[0001] 本发明涉及一种波长选择开关及使用了该波长选择开关的光交叉连接装置。

[0002] 以往，波长交叉连接装置作为光信号的中继节点被连接在将光网络的多个光纤集中在一起的路径(光传输通路)的光纤上。在该波长交叉连接装置中，来自输入侧的路径的光信号经由多个波长选择开关(Wavelength Selective Switch：WSS)向规定的输出侧的路径输出。

[0003] 波长选择开关具有如下功能：在波分复用模式通信中将在光纤上传输的包含在光信号中的各波长成分进行分离，且分别向规定的路径进行分配。波长成分的分离利用了色散元件，通过在空间上对波长差进行分离能够将其向路径分配。作为色散元件，利用棱镜、表面浮雕衍射元件(Surface Relief Gratings：SRG)及阵列波导衍射元件(Arrayed Waveguide Gratings：AWG)等。

[0004] 例如，专利文献1中记载有一种光交叉连接装置，其为在光节点分别通过多根节点间连接用光纤相互连接起来的光网络中配置于光节点的光交叉连接装置，其分别具有分别连接于多根节点间连接用光纤的节点间连接用输入端口及节点间连接用输出端口、内部连接用输入端口及内部连接用输出端口，并包含通过内部连接用输入端口及内部连接用输出端口呈环状或串联地相互连接的多个光交叉连接部，多个光交叉连接部分别由具有与节点间连接用输入端口及内部连接用输入端口的数量对应的多个输入及与节点间连接用输出端口及内部连接用输出端口的数量对应的多个输出的单一波长选择开关构成。

[0005] 以往技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：日本特开2017‑152749号公报

[0032] 以下，对本发明进行详细说明。

[0033] 以下所记载的构成要件的说明是根据本发明的代表性实施方式而完成的，但本发明并不限定于这种实施方式。

[0034] 另外，本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指包含记载于“～”的前后的数值作为下限值及上限值的范围。

[0035] ＜波长选择开关＞

[0036] 本发明的波长选择开关包含：光输入端口；光输出端口；波长色散部，以使从光输入端口入射的光的射出角度按每个规定的波长区域不同的方式，将所入射的光按每个波长在空间上分离并射出；及偏转部，通过将从波长色散部入射的光的反射角度或透射角度按每个波长可变地偏转，使光耦合到光输出端口，其中，波长色散部具备：波长色散元件；及位置控制机构，使波长色散元件相对于光输入端口的位置或角度或者这两者可逆地变化。

[0037] 图1表示本发明的优选的一实施方式所涉及的波长选择开关的结构。图1表示具有1个光输入端口1和多个光输出端口2的分接型的波长选择开关的一例。由于只是光的输入输出方向相反，很多说明重复，因此省略了关于插入型波长选择开关的说明，但本发明也可以适用于具有多个光输入端口和1个光输出端口的插入型波长选择开关。并且，虽未详细说明，也可以设为具备多个光输入端口、多个光输出端口的插接型波长选择开关。

[0038] 图1所示的具有光输入端口1和多个光输出端口2的空间光学型的波长选择开关具备：偏转部6；及波长色散部，以使从光输入端口1入射的光的射出角度按每个规定的波长区域不同的方式，将所入射的光按每个波长在空间上分离并射出。波长色散部还具有如下功能：将由偏转部偏转并入射进来的光进行合波并向光输出端口2耦合。

[0039] 波长色散部具备：波长色散元件4，用于将入射光分波、合波的棱镜或衍射光栅等；及位置控制机构7，使波长色散元件4相对于光输入端口1的位置或角度或者这两者可逆地变化。在图1所示例中，位置控制机构7使相对于光输入端口1的光轴方向(光的射出方向)的波长色散元件4的主表面的角度可逆地变化。即，位置控制机构7使从光输入端口1入射的光入射到波长色散元件4时的入射角可逆地变化。并且，如图示例所示，根据需要，波长色散部还可以具有在光输入端口1与波长色散元件4之间的前端光学系统3和/或在波长色散元件4与偏转部6之间的后端光学系统5。

[0040] 在图1所示的波长选择开关中，从光输入端口1入射的光通过前端光学系统3、波长色散元件4及后端光学系统5，并被偏转部6反射，再次，通过后端光学系统5、波长色散元件4及前端光学系统3，耦合到多个光输出端口2。

[0041] 在波分复用模式通信中，图1所示的波长选择开关将包含在所入射的光信号中的各波长成分进行分离，且将所分离的各波长成分的光分别向规定的路径进行分配。

[0042] 在图1所示的波长选择开关中，从光输入端口1入射的光被前端光学系统3调整偏振状态、行进方向等而入射到波长色散元件4中。波长色散元件4将所入射的波长分离成各波长成分，并将光向偏转部6反射。被波长色散元件4分离成各波长成分的光分别被后端光学系统5调整偏振状态、行进方向等而入射到偏转部6中。偏转部6使入射的各波长成分的光按每个波长向所期望的方向偏转。由偏转部6偏转的各波长成分的光被后端光学系统5调整偏振状态、行进方向等而入射到波长色散元件4中。波长色散元件4将各波长成分的光分别向所期望的光输出端口2反射。此时，波长色散元件4将各波长成分的光中所期望的波长成分的光进行合波。即，在图示例中，波长色散元件4(波长色散部)兼作合波部。被波长色散元件4反射的光被前端光学系统3调整偏振状态、行进方向等而耦合到多个光输出端口2的任一个中。

[0043] 另外，在图1所示例中，由偏转部6偏转的各波长成分的光中，波长色散元件4为兼作将所期望的波长成分的光进行合波的合波部的构成，但并不限定于此。本发明的波长选择开关也可以是不具有将由偏转部6偏转的各波长成分的光进行合波的功能，而将各波长成分的光分别向其他光输出端口耦合的结构。或者，本发明的波长选择开关也可以设为除了波长色散元件4以外另外具有合波部的结构。

[0044] 在图1所示例中，多个光输出端口2在图中大致上下方向排列，波长色散元件4将从光输入端口1入射的光向图中大致左右方向进行分离，偏转部6为了使各波长成分的光耦合到所期望的光输出端口2，向图中沿大致上下方向偏转。即，从光的行进方向看，偏转部6使光偏转的方向是排列有多个光输出端口2的方向，并且，波长色散元件4将光进行分离的方向是与偏转部6使光偏转的方向大致正交的方向。

[0045] 作为一例，从光输入端口1入射的光是在5个波长成分上分别载有不同的信号的光，这5个信号中，在将第1及第2波长成分输出到第1光输出端口，将第3及第4波长成分输出到第2光输出端口，将第5波长成分输出到第3光输出端口的情况下，波长色散元件4将所入射的光分离成5个波长成分。并且，偏转部6将5个波长成分中的第1及第2波长成分向朝向第1光输出端口的方向偏转，将第3及第4波长成分朝向第2光输出端口的方向偏转，将第5波长成分朝向第3光输出端口的方向偏转。波长色散元件4将由偏转部6偏转的第1及第2波长成分进行合波而耦合到第1光输出端口，将第3及第4波长成分进行合波而耦合到第2光输出端口，将第5波长成分耦合到第3光输出端口。

[0046] 以此方式，在载有按每个波长不同的信号的波分复用模式通信中，波长选择开关将包含在所入射的光信号中的各波长成分进行分离，且将所分离的各波长成分的光分别向规定的路径进行分配。

[0047] 在此，在本发明中，波长色散部具有：位置控制机构7，使波长色散元件4相对于光输入端口1的位置或角度或者这两者可逆地变化。本发明的波长选择开关通过改变波长色散元件4的位置和/或角度，能够变更波长色散元件4所分离的光的波长区域。由此，本发明的波长选择开关能够运用宽频带的波长区域，且能够抑制随着宽频带化而发生的串扰。例如，位置控制机构7通过改变波长色散元件4的位置和/或角度，能够将波长色散元件4分离的光的波长区域从用于光通信的波长区域的、T频带(238THz～300THz)、O频带(220THz～238THz)、E频带(205THz～220THz)、S频带(196THz～205THz)、C频带(191.5THz～196THz)、L频带(184.5THz～191.5THz)及U频带(179THz～184.5THz)的任一个频带变更为其他频带。

[0048] 并且，改变波长色散元件4的位置是指，使波长色散元件4分离的各波长成分的光的射出方向相对于偏转部6改变。例如，在波长色散元件4为衍射角度在面内变化的结构的情况下，也可以设为将波长色散元件4平行移动的结构。

[0049] 〔波长色散元件〕

[0050] 作为波长色散元件能够利用公知的波长色散元件，例示了棱镜、表面浮雕衍射光栅、液晶衍射元件、电介质多层膜、胆甾醇型反射层等。也可以是将这些组合而成的，例如，棱镜与表面浮雕衍射光栅、棱镜与液晶衍射元件、表面浮雕衍射光栅与液晶衍射光栅等的组合，也可以通过贴合或层叠而一体化。从对主要在光有线通信中使用的近红外光的分离能力优异的观点出发，优选表面浮雕衍射光栅、液晶衍射元件、电介质多层膜、胆甾醇型反射层。并且，另外，从高次光少、衍射效率的波长依赖性低的观点出发，更优选适用如后所述的那种包含具有来自液晶化合物的光学轴的朝向向面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案的光学各向异性层的液晶衍射元件或者胆甾醇型反射层的任一个。即使从波长信道之间的空间分离距离大、能够降低信道之间的串扰的观点考虑，优选为包含具有来自液晶化合物的光学轴的朝向向面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案的光学各向异性层的液晶衍射元件或者胆甾醇型反射层的任一个。

[0051] 〔位置控制机构〕

[0052] 作为使波长色散元件相对于光输入端口的位置或角度或者这两者可逆地变化的位置控制机构，可以使波长色散元件绕一个轴旋转，也可以赋予直线运动。作为控制这些的运动的机构，能够采用步进马达、线性马达等公知的手段。

[0053] 使用图2a及图2b，概念性地说明位置控制机构的功能。另外，图2a及图2b使用具有1个光输入端口和多个光输出端口的分接型波长选择开关的一例进行了说明，但其效果与分别具备多个光输入端口及1个光输出端口的插入型波长选择开关及多个光输入端口、光输出端口的插接型波长选择开关中也相同。并且，在图2a及图2b中分别图示了将所入射的光按每个波长在空间上分离的波长色散元件4、作为将由偏转部6偏转的各波长的光中2个以上进行合波的合波部的波长色散元件4，但波长色散元件4也可以兼作合波部。并且，在图
2a及图2b中，图示了3个作为合波部的波长色散元件4，但实际上是在1个波长色散元件4的面内的不同的位置上发挥作为合波部的作用的元件。

[0054] 在图2a所示的那种以往的波长选择开关中，波长色散元件4相对于偏转部6为固定状态。由于后述的偏转部6的物理尺寸有上限，因此为了使所期望的波长信道的数量对应，需要缩小入射到偏转部6的波长信道的物理距离。但是，在作为偏转部6而使用具有像素的空间调制器的情况下，由于像素的节距宽度也有下限，因此若信道间隔接近像素节距，则担忧信道之间的串扰。

[0055] 相对于此，在如图2b所示的那种本发明的结构中，由于波长色散元件4可以通过位置控制机构7移动，因此能够根据输入及输出的波长区域改变装置的所对应波长区域。通过可逆地移动，即使在想要将所运用的波长区域设为宽频带的情况下，也能够通过以时间分割运用各波长区域来灵活地应对。另外，在图2b中，仅用直线运动表示波长色散元件4的运动，这是概念性的，如上所述，实际上由位置控制机构7控制的波长色散元件4的运动可以控制角度或位置或其双方。

[0056] 关于控制中角度及位置的宽容度及解像力，可以考虑所使用波长色散元件的空间分离能力、从波长色散元件到偏转部的光学距离、偏转部的尺寸和像素节距宽度等来适当地设计。

[0057] 〔偏转部〕

[0058] 偏转部包含空间相位调制器。空间相位调制器是能够根据光反射在空间相位调制器上的空间位置来改变反射(透射型的情况下透射)的光的相位的器件。此外，通过空间控制光的相位，还可以控制光的方向(偏转)。

[0059] 作为空间相位调制器，能够利用微镜器件及LCOS(Liquid crystal on silicon：硅基液晶)等为代表的液晶光学元件。在容易使路径设为3个以上的多个的观点出发，优选利用LCOS的空间相位调制器。通过将路径设置为3个以上的多个，能够形成的网络拓扑(连接方式)的自由度急剧提高，因此能够有助于数据中心内网络的高度化。

[0060] 作为LCOS的一例，可以举出在硅衬底上高效地反射光的微细的相位调制用电极，在其上夹着间隔件安装玻璃基板的结构。在由玻璃基板、间隔件、硅衬底包围的空间中封入有偏转控制用的液晶材料。以能够将通信波段(184.5～238THz)的光的相位改变2π以上的方式选择封入的液晶材料及间隔件的厚度等。并且，在玻璃基板上，预先在两面设置接地(GND)用的透明薄膜电极。作为透明电极材料常利用ITO。

[0061] 〔后端光学系统〕

[0062] 本发明中能够包含的后端光学系统能够通过适当地组合透镜、棱镜、微透镜阵列、光圈、滤波器、相位差板等的各种光学元件而构成。

[0063] 在作为空间相位调制器而利用LCOS的情况下，由于LCOS具有偏振依赖性，因此从波长色散部入射到偏转部的光优选为偏振光，尤其优选为直线偏振光。在该观点中，上述的后端光学系统优选包含控制偏振状态的光学元件而构成。

[0064] 作为控制偏振状态的光学元件，也可以通过仅使特定偏振成分透射，而吸收或反射其他偏振成分而去除。作为这种光学元件，能够适用吸收型线性起偏器、反射型线性起偏器、反射型圆起偏器等。作为吸收型线性起偏器，可以例示使碘或二色性色素取向并使其含有在有机材料中的材料、吸收型的线栅起偏器。作为反射型的线性起偏器，可以例示反射型的线栅起偏器、聚合物多层膜的延伸物(例如，可以从3M Company作为DBEF(商品名)、APF(商品名)获得的物质)等。作为反射型圆起偏器，可以例示胆甾醇型取向的液晶材料。

[0065] 并且，作为控制偏振状态的光学元件，可以将所入射的光根据各个偏振成分在空间上分离。作为这种光学元件，能够利用包含光学功能层的液晶衍射元件，该光学功能层具有来自沃拉斯顿棱镜、罗森棱镜、布鲁斯特窗、偏振光束分离器、液晶化合物的光学轴在面内变化的液晶取向图案。

[0066] 在从光输入端口到光输出端口中，若在各波长信道之间光路长度存在差异，则有可能信道之间的时间失配可能导致信号再现时的缺陷。因此，后端光学系统优选设计成在各波长信道之间不产生光路差。

[0067] 〔前端光学系统〕

[0068] 本发明中可以包含的前端光学系统与上述的后端光学系统相同，能够将透镜、棱镜、微透镜阵列、光圈、滤波器、相位差板等的各种光学元件适当组合而构成。

[0069] 作为波长色散元件，在使用具有偏振选择性的光学元件的情况下，从光输入端口入射到偏波长色散部的光优选为偏振光。在该观点中，上述的前端光学系统优选为包含控制偏振状态的光学元件而构成。

[0070] 作为控制偏振状态的光学元件，能够利用可以通过仅使特定偏振成分透射，而吸收或反射其他偏振成分而去除的、将所入射的光根据各个偏振成分在空间上分离的元件等，这些例示了在后端光学系统中所述的元件相同的元件。

[0071] 并且，在后端光学系统中所述的元件同样地，在从光输入端口到光输出端口中，若在各波长信道之间光路长度存在差异，则信道之间的时间失配可能导致信号再现时的缺陷。因此，前端光学系统优选设计成在各波长信道之间不产生光路差。

[0072] 尤其优选如前端光学系统补偿在从波长色散元件到后端光学系统、偏转部的光路产生的光路差那样的结构。

[0073] ＜液晶衍射元件＞

[0074] 作为本发明的波长选择开关的波长色散元件，能够利用包含光学各向异性层(光学功能层)的液晶衍射元件(液晶光学元件)，该光学各向异性层具有来自液晶化合物的光学轴在面内变化的液晶取向图案。作为这种液晶衍射元件，例如，能够例示日本特表2017‑522601号公报的图2所示的透射型的液晶衍射元件及同公报的图4所示的反射型的液晶衍射元件。

[0075] 这种液晶衍射元件为液晶化合物(含有介晶的化合物)以规定的取向状态被固定的薄片状的元件。另外，根据需要，液晶衍射元件还能够组合相位差层、棱镜层及微透镜层。

[0076] 本发明的波长选择开关通过将液晶衍射元件作为波长色散元件使用，与以往已知的棱镜、表面浮雕衍射光栅(SRG)相比，是薄型小型的元件，同时在能够加大波长信道的空间上的分离宽度的观点出发，能够降低信道之间的串扰。并且，在能够提高衍射效率，减少插入损耗的观点上也优选。

[0077] 具有在面内变化的液晶取向图案的液晶衍射元件(光学各向异性层)能够通过将液晶化合物以规定的取向状态固定而获得。

[0078] 取向状态的固定可以利用电场及磁场等，也可以利用液晶化合物的相变、交联及聚合等。

[0079] 在将电场及磁场等利用于取向状态的固定的情况下，也可以设为通过控制施加的电场或磁场，调节开/关的切换以及各光束的空间上的分离。在将液晶化合物的相变、交联及聚合等利用于取向状态的固定的情况下，作为液晶化合物能够使用显示液晶性的各种化合物，但从能够长期保持稳定的光学特性的观点出发，优选使用聚合性液晶化合物。尤其优选的是，本发明中使用的液晶衍射元件是在将包含聚合性液晶化合物的组合物设为规定的取向状态之后，通过聚合或交联而将取向状态固定的元件。关于这些元件制作方法，能够利用日本特表2017‑522601号公报、国际公开第2019/189852号中记载的方法来制作。

[0080] 图3表示将具有液晶化合物的光学轴在面内变化的液晶取向图案的取向状态固定的液晶衍射元件的概念图。

[0081] 图3所示的液晶衍射元件104在根据需要设置的透明基材(支撑体)20上设置有作为光学功能层的光学各向异性层26。光学各向异性层26中包含液晶化合物30，该液晶化合物30的取向状态被固定在横穿光学各向异性层26的任意面615内变化的光学轴(图3中的棒的长轴方向)上。并且，在支撑体20与光学各向异性层26之间具有未图示的取向膜24。

[0082] 以此方式被固定取向的液晶化合物30的排列在光学各向异性层26内形成折射率各向异性的分布，对于来自光纤的信号光103显示偏振选择性的衍射作用，将所入射的信号光103以根据波长的角度向‑1次光105及1次光107在空间上分离。

[0083] 在图3的液晶衍射元件104中，典型的有将所入射的信号光103分别分离成旋转方向不同的2个圆偏振光的光学各向异性层，但是在偏振复用模式正交的直线偏振光的复用模式情况下，通过添加没有图示的入射侧λ/4波长板及射出侧λ/4波长板，能够将复用的2个直线偏振光成分分别在空间上分离并取出。关于这一点，后述的图3所示的例子也相同。

[0084] 什么样的取向状态将‑1次光及1次光(或者也可以利用0次光)以什么样的偏振状态以什么样的方式在空间上分离，能够通过日本特开2004‑341024号公报中所记载的Jones法(R.C.Jones,J.Opt.Soc.Am.31,488,1941)进行分析，通过适当地设计取向状态，能够仅利用‑1次光或1次光。作为波长色散元件，优选仅使用1次光的方式。

[0085] 并且，如图4所示，在液晶衍射元件104中，光学各向异性层26使用包含液晶化合物的组合物而形成，具有来自液晶化合物的光学轴的朝向向面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案，液晶化合物(光学轴)也可以在厚度方向上一边旋转一边变化。

[0086] (支撑体)

[0087] 在液晶衍射元件104中，支撑体20用于支撑取向膜24及光学各向异性层26。

[0088] 只要能够支撑取向膜24及光学各向异性层26，则支撑体20能够利用各种片状物(薄膜、板状物)。

[0089] 作为支撑体20，优选为透明支撑体，可以举出聚甲基丙烯酸甲酯等的聚丙烯酸类树脂薄膜、三乙酸纤维素等纤维素系树脂薄膜、环烯烃聚合物系薄膜(例如，商品名称“ARTON”、JSR公司制、商品名称“ZEONOR”、Zeon Corporation制)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯及聚氯乙烯等。支撑体并不限于挠性薄膜，也可以是玻璃基板等非挠性基板。

[0090] 支撑体20的厚度并无限制，只要根据液晶衍射元件104的用途及支撑体20的形成材料等适当设定能够保持取向膜及光学各向异性层的厚度即可。

[0091] 支撑体20的厚度优选为1～1000μm，更优选为3～250μm，进一步优选为5～150μm。

[0092] (取向膜)

[0093] 在液晶衍射元件104中，也可以在支撑体20的表面上形成取向膜24。

[0094] 取向膜24为在形成液晶衍射元件104的光学各向异性层26时用于将液晶化合物30取向为规定的液晶取向图案的取向膜。

[0095] 另外，在图3等中，作为液晶化合物30，例示了棒状液晶化合物。

[0096] 如上所述，在图示例的透射型的液晶衍射元件104中，光学各向异性层26具有来自液晶化合物30的光学轴30A(参考图5)的朝向沿面内的一个方向(图中的箭头A方向)连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。

[0097] 因此，液晶衍射元件104的取向膜以光学各向异性层26能够形成该液晶取向图案的方式形成。

[0098] 另外，在本发明中，在液晶化合物30为棒状液晶化合物的情况下，液晶化合物30的光学轴30A是指棒状液晶化合物的分子长轴。另一方面，在液晶化合物30为圆盘状液晶化合物的情况下，液晶化合物30的光学轴30A是指与相对于圆盘状液晶化合物的圆盘面的法线方向(正交方向)平行的轴。

[0099] 在以下的说明中，也将“光学轴30A的朝向旋转”简称为“光学轴30A旋转”。

[0100] 取向膜能够利用公知的各种取向膜。

[0101] 例如，可以例示由聚合物等有机化合物构成的摩擦处理膜、无机化合物的倾斜蒸镀膜、具有微槽的膜以及使ω‑二十三烷酸、双十八烷基甲基氯化铵及硬脂酸甲酯等有机化合物的基于朗缪尔‑布洛杰特法的LB(Langmuir‑Blodgett：朗缪尔‑布洛杰特)膜累积的膜等。

[0102] 基于摩擦处理的取向膜能够通过在规定方向上通过纸或布数次摩擦聚合物层的表面来形成。

[0103] 作为取向膜中使用的材料，优选例示聚酰亚胺、聚乙烯醇、日本特开平9‑152509号公报中记载的具有聚合性基团的聚合物、日本特开2005‑97377号公报、日本特开2005‑99228号公报及日本特开2005‑128503号公报中记载的取向膜等的形成中使用的材料。

[0104] 在液晶衍射元件104中，取向膜优选利用向光取向性的原材料照射偏振光或非偏振光而形成取向膜的所谓的光取向膜。即，在液晶衍射元件104中，作为取向膜24，优选利用在支撑体20上涂布光取向材料而形成的光取向膜。

[0105] 偏振光的照射能够从相对于光取向膜的垂直方向或倾斜方向进行，非偏振光的照射能够从相对于光取向膜的倾斜方向进行。

[0106] 取向膜的厚度没有限制，根据取向膜的形成材料适当设定可得到所需的取向功能的厚度即可。

[0107] 取向膜的厚度优选为0.01～5μm，更优选为0.05～2μm。

[0108] 取向膜的形成方法没有限制，能够利用各种与取向膜的形成材料相对应的公知的方法。作为一例，可例示将取向膜涂布于支撑体20的表面使其干燥之后，通过激光束曝光取向膜，从而形成取向图案的方法。

[0109] 在图6中概念性地示出对取向膜24进行曝光而形成上述取向图案的曝光装置的一例。

[0110] 图6所示的曝光装置60具备：具备激光器62的光源64；改变由激光器62射出的激光束M的偏振方向的λ/2板65；将由激光器62射出的激光束M分离成光线MA及MB这2个的偏振光束控制元件68；分别配置于所分离的2个光线MA及MB的光路上的反射镜70A及70B；及λ/4板72A及72B。

[0111] 另外，光源64射出直线偏振光P0。λ/4板72A将直线偏振光P0(光线MA)转换成右旋圆偏振光PR，λ/4板72B将直线偏振光P0(光线MB)转换成左旋圆偏振光PL。

[0112] 具有形成取向图案之前的取向膜24的支撑体20配置于曝光部，并且在取向膜24上使2个光线MA及光线MB交叉并使其干涉，从而将其干涉光照射到取向膜24上来进行曝光。

[0113] 通过此时的干涉，照射到取向膜24上的光的偏振状态以干涉条纹状周期性地变化。由此，可以获得具有取向状态周期性地发生变化的取向图案的取向膜(以下，也称为图案取向膜)。

[0114] 在曝光装置60中，通过使2个光线MA及MB的交叉角α变化，能够调节取向图案的周期。即，在曝光装置60中，通过调节交叉角α，在来自液晶化合物30的光学轴30A沿一个方向连续旋转的取向图案中，能够调节将光学轴30A所旋转的一个方向上的光学轴30A旋转180°的1个周期的长度(后述的1个周期Λ)。

[0115] 通过在具有这种取向状态周期性地发生变化的取向图案的取向膜24上形成光学各向异性层26，能够形成后述具有来自液晶化合物30的光学轴30A沿一个方向连续旋转的液晶取向图案的光学各向异性层26。

[0116] 并且，能够通过分别将λ/4板72A及72B的光学轴旋转90°，使光学轴30A的旋转方向反转。

[0117] 如上所述，图案取向膜具有如下取向图案：使液晶化合物取向，以成为形成于图案取向膜上的光学各向异性层26的液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化。

[0118] 可以说，若图案取向膜将沿使液晶化合物取向的朝向的轴设为取向轴，则图案取向膜具有取向轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的取向图案。

[0119] 图案取向膜的取向轴能够通过测量吸收各向异性来检测。例如，在使直线偏振光旋转的同时照射到图案取向膜上并测量了透射图案取向膜的光的光量时，观察到光量成为最大或最小的朝向沿面内的一个方向逐渐变化。

[0120] 另外，在液晶衍射元件104中，取向膜24以优选的方式设置，如上所述，并不是必需的构成要件。

[0121] 例如，能够通过对支撑体20进行摩擦处理的方法、用激光束等对支撑体20进行加工的方法等在支撑体20上形成取向图案，从而也能够设为光学各向异性层26等具有来自液晶化合物30的光学轴30A的朝向沿一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案的结构。

[0122] (光学各向异性层)

[0123] 在图3所示的液晶衍射元件104中，取向膜24的表面上形成有光学各向异性层26。

[0124] 如上所述，在液晶衍射元件104中，光学各向异性层26使用包含液晶化合物的组合物而形成。

[0125] 在将面内延迟的值设定为λ/2时，光学各向异性层26具有作为一般的λ/2板的功能，即，对入射到光学各向异性层的光中所包含的彼此正交的2个直线偏振光成分赋予半波长即180°的相位差的功能。这种液晶衍射元件104(光学各向异性层26)使所入射的圆偏振光折射且改变圆偏振光的旋转方向。并且，液晶衍射元件104(光学各向异性层26)根据所入射的圆偏振光的旋转方向使所入射的光向相反的方位方向折射。

[0126] 在光学各向异性层的面内中，光学各向异性层26具有来自液晶化合物30的光学轴30A的朝向在一个方向(图5的箭头A方向)上连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。

[0127] 另外，来自液晶化合物30的光学轴30A为在液晶化合物30中折射率变得最高的轴、所谓的慢轴。例如，在液晶化合物30为棒状液晶化合物的情况下，光学轴30A沿着棒形状长轴方向。

[0128] 在以下说明中，也将来自液晶化合物30的光学轴30A称为“液晶化合物30的光学轴30A”或“光学轴30A”。

[0129] 图5是表示光学各向异性层26的主表面的面内的液晶化合物30的取向状态的示意图。另外，主表面是指片状物(薄膜、板状物、层)的最大表面。

[0130] 如上所述，光学各向异性层26具有光学轴30A在面内在箭头A所示的一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。

[0131] 在光学各向异性层26中，液晶化合物30在箭头A所示的一个方向和与该箭头A方向正交的Y方向平行的面内二维取向。另外，在后述的图5及图6中，Y方向成为与纸面正交的方向。

[0132] 在以下说明中，将“箭头A所示的一个方向”也简称为“箭头A方向”。

[0133] 另外，平面图是指从厚度方向(＝各层(膜)的层叠方向)观察光学各向异性层26的图。换言之，是从与主表面正交的方向观察光学各向异性层26的图。

[0134] 并且，在图5中，液晶化合物30仅示出取向膜24的表面的液晶化合物30，以清楚地示出液晶衍射元件104的结构。然而，如图3所示，该光学各向异性层26在厚度方向上也具有从该取向膜的表面的液晶化合物30层叠液晶化合物30而成的结构。

[0135] 光学各向异性层26具有来自液晶化合物30的光学轴30A的朝向在光学各向异性层26的面内沿箭头A方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。

[0136] 液晶化合物30的光学轴30A的朝向在箭头A方向(规定的一个方向)连续旋转的同时产生变化，具体而言，是指沿着箭头A方向排列的液晶化合物30的光学轴30A与箭头A方向所成的角度根据箭头A方向的位置不同，沿着箭头A方向光学轴30A与箭头A方向所成的角度依次从θ到θ+180°或者θ‑180°为止发生变化。

[0137] 另外，在箭头A方向彼此相邻的液晶化合物30的光学轴30A的角度之差优选为45°以下，更优选为15°以下，进一步优选为更小的角度。

[0138] 另一方面，在形成光学各向异性层26的液晶化合物30中，光学轴30A的朝向相等的液晶化合物30在与箭头A方向正交的Y方向即与光学轴30A连续旋转的一个方向正交的Y方向上以等间隔排列。

[0139] 换言之，在形成光学各向异性层26的液晶化合物30中，在Y方向上排列的液晶化合物30彼此之间，光学轴30A的朝向与箭头A方向所形成的角度相等。

[0140] 在光学轴30A向一个方向连续旋转的液晶取向图案中，将液晶化合物30的光学轴30A旋转180°的长度(距离)设为液晶取向图案中的1个周期的长度Λ。

[0141] 即，只要是图3及图5所示的光学各向异性层26，在光学轴30A的朝向在面内连续旋转变化的箭头A方向中，将液晶化合物30的光学轴30A旋转180°的长度(距离)设为液晶取向图案中的1个周期的长度Λ。换言之，液晶取向图案中的1个周期的长度由液晶化合物30的光学轴30A和箭头A方向所成的角度达到θ至θ+180°为止的距离来定义。

[0142] 即，将相对于箭头A方向的角度相等的2个液晶化合物30的箭头A方向的中心之间的距离设为1个周期的长度Λ。具体而言，如图5所示，将箭头A方向与光学轴30A的方向一致的2个液晶化合物30的箭头A方向的中心之间的距离设为1个周期的长度Λ。

[0143] 在以下的说明中，也将该1个周期的长度Λ称为“1个周期Λ”。

[0144] 在液晶衍射元件104中，光学各向异性层26的液晶取向图案在箭头A方向即光学轴30A的朝向连续旋转而发生变化的一个方向上重复该1个周期Λ。并且，液晶衍射元件104(光学各向异性层26)也是液晶衍射元件，该1个周期Λ成为衍射结构的周期(1个周期)。

[0145] 如上所述，在光学各向异性层26中，在与箭头A方向正交的Y方向上排列的液晶化合物的光学轴30A与箭头A方向即液晶化合物30的光学轴的朝向旋转的1个方向所形成角度相等。将该光学轴30A与箭头A方向所形成的角度相等的液晶化合物30配置于Y方向上的区域设为区域R。

[0146] 此时，各自的区域R中的面内延迟(Re)的值优选为半波长即λ/2。关于这些面内延迟，通过区域R的折射率各向异性所伴随的折射率差Δn与光学各向异性层的厚度之积来计算。在此，光学各向异性层中的区域R的折射率各向异性所伴随的折射率差为通过区域R的面内的慢轴方向的折射率和与慢轴方向正交的方向的折射率之差来定义的折射率差。即，区域R的折射率各向异性所伴随的折射率差Δn等于光学轴30A的方向的液晶化合物30的折射率与在区域R的面内与光学轴30A垂直的方向的液晶化合物30的折射率之差。即，上述折射率差Δn等于液晶化合物的折射率差。

[0147] 光学各向异性层26通过改变所形成的液晶取向图案的1个周期Λ，能够调节透射光的折射的角度及其波长选择性。具体而言，液晶取向图案的1个周期Λ越短，通过了彼此相邻的液晶化合物30的光彼此的干涉越强，因此能够使透射光折射得很大。并且，基于这种光学各向异性层26的光的折射角度根据所入射的光的波长而不同，波长越短折射角度变得越小。相对于所入射的波长的折射角度能够通过周期Λ、光学各向异性层内部的液晶取向图案的变化来控制，并通过将这些调节成显示所期望的特性，能够获得较大的空间上的分离。

[0148] ＜胆甾醇型反射层＞

[0149] 作为本发明的波长选择开关的波长色散元件，能够利用包含胆甾醇型反射层(胆甾醇型液晶层)的反射型的液晶衍射元件，该胆甾醇型反射层具有来自液晶化合物的光学轴的朝向向面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。

[0150] 图7为示意性地表示反射型液晶衍射元件的一例的图。并且，图7所示的反射型液晶衍射元件的平面图具有与图5所示的结构相同的结构。

[0151] 图7及图7所示的反射型液晶衍射元件具有胆甾醇型液晶层34，该胆甾醇型液晶层34将胆甾醇型液晶相固定而成，并且具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。胆甾醇型液晶层反射选择反射波长的其中一个圆偏振光而使其他波长区域的光及另一个圆偏振光透射。因此，具有胆甾醇型液晶层的衍射元件为反射型的衍射元件。

[0152] 在图7所示的例中，反射型液晶衍射元件具有支撑体20、取向膜24及胆甾醇型液晶层34。关于支撑体20及取向膜24，与透射型的液晶衍射元件相同。

[0153] 另外，图7所示的例的反射型液晶衍射元件具有支撑体20、取向膜24及胆甾醇型液晶层34，但是本发明并不限制于此。反射型液晶衍射元件例如可以为剥离了支撑体20而仅具有取向膜24及胆甾醇型液晶层34的液晶衍射元件。或者，反射型液晶衍射元件例如可以仅具有剥离了支撑体20及取向膜24的胆甾醇型液晶层34的液晶衍射元件。

[0154] 如图7中概念性所示，与将通常的胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层相同地，胆甾醇型液晶层34具有液晶化合物30以螺旋状回转并堆叠而成的螺旋结构，将液晶化合物30以螺旋状旋转(360°旋转)一次并堆叠而成的结构设为螺旋1节距，以螺旋状回转的液晶化合物30具有多个节距层叠而成的结构。

[0155] 众所周知，固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层具有波长选择反射性，胆甾醇型液晶层的选择性反射波长区域取决于上述的螺旋1节距的厚度方向的长度。从而，在设为使胆甾醇型液晶层具有波长选择性并使按每个胆甾醇型液晶层不同的波长的光衍射的结构的情况下，针对各胆甾醇型液晶层的每一层调整胆甾醇型液晶层的螺旋节距P，适当设定胆甾醇型液晶层的选择性反射波长区域即可。

[0156] 并且，胆甾醇型液晶层34与上述透射型的液晶衍射元件同样地具有来自液晶化合物的光学轴的朝向向面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。

[0157] 具有这种液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34将所入射的光向与镜面反射不同的方向反射。例如，将从与胆甾醇型液晶层34垂直的方向入射的光向箭头A方向倾斜而反射。

[0158] 作为一例，假设胆甾醇型液晶层34是选择性地反射红色光的右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层，若光入射到胆甾醇型液晶层34中，则胆甾醇型液晶层34仅反射红色光的右旋圆偏振光，透射除此以外的光。

[0159] 在胆甾醇型液晶层34中，液晶化合物30的光学轴30A沿箭头A方向(一个方向)旋转的同时发生变化。形成于胆甾醇型液晶层34上的液晶取向图案为沿箭头A方向周期性的图案。因此，垂直地入射到胆甾醇型液晶层34上的红色光的右旋圆偏振光RR向与液晶取向图案的周期对应的方位方向反射、衍射，被反射的红色光的右旋圆偏振光RR向相对于X‑Y面(胆甾醇型液晶层的主表面)向排列轴D的方位方向倾斜的方向反射、衍射。

[0160] 因此，在胆甾醇型液晶层34中，通过适当设定作为光学轴30A旋转的一个方向的箭头A方向，能够调节光的反射方向(反射方位)。

[0161] 并且，在反射相同波长且相同的回转方向的圆偏振光的情况下，通过使朝向箭头A方向的液晶化合物30的光学轴30A的旋转方向反转，能够使圆偏振光的反射的方位方向反转。

[0162] 例如，朝向箭头A方向的光学轴30A的旋转方向为顺时针方向，在某个圆偏振光向箭头A方向倾斜而反射的情况下，通过将光学轴30A的旋转方向设为逆时针方向，某圆偏振光向与箭头A方向相反的方向倾斜而反射。

[0163] 而且，在具有相同的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层中，根据液晶化合物30的螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向而反射方向反转。

[0164] 例如，在螺旋的回转方向为右扭转的情况下，选择性地反射右旋圆偏振光，并且通过具有光学轴30A沿箭头A方向向顺时针方向旋转的液晶取向图案而使右旋圆偏振光向箭头A方向倾斜而反射。并且，例如在螺旋的回转方向为左扭转的情况下，选择性地反射左旋圆偏振光，具有光学轴30A沿箭头A方向向顺时针方向旋转的液晶取向图案的液晶层使左旋圆偏振光向与箭头A方向相反的方向倾斜而反射。

[0165] 在具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34中，1个周期Λ越短，反射光相对于入射光的角度越大。即，1个周期Λ越短，越使反射光相对于入射光大幅倾斜而反射。

[0166] 基于具有这种液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34的衍射的角度根据光的波长而不同。具体而言，越是长波长的光，相对于入射光的反射光的角度变得越大。从而，胆甾醇型液晶层34能够通过将所入射的光以根据波长不同的角度衍射(反射)，而使光分离。并且，在作为波长色散元件4而使用胆甾醇型液晶层34的情况下，如图1所示的那样，通过变更胆甾醇型液晶层34的角度，由于胆甾醇型光入射的角度变化，因此朝向偏转部6的光的波长变化。由此，能够变更波长色散元件4所分离的光的波长区域。

[0167] 并且，如上所述，在本发明中，胆甾醇型液晶层用于将所入射的光按每个波长不同的角度反射、衍射。即，胆甾醇型液晶层需要具有一定程度宽的反射波长区域。另一方面，普通的胆甾醇型液晶层具有波长选择反射性，是在窄频带反射光的层。

[0168] 因此，在本发明中，为了扩大反射波长区域，胆甾醇型液晶层优选为螺旋节距在厚度方向上变化的结构。通过胆甾醇型液晶层具有螺旋节距在厚度方向上变化的结构，能够扩大胆甾醇型液晶层的反射波长区域。并且，为了扩大反射波长区域，优选扩大液晶的双折射率(Δn)。

[0169] 在使用扫描型电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscope)观察剖面时所见的明部与暗部的条纹图案中，螺旋节距向厚度方向变化的胆甾醇型液晶层在厚度方向上明部及暗部的间隔不同。

[0170] 或者，在本发明中，反射型液晶衍射元件也可以设为具有多层螺旋节距不同的胆甾醇型液晶层的结构。在该情况下，多个胆甾醇型液晶层分别具有液晶取向图案，使所入射的光中的选择反射波长的光反射、衍射。此时，通过将基于各胆甾醇型液晶层的衍射角度不同，各胆甾醇型液晶层分别向不同的角度(方向)反射光。并且，反射型衍射元件也可以构成为，对于每个选择反射波长，具有选择反射波长相同并反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层及反射左圆偏振光的胆甾醇型液晶层。

[0171] 具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层可以利用国际公开第2019/131966号、国际公开第2019/189852号等中记载的方法制作。

[0172] ＜光交叉连接装置＞

[0173] 能够通过包含1个以上所述的本发明的波长选择开关，进而与组播开关及驱动用电子电路相组合，来构成本发明的光交叉连接装置。这种本发明的光交叉连接装置能够灵活地应对宽频带的波长区域的运用，且能够提供串扰少、插入损耗少的有用的光交叉连接装置。

[0174] 作为具体的一例，在光交叉连接装置的光输入侧作为分接型安装本发明的波长选择开关，利用组播开关控制了被分离的各光束之后，能够在光交叉连接装置的光输出侧作为插入型安装本发明的波长选择开关。本发明的波长选择开关由于能够改变对应的波长区域，因此即使根据通信量的状况灵活地运用波长区域，也能够始终表现出最佳的性能，因此优选。

[0175] 符号说明

[0176] 1‑光输入端口，2‑光输出端口，3‑前端光学系统，4‑波长色散元件，5‑后端光学系统，6‑偏转部，7‑位置控制机构，20‑支撑体，24‑取向膜，26‑光学各向异性层，30‑液晶化合物，30A‑光学轴，34‑胆甾醇型液晶层，60‑曝光装置，62‑激光器，64‑光源，65‑λ/2板，68‑偏振光束控制元件，70A、70B‑反射镜，72A、72B‑λ/4板，103‑信号光，104‑液晶衍射元件，105‑‑1次光，107‑1次光，615‑表面，Λ‑1个周期，R‑区域，P0‑直线偏振光，PL‑左旋圆偏振光，PR‑右旋圆偏振光，α‑交叉角，M‑激光束，MA、MB‑光线。