JP2007121466A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】光学損失を最小限に抑えることが可能な、小型、且つ、安価な光スイッチを提供する。
【解決手段】酸化膜をシリコン単結晶基板により挟持したＳＯＩ基板からなる基板１と、入力用光ファイバ３と出力用光ファイバ４ａ，４ｂを所定の位置に保持する溝部２と、入力用光ファイバ３の端面から出射された光ビームを反射する凹面鏡６と、凹面鏡６を回転させる回転型アクチュエータ５とを備え、溝部２，回転型アクチュエータ５，及び凹面鏡６はＩＣＰエッチング等の微細加工技術によって基板１に一体形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信分野に適用して好適な、光ビームの光路を切り替える光スイッチに関する。

従来より、入力用光ファイバの端面から出射された光ビームをレンズ（コリメータ）によって平行光に変換した後、凹面鏡によって平行光を出力用光ファイバの端面部分に集光させると共に、電磁アクチュエータを利用して凹面鏡を移動することにより平行光を集光させる出力用光ファイバを切り替える光スイッチが知られている（特許文献１参照）。
特開平７−２９４８３１号公報（図２参照）

しかしながら、従来の光スイッチは、上述の通り、入力用光ファイバの端面から出射された光ビームをレンズで平行光に変換した後に凹面鏡に導く構成になっているために、光学部品の点数が多くなり、光スイッチを小型、且つ、安価に構成することが困難になると共に、表面反射による光学損失を抑えることが難しい。また、従来の光スイッチによれば、凹面鏡，光ファイバ，レンズ，及び電磁アクチュエータが一体で形成されていないために、これらの部品のアライメント工程が複雑になり光スイッチの製造コストが増加すると共に、光学損失を最小限に抑えることが困難になる。

本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、光学損失を最小限に抑えることが可能な、小型、且つ、安価な光スイッチを提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る光スイッチは、支持基板と、支持基板に一体形成された、入力用及び出力用の複数の光ファイバを保持する溝部、入力用光ファイバの端面から出射された光ビームを反射する凹面鏡、及び凹面鏡の角度を変化させることにより光ビームの光路を変化させるアクチュエータとを備え、凹面鏡の曲率及び初期角度は、入力用光ファイバの端面から出射された光ビームを反射し、反射された光ビームが第１の出力用光ファイバの端面に集光するように調整され、アクチュエータは、光路切替時、凹面鏡の角度を変化させることにより光ビームを集光させる出力用光ファイバを第１の出力用光ファイバから第２の出力用光ファイバに切り替える。

また、本発明の第２の態様に係る光スイッチは、支持基板と、支持基板に一体形成された、入力用及び出力用の複数の光ファイバを保持する溝部、入力用光ファイバの端面から出射された光ビームを反射する第１の凹面鏡、及び第２の凹面鏡を平行移動させることにより光ビームの光路を変化させるアクチュエータとを備え、第１の凹面鏡の曲率及び角度は、入力用光ファイバの端面から出射された光ビームを反射し、反射された光ビームが第１の出力用光ファイバの端面に集光するように調整され、アクチュエータは、光路切替時、入力用光ファイバの端面から出射された光ビームの光路に第２の凹面鏡を平行移動させることにより光ビームを集光させる出力用光ファイバを第１の出力用光ファイバから第２の出力用光ファイバに切り替える。

また、本発明の第３の態様に係る光スイッチは、支持基板と、支持基板に一体形成された、入力用及び出力用の複数の光ファイバを保持する溝部、光ビームを反射する第１及び第２の凹面鏡、及び平面鏡を平行移動させることにより光ビームの光路を変化させるアクチュエータとを備え、第１及び第２の凹面鏡の曲率及び角度はそれぞれ、入力用光ファイバの端面から出射された光ビーム及び平面鏡により反射された光ビームを反射し、光ビームを第１及び第２の出力用光ファイバの端面に集光するように調整され、アクチュエータは、光路切替時、入力用光ファイバの端面から出射された光ビームの光路に平面鏡を平行移動することにより光ビームを集光させる出力用光ファイバを第１の出力用光ファイバから第２の出力用光ファイバに切り替える。

本発明に係る光スイッチによれば、光学部品は光ファイバと凹面鏡のみからなり、従来の光スイッチと比較して光学部品の点数が少なくなるので、小型、且つ、安価に光スイッチを構成することができると共に、表面反射による光学損失を最小限に抑えることができる。また、本発明に係る光スイッチによれば、凹面鏡，溝部，及びアクチュエータが支持基板に一体形成されているので、これら部品のアライメント工程が不要になり製造コストを低減することができると共に、光学損失を最小限に抑えることができる。

以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第４の実施形態となる光スイッチの構成について説明する。

始めに、図１，２を参照して、本発明の第１の実施形態となる光スイッチの構成について説明する。

本発明の第１の実施形態となる光スイッチは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、酸化膜をシリコン単結晶基板により挟持したＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板からなる基板１と、入力用光ファイバ３と出力用光ファイバ４ａ，４ｂを所定の位置に保持する溝部２と、入力用光ファイバ３の端面から出射された光ビームを反射する凹面鏡６と、凹面鏡６を回転させる回転型アクチュエータ５とを備え、溝部２，回転型アクチュエータ５，及び凹面鏡６はＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチング等の微細加工技術によって基板１に一体形成されている。なお、上記回転型アクチュエータ５としては例えば静電コム型のアクチュエータを例示することができる。また、上記凹面鏡６は、グレーマスク法等の手法によってシリコン基板に凹面を形成し、形成された凹面部分に金等の反射膜を堆積させ、反射膜が光ファイバの端面に対向するように回転型アクチュエータ５に設けられた勘合部にシリコン基板を垂直に差し込むことにより形成することができる。

凹面鏡６の曲率及び角度は、初期状態の際、入力用光ファイバ３の端面から出射された光ビームを反射し、光ビームを出力用光ファイバ４ｂの端面に集光させるように調整されている。そして、光路切替時、回転型アクチュエータ５は、凹面鏡６において反射された光が出力用光ファイバ４ａの端面に集光されるように凹面鏡６の角度を調整する。これにより、入力用光ファイバ３の端面から出射された光ビームの光路を出力用光ファイバ４ａ側と出力用光ファイバ４ｂ側との間で切り替えることが可能な１×２型（１入力２出力型）の光スイッチを構成することができる。

なお、光ファイバとして波長１．５［μｍ］帯単一モードの光ファイバを用いた場合には、凹面鏡６の大きさ及び配置位置は図２に示すように設定することが望ましい。すなわち、この場合、入力用光ファイバ３の端面と凹面鏡６との間の距離を５００［μｍ］とすると、入力用光ファイバ３から出射された光ビームの直径は凹面鏡６上で約５０［μｍ］となるので、凹面鏡６の直径及び曲率半径はそれぞれ約１００［μｍ］及び２５０［μｍ］（凹面深さ約４．９［μｍ］）とするとよい。このような構成によれば、光強度を損失することなく、ほぼ同じ距離において反射光を出力用光ファイバ４ａ，４ｂの端面に集光させることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる光スイッチによれば、光学部品は、入力用光ファイバ３、出力用光ファイバ４ａ，４ｂ、及び凹面鏡６のみからなり、従来の光スイッチのようにレンズを含まないので、光スイッチを小型、且つ、安価に構成することができると共に、表面反射による光学損失を最小限に抑えることができる。また、本発明の第１の実施形態となる光スイッチによれば、溝部２，回転型アクチュエータ５，及び凹面鏡６は基板１に一体形成されているので、これら部品のアライメント工程が不要になり製造コストを低減できると共に、光学損失を最小限に抑えることができる。

次に、図３，４を参照して、本発明の第２の実施形態となる光スイッチの構成について説明する。

本発明の第２の実施形態となる光スイッチは、図３，４に示すように、基板１と、一対の入力用光ファイバ３ａ，３ｂと一対の出力用光ファイバ４ａ，４ｂとを互いに直交するように対向させて所定の位置に保持する溝部２と、両面において光ビームを反射可能な凹面鏡１１と、凹面鏡１１を回転させる回転型アクチュエータ５とを備え、溝部２，回転型アクチュエータ５，及び凹面鏡１１はＩＣＰエッチング等の微細加工技術によって基板１に一体形成されている。

凹面鏡１１の曲率及び角度は、初期状態の際、図３に示すように、入力用光ファイバ３ａ，３ｂの端面から出射された光ビームを反射し、光ビームをそれぞれ出力用光ファイバ４ａ及び出力用光ファイバ４ｂの端面に集光させるように調整されている。そして、光路切替時、回転型アクチュエータ５は、図４に示すように、入力用光ファイバ３ａ，３ｂの端面から出射された光ビームを反射し、光ビームをそれぞれ出力用光ファイバ４ｂ及び出力用光ファイバ４ａの端面に集光させるように凹面鏡１１を回転する。これにより、入力用光ファイバ３ａ，３ｂの端面から出射された光ビームの光路を出力用光ファイバ４ａ側と出力用光ファイバ４ｂ側との間で切り替えることが可能な２×２型（２入力２出力型）の光スイッチを構成することができる。

次に、図５，６を参照して、本発明の第３の実施形態となる光スイッチの構成について説明する。

本発明の第３の実施形態となる光スイッチは、図５，６に示すように、基板１と、入力用光ファイバ３と出力用光ファイバ４ａ，４ｂを所定の位置に保持する溝部２と、光ビームを反射する凹面鏡２１，２２と、凹面鏡２２を支持する鏡支持棒２３と、鏡支持棒２３を平行移動させることにより凹面鏡２２を平行移動する平行移動型アクチュエータ２４とを備え、溝部２，凹面鏡２２，及び平行移動型アクチュエータ２４はＩＣＰエッチング等の微細加工技術によって基板１に一体形成されている。

凹面鏡２１の曲率及び角度は、図５に示すように、入力用光ファイバ３ａの端面から出射された光ビームを反射し、光ビームを出力用光ファイバ４ｂの端面に集光させるように調整されている。そして、光路切替時、平行移動型アクチュエータ２４は、図６に示すように、入力用光ファイバ３ａの端面から出射された光ビームが凹面鏡２２において反射し、反射された光ビームが出力用光ファイバ４ａの端面に集光されるように入力用光ファイバ３ａの端面から出射された光ビームの光路に凹面鏡２２を平行移動する。これにより、入力用光ファイバ３の端面から出射された光ビームの光路を出力用光ファイバ４ａ側と出力用光ファイバ４ｂ側との間で切り替える１×２型（１入力２出力型）の光スイッチを構成することができる。なお、平行移動型アクチュエータ２４として、ラッチ機構を有する静電コム型のアクチュエータを用いることにより、凹面鏡２２の移動位置精度が高くなり、光学損失を最小限に抑えることができる。またラッチ機構によって、光路切替時以外に電力消費のない光スイッチを構成することができる。

最後に、図７，８を参照して、本発明の第４の実施形態となる光スイッチの構成について説明する。

本発明の第４の実施形態となる光スイッチは、図７，８に示すように、基板１と、入力用光ファイバ３と出力用光ファイバ４ａ，４ｂを所定の位置に保持する溝部２と、光ビームを反射する凹面鏡３１ａ，３１ｂ及び平面鏡３２と、平面鏡３２を平行移動する平行移動型アクチュエータ２４とを備え、溝部２，凹面鏡３１ａ，３１ｂ，及び平行移動型アクチュエータ２４はＩＣＰエッチング等の微細加工技術によって基板１に一体形成されている。なお、本実施形態では、凹面鏡の数は２つであるとしたが、凹面鏡の数は出力用光ファイバの本数に合わせて適宜増やすことができる。

凹面鏡３１ｂの曲率及び角度は、図７に示すように、入力用光ファイバ３の端面から出射された光ビームを反射し、光ビームを出力用光ファイバ４ｂの端面に集光させるように調整されている。また、凹面鏡３１ａの曲率及び角度は、平面鏡３２において反射された光ビームを反射し、光ビームを出力用光ファイバ４ａの端面に集光させるように調整されている。そして、光路切替時、平行移動型アクチュエータ２４は、図８に示すように、入力用光ファイバ３の端面から出射された光ビームを凹面鏡３１ａに向けて反射するように入力用光ファイバ３の端面から出射された光ビームの光路に平面鏡３２を平行移動する。これにより、入力用光ファイバ３の端面から出射された光ビームの光路を出力用光ファイバ４ａ側と出力用光ファイバ４ｂ側との間で切り替えることが可能な１×２型（１入力２出力型）の光スイッチを構成することができる。なお、平行移動型アクチュエータ２４として、ラッチ機構を有する静電コム型のアクチュエータを用いることにより、平面鏡３２の移動位置精度が高くなり、光学損失を低く抑えることができる。またラッチ機構によって、光路切替時以外に電力消費のない光スイッチを構成することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明の第１の実施形態となる光スイッチの構成を示す模式図である。 図１に示す凹面鏡の大きさ及び配置位置の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態となる光スイッチの初期状態時の構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態となる光スイッチの光路切替時の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態となる光スイッチの初期状態時の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態となる光スイッチの光路切替時の構成を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態となる光スイッチの初期状態時の構成を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態となる光スイッチの光路切替時の構成を示す模式図である。

符号の説明

１：基板
２：溝部
３：入力用光ファイバ
４ａ，４ｂ：出力用光ファイバ
５：回転型アクチュエータ
６：凹面鏡

Claims (5)

1. 支持基板と、
   前記支持基板に一体形成された、入力用及び出力用の複数の光ファイバを保持する溝部、前記入力用光ファイバの端面から出射された光ビームを反射する凹面鏡、及び前記凹面鏡の角度を変化させることにより前記光ビームの光路を変化させるアクチュエータとを備え、
   前記凹面鏡の曲率及び初期角度は、前記入力用光ファイバの端面から出射された光ビームを反射し、反射された光ビームが第１の出力用光ファイバの端面に集光するように調整され、
   前記アクチュエータは、光路切替時、凹面鏡の角度を変化させることにより光ビームを集光させる出力用光ファイバを第１の出力用光ファイバから第２の出力用光ファイバに切り替えること
   を特徴とする光スイッチ。
2. 請求項１に記載の光スイッチであって、
   前記アクチュエータは前記凹面鏡を回転させることにより光ビームを集光させる出力用光ファイバを切り替えることことを特徴とする光スイッチ。
3. 請求項２に記載の光スイッチであって、
   前記凹面鏡は両面に凹面鏡を有し、一対の入力用光ファイバと一対の出力用光ファイバが当該凹面鏡を中心にして互いに直交するように配置されていることを特徴とする光スイッチ。
4. 支持基板と、
   前記支持基板に一体形成された、入力用及び出力用の複数の光ファイバを保持する溝部、前記入力用光ファイバの端面から出射された光ビームを反射する第１の凹面鏡、及び第２の凹面鏡を平行移動させることにより前記光ビームの光路を変化させるアクチュエータとを備え、
   前記第１の凹面鏡の曲率及び角度は、前記入力用光ファイバの端面から出射された光ビームを反射し、反射された光ビームが第１の出力用光ファイバの端面に集光するように調整され、
   前記アクチュエータは、光路切替時、前記入力用光ファイバの端面から出射された光ビームの光路に前記第２の凹面鏡を平行移動させることにより光ビームを集光させる出力用光ファイバを第１の出力用光ファイバから第２の出力用光ファイバに切り替えること
   を特徴とする光スイッチ。
5. 支持基板と、
   前記支持基板に一体形成された、入力用及び出力用の複数の光ファイバを保持する溝部、光ビームを反射する第１及び第２の凹面鏡、及び平面鏡を平行移動させることにより前記光ビームの光路を変化させるアクチュエータとを備え、
   前記第１及び第２の凹面鏡の曲率及び角度はそれぞれ、前記入力用光ファイバの端面から出射された光ビーム及び前記平面鏡により反射された光ビームを反射し、光ビームを第１及び第２の出力用光ファイバの端面に集光するように調整され、
   前記アクチュエータは、光路切替時、前記入力用光ファイバの端面から出射された光ビームの光路に前記平面鏡を平行移動することにより光ビームを集光させる出力用光ファイバを第１の出力用光ファイバから第２の出力用光ファイバに切り替えること
   を特徴とする光スイッチ。

Images