JPH0675176A - マイクロダイナミック光スイッチ、２×２光スイッチ、及び光信号をスイッチングする方法 - Google Patents
マイクロダイナミック光スイッチ、２×２光スイッチ、及び光信号をスイッチングする方法Info
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- JPH0675176A JPH0675176A JP5094755A JP9475593A JPH0675176A JP H0675176 A JPH0675176 A JP H0675176A JP 5094755 A JP5094755 A JP 5094755A JP 9475593 A JP9475593 A JP 9475593A JP H0675176 A JPH0675176 A JP H0675176A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い温度で効率的に動作することのできる堅
固な光スイッチを提供する。 【構成】 マイクロダイナミック光スイッチ１００は、
基板１０２上に設けられている圧電アクチュエータ１２
０と、アクチュエータに機械的に確実に結合されている
ミラー１５４と、入力接続ポート１０５と、複数の出力
接続ポート１１０とを含んでいる。アクチュエータはミ
ラーをミラー変位経路１５６に沿って変位させ、入射光
の経路に対して４５゜の角度で方向付けられているミラ
ーは、入力接続ポートからの光を出力接続ポートに偏向
させる。アクチュエータは、曲がりくねった曲線状構造
に互いに直列に機械的に結合されている複数の圧電バー
１２４を含んでおり、圧電バーの撓みの累積を用いてミ
ラーを変位させる。アクチュエータの変位量は、圧電バ
ーの各々の両端に電圧を印加する制御可能な電圧源１３
０によって制御される。
固な光スイッチを提供する。 【構成】 マイクロダイナミック光スイッチ１００は、
基板１０２上に設けられている圧電アクチュエータ１２
０と、アクチュエータに機械的に確実に結合されている
ミラー１５４と、入力接続ポート１０５と、複数の出力
接続ポート１１０とを含んでいる。アクチュエータはミ
ラーをミラー変位経路１５６に沿って変位させ、入射光
の経路に対して４５゜の角度で方向付けられているミラ
ーは、入力接続ポートからの光を出力接続ポートに偏向
させる。アクチュエータは、曲がりくねった曲線状構造
に互いに直列に機械的に結合されている複数の圧電バー
１２４を含んでおり、圧電バーの撓みの累積を用いてミ
ラーを変位させる。アクチュエータの変位量は、圧電バ
ーの各々の両端に電圧を印加する制御可能な電圧源１３
０によって制御される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には光学処理シ
ステムに関し、更に詳しくは、光ファイバネットワーク
に用いられる光スイッチに関する。
ステムに関し、更に詳しくは、光ファイバネットワーク
に用いられる光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】光スイッチは、光ビームを所望の方向に
向ける（又は導く）ために用いられる素子である。光ス
イッチは典型的には、１つ以上のチャンネルからの光信
号を受信する入力ポートと、光信号が向けられる２つ以
上の出力ポートとを有している。このようなスイッチは
通常、入力ポートの数及び出力ポートの数によって照会
されている。例えば、１つの入力ポートと、２つの出力
ポートとを有しているスイッチは１×２スイッチと称さ
れ、「ｎ」個の出力ポートを有しているスイッチは１×
ｎスイッチとして指定される。同様に、スイッチが２つ
の入力ポートと、２つの出力ポートとを有している場合
には、２×２スイッチと称される。光スイッチングは、
入力ビームがその入力ポートから選択された出力ポート
に向けられる場合に発生する。
向ける（又は導く）ために用いられる素子である。光ス
イッチは典型的には、１つ以上のチャンネルからの光信
号を受信する入力ポートと、光信号が向けられる２つ以
上の出力ポートとを有している。このようなスイッチは
通常、入力ポートの数及び出力ポートの数によって照会
されている。例えば、１つの入力ポートと、２つの出力
ポートとを有しているスイッチは１×２スイッチと称さ
れ、「ｎ」個の出力ポートを有しているスイッチは１×
ｎスイッチとして指定される。同様に、スイッチが２つ
の入力ポートと、２つの出力ポートとを有している場合
には、２×２スイッチと称される。光スイッチングは、
入力ビームがその入力ポートから選択された出力ポート
に向けられる場合に発生する。
【０００３】光信号は通常、光ファイバで伝達される。
光ファイバは、光信号が通過し得るコンパクトで効率的
な光学チャンネルを形成している。各ファイバ間の光信
号の効率的なスイッチングは、光信号の所望のルーティ
ングを達成するために、多くの光学処理システム又はネ
ットワークにおいて必要である。光ファイバスイッチ
（即ち、各光ファイバ間で信号の向きを切り換える光ス
イッチ）用の所望の性能特性は、低い損失（例えば、１
ｄｂ未満）、低いクロストーク（即ち、高いチャンネル
分離、例えば５０ｄｂ以上）、比較的速いスイッチング
速度（例えば、１×２又は２×２スイッチの場合には数
１０マイクロ秒）、偏光に影響されない動作、及び堅固
な構造を有しており、このため、スイッチは高温で比較
的汚れた環境で動作することができる。このような性能
パラメータは、フェイズドアレイレーダ、通信システム
及び（例えば、飛行機のエンジンにおける）エンジンセ
ンサネットワークのような多くの用途に光ファイバスイ
ッチを使用可能にする。
光ファイバは、光信号が通過し得るコンパクトで効率的
な光学チャンネルを形成している。各ファイバ間の光信
号の効率的なスイッチングは、光信号の所望のルーティ
ングを達成するために、多くの光学処理システム又はネ
ットワークにおいて必要である。光ファイバスイッチ
（即ち、各光ファイバ間で信号の向きを切り換える光ス
イッチ）用の所望の性能特性は、低い損失（例えば、１
ｄｂ未満）、低いクロストーク（即ち、高いチャンネル
分離、例えば５０ｄｂ以上）、比較的速いスイッチング
速度（例えば、１×２又は２×２スイッチの場合には数
１０マイクロ秒）、偏光に影響されない動作、及び堅固
な構造を有しており、このため、スイッチは高温で比較
的汚れた環境で動作することができる。このような性能
パラメータは、フェイズドアレイレーダ、通信システム
及び（例えば、飛行機のエンジンにおける）エンジンセ
ンサネットワークのような多くの用途に光ファイバスイ
ッチを使用可能にする。
【０００４】従来の光ファイバスイッチは、これらの所
望の動作特性を備えていない。多くの従来の光ファイバ
スイッチは、リチウムニオブ酸塩ベースのスイッチ又は
液晶スイッチである。リチウムニオブ酸塩ベースのスイ
ッチの動作は偏光に敏感であり、そしてこれらのスイッ
チは、必ず偏光保持光ファイバを用いることが必要であ
ると共に、光学システム又はネットワークに整合する慎
重な入出力導波管モードを必要とする。リチウムニオブ
酸塩ベースのスイッチは比較的損失（スイッチ当たり約
５ｄｂの光学挿入損失）があり、適度なチャンネル分離
（例えば、２０ｄｂ）のみを有している。これらの特性
は、このようなスイッチがスイッチ内に光学導波管を形
成すると共にこれらの導波管を光ファイバに結合するた
めに複雑な製造工程を必要とするという事実と結び付け
て考えると、縦続（カスケード）接続に配列されている
何千ものスイッチを必要とするフェイズドアレイアンテ
ナのような大きな光信号処理システムに、このようなス
イッチを用いることを実行不可能にしている。液晶スイ
ッチは、比較的高いオン／オフ比（例えば、３６ｄｂ）
及び比較的低い光学挿入損失（例えば、１ｄｂ以下）を
提供するが、典型的には偏光を用いた処理システムを必
要とする。更に液晶スイッチは、タービンエンジンにお
けるような高い（例えば、４５０゜Ｃ以上の）温度環境
又は汚れた環境で動作することができない。
望の動作特性を備えていない。多くの従来の光ファイバ
スイッチは、リチウムニオブ酸塩ベースのスイッチ又は
液晶スイッチである。リチウムニオブ酸塩ベースのスイ
ッチの動作は偏光に敏感であり、そしてこれらのスイッ
チは、必ず偏光保持光ファイバを用いることが必要であ
ると共に、光学システム又はネットワークに整合する慎
重な入出力導波管モードを必要とする。リチウムニオブ
酸塩ベースのスイッチは比較的損失（スイッチ当たり約
５ｄｂの光学挿入損失）があり、適度なチャンネル分離
（例えば、２０ｄｂ）のみを有している。これらの特性
は、このようなスイッチがスイッチ内に光学導波管を形
成すると共にこれらの導波管を光ファイバに結合するた
めに複雑な製造工程を必要とするという事実と結び付け
て考えると、縦続（カスケード）接続に配列されている
何千ものスイッチを必要とするフェイズドアレイアンテ
ナのような大きな光信号処理システムに、このようなス
イッチを用いることを実行不可能にしている。液晶スイ
ッチは、比較的高いオン／オフ比（例えば、３６ｄｂ）
及び比較的低い光学挿入損失（例えば、１ｄｂ以下）を
提供するが、典型的には偏光を用いた処理システムを必
要とする。更に液晶スイッチは、タービンエンジンにお
けるような高い（例えば、４５０゜Ｃ以上の）温度環境
又は汚れた環境で動作することができない。
【０００５】
【発明の目的】従って、本発明の目的は、高い温度で効
率的に動作することのできる堅固な光スイッチを提供す
ることにある。本発明の他の目的は、偏光に無関係で、
波長に無関係なスイッチング機構を有している光スイッ
チを提供することにある。
率的に動作することのできる堅固な光スイッチを提供す
ることにある。本発明の他の目的は、偏光に無関係で、
波長に無関係なスイッチング機構を有している光スイッ
チを提供することにある。
【０００６】本発明の他の目的は、高いチャンネル分
離、速いスイッチング速度及び低い光学挿入損失を有す
る光スイッチを提供することにある。本発明の更に他の
目的は、コンパクトで堅固であって、製造し易いスイッ
チを提供することにある。
離、速いスイッチング速度及び低い光学挿入損失を有す
る光スイッチを提供することにある。本発明の更に他の
目的は、コンパクトで堅固であって、製造し易いスイッ
チを提供することにある。
【０００７】
【発明の概要】本発明によれば、マイクロダイナミック
光スイッチは、スイッチのアーキテクチュアが設けられ
ているシリコン基板を含んでいる。圧電アクチュエータ
が、基板上に設けられていると共に、ミラーが圧電アク
チュエータの撓みに対応してミラー変位経路に沿って変
位するように、ミラーと機械的に結合されている。スイ
ッチは少なくとも１つの光学入力接続ポートと、複数の
光学出力接続ポートとを有しており、入力接続ポート及
び出力接続ポートは、入力接続ポートから入ってくる光
がミラー変位経路に沿ったミラーの位置に応じて選択さ
れた出力接続ポートに向けられるように、間隔をあけて
設けられている。
光スイッチは、スイッチのアーキテクチュアが設けられ
ているシリコン基板を含んでいる。圧電アクチュエータ
が、基板上に設けられていると共に、ミラーが圧電アク
チュエータの撓みに対応してミラー変位経路に沿って変
位するように、ミラーと機械的に結合されている。スイ
ッチは少なくとも１つの光学入力接続ポートと、複数の
光学出力接続ポートとを有しており、入力接続ポート及
び出力接続ポートは、入力接続ポートから入ってくる光
がミラー変位経路に沿ったミラーの位置に応じて選択さ
れた出力接続ポートに向けられるように、間隔をあけて
設けられている。
【０００８】圧電アクチュエータは有利なことに、機械
的に互いに直列に結合されていると共に電気的に互いに
並列に接続されている複数の圧電バーを含んでいる曲が
りくねった曲線マイクロアクチュエータである。制御可
能な電圧源が、マイクロアクチュエータの撓みが印加さ
れた電圧の振幅に対応するように、マイクロアクチュエ
ータに電気的に接続されている。ミラーは、ミラーがマ
イクロアクチュエータの撓みによりミラー変位経路に沿
って変位させられるように、作動アームによってマイク
ロアクチュエータに確実に結合されている。ミラーは１
つ以上の光反射面を有しており、光反射面の各々は、光
学入力ポートから入ってくる光がミラーに当たり、反射
されて、ミラーに入射する光の経路に対して実質的に直
角である経路に沿って進むように、光学入力ポートから
入ってくる光の経路に対して実質的に４５゜の角度で方
向付けられている。
的に互いに直列に結合されていると共に電気的に互いに
並列に接続されている複数の圧電バーを含んでいる曲が
りくねった曲線マイクロアクチュエータである。制御可
能な電圧源が、マイクロアクチュエータの撓みが印加さ
れた電圧の振幅に対応するように、マイクロアクチュエ
ータに電気的に接続されている。ミラーは、ミラーがマ
イクロアクチュエータの撓みによりミラー変位経路に沿
って変位させられるように、作動アームによってマイク
ロアクチュエータに確実に結合されている。ミラーは１
つ以上の光反射面を有しており、光反射面の各々は、光
学入力ポートから入ってくる光がミラーに当たり、反射
されて、ミラーに入射する光の経路に対して実質的に直
角である経路に沿って進むように、光学入力ポートから
入ってくる光の経路に対して実質的に４５゜の角度で方
向付けられている。
【０００９】唯一の光学入力ポートがある光スイッチに
おいては、ミラーが沿って変位する経路は、光学入力ポ
ートから発生する入射光の経路と実質的に一列に並んで
いる。光学出力ポートは、ミラーが入力ポートから入っ
てくる光を９０゜で出力ポートに偏向することができる
ように、ミラー変位経路に対して９０゜の角度で設けら
れている。光を受信する特定の出力ポートは、ミラー変
位経路に沿ったミラーの位置により決定されている。２
つの入力ポートと、２つの出力ポートとを有しているス
イッチにおいては、ポートは交差パターンに設けられて
おり、このため、ミラーが光の経路の外側に変位してい
るときに、光は入力ポートから直接同じ軸上に整列して
いるそれぞれの出力ポートに入射し、ミラーがその変位
経路に沿って移動して、入力ポートから入ってくる光が
ミラーに当たるときには、各入力ポートからの光は９０
゜偏光されると共に、他の出力ポート、即ちミラーが入
力ポートから入ってくる光の経路の外側に変位させられ
たときに光が入る出力ポートと異なる出力ポートに入
る。
おいては、ミラーが沿って変位する経路は、光学入力ポ
ートから発生する入射光の経路と実質的に一列に並んで
いる。光学出力ポートは、ミラーが入力ポートから入っ
てくる光を９０゜で出力ポートに偏向することができる
ように、ミラー変位経路に対して９０゜の角度で設けら
れている。光を受信する特定の出力ポートは、ミラー変
位経路に沿ったミラーの位置により決定されている。２
つの入力ポートと、２つの出力ポートとを有しているス
イッチにおいては、ポートは交差パターンに設けられて
おり、このため、ミラーが光の経路の外側に変位してい
るときに、光は入力ポートから直接同じ軸上に整列して
いるそれぞれの出力ポートに入射し、ミラーがその変位
経路に沿って移動して、入力ポートから入ってくる光が
ミラーに当たるときには、各入力ポートからの光は９０
゜偏光されると共に、他の出力ポート、即ちミラーが入
力ポートから入ってくる光の経路の外側に変位させられ
たときに光が入る出力ポートと異なる出力ポートに入
る。
【００１０】本発明の新規な特徴は、特に特許請求の範
囲に記載されている。しかしながら、本発明の実体は、
その他の目的及び利点と共に構成及び動作方法について
図面に関連する以下の説明を参照することにより、よく
理解されるであろう。
囲に記載されている。しかしながら、本発明の実体は、
その他の目的及び利点と共に構成及び動作方法について
図面に関連する以下の説明を参照することにより、よく
理解されるであろう。
【００１１】
【実施例の記載】図面において、同じ参照番号は全体を
通じて、同じ構成要素を示している。図１は基板１０２
上に設けられている１×ｎマイクロダイナミック光ファ
イバスイッチを示す。本発明によれば、スイッチ１００
は光学接続入力ポート１０５と、複数の光学接続出力ポ
ート１１０と、圧電アクチュエータ１２０と、アクチュ
エータ１２０に確実に機械的に連結されているミラーア
センブリ１５０とを備えている。
通じて、同じ構成要素を示している。図１は基板１０２
上に設けられている１×ｎマイクロダイナミック光ファ
イバスイッチを示す。本発明によれば、スイッチ１００
は光学接続入力ポート１０５と、複数の光学接続出力ポ
ート１１０と、圧電アクチュエータ１２０と、アクチュ
エータ１２０に確実に機械的に連結されているミラーア
センブリ１５０とを備えている。
【００１２】基板１０２は典型的には、圧電アクチュエ
ータを形成するために必要な種々の材料をその上に容易
に堆積しパターン化することができるシリコンウェーハ
又は同様な基板材料である。このようなシリコンウェー
ハは又、スイッチへの信号及びスイッチからの信号を伝
達する種々の光ファイバを内部に確実に固定することが
できる溝を形成するように、容易にミクロ機械加工され
ている。
ータを形成するために必要な種々の材料をその上に容易
に堆積しパターン化することができるシリコンウェーハ
又は同様な基板材料である。このようなシリコンウェー
ハは又、スイッチへの信号及びスイッチからの信号を伝
達する種々の光ファイバを内部に確実に固定することが
できる溝を形成するように、容易にミクロ機械加工され
ている。
【００１３】光学入力接続ポート１０５は、接続ポート
１０５から発生するすべての光が実質的に同じ軸に沿っ
て伝播するように、基板１０２及びスイッチ１００に固
定されている単一モード光ファイバを備えていることが
有益である。光学出力ポート１１０1 、１１０2 、…
…、及び１１０n の各々も同様に、基板１０２及びスイ
ッチ１００に固定されている単一モード光ファイバを備
えている。光ファイバは、基板１０２に食刻（エッチン
グ）されたシリコンのＶ溝内に位置決めされていること
が有益である。光学出力ポートの各々は、入力接続ポー
ト１０５の軸に関して実質的に直角に方向付けられてい
る軸に沿って整列されている。
１０５から発生するすべての光が実質的に同じ軸に沿っ
て伝播するように、基板１０２及びスイッチ１００に固
定されている単一モード光ファイバを備えていることが
有益である。光学出力ポート１１０1 、１１０2 、…
…、及び１１０n の各々も同様に、基板１０２及びスイ
ッチ１００に固定されている単一モード光ファイバを備
えている。光ファイバは、基板１０２に食刻（エッチン
グ）されたシリコンのＶ溝内に位置決めされていること
が有益である。光学出力ポートの各々は、入力接続ポー
ト１０５の軸に関して実質的に直角に方向付けられてい
る軸に沿って整列されている。
【００１４】圧電アクチュエータ１２０は、圧電アクチ
ュエータに印加される電圧の振幅を変化させるように制
御され得る電圧源１３０に接続されている。電圧源１３
０は典型的には直流（ｄｃ）を供給するが、その代わり
に時間的に変化する電圧源、即ち交流電圧源を用いるこ
ともできる。アクチュエータ１２０は少なくとも１つの
圧電バー、典型的には曲がりくねった曲線配列（又は構
成）に互いに直列に機械的に連結された複数の圧電バー
（ユニモーフ（unimorphs ）として知られている）１２
４を備えている曲がりくねった曲線状マイクロアクチュ
エータであることが好ましい。曲線状配列の圧電バーの
両端は、固定部１２５ａ及び１２５ｂにそれぞれ確実に
取り付けられている。これらの固定部は、圧電バーが印
加電圧に応答して伸張又は収縮したときに、基板に対し
て動かずに留まっている基礎部を形成している。圧電バ
ーは、鉛ジルコニウムチタン酸塩（Ｐｂ（Ｚｒ１Ｔｉ）
Ｏ ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）、鉛チタン酸塩（ＰｂＴｉＯ３）等のような圧電材
料の薄膜で構成されており、アース電極としても作用す
る多結晶シリコン機械支持構造体１２６上に配設されて
いる。圧電アクチュエータが動作し得る最高温度は、ユ
ニモーフを備えている材料の関数である。例えば、窒化
アルニミウムは約７００゜Ｃまでの温度で動作し、酸化
亜鉛は約５００゜Ｃまで、鉛ジルコニウムチタン酸塩は
約３８０゜Ｃ〜４００゜Ｃまで、及び鉛チタン酸塩は約
３４０゜Ｃまでの温度で動作する。圧電バーは所望の寸
法及び接続をバーの間に形成するように、ミクロ機械加
工されている。典型的な圧電バーは、厚さが約２μｍ、
幅が約４０μｍ、及び長さが約５００μｍである。電極
１２７及び１２８が、各圧電バーの面、即ち対向してい
る長いそれぞれの面に沿って配設されていると共に、反
対の極性を与えられるように電圧源１３０に接続されて
いる。電極１２７及び１２８は、アルミニウムのような
導電性材料を備えている。
ュエータに印加される電圧の振幅を変化させるように制
御され得る電圧源１３０に接続されている。電圧源１３
０は典型的には直流（ｄｃ）を供給するが、その代わり
に時間的に変化する電圧源、即ち交流電圧源を用いるこ
ともできる。アクチュエータ１２０は少なくとも１つの
圧電バー、典型的には曲がりくねった曲線配列（又は構
成）に互いに直列に機械的に連結された複数の圧電バー
（ユニモーフ（unimorphs ）として知られている）１２
４を備えている曲がりくねった曲線状マイクロアクチュ
エータであることが好ましい。曲線状配列の圧電バーの
両端は、固定部１２５ａ及び１２５ｂにそれぞれ確実に
取り付けられている。これらの固定部は、圧電バーが印
加電圧に応答して伸張又は収縮したときに、基板に対し
て動かずに留まっている基礎部を形成している。圧電バ
ーは、鉛ジルコニウムチタン酸塩（Ｐｂ（Ｚｒ１Ｔｉ）
Ｏ ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）、鉛チタン酸塩（ＰｂＴｉＯ３）等のような圧電材
料の薄膜で構成されており、アース電極としても作用す
る多結晶シリコン機械支持構造体１２６上に配設されて
いる。圧電アクチュエータが動作し得る最高温度は、ユ
ニモーフを備えている材料の関数である。例えば、窒化
アルニミウムは約７００゜Ｃまでの温度で動作し、酸化
亜鉛は約５００゜Ｃまで、鉛ジルコニウムチタン酸塩は
約３８０゜Ｃ〜４００゜Ｃまで、及び鉛チタン酸塩は約
３４０゜Ｃまでの温度で動作する。圧電バーは所望の寸
法及び接続をバーの間に形成するように、ミクロ機械加
工されている。典型的な圧電バーは、厚さが約２μｍ、
幅が約４０μｍ、及び長さが約５００μｍである。電極
１２７及び１２８が、各圧電バーの面、即ち対向してい
る長いそれぞれの面に沿って配設されていると共に、反
対の極性を与えられるように電圧源１３０に接続されて
いる。電極１２７及び１２８は、アルミニウムのような
導電性材料を備えている。
【００１５】圧電材料に電圧が印加されることにより、
バーに伸張又は収縮を生じさせる応力又は変形が圧電材
料に生じる。バーの間の圧電の極性が交番し、一方のバ
ーには直線的伸張が生じ、隣接しているバーには直線的
収縮が生じる。幾何学的配列の圧電バー１２４が、選択
された点の固定部１２５によって基板１０２に機械的に
取り付けられている場合には、これらの応力又は変形を
用いて、個々の圧電バーを所定の方向に撓ませることが
できる。複数のバー及びこれらのバーの間の機械的接続
の幾何学的配列を用いて、各バーの個々の変位の和であ
るアクチュエータの変位が発生する。例えば圧電バー
は、基板に対して水平方向の直線的変位（折り畳み経路
配列）又は基板に対して垂直方向の直線的変位（梯子状
配列）を生じる配列に接続され得る。いずれの場合で
も、曲がりくねった曲線状配列の各端部における圧電バ
ーは典型的には、固定されているため、基板に対して動
かず、中間のバーは印加電圧に応答して、所望の集合的
変位を発生するように機械的に直列に接続されている。
本発明で用いるのに有利な形式の圧電薄膜アクチュエー
タは、ＩＥＥＥ トランザクションズ・オン・ウルトラ
ソニックス・フェロエレクトリクス・アンド・フリクェ
ンシイ・コントロール（IEEE Transactions on Ultraso
nics, Ferroelectrics, and Frequency Control ）、第
３８巻（１９９１年９月）においてＷ．Ｐ．ロビンス
（Robbins ）、Ｄ．Ｌ．ポーラ等（Polla etal.）によ
り、「曲線状配列を利用した高変位圧電動作−パート１
−実験的特性（High-Displacement Piezoelectric Actu
ation Utilizing a Meander Line Geometry-Part1-Expe
rimental Characteristics）」という題名の文献に説明
されている。この文献は、ここに参照されるべきもので
ある。
バーに伸張又は収縮を生じさせる応力又は変形が圧電材
料に生じる。バーの間の圧電の極性が交番し、一方のバ
ーには直線的伸張が生じ、隣接しているバーには直線的
収縮が生じる。幾何学的配列の圧電バー１２４が、選択
された点の固定部１２５によって基板１０２に機械的に
取り付けられている場合には、これらの応力又は変形を
用いて、個々の圧電バーを所定の方向に撓ませることが
できる。複数のバー及びこれらのバーの間の機械的接続
の幾何学的配列を用いて、各バーの個々の変位の和であ
るアクチュエータの変位が発生する。例えば圧電バー
は、基板に対して水平方向の直線的変位（折り畳み経路
配列）又は基板に対して垂直方向の直線的変位（梯子状
配列）を生じる配列に接続され得る。いずれの場合で
も、曲がりくねった曲線状配列の各端部における圧電バ
ーは典型的には、固定されているため、基板に対して動
かず、中間のバーは印加電圧に応答して、所望の集合的
変位を発生するように機械的に直列に接続されている。
本発明で用いるのに有利な形式の圧電薄膜アクチュエー
タは、ＩＥＥＥ トランザクションズ・オン・ウルトラ
ソニックス・フェロエレクトリクス・アンド・フリクェ
ンシイ・コントロール（IEEE Transactions on Ultraso
nics, Ferroelectrics, and Frequency Control ）、第
３８巻（１９９１年９月）においてＷ．Ｐ．ロビンス
（Robbins ）、Ｄ．Ｌ．ポーラ等（Polla etal.）によ
り、「曲線状配列を利用した高変位圧電動作−パート１
−実験的特性（High-Displacement Piezoelectric Actu
ation Utilizing a Meander Line Geometry-Part1-Expe
rimental Characteristics）」という題名の文献に説明
されている。この文献は、ここに参照されるべきもので
ある。
【００１６】ミラーアセンブリ１５０は、圧電アクチュ
エータ１２０とミラー１５４とに取り付けられているア
クチュエータ（作動）アーム１５２を備えている。ミラ
ー１５４は、アクチュエータアームに対するミラーの方
向が固定されるように、アクチュエータアーム１５２に
堅固に取り付けられており、アクチュエータアーム１５
２は、アクチュエータ１２０が動作したときにミラー１
５４に伝えられる実質的に唯一の動作がミラー変位経路
１５６に沿った直線的変位であるように、アクチュエー
タ１２０に取り付けられている。ミラー１５４は、例え
ば滑らかな面を有している下側の基部に金を電気メッキ
した光反射面を有している。ミラーの反射面は、ミラー
に入射する光が入力接続ポートからの光の経路から実質
的に９０゜の経路上に反射されるように、入力接続ポー
ト１０５から入ってくる光の経路に対して実質的に４５
゜の角度に方向付けられている。反射された光の経路に
よって光は、出力接続ポート１１０の１つに入る。アク
チュエータアーム１５２は典型的には、ミラーアセンブ
リ１５０の最大の変位範囲を得るために、曲線状配列の
ほぼ中心の圧電バーに連結されている。
エータ１２０とミラー１５４とに取り付けられているア
クチュエータ（作動）アーム１５２を備えている。ミラ
ー１５４は、アクチュエータアームに対するミラーの方
向が固定されるように、アクチュエータアーム１５２に
堅固に取り付けられており、アクチュエータアーム１５
２は、アクチュエータ１２０が動作したときにミラー１
５４に伝えられる実質的に唯一の動作がミラー変位経路
１５６に沿った直線的変位であるように、アクチュエー
タ１２０に取り付けられている。ミラー１５４は、例え
ば滑らかな面を有している下側の基部に金を電気メッキ
した光反射面を有している。ミラーの反射面は、ミラー
に入射する光が入力接続ポートからの光の経路から実質
的に９０゜の経路上に反射されるように、入力接続ポー
ト１０５から入ってくる光の経路に対して実質的に４５
゜の角度に方向付けられている。反射された光の経路に
よって光は、出力接続ポート１１０の１つに入る。アク
チュエータアーム１５２は典型的には、ミラーアセンブ
リ１５０の最大の変位範囲を得るために、曲線状配列の
ほぼ中心の圧電バーに連結されている。
【００１７】動作の際、圧電アクチュエータ１２０に電
圧を印加した結果、圧電バー１２４は撓み、アクチュエ
ータアーム１５２は、ミラー１５４が変位経路１５６に
沿って変位するように、実質的に直線動作で移動させら
れる。アクチュエータ１２０は、変位経路１５６が入力
接続ポートの軸と実質的に一列に並ぶように配設されて
いる。即ち、ミラー変位経路は、入力接続ポート１０５
から発生する光ビームの中心と実質的に同一直線状であ
り、一致している。こうして、ミラー１５４がミラー変
位経路１５６に沿って、アクチュエータに印加される電
圧に対応する距離だけアクチュエータ１２０によって変
位させられると、入力接続ポート１０５から入ってくる
光は、ミラーが位置しているミラー変位経路に沿った場
所に依存して選択された出力接続ポート１１０の１つに
向けて偏向（即ち、反射）される。こうして図１に示す
ように、圧電アクチュエータが撓んでいないときには、
ミラー１５４はアクチュエータ１２０に最も近い位置に
配設されており、入力接続ポート１０５から入ってくる
光は、出力接続ポート１１０1 に偏向される。アクチュ
エータ１２０が十分に撓んだときには、ミラーはアクチ
ュエータ１２０から最も離れた遠い位置（図１において
参照番号１５４’として想像線で示す位置）に配設され
ており、入力接続ポート１０５を通って入ってくる光
は、出力接続ポート１１０n に偏向される。同様にし
て、所望の撓みを達成するように圧電アクチュエータ１
２０に印加される電圧を制御することにより、ミラー１
５４は、入力ポート１０５からの光を出力接続ポート１
１０の選択された１つに反射する位置に、ミラー変位経
路１５６に沿って選択的に位置決めされ得る。
圧を印加した結果、圧電バー１２４は撓み、アクチュエ
ータアーム１５２は、ミラー１５４が変位経路１５６に
沿って変位するように、実質的に直線動作で移動させら
れる。アクチュエータ１２０は、変位経路１５６が入力
接続ポートの軸と実質的に一列に並ぶように配設されて
いる。即ち、ミラー変位経路は、入力接続ポート１０５
から発生する光ビームの中心と実質的に同一直線状であ
り、一致している。こうして、ミラー１５４がミラー変
位経路１５６に沿って、アクチュエータに印加される電
圧に対応する距離だけアクチュエータ１２０によって変
位させられると、入力接続ポート１０５から入ってくる
光は、ミラーが位置しているミラー変位経路に沿った場
所に依存して選択された出力接続ポート１１０の１つに
向けて偏向（即ち、反射）される。こうして図１に示す
ように、圧電アクチュエータが撓んでいないときには、
ミラー１５４はアクチュエータ１２０に最も近い位置に
配設されており、入力接続ポート１０５から入ってくる
光は、出力接続ポート１１０1 に偏向される。アクチュ
エータ１２０が十分に撓んだときには、ミラーはアクチ
ュエータ１２０から最も離れた遠い位置（図１において
参照番号１５４’として想像線で示す位置）に配設され
ており、入力接続ポート１０５を通って入ってくる光
は、出力接続ポート１１０n に偏向される。同様にし
て、所望の撓みを達成するように圧電アクチュエータ１
２０に印加される電圧を制御することにより、ミラー１
５４は、入力ポート１０５からの光を出力接続ポート１
１０の選択された１つに反射する位置に、ミラー変位経
路１５６に沿って選択的に位置決めされ得る。
【００１８】本発明による典型的な１×２のマイクロダ
イナミック光スイッチでは、光学入力及び出力接続ポー
トは単一モード光ファイバを備えている。このようなフ
ァイバは通常、芯の大きさが比較的小さく（約３μ
ｍ）、ミラーはスイッチ動作を達成するために、所定の
短い距離、例えば１０μｍ移動することが必要なだけで
ある。このような１０μｍの変位は、アクチュエータア
ーム１５２を圧電アクチュエータ１２０に直接連結する
ことにより容易に得られる。このような連結構成の結
果、比較的速いスイッチング時間を得ることができ、ス
イッチは数マイクロ秒以内で位置を変えることができ
る。
イナミック光スイッチでは、光学入力及び出力接続ポー
トは単一モード光ファイバを備えている。このようなフ
ァイバは通常、芯の大きさが比較的小さく（約３μ
ｍ）、ミラーはスイッチ動作を達成するために、所定の
短い距離、例えば１０μｍ移動することが必要なだけで
ある。このような１０μｍの変位は、アクチュエータア
ーム１５２を圧電アクチュエータ１２０に直接連結する
ことにより容易に得られる。このような連結構成の結
果、比較的速いスイッチング時間を得ることができ、ス
イッチは数マイクロ秒以内で位置を変えることができ
る。
【００１９】光が入力接続ポート１０５と出力接続ポー
ト１１０の１つとの間を通過しなければならない距離が
比較的短い、例えば約５０μｍ以下である限りにおいて
は、自由空間伝搬ビームの発散による光学的結合損失は
ほとんどない。スイッチの構成が入力ポートと出力ポー
トとの間で長い距離を必要とする場合には、ＧＲＩＮ
（グレード付き屈折率）レンズ又はＳＥＬＦＯＣ（自己
集束式）レンズのような光学コリメーティング素子（図
示せず）が、自由空間伝搬ビームの発散を最小にするた
めに、入力及び出力ファイバに結合されている。例え
ば、ＧＲＩＮレンズは典型的には、約１ｍｍから２ｍｍ
のまで範囲の直径を有している。これは、入力及び出力
接続ポートが少なくともこの距離だけ離されて配置され
ていることを必要とする。ファイバ間のこのような間隔
（スペーシング）はスイッチを動作させるために、更に
ミラー変位経路に沿ってミラーを大きく（例えば、数ミ
リメートル）変位させることが必要であり、これは又、
マイクロアクチュエータがミラーを十分変位させ得るよ
うにレバー等（図示せず）を用いることを必要とする。
ト１１０の１つとの間を通過しなければならない距離が
比較的短い、例えば約５０μｍ以下である限りにおいて
は、自由空間伝搬ビームの発散による光学的結合損失は
ほとんどない。スイッチの構成が入力ポートと出力ポー
トとの間で長い距離を必要とする場合には、ＧＲＩＮ
（グレード付き屈折率）レンズ又はＳＥＬＦＯＣ（自己
集束式）レンズのような光学コリメーティング素子（図
示せず）が、自由空間伝搬ビームの発散を最小にするた
めに、入力及び出力ファイバに結合されている。例え
ば、ＧＲＩＮレンズは典型的には、約１ｍｍから２ｍｍ
のまで範囲の直径を有している。これは、入力及び出力
接続ポートが少なくともこの距離だけ離されて配置され
ていることを必要とする。ファイバ間のこのような間隔
（スペーシング）はスイッチを動作させるために、更に
ミラー変位経路に沿ってミラーを大きく（例えば、数ミ
リメートル）変位させることが必要であり、これは又、
マイクロアクチュエータがミラーを十分変位させ得るよ
うにレバー等（図示せず）を用いることを必要とする。
【００２０】図２は２つの１×２マイクロダイナミック
スイッチを用いて容易に構成されている２×２光スイッ
チ２００を示す。２×２光スイッチ２００は、第１及び
第２の１×２マイクロダイナミック光ファイバスイッチ
２１０及び２２０と、第１及び第２の受動光ファイバカ
プラ２３０及び２４０とを備えている。第１のスイッチ
２１０は第１の光学入力接続ポート２０４を備えてお
り、第２のスイッチ２２０は第２の光学入力接続ポート
２０６を備えている。第１及び第２の１×２光スイッチ
は、図１で説明したような圧電アクチュエータを有して
いるマイクロダイナミック光スイッチを備えていること
が好ましい。第１の光スイッチ２１０の２つの出力ポー
トは、第１のチャンネル光ファイバ２１２と、第２のチ
ャンネル光ファイバ２１４とにそれぞれ光学的に結合さ
れている。同様に、第２の光スイッチ２２０の２つの出
力ポートは、第１のチャンネル光ファイバ２２２と、第
２のチャンネル光ファイバ２２４とにそれぞれ光学的に
結合されている。
スイッチを用いて容易に構成されている２×２光スイッ
チ２００を示す。２×２光スイッチ２００は、第１及び
第２の１×２マイクロダイナミック光ファイバスイッチ
２１０及び２２０と、第１及び第２の受動光ファイバカ
プラ２３０及び２４０とを備えている。第１のスイッチ
２１０は第１の光学入力接続ポート２０４を備えてお
り、第２のスイッチ２２０は第２の光学入力接続ポート
２０６を備えている。第１及び第２の１×２光スイッチ
は、図１で説明したような圧電アクチュエータを有して
いるマイクロダイナミック光スイッチを備えていること
が好ましい。第１の光スイッチ２１０の２つの出力ポー
トは、第１のチャンネル光ファイバ２１２と、第２のチ
ャンネル光ファイバ２１４とにそれぞれ光学的に結合さ
れている。同様に、第２の光スイッチ２２０の２つの出
力ポートは、第１のチャンネル光ファイバ２２２と、第
２のチャンネル光ファイバ２２４とにそれぞれ光学的に
結合されている。
【００２１】第１の受動光ファイバカプラ２３０は、第
１のスイッチの第１のチャンネル光ファイバ２１２と、
第２のスイッチの第１のチャンネル光ファイバ２２２と
に結合されている。第２の受動光ファイバカプラ２４０
は、第１のスイッチの第２のチャンネル光ファイバ２１
４と、第２のスイッチの第２のチャンネル光ファイバ２
２４とに光学的に結合されている。第１の受動光ファイ
バカプラ２３０は、光ファイバ２１２及び２２２から受
信した光信号が１つの信号を形成すべく結合されるよう
に構成されている。２×２スイッチの第１のチャンネル
出力接続部２５０は、結合された光信号を受動カプラ２
３０から受信すべく、受動カプラ２３０に光学的に結合
されている。同様に、第２の受動光ファイバカプラ２４
０は、光ファイバ２１４及び２２４から受信した光信号
が単一の信号を形成すべく結合されるように構成されて
いる。２×２スイッチの第２のチャンネル出力接続部２
６０は、結合された光信号を受動カプラ２４０から受信
すべく、受動カプラ２４０に光学的に結合されている。
１のスイッチの第１のチャンネル光ファイバ２１２と、
第２のスイッチの第１のチャンネル光ファイバ２２２と
に結合されている。第２の受動光ファイバカプラ２４０
は、第１のスイッチの第２のチャンネル光ファイバ２１
４と、第２のスイッチの第２のチャンネル光ファイバ２
２４とに光学的に結合されている。第１の受動光ファイ
バカプラ２３０は、光ファイバ２１２及び２２２から受
信した光信号が１つの信号を形成すべく結合されるよう
に構成されている。２×２スイッチの第１のチャンネル
出力接続部２５０は、結合された光信号を受動カプラ２
３０から受信すべく、受動カプラ２３０に光学的に結合
されている。同様に、第２の受動光ファイバカプラ２４
０は、光ファイバ２１４及び２２４から受信した光信号
が単一の信号を形成すべく結合されるように構成されて
いる。２×２スイッチの第２のチャンネル出力接続部２
６０は、結合された光信号を受動カプラ２４０から受信
すべく、受動カプラ２４０に光学的に結合されている。
【００２２】本発明の他の実施例を示す２×２マイクロ
ダイナミック光ファイバスイッチ３００が図３に示され
ている。本発明によれば、基板３０２上に設けられてい
るスイッチ３００は、圧電アクチュエータ３２０と、圧
電アクチュエータ３２０に印加される電圧の振幅を変化
させるように制御され得る電圧源３３０とを備えてい
る。電圧源３３０は典型的には直流電圧源であるが、そ
の代わりに時間的に変化する電圧源、即ち交流電圧源を
用いることもできる。アクチュエータアーム３５２は圧
電アクチュエータ３２０と、両面ミラー３５４とに機械
的に確実に連結されている。アクチュエータの動作は、
図１で示す素子について上述したアクチュエータの動作
とすべての物質的な点において同じである。アクチュエ
ータ３２０に制御電圧を印加することにより、アクチュ
エータアーム３５２と、アクチュエータアーム３５２に
取り付けられているミラー３５４とは、ミラー変位経路
３５６に沿って直線的に変位する。
ダイナミック光ファイバスイッチ３００が図３に示され
ている。本発明によれば、基板３０２上に設けられてい
るスイッチ３００は、圧電アクチュエータ３２０と、圧
電アクチュエータ３２０に印加される電圧の振幅を変化
させるように制御され得る電圧源３３０とを備えてい
る。電圧源３３０は典型的には直流電圧源であるが、そ
の代わりに時間的に変化する電圧源、即ち交流電圧源を
用いることもできる。アクチュエータアーム３５２は圧
電アクチュエータ３２０と、両面ミラー３５４とに機械
的に確実に連結されている。アクチュエータの動作は、
図１で示す素子について上述したアクチュエータの動作
とすべての物質的な点において同じである。アクチュエ
ータ３２０に制御電圧を印加することにより、アクチュ
エータアーム３５２と、アクチュエータアーム３５２に
取り付けられているミラー３５４とは、ミラー変位経路
３５６に沿って直線的に変位する。
【００２３】スイッチ３００は更に、第１の入力接続ポ
ート３０５と、第２の入力接続ポート３０７と、第１の
出力接続ポート３１０と、第２の出力接続ポート３１２
とを備えている。これらの入力及び出力接続ポートは、
第１の入力接続ポート３０５の軸が第１の出力接続ポー
ト３１０の軸と実質的に一列となり、更に第２の出力接
続ポート３１２の軸と実質的に直交するように、交差構
造に設けられている。同様に、第２の入力接続ポート３
０７の軸は、第２の出力接続ポート３１２の軸と実質的
に一列になっている。それぞれの入力及び出力接続ポー
トの間の光経路は、交差点３１８を横切っており、交差
点３１８は、ミラー変位経路３５６に沿って位置してい
る。
ート３０５と、第２の入力接続ポート３０７と、第１の
出力接続ポート３１０と、第２の出力接続ポート３１２
とを備えている。これらの入力及び出力接続ポートは、
第１の入力接続ポート３０５の軸が第１の出力接続ポー
ト３１０の軸と実質的に一列となり、更に第２の出力接
続ポート３１２の軸と実質的に直交するように、交差構
造に設けられている。同様に、第２の入力接続ポート３
０７の軸は、第２の出力接続ポート３１２の軸と実質的
に一列になっている。それぞれの入力及び出力接続ポー
トの間の光経路は、交差点３１８を横切っており、交差
点３１８は、ミラー変位経路３５６に沿って位置してい
る。
【００２４】動作の際、ミラーはアクチュエータ３２０
の撓みに対応する２つの位置を有している。一方の位置
では、ミラー３５４は光経路内の交差点に配置されてお
らず、このため入力光信号は、それぞれの第１及び第２
の入力及び出力接続ポートの間を遮られずに通過するこ
とができる。アクチュエータ３２０が撓んだときに、ミ
ラー３５４は入力及び出力接続ポートの間の光経路内に
配置されている。両面ミラー３５４の各反射面は、入力
接続ポートの各々から現れる光ビームの経路に対して実
質的に４５゜の角度に位置決めされている。ミラーの両
側に入射した光ビームは、それぞれの光ビームが進んで
きた元の経路から実質的に９０゜異なる経路に偏向さ
れ、このため光ビームは、ミラーが光経路内に配置され
ていないときに進む出力接続ポート以外の出力接続ポー
トに偏向される。
の撓みに対応する２つの位置を有している。一方の位置
では、ミラー３５４は光経路内の交差点に配置されてお
らず、このため入力光信号は、それぞれの第１及び第２
の入力及び出力接続ポートの間を遮られずに通過するこ
とができる。アクチュエータ３２０が撓んだときに、ミ
ラー３５４は入力及び出力接続ポートの間の光経路内に
配置されている。両面ミラー３５４の各反射面は、入力
接続ポートの各々から現れる光ビームの経路に対して実
質的に４５゜の角度に位置決めされている。ミラーの両
側に入射した光ビームは、それぞれの光ビームが進んで
きた元の経路から実質的に９０゜異なる経路に偏向さ
れ、このため光ビームは、ミラーが光経路内に配置され
ていないときに進む出力接続ポート以外の出力接続ポー
トに偏向される。
【００２５】光ビームが入力接続ポートと出力接続ポー
トとの間を（ミラーによって反射されるか否かに関わら
ず）進む距離は、有利なことに約５０μｍ以下である。
光ビームが入力及び出力ポートの間を５０μｍ以下の距
離進むと、自由空間伝搬ビームの発散は比較的小さくな
り、それぞれの入力及び出力光ファイバの間に効率的な
入出力結合を可能にし、こうして、低い挿入損失で比較
的高いチャンネル分離が可能となる。例えば、これらの
好ましい特性は、芯の直径が約５１４ｎｍにおいて約
３．２μｍ、開口数が約０．１１、及びモードフィール
ド幅が約３．７である単一モード光ファイバを備えてい
る入力及び出力接続ポート３０５、３０７、３１０及び
３１２を有している光スイッチ３００で得られる。この
ような構成において、ミラー３５４は有益なことに、直
径が約１２．５μｍであり、アクチュエータ３２０によ
って長さ約１０μｍのミラー変位経路に沿って移動す
る。約１０μｍのミラー変位経路は又、スイッチの２つ
の位置の間で比較的速いスイッチング時間（即ち、数１
０マイクロ秒）を可能にする。
トとの間を（ミラーによって反射されるか否かに関わら
ず）進む距離は、有利なことに約５０μｍ以下である。
光ビームが入力及び出力ポートの間を５０μｍ以下の距
離進むと、自由空間伝搬ビームの発散は比較的小さくな
り、それぞれの入力及び出力光ファイバの間に効率的な
入出力結合を可能にし、こうして、低い挿入損失で比較
的高いチャンネル分離が可能となる。例えば、これらの
好ましい特性は、芯の直径が約５１４ｎｍにおいて約
３．２μｍ、開口数が約０．１１、及びモードフィール
ド幅が約３．７である単一モード光ファイバを備えてい
る入力及び出力接続ポート３０５、３０７、３１０及び
３１２を有している光スイッチ３００で得られる。この
ような構成において、ミラー３５４は有益なことに、直
径が約１２．５μｍであり、アクチュエータ３２０によ
って長さ約１０μｍのミラー変位経路に沿って移動す
る。約１０μｍのミラー変位経路は又、スイッチの２つ
の位置の間で比較的速いスイッチング時間（即ち、数１
０マイクロ秒）を可能にする。
【００２６】代わりに、光が入力及び出力接続ポートの
間を進む距離が約５０μｍより大きい（入力接続ポート
の大きさ又は数が増大した場合に必要である）場合に
は、ＧＲＩＮ又はＳＥＬＦＯＣレンズ（図示せず）のよ
うなコリメーティング素子が有益なことに、入力及び出
力接続ポートに結合されており、このため、自由空間を
通過する光ビームはコリメート（平行に）され、ファイ
バ間自由空間伝搬ビームの発散が少なくなる。上述した
ように、このようなコリメーティング素子を用いること
により、スイッチを動作させるためにはミラー変位経路
に沿ったミラーの大きな変位（例えば、数ミリメート
ル）が必要となり、これは又、マイクロアクチュエータ
がミラーを十分変位させるために、レバー等（図示せ
ず）を用いることが必要となる。
間を進む距離が約５０μｍより大きい（入力接続ポート
の大きさ又は数が増大した場合に必要である）場合に
は、ＧＲＩＮ又はＳＥＬＦＯＣレンズ（図示せず）のよ
うなコリメーティング素子が有益なことに、入力及び出
力接続ポートに結合されており、このため、自由空間を
通過する光ビームはコリメート（平行に）され、ファイ
バ間自由空間伝搬ビームの発散が少なくなる。上述した
ように、このようなコリメーティング素子を用いること
により、スイッチを動作させるためにはミラー変位経路
に沿ったミラーの大きな変位（例えば、数ミリメート
ル）が必要となり、これは又、マイクロアクチュエータ
がミラーを十分変位させるために、レバー等（図示せ
ず）を用いることが必要となる。
【００２７】アクチュエータアーム３５２と、アクチュ
エータアーム３５２に取り付けられているミラー３５４
とは、ミラー３５４がそれぞれの入力及び出力接続ポー
トの間の光経路内に配設されている位置で図３に示され
ている。スイッチが動作して、このスイッチング位置か
ら変化すると、アクチュエータアーム３５２は、ミラー
３５４がそれぞれの入力及び出力接続ポートの間の光経
路内に配設されなくなるまで、入力及び出力接続ポート
によって形成されている面に実質的に平行なミラー変位
経路に沿って移動する。
エータアーム３５２に取り付けられているミラー３５４
とは、ミラー３５４がそれぞれの入力及び出力接続ポー
トの間の光経路内に配設されている位置で図３に示され
ている。スイッチが動作して、このスイッチング位置か
ら変化すると、アクチュエータアーム３５２は、ミラー
３５４がそれぞれの入力及び出力接続ポートの間の光経
路内に配設されなくなるまで、入力及び出力接続ポート
によって形成されている面に実質的に平行なミラー変位
経路に沿って移動する。
【００２８】上述した本発明のすべての実施例におい
て、スイッチを通って伝播する光の方向は、反対にする
ことができる。即ち、光は入力接続ポートを通ってスイ
ッチに入り、出力接続ポートに向かって進み得るが、反
対の動作が必要な場合に、光信号が指定された出力接続
ポートから入力接続ポートに進むことを妨げる構造的な
障害は本発明にない。従って、本発明の説明における
「入力」及び「出力」という用語の使用は、説明を容易
にするためのものであり、本発明が適用される範囲を制
限するものではない。
て、スイッチを通って伝播する光の方向は、反対にする
ことができる。即ち、光は入力接続ポートを通ってスイ
ッチに入り、出力接続ポートに向かって進み得るが、反
対の動作が必要な場合に、光信号が指定された出力接続
ポートから入力接続ポートに進むことを妨げる構造的な
障害は本発明にない。従って、本発明の説明における
「入力」及び「出力」という用語の使用は、説明を容易
にするためのものであり、本発明が適用される範囲を制
限するものではない。
【００２９】本発明のある特徴のみについて図示して説
明したが、当業者においては多くの変更及び変形が生じ
るであろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の要旨
に入るこのようなすべての変更及び変形をカバーするも
のである。
明したが、当業者においては多くの変更及び変形が生じ
るであろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の要旨
に入るこのようなすべての変更及び変形をカバーするも
のである。
【図１】本発明の一実施例による曲がりくねった曲線状
構造の圧電アクチュエータを備えている１×ｎ光スイッ
チの部分ブロック構成図である。
構造の圧電アクチュエータを備えている１×ｎ光スイッ
チの部分ブロック構成図である。
【図２】本発明の一実施例による２×２光ファイバスイ
ッチの部分ブロック構成図である。
ッチの部分ブロック構成図である。
【図３】本発明の他の実施例による２×２光ファイバス
イッチの部分ブロック構成図である。
イッチの部分ブロック構成図である。
１００ １×ｎマイクロダイナミック光ファイバスイッ
チ １０２ 基板 １０５ 光学入力接続ポート １１０、１１０1 、１１０2 、……、１１０n 光学出
力接続ポート １２０ 圧電アクチュエータ １２４ 圧電バー １３０ 電圧源 １５０ ミラーアセンブリ １５２ アクチュエータアーム １５４ ミラー １５６ ミラー変位経路
チ １０２ 基板 １０５ 光学入力接続ポート １１０、１１０1 、１１０2 、……、１１０n 光学出
力接続ポート １２０ 圧電アクチュエータ １２４ 圧電バー １３０ 電圧源 １５０ ミラーアセンブリ １５２ アクチュエータアーム １５４ ミラー １５６ ミラー変位経路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デニース・リー・ポーラ アメリカ合衆国、ミネソタ州、ブルックリ ン・パーク、ラック・ロモンド・コート、 9228番
Claims (20)
- 【請求項１】 基板と、 該基板上に設けられている圧電アクチュエータと、 該圧電アクチュエータに機械的に結合されていると共
に、該圧電アクチュエータの撓みに対応してミラー変位
経路に沿って移動するように設けられているミラーと、 少なくとも１つの光学入力接続ポートと、 複数の光学出力接続ポートとを備えており、 前記少なくとも１つの入力接続ポートと、前記複数の出
力接続ポートとは、前記入力接続ポートからの光が前記
ミラー変位経路に沿った前記ミラーの位置に応じて選択
された出力接続ポートに選択的に向けられるように設け
られているマイクロダイナミック光スイッチ。 - 【請求項２】 前記ミラーは、前記ミラー変位経路と実
質的に整列するように設けられている作動アームにより
前記圧電アクチュエータに確実に機械的に結合されてお
り、 前記ミラーの反射面は、該ミラーが前記入力接続ポート
から現れる光の経路に配置されているときに前記入力接
続ポートから入ってくる光が実質的に９０゜偏向される
ように、前記入力接続ポートから入ってくる光の経路に
対して実質的に４５゜の角度で方向付けられている請求
項１に記載の光スイッチ。 - 【請求項３】 前記圧電アクチュエータは、 曲がりくねった曲線構造に設けられており、互いに直列
に機械的に結合されていると共に互いに並列に電気的に
結合されている複数の圧電バーと、 該複数の圧電バーに電気的に接続されている制御可能な
電圧源とを含んでおり、 前記アクチュエータの機械的撓みは、前記電圧源により
印加される電圧の振幅により決定されている請求項２に
記載の光スイッチ。 - 【請求項４】 前記電圧源は、直流電圧源又は時間的に
変化する電圧源を含んでいる請求項３に記載の光スイッ
チ。 - 【請求項５】 前記少なくとも１つの入力接続ポート
と、前記出力接続ポートの各々との間のそれぞれの距離
は、約５０μｍ以下である請求項３に記載の光スイッ
チ。 - 【請求項６】 前記入力接続ポートの各々に結合されて
いる光コリメーティングレンズを更に含んでおり、前記
少なくとも１つの入力接続ポートと、前記出力接続ポー
トの各々との間の距離は、約５０μｍより大きい請求項
３に記載の光スイッチ。 - 【請求項７】 前記光コリメーティングレンズの各々
は、ＳＥＬＦＬＯＣ及びＧＲＩＮレンズを含んでいるグ
ループから選択された素子を備えている請求項６に記載
の光スイッチ。 - 【請求項８】 前記少なくとも１つの入力接続ポート
は、第１の軸に沿って光を発生するように整列されてい
る単一の入力光ファイバを含んでおり、 前記出力接続ポートの各々は、第２の軸に沿って整列さ
れているそれぞれの出力光ファイバを含んでおり、前記
第２の軸は、前記第１の軸に対して実質的に９０゜の角
度で方向付けられており、 前記ミラーの前記ミラー変位経路は、前記第１の軸と実
質的に整列しており、前記ミラーは、前記入力接続ポー
トから前記ミラーに入射する光が前記出力光ファイバの
１つに反射されるように設けられており、前記ミラー変
位経路に沿った前記ミラーの位置は、前記入力光ファイ
バからの光が反射されて入射する出力光ファイバを決定
している請求項３に記載の光スイッチ。 - 【請求項９】 それぞれがそれぞれの入力軸線に沿って
整列している第１及び第２の光入力ファイバを更に含ん
でおり、 前記複数の出力接続ポートは、それぞれがそれぞれの出
力軸線に沿って整列している第１及び第２の光出力ファ
イバを含んでおり、 前記第１の入力軸線は、前記第１の出力軸線と実質的に
整列していると共に、前記第２の出力軸線に対して実質
的に直角に設けられており、前記第２の入力軸線は、前
記第２の出力軸線と実質的に整列しており、 前記ミラー変位経路は、前記第１及び第２の入力軸線の
交差部を実質的に通過するように設けられており、前記
ミラーが前記圧電アクチュエータにより前記ミラー変位
経路に沿って変位するときに、前記ミラーは、前記第１
の光入力ファイバから発生する光が前記第２の光出力フ
ァイバに反射されると共に、前記第２の光入力ファイバ
から発生する光が前記第１の光出力ファイバに反射され
るように、前記第１及び第２の光入力及び出力ファイバ
の間に実質的に設けられており、前記ミラーが前記第１
及び第２の入力及び出力ファイバの間に設けられていな
いように変位するときに、前記第１の光入力ファイバか
ら発生する光は、前記第１の光出力ファイバに入射して
いると共に、前記第２の光入力ファイバから発生する光
は、前記第２の光出力ファイバに入射している請求項３
に記載の光スイッチ。 - 【請求項１０】 前記ミラーは、光反射材を両側に塗布
された平坦面を含んでいる請求項８に記載の光スイッ
チ。 - 【請求項１１】 前記圧電アクチュエータは、少なくと
も１つのユニモーフを含んでおり、ユニモーフの各々
は、鉛ジルコニウムチタン酸塩（Ｐｂ（Ｚｒ１Ｔｉ）Ｏ
３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）及び鉛チタン酸塩（ＰｂＴｉＯ３）から成っている
グループから選択された圧電材料を含んでいる請求項１
に記載の光スイッチ。 - 【請求項１２】 それぞれが圧電アクチュエータと、該
アクチュエータの移動に応じてミラー変位経路に沿って
移動するように前記圧電アクチュエータに機械的に結合
されているミラーと、入力光ファイバ接続ポートと、第
１及び第２の出力ファイバ接続ポートとを含んでいる第
１及び第２の１×２マイクロダイナミック光スイッチ
と、 前記第１のマイクロダイナミックスイッチの第１の出力
光ファイバポートから入ってくる光と、前記第２のマイ
クロダイナミックスイッチの第１の出力光ファイバポー
トから入ってくる光とが結合されると共に、前記第１の
マイクロダイナミックスイッチの第２の出力光ファイバ
ポートから入ってくる光と、前記第２のマイクロダイナ
ミックスイッチの第２の出力光ファイバポートから入っ
てくる光とが結合されるように、それぞれが前記第１及
び第２のマイクロダイナミック光スイッチに光学的に結
合されている第１及び第２の光学チャンネルカプラとを
備えた２×２光スイッチ。 - 【請求項１３】 前記アクチュエータの各々は、前記そ
れぞれの入力光ファイバポートの各々から発生する光が
前記ミラーのそれぞれ１つに入射すると共に、光が反射
されて前記ミラー変位経路に沿った前記ミラーの位置に
対応して選択された前記第１及び第２の出力光ファイバ
ポートの１つに入射するように、前記入力光ファイバ接
続ポートのそれぞれと、前記第１及び第２の出力光接続
ポートのそれぞれの対との間に前記それぞれのミラーを
選択的に設けるように制御可能である請求項１２に記載
の光スイッチ。 - 【請求項１４】 前記圧電アクチュエータの各々は、互
いに直列に機械的に結合されていると共に互いに並列に
電気的に結合されている複数の圧電バーを含んでいる曲
線経路マイクロアクチュエータと、該曲線経路マイクロ
アクチュエータに電気的に接続されている制御可能な電
圧源とを備えており、 前記マイクロアクチュエータの機械的撓みは、前記電圧
源により印加される電圧の大きさにより決定されている
請求項１３に記載のスイッチ。 - 【請求項１５】 前記ミラーは、前記ミラー変位経路と
実質的に整列して設けられている作動アームにより前記
圧電アクチュエータのそれぞれに確実に機械的に結合さ
れており、 前記ミラーの反射面は、それぞれの該ミラーが前記入力
接続ポートから現れる光のそれぞれの経路に配置されて
いるときに前記入力接続ポートのそれぞれから入ってく
る光が実質的に９０゜偏向されるように、前記それぞれ
の入力接続ポートから入ってくる光の経路に対して実質
的に４５゜の角度で方向付けられている請求項１４に記
載のスイッチ。 - 【請求項１６】 複数の光学出力接続ポートと間隔をあ
けて設けられている光学入力接続ポートを通して光信号
を通過させ、 光ビームが前記光学入力接続ポートから入ってくる軸に
少なくとも部分的に沿って設けられるように位置付けら
れているミラー変位経路に沿って、ミラーを選択的に変
位させ、前記変位経路に沿った前記ミラーの位置が前記
入力接続ポートから入ってくる光ビームが入射する光学
出力接続ポートを決定する工程を含んでおり、 前記ミラー変位経路に沿った前記ミラーの選択的な変位
は、前記ミラーに機械的に結合されている圧電アクチュ
エータを制御することにより決定されている、光信号を
スイッチングする方法。 - 【請求項１７】 前記ミラーを選択的に変位させる工程
は、前記光学入力接続ポートから入ってくる光が前記光
学出力接続ポートの選択された１つに入射するよう実質
的に９０゜偏向されるように、前記ミラー変位経路に沿
って前記ミラーを位置決めする工程を含んでいる請求項
１６に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記圧電アクチュエータを制御する工
程は、該圧電アクチュエータに電気的に接続されている
電圧源の振幅を制御する工程を含んでいる請求項１７に
記載の方法。 - 【請求項１９】 前記ミラー変位経路に沿って前記ミラ
ーを選択的に変位させる工程は、前記光学入力接続ポー
トの軸と実質的に整列されている軸に沿って前記ミラー
を変位させる工程を含んでいる請求項１８に記載の方
法。 - 【請求項２０】 前記ミラー変位経路に沿って前記ミラ
ーを選択的に変位させる工程は、前記光学入力接続ポー
トから入ってくる光の軸と実質的に唯一の位置で交差し
ている軸に沿って前記ミラーを変位させる工程を含んで
いる請求項１８に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/876,274 US5208880A (en) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | Microdynamical fiber-optic switch and method of switching using same |
| US876274 | 1992-04-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0675176A true JPH0675176A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=25367328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5094755A Pending JPH0675176A (ja) | 1992-04-30 | 1993-04-22 | マイクロダイナミック光スイッチ、２×２光スイッチ、及び光信号をスイッチングする方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5208880A (ja) |
| EP (1) | EP0569187A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0675176A (ja) |
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