JPH10239602A

JPH10239602A - 光スイッチ

Info

Publication number: JPH10239602A
Application number: JP9040577A
Authority: JP
Inventors: Yumi Kanbe; 由美神戸; Tetsuya Takeuchi; 哲也竹内; Masahisa Isaji; 雅久伊佐治
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【解決課題】小型で長期に亘って動作が安定し、高精
度、低損失で、消費電力が小さく、かつ低コストで製造
できる光スイッチの提供。【解決手段】圧電体に電圧を印加して変形させること
により光信号伝搬手段の位置または形状を変化させて光
路を切り替える光スイッチにおいて、水熱合成によって
形成された圧電体を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光スイッチ、特に圧
電素子を用いた光スイッチに関する。

【０００２】

【従来技術】光スイッチは、光通信システムにおける通
信路の変更、故障時または保守作業時の予備回路への切
替等に必須の光回路部品である。光スイッチは、Ｏ／Ｅ
／Ｏ変換型と光路切替型に大別される。Ｏ／Ｅ／Ｏ変換
型は、光信号を一旦電気信号に変換（Ｏ／Ｅ変換）し、
電気回路上でスイッチングを行ない、しかる後に光信号
に変換（Ｅ／Ｏ変換）するものであり、従来の電子スイ
ッチング技術を応用できるという利点がある。しかし、
光・電気信号間の変換素子が必要である上、通信路が電
気回路部を経由することになるため、信号伝達特性が電
気回路部の特性により制約される。

【０００３】光路切替型は，非機械式と機械式の２つの
タイプに大別される。非機械式スイッチは、複数の光導
波路を近接して配置し、これに電界や磁界等を作用さ
せ、電気光学的効果や磁気光学効果等を用いて光路の切
替えを行なうものである。非機械式スイッチは、スイッ
チング速度は高速であるが、使用可能な波長や偏波が制
限されたり、スイッチ挿入部の前後で位相や偏波等が変
化する。さらに、スイッチングに電気光学的効果や磁気
光学効果を有する材料が必要となるため、製造コストが
高くなる。

【０００４】一方、機械式スイッチには、バネや電磁石
等を用いてロッドレンズ、プリズムまたは鏡等の光学素
子を回転あるいは移動させるもの（光学素子駆動型光ス
イッチ）、光ファイバ端部を変位して光路を切り替える
もの（ファイバ移動型光スイッチ）、光導波路間の結合
率を変位により変化させて光路を切り替えるもの（光導
波路変形型光スイッチ）がある。前２者は非機械式と比
較するとスイッチング速度は遅いが、波長や偏波に依存
せずアイソレーションが大きくとれるため現状では最も
実用的な光スイッチである。しかし、光学素子やファイ
バを移動させる駆動装置の小型化が難しい。また、機械
的駆動部分を含むため長期に亘る使用が難しいという問
題があった。また、光導波路変形型光スイッチは一般に
構成が複雑になりやすく、小型化にはコストがかかると
いう問題がある。

【０００５】これらの問題を解決するべく様々な方法が
提案されている。例えば、特開昭53-1040号公報には駆
動手段として圧電素子を用いたマトリクス状光スイッチ
が記載されている。また、特開平5-313074号公報には、
伝送路の光ファイバとの結合損失が小さく経済性の点で
も優れるガラス系あるいはプラスチック系材料を用いて
平板導波路を形成し、これを圧電素子等を用いて変形さ
せ導波路の結合率を変化させる方法が記載されている。
しかし、従来用いられている圧電素子は、基板上に接着
層を介して分極した圧電体を貼り付けて形成しているた
め（例えば、特開平6-143163号公報参照。）、その小型
化に限界がある。また、長期に亘って繰り返し使用する
と接着層が変形あるいは劣化してサブミクロン単位の精
度を維持できなくなる。さらに、高い駆動電圧が必要で
あるという問題点がある。

【０００６】重量百μｇ程度の磁性合金からなるパイプ
を光ファイバの端部に装着し、周辺磁界を変化させるこ
とにより光ファイバを変位させる方法も提案されている
（長岡新二「小型・高性能自己保持型単一モード光ファ
イバスイッチの開発」ＮＴＴ技術ジャーナル(1994.1
0))。しかし、この方法では内径が百〜数百μｍ程度で
肉厚が数十μｍ程度の特殊な微小金属パイプが必要であ
り製造コストの面で問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、(1) 小型である、(2) 長期に亘って動作が安定して
いる、(3) 高精度である、(4) 低損失である、(5) 消費
電力が小さい、かつ(6) 低コストで製造できる、という
条件を同時に満たす光スイッチを提供することを目的と
する。また、上記の条件に加え、スイッチングが高速
で、変調器としての利用も可能である光スイッチを提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題解決の手段】本発明者らは、上記課題の解決手段
について鋭意検討した結果、水熱合成により圧電膜を形
成した圧電素子を用いれば、圧電素子の薄膜化、したが
って小型化が容易であり、しかも長期に亘り高精度が維
持され、なおかつ低消費電力化も可能であることを見出
だし本発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明は、以下の光スイッチを
提供する。（１）水熱合成によって形成された圧電体に電圧を印
加して変形させることにより光信号伝搬手段の位置また
は形状を変化させて光路を切り替える光スイッチ。（２）前記光信号伝搬手段が光ファイバである前記１
に記載の光スイッチ。（３）光ファイバ端面を圧電素子上に担持するか、圧
電素子の近傍に配置し、圧電素子の変形によって前記端
面の位置または方向を変化させて光路を切り替える前記
２に記載の光スイッチ。（４）光ファイバの端面近傍における外周面上に圧電
素子膜を形成し、圧電素子の変形によって前記端面の位
置または方向を変化させて光路を切り替える前記２に記
載の光スイッチ。

【００１０】（５）前記光信号伝搬手段が光導波路で
ある前記１に記載の光スイッチ。（６）２つの光導波路を微小な空隙を隔てて平行に配
設し、前記空隙の大きさを圧電素子の変形により制御し
て光導波路間の光学的な結合率を変化させる前記５に記
載の光スイッチ。（７）圧電体が鉛またはチタンを含有する圧電性複合
酸化物薄膜である前記１〜６のいずれかに記載の光スイ
ッチ。（８）圧電性複合酸化物がチタン酸ジルコン酸鉛であ
る前記７に記載の光スイッチ。

【００１１】(I)発明の概要本発明は、基本的には、圧電素子を利用した光スイッチ
であれば、どのような原理のものについても適用できる
が、基本的には、ファイバ移動型光スイッチ及び光導波
路変形型光スイッチについて好適に適用され得る。ファ
イバ移動型光スイッチは、図１に示すように端面の切ら
れた入力側ファイバ１と、当該端面の近傍に配置された
複数の出力側ファイバ（この例ではファイバ２及び３）
からなる。図１において、ファイバ１の端部は第一の位
置ａと第二の位置ｂのいずれかを採り得るように設計さ
れている。端部が第一の位置ａに位置するときは、ファ
イバ１の端面はファイバ２の端面に対向する。この結
果、信号は、ファイバ１から２へと伝達される。ファイ
バ１の端部が第二の位置ｂに位置するときは、ファイバ
１の端面はファイバ３の端面に対向する。この結果、信
号は、ファイバ１から３へと伝達される。

【００１２】光導波路変形型光スイッチは、図２に示す
ように空隙を隔てて配置された入力側導波路４と出力側
導波路５及び両者の結合率を変化させる手段６からな
る。図２において、導波路間の空隙が大きいと導波路４
に入力された信号は、通常の減衰分を除いてそのすべて
が出力端ａに出力される。ここで、空隙の大きさを十分
に小さくすると、導波路４を伝搬する光エネルギーがト
ンネル効果により導波路５に浸み出す。この結果、導波
路４に入力された光信号は導波路５にも分配され、出力
端ｂにも現れる。かくして、信号の分岐または分配とい
うスイッチング機能が実現されることになる。本発明で
は、上述のような光ファイバの移動もしくは変形または
導波路間の結合率の調整に水熱合成法により形成した圧
電体を用いることを特徴とする。

【００１３】(II)圧電体圧電体は、圧電素子とし、その上に光ファイバ端面また
は光導波路を担持するか、光ファイバ端面または光導波
路の近傍に設ける。または、光ファイバの端面近傍にお
ける外周面上に圧電体膜を形成する。圧電素子は、基板
上に圧電体を配設することにより製造される。基板の片
面に圧電体を設けたモノモルフ、両側面に圧電体を設け
たバイモルフ、基板と圧電体とを交互に積層した積層型
圧電素子があるが、本発明ではそのいずれを用いてもよ
い。

【００１４】基板は水熱合成時の加熱加圧条件に耐え得
るものであればよい。具体的には、ステンレス、鉄、ア
ルミニウム、チタン、鉛等の金属または合金、アルミ
ナ、チタニア等のセラミックス、及びフッ素樹脂、ポリ
イミド等の耐熱性有機材料が挙げられる。これらの材料
の複合体、あるいは、ガラス材料の上に上記材料を堆積
ないし被覆した複合体でもよい。圧電体と基板との接合
性を高めるために、水熱合成しようとする圧電体を構成
する金属元素からなる金属材料を選択するか、圧電体の
構成元素のうち少なくとも１種類の金属元素成分を、析
出あるいは塗布などにより基板最表面に存在させること
が好ましい。

【００１５】圧電体は通常、複合酸化物である。具体的
には、水熱合成され得るものであれば特に限定されな
い。このような複合酸化物の例としては、鉛またはチタ
ンを含有する複合酸化物、特に、ＰＺＴとして知られる
Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉの３つの元素を含むペロブスカイト
（ＡＢＯ₃）構造の複合酸化物が挙げられる。Ａサイト
（ＰＺＴではＰｂ）をＢａ、Ｃａ、Ｓｒ、ＬａまたはＢ
ｉ等から選択される１種または２種以上の元素で置換
し、Ｂサイト（ＰＺＴではＺｒまたはＴｉ）をＺｎ、Ｎ
ｉ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｓｂ、ＴａまたはＦｅ等か
ら選択される１種または２種以上の元素で置換してなる
複合酸化物も好適に用いられる。置換は複合的なもので
もよい。このような複合酸化物の例としては、Ｐｂ（Ｍ
ｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｔａ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ
（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｚｎ₁ _/3Ｔａ_2/3）Ｏ₃、
Ｐｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）
Ｏ₃、Ｐｂ（Ｆｅ_1/2Ｗ_1/2）Ｏ₃等、あるいはこれらの１
種以上とＰＺＴとの複合酸化物等が挙げられる。薄膜の
厚さは、通常、５０ｎｍ〜５０μｍ程度である。

【００１６】(III)水熱合成水熱合成は、既知の方法にしたがって行なわれる。典型
的な操作手順は以下の通りである。 (1)原料水溶液の調製水熱合成法では、はじめに、原料となる各種の金属塩を
水に溶解または半溶解する。用いる金属塩は、合成しよ
うとする複合酸化物の構成元素である金属陽イオンと適
当な陰イオンとの組合わせである。一般的には、硝酸
塩、硫酸塩、塩化物、次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、塩素
酸塩等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩等の有機酸塩が
用いられる。無機塩濃度は、各化合物について0.05〜5.
0 mol/リットル程度が好ましい。濃度が低すぎると膜形成の
効率が低下する。濃度が高すぎると無機塩濃度が飽和
し、原料が均一に調整できず、膜の収量が低下したり、
均一な膜質・膜厚のものが得られにくい。ｐＨは重要な
因子であり、合成しようとする複合酸化物により決ま
る。通常は、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、
水酸化カリウム等を用いてアルカリ性領域に調整する。

【００１７】(2)水熱合成水熱合成は上記の原料水溶液と基板をオートクレーブに
装入し加圧下に加熱して行なう。加圧・加熱することに
より常温常圧下では水に溶けにくい物質が溶解し、反応
速度が増大して、結晶の成長が促進される。加熱温度
は、原料となる金属塩の種類にもよるが、通常は１１０
〜１８０℃である。このような温度範囲で結晶を析出さ
せることにより、分極軸の揃った薄膜を得ることができ
る。密閉容器（オートクレーブ）中で加熱することによ
り加圧も同時に行なわれる。オートクレーブ内圧は一般
には温度によって決まるが、積極的に加圧してもよい。
1.4〜10.3気圧程度の圧力が好ましい。

【００１８】結晶核生成と結晶成長の２段階に分けて水
熱合成を行なってもよい（特開平4-342489号）。また、
オートクレーブを鉛直方向（重力方向）に振動させつつ
水熱合成を行なってもよい。振動を加えることにより、
大面積で、かつ厚みの均一な複合酸化物薄膜を安定的に
製造することができる（特願平8-77044号）。振動の周
波数は１Ｈｚ以上、好ましくは３Ｈｚ〜３０Ｈｚとす
る。１Ｈｚ未満ではその効果が十分に発揮されない。振
動周波数が高くなると効果が飽和する上、オートクレー
ブ内の気体が気泡となって基板上に付着するなど、かえ
って薄膜の均一性が低下する。加熱、加圧及び振動を同
時に行なうためには、例えば、オイルバスや電気炉中に
上下に可動のステージまたは握持手段を設け、これにオ
ートクレーブを担持して電気モータやエアーモータによ
り上下動を加えればよい。

【００１９】本発明においては、水熱合成された基板−
複合酸化物積層体の表面を封孔処理してもよい（特願平
8-277825号）。封孔処理は、(a)樹脂、セラミック等の
絶縁材料を用いて複合酸化物薄膜の多孔質部分及びピン
ホールを絶縁物で埋める処理をする方法、あるいは(b)
基板に金属を使用する場合に、複合酸化物薄膜を形成し
た後、基板−複合酸化物積層体を高温酸化性雰囲気下に
置き、薄膜による被覆がされていないか、あるいは被覆
が不十分なピンホール部分に絶縁性酸化物被膜を形成す
る方法のいずれかにより行なうことができる。処理に使
用する絶縁材料またはその前駆材料は、有機系及び無機
系のいずれでもよい。

【００２０】有機系材料としては、例えば、塩化ビニ
ル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネー
ト、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール、ポ
リサルフォン、液晶ポリマー、ＰＥＥＫ（ポリエーテル
エーテルケトン）等が挙げられる。また、無機系材料と
しては、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア等の
材料をベースにしたセラミックコーティング材料、金属
アルコキシドやポリシラザン等のセラミック前駆体等が
挙げられる。

【００２１】(IV)圧電素子の形成上記のようにして基板上に圧電体層を堆積した後、さら
にその上に電極を堆積ないし被覆することにより圧電素
子を形成する。圧電層上に形成される電極は、Ａｌ、Ｎ
ｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の導電材料からなる。膜
厚は通常１μｍ以下、より好ましくは0.1μｍ以下とす
る。電極形成方法はとくに限定されないが、例えば、無
電解メッキ法、スパッタリング法、蒸着法、導電ペース
トの塗布等によることができる。特にスパッタリング法
が好ましい。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により、本発明の光スイッチの
好適構成例を示すが、これらは例示であり、本発明はこ
れらに限定されるものではない。実施例１図３に本発明の一態様による光スイッチ１０を示す。光
スイッチ１０は、基本的には、ハウジング１１、並びに
その内部に収容された圧電素子板１２、支持ブロック１
３及び出力端ブロック１４、さらに制御ユニット（図示
していない。）からなる。入力光信号は光端子１５によ
りスイッチ１０内に導入される。光端子１５には光ファ
イバ１６が接続されており、この光ファイバ１６は、ス
イッチ１０内の空洞１７を経て入力端子１５とは反対側
の端部が圧電素子板１２上に固定されている。なお、光
ファイバの圧電素子板上への固定は、例えば、エポキシ
系、シアノアクリレート系のような接着剤により行われ
る。

【００２３】図４（図３のＡ−Ａ′における断面図）に
示すように、圧電素子板１２は、基板１８上に圧電体層
１９及び電極層２０を設けてなる。圧電素子板１２は、
その一方の端部が支持ブロック１３内に嵌入し固定され
ている。固定部では、圧電素子板１２の表面に設けられ
た電極層２０が支持ブロック１３に設けられた電極板２
１に接触している。電極板２１は支持ブロックを貫いて
端子２２に接続される。なお、この例では、基板の両面
に圧電体層を設けたバイモルフ構造を示しているが、基
板が導電体、例えば、Ｔｉ板等の金属板である場合に
は、これに接続する端子をさらに設けた３端子構造とし
てもよい。あるいは、基板の片面のみに圧電体層及び電
極層を設け、基板と前記電極層に電圧を印加するモノモ
ルフ構造としてもよい。圧電素子板の残りの部分はハウ
ジング１１内の空洞１７に突出しているため、端子２２
を介して電圧を印加することによりこれを屈曲させ、そ
の上に固定された光ファイバ１５の端面２３の位置を変
位することができる。

【００２４】すなわち、端子２２間に電圧を印加しない
（つまり、両端子を同電位とした）状態では、図４に示
すように、圧電素子板１２は支持ブロックから垂直に突
き出た位置にある。このとき、光ファイバ１６の端面２
３は、位置ａ、すなわち、出力端ブロック１４に埋め込
まれた出力側光ファイバ２４の端面と対向する位置にあ
る（図３参照）。このため、光信号は光ファイバ２４内
を伝搬し、端子２７より出力される（図６）。ここで、
端子２２間に電圧を印加すると、圧電素子板１２が屈曲
し、光ファイバ１６の端面２３は、位置ｂに変位され
る。この結果、端面２３は、出力端ブロック１４に埋め
込まれた出力側光ファイバ２５の端面（図４及び図５）
と対向することとなり、光信号は端子２８より出力され
る（図６）。また、電圧を逆極性にして印加すると、圧
電素子板１２は反対方向に屈曲する。この結果、光ファ
イバ１６の端面２３は、位置ｃに変位する。この結果、
端面２３は、出力端ブロック１４に埋め込まれた光ファ
イバ２５の端面と対向することとなり、光信号は端子２
９より出力される（図６）。なお、光ファイバ２４〜２
６の代わりに光導波路を用いてもよい。

【００２５】この例では、圧電素子の位置を、電圧印加
なし、及び正極性及び逆極性印加の３つの位置とした
が、圧電素子に印加する電圧を調整することにより、さ
らに多数の位置を設定し、これにより、１×ｎ型スイッ
チを構成してもよい。また、反対に、上記３状態のうち
のいずれか２つのみを有効にした１×２型スイッチとし
てもよい。あるいは、図７のように印加電圧なしの状態
で圧電素子板１２がハウジングの底面に支持されるよう
にして状態ａとｂのみを有効にした１×２型スイッチと
してもよい。これらの場合、いずれのスイッチング位置
でも光ファイバ１６または圧電素子板１２がそれぞれハ
ウジングの内壁面に当接し固定されるので、端面２３の
位置をより精密に、すなわちサブミクロン単位で位置決
めすることが可能であり、光ファイバ間の光軸ずれによ
る損失が最小限に抑えられる。かつスイッチ全体を薄型
化できる。

【００２６】あるいはまた、図８に示すように圧電素子
板１２をハウジング１１の壁面と支持ブロック１３によ
って両もち梁構造としてもよい。この場合、電圧（正極
性）印加時に圧電素子板１２は中央が凸な湾曲構造とな
るので、光ファイバを安定に保持するためには圧電素子
板１２の当該部分にＶ字溝３０を設けることが好まし
い。図８(b)では圧電体にＶ字溝３０を設けているが、
基板にＶ字溝を設けてその上に水熱合成膜を形成しもよ
い。また、ハウジング１１の壁面からの張力は湾曲を妨
げるため、ハウジング１１の壁面に凹みを設けるか該壁
面に突起３１を設けて、圧電素子板１２の保持を点接触
とし、ハウジング１１の壁面からの張力の発生を防ぎつ
つ圧電素子板１２の端部を拘束することが好ましい。ま
た、突起３１により、外的振動に対し位置ずれが防止さ
れる効果もある。

【００２７】なお、スイッチへの入力端子１５及び出力
端子２７〜２９の構成は既知の光スイッチと同様であ
る。また、結合損失を低減するためには、ハウジング
内、特に光ファイバ１６の端面２３と光ファイバ２４〜
２６の端面が対向する位置にファイバのコアとほぼ等し
い屈折率を有する屈折率整合液を充填することが好まし
い。屈折率整合液としては、シリコーンオイル等を用い
ることができる。一般に光ファイバのコア部は、シング
ルモード光ファイバで数〜十μｍ程度、マルチモード光
ファイバで数十〜百μｍ程度である。このため、ファイ
バ移動型光スイッチでは、ファイバの精密な移動が必要
であるが、本発明の水熱合成膜を利用した光スイッチで
は上述のように精密な位置合わせを容易に行なうことが
可能となる。

【００２８】実施例２図９及び図１０には実施例１とは異なる態様、具体的に
は光導波路変形型の光スイッチ４０を示す。光スイッチ
４０は、方向性結合器４１の側面に圧電素子板４２を設
けたものである。方向性結合器４１は、クラッド内に入
力側光信号伝搬路４５に続く光導波路コア４３及びコア
４４を含む。コア４３と４４は、結合部において近接し
た後（図１０(a)）、出力側の光信号伝搬路４６及び４
７にそれぞれ続いている。図では、入出力端の光信号伝
搬路４５、４６、４７を光導波路コアとして示している
が（わかりやすくするため周囲のクラッドを除いて示し
ている。）、これらは光ファイバでもよい。通常、結合
部の長さ（結合長）ｌはｍｍオーダーの値であり、コア
間隔ｄはμｍオーダーの値である。本発明においては、
コア及びクラッドはアクリル樹脂、ポリカーボネート等
のポリマー等からなる可撓性材料で構成する。圧電素子
板４２の構成は実施例１と同様である。

【００２９】実施例１と同様にして圧電素子板４２の表
裏に設けた電極に電圧を印加し、圧電素子板４２を変形
させると、図９(b)に示すように、方向性結合器４１も
変形する。この結果、結合長ｌ及びコア間隔ｄ及び結合
部の屈折率が変化する（図１０(b)）。信号分岐比、す
なわち、入力端４５に信号入力した際における出力端４
７からの出力を全出力（４６と４７からの出力の合計
値）で割った比率は、信号を伝搬する光波長λ、コア及
びクラッドの屈折率、並びに結合長ｌ及びコア間隔ｄ等
により決まる。したがって、圧電素子板４２への電圧印
加により、上記パラメータｌ及びｄを変化させ、これに
より信号分岐比を変化させることができる。本発明で用
いる水熱合成膜は可撓性に優れ、かつ強い駆動力を示す
ため、分岐比を０〜１００％程度の範囲で変化させるこ
とが可能であり、信号分配器及びスイッチとして有用で
ある。また、応答時間が数十ミリ秒程度と短いため、信
号変調手段として利用することも可能である。

【００３０】なお、方向性結合器４１は、常法にしたが
い、例えば、クラッドに溝を形成し、これにコア材料を
埋め込み、しかる後、これらをさらにクラッド層で被覆
することにより製造できる。また、図９には方向性結合
器４１及び圧電素子板４２の支持構造の詳細は示してい
ないが、図８(b)と同様に両もち梁構造とした圧電素子
板４２の表面に方向性結合器４１を接着剤で貼り付ける
構造が好ましい。

【００３１】実施例３図１１〜１３には本発明のさらに異なる態様による光ス
イッチ５０を示す。図１１に示す態様は１×２型スイッ
チである。ハウジング５１には概ねＹ字型のファイバ収
納部５２が設けられている。Ｙ字の基部には入力側光フ
ァイバ５３が収納される。Ｙ字の腕部には出力側光ファ
イバ５４と５５が収納される。Ｙ字の交差部にはスイッ
チング制御用端子５６と５７が設けられ、これは制御ユ
ニット（図示していない。）に接続している。図１３に
示すように、入力側光ファイバ５３の出力端（Ｙ字の交
差部側）の外周面には好ましくはＴｉ膜である金属被膜
５８が設けられ、その上に水熱合成圧電体膜５９が形成
されている。さらにその上に電極６０と６１が互いにフ
ァイバ５３の軸に対して対称的にかつ分離して形成さ
れ、Ｔｉ膜５８−圧電体膜５９−電極６０及びＴｉ膜５
８−圧電体膜５９−電極６１が、それぞれ圧電素子を形
成している。電極６０と６１はそれぞれ、前記のスイッ
チング制御用端子５６と５７にリード線６２と６３を介
して接続される。光ファイバ上への金属被膜の形成は、
蒸着、無電解メッキ等の既知の方法にしたがって行えば
よい。分離電極の形成等は、適当なマスキング材を使用
するほかは通常の電極形成方法と同様である。

【００３２】Ｔｉ膜５８をアースして、電極６０に正電
圧を電極６１に負電圧を印加すると電極６０側の水熱合
成膜はファイバ長手方向に縮み、電極６１側がファイバ
長手方向に伸びるため、光ファイバ５３の端部は屈曲し
て第１の出力側ファイバ５４の端面に対向する。第１の
出力側ファイバ５４の延長上には突起６４が設けられて
いるため、光ファイバ５３は光ファイバ５４の端面と正
確に対向する。このため光軸ずれのない精密な光学的結
合が実現できる。また、印加電圧を反転させると、光フ
ァイバ５３の端部は反対方向に屈曲して第２の出力側フ
ァイバ５５の端面に対向する。第１の出力側ファイバ５
５の延長上には突起６５が設けられているため、光軸ず
れのない精密な光学的結合が実現できる。損失を低減す
るためには、交差部内にはファイバのコアとほぼ等しい
屈折率を有する屈折率整合液を充填することが好まし
い。

【００３３】この態様では圧電素子が光ファイバ自体に
形成されているため、光スイッチ全体の大きさを小さく
かつ薄いものとすることができる。また、スイッチング
速度が速い。なおかつ、出力側光ファイバ５４と５５は
分離部６６により互いに分離されているため、信号を確
実に分離することができる。

【００３４】以上の例では、一つの入力に対し複数の出
力を有する光スイッチの例を挙げたが、入出力を反対に
すれば複数の入力のいずれか一つを選択するような光ス
イッチを構成することもできる。また、これらのスイッ
チを一つ以上組み合わせることにより、複数の入出力の
任意の組を関連付けるマトリクス型光スイッチの構成も
可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明の光スイッチでは、薄膜である水
熱合成膜を用いるため小型化が容易であり、かつ駆動電
圧を下げることができる。駆動電圧が低いため、電源と
して乾電池の利用も可能となるなど、装置全体の製造コ
スト及び装置の使用に伴うランニングコストも低減され
る。また、水熱合成では基板と圧電素子との間に接着剤
が介在しないため位置決め精度、温度安定性、耐久性及
び耐振動性が改善される。さらに、基板の材料について
は選択し得る範囲が広いため、所望の強度、可撓性の圧
電素子を設計し、用途に応じた光スイッチを製造するこ
とが可能である。また、任意の形状の基板を用い得るた
め、例えば、基板にＶ字溝を設けて光ファイバの保持を
安定化したり、光ファイバの外周面に圧電素子膜を形成
することも可能である。さらに光スイッチの切り換え速
度を上げることにより、本発明による光スイッチング技
術を変調器に応用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバ移動型光スイッチの動作原理を説
明する模式図。

【図２】光導波路結合型光スイッチの動作原理を説明
する模式図。

【図３】本発明の光スイッチの一態様を示す、壁面を
部分的に除いた斜視図。

【図４】図３のＡ−Ａ′に沿って切断した断面図。

【図５】図３のＢ−Ｂ′に沿って切断した断面図。

【図６】図３の光スイッチの出力端側の端子の配置を
示した部分的斜視図。

【図７】図３の光スイッチとは別の態様における図４
に相当する断面図。

【図８】図３の光スイッチとは別の態様における図４
に相当する断面図。

【図９】本発明による導波路変形型光スイッチの一態
様を示す斜視図。

【図１０】図９の光スイッチを導波路を横断するよう
にＡ−Ａ′に沿って切断し、スイッチングの動作原理を
示した断面図。

【図１１】本発明によるさらに別の光スイッチを示す
斜視図。

【図１２】図１２の光スイッチを水平に切断した断面
図。

【図１３】図１２の光スイッチで用いる圧電素子を形
成した光ファイバの端面の積層構造を示す模式図。

【符号の説明】

１光ファイバ（入力側）２，３光ファイバ（出力側）４，５光導波路コア部６光導波結合率増減手段１０光スイッチ１１ハウジング１２圧電素子板１３支持ブロック１４出力端ブロック１５光信号入力端子１６光ファイバ１７空洞１８基板１９圧電体層２０電極層２１電極板２２端子２３光ファイバ端面２４，２５，２６光ファイバ２７，２８，２９光信号出力端子３０Ｖ字溝３１突起４０光スイッチ４１光方向性結合器４２圧電素子板４３，４４光導波路コア部４５，４６，４７光信号伝搬路５０光スイッチ５１ハウジング５２光ファイバ収納部５３入力側光ファイバ５４，５５出力側光ファイバ５６，５７電極５８金属層５９圧電体層６０，６１電極層６２，６３リード線６４，６５突起

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｂ 10/02 Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１Ｃ１０１ＤＨ０４Ｂ 9/00 Ｔ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水熱合成によって形成された圧電体に電
圧を印加して変形させることにより光信号伝搬手段の位
置または形状を変化させて光路を切り替える光スイッ
チ。
【請求項２】前記光信号伝搬手段が光ファイバである
請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】光ファイバ端面を圧電素子上に担持する
か、圧電素子の近傍に配置し、圧電素子の変形によって
前記端面の位置または方向を変化させて光路を切り替え
る請求項２に記載の光スイッチ。
【請求項４】光ファイバの端面近傍における外周面上
に圧電素子膜を形成し、圧電素子の変形によって前記端
面の位置または方向を変化させて光路を切り替える請求
項２に記載の光スイッチ。
【請求項５】前記光信号伝搬手段が光導波路である請
求項１に記載の光スイッチ。
【請求項６】２つの光導波路を微小な空隙を隔てて平
行に配設し、前記空隙の大きさを圧電素子の変形により
制御して光導波路間の光学的な結合率を変化させる請求
項５に記載の光スイッチ。
【請求項７】圧電体が鉛またはチタンを含有する圧電
性複合酸化物薄膜である請求項１〜６のいずれかに記載
の光スイッチ。
【請求項８】圧電性複合酸化物がチタン酸ジルコン酸
鉛である請求項７に記載の光スイッチ。