WO2022168205A1 - 光スイッチ - Google Patents

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WO2022168205A1
WO2022168205A1 PCT/JP2021/003954 JP2021003954W WO2022168205A1 WO 2022168205 A1 WO2022168205 A1 WO 2022168205A1 JP 2021003954 W JP2021003954 W JP 2021003954W WO 2022168205 A1 WO2022168205 A1 WO 2022168205A1
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optical fiber
ferrule
slit
cores
optical switch
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PCT/JP2021/003954
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千里 深井
邦弘 戸毛
宜輝 阿部
和典 片山
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日本電信電話株式会社
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    • G02B6/3873—Connectors using guide surfaces for aligning ferrule ends, e.g. tubes, sleeves, V-grooves, rods, pins, balls
    • G02B6/3885—Multicore or multichannel optical connectors, i.e. one single ferrule containing more than one fibre, e.g. ribbon type

Definitions

  • the present invention relates to an optical switch that switches optical paths using optical fibers.
  • Non-Patent Document 1 Various mechanical optical switches have been proposed for all-optical switches that switch paths without converting optical signals into electrical signals.
  • the optical fiber type mechanical optical switch which controls the matching of optical fibers or optical connectors by a robot arm or motor, has a slow switching speed, but has low loss, low wavelength dependence, multi-port capability, and power failure. It has excellent points such as a self-holding function.
  • Typical structures of optical fiber type mechanical optical switches include, for example, a method in which a stage using an optical fiber V-groove is moved in parallel, and a mirror or prism that is moved in parallel or changed in angle to emit multiple lights from an incident optical fiber. There are a method of selectively coupling to a fiber, a method of connecting a jumper cable with an optical connector using a robot arm, and the like.
  • an optical switch that collectively switches multiple paths has been proposed by combining a multi-core optical fiber with a three-dimensional MEMS optical switch (see, for example, Non-Patent Document 2). Furthermore, an optical fiber type mechanical optical switch that performs switching by rotating a cylindrical ferrule in which a multi-core optical fiber is inserted has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 has the problem that it is difficult to reduce power consumption and size.
  • a motor is generally used as a drive source in the above-described system for parallel movement of the optical fiber V-groove stage or prism.
  • the motor In a mechanism for linearly moving a heavy object such as a stage, the motor requires a torque of a certain level or more, and power consumption is required to obtain a suitable output in order to maintain the required torque.
  • optical axis alignment using a single-mode optical fiber requires an accuracy of about 1 ⁇ m or less.
  • a ball screw is generally used as a mechanism for converting the rotary motion of a motor into a linear motion.
  • the optical fiber pitch of a commonly used optical fiber array on the output side is about 125 ⁇ m in the clad outer diameter of the optical fiber or about 250 ⁇ m in the coated outer diameter of the optical fiber, in order to convert to linear motion in sub- ⁇ m steps, As the size of the optical fiber array on the output side increases, the actual driving time of the motor must be increased, resulting in an increase in power consumption.
  • Non-Patent Document 2 In the optical path switching using the multi-core optical fiber described in Non-Patent Document 2, in the process of manufacturing the optical switch, there is a collimator mechanism for coupling to the optical fiber array on the output side, and external factors such as vibration A separate anti-vibration mechanism is required to obtain stable optical characteristics, which complicates the structure.
  • an object of the present disclosure is to provide a simple, compact optical switch with low power consumption.
  • a ferrule in which a multi-core optical fiber having a plurality of cores is inserted is tightly inserted into a sleeve to align the center axis, and the gap between the slits in the sleeve is widened when switching the optical switch.
  • the optical switch of the present disclosure includes: a first multi-core optical fiber having a plurality of cores on the same circumference from the central axis in a cross section perpendicular to the longitudinal direction; a first ferrule containing the first multi-core optical fiber; a second multi-core optical fiber in which cores are respectively arranged at positions corresponding to the plurality of cores of the first multi-core optical fiber in a cross section perpendicular to the longitudinal direction; a second ferrule containing the second multi-core optical fiber and having the same outer diameter as the first ferrule; a split sleeve that accommodates the first ferrule and the second ferrule so as to face each other at a central axis; a slit interval adjustment jig for adjusting the interval between the slits of the split sleeve; a rotating mechanism that rotates one of the first ferrule and the second ferrule about the central axis; characterized by comprising
  • the ferrule when switching the optical switch, the ferrule is rotated while the gap between the slits of the sleeve is widened. It is possible to provide a simple and compact optical switch with low power consumption while maintaining the advantages of low loss, low wavelength dependence, multi-port property, and self-holding function at the time of power loss.
  • the slit interval adjusting jig of the optical switch includes: It may have a spring inserted into the slit to widen the gap between the slits and a spring diaphragm that adjusts the force of the spring to widen, It may have a plurality of thin plates inserted into the slits to widen the gap between the slits according to the number of insertions, and a thin plate adjuster for adjusting the number of the thin plates inserted into the slits, A slit interval adjusting member inserted into the slit to widen the interval of the slit according to an insertion amount and a slit interval adjusting diaphragm adjusting an amount of insertion of the slit interval adjusting member into the slit may be provided.
  • the distance between the slits in the sleeve can be easily expanded, so it is possible to provide a simple, compact optical switch with low power consumption.
  • the sum of the lengths of the first ferrule and the second ferrule may be shorter than the full length of the split sleeve.
  • the rotation mechanism of the optical switch according to the present disclosure may have an actuator that rotates either the first ferrule or the second ferrule in fixed angular steps and stops in arbitrary angular steps.
  • the plurality of cores of the first multicore optical fiber are arranged on the opposite side of the second multicore optical fiber from the respective cores of a plurality of single-core optical fibers.
  • a first input/output unit coupled to the may further be provided.
  • the plurality of cores of the second multicore optical fiber are arranged on the opposite side of the first multicore optical fiber from the respective cores of the plurality of single-core optical fibers.
  • a second input/output unit coupled to the may further be provided.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a functional model of an optical switch of the present disclosure
  • FIG. 1 is a block diagram of an optical switch of the present disclosure
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a multi-core optical fiber of the present disclosure
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a multi-core optical fiber of the present disclosure
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross section of an optical coupling section according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the ferrule pulling force Fr of the sleeve before widening the slit interval and the force Fw for widening the slit interval.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship of excess loss to optical fiber gaps
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between core placement radius and maximum stationary angular accuracy.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a slit interval adjusting jig of the optical coupling section of the present disclosure
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a slit interval adjusting jig of the optical coupling section of the present disclosure
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a slit interval adjusting jig of the optical coupling section of the present disclosure;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a slit interval adjusting jig of the optical coupling section of the present disclosure;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship of excess loss to optical fiber gaps
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between core placement radius and maximum stationary angular accuracy.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a slit interval adjusting jig of the optical coupling section of the present disclosure
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a slit interval adjusting jig of the optical coupling section of the present disclosure
  • FIG. 1 An example of a functional model of an optical switch is shown in FIG.
  • reference numeral 100 denotes a front-stage optical switch component, 101 an input-side optical fiber, 102 an inter-switch optical fiber, 103 a rear-stage optical switch component, and 104 an output-side optical fiber.
  • the optical switch shown in FIG. 1 has a function of connecting an arbitrary input side optical fiber 101 out of the N lines to an arbitrary output side optical fiber 104 out of the N lines. That is, the input side optical fiber 101 connected to the pre-stage optical switch configuration unit 100 is switched to an arbitrary port of the inter-switch optical fiber 102 by the pre-stage optical switch configuration unit 100, and the port of the inter-switch optical fiber 102 is switched to the post-stage optical fiber 102.
  • the optical switch configuration unit 103 switches to a desired output side optical fiber 104 .
  • FIG. 2 A block configuration diagram of the optical switch of this embodiment is shown in FIG.
  • S1 is an input-side single-core optical fiber
  • S2 is a fan-in as a first input/output unit
  • S3 is a rotation stopping mechanism
  • S4 is an input-side multi-core optical fiber as a first multi-core optical fiber
  • S5 is a A gap
  • S6 is an output side multi-core optical fiber as a second multi-core optical fiber
  • S7 is a rotating part as part of the rotating mechanism
  • S8 is an actuator as part of the rotating mechanism
  • S9 is a second input/output part.
  • S10 is a single-core optical fiber on the output side
  • S11 is a control circuit
  • S12 is a surplus portion
  • S13 is an optical coupling portion.
  • the optical switch shown in FIG. 2 includes an input side multi-core optical fiber S4, an output side multi-core optical fiber S6, a fan-in S2 and a fan-out S9, and transmits light from a plurality of input side single-core optical fibers S1 via the fan-in S2.
  • Light is output from any one single-core optical fiber S10 in the fan-out S9 by fixing the input-side multi-core optical fiber S4 at the optical coupling part S13 and rotating the output-side multi-core optical fiber S6. It is an optical switch that can
  • the optical switch shown in FIG. 2 can be used as a 1 ⁇ N relay type optical switch if the input is singular. If there are a plurality of inputs, it is possible to configure an N ⁇ N optical switch by combining a plurality of optical switches with different optical path directions.
  • the input-side multi-core optical fiber S4 is fixed and the output-side multi-core optical fiber S6 is rotated. Therefore, the output side multi-core optical fiber S6 may be fixed and the input side multi-core optical fiber S4 may be rotated.
  • An optical switch that fixes the input side multi-core optical fiber S4 and rotates the output side multi-core optical fiber S6 will be described below.
  • the input side multi-core optical fiber S4 is fixed so as not to rotate by the rotation stop mechanism S3.
  • the actuator S8, which rotates by an arbitrary angle according to a signal from the control circuit S11, rotates the rotating portion S7 around its central axis, and the output side multi-core optical fiber S6 rotates along with the rotation of the rotating portion S7.
  • a surplus length S12 having a constant optical fiber length is provided in order to allow twisting of the output-side multi-core optical fiber S6, a surplus length S12 having a constant optical fiber length is provided.
  • a gap S5 is provided in the optical coupling portion S13 so that even if the output side multi-core optical fiber S6 rotates, it does not interfere with the input side multi-core optical fiber S4.
  • Figs. 3-1 and 3-2 show schematic diagrams showing the cross-sectional structure perpendicular to the longitudinal direction of the multi-core optical fiber of the present disclosure.
  • S14 is the core arrangement radius
  • S15 is the optical fiber clad diameter
  • S16 is the core.
  • FIG. 3-1 there are eight cores in a common cladding.
  • FIG. 3-2 eight single-core optical fibers are bundled and melt-drawn into a bundle.
  • a multi-core optical fiber having a plurality of cores shown in FIG. 3-1 and a bundle optical fiber obtained by melting and drawing a plurality of single-core optical fibers shown in FIG. 3-2 are collectively referred to as multi-core optical fibers.
  • the centers of the plurality of cores S16 are arranged on the circumference of a circle having a core arrangement radius S14 with respect to the center of the optical fiber.
  • the number of cores S16 arranged at positions corresponding to both cores is not limited to eight.
  • the input side multi-core optical fiber S4 and the output side multi-core optical fiber S6 have the same number of cores, but under the condition of the same core arrangement radius, for example, the input side multi-core optical fiber S4 has 4 cores and the output side multi-core optical fiber The number of cores in S6 does not need to be the same, such as eight.
  • the transmission loss of the optical coupling section S13 is as small as possible, and the input-side multi-core optical fiber S4 and the output-side multi-core optical fiber S6 have approximately the same mode field diameter. It should be characteristic.
  • the optical fiber clad diameter S15 may be 125 ⁇ m, which is widely used for communication, or a clad diameter expanded to realize a large number of cores, eg, 190 ⁇ m.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram showing a cross section of the optical coupling portion according to the embodiment of the present disclosure.
  • S17 is a ferrule
  • S18 is a split sleeve
  • S18-1 is a slit of the split sleeve
  • S19 is a slit interval adjusting jig
  • S20 is a ferrule outer diameter.
  • Ferrule S17 corresponds to a first ferrule or a second ferrule.
  • a ferrule S17 into which a multi-core optical fiber is inserted is accommodated in a cylindrical split sleeve S18.
  • the ferrule S17 is aligned with a split sleeve S18 having an axial slit.
  • the inner diameter of the split sleeve S18 is designed to be sub- ⁇ m smaller than the ferrule outer diameter S20.
  • the axial deviation of the cores of the multi-core optical fiber is controlled by making the inner diameter equal to the ferrule outer diameter S20.
  • a force is generated in the split sleeve S18 to grip the ferrule toward the center of the ferrule, and the ferrule S17 is held by this gripping force.
  • a slit interval adjusting jig S19 is attached to the slit S18-1 of the split sleeve S18 to further widen the interval of the slit S18-1 to reduce the gripping force.
  • the slit interval adjusting jig S19 can adjust minute slit intervals on the order of micrometers, for example, by combining a spring and a micrometer head.
  • the slit interval adjusting jig S19 is not limited to a combination of a spring and a micrometer head, and may have any configuration that enables fine adjustment of the slit interval.
  • FIG. 5 shows an example of the relationship between the force Fw for widening the slit distance and the force Fr for pulling out the ferrule of the sleeve before widening the slit distance.
  • the ferrule pull-out force Fr of the sleeve can be expressed by Equation (1) using the coefficient of friction ⁇ between the ferrule and the sleeve and the gripping force F acting on the sleeve toward the center of the ring.
  • the ferrule pulling force Fr' of the sleeve after the slit interval is widened can be expressed by the equation (2) using the opening angle ⁇ of the slit.
  • Fig. 5 shows an example of using a zirconia sleeve and a zirconia ferrule, and the coefficient of friction ⁇ was set to 0.1.
  • the ferrule pull-out force of the sleeve has a correlation with the splice loss fluctuation, and when the ferrule pull-out force of the sleeve is 1.5 N or more, the loss fluctuation can be suppressed to 0.1 dB or less.
  • the sleeve ferrule pull-out force Fr before widening the slit interval is 3 N (a gripping force F of 7.5 N)
  • a force Fw of 10 N for widening the sleeve interval by applying a force Fw of 10 N for widening the sleeve interval, The ferrule pull-out force Fr' of the sleeve can be suppressed to 2N (5N gripping force).
  • FIG. 6 A schematic diagram showing a cross section of the optical coupling portion S13 of the present disclosure is shown in FIG. 6, S17 is a ferrule, S18 is a split sleeve, S19 is a slit interval adjusting jig, S20 is a ferrule outer diameter, S21 is an antireflection film, S22 is an input side flange, S23 is an output side flange, and S24 is the sleeve axial direction. length.
  • the input-side multi-core optical fiber S4 and the output-side multi-core optical fiber S6 are built in their respective ferrules S17.
  • the two ferrules 17 are opposed at their center axes by a split sleeve S18.
  • the end surfaces of the two ferrules S17 may be in contact with each other or may be spaced apart.
  • the end face of this ferrule S17 is polished and coated with an antireflection film S21 for reducing Fresnel reflection with the air layer.
  • oblique polishing in which the ferrule end face is not flat but polished at a certain angle, can be used as an alternative.
  • the gap S5, the polishing angle, and the shape of the ferrule tip must be set so that the ferrule end face does not come into contact with the input ferrule when the output ferrule rotates.
  • the sum of the lengths of the first ferrule S17 and the second ferrule S17 is shorter than the total length of the split sleeve S18. Therefore, a gap is created between the end faces of the first ferrule S17 and the second ferrule S17 in the optical coupling portion S13. As a result, even if the second ferrule S17 rotates, the antireflection film S21 can be prevented from being damaged. If the fiber end face is not provided with the antireflection film S21, it is possible to prevent the fiber end face from being damaged.
  • W1 and W2 are the mode field radii of the core of the input side multi - core optical fiber and the output side multi-core optical fiber, respectively.
  • FIG. 7 is a diagram showing losses when the mode field radii of the input side multi-core optical fiber and the output side multi-core optical fiber are both 4.5 ⁇ m.
  • the excess loss can be suppressed to 0.1 dB or less by arranging the ferrules S17 so that the end face gap between the input side multi-core optical fiber S4 and the output side multi-core optical fiber S6 is 20 ⁇ m or less.
  • the minimum value of the gap S5 in the optical coupling portion S13 is ensured by the axial length S24 of the sleeve S18, the input side flange S22, and the output side flange S23.
  • the length of the sleeve S18 is set longer than the sum of the protruding lengths from the input side flange S22 and the output side flange S23 that fix the input side ferrule S17 and the output side ferrule S17, respectively.
  • the gap S5 can be secured by
  • the actuator S8 will be explained.
  • the actuator S8 is a drive mechanism that rotates in fixed angular steps according to a pulse signal from the control circuit S11 and has a fixed static torque for each angular step so as to stop at an arbitrary angular step.
  • a stepping motor for example, can be applied to the actuator S8.
  • the actuator S8 is not limited to a stepping motor, as long as it rotates in fixed angular steps according to the pulse signal from the control circuit S11 and has a fixed static torque for each angular step.
  • the rotation speed and rotation angle are determined by the period and number of pulses of the pulse signal from the control circuit S11, and the angle step and static torque may be adjusted via a reduction gear.
  • the output-side ferrule S17 in the optical coupling portion S13 has a self-holding function held by the split sleeve S18, but it may be imparted by, for example, static torque of the actuator portion.
  • the number of static angle steps is defined as the number of static angle steps in which the angular position is maintained when the power supply is stopped. be.
  • T R (unit: dB) is the excess loss due to the rotation angle deviation in the optical coupling section S13
  • ⁇ unit: degree
  • the cores of the input side multi-core optical fiber S4 and the output side multi-core optical fiber S6 Assuming that the arrangement radius is R (unit: ⁇ m), these relationships are expressed by equation ( 4 ) using the mode field radius w1 of the input side and multi-core optical fiber and the mode field radius w2 of the output side multi - core optical fiber. can be expressed as
  • the excess loss T R is, for example, 0.1 dB or 0.2 dB
  • the maximum stationary angular accuracy ⁇ is given for the core placement radius R as shown in FIG. From FIG. 8, the larger the core arrangement radius, the stricter the static angle accuracy is required, and if the excess loss TR is 0.1 dB, the static angle accuracy of about 0.8 degrees or less is required when the core arrangement radius is 50 ⁇ m. .
  • one of the input side and the output side of the optical coupling part that performs optical switching is a mechanism that can rotate about the axis, and the self-holding function is realized by the ferrule gripping force of the split sleeve, and the gripping force is reduced as much as possible.
  • the mechanism is designed to reduce the size, the energy required by the actuator, that is, the torque output can be reduced.
  • it has a self-holding function that does not require power when it is stationary after switching. Therefore, power consumption can be reduced.
  • the optical coupling portion does not need to be provided with a collimating mechanism or a special anti-vibration mechanism. Therefore, an optical switch with a simple and compact configuration can be realized.
  • the amount of optical axis deviation in directions other than the axial rotation of the output ferrule is guaranteed by the sleeve in the optical coupling portion. Therefore, loss can be reduced.
  • FIG. 9 shows a schematic diagram showing an example of a slit interval adjusting jig arranged in the optical coupling section of the present disclosure.
  • S18 is a split sleeve
  • S18-1 is a slit
  • S25 is a spring
  • S26 is a fixture
  • S27 is a spring diaphragm.
  • the spring S25 widens the gap between the slits S18-1 of the split sleeve S18.
  • the spring diaphragm S27 adjusts the force of the spring S25 to spread.
  • a spring S25 and a spring restrictor S27 are attached to the fixture S26.
  • the distance between the ends of the spring S25 is wider than the distance between the slits S18-1 of the split sleeve S18.
  • the tip of the spring S25 is inserted into the slit S18-1 of the split sleeve S18.
  • the gap between the slits S18-1 of the split sleeve S18 can be widened by opening the spring diaphragm S27 in the direction in which the tip of the spring S25 widens.
  • a leaf spring or a kick spring can be used. Not exclusively.
  • a micrometer head or vernier caliper can be used, and any configuration that allows the spring S25 to be squeezed and released with a fine scale is not limited to these. Also, by providing a lock mechanism to the spring throttle S27, it is possible to maintain an appropriate spring pressure. Further, if the optimum pressure of the spring S25 for widening the interval of the slit S18-1 is known in advance, it is possible to use a switch such as a solenoid that can be turned on and off for the spring throttle S27. is.
  • FIG. 10 and 11 are schematic diagrams showing an example of a slit interval adjusting jig arranged in the optical coupling section of the present disclosure.
  • FIG. 10 shows a state in which the slit S18-1 of the split sleeve S18 is not widened.
  • FIG. 11 shows a state in which the slit S18-1 of the split sleeve S18 is widened.
  • S18 is a split sleeve
  • S18-1 is a slit
  • S28 is a thin plate
  • S29 is a thin plate fixing tool
  • S30 is a thin plate adjuster
  • S31 is a thin plate storage tool.
  • the thin plates S28 widen the gap between the slits S18-1 according to the number of thin plates S28 inserted into the slits S18-1.
  • the thin plate adjuster S30 adjusts the number of thin plates S28 to be inserted into the slit S18-1.
  • a plurality of thin plates S28 are used to adjust the spacing of the slits S18-1 of the split sleeve S18.
  • the upper portions of the plurality of thin plates S28 are respectively fixed to thin plate fixtures S29.
  • a thin plate adjuster S30 is attached to the thin plate fixture S29 to adjust the angle of the thin plate fixture S29.
  • the thin plate S28 is stored in the thin plate storage tool S31.
  • the thin plate container S31 is fixed inside the slit S18-1 of the split sleeve S18.
  • the plurality of thin plates S28 are inserted into and removed from the slit S18-1, thereby adjusting the width of the thin plate storage member S31 inside the slit S18-1. be.
  • a feeler gauge for example, can be used for the thin plate S28. It is sufficient if the number of feeler gauges inserted into the slit S18-1 can be changed by adjusting the angle of the thin plate fixing member S29, and the width of the thin plate storage member S31 inside the slit S18-1 can be finely adjusted. , but not limited to.
  • a plurality of thin plates S28 are used. It is also possible to use a single thin plate with a width that optimizes the .
  • the thin plate container S31 may be made of, for example, a shape memory alloy, and the width inside the slit S18-1 may be adjusted, but is not limited to this.
  • FIG. 12 and 13 are schematic diagrams showing an example of a slit interval adjusting jig arranged in the optical coupling section of the present disclosure.
  • FIG. 12 shows a state in which the slit S18-1 of the split sleeve S18 is not widened.
  • FIG. 13 shows a state in which the slit S18-1 of the split sleeve S18 is widened.
  • S18 is a split sleeve
  • S18-1 is a slit
  • S32 is a slit interval adjusting member
  • S33 is a slit interval adjusting member storage device
  • S34 is a slit interval adjusting member fixture
  • S35 is a slit interval adjusting diaphragm.
  • the slit interval adjusting member S32 is inserted into the slit S18-1 and expands the interval of the slit S18-1 according to the amount of insertion.
  • the slit interval adjusting diaphragm S35 adjusts the amount of insertion of the slit interval adjusting member S32 into the slit S18-1.
  • a slit interval adjustment member S32 having a truncated cone shape adjusts the slit interval of the split sleeve S18.
  • An upper portion of the slit interval adjusting member S32 is fixed to a slit interval adjusting member fixture S34.
  • the slit interval adjusting diaphragm S35 is attached to the slit interval adjusting member fixture S34, and adjusts the insertion/removal amount of the slit interval adjusting member S32.
  • the slit interval adjusting member S32 is stored in the slit interval adjusting member storage tool S33.
  • the slit interval adjusting member storage tool S33 is fixed inside the slit S18-1 of the split sleeve S18.
  • the slit interval adjusting member S32 is inserted and removed by the slit interval adjusting diaphragm S35, and the width of the slit interval adjusting member storage tool S33 inside the slit S18-1 is adjusted.
  • the slit interval adjusting diaphragm S35 inserts the slit interval adjusting member S32 into the slit interval adjusting member storage device S33, thereby widening the width of the slit interval adjusting member storage device S33 inside the slit S18-1. As a result, the gap between the slits S18-1 of the split sleeve S18 is widened.
  • the slit interval adjusting member S32 is not limited to a truncated cone, as long as the slit interval adjusting member S32 can adjust the amount of insertion of the slit interval adjusting member storage tool S33 into the slit S18-1 by adjusting the slit interval adjusting diaphragm S35. It may be conical or wedge shaped. Metal and resin can be exemplified as the material of the slit interval adjusting member S32.
  • the slit interval adjusting member S32 having the shape of a truncated cone is used.
  • a cylindrical slit interval adjusting member having a width that optimizes the width inside the slit S18-1 of S33 may be used.
  • the slit interval adjusting member storage tool S33 is only required to be able to adjust the width inside the slit S18-1, and for example, a shape memory alloy can be used.
  • the optical switch of the present disclosure maintains low loss, low wavelength dependence, multi-port capability, and self-holding function when power is lost, which are the characteristics of optical fiber mechanical switches. It enables power consumption, simplification, and miniaturization.
  • This disclosure can be applied to the information and communications industry.

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Abstract

本開示は、本開示は、低消費電力かつ簡易で小型な光スイッチを提供することを目的とする。　本開示は、長軸方向に垂直な断面において中心軸から同一円周上に複数のコアを有する第１のマルチコア光ファイバと、前記第１のマルチコア光ファイバを内蔵する第１のフェルールと、長軸方向に垂直な断面において前記第１のマルチコア光ファイバの複数のコアに対応する位置に、それぞれコアが配置された第２のマルチコア光ファイバと、前記第２のマルチコア光ファイバを内蔵し、前記第１のフェルールと外径が同じ第２のフェルールと、前記第１のフェルールと前記第２のフェルールを中心軸で対向させるように収容する割りスリーブと、前記割りスリーブのスリットの間隔を調整するスリット間隔調整治具と、前記第１のフェルール又は前記第２のフェルールの一方を、前記中心軸を中心に回転させる回転機構と、を備えることを特徴とする光スイッチである。

Description

光スイッチ
　本発明は、光ファイバを用いて光経路を切替える光スイッチに関する。
　光信号を電気信号に変換することなく経路切替を行う全光スイッチには、様々な機械式光スイッチが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。このうち、光ファイバあるいは光コネクタ同士の突合せをロボットアームやモータ等で制御する光ファイバ型機械式光スイッチは、切替速度が遅いものの、低損失、低波長依存性、多ポート性、電源消失時の自己保持機能などの優れた点を有している。
　光ファイバ型機械式光スイッチの代表的な構造として、例えば光ファイバＶ溝を用いたステージを並行移動させる方式や、ミラーやプリズムを並行移動または角度変化させて入射光ファイバから出射する複数の光ファイバに対して選択的に結合させる方式、ロボットアームを用いて光コネクタ付きのジャンパーケーブルを接続する方式などがある。
　また、切替を行う光経路として、マルチコア光ファイバに３次元ＭＥＭＳ光スイッチを組み合わせることにより、多経路を一括に切り替える光スイッチが提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。さらに、マルチコア光ファイバが挿入された円筒フェルールを回転させることによって切り替えを行う光ファイバ型機械式光スイッチが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平２－８２２１２号公報
Ｍ．Ｃｔｅｐａｎｏｖｓｋｙ，"Ａ　Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ＭＥＭＳ－Ｂａｓｅｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｒｏｓｓ－Ｃｏｎｎｅｃｔｓ　ｆｏｒ　Ａｌｌ－Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　Ｐａｓｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｐｒｅｓｅｎｔ　Ｄａｙ，"　ＩＥＥＥ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｕｒｖｅｙｓ ＆ Ｔｕｔｏｒｉａｌｓ，ｖоｌ．２１，ｎо．３，ｐｐ．２９２８－２９４６，２０１９． Ｋｅｎｊｉ　Ｈｉｒｕｍａ，　Ｔｏｓｈｉｋｉ　Ｓｕｇａｗａｒａ，　Ｋｅｎｉｃｈｉ　Ｔａｎａｋａ，　Ｅｔｓｕｋｏ　Ｎｏｍｏｔｏ，　ａｎｄ　Ｙｏｎｇ　Ｌｅｅ，"Ｐｒｏｐｏｓａｌ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ―ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　Ｈｉｇｈ―ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｗｉｔｃｈ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　Ｍｕｌｔｉ―ｃｏｒｅ　Ｆｉｂｅｒｓ，"　２０１３　１８ｔｈ　ＯｐｔｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｈｅｌｄ　ｊｏｉｎｔｌｙ　ｗｉｔｈ　２０１３　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　ｉｎ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＯＥＣＣ／ＰＳ），ＴｈＴ１－２，２０１３．
　しかしながら、非特許文献１に記載の光経路切替では、低消費電力化、小型化が困難であるという課題がある。前述の光ファイバＶ溝ステージあるいはプリズムを並行移動させる方式では、一般に駆動源にモータが用いられる。ステージ等の重量物を直動させる機構では、一定以上のトルクがモータに必要となり、必要トルクを維持するために相応の出力を得るための消費電力を要する。
　また、シングルモード光ファイバを用いた光軸調心には、1μｍ以下程度の精度が必要である。モータの回転運動を直動運動に変換させる機構には、一般にはボールねじが用いられる。通常用いられる出力側の光ファイバアレイの光ファイバピッチが光ファイバのクラッド外径１２５μｍあるいは光ファイバの被覆外径２５０μｍ程度であることを考えると、サブμｍステップの直動運動に変換させるには、出力側の光ファイバアレイが大きくなる程、モータの実駆動時間は長くせざるを得ず、消費電力が増大するという課題があった。
　このため、一般にこのような光ファイバ型機械式光スイッチは数百ｍＷ以上の電力を要する。また、光コネクタを用いたロボットアーム方式は、光コネクタあるいはフェルールを挿抜制御するロボットアームそのものに数十Ｗ以上の大きな電力を要してしまうという課題があった。
　非特許文献２に記載のマルチコア光ファイバを用いた光経路切替では、光スイッチを製作する過程において、出力側の光ファイバアレイに結合させるためのコリメート機構や、振動等の外的要因に対して安定的な光学特性を得るための除振機構が別途必要となり、構造が複雑になるという課題があった。
　特許文献１に記載のマルチコア光ファイバが挿入されたフェルールを用いた光経路切替では、フェルールをスリーブに密着挿入することにより中心軸を合わせており、フェルールとスリーブ間の摩擦力により、回転の駆動に大きなエネルギーが必要である。このため、経路切替に大きな電力を要してしまうという課題があった。
　そこで、本開示は、低消費電力かつ簡易で小型な光スイッチを提供することを目的とする。
　本開示の光スイッチは、複数のコアを有するマルチコア光ファイバが挿入されたフェルールをスリーブに密着挿入することにより中心軸を合わせ、光スイッチの切替の際に、スリーブのスリットの間隔を押し広げた状態でフェルールを回転させることとした。
　具体的には、本開示の光スイッチは、
　長軸方向に垂直な断面において中心軸から同一円周上に複数のコアを有する第１のマルチコア光ファイバと、
　前記第１のマルチコア光ファイバを内蔵する第１のフェルールと、
　長軸方向に垂直な断面において前記第１のマルチコア光ファイバの複数のコアに対応する位置に、それぞれコアが配置された第２のマルチコア光ファイバと、
　前記第２のマルチコア光ファイバを内蔵し、前記第１のフェルールと外径が同じ第２のフェルールと、
　前記第１のフェルールと前記第２のフェルールを中心軸で対向させるように収容する割りスリーブと、
　前記割りスリーブのスリットの間隔を調整するスリット間隔調整治具と、
　前記第１のフェルール又は前記第２のフェルールの一方を、前記中心軸を中心に回転させる回転機構と、
を備えることを特徴とする。
　本開示の光スイッチは、光スイッチの切替の際に、スリーブのスリットの間隔を押し広げた状態でフェルールを回転させるため、フェルールを回転させるトルクが小さくてもよく、光ファイバ型機械式光スイッチの低損失、低波長依存性、多ポート性、電源消失時の自己保持機能などの優れた点を維持しつつ、低消費電力かつ簡易で小型な光スイッチを提供することができる。
　本開示に係る光スイッチの前記スリット間隔調整治具は、
　前記スリットに挿入されて、前記スリットの間隔を押し広げるばね及び前記ばねの押し広げる力を調整するばね絞りを有してもよいし、
　前記スリットに挿入されて、挿入数に応じて前記スリットの間隔を押し広げる複数の薄板及び前記スリットへの前記薄板の挿入数を調整する薄板調整具を有してもよいし、
　前記スリットに挿入されて、挿入量に応じて前記スリットの間隔を押し広げるスリット間隔調整部材及び前記スリットへの前記スリット間隔調整部材の挿入量を調整するスリット間隔調整絞りを有してもよい。
　本開示の光スイッチは、スリーブのスリットの間隔を容易に押し広げることができるため、低消費電力かつ簡易で小型な光スイッチを提供することができる。
　本開示の光スイッチは、前記第１のフェルールと前記第２のフェルールの長さの和が、前記割りスリーブの全長よりも短かくてもよい。
　本開示に係る光スイッチの前記回転機構は、前記第１のフェルール又は前記第２のフェルールの一方を一定の角度ステップで回転させ、任意の角度ステップで静止するアクチュエータを有してもよい。
　本開示の光スイッチは、前記第１のマルチコア光ファイバの、前記第２のマルチコア光ファイバと反対側に、前記第１のマルチコア光ファイバの複数のコアを複数のシングルコア光ファイバのそれぞれのコアに結合する第１の入出力部を、さらに備えてもよい。
　本開示の光スイッチは、前記第２のマルチコア光ファイバの、前記第１のマルチコア光ファイバと反対側に、前記第２のマルチコア光ファイバの複数のコアを複数のシングルコア光ファイバのそれぞれのコアに結合する第２の入出力部を、さらに備えてもよい。
　本開示によれば、低消費電力かつ簡易で小型な光スイッチを実現することができる。
本開示の光スイッチの機能モデルの一例を示す図である。 本開示の光スイッチのブロック構成図である。 本開示のマルチコア光ファイバの構造を表した模式図である。 本開示のマルチコア光ファイバの構造を表した模式図である。 本開示の実施形態に係る光結合部の断面を示す模式図である。 スリット間隔を広げる前のスリーブのフェルール引抜き力Ｆｒに対するスリット間隔を広げるための力Ｆｗの関係の一例を示す図である。 本開示の光結合部の断面を示す模式図である。 光ファイバの間隙に対する過剰損失の関係の一例を示す図である。 コア配置半径に対する最大の静止角度精度の関係の一例を示す図である。 本開示の光結合部のスリット間隔調整治具の一例を表す模式図である。 本開示の光結合部のスリット間隔調整治具の一例を表す模式図である。 本開示の光結合部のスリット間隔調整治具の一例を表す模式図である。 本開示の光結合部のスリット間隔調整治具の一例を表す模式図である。 本開示の光結合部のスリット間隔調整治具の一例を表す模式図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態１）
　光スイッチの機能モデルの一例を図１に示す。図１において、１００は前段光スイッチ構成部、１０１は入力側光ファイバ、１０２は光スイッチ間光ファイバ、１０３は後段光スイッチ構成部、１０４は出力側光ファイバである。
　図１に示す光スイッチは、Ｎ本のうち任意の入力側光ファイバ１０１をＮ本のうち任意の出力側光ファイバ１０４に接続する機能を有する。即ち、前段光スイッチ構成部１００に接続された入力側光ファイバ１０１を、前段光スイッチ構成部１００で光スイッチ間光ファイバ１０２の任意のポートに切り替え、光スイッチ間光ファイバ１０２のポートを、後段光スイッチ構成部１０３で所望の出力側光ファイバ１０４に切り替える。
　本実施形態の光スイッチのブロック構成図を図２に示す。図２において、Ｓ１は入力側シングルコア光ファイバ、Ｓ２は第１の入出力部としてのファンイン、Ｓ３は回転止め機構、Ｓ４は第１のマルチコア光ファイバとしての入力側マルチコア光ファイバ、Ｓ５は間隙、Ｓ６は第２のマルチコア光ファイバとしての出力側マルチコア光ファイバ、Ｓ７は回転機構の一部としての回転部、Ｓ８は回転機構の一部としてのアクチュエータ、Ｓ９は第２の入出力部としてのファンアウト、Ｓ１０は出力側シングルコア光ファイバ、Ｓ１１は制御回路、Ｓ１２は余長部、Ｓ１３は光結合部である。
　図２に示す光スイッチは、入力側マルチコア光ファイバＳ４及び出力側マルチコア光ファイバＳ６、ファンインＳ２及びファンアウトＳ９を備え、複数の入力側シングルコア光ファイバＳ１からファンインＳ２を介して光を入射し、光結合部Ｓ１３において、入力側マルチコア光ファイバＳ４を固定し、出力側マルチコア光ファイバＳ６を回転させることで、ファンアウトＳ９における任意の１つのシングルコア光ファイバＳ１０から光を出力させることのできる光スイッチである。
　図２に示す光スイッチは、入力を単数とすれば、１×Ｎのリレー型光スイッチとして使用できる。入力を複数とすれば、光経路の方向が異なる光スイッチを複数組み合わせることにより、Ｎ×Ｎの光スイッチを構成することも可能である。ここで、入力側マルチコア光ファイバＳ４を固定して、出力側マルチコア光ファイバＳ６を回転させることとしたが、入出力のいずれかを固定し、対抗する側を回転させることによってファイバの切り替えを可能とする形態であればよいため、出力側マルチコア光ファイバＳ６を固定し、入力側マルチコア光ファイバＳ４を回転させてもよい。以下では、入力側マルチコア光ファイバＳ４を固定し、出力側マルチコア光ファイバＳ６を回転させる光スイッチについて説明する。
　入力側マルチコア光ファイバＳ４は、回転止め機構Ｓ３により軸回転しないように固定される。制御回路Ｓ１１からの信号により任意の角度の回転を行うアクチュエータＳ８が回転部Ｓ７をその中心軸を中心に回転させ、回転部Ｓ７の回転に連れて出力側マルチコア光ファイバＳ６が軸回転する。出力側マルチコア光ファイバＳ６のねじれを許容するために、一定の光ファイバ長を有する余長部Ｓ１２が設けられている。光結合部Ｓ１３には、間隙Ｓ５が設けられており、出力側マルチコア光ファイバＳ６が回転しても、入力側マルチコア光ファイバＳ４に干渉しない構成になっている。
　本開示のマルチコア光ファイバの長軸方向に垂直な断面構造を表した模式図を図３－１、図３－２に示す。図３－１、図３－２において、Ｓ１４はコア配置半径、Ｓ１５は光ファイバクラッド径、Ｓ１６はコアである。図３－１では、共通のクラッドに８個のコアを備えている。図３－２では、８本のシングルコア光ファイバを束ねて溶融延伸してバンドルしている。本願では、図３－１に示す複数のコアを有するマルチコア光ファイバ及び図３－２に示す複数のシングルコア光ファイバを溶融延伸したバンドル光ファイバをマルチコア光ファイバと総称する。
　図３－１及び図３－２に示すように、複数のコアＳ１６の中心が光ファイバの中心に対してコア配置半径Ｓ１４の円の円周上に配置されている。双方のコアが対応する位置に配置されているコアＳ１６の数は８に限定されるものではない。入力側マルチコア光ファイバＳ４と出力側マルチコア光ファイバＳ６のコア数を同数としているが、同じコア配置半径である条件下において、例えば入力側マルチコア光ファイバＳ４のコア数を４、出力側マルチコア光ファイバＳ６のコア数が８というように、同数である必要は無い。
　光結合部Ｓ１３の透過損失はできるだけ小さいことが重要であり、入力側マルチコア光ファイバＳ４と出力側マルチコア光ファイバＳ６は同程度のモードフィールド径とする点から、これら２つのマルチコア光ファイバは同じ光学特性であることが望ましい。また、光ファイバクラッド径Ｓ１５は、広く通信用で用いられている１２５μｍあるいは、多くのコア数を実現するために拡大されたクラッド径、例えば１９０μｍであっても良い。
　本開示の実施形態に係る光結合部の断面を示す模式図を図４に示す。図４において、Ｓ１７はフェルール、Ｓ１８は割りスリーブ、Ｓ１８－１は割りスリーブＳ１８のスリット、Ｓ１９はスリット間隔調整治具、Ｓ２０はフェルール外径である。フェルールＳ１７は第１のフェルール又は第２のフェルールに相当する。
　マルチコア光ファイバが挿入されたフェルールＳ１７が円筒形の割りスリーブＳ１８に収容されている。フェルールＳ１７は、軸方向にスリットを有する割りスリーブＳ１８で調心されている。割りスリーブＳ１８の内径をフェルール外径Ｓ２０に対してサブμｍ程度小さく設計し、フェルールＳ１７が割りスリーブＳ１８に挿入された際に、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の幅が広がり、割りスリーブＳ１８の内径がフェルール外径Ｓ２０と同等となることでマルチコア光ファイバのコアの軸ずれを制御している。
　割りスリーブＳ１８にはフェルール中心に向かってフェルールを把持する力が生じており、この把持力によって、フェルールＳ１７が保持されている。割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１には、スリットＳ１８－１の間隔をさらに広げることによって、把持力を低減するためのスリット間隔調整治具Ｓ１９が取り付けられている。
　スリット間隔調整治具Ｓ１９は、例えば、ばねとマイクロメーターヘッドを組み合わせることにより、マイクロメーターオーダーの微小なスリット間隔の調整が可能になる。スリット間隔調整治具Ｓ１９は、ばねとマイクロメーターヘッドの組み合わせに限らず、微小なスリット間隔の調整が可能となる構成であればよい。
　スリットの間隔を広げる前のスリーブのフェルール引抜き力Ｆｒに対するスリット間隔を広げるための力Ｆｗの関係の一例を図５に示す。スリーブのフェルール引抜き力Ｆｒは、フェルールとスリーブの摩擦係数μとスリーブの円環中心方向にかかる把持力Ｆを用いて、（１）式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　スリット間隔が広がる方向に力Ｆｗを加えると、力の分解の作用により把持力Ｆが低減する。スリット間隔が広げられた後のスリーブのフェルール引抜き力Ｆｒ´は、スリットの開き角αを用いて、（２）式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図５では、ジルコニアスリーブとジルコニアフェルールを用いたときの例を示しており、摩擦係数μは０．１とした。スリーブのフェルール引抜き力は、接続損失変動と相関関係にあり、スリーブのフェルール引抜き力が１．５Ｎ以上で損失変動を０．１ｄＢ以下に抑えることができる。例えば、スリット間隔を広げる前のスリーブのフェルール引抜き力Ｆｒが３Ｎ（７．５Ｎの把持力Ｆ）の場合、スリーブ間隔を広げるための力Ｆｗを１０Ｎ加えることによって、スリット間隔が広げられた後のスリーブのフェルール引抜き力Ｆｒ´を２Ｎ（５Ｎの把持力）に抑えることができる。
　本開示の光結合部Ｓ１３の断面を示す模式図を図６に示す。図６において、Ｓ１７はフェルール、Ｓ１８は割りスリーブ、Ｓ１９はスリット間隔調整治具、Ｓ２０はフェルール外径、Ｓ２１は反射防止膜、Ｓ２２は入力側フランジ、Ｓ２３は出力側フランジ、Ｓ２４はスリーブ軸方向長さである。
　入力側マルチコア光ファイバＳ４と出力側マルチコア光ファイバＳ６は、それぞれのフェルールＳ１７に内蔵されている。２つのフェルール１７は、割りスリーブＳ１８によって中心軸で対向させられている。２つのフェルールＳ１７の端面は接触してもよいし間隙を設けてもよい。このフェルールＳ１７の端面は研磨されており、空気層とのフレネル反射を低減するための反射防止膜Ｓ２１がコーティングされている。フレネル反射を低減する別の方法として、フェルール端面がフラットでなく、一定角度をつけて研磨する斜め研磨も代替として用いることができる。この場合出力側フェルールが回転した際にフェルール端面が入力側フェルールに接触しないような間隙Ｓ５、研磨角度、フェルール先端形状としなければならない。
　第１のフェルールＳ１７と第２のフェルールＳ１７の長さの和は、割りスリーブＳ１８の全長よりも短い。このため、光結合部Ｓ１３において、第１のフェルールＳ１７と第２のフェルールＳ１７との端面間に間隙が生まれる。この結果、第２のフェルールＳ１７が回転しても、反射防止膜Ｓ２１が傷つくことを防止することができる。ファイバ端面に反射防止膜Ｓ２１が設けられていない場合は、ファイバ端面が傷つくことを防止することができる。
　光ファイバの間隙Ｇに対する過剰損失ＴＧの関係の一例を図７に示す。光ファイバ間の光結合において、ファイバ端面間に間隙が存在すると、入力側光ファイバの出射光の分布が広がり、出力側光ファイバのコアとの結合効率が減少するため、過剰損失の要因となる。間隙Ｇ（単位：μｍ）と過剰損失ＴＧ（単位：ｄＢ）の関係を（３）式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、Ｗ１及びＷ２はそれぞれ入力側マルチコア光ファイバのコア及び出力側マルチコア光ファイバのモードフィールド半径である。図７は入力側マルチコア光ファイバ及び出力側マルチコア光ファイバのモードフィールド半径が、ともに４．５μｍの時の損失を示す図である。例えば、入力側マルチコア光ファイバＳ４と出力側マルチコア光ファイバＳ６の端面の間隙が２０μｍ以下となるように、それぞれのフェルールＳ１７を配置することによって、過剰損失を０．１ｄＢ以下に抑えることができる。
　光結合部Ｓ１３における間隙Ｓ５の最小値は、スリーブＳ１８の軸方向長さＳ２４と入力側フランジＳ２２、及び出力側フランジＳ２３により確保される。具体的には、スリーブＳ１８の長さは、入力側フェルールＳ１７と出力側フェルールＳ１７をそれぞれ固定する入力側フランジＳ２２、出力側フランジＳ２３からの突き出し長さの合計よりも長く設定されており、これにより間隙Ｓ５を確保できる。
　アクチュエータＳ８について説明する。アクチュエータＳ８は、制御回路Ｓ１１からのパルス信号により一定の角度ステップで回転を行い、任意の角度ステップで静止するよう角度ステップ毎で一定の静止トルクを有する駆動機構となっている。アクチュエータＳ８には、例えばステッピングモータが適用できる。アクチュエータＳ８は、制御回路Ｓ１１からのパルス信号により一定の角度ステップで回転を行い、角度ステップ毎で一定の静止トルクを有する駆動機構となっていればよく、ステッピングモータに限定されるものではない。
　回転速度や回転角度は制御回路Ｓ１１からのパルス信号の周期とパルス数で決定され、角度ステップや静止トルクは減速ギヤを介して調整されたものでもよい。なお、前述のとおり、光結合部Ｓ１３における出力側フェルールＳ１７は割りスリーブＳ１８で保持される自己保持機能を有するが、アクチュエータ部の、例えば、静止トルクによって付与されるものであってもよい。
　ステッピングモータにおいて、電源供給停止時に角度位置が保持される角度ステップ数を静止角度ステップ数と定義すると、静止角度ステップ数は出力側マルチコア光ファイバの同じコア配置半径を有するコア数の自然数倍である。
　光結合部Ｓ１３における回転角度ずれによる過剰損失をＴＲ（単位：ｄＢ）、前記ステッピングモータの静止角度精度をθ（単位：度）、入力側マルチコア光ファイバＳ４および出力側マルチコア光ファイバＳ６のコア配置半径をＲ（単位：μｍ）とした場合、これらの関係は、入力側及マルチコア光ファイバのモードフィールド半径ｗ１及び出力側マルチコア光ファイバのモードフィールド半径ｗ２を用いて、（４）式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　過剰損失ＴＲを例えば０．１ｄＢあるいは０．２ｄＢとすれば、最大の静止角度精度θは、コア配置半径Ｒに対して図８のように与えられる。図８より、コア配置半径が大きいほど厳しい静止角度精度が求められ、過剰損失ＴＲを０．１ｄＢとすれば、コア配置半径が５０μｍで約０．８度以下の静止角度精度が必要となる。
　本開示の光スイッチは、光スイッチングを行う光結合部の入力側および出力側の一方を軸回転可能な機構とし、自己保持機能を割りスリーブのフェルール把持力で実現し、把持力を可能な限り小さくする機構としているため、アクチュエータで必要となるエネルギー、すなわちトルク出力を小さくすることができる。また、切り替え後の静止時において電力を必要としない自己保持機能を有する。このため、低消費電力化が可能である。また、光結合部にはコリメート機構や特別な防振機構を具備する必要がない。このため、簡易で小型な構成の光スイッチが実現可能である。さらに、出力側フェルールの軸回転以外の方向における光軸ずれ量は、光結合部においてスリーブにより保証されている。このため、低損失化が可能となる。
（実施形態２）
　本開示の光結合部に配置されるスリット間隔調整治具の一例を表す模式図を図９に示す。図９において、Ｓ１８は割りスリーブ、Ｓ１８－１はスリット、Ｓ２５はばね、Ｓ２６は固定具、Ｓ２７はばね絞りである。ばねＳ２５は、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の間隔を押し広げる。ばね絞りＳ２７は、ばねＳ２５の押し広げる力を調整する。
　スリット間隔調整治具の動作を図９で説明する。ばねＳ２５とばね絞りＳ２７が固定具Ｓ２６に取り付けられている。ばねＳ２５がばね絞りＳ２７で絞られていないときは、ばねＳ２５の先端の間隔は、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の間隔よりも広い。あらかじめ、ばねＳ２５をばね絞りＳ２７で絞ってから、ばねＳ２５の先端が割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の内部に挿入されている。ばねＳ２５の先端が広がる方向にばね絞りＳ２７を開放することによって、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の間隔を広げることができる。前記ばねＳ２５は、例えば、板ばねやキックばねを用いることができ、ばねＳ２５の先端が割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の間隔を広げる方向にばねの圧力が加わる形状であればよく、これに限らない。
　ばね絞りＳ２７は、例えば、マイクロメーターヘッドやノギスを用いることができ、細かい目盛りでばねＳ２５の絞りと解放が可能となる構成であればよく、これらに限定されない。また、ばね絞りＳ２７には、ロック機構を設けることにより、適切なばねの圧力を保持することも可能である。また、あらかじめ、スリットＳ１８－１の間隔を広げるためのばねＳ２５の最適となる圧力がわかっている場合には、ばね絞りＳ２７に、例えば、ソレノイドなどのオンオフを可能とするスイッチを用いることも可能である。
（実施形態３）
　本開示の光結合部に配置されるスリット間隔調整治具の一例を表す模式図を図１０、図１１に示す。図１０は、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の間隔が広げられていない状態を表す。図１１は、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の間隔が広げられている状態を表す。図１０及び図１１において、Ｓ１８は割りスリーブ、Ｓ１８－１はスリット、Ｓ２８は薄板、Ｓ２９は薄板固定具、Ｓ３０は薄板調整具、Ｓ３１は薄板収納具である。薄板Ｓ２８は、スリットＳ１８－１に挿入される数に応じてスリットＳ１８－１の間隔を押し広げる。薄板調整具Ｓ３０は、スリットＳ１８－１に挿入する薄板Ｓ２８の挿入数を調整する。
　スリット間隔調整治具の動作を図１０で説明する。割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の間隔を調整するために、複数の薄板Ｓ２８が用いられる。複数の薄板Ｓ２８の上部は、薄板固定具Ｓ２９にそれぞれ固定されている。薄板固定具Ｓ２９には、薄板調整具Ｓ３０が取り付けられ、薄板固定具Ｓ２９の角度調整が行われる。薄板Ｓ２８は薄板収納具Ｓ３１に収納されている。薄板収納具Ｓ３１は、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の内部に固定されている。薄板調整具Ｓ３０によって薄板固定具Ｓ２９の角度が変化すると、複数の薄板Ｓ２８がそれぞれスリットＳ１８－１に挿抜されて、スリットＳ１８－１の内部における薄板収納具Ｓ３１の幅を調整することが可能である。
　図１１において、薄板Ｓ２８を薄板収納具Ｓ３１に押し込むように、薄板調整具Ｓ３０によって薄板固定具Ｓ２９の角度を調整すると、薄板Ｓ２８によってスリットＳ１８－１の内部での薄板収納具Ｓ３１の幅が広がる。この結果、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の間隔が広がる。
　薄板Ｓ２８は、例えば、フィラーゲージを用いることができる。薄板固定具Ｓ２９の角度調整によって、スリットＳ１８－１に挿入されるフィラーゲージの数が変化して、スリットＳ１８－１の内部における薄板収納具Ｓ３１の幅を細かく調整することが可能であればよく、これに限定されない。
　図１０、図１１では、複数の薄板Ｓ２８を用いる構成となっているが、あらかじめ、スリットＳ１８－１を広げる幅がわかっている場合には、薄板収納具Ｓ３１のスリットＳ１８－１の内部における幅が最適となる幅の薄板を一つ用いることも可能である。前記薄板収納具Ｓ３１は、例えば、形状記憶合金を用いることができ、スリットＳ１８－１の内部における幅を調整することが可能であればよく、これに限らない。
（実施形態４）
　本開示の光結合部に配置されるスリット間隔調整治具の一例を表す模式図を図１２、図１３に示す。図１２は、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の間隔が広げられていない状態を表す。図１３は、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の間隔が広げられている状態を表す。図１２及び図１３において、Ｓ１８は割りスリーブ、Ｓ１８－１はスリット、Ｓ３２はスリット間隔調整部材、Ｓ３３はスリット間隔調整部材収納具、Ｓ３４はスリット間隔調整部材固定具、Ｓ３５はスリット間隔調整絞りである。スリット間隔調整部材Ｓ３２は、スリットＳ１８－１に挿入されて、挿入量に応じてスリットＳ１８－１の間隔を押し広げる。スリット間隔調整絞りＳ３５は、スリット間隔調整部材Ｓ３２のスリットＳ１８－１への挿入量を調整する。
　スリット間隔調整治具の動作を図１２及び図１３で説明する。円錐台の形状をしたスリット間隔調整部材Ｓ３２で、割りスリーブＳ１８のスリット間隔が調整される。スリット間隔調整部材Ｓ３２の上部は、スリット間隔調整部材固定具Ｓ３４に固定されている。スリット間隔調整絞りＳ３５は、スリット間隔調整部材固定具Ｓ３４に取り付けられ、スリット間隔調整部材Ｓ３２の挿抜の量の調整を行う。スリット間隔調整部材Ｓ３２は、スリット間隔調整部材収納具Ｓ３３に収納されている。スリット間隔調整部材収納具Ｓ３３は、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の内部に固定されている。スリット間隔調整絞りＳ３５によってスリット間隔調整部材Ｓ３２が挿抜され、スリット間隔調整部材収納具Ｓ３３のスリットＳ１８－１の内部における幅が調整される。
　図１３において、スリット間隔調整絞りＳ３５によって、スリット間隔調整部材Ｓ３２がスリット間隔調整部材収納具Ｓ３３に挿入され、スリットＳ１８－１の内部でのスリット間隔調整部材収納具Ｓ３３の幅が広がる。この結果、割りスリーブＳ１８のスリットＳ１８－１の間隔が広がる。
　スリット間隔調整部材Ｓ３２は、スリット間隔調整絞りＳ３５の調整によってスリット間隔調整部材収納具Ｓ３３のスリットＳ１８－１への挿入量を調整することができる形状であればよく、円錐台に限定されず、円錐やクサビ形状でもよい。スリット間隔調整部材Ｓ３２の材料は、金属や樹脂が例示できる。
　図１２、図１３では、円錐台の形状をしたスリット間隔調整部材Ｓ３２を用いる構成となっているが、あらかじめ、スリットＳ１８－１を広げる幅が分かっている場合には、スリット間隔調整部材収納具Ｓ３３のスリットＳ１８－１の内部における幅が最適となる幅の円柱状のスリット間隔調整部材を用いてもよい。スリット間隔調整部材収納具Ｓ３３は、スリットＳ１８－１の内部における幅を調整することができればよく、例えば、形状記憶合金を用いることができる。
　以上説明したように、本開示の光スイッチは、光ファイバ型機械式光スイッチの特徴である、低損失、低波長依存性、多ポート性、電源消失時の自己保持機能を維持しつつ、低消費電力化かつ簡易化、小型化を可能とする。
　本開示は情報通信産業に適用することができる。
１００：前段光スイッチ構成部
１０１：入力側光ファイバ
１０２：光スイッチ間光ファイバ
１０３：後段光スイッチ構成部
１０４：出力側光ファイバ
Ｓ１：入力側シングルコア光ファイバ
Ｓ２：ファンイン
Ｓ３：回転止め機構
Ｓ４：入力側マルチコア光ファイバ
Ｓ５：間隙
Ｓ６：出力側マルチコア光ファイバ
Ｓ７：回転部
Ｓ８：アクチュエータ
Ｓ９：ファンアウト
Ｓ１０：出力側シングルコア光ファイバ
Ｓ１１：制御回路
Ｓ１２：余長部
Ｓ１３：光結合部
Ｓ１４：コア配置半径
Ｓ１５：光ファイバクラッド径
Ｓ１６：コア
Ｓ１７：フェルール
Ｓ１８：割りスリーブ
Ｓ１８－１：スリット
Ｓ１９：スリット間隔調整治具
Ｓ２０：フェルール外径
Ｓ２１：反射防止膜
Ｓ２２：入力側フランジ
Ｓ２３：出力側フランジ
Ｓ２４：スリーブ軸方向の長さ
Ｓ２５：ばね
Ｓ２６：固定具
Ｓ２７：ばね絞り
Ｓ２８：薄板
Ｓ２９：薄板固定具
Ｓ３０：角度調整具
Ｓ３１：薄板収納具
Ｓ３２：スリット間隔調整部材
Ｓ３３：スリット間隔調整部材収納具
Ｓ３４：スリット間隔調整部材固定具
Ｓ３５：スリット間隔調整絞り

Claims (8)

  1. 　長軸方向に垂直な断面において中心軸から同一円周上に複数のコアを有する第１のマルチコア光ファイバと、
    　前記第１のマルチコア光ファイバを内蔵する第１のフェルールと、
    　長軸方向に垂直な断面において前記第１のマルチコア光ファイバの複数のコアに対応する位置に、それぞれコアが配置された第２のマルチコア光ファイバと、
    　前記第２のマルチコア光ファイバを内蔵し、前記第１のフェルールと外径が同じ第２のフェルールと、
    　前記第１のフェルールと前記第２のフェルールを中心軸で対向させるように収容する割りスリーブと、
    　前記割りスリーブのスリットの間隔を調整するスリット間隔調整治具と、
    　前記第１のフェルール又は前記第２のフェルールの一方を、前記中心軸を中心に回転させる回転機構と、
    を備えることを特徴とする光スイッチ。
  2. 　前記スリット間隔調整治具は、前記スリットに挿入されて、前記スリットの間隔を押し広げるばね及び前記ばねの押し広げる力を調整するばね絞りを有することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
  3. 　前記スリット間隔調整治具は、前記スリットに挿入されて、挿入数に応じて前記スリットの間隔を押し広げる複数の薄板及び前記スリットへの前記薄板の挿入数を調整する薄板調整具を有することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
  4. 　前記スリット間隔調整治具は、前記スリットに挿入されて、挿入量に応じて前記スリットの間隔を押し広げるスリット間隔調整部材及び前記スリットへの前記スリット間隔調整部材の挿入量を調整するスリット間隔調整絞りを有することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
  5. 　前記第１のフェルールと前記第２のフェルールの長さの和が、前記割りスリーブの全長よりも短いことを特徴とする請求項１から４のいずれかにに記載の光スイッチ。
  6. 　前記回転機構は、前記第１のフェルール又は前記第２のフェルールの一方を一定の角度ステップで回転させ、任意の角度ステップで静止するアクチュエータを有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光スイッチ。
  7. 　前記第１のマルチコア光ファイバの、前記第２のマルチコア光ファイバと反対側に、前記第１のマルチコア光ファイバの複数のコアを複数のシングルコア光ファイバのそれぞれのコアに結合する第１の入出力部を、さらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光スイッチ。
  8. 　前記第２のマルチコア光ファイバの、前記第１のマルチコア光ファイバと反対側に、前記第２のマルチコア光ファイバの複数のコアを複数のシングルコア光ファイバのそれぞれのコアに結合する第２の入出力部を、さらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光スイッチ。
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