JPH0243514A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光スイッチに関し、特に詳細には、−本の光フ
ァイバと複数の光ファイバとを切替え接続するいわゆる
ＩＸＮ光スイッチであって、切替えを機械的に行う光ス
イッチに関する。

〔従来技術〕

ＩＸＮスイッチとしては、種々のものが考えられ、その
切替える光ファイバ同志の光軸合わせでは以下のような
ものが検討され、実現されている。

例えば、昭和６２年電子情報通信学会、半導体材料部門
、全国大会にて、杉本他により発表された「セラミック
フェルールを用いた高密度１ｘ１０００光スイツチ」と
題する論文、昭和６２粘度電子情報通信学会、創立７０
周年記念総合全国大会にて古川能により発表された「大
規模低損失１×Ｎ光スイツチ」と題する論文及び昭和６
３年電子情報通信学会、春季全国大会にて、小島能によ
り発表された「コネクタ切替型光スイッチの３万回着脱
試験結果」と題する論文等に示されるものがある。これ
らの論文に示されるＩＸＮ光スイッチでは光コネクタの
構成部分であるフェルールを２次元もしくは１次元に配
列し、対向するフェルールを２次元若しくは１次元に移
動させる装置に取り付けている。そして、２次元若しく
は１次元に配列されたフェルールに光ファイバを接続し
、−刃移動させられるフェルールにも光ファイバを接続
して、配列されたフェルールに選択的に接続し、光ファ
イバの伝送路を切替えている。

また別の例としては、アンリッ株式会社が通信用測定器
として製作している光チャネルセレクタの様に、プリズ
ムを電磁力により駆動し、プリズムを伝搬する光の伝送
路を切替えるタイプのスイッチがある。

また更に、エレクトロニクスレター　１９８１年８月６
日号、第１７巻第１６号の第５７１頁にダブリュ、シイ
、ヤングにより発表された「シングルモード及びマルチ
モード光ファイバ用カスケードタイプ多極スイッチＪ　
　（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ　６ｔｈ　
Ａｕｇｕｓｔ、　１９８１．Ｖｏｌ、１７．Ｎｏ、１８
　ｐａｇｅ５７１、　”ＣＡＳＣＡＤＥＤ　ＭＵＬＴＩ
ＰＯＬＥ　！ＩＩＷＩＴｃＩ（ＥＳ　ＰＯＲ８ＩＮＧＬ
Ｅ−ＭＯＤＥ　ＡＮＤ　ＭＵＬＴＩＭＯＤＥ　０ＰＴＩ
ＣＡＬ　ＦＩＢＥＲ”Ｗ、ＣＪＯＵＮＧ　）には機械駆
動式光スイッチが示されている。

〔発明の解決しようとする課題〕

しかし、上記の文献に示されるフェルールを２次元的ま
たは１次元的に配列したＩＸＮ光スイッチでは、切替え
心数が大きくなると２次元的等に配列する配列部分の大
きさが大きくなり、そのため、装置全体が大きくなり過
ぎてしまう。したがって、切替え心数を大きくすること
ができない。

また、このタイプのＩＸＮ光スイッチでは、接続すべき
光ファイバ同志の光軸合ゎせにおいて、光コネクタの構
成部品であるフェルールの外径調心を利用しているため
、フェルール同志の接続の際、フェルールの外径部に摩
耗が生じる。そのため、繰返しの切替え回数に限界があ
り、長期信頼性及び耐久性に問題がある。また、この摩
耗によってダストが発生し、フェルール内の光ファイバ
端面に付着することがある。この様な場合には接続損失
が増加してしまう。また更に、光ファイバ自体を空間接
続を用いて接続切替えする方法を、光ファイバを２次元
的に配列した光スイッチに適用する場合には、高精度な
位置決め装置が必要となっていた。

本発明は上記問題点を解決し、繰返しの切替えに対して
信頼性、耐久性が高く、がっ接続すべき光ファイバ同志
の正確な光軸合わせが可能な光スイッチを提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光スイッチは、一端に光源が接続される第１の
光ファイバと、その一端が前記第１の光ファイバの他端
に所定の間隔だけ離間して対向し、前記第１の光ファイ
バと光軸合わせされた第２の光ファイバと、前記第１及
び第２の光ファイバの間の離間部分に所定の隙間をもっ
て挿入され、前記第１及び第２の光ファイバの光軸方向
に垂直な平面上で移動可能な光路切替え手段と、前記第
１の先ファイバの端面に対向し、その対向部近傍におい
て前記第１の光ファイバの光軸に対して平行に伸び、前
記光路切替え手段内にその対向部が固定される第３の光
ファイバと、前記第２の光ファイバの前記離間部側端面
に対向し、その対向部近傍において前記第２の光ファイ
バの光軸に対して平行に伸び、前記対向部近傍の光軸が
前記第３の光ファイバの前記対向部近傍の光軸と一致し
、前記光信号切替え手段内にその対向部が固定されてい
る第４の光ファイバと、前記光路切替え手段を前記第１
及び第２の光ファイバの光軸方向に垂直な平面上で移動
させる移動手段と、前記第３光ファイバの前記対向部と
は反対の端部からの光出力を検知し、その光出力が最大
となるように前記移動手段を制御し、前記光信号切替え
手段を移動させ、前記第１の光ファイバと前記第３の光
ファイバの前記対向部との光軸合わせを行うことにより
、前記光路切替え手段の前記対向部での前記第４の光フ
ァイバの光軸と前記第２の光ファイバとの光軸との軸合
わせを行う制御手段とを備えることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の光スイッチでは、上記のように構成しているの
で、光スイッチ切り替えの際、接触部分がない。また、
光スイッチの切替えの際、軸合わせをフィードバック制
御を利用して行い、常に正確な軸合わせを可能にしてい
る。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ本発明に従う実施例について説明
する。

第１図は本発明に従う光スイッチの実施例の部分分解斜
視図である。

図に示すように、光スイッチ１は複数の光ファイバを保
持する光ファイバ保持部１０と、光路の切替えを行う光
路切替え部材２０と、光路切替え部材２０を移動させる
移動機構３０と、移動機構３０を制御する制御機構４０
とより構成されている。

第２図に光ファイバ保持部１０の斜視図を示す。

この図では第１図に示す光ファイバ保持部を裏返して示
しである。図に示すように光ファイバ保持部１０には複
数の光ファイバ１１が、２段形状のシリコン板１２上の
■溝１３に、例えばＰ−０，２５ｍｍピッチで平行に配
列され、その光ファイバ１１の中央部には光ファイバ１
１を横切る溝１４が形成されている。このＶ溝１３の頂
角は６０度であり、その深さは外径１２５μｍの先ファ
イバが入る程度にしている。一方、この溝１４は幅Ｒ１
＝５ｍｍ、深さｄ２−０．２ｍｍの形状であり、シリコ
ン基板１２内に固定された光ファイバ１１の少なくとも
コア部が露出する深さに形成しである。そしてこの溝１
４の両側面は第４図に示すように光ファイバ１１の光軸
に垂直な方向に対して約５度（θ）傾斜している。これ
は光路切替え部材２０の側面での光の反射を防止するた
めである。更に、光ファイバ１１は、この溝１４により
２つの部分に分割される。溝１４により分割された一方
の光ファイバｌｌａの溝１４側と反対側の端部１１Ｃは
１つに束ねられた後、光源１５に光結合されている。他
方の光ファイバ１ｉｔ）の溝１４側とは反対側の端部ｌ
ｉｄは、この光スイッチの信号入出力側となる。本実施
例ではこの光源１５としてハロゲンランプを使用し、ま
た光ファイバ１１としては、通常通信用に使用する光フ
ァイバであり、仕上り外径２５０μｍの紫外線硬化型樹
脂被覆の１．３μｍ帯単一モードファイバを使用した。

なお、この光ファイバの特性及び構造はＭＦＤ−１０μ
ｍ±１μｍ、カットオフ波！１．２±１μｍ、クラッド
外径１２５μｍ１比屈折率差０．３％であった。

光路切替え部材２０の斜視図を第３図に示す。

この図に示すように光路切替え部材２０は略直方体の形
状をしており、その上部は溝１４内を空間的に移動でき
る。また、その側面２１は先に説明した溝１４内面に沿
うようにθ−５度傾斜している。更に、この光路切替え
部材２０には、２本の光ファイバ２２．２３が固定され
ている。これらの光ファイバ２２．２３のそれぞれの端
部２２ａ。

２３ａは傾斜した側面に位置し、かつ、その側面近傍で
は、これらの光ファイバ２２．２３の光軸は、図におい
て一点鎖線で示すように一直線上にある。更に、光軸方
向は光路切替え部材２０が溝１４内で摺動する方向Ｘに
対（７て直角な方向としである。そして、光ファイバ２
２の他端２２ｂはフォトダイオード等の受光素子に結合
され、−力先ファイバ２３の他端２３ｂから光信号が入
力される。第４図に、光路切替え部材２０の移動方向Ｘ
より見た溝１４と光路切替え部材２０との位置関係を示
す。図に示すように、光路切替え部材２０は溝１４に対
して空間的に配置され、これらの溝］４と光路切替え部
材２０との隙間はｄｌ−５０μｍ程度にしである。この
隙間は、光路切替え部材２０を移動させる際、溝１４の
内面に接触させず、かつ光ファイバ保持部１０内に固定
された光ファイバｌｌａ、１１ｂの端部１１Ｃ１１ｉｄ
と光路切替え部材２０内に固定された光ファイバ２２．
２３の端部２２ａ、２３ｂとの間での光伝送損失をあま
り大きくしない程度に選択されねばならない。

移動機構３０は、パルスモータ３１と、このパルスモー
タ３１の回転軸に接続されたボールねじ３２と、このボ
ールねじ３２の回転により、ボールねじ３２の長手方向
に移動するステージ３３とより構成されている。このボ
ールねじ３２のパルスモータ３１との接続側と反対側は
軸受け３４により支持されている。更に、このステージ
３３の上には図に示すように、それぞれＸ方向、Ｚ方向
に変形する圧電素子３５．３６が搭載されている。

更にこの圧電素子３５．３６の上に光路切替え部材２０
が搭載固定されている。これらの圧電素子３５．３６は
印加された電圧の方向及び大きさに応じて変形する。本
実施例では、第１図に示すＸ及びＺ方向に微小変形する
様に構成されている。

そしてその変形量は３０μｍ程度であり、印加電圧の大
きさによって微少調整が可能となる。これに対してパル
スモータ３１とボールねじ３２との組み合わせでは約０
．２５ｍｍの間隔の粗動動作を行うことができる。これ
らの粗動調整及び微少ｇｌとを組み合わせることにより
、光ファイバ］１ａと光ファイバ２２との間の正確な光
軸合わせを行うことができる。

制御機構４０は圧電素子３５．３６を制御するための圧
電素子コントローラ４１と、パルスモータ３１を制御す
るためのパルスモータコントローラ４２と光ファイバ２
２からの光信号を受光し、光強度に応じた電気信号を出
力する受光素子４３と、受光素子４３からの信号の強度
に応じた電流を出力するパワーメータ４４と、上記コン
トローラ４１．４２及びパワーメータ４４からの信号を
人力する全体コントローラ４５とから構成されている。

本実施例では受光素子４３及びパワーメータ４４を一体
化し、シリコン系のフォトダイオードを組み込んだパワ
ーメータを使用し、全体コントローラ４５としては、市
販されている型式ＨＰ９８１６の小型コンピュータを用
いた。

次に本実施例の構成部材の１つである光ファイバ保持部
１０及び光路切替え部材２０の製造方法について説明す
る。

光ファイバ保持部１０は、第５図（ａ）に示すような２
段構造に形成したシリコン基板５０に、頂角６０度で外
径１２５μｍの光ファイバが入るＶ溝１３を０．２５ｍ
ｍピッチで平行に形成する。

次に、このＶ溝１３に光ファイバ１１を第５図（ｂ）の
ように挿入し接着剤等で固定する。次に第５図（ｃ）に
示すように、股部分の中央に、第４図で示すような断面
が台形形状の溝１４を形成する。この溝の深さは、少な
くとの固定された光ファイバ１１のコア部が露出するよ
うな深さである。

■溝に光ファイバを挿入固定しても第６図に示すように
光ファイバは必ずしもＶ溝の側面に接触固定されず、正
確に位置決めすることが難しく、２本の光ファイバ同志
の光軸を合わせることが難しい。また、挿入する光ファ
イバの外径偏心についても必ずしも同じではない。しか
し、１本の光ファイバを溝で分断し、２本の光ファイバ
とすることにより、その溝を挾んで対向する光ファイバ
端面同志では溝内での位置及び光ファイバの外径、偏心
をほぼ一致していると見なすことができる。

そのため、溝を挾んで対向する光ファイバ位置は切断面
に対して一致していると見すことができる。

これらの点に着目して上記のような製造方法で光ファイ
バ保持部１０を製造した。

また、光路切替え部材２０の製造は、略直方体のシリ・
コン基体に一直線上に溝を入れ。この溝の両端部にそれ
ぞれ端面がくるように光ファイバ２２．２３を挿入し、
接着樹脂等で固定ｒる。そして、樹脂固定された光ファ
イバ２２．２３と共にシリコン基体及び接着樹脂を加工
し、第３図に示すような形状に形成する。ここで光ファ
イバ２２．２３の端面はそれぞれ一直線状に形成した溝
に挿入固定されているため、その端面部の光軸は一直線
上にあり、光軸は一致することになる。

次に、本実施例の動作原理を第１図、第２図及び第４図
を用いて説明する。

まず、外部より入力されたスイッチ選択信号に応じて全
体コントローラ４５からパルスモータコントローラ４２
ヘバルスモーク制御信号を送出する。このパルスモータ
制御信号に応じてパルスモータコントローラ４２はパル
スモータ３１を駆動し、ステージ３３を動かし、スイッ
チ選択信号に応じた光ファイバｌｌｂの中心位置に光路
切替え部材２０の光ファイバ２３の端面２３ａが来るよ
うにする。そして、このパルスモータ３１は先ファイバ
ｌｌａ、ｌｌｂの配列ピッチＰ−０，２５ｍｒｎ単位で
ステージ３３を停止させることができる。しかし、この
パルスモータ３１の動きでは正確な位置決めができず、
粗動状態である。そしてこの粗動状態では、対応する光
ファイバの中心位置まで光路切替え部材２０を動かす。

次に、圧電素子３５．３６を用いて微少位置調整をする
。この微少調整では、光源１５より発した光を光ファイ
バ１１ａ、光ファイバ２２を介［７て受光素子４３で受
光し、その受光強度をパワーメータ４４で検知する。そ
して、このパワーメータ４４の出力が最大となるように
、全体コントローラ４５により圧電素子コントローラ４
１を作動させ、圧電素子３５．３６を駆動する。ここで
、圧電素子３５．３６はその上に搭載している光路切替
え部材２０をＸ及びＺ方向に微少調整することができる
。このようにして得られた受光強度が最大となる光路切
り替え部材２０の位置では、光ファイバ１１ａに対向す
る部分の光ファイバ２２の光軸と光ファイバｌｌａの光
軸とが一致している。一方この光ファイバｌｌａに対向
する部分の光ファイバ２２の光軸と、光ファイバ１１ｂ
に対向部分の光ファイバ２３の光軸とは一致している。

また更に、光ファイバｌｌａの光軸と光ファイバ１１．
ｂの光軸とは一致している。したがって、光ファイバ２
２と光ファイバｌｌａとが光軸合わせされた状態では、
光ファイバ２３と光ファイバ１１ｂとが光軸合わせされ
た状態となり、光ファイバ２３の端部２３ｂより入射し
た光信号は、選択された光ファイバ１１ｂに低い伝送損
失で伝達される。

また、このようにスイッチに切り替え毎に光軸合わせ状
態をフィードバック制御を用いて調整しているため、ス
イッチ全体に加わる温度変化等により光ファイバ配列が
変形しても正確な光軸合わせが可能になる。

したがって、本実施例では常に光軸合わせ状態を検知し
つつ、スイッチングが可能になる。

上記実施例にしたがって１ｘ５００心の光スイッチを試
作し、第７図（ａ）に示すような後方散乱損失測定系を
構成し、接続損失を測定した。この測定系では、０ＴＤ
Ｒと光スイッチの間を１ｋｍの光ファイバで連結しスプ
ライスを介して接続した。更に光スイッチの出力側の５
００出力端子には１００ｍの１０心テープ状光ファイバ
を１００ｍ接続しある。そして、この様なハ１定系を用
いて測定した結果、平均接続損失、αｉ−１，２ｄＢ、
またその標準偏差、ａｎ−０，３ｄＢ、−心当たり接続
時間が２０秒の結果が得られた。

本発明は上記実施例の限定されず、種々の変形例が考え
られ得る。

具体的には、上記実施例ではｌｘＮ光スイッチについて
説明しているが、単に光信号をオン−オフするＩＸ１光
スイッチに適用してもよい。

更に、上記実施例では、光路切替え部材の移動機構をパ
ルスモータと圧電素子とを組み合わせて行っているが、
これに限定されず、例えば超音波モータを使用して行っ
てもよい。

上記実施例では光ファイバ保持部及び光路切替え部材の
製造方法について説明しているが、これらの製造方法は
これに限定されず、光ファイバ同志の光軸が一致するよ
うな方法であればどの様な方法であってもよい。

〔発明に効果〕

上記のように本発明の光スイッチでは、光結合すべき光
ファイバ同志の端面上での接触がなく、所定の間隔を保
ったままで、軸合わせができるため、繰返の切り替えに
対して信頼性の高い光スイッチを実現できる。また更に
、光軸合わせの際、フィードバック制御を利用して軸合
わせをおこなうため、熱などによる周囲環境の変化に対
して安定した特性を有する光スイッチを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う実施例の光スイッチの部分分解
斜視図、第２図は、第１図に示す光スイッチの光ファイ
バ保持部の斜視図、第３図は、第１図に示す光スイッチ
の光路切替え部材の斜視図、第４図は、光路切替え部材
と溝との位置関係を示す図、第５図、は光ファイバ保持
部の各製造工程に於ける状態を示す図、第６図は、■溝
内での光ファイバの位置状態を示す図及び第７図は、本
発明の実施例の光スイッチの測定系を示す図である。 １・・・光スイッチ、１０・・・光ファイバ保持部、１
１、ｌｌａ、ｌｌｂ、２２．２３−・・光ファイバ、２
０・・・光路切替え部材、３０・・・移動機構、３１・
・・パルスモータ、３５．３６・・・圧電素子、４０・
・・制御機構。 第 図 第 図 光ファイパイ兄褥ミｐ 第 図 尤ファイバとｖ溝との暦作五 第 図 より繋−δＮ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一端に光源が接続される第１の光ファイバと、 その一端が前記第１の光ファイバの他端に所定の間隔だ
   け離間して対向し、前記第１の光ファイバと光軸合わせ
   された第２の光ファイバと、前記第１及び第２の光ファ
   イバの間の離間部分に所定の隙間をもって挿入され、前
   記第１及び第２の光ファイバの光軸方向に垂直な平面上
   で移動可能な光路切替え手段と、 前記第１の光ファイバの端面に対向し、その対向部近傍
   において前記第１の光ファイバの光軸に対して平行に伸
   び、前記光路切替え手段内にその対向部が固定される第
   ３の光ファイバと、 前記第２の光ファイバの前記離間部側端面に対向し、そ
   の対向部近傍において前記第２の光ファイバの光軸に対
   して平行に伸び、前記対向部近傍の光軸が前記第３の光
   ファイバの前記対向部近傍の光軸と一致し、前記光信号
   切替え手段内にその対向部が固定されている第４の光フ
   ァイバと、前記光路切替え手段を前記第１及び第２の光
   ファイバの光軸方向に垂直な平面上で移動させる移動手
   段と、 前記第３光ファイバの前記対向部とは反対の端部からの
   光出力を検知し、その光出力が最大となるように前記移
   動手段を制御し、前記光信号切替え手段を移動させ、前
   記第１の光ファイバと前記第３の光ファイバの前記対向
   部との光軸合わせを行うことにより、前記光路切替え手
   段の前記対向部での前記第４の光ファイバの光軸と前記
   第２の光ファイバとの光軸との軸合わせを行う制御手段
   とを備える光スイッチ。 ２、前記第１及び第２の光ファイバがそれぞれ複数設け
   られ、それぞれが互いに平行に形成されたＶ溝内に挿入
   固定されている請求項１記載の光スイッチ。 ３、前記第１及び第２の光ファイバがそれぞれ１本の光
   ファイバの中間部分を切り取ることによって形成されて
   いる請求項１又は２記載の光スイッチ。 ４、前記移動手段がパルスモータと圧電素子とより構成
   されている請求項１、２又は３記載の光スイッチ。