JPH05181074A

JPH05181074A - 光スイッチ

Info

Publication number: JPH05181074A
Application number: JP34747191A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Yokomachi; 之裕横町; Hideki Mizuno; 秀樹水野; Tomohiko Ueda; 知彦上田; Toru Yamanishi; 徹山西; Shinji Nagasawa; 真二長沢; Hideo Kobayashi; 英夫小林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1993-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】屈折率整合剤の粘性を調整することで、光ス
イッチ素子の突合せ端面間での気泡の発生を防止する光
スイッチを提供することを目的する。【構成】一方の光ファイバ５の端部を固着した第１の
スイッチ素子２と、他方の光ファイバ５の端部を固着し
た第２のスイッチ素子３とを、その端面２１，２１で突
き合わせると共に、その端面２１，２１間に屈折率整合
剤Ｓを充填した状態で、任意の光ファイバ５同士が光結
合するように光結合位置を選択的に切替える光スイッチ
において、屈折率整合剤Ｓは、油性でありその粘性係数
が常温にて１０ポイズ以下のものであることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ通信等に用
いられ、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子と
を、光ファイバの並び方向に相対的に移動させて、任意
の光ファイバ同士が光結合するように光結合位置を選択
的に切替える光スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光スイッチとして図８に
示すものが知られている。このものは、一方の光ファイ
バ５１を固着した固定スイッチ素子５２に対し、他方の
光ファイバ５１を固着した移動スイッチ素子５３を図中
の矢印方向に電磁ソレノイド等により移動させ、定常位
置と切替位置とに光路の切替えを行えるようになってい
る。固定スイッチ素子５２の突合わせ端面と移動スイッ
チ素子５３突合わせ端面とは、それぞれ平面となってお
り、両端面は微小間隙を存して互いに平行に対面し、ま
た、固定スイッチ素子５２の端面に固着されたアレイ状
の光ファイバ５１の端面と、移動スイッチ素子５３の端
面に固着されたアレイ状の光ファイバ５１の端面とは、
微小間隙を存した対面状態となっている。固定、移動両
スイッチ素子５２，５３には、これらを光軸方向に貫通
する一対の位置決めピン５４，５４が取り付けられてお
り、この各位置決めピン５４に対し、移動スイッチ素子
５３はこれに形成した長溝５５をガイドとして図中の矢
印方向に移動され、光路の切替えが行われるようになっ
ている。

【０００３】そして、かかる場合一般に、このアレイ状
の両光ファイバ５１，５１の端面間にその光ファイバ５
１と略同一屈折率の屈折率整合剤（マッチングオイル）
を満たすべく、光スイッチ全体を屈折率整合剤Ｓ内に浸
漬して、両光ファイバ５１，５１端面間からの、光の結
合損失を低減するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来構造の
光スイッチを切替作動させると、屈折率整合剤Ｓの中を
移動スイッチ素子５３が移動する際に、その移動によっ
て発生する乱流又は圧力変化によりキャビテーション又
はエアレーション現象が生じ、屈折率整合剤Ｓ自体が気
化する。または、屈折整合剤Ｓ中の溶存空気が析出する
ことにより、気泡が発生する。かかる場合、発生した気
泡が光ファイバ５１の端面間に入り込むと、通信光を散
乱させてしまい通信が一時的に途絶えてしまう問題があ
った。具体的には、図９（ａ）の正常な通信光パワー
と、図９（ｂ）の気泡の侵入による通信光パワーとを比
較して示すように、切替動作直後の通信光が異常な状態
が観察された。

【０００５】ところで、対向する物体間に満した屈折率
整合剤（マッチングオイル）中での気泡の発生について
は、Ｐ：物体間の減圧力、μ：マッチングオイルの粘
性、Ｖ：物体の軸方向の移動速度、Ａ：物体の対向面の
面積、ｄ：対向面間隔とした場合に、Ｐ μＶＡ／ｄ³ の関係式が成立することが知られている。そして、エア
レーションの場合Ｐがあるしきい値を越えたときに気泡
が発生する。これを光スイッチに当てはめてみると、固
定スイッチ素子に対して移動スイッチ素子は平行移動で
あり軸方向の移動速度は理論的には零である。しかし、
両スィッチ素子の突合せ端面は加工精度に限界があり実
際には完全に平行ではなく、したがって、軸方向にも微
小移動し移動速度Ｖは零とはならない。この前提に立つ
と、粘性μを小さくすること、面積Ａを小さくする
こと、間隔ｄを大きくすること、が気泡を防止する上
で有効であることがわかる。面積Ａは光ファイバの並び
により決定され単純に小さくすることはできない。間隔
ｄは光ファイバの挿入損失の問題がありむやみに大きく
できない。したがって、実際的には粘性μを小さくする
ことが有効であると思われる。

【０００６】本発明は、上記理論式に着目し、屈折率整
合剤の粘性を調整することで、光スイッチ素子の突合せ
端面間での気泡の発生を防止する光スイッチを提供する
ことをその目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
すべく、一方の光ファイバアレイの端部を固着した第１
のスイッチ素子と、他方の光ファイバアレイの端部を固
着した第２のスイッチ素子とを、その端面で、両光ファ
イバアレイが対面するように突き合わせると共に、第
１、第２の両スイッチ素子の端面間に屈折率整合剤を充
填した状態で、第１のスイッチ素子と当該第２のスイッ
チ素子とを、光ファイバの並び方向に相対的に移動させ
て、任意の光ファイバ同士が光結合するように光結合位
置を選択的に切替える光スイッチにおいて、屈折率整合
剤は、油性でありその粘性係数が常温にて１０ポイズ以
下のものであることを特徴とする。

【０００８】この場合、第１、第２の両スイッチ素子の
端面の光ファイバアレイが固着されている固着領域間の
間隙幅は、一方、他方の両光ファイバアレイの端面間の
間隙幅を越えるように、第１のスイッチ素子の端面と第
２のスイッチ素子の端面との少なくとも一方の端面の固
着領域が窪入形成されていることが好ましい。

【０００９】

【作用】第１又は第２のスイッチ素子のいづれか一方を
固定した状態で、他方のスイッチ素子を切替え移動させ
て、光路の切り替えが行われる。この場合、屈折率整合
剤の中を移動スイッチ素子が移動する際に発生する気泡
は、前述のように負圧（Ｐ：物体間の減圧力）が一定の
しきい値以上となったときに気泡核が成長して発生す
る。したがって、屈折率整合剤が油性であり、その粘性
係数が常温にて１０ポイズ以下であれば、移動スイッチ
素子の移動によって生ずる負圧は気泡核を成長させるに
十分な値とはならず、気泡の発生は抑制される。

【００１０】また、たとえ製品のバラツキ等により屈折
率整合剤中に気泡が発生しても、第１、第２の両スイッ
チ素子の固着領域間の間隙幅が、一方、他方の両光ファ
イバアレイの端面間の間隙幅を越えることとなるため、
発生した気泡が光ファイバの端面間に入り込みそうにな
っても、これよりも広い空間を持つ固着領域側に移動し
てしまい、光ファイバの端面間に入り込むことがない。

【００１１】

【実施例】以下、図１乃至図３を参照して、この発明の
一実施例に係る通信用の光スイッチを添付図面に基づき
説明する。図１はこの第１の実施例に係る光スイッチの
光スイッチ素子を示す斜視図であり、図２はその要部の
拡大斜視図であり、図３（ａ）は光スイッチ素子の要部
の拡大平面図であり、図３（ｂ）は光スイッチ素子の要
部の縦断側面図である。

【００１２】図１に示すように、光スイッチを構成する
この光スイッチ素子１は、移動スイッチ素子２の両側に
固定スイッチ素子３，３を配設し、両固定スイッチ素子
３，３を台（図示せず）上に固定し、両スイッチ素子
２，３に貫通させた丸棒状の一対の位置決めピン４，４
で、移動スイッチ素子２を宙吊り状態にしておいて切替
操作を行うようになっている。この切替操作は、移動ス
イッチ素子２を固定スイッチ素子３に対して、定常位置
と１以上の切替位置とに相互に機械的に移動させ、その
都度両スイッチ素子２，３のそれぞれの光ファイバ５の
光軸を一致させる。移動スイッチ素子２と固定スイッチ
素子３との両突合わせ端面には、それぞれファイバアレ
イ６を構成する複数の光ファイバ５が固着されており、
両位置決めピン４，４を案内にしてこれら両スイッチ素
子２，３同士を突合わせることより、光ファイバ５同士
を同一光軸上に整列、かつ対面させて光接続がなされ
る。

【００１３】移動スイッチ素子２は、チップ７と、位置
決めピン４を押さえるシートプレート８と、これらのケ
ーシングであると共に付勢手段でもあるクランパ９とを
備えている。チップ７の上面両側には、それぞれ光軸方
向に平行に延びる一対の位置決め溝１０ａ，１０ｂが形
成されている。この各一対の位置決め溝１０ａ，１０ｂ
は、位置決めピン４と定常位置で係合する第１位置決め
溝１０ａと、切替位置で係合する第２位置決め溝１０ｂ
とで構成され、移動スイッチ素子２のスイッチ操作の際
に位置決めピン４が第１位置決め溝１０ａと第２位置決
め溝１０ｂとの間でクリック的に相対移動できるように
なっている。各位置決め溝１０ａ，１０ｂは「Ｖ」字状
（全体では「Ｗ」字状）に形成されており、丸棒状の位
置決めピン４は、この各位置決め溝１０ａ，１０ｂに２
点で接触して、光路の切替え位置をクリック的に規制さ
れ、光軸合わせのための位置決めを正確なものとしてい
る。

【００１４】シートプレート８は、両位置決めピン４，
４を均一に押さえるもので、シートプレート８と位置決
めピン４とは接着されることなく、単に当接状態となっ
ている。そして、この当接状態はクランパ９により維持
され、クランパ９はステンレスで構成され、このシート
プレート８を介して位置決めピン４を位置決め溝１０
ａ，１０ｂに相対的に付勢している。この付勢により、
各位置決めピン４は各位置決め溝１０ａ，１０ｂに２点
で接触し、位置合せを確実なものとしている。

【００１５】一方、移動チップ７の上面中央には、光軸
方向中央に横並びに所定数のファイバ固定溝１１が形成
されており、これに被覆が除去された所定数の光ファイ
バ５が係合されている。この所定数の光ファイバ５はそ
の端部において押え片１２との間に充填した接着剤１３
により接着固定され（図３（ｂ）参照）、各光ファイバ
５の端面を横並びに整列させた光ファイバアレイ６を構
成している。そして、光スイッチ全体は、後に詳述する
屈折率整合剤Ｓ内に浸漬され、通信光の挿入損失および
反射の低減が図られている。

【００１６】以上の一般的な構成に加え、本実施例は図
２および図３に示すように、光ファイバ５の端面２２回
りに特異な構成を備えている。すなわち、固定、移動両
スイッチ素子２，３の端面２１，２１の内、光ファイバ
が固着された固着領域２１ａ，２１ａが窪入形成されて
おり、突き合わされたこの両領域２１ａ，２１ａ間の間
隙幅が、突き合わされた両光ファイバの端面２２，２２
間の間隙幅を越える幅となっている。したがって、固着
領域２１ａでは、光ファイバ５がスイッチ素子２，３の
端面から幾分突出したものとなっており、これらは屈折
率整合剤Ｓに浸漬されている。この場合、図４に示すよ
うに、移動スイッチ素子２，３の切替操作により屈折率
整合剤Ｓ内に気泡Ｂが発生することがあっても、気泡Ｂ
は表面張力の影響で広いスペース側へ移動する。したが
って、同図の矢印で示すように両光ファイバ５，５の端
面２２，２２間の間隙に侵入しようとした場合、この間
隙よりスペースの広い固着領域２１ａ，２１ａの領域間
側に逃げ、光ファイバ５の周囲を回り込むようにして上
昇する。なお、この場合、第１、第２の両スイッチ素子
２，３の固着領域２１ａ，２１ａ間の間隙幅が、５μｍ
以上となるように、固着領域２１ａ，２１ａが窪入形成
されていることが有用である。

【００１７】なお、図１に示すように、紙面手前の固定
スイッチ素子３と移動スイッチ素子２とは離れた状態と
なっており、また、紙面先方の固定スイッチ素子３と移
動スイッチ素子２とは接触した状態となっているが、両
固定スイッチ素子３，３と移動スイッチ素子２の配置関
係は、実際には対面する各光ファイバ５，５の端面２
２，２２同士が接触して互いに傷付くことがなく、かつ
接続損失が少ない範囲の微小な間隙を存して対向してい
る（図３および図４についても同じ）。そして、本実施
例では、移動スイッチ素子２の前後方向両側に固定スイ
ッチ素子３，３を配設することで、移動、固定両チップ
２，３間の光軸方向の位置決めも行っている。また、固
定スイッチ素子３は、移動スイッチ素子２と全く同一の
構成となっている。但し、位置決めピン４と位置決め溝
１０ａ，１０ｂおよびシートプレート８とは接着され、
位置決めピン４が固定スイッチ素子３に固定されてい
る。また、固定スイッチ素子３のクランパ９等は、単な
るケーシングとして機能するのみである。

【００１８】次に、図５に基づいてこの光スイッチ素子
１の光路の切替え動作を説明する。図５（ａ）は、移動
スイッチ素子２が定常位置にある定常状態を示す。シー
トプレート８と第１位置決め溝１０ａとの間には、位置
決めピン４が挟み込まれており、クランパ９により各位
置決めピン４が各第１位置決め溝１０ａに係合し位置決
めされている。このとき固定スイッチ素子３の所定の光
ファイバ５と移動スイッチ素子２の所定の光ファイバ５
とが微小間隙を介して対面し、光接続がなされている。

【００１９】図５（ｂ）は、移動スイッチ素子２が定常
位置から切替位置に移行する途中の中立状態を示す。定
常位置にある移動スイッチ素子２に移動装置（図示せ
ず）により力が加えられると、移動スイッチ素子２が移
動され、位置決めピン４によりシートプレート８とチッ
プ７との隙間がクランパ９の付勢力に抗して押し広げら
れ、位置決めピン４が第１位置決め溝１０ａから第２位
置決め溝１０ｂに落とし込まれる。

【００２０】図５（ｃ）は、移動スイッチ素子２が切替
位置にある切替状態を示す。この場合も、クランパ９に
より各位置決めピン４が各第２位置決め溝１０ｂに係合
し位置決めがなされている。このとき固定スイッチ素子
３の所定の光ファイバ５と、切替えるべき移動スイッチ
素子２の所定の光ファイバ５とが微小間隙を介して対面
し、光路の切替えが完了している状態にある。また、こ
の操作を逆の手順で行えば切替位置から定常位置へのス
イッチの切替えが行われる。

【００２１】以上の実施例において、光スイッチ全体が
屈折率整合剤Ｓ内に浸漬されており、両光ファイバ５，
５の端面間には、光ファイバ５と略同一の屈折率を有す
る屈折率整合剤Ｓが満されている。屈折率整合剤Ｓは、
光ファイバ５に対応させて屈折率１．４６のシリコンオ
イルが用いられ、その粘性係数は常温にて１０ポイズ以
下が好ましい。

【００２２】図６は、シリコンオイルの粘性係数とシリ
コンオイル中の気泡の発生の有無を常温にて測定した実
験結果である。後述する条件下で行われたこの実験で
は、粘性係数が８ポイズ、９ポイズ、１０ポイズで気泡
の発生は確認できなかった。しかし、１１ポイズ、１２
ポイズでは気泡が発生しており、明らかに粘性係数が１
０ポイズ以下のシリコンオイルを用いることが気泡防止
には有効であることがわかる。

【００２３】以下に実験条件を示す。本実施例では、チ
ップ７をシリコン製とし、位置決めピン４は直径０．５
ｍｍのジルコニア製の丸棒とした。ファイバ固定溝１２
と両位置決め溝１０ａ，１０ｂとは、Ｖ溝研削加工盤に
より制作される。そして、光ファイバ５を０．２５ｍｍ
ピッチで６本並べるべくファイバ固定溝１２は、０．２
５ｍｍピッチで６列形成し、溝角度は６０度とした。第
１位置決め溝１０ａと第２位置決め溝１０ｂは０．５ｍ
ｍピッチとし、溝角度は１１０度とした。また、両位置
決め溝１０ａ，１０ｂ間の位置決めピン４の乗り越え高
さは０．１ｍｍとした。さらに、固着領域２１ａ，２１
ａ間の間隙幅が１０μｍ以上となるように、各光ファイ
バ５の突出長さを０．１ｍｍとした。

【００２４】一方で、上記条件で試作した光スイッチに
基づいて、１００００回の連続切替えにおける通信光パ
ワーの波形および挿入損失の変動について評価した。な
お、この場合、光ファイバ５はシングルモードファイバ
のコア径が１０μｍのものを使用した。そして、１０個
の光スイッチについて評価したところ、いずれも図９
（ａ）に示すような波形となり、図９（ｂ）に示すよう
な異常な波形は現れなかった。また、挿入損失の変動も
図７に示すように、移動スイッチ素子２の＃２の光ファ
イバ５も固定スイッチ素子３の＃１の光ファイバ５も、
共に挿入損失が、ほぼ０．１ｄＢ以内の変動幅となって
おり、気泡の影響のない良好な結果を得ることができ
た。

【００２５】以上のように本実施例によれば、常温にて
１０ポイズ以下の屈折率整合剤Ｓ（シリコンオイル）を
用いているので、屈折率整合剤Ｓの気泡の発生が防止さ
れ通信光に散乱等の影響を及ぼすことがない。

【００２６】なお、本実施例では、移動スイッチ素子２
および固定スイッチ素子３ともにその突合わせ端面が窪
入形成された固着領域２１ａを持つ構造となっている
が、これは、あくまでも製品のバラツキや何らかのアク
シデントにより１０ポイズ以下の屈折率整合剤Ｓでも気
泡が発生してしまった場合に、その気泡をファイバ５の
端面２２間に侵入させないようにするためのものであ
り、基本的にはこのような構造とする必要はない。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、屈折率整
合剤を油性であって常温にて１０ポイズ以下のものとし
ているので、屈折率整合剤中の気泡の発生が防止され、
安定した光路の切替えが可能になる。

【００２８】この場合、第１のスイッチ素子の端面と第
２のスイッチ素子との少なくとも一方の端面の内、光フ
ァイバアレイが固着された固着領域が、第１、第２の両
スイッチ素子の固着領域間の間隙幅が、一方、他方の両
光ファイバアレイの端面間の間隙幅を越えるように窪入
形成されていれば、たとえ何らの他の要因で気泡が発生
してしまっても、他方の両光ファイバアレイの端面間へ
の気泡の侵入が防止され、より一層安定した光路の切替
えが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の光スイッチを示す斜視図
である。

【図２】光スイッチ素子の要部の拡大斜視図である。

【図３】両光スイッチ素子の突合わせ部分の構造を現し
た説明図である。

【図４】両光ファイバの突合わせ部分の状態を現した拡
大斜視図である。

【図５】この光スイッチの作動を現した正面図である。

【図６】シリコンオイルの粘性係数と気泡の発生の有無
を表した説明図である。

【図７】挿入損失の実験結果の説明図である。

【図８】従来の光スイッチの斜視図である。

【図９】課題を説明するための実験結果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…光スイッチ素子、２…移動スイッチ素子、３…固定
スイッチ素子、５…光ファイバ、６…ファイバアレイ、
７…チップ、２１…端面、２１ａ…固着領域、２２…端
面、Ｓ…屈折率整合剤、Ｂ…気泡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上田知彦神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者山西徹神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者長沢真二東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者小林英夫東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の光ファイバアレイの端部を固着し
た第１のスイッチ素子と、他方の光ファイバアレイの端
部を固着した第２のスイッチ素子とを、その端面で、両
光ファイバアレイが対面するように突き合わせると共
に、当該第１、第２の両スイッチ素子の端面間に屈折率
整合剤を充填した状態で、当該第１のスイッチ素子と当
該第２のスイッチ素子とを、光ファイバの並び方向に相
対的に移動させて、任意の光ファイバ同士が光結合する
ように光結合位置を選択的に切替える光スイッチにおい
て、前記屈折率整合剤は、油性でありその粘性係数が常温に
て１０ポイズ以下のものであることを特徴とする光スイ
ッチ。
【請求項２】前記第１、第２の両スイッチ素子の端面
の光ファイバアレイが固着されている固着領域間の間隙
幅は、前記一方、他方の両光ファイバアレイの端面間の
間隙幅を越えるように、前記第１のスイッチ素子の端面
と前記第２のスイッチ素子の端面との少なくとも一方の
端面の固着領域が窪入形成されていることを特徴とする
請求項１に記載の光スイッチ。