JPH10213755A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性の高い、メカニカル切替方式の光スイ
ッチを提供する。 【解決手段】 複数の固定側光ファイバ（２）に対し
て、少なくとも１本の移動側光ファイバ（４）の先端部
を移動させて接続し、かつ接続した前記光ファイバ
（２、４）の各端面の間隙に屈折率整合剤（２０）層を
存在させる方式のメカニカル切換式の光スイッチにおい
て、前記屈折率整合剤を、前記各光ファイバ（２、４）
の表面又は前記各光ファイバの接続部材（３、８、９、
７）の表面に付加することにより前記屈折率整合剤を供
給し、前記間隙に屈折率整合剤層を形成することを特徴
とする光スイッチ

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信などにおい
て光ファイバからなる光線路の切替えを行なう光スイッ
チに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバを用いた伝送システム
において、光通信路を切りかえるために、複数の固定側
光ファイバＮ本に対して、Ｍ本（通常１本又は２本）の
移動側光ファイバの先端部を移動させて接続するメカニ
カル切換方式の光スイッチが多用されている。

【０００３】この光スイッチは、図５に一例を示すよう
に、配列部材２４の上の平行なＶ字状の溝等に複数の光
ファイバを一定のピッチで整列固定した固定側光ファイ
バ３に対し、駆動機構５３等により把持された移動側光
ファイバ４の先端を、機械的に近接又は離間することに
より光束を断続して光スイッチの機能を果たす方式（以
下、メカニカル切換方式の光スイッチという。）のもの
が代表的である（特願平５−１０４６６５号公報、特願
平５−３１９８２０号公報、特開平７−４３６２４号公
報、特開平７−４３６２５号公報、特開平７−２９４８
３４号公報）。

【０００４】ちなみに、一つの光ファイバをフエル−ル
などのコネクタを介して他の光ファイバ群と光学的に接
続する方式や、一つの光ファイバから出射した光束をレ
ンズにより拡大し、方向を調整することにより接続すべ
き他の光ファイバの端面に入射させる方式もある。

【０００５】ところで、前記光ファイバをメカニカルに
切替えて接続させる方式のメカニカル切換方式の光スイ
ッチでは、接続すべき光ファイバ端面での接続に起因す
る光損失を可及的に抑制するためには、接続部に液状の
屈折率整合剤を充填して接続部での反射、屈折を減少さ
せることが不可欠である。従って、接続損失を減少する
ために前記固定側光ファイバ３と移動側光ファイバ４の
端面の間の間隙に屈折率整合剤を存在させる必要があ
る。

【０００６】一方この間隙に充填された屈折率整合剤
は、異物が混入して汚染されると、接続損失の原因とな
るので常に清浄に保たなければならない。このために、
従来は図５の斑点部分に示すように配列部材２４上に配
列された固定側光ファイバ３及び移動側光ファイバ４と
その駆動機構５３などの全体を、シ−ルした整合剤槽２
１の屈折率整合剤中に浸漬する方法がとられている（特
開平７−４３６２４号公報、特開平７−４３６２５号公
報、特開平７−２９４８３４号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の光
スイッチを屈折率整合剤中に浸積する方法では、移動側
光ファイバ４の機械的な駆動機構の駆動部の磨耗などに
より、各種の異物を生じ、これが整合剤槽中を浮遊又は
滞留して前記間隙に侵入し、接続損失を生ずるという問
題を回避できない。すなわち、従来の屈折率整合剤中に
光スイッチを浸漬する方法では、ゴミなどの異物を排除
しなければならない接続部分と、これらの発生源となる
機械的駆動部分とを混在させざるをえないので、本質的
に異物による接続損失を回避することができない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明は、複数の固定
側光ファイバに対して、少なくとも１本の移動側光ファ
イバの先端部を移動させて接続し、かつ接続した光ファ
イバの各端面の間隙に屈折率整合剤層を存在させる方式
のメカニカル切換式の光スイッチにおいて、屈折率整合
剤を、各光ファイバの表面又は各光ファイバの接続部材
の表面に付加することにより屈折率整合剤を供給し、間
隙に屈折率整合剤層を形成することを特徴とする光スイ
ッチである。

【０００９】すなわち、本願発明は、屈折率整合剤中に
光スイッチを浸漬する方法をやめて、屈折率調整剤分子
と光ファイバや接続部材の表面との親和力に起因するい
わゆる濡れ作用等による屈折率調整剤分子の拡散現象を
利用して、固定側光ファイバと移動側光ファイバの接続
部に屈折率調整剤を供給し、前記間隙に屈折率整合剤層
を形成することによりこの問題を本質的に解決した。

【００１０】例えば、屈折率整合剤を、光ファイバ及び
配列部材、導入溝、排出スリット等からなる光ファイバ
の接続部材の上に滴下し、滴下した屈折率整合剤分子と
接続部材や光ファイバの表面物質との親和力に起因する
いわゆる濡れ、毛細管現象等の作用により、接続部材や
光ファイバの表面上を拡散させ、接続すべき光ファイバ
の端面間の間隙に屈折率整合剤を供給し、屈折率整合剤
層を形成させる方法を採用する。

【００１１】この方法では、屈折率整合剤分子と接続部
材や光ファイバの表面との親和力に起因する屈折率整合
剤分子による濡れ現象、毛細管現象などの分子の拡散運
動を利用しているので、この現象を有しない固体の粉
状、粒状の異物などは移動することができず、従ってこ
れら異物が前記間隙に達することは不可能である。ま
た、光スイッチを屈折率調整剤槽中に浸積する方法を廃
したので、異物が屈折率調整剤中を浮遊、滞留して前記
間隙に侵入することもない。従って、本願発明は異物に
起因する接続損失の増加を排除するという前記課題を本
質的に解決するものである。

【００１２】熱力学の法則によると自然界の自発的変化
は、ギブスの自由エネルギが減少する方向、定性的に言
えばエントロピ−が増大し、内部エネルギが減少する方
向へ変化し、ギブスの自由エネルギの減少がゼロになっ
たところで変化が停止し、平衡状態になる。

【００１３】本願発明は、このような自然法則を利用し
たものであり、光ファイバや、そのの接続部材の表面に
滴下した屈折率整合剤分子はその表面物質との親和力や
分子運動に起因して、その表面を拡散してゆくが、分子
間凝集力や気圧等の作用により無限に拡散することは不
可能でやがてギブスの自由エネルギ減少がゼロの平衡状
態に達する。

【００１４】この平衡状態において、光ファイバやその
接続部材の表面に形成された屈折率調整剤の薄膜、光フ
ァイバ端面間の間隙に形成された屈折率整合剤層、ま
た、接続されていない固定側光ファイバの端面に形成さ
れた液滴が安定に維持される。

【００１５】本願発明は、このような状態で光スイッチ
を作動させることにより、異物を排除して光損失の少な
い信頼性の高い光スイッチを提供するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
願発明の実施形態を、図１乃至４に基づいて詳細に説明
する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の
符号を付し、重複する説明を省略する。

【００１７】図１において、３０本の固定側光ファイバ
２が、シリコン基板よりなる配列部材３の固定側Ｖ溝８
に配列されている。一方、１本の移動側光ファイバ４
は、複数の固定側光ファイバ２の内から接続すべき光フ
ァイバ２が選択されると、その光ファイバ２に対応する
配列部材３の導入Ｖ溝９に沿って接近させることにより
特定の固定側光ファイバ２と接続するようになってい
る。この移動側光ファイバ４は、駆動機構２５によって
把持されこの接続動作がなされる。

【００１８】配列部材３の上部には、屈折率整合剤２０
を滴下する滴下ノズル３０があり、このノズル３０から
屈折率整合剤が光ファイバ２、４の表面又は接続部材の
表面に供給され、接続された固定側光ファイバ２と移動
側光ファイバ４の各端面の間隙に、図２に示すように液
層２０ａを形成する。また他の接続されていない固定側
光ファイバ２の端面に液滴２０ｂ、２０ｄを、移動側光
ファイバ４の端面に液滴２０ｃ、２０ｅを形成する。

【００１９】光スイッチを作動するときは、まず移動側
光ファイバ４を導入溝９に沿って固定側光ファイバ２か
ら離間させるが、この場合間隙に形成されていた屈折率
整合剤の液層２０ａは分割されて、図２（ｂ）に示すよ
うに各端面に液滴２０ｂ、２０ｃを形成する。次に接続
すべき固定側光ファイバ２に対応する移動側光ファイバ
４の導入溝９に沿って、図２（ｃ）に示すように端面に
液滴２０ｅを形成している移動側光ファイバ４を接続す
べき固定側光ファイバ２に接近させると、各光ファイバ
の端面に形成されている屈折率整合剤の液滴２０ｄと２
０ｅが合体して各端面の間隙に、図２（ａ）に示すよう
に屈折率整合剤の液層２０ａが形成され、光ファイバが
光学的に結合される。

【００２０】過剰に供給された屈折率調整剤は、排出ス
リット７から外部に排出され、図示しない排出タンクに
貯蔵されるようになっている。

【００２１】これら固定側光ファイバ２と、移動側光フ
ァイバ４、配列部材３、固定側Ｖ溝８、導入Ｖ溝９、排
出スリット７等からなる接続部材と、駆動機構２５と、
滴下ノズル３０とは、環境から保護するために保護ケ−
ス３１に収納される。

【００２２】保護ケ−ス３１の外部には、屈折率整合剤
供給装置のうち、屈折率整合剤２０を貯蔵する容量５０
ｃｃのタンク２７と、屈折率整合剤を吐出するダイヤフ
ラム式でソレノイド駆動するポンプ２８と、屈折率整合
剤中の異物を濾過して清浄にする、メッシュが１μｍの
フィルタを充填した濾過装置２９と、これらをつなぐ発
塵の少ないテフロン製の配管２６があり、保護ケ−ス３
１の内部に設けた滴下装置３０へ屈折率整合剤２０を供
給する。

【００２３】なお、ポンプ２８は、図示しないコントロ
−ラにより指定された流量で屈折率整合剤を吐出できる
ようになっている。

【００２４】光ファイバの接続部材は、図３にその詳細
を示すように、１０本のＶ字状の溝を有するものが標準
的なものであるが必要に応じ溝の数を増減できる。本実
施形態では、前記のように３０本のものを用いた。シリ
コン製の基板６と、その表面に形成された固定側光ファ
イバ２を配列するためのＶ字状の溝８からなる配列部材
３と、配列された固定側光ファイバ２の先端を上部から
加圧固定するカバ−プレ−ト１０と、Ｖ字状の溝８と同
じ溝の方向及び断面を有する、移動側光ファイバ４をガ
イドするためのＶ字状の導入Ｖ溝９と、これら固定側Ｖ
溝８、導入Ｖ溝９に直行する方向に研削された排出スリ
ット７と、接続状態の移動側光ファイバ４の先端を、上
部から図示しない部材で加圧し、導入Ｖ溝９に固定して
位置決めする際に役立つ段部１３からなる。

【００２５】固定側Ｖ溝８、導入Ｖ溝９は、同じ方向
で、ピッチ０．２５ｍｍ、深さ０．１７ｍｍの同じ断面
のＶ字状の溝を有し、直径約１２５μｍの光ファイバ
２、４が完全にこの溝内に収納できるようになってい
る。排出スリット７の間隙は２ｍｍで深さは０．５ｍｍ
である。この接続部材の幅、すなわち側面６ａから６ｂ
までの距離は３ｃｍで、長さは５ｃｍ、厚さは約５ｍｍ
である。

【００２６】この接続部材を含む光スイッチに、所定の
光ファイバ束１から所定の固定側光ファイバ２を１０本
取り出して固定側Ｖ溝８に固定する。移動側光ファイバ
４は、２本が図示されているが本実施形態では１本のみ
を作動させた。勿論２本を同時に作動させることも可能
である。図４に固定側光ファイバ２と移動側光ファイバ
４を接続した状態の縦断面を示す。光ファイバの接続状
態でのこれら端面２ａと４ａとの間の間隙は約１５ミク
ロンで、この部分に屈折率整合剤層２０ａが形成され
る。駆動機構２５と接続している可動ヘッド５は、移動
側光ファイバ４を把持した状態で、駆動機構２５により
固定側光ファイバ２との接続動作がおこなわれる。

【００２７】屈折率整合剤２０は、光ファイバ２、４の
コアと同じ屈折率を有し、かつ粘度が５０ｃｐｓのシリ
コンオイルを用いた。この屈折率整合剤２０の粘度は１
００ｃｐｓを越えると空気の泡を巻き込みやすくなり、
気泡による接続損失の原因となるので１００ｃｐｓ以下
が好ましい。また粘度が５ｃｐｓを下まわると、光ファ
イバの端面に形成される液層又は液滴の厚さが薄くな
り、接続部の間隙の屈折率調整剤層の形成が困難となる
ので、５ｃｐｓ以上が好ましい。

【００２８】図１に示す光スイッチを作動させるにあた
り、まず屈折率整合剤２０を滴下装置３０から光ファイ
バ配列部材３の上のカバ−プレ−ト１０に２滴を連続し
て滴下したところ、滴下した液滴は、きわめて短時間に
カバ−プレ−ト１０から流下し、排出スリット７及び固
定側Ｖ溝８に達し、更に接続されている固定側光ファイ
バ２と移動側光ファイバ４の各端面の間隙に屈折率調整
剤層２０ａが形成された。また、接続されていない固定
側光ファイバ２の端面にも液滴が形成された。屈折率整
合剤２０を滴下する位置としては、接続部の間隙よりも
高い位置が好ましいが、屈折率調整剤と接続部材との親
和力等との如何により低い位置でも不可能ではない。場
合により接続部の間隙に直接滴下することも可能であ
る。

【００２９】光ファイバの接続部の間隙に屈折率調整剤
層２０ａの形成を確認してから、光スイッチの断続動作
を１日１回、及び屈折率調整剤の供給を１日に２滴の各
割合で、光スイッチを連続作動させたところ、ゴミなど
の異物に起因する接続損失の増加現象を生ずることなく
１年以上所期の性能を維持することができた。

【００３０】また、故意に、駆動機構２５の機械的接
触、磨耗により生ずる、基板６の材料であるシリコン粉
末、光ファイバの被覆の材料である光硬化エポキシ樹脂
の粉末、駆動機構の材料であるステンレスの金属粉を屈
折率調整剤２０で濡らした状態で、カバ−プレ−ト１０
の上に０．０１グラム載置して、上記と同じ条件で１年
以上稼働しても、異物により接続損失が増加する現象は
観測できなかった。これは、屈折率調整剤２０の粘性に
より異物が接続部材の表面に付着してしまい、光ファイ
バの接続部分の屈折率調整剤層２０ａに達することがで
きないことを示す。

【００３１】ただし、これら異物が乾燥した状態で保護
ケ−ス３１の内部の壁面や光スイッチの部材に付着して
いるときは、空中を飛散して前記屈折率調整剤層２０ａ
に達することもあり得るので、滴下ノズル３０は、あら
ゆる方向に屈折率調整剤２０を噴出して、屈折率調整剤
２０を吹き付けることにより付着した異物を洗い流すこ
とができるようになっている。

【００３２】なお、屈折率整合剤の蒸発による消耗量は
１日０．０５ｃｃ以下であり、１０年稼働しても高々５
０ｃｃである。従って、洗浄のために用いる屈折率調整
剤を再利用すれば、屈折率調整剤の所要量は、この程度
のわずかなものである。

【００３３】屈折率整合剤の供給が消耗量を超えるとき
は、接続部の間隙の屈折率調整剤層の平衡が崩れ過剰の
屈折率整合剤部分は重力に抗しきれずに落下等し、再び
平衡状態に達する。この現象を利用して、接続部の間隙
の液層中の劣化した屈折率整合剤と新しいものとを交換
することができる。シリコンオイルなどの屈折率整合剤
は長期間使用すると劣化して成分が変化し、屈折率も変
化するが、この交換により、屈折率調整剤層の屈折率
を、常に一定に維持できる。

【００３４】本実施形態では、屈折率調整剤２０として
シリコンオイルを用いたがこれに限定されるものでな
く、屈折率、粘度が同程度の他の化合物も利用できる。
また本実施形態では、光ファイバとしてガラス製の光フ
ァイバを用いたが、これに限定されるものでなくプラス
チック製のものにも適用できる。また本実施形態では、
屈折率調整剤２０を滴下装置３０から滴下して供給した
が、これに限定されるものではなく、光ファイバ２、４
又は接続部材等の表面に、屈折率調整剤供給装置から直
接付加する方法であってもよい。また本実施形態では、
基板６としてシリコンを用いたが、これに限定されるも
のでなくジルコニアであってもよい。また本実施形態で
は、ポンプ２８としてダイアフラム式のものを用いたが
これに限定されるものではなく、液体を含むチュ−ブを
ロ−ラで加圧して押し出す方式のロ−ラ−式のポンプで
あってもよい。

【００３５】

【発明の効果】メカニカル切換方式の光スイッチにおい
て、光スイッチを屈折率調整剤槽中に浸積する従来の方
法を廃止し、屈折率調整剤と光ファイバや接続部材の表
面との親和力に起因するいわゆる濡れ作用等を利用し
て、固定側光ファイバと移動側光ファイバの接続部の間
隙に屈折率調整剤を供給し、屈折率調整剤層を形成させ
る方法を採用したので、駆動機構の機械的接触、磨耗な
どにより生じた異物が光スイッチ内を移動し接続部の間
隙に混入して接続損失を増加させることがなくなり、光
スイッチの信頼性が顕著に向上することができる。ま
た、これにともない屈折率調整剤の保有量、使用量が従
来よりも顕著に減少し、光スイッチが小型、軽量化し、
コストが下がるとともに取扱も容易とすることができ
る。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の光スイッチを示す図である。

【図２】光ファイバの端部に形成された屈折率整合剤の
液層、液滴の形状を示す図である。

【図３】光スイッチの接続部材の詳細を示す図である。

【図４】光スイッチの接続部分の縦断面の詳細を示す図
である。

【図５】従来のメカニカル切換方式光スイッチを示す図
である。

【符号の説明】

１：光ファイバ束 ２：固定側光ファイバ ３：光ファイバ配列部材 ４：移動側光ファイバ ５：移動側光ファイバの可動ヘッド ６：基板 ７：整合剤排出スリット ８：光ファイバ固定Ｖ溝 ９：光ファイバ導入Ｖ溝 １０：カバ−プレ−ト １３：段部 ２０：屈折率整合剤 ２０ａ：屈折率整合剤の液層 ２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ：屈折率整合剤の液滴 ２１：光スイッチ本体 ２５：光ファイバ駆動機構 ２６：配管 ２７：タンク ２８：ポンプ ２９：濾過装置 ３０：滴下ノズル ３１：保護ケ−ス

フロントページの続き (72)発明者 小沢 一雅 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 田村 充章 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 富田 研一 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 中尾 直樹 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 黒岩 真人 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の固定側光ファイバに対して、少な
   くとも１本の移動側光ファイバの先端部を移動させて接
   続し、かつ接続した前記光ファイバの各端面の間隙に屈
   折率整合剤層を存在させる方式のメカニカル切換式の光
   スイッチにおいて、前記屈折率整合剤を、前記間隙、前
   記各光ファイバの表面又は前記各光ファイバの接続部材
   の表面に付加することにより前記屈折率整合剤を供給
   し、前記間隙に屈折率整合剤層を形成することを特徴と
   する光スイッチ
2. 【請求項２】 前記屈折率整合剤の粘度が５ｃｐｓ以上
   でかつ１００ｃｐｓ以下のシリコンオイルであることを
   特徴とする請求項１に記載の光スイッチ
3. 【請求項３】 前記屈折率整合剤を排出するための排出
   スリット又は排出した前記屈折率調整剤を貯蔵するため
   の排出タンクを備えていることを特徴とする請求項１に
   記載の光スイッチ
4. 【請求項４】 前記間隙に、蒸発による消耗量以上の量
   の前記屈折率整合剤を供給することを特徴とする請求項
   １に記載の光スイッチ
5. 【請求項５】 前記屈折率整合剤を貯蔵する貯蔵タンク
   と、この貯蔵タンクから所定の流量で屈折率整合剤を吐
   出するホンプと、このポンプから吐出された屈折率整合
   剤を濾過して清浄にする濾過装置と、この濾過装置によ
   り清浄にされた屈折率整合剤を滴下させる滴下装置から
   からなる屈折率整合剤供給装置を備えていることを特徴
   とする請求項１乃至４のいづれか１項に記載の光スイッ
   チ
6. 【請求項６】 前記滴下装置が、前記屈折率調整剤を噴
   出して付着した異物を洗浄する機能をも備えていること
   を特徴とする請求項５に記載の光スイッチ