JPH03255417A - Rotary optical switch - Google Patents

Rotary optical switch

Info

Publication number
JPH03255417A
JPH03255417A JP12301990A JP12301990A JPH03255417A JP H03255417 A JPH03255417 A JP H03255417A JP 12301990 A JP12301990 A JP 12301990A JP 12301990 A JP12301990 A JP 12301990A JP H03255417 A JPH03255417 A JP H03255417A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
input
substrate
output
waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP12301990A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Takagi
章宏 高木
Masaharu Horiguchi
堀口 正治
Etsuji Sugita
杉田 悦治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Publication of JPH03255417A publication Critical patent/JPH03255417A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To obtain a high-function rotary optical switch which is small-sized, low-loss, and low-cost and is superior in reliability for a long period of time by mounting a circular substrate of a full wafer, on which waveguide type optical circuits are collectively formed and mounted, on a rotation driving part of high controllability as it is. CONSTITUTION:Waveguide type optical circuits 13 to 16 to be connected to input/output fibers 18 to 21 in the periphery of a perfectly circular substrate 12 by switching are formed on this substrate 12, and a driving system is provided which rotates this circular substrate 12 at a desired angle of rotation and stops it. Consequently, the plane circular substrate 12 on which waveguide type optical function devices are formed and mounted is switched to input/output devices 18 to 21 by a short stroke. Thus, the multifunction rotary optical switch is obtained which is small-sized and low-loss and is superior in reliability for a long period of time.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野J 本発明は、光通信、光情報処理分野等の中継系および加
入者系を問わずあらゆる分野において用いられる光切り
替え器に関し、特に多様な複数の導波路型光機能デバイ
スを形成・搭載した平面円形基板を、小型、低損失、低
コストで、かつ極めて小さいクロストークで切り換える
ためのロータリ型光切り替え器に関する。
[Industrial Field of Application J] The present invention relates to an optical switch used in all fields including optical communication, optical information processing, relay system, and subscriber system, and particularly relates to an optical switch that is used in various fields including a plurality of various waveguide type optical functional devices. This invention relates to a rotary type optical switch for switching a flat circular board formed and mounted with a small size, low loss, low cost, and extremely small crosstalk.

【従来の技術] 光ファイバ通信は、これまでの電気通信にくらべて高速
・大容量化等が期待できるため、ここ士数年の間、各国
で盛んに研究され、着実に進歩・普及してきた。しかし
、光通信の最大の弱点である種々の接続技術切り替え技
術または位置合わせ技術の問題が容易に解決されないた
め、期待したほどには普及していないのが現状である。 なかでも、光切り替え器あるいは低速の光スイッチは、
光ファイバ回線を需要に応じて自在に切り替えたり、回
線故障の際の迂回路を確保したり、さらには多種多様な
サービスに対応した柔軟な光ネットワーク実現のために
、近い将来重要な役割を占めると考えられる。現在の光
通信が光の空間伝搬とその直進性という本質的な性質を
ひきずっている間は各種の接続技術、ひいては光部品の
実装技術の改善が必要であることは論を持たないところ
である。 これまでの光部品の構成形態としては、主に、l)バル
ク型、2)ファイバ型、3)導波路型に分類される。バ
ルク型は、可動プリズムやレンズ干渉膜フィルタ等の古
典的光部品を構成要素として組立られたものである。フ
アイバ型は、光ファイバや光ファイバ母材を切削・研磨
・溶融着・延伸・各種専用治具作製と組立等の加工プロ
セスにより組立られるものである。導波路型は、半導体
製造装置・写真転写技術を駆使して基板上に各種導波路
をサブミクロンの高精度で一括形成されるものである。 将来的にはすべての光機能部品を一枚の基板上に形成す
るモノリシック光集積回路の形態となると考えられてい
る。各組立部品の数は上の順にしたがって少なく、位置
精度も向上しており、実装の点から見ても後者になるほ
ど好ましい、しかしながら、たとえモノリシック光集積
回路が実現できたとしても、既に普及している光ファイ
バ回線網との接続は避けて通ることはできず、何らかの
方法で基板上の導波路と光ファイバとを高精度に接続し
、かつ低損失に切り換える必要性が当然生じて来ると考
えられる。 基板上に形成された導波路181と、光ファイバ182
とを高精度に接続し、かつ切り換える方法としては、例
えば、第22図に示すように、超精密光コネクタ183
と方向性結合器型光導波路スイッチ1g4の組合せによ
る、可動部の無い、言わばスタティックな切り換え方式
が考えられる。しかし、このように手動でコネクタ用治
具を基板に直接差し込む方法は基板に相当の力がかかる
ことになり、信頼性上問題がある。また、一般に、光の
干渉を利用してスイッチングを行う導波路型光スイッチ
は本質的に波長依存性・偏波依存性を持ち、かつ、エネ
ルギの供給無しで自己保持とすることは非常にむずかし
いため、切り換え後のクロストークが問題となる。通常
、このような導波路型光スイッチのクロストークを−3
0dB以下とすることはむずかしく、また。現在のレー
ザ光源出力バワの不安定性を考慮に入れると、クロスト
ークは更に悪(なり、上記構成方法は現実的とは言えな
い、これに対して、可動部のある、言わばダイナミック
なメカニカル切り換え方式は本質的に波長依存性・偏波
依存性がなく、かつ自己保持も比較的容易に実現可能で
ある。従って、基板上の導波路と光ファイバとを高精度
に接続し、かつ切り換える方法としては、メカニカル切 最良であると考える。 メカニカル切り換え方式には、一方向にスライドさせる
スライド式と、回転させて切り換えるロータリ式が考え
られる.スライド式では、各接続部において位置軸x.
y.z 回転軸α,βの合計5軸調整が必要となり、光
軸合わせが非常にむずかしいという欠点があり、また切
り換え回数も、現在のところ数十回が限界である。これ
に対し。 ロータリ式は、主に回転軸の精度を考慮するだけで、比
較的容易に光軸合わせな達成する可能性を秘めている。 以下に、従来のロータリ型光切り換え器について述べる
。 (1)特開昭61−185715号公報には、第23図
に示すようなロータリ式スイッチが記載されている。 191は選択光ファイバ、192は共通光ファイバ、1
93はV溝、194は光ファイバ配列台、195は回転
軸、196はロッドレンズ付光ファイバスリーブ、19
フは共通光ファイバ192を保持し回転させるための回
転板である。当該発明では、選択光ファイバ191に対
して、共通光ファイバ192を回転軸195を中心にス
テッピングモータにより回転移動させ、接続する光ファ
イバを切り替えるものである。このように構成されたロ
ータリ式光スイッチにおいては、ロッドレンズ付光ファ
イバスリーブ196のレッドレンズをコリメートレンズ
として用いて光結合しており、光ファイバ191および
192のコア径に比べてロッドレンズ口径が数10倍な
ので、共通光ファイバ192と選択光ファイバ191を
直接に光結合する場合に比較して光軸ずれに対する許容
度が数lOμ−と大きい、このため、共通光ファイバ1
92に固着しているロッドレンズ付光ファイバスリーブ
196を固着している回転板197をステッピングモー
タで所望の角度だけ回転移動すれば、ステツピングモー
タの停止位置精度だけで再現性良く光結合できるととも
に、接触部分が無いので耐久性と信頼性に富むというも
のである。 (2)第24図は、特開昭64−57217号公報に示
された光スイッチの例を示し、同図(a)は平面図、(
b)図は断面図である。当該発明は、プリズム201を
所定角度回転させる回転機構を備え、プリズムに対する
入射位置を変化させ、光の出射位置を切り替えるという
ものである。回転機構としては、電磁石によりプリズム
固定板202に付設したマグネット203を吸引し回転
させ、その角度は回転軸ガイドに付設したストッパ20
4により規制する。 205A、 205B、 205
C$よび205Dは切り替え接続される光ファイバ、2
06はレンズ、207は固定軸。 208は止め板、209は固定軸ガイドである。 (3)第25図は特開昭62−112116号公報に示
されている光切り替え器の例である。当該発明では、n
本の光ファイバ211a、 211b、 211cが、
放射状に等間隔で配置され、これら光ファイバ軸心線の
交点を中心として回転自在な回転体212に、相互に隣
接する任意の二本の光ファイバを光学的に接続するため
の切替素子213を所定の向きに回転させることにより
、任意の隣接する二本の光ファイバを光学的に接続する
というものである。切替素子213は、図(a)及び図
(b)においては光ファイバからなり、図(c)及び図
(d)においては反射ミラーからなる。 214a、2
14b、214cはロッドレンズである。 (4)第26図は、特開昭58−80603号公報に示
されているファイバ配線形回転アクセス光スイッチの例
である。221−1〜221−8は回転円板、222−
1〜222−8は光ファイバ入り線、223は配線ファ
イバ、224−1〜224−8は光ファイバ出線である
。これは、複数本の配線ファイバ223が配線されてい
る回転円板221−1〜221−8を各々独立に回転で
きるように複数個、多段に配置して回転円板周辺に対向
した光ファイバ入り線222−1〜222−8と光ファ
イバ出線224−1〜224−8の光学的接続を切り替
えるというものである。 (5)第27図は、特開昭50−133854号公報に
示されている光切り替えスイッチの例である。 230
1はロータ、2302はステータ、2311.2321
.2331.2341゜2390、2391.2392
.2393.2394.2395.2396.2397
は光伝送路、2312.2313.2314.2315
.2316.2317.2318゜2319、2380
.2381.2382.23g3.2384.2385
.2386,2387は結合部である。これは、ロータ
2301の外周表面に形成された光伝送路2311,2
321,2331.2341の端部に当たる結合部23
12.2313.2314.2315.231B。 2317.231Jl、 2319とロータの最小外径
より若干小さな直径の円形開口部を持つステータの開口
部表面にある伝送路2390〜2397の端部に当たる
結合部2380〜2387を接触することにより、光信
号の切り替え・接続を行うというものである。 【発明が解決しようとする課題】 以上説明したように、従来のロータリ型光切り替え器は
、1枚の円形基板上に光ファイバや、プリズム、反射ミ
ラー等の個別の光部品を各々搭載していくという方法で
あるため、製作工程が極めて複雑で長時間を要し、低コ
スト化および信頼性上大きな問題を有していた。また、
これらの光切り替え器は、一本または複数の入力用光フ
ァイバから、一本または複数の出力光ファイバへと単純
 に信号回線を切り替える機能だけを持っているにすぎ
ず、切 能回路や光機能部品を入力用光ファイバと出力用光ファ
イバの間で切り替えるといった発想はなかった.さらに
、従来のロータリ型光切り替え器では、回転体の回転を
高精度で制御し、光路を正確に位置合わせすることは困
難であり、又接続部における損失に対する検討も不十分
であったため、切り替え器での損失が大きいという欠点
があった.このように、これまでロータリ式光スイッチ
の利点を最大限に生かすような光スイッチの新しい構成
例の報告は無(、基板材料光導波路材料設計・作製方法
,回転駆動方法スイッチ全体の構成までも含めたロータ
リ型光スイッチの具体的な設計指針はなかった。 本発明の目的は、上記の欠点を解決し、光通信,光情報
処理分野等の中継系および加入者系を問わずあらゆる分
野において、多様な複数の導波路型光機能デバイスを形
成または搭載したフルウニへの平面円形基板を、複数の
入出力ファイバに対し、極めて小さいクロストークで切
り換えることができる.小型.低損失低コストで、長期
信頼性に優れ,かつ極めて高機能なロータリ型光切り替
え器(光回路基板実装構成法)を提供することにある。
[Conventional technology] Optical fiber communication has been actively researched in various countries over the past several years, and has steadily progressed and become more popular, as it is expected to offer higher speeds and higher capacity than conventional telecommunications. . However, because the problems of various connection technology switching techniques and positioning techniques, which are the biggest weakness of optical communications, cannot be easily solved, the current situation is that optical communication has not become as popular as expected. Among them, optical switches or low-speed optical switches are
It will play an important role in the near future, enabling flexible switching of optical fiber lines according to demand, securing detour routes in the event of line failure, and realizing flexible optical networks that support a wide variety of services. it is conceivable that. While current optical communication still retains the essential characteristics of spatial propagation of light and its straightness, there is no denying the need for improvements in various connection technologies and, by extension, in mounting technologies for optical components. Conventional configurations of optical components are mainly classified into 1) bulk type, 2) fiber type, and 3) waveguide type. The bulk type is assembled using classical optical components such as a movable prism and a lens interference film filter. The fiber type is assembled by processing processes such as cutting, polishing, fusing, stretching, and fabricating and assembling various special jigs from optical fibers and optical fiber base materials. In the waveguide type, various waveguides are collectively formed on a substrate with high submicron precision by making full use of semiconductor manufacturing equipment and photo transfer technology. In the future, it is thought that monolithic optical integrated circuits will be formed in which all optical functional components are formed on a single substrate. The number of each assembly component is smaller in the above order, and the positional accuracy is improved, so the latter is more preferable from a mounting point of view. However, even if a monolithic optical integrated circuit could be realized, it would already be widespread. We believe that it is inevitable to connect the optical fiber network with the existing optical fiber network, and that there will naturally be a need to connect the waveguide on the board and the optical fiber with high precision and with low loss. It will be done. A waveguide 181 formed on a substrate and an optical fiber 182
As a method for connecting and switching with high precision, for example, as shown in FIG.
A so-called static switching system with no moving parts can be considered by combining the directional coupler type optical waveguide switch 1g4. However, this method of manually inserting the connector jig directly into the board requires considerable force to be applied to the board, which poses a problem in terms of reliability. Additionally, in general, waveguide optical switches that perform switching using optical interference inherently have wavelength dependence and polarization dependence, and it is extremely difficult to achieve self-maintenance without energy supply. Therefore, crosstalk after switching becomes a problem. Normally, the crosstalk of such a waveguide type optical switch is -3
It is difficult to keep it below 0 dB. Taking into account the instability of current laser light source output power, the crosstalk becomes even worse (and the above configuration method cannot be said to be realistic. On the other hand, a dynamic mechanical switching method with moving parts) essentially has no wavelength dependence or polarization dependence, and self-maintenance can be realized relatively easily. Therefore, it can be used as a method for connecting and switching the waveguide on the substrate and the optical fiber with high precision. is considered to be the best mechanical switching method.There are two types of mechanical switching methods: a sliding type that slides in one direction, and a rotary type that switches by rotating.In the sliding type, the position axis x.
y. z Adjustment of a total of five axes of rotational axes α and β is required, and there is a drawback that alignment of the optical axis is extremely difficult, and the number of times of switching is currently limited to several dozen times. Against this. The rotary type has the potential to achieve optical axis alignment relatively easily simply by considering the accuracy of the rotation axis. A conventional rotary optical switch will be described below. (1) Japanese Unexamined Patent Publication No. 185715/1985 describes a rotary switch as shown in FIG. 23. 191 is a selective optical fiber, 192 is a common optical fiber, 1
93 is a V-groove, 194 is an optical fiber arrangement stand, 195 is a rotating shaft, 196 is an optical fiber sleeve with a rod lens, 19
F is a rotating plate for holding and rotating the common optical fiber 192. In the present invention, a common optical fiber 192 is rotated about a rotating shaft 195 by a stepping motor with respect to a selected optical fiber 191, and the optical fibers to be connected are switched. In the rotary optical switch configured in this way, the red lens of the optical fiber sleeve with rod lens 196 is used as a collimating lens for optical coupling, and the diameter of the rod lens is smaller than the core diameter of the optical fibers 191 and 192. Since the tolerance for optical axis deviation is several tens of times larger than that in the case where the common optical fiber 192 and the selected optical fiber 191 are directly optically coupled, the tolerance for optical axis deviation is several lOμ-.
If the rotary plate 197 to which the optical fiber sleeve 196 with rod lens attached to the rod lens 92 is fixed is rotated by a desired angle using a stepping motor, optical coupling can be achieved with good reproducibility just by the stopping position accuracy of the stepping motor. Since there are no contact parts, it is highly durable and reliable. (2) Fig. 24 shows an example of the optical switch disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-57217, and Fig. 24 (a) is a plan view, (
b) The figure is a cross-sectional view. The invention is provided with a rotation mechanism that rotates the prism 201 by a predetermined angle, changes the incident position on the prism, and switches the light output position. The rotation mechanism uses an electromagnet to attract and rotate a magnet 203 attached to the prism fixing plate 202, and its angle is determined by a stopper 20 attached to the rotation axis guide.
It is regulated by 4. 205A, 205B, 205
C$ and 205D are optical fibers to be switched and connected, 2
06 is a lens, 207 is a fixed axis. 208 is a stop plate, and 209 is a fixed shaft guide. (3) FIG. 25 is an example of an optical switch shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-112116. In the invention, n
The optical fibers 211a, 211b, 211c are
A switching element 213 for optically connecting any two mutually adjacent optical fibers is provided on a rotating body 212 arranged radially at equal intervals and rotatable about the intersection of these optical fiber axes. By rotating it in a predetermined direction, any two adjacent optical fibers can be optically connected. The switching element 213 is made of an optical fiber in FIGS. (a) and (b), and is made of a reflecting mirror in FIGS. (c) and (d). 214a, 2
14b and 214c are rod lenses. (4) FIG. 26 is an example of a fiber-wired rotary access optical switch disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-80603. 221-1 to 221-8 are rotating disks, 222-
1 to 222-8 are optical fiber input lines, 223 is a wiring fiber, and 224-1 to 224-8 are optical fiber output lines. This is a system in which a plurality of rotating disks 221-1 to 221-8, to which a plurality of wiring fibers 223 are wired, are arranged in multiple stages so that they can each rotate independently, and optical fibers are arranged facing around the rotating disk. The optical connections between the lines 222-1 to 222-8 and the optical fiber output lines 224-1 to 224-8 are switched. (5) FIG. 27 is an example of an optical changeover switch shown in Japanese Unexamined Patent Publication No. 50-133854. 230
1 is the rotor, 2302 is the stator, 2311.2321
.. 2331.2341゜2390, 2391.2392
.. 2393.2394.2395.2396.2397
is an optical transmission line, 2312.2313.2314.2315
.. 2316.2317.2318゜2319, 2380
.. 2381.2382.23g3.2384.2385
.. 2386 and 2387 are joint parts. This is because the optical transmission lines 2311 and 2 formed on the outer peripheral surface of the rotor 2301
Joint part 23 corresponding to the end of 321, 2331.2341
12.2313.2314.2315.231B. 2317.231Jl, 2319 and the coupling parts 2380 to 2387, which correspond to the ends of the transmission lines 2390 to 2397 on the opening surface of the stator, which has a circular opening with a diameter slightly smaller than the minimum outer diameter of the rotor. This is to switch and connect. [Problems to be Solved by the Invention] As explained above, conventional rotary optical switching devices have individual optical components such as optical fibers, prisms, and reflective mirrors mounted on a single circular substrate. Since the manufacturing process is extremely complicated and takes a long time, there are major problems in terms of cost reduction and reliability. Also,
These optical switchers simply switch the signal line from one or more input optical fibers to one or more output optical fibers, and do not have switching circuits or optical functions. There was no idea of switching parts between the input optical fiber and the output optical fiber. Furthermore, with conventional rotary optical switchers, it is difficult to control the rotation of the rotating body with high precision and accurately align the optical path, and there has been insufficient consideration of losses in the connection parts. The disadvantage was that there was a large loss in the equipment. As described above, there have been no reports on new configuration examples of optical switches that maximize the advantages of rotary optical switches (including substrate material, optical waveguide material design and fabrication method, and rotational drive method and overall switch configuration). There were no specific design guidelines for rotary type optical switches.The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks, and to apply it to all fields, including relay systems and subscriber systems, such as optical communication and optical information processing fields. , it is possible to switch a flat circular substrate formed or mounted with various waveguide-type optical functional devices to multiple input/output fibers with extremely small crosstalk.Small size, low loss, low cost, Our objective is to provide a rotary type optical switch (optical circuit board mounting configuration method) that has excellent long-term reliability and extremely high functionality.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明は、基板の形状がほぼ真円形であって、該基板上
には基板周辺に対向する一対以上の入出力ファイバまた
は人出導波路と切り替え接続される導波路型光回路ある
いは導波路型光回路群が形成され、かつその円形基板上
の周辺近傍に、基板の外周に対してほぼ直角となるよう
に配置された少なくとも1個の入出力用導波路ポートを
具備し、かつ前記円形基板を所望の回転角度だけ回転し
,停止させる駆動系を具備してなることを特徴とする.
言い替えると,導波路型光回路あるいは導波路型光回路
群が一括形成・搭載されたフルウェハの円形基板を制御
性のよい回転駆動部にそのまま搭載することによって光
切り替え器を実現することを特徴とする特 *作 用】 本発明においては、導波路型光回路を形成したフルウニ
への円形基板をそのまま、遠隔操作駆動系により所望の
回転角度だけ回転、その後停止させることによって、一
つまたは複数の光機能を切り替える.駆動系としては、
ロータの構造が簡単であるため容易に慣性を小さくでき
立ち上がり・停止時間を数msec以下にできる,加速
度を数千G(G:重力加速度)と大きくでき回転推進力
を大きくとれる,電源OFF時でも摩擦力によりその位
置に留まる自己保持機能を持つ等の特長を有する、低速
・高トルク・低消費電力でかつ制御性の良い超音波モー
タを用いることが望ましい.本発明によれば,多様な複
数の導波路型光機能デバイスを形成・搭載した平面円形
基板を、複数の入出力光ファイバに対し、極めて小さい
クロストークで切り替えることができ、小型低損失低コ
ストで、長期信頼性に優れ,かつ極めて高機能なロータ
リ型光切り替え器を提供することができ
The present invention provides a waveguide-type optical circuit or a waveguide-type optical circuit in which the shape of the substrate is approximately a perfect circle, and on the substrate is switched and connected to one or more pairs of input/output fibers or external waveguides facing around the substrate. a circular substrate on which an optical circuit group is formed, and at least one input/output waveguide port arranged near the periphery of the circular substrate so as to be substantially perpendicular to the outer periphery of the substrate; It is characterized by being equipped with a drive system that rotates the motor by a desired rotation angle and then stops the motor.
In other words, an optical switch is realized by mounting a full-wafer circular substrate on which a waveguide type optical circuit or a group of waveguide type optical circuits are collectively formed and mounted on a rotary drive unit with good controllability. In the present invention, one or more circular substrates formed with waveguide type optical circuits are rotated by a desired rotation angle using a remote control drive system, and then stopped. Switch the light function. As for the drive system,
Because the rotor has a simple structure, it is easy to reduce the inertia and make the start-up and stop times less than a few milliseconds.The acceleration can be increased to several thousand G (G: gravitational acceleration) and the rotational propulsive force can be large, even when the power is off. It is desirable to use an ultrasonic motor that has features such as a self-holding function that uses frictional force to stay in position, and has low speed, high torque, low power consumption, and good controllability. According to the present invention, a flat circular substrate on which a variety of waveguide-type optical functional devices are formed and mounted can be switched to multiple input/output optical fibers with extremely small crosstalk, and is small, low loss, and low cost. We are able to provide a rotary type optical switch with excellent long-term reliability and extremely high functionality.

【実施例】【Example】

以下の実施例では、円形基板としてシリコン基板を、光
導波路として石英系単一モード導波路を使用しているが
、これは、石英系単一モード導波路が単一モード光ファ
イバとの接続性に優れ、実用的な光切り替え器を提供で
きるためであり、本発明は石英系光導波路に限定される
ものではない、すなわち、回転駆動系に搭載するに十分
な強度を有し、その基板上に光導波路を形成することが
可能な基板材料ならばどんな円形基板でもよい、例えば
、石英基板、セラミック基板、金属基板、ステンレス基
板等、あるいはニオブ酸リチウム等の結晶性光導波路基
板でもよい、また、円形基板を回転移動させる回転駆動
系としては、超音波モータを用いることとするが、これ
は、これまでの電磁式モータとらべて、低速度領域で高
トルク変換効率が高い磁界の発生がない制御性がよい、
自己保持力が大きい、低コスト・小型化が期待できる等
の優れた特長を持っており、自己保持型光切り換え器へ
の適用にうってつけであることに依る。従って、本発明
では、超音波モータに限定されるものではなく、上記の
特長を備えた駆動系であればどんなものでも利用できる
こと、もちろんである。
In the following example, a silicon substrate is used as the circular substrate and a silica-based single mode waveguide is used as the optical waveguide. This is because it is possible to provide a practical optical switch with excellent performance, and the present invention is not limited to silica-based optical waveguides. Any circular substrate material may be used as long as it is possible to form an optical waveguide on the substrate, such as a quartz substrate, a ceramic substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate, or a crystalline optical waveguide substrate such as lithium niobate. , an ultrasonic motor will be used as the rotational drive system to rotate the circular substrate, but compared to conventional electromagnetic motors, this is capable of generating a magnetic field with high torque conversion efficiency in the low speed range. Good controllability,
It has excellent features such as high self-holding power, low cost, and can be expected to be miniaturized, making it ideal for application to self-holding optical switching devices. Therefore, the present invention is not limited to ultrasonic motors, and it goes without saying that any drive system having the above-mentioned features can be used.

【実施例A群】[Example A group]

第1図は、本発明光切り替え器の基本的な全体構成を示
す第1実施例であって、2x2光切り替え器に関する構
成例図であり、第1図(a)は平面図、第1図(b)は
断面図である。 11は光切り替え器全体を支持する支
持台、12は光導波路を形成したシリコン基板である。 13、14.15.16はシリコン基板12上に石英系
ガラス材料により形成された石英系光導波路であり。 次に述べる公知の方法によりサブミクロンの精度で一括
形成される。すなわち、これらの光導波回路は、膜厚5
0μ園程度のSiO□系ガラス層に埋設された縦横寸法
8μ■程度のSlOx−Tin□系ガラスコア部から成
り、直線バタンと曲率半径50■鵬の円弧バタンで構成
されている。このような石英系光導波路は四塩化シリコ
ンや四塩化チタンの火炎加水分解反応を利用したガラス
膜堆積技術、およびフォトリソグラフィ・反応性イオン
エツチング等による微細加工技術との公知の組合せで形
成できる。もちろん、光導波路のコアとクラッドとの屈
折率差を大きくすれば、光の閉じ込めがよくなると同時
に、曲率半径を50■園以下にでき、それだけ小型化が
可能となることを付記してお(,基板12は中心部に孔
を有し、軸17がその孔を挿通する。 本実施例では、切替用軸17を避けるように光導波路の
バタンを設計しているが、軸17が基板上にとびださな
い構造でよい場合にはこの限りでない。 また、光導波路の入出力ポートは基板円周に対してほぼ
直角となるようにバタン設計している。このことと基板
円弧のレンズ効果が加わって接続損失の小さい構造が実
現できる。さらに、これら光導波路の途中に交差箇所が
いくつかあるが、交差角を40°以上としている。第2
図に交差損失の交差角依存性を示す、同図から明かなよ
うに、交差角40°以上で交差損失はO−ldB以下と
極めて低い。 第1図において、1g、19,20.21は入出力光フ
ァイバ、22Aは光ファイバ位置固定用V溝である。 23Aは光ファイバ心線の端面研磨および搭載時の保護
のためのセラミック系フェルール、24Aは、入出力光
ファイバと光導波路との光軸を合せるための微調整機構
部、 24B、24Cはそれぞれ微調整用ねじ、25は
ストッパ用微調整機構部、 25轟、25Bは微調整用
ねじ、26.27は位置決め用ストッパである。 回転切り替え用駆動部としては、圧電セラミックの電歪
作用を回転運動に変換する新しい駆動源である超音波モ
ータという公知の技術を用いる。 第3図にその原理を示す([日経エレクトロニクスJ 
No、423.pp111〜117,1987参照)、
すなわち、圧電セラミックを二つに区分し、かつλ/4
(λ:共振波長)だけずらして配置して、それぞれに印
加する電圧の位相も90°ずれるように交流電圧をかけ
ると、位置と位相がそれぞれ90°ずつずれた二つの定
在波が発生する(第3図(A)参照)。 すると、それらの合成波によって弾性体(ステータ)の
表面上にある質点は楕円軌跡を描いて振動する。ここで
、移動体(ロータ)に予圧をかけると、移動体と弾性体
との摩擦により移動体は矢印の方向に駆動力を与えられ
、進むことになる(第3図(B)参照)、超音波モーマ
イクロメータ406Aルク変換効率が高い、磁界の発生
がない制御性がよい、自己保持力が大きい、低コスト・
小型化が期待できる。等の従来の電磁モータにない特長
を持っており、低速領域で用いられる自己保持型回線切
り替え月光スイッチへの適用にうってつけである。超音
波モータにおける回転運動の方式には、「進行波型」 
「定在波型」 [フラフープ型jなどがあるが、要は、
超精密回転軸を中心に最大360°回転し、所望の位置
で確実な自己保持を達成できればよいのである。あるい
は、エンコーダなどのセンサを設け、フイードバツク制
御による位置決めも可能である。 第1図にもどり、28は超音波モータおよび円形基板1
2を支える支持台、29.30は例えばPZTなどの圧
電素子、31は例えばステンレス鋼などの弾性体、32
は円形基板12を搭載するロータ、33は圧電素子へ電
圧を供給する電源、34.35はそれぞれ円形基板を超
音波モータに押えつけるための予圧用ナツトおよびスプ
リングである。 本実施例では、第3図に示した圧電セラミックの2つの
区分A145よびA!に相当する圧電素子29J5よび
30を1/4波長ずらして一体化したものを使用してい
る。電源33A、 33Bから90°位相のずれた電圧
を印加して、ロータ32.従って基板12を回転させる
。第1図は光ファイバ18と20.光ファイバ19と2
1とが光学的に結合された状態を示している。 基板12を反時計方向に回転させて光ファイバ18と2
1、光ファイバ19と20を結合させること、さらに基
板12を逆転させて第1図に示した状態にもどすことが
できる。電源としては、例えば周波数70kHz、電圧
30Vが使用される。1枚の圧電素子による超音波モー
タの使用も当然可能である。軸17は偏心1μ膳以下と
するのが望ましく、軸17と基板12の中心孔の内径の
差は少ないほどよい。 第4図は、本発明光切り替え器の基本構成を示す第2実
施例であり、第1実施例をさらに改良した2x2切り替
えの構成例図であって同図(a)は平面図、面間(b)
は断面図である。本実施例では、光ファイバを同一の部
材に搭載し、回転角度の微調整ができ、かつ基板上の石
英導波路と光ファイバとの高精度な突き合わせを行って
いる点で、第1実施例と大きく異なる利点を持つ。 支持台401の中央に、3本のマイクロメータ406A
、 406B、 406Cによって三点支持された超音
波モータ搭載用ステージ402を2本のバネ402Aを
介して設けている。403は超音波モータのロータ。 404はシリコン基板、405はロータに取り付けられ
た停止位置決め用ビンであり、マイクロメータ40?A
、 407Bによりロータを停止させる。 408,4
09は光ファイバ搭載用部材であり、中間にあるOリン
グ410を介在させ、ネジ411A、 411B、41
IC,411Dの締め具合を調節することによって、V
溝412A、 412B、412C,412Dに搭載す
るジルコニアフェルール413轟〜4130付光ファイ
バ414A、414B、414C,4140とシリコン
基板404上の石英導波路との突き合わせを行う。 実施例1(第1図)または実施例2(第4図)では、2
x2スイッチを取り上げたが、円形基板12または40
4上の光導波路のバタン設計を適切に変更することによ
り種々のスイッチを実現することもできる。例えば、第
5図は第3実施例として、lx2スイッチ円形基板の構
成例を示す。この場合には、2本の光導波路13J5よ
び14を交差せずに設けて、光ファイバ19と20の切
り替えを実現している。円形基板内に光導波路バタンか
納まり、低損失で、かつ入出力取り出しが可能であれば
lxNの光スイッチを、本実施例と全く同様に構成する
ことができる。また、これまでの説明を発展させて、第
4実施例として第6図に示すよりなNXN光スイッチも
実現可能である。すなわち、超音波モータを用いて回転
運動だけでなく直線運動を行わせることも可能であるた
め、上述したように光導波路36A〜36Nを有しlx
Nスイッチ機能を持つ円形基板37A〜37NをN枚積
層した構造、あるいは1枚の円形基板上にlxNスイッ
チ機能を持つ光導波路層をN層多層化した構造を持つ導
波路型切り替え部を回転位置決め用超音波モータ38上
に搭載し、さらにそれら全体を高さ位置決め用超音波モ
ータ39の上に搭載することによってN本の光ファイバ
40A〜4ONの切り替えを実現するものである。なお
、この場合にはエンコーダ等によるフィードバック位置
決め制御が必要となる。本実施例で述べた石英系ガラス
材料でこれらのことを実現することはニオブ酸リチウム
等の他の導波路材料と比べて極めて容易であることを付
記しておく。 以上、本発明の基本的な実施例について説明してきたが
、本発明の最大の特長は、波長依存性が少なく、比較的
低損失で、自己保持型も可能とじうバルク型の利点に加
えて、フォトリソグラフィや微細加工技術を利用した三
次元光導波路の利点をスイッチ切り替え部に適用し、さ
らに、低速度領域で高トルク変換効率が高い磁界の発生
がない、制御性がよい、自己保持力が大きい、低コスト
・小型化が期待できる。といった特長をもつ超音波モー
タを組み合わせることによって、1x2または2x2の
光切り替え器を実現しているところにある。 【実施例BuJ これまでの実施例では、一本または複数の入力用光ファ
イバから、一本または複数の出力光ファイバへと単純に
信号口線を切り替える機能だけを持っているにすぎなか
ったが、上記円形基板12または36上の光導波路のバ
タン設計を、多様な光機能回路や光機能回路群として適
切に変更する−ことにより種々のスイッチを実現するこ
ともできる。 以下に、これらの回路構成に関する実施例について詳細
に説明する。 はじめに、第一ステップとして、円形基板上の任意の場
所に1個の導波路型光回路が形成されている場合につい
て説明する。 第7図は、本発明の第5実施例とした基本的な回路構成
例である。lは円形のシリコン基板、21と22は各々
、円形基板1に形成された光導波路に突き合わされた入
力用光ファイバおよび出力用界ファイバである。 51はシリコン基板l上に形成された任意の単一機能光
回路A、41と42は各々、光回路51.と光ファイバ
21および22を接続するために設けられた入出力用光
導波路である。 51の光回路Aと、導波路41,42
,43.44は次に述べる公知の方法によりサブミクロ
ンの精度で一括形成される。すなわち、これらの光導波
路回路等は、膜厚50μ■程度のS i Oz系ガラス
層に埋設された縦横寸法8μm程度のSiOx−TiO
x系ガラスコア部から成り、直線バタンと曲率半径50
■■の円弧バタンで構成されている。このような石英系
光導波路は四塩化シリコンや四塩化チタンの火炎加水分
解反応を利用したガラス膜堆積技術、およびフォトリソ
グラフィ・反応性イオンエツチング等による微細加工技
術との公知の組合せで形成できる。もちろん、光導波路
のコアとクラッドとの屈折率差を太き(すれば、光の閉
じ込めがよくなると同時に、曲率半径を501m以下に
でき、それだけ小型化が可能となることを付配しておく
。 43と44は各々入出力ポート用光導波路であり、光導
波路41と42の一部である。これらは、基板外周に対
してほぼ直角となるように故意に配置することによって
、入出力ファイバ21と22を各々入出力ポート用光導
波路43と44に容易に突き合わせ、かつ低損失に接続
することができる。この状態を保持することによって入
力ファイバ21からの光信号を、単一機能光回路Aを経
由して出力ファイバ22へと伝送することができる。一
方、この状態から、遠隔操作駆動系により円形基板をそ
の中心軸6のまわりに、光信号が遮断されるに十分な距
離だけ回転させ、その後停止させることによって、出力
ファイバからの光信号をクロストーク−30dB以下で
遮断させることができる。このように、円形基板をその
中心軸の周りに回転移動させて切り換えているため、中
心軸と基板端面との距離がほぼ一定であり、入出力光フ
ァイバと基板とが接触しないという利点がある。さらに
基板円弧のレンズ効果も加わって接続損失の小さい構造
を実現しているところが本発明の大きな特長である。従
って、本構成例によれば、入力信号を単一機能光回路A
を経由して出力側へ伝送する機能と、入力信号を遮断す
る機能を、小さい接続損失で切り換えることができる。 また、基板上の余白領域に、上述したのと全(同じ構成
で且つ光回路Aと異なる光回路B、光回路C・−・を配
置することによって、光回路A、光回路B、光回路C・
・・を各々独立の出力ファイバに、同時に切り換えるこ
ともできる。さらに、光回路A、光回路B、光回路C−
・・が双方向機能を持つ場合には、双方向切り換えも可
能である。 第8図は、本発明の第6実施例として、第5実施例(第
7図)に加えてさらに一対の入出力ファイバ23と24
を配置した構成例である。ここでは、入出力ファイバ2
3と24を各々、入出力ファイバ21と22の時計回り
方向に等間隔で配置している点が第7図と異なる。この
ような構成例にすると、入力ファイバ21.23と回転
軸6.あるいは出力ファイバ22.24と回転軸6によ
って見込まれる角度θ1だけ円形基板を時計回り方向に
回転させることによって、光回路Aを、新規に付加され
た入出力ファイバ23.24に切り換えることができる
。なお角度θ、は任意の角度に設定できる。もちろん、
同様な方法で可能な限り、N対の入出力ファイバを配置
することにより、光回路Aを、N対の中の任意の光回線
に切り換えることが可能である。要は、入出力ファイバ
21.22と回転軸6によって見込まれる角度θ8を保
つように入出力ファイバ対を基板周囲に配置すればよい
のである。 また、基板上の余白領域に、今と全(同じ構成で且つ光
回路Aと異なる光回路B、光回路C・・・を配置するこ
とによって、光回路A、光回路B、光回路C・・・を各
々独立の出力ファイバに、同時に切り換えることもでき
る。さらに、光回路A光回路B、光回路C−・・が双方
向機能を持つ場合には。 双方向切り替えも可能である。 第9図は、本発明の第7実施例であり、第6実施例(第
8図)の光回路A (51)として、方向性結合器8を
有するマツ八ツエンダ型干渉計光回路を適用した例であ
る。このように、一つの単一機能回路を多対の入出力フ
ァイバに切り換えることが −できる。 第10図は、本発明の第8実施例であり、第6実施例(
第8図)の光回路A (51)として、1x8の3段Y
分岐回路を適用し、且つそれを二重化した例である。こ
のように、二重化することにより回路不良時の切り換え
復帰も可能とすることができる。 第11図は、本発明の第9実施例であり、第6実施例(
第8図)の入力ファイバ23を取り除き、新たに入力ポ
ート用光導波路46を含む一本の入力用光導波路45を
配置した構成例である。ここでは、入力ポート用光導波
路46を、入力ポート用光導波路43から半時針回り方
向にちょうど中心角θ、たけずらして配置している点が
第8図と異なる。このような構成例にすると、円形基板
なθ、たけ時計回り方向に回転させることによって、一
本の共通入力ファイバ21からの光信号を、光回路Aを
経由して、二本目の出力ファイバ24に切り換えること
ができる。これを発展させて、本発明の第10実施例と
して、第12図のよりなlxNの構成例も可能である。 すなわち、同様な方法で可能な限り、N本の入力ポート
用光導波路を、入力ポート用光導波路43から反時計回
り方向に各々α、、α1αm、=”a、たけずらして配
置し、且つそれらに対応するように、N本の出力ファイ
バを、出力ファイバ22の時計回り方向にα1.α、、
a、、”・a、たけずらして配置することによって一本
の共通入力ファイバ21からの光信号を、光回路Aを経
由して、N本の出力ファイバに切り換えることもできる
。この場合、通常は各入力ポート用光導波路の間隔と各
出力ファイバの間隔を同じにしておいても−向に差し支
えない。 また。基板上 で且つ光回路Aと異なる光回路B,光回路C・・・を配
置することによって、光回路A.光回路B,光回路C・
−・を各々独立の出力ファイバに、同時に切り換えるこ
ともできる.さらに、光回路A光回路B,光回路C・・
・が双方向機能を持つ場合には、双方向切り替えも可能
である。 第13図は,本発明の第11実施例であり、第9実施例
(第11図)の光回路A (51)として、熱光学効果
を利用したマツハツエンダ型光スイッチを適用した例入
力ポート用先導波路43、薄膜ヒータ9に電流を流して
出力ポート用光導波路44には光路長を変化せしめるこ
とによって、光のスイッチングを行う四端子回路であり
、公知の技術である。この例では、ポート43→光回路
A (51)→ポート44と、ポート46→光回路A 
(51)→ポー)50のスイッチング特性が同じである
ため、出力ファイバ24と出力ポート用光導波路50を
、同図の入出力ポート用光導波路48に、一本の共通入
力ファイバ21からの光信号を、熱光学効果を利用した
光スイッチを経由して、二本目の出力ファイバ24に切
り換えることができる。 このように、上記構成例を含む本発明では、円形基板を
その中心軸の回入出力ポート用光導波路48ているため
、中心軸と基板端面との距離がほぼ一定であり、入出力
ファイバと入出力ポートを移動毎に突合せする必要がな
いという大きな利点を持つ、また、円形基板の一つの切
り替えに要する回転移動距離は数十ミクロン程度と極め
て小さくて済み、かつ−30dB以下のクロストークが
容易に達成できる点も大きな特長である。 なお、上記構成例中に示した光回路Aあるいは光回路B
、光回路C・・・等としては、単に光信号を導いたり分
岐したりする光配線や光分岐器などの単純な機能を持つ
光回路はもちろんのこと、例えば、光合分波器、光フィ
ルタ、光カブラ、光スイッチ、光増幅器などのあらゆる
導波路型光機能部品の一つ又は複数個から成る導波路型
光回路、およびそれらを有機的に組合わせ且つ接続され
た導波路型光回路群、さらには八イブリッド化された光
回路でもよいことを付記しておく、また、入出力ファイ
バの代わりに、個別光部品又はその一部が入出力用光導
波路であるものを用いてもよいし、入力ファイバと出力
導波路、あるいは入力導波路と出力ファイバといった組
合せでもよい、すなわち、円形基板上の外周近傍に配置
された入出力ポート用光導波路に突合せが可能で且つ低
損失に接続できればどんな伝送路でもよいことを付記し
ておく、これら追記内容はこれ以降のすべての構成例に
対しても同様とする。 次に、第ニステップとして、円形基板上の任意の場所に
、機能の異なる2個の導波路型光回路が形成されている
場合について説明する。 第14図は、本発明の第12実施例として、一対の入出
力ファイバで、機能の異なる単一機能光回路Aおよび単
一機能光回路Bに切り替える場合の構成例である。52
は光回路B、47.49は入出力用光導波路および48
.50は入出力ポート用光導波路で、その他は第5実施
例(第7図)と同様である。ここでは、入出力ポート用
光導波路48.50を、各々入出力ポート用光導波路4
3.44の反時計回り方向に角度θ、たけずらして配置
しているため、出力用光導波路42と49が交点7にお
いて交差している点が第5実施例(第7図)と異なる。 もちろん、入出力ポート用光導波路48.50を、各々
入出力ポート用光導波路43.44の時計回り方向に角
度θlだけずらして配置してもよく、その場合には、入
力用光導波路41と47が交差することになる。このよ
うな交差は、本構成例の場合、回転切り替え方式の特質
により必ず一箇所存在する。さらに、例えば第15図に
示す第13実施例のような構成すなわち、3個以上の光
回路51.52.53・・・を有する構成も可能であり
、この場合には、異なる光回路の数が多くなるに従って
交差数も増えている。しかしながら、前述したように、
先導波路の大きな特長として、その交差角が40°程度
以上あれば交差損失はほとんど無視できるほど小さい(
第211111参照)、従って、先導波路配線のレイア
ウト設計段階で交差角が40’程度以上となるようにマ
スク設計しておけば、交差による煩維な間層は何ら生じ
ない、このような特長は光ファイバのような光伝送路で
け実現可能であり、本発明のような、切 本発明の大きな利点である。 上記のような構成例にすると、例えば第14図における
入力ポート用先導波路43. 48と回転軸6。 あるいは出力ポート用光導波路44. 50と回転軸6
によって見込まれる角度θ.たけ円形基板を時計方向に
回転させることによって、機能の異なる二つの光回路を
一対の入出力ファイバで切り換えることができる。 第16図は、本発明の第14実施例として、1本の入力
ファイバと2本の出力ファイバが配置され、機能の異な
る単一機能光回路Aj5よび単一機能光回路Bに切り換
える場合の構成例である。あるいは、第9実施例(第1
1図)を二回路切り替えに発展させた構成例と考えるこ
ともできる。ここでは、入力ポート用光導波路48を入
力ポート用光導波路43の反時計回り方向に角度θ、た
けずらして配置している。このような構成例にすると、
入力ポート用光導波路43.48と回転軸6.あるいは
出力ポート用光導波路44.出力フアイバ24と回転軸
6によって見込まれる角度θ、たけ円形基板を時計方向
に回転させることによって、機能の異なる二つの光回路
Aと光回路Bを、1本の入力ファイバと2本の出力ファ
イバで切り換えることができる。さらに、第17図は、
本発明の第15実施例として、第14実施例(第16図
)を4構成としたものである。 A−1,B−1,A−
2,8−2,A−3,8−3,A−4,B−4は各光回
路であり、入出力ポート用光導波路はほぼ直線に近い円
弧で形成され、中央付近での交差角度は約45°としで
ある。このように、機能の異なる二つの光回路および1
本の入力ファイバと2本の出力ファイバから成る4組の
光回路を同時に切り換えることができる。 第18図は、本発明の第16実施例として、2本の入力
ファイバと2本の出力ファイバが配置され、機能の異な
る単一機能回路Aおよび単一光回路Bを交差切り換えす
る場合の構成例である。すなわち、角度θlだけ円形基
板を時計方向に回転させることによって、入力ファイバ
21→光回路A→出カファイバ22、かつ入力ファイバ
23−光回路8−出力ファイバ24、なる接続状態(ス
ルー接続)を、入力ファイバ21→光回路A−出力ファ
イバ22、なる接続状態(クロス接続)に切り換えるこ
とができる。このような例で最も簡単な具体例としては
、第191gに示す第17実施例のようなスルー・クロ
ス回線切り替えが考えられる。円形基板を時計回り方向
に角度θ、たけ回転させることによって、スルー−クロ
ス接続ができる。この実施例は、第1実施例(第1図)
と同一の機能を持つが、同実施例に比べて切り換え角度
を小さくでき、短持間で切り替えることができる。これ
らは、回線障害時の迂回路の確保および障害回線のモニ
タを同時に行う必要があるスイッチに適用可能である。 また、第1ステップの場合と同様に、基板上の余白領域
に、これらと全く同じ構成で且つ光回路Aと異なる光回
路B、光回路C・−・を配置することによって、光回路
A、光回路B、光回路C・・・を各々独立の出力ファイ
バに、同時に切り換えることもできる。さらに、光回路
A光回路B、光回路C・・・が双方向機能を持つ場合に
は、双方向切り替えも可能である。 これまで各構成例について述べてきたが、これら各構成
例を複雑に組み合わせることによっても多種多様な構成
が可能である。本発明は、上記構成例に限定されるもの
ではなく、それらの組み合わせによって得られるすべて
の構成を対象とするものである。要は、導波路型光機能
部品が形成または搭載された円形基板を遠隔操作回転駆
動系により回転移動させることによって、光信号を光回
線に切り替え且つ接続するすべての光切り替え器を対象
とするものである。 次に、第三ステツプとして、以上説明した構成を、更に
発展させた構成例について述べる。 第20図は、本発明の第18実施例を説明する斜視図で
ある。これまで説明してきた多種多様な光回路群および
入出力用光導波路が円形シリコン基板上に一層分だけ形
成された後、同 路作製プロセスを用いて、その上に新たな多種多様な光
回路群および入力用光導波路を−層分形成する.この工
程を連続的に繰り返ることによって、一枚のシリコン基
板上に、同一または相違なる導波路型光回路群(光回路
A−Z)を多層構造に配置することは可能である。さら
に、各層(L.−L.)の必要に応じて一対以上の入出
力ファイバ25−1〜2ツー6−・・または入力用先導
波路を,多層構造の中の入出力ポート用光導波路に対抗
させることによって、いっそうの高密度な光切り替え器
を実現することができる。 第21図は、本発明の第19実施例を説明する斜視図で
ある。これまで説明してきた多種多様な光回路群および
入出力用光導波路が一層分だけ形成された円形シリコン
基板IA−INを複数枚だけ回転軸中心を一致させるよ
うに積層し、接着・一体化する。さらに、各層の必要に
応じて一対以上の入出力ファイバ25−1〜2ツー4−
・・または入力用導波路を、多層構造の中の入出力ポー
ト用光導波路に対抗させることによって、きわめて高密
度な光切り替え器を実現することができる。 [発明の効果J 以上説明したように、本発明によれば、光通信、光情報
処理分野等の中継系および加入者系を問わずあらゆる分
野において、多様な複数の導波路型光機能デバイスを形
成・搭載したフルウニへの平面円形基板を、複数の入出
力ファイバに対し、極めて小さいクロストークで切り換
えることができるため、小型低損失低コストで、長期信
頼性に優れ、且つ極めて多機能なロータリ型光切り替え
器を提供できる利点がある。
FIG. 1 is a first embodiment showing the basic overall configuration of the optical switch of the present invention, and is a configuration example diagram of a 2x2 optical switch. FIG. 1(a) is a plan view, and FIG. (b) is a sectional view. Reference numeral 11 represents a support base that supports the entire optical switch, and reference numeral 12 represents a silicon substrate on which an optical waveguide is formed. 13, 14, 15, and 16 are silica-based optical waveguides formed on the silicon substrate 12 using a silica-based glass material. They are formed all at once with submicron precision by a known method described below. In other words, these optical waveguide circuits have a film thickness of 5
It consists of a SlOx-Tin□-based glass core portion with a vertical and horizontal dimension of about 8 μ■ embedded in a SiO□-based glass layer with a thickness of about 0 μm, and is composed of a straight-line bang and an arc-shaped bang with a curvature radius of 50 μ. Such a silica-based optical waveguide can be formed by a known combination of a glass film deposition technique using flame hydrolysis reaction of silicon tetrachloride or titanium tetrachloride, and microfabrication techniques such as photolithography and reactive ion etching. Of course, it should be noted that if the difference in refractive index between the core and cladding of the optical waveguide is increased, light confinement will be improved and at the same time the radius of curvature can be reduced to less than 50mm, making it possible to reduce the size accordingly ( , the substrate 12 has a hole in the center, and the shaft 17 passes through the hole.In this embodiment, the button of the optical waveguide is designed to avoid the switching shaft 17, but if the shaft 17 is on the substrate. This does not apply if a structure that does not protrude is acceptable.In addition, the input/output ports of the optical waveguide are designed to be almost perpendicular to the circumference of the substrate.This and the lens effect of the arc of the substrate In addition, there are some intersection points in the middle of these optical waveguides, but the intersection angle is set to 40° or more.Second
The figure shows the dependence of the crossing loss on the crossing angle. As is clear from the figure, the crossing loss is extremely low, less than O-ldB, when the crossing angle is 40° or more. In FIG. 1, 1g, 19, 20.21 are input and output optical fibers, and 22A is a V-groove for fixing the position of the optical fiber. 23A is a ceramic ferrule for polishing the end face of the optical fiber and protecting it during mounting; 24A is a fine adjustment mechanism for aligning the optical axes of the input/output optical fiber and the optical waveguide; 24B and 24C are fine adjustment mechanisms, respectively. 25 is an adjustment screw, 25 is a stopper fine adjustment mechanism, 25 is a screw, 25B is a fine adjustment screw, and 26.27 is a positioning stopper. As the rotation switching drive section, a known technology called an ultrasonic motor, which is a new drive source that converts the electrostriction effect of piezoelectric ceramics into rotational motion, is used. Figure 3 shows the principle ([Nikkei Electronics J
No, 423. pp111-117, 1987),
That is, the piezoelectric ceramic is divided into two, and λ/4
(λ: resonant wavelength) and when alternating current voltage is applied so that the phase of the voltage applied to each is also shifted by 90 degrees, two standing waves are generated whose positions and phases are shifted by 90 degrees. (See Figure 3(A)). Then, the mass point on the surface of the elastic body (stator) vibrates in an elliptical trajectory due to these combined waves. Here, if a preload is applied to the moving body (rotor), the moving body will be given a driving force in the direction of the arrow due to the friction between the moving body and the elastic body, and will move (see Fig. 3 (B)). Ultrasonic Maw Micrometer 406A High lux conversion efficiency, no magnetic field generation, good controllability, large self-holding force, low cost.
It can be expected to be smaller. It has features that conventional electromagnetic motors do not have, such as, and is ideal for application to self-holding line switching moonlight switches used in low speed ranges. The method of rotational motion in ultrasonic motors is the ``travelling wave type.''
“Standing wave type” [There are hula hoop types, etc., but the main point is:
All that is required is to be able to rotate up to 360 degrees around an ultra-precise rotation axis and achieve reliable self-holding at a desired position. Alternatively, it is also possible to provide a sensor such as an encoder and perform positioning using feedback control. Returning to FIG. 1, 28 is an ultrasonic motor and a circular substrate 1.
2, 29.30 is a piezoelectric element such as PZT, 31 is an elastic body such as stainless steel, 32
3 is a rotor on which the circular substrate 12 is mounted, 33 is a power source for supplying voltage to the piezoelectric element, and 34 and 35 are a preload nut and a spring for pressing the circular substrate against the ultrasonic motor, respectively. In this example, two sections A145 and A! of the piezoelectric ceramic shown in FIG. 3 are used. Piezoelectric elements 29J5 and 29J5 and 30 corresponding to the above are used, which are shifted by 1/4 wavelength and integrated. By applying voltages that are 90° out of phase from the power sources 33A and 33B, the rotor 32. Therefore, the substrate 12 is rotated. FIG. 1 shows optical fibers 18 and 20. Optical fibers 19 and 2
1 is shown in a state where they are optically coupled. Rotate the substrate 12 counterclockwise to connect the optical fibers 18 and 2.
1. The optical fibers 19 and 20 can be coupled together, and the substrate 12 can be reversed to return to the state shown in FIG. As a power source, for example, a frequency of 70 kHz and a voltage of 30 V is used. Of course, it is also possible to use an ultrasonic motor using a single piezoelectric element. It is desirable that the eccentricity of the shaft 17 be 1 μm or less, and the smaller the difference in the inner diameter of the center hole of the shaft 17 and the substrate 12, the better. FIG. 4 is a second embodiment showing the basic configuration of the optical switch of the present invention, and is a diagram showing a configuration example of 2x2 switching which is a further improvement of the first embodiment, and FIG. 4(a) is a plan view, and FIG. (b)
is a sectional view. This example is similar to the first example in that the optical fibers are mounted on the same member, the rotation angle can be finely adjusted, and the quartz waveguide on the substrate and the optical fiber are matched with high precision. have very different advantages. Three micrometers 406A are placed in the center of the support stand 401.
, 406B, and 406C support an ultrasonic motor mounting stage 402 via two springs 402A. 403 is the rotor of the ultrasonic motor. 404 is a silicon substrate, 405 is a stop positioning bottle attached to the rotor, and a micrometer 40? A
, 407B stops the rotor. 408,4
09 is an optical fiber mounting member, with an O-ring 410 interposed in the middle, and screws 411A, 411B, 41
By adjusting the tightness of IC, 411D, V
The optical fibers 414A, 414B, 414C, 4140 with zirconia ferrules 413 to 4130 mounted in the grooves 412A, 412B, 412C, 412D are butted against the quartz waveguide on the silicon substrate 404. In Example 1 (Figure 1) or Example 2 (Figure 4), 2
x2 switch is taken up, but circular board 12 or 40
Various switches can be realized by appropriately changing the button design of the optical waveguide on the optical waveguide 4. For example, FIG. 5 shows a configuration example of an lx2 switch circular board as a third embodiment. In this case, the two optical waveguides 13J5 and 14 are provided without crossing each other to realize switching between the optical fibers 19 and 20. An IxN optical switch can be constructed in exactly the same manner as this embodiment, provided that the optical waveguide button is housed within a circular substrate, has low loss, and allows input/output extraction. Moreover, by developing the above explanation, it is also possible to realize a more NXN optical switch as shown in FIG. 6 as a fourth embodiment. That is, since it is possible to perform not only rotational movement but also linear movement using an ultrasonic motor, it is possible to perform not only rotational movement but also linear movement.
Rotation positioning of a waveguide type switching unit having a structure in which N circular substrates 37A to 37N having an N switch function are laminated, or a structure in which N optical waveguide layers having an lxN switch function are multilayered on one circular substrate. The optical fibers 40A to 4ON can be switched by mounting the optical fibers on the ultrasonic motor 38 for height positioning, and mounting them all on the ultrasonic motor 39 for height positioning. In this case, feedback positioning control using an encoder or the like is required. It should be noted that it is extremely easy to achieve these things with the silica-based glass material described in this example, compared to other waveguide materials such as lithium niobate. The basic embodiments of the present invention have been described above, but the greatest feature of the present invention is that in addition to the advantages of the bulk type, which has little wavelength dependence, relatively low loss, and can be self-maintained, , we apply the advantages of three-dimensional optical waveguides using photolithography and microfabrication technology to the switch switching section, and we also have high torque conversion efficiency in the low speed region, no generation of magnetic field, good controllability, and self-holding power. It can be expected to be low cost and compact. By combining ultrasonic motors with these features, a 1x2 or 2x2 optical switch is being realized. [Embodiment BuJ In the previous embodiments, the only function was to simply switch the signal line from one or more input optical fibers to one or more output optical fibers. Various switches can also be realized by appropriately changing the button design of the optical waveguide on the circular substrate 12 or 36 to form various optical functional circuits or groups of optical functional circuits. Examples regarding these circuit configurations will be described in detail below. First, as a first step, a case will be described in which one waveguide type optical circuit is formed at an arbitrary location on a circular substrate. FIG. 7 shows an example of a basic circuit configuration according to a fifth embodiment of the present invention. 1 is a circular silicon substrate, and 21 and 22 are an input optical fiber and an output field fiber that are butted against the optical waveguide formed on the circular substrate 1, respectively. 51 is an arbitrary single-function optical circuit A formed on a silicon substrate l; 41 and 42 are each an optical circuit 51. This is an input/output optical waveguide provided for connecting the optical fibers 21 and 22. 51 optical circuit A and waveguides 41 and 42
, 43 and 44 are formed all at once with submicron precision by a known method described below. That is, these optical waveguide circuits, etc. are made of SiOx-TiO with vertical and horizontal dimensions of about 8 μm embedded in a SiOz glass layer with a film thickness of about 50 μm.
Consists of an x-type glass core part with a straight line and a radius of curvature of 50
It is composed of ■■ arcuate bangs. Such a silica-based optical waveguide can be formed by a known combination of a glass film deposition technique using flame hydrolysis reaction of silicon tetrachloride or titanium tetrachloride, and microfabrication techniques such as photolithography and reactive ion etching. Of course, it should be noted that increasing the refractive index difference between the core and cladding of the optical waveguide will improve light confinement and at the same time reduce the radius of curvature to 501 m or less, making it possible to downsize accordingly. 43 and 44 are optical waveguides for input/output ports, respectively, and are part of the optical waveguides 41 and 42.These are intentionally arranged so as to be almost perpendicular to the outer periphery of the substrate, so that the input/output fibers can be connected to each other. 21 and 22 can be easily butted against the input/output port optical waveguides 43 and 44, respectively, and connected with low loss.By maintaining this state, the optical signal from the input fiber 21 can be connected to the optical waveguides 43 and 44 for input/output ports, respectively. A to the output fiber 22.Meanwhile, from this state, a remotely controlled drive system rotates the circular substrate around its central axis 6 by a distance sufficient to block the optical signal. By switching the circular board and then stopping it, the optical signal from the output fiber can be cut off with a crosstalk of -30 dB or less.In this way, the circular board is rotated around its central axis for switching. This invention has the advantage that the distance between the axis and the end face of the substrate is almost constant, so that the input/output optical fiber and the substrate do not come into contact.Furthermore, the lens effect of the arc of the substrate is added to realize a structure with low connection loss. Therefore, according to this configuration example, the input signal is transferred to the single-function optical circuit A.
It is possible to switch between the function of transmitting the signal to the output side via the input signal and the function of blocking the input signal with low connection loss. In addition, by arranging all of the above-mentioned optical circuits (optical circuit B, optical circuit C, etc., which have the same configuration and are different from optical circuit A) in the blank area on the board, optical circuit A, optical circuit B, optical circuit C.
... can be simultaneously switched to independent output fibers. Furthermore, optical circuit A, optical circuit B, optical circuit C-
... has a bidirectional function, bidirectional switching is also possible. FIG. 8 shows, as a sixth embodiment of the present invention, a pair of input/output fibers 23 and 24 in addition to the fifth embodiment (FIG. 7).
This is an example of a configuration in which . Here, input/output fiber 2
7 in that input and output fibers 3 and 24 are arranged at equal intervals in the clockwise direction of input and output fibers 21 and 22, respectively. In such a configuration example, the input fibers 21, 23 and the rotating shaft 6. Alternatively, the optical circuit A can be switched to the newly added input/output fiber 23.24 by rotating the circular substrate clockwise by the angle θ1 defined by the output fiber 22.24 and the rotating shaft 6. Note that the angle θ can be set to any desired angle. of course,
In a similar manner, by arranging N pairs of input and output fibers, it is possible to switch the optical circuit A to any optical line among the N pairs. The point is that the input/output fiber pair should be arranged around the substrate so as to maintain the angle θ8 expected between the input/output fibers 21 and 22 and the rotating shaft 6. In addition, by placing all optical circuits (optical circuits B, C, etc., which have the same configuration and are different from optical circuit A) in the blank area on the board, optical circuit A, optical circuit B, optical circuit C, etc. It is also possible to simultaneously switch each of the optical circuits A, B, C, etc. to independent output fibers.Furthermore, if the optical circuit A, the optical circuit B, the optical circuit C, and so on have a bidirectional function, bidirectional switching is also possible. FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention, in which a Matsuyachi Tsuenda type interferometer optical circuit having a directional coupler 8 is applied as the optical circuit A (51) of the sixth embodiment (FIG. 8). In this way, one single function circuit can be switched to multiple pairs of input/output fibers. FIG. 10 shows the eighth embodiment of the present invention, and the sixth embodiment (
As the optical circuit A (51) in Fig. 8), a 1x8 three-stage Y
This is an example of applying a branch circuit and duplicating it. In this way, by duplicating the circuit, it is possible to recover from switching in the event of a circuit failure. FIG. 11 shows a ninth embodiment of the present invention, and a sixth embodiment (
This is a configuration example in which the input fiber 23 in FIG. 8) is removed and one input optical waveguide 45 including an input port optical waveguide 46 is newly arranged. Here, the difference from FIG. 8 is that the input port optical waveguide 46 is arranged just by a central angle θ in the half-hour direction from the input port optical waveguide 43. In this configuration example, by rotating the circular substrate θ in the clockwise direction, the optical signal from one common input fiber 21 is transmitted via the optical circuit A to the second output fiber 24. You can switch to . By developing this, a more lxN configuration example as shown in FIG. 12 is also possible as a tenth embodiment of the present invention. That is, as far as possible using the same method, the N input port optical waveguides are arranged counterclockwise from the input port optical waveguide 43 by α, α1αm, = “a, and In order to correspond to
a,,"・a, By arranging the common input fiber 21 in a staggered manner, it is also possible to switch the optical signal from one common input fiber 21 to N output fibers via the optical circuit A. In this case, normally There is no problem in the negative direction even if the spacing between the optical waveguides for each input port and the spacing between the output fibers are the same.Also, if the optical circuits B, C, etc., which are different from the optical circuit A on the board, are By arranging optical circuit A, optical circuit B, optical circuit C,
- and can be switched to independent output fibers at the same time. Furthermore, optical circuit A optical circuit B, optical circuit C...
If ・ has a bidirectional function, bidirectional switching is also possible. FIG. 13 shows an eleventh embodiment of the present invention, in which a Matsuhatsu Enda type optical switch utilizing thermo-optic effect is applied as the optical circuit A (51) of the ninth embodiment (FIG. 11) for the input port. This is a four-terminal circuit that performs light switching by passing current through the leading waveguide 43 and the thin film heater 9 and changing the optical path length in the output port optical waveguide 44, which is a known technique. In this example, port 43 → optical circuit A (51) → port 44 and port 46 → optical circuit A
(51)→Po) 50 have the same switching characteristics, the output fiber 24 and the output port optical waveguide 50 are connected to the input/output port optical waveguide 48 in the figure, so that the light from one common input fiber 21 is The signal can be switched to the second output fiber 24 via an optical switch using thermo-optic effects. In this way, in the present invention including the above configuration example, since the optical waveguide 48 for the input/output port is provided on the circular substrate at its central axis, the distance between the central axis and the end surface of the substrate is approximately constant, and the distance between the input/output fiber and the optical waveguide 48 is approximately constant. It has the great advantage of not having to match input and output ports each time it is moved, and the rotational movement distance required to switch one circular board is extremely small, on the order of tens of microns, and there is no crosstalk of -30dB or less. Another major feature is that it can be easily achieved. Note that optical circuit A or optical circuit B shown in the above configuration example
, optical circuit C, etc. include not only optical circuits with simple functions such as optical wiring and optical branching devices that simply guide and branch optical signals, but also optical circuits with simple functions such as optical multiplexers and demultiplexers, optical filters, etc. Waveguide type optical circuits consisting of one or more of all waveguide type optical functional components such as optical couplers, optical switches, optical amplifiers, etc., and waveguide type optical circuit groups in which these are organically combined and connected. Furthermore, it should be noted that an octabrid optical circuit may also be used.Also, instead of input/output fibers, individual optical components or parts of which are input/output optical waveguides may be used. It may be a combination of an input fiber and an output waveguide, or an input waveguide and an output fiber. In other words, any combination can be used as long as it can be matched to the input/output port optical waveguide placed near the outer periphery of the circular substrate and can be connected with low loss. It should be noted that the transmission path may also be used, and these additional contents are the same for all the configuration examples that follow. Next, as a second step, a case will be described in which two waveguide type optical circuits with different functions are formed at arbitrary locations on a circular substrate. FIG. 14 shows a configuration example in which a pair of input/output fibers is switched into a single-function optical circuit A and a single-function optical circuit B having different functions, as a twelfth embodiment of the present invention. 52
is optical circuit B, 47.49 is input/output optical waveguide and 48
.. Reference numeral 50 denotes an optical waveguide for input/output ports, and the other parts are the same as in the fifth embodiment (FIG. 7). Here, the input/output port optical waveguides 48 and 50 are each input/output port optical waveguide 4.
The difference from the fifth embodiment (FIG. 7) is that the output optical waveguides 42 and 49 intersect at the intersection point 7 because they are arranged at an angle θ in the counterclockwise direction of 3.44. Of course, the input/output port optical waveguides 48, 50 may be arranged clockwise with respect to the input/output port optical waveguides 43, 44 by an angle θl. 47 will intersect. In the case of this configuration example, such an intersection always exists at one location due to the characteristics of the rotation switching method. Furthermore, it is also possible to have a configuration such as the thirteenth embodiment shown in FIG. As the number increases, the number of intersections also increases. However, as mentioned above,
A major feature of the leading wavepath is that if the crossing angle is approximately 40° or more, the crossing loss is so small that it can be ignored (
(Refer to No. 211111), therefore, if the mask is designed so that the intersection angle is about 40' or more at the layout design stage of the guiding waveguide wiring, no troublesome interlayers will occur due to the intersection. This is a great advantage of the present invention, as it can be realized only with an optical transmission line such as an optical fiber. In the above configuration example, for example, the leading waveguide 43 for the input port in FIG. 48 and rotation axis 6. Or optical waveguide 44 for output port. 50 and rotating shaft 6
The expected angle θ. By rotating the circular board clockwise, it is possible to switch between two optical circuits with different functions using a pair of input/output fibers. FIG. 16 shows a configuration in which one input fiber and two output fibers are arranged as a fourteenth embodiment of the present invention, and switching to a single-function optical circuit Aj5 and a single-function optical circuit B having different functions is performed. This is an example. Alternatively, the ninth embodiment (first
It can also be considered as an example of a configuration in which Figure 1) is developed into two-circuit switching. Here, the input port optical waveguide 48 is arranged counterclockwise with respect to the input port optical waveguide 43 by an angle θ. With an example configuration like this,
Input port optical waveguide 43, 48 and rotating shaft 6. Or optical waveguide 44 for output port. By rotating the circular substrate clockwise by an angle θ defined by the output fiber 24 and the rotating shaft 6, two optical circuits A and B with different functions can be connected to one input fiber and two output fibers. You can switch with . Furthermore, Figure 17 shows that
As a fifteenth embodiment of the present invention, the fourteenth embodiment (FIG. 16) has four configurations. A-1, B-1, A-
2, 8-2, A-3, 8-3, A-4, and B-4 are each optical circuit, and the optical waveguide for the input/output port is formed by an almost straight arc, and the intersection angle near the center is is approximately 45°. In this way, two optical circuits with different functions and one
Four sets of optical circuits consisting of one input fiber and two output fibers can be switched simultaneously. FIG. 18 shows a configuration in which two input fibers and two output fibers are arranged and a single function circuit A and a single optical circuit B having different functions are cross-switched as a 16th embodiment of the present invention. This is an example. That is, by rotating the circular board by an angle θl in the clockwise direction, the connection state (through connection) is made as follows: input fiber 21 → optical circuit A → output fiber 22, and input fiber 23 - optical circuit 8 - output fiber 24. The connection state can be changed to input fiber 21 -> optical circuit A - output fiber 22 (cross connection). The simplest example of such an example is through-cross line switching as in the seventeenth embodiment shown in item 191g. By rotating the circular board clockwise through an angle θ, a through-cross connection can be made. This example is the first example (Fig. 1)
Although it has the same function as that of the embodiment, the switching angle can be made smaller than that of the same embodiment, and switching can be carried out in a short period of time. These can be applied to switches that need to simultaneously secure a detour in the event of a line failure and monitor the failed line. Also, as in the case of the first step, by arranging optical circuits B, C, etc., which have exactly the same configuration as these but are different from optical circuit A, in the blank area on the board, optical circuit A, optical circuit C, etc. It is also possible to simultaneously switch the optical circuits B, C, . . . to independent output fibers. Furthermore, if the optical circuit A, optical circuit B, optical circuit C, etc. have a bidirectional function, bidirectional switching is also possible. Although various configuration examples have been described so far, a wide variety of configurations are possible by combining these configuration examples in a complicated manner. The present invention is not limited to the above configuration examples, but is intended to cover all configurations obtained by combining them. In short, it targets all optical switching devices that switch and connect optical signals to optical lines by rotating and moving a circular substrate on which a waveguide-type optical functional component is formed or mounted using a remote control rotation drive system. It is. Next, as a third step, an example of a configuration that is a further development of the configuration described above will be described. FIG. 20 is a perspective view illustrating an 18th embodiment of the present invention. After the various optical circuit groups and input/output optical waveguides that have been explained so far are formed in one layer on a circular silicon substrate, new various optical circuit groups are created on top of them using the same path fabrication process. Then, form input optical waveguides in -layers. By continuously repeating this process, it is possible to arrange the same or different waveguide type optical circuit groups (optical circuits A-Z) in a multilayer structure on one silicon substrate. Furthermore, according to the needs of each layer (L.-L.), one or more pairs of input/output fibers 25-1 to 2 to 6-... or input guide waveguides are connected to optical waveguides for input/output ports in the multilayer structure. By opposing them, it is possible to realize an optical switch with even higher density. FIG. 21 is a perspective view illustrating a nineteenth embodiment of the present invention. A plurality of circular silicon substrates IA-IN on which the various optical circuit groups and input/output optical waveguides described above are formed in one layer are stacked so that their rotational axes are aligned, and then glued and integrated. . Furthermore, one or more pairs of input/output fibers 25-1 to 2 to 4- are provided as required for each layer.
...or an extremely high-density optical switch can be realized by arranging the input waveguide to oppose the input/output port optical waveguide in the multilayer structure. [Effects of the Invention J As explained above, according to the present invention, a plurality of various waveguide-type optical functional devices can be used in all fields including optical communication, optical information processing, etc., including relay systems and subscriber systems. The flat circular board formed and mounted on the full sea urchin can be switched to multiple input/output fibers with extremely low crosstalk, making it possible to create a rotary rotary that is small, low loss, low cost, has excellent long-term reliability, and is extremely versatile. It has the advantage of providing a type optical switch.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a)は、本発明の光切り替え器の第1実施例を
説明する平面図、 第1図(b)は、本発明の光切り替え器の第1実施例を
説明する断面図。 第2図は、損失の交差角依存性を示す特性図。 第3図は、超音波モータの原理を示す図、第4図(a)
は、本発明の光切り替え器の第2実施例を説明する平面
図、 第4図(b)は、本発明の光切り替え器の第2実施例を
説明する断面図、 第5図は、本発明の第3実施例の部分平面図、 第6図は、本発明の第4実施例の部分平面図、 第7図は、本発明の第5実施例の部分平面図、第8図は
、本発明の第6実施例の部分平面図、第9図は、本発明
の第7実施例の部分平面図、第1θ図は、本発明の第8
実施例の部分平面図、第11図は、本発明の第9実施例
の部分平面図、第12図は、本発明の第10実施例の部
分平面図、第13図は、本発明の第11実施例の部分平
面図、第14図は、本発明の第12実施例の部分平面図
、第15図は、本発明の第13実施例の部分平面図、第
16図は、本発明の第14実施例の部分平面図、第17
図は、本発明の第15実施例の部分平面図、第18図は
、本発明の第16実施例の部分平面図、第19図は、本
発明の第17実施例の部分平面図、第20図は、本発明
の第18実施例の斜視図、第21図は、本発明の第19
実施例の斜視図、第22図は、従来技術の第1構成例を
示す図、第23図は、従来技術の第2構成例を示す図、
第24図は、従来技術の第3構成例を示す図、第25図
は、従来技術の第4構成例を示す図、第26図は、従来
技術の第5構成例を示す図、第27図は、従来技術の第
6構成例を示す因である。 1・・・円形シリコン基板、 5・・・入出力ポート用光導波路配置領域、6・・・基
板回転軸、 7・・・交差導波路、 8・一方向性結合器、 9・・・薄膜ヒータ、 11−・・支持台、 12・・・シリコン基板、 13.14.15.16−・・光導波路、17−・一回
転軸。 18、19.20.21,22.23.24・・・入出
力光ファイバ。 22A・・・光ファイバ固定用V溝。 23A・・・光ファイバ保護用フェルール、24A・−
・光軸微調整用機構部、 25・・・ストッパ微調整用機構部、 26.27−・・位置決め用ストッパ、28−・・超音
波モータ用支持台、 29.30−・・圧電素子、 31−・・弾性体、 3、発明の詳細な説明 33・・・圧電素子供給用電源、 34−・・予圧用ナツト、 35−・・スプリング、 38・・・回転位置決め用超音波モータ、39・・・高
さ位置決め用超音波モータ、41、42.45.47.
49−・・入出力用光導波路、43、44.46.48
.50−・・入出力ポート用光導波路、51、52.5
3−・・光回路A、B、C。 401...支持台。 402−・・超音波モータ搭載用ステージ、403−・
・超音波モータのロータ、 404−・・シリコン基板、 405−・・回転位置決め用ストッパ、406A、 4
06B、 4Of+C・・・ステージ支持用マイクロメ
ータ、 407A、407B −・・回転位置決め用マイクロメ
ータ、408.409−・・光ファイバ搭載用部材、4
10、Oリング。 だ11A、411B、411C,411D −−・突き
合わせ調整用ネジ。 412A、412B、412C,4120−・・光ファ
イバ搭載用V溝。 413轟、413B、413C,4130−・・ジルコ
ニアフェル−Jし、414A、414B、414C,4
14D −・−光ファイバ。
FIG. 1(a) is a plan view illustrating a first embodiment of the optical switch of the present invention, and FIG. 1(b) is a sectional view illustrating the first embodiment of the optical switch of the present invention. FIG. 2 is a characteristic diagram showing the dependence of loss on crossing angle. Figure 3 is a diagram showing the principle of an ultrasonic motor, Figure 4 (a)
is a plan view illustrating the second embodiment of the optical switch of the present invention, FIG. 4(b) is a sectional view illustrating the second embodiment of the optical switch of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a partial plan view of the fourth embodiment of the invention; FIG. 7 is a partial plan view of the fifth embodiment of the invention; FIG. 8 is a partial plan view of the fifth embodiment of the invention. FIG. 9 is a partial plan view of the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 1θ is a partial plan view of the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a partial plan view of the ninth embodiment of the present invention, FIG. 12 is a partial plan view of the tenth embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a partial plan view of the tenth embodiment of the present invention. 14 is a partial plan view of the 12th embodiment of the present invention, FIG. 15 is a partial plan view of the 13th embodiment of the present invention, and FIG. 16 is a partial plan view of the 13th embodiment of the present invention. Partial plan view of the 14th embodiment, 17th
18 is a partial plan view of the 16th embodiment of the invention, and FIG. 19 is a partial plan view of the 17th embodiment of the invention. FIG. 20 is a perspective view of the 18th embodiment of the present invention, and FIG. 21 is a perspective view of the 19th embodiment of the present invention.
A perspective view of the embodiment, FIG. 22 is a diagram showing a first configuration example of the prior art, FIG. 23 is a diagram showing a second configuration example of the prior art,
24 is a diagram showing a third configuration example of the prior art, FIG. 25 is a diagram showing a fourth configuration example of the prior art, FIG. 26 is a diagram showing a fifth configuration example of the prior art, and FIG. The figure shows a sixth configuration example of the prior art. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Circular silicon substrate, 5... Optical waveguide arrangement area for input/output ports, 6... Substrate rotation axis, 7... Crossing waveguide, 8... Unidirectional coupler, 9... Thin film Heater, 11--Support stand, 12--Silicon substrate, 13.14.15.16--Optical waveguide, 17--One rotation axis. 18, 19.20.21, 22.23.24... Input/output optical fiber. 22A...V groove for fixing optical fiber. 23A...Ferrule for optical fiber protection, 24A.-
- Mechanism for fine adjustment of optical axis, 25...Mechanism for fine adjustment of stopper, 26.27--Stopper for positioning, 28--Support for ultrasonic motor, 29.30--Piezoelectric element, 31--Elastic body, 3. Detailed description of the invention 33--Piezoelectric element supply power source, 34--Preload nut, 35--Spring, 38--Ultrasonic motor for rotational positioning, 39 ...Ultrasonic motor for height positioning, 41, 42.45.47.
49--Input/output optical waveguide, 43, 44.46.48
.. 50--Optical waveguide for input/output port, 51, 52.5
3-...Optical circuits A, B, C. 401. .. .. Support stand. 402-... Stage for mounting ultrasonic motor, 403-...
・Rotor of ultrasonic motor, 404--Silicon substrate, 405--Stopper for rotational positioning, 406A, 4
06B, 4Of+C...Micrometer for stage support, 407A, 407B--Micrometer for rotational positioning, 408.409--Member for mounting optical fiber, 4
10. O-ring. 11A, 411B, 411C, 411D --- Butt adjustment screws. 412A, 412B, 412C, 4120--V groove for mounting optical fiber. 413 Todoroki, 413B, 413C, 4130--Zirconia Fell-J, 414A, 414B, 414C, 4
14D--optical fiber.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)基板の形状がほぼ真円形であって、該基板上には基
板周辺に対向する一対以上の入出力ファイバまたは入出
力導波路と切り替え接続される導波路型光回路あるいは
導波路型光回路群が形成され、かつその円形基板上の周
辺近傍に、基板の外周に対してほぼ直角となるように配
置された少なくとも1個の入出力用導波路ポートを具備
し、かつ前記円形基板を所望の回転角度だけ回転し、停
止させる駆動系を具備してなることを特徴とするロータ
リ型光切り換え器。 2)前記円形基板上に、同一または相異なる導波路型光
回路群が多層構造に配置され、かつ、各層に対して一対
以上の入出力ファイバまたは入出力導波路が対向してい
ることを特徴とする請求項1に記載の光切り換え器。 3)前記導波路型光回路群が一層分だけ形成された前記
円形基板を複数枚積層状に接着・一体化し、かつ、各層
に対して一対以上の入出力ファイバまたは入出力導波路
が対向していることを特徴とする請求項1に記載の光切
り換え器。 4)前記複数の光ファイバ保持手段のそれぞれが前記入
出力光ファイバの心線の端面研磨および搭載時の保護の
ためのセラミック系フェルールを有し、かつ該入出力光
ファイバと前記光導波路との光軸を合わせるための調整
機構部を有することを特徴とする請求項1ないし3のい
ずれかに記載のロータリ型光切り替え器。
[Claims] 1) The shape of the substrate is approximately perfect circle, and on the substrate there is provided a waveguide type optical circuit which is switched and connected to one or more pairs of input/output fibers or input/output waveguides facing each other around the substrate. Alternatively, a waveguide type optical circuit group is formed, and at least one input/output waveguide port is provided near the periphery of the circular substrate so as to be substantially perpendicular to the outer periphery of the substrate, A rotary type optical switching device, further comprising a drive system that rotates the circular substrate by a desired rotation angle and stops the circular substrate. 2) A group of identical or different waveguide type optical circuits are arranged in a multilayer structure on the circular substrate, and each layer has one or more pairs of input/output fibers or input/output waveguides facing each other. The optical switching device according to claim 1. 3) A plurality of the circular substrates on which the waveguide-type optical circuit group is formed for each layer are bonded and integrated in a laminated manner, and each layer has one or more pairs of input/output fibers or input/output waveguides facing each other. The optical switching device according to claim 1, characterized in that: 4) Each of the plurality of optical fiber holding means has a ceramic ferrule for polishing the end face of the core wire of the input/output optical fiber and protecting it during mounting, and 4. The rotary optical switch according to claim 1, further comprising an adjustment mechanism for aligning optical axes.
JP12301990A 1989-06-05 1990-05-15 Rotary optical switch Pending JPH03255417A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1-141209 1989-06-05
JP14120989 1989-06-05
JP1-262236 1989-10-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03255417A true JPH03255417A (en) 1991-11-14

Family

ID=15286679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12301990A Pending JPH03255417A (en) 1989-06-05 1990-05-15 Rotary optical switch

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03255417A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6253001B1 (en) Optical switches using dual axis micromirrors
US6275626B1 (en) 1xN reflector switch
EP1237019B1 (en) Optical coupling between optical wiring substrates
US6618519B2 (en) Switch and variable optical attenuator for single or arrayed optical channels
US6477289B1 (en) Optical wedge switch
US6687428B2 (en) Optical switch
US6658177B1 (en) Switching device and method of fabricating the same
JPH04275519A (en) Optical matrix switch
US6647168B2 (en) Low loss optical switching system
US6678436B2 (en) Optical switch with moving lenses
US6229934B1 (en) High-speed low-loss fiber-optic switches
US6961486B2 (en) Non-blocking mechanical fiber optic matrix switch
JPH03255417A (en) Rotary optical switch
WO2022029851A1 (en) Optical switch
Biswas et al. MEMS‐based Optical Switches
US7468995B2 (en) Optical switch
US20030095803A1 (en) Optical spatial switch
JPH04110814A (en) Rotary optical switch
JP2005092149A (en) Optical path changeover switch
US7079726B2 (en) Microelectromechanical optical switch using bendable fibers to direct light signals
US20060088242A1 (en) Optical switches with uniaxial mirrors
WO2001043450A2 (en) Switching device and method of fabricating the same
JPH0291609A (en) Optical switch
JP3654426B2 (en) Tunable optical filter
TW579444B (en) Retro type optical signal processing apparatus and method