JP2921712B2 - マトリクス光導波路スイッチ - Google Patents

マトリクス光導波路スイッチ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光通信システム等におけ
る半永久的な光路設定・切替に用いられるマトリクス光
導波路スイッチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種のマトリクス光導波路スイ
ッチ、例えば「光路切替装置」(特願昭62−2048
45号)に開示されたものとしては、図2に示すように
リッジ型光導波路1,2の交差部に間隙3を設けたも
の、又は図3に示すように先端を斜めに切断した4つの
光ファイバ4,5,6,7をスペーサ8及び9を介して
組合せ、該光ファイバ4,5,6,7の交差部に間隙3
が形成される如く保持したものがあった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のマトリクス光導波路スイッチには次のような問題点
があった。即ち、図2又は3のスイッチではいずれも屈
折率が導波路コアに近似する屈折率整合液(以下、液と
称す。)を間隙3に注入もしくは除去することにより光
路の切替を行う。前記液の注入もしくは除去は、一度に
1つの間隙3に対してのみ液の注入もしくは除去を実行
し得る液注入・除去装置(図示せず)をスイッチの所望
の間隙3上に移動させ、該間隙3に対して直接行う如く
なしていた。ところが、前記間隙3における損失を少な
くするためにはその幅を数10μm以下にしなければな
らず、このような微細な間隙3に対して液の注入もしく
は除去を行うには前述した液注入・除去装置の移動機構
(図示せず)に極めて高い位置決め精度が要求され、こ
れによって、制御部を含む光スイッチ全体が大型化し且
つ高価格化を招くという欠点があった。また、前記スイ
ッチでは一の間隙3に液を注入する際、隣接する他の間
隙3にまで液が回り込むことを防止するため、該間隙3
に注入する液の量を正確に制御する必要があるが、前述
したように間隙3は微細であってその容積が極めて小さ
いため、極めて微量の液を正確に注入しなければなら
ず、液量のコントロールが難しいという欠点があった。
さらにまた、間隙3に注入可能な液量が極めて微量なた
め、周囲環境による液の蒸発の影響を受け易く、信頼性
に劣るという欠点もあった。
【0004】なお、前述した屈折率が近似するという意
味は、入力光信号が間隙3内の液により屈折され、その
光路が光導波路1,2又は光ファイバ4,5,6,7の
中心軸よりずれても、該ずれの量が許容される範囲内に
収まる屈折率であることをいう。
【0005】本発明は前記従来の問題点に鑑み、小型で
優れた損失漏話特性を有し、しかも経済性が高く信頼性
に優れたマトリクス光導波路スイッチを提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、請求項1として、互いに交差する複数の入
力光信号用光導波路及び複数の出力光信号用光導波路の
各交差部にその側壁面が入力光信号用光導波路から入射
した光信号を出力光信号用光導波路の方向へ反射する如
く設けた溝に光導波路の屈折率とほぼ同じ屈折率を有す
る液体を個別に注入もしくは除去することによって各交
差部における光の通過・反射を制御し、任意の入力光信
号用光導波路から入射した光信号を任意の出力光信号用
光導波路へ出射するマトリクス光導波路スイッチであっ
て、各光導波路を1枚の基板上に一体的に成形され且つ
表面が概略平面を成す埋込み型光導波路とするとともに
各溝を該埋込み型光導波路に対して設け、各溝の一端又
は両端に前記液体を注入もしくは除去するための開口寸
法が各溝幅よりも大きな概略穴状の液溜めを連続して設
けたマトリクス光導波路スイッチ、また、請求項2とし
て、光導波路の屈折率をnとし、光導波路から溝に入射
する光信号が該溝となす角度をθとする時、全反射条
件:θ<cos−1(1/n)を満足するように光導波
路と溝とを交差させたことを特徴とする請求項1記載の
マトリクス光導波路スイッチ、また、請求項3として、
光導波路の導波光存在領域の大きさより溝の側壁面を大
きくなした請求項1又は2記載のマトリクス光導波路ス
イッチ、また、請求項4として、光導波路よりその等価
屈折率が変化しない距離だけ離して液溜めを配置した請
求項1乃至3いずれか記載のマトリクス光導波路スイッ
チ、また、請求項5として、液溜めを溝より深く成形し
た請求項1乃至4いずれか記載のマトリクス光導波路ス
イッチを提案する。
【0007】
【作用】本発明の請求項1によれば、液溜めに液注入・
除去装置を位置決めして液を注入すると、表面張力によ
り溝の中へ液が流入し充填される。この時、入力光信号
用光導波路を進む光信号は溝を透過してそのまま入力光
信号用光導波路を進む。また、液溜めに液注入・除去装
置を位置決めして液を吸引すると、表面張力により溝の
中から液が排出される。この時、溝の中は空気又は周囲
の気体で満たされ、入力光信号用光導波路を進む光信号
は溝の側壁面で反射され、出力光信号用光導波路へ導か
れる。また、液溜めが溝の両端にある場合には一方の液
溜めから洗浄液を注入しつつ、他方の液溜めから液及び
洗浄液を吸引することにより、液の排出をより完全に行
うことができる。
【0008】また、請求項2によれば、入射する光信号
と溝とのなす角度θが全反射条件を満足するため、入力
光信号用光導波路を進む光信号は溝の側壁面で全て反射
され、出力光信号用光導波路へ導かれる。
【0009】また、請求項3によれば、溝の側壁面が光
導波路の導波光存在領域より大きいため、光路切替時に
光導波路からクラッド層に滲み出して導波する信号光に
影響がない。
【0010】また、請求項4によれば、光導波路の等価
屈折率が液溜めの影響を受けないため、光導波路からク
ラッド層に滲み出して導波する信号光に影響がない。
【0011】また、請求項5によれば、液溜めの容積を
より大きくでき、また、液注入・除去装置のノズル等を
溝より下に位置させることができる。
【0012】
【実施例】図1、図4及び図5は本発明の第1の実施例
を示すもので、ここでは各溝について液溜めを1個のみ
備えた3×3規模のマトリクス光導波路スイッチ10を
示す。図1は全体構造図、図4は溝と液溜めの深さを同
じに形成した状態での図1におけるA−A線矢視方向の
断面図、図5は図1の1交差部を対象に液注入時の液の
状態変化を示した図であり、図中、11は基板、12は
クラッド層、13は入力光信号用光導波路、14は出力
光信号用光導波路、15は溝、16は液溜めである。
【0013】前記基板11の上にはコアの幅W0 、厚み
0 で屈折率がnの入力光信号用光導波路13及び出力
光信号用光導波路14がクラッド層12の中に埋込まれ
た状態で成形されている。光導波路13及び14が交差
する交差部にはcos-1(1/n)より小さい角度θで
該光導波路13及び14と交差する溝15が成形されて
おり、さらに該溝15の一端には光導波路13及び14
からdだけ離れた位置に液溜め16が設けられている。
【0014】ここで、クラッド層12へ滲み出した光信
号の領域17の幅をt1 とすると、溝15の長さl及び
深さt、さらに液溜め16と光導波路13,14間の距
離dは以下の関係を満す如く設定される。
【0015】 l=W/cosθ>t1 (1) t>t1 (2) d>(t1 −t0 )/2 (3) この時、溝15の側壁面15aは光導波路13及び14
のクラッド層12へ滲み出した光信号の領域17よりも
大きくなる。
【0016】溝15の開口幅sはマトリクス光導波路ス
イッチ10の損失を支配する要因であり、所要のスイッ
チ規模と損失から決められる。ここで、波長をλ、光信
号のスポット径をwとすると、理想的には開口幅sと透
過損失Lとの間に下記の関係が成立つ。
【0017】 L=10log{1+(λ・s/2πnw2 2 } (4) 前記(4) 式から、例えば石英系のシングルモード光導波
路で溝1つ当りの損失(但し、λは〜1.3μm)を
0.1dB以下とするには開口幅sを約20μm以下に
する必要があることがわかる。
【0018】光導波路13及び14のピッチを250μ
mとしても液溜め16の径は100μmオーダが実現可
能であり、図5に示すような液注入用のノズルの位置決
め精度も溝15だけの場合の精度、即ち10μm以下と
比べて5倍程度の50μm以下に大幅に緩和できる。ま
た、この時、液溜め16の容積は溝15だけの場合、即
ち10plオーダの100倍以上の1nlオーダとな
り、液の注入量のコントロールが容易となる。さらに、
周囲温度の上昇等により液が多少蒸発しても液溜め16
から溝15へ液が供給されるため、光路設定の状態が安
定化し、信頼性も改善できる。
【0019】次に、図5に基いて前述したマトリクス光
導波路スイッチ10における光路切替えを説明する。
【0020】まず、図5(a) に示すように溝15に液が
無い状態では入力光信号用光導波路13から光信号21
を入射すると、溝15の側壁面で反射され、出力光信号
用光導波路14から光信号22が出射するように光路設
定されている。次に、図5(b) に示すように液32が充
填されたノズル31の先端を液溜め16に位置決めし、
空気圧等の外力を印加してノズル31内の液32を押出
す。当初は、図5(c) に示すようにノズル31を中心と
して円状に液32が広がっていくが、液溜め16の側壁
面に接触するとこれを伝わって溝15の中に注入され
る。最終的には図5(d) に示すように溝15及び液溜め
16の中に液32が充満した状態となる。この時、入力
光信号用光導波路13から入射した光信号21は溝15
を直進し、該溝15で隔てられた入力光信号用光導波路
13´から出射する。このようにして、入力光信号用光
導波路13から出力光信号用光導波路14へ設定されて
いた光路を入力光信号用光導波路13´へ切替えること
ができる。
【0021】また、液溜め16へノズル31の先端を位
置決めし、空気圧等の外力によりノズル31内を負圧に
すると、液32は注入時と逆に図5(d) 〜図5(a) の過
程を辿って溝15よりノズル31内へ排出される。その
結果、入力光信号用光導波路13´へ設定されていた光
路を出力光信号用光導波路14へ切替えることができ
る。
【0022】図6は前記第1の実施例において溝の深さ
と液溜めの深さとを変えた場合の図4と同様な図で、溝
15の深さtよりも大きい深さTを有する液溜め18を
形成することにより、ノズル31の先端を溝15より下
に配置することができ、液32の吸引を容易に行うこと
ができる。なお、液溜め18の深さTを溝15の深さt
よりも大きくすることはプロセス技術で容易に実現でき
る。
【0023】このようにマトリクス光導波路スイッチ1
0において、光路を設定したい光導波路13及び14が
交差する交差部上の溝15から液32を除去し、光導波
路13及び14上のその他の全ての溝15に液32を注
入することにより、光路設定を行うことが可能となる。
【0024】図7及び図8は本発明の第2の実施例を示
すもので、ここでは各溝について液溜めを2個備えた3
×3規模のマトリクス光導波路スイッチ40を示す。図
7は全体構造図、図8は図7の1交差部を対象に液除去
時の液の状態変化を示した図であり、図中、42はクラ
ッド層、43は入力光信号用光導波路、44は出力光信
号用光導波路、45は溝、46,47は液溜めである。
【0025】前記マトリクス光導波路スイッチ40はク
ラッド層42の中に埋込まれた入力光信号用光導波路4
3と出力光信号用光導波路44との交差部に2つの液溜
め46及び47を両端に備えた溝45が形成された構造
のものである。なお、光導波路43,44及び溝45の
諸元、光導波路43,44と液溜め46,47の位置関
係は第1の実施例と同様である。
【0026】次に、図8に従ってマトリクス光導波路ス
イッチ40における光路切替えを説明する。
【0027】液を注入する場合は第1の実施例で説明し
たように液溜め46,47の一方又は両方に液注入装置
のノズル(図示せず)を位置決めし、液32を溝45に
充填する。この時、入力光信号用光導波路43から光信
号51を入射すると、溝45を直進し、該溝45で隔て
られた入力光信号用光導波路43´から光信号52が出
射するように光路設定されている。
【0028】一方、液を除去する場合は、図8(a) に示
すようにノズル33及び洗浄液35が充填されたノズル
34をそれぞれ液32で満たされた液溜め46及び47
に位置決めする。次に、図8(b) に示すようにノズル3
3の内部を負圧にして液溜め47より液32を吸引する
とともに、ノズル34に正圧を印加して洗浄液35を液
溜め46へ注入する。これによって、図8(c) に示すよ
うに溝45及び液溜め46,47の中の液32を洗浄液
35に置き換える。この時、洗浄液35の屈折率は光導
波路43,44のコアと異なるため、光信号51は2つ
の光信号53及び54に分かれ、入力光信号用光導波路
43´及び出力光信号用光導波路44から出射する。さ
らに、ノズル34から洗浄液35を出し尽くした後もノ
ズル33から洗浄液35を吸引すると、図8(d) に示す
ように溝45から液32が完全に除去される。この際、
溝45は洗浄液35で洗われるため、単に液32を吸引
した場合よりもその側壁面は清浄な状態となる。このよ
うにして、入力光信号用光導波路43から入射した光信
号51は出力光信号用光導波路44から出射するように
光路切替される。
【0029】各交差部におけるスイッチングについては
第1の実施例と同じ方法で行うことができる。
【0030】なお、これまでは複数の入力光信号用光導
波路及び複数の出力光信号用光導波路を備えた光スイッ
チについて述べてきたが、液溜めを設ける効果はマトリ
クスを構成しない1×1規模の光スイッチでも同様であ
る。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1に
よれば、互いに交差する複数の入力光信号用光導波路及
び複数の出力光信号用光導波路の各交差部にその側壁面
が入力光信号用光導波路から入射した光信号を出力光信
号用光導波路の方向へ反射する如く設けた溝に光導波路
の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する液体を個別に注入も
しくは除去することによって各交差部における光の通過
・反射を制御し、任意の入力光信号用光導波路から入射
した光信号を任意の出力光信号用光導波路へ出射するマ
トリクス光導波路スイッチであって、各光導波路を1枚
の基板上に一体的に成形され且つ表面が概略平面を成す
埋込み型光導波路とするとともに各溝を該埋込み型光導
波路に対して設け、各溝の一端又は両端に前記液体を注
入もしくは除去するための開口寸法が各溝幅よりも大き
な概略穴状の液溜めを連続して設けたため、従来の光ス
イッチに比べて液注入・除去装置の位置決め精度を大幅
に緩和でき、しかも液注入時の液量のコントロールも容
易となり、これによって、液注入・除去装置を含めた光
スイッチ全体の形状を小型化し、経済化することができ
る。
【0032】また、請求項2によれば、光導波路の屈折
率をnとし、光導波路から溝に入射する光信号が該溝と
なす角度をθとする時、全反射条件:θ<cos
−1(1/n)を満足するように光導波路と溝とを交差
させたため、入力光信号用光導波路を進む光信号を損失
なく出力光信号用光導波路へ導くことができる。
【0033】また、請求項3によれば、光導波路の導波
光存在領域の大きさより溝の側壁面を大きくなしたた
め、光導波路からクラッド層に滲み出して導波する信号
光も損失なくその光路を切替えることができる。
【0034】また、請求項4によれば、光導波路よりそ
の等価屈折率が変化しない距離だけ離して液溜めを配置
したため、光導波路からクラッド層に滲み出して導波す
る信号光を損失なく伝送させることができる。
【0035】また、請求項5によれば、液溜めを溝より
深く成形したため、液溜めの容積をより大きくでき、ま
た、液注入・除去装置のノズル等を溝より下に位置させ
ることができ、液の除去をより容易に行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例を示す全体構造図
【図2】 従来のマトリクス光導波路スイッチの一例を
示す構成図
【図3】 従来のマトリクス光導波路スイッチの他の例
を示す構成図
【図4】 図1のA−A線矢視方向の断面図
【図5】 第1の実施例における液注入時の状態変化を
示す説明図
【図6】 第1の実施例の変形例を示す図4と同様な図
【図7】 本発明の第2の実施例を示す全体構造図
【図8】 第2の実施例における液除去時の状態変化を
示す説明図
【符号の説明】 10,40…マトリクス光導波路スイッチ、11…基
板、12,42…クラッド層、13,13´,43,4
3´…入力光信号用光導波路、14,44…出力光信号
用光導波路、15,45…溝、16,18,46,47
…液溜め、17…入射光信号の存在する領域、21,5
1…入射光信号、22,52…出射光信号、31,3
3,34…液注入・除去装置のノズル、32…屈折率整
合液、35…洗浄液。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹倉 久仁彦 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 26/08 H04Q 3/52

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに交差する複数の入力光信号用光導
    波路及び複数の出力光信号用光導波路の各交差部にその
    側壁面が入力光信号用光導波路から入射した光信号を出
    力光信号用光導波路の方向へ反射する如く設けた溝に光
    導波路の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する液体を個別に
    注入もしくは除去することによって各交差部における光
    の通過・反射を制御し、任意の入力光信号用光導波路か
    ら入射した光信号を任意の出力光信号用光導波路へ出射
    するマトリクス光導波路スイッチであって、 各光導波路1枚の基板上に一体的に成形され且つ表面
    が概略平面を成す埋込み型光導波路とするとともに各溝
    を該埋込み型光導波路に対して設け、 各溝の一端又は両端に前記液体を注入もしくは除去する
    ための開口寸法が各溝幅よりも大きな概略穴状の液溜め
    連続して設けたことを特徴とするマトリクス光導波路
    スイッチ。
  2. 【請求項2】 光導波路の屈折率をnとし、光導波路か
    ら溝に入射する光信号が該溝となす角度をθとする時、
    全反射条件:θ<cos−1(1/n)を満足するよう
    に光導波路と溝とを交差させたことを特徴とする請求項
    1記載のマトリクス光導波路スイッチ。
  3. 【請求項3】 光導波路の導波光存在領域の大きさより
    溝の側壁面を大きくなしたことを特徴とする請求項1又
    は2記載のマトリクス光導波路スイッチ。
  4. 【請求項4】 光導波路よりその等価屈折率が変化しな
    い距離だけ離して液溜めを配置したことを特徴とする請
    求項1乃至3いずれか記載のマトリクス光導波路スイッ
    チ。
  5. 【請求項5】 液溜めを溝より深く成形したことを特徴
    とする請求項1乃至4いずれか記載のマトリクス光導波
    路スイッチ。
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