JPH03236014A - 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、光スイッチに関する。より詳細には、本発明
は、光平面導波路を使用して構成された光スイッチであ
って、特に光通信用の先任送路切換えに有利に適用する
ことができる新規な光スイッチの構成に関する。

従来の技術 光通信技術の進歩と共に種々の複雑な光信号伝送システ
ムが構成されるようになってきている。

このような光信号伝送システムにおいて最も頻繁に使用
される光デバイスのひとつに光スイッチがあり、特に光
伝送路を切り換える機能を有する光スイッチは、あらゆ
る光システムの構成に欠かすことができない。

第４図（ａ）および（ｂ）は、昭和６３年電子情報通信
学会の論文Ｂ６６０に記載されている、公知の光スイッ
チの典型的な構成例とその動作を示す図である。

同図に示すように、この光スイッチは、各３本の光ファ
イバ３１ａ〜３１Ｃおよび３２ａ〜３２Ｃの前端部を搭
載した１対のブロック３３および３４を備えている。１
対のブロックは隣接して配置されており、通常一方は固
定され、他方が図示されていないアクチュエータにより
図中で矢印で示す方向に変移可能に構成されている。ま
た、各光ファイバ３１ａ〜Ｃおよび３２　ａ　−ｃは、
それぞれブロック３３および３４上で互いに等しい間隔
で配置されており、第４図ら）に示すように、ブロック
３３および３４が正対しているときに、光ファイバ３１
ａと３２ａ、３１ｂと３２ｂ、３１Ｃと３２ｃがそれぞ
れ光学的に結合するように配置されている。

尚、第４図に示した光スイッチでは、光ファイバ３１ａ
の後端と光ファイバ３２Ｃの後端とが、接続用の光ファ
イバ３５により結合されている。また、光ファイバ３１
ｂの後端は光伝送路からの入射ポートに、光ファイバ３
１Ｃの後端は光送信器３６にそれぞれ結合されており、
一方、光ファイバ３２ａの後端は光受信器３７に、光フ
ァイバ３２ｂの後端は光伝送路への出射ポートにそれぞ
れ結合されている。

第４図（ａ）は、この光スイッチのノーマルモードの状
態を示している。即ち、この状態では、入射ポートから
入射した伝播光は、光ファイバ３１ｂおよび３２ａを介
して受信器３７に入力される。また、送信器３６から出
射された光信号は、光ファイバ３１Ｃおよび光ファイバ
３２ｂを介して出射ポートに送出される。従って、この
受信器３６および送信器３７を含む図示されていない装
置は、入射ポートおよび出射ポートに接続された図示さ
れていない光伝送路に対して双方向に結合されることに
なる。

一方、第４１Ｄ（ｂ）は、この光スイッチのバイパスモ
ードを示している。即ち、ブロック３３または３４の何
れかが変移して両者が正対すると、光ファイバ３１ａと
３２ａ、３１ｂと３２ｂ、３１Ｃと３２Ｃがそれぞれ結
合される。従って、この状態では、入射ポートから注入
された伝播光は、光ファイバ３１ｂおよび３２ｂを介し
て直接出射ポートに伝送される。

方、送信器３６から出力された光信号は、光ファイバ３
１ｃ、　３２ｃ、　３５．３１ａおよび３２ａを介して
直接受信器３７に入力される。従って、受信器３６およ
び送信器３７を備えた装置は、入射ポートおよび出射ポ
ートに接続された図示されていない光伝送路から切り離
される。

以上のような動作により、この光スイッチは、例えば光
ＬＡＮシステムにおける特定のノードをバスに接続した
り、バスから切り離したりするような操作に利用される
。

また、第５図（ａ）およびら）は、従来の光スイッチの
他の例として、昭和６３年電子情報通信学会の論文Ｃ４
９２に記載された光スイッチの構成と動作を示す図であ
る。

ノーマルモードの状態を第５図（ａ）に、切換えモード
の状態を第５図ら）に示す。

同図に示すように、この光スイッチは、互いに正対した
２対の光ファイバ４１ａおよび４２ａ並びに４１ｂおよ
び４２ｂと、この２対の光ファイバの間に配置された正
方形のプリズム４３とから主に構成されている。尚、プ
リズム４３は、図示されていないアクチュエータによっ
て、回転可能に構成されている。

第５図（ａ）は、この光スイッチのノーマルモードを示
す図であり、このとき、各光ファイバ４１ａ１４１ｂ、
４２ａ、４２ｂの端部における光軸に対して、プリズム
４３の端面が４５°になるように構成されている。従っ
て、この状態では、一方の光ファイバ、例えば４１ａお
よび４１ｂから出射された出射光は、プリズム４３の端
面に直角に入射し、そのまま対面する光ファイバ４２ａ
および４２ｂに注入される。

第５図（ｂ）は、この光スイッチの切替えモードを示す
図であり、このとき、各光ファイバ４１ａ、４１ｂ、４
２ａ、４２ｂの端部における光軸に対して、プリズム４
３は、その端面が直角になるように回転され、光ファイ
バ′４１ａおよび４１ｂから出射された出射光はプリズ
ム４３の端面に傾斜して入射する。従って、各出射光は
、プリズム４３に対する入射時および出射時に屈折し、
伝播光の接続状態が変化する。即ち、光ファイバ４１ａ
の出射光は光ファイバ４２ｂに注入され、光ファイバ４
１ｂの出射光は光ファイバ４２ａに注入される。

以上のような動作により、この光スイッチは、２対の光
伝送路の接続状態を切り換えることができる。

発明が解決しようとする課題 第４図に示した従来の光スイッチは、光ファイバを保持
したブロックを機械的に変移させることによって結合状
態を変化するように構成されている。従って、その作製
にあたっては、ブロックの位置決めや変移量を非常に精
密に管理しなければ所期の機能が得られない。また、第
５図に示した光スイッチにおいても、プリズム自体の形
状や光学的な品質と共に、その配置と回転量は極めて高
精度に制御されなければならない。このような精密な機
械加工並びに組立を要する光スイッチは、結果的に極め
て高価なものにならざるを得ない。

また、光信号を伝播する光学デバイスを機械的に動作さ
せる従来の光スイッチでは、フロックやプリズムの位置
により伝送路の接続状態が微妙に変化し、挿入損失を低
く保つことが難しいと′ハう問題もある。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、製
造が容易で廉価に作製することができ、且つ、挿入損失
が安定して低い新規な光スイッチを提供することをその
目的としている。

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、互いに平行な直線を描く第１お
よび第２の端面と、それぞれが放物線の一部を描く第３
および第４の端面とによって画成された水平断面形状を
有し、各第１端面が互いに平行に対面し且つ互いに同一
平面上に形成された第１および第２の１対の平面光導波
路と；該１対の第１端面の間に該第１端面に平行に挿入
可能な全反射ミラーと；該第１および第２の平面光導波
路の８第２の端面にそれぞれ１対結合された入射ポート
または出射ポートとを備えた光スイッチにして：該第１
および第２の先導波路において、該第３端面ば、該第１
および第２の端面に対して直角ではない所定の角度を持
った長軸を有し且つ該第２の端面上に焦点を有する放物
線形状を有し、該第４端面は、該第１および第２の端面
の何れにも直角に交差する所定の直線を軸として、該第
３の端面と線対称となる水平断面形状を有し：該第２の
平面光導波路は、該第１の平面光導波路と同じ形状を有
し、且つ、該第１端面に平行な直線を軸として線対称に
配置されており；該第１および第２の平面光導波路に結
合された該入射ポートまたは出射ポートは、各平面光導
波路の第３端面および第４端面を規定する放物線の各焦
点にそれぞれ１本ずつ結合されており；該全反射ミラー
は、該第１および第２の平面光導波路の第１端面に挟ま
れた領域を遮蔽する第１の位置と、該第１および第２の
平面光導波路の第１端面に挟まれた領域から退避する第
２の位置との間で移動可能に構成されていることを特徴
とする光スイッチが提供される。

作用 本発明に係る光スイッチは、所定の形状を有する１対の
平面光導波路と、１つの全反射ミラーとから構成された
独自の構成を有している。

即ち、本発明に係る光スイッチでは、その側面に放物線
に倣った形状の端面を有する平面導波路を使用している
点にその主要な特徴がある。具体的に後述するように、
本発明に係る光スイッチでは、このような形状を有する
平面光導波路に対して、その放物線の焦点に相当する位
置に結合されたポートから導波光を注入する。従って、
平面光導波路内を伝播して放物線状の端面で反射された
光は、この端面の形成する放物線の長袖に平行な光線と
なる。このような平行光線は、各平面光導波路の入射側
と反対側の端面から出射されて、再び対面した同じ形状
の平面光導波路に注入される。

ここで、対面した第２の平面光導波路に注入された平行
光線は、第２の平面光導波路の端面が形成する放物線の
長軸・に平行な光線として伝播する。

従って、第２の平面光導波路の放物線状の端面で反射さ
れた平行光線は、その放物線の焦点に収束する。こうし
て、この第２の平面光導波路の焦点に結合されたポート
から伝播光を抽出することができる一以上のようなプロ
セスで、一方の平面光導波路で放物線の焦点に注入され
た光は、もうひとつの平面光導波路の対称な放物線の焦
点から出射される。

また、この１対の平面光導波路の端面間に全反射ミラー
が挿入された場合は、一方の平面光導波路から出射され
た注入光は再びその平面光導波路に平行光線として注入
される。元の平面光導波路に再度注入された平行光線は
、最初に反射された放物線状の端面と反対側の放物線状
の端面に反射され、その放物線の焦点に収束する。従っ
て、−方のポートから注入された光は、他方の焦点に接
続されたポートから出射される。

以上のような作用により、本発明に係る光スイッチでは
、全反射ミラーを挿入するか否かによって、ひとつのポ
ートに入射した光を、他方の平面光導波路に接続された
ポートから出射するか、最初に注入された平面光導波路
の他方のポートから出射するかを切り換えることができ
る。

更に、各先導波路の１対の焦点にそれぞれポートを接続
し、挿入する全反射ミラーを両面の全反射ミラーとする
ことによって、２×２の切替え光スイッチを構成するこ
とができる。

このような本発明に係る光スイッチにおいては、スイッ
チ内の先導波路が全て同一基板上に形成されているので
、組立て時には導波路間の光軸調整を行う必要がない。

また、側方の端面が放物線を描くような形状の各先導波
路に対して、その放物線の焦点から光の入射あるいは出
射を行うので、入出力ポートとしての光ファイバを取り
つける際にも、各光フィルタのアライメントの精度に寛
容である。更に、全反射ミラーは、挿入時に各平面光導
波路の互いに対向する端面に対して平行でありさえすれ
ばよく、その初期位置、移動量、移動先における位置の
制御が容易である。

従って、従来の光スイッチに比較すれば、遥かに容易な
製造工程で作成することができ、その製造コストは著し
く低減される。また、各先導波路は１枚の基板上に一体
に形成された平面光導波路なので伝播損失も少なく、挿
入損失の低い光スイッチとなっている。

尚、１対の平面光導波路とそれらを支持する基板の形状
とは、用途に応じて適宜選択することができるが、全反
射ミラーを挿入していないときに一方の平面光導波路か
ら他方の平面光導波路へ光線を伝播させる必要があるの
で、両者の間隔が過大にならないように留意する必要が
ある。また、１対の平面光導波路間のギャップから外部
への光の漏洩も生じるので、この点からも両者の間隔は
狭い方が好ましい。

以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明するが
、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技
術的範囲を何ら限定するものではない。

実施例 第１図は、本発明に従う光スイッチの具体的な構成例を
示す図である。

同図に示すように、この光スイッチは、基板２上に形成
された、前端の対面した１対の平面光導波路６ａおよび
６ｂと、移動可能な全反射ミラー５とから主に構成され
ている。また、各平面光導波路６ａおよび６ｂの後端に
は、それぞれ１対の光ファイバ１ａおよび１ｂとｌｃお
よび１ｄとが入射ポートまたは出射ポートとして結合さ
れている。また、基板２の中央には、各平面光導波路６
ａ、６ｂの端面間の基板２を除去することによって形成
された溝７が配設されている。尚、本発明の好ましい態
様によれば、溝７内に露出している平面光導波路６ａ、
６ｂの端面には、無反射コーティングがなされている。

全反射ミラー５は、その両面が全反射特性を具備してお
り、溝７内で変移可能に構成されている。

即ち、互いに対向する平面光導波路６ａ、６ｂの端面間
の領域を避けた第１の位置と、両者の間を完全に遮断す
る第２の位置をとることができるように構成されている
。尚、全反射ミラー５は、少なくともその第２の位置に
おいて、平面光導波路６ａ、６ｂの端面と平行になるよ
うに構成されている。

第２図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）および（ｄ）は、第１図
に示した光スイッチの詳細な構成およびその動作を説明
する図である。

第２図（ａ）に示すように、各平面光導波路６ａおよび
６ｂは互いに同じ形状であり、ここでは、平面光導波路
６ａについて説明する。

平面光導波路６ａの水平断面形状は、互いに平行な第１
および第２の端面６１ａおよび６２ａと、それぞれ後述
するような放物線の一部を描く第３および第４の端面６
３ａおよび６４ａとによって画成された形状を有してい
る。第３の端面６３ａの形状は、第１および第２の端面
６１ａ、６２ａに対して所定の角度を有するｙ軸と、こ
のｙ軸に対して直角なｙ軸とに対して（ｙ＝ａｘ”　〕
を満たす放物線の一部となっており、この放物線の焦点
Ｆ、が第２端面６２ａ上に位置するように形成されてい
る。また、第４の端面６４は、第１および第２の端面６
１ａ、６２ａに対して直角な直線Ａを軸として、第３の
端面６３ａに対して線で１称となるような形状となって
いる。従って、第４端面６４ａの描く放物線の焦点Ｆ　
、　１もまた第２の端面６２ａ上に位置している。尚、
入射ポートまたは出射ポートとなる光ファイバｌａ。

および１ｂは、それぞれの第２端面上に焦点Ｆ０、Ｆｌ
　、ｌにそれぞれ結合されている。

第２の平面光導波路６ｂは、間に挿入された全反射ミラ
ー５について第１の平面光導波路６ａと線対称に配置さ
れ、全く同じ形状を有している。

また、第２の平面光導波路６ｂに対する入射ポートまた
は出射ポートとなる光ファイバ１ｃおよび１ｄも、端面
６３ｂおよび６４ｂが描く放物線の焦点Ｆ２　、Ｆ２°
に結合されている。

尚、各平面光導波路６ａおよび６ｂは、例えば、光学ガ
ラスＢＫ７を用いてイオン交換法によりＢ＋とＮａ”を
交換して形成した後、イオンミリング法や研削法により
溝７を形成することにより作製できる。このとき、導波
路の形状は、リソグラフィ技術を利用し、マスクを使用
してイオン交換する場所を限定することにより制御する
ことができる。

平面光導波路６ａおよび６ｂの厚さは、結合する光ファ
イバｌａ、ｌｂ、ＩＣおよび１ｄのコア径と一致させて
おくことが好ましい。また、平面光導波路６ａおよび６
ｂの各側面における反射特性を向上させるためには、第
３図に示すように、イオン交換していない領域、即ち、
基板２表面の導波路以外の領域を除去することも有効で
ある。

尚、第３図においては、第１図と同じ構成要素には同じ
参照番号を付している。

また、平面光導波路６ａおよび６ｂの入射／出射端面は
、前述のように無反射コーティングしておくことが好ま
しく、具体的には、蒸着またはスパッタにより形成され
たＭｇｆ薄膜を適用することができる。

全反射ミラー５は、５ｉＯ７とＴｉＯ７の多層膜により
作製できる。

以上のように構成された光スイッチは、以下のように動
作する。

第２図ら）は、全反射ミラー５が、平面光導波路６ａお
よび６ｂ間に挿入されていない場合の注入光の伝播状態
を示す図である。

同図に示すように、入射ポートである光ファイバ１ａか
ら平面光導波路６ａに注入された光のうち、端面６３ａ
で反射された伝播光は、端面６３の描く放物線の長軸（
ｙ軸）に平行な光線となって端面６１ａから出射される
。この平行光線は、平面光導波路６ｂに端面６１ｂから
入射し、端面６４ｂで反射されて焦点Ｆ２′に収束して
、光ファイバ１ｄから抽出される。尚、図中には記載し
ていないが、光ファイバ１ｂおよび光ファイバ１ｃも、
同様に結合されている。即ち、第２図（ｂ）に示した状
態の光スイッチは、以下のような２系統の結合状態を形
成している。

第２図（Ｃ）は、第１図に示した光スイッチにおいて、
をｌ対の平面光導波路６ａおよび６ｂの間に、全反射ミ
ラー５を挿入したときの光スイッチの機能を示す図であ
る。

同図に示すように、入射ポートである光ファイバ１ａか
ら平面光導波路６ａに注入された光のうち端面６３ａで
反射された伝播光は、端面６３の描く放物線の長軸（ｙ
軸）に平行な光線となって端面６１ａから出射される。

この平行光線は、平面光導波路６ａの端面６１ａから一
旦出射され、全反射ミラー５によって反射され、端面６
１ａから再び平面光導波路６ａに入射される。このとき
平面光導波路６ａに入射される反射光は、端面６４ａの
描く放物線の長袖（ｙ’　　軸）と平行な光線となって
いる。

従って、この平行光線は、端面６４ａで反射されると、
焦点ＦＩ゛に収束して、光ファイバ１ｂから抽出される
。尚、全反射ミラー５の両面が全反射特性を有している
場合、平面導波路６ｂにおいても、光ファイバｌｃおよ
び１ｄが同様に結合される。

即ち、第２図（ｂ）に示した状態の光スイッチは、以下
のような２系統の結合状態を形成している。

以上のような動作により、第１図に示した光スイッチは
２×２のスイッチング機能を実現している。

尚、１対の平面光導波路６ａおよび６ｂの各端面６１ａ
および６１ｂの間隔ｌは、間に挿入する全反射ミラー５
の寸法等に応じて適宜選択することができるが、第２図
（ｄ）に示すように、その間隔ｌが過剰に大きいと、両
者の光学的結合が形成されなくなるので、できるだけ狭
くなるように設計することが好ましい。

発明の詳細 な説明したように、本発明に係る光スイッチは、独自の
形状を有する１対の平面光導波路と全反射ミラーとによ
り構成されている。ここで、処理すべき導波光は、１枚
の基板上に形成された平面導波路中を伝播し、この平面
光導波路は機械的な動作は全く行わない。従って、その
機能や挿入損失は組立精度に依存せず、精密な調整等を
必要としないので、製造工数並びに製造コストを低減す
ることができる。

また、光スイツチ内における光の伝送路は平面光導波路
であり、異なる媒体に光が伝播する回数が少ないので伝
送損失も低減される。

このような特徴を備えた本発明に係る光スイッチは、簡
易型光ローカルエリアネットワーク等に、廉価且つ高性
能な光スイッチとして有利に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る光スイッチの具体的な構成例を
示す図であり、 第２図（ａ）、ら）、（Ｃ）および（ｄ）は、第１図に
示した光スイッチの動作を説明するた約の図であり、第
３図は、本発明に係る光スイッチの他の実施態様を示す
図であり、 第４図（ａ）および（６）は、従来の光スイッチの典型
的な構成例とその動作を示す図であり、第５図（ａ）お
よび（ｂ）は、従来の他の光スイッチの構成例とその動
作を示す図である。 〔主な参照番号〕 ｌａ、ｌｂ、ＩＣ，ｌｄ。 ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３
５．４１ａ１４１ｂ１４２ａ１４２ｂ・・・・光７フイ
バ、２・・・基板、 ５・・・全反射ミラー、 ６ａ、６ｂ・・・平面光導波路、 ７・・・溝、 ３３．３４・・・ブロック、 ３６・・・送信器、 ３７・・・受信器 ６１ａ、６１ｂ・・・第１の端面、 ６２ａ、６２ｂ　・−−第２の端面、 ６３ａ、６３ｂ・・・第３の端面、 ６４ａ、　６４ｂ　−”第４の端面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 互いに平行な直線を描く第１および第２の端面と、それ
   ぞれが放物線の一部を描く第３および第４の端面とによ
   って画成された水平断面形状を有し、各第１端面が互い
   に平行に対面し且つ互いに同一平面上に形成された第１
   および第２の１対の平面光導波路と； 該１対の第１端面の間に該第１端面に平行に挿入可能な
   全反射ミラーと； 該第１および第２の平面光導波路の各第２の端面にそれ
   ぞれ１対結合された入射ポートまたは出射ポートとを備
   えた光スイッチにして； 該第１および第２の光導波路において、該第３端面は、
   該第１および第２の端面に対して直角ではない所定の角
   度を持った長軸を有し且つ該第２の端面上に焦点を有す
   る放物線形状を有し、該第４端面は、該第１および第２
   の端面の何れにも直角に交差する所定の直線を軸として
   、該第３の端面と線対称となる水平断面形状を有し；該
   第２の平面光導波路は、該第１の平面光導波路と同じ形
   状を有し、且つ、該第１端面に平行な直線を軸として線
   対称に配置されており； 該第１および第２の平面光導波路に結合された該入射ポ
   ートまたは出射ポートは、各平面光導波路の第３端面お
   よび第４端面を規定する放物線の各焦点にそれぞれ１本
   ずつ結合されており；該全反射ミラーは、該第１および
   第２の平面光導波路の第１端面に挟まれた領域を遮蔽す
   る第１の位置と、該第１および第２の平面光導波路の第
   １端面に挟まれた領域から退避する第２の位置との間で
   移動可能に構成されている ことを特徴とする光スイッチ。