JPH03156418A - 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） この発明は、光の伝送路を切り換えるための光スイッチ
に間するものである。

（従来の技術） 例えば光通信においては、導波路中を伝送されている光
信号の伝送経路を切り換える必要があり、この目的のた
め光スイッチが利用されている。

従来の光スイッチの一例として、例えば特開昭６３−８
０２２３号公報に開示されているものがあった。

第４図（Ａ）及び（Ｂ）は、この従来の光スイッチの構
成を概略的に示した図であり、第４図（Ａ）は、この光
スイッチを垂直方向Ｑから見た図、第４図（Ｂ）は、水
平方向Ｐから見た図である。

この従来の光スイッチは、一定方向に並列耐雪された複
数の集光性ロッドレンズアレイ１０と、ロッドレンズア
レイ１０からの光を水平方向Ｐに拡大する（垂直方向Ｑ
には作用しない）第１のレンズ１２と、このレンズ１２
からの光を平行光にするコリメータレンズ１４と、この
レンズ１４からの光を垂直方向Ｑに集光する第２のレン
ズ１６と、このレンズ１６からの光を入力する空間変調
器としてのゲートマトリクス１８と、このゲートマトリ
クス１８からの光を垂直方向Ｑに収束する第３のレンズ
２０と、ゲートマトリクス１８からの光を水平方向Ｐに
集光する第４のレンズ２２とを具えるものであった。

この従来の光スイッチは、入力用光ファイバ２４によっ
て伝送してきた光信号をレンズ＋０．１２．１４及び１
６から成る光分配回路を介してゲートマトリクスに入力
し、また、ゲートマトリクス１８からの出力光をレンズ
２０．２２から成る光合流回路を介して出力用光ファイ
バ２６に入力させることが出来るので、光分配回路及び
光合流回路に光ファイバ融着型スフ−カブラを用いでい
る型の光スイッチよりも、作製が容易であるという利点
を有していた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述の光スイッチでは、多くのレンズを
用いでいるので光軸合わせが大変であり、特に菓３のレ
ンズ及び出力用光ファイバの光軸ｔ−ａｇせかつ第４の
レンズ及び出力用光ファイバの光軸ヲー敗させることが
むずかしかった。

これがため、回線数が多数の場合の光スイッチ、例えば
回線を２０回線（２０個の入出力ポート）以上有する光
スイッチを作製することは非常に大変であった。

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、上述の問題点を解決し、多数の
回線を有する場合であっても作製し易い光スイッチヲ提
供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の光スイッチによ
れば、 出力端が当該導波型光分配手段の光進行軸に対して斜め
形状とされている導波型光分配手段であって該出力端面
に該出力端面から光を垂直に取り出すための分岐手段を
ｎ個設けた導波型光分配手段を、ｍ個具える第１の光ガ
イド部と、入力端が当該導波型光合流手段の光進行軸に
対して斜め形状とされでいる導波型光合流手段であって
該入力端面に該入力端面に垂直に入る光を前記光進行軸
に平行にするための分岐手段をｍ個設けた導波型光合流
手段を、ｎ個具える第２の光ガイド部と、 前記第１の光ガイド部の出力端面及び前記第２の光ガイ
ド部の入力端面間に設けられたｍ×ｎ規模の光シャッタ
アレイと を具えたことを特徴とする（但し、ｍ、ｎ各々は正の整
数であり、互いは等しくとも異なっても良い、） なお、この発明の実施に当たり、前述の分岐手段を、前
述の導波型光分配手段及び前述の導波型光合流手段夫々
の斜め形状とされでいる端面に溝を設け該溝中の空気及
び前述の導波型光分岐手段又は前述の導波型光合流手段
の屈折率差を利用した構成とするのが好適である。

（作用） この発明の光スイッチによれば、第１の光ガイド部に備
わるｍ個の導波型光分配手段は入力ボートとして夫々使
用出来、第２の光ガイド部に備わるｎ個の導波型光合流
手段は出力ポートとして夫々使用出来る。

ざらに、第１の光ガイド部のｍ個の導波型光分岐手段に
入力された光信号は、各導波型光分配手段に設けられで
いるｎ個の分岐手段によって夫々分岐されるので、第１
の光ガイド部は、ｍ×ｎの光信号を光シャッタアレイに
入力する。

さらに、第２の光ガイド部は、ｍ個の分岐手段を有する
導波型光合流手段％ｎ個具えているので、ｍ×ｎの規模
の光シャッタアレイの各シャッタからの光を受けること
が出来る。

従って、ｍ（或いはｎ）回線の光スイッチが構成出来る
。

また、第１の光ガイド部のｍ個の導波型光分配手段及び
第２の光ガイド部のｎ個の導波型光分配手段夫々は、基
板に微細加工技術を用いて精度良く配置形成することが
出来る。

ざらに、各導波型光分配手段及び各導波型光合流手段の
夫々の端面を斜め形状にすることは従来の研磨技術で容
易に出来、また、この端面に分岐手段を精度よく設ける
ことも、微細加工技術を用いて容易に出来る。

ざらに、光シャッタアレイも周知のように微細加工技術
により精度良く形成することが出来る。

そして、これら第１の光ガイド部、第２の光ガイド部及
び光シャッタアレイ相互の位置合わせは、これら構成成
分を作製する微細加工工程中においてマーカーを設ける
等の手当をしこれを用いて位置合わせをすることで、高
精度にかつ容易に行なえる。

従って、多数回線の光スイッチが容易に得られる。

また、導波型光分配手段の出力端面及び光合流子段の出
力端面を光進行軸に対し斜め形状としであるので、分岐
手段（反射面）と、光シャッタアレイとの距Ｍを均一に
出来、よって光のロスを均一に出来る。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の光スイッチの実施例に
つき説明する。なお、以下の説明に用いる各図はこの発
明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、形状、配Ｍ開
係を概略的に示しである。

第１図（Ａ）及び（８）は、この発明の光スイッチを入
力用光ファイバ及び出力用光ファイバと共に示した側面
図及び平面図である。

これらの図においで、３１は入力用光ファイバ、４１は
出力用光ファイバ、５１は実施例の光スイッチを夫々示
す。

ざらに、第１図（Ａ）及び（Ｂ）において、５３は第１
の光ガイド部を示す、この第１の光ガイド部５３は、導
波型光分配手段５５をその光進行軸が一定方向に向くよ
うにｍ個（この実施例の場合は４個）並列に具えている
。ここで、各導波型光分配手段５５の出力端面５５ａは
光進行軸に対して角度θ（第１図（Ａ）参照）を示す端
面となっている。

ざらに、各導波型光分配手段５５の出力端面５５ａには
、出力端面５５ａから光を垂直に取り出すための分岐手
段５７ヲこの出力端面５５ａの長平方向に沿ってｎ個（
この例の場合は４個）設けである。そして、ｍ個の導波
型光分配手段５５には、入力用光ファイバ３１が夫／？
１本づつ接続しである。これら導波型光分配手段５５は
、入力用光ファイバ３１から入力される光信号を、第１
図（Ａ）中にＰで示す方向に広げることが出来る導波路
で構成しであるが、この導波型光分配手段５５の詳細に
ついては、この導波型光分配手段５５の作製方法の説明
と共に後述する。

また、この導波型光分配手段５５の出力端面５５ａに設
けた各分岐手段５７は、導波型光分配手段５５の端面５
５ａに、溝（第１図（Ａ）中分岐手段５７として示して
いるもの）を設け、この溝中の物質（この場合は空気）
の屈折率と、導波型光分配手段５５を構成する物質の屈
折率との差で光を全反射させ光を分岐する構成としてい
る。この溝５７の側壁と、導波型光分配手段５５の端面
５５ａとの成す角度φは、上述のθに対し φ＝Ｔ［／４＋θ／２ を満足する角度とするのが好適である。角度Φをこのよ
うに設定した分岐手段５７によれば、導波型光分配手段
５５の出力端面５５ａから光を垂直に取り出すことが出
来る。なお、この分岐手段５７の詳細については、この
分岐手段５７の作製方法の説明と共に後述する。

ざらに菓１図において５９は、第１の光ガイド部５３か
らの光を平行光にするためのマイクロレンズアレイを示
す、このマイクロレンズアレイ５９は、ｍ×ｎ個従って
この実施例の場合は４×４個のマイクロレンズを具えで
いる。このマイクロレンズアレイ５９は、第１の光ガイ
ド部５３に対し、１つのマイクロレンズが１つの分岐手
段５７と対応するような位Ｍ開係で配置しである。なお
、マイクロレンズアレイ５９は、従来公知のもので構成
しているので詳細な説明は省略する。

ざらに第１図においで、６１はｍ×ｎ規模の光シャック
アレイ従ってこの実施例の場合は４×４個の光シャッタ
を有する光シャ・シタアレイを示す、この光シャ・シタ
アレイ６１は、例えば従来技術においで説明したゲート
マトリクス等のような公知の手段で構成出来る。この光
シャッタアレイ６１は、マイクロレンズアレイ５９に対
し、１つの光シャッタが１つのマイクロレンズと対応す
るような位１関係で配置しである。

さらに第１図において６３は、出力側のマイクロレンズ
アレイを示す、このマイクロレンズアレイ６３は、先に
説明したマイクロレンズアレイ５９と同様な構成のもの
で構成しである。このマイクロレンズアレイ６３は、光
シャッタアレイ６１に対し、１つのマイクロレンズが１
つの光シャッタと対応するような位置関係で配置しであ
る。

ざらに第１図においで６５は、第２の光ガイド部を示す
、この第２の光ガイド部６５は、第１の光ガイド部５３
と同様な構成のものを入出力か第１の光ガイドの場合と
逆になるようにしで用いている。

即ち、筒１の光ガイド部５３にあ１する導波型光分配手
段５５の出力端５５ａ　＠入力端としで用い、がっ、第
１の光ガイド部５３においで入力用光ファイバ３１が接
続されていたところに出力用光フアイバ４１ヲ接続して
用いることにより、導波型光合流手段６７を構成してい
る。

次に、上述の各構成成分のうちの導波型光分配手段５３
、導波型光合流手段６７及び分岐手段５７夫々の構造の
詳細な説明を、これらの作製方法の説明と共に行なう。

第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、その説明に供する図である。

先ず、第２図（Ａ）に示すように、例えばダイシングソ
ウを用い、例えばガラス基板７１に互いに平行な複数の
第１の溝７３を形成する。次に、第１の溝７３の形成が
済んだガラス基板７１に該ガラス基板７１の表面と、第
１の溝７３の側面のうちの一方と、好ましくは第１の溝
７３の底面とを覆うマスク金属７５を形成する。なあ、
この実施例では、第１の溝７３の底面は露出されている
。その後、例えば周知のイオン交換によりこのガラス基
板７１のマスク金属７５から露出している領域に導波路
７７を形成する。この導波路１７の幅は、Ｗ（第１の溝
７３の深さに相当する。第２図（Ａ）？照）としている
。

この導波路７７ヲ進む光は、幅Ｗと直交する方向では第
１の溝７３及びガラス基板７１によって挟まれるため閉
じこめられるが、Ｗ方向においてはｍＷいっばいに広が
る。この導波路７７が、第１の光ガイド５３においては
導波型光分配手段５５８構成し、また、第２の先方イド
６５においては導波型光合流手段６７を構成する。

次に、この基板７１を、導波路７７の光進行方向に対し
角度θを成す斜めな面が得られるように研磨する（第２
図（８））、第２図（Ｂ）にあいで、斜めな面を番号７
９ヲ付して示している。以下、この斜めな面７９ヲ、単
に斜面７９と略称する。この斜面７９が、第１の光ガイ
ド５３においては導波型光分配手段５５の出力端面を構
成しく第１図（Ａ）参照）、また、第２の光ガイド６５
においでは導波型光合流手段６７の入力端面（図示せず
）ＩＦ！、構成する。

次に、例えばダイシングソウを用い、・斜面７９に導波
路７７の光進行方向と直交する方向の第２の溝であって
その深さ方向が斜面７９に対しΦなる角度（但し、φ＝
ｎ／４＋８／２）を示す第２の溝８１を形成する。この
第２の溝８１を設けたことによって、導波路７７を構成
する物質及び第２の溝内の空気間で屈折率差が生し、導
波路７７を伝搬している光は第２の溝８１の部分で全反
射し、第１及び第２の光ガイド部における分岐手段を構
成出来る。ここで第２の溝８１は、所定の間隔で第１光
ガイド部の場合はｎ個、第２光ガイド部の場合はｍ個（
図では２本のみ示しでいるがこの実施例ではｍ＝ｎ＝４
である。）設けでいるＣＨ２図（Ｃ））。なお、この第
２の溝の深さは導波路７７の幅Ｗより深すぎではだめで
あつ、これより浅く然も適正な値とする。

次に、この発明の光スイッチの理解を深めるために実施
例の光スイッチの動作説明を第３図を参照しで行なう。

ここで、第３図は、第１図（Ａ）に示した光スイッチの
動作時の光の伝搬経路を模式的に示した図である。

入力用光ファイバ３１からこの光スイッチ５１に入った
光は、第３図中β、で示すように導波型光分配手段５５
の幅Ｗいっばいに拡がってゆく。このように拡がった光
は、導波型光分配手段５５の出力端面５６に達すると端
面に設けた各分岐手段５７の溝部分において空気との屈
折率差により全反射され進行方向が変えられてマイクロ
レンズアレイ５９に入る（第３図中のβ２）、マイクロ
レンズアレイ５９に入った光は、マイクロレンズによっ
て平行光β３とされた後、光シャッタアレイ６１に達す
る。

光シャッタアレイ６１は、必要な入出力の組合せになっ
ている光に対応する光シャッタを開ける。光シャッタア
レイ６１に達した光のうちの、光シャッタが開状態にさ
れてここを通過した光は、他方のマイクロレンズアレイ
６３に達し集光され、その後第２の光ガイド６５の導波
型光合流手段６７の分岐手段（図示せず）に達する０分
岐手段に達した光は、第１の光ガイド５５の分岐手段５
７の場合とは逆の原理によって導波型光合流手段６５に
入り（第３図中の１４）、その後、出力用光ファイバ４
５に達する。この結果、出力用光ファイバ旧の所望の光
ファイバから出力光β５を取り出せる。

ここで、実施例の光スイッチの構成においては下記の０
式が成立する。

Ｗ＝ｎｄｓｉｎθ　ｔａｎφ／　ｔａｎθ＝ｎｄｃｏｓ
θ・ｔａｎ　（ＴＩ　／　４＋θ／　２　）　−・・■
但し、０式中、 Ｗは導波路７７の幅（第２図（８）参照）、θはマイク
ロレンズアレイと光分配手段又は光合流手段との接合角
（第３図参照）、φ＝■／４＋θ／２、 ｄは出力ビーム束の幅、 ｎはポート数を示す。

そして、例えばＷ！１ｍｍ程度とし、６％３０ｑｒｎと
した場合、θを４５°とすれば、ポート数ｎは］９に出
来る。また、θを１０°とすればポート数ｎは２８に出
来る。

また、マイクロレンズアレイ５９、光シャ・ンタアレイ
６１及びマイクロレンズアレイ６３夫々のピッチは、ｄ
ｔａｎφ／ｌａｎθで示される値にするのが有利である
。ピッチをこのように設定すると、光の進行方向から見
たときの反射面の重なりか小さく出来る。従って、θを
４５°とした場合であれば、ピッチは１１０２Ｌ１とな
り、θを１０’とした場合であればピッチは３６ｕｍと
なる。

上述においては、この発明の光スイッチの実施例につき
説明したが、この発明は上述の実施例のみに限定される
ものではなく以下に説明するような変更または変形を加
えることが出来る。

上述の実施例では、第一の光ガイドと、光シャッタアレ
イとの間、及び、光シャッタアレイと、第２の光ガイド
との間夫々にマイクロレンズアレイ６３夫けでいたが、
設計によってはこれらマイクロレンズアレイは設けなく
とも良い。

また、導波型光分配手段、導波型光合流手段及び分岐手
段の構成は、第２図を用いで説明した構成のものに限ら
れるものではなく他の好適なものでも良い。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の光スイ
ッチによれば、第１の光ガイド部のｍ個の導波型光分配
手段及び第２の光ガイド部のｎ個の導波型光分配手段夫
々は、基板に微細加工技術を用いて精度良く配置形成す
ることが出来る。

ざらに、各導波型光分配手段及び各導波型光合流手段の
夫々の端面を斜め形状にすることは従来の研磨技術で容
易に出来、また、この端面に分岐手段を精度よく設ける
ことも、微細加工技術を用いて容易に出来る。

ざらに、光シャッタアレイも周知のように微細加工技術
により精度良く形成することが出来る。

そして、これら第１の光ガイド部、第２の光ガイド部及
び光シャッタアレイ相互の位置合わせは、これら構成成
分を作製する微細加工工程１ζ中においてマーカーを設
ける等の手当をしこれを用いて位置合わせをすることで
、高精度にかつ容易に行なえる。

従って、多数回線（２０回線以上）の光スイッチが容易
に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び（８）は、実施例の光スイッチの説明
に供する側面図及び平面図、 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例の光スイッチに備わる
導波型光分配手段、導波型光合流手段及び分岐手段の説
明に供する図、 第３図は、実施例の光スイッチの動作説明に供する図、 第４図（Ａ）及び（８）は、従来技術の説明に供する図
である。 ３１・・・入力用光ファイバ、　４１−・・出力用光フ
ァイバ５１−・・実施例の光スイッチ、５３−・・第１
の光ガイド部５５−・・導波型光分配手段 ５５ａ・・・導波型光分配手段の出力端面５７−・・分
岐手段 ５９．６３−・・マイクロレンズアレイ６１・・・光シ
ャッタアレイ、　６５−・・第２の光ガイド部６７・・
・導波型光合流手段、　？　＋−・・ガラス基板７３・
・・第１の溝、　　　　　７５・・・マスク金属７７・
・・導波路（導波型光分配手段又は導波型光合流手段） ８１・・・第２の溝。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）出力端が当該導波型光分配手段の光進行軸に対し
   て斜め形状とされている導波型光分配手段であって該出
   力端面に該出力端面から光を垂直に取り出すための分岐
   手段をｎ個設けた導波型光分配手段を、ｍ個具える第１
   の光ガイド部と、 入力端が当該導波型光合流手段の光進行軸に対して斜め
   形状とされている導波型光合流手段であって該入力端面
   に該入力端面に垂直に入る光を前記光進行軸に平行にす
   るための分岐手段をｍ個設けた導波型光合流手段を、ｎ
   個具える第２の光ガイド部と、 前記第１の光ガイド部の出力端面及び前記第２の光ガイ
   ド部の入力端面間に設けられたｍ×ｎ規模の光シャッタ
   アレイと を具えたことを特徴とする光スイッチ（但し、ｍ、ｎ各
   々は正の整数であり、互いは等しくとも異なっても良い
   。）
2. （２）請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記分岐
   手段を、前記導波型光分配手段及び前記導波型光合流手
   段夫々の斜め形状とされている端面に溝を設け該溝中の
   空気及び前記導波型光分岐手段又は前記導波型光合流手
   段の屈折率差を利用した構成としたこと を特徴とする光スイッチ。