位相差板４へ印加する電圧と９０度ＴＮ液晶へ印加す
る電圧を制御することによって、光ファイバｌａから入
射した波長へとλの光の出力端子を、独立に光ファイバ
１ｂ、あるいは、光ファイバＩｃと選択することができ
る。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述した従来の波長選択光スイッチにあって
は次のような問題があった。すなわち、可変位相差板６
として用いられているニオブ酸リチウムやタンタル酸リ
チウムなどの電気光学効果を示す結晶は、電気光学効果
がかなり小さいために、同位相差板６を動作させるには
、ＫＶオーダーの印加電圧を必要とする。このため、扱
い難いという問題かあった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、低電
圧駆動化ができる波長選択光スイッチを提供することを
目的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明は、異なる波長へとλの光が波長多重されて人
力され、これらの光路を独立に制御するＩｘ２波長選択
光スイッチにおいて、その速い軸または遅い紬の方位が
α度で、波長Δ光に対しては半波長板として作用し、波
長λの光に対しては１波長板として作用する位相差板と
、光の入射側の分子の長軸または短紬の方位がα度で、
出射側の分子の長軸または短紬の方位か（α＋４５）度
の第１の４５度ＴＮ液晶、および、第２の４５度ＴＮ液
晶と、光の入射側の分子の長軸または短紬の方位が（α
＋４５）度で、出射側分子の長軸または短紬の方位がα
度の第３の４５度ＴＮ液晶と、光の入射側の分子の長軸
または短紬の方位が（α＋４５）度で、出射側の分子の
長軸または短紬の方位が（α＋９０）度の第４の４５度
ＴＮ液晶と、偏光方位α度の光と偏光方位（α＋９０）
度の光とを別々の方向へ分離する偏光ビームスプリッタ
とを備え、波長多重光の入射側から、前記第１の４５度
ＴＮ液晶、前記位相差板、前記第２のＴＮ液晶、および
、前記偏光ビームスプリッタの順に配置し、該第２のＴ
Ｎ液晶と該偏光ビームスプリッタとの間に前記第３のＴ
Ｎ液晶と前記第４のＴＮ液晶を配置してあり、前記第１
の４５度ＴＮ′／ｆＬ晶、前記第２のＴＮ液晶、前記第
３のＴＮ液晶、および、前記第４のＴＮ液晶各々に印加
する電圧の制御により、多重されて人力される異なる波
長Δとλの光の光路を独立に制御することを特徴とする
。

「作用　」 この発明の波長選択光スイッチは、偏光方位の制御を４
５度ＴＮ液晶を用いて行うことを主要な特徴とする。こ
のＴＮ液晶は、厚さが１ｍｍ程度であり、数Ｖ程度の印
加電圧で通過光の偏光方位の回転の宵無を制御できる。

したがって、この発明は、従来の波長選択光スイッチと
は、使用素子および構成が全く異なり、低電圧駆動化が
できるとともに、低損失で、かつ小型化も同時に図るこ
とができる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の第１実施例を示す構成図である。な
お、この図において、萌述した第３図と共通する部分に
は同一の符号を付してその説明を省略する。

コノ図ニオイて、８は偏向子であり、その図面左側の而
（左面）にはレンズ２ａが接続されており、右面には４
５度ＴＮ液晶９ａが接続されている。

この４５度ＴＮ液晶９ａの右面に位相差板１０を介して
、４５度ＴＮ液晶９ｂ〜９ｄが順次接続されている。４
５度ＴＮ液晶９ｄの右面には図示のように偏向ビームス
プリッタ３ａが接続されている。

偏向ビームスプリッタ３ａの右面にはレンズ２ｂが接続
されており、下面にはレンズ２ｃが接続されている。こ
こで、図中に示す、座標ｘ、ｙ、ｚは、この第１実施例
の動作を説明するために、仮に定めた直交座標系である
。また、偏光方位、偏光子８の方位、４５度ＴＮ液晶９
ａ〜９ｄ各々の分子の長軸（短軸）方位、位相差板ＩＯ
の速い（遅い）紬の方位は、すべて、＋Ｘの方向を基準
とした角度で表し、＋ｙ力方向ある場合を正、−ｙ方向
にある場合を負とする。このように決めたとき、（イ）
偏光子８の方位は０度、（ｏ）４５度ＴＮ液晶９ａ。

９ｂ各々は電圧を印加していないときに光の入射側分子
の方位が０度、出射側分子の方位が４５度、（ハ）位相
差Ｉｆｉ、ｔｏの方位は０度、（ニ）４５度ＴＮ液晶９
ｃは電圧を印加していないときに光の入射側分子の方位
が４５度、出射側分子の方位が０度、（ホ）４５度ＴＮ
液晶９ｄは電圧を印加していないときに光の入射側分子
の方位は４５度、出射側分子の方位は９０度にそれぞれ
設定しであるものとする。また、４５度ＴＮ液晶９ａ〜
９ｄ各々に電圧を印加すると、それらの分子長軸方位は
２方向に向けられるものとする。さらに、位相差板ＩＯ
は、波長への光に対して半波長板として働ぎ、波長λの
光に対しては１波長板として働くものとする。

次に、上述した構成による波長選択光スイッチの動作に
ついて説明する。

まず、第１のスイッチ状態として、４５度ＴＮ液晶９ａ
〜９ｄのすべてに電圧が印加されている場合を考える。

この場合、４５度ＴＮ液晶９ａ〜９ｄ各々を光が通過し
ても偏光方位は変わらない。すなわち、光ファイバ１ａ
から放射された波長多重光（波長へとλ）は、レンズ２
ａによって平行ビームに変換され、偏光子８を通過して
偏光方位０度の直線偏光となる。この波長多重光は偏光
方位を変えることなく位相差板１０に入射するが、位相
差板１０の方位が０度であるので、これを出射した波長
への光の偏光方位、波長λの光の偏光方位と６０度のま
まである。さらに、４５度ＴＮ液晶９ｂ〜９ｄ各々を光
が通過しても偏光方位は変わらないので、結局、波長へ
とλの光は偏光方位０度で偏光ビームスプリッタ３ｂに
入射する。したがって、波長へとλの光は光ファイバｔ
ｂへ結合する。

次に、第２のスイッチ状態では、４５度ＴＮ液晶９　ａ
、　９　ｃ各々に電圧が印加され、４５度ＴＮ液晶９　
ｂ、　９　ｄ各々には電圧が印加されない。この状態で
は、第１のスイッチ状態と同様に、偏光方位０度の波長
Δとλの光が４５度ＴＮ液晶９ｂに入射−する、この場
合、入射光の偏光方位と４５度ＴＮ液晶９ｂの光の入射
側分子の方位は平行であるので、４５度ＴＮ液晶９ｂは
ＴＮモードで動作し、波長Δとλの光は４６度ＴＮ液晶
９ｂを通過することでその偏光方位が４５度になる。次
いで４５度ＴＮ液晶９ｃを通過するが、ここでは偏光方
位は変わらない。したがって、波長へとλの光は偏光方
位は４５度で、４５度ＴＮ液晶９ｄに入射する。この場
合、入射光の偏光方位と４５度ＴＮ液晶９ｄの光の入射
側分子の方位は平行であるので、４５度ＴＮ液晶９ｄは
ＴＮモードで動作し、波長へとλの光は４５度ＴＮ液晶
９ｄを通過することでその偏光方位が９０度になる。結
局、波長へとλの光は偏光ビームスプリッタ３ｂで反射
され、光ファイバｌｃに結合する。

次に、第３のスイッチ状態では、４５度ＴＮ液晶９　ｂ
、　９　ｄ各々に電圧が印加され、４５度ＴＮ液晶９ａ
、９ｃには電圧が印加されない。この状態では、偏光子
８で偏光方位０度の直線偏光になった波長へとλの光は
、各々４５度ＴＮ液晶９ａを通過することで偏光方位が
４５度とな９す、位相差板ＩＯに入射する。この場合に
は、上述した第１および第２のスイッチ状態とは異なり
、入射光の偏光方位と位相差板ＩＯの軸方位が平行では
ないので、波長Ａの光は位相差板１０を通過して、その
偏光方位は一４５度となる。一方、波長λの光は位相差
板ＩＯを通過しても、その偏光方位は４５度のままであ
る。そして、４５度ＴＮ液晶９ｂには電圧が印加されて
いるので、光が４５度ＴＮ液晶９ｂを通過しても偏光方
位は変わらず、４５度ＴＮ液晶９ｃへの入射点で、波長
Δの光の偏光方位は一４５度であり、波長λの光の偏光
方位は４５度である。したがって、４５度ＴＮ液晶９ｃ
はＴＮモードで動作し、この４５度ＴＮ液晶９Ｃを出射
した波長への光の偏光方位は９０（−９０）度となり、
波長λの光の偏光方位は０度となる。

そして、これらの光が４５度ＴＮ液晶９ｃを通過しても
偏光方位は変わらないので、結局、波長Δの光は光ファ
イバ１ｃに、波長λの光は光ファイバＩｂに結合する。

最後に、第４のスイッチ状態では、４５度ＴＮ液晶９　
ｂ、　９　ｃ各々に電圧を印加し、４５度ＴＮ液晶９　
ａ、　９　ｄ各々には電圧を印加しない。この状態では
、上述した第３のスイッチ状態と同様に、４５度ＴＮ液
晶９ｂを出射した波長Δの光の偏光方位は一４５度、波
長λの光の偏光方位は４５度になっている。４５度ＴＮ
液晶９ｃには電圧が印加されていないので、波長Δとλ
の光は上記の偏光方位のまま４５度ＴＮ液晶９ｄに入射
する。波長Ａとλの光が４５度ＴＮ液晶９ｄを通過する
と、双方の偏光方位とも４５度回転するので、４５度Ｔ
Ｎ液晶９ｄを通過した波長への光の偏光方位は０度、波
長λの光の偏光方位は９０度となる。したがって、波長
Δの光は光ファイバｌｂに、波長λの光は光ファイバ１
ｃに結合する。

このように、この第１実施例による波長選択光スイッチ
にあっては、４５度ＴＮ液晶９ａ〜９ｄ各々に印加する
電圧を適当に制御することによって、波長へとλの光の
光に対して、光ファイバＩａと光ファイバｌｂを結合す
るか、あるいは、光ファイバｌａと光ファイバｌｃを結
合するかを、独立（二制御、切換えする波長選択光スイ
ッチの機能が達成できる。そして、４５度ＴＮ液晶９ａ
〜９ｄ各々は、その厚さか１ｍｍ程度であり、数Ｖ程度
の印加電圧で通過光の偏光方位の回転を制御できるので
、従来の波長選択光スイッチに比べて、小型、低損失の
特徴を保ったまま、低電圧駆動化が可能となる。

次に、第２図はこの発明の第２実施例の構成を示す図で
ある。なお、この図において前述した第１図および第３
図各々と共通する部分には同一の符号を付してその説明
を省略する。

上述した第１実施例では、光ファイバ１ａがら放射され
る光が、偏光子８の方位と一致した偏光方位の直線偏光
でない場合に、偏光子８を光が通過することによって損
失が生じる。第２実施例は、このような問題を解決する
ものである。

この図において、Ｉｌａは直角プリズムであり、図示の
ように、その上面が偏光ビームスプリッタ３ａの下面に
接続されている。偏光ビームスプリッタ３ａと直角プリ
ズムｌｌａ各々の右面には、偏光子１２を介して、４５
度ＴＮ液晶９ａ〜９ｄが順次接続されている。４５度Ｔ
Ｎ液晶９ｄの右面上部には直角プリズムｌｌｂの左面が
接続されている。

このように構成された第２実施例による波長選択光スイ
ッチにおいて、光ファイバｌａから放射されｆこ波長多
重光（波長へとλ）は、レンズ２ａによって平行ビーム
に変換され、偏光ビームスプリッタ３ａに入射する。偏
光ビームスプリッタ３ａは、波長多重光を２本の直線偏
光の光ビームＡ、Ｂに分離する。このうち、光ビームＡ
は偏光方位０度で点ａから４５度ＴＮ液晶９ａに入射し
、４５度ＴＮ液晶９ｄの点Ｃから出射する。一方、光ビ
ームＢは偏光方位９０度で点すから４５度ＴＮ液晶９ａ
に入射し、４５度ＴＮ液晶９ｄの点ｄから出射する。光
ビームＡの、点ａから点Ｃまでの、４つのスイッチ状態
に対する動作は、上述した第１実施例で示したものとま
ったく同様であることは明らかぐある。また、光ビーム
Ｂの、点すから点ｄまでの、４つのスイッチ状態に対す
る動作は、光ビームＡの偏光方位を９０度回転すればよ
いことら容易に理解できる。したがって、この第２実施
例では、先ファイバ１ａから放射された光は、その偏光
状性によらず、原理的には無損失で、スイッチ状態に応
して、光ファイバ１ｂ、あるいは、先ファイバ１ｃに結
合する。すなわち、第１のスイッチ状態では波長へとλ
の光は光ファイバｔｂへ結合し、第２のスイッチ状態で
は波長へとλの光は光ファイバｌｃへ結合し、第３のス
イッチ状態では波長Δの光は光ファイバＩｃに、波長λ
の光は光ファイバ１ｂに結合し、第４のスイッチ状態で
は波長への光は光ファイバｌｂに、波長λの光は光ファ
イバｌｃに結合する。

このように、この第２実施例においても第１図に示した
第１実施例と同様に、４５度ＴＮ液晶９ａ〜９ｄに印加
する電圧を適当に制御することによって、波長Ａとλの
光に対して、光ファイバ１ａと光ファイバｌｂを結合す
るか、あるいは、光ファイバＩｃを結合するかを、独立
に制御、切換えする波長選択光スイッチの機能が達成で
きる。この結果、小型、低損失の特徴を保ったまま、低
電圧駆動化できる。

「発明の効果」 以上説明したように、こ・の発明の波長選択光スイッチ
によれば、波長へとλの光の偏光方位を制御する素子と
して４５度ＴＮ液晶を用いていることが主たる特徴であ
り、この４５度ＴＮ液晶は、厚さが１ｍｍ程度であるの
で、数Ｖ程度の印加電圧で通過光の偏光方位の回転を制
御できる。したがって、従来の波長選択光スイッチの小
型、低損失の特徴を保ったまま、低電圧駆動化が達成で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例である波長選択光スイッ
チの構成図、 第２図はこの発明の第２実施例である波長選択光スイッ
チの構成図、 第３図は従来の波長選択光スイッチの構成図である。 １ａ＝１ｃ・・・・・・光ファイバ、２ａ〜２Ｃ・・・
・・・レンズ、３ａ、３ｂ・・・・・・偏光ビームスプ
リッタ、８．１２・・・・・・偏光子、 ９ａ〜９ｄ・・・・・・４５度ＴＮ液晶、１０・・・・
・・位相差板、 １１ａ、１１ｂ・・・・・・直角プリズム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 異なる波長Λとλの光が波長多重されて入力され、これ
   らの光路を独立に制御する１×２波長選択光スイッチに
   おいて、 その速い軸または遅い紬の方位がα度で、波長Λ光に対
   しては半波長板として作用し、波長λの光に対しては１
   波長板として作用する位相差板と、光の入射側の分子の
   長軸または短軸の方位がα度で、出射側の分子の長軸ま
   たは短軸の方位が（α＋４５）度の第１の４５度ＴＮ液
   晶、および、第２の４５度ＴＮ液晶と、 光の入射側の分子の長軸または短軸の方位が（α＋４５
   ）度で、出射側分子の長軸または短軸の方位がα度の第
   ３の４５度ＴＮ液晶と、 光の入射側の分子の長軸または短軸の方位が（α＋４５
   ）度で、出射側の分子の長軸または短軸の方位が（α＋
   ９０）度の第４の４５度ＴＮ液晶と、偏光方位α度の光
   と偏光方位（α＋９０）度の光とを別々の方向へ分離す
   る偏光ビームスプリッタとを備え、 波長多重光の入射側から、前記第１の４５度ＴＮ液晶、
   前記位相差板、前記第２のＴＮ液晶、および、前記偏光
   ビームスプリッタの順に配置し、該第２のＴＮ液晶と該
   偏光ビームスプリッタとの間に前記第３のＴＮ液晶と前
   記第４のＴＮ液晶を配置してあり、 前記第１の４５度ＴＮ液晶、前記第２のＴＮ液晶、前記
   第３のＴＮ液晶、および、前記第４のＴＮ液晶各々に印
   加する電圧の制御により、多重されて入力される異なる
   波長Λとλの光の光路を独立に制御することを特徴とす
   る波長選択光スイッチ。