光スイッチ
【課題】良好なクロストーク特性を有する光スイッチを提供すること。
【解決手段】３以上のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、光入射層と光反射層と光入射層と光反射層との間に設けられた空間光変調層とを有し、光入出力ポートのいずれかのポートから光入射層に入射した光を空間変調して光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する空間光変調器と、光入出力ポートと空間光変調器と光学的に結合させる集光レンズと、を備え、光入出力ポートの配列方向に沿った座標軸をとり、集光レンズの光軸の位置を該座標軸の原点とした場合に、光入出力ポートにおいて光が入力されるまたは出力する第１ポート、第１ポートから入力または出力する光を出力または入力される第２ポートおよび第３ポートの座標をそれぞれｘ０、ｘ１、およびｘ２（ただし、ｘ１、ｘ２＞０）とすると、ｘ２≠２ｘ１＋ｘ０が成り立つ。
【解決手段】３以上のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、光入射層と光反射層と光入射層と光反射層との間に設けられた空間光変調層とを有し、光入出力ポートのいずれかのポートから光入射層に入射した光を空間変調して光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する空間光変調器と、光入出力ポートと空間光変調器と光学的に結合させる集光レンズと、を備え、光入出力ポートの配列方向に沿った座標軸をとり、集光レンズの光軸の位置を該座標軸の原点とした場合に、光入出力ポートにおいて光が入力されるまたは出力する第１ポート、第１ポートから入力または出力する光を出力または入力される第２ポートおよび第３ポートの座標をそれぞれｘ０、ｘ１、およびｘ２（ただし、ｘ１、ｘ２＞０）とすると、ｘ２≠２ｘ１＋ｘ０が成り立つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムにおいて、波長多重光信号等の光信号の経路を切り替えるために、光スイッチが使用されている。このような光スイッチには、光信号の経路を切り替えるために、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を用いたものがある（特許文献１、２参照）。ＬＣＯＳは、入射された光の位相を液晶によって変調し、回折させることができる空間光変調器である。したがって、ＬＣＯＳを用いた光スイッチでは、或る経路から入射された光信号を、ＬＣＯＳによって回折させて、特定の経路に出力することにより、光スイッチ動作を実現している。
【０００３】
特許文献１、２に開示される光スイッチでは、光信号が入力される入力ポートと、光信号を出力する出力ポートとが、所定の方向に沿って等間隔で配列している。また、入力ポートはレンズの光軸上に配置されている。したがって、ＬＣＯＳは、入射光の角度をこの配列方向に回折させるように構成されている。また、入力および出力ポートの数がそれぞれＮ、Ｍ（Ｎ、Ｍは１以上の整数）の光スイッチは、Ｎ×Ｍ光スイッチと呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７０９２５９９号明細書
【特許文献２】米国特許第７３９７９８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らが特許文献１、２に開示される構成の光スイッチの特性について精査したところ、所定の入力ポートから入力した光信号を所定の出力ポートに出力させるような光スイッチ動作をさせる場合に、意図しない他の出力ポートにも光信号の一部が出力されてしまう場合があるという問題を見出した。このように光スイッチに入力させた光信号の一部が意図しない出力ポートにも出力してしまうと、出力ポート間のクロストーク特性が劣化するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良好なクロストーク特性を有する光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光スイッチは、外部から光が入力される、または外部に光を出力する３以上のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、光入射層と、光反射層と、前記光入射層と前記光反射層との間に設けられた空間光変調層とを有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから前記光入射層に入射した光を空間変調して前記光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する空間光変調器と、前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記空間光変調器と光学的に結合させる集光レンズと、を備え、前記光入出力ポートの配列方向に沿った座標軸をとり、前記集光レンズの光軸の位置を該座標軸の原点とした場合に、前記光入出力ポートにおいて光が入力されるまたは出力する第１ポート、前記第１ポートから入力または出力する光を出力または入力される第２ポートおよび第３ポートの座標をそれぞれｘ０、ｘ１、およびｘ２（ただし、ｘ１、ｘ２＞０）とすると、ｘ２≠２ｘ１＋ｘ０が成り立つことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記第１ポートの座標ｘ０がゼロ以外の値であり、前記光入出力ポートにおいて隣接するポート間の間隔が等間隔または不等間隔であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記第１ポートの座標ｘ０がゼロであり、前記光入出力ポートにおいて隣接するポート間の間隔が不等間隔であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記第１ポートは、前記光入出力ポートの他のポートに出力する光が入力されるポートであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記第１ポートは、前記光入出力ポートの他のポートから入力される光が出力するポートであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記空間光変調器はＬＣＯＳであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に設けられた光分散素子を備え、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記光入出力ポートは、３以上の波長合分波器を有し、前記各波長合分波器において同一波長を出力する各ポートが、前記配列方向に配列したポートを構成し、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記波長多重合分波器がアレイ型光導波路グレーティングであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、空間光変調器内での多重反射により発生した反射光が意図しない出力ポートに結合することが防止されるので、良好なクロストーク特性を有する光スイッチを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光スイッチの概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す空間光変調器の分解図である。
【図３】図３は、図１に示す光入出力器の具体的構成を示す図である。
【図４】図４は、図１に示す光スイッチの空間光変調器における光の挙動を説明する図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係る光スイッチの概略構成図である。
【図６】図６は、図５に示す光スイッチの空間光変調器における光の挙動を説明する図である。
【図７】図７は、従来例の光スイッチのクロストークの測定結果を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２の変形例に係る光スイッチの概略構成図である。
【図９】図９は、光ファイバポートが等間隔に配置されているとした場合の空間光変調器における光の挙動を説明する図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３に係る光スイッチの概略構成図である。
【図１１】図１１は、実施の形態４に係る光スイッチの概略構成図である。
【図１２】図１２は、実施の形態５に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す光スイッチの動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、図面を参照して本発明に係る光スイッチの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光スイッチの概略構成図である。図１に示すように、この光スイッチ１０は、空間光変調器１と、光入出力器２と、集光レンズ３とを備えている。なお、本光スイッチ１０に入力または出力される光は特に限定されないが、たとえば波長１５２０〜１６２０ｎｍの光通信用の信号光である。
【００２０】
光入出力器２は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する光入出力ポート２ａと、複数のコリメータレンズ２ｂとを備えている。光入出力ポート２ａは、光ファイバポート２ａａ〜２ａｅが所定の配列方向（図中ｘ軸方向）にアレイ状に配列したものである。また、コリメータレンズ２ｂは、各光ファイバポート２ａａ〜２ａｅに対応させて設けられている。コリメータレンズ２ｂは、光ファイバポートから出力した光を平行光にする、または、入力された平行光を光ファイバポートに集光して結合させる機能を有する。なお、光ファイバから出射される光はガウシアンビームとして近似できる。光ファイバからの出射光はコリメータレンズで平行光にされると、伝搬に従いビーム径は徐々に小さくなり、ビームウェスト位置で最小となり、再び大きくなる。
【００２１】
集光レンズ３は、光入出力器２と空間光変調器１との間に配置され、光入出力ポート２ａと空間光変調器１と光学的に結合させるものである。符号Ａは集光レンズ３の光軸を示している。なお、集光レンズ３は１枚のレンズで構成されていてもよいし、複数枚のレンズで構成されていてもよい。また、集光レンズ３の焦点距離をｆとすると、空間光変調器１は集光レンズ３から距離ｆだけ離間して配置されている。すなわち、空間光変調器１は集光レンズ３の焦点の位置に配置されている。また、コリメータレンズ２ｂからビームウェスト位置までの距離をｄとすると、集光レンズ３はコリメータレンズ２ｂから距離ｄ＋ｆだけ離間して配置すると、光ファイバ２ａに再結合する際の結合損を小さくすることができる。
【００２２】
この光スイッチ１０では、光入出力ポート２ａのうち、光軸Ａに最も近い位置にある光ファイバポート２ａａが、外部から光が入力される共通の光ファイバポート（Ｃｏｍポート）として設定されており、その他の４つの光ファイバポート２ａｂ〜２ａｅが、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。すなわち、この光スイッチ１０は１×４の光スイッチとして機能する。なお、光ファイバポート２ａａは光軸Ａ上にはないものとする。
【００２３】
つぎに、空間光変調器１について説明する。図２は、図１に示す空間光変調器１の分解図である。図２に示すように、この空間光変調器１は、ＬＣＯＳであり、液晶駆動回路が形成されたシリコン基板１ａ上に、反射率がほぼ１００％の反射層である画素電極群１ｂと、空間光変調層であると、配向膜１ｄと、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極１ｅと、カバーガラス１ｆとが順次積層した構成を有している。なお、必要に応じて画素電極群１ｂと液晶層１ｃの間にも配向膜を設けてもよい。なお、以下では、配向膜１ｄ、ＩＴＯ電極１ｅ、およびカバーガラス１ｆを光入射層１ｇとする。
【００２４】
この空間光変調器１は、画素電極群１ｂとＩＴＯ電極１ｅとの間に電圧を印加することによって、液晶層１ｃが所定の方向に屈折率のグラデーションを有するように制御できる。そして、この屈折率のグラデーションを調整することによって、光入射層１ｇ側から入射した光が、画素電極群１ｂにより反射して液晶層１ｃを伝搬する際に、光を所定の回折角で回折させるように調整することができる。
【００２５】
また、空間光変調器１は、光入出力ポート２ａの光ファイバポート２ａａ〜２ａｅの配列方向と、液晶層１ｃの屈折率のグラデーションの方向とが一致するように配置されている。その結果、この空間光変調器１は、液晶層１ｃへの印加電圧を制御することによって、光ファイバポート２ａａから入射した光を他の光ファイバポート２ａｂ〜２ａｅのいずれかに向けて出力できるように、光の出射角度を制御することができる。
【００２６】
つぎに、光入出力器２の具体的構成について説明する。図３は、図１に示す光入出力器２の具体的構成を示す図である。図３に示す構成では、光入出力器２は、光入出力ポート２ａと、複数のコリメータレンズ２ｂと、光入出力ポート２ａの各光ファイバポートを挿通固定する光ファイバ固定基材２ｃと、光ファイバ固定基材２ｃに取り付けられるとともに、コリメータレンズ２ｂを保持する透明なスペーサ部２ｄとを備えている。
【００２７】
各光ファイバポートは、その光出射端面が、スペーサ部２ｄが取り付けられた光ファイバ固定基材２ｃの面と同一平面上になるように固定されている。また、スペーサ部２ｄの厚さは、コリメータレンズ２ｂの焦点距離に略相当する厚さになっている。その結果、この光入出力器２では、コリメータレンズ２ｂが、光ファイバポートから出力した光を平行光にすることができるとともに、入力された平行光を光ファイバポートに集光して結合させることができる。
【００２８】
（動作例１−１）
つぎに、この光スイッチ１０の動作例１−１として、図１に示すように光ファイバポート２ａａから入力された光の経路を光ファイバポート２ａｂに切り換える場合を説明する。まず、光ファイバポート２ａａは、外部から光が入力され、対応するコリメータレンズ２ｂは、入力された光を平行光にする。集光レンズ３は、平行光にされた光Ｌ１を空間光変調器１に集光させる。空間光変調器１は、液晶層１ｃへの印加電圧を制御することによって、集光され入射された光Ｌ１を空間変調して回折させ、回折させた光Ｌ２を光ファイバポート２ａｂに向けて出力する。集光レンズ３は、回折された光Ｌ２を光軸Ａに対して平行にする。光ファイバポート２ａｂに対応するコリメータレンズ２ｂは、光軸Ａに対して平行にされた光Ｌ２を集光し、光ファイバポート２ａｂに結合させる。光ファイバポート２ａｂは結合された光を外部に出力する。
【００２９】
このようにして、この光スイッチ１０は、光ファイバポート２ａａから入力された光の経路を光ファイバポート２ａｂに切り換える。なお、同様にして、この光スイッチ１０は、空間光変調器１の制御によって、Ｃｏｍポートである光ファイバポート２ａａから入力された光の経路を他の光ファイバポート２ａｂ〜２ａｅのいずれかに切り換えることができる。
【００３０】
ここで、空間光変調器１が回折させた光Ｌ２を光ファイバポート２ａｂに向けて出力する際に、空間光変調器１の内部反射のために多重反射が発生し、回折された光Ｌ２の一部が２次反射光として出射する。しかしながら、本実施の形態１に係る光スイッチ１０では、集光レンズ３の光軸Ａの位置をｘ軸の座標原点とし、紙面上向きを正の向きとした場合の光ファイバポート２ａａ、２ａｂ、２ａｃの座標をそれぞれｘ０、ｘ１、ｘ２とすると、下記式（１）が成り立つ。
ｘ２≠２ｘ１＋ｘ０ ・・・ （１）
式（１）が成り立つように光ファイバポート２ａａ、２ａｂ、２ａｃが配置されていることによって、２次反射光は光ファイバポート２ａｃに到達しないので、意図せず光ファイバポート２ａｃに出力することが防止される。その結果、この光スイッチ１０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００３１】
以下、具体的に説明する。図４は、図１に示す光スイッチ１０の空間光変調器１における光の挙動を説明する図である。なお、図４において、集光レンズ３は記載を省略している。また、角度については、時計回りの方向を角度の正の方向とする。
【００３２】
まず、図４において、光ファイバポート２ａａから入力され、平行光にされたあとに集光レンズ３により集光された光Ｌ１が、空間光変調器１の液晶層１ｃに入射する。図中の一点鎖線は液晶層１ｃの表面の法線を示している。
【００３３】
液晶層１ｃの表面において光Ｌ１にスネルの法則を適用すると、式（２）が成り立つ。
ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２ ・・・ （２）
なお、ｎ１は入射側媒質の屈折率、θ１は液晶層１ｃに対する光Ｌ１の入射角、ｎ２は液晶層１ｃの屈折率、θ２は光Ｌ１の屈折角を表す。
【００３４】
ここで、通常集光レンズの焦点距離ｆは、光ファイバポート２ａａ〜２ａｅが配列される幅よりも十分に長いので、入射角、屈折角は十分小さい。したがって、式（２）は以下のように近似できる。
ｎ１θ１≒ｎ２θ２
θ１≒（ｎ２／ｎ１）θ２＝ａθ２
【００３５】
以下では、θ２をφに置き換える。すると、図４に示すように、光Ｌ１の入射角はａφ、屈折角はφとなる。また、このとき、光ファイバポート２ａａの座標ｘ０は、ｘ０＝ｆｔａｎ（ａφ）と表されるが、ａφは十分小さいため、以下の式（３）で近似的に表すことができる。
ｘ０＝ｆｔａｎ（ａφ）≒ｆａφ ・・・ （３）
なお、図４に示すように、ｘ０は負の値なので、φも負の値である。
【００３６】
つぎに、画素電極群１ｂ中の画素電極Ｍ１が光Ｌ１を反射し、液晶層１ｃが、屈折率のグラデーションの効果によって液晶層１ｃの表面の法線に対して回折角θで回折させる。なお、このとき、画素電極Ｍ１は、実際にはその反射表面が液晶層１ｃの表面と略平行となるように配置されているものであるが、上記回折は、画素電極Ｍ１が、その反射表面の法線（図中破線で示している）が液晶層１ｃの表面の法線に対して角度（θ＋φ）／２を成す様に傾斜して配置された状態で光Ｌ１を正反射するのと同じ状態であるので、図４では画素電極Ｍ１を傾斜させて示している。
【００３７】
回折角がθの場合、回折された光Ｌ２の液晶層１ｃに対する出射角はａθとなる。この回折角θは、光Ｌ２が集光レンズ３で光軸Ａに平行に進行する光とされた後に光ファイバポート２ａｂに入力するように設定される。したがって、光ファイバポート２ａｂの座標ｘ１は、以下の式（４）で近似的に表すことができる。
ｘ１＝ｆｔａｎ（ａθ）＝ｆａθ ・・・ （４）
【００３８】
ここで、反射面Ｍ２は、光入射層１ｇ内に存在する内部反射面を概念的に示している。実際には、複数の面を屈折するたびにスネルの法則を適用する必要があるが、説明を分かりやすくするためにここでは省略した。この反射面Ｍ２により、回折された光Ｌ２が空間光変調器１から出射する際に、その一部の光が反射され、２次反射光Ｌ３として画素電極Ｍ３に到達する。なお、通常液晶層１ｃは数μｍと薄いので、画素電極Ｍ３は画素電極Ｍ１に隣接するものである。このように画素電極Ｍ３が画素電極Ｍ１に隣接しているため、画素電極Ｍ１と同様の液晶層１ｃの屈折率のグラデーションの効果を受ける。そのため、画素電極Ｍ３は、画素電極Ｍ１と同様に、その反射表面の法線（図中破線で示している）が液晶層１ｃの表面の法線に対して角度（θ＋φ）／２を成す様に傾斜して配置された状態で２次反射光Ｌ３を正反射をするのと同じ状態である。したがって、２次反射光Ｌ３は、液晶層１ｃの表面の法線に対して回折角（２θ＋φ）で回折される。その後、２次反射光Ｌ３は、出射角ａ（２θ＋φ）で空間光変調器１から出射する。
【００３９】
この２次反射光Ｌ３が集光レンズ３で光軸Ａに平行に進行する光とされた後に到達する位置を位置Ｐ１とし、位置Ｐ１のｘ座標をｘ３とすると、ｘ３は以下の式（５）で表される。
ｘ３＝ｆａ（２θ＋φ）＝２ｘ１＋ｘ０ ・・・ （５）
ここで、式（３）、（４）を用いて式変形を行なった。
【００４０】
このように、空間光変調器１の内部における多重反射によって発生した２次反射光Ｌ３は、式（５）で表されるｘ座標の位置に到達する。
【００４１】
ここで、上述したように、本実施の形態１に係る光スイッチ１０においては、光ファイバポート２ａｃの座標ｘ２について、式（１）であるｘ２≠２ｘ１＋ｘ０が成り立つように配置されている。したがって、２次反射光Ｌ３は、光ファイバポート２ａｃには到達せず、そこから出力することが防止される。その結果、この光スイッチ１０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００４２】
なお、上記の説明では、光ファイバポート２ａａの座標ｘ０は負の値であるが、仮に座標ｘ０が正の値になるように光ファイバポート２ａａが配置されていたとしても、上記式（１）〜（５）は成り立つものである。したがって、仮に座標ｘ０が正の値の場合も、この光スイッチ１０はクロストーク特性が良好なものとなる。ただし、本実施の形態１では、光ファイバポート２ａａは集光レンズ３の光軸Ａ上には配置されていないので、ｘ０≠０である。
【００４３】
（動作例１−２）
つぎに、この光スイッチ１０の動作例１−２として、光ファイバポート２ａａから入力された光の経路を光ファイバポート２ａｄに切り換える場合を説明する。本実施の形態１に係る光スイッチ１０では、上記のｘ座標における光ファイバポート２ａｄ、２ａｅの座標をそれぞれｘ１´、ｘ２´とすると、式（１）と同様の式であるｘ２´≠２ｘ１´＋ｘ０が成り立つように配置している。この場合は、図４に示す場合とは逆に、液晶層１ｃによる回折方向がｘ軸の負の向きとなるが、動作例１−１と同じ原理によって、空間光変調器１から出射する２次反射光が意図せず他の光ファイバポート２ａｅに出力することが防止されるので、この光スイッチ１０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態１に係る光スイッチ１０は、空間光変調器１から出射する２次反射光が意図しない光ファイバポートに出力することが防止されるので、クロストーク特性が良好なものとなる。
【００４５】
なお、本実施の形態１では、光ファイバポート２ａａ〜２ａｅは等間隔に配置されていても良いし、不等間隔でもよい。
【００４６】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係る光スイッチは、光入出力ポートのうち光を入力するＣｏｍポートが集光レンズの光軸上に配置されているものである。
【００４７】
図５は、実施の形態２に係る光スイッチの概略構成図である。図５に示すように、この光スイッチ２０は、空間光変調器１と、光入出力器４と、集光レンズ３とを備えている。
【００４８】
光入出力器４は、光入出力ポート４ａと、複数のコリメータレンズ４ｂとを備えている。光入出力ポート４ａは、光ファイバポート４ａａ〜４ａｇが所定の配列方向（図中ｘ軸方向）にアレイ状に配列したものである。また、コリメータレンズ４ｂは、各光ファイバポート４ａａ〜４ａｇに対応させて設けられている。コリメータレンズ４ｂは、光ファイバポートから出力した光を平行光にする、または、入力された平行光を光ファイバポートに集光して結合させる機能を有する。光入出力器４の具体的構成は、図３に示すものと同様である。
【００４９】
空間光変調器１および集光レンズ３は、実施の形態１のものと同一のものである。また、実施の形態１と同様に、空間光変調器１は集光レンズ３の焦点の位置に配置されている。また、空間光変調器１は、光入出力ポート２ａの光ファイバポート４ａａ〜４ａｇの配列方向と液晶層１ｃの屈折率のグラデーションの方向とが一致するように配置されている。
【００５０】
この光スイッチ２０では、光入出力ポート４ａのうち、光軸Ａ上に配置された光ファイバポート４ａａが、外部から光が入力されるＣｏｍポートとして設定されており、その他の６つの光ファイバポート４ａｂ〜４ａｇが、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。すなわち、この光スイッチ２０は１×６の光スイッチとして機能する。
【００５１】
（動作例２）
つぎに、この光スイッチ２０の動作例２として、図５に示すように光ファイバポート４ａａから入力された光の経路を光ファイバポート４ａｂに切り換える場合を説明する。まず、光ファイバポート４ａａは、外部から光が入力され、対応するコリメータレンズ４ｂは、入力された光を平行光にする。集光レンズ３は、平行光にされた光Ｌ４を空間光変調器１に集光させる。空間光変調器１は、液晶層１ｃへの印加電圧を制御することによって、集光され入射された光Ｌ４を空間変調して回折させて、回折された光Ｌ５を光ファイバポート４ａｂに向けて出力する。集光レンズ３は、回折された光Ｌ５を光軸Ａに対して平行にする。光ファイバポート４ａｂに対応するコリメータレンズ４ｂは、光軸Ａに対して平行にされた光Ｌ５を集光し、光ファイバポート４ａｂに結合させる。光ファイバポート４ａｂは結合された光を外部に出力する。
【００５２】
このようにして、この光スイッチ２０は、光ファイバポート４ａａから入力された光の経路を光ファイバポート４ａｂに切り換える。なお、同様にして、この光スイッチ２０は、Ｃｏｍポートである光ファイバポート４ａａから入力された光の経路を他の光ファイバポート４ａｂ〜４ａｇのいずれかに切り換えることができる。
【００５３】
ここで、空間光変調器１が回折された光Ｌ４を光ファイバポート４ａｂに向けて出力する際に、空間光変調器１の内部反射のために多重反射が発生し、回折された光Ｌ４の一部が２次反射光Ｌ６として出力する。しかしながら、本実施の形態２に係る光スイッチ２０では、集光レンズ３の光軸Ａの位置をｘ軸の座標原点とし、紙面上向きを正の向きとした場合の光ファイバポート４ａｂ、４ａｃの座標をそれぞれｘ４、ｘ５とし、２次反射光Ｌ６が到達する位置Ｐ２の座標をｘ６とすると、以下の式（６）が成り立つ。
ｘ６＝２ｘ４ ・・・ （６）
【００５４】
これに対して、光ファイバポート４ａｂ、４ａｃは、以下の式（７）が成り立つように配置されている。
ｘ５≠２ｘ４ ・・・ （７）
なお、式（７）は、式（１）においてｘ０＝０としたことに相当し、光入力のＣｏｍポートである光ファイバポート４ａａが光軸Ａ上に配置されていることに相当する。
【００５５】
このように、式（７）が成り立つことによって、２次反射光Ｌ６が意図せず他の光ファイバポート４ａｃに出力することが防止されるので、この光スイッチ２０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００５６】
以下、具体的に説明する。図６は、図５に示す光スイッチ２０の空間光変調器１における光の挙動を説明する図である。なお、図６において、集光レンズ３は記載を省略している。
【００５７】
図６において、図４と異なる点は、光ファイバポート４ａａから入力された光Ｌ４が、空間光変調器１の液晶層１ｃに、入射角がゼロで入射する点である。光ファイバポート４ａａは集光レンズ３の光軸Ａ上に配置されているため、光Ｌ４は集光レンズ３を通過してもその進行方向が屈折されないため、このように入射角がゼロとなる。
【００５８】
画素電極Ｍ１は光Ｌ４を反射し、液晶層１ｃが、屈折率のグラデーションの効果によって液晶層１ｃの表面の法線に対して回折角θで回折させる。
【００５９】
回折角がθの場合、回折された光Ｌ５の液晶層１ｃに対する出射角はａθとなる。この回折角θは、光Ｌ４が集光レンズ３で光軸Ａに平行に進行する光とされた後に光ファイバポート４ａｂに入力するように設定される。したがって、光ファイバポート４ａｂの座標ｘ４は、以下の式（８）で近似的に表すことができる。
ｘ４＝ｆｔａｎ（ａθ）＝ｆａθ ・・・ （８）
【００６０】
ここで、反射面Ｍ２により、回折された光Ｌ４が空間光変調器１から出射する際に、その一部の光が反射され、２次反射光Ｌ６として画素電極Ｍ１に隣接する画素電極Ｍ３に到達する。画素電極Ｍ３は、２次反射光Ｌ６を反射し、液晶層１ｃが、屈折率のグラデーションの効果によって液晶層１ｃの表面の法線に対して回折角（２θ）で回折させる。その後、２次反射光Ｌ６は、出射角（２ａθ）で空間光変調器１から出射する。
【００６１】
したがって、この２次反射光Ｌ６が到達する位置Ｐ２のｘ座標ｘ６は、
ｘ６＝ｆａ（２θ）＝２ｘ４
となり、式（６）が導かれる。
【００６２】
ここで、上述したように、本実施の形態２に係る光スイッチ２０においては、光ファイバポート４ａｃの座標ｘ５について、式（７）が成り立つように配置している。したがって、２次反射光Ｌ６は、光ファイバポート４ａｃには到達せず、そこから出力することが防止される。その結果、この光スイッチ２０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００６３】
また、同様に、光ファイバポート４ａｄの座標をｘ７とすると、ｘ７≠２ｘ４、ｘ７≠２ｘ５が成り立つ。その結果、光ファイバポート４ａａから入力された光の経路を光ファイバポート４ａｂおよび光ファイバポート４ａｃのいずれに切り換える場合にも、空間光変調器１において発生した２次反射光が意図せず光ファイバポート４ａｄに出力することが防止される。さらに、光ファイバポート４ａｅ、４ａｆ、４ａｇのｘ座標をｘ４´、ｘ５´、ｘ７´とすると、ｘ５≠２ｘ４、ｘ７≠２ｘ４、ｘ７≠２ｘ５が成り立つ。その結果、光ファイバポート４ａａから入力された光の経路を光ファイバポート４ａｅおよび光ファイバポート４ａｆのいずれに切り換える場合にも、空間光変調器１において発生した２次反射光が意図せず他の光ファイバポート４ａｅや光ファイバポート４ａｆに出力することが防止される。したがって、この光スイッチ２０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態２に係る光スイッチ２０は、空間光変調器１から出射する２次反射光が意図しない光ファイバポートに出力することが防止されるので、クロストーク特性が良好なものとなる。
【００６５】
なお、本実施の形態２では、光ファイバポート４ａａ〜４ａｅを等間隔に配置すると、上記の式（６）が成立する場合があるので、不等間隔にする必要がある。
【００６６】
ここで、従来の光スイッチの例として、本実施の形態２に係る光スイッチ２０と同様の構成であるが、光ファイバポートの座標については、ｘ４＝２．４ｍｍ、ｘ５＝４．８ｍｍ、ｘ７＝９．６ｍｍ、ｘ４´＝−２．４ｍｍ、ｘ５´＝−４．８ｍｍ、ｘ７´＝−９．６ｍｍになるように、すなわち、光ファイバポートを等間隔に配列させて設定した光スイッチを作製した。そして、ｘ０＝０のＣｏｍポートから波長約１５５２ｎｍの光を入力し、空間光変調器を制御して座標ｘ４の光ファイバポートに出力させるように設定した。さらに、座標ｘ４の光ファイバポートと座標ｘ５の光ファイバポートとのポート間のクロストークを測定した。
【００６７】
図７は、従来例の光スイッチのクロストークの測定結果を示す図である。図７は、座標ｘ４の光ファイバポートからの光出力を基準（０ｄＢ）とした、座標ｘ５の光ファイバポートからの光出力を示すものである。図７では、基準に対して２５ｄＢ低い反射光が座標ｘ５の光ファイバポートから出力されてしまっている。ここで、たとえば光通信では要求される仕様が厳しいため、ディスプレイの用途では問題とならないような２５ｄＢという極めて小さいクロストークでも問題になる。
【００６８】
これに対して、本実施の形態２に係る光スイッチ２０と同様の構成にて、光ファイバポートの座標を、ｘ４＝２．４ｍｍ、ｘ５＝５ｍｍ、ｘ７＝１１ｍｍ、ｘ４´＝−２．４ｍｍ、ｘ５´＝−５ｍｍ、ｘ７´＝−１１ｍｍとなるように設定すると、上記と同様の測定を行なった場合に、座標ｘ５の光ファイバポートからはほとんど反射光が出力されなくなり、きわめて良好のクロストーク特性を実現することができる。
【００６９】
（実施の形態２の変形例）
上記実施の形態２では、光スイッチ２０は１×６の光スイッチとして機能するものである。以下では、この変形例として、光スイッチ２０を６×１の光スイッチとして機能させる場合について説明する。
【００７０】
図８は、実施の形態２の変形例に係る光スイッチの概略構成図である。図８に示す光スイッチ２０の概略構成は図５に示すものと同様であるが、本変形例では、光入出力ポート４ａのうち、６つの光ファイバポート４ａｂ〜４ａｇが、外部から光が入力される光ファイバポートとして設定されており、光軸Ａ上に配置された光ファイバポート４ａａが、外部に光を出力するＣｏｍポートとして設定されている。すなわち、この光スイッチ２０は６×１の光スイッチとして機能する。
【００７１】
（動作例３）
つぎに、この光スイッチ２０の動作例３として、光ファイバポート４ａｂから入力された光の経路を光ファイバポート４ａａに切り換える場合を説明する。まず、光ファイバポート４ａｂは、外部から光が入力され、対応するコリメータレンズ４ｂは、入力された光を平行光にする。集光レンズ３は、平行光にされた光Ｌ７を空間光変調器１に集光させる。空間光変調器１は、液晶層１ｃへの印加電圧を制御することによって、集光され入射された光Ｌ７を空間変調して回折させて、回折させた光Ｌ８を光ファイバポート４ａａに向けて出力する。集光レンズ３は、回折された光Ｌ８を光軸Ａに対して平行にする。光ファイバポート４ａａに対応するコリメータレンズ４ｂは、光軸Ａに対して平行にされた光Ｌ８を集光し、光ファイバポート４ａａに結合させる。光ファイバポート４ａａは結合された光を外部に出力する。
【００７２】
このようにして、この光スイッチ２０は、光ファイバポート４ｂａから入力された光の経路を光ファイバポート４ａａに切り換える。また、同様にして、この光スイッチ２０は、光ファイバポート４ａｂ〜４ａｇのいずれかから入力された光の経路をＣｏｍポートである光ファイバポート４ａａに切り換えることができる。
【００７３】
しかし、このように光スイッチ２０が６×１の光スイッチとして動作例２のように動作している状態で、たとえば他の光ファイバポート４ａｃから光Ｌ９が入力されたとする。この光Ｌ９は、通常ならば、集光レンズ３を介して空間光変調器１に到達し、回折されたとしても、この回折された光Ｌ１０は光ファイバポート４ａａに到達して出力されることはない。その理由は、本動作例２では、空間光変調器１の回折角は、光ファイバポート４ａｂから入力された光を光ファイバポート４ａａに出力するように設定されているからである。
【００７４】
一方、光Ｌ９が入力された場合、空間光変調器１の内部反射によって光Ｌ９から２次反射光Ｌ１１が発生し、出射する。しかしながら、この光スイッチ２０では、光ファイバポート４ａｂ、４ａｃについて、上述した式（７）が成り立つように配置されている。その結果、２次反射光Ｌ１１についても、図８に示すように位置Ｐ３に到達するので、光ファイバポート４ａａに到達して出力されることはない。したがって、光ファイバポート４ａｃから入力された光Ｌ９に起因する２次反射光Ｌ１１が意図せず光ファイバポート４ａａに出力することが防止される。また、同様にして、光ファイバポート４ａｂ〜４ａｆのいずれから入力された光の経路を光ファイバポート４ａａに切り換える場合にも、空間光変調器１において発生した２次反射光が意図せず光ファイバポート４ａａに出力することが防止される。
【００７５】
以上説明したように、本変形例に係る光スイッチ２０は、６×１の光スイッチとして使用しても、クロストーク特性が良好なものとなる。
【００７６】
なお、仮に光ファイバポート４ａｃが図８に示す位置Ｐ４に配置され、光ファイバポート４ａａ、４ａｂ、４ａｃが等間隔に配置されているとすると、光ファイバポート４ａｂ、４ａｃのｘ座標ｘ４、ｘ５の関係が、ｘ５＝２ｘ４を満たすことになる。この場合、２次反射光が光ファイバポート４ａａに入力し、光ファイバポート４ａｂ、４ａｃのポート間クロストークが低下することとなる。
【００７７】
図９は、光ファイバポート４ａａ、４ａｂ、４ａｃが等間隔に配置されているとした場合の空間光変調器１における光の挙動を説明する図である。
【００７８】
図９と図６とを比較すると、光ファイバポート４ａｂから入力された光Ｌ７は、図６における光Ｌ４、Ｌ５と逆向きの経路を通過して、回折された光Ｌ８として出射され、その後光ファイバポート４ａａに到達し、出力される。一方、仮に光ファイバポート４ａｃが図８に示す位置Ｐ４に配置されていた場合に光ファイバポート４ａｃから入力された光Ｌ９´は、図６における２次反射光Ｌ６と逆向きの経路を通過して、回折された光Ｌ１０´として出射される。ここで、反射面Ｍ２によって、光Ｌ１０´の２次反射光Ｌ１１´が発生するが、この２次反射光Ｌ１１´は、図６における光Ｌ４と逆向きの経路を通過して、回折された光Ｌ８と同じ方向に出射されてしまう。したがって、２次反射光Ｌ１１´はポート間クロストーク特性を劣化させる原因となる。
【００７９】
（実施の形態３）
上記実施の形態では、光入出力ポートが光ファイバから構成されているが、ガラス材料や半導体材料からなる光導波路で構成してもよい。以下では、本発明の実施の形態３として、光入出力ポートが石英系ガラスの平面光波回路（Planar Lightwave Circuit；ＰＬＣ）から構成された光スイッチを説明する。
【００８０】
図１０は、実施の形態３に係る光スイッチの概略構成図である。図１０に示すように、この光スイッチ３０は、図２に示した光スイッチ２０の構成において、光入出力器４を、光入出力器５に置き換えた構成を有する。
【００８１】
光入出力器５は、石英系ガラスのＰＬＣからなる光入出力ポート５ａと、複数のコリメータレンズ５ｂと、光入出力ポート５ａに取り付けられるとともに、コリメータレンズ５ｂを保持するスペーサ部５ｄと、光入出力ポート５ａと外部の経路とを接続するための光ファイバアレイ５ｆを備えている。
【００８２】
光入出力ポート５ａには、光ファイバアレイ５ｆとこれらに対応するコリメータレンズ５ｂとを光学的に接続するように光導波路が入力または出力ポートとして形成されている。これらの光導波路ポートは、実施の形態１の光ファイバポート２ａａ〜２ａｃ、２ａｅ〜２ａｆと同様に、図中ｘ軸方向にアレイ状に配列しており、そのｘ座標も、光ファイバポート２ａａ〜２ａｃ、２ａｅ〜２ａｆと同様に設定されている。
【００８３】
この光スイッチ３０の動作の一例を説明する。まず、光入出力ポート５ａのＣｏｍポートであり、集光レンズ３の光軸Ａ上に配置された光導波路ポートには、光ファイバアレイ５ｆを構成する光ファイバ５ｆａから光Ｌ１２が入力される。つぎに、集光レンズ３が光Ｌ１３を空間光変調器１に集光し、空間光変調器１は光Ｌ１３を回折し、光Ｌ１３として所定の光導波ポートに向けて出力する。このとき、２次反射光Ｌ１４が発生するが、実施の形態２と同様に２次反射光Ｌ１４は他の光導波路ポートには到達しない。したがって、この光スイッチ３０が良好なクロストークを有するものとなる。
【００８４】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４に係る光スイッチは、波長合分波器として、アレイ型光導波路グレーティング（Arrayed WaveGuide Grating；ＡＷＧ）を有しており、波長選択光スイッチとして機能するものである。
【００８５】
図１１は、実施の形態４に係る光スイッチの概略構成図である。図１１に示すように、この光スイッチ４０は、図２に示した光スイッチ１０の構成において、光入出力器２を、光入出力器６に置き換えた構成を有する。なお、空間光変調器については、６個の空間光変調器１を用いてもよいし、１個の空間光変調器１を６個の領域に分割してそれぞれの領域を独立に制御するように使用してもよい。
【００８６】
光入出力器６は、石英径ガラスのＡＷＧ６ａａ〜６ａｅを積層して構成した光入出力ポート６ａと、複数のコリメータレンズ６ｂと、光入出力ポート６ａに取り付けられるとともに、コリメータレンズ６ｂを保持するスペーサ部６ｄと、光入出力ポート６ａと外部の経路とを接続するための光ファイバアレイ６ｆを備えている。
【００８７】
ＡＷＧ６ａａ〜６ａｅは、入力ポートから入力された波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６の光を、各波長に対応した出力ポートから出力する機能を有する。ファイバアレイ６ｆは、ＡＷＧ６ａａ〜６ａｅの各入力ポートに接続している。コリメータレンズ６ｂは、ＡＷＧ６ａａ〜６ａｅの各出力ポートに対応して設けられている。また、ＡＷＧ６ａａ〜６ａｅの出力ポートについては、同一波長の出力ポートが、図中ｘ軸方向にアレイ状に配列しており、そのｘ座標は、図１の光スイッチ１０の光ファイバポート２ａａ〜２ａｃ、２ａｅ〜２ａｆと同様に設定されている。たとえば、図１１では、ｘ軸方向にアレイ状に配列した、各ＡＷＧ６ａａ〜６ａｅの波長λ１の出力ポートを、破線で囲んで示している。また、図示しない他の光スイッチは、各波長の出力ポートに対応させて、図示した空間光変調器１と並べて配置されている。
【００８８】
この光スイッチ４０の動作の一例を説明する。まず、光入出力ポート６ａのＡＷＧ６ａａに接続された光ファイバ６ｆａから、波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６の光を含む光Ｌ１５が入力される。ＡＷＧ６ａａは、その中の波長λ２の光Ｌ１６を、波長λ２に対応した出力ポートＯＰ１から出力する。つぎに、集光レンズ３が光Ｌ１６を波長λ２に対応する空間光変調器１に集光し、空間光変調器１は光Ｌ１６を回折し、光Ｌ１７としてＡＷＧ６ａｂ〜６ａｅのうちの所定のＡＷＧの波長λ２に対応する出力ポートに向けて出力する。
【００８９】
このとき、空間光変調器１において２次反射光Ｌ１８が発生するが、実施の形態１と同様に２次反射光Ｌ１７は他の光導波路ポートには到達しない。したがって、この光スイッチ４０は良好なクロストークを有するものとなる。なお、他の波長の光についても、その波長に対応した空間光変調器によって所定の経路に切り換えられることによって、この光スイッチ４０は、良好なクロストークを有する波長選択光スイッチとして機能する。
【００９０】
なお、本実施の形態４では、波長合分波器としてＡＷＧを用いているが、ファイバ溶融型やフィルタ型などの波長選択性素子を適宜組み合わせて波長合分波器を構成してもよい。
【００９１】
（実施の形態５）
つぎに、本発明の実施の形態５に係る光スイッチについて説明する。本実施の形態５に係る光スイッチは、入力した波長多重光信号から所定の波長の光信号を選択し、その光信号の波長ごとに経路を切り換えて出力する波長選択光スイッチである。
【００９２】
図１２は、本実施の形態５に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。図１２に示すように、この光スイッチ１００は、外部の経路に接続した光入出力器２と、光入出力器２に対して順次配置された、アナモルフィックプリズムペア６１と、回折格子６２と、集光レンズ３と、λ／４波長板６３と、図中に示すｘ軸とは直交する方向にアレイ状に配置された４つの空間光変調器１Ａ〜１Ｄと、空間光変調器１Ａ〜１Ｄを制御するためのモニタ素子６８と、制御回路６９とを備えている。
【００９３】
なお、光入出力器２、集光レンズ３は実施の形態１のものと同一である。また、光入出力器２の各光ファイバポートは、集光レンズ３の位置をｘ軸の原点とした場合に、実施の形態１と同様のｘ座標に配置されている。空間光変調器１Ａ〜１Ｄはいずれも実施の形態１の空間光変調器１と同一である。集光レンズ３と空間光変調器１Ａ〜１Ｄとは、集光レンズ３の焦点距離ｆだけ離間している。
【００９４】
なお、実際にはアナモルフィックプリズムペア６１と回折格子６２において光路は曲げられるので、各素子は角度を持って配置されるが、図１２においては、簡略化のために直列に配置して示している。
【００９５】
つぎに、光スイッチ１００の動作について説明する。図１３は、図１２に示す光スイッチ１００の動作を説明する説明図である。なお、図１３は、光スイッチ１００を図８中のｘ軸方向と垂直の方向から見た図である。はじめに、光入出力器２は、或る経路からＣｏｍポートである光ファイバポート２ａａに入力した波長多重光信号ＯＳ１を平行光としてアナモルフィックプリズムペア６１に出力する。アナモルフィックプリズムペア６１は、波長多重光信号ＯＳ１のビーム径を、回折格子６２の格子の配列方向に広げて、波長多重光信号ＯＳ１が多くの格子に当たるように、波長選択の分解能を高めるようにしている。回折格子６２は、入射した波長多重光信号ＯＳ１に含まれる所定の波長の光信号ＯＳ１ａを所定の角度に出力する。集光レンズ３は、λ／４波長板６３を通して、光信号ＯＳ１ａを空間光変調器１Ａに集光する。
【００９６】
空間光変調器１Ａは集光した光信号ＯＳ１ａを回折し、光信号ＯＳ２として、λ／４波長板６３、集光レンズ３、回折格子６２、アナモルフィックプリズムペア６１を順次経由して、光入出力器２の所望の光ファイバポート２ａｂへ出力する。なお、λ／４波長板６３は、光信号ＯＳ１ａと光信号ＯＳ２との光の偏光状態が互いに直交するように、その偏光状態を変化させる。これによって、アナモルフィックプリズムペア６１および回折格子６２の偏波依存性を補償するようにしている。
【００９７】
また、回折格子６２は、波長多重光信号ＯＳ１に含まれる他の所定の波長の光信号ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃ、ＯＳ１ｄをそれぞれ他の所定の角度に出力する。各光信号ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃ、ＯＳ１ｄは、それぞれ空間光変調器１Ｂ、１Ｃ、１Ｄで回折され、光信号ＯＳ３、ＯＳ４、ＯＳ５として、λ／４波長板６３、集光レンズ３、回折格子６２、アナモルフィックプリズムペア６１を順次経由して、それぞれ対応する光ファイバポート２ａｃ、２ａｄ、２ａｅへと出力する。
【００９８】
空間光変調器１Ａ〜１Ｄは、モニタ素子６８が光信号ＯＳ２〜ＯＳ５の一部を分岐した光の波長および強度をモニタし、このモニタの結果をもとに空間光変調器１Ａ〜１Ｄを独立に制御することによって、それぞれの光信号ＯＳ２〜ＯＳ５の回折角度が最適になるように制御される。光信号ＯＳ２〜ＯＳ５の分岐は、たとえば光入出力器２の一部に分岐カプラを設けたり、光スイッチ１００内の適当な位置に分岐用のミラーを設けたりすることによって行うことができる。なお、モニタ素子６８は、たとえばＡＷＧと複数のフォトダイオードとから構成される。
【００９９】
ここで、たとえば空間光変調器１Ａが光信号ＯＳ１ａを回折する際に、空間光変調器１Ａの内部で発生した２次反射光が出射する。この２次反射光は、λ／４波長板６３、集光レンズ３、回折格子６２、アナモルフィックプリズムペア６１を順次経由して、光入出力器２に到達する。しかしながら、実施の形態１の場合と同様の作用によって、この２次反射光は他の光ファイバポート２ａｃ〜２ａｅのいずれにも到達することはない。また、他の光信号ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃ、ＯＳ１ｄについても、これらに起因して空間光変調器１Ｂ〜１Ｄの内部で２次反射が発生し、出射しても、所定の光ファイバポート以外に到達することはない。したがって、この光スイッチ１００は、ポート間のクロストークが良好なものとなる。
【０１００】
なお、上記実施の形態では、光スイッチが１×４、１×６、６×１などであるが、本発明では光が入出力するポートの数は特に限定されず、Ｎ×Ｍ光スイッチであればよい。ただし、ＮおよびＭのいずれか一方は２以上である必要があるので、ポートは３以上必要である。また、実施の形態４のように波長合分波器を用いる構成では、波長合分波器は３以上必要である。
【０１０１】
また、上記実施の形態では、空間光変調器の内部反射により発生した２次反射光が意図しないポートに出力されないようにしている。より高次の反射光については、２次反射光と比較してかなり強度が弱いが、意図しないポートに出力されない方がより好ましい。たとえば、光が入力される第１ポート、第１ポートから入力される光を出力する第２ポートおよび第３ポートの座標をそれぞれｘ０、ｘ１、およびｘ２とすると、第１ポートから第２ポートに経路を切り換える場合にｋ次反射光が第３ポートに出力しないようにするには、ｘ２≠２ｋｘ１＋ｘ０が成り立てばよい。
【０１０２】
また、たとえば上記実施の形態１、２またはその変形例では、光入出力ポートのうち常に光が入力または出力されるＣｏｍポートを集光レンズの光軸上、または光軸の近傍に配置されている。このようにすると、空間光変調器で光を回折させる際の回折角を小さくすることができるため、回折効率を高くすることができるので好ましい。なお、Ｃｏｍポートを集光レンズの光軸上に配置すると、光スイッチを組み立てる際のアライメントをしやすく、かつ空間光変調器における光の入射角または出射角をゼロとできるために空間光変調器の制御がより容易になるので、特に好ましい。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、光入出力ポートのうち最も光軸から離れたポートをＣｏｍポートとしてもよい。
【０１０３】
また、上記実施の形態では、空間光変調層が液晶であるが、光を空間変調できる部材であれば特に限定されない。
【０１０４】
また、上記実施の形態では、空間光変調器は反射型のものであるが、透過型のものでもよい。この場合、反射層は反射率がほぼ１００％のものではなく、或る程度の透光性を有するものである。このような透過型の空間光変調器でも、空間光変調層を挟んだ層間で内部多重反射がおこり得るので、本発明を適用することができる。
【０１０５】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態５に係る光スイッチに、実施の形態２の光入出力器を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１、１Ａ〜１Ｄ 空間光変調器
１ａ シリコン基板
１ｂ 画素電極群
１ｃ 液晶層
１ｄ 配向膜
１ｅ ＩＴＯ電極
１ｆ カバーガラス
１ｇ 光入射層
２、４〜６ 光入出力器
２ａ、４ａ〜６ａ 光入出力ポート
２ａａ〜２ａｅ、４ａａ〜４ａｇ 光ファイバポート
２ｂ、４ｂ〜６ｂ コリメータレンズ
２ｃ 光ファイバ固定基材
２ｄ、５ｄ、６ｄ スペーサ部
３ 集光レンズ
５ｆ、６ｆ 光ファイバアレイ
５ｆａ、６ｆａ 光ファイバ
６ａａ〜６ａｅ ＡＷＧ
１０〜４０、１００ 光スイッチ
６１ アナモルフィックプリズムペア
６２ 回折格子
６３ λ／４波長板
６８ モニタ素子
６９ 制御回路
Ａ 光軸
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ７〜Ｌ１３、Ｌ１５〜Ｌ１７ 光
Ｌ３、Ｌ６、Ｌ１１、Ｌ１４、Ｌ１８ ２次反射光
Ｍ１、Ｍ３ 画素電極
Ｍ２ 反射面
ＯＰ１ 出力ポート
ＯＳ１ 波長多重光信号
ＯＳ１ａ〜ＯＳ１ｄ、ＯＳ２〜ＯＳ５ 光信号
Ｐ１〜Ｐ４ 位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムにおいて、波長多重光信号等の光信号の経路を切り替えるために、光スイッチが使用されている。このような光スイッチには、光信号の経路を切り替えるために、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を用いたものがある（特許文献１、２参照）。ＬＣＯＳは、入射された光の位相を液晶によって変調し、回折させることができる空間光変調器である。したがって、ＬＣＯＳを用いた光スイッチでは、或る経路から入射された光信号を、ＬＣＯＳによって回折させて、特定の経路に出力することにより、光スイッチ動作を実現している。
【０００３】
特許文献１、２に開示される光スイッチでは、光信号が入力される入力ポートと、光信号を出力する出力ポートとが、所定の方向に沿って等間隔で配列している。また、入力ポートはレンズの光軸上に配置されている。したがって、ＬＣＯＳは、入射光の角度をこの配列方向に回折させるように構成されている。また、入力および出力ポートの数がそれぞれＮ、Ｍ（Ｎ、Ｍは１以上の整数）の光スイッチは、Ｎ×Ｍ光スイッチと呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７０９２５９９号明細書
【特許文献２】米国特許第７３９７９８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らが特許文献１、２に開示される構成の光スイッチの特性について精査したところ、所定の入力ポートから入力した光信号を所定の出力ポートに出力させるような光スイッチ動作をさせる場合に、意図しない他の出力ポートにも光信号の一部が出力されてしまう場合があるという問題を見出した。このように光スイッチに入力させた光信号の一部が意図しない出力ポートにも出力してしまうと、出力ポート間のクロストーク特性が劣化するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良好なクロストーク特性を有する光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光スイッチは、外部から光が入力される、または外部に光を出力する３以上のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、光入射層と、光反射層と、前記光入射層と前記光反射層との間に設けられた空間光変調層とを有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから前記光入射層に入射した光を空間変調して前記光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する空間光変調器と、前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記空間光変調器と光学的に結合させる集光レンズと、を備え、前記光入出力ポートの配列方向に沿った座標軸をとり、前記集光レンズの光軸の位置を該座標軸の原点とした場合に、前記光入出力ポートにおいて光が入力されるまたは出力する第１ポート、前記第１ポートから入力または出力する光を出力または入力される第２ポートおよび第３ポートの座標をそれぞれｘ０、ｘ１、およびｘ２（ただし、ｘ１、ｘ２＞０）とすると、ｘ２≠２ｘ１＋ｘ０が成り立つことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記第１ポートの座標ｘ０がゼロ以外の値であり、前記光入出力ポートにおいて隣接するポート間の間隔が等間隔または不等間隔であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記第１ポートの座標ｘ０がゼロであり、前記光入出力ポートにおいて隣接するポート間の間隔が不等間隔であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記第１ポートは、前記光入出力ポートの他のポートに出力する光が入力されるポートであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記第１ポートは、前記光入出力ポートの他のポートから入力される光が出力するポートであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記空間光変調器はＬＣＯＳであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に設けられた光分散素子を備え、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記光入出力ポートは、３以上の波長合分波器を有し、前記各波長合分波器において同一波長を出力する各ポートが、前記配列方向に配列したポートを構成し、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光スイッチは、上記の発明において、前記波長多重合分波器がアレイ型光導波路グレーティングであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、空間光変調器内での多重反射により発生した反射光が意図しない出力ポートに結合することが防止されるので、良好なクロストーク特性を有する光スイッチを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光スイッチの概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す空間光変調器の分解図である。
【図３】図３は、図１に示す光入出力器の具体的構成を示す図である。
【図４】図４は、図１に示す光スイッチの空間光変調器における光の挙動を説明する図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係る光スイッチの概略構成図である。
【図６】図６は、図５に示す光スイッチの空間光変調器における光の挙動を説明する図である。
【図７】図７は、従来例の光スイッチのクロストークの測定結果を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２の変形例に係る光スイッチの概略構成図である。
【図９】図９は、光ファイバポートが等間隔に配置されているとした場合の空間光変調器における光の挙動を説明する図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３に係る光スイッチの概略構成図である。
【図１１】図１１は、実施の形態４に係る光スイッチの概略構成図である。
【図１２】図１２は、実施の形態５に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す光スイッチの動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、図面を参照して本発明に係る光スイッチの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光スイッチの概略構成図である。図１に示すように、この光スイッチ１０は、空間光変調器１と、光入出力器２と、集光レンズ３とを備えている。なお、本光スイッチ１０に入力または出力される光は特に限定されないが、たとえば波長１５２０〜１６２０ｎｍの光通信用の信号光である。
【００２０】
光入出力器２は、外部から光が入力される、または外部に光を出力する光入出力ポート２ａと、複数のコリメータレンズ２ｂとを備えている。光入出力ポート２ａは、光ファイバポート２ａａ〜２ａｅが所定の配列方向（図中ｘ軸方向）にアレイ状に配列したものである。また、コリメータレンズ２ｂは、各光ファイバポート２ａａ〜２ａｅに対応させて設けられている。コリメータレンズ２ｂは、光ファイバポートから出力した光を平行光にする、または、入力された平行光を光ファイバポートに集光して結合させる機能を有する。なお、光ファイバから出射される光はガウシアンビームとして近似できる。光ファイバからの出射光はコリメータレンズで平行光にされると、伝搬に従いビーム径は徐々に小さくなり、ビームウェスト位置で最小となり、再び大きくなる。
【００２１】
集光レンズ３は、光入出力器２と空間光変調器１との間に配置され、光入出力ポート２ａと空間光変調器１と光学的に結合させるものである。符号Ａは集光レンズ３の光軸を示している。なお、集光レンズ３は１枚のレンズで構成されていてもよいし、複数枚のレンズで構成されていてもよい。また、集光レンズ３の焦点距離をｆとすると、空間光変調器１は集光レンズ３から距離ｆだけ離間して配置されている。すなわち、空間光変調器１は集光レンズ３の焦点の位置に配置されている。また、コリメータレンズ２ｂからビームウェスト位置までの距離をｄとすると、集光レンズ３はコリメータレンズ２ｂから距離ｄ＋ｆだけ離間して配置すると、光ファイバ２ａに再結合する際の結合損を小さくすることができる。
【００２２】
この光スイッチ１０では、光入出力ポート２ａのうち、光軸Ａに最も近い位置にある光ファイバポート２ａａが、外部から光が入力される共通の光ファイバポート（Ｃｏｍポート）として設定されており、その他の４つの光ファイバポート２ａｂ〜２ａｅが、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。すなわち、この光スイッチ１０は１×４の光スイッチとして機能する。なお、光ファイバポート２ａａは光軸Ａ上にはないものとする。
【００２３】
つぎに、空間光変調器１について説明する。図２は、図１に示す空間光変調器１の分解図である。図２に示すように、この空間光変調器１は、ＬＣＯＳであり、液晶駆動回路が形成されたシリコン基板１ａ上に、反射率がほぼ１００％の反射層である画素電極群１ｂと、空間光変調層であると、配向膜１ｄと、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極１ｅと、カバーガラス１ｆとが順次積層した構成を有している。なお、必要に応じて画素電極群１ｂと液晶層１ｃの間にも配向膜を設けてもよい。なお、以下では、配向膜１ｄ、ＩＴＯ電極１ｅ、およびカバーガラス１ｆを光入射層１ｇとする。
【００２４】
この空間光変調器１は、画素電極群１ｂとＩＴＯ電極１ｅとの間に電圧を印加することによって、液晶層１ｃが所定の方向に屈折率のグラデーションを有するように制御できる。そして、この屈折率のグラデーションを調整することによって、光入射層１ｇ側から入射した光が、画素電極群１ｂにより反射して液晶層１ｃを伝搬する際に、光を所定の回折角で回折させるように調整することができる。
【００２５】
また、空間光変調器１は、光入出力ポート２ａの光ファイバポート２ａａ〜２ａｅの配列方向と、液晶層１ｃの屈折率のグラデーションの方向とが一致するように配置されている。その結果、この空間光変調器１は、液晶層１ｃへの印加電圧を制御することによって、光ファイバポート２ａａから入射した光を他の光ファイバポート２ａｂ〜２ａｅのいずれかに向けて出力できるように、光の出射角度を制御することができる。
【００２６】
つぎに、光入出力器２の具体的構成について説明する。図３は、図１に示す光入出力器２の具体的構成を示す図である。図３に示す構成では、光入出力器２は、光入出力ポート２ａと、複数のコリメータレンズ２ｂと、光入出力ポート２ａの各光ファイバポートを挿通固定する光ファイバ固定基材２ｃと、光ファイバ固定基材２ｃに取り付けられるとともに、コリメータレンズ２ｂを保持する透明なスペーサ部２ｄとを備えている。
【００２７】
各光ファイバポートは、その光出射端面が、スペーサ部２ｄが取り付けられた光ファイバ固定基材２ｃの面と同一平面上になるように固定されている。また、スペーサ部２ｄの厚さは、コリメータレンズ２ｂの焦点距離に略相当する厚さになっている。その結果、この光入出力器２では、コリメータレンズ２ｂが、光ファイバポートから出力した光を平行光にすることができるとともに、入力された平行光を光ファイバポートに集光して結合させることができる。
【００２８】
（動作例１−１）
つぎに、この光スイッチ１０の動作例１−１として、図１に示すように光ファイバポート２ａａから入力された光の経路を光ファイバポート２ａｂに切り換える場合を説明する。まず、光ファイバポート２ａａは、外部から光が入力され、対応するコリメータレンズ２ｂは、入力された光を平行光にする。集光レンズ３は、平行光にされた光Ｌ１を空間光変調器１に集光させる。空間光変調器１は、液晶層１ｃへの印加電圧を制御することによって、集光され入射された光Ｌ１を空間変調して回折させ、回折させた光Ｌ２を光ファイバポート２ａｂに向けて出力する。集光レンズ３は、回折された光Ｌ２を光軸Ａに対して平行にする。光ファイバポート２ａｂに対応するコリメータレンズ２ｂは、光軸Ａに対して平行にされた光Ｌ２を集光し、光ファイバポート２ａｂに結合させる。光ファイバポート２ａｂは結合された光を外部に出力する。
【００２９】
このようにして、この光スイッチ１０は、光ファイバポート２ａａから入力された光の経路を光ファイバポート２ａｂに切り換える。なお、同様にして、この光スイッチ１０は、空間光変調器１の制御によって、Ｃｏｍポートである光ファイバポート２ａａから入力された光の経路を他の光ファイバポート２ａｂ〜２ａｅのいずれかに切り換えることができる。
【００３０】
ここで、空間光変調器１が回折させた光Ｌ２を光ファイバポート２ａｂに向けて出力する際に、空間光変調器１の内部反射のために多重反射が発生し、回折された光Ｌ２の一部が２次反射光として出射する。しかしながら、本実施の形態１に係る光スイッチ１０では、集光レンズ３の光軸Ａの位置をｘ軸の座標原点とし、紙面上向きを正の向きとした場合の光ファイバポート２ａａ、２ａｂ、２ａｃの座標をそれぞれｘ０、ｘ１、ｘ２とすると、下記式（１）が成り立つ。
ｘ２≠２ｘ１＋ｘ０ ・・・ （１）
式（１）が成り立つように光ファイバポート２ａａ、２ａｂ、２ａｃが配置されていることによって、２次反射光は光ファイバポート２ａｃに到達しないので、意図せず光ファイバポート２ａｃに出力することが防止される。その結果、この光スイッチ１０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００３１】
以下、具体的に説明する。図４は、図１に示す光スイッチ１０の空間光変調器１における光の挙動を説明する図である。なお、図４において、集光レンズ３は記載を省略している。また、角度については、時計回りの方向を角度の正の方向とする。
【００３２】
まず、図４において、光ファイバポート２ａａから入力され、平行光にされたあとに集光レンズ３により集光された光Ｌ１が、空間光変調器１の液晶層１ｃに入射する。図中の一点鎖線は液晶層１ｃの表面の法線を示している。
【００３３】
液晶層１ｃの表面において光Ｌ１にスネルの法則を適用すると、式（２）が成り立つ。
ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２ ・・・ （２）
なお、ｎ１は入射側媒質の屈折率、θ１は液晶層１ｃに対する光Ｌ１の入射角、ｎ２は液晶層１ｃの屈折率、θ２は光Ｌ１の屈折角を表す。
【００３４】
ここで、通常集光レンズの焦点距離ｆは、光ファイバポート２ａａ〜２ａｅが配列される幅よりも十分に長いので、入射角、屈折角は十分小さい。したがって、式（２）は以下のように近似できる。
ｎ１θ１≒ｎ２θ２
θ１≒（ｎ２／ｎ１）θ２＝ａθ２
【００３５】
以下では、θ２をφに置き換える。すると、図４に示すように、光Ｌ１の入射角はａφ、屈折角はφとなる。また、このとき、光ファイバポート２ａａの座標ｘ０は、ｘ０＝ｆｔａｎ（ａφ）と表されるが、ａφは十分小さいため、以下の式（３）で近似的に表すことができる。
ｘ０＝ｆｔａｎ（ａφ）≒ｆａφ ・・・ （３）
なお、図４に示すように、ｘ０は負の値なので、φも負の値である。
【００３６】
つぎに、画素電極群１ｂ中の画素電極Ｍ１が光Ｌ１を反射し、液晶層１ｃが、屈折率のグラデーションの効果によって液晶層１ｃの表面の法線に対して回折角θで回折させる。なお、このとき、画素電極Ｍ１は、実際にはその反射表面が液晶層１ｃの表面と略平行となるように配置されているものであるが、上記回折は、画素電極Ｍ１が、その反射表面の法線（図中破線で示している）が液晶層１ｃの表面の法線に対して角度（θ＋φ）／２を成す様に傾斜して配置された状態で光Ｌ１を正反射するのと同じ状態であるので、図４では画素電極Ｍ１を傾斜させて示している。
【００３７】
回折角がθの場合、回折された光Ｌ２の液晶層１ｃに対する出射角はａθとなる。この回折角θは、光Ｌ２が集光レンズ３で光軸Ａに平行に進行する光とされた後に光ファイバポート２ａｂに入力するように設定される。したがって、光ファイバポート２ａｂの座標ｘ１は、以下の式（４）で近似的に表すことができる。
ｘ１＝ｆｔａｎ（ａθ）＝ｆａθ ・・・ （４）
【００３８】
ここで、反射面Ｍ２は、光入射層１ｇ内に存在する内部反射面を概念的に示している。実際には、複数の面を屈折するたびにスネルの法則を適用する必要があるが、説明を分かりやすくするためにここでは省略した。この反射面Ｍ２により、回折された光Ｌ２が空間光変調器１から出射する際に、その一部の光が反射され、２次反射光Ｌ３として画素電極Ｍ３に到達する。なお、通常液晶層１ｃは数μｍと薄いので、画素電極Ｍ３は画素電極Ｍ１に隣接するものである。このように画素電極Ｍ３が画素電極Ｍ１に隣接しているため、画素電極Ｍ１と同様の液晶層１ｃの屈折率のグラデーションの効果を受ける。そのため、画素電極Ｍ３は、画素電極Ｍ１と同様に、その反射表面の法線（図中破線で示している）が液晶層１ｃの表面の法線に対して角度（θ＋φ）／２を成す様に傾斜して配置された状態で２次反射光Ｌ３を正反射をするのと同じ状態である。したがって、２次反射光Ｌ３は、液晶層１ｃの表面の法線に対して回折角（２θ＋φ）で回折される。その後、２次反射光Ｌ３は、出射角ａ（２θ＋φ）で空間光変調器１から出射する。
【００３９】
この２次反射光Ｌ３が集光レンズ３で光軸Ａに平行に進行する光とされた後に到達する位置を位置Ｐ１とし、位置Ｐ１のｘ座標をｘ３とすると、ｘ３は以下の式（５）で表される。
ｘ３＝ｆａ（２θ＋φ）＝２ｘ１＋ｘ０ ・・・ （５）
ここで、式（３）、（４）を用いて式変形を行なった。
【００４０】
このように、空間光変調器１の内部における多重反射によって発生した２次反射光Ｌ３は、式（５）で表されるｘ座標の位置に到達する。
【００４１】
ここで、上述したように、本実施の形態１に係る光スイッチ１０においては、光ファイバポート２ａｃの座標ｘ２について、式（１）であるｘ２≠２ｘ１＋ｘ０が成り立つように配置されている。したがって、２次反射光Ｌ３は、光ファイバポート２ａｃには到達せず、そこから出力することが防止される。その結果、この光スイッチ１０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００４２】
なお、上記の説明では、光ファイバポート２ａａの座標ｘ０は負の値であるが、仮に座標ｘ０が正の値になるように光ファイバポート２ａａが配置されていたとしても、上記式（１）〜（５）は成り立つものである。したがって、仮に座標ｘ０が正の値の場合も、この光スイッチ１０はクロストーク特性が良好なものとなる。ただし、本実施の形態１では、光ファイバポート２ａａは集光レンズ３の光軸Ａ上には配置されていないので、ｘ０≠０である。
【００４３】
（動作例１−２）
つぎに、この光スイッチ１０の動作例１−２として、光ファイバポート２ａａから入力された光の経路を光ファイバポート２ａｄに切り換える場合を説明する。本実施の形態１に係る光スイッチ１０では、上記のｘ座標における光ファイバポート２ａｄ、２ａｅの座標をそれぞれｘ１´、ｘ２´とすると、式（１）と同様の式であるｘ２´≠２ｘ１´＋ｘ０が成り立つように配置している。この場合は、図４に示す場合とは逆に、液晶層１ｃによる回折方向がｘ軸の負の向きとなるが、動作例１−１と同じ原理によって、空間光変調器１から出射する２次反射光が意図せず他の光ファイバポート２ａｅに出力することが防止されるので、この光スイッチ１０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態１に係る光スイッチ１０は、空間光変調器１から出射する２次反射光が意図しない光ファイバポートに出力することが防止されるので、クロストーク特性が良好なものとなる。
【００４５】
なお、本実施の形態１では、光ファイバポート２ａａ〜２ａｅは等間隔に配置されていても良いし、不等間隔でもよい。
【００４６】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係る光スイッチは、光入出力ポートのうち光を入力するＣｏｍポートが集光レンズの光軸上に配置されているものである。
【００４７】
図５は、実施の形態２に係る光スイッチの概略構成図である。図５に示すように、この光スイッチ２０は、空間光変調器１と、光入出力器４と、集光レンズ３とを備えている。
【００４８】
光入出力器４は、光入出力ポート４ａと、複数のコリメータレンズ４ｂとを備えている。光入出力ポート４ａは、光ファイバポート４ａａ〜４ａｇが所定の配列方向（図中ｘ軸方向）にアレイ状に配列したものである。また、コリメータレンズ４ｂは、各光ファイバポート４ａａ〜４ａｇに対応させて設けられている。コリメータレンズ４ｂは、光ファイバポートから出力した光を平行光にする、または、入力された平行光を光ファイバポートに集光して結合させる機能を有する。光入出力器４の具体的構成は、図３に示すものと同様である。
【００４９】
空間光変調器１および集光レンズ３は、実施の形態１のものと同一のものである。また、実施の形態１と同様に、空間光変調器１は集光レンズ３の焦点の位置に配置されている。また、空間光変調器１は、光入出力ポート２ａの光ファイバポート４ａａ〜４ａｇの配列方向と液晶層１ｃの屈折率のグラデーションの方向とが一致するように配置されている。
【００５０】
この光スイッチ２０では、光入出力ポート４ａのうち、光軸Ａ上に配置された光ファイバポート４ａａが、外部から光が入力されるＣｏｍポートとして設定されており、その他の６つの光ファイバポート４ａｂ〜４ａｇが、外部に光を出力する光ファイバポートとして設定されている。すなわち、この光スイッチ２０は１×６の光スイッチとして機能する。
【００５１】
（動作例２）
つぎに、この光スイッチ２０の動作例２として、図５に示すように光ファイバポート４ａａから入力された光の経路を光ファイバポート４ａｂに切り換える場合を説明する。まず、光ファイバポート４ａａは、外部から光が入力され、対応するコリメータレンズ４ｂは、入力された光を平行光にする。集光レンズ３は、平行光にされた光Ｌ４を空間光変調器１に集光させる。空間光変調器１は、液晶層１ｃへの印加電圧を制御することによって、集光され入射された光Ｌ４を空間変調して回折させて、回折された光Ｌ５を光ファイバポート４ａｂに向けて出力する。集光レンズ３は、回折された光Ｌ５を光軸Ａに対して平行にする。光ファイバポート４ａｂに対応するコリメータレンズ４ｂは、光軸Ａに対して平行にされた光Ｌ５を集光し、光ファイバポート４ａｂに結合させる。光ファイバポート４ａｂは結合された光を外部に出力する。
【００５２】
このようにして、この光スイッチ２０は、光ファイバポート４ａａから入力された光の経路を光ファイバポート４ａｂに切り換える。なお、同様にして、この光スイッチ２０は、Ｃｏｍポートである光ファイバポート４ａａから入力された光の経路を他の光ファイバポート４ａｂ〜４ａｇのいずれかに切り換えることができる。
【００５３】
ここで、空間光変調器１が回折された光Ｌ４を光ファイバポート４ａｂに向けて出力する際に、空間光変調器１の内部反射のために多重反射が発生し、回折された光Ｌ４の一部が２次反射光Ｌ６として出力する。しかしながら、本実施の形態２に係る光スイッチ２０では、集光レンズ３の光軸Ａの位置をｘ軸の座標原点とし、紙面上向きを正の向きとした場合の光ファイバポート４ａｂ、４ａｃの座標をそれぞれｘ４、ｘ５とし、２次反射光Ｌ６が到達する位置Ｐ２の座標をｘ６とすると、以下の式（６）が成り立つ。
ｘ６＝２ｘ４ ・・・ （６）
【００５４】
これに対して、光ファイバポート４ａｂ、４ａｃは、以下の式（７）が成り立つように配置されている。
ｘ５≠２ｘ４ ・・・ （７）
なお、式（７）は、式（１）においてｘ０＝０としたことに相当し、光入力のＣｏｍポートである光ファイバポート４ａａが光軸Ａ上に配置されていることに相当する。
【００５５】
このように、式（７）が成り立つことによって、２次反射光Ｌ６が意図せず他の光ファイバポート４ａｃに出力することが防止されるので、この光スイッチ２０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００５６】
以下、具体的に説明する。図６は、図５に示す光スイッチ２０の空間光変調器１における光の挙動を説明する図である。なお、図６において、集光レンズ３は記載を省略している。
【００５７】
図６において、図４と異なる点は、光ファイバポート４ａａから入力された光Ｌ４が、空間光変調器１の液晶層１ｃに、入射角がゼロで入射する点である。光ファイバポート４ａａは集光レンズ３の光軸Ａ上に配置されているため、光Ｌ４は集光レンズ３を通過してもその進行方向が屈折されないため、このように入射角がゼロとなる。
【００５８】
画素電極Ｍ１は光Ｌ４を反射し、液晶層１ｃが、屈折率のグラデーションの効果によって液晶層１ｃの表面の法線に対して回折角θで回折させる。
【００５９】
回折角がθの場合、回折された光Ｌ５の液晶層１ｃに対する出射角はａθとなる。この回折角θは、光Ｌ４が集光レンズ３で光軸Ａに平行に進行する光とされた後に光ファイバポート４ａｂに入力するように設定される。したがって、光ファイバポート４ａｂの座標ｘ４は、以下の式（８）で近似的に表すことができる。
ｘ４＝ｆｔａｎ（ａθ）＝ｆａθ ・・・ （８）
【００６０】
ここで、反射面Ｍ２により、回折された光Ｌ４が空間光変調器１から出射する際に、その一部の光が反射され、２次反射光Ｌ６として画素電極Ｍ１に隣接する画素電極Ｍ３に到達する。画素電極Ｍ３は、２次反射光Ｌ６を反射し、液晶層１ｃが、屈折率のグラデーションの効果によって液晶層１ｃの表面の法線に対して回折角（２θ）で回折させる。その後、２次反射光Ｌ６は、出射角（２ａθ）で空間光変調器１から出射する。
【００６１】
したがって、この２次反射光Ｌ６が到達する位置Ｐ２のｘ座標ｘ６は、
ｘ６＝ｆａ（２θ）＝２ｘ４
となり、式（６）が導かれる。
【００６２】
ここで、上述したように、本実施の形態２に係る光スイッチ２０においては、光ファイバポート４ａｃの座標ｘ５について、式（７）が成り立つように配置している。したがって、２次反射光Ｌ６は、光ファイバポート４ａｃには到達せず、そこから出力することが防止される。その結果、この光スイッチ２０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００６３】
また、同様に、光ファイバポート４ａｄの座標をｘ７とすると、ｘ７≠２ｘ４、ｘ７≠２ｘ５が成り立つ。その結果、光ファイバポート４ａａから入力された光の経路を光ファイバポート４ａｂおよび光ファイバポート４ａｃのいずれに切り換える場合にも、空間光変調器１において発生した２次反射光が意図せず光ファイバポート４ａｄに出力することが防止される。さらに、光ファイバポート４ａｅ、４ａｆ、４ａｇのｘ座標をｘ４´、ｘ５´、ｘ７´とすると、ｘ５≠２ｘ４、ｘ７≠２ｘ４、ｘ７≠２ｘ５が成り立つ。その結果、光ファイバポート４ａａから入力された光の経路を光ファイバポート４ａｅおよび光ファイバポート４ａｆのいずれに切り換える場合にも、空間光変調器１において発生した２次反射光が意図せず他の光ファイバポート４ａｅや光ファイバポート４ａｆに出力することが防止される。したがって、この光スイッチ２０はクロストーク特性が良好なものとなる。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態２に係る光スイッチ２０は、空間光変調器１から出射する２次反射光が意図しない光ファイバポートに出力することが防止されるので、クロストーク特性が良好なものとなる。
【００６５】
なお、本実施の形態２では、光ファイバポート４ａａ〜４ａｅを等間隔に配置すると、上記の式（６）が成立する場合があるので、不等間隔にする必要がある。
【００６６】
ここで、従来の光スイッチの例として、本実施の形態２に係る光スイッチ２０と同様の構成であるが、光ファイバポートの座標については、ｘ４＝２．４ｍｍ、ｘ５＝４．８ｍｍ、ｘ７＝９．６ｍｍ、ｘ４´＝−２．４ｍｍ、ｘ５´＝−４．８ｍｍ、ｘ７´＝−９．６ｍｍになるように、すなわち、光ファイバポートを等間隔に配列させて設定した光スイッチを作製した。そして、ｘ０＝０のＣｏｍポートから波長約１５５２ｎｍの光を入力し、空間光変調器を制御して座標ｘ４の光ファイバポートに出力させるように設定した。さらに、座標ｘ４の光ファイバポートと座標ｘ５の光ファイバポートとのポート間のクロストークを測定した。
【００６７】
図７は、従来例の光スイッチのクロストークの測定結果を示す図である。図７は、座標ｘ４の光ファイバポートからの光出力を基準（０ｄＢ）とした、座標ｘ５の光ファイバポートからの光出力を示すものである。図７では、基準に対して２５ｄＢ低い反射光が座標ｘ５の光ファイバポートから出力されてしまっている。ここで、たとえば光通信では要求される仕様が厳しいため、ディスプレイの用途では問題とならないような２５ｄＢという極めて小さいクロストークでも問題になる。
【００６８】
これに対して、本実施の形態２に係る光スイッチ２０と同様の構成にて、光ファイバポートの座標を、ｘ４＝２．４ｍｍ、ｘ５＝５ｍｍ、ｘ７＝１１ｍｍ、ｘ４´＝−２．４ｍｍ、ｘ５´＝−５ｍｍ、ｘ７´＝−１１ｍｍとなるように設定すると、上記と同様の測定を行なった場合に、座標ｘ５の光ファイバポートからはほとんど反射光が出力されなくなり、きわめて良好のクロストーク特性を実現することができる。
【００６９】
（実施の形態２の変形例）
上記実施の形態２では、光スイッチ２０は１×６の光スイッチとして機能するものである。以下では、この変形例として、光スイッチ２０を６×１の光スイッチとして機能させる場合について説明する。
【００７０】
図８は、実施の形態２の変形例に係る光スイッチの概略構成図である。図８に示す光スイッチ２０の概略構成は図５に示すものと同様であるが、本変形例では、光入出力ポート４ａのうち、６つの光ファイバポート４ａｂ〜４ａｇが、外部から光が入力される光ファイバポートとして設定されており、光軸Ａ上に配置された光ファイバポート４ａａが、外部に光を出力するＣｏｍポートとして設定されている。すなわち、この光スイッチ２０は６×１の光スイッチとして機能する。
【００７１】
（動作例３）
つぎに、この光スイッチ２０の動作例３として、光ファイバポート４ａｂから入力された光の経路を光ファイバポート４ａａに切り換える場合を説明する。まず、光ファイバポート４ａｂは、外部から光が入力され、対応するコリメータレンズ４ｂは、入力された光を平行光にする。集光レンズ３は、平行光にされた光Ｌ７を空間光変調器１に集光させる。空間光変調器１は、液晶層１ｃへの印加電圧を制御することによって、集光され入射された光Ｌ７を空間変調して回折させて、回折させた光Ｌ８を光ファイバポート４ａａに向けて出力する。集光レンズ３は、回折された光Ｌ８を光軸Ａに対して平行にする。光ファイバポート４ａａに対応するコリメータレンズ４ｂは、光軸Ａに対して平行にされた光Ｌ８を集光し、光ファイバポート４ａａに結合させる。光ファイバポート４ａａは結合された光を外部に出力する。
【００７２】
このようにして、この光スイッチ２０は、光ファイバポート４ｂａから入力された光の経路を光ファイバポート４ａａに切り換える。また、同様にして、この光スイッチ２０は、光ファイバポート４ａｂ〜４ａｇのいずれかから入力された光の経路をＣｏｍポートである光ファイバポート４ａａに切り換えることができる。
【００７３】
しかし、このように光スイッチ２０が６×１の光スイッチとして動作例２のように動作している状態で、たとえば他の光ファイバポート４ａｃから光Ｌ９が入力されたとする。この光Ｌ９は、通常ならば、集光レンズ３を介して空間光変調器１に到達し、回折されたとしても、この回折された光Ｌ１０は光ファイバポート４ａａに到達して出力されることはない。その理由は、本動作例２では、空間光変調器１の回折角は、光ファイバポート４ａｂから入力された光を光ファイバポート４ａａに出力するように設定されているからである。
【００７４】
一方、光Ｌ９が入力された場合、空間光変調器１の内部反射によって光Ｌ９から２次反射光Ｌ１１が発生し、出射する。しかしながら、この光スイッチ２０では、光ファイバポート４ａｂ、４ａｃについて、上述した式（７）が成り立つように配置されている。その結果、２次反射光Ｌ１１についても、図８に示すように位置Ｐ３に到達するので、光ファイバポート４ａａに到達して出力されることはない。したがって、光ファイバポート４ａｃから入力された光Ｌ９に起因する２次反射光Ｌ１１が意図せず光ファイバポート４ａａに出力することが防止される。また、同様にして、光ファイバポート４ａｂ〜４ａｆのいずれから入力された光の経路を光ファイバポート４ａａに切り換える場合にも、空間光変調器１において発生した２次反射光が意図せず光ファイバポート４ａａに出力することが防止される。
【００７５】
以上説明したように、本変形例に係る光スイッチ２０は、６×１の光スイッチとして使用しても、クロストーク特性が良好なものとなる。
【００７６】
なお、仮に光ファイバポート４ａｃが図８に示す位置Ｐ４に配置され、光ファイバポート４ａａ、４ａｂ、４ａｃが等間隔に配置されているとすると、光ファイバポート４ａｂ、４ａｃのｘ座標ｘ４、ｘ５の関係が、ｘ５＝２ｘ４を満たすことになる。この場合、２次反射光が光ファイバポート４ａａに入力し、光ファイバポート４ａｂ、４ａｃのポート間クロストークが低下することとなる。
【００７７】
図９は、光ファイバポート４ａａ、４ａｂ、４ａｃが等間隔に配置されているとした場合の空間光変調器１における光の挙動を説明する図である。
【００７８】
図９と図６とを比較すると、光ファイバポート４ａｂから入力された光Ｌ７は、図６における光Ｌ４、Ｌ５と逆向きの経路を通過して、回折された光Ｌ８として出射され、その後光ファイバポート４ａａに到達し、出力される。一方、仮に光ファイバポート４ａｃが図８に示す位置Ｐ４に配置されていた場合に光ファイバポート４ａｃから入力された光Ｌ９´は、図６における２次反射光Ｌ６と逆向きの経路を通過して、回折された光Ｌ１０´として出射される。ここで、反射面Ｍ２によって、光Ｌ１０´の２次反射光Ｌ１１´が発生するが、この２次反射光Ｌ１１´は、図６における光Ｌ４と逆向きの経路を通過して、回折された光Ｌ８と同じ方向に出射されてしまう。したがって、２次反射光Ｌ１１´はポート間クロストーク特性を劣化させる原因となる。
【００７９】
（実施の形態３）
上記実施の形態では、光入出力ポートが光ファイバから構成されているが、ガラス材料や半導体材料からなる光導波路で構成してもよい。以下では、本発明の実施の形態３として、光入出力ポートが石英系ガラスの平面光波回路（Planar Lightwave Circuit；ＰＬＣ）から構成された光スイッチを説明する。
【００８０】
図１０は、実施の形態３に係る光スイッチの概略構成図である。図１０に示すように、この光スイッチ３０は、図２に示した光スイッチ２０の構成において、光入出力器４を、光入出力器５に置き換えた構成を有する。
【００８１】
光入出力器５は、石英系ガラスのＰＬＣからなる光入出力ポート５ａと、複数のコリメータレンズ５ｂと、光入出力ポート５ａに取り付けられるとともに、コリメータレンズ５ｂを保持するスペーサ部５ｄと、光入出力ポート５ａと外部の経路とを接続するための光ファイバアレイ５ｆを備えている。
【００８２】
光入出力ポート５ａには、光ファイバアレイ５ｆとこれらに対応するコリメータレンズ５ｂとを光学的に接続するように光導波路が入力または出力ポートとして形成されている。これらの光導波路ポートは、実施の形態１の光ファイバポート２ａａ〜２ａｃ、２ａｅ〜２ａｆと同様に、図中ｘ軸方向にアレイ状に配列しており、そのｘ座標も、光ファイバポート２ａａ〜２ａｃ、２ａｅ〜２ａｆと同様に設定されている。
【００８３】
この光スイッチ３０の動作の一例を説明する。まず、光入出力ポート５ａのＣｏｍポートであり、集光レンズ３の光軸Ａ上に配置された光導波路ポートには、光ファイバアレイ５ｆを構成する光ファイバ５ｆａから光Ｌ１２が入力される。つぎに、集光レンズ３が光Ｌ１３を空間光変調器１に集光し、空間光変調器１は光Ｌ１３を回折し、光Ｌ１３として所定の光導波ポートに向けて出力する。このとき、２次反射光Ｌ１４が発生するが、実施の形態２と同様に２次反射光Ｌ１４は他の光導波路ポートには到達しない。したがって、この光スイッチ３０が良好なクロストークを有するものとなる。
【００８４】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４に係る光スイッチは、波長合分波器として、アレイ型光導波路グレーティング（Arrayed WaveGuide Grating；ＡＷＧ）を有しており、波長選択光スイッチとして機能するものである。
【００８５】
図１１は、実施の形態４に係る光スイッチの概略構成図である。図１１に示すように、この光スイッチ４０は、図２に示した光スイッチ１０の構成において、光入出力器２を、光入出力器６に置き換えた構成を有する。なお、空間光変調器については、６個の空間光変調器１を用いてもよいし、１個の空間光変調器１を６個の領域に分割してそれぞれの領域を独立に制御するように使用してもよい。
【００８６】
光入出力器６は、石英径ガラスのＡＷＧ６ａａ〜６ａｅを積層して構成した光入出力ポート６ａと、複数のコリメータレンズ６ｂと、光入出力ポート６ａに取り付けられるとともに、コリメータレンズ６ｂを保持するスペーサ部６ｄと、光入出力ポート６ａと外部の経路とを接続するための光ファイバアレイ６ｆを備えている。
【００８７】
ＡＷＧ６ａａ〜６ａｅは、入力ポートから入力された波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６の光を、各波長に対応した出力ポートから出力する機能を有する。ファイバアレイ６ｆは、ＡＷＧ６ａａ〜６ａｅの各入力ポートに接続している。コリメータレンズ６ｂは、ＡＷＧ６ａａ〜６ａｅの各出力ポートに対応して設けられている。また、ＡＷＧ６ａａ〜６ａｅの出力ポートについては、同一波長の出力ポートが、図中ｘ軸方向にアレイ状に配列しており、そのｘ座標は、図１の光スイッチ１０の光ファイバポート２ａａ〜２ａｃ、２ａｅ〜２ａｆと同様に設定されている。たとえば、図１１では、ｘ軸方向にアレイ状に配列した、各ＡＷＧ６ａａ〜６ａｅの波長λ１の出力ポートを、破線で囲んで示している。また、図示しない他の光スイッチは、各波長の出力ポートに対応させて、図示した空間光変調器１と並べて配置されている。
【００８８】
この光スイッチ４０の動作の一例を説明する。まず、光入出力ポート６ａのＡＷＧ６ａａに接続された光ファイバ６ｆａから、波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６の光を含む光Ｌ１５が入力される。ＡＷＧ６ａａは、その中の波長λ２の光Ｌ１６を、波長λ２に対応した出力ポートＯＰ１から出力する。つぎに、集光レンズ３が光Ｌ１６を波長λ２に対応する空間光変調器１に集光し、空間光変調器１は光Ｌ１６を回折し、光Ｌ１７としてＡＷＧ６ａｂ〜６ａｅのうちの所定のＡＷＧの波長λ２に対応する出力ポートに向けて出力する。
【００８９】
このとき、空間光変調器１において２次反射光Ｌ１８が発生するが、実施の形態１と同様に２次反射光Ｌ１７は他の光導波路ポートには到達しない。したがって、この光スイッチ４０は良好なクロストークを有するものとなる。なお、他の波長の光についても、その波長に対応した空間光変調器によって所定の経路に切り換えられることによって、この光スイッチ４０は、良好なクロストークを有する波長選択光スイッチとして機能する。
【００９０】
なお、本実施の形態４では、波長合分波器としてＡＷＧを用いているが、ファイバ溶融型やフィルタ型などの波長選択性素子を適宜組み合わせて波長合分波器を構成してもよい。
【００９１】
（実施の形態５）
つぎに、本発明の実施の形態５に係る光スイッチについて説明する。本実施の形態５に係る光スイッチは、入力した波長多重光信号から所定の波長の光信号を選択し、その光信号の波長ごとに経路を切り換えて出力する波長選択光スイッチである。
【００９２】
図１２は、本実施の形態５に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。図１２に示すように、この光スイッチ１００は、外部の経路に接続した光入出力器２と、光入出力器２に対して順次配置された、アナモルフィックプリズムペア６１と、回折格子６２と、集光レンズ３と、λ／４波長板６３と、図中に示すｘ軸とは直交する方向にアレイ状に配置された４つの空間光変調器１Ａ〜１Ｄと、空間光変調器１Ａ〜１Ｄを制御するためのモニタ素子６８と、制御回路６９とを備えている。
【００９３】
なお、光入出力器２、集光レンズ３は実施の形態１のものと同一である。また、光入出力器２の各光ファイバポートは、集光レンズ３の位置をｘ軸の原点とした場合に、実施の形態１と同様のｘ座標に配置されている。空間光変調器１Ａ〜１Ｄはいずれも実施の形態１の空間光変調器１と同一である。集光レンズ３と空間光変調器１Ａ〜１Ｄとは、集光レンズ３の焦点距離ｆだけ離間している。
【００９４】
なお、実際にはアナモルフィックプリズムペア６１と回折格子６２において光路は曲げられるので、各素子は角度を持って配置されるが、図１２においては、簡略化のために直列に配置して示している。
【００９５】
つぎに、光スイッチ１００の動作について説明する。図１３は、図１２に示す光スイッチ１００の動作を説明する説明図である。なお、図１３は、光スイッチ１００を図８中のｘ軸方向と垂直の方向から見た図である。はじめに、光入出力器２は、或る経路からＣｏｍポートである光ファイバポート２ａａに入力した波長多重光信号ＯＳ１を平行光としてアナモルフィックプリズムペア６１に出力する。アナモルフィックプリズムペア６１は、波長多重光信号ＯＳ１のビーム径を、回折格子６２の格子の配列方向に広げて、波長多重光信号ＯＳ１が多くの格子に当たるように、波長選択の分解能を高めるようにしている。回折格子６２は、入射した波長多重光信号ＯＳ１に含まれる所定の波長の光信号ＯＳ１ａを所定の角度に出力する。集光レンズ３は、λ／４波長板６３を通して、光信号ＯＳ１ａを空間光変調器１Ａに集光する。
【００９６】
空間光変調器１Ａは集光した光信号ＯＳ１ａを回折し、光信号ＯＳ２として、λ／４波長板６３、集光レンズ３、回折格子６２、アナモルフィックプリズムペア６１を順次経由して、光入出力器２の所望の光ファイバポート２ａｂへ出力する。なお、λ／４波長板６３は、光信号ＯＳ１ａと光信号ＯＳ２との光の偏光状態が互いに直交するように、その偏光状態を変化させる。これによって、アナモルフィックプリズムペア６１および回折格子６２の偏波依存性を補償するようにしている。
【００９７】
また、回折格子６２は、波長多重光信号ＯＳ１に含まれる他の所定の波長の光信号ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃ、ＯＳ１ｄをそれぞれ他の所定の角度に出力する。各光信号ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃ、ＯＳ１ｄは、それぞれ空間光変調器１Ｂ、１Ｃ、１Ｄで回折され、光信号ＯＳ３、ＯＳ４、ＯＳ５として、λ／４波長板６３、集光レンズ３、回折格子６２、アナモルフィックプリズムペア６１を順次経由して、それぞれ対応する光ファイバポート２ａｃ、２ａｄ、２ａｅへと出力する。
【００９８】
空間光変調器１Ａ〜１Ｄは、モニタ素子６８が光信号ＯＳ２〜ＯＳ５の一部を分岐した光の波長および強度をモニタし、このモニタの結果をもとに空間光変調器１Ａ〜１Ｄを独立に制御することによって、それぞれの光信号ＯＳ２〜ＯＳ５の回折角度が最適になるように制御される。光信号ＯＳ２〜ＯＳ５の分岐は、たとえば光入出力器２の一部に分岐カプラを設けたり、光スイッチ１００内の適当な位置に分岐用のミラーを設けたりすることによって行うことができる。なお、モニタ素子６８は、たとえばＡＷＧと複数のフォトダイオードとから構成される。
【００９９】
ここで、たとえば空間光変調器１Ａが光信号ＯＳ１ａを回折する際に、空間光変調器１Ａの内部で発生した２次反射光が出射する。この２次反射光は、λ／４波長板６３、集光レンズ３、回折格子６２、アナモルフィックプリズムペア６１を順次経由して、光入出力器２に到達する。しかしながら、実施の形態１の場合と同様の作用によって、この２次反射光は他の光ファイバポート２ａｃ〜２ａｅのいずれにも到達することはない。また、他の光信号ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃ、ＯＳ１ｄについても、これらに起因して空間光変調器１Ｂ〜１Ｄの内部で２次反射が発生し、出射しても、所定の光ファイバポート以外に到達することはない。したがって、この光スイッチ１００は、ポート間のクロストークが良好なものとなる。
【０１００】
なお、上記実施の形態では、光スイッチが１×４、１×６、６×１などであるが、本発明では光が入出力するポートの数は特に限定されず、Ｎ×Ｍ光スイッチであればよい。ただし、ＮおよびＭのいずれか一方は２以上である必要があるので、ポートは３以上必要である。また、実施の形態４のように波長合分波器を用いる構成では、波長合分波器は３以上必要である。
【０１０１】
また、上記実施の形態では、空間光変調器の内部反射により発生した２次反射光が意図しないポートに出力されないようにしている。より高次の反射光については、２次反射光と比較してかなり強度が弱いが、意図しないポートに出力されない方がより好ましい。たとえば、光が入力される第１ポート、第１ポートから入力される光を出力する第２ポートおよび第３ポートの座標をそれぞれｘ０、ｘ１、およびｘ２とすると、第１ポートから第２ポートに経路を切り換える場合にｋ次反射光が第３ポートに出力しないようにするには、ｘ２≠２ｋｘ１＋ｘ０が成り立てばよい。
【０１０２】
また、たとえば上記実施の形態１、２またはその変形例では、光入出力ポートのうち常に光が入力または出力されるＣｏｍポートを集光レンズの光軸上、または光軸の近傍に配置されている。このようにすると、空間光変調器で光を回折させる際の回折角を小さくすることができるため、回折効率を高くすることができるので好ましい。なお、Ｃｏｍポートを集光レンズの光軸上に配置すると、光スイッチを組み立てる際のアライメントをしやすく、かつ空間光変調器における光の入射角または出射角をゼロとできるために空間光変調器の制御がより容易になるので、特に好ましい。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、光入出力ポートのうち最も光軸から離れたポートをＣｏｍポートとしてもよい。
【０１０３】
また、上記実施の形態では、空間光変調層が液晶であるが、光を空間変調できる部材であれば特に限定されない。
【０１０４】
また、上記実施の形態では、空間光変調器は反射型のものであるが、透過型のものでもよい。この場合、反射層は反射率がほぼ１００％のものではなく、或る程度の透光性を有するものである。このような透過型の空間光変調器でも、空間光変調層を挟んだ層間で内部多重反射がおこり得るので、本発明を適用することができる。
【０１０５】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態５に係る光スイッチに、実施の形態２の光入出力器を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１、１Ａ〜１Ｄ 空間光変調器
１ａ シリコン基板
１ｂ 画素電極群
１ｃ 液晶層
１ｄ 配向膜
１ｅ ＩＴＯ電極
１ｆ カバーガラス
１ｇ 光入射層
２、４〜６ 光入出力器
２ａ、４ａ〜６ａ 光入出力ポート
２ａａ〜２ａｅ、４ａａ〜４ａｇ 光ファイバポート
２ｂ、４ｂ〜６ｂ コリメータレンズ
２ｃ 光ファイバ固定基材
２ｄ、５ｄ、６ｄ スペーサ部
３ 集光レンズ
５ｆ、６ｆ 光ファイバアレイ
５ｆａ、６ｆａ 光ファイバ
６ａａ〜６ａｅ ＡＷＧ
１０〜４０、１００ 光スイッチ
６１ アナモルフィックプリズムペア
６２ 回折格子
６３ λ／４波長板
６８ モニタ素子
６９ 制御回路
Ａ 光軸
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ７〜Ｌ１３、Ｌ１５〜Ｌ１７ 光
Ｌ３、Ｌ６、Ｌ１１、Ｌ１４、Ｌ１８ ２次反射光
Ｍ１、Ｍ３ 画素電極
Ｍ２ 反射面
ＯＰ１ 出力ポート
ＯＳ１ 波長多重光信号
ＯＳ１ａ〜ＯＳ１ｄ、ＯＳ２〜ＯＳ５ 光信号
Ｐ１〜Ｐ４ 位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から光が入力される、または外部に光を出力する３以上のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、
光入射層と、光反射層と、前記光入射層と前記光反射層との間に設けられた空間光変調層とを有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから前記光入射層に入射した光を空間変調して前記光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する空間光変調器と、
前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記空間光変調器と光学的に結合させる集光レンズと、
を備え、前記光入出力ポートの配列方向に沿った座標軸をとり、前記集光レンズの光軸の位置を該座標軸の原点とした場合に、前記光入出力ポートにおいて光が入力されるまたは出力する第１ポート、前記第１ポートから入力または出力する光を出力または入力される第２ポートおよび第３ポートの座標をそれぞれｘ０、ｘ１、およびｘ２（ただし、ｘ１、ｘ２＞０）とすると、ｘ２≠２ｘ１＋ｘ０が成り立つことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記第１ポートの座標ｘ０がゼロ以外の値であり、前記光入出力ポートにおいて隣接するポート間の間隔が等間隔または不等間隔であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記第１ポートの座標ｘ０がゼロであり、前記光入出力ポートにおいて隣接するポート間の間隔が不等間隔であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記第１ポートは、前記光入出力ポートの他のポートに出力する光が入力されるポートであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記第１ポートは、前記光入出力ポートの他のポートから入力される光が出力するポートであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記空間光変調器はＬＣＯＳであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に設けられた光分散素子を備え、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光スイッチ。
【請求項８】
前記光入出力ポートは、３以上の波長合分波器を有し、前記各波長合分波器において同一波長を出力する各ポートが、前記配列方向に配列したポートを構成し、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記波長多重合分波器がアレイ型光導波路グレーティングであることを特徴とする請求項８に記載の光スイッチ。
【請求項１】
外部から光が入力される、または外部に光を出力する３以上のポートが所定の配列方向に沿って配列した光入出力ポートと、
光入射層と、光反射層と、前記光入射層と前記光反射層との間に設けられた空間光変調層とを有し、前記光入出力ポートのいずれかのポートから前記光入射層に入射した光を空間変調して前記光入出力ポートの他のいずれかのポートに向けて出力する空間光変調器と、
前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に配置され、前記光入出力ポートと前記空間光変調器と光学的に結合させる集光レンズと、
を備え、前記光入出力ポートの配列方向に沿った座標軸をとり、前記集光レンズの光軸の位置を該座標軸の原点とした場合に、前記光入出力ポートにおいて光が入力されるまたは出力する第１ポート、前記第１ポートから入力または出力する光を出力または入力される第２ポートおよび第３ポートの座標をそれぞれｘ０、ｘ１、およびｘ２（ただし、ｘ１、ｘ２＞０）とすると、ｘ２≠２ｘ１＋ｘ０が成り立つことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記第１ポートの座標ｘ０がゼロ以外の値であり、前記光入出力ポートにおいて隣接するポート間の間隔が等間隔または不等間隔であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記第１ポートの座標ｘ０がゼロであり、前記光入出力ポートにおいて隣接するポート間の間隔が不等間隔であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記第１ポートは、前記光入出力ポートの他のポートに出力する光が入力されるポートであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記第１ポートは、前記光入出力ポートの他のポートから入力される光が出力するポートであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記空間光変調器はＬＣＯＳであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記光入出力ポートと前記空間光変調器との間に設けられた光分散素子を備え、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光スイッチ。
【請求項８】
前記光入出力ポートは、３以上の波長合分波器を有し、前記各波長合分波器において同一波長を出力する各ポートが、前記配列方向に配列したポートを構成し、波長選択光スイッチとして機能することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記波長多重合分波器がアレイ型光導波路グレーティングであることを特徴とする請求項８に記載の光スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−８３４０４（Ｐ２０１２−８３４０４Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２７３９７（Ｐ２０１０−２２７３９７）
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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