JPS5831562B2 - 光学フアイバ用光学スイツチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学通信に関し、さらに具体的には光学ファイ
バを逆Ｌで伝送される光学エネルギを選択的に偏向させ
るための光学ファイバ用光学スイッチに関する。

従来技法 電子データ通信及びデータ処理システムの製造者及びユ
ーザ間に光ファイバに対するかなりの興味が存在する。

光学ファイバは少なくとも、通常の導線で可能なよりも
高いビット率で光学信号の形でデータを伝送し得る。

さらに光学ファイバは通常の電気通信及びデータ処理シ
ステムをなや１した問題の一部になや１されない。

光学ファイバは伝送されたデータに対する優れた安定性
を与えろ。

なんとなれば光学エネルギがファイバから殆んど放射さ
れないからである。

光学ファイバは容易にはタップを設ける事が出来ず電気
的ケーブルとちがって、信号「誘導」過程によっては容
易にモニタされ得ない。

ファイバからはほとんどもしくは全く光学エネルギは放
射されないので、多重ファイバ・ケーブル中の隣接ファ
イバ間では殆んど漏話は存在しない。

さらに光学ファイバはファイバを使用するシステム内も
しくは外部で発生される電磁雑音の歪の効果を免れる。

光学ファイバは成るデータ処理及び通信環境中の電気導
体に１さった多くの利点を有するが、これ等の環境中の
ファイバ・オプテイクスの使用は同様に成る問題を与え
、この事はこの様なシステムのより広汎な発展をつ１ず
かせた。

この問題の１つはシステム中の異なるファイバもしくは
ファイバの粗間で光学データをスイッチし得る信頼性あ
る低コスト機構が存在しない事である。

種々の技法がスイッチ機能を遂行するために提案されて
来た。

１つのこの様な技法は２つもしくはそれ以上の他のファ
イバと整列する様にファイバの端を機械的にシフトもし
くは移動させる方法である。

純粋な機械的スイッチは試験済の複雑な技法を使用する
という利点を有する。

機械的スイッチは本来機械的であり、極めて細い光学フ
ァイバと適切な整列を与えるためには注意深く製造され
なくてはならないのでこの様なスイッチはきわめて高価
なものになる。

さらに他の機械的な素子と同様に、この様なスイッチは
損耗をうけやすい。

スイッチされたファイバの整列を保持するためには定期
的な保守と調節が必要とされる。

さらに、整列可能なファイバの端はスイッチング中の機
械的すき間を与えるために互いに間隔かはなれていなく
てはならない。

過剰な間隔は２つのファイバ間のインターフェイスで光
学信号強度の著しい損失をもたらす。

さらに、機械的スイッチは容積がかさばりがちであり、
周囲の粉じんの汚染をうけやすい。

他の提案された光スイツチング配列体は端面が傾斜した
透明部材を使用する。

電磁ソレノイドが透明部材を２つの光学ファイバ端子間
の液体で充満された光透過経路へ出入させるのを制御す
るのに使用される。

透明部材が光透過経路外にある時には、光学信号は２つ
の端子間の光透過経路に沿って伝送される。

透明部材が経路中に挿入される時は光学信号は遮断され
、透明部材に整列する検出器へ向けて経路中を直角に反
射される。

検出器を発光ダイオードの如き光源で置換する時は同一
機構が電気信号を光伝送路に選択的に導入するのに使用
され得る。

この機構は純粋な機械的スイッチに対し成る利点を有す
るが、同様に成る欠点を有する。

透明部材が入口から液体充満経路へ延びているので、液
体封止体が与えられ、保守されなければならない。

この配列体はソレノイド及び特殊な液体充満光透過経路
に対する必要性によって極めて高価になりがちである。

その上、この機構は並列光学データ経路を制御するのに
十分適しているとは思えない。

ソレノイド付勢透明部材の並列配列体は高価であり、同
時付勢に基づく場合ですら、個々のソレノイドの異なる
応答時間が並列バスのチャンネルの同時スイッチを妨げ
る。

さらに他の提案された光学スイッチは平行な室壁がファ
イバ軸に成る角度で延びる、光学ファイバ経路内の室を
必要としている。

このスイッチは蒸発可能な光透過液体のための貯蔵庫を
含む。

貯蔵庫の液体が非加熱状態にある時、室は光を反射する
蒸気で充満される。

貯蔵庫が加熱される時、液体は貯蔵庫から室を充満する
ように膨張する。

液体が透明であるため、導入される光学データは室を通
して光学ファイバ経路に沿って通過される。

この様な装置は機械的移動部材を有さないという利点を
有するが、特殊な液体制御用加熱器もしくは装置を与え
なくてはならないので高価である。

さらに、室の寸法は通常の動作条件の下で液体が適切に
蒸発され得ることを保証する様に極めて細かく制御され
なければならない。

さらに開示されたスイッチは単一の光学ファイバを制御
するのに使用されている。

もし複数個のスイッチが並列に光学データ・バスを制御
するのに使用されなければならない場合には、同期の問
題が懸念される。

なんとなれば液体の品質、室寸法、加熱器の特性等に卦
ける微小な差異が種々のスイッチをして異なる時間で動
作せしめるからである。

本発明に従って横取される光学スイッチに釦いては従来
技法の光学スイッチの周知の欠点の多くが克服される。

この様なスイッチは第１の光学ファイバから軸方向に配
列された第２の光学ファイバに通常送られる光学エネル
ギを選択的に偏向するのに使用される。

スイッチは２本のファイバの隣接端間を横切って延びる
中空の光透過管を含む。

この管は光透過液体のマトリックス中に光偏向材料の区
別可能な塊を有する。

この別個の光偏向塊を２本の整列ファイバに相対的な所
望の位置に移動させるため、中空管内の圧力を変更する
ための装置が与えられている。

第１図は１対２の多重分離器（デマルチプレクサ）の機
能を果し得る本発明に従って構成される光学スイッチを
示す。

１対２の多重分離器とは単一の入力信号を制御信号の関
数として２つの別個の出力路のいずれかに指向し得る装
置である。

光学スイッチは光学エネルギに透明である材料で形成さ
れている中空管１０を含んでいる。

管１０は相対的に圧縮不能な光透明な液体１８のマトリ
ックス中に互いに間隔を隔てて光偏向材料の１乃至それ
以上の塊１２，１４．１６を含んでいる。

中空管１００１つの端は光透明液体１８のための貯蔵庫
２０を形成する様に拡張されている事が好ましい。

貯蔵庫２０の１壁は貯蔵庫２０の液体に対して利用可能
な体積を変化させるために使用される圧カドランスジュ
ーサ２２によって少なくとも部分的に形成されている。

管１０の対向端は管の一端にわける容積２８に相対的に
一定圧力を与える様に小さな通気管２６を介して大気圧
にさらされ得る。

他の実施例にあ−いては、貯蔵庫２０と類似の貯蔵庫が
管１０の上方端に与えられ得る。

制御装置３０は貯蔵庫２０の液体の容積を変化する様に
動作する。

液体の容積が減少される時、貯蔵庫２０の増大する圧力
は光偏向塊１２，１４及び１６を管１０中上方に押上げ
ろ。

第２の貯蔵庫が管１０の上方端に与えられている場合に
はこの第２の貯蔵庫に対するトランスジューサは第１の
貯蔵庫のトランスジューサと反位相で動作する。

例工ば、トランスジューサ２２が貯蔵庫の容積を減少す
る事によって流体圧力を増大する時、第２のトランスジ
ューサは管１０の他の端に卦いて流体圧力を同時に減少
させる。

光偏向塊の少なくとも１つの位置は塊検出端子３４及び
３６を有する検出器３２によってモニタされ得る。

光偏向塊は水銀小滴であり得る。もし水銀小滴の場合に
は端子３４及び３６は検出器３２内の信号経路を閉成す
る様水銀小滴の１つによって橋かけされ得る簡単な電極
であり得る。

塊検出端子の唯一つの組が図示されており、１個の水銀
小滴が特定の位置に押上げらＮ湧）どうかを決定するだ
けの能力を与えているが、同一もしくは他の複数の水銀
小滴が特定位置に導入されたかを示す積極的信号を与え
るために管に沿う他の複数個の点に追加の端子が与えら
れ得る。

管は光学的に透明であるので、通常の光検出器素子が電
極端子に代って使用され得ろ。

この様な素子の１つの利点は管１０の外部に位置付けら
れ得る点にある。

光偏向塊は勿論相対的に圧縮不可能で周囲の光透過液体
と混合するものであってはならない。

光偏向塊の特性は使用される特定のシステムに従って変
化され得ろ。

塊は反射性、屈折性もしくは光吸収性のものであり得ろ
。

なんとなればこれ等の性質を有する塊は光学エネルギの
透過に影響を与えるからである。

上述の光学スイッチは１対２の多重分離器として使用さ
れ得る。

この様な応用の場合に、同一の入力信号は導入即ち入力
光学ファイバの対に印加される。

例えば、信号１は光学ファイバ３８及び４０に同時に印
加される。

第２の入力信号は光学ファイバ４２及び４４上に並列に
存在する。

光学ファイバ４６．４８，５０．５２が出力信号経路を
与えろ。

出力ファイバの各々は入力ファイバの１つに軸方向に整
列されている。

管１０内の光偏向塊１２，１４，１６の位置に依存して
信号１は出力ファイバ４６もしくは出力ファイバ４８の
いずれかに印加され、信号２は出力ファイバ５０及び５
２の唯一つに印加され得る。

スイッチが図示された位置にある時には、光偏向塊１２
はファイバ３８から受取られる信号が出力ファイバ４６
に転送されるのを阻止する。

入力ファイバ４０を通して印加された信号は、管１０の
光学透明壁を、次いで光学的透明液体を介して直接出力
ファイバ４８に転送される。

同様に、塊１４は入力ファイバ４２を介して印加される
信号を阻正し、他方入力ファイバ４４を介して印加され
る信号はスイッチを通して出力ファイバ５２に転送され
ろ。

もし光偏向塊の位置が管１０内の塊を移動する事によっ
て変更されると、データ経路は出力ファイバの第２の組
に移される。

即ち信号１は入力ファイバ３８から塊１２及び１４間の
何もない液体を介して出力ファイバ４６に転送される。

同様に信号２は塊１４及び１６間を通して入力ファイバ
４２から出力ファイバ５０へ転送される。

これらの条件の下に、塊１４は入力ファイバ４０から出
力ファイバ４８をアイソレートし、塊１６は出力ファイ
バ５２を入力ファイバ４４からアイソレートする。

明らかに、光偏向塊の間隔及び光ファイバの寸法に相対
的なファイバ間の間隔はファイバの寸法及び間隔の関数
として変化され得る。

各棟は２つの間に介在する時その整列した入力ファイバ
から出力ファイバを完全にアイソレートするに十分に大
きくなる必要がなければならｉい。

一般的に塊寸法及び間隔はスイッチがその２つの通常位
置の少なくとも１つにある時任意の光学経路から完全に
排除される如きものである。

唯一っの除外例は塊１４の如き２倍の寸法の塊が互いに
位相を１８０′ずらしてスイッチされろ隣接ファイバを
制御するのに使用される場合である。

上述のスイッチは同一の２つの入力信号のうちの一方を
単に阻止する事によって信号スイッチング機能を遂行し
た。

同じスイッチング機能は単一の入力ファイバでも遂行さ
れ得る。

第２図はこの様なスイッチ装置の１実施例を示す。

光学的に透明な材料から形成された中空管５４は水銀小
滴の如き光反射材料の単−塊５６を含む。

反射塊５６は光透過性液体５８によって取囲１れている
。

上述の如く反射性塊５６の位置はトランスジューサ６１
によって貯蔵庫６０の液体の圧力を変化させ６事によっ
て制御され得る。

このスイッチが使用される様な光学装置は光源６４によ
って与えられる信号を伝送するための入力ファイバ６２
を含む。

入力ファイバ６２は出力ファイバ６６及び共通ファイバ
６８を含むＹ字形ファイバ結合体の１部である。

この結合体は成る条件の下には入力及び出力信号の両者
を運んでいる。

ファイバ６６は光検出器７０中に終っている。第２の出
力ファイバフ２は中空管５４０対向測で、共通ファイバ
６８と整列している。

出力ファイバフ２は他の光検出器７４中に終っている。

塊５６が図示された位置にある時には、光源６４によっ
て発生された光学信号は入力ファイバ６２、共通ファイ
バ６８、中空管５４及び出力ファイバフ２を通して光検
出器７４に達する。

信号経路を変えるためには、貯蔵庫６０中の圧力がトラ
ンスジューサ６１によって増大され、反射塊５６がファ
イバ６８及び７２間に整列される。

すると反射塊５６は出力ファイバフ２をアイソレートし
て、光学エネルギを共通ファイバ６Ｂ及び出力ファイバ
６６を通して光検出器７０へ反射させる。

反射塊５６が入力信号を共通ファイバ６８を通して光検
出器７０に反射させるためには、塊５６によって提示さ
れる表面は平面でファイバ６８及び７２の共通軸に垂直
でなければならない。

入力ファイバの軸に関して反射塊の平らな表面を傾ける
事によって、上述のＹ字形ファイバに代って完全に別個
の入力及び出力ファイバが使用され得る。

第３図を参照するに、信号入力ファイバフ８及び第１の
出力ファイバ８０間の空間中に横方向に延びる中空の光
学的に透明な管７６が存在する。

第２の出力ファイバ８２が整列されたファイバ７８及び
３０の共通軸に成る角度をなして光学スイッチから離れ
て延出している。

管７６を通して横切っている孔８４は少なくとも１つの
主な平うな表面を有する。

平らな表面８６からの垂線は入力ファイバフ８及び出力
ファイバ８２の軸間の角を２等分している。

管７６はすでに説明された他の光学スイッチと同じ方法
で貯蔵庫及びトランスジューサに接続されている。

孔８４は光透過液体のマトリックス中に少なく共１個の
区別可能な反射性材料の塊を含んでいる。

光透明性の液体がファイバ７８及び８０間に介在してい
る時は、ファイバ７８からスイッチに印加される光学信
号は管７６及び光透過液体を真直ぐ通過して出力ファイ
バ８０に達する。

第４図は入力ファイバフ８及び出力ファイバ８０間の管
７６内の成る位置に反射性塊が移動された状態の第３図
と同じスイッチを示す。

入力ファイバフ８を通してスイッチに印加される光学信
号は反射性塊から第２の出力ファイバ８２に向って鏡面
反射される。

孔８４の平らな表面８６はファイバ７８及び８２の軸に
よって定渣る角の２等分線に垂直であるので、反射され
る光学エネルギはファイバ８２の軸に一致する経路に従
う。

管７６の外部表面はスイッチに出入する光学エネルギを
収束させるのに使用される素子８８゜９０及び９２の如
きレンズ状の素子を含み得る。

この様な収束はスイッチの内部及び外部インターフェイ
スに釦ける光学信号の散乱によって生じ得るであろう信
号強度の損失を減少する。

これ迄に説明された光学スイッチは２つの出力経路のう
ち１つを選択するために光の阻止もしくは光の反射を使
用した。

異なる特性の光偏向材料の複数個の塊を単一の管へ組込
む事によって、単一の入力信号は少なくとも３つの出力
ファイバの１つへ指向され得るかもしくは単に阻止され
得る。

第５図を参照するに、入力ファイバ９４は部分的に光透
過液体９８で充満された中空の光学的に透明な管９６に
隣接して示されている。

管９６は同様に異なる光学的特性を有する光偏向材料の
３つの離散的塊１００，１０２，１０４を含んでいる。

塊１００は高い反射性の塊であり得る。

塊１０２は入射光を屈折し得る屈折性の塊であり得る。

塊１０４は光吸収性の塊である。

第５図及び第６図を機能的に組合せて考察すると、液体
９８が入力ファイバ９４の軸上にある時には、入力光学
信号は光学スイッチを通って軸上に整列した出力ファイ
バ１０６に伝送される。

もし反射性域１００が入力ファイバ９４と整列している
時は、印加信号は第２の出力ファイバ１０８へ反射され
る。

もし屈折性塊１０２が入力ファイバ９４と整列している
時は、印加光学データ信号は第３の出力ファイバ１１０
の方に屈折される。

もし光吸収性流１０４が入力ファイバ９４と整列してい
る時は光学エネルギは単に吸収されるか阻止されて光学
的開放回路が形成される。

本発明に従って構成されるスイッチは並列光学ファイバ
上に提示される光学データの同期スイッチングを遂行す
るのに使用できる。

第７図を参照するに、データ経路は１つの入力リボン・
ケーブル１３２及び３つの別個の出力リボン・ケーブル
１３８．１４０，１４２を含んでいる。

リボン・ケーブルの各々は、ファイバ端を保護し、間隔
を保持するために、ブロック１４４の如き通常の終端ブ
ロック中で終端されている。

図示されたケーブル構造の場合には、透明中空管１４６
は光透過性液体のマトリックス中に反射性及び屈折性の
塊が入れられたチャンネル１４８を含んでいる。

この様なスイッチは第５図及び第６図に関連してすでに
説明されたスイッチの改良版であって、塊１００，１０
２，１０４の単一群の代わりに光偏向塊の複数個の群が
使用されている。

塊の各群は勿論光透過性液体の部分によって分離されて
いる。

光学スイッチの製造中に一度光偏向塊の間隔が確定され
ると、これらの塊はスイッチ・トランスジューサ１５０
によって形成される圧力の変化の結果として同期して移
動される。

導入並列データ信号の１つの選択された出カケープルの
同時スイッチングはスイッチの寿命の間保持される。

本発明に従って構成される光学スイッチは電子データ通
信システムの光学的等価部分に組込む事ができる。

光学的ループ通信システムは第８図にブロック図で示さ
れている。

システムは制御装置１１２並びに該制御装置１１２に始
１って終るループに沿って直列に接続されたステーショ
ン１１４の如き１個もしくは複数個のステーションを含
んでいる。

代表的なループの場合と同じく、すべてのデータは１時
に１ピツト１方向にループ中を流れる。

最初のデータ・チャンネル１１６、最後のデータ・チャ
ンネル１１８及び各ステーション間チャンネル１２０は
単一の光学ファイバより成る事が好ましい。

例えばステーション１１４を参照するに、各ステーショ
ンは導入チャンネルを介して供給されるデータを受取る
ための光学スイッチ１２２を含んでいる。

スイッチ１２２からの１つの出力ファイバ１２４は導入
信号を直接にビーム組合せ光学Ｙ字形ファイバ結合体１
２６に印加し得るバイパス・ファイバである。

他の出力ファイバ１２８は売場端末、プリンタ・データ
・エントリ端末もしくは制御装置を通信ループを通して
インターフェイスする様に設計されている任意の他のデ
ータ処理装置であり得る端末装置１３０への入力を与え
る。

端末装置１３０に光学Ｙ字形ファイバ結合体１２６に第
２の光学入力を与えている。

端末装置１３０は同様に電気的もしくは光学的であり得
る別個の制御線１３４を介して制御装置１１２に接続さ
れている。

端末装置１３０は次いで制御信号を光学スイッチ１２２
に供給して、当該ステーションを通常モードもしくはバ
イパス・モードのいずれかで動作出来る様にする。

動作の通常モードにおいては、光学スイッチ１２２はチ
ャンネル１１６を介して供給されるポーリング信号を受
取る。

スイッチ１２２はバイパス・ファイバ１２４をアイソレ
ートして、この入力信号をしてファイバ１２８を通して
端末装置１３０に印加せしめる。

端末装置１３０は代表的な場合、出力ファイバ１３６を
介して光学Ｙ字形ファイバ結合体に印加されるデータ信
号の流れを発生する事によって印加されたポーリング信
号に応答する。

通常のモード動作中、ファイバ１３６を介して端末装置
から受取られる信号はＹ字形ファイバ結合体１２６によ
って次のステーション間チャンネル１２０へ送られる。

ステーションは、ポーリング信号に基づいて単にパスす
るかもしくはループの残りを通して制御装置１１２に送
られるべきデータ流を発生するかに拘らず、電力が供給
される限り上述の如く動作する。

もし端末装置１３０が要求の欠如、保守等を含む任意の
理由でループからはずされる場合には、ステーションは
バイパス動作モードになる。

このモードにおいて、光学スイッチ１２２は導入信号を
バイパス・ファイバ１２４に偏向する。

光学Ｙ字形ファイバ結合体１２６はこの信号をステーシ
ョン間チャンネル１２０へ送る。

システムが適切に機能するためには、光学スイッチ１２
２は端末装置１３０がすべての電力が除去される事によ
ってループからはずされる時には信号ヲバイパス・フィ
ルタ１２４に偏向し得なくてはならない。

第３図及び第４図に示された型の反射型光学スイッチが
光学スイッチ１２２としてする。

このスイッチはスイッチに対する電力供給がなくて反射
性塊が休止状態になった時ファイバ１２４に信号を通過
させる様に設計されなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成される光学スイッチの一実
施例の概略的表示である。 １０・・・中空透明管、１２，１４，１６・・・光偏向
性域、１８・・・光透過性液体、・２０・・・貯蔵庫、
２２・・・圧カドランスジューサ、３０・・・制御装置
、３２・・・検出器、３４３６・・・塊検出端子、３８
，４０，４２，４４・・・入力光学ファイバ、４６，４
８，５０，５２・・・出力光学ファイバ。 第２図は本発明に従って構成された光学スイッチに対す
る特定の応用を示した部分的概略図である。 第３図及び第４図は２つＤ可能な動作状態に釦ける本発
明の互換実施例を示した図である。 第５図は本発明のさらに他の実施例の部分的概略表示で
ある。 第６図は第５図に示されたスイッチが組込１れるファイ
バ光学システムの正面図である。 第７図は並列データ経路を与える光学リボン・ケーブル
のスイッチ可能なシステムの透視図である。 第８図は本発明に従い構成された光学スイッチの可能な
応用を示した概略システムである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の光学ファイバから、該第１の光学ファイバの
   軸上に整列された第２の光学ファイバへ光学エネルギを
   選択的に伝送するための光学ファイバ用光学スイッチで
   あって、上記第１及び第２のファイバの軸に夫々垂直な
   隣接端間の空間に置かれた中空の光透過性管と、上記中
   空の光透過性管中に光透過性液体と共に収容された少く
   とも１個の光偏向性材料の塊と、上記中空の光透過性管
   内の圧力を変えることにより上記少くとも１個の光偏向
   性材料の塊を上記第１及び第２の光学ファイバに対する
   所望の位置へ移動させる手段とより成る事を特徴とする
   光学ファイバ用光学スイッチ。 ２ 上記光偏向性材料の塊の少くとも１個は第１の光学
   ファイバから伝送されて来る光学エネルギを反射する材
   料の塊である事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の光学ファイバ用光学スイッチ。 ３ 上記光偏向性材料の塊の少くとも１個は第１の光学
   ファイバから伝送される光学エネルギを屈折する材料の
   塊である事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
   学ファイバ用光学スイッチ。 ４ 上記偏向性材料の塊の少くとも１個は第１の光学フ
   ァイバから伝送される光学エネルギを吸収する材料の塊
   である事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学
   ファイバ用光学スイッチ。 ５ 夫々異った光偏向性を有する複数個の光偏向性材料
   の塊で選択的に偏向される光学エネルギを夫々受取るた
   めの光学ファイバを複数個含む事を特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光学ファイバ用光学スイッチ。