JPH02150817A - 光ファイバスイッチ - 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】 〈産業上の利用分舒〉 本発明は、接続損失が少なくしかも信頼性の高い光ファ
イバスイッチに関し、特に単一モード伝送用光ファイバ
に応用して好適なものである。

〈従来の技術〉 近年、単一モード光ファイバが通信網の主要伝送媒体と
して整備されるに伴い、何らかの障害の発生時にこれら
伝送路の切換え技術確立の要請が高まって来ている。こ
のような要請を実現するためには、極めて低損失で且つ
外部環境に影響を受は難い高信頼度の光スィッチの実現
が必須の要件となる。

一般に、この種の光スィッチに要求される所要特性は極
めて厳しく、例えば接続損失が１ｄＢ以下で、且つ広範
囲な温度変化に対しても安定に動作することが必要とさ
れている。

従って、半導体やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結
晶等を用いた周知の光スィッチでは、上記特性を列置満
足し得ないことから、光ファイバ自体を機械的に駆動す
ることにより、スイッチ動作を行わせるマイクロメカニ
カルスイッチが上記目的に合致したスイッチ素子として
考え出されている。このマイクロメカニカルスイッチの
中でファイバ移動型のものは、接続損失が少なく、その
波長依存性も少ないため、伝送路切換スイッチに適して
いる。

このような従来のＩＸ２のファイバ移動型スイッチの概
略構造を表す第６図に示すように、直線案内軸受１０１
上を図中、上下に摺動自在に支持された投光側ファイバ
固定板１０２上には、この投光側ファイバ固定板１０２
の摺動方向と直交状態で形成されたＶ溝１０３に収納さ
れろ投光用光ファイバ１０４が押え板１０５を介して固
定され、この投光用光ファイバ１０４からの信号光が送
り込まれろ一対の受光用光ファイバ１０６，１０７は、
前記Ｖｌ１１０３と平行な二本のＶ溝１０８を形成した
受光側ファイバ固定板１０９に押え板１１０を介して固
定されている。前記投光側ファイバ固定板１０２は連結
軸１１１を介してアクチュエータ１１２に連結され、ア
クチュエータ駆動装置１１３からの操作によりアクチュ
エータ１１２が駆動し、投光側ファイバ固定板１０２が
図中、上下に往復動するようになっている。この投光側
ファイバ固定板１０２の往復動端にて投光用光ファイバ
１０４と何れか一方の受光用光ファイバ１０６．１０７
とが一直線状をなすように、投光側ファイバ固定板１０
２を挾んで対向する一対の位置決めストッパ１１４，１
１５が配置されており、アクチュエータ１１２側の位置
決めストッパ１１４は、それぞれファイバ固定板１０２
゜１０９に吸着する永久磁石で形成され、これと反対側
の位置決めストッパ１１５にも投光側ファイバ固定板１
０２を吸着し得る永久磁石１１６が埋設されている。

つまり、第６図に示す状態では相互に対向する投光用光
ファイバ１０４の結合端面と受光用光ファイバ１０６の
結合端面とは相互に精密に位置調整されているため、光
ファイバ１０４．１０６は、低損失な光学的結合状態に
みろ。これを動作するにはアクチュエータ駆動値［［１
１３を作動させてアクチュエータ１１２を駆動し、連結
軸１１１を介して投光側ファイバ固定板１０２を受光側
ファイバ固定板１０９と平行に移動させ、位置決めスト
ッパー１１５により静止させる。この時の投光側ファイ
バ固定板１０２の移動距離は、受光用光ファイバ１０６
，１０７の間隔と等しくしであるため、投光用光ファイ
バ１０４と受光用光ファイバ１０７とは、光学的な結合
状態となり、スイッチ動作が完了する。次いで、アクチ
ュエータ駆動装置１１３はその作動を停止するが、永久
磁石１１６の保持力によって投光側ファイバ固定板１０
２はこの状態を保持することとなる。

逆に、投光用光ファイバ１０４を受光用光ファイバ１０
６に光学的に結合させる場合には、上記と逆方向にアク
チュエータ１１２を駆動し、投光側ファイバ固定板１０
２を位置決めストッパ１１４に当接させる。そして、ア
クチュエータ駆動装置１１３の作動を停止させるが、位
置決めストッパ１１４の磁力にて投光側ファイバ固定板
１０２はこの状態が保持されろ。

〈発明が解決しようとする課題〉 第６図に示すように、従来のファイバ移動型スイッチで
は投光用と受光用との光ファイバの光学的切換えをアク
チュエータの駆動力及び位置決めストッパによる位置決
め及び磁力による保持によって行う方式を採っていた。

従って、光スィッチの動作特性に関して最も重要な接続
損失は、光ファイバ相互の位置決め精度によって決定さ
れてしまう。ここで、単一モード光ファイバから送り出
される信号の光束は通常８〜１０戸程度の直径しかなく
、１ｄＢ以下の接続損失を実現するためには、光ファイ
バの移動方向での位置決め精度が特に重要であり、１−
以内の極めて高精度の位置決め技術が要求される。又、
この位置精度は広範囲な温度変化に対しても許容内に安
定にあることが当然のことながら要求される。

しかしながら、１７ｊｌの位置精度を機械的に安定して
得ることは技術的に非常に難かしいため、従来では接続
損失が１ｄＢ以下のファイバ移動型単一モード光ファイ
バスイッチを再現性良く実現することは、極めて困難な
状況にあった。

く課題を解決するための手段〉 第一番目の本発明による光ファイバスイッチは、光学的
に接続し得る複数本の光ファイバと、これら光ファイバ
の光軸に対して傾斜状態で相互に平行に当該光ファイバ
にそれぞれ形成されｔコ楕円形の接続端面と、これら接
続端面の長径方向と平行な方向に前記光ファイバを相対
移動させる光ファイバ接続切換手段とを具えたものであ
る。

又、第二番目の本発明による光ファイバスイッチは、第
一番目の本発明による光ファイバの接続端部を外径が先
端側はど太くなるテーバ状に一体形成したものである。

く作　　　用〉 本発明による光ファイバスイッチの原理を表す第１図に
示すように、相互に接続される単一モード光ファイバ１
，２の接続端面３゜４は、これらの光軸に対してそれぞ
れθだけ傾斜状態で研摩された楕円形をなしており、こ
れら接続端面３，４の間には屈折率調整用のマツチング
液５が介在している。

ここで、単一モード光ファイバ１，２のコア付６，７の
直径をそれぞれｄとする時、楕円形の接続端面３，４で
のコア部６，７の長径りは Ｄ＝＝　ｄ　　　＜但し、０°くθ＜９０°）ｂηθ となる。つまり、接続端面３，４でのコア部６．７の形
状も楕円となっており、従ってこれら単一モード光ファ
イバ１，２を接続端面３．４の長径方向と平行な方向に
移動させた場合、その機械的な位置決め精度は実質的な
コア部６，７の接続端面３，４における長径の拡大率に
比例してその許容誤差が大きくなる。

例えば、ｄ＝１０声、θ＝１５°の場合にはコア部６，
７の長径りが３８．６／ａとなる。すなわち、ｄ＝１０
７ｍでθ＝９０°の時の許容誤差を１−とすれば、θ＝
１５′の場合の許容誤差は、３．８６．ｃａにまで拡大
されることとなる。ここで接続端面３，４の傾斜角θは
５度から４５度までの範囲であることが望ましい。これ
は、θが５度未満では接続端面３，４が割れ易くなり、
逆にθが４５度を越える場合にはコア断面の効果的な拡
大が得られないためである。

なお、単一モード光ファイバ１，２の接続端面３，４間
にマツチング液を使用しているのは、反射損失を低減す
るため及びこれらの間に空気層が入ると、接続端面３，
４が傾斜状態で研磨されていることに起因して信号光が
受光側の接続端面で全反射してしまうのを防ぐためで、
信号光が全反射となる条件は、単一モード光ファイバ１
，２のコア部６，７の屈折率をｎｃ（＝　１．４６０　
）とした時となる。すなわち、接続端面３，４の傾斜角
シリコン油等のマツチング液が必要となる。

く実　施　例〉 本発明による光ファイバスイッチ−実施例の概略構造を
それぞれ表す第２図及び第３図に示すように、ベース板
１１に１よ二本の受光用光ファイバ１２．１３を相互に
平行に保持する受光側ファイバ固定板１４と、−本の投
光用光ファイバ１５を前記受光用光ファイバ１２．１３
と平行に保持する投光側ファイバ固定板１６とが搭載さ
れ、投光側ファイバ固定板１６は直線案内軸受１７を介
して図中、左右方向に往復動自在となっている。受光側
ファイバ固定板１４は、投光側ファイバ固定板１６の移
動方向にこの受光側ファイバ固定板１４を挾んで対向す
る一対の位置決めストッパ１８，１９を介してベース板
１１に固定され、投光側ファイバ固定板１６はベース板
１１上に設けられたアクチュエータ２０の作動により、
連結棒２１を介してこれら位置決めストッパ１８．１９
の間を直線案内軸受１７に案内されながら往復駆動する
ようになっている。連結棒２１を介して投光側ファイバ
固定板１６を操作する前記アクチュエータ２０は、アク
チュエータ駆動装置２２によりその作動が制御されるよ
うになっており、前記投光側ファイバ固定板１６と各位
置決めストッパ１８．１９との当接部分にはそれぞれ永
久磁石２３，２４，２５，２６が埋設されている。

図中、左側の位置決めストッパ１８．１９とファイバ固
定板１４．１６とは、ベース板１１に立設した壁部２７
と、図中、右側の位置決めスｌ−ツバ１９と、これら壁
部２７及び位置決めストッパ１９に両端部が連結される
レール板２日とで囲まれた密閉空間内に位置し、ここに
マツチング液が密閉充填されている。

なお、ファイバ固定板１４．１６の製造方法として本実
施例では、第２図に示す状態でファイバ固定板１４．１
６が一体化された矩形のインバー製素材に投光側ファイ
バ固定板１６の移動方向に対して１１度（θ＝１１’）
傾斜した二本のＶ溝２９　（一部のみ図示しである）を
２１ｆｆＩ１１の間隔で相互に平行に刻設し、ここに投
光用光ファイバ１５と受光用光ファイバ１３とを接着固
定し、それぞれ押え板３０にて一体化したのち、このイ
ンバー製素材を第２図及び第３図に示すように二分割し
、この分割面をそれぞれ鏡面研摩して仕上げている。

第２図に示す状態で投光用光ファイバ１５と受光用光フ
ァイバ１２とは、光学的結合状態にあり、本実施例での
接続損失（よ１．３７７ｍの波長の信号光に対して０．
４７ａであった。これを動作するには、アクチュエータ
駆動装置２２を作動してアクチュエータ２０により連結
棒２１を介して投光側ファイバ固定板１６を位置決めス
トッパ１８まで移動させ、第３図に示すように投光用光
ファイバ１５と受光用光ファイバ１３とを光学的結き状
態とする。この場合の投光用光ファイバ１５と受光用光
ファイバ１３の接続損失は、１．３戸の波長の信号光に
対して０．５５ｄＢと良好な値を示した。次いで、本実
施例の光ファイバスイッチの繰り返し動作試験を行った
ところ、総計２００回のスイッチング動作に対し、光フ
ァイバ１５゜１２間で０．４５±０．１２ｄＢ、光ファ
イバ１５゜１３間で０．５２±０．１６ｃ［Ｂの接続損
失となった。

また、環境温度を一２０℃〜４０℃の範囲で変化させた
場合、接続損失の最大値は０．８８ｄＢであった。そし
て、この時の光スィッチの動作時間を２３　ｍ５ｅｃに
することができた。なお、ファイバ固定板１４．１６の
ベース板１１の表面に対して垂直な方向での位置変動に
ついては、高精度な直線案内軸受１７を使用することに
より容易に１−息内の精度が得られた。

光ファイバ１２，１３，１５の結合端部の一例を表す第
４図に示すように、内径が１２６／１４ｍ、　外径力０
．６　ｍのジルコニア製のフエ／ｌ、　−ル３１に外径
が１２５−の単一モード光ファイバ３２を挿入し、これ
らの隙間に接着剤３３を注入して脱泡乾燥後、接続端面
３４を１０度の傾斜角（θ＝１０’）にて研摩し、単一
モード光ファイバ３２の欠は等を防ぐことが有効である
。ちなみに、このような光ファイバを用いて第２図及び
第３図に示す如き装置に組込み、光スィッチを構成した
結果、波長１．３−の波長の信号光に対して、光ファイ
バ１５゜１２間で平均０．５２ｄＢ、光ファイバ１５，
１３間で平均０．５８ｄＢと良好な接続損失の値が得ら
れた。又、−２０℃〜３０℃の温度変化に対して接続損
失の増加分は０．２２ｄＢ以内に抑制されていることが
１！１１認された。なお、この時の隣り合うフェルール
３１の中心間距離は０．８ｍｍ　、対向する接続端面の
隙間は１５声に設定した。

以上、これらの実施例では１×２の光スィッチについて
説明したが、それ以外の任意の組合せのスイッチにも応
用することが可能である。

ところで、光ファイバの結合端部の径を拡大して光スィ
ッチを構成することも可能である。このような本発明の
原理を表す第５図に示すように、単一モード光ファイバ
３５．３６の接続端部には、先端側はど径が太くなろテ
ーパ部３９がそれぞれ一体的に形成されている。先端部
は例えば直径が２間の均一な外径を有するファイバ状ガ
ラスロッドであり、−般的には単一モード光ファイバ用
プリフォームの線引き量を制御してこの接続端部を製作
するが、本実施例ではそれぞれ別な単一モード光ファイ
バ３５．３６とこの接続端部とを融着接続により相互に
一本化させている。そして、接続端面３７，３８を光軸
に対して１５度（θ＝１５０°）傾斜させて研摩したも
のを第２図及び第３図に示した装置に組込んで光スィッ
チを構成した結果、接続損失が０．０８ｄＢ以下にする
ことができた。

このようなテーパ部３９を形成した乙とによる効果に関
しては、既に文献（例えばＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　
Ｌｅｔｔ、　、　Ｖｏｌ、　２４．　Ｎｏ、　１．　ｐ
３４−３５１９８８）にて述べられている通りである。

即ち、テーパ状ファイバは実効的なモードスポット径を
大きくし、第５図の様な構成で使用する際、光ファイバ
相互の位置合わせ精度の許容範囲を拡大する作用を有す
る。上記文献においては、相対向する接続端面は光軸に
対し直角に切断されている。本発明では、これを斜めに
Ｔｉｆ摩することにより、位置合わせ許容度の飛躍的な
拡大を実現したものである。

本実施例では、接続端部でのコア部４０の外径は約１６
０／ａであるが、接続端面３７゜３８上では斜め？ｉＦ
Ｆｇ］の効果により、接続端面３７．３８のコア部４０
の長径が約６３０７７１１に拡大されている。

本実施例の光ファイバスイッチを１．５５ｐｍの波長の
信号光に対してｊ’ＰＩｊ１５Ｌなところ、１５０回動
作の平均値で、光ファイバ１５．１２（第２図参照）間
の接続損失は０．６２ｄＢ、光ファイバ１５，１３　（
第３図参照）ｌ！ＩＩＩの接続損失は０．６６ｄＢであ
った。また、−２０℃〜＋４０℃の動作試験で、接続損
失の変化は０．２ｄＢ以下で極めて安定であった。

〈発明の効果〉 本発明の光ファイバスイッチによると、接続端面を光フ
ァイバの光軸に対して傾斜させ、更に楕円形をなすこれ
ら接続端面の長径方向と平行な方向に光ファイバを相対
移動させるようにしたので、光学的な結合に要求される
機械的な位置合わせ精度の許容誤差が飛躍的に拡大し、
低損失で環境温度変化の影響を受は難い高品質な単一モ
ードの光ファイバスイッチを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光ファイバスイッチの原理図、第
２図及び第３図はそ・の一実施例の機構概念図、第４図
は接続端部の一例を表す斜視図、第５図は本発明の他の
一実施例の概念図、第６図は従来の光ファイバスイッチ
の機構概念図である。 又、図中の符号で１，２，３２，３５，３６は単一モー
ド光ファイバ、３，４，３４，３７゜３８は接続端面、
５はマツチング液、６，７゜４０はコア部、１２，１３
は受光用光ファイバ、１５は投光用光ファイバ、１６は
投光側ファイバ固定板、１８，１９は位置決めストッパ
、２０はアクチュエータ、２３〜２６は永久ａ１′；６
．２９はＶ溝、３０は押え板、３１はフェルール、３９
はテーパ部である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学的に接続し得る複数本の光ファイバと、これ
   ら光ファイバの光軸に対して傾斜状態で相互に平行に当
   該光ファイバにそれぞれ形成された楕円形の接続端面と
   、これら接続端面の長径方向と平行な方向に前記光ファ
   イバを相対移動させる光ファイバ接続切換手段とを具え
   た光ファイバスイッチ。
2. （２）光学的に接続し得る複数本の光ファイバと、これ
   ら光ファイバと断面が相似形をなして当該光ファイバと
   一体的に形成され且つ外径が先端側ほど太くなるテーパ
   状の接続端部と、前記光ファイバの光軸に対して傾斜状
   態で相互に平行に前記接続端部にそれぞれ形成された楕
   円形の接続端面と、これら接続端面の長径方向と平行な
   方向に前記光ファイバを相対移動させる光ファイバ接続
   切換手段とを具えた光ファイバスイッチ。