JP2004191606A - Optical switch - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチに関し、多数の光ファイバを伝送する光信号の接続を切り替える光スイッチに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のコリメータレンズ付き光ファイバアレイは、特開平6−214138号公報に開示されているように、光ファイバの端部にフェルールを装着し、これらフェルールを、互いに隣合うフェルールの外周が軸方向に沿って接触するように積み重ねて二次元に整列したものが記載されている。最外周に位置する全てのフェルールの外周は、硬質平板に接触するように保持され、これによって二次元に整列したフェルール全体を保持している。隣合うフェルールの間及び硬質平板との間には接着材を充填し固定している。フェルールは光ファイバとロッドレンズを一体化した構造となっており、これによりコリメータレンズ付き光ファイバを構成している。
【特許文献1】
特開平6−214138号公報(発明の実施の形態の説明他)
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術で示した特開平6−214138号公報には以下のような問題がある。まず一つは、フェルールを積み重ねて二次元の配列にする場合である。すなわち、隣合うフェルールの外周が接触するようにフェルールを積み重ね、かつ最外周に位置する全てのフェルールの外周を平板に接触させるためには、全てのフェルールの外径が同一であること、あるいは外径のばらつきを相殺するように配置することが条件となる。外径が同一のフェルールを多数本準備することは、外径測定の検査を一本毎に行い選別する必要があることから、検査の手間が増え、部品単価が増加することになる。外径のばらつきを把握して凹凸を相殺するように配置することは、外径寸法の検査を一本毎に行い選別することに加え、配置の組合せを考えて組立てることになるので、新たに作業効率及び製作能率を悪化させる問題が加わる。一方、フェルールの外径ばらつきによる凸凹を抑制できない場合には、隣合うフェルールの間にすき間が生じることになる。この場合、フェルールが傾いて固定されることになるので、出射光に角度ずれが生じ結合損失が増加する問題が生じる。
【0004】
もう一つは、フェルールあるいはコリメータレンズの損傷及び欠陥にともなう部品交換の問題がある。すなわち、全てのフェルールを積み重ねて接着剤で充填し固定する構造であるため、製品検査の時点で一本のフェルールに何らかの損傷及び欠陥が見つかった場合に、そのフェルールのみを交換して再生することができない。つまり、最終検査での不具合は、生産に与える影響が大きく、生産効率を悪化させることになる。
【0005】
さらに、もう一つの問題として、外径が同一のフェルールを積み重ねて二次元に配列するため、隣合うフェルールの間隔(横間隔と上下間隔)が同じになってしまう。すなわち、横方向と上下方向を異なる間隔で配列することが困難であり、二次元配列で構成する光ファイバアレイの設計に制約条件が加わることになる。
【0006】
そこで、本発明の目的は上記の課題のうち少なくとも1つを解決する光スイッチを提供するものである。例えば、隣接する光ファイバを、横方向と上下方向とで異なる間隔で高精度に配置する、或いは障害時や仕様変更による光ファイバの交換を容易にできる光ファイバアレイを提供することある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の構成によって解決に貢献することができる。
【0008】
第一の光ファイバアレイと、前記第一の光ファイバアレイからの光が照射されるミラーと、第二の光ファイバを備え、前記ミラーを経た前記光が照射される第二の光ファイバアレイと、を備えた光スイッチであって、前記第一の光ファイバアレイは、複数の光ファイバを搭載した基板と、前記基板を複数備えた支持部材と、を備えたものである。
【0009】
例えば、前記光スイッチであって、前記第一の光ファイバアレイは、複数の光ファイバを搭載した基板と、
前記基板を支持する開口部を複数を備えた支持部材と、前記基板の第一の主面と前記第一の主面に対向する前記開口部の第一の領域との距離は、前記第一の主面の反対側の第二の主面と前記第二の主面に対向する前記開口部の第二の領域との距離よりも大きくなるよう支持されていることを特徴とする光スイッチである。なお、前記開口部とは、貫通孔のような形態だけでなく、底部を有する形態(凹断面を有する溝等)を含むものである。そして、前記基板の一方の主面と支持部材との間に第一の押圧部材を有する。また、他方側に第一の押圧部材を非設置とすることが好ましい。
【0010】
また、第一の前記基板に搭載された光ファイバ端から前記ミラーまでの距離より、第二の前記基板に搭載された光ファイバ端から前記ミラーまでの距離が大きくなるよう配置されることが好ましい。
【0011】
また、コリメータレンズ付き光ファイバと、前記コリメータレンズ付き光ファイバを複数本搭載した基板部材と、前記基板部材を複数枚積層し、コリメータレンズ付き光ファイバを二次元配置したコリメータレンズ付き光ファイバアレイを備えた形態であることが好ましい。その際の、前記複数枚の基板部材は、隣接する基板部材の間に空間を有し、かつ共通の同一支持部材によって少なくとも前記基板部材の二ヵ所を面で支持し積層する。
【0012】
または、前記共通の同一支持部材は前記基板部材のコリメータレンズ付き光ファイバが搭載される面あるいはその面に隣接する側面を支持していることが好ましい。
【0013】
または、前記基板部材は、前記共通の同一支持部材に備えた梁部、溝部、突部のいずれかの支持部によって支持されている構成をとることが好ましい。
【0014】
または、前記基板部材は、前記共通の同一支持部材に備えた弾性部材によって位置決め支持されていることが好ましい。
【0015】
または、前記基板部材はシリコンウェハから構成され、フォトリソグラフィと異法性エッチングによって形成された溝部に前記コリメータレンズ付き光ファイバが搭載されていることが好ましい。
【0016】
これにより、基板部材にコリメータレンズ付き光ファイバを一次元に配列し、これらの基板部材を共通の同一支持部材によって積層し二次元に配列することで横方向と上下方向を異なった任意の間隔で配列することが可能で、二次元配列で構成するコリメータレンズ付き光ファイバアレイの設計の自由度を大幅に拡大することができる。また、隣接するコリメータレンズ付き光ファイバの間隔は、横方向の間隔については、基板部材の溝をフォトリソグラフィと異法性エッチングによって高精度の間隔で形成できるため、これらの溝に倣わせて搭載するコリメータレンズ付き光ファイバも高精度の間隔で配列できる。上下方向の間隔については、共通の同一支持部材の支持部を高精度の間隔で加工することで、基板部材を介してコリメータレンズ付き光ファイバを高精度の間隔で配列できる。つまり、横方向は基板部材に形成する溝の間隔で、上下方向は基板部材を支持する共通の同一支持部材の支持部間隔で決定することができ、コリメータレンズ付き光ファイバを高精度に配置することができる。また、基板部材の溝にコリメータレンズ付き光ファイバを倣わせて搭載するため、コリメータレンズ付き光ファイバを傾きなく精度良く位置決めすることができる。これにより、出射光の角度ずれによる結合損失の増加のないコリメータレンズ付き光ファイバアレイを構成することができる。また、基板部材を共通の同一支持部材に弾性部材によって位置決め支持することで基板部材の取り外しを可能とし、コリメータレンズ付き光ファイバの損傷及び欠陥により交換を基板単位で行うことができる。これにより、基板部材に搭載するコリメータレンズ付き光ファイバの本数、及びこれら基板部材の枚数が多くなっても、基板単位での交換が可能であるため、製品の最終検査で不具合が見つかっても再生することが可能となり、生産効率を悪化させることがない。さらに、基板部材単位毎にコリメータレンズ付き光ファイバの仕様を変更したコリメータレンズ付き光ファイバアレイを構成することもでき、拡張性を持った製品を提供することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図1から図10により説明する。なお、各図においては、煩雑を避けるために一部の部品の図示を適宜省略している。
【0018】
なお、本発明は、本発明の発明の実施形態欄に記載した形態、及び他の発明の詳細な説明の欄に記載された形態に限定されるのではなく、公知技術に基いた変更を妨げるものではない。
【0019】
図1に本発明を適用した実施例のコリメータレンズ付き光ファイバアレイ100の構造を表す斜視図を、図2にコリメータレンズ付き光ファイバ9を搭載したシリコン基板4の構造を表す斜視図を、図3及び図4に図1のコリメータレンズ付き光ファイバアレイ100の構造を表す正面図と側面図を、図5から図7にシリコン基板4の支持構造を表す斜視図を、図8から図10にコリメータレンズ付き光ファイバアレイ100とミラーデバイス10を組み合せた光マトリクススイッチの構造を表す斜視図と側面図を示す。
【0020】
図1において、コリメータレンズ付き光ファイバアレイ100は、コリメータレンズ2と光ファイバ3とからなるコリメータレンズ付き光ファイバ9と、このコリメータレンズ付き光ファイバ9を搭載するシリコン基板4と、このシリコン基板4を支持する基板配列部材18とで構成しており、コリメータレンズ付き光ファイバ9を二次元に配列したものである。
【0021】
複数本のコリメータレンズ付き光ファイバ9を搭載したシリコン基板4を複数枚支持したものである。また、これらのコリメータレンズ付き光ファイバ9を二次元に配列するように、隣接するシリコン基板4の間に空間を設け、同一の基板配列部材18によって少なくともシリコン基板4の二ヵ所をシリコン基板表面4aで支持する。また、フレーム1はシリコン基板4のコリメータレンズ付き光ファイバ9が搭載される表面4aあるいはその表面4aに隣接する側面を支持している。シリコン基板4はシリコンウェハから構成され、フォトリソグラフィと異法性エッチングによって形成された溝5にコリメータレンズ付き光ファイバ9が搭載されている。
【0022】
基板配列部材18は、底面からなるベース17と側壁からなるフレーム1で構成した略箱型形状で、コリメータレンズ2からレーザ光が出射する前方方向と、光ファイバ3が取り出される後方方向を開口した形状である。フレーム1にはシリコン基板4を支持するように開口溝6と梁6aを交互に形成している。それぞれのシリコン基板4の間はすき間が生じた状態である。シリコン基板4を開口溝6に挿入し支持する部分の詳細は、図5に示すように、開口溝6を複数本形成することで梁6aを形成する。シリコン基板4の表面4aはこの梁6aの下面に押し付けられて支持される。基板配列部材18の外形寸法は、高さ34mm、横幅33mm、奥行24mm、フレーム1厚さ3mm、開口溝6の高さ1.6mmである。
【0023】
基板配列部材18の加工は0.1mm径のワイヤを使った放電加工で行った。加工条件は、加工送り速度 0.21mm/min、ワイヤ送り速度3mm/sec、電圧120V、パルス周波数3ppsである。ワイヤ材質は真鍮である。基板配列部材18の材質はFe−Ni−Co合金である。上記の加工条件により、開口溝6と開口溝6の間隔(図3中のB)は0.005mm以下の加工精度となっている。
【0024】
図2に、コリメータレンズ付き光ファイバ9を搭載したシリコン基板4を示す。コリメータレンズ2は石英材質で構成しており、光ファイバ3と融着接続(図示せず)によって一体化している。レンズ2と光ファイバ3の融着接続部は接着剤(図示せず)で補強している。レンズ2の外径はφ1.25mm、長さは4.3mmで、レーザ光の出射端であるレンズ2先端には曲率加工(図示せず)と反射防止コート膜(図示せず)を施している。コリメータレンズ2の特性は、結合損失0.5dB、コリメート有効距離は180mm、リターンロスは−55dB以下、レンズ2中心軸に対する出射レーザ光の傾きは0.3度以下である。
【0025】
シリコン基板4は、シリコンウェハ材料で構成しており、コリメータレンズ2を搭載する傾斜溝を有する溝5をフォトリソグラフィと異方性エッチングによって形成している。溝5は略V字型であり、溝5の幅は1.248mm、深さは0.47mm、溝5の傾斜角度は約54.7゜である。溝5にφ1.25mmのコリメータレンズ2を搭載したときのレンズ2中心位置は、シリコン基板表面4aから0.2mm高い位置である。レンズ2の中心位置ばらつきは、溝5の幅精度で決まり、ここでは0.003mm以下である。隣合う溝5の間隔は、フォトリソグラフィと異方性エッチングの加工によって高精度にでき、溝5の間隔ばらつきは0.002mm以下である。シリコン基板4の寸法は、長さ15mm、幅32mm、厚さ1.5mmで、表裏及び溝内に熱酸化膜を1.5μm施している。溝5へのコリメータレンズ2の固定は、熱硬化併用型の紫外線硬化接着剤(図示せず)で行う。紫外線の照射条件は、照度2000mJ/cm2、時間20秒で、本硬化のための加熱処理は120℃、60分である。
【0026】
溝5へのコリメータレンズ付き光ファイバ9の接着手順は、まずシリコン基板4を、真空吸着を備えた支持部材(図示せず)で動かないように保持し、溝5の斜面に紫外線硬化接着剤をディスペンサで少量づつ塗布する。塗布する部分は、シリコン基板4の端面から4mm程度(レンズ2の長さと同程度)の領域である。溝5の斜面に接着剤を塗布した後、コリメータレンズ2を溝5に設置し、押圧部材(図示せず)を使ってレンズ2を溝5に押し付ける。レンズ2を押し付ける荷重は2N程度である。溝5へのレンズ2設置位置は、レンズ2先端がシリコン基板4端面からわずかに飛び出る位置であり、これによりレンズ2先端に接着剤が回り込むことを防いでいる。この状態(溝5にレンズ2を押し付けた状態)で紫外線を照射する。紫外線を所定時間照射した後、押し付け荷重を解放し、次に光ファイバ3を、レンズ2を接着した側と反対側の溝5内に紫外線硬化接着剤で接着する。光ファイバ3の接着は外部から加わる突発的な引張り力がレンズ2に直接加わらないようにするためである。この手順を繰り返して複数本のコリメータレンズ付き光ファイバ9を溝5に接着固定する。図2の場合は7本のコリメータレンズ付き光ファイバ9を接着固定する。全てのコリメータレンズ付き光ファイバ9を溝5に接着した後、シリコン基板4を真空吸着の支持部材から取り外して加熱処理を行う。120℃、60分の加熱処理を行ってシリコン基板4へのコリメータレンズ付き光ファイバ9の接着固定を完了する。これにより、一次元配列のコリメータレンズ付き光ファイバアレイが完成する。
【0027】
図3は、シリコン基板4を基板配列部材18のフレーム1に設置し、コリメータレンズ付き光ファイバ9を7列4段に二次元配列したコリメータレンズ付き光ファイバアレイ100の構造である。シリコン基板4には7本のコリメータレンズ付き光ファイバ9を等間隔に搭載している。これらのシリコン基板4をフレーム1の開口溝6にそれぞれ設置し、開口溝6内に設置した板バネ7によって下側から押し上げて、シリコン基板4の表面4aを開口溝6の上面に押し付けて位置決めしている。一方(図中左側)のフレーム1には、平板状のストッパ板14を取り付けており、他方(図中右側)のフレーム1にはスプリングピン15を備えた平板状のピン支持部材16を取り付けている。シリコン基板4はスプリングピン15によってストッパ板14側へ押し付けられて位置決めする。ストッパ板14側のシリコン基板4端からこの端に一番近いレンズ2までの距離Aは、シリコンウェハを分割する際のダイシングカットによって高精度に加工しており、基板4毎の差を0.01mm以下としている。つまり、二次元配列したコリメータレンズ2の上下の横方向位置ずれ量は、ダイシングカット精度で決定され、その精度は0.01mm以下である。図中のレンズ2間隔Pは1.95mm、上下方向のレンズ2間隔Sは2.9mmである。上下方向のレンズ2間隔Sは、フレーム1に形成している開口溝6の間隔Bでほぼ決まり、加工精度0.005mmのばらつきである。シリコン基板4を押し付けるスプリングピン15の押圧荷重は0.2〜1Nの範囲内である。ストッパ板14及ピン支持部材16の材質は、基板配列部材18の材質と同じFe−Ni−Co合金で、フレーム1への取付けはM2のネジ(図示せず)で行っている。
【0028】
ここで、二次元配列したコリメータレンズ2の横間隔Pと上下間隔Sのばらつきを見積ると、横間隔は、溝5間ばらつき量0.002mmとダイシングカット精度0.01mmを足した0.012mmとなる。上下間隔は、レンズ2の中心位置ばらつき量0.003mm、開口溝16の加工精度0.005mm、その他のレンズ2の接着ばらつきと板バネ7の押し付けばらつきを加えても0.015mm程度である。横間隔0.012mm、上下間隔0.015mm程度の間隔ばらつきであれば、光マトリクススイッチを構成するコリメータレンズ付き光ファイバアレイ100の仕様としては十分許容できる範囲で問題となることはない。
【0029】
図4にシリコン基板4を板バネ7で開口溝6内に支持する構造を示す。板バネ7は、開口溝6の奥側(図中左側)と手前側(図中右側)の二ヵ所に設置し、上に凸に折り曲げることでバネ効果を持たせてシリコン基板4を上側に押し付ける。開口溝6に設置したシリコン基板4の下面と梁6aの上面には0.1mm程度のすき間が残り、このすき間に折り目を付けた板バネ7を設置する。奥側(図中左側)の板バネ7は、開口溝6加工時に同時形成したスリット8部に一端を挿入して設置している。尚、押圧部分散の観点から3箇所以上で押すようにしてもよい。手前側(図中右側)の板バネ7は、シリコン基板4を設置した後で挿入する。開口溝6奥側(図中左側)のスリット8は、開口溝6の下面に沿って形成している。板バネ7の材質はリン青銅で、板厚は0.05mmである。シリコン基板4のコリメータレンズ2側端面は、開口溝6の端面に接触させず、わずかに空間を持たせて設置する。これは、シリコン基板4の姿勢を図3で示したストッパ板14に押し付けて決めているため、その他の端面が開口溝6内に接触してシリコン基板4の姿勢が不安定になることを防止するためである。
【0030】
図6は、フレーム1に設けたシリコン基板4支持部形状を、図5に示した複数の梁を並べたような開口溝6とは別の方法で行っているもので、開口溝6にせずに、溝の外側に壁を設けたような凹型溝20のような開口溝としたものである。シリコン基板4の支持は、図5に示した開口溝6の場合と同じで、凹型溝20の上側の面にシリコン基板4の表面4aを押し付けるように、シリコン基板4の下側に板バネ(図示せず)を設置する。開口溝6の場合は、フレーム1にシリコン基板4を押し付けるストッパ板14を取り付けるが、凹型溝20の場合はストッパ板14の必要がなく、部品点数を減らす効果がある。
【0031】
図7は、図5及び図6に示したシリコン基板4の支持部形状とは異なるもので、シリコン基板4の側面を異方性エッチングで凹型に加工し、シリコン基板4の支持部形状を、シリコン基板4側面の凹型に合せて突起21形状にしたものである。シリコン基板4側面の凹型形状は、シリコン単結晶の結晶面に沿って エッチング加工により形成することができ、高精度な凹型形状を形成できる。突起21の形状は、シリコン基板4側面の凹型に合せて形成する。加工はワイヤ放電加工で行うことから、突起21の加工も容易に行え、かつ高精度に加工できる。支持部形状を突起21形状とすることで、シリコン基板4の位置を簡単に決めることができ、図5で示した開口溝6の場合に比べ、ストッパ板14及び板バネ7を取り付ける必要がない。
【0032】
図8は、図1で示したコリメータレンズ付き光ファイバアレイ100と2つのミラーデバイス10、11を組み合せて光マトリクススイッチを構成した外観斜視図である。図の光スイッチは、一例として出射側光ファイバを通ってきた光信号を電気信号に変換せず、光のまま入射側光ファイバに送信するものである。具体的には、コリメータレンズ付き光ファイバ9の一つから出射したレーザ光13を一旦空間に出して、そのレーザ13光を、まず第1のミラーデバイス10のミラー12に当て、このミラー12の角度調整を行って反射させたレーザ光13を、こんどは第2のミラーデバイス11のミラー12に当て、同様にこのミラー12の角度調整を行って反射させたレーザ光13を、入射側に配置した出射側と同様のコリメータレンズ付き光ファイバ(図示せず)の一つに入射させるものである。
【0033】
ミラーデバイス10、11は、シリコンウェハ材料から構成しており、フォトリソグラフィとエッチング加工によってミラー12部分を形成している。ミラー12表面には表面がAuとなる多層のメタライズ膜(図示せず)を施しており、コリメータレンズ2からのレーザ光13を高率良く反射するようにしている。ミラーデバイス10、11に形成したミラー12面は、コリメータレンズ付き光ファイバアレイ9と同様に二次元配列で配置しており、コリメータレンズ2と正対した位置にミラー12を配列している。上下間隔及び横間隔はコリメータレンズ2の配列間隔(図3中のSとP)と同じである。ミラー12は静電力によって角度調整できる機構を備えており、1つのミラー12を4本の梁で2軸方向に角度調整する。これらのミラー12で構成したミラーデバイス10、11を2つ使ってレーザ光13を空間で光路変換する。
【0034】
図9及び図10は、図1で示したコリメータレンズ付き光ファイバアレイ100と、図8で示した第1のミラーデバイス10とを一体化した構造のものである。ミラーデバイス10及び複数のシリコン基板4を共に備える構成をとっている。基板配列部材18には、シリコン基板4を支持する開口溝6と、ミラーデバイス10を支持するミラー挿入溝19とを備えている。そして、一のシリコン基板に搭載された光ファイバ端(或いはコリメータレンズ端)からミラーデバイス10の対応位置までの距離と、他のシリコン基板に搭載された光ファイバ端(或いはコリメータレンズ端)からミラーデバイス10の対応位置までの距離とが異なるよう形成されている。シリコン基板4を設置する開口溝6は、上段よりも下段の方がミラーデバイス10側に近づくように形成する。一方、ミラーデバイス10を設置するミラー挿入溝19は、開口溝6の下段側に近づけるように基板配列部材18に対して斜めに形成する。開口溝6の先端とミラー挿入溝19の位置関係は逆ハ字型のようになる。
【0035】
図10に示すように、開口溝6にシリコン基板4を挿入し、板バネ7で支持した後、ミラー挿入溝19にミラーデバイス10を設置し、同じように板バネ(図示せず)で支持する。この状態で、コリメータレンズ付き光ファイバ9とミラーデバイス10のミラー12とは正対する位置の配置となる。コリメータレンズ付き光ファイバ9から出射したレーザ光13は、正対するミラー12に当たり、ミラー12の角度調整によって任意の方向に反射レーザ光13を出射する。ミラーデバイス10とコリメータレンズとの間隔を広く配置した側にコリメータレンズからの出た光が反射して照射されるよう構成する。図10では、コリメータレンズ2から出射したレーザ光13は、ミラー12によってほぼ90度の角度変化を受けて上方側に出射する。この上方側に入射側のミラーデバイス10とコリメータレンズ付き光ファイバアレイ100を一体化したものを設置し、光マトリクススイッチを構成する。この構造によれば、コリメータレンズ付き光ファイバアレイ100を構成する基板配列部材18にミラーデバイス10を取り付けて一体構造とするため、コリメータレンズ2に対するミラーデバイス10の位置調整が容易になる。また、金属材料で構成している基板配列部材18に光学部品であるコリメータレンズ2やミラーデバイス10を設置するため、剛性を高めることができ、外部から加わる力や変形に対してレーザ光13の光軸ずれが起きない構造にできるとともに、ミラーデバイス10単品での取扱いを低減できる。
【0036】
これらのように、シリコン基板4にコリメータレンズ付き光ファイバ9を一次元に配列し、これらのシリコン基板4を基板配列部材18のフレーム1によって支持することで、二次元配列したコリメータレンズ付き光ファイバ9の横間隔はシリコン基板4に形成する溝5の間隔で、上下間隔はシリコン基板4を支持するフレーム1の開口溝6間隔でそれぞれ決めることができ、横間隔及び上下間隔を高精度に配置することができる。しかも、コリメータレンズ付き光ファイバ9の上下間隔と横間隔を異なった任意の間隔で配列することが可能で、二次元配列で構成するコリメータレンズ付き光ファイバアレイ100の設計の自由度を大幅に拡大することができる。
【0037】
また、コリメータレンズ2の中心位置は、シリコン基板4の表面4aから高精度に決められていることから、シリコン基板4の表面4aを梁6aの下面に押し付けて設置することで、シリコン基板4の厚さばらつきに影響されずにコリメータレンズ2の中止位置を高精度に位置決めすることができる。
【0038】
また、シリコン基板4の溝5にコリメータレンズ付き光ファイバ9を倣わせて搭載するため、コリメータレンズ付き光ファイバ9を傾きなく精度良く位置決めすることができる。これにより、出射レーザ光の角度ずれによる結合損失の増加のないコリメータレンズ付き光ファイバアレイ100を構成することができる。
【0039】
また、シリコン基板4を板バネ7で位置決め支持することでシリコン基板4の取り外しを可能とし、コリメータレンズ付き光ファイバ9の損傷及び欠陥により交換をシリコン基板4単位で行うことができる。これにより、シリコン基板4に搭載するコリメータレンズ付き光ファイバ9の本数、及びこれらシリコン基板4の枚数が多くなっても、シリコン基板4単位での交換が可能であるため、製品の最終検査で不具合が見つかっても再生することが可能となり、生産効率を落とすことがない。さらに、シリコン基板4単位毎にコリメータレンズ付き光ファイバ9の仕様を変更したコリメータレンズ付き光ファイバアレイ100を構成することもでき、拡張性を持った製品を提供することができる。
【0040】
なお、基板配列部材18の材質は、本実施例ではFe−Ni−Co合金で説明したが、これに限らず、例えばステンレス合金、鉄系合金、銅合金でも良く、Fe−Ni−Co合金と同様の加工精度を得ることができるので、同様の効果を得ることができる。
【0041】
また、コリメータレンズ付き光ファイバ9の仕様ついて、本実施例で説明したが、これらの仕様内容に限らず、別のコリメータレンズ付き光ファイバを使っても本実施例と同様の効果を得ることができる。
【0042】
また、本実施例では、コリメータレンズ付き光ファイバアレイ100を7列4段の組み合わせで説明したが、この配列に限定されることはなく、二次元配列で構成される光マトリクススイッチのチャネル数として、例えば8chから64chの範囲で構成される小中規模スイッチ、あるいは1000chの大規模スイッチにも同様の構成で配列の組み合せが可能で、同様の効果を得ることができる。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、隣接する光ファイバの横方向と上下方向の間隔を高精度に配列することができ、または、障害時や仕様変更による光ファイバの交換を可能にできる光スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態によるコリメータレンズ付き光ファイバアレイの全体構造を表す斜視図である。
【図2】図1に示すコリメータレンズ付き光ファイバを搭載した基板部材の構造を表す斜視図である。
【図3】図1に示すコリメータレンズ付き光ファイバアレイの構造を表す正面図である。
【図4】図1に示すコリメータレンズ付き光ファイバアレイの構造を表す側面図である。
【図5】図1に示す基板部材の支持部構造を表す斜視図である。
【図6】図5の実施形態とは別の基板部材の支持部構造を表す斜視図である。
【図7】図5及び図6の実施形態とは別の基板部材の支持部構造を表す斜視図である。
【図8】本発明の第1実施形態によるコリメータレンズ付き光ファイバアレイを使った光マトリクススイッチの構成を表す斜視図である。
【図9】第1の実施形態とは別のコリメータレンズ付き光ファイバアレイの組み立て構造を表す側面図である。
【図10】図9の実施形態によるコリメータレンズ付き光ファイバアレイを使った光マトリクススイッチの構造を表す側面図である。
【符号の説明】
100・・・コリメータレンズ付き光ファイバアレイ、1・・・フレーム、2・・・コリメータレンズ、3・・・光ファイバ、4・・・シリコン基板、4a・・・シリコン基板表面、5・・・溝、6・・・開口溝、6a・・・梁、7・・・板バネ、8・・・スリット、9・・・コリメータレンズ付き光ファイバ、10・・・第1のミラーデバイス、11・・・第2のミラーデバイス、12・・・ミラー、13・・・レーザ光、14・・・ストッパ板、15・・・スプリングピン、16・・・ピン支持部材、17・・・ベース、18・・・基板配列部材、19・・・ミラー挿入溝、20・・・凹型溝、21・・・突起。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch, and more particularly, to an optical switch for switching connection of an optical signal transmitted through a number of optical fibers.
[0002]
[Prior art]
In a conventional optical fiber array with a collimator lens, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-214138, ferrules are attached to the ends of optical fibers, and the outer circumferences of the ferrules adjacent to each other are aligned in the axial direction. Stacked so as to be in contact with each other and aligned in two dimensions. The outer circumference of all the ferrules located at the outermost circumference is held so as to be in contact with the hard flat plate, thereby holding the entire ferrule aligned in two dimensions. An adhesive is filled and fixed between the adjacent ferrules and the hard flat plate. The ferrule has a structure in which an optical fiber and a rod lens are integrated, thereby forming an optical fiber with a collimator lens.
[Patent Document 1]
JP-A-6-214138 (Description of Embodiments of the Invention and Others)
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
JP-A-6-214138 disclosed in the above prior art has the following problems. The first is a case where ferrules are stacked to form a two-dimensional array. That is, in order to stack the ferrules so that the outer circumferences of the adjacent ferrules are in contact with each other and to make the outer circumferences of all the ferrules located at the outermost circumference contact the flat plate, the outer diameters of all the ferrules must be the same, or The condition is that the arrangement is made so as to cancel the variation in the diameter. When a large number of ferrules having the same outer diameter are prepared, it is necessary to perform inspection for the outer diameter measurement for each ferrule and separate the ferrules, so that the labor for the inspection increases and the unit cost of parts increases. Arrangement to grasp irregularities in the outer diameter and cancel out irregularities is not only performed by inspecting the outer diameter dimensions for each one, but also sorting, and assembling considering the combination of arrangements, new The problem that work efficiency and production efficiency are deteriorated is added. On the other hand, when unevenness due to variation in the outer diameter of the ferrule cannot be suppressed, a gap is generated between adjacent ferrules. In this case, since the ferrule is fixed in an inclined manner, there is a problem in that the output light is shifted in angle and the coupling loss is increased.
[0004]
Second, there is a problem of parts replacement due to damage and defects of the ferrule or the collimator lens. In other words, since all ferrules are stacked and filled with an adhesive and fixed, if any damage or defect is found in one ferrule at the time of product inspection, replace only that ferrule and regenerate it. Can not. In other words, a defect in the final inspection has a large effect on production, and deteriorates production efficiency.
[0005]
Further, as another problem, since ferrules having the same outer diameter are stacked and arranged two-dimensionally, the intervals (horizontal interval and vertical interval) between adjacent ferrules are the same. That is, it is difficult to arrange the horizontal direction and the vertical direction at different intervals, and this imposes constraints on the design of the optical fiber array configured in a two-dimensional array.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical switch that solves at least one of the above problems. For example, there is a need to provide an optical fiber array in which adjacent optical fibers are arranged with high accuracy at different intervals in the horizontal direction and the vertical direction, or the optical fibers can be easily replaced at the time of failure or due to specification change.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The above problem can be solved by the following configuration.
[0008]
A first optical fiber array, a mirror to which light from the first optical fiber array is irradiated, and a second optical fiber array including a second optical fiber, which is irradiated with the light passing through the mirror. , Wherein the first optical fiber array includes a substrate on which a plurality of optical fibers are mounted, and a support member including a plurality of the substrates.
[0009]
For example, in the optical switch, the first optical fiber array, a substrate mounted with a plurality of optical fibers,
A support member having a plurality of openings for supporting the substrate, a distance between a first main surface of the substrate and a first region of the opening opposed to the first main surface is the first region. An optical switch characterized by being supported so as to be larger than a distance between a second main surface on the opposite side of the main surface and a second region of the opening facing the second main surface. is there. The opening includes not only a form like a through-hole but also a form having a bottom (a groove having a concave cross section, etc.). Then, a first pressing member is provided between the one main surface of the substrate and the supporting member. Further, it is preferable that the first pressing member is not provided on the other side.
[0010]
Preferably, the distance from the end of the optical fiber mounted on the second substrate to the mirror is greater than the distance from the end of the optical fiber mounted on the first substrate to the mirror. .
[0011]
Further, an optical fiber with a collimator lens, a substrate member on which a plurality of the optical fibers with a collimator lens are mounted, and an optical fiber array with a collimator lens in which a plurality of the substrate members are stacked and the optical fibers with a collimator lens are two-dimensionally arranged. It is preferable to have the form provided. At this time, the plurality of substrate members have a space between adjacent substrate members, and at least two portions of the substrate members are supported and laminated by the same common support member.
[0012]
Alternatively, it is preferable that the common support member supports a surface of the substrate member on which the optical fiber with a collimator lens is mounted or a side surface adjacent to the surface.
[0013]
Alternatively, it is preferable that the substrate member is configured to be supported by any one of a beam, a groove, and a protrusion provided on the common support member.
[0014]
Alternatively, it is preferable that the substrate member is positioned and supported by an elastic member provided on the common support member.
[0015]
Alternatively, it is preferable that the substrate member is formed of a silicon wafer, and the optical fiber with the collimator lens is mounted in a groove formed by photolithography and illegal etching.
[0016]
Thereby, the optical fibers with the collimator lens are arranged one-dimensionally on the substrate member, and these substrate members are laminated by the same common support member and arranged two-dimensionally, so that the horizontal direction and the vertical direction are different at arbitrary intervals. The arrangement can be performed, and the degree of freedom in designing an optical fiber array with a collimator lens configured in a two-dimensional arrangement can be greatly expanded. As for the spacing between adjacent optical fibers with collimator lenses, the grooves in the substrate member can be formed with high precision by photolithography and illegal etching. Optical fibers with collimator lenses can be arranged at high precision intervals. As for the vertical spacing, by processing the support portion of the same common support member with high precision, the optical fibers with collimator lenses can be arranged with high precision via the substrate member. In other words, the horizontal direction can be determined by the interval between the grooves formed in the substrate member, and the vertical direction can be determined by the interval between the support portions of the same support member that supports the substrate member, and the optical fiber with the collimator lens is arranged with high precision. be able to. In addition, since the optical fiber with a collimator lens is mounted along the groove of the substrate member, the optical fiber with a collimator lens can be accurately positioned without tilting. This makes it possible to configure an optical fiber array with a collimator lens that does not increase the coupling loss due to the angular shift of the emitted light. Further, by positioning and supporting the substrate member on the same common supporting member by the elastic member, the substrate member can be removed, and replacement can be performed for each substrate due to damage and defect of the optical fiber with the collimator lens. As a result, even if the number of optical fibers with a collimator lens to be mounted on the board member and the number of these board members are large, it is possible to replace the board unit. And the production efficiency does not deteriorate. Further, an optical fiber array with a collimator lens in which the specification of the optical fiber with a collimator lens is changed for each substrate member unit can be provided, and a product having expandability can be provided.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In addition, in each figure, illustration of some components is omitted as appropriate in order to avoid complication.
[0018]
It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments described in the embodiments of the present invention and the embodiments described in the detailed description of the invention, but prevents changes based on known techniques. Not something.
[0019]
FIG. 1 is a perspective view showing a structure of an
[0020]
In FIG. 1, an
[0021]
A plurality of
[0022]
The
[0023]
The processing of the
[0024]
FIG. 2 shows a
[0025]
The
[0026]
The procedure for bonding the
[0027]
FIG. 3 shows a structure of an
[0028]
Here, when the variation of the horizontal interval P and the vertical interval S of the two-dimensionally arranged
[0029]
FIG. 4 shows a structure in which the
[0030]
FIG. 6 shows that the shape of the supporting portion of the
[0031]
FIG. 7 is different from the shape of the support portion of the
[0032]
FIG. 8 is an external perspective view of an optical matrix switch formed by combining the
[0033]
The
[0034]
9 and 10 show a structure in which the
[0035]
As shown in FIG. 10, after the
[0036]
As described above, the
[0037]
Further, since the center position of the
[0038]
In addition, since the
[0039]
In addition, the
[0040]
In this embodiment, the material of the
[0041]
The specifications of the
[0042]
In this embodiment, the
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide an optical switch that can arrange adjacent optical fibers in the horizontal direction and the vertical direction with high accuracy, or that can replace an optical fiber in the event of a failure or a change in specifications.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating an entire structure of an optical fiber array with a collimator lens according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a structure of a substrate member on which the optical fiber with a collimator lens illustrated in FIG. 1 is mounted.
FIG. 3 is a front view showing the structure of the optical fiber array with a collimator lens shown in FIG.
FIG. 4 is a side view showing the structure of the optical fiber array with a collimator lens shown in FIG.
FIG. 5 is a perspective view illustrating a support portion structure of the substrate member illustrated in FIG.
FIG. 6 is a perspective view illustrating a structure of a support portion of a substrate member different from the embodiment of FIG.
FIG. 7 is a perspective view illustrating a support portion structure of a substrate member different from the embodiments of FIGS. 5 and 6.
FIG. 8 is a perspective view illustrating a configuration of an optical matrix switch using an optical fiber array with a collimator lens according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a side view illustrating an assembly structure of an optical fiber array with a collimator lens, which is different from the first embodiment.
10 is a side view illustrating a structure of an optical matrix switch using an optical fiber array with a collimator lens according to the embodiment of FIG.
[Explanation of symbols]
100: Optical fiber array with collimator lens, 1: Frame, 2: Collimator lens, 3: Optical fiber, 4: Silicon substrate, 4a: Silicon substrate surface, 5: Groove, 6: Open groove, 6a: Beam, 7: Leaf spring, 8: Slit, 9: Optical fiber with collimator lens, 10: First mirror device, 11 ..Second mirror device, 12 mirror, 13 laser light, 14 stopper plate, 15 spring pin, 16 pin support member, 17 base, 18 ... substrate arrangement member, 19 ... mirror insertion groove, 20 ... concave groove, 21 ... projection.
Claims (12)
前記第一の光ファイバアレイは、複数の光ファイバを搭載した基板と、前記基板を複数備えた支持部材と、を備えたことを特徴とする光スイッチ。A first optical fiber array, a mirror to which light from the first optical fiber array is irradiated, and a second optical fiber array including a second optical fiber, which is irradiated with the light passing through the mirror. An optical switch comprising:
An optical switch, wherein the first optical fiber array includes a substrate on which a plurality of optical fibers are mounted, and a support member including a plurality of the substrates.
前記第一の光ファイバアレイは、複数の光ファイバを搭載した基板と、
前記基板を支持する開口部を複数を備えた支持部材と、
前記基板の第一の主面と前記第一の主面に対向する前記開口部の第一の領域との距離は、前記第一の主面の反対側の第二の主面と前記第二の主面に対向する前記開口部の第二の領域との距離よりも大きくなるよう支持されていることを特徴とする光スイッチ。A first optical fiber array; a mirror in optical communication with the first optical fiber array; and a second optical fiber array in optical communication with the mirror, comprising a second optical fiber. Optical switch,
The first optical fiber array, a substrate on which a plurality of optical fibers are mounted,
A support member having a plurality of openings for supporting the substrate,
The distance between the first main surface of the substrate and the first region of the opening facing the first main surface is the second main surface opposite to the first main surface and the second main surface. An optical switch characterized in that the optical switch is supported so as to be longer than a distance from the second area of the opening facing the main surface of the optical switch.
前記第一の光ファイバアレイは、前記第一の光ファイバを含む複数の光ファイバを搭載した基板と、前記基板を複数備えた支持部材と、を備え、
前記支持部材は開口部を有し、前記基板は前記開口部で支持され、
前記基板の第一の主面と、前記第一の主面に対向する前記開口部の第一の領域との間に前記基板を押圧する第一の押圧部材を有することを特徴とする光スイッチ。A first optical fiber array comprising a first optical fiber, a mirror in optical communication with the first optical fiber array, and a second optical fiber comprising a second optical fiber in optical communication with the mirror. An optical switch comprising:
The first optical fiber array includes a substrate on which a plurality of optical fibers including the first optical fiber are mounted, and a support member including a plurality of the substrates,
The support member has an opening, and the substrate is supported by the opening,
An optical switch comprising: a first pressing member that presses the substrate between a first main surface of the substrate and a first region of the opening facing the first main surface. .
前記第一の光ファイバアレイは、前記第一の光ファイバを含む複数の光ファイバを搭載した基板と、前記基板を複数備えた支持部材と、を備え、
前記支持部材は開口部を有し、前記基板は前記開口部で支持され、
前記基板の第一の主面は、前記第一の主面に対向する前記開口部の第一の領域と弾性体を介して配置され、前記基板の第一の主面の反対側に位置する第二の主面は、前記第二の主面に対向する前記開口部の第二の領域と隣接して配置されていることを特徴とする光スイッチ。A first optical fiber array comprising a first optical fiber, a mirror in optical communication with the first optical fiber array, and a second optical fiber comprising a second optical fiber in optical communication with the mirror. An optical switch comprising:
The first optical fiber array includes a substrate on which a plurality of optical fibers including the first optical fiber are mounted, and a support member including a plurality of the substrates,
The support member has an opening, and the substrate is supported by the opening,
The first main surface of the substrate is arranged via a first region of the opening facing the first main surface and an elastic body, and is located on the opposite side of the first main surface of the substrate. An optical switch, wherein the second main surface is arranged adjacent to a second region of the opening facing the second main surface.
前記第一の光ファイバアレイは、複数の光ファイバを搭載した基板と、
一体の領域に前記基板を複数備える支持部と前記ミラーを支持する支持部とを備える支持部材を有することを特徴とする光スイッチ。A first optical fiber array; a mirror in optical communication with the first optical fiber array; and a second optical fiber array in optical communication with the mirror, comprising a second optical fiber. Optical switch,
The first optical fiber array, a substrate on which a plurality of optical fibers are mounted,
An optical switch, comprising: a support member including a support portion provided with a plurality of the substrates and a support portion supporting the mirror in an integrated region.
複数の光ファイバを搭載した基板と、
前記基板を支持する支持部を複数を備えた支持部材と、
前記基板の第一の主面と前記第一の主面に対向する前記支持部の第一の領域との距離は、前記第一の主面の反対側の第二の主面と前記第二の主面に対向する前記支持部の第二の領域との距離よりも大きくなるよう支持されていることを特徴とする光ファイバアレイ。An optical fiber array including a plurality of optical fibers,
A substrate on which a plurality of optical fibers are mounted,
A support member having a plurality of support portions for supporting the substrate,
The distance between the first main surface of the substrate and the first region of the support portion facing the first main surface is the second main surface opposite to the first main surface and the second main surface. An optical fiber array characterized in that the optical fiber array is supported so as to be larger than a distance from a second region of the support portion facing the main surface of the optical fiber.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002358834A JP2004191606A (en) | 2002-12-11 | 2002-12-11 | Optical switch |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010060793A (en) * | 2008-09-03 | 2010-03-18 | Nec Electronics Corp | Optical transmission apparatus and its manufacturing method |
JP7361206B2 (en) | 2020-03-31 | 2023-10-13 | アクセリンク テクノロジーズ カンパニー リミテッド | Optical signal attenuator and optical signal transmission system |
-
2002
- 2002-12-11 JP JP2002358834A patent/JP2004191606A/en active Pending
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