WO2011083781A1

WO2011083781A1 - 光スイッチ機構およびその製造方法

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Publication number: WO2011083781A1
Application number: PCT/JP2011/050010
Authority: WO
Inventors: 典良広井
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2010-01-06
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2011-07-14
Also published as: JPWO2011083781A1

Abstract

　光ファイバのコアから出射した光を選択的に透過または反射し、反射した光が光ファイバのコアに戻ることが抑制された光スイッチ機構を提供する。　光スイッチ機構は、第１の光ファイバのコアから入射した光のうち特定波長の光のみを透過させて第２の光ファイバのコアに入射させる。第１の光ファイバに連接された第１の屈折率分布部と、第１の屈折率分布部の中心軸と同一直線上に中心軸があり、第２の光ファイバに連接された第２の屈折率分布部と、屈折率分布部に挟持され、特定波長以外の光を反射する波長選択部と、波長選択部に電圧を印加する電源部と、を有する。第１の屈折率分布部は、波長選択部に反射された特定波長以外の光が第１の光ファイバのコアに入射することが抑制されるようなピッチに形成されている。

Description

光スイッチ機構およびその製造方法

　本発明は、光ファイバ用の光スイッチ機構およびその製造方法に関する。

　光通信では、光信号を伝送するために光ファイバが用いられる。また、光通信では、第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間に配置され、第１の光ファイバを透過した光のうち特定波長の光のみを選択的に透過させ、第２の光ファイバに入射させるために光スイッチ機構が用いられることがある。このような光スイッチ機構の中には第１の光ファイバのコアを透過した光のうち特定波長以外の光を第１の光ファイバ側へ反射するものがある。このような光スイッチ機構としては、ファブリペローエタロン（以下、「エタロン」という。）を用いたものが知られている。

　エタロンには互いに対向して配置された第１のミラー部および第２のミラー部が含まれる。両ミラー部の間の干渉効果により第１のミラー部に入射した光のうち特定波長の光のみが第２のミラー部を透過する。一方、第１のミラー部に入射した光のうち特定波長以外の光は反射され第１のミラー部に反射される。

　エタロンには、透過させる光の波長を変化させるために、ミラー部の間に電気光学素子が設けられているものがある。このようなエタロンに設けられた電気光学素子は、たとえば、外部から電圧が印加されると屈折率が変化する材料で形成される。このようなエタロンでは、電圧の印加により電気光学素子の屈折率の変化させることにより透過させる光の波長を変化させる。

　エタロンを用いた光スイッチ機構が特許文献１～３に記載されている。

特公平８－７２９８号公報特開２００５－３７７６２号公報特開平３－８７７２６号公報

　しかし、一般的な光スイッチ機構では、第１の光ファイバのコアから出射し、エタロンに反射された特定波長以外の光が、第１の光ファイバのコアに光信号の伝送方向とは逆方向に戻ってしまう。第１の光ファイバのコアに戻ってしまう光の量が多いほど第１の光ファイバによる光信号の伝送が不安定となってしまう。

　そこで本発明の目的は、光ファイバのコアから出射した光を選択的に透過または反射し、反射した光が光ファイバのコアに戻ることが抑制された光スイッチ機構およびその製造方法を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明の光ファイバ用光スイッチ機構は、第１の光ファイバのコアから入射した光のうち特定波長の光のみを透過させて第２の光ファイバのコアに入射させる光スイッチ機構であって、第１の光ファイバに連接された第１の屈折率分布部と、前記第１の屈折率分布部の中心軸と同一直線上に中心軸があり、第２の光ファイバに連接された第２の屈折率分布部と、前記第１の屈折率分布部と前記第２の屈折率分布部とに挟持され、前記特定波長の光を透過させ、前記特定波長以外の光を反射する波長選択部と、前記波長選択部に電圧を印加する電源部と、を有し、前記第１の屈折率分布部の中心軸の長さが、前記波長選択部に反射された前記特定波長以外の光が前記第１の光ファイバのコアに入射することが抑制される所定のピッチに形成されていることを特徴とする。

　本発明によれば、光ファイバのコアから出射した光を選択的に透過または反射し、反射した光が光ファイバのコアに戻ることが抑制された光スイッチ機構およびその製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光スイッチ機構の概略構成図である。図１に示した波長選択部の拡大図である。第２に示したエタロンの反射率の一例を示した図である。図２に示したエタロンの拡大図である。図２に示した波長選択部の変形例である。屈折率分布部の説明図である。図１に示した光スイッチ機構における波長選択部に反射される光の軌道を示した図である。本発明の比較例に係る光スイッチ機構における波長選択部に反射される光の軌道を示した図である。図１に示した光スイッチ機構の製造方法を示した図である。図１に示した光スイッチ機構の製造方法を示した図である。図１に示した光スイッチ機構の製造方法を示した図である。本発明の第２の実施形態に係る光スイッチ機構の概略構成図である。図１０に示した光スイッチ機構の製造方法を示した図である。図１０に示した光スイッチ機構の製造方法を示した図である。図１０に示した光スイッチ機構の製造方法を示した図である。

　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
　図１は本発明の第１の実施形態に係る光スイッチ機構１の概略構成図である。光スイッチ機構１は、第１の屈折率分布部２０ａと、第２の屈折率分布部２０ｂと、第１の屈折率分布部２０ａおよび第２の屈折率分布部２０ｂに挟持された波長選択部３０と、を有する。第１の屈折率分布部２０ａの中心軸と第２の屈折率分布部２０ｂの中心軸とは同一直線ｃ上にある。

　第１の屈折率分布部２０ａの波長選択部３０側とは反対側の端部は第１の光ファイバ１０ａに連接されており、第２の屈折率分布部２０ｂの波長選択部３０側とは反対側の端部は第２の光ファイバ１０ｂに連接されている。光ファイバ１０ａ，１０ｂはシングルモード光ファイバまたは低次のマルチモード光ファイバであり、クラッドの外周の径は８０～３０００μｍであり、コアの外周の径は数μｍである。光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部２０ａ，２０ｂとの接続部では、屈折率分布部２０ａ，２０ｂの中心軸が光ファイバ１０ａ，１０ｂのコア１１ａ，１１ｂ内に配置されている。換言すると、直線ｃはコア１１ａ，１１ｂ内を通っている。

　光スイッチ機構１では、第１の屈折率分布部２０ａ、波長選択部３０および第２の屈折率分布部２０ｂの外周が、光ファイバ１０ａ，１０ｂの外周と等しい径に形成されている。本願書類では、外周の径が等しいことには外周の径がほぼ等しいことも含むこととする。

　次に波長選択部３０について図２を参照して説明する。波長選択部３０は、エタロン３１と、該エタロン３１の厚さ方向の両側面に設けられた電極３４と、を有している。エタロン３１は、電気光学素子３２と、該電気光学素子３２の厚さ方向の両面に設けられ、光を部分的に透過させるミラー部３３と、を有している。また各電極３４は電源４０に接続され、電極３４間の電気光学素子３２に所望の電圧を印加ことが可能である。電気光学素子３２は、電圧を印加すると屈折率が変化する電気光学効果（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｆｆｅｃｔ）を生ずる材料で形成されている。このような材料としては、たとえば、ＰＬＺＴと呼ばれる（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３多結晶や、ＫＴＮと呼ばれるＫＴａ_１－ｘＮｂ_ｘＯ_３結晶が挙げられる。

　エタロン３１を透過する透過光の強度Ｉ_ｔは、エタロン３１に入射する入射光Ｉ_０を用いて次のように示される。

　ここで、Ｒはミラー部３３の反射率を示し、ｎは電気光学素子３２の屈折率を示している。ｈ_０はミラー部３３の間隔を示しており、ｈ_０の値は電気光学素子３２の厚さに相当する。

　また、電気光学素子３２を形成する材料の電気光学効果による屈折率変化Δｎは次のように表される。

　ここで、Ｋはカー定数であり、Ｅは電界を示している。また、ｎ_０は電界を加えていないときの電気光学素子３２を形成する材料の屈折率を示している。

　上式を変形すると、電界Ｅは以下のように表される。

　ここで本実施形態に係る電気光学素子３２に用いる材料をＰＬＺＴとし、ｈ_０を６μｍとする。まず、電界Ｅを算出すると約９．１ＭＶ／ｍとなる。そして、この電界Ｅに電気光学素子３２の厚さｈ_０を掛け合わせると、各電極４０間に加える必要のある電圧は５４．８Ｖとなる。

　次に、図２に示した波長選択部３０に、実際に様々な波長の光を入射した場合のエタロン３１による光の反射率を測定した。

　図３は、図２に示したエタロン３１へ入射した光の波長と、各波長におけるエタロン３１の反射率との関係を示すグラフである。エタロン３１の電極３４間に電圧が印加されていない場合のグラフを曲線Ａに示し、エタロン３１の電極３４間に５４．８Ｖの電圧が印加されている場合のグラフを曲線Ｂに示している。ここでは、縦軸に反射率を示しているが、透過率は反射率から計算されることができ、１００％から反射率を引いた値が実質的に透過率となる。

　曲線Ａでは入射光の波長λが５１５ｎｍ付近であるとき反射率が０％となり、透過率が実質的に１００％となることがわかる。また、曲線Ｂでは入射光の波長λが５２０ｎｍ付近であるとき反射率が０％となり、透過率が実質的に１００％となることがわかる。これにより、エタロン３１の電極３４間に印加する電圧を５４．８Ｖとすると、エタロン３１が透過する光の波長が約５ｎｍ大きくなることがわかる。このように、本実施形態に係るエタロン３１では透過させる光の波長を電極３４間に印加する電圧の大きさによって変更することが可能である。

　図４を参照して本実施形態に係るエタロン３１について説明する。エタロン３１の各ミラー部３３には、高反射フィルタが用いられ、本実施形態では誘電体多層膜を用いている。誘電体多層膜では高屈折率材料と低屈折率材料とが交互に積み重ねられている。低屈折率材料としてはたとえば二酸化珪素（ＳｉＯ_２）が用いられ、高屈折率材料としてはたとえば五酸化二タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）が用いられる。このように、エタロン３１の各ミラー部３３に誘電体多層膜を用いることにより、ミラー部３３の反射率を所望の値に制御することが可能となる。

　図２に示した波長選択部３０ではエタロン３１の厚さ方向の側面に電極３４を設けたが、図５に示すように、エタロン３１を透明電極３４ａ，３４ｂで厚さ方向に挟む構成でもよい。この場合、第１の光ファイバ１０ａの端部に透明電極３４ａ、エタロン３１、透明電極３４ｂの順に製膜する。このとき、透明電極３４ａ，３４ｂが互いに導通しないように留意する必要がある。図５に示した構成の場合、透明電極３４ａ，３４ｂ間に印加する電圧を変化させることによりエタロン３１を透過させる光の波長を変化させることが可能である。この場合、図１に示すように透明電極３４ｂに第２の屈折率分布部２０ｂが接続される。

　なお、図５にはエタロン３１および透明電極３４ａ，３４ｂの外周の径が第１の光ファイバ１０ａの外周の径より大きいことを強調して示しているが、実際にはエタロン３１および透明電極３４ａ，３４ｂの外周の径と第１の光ファイバ１０ａの外周の径との差は１μｍ程度である。

　図６は第１のファイバ１０ａの端部に十分に長い屈折率分布部２２０ａを接続した状態を示した図である。図２に示した屈折率分布部２０ａ，２０ｂは、長さ以外の構成は屈折率分布部２２０ａと同等である。第１の光ファイバ１０ａのコア１１ａから屈折率分布部２２０ａに入射した光はサインカーブ状に拡大縮小を繰り返しながら屈折率分布部２２０ａ内を透過する。この、サインカーブ状の光路の１周期を１ピッチと呼ぶこととする。

　図７は本実施形態に係る第１の屈折率分布部２０ａの拡大図である。第１の屈折率分布部２０ａは１／８ピッチの長さに形成されている。そのため、第１のファイバ１０ａを出射して波長選択部３０に反射される光が、第１の屈折率分布部２０ａを往復するのに第１の屈折率分布部２０ａを１／４ピッチ進む。したがって、波長選択部３０に反射された光は最も径方向に広がっている位置で第１の光ファイバ１０ａに入射する。換言すると、波長選択部３０に反射された光は第１の光ファイバ１０ａの端面に垂直に入射する。そのため、波長選択部３０に反射された光のほとんどは、外周の径が数μｍである第１の光ファイバ１０ａのコア１１ａには入射せずに、クラッド１２ａに入射する。すなわち、波長選択部３０に反射された光は第１の光ファイバ１０ａのコア１１ａにはほとんど入射しない。そのため、第１の光ファイバ１０ａが伝送する光信号に、波長選択部３０に反射された光が与える影響が小さい。したがって、本実施形態に係る光スイッチ機構では、第１の光ファイバ１０ａが伝送する光信号が不安定となりにくい。

　図８に比較例に係る第１の屈折率分布部３２０ａを示す。第１の屈折率分布部以外の構成は本実施形態に係る光スイッチ機構の構成と同等である。第１の屈折率分布部３２０は１／４ピッチの長さに形成されている。そのため、第１のファイバ１０ａを出射して波長選択部３０に反射される光が、第１の屈折率分布部３２０ａを往復するのに第１の屈折率分布部３２０ａを１／２ピッチ進む。したがって、波長選択部３０に反射された光は最も径方向に収縮している位置で第１の光ファイバ１０ａに入射する。すなわち、波長選択部３０に反射された光は第１の光ファイバ１０ａのコア１１ａに集中して入射して、第１の光ファイバ１０ａ内を光信号の伝送方向とは逆方向に透過する。そのため、第１の光ファイバ１０ａが伝送する光信号に、波長選択部３０に反射された光が与える影響が大きい。したがって、本比較例に係る光スイッチ機構では、第１の光ファイバ１０ａが伝送する光信号が不安定となりやすい。

　以上述べたように、本実施形態のように第１の屈折率分布部の長さが１／８ピッチであることが望ましいが、第１の屈折率分布部２０ａを精確に１／８ピッチに形成することは困難である。しかし、第１の屈折率分布部２０ａの長さの誤差は、３／８０ピッチ以上３／８０ピッチ以下の範囲内であれば第１の光ファイバ１０ａが伝送する光信号にほとんど影響しないことがわかっている。すなわち、第１の屈折率分布部２０ａの長さは７／８０ピッチ以上１３／８０ピッチ以下であればよい。また、第１の屈折率分布部２０ａの長さの誤差は、１／８０ピッチ以上１／８０ピッチ以下の範囲内であることが特に好ましい。すなわち、第１の屈折率分布部２０ａの長さは９／８０ピッチ以上１１／８０ピッチ以下であることが特に好ましい。

　また、本実施形態では、第１の屈折率分布部２０ａを１／８ピッチの長さに形成したが、第１の屈折率分布部２０ａの長さは、波長選択部３０に反射された光が最も径方向に広がっている位置で第１の光ファイバ１０ａに入射される長さであればよい。具体的には、たとえば、５／８ピッチや９／８ピッチであってもよい。すなわち、第１の屈折率分布部２０ａの長さは、１／８ピッチにｎ／２ピッチを加えた長さであってもよい。ここでｎは０以上の整数である。これらの場合にも、第１の屈折率分布部２０ａの長さは、３／８０ピッチ以上３／８０ピッチ以下の範囲内の誤差は許容される。また、第１の屈折率分布部２０ａの長さは、１／８０ピッチ以上１／８０ピッチ以下の範囲内の誤差であることが特に好ましい。

　図１に示す第２の屈折率分布部は３／８ピッチの長さに形成されている。そのため、第１の屈折率分布部２０ａの長さと第２の屈折率分布部２０ｂ長さとの合計は１／２ピッチとなる。したがって、第１の光ファイバ１０ａから入射し、波長選択部３０を透過した特定波長の光は、第２の光ファイバ１０ｂのコア１１ｂに集中して入射する。このように、本実施形態に係る光スイッチ機構によれば、第１の光ファイバ１０ａに伝送された光信号のうち、特定波長の光信号のみを第２の光ファイバ１０ｂに伝送させることが可能である。

　なお、本実施形態に係る第２の屈折率分布部２０ｂは、第１の屈折率分布部１０ａの長さとの合計が１／２ピッチになる長さに形成したが、第１の屈折率分布部１０ａの長さとの合計がＮ／２ピッチになる長さに形成すればよい。ここでＮは自然数であり、すなわち１以上の整数である。

　次に、図９Ａ～図９Ｃを参照して図１に示した光スイッチ機構１の製造方法について説明する。

　まず、光ファイバ１０ａ，１０ｂと外周の径が等しい屈折率分布部材を用意し、この屈折率分布部材を１／８ピッチに切断して第１の屈折率分布部２０ａを形成する。そして、図９Ａに示すように、第１の屈折率分布部２０ａの端部に波長選択部３０を形成する。

　次に、第１の屈折率分布部２０ａと同様に、屈折率分布部材を３／８ピッチに切断して第２の屈折率分布部２０ｂとする。そして、第１の屈折率分布部２０ａと第２の屈折率分布部２０ｂの周面が長手方向に一致するように位置決めした後に、第２の屈折率分布部２０ｂを波長選択部３０に接着剤で接続する。第２の屈折率分布部２０ｂと波長選択部３０との接続方法は、接着剤を用いた方法に限らず、たとえば図示しない精密フェルールと割スリーブを用いた圧着法などの接続方法であってもよいし、図示しない外周部補強金具同士をレーザ等で溶接してもよい。図９Ｂに示した状態では、第１の屈折率分布部２０ａの中心軸と第２の屈折率分布部２０ｂの中心軸とが同一直線ｃ上に配置された状態で一体化している。

　なお、本実施形態では第１の屈折率分布部２０ａの端部に波長選択部３０を形成したが、第２の屈折率分布部２０ｂの端部に波長選択部３０を形成してもよい。この場合には、第１の屈折率分布部２０ａと第２の屈折率分布部２０ｂの周面が長手方向に一致するように位置決めした後に、第１の屈折率分布部２０ｂを波長選択部３０に接続する。

　また、本実施形態に係る光スイッチ機構１の屈折率分布部２０ａ，２０ｂは互いに等しい外周の径を有する円柱状に形成されている。そのため、屈折率分布部２０ａ，２０ｂの相対的な位置決めは、屈折率分布部２０ａ，２０ｂの周面を互いに長手方向に一致させることにより簡単に行うことができる。

　屈折率分布部２０ａ，２０ｂの位置決めの一例としては、まず屈折率分布部２０ａ、２０ｂをＶ溝形状の治具に置くと、屈折率分布部２０ａ、２０ｂの周面が、Ｖ溝の２つの面に沿って鉛直方向及び水平方向に揃う。次に屈折率分布部２０ａ、２０ｂの長手方向は、どちらか一方をもう一方に突き当てれば揃う。このように、低コストでの屈折率分布部２０ａ，２０ｂの位置決めが可能である。

　その後、第１の屈折率分布部２０ａと第１の光ファイバ１０ａとの周面が長手方向に一致するように位置決めした後に、第１の屈折率分布部２０ａの波長選択部３０側とは反対側の端部に第１の光ファイバ１０ａに融着接続機を用いて接続する。第１の屈折率分布部２０ａと第１の光ファイバ１０ａとの接続方法は、融着接続機を用いた方法に限らず、たとえば接着剤を用いた方法などの接続方法であってもよい。

　そして、同様に、第２の屈折率分布部２０ｂと第２の光ファイバ１０ｂの周面が長手方向に一致するように位置決めした後に、第２の屈折率分布部２０ｂの波長選択部３０側とは反対側の端部に第２の光ファイバ１０ｂに融着接続機を用いて接続する。第２の屈折率分布部２０ｂと第２の光ファイバ１０ｂとの接続方法は、融着接続機を用いた方法に限らず、たとえば接着剤を用いた方法などの接続方法であってもよい。

　図９Ｃに示した状態では、第１の屈折率分布部２０ａの中心軸と第２の屈折率分布部２０ｂの中心軸とを通る直線ｃが、光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部２０ａ，２０ｂとの接続部において光ファイバ１０ａ，１０ｂのコア１１ａ，１１ｂを通っている。このように、光スイッチ機構１は第１の光ファイバ１０ａおよび第２の光ファイバ１０ｂと一体となって、第１の光ファイバ１０ａと第２の光ファイバ１０ｂとを接続する。

　なお、本実施形態に係る光スイッチ機構１の屈折率分布部２０ａ，２０ｂは、光ファイバ１０ａ，１０ｂと等しい外周の径を有する円柱状に形成されている。そのため、屈折率分布部２０ａ，２０ｂ同士の位置決めと同様に、光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部２０ａ，２０ｂとの相対的な位置決めは、光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部２０ａ，２０ｂとの周面を長手方向に一致させることにより簡単に行うことができる。

　光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部２０ａ，２０ｂとの位置決めの一例としては、まず光ファイバ１０ａ、１０ｂと屈折率分布部２０ａ、２０ｂとをＶ溝形状の治具に置くと、光ファイバ１０ａ、１０ｂの周面と屈折率分布部２０ａ、２０ｂの周面が、Ｖ溝の２つの面に沿って鉛直方向及び水平方向に揃う。次に光ファイバ１０ａ、１０ｂと屈折率分布部２０ａ、２０ｂの長手方向は、どちらか一方をもう一方に突き当てれば揃う。このように、低コストでの光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部２０ａ，２０ｂとの長手方向の位置決めが可能である。

　なお接続及び切断の順番は入れ替えることが可能である。すなわち、最初に第１の光ファイバ１０ａと屈折率分布部材を融着接続機を用いて接続し、次に屈折率分布部材を１／８ピッチに切断して屈折率分布部２０ａとする。次に第１の屈折率分布部２０ａの端部に波長選択部３０を形成する。次に、同様の手順で第２の光ファイバ１０ｂに第２の屈折率分布部２０ｂを形成する。最後に第１の光ファイバ１０ａ及び第１の屈折率分布部２０ａ及び波長選択部が形成された部材と、第２の光ファイバ１０ｂ及び第２の屈折率分布２０ｂが形成された部材とを、接着剤などにより接続して図９Ｃに示す形状としても良い。

　本実施形態に係る光スイッチ機構の各部品の外周の径の誤差は１μｍ以下の誤差であるため、本実施形態に係る光スイッチ機構の製造方法では上述したような方法で精確な位置決めが可能である。

　光スイッチ機構の各部品の位置決め方法には大きく分けて、パッシブアライメントとアクティブアライメントとがある。パッシブアライメントは、本実施形態のように、光スイッチ機構の各部品を機械的に位置決めする方法である。これに対し、アクティブアライメントは、光ファイバから入射された光を随時観察しながら光スイッチ機構の各部品の位置決めを行う方法である。

　光ファイバのコアの径が数μｍであるのに対し、光ファイバを除く一般的な光学部品の寸法精度は数十μｍである。そのため、一般的に、パッシブアライメントによる機械的な位置決めで組立を行った場合、光軸が一致せず、光損失が増加する。

　一般的なアクティブアライメントでは、各部品の光の透過具合に合わせて各部品の位置をごく微細な距離移動させながら位置決めをする。そのため、各部品を精確に位置決めするためには各部品ごとに６軸調整装置を設ける必要がある。そのため、アクティブアライメントは非常にコストがかかる。また、１つの６軸調整装置を用いて、各部品を順番に１つずつ位置調整していくこともできるが、調整装置が部品を保持または解放する際及び接着固定する際に位置がずれる問題などが有り、最終的に光スイッチ機構の各部品の相対位置が最適にならない場合がある。

　一方、上述したように、本実施形態に係る光スイッチ機構の製造方法では、一般的なパッシブアライメントやアクティブアライメントと異なり、精確かつ低コストで各部品の位置決めを行うことができる。

（第２の実施形態）
　図１０は本発明の第２の実施形態に係る光スイッチ機構１０１の概略構成図である。光スイッチ機構１０１は、第１の屈折率分布部１２０ａと、第２の屈折率分布部１２０ｂと、第１の屈折率分布部１２０ａおよび第２の屈折率分布部１２０ｂに挟持された波長選択部１３０と、を有する。第１の屈折率分布部１２０ａの中心軸と第２の屈折率分布部１２０ｂの中心軸とは同一直線ｃ上にある。

　第１の屈折率分布部１２０ａの波長選択部１３０側とは反対側の端部は第１の光ファイバ１０ａに接続されており、第２の屈折率分布部１２０ｂの波長選択部１３０側とは反対側の端部は第２の光ファイバ１１０ｂに接続されている。光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂの接続部では、屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂの中心軸ｃが光ファイバ１０ａ，１０ｂのコア１１ａ，１１ｂ内に配置されている。換言すると、直線ｃはコア１１ａ，１１ｂ内を通っている。

　第１の屈折率分布部１２０ａの中心軸の長さは１／４ピッチになるように形成されている。そして、第１の屈折率分布部１２０ａの波長選択部１３０側の端面は、その垂線が中心軸に対して角度θだけ傾けられて形成されている。第２の屈折率分布部１２０ｂの波長選択部１３０側の端面は第１の屈折率分布部１２０ａの端面と平行に形成されている。したがって、第１の屈折率分布部１２０ａと第２の屈折率分布部１２０ｂとに挟持された波長選択部１３０の厚さ方向の両面の垂線は直線ｃに対して角度θだけ傾いている。

　そのため、第１のファイバ１０ａを出射して波長選択部１３０に反射される光が、第１の屈折率分布部１２０ａを往復するのに第１の屈折率分布部２０ａを１／２ピッチ進む。したがって、波長選択部３０に反射された光は最も径方向に収縮している位置で第１の光ファイバ１０ａに入射する。さらに、波長選択部１３０の第１の屈折率分布部１２０ａ側の面は、垂線が直線ｃに対して角度θだけ傾けられて形成されるため、波長選択部１３０が光を反射する際に、光の向きを変化させる。そのため、図１０に示すように、波長選択部３０に反射された光は第１のファイバ１０ａのコア１１ａからずれてクラッド１２ａに集中して入射する。すなわち、波長選択部１３０に反射された光は第１の光ファイバ１０ａのコア１１ａにはほとんど入射しない。そのため、第１の光ファイバ１０ａが伝送する光信号に、波長選択部１３０に反射された光が与える影響が小さい。したがって、本実施形態に係る光スイッチ機構では、第１の光ファイバ１０ａが伝送する光信号が不安定となりにくい。

　このように、本実施形態のように第１の屈折率分布部１２０ａの中心軸の長さが１／４ピッチであることが望ましいが、第１の屈折率分布部２０ａを精確に形成することは困難である。しかし、第１の屈折率分布部２０ａの中心軸の長さの誤差は３／４０ピッチ以上３／４０ピッチ以下の範囲内であれば第１の光ファイバ１０ａが伝送する光信号にほとんど影響しないことがわかっている。すなわち、第１の屈折率分布部２０ａの長さは７／４０ピッチ以上１３／４０ピッチ以下であればよい。また、第１の屈折率分布部２０ａの中心軸の長さは１／４０ピッチ以上１／４０ピッチ以下の範囲内であることが特に好ましい。すなわち、第１の屈折率分布部２０ａの長さは９／４０ピッチ以上１１／４０ピッチ以下であることが好ましい。

　さらに、波長選択部１３０の両面の垂線の、直線ｃに対する角度θは、波長選択部１３０に反射された光の第１の光ファイバ１０ａのコア１１ａへの入射がほぼ無視できる程度であれば良い。具体的には角度θは０．１°～４°に設定される。

　また、本実施形態では、第１の屈折率分布部１２０ａを中心軸の長さが１／４ピッチとなるように形成したが、第１の屈折率分布部２０ａの中心軸の長さは、波長選択部１３０に反射された光が最も径方向に収縮いる位置で第１の光ファイバ１０ａに入射される長さであればよい。具体的には、たとえば、３／４ピッチや５／４ピッチであってもよい。すなわち、第１の屈折率分布部１２０ａの中心軸の長さは、１／４ピッチにｎ／２ピッチを加えた長さであってもよい。ここでｎは０以上の整数である。これらの場合にも、第１の屈折率分布部１２０ａの長さは、３／４０ピッチ以上３／４０ピッチ以下の範囲内の誤差は許容される。また、第１の屈折率分布部１２０ａの長さは、１／４０ピッチ以上１／４０ピッチ以下の範囲内の誤差であることが特に好ましい。

　また、この場合にも、波長選択部１３０の両面の垂線の、直線ｃに対する角度θは０．１°～４°に設定される。

　図１０に示す第２の屈折率分布部２０ｂは１／４ピッチの長さに形成されている。そのため、第１の屈折率分布部１２０ａの長さと第２の屈折率分布部１２０ｂ長さとの合計は１／２ピッチとなる。したがって、第１の光ファイバ１０ａを出射し、波長選択部１３０を透過した特定波長の光は、第２の光ファイバ１０ｂのコア１１ｂに集中して入射する。このように、本実施形態に係る光スイッチ機構によれば、第１の光ファイバ１０ａに伝送された光信号のうち、特定波長の光信号のみを第２の光ファイバ１０ｂに伝送させることが可能である。

　なお、本実施形態に係る第２の屈折率分布部１２０ｂは、第１の屈折率分布部１０ａの長さとの合計が１／２ピッチになる長さに形成したが、第１の屈折率分布部１０ａの長さとの合計がＮ／２ピッチになる長さに形成すればよい。ここでＮは自然数であり、すなわち１以上の整数である。

　次に、図１１Ａ～図１１Ｃを参照して図１０に示した光スイッチ機構１０１の製造方法について説明する。

　まず、光ファイバ１０ａ，１０ｂと外周の径が等しい屈折率分布部材を用意し、この屈折率分布部材を中心軸の長さが１／４ピッチで、かつ、切断面の垂線の中心軸に対する傾きが角度θになるように切断して第１の屈折率分布部１２０ａを形成する。そして、図１１Ａに示すように、第１の屈折率分布部１２０ａの端部波長選択部１３０を形成する。

　次に、第１の屈折率分布部１２０ａと同様に、屈折率分布部材を中心軸の長さが１／４ピッチで、かつ、切断面の垂線の中心軸に対する傾きが角度θになるように切断して屈折率分布部１２０ｂとする。そして、第１の屈折率分布部１２０ａの切断面と第２の屈折率分布部１２０ｂの切断面とが平行になり、かつ、第１の屈折率分布部１２０ａと第２の屈折率分布部１２０ｂの周面が長手方向に一致するように位置決めした後に、第２の屈折率分布部１２０ｂを波長選択部１３０に接着剤で接続する。第２の屈折率分布部１２０ｂと波長選択部１３０との接続方法は、接着剤を用いた方法に限らず、たとえば圧着法などの接続方法であってもよい。図１１Ｂに示した状態では、第１の屈折率分布部１２０ａの中心軸と第２の屈折率分布部１２０ｂの中心軸とが同一直線ｃ上に配置された状態で一体化している。

　なお、本実施形態では第１の屈折率分布部１２０ａの端部に波長選択部１３０を形成したが、第２の屈折率分布部１２０ｂの端部に波長選択部１３０を形成してもよい。この場合には、第１の屈折率分布部１２０ａと第２の屈折率分布部１２０ｂの周面が長手方向に一致するように位置決めした後に、第１の屈折率分布部１２０ｂを波長選択部１３０に接続する。

　また、本実施形態に係る光スイッチ機構１の屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂは互いに等しい外周の径を有する円柱状に形成されている。そのため、屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂの相対的な位置決めは、屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂの周面を互いに長手方向に一致させることにより簡単に行うことができる。

　屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂの位置決めの一例としては、まず屈折率分布部１２０ａ、１２０ｂとをＶ溝形状の治具に置くと、屈折率分布部１２０ａ、１２０ｂの周面が、Ｖ溝の２つの面に沿って鉛直方向及び水平方向に揃う。次に屈折率分布部１２０ａ、１２０ｂの長手方向は、どちらか一方をもう一方に突き当てれば揃う。このように、低コストでの屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂの長手方向の位置決めが可能である。

　その後、第１の屈折率分布部１２０ａと第１の光ファイバ１０ａの周面が長手方向に一致するように位置決めした後に、第１の屈折率分布部１２０ａの波長選択部３０側とは反対側の端部に第１の光ファイバ１０ａに融着接続機を用いて接続する。第１の屈折率分布部２０ａと第１の光ファイバ１０ａとの接続方法は、融着接続機を用いた方法に限らず、たとえば接着剤を用いた方法などの接続方法であってもよい。

　そして、同様に、第２の屈折率分布部１２０ｂと第２の光ファイバ１０ｂの周面が長手方向に一致するように位置決めした後に、第２の屈折率分布部１２０ｂの波長選択部１３０側とは反対側の端部に第２の光ファイバ１０ｂに融着接続機を用いて接続する。第２の屈折率分布部１２０ｂと第２の光ファイバ１０ｂとの接続方法は、融着接続機を用いた方法に限らず、たとえば接着剤を用いた方法などの接続方法であってもよい。

　図９Ｃに示した状態では、第１の屈折率分布部１２０ａの中心軸と第２の屈折率分布部１２０ｂの中心軸とを通る直線ｃが、光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂとの接続部において光ファイバ１０ａ，１０ｂのコア１１ａ，１１ｂを通っている。このように、光スイッチ機構１０１は第１の光ファイバ１０ａおよび第２の光ファイバ１０ｂと一体となって、第１の光ファイバ１０ａと第２の光ファイバ１０ｂとを接続する。

　なお、本実施形態に係る光スイッチ機構１の屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂは、光ファイバ１０ａ，１０ｂと等しい外周の径を有する円柱状に形成されている。そのため、屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂ同士の位置決めと同様に、光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂとの相対的な位置決めは、光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂとの周面を長手方向に一致させることにより簡単に行うことができる。このように、低コストでの光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂとの位置決めが可能である。

　光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂとの位置決めの一例としては、まず光ファイバ１０ａ、１０ｂと屈折率分布部１２０ａ、１２０ｂとをＶ溝形状の治具に置くと、光ファイバ１０ａ、１０ｂの周面と屈折率分布部１２０ａ、１２０ｂの周面が、Ｖ溝の２つの面に沿って鉛直方向及び水平方向に揃う。次に光ファイバ１０ａ、１０ｂと屈折率分布部１２０ａ、１２０ｂの長手方向は、どちらか一方をもう一方に突き当てれば揃う。これにより、光ファイバ１０ａ，１０ｂと屈折率分布部１２０ａ，１２０ｂとの長手方向の位置決めが完了する。

　なお接続及び切断の順番は入れ替えることが可能である。すなわち、最初に第１の光ファイバ１０ａと屈折率分布部材を融着接続機を用いて接続し、次に屈折率分布部材を１／４ピッチで、かつ、切断面の垂線の中心軸に対する傾きが角度θになるように切断して屈折率分布部１２０ａとする。次に第１の屈折率分布部２０ａの端部に波長選択部３０を形成する。次に、同様の手順で第２の光ファイバ１０ｂに第２の屈折率分布部１２０ｂを形成する。最後に第１の光ファイバ１０ａ及び第１の屈折率分布部１２０ａ及び波長選択部が形成された部材と、第２の光ファイバ１０ｂ及び第２の屈折率分布１２０ｂが形成された部材とを、接着剤などにより接続して図１１Ｃに示す形状としても良い。

　このように、本実施形態に係る光スイッチ機構の製造方法では、精確かつ低コストで各部品の位置決めを行うことができる。

　以上、実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

　この出願は、２０１０年１月６日に出願された日本国特許出願２０１０－００１１６１号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１　　　光スイッチ機構
１０ａ　第１の光ファイバ
１０ｂ　第２の光ファイバ
２０ａ　第１の屈折率分布部
２０ｂ　第２の屈折率分布部
３０　　波長選択部

Claims

　第１の光ファイバのコアから入射した光のうち特定波長の光のみを透過させて第２の光ファイバのコアに入射させる光スイッチ機構であって、
　第１の光ファイバの端部に連接された第１の屈折率分布部と、
　前記第１の屈折率分布部の中心軸と同一直線上に中心軸があり、第２の光ファイバの端部に連接された第２の屈折率分布部と、
　前記第１の屈折率分布部と前記第２の屈折率分布部とに挟持され、前記特定波長の光を透過させ、前記特定波長以外の光を反射する波長選択部と、
　前記波長選択部に電圧を印加する電源部と、
　を有し、
　前記第１の屈折率分布部の中心軸の長さが、前記波長選択部に反射された前記特定波長以外の光が前記第１の光ファイバのコアに入射することが抑制される所定のピッチに形成されていることを特徴とする光スイッチ機構。
　前記第１の屈折率分布部の中心軸は、７／８０ピッチ以上１３／８０ピッチ以下に、ｎを０以上の整数としてｎ／２ピッチを加えて得られる長さである、請求項１に記載の光スイッチ機構。
　前記第１の屈折率分布部の中心軸は、７／４０ピッチ以上１３／４０ピッチ以下に、ｎを０以上の整数としてｎ／２ピッチを加えて得られる長さであり、かつ、前記波長選択部の前記第１の屈折率分布部側の表面の垂線が前記第１の屈折率分布部の中心軸に対して傾いている、請求項１に記載の光スイッチ機構。
　前記第１の光ファイバ、前記第２の光ファイバ、前記第１の屈折率分布部および前記第２の屈折率分布部の外周の径が等しい、請求項１から３のいずれか１項に記載の光スイッチ機構。
　第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間に設けられた波長選択部と、前記第１の光ファイバと前記波長選択部との間に設けられた第１の屈折率分布部と、前記第２の光ファイバと前記波長選択部との間に設けられた第２の屈折率分布部と、を備え、前記第１の光ファイバのコアから入射した光のうち特定波長の光のみが前記波長選択部を透過して第２の光ファイバのコアに入射し、前記特定波長以外の光が前記波長選択部に反射される光スイッチ機構の製造方法であって、
　外周の径が前記第１の光ファイバおよび前記第２の光ファイバと長手方向に等しく、中心軸の長さが前記波長選択部に反射された前記特定波長以外の光が前記第１の光ファイバのコアに入射することが抑制するようなピッチに形成された第１の屈折率分布部を用意する工程と、
　外周の径が前記第１の光ファイバおよび前記第２の光ファイバと長手方向に等しい前記第２の屈折率分布部を用意する工程と、
　前記第１の屈折率分布部と前記第２の屈折率分布部とのいずれか一方の端部に前記波長選択部を形成する工程と、
　前記波長選択部に、前記第１の屈折率分布部と前記第２の屈折率分布部とのうち前記波長選択部が形成されていない方の端部を、前記第１の屈折率分布部と前記第２の屈折率分布部との周面が長手方向に一致するように接続する工程と、
　前記第１の光ファイバの端部に、前記第１の屈折率分布部の前記波長選択部側とは反対側の端部を、前記第１の光ファイバと前記第１の屈折率分布部との周面が長手方向に一致するように接続する工程と、
　前記第２の光ファイバの端部に、前記第２の屈折率分布部の前記波長選択部側とは反対側の端部を、前記第２の光ファイバと前記第２の屈折率分布部との周面が長手方向に一致するように接続する工程と、
　を含むことを特徴とする光スイッチ機構の製造方法。
　前記第１の屈折率分布部の中心軸は、７／８０ピッチ以上１３／８０ピッチ以下に、ｎを０以上の整数としてｎ／２ピッチを加えて得られる長さである、請求項５に記載の光スイッチ機構の製造方法。
　前記第１の屈折率分布部の中心軸は、７／４０ピッチ以上１３／４０ピッチ以下に、ｎを０以上の整数としてｎ／２ピッチを加えて得られる長さであり、かつ、前記波長選択部の第１の屈折率分布部側の表面の垂線が前記第１の屈折率分布部の中心軸に対して傾いている、請求項５に記載の光スイッチ機構の製造方法。