CN100526939C - 光开关 - Google Patents

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Abstract

提供一种光开关，在光开关中，对于通过不同路径的偏振光，通过使光路长和光学特性相同，可以不需要调整光路长和光学特性，降低信号劣化，高速进行工作。具有偏振光分离合成装置(1)、至少2个反射装置(2)和控制偏振方向的偏振控制装置(3)而构成，为了使通过偏振光分离合成装置(1)所分离的2个偏振光成分以相互不同的前进方向在同一光路上前进，并再次射入到偏振光分离合成装置(1)合成，在配置偏振光分离合成装置(1)以及反射装置(2)的同时，在该光路上配置偏振控制装置(3)，通过偏振控制装置(3)控制各偏振光成分的偏振方向。

Description

光开关
技术领域
本发明涉及切换光路的光开关，特别涉及利用液晶分子的排列状态变化来进行光路切换的开关。
背景技术
在光通信领域中，为使用光纤构成光网络，必须有切换入射光和出射光间的光开关。在该光纤通信中，例如作为长距离传输用，使用1.55μm带或1.3μm带，作为短距离传输用，使用850nm带。
众所周知，作为这样的光开关，现在有在直线方向上设置光的射入/射出端构成的十字型2×2光切换开关(例如，特开平2—100025号公报)或在正交方向上设置光的射入/射出端构成的2×2光切换开关。
十字型2×2光切换开关具有这样的结构：一对光纤使用两组通过准直透镜连接的偏振光束分光器，在该偏振光束分光器的中间挟入液晶元件。该十字型2×2光切换开关根据施加给液晶元件电压的有无，将从一方的偏振光束分光器一侧的光纤射入的光，从另一方的偏振光束分光器一侧的光纤有选择地切换射出。
另外，作为在正交方向上设置光的射入/射出端构成的2×2光切换开关的例子，有如图25所示的结构。
在图25(a)中，2×2光切换开关在对偏振光束分光器101正交的两侧，各配置组合液晶元件103和反射板105的光学元件以及组合液晶元件104和反射板106的光学元件，隔着偏振光束分光器101，在液晶元件103对面一侧通过准直仪107连接光纤109，隔着偏振光束分光器101，在液晶元件104对面一侧通过准直仪108连接光纤110。该光纤109、110因为兼带射入和射出，所以通过在光纤109、110连接回转器111、112，来分离射入光和射出光。液晶元件103、104根据电压的施加，使射入光的偏振状态变化λ/4波长。在该构成中，通过与反射板组合，用射入和射出吻合，偏振状态就会变化λ/2波长。
在该构成的2×2光切换开关中，作为开关操作，可以采取将射入端和射出端设为不同侧的状态(Exchanging state)和将射入端和射出端设为同一侧的状态(Straight state)的两种操作。另外，偏振光束分光器101具有偏振分离合成膜102。
图25(b)是用于说明不同侧的状态的图示。在该操作状态中，不向液晶元件103及液晶元件104施加电压。从光纤109射入的光由偏振面正交的2个偏振光成分p和偏振光成分s构成，用准直仪变为平行光线后，进入偏振光束分光器101，通过偏振分离合成膜102分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
当电压未被施加到液晶元件103及液晶元件104时，偏振状态的变换通过液晶元件103及液晶元件104进行。另外，在图25(b)中，用ON表示偏振状态的变换进行的状态。直进的偏振光成分p，偏振状态只变化λ/4波长并通过液晶元件103后，在反射板105反射，再次通过液晶元件103。这时，偏振状态再变化λ/4波长，射入的偏振光成分p变换为偏振光成分s。所变换的偏振光成分s在偏振分离合成膜102被反射，通过准直仪108射出给光纤110。另一方面，在偏振分离合成膜102反射的偏振光成分s，偏振状态只变化λ/4波长并通过液晶元件104后，在反射板106反射，再次通过液晶元件104。这时，偏振状态再变化/4波长，射入的偏振光成分s变换为偏振光成分p。所变换的偏振光成分p通过偏振分离合成膜102，通过准直仪108射出给光纤110。由此，射入的光就可从与射入端不同的端部射出。
另外，图25(c)是用于说明同一侧的状态的图示。在该操作状态中，向液晶元件103及液晶元件104施加电压。当电压施加给液晶元件103及液晶元件104时，偏振状态的变换不通过液晶元件103及液晶元件104进行。另外，在图25(c)中，用OFF表示偏振状态的变换未进行的状态。
直进的偏振光成分p，在只以λ/4波长原样的偏振状态通过液晶元件103后，在反射板105反射，再次以原来的偏振状态通过液晶元件103。反射后，通过液晶元件103的偏振光成分p直进偏振分离合成膜102，通过准直仪107射出给光纤109。另一方面，在偏振分离合成膜102反射的偏振光成分s，以原来的偏振状态通过液晶元件104后，在反射板106反射，再次以原来的偏振状态通过液晶元件104。反射后，通过液晶元件104的偏振光成分s，在偏振分离合成膜102反射，通过准直仪107射出给光纤109。由此，射入的光就可从与射入端相同的端部射出。
另外，上述2×2光切换开关的构成及使用2×2光切换开关的放大衰减(add/drop)式多路复用器的结构，例如在Optical Engineering，Vol.40No.8，1521-1528，August 2001(Sarun Sumriddetchakajorn，Nabeel A.Riza，Deepak K.Sengupta)中有记载。
光开关对于射入和射出的转换要求功能要对称。在上述的2×2光切换开关的结构中，当转换射入和射出时，在光开关内，由于偏振光成分，光路或通过的液晶元件或光学***不同，所以不一定功能对称。因此，存在以下问题：即对于射入和射出的转换，为了使功能对称，必须吻合光路长，或调整液晶元件或光学***特性。在这一点上，因为结构所必需的零件个数越多需调整处就越增多，所以带来更大的问题，另外也会对制造成本带来影响。
另外，众所周知，作为光信号产生的损失有偏振依存性损失(PDL：Polarization Dependent Loss)或偏振方式分散(PMD：PolarizationModulation Disperation)。偏振依存性损失例如有的因伴随通过具有液晶元件的电极的信号强度的降低而产生，在通过液晶元件的次数多的结构中，存在该偏振依存性损失变大的问题。另外，偏振方式分散由于正交的偏振方式，光脉冲的分散程度不同，所以存在如果光路长不同，则导致因该光分散而产生的信号劣化变大的问题。
另外，在由液晶元件切换偏振状态的结构中，切换速度依赖于该液晶元件的切换速度。该液晶元件的切换速度因为具有与液晶元件的厚度的2次方成比例的特性，所以要求薄的液晶元件。但是，因为液晶元件的厚度由变换的偏振角度和光的波长决定，所以也存在高速操作较困难的问题。
因此，本发明的目的是：解决以往的课题，对于通过不同路径的偏振光，通过使光路长或光学特性相同，可以不需要进行光路长或光学特性的调整，另外，可以降低因偏振方式分散而产生的信号劣化；通过降低通过液晶元件电极的次数，作为降低偏振依存性损失、降低或削减零件个数或调整处的结构，可以降低成本；另外，可以加速液晶元件的应答，高速操作光开关。
发明内容
本发明的光开关，是具有偏振光分离合成装置、至少2个反射装置和控制偏振方向的偏振控制装置的结构，为了使通过偏振光分离合成装置所分离的2个偏振光成分在同一光路上以相互不同进行方向行进，并被再射入给偏振光分离合成装置进行合成，在配置偏振光分离合成装置及反射装置的同时，在该光路上配置偏振控制装置，通过偏振控制装置控制各偏振光成分的偏振方向。
在此，在光路上所配置的偏振控制装置，在该光路上进行整体λ/2波长的偏振控制。另外，反射装置及偏振光分离合成装置形成的光路形成多边形，该多边形如下配置：将偏振光分离合成装置中的内角作为直角，将从反射装置的个数中减去1所得个数乘以180度所得角度作为多边形的内角的和。
根据本发明的光开关，通过偏振光分离合成装置和至少2个反射装置以及偏振控制装置的配置结构，用偏振光分离合成装置所分离的2个偏振光成分分别以不同进行方向行进在同一光路上，并再次射入到偏振光分离合成装置进行合成。另外，2个偏振光成分在同一光路上通过同一偏振控制装置。由此，即使是不同的路径，因为通过同一光路，所以光路长及通过的光路上的光学特性相同。因此，不需要调整光路长或光学特性，可以降低因偏振方式分散而产生的信号劣化。
另外，在现有的结构中，必须根据偏振光成分按不同的路径设置偏振光分离合成装置。但是，根据本发明的光开关，因为是通过在同一光路上配置的1个偏振控制装置来变换偏振状态的结构，所以可以降低偏振光成分通过偏振控制装置的次数，从而降低偏振依存性损失。另外因为使用在同一光路上配置的1个偏振控制装置，所以可以降低或削减零件个数或调整处，进而降低成本。
另外，当由液晶元件构成偏振控制装置时，通过采用增加在反射装置中设置液晶元件等的光路上配置的液晶元件的个数的结构，可以使各液晶元件的厚度变薄，从而可以提高光开关的操作速度。
本发明的光开关，作为2个偏振光成分相互以不同前进方向行进在同一光路上、并再次射入到偏振光分离合成装置、在光路上配置偏振控制装置的结构，可以有各种各样的形态。
在反射装置配置的一种形态中，反射装置如下配置：在对于偏振光分离合成装置对称的位置上，配置2个反射板，使偏振光成分的射入角及射出角为22.5度。由此，即使是不同的路径也被形成同一路径。
在该反射板的配置结构中，偏振控制装置的一种配置形态是将进行λ/4波长的偏振控制的偏振控制装置配置于2个反射板中一方反射板的光路上的前方位置。另外，偏振控制装置的另一种配置形态是将进行λ/8波长的偏振控制的偏振控制装置配置于反射装置的2个反射板的光路上的前方位置。
通过该偏振控制装置的配置，即使是不同的路径也可通过同一路径，由此对任何偏振光成分都可进行相同的偏振控制。
另外，在配置反射装置的其他的形态中，反射装置在对于偏振光分离合成装置对称的位置上，配置2个反射板，将偏振光成分的射入角及射出角配置为45度，进而，在连接2个反射板的光路上，在对于这些反射板垂直方向上配置1个反射板。
在该反射板的配置结构中，偏振控制装置的配置形态，是将进行λ/4波长的偏振控制的偏振控制装置配置于在垂直方向上配置的1个反射板或平行配置的2个反射板等的光路上的反射板的前方位置。另外，偏振控制装置的其他的配置形态，是将进行λ/12波长的偏振控制的偏振控制装置配置于3个反射板的各自光路上的前方位置。
另外，在配置反射装置及偏振控制装置的其他的形态中，反射装置在对于偏振光分离合成装置对称的位置上，配置2个反射板，将偏振光成分的射入角及射出角配置为22.5度，并将进行λ/2波长的偏振控制的偏振控制装置配置于2个反射板间的光路上。进而，在配置反射装置及偏振控制装置的其他的形态中，反射装置在对于偏振光分离合成装置对称的位置上配置2个反射板，将偏振光成分的射入角及射出角配置为22.5度，并将进行λ/10波长的偏振控制的偏振控制装置配置于2个偏振控制装置的光路上的前方位置以及2个反射板间的光路上。
通过配置这些各反射装置及偏振控制装置，即使是不同路径也都通过相同路径，由此可以对任何偏振光成分进行相同的偏振控制。
另外，在本发明的光开关中，偏振控制装置可以用液晶元件构成。液晶元件除了作为通过偏振的角度将s偏振和p偏振的偏振状态变换90度、控制偏振光分离合成装置中的通过和反射的切换用液晶元件使用外，还可以作为残留双折射补偿用液晶使用，该残留双折射补偿用液晶补偿由残留在配置于液晶或光路上的偏振板上的残留双折射所产生的路径的偏振状态的偏移。残留双折射的补偿，除了施加电压以使切换用液晶元件和残留双折射补偿用液晶元件的定向方向正交，消除两液晶元件的双折射量外，还可以通过在光路上配置双折射结晶或各向异性薄膜来进行。
另外，液晶元件可以是各种各样的结构。在1种结构中，通过在液晶元件上设置反射板，可以构成反射装置。
在具有该反射板的液晶元件构成中，在一种形态中，可以是在液晶元件的内部配置反射板的结构，在该结构中，可以将液晶元件具有的2个电极中的1个电极作为反射板。在其他的形态中，可以是在液晶元件的外部配置反射板的结构。
另外，根据本发明的光开关，作为构成2输入2输出开关的形态，在一种形态中，是在本发明的光开关的光路的两端，与光轴一致配置输入/输出端口，在该输入/输出端口连接回转器的结构。
另外，在其他的形态中，在本发明的光开关的光路的两端，对于光路的光学中心对称且与光轴一致分别配置2个输入/输出端口。通过该结构，本发明的光开关可以不需要回转器而构成2输入2输出开关。另外，通过本发明的光开关可以也构成回转器。
另外，本发明的光开关也可以作为Add/Drop装置的构成要素使用，另外，通过控制偏振状态，除了上述的切换或残留双折射补偿之外，也可以作为温度补偿或衰减器使用。
附图说明
图1是用于说明本发明的光开关基本结构的概略图。
图2是用于说明基于本发明的光开关的基本结构的第1构成例及操作状态的图示。
图3是用于说明基于本发明的光开关的基本结构的第2构成例及操作状态的图示。
图4是用于说明本发明的第1、2构成例的配置的图示。
图5是用于说明基于本发明的光开关的基本结构的第3构成例及操作状态的图示。
图6是用于说明基于本发明的光开关的基本结构的第4构成例及操作状态的图示。
图7是用于说明基于本发明的光开关的基本结构的第5构成例及操作状态的图示。
图8是用于说明基于本发明的光开关的基本结构的第6构成例及操作状态的图示。
图9是用于说明基于本发明的光开关的基本结构的第7构成例及操作状态的图示。
图10是使用本发明的第1～7构成例的2×2光开关的构成例。
图11是用于说明基于本发明的光开关的基本结构的其他构成例的图示。
图12是用于说明基于本发明的光开关的基本结构的其他构成例的偏振状态的图示。
图13是用于说明在本发明的光开关中适用2芯准直仪的构成例的图示。
图14是用于说明在本发明的光开关中使用单偏振的光开关构成例的图示。
图15是用于说明在本发明的光开关中使用单偏振的光开关构成例的图示。
图16是用于说明在本发明的光开关中使用单偏振组合2×2开关和衰减器的构成例的图示。
图17是用于说明在本发明的光开关中使用单偏振组合2×2开关和衰减器的构成例的图示。
图18是用于说明在本发明的光开关中使用单偏振组合2×2开关和衰减器的构成例的图示。
图19是使用本发明的光开关组合三维配置的2×2光开关和衰减器的1个构成例。
图20是可以适用于用于本发明的光开关的偏振控制装置的液晶元件的构成例。
图21是用于说明液晶元件的光的残留双折射补偿的等效光路图。
图22是用于说明液晶元件的光的残留双折射补偿的图示。
图23是用于说明液晶元件的光的残留双折射补偿的残留双折射的特性图。
图24是使用本发明的光开关的构成例。
图25是在正交方面上设置光的射入/射出端的现有结构的2×2切换开关的例子。
具体实施方式
下面，使用附图说明用于实施本发明的最佳方式的光开关。
图1是用于说明本发明的光开关基本结构的概略图。在图1中，本发明的光开关具有偏振光分离合成装置1、至少2个反射装置2(2A、2B)和控制偏振方向的偏振控制装置3。偏振光分离合成装置1分离射入的光所包含的p偏振光成分和s偏振光成分，对于p偏振光成分使其原样直进，对于s偏振光成分使其反射。
反射装置2(2A、2B)如下配置：使通过偏振光分离合成装置1所分离的2个偏振光成分在同一光路上以相互不同进行方向行进，并再射入给偏振光分离合成装置。用图中的A表示的三角形表示由偏振光分离合成装置1及反射装置2、3所形成的光路，形成2个路径：即对从用图中的a表示的方向射入的光来看，直进偏振光分离合成装置1，以反射装置2A及反射装置2B的顺序被反射后，再返回到偏振光分离合成装置1的路径c；和在偏振光分离合成装置1反射，以反射装置2B及反射装置2A的顺序被反射后，再返回到偏振光分离合成装置1的路径d，2个路径c、d为同一光路。另外，对从用图中的b表示的方向射入的光来看，因为偏振光分离合成装置1、反射装置2A、2B的配置为光学对称，所以同样，2个路径c、d为同一光路。
另外，在该光路上配置控制偏振状态的偏振控制装置3。另外，偏振控制装置3的配置位置，在光路上可以是各种各样的形态。
通过该结构，即使是不同的路径，也可以具有相同的光路长，在光路上，要通过的反射装置或偏振控制装置等的光学元件也可以相同。
再者，偏振光分离合成装置1可以通过偏振光分离合成膜形成，另外，偏振控制装置可以通过液晶元件形成。
接着，使用图2、3、6～10对基于本发明的光开关的基本结构的构成例及其构成例的操作状态进行说明。
使用图2说明第1构成例。第1构成例如下配置：在对于偏振光分离合成装置1对称的位置上，配置2个反射板2A、2B，使偏振光成分的射入角及射出角为22.5度。另外，射入角及射出角在图中用θ表示。在该构成例中，将进行λ/4波长的偏振控制的偏振控制装置3a配置于2个反射板2a、2b中一方反射板(在图中，虽然表示反射板2a的例子，但也可以是反射板2b)的光路上的前方位置。
图2(a)是用于说明对应所述不同侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，不进行由偏振控制装置的偏振光变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用OFF表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光由偏振面正交的2个偏振光成分p和偏振光成分s构成，用图未示的准直仪变为平行光束后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3a不进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p以原来的偏振状态通过偏振控制装置3a后，在反射板2a被反射，再次通过偏振控制装置3a。这时，偏振状态没有变化，仍为偏振光成分p原来的状态。偏振光成分p进而在反射板2b被反射，再次到达偏振光分离合成装置1。这时的偏振光成分p的前进方向是和射入方向正交的方向。该偏振光成分p直进偏振光分离合成装置1，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。
另一方面，在偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，在反射板2b被反射，以原来的偏振状态通过偏振控制装置3a后，在反射板2a被反射，再次通过偏振控制装置3a。这时，偏振状态没有变化，仍为偏振光成分s原来的状态。偏振光成分s再次到达偏振光分离合成装置1并被反射。这时的反射方向是和射入方向正交的方向，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。由此，射入的光可从与射入端不同的射出端部射出。
图2(b)是用于说明对应所述同一侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，进行由偏振控制装置的偏振变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过不向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用ON表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光用图未示的准直仪变为平行光束后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3a进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p由于通过偏振控制装置3a而被变换λ/4波长后，在反射板2a反射，通过再次通过偏振控制装置3a，被变换λ/4波长后，变换为偏振光成分s。偏振光成分s进而在反射板2b反射，再次到达偏振光分离合成装置1。这时的偏振光成分s的前进方向是和射入方向正交的方向。该偏振光成分s在偏振光分离合成装置1被反射，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT射出。
另一方面，在偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，在反射板2b被反射，接着由于通过偏振控制装置3a而被变换λ/4波长后，在反射板2a反射，通过再次通过偏振控制装置3a，被变换λ/4波长后，变换为偏振光成分p。偏振光成分p再次到达偏振光分离合成装置1并直进。这时的前进方向是和射入方向相反的方向，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT射出。由此，射入的光可从与射入端相同的端部射出。
使用图3说明第2构成例。第2构成例如下配置：在对于偏振光分离合成装置1对称的位置上，配置2个反射板2a、2b，使偏振光成分的射入角及射出角为22.5度。另外，射入角及射出角在图中用θ表示。在该构成例中，将进行λ/4波长的偏振控制的偏振控制装置3b、3c配置于2个反射板2a、2b的光路上的前方位置。
图3(a)是用于说明对应所述不同侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，不进行由偏振控制装置的偏振变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用OFF表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光用图未示的准直仪变为平行光束后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3b不进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p以原来的偏振状态通过偏振控制装置3b后，在反射板2a被反射，再次通过偏振控制装置3b。这时，偏振状态没有变化，仍为偏振光成分p原来的状态。偏振光成分p进而在反射板2b被反射的同时，2次通过偏振控制装置3c。但是，因为偏振控制装置3c不进行偏振变换，所以偏振光成分p仍为原来的状态。在反射板2b被反射的偏振光成分p再次到达偏振光分离合成装置1。这时的偏振光成分p的前进方向是和射入方向正交的方向。该偏振光成分p直进偏振光分离合成装置1，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。
另一方面，在偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，在该操作状态中，因为偏振控制装置3c不进行偏振变换，所以以原来的偏振状态通过偏振控制装置3c后，在反射板2b被反射，再次通过偏振控制装置3c。这时，偏振状态没有变化，仍为偏振光成分s原来的状态。偏振光成分s进而在反射板2a被反射的同时，2次通过偏振控制装置3b。但是，因为偏振控制装置3b不进行偏振变换，所以偏振光成分s仍为原来的状态。在反射板2a被反射的偏振光成分s再次到达偏振光分离合成装置1并被反射，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。由此，射入的光从与射入端不同的端部射出。
图3(b)是用于说明对应所述同一侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，进行偏振控制装置的偏振变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过不向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用ON表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光用图未示的准直仪变为平行光束后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3b进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p由于通过偏振控制装置3b而被变换λ/8波长后，在反射板2a被反射，通过再次通过偏振控制装置3b，被变换λ/8波长，共被变换λ/4波长。被变换了λ/4波长的偏振光成分，进而在反射板2b的反射中，在2次通过偏振控制装置3c期间，2次受到λ/8波长的变换，共被变换λ/4波长。由此偏振光成分p被变换为偏振光成分s。所变换的偏振光成分s再次到达偏振光分离合成装置1。该偏振光成分s在偏振光分离合成装置1被反射，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT被射出。
另一方面，通过偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，在反射板2b被反射期间，通过2次通过偏振控制装置3c，受到λ/4波长的变换，进而在反射板2a被反射期间，通过2次通过偏振控制装置3b，受到λ/4波长的变换，被变换为偏振光成分p。偏振光成分p再次到达偏振光分离合成装置1并直进。这时的前进方向是和射入方向相反的方向，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT被射出。由此，射入的光从与射入端相同的端部射出。
所述第1、2构成例，通过图4所示的结构可以进行偏振光分离合成装置、反射板及偏振控制装置的配置。
图4(a)是配置结构的一个例子。在该配置结构中，通过用棱镜11a、11b夹住偏振分离合成膜10构成偏振光分离合成装置1，固定于图未示的框上。另一方面，对于反射板2a、2b，也在图未示的框上设置固定构件，通过该固定构件进行定位。偏振光分离合成装置及反射板的角度关系可以通过设置于框上的固定构件确定。另外，在该构成例子中，反射板间是空气环境。
图4(b)是配置结构的其他的例子。在该配置结构中，在通过用棱镜11a、11b夹住偏振分离合成膜10构成偏振光分离合成装置1的同时，反射板2a、2b也夹住梯形棱境11c构成，接合棱镜11a、11b和11c而构成。
根据该结构，偏振光分离合成装置及反射板的角度关系可以通过棱镜设定，进而，因为光路可以全部在棱镜内形成，所以可以减少在空气中传送时产生的衰减或散乱。
用图5说明第3构成例。第3构成例在对于偏振光分离合成装置1对称的位置上配置2个反射板2a、2b，将偏振光成分的射入角及射出角配置为45度，进而，在连接2个反射板2a、2b的光路上，将1个反射板2c配置在对于2a、2b的垂直方向上。
另外，射入角及射出角在图中用θ表示。在该构成例中，将进行λ/4波长的偏振控制的偏振控制装置3d配置于反射板2c的光路上的前方位置。
图5(a)是用于说明对应所述不同侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，不进行由偏振控制装置的偏振变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用OFF表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光用图未示的准直仪变为平行光线后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3d不进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p在反射板2a被反射后，以原来的偏振状态通过偏振控制装置3d后，在反射板2c被反射，再次通过偏振控制装置3d。这时，偏振状态没有变化，仍为偏振光成分p原来的状态。偏振光成分p进而在反射板2b被反射，再次到达偏振光分离合成装置1。这时的偏振光成分p的前进方向是和射入方向正交的方向。该偏振光成分p直进偏振光分离合成装置1，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。
另一方面，在偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，在该操作状态中，因为偏振控制装置3d不进行偏振变换，所以偏振光成分s在反射板2b被反射后，以原来的偏振状态通过偏振控制装置3d后，在反射板2c被反射，再次通过偏振控制装置3d。这时，偏振状态没有变化，仍为偏振光成分s原来的状态。偏振光成分s进而在反射板2a被反射，再次到达偏振光分离合成装置1并被反射，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。由此，射入的光从与射入端不同的端部射出。
图5(b)是用于说明对应所述同一侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，进行偏振控制装置的偏振变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过不向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用ON表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光用图未示的准直仪变为平行光束后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3d进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p在反射板2a被反射后，由于通过偏振控制装置3d被变换λ/4波长后，在反射板2c反射，通过再次通过偏振控制装置3d，被变换λ/4波长，被变换为偏振光成分s。偏振光成分s在反射板2b被反射，再次到达偏振光分离合成装置1。该偏振光成分s在偏振光分离合成装置1被反射，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT射出。
另一方面，在偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，在反射板2b被反射后，由于通过偏振控制装置3d被变换λ/4波长后，在反射板2c被反射，通过再次通过偏振控制装置3d被变换λ/4波长，被变换为偏振光成分p。所变换的偏振光成分p在反射板2a被反射，再次到达偏振光分离合成装置1。该偏振光成分p直进偏振光分离合成装置1，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT射出。由此，射入的光从与射入端相同的端部射出。
另外，在第4构成例中，偏振控制装置3d的配置位置不局限于位于上述构成例所示的反射板2c，也可以是反射板2a或反射板2b等任意的位置。
使用图6说明第4构成例。第4构成例在对于偏振光分离合成装置对称的位置上配置2个反射板，将偏振光成分的射入角及射出角配置为45度，进而，在连接2个反射板2a、2b的光路上，将1个反射板2c配置在对于这些反射板的垂直方向上。偏振控制装置的其他的配置形态，将进行λ/12波长的偏振控制的偏振控制装置各配置于3个反射板的光路上的前方位置。
另外，射入角及射出角在图中用θ表示。在该构成例中，将进行λ/12波长的偏振控制的偏振控制装置3e、3f、3g配置于各反射板2a、2b、2c上。
图6(a)是用于说明对应所述不同侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，不进行由偏振控制装置的偏振变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用OFF表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光用图未示的准直仪变为平行光束后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3e、3f、3g不进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p在各反射板2a、2b、2c被反射，返回到偏振光分离合成装置1。因为偏振光成分p在通过设置于该各反射板2a、2b、2c上的偏振控制装置3e、3f、3g时，不进行偏振变换，所以以原来的偏振状态返回到偏振光分离合成装置1。这时的偏振光成分p的前进方向是和射入方向正交的方向。该偏振光成分p直进偏振光分离合成装置1，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。
另一方面，在偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，在该操作状态中，因为偏振控制装置3e、3f、3g不进行偏振变换，被反射的偏振光成分s在各反射板2a、2b、2c被反射，返回到偏振光分离合成装置1。因为偏振光成分s在通过设置于该各反射板2a、2b、2c上的偏振控制装置3e、3f、3g时，不进行偏振变换，所以以原来的偏振状态返回到偏振光分离合成装置1并被反射，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。由此，射入的光从与射入端不同的端部射出。
图6(b)是用于说明对应所述同一侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，进行由偏振控制装置的偏振变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过不向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用ON表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光用图未示的准直仪变为平行光束后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3e、3f、3g进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p每次在各反射板被反射都2次受到λ/12波长的偏振变换，共进行λ/6波长的偏振变换。通过用3个反射板2a、2b、2c进行该λ/6波长的偏振变换，共受到λ/2波长的偏振变换，被变换为偏振光成分s。偏振光成分s在反射板2b被反射，再次到达偏振光分离合成装置1。该偏振光成分s在偏振光分离合成装置1被反射，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT射出。
另一方面，在偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，与偏振光成分p同样，通过相反的路径，每次在各反射板被反射都2次受到λ/12波长的偏振变换，共进行λ/6波长的偏振变换。通过用3个反射板2a、2b、2c进行该λ/6波长的偏振变换，共受到λ/2波长的偏振变换，被变换为偏振光成分p。所变换的偏振光成分p在反射板2a被反射，再次到达偏振光分离合成装置1。该偏振光成分p直进偏振光分离合成装置1，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT射出。由此，射入的光从与射入端相同的端部射出。
使用图7说明第5构成例。第5构成例与第3、4构成例同样，是相互正交配置3个反射板的结构，将与偏振光分离合成装置1邻接的任意一方的反射板作为棱镜等的全反射镜，将进行λ/8波长的偏振控制的偏振控制装置配置于剩下的2个反射板的光路上的前方位置。
在图7中，表示将反射板2b作为棱镜，将进行λ/8波长的偏振控制的偏振控制装置配置于反射板2a、2c的光路上的前方位置的结构。另外，在图7中，省略偏振控制装置进行表示。
使用图8说明第6构成例。第6构成例在对于偏振光分离合成装置对称的位置上配置2个反射板，将偏振光成分的射入角及射出角配置为22.5度，将进行λ/2波长的偏振控制的偏振控制装置配置于2个反射板间的光路上。另外，射入角及射出角在图中用θ表示。在该构成例中，将进行λ/2波长的偏振控制的偏振控制装置3h配置于反射板2a、2b间的光路上。
图8(a)是用于说明对应所述不同侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，不进行由偏振控制装置的偏振变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用OFF表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光用图未示的准直仪变为平行光束后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3h不进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p在反射板2a被反射后，以原来的状态通过偏振控制装置3h，在反射板2b被反射，返回到偏振光分离合成装置1。这时的偏振光成分p的前进方向是和射入方向正交的方向。该偏振光成分p直进偏振光分离合成装置1，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。
另一方面，在偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，在该操作状态中，因为偏振控制装置3h不进行偏振变换，所以所反射的偏振光成分s在反射板2b被反射后，以原来的状态通过偏振控制装置3h，在反射板2a被反射，返回到偏振光分离合成装置1并被反射，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。由此，射入的光从与射入端不同的端部射出。
图8(b)是用于说明对应所述同一侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，进行由偏振控制装置的偏振变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过不向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用ON表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光用图未示的准直仪变为平行光束后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3h进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p在反射板2a被反射后，在通过偏振控制装置3h期间被变换为偏振光成分s，在反射板2b被反射，返回到偏振光分离合成装置1。这时的偏振光成分s的前进方向是和射入方向正交的方向，该偏振光成分s在偏振光分离合成装置1被反射，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT射出。
另一方面，在偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，在反射板2b被反射后，在通过偏振控制装置3h期间被变换为偏振光成分p，在反射板2a被反射，返回到偏振光分离合成装置1。这时的偏振光成分p的前进方向是和射入方向相反的方向，直进偏振光分离合成装置1，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT射出。由此，射入的光从与射入端相同的端部射出。
使用图9说明第7构成例。第7构成例在对于偏振光分离合成装置对称的位置上配置2个反射板，将偏振光成分的射入角及射出角配置为22.5度，将进行λ/10波长的偏振控制的偏振控制装置配置于2个反射板的光路上的前方位置以及2个反射板间的光路上。另外，射入角及射出角在图中用θ表示。在该构成例中，将进行λ/10波长的偏振控制的偏振控制装置3i、3j配置于反射板2a、2b上，将进行λ/10波长的偏振控制的偏振控制装置3k配置于反射板2a、2b间的光路上。
图9(a)是用于说明对应所述不同侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，不进行由偏振控制装置的偏振变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用OFF表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光用图未示的准直仪变为平行光束后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3i、3j、3k不进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p在用各反射板2a、2b反射的路径上，以原来的状态通过偏振控制装置3i、3j、3k，在反射板2b被反射，返回到偏振光分离合成装置1。这时的偏振光成分p的前进方向是和射入方向正交的方向。该偏振光成分p直进偏振光分离合成装置1，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。
另一方面，在偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，因为偏振控制装置3i、3j、3k不进行偏振变换，所以所反射的偏振光成分s在反射板2b被反射后，以原来的状态通过偏振控制装置3i、3j、3k，在反射板2a被反射，返回到偏振光分离合成装置1并被反射，通过图未示的准直仪，从在图中用OUT表示的射出端射出。由此，射入的光从与射入端不同的端部射出。
图9(b)是用于说明对应所述同一侧的状态的操作的图示。在该操作状态中，进行由偏振控制装置的偏振变换。在作为偏振控制装置使用液晶元件时，通过不向液晶元件施加电压，可以是该操作状态。在图中，用ON表示该操作状态。
从射入端(图中的IN)射入的光用图未示的准直仪变为平行光束后，由偏振光分离合成装置1分离为直进的偏振光成分p和反射的偏振光成分s。
在该操作状态中，因为偏振控制装置3i、3j、3k进行偏振变换，所以直进的偏振光成分p在反射板2a被反射时，通过偏振控制装置3i，2次受到λ/10波长的偏振变换，共进行λ/5波长的偏振变换，由于通过偏振控制装置3k，进行λ/10波长的偏振变换，进而，在反射板2a被反射时，通过偏振控制装置3j，2次受到λ/10波长的偏振变换，共进行λ/5波长的偏振变换，最终通过λ/2波长的偏振变换被变换为偏振光成分s。偏振光成分s在反射板2b被反射，返回到偏振光分离合成装置1。这时的偏振光成分s的前进方向是和射入方向正交的方向，该偏振光成分s在偏振光分离合成装置1被反射，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT被射出。
另一方面，在偏振光分离合成装置1反射的偏振光成分s，在反射板2b被反射时，通过偏振控制装置3j，2次受到λ/10波长的偏振变换，共进行λ/5波长的偏振变换，由于通过偏振控制装置3k，进行λ/10波长的偏振变换，进而，在反射板2a被反射时，通过偏振控制装置3i，2次受到λ/10波长的偏振变换，共进行λ/5波长的偏振变换，最终通过λ/2波长的偏振变换被变换为偏振光成分p，返回到偏振光分离合成装置1。偏振光成分p直进偏振光分离合成装置1，通过图未示的准直仪，从和射入端相同的射出端OUT被射出。由此，射入的光从与射入端相同的端部射出。
图10是使用第1～7构成例的2×2光开关的构成例。在图10中，对于本发明的光开关100通过准直仪107、108连接光纤109、110，通过将回转器111、112安装到该光纤109、110上，由此可以构成2×2光开关。在此，回转器111、112可以用于通过同一光纤的光信号的分离。
接着，使用图11～13说明基于本发明的光开关的基本结构的其他构成例及其构成例中的偏振状态。
该构成例，在图1所示的光开关的基本结构中，在射入端及射出端，对于光路的光学中心，对称地且与光轴一致配置2个输入/输出端口。
在图11(a)中，具有2个输入/输出端口4a、4b及2个输入/输出端口5a、5b，输入/输出端口4a、4b对于光路。的光学中心p与光轴一致而设定，另外，输入/输出端口5a、5b也对于光路。的光学中心，与光轴一致而设定。通过该结构，在光开关中，可以不需要回转器。
图11(b)是说明光开关操作的图示。例如，由输入/输出端口4b输入的信号，可以不需要回转器由输入/输出端口5a或输入/输出端口4a转换输出。另外，由输入/输出端口5b输入的信号，可以不需要回转器从输入/输出端口4a或输入/输出端口5a转换输出。
图12是用于说明上述结构的操作的图示。图12(a)是将从输入/输出端口4a射入的光从输入/输出端口5b射出时的操作。在该操作中，不进行由图未示的偏振控制装置的偏振变换。从输入/输出端口4a射入的光的偏振光成分p和偏振光成分s，通过偏振光分离合成装置1分离后，在反射装置2A、2B被反射，到达输入/输出端口5b。这时，因为各输入/输出端口对于光路的光学中心对称地且与光轴一致配置，所以如上述图11(b)所示，以交差的状态从另一方的输入/输出端口5b射出。
另一方面，图12(b)是将从输入/输出端口4a射入的光从相同一侧的输入/输出端口4b射出时的操作。在该操作中，通过进行由图未示的偏振控制装置的偏振变换来进行。从输入/输出端口4b射入的光的偏振光成分p和偏振光成分s，通过偏振光分离合成装置1分离后，在反射装置2A、2B被反射的同时，在光路上被偏振变换，到达偏振光分离合成装置1并被反射。这时，因为各输入/输出端口对于光路的光学中心对称且与光轴一致配置，所以以交差的状态从相同一侧的输入/输出端口4b射出。
在这种结构的光开关上连接光纤的准直仪，如图13所示，可以适用2芯的准直仪。2芯的准直仪6对应图11、12中的4a、4b或5a、5b配置。
接着，使用图14～18说明在本发明的光开关中使用单偏振的光开关的构成例。
图14是在所述图7中所示的结构中，只使用单偏振构成光开关的例子。图14(a)是1×2光开关，图14(b)是2×2光开关。
图14(a)所示的1×2光开关，将偏振光分离合成装置1a配置于本发明的光开关A具有的偏振光分离合成装置1的一端，将偏振光分离合成装置1a的一端作为输入端(IN)，将偏振光分离合成装置1a的另一端及偏振光分离合成装置1的另一端作为输出端(分别为OUT2、OUT1)。
根据该结构，例如当从输入端IN输入时，在不进行由光开关A的偏振变换的状态下，从输出端OUT1输出，在进行由光开关A的偏振变换的状态下，从输出端OUT2输出。
另外，图14(b)所示的2×2光开关，将偏振光分离合成装置1a配置于本发明的光开关A具有的偏振光分离合成装置1的一端，将偏振光分离合成装置1b配置于另一端，将偏振光分离合成装置1a、1b的一端作为输入端(IN1、IN2)，将偏振光分离合成装置1a、1b的另一端作为输出端(分别为OUT2、OUT1)。另外，在图14(b)的结构例中，为了吻合输出的偏振状态，将λ/2的波长板配置于输入端IN2和输出端OUT2。
根据该结构，例如当在输入端IN1输入时，在不进行由光开关A的偏振变换的状态下，从输出端OUT1输出，在进行由光开关A的偏振变换的状态下，从输出端OUT2输出。另外，同样，当在输入端IN2输入时，在不进行由光开关A的偏振变换的状态下，从输出端OUT2输出，在进行由光开关A的偏振变换的状态下，从输出端OUT1输出。
另外，图15是只使用单偏振的2×2光开关的其他的构成例。该构成例在所述图4所示的结构中，将偏振光分离合成装置1a配置于光开关B具有的偏振光分离合成装置1的一端，将偏振光分离合成装置1b配置于另一端，将偏振光分离合成装置1a、1b的一端作为输入端(IN1、IN2)，将偏振光分离合成装置1a、1b的另一端作为输出端(分别为OUT2、OUT1)。另外，在图15的构成例中，为了吻合输出的偏振状态，将λ/2的波长板配置于输入端IN2和输出端OUT2。
在该结构中，例如当在输入端IN1输入时，在不进行由光开关B的偏振变换的状态下，从输出端OUT1输出，在进行由光开关A的偏振变换的状态下，从输出端OUT2输出。另外，同样，当在输入端IN2输入时，在不进行由光开关B的偏振变换的状态下，从输出端OUT2输出，在进行由光开关A的偏振变换的状态下，从输出端OUT1输出。
该只使用单偏振的2×2光开关，除光切换功能外，也可以作为衰减器作用。
图16～图18是组合2×2光开关和衰减器的构成例，可以通过组合图15所示的构成例来构成。
图16～图18所示的组合2×2光开关和衰减器的结构，分别组合3个光开关C1、C2、C3，将其中的光开关C1作为光切换装置使用，将剩余的光开关C2、C3作为衰减器使用。
在构成衰减器的光开关C2、C3的端部之中，在与光开关C1连接一侧的端部配置偏振光分离合成装置，通过将例如多模光纤(MMF)连接到该端部，可以将由衰减器所衰减的偏振光成分排出到外部。通过从MMF将由衰减器衰减的偏振光成分排出到外部，具有在该结构中可以从衰减器除去热源，从而不需要设置冷却装置的效果。
根据该结构，例如在图16的结构中，例如当在输入端IN1输入时，在不进行由光开关C1的偏振变换的状态下，从输出端OUT1输出，在进行由光开关C1的偏振变换的状态下，从输出端OUT2输出。另外，同样，当在输入端IN2输入时，在不进行由光开关C1的偏振变换的状态下，从输出端OUT2输出，在进行由光开关C1的偏振变换的状态下，从输出端OUT1输出。
这时，例如当从OUT1输出时，由光开关C2构成的衰减器所衰减的偏振光成分从MMF1排出，另外，当从OUT2输出时，由光开关C3构成的衰减器所衰减的偏振光成分从MMF2排出。另外，图17、图18因为与此相同，所以省略。
根据该结构，如图16～18所示，通过以2×2光开关和衰减器的种种配置进行组合，可以将输入端或输出端的配置位置按需要而构成。
进而，根据该结构，不局限于所述的二维配置，也可以是三维配置。图19(a)、(b)是组合三维配置的2×2光开关和衰减器的一个构成例。图19(b)表示图19(a)所示结构中的λ/2波长板的配置位置。
在使用单偏振的结构中，因为偏振方向因配置而变化，所以为了作为光开关适用，而在规定的位置配置λ/2波长板。图19所示的构成例，是使用p偏振光作为射入直线偏振光的情形，在该构成例中，通过在图19(b)所示位置配置λ/2波长板，可以构成光开关。
在图19中，通过重叠配置对应所述光开关C1、C2、C3的光开关块D1、D2、D3，在各光开关块D1、D2、D3邻接配置偏振光分离合成块E1、E2、E3、E4，以三维进行配置。在此，光开关块D1作为光切换装置使用，剩余的光开关块D2、D3作为衰减器使用。
在该三维配置的结构中，也与所述二维配置一样，当在输入端IN1输入时，在不进行偏振变换的状态下，从输出端OUT1输出，在进行偏振变换的状态下，从输出端OUT2输出。另外，同样，当在输入端IN2输入时，在不进行偏振变换的状态下，从输出端OUT2输出，在进行偏振变换的状态下，从输出端OUT1输出。另外，通过图未示MMF，可以从光开关块D2、D3的衰减器排出衰减的偏振光成分。另外，图19(b)表示配置了λ/2波长板的构成例。
另外，在图19中，虽然分开表示光开关块D1、D2、D3，但是可以由1个柱状偏振光分离合成装置而构成。
通过该三维配置，与二维配置比较可以减少零件个数。另外，可以采取将对各构件的输入/输出端的干扰降低到最小限的结构，可以谋求装置结构的小型化。
图20是可以适用于用于本发明的光开关的偏振控制装置的液晶元件的构成例。
在此，对组合液晶元件和反射板的结构进行说明。在液晶元件和反射板的组合中，从光射入一侧看时，有将反射板配置于液晶元件的外侧的结构和将反射板配置于液晶元件的内侧的结构。图20(a)表示将反射板配置于液晶元件的外侧的构成例，图20(b)、20(c)表示将反射板配置于液晶元件的内侧的构成例。
在图20(a)中，液晶元件20从光射入一侧顺序地配置玻璃等的基板21a、ITO等的透明电极膜22a、配向膜23a、液晶层24、配向膜23b、透明电极膜22b、基板21b、外部反射板25而构成。在此，外部反射板25可以是由电介质多层膜、铝或金等的高反射性材料构成的金属膜。
另外，在图20(b)中，液晶元件20从光射入一侧顺序地配置玻璃等的基板21a、ITO等的透明电极膜22a、配向膜23a、液晶层24、配向膜23b、内在反射板26、导电膜27、基板21b而构成。在此，内在反射板26为了进行由导电膜27进行的电场施加而取的电介质多层膜。另外，导电膜27可以使用ITO的透明电极膜，基板21b不局限于玻璃等透明的材料，也可以使用不透明的材料。
另外，在图20(c)中，液晶元件20从光射入一侧顺序地配置玻璃等的基板21a、ITO等的透明电极膜22a、配向膜23a、液晶层24、配向膜23b、内在反射板28、基板21b而构成。在此，内在反射板28为了兼做下部电极而取金属膜。基板21b不局限于玻璃等透明的材料，也可以使用不透明的材料。
在上述各结构的液晶元件中，在配向膜的下部(或电极的上部)也可以形成防止上下基板短路用绝缘膜。另外，在液晶元件和棱镜间存在空气层的结构中，在液晶元件的表面，为了防止不需要的反射而希望形成电介质多层膜的反射防止膜(AR：Antireflection Coating)。
另外，液晶元件的配向，可以是反平行配向或平行配向。另外，液晶可以使用强电介质液晶或螺旋向列型液晶等。
在液晶元件中，本发明的光开关可以进行以将射入直线偏振光的方位角旋转90度和以原来状态进行0度旋转这2种状态来控制的开关操作。另外，通过使用能够进行灰度控制的液晶，由中间状态的偏振也可以构成可变光衰减器。
另外，在使用本发明的光开关的多个液晶元件的结构中，通过选择进行偏振变换的液晶元件，可以只取出偏振光成分s或偏振光成分p，由此，也可以构成可变光衰减器。
另外，当利用液晶元件的开关操作进行光切换时，该液晶元件的应答速度依赖于液晶元件的厚度。在本发明的光开关中，如所述第2、4、6构成例所示，为了进行λ/2波长的的偏振变换，通过使用多个液晶元件的结构，可以使液晶的厚度变薄，提高应答速度。
例如，在第2构成例中，用相同的反射型的液晶元件进行比较时，各液晶元件的厚为1/2，应答速度因为以2次方反映，所以为4倍。在第4构成例中，同样，各液晶元件的厚为1/3，应答速度为9倍。在第6构成例中，同样，各液晶元件的厚为2/5，应答速度为约6倍。
另外，用于本发明的光开关的液晶元件，可以用于该液晶元件的残留双折射补偿。下面，使用图21～图23对由液晶元件产生的光残留双折射补偿进行说明。
在图21(a)所示本发明的光开关的基本结构中，因为光路对于反射板是镜面对称，所以光路如图21(b)所示，可以等效地沿光路展开表示。另外，a、b表示液晶元件。在此，因为光对于液晶元件具有角度(在图中是θ)射入，所以如图21(b)所示，光路对于液晶元件a、b的法线方向n具有θ的角度。
图22(a)、(b)表示对液晶元件a的射入光线矢量和向该射入光线矢量的液晶元件a表面进行的投影矢量m的关系。另外，图22(b)是从法线方向n(图22(a)中的空心箭头方向)看的图示。在此，如果将投影矢量m和液晶元件的定向方向的夹角设为φ，则这时的液晶的残留双折射(延迟)用
Γ＝(2πd/λ)·[ne·√(1—sin2θ·sin2φ/ne2)—(sin2θ·cos2φ/no2)]—√(1—(sin2θ/no2))]
表示。另外，在此，Γ是残留双折射，d是元件间隙，ne是异常光折射率，no是常光折射率。上述的残留双折射Γ的公式是参照Pochi Yeh andClaire Gu.“Optics of Liquid Crystal Displays”，p.155，(1999)，John Wiley￡ Sons，Inc.的公式。
在上述公式中，当垂直射入时，因为θ＝0，所以
Γ＝2π/λ·d(ne—no)
因此，在本发明的切换用液晶元件中，为使在斜射条件下的Γ为规定的λ/4(或规定的λ/8、λ/10)值，而确定元件间隙d。
另外，在本发明的残留双折射补偿用液晶元件中，如图22(c)所示，通过使与切换用液晶元件的液晶定向方向成90度的关系来补偿残留双折射。
下面，使用图23的液晶元件的施加电压和残留双折射特性的概念图，对本发明的残留双折射补偿用液晶元件的残留双折射补偿进行说明。
在图23所示的液晶元件的施加电压和残留双折射特性中，为了使残留双折射Γ接近0，通常必须在液晶元件上施加数百+[V]以上的电压。
因此，在本发明中，使切换用液晶元件的液晶定向方向与残留双折射补偿用液晶元件的液晶定向方向正交那样设定。另外，在图22中，假设在X—Z轴平面内，p偏振光振动。
下面，对补偿残留双折射的3种方法进行说明。
在第1方法中，向残留双折射补偿用液晶元件施加恒定电压Vr。这时残留双折射补偿用液晶元件的残留双折射为Γ＝Γr。在此，如果向切换用液晶元件施加相同的电压Vr，则双折射量为Γr，因为2个液晶元件的定向方向正交，所以双折射相互抵消，残留双折射为0。另外，这时，因为反射切换用液晶元件及残留双折射补偿用液晶元件的光总计不受调制，所以例如射入p偏振光还是p偏振光原来的状态。
接着，如果只向切换用液晶元件施加小电压Vo，则切换用液晶元件及残留双折射补偿用液晶元件的合成残留双折射
Γo—Γr＝Γsw
如果将该Γsw设为λ/2，因为可以将p偏振光变换为s偏振光，所以可以改变光路。
在第2方法中，通过向残留双折射补偿用液晶元件施加恒定Vo，向切换用液晶元件施加Vo，可以消除Γo。另外，如果向切换用液晶元件施加Vr，则通过2个液晶元件后的合成残留双折射
Γo—Γr＝Γsw
如果将该Γsw设为λ/2，因为可以将p偏振光变换为s偏振光，所以可以改变光路。
另外，在第3方法中，代替使用残留双折射补偿用液晶元件，在光路上任意的地方配置双折射结晶或各向异性薄膜，由此，形成恒定Γr(或Γo)，补偿残留双折射。光的切换通过切换用液晶元件进行。
图24是使用本发明的光开关的、包括放大·衰减(Add/Drop)的构成例。
图24所示的构成例，连接回转器31、分波合成器32、本发明的光开关33(SW1～SWn)、分波合成器34以及回转器35而构成。图24(a)例如将回转器31不与分波合成器32连接的一端作为输入端，将另外一端作为衰减(Drop)端，将回转器35不与分波合成器34连接的一端作为输入端，将另外一端作为衰减(Drop)端。
在此，对例如将光开关SW1～SWn分别对应λ1～λn，将信号从输入端输入到λ1～λn的情形进行说明。从输入端输入到λ1～λn的信号通过分波合成器32分波为各波长。在此，如图24(b)所示，如果只切换光开关33的SW2，则波长λ2的信号从回转器31的衰减(Drop)端输出，剩余的波长λ1、λ3～λn从回转器35的直通(Througuh)端输出。另外，这时如图24(c)所示，如果从AND端输入λ2，则输入的波长λ2的信号从回转器31的直通(Througuh)端输出。
另外，该构成例中的回转器、分波合成器以及光开关的配置，与所述Optical Engineering，Vol.40 No.8，1521-1528，August 2001(SarunSumriddetchakajorn，Nabeel A.Riza，Deepak K.Sengupta)所记载的构成例的配置相同。
从以上说明可以明了，本发明的光开关通过对通过不同路径的偏振光使光路长或光学特性相同，可以不需要调整光路长或光学特性，另外可以降低因偏振方式分散而产生的信号劣化。
另外，通过降低通过液晶元件电极的次数，可以降低偏振依存性损失，作为降低或削减零件个数或调整处的结构，可以降低成本。
另外，可以加速液晶元件的应答，使光开关高速工作。
另外，本发明的范围并不局限于在此所述的装置，也可以作为光十字连接的构成零件使用。
本发明的光开关，在光通信领域的光网络的构成中，作为切换射入光和射出光之间的光开关或光十字连接的构成零件有用。
另外，本发明的光开关，通过控制偏振状态，可以进行残留双折射补偿或温度补偿，另外可以作为衰减器使用。

Claims (19)

1.一种光开关，其特征在于：具有偏振光分离合成装置、至少2个反射装置和控制偏振方向的偏振控制装置，为了使通过偏振光分离合成装置所分离的2个偏振光成分以相互不同的前进方向在同一光路上前进，并再次射入到偏振光分离合成装置合成，在配置所述偏振光分离合成装置以及反射装置的同时，在该光路上配置所述偏振控制装置，通过所述偏振控制装置控制各偏振光成分的偏振方向，其中所述偏振控制装置采用液晶元件构成且所述液晶元件具有反射板并构成所述反射装置。
2.如权利要求1所述的光开关，其特征在于：在所述光路上配置的偏振控制装置，在该光路上整体进行λ/2波长的偏振控制。
3.如权利要求1所述的光开关，其特征在于：所述反射装置以及偏振光分离合成装置形成的光路形成的多边形，将偏振光分离合成装置中的内角作为直角，将从反射装置的个数减去1所得的个数乘180度所得的角度作为多边形的内角的和。
4.如权利要求3所述的光开关，其特征在于：所述反射装置在对于偏振光分离合成装置对称的位置，具有将偏振光成分的射入角以及射出角配置为22.5度的2个反射板。
5.如权利要求2所述的光开关，其特征在于：在所述反射装置的一方反射板的光路上的前方位置，配置进行λ/4波长的偏振控制的偏振控制装置。
6、如权利要求2所述的光开关，其特征在于：在所述反射装置的两反射板的光路上的前方位置，配置进行λ/8波长的偏振控制的偏振控制装置。
7.如权利要求3所述的光开关，其特征在于：所述反射装置在对于偏振光分离合成装置对称的位置，具有：将偏振光成分的射入角以及射出角配置为45度的2个反射板；和在连结该2个反射板的光路上，对于该反射板的垂直方向上配置的1个反射板。
8.如权利要求7所述的光开关，其特征在于：在所述3个反射板的任意1个反射板的光路上的前方位置，配置进行λ/4波长的偏振控制的偏振控制装置。
9.如权利要求7所述的光开关，其特征在于：在所述3个反射板的任意2个反射板的光路上的前方位置，配置进行λ/8波长的偏振控制的偏振控制装置。
10.如权利要求7所述的光开关，其特征在于：在所述3个反射板的各反射板的光路上的前方位置，配置进行λ/12波长的偏振控制的偏振控制装置。
11.如权利要求2所述的光开关，其特征在于：所述反射装置在对于偏振光分离合成装置对称的位置，具有将偏振光成分的射入角以及射出角配置为22.5度的2个反射板，在所述2个反射板间的光路上配置进行λ/2波长的偏振控制的偏振控制装置。
12.如权利要求2所述的光开关，其特征在于：所述反射装置在对于偏振光分离合成装置对称的位置，具有将偏振光成分的射入角以及射出角配置为22.5度的2个反射板，在所述2个反射板间的光路上的前方位置配置进行λ/10波长的偏振控制的偏振控制装置，在所述2个偏振控制装置间的光路上配置进行λ/10波长的偏振控制的其他偏振控制装置。
13.如权利要求1所述的光开关，其特征在于：所述液晶元件包括切换用液晶元件以及残留双折射补偿用液晶元件。
14.如权利要求13所述的光开关，其特征在于：所述残留双折射补偿用液晶元件，将该液晶元件的定向方向与切换用液晶元件的定向方向正交，施加补偿切换用液晶元件的残留双折射的电压。
15.如权利要求1所述的光开关，其特征在于：所述反射板配置于液晶元件的内部。
16.如权利要求15所述的光开关，其特征在于：所述反射板构成液晶元件具有的2个电极的1个电极。
17.如权利要求1所述的光开关，其特征在于：所述反射板配置于液晶元件的外部。
18.一种光开关，其特征在于：在所述权利要求1所述的光开关的光路的两端，与光轴一致配置输入/输出端口，在该输入/输出端口连接回转器，构成2输入2输出开关。
19.一种光开关，其特征在于：在所述权利要求1所述的光开关的光路的两端，对于光路的光学中心对称且与光轴一致分别配置2个输入/输出端口，构成2输入2输出开关。
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