JP2004126244A

JP2004126244A - スイッチング機能を有する光導波路および光ファイバの接続構造

Info

Publication number: JP2004126244A
Application number: JP2002290513A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Okazaki; 岡崎　文彰; Nobuyuki Sato; 佐藤　信之
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】小型化を図り、製造を容易にしたスイッチング機能を有する光導波路および光ファイバの接続構造を提供する。
【解決手段】光導波路間、光ファイバ１，２間または光導波路と光ファイバ１，２間に液晶素子３を配置し、前記液晶素子３に電圧を印加することにより、前記光導波路間、光ファイバ間または光導波路と光ファイバ間の信号制御を行う。
【選択図】　　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング機能を有する光導波路および光ファイバの接続構造に係り、特に小型で簡易な構造とすることにより、製造を容易にしたスイッチング機能を有する光導波路および光ファイバの接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴ（情報技術）の急激な発達に伴い、信号を減衰させることなく高速で大容量の信号を長距離伝達できる光ファイバを用いた光通信網の整備が拡充されつつある。このような環境では光通信装置や光伝送装置内において、光ファイバや光導波路の光路（伝送経路）の切替えや遮断のために多くの光スイッチが用いられている。
【０００３】
例えば、光路の切替えは通常の回線切替を目的としたものの他、断線した伝送経路を別の断線していない経路に切替える障害復旧用途や、建物内や地域内の光通信ネットワークの回線を切替える保守点検用途、あるいは測定装置における光路の変更等を目的とするものがある。
【０００４】
このような光スイッチとしては、例えば電気的あるいは光学的に光路の屈折率や位相を変化させるものや、機械的に光路を移動させるものが挙げられる。
【０００５】
機械的に光路を移動させるものとしては、例えば入力側光ファイバを可動ブロック上に配置し、この入力側光ファイバよりも数の多い出力側光ファイバを固定ブロック上に配置し、入力側光ファイバが配置された可動ブロックを出力側光ファイバが配置された固定ブロックに対して電磁アクチュエーターを用いて平行移動させ、光路の切替えを行うものが挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、光学的に光路を変更するものとしては反射ミラーを用いるものが挙げられる。このような反射ミラーを用いるものにおいて、反射ミラーを小型化するため、反射ミラーを半導体製造技術で基板上に作製し、静電気によりこの反射ミラーを立ち上げて光路を切り換えることも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２０２４６６号公報（段落番号［００１３］、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−２５８１７７号公報（段落番号［００１１］〜［００１３］、［００２７］〜［００２８］、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記機械式光スイッチにおいては電磁アクチュエーター等を用いるため比較的大型なものとなり、また上記反射ミラーを用いた光スイッチにおいてはその製造に高い技術が必要となる。また、単に光路の遮断を目的とする場合には、上記したような機械式光スイッチや反射ミラーを用いた光スイッチのような切換え機能までもたせる必要もない。
【０００９】
本発明は、上記したような事情を鑑みてなされたものであり、光路の接続および遮断の手段として液晶素子を用いることにより、光路の接続および遮断を確実に行うとともに、構造を小型かつ簡易なものとすることにより製造を容易にしたスイッチング機能を有する光導波路および光ファイバの接続構造を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のスイッチング機能を有する光導波路および光ファイバの接続構造は、光導波路間、光ファイバ間または光導波路と光ファイバ間に液晶素子を配置し、前記液晶素子に電圧を印加することにより、前記光導波路間、光ファイバ間または光導波路と光ファイバ間の信号制御を行うことを特徴とする。前記光導波路および光ファイバは、位置あわせのための溝付き基板上に配置されていることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスイッチング機能を有する光導波路および光ファイバの接続構造について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明のスイッチング機能を有する光導波路および光ファイバの接続構造の一例を模式的に示した外観図である。図１は、光ファイバどうしを接続した場合の例を示したものである。
【００１３】
光ファイバ１および光ファイバ２は、それぞれの端面が対向するように配置されており、光ファイバ１および光ファイバ２の端面間には液晶素子３が配置されている。液晶素子３は例えば偏光板、ガラス基板、ＩＴＯ電極および配向膜等からなる２つの対向する基板３ａ、３ｂと、これらの間に挟まれるようにして配置される液晶層３ｃとからなる積層構造を有するものである。そして、光ファイバ１および光ファイバ２はこの液晶素子３の積層方向の両面に接続されている。
【００１４】
光ファイバは、例えば石英を主材料とする石英系光ファイバ、多成分系ガラスファイバ、プラスチック光ファイバ等からなるものである。多成分系ガラスファイバとしては、例えば酸化物ガラスからなる酸化物多成分ガラスファイバ、フッ化ガラスからなるフッ化物（多成分）ガラスファイバを用いることができる。また、光ファイバは、単一モード光ファイバおよび多モード光ファイバのいずれを用いてもよい。
【００１５】
光ファイバは、例えば直径が１２５μｍ〜１０００μｍのものを使用することができる。本発明においては、図１に示されるような光ファイバどうしを液晶素子を用いて接続したものに限られず、液晶素子の一方の面あるいは両方の面に接続される光ファイバの代わりに光導波路を用いてもよい。このように光導波路を用いる場合には、例えばライン幅５μｍ〜１０００μｍ、厚み５μｍ〜１０００μｍのものを用いることができる。
【００１６】
図２は、図１に示される接続構造を基板上に配置した場合の一例を模式的に示した平面図である。光ファイバ１および光ファイバ２は、例えば基板４に設けられたＶ字状の溝５、６にそれぞれ配置され、正確に位置あわせがなされている。そして、光ファイバ１と光ファイバ２の端面間に液晶素子３が配置されている。このようなものにおいても光ファイバどうしを液晶素子を用いて接続したものに限られず、液晶素子の一方の面あるいは両方の面に接続される光ファイバの代わりに光導波路を用いてもよい。
【００１７】
基板４としては、例えばＳｉ基板、金属基板、ガラス基板、セラミックス基板、プラスチック基板等を用いることができる。基板４に設けられる溝５、６の断面形状は、必ずしもＶ字状である必要はなく、Ｕ字状等でもよく、光導波路または光ファイバを確実に位置決めできるものであれば溝の形状は特に制限されるものではない。
【００１８】
図３は、本発明に用いられる液晶素子３の一例を示した断面図である。図３に示される液晶素子３は、単純マトリクス駆動方式の液晶素子を示したものである。液晶素子３は主として液晶層３ｃと、この液晶層３ｃを挟むようにして対向配置される基板３ａ、３ｂとからなる。
【００１９】
基板３ａは、ガラス基板７の一方の面に偏光板８が積層されており、他方の面にはストライプ状に形成されたＩＴＯ電極９および配向膜１０が順に積層されている。基板３ｂも基板３ａとほぼ同様な構造であり、ガラス基板１１の一方の面に偏光板１２が積層されており、他方の面には前記ＩＴＯ電極９とクロスするようにしてストライプ状に形成されたＩＴＯ電極１３および配向膜１４が順に積層されている。そして、配向膜１０、１４が内側となるように対向配置された基板３ａ、３ｂ間に液晶層３ｃが配置され、シール材１５によって封止されている。
【００２０】
ここで、光導波路または光ファイバ（図示せず）は液晶素子３の積層方向に接続される。すなわち、光導波路または光ファイバは偏光板８および偏光板１２に接続されるものである。なお、上記説明においては単純マトリクス駆動方式を採用した液晶素子について説明したが、本発明においてはアクティブマトリクス駆動方式を採用した液晶素子であっても構わない。
【００２１】
液晶層３ｃには、例えば以下の化学式（１）で示されるような正の誘電異方性（Δε＞０）を有するネマチック液晶４−（４’−Ｏｃｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）ｃｙａｎｏｂｅｎｚｅｎｅを用いることができる。
【００２２】
【化１】

【００２３】
図４および図５は、上記正の誘電異方性（Δε＞０）を有するネマチック液晶４−（４’−Ｏｃｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）ｃｙａｎｏｂｅｎｚｅｎｅを用いた場合の動作例を模式的に示した断面図である。図４は液晶素子に電圧を印加した場合の液晶分子の状態を示したものであり、図５は液晶素子に電圧を印加しない場合の液晶分子の状態を示したものである。
【００２４】
例えば、図４および図５に示されるような液晶素子３において、対向する基板３ａ、３ｂに設けられるそれぞれの偏光板８、１２の偏光軸を直角とした場合、図４の状態では暗状態を得ることができ、図５の状態では明状態を得ることができる。
【００２５】
本発明では、上記したような液晶層の変化を利用することにより、液晶素子の両面に接続される光導波路間、光ファイバ間または光導波路と光ファイバ間の信号制御を行うことができる。
【００２６】
本発明では、上記したような液晶分子以外にも、例えば以下の化学式（２）〜（１１）で示される各液晶分子を使用することができる。
【００２７】
【化２】

（但し、上記化学式（２）中、ＲおよびＲ’は以下の組合せ（ａ）〜（ｅ）からなるものである。
（ａ）Ｒ：Ｃ_５Ｈ_１１　　Ｒ’：Ｃ_２Ｈ_５
（ｂ）Ｒ：Ｃ_５Ｈ_１１　　Ｒ’：ＯＣ_２Ｈ_５
（ｃ）Ｒ：ＣＨ_３ＣＨ＝ＣＨＣ_２Ｈ_４　　Ｒ’：ＣＮ
（ｄ）Ｒ：Ｃ_５Ｈ_１１　　Ｒ’：ＣＮ
（ｅ）Ｒ：Ｃ_５Ｈ_１１　　Ｒ’：Ｆ）
【００２８】
【化３】

（但し、上記化学式（３）中、ＲおよびＲ’は以下の組合せ（ａ）〜（ｂ）からなるものである。
（ａ）Ｒ：Ｃ_５Ｈ_１１　　Ｒ’：Ｃ_２Ｈ_５
（ｂ）Ｒ：Ｃ_５Ｈ_１１　　Ｒ’：ＣＮ）
【００２９】
【化４】

（但し、上記化学式（４）中、ＲおよびＲ’は以下の組合せ（ａ）〜（ｂ）からなるものである。
（ａ）Ｒ：Ｃ_３Ｈ_７　　Ｒ’：ＣＮ
（ｂ）Ｒ：Ｃ_５Ｈ_１１　　Ｒ’：ＣＮ）
【００３０】
【化５】

【００３１】
【化６】

（但し、上記化学式（６）中、ＲおよびＲ’は以下の組合せ（ａ）〜（ｂ）からなるものである。
（ａ）Ｒ：ＣＨ_３Ｏ　　Ｒ’：ＯＣＨ_３
（ｂ）Ｒ：Ｃ_７Ｈ_１５　　Ｒ’：ＣＮ）
【００３２】
【化７】

（但し、上記化学式（７）中、ＲおよびＲ’は以下の組合せ（ａ）〜（ｂ）からなるものである。
（ａ）Ｒ：Ｃ_５Ｈ_１１　　Ｒ’：Ｃ_２Ｈ_５
（ｂ）Ｒ：Ｃ_５Ｈ_１１　　Ｒ’：ＯＣ_２Ｈ_５）
【００３３】
【化８】

（但し、上記化学式（８）中、ＲおよびＲ’は以下の組合せ（ａ）〜（ｃ）からなるものである。
（ａ）Ｒ：Ｃ_３Ｈ_７　　Ｒ’：ＣＮ
（ｂ）Ｒ：Ｃ_３Ｈ_７　　Ｒ’：Ｆ
（ｃ）Ｒ：Ｃ_３Ｈ_７　　Ｒ’：ＯＣＦ_３）
【００３４】
【化９】

（但し、上記化学式（９）中、ＲおよびＲ’は以下の組合せ（ａ）〜（ｃ）からなるものである。
（ａ）Ｒ：Ｃ_３Ｈ_７　　Ｒ’：ＣＦ_３
（ｂ）Ｒ：Ｃ_３Ｈ_７　　Ｒ’：Ｆ
（ｃ）Ｒ：Ｃ_３Ｈ_７　　Ｒ’：ＯＣＦ_３）
【００３５】
【化１０】

（但し、上記化学式（１０）中、ＲおよびＲ’は以下の組合せ（ａ）〜（ｂ）からなるものである。
（ａ）Ｒ：Ｃ_５Ｈ_１１　　Ｒ’：Ｃ_２Ｈ_５
（ｂ）Ｒ：Ｃ_３Ｈ_７　　Ｒ’：ＯＣＦ_３）
【００３６】
【化１１】

【００３７】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
【００３８】
本発明では、液晶素子の両面に接続する光導波路または光ファイバは、図１に示されるような一対だけのものに限られず、複数の光導波路または光ファイバを対向させて接続してもよい。図６は、一例として液晶素子３の両面に３本×３本（合計９本）ずつ光ファイバを対向して配置した場合の例を模式的に示した外観図である。また、図７は図６に示された接続構造を模式的に示した断面図である。
【００３９】
図６および図７において、液晶素子３自体の基本的な構造は図３に示される液晶素子３と同様であり、その基本的な動作も図４および図５に示したものとほぼ同様である。図６および図７に示される液晶素子３においては、個々の光ファイバ対の接続部分ごとに電圧の印加を行えるようにしたものである。
【００４０】
例えば、図６および図７に示される接続構造において、液晶素子３の対向する基板３ａ、３ｂに設けられるそれぞれの偏光板の偏光軸を直角とした場合、液晶素子３のそれぞれの光ファイバ対が接続された箇所における部分的な液晶層の動作は図４や図５を用いて説明したことと同様な動作となる。すなわち、電圧を印加しない部分では明状態を得ることができ、電圧を印加した部分では暗状態を得ることができる。
【００４１】
例えば、図７に示されるように、光ファイバ１ａと光ファイバ２ａとが接続される部分の液晶素子には電圧を印加せず、光ファイバ１ｂと光ファイバ２ｂ、および光ファイバ１ｃと光ファイバ２ｃとが接続される部分の液晶素子のみに電圧を印加することで、光ファイバ１ａと光ファイバ２ａ間の光路を維持し、光ファイバ１ｂと光ファイバ２ｂ間および光ファイバ１ｃと光ファイバ２ｃ間の光路だけを遮断することができる。
【００４２】
また、図８は本発明の接続構造を光導波路の切換えに用いた一例を模式的に示したものである。基板１６にはＹ字状の溝が形成されており、この溝には光導波路１７ａ、１７ｂ、および１７ｃが配置されている。光導波路１７ａから分岐する光導波路１７ｂ、１７ｃの途中には液晶素子１８、１９がそれぞれ配置されている。光は光導波路１７ａの端部から入射させ、光導波路１７ｂ、１７ｃへと分岐させる。
【００４３】
液晶素子１８、１９としては、図３に示される液晶素子３と同様のものを用いることができ、基本的な動作も図４および図５に示したものと同様のものを用いることができる。すなわち、液晶素子の対向する基板２つの基板に設けられるそれぞれの偏光板の偏光軸を直角とした場合、電圧を印加しない部分では明状態を得ることができ、電圧を印加した部分では暗状態を得ることができる。
【００４４】
このような場合において、例えば図８に示すように、液晶素子１８には電圧を印加せず、液晶素子１９のみに電圧を印加すれば、入射光は光導波路１７ａ、光導波路１７ｂの順に通過し、光導波路１７ｃを通過することはない。また、液晶素子１８、１９に対する電圧の加え方を逆にすることにより、入射光は光導波路１７ａ、光導波路１７ｃの順に通過し、光導波路１７ｂを通過することはない。
【００４５】
上記したように、本発明の接続構造を複数用いることにより、光導波路の切換えを容易に行うことができる。なお、上記説明においては光導波路の切換えについて説明したが、光導波路の一部あるいは全部を光ファイバに置き換えることも可能であることはいうまでもない。
【００４６】
【実施例】
直径１２５μｍ（コア径５０μｍ）の多モード光ファイバと５０μｍ□光導波路との接続において、Ｓｉウェハを異方性エッチングすることによりＶ字状の溝を形成したＳｉ−Ｖ溝基板を用い、光ファイバと光導波路との光軸が合うようにそれぞれ設置した。光ファイバの端部と光導波路の端部との間隔は５０μｍとした。
【００４７】
この光ファイバの端部と光導波路の端部との間に、大きさ５０μｍ×５０μｍ×５０μｍのＴＮ型液晶素子を設置した。なお、液晶素子の２つの偏光板の偏光軸は直角とした。液晶材料は４−（４’−Ｏｃｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）ｃｙａｎｏｂｅｎｚｅｎｅを用い、液晶駆動方式はアクティブマトリクス方式を用いた。
【００４８】
このような光ファイバと光導波路との接続構造において、液晶素子に電圧を印加しない状態で光ファイバ側から光を入射させた。この場合、透過率１００％で光を透過させることができた。次いで、光ファイバ側から光を入射させた状態で液晶素子に電圧を印加した（印加電圧４Ｖ）。この場合、応答時間１０ｍｓで光を遮断させることができた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明のスイッチング機能を有する光導波路および光ファイバの接続構造では、光導波路間、光ファイバ間または光導波路と光ファイバ間に液晶素子を配置し、前記液晶素子に電圧を印加することにより、前記光導波路間、光ファイバ間または光導波路と光ファイバ間の信号制御を容易に行うことができ、かつその製造も容易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接続構造の一例を示した外観図
【図２】本発明の接続構造を基板上に配置した一例を示した平面図
【図３】本発明に用いられる液晶素子の一例を示した断面図
【図４】液晶素子の動作例を示した断面図
【図５】液晶素子の動作例を示した断面図
【図６】本発明の接続構造の他の例を示した外観図
【図７】図６に示される接続構造の断面図
【図８】本発明の接続構造を光路の切換えに用いた一例を示した図
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ…光ファイバ　２、２ａ、２ｂ、２ｃ…光ファイバ　３…液晶素子　３ａ、３ｂ…液晶素子の基板　３ｃ…液晶層　４…基板　５、６…溝　７、１１…ガラス基板　８、１２…偏光板　９、１３…ＩＴＯ電極　１０、１４…配向膜　１５…シール材　１６…基板　１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…光導波路　１８、１９…液晶素子

Claims

光導波路間、光ファイバ間または光導波路と光ファイバ間に液晶素子を配置し、前記液晶素子に電圧を印加することにより、前記光導波路間、光ファイバ間または光導波路と光ファイバ間の信号制御を行うことを特徴とするスイッチング機能を有する光導波路および光ファイバの接続構造。
前記光ファイバおよび光導波路は、位置あわせのための溝付き基板上に配置されていることを特徴とする請求項１記載のスイッチング機能を有する光導波路および光ファイバの接続構造。