特許 7456595 シャッター機能付光ファイバカプラ及びスイッチ機能付光ファイバカプラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-18

(45)【発行日】2024-03-27

(54)【発明の名称】シャッター機能付光ファイバカプラ及びスイッチ機能付光ファイバカプラ

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/02 20060101AFI20240319BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20240319BHJP

   G02B 6/35 20060101ALI20240319BHJP

   G02B 6/32 20060101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

G02B26/02 E

G02B26/08 E

G02B6/35

G02B6/32

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020115103

(22)【出願日】2020-07-02

(65)【公開番号】P2022012928

(43)【公開日】2022-01-18

【審査請求日】2023-06-29

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、未来社会創造事業（大規模プロジェクト型）「クラウド光格子時計による時空間情報基盤の構築」に係る委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】503359821

【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】592253736

【氏名又は名称】シグマ光機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(72)【発明者】

【氏名】香取 秀俊

(72)【発明者】

【氏名】高本 将男

(72)【発明者】

【氏名】大前 宣昭

(72)【発明者】

【氏名】多幡 能徳

(72)【発明者】

【氏名】干場 克宣

(72)【発明者】

【氏名】江島 聡

【審査官】鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－３０３８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２９５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２７１８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２５１０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６３３７７６０（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／００ － ２６／０８

Ｇ０２Ｂ ６／３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、光源から発せられた光を集光する集光部と、
前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される光導波路が接続される光導波路取付け部と、
前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される光吸収体が接続される光吸収体取付け部と、
前記ハウジングの中に設けられ、前記集光部にて集光された光を、前記集光部と前記光導波路取付け部又は前記光吸収体取付け部との間において、集光途中で反射させる反射部と、
を備え、
前記ハウジングは気密構造であり、
前記気密構造のハウジングの中には、封入ガスが封入されており、
前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、
前記集光途中の光を前記光導波路へ入射させる入射状態と、前記集光途中の光を前記光吸収体へ入射させる遮光状態とを切り換えること
を特徴とするシャッター機能付光ファイバカプラ。

【請求項2】

前記反射部は、前記集光途中の光を反射させるミラー面を含むこと
を特徴とする請求項１記載のシャッター機能付光ファイバカプラ。

【請求項3】

前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、前記集光途中の光を一方向に反射させること
を特徴とする請求項１又は２に記載のシャッター機能付光ファイバカプラ。

【請求項4】

前記封入ガスは、
前記光導波路取付け部に取り付けられた前記光導波路の端面にある集光点への集塵及び前記反射部の表面劣化の双方を抑制可能なガスを含むこと
を特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載のシャッター機能付光ファイバカプラ。

【請求項5】

ハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、光源から発せられた光を集光する集光部と、
前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される第１光導波路が接続される第１光導波路取付け部と、
前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される第２光導波路が接続される第２光導波路取付け部と、
前記ハウジングの中に設けられ、前記集光部にて集光された光を、前記集光部と前記第１光導波路取付け部又は前記第２光導波路取付け部との間において、集光途中で反射させる反射部と、
を備え、
前記ハウジングは気密構造であり、
前記気密構造のハウジングの中には、封入ガスが封入されており、
前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、
先端部分で前記集光途中の光を反射させて前記第１光導波路へ入射させる第１入射状態と、前記集光途中の光を前記第２光導波路へ入射させる第２入射状態とを切り換えること
を特徴とするスイッチ機能付光ファイバカプラ。

【請求項6】

前記反射部は、前記集光途中の光を反射させるミラー面を含むこと
を特徴とする請求項５記載のスイッチ機能付光ファイバカプラ。

【請求項7】

前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、前記集光途中の光を一方向に反射させること
を特徴とする請求項５又は６に記載のスイッチ機能付光ファイバカプラ。

【請求項8】

前記封入ガスは、
前記第１光導波路取付け部に取り付けられた前記第１光導波路の端面にある第１集光点への集塵、前記第２光導波路取付け部に取り付けられた前記第２光導波路の端面にある第２集光点への集塵及び前記反射部の表面劣化のそれぞれを抑制可能なガスを含むこと
を特徴とする請求項５～７のいずれか１つに記載のスイッチ機能付光ファイバカプラ。

【請求項9】

ハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、光源から発せられた光を集光する集光部と、
前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される第１光導波路が接続される第１光導波路取付け部と、
前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される第２光導波路が接続される第２光導波路取付け部と、
前記ハウジングの中に設けられ、前記集光部にて集光された光を、前記集光部と前記第１光導波路取付け部又は前記第２光導波路取付け部との間において、集光途中で反射させる反射部と、
前記ハウジングの中に設けられ、前記反射部と一体とされた可動電極と、
前記ハウジングに固定され、前記可動電極から離間した固定電極と、
を備え、
前記ハウジングは気密構造であり、
前記気密構造のハウジングの中には、封入ガスが封入されており、
前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、
先端部分で前記集光途中の光を反射させて前記第１光導波路へ入射させる第１入射状態と、前記集光途中の光を前記第２光導波路へ入射させる第２入射状態とを、前記可動電極と前記固定電極との間に電圧が印加されることに伴い切り換えること
を特徴とするスイッチ機能付光ファイバカプラ。

【請求項10】

前記反射部は、前記集光途中の光を反射させるミラー面を含むこと
を特徴とする請求項９記載のスイッチ機能付光ファイバカプラ。

【請求項11】

前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、前記集光途中の光を一方向に反射させること
を特徴とする請求項９又は１０に記載のスイッチ機能付光ファイバカプラ。

【請求項12】

前記封入ガスは、
前記第１光導波路取付け部に取り付けられた前記第１光導波路の端面にある第１集光点への集塵、前記第２光導波路取付け部に取り付けられた前記第２光導波路の端面にある第２集光点への集塵及び前記反射部の表面劣化のそれぞれを抑制可能なガスを含むこと
を特徴とする請求項９～１１のいずれか１つに記載のスイッチ機能付光ファイバカプラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明の実施形態は、シャッター機能付光ファイバカプラ及びスイッチ機能付光ファイバカプラに関する。

【背景技術】

【0002】

シャッター機能付光ファイバカプラは、レーザー等の光源から発せられた光を、その光路中において、遮光部材（シャッター）を挿抜することで光を断続的に遮光させることが一般的である（特開２００５－６２８３１号公報）。このようなシャッター機能付光ファイバカプラでは、メカニカルな遮光部材が高速な挿抜動作を繰り返す。遮光部材は軽量であることが要求されている。

【0003】

また、遮光部材を軽量化する試みもある。例えば、遮光部材と、この遮光部材を駆動する駆動機構とを、ＭＥＭＳにて構成することが知られている（特開２０１８－６３３３９号公報）。しかし、ＭＥＭＳにて構成された遮光部材は微細であり、しかも、遮光部材は光のエネルギーを吸収してしまうため、破損してしまう可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－６２８３１号公報

【文献】特開２０１８－６３３３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に記載の光スイッチは、メカニカルな遮光部材が高速な挿抜動作を繰り返すため、遮光部材の摺動によって振動が大きくなる、という事情がある。また、遮光部材が摺動するので、耐久性にも乏しい。

【0006】

また、特許文献２に記載の表示装置は、遮光部材及び駆動機構をＭＥＭＳで構成するので、振動を小さくできる。しかし、ＭＥＭＳは微細であり、しかも、微細な遮光部材が光のエネルギーを吸収してしまうため、破損しやすく、耐久性に乏しい、という事情がある。

【0007】

この発明の実施形態は、より微細で振動が少なく、高い耐久性を有するシャッター機能付光ファイバカプラ及びスイッチ機能付光ファイバカプラを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明の第１態様に係るシャッター機能付光ファイバカプラは、ハウジングと、前記ハウジングに設けられ、光源から発せられた光を集光する集光部と、前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される光導波路が接続される光導波路取付け部と、前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される光吸収体が接続される光吸収体取付け部と、前記ハウジングの中に設けられ、前記集光部にて集光された光を、前記集光部と前記光導波路取付け部又は前記光吸収体取付け部との間において、集光途中で反射させる反射部と、を備え、前記ハウジングは気密構造であり、前記気密構造のハウジングの中には、封入ガスが封入されており、前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、前記集光途中の光を前記光導波路へ入射させる入射状態と、前記集光途中の光を前記光吸収体へ入射させる遮光状態とを切り換えることを特徴とする。

【0009】

この発明の第２態様に係るシャッター機能付光ファイバカプラは、第１態様において、前記反射部は、前記集光途中の光を反射させるミラー面を含むことを特徴とする。

【0010】

この発明の第３態様に係るシャッター機能付光ファイバカプラは、第１態様又は第２態様において、前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、前記集光途中の光を一方向に反射させることを特徴とする。

【0011】

この発明の第４態様に係るシャッター機能付光ファイバカプラは、第１態様～第３態様のいずれか１つにおいて、前記封入ガスは、前記光導波路取付け部に取り付けられた前記光導波路の端面にある集光点への集塵及び前記反射部の表面劣化の双方を抑制可能なガスを含むことを特徴とする。

【0012】

この発明の第５態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラは、ハウジングと、前記ハウジングに設けられ、光源から発せられた光を集光する集光部と、前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される第１光導波路が接続される第１光導波路取付け部と、前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される第２光導波路が接続される第２光導波路取付け部と、前記ハウジングの中に設けられ、前記集光部にて集光された光を、前記集光部と前記第１光導波路取付け部又は前記第２光導波路取付け部との間において、集光途中で反射させる反射部と、を備え、前記ハウジングは気密構造であり、前記気密構造のハウジングの中には、封入ガスが封入されており、前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、先端部分で前記集光途中の光を反射させて前記第１光導波路へ入射させる第１入射状態と、前記集光途中の光を前記第２光導波路へ入射させる第２入射状態とを切り換えることを特徴とする。

【0013】

この発明の第６態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラは、第５態様において、前記反射部は、前記集光途中の光を反射させるミラー面を含むことを特徴とする。

【0014】

この発明の第７態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラは、第５態様又は第６態様において、前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、前記集光途中の光を一方向に反射させることを特徴とする。

【0015】

この発明の第８態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラは、第５態様～第７態様のいずれか１つにおいて、前記封入ガスは、前記第１光導波路取付け部に取り付けられた前記第１光導波路の端面にある第１集光点への集塵、前記第２光導波路取付け部に取り付けられた前記第２光導波路の端面にある第２集光点への集塵及び前記反射部の表面劣化のそれぞれを抑制可能なガスを含むことを特徴とする。
この発明の第９態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラは、ハウジングと、前記ハウジングに設けられ、光源から発せられた光を集光する集光部と、前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される第１光導波路が接続される第１光導波路取付け部と、前記ハウジングに設けられ、前記集光部にて集光された光が入射される第２光導波路が接続される第２光導波路取付け部と、前記ハウジングの中に設けられ、前記集光部にて集光された光を、前記集光部と前記第１光導波路取付け部又は前記第２光導波路取付け部との間において、集光途中で反射させる反射部と、前記ハウジングの中に設けられ、前記反射部と一体とされた可動電極と、前記ハウジングに固定され、前記可動電極から離間した固定電極と、を備え、前記ハウジングは気密構造であり、前記気密構造のハウジングの中には、封入ガスが封入されており、前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、先端部分で前記集光途中の光を反射させて前記第１光導波路へ入射させる第１入射状態と、前記集光途中の光を前記第２光導波路へ入射させる第２入射状態とを、前記可動電極と前記固定電極との間に電圧が印加されることに伴い切り換えることを特徴とする。
この発明の第１０態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラは、第９態様において、前記反射部は、前記集光途中の光を反射させるミラー面を含むことを特徴とする。
この発明の第１１態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラは、第９態様又は第１０態様において、前記反射部は、前記気密構造のハウジングの中において、前記集光途中の光を一方向に反射させることを特徴とする。
この発明の第１２態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラは、第９態様～第１１態様のいずれか１つにおいて、前記封入ガスは、前記第１光導波路取付け部に取り付けられた前記第１光導波路の端面にある第１集光点への集塵、前記第２光導波路取付け部に取り付けられた前記第２光導波路の端面にある第２集光点への集塵及び前記反射部の表面劣化のそれぞれを抑制可能なガスを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

第１態様～第４態様に係るシャッター機能付光ファイバカプラは、ハウジングと、集光部と、光導波路取付け部と、光吸収体と、反射部と、を含む。ハウジングは気密構造であり、この気密構造のハウジングの中には、封入ガスが封入されている。このような気密構造のハウジングの中において、反射部は、集光部にて集光された光を、集光部と光導波路取付け部又は光吸収体との間において、集光途中で反射させる。このように、反射部が、集光途中の光を反射させることで、反射部をより微細に形成することが可能となる。さらに、反射部は、集光途中の光を光導波路へ入射させる入射状態と、集光途中の光を光吸収体へ入射させる遮光状態とを切り換える。これにより、集光部から光導波路への光入射に使われる光ファイバカプラにおいて、シャッター機能を付加することができる。しかも、反射部が微細になることで、シャッター機能付光ファイバカプラは、振動が少なく、高い耐久性が得られる。また、反射部は、光を反射させるので、実質的に光の吸収を伴うことがない。このため、反射部が微細であったとしても、光のエネルギーを吸収する遮光部材と比較して破損し難くなる。この観点からも、第１態様～第４態様に係るシャッター機能付光ファイバカプラには、高い耐久性が得られる。

【0017】

また、第４態様に係るシャッター機能付光ファイバカプラは、封入ガスが、
（１）集光点への集塵
（２）反射部の表面劣化
の双方を抑制可能なガスを含む。このような第４態様に係るシャッター機能付光ファイバカプラによれば、
（３）集光点に付着した塵等に起因した光の散乱
（４）劣化した反射部による光の乱反射
（５）散乱光及び乱反射光に基づく、ハウジングの中での多重散乱の発生
等を、さらに抑制することができる。したがって、動作的な観点及び構造的な観点に加え、光学的な観点からも高い耐久性を確保でき、入射及び遮光（反射）の切り換え動作を、光学的な精度をも劣化させずに、長期間に及んで安定して継続させることが可能となる。

【0018】

第５態様～第１２態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラは、ハウジングと、集光部と、第１光導波路取付け部と、第２光導波路取付け部と、反射部と、を含む。ハウジングは気密構造であり、この気密構造のハウジングの中には、封入ガスが封入されている。このような気密構造のハウジングの中において、反射部は、集光部にて集光された光を、集光部と第１光導波路取付け部又は第２光導波路取付け部との間において、集光途中で反射させる。したがって、第１態様～第４態様と同様に、反射部をより微細に形成することが可能となる。さらに、反射部は、集光途中の光を第１光導波路へ入射させる第１入射状態と、集光途中の光を第２光導波路へ入射させる第２入射状態とを切り換える。これにより、集光部から光導波路への光入射に使われるマルチポート型のスイッチ機能付光ファイバカプラを得ることができる。しかも、反射部が微細になることで、マルチポート型のスイッチ機能付光ファイバカプラは、振動が少なく、高い耐久性が得られる。また、反射部は、光を反射させるので、実質的に光の吸収を伴うことがない。このため、第５態様～第９態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラは、第１態様～第４態様と同様に高い耐久性が得られる。

【0019】

また、第８態様及び第１２態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラは、封入ガスが、
（６）第１集光点への集塵
（７）第２集光点への集塵
（８）反射部の表面劣化
のそれぞれを抑制可能なガスを含む。このような第８態様及び第１２態様に係るスイッチ機能付光ファイバカプラによれば、
（９）第１、第２集光点に付着した塵等に起因した光の散乱
（１０）劣化した反射部による光の乱反射
（１１）散乱光及び乱反射光に基づく、ハウジングの中での多重散乱の発生
等を、さらに抑制することができる。したがって、第４態様と同様に、動作的な観点及び構造的な観点に加え、光学的な観点からも高い耐久性を確保でき、第１入射動作及び第２入射動作の切り換えを、光学的な精度をも劣化させずに、長期間に及んで安定して継続させることが可能となる。

【0020】

したがって、第１態様～第１２態様によれば、より微細で振動が少なく、高い耐久性を有するシャッター機能付光ファイバカプラ及びスイッチ機能付光ファイバカプラを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１（ａ）は、第１実施形態に係るシャッター機能付光ファイバカプラの一例を示す模式平面図である。図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、第１実施形態に係るシャッター機能付光ファイバカプラの一例を示す模式水平断面図である。

【図2】図２は、反射部の一例を示す模式斜視図である。

【図3】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、反射部の一例を示す第２水平方向Ｙの模式側面図である。図３（ｃ）は、反射部の一例を示す模式平面図である。

【図4】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、駆動機構の一例を示す模式平面図である。

【図5】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、反射部の第１動作例を示す模式斜視図である。

【図6】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２実施形態に係るスイッチ機能付光ファイバカプラの一例を示す模式水平断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、この発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。各図において、共通する部分については共通する参照符号を付し、重複する説明は省略する。

【0023】

第１実施形態
（シャッター機能付光ファイバカプラ）
図１（ａ）は、第１実施形態に係るシャッター機能付光ファイバカプラの一例を示す模式平面図である。図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、第１実施形態に係るシャッター機能付光ファイバカプラの一例を示す模式水平断面図である。図１（ａ）中の“Ｘ”は第１水平方向、“Ｙ”は第１水平方向Ｘに対して略直交する第２水平方向、“Ｚ”は第１水平方向Ｘ及び第２水平方向Ｙのそれぞれに略垂直に直交する高さ方向を示す。なお、第１水平方向Ｘ、第２水平方向Ｙ及び高さ方向Ｚは“左手系座標”により表示し、全図で共通とする。

【0024】

図１（ａ）～図１（ｃ）に示すように、シャッター機能付光ファイバカプラ１００は、集光部１と、光導波路取付け部２０１と、光吸収体取付け部２０２と、反射部２と、駆動機構３と、ハウジング２００と、を含む。ハウジング２００は、例えば樹脂性である。シャッター機能付光ファイバカプラ１００は、例えば、集光部１から光導波路への光入射に使われる。

【0025】

集光部１は、ハウジング２００の第１水平方向Ｘに沿った側面に設けられている。集光部１は、光を集光する物として、例えば集光レンズ１１を有する。集光レンズ１１は、光源、例えばレーザー装置３００から発せられた光ＬＬを集光する。集光レンズ１１は、球面レンズであっても良いし、非球面レンズであってもよい。非球面レンズの例は、放物面、楕円面、双曲面、４次曲面等である。

【0026】

光導波路取付け部２０１は、ハウジング２００の、集光部１と対向した第１水平方向Ｘに沿った側面に設けられている。光導波路取付け部２０１には、光導波路、例えば光ファイバ４が取り付けられる。光ファイバ４には、集光レンズ１１にて集光された光ＬＬが入射される。

【0027】

光吸収体取付け部２０２には、ハウジング２００の、第２水平方向Ｙに沿った側面に設けられている。光吸収体取付け部２０２には、光吸収体５が取り付けられる。光吸収体５は、集光レンズ１１にて集光された光のエネルギーを熱に変換する。光吸収体５には、集光レンズ１１にて集光された光ＬＬが、反射部２によって反射されて入射される。光吸収体５は、その内部に、例えば光トラップ構造を有する。光吸収体５に入射された光ＬＬは、光トラップ構造によりトラップされる。このため、光ＬＬが光吸収体５で反射して反射部２へ再び戻ることはほとんどない。したがって、光ＬＬは、トラップ構造の中で効率よく熱に変換される。

【0028】

光吸収体５の材料の一例は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属である。Ａｌを主成分とする金属は、熱伝導性が良く、コストも安い。シャッター機能付光ファイバカプラ１００の製造コストを低く抑え、シャッター機能付光ファイバカプラ１００に汎用性を持たせたい場合には、光吸収体５としてＡｌを主成分とする金属が選ばれることが良い。Ａｌを主成分とする金属には、上記トラップ構造の他、反射率を低く抑えて光の吸収性を向上させるために、例えば黒アルマイト処理を施してもよい。ただし、黒アルマイトは、赤外線に対する光吸収性に、やや難がある。このため、光源として赤外領域の波長を持つレーザーを用いる場合には、黒アルマイト処理に代えて、赤外線に対する光吸収性に優れた塗料を塗布するようにしても良い。

【0029】

ハウジング２００は、例えば気密構造である。気密構造のハウジング２００の中には、例えば封入ガス封入されている。

【0030】

反射部２及び駆動機構３は、例えば気密構造のハウジング２００の中に設けられ、そして、収容されている。反射部２は、集光レンズ１１にて集光された光ＬＬを、気密構造のハウジング２００の中において、集光途中で一方向に反射させる。第１実施形態では、集光途中の光は、第１水平方向Ｘに反射される。駆動機構３は、ハウジング２００の中に収容されるとともに、ハウジング２００に、例えばネジ（図示せず）によって固定されている。駆動機構３は、反射部２を第１水平方向Ｘに沿って駆動する。反射部２は、駆動機構３によって、集光レンズ１１の光学中心と集光された光ＬＬの集光点とを結ぶ光軸ＯＡ上への進出動作（図１（ｂ））及び光軸ＯＡ上からの退避動作（図１（ｃ））を交互に繰り返す。これにより、反射部２は、ハウジング２００の中において、集光途中の光を光ファイバ（光導波路）４へ入射させる入射状態と、集光途中の光を光吸収体５へ入射させる遮光状態とを切り換えることができる。

【0031】

本明細書では、反射部２が光軸ＯＡ上にあるときを“第１位置”という（図１（ｂ））。また、反射部２が光軸ＯＡ外にあるときを“第２位置”という。光ＬＬは、例えばレーザー装置３００から、第１水平方向Ｘ及び第２水平方向Ｙに広がる水平面と略平行に照射される。シャッター機能付光ファイバカプラ１００では、光軸ＯＡは第２水平方向Ｙと平行である。

【0032】

＜反射部＞
図２は、反射部の一例を示す模式斜視図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、反射部の一例を示す第２水平方向Ｙの模式側面図である。図３（ｃ）は、反射部の一例を示す模式平面図である。

【0033】

図２～図３（ｃ）に示すように、反射部２は、主平面２２０と、側面２２１と、を有する。反射部２は、立体物であり、故に方向が異なった複数の面を有する。本明細書において、反射部２が“第１位置（図３（ａ））”及び“第２位置（図３（ｂ））”のそれぞれにあるとき、光軸ＯＡの方向と交差しない反射部２の面を“主平面２２０”という。主平面２２０は、反射部２が“第１位置”にあるとき、光軸ＯＡの方向と、例えば平行する。

【0034】

また、反射部２が“第１位置（図３（ａ））”にあるとき、光軸ＯＡの方向と交差し、“第２位置（図３（ｂ））”にあるとき、光軸ＯＡと交差しない面を“側面２２１”という。主平面２２０の側面２２１は、反射部２が“第１位置”にあるとき、光軸ＯＡと交差する。このため、側面２２１は、光ＬＬを反射することができる。

【0035】

反射部２は、反射面２１を有する。反射部２が第１位置にあるとき、反射部２の反射面２１は、反射部２の側面２２１にある。反射面２１は、第１位置において、光軸ＯＡと高さ方向Ｚに略垂直な角度θｚで交差し、かつ、光軸ＯＡと第２水平方向Ｙに０°を超え９０°未満の角度θｙで交差する。シャッター機能付光ファイバカプラ１００では、角度θｚが約９０°、角度θｙが約４５°の例を示している。なお、本明細書において、“略”は、実質的な範囲を表現しており、例えば“略垂直”は、厳密な垂直からプラス方向及びマイナス方向それぞれへの許容誤差を含む範囲、と定義する。角度θｙが約４５°のとき、光ＬＬの反射方向は、ほぼ第１水平方向Ｘとなる。

【0036】

なお、角度θｚは、約９０°に限られることはない。反射光が飛んで行く方向に、光吸収体５を配置すれば良いためである。したがって、角度θｚは約９０°に限らず、角度θｚに応じて、光吸収体５を、反射光が入射する位置に配置すれば良い。

【0037】

また、図２～図３（ｃ）では、シャッター機能付光ファイバカプラ１００が、反射部２を駆動する駆動部材２２を、さらに備えた例が示されている。駆動部材２２は、駆動機構３によって駆動される。反射面２１は、駆動部材２２の先端部分２３に、駆動部材２２の側面２２１を利用して設けられる。このような反射面２１は、例えば、次のようにして得ることができる。

【0038】

まず、駆動部材２２の側面２２１を、角度θｙが約４５°となるように加工する。これにより、加工された側面２２１を、反射面２１として利用可能な状態とする。次に、加工された側面２２１を鏡面研磨し、側面２２１をミラー面とする。このようにして、反射面２１を、駆動部材２２の側面に得ることができる。

【0039】

駆動部材２２の材料の一例は、Ａｌを主成分とする金属である。Ａｌを含む金属によれば、鏡面研磨することにより、ミラー面を得ることが可能である。したがって、Ａｌを主成分とする金属によれば、駆動部材２２の側面２２１が利用した反射部２を得ることができる。

【0040】

また、駆動部材２２の表面には、表面コーティングが施されていても良い。なお、駆動部材２２の材料が、その表面に自然被膜を形成する金属であった場合、自然被膜も表面コーティングの１つと考えても良い。例えば、駆動部材２２の材料が、例えばＡｌを含む金属である場合、その表面には、自然被膜としてアルミナ被膜が形成される。このようなアルミナ被膜は、表面コーティングの１つである。

【0041】

反射部２を、駆動部材２２の側面２２１を利用して得ることによれば、例えば、反射部２に必要な角度θｙを、例えば“立体的な組立て”にて確保する場合と比較して、角度θｙを、より簡単な構造にて確保できる、という利点が得られる。この利点より、例えば、高さ方向Ｚに沿った厚みＴｚが薄い反射部２を、簡単に得ることもできる（図３（ａ）及び図３（ｂ））。例えば、厚みＴｚの一例は、１ｍｍ以下の有限値である。

【0042】

また、シャッター機能付光ファイバカプラ１００に使用される部品の数を削減でき、シャッター機能付光ファイバカプラ１００の製造コストの抑制にも有利である。

【0043】

図３（ｃ）に示すように、駆動部材２２が駆動され、反射部２が第１水平方向Ｘに沿って移動している途中、光ＬＬには、反射光ＬＬ１及び未反射光ＬＬ２の双方が生じる。反射光ＬＬ１及び未反射光ＬＬ２の双方が生じているときでも、反射部２は、反射光ＬＬ１を第１水平方向Ｘに沿って光吸収体（光吸収体５）へ向けて反射しつつ、未反射光ＬＬ２については、第２水平方向Ｙに沿って光導波路（光ファイバ４）へ導くことができる。したがって、動作中であっても、反射部２は、ハウジング２００の中において、光ＬＬの反射方向を一方向、例えば第１水平方向Ｘに規定することができる。

【0044】

また、光ＬＬの反射は、反射部の先端部分２３の、光ＬＬを全て反射可能な最先範囲のみで行われれば良い。最先範囲のみで光ＬＬを反射させることで、駆動部材２２の駆動量を最小限に抑えることができ、駆動機構３の小型化及び省電力化を促進できるとともに、シャッター機能付光ファイバカプラ１００の微細化にも有利となる。シャッター機能付光ファイバカプラ１００は、実施形態では約２ｃｍ角であり、メカニカルな光シャッターの約１／３サイズまで微細化された。

【0045】

＜駆動機構＞
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、駆動機構の一例を示す模式平面図である。

【0046】

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、駆動機構３は、例えば、可動電極３１と、固定電極３２と、を含む。可動電極３１は、第１実施形態では、例えば、駆動部材２２と一体となっている。可動電極３１である駆動部材２２の先端部分２３には反射部２が設けられ、反射部２の反射面２１は、駆動部材２２の側面２２１が利用される。これにより、第１実施形態では、反射部２、駆動部材２２及び駆動機構３のそれぞれが、例えば、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）として一体的に構成される。

【0047】

可動電極３１及び固定電極３２それぞれの平面形状の一例は、インターディジット形である。可動電極３１は、第１水平方向Ｘに沿って延びた複数の第１フィン状部位３１１を有する。可動電極３１と同様に、固定電極３２も、第１水平方向Ｘに沿って延びた複数の第２フィン状部位３２１を有する。これらの第１フィン状部位３１１及び第２フィン状部位３２１は、互いに嵌り合うように、第１水平方向Ｘ及び第２水平方向Ｙによって規定される水平面に沿って、可動電極３１及び固定電極３２のそれぞれに設けられている。可動電極３１の材料の一例は、駆動部材２２の説明において説明したように、Ａｌを主成分とする金属である。そして、固定電極３２の材料の一例もまた、Ａｌを主成分とする金属である。

【0048】

可動電極３１と固定電極３２との間に電圧Ｖを印加すると、図４（ｂ）に示すように、例えば静電気力が働き、可動電極３１は、固定電極３２に引き寄せられる。これにより、反射部２は“第２位置の状態”をとり、集光部１で集光された光（光軸ＯＡのみ図示）は、反射部２によって反射されることなく、光導波路、例えば光ファイバ４に向けて入射される。

【0049】

反対に、可動電極３１と固定電極３２との間に電圧Ｖを印加しない状態では、図４（ａ）に示すように、可動電極３１は、固定電極３２から離れた初期状態の位置となり、反射部２は“第１位置の状態”をとる。これにより、集光部１で集光された光（光軸ＯＡのみ図示）は、反射部２によって反射され、光吸収体、例えば光吸収体５に向けて入射される。

【0050】

また、可動電極３１は、ＭＥＭＳとして構成されており、微細で軽い。このため、可動電極３１は、例えば静電気力によって、上記“第１位置”及び“第２位置”への相互の移動動作を、高速に行うことができる。しかも、可動電極３１は、固定電極３２と摺動することもない。したがって、スイッチング時の振動を、摺動を伴うメカニカルなシャッターと比較して、より少なくすることができる。振動が少ないシャッター機能付光ファイバカプラは、例えば、光格子時計ような高精度なセンサ機構に対して振動の影響を与えないので、特に有用である。また、摺動せず振動が少ないシャッターは、摺動を伴うメカニカルなシャッターと比較して、摩擦部分が無いため、高い耐久性を得ることができる。例えば、摺動を伴うメカニカルなシャッターを、光格子時計に用いるような数回／秒程度で２４時間動作する高速動作のシャッターに用いた場合、その寿命は約１００日である。これに対し、シャッター機能付光ファイバカプラ１００によれば、その寿命は約５年に延長することが可能である。しかも、摩擦部分がないため、摩擦部分があるメカニカルなシャッターと比較して、潤滑油等も必要ない。したがって、摩擦に伴う目視不可能な微細な粉塵や油煙等、光学的な測定精度に影響を与える外乱要素も減らすことができる。このようなシャッター機能付光ファイバカプラ１００は、光格子時計の小型軽量化、安定動作の実現を促進でき、例えば、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）に代わる超高精度時間インフラの構築にも貢献できる。

【0051】

＜シャッター機能付光ファイバカプラから得られる代表的な技術的利点＞
シャッター機能付光ファイバカプラ１００は、反射部２と、駆動機構３と、を含む。反射部２は、集光された光ＬＬを反射させる。駆動機構３は、反射部２を、光軸ＯＡ上の第１位置及び光軸ＯＡ外の第２位置に交互駆動する。反射部２は、光軸ＯＡの方向と交差しない主平面２２０と、光軸ＯＡの方向と交差する側面２２１と、を有する。主平面２２０は、第１位置及び第２位置のそれぞれにおいて、光軸ＯＡと交差しない。また、側面２２１は、第１位置において光軸ＯＡと交差し、第２位置において光軸ＯＡと交差しない。そして、反射部２が第１位置にあるとき、反射部２の反射面２１は、主平面２２０の側面２２１に位置する。これにより、光軸ＯＡの方向は、反射部２が第１位置にあるか、第２位置にあるかによって変化させることができ、シャッター機能付光ファイバカプラとして機能させることができる。

【0052】

また、反射部２は、集光された光ＬＬを反射させるので、光ＬＬの実質的な吸収を伴うことがない。したがって、光路上に、光ＬＬを吸収する遮光部材を挿抜する場合と比較して、反射部２は破損し難くなる。したがって、第１実施形態に係るシャッター機能付光ファイバカプラ１００によれば、装置の耐久性の更なる向上が可能なシャッター機能付光ファイバカプラ１００を提供できる。

【0053】

さらに、シャッター機能付光ファイバカプラ１００は、光吸収体５を含む。反射部２は、反射させた光ＬＬの反射先を、光吸収体５にほぼ限定できる。このため、シャッター機能付光ファイバカプラ１００では、発熱する箇所を光吸収体５にほぼ限定できる。したがって、シャッター機能付光ファイバカプラ１００の排熱設計は、効率的に行うことができる。また、シャッター機能付光ファイバカプラ１００が用いられた光システムでは、その全体設計及びその排熱設計を、シャッター機能付光ファイバカプラ１００が用いられていない光システムと比較して、より効率的に行うことも可能となる。

【0054】

また、第１実施形態では、ハウジング２００を気密構造とし、気密構造のハウジング２００の中には、封入ガスが封入されている。封入ガスの１つの例は、
（１）光導波路取付け部２０１に取り付けられた光ファイバ４（光導波路）の、ハウジング側端面にある集光点への集塵
（２）反射部２の表面劣化
の双方を抑制可能なガスを含むガスである。反射部２の表面劣化は、反射部２の表面に表面コーティングがある場合、表面コーティング劣化を含む。このような集塵及び劣化を抑制可能なガスの例は、不活性なガスを含むガスである。不活性なガスの例としては、窒素（Ｎ_２）ガス、希ガスである。希ガスとしては、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等が選ばれると良い。不活性なガスは、これらのガスの混合ガスであっても良い。

【0055】

封入ガスとして、上記ガスを用いた場合、
（３）集光点に付着した塵等に起因した光の散乱
（４）劣化した反射部２による光の乱反射
（５）散乱光及び乱反射光に基づく、ハウジング２００の中での多重散乱の発生
等を、さらに抑制することができる。したがって、動作的な観点及び構造的な観点に加え、光学的な観点からも高い耐久性を確保することができる。これは、短波長の光に対して、入射動作及び遮光（反射）動作の切り換え動作を行う際に有利な利点である。短波長の光の範囲としては、例えば２００ｎｍ～６００ｎｍの範囲を挙げることができる。波長が２００ｎｍ～６００ｎｍの範囲には、例えば光格子時計の魔法波長、原子を冷却するレーザー冷却の冷却波長等が含まれ得る。このようなシャッター機能付光ファイバカプラによれば、短波長の光に対し、入射及び遮光（反射）の切り換え動作を行っても、光学的な精度をも劣化させずに、長期間に及んで安定して継続させることが可能である。例えば、切り換え動作を１回／１秒と仮定した場合、連続動作寿命は、メカニカルなシャッターでは約１０００万回であったところ、約１億５０００万回～１億６０００万回（約５年間の連続稼働）まで向上させることも可能となる。

【0056】

第２実施形態
（スイッチ機能付光ファイバカプラ）
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２実施形態に係るスイッチ機能付光ファイバカプラの一例を示す模式水平断面図である。

【0057】

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第２実施形態に係るスイッチ機能付光ファイバカプラ１００ｂでは、反射部２が第１位置にあるとき、反射部２は、集光された光ＬＬを第１光導波路（例えば第１光ファイバ４ａ）に向けて反射し、反射部２が第２位置にあるとき、集光された光ＬＬは、反射部２によって反射されずに、第２光導波路（例えば第２光ファイバ４ｂ）に向けて入射される。第１光ファイバ４ａは、第１光導波路取付け部２０１ａに取り付けられる。第２光ファイバ４ｂは、第２光導波路取付け部２０１ｂに取り付けられる。第２実施形態によれば、集光部１から光導波路への光入射に使われるマルチポート型のスイッチ機能付光ファイバカプラ１００ｂを得ることができる。

【0058】

スイッチ機能付光ファイバカプラ１００ｂによれば、レーザー装置３００からの光ＬＬの光路方向を、第１光ファイバ４ａ又は第２光ファイバ４ｂのいずれかに切り換えることができる。

【0059】

この発明の実施形態に係る光ファイバカプラは、第１実施形態のようなシャッター機能付光ファイバカプラ１００だけでなく、第２実施形態のようにマルチポート型のスイッチ機能付光ファイバカプラ１００ｂにも応用することができる。しかも、スイッチ機能付光ファイバカプラ１００ｂは、反射部２が微細になることで、振動が少なく、高い耐久性が得られる。また、反射部２は、光を反射させるので、実質的に光の吸収を伴うことがない。このため、シャッター機能付光ファイバカプラ１００と同様に、高い耐久性を得ることができる。

【0060】

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、ハウジング２００を気密構造とし、気密構造のハウジング２００の中に、封入ガスを封入することが可能である。第２実施形態における封入ガスの１つの例は、
（６）第１光導波路取付け部２０１ａに取り付けられた第１光ファイバ４ａ（第１光導波路）の、ハウジング側端面にある第１集光点への集塵
（７）第２光導波路取付け部２０１ｂに取り付けられた第２光ファイバ４ｂ（第２光導波路）の、ハウジング側端面にある第２集光点への集塵
（８）反射部２の表面劣化
のそれぞれを抑制可能なガスを含むガスである。このようなガスは、第１実施形態と同様である。

【0061】

このようなスイッチ機能付光ファイバカプラ１００ｂによれば、
（９）第１、第２集光点に付着した塵等に起因した光の散乱
（１０）劣化した反射部２による光の乱反射
（１１）散乱光及び乱反射光に基づく、ハウジング２００の中での多重散乱の発生
等を、さらに抑制することができる。したがって、第１実施形態と同様に、動作的な観点及び構造的な観点に加え、光学的な観点からも高い耐久性を確保でき、第１入射動作及び第２入射動作の切り換えを、光学的な精度をも劣化させずに、長期間に及んで安定して継続させることができる。

【0062】

以上、この発明の実施形態のいくつかを説明したが、上記実施形態のいくつかは例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この発明の実施形態は、様々な新規な形態で実施することができる。したがって、上記いくつかの実施形態は、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更が可能である。このような新規な形態や変形は、この発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明、及び特許請求の範囲に記載された発明の均等物の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0063】

１００ ：シャッター機能付光ファイバカプラ（第１実施形態）
１００ｂ：スイッチ機能付光ファイバカプラ（第２実施形態）
２００ ：ハウジング
２０１ ：光導波路取付け部
２０１ａ：第１光導波路取付け部
２０１ｂ：第２光導波路取付け部
２０２ ：光吸収体取付け部
３００ ：レーザー装置（光源）
１ ：集光部
１１ ：集光レンズ
２ ：反射部
２１ ：反射面（ミラー面）
２２ ：駆動部材
２２０ ：主平面
２２１ ：側面
２３ ：先端部分
３ ：駆動機構
３１ ：可動電極
３１１ ：第１フィン状部位
３２ ：固定電極
３２１ ：第２フィン状部位
４ ：光ファイバ（光導波路）
４ａ ：第１光ファイバ（第１光導波路）
４ｂ ：第２光ファイバ（第２光導波路）
５ ：光吸収体
Ｘ ：第１水平方向
Ｙ ：第２水平方向
Ｚ ：高さ方向
ＬＬ ：光
ＬＬ１ ：反射光
ＬＬ２ ：未反射光
ＯＡ ：光軸
θｚ ：角度
θｙ ：角度
Ｔｚ ：厚み
Ｖ ：電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】