JP2594369B2 - 光ファイバスイッチ - Google Patents

光ファイバスイッチ

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般的に光学分野、具体的には冷却及び加熱
したときに、形状歪み及び回復特性を有する合金の制御
下で動作する光ファイバスイッチに関する。
［従来技術の説明］ 光ファイバは多くの産業に利用されつつあり、将来よ
り多くの産業に有望である。例えば、最近、遠距離通信
システムは光ファイバを用いて無数の電話を伝送してい
るそれらのファイバはマイクロ、場合には数十マイクロ
の精度で、超高信頼性で他のファイバ、レーザ及び光検
出器に接続されることが必要である。ローカルエリアネ
ットワークではネットワークに光ファイバを使用し始め
ている。さらに光ファイバがサービスをホームマーケッ
トに分配するのに用いられることが期待されている。そ
れらのファイバがより広く用いられるとき、ファイバを
接続し、接続を保持し、さらにスイッチングする安い方
法を開発するのが絶対必要となる。
多くの異なるデザインの光ファイバスイッチが知られ
ている。そのようなスイッチの典型的な形は単極双役
（single pole double throw）で、そこではファイバは
ある形の信号に応じて、他の２つのファイバの１つとの
光学接続するように物理的に動かされる。他の形のスイ
ッチ、例えば単極単投あるいは双極双投も共通である。
電磁力及び静電力によってそのようなスイッチを動作さ
せることが公知である。各タイプのスイッチは固有の長
所と欠点を有する。静電スイッチの主な欠点は、スイッ
チを動作させるための十分高い静電界を生成するのに高
い電圧を必要とすることである。典型的には400ボルト
位の電圧が必要である。エー・アルバネス（A.Albanes
e）に付与されたアメリカ特許第4,152,043号［被覆光フ
ァイバに電気接続を有する静電光スイッチ］は作動する
のに高電圧を必要とするそのようなスイッチを開示して
いる。そのような高電圧は多くの応用に適しない、一方
電磁スイッチはスイッチの動作条件を保つには実質上の
連続電流を必要とする。一般に多くの光ファイバスイッ
チは比較的高価である。しかし、最近より簡単なデザイ
ンが有望となってきたが、現在公知のデザインはやはり
全ての可能な応用の要求を満たしていない。従って、電
圧及び電流のような資源を有する簡単で、安価なデザイ
ンがまだ必要とされている。
（発明の概要） 本発明の光ファイバスイッチは、スイッチング入力に
応じてスイッチ可能な光ファイバを第１の光ファイバへ
光学接続するように切り替える。第１の光ファイバは、
第１の光ファイバの第１端を超える部分を有する第１チ
ャネル内に固定される。スイッチ可能な光ファイバは第
２端を有し、スイッチング入力に依らず、固定手段によ
って第２端が第１端を超えるチャネルの部分へ横方向に
移動できるように固定される。スイッチングは、スイッ
チング入力に応答する形状記憶合金を含むスイッチング
手段によって行われる。形状記憶合金は第２端を第１端
を超える第１チャネルの部分へ押し込む。
実施例では、形状記憶合金は温度変化に応答し、スイ
ッチング入力はこの形状記憶合金の温度を変える。実施
例では、形状記憶合金は導電性を持ち、スイッチング入
力は、形状記憶合金を加熱するために形状記憶合金に提
供される電流である。
他の実施例では、固定手段はさらに、スイッチング手
段が第２端を第１部分の方向へ押すまでに、第２端が第
１端と光学接続されないようにスイッチ可能なファイバ
をバイアスするためのバイアス手段を含む。
本発明の他の実施例では、第２のスイッチング手段が
ある。第２のスイッチング手段はスイッチ可能なファイ
バと第１のファイバの接続をはずす。スイッチングは第
１及び第２のスイッチング手段によって逆相のスイッチ
ング入力を与えることによって行われる。
また他の実施例では、第２のチャネルに固定される第
３の光ファイバを有し、第２チャネルが第３の光ファイ
バの第３端を超える第２部分を保持する。バイアス手段
を有する実施例では、バイアス手段は、スイッチング手
段が第２端を第１部分へ押しているまでに第２端を第２
部分へ押す。第２のスイッチング手段を有する実施例で
は、第１スイッチング手段は第２端と第３端との接続を
はずし、第２端を第１端に接続する。また第２スイッチ
ング手段はその逆の動作をする。
（実施例の説明） 第１図では、２極スイッチが示されている。つまり、
２セットのファイバが同時にスイッチされ解除される。
しかし、これに本発明は限定されない。原理的には、何
セットのファイバもスイッチ可能である。２本の固定さ
れた光ファイバ104と106はスイッチ装置の片端からスイ
ッチハウジング102に入る。反対側では、スイッチ可能
なファイバ108がハウジング102に入り、固定されたファ
イバ104と106のどちらかに光学的に接続（スイッチン
グ）される。上述のように、第２のファイバセット11
0、112と114もスイッチハウジングに入る。しかし、具
体的な動作は第２セットのファイバも同じであるため、
ここでは第１セットに限って説明する。以下の説明では
参照番号には単一スイッチ素子に限定して与えるが、原
理的には１つの装置には任意の数のスイッチ素子が含め
られる。
スイッチハウジング102は２つのベース部材116と118
からなる。それらのベース部材は金属、プラスチックあ
るいは他の適当な材料で作製できる。複数の同一線上の
Ｖ溝部分120、122、124と126はスイッチ可能なファイバ
108及び固定されたファイバ106を支持し接続する。ベー
ス部材116はマッチングＶ溝部分128、130、132と134を
含む。溝120と128は十分な深さを有し、ベース部材が合
体されたとき、スイッチ可能なファイバ108を堅く接触
及び保持する。実際には、ベース部材116と118が合体さ
れたときに互いに接触せず、僅かに離れるように溝120
と128の深さが選択される。これによりファイバ108が明
確にクランプされることが保証される。他の溝部分12
2、124、126及びベース部材116内の対応する溝は２つの
固定されたファイバ104と106をクランプする深さより大
きい。さらに、ベース部材116と118はそれぞれ接続ファ
イバ140を受けるためのＶ溝136と138を有することがで
きる。もし必要あれば、ベース部材を合体する他の手段
も提供できる。第１図の実施例では、スイッチが組立て
られるときに、バイアス部材142はスイッチ可能なファ
イバ108に接触し、このファイバを溝（図示せず）へ押
し、固定されたファイバ106に接続させる。原理的に
は、バイアス部材が全く必要としないことに注意された
い。例えば、第１図のスイッチは、スイッチ可能なファ
イバ108がそれぞれファイバ104と106に接続するため
に、常に僅に上向きあるいは下向きに曲げられるように
配置される。しかしスイッチ可能なファイバ108が例え
ばファイバ104にニュートラルな条件で接続し、バイア
ス部材の必要がないように配置できる。
Ｖ溝はハウサー・ジグ・ボレー（Hauser Jig Borer）
内で90度単点ダイアモンド工具で作製される。溝を形成
するために、プレナーとしてその機械の一方向移動加工
を用いて、約８ミクロンの深さのカットがルーサイト内
で作製され、溝は深さ0.25ミクロンのカットで完成され
る。この方法による溝のカットは0.01ミクロン以下の表
面粗さで0.05ミクロン以上の精度でできる。これらの溝
付きベース部材は、電気形成技術及び膨張係数を下げる
ための適当な充填樹脂での注入鋳型法を用いて繰返しで
きる。この技術を用いれば、Ｖ溝は光学的に制限される
異方エッチングシリコンＶ溝と同じあるいはそれ以上の
精度で安く作製できる。
本発明では、第１図はベース部材118のＶ溝を横切る
ように配置された形状記憶合金（SMA）材料のワイヤ114
を示す。SMA材料は公知のチタンニッケル形状記憶合
金、TiNiであることが望ましい。ワイヤ144が加熱され
たとき、ばねとして機能する。SMAワイヤの両端は、ス
イッチ148で表わされるスイッチング素子を介して電池1
46で表わされる外部電流源に電気的に接続されている。
スイッチ148が作動すると、電流がワイヤ144に流れ、そ
れを加熱する。その結果、ワイヤ144は曲げられた部分1
50と152で真っ直ぐになろうとする。これはまたスイッ
チ可能なファイバ108を、部分溝122と124へ押し、ファ
イバ108を106に接続する。スイッチ148が切断される
と、電流が止り、ワイヤ144が冷却され、150と152のワ
イヤ部分はワイヤの横部分を収縮させ、スイッチ可能な
ファイバ108はそれ自体の弾性及びバイアス部材142のた
めに、上部ベース部材116の溝部分へ戻る。
第２図はベースに関し第１図と同じ実施例を示し、但
し固定されたバイアス部材142はバイアスばね部材154で
置き換えられている。公知の他のばね部材も利用可能で
あるが、実際のスイッチ作製では、このばね部材154は
光ファイバである。ばね部材154の片端はスイッチ可能
なファイバ108の下に置かれ、接続ファイバ140の上を通
る。プロトタイプのスイッチでは、バイアス部材は固定
されない。実製品スイッチでは、バイアス部材は適当な
方法、例えば接続ファイバ140に付けるなどによって固
定されることができる。電流がSMAワイヤ144に提供され
ないとき、バイアスばね154はファイバ108に大きな上向
きの力を与え、このファイバをベース部材116の溝に配
置し、固定されたファイバ104に光学的に接続する。電
流がスイッチ148の作動によってSMAワイヤに提供された
とき、ワイヤは加熱される。ワイヤの曲げられた部分15
0と152は前述のように真っ直ぐになろうとする。この
と、SMAワイヤによる下向きの力はハイアスばね154の上
向きの力に打ち勝つ。その結果、スイッチ可能なファイ
バ108はベース部材118へ押され、固定されたファイバ10
6に光学接続される。
上述のスイッチを組立てるために、ファイバはベース
部材118に配置される。外部ジャックがファイバを適切
に保持し、組立てを簡単にする。ファイバの調整はベー
ス部材116と118の隙間157を介して視覚的に観測でき
る。バイアス部材は隙間156を通じて挿入される。ベー
ス部材は116が付けられたとき、ファイバはＶ溝120、12
8及び126と134によって適切に固定される。ベース部材1
16と118が合体された後、SMAワイヤ144は隙間156を通じ
て挿入され、スイッチの側壁の凹所に付けられる。実際
には、直径５ミリのファイバ及び0.003インチのSMAワイ
ヤが用いられた。
第１図及び第２図のスイッチの主な欠点は、スイッチ
の作動及び解除の応答時間が異なることである。これは
作動及び解除に必要な加熱及び冷却時間間隔が異なるこ
とによる。一般には、必要な冷却時間は加熱時間より長
く、スイッチの解除時間は動作時間より短い。この欠点
は第３図の実施例によって避けられる。そこでは、２本
の向い合わせのSMAばね144と160が用いられている。ベ
ース部材118上のSMAワイヤ160は既に第１の実施例で述
べたものと同じである。またSMAワイヤ160もスイッチ素
子164を介して電流源162に電気的に接続されている。こ
のファイバスイッチを作動するには、スイッチ素子148
が閉じられ、SMAワイヤ144に電流を提供し、このときス
イッチ素子164はオープン状態に保たれる。ファイバス
イッチを解除するには、スイッチ素子148と164のスイッ
チ状態が反転される。従って、ファイバスイッチ作動と
解除状態が異なるSMAワイヤの加熱を通じて達成でき
る。その結果、スイッチの解除時間が第１及び第２の実
施例のものより速くなり、ファイバスイッチを作動する
のに必要な応答時間とほぼ同じになる。
実際には、第１図から第３図までのスイッチは組立て
後の保護のために、カプセルに入れる。
上述の構造は単に本発明の原理の応用の説明で、他の
構造は当業者によって本発明の精神と範囲を離れずに考
案できることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は光ファイバを含み、スイッチ可能なファイバを
第２部分へ押す固定バイアス部材、及びスイッチ可能な
ファイバを第１部分へ押す形状記憶合金を用いるスイッ
チの分解部品配列図、 第２図は光ファイバを含み、スイッチ可能なファイバを
第２部分へ押すバイアスばね部材、及びスイッチ可能な
ファイバを第１部分へ押す形状記憶合金を用いるスイッ
チの分解部品配列図、 第３図は光ファイバを含み、スイッチ可能なファイバを
第１及び第２部分へ押すために逆相で加熱及び冷却され
る２つの形状記憶合金ワイヤを用いるスイッチの分解部
品配列図である。 102…スイッチハウジング 104,106,108,112,114,140…光ファイバ 116,118…ベース部材 120,122,124,126,128,130,132,134,136,138…Ｖ溝 142,154…バイアス部材 144,160…形状記憶合金ワイヤ 146…電池 148,164…スイッチ 162…電流源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−67702（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−44106（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−9312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−124519（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−23907（ＪＰ，Ｕ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ハウジング（102）と、 前記ハウジング（102）の外部表面から伸びてその内側
    に形成される、前記ハウジング（102）内に第１端を有
    する切り替え可能な第１ファイバ（108）を収納する第
    １チャネル（120、128）と、 前記ハウジング（102）の外部表面から伸びてその内側
    に形成される、前記ハウジング（102）内に第２端を有
    する第２のファイバ（106）を収納する第２チャネル（1
    26）と を有する光ファイバスイッチにおいて、 前記第２チャネルは、第２のファイバ（106）を収納し
    た際に、前記第２端を超えて更に伸びる溝部分を有し、 前記第１ファイバ（108）の第１端は、前記第２ファイ
    バ（106）の第２端と光学的に整合する位置である前記
    第２チャネルの溝部分内に移動可能となるよう、第１チ
    ャネル（120、128）内に配置され、 第１の温度以上に加熱されたときに第１状態を採り、第
    １の温度より低い第２の温度以下のときには、第２状態
    を採るような特性を有する形状記憶材料製の第１部材
    （150、152）と、 前記形状記憶材料製の第１部材（150、152）は、前記第
    １の温度以上に加熱され前記第１状態を採ったときに、
    前記ハウジング内（102）で第１ファイバ（108）の第１
    端を前記第２ファイバ（106）の第２端と光学的に整合
    する位置である前記第２チャネルの溝部分内に収納する
    ように、第１ファイバに力を及ぼし、 前記形状記憶材料製の第１部材を第１の温度以上に加熱
    するために、前記形状記憶材料製の第１部材に通電する
    手段（146、148）と を有することを特徴とする光ファイバスイッチ。
  2. 【請求項２】前記形状記憶材料製の第１部材（150,15
    2）の移動方向に対向する方向に前記第１ファイバ（10
    8）の第１端に力を及ぼし、前記第１端と第２端との整
    合を外すよう押圧するバイアス手段（142,154,160）を
    有し、 前記バイアス手段により形成される力は、前記第１部材
    の温度が第２の温度以下のときに、前記第１ファイバ
    （108）の第１端と前記第２ファイバ（106）の第２端と
    の光学的整合を外すのに充分である ことを特徴とする請求項１のスイッチ。
  3. 【請求項３】前記バイアス手段（142,154,160）は、前
    記第１部材（150、152）が第２温度以下のときに、前記
    第１ファイバ（108）の第１端と前記第２ファイバ（10
    6）の第２端との光学的整合を外すようなハウジング内
    の固定構造エレメント（142）を含むことを特徴とする
    請求項２のスイッチ。
  4. 【請求項４】前記バイアス手段（142,154,160）は、前
    記第１部材（150、152）の温度が第２温度以下のとき
    に、前記第１ファイバ（108）の第１端と前記第２ファ
    イバ（106）の第２端との光学的整合を外すようなスプ
    リング要素（154）を含むことを特徴とする請求項２の
    スイッチ。
  5. 【請求項５】前記バイアス手段（142,154,160）は、形
    状記憶材料製の第２部材（160）を含むことを特徴とす
    る請求項３のスイッチ。
  6. 【請求項６】電流入力に応答して、対向する光ファイバ
    （106,108）間の接続を切り替える光ファイバスイッチ
    において、 第１の光ファイバ（108）と、第２の光ファイバ（106）
    と、電流入力をその中に導通させる導通手段（158）と
    を収納するケース（102）と、 前記ケース（102）に形成され、前記第１の光ファイバ
    （108）の第１端が移動可能に前記ケース内に配置され
    るよう前記第１の光ファイバを第１の固定位置に固定す
    る第１固定手段（120,128）と、 前記ケース（102）に形成され、前記第２の光ファイバ
    （106）の第２端が前記第１の光ファイバ（108）の第１
    端と光学的整合するよう、前記ケース内に前記第２の光
    ファイバ（106）を第２の固定位置に固定する第２固定
    手段（126）と、 前記ケース内に配置され、前記導通手段（158）からの
    電流入力に応答して、前記第１の光ファイバ（108）の
    第１端を、前記第２の光ファイバ（106）の第２端と光
    学的に整合するよう、移動させる形状記憶材料製の切り
    替え手段（150、152）と からなることを特徴とする光ファイバスイッチ。
  7. 【請求項７】前記ケース（102）は、第３の光ファイバ
    （104）を収納し、 前記第３の光ファイバ（104）の第３端が、前記第２の
    光ファイバ（106）の第２端と縦方向にほぼ並列に配置
    されるよう、前記第３の光ファイバを第３の固定位置に
    固定する第３の固定手段（128）が、前記ケース（102）
    に形成され、 前記形状記憶材料製の切り替え手段（150、152）が活性
    化されない場合、前記第１の光ファイバ（108）の第１
    端が前記第３の光ファイバ（104）の第３端と光学的に
    整合している ことを特徴とする請求項６のスイッチ。
  8. 【請求項８】前記ケース（102）は、第３の光ファイバ
    （104）を収納し、 前記第３の光ファイバ（104）の第３端が、前記第２の
    光ファイバ（106）の第２端と縦方向にほぼ並列に配置
    されるよう、前記第３の光ファイバを第３の固定位置に
    固定する第３の固定手段（128）が、前記ケース（102）
    に形成され、 前記ケース（102）は、第２の導通手段（162、164）を
    有し、 前記ケース内に配置され、前記第２の導通手段（162,16
    4）からの電流入力に応答して、前記第１の光ファイバ
    （108）の第１端を、前記第３の光ファイバ（104）の第
    ３端と光学的に整合するよう、移動させる形状記憶材料
    製の第２の切り替え手段（160） を有することを特徴とする請求項６のスイッチ。
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