JPH11223778A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光を反射する手段として液体を使用せず、し
かも消費電力を少なくする。 【解決手段】 Ｍ行Ｎ列（ＭおよびＮは２以上の整数と
する。）のマトリックス状の様々な接続条件により接続
された２入力２出力型の複数の光スイッチ要素１００
と、複数の入力ポート２１０ａ〜２１０ｄと、複数の出
力ポート２２０ａ〜２２０ｄとを具えた光スイッチ２０
０において、光スイッチ要素１００は、所定の電流を短
時間だけ供給すれば磁極が切り替わり磁界が一定に保持
される磁界制御部１０と、磁界制御部１０によってミラ
ー２２ａを光路に出し入れするミラー駆動部２０と、ミ
ラー駆動部２０を出し入れして光路を切り替える光路ス
イッチング部３０とを具えるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｍ行Ｎ列（Ｍお
よびＮは２以上の整数とする。）のマトリックス状に接
続された２入力２出力型の複数の光スイッチ要素を具え
た光スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の光スイッチは、参考
文献１（IEICE Transactions in Communication Vol.E7
7-B, P.197. 1994年2 月）および参考文献２（フォトニ
ック研究会 PS97-10 1997 年9 月）にそれぞれ記載さ
れている。参考文献１および２から明らかなように、従
来の光スイッチは、水銀滴や油滴の表面を反射面に利用
して静電気や空気圧等によってこれらを移動させてスイ
ッチング動作を行わせる構成としていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の光スイッチでは、反射用媒体に液体を利用しているた
め、液体の蒸発や変質等による劣化の問題がある。水銀
の場合は、蒸発はもとより、変質等による劣化により表
面がガサガサになり、反射面として使用できなくなるこ
とがある。また、油滴の場合も蒸発や変質等による劣化
により粘性が高くなり、屈折率が変化して反射面として
利用できなくなることがあった。また、これら液体の移
動手段として用いられていた静電気や空気圧等は、加熱
器あるいは加圧器等に常に電流を流しておく必要があ
り、消費電力が多い等の問題を有していた。

【０００４】そこで、従来より、光を反射する手段とし
て液体を使用せず、しかも消費電力の少ない光スイッチ
の出現が望まれていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明によれば、この発明の実施に当たり、Ｍ行
Ｎ列（ＭおよびＮは２以上の整数とする。）のマトリッ
クス状に配置された２入力２出力型の複数の光スイッチ
要素と、複数の入力ポートと、複数の出力ポートとを具
えていて、入力ポートから入力した光信号を光スイッチ
要素によって出力ポートへと導く構成とした光スイッチ
において、光スイッチ要素は、電流励起により磁極の切
り替えが出来ると共に、切り替えられた磁極に起因した
磁界の強度と方向を一定に保持する磁界制御部と、磁界
によってミラーを光路に出し入れするミラー駆動部と、
ミラーの出し入れによって光信号の伝搬光路を切り替え
る光路スイッチング部とを具えていることを特徴とす
る。

【０００６】上述したこの発明の構成によれば、磁界制
御部は、電流励起によって磁界を発生させると共にその
磁界の強さ（磁気力という。）とその方向を維持する。
この磁界の発生によりミラー駆動部が磁界制御部によっ
て吸着または反射されて光路に対しミラーを出し入れす
る。ミラーが光路に入りその状態に維持されるとミラー
で光信号が反射され光路が切り替えられる。他方、反対
方向の磁界が発生して維持されると、ミラーは光路から
引き出され、光信号は反射される状態から直進する状態
に光路が切り替えられる。このように、この発明の構成
では、ミラーを光路に対し出し入れするための磁界（強
さと方向）を発生させることができる程度の短時間だ
け、電流を磁界制御部へ流せば、発生した磁界は、電流
を流し続けなくても保持されるので、従来の光スイッチ
よりも消費電力が大幅に減少する。また、この発明によ
れば、ミラーを光路に対し出し入れさせて光信号の直進
または反射を行う構成であるので、従来のように水銀や
油滴等の液状の光反射手段を用いずに済む。

【０００７】また、この発明の実施に当たり、磁界制御
部は、電流で磁界を発生させるための磁界発生部と、磁
界発生部に順方向または逆方向の電流を単一パルス電流
として流す電流制御部と、磁界を自己保持するための磁
界保持部とを具えており、ミラー駆動部は、磁界保持部
と対向した端部に一方の磁極を具えると共に、ミラーが
装着されているミラー磁極部と、ミラーを上下方向の移
動に規制するためのミラー駆動ガイド部とを具えてお
り、光路スイッチング部は、第１光導波路と、第１光導
波路と交差して設けられている第２光導波路と、光信号
が一方の光導波路からミラーでの反射により他方の光導
波路に乗せ換えできるように、第１および第２光導波路
の交差する領域にこれら第１および第２光導波路を横切
って設けられた光信号乗せ換え空間部とを具えているの
が好適である。

【０００８】このように構成すれば、電流制御部によっ
て磁界発生部に短時間だけ電流が供給されるので、光ス
イッチを切り替えるために必要な消費電力は少なくて済
む。また、端部の磁極が磁界保持部から発生する磁界の
強度と方向に応答してミラー磁極部をガイド部に沿って
空間部に移動させたり空間部から引き出したりできるの
で、応答の早いしかも確実な光路切り替えが可能とな
る。

【０００９】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、光信号乗せ換え空間部は、ミラー駆動ガイド部の直
下に位置しており、光信号乗せ換え空間部にミラーが挿
入された時、第１光導波路を通る光信号がミラーによっ
て反射されて第２光導波路に乗せ換えられ、およびミラ
ーが光路外にある時、第１光導波路を通る光信号が空間
部を横切って当第１光導波路中を伝搬するように構成さ
れているのが良い。

【００１０】このように構成すれば、光スイッチを切り
替えるときのみ、短時間だけ電磁石に順方向または逆方
向の電流を流して磁界により磁力線を発生させれば、電
磁石の磁界を解除しても強磁性体が磁界を自己保持する
ことができる。よって、ミラー磁極部を磁界保持部の磁
界に吸着あるいは反発させて光スイッチ要素にスイッチ
ング動作を行わせることができる。よって、従来のよう
に液状の光反射手段を用いずに光スイッチを構成するこ
とできる。また、従来の光スイッチよりも消費電力が大
幅に少なくて済む。

【００１１】また、この発明の実施に当たり、ミラー磁
極部は、長板状の直方体をなし、直方体の一側面にミラ
ーを装着してあると共に、上下面の一方の面にＮ極を配
しおよび他方の面にＳ極を配している永久磁石であるの
が好ましい。

【００１２】このように構成すれば、ミラーを装着した
永久磁石は、磁力線の変化による吸着力あるいは反発力
により駆動して、光路内へのミラーの出し入れを行うこ
とができる。

【００１３】また、この発明の実施に当たり、永久磁石
は、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）材料から作られて
いるのが好適である。

【００１４】この磁性材料を用いれば、ミラー磁極部の
永久磁石を構成することができる。

【００１５】また、この発明の実施に当たり、磁界発生
部は、鉄芯に導線をコイル状に巻回して形成された電磁
石であるのが好ましい。

【００１６】このような電磁石を用いれば、この発明の
光スイッチの磁界発生部を構成することができる。

【００１７】また、この発明の実施に当たり、磁界保持
部は、その内部に一方の方向の磁界が一旦発生すると、
次に反対方向の磁界が当内部に発生するまで磁極特性を
一定に自己保持する強磁性体であるのが良い。

【００１８】このように構成すれば、電磁石に対する電
流の供給を止めても強磁性体が磁界を一定に自己保持し
ているので、無通電状態でスイッチング動作を維持する
ことができる。よって、強磁性体の磁極を反転させる時
のみ電磁石に電流を流せば良いので、消費電力の少ない
光スイッチを実現することが可能となる。

【００１９】また、この発明の実施に当たり、好適に
は、強磁性体は、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合
金から作られているのが好ましい。

【００２０】このような材料を用いれば、所望の強磁性
体を得ることができる。

【００２１】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、ミラー駆動ガイド部は、ミラー保持用基板に形成さ
れた貫通孔であるのが良い。

【００２２】このように構成すれば、ミラー駆動ガイド
部によってミラー磁極部のミラーをガタつかせないよう
に進退自在に支持する。よって、ミラーを平行に保つこ
とができる。この場合、ミラーのガタつきを抑えること
ができるので、第１入力ポートに入力された光信号を正
しく第２出力ポートに乗せ換えることができる。

【００２３】また、この発明の実施に当たり、好適に
は、光信号乗せ換え空間部に対する第１および第２光導
波路のそれぞれの射出端面および入射端面は、第１およ
び第２光導波路のそれぞれの光軸に直交する面をそれぞ
れの基準面とするとき、射出端面あるいは入射端面は、
これら射出および入射端面からの反射戻り光を第１およ
び第２光導波路の光路外に逃がすように、基準面に対し
ある傾斜角度で設けてあるのが良い。

【００２４】このように構成すれば、光信号の入射端面
および射出端面での反射によって発生する戻り光を光導
波路の外に逃がすことができるので、戻り光によるクロ
ストークを防止することができる。

【００２５】また、この発明の実施に当たり、傾斜角度
は、６度以上であって、入射した光信号が全反射を起こ
す最小の角度より小さい角度であるのが良い。

【００２６】このように第１光導波路の射出端面および
入射端面と第２光導波路の射出端面および入射端面をこ
の傾斜角度で形成することによって、戻り光をより有効
に光導波路の外へ逃がすことができる。なお、傾斜角度
の上限を入射光が全反射を起こす最小の角度より小さい
角度としたのは、入射した光信号が全て反射光、すなわ
ち戻り光になると全ての光信号が光導波路の外へ逃がさ
れて光スイッチとしての機能を果たさないからである。

【００２７】また、この発明の実施に当たり、光スイッ
チ要素の各々は、１行１列ずつずれた光スイッチ要素と
光学的に結合しており、第１および最終行の光スイッチ
要素の各々は、配列順に光学的に結合されており、第１
列の光スイッチ要素の各々は、対応する入力ポートおよ
び対応する出力ポートとそれぞれ光学的に結合されてい
るのが好適である。

【００２８】このように光スイッチ要素を接続すれば、
光スイッチを構成することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。なお、図中、各構成成分の
大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる
程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明
する数値的条件は単なる例示にすぎないことを理解され
たい。

【００３０】以下、図１乃至図３を用いて、この発明の
光スイッチの実施の形態につき説明する。

【００３１】図１は、この発明の光スイッチを構成する
光スイッチ要素の構成を説明するための図である。図２
は、光スイッチ要素の光スイッチング部の構造とその動
作を説明するための要部拡大図である。図３は、光スイ
ッチ要素の動作を説明するための図である。図４は、光
スイッチ要素をマトリックス状に配置した状態とその動
作を説明するための図である。

【００３２】この発明の光スイッチ２００は、Ｍ行Ｎ列
（ＭおよびＮは２以上の整数とする。）のマトリックス
状に配列された２入力２出力型の複数の光スイッチ要素
１００と、複数の入力ポート２１０ａ〜２１０ｄと、複
数の出力ポート２２０ａ〜２２０ｄとを具えている。そ
して、この発明の光スイッチは、いずれかの入力ポート
から入力した光信号は、光スイッチ要素によって指定さ
れた光導波路を経ていずれかの出力ポートへと導かれて
光スイッチから出力される構成となっている。一例とし
て、図４に示すように、４行４列のマトリックスとして
光スイッチ要素１００を配置した構造の光スイッチにつ
き説明する。

【００３３】この発明の構成では、光スイッチ要素１０
０は、磁界制御部１０と、ミラー駆動部２０と、光路ス
イッチング部３０とを具えている。

【００３４】以下、図１を参照して、磁界制御部１０に
つき説明する。

【００３５】磁界制御部１０は、電流励起により磁極の
切り替えができると共に、切り替えられた磁極に起因し
た磁極の強度と方向を一定に保持する。この磁界制御部
１０は、磁界発生部１２と、電流制御部１４と、磁界保
持部１６とを具えている。この磁界発生部１２は、電流
で磁界を発生する構成となっている。また、電流制御部
１４は、この磁界発生部１２に順方向または逆方向の電
流を短時間だけ流すように制御する。このため、この電
流制御部１４は、好ましくは、正または負の、単一パル
スの形態のパルス電流を出力する。このパルスの波形
は、好ましくは、矩形とし、このパルスの強度と持続時
間は、磁界保持部１６で保持される磁界の強度すなわち
磁気力が後述するミラー駆動部を吸着できる磁界を磁界
発生部１２から発生させることができる程度の強度およ
び持続時間とする。この持続時間は、出来るだけ短い方
が電力消費の点から好ましい。磁界保持部１６は、磁界
の強度と方向を一定に自己保持する。このため、磁界制
御部１０は、設計に応じた所定の大きさと短い時間の電
流で磁界を励起して新たに磁極を形成するか或いは磁極
を切り替えて、この磁極に起因した一定の磁界に保持す
ることができる。

【００３６】ここで、磁界発生部１２は、例えば、鉄芯
１２ａにエナメル線１２ｂ等の適当な導線をコイル状に
巻いて構成した電磁石１２とするのが好適である。ま
た、電流制御部１４は、例えば、順方向または逆方向の
パルス状電流を１パルスのみ流すように制御するパルス
電流制御回路１４として構成するのが好ましい。このよ
うに構成すれば、電磁石に順方向または逆方向のパルス
状電流を１パルスのみ流して磁界を発生させることがで
きる。すなわち、電磁石に一瞬時間だけ磁力線を発生さ
せることができる。

【００３７】また、磁界保持部１６は、好ましくは、そ
の内部に例えば、Ｓ極またはＮ極の磁力線が一旦形成さ
れると、次にその磁力線とは反対の方向の磁力線が当該
内部に形成されるまで磁極特性を一定に自己保持する強
磁性体１６を以て構成する。この場合、強磁性体１６
は、例えば、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合金か
ら作られている。このように構成すれば、電磁石１２に
対する電流の供給を止めても強磁性体１６が磁界を一定
に自己習性的に保持するので、この磁界の発生によって
実行されたスイッチング動作をこの保持された磁界によ
り無通電状態で維持することができる。よって、光路の
スイッチングを実行しようとするときにのみ、強磁性体
１６の磁極を反転させて電磁石１２に電流を流せばこの
スイッチングを実行できるので、消費電力の少ない光ス
イッチ２００を実現することが可能となる。

【００３８】次に、図１を参照して、ミラー駆動部につ
き説明する。

【００３９】ミラー駆動部２０は、磁界制御部１０によ
ってミラーを光路に出し入れする働きを有している。こ
の場合、ミラー駆動部２０は、ミラー２２ａと、ミラー
磁極部２２ｂと、ミラー駆動ガイド部２４ａとを具えて
いる。ミラー磁極部２２ｂは、ミラー２２ａが装着され
ていてＮ極およびＳ極のいずれか一方の磁極が磁界保持
部１６に対向した上端面側に位置するように形成されて
いる。また、ミラー駆動ガイド部２４ａは、ミラー磁極
部２２ｂを回動や傾斜せずに、上下方向に真っ直ぐ移動
させる働きを有している。

【００４０】好ましい構成例では、このミラー磁極部２
２ｂを、永久磁石２２ｂで構成する。その場合、永久磁
石２２ｂの形状を長板状の直方体とするのが好ましい。
そして、この直方体の一側面にミラー２２ａを装着して
おく。また、一例として、直方体の上端にＮ極を設け、
その下端にＳ極を設ける。なお、このミラー２２ａは、
ミラー磁極部２２ｂの一側面に蒸着により形成しても良
いし、板状のミラー２２ａをミラー磁極部２２ｂの一側
面に貼りつけても良い。また、板状のミラー２２ａをミ
ラー磁極部２２ｂに装着する方法として、例えば、ミラ
ー磁極部２２ｂの下端に板状のミラー２２ａを衝立のよ
うに取り付けても良い。また、ミラー２２ａ自体の上端
部に小さなミラー磁極部、例えば小さな永久磁石を装着
しても良い。

【００４１】ミラー駆動ガイド部２４ａは、ミラー保持
用基板２４に形成されたガイド用貫通孔２４ａである。
この貫通孔２４ａは、ミラー２２ａを光導波路の光軸に
対し直交する面内で上下に移動させるようにミラー磁極
部２２ｂの動きを制限する。

【００４２】このように構成すれば、ミラー駆動ガイド
部２４ａによってミラー磁極部２２ｂのミラー２２ａを
ガタつかせたり、傾斜させたり或いは回動させたりしな
いで、ミラー２２ａを垂直移動させると共に、垂直に支
持することが出来る。このため、ミラー２２ａを再現性
良く光導波路中に挿入設定できるので、第１光導波路３
２の第１入力ポート３２ａに入力された光信号を再現性
良く第２光導波路３４に乗せ換えてこの光信号を第２出
力ポート３４ｂへと導くことができる。

【００４３】このように、ミラー２２ａを装着した永久
磁石２２ｂは、磁力線の変化による吸着力あるいは反発
力により駆動されて、光路内へのミラー２２ａの出し入
れを行うことができる。ここでは永久磁石２２ｂを、好
ましくは、例えば、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）材
料で形成するのが良い。

【００４４】次に、図１および図２を用いて、光路スイ
ッチング部３０につき説明する。

【００４５】光路スイッチング部３０は、図１および図
２に示すように、第１光導波路３２と、第２光導波路３
４と、光信号乗せ換え空間部３６とを具えている。この
構成例では、光路スイッチング部３０は、シリコン製の
光導波路用基板３８に形成されている。特に第１光導波
路３２および第２光導波路３４は、シリコン製の光導波
路用基板３８にイオン注入法によって形成されている。

【００４６】第１光導波路３２は、第１入力ポート３２
ａと第１出力ポート３２ｂとを両端部に有している。ま
た、第２光導波路３４は、第１光導波路３２に交差させ
てあり、かつ第２入力ポート３４ａと第２出力ポート３
４ｂとを両端部に有している。

【００４７】また、光信号乗せ換え空間部３６は、光信
号が一方の光導波路３２からミラー２２ａの全反射によ
り他方の光導波路３４に乗せ換えできるように、第１お
よび第２光導波路３２および３４の交差する領域３８ａ
に設けられている。

【００４８】また、光信号乗せ換え空間部３６は、光導
波路用基板３８に形成された溝である。この溝は、第１
および第２光導波路３２および３４の交差する領域３８
ａに、これら光導波路を横切って、設けてある。この溝
は、この溝内にミラー磁極部のミラー２２ａを挿入保持
できる構造となっている。尚、この構成例では、光導波
路用基板３８は、シリコン製の基礎基板４０の上に積層
形成されているが、何ら、この構成に限定されるもので
はない。

【００４９】光路スイッチング部の動作につき以下説明
する。

【００５０】ミラー２２ａが光路の外にある時は、第１
光導波路３２の第１入力ポート３２ａから入力された光
信号は、第１光導波路３２から空間部３６を通り、光信
号の直進方向にある第１光導波路３２の部分を経てその
第１出力ポート３２ｂから射出される。一方、ミラー２
２ａが光信号を反射する位置にある時は、第１光導波路
３２の第１入力ポート３２ａから入力された光信号は第
１光導波路３２から空間部３６にあるミラー２２ａで反
射され、ついで光信号の反射する方向に配置された第２
光導波路３４に乗り換えられてこの光導波路３４の第２
出力ポート３４ｂから射出される。

【００５１】このように、光信号乗せ換え空間部３６は
光信号を反射させたり直進させたりして光信号が伝搬す
る光路の切り替えをする領域である。

【００５２】このような空間部３６を設けたことによ
り、第１光導波路３２の第１入力ポート３２ａに入力さ
れた光信号のミラー２２ａによる反射方向に、第２光導
波路３４の第２出力ポート３４ｂを配置するように、光
スイッチ要素を構成することができるので、第１光導波
路３２から第２光導波路３４へ光信号を確実に再現性良
く乗せ換えることができる。

【００５３】次に、図１、図２および図３を用いて、こ
の発明の光スイッチ要素１００の動作につき説明する。

【００５４】図３（Ａ）に示すように、電磁石１２に電
流制御部１４からパルス電流Ｉ１（例えば１００ｍＡの
電流を１０マイクロ秒だけ供給する矩形波状電流）が順
方向に供給される。すると、電磁石１２に、例えば下端
部がＮ極、上端部がＳ極の磁力線が一瞬時間だけ発生す
る。強磁性体１６は、この磁力線を受けて電磁石１２と
同じ磁極特性に帯磁する。すると、ミラー磁極部２２ｂ
の永久磁石は、上端部がＮ極で下端部がＳ極なので、強
磁性体１６の下端部に帯磁したＮ極により反発力を受け
てミラー磁極部２２ｂは下方に付勢される。一方、電磁
石１２からの磁力線は一瞬時間で消失する。しかし、強
磁性体１６は、磁界の自己保持性により磁極が一定に保
持される。よって、ミラー磁極部２２ｂは、下方に位置
付けされる。下方にミラー磁極部２２ｂが位置する時
は、第１光導波路３２に入射される光信号Ｌ１は、図１
および図３（Ａ）に示すように、ミラー２２ａによって
反射される。図１および図２に示すように、第１射出端
面３２ｃから射出された光信号Ｌ１は、ミラー２２ａで
反射されて図２の光信号Ｌ３のように、第２光導波路３
４の第２入射端面３４ｄに入射される。この際、第１射
出端面３２ｃおよび第２入射端面３４ｄは、光軸に垂直
な平面Ｓを基準面とすると６度以上であって、入射した
光信号が全反射を起こす最小の角度より小さい角度を有
しているので、戻り光Ｌ４は、第１光導波路３２の外へ
逃がされる。なお、傾斜角度の上限を入射光が全反射を
起こす最小の角度より小さい角度としたのは、入射した
光信号が全て反射光、すなわち戻り光になると全ての光
信号が光導波路の外へ逃がされて光スイッチとしての機
能を果たさないからである。

【００５５】次に、図３（Ｂ）に示すように、電磁石１
２へ電流制御部１４からパルス電流Ｉ１と逆方向で同一
波形の電流であるパルス電流Ｉ２が供給される。する
と、先に示した場合とは逆に、電磁石１２の下端部がＳ
極、上端部がＮ極の磁力線が一瞬時間だけ発生する。す
ると、先に示した場合と同様に、強磁性体１６は、下端
部がＳ極、上端部がＮ極に帯磁する。この場合、ミラー
磁極部２２ｂの永久磁石の上端部がＮ極なので、強磁性
体１６に吸着される。よって、このように、ミラー２２
ａが上方に位置する時、第１光導波路３２の第１入力ポ
ート３２ａに入力される光信号Ｌ１は、第１射出端面３
２ｃを通過してミラー２２ａに反射されることなく第１
入射端面３２ｄに入射される。この場合も第１入射端面
３２ｄは、入射光軸の垂直面Ｓを基準面にすると傾斜角
度θだけ傾斜しているので、戻り光Ｌ５は、図２に示す
ように、第１光導波路３２の外に逃がされる。

【００５６】上述したように光スイッチ要素が動作す
る。従って、上述したこの発明の光スイッチの構成例に
よれば、光スイッチ要素１００を切り替えるときのみ、
短時間だけ電磁石１２に順方向または逆方向の電流を流
して磁力線を発生させれば、電磁石１２の磁界を解除し
ても強磁性体１６が磁界を自己保持することができる。
よって、ミラー磁極部２２ｂを磁界保持部１６の磁界に
よって吸着あるいは反発させて光スイッチ要素１００に
スイッチング動作を行わせることができる。よって、従
来のように液状の光反射手段を用いずに光スイッチを構
成することできる。また、従来の光スイッチよりも消費
電力が大幅に少なくて済む。

【００５７】次に、図２を用いて、この発明の光スイッ
チ要素１００の戻り光防止のための手法につき説明す
る。

【００５８】図２において、光信号乗せ換え空間部３６
と第１光導波路３２との間の２つの境界面を考える。第
１光導波路３２から空間部３６へ光信号が入射する一方
の境界面を第１射出端面３２ｃとし、空間部３６から第
１光導波路３２へ光信号が再入射する他方の境界面を第
１入射端面３２ｄとする。同様に、空間部３６と第２光
導波路３４との間の一方の境界面を第２射出端面３４ｃ
とし他方の境界面を第２入射端面３４ｄとする。また、
各境界において、光導波路の光軸と直交する面を基準面
Ｓとする。この場合、第１光導波路３２の第１射出端面
３２ｃおよび第１入射端面３２ｄと第２光導波路３４の
第２射出端面３４ｃおよび第２入射端面３４ｄを基準面
Ｓに対し角度θで傾斜させてある。この場合、第１射出
端面３２ｃ、第１入射端面３２ｄおよび第２入射端面３
４ｄは、第１射出端面３２ｃ、第１入射端面３２ｄまた
は第２入射端面３４ｄからの反射による戻り光Ｌ４、Ｌ
５を第１および第２光導波路３２および３４の外に逃が
す。この場合、傾斜角度θは、経験上例えば８度程度が
好適である。

【００５９】このように構成すれば、光信号Ｌ１の第１
射出端面３２ｃ、第１入射端面３２ｄ、および第２入射
端面３４ｄでの反射によって発生する戻り光Ｌ４あるい
はＬ５を第１光導波路３２および第２光導波路３４の外
に逃がすことができるので、戻り光Ｌ４あるいはＬ５に
よるクロストークを防止することができる。

【００６０】次に、光スイッチ要素１００をマトリック
ス配列した光スイッチ２００の構成例につき図４を参照
して説明する。

【００６１】図４に示す構成例によれば、光スイッチ要
素１００ａａ〜１００ａｄの各々は、１行１列ずつずれ
た光スイッチ要素１００ａａ〜１００ａｄと光学的に結
合している。また、第１および最終行の光スイッチ要素
１００ａａ，１００ｂａ，１００ｂｃ，１００ｄｃおよ
び１００ｄｄ，１００ｃｄ，１００ｃｂ，１００ａｄの
各々は、配列順に光学的に結合されている。第１列の光
スイッチ要素１００ａａ，１００ｂｂ，１００ｃｃ，１
００ｄｄの各々は、対応する入力ポート２１０ａ，２１
０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄおよび対応する出力ポート２
２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ，２２０ｄとそれぞれ光学
的に結合されている。なお、４ａ〜４ｄおよび５ａ〜５
ｄは、ダミーポートである。

【００６２】次に、図４を用いて、上述した光スイッチ
要素１００をマトリックス状に配置した光スイッチ２０
０の動作につき説明する。なお、図４において、光スイ
ッチ要素１００ａａ〜１００ａｄを示す円状の図形の中
に、縦線を有するものが図３（Ａ）の状態を示してい
て、縦線を有しないものが図３（Ｂ）の状態を示してい
る。つまり、図４の場合は、光スイッチ要素１００ｂ
ｂ，１００ａｃ，１００ｄａ，１００ｃｄが、光信号を
反射する状態の光スイッチ要素を示している。

【００６３】図４において、例えば、入力ポート２１０
ａに光信号が入力されれば、光スイッチ要素１００ａａ
を通過し、ついで光スイッチ要素１００ａｃで反射さ
れ、ついで光スイッチ要素１００ｃｃを通過して出力ポ
ート２２０ｃから出力される。

【００６４】また、例えば、入力ポート２１０ｃに光信
号が入力されれば、光スイッチ要素１００ｃｃを通過
し、光スイッチ要素１００ｃｄで反射され、ついで光ス
イッチ要素１００ｄｄを通過して出力ポート２２０ｄか
ら出力される。

【００６５】また、例えば、入力ポート２１０ｄに光信
号が入力されれば、光スイッチ要素１００ｄｄを通過
し、さらに光スイッチ要素１００ｄｂを通過し、ついで
光スイッチ要素１００ｄａで反射され、ついで光スイッ
チ要素１００ｂａを通過し、さらに光スイッチ要素１０
０ａａを通過して出力ポート２２０ａから出力される。

【００６６】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明によれば、光スイッチを切り替えるときのみ、短時
間だけ電磁石に順方向または逆方向の電流を流して磁力
線を発生させれば、電磁石の磁界を解除しても強磁性体
が磁界を自己保持することができる。よって、ミラー磁
極部は磁界保持部の磁界に吸着あるいは反発されて光ス
イッチ要素にスイッチング動作を行わせることができ
る。よって、従来のように液状の光反射手段を用いずに
光スイッチを構成することできる。また、従来の光スイ
ッチよりも消費電力が大幅に少なくて済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光スイッチを構成する光スイッチ要
素の構成の説明図である。

【図２】光スイッチ要素の光路スイッチング部の構造と
その動作を説明するための要部拡大図である。

【図３】光スイッチ要素の動作を説明するための図であ
る。

【図４】光スイッチ要素をマトリックス状に配置した状
態とその動作を説明するための図である。

【符号の説明】

１０：磁界制御部 １２：磁界発生部 １２ａ：鉄芯 １２ｂ：エナメル線 １４：電流制御部 １６：磁界保持部 ２０：ミラー駆動部 ２２ａ：ミラー ２２ｂ：ミラー磁極部 ２４：ミラー保持用基板 ２４ａ：ミラー駆動ガイド部 ３０：光路スイッチング部 ３２：第１光導波路 ３２ａ：第１入力ポート ３２ｂ：第１出力ポート ３２ｃ：第１射出端面 ３２ｄ：第１入射端面 ３４：第２光導波路 ３４ａ：第２入力ポート ３４ｂ：第２出力ポート ３４ｃ：第２射出端面 ３４ｄ：第２入射端面 ３６：光信号乗せ換え空間部 ３８：光導波路用基板 ３８ａ：交差した領域 ４０：基礎基板 １００ａａ〜１００ａｄ：光スイッチ要素 ２００：光スイッチ ２１０ａ〜２１０ｄ：入力ポート ２２０ａ〜２２０ｄ：出力ポート Ｌ１：光信号 Ｌ２：光信号Ｌ１の通過光 Ｌ３：光信号Ｌ１の反射光 Ｌ４：光信号Ｌ１の戻り光 Ｌ５：光信号Ｌ２の戻り光

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍ行Ｎ列（ＭおよびＮは２以上の整数と
   する。）のマトリックス状に配置された２入力２出力型
   の複数の光スイッチ要素と、複数の入力ポートと、複数
   の出力ポートとを具えていて、前記入力ポートから入力
   した光信号を前記光スイッチ要素によって前記出力ポー
   トへと導く構成とした光スイッチにおいて、 前記光スイッチ要素は、電流励起により磁極の切り替え
   が出来ると共に、切り替えられた磁極に起因した磁界の
   強度と方向を一定に保持する磁界制御部と、該磁界によ
   ってミラーを光路に出し入れするミラー駆動部と、該ミ
   ラーの出し入れによって前記光信号の伝搬光路を切り替
   える光路スイッチング部とを具えていることを特徴とす
   る光スイッチ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光スイッチにおいて、 前記磁界制御部は、電流で磁界を発生させるための磁界
   発生部と、該磁界発生部に順方向または逆方向の電流を
   単一パルス電流として流す電流制御部と、前記磁界を自
   己保持するための磁界保持部とを具えており、 前記ミラー駆動部は、前記磁界保持部と対向した端部に
   一方の磁極を具えると共に、前記ミラーが装着されてい
   るミラー磁極部と、前記ミラーを上下方向の移動に規制
   するためのミラー駆動ガイド部とを具えており、 前記光路スイッチング部は、第１光導波路と、該第１光
   導波路と交差して設けられている第２光導波路と、前記
   光信号が一方の光導波路から前記ミラーでの反射により
   他方の光導波路に乗せ換えできるように、前記第１およ
   び前記第２光導波路の交差する領域にこれら第１および
   第２光導波路を横切って設けられた光信号乗せ換え空間
   部とを具えていることを特徴とする光スイッチ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の光スイッチにおいて、 前記光信号乗せ換え空間部は、前記ミラー駆動ガイド部
   の直下に位置しており、該光信号乗せ換え空間部に前記
   ミラーが挿入された時、前記第１光導波路を通る光信号
   が前記ミラーによって反射されて前記第２光導波路に乗
   せ換えられ、および前記ミラーが光路外にある時、前記
   第１光導波路を通る前記光信号が前記空間部を横切って
   当該第１光導波路中を伝搬するように構成されているこ
   とを特徴とする光スイッチ。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の光スイッチに
   おいて、 前記ミラー磁極部は、長板状の直方体をなし、該直方体
   の一側面に前記ミラーを装着してあると共に、上下面の
   一方の面にＮ極を配しおよび他方の面にＳ極を配してい
   る永久磁石であることを特徴とする光スイッチ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の光スイッチにおいて、 前記永久磁石は、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）材料
   から作られていることを特徴とする光スイッチ。
6. 【請求項６】 請求項２または３に記載の光スイッチに
   おいて、 前記磁界発生部は、鉄芯に導線をコイル状に巻回して形
   成された電磁石であることを特徴とする光スイッチ。
7. 【請求項７】 請求項２に記載の光スイッチにおいて、 前記磁界保持部は、その内部に一方の方向の磁界が一旦
   発生すると、次に反対方向の磁界が当該内部に発生する
   まで磁極特性を一定に自己保持する強磁性体であること
   を特徴とする光スイッチ。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の光スイッチにおいて、 前記強磁性体は、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合
   金から作られていることを特徴とする光スイッチ。
9. 【請求項９】 請求項２または３に記載の光スイッチに
   おいて、 前記ミラー駆動ガイド部は、ミラー保持用基板に形成さ
   れた貫通孔であることを特徴とする光スイッチ。
10. 【請求項１０】 請求項３に記載の光スイッチにおい
    て、 前記光信号乗せ換え空間部に対する前記第１および第２
    光導波路のそれぞれの射出端面および入射端面は、該第
    １および第２光導波路のそれぞれの光軸に直交する面を
    それぞれの基準面とするとき、前記射出端面あるいは前
    記入射端面は、これら射出および入射端面からの反射戻
    り光を前記第１および第２光導波路の光路外に逃がすよ
    うに、前記基準面に対しある傾斜角度で設けてあること
    を特徴とする光スイッチ。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の光スイッチにおい
    て、 前記傾斜角度は、６度以上であって、入射した光信号が
    全反射を起こす最小の角度より小さい角度であることを
    特徴とする光スイッチ。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれか一項に記
    載の光スイッチにおいて、 光スイッチ要素の各々は、１行１列ずつずれた光スイッ
    チ要素と光学的に結合しており、 第１および最終行の光スイッチ要素の各々は、配列順に
    光学的に結合されており、 第１列の光スイッチ要素の各々は、対応する前記入力ポ
    ートおよび対応する前記出力ポートとそれぞれ光学的に
    結合されていることを特徴とする光スイッチ。