JPH02181719A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用公費〉 本発明は、光を出射する第１の光部品と光を入射する第
２の光部品との間の空間光路を切り替えることができろ
光スイッチに関し、光通信、光計測、光情報処理などの
各分野で利用することができろものである。

〈従来の技術〉 光通信の分野においては、光ファイバの破断などの故障
に際して信号を別の光ファイバに切り替えろ場合など、
伝送路の切けえがネットワークの機能性を高める上で重
要であり、このために各種の光スイッチが開発されてい
る。

このような従来から知られている光ス・イッチの多くは
、光ファイバあるいはプリズム等を電磁力などで変位さ
せろことにより光路を切り替える４Ｊ城式光スイッチで
ある。

〈発明が解決しようとする課題〉 前述したように光フアイバ自身を動かして光路の変換す
る機械式光スイッチは、光ファイバを動かした後、切り
替えろべき相手の光ファイバとの位置合せをしてから突
き合せるため、機械的接触によって光ファイバを損傷し
易いという問題がある。また、光ファイバを固定し、出
射側と入射側との両光ファイバ端面間に挿入したプリズ
ム等の部品を動かすことにより光路を切り替える機械式
光スイッチは、精密なレンズやプリズム等を用い、相互
間の位置決めを精密にして組立てる必要があるため、製
造が難しく且つ高価になるという問題がある。また何れ
の方式をとるにしても機械式光スイッチでは、切り替え
端子の数を増やすと機構が巨大化して実用上の障害とな
るという問題がある。

一方、非［１式光スイツチとして、種々の物理効果を利
用したものが開発されている。

この非機械式光スイッチとしては、例えば電気光学効果
を利用したＬｉＮｂＯ３などによる導波型光スイッチが
あゆ、集積化の点では機械式のものより優れている。し
かし、その導波路自体の損失が大きく、また一般に使わ
れている石英系光ファイバとの屈折率差が大きいｔこめ
、これにより光ファイバとの結合損失も大きいという本
質的問題を有している。また、他の非機械式光スイッチ
は何れも押入損失、製造上の少滴りの点で切り替え端子
数に制約があるという問題を有している。

本発明はこのような事情に鑑ｈ１結合損失が小さいと共
に形状が小さく、切り替え端子数も大きくできる光スイ
ッチを提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明の光スイッチは、光を出射す
る第１の光部品と、この光を入射する第２の光部品と、
これら第１及び第２の光部品間に挿入されて少なくとも
１以上のホログラムを有するホログラム素子とを具え、
第１の光部品から出射されろ光の光路に上記ホログラム
素子のホログラムを選択的に挿入することにより第１及
び第２の光部品間の光路を切り替えることを特徴とする
。

く作　　　用〉 第１の光部品と第２の光部品との間に少なくとも１以上
のホログラムを有し且つ各ホログラムに入射する光の偏
向方向が異なるホログラム素子を配し、該ホログラム素
子を移動させることにより第１の光部品から出射する光
束の光路に挿入されるホログラムを変えてその曲がる方
向に変化を与え、第２の光部品に入射する光路を切り替
える。

また、ホログラムには平行光を曲げる機能の他、発散光
を平行光や集束光にする機能を持たせることができるが
、第１の光部品から出射されてホログラムに入射される
光を平行光とすることにより、該ホログラムには平行光
を曲げる機能を持たせるだけでよく、この場合、第１の
光部品からの光がホログラムに全て入射されれば、両者
の精密な位置合せは不要となる。

く実　施　例〉 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す説明図であり、図中、
１０は第１の光部品である単心プラグ、１１はその中に
固定される１本の光ファイバ、１２はその被覆部、１３
は光ファイバ１１から出射される光を平行光にするマイ
クロレンズ、２０は第２の光部品である多心プラグ、２
１はその中に固定されろ複数本の光ファイバ、２２はそ
の被覆部、２３はアレイ形マイクロレンズである。これ
ら単心プラグ１０と多心プラグ２０とは相対位置が変化
しないように固設されている。そして、両者の間には可
動ホログラム素子３０が設けられる一方、多心プラグ２
０の端面には固定ホログラム素子４０が固着されており
、これら可動ホログラム素子３０及び固定ホログラム素
子４０にそれぞれ形成されている複数のホログラム３１
，４１の働きにより、単心プラグ１０から出射される光
束ａを多心プラグ２０の各光ファイバ２１に切替え入射
できるようになっている。すなわち、可動ホログラム素
子３０に形成されているホログラム３１は、それぞれ単
心プラグ１０から構成される装置ａを多心プラグ２０の
各光ファイバ２１の方向に曲げるように設計されており
、可動ホログラム素子３０を移動させて光束ａを通過さ
せるホログラム３１を選ぶことにより光の入射する光フ
ァイバ２１を選ぶことができるようになっている。また
、固定本田グラム素子４０に形成されたホログラム４１
はそれぞれホログラム３１と対を成すように形成きれて
おり、ホログラム３１を通過してきた光束ｂｅ各先光フ
ァイバ１に垂直に入射するように曲げる働きをする。

したがって、本実施例では、可動ホログラム素子３０を
移動させて単心プラグ１０から出射される光束ａの通過
するホログラム３１を選択することにより、光束ａは何
れか−のホログラム４１の方向に曲げられた光束すとな
咋、光束すはこのホログラム４１でさらに曲げられ、こ
の選択されたホログラム４１に対応する光ファイバ２１
の軸と平行になった後、アレイ形マイクロレンズ２３で
集光されて光ファイバ２１に入射する。

この実施例では、可動ホログラム素子３０と、固定ホロ
グラム素子４０が光路を曲げる重要な構成品になってい
る。これらに形成されろホログラム３１，４１は、例え
ば感光材料を塗布した基板に、単一のレーザから分波さ
せた２つの光束を適切な条件で同時に重ねて照射し、そ
の干ｖｓ＃１４を記録したものであり、ここでは、干渉
縞が記録された部分のみをホログラムとよび、基板を含
めた部材をホログラム素子と呼んで区別している。かか
るホログラムではこの干渉縞が一種の回折格子として働
くことにより、入射光を回折させ、結果として光束をあ
る角度で曲げることができる。

回折効率の点では、干渉縞を屈折率の変化として記録す
るものが光吸収がないことで有利である。また、感光材
の厚さを干渉縞の間隔よりも十分大きくすることにより
、感光材の厚み方向にも干渉縞の変化を記録する体積ホ
ログラムとしたほうが、回折効率を高めることができる
ので望ましい。そのための感光材料としては、銀塩、重
クロム酸ゼラチン、フォトポリマーなどが使用用能であ
り、銀塩の場合は、漂白処理により透明にする。通常は
感光材料を保護する必要から、記録後は感光面にガラス
板を貼り付けてシールするため、ホログラム素子の形状
は単なる薄い貼り合わせガラスになる。

第１図で示した実施例においては、動くことが必要なの
は、可動ホログラム素子３０のみであり、移動用機構は
図示を省略しであるが、可動ホログラム素子は、図中に
示した矢印の方向に動くようになっている。このように
、本実施例では、例えば薄い貼り合せガラスからなる可
動ホログラム素子３０を動かすだけで、光路を切替える
ことができるため、非常に小形な光スイッチとして機能
させろことができる。

ここで、重要なのは、動作させる場合に、可動用ホログ
ラム素子３０の面が、光束に対して特定の角度に維持さ
れているならば、可動ホログラム素子３０を移動させる
場合の光束ａと可動ホログラム素子３０との相対位置関
係に精密な精度は不必要であることである。

すなわち、光束全体がひとつのホログラム３１内に入っ
ていれば十分であるので、光束ａに対してホログラム３
１を十分大きくしておくことで精密な位置決めは不要と
なる。したがって、プリズムやミラーを使う従来技術の
ように、位置決めの絶対精度が挿入損失に直接影響する
技術と根本的に異なり、極めて有利である。また、この
場合、ホログラム３１が光束ａに対して小さくなると、
当然損失となる。なお、可動ホログラム素子３０以外の
構成部品に位置調整用の微動機構を付加してもよいのは
言うまでもない。

ここで、本発明の本質に関わっているホログラムの作用
について説明する。第２図は、ホログラムの光学的作用
の説明図である。（ａｌは平行な光束をそのまま曲げる
作用、（ｂ）は発散光を平行光にする作用、（Ｃ）は発
散光を集束光に変換する作用、（ｄ）は光束を分ける作
用を示してお’１　、（ｂｌ　、　（（りでは光束を曲
げる作用も同時にもっている。ホログラム作製時のふた
つの光束を適当に設定することにより、このような作用
を任意に設計できる。なお、本実施例では、（ａ）の作
用を利用している。また、（ｄ）の作用の実現は、ホロ
グラム製造時に多重露光法と呼ばれろ公知技術を用いて
、異なった２光束について２回露光することによって可
能であり、この延長で、光を３本以上に分岐することも
可能である。したがって、本実施例でも、可動ホログラ
ム素子中のホログラムに（ｄ）の作用を与えておけば、
光ファイバ１１からの出射光を、多心プラグ中の複数の
光ファイバ２１に分岐して入射することもできる。

なお、ホログラムでの回折損失となる０次回行光は、ホ
ログラムを直進して進む光として生じるが、この光を光
センサで受は光信号をモニタするなど、有効に利用する
ことも７きる。この０次回行光を、光ファイバ１１に取
り付けられたマイクロレンズ２３と同等の光学系で集光
し、別の光ファイバに入射するようにしてもよい。

以上は、光干渉によって製作する狭義のホログラムを前
提にして説明したが、ホログラム３１．４１にリソグラ
フィ技術を利用して作製される広義のホログラム（計算
機ホログラム）を用いることも可能である。計算機ホロ
グラムは、計算機により仮想的にホログラム面での干渉
光の位相差を計算し、これをもとに、電子ビーム露光、
紫外線露光等の手法により基板の表面の形状を加工する
ものである。このホログラムを透過する時に光の位相が
変化して、先に述べた光干渉法による狭義のホログラム
と同様の作用をする。

なお、第１図中のマイクロレンズ１３は、−本の光ファ
イバからの光束を平行光にするための小型レンズで、通
常の光学レンズを小さくした形状であり、例えば特に焦
点距離を小さくするために収差補正を施した公知の非球
面レンズや円柱の半径方向に屈折率分布を形成して作製
されろロッド・レンズなどを使うことができる。また、
ホログラムにレンズ機能をもたせたホログラムレンズを
用いることもできる。計算機によるホログラムレンズで
は、直径０．１間程度の小さなものも作製されているの
で、本発明の構成によって、全体を小型化するのに、こ
の種のレンズは障害にならない。一方、アレイ形マイク
四レンズ２３には、例えば、屈折率分布形の平面形マイ
クロレンズを使うことができる。これはガラス板の表面
に半球状の高屈折率分布領域を、イオン交換技術を用い
て作製したものであゆ、すでに、−枚のガラス板の上に
アレイ化したものが商品化されている。この場合、ファ
イバ単心とひとつのマイクロレンズとを対応させる。ま
た、設計条件に合うよう、この屈折率分布を適正に与え
ることにより、単なるレンズ機能のほかに、光軸を傾け
る働きをこのマイクロレンズに付与することもできろ。

また、前述したホログラムレンズをアレイ状にならべた
素子を用いることもできる。

本実施例では、スイッチングする各光ファイバを同一平
面になるようにしているが、異なる平面に配置すること
も、また、紙面垂直方向の角度成分を持つように！ｉ！
置することも可能である。したがって、複数心である光
ファイバ２１は、第１図のような１次元配列である必要
はなく、２次元配列であってもよい。

また、切替え端子数の増加に対しては、可動式ホログラ
ム素子におけるホログラムの数を増やすだけであるため
、構造的な変更はほとんど不要である。さらに、可動式
ホログラム素子の移動方向は、自由に設定することがで
きるため、構造設計上の制約が少ないという利点もある
。またこのホログラムを２次元配列として、可動ホログ
ラムを２方向に動かす構造としてもよい。

この実施例において、１対１００の切替えを行うときの
、大きさを見積ってみると、光ファイバ２１がｌ０ＸＩ
Ｏの２次元配列をしているとし、その並び間隔を０．２
５ｍｍとする。

シングルモード・ファイバのモールドフィールド径は０
．Ｏｌ−程度であるから、平行にした光束の大きさは０
．１−と考えてよい。これは、ファイバの並び間隔より
も小さい。可動ホログラム素子３０中の各ホログラムの
直径を０．３ｍとし、その並び間隔を０．４鴎とすれば
、ホログラムを１次元配列にしたときのホログラム素子
の長さは、単純に１００倍すれば４０ｍである。一方、
２次元配列にした場合は、ホログラム素子の必要な大き
さは、１０ＸＩＯとできるから４　ｖｗａ　Ｘ　４　ｍ
程度である。

可動ホログラム３０と光ファイバ２１との間隔は１０ｍ
程度あれば十分である。このように１対１０θという大
規模な切替えにおいても、原理的に必要な大きさは２次
元配列の場合で４　ｍ　Ｘ　４１程度の極めて小さい素
子にできることがわかる。実際の大きさには、可動ホロ
グラム素子３０を動かす機構が大きく影響するが、この
位置決めには前述したように厳密さは不要である。よっ
て、上の例では、各ホログラム径０．３１内に光ファイ
バ１１からの平行光束の径０．１−がどの位置でも入っ
ていればよいから、必要な移動精度は±０．１鵬程度で
ある。通常のシングルモード・ファイバの接続に必要な
精度は１／７１ｍのオーダであるから、これに比すと、
はるかに精度が低くてよいため、小型な簡易機構を用い
ることができろ。

第３図には、本発明の他の実施例を示す。

本実施例では上記第１の実施例のマイクロ１／ンズ１３
及びアレイ形マイクロレンズ２３を省き、レンズとして
の機能を、可動ホログラム素子３０Ａ及び固定ホログラ
ム素子４０Ａに分担させたこと以外は、上記第１の実施
例と構造的違いはない。すなわち、可動ホログラム素子
３０Ａの各ホログラム３１Ａは光束を曲げろと共に発散
光を平行光に変換する機能を有しており、一方、固定ホ
ログラム素子４０Ａの各ホログラム４１Ａは傾斜して入
射する光を光ファ、イバ２１の軸と平行となるように曲
げると共に平行光をコアに集光する機能を有する。この
実施例は、第１の実施例よりも部品数を削減できる利点
があるが、一方、可動ホログラム素子３０Ａの位置決め
精度を若干向上させる必要がある。

よって、この点を軽減する実施例としては、第１の実施
例におけるアレイ形マイクロレンズ２３のみを省いて、
そのレンズとしての機能を固定ホログラム素子に分担さ
せたものを考えることができる。なお、この場合には、
マイクロレンズ１３は省いていないので、可動ホログラ
ム素子の作用は第１の実施例と同じである。

以上に述べた各実施例では、各切替え端子には光ファイ
バを設置していたが、これを基板上に形成された光導波
路、あるいは受光素子に置き換入ることも可能であや、
受光素子の場合は、アレー形のものでもよい。また、光
出射側の光ファイバが、半導体レーザなどの光源であっ
てもよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明は、従来、光路中挿入形機
械式光スイッチで用いられてきたプリズムやミラーの代
りに薄い板状のホログラム素子を用いることによって構
成部品の削減と部品配置の単純化を可能にし、かつ、動
作部品の厳密な位置決め精度が不要にし、装置の大幅な
小型化と切り替久端子の増加を可能にするものであり、
また、光の分岐機能を付加することもできる。したがっ
て、本発明は、光スイッチの低価格化、小型化、寓機能
化に役立つものであるため、光ファイバを用いｔこ通信
システム、計測システム等での多様な構成を可能にし、
システムとしての全体の機能を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す説明図、第２図はホ
ログラムの光学的作用の説明図、第３図は本発明の他の
実施例を示す説明図である。 図　面　中、 １０は単心プラグ、 ２０は多心プラグ、 １１．２１は光ファイバ、 １２．２２は光フアイバ被覆部、 １３はマイクロレンズ、 ４０．４０Ａは同定小口グラム素子、 特　　許　　出　　願　　人 日本電信電話株式会社 代　　　　理　　　　人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光を出射する第１の光部品と、この光を入射する
   第２の光部品と、これら第１及び第２の光部品間に挿入
   されて少なくとも１以上のホログラムを有するホログラ
   ム素子とを具え、第１の光部品から出射される光の光路
   に上記ホログラム素子のホログラムを選択的に挿入する
   ことにより第１及び第２の光部品間の光路を切り替える
   ことを特徴とする光スイッチ。
2. （２）請求項１記載の光スイッチにおいて、上記第１の
   光部品から出射される光を平行光線とする手段を有する
   光スイッチ。