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WO2017018034A1 - 光スイッチ装置及びその設計方法 - Google Patents

光スイッチ装置及びその設計方法 Download PDF

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WO2017018034A1
WO2017018034A1 PCT/JP2016/065173 JP2016065173W WO2017018034A1 WO 2017018034 A1 WO2017018034 A1 WO 2017018034A1 JP 2016065173 W JP2016065173 W JP 2016065173W WO 2017018034 A1 WO2017018034 A1 WO 2017018034A1
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WO
WIPO (PCT)
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input
output
optical
switch
polarization
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/065173
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健 谷澤
整 河島
池田　和浩
恵治郎 鈴木
Original Assignee
国立研究開発法人産業技術総合研究所
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Publication date
Application filed by 国立研究開発法人産業技術総合研究所 filed Critical 国立研究開発法人産業技術総合研究所
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/27—Arrangements for networking
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q3/00—Selecting arrangements
    • H04Q3/42—Circuit arrangements for indirect selecting controlled by common circuits, e.g. register controller, marker
    • H04Q3/52—Circuit arrangements for indirect selecting controlled by common circuits, e.g. register controller, marker using static devices in switching stages, e.g. electronic switching arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an optical switch device using a matrix switch circuit configured by arranging N 2 two-input two-output optical switches and a design method thereof.
  • an optical cross-connect device In optical transmission, an optical cross-connect device is known as a device that can switch an optical path without converting light into electricity. When this optical cross-connect device is applied, the flexibility of the network can be increased and the management cost can be reduced.
  • the matrix switch used in the optical cross-connect device is also called a PILOSS (Path-independent Insertion Loss) switch, and an optical switch that can be switched to either a cross or a bar state with two inputs and two outputs on a square lattice.
  • PILOSS Pulth-independent Insertion Loss
  • an optical switch that can be switched to either a cross or a bar state with two inputs and two outputs on a square lattice.
  • a square lattice type matrix switch in which N 2 pieces are arranged
  • a rhombus lattice type matrix switch in which N 2 pieces of the optical switches are arranged on a rhombus lattice (see, for example, Patent Document 1).
  • FIG. 1 is a diagram (1) showing a circuit configuration of a conventional square lattice matrix switch.
  • the tetragonal lattice matrix switch for example, is configured by arranging four two optical switches S11 ⁇ S44 on a square lattice of four rows and four columns.
  • Input ports A1 to A4 are set in the order of up, down, up and down in the upper and lower two externally connectable input / output ports in the first row, and the remaining input / output ports are unused.
  • the upper and lower two externally connectable input / output ports are set with the output ports B1 to B4 in the order of lower, upper and lower, and the remaining input / output ports are unused.
  • input / output ports used in conventional matrix switches including square lattice type matrix switches and rhombus lattice type matrix switches, are referred to as “original ports”, and unused input / output ports (in the figure) , *) Are referred to as “idle ports”.
  • each of the optical switches S11 to S44 has a cross state in which a line between a and d and a line between bc and a line between a and c and b and d, respectively. It is connected to one of the bar states where the gaps are connected.
  • 2A is an explanatory diagram for explaining the optical switch
  • FIG. 2B is an explanatory diagram for explaining the cross state
  • FIG. 2C is a diagram showing the bar state. It is explanatory drawing for demonstrating.
  • any four optical switches among the optical switches S11 to S44 are set in a bar state and the rest are set in a cross state, thereby completely non-blocking and independent of path loss.
  • the original ports of input ports A1 to A4 and output ports B1 to B4 are 4! It is possible to connect on the street.
  • the relationship between input and output is arbitrary, and the square lattice matrix switch shown in FIG. 1 can also use the input ports A1 to A4 as output ports and the output ports B1 to B4 as input ports.
  • FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional rhombus lattice matrix switch.
  • rhombic lattice matrix switch for example, is configured by arranging four two optical switches S11 ⁇ S44 on a square lattice of four rows and four columns.
  • the lower input / output port of the two unconnected input / output ports is set as the original port as the input port A1, and the remaining input / output ports are set as idle ports. Is done.
  • the unconnected input / output ports are set as the input ports A2 to A4 as original ports, and the optical switches S12 to S1 in the first row other than the optical switch S11 are set.
  • the unconnected input / output port is set as an idle port.
  • the lower input / output port of the two unconnected input / output ports is set as the original port as the output port B1, and the remaining input / output ports are set as idle ports.
  • the unconnected input / output ports are set as the output ports B2 to B4 as original ports.
  • the unconnected input / output ports are set as idle ports.
  • each of the two unconnected input / output ports is set as an idle port.
  • the input / output port on the input port A3 side of the two unconnected input / output ports is the original port.
  • the input / output port on the output port B3 side is set as the original port to the output port B4.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the polarization diversity optical switch device. As shown in FIG.
  • each of the lights 1 to 4 is separated into a first polarization component and a second polarization component whose electric field amplitude directions are orthogonal to each other, and the first polarization
  • the component is input to the upper square lattice type matrix switch (4 ⁇ 4 PILOSS switch) in the drawing, and the second polarization component is input to the lower square lattice type matrix switch (4 ⁇ 4 PILOSS switch) in the drawing.
  • Two square lattice matrix switches are synchronized, and the first polarization component and the second polarization component to be output are polarization-coupled to be output as the original lights 1 to 4.
  • this polarization diversity optical switch device requires two square lattice matrix switches, and the circuit scale of the matrix switch (area, number of optical switches, number of wires, number of control terminals, etc.) is simply doubled. There is a problem. This problem also occurs when the polarization diversity optical switch device is configured with a rhombus lattice matrix switch. This problem also occurs in other synchronous optical switches that use two signals in synchronization in addition to the polarization diversity optical switch device.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, and to provide an optical switch device capable of inputting / outputting two signals in synchronization with each other while keeping the circuit scale of the matrix switch small and a design method thereof.
  • FIG. 5A is a diagram (1) illustrating an example of a connection pattern of a square lattice matrix switch.
  • FIG. 5B is a diagram (2) illustrating an example of a connection pattern of a square lattice matrix switch. In the connection pattern shown in FIG.
  • the input / output paths whose (input ⁇ output) are (A1 ⁇ B1), (A2 ⁇ B2), (A3 ⁇ B3), (A4 ⁇ B4) , (K1 ⁇ L1), (K2 ⁇ L2), (K3 ⁇ L3), and (K4 ⁇ L4) and two input / output paths are formed.
  • the first polarization component and the second polarization component of the same light are input to one of the input ports one by one with (A1, K1) as a pair of input ports, B1 and L1) as a pair of output ports, the first polarization component and the second polarization component of the same light can be output from either output port one by one.
  • (A2, K2) Let (A3, K3), (A4, K4) be a pair of input ports for inputting the first polarization component and the second polarization component of the same light, and (B2, L2), (B3, L3), (B4, As a pair of output ports that output the first polarization component and the second polarization component of the same light as L4), the first polarization component and the second polarization component can be synchronized.
  • FIG. 5C is a diagram (3) illustrating an example of a connection pattern of a square lattice matrix switch.
  • the connection pattern shown in FIG. 5C is a connection pattern when the optical switches S12, S22, S32, and S42 are switched to the bar state and the remaining optical switches are switched to the cross state.
  • the input / output paths are (A1 ⁇ B1), (A2 ⁇ B3), (A3 ⁇ B2), (A4 ⁇ B4), and (K1 ⁇ L4), (K2 ⁇
  • Two input / output paths are formed with the input / output paths of (L2), (K3 ⁇ L3), and (K4 ⁇ L1).
  • outputs corresponding to (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), and (A4, K4) that are pairs of input ports of the same polarization component of the first polarization component and the second polarization component
  • the port pairs are (B1, L4), (B3, L2), (B2, L3), (B4, L1).
  • the input port pair (A1, K1) is the input port of the first polarization component and the second polarization component of the light 1
  • the input port pair (A2, K2) is the first polarization component of the light 2.
  • a pair of input ports (A3, K3) are input ports for the first polarization component and the second polarization component of the light 3, and a pair of input ports (A4, K4).
  • a pair of output ports corresponding to (A4, K4) is set as (B1, L1), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4).
  • the optical switch is switched to the connection pattern, the first polarization component of light 3 and the second polarization component of light 2 are combined, and the first polarization component of light 2 and the second polarization of light 3 are combined.
  • the components are combined, and the original lights 2 and 3 cannot be obtained.
  • the original light cannot be obtained from the outputs of the light 1 and 4 as well.
  • (input ⁇ output) changes from (A2 ⁇ B2) (see FIG. 5 (b)) to (A2 ⁇ B3) (FIG.
  • FIG. 6A is a diagram (4) illustrating an example of a connection pattern of a square lattice matrix switch.
  • the input ports K1 to K4 are set in order from the top to the idle ports on the output ports B1 to B4 side.
  • the output ports L1 to L4 are set to the idle ports on the input ports A1 to A4 side so that (input ⁇ output) becomes (K1 ⁇ L1), (K2 ⁇ L2), (K3 ⁇ L3), (K4 ⁇ L4) Has been.
  • the switch states of the optical switches S11 to S44 in the cross state and the bar state are the same as the connection pattern shown in FIG.
  • (input ⁇ output) is (A1 ⁇ B1), (A2 ⁇ B2), (A3 ⁇ B3), (A4 ⁇ ) as in the connection pattern shown in FIG. 5 (b).
  • Two input / output paths are formed: an input / output path that is (B4) and an input / output path that is (K1 ⁇ L1), (K2 ⁇ L2), (K3 ⁇ L3), and (K4 ⁇ L4), and (A1 , K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4) as input pairs, and (B1, L1), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4)
  • the first polarization component and the second polarization component can be synchronized.
  • FIG. 6B is a diagram (5) illustrating an example of a connection pattern of a square lattice matrix switch.
  • the connection pattern shown in FIG. 6 (b) is the same switch as the connection pattern shown in FIG. 5 (c) from the connection pattern shown in FIG. 6 (a) in the cross state and the bar state switch state of S11 to S44 of the optical switch. It has been changed to the state.
  • (input ⁇ output) is (A1 ⁇ B1), (A2 ⁇ B3), (A3 ⁇ B2), (A4).
  • ⁇ B4) and two input / output paths of (K1 ⁇ L1), (K2 ⁇ L3), (K3 ⁇ L2), and (K4 ⁇ L4) are formed.
  • the first polarization component and the second polarization component can be synchronized using L4) as an output pair.
  • FIG. 6C is a diagram (6) illustrating an example of a connection pattern of a square lattice matrix switch.
  • the connection pattern shown in FIG. 6C is a connection pattern when the optical switches S13, S23, S33, and S43 are switched to the bar state and the remaining optical switches are switched to the cross state.
  • the input / output paths (input ⁇ output) are (A1 ⁇ B2), (A2 ⁇ B1), (A3 ⁇ B4), (A4 ⁇ B3), and (K1 ⁇ L3), (K2 ⁇
  • Two input / output paths are formed with the input / output paths of (L4), (K3 ⁇ L1), and (K4 ⁇ L2).
  • the pair relationship of the input pairs (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4) of the connection patterns shown in FIGS. 6A and 6B is maintained.
  • 6A and 6B are (B1, L1), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4) to (B2). , L3), (B1, L4), (B4, L1), (B3, L2). Therefore, the input ports K1 to K4 are set as the idle ports on the output ports B1 to B4 side, and the output ports L1 to L4 are set as the idle ports on the input ports A1 to A4 side. Can not.
  • Fig.7 (a) is a figure (7) which shows an example of the connection pattern of a square lattice type
  • the connection pattern shown in FIG. 7A the settings of the input ports K1 to K4 and the output ports L1 to L4 are changed from the connection pattern shown in FIG. 6A as shown in the figure.
  • the switch states of the optical switches S11 to S44 in the cross state and the bar state are the same as the connection pattern shown in FIG.
  • (input ⁇ output) is (A1 ⁇ B1), (A2 ⁇ B2), (A3 ⁇ B3), (A4) as in the connection pattern shown in FIG. 6 (a).
  • ⁇ B4) and two input / output paths are formed: (K1 ⁇ L1), (K2 ⁇ L2), (K3 ⁇ L3), and (K4 ⁇ L4).
  • (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4) are input pairs, and (B1, L1), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4)
  • the first polarization component and the second polarization component can be synchronized.
  • FIG. 7B is a diagram (8) illustrating an example of a connection pattern of a square lattice matrix switch.
  • the connection pattern shown in FIG. 7B is the same switch state as the connection pattern shown in FIG. 6B from the connection pattern shown in FIG. 7A to the cross state and the bar state switch state of the optical switches S11 to S44. It has been changed to.
  • (input ⁇ output) is (A1 ⁇ B1), (A2 ⁇ B3), (A3 ⁇ B2), (A4) as in the connection pattern shown in FIG. 6 (b).
  • ⁇ B4) and two input / output paths of (K1 ⁇ L1), (K2 ⁇ L3), (K3 ⁇ L2), and (K4 ⁇ L4) are formed.
  • (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4) are input pairs, and (B1, L1), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4) )
  • the first polarization component and the second polarization component can be synchronized.
  • FIG. 7C is a diagram (9) illustrating an example of a connection pattern of a square lattice matrix switch.
  • the switch state in the cross state and the bar state of the optical switches S11 to S44 is changed from the connection pattern shown in FIG. 7A to the connection pattern shown in FIG. 6C. It has been changed.
  • the (input ⁇ output) is (A1 ⁇ B2), (A2 ⁇ B1), (A3 ⁇ B4), (A4 ⁇ B3) and the input / output paths of (K1 ⁇ L2), (K2 ⁇ L1), (K3 ⁇ L4), (K4 ⁇ L3) are formed, and still ( (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4) are input pairs, and (B1, L1), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4) As the output pair, the first polarization component and the second polarization component can be synchronized.
  • each input / output path ((A1-K1), (A1)) of the matrix switch is connected in a state where all the optical switches (S11 to S44) are switched to the cross state (see FIG. 8).
  • I / O port pairs ((A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4), (B1, L1), Half of (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4)) including N (4) original ports (A1 to A4) in the first row of a square lattice matrix switch in a pair N pairs (4) of the first I / O pair ((A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4)), and the remaining half of the N (4) pairs are designated as the second input / output pair group ((B1, L1 ), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4)), the first input / output pair group ((A1, K1), (A2, K2), (A1, K2), (A2, K2), (A3, L3), (B4, L4)), the first input / output pair group ((A1, K1), (A2, K2), (A1, K2), (A2, K2), (A2, K2)
  • FIG. 9A is a diagram (2) showing a circuit configuration of a conventional square lattice matrix switch
  • FIG. 9B is a diagram (3) showing a circuit configuration of a conventional square lattice matrix switch.
  • 9A and 9B are located above and below the original port and the idle port based on the difference in the connection method between adjacent optical switches. Although the relationship is different, any square lattice matrix switch is 4! A completely non-blocking matrix switch having a common connection pattern, and a completely non-blocking synchronous optical switch can be configured based on the regularity.
  • N is an integer of 2 or more
  • N 2 optical switches are arranged on an N row N column matrix
  • the N optical switches are in a bar state.
  • N Even when generalized as a completely non-blocking matrix switch having a common connection pattern, a completely non-blocking synchronous optical switch can be configured based on the above regularity.
  • the name of the rhomboid matrix switch is conceptually distinguished from the square lattice matrix switch, and the overall shape of the circuit does not necessarily have to be a rhombus, and there is a connection relationship between adjacent optical switches.
  • the circuit having the square shape shown in FIG. 11 is included in the rhombus lattice matrix switch regardless of the overall shape of the circuit.
  • a circuit having a different overall shape is also a square lattice type matrix switch. included.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another configuration example of the rhomboid matrix switch.
  • the present invention is based on the above knowledge, and means for solving the above problems are as follows. That is, ⁇ 1> 2 input 2 switchable optical switch in one of two states: cross and bar output is disposed two N in a matrix of N rows and N columns where N is an integer of 2 or more, and a square lattice matrix switch A matrix switch having a circuit configuration of any one of the rhombic lattice matrix switches and an external input / output path of the matrix switch connected in a state where all the optical switches of the matrix switch are switched to the cross state Of the 2N input / output port pairs that are paired with the original port that constitutes one of the connectable two input / output ports and the idle port that constitutes the other, N of the matrix switches in the first row Half of the N pairs including the original port in the pair constitute the first input / output pair group, and the remaining half When N pairs are used as a second input / output pair group, the N ports connected in a one-to-one relationship with the original ports in either the first input / output
  • N first optical outputs connected one-to-one with the unconnected original ports in one of the first input / output pair group and the second input / output pair group
  • N second optical input means connected in a one-to-one relationship with each of the idle ports including the original port connected to the first optical input means in the pair
  • An optical switch device comprising: N second optical output means connected in a one-to-one relationship with each of the unconnected idle ports including the original port to be connected in the pair.
  • the light is separated into a first polarization component and a second polarization component, the first polarization component is input to the first light input means, and the second polarization component is changed to the second polarization component.
  • the optical switch device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 2>, further including N polarization coupling units.
  • a polarization splitter that splits light into a first polarization component and a second polarization component, and a polarization of any one of the first polarization component and the second polarization component.
  • a first polarization rotating element that rotates the wave axis to the other polarization axis, and the polarization coupling means rotates the polarization axis by the first polarization rotating element, and A second polarization rotation element that re-rotates one of the polarization axes of the second polarization component to the original polarization axis before rotation, and the polarization axis is re-rotated by the second polarization rotation element;
  • the optical switch device according to ⁇ 3>, further comprising: a beam combiner that polarization-couples one of the first polarization component and the second polarization component.
  • each optical switch from the first column to the N ⁇ 1 column in the first row is connected to the optical switch in the first row and the optical switch in the next row in the next column
  • the optical switches from the first column to the N ⁇ 1 column are connected to the N rows of optical switches and the previous row of optical switches
  • Each optical switch up to one column is connected to the optical switch in the previous row and the optical switch in the next row in the next row, the row directions in all rows are parallel, and the column directions in all columns are parallel.
  • a square lattice type matrix switch which is substantially the same size and in the same row as the square lattice type matrix switch, and replaces all the optical switches of the square lattice type matrix switch with cross-connections. Positive connected In a state where the rectangular grid wiring is arranged opposite to each other in the column direction so that each of the cross-shaped connections forms one set with respect to each of the optical switches of the square grid matrix switch in plan view, Arranged on either the front or back surface of the square lattice matrix switch developed in a planar shape in the matrix direction, each set of the optical switch and the cross-shaped connection in the Nth column is the original of the optical switch A port and a port corresponding to the original port of the cross-shaped connection when the square lattice type wiring is regarded as the square lattice type matrix switch, and an idle port of the optical switch and the square lattice type A port corresponding to the idle port of the cross-like connection when wiring is regarded as the square lattice type matrix switch is connected.
  • Each set of the optical switch and the cross-shaped connection in the first row is the cross-shaped connection when the original port of the optical switch and the square lattice type wiring are regarded as the square lattice type matrix switch.
  • a port corresponding to the original port is connected to the common polarization separation means via the first optical input means and the second optical input means, and the idle port of the optical switch and the square lattice type wiring are connected to the square lattice
  • a port corresponding to the idle port of the cross connection when viewed as a type matrix switch is connected to a common polarization coupling means via the first optical output means and the second optical output means Or the input / output relationship of light is reversed, and the original port of the optical switch and the square lattice type wiring are connected to the square lattice type matrix switch.
  • a port corresponding to the original port of the cross-shaped connection when viewed as a common polarization coupling means via the first light output means and the second light output means, and An idle port of an optical switch and a port corresponding to the idle port of the cross-like connection when the square lattice type wiring is regarded as the square lattice type matrix switch are the first optical input means and the second optical input.
  • the optical switch device according to any one of ⁇ 3> to ⁇ 4>, wherein the optical switch device is connected to a common polarization separation unit through a unit.
  • the pair of first light input means and the second light output means are N first input / output sections connectable to the N first input / output sources, and the pair of second light input means and the first light.
  • the optical switch device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 2>, wherein the output unit includes N second input / output units connectable to N second input / output sources.
  • an optical switch device capable of solving the above-described problems in the prior art and capable of inputting and outputting two signals in synchronization with each other while keeping the circuit scale of the matrix switch small and a design method thereof are provided. Can be provided.
  • FIG. (1) shows the circuit structure of the conventional square lattice type
  • FIG (4) which shows an example of the connection pattern of a square lattice type matrix switch. It is a figure (5) which shows an example of the connection pattern of a square lattice type matrix switch. It is a figure (6) which shows an example of the connection pattern of a square lattice type matrix switch. It is a figure (7) which shows an example of the connection pattern of a square lattice type matrix switch. It is a figure (8) which shows an example of the connection pattern of a square lattice type matrix switch. It is a figure (9) which shows an example of the connection pattern of a square lattice type matrix switch.
  • the optical switch device of the present invention includes at least a matrix switch, first light input means, second light input means, first light output means, and second light output means.
  • the optical switch is not particularly limited as long as it is an optical switch (see FIGS. 2 (a) to 2 (c)) that can be switched to either a cross state or a bar state with two inputs and two outputs.
  • the prism can be appropriately selected according to the purpose.
  • the tetragonal lattice matrix switch is arranged two N on square lattice matrix of N rows and N columns where N is an integer of 2 or more, any of N to the optical switch and the bar state, the remaining The optical switch is set to the cross state, and N! It is a matrix switch that can be connected in the street.
  • the square lattice matrix switch is not particularly limited, and can be appropriately selected from known square lattice matrix switches according to the purpose, and is shown in FIGS. 1, 9A and 9B. Others in which the wiring relationship between the adjacent optical switches and the square lattice type matrix switch of 4 rows and 4 columns and the square lattice type matrix switch of 4 rows and 4 columns shown in FIGS. Examples thereof include a square lattice type matrix switch and a square lattice type matrix switch obtained by generalizing these square lattice type matrix switches into N rows and N columns.
  • the rhombic lattice matrix switch is arranged two N on the rhombic matrix with N rows and N columns where N is an integer of 2 or more, and any N number of the optical switch and the bar state, the remaining With the optical switch in the cross state, N! It is a matrix switch that can be connected in the street.
  • the rhombus lattice type matrix switch is not particularly limited, and can be appropriately selected from known rhombus lattice type matrix switches according to the purpose.
  • Matrix switch, other rhombus grid type matrix switch having a common connection relationship between the adjacent optical switch and the 4 ⁇ 4 rhombus grid type matrix switch shown in FIGS. 3 and 11, and these rhombus grid type matrix switches Is a rhombus lattice matrix switch that is generalized to N rows and N columns.
  • the number of the optical switches that pass between the input / output paths is different, and the light attenuation action is different between the input / output paths. Since all the input / output paths are formed via the same number of the optical switches, it is possible to output light that is not affected by the attenuation effect or the like for each input / output path (independent of path loss).
  • the first light input means and the second light input means are not particularly limited, and are known light transmitting devices such as optical fibers or the like that transmit light from the light transmitting device such as an optical fiber to the matrix switch.
  • An optical transmission member is mentioned.
  • the first optical output means and the second optical output means are not particularly limited, and light output from the matrix switch such as an optical fiber is supplied to the optical receiving apparatus in addition to the known optical receiving apparatus itself.
  • a known optical transmission member for transmission may be used.
  • the first optical input means, the second optical input means, the first optical output means, the second optical output means, and the input / output ports of the matrix switch are shown in FIGS.
  • the optical switch device includes two input / output paths that can be connected externally in each input / output path of the matrix switch and the matrix switch connected in a state where all the optical switches of the matrix switch are switched to the cross state.
  • the N original ports in the first column of the matrix switch are the pair.
  • the optical switch device configured as described above, it is possible to realize a synchronous optical switch that can input and output two signals by synchronizing them while keeping the circuit scale of the matrix switch small.
  • Examples of the configuration of the synchronous optical switch include a polarization diversity optical switch and a bidirectional optical switch described later as the first to fourth embodiments of the present invention.
  • the design method of the optical switch device of the present invention is a method of designing the optical switch device of the present invention based on the regularity. That is, N 2 optical switches that can be switched to either the cross state or the bar state with two inputs and two outputs are arranged on the matrix of N rows and N columns, where N is an integer, and the square lattice matrix switch And each of the matrix switches connected in a state in which all the optical switches of the matrix switch are switched to the cross state with respect to the matrix switch having a circuit configuration of any one of the rhomboid matrix switch.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the optical switch device according to the first embodiment
  • FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating the operation of the optical switch device according to the first embodiment.
  • the optical switch device includes the square lattice matrix switch of 4 rows and 4 columns.
  • this square lattice matrix switch referring to FIG. 8 again, each input / output path of the matrix switch connected in a state where all the optical switches (S11 to S44) are switched to the cross state based on the regularity described above.
  • the first input / output pair group ((A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4)) and the second input / output pair group ((B1, L1), (B2, L2) ), (B 3, L 3), (B 4, L 4)) are arbitrary as an input pair group and an output pair group, but in the example shown in FIG.
  • the output pair group ((A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4)) is taken as the input pair group, and the second input / output pair group ((B1, L1), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4)) are set as an output pair group.
  • the input pair group ((A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4)) and the output pair group ((B1, L1), (B2, L2), (B3 , L3), (B4, L4)) in the first embodiment the four polarizations that separate the lights 1 to 4 into the first polarization component and the second polarization component
  • the separating means X1 to X4 are connected to the square lattice matrix switch as follows. That is, the input pair (A1, K1) is connected to the polarization separation means X1, the input pair (A2, K2) is connected to the polarization separation means X2, and the input pair (A3, K3) is connected to the polarization separation means X3.
  • the input pair (A4, K4) is connected to the polarization separation means X4.
  • Each of the polarization separation means X1 to X4 adds the beams 1 to 4 to the first polarization component and the second polarization component, and the polarization axis of the second polarization component is the first polarization. It has a polarization rotation element that rotates about the polarization axis of the component. When such a polarization rotation element is used, in the square lattice matrix switch, the first polarization component and the second polarization component can be handled as homogeneous polarization components.
  • the polarization rotation element of the wave separation means X4 and the input port A4 are connected by an optical waveguide such as an optical fiber as the first light input means.
  • the beam splitter of the separating means X4 and the input port K4 are connected by an optical waveguide such as an optical fiber as the second light input means.
  • the output pair (B1, L1) is connected to the polarization coupling means Y1
  • the output pair (B2, L2) is connected to the polarization coupling means Y2
  • the output pair (B3, L3) is polarized. It is connected to the coupling means Y3, and the output pair (B4, L4) is connected to the polarization coupling means Y4.
  • Each polarization coupling means Y1 to Y4 rotates the second polarization component after rotation in addition to the beam combiner that couples the first polarization component and the second polarization component to the original light 1 to 4. It has a polarization rotation element that re-rotates to the previous original polarization axis.
  • the first polarization component and the second polarization component can be handled as homogeneous polarization components.
  • the beam splitter and the beam combiner are configured with known prisms or the like, and a common one can be used.
  • the polarization rotation element is also composed of a known rotation element, and a common element can be used for the polarization separation means and the polarization coupling means.
  • the polarization rotation element of the wave coupling means Y4 and the output port B4 are connected by an optical waveguide such as an optical fiber as the first light output means.
  • the beam coupler of the polarization coupling means Y4 and the output port L4 are connected by an optical waveguide such as an optical fiber as the second light output means.
  • (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4) are input pairs, and (B1, L1) , (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4) as output pairs, the first polarization component and the second polarization component can be synchronized. That is, as shown in FIG. 13, when the optical switches S12, S14, S42, and S44 are set to the bar state and the remaining optical switches are set to the cross state, (input ⁇ output) is (A1 ⁇ B4), (A2 ⁇ B3).
  • (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4) are input pairs in the street connection state, and (B1, L1), (B2, L2), (B3, L3) , (B4, L4) as output pairs, the first polarization component and the second polarization component can be synchronized (for example, see FIGS. 7A, 7B, and 7C).
  • FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the optical switch device according to the second embodiment
  • FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating the operation of the optical switch device according to the second embodiment.
  • the optical switch according to the second embodiment is the same as the first embodiment except that a rhomboid matrix switch is used instead of the square lattice matrix switch in the optical switch according to the first embodiment. It is set as the structure similar to the optical switch concerning. That is, referring again to FIG. 10, based on the regularity described above, each input / output path ((A1-K1)) of the matrix switch connected in a state where all the optical switches (S11 to S44) are switched to the cross state.
  • Input / output pair group ((A1, K1), (A2, K ), (A3, K3), (A4, K4)), and the remaining four pairs are the second input / output pair groups ((B1, L1), (B2, L2), (B3, L3)). , (B4, L4)).
  • These first input / output pair groups ((A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4)) are set, and the remaining four pairs are the second input / output pair groups.
  • ((B1, L1), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4)) are the same as those in the optical switch device according to the first embodiment.
  • the polarization separation means X1 to X4 and the polarization coupling means Y1 to Y4 are connected via the light input means, the first light output means and the second light output means.
  • (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4) are input pairs, and (B1, L1) , (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4) as output pairs, the first polarization component and the second polarization component can be synchronized. That is, as shown in FIG. 15, when the optical switches S11, S21, S33, and S44 are set to the bar state and the remaining optical switches are set to the cross state, (input ⁇ output) is (A1 ⁇ B4), (A2 ⁇ B3).
  • (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4) are input pairs in the street connection state, and (B1, L1), (B2, L2), (B3, L3) , (B4, L4) as output pairs, the first polarization component and the second polarization component can be synchronized.
  • the input and output settings are optional, and the input / output relationship can be inverted as in the optical switch device according to the first embodiment.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the optical switch device according to the third embodiment
  • FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating the operation of the optical switch device according to the third embodiment.
  • the optical switch device does not perform polarization separation or polarization coupling of light, and (A1, K1), (A2, K2), (A3 , K3), (A4, K4) and the second input / output pair group (B1, L1), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4). Used as a bidirectional optical switch.
  • the optical switch device has a 4 ⁇ 4 square lattice matrix switch.
  • this square lattice matrix switch referring to FIG. 8 again, each input / output path of the matrix switch connected in a state where all the optical switches (S11 to S44) are switched to the cross state based on the regularity described above.
  • the first input / output pair group ((A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4)) and the second input / output pair group ((B1, L1), (B2, L2) ), (B 3, L 3), (B 4, L 4)) is arbitrary as an input pair group or an output pair group, but in the example shown in FIG.
  • the output pair group ((A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4)) is taken as the input pair group, and the second input / output pair group ((B1, L1), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4)) are set as an output pair group.
  • the input pair group ((A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4)) and the output pair group ((B1, L1), (B2, L2), (B3 , L3), (B4, L4)) are set, the optical input device such as an optical fiber connected to the original ports (A1 to A4) of the input pair group is the first.
  • Optical input means such as optical fiber connected to the idle ports (K1 to K4) of the input pair group as optical input means is used as the second optical input means and connected to the original ports (B1 to B4) of the output pair group
  • the optical output means such as an optical fiber is the first optical output means
  • the optical output means such as an optical fiber connected to the idle ports (L1 to L4) of the output pair group is the second optical output means.
  • the four first input / output sources E to H can be connected to any pair of first light input means (connected to any one of A1 to A4) and second light output means (connected to any of L1 to L4).
  • the pair of first light input means and second light output means constitute a first input / output unit.
  • the first input / output source E is connected to the input port via the first optical input means (connected to any of A1 to A4) and the second optical output means (connected to any of L1 to L4).
  • the first input / output source F is connected to the input port A2 and the output port L2
  • the first input / output source G is connected to the input port A3 and the output port L3
  • the first input / output source is connected to the A1 and the output port L1.
  • H is connected to the input port A4 and the output port L4.
  • the four second input / output sources K to N are connected to an arbitrary pair of second light input means (connected to any one of K1 to K4) and first light output means (connected to any of B1 to B4).
  • the pair of second light input means and first light output means constitute a second input / output unit.
  • the second input / output source K is connected to the input port via the second optical input means (connected to any of K1 to K4) and the first optical output means (connected to any of B1 to B4).
  • K1 and the output port B1 the second input / output source L is connected to the input port K2 and the output port B2, the second input / output source M is connected to the input port K3 and the output port B3, and the second input / output source is connected.
  • N is connected to the input port K4 and the output port B4.
  • the input / output source includes a signal input / output source such as a signal input / output device such as a personal computer operated by an operator and a signal repeater disposed between the input / output device and the optical switch device. This is true.
  • Each bidirectional connection has (input ⁇ output) different from the input / output path of (A1 ⁇ B4), (A2 ⁇ B3), (A3 ⁇ B2), (A4 ⁇ B1), (Input ⁇ Output) is composed of two input / output paths including (K1 ⁇ L4), (K2 ⁇ L3), (K3 ⁇ L2), and (K4 ⁇ L1). Therefore, it is possible to reduce restrictions on usable light as compared to the case where the same input / output path is propagated oppositely to form a bidirectional connection.
  • an optical switch has an upper limit on the intensity of light that can be operated.
  • 2 Double light intensity can be used.
  • (Input ⁇ Output) is (A1 ⁇ B1), (A2 ⁇ B2), (A3 ⁇ B3), (A4 ⁇ B4), and (Input ⁇ Output) is (K1 ⁇ L1), (K2 ⁇ L2) ), (K3 ⁇ L3), (K4 ⁇ L4) and two input / output paths, and (1) male user of the first input / output source E (input port A1, output port L1 is used) ) And a female user of the second input / output source K (using the input port K1 and output port B1), (2) a male user of the first input / output source F (using the input port A2 and output port L2) and the second input Female user of output source L (input port K2, output port B2 Use), (3) male user of first input / output source G
  • Two-way connection is made through the optical switch device of the form, and conversation can be enjoyed. That is, even if the connection state of the square lattice matrix switch is changed, there is no change in the pair relationship between the input pair and the output pair. As a result, the pair of input ports and output ports assigned to each user is changed. Therefore, a bidirectional connection in which input (speaking) and output (listening) are synchronized between one male user and one female user is realized. In this bidirectional connection, all four of the optical switches S11 to S44 are set to the bar state and the remaining optical switches are set to the cross state. It can be realized in a street connection state (see FIGS. 7B, 7C, etc.).
  • FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the optical switch device according to the fourth embodiment
  • FIG. 19 is an explanatory diagram illustrating the operation of the optical switch device according to the fourth embodiment.
  • the optical switch according to the fourth embodiment is the same as the optical switch according to the third embodiment except that a rhombus lattice matrix switch is used instead of the square lattice matrix switch. It is set as the structure similar to the optical switch concerning. That is, referring again to FIG. 10, on the basis of the above-mentioned regularity, external connection is possible in each input / output path of the matrix switch connected in a state where all the optical switches (S11 to S44) are switched to the cross state.
  • Eight input / output port pairs (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4), (B1, L1), (B2) , L2), (B3, L3), and (B4, L4), half of the four pairs including the four original ports (A1 to A4) in the first row of the rhomboid matrix switch 1 input / output pair group ((A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4)), and the remaining half of the four pairs are connected to the second input / output pair group (( B1, L1), (B2, L2), (B3 3) is set to (B4, L4)).
  • first input / output pair groups ((A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4)) are set, and the remaining four pairs are the second input / output pair groups.
  • ((B1, L1), (B2, L2), (B3, L3), (B4, L4)) are in the same relationship as the optical switch device of the third embodiment, and the first light input means and the second light
  • the connection relationship between the first input / output sources E to H and the second input / output sources K to N can be set via the input means, the first light output means, and the second light output means. Therefore, of the optical switches S11 to S44, any four optical switches are set to the bar state, and the remaining optical switches are set to the cross state so that all four! Bidirectional connection in which the input and output are synchronized between the first input / output sources E to H and the second input / output sources K to N can be realized in the normal connection state.
  • the optical switch device according to the first embodiment and the second embodiment has been described as an application example to the polarization diversity optical switch.
  • these optical switch devices constitute an input / output path.
  • the wiring length can be made the same and the circuit scale can be further reduced.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the optical switch device according to the fifth embodiment
  • FIG. 21 is an explanatory diagram illustrating the operation of the optical switch device according to the fifth embodiment.
  • the optical switch device according to the first embodiment see FIGS. 12 and 13
  • input / output paths, input / output port pairs, first input / output pair groups, and second input / output pair groups are provided.
  • the circuit scale can be further increased.
  • the circuit layout is made smaller and the circuit layout is made more compact. That is, any four optical switches are set to the bar state (for example, S12, S14, S42, S44 in FIG. 21), the remaining optical switches are set to the cross state, and the relationship between the input pair and the output pair is not changed. All four! (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4) are input pairs in the street connection state, and (B1, L1), (B2, L2), (B3, L3) , (B4, L4) as an output pair, the first polarization component and the second polarization component can be synchronized, which is the same as the optical switch device according to the first embodiment.
  • the changes will be described.
  • the wiring exiting from the Nth column (fourth column) to the outside of the matrix switch is folded back toward the first column in such a manner as to pass through the matrix switch, and the folded wiring end portion Is connected to the polarization separating means X1 to X4 and the polarization coupling means Y1 to Y4 arranged only on the first column side, the circuit scale is reduced and the circuit layout is made compact. That is, in the optical switch device according to the fifth embodiment, the optical switch device according to the first embodiment is simultaneously provided in the optical switch device according to the first embodiment with wiring arranged outside the matrix switch in the matrix switch.
  • the arrangement destinations of the polarization separation means X1 to X4 and the polarization coupling means Y1 to Y4 that have selectivity in the arrangement destinations are grouped on the first column side, so that the circuit is more effective than the optical switch device according to the first embodiment.
  • the scale is reduced and the circuit layout is made compact.
  • the optical switch device according to the fifth embodiment is configured with the following regularity, the wiring length can be made the same and the polarization dependent loss can be reduced.
  • FIG. 22 is a diagram showing a circuit configuration of a square lattice matrix switch constituting the optical switch device according to the fifth embodiment.
  • S14) and the optical switches (S22 to S24) in the next row and the optical switches (S41 to S4) from the first column of the Nth row (fourth row) to the N-1th column (4-1 column 3 columns).
  • To S24) and the optical switches (S32 to S34 and S42 to S44) in the next row are connected.
  • the direction of the rows in all the rows are the parallel and the direction of the columns in the total column is a square lattice matrix switch are parallel.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a circuit configuration of a square lattice type wiring included in the optical switch device according to the fifth embodiment.
  • This square lattice type wiring is substantially the same size in the same row and column as the square lattice type matrix switch, and is connected by replacing all the optical switches of the square lattice type matrix switch with the connection in the cross state. That is, the square lattice type wiring is substantially the same size in 4 rows and 4 columns as the square lattice type matrix switch, and all the optical switches (S11 to S44) of the square lattice type matrix switch are in the cross state. This is different from the square lattice type matrix switch in that it is connected with the connection (C11 to C44).
  • each cross-shaped connection (C11 to C44) is one in the same row and the same column with respect to each optical switch (S11 to S44) of the square lattice matrix switch in a plan view.
  • this square lattice type wiring is arranged on either the front or back surface of the square lattice type matrix switch. That is, either one of the square lattice type wiring and the square lattice type matrix switch, which are developed in a planar shape in the matrix direction, is arranged on the same plane in the previous state with respect to the other.
  • FIG. 24 is an explanatory diagram (1) for explaining a state in which square lattice wirings are arranged on a square lattice matrix switch.
  • each set of optical switches (S14, S24, S34, S44) and cross-shaped connections (C14, C24, C34, C44) in the Nth row (fourth row) Cross connection (C14, C24, C34, C44) when the original ports (B1 to B4) of the optical switch (S14, S24, S34, S44) and the square lattice type wiring are regarded as the square lattice type matrix switch.
  • Are connected to the ports (B1 to B4) corresponding to the original ports, and the idle ports (K1 to K4) of the optical switches (S14, S24, S34, S44) and the square lattice type wiring are connected to the square lattice type.
  • FIG. 25 is an explanatory diagram (2) for explaining a state in which square lattice wirings are arranged on a square lattice matrix switch.
  • the optical switches (S11, S21, S31, S41) of each pair (S11 and C11, S21 and C21, S31 and C31, S41 and C41) in the first row are cross-shaped.
  • Connections (C11, C21, C31, C41) are when the original ports (A1 to A4) of the optical switch (S11, S21, S31, S41) and the square lattice type wiring are regarded as the square lattice type matrix switch.
  • Ports (A1 to A4) corresponding to the original ports of the cross connection (C11, C21, C31, C41) are connected to the common polarization separation means (X1) via the first optical input means and the second optical input means.
  • the polarization separation means (X1 to X4) and the polarization coupling means (Y1 to Y4) are arranged so as to be connected to the polarization coupling means (Y1 to Y4) (first row side), and Connect to the wiring.
  • the input / output relationship of light is arbitrary, and when the original ports (A1 to A4) of the optical switch (S11, S21, S31, S41) and the square lattice type wiring are regarded as the square lattice type matrix switch Polarization coupling common to the ports (A1 to A4) corresponding to the original ports of the cross-shaped connections (C11, C21, C31, C41) via the first light output means and the second light output means Cross when the idle ports (L1 to L4) of the optical switches (S11, S21, S31, and S41) and the square lattice type wiring are regarded as the square lattice type matrix switch connected to the means (Y1 to Y4) Ports (L1 to L4) corresponding to the idle ports of the C-shaped connections (C11, C21, C31, C41) and the first optical input means and the May be modified so as to be connected to a common polarization separating means via the second optical input means (X1 ⁇ X4).
  • input / output paths are arranged on an optical circuit board such as the board 100 (see FIG. 20).
  • the length of the wiring for example, the optical waveguide
  • the loss due to the propagation of the optical signal proportional to the wiring length is equal.
  • an intersection which is a place where wirings straddle, always occurs. At the intersection, optical signal loss occurs.
  • the optical switch device according to the fifth embodiment is configured with the regularity, all of the eight input / output paths arbitrarily formed on the substrate 100 by setting the optical switch in the bar state. In each case, the number of times of passing through the intersection is 20 times.
  • the optical switch device According to the fifth embodiment, there is no difference between the optical signals transmitted through the eight input / output paths, and the loss does not depend on the path, and the polarization dependent loss can be reduced. .
  • the number of intersections in the eight input / output paths differs by a maximum of two times, but the number of intersections outside the substrate 100 is sufficiently smaller than the number of intersections on the substrate 100. Therefore, it can be substantially ignored as the loss is small.
  • a part of the wiring constituting the input / output path is extended outward from the substrate 100, and the polarization separating means X1 to X4 and the polarization coupling means Y1 to Y4 existing outside the substrate 100, Although connected, the polarization separating means X1 to X4, the polarization coupling means Y1 to Y4, and the wirings leading to these means may be arranged on the substrate 100.
  • FIG. 26 shows a modification of the optical switch device according to the fifth embodiment. This modified example relates to a matrix portion that is separated into two upper and lower layers so that the two upper and lower layers can be moved back and forth at a point portion indicated by a black circle.
  • the wiring length is the same between the upper and lower layers, and the number of intersections in the planes constituting each layer can be reduced. Loss can be reduced. As long as the upper and lower layers are separated, it is arbitrary which of the square lattice type matrix switch and the square lattice type wiring is used as an upper layer or a lower layer.
  • the circuit scale can be further reduced by changing the wiring that constitutes the input / output path of the optical switch device (diamond-lattice matrix switch) according to the second embodiment.
  • FIGS. 27 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the optical switch device according to the sixth embodiment
  • FIG. 28 is an explanatory diagram illustrating the operation of the optical switch device according to the sixth embodiment.
  • the optical switch device (see FIGS. 14 and 15) according to the second embodiment and each of the input / output path, the pair of input / output ports, the first input / output pair group, and the second input / output pair group.
  • the circuit scale can be further increased.
  • the circuit layout is made smaller and the circuit layout is made more compact. That is, any four optical switches are set to the bar state and the remaining optical switches are set to the cross state, and the relationship between the input pair and the output pair is not changed, and all four!
  • (A1, K1), (A2, K2), (A3, K3), (A4, K4) are input pairs in the street connection state, and (B1, L1), (B2, L2), (B3, L3) , (B4, L4) as an output pair, the first polarization component and the second polarization component can be synchronized, which is the same as the optical switch device according to the second embodiment.
  • the changes will be described below.
  • the wiring that goes out of the matrix switch from the Nth column (fourth column) passes through the matrix switch and is directed to the first column.
  • the circuit scale is reduced and the circuit layout is compact. It is going to become. That is, in the optical switch device according to the sixth embodiment, the optical switch device according to the second embodiment is provided at the same time as the wiring arranged outside the matrix switch is arranged in the matrix switch in the optical switch device according to the second embodiment.
  • the arrangement destinations of the polarization separating means X1 to X4 and the polarization coupling means Y1 to Y4 that have selectivity in the arrangement destinations are grouped on the first column side, so that they are not polarization independent as in the second embodiment.
  • the circuit scale is smaller and the circuit layout is more compact than the optical switch device according to the second embodiment.
  • symbol 200 in FIG. 28 shows a board

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Abstract

【課題】マトリクススイッチの回路規模を小さく保ったままで、２つの信号同士を同期させて入出力可能な光スイッチ装置等を提供する。 【解決手段】２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列のマトリクス上にＮ２個配されるマトリクススイッチに対し、前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成するオリジナルポートと他方を構成するアイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートのペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群と設定し、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群と設定する。

Description

光スイッチ装置及びその設計方法
　本発明は、２入力２出力の光スイッチをＮ２個配して構成されるマトリクススイッチ回路を用いた光スイッチ装置及びその設計方法に関する。
　光伝送において、光を電気に変換することなく光路を切替可能な装置として、光クロスコネクト装置が知られている。この光クロスコネクト装置を適用すると、ネットワークのフレキシビリティを高め、また、管理コストを低減させることができる。
　前記光クロスコネクト装置に用いられるマトリクススイッチとしては、ＰＩＬＯＳＳ（Ｐａｔｈ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ　Ｌｏｓｓ）スイッチとも呼ばれ、２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチが正方格子上にＮ２個配された正方格子型マトリクススイッチや、同じく、前記光スイッチが菱形格子上にＮ２個配された菱形格子型マトリクススイッチが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　こうしたマトリクススイッチの具体的な回路構成を図面を参照しつつ説明する。
　図１は、従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（１）である。該図１に示すように、前記正方格子型マトリクススイッチは、例えば、４行４列の正方格子上に４２個の光スイッチＳ１１～Ｓ４４を配して構成される。１列目における上下２つの外部接続可能な入出力ポートには、上下上下の順で入力ポートＡ１～Ａ４が設定され、残りの入出力ポートが未使用とされる。４列目における上下２つの外部接続可能な入出力ポートには、逆に下上下上の順で出力ポートＢ１～Ｂ４が設定され、残りの入出力ポートが未使用とされる。
　なお、本明細書では、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチを含め、従来のマトリクススイッチにおいて使用される入出力ポートを「オリジナルポート」と呼称し、未使用の入出力ポート（図中、＊で示す入出力ポート）を「アイドルポート」と呼称することとする。
　ここで、個々の光スイッチＳ１１～Ｓ４４は、図２（ａ）～（ｃ）に示すようにａ－ｄ間及びｂ－ｃ間が結線されたクロス状態と、ａ－ｃ間及びｂ－ｄ間が結線されたバー状態のいずれかの状態に結線される。なお、図２（ａ）は、光スイッチを説明するための説明図であり、図２（ｂ）は、クロス状態を説明するための説明図であり、図２（ｃ）は、バー状態を説明するための説明図である。
　このように構成される正方格子型マトリクススイッチでは、光スイッチＳ１１～Ｓ４４のうち、任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りをクロス状態とすることで、完全非閉塞かつ経路損失無依存であり、入力ポートＡ１～Ａ４と出力ポートＢ１～Ｂ４とのオリジナルポート同士が４！通りで結線可能とされる。
　なお、入力と出力の関係には任意性があり、図１に示す正方格子型マトリクススイッチは、入力ポートＡ１～Ａ４を出力ポートとし、出力ポートＢ１～Ｂ４を入力ポートとして利用することもできる。
　図３は、従来の菱形格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図である。該図３に示すように、菱形格子型マトリクススイッチは、例えば、４行４列の正方格子上に４２個の光スイッチＳ１１～Ｓ４４を配して構成される。
　ここで、１行１列の光スイッチＳ１１では、未接続の２つの入出力ポートのうち下側の入出力ポートがオリジナルポートとして入力ポートＡ１に設定され、残りの入出力ポートがアイドルポートに設定される。また、光スイッチＳ１１以外の１列目の光スイッチＳ２１～Ｓ４１では、未接続の入出力ポートがオリジナルポートとして入力ポートＡ２～Ａ４に設定され、光スイッチＳ１１以外の１行目の光スイッチＳ１２～Ｓ１４では、未接続の入出力ポートがアイドルポートに設定される。
　４行４列の光スイッチＳ４４では、未接続の２つの入出力ポートのうち下側の入出力ポートがオリジナルポートとして出力ポートＢ１に設定され、残りの入出力ポートがアイドルポートに設定される。また、光スイッチＳ４４以外の４行目の光スイッチＳ４１～Ｓ４３では、未接続の入出力ポートがオリジナルポートとして出力ポートＢ２～Ｂ４に設定される。また、光スイッチＳ４４以外の４列目の光スイッチＳ１４～Ｓ３４では、未接続の入出力ポートがアイドルポートに設定される。
　なお、光スイッチＳ１４では、未接続の２つの入出力ポートのそれぞれがアイドルポートに設定され、光スイッチＳ４１では、未接続の２つの入出力ポートのうち入力ポートＡ３側の入出力ポートがオリジナルポートとして入力ポートＡ４に設定され、出力ポートＢ３側の入出力ポートがオリジナルポートとして出力ポートＢ４に設定される。
　このように構成される菱形格子型マトリクススイッチでは、光スイッチＳ１１～Ｓ４４のうち、任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りをクロス状態とすると、入力ポートから出力ポートに至る４つの経路で光スイッチの経由数が異なり経路損失無依存ではないものの、正方格子型マトリクススイッチと同様に完全非閉塞であり、入力ポートＡ１～Ａ４と出力ポートＢ１～Ｂ４とのオリジナルポート同士が４！通りで結線可能とされる。
　なお、入力と出力の関係には任意性があり、図３に示す菱形格子型マトリクススイッチは、入力ポートＡ１～Ａ４を出力ポートとし、出力ポートＢ１～Ｂ４を入力ポートとして利用することもできる。
　ところで、本発明者らは、光スイッチの入力偏波無依存化を実現するために、正方格子型マトリクススイッチを用いた偏波ダイバーシティ光スイッチ装置を提案している（非特許文献１参照）。図４は、偏波ダイバーシティ光スイッチ装置を説明するための説明図である。
　該図４に示すように、偏波ダイバーシティ光スイッチ装置では、光１～４のそれぞれを電界振幅方向が互いに直交する第１偏波成分と第２偏波成分とに分離し、第１偏波成分を図中上側の正方格子型マトリクススイッチ（４×４ＰＩＬＯＳＳスイッチ）に入力させるとともに、第２偏波成分を図中下側の正方格子型マトリクススイッチ（４×４ＰＩＬＯＳＳスイッチ）に入力させ、これら２つの正方格子型マトリクススイッチの同期をとり、出力される第１偏波成分と第２偏波成分とを偏波結合し、元の光１～４として出力させることとしている。
　しかしながら、この偏波ダイバーシティ光スイッチ装置では、正方格子型マトリクススイッチが２つ必要であり、マトリクススイッチの回路規模（面積、光スイッチの数、配線数、制御端子数等）が単純に２倍となる問題がある。
　なお、この問題は、偏波ダイバーシティ光スイッチ装置を菱形格子型マトリクススイッチで構成した場合にも同様に生ずる。また、この問題は、偏波ダイバーシティ光スイッチ装置以外でも２つの信号を同期させて用いる他の同期型光スイッチでも同様に生ずる。
特表昭６３－５００１４０号公報
谷澤　健，鈴木恵治郎，須田悟史，Ｇｕａｎｇｗｅｉ　Ｃｏｎｇ，池田和浩，並木　周，河島　整，"オフチップ偏波ダイバーシティ４×４　Ｓｉ細線光スイッチの特性評価，"電子情報通信学会　２０１５年総合大会　Ｃ－３－６７，２０１５．３．
　本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、マトリクススイッチの回路規模を小さく保ったまま、２つの信号同士を同期させて入出力可能な光スイッチ装置及びその設計方法を提供することを目的とする。
　本発明者らは、従来のマトリクススイッチにおいて、空状態のアイドルポートに設定される入出力ポートを利用することで、前記課題を解決することができないか、鋭意検討を行った。
　先ず、４行４列の正方格子型マトリクススイッチの１つの結線パターンとして、図５（ａ）に示す、Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ３２，Ｓ３４の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチを全てクロス状態として、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ２），（Ａ３→Ｂ３），（Ａ４→Ｂ４）となる結線パターンで検討を行った。なお、図５（ａ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（１）である。
　ここでは、図５（ｂ）に示すように、入力側のアイドルポートに対し、上から順にＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４の入力ポートの設定を行い、Ｋ１～Ｋ４の（入力→出力）が（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）となるように出力側のアイドルポートに対し、Ｌ１～Ｌ４の出力ポートの設定を行う。なお、図５（ｂ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（２）である。
　図５（ｂ）に示す結線パターンでは、先の通り、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ２），（Ａ３→Ｂ３），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）である入出力経路との２つの入出力経路が形成される。
　また、この結線パターンでは、例えば、同じ光の第１偏波成分と第２偏波成分とを、（Ａ１，Ｋ１）を入力ポートのペアとして、いずれかの入力ポートに片方ずつ入力し、（Ｂ１，Ｌ１）を出力ポートのペアとして、いずれかの出力ポートから同じ光の第１偏波成分と第２偏波成分とを片方ずつ出力させることができ、同様に、（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を同じ光の第１偏波成分及び第２偏波成分を入力する入力ポートのペアとし、（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を同じ光の第１偏波成分及び第２偏波成分を出力する出力ポートのペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
　次に、正方格子型マトリクススイッチにおいて、図５（ｂ）に示す結線パターンから図５（ｃ）に示す結線パターンにスイッチさせ、２つの信号を同期させて入出力する同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図５（ｃ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（３）である。
　この図５（ｃ）に示す結線パターンは、光スイッチＳ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２をバー状態にスイッチし、残りの光スイッチをクロス状態にスイッチしたときの結線パターンである。この結線パターンでは、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ４），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ１）である入出力経路との２つの入出力経路が形成される。
　また、同じ光の第１偏波成分及び第２偏波成分の入力ポートのペアである（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）に対応する出力ポートのペアは、（Ｂ１，Ｌ４），（Ｂ３，Ｌ２），（Ｂ２，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ１）となる。
　今、入力ポートのペア（Ａ１，Ｋ１）が光１の第１偏波成分及び第２偏波成分の入力ポートであり、入力ポートのペア（Ａ２，Ｋ２）が光２の第１偏波成分及び第２偏波成分の入力ポートであり、入力ポートのペア（Ａ３，Ｋ３）が光３の第１偏波成分及び第２偏波成分の入力ポートであり、入力ポートのペア（Ａ４，Ｋ４）が光４の第１偏波成分及び第２偏波成分の入力ポートであるとすれば、入力ポートのペア（Ａ２，Ｋ２）に対応する出力ポートのペア（Ｂ３，Ｌ２）から光２の第１偏波成分及び第２偏波成分が出力されることとなり、また、入力ポートのペア（Ａ３，Ｋ３）に対応する出力ポートのペア（Ｂ２，Ｌ３）から光３の第１偏波成分及び第２偏波成分が出力されることとなる。
　図５（ｂ）に示す結線パターンに基づき、同じ光の第１偏波成分及び第２偏波成分を入力する入力ペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）に対応する出力ポートのペアは、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）と設定されることから、図５（ｃ）に示す結線パターンに光スイッチをスイッチさせると、光３の第１偏波成分と光２の第２偏波成分とが結合し、また、光２の第１偏波成分と光３の第２偏波成分とが結合することとなり、元の光２，３が得られない。光１，４についても同様に元の光を出力で得ることができない。
　同期型光スイッチとして用いるためには、光スイッチのスイッチによる結線パターンの変更に伴い、（入力→出力）が（Ａ２→Ｂ２）（図５（ｂ）参照）から（Ａ２→Ｂ３）（図５（ｃ）参照）に変更されたとき、入力ポートＫ２の出力先がこの変更に同期して出力ポートＢ３のペアである出力ポートＬ３に変更される必要がある。同様に、（入力→出力）が（Ａ３→Ｂ３）（図５（ｂ）参照）から（Ａ３→Ｂ２）（図５（ｃ）参照）に変更されたとき、入力ポートＬ３の出力先がこの変更に同期して出力ポートＢ２のペアである出力ポートＬ２に変更される必要がある。
　換言すれば、同期型光スイッチとして用いるためには、結線パターンの変更によって、元の結線パターンで設定した入力ペア及び出力ペアのペア関係が変更されないことが条件となる。
　次に、正方格子型マトリクススイッチにおいて、図６（ａ）に示す結線パターンが同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図６（ａ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（４）である。
　この図６（ａ）に示す結線パターンでは、図５（ｂ）に示す結線パターンと異なり、出力ポートＢ１～Ｂ４側のアイドルポートに上から順に入力ポートＫ１～Ｋ４が設定され、Ｋ１～Ｋ４の（入力→出力）が（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）となるように入力ポートＡ１～Ａ４側のアイドルポートに出力ポートＬ１～Ｌ４が設定されている。なお、光スイッチＳ１１～Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態は、図５（ｂ）に示す結線パターンと同じである。
　図６（ａ）に示す結線パターンでは、図５（ｂ）に示す結線パターンと同様、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ２），（Ａ３→Ｂ３），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）である入出力経路との２つの入出力経路が形成され、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
　次に、図６（ａ）に示す結線パターンを図６（ｂ）に示す結線パターンに変更したときに、同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図６（ｂ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（５）である。
　この図６（ｂ）に示す結線パターンは、図６（ａ）に示す結線パターンから光スイッチのＳ１１～Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態を図５（ｃ）に示す結線パターンと同じスイッチ状態に変更させたものである。
　この図６（ｂ）に示す結線パターンでは、図５（ｃ）に示す結線パターンと異なり、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ３），（Ｋ３→Ｌ２），（Ｋ４→Ｌ４）である入出力経路との２つの入出力経路が形成され、依然として、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
　更に、図６（ａ）に示す結線パターンを図６（ｃ）に示す結線パターンに変更したときに、同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図６（ｃ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（６）である。
　この図６（ｃ）に示す結線パターンは、光スイッチＳ１３，Ｓ２３，Ｓ３３，Ｓ４３をバー状態にスイッチし、残りの光スイッチをクロス状態にスイッチしたときの結線パターンである。この結線パターンでは、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ２），（Ａ２→Ｂ１），（Ａ３→Ｂ４），（Ａ４→Ｂ３）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ３），（Ｋ２→Ｌ４），（Ｋ３→Ｌ１），（Ｋ４→Ｌ２）である入出力経路との２つの入出力経路が形成される。
　このとき、図６（ａ），（ｂ）に示す各結線パターンの入力ペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）のペア関係を維持した状態とすると、図６（ａ），（ｂ）に示す各結線パターンの出力ペアのペア関係が（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）から（Ｂ２，Ｌ３），（Ｂ１，Ｌ４），（Ｂ４，Ｌ１），（Ｂ３，Ｌ２）に変更されることとなる。
　したがって、出力ポートＢ１～Ｂ４側のアイドルポートに入力ポートＫ１～Ｋ４を設定し、入力ポートＡ１～Ａ４側のアイドルポートに出力ポートＬ１～Ｌ４を設定するだけでは、同期型光スイッチとして用いることができない。
　引き続き、出力ポートＢ１～Ｂ４側のアイドルポートに入力ポートＫ１～Ｋ４を設定し、入力ポートＡ１～Ａ４側のアイドルポートに出力ポートＬ１～Ｌ４を設定する場合に、同期型光スイッチとして用いることができるか検討する。図７（ａ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（７）である。
　図７（ａ）に示す結線パターンでは、入力ポートＫ１～Ｋ４及び出力ポートＬ１～Ｌ４の設定が、図６（ａ）に示す結線パターンから図に示すように変更されている。なお、光スイッチＳ１１～Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態は、図６（ａ）に示す結線パターンと同じである。
　この図７（ａ）に示す結線パターンでは、図６（ａ）に示す結線パターンと同様、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ２），（Ａ３→Ｂ３），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）である入出力経路との２つの入出力経路が形成され、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
　次に、図７（ａ）に示す結線パターンを図７（ｂ）に示す結線パターンに変更したときに、同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図７（ｂ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（８）である。
　この図７（ｂ）に示す結線パターンは、図７（ａ）に示す結線パターンから光スイッチＳ１１～Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態を図６（ｂ）に示す結線パターンと同じスイッチ状態に変更させたものである。
　この図７（ｂ）に示す結線パターンでは、図６（ｂ）に示す結線パターンと同様、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ４）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ３），（Ｋ３→Ｌ２），（Ｋ４→Ｌ４）である入出力経路との２つの入出力経路が形成され、依然として（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
　更に、図７（ａ）に示す結線パターンを図７（ｃ）に示す結線パターンに変更したときに、同期型光スイッチとして用いることができるかを検討する。なお、図７（ｃ）は、正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（９）である。
　この図７（ｃ）に示す結線パターンは、図７（ａ）に示す結線パターンから光スイッチＳ１１～Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態を図６（ｃ）に示す結線パターンにスイッチ状態を変更させたものである。
　この図７（ｃ）に示す例では、図６（ｃ）に示す結線パターンと異なり、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ２），（Ａ２→Ｂ１），（Ａ３→Ｂ４），（Ａ４→Ｂ３）である入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ２），（Ｋ２→Ｌ１），（Ｋ３→Ｌ４），（Ｋ４→Ｌ３）である入出力経路との２つの入出力経路が形成され、依然として（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
　また、図７（ａ）に示す入力ポートＫ１～Ｋ４及び出力ポートＬ１～Ｌ４の設定では、図７（ｂ），（ｃ）に示す結線パターン以外の状態でも光スイッチＳ１１～Ｓ４４のクロス状態、バー状態のスイッチ状態を変更させて同期型光スイッチの動作を検討したが、４！通りの全結線パターンで入力ペア及び出力ペアのペア関係に変更がなく、同期型光スイッチとして動作させることができることが確認された。即ち、完全非閉塞の同期型光スイッチとして動作させることができることが確認された。
　更に、この完全非閉塞の同期型光スイッチにおける、入力ポートＫ１～Ｋ４及び出力ポートＬ１～Ｌ４の設定について検討を進めると、次の規則性を有することが確認された。
　即ち、正方格子型マトリクススイッチでは、全ての光スイッチ（Ｓ１１～Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態（図８参照）で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路（（Ａ１－Ｋ１），（Ａ２－Ｋ２），（Ａ３－Ｋ３），（Ａ４－Ｋ４），（Ｂ１－Ｌ１），（Ｂ２－Ｌ２），（Ｂ３－Ｌ３），（Ｂ４－Ｌ４））における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる２Ｎ個（８個）の入出力ポートのペア（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））のうち、正方格子型マトリクススイッチの１列目におけるＮ個（４個）のオリジナルポート（Ａ１～Ａ４）をペアに含む半数のＮ個（４個）のペアを第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））とし、残り半数のＮ個（４個）のペアを第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とすると、第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））と第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とのどちらかを一方を入力ペア群とし、他方を出力ペア群とする完全非閉塞の同期型光スイッチが構成される。なお、図８は、正方格子型マトリクススイッチの全ての光スイッチをクロス状態として結線した状態を示す図である。
　正方格子型マトリクススイッチとして、これまで図１に示す正方格子型マトリクススイッチに基づいて同期型光スイッチの説明を行ってきたが、図９（ａ），（ｂ）に示す従来の正方格子型マトリクススイッチ（特許文献１の図５、６参照）においても、先の規則性により、完全非閉塞の同期型光スイッチを構成できることが確認された。なお、図９（ａ）は、従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（２）であり、図９（ｂ）は、従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（３）である。
　即ち、図１に示す正方格子型マトリクススイッチと図９（ａ），（ｂ）に示す各正方格子型とは、隣接する光スイッチ間の結線方法の相違に基づき、オリジナルポート及びアイドルポートの上下関係が異なるが、いずれの正方格子型マトリクススイッチも４！通りの結線パターンを有する完全非閉塞のマトリクススイッチとして共通し、先の規則性に基づいて、完全非閉塞の同期型光スイッチを構成できる。
　また、図１，図９（ａ），（ｂ）に示す各正方格子型マトリクススイッチは、いずれも４行４列マトリクス上に４２個の光スイッチを配し、４個の光スイッチをバー状態として４！通りの結線パターンを有する完全非閉塞のマトリクススイッチであるが、これらをＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列マトリクス上にＮ２個の光スイッチを配し、Ｎ個の光スイッチをバー状態としてＮ！通りの結線パターンを有する完全非閉塞のマトリクススイッチとして一般化させた場合においても、先の規則性に基づいて、全て完全非閉塞の同期型光スイッチを構成できる。
　また、先の規則性は、菱形格子型マトリクススイッチにも共通する。
　即ち、菱形格子マトリクススイッチでは、全ての光スイッチ（Ｓ１１～Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態（図１０参照）で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路（（Ａ１－Ｋ１），（Ａ２－Ｋ２），（Ａ３－Ｋ３），（Ａ４－Ｋ４），（Ｂ１－Ｌ１），（Ｂ２－Ｌ２），（Ｂ３－Ｌ３），（Ｂ４－Ｌ４））における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる２Ｎ個（８個）の入出力ポートのペア（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））のうち、菱形格子型マトリクススイッチの１列目におけるＮ個（４個）のオリジナルポート（Ａ１～Ａ４）をペアに含む半数のＮ個（４個）のペアを第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））とし、残り半数のＮ個（４個）のペアを第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とすると、第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））と第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とのどちらか一方を入力ペア群とし、他方を出力ペア群とする完全非閉塞の同期型光スイッチが構成される。なお、図１０は、菱形格子型マトリクススイッチの全ての光スイッチをクロス状態として結線した状態を示す図である。
　なお、菱形格子型マトリクススイッチの呼称は、正方格子型マトリクススイッチと概念的に区別するための呼称であり、必ずしも回路の全体形状が菱形である必要はなく、隣接する光スイッチ間の結線関係が図３に示す菱形格子型マトリクススイッチと共通する限り、例えば、図１１に示す回路の全体形状が正方形状ものも回路の全体形状を問わず菱形格子型マトリクススイッチに含まれる。また、逆に、隣接する光スイッチ間の結線関係が図１，９（ａ）、（ｂ）示す正方格子型マトリクススイッチと共通する限り、回路の全体形状が異なる回路も正方格子型マトリクススイッチに含まれる。なお、図１１は、菱形格子型マトリクススイッチの他の構成例を示す図である。
　本発明は、前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
　＜１＞　２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列のマトリクス上にＮ２個配され、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされるマトリクススイッチと、前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成するオリジナルポートと他方を構成するアイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートのペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群とし、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群としたとき、前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光入力手段と、前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における未接続の前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光出力手段と、前記第１光入力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光入力手段と、前記第１光出力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む未接続の前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光出力手段と、を有することを特徴とする光スイッチ装置。
　＜２＞　マトリクススイッチが、正方格子型マトリクススイッチの回路構成とされる前記＜１＞に記載の光スイッチ装置。
　＜３＞　更に、光を第１偏波成分と第２偏波成分とに偏波分離して前記第１偏波成分を第１光入力手段に入力するとともに前記第２偏波成分を第２光入力手段に入力するＮ個の偏波分離手段と、第１光出力手段及び第２光出力手段から片方ずつ出力される前記第１偏波成分と前記第２偏波成分とを偏波結合するＮ個の偏波結合手段と、を有する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の光スイッチ装置。
　＜４＞　　偏波分離手段が光を第１偏波成分と第２偏波成分とに偏波分離するビームスプリッタと、前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方の偏波軸を他方の偏波軸に回転させる第１偏波回転素子とを有し、偏波結合手段が前記第１偏波回転素子で偏波軸を回転させた前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方の偏波軸を回転前の元の偏波軸に再回転させる第２偏波回転素子と、前記第２偏波回転素子で偏波軸を再回転させた前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方と他方とを偏波結合するビーム結合器と、を有する前記＜３＞に記載の光スイッチ装置。
　＜５＞　正方格子型マトリクススイッチが、１行目の１列からＮ－１列までの各光スイッチが次列において１行の前記光スイッチ及び次行の前記光スイッチと結線され、Ｎ行目の１列からＮ－１列までの前記各光スイッチが次列においてＮ行の前記光スイッチ及び前行の前記光スイッチと結線され、２行目からＮ－１行目の１列からＮ－１列までの前記各光スイッチが次行において前行の前記光スイッチ及び次行の前記光スイッチと結線され、全行における行の方向が並行とされ、かつ、全列における列の方向が並行とされる正方格子型マトリクススイッチであり、前記正方格子型マトリクススイッチと同行同列で略同等の大きさであり、前記正方格子型マトリクススイッチの全ての前記光スイッチをクロス状態の結線に置換して結線される正方格子型配線が、平面視で前記正方格子型マトリクススイッチの個々の前記光スイッチに対して個々の前記クロス状の結線が１つの組をなすように列の方向に対向配置される状態で、行列方向に平面状で展開される前記正方格子型マトリクススイッチの表裏いずれかの面上に配され、Ｎ列目における各組の前記光スイッチと前記クロス状の結線とが、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが結線され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが結線され、１列目における各組の前記光スイッチと前記クロス状の結線とが、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが第１光入力手段及び第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段に接続され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段に接続されるか、又は、光の入出力関係を逆として、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段に接続され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが前記第１光入力手段及び前記第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段に接続される前記＜３＞から＜４＞のいずれかに記載の光スイッチ装置。
　＜６＞　一対の第１光入力手段及び第２光出力手段をＮ個の第１入出力源と接続可能なＮ個の第１入出力部とし、一対の第２光入力手段及び第１光出力手段をＮ個の第２入出力源と接続可能なＮ個の第２入出力部とする前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の光スイッチ装置。
　＜７＞　２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列のマトリクス上にＮ２個配され、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされるマトリクススイッチに対し、前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成するオリジナルポートと他方を構成するアイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートのペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群と設定し、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群と設定する工程を含むことを特徴とする光スイッチ装置の設計方法。
　本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、マトリクススイッチの回路規模を小さく保ったまま、２つの信号同士を同期させて入出力可能な光スイッチ装置及びその設計方法を提供することができる。
従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（１）である。 光スイッチを説明するための説明図である。 クロス状態を説明するための説明図である。 バー状態を説明するための説明図である。 従来の菱形格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図である。 偏波ダイバーシティ光スイッチ装置を説明するための説明図である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（１）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（２）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（３）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（４）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（５）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（６）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（７）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（８）である。 正方格子型マトリクススイッチの結線パターンの一例を示す図（９）である。 正方格子型マトリクススイッチの全ての光スイッチをクロス状態として結線した状態を示す図である。 従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（２）である。 従来の正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図（３）である。 菱形格子型マトリクススイッチの全ての光スイッチをクロス状態として結線した状態を示す図である。 菱形格子型マトリクススイッチの変形例を示す図である。 第１実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第１実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。 第２実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第２実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。 第３実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第３実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。 第４実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第４実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。 第５実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第５実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。 第５実施形態に係る光スイッチ装置を構成する正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図である。 第５実施形態に係る光スイッチ装置を構成する正方格子型配線の回路構成を示す図である。 正方格子型マトリクススイッチ上に正方格子型配線を配した状態を説明する説明図（１）である。 正方格子型マトリクススイッチ上に正方格子型配線を配した状態を説明する説明図（２）である。 第５実施形態に係る光スイッチ装置の変形例を示す図である。 第６実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図である。 第６実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。
（光スイッチ装置）
　本発明の光スイッチ装置は、少なくとも、マトリクススイッチ、第１光入力手段、第２光入力手段、第１光出力手段、及び第２光出力手段を有する。
　前記マトリクススイッチは、光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列のマトリクス上にＮ２個配され、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされる。
　前記光スイッチとしては、２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチ（図２（ａ）～（ｃ）参照）であれば特に制限はなく、公知の光導波スイッチ、プリズム等の中から目的に応じて適宜選択することができる。
　前記正方格子型マトリクススイッチは、前記光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列の正方格子マトリクス上にＮ２個配され、任意のＮ個の前記光スイッチを前記バー状態とし、残りの前記光スイッチを前記クロス状態として、完全非閉塞でＮ！通りの結線が可能なマトリクススイッチである。
　前記正方格子型マトリクススイッチとしては、特に制限はなく、公知の正方格子型マトリクススイッチの中から目的に応じて適宜選択することができ、図１，図９（ａ），（ｂ）に示す４行４列の正方格子型マトリクススイッチや、図１，図９（ａ），（ｂ）に示す４行４列の正方格子型マトリクススイッチと隣接する前記光スイッチ間の結線関係が共通する他の正方格子型マトリクススイッチや、これらの正方格子型マトリクススイッチをＮ行Ｎ列に一般化させた正方格子型マトリクススイッチが挙げられる。
　前記菱形格子型マトリクススイッチは、前記光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列の菱形マトリクス上にＮ２個配され、任意のＮ個の前記光スイッチを前記バー状態とし、残りの前記光スイッチを前記クロス状態として、完全非閉塞でＮ！通りの結線が可能なマトリクススイッチである。
　前記菱形格子型マトリクススイッチとしては、特に制限はなく、公知の菱形格子型マトリクススイッチの中から目的に応じて適宜選択することができ、図３，図１１に示す４行４列の菱形格子型マトリクススイッチや、図３，図１１に示す４行４列の菱形格子型マトリクススイッチと隣接する前記光スイッチ間の結線関係が共通する他の菱形格子型マトリクススイッチや、これらの菱形格子型マトリクススイッチをＮ行Ｎ列に一般化させた菱形格子型マトリクススイッチが挙げられる。
　なお、前記菱形格子型マトリクススイッチでは、形成される入出力経路間で経由する前記光スイッチの数が異なり、入出力経路間で異なる光の減衰作用等を受けるが、前記正方格子型マトリクススイッチでは、同じ数の前記光スイッチを経由して全ての入出力経路が形成されるため、入出力経路ごとに減衰作用等による影響差がない光を出力させることができる（経路損失無依存）。
　前記第１光入力手段及び前記第２光入力手段としては、特に制限はなく、公知の光送信装置そのもののほか、光ファイバ等の前記光送信装置からの光を前記マトリクススイッチに送信する公知の光伝送部材が挙げられる。
　また、前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段としても、特に制限はなく、公知の光受信装置そのもののほか、光ファイバ等の前記マトリクススイッチから出力される光を前記光受信装置に送信する公知の光伝送部材が挙げられる。
　前記光スイッチ装置では、前記第１光入力手段、前記第２光入力手段、前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段と、前記マトリクススイッチの入出力ポートとが、図８、図１０を用いて先に検討された規則性に基づいて接続される関係を有する。
　即ち、前記光スイッチ装置は、前記マトリクススイッチと、前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成するオリジナルポートと他方を構成するアイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートのペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群とし、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群としたとき、前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光入力手段と、前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における未接続の前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光出力手段と、前記第１光入力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光入力手段と、前記第１光出力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む未接続の前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光出力手段と、を有して構成される。
　このように構成される前記光スイッチ装置では、前記マトリクススイッチの回路規模を小さく保ったまま、２つの信号同士を同期させて入出力可能な同期型光スイッチを実現することができる。なお、前記同期型光スイッチの構成例としては、本発明の第１実施形態～第４実施形態として後述する偏波ダイバーシティ光スイッチや双方向光スイッチ等を挙げることができる。
（光スイッチ装置の設計方法）
　本発明の光スイッチ装置の設計方法は、前記規則性に基づいて本発明の前記光スイッチ装置を設計する方法である。即ち、２入力２出力で前記クロス及び前記バーのいずれかの状態にスイッチ可能な前記光スイッチがＮを整数としてＮ行Ｎ列の前記マトリクス上にＮ２個配され、前記正方格子型マトリクススイッチ及び前記菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされる前記マトリクススイッチに対し、前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成する前記オリジナルポートと他方を構成する前記アイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートの前記ペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群とし、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群として設定する工程を含む。
　なお、前記工程以外の設定事項については、前記光スイッチ装置及び後述する前記光スイッチ装置の第１実施形態～第４実施形態について説明する事項の中から適宜選択して採用することができる。
　以下では、前記光スイッチ装置の応用例を第１実施形態～第４実施形態として説明するが、本発明の思想は、これらの応用例に限定されることはない。
＜第１実施形態＞
　前記光スイッチ装置の第１実施形態を図１２及び図１３を参照しつつ説明する。この第１実施形態は、前記光スイッチ装置を前記正方格子型マトリクススイッチを用いた前記偏波ダイバーシティ光スイッチとして応用する場合の一実施形態に係る。なお、図１２は、第１実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図１３は、第１実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。
　図１２に示すように、第１実施形態に係る光スイッチ装置は、４行４列の前記正方格子型マトリクススイッチを有する。
　この正方格子型マトリクススイッチでは、再び図８を参照すると、前述の規則性に基づき、全ての光スイッチ（Ｓ１１～Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路（（Ａ１－Ｋ１），（Ａ２－Ｋ２），（Ａ３－Ｋ３），（Ａ４－Ｋ４），（Ｂ１－Ｌ１），（Ｂ２－Ｌ２），（Ｂ３－Ｌ３），（Ｂ４－Ｌ４））における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる８個の入出力ポートのペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）のうち、正方格子型マトリクススイッチの１列目における４個のオリジナルポート（Ａ１～Ａ４）をペアに含む半数の４個のペアが第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））に設定される。
　第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））と、第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とのいずれを入力ペア群、出力ペア群とするかには任意性があるが、図１２に示す例では、説明の便宜上、第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））を入力ペア群とし、第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））を出力ペア群とする。
　このように入力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））及び出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））が設定される第１実施形態に係る光スイッチ装置では、光１～４を第１偏波成分及び第２偏波成分に偏波分離する４つの偏波分離手段Ｘ１～Ｘ４とが、次のように正方格子型マトリクススイッチと接続される関係とされる。
　即ち、入力ペア（Ａ１，Ｋ１）が偏波分離手段Ｘ１と接続され、入力ペア（Ａ２，Ｋ２）が偏波分離手段Ｘ２と接続され、入力ペア（Ａ３，Ｋ３）が偏波分離手段Ｘ３と接続され、入力ペア（Ａ４，Ｋ４）が偏波分離手段Ｘ４と接続される関係とされる。
　各偏波分離手段Ｘ１～Ｘ４は、光１～４を第１偏波成分及び第２偏波成分に偏波分離するビームスプリッタに加え、第２偏波成分の偏波軸を第１偏波成分の偏波軸に回転させる偏波回転素子を有する。このような偏波回転素子を用いると、正方格子型マトリクススイッチにおいて、第１偏波成分及び第２偏波成分を同質の偏波成分として取り扱うことができる。
　偏波分離手段Ｘ１の偏波回転素子－入力ポートＡ１間、偏波分離手段Ｘ２の偏波回転素子－入力ポートＡ２間、偏波分離手段Ｘ３の偏波回転素子－入力ポートＡ３間、及び偏波分離手段Ｘ４の偏波回転素子－入力ポートＡ４間は、それぞれ第１光入力手段としての光ファイバ等の光導波路で接続されている。また、同様に、偏波分離手段Ｘ１のビームスプリッタ－入力ポートＫ１間、偏波分離手段Ｘ２のビームスプリッタ－入力ポートＫ２間、偏波分離手段Ｘ３のビームスプリッタ－入力ポートＫ３間、及び偏波分離手段Ｘ４のビームスプリッタ－入力ポートＫ４間は、それぞれ第２光入力手段としての光ファイバ等の光導波路で接続されている。
　また、出力側では、出力ペア（Ｂ１，Ｌ１）が偏波結合手段Ｙ１と接続され、出力ペア（Ｂ２，Ｌ２）が偏波結合手段Ｙ２と接続され、出力ペア（Ｂ３，Ｌ３）が偏波結合手段Ｙ３と接続され、出力ペア（Ｂ４，Ｌ４）が偏波結合手段Ｙ４と接続される関係とされる。
　各偏波結合手段Ｙ１～Ｙ４は、第１偏波成分及び第２偏波成分を元の光１～４とする偏波結合するビーム結合器に加え、回転後の第２偏波成分を回転前の元の偏波軸に再回転させる偏波回転素子を有する。このような偏波回転素子を用いると、正方格子型マトリクススイッチにおいて、第１偏波成分及び第２偏波成分を同質の偏波成分として取り扱うことができる。なお、ビームスプリッタとビーム結合器は、公知のプリズム等で構成され、共通のものを用いることができる。また、偏波回転素子も、公知の回転素子で構成され、偏波分離手段と偏波結合手段とで共通のものを用いることができる。
　偏波結合手段Ｙ１の偏波回転素子－出力ポートＢ１間、偏波結合手段Ｙ２の偏波回転素子－出力ポートＢ２間、偏波結合手段Ｙ３の偏波回転素子－出力ポートＢ３間、及び偏波結合手段Ｙ４の偏波回転素子－出力ポートＢ４間は、それぞれ第１光出力手段としての光ファイバ等の光導波路で接続されている。また、同様に、偏波結合手段Ｙ１のビーム結合器－出力ポートＬ１間、偏波結合手段Ｙ２のビーム結合器－出力ポートＬ２間、偏波結合手段Ｙ３のビーム結合器－出力ポートＬ３間、及び偏波結合手段Ｙ４のビーム結合器－出力ポートＬ４間は、それぞれ第２光出力手段としての光ファイバ等の光導波路で接続されている。
　このように構成される第１実施形態に係る光スイッチ装置では、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
　即ち、図１３に示すように、光スイッチＳ１２，Ｓ１４，Ｓ４２，Ｓ４４をバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態とすると、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ４），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ１）の入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ４），（Ｋ２→Ｌ３），（Ｋ３→Ｌ２），（Ｋ４→Ｌ１）の入出力経路とが形成され、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。また、光スイッチＳ１１～Ｓ４４のうち、別の任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態としても、入力ペアと出力ペアの関係に変更がなく、全４！通りの結線状態で（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる（例えば、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）。
＜第２実施形態＞
　前記光スイッチ装置の第２実施形態を図１４及び図１５を参照しつつ説明する。この第２実施形態は、前記光スイッチ装置を前記菱形格子型マトリクススイッチを用いた前記偏波ダイバーシティ光スイッチとして応用する場合の一実施形態に係る。なお、図１４は、第２実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図１５は、第２実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。
　第２実施形態に係る光スイッチは、図１４に示すように第１実施形態に係る光スイッチにおいて、正方格子型マトリクススイッチに代えて、菱形格子型マトリクススイッチを用いること以外は、第１実施形態に係る光スイッチと同様の構成とされる。
　即ち、再び図１０を参照すると、前述の規則性に基づき、全ての光スイッチ（Ｓ１１～Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路（（Ａ１－Ｋ１），（Ａ２－Ｋ２），（Ａ３－Ｋ３），（Ａ４－Ｋ４），（Ｂ１－Ｌ１），（Ｂ２－Ｌ２），（Ｂ３－Ｌ３），（Ｂ４－Ｌ４））における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる８個の入出力ポートのペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）のうち、菱形格子型マトリクススイッチの１列目における４個のオリジナルポート（Ａ１～Ａ４）をペアに含む半数の４個のペアが第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））に設定される。
　これら第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））は、第１実施形態に係る光スイッチ装置と同様の関係で、第１光入力手段、第２光入力手段、第１光出力手段及び第２光出力手段を介して偏波分離手段Ｘ１～Ｘ４、偏波結合手段Ｙ１～Ｙ４と接続される。
　このように構成される第２実施形態に係る光スイッチ装置では、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
　即ち、図１５に示すように、光スイッチＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３３，Ｓ４４をバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態とすると、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ４），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ１）の入出力経路と、（Ｋ１→Ｌ４），（Ｋ２→Ｌ３），（Ｋ３→Ｌ２），（Ｋ４→Ｌ１）の入出力経路とが形成され、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。また、光スイッチＳ１１～Ｓ４４のうち、別の任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態としても、入力ペアと出力ペアのペア関係に変更がなく、全４！通りの結線状態で（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる。
　なお、入力と出力の設定には任意性があり、第１実施形態に係る光スイッチ装置と同様に入出力関係を反転させることもできる。
＜第３実施形態＞
　前記光スイッチ装置の第３実施形態を図１６及び図１７を参照しつつ説明する。この第３実施形態は、前記光スイッチ装置を前記正方格子型マトリクススイッチを用いた前記双方向光スイッチとして応用する場合の一実施形態に係る。なお、図１６は、第３実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図１７は、第３実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。
　第３実施形態に係る光スイッチ装置は、第１実施形態に係る光スイッチ装置と異なり、光の偏波分離、偏波結合を行わず、（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）の第１入出力ペア群と、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）の第２入出力ペア群と同期させた双方向光スイッチとして用いられる。
　図１６に示すように、第３実施形態に係る光スイッチ装置は、４行４列の正方格子型マトリクススイッチを有する。
　この正方格子型マトリクススイッチでは、再び図８を参照すると、前述の規則性に基づき、全ての光スイッチ（Ｓ１１～Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路（（Ａ１－Ｋ１），（Ａ２－Ｋ２），（Ａ３－Ｋ３），（Ａ４－Ｋ４），（Ｂ１－Ｌ１），（Ｂ２－Ｌ２），（Ｂ３－Ｌ３），（Ｂ４－Ｌ４））における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる８個の入出力ポートのペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）のうち、正方格子型マトリクススイッチの１列目における４個のオリジナルポート（Ａ１～Ａ４）をペアに含む半数の４個のペアが第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））に設定される。
　第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））と、第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））とのいずれを入力ペア群、出力ペア群とするかには任意性があるが、図１６に示す例では、説明の便宜上、第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））を入力ペア群とし、第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））を出力ペア群とする。
　このように入力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））及び出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））が設定される第３実施形態に係る光スイッチ装置では、入力ペア群のオリジナルポート（Ａ１～Ａ４）に接続される光ファイバ等の光入力手段が第１光入力手段とされ、入力ペア群のアイドルポート（Ｋ１～Ｋ４）に接続される光ファイバ等の光入力手段が第２光入力手段とされ、出力ペア群のオリジナルポート（Ｂ１～Ｂ４）に接続される光ファイバ等の光出力手段が第１光出力手段とされ、出力ペア群のアイドルポート（Ｌ１～Ｌ４）に接続される光ファイバ等の光出力手段が第２光出力手段とされる。
　４個の第１入出力源Ｅ～Ｈは、任意の一対の第１光入力手段（Ａ１～Ａ４のいずれかと接続）及び第２光出力手段（Ｌ１～Ｌ４のいずれかと接続）と接続可能され、これら一対の第１光入力手段及び第２光出力手段が第１入出力部を構成する。
　図１６では、１例として、第１光入力手段（Ａ１～Ａ４のいずれかと接続）及び第２光出力手段（Ｌ１～Ｌ４のいずれかと接続）を介して、第１入出力源Ｅが入力ポートＡ１及び出力ポートＬ１と接続され、第１入出力源Ｆが入力ポートＡ２及び出力ポートＬ２と接続され、第１入出力源Ｇが入力ポートＡ３及び出力ポートＬ３と接続され、第１入出力源Ｈが入力ポートＡ４及び出力ポートＬ４と接続される例を示している。
　また、４個の第２入出力源Ｋ～Ｎは、任意の一対の第２光入力手段（Ｋ１～Ｋ４のいずれかと接続）及び第１光出力手段（Ｂ１～Ｂ４のいずれかと接続）と接続可能され、これら一対の第２光入力手段及び第１光出力手段が第２入出力部を構成する。
　図１６では、１例として、第２光入力手段（Ｋ１～Ｋ４のいずれかと接続）及び第１光出力手段（Ｂ１～Ｂ４のいずれかと接続）を介して、第２入出力源Ｋが入力ポートＫ１及び出力ポートＢ１と接続され、第２入出力源Ｌが入力ポートＫ２及び出力ポートＢ２と接続され、第２入出力源Ｍが入力ポートＫ３及び出力ポートＢ３と接続され、第２入出力源Ｎが入力ポートＫ４及び出力ポートＢ４と接続される例を示している。
　なお、入出力源には、操作者が操作するパーソナルコンピュータ等の信号の入出力装置や該入出力装置と光スイッチ装置との間に配される信号の中継器等、信号の入出力源となるものが該当する。
　ここで、説明のために、第１入出力源Ｅ～Ｈをそれぞれ１名ずつの男性ユーザが操作し、第２入出力源Ｋ～Ｎをそれぞれ１名ずつの女性ユーザが操作しているとすると、図１７に示すように光スイッチＳ１２，Ｓ１４，Ｓ４２，Ｓ４４をバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態とした結線状態で、（１）第１入出力源Ｅの男性ユーザ（入力ポートＡ１、出力ポートＬ１を使用）と第２入出力源Ｎの女性ユーザ（入力ポートＫ４、出力ポートＢ４を使用）、（２）第１入出力源Ｆの男性ユーザ（入力ポートＡ２、出力ポートＬ２を使用）と第２入出力源Ｍの女性ユーザ（入力ポートＫ３、出力ポートＢ３を使用）、（３）第１入出力源Ｇの男性ユーザ（入力ポートＡ３、出力ポートＬ３を使用）と第２入出力源Ｌの女性ユーザ（入力ポートＫ２、出力ポートＢ２を使用）、（４）第１入出力源Ｈの男性ユーザ（入力ポートＡ４、出力ポートＬ４を使用）と第２入出力源Ｋの女性ユーザ（入力ポートＫ１、出力ポートＢ１を使用）の４組が、第３実施形態の光スイッチ装置を介して双方向接続され、入力（話す）と出力（聞く）により会話等を楽しむことができる。
　また、各双方向接続は、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ４），（Ａ２→Ｂ３），（Ａ３→Ｂ２），（Ａ４→Ｂ１）の入出力経路と、この入出力経路と異なる、（入力→出力）が（Ｋ１→Ｌ４），（Ｋ２→Ｌ３），（Ｋ３→Ｌ２），（Ｋ４→Ｌ１）の入出力経路との２つの入出力経路で構成される。したがって、同じ入出力経路を対向伝搬させて双方向接続を形成する場合に比べて、使用可能な光の制約を少なくすることができる。例えば、光スイッチには動作可能な光の強さに上限が存在するが、同じ入出力経路を対向伝搬させる場合に比べて、２つの異なる入出力経路で双方向接続を形成する場合は、２倍の強さの光を用いることができる。
　今、正方格子型マトリクススイッチの結線状態を図７（ａ）と同様、光スイッチＳ２２，Ｓ２４，Ｓ３２，Ｓ３４のバー状態、残りの光スイッチをクロス状態にスイッチさせると各双方向接続は、（入力→出力）が（Ａ１→Ｂ１），（Ａ２→Ｂ２），（Ａ３→Ｂ３），（Ａ４→Ｂ４）の入出力経路と、（入力→出力）が（Ｋ１→Ｌ１），（Ｋ２→Ｌ２），（Ｋ３→Ｌ３），（Ｋ４→Ｌ４）の入出力経路との２つの入出力経路で構成され、（１）第１入出力源Ｅの男性ユーザ（入力ポートＡ１、出力ポートＬ１を使用）と第２入出力源Ｋの女性ユーザ（入力ポートＫ１、出力ポートＢ１を使用）、（２）第１入出力源Ｆの男性ユーザ（入力ポートＡ２、出力ポートＬ２を使用）と第２入出力源Ｌの女性ユーザ（入力ポートＫ２、出力ポートＢ２を使用）、（３）第１入出力源Ｇの男性ユーザ（入力ポートＡ３、出力ポートＬ３を使用）と第２入出力源Ｍの女性ユーザ（入力ポートＫ３、出力ポートＢ３を使用）、（４）第１入出力源Ｈの男性ユーザ（入力ポートＡ４、出力ポートＬ４を使用）と第２入出力源Ｎの女性ユーザ（入力ポートＫ４、出力ポートＢ４を使用）の４組が、第３実施形態の光スイッチ装置を介して双方向接続され、会話等を楽しむことができる。即ち、正方格子型マトリクススイッチの結線状態を変更しても、入力ペアと出力ペアのペア関係に変更がなく、延いては、各ユーザに割り当てられた１対の入力ポート及び出力ポートに変更がないため、１名の男性ユーザと１名の女性ユーザ間で入力（話す）と出力（聞く）とが同期した双方向接続が実現されることとなる。
　そして、この双方向接続は、光スイッチＳ１１～Ｓ４４のうち、別の任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態としても、全４！通りの結線状態で実現することができる（図７（ｂ），（ｃ）等参照）。
＜第４実施形態＞
　前記光スイッチ装置の第４実施形態を図１８及び図１９を参照しつつ説明する。この第４実施形態は、前記光スイッチ装置を前記菱形格子型マトリクススイッチを用いた前記双方向光スイッチとして応用する場合の一実施形態に係る。なお、図１８は、第４実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図１９は、第４実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。
　第４実施形態に係る光スイッチは、図１８に示すように第３実施形態に係る光スイッチにおいて、正方格子型マトリクススイッチに代えて、菱形格子型マトリクススイッチを用いること以外は、第３実施形態に係る光スイッチと同様の構成とされる。
　即ち、再び図１０を参照すると、前述の規則性に基づき、全ての光スイッチ（Ｓ１１～Ｓ４４）をクロス状態にスイッチさせた状態で結線されるマトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポート同士でペアリングされる８個の入出力ポートのペア（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４），（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）のうち、菱形格子型マトリクススイッチの１列目における４個のオリジナルポート（Ａ１～Ａ４）をペアに含む半数の４個のペアが第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））に設定される。
　これら第１入出力ペア群（（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４））に設定され、残り半数の４個のペアが第２入出力ペア群（（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４））は、第３実施形態の光スイッチ装置と同様の関係で、第１光入力手段、第２光入力手段、第１光出力手段及び第２光出力手段を介して第１入出力源Ｅ～Ｈ及び第２入出力源Ｋ～Ｎの接続関係を設定することができる。
　したがって、光スイッチＳ１１～Ｓ４４のうち、任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態として、全４！通りの結線状態で第１入出力源Ｅ～Ｈと第２入出力源Ｋ～Ｎとで入力と出力とを同期させた双方向接続を実現することができる。
　先に、偏波ダイバーシティ光スイッチへの応用例として第１実施形態及び第２実施形態に係る前記光スイッチ装置を挙げて説明を行ったが、これらの光スイッチ装置は、入出力経路を構成する配線を変更することで、配線長を同一とし、かつ、より回路規模を小さくすることができる。以下、図面を参照しつつ説明をする。
　先ず、前記光スイッチ装置の第５実施形態を図２０及び図２１を参照しつつ説明する。なお、図２０は、第５実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図２１は、第５実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。
　この第５実施形態は、第１実施形態に係る前記光スイッチ装置（図１２，１３参照）と入出力経路、入出力ポートのペア、第１入出力ペア群及び第２入出力ペア群の各設定、並びに、入力ペアと偏波分離手段との接続関係及び出力ペアと偏波結合手段との接続関係に変更を与えず、入出力経路を構成する配線等を変更することで、より回路規模を小さくし、回路レイアウトのコンパクト化したものである。即ち、任意の４個の光スイッチをバー状態とし（例えば、図２１中のＳ１２，Ｓ１４，Ｓ４２，Ｓ４４）、残りの光スイッチをクロス状態として、入力ペアと出力ペアの関係に変更がなく、全４！通りの結線状態で（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる点で、第１実施形態に係る前記光スイッチ装置と同じである。以下、変更点について説明する。
　第５実施形態に係る光スイッチ装置では、Ｎ列目（４列目）からマトリクススイッチ外方に出る配線をマトリクススイッチ内を通過する態様で１列目に向けて折り返し、折り返された配線端部を１列目側のみに配された偏波分離手段Ｘ１～Ｘ４及び偏波結合手段Ｙ１～Ｙ４と接続することとして、回路規模を小さくし、回路レイアウトをコンパクト化することとしている。即ち、第５実施形態に係る光スイッチ装置では、第１実施形態に係る光スイッチ装置においてマトリクススイッチ外方に配される配線をマトリクススイッチ内に配すると同時に、第１実施形態に係る光スイッチ装置において配置先に選択性があった偏波分離手段Ｘ１～Ｘ４及び偏波結合手段Ｙ１～Ｙ４の配置先を１列目側にまとめることで、第１実施形態に係る光スイッチ装置よりも、回路規模が小さくされ、回路レイアウトがコンパクト化されている。
　加えて、第５実施形態に係る光スイッチ装置では、次の規則性を持たせて構成されることで、配線長を同一にでき、偏波依存損失を小さくすることができる。
　先ず、第５実施形態に係る光スイッチ装置の構成部として、図２２に示す正方格子型マトリクススイッチを想定する。なお、図２２は、第５実施形態に係る光スイッチ装置を構成する正方格子型マトリクススイッチの回路構成を示す図である。
　この正方格子型マトリクススイッチは、１行目の１列からＮ－１列（４－１列＝３列）までの各光スイッチ（Ｓ１１～Ｓ１３）が次列において１行の光スイッチ（Ｓ１２～Ｓ１４）及び次行の光スイッチ（Ｓ２２～Ｓ２４）と結線され、Ｎ行目（４行目）の１列からＮ－１列（４－１列＝３列）までの各光スイッチ（Ｓ４１～Ｓ４３）が次列においてＮ行（４行）の光スイッチ（Ｓ４２～Ｓ４４）及び前行の光スイッチ（Ｓ３２～Ｓ３４）と結線され、２行目からＮ－１行目（４－１行＝３行目）の１列からＮ－１列（４－１列＝３列）までの各光スイッチ（Ｓ２１～Ｓ２３及びＳ３１～Ｓ３３）が次行において前行の光スイッチ（Ｓ１２～Ｓ１４及びＳ２２～Ｓ２４）及び次行の光スイッチ（Ｓ３２～Ｓ３４及びＳ４２～Ｓ４４）と結線され、全行における行の方向が並行とされ、かつ、全列における列の方向が並行とされる正方格子型マトリクススイッチとされる。
　次に、第５実施形態に係る光スイッチ装置の構成部として、図２３に示す正方格子型配線を想定する。なお、図２３は、第５実施形態に係る光スイッチ装置を構成する正方格子型配線の回路構成を示す図である。
　この正方格子型配線は、前記正方格子型マトリクススイッチと同行同列で略同等の大きさであり、前記正方格子型マトリクススイッチの全ての前記光スイッチをクロス状態の結線に置換して結線される。
　即ち、前記正方格子型配線は、前記正方格子型マトリクススイッチと同じ４行４列で略同等の大きさであり、前記正方格子型マトリクススイッチの全ての光スイッチ（Ｓ１１～Ｓ４４）がクロス状態の結線（Ｃ１１～Ｃ４４）に置換されて結線される点で前記正方格子型マトリクススイッチと異なる。
　次に、図２４に示すように、平面視で前記正方格子型マトリクススイッチの個々の光スイッチ（Ｓ１１～Ｓ４４）に対して個々のクロス状の結線（Ｃ１１～Ｃ４４）が同行同列同士で１つの組をなすように列の方向に対向配置される状態で、この正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチの表裏いずれかの面上に配する。即ち、それぞれ行列方向に平面状で展開される前記正方格子型配線及び前記正方格子型マトリクススイッチのいずれか一方を他方に対し、先の状態で同一平面上に重ねて配する。なお、図２４は、正方格子型マトリクススイッチ上に正方格子型配線を配した状態を説明する説明図（１）である。
　次に、図２５に示すように、Ｎ列目（４列目）における各組の光スイッチ（Ｓ１４，Ｓ２４，Ｓ３４，Ｓ４４）とクロス状の結線（Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４）とが、光スイッチ（Ｓ１４，Ｓ２４，Ｓ３４，Ｓ４４）のオリジナルポート（Ｂ１～Ｂ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４）の前記オリジナルポートに相当するポート（Ｂ１～Ｂ４）とが結線され、かつ、光スイッチ（Ｓ１４，Ｓ２４，Ｓ３４，Ｓ４４）のアイドルポート（Ｋ１～Ｋ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４）の前記アイドルポートに相当するポート（Ｋ１～Ｋ４）とが結線されるように、前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチと結線する。なお、図２５は、正方格子型マトリクススイッチ上に正方格子型配線を配した状態を説明する説明図（２）である。
　次に、１列目における各組（Ｓ１１とＣ１１の組、Ｓ２１とＣ２１の組、Ｓ３１とＣ３１の組、Ｓ４１とＣ４１の組）の光スイッチ（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）とクロス状の結線（Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１）とが、光スイッチ（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）のオリジナルポート（Ａ１～Ａ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１）の前記オリジナルポートに相当するポート（Ａ１～Ａ４）とが第１光入力手段及び第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段（Ｘ１～Ｘ４）に接続され、かつ、光スイッチ（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）のアイドルポート（Ｌ１～Ｌ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１）の前記アイドルポートに相当するポート（Ｌ１～Ｌ４）とが第１光出力手段及び第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段（Ｙ１～Ｙ４）に接続されるように、偏波分離手段（Ｘ１～Ｘ４）及び偏波結合手段（Ｙ１～Ｙ４）の配置（１列目側）、並びに、これら手段と配線との結線を行う。
　なお、光の入出力関係には任意性があり、光スイッチ（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）のオリジナルポート（Ａ１～Ａ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１）の前記オリジナルポートに相当するポート（Ａ１～Ａ４）とが前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段（Ｙ１～Ｙ４）に接続され、かつ、光スイッチ（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）のアイドルポート（Ｌ１～Ｌ４）と前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときのクロス状の結線（Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１）の前記アイドルポートに相当するポート（Ｌ１～Ｌ４）とが前記第１光入力手段及び前記第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段（Ｘ１～Ｘ４）に接続されるように変更してもよい。
　以上の次の規則性を持たせることで、偏波依存損失が小さい第５実施形態に係る光スイッチ装置を構成することができる（図２０参照）。以下、具体的に説明を行う。
　第５実施形態に係る光スイッチ装置では、基板１００等の光回路基板上に入出力経路が配される（図２０参照）。この入出力経路中、配線（例えば、光導波路）の長さは同一となり、配線長に比例する光信号の伝搬による損失は等しくなる。また、配線同士が跨ぐ箇所である交差点が必ず発生する。交差点では、光信号の損失が生じることとなる。
　しかしながら、第５実施形態に係る光スイッチ装置では、前記規則性を持たせて構成されるため、基板１００上において、バー状態の光スイッチの設定により任意に形成される８つの入出力経路の全てで交差点を通過する回数がいずれも２０回となる。
　したがって、第５実施形態に係る光スイッチ装置では、８つの入出力経路により伝達される光信号間での差がなくなり、損失が経路に依存しない態様となり、偏波依存損失を小さくすることができる。
　なお、基板１００の外方を含めると８つの入出力経路における交差回数に最大２回分の差が生じるものの、基板１００上での交差回数に比べて基板１００の外方における交差回数が十分に少ないことから、その損失が小さいものとして実質的に無視することができる。
　また、図示の例では、入出力経路を構成する配線の一部が基板１００の外方に延線されて基板１００外方に存する偏波分離手段Ｘ１～Ｘ４及び偏波結合手段Ｙ１～Ｙ４と接続されているが、偏波分離手段Ｘ１～Ｘ４、偏波結合手段Ｙ１～Ｙ４及びこれら手段に至る配線が基板１００上に配されるように構成されてもよい。
　なお、第５実施形態に係る光スイッチ装置では、基板１００上に配線を設ける場合に、回路規模の小型化に加え、配線の長さを同一とし、かつ配線同士の交差点の数を実質的に同一とすることで、光信号の損失によって生じる経路による損失の差を小さくし、偏波依存損失を低減することを目的とするが、次の変形例によっても実現することができる。
　図２６に第５実施形態に係る光スイッチ装置の変形例を示す。
　この変形例は、マトリクス部分を上下２つの階層で分離し、黒い丸で示したポイント部分で上下２つの階層を行き来することができるようにしたものに係る。
　即ち、この変形例では、上下２つの階層により、配線長は同一としたうえで、各階層を構成する平面内での交差回数を減らすことができるため、経路損失無依存を実現したまま、全体の損失を低減することができる。
　なお、上下２つの階層で分離される限り、前記正方格子型マトリクススイッチと前記正方格子型配線とのいずれを上層とし下層とするかについては、任意である。
　次に、第６実施形態に係る光スイッチ装置として、第２実施形態に係る前記光スイッチ装置（菱形格子型マトリクススイッチ）の入出力経路を構成する配線を変更することで、より回路規模を小さくし、回路レイアウトのコンパクト化させた構成を図２７，図２８を参照しつつ説明する。なお、図２７は、第６実施形態に係る光スイッチ装置の構成を説明する説明図であり、図２８は、第６実施形態に係る光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。
この第６実施形態は、第２実施形態に係る前記光スイッチ装置（図１４，１５参照）と入出力経路、入出力ポートのペア、第１入出力ペア群及び第２入出力ペア群の各設定、並びに、入力ペアと偏波分離手段との接続関係及び出力ペアと偏波結合手段との接続関係に変更を与えず、入出力経路を構成する配線等を変更することで、より回路規模を小さくし、回路レイアウトのコンパクト化したものである。即ち、任意の４個の光スイッチをバー状態とし、残りの光スイッチをクロス状態として、入力ペアと出力ペアの関係に変更がなく、全４！通りの結線状態で（Ａ１，Ｋ１），（Ａ２，Ｋ２），（Ａ３，Ｋ３），（Ａ４，Ｋ４）を入力ペアとし、（Ｂ１，Ｌ１），（Ｂ２，Ｌ２），（Ｂ３，Ｌ３），（Ｂ４，Ｌ４）を出力ペアとして、第１偏波成分と第２偏波成分の同期をとることができる点で、第２実施形態に係る前記光スイッチ装置と同じである。以下、変更点について説明をする。
　第６実施形態に係る光スイッチ装置では、図２７，２８に示すように、Ｎ列目（４列目）からマトリクススイッチ外方に出る配線をマトリクススイッチ内を通過する態様で１列目に向けて折り返し、折り返された配線端部を１列目側のみに配された偏波分離手段Ｘ１～Ｘ４及び偏波結合手段Ｙ１～Ｙ４と接続することとして、回路規模を小さくし、回路レイアウトをコンパクト化することとしている。即ち、第６実施形態に係る光スイッチ装置では、第２実施形態に係る光スイッチ装置においてマトリクススイッチ外方に配される配線をマトリクススイッチ内に配すると同時に、第２実施形態に係る光スイッチ装置において配置先に選択性があった偏波分離手段Ｘ１～Ｘ４及び偏波結合手段Ｙ１～Ｙ４の配置先を１列目側にまとめることで、第２実施形態と同様に偏波無依存ではないものの、第２実施形態に係る光スイッチ装置よりも、回路規模が小さくされ、回路レイアウトがコンパクト化されている。なお、図２８中の符号２００は、基板を示す。
　Ｓ１１～Ｓ４４　光スイッチ
　Ａ１～Ａ４，Ｋ１～Ｋ４　入力ポート（オリジナルポート）
　Ｂ１～Ｂ４，Ｌ１～Ｌ４　出力ポート（オリジナルポート）
　＊　アイドルポート
　１００，２００　基板

Claims (7)

  1. 　２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列のマトリクス上にＮ２個配され、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされるマトリクススイッチと、
    　前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成するオリジナルポートと他方を構成するアイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートのペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群とし、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群としたとき、
    　前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光入力手段と、
    　前記第１入出力ペア群及び前記第２入出力ペア群のいずれか一方における未接続の前記各オリジナルポートと１対１で接続されるＮ個の第１光出力手段と、
    　前記第１光入力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光入力手段と、
    　前記第１光出力手段と接続される前記オリジナルポートを前記ペアに含む未接続の前記各アイドルポートと１対１で接続されるＮ個の第２光出力手段と、
    　を有することを特徴とする光スイッチ装置。
  2. 　マトリクススイッチが、正方格子型マトリクススイッチの回路構成とされる請求項１に記載の光スイッチ装置。
  3. 　更に、光を第１偏波成分と第２偏波成分とに偏波分離して前記第１偏波成分を第１光入力手段に入力するとともに前記第２偏波成分を第２光入力手段に入力するＮ個の偏波分離手段と、
    　第１光出力手段及び第２光出力手段から片方ずつ出力される前記第１偏波成分と前記第２偏波成分とを偏波結合するＮ個の偏波結合手段と、
    　を有する請求項１から２のいずれかに記載の光スイッチ装置。
  4. 　偏波分離手段が光を第１偏波成分と第２偏波成分とに偏波分離するビームスプリッタと、前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方の偏波軸を他方の偏波軸に回転させる第１偏波回転素子とを有し、
    　偏波結合手段が前記第１偏波回転素子で偏波軸を回転させた前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方の偏波軸を回転前の元の偏波軸に再回転させる第２偏波回転素子と、前記第２偏波回転素子で偏波軸を再回転させた前記第１偏波成分及び前記第２偏波成分のいずれか一方と他方とを偏波結合するビーム結合器と、を有する請求項３に記載の光スイッチ装置。
  5. 　正方格子型マトリクススイッチが、１行目の１列からＮ－１列までの各光スイッチが次列において１行の前記光スイッチ及び次行の前記光スイッチと結線され、Ｎ行目の１列からＮ－１列までの前記各光スイッチが次列においてＮ行の前記光スイッチ及び前行の前記光スイッチと結線され、２行目からＮ－１行目の１列からＮ－１列までの前記各光スイッチが次行において前行の前記光スイッチ及び次行の前記光スイッチと結線され、全行における行の方向が並行とされ、かつ、全列における列の方向が並行とされる正方格子型マトリクススイッチであり、
    　前記正方格子型マトリクススイッチと同行同列で略同等の大きさであり、前記正方格子型マトリクススイッチの全ての前記光スイッチをクロス状態の結線に置換して結線される正方格子型配線が、平面視で前記正方格子型マトリクススイッチの個々の前記光スイッチに対して個々の前記クロス状の結線が１つの組をなすように列の方向に対向配置される状態で、行列方向に平面状で展開される前記正方格子型マトリクススイッチの表裏いずれかの面上に配され、
    　Ｎ列目における各組の前記光スイッチと前記クロス状の結線とが、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが結線され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが結線され、
    　１列目における各組の前記光スイッチと前記クロス状の結線とが、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが第１光入力手段及び第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段に接続され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段に接続されるか、又は、光の入出力関係を逆として、前記光スイッチのオリジナルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記オリジナルポートに相当するポートとが前記第１光出力手段及び前記第２光出力手段を介して共通の偏波結合手段に接続され、かつ、前記光スイッチのアイドルポートと前記正方格子型配線を前記正方格子型マトリクススイッチとして見立てたときの前記クロス状の結線の前記アイドルポートに相当するポートとが前記第１光入力手段及び前記第２光入力手段を介して共通の偏波分離手段に接続される請求項３から４のいずれかに記載の光スイッチ装置。
  6. 　一対の第１光入力手段及び第２光出力手段をＮ個の第１入出力源と接続可能なＮ個の第１入出力部とし、一対の第２光入力手段及び第１光出力手段をＮ個の第２入出力源と接続可能なＮ個の第２入出力部とする請求項１から２のいずれかに記載の光スイッチ装置。
  7. 　２入力２出力でクロス及びバーのいずれかの状態にスイッチ可能な光スイッチがＮを２以上の整数としてＮ行Ｎ列のマトリクス上にＮ２個配され、正方格子型マトリクススイッチ及び菱形格子型マトリクススイッチのいずれかの回路構成とされるマトリクススイッチに対し、前記マトリクススイッチの全ての前記光スイッチを前記クロス状態にスイッチさせた状態で結線される前記マトリクススイッチの各入出力経路における外部接続可能な２つの入出力ポートの一方を構成するオリジナルポートと他方を構成するアイドルポートとでペアリングされる２Ｎ個の入出力ポートのペアのうち、前記マトリクススイッチの１列目におけるＮ個の前記オリジナルポートを前記ペアに含む半数のＮ個の前記ペアを第１入出力ペア群と設定し、残り半数のＮ個の前記ペアを第２入出力ペア群と設定する工程を含むことを特徴とする光スイッチ装置の設計方法。
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