JP2015155998A - 光ファイバ切替装置および光ファイバ切替方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間での光ファイバの切り替えの際に、曲げ対象の光ファイバと切替先の光ファイバとの間における信号光の入出力効率を高めることができる光ファイバ切替装置および光ファイバ切替方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ切替装置１Ａは、光ファイバ心線Ｆ１と接触することにより光ファイバ心線Ｆ１に曲げを付与する曲げ支柱１１と、光ファイバＦ２の一端を光ファイバ心線Ｆ１の側面に光結合させる光結合構造１２とを備える。光結合構造１２は、光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２の一端との間に介在して信号光を透過する光透過部材１３を有する。光ファイバ心線Ｆ１に曲げが付与された際に、光透過部材１３と光ファイバ心線Ｆ１の側面とは互いに当接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ切替装置および光ファイバ切替方法に関するものである。

特許文献１には、側方入射装置が記載されている。この側方入射装置は、屋外への光ファイバの設置や光ファイバの接続変更をする際に、設置後の光ファイバの接続状態を検証するため、光ファイバの側面から該光ファイバの内部へ信号光を入力する。この側方入射装置は、基板と、基板の主表面上に設置された、ビーム状の信号光を光ファイバに供給する信号光供給部材と、基板の主表面上に設置された、光ファイバを湾曲した状態で固定する案内部材とを備えている。案内部材は、光ファイバを湾曲した状態で保持する外周面を有している。信号光供給部材のうち、信号光が放出される端部には楔状部材を有している。楔状部材は、外周面に固定された光ファイバに接触して光ファイバとの光学的な接触を保持する。

また、非特許文献１には、光伝送路を切り替える技術が開示されている。この文献に記載された技術では、信号光を伝搬する光ファイバを短時間に強度限界まで曲げ、その曲げ部から出射した光を別の光ファイバに入射させることにより光伝送路を切り替えている。

特開２０１２−４２４５５号公報

東裕司、「光ファイバ技術研究最前線」、ＮＴＴ技術ジャーナル、２０１３年２月、４２−４５頁

光通信ネットワークにおいて故障等の修理及び復旧を速やかに行うため、伝送路を構成する光ファイバの一部を別の光ファイバに短時間で切り替える技術（いわゆる短瞬断切替技術）がある。このような光ファイバ切替技術においては、光ファイバ内の信号光を十分な強度で取り出すために、光ファイバの強度限界付近の曲げが付与されることが望ましい。また、通信が遮断される時間をできるだけ短くする為に、光ファイバの曲げが高速で（例えば１００ミリ秒以内に）付与されることが望ましい。

短瞬断技術については、例えば上述した非特許文献１に記載されている。しかしながら、非特許文献１には、光ファイバの強度限界付近の曲げを短時間で付与するための具体的な構成については開示されていない。また、非特許文献１に記載された図では、曲げ対象の光ファイバと切替先の光ファイバ（プローブファイバ）の先端との間に隙間があいているが、そのような場合、曲げ対象のファイバから漏れる信号光が拡散してしまうので、これらの光ファイバ間での高い入出力効率を得ることが難しい。これらの光ファイバ間に屈折率整合剤を介在させることも考えられるが、曲げ対象の光ファイバに高速で曲げを付与する際に、屈折率整合剤に気泡が混入したり或いは屈折率整合剤が飛散してしまう等のおそれがある。更に、伝送路が元に戻される際に屈折率整合剤を拭き取る作業が必要となるが、屈折率整合剤が残っていると伝送損失の原因となってしまう。

なお、特許文献１に記載された装置は、光ファイバに曲げを付与する際に、短時間ではなく時間をかけて付与する構成を備える。すなわち、この装置では、案内部材に光ファイバを巻き付ける作業が必要であり、このような作業を短時間で行うことは難しい。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、短時間での光ファイバの切り替えの際に、曲げ対象の光ファイバと切替先の光ファイバとの間における信号光の入出力効率を高めることができる光ファイバ切替装置および光ファイバ切替方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本願発明による光ファイバ切替装置は、信号光を伝搬する第１の光ファイバに曲げを付与して第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間で信号光の授受を行わせることにより、信号光の伝送路を切り替える装置であって、第１の光ファイバと接触することにより第１の光ファイバに曲げを付与する曲げ付与部材と、第２の光ファイバの一端を第１の光ファイバの側面に光結合させる光結合構造とを備え、光結合構造は、第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間に介在して信号光を透過する光透過部材を有し、第１の光ファイバに曲げが付与された際に光透過部材と第１の光ファイバの側面とが互いに当接する。

また、本願発明による光ファイバ切替方法は、信号光を伝搬する第１の光ファイバに曲げを付与して第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間で信号光の授受を行わせることにより、信号光の伝送路を切り替える方法であって、第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間に介在して信号光を透過する光透過部材を設置する第１ステップと、第１の光ファイバを光透過部材と曲げ付与部材との間に配置する第２ステップと、第１の光ファイバと曲げ付与部材とを相互に接触させることにより第１の光ファイバに曲げを付与する第３ステップと、第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間で信号光の授受を行わせる第４ステップと、を備え、第３ステップにおいて第１の光ファイバに曲げが付与された際に、光透過部材と第１の光ファイバの側面とを互いに当接させる。

本発明による光ファイバ切替装置および光ファイバ切替方法によれば、短時間での光ファイバの切り替えの際に、曲げ対象の光ファイバと切替先の光ファイバとの間における信号光の入出力効率を高めることができる。

図１は、第１実施形態による光ファイバ切替装置を概略的に示す断面図である。 図２は、第１実施形態の光ファイバ切替装置の動作を説明するフローチャートである。 図３は、第１の光ファイバの側面から漏洩した光のＮＦＰ（Near Field Pattern）画像を示す図である。 図４は、第２実施形態に係る光ファイバ切替装置の構成を示す平面図である。 図５は、第２実施形態に係る光ファイバ切替装置の構成を示す平面図である。 図６は、図４のVI−VI線に沿った断面図である。 図７は、第１の光ファイバの曲げ位置付近の、第１の光ファイバの軸方向に垂直な断面を拡大して示す図である。 図８は、一変形例を示す断面図であって、光結合構造を示している。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に、本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。本願発明による光ファイバ切替装置は、（１）信号光を伝搬する第１の光ファイバに曲げを付与して第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間で信号光の授受を行わせることにより、信号光の伝送路を切り替える装置であって、第１の光ファイバと接触することにより第１の光ファイバに曲げを付与する曲げ付与部材と、第２の光ファイバの一端を第１の光ファイバの側面に光結合させる光結合構造とを備え、光結合構造は、第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間に介在して信号光を透過する光透過部材を有し、第１の光ファイバに曲げが付与された際に光透過部材と第１の光ファイバの側面とが互いに当接する。

また、本願発明による光ファイバ切替方法は、（２）信号光を伝搬する第１の光ファイバに曲げを付与して第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間で信号光の授受を行わせることにより、信号光の伝送路を切り替える方法であって、第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間に介在して信号光を透過する光透過部材を設置する第１ステップと、第１の光ファイバを光透過部材と曲げ付与部材との間に配置する第２ステップと、第１の光ファイバと曲げ付与部材とを相互に接触させることにより第１の光ファイバに曲げを付与する第３ステップと、第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間で信号光の授受を行わせる第４ステップと、を備え、第３ステップにおいて第１の光ファイバに曲げが付与された際に、光透過部材と第１の光ファイバの側面とを互いに当接させる。

上記の光ファイバ切替装置及び切替方法では、信号光を透過する光透過部材が、曲げ対象である第１の光ファイバの側面と、切替先である第２の光ファイバの一端との間に介在している。そして、第１の光ファイバに曲げが付与された際には、光透過部材と第１の光ファイバの側面とが互いに当接する。これにより、光透過部材と第１の光ファイバの側面との間の隙間が無くなるので、第１の光ファイバに屈折率整合剤を塗布しなくても信号光の拡散が抑制され、第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間における信号光の入出力効率を高めることができる。

（３）上記の光ファイバ切替装置では、曲げ付与部材が、第１の光ファイバの位置決めを行うガイド溝を有するとよい。これにより、第１の光ファイバに所望の曲げを精度良く付与するとともに、第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間の入出力効率を更に高めることができる。

（４）上記の光ファイバ切替装置では、第２の光ファイバの一端、若しくは該一端に結合された光導波部材の一端と光透過部材とが互いに隙間をあけて配置されているとよい。上記の光ファイバ切替装置では、第１の光ファイバに曲げが高速で（例えば１００ミリ秒以下）付与されつつ、第１の光ファイバと光透過部材とが互いに当接する。このとき、光透過部材に振動が発生する場合がある。一方、第２の光ファイバの一端（若しくは、該一端にロッドレンズ等の光導波部材が結合されている場合には、光導波部材の一端）は、効率の良い光入出力のため、精度良く位置決めされ、静止していることが望ましい。上記の光ファイバ切替装置では、第２の光ファイバ（若しくは光導波部材）の一端と光透過部材とが互いに隙間をあけて配置されていることによって、光透過部材の振動が第２の光ファイバ（若しくは光導波部材）に直接伝わることを防ぎ、第２の光ファイバ（若しくは光導波部材）の一端の静止状態を好適に保って高い光入出力効率を維持することができる。また、この場合、（５）光透過部材が板状であり、該板状の一方の板面に第１の光ファイバの側面が当接した際に光透過部材が撓んでもよい。第２の光ファイバ（若しくは光導波部材）の一端と光透過部材とが互いに隙間をあけて配置されていることによって、光透過部材の撓みを許容することができる。また、この場合、（６）光結合構造が、第２の光ファイバを支持する第１の支持部と、光透過部材を支持する第２の支持部とを有し、第１及び第２の支持部が互いに別の部材によって構成されているとよい。これにより、光透過部材の振動が第２の光ファイバ（若しくは光導波部材）に伝わることを更に効果的に防ぐことができる。

（７）上記の光ファイバ切替装置は、曲げ付与部材との間に第１の光ファイバを挟む位置に配置され、第１の光ファイバが曲げ付与部材の表面に沿って湾曲するように第１の光ファイバを押さえるガイド部材を更に備えるとよい。これにより、第１の光ファイバの所望の曲げ径を精度良く実現することができる。

（８）上記の光ファイバ切替装置では、第１の光ファイバの側面を構成する部分の屈折率と光透過部材の第１の光ファイバに当接する部分の屈折率とが互いに略等しいとよい。これにより、第１の光ファイバの側面と光透過部材との境界部分における損失を低減することができ、その結果、第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間の光入出力効率を更に高めることができる。

（９）上記の光ファイバ切替装置は、第１の光ファイバに曲げが付与された際に曲げ付与部材と光透過部材との間隔を規定する機構を更に備えるとよい。これにより、光透過部材に対する第１の光ファイバの相対位置を精度良く実現し、例えば第１の光ファイバの側面が所定量だけ押し潰されるようにすることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかる光ファイバ切替装置及び光ファイバ切替方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施形態による光ファイバ切替装置を概略的に示す断面図である。図１に示される光ファイバ切替装置１Ａは、信号光を伝搬している敷設済みの光ファイバ心線Ｆ１（第１の光ファイバ）に曲げを付与して光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２（第２の光ファイバ）の一端との間で信号光の授受を行わせることにより、信号光の伝送路を光ファイバＦ２に切り替える装置である。なお、図１は曲げを付与している状態を表す。この光ファイバ切替装置１Ａは、曲げ支柱１１と、光結合構造１２と、曲げガイド１８ａ及び１８ｂとを備えている。また、光ファイバ心線Ｆ１は、コア及びクラッドを含むガラス部分Ｆ１ａと、ガラス部分Ｆ１ａを覆う樹脂部分Ｆ１ｂとを有する。

曲げ支柱１１は、本実施形態における曲げ付与部材である。曲げ支柱１１は、光ファイバ心線Ｆ１の軸方向と交差する直線（図中の一点鎖線Ａ１）に沿った方向に移動可能に設けられている。曲げ支柱１１は、曲面を有しており、光ファイバ心線Ｆ１の曲げ位置Ｐ１において該曲面が光ファイバ心線Ｆ１と接触しつつ押し付けられることにより光ファイバ心線Ｆ１の曲げ位置Ｐ１に曲げを付与する。曲げ支柱１１の曲面は例えば円柱面である。光ファイバ心線Ｆ１は、このような曲げ支柱１１の曲面に当接することにより、円弧状に変形する。このときの曲率半径は、曲げ支柱１１の曲面の半径により決定され、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。また、曲げ角度が例えば３０°以上であることにより、切替元である光ファイバ心線Ｆ１から効率的に信号光を漏洩させることができる。また、曲げ角度が１２０°以下であることによって、切り替え時の光ファイバ心線Ｆ１の損傷を防止できる。このような曲げ支柱１１による光ファイバ心線Ｆ１の曲げによって、光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２の一端とが光学的に結合される。すなわち、光ファイバ心線Ｆ１を伝搬する信号光が光ファイバ心線Ｆ１の側面から出射して光ファイバＦ２に入射し、また、光ファイバＦ２を伝搬する信号光が光ファイバＦ２から光ファイバ心線Ｆ１の側面に入射する。

光結合構造１２は、光ファイバＦ２の一端を光ファイバ心線Ｆ１の側面に光結合させる。光結合構造１２は、光透過部材１３と、プローブファイバ１４とを有する。光透過部材１３は、光ファイバ心線Ｆ１と光ファイバＦ２との間で授受される信号光の波長域を透過する材質からなり、一実施例ではガラス若しくは樹脂からなる。光透過部材１３は、光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２の一端との間、より具体的には光ファイバ心線Ｆ１の側面とプローブファイバ１４の一端との間に介在する。本実施形態では、光透過部材１３は板状を呈しており、曲げ支柱１１の移動方向（図中の一点鎖線Ａ１）と交差する平面Ａ２に沿って延びる一対の板面１３ａ及び１３ｂを有する。一方の板面１３ａは光ファイバ心線Ｆ１に向けられており、他方の板面１３ｂはプローブファイバ１４に向けられている。

図１に示されるように、光ファイバ心線Ｆ１に曲げが付与された際には、光透過部材１３の板面１３ａと光ファイバ心線Ｆ１の側面とが互いに当接する。より好適には、光ファイバ心線Ｆ１の側面が光透過部材１３の板面１３ａに押し付けられて樹脂部分Ｆ１ｂが部分的に押し潰される。その結果、光ファイバ心線Ｆ１の中心軸線と板面１３ａとの間隔が、曲げ付与前の光ファイバ心線Ｆ１の半径よりも短くなる。光ファイバ心線Ｆ１の側面を構成する部分（樹脂部分Ｆ１ｂ）の屈折率と、光透過部材１３の光ファイバ心線Ｆ１に当接する部分の屈折率とは、互いに略等しいことが好ましい。光結合構造１２には、光透過部材１３の板面１３ａの位置を調整するための可動機構が設けられてもよい。

プローブファイバ１４は、本実施形態における光導波部材である。プローブファイバ１４の一端１４ａは、光透過部材１３の板面１３ｂに光結合され、曲げが付与された状態での光ファイバ心線Ｆ１の曲げ位置Ｐ１と対向する位置に配置されている。プローブファイバ１４の他端は、光ファイバＦ２の一端に光結合されている。プローブファイバ１４は、例えばＧＲＩＮレンズ等の集光部を含んでもよい。光ファイバ心線Ｆ１の側面から出射された信号光は、プローブファイバ１４の一端１４ａに入射して光ファイバＦ２へ導かれる。また、光ファイバＦ２から出射された信号光は、プローブファイバ１４の一端１４ａから光ファイバ心線Ｆ１の側面に入射する。

曲げガイド１８ａ及び１８ｂは、本実施形態におけるガイド部材である。曲げガイド１８ａ及び１８ｂは、光ファイバ心線Ｆ１の曲げ位置Ｐ１の前後において、曲げ支柱１１との間に光ファイバ心線Ｆ１を挟む位置に配置されている。曲げガイド１８ａ及び１８ｂは、曲げ支柱１１とは反対側から光ファイバ心線Ｆ１の曲げ位置Ｐ１の前後の部分と接触し、光ファイバ心線Ｆ１が曲げ支柱１１の表面に沿って湾曲するように、光ファイバ心線Ｆ１を押さえて支持する。但し、光ファイバ心線Ｆ１に過剰な負荷がかかることを防ぐため、曲げ支柱１１と曲げガイド１８ａ及び１８ｂとの隙間は、光ファイバ心線Ｆ１の外径よりも大きい。

図２は、本実施形態の光ファイバ切替装置１Ａの動作を説明するフローチャートである。以下、図２を参照しながら、光ファイバ切替装置１Ａの動作とともに、本実施形態による光ファイバ切替方法について説明する。なお、この光ファイバ切替方法は、信号光を伝搬している光ファイバ心線Ｆ１に曲げを付与して光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２の一端との間で信号光の授受を行わせることにより、信号光の伝送路を切り替える方法である。

まず、第１ステップとして、光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２の一端との間（より具体的には、光ファイバ心線Ｆ１の側面とプローブファイバ１４の一端との間）に介在して信号光を透過する光透過部材１３と曲げ支柱１１とを、曲げ支柱１１の移動方向に並べて設置する（ステップＳ１１）。また、このとき、光ファイバＦ２に結合されたプローブファイバ１４の一端を、光透過部材１３の板面１３ｂに対向させる。

次に、第２ステップとして、光ファイバ心線Ｆ１を光透過部材１３と曲げ支柱１１との間に配置する（ステップＳ１２）。このとき、例えば曲げ位置Ｐ１に対して光ファイバ心線Ｆ１の軸方向の一方の側に位置する光ファイバホルダと、他方の側に位置する光ファイバホルダとを用いて、光ファイバ心線Ｆ１を把持（クランプ）することにより保持するとよい。

続いて、第３ステップとして、曲げ支柱１１を高速で移動させ、光ファイバ心線Ｆ１と曲げ支柱１１とを相互に接触させることにより光ファイバ心線Ｆ１に曲げを付与する（ステップＳ１３）。このとき、光ファイバ心線Ｆ１に曲げが付与された状態において、光透過部材１３の板面１３ａと光ファイバ心線Ｆ１の側面とを互いに当接させる。

最後に、第４ステップとして、光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２の一端との間で信号光の授受を行わせることにより、信号光の伝送路を光ファイバＦ２に切り替える（ステップＳ１４）。以上のステップＳ１１〜Ｓ１４により、伝送路の切り替えが完了する。

以上の構成を備える本実施形態の光ファイバ切替装置１Ａ及び切替方法によって得られる効果は次の通りである。本実施形態の光ファイバ切替装置１Ａ及び切替方法では、信号光を透過する光透過部材１３が、曲げ対象である光ファイバ心線Ｆ１の側面と、切替先である光ファイバＦ２の一端との間に介在している。そして、光ファイバ心線Ｆ１に曲げが付与された際には、光透過部材１３と光ファイバ心線Ｆ１の側面とが互いに当接する。これにより、光透過部材１３と光ファイバ心線Ｆ１の側面との間の隙間が無くなるので、光ファイバ心線Ｆ１に屈折率整合剤を塗布しなくても信号光の拡散が抑制され、光ファイバ心線Ｆ１と光ファイバＦ２との間における信号光の入出力効率を高めることができる。また、屈折率整合剤が不要なので、作業現場における装置の運用性および作業性を向上させることができる。

そして、本実施形態の光ファイバ切替装置１Ａ及び切替方法によれば、短時間で光伝送路を切り替えて通信を継続しつつ、切替元の光伝送路において適宜の工事を行い、完了後は工事先の光伝送路に再び切り替えることによって、通信を瞬断することなく工事することが可能となる。

ここで、図３は、光ファイバ心線Ｆ１の側面から漏洩した光のＮＦＰ画像を示す図である。図３（ａ）は、曲げが付与された状態において光ファイバ心線Ｆ１の側面と光透過部材１３の板面１３ａとが互いに離れている（当接していない）場合を示しており、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、光ファイバ心線Ｆ１の側面と板面１３ａとが互いに当接する場合を示している。図３（ｂ）は、光ファイバ心線Ｆ１の中心軸線と板面１３ａとの距離が光ファイバ心線Ｆ１の半径と略等しい（すなわち光ファイバ心線Ｆ１と板面１３ａとが軽く接している）場合を示している。図３（ｃ）は、光ファイバ心線Ｆ１の中心軸線と板面１３ａとの距離が光ファイバ心線Ｆ１の半径よりも５０μｍ短い（すなわち光ファイバ心線Ｆ１の樹脂部分Ｆ１ｂが５０μｍほど押し潰されている）場合を示している。なお、図中において、実線で示される円の直径は０．２ｍｍであり、破線で示される円の直径は０．１ｍｍである。

図３（ａ）に示されるように、曲げが付与された状態において光ファイバ心線Ｆ１と光透過部材１３とが互いに離れている場合、光が拡散してしまい、直径０．２ｍｍの円を超えて拡がってしまうことがわかる。この場合、プローブファイバ１４のコアに入射する光は僅かであり、入出力効率が低く抑えられてしまう。これに対し、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示されるように、曲げが付与された状態において光ファイバ心線Ｆ１と光透過部材１３とが互いに当接する場合には、図３（ａ）と比較して光の拡散が抑えられ、プローブファイバ１４のコアに入射する光量をより大きくすることができる。従って、光ファイバ心線Ｆ１と光ファイバＦ２との間における光の入出力効率を高めることができる。特に、光ファイバ心線Ｆ１の樹脂部分Ｆ１ｂが押し潰される場合（図３（ｃ））には、ＮＦＰの径を極めて小さくでき、直径０．１ｍｍの円内にほぼ収めることができる。

また、本実施形態のように、光ファイバ切替装置１Ａは、曲げガイド１８ａ及び１８ｂを備えてもよい。これにより、光ファイバ心線Ｆ１の所望の曲げ径を精度良く実現することができる。

また、本実施形態のように、光ファイバ心線Ｆ１の側面を構成する部分の屈折率と、光透過部材１３の光ファイバ心線Ｆ１に当接する部分の屈折率とは、互いに略等しくてもよい。これにより、光ファイバ心線Ｆ１の側面と光透過部材１３との境界部分における損失を低減することができ、その結果、光ファイバ心線Ｆ１と光ファイバＦ２との間の光入出力効率を更に高めることができる。

（第２の実施の形態）
図４及び図５は、第２実施形態に係る光ファイバ切替装置１Ｂの構成を示す平面図である。また、図６は、図４のVI−VI線に沿った断面図であり、光ファイバ切替装置１Ｂが備える光ファイバホルダ２２，２３及びワイヤ２４と光ファイバ心線Ｆ１との位置関係を示している。

第１実施形態の光ファイバ切替装置１Ａと同様に、本実施形態の光ファイバ切替装置１Ｂは、信号光を伝搬している敷設済みの光ファイバ心線Ｆ１に曲げを付与して光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２の一端との間で信号光の授受を行わせることにより、信号光の伝送路を光ファイバＦ２に切り替える。なお、図４は曲げを付与する前後の状態を表し、図５は曲げを付与している状態を表す。図４〜図６に示されるように、この光ファイバ切替装置１Ｂは、主面２０ａを有するベース部材２０と、曲げ支柱２１と、光ファイバホルダ２２及び２３と、ワイヤ２４（図６にのみ図示）と、張力付与部材２５ａ及び２５ｂと、リニアモータテーブル２６と、光結合構造２７と、曲げガイド２８ａ及び２８ｂとを備えている。

曲げ支柱２１は、本実施形態における曲げ付与部材である。曲げ支柱２１は、ベース部材２０の主面２０ａ上において、光ファイバ心線Ｆ１の軸方向と交差する方向（図中の矢印Ａ３）に移動可能に設けられている。曲げ支柱２１は、曲面を有しており、光ファイバ心線Ｆ１の曲げ位置Ｐ１において該曲面が光ファイバ心線Ｆ１と接触しつつ押し付けられることにより光ファイバ心線Ｆ１の曲げ位置Ｐ１に曲げを付与する。曲げ位置Ｐ１は、光ファイバ心線Ｆ１の軸方向において、後述する保持位置Ｐ２と保持位置Ｐ３との間に位置する。曲げ支柱２１の曲面は例えば円柱面である。曲げ支柱２１による光ファイバ心線Ｆ１の曲げによって、光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２とが光学的に結合される。

光ファイバホルダ２２は、曲げ位置Ｐ１に対して光ファイバ心線Ｆ１の軸方向の一方の側に位置する保持位置Ｐ２において、光ファイバ心線Ｆ１を把持（クランプ）することにより保持する。また、光ファイバホルダ２３は、曲げ位置Ｐ１に対して光ファイバ心線Ｆ１の軸方向の他方の側に位置する保持位置Ｐ３において、光ファイバ心線Ｆ１を把持（クランプ）することにより保持する。光ファイバホルダ２２及び２３それぞれは、例えば互いに対向する面を有する一対の部材により光ファイバ心線Ｆ１の保持位置Ｐ２及びＰ３それぞれを挟持することによって好適に実現される。

また、光ファイバホルダ２２，２３それぞれは、ベース部材２０の主面２０ａ上において、保持位置Ｐ２，Ｐ３それぞれにおける光ファイバ心線Ｆ１の軸方向（図中の矢印Ａ４，Ａ５）に沿って移動可能なように、リニアガイド上に設けられている。これにより、光ファイバ心線Ｆ１に曲げが付与されたときに光ファイバホルダ２２，２３が保持位置Ｐ２，Ｐ３の移動にそれぞれ追従するので、光ファイバ心線Ｆ１に過剰な引張力が生じない。

図６に示されるように、ワイヤ２４は光ファイバ心線Ｆ１と並んで配置されており、光ファイバ心線Ｆ１の軸方向に沿って延びている。ワイヤ２４は、例えば金属から成る線状体である。ワイヤ２４の一端は光ファイバホルダ２２に固定されており、ワイヤ２４の他端は光ファイバホルダ２３に固定されている。また、曲げ支柱２１が光ファイバ心線Ｆ１に接触して曲げを付与する際、ワイヤ２４は、光ファイバ心線Ｆ１と共に曲げ支柱２１に接触する。これにより、ワイヤ２４にも曲げが付与される。このとき、ワイヤ２４の張力によって光ファイバホルダ２２，２３が曲げ位置Ｐ１に向けて引っ張られ、光ファイバホルダ２２，２３が移動する。光ファイバ心線Ｆ１に掛かる負荷を軽減するため、ワイヤ２４の構成材料及び外径は、ワイヤ２４の軸方向の弾性率が光ファイバ心線Ｆ１の軸方向の弾性率よりも大きくなるような材料及び外径であるとよい。一実施例では、ワイヤ２４の軸方向の弾性率は光ファイバ心線Ｆ１の軸方向の弾性率の１０倍以上である。

再び図４，図５を参照する。張力付与部材２５ａ，２５ｂは、光ファイバホルダ２２，２３を曲げ位置Ｐ１から離れる向きにそれぞれ付勢することにより、光ファイバ心線Ｆ１及びワイヤ２４に張力を与えるための部材である。張力付与部材２５ａ，２５ｂは、例えばバネ等の弾性部材によって好適に構成される。張力付与部材２５ａ，２５ｂそれぞれの各一端は光ファイバホルダ２２，２３それぞれに固定されており、他端はベース部材２０に固定されている。

リニアモータテーブル２６は、ベース部材２０の主面２０ａ上に設けられている。リニアモータテーブル２６は、駆動バッテリ３０から電源供給を受け、曲げ支柱２１を光ファイバ心線Ｆ１の軸方向と交差する方向（図中の矢印Ａ３）に駆動することによって、光ファイバ心線Ｆ１及びワイヤ２４に曲げ支柱２１を押し付ける。なお、リニアモータテーブル２６は、コントローラ２９によって再現性良く制御される。本実施形態のリニアモータテーブル２６は、曲げ支柱２１と光ファイバ心線Ｆ１との接触が開始されてから、例えば１００ミリ秒以内、より好ましくは５０ミリ秒以内といった極めて短い時間内に、所定の曲げを付与し終わって停止するように構成されている。

光結合構造２７は、光ファイバＦ２の一端を光ファイバ心線Ｆ１の側面に光結合させる。光結合構造２７は、光ファイバＦ２に加えて、光透過部材１３と、プローブファイバ１４と、光ファイバ保持部３１とを有する。なお、光透過部材１３及びプローブファイバ１４の構成は、前述した第１実施形態と同様である。光ファイバ保持部３１は、ベース部材２０に直接又は間接に固定されており、光ファイバＦ２の端部およびプローブファイバ１４を支持する。

曲げガイド２８ａ及び２８ｂは、本実施形態におけるガイド部材である。曲げガイド２８ａ及び２８ｂは、光ファイバ心線Ｆ１の曲げ位置Ｐ１及びその前後において、曲げ支柱２１との間に光ファイバ心線Ｆ１及びワイヤ２４を挟む位置に配置されている。曲げガイド２８ａ及び２８ｂは、曲げ支柱２１とは反対側から光ファイバ心線Ｆ１の曲げ位置Ｐ１の前後の部分と接触し、光ファイバ心線Ｆ１が曲げ支柱２１の表面に沿って湾曲するように、光ファイバ心線Ｆ１を押さえて支持する。但し、光ファイバ心線Ｆ１及びワイヤ２４に過剰な負荷がかかることを防ぐため、曲げ支柱２１と曲げガイド２８ａ及び２８ｂとの隙間は、光ファイバ心線Ｆ１の外径及びワイヤ２４の外径よりも大きい。なお、曲げガイド２８ａと曲げガイド２８ｂとの間には、光結合構造２７のプローブファイバ１４が配置されるための空隙２８ｃが設けられている。

光ファイバ切替装置１Ｂは、位置決めピン３３を更に備える。位置決めピン３３は、光ファイバ心線Ｆ１に曲げを付与している状態での曲げ支柱２１の位置決めを行うために設けられている。位置決めピン３３は、曲げ支柱２１をリニアモータテーブル２６に固定するための部材３４に取り付けられており、光ファイバ心線Ｆ１及びワイヤ２４と対向する部材３４の表面から、曲げ支柱２１の移動方向Ａ３に沿って突出して設けられている。曲げガイド２８ａにおける位置決めピン３３と対向する位置には、位置決めピン３３と嵌合する孔２８ｄが形成されている。光ファイバ心線Ｆ１に曲げが付与される際、位置決めピン３３が孔２８ｄによって案内されることにより、曲げ支柱２１の位置（特に、光ファイバ心線Ｆ１の軸方向及び曲げ支柱２１の移動方向Ａ３の双方と直交する方向の位置）が精度良く決定される。

また、光ファイバ切替装置１Ｂは、位置決め用突起３５を更に備える。位置決め用突起３５は、光ファイバ心線Ｆ１に曲げを付与している状態での曲げ支柱２１と光透過部材１３との間隔を規定するための機構である。位置決め用突起３５は、部材３４に取り付けられており、光ファイバ心線Ｆ１及びワイヤ２４と対向する部材３４の表面から、曲げ支柱２１の移動方向Ａ３に沿って突出して設けられている。位置決め用突起３５と対向する位置には、曲げガイド２８ｂが配置されている。光ファイバ心線Ｆ１に曲げが付与される際、位置決め用突起３５が曲げガイド２８ｂに当接することにより、曲げ支柱２１と光透過部材１３との間隔が精度良く決定される。

図７は、光ファイバ心線Ｆ１の曲げ位置Ｐ１付近の、光ファイバ心線Ｆ１の軸方向に垂直な断面を拡大して示す図である。図７に示されるように、本実施形態の曲げ支柱２１の曲面には、Ｖ字状断面を有する二本のガイド溝２１ａ，２１ｂが形成されている。ガイド溝２１ａは、光ファイバ心線Ｆ１の軸方向に沿って延びており、光ファイバ心線Ｆ１を収容して光ファイバ心線Ｆ１の位置決めを行う。また、ガイド溝２１ｂは、ガイド溝２１ａと略平行に延びており、ワイヤ２４を収容してワイヤ２４の位置決めを行う。なお、前述した張力付与部材２５ａ，２５ｂによって付与される張力は、光ファイバ心線Ｆ１及びワイヤ２４それぞれがガイド溝２１ａ及び２１ｂそれぞれから外れないように作用する。ガイド溝２１ａ，２１ｂの深さは、例えば０．１ｍｍである。

以下、光ファイバ切替装置１Ｂの動作とともに、本実施形態による光ファイバ切替方法について説明する。なお、この光ファイバ切替方法は、信号光を伝搬している光ファイバ心線Ｆ１に曲げを付与して光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２の一端との間で信号光の授受を行わせることにより、信号光の伝送路を切り替える方法である。

まず、第１ステップとして、光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２の一端との間（より具体的には、光ファイバ心線Ｆ１の側面とプローブファイバ１４の一端との間）に介在して信号光を透過する光透過部材１３と曲げ支柱２１とを、光透過部材１３の一方の板面が曲げ支柱２１と対向するように、曲げ支柱２１の移動方向に並べて設置する（図２のステップＳ１１に相当）。また、このとき、光ファイバＦ２に結合されたプローブファイバ１４の一端を、光透過部材１３の裏面に対向させる。更に、光ファイバホルダ２２，２３それぞれにワイヤ２４の一端及び他端それぞれを固定するとともに、ワイヤ２４に張力を与える。

続いて、第２ステップとして、光ファイバ心線Ｆ１を光透過部材１３と曲げ支柱２１との間に配置する（図２のステップＳ１２に相当）。このとき、光ファイバホルダ２２，２３を用いて、光ファイバ心線Ｆ１を把持（クランプ）することにより保持する。なお、一例では、この第２ステップは作業者によって行われる。また、このとき、光ファイバ心線Ｆ１を曲げ支柱２１のガイド溝２１ａに沿わせておくとよい。

続いて、第３ステップとして、リニアモータテーブル２６を動作させることにより曲げ支柱２１を高速で移動させ、光ファイバ心線Ｆ１と曲げ支柱２１とを相互に接触させることにより光ファイバ心線Ｆ１に曲げを付与する（図２のステップＳ１３に相当）。このとき、光ファイバ心線Ｆ１に曲げが付与された状態において、光透過部材１３の一方の板面と光ファイバ心線Ｆ１の側面とを互いに当接させる。また、このとき、曲げ支柱２１をワイヤ２４にも接触させることにより、ワイヤ２４にも曲げを付与する。

最後に、第４ステップとして、光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２の一端との間で信号光の授受を行わせることにより、信号光の伝送路を光ファイバＦ２に切り替える（図２のステップＳ１４に相当）。以上のステップにより、伝送路の切り替えが完了する。

以上の構成を備える本実施形態の光ファイバ切替装置１Ｂ及び切替方法は、第１実施形態と同様に、次の効果を奏することができる。本実施形態の光ファイバ切替装置１Ｂ及び切替方法では、信号光を透過する光透過部材１３が、曲げ対象である光ファイバ心線Ｆ１の側面と、切替先である光ファイバＦ２の一端との間に介在している。そして、光ファイバ心線Ｆ１に曲げが付与された際には、光透過部材１３と光ファイバ心線Ｆ１の側面とが互いに当接する。これにより、光透過部材１３と光ファイバ心線Ｆ１の側面との間の隙間が無くなるので、屈折率整合剤を用いなくても信号光の拡散が抑制され、光ファイバ心線Ｆ１と光ファイバＦ２との間における信号光の入出力効率を高めることができる。

また、本実施形態のように、光ファイバ切替装置１Ｂは、曲げガイド２８ａ及び２８ｂを備えることが好ましい。これにより、光ファイバ心線Ｆ１の所望の曲げ径を精度良く実現することができる。

また、本実施形態のように、曲げ支柱２１は、光ファイバ心線Ｆ１の位置決めを行うガイド溝２１ａを有してもよい。これにより、光ファイバ心線Ｆ１に所望の曲げを精度良く付与するとともに、光ファイバ心線Ｆ１とプローブファイバ１４の一端との相対位置精度を向上させて、光ファイバ心線Ｆ１の側面と光ファイバＦ２の一端との間の入出力効率を更に高めることができる。また、光ファイバ心線Ｆ１の位置決めを行うガイド溝は光透過部材１３に形成されてもよいが、その場合、光透過部材１３の厚さをガイド溝の深さ分だけ厚くする必要がある。光透過部材１３における透過損失を考慮すれば、光透過部材１３は薄いほどよい。本実施形態のように曲げ支柱２１にガイド溝２１ａが形成されることにより、光透過部材１３を薄くすることができ、透過損失を低減して信号光の入出力効率を更に高めることができる。また、常に静止している光透過部材１３ではなく、移動を行う曲げ支柱２１にガイド溝２１ａが形成されていることによって、光ファイバ心線Ｆ１の高い位置精度を繰り返し実現することができる。

また、本実施形態のように、光ファイバ切替装置１Ｂは、光ファイバ心線Ｆ１に曲げが付与された際に曲げ支柱２１と光透過部材１３との間隔を規定する機構（位置決め用突起３５）を備えてもよい。これにより、光透過部材１３に対する光ファイバ心線Ｆ１の相対位置を精度良く実現し、例えば光ファイバ心線Ｆ１の側面が所定量だけ押し潰されるようにすることができる。

また、本実施形態のように、切替対象である光ファイバ心線Ｆ１と並んでワイヤ２４が配置されてもよい。これにより、光ファイバ心線Ｆ１の軸方向の引張力から光ファイバ心線Ｆ１を保護して、伝送路の切り替えの際に光ファイバ心線Ｆ１にかかる負荷を低減することができる。

また、本実施形態のように、光ファイバ切替装置１Ｂは、光ファイバ心線Ｆ１に曲げを付与している状態での曲げ支柱２１の位置決めを行うガイド機構（位置決めピン３３及び孔２８ｄ）を備えてもよい。これにより、光ファイバ心線Ｆ１に曲げを付与している状態での曲げ支柱２１の位置精度を高めることができるので、光ファイバ心線Ｆ１の側面と、プローブファイバ１４を介した光ファイバＦ２の一端との光結合効率を更に高めることができる。

（変形例）
図８は、上述した各実施形態の一変形例を示す断面図であって、光結合構造４０を示している。上述した各実施形態では、図１に示された光結合構造１２、或いは図４に示された光結合構造２７に代えて、光結合構造４０が設置されてもよい。

光結合構造４０は、光透過部材１３と、プローブファイバ１４と、光ファイバ保持部３１と、光透過部材１３を支持するための支持部材４１とを有する。光ファイバ保持部３１は、本変形例における第１の支持部である。支持部材４１は、本変形例における第２の支持部であって、光ファイバ保持部３１とは別の部材によって構成されている。支持部材４１は、プローブファイバ１４及び光ファイバ保持部３１を囲むように配置されており、平面Ａ２に沿って延びる支持面４１ａ，４１ｂを有する。支持面４１ａ，４１ｂは互いに離間して配置されており、光透過部材１３の一端部は支持面４１ａ上に固定され、光透過部材１３の他端部は支持面４１ｂ上に固定される。支持部材４１は、ベース部材２０の主面２０ａ上に固定されている。光ファイバ保持部３１は、支持部材４１の底面に、フランジ形状等の介在部材３２を介して、ネジ等の固定具を用いて固定されている。

本変形例では、プローブファイバ１４の一端は光透過部材１３の板面１３ｂと対向して配置されており、プローブファイバ１４の一端と光透過部材１３との間には隙間Ｂがあいている。なお、プローブファイバ１４が設けられず、光ファイバＦ２が光透過部材１３の板面１３ｂと直接対向している場合には、光ファイバＦ２の一端と光透過部材１３とが互いに隙間をあけて配置されてもよい。本変形例の光透過部材１３は、このようにプローブファイバ１４と間隔をあけて設置されているので、一方の板面１３ａに光ファイバ心線Ｆ１の側面が当接した際に、曲げ支柱２１からの押圧力に応じて撓むことができる。なお、隙間Ｂには屈折率整合剤が設けられてもよい。

上記各実施形態の光ファイバ切替装置１Ａ，１Ｂでは、光ファイバ心線Ｆ１に曲げが高速で（例えば１００ミリ秒以下）付与されつつ、光ファイバ心線Ｆ１と光透過部材１３とが互いに当接する。このとき、光透過部材１３への衝撃によって、光透過部材１３に振動が発生する場合がある。一方、プローブファイバ１４の一端（プローブファイバ１４が設けられていない場合には光ファイバＦ２の一端）は、効率の良い光入出力のため、精度良く位置決めされ、静止していることが望ましい。本変形例では、プローブファイバ１４（若しくは光ファイバＦ２）の一端と光透過部材１３とが互いに隙間をあけて配置されていることによって、光透過部材１３の振動がプローブファイバ１４（若しくは光ファイバＦ２）に直接伝わることを防ぎ、プローブファイバ１４（若しくは光ファイバＦ２）の一端の静止状態を好適に保って高い光入出力効率を維持することができる。

また、本変形例では、光ファイバＦ２を支持する光ファイバ保持部３１（第１の支持部）と、光透過部材１３を支持する支持部材４１（第２の支持部）とが、互いに別の部材によって構成されている。これにより、光透過部材１３の振動がプローブファイバ１４（若しくは光ファイバＦ２）に伝わることを更に効果的に防ぐことができる。更に、本変形例では、曲げ支柱２１と対向する面とは反対側の支持部材４１の底面に光ファイバ保持部３１が固定されている。これにより、光透過部材１３の振動がプローブファイバ１４（若しくは光ファイバＦ２）に伝わることをより一層効果的に防ぐことができる。

本発明による光ファイバ切替装置及び切替方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態及び変形例では、光透過部材として板状のものが例示されているが、光透過部材は、光ファイバ心線Ｆ１と当接する面（平面に限らない）を有しさえすれば、どのような形状を有していてもよい。また、上記各実施形態では第２の光ファイバと光透過部材との間に光導波部材が介在しているが、光導波部材は省略されてもよい。

１Ａ，１Ｂ…光ファイバ切替装置、１１，２１…曲げ支柱、１２，２７，４０…光結合構造、１３…光透過部材、１４…プローブファイバ、１８ａ，１８ｂ，２８ａ，２８ｂ…曲げガイド、２０…ベース部材、２１ａ，２１ｂ…ガイド溝、２２，２３…光ファイバホルダ、２４…ワイヤ、２５ａ，２５ｂ…張力付与部材、２６…リニアモータテーブル、２９…コントローラ、３０…駆動バッテリ、３１…光ファイバ保持部、３５…位置決め用突起、４１…支持部材、４１ａ，４１ｂ…支持面、Ｂ…隙間、Ｆ１…光ファイバ心線、Ｆ１ａ…ガラス部分、Ｆ１ｂ…樹脂部分、Ｆ２…光ファイバ、Ｐ１…曲げ位置。

Claims (9)

1. 信号光を伝搬する第１の光ファイバに曲げを付与して前記第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間で前記信号光の授受を行わせることにより、前記信号光の伝送路を切り替える装置であって、
   前記第１の光ファイバと接触することにより前記第１の光ファイバに曲げを付与する曲げ付与部材と、
   前記第２の光ファイバの前記一端を前記第１の光ファイバの前記側面に光結合させる光結合構造と、
   を備え、
   前記光結合構造は、前記第１の光ファイバの前記側面と前記第２の光ファイバの前記一端との間に介在して前記信号光を透過する光透過部材を有し、
   前記第１の光ファイバに曲げが付与された際に前記光透過部材と前記第１の光ファイバの前記側面とが互いに当接する、光ファイバ切替装置。
2. 前記曲げ付与部材が、前記第１の光ファイバの位置決めを行うガイド溝を有する、請求項１に記載の光ファイバ切替装置。
3. 前記第２の光ファイバの前記一端、若しくは該一端に結合された光導波部材の一端と前記光透過部材とが互いに隙間をあけて配置されている、請求項１または２に記載の光ファイバ切替装置。
4. 前記光透過部材が板状であり、該板状の一方の板面に前記第１の光ファイバの前記側面が当接した際に前記光透過部材が撓む、請求項３に記載の光ファイバ切替装置。
5. 前記光結合構造は、前記第２の光ファイバを支持する第１の支持部と、前記光透過部材を支持する第２の支持部とを有し、
   前記第１及び第２の支持部が互いに別の部材によって構成されている、請求項３または４に記載の光ファイバ切替装置。
6. 前記曲げ付与部材との間に前記第１の光ファイバを挟む位置に配置され、前記第１の光ファイバが前記曲げ付与部材の表面に沿って湾曲するように前記第１の光ファイバを押さえるガイド部材を更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイバ切替装置。
7. 前記第１の光ファイバの前記側面を構成する部分の屈折率と前記光透過部材の前記第１の光ファイバに当接する部分の屈折率とが互いに略等しい、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ファイバ切替装置。
8. 前記第１の光ファイバに曲げが付与された際に前記曲げ付与部材と前記光透過部材との間隔を規定する機構を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光ファイバ切替装置。
9. 信号光を伝搬する第１の光ファイバに曲げを付与して前記第１の光ファイバの側面と第２の光ファイバの一端との間で前記信号光の授受を行わせることにより、前記信号光の伝送路を切り替える方法であって、
   前記第１の光ファイバの前記側面と前記第２の光ファイバの前記一端との間に介在して前記信号光を透過する光透過部材を設置する第１ステップと、
   前記第１の光ファイバを前記光透過部材と曲げ付与部材との間に配置する第２ステップと、
   前記第１の光ファイバと前記曲げ付与部材とを相互に接触させることにより前記第１の光ファイバに曲げを付与する第３ステップと、
   前記第１の光ファイバの前記側面と前記第２の光ファイバの前記一端との間で前記信号光の授受を行わせる第４ステップと、
   を備え、
   前記第３ステップにおいて前記第１の光ファイバに曲げが付与された際に、前記光透過部材と前記第１の光ファイバの前記側面とを互いに当接させる、光ファイバ切替方法。