JPH02143221A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、−本の光ファイバと複数の光ファイバとの光
接続を切り替える、いわゆるｌｘＮ光スイッチであって
、切り替えを機械的に行う光スイッチに関する。

〔従来の技術〕

かかる光ファイバの接続切り替えを行うＩＸＮスイッチ
としては、捕々のものが考えられ、その接続が切り替え
られる光ファイバ同士の光軸合わせでは以下のようなも
のが検討され、実現されている。

例えば、昭和６２年電子情報通信学会、半導体材料部門
、全国大会にて、杉本他により発表された「セラミック
フェルールを用いた高密度ｌＸ１０００光スイツチ」と
題する論文、昭和６２年度電子情報通信学会、創立７０
周年記念総合全国大会にて古川真−他３名により発表さ
れた「大規模低ｔＭ失１×Ｎ光スイッチ」と題する論文
及び昭和６３年電子情報通信学会、春季全国大会にて、
小島他により発表された「コネクタ切替型光スイッチの
３万回着脱試験結果」と題する論文等に示されるものが
ある。

これらの論文に示されるＩＸＮ光スイッチでは先コネク
タの構成部分であるフェルールを２次元もしくは１次元
に配列し、対向するフェルールを２次元若しくは１次元
に移動させる装置に取り付けている。そして、２次元若
しくは１次元に配列されたフェルールに光ファイバを接
続する一方、移動させられるフェルールにも先ファイバ
を接続して、配列されたフェルールに選択的に接続し、
光ファイバの伝送路を切り替えている。

また別の例としては、アンリッ株式会社が通信用測定器
として製作している光チャネルセレクタの様に、プリズ
ムを電磁力により駆動し、プリズムを伝搬する光の伝送
路を切り替えるタイプのスイッチがある。

また更に、エレクトロニクスレター　１９８１年８月６
日号、第１７巻第１６号の第５７１頁にダブリュ、シイ
、ヤングにより発表された「ンングルモード及びマルチ
モード光ファイバ用カスケードタイプ多極スイッチＪ　
　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｌ、、、ｅｔｉｅｒｓ　８
Ｌｈ　Ａｕｇｕｓｔ、　１９８１．ｖｏｌ、Ｉ７．Ｎｏ
、１６　ｐａｇｅ５７１、　”ＣＡＳＣＡＤＥＤ　ＭＵ
ＬＴＩＰＯＬＥ　５ＶＩＴＣＩＩＢＳ　ＰＯＲ３ＩＮＧ
ＬＥ−ＭＯＤＥ　ＡＮＤ　ＭＵＬＴＩＭＯＤＥ　０ＰＴ
ＩＣＡＬ　ＦＩＢＲＥＳ”。

ｖ、ｃ、ｙｏｕＮｃ　）には機械駆動式光スイッチが示
されている。

〔発明の解決しようとする課題〕

しかし、上記の文献に示されるフェルールを２次元的ま
たは１次元的に配列したＩＸＮ光スイッチでは、先ファ
イバに比べ大径のフェルールを用いているため、切替え
心数が多くなると２次元的等に配列する配列部分の大き
さが大きくなり、そのため、装置全体が大きくなり過ぎ
てしまう。また、このタイプのＩＸＮ光スイッチでは、
接続すべき光ファイバ同志の光軸合わせにおいて、光コ
ネクタの構成部品であるフェルールの外径１週心を利用
しているため、フェルール同士の接続の際、フェルール
の外径部に摩耗が生じる。そのため、繰返しの切替え回
数に限界があり、長期信頼性及び耐久性に問題がある。

また、この摩耗によってダストが発生し、フェルール内
の光ファイバ端面に付若することがある。この様な場合
には接続損失が増加してしまう。

また更に、フェルール同士の嵌接によることなく、光フ
ァイバ自体を空間接続する試みもあるが、この場合には
、予め得られている光ファイバ同士のＦ０対的位置関係
に関する情報に基づいてフィードバック制御を行い、光
ファイバ同士を光軸合わせすることとしている為、接続
される光ファイバの端部を保持した保持部材等に温度サ
イクルか加わった場合などは、保持部材に温度サイクル
によって歪みが残り、この歪みによって、−旦、合わせ
たはずの光軸がずれ、光ファイバの接続損失か増大する
という問題があった。

そこで、本発明は」二連の事情に鑑み、上記問題点を解
決し、繰返しの切り替えに対して信頼性、耐久性が高く
、かつ、接続すべき光ファイバ同士の正確な光軸合わせ
が可能な光ファイバの接続切り替え方法および光スイッ
チを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明による光スイッチに
おいては、選択的に光軸合わせされる第１及び第２光フ
ァイバの一端部を、これらを保持する光ファイバ保持手
段によって、互いに対向、離間させると共に、第１及び
第２光ファイバをその光軸方向と垂直な面内において相
対的に位置決め自在に保持しておき、第１及び第２光フ
ァイバの一端部をこれらの光軸方向と垂直な市内におい
て柑２・ｉ的に位置決めして光軸合イつせをなす位置決
め手段を設け、光軸合わせされる第１及び第２光ファイ
バ相互間における接続損失をΔｐＩ定手段によって測定
し、この測定結果に基づいて該接続損失が最小となるよ
う、位置決め手段によって第１及び第２光ファイバの一
端部を相対的に位置決めすることを特徴としている。

〔作用〕

この様に構成することにより、本発明による光スイッチ
においては、光ファイバの接続切り替えにフェルールが
不用となると共に、光接続される第１及び第２光ファイ
バ相互間における接続損失に話づくフィードバック制御
によって、該接続損失を最小とする第１及び第２光ファ
イバの光軸合わせかり能となる。

［実施例〕 以下、本発明の実施例について、第１図〜第６図を参照
しつつ、説明する。

本発明による光スイッチにおいては、互いに光軸合わせ
される第１及び第２光ファイバの一端部をＨＦ　ｚ＝を
的に移動自在に保持する光ファイバ保持手段と、光ファ
イバ保持手段に保持された第１及び第２光ファイバの相
対的位置決めをなし、その先輔合イっせを行う位置決め
手段と、光軸合わせされた第１及び第２光ファイバ相互
間の接続損失をＪｐ１定する測定手段とを備えている。

第１図は、本発明の実施例に係る光スイッチを示してい
る。

この光スイッチにおいては、図示したように、単一の第
１光ファイバ１は、第２光ファイバ２と光接続される一
端部にてファイバホルダー３に保＃ｊｆされている。一
方、複数の第２光ファイバ２．２．２、・・・は、第１
光ファイバ１と光接続される一端部にてファイバホルダ
ー５に保持されている。

第２図は、第１及び第２光ファイバ１．２の一端部を保
持する光ファイバ保持手段を、第１光ファイバ１の光軸
を含む平面で切断した断面を示している。

第２図に示したように、先ファイバ保持手段は、ファイ
バボルダ−３及び５等から構成されており、ファイバボ
ルダ−３は、一端に大径のフランジ部３　ａをａする円
柱状に形成されており、その中心部には中心軸方向に沿
った貫通孔３ｂが形成されている。貫通孔３ｂ内には、
第１光ファイバ１を挿入した後、モールド樹脂６を充填
することにより、第１光ファイバ１が保持・固定されて
いる。

第１光ファイバ１を保持したファイバホルダー３のフラ
ンジ部３ａの端面３　Ａ　ｌ、ｉ鏡面に仕上げられてお
り、保持された第１光ファイバ１の端面は、鏡面仕上げ
されたフランジ部の端面３Ａに一致している。

また、ファイバホルダー５は、ファイバホルダー３のフ
ランジ部３ａより小径のフランジ部５ａを一端に有した
円柱状に形成されており、その中心部には中心軸方向に
沿ってファイバホルダー３の貫通孔３ｂより大径の貫通
孔５ｂが形成されている。貫通孔５ｂ内には、複数の第
２光ファイバ２がモールド樹脂７によって保持・固定さ
れている。フランジ部５ａの端面５Ａは、ファイバホル
ダー３の場合と同様に、鏡面に仕上げられており、保持
された第２光ファイバ２の端面ば、鏡面仕上げされたフ
ランジ部の端面５Ａに一致している。

第３図に、貫通孔５ｂに挿入される第２光ファイバ２の
状態を示す。図示したように、第２光ファイバ２は、テ
ープ状心線（図示せず）から取り出された光ファイバで
あり、これをシリコン板８上のＶ　；：Ｐｊ　８　ａ内
に所定のピッチ（例えば、２５０μｍ）で平行に配列し
、光ファイバが配列されたシリコン板８を所定枚数（例
えば、１０枚）重ね合わせてまとめられており、これが
ファイバホルダー５の貫通孔５ｂ内に挿入されている。

従って、第２光ファイバ２は、その先軸と垂直な市内に
おいて所定間隔をもって整列している。

ファイバホルダー３及び５は、鏡面仕上げされたフラン
ジ部の端面にて所定の間隙をもって互いに対向している
。従って、これらに保持された第１及び第２光ファイバ
１．２も、所定の間隙をもってその端面にて互いに対向
する。

第４図及び第５図に、ファイバホルダー５及び３の端面
５Ａ及び３Ａをそれぞれ示す。

第４図に示したように、ファイバホルダー５の端面５Ａ
には、ボールベアリング１０が挿入される環状溝５Ｃと
、その外側にオイルシール１１が挿入される環状溝５ｄ
とが刻設されている。他方、ファイバホルダー３の端面
３Ａには、第５図に示したように、環状のストッパリン
グ１２が挿入される環状？Ｆｊ　３　ｃがファイバホル
ダー５のフランジ部よりも大径に刻設されると共に、ボ
ルト１３が螺合するネジ穴３ｄが設けられている。スト
ッパリング１２は、ファイバホルダー３及び５相互間に
おける過度の相対的移動を防止するストッパである。ボ
ルト１３は、固定リング１５を貫通してネジ穴３ｄに螺
合しており、固定リング１５は、その外径がファイバホ
ルダー３のフランジ部３ａとほぼ等しく、内径がファイ
バホルダー５のフランジ部５ａより小さく形成されてい
る。固定リング１５は、その内径部にてファイバホルダ
ー５のフランジ部５ａの外周部に係合し、ボルト１３の
頭部との間に縮設されたスプリング１６の弾発力によっ
て、ファイバホルダー５をファイバホルダー３に対して
弾性的に押圧している。従って、ファイバホルダー３及
び５は、これらが保持した第１及び第２光ファイバ１．
２の光軸方向と垂直な市内において、相対的に移動自在
となっており、これらに保持された第１及び第２光ファ
イバ１．２もその先軸方向と垂直な市内において移動自
在となっている。

ファイバホルダー３及び５相互間の間隙は、ファイバホ
ルダー５の環状溝５ｃに挿入されるボールベアリング１
０の大きさを変更することによって、変更可能となって
いる。

また、ファイバホルダー３及び５の間には、オイルシー
ル１１の内側には、整合剤としてマツチングオイルが充
填されている。マツチングオイルは、その屈折率が光フ
ァイバのクラッド部とほぼ同１．１の１．４程度であり
、これを空間的に光接続される光ファイバ同士の端面間
に満たしておくことによって、：ｉ端面で起こるフレネ
ル反射が抑制させる。

ファイバホルダー３及び５は、第１図に示した様に、Ｘ
−Ｙテーブル１８によって相対的に位置決めされるよう
になっており。このようにファイバホルダー３及び５が
位置決めされることによって、これらに保持された第１
及び第２光ファイバの一端部同士が相対的に位置決めさ
れるようになっている。Ｘ−Ｙテーブル１８はステップ
モータ（図示せず）によって駆動され、その最小位置決
め精１文は０．５μｍである。

第１光ファイバ１には、光カプラ２０を介して光源２１
が発する所定強度の参照光が投入されるようになってい
る。また、第２光ファイバ２からは光カプラ２２を介し
て該参照光の一部が取り出される。取り出された参照光
は受光素子２３に照射され、受光素子２３は、照射され
た参照光の強度に応じた強度の電気信号を出力する。こ
の電気信号は、パワーメータ２５に入力され、ここで制
御回路２６に対して入力可能な信号に変換される。

パワーメータ２５で変換された１３号は、ＣＰＵ。

ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御回路２６に入力される。

制御回路２６は、パワーメータ２５を介して人力される
信号に応じて、すなわち、受光素子２３か受けた参照光
の強度に基づいて、駆動回路２７に々・１して指令を発
し、受光素子２３が受ける参照光の強度が最大となるよ
うに、Ｘ−Ｙテーブル１８を駆動させる。この様に、受
光素子が受ける参照光の強度が最大となるように、Ｘ−
Ｙテーブル１８を駆動させることによって、第１光ファ
イバ１及びこれに光接続された第２光ファイバ２柑互間
における接続損失が最小となるように、第１及び第２光
ファイバ１．２の端部が相対的に位置決めされる。

次に、制御回路２６が実行するプログラムについて、第
６図のフローチャートを参照しつつ、筒中、に説明する
。

ｎ□ｌ　１回路２６は、第１光ファイバ１及び第２光フ
ァイバ２の接続切り替えがなされる毎に、若しくは、接
続切り替えがなされた後も所定周期毎に、このプログラ
ムを実行するようになっている。なお、光カプラ２０．
２２に光分岐合流器を用いた場合であって、投入される
参照光の進行方向及び波長が通信光と同じ場合には、通
信光の存在を受光素子２３の出力から判断し、通信光が
存在しない場合にのみ、プログラムが実行されるように
しておくことが望ましい。

制御回路２６は、まず、光源２１を発光させ、第１光フ
ァイバ１に光カプラ２０を介して参照光を投入する（ス
テップＳｌ）。次いで、ｘ−ｙテーブル１８に、接続さ
れる第１光ファイバ１と第２光ファイバ２のおおまかな
相対的位置決めを２５０μｍ程度のオーダーで行なわせ
る（ステップＳ２）。このおおまかな位置決めの後、受
光素子２３に照射される参照光の強度が測定され（ステ
ップＳ３）、第１及び第２光ファイバ１．２を３〜５μ
ｍ程度のオーダーでＸ軸方向に相対的に移動させて微動
位置決めがなされる（ステップＳ４）。微動位置決めの
後、再び、受光素子２３に照射される参照光の強度が測
定される（ステップＳ５）。そして、ステップＳ３及び
Ｓ５でＡＰ＋定された参照光の強度を比較し、これに基
づいて、受光素子２３に照射される参照光の強度が最大
となる位置までの移動量及び移動方向を得る（ステップ
Ｓ６）。ここで得られた移動量が零であるか否かの判断
（ステップＳ７）をした後、該移動量が零でなかった場
合には、該移動量分、第１及び第２光ファイバ１．２を
Ｘ軸方向にｔ９対的に移動させ、位置決めする（ステッ
プＳ８）。この位置決めの後、ステップ８３〜Ｓ７の動
作をステップＳ７で移動量が零と判断されるまで繰り返
し、ステップＳ７で移動量が零になったと判断されると
、光源２１を消灯させる。なお、ステップ８３〜Ｓ８の
動作は、Ｘ軸方向についてもなされるようになっている
。また、光軸合わせの精度を向上するため、ステップ８
３〜Ｓ７の動作が繰り返される毎に、ステップＳ４にお
ける第１及び第２光ファイバの相対的移動量を小さくし
ていくことが望ましい。

このようにして、第１及び第２光ファイバ１．２のＸ及
びＸ軸方向における相対的な位置決めがされることによ
り、光軸ズレによる接続損失が最小の光軸合わせが達成
されるようになっている。

なお、第１及び第２光ファイバ１及び２に、通常の光通
信に用いられる、クラッド外径１２５±２ｕｍ、ＭＦＤ
９．５±１　ｕ　’ｍ　ｓカットオフ波長１．２〜１３
３μｍの単一モード光ファイバを用い、光カプラ２０及
び２２として入射された光の５％を分岐する単一モード
光カプラを用い、光源２１に波長１．３μｍ、出力−３
５ｄＢｍのＬＥＤを用い　パワーメータ２５に最小感度
８０　ｄ　Ｂｍのものを用い、Ｘ−Ｙテーブル１８にＤ
Ｃモータによって駆動されるものを用いて、１、　Ｘ　
１００光スイツチを構成し、そのうちの１０心について
３０回の接続切り替え実験を行った結果、最小接続損失
は、１．２〜０．６ｄＢ（平均０．８ｄＢ）に抑えられ
、その切り替えに要する時間は、］心当たり２分であっ
た。

第１図に示した実施例においては、第１光ファイバ１に
参照光を投入し、第２光ファイバ２から参照光を取り出
すこととしているが、光逆進の原理から、第２光ファイ
バ２に参照光を投入し、第１光ファイバ１から参照光を
取り出すこととしても良い。従って、接続された第１光
ファイバ１及び第２光ファイバ２中を伝播する通信先の
進行方向と逆の方向に参照光を進行させることとすれば
、通信中においても受光素子２３が受ける参照光の強度
に応じたフィードバック制御によって、第１及び第２光
ファイバ１．２の光軸合わせを行うことが可能となる。

すなわち、通信中に雰囲気温度が上昇し、ファイバホル
ダー３．５笠に熱歪ろが生じて、−旦、光軸合わせされ
た光ファイバ同士の光軸がずれても、参照光の強度に応
じたフィードバック制御による光ファイバ同士の光軸合
わせかＨＴ能となっている。

また、光カプラ２０及び２２として、例えば、所定の波
長の光のみを反射し、その池の波長の光を透過させる誘
電体多層膜を用いた光分波合波器を用いることができる
。このように、光カプラ２０及び２２として光合波分波
器を用いた場合には、通信先と異なる波長の参照光を利
用してその強度によって接続損失をａｌｌｌ定でき、Δ
ＰＩ定された接続損失に基づくフィードバック制御によ
って、通信先の進行方向に関係なく、通信中の光ファイ
バの光軸合わせをすることが可能となる。なお、この場
合には、通信光が光カプラ２０．２２から外部へ洩れる
ことがなく、好ましい。

また、第１図に示した実施例においては、第２光ファイ
バ２の全てに参照光を取り出すための光カプラ２２を設
け、光カプラ２２を介して取り出される参照光が全て受
光素子２３に照射される４７４成となっているが、必ず
しも全ての第２光ファイバ２に光カプラ２２を設ける必
要はない。すなわち、第２光ファイバ２の１本だけに光
カプラ２２を設け、この光カプラ２２から取り出される
参照光の強度に基づくフィードバック制御によって、こ
の光カプラ２２が設けられた第２光ファイバ２と第１光
ファイバ１との光軸合わせを行い、その他の第２光ファ
イバ２については、光カプラが設けられた第２光ファイ
バ２との相対的位置関係に関する情報を予め制御回路２
６のＲＡ　ｈｉ等に記憶させておくことによって、該情
報に基づいて第１光ファイバ１との光軸合わせをするこ
とが出来る。

上述した実施例においては、光接続される光ファイバに
一方から参照光を投入し、光ファイバの光接続部を通っ
た後の参照光を取り出し、取り出した７１１へ先の強度
から接続された光ファイバ間の接続損失を測定すること
としているが、接続された光ファイバ間の接続損失を測
定する手段としては、この他に、第１若しくは第２光フ
ァイバ１．２の互いに光軸合わせされていない端部に後
方散乱光１（ＩＩＩ定系（ＯＴＤＲ）を配設し、この後
方散乱光測定系によって該接続損失を１ｉｌｌｌｌ定す
ることも可能である。なお、この場合も、通信先の進行
方向に関係なく、Δｐ１定された接続損失に基づく上述
のフィードバック制御によって、通信中の先ファイバの
光軸合わせをすることが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による光スイッチにおいて
は、選択的に光軸合わせされる第１及び第２光ファイバ
の一端部を互いに離間させ、その端面同士を対向させる
と共に、第１及び第２光ファイバをその先軸方向と垂直
な面内において相対的に位置決め自在としておき、光軸
合わせされる第１及び第２光ファイバ相互間における接
続損失を監視して、接続損失が最小となるように第１及
び第２光ファイバの一端部を相対的に位置決めすること
としているので、フェルールが不用となり、フェルール
の摩耗及び摩耗粉による影響がなくなって、繰返しの接
続切り替えに対して信頼性、耐久性が高く、かつ、接続
すべき光ファイバ同士の１Ｆ確な光軸合わせが可能とな
る。また、光ファイバニ比べて大径のフェルールを各光
ファイバ毎に必要としないので、光ファイバの数が多く
ても装置全体を小型化することが容易である。更に、通
信中においても、参照光の強度に応じたフィードバック
制御による光ファイバ同士の光軸合わせが可能となって
いるので、通信中に雰囲気温度が上昇し、光ファイバを
保持する保持部材等に熱歪みが生じても、該熱歪みによ
る光ファイバ同士の光軸のズレを防止することが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る光スイッチのブロック図、第２
図は、本発明に係る光ファイバ保持手段を示した断面図
、第３図は、ファイバホルダーに保持される第２光ファ
イバの端部がまとめられた状態を示した斜視図、第４図
は、第２光ファイバを保持したファイバホルダーの端面
を示した図、第５図は、第１光ファイバを保持したファ
イバホルダーの端面を示した図、第６図は、制御回路が
実行するプログラムを示したフローチャートである。 】・・・第１光ファイバ、２・・・第２光ファイバ、３
．５・・・ファイバホルダー　８・・・シリコン板、１
０・・・ベアリングボール、１１・・・オイルシール、
１５・・・固定リング、１６・・・スプリング、１８・
・・Ｘ−Ｙテーブル、２０．２２・・・光カプラ、２１
・・・光源、２３・・・受光素子、２５・・・パワーメ
ータ、２６・制御回路。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　　山　　　　川　　　　行光ファイバ保持手段 第２図 第 図 ファイバホルダ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１光ファイバと、複数本の第２光ファイバのうち
   の１本とを選択的に光軸合わせすることにより、第１光
   ファイバと第２光ファイバとの光接続を切り替える光ス
   イッチであって、 前記第１及び第２光ファイバの一端部を互いに離間させ
   、これらの端面を互いに対向させると共に、前記第１及
   び第２光ファイバの一端部をこれらの光軸方向と垂直な
   面内において相対的に移動自在に保持する光ファイバ保
   持手段と、 前記第１及び第２光ファイバの一端部を前記第１光ファ
   イバの光軸方向と垂直な面内において相対的に位置決め
   して光軸合わせを行う位置決め手段と、 光軸合わせされた第１及び第２光ファイバ相互間の接続
   損失を測定する測定手段とを備え、前記位置決め手段は
   、前記測定手段の測定結果に基づいて前記接続損失が最
   小となるように、前記第１及び第２光ファイバの一端部
   を相対的に位置決めすることを特徴とする光スイッチ。 ２、前記測定手段は、前記第１光ファイバに光カプラを
   介して参照光を投入する光源と、前記第２光ファイバか
   ら光カプラを介して取り出される参照光を受け、受けた
   参照光の強度に応じた信号を出力する受光素子とからな
   ることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。 ３、前記測定手段は、前記第２光ファイバに光カプラを
   介して参照光を投入する光源と、前記第１光ファイバか
   ら光カプラを介して取り出される参照光を受け、受けた
   参照光の強度に応じた信号を出力する受光素子とからな
   ることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。 ４、前記光カプラは、誘電体多層膜を用いた光分波合波
   器であることを特徴とする請求項２又は３記載の光スイ
   ッチ。 ５、前記測定手段は、一端部にて互いに光軸合わせされ
   た前記第１及び第２光ファイバのうちのいずれか一方の
   多端部に接続された後方散乱光測定系であることを特徴
   とする請求項１記載の光スイッチ。