JP3314258B2 - 光遅延装置 - Google Patents

光遅延装置

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JP3314258B2
JP3314258B2 JP02378095A JP2378095A JP3314258B2 JP 3314258 B2 JP3314258 B2 JP 3314258B2 JP 02378095 A JP02378095 A JP 02378095A JP 2378095 A JP2378095 A JP 2378095A JP 3314258 B2 JP3314258 B2 JP 3314258B2
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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、光遅延装置に関する。
具体的には、光学装置において連続的に光学長を変える
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光学長を変えることにより、連続
的に光遅延量を制御する方法が一般に考えられている。
光学長を変える手段としては、直接伝播距離を変える簡
便な方法が一般に用いられている。その代表的な例を図
9に示す。
【0003】同図に示すように、光ファイバ01,01
の間を共焦点レンズ系02,02で光学的に接続する系
において、一方の可動ヘッド03を光軸(Z軸)に沿っ
て動かすことにより、光学長制御を行っている。尚、上
記方法以外にも、物質の屈折率を制御することにより、
実効的に光学長を制御する方法も考えられている。但
し、制御する範囲が極めて小さく、一般には光の位相制
御に用いられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図9に示すファイバコ
リメータ間の距離を変える従来の方法では、対向する光
ファイバ01の光軸ずれにより、結合効率が急激に劣化
するため、高精度の光軸合わせが必要である。また、光
軸ずれが僅かで許容範囲にある場合でも、可動ヘッド0
3を長距離動かした場合には、光軸に垂直な方向(X及
びY軸)に可動ヘッド03を動かして結合効率の向上を
図る必要がある。
【0005】このような制御機構は、部品点数が多く複
雑であるから、装置の小型化、低コスト化を阻む上、慣
性質量が低減できないことにより、大幅な高速動作を制
限していた。本発明は、上記従来技術に鑑みてなされた
ものであり、光路長制御時の光軸ずれを防止し、光路長
の高速制御を実現できる光遅延装置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】斯かる目的を解決するた
めの本発明の構成は平行に配列した複数のV溝に二組の
光ファイバアレイが配置されると共に該二組の光ファイ
バアレイの端面が相互に対向させられ、更に、該二組の
光ファイバアレイのうちの1本づつが入出力用ファイバ
とされる一方、残りのものの他端が互いに接続されるこ
とにより一つのループ状のファイバ経路が形成され、ま
た、前記二組の光ファイバアレイのうちの一方が前記V
溝に固定される一方、他方が前記V溝に沿って摺動可能
にアクチュエータに接続され、該アクチュエータを動作
させることにより前記二組の光ファイバアレイの端面間
距離を変えることを特徴とする。
【0007】ここで、前記V溝はV溝基板上に平行に配
列し、前記二組の光ファイバアレイのうちの一方はV溝
アレイ基板に固定されると共に他方は可動ヘッドに固定
される一方、前記V溝アレイ基板に対して前記可動ヘッ
ドがV溝ガイドを介して光軸方向に摺動自在に配置され
ることを特徴とする。また、前記V溝アレイ基板と前記
可動ヘッドとを磁気的に吸引する永久磁石を設けたこ
と、前記V溝アレイ基板上に前記光ファイバを押さえ付
ける押え板を設けたことを特徴とする。
【0008】
【作用】図2に示すように、2本の光ファイバ2,2が
V溝3に相互に端面を対向して配置され、ファイバ端面
間には距離dのギャップが形成されている。光ファイバ
2の端面は、コア1の中心を通る光軸Lに対して垂直に
劈開されている。従って、一方の光ファイバ2を伝播し
てきた光は、ファイバ端面から一旦ファイバ外部に放射
され、ファイバ端面間のギャップdを通り、対向する光
ファイバ端面から再び光ファイバ2に入ることとなる。
このため、2本の光ファイバ2の長さが変わらなけれ
ば、ファイバ端面間のギャップdが変わるように、一方
の光ファイバ2をV溝3に沿って移動させることによ
り、一方の光ファイバ2から入射して他方の光ファイバ
2から出射するまでの全経路長を変えることができる。
【0009】ここで、V溝3は、切削等の従来技術で精
度良く作製することができる。また、同一のV溝に対し
ては寸法のバラツキは極めて小さい。更に、光ファイバ
の外形誤差も、同一ロットから作製したものであれば、
無視できるほどに小さい。このため、V溝3に配置する
だけで2本の光ファイバ2の光軸は自動的に一致し、ま
た、V溝3に沿って動かしても光軸はずれない。以上の
ような構成では、光ファイバ端面間を光が通過する際に
は、端面での反射損失とビーム広がりによる損失が問題
となる。
【0010】しかし、このような損失は、端面間にコア
と同じ屈折率を持つ液体、即ち、屈折率整合液を充填す
ることにより、大幅に低減できる。これは、屈折率整合
液により、端面の回折が抑圧されて導波路中を伝播して
きた波面のくずれが防止されて対向する光ファイバ端面
まで光が伝播するためである。例えば、コア径10μm
のシングルモードファイバの結合効率とギャップ距離と
の関係を図3に示すように、200μm程度の距離まで
80%の高い結合効率を示している。
【0011】更に、本発明は、図1に示すように、ルー
プ状のファイバ経路を構成する二組の光ファイバアレイ
の端面距離を一括して調整することにより、光路長を高
速制御するものである。即ち、平行に配列した複数のV
溝3に二組の光ファイバアレイが配置され、これら二組
の光ファイバアレイの端面が相互に対向させられてい
る。端面間のギャップはdであり、先端面は上述と同様
の垂直な劈開端面となっている。
【0012】光ファイバアレイは、ch.1〜ch.N
までのN本の光ファイバ2を配列したものである。一方
の光ファイバアレイは、V溝3に固定されるのに対し、
他方の光ファイバアレイは、同一のファイバアクチュエ
ータ4に固定されV溝3上を摺動可能となっている。更
に、それぞれの光ファイバアレイのうちの1本づつは入
出力用ファイバとなり、残り(N−1)本は他端が結合
されてループ状のファイバ経路を構成している。
【0013】このようなループ状のファイバ経路では、
入力用ファイバから光が入力されて出力用ファイバから
出力されるまで、ファイバ端面間のギャップdをアレイ
数に等しいN回通過する。このため、ファイバアクチュ
エータ4で一方の光ファイバアレイを一括してV溝3に
沿って動かすことにより、ファイバアクチュエータ4の
移動距離のN倍の距離が実効的な光路長変位として得ら
れることになる。このような変位の拡大機構を利用すれ
ば、慣性質量や変位機構の物理定数で定まるアクチュエ
ータの限界速度を等価的にN倍に引き上げることが可能
となる。
【0014】ここで、図6に示すように、二組の光ファ
イバアレイのうちの一方をV溝アレイ基板5に固定する
と共に他方は可動ヘッド6に固定し、V溝アレイ基板5
に対して可動ヘッド6がV溝ガイド8を介して光軸方向
に摺動自在に配設すると、より一層安定して光ファイバ
2を光軸に沿って移動させることができる。また、図7
に示すように、V溝アレイ基板5と可動ヘッド6とを磁
気的に吸引するための永久磁石10〜13を設けると、
両者の間のガタを排除して光軸ズレがなくなり、更に、
図8に示すように、V溝アレイ基板5上に光ファイバを
押さえ付ける押え板14を設けると、光ファイバ2の離
脱が防止されるという利点がある。
【0015】尚、光ファイバ端面は、上述した垂直な劈
開端面に限らない。図4に示すように、先球端面であっ
ても、垂直端面と同様の効果を得ることが可能である。
但し、先球端面はレンズ効果を有するので、出射ビーム
に対して焦点距離fのところでビームウエストを形成す
る。このため、対向する先球端面距離dが2fに等しい
ところで結合効率が最大となり、dがその距離からずれ
るに従い結合効率は劣化する。
【0016】この為、透過損失を低減するためには、こ
の最大結合率を得る位置近傍で動作させることが望まし
い。尚、先球端面を用いた場合には、屈折率整合液を用
いることはできない。先球面でのフレネル損失を低減し
ようとする場合には、先球面への反射防止膜付与が必要
である。
【0017】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図5〜図8に本発明の一実施
例を示す。本実施例では、ファイバアレイ数は4であ
る。
【0018】図5に示すように、V溝アレイ基板5に4
本のV溝3が平行に配列すると共ににこれら4本のV溝
3に二組の光ファイバアレイが配列され、上述と同様に
劈開端面を対向させている。それぞれの光ファイバアレ
イのうちの1本づつは入出力用ファイバとなり、残り3
本の他端は結合されてループ状のファイバ経路が構成さ
れている。光ファイバ2は125μmの心線で、アレイ
ピッチは250μmである。
【0019】図5中において、図中左方の光ファイバア
レイはV溝アレイ基板5に固定される一方、図中右方の
光ファイバアレイはV溝アレイ基板5のV溝に対して摺
動可能であり、可動ヘッド6に固定されている。可動ヘ
ッド6のアレイピッチも、V溝アレイ基板5と同様であ
る。可動ヘッド6は、図5中において左右方向に移動自
在であり、高速応答が可能なPZTアクチュエータ7に
接続している。
【0020】従って、PZTアクチュエータ7により可
動ヘッド6を、図5中で左右方向に移動させると、これ
に伴い光ファイバアレイも同様に左右方向に移動するこ
ととなる。光ファイバアレイ間のループ状ファイバ経路
には、アクチュエータ7の動きを妨げないようにした。
また、光出力側の光ファイバ2にもファイバループを設
けた同様にアクチュエータ7の動きを吸収できる構成と
した。このように、PZTアクチュエータ7で一方の光
ファイバアレイを一括してV溝3に沿って動かすことに
より、PZTアクチュエータ7の移動距離の3倍の距離
が実効的な光路長変位として得られることになる。
【0021】V溝アレイ基板5及び可動ヘッド6の詳細
について図6に示す。同図に示すように、V溝アレイ基
板5には、4本のV溝3が平行に形成されると共にこれ
ら4本のV溝3に一方の光ファイバアレイの各々の光フ
ァイバ2が配置され、それらの端面がV溝3の中央部に
位置するように固定されている。一方、可動ヘッド6に
は、V溝アレイ基板5と同じピッチで4本のV溝3が平
行に形成されると共にこれら4本のV溝3に他方の光フ
ァイバアレイの各々の光ファイバ2が配置され、それら
の端面は、可動ヘッド6の外部へ突出し、上記光ファイ
バアレイの端面と対向するように固定されている。
【0022】このような光ファイバ2の端面の位置は、
光軸に垂直な方向に対して一直線となるように揃えられ
ることが望ましい。対向する端面間での距離を等しくす
るためである。V溝アレイ基板5には、可動ヘッド6を
光軸に沿ってガイドするために、V溝ガイド8が形成さ
れている。このV溝ガイド8は凸状で、可動ヘッド6の
下方において、V溝3と平行となるように形成されてい
る。一方、可動ヘッド6の底面の中央には、このV溝ガ
イド6に嵌合するV溝9が形成されいる。
【0023】従って、可動ヘッド6のV溝9をV溝ガイ
ド8に嵌合させて、V溝ガイド8に沿って摺動させるこ
とにより、他方の光ファイバアレイの各々の光ファイバ
2を光軸に沿って一括して移動させることができる。更
に、図7に示すように、V溝ガイド8の左右には永久磁
石10,11が設けられると共に可動ヘッド6の底面の
V溝9の両側には永久磁石12,13が設けられてい
る。永久磁石10と永久磁石12との間と、永久磁石1
1と永久磁石13との間にはそれぞれ隙間が形成される
と共にそれらの間には互いに吸引する方向に磁力が作用
している。
【0024】このため、V溝アレイ基板5と可動ヘッド
6とは、V溝ガイド8と溝9のみで接触しているもの
の、永久磁石10〜13の間で磁気的吸引力が作用する
ため、両者の組み合わせによるガタが防止されることに
なる。また、図8に示すように、V溝アレイ基板5上に
おいて光ファイバ2を押さえ付けるために押え板14が
設けられている。
【0025】この押え板は、V溝アレイ基板5に配置さ
れV溝3より基板表面にはみ出した光ファイバ2に接す
るように、つまり、V溝アレイ基板5に対しては隙間を
形成するように配置される。V溝アレイ基板5と押え板
14との隙間は任意である。例えば、V溝によるガイド
機能を損なわないためには、外形125μmの光ファイ
バ2に対して、V溝アレイ基板5と押え板14との隙間
は20μm程度とすると良い。
【0026】この押え板14の左右両側には永久磁石1
7,18が設けられると共にV溝アレイ基板5の左右両
側も永久磁石15,16が設けられ、両者の間には磁気
的な吸引力が作用している。従って、可動ヘッド6を移
動させることにより生じる応力等に抗して、永久磁石1
5〜18の間の磁気的吸引力により、光ファイバ2がV
溝3に押しつけられ、V溝3から離脱することが防止さ
れる。尚、光ファイバ2が光軸方向への可動性を維持す
るたへめに、永久磁石15〜18の磁力を選定する必要
がある。
【0027】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によれば、ループ状のファイバ経路を
構成する二組の光ファイバアレイの端面距離を一括して
調整することにより、光路長を高速制御するものであ
る。特に、可動ヘッドをV溝ガイドに沿って移動させる
ことにより、容易に端面間距離を調整することができ、
また、磁気的吸引力を利用して、可動ヘッドを安定して
摺動させると共に光ファイバを安定して保持することが
可能となった。このため、本発明の光遅延線を用いれ
ば、高速に長い光路長を制御することが可能となり、光
通信用の可変遅延線を提供できる他、ファイバを使った
光センサ等への応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ループ状のファイバ経路を構成する二組の光フ
ァイバアレイを示す説明図である。
【図2】光ファイバの配置されるV溝を示す斜視図であ
る。
【図3】端面間距離と結合効率との関係を示すグラフで
ある。
【図4】先球端面を有する光ファイバの説明図である。
【図5】本発明の一実施例を示す光遅延線の斜視図であ
る。
【図6】V溝ガイド及び可動ヘッドの詳細を示す斜視図
である。
【図7】V溝ガイド及び可動ヘッドの磁気的吸引状態を
示す説明図である。
【図8】押え板の磁気的吸引状態を示す説明図である。
【図9】従来技術を示す説明図である。
【符号の説明】
1 コア 2 光ファイバ 3 V溝 4 光ファイバアクチュエータ 5 V溝アレイ基板 6 可動ヘッド 7 PZTアクチュエータ 8 V溝ガイド 10,11,12,13,15,16,17,18 永
久磁石 14 押え板 d キャップ L 光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 昭憲 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.7,DB名) G02B 6/00 321 G02B 26/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平行に配列した複数のV溝に二組の光フ
    ァイバアレイが配置されると共に該二組の光ファイバア
    レイの端面が相互に対向させられ、更に、該二組の光フ
    ァイバアレイのうちの1本づつが入出力用ファイバとさ
    れる一方、残りのものの他端が互いに接続されることに
    より一つのループ状のファイバ経路が形成され、また、
    前記二組の光ファイバアレイのうちの一方が前記V溝に
    固定される一方、他方が前記V溝に沿って摺動可能にア
    クチュエータに接続され、該アクチュエータを動作させ
    ることにより前記二組の光ファイバアレイの端面間距離
    を変えることを特徴とする光遅延装置。
  2. 【請求項2】 前記V溝はV溝基板上に平行に配列し、
    前記二組の光ファイバアレイのうちの一方はV溝アレイ
    基板に固定されると共に他方は可動ヘッドに固定される
    一方、前記V溝アレイ基板に対して前記可動ヘッドがV
    溝ガイドを介して光軸方向に摺動自在に配置されること
    を特徴とする請求項1記載の光遅延装置。
  3. 【請求項3】 前記V溝アレイ基板と前記可動ヘッドと
    を磁気的に吸引する永久磁石を設けたことを特徴とする
    請求項2記載の光遅延装置。
  4. 【請求項4】 前記V溝アレイ基板上に前記光ファイバ
    を押さえ付ける押え板を設けたことを特徴とする請求項
    2又は3記載の光遅延装置。
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