JPS5946361B2 - 光スイツチ - Google Patents

光スイツチ

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JPS5946361B2
JPS5946361B2 JP54033034A JP3303479A JPS5946361B2 JP S5946361 B2 JPS5946361 B2 JP S5946361B2 JP 54033034 A JP54033034 A JP 54033034A JP 3303479 A JP3303479 A JP 3303479A JP S5946361 B2 JPS5946361 B2 JP S5946361B2
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JP
Japan
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optical
light
fiber
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path conversion
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耕一 浅谷
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/35Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • G02B6/352Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror the reflective optical element having a shaped reflective surface, e.g. a reflective element comprising several reflective surfaces or facets that function together
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    • G02B6/35Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
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    • G02B6/3551x2 switch, i.e. one input and a selectable single output of two possible outputs

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ファイバ通信において、一方の光ファイバ列
の各ファイバから他方の光ファイバ列のいずれかの光フ
アイバヘ光を送る光路を切り替え、0 接続する光スイ
ッチに関するものである。
従来、光ファイバのスイッチとして、可動ミラーを用い
たものがあつた。第1図はその構成例を示し、ファイバ
1の入射光はコリメート用のレンズ3で平行ビームにな
り、可動ミラー5で反射し、5 集光用レンズ4または
4’を介して出射ファイバ2または2’に結合する。た
とえばAの位置に可動ミラー5があれば、ファイバ1の
光は集光用レンズ4’を介してファイバ7に結合し、B
の位置にミラーがあれば、ファイバ1の光は集光用レン
ズ4を0 介してファイバ2に結合する。可動ミラー5
がBの位置にある場合には、光ファイバ1と光ファイバ
2の位置精度が挿入損失として効くだけであるが、光フ
ァイバ1と光ファイバTを結合するために、Aの位置に
可動ミラー55を移動させた場合、Aの位置精度を厳密
に再現性よく設定しなけれぱ、スイッチの切り替えごと
に挿入損失がバラツキ、しかも挿入損失が大きくなつて
しまうという欠点がある。
さらにAの位置にミラーを用いており、その反射率が1
00%でないので、本質的に光フアイバ1と光フアイバ
2の結合時の挿入損失と光フアイバ1と7の結合時の挿
入損失は異なることはさけられない。そこで挿入損失を
小さくするため可動ミラー5の代わりに、反射防止膜を
施した全反射プリズムを用いることが考えられるが、前
述した位置精度の問題は解決できない。またここでは1
×2の光スイツチを例として述べたが、複数本同志の光
フアイバの光路を切り替え接続しようとすると、一層複
雑な構成となるという欠点があつた。従来の他の光スイ
ツチとしては次のようなものがある。
すなわち光軸に対して、かたむいて互いに平行な入射面
と出射面をもつ透明誘電体からなる光路変換素子を光フ
アイバの間に配置して機械的に出し入れすることにより
光路の切り替え接続を行う光スイツチである。第2図は
このような光スイツチの構成例であり、1は入射フアイ
バ、2,7は出射フアイバ、3および4,4/はそれぞ
れコリメート用レンズおよび集光用ロツドレンズ、6は
バルクガラスまたはその他の透明物質から構成されてい
る光路変換素子である。
第2図に示した状態では、光フアイバ1と光フアイバ2
′が接続されており、光フアイバ1と光フアイバ2を接
続し、光フアイバ1と光フアイバ7を切り離すには、光
路変換素子6を光フアイバ1と光フアイバ2の間から取
り除けばよいことは明らかである。
第2図の光スイツチはこのような構造になつているから
、光フアイバ1と光フアイバ2′が接続されている状態
の場合、光路変換素子6の位置が多少ずれても角度がず
れなければ、光フアイバ1から出射した光が光路変換素
子の入射面に人射する限り、途中の光路が多少ずれても
コリメート用レンズ3と集光用ロツドレンズ4′の位置
での光路は影響されず、光フアイバ2′の位置に必ず入
射するので、光路変換素子6の平行移動にともなう位置
決め精度は厳密に行う必要がないという利点がある。し
かしながらこのような1×2の光スイツチを用いてMX
Nの光スイツチを構成しようとすると非常に複雑になる
という欠点をもつている。
第3,4図にこの光スイツチを用いた2×2,4×4の
光スイツチの構成例を示す。2×2の光スイツチの場合
、第2図の光スイツチを4個用いて2段に構成する必要
があり、4×4の場合には第2図の光スイツチを24個
用いて4段に構成する必要がある。
この例かられかるようにスイツチの個数が非常に多くな
るとともに、多段構成をとる必要があるため第2図のス
イツチの挿入損失が段数の分だけ累積し、大規模マトリ
クススイツチを構成する場合には挿入損失が極めて大き
くなり実用的でないという欠点も有している。本発明は
これらの欠点を除去するために光軸に垂直な互いに平行
な2面と、面の法線と光軸とのなす角がその材料の臨界
角よりも大きく、かつ45角と900の間となるような
傾きをもつた互いに平行な2面を2組もち、前記傾きを
もつた互いに平行な2面の2組の間を偶数回反射を繰り
返す機能を有するバルクガラスまたはその他の透明物質
から構成されている1個または複数個の光路変換素子ま
たは光軸に垂直な互いに平行な2面と、光軸とのなす角
が0垂より大きく45なより小さい傾きをもつた互いに
平行な鏡面から成る2面を2組もち、前記互いに平行な
鏡面から成る2面の2組の間を偶数回反射を繰り返す機
能を有するバルクガラスまたはその他の透明物質から構
成されている1個または複数個の光路変換素子を光フア
イバの間に配置して光路の切り替え接続を行うことを特
徴とし、その目的は低損失で、かつ構成が簡単な光スイ
ツチを実現することにある。
第5図に本発明の一実施例を示す。
この実施例においては2組の2本のフアイバ同志の光路
を切り替え、接続する2X2のマトリクススイツチを構
成したものである。1,Vは2本の入射フアイバ、2,
?は出射フアイバ、3,3′はコリメート用レンズ、4
,4′は集光用レンズ、11は光路変換素子であつて、
光軸に垂直な互いに平行な2面と、面の法線と光軸との
なす角がその材料の臨界角よりも大きく、かつ45すと
900の間となるような傾きをもつた互いに平行な2面
を2組もつている。
面の法線と光軸とのなす角がその材料の臨界角より大き
くなるようにするのは、光を全反射させるための条件で
あり、かつ45、と90反の間となるようにするのは、
全反射した光線が前方に進んで最初に入射した面と平行
で対をなすもう一つの面に入射するようにするための条
件である。すなわち面Afと面Cdは互いに平行な2面
であり、面Bcと面Feも互いに平行な2面である。第
3図の状態においては、フアイバ1とフアイバ2ζフア
イバ1′とフアイバ2が接続されていることになる。光
路変換素子11をフアイバの間から抜き出すことによつ
てフアイバ1とフアイバ2、フアイバ1′とフアイバ2
′の組み合わせの接続ができる。なお光路変換素子11
の平行移動にともなう位置決め精度を厳密にする必要が
なく、挿入損失が小さいことは明らかである。さらに、
面Adおよび面Deに無反射コートを施すことが低損失
化に有効である。第6図に光路変換素子11の構造を拡
大して示し、その効果をさらに詳しく説明する。
二つの入射光12,13の光軸の間の距離を11面Af
と面Abのなす角および面Bcと面Abのなす角をそれ
ぞれθ,ψとし、面Afから面Cdまでの距離をm1面
Bcから面Feまでの距離をnとすると、入射光12が
面Af(5cdで反射して出射光15となる時に、光路
が平行移動される距離′は、次式で表わされる。同様に
、入射光13が出射光14に平行移動される距離l〃は
次式のようになる。
このl′及び′が入射光12,13の光軸の間の距離l
に等しくなるようにすれば、すなわち次の(1)式を満
足するようにM,n及び角度θ,ψを決めれば出射光1
4を入射光12の光軸上に、出射光15を入射光13の
光軸上に一致させることができる。
この関係は入射光12及び13がそれぞれ面Afl面B
cに入射している限り保たれるために、光路切替時の光
路変換素子11の移動方向の位置は厳密に調整する必要
はない。
光路変換素子11が対称形の場合、θ=ψ,m=nであ
るから、(1)式を満足していることは明らかであるが
、θとψが異なつていても、(1)式が満足されている
限り、同様の効果を有していることは明白である。
第7図は本発明の他の実施例の構成図であり、2組の3
本のフアイバ同志の光路を切り替え、接続する3X3の
マトリクススイツチを構成したも)のである。
1,1′,1〃は3本の入射フアイバ、2,2′,2″
は出射フアイバ、3,3′,γはコリメート用レンズ、
4,4′,4″は集光用レンズ、11は光路変換素子で
ある。
第7図の状態においては、フアイバ1とフアイバγ、フ
アイバ1′とフアイバ2、フアイバ1″とフアイバ2′
が接続されていることになる。光路変換素子11を適当
な位置に平行移動することによつて、2組のフアイバ同
志の任意の組み合わせの接続ができることは明らかであ
る。同様に4X4のマトリクススイツチも構成できるが
、この場合必要な光路変換素子の数は6個となる。一般
にNXNのマトリクススイツチを構成するのに必要な個
数は(N−1)!となり、第2図の光スイツチを用いる
よりも個数は少なくてすむ。さらに本発明によれば、コ
リメート用レンズと集光用レンズの間に光路変換素子を
必要な個数配置すればよいので第2図の光スイツチを用
いてマトリクススイツチを構成する場合の様に多数のレ
ンズを必要としない。したがつて挿入損失も光路変換素
子によるものだけを考慮すればよく第3,4図の場合の
ようにコリメート用レンズと集光用レンズの挿入損失の
累積は考慮しなくてよいので低損失のマトリクススイツ
チが実現できる。以上第5図および第T図の実施例では
、光路変換素子は反射面において全反射させるような傾
きをもたせてあるが、光路変換素子の反射面に鏡面の反
射膜を用いることにより、全反射させるような傾きをも
たせなくても、光軸となす角が00より大きく45たよ
り小さい傾きをなしていれば、前記反射膜による若干の
損失増加はまぬがれないが、ほぼ同様の効果を期待でき
る。
以上詳細に説明したように、本発明の光スイツチは、入
力側および出力側がそれぞれ複数本の光フアイバから成
る1組の光フアイバ列の間に、移動させる場合の位置精
度の設定が容易な光路変換素子を配置し、この光路変換
素子を出し入れすることによつて、光路の切り換え接続
を行うので、特性の良い小型で経済的な光マトリクスス
イツチが容易に実現でき、光通信網における交換、集線
を容易に行うことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は従来の光スイツチの構成図、第3図、
第4図は第2図に示した光スイツチを用いた2×2およ
び4×4のマトリクススイツチの構成例、第5図は本発
明の一実施例の構成図、第6図は第5図中の光路変換素
子の拡大図、第7図は本発明の他の実施例の構成図であ
る。 1,1/,1″・・・・・・入射フアイバ、2,7,2
〃・・・・・・出射フアイバ、3,3′,y・・・・・
・コリメート用レンズまたはコリメート用ロツドレンズ
、4,4′,4″・・・・・・集光用レンズまたは集光
用ロツドレンズ、5・・・・・・出し入れ可能なミラー
または全反射プリズム、6・・・・・・光路変換素子、
7,7′,r′,′rl−・・・・・入射フアイバ、8
・・・・・・第2図に示した光スイツチ、9・・・・・
・接続フアイバ、10,1σ, 1r,1『・・・・・
・出射フアイバ、11・・・・・・本発明の光路変換素
子、12,13・・・・・・入射光、14,15・・・
・・・出射光。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 入力側および出力側がそれぞれ複数本の光ファイバ
    から成る1組の光ファイバ列の相対向する端面を空間的
    に離して配置し、前記光ファイバ列の入力光および出力
    光をそれぞれレンズでコリメートおよび集光するととも
    に、前記両レンズの間に、出し入れが可能であり、かつ
    光軸に垂直な互いに平行な2面と、面の法線と光軸との
    なす角がその材料の臨界角よりも大きく、かつ45゜と
    90゜の間となるような傾きをもつた互いに平行な2面
    を2組もち、前記傾きをもつた互いに平行な2面の2組
    の間を偶数回反射を繰り返す機能を有するバルクガラス
    またはその他の透明物質から構成されている1個または
    複数個の光路変換素子を配置し、この光路変換素子を平
    行移動させることにより、前記1組の光ファイバ列の光
    路を切り換え、接続することを特徴とする光スイッチ。 2 入力側および出力側がそれぞれ複数本の光ファイバ
    から成る1組の光ファイバ列の相対向する端面を空間的
    に離して配置し、前記光ファイバ列の入力光および出力
    光をそれぞれレンズでコリメートおよび集光するととも
    に、前記両レンズの間に、出し入れが可能であり、かつ
    光軸に垂直な互いに平行な2面と、光軸とのなす角が0
    ゜より大きく45゜より小さい傾きをもつた互いに平行
    な鏡面から成る2面を2組もち、前記互いに平行な鏡面
    から成る2面の2組の間を偶数回反射を繰り返す機能を
    有するバルクガラスまたはその他の透明物質から構成さ
    れている1個または複数個の光路変換素子を配置し、こ
    の光路変換素子を平行移動させることにより、前記1組
    の光ファイバ列の光路を切り替え、接続することを特徴
    とする光スイッチ。
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JPS55126201A JPS55126201A (en) 1980-09-29
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JPS55155302A (en) * 1979-05-23 1980-12-03 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Photo matrix switch
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JPS53143247A (en) * 1977-05-18 1978-12-13 Nec Corp Optical path switching device

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