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技術 液晶格子に基づく光スイッチ

出願人 華為技術有限公司
発明者 毛崇昌李岷淳王思超
出願日 2014年10月31日 (6年0ヶ月経過) 出願番号 2017-510717
公開日 2017年6月15日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-516159
状態 特許登録済
技術分野 光通信システム 液晶1(応用、原理)
主要キーワード 交差スイッチ 変位器 整列型 感光性ポリマー材料 LCアレイ 偏光格子 液晶格子 固定格子
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図面 (15)

課題・解決手段

本発明の実施形態は、入力コリメータ101と、入力偏光ビームスプリッター201と、入力1/4波長板301と、液晶格子4と、出力1/4波長板302と、出力偏光ビームスプリッター202と、出力コリメータ102と、を含む、液晶格子に基づく光スイッチング装置を提供する。光信号伝送経路は、光信号が選択される出力端に出力されるように、液晶格子の電圧を変更することによって選択される。そのような低コストの光スイッチング装置は、単純な構造を有し、小型である。

概要

背景

波長分割多重化WDM)技術に基づく既存の通信ネットワークにおいて、光−電気光変換を完了するために、ネットワーク内の各ノードは依然として信号の交換を実施する電気信号を用いることによる情報処理の方法を用いている。高速大容量の要求を満たすことに関して、各ノードの電子部品帯域の制限、クロックオフセット、深刻なクロストーク及び大電力消費といった欠点を有する。結果として、「電子ボトルネック」の現象が通信ネットワークに生じる。この問題を解決するために、全光学ネットワーク(AON)概念が提案されている。全光学ネットワークは、良好な伝送性、波長ルーティングという特徴、互換性及び大型化の点で、次世代高速ブロードバンドネットワークの第1の選択肢となっている。

光交差接続(Optical Cross Connection、OXC)は、全光学ネットワークの中核となる構成要素である。光交差接続及び構成要素並びに光分岐挿入装置OADM)などのデバイスエルビウムドープファイバ増幅器(Erbium−doped Optical Fiber Amplifier、EDFA)、減衰器及び光ファイバーが、全光学ネットワークを形成する。OXCは、全光信号を交換し、波長リソースが有効に活用され、波長再使用が実装され、すなわち少ない量の波長が大量のネットワークノード相互接続に用いられるように、OXCはネットワークノードにおいて特定の波長を相互接続する。光ファイバーが遮断され、またはサービス障害が発生すると、サービスが遮断されないように、OXCは障害分離、経路再選択、ネットワーク再構築などの動作を自動的に完了することができる。すなわち、OXCは、高速光信号及びネットワーク回復のための経路選択などの機能を有する。

市場では現在、液晶(Liquid Crystal、LC)及び偏光ビームスプリッター(Polarization Beam Splitter、PBS)に基づくOXCが存在する。図1に示されるように、OXCは主に光コリメータ変位器PBSアレイ、及びLCアレイを含む。光コリメータは光を入出力するように構成され、変位器は入力光を同じ偏光を有する光に変換し、出力端から光コリメータに偏光した光を結合するように構成され、PBSは偏光した光を分離し、結合するように構成され、LCは光の偏光方向を制御するように構成される。各ノードにおける光の偏光方向はLCアレイの電圧を制御することによって制御され、それによって、入力光のいずれかのいずれかのビームの必要な出力ポートへの伝送を実装する。この技術的解決手段によれば、組み立てが非常に困難であり、体積が大きく、コストが高い。

概要

本発明の実施形態は、入力コリメータ101と、入力偏光ビームスプリッター201と、入力1/4波長板301と、液晶格子4と、出力1/4波長板302と、出力偏光ビームスプリッター202と、出力コリメータ102と、を含む、液晶格子に基づく光スイッチング装置を提供する。光信号の伝送経路は、光信号が選択される出力端に出力されるように、液晶格子の電圧を変更することによって選択される。そのような低コストの光スイッチング装置は、単純な構造を有し、小型である。

目的

本発明の実施形態は、切替え可能な偏光格子を使用することによって光交差相互接続を実装し、LCアレイ及びPBSアレイに基づく光交差相互接続に関する、組み立てが非常に困難であり、体積が大きく、コストが高いという従来技術の技術的課題を解決するために、液晶格子に基づく光スイッチを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
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請求項1

入力コリメータと、出力コリメータとを含み、さらに入力偏光ビームスプリッターと、入力1/4波長板と、出力1/4波長板と、出力偏光ビームスプリッターと、N×N液晶格子アレイと、を含み、Nは2以上の整数である、光スイッチング装置であって、前記入偏光ビームスプリッターが、前記入力コリメータと前記入力1/4波長板との間に配置され、前記入力コリメータからの入力光信号を異なる偏光方向を有する2つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する前記2つの光信号を前記入力1/4波長板に出力するように構成され、前記入力1/4波長板が、前記入力偏光ビームスプリッターと前記N×N液晶格子のアレイとの間に配置され、前記入力偏光ビームスプリッターから、異なる偏光方向を有する前記2つの光信号を受け取り、異なる偏光方向を有する前記2つの光信号を円偏光に結合し、前記円偏光を前記N×N液晶格子のアレイに出力するように構成され、前記N×N液晶格子のアレイが、前記入力1/4波長板と前記出力1/4波長板との間に配置され、前記入力1/4波長板からの前記円偏光を、前記N×N液晶格子のアレイ内にあり、前記入力1/4波長板に対応する液晶格子を用いることによって受け取り、前記円偏光を、選択された伝送経路を通って選択された前記出力1/4波長板に出力するように構成され、選択された前記伝送経路が、前記N×N液晶格子のアレイの液晶格子についての電圧を設定することによって選択され、前記出力1/4波長板が、前記N×N液晶格子のアレイと前記出力偏光ビームスプリッターとの間に配置され、前記N×N液晶格子のアレイからの前記円偏光を異なる偏光方向を有する2つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する前記2つの光信号を、前記出力偏光ビームスプリッターに出力するように構成され、前記出力偏光ビームスプリッターが、前記出力1/4波長板と前記出力コリメータとの間に配置され、前記出力1/4波長板からの異なる偏光方向を有する前記2つの光信号を、前記出力コリメータに結合するように構成された、光スイッチング装置。

請求項2

前記N×N液晶格子のアレイにおける液晶格子が、N×N切替え可能偏光格子、N×N切替え可能偏光格子/液晶平板の組み合わせ、N×Nポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子の組み合わせ、またはN×Nポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子/液晶平板の組み合わせを含む、請求項1に記載の光スイッチング装置。

請求項3

前記N×N液晶格子のアレイにおける液晶格子が、N×N切替え可能偏光格子を含み、N×N切替え可能偏光格子内のいずれかの切替え可能偏光格子について、前記いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間に印加された電圧が第1のしきい値電圧よりも低い場合、いずれかの切替え可能偏光格子内の液晶分子入射光回折させる液晶格子を形成し、またはいずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が第1のしきい値電圧以上である場合、前記液晶分子は前記いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧によって生じる電場の方向に向かって偏向し、格子効果が消滅し、前記N×N切替え可能偏光格子において、入射光を偏向する必要がない切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が前記第1のしきい値電圧以上に設定され、前記入射光を偏向させる必要がある切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が前記第1のしきい値よりも低く設定され、前記入射光を偏向させる必要のある前記切替え可能偏光格子が、前記入射1/4波長板に対応し、前記出力1/4波長板に対応する切替え可能偏光格子であり、前記入射光を偏向する必要がない前記切替え可能偏光格子が、N×N切替え可能偏光格子のアレイにおいて、前記入射光を偏向する必要がある前記切替え可能偏光格子を除いた切替え可能偏光格子である、請求項1または2に記載の光スイッチング装置。

請求項4

前記入射光を偏向する必要がある前記切替え可能偏光格子の両端の間の電圧がゼロに設定される、請求項3に記載の光スイッチング装置。

請求項5

前記いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間に印加された電圧が前記第1のしきい値電圧よりも低い場合に、前記いずれかの切替え可能偏光格子が3つの回折レベル、すなわちレベル0、レベル+1、レベル−1を有し、入射する右手円偏光がいずれかの切替え可能偏光によってレベル+1に回折されて左手円偏光に変化し、入射する左手円偏光がいずれかの切り替え可能偏光によってレベル−1に回折されて右手円偏光に変化する、請求項3または4に記載の光スイッチング装置。

請求項6

前記N×N液晶格子アレイにおける格子液晶がさらにN×N液晶平板を含み、各液晶平板が各切替え可能偏光格子に対応して切替え可能偏光格子/液晶平板の組み合わせを形成し、各液晶平板が、前記液晶平板に入射する光信号の偏光状態を制御して、前記液晶平板に対応する切替え可能偏光格子からの信号光及びクロストーク光が前記液晶平板を通過した後に、出力信号光円偏光状態が出力クロストーク光の円偏光状態と反対となるように構成され、前記液晶平板に入射する光信号の偏光状態が、前記液晶平板の両端の間の電圧を設定することによって制御される、請求項3から5のいずれか一項に記載の光スイッチング装置。

請求項7

前記N×N液晶平板が垂直整列型液晶であり、いずれかの液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧よりも低い場合、前記いずれかの液晶平板の出力光の偏光状態が前記いずれかの液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、または、前記いずれかの液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧以上である場合、左手円偏光が前記いずれかの液晶平板に入力されるときは、前記いずれかの液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が前記いずれかの液晶平板に入力されるときは、前記いずれかの液晶平板が左手円偏光を出力する、請求項6に記載の光スイッチング装置。

請求項8

前記N×N液晶平板が電気的に制御された複屈折型液晶であり、いずれかの液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧以上である場合、前記いずれかの液晶平板の出力光の偏光状態が前記液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、前記いずれかの液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧未満である場合、左手円偏光が前記いずれかの液晶平板に入力されると、前記いずれかの液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が前記いずれかの液晶平板に入力されると、前記いずれかの液晶平板が左手円偏光を出力する、請求項6に記載の光スイッチング装置。

請求項9

前記N×N液晶格子のアレイにおける前記液晶格子が、N×Nポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子の組み合わせを含み、いずれかのポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子の組み合わせが、第1のポリマー偏光格子と、第1の液晶平板と、第2のポリマー偏光格子とを含み、前記第1のポリマー偏光格子及び前記第2のポリマー偏光格子が共に固定格子であり、右手円偏光が入力されると、前記右手円偏光が前記第1のポリマー偏光格子または前記第2のポリマー偏光格子によってレベル+1に回折されて左手円偏光を出力し、左手円偏光が入力されると、前記左手円偏光が前記第1のポリマー偏光格子または前記第2のポリマー偏光格子によってレベル−1に回折されて右手円偏光を出力し、前記第1の液晶平板が、前記第1の液晶平板の両端の間の電圧を設定することによって、前記液晶平板に入射する光信号の偏向を制御するように構成された、請求項1または2に記載の光スイッチング装置。

請求項10

前記第1の液晶平板が垂直整列液晶であり、前記第1の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧よりも低い場合、前記第1の液晶平板の出力光の偏光状態が前記第1の液晶平板の入射光の偏光状態と一致し、または、前記第1の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧以上である場合、左手円偏光が前記第1の液晶平板に入力されると、前記第1の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が前記第1の液晶平板に入力されると、前記第1の液晶平板が左手円偏光を出力し、入射光を偏向する必要がない前記第1の液晶平板の両端の電圧が前記第2のしきい値よりも低く設定され、入射光を偏向する必要のある前記第1の液晶平板の両端の間の電圧が、前記第2のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向する必要のある前記第1の液晶平板が、前記入力1/4波長板に対応し、前記出力1/4波長板に対応する前記第1の液晶平板であり、入射光を偏向する必要のない前記第1の液晶平板が、N×Nの第1の液晶平板のアレイにおける、入射光を偏向する必要がある前記第1の液晶平板を除いた第1の液晶平板である、請求項9に記載の光スイッチング装置。

請求項11

前記第1の液晶平板が電気的に制御された複屈折液晶であり、前記第1の液晶平板に印加された電圧が第2のしきい値電圧以上である場合、前記第1の液晶平板の出力光の偏光状態が前記第1の液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、または、前記第1の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧より低い場合、左手円偏光が前記第1の液晶平板に入力されると、前記第1の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が前記第1の液晶平板に入力されると、前記第1の液晶平板が左手円偏光を出力し、入射光を偏向する必要のない前記第1の液晶平板の両端の間の電圧が前記第2のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向する必要のある前記第1の液晶平板の両端の間の電圧が前記第2のしきい値電圧よりも低く設定され、入射光を偏向する必要のある前記第1の液晶平板が、前記入力1/4波長板に対応し、前記出力1/4波長板に対応する前記第1の液晶平板であり、入射光を偏向する必要のない前記第1の液晶平板が、N×Nの第1の液晶平板のアレイにおいて、入射光を偏向する必要がある前記第1の液晶平板を除いた第1の液晶平板である、請求項9に記載の光スイッチング装置。

請求項12

前記N×N液晶格子のアレイの前記液晶格子がさらにN×Nの第2の液晶平板を含み、各第2の液晶平板及び各ポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子の組み合わせが、ポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子/液晶平板の組み合わせを形成し、各第2の液晶平板が、前記第2の液晶平板に入射する光信号の偏光状態を、前記第2の液晶平板に対応するポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子からの信号光及びクロストーク光が前記第2の液晶平板を通過すると、出力信号光の円偏光状態が出力クロストーク光の円偏光状態と反対となるように制御するように構成され、前記第2の液晶平板に入射する光信号の偏光状態が、前記第2の液晶平板の両端間の電圧を設定することによって制御される、請求項9に記載の光スイッチング装置。

請求項13

前記N×Nの第2の液晶平板が垂直整列液晶であり、いずれかの第2の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧よりも低い場合、前記いずれかの第2の液晶平板の出力光の偏光状態がいずれかの第2の液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、前記いずれかの第2の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧以上である場合、左手円偏光が前記いずれかの第2の液晶平板に入力されると、前記いずれかの第2の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が前記いずれかの液晶平板に入力されると、前記いずれかの液晶平板が左手円偏光を出力する、請求項12に記載の光スイッチング装置。

請求項14

前記N×Nの第2の液晶平板が電気的に制御される複屈折液晶であり、いずれかの第2の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧以上である場合、前記いずれかの第2の液晶平板の出力光の偏光状態が、いずれかの第2の液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、前記いずれかの第2の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値よりも低い場合、左手円偏光がいずれかの第2の液晶平板に入力されると、前記いずれかの第2の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が前記いずれかの第2の液晶平板に入力されると、前記いずれかの第2の液晶平板が左手円偏光を出力する、請求項12に記載の光スイッチング装置。

技術分野

0001

本発明は通信分野に関し、具体的には液晶格子に基づく光スイッチに関する。

背景技術

0002

波長分割多重化WDM)技術に基づく既存の通信ネットワークにおいて、光−電気光変換を完了するために、ネットワーク内の各ノードは依然として信号の交換を実施する電気信号を用いることによる情報処理の方法を用いている。高速大容量の要求を満たすことに関して、各ノードの電子部品帯域の制限、クロックオフセット、深刻なクロストーク及び大電力消費といった欠点を有する。結果として、「電子ボトルネック」の現象が通信ネットワークに生じる。この問題を解決するために、全光学ネットワーク(AON)概念が提案されている。全光学ネットワークは、良好な伝送性、波長ルーティングという特徴、互換性及び大型化の点で、次世代高速ブロードバンドネットワークの第1の選択肢となっている。

0003

光交差接続(Optical Cross Connection、OXC)は、全光学ネットワークの中核となる構成要素である。光交差接続及び構成要素並びに光分岐挿入装置OADM)などのデバイスエルビウムドープファイバ増幅器(Erbium−doped Optical Fiber Amplifier、EDFA)、減衰器及び光ファイバーが、全光学ネットワークを形成する。OXCは、全光信号を交換し、波長リソースが有効に活用され、波長再使用が実装され、すなわち少ない量の波長が大量のネットワークノード相互接続に用いられるように、OXCはネットワークノードにおいて特定の波長を相互接続する。光ファイバーが遮断され、またはサービス障害が発生すると、サービスが遮断されないように、OXCは障害分離、経路再選択、ネットワーク再構築などの動作を自動的に完了することができる。すなわち、OXCは、高速光信号及びネットワーク回復のための経路選択などの機能を有する。

0004

市場では現在、液晶(Liquid Crystal、LC)及び偏光ビームスプリッター(Polarization Beam Splitter、PBS)に基づくOXCが存在する。図1に示されるように、OXCは主に光コリメータ変位器PBSアレイ、及びLCアレイを含む。光コリメータは光を入出力するように構成され、変位器は入力光を同じ偏光を有する光に変換し、出力端から光コリメータに偏光した光を結合するように構成され、PBSは偏光した光を分離し、結合するように構成され、LCは光の偏光方向を制御するように構成される。各ノードにおける光の偏光方向はLCアレイの電圧を制御することによって制御され、それによって、入力光のいずれかのいずれかのビームの必要な出力ポートへの伝送を実装する。この技術的解決手段によれば、組み立てが非常に困難であり、体積が大きく、コストが高い。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明の実施形態は、切替え可能な偏光格子を使用することによって光交差相互接続を実装し、LCアレイ及びPBSアレイに基づく光交差相互接続に関する、組み立てが非常に困難であり、体積が大きく、コストが高いという従来技術の技術的課題を解決するために、液晶格子に基づく光スイッチを提供する。

課題を解決するための手段

0006

第1の態様によれば、本発明の実施形態は、入力コリメータと、出力コリメータとを含み、さらに入力偏光ビームスプリッターと、入力1/4波長板と、出力1/4波長板と、出力偏光ビームスプリッターと、N×N液晶格子のアレイと、を含み、Nは2以上の整数である、光スイッチング装置であって、
入力偏光ビームスプリッターが、入力コリメータと入力1/4波長板との間に配置され、入力コリメータからの入力光信号を異なる偏光方向を有する2つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する2つの光信号を入力1/4波長板に出力するように構成され、
入力1/4波長板が、入力偏光ビームスプリッターとN×N液晶格子のアレイとの間に配置され、入力偏光ビームスプリッターから、異なる偏光方向を有する2つの光信号を受け取り、異なる偏光方向を有する2つの光信号を円偏光に結合し、円偏光をN×N液晶格子のアレイに出力するように構成され、
N×N液晶格子のアレイが、入力1/4波長板と出力1/4波長板との間に配置され、入力1/4波長板からの円偏光を、N×N液晶格子のアレイ内にあり、入力1/4波長板に対応する液晶格子を用いることによって受け取り、円偏光を、選択された伝送経路を通って選択された出力1/4波長板に出力するように構成され、選択された伝送経路が、N×N液晶格子のアレイの液晶格子についての電圧を設定することによって選択され、
出力1/4波長板が、N×N液晶格子のアレイと出力偏光ビームスプリッターとの間に配置され、N×N液晶格子のアレイからの円偏光を異なる偏光方向を有する2つの光信号に分離し、異なる偏光方向を有する2つの光信号を、出力偏光ビームスプリッターに出力するように構成され、
出力偏光ビームスプリッターが、出力1/4波長板と出力コリメータとの間に配置され、出力1/4波長板からの異なる偏光方向を有する2つの光信号を、出力コリメータに結合するように構成された、光スイッチング装置を提供する。

0007

第1の態様の第1の可能な実装方法において、N×N液晶格子のアレイにおける液晶格子が、N×N切替え可能偏光格子、N×N切替え可能偏光格子/液晶平板の組み合わせ、N×Nポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子の組み合わせ、またはN×Nポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子/液晶平板の組み合わせを含む。

0008

第1の態様または第1の可能な実装方法におけるいずれかのいずれかの可能な実装方法を参照して、第2の可能な実装方法において、N×N切替え可能偏光格子内のいずれかのいずれかの切替え可能偏光格子について、いずれかのいずれかの切替え可能偏光格子の両端の間に印加された電圧が第1のしきい値電圧よりも低い場合、いずれかの切替え可能偏光格子内の液晶分子入射光回折させる液晶格子を形成し、またはいずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が第1のしきい値電圧以上である場合、液晶分子はいずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧によって生じる電場の方向に向かって偏向し、格子効果が消滅し、
N×N切替え可能偏光格子において、入射光を偏向する必要がない切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が第1のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向させる必要がある切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が第1のしきい値よりも低く設定され、入射光を偏向させる必要のある切替え可能偏光格子が、入力1/4波長板に対応し、出力1/4波長板に対応する切替え可能偏光格子であり、入射光を偏向する必要がない切替え可能偏光格子が、N×N切替え可能偏光格子のアレイにおいて、入射光を偏向する必要がある切替え可能偏光格子を除いた切替え可能偏光格子である。

0009

第1の態様の第2の可能な実装方法を参照して、第3の可能な実装方法において、入射光を偏向する必要がある切替え可能偏光格子の両端の間の電圧がゼロに設定される。

0010

第1の態様の第2または第3の可能な実装方法を参照して、第4の可能な実装方法において、いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間に印加された電圧が第1のしきい値電圧よりも低い場合に、いずれかの切替え可能偏光格子が3つの回折レベル、すなわちレベル0、レベル+1、レベル−1を有し、入射する右手円偏光がいずれかの切替え可能偏光によってレベル+1に回折されて左手円偏光に変化し、入射する左手円偏光がいずれかの切り替え可能偏光によってレベル−1に回折されて右手円偏光に変化する。

0011

第1の態様の第2から第4の可能な実装方法のいずれか一つを参照して、第5の可能な実装方法において、出力信号光円偏光状態が出力クロストーク光の円偏光状態と反対であり、液晶平板に入射する光信号の偏光状態が、液晶平板の両端の間の電圧を設定することによって制御される。

0012

第1の態様の第5の可能な実装方法を参照して、第6の可能な実装方法において、
いずれかの液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧よりも低い場合、いずれかの液晶平板の出力光の偏光状態がいずれかの液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、または、
いずれかの液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧以上である場合、左手円偏光がいずれかの液晶平板に入力されるときは、いずれかの液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光がいずれかの液晶平板に入力されるときは、いずれかの液晶平板が左手円偏光を出力する。

0013

第1の態様の第5の可能な実装方法を参照して、第7の可能な実装方法において、いずれかの液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧以上である場合、いずれかの液晶平板の出力光の偏光状態が液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、
いずれかの液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧未満である場合、左手円偏光がいずれかの液晶平板に入力されると、いずれかの液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光がいずれかの液晶平板に入力されると、いずれかの液晶平板が左手円偏光を出力する。

0014

第1の態様または第1の可能な実装方法のいずれかの可能な実装方法を参照して、第8の可能な実装方法において、いずれかのポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子の組み合わせが、第1のポリマー偏光格子と、第1の液晶平板と、第2のポリマー偏光格子とを含み、
第1のポリマー偏光格子及び第2のポリマー偏光格子が共に固定格子であり、
右手円偏光が入力されると、右手円偏光が第1のポリマー偏光格子または第2のポリマー偏光格子によってレベル+1に回折されて左手円偏光を出力し、左手円偏光が入ry九されると、左手円偏光が第1のポリマー偏光格子または第2のポリマー偏光格子によってレベル−1に回折されて右手円偏光を出力し、
第1の液晶平板が、第1の液晶平板の両端の間の電圧を設定することによって、液晶平板に入射する光信号の偏向を制御するように構成される。

0015

第1の態様の第8の可能な実装方法を参照して、第9の可能な実装方法において、第1の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧以上である場合、左手円偏光が第1の液晶平板に入力されると、第1の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が第1の液晶平板に入力されると、第1の液晶平板が左手円偏光を出力し、
入射光を偏向する必要がない第1の液晶平板の両端の電圧が第2のしきい値よりも低く設定され、入射光を偏向する必要のある第1の液晶平板の両端の間の電圧が、第2のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向する必要のある第1の液晶平板が、入力1/4波長板に対応し、出力1/4波長板に対応する第1の液晶平板であり、入射光を偏向する必要のない第1の液晶平板が、N×Nの第1の液晶平板のアレイにおける、入射光を偏向する必要がある第1の液晶平板を除いた第1の液晶平板である。

0016

第1の態様の第8の可能な実装方法を参照して、第10の可能な実装方法において、第1の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧より低い場合、左手円偏光が第1の液晶平板に入力されると、第1の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光が第1の液晶平板に入力されると、第1の液晶平板が左手円偏光を出力し、
入射光を偏向する必要のない第1の液晶平板の両端の間の電圧が第2のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向する必要のある第1の液晶平板の両端の間の電圧が第2のしきい値電圧未満に設定され、入射光を偏向する必要のある第1の液晶平板が、入力1/4波長板に対応し、出力1/4波長板に対応する第1の液晶平板であり、入射光を偏向する必要のない第1の液晶平板が、N×Nの第1の液晶平板のアレイにおいて、入射光を偏向する必要がある第1の液晶平板を除いた第1の液晶平板である。

0017

第1の態様の第8の可能な実装方法を参照して、第11の可能な実装方法において、出力信号光の円偏光状態が出力クロストーク光の円偏光状態と反対であり、第2の液晶平板に入射する光信号の偏光状態が、第2の液晶平板の両端間の電圧を設定することによって制御される。

0018

第1の態様の第11の可能な実装方法を参照して、第12の可能な実装方法において、いずれかの第2の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧よりも低い場合、いずれかの第2の液晶平板の出力光の偏光状態がいずれかの第2の液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、
いずれかの第2の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧以上である場合、左手円偏光がいずれかの第2の液晶平板に入力されると、いずれかの第2の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光がいずれかの液晶平板に入力されると、いずれかの液晶平板が左手円偏光を出力する。

0019

第1の態様の第11の可能な実装方法を参照して、第13の可能な実装方法において、N×Nの第2の液晶平板が電気的に制御される複屈折液晶であり、
いずれかの第2の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧以上である場合、いずれかの第2の液晶平板の出力光の偏光状態が、いずれかの第2の液晶平板の入力光の偏光状態と一致し、
いずれかの第2の液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値よりも低い場合、左手円偏光がいずれかの第2の液晶平板に入力されると、いずれかの第2の液晶平板が右手円偏光を出力し、右手円偏光がいずれかの第2の液晶平板に入力されると、いずれかの第2の液晶平板が左手円偏光を出力する。

0020

本発明の実施形態は、入力コリメータと、入力偏光ビームスプリッターと、入力1/4波長板と、N×N液晶格子のアレイと、出力1/4波長板と、出力偏光ビームスプリッターと、出力コリメータとを含む、液晶格子に基づく光スイッチング装置を提供する。入力偏光ビームスプリッター及び入力1/4波長板を通過した後に、入力光は円偏光に変化する。光の伝送経路は液晶格子の電圧を変化させることによって選択され、光は特定のポートに出力され、出力1/4波長板及び出力偏光ビームスプリッターを通過し、次いで出力コリメータに結合され、これによって、N×N光交差切替え機能及び光分岐挿入機能を実装する。光の伝送経路は液晶格子の電圧を設定することによって選択され、これは光スイッチング装置を単純化し、コストを低減し、構成要素の大きさを低減させる。以下に、特定の実施形態を用いた説明を行う。

0021

本発明の実施形態における解決手段及び従来技術をより明確に説明するために、以下に簡単に本実施形態または従来技術を説明するために必要な添付図面について説明する。明らかに、以下の説明における添付図面は単に本発明のいくつかの実施形態を示すにすぎず、当業者であれば、創造的な努力なしにこれらの添付図面から他の図面を得ることができる。

図面の簡単な説明

0022

従来技術の光スイッチング装置の概略的な構造図である。
本発明の実施形態1に従う液晶格子に基づく光スイッチング装置の概略的な構造図である。
本発明の実施形態2に従う切替え可能な偏光格子に基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。
切替え可能な偏光格子の液晶整列層を作製するためのプロセスの概略図である。
切替え可能な偏光格子の両端の間の電圧が0Vである場合の液晶分子の整列の概略図である。
切替え可能な偏光格子の両端の間の電圧が第1のしきい値電圧よりも高い場合の液晶分子の整列の概略図である。
切替え可能な偏光格子の原理の概略図である。
本発明の実施形態3に従う切替え可能な偏光格子/液晶平板に基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。
垂直整列(VA)型液平板の原理の概略図である。
切替え可能な偏光格子/液晶の組み合わせの原理の概略図である。
本発明の実施形態4に従う、ポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子の組み合わせに基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。
ポリマー偏光格子を作製するプロセスの概略図である。
ポリマー偏光格子の原理の概略図である。
本発明の実施形態5に従う、ポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子/液晶平板の組み合わせに基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。

実施例

0023

以下に、本発明の実施形態についての添付の図面を参照して、本発明の実施形態の技術的解決手段を明確に説明する。明らかに、説明される実施形態は本発明の実施形態の全てではなく、一部にすぎない。創造的な努力の必要なく本発明の実施形態に基づいて当業者が得ることができるその他全ての実施形態は、本発明の保護範囲内に入ることとなる。

0024

本発明の実施形態は、入力コリメータ、入力偏光ビームスプリッター、入力1/4波長板、液晶格子、出力1/4波長板、出力偏光ビームスプリッター、及び出力コリメータを含む、液晶格子に基づく光スイッチング装置を提供する。入力偏光ビームスプリッター及び入力1/4波長板を通過後、入力光は円偏光に変化する。光についての伝送経路は、液晶格子の電圧を変更することによって選択され、光は特定のポートに出力され、出力1/4波長板及び出力偏光ビームスプリッターを通過し、その後出力コリメータに結合され、これによってN×N光交差スイッチ機能及び光分岐挿入機能を実装する。光についての伝送経路は、液晶格子の電圧を設定することによって選択され、これは光スイッチング装置を単純化し、コストを低減し、構成要素の大きさを低減する。以下に、特定の実施形態を用いて説明する。

0025

実施形態1
図2は、本発明の実施形態1に従う液晶格子に基づく光スイッチング装置の概略的な構造図である。図に示されるように、本発明のこの実施形態における液晶格子に基づく光スイッチング装置は、入力コリメータ101、入力偏光ビームスプリッター201、入力1/4波長板301、N×N液晶格子4のアレイ、出力1/4波長板302、出力偏光ビームスプリッター202、及び出力コリメータ102を含み、nは2以上の整数である。

0026

入力コリメータ101は、光ファイバーから入力される光信号を受容するように構成される。入力コリメータ101は、周辺光信号の入射ポートである。光信号は入力光ファイバーを通過し、入力コリメータ101に入り、入力コリメータ101は入力光信号のビーム成形を行って、ビームウェスト部を拡大し、入力光信号の発散角を低減し、これによってこれらの入力光信号は自由空間内でより長い距離を伝送することができる。

0027

入力偏光ビームスプリッター201は入力コリメータ101と入力1/4波長板301との間に配置され、入力コリメータ101からの入力光信号を2つの異なる偏光方向を有する光信号に分離し、異なる偏光方向を有する2つの光信号を入力1/4波長板301に出力するように構成される。偏光ビームスプリッター201は、複数の技術を用いて実装され、例えば、複屈折結晶、偏光多層膜ポリマー膜石英ガラスエッチングを用いて実装されうる。

0028

入力1/4波長板301は入力偏光ビームスプリッター201と液晶格子4との間に配置され、異なる偏光方向を有する2つの光信号を偏光ビームスプリッター201から受け取り、異なる偏光方向を有する2つの光信号を円偏光に変換し、円偏光をN×N液晶格子4のアレイに出力するように構成される。

0029

N×N液晶格子4のアレイは入力1/4波長板301と出力1/4波長板302との間に配置され、N×N液晶格子4のアレイ内にあり、入力1/4波長板に対応する液晶格子を用いることによって、入力1/4波長板301からの円偏光を受け取り、円偏光を選択された伝送経路を通して選択された出力1/4波長板302に出力し、選択された伝送経路は、N×N液晶格子4のアレイの液晶格子についての電圧を設定することによって選択される。

0030

出力1/4波長板302はN×N液晶格子4のアレイと出力偏光ビームスプリッター202との間に配置され、N×N液晶格子4のアレイから円偏光を受け取り、円偏光を異なる偏光方向を有する2つの光信号に変換し、異なる偏光方向を有する2つの光信号を偏光ビームスプリッター202に出力するように構成される。

0031

出力偏光ビームスプリッター202は、出力1/4波長板302と出力コリメータ102との間に配置され、出力1/4波長板302からの異なる偏光方向を有する2つの光信号に対する偏光結合を実施し、異なる偏光方向を有する2つの光信号を出力コリメータ102に出力するように構成される。出力偏光ビームスプリッター202の実装方法は、入力偏光ビームスプリッター201の実装方法と同じであり、詳細は本明細書では改めて説明しない。

0032

出力コリメータ102は、出力偏光ビームスプリッター202によって出力された光信号を受け取り、受け取った光信号を出力として光ファイバーに結合するように構成される。

0033

本発明のこの実施形態は、入力コリメータ101と、入力偏光ビームスプリッター201と、入力1/4波長板301と、N×N液晶格子4のアレイと、出力1/4波長板302と、出力偏光ビームスプリッター202と、出力コリメータ102と、を含む、液晶格子に基づく光スイッチング装置を提供する。光信号の伝送経路は液晶格子の電圧を変化させることによって選択され、光信号は選択された出力端に出力される。低コストの光スイッチング装置は単純な構造を有し、小型である。

0034

実施形態2
図3は、本発明の実施形態2に従う切替え可能偏光格子に基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。図3に示されるように、本発明の実施形態2における切替え可能偏光格子に基づく光スイッチング装置は、入力コリメータ101と、入力偏光ビームスプリッター201と、入力1/4波長板301と、N×N切替え可能偏光格子401のアレイと、出力1/4波長302と、出力偏光ビームスプリッター202と、出力コリメータ102と、を含む。

0035

入力コリメータ101は、光ファイバーから入力された光信号を受け取り、光ファイバーから入力された光信号にビーム成形を行って、光信号を入力偏光ビームスプリッター201に出力するように構成される。詳細は図2に示すように本発明の前述の実施形態1において説明したので、本明細書では改めて説明しない。

0036

入力偏光ビームスプリッター201は、入力コリメータ101からの入力光信号を異なる偏光方向を有する2つの光信号に分離し、2つの異なる偏光方向を有する光信号を入力1/4波長板301に出力するように構成される。詳細は、図2に示されるように本発明の前述の実施形態1において説明したので、本明細書では改めて説明はしない。

0037

入力1/4波長板301は、異なる偏光方向を有する2つの光信号を入力偏光ビームスプリッター201から受け取り、異なる偏光方向を有する2つの光信号を円偏光に変換し、円偏光をN×N切替え可能偏光格子401のアレイに出力するように構成される。

0038

N×N切替え可能偏光格子401のアレイは、入力1/4波長板301と出力1/4波長板302との間に配置され、円偏光を入力1/4波長板301から受け取り、N×N切替え可能偏光格子401のアレイの電圧を変化させることによって光の伝送経路を選択し、選択された出力1/4波長板302に出力するように構成される。

0039

特定の用途において、N×N切替え可能偏光格子401における切替え可能偏光格子(Switchable Polarization Grating、SPG)の構造及び製造プロセスは、従来の液晶板(Liquid Crystal、LC)の製造と非常によく似ている。主な違いは、液晶整列層の製造にある。一般に、ネマティック(nematic)LCの整列層は、ナイロン製の布、ガラス表面のポリマー層を用いてブラッシング及びワイピングによって形成され、または単一ビームの露光によって形成される。図4に示されるように、SPGの液晶整列層は、ポリマー層を紫外線コヒーレント偏光の2つのビーム、例えば図4(b)の上部の光の2つのビームに露光することによって形成され、光のビームの一方は右手偏光であり、もう一方のビームは左手偏光である。図4に示される液晶整列層は、ガラス基板と、光配向層と、電極と、を含む。液晶が2つのガラス基板の間に注入されると、液晶分子の配向は、露光後に整列層に形成されるホログラフィックパターンに従って整列される。図5に示されるように、SPGの両端の間に電圧が印加されない場合、液晶分子は入射光を回折することができる液晶格子を形成する。図6に示されるように、SPGの両端の電圧が第1のしきい値電圧Vth以上である場合、液晶分子は電場の方向に向かって偏向し、格子効果が消滅し、ここで、第1のしきい値電圧は、選択される液晶分子及び切替え可能偏光格子の構造に依存する。

0040

具体的には、N×N切替え可能偏光格子におけるいずれかの切替え可能偏光格子について、いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間に印加される電圧が第1のしきい値電圧よりも低い場合、いずれか切替え可能偏光格子の液晶分子が入射光を回折する液晶格子を形成し、または、いずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧が第1のしきい値電圧以上の場合、液晶分子はいずれかの切替え可能偏光格子の両端の間の電圧によって発生する電場の方向に偏向し、格子効果が消滅する。

0041

N×N切替え可能偏光格子において、入射光を偏向する必要がない切替え可能偏光格子の両端の間の電圧は、第1のしきい値電圧以上に設定され、入射光を偏向する必要がある切替え可能偏光格子の両端の間の電圧は、第1の閾値未満に設定され、ここで、入射光を偏向する必要がある切替え可能偏光格子は、入力1/4波長板に対応し、出力1/4波長板に対応する切替え可能偏光格子であり、入射光を偏向する必要がない切替え可能偏光格子は、N×N切替え可能偏光格子アレイにおいて、入射光を偏向する必要がある切替え可能偏光格子を除いた切替え可能偏光格子である。

0042

SPGは、3つの回折レベルであるレベル0、レベル+1及びレベル−1を有する。偏光ビームスプリッター及び1/4波長板は、入射光を、入射光の異なる偏向状態に従って左手円偏光及び右手円偏光に分解し、図7に示されるように、左手円偏光及び右手円偏光は、それぞれSPGによってレベル±1に回折される。具体的には、SPGの両端の間の電圧が第1のしきい値電圧Vth以上である場合、いずれかの偏光状態にある入射光がSPGを通過した後、偏光状態は変化されず、伝搬方向は変化しない。一方、SPGの両端の間の電圧が第1のしきい値電圧Vthよりも低い場合、例えば、V=0Vである場合、右手円偏光はレベル+1に回折されて左手円偏光に変化し、左手円偏光はレベル−1に回折されて右手円偏光に変化する。

0043

具体的に、4×4光スイッチング装置を例として用いる。図3に示すように、C1、C2、C3及びC4ポートは入射ポートであり、O1、O2、O3及びO4ポートは出力ポートである。C1−O3、C2−O1、C3−O2及びC4−O4交差接続が実装されるべきである場合、電圧は表1に従ってSPGについて設定される。例えば、C1−O3を実装するためには、C1とO3との交差点に配置されたSPGに印加される電圧のみがゼロに設定される必要があり、高い電圧が他のSPGに印加される。具体的には、高い電圧はしきい値電圧Vth以上である。このようにすると、光はC1のコリメータから入射し、伝送方向が変化しないで2つのSPGを通過し、次いで(電圧が0Vである)第3のSPGを通過してO3に向けて偏向するように回折され、最終的にO3のコリメータに結合され、C1からO3まで光の伝送を実装することができる。

0044

0045

この4×4光スイッチング装置は、光分岐挿入機能を有する。図3に示されるように、A1、A2、A3及びA4ポートは挿入ポートであり、1つ以上の波長を光学経路に挿入するように構成され、D1、D2、D3及びD4ポートは分岐ポートであり、1つ以上の波長を光学経路から分岐するように構成される。例えば、C1−O2、C2−O3、C3−D3、C4−O1、A4−O4機能を実装するためには、C3が分岐ポートD3に送られ、A4が出力ポートO4に挿入され、これらは表2に従ってSPGについて電圧を設定することによって実装可能である。

0046

0047

出力1/4波長板302は、N×N切替え可能偏光格子401のアレイから光信号を受け取り、光信号を異なる偏光方向を有する2つの光信号に変換し、2つの異なる偏光方向を有する光信号を偏光ビームスプリッター202に出力するように構成される。詳細は図2に示されるように本発明の前述の実施形態1において説明したため、本明細書において改めて説明はしない。

0048

出力偏光ビームスプリッター202は、2つの異なる偏光方向を有する光信号を受け取り、2つの異なる偏光方向を有する光信号に対して偏光結合を実施し、2つの異なる偏光方向を有する光信号を出力コリメータ102に出力するように構成される。出力偏光ビームスプリッター202は、複数の技術を用いて実装され、例えば、複屈折結晶、偏光多層膜、ポリマー膜及び石英ガラスエッチングを用いて実装されうる。詳細は図2に示されるように本発明の前述の実施形態1において説明したため、本明細書において改めて説明はしない。

0049

出力コリメータ102は、光信号を出力偏光ビームスプリッター202から受け取り、受け取った光信号を出力のための光ファイバーに結合するように構成される。詳細は図2に示されるように本発明の前述の実施形態1において説明したため、本明細書では改めて説明しない。

0050

本発明のこの実施形態は、入力コリメータ101と、入力偏光ビームスプリッター201と、入力1/4波長板301と、N×N切替え可能偏光格子401のアレイと、出力1/4波長板302と、出力偏光ビームスプリッター202と、出力コリメータ102と、を含む液晶格子に基づく光スイッチング装置を提供する。光信号についての伝送経路は、光信号が選択される出力端に出力されるように、切替え可能偏光格子401についての電圧を設定することによって選択される。低コストの光スイッチング装置は、単純な構造を有し、小型である。

0051

実施形態3
図8は、本発明の実施形態3に従う切替え可能偏光格子/液晶平板に基づく光スイッチング装置の特定の概略的な構造図である。図8に示されるように、本発明の実施形態3における切替え可能偏光格子/液晶平板に基づく光スイッチング装置は、入力コリメータ101と、入力偏光ビームスプリッター201と、入力1/4波長板301と、N×N切替え可能偏光格子401/液晶平板402のアレイと、出力1/4波長板302と、出力偏光ビームスプリッター202と、出力コリメータ102と、を含む。

0052

本実施形態における解決手段は、液晶平板402が各切替え可能偏光格子401の後に追加されて切替え可能偏光格子401/液晶平板402の組み合わせを形成することを除いて、実施形態2におけるものと類似している。N×N切替え可能偏光格子401/液晶平板402のアレイの電圧は、クロストーク光の円偏光状態が、信号光の円偏光状態とは反対となるように制御される。クロストーク光が出力1/4波長板302を通過した後は、クロストーク光の偏光状態は信号光の偏光状態に対して垂直であり、クロストーク光は出力端における出力偏光ビームスプリッターによって遮断される。このようにして、信号対雑音比を顕著に向上させることができる。

0053

具体的には、本実施形態における光スイッチング装置の液晶平板402は、主に光の偏光状態を制御するように構成される。任意選択的に、液晶平板の整列方法は、電気的に制御された複屈折(Electrically Controlled Birefringence、ECB)型または垂直整列(Vertical Alignment、VA)型であってよい。V<Vth2、例えばV=0Vである場合において、ECB型液晶は複屈折結晶であり、V≧Vth2であるとき、複屈折効果を有しない。V<Vth2、例えばV=0Vである場合、VA型液晶は複屈折効果を有さず、V≧Vth2である場合、複屈折結晶である。Vth2は第2のしきい値電圧であり、第2のしきい値電圧Vth2は液晶平板内の液晶分子及び液晶平板の構造に依存する。

0054

VA型を例として用いる。図9に示されるように、VA型液晶の動作原理は次のようになる。印加電圧が第2のしきい値電圧Vth2以上である場合、左手円偏光が入力されると、右手円偏光が出力され、右手円偏光が入力されると、左手円偏光が出力される。印加電圧が第2のしきい値電圧よりも低い場合、例えばV=0Vの場合、出力光の偏光状態は入力光の偏光状態と一致する。

0055

図10に示されるように、光がSPGを通過した後、信号光の偏光方向はクロストーク光の偏光方向と同じである。従って、実施形態2において、別のSPGからのクロストーク光は信号光のチャンネルに結合され、信号対雑音比が低減される。本発明のこの実施形態において、液晶平板LC402はSPG平板の後に追加される。図10に示されるように、液晶平板の電圧は、クロストーク光の円偏光状態が常に信号光の円偏光に対して反対となることができるように設定される。このようにして、クロストーク光が出力1/4波長板を通過した後、クロストーク光の偏光状態は信号光の偏光状態に対して垂直となり、クロストーク光は出力ビームスプリッターによって遮断される。このようにして、信号対雑音比を顕著に向上することができる。

0056

実施形態2の解決手段と同様に、N×N切替え可能偏光格子と液晶平板との組み合わせは、N×N光交差機能の実装を可能にし、分岐挿入機能を有することができる。出力経路は、切替え可能偏光格子及び液晶平板の電圧を設定することによって選択され、光交差機能及び分岐挿入機能がさらに実装可能である。詳細は図3に示されるように本発明の前述の実施形態2において説明したので、本明細書では改めて説明しない。

0057

本発明のこの実施形態は、入力コリメータ101と、入力偏光ビームスプリッター201と、入力1/4波長板301と、N×N切替え可能偏光格子401/液晶平板402のアレイと、出力1/4波長板302と、出力偏光ビームスプリッター202と、出力コリメータ102と、を含む切替え可能偏光格子/液晶平板に基づく光スイッチング装置を提供する。光信号の伝送経路はN×N切替え可能偏光格子401/液晶平板402のアレイの電圧を設定することによって選択され、光信号は選択された出力端に出力される。そのような低コストの光スイッチング装置は単純な構造を有し、小型である。さらに、液晶平板の電圧は、クロストーク光の偏光状態が信号光の偏光状態に対して垂直であり、クロストーク光が出力ビームスプリッターによって遮断されるように設定される。このようにして、信号対雑音比を顕著に向上することができる。

0058

実施形態4
図11は、本発明の実施形態4に基づくポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子の組み合わせに基づく光スイッチング装置の概略的な構造図である。図11に示されるように、本発明の実施形態4におけるポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子の組み合わせに基づく光スイッチング装置は、入力コリメータ101と、入力偏光ビームスプリッター201と、入力1/4波長板301と、N×Nポリマー偏光格子4031/液晶平板402/ポリマー偏光格子4032のアレイと、出力1/4波長板302と、出力偏光ビームスプリッター202と、出力コリメータ102と、を含む。

0059

この実施形態における解決手段は、切替え可能偏光格子401がポリマー偏光格子4031/液晶平板402/ポリマー偏光格子4032の組み合わせによって置き換えられ、ここで、「/」は光伝送経路において「/」の前後の構成要素の間の隣接する関係を示しており、すなわち光信号はポリマー偏光格子4031を通過し、液晶402に出力され、そしてポリマー偏光格子4032に出力される。

0060

特定の実施形態において、ポリマー偏光格子(Polymer Polarization Grating、PPG)を製造する工程が図12に示されている。まず、感光性ポリマー材料光配向材料)がガラス基板上に設けられる(図12(a)に示すように)。次いで、コヒーレント光の2つのビームが感光性ポリマー層を露光してホログラムを形成するのに用いられ(図12(b)に示すように)、次いで重合可能な液晶が感光性層の上に設けられる(図12(c)に示すように)。次いで、均一なUV光が重合可能な液晶を露光し、重合可能な液晶を固体化するのに用いられる。この場合、液晶分子は感光層のホログラフィックパターンに従って整列され、固定された格子を形成する(図12(d)に示すように)。

0061

PPGは固定された格子であり、そのため、PPGの性能は電圧を印加することによって変化することができない。図13に示されるように、右手円偏光はレベル+1に回折されて、左手円偏光に変化し、左手円偏光は、レベル−1に回折されて、右手円偏光に変化する。従って、PPGは出力光について2つの方向のみを有する。

0062

液晶平板402は、液晶平板402の両端の間の電圧を設定することによって、液晶平板402に入射する光信号の偏向を制御するように構成される。

0063

任意選択的に、液晶平板402はECB型液晶またはVA型液晶でありうる。ECB型液晶及びVA型液晶の原理については、詳細は図8に示されるように本発明の前述の第3の実施形態で説明したため、本明細書において改めて説明はしない。

0064

N×N PPG/LC/PPGの組み合わせは、N×N光交差スイッチ機能を実装することができる。具体的に、4×4 PPG/LC/PPGの組み合わせを例として用いる。図11に示されるように、液晶平板はVA型液晶であり、またはECB液晶が用いられてもよい。液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値以上である場合、光の偏光方向が変化され、出射光の偏向が生じる。液晶平板に印加される電圧が第2のしきい値電圧よりも低い場合、特に、印加電圧がV=0Vである場合、光の偏光方向は変化せず、出射光は光軸に対して平行である。このようにして、4×4光交差スイッチ機能及び分岐挿入機能が、液晶平板についての電圧を設定することによって実装可能である。

0065

任意選択的に、液晶平板402がVA型液晶平板である場合、入射光を偏向させる必要のない液晶平板402の両端の電圧は第2のしきい値電圧よりも低くなるように設定され、入射光を偏向させる必要がある液晶平板402の両端の間の電圧は第2のしきい値電圧以上となるように設定され、入射光を偏向させる必要のある液晶平板402は、入力1/4波長板301に対応し、出力1/4波長板302に対応する液晶平板であり、入射光を偏向させる必要がない液晶平板402は、N×N液晶平板402のアレイのうち、入射光を偏向させる必要がある液晶平板402を除いた液晶平板402である。

0066

任意選択的に、液晶平板402がECB型液晶平板である場合、入射光を偏向させる必要がない液晶平板402の両端の間の電圧は、第2のしきい値電圧以上となるように設定され、入射光を偏向させる必要がある液晶平板402の両端の間の電圧は、第2のしきい値電圧よりも低くなるように設定され、入射光を偏向させる必要のある液晶平板402は、入力1/4波長板301に対応し、出力1/4波長板302に対応する液晶平板であり、入射光を偏向させる必要のない液晶平板402は、N×N液晶平板402のアレイにおいて、入射光を偏向させる必要がある液晶平板402を除いた液晶平板である。

0067

図11に示されるように、4×4 PPG/LC/PPGの組み合わせにおいて、C1、C2、C3及びC4ポートは入射ポートであり、O1、O2、O3及びO4ポートは出力ポートである。液晶平板の電圧は、C1−O3、C2−O1、C3−O2及びC4−O4交差接続を実装するために表3に従って設定される必要があるのみである。

0068

0069

ステムは、光交差スイッチ機能及び分岐挿入機能の両方を実装することができる。図11に示されるように、A1、A2、A3及びA4ポートは挿入ポートであり、光学経路に1つ以上の波長を挿入するように構成され、D1、D2、D3及びD4ポートは分岐ポートであり、光学経路から1つ以上の波長を分岐するように構成される。各ポートの機能については、詳細は実施形態2について説明されており、本明細書で改めて説明はしない。例えば、C1−O3、C2−O4、C3−D3、C4−O2及びA1−O1を実装するために、LCアレイについての電圧は表3に従って設定可能である。

0070

0071

本発明のこの実施形態は、入力コリメータ101と、入力偏光ビームスプリッター201と、入力1/4波長板301と、PPG4031/LC402/PPG4032と、出力1/4波長板302と、出力偏光ビームスプリッター202と、出力コリメータ102と、を含む、ポリマー偏光格子/液晶平板/ポリマー偏光格子に基づく光スイッチング装置を提供する。光信号の伝送経路は、液晶平板402の電圧を設定することによって選択され、光信号は選択された出力端に出力される。低コストの光スイッチング装置は、単純な構造を有し、小型である。

0072

実施形態5
図14は、本発明の実施形態5に従うPPG/LC/PPG/LCに基づく光スイッチング装置の概略的な構造図である。図14に示すように、本発明の実施形態5におけるPPG/LC/PPG/LCに基づく光スイッチング装置は、入力コリメータ101と、入力偏光ビームスプリッター201と、入力1/4波長板301と、N×N PPG4031/LC4021/PPG4032/LC4022のアレイと、出力1/4波長板302と、出力偏光ビームスプリッター202と、出力コリメータ102と、を含む。

0073

この実施形態における解決手段は、液晶平板4022が各ポリマー偏光格子4031/液晶平板4021/ポリマー偏光格子4032の後に追加されて、ポリマー偏光格子4031/液晶4021/ポリマー偏光格子4032/液晶4022の組み合わせを形成することを除いて、実施形態4のそれと類似している。

0074

任意選択的に、VA型が液晶平板として選択されてもよく、またはECB型液晶が液晶平板として選択されてもよい。VA型液晶及びECB型液晶の動作原理については、詳細は実施形態3において説明されており、本明細書では改めて説明はしない。クロストーク光の抑制の原理は実施形態3のそれと類似しており、すなわち、クロストーク光の偏光方向は信号光の偏光方向とは反対にされ、クロストーク光は出力端において偏光ビームスプリッター202によって遮断される。そのため、システムの信号対雑音比を顕著に向上させることができる。

0075

本発明のこの実施形態は、入力コリメータ101と、入力偏光ビームスプリッター201と、入力1/4波長板301と、N×N PPG4031/LC4021/PPG4032/LC4022のアレイと、出力1/4波長板302と、出力偏光ビームスプリッター202と、出力コリメータ102とを含む、切替え可能偏光格子/液晶平板に基づく光スイッチング装置を提供する。光信号についての伝送経路は、LC4021についての電圧を設定することによって選択され、光信号は選択された出力端に出力される。そのような低コストの光スイッチング装置は、単純な構造を有し、小型である。さらに、LC4022についての電圧は、クロストーク光の偏光状態が信号光の偏光状態と垂直となるように設定され、クロストーク光は出力ビームスプリッターによって遮断される。このようにして、信号対雑音比を顕著に向上させることができる。

0076

前述の説明は単に本発明の特定の実装方法であり、本発明の保護範囲を限定することを意図するものではない。本発明において開示された技術的範囲内において、当業者によって容易に理解されるあらゆる変形または置換は本発明の保護範囲内に入ることとなる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に属するものとする。

0077

4液晶格子
101入力コリメータ
102出力コリメータ
201入力偏光ビームスプリッター
202出力偏光ビームスプリッター
301 入力1/4波長板
302 出力1/4波長板
401切替え可能偏光格子
402液晶平板
4021 液晶平板
4022 液晶平板
4031ポリマー偏光格子
4032 ポリマー偏光格子

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