JPH03269408A - Optical switch - Google Patents

Optical switch

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JPH03269408A
JPH03269408A JP6933690A JP6933690A JPH03269408A JP H03269408 A JPH03269408 A JP H03269408A JP 6933690 A JP6933690 A JP 6933690A JP 6933690 A JP6933690 A JP 6933690A JP H03269408 A JPH03269408 A JP H03269408A
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JP
Japan
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optical fiber
side optical
input side
optical
piezoelectric actuator
Prior art date
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Pending
Application number
JP6933690A
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Japanese (ja)
Inventor
Masanori Ueda
政則 上田
Hisashi Sawada
沢田 寿史
Akira Tanaka
晃 田中
Noboru Wakatsuki
昇 若月
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize an optical switch which allows easy and exact optical axis alignment by using a specific flexuous displacement piezoelectric actuator. CONSTITUTION:This optical switch is disposed with two pieces of output side optical fibers 2-1, 2-2 and one piece of an input side optical fiber 1 to face each other and changes over optical paths by moving the light from the input side optical fiber 1. The input side optical fiber 1 is mounted on the side of the flexuous displacement piezoelectric actuator 10 having a polarization inversion layer where the actuator is flexuously displaced. The input side optical fiber 1 is changed over from the output side optical fiber 2-1 to 2-2 to which the input side optical fiber is opposed by the flexuous displacement of the actuator 10 when a DC voltage is instantaneously impressed from a voltage source 9 to the piezoelectric actuator 10. The piezoelectric actuator 10 returns to its home position and the input side optical fiber 1 faces again the output side optical fiber 2-1 when the DC voltage is removed. The changing over without hysteresis is executed in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光伝送の光路切換がヒステリシスなく行われる光スイッ
チに関し、 特定の屈曲変位圧電アクチュエータを使用することによ
り、光軸合わせが容易に正確に出来る光スイッチを提供
することを目的とし、 2本の出力側光ファイバと、対向する1本の入力側光フ
ァイバで構成し、入力側光ファイバからの光を移動させ
て光路を切換える光スイッチにおいて、前記入力側光フ
ァイバを分極反転層を有する屈曲変位圧電アクチュエー
タの屈曲変位する側に装着して構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention relates to an optical switch in which optical path switching for optical transmission is performed without hysteresis, and provides an optical switch that can easily and accurately align optical axes by using a specific bending displacement piezoelectric actuator. In an optical switch that is composed of two output side optical fibers and one input side optical fiber facing each other, and switches the optical path by moving light from the input side optical fiber, the input side optical fiber is attached to the bending displacement side of a bending displacement piezoelectric actuator having a polarization inversion layer.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は光伝送の光路切換がヒステリシスなく行われる
光スイッチに関する。
The present invention relates to an optical switch that performs optical path switching for optical transmission without hysteresis.

光ファイバによる光伝送路において、光路切換を行うた
めの手段は種々研究されている。プリズムを使用した光
スイッチ、セラミックを使用した光スイッチなどが研究
発表されたか、高価であったり、ヒステリシスか大きい
などの問題点が多かった。ヒステリシスが無く低コスト
の光スイッチを開発することが要望された。
Various methods for switching optical paths in optical transmission lines using optical fibers have been studied. Research has been published on optical switches using prisms and optical switches using ceramics, but they have many problems such as being expensive and having large hysteresis. It was desired to develop a low-cost optical switch without hysteresis.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光LANによる光伝送のような技術が進んで来た。光伝
送路を切換えるための光スイッチは微細な光ファイバを
使うため高精度が要求される。光スイッチの例は下記の
とおりである。
Technologies such as optical transmission using optical LAN have progressed. Optical switches for switching optical transmission lines require high precision because they use minute optical fibers. Examples of optical switches are as follows.

第1はプリズムを使用するもので、第5図に示す。第5
図において、lは入力側光ファイバ、2−2、2−2は
2本の出力側光ファイバ、3はプリズムを示す。光ファ
イバlに入射する光はプリズム3と光ファイバ1.2−
1が接触していると、プリズム3の内部において2回反
射し、光ファイバ2−1より出射する。プリズム3を移
動または回転させて光ファイバ1.2−1との接触を外
し、光ファイバlと2−2を接近させるとき、光ファイ
バlに入射する光は光ファイバ2−2より出射する。
The first method uses a prism and is shown in FIG. Fifth
In the figure, 1 is an input optical fiber, 2-2 and 2-2 are two output optical fibers, and 3 is a prism. The light that enters the optical fiber l is connected to the prism 3 and the optical fiber 1.2-
1 is in contact, it is reflected twice inside the prism 3 and output from the optical fiber 2-1. When the prism 3 is moved or rotated to remove contact with the optical fiber 1.2-1 and bring the optical fibers 1 and 2-2 closer together, the light incident on the optical fiber 1 is emitted from the optical fiber 2-2.

次に第6図は反射鏡を使用する光スイッチの第2の例を
示す。第6図において、lは入力側光ファイバ、2−1
.2−2は出力側光ファイバ、7は反射鏡を示す。入力
側光ファイバlからの光は反射鏡7により反射して出力
側光ファイバ2−1より出射する。次に反射鏡7を移動
させて光ファイバ1からの光を光ファイバ2−2の方か
ら出射させる。
Next, FIG. 6 shows a second example of an optical switch using a reflecting mirror. In FIG. 6, l is the input optical fiber, 2-1
.. 2-2 is an output side optical fiber, and 7 is a reflecting mirror. The light from the input optical fiber 1 is reflected by the reflecting mirror 7 and exits from the output optical fiber 2-1. Next, the reflecting mirror 7 is moved to cause the light from the optical fiber 1 to be emitted from the optical fiber 2-2.

第7図は第3の例で、セラミックを使用するアクチュエ
ータによる光スイッチである。第7図に示すものは研究
実用化報告第30巻第11号(1981)。
FIG. 7 shows a third example, which is an optical switch using an actuator using ceramic. What is shown in Figure 7 is the Research and Practical Application Report, Vol. 30, No. 11 (1981).

ppH7〜130(日本電信電話公社・電気通信研究所
発行)に示されている。第7図において、1は入力側光
ファイバで可動のもの、2−1.2−2は出力側光ファ
イバで固定のもの、8はセラミックによるバイモルフ、
9は印加電圧源を示す。バイモルフは金属板を挟み、2
枚のセラミックについて分極方向の互いに異なる面を貼
り合わせ、電圧を印加する側を固定とする。電圧を印加
する側とは反対側に光ファイバlを接着させ、2本の出
力側光ファイバの中間と対向させる。電圧源9からの電
圧をパルス的に印加すると、その瞬間にセラミック8は
撓み、例えば光ファイバ1を光ファイバ2−1と対向す
る位置に瞬間的に切換える。また電圧値の正負を反対の
値として印加すると、光ファイバ1は光ファイバ2−2
と対向する位置に切換えられる。
ppH 7 to 130 (published by Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation/Telecommunications Research Institute). In Fig. 7, 1 is a movable input optical fiber, 2-1.2-2 is a fixed output optical fiber, 8 is a ceramic bimorph,
9 indicates an applied voltage source. The bimorph holds a metal plate between two
Two pieces of ceramic are bonded together with their faces with different polarization directions, and the side to which voltage is applied is fixed. An optical fiber 1 is attached to the side opposite to the side to which a voltage is applied, and is opposed to the middle of the two output side optical fibers. When the voltage from the voltage source 9 is applied in a pulsed manner, the ceramic 8 bends at that moment, and instantaneously switches the optical fiber 1 to a position facing the optical fiber 2-1, for example. In addition, if the voltage values are applied with opposite positive and negative values, the optical fiber 1 is connected to the optical fiber 2-2.
It is switched to the position facing the

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来の光スイッチにはそれぞれ欠点があった。 Conventional optical switches each have their own drawbacks.

第5図におけるプリズム使用の例では、光ファイバの光
軸合わせが難しいこと、プリズムは加工精度が要求され
、充分に研磨したもの、即ち高価もものが必要である。
In the example of the use of a prism in FIG. 5, it is difficult to align the optical axes of the optical fibers, and the prism requires high machining accuracy, and must be sufficiently polished, that is, expensive.

またプリズム自体にかなりの重量があるため、それを瞬
間的に回転させたり、移動させることは大きな力を要し
て、光ファイバの切換時間として少なくとも20m秒を
要した。
Furthermore, since the prism itself has a considerable weight, it requires a large amount of force to instantaneously rotate or move it, requiring at least 20 milliseconds to switch the optical fibers.

第6図における反射鏡を使用する例では、光ファイバが
所定の伝送路を形成するように反射鏡の傾きなどを調整
するため、ねじを人手で動かす必要があった。また光フ
アイバ切換の都度、微調整することも必要であった。そ
して反射鏡の反射面は良好な反射率を保つため、反射膜
材料をコーティングして常に磨く必要があった。そのた
め高価になった。
In the example shown in FIG. 6 in which a reflecting mirror is used, it is necessary to manually move screws in order to adjust the inclination of the reflecting mirror so that the optical fiber forms a predetermined transmission path. It was also necessary to make fine adjustments each time the optical fiber was switched. In order to maintain good reflectivity, the reflective surface of the mirror had to be coated with a reflective film material and constantly polished. Therefore, it became expensive.

第7図におけるセラミック使用の例では、印加電圧とセ
ラミック先端の変位との関係を示す第8図のように、セ
ラミックを撓ませた後に印加電圧を零に戻したときに、
先端が基点に戻らない。そのため次に同値電圧を印加し
たとき、前回の変位位置に到達しないから、繰り返して
の切換・接続が短時間に出来なかった。例えば変位量2
50ミクロンを得て戻ったとき、ヒステリシスが25ミ
クロンも生じていて、光ファイバのコア径50ミクロン
の半分程度の値となり、光伝送用スイッチとしてこのま
までは使用出来ない。
In the example of using ceramic in Fig. 7, when the applied voltage is returned to zero after the ceramic is bent, as shown in Fig. 8, which shows the relationship between the applied voltage and the displacement of the ceramic tip,
The tip does not return to the base point. Therefore, when the same voltage is applied the next time, the previous displacement position is not reached, making it impossible to repeatedly switch and connect in a short time. For example, displacement 2
When 50 microns was obtained and returned, the hysteresis was 25 microns, which is about half the core diameter of an optical fiber, which is 50 microns, and it cannot be used as it is as an optical transmission switch.

本発明の目的は前述の欠点を改善し、特定の屈曲変位圧
電アクチュエータを使用することにより、光軸合わせが
容易に正確に出来る光スイッチを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the above-mentioned drawbacks and to provide an optical switch that can easily and accurately align the optical axis by using a specific bending displacement piezoelectric actuator.

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

第1図は本発明の原理構成を示す図である。第1図にお
いて、lは入力側光ファイバ、2−1.2−2は2本の
出力側光ファイバ、9は電圧源、lOは屈曲変位圧電ア
クチュエータを示す。
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of the present invention. In FIG. 1, l indicates an input optical fiber, 2-1.2-2 two output optical fibers, 9 a voltage source, and lO a bending displacement piezoelectric actuator.

2本の出力側光ファイバ2−1.2−2と、対向する1
本の入力端光ファイバ1で構成し、入力端光ファイバ1
からの光を移動させて光路を切換える光スイッチにおい
て、本発明は下記の構成とする。
Two output side optical fibers 2-1, 2-2 and the opposing 1
Consists of input end optical fiber 1, input end optical fiber 1
The present invention has the following configuration in an optical switch that switches the optical path by moving light from the main body.

即ち、 前記入力側光ファイバlを分極反転層を有する屈曲圧電
アクチュエータIOの屈曲変位する側に装着したことで
構成する。
That is, the input optical fiber 1 is attached to the bending displacement side of the bending piezoelectric actuator IO having a polarization inversion layer.

〔作用〕[Effect]

第1図に示す構成において、圧電アクチュエータ10に
電圧源9からの直流電圧を瞬間的に印加すると、入力側
光ファイバ1はアクチュエータlOが屈曲変位したこと
により、対向する出力側光ファイバ2−1から2−2へ
切換えられる。そして直流電圧を取り去ると圧電アクチ
ュエータ10は当初位置に惇るから、入力側光ファイバ
1は再び出力側光ファイバ2−2と対向する。このとき
圧電アクチュエータlOの入力側光ファイバlを接着し
た側の変位と電圧源9の電圧値との関係は第2図に示す
ようになる。即ち、入力側光ファイバ1の当初位置を基
点○とし、出力側光ファイバ2−2と対向するように変
位した位置をDとすれば、電圧印加と消去により変位す
る位置が○→D→Oとなる。したがって電圧変化に対す
るアクチュエータの屈曲側は変位することにヒステリシ
スか生じないから、光軸合わせが精度良く出来る。
In the configuration shown in FIG. 1, when a DC voltage from the voltage source 9 is instantaneously applied to the piezoelectric actuator 10, the input side optical fiber 1 is bent to the opposite output side optical fiber 2-1 due to the bending displacement of the actuator IO. It is switched from 2-2 to 2-2. When the DC voltage is removed, the piezoelectric actuator 10 remains at the initial position, so that the input optical fiber 1 again faces the output optical fiber 2-2. At this time, the relationship between the displacement of the piezoelectric actuator lO on the side to which the input optical fiber l is bonded and the voltage value of the voltage source 9 is as shown in FIG. That is, if the initial position of the input optical fiber 1 is the base point ○, and the position displaced to face the output optical fiber 2-2 is D, the position displaced by voltage application and erasure is ○ → D → O becomes. Therefore, since hysteresis does not occur when the bending side of the actuator is displaced in response to voltage changes, optical axis alignment can be performed with high precision.

ここで「分極反転層」とは屈曲型アクチュエータを得る
ため、熱処理を行い結晶板に特殊な状態を形成させるこ
とをいう。即ち結晶板材料のキュリー点より若干低い温
度で熱処理を行うと、電界を印加することなく自発分極
か反転した層か形成されることである。反転層は自発分
極に関して板の十面側に生じ、その厚さは熱処理の温度
か高い程、またその処理時間が長い程厚くなる。反転分
極では結晶のY軸及びZ軸が元の結晶のそれと反対向き
になり、全ての圧電定数の符号が元の結晶のそれとは逆
になる。この板の上下面に電極を付けて電圧を印加する
と、反転分極と非反転分極では発生する長さ方向伸縮歪
みの符号が逆になり、屈曲変位を生じる。このようにし
て接着層・中間金属板を有しない単一圧電板て屈曲変位
型アクチュエータが実現できる。このアクチュエータを
使用するとヒステリシスの生じないことが判明したので
ある。
Here, the term "polarization inversion layer" refers to a crystal plate formed in a special state by heat treatment in order to obtain a bending type actuator. That is, when heat treatment is performed at a temperature slightly lower than the Curie point of the crystal plate material, a layer with spontaneous polarization is formed without applying an electric field. The inversion layer is formed on the ten-face side of the plate with respect to spontaneous polarization, and its thickness increases as the heat treatment temperature increases and the treatment time increases. In the reverse polarization, the Y and Z axes of the crystal are in the opposite direction to those of the original crystal, and the signs of all piezoelectric constants are opposite to those of the original crystal. When electrodes are attached to the upper and lower surfaces of this plate and a voltage is applied, the sign of the longitudinal stretching strain that occurs in reversed polarization and non-reversed polarization becomes opposite, resulting in bending displacement. In this way, a bending displacement actuator can be realized using a single piezoelectric plate without an adhesive layer or an intermediate metal plate. It was found that hysteresis does not occur when this actuator is used.

〔実施例〕〔Example〕

第3図は本発明の実施例の構成を示す。第3図において
、10はアクチュエータで、特に140度回転Y板を分
極反転させたニオブ酸リチウムを示す。ここでニオブ酸
リチウムはその分子式かLiNb○、であり、rLN 
(リチウムナイオベート)」 と通称されている。LN
は圧電性が大きくキュリー点が1200度Cのように高
い単結晶である。
FIG. 3 shows the configuration of an embodiment of the present invention. In FIG. 3, numeral 10 is an actuator, in particular a lithium niobate whose polarization is inverted by a Y-plate rotated by 140 degrees. Here, the molecular formula of lithium niobate is LiNb○, and rLN
(lithium niobate)". LN
is a single crystal with great piezoelectricity and a high Curie point of 1200 degrees Celsius.

この材料について素子を切り出す方向をY軸から略14
0度に設定すると、圧電定数かより大、即ち一定の印加
電圧に対し変位する量がより大きく得られる。実効的圧
電歪み定数d22について−30,3X 10−” C
/Hの値が得られた。第3図において、11は保持体を
示し、LNIOの一端を固定するように保持している。
The direction in which elements are cut out from this material is approximately 14 mm from the Y axis.
When set to 0 degrees, the piezoelectric constant is larger, that is, the amount of displacement for a constant applied voltage is larger. -30,3X 10-”C for effective piezoelectric strain constant d22
/H value was obtained. In FIG. 3, reference numeral 11 indicates a holder, which holds one end of the LNIO in a fixed manner.

電圧源9からの直流電圧をLNloに印加したとき、光
ファイバ1は光ファイバ2−2の方に切換えされる。
When a DC voltage from voltage source 9 is applied to LNlo, optical fiber 1 is switched to optical fiber 2-2.

第4図は切出し角度と歪み定数との関係を示す図で、1
40度において上記のように最大値か得られた。そのと
きエネルギー変換効率を表す電気機械結合係数は51%
となり、セラミックよりかなり大きい値となっている。
Figure 4 is a diagram showing the relationship between the cutting angle and the strain constant.
The maximum value was obtained as above at 40 degrees. At that time, the electromechanical coupling coefficient, which represents energy conversion efficiency, was 51%.
This is a much larger value than ceramic.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

このようにして本発明によると、分極反転させた屈曲変
位型アクチュエータを使用しているので、印加電圧によ
り光ファイバの切換えを容易に制御することが出来て、
そのときヒステリシスか無く切換が可能である。即ち光
ファイバの切換えを繰り返しても、軸合わせの微調整を
行う必要があい。
In this way, according to the present invention, since the polarization-inverted bending displacement actuator is used, the switching of the optical fiber can be easily controlled by the applied voltage.
At that time, switching is possible without hysteresis. That is, even if the optical fibers are repeatedly switched, it is not necessary to make fine adjustments to the axis alignment.

そのため安価で性能の良い光スイッチか得られる。Therefore, an optical switch with good performance can be obtained at low cost.

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

第1図は本発明の原理構成を示す図、 第2図は第1図の圧電アクチュエータにおける電圧と変
位との関係を示す図、 第3図は本発明の実施例の構成を示す図、第4図はLN
の切出し角度と歪み定数との関係を示す図、 第5図・第6図・第7図は従来の光スイ成を示す図、 第8図は第7図の動作説明図である。 l・・・・入力側光ファイバ 2−2.2−2・・−・出力側光ファイバ9・・−・電
圧源 lO・・・・屈曲変位圧電アクチュエータッチの構
FIG. 1 is a diagram showing the principle configuration of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between voltage and displacement in the piezoelectric actuator of FIG. 1. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. Figure 4 is LN
FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 are diagrams showing the conventional optical wave formation, and FIG. 8 is an explanatory diagram of the operation of FIG. 7. l...Input side optical fiber 2-2.2-2...Output side optical fiber 9...Voltage source lO...Bending displacement piezoelectric actuator touch structure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 I 、2本の出力側光ファイバ(2−1)(2−2)と
、対向する1本の入力側光ファイバ(1)で構成し、入
力側光ファイバ(1)からの光を移動させて光路を切換
える光スイッチにおいて、 前記入力側光ファイバ(1)を分極反転層を有する屈曲
変位圧電アクチュエータ(10)の屈曲変位する側に装
着したこと を特徴とする光スイッチ。 II、請求項第1項記載の光スイッチにおける圧電アクチ
ュエータは140度回転Y板を分極反転させたニオブ酸
リチウムであることを特徴とする光スイッチ。
[Claims] I, consisting of two output side optical fibers (2-1) (2-2) and one input side optical fiber (1) facing each other, the input side optical fiber (1) An optical switch that switches the optical path by moving light from the input side, characterized in that the input side optical fiber (1) is attached to the bending displacement side of a bending displacement piezoelectric actuator (10) having a polarization inversion layer. . II. An optical switch according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator in the optical switch is made of lithium niobate whose polarization is inverted by a Y-plate rotated by 140 degrees.
JP6933690A 1990-03-19 1990-03-19 Optical switch Pending JPH03269408A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10248867A1 (en) * 2002-10-18 2004-06-03 Daimlerchrysler Ag Optical switch for use in optical bus systems comprising at least one light input and several light outputs, support element and switch element with several light paths for different states,

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10248867A1 (en) * 2002-10-18 2004-06-03 Daimlerchrysler Ag Optical switch for use in optical bus systems comprising at least one light input and several light outputs, support element and switch element with several light paths for different states,
DE10248867B4 (en) * 2002-10-18 2009-01-22 Daimler Ag Optical switch

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