JPH0367229A - 光スイッチ - Google Patents
光スイッチInfo
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- JPH0367229A JPH0367229A JP20353789A JP20353789A JPH0367229A JP H0367229 A JPH0367229 A JP H0367229A JP 20353789 A JP20353789 A JP 20353789A JP 20353789 A JP20353789 A JP 20353789A JP H0367229 A JPH0367229 A JP H0367229A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、光スイッチ、特に、パイコニカルの光ファイ
バを結合した光ファイバカプラの周囲の屈折率を変化さ
せることによって光路の切替えを行なう光スイッチに関
するものである。
バを結合した光ファイバカプラの周囲の屈折率を変化さ
せることによって光路の切替えを行なう光スイッチに関
するものである。
（従来の技術）
従来の光スイッチとしては、ＬｉＮｂｏａ等の電気光学
結晶上に導波路形成したものや、ＧａＡＳ等の半導体基
板上に導波路と電極を形成し、導波路上の一部分に電圧
を印加、あるいは、電流を注入する等により、その部分
の屈折率を変化させ、光の切替えを行なうものなどの導
波路型の光スイッチが知られている。また、ロッドレン
ズやビームスプリッタ等のバルク光学部品と液晶や磁気
光学材料等とを組み合わせて偏波面の回転を利用する光
スイッチや、光ファイバやプリズムを移動させ、機械的
に光路の位置を変えて光を他の線路に切り換えるものも
知られている。
結晶上に導波路形成したものや、ＧａＡＳ等の半導体基
板上に導波路と電極を形成し、導波路上の一部分に電圧
を印加、あるいは、電流を注入する等により、その部分
の屈折率を変化させ、光の切替えを行なうものなどの導
波路型の光スイッチが知られている。また、ロッドレン
ズやビームスプリッタ等のバルク光学部品と液晶や磁気
光学材料等とを組み合わせて偏波面の回転を利用する光
スイッチや、光ファイバやプリズムを移動させ、機械的
に光路の位置を変えて光を他の線路に切り換えるものも
知られている。
しかしながら、導波路型のものは、その端面でのモード
フィールドの形状が、光ファイバとは大きく異なるため
、光ファイバとの接続に際しての光損失があり、その接
続には、精密な光軸調整を行なわねばならず、光ファイ
バとの接続を前提とする場合には問題がある。更に、半
導体基板を用いたものには、数ｄＢもの損失を伴うもの
もあり、光通信線路中に組み込むには適しているとはい
えない。また、バルクの光学部品を組み合わせたものは
生産性の面で問題があり、機械的な可動部分を有するも
のは、精度や動作安定性の点で問題があった。
フィールドの形状が、光ファイバとは大きく異なるため
、光ファイバとの接続に際しての光損失があり、その接
続には、精密な光軸調整を行なわねばならず、光ファイ
バとの接続を前提とする場合には問題がある。更に、半
導体基板を用いたものには、数ｄＢもの損失を伴うもの
もあり、光通信線路中に組み込むには適しているとはい
えない。また、バルクの光学部品を組み合わせたものは
生産性の面で問題があり、機械的な可動部分を有するも
のは、精度や動作安定性の点で問題があった。
（発明が解決しようとする課題）
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもの
で、光ファイバとの接続性に優れ、低損失で、かつ、信
頼性に優れた光スイッチを提供することを目的としてな
されたものである。
で、光ファイバとの接続性に優れ、低損失で、かつ、信
頼性に優れた光スイッチを提供することを目的としてな
されたものである。
（課題を解決するための手段）
本発明は、光ファイバカプラの光結合部分の周囲の媒質
の屈折率を変化させる屈折率変化手段を有する光スイッ
チにおいて、前記屈折率変化手段の屈折率ｎが、前記結
合部分の屈折率ｎ０の近傍における特異点の屈折率を選
択することを特徴とするものである。
の屈折率を変化させる屈折率変化手段を有する光スイッ
チにおいて、前記屈折率変化手段の屈折率ｎが、前記結
合部分の屈折率ｎ０の近傍における特異点の屈折率を選
択することを特徴とするものである。
なお、「前記結合部分の屈折率ｎ。の近傍における特異
点の屈折率」とは、光結合部分の周囲の媒質の屈折率ｎ
が、前記結合部分の屈折率ｎ。の近傍の値において、分
岐比がＯおよび１００パーセントを示す屈折率をいうも
のとする。
点の屈折率」とは、光結合部分の周囲の媒質の屈折率ｎ
が、前記結合部分の屈折率ｎ。の近傍の値において、分
岐比がＯおよび１００パーセントを示す屈折率をいうも
のとする。
（作 用）
本発明は、光ファイバカプラの光結合部分の周囲の媒質
の屈折率を変化させる屈折率変化手段を有する光スイッ
チにおいて、前記屈折率変化手段の屈折率ｎが、前記結
合部分の屈折率ｎ０の近傍における特異点において、分
岐比がほぼ０％と１００％を示すことを利用し、その屈
折率を選択することによって、屈折率の小さい変化で光
路の切替えが行なわれるものである。
の屈折率を変化させる屈折率変化手段を有する光スイッ
チにおいて、前記屈折率変化手段の屈折率ｎが、前記結
合部分の屈折率ｎ０の近傍における特異点において、分
岐比がほぼ０％と１００％を示すことを利用し、その屈
折率を選択することによって、屈折率の小さい変化で光
路の切替えが行なわれるものである。
（実施例）
第１図は、本発明の一実施例を説明するための光ファイ
バカプラを用いた光スイッチの概略図である。
バカプラを用いた光スイッチの概略図である。
図中、１，２は、２本の光ファイバからなる光ファイバ
カプラで、２本の光ファイバの一部分を融着、延伸する
等により、パイコニカルのテーパ一部３が形成されたも
のである。この光ファイバカプラは、テーパ一部３にお
いて、光ファイバのコアより浸み出したエバネツセント
場による光の分布結合状態が作り出され、光の分岐や合
波等を行なうものであり、その特性は、２本の光フアイ
バ１，２の融着、テーパ一部の形状や屈折率分布に依存
されるものであるが、テーパ一部３の周囲部分の屈折率
を変化させると、光の分布結合状態が変わるため、カブ
ラの分岐特性に変化が生じることが知られている。
カプラで、２本の光ファイバの一部分を融着、延伸する
等により、パイコニカルのテーパ一部３が形成されたも
のである。この光ファイバカプラは、テーパ一部３にお
いて、光ファイバのコアより浸み出したエバネツセント
場による光の分布結合状態が作り出され、光の分岐や合
波等を行なうものであり、その特性は、２本の光フアイ
バ１，２の融着、テーパ一部の形状や屈折率分布に依存
されるものであるが、テーパ一部３の周囲部分の屈折率
を変化させると、光の分布結合状態が変わるため、カブ
ラの分岐特性に変化が生じることが知られている。
第３図（Ａ）に示すように、一方の光ファイバにＰ。な
る光パワーを導入し、その光ファイバの出力をＰｌ、光
結合部分による他の光ファイバの出力をＰ２とすると、
光結合部分における光の伝搬は、この部分のコア、クラ
ッドが全体としてコアとなり、その周囲の屈折率ｎの部
分がクラッドとなったようになって、周囲部分（第工図
の４）との境界面で反射を繰り返し、■〜■として表わ
したように、Ｐ１側とＰ２側とに交互に移り変わる。移
り変わりの回数は、テーパ一部の長さ、形状等に依存す
る。
る光パワーを導入し、その光ファイバの出力をＰｌ、光
結合部分による他の光ファイバの出力をＰ２とすると、
光結合部分における光の伝搬は、この部分のコア、クラ
ッドが全体としてコアとなり、その周囲の屈折率ｎの部
分がクラッドとなったようになって、周囲部分（第工図
の４）との境界面で反射を繰り返し、■〜■として表わ
したように、Ｐ１側とＰ２側とに交互に移り変わる。移
り変わりの回数は、テーパ一部の長さ、形状等に依存す
る。
ここで、第３図（Ｂ）に示すように、テーパー部の形状
を正弦波形状とし、テーパ一部分のクラッドを上述した
ようにコアと見なせる領域の屈折率をｎ。、その光結合
部分の周囲部分（第１図の４）の屈折率をｎとして、２
方向に変化する光ファイバの半径をρ（２）とすると、
２方向におけるカブラの結合係数Ｃは、 で表わされる。
を正弦波形状とし、テーパ一部分のクラッドを上述した
ようにコアと見なせる領域の屈折率をｎ。、その光結合
部分の周囲部分（第１図の４）の屈折率をｎとして、２
方向に変化する光ファイバの半径をρ（２）とすると、
２方向におけるカブラの結合係数Ｃは、 で表わされる。
ここで、
Ｋｏ、ＫＬ：第２種の変形ベッセル関数の０次。
１次
Δ＝ （ｎｏ２−ｎ”） ／ （２ｎｏ２）：ｎｏとｎ
との比屈折率差 Ｕ＝ρ（ｚ）ψき丁ＪコＩ Ｖ＝ｋ・ρ（ｚ）ｎｏ５１ Ｗ＝ρ（ｚ）析７２−に百Ｆ ｋ＝２π／λ ：真空状態における波数β：上記Ｖ値に
対応するファイバの伝搬定数出力Ｐｌは、 Ｐ １＝ Ｐ ａ ＣＯＥ３ ＣＺ ただし、 となる。
との比屈折率差 Ｕ＝ρ（ｚ）ψき丁ＪコＩ Ｖ＝ｋ・ρ（ｚ）ｎｏ５１ Ｗ＝ρ（ｚ）析７２−に百Ｆ ｋ＝２π／λ ：真空状態における波数β：上記Ｖ値に
対応するファイバの伝搬定数出力Ｐｌは、 Ｐ １＝ Ｐ ａ ＣＯＥ３ ＣＺ ただし、 となる。
ここで、
ｄ＝２ρ（Ｚ）
Ｌ＝２８ｍｍ
ρ＝３．６５μｍ ：テーパ一部における光ファイバの
最小半径 ｎ０＝１．４５８３ とし、半径の変化の形状を として、波長λが、１．３１μｍと１，５５μｍにおけ
る周囲部分の屈折率ｎの変化に対するＣｚと分岐比（ｐ
ｏ ／ｐよ）を上記理論計算によって求めたグラフが第
３図（Ｃ）（Ｄ）である。横軸は、周囲媒質の屈折率ｎ
である。Ｃｚにおいては、周囲部分の媒質の屈折率ｎが
、光結合部分のクラッドの屈折率ｎ０の近傍の値におい
て急激に減少することが分かった。この減少領域におけ
る分岐比は、波長により特性に相違があるものの、屈折
率が僅か変化しただけでもＰ、が０と１の値をとるとこ
ろがあり、Ｐ２がそれに対し１とＯの値をとるところが
あることが予測できた。
最小半径 ｎ０＝１．４５８３ とし、半径の変化の形状を として、波長λが、１．３１μｍと１，５５μｍにおけ
る周囲部分の屈折率ｎの変化に対するＣｚと分岐比（ｐ
ｏ ／ｐよ）を上記理論計算によって求めたグラフが第
３図（Ｃ）（Ｄ）である。横軸は、周囲媒質の屈折率ｎ
である。Ｃｚにおいては、周囲部分の媒質の屈折率ｎが
、光結合部分のクラッドの屈折率ｎ０の近傍の値におい
て急激に減少することが分かった。この減少領域におけ
る分岐比は、波長により特性に相違があるものの、屈折
率が僅か変化しただけでもＰ、が０と１の値をとるとこ
ろがあり、Ｐ２がそれに対し１とＯの値をとるところが
あることが予測できた。
この理論値に基づいて、実際の光ファイバカプラの様子
を確かめた。
を確かめた。
第４図は、結合部分の周囲が空気である場合の分波特性
である。この分波特性を示す光ファイバカプラの光結合
部の周囲をシリコン樹脂で満たし、その屈折率を変える
ためにヒーターによってシリコン樹脂の温度を変化させ
、大＝１．３１μｍおよびλ＝１．５５μｍの波長の光
に対して測定を行ない、分岐比をとったのが第５図であ
る。この結果は、理想計算における傾向を示しており、
周囲媒質の屈折率がカブラ結合部分の屈折率（１゜４５
８３）に近い領域でカブラを通る光の分岐特性が大きく
変化し、ａ点とｂ点またはａｔ点とｂｔ点においては、
分岐比がほぼＯと１を示し、光路の切替えが行なわれて
いる。本明細書においては、周囲媒質の屈折率がカブラ
結合部分の屈折率に近い領域でカブラを通る光の分岐特
性が大きく変化し、極大値あるいは極小値、例えば、第
５図のａ点とｂ点またはａ１点とｂｔ点などを特異点と
呼んでいる。特異点は、実験的にみて、周囲材料の屈折
率がカブラの結合部分の屈折率を超えない範囲で２パ一
セント以内の領域、特に、０．５パ一セント以内の領域
でみられ、この特異点の屈折率を選べば、より小さな屈
折率変化で損失を大きくすることなく、効果的な光路の
切替えができることが分かった。
である。この分波特性を示す光ファイバカプラの光結合
部の周囲をシリコン樹脂で満たし、その屈折率を変える
ためにヒーターによってシリコン樹脂の温度を変化させ
、大＝１．３１μｍおよびλ＝１．５５μｍの波長の光
に対して測定を行ない、分岐比をとったのが第５図であ
る。この結果は、理想計算における傾向を示しており、
周囲媒質の屈折率がカブラ結合部分の屈折率（１゜４５
８３）に近い領域でカブラを通る光の分岐特性が大きく
変化し、ａ点とｂ点またはａｔ点とｂｔ点においては、
分岐比がほぼＯと１を示し、光路の切替えが行なわれて
いる。本明細書においては、周囲媒質の屈折率がカブラ
結合部分の屈折率に近い領域でカブラを通る光の分岐特
性が大きく変化し、極大値あるいは極小値、例えば、第
５図のａ点とｂ点またはａ１点とｂｔ点などを特異点と
呼んでいる。特異点は、実験的にみて、周囲材料の屈折
率がカブラの結合部分の屈折率を超えない範囲で２パ一
セント以内の領域、特に、０．５パ一セント以内の領域
でみられ、この特異点の屈折率を選べば、より小さな屈
折率変化で損失を大きくすることなく、効果的な光路の
切替えができることが分かった。
第２図は、周囲媒質の屈折率を変化させる手段の一実施
例を示す概略構成図である。図中、１゜２は光ファイバ
、４は熱により屈折率変化を示す樹脂、５は断熱ケース
、６は加熱ヒーター、７は熱電対、８はペルチェ素子、
９は制御回路である。
例を示す概略構成図である。図中、１゜２は光ファイバ
、４は熱により屈折率変化を示す樹脂、５は断熱ケース
、６は加熱ヒーター、７は熱電対、８はペルチェ素子、
９は制御回路である。
制御回路における設定温度に基づいて樹脂４の温度が制
御されるから、設定温度を第５図で説明したａ点（ａ１
点）とｂ点（ｂｔ点）に選び、いずれかを選択すること
により光の切替えを行なうことができる。
御されるから、設定温度を第５図で説明したａ点（ａ１
点）とｂ点（ｂｔ点）に選び、いずれかを選択すること
により光の切替えを行なうことができる。
上述した実施例において、λ＝１．５５μｍの波長の場
合について、屈折率の変化は４Ｘ１０−３で、Ｐ Ｌ
Ｐ ２間のクロストーク−１８〜−２５ｄＢ。
合について、屈折率の変化は４Ｘ１０−３で、Ｐ Ｌ
Ｐ ２間のクロストーク−１８〜−２５ｄＢ。
損失は２ｄＢ以下のものが得られた。
この実施例では、屈折率を変える手段として、温度によ
り屈折率が変化する媒質を用いて、その温度を変化させ
たが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば
、光や電界によって屈折率が変化する媒質を用いること
もでき、半導体ドーブガラズや液晶等を用いることもで
きる。
り屈折率が変化する媒質を用いて、その温度を変化させ
たが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば
、光や電界によって屈折率が変化する媒質を用いること
もでき、半導体ドーブガラズや液晶等を用いることもで
きる。
また、カブラ結合部分をより細く長くすることによって
、結合部分の２本のファイバからしみ出す光のエパネッ
セント場の重なりを増やせば、周囲の材料の屈折率変化
が、より小さくても分岐比を大きく変化させ、光路の切
替えを行なうことができる。
、結合部分の２本のファイバからしみ出す光のエパネッ
セント場の重なりを増やせば、周囲の材料の屈折率変化
が、より小さくても分岐比を大きく変化させ、光路の切
替えを行なうことができる。
このようにして、以上のような方法で光スイッチを構成
すれば、光スイッチと光ファイバとを低損失に結合する
のに何等、特別な配慮を必要とせず、従来の光フアイバ
同志の接続法である融着接続、コネクター接続等がその
まま適用できる。
すれば、光スイッチと光ファイバとを低損失に結合する
のに何等、特別な配慮を必要とせず、従来の光フアイバ
同志の接続法である融着接続、コネクター接続等がその
まま適用できる。
（発明の効果）
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光フ
ァイバカプラの光結合部の屈折率を僅かに変化させるだ
けで、短時間で光路の切替えを行なうことができ、光フ
ァイバとの接続性にも優れ、低損失で簡単な構成の光ス
イッチを提供できる効果がある。
ァイバカプラの光結合部の屈折率を僅かに変化させるだ
けで、短時間で光路の切替えを行なうことができ、光フ
ァイバとの接続性にも優れ、低損失で簡単な構成の光ス
イッチを提供できる効果がある。
第１図は、本発明の一実施例を説明するための光ファイ
バカプラを用いた光スイッチの概略図、第２図は、温度
制御による一実施例を示す概略構成図、第３図乃至第５
図は、動作の説明図である。 １．２・・・光ファイバ、３・・・テーパ一部、４・・
・周囲部分、４・・・熱により屈折率変化を示す樹脂、
５・・・断熱ケース、６・・・加熱ヒーター、７・・・
熱電対、８・・・ベルチェ素子、９・・・制御回路。
バカプラを用いた光スイッチの概略図、第２図は、温度
制御による一実施例を示す概略構成図、第３図乃至第５
図は、動作の説明図である。 １．２・・・光ファイバ、３・・・テーパ一部、４・・
・周囲部分、４・・・熱により屈折率変化を示す樹脂、
５・・・断熱ケース、６・・・加熱ヒーター、７・・・
熱電対、８・・・ベルチェ素子、９・・・制御回路。
Claims (1)
- 光ファイバカプラの光結合部分の周囲の媒質の屈折率を
変化させる屈折率変化手段を有する光スイッチにおいて
、前記屈折率変化手段の屈折率ｎが、前記結合部分の屈
折率ｎ＿０の近傍における特異点の屈折率を選択するこ
とを特徴とする光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20353789A JPH0367229A (ja) | 1989-08-05 | 1989-08-05 | 光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20353789A JPH0367229A (ja) | 1989-08-05 | 1989-08-05 | 光スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0367229A true JPH0367229A (ja) | 1991-03-22 |
Family
ID=16475794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20353789A Pending JPH0367229A (ja) | 1989-08-05 | 1989-08-05 | 光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0367229A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6159305A (ja) * | 1984-08-20 | 1986-03-26 | リツトン・システムズ・インコーポレーテツド | 切換可能な光フアイバ方向性結合器 |
| JPS63216006A (ja) * | 1987-03-04 | 1988-09-08 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 光センサ |
| JPH01116523A (ja) * | 1987-10-29 | 1989-05-09 | Seiko Instr & Electron Ltd | 分岐比可変型光カプラ |
| JPH0279030A (ja) * | 1988-09-16 | 1990-03-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 非線形光学装置 |
-
1989
- 1989-08-05 JP JP20353789A patent/JPH0367229A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6159305A (ja) * | 1984-08-20 | 1986-03-26 | リツトン・システムズ・インコーポレーテツド | 切換可能な光フアイバ方向性結合器 |
| JPS63216006A (ja) * | 1987-03-04 | 1988-09-08 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 光センサ |
| JPH01116523A (ja) * | 1987-10-29 | 1989-05-09 | Seiko Instr & Electron Ltd | 分岐比可変型光カプラ |
| JPH0279030A (ja) * | 1988-09-16 | 1990-03-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 非線形光学装置 |
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