JP2006506685A - 光ファイバをコリメーティングレンズと一体化するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

２次元光学スイッチ10は、複数の入力ファイバ11-18および複数の出力ファイバ21-28と協同する密封されたハウジング41を備えている。デジタルマイクロミラー装置71はハウジング内に配置されており、各入力ファイバと出力ファイバの任意の１つとの間を放射線に選択的に進行させることができる。ハウジングはプレート状の支持部分106をそれぞれ有する２つのレンズセクション56,57と、支持部分の内側から突出したほぼ半球形の複数のレンズ部分111-118とを備えている。各入力ファイバは一方のレンズセクションの外側にその上の各レンズ部分と整列して固定され、各出力ファイバは他方のレンズセクションの外側にその上の各レンズ部分と整列して固定されている。

Description

本発明は、一般に、光信号の処理に関し、とくに、複数の光ファイバがコリメーティングレンズとそれぞれ関連付けられる構成に関する。

通信は過去２０年の間に急速に進歩し、セルラ電話、ファクシミリ装置、およびインターネットを使用するコンピュータ通信のようなテクノロジーが益々普及していることにより部分的にさらに促進されている分野である。これらの成長する新しいテクノロジーのために、情報伝送容量が増加された通信機器に対する要求が益々高まってきており、したがって光信号を使用して通信を行うことが益々多くなっている。

広帯域幅の光ファイバ通信システムは世界中で展開されている。これは、主要都市地域を結ぶバックボーンシステムを生成している。現在、これらの既存のシステムは、それらが光信号を切替える必要が生じたとき、典型的に光信号を電気信号に変換し、電気信号の電気的スイッチングを行ない、その後結果的に得られた電気信号を変換して光信号に戻している。これはシステムを通る情報の伝播を大幅に遅延し、また、それはシステムをさらに複雑化するために高価である。

この問題を回避するために、光信号を電気信号に一時的に変換せずにそれらを直接切替える光学スイッチを開発する試みがなされている。光学的な切替えを行う既存の方法は一般にそれらの意図する目的については満足できるものであるが、全ての点で満足できるものではない。

たとえば、１つの既存のタイプの光学スイッチは、２次元光学交差接続（ＯＸＣ）スイッチとして知られている。それは、時としてマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置とも呼ばれるデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を備えた密封されたハウジングを有している。このＤＭＤは、２次元アレイに配置された複数の可動ミラー部品を有している。密封されたハウジングは、互いに対してある角度をなして配置された２個の透過性のウインドウを備えている。２個のプレートはそれぞれこのハウジングの外側に複数のＶ字形の溝を有し、この溝はダイヤモンドポイントターニングにより形成され、ウインドウのそれぞれに対して垂直に延在している。各溝は、関連したウインドウから間隔を隔てられた、その溝内の位置に取付けられたコリメーティングレンズを有し、また、その溝内のコリメーティングレンズから間隔を隔てられた位置に取付けられることが多い光ファイバ端部を有している。光ファイバの１つを通って進行した放射線はそのファイバの端部を出て、関連したコリメーティングレンズを通過し、関連したウインドウを通過し、ＤＭＤの各ミラー部品により反射され、別のウインドウを通過し、別のコリメーティングレンズを通過し、その後別の光ファイバに入ることができる。

このタイプの装置においては、入力ファイバから出力ファイバまでの挿入損失が比較的高く、典型的に３ｄＢ乃至４ｄＢ程度である。これは、部分的に種々の個々のコンポーネントが、スイッチの動作温度範囲にわたって著しい整列エラーを発生させるのに十分な熱膨張係数差を有しているためである。さらに、所定の温度に対してさえ、スイッチの組立て中に多くの独立したコンポーネントの適切な整列を試みることは複雑で時間を要し、その結果これらの既存のスイッチは、製造が比較的高価であり、生産高が比較的低い。また、ウインドウは、たとえそれらが理論的上光学倍率を有していなくても、実際はそれらは理想的なものではなく、各々には少量の光倍率を導くわずかな楔形状を有している。

別の考慮すべき事項は、振動およびショックのような環境的な条件が多数のコンポーネントの間における動的な整列問題を生じさせる可能性が高いことである。さらに別の考慮事項は、埃、湿気、および種々のコンポーネントを結合するために使用されたプラスチックまたは接着剤材料のガス放出のような環境ファクタの影響を受け易い多数の光学表面が存在することである。これらの光学表面には典型的に各ファイバの端部表面、各コリメーティングレンズの２つの端部表面、および透過性の各ウインドウの外部表面が含まれている。

上述の説明から、光ファイバが各レンズ構造と関連付けられる状況において、挿入損失および、または環境ファクタの影響を受けにくくする方法および装置が必要とされていることが認識されるであろう。本発明の１つの形態によると、この必要性に対処するために、ベース上に複数の光学部品を支持し、光学的に透過性の材料から形成された支持部分を備えているレンズセクションをベースに関して選択された位置に調節し、光学的に透過性の材料から形成され、支持部分の第１の側面上の間隔を隔てられた位置に配置され、レンズセクションの選択された位置において各光学部品と各々が整列された複数のレンズ部分を含み、選択された位置においてレンズセクションをベースに関して固定し、複数の光ファイバのそれぞれの端部が第１の側面と反対側の第２の側面上において支持部分に隣接すると共に各レンズ部分に関して整列した位置をとるようにそれらを配置し、各ファイバの端部を支持部分の第２の側面に固定して取付けるステップを含んでいる方法および装置が提供される。

本発明は、以下の詳細な説明および添付図面を参照することによってさらによく理解されるであろう。
図１は、本発明の特徴を使用する２次元光学スイッチ10の概略上面図である。図２は、図１のライン２−２におけるスイッチ10の概略断面図であり、それはまた、後述するファイバポジショナおよびレーザを示している。

光学スイッチ10は、入力ファイバとして機能する８個の光ファイバ11-18と、出力ファイバとして機能する８個の光ファイバ21-28とを備えている。各ファイバ11-18および21-28は、当業者に知られているタイプのコンポーネントであり、クラッディングによって同心円的に包囲された中心コアを有している。本発明を説明する都合上、ファイバ11-18はここでは入力ファイバと呼ばれ、またファイバ21-28はここでは出力ファイバと呼ばれる。しかしながら、ファイバ21-28はいずれも入力ファイバとして機能することが可能であり、また、ファイバ11-18はいずれも出力ファイバとして機能することが可能である。実際に、スイッチ10ならびにファイバ11-18および21-28は両方向性であり、スイッチおよびファイバの任意のものを通って対向する方向に同時伝送する光放射線を完全に処理することができる。

スイッチ10は、以下において詳細に説明される方法で各入力ファイバ11-18を出力ファイバ21-28の任意の１つに選択的に結合することができる。実際に、スイッチ10は任意の所定の時点で、入力ファイバ11-18のあらゆる１つと出力ファイバ21-28の各１つとの間の光学結合を行うことができる。したがって、スイッチ10は、８×８光学交差接続（ＯＸＣ）スイッチとして一般に工業的に知られているタイプの装置を構成する。しかしながら、本発明は、８×８スイッチでの使用に制限されず、もっと多数または少数の入力ファイバともっと多数または少数の出力ファイバとを有するスイッチにおいて使用されることもまた可能であることが認識されるであろう。実際に、本発明の特徴はまた、光学スイッチ以外の装置においても利用可能である。

スイッチ10をさらに詳細に検討すると、それは、ベースプレート43およびキャップ44を有するハウジング41を備えている。ベースプレート43は、ノースカロライナのリサーチトライアングルパークにあるデュポンエレクトロニックマテリアルズ社の部品番号ＤｕＰｏｎｔ ９５１として入手可能な低温共焼成（ｃｏ−ｆｉｒｅｄ）セラミック（ＬＴＣＣ）のような、金または銀でめっきされたセラミックガラス合成物から形成されている。この材料は、５．８ｐｐｍ／℃の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有している。キャップ44は、４．５ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有するタングステン／ニッケル／銅合金（ＷＮｉＣｕ）のような金属材料から形成されている。キャップ44は、正方形のフレームを規定するように構成された４つの側壁と、この側壁の上端部の間に延在する上壁を備えている。側壁の下方エッジは、金／錫（ＡｕＳｎ）はんだのような既知のタイプの適切なはんだを使用してベースプレート43の上部表面にはんだ付けされる。

図２を参照すると、キャップ44の上壁は、これを通って垂直に延在する正方形の開口51を備えている。正方形のウインドウ52は、ヴァージニア州ダンビルのコーニング社からカタログ番号７０５９として市販されているガラス材料のような硼珪酸ガラス材料から形成されたプレート状の素子である。ウインドウ52の周辺エッジは、金／ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）はんだを使用してキャップ44にはんだ付けされ、とくに、上壁上に設けられ、開口51の周囲に延在する環状表面部分にはんだ付けされる。キャップ44の側壁の１つはそれを通って水平に延在する長方形の開口53を備え、キャップ44の別の側壁はそれを通って水平に延在する別の長方形開口54を備えている。

ハウジング41は、２つのレンズセクション56および57を備えている。ここではレンズセクション56および57を簡単に説明し、後でさらに詳細に説明する。開示されている実施形態において、それらはそれぞれ、４．６ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有するウインドウ52と同じ硼珪酸ガラス材料から形成されている。その代り、レンズセクション56および57は、石英ガラス材料のような、ある別の適切な材料から形成されることができる。レンズセクション56および57はそれぞれその内側上に、その周辺エッジに沿って延在する環状表面部分を備え、また、それはキャップ44の外面上において各開口53または54の周囲に延在する環状表面部分にはんだ付けされる。開示されている実施形態において、レンズセクション56および57はそれぞれ金／ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）はんだを使用してキャップ44にはんだ付けされる。これは、レンズセクションとキャップとの間に高い信頼性を有する優れた密封シールを提供する。

開示されている実施形態においては、レンズセクション56および57ははんだにより固定されているが、その代りにそれらはある別の方法でキャップ44に融着され、あるいは接着されることができる。１例として、キャップ44は複数のベンダーからＡＳＴＭ−Ｆ１５として容易に入手可能な特定のタイプのような鋼から形成されることができる。レンズアレイ56および57はそれぞれ、関連した長方形の開口53または54にぴったり適合する寸法にされることができ、その後各レンズアレイのガラス材料は、フリット（Ｆｒｉｔ）シールとして一般に技術的に知られている結合を生成する既知の技術を使用してキャップの金属材料に直接接着されることができる。これは、各レンズセクションとキャップとの間に優れたハーメチックシールを提供し、それは過酷な環境でも高い信頼性を有する。

レンズアレイ56-57をキャップ44に接着する別の技術の別の例は、はんだの代りに、技術的に知られているタイプのエポキシ接着剤を使用することである。これは、いくつかの用途に適しており、湿気に対して優れた耐性を示す低温密封技術を代表している。

したがって、ハウジング41はベースプレート43、キャップ44、ウインドウ52、レンズセクション56-57を備えている。ハウジング41は密封された容器であり、その内部は真空である。上記の説明から明らかであるように、ハウジング41の種々の部品は、はんだ接続を破壊し、および、または挿入損失を増加させる傾向のある応力が温度変化のために生じないように、類似した熱膨張係数を有する材料から形成されている。入力ファイバ11-18はそれぞれ、レンズセクション56の外側に融着された端部を有し、出力ファイバ21-28はそれぞれ、レンズセクション57の外側に融着された端部を有している。

図２を参照すると、スペーサプレート61はハウジング41の内部においてベースプレート43の上面上に取付けられている。開示されている実施形態において、スペーサプレート61はアルミナから形成され、銅でめっきされた外面を備えている。スペーサプレート61は約６．９乃至７．３ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有している。スペーサプレート61上には既知のタイプのデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）71が取付けられ、このスペーサプレート61はハウジング41内におけるＤＭＤに適した垂直位置を設定するように機能する。符号71で示されているタイプのＤＭＤはまた、時としてマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置と技術的に呼ばれている。開示されている実施形態において、ＤＭＤ71は、マサチューセッツ州ノーウッドのアナログデバイス社により製造された既存のコンポーネントである。ＤＭＤ71は、技術的によく知られているインダロイ（Indalloy）１６４はんだを使用してスペーサプレート61にはんだ付けされる。

ＤＭＤ71はプレート状のシリコン基板73を備え、その基板の上面上に可動的に支持された６４個のミラー部品を有しており、図２においてこれらミラー部品のうちの８個が参照符号81-88で示されている。ＤＭＤ71の６４個のミラー部品は、８つの行と８つの列を有する２次元の８×８アレイに配置されている。各ミラー部品はその１つのエッジに隣接した軸を中心として、基板73の上部表面とほぼ同一平面にあるほぼ水平の位置と、それにほぼ垂直な基板73から上方に垂直に延在する垂直の位置との間においてピボット回転することができる。したがって、各ミラー部品はほぼ９０°の角度にわたってピボット回転する。図２から明らかであるように、参照符号81-88によって識別される８個のミラー部品はそれぞれ垂直位置で示されており、その他全てのミラー部品は水平位置で示されている。

ＤＭＤ71において、各ミラー部品は電磁気により動かされる。しかしながら、その代りに、たとえば静電力を使用する等のある別の方法で各ミラー部品を動かすことが可能である。各ミラー部品はその一方の側面上に反射表面を有し、この反射表面は、ミラー部品が水平位置をとったときにそのミラー部品の上側になる。ミラー部品が垂直位置をとったとき、反射表面は、入力ファイバ11-18の１つに関して、および出力ファイバ21-28の１つに関して実質的に４５°の角度を形成する。たとえば、ミラー部品81の反射表面は、ファイバ11および24のそれぞれに関して４５°の角度をなすことが認識されるであろう。

したがって、各ミラー部品は、たとえば、図１において入力ファイバ11からミラー部品81に延在し、その後出力ファイバ24に延在する光路を表すＬ字形の線により概略的に示されているように、入力ファイバの１つを出力ファイバの各々１つに光学的に結合できることが認識されるであろう。ミラー部品がその引っ込んだ、すなわち水平位置をとったとき、それは入力および出力ファイバの任意のものより垂直方向おいて低くなり、それらファイバの間を進行した放射線と交差しない。他方において、各ミラー部品が垂直位置にあるとき、それは関連した入力および出力ファイバの間を進行する放射線を反射する。

ＤＭＤ71のミラー部品の移動は、制御インターフェースとして機能するケーブル93を通って受信されたデジタル信号によって制御される。開示されている実施形態において、制御インターフェース93は工業規格ＲＳ−２３２プロトコルに従ったものであってよく、トランジスタ-トランジスタ論理回路（ＴＴＬ）信号であってもよく、あるいはある別のインターフェースプロトコルにしたがったものであってもよい。制御インターフェース93の遠端部は、この明細書では詳細な図示および説明がなされていない既知のタイプの適切な制御回路に結合される。

レンズセクション56および57を詳細に説明すると、開示されている実施形態のレンズセクション56-57は同一である。したがって、レンズセクション57だけを詳細に説明する。これに関して、図３はレンズセクション57の内側の概略的な正面図である。図１および３において最もよく認められるように、レンズセクション57は、ほぼ平坦な長方形プレートの形状を有する支持部分106を備えている。レンズセクション57はまた、支持部分106の内側から外側に向かって、キャップ44の壁を通って開口54中に突出した８個のレンズ部分111-118を備えている。各レンズ部分111-118はほぼ球体の一部分の形状を有し、コリメーティングレンズとして機能する。

開示されている実施形態において、レンズセクション57は、上述されたコーニング７０５９硼珪酸ガラス材料の単一部材から形成され、支持部分106およびレンズ部分111-118はそれぞれこの単一部材のガラス材料と一体の部分である。レンズセクション57は、たとえば、ガラス材料を鋳造することにより、あるいはレーザ書込み技術を使用して、残りの材料がレンズセクション57を規定するまでガラスの大きい最初の部材から材料を選択的に除去することによる等、任意の適切な方法で製造されることができる。開示されている実施形態において、レンズ部分111-118は水平線に沿って均一に間隔を隔てられた位置に配置され、レンズ部分111-118の隣接した各対の間の中心間距離は、２つの隣接した入力ファイバ11-18または２つの隣接した出力ファイバ21-28の間の距離に等しい。

金／ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）はんだのほぼ長方形のリング126は、支持部分106上に、とくに、全てのレンズ部分111-118の周囲に延在する環状表面部分の上に設けられる。はんだリング126は、レンズセクション57をキャップ44の外部に、とくに、開口54の周囲に延在する環状表面部分に密封するように結合させる。

以下、光学スイッチ10が組立てられる方法を簡単に説明する。スペーサプレート61およびキャップ44はそれぞれベースプレート63にはんだ付けされる。ＤＭＤ71の基板73は、スペーサプレート61にはんだ付けされる。次に、レンズセクション56および57はハウジング41に関して配置され、その後以下のようにしてハウジング41に固定される。

レンズセクション57は図１および２に示されているほぼその位置に配置される。この時点で、出力ファイバ21-28はまだレンズセクション57に固定されてはいない。左の列中のミラー部品の１つ、たとえば、ミラー部品86がその垂直位置をとるように設定される。放射線のビームは、ミラー部品86に関連したＬ字形の通路に沿って進行され、そのため図１でミラー部品86へ右方向に進行し、その後ミラー部品によって反射されて下方に進行する。

レンズセクション57をハウジング41に関して選択された位置に静止状態に保持しながら、光ファイバの１つの端部がレンズセクション57の外側に配置され、その光ファイバに入ったレンズ部分111からの集束された放射線の量を測定しながらレンズセクション57に関して移動される。ファイバを移動させ、それに入った放射線の量を測定する既知の技術が存在しており、その中の１つが後に説明される。レンズセクション57のこの特定の位置に対して測定された放射線の最大量が記録される。本質的に、これは、レンズセクション57の外側の表面上における、レンズ部分111から進行して集束された放射線の光軸の周囲の予め定められた大きさの領域中にレンズ部分111により焦点を結ばれたビームからの放射線の量を決定することである。

その後、レンズセクション57の左端部（図１）は少し移動され、レンズセクションのこの新しい位置に関連した放射線の測定された最大量を識別して記録するために、光ファイバの移動および放射線の測定が繰返されている期間中この新しい位置に静的に保持される。この工程は、レンズセクション57のいくつかの付加的な位置に対して繰返される。その後、記録された値は、測定された最大放射線量に関連したレンズセクション57の位置を選択するために比較される。その後、レンズセクション57の左端部はこの選択された位置に戻される。

次に、図１中のレンズセクション57の右端部におけるレンズ部分118に対して、図１中の右の列に配置されたミラー部品83のようなミラー部品の１つを使用してある程度類似した工程が行われる。この工程中、レンズセクション57の右端部（図１）の移動は、レンズ部分111の中心軸を中心としたレンズセクション57の回転に対応した１次元移動を伴う。とくに、レンズセクション57の右端部の複数のこのような位置のそれぞれに対して、支持部分106の外側に隣接した光ファイバの１つの端部は、レンズセクション57がその位置にあるときにファイバに入ったレンズ部分118からの焦点を結ばれた放射線の量を測定している期間中に、レンズセクション57に関して移動される。この評価がレンズセクション57の複数の異なった位置のそれぞれに対して行われた後、レンズセクション57の右端部のこれらの位置のどれが測定された最大量の放射線を生じさせたかが決定され、その後レンズセクション57の右端部はこの位置に戻される。

レンズセクション57の右および左端部がそれらの経験的に選択された位置に保持された状態で、構造体は、はんだリング126（図３）を溶融する温度に加熱される。その後、この構造体は冷却され、はんだリング126が硬化し、それによってレンズセクション57がハウジング41のキャップ44に固定的に密封される。次に、レンズセクション56が配置され、その後レンズセクション57について上述した方法と同様の方法でキャップ44に固定される。

その後、出力ファイバ21-28はそれぞれレンズセクション57に関して整列され、その後レンズセクション57に固定される必要がある。同様に、入力ファイバ11-18はそれぞれレンズセクション56に関して整列され、その後レンズセクション56に固定される必要がある。これは、各ファイバに対して同じやり方で行われ、それ故、ここではファイバの１つ、すなわち、出力ファイバ21だけに関して適切な技術を説明する。

これに関して、図１を参照すると、８×８アレイの左の列中のミラー部品の１つ、たとえば、ミラー部品86がその垂直位置に動かされる。その後、放射線は、それがミラー部品86に向かって図１の右方向に進行し、その後レンズ部分111へ向って下方に進行するように、ミラー部品86に関連したＬ字形の通路に沿って導かれ、レンズ部分111がレンズセクション57の支持部分106の外側の表面に向かってこの放射線の焦点を結ぶ。

図２は、ファイバポジショナ202およびレーザ203を概略的に示している。ファイバポジショナ202として使用するのに適した入手可能な装置が存在しており、その一例は、Ｎｅｗｐｏｒｔ社（Irvine,California）から商標名“ＯＲＩＯＮ”で販売されている半自動ファイバ整列システムである。レーザ203としての使用に適した入手可能な装置もまた存在しており、その一例は、Ｓｙｎｒａｄ社（Mukilteo,Washington）からモデルＪ４８−１Ｗとして入手可能なレーザである。

ファイバポジショナ202は、破線206によって概略的に示されているように、出力ファイバ21に対して動作するように結合される。ファイバポジショナ202は、レンズセクション57の支持部分106の平坦な外面に隣接するようにファイバ21の近端部を物理的に移動させながら、破線207によって概略的に示されているようにファイバ21からその遠端部まで通過した放射線の量を監視することができる。この運動には、支持部分106の平坦な外面にそれぞれ平行である２つの直交する方向へのファイバ端部の直線的な移動が含まれる。また、この運動には、支持部分106の平坦な外面に関してファイバ21の端部により形成される角度の変化、とくに、ファイバ端部が支持部分106の平坦な外面に垂直である位置の周囲の小さい範囲内のおけるこの角度の変化が含まれていてもよい。

ファイバポジショナ202は、選択された基準にしたがってファイバ21を配置する能力を備えている。開示されている実施形態において、その基準は、それが最大量の放射線をレンズ部分111から受取る位置にファイバ21を移動することであり、これは典型的に、レンズ部分111の湾曲した表面が放射線のビームの焦点をこれに沿って実効的に結ぶ光軸と支持部分106の平坦な外面とが交差される位置にファイバ21の端部が配置されることを意味している。

ファイバポジショナ202がこの基準を満足させるようにファイバ21を配置したときに、ファイバポジショナ202は破線208で概略的に示されているようにレーザ203をエネーブルする。その後、レーザ203は、破線209で概略的に示されているようにファイバ21のまさにその端部上にレーザビームを導く。レーザビーム209には、ファイバ21の端部を支持部分106の平坦な外面に融着し、それによってそれらを固定するように結合するファイバ21の端部および支持部分106の隣接した金属を溶融する効果がある。これによって類似した、または同じ材料の間に強い分子結合が形成される。開示されている実施形態において、ファイバポジショナ202およびレーザ203は、支持部分106の平坦な外面に関するファイバ21の端部のこの配置および融着を自動的に行う。

このようにしてファイバ21の端部が方向を定められ、レンズセクション57に融着された後、少量の既知の接着剤216が随意に、これらの部品が融着された領域の周囲に供給されてもよい。この接着剤は、それが固まることによりファイバ21とレンズセクション57との間の接続部に機械的な強度を追加し、レーザ融着された接続を弱めおよび、または破壊する可能性のあるそれらの間の相対的な動きに抵抗するように機能する。接着剤216は、ファイバ21およびレンズセクション57の光学的な動作に影響を及ぼさない。

開示されている実施形態では、レーザビームを使用して各ファイバを関連したレンズセクションに融着し、その後接着剤を塗布し、あるいは塗布しないが、同様に本発明の技術的範囲内に含まれる別の技術が存在する。たとえば、１つの可能な別の実施形態は、レーザビームの代りにアーク融着技術を使用することであり、このとき２個の導電性のプローブがレンズセクションに近接したファイバの両側に配置され、その後ファイバをレンズセクションに融着させる電弧を発生するためにプローブ間に実質的な電圧が供給される。このアーク融着技術を使用してファイバとレンズを融着した後、接着剤216に関して上述したのと同じ方法で接着剤が随意に供給されることができる。任意の他の適切な別の方法もまた使用されることができる。

上記の説明から明らかなように、開示されている実施形態は、第１のグループの光ファイバ11-18と第２のグループの光ファイバ21-28との間でスイッチングを行う２次元光学スイッチ10である。しかしながら、本発明は、３次元光学スイッチ、光学マルチプレクサ、光学デマルチプレクサまたは光学アド・ドロップ（ａｄｄ-ｄｒｏｐ）マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）を含む別の状況において適用可能であるが、それに制限されないことが認識されるであろう。

本発明は多くの技術的利点を提供する。１つのこのような技術的利点は、１つの密封したパッケージ用の複数の光ファイバ、複数のコリメーティングレンズおよび１個のウインドウの全てが、実効的に単一の一体的なコンポーネントに結合されることである。これは、ハウジング内におけるファイバとコリメーティングレンズと光学素子との間における高度な整列を可能にし、それによって入力ファイバから出力ファイバへの挿入損失を既存の方法より５０％以上低下させることのできる正確度が達成される。たとえば、本発明は、このタイプの装置の通常の動作温度範囲に対して２ｄＢより低い挿入損失を実現することができる。さらに、この正確さは、既存の方法より容易で高い信頼性で達成されることが可能であり、それによって高い生産性が得られる。

ファイバ、レンズおよびウインドウは実効的に均一の熱膨張係数を有する実効的に単一の共通したコンポーネントであるため、これらの素子の間の整列エラーは装置の動作温度範囲にわたって事実上無視できる程度であり、それによって既存の構成において挿入損失を生じさせる傾向のあるＣＴＥ整列エラーが回避される。これらの素子を共通のコンポーネントとして構成することは振動および、または衝撃のような環境ファクタのために生じる整列エラーの影響を受けにくくし、あるいはそれをなくす助けにもなる。

さらに別の利点は、各ファイバおよび関連したコリメーティングレンズがレンズ部分の湾曲した表面である単一の露出された光学表面だけを必要とし、この表面が密封されたハウジング内に配置され、ここにおいてそれは粉塵および湿気のような環境ファクタから保護されていることである。さらに、レンズセクションはハーメチックシールされたハウジングのためにコリメーティングレンズをウインドウに実効的に一体化するため、コリメーティングレンズ構造に加えて１以上の別々の透過性ウインドウを設けることを回避することにより部品数が減少し、これはまた透過性ウインドウの外面が粉塵および湿気のような環境問題の影響を受け易いためだけでなく、別々の透過性ウインドウの特性が非理想的であるために生じる不正確さもまた避けることができる。

１つの実施形態を図示し、詳細に説明してきたが、添付された特許請求の範囲により規定された本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の置換および変更を行うことが可能であることが認識されるであろう。

本発明を使用する２次元光学交差接続スイッチの概略上面図。 ファイバポジショナおよびレーザが破線により概略的に示された図１のライン２−２におけるスイッチの概略断面図。 図１のスイッチの１つのコンポーネントであるレンズセクションの内側の正面図。

Claims (20)

1. ベースと、
   前記ベース上に支持された複数の光学部品と、
   光学的に透過性の材料から形成された支持部分と、光学的に透過性の材料から形成されて前記支持部分の第１の側面上の間隔を隔てられた位置に設けられている複数のレンズ部分とを含むレンズセクションとを備えており、前記レンズセクションは、前記各レンズ部分が前記各光学部品と整列するように前記ベースに関して固定された関係で支持され、
   さらに複数の光ファイバを具備し、それらの光ファイバのそれぞれが前記支持部分の前記第１の側面と反対側の第２の側面上に固定された１つの端部を有しており、前記端部が前記レンズ部分のそれぞれ１つと整列している装置。
2. 前記各レンズ部分は、コリメーティングレンズとして機能するように成形されている請求項１記載の装置。
3. 前記支持部分および前記レンズ部分はそれぞれ、光学的に透過性の材料の単一部材の一体的な部分である請求項１記載の装置。
4. 前記支持部分はほぼプレート状の形状を有しており、
   前記各レンズ部分は前記支持部分の前記第１の側面から外側に突出し、ほぼ球体の一部分である形状を有している請求項３記載の装置。
5. 光学的に透過性の材料の前記単一部材は、硼珪酸ガラスおよび石英ガラス材料の一つで形成されている請求項３記載の装置。
6. 前記各光ファイバの前記端部は、前記レンズセクションの前記支持部分の前記第２の側面に融着されている請求項１記載の装置。
7. １つの開口が貫通している壁部分を備えたハウジングを具備しており、前記ベースは前記ハウジングの一部分であり、前記光学部品は前記ハウジング内に位置し、前記レンズセクションは、前記レンズ部分が前記開口中に突出した状態で前記壁部分の外側に配置されて前記ハウジングの一部分として構成され、
   前記レンズセクションの前記支持部分はその前記第１の側面上に、前記レンズ部分の周囲に延在する第１の環状表面部分を有し、
   前記壁部分はその外面上に、前記開口の周囲に延在し、前記第１の環状表面部分に密閉するように結合された第２の環状表面部分を有している請求項１記載の装置。
8. 前記レンズセクションを前記壁部分に密閉するように結合するために前記第１および第２の環状表面部分の間に配置されたはんだリングを有している請求項７記載の装置。
9. 前記ハウジングは密封され、前記はんだリングが前記レンズセクションを前記壁部分に密封している請求項８記載の装置。
10. 前記ハウジング内に配置され、複数の可動ミラー部品を有するデジタルマイクロミラー装置を備えており、前記各光学部品は前記ミラー部品のそれぞれ１つである請求項７記載の装置。
11. 前記ハウジングはその別の壁部分を通った別の開口を有しており、
    光学的に透過性の材料から形成された別の支持部分を備え、光学的に透過性の材料から形成されて前記支持部分の第１の側面上に間隔を隔てられた位置に設けられた別の複数のレンズ部分を備えた別のレンズセクションを具備し、前記別のレンズセクションは、前記別のレンズ部分が開口中に突出した状態で前記別の壁部分の外側に配置されて前記ハウジングの一部分を構成しており、前記別の支持部分はその前記第１の側面上に、前記別のレンズ部分の周囲に延在する第３の環状表面部分を有し、前記別の壁部分はその外面上に、前記別の開口の周囲に延在し、前記第３の環状表面部分に密閉するように結合される第４の環状表面部分を有し、
    さらに別の複数の光ファイバを具備し、その各光ファイバが前記別の支持部分の前記第１の側面と反対側の第２の側面上に固定された１つの端部を有し、
    前記デジタルマイクロミラー装置の前記ミラー部品は、複数の行および複数の列を有する２次元アレイに配置され、前記レンズセクションの一方の前記各レンズ部分は前記行のそれぞれと整列し、前記レンズセクションの他方の前記各レンズ部分は前記列のそれぞれと整列している請求項１０記載の装置。
12. ベース上に複数の光学部品を支持し、
    光学的に透過性の材料から形成された支持部分を備えているレンズセクションを前記ベースに関して選択された位置に調節し、前記レンズセクションは光学的に透過性の材料から形成されて前記支持部分の第１の側面上の間隔を隔てられた位置に配置された複数のレンズ部分を含み、前記選択された位置において前記レンズ部分はそれぞれ前記各光学部品と整列され、
    前記レンズセクションを前記選択された位置において前記ベースに関して固定し、
    前記支持部分の第１の側面の反対側の第２の側面に隣接して前記各レンズ部分に関して整列した位置をとるように複数の光ファイバの各端部を配置し、
    各ファイバの前記端部を前記支持部分の前記第２の側面に固定して取付けるステップを含んでいる方法。
13. 前記配置するステップは、関連した前記ファイバの前記端部の位置を調節しながら、また、前記整列した位置にあり、ファイバに入ったビームからの放射線の量を最大にするファイバの位置を識別するように、ファイバに入った前記ビームからの放射線の量を監視しながら、放射線の前記ビームを前記光学部品の１つから関連した前記レンズ部分に進行させるステップを含んでいる請求項１２記載の方法。
14. 前記調節するステップは、前記レンズセクションを前記ベースに関して位置を調節しながら、また、レンズ部分から進行する集束した放射線の光軸を中心とした予め定められたサイズの領域に焦点を結ばれた前記ビームからの放射線の量を前記第２の側面において測定しながら、放射線の前記ビームを前記光学部品の１つから関連した前記レンズ部分を通って進行させるステップを含んでおり、前記レンズセクションの前記選択された位置は前記光軸を中心とした前記領域内の放射線の量を最大化する位置である請求項１２記載の方法。
15. 前記固定して取付けるステップは、前記各ファイバの前記端部をレーザ光のビームによって前記第２の側面に融着するステップを含んでいる請求項１２記載の方法。
16. コリメーティングレンズとして機能するように前記各レンズ部分を成形するステップを含んでいる請求項１２記載の方法。
17. 前記支持部分および前記レンズ部分がそれぞれ光学的に透過性の材料の単一部材の一体的な部分となるように前記レンズセクションを製造するステップを含んでいる請求項１２記載の方法。
18. 前記製造するステップは、光学的に透過性の材料の前記単一部材として使用するために硼珪酸ガラスおよび石英ガラス材料の一つを選択するステップを含んでいる請求項１７記載の方法。
19. １つの開口が貫通している壁部分を備えたハウジングを設けるステップを含み、前記ベースは前記ハウジングの一部分であり、前記光学部品は前記ハウジング内に配置され、
    前記調節するステップは、前記レンズ部分が前記開口中に突出した状態で、前記壁部分の外側に前記レンズセクションを配置するステップを含み、
    前記固定するステップは、前記支持部分の前記第１の側面上の前記レンズ部分の周囲に設けられた第１の環状表面を、前記壁部分の外面上の前記開口の周囲に設けられた第２の環状表面部分に密閉するように結合するステップを含み、前記レンズセクションは前記固定するステップの終了後に前記ハウジングの一部となる請求項１２記載の方法。
20. 前記密閉するように結合するステップは、前記第１および第２の環状表面部分の間に配置されたはんだリングを使用して行われる請求項１９記載の方法。

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