(57)【要約】【課題】  光スイッチは、ネットワークの複雑化に伴うルーティング要求の高まりから、重要な光デバイスとされている。従来の技術では、低損失、高速応答を両立することが課題となっていた。【解決手段】  本発明の光デバイスは、低損失なコリメート結合系を利用しつつ、部分的な集光系の採用により、可動部品のストロークを極力小さくして高速化を実現した。２芯フェルール３１、３２により固定された入力ファイバ１１と出力ファイバ２１、入力ファイバ１２と出力ファイバ２２を、可動ミラー５を挟んで対向させる構造に、複合機能レンズ４１，４２を加える構造とする。可動ミラーのストローク方向のみを絞ることで、ストロークを小さくし、高速化を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を集光する集光レンズと、
該集光レンズの焦点付近に設置された機械的に挿抜可能なミラーとを含み、
該ミラーの挿抜により入力光の光路を切り替えることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
入力光の波面において一軸成分方向のみを集光する一軸集光レンズと、該一軸集光レンズの焦点付近に設置され、かつ、該一軸成分方向に可動であり、かつ、機械的に挿抜可能なミラーとを含み、
該ミラーの挿抜により入力光の光路を切り替えることを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
入力光ファイバと、
該入力光ファイバから出力された光を集光する集光レンズと、
該集光レンズの焦点付近に設置された機械的に挿抜可能なミラーとを含み、
該ミラーの挿抜により入力光の光路を切り替えることを特徴とする光デバイス。
【請求項４】
入力光ファイバと、
該入力光ファイバから出力された光をコリメート光にするコリメートレンズと、
該コリメートレンズから出力された光を集光する集光レンズと、
該集光レンズの焦点付近に設置された機械的に挿抜可能なミラーとを含み、
該ミラーの挿抜により入力光の光路を切り替えることを特徴とする光デバイス。
【請求項５】
入力光ファイバと、
該入力光ファイバから出力された光をコリメート光にするコリメートレンズと、
該コリメートレンズから出力された光の波面において一軸成分方向のみを集光する一軸集光レンズと、
該一軸集光レンズの焦点付近に設置され、かつ、該一軸成分方向に可動であり、かつ、機械的に挿抜可能なミラーとを含み、
該ミラーの挿抜により入力光の光路を切り替えることを特徴とする光デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の光デバイスにおいて、
該コリメートレンズと該一軸集光レンズが一つのレンズに一体化された複合機能レンズであることを特徴とする光デバイス。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の光デバイスにおいて、
該機械的に挿抜可能なミラーが、光透過の為の窓を装備した封止パッケージ内に配置させたＭＥＭＳにより構成されるミラーであることを特徴とする光デバイス。
〔発明の名称〕  光スイッチ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、機械的にミラーを挿抜し、低損失かつ高速な光路切り替え用途の光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、光通信においては、ＦＴＴＨの普及によりユーザ数が増加しており、その影響からネットワークが複雑化している。光信号のルーティングを担う光スイッチは大規模、小規模ともに重要な光デバイス位置づけられている。【０００３】  従来は、光ファイバのジョイント部分にミラーを挿抜して、光路を切り替える方式が存在している。（特開２００４−７７６７４）【０００４】  また、コリメータ対向の中心付近に光路変換用のプリズムを機械的に挿抜して、光路を切り替える方式も存在している。（特開２００３−１５０５９）【０００５】  いずれの方式も、原理が単純な為，１入力２出力や２入力２出力程度の小規模光スイッチとして普及している。
【発明の開示】
【本発明が解決しようとしている課題】
【０００６】  ネットワークの複雑化と共に、信号到達距離の長距離化やルーティング速度の向上が求められている。しかし、上記特開２００４−７７６７４で記載されている発明によると、光ファイバのジョイント部にミラーを挿入するため、挿入部にできる空間により大きな損失が生じてしまうという問題があった。また、特開２００３−１５０５９の発明によると、コリメート対向中へのプリズム挿入であるため、損失は低減されるが、プリズムの稼動ストロークを最低でもコリメート径以上としなければならないため、高速性や耐衝撃性に対する信頼度に問題があった。
【０００７】  本発明は、以上のような実情を鑑み、光デバイスの光学的構造の改良を図ることで、光デバイスの光強度を損なうことなく、駆動速度の向上を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記課題を解決するため、本発明の光デバイスは、レンズを駆使したマイクロオプティクス型構造とすることで光強度損失を低減し、ミラー駆動のストロークを小さくすることにより高速化を実現する。
【０００９】  請求項１記載の光デバイスは、入力光を集光する集光レンズと、該集光レンズの焦点付近に設置された機械的に挿抜可能なミラーとを含み、該ミラーの挿抜により入力光の光路を切り替えることを可能にしている。
【００１０】  請求項２記載の光デバイスは、入力光の波面において一軸成分方向のみを集光する一軸集光レンズと、該一軸集光レンズの焦点付近に設置され、かつ、該一軸成分方向に可動であり、かつ、機械的に挿抜可能なミラーとを含み、
該ミラーの挿抜により入力光の光路を切り替えることを可能にしている。
【００１１】  請求項３記載の光デバイスは、入力光ファイバと、該入力光ファイバから出力された光を集光する集光レンズと、該集光レンズの焦点付近に設置された機械的に挿抜可能なミラーとを含み、該ミラーの挿抜により入力光の光路を切り替えることを可能にしている。
【００１２】  請求項４記載の光デバイスは、入力光ファイバと、該入力光ファイバから出力された光をコリメート光にするコリメートレンズと、該コリメートレンズから出力された光を集光する集光レンズと、該集光レンズの焦点付近に設置された機械的に挿抜可能なミラーとを含み、該ミラーの挿抜により入力光の光路を切り替えることを可能にしている。
【００１３】  請求項５記載の光デバイスは、入力光ファイバと、該入力光ファイバから出力された光をコリメート光にするコリメートレンズと、該コリメートレンズから出力された光の波面において一軸成分方向のみを集光する一軸集光レンズと、該一軸集光レンズの焦点付近に設置され、かつ、該一軸成分方向に可動であり、かつ、機械的に挿抜可能なミラーとを含み、該ミラーの挿抜により入力光の光路を切り替えることを可能にしている。
【００１４】  請求項６記載の発明は、請求項５に記載の光デバイスにおいて、該コリメートレンズと該一軸集光レンズが一つのレンズに一体化された複合機能レンズであるような光デバイスである。
【００１５】  請求項１から請求項６に記載のいずれの光デバイスにおいても、集光レンズまたは一軸集光レンズの焦点に挿抜可能なミラーを配置することにより、挿抜のために必要なストロークをできるだけ小さくすることにより、駆動の高速化寄与することになる。
【発明の効果】
【００１６】  以上のように、本発明によれば、光ファイバの光路切り替えを、高速、低損失な光デバイスにより実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。【００１８】  図１は、本発明にかかる光デバイスの第一の実施形態を示す構成図である。２芯フェルール３１で固定された入力光ファイバ１１、出力光ファイバ２１、コリメートレンズと一軸集光レンズが一つのレンズに一体化された複合機能レンズ４１、４２、挿抜可能な全反射ミラー５、２芯フェルール３２で固定された入力光ファイバ１２、出力光ファイバ２２から構成される２入力２出力の光スイッチである。【００１９】  コリメートレンズと一軸集光レンズが一つのレンズに一体化された複合機能レンズ４１、４２はガラスやプラスチックによる成型レンズでも、ＧＲＩＮレンズでも構わない。【００２０】  挿抜可能なミラーの駆動方法は、電磁力、ステッピングモータ、ピエゾ素子、ＭＥＭＳ等どれを利用しても構わない。コスト、切替速度、信頼度など様々な要素を鑑みて決めることができる。【００２１】  図２は、本発明にかかる挿抜可能なミラーとしてＭＥＭＳを用いた場合の構成図である。通常、ＭＥＭＳ素子は封止が必要であるが、図２では、ＭＥＭＳミラー６１を窒素等の乾燥気体を封じ込めたパッケージ６３の内部に配置し、光線透過用の窓６２を備え付けることにより、ＭＥＭＳミラーを封止している。本発明によれば、入力ファイバと出力ファイバ間における、ＭＥＭＳミラーの配置可能なスペースは、複合機能レンズ４１の設計により自在に設定できるため、数ｍｍ程度のスペースが必要な封止パッケージも配置することが可能になる。【００２２】  次に、光路の切り替えの仕組みについて説明する。【００２３】  まず、ミラーが挿入されている場合の光線の挙動を説明する。図１におけるｙ方向から見た場合、上面図の如く、複合機能レンズ４１はコリメートレンズとしての機能となる。光入力ファイバ１１より出力し、複合機能レンズ４１を透過した光線は、コリメートのまま反射されて、再び複合機能レンズ４１を透過した後、出力光ファイバ２１に結合する。同様に、光入力ファイバ１２より出力し、複合機能レンズ４２を透過した光線は、コリメートのまま反射されて、再び複合機能レンズ４２を透過した後、出力光ファイバ２２に結合する。ｘ方向から見た場合、図１の側面図の如く、ミラーは複合機能レンズ４１、４２の焦点に設置されるため、ほぼ損失無く出力光ファイバ２１，２２に結合することができる。【００２４】  ミラーが抜かれると、光入力ファイバ１１より出力し、複合機能レンズ４１を透過した光線は複合機能レンズ４２により出力ファイバ２２に結合する。同様に、光入力ファイバ１２より出力し、複合機能レンズ４２を透過した光線は複合機能レンズ４１により出力ファイバ２１に結合する。図１のｘ方向から見た場合、側面図の如く、出力光ファイバ２２が、ミラーに対して、入力光ファイバ１１と対象な位置に設置され、さらに、出力光ファイバ２１が、ミラーに対して、入力光ファイバ１２と対象な位置に設置されていれば、損失はほとんど生じない。【００２５】  また、複合機能レンズを等倍設計とし、光線波長１５５０ｎｍ、入力ファイバ、出力ファイバをシングルモードとした場合、入力ファイバのモードフィールド径は１０ミクロン程度となり、ミラー位置でも１０ミクロン程度のビームサイズとなる。したがって、最小で１０ミクロン程度の小さなストロークで、光路切り替えが可能になり、高速応答が得られる。【００２６】  また、本実施形態では、入力ファイバ１１と出力ファイバ２１、入力ファイバ１２と出力ファイバ２２を２芯フェルール３１、３２により一体固定することにより、光軸調整の簡易化や部品点数の軽減による低コスト化を実現しているが、各ファイバを個別のフェルールに固定し、個別に光軸調整してもよい。【００２７】  さらに、本実施例では複合機能レンズ４２を用いているが、非球面レンズやＧＲＩＮレンズを用いたコリメートレンズと、シリンドリカルレンズを組み合わせてもよい。【００２８】  図３は、本発明にかかる光デバイスの第二の実施形態を示す構成図である。光路切り替えの原理は第一の実施例と同様であるが、各入出力ファイバに対して個別に集光レンズを設置している。各ファイバの調整を個別に行う必要があるが、各ファイバの設置位置の自由度が大きくなるメリットがある。【００２９】  図４の如く、集光レンズをコリメートレンズ、集光レンズの２つの機能に分けてもよい。【００３０】  図５は、本発明にかかる光デバイスの第三の実施形態を示す構成図である。第二の実施形態における集光レンズとして、複合機能レンズを用いている。複合機能レンズの代わりに、非球面レンズやＧＲＩＮレンズを用いたコリメートレンズと、シリンドリカルレンズを組み合わせてもよい。【００３１】  いずれの実施形態においても、入力ファイバ、出力ファイバはともに、シングルモードファイバとするが、マルチモードファイバや偏波保持ファイバとすることも可能である。【００３２】  さらに、上記いずれの実施形態も、入出力に光ファイバを用いた光デバイスとしているが、その形態にこだわらず、例えば、空間光線の光路切り替え用途の光デバイスとすることも可能である。【００３３】  また、上記いずれの実施形態において、出力ファイバ１２を設けない場合、１入力２出力の光スイッチとして利用可能であることは言うまでもない。【００３４】  また、上記いずれの実施例においても、光スイッチとしての機能を例示しているが、ミラーの駆動方法により、光シャッター、光可変減衰器、光変調器として利用することは可能である。【００３５】  なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲における変形による実施は可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】  本発明によれば、光スイッチが実現できるため、光通信機器として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】  本発明の第一の実施形態としての光デバイスの構成を示す図である。
【図２】  ＭＥＭＳ素子の構成を示す図である。
【図３】  本発明の第二の実施形態としての光デバイスの構成を示す図である。
【図４】  本発明の第三の実施形態としての光デバイスの構成を示す図である。
【図５】  本発明の第三の実施形態としての光デバイスの別構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】１１，１２  入力ファイバ
２１，２２  出力ファイバ
３１、３２  ２芯フェルール
４１，４２、４１１、４１２、４２１、４２２  複合機能レンズ
５  ミラー
６１  ＭＥＭＳミラー
６２  光線透過窓
６３  封止パッケージ
７１１、７１２、７２１、７２２  集光レンズ
８１１、８１２、８２１、８２２  コリメートレンズ
９１１、９１２、９２１、９２２  集光（コリメート）レンズ
【図１】
2008129567.tif 000003
【図２】
2008129567.tif 000004
【図３】
2008129567.tif 000005
【図４】
2008129567.tif 000006
【図５】
2008129567.tif 000007