JPH0933961A - 光切替スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のものと構成・機能は基本的に同一であ
るが、大きさを非常に小型とした光切替スイッチを提供
すること。 【解決手段】 入力用光ファイバ１１１，１１２と出力
用光ファイバ１１３，１１４の出射／入射端近傍はテー
パ状に拡大されたコア部１２１，１２２，１２３，１２
４で、一定間隔で光軸を一致させて基板３に固定し、そ
の間に該光軸を貫通するように基板に垂直方向に偏波分
離合成器９１１，９１２を固定しそれらの間にＴＮタイ
プの液晶セル５１１を透光性接着剤で固定し、電源４を
取り付ける。偏波分離合成器、ＬＰＳ６１１〜６１４、
１／２波長板８１１，８１２、ガラス板７１１〜７１４
は透光性接着剤で密着固定する。ＬＰＳは積層方向に対
して所定の傾斜角度で入力した光ビームを直進する偏波
成分と屈折される偏波成分に分離し、液晶セルは電界を
印加しないときは入射光ビームの偏波面は９０度回転
し、電界が印加したときは回転しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶分子の配列状態
の変化を利用して光路切替を行う光切替スイッチに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶を用いた従来のクロスバ型２×２タ
イプの光切替スイッチ（特願平６−３０４８３７号）の
構造を図３に示す。同図において、入出力用光ファイバ
８０１，８０２，８０３および８０４は、それぞれコリ
メートレンズ７０１，７０２，７０３および７０４を介
して、偏波分離合成器１０１Ａ，１０１Ｂとツイストネ
マチックタイプの液晶セル６０１に接続されている。か
かる構造の光切替スイッチ５０１では、入力用光ファイ
バ８０１および８０２の光信号を液晶セル６０１に印加
する電圧の有無によって、出力用光ファイバ８０３およ
び８０４に選択的に切り替えて出力することができる。

【０００３】すなわち、偏波分離合成器１０１Ａのカル
サイト（方解石）２０１で分離され直進したｐ１はその
ままの状態で液晶セル６０１に入るが、液晶セル５０１
に通過によって偏波が９０°変換されｓ１′になる。ｓ
１′は偏波分離合成器１０１Ｂのカルサイト２０１に入
った後斜めに進んで１／２波長板４０１に入って再び偏
波が９０°変換されｐ１″になり、カルサイト１０２を
そのまま直進してコリメートレンズ７０４を介して光フ
ァイバ８０４に出力される。一方、偏波分離合成器１０
１Ａのカルサイト２０１で分離され斜めに進んだｓ１は
１／２波長板４０１の通過によって偏波変換されてｐ
１′となって液晶セル６０１に入りさらに偏波変換され
てｓ１″となる。その後、偏波分離合成器１０１Ｂのカ
ルサイト２０１を斜めに通過し、ガラス板３０２を通過
し、さらにカルサイト２０２を斜めに通過してコリメー
トレンズ７０４を介して光ファイバ８０４に出力され
る。

【０００４】このように、液晶セル６０１に電圧を加え
ない場合、光ファイバ８０１の光信号はすべて光ファイ
バ８０４に出力される。なお、光ファイバ８０２の場合
は同様にしてすべて光ファイバ８０３に出力される。

【０００５】以上のように、液晶セル６０１の両側に偏
波分離合成器１０１Ａおよび１０１Ｂを配置することに
より、電圧の有無で光ファイバ８０１の出力を光ファイ
バ８０３または８０４に、また、光ファイバ８０２の出
力を光ファイバ８０４または８０３に選択することがで
きる。

【０００６】このとき、出力用光ファイバにおけるクロ
ストークはカルサイト２０１での偏波分離性能により左
右されるが、カルサイトにおける偏波分離性能は４０ｄ
Ｂ以上あるため、光切替スイッチとして４０ｄＢ以上の
クロストークを与えることができ、従来の偏波ビームス
プリッタを使用した場合に比較して１５ｄＢ以上の改善
がある。

【０００７】１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ
は光入出力ポートである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３の構成
では、コリメートレンズ７０１〜７０４の大きさは、外
径が２．５ｍｍ、長さが１０ｍｍと、ファイバ外径１２
５μｍより一桁以上外径が大きく、また、偏波分離合成
器１０１Ａ，１０１Ｂに用いるカルサイト２０１，２０
２はコリメートレンズ７０１〜７０４の光軸の中心間距
離２．５ｍｍ以上を確保するためには長さが１０ｍｍ以
上のものが４個必要なのでカルサイトだけで４０ｍｍ以
上となり、対向するコリメートレンズの長さ２０ｍｍ
（１０ｍｍ×２）が加わって合計６０ｍｍ以上（実際に
はこの他に液晶セル、波長板などの長さが加わる）とか
なり長大となるため、小型の端末装置内に実装すること
が困難となる欠点があった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、図３に示した従
来の光切替スイッチと構成および機能は基本的には同一
であるが、大きさを非常に小型とした光切替スイッチを
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の光切換スイッチは、入力用の２本の光フ
ァイバと、該光ファイバからの出力光をコリメート光ビ
ームに変換するレンズと、複屈折板と１／２波長板と該
１／２波長板と厚さが等しく透明なスペーサと電圧の印
加の有無によって該光ビームの偏波状態を０度あるいは
９０度変換できる液晶セルとが組み合わされて成る光路
変換部と、コリメート光ビームを受光して光ファイバに
光を導入するレンズと、出力用の２本の光ファイバとか
ら成る光切替スイッチにおいて、入力用光ファイバの出
射光のコリメート化のためのレンズを用いずに、前記入
力用光ファイバの出射端部付近のコア径が漸次拡大され
ていること、また、出力用光ファイバの入射端部付近の
コア径も同様に拡大されていること、さらに、前記複屈
折板の代わりに積層型偏波分離板が用いられていること
を特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、コリメート光を得るた
めにコア拡大ファイバ（以下、ＴＥＣファイバと略す）
を用いることと、偏波分離合成器の偏波分離・合成板と
して積層型分離板（以下、ＬＰＳと略す）を用いること
を最も主要な特徴とする。従来の光切換スイッチとはコ
リメートレンズを使用しないことと偏波分離・合成板の
材質が異なる。

【００１２】ＴＥＣファイバの構造は図４のように、フ
ァイバ端面に向かってファイバ外径は変わらないでコア
１だけが次第に太くなるように作られているため、端面
から出射される光ビーム２はほぼコリメート化された状
態となる。そのため、従来の光切換スイッチのように外
径の大きなコリメートレンズを使用すること無しで通常
のファイバ外径のままでコリメート光を得ることができ
る。

【００１３】一方、ＬＰＳは図５に示すように、屈折率
の異なる材料が交互積層されたもので、積層方向に対し
て斜めに光ビームを入射すると分離した２つの偏光を得
ることができる。もちろん逆に２つの偏光を入射すれば
１つにすることもできる。ところで、交互積層して得た
ＬＰＳは積層するそれぞれの材料を適切に選択すると単
一材料のカルサイトなどに比較して、非常に短い長さで
２つの偏光の出射間隔を大きくすることができる。

【００１４】従って、入力と出力のそれぞれの２本の光
ファイバを非常に近接して配置することができ、また、
偏波分離合成器の長さも非常に短くすることが可能とな
り、本発明の目的である小型化を行うことができるよう
になる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１６】図１（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ本発明の第
１の実施例を説明する平面図と側面図である。図中、１
１１，１１２は入力用光ファイバであり、その出射端近
傍の１２１，１２２はテーパ状に拡大されたコア部をも
つ。一方、１１３，１１４は出力用光ファイバであり、
その入射端近傍の１２３，１２４はテーパ状に拡大され
たコア部をもつ。入力用光ファイバ１１１，１１２の出
射端と、出力用光ファイバ１１３，１１４の入射端は一
定の間隔をもってそれぞれ光軸が一致するように基板３
に固定されている。両ファイバ端の間の間隙には、該光
軸を貫通するように偏波分離合成器９１１，９１２と液
晶セル５１１が挿入固定されている。液晶セル５１１は
該偏波分離合成器９１１，９１２の間に透光性接着剤で
固定されており、かつ基板３に該光軸に対して垂直方向
に該偏波分離合成器とともに固定されているとともに、
液晶セル駆動用の電源４が取り付けられている。

【００１７】偏波分離合成器９１１と９１２は全く同一
構造のものであり、６１１〜６１４はＬＰＳ、８１１，
８１２は１／２波長板、７１１〜７１４はガラス板であ
る。該ＬＰＳ、該波長板、該ガラス板は互いに透光性接
着剤で密着固定されている。ＬＰＳ６１１〜６１４は図
５に示すように、屈折率の異なる２種類の材料、例え
ば、ＳｉＯ₂ とα−Ｓｉなどを交互に積層したものから
成り、積層方向に対して所定の傾斜角度で入力された光
ビームは直進する偏波成分と屈折される偏波成分に分離
される。逆に、それぞれの偏波成分を所定の位置に入力
すると、両成分が合成された光ビームを得ることができ
る。図１において、ＬＰＳ６１１と６１３は偏波分離を
行うことができる傾斜角度に設定されており、ＬＰＳ６
１２と６１４は偏波合成を行うことができる傾斜角度に
設定されている。また、２枚のＬＰＳに挟まれた１／２
波長板は透過する光ビームの偏波面を９０度回転させ
る。

【００１８】液晶セル５１１はＴＮタイプであり、電界
が印加されないときは、入射された光ビームの偏波面は
９０度回転され、電界が印加されたときは偏波面は回転
されない。

【００１９】この実施例では、光ファイバ１１１〜１１
４は、外径が１２５μｍ、コア径が９μｍのシングルモ
ード用の石英製光ファイバであり、ファイバ端面の拡大
されたコアの直径は５０μｍとしてあり、端面から出射
される光ビームはほぼ平行ビームとなる。また、傾斜さ
れた積層面を持つＬＰＳは、石英基板にＳｉＯ₂ とα−
Ｓｉを交互に堆積させた後、積層面に対して１８度の角
度で厚さ４００μｍとした。また、１／２波長板８１
１，８１２およびガラス板７１１〜７１４の厚さは約
０．３ｍｍ、液晶セル５１１の厚さは約２．２ｍｍとし
た。

【００２０】このような構造となっているため、その動
作は図２（Ａ）に示すように、液晶セル５１１に電界が
印加されている場合は、入力用光ファイバ１１１および
１１２からの平行光ビームは偏波の分離・合成・変換を
繰り返しながら偏波分離合成器９１１，液晶セル５１
１、偏波分離合成器９１２を通過してそれぞれ出力用光
ファイバ１１３および１１４に出射される。一方、液晶
セル５１１に電界が印加されていない図２（Ｂ）の場合
は、入力用光ファイバ１１１および１１２からの光ビー
ムは、液晶セル５１１に入るまでの偏波分離合成器９１
１内での光ビームの偏波の分離・合成・変換状態および
経路は電界印加の場合と同一であるが、液晶セル５１１
を通過すると偏波面が９０度変換されるため偏波分離合
成器９１２内での光ビームの偏波の分離・合成・変換状
態および経路は電界印加の場合とは異なり、結果的に、
入力用光ファイバ１１１の光ビームは出力用光ファイバ
１１４に、また入力用光ファイバ１１２の光ビームは出
力用光ファイバ１１３に出射される。

【００２１】このように、液晶セル５１１への電界印加
の有無によって入力用光ビームの出力先を変えることが
できるため、図２の構造で２×２の光スイッチ機能を得
ることができる。ファイバ端面および偏波分離合成器の
端面に反射防止処理を施した状態で、挿入損失約２ｄ
Ｂ、クロストーク３０ｄＢ以上、反射減衰量約３０ｄＢ
が得られた。さらに、図２の構造では、コリメートレン
ズを使用していないため、入出力用光ファイバ束の幅は
最小で２５０μｍと非常に小さくでき、また液晶セルを
含む偏波分離合成器の厚さも４．４ｍｍと薄くできたた
め、全長も約１５ｍｍと従来より大幅な小型化ができる
改善があった。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光スイッ
チによれば、コリメート光を得るためにＴＥＣファイバ
を用い、さらに偏波分離合成のためにＬＰＳを用いてい
るために、非常に小型の光切替スイッチが得られる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光切替スイッチの実施例の説明図であ
って、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。

【図２】本発明の光切替スイッチの動作を説明する図で
あって、（Ａ）は電界が印加されている場合、（Ｂ）は
電界が印加されていない場合を示す。

【図３】従来の液晶を用いた２×２タイプの光切替スイ
ッチの構成図である。

【図４】ＴＥＣファイバの構造図である。

【図５】ＬＰＳの偏波分離状態を説明する図である。

【符号の説明】

１ コア ２ 出射されるコリメート光ビーム ３ 基板 ４ 液晶セル駆動用の電源 １０１Ａ，１０１Ｂ 偏波分離合成器 １０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ 光入出力ポ
ート １１１，１１２ （入力用）光ファイバ １１３，１１４ （出力用）光ファイバ １２１，１２２ 拡大されたコア部 １２３，１２４ 拡大されたコア部 ２０１，２０２ カルサイト（方解石） ５０１ 光切替スイッチ ５１１ 液晶セル ６０１ 液晶セル ６１１，６１２，６１３，６１４ ＬＰＳ ７０１，７０２，７０３，７０４ コリメートレンズ ７１１，７１２，７１３，７１４ ガラス板 ８０１，８０２ （入力用）光ファイバ ８０３，８０４ （出力用）光ファイバ ８１１，８１２ １／２波長板 ９１１，９１２ 偏波分離合成器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力用の２本の光ファイバと、該光ファ
   イバからの出力光をコリメート光ビームに変換するレン
   ズと、複屈折板と１／２波長板と該１／２波長板と厚さ
   が等しく透明なスペーサと電圧の印加の有無によって該
   光ビームの偏波状態を０度あるいは９０度変換できる液
   晶セルとが組み合わされて成る光路変換部と、コリメー
   ト光ビームを受光して光ファイバに光を導入するレンズ
   と、出力用の２本の光ファイバとから成る光切替スイッ
   チにおいて、 入力用光ファイバの出射光のコリメート化のためのレン
   ズを用いずに、前記入力用光ファイバの出射端部付近の
   コア径が漸次拡大されていること、 また、出力用光ファイバの入射端部付近のコア径も同様
   に拡大されていること、 さらに、前記複屈折板の代わりに積層型偏波分離板が用
   いられていることを特徴とする光切替スイッチ。