(57)【要約】【課題】プリズムやミラー等の複雑な機構を用いることなく小型化した光スイッチを提供すること。【解決手段】キャピラリ１５上に光ファイバ１１〜光ファイバ１４を配置し、その端面に対向してコリメートレンズ１６を設ける。その焦点位置には回動自在の平面ミラー１７を設ける。平面ミラー１７をわずかに回転させることによって入出射の光ファイバを選択し、光のスイッチングを実現するようにしている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１〜第４の光ファイバと、
前記第１〜第４の光ファイバを同一平面上に線対称に並列に配列するキャピラリと、
前記キャピラリに近接して配置され、前記キャピラリの前記光ファイバより出射される光を平行光に変換して所定の焦点位置に集束すると共に、入射した平行光を光ファイバに集束するコリメートレンズと、
前記コリメートレンズを出射した光を反射する平面マイクロミラーと、
前記平面マイクロミラーの角度を所定角度傾斜させる傾斜部と、を有し、
前記傾斜部によって前記平面マイクロミラーの傾きを変化させることにより、前記第１と前記第３の光ファイバの間、及び前記第２と前記第４の光ファイバの間が光学的に接続される第１の状態と、前記第１と前記第３の光ファイバの間が光学的に接続される第２の状態とを切換えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記キャピラリは、前記光ファイバを前記コリメートレンズに出射する面側で同一面上で線対称で不等間隔に配置したことを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記請求項１又は２記載の光スイッチを多数並列に配置することを特徴とする光スイッチアレー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信用の光スイッチ及び光スイッチアレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来２入力２出力の光スイッチは、例えば図７に示すように、１入力２出力の光スイッチ１０１と２入力１出力の光スイッチ１０２とを組み合わせて構成したものがある。又電子通信学会総合全国大会Ｎｏ．２２１１．Ｐ８−２３２（１９８０）青山勉、青柳信夫、土肥規矩夫「光ファイバリンク用２×２スイッチ」に記載されているように、菱形の可動ガラスブロックを用いてガラスブロック自体を移動させ、入出射経路を切換えた光スイッチが用いられている。又図８に示すように、一対の入力と出力の光ファイバ同士を空間を介して対向させ、光ファイバ１１１からの光を光ファイバ１１３に入射すると共に、光ファイバ１１２からの光を光ファイバ１１４に入射させる状態（第１の状態）と、その交点にミラー１１５を矢印方向に移動させて光ファイバ１１１からの光を光ファイバ１１４に、及び光ファイバ１１２からの光を光ファイバ１１３に反射させる状態（第２の状態）とに切換えるようにした光スイッチが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の光スイッチでは、光スイッチを縦続につないだりプリズムやミラーを移動させるための機構が複雑になるという欠点があった。又２方向又は４方向に光ファイバの入出力端子を設ける必要があり、構造が複雑であり、安価にしたり小型化することが難しいという欠点があった。
【０００４】
本発明はこのような従来の光スイッチの問題点を解決し、小型化し、光ファイバを並列に複数配置することができるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、第１〜第４の光ファイバと、前記第１〜第４の光ファイバを同一平面上に線対称に並列に配列するキャピラリと、前記キャピラリに近接して配置され、前記キャピラリの前記光ファイバより出射される光を平行光に変換して所定の焦点位置に集束すると共に、入射した平行光を光ファイバに集束するコリメートレンズと、前記コリメートレンズを出射した光を反射する平面マイクロミラーと、前記平面マイクロミラーの角度を所定角度傾斜させる傾斜部と、を有し、前記傾斜部によって前記平面マイクロミラーの傾きを変化させることにより、前記第１と前記第３の光ファイバの間、及び前記第２と前記第４の光ファイバの間が光学的に接続される第１の状態と、前記第１と前記第３の光ファイバの間が光学的に接続される第２の状態とを切換えることを特徴とするものである。
【０００６】
本願の請求項２の発明は、請求項１の光スイッチにおいて、前記キャピラリは、前記光ファイバを前記コリメートレンズに出射する面側で同一面上で線対称で不等間隔に配置したことを特徴とするものである。
【０００７】
本願の請求項３の発明は、請求項１又は２記載の光スイッチを多数並列に配置することを特徴とする光スイッチアレーである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態による光スイッチの構造を示す図である。本実施の形態による光スイッチは波長多重光通信に用いる２×２の光スイッチとする。図１において、波長多重光の入射する信号（ＩＮ）の光ファイバ１１と波長多重光に特定の波長を加える重畳用の信号（ＡＤＤ）を入射する光ファイバ１２、多重化された光信号を出力するための光ファイバ１３、及び選択された所定波長の光を取り出す（ＤＲＯＰ）ための光ファイバ１４が設けられる。これらの光ファイバ１１〜１４はキャピラリ１５によって保持されている。キャピラリ１５はこれらの光ファイバをＶ字溝に沿って保持するものであり、断面が半円形とする。このとき光ファイバ１１〜１４は等間隔としておいてもよいが、後述するように反射光の干渉を避けるためには、図２に示すように光ファイバ１１，１２との間隔と１３，１４の間隔を同一とし、光ファイバ１２，１３の間隔を狭くしておくことが好ましい。この場合光ファイバ１２，１３の間隔をａとし、光ファイバ１１と１２、１３と１４の間隔をｂとする。そして中心軸Ｌ１に対して対称に光ファイバを配置する。
【０００９】
さてキャピラリ１５の出射端には図示のようにコリメートレンズ１６を配置する。コリメートレンズ１６は円筒形状の屈折率分布型のレンズであり、光ファイバ１１〜１４からの平行光をその左方の空間上で集束させるものである。コリメートレンズ１６の側方にはコリメートレンズ１６の焦点位置に平面ミラー１７を配置する。平面ミラー１７は図１に示すように光ファイバ１１〜１４が配置される紙面に垂直に設けられ、且つ図示しない傾斜部によって紙面に垂直な焦点位置の軸Ｌ２を回動軸として、図１，図３に示すように傾き角θだけ回動自在に構成されている。
【００１０】
ここで光ファイバ１１から出射した光が光ファイバ１３に入射するようにするには、この傾き角θは次式を満足する必要がある。
ｄ＝２ｆ・ｔａｎθ
ここでｄは光ファイバ１１と１３のキャピラリ端部での間隔であり、ｆはコリメートレンズ１６の焦点距離である。
【００１１】
さて次に入力用の光ファイバ１１から光が入射されると、平面ミラー１７が図１に示す垂直状態にあれば、コリメートレンズ１６を出射した光は平面ミラー１７により同一の角度で反射されてコリメートレンズ１６に加わり、次いでキャピラリ１５内の光ファイバ１４に加わる。従って光ファイバ１１のＩＮポートと光ファイバ１４のＤＲＯＰポートが接続されることとなる。又光ファイバ１２から光が入射されるとコリメートレンズ１６を出射した光は平面ミラー１７により同一の角度で反射されてコリメートレンズ１６に加わり、次いでキャピラリ１５内の光ファイバ１３に加わる。従って光ファイバ１２のＡＤＤポートと光ファイバ１３のＯＵＴポートとが同様にしてコリメートレンズ１６、平面ミラー１７を介して連結されることとなる。
【００１２】
次に平面ミラー１７を電圧により駆動し角度θだけ傾けると、光ファイバ１１と光ファイバ１３とが連結されることとなる。このとき光ファイバ１２は図２に示すように光ファイバ１２，１３の間隔ａと光ファイバ１１，１２の間隔ｂとを異ならせておけば、光ファイバ１２からの光は平面ミラー１７には垂直に入射しないため、反射光が再び入射することがなくなる。このときずらせるべき量が光ファイバビームのスポットサイズの１．５倍程度であれば、反射減衰量を４０ｄＢ確保することができる（河野健治著、光結合系の基礎と応用、現代工学社、１９９１年）。
【００１３】
次に本発明を具体化した第２の実施の形態の構成例について説明する。図４はこの実施の形態の光スイッチの断面図であり、キャピラリ１５に４本の光ファイバ１１〜１４が接続され、コリメートレンズ１６がスペーサ２１によって円筒ホルダ２２に保持されている。又円筒ホルダ２２の他方にはこのコリメートレンズ１６に対向する位置にパッケージ化されたマイクロミラー２３が設けられる。ここで光ファイバ１１〜１４は単一モード光ファイバとし、キャピラリ１５をシリコン（Ｓｉ）とし、そこに断面がＶ字形の溝を形成して各光ファイバをコリメートレンズ１６に導くようにする。このＶ字形溝は図２に示すように、光ファイバの端面のコリメートレンズと接触する位置で、中央の２つの光ファイバ１２，１３の外周を接触させて配置する。又２つの外部の光ファイバ１１，１４を光ファイバ１２，１３とは２０μｍ隔てて配置する。ここで光ファイバ１１〜１４の外径は１２５μｍ、ビームスポット径は１０μｍとする。従って前述した間隔ａは１２５μｍ、ｂは１４５μｍとなる。又コリメートレンズ１６の端面において光ファイバ１１と光ファイバ１３の間隔は２７０μｍとなる。又コリメートレンズ１６として焦点距離ｆを１．９２μｍとする。従って前述した式に基づいて、傾き角θを２．１６°となるようにマイクロミラーを傾斜させると、光ファイバ１１と１３、即ちＩＮポートとＯＵＴポートが接続する。光ファイバ１２のＡＤＤポートからの出力光は入射端より２０μｍずれて再入射するので、反射減衰量を５０ｄＢ以上確保することができる。
【００１４】
ここで用いられる回動可能なマイクロミラー２３として、例えばＭＥＭＳオプティカル社のＳＥＲＩＥＳ８００１を用いることができる。これは基板の上部に一定の空間を隔ててわずかに回動可能なミラー板をヒンジによって保持し、基板とミラー板との間に電圧を印加することによって静電気を用いて±５°の範囲でミラー板を回動可能としたものである。図５はこのヒンジとミラー部分の詳細を示す断面図、図６は上面図である。これらの図に示すように円板３１の上面を金等の反射面として形成し、左右にヒンジ３２，３３を配置し回動自在とする。又その下方の基板３４には図示のように電極面３５，３６を形成する。この電極面３５，３６に所定の電圧を与えることによって静電気力で円板３１を左右のヒンジ３２，３３を中心としてわずかに回動させることができる。
【００１５】
従ってマイクロミラー２３の電極に電圧を印加しない第１の状態と、所定の電圧を印加し、傾き角θが２．１６°となるように傾斜させる第２の状態と、を切換えることによって、スイッチングを実現することができる。このときポート間の挿入損失は０．８ｄＢ以下となり、クロストークは−５０ｄＢ以下、スイッチング速度は１ｍｓ以下となる。又スイッチング駆動電圧は±３５Ｖで実用上充分な特性が実現できた。この場合にパッケージの最大部直径は５ｍｍ、パッケージ端からキャピラリ端までの長さは２３ｍｍと小型化することができる。
【００１６】
このように構成された２×２光スイッチを多数並列に配置することによって光スイッチアレーを構成することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、１個のコリメートレンズとミラー、平面上に配列した２入力２出力の光ファイバを用いてミラーの傾斜角度を変えるだけで２×２のスイッチングを達成することができる。又請求項２に記載のように、光ファイバの配列間隔を非線対称の不等間隔とすることによって入力光がミラーで反射してそのまま再入射することなく十分な減衰量を確保することができる。更にこの光スイッチを複数本並列に並べることによって多チャンネルの光スイッチアレーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光スイッチの構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態によるキャピラリとコリメートレンズとの接続部分の断面図である。
【図３】本実施の形態による光スイッチのミラーを傾けたときの反射状態を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による光スイッチの詳細な構成を示す断面図である。
【図５】本実施の形態によるマイクロミラーの回転機構の概略を示す断面図である。
【図６】本実施の形態によるマイクロミラーの回転機構の概略を示す上面図である。
【図７】従来の光スイッチの一例を示す概略図である。
【図８】従来の光スイッチの他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１１〜１４　光ファイバ
１５　キャピラリ
１６　コリメートレンズ
１７　平面ミラー
２１　スペーサ
２２　円筒ホルダ
２３　マイクロミラー
３１　円板
３２，３３　ヒンジ
３４　基板
３５，３６　電極
【図１】
2004070050.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004070050.tif 000007
【図６】
2004070050.tif 000008
【図７】
2004070050.tif 000009
【図８】
2004070050.tif 000010