JPH0457009A - 光スイッチ用アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （概要〕 機械的光スィッチ、特に、光ファイバ移動型光スイッチ
用アクチュエータに関し、 位置的変位のヒステリシスが小さく、変位の応答性がよ
く、外部からの振動の影響を受は難く、可動光ファイバ
がチャタリングを生じ難く、大きな駆動力を生じ、光軸
を一致させるのが容易で、位置的変位量の時間的変化が
小さく、小型の光スイッチ用アクチュエータを提供する
ことを目的とし、 分極反転し両面に電極を形成したＬ　ｆ　Ｎ　ｂ　０３
単結晶圧電体板と、この圧電体板の一方の端部に支持さ
れた光ファイバと、この圧電体板の他方の端部を固定す
る固定台とから構成する。

また、圧電体板を固定する固定台が金属からなり、この
固定台と圧電体板の基部が半田によって実装して構成す
る。

そしてまた、面と面を間隔をおいて対向させて平行に配
置された、複数の、分極反転し両面に電極を形成したＬ
ｉＮｂ０．単結晶圧電体板と、この圧電体板の一方の端
部に固着された光ファイバ支持体と、この光ファイバ支
持体によって支持された光ファイバと、この圧電体板の
他方の端部を固定する固定台とから構成する。

この場合、光ファイバ支持体によって支持された光ファ
イバが複数であるように構成する。

また、複数の光ファイバを支持する、支持体をＳｉ単結
晶からなり、異方性エツチング等により形成された複数
の■溝を有する光ファイバガイドによって構成する。

［産業上の利用分野〕 本発明は、機械的光スィッチ、特に、光ファイバ移動型
光スイッチ用アクチュエータに関するものである。

近年、光ファイバ伝送システムが普及し、高速かつ大容
量のデータ伝送が可能となった。

また、光伝送網が広がるにつれて、光路のスイッチング
が必要になるとともに、高速かつ伝送損失が少なく、信
頼性のあるスイッチング技術が要求されるようになった
。

〔従来の技術］ 上記の技術分野において従来使用されていた光スィッチ
としては、光伝送路を構成する光学系がその位置や方向
を変えて光の経路をスイッチングする機械式光スィッチ
と、電気的制御信号を与えることにより、光伝送路を構
成する光学系の屈折率を変えて光の経路をスイッチング
する非機械式光スィッチが開発されているが、光損失の
点で機械式光スィッチが有利であり、特に、コスト、ス
イッチング速度等総合的観点からみて、機械式光スィッ
チが優れている。

従来、機械式光スィッチにおける光ファイバを駆動する
アクチュエータとして、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ３＋）
等のセラミック圧電板、あるいは、薄い金属板の両面に
、電界による伸縮が逆のＰＺＴ　（ＰｂＺｒＴｉＯ３）
等のセラミック板を貼り合わせたバイモルフが使用され
ていた。

第４図は、従来のセラミック圧電板を用いた光スィッチ
の概略斜視図である。

この図において、１１はバイモルフ圧電板、９は可動光
ファイバ、１２．１３は固定光ファイバを示している。

この光スィッチの実際の組立体においては、可動光ファ
イバ９がセラミック圧電板の上端に接着され、このセラ
ミック圧電板１１は基部において機械的に固定されてお
り、固定光ファイバ１２．１３は支持体によって固定さ
れる。

そして、セラミック圧電板１１の両面に形成された電極
に電圧を与えることによって可動光ファイバ９を移動し
、可動光ファイバ９の光軸を、固定光ファイバ１２．１
３のいずれかの光軸に一致させて、両者を光学的に結合
し、光の経路をスイッチングする。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来開発されたＰＺＴ等のセラミック圧
電板を使用した光スイッチ用アクチュエータには、つぎ
のような欠点があった。

Ａ　セラミック圧電板の特性が原因で １）位置的変位のヒステリシスが大きく、移動位置に再
現性がないため、数μｍの変位を正確に制御することは
困難である。

第５図はセラミック圧電アクチュエータの変位特性図で
ある。

この図は、セラミック圧電アクチュエータでは、ヒステ
リシスが大きく電圧が上昇するときと、印加電圧が下降
するときの変位量が大きく異なることを示している。

２）可動光ファイバの変位の応答性が悪い。

８１枚の圧電板を使用していることが原因で１）外部か
らの振動の影響を受けやすい。

２）電圧を印加したとき、可動光ファイバに振動が生じ
やすい。

３）駆動力が不足し複数の光ファイバを駆動することが
困難である。

４）圧電体板の屈曲によって、可動光ファイバが円弧を
描いて移動するため、特に、可動光ファイバが複数の場
合は、固定光ファイバの光軸と一致させるのが困難であ
る。

Ｃセラミック圧電板を機械的手段によって固定すること
が原因で １）外部からの振動の影響を受けやすい。

２）位置的変位量の時間的変化が大きい。

３）圧電板の固定手段が大型になる。

本発明は、上記の従来技術がもつ欠点を除き、位置的変
位のヒステリシスが小さく、変位の応答性がよく、外部
からの振動の影響を受は難く、電圧印加時の可動光ファ
イバの振動が生じ難く、大きな駆動力を生し、光軸を一
致させるのが容易で、位置的変位量の時間的変化が小さ
く、小型の光スイッチ用アクチュエータを提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 本発明にかかる光ファイバ移動型光スイッチ用アクチュ
エータにおいては、分極反転し両面に電極を形成したＬ
ｉＮｂ０．単結晶圧電体板と、この圧電体板の一方の端
部に支持された光ファイバと、この圧電体板の他方の端
部を固定する固定台とからなる構成を採用した。

また、圧電体板を固定する固定台が金属からなり、この
固定台と圧電体板の基部が半田によって実装された構成
を採用することもできる。

また、面と面を間隔をおいて対向させて平行に配置され
た、複数の、分極反転し両面に電極を形成したＬ　ｉ　
Ｎ　ｂ　Ｏ：ｌ単結晶圧電体板と、この圧電体板の一方
の端部に固着された光ファイバ支持体と、この光ファイ
バ支持体によって支持された光ファイバと、この複数の
圧電体板の他方の端部を固定する固定台とからなる構成
を採用することもできる。

そしてまた、光ファイバ支持体によって支持された光フ
ァイバを複数にすること、および、光ファイバ支持体と
して、Ｓｉ単結晶からなり、異方性エツチング等により
形成された複数の■溝を有する光ファイバガイドを用い
ることもできる。

〔作用〕 本発明にかかる光ファイバ移動型光スイッチ用アクチュ
エータでは、圧電板として、分極反転し両面に電極を形
成したＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３単結晶圧電体板を採用する
ことにより、あるいは、複数の上記の圧電板を使用する
ことにより、また、上記の圧電体板を半田等の合金的手
段により固定することによって、従来の技術のもつ前記
欠点を除くことができる。

〔実施例］ 以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。

第１図（ａ）は、本発明の実施例である光ファイバ用ア
クチュエータの斜視図、第１図（ｂ）はその断面図であ
る。

これらの図において、１は分極反転されたＬｉＮｂＯ３
単結晶圧電板、２はＬｉＮｂＯ３単結晶圧電板の表面に
被着した電極、２−ａは電極２の一部をエツチングして
除去した部分、３は表面がＡｕ、半田等４を被覆したス
テンレス等の固定台、５は半田、６は絶縁層、■は外部
リード線、８はシリコン単結晶板に異方性エツチング等
により■溝を形成したファイバガイド、９は可動光ファ
イバ、１０は電源である。

この光ファイバ用アクチュエークは、半田等４を被覆し
たステンレス等の固定台３の窪みに、分極反転され、両
面に電極２が被覆されたＬｉＮｂＯ３単結晶圧電板１の
下端を挿入し、半田によって実装し、この圧電板１の上
端に、異方性エツチング等により■溝を形成したシリコ
ン単結晶板からなるファイバガイド８を固着し、このフ
ァイバガイド８の■溝中に可動光ファイバ９を接着材等
によって接着して構成され、ステンレス等の固定台３自
体を通じて一つの極が導出され、外部リード線７によっ
て、この固定台３の上に形成された絶縁層６の上に他の
極が導出され、両者は適宜制御用電源１０に接続されて
いる。

なお、２−ａは、半田５によって電極間が短絡されない
ように、電極２の一部をエツチングして除去した部分で
ある。

第２図は、本発明の他の実施例である光ファイバ用アク
チュエータの斜視図である。

この実施例は、ＬｉＮｂＯ３単結晶圧電板が３枚使用さ
れており、可動光ファイバが２組設けられている他は、
第１図に示された実施例と同じである。

〔発明の効果〕

第３図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）は、本発明の実
施例の光ファイバ用アクチュエークの特性図である。

第３図（ａ）は変位特性であり、この特性図にみられる
ように、本発明にかかる光ファイバ用アクチュエータの
変位特性にはヒステリシスがなく、印加電圧と変位とは
一対一対応している。したがって、可動光ファイバを再
現性よく移動させることができる。

第３図（ｂ）は変位の時間的変化特性であり、電圧を印
加し、変位が生じた後は時間が経過しても、その変位量
が変らないことを示している。

第３図（ｃ）は外部振動に対する変位特性であり、外部
からの振動を受けた場合、１枚のＬｉＮｂＯ３単結晶圧
電板を使用した光ファイバ用アクチュエータより、２枚
、あるいは３枚のＬｉＮｂＯ３単結晶圧電板を使用した
光ファイバ用アクチュエータの方がその影響を受けにく
いことを示している。

第３図（ｄ）はスイッチング特性であり、電圧を印加し
た時の可動光ファイバの振動は、１枚のＬ　ｉ　Ｎ　ｂ
　Ｏ３単結晶圧電板を使用した光ファイバ用アクチュエ
ータより、２枚、あるいは３枚のしｊＮｂＯ，単結晶圧
電板を使用した光ファイバ用アクチュエータの方が振動
の振幅が小さく、かつ、その持続時間も短いことを示し
ている。

以上説明したように、本発明によれば、Ａ　セラミック
圧電板として分極反転し、両面に電極を形成したＬ　ｉ
　Ｎ　ｂ　Ｏ３単結晶圧電板を採用したため、 １）変位のヒステリシスが小さく、印加電圧に対する移
動位置の再現性がよいため、可動光ファイバの変位を正
確に制御することができる。

２）可動光ファイバの変位の応答性がよい。

Ｂ　複数枚の圧電板を使用すると、 １）外部からの振動の影響を受は難い。

２）圧電体に電圧を印加したとき、可動光ファイバに生
じる振動の振幅が小さく、その持続時間も短い。

３）充分な駆動力を得ることができ、複数の光ファイバ
を駆動することができる。

４）可動光ファイバが配列方向にほぼ同一面上を移動す
るため、複数の可動光ファイバを移動させるときでも、
その移動幅が１００μｍオーダーであれば、光ファイバ
の配列面が傾斜することなく、可動光ファイバと固定光
ファイバの光軸を一致させるのができる。

Ｃセラミック圧電板を半田等の合金的手段によって固定
すると、 １）外部からの振動の影響を受は難い。

２）位置的変位量の時間的変化あるいは変動が小さい。

３）圧電板の固定手段が小型になる。

また、光ファイバ支持体をＳｉ単結晶で構成し、複数の
光ファイバを、その表面に異方性エツチング等によって
形成された複数の■漠によって支持すると、その位置を
正確に保持することができる。

本発明は、特許請求の範囲に記載された単純な構成によ
り、上記の諸効果を奏することになり、この種の技術分
野において貢献するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例である光ファイバ用アク
チュエータの斜視図、第１図（ｂ）は本発明の実施例で
ある光ファイバ用アクチュエータの断面図、第２図は本
発明の他の実施例である光ファイバ用アクチュエータの
斜視図、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発
明の実施例である光ファイバ用アクチュエータの特性図
、第４図は従来のセラミック圧電板を用いた光スィッチ
の概略斜視図、第５図はセラミック圧電アクチュエータ
の変位特性図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）．分極反転し両面に電極を形成したＬｉＮｂＯ＿
   ３単結晶圧電体板（１）と、この圧電体板の一方の端部
   に支持された光ファイバ（９）と、この圧電体板の他方
   の端部を固定する固定台（３）とからなることを特徴と
   する光スイッチ用アクチュエータ。
2. （２）．圧電体板を固定する固定台（３）が金属からな
   り、この固定台（３）と圧電体板（１）の基部が半田（
   ５）によって実装された構成を有することを特徴とする
   請求項１記載の光スイッチ用アクチュエータ。
3. （３）．面と面を間隔をおいて対向させて平行に配置さ
   れた、複数の、分極反転し両面に電極を形成したＬｉＮ
   ｂＯ＿３単結晶圧電体板（１）と、この圧電体板（１）
   の一方の端部に固着された光ファイバ支持体（８）と、
   この光ファイバ支持体（８）によって支持された光ファ
   イバ（９）と、この圧電体板（１）の他方の端部を固定
   する固定台（３）とからなることを特徴とする光スイッ
   チ用アクチュエータ。
4. （４）．光ファイバ支持体（８）によって支持された光
   ファイバ（９）が複数であることを特徴とする請求項３
   記載の光スイッチ用アクチュエータ。
5. （５）．光ファイバ支持体（８）がＳｉ単結晶からなり
   、異方性エッチング等により形成された複数のＶ溝を有
   する光ファイバガイドであることを特徴とする請求項４
   記載の光スイッチ用アクチュエータ。