JPH0580258A

JPH0580258A - 光スイツチ

Info

Publication number: JPH0580258A
Application number: JP3246062A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nishimura; 正幸西村; Tomohiko Ueda; 知彦上田; Yukihiro Yokomachi; 之裕横町; Hideo Kobayashi; 英夫小林; Masatoshi Shimizu; 正利清水
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1993-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】比較的広い波長範囲に亘って損失が少なく、
損失の変動が少なく、簡易かつ精度の高い構造を有する
光スイッチ。【構成】スイッチ素子２を固定した状態でスイッチ素
子３を定常位置及びから切替位置に、あるいはその逆に
移動させると、スイッチ素子２に固着した光ファイバア
レイ５の所定の光ファイバ５ａとスイッチ素子３に固着
した光ファイバアレイ５の所定の光ファイバ５ａとが近
接して対向する。この場合、スイッチ素子２側とスイッ
チ素子３側との各光ファイバアレイ５、５の端面に形成
された反射防止膜の反射率の波長依存性がそれぞれ異な
っている。このため、両光ファイバアレイ５、５の所定
の光ファイバ５ａ、５ａ間で光を授受した場合、両反射
防止膜の透過波長帯域を加えた比較的広い波長帯域で比
較的高い透過特性を実現することができ、同時に、この
比較的広い波長帯域で透過特性の変動を抑えることもで
きる。

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
いる光スイッチに関し、さらに詳しくは、固定スイッチ
素子に対し移動スイッチ素子を相対的に移動させて、光
路の切替えを行う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９に
示すものが知られている。一方の光ファイバａを取付け
た固定スイッチ素子ｂに対し、他方の光ファイバａを取
付けた移動スイッチ素子ｃ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
の切替えを行うようになっている。この切替の位置合せ
は、両スイッチ素子ｂ，ｃを貫通する一対の位置決めピ
ンｄ，ｄと、移動スイッチ素子ｃに形成した長溝ｅとに
よって行う。固定スイッチ素子ｂ及び移動スイッチ素子
ｃは、ともに屈折率整合剤中に浸漬され、これらの突合
わせ端面は互いに平行に対面している。このため、固定
スイッチ素子ｂの端面に臨むアレイ状の光ファイバａ
と、移動スイッチ素子ｃ端面に臨むアレイ状の光ファイ
バａとは、屈折率整合剤の存する微小間隙を介して対面
状態で光路が切替えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記光スイッ
チでは、固定スイッチ素子ｂ及び移動スイッチ素子ｃを
屈折率整合剤中に浸漬するための容器とこれらの位置を
外部から制御する装置が必要となるばかりでなく、屈折
率整合剤によって高速動作が妨げられる。

【０００４】これを防止するため、突合わせ端面に無反
射コーティングを施し、屈折率整合剤を用いない方法も
考え得るが、広い波長範囲に亘って突合わせ端面での反
射損失を低減させ、その変動を減少させることは困難で
ある。

【０００５】そこで本発明は、比較的広い波長範囲に亘
る光を光ファイバ内に伝搬させた場合にも損失が少な
く、かつ、その変動が少ないとともに、簡易で精度の高
い構造を有する光スイッチを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明に係る光スイッチは、第１のスイッチ素子に固着
した第１の光ファイバアレイの端面と第２のスイッチ素
子に固着した第２の光ファイバアレイの端面とを同一光
軸上に対面させて光結合させる定常位置と、定常位置か
ら第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とを相対的
に移動させて光路を切替える切替位置と、の間で切替自
在になっている。ここに、第１及び第２の光ファイバア
レイの端面には反射防止膜が形成されている。また、第
１の光ファイバアレイの端面に形成された反射防止膜の
反射率の波長依存性と、第２の光ファイバアレイの端面
に形成された反射防止膜の反射率の波長依存性とは異な
っている。特定の波長帯域の光に注目して具体的に説明
すると、例えば各々の光ファイバアレイの端面に形成さ
れた各反射防止膜の透過波長帯域が略等しい帯域幅を有
し、かつ、いずれか一方側の反射防止膜の透過波長帯域
が他方側の反射防止膜の透過波長帯域に対して長波長側
若しくは短波長側にずれるようにすることができる。な
お、各光ファイバアレイの端面が、ともに平行になって
いて、かつ、光軸に直交する面に対して傾いていること
が好ましい。

【０００７】

【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定常位置及びから
切替位置に、あるいはその逆に移動させると、第１のス
イッチ素子に固着した光ファイバアレイ中の所定の光フ
ァイバ端と第２のスイッチ素子に固着した光ファイバア
レイ中の所定の光ファイバ端とが近接して対向する。こ
の場合、第１の光ファイバアレイの端面に形成された反
射防止膜の反射率の波長依存性と、第２の光ファイバア
レイの端面に形成された反射防止膜の反射率の波長依存
性とが異なっている。このため、第１及び第２の光ファ
イバアレイ中の所定の光ファイバ間で光を授受した場
合、両反射防止膜の透過波長帯域を加えた比較的広い波
長帯域で比較的高い透過特性を実現することができる。
同時に、この比較的広い波長帯域で透過特性の変動を抑
えることもできる。

【０００８】さらに、第１及び第２のファイバアレイの
端面が、ともに平行になっていて、かつ、光軸に直交す
る面に対して傾いていることで、各光ファイバ端面での
反射損失をさらに低減させることができる。

【０００９】

【実施例】実施例の説明の前に本発明の原理について簡
単に説明する。

【００１０】図１は、各スイッチ素子の光ファイバアレ
イを構成する光ファイバの端面を互いに整合させた場合
を模式的に示した図である。ここで、対向する光ファイ
バ５５ａ、６５ａの端面は互いに平行に形成され、とも
に光ファイバ５５ａ、６５ａの光軸に対し傾斜角θをな
して傾いているとする。また、これらの端面の間隔をｄ
とし、この空隙の両側のコアの屈折率をｎ₀とする。

【００１１】一方の光ファイバ５５ａ側から他方の光フ
ァイバ６５ａ側に光が入射する場合の反射率Ｒと透過率
Ｔについて考えてみる。この場合、光ファイバの端面を
斜め研磨した構造によって、フレネル損失を減少させる
ことが期待できる。多重反射現象による挿入損失の変動
の抑圧に限界がある。しかし、傾斜角θの制御のみでは
挿入損失の減少量に限界がある。そこで、両光ファイバ
５５ａ、６５ａの端面に無反射コート等を施すことが必
要となるが、この場合の効果を以下に考察する。

【００１２】両光ファイバ５５ａ、６５ａの端面で生じ
る多重反射現象は端面の傾斜角θに依存するが、以下の
説明においては最悪値評価の観点から傾斜角θ＝０とす
る。この場合の反射率Ｒと透過率Ｔは以下の関係式によ
って与えられる（藤原編「光学薄膜」、共立出版参
照）。

【００１３】Ｔ＝（１−Ｒ₁)(１−Ｒ₂) ÷｛１＋Ｒ₁Ｒ₂＋２ρ₁ρ₂ｃｏｓ（４πｄ／λ）｝Ｒ＝Ｔ−１ここで、ρ₁＝Ｒ₁ ^1/2、ρ₂＝Ｒ₂ ^1/2、Ｒ₁＝光フ
ァイバ５５ａの端面の反射率、Ｒ₂＝光ファイバ６５ａ
の端面の反射率、λ＝光の波長である。以上の式より、
波長の変化、端面間隔等の変動によって発生する挿入損
失の最大変動幅Δαは、以下の式によって与えられる。

【００１４】 Δα＝１０×｛ｌｏｇ（１＋Ｒ₁Ｒ₂＋２ρ₁ρ₂） −ｌｏｇ（１＋Ｒ₁Ｒ₂−２ρ₁ρ₂）｝［ｄＢ］図２は、両光ファイバ５５ａ、６５ａの端面の反射率と
Δαとの関係を示したものである。図からも明らかなよ
うに、いずれか一方の光ファイバの端面の反射率を減少
させることで、Δαを減少させ得ることがわかる。例え
ば、両端面とも無反射コートが施されずフレネル反射が
生じているとすると、Ｒ₁＝Ｒ₂＝−１４．５６ｄＢと
なり、Δα＝０．６ｄＢ程度が見込まれる。一方、Δα
＜０．１ｄＢを実現するには、いずれか一方の光ファイ
バの端面にのみ−３０ｄＢ以下の無反射コートを施すか
（Ｒ₁＝−３０ｄＢ及びＲ₂＝−１４．５６ｄＢ、或い
はその逆）、両方の端面に−２０ｄＢ〜−２５ｄＢ程度
の無反射コートを施す必要があることがわかる。

【００１５】以上の結果をまとめると、空隙による挿入
損失、即ち反射率Ｒを減少させるためには、両端面の反
射率Ｒ₁、Ｒ₂の少なくとも一方を減少させることが必
要になることがわかる。また、挿入損失の最大変動幅Δ
αを減少させるためにも、両端面の反射率Ｒ₁、Ｒ₂の
少なくとも一方を減少させることが必要となることがわ
かる。

【００１６】図３は、本発明に係る光スイッチに設けら
れる光ファイバ５５ａ、６５ａの端面に形成すべき無反
射コートの反射特性を示したものである。一般に、光ス
イッチの特性は広い波長帯域（例えば、λ₁＝１．２μ
ｍ、λ₂＝１．３μｍ、λ₃＝１．５５μｍ、λ₄＝
１．６５μｍ）に亘って保証する必要がある。しかし、
通常の無反射コートでは、実線で示したように狭い領域
でのみ反射量が少くなる。したがって、両方の端面に形
成する無反射コートを同一のものとしたのでは、広い波
長帯域で低損失を維持することができない。これを解決
するため、本発明に係る光スイッチでは、両端面に形成
する無反射コートの反射率の波長依存性を異なるものと
する。例えば、他方の端面に形成する無反射コートを点
線のようなものとすれば、波長λ₁〜λ₄にかけて低い
挿入損失を保証することができる。しかも、図示の場合
には実線と点線との無反射コートの特性が相殺しあって
波長依存性の少い均質な挿入損失の特性を得ることがで
きる。さらに、両端面に形成する無反射コートの反射率
を波長λ₁〜λ₄にかけて低減することができるので、
挿入損失の最大変動幅Δαも大きく減少するものと考え
られる。

【００１７】以下、図４から図７を参照して、実施例に
係る光スイッチの構造を説明する。図４は実施例に係る
光スイッチの各光スイッチ素子を示す斜視図であり、図
５はその正面図であり、図６は光スイッチ素子の部分拡
大図であり、図７は光スイッチ素子の縦断面図である。

【００１８】図４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、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、定常位置と切替
位置とに相互に機械的に移動させ、その都度、各スイッ
チ素子２、３の光ファイバ５ａ同士の光接続を行う。す
なわち、図面前方のスイッチ素子３側の光ファイバ５ａ
と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５を構成する複数の光ファイバ５ａが固定されて
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を突合わせることより、光ファイバ５ａ
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。

【００１９】移動スイッチ素子２は、移動チップ６と、
位置決めピン４を押さえるシートプレート７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８
とを備えている。移動チップ６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９ａ，９ｂ
が形成されている。この各一対の位置決め溝９ａ，９ｂ
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９ａと、切替位置で係合する第２位置決め溝９ｂ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９ａと第２位置決め溝９
ｂ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。

【００２０】これを詳述するに、第６図に示すように、
各位置決め溝９ａ，９ｂ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９ａ，９ｂ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し、光軸合わせのための
位置決めを正確なものとしている。両位置決め溝９ａ，
９ｂの間は山形の凸条１０となっており、この凸条１０
の頂部が平らに研磨され、位置決めピン４の移動の際の
山越え高さを低くし移動チップ６の切替え移動を容易に
している。

【００２１】また、この第１および第２位置決め溝９
ａ，９ｂには、スイッチ操作の際に位置決めピン４の相
対移動が円滑に行われ、かつ過度の摩耗を防止するため
に潤滑油Ｓが注入されている。

【００２２】シートプレート７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７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８により維持
され、クランパ８はステンレスで構成され、このシート
プレート７を介して位置決めピン４を位置決め溝９ａ，
９ｂ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９ａ，９ｂに２点で接触し、
位置合せを確実なものとしている。

【００２３】一方、移動チップ６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５ａが係合されている。この所定数の光ファイバ５ａ
はその端部において押え片１２により接着固定され、各
光ファイバ５ａの端面を横並びに整列させた光ファイバ
アレイ５を構成している。

【００２４】図４（ｂ）および図７に示すように、ファ
イバアレイ５の端面は、移動チップ６の突合わせ端面の
幅方向の中間部分６ａと共に、両位置決め溝９ａ，９ｂ
の端面となる移動チップ６の幅方向の両側部分６ｂ，６
ｂより幾分突き出しており、ファイバアレイ５の端面と
両位置決め溝９ａ，９ｂの端面との間に不連続部である
防油用の段部１３が生ずるようになっている。すなわ
ち、スイッチ操作の過程で位置決め溝９ａ，９ｂから流
出した潤滑油Ｓがこの防油用の段部１３で流れを阻止さ
れ、光ファイバ５ａの端面に付着しないようになってい
る。

【００２５】また、ファイバアレイ５の端面を含む移動
チップ６の中間部分６ａは、対面する固定スイッチ素子
３側のこの部分に対し、スイッチの移動方向に平行で、
かつ、光軸に直交する面に対し幾分傾いている。このよ
うに突き出した部分を利用して加工を施すことにより、
スイッチ操作に支障をきたすことがなく各光ファイバ５
ａの端面を斜めにカットでき、いわゆるフレネル反射を
有効に防止できる。また、図示していないが、各光ファ
イバ５ａの端面には無反射コートを蒸着するようにし
て、より一層のフレネル反射の防止を図っている。すな
わち、一方の光ファイバ５ａの端面に形成する無反射コ
ートとして、波長１．２μｍ〜１．５５μｍで反射率の
低いものを使用する。また、他方の光ファイバ５ａの端
面に形成する無反射コートとして、波長１．３μｍ〜
１．６５μｍで反射率の低いものを使用する。この結
果、波長１．２μｍ〜１．６５μｍにかけて比較的低い
挿入損失を保証することができ、挿入損失の最大変動幅
Δαも減少させることができる。

【００２６】なお、図４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５ａ，５ａの端面
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。な
お、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。

【００２７】固定スイッチ素子３は、上述のファイバア
レイ５の端面の形状が異なる（図７参照）以外は、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９ａ，９ｂおよびシートプ
レート７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８等は、単なるケーシングとして機能するのみ
である。

【００２８】次に、図８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８（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７と第１位置決め溝９ａ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８により各位置
決めピン４が各第１位置決め溝９ａ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５ａと移動スイッチ素子２の所定の光ファイバ５ａ
とが微小間隙を介して対面し、光接続がなされている。

【００２９】図８（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７と移動
チップ６との隙間がクランパ８の付勢力に抗して押し広
げられ、位置決めピン４が凸条１０をのり越えるように
して第１位置決め溝９ａから第２位置決め溝９ｂに落と
し込まれる。

【００３０】図８（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８に
より各位置決めピン４が各第２位置決め溝９ｂ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５ａ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５ａ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。

【００３１】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。

【００３２】なお、本実施例では、移動チップ６をシリ
コン製とし、位置決めピン４は直径０．５ｍｍのジルコ
ニア製の丸棒とした。ファイバ固定溝１１と両位置決め
溝９ａ，９ｂとは、Ｖ溝研削加工盤により作製される。
そして、光ファイバ５ａを０．２５ｍｍピッチで６本並
べるべくファイバ固定溝１１は、０．２５ｍｍ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９
ａと第２位置決め溝９ｂは０．５ｍｍピッチとし、溝角
度は１１０度とした。また、両位置決め溝９ａ，９ｂと
凸条１０とで決定される位置決めピン４の乗り越え高さ
は０．１ｍｍとした。さらに、移動スイッチ素子２のフ
ァイバアレイ５の端面（中間部分６ａ）と位置決め溝の
端面（両側部分６ｂ）との段差（段部１３の高さ）は
０．２ｍｍとし、光軸に直交する面に対するファイバア
レイ５端面の傾き角度は７度とした。さらに、光ファイ
バ５ａの端面に形成する無反射コートとして、誘電体多
層薄膜を用いた。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１の光
ファイバアレイの端面に形成された反射防止膜の反射率
の波長依存性と、第２の光ファイバアレイの端面に形成
された反射防止膜の反射率の波長依存性とが異なってい
る。このため、第１及び第２の光ファイバアレイ中の所
定の光ファイバ間で光を授受した場合、両反射防止膜の
透過波長帯域を加えた比較的広い波長帯域で比較的高い
透過特性を実現することができるとともに、透過特性の
変動を抑えることができる。つまり、低損失で安定で高
精度の光スイッチが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバアレイを構成する光ファイバの端面
を互いに整合させた場合を示す図である。

【図２】両光ファイバの端面の反射率と挿入損失の変動
との関係を示す図である。

【図３】両光ファイバの端面に形成すべき無反射コート
の反射特性を示す図である。

【図４】本発明の一実施例の光スイッチを示す斜視図で
ある。

【図５】光スイッチの正面図である。

【図６】位置決めピンと位置決め溝の係合状態を現した
拡大断面図である。

【図７】光スイッチの縦断面図である。

【図８】この光スイッチの作動を現した正面図である。

【図９】従来の光スイッチを示した図である。

【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４…位置決めピン５…ファイバアレイ５ａ…光ファイバ６…移動チップ６ａ…中間部分６ｂ…両側部分８…クランパ９ａ…第１位置決め溝９ｂ…第２位置決め溝１３…段部１４…防油溝Ｓ…潤滑油

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横町之裕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 (72)発明者清水正利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】第１のスイッチ素子に固着した第１の光
ファイバアレイの端面と第２のスイッチ素子に固着した
第２の光ファイバアレイの端面とを同一光軸上に対面さ
せて光結合させる定常位置と、当該定常位置から当該第
１のスイッチ素子と当該第２のスイッチ素子とを相対的
に移動させて光路を切替える切替位置と、の間で切替自
在に構成した光スイッチであって、前記第１及び第２の光ファイバアレイの端面に反射防止
膜が形成されており、前記第１の光ファイバアレイの端面に形成された反射防
止膜の反射率の波長依存性と、前記第２の光ファイバア
レイの端面に形成された反射防止膜の反射率の波長依存
性とが異なることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】前記第１及び第２の光ファイバアレイの
端面に形成された各反射防止膜の透過波長帯域が略等し
い幅を有し、かつ、いずれか一方の反射防止膜の透過波
長帯域が他方の反射防止膜の透過波長帯域に対して長波
長側若しくは短波長側にずれていることを特徴とする請
求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】前記第１及び第２の光ファイバアレイの
端面が互いに平行で、ともに光軸に直交する面に対して
傾いていることを特徴とする請求項１記載の光スイッ
チ。