JPS60121422A - 光切換装置 - Google Patents

光切換装置

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JPS60121422A
JPS60121422A JP59218764A JP21876484A JPS60121422A JP S60121422 A JPS60121422 A JP S60121422A JP 59218764 A JP59218764 A JP 59218764A JP 21876484 A JP21876484 A JP 21876484A JP S60121422 A JPS60121422 A JP S60121422A
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JP
Japan
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switching device
light beam
optical switching
fluid
optical
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JP59218764A
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ジヤン　ピエール　ル　プザン
ミシエル　アレン
ブリユノ　ムーレイ
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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Publication date
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3538—Optical coupling means having switching means based on displacement or deformation of a liquid
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光ビーム、特に符号化されたデータを搬送する
光ビームを速やかに切換えるための装置に関する。本発
明は例えば光フアイバ間の光学的スイッチングに適用さ
れる。
（従来技術） 従来技術の装置の中で、光ビームの空間的偏光が、無視
することのできない損失を招く半反射層より成る鏡（１
■２よりかなり小さい）によって行なわれるごとき構造
のものがある。また、光ビームの偏光が電気光学結晶内
での光の全反射によって導かれる装置も知られている。
これらの装置の欠点は結晶自体に存する。結晶としては
一般にニオブ酸リチウムが用いられるが、これは純度の
理由で小さな寸法でしか入手できない。このことは結晶
に支持され制御電界を印加させる電極間のピッチが非常
に小さくなることを意味する。その結果、電気光学結晶
装置には複雑な光学システムが必要となってくる。更に
結晶はほんのわずかであるが電界に対して作用する。こ
れは大きい制御電圧の使用の必要性を意味する。
これらの問題点を解決するために、本出願人はフランス
国特許願Ｎｏ、　８３１１．０７４　（１９８３年７月
４日出願）により“Ｄｊｓｐｏｓｊ、ｔｉｆ　ｄｅ　ｃ
ｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｏｐｔｊ、ｑｕｅ　’；’１　ｄ
ｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｄｅ　ｆ］、ｕｉｄｅ　ｅｔ　
ｄｉｓｐｏｓｉ−ｔｊｆ　ｄｅ　ｃｏｍｐｏｓｊｔｉｏ
ｎ　ｄＧｎｅ　１ｊ、ｇｎｅ　ｄｅ　ｐｏｉｎｔｓ”と
いう名称の発明を提案した。該発明は、装置内を伝搬す
る光ビームが出くわす屈折条件を局所的に修正するため
に、移動式機械要素の介在なしで、非常に小さい容積の
液体を電気的に制御して移動させることを提案している
。この屈折条件の修正により、光ビームの径路のシフト
が可能となり、種々の伝搬路の間、とりわけ光ファイバ
の間における切換の実現が可能となる。従って、液体の
変位を電気的に制御する手段を含む切換装置の実現３− が可能となる。この制御手段は、制御電極に階段状電圧
を印加することにより電界が局所的に変動することによ
って電気的に発生した移動力の作用の下で１層状あるい
は流滴状の非常に小さい体積の液体が１つのゾーンから
別のゾーンへ流れることを可能にする。電界を印加する
電極間距離はこの場合数十ミクロンの範囲内とすること
ができる。
実用化を促進するため及び光ビームを過度に絞ることの
ないようにするため、使用される光に対して透明な電極
を設けることが有利であり、例えばガラスの上に蒸着さ
れたあるいはマイクロリソグラフィにより食刻形成され
たインジウム−酸化すず電極（ＩＴＯ電極）を用いるこ
とが可能である。
この解決法の欠点は、特にガラスと透明電極の間及び透
明電極と閉じ込められた流体（気体または液体）の間に
副次的な干渉を導くとともにその支持部材及び閉じ込め
られた流体より一般に屈折性の大きい層（透明電極）を
要することである。光ビームが横切る媒体の屈折率の不
均衡は、信号レベルの検出に対して不利となりチャネル
間のデカ４− ツブリング（ｄｉｓｐｈｏｔ：ｒｙ　）　を損う干渉反
射の発生をもたらす。
（発明の課題及び要約） 上記従来技術の欠点を克服するため、本発明は、データ
を通過させない出力チャネルあるいは隣接チャネルのデ
ータとは異なるデータを通過させる出力チャネルを全反
射により保護することを提案する。
従って、本発明の目的は電気的に制御される切換手段に
より少なくとも１つの入射光ビームの切換を行なうため
の光切換装置であって、前記切換手段は前記入射光ビー
ムの通路上に前記入射光ビームの反射を起させる第１の
流体または前記入射光ビームの透過を起させる第２の流
体が配されるごとく構成され、当該光切換装置は斜面部
どうしが互いに対向するように設けられた全反射プリズ
ムをなす２つの要素を含み、前記第１の流体及び前記第
２の流体は非混和性でありかつ互いに異なる誘電率を有
し、更に当該光切換装置は大きい誘電率を持つ方の流体
を電界にさらされる制限空間の成るゾーンに向けて集め
る電界勾配を有する誘起手段を含み、前記全反射プリズ
ムのうちの一方は前記制限空間と平行な面を有するよう
に切頭形をなし、光ビームのとりうる通路の少なくとも
］一つが前記平行面」二の少なくとも］一つの全反射を
含み、他方の全反射プリズムは切換えられたビームをと
りだすことを特徴とする光切換装置を提供することであ
る。
（発明の構成及び作用） ］または複数の流滴状の流体がある位置から別の位置に
変位すること及びこの変位を開始させ制御させる力の物
理的起源は本出願人の出願に係るフランス国特許願Ｎｏ
、　８３０４７４　（１９８３年３月２３日出願）に記
載されている。
しかしながら液層変位装置に介在する物理現象を簡単に
ふりかえってみることは有用である。流体の変位を電気
的に制御する装置は、少なくとも２種類の非混和性の誘
電性流体が共存する毛管状空間（キャピラリスペース）
を有する。この゛毛管状空間の高さは、毛管現象が重力
よりも強くなるように１ｍと等しいかまたはそれ以下と
なるように選択される。複数組の対をなす電極が１毛管
状空間を形成する要素上に、該毛管状空間内に存在する
流体に作用可能なごとく設けられる。複数組の対をなす
電極を介して毛管状空間内に印加される電界は、流体を
変位させる移動力を生じさせる。
この移動力の物理的起源は自由となったり束縛されたり
する正または負の電荷が関連物質内に存在することによ
り説明される。誘導電界の存在下で、自由な電荷は該電
界を受ける物質の全体積内で移動可能となり、電気的導
電現象が生じる。この現象は１本発明の見地内では展開
されないが使用する流体の低い導電率は受け入れられる
ものである。
一方、原子または分子に対して束縛される電荷は電気双
極子モーメントを生じさせる。媒体物質は電気分極によ
り誘電電界と作用し、表面張力のごとき復元的力に打ち
勝つ体積移動力を形成する。
第１図及び第２図は従来の光切換装置の概略断面図であ
る。この光切換装置は例えばガラス板より成る２枚の剛
性制限板１，２を含み、該制限７− 板１，２はスペーサ９によって形成された毛管状空間の
境界を定める。板１，２の内側面は、移動が電気的に制
御される流体によってキャピラリ状膜が形成されるのを
防止するため、適当な洗浄と表面蒸着層の付着とが予め
施されている。制限電極は一対の電極５，６と一対の電
極ＩＱ、１１により構成される。これらの電極は、各対
の電極を横切って電位差を与える電圧発生器（図示せず
）に接続される。上記光切換装置は空気である第２の流
体内を変位する流滴状体１３を有する。この流滴状体１
３は炭素原子数が５〜２５のアルカン、ケトンあるいは
それらのニトレート誘導体のごとき炭化水素の中から選
ばれる。板１，２の外側面」二には全反射プリズム３，
４がそれぞれ接着されている。光ビーム７は斜めの入射
角で電極１０　に向けて送られる。この光ビーム７の傾
斜は板２の内側面上で全反射が可能となるように選択さ
れる。光ビーム７はプリズム４を横切り、板２の内側面
上に達する。そして電極１０．１．１の間の流体の性質
により２つの場合が生じる。
−８＝ 電極１０．１１　により制御される体積が約１の光学的
屈折率である空気のごとき気体により占められかつ板２
のガラスの同屈折率が約１．５である場合には、ビーム
７はビーム１２の形で反射される。
電極１０，１．１　により制御される体積が、初めは電
極５，６間に位置していた流滴状体１３によって占めら
れるならば、この領域の屈折率は１．４〜１．７の範囲
の値となる。これらの条件下で、ガラス板２の内側面上
の全反射は抑圧され、ビーム７は第２図に示すビーム８
のように透過する。
第１図及び第２図に示す光切換装置の電気的制御は以下
のようにしてなされる。電気的励起がないときは、流滴
状体１３は元の位置のままであり、ビーム７は（例えば
第１図に示すように）ビーム１２の形で反射する。電位
差が電極１０．１１　を介して印加されかつ誘導された
電界が十分な強さのときには、流滴状体１３は電極１０
．１１間に移動し、電界の抑圧の後にもそこに位置する
ままとなる。そして光ビーム７は光ビーム８の形で透過
する。流滴状体１３を電極５，６間の位置に再び戻すた
めには、上記制御手順を逆にする必要がある。この光切
換装置は明らかに電気的に制御される光学的装置である
。
上記装置は周知のように干渉反射を助長するインタフェ
ースを決定するいくつかの要素を組込むことにより構成
される。光切換装置を構成する要素の数はプリズム上に
直接電極を食刻形成することにより減少させることがで
きる。更に電極の食刻形成は多くの干渉を導入しないよ
うに十分薄くなされる。これらの反射は、光ビームが流
滴状体を介して透過した場合、特に不都合となる。実際
、透過すべき光ビームの通路上に位置する種々の要素の
間の屈折率の適応は完全ではなく、干渉反射が流滴状体
・電極−インタフェースまたは流滴状体・プリズム−イ
ンタフェースに存在する。この場合、入射光ビーム７は
第２図に示すように出力ビーム８の形で透過するものの
、干渉ビーム１２が発生し、これはあらゆる適用に対し
て無視することができないものとなる。
入射ビーム７が第１図に示すようなビーム１２の形とな
る場合には、何ら干渉ビーム問題は生じない。実際、全
反射プリズムを適当な方法で製造したならば、参照符号
８の方向に透過する光の量は実質的に零となる。従って
、克服すべき問題は、流体を介して透過するビームの場
合における干渉反射の除去となる。
第３図は本発明の一実施例の光切換装置を示す。
光ファイバを介して入力及び出力光ビームが伝送され、
その伝送路は空気中にて実現される。光切換装置自体は
全反射プリズム２６．２７により形成される。全反射プ
リズム２６．２７の面３４．３５は光切換装置の内側面
をなし、スペーサ２８の介在により毛管状空間を形成す
る。毛管状空間では流滴状体２９が空気層内を変位可能
となっている。
面３４．３５は透明電極を支持する。電極３０．３１は
第１の電極対をなし、電極３２．３３は第２の電極対を
なす。これらの電極は、流滴状体２９の変位の制御に必
要な電圧を供給する電圧発生器（図示せず）に接続され
ている。第１図及び第２図に１１− 示す従来の光切換装置と本実施例の装置の本質的な相違
は、本実施例では面３４と平行であってプリズム２６の
直角状頂部をカットしてなる面３６が形成されているこ
とである。面３６の表面状態は研磨により改善されてい
る。上記相違から生じる別の相違は入力光ビームと出力
光ビームとの平行性である。光ファイバ２０は出力光フ
ァイバ２１　または２２のうちの一方に向けて切換えら
れる光ビームを伝送する。光ビームは、全反射プリズム
２６．２７に接着された屈折率勾配型（１ｎ−ｄｅｘ　
ｇｒａｄｉｓｎｔ　ｔｙｐｅ　）レンズ２３．２４．２
５によって平行にされる。
第３図の光切換装置では流滴状体２９が電極３０、３１
間に配されるかもしくは最初からこの位置を占めている
。流滴状体２９はプリズムの屈折率に近い屈折率を有す
る。この場合、光ファイバ２０によって伝送された光ビ
ーム４０は第３図の矢印付きの細線で示すように光ビー
ム４１の形で光ファイバ２２へ透過する。プリズム２６
、電極３０及び流滴状体２９によって形成されるイ１２
− ンタフェースは入射ビームに垂直な方向に反射する干渉
光ビームを生じさせる。プリズム２７、電極３１及び流
滴状体２９によって形成されるインタフェースも程度は
少ないが干渉光線を形成する。板２６・流滴状体２９−
インタフェースより反射する光線は矢印のついた鎖線に
より表わされる。
このインタフェースによって反射される光線に対して４
５°傾斜する面３６は、光線を面３４に向って送り返し
、面３４は同様にプリズムの面３７　に向って光線を送
り返す。ここで反射光線が面３７となす角度は直角であ
り、反射光線は装置を離れる。このようにして出力光フ
ァイバ２１゜２２間の完全なデカップリングが達成され
る。
第４図も上述した光切換装置を示し、ここでは第３図と
同じ要素には同一符号が付しである。流滴状体２９は電
気的制御により電極３２．３３間にもたらされている。
この場合、光ファイバ２０により伝送された光ビーム４
０は、電極３０が実質的な干渉を生じさせないように十
分薄いならば、プリズム２６の面３４上で全反射する。
面３４上の反射は、屈折率のジャンプがプリズムと電極
３０．３１間に位置する空間との間に存在するとき増々
満足される。そして面３４は面３６に向けて光ビームを
反射し、面３６は光ビームを流滴状体２９の方向に送り
返し、流滴状体２９は光ビームを光ファイバ２１に向け
て透過し、光ファイバ２１　は光ビーム４２を伝送する
。本光切換装置の光ビームの径路は図中矢印付きの細線
で示されている。プリズム２６と流滴状体２９の間のイ
ンタフェースのレベルにおいて、第３図に示すような干
渉反射が生じる。この干渉反射は図中矢印付きの点線に
より表わされており、面３７により光切換装置より出る
。出力チャネル間のデカップリングはここで再び非常に
良好となる。
入力光ファイバからスタートし、いくつかの光ファイバ
にアクセスする可能性を持たせるため、いくつかの切換
手段（ｃｏｍｍｕｔａｔｏｒｓ　）を設けることも本発
明の見地内である。一方、このような構造により、干渉
反射を避けながらいくつかの光ファイバから１つの光フ
ァイバにアクセスすることも可能となる。
第５図は本発明によるカスケード状の光切換装置の構造
を概略的に示す図である。この構造は、上述のように光
ビームの伝播条件に合うように配される２つの全反射プ
リズムを組込んで形成される。頂部が切頭され面５２が
研磨されているプリズム５１と、プリズム５０は、流体
が電気的制御により変位する毛管状空間を形成する。こ
のため、対をなして設けられる電極がプリズム５０．５
１の内側面上に食刻形成される。５つの出力を有する構
造に対しては５組の電極対５３．５４．５５．５６゜５
７を設ける必要がある。誘電性流滴状体５８は、光ビー
ムの所望の通路上に設けられる対をなす電極間に達する
ように、電気的制御により１つの電極対から別の電極対
まで順次変位させることができる。第５図はプリズム５
１の面に垂直に入射しかつプリズム５１の内側面上の全
反射条件に合う光ビーム５９の可能な切換例を示す。光
ビームはプリズム５１の内側面及び面５２上において全
反射条件に合うカスケード状反射を受ける。光ビー１５
− ムは、該光ビームが出くわす媒体の屈折率の連続性が保
証されるとき透過する。そして光ビームは対をなす電極
５６間に位置する流滴状体５８を横切り、プリズム５０
の面６１にて垂直に出射するビーム６０をなす。図中矢
印付きの点線で示す干渉反射はプリズム５１・流滴状体
５６−インタフェースで生じ、従って光ビームが描く出
力の方向とは異なる別の方向にプリズム５１から構され
る装置のアイドリング時間をできるだけ短くするために
、プリズム５０．５１により境界が定められるキャピラ
リ間隔の全長に亘って流滴状体５８が変位するのを防止
する。このため、一対の電極が使用され、図面の面に対
して垂直な面内に設けられる。
第６図は第５図に概略的に示される構造を実際に適用し
た場合の図である。入力光ビーム６５は光ファイバ６７
により伝送され、屈折率勾配型レンズ６８を介して切頭
型プリズム６９に達する。
出力光ビーム６６は、プリズム８０に接着されたレンズ
７５〜７９　とそれぞれ関連する光ファイバ１６− ７０〜７４　のうちの１つにより伝送される。プリズム
８０は、光路長を短くしかつ光分散を防止するためカス
ケード状にカットされる。電極対８１〜８５は、プリズ
ム６９　と８０の間に設けられスペーサ８７により定め
られる毛管状空間内の流滴状体８６の変位を制御する。
第６図に示す装置では流滴状体８６は順を追って１つの
対の電極から別の対の電極へ変位する。例えば電極対８
１から電極対８５に流滴状体８６を変位させるためには
、該流滴状体８６が電極対８２．８３．８４を透過する
ことが必要となる。変位の仕方は第５図に関して前述し
た通りである。
本切換装置は入力光エネルギがいくっがの出方光ファイ
バに向くように該入力光エネルギを分割する分配器に相
当する。光エネルギを分割する可能な方法の１つは、入
射光ビームの一部のみを流滴状体を介して透過し、残り
の部分をカスケードの別の段に向けて反射することであ
る。この場合前記カスケードの別の段は順次入射光ビー
ムの一部を透過するとともに残りの部分をカスケードの
次段に向けて反射する。このことは電極対の間の空間を
完全に充填しないことにより実現できる。
流滴状体に出くわす光ビームの部分は透過され、残りの
光ビームは反射される。例えば光ビームのエネルギの半
分を１本の光ファイバに向けて伝送し、残りの半分を別
の光ファイバに向けて伝送することが可能である。また
、電極の表面上に作用させることにより入射光ビームの
所定部分の伝送、反射を行なわせることも可能である。
反対に、複数本の光ファイバからスタートし、単一の光
ファイバに向けてアクセスさせることも可能である。こ
の場合は、例えば１つの銀行がいくつかの銀行よりデー
タを要求する利用者サービスあるいはいくつかのプログ
ラムの群のうちから選択されるビデオプログラムに相当
する。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば干渉反射の影
響なしに速やかに光ビームの切換ができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は従来の光切換装置を概略的に示す図
、第３図及び第４図は本発明の光切換装置を示す図、第
５図及び第６図は本発明によるカスケード状光切換装置
を示す図である。 ２０．２１．２２−一偏光ファイバ、２３，２４．２５
−ｍ−レンズ、２６．２７−−−プリズム、　２８−−
−スペーサ、２９−ｍ−流滴状体、 ３０．３１，３２．３３−ｍ−電極、５０．５１−−−
プリズム、５３．５４，５５，５６．５７−−−電極対
、５８−ｍ−流滴状体、 ６７．７０，７１，７２，７３．７４−−偏光ファイバ
、６８．７５，７６．７７．７８．８０−ｍ−レンズ、
６９．８０−ｍ−プリズム、 ８１．８２，８３，８４，８５−ｍ−電極対、８６一−
−流滴状体、　８７−−−スペーサ。 特許出願人 トムソンーセーエスエフ 特許出願代理人 弁理士　山本恵−

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）電気的に制御される切換手段により少なくとも１
    つの入射光ビームの切換を行なうための光切換装置であ
    って、前記切換手段は前記入射光ビームの通路上に前記
    入射光ビームの反射を起させる第１の流体または前記入
    射光ビームの透過を起させる第２の流体が配されるごと
    く構成され、当該光切換装置は斜面部どうしが互いに対
    向するように設けられた全反射プリズムをなす２つの要
    素を含み、前記第１の流体及び前記第２の流体は非混和
    性でありかつ互いに異なる誘電率を有し、更に当該光切
    換装置は大きい誘電率を持つ方の流体を電界にさらされ
    る制限空間の成るゾーンに向けて集める電界勾配を誘起
    させる誘起手段を含み、前記全反射プリズムのうちの一
    方は前記制限空間と平行な面を有するように切頭形をな
    し、光ビームのとりうる通路の少なくとも１つが前記平
    行面上の少なくとも１つの全反射を含み、他方の全反射
    プリズムは切換えられたビームをとりだすことを特徴と
    する光切換装置。
  2. （２）前記誘起手段が少なくとも２組の電極対を含み、
    各電極対がコンデンサをなし、前記第１の流体及び前記
    第２の流体が前記電極対に対する誘電体として作用する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光切換
    装置。
  3. （３）前記平行な面が研磨されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第１１項に記載の光切換装置。
  4. （４）前記第１の流体が空気であり、前記第２の流体が
    炭化水素であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    に記載の光切換装置。
  5. （５）切換えられた入射光ビームが光ファイバにより伝
    送されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
    の光切換装置。
  6. （６）前記光ファイバと前記制限空間を形成する前記要
    素との間の光学的接続を保証するために屈折率勾配型レ
    ンズが設けられていることを特徴とする特許請求の範囲
    第５項に記載の光切換装置。
  7. （７）切換えられた光ビームをとりだす全反射プリズム
    が該光ビームの光路を短くするためにカスケード状構造
    をなすことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
    光切換装置。
JP59218764A 1983-10-21 1984-10-19 光切換装置 Pending JPS60121422A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8316793 1983-10-21
FR8316793A FR2553906B1 (fr) 1983-10-21 1983-10-21 Dispositif de commutation optique a commande electrique

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