特許 7601238 光スイッチ及び光スイッチシステム

(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】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】光スイッチ及び光スイッチシステム

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/08 20060101AFI20241210BHJP

   G02B 6/35 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

G02B26/08 E

G02B6/35

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023544865

(86)(22)【出願日】2021-09-01

(86)【国際出願番号】 JP2021032108

(87)【国際公開番号】W WO2023032071

(87)【国際公開日】2023-03-09

【審査請求日】2024-02-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】藤本 達也

(72)【発明者】

【氏名】川野 友裕

(72)【発明者】

【氏名】中江 和英

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 ひろし

(72)【発明者】

【氏名】片山 和典

【審査官】横井 亜矢子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－０２３０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－０８８４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５６－１２８６０８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００５－３３３４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２８４７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２０５６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０１００２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４３１５１４７（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０６４２４７５９（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／００－２６／０８

Ｇ０２Ｂ ６／３５

Ｊａｐｉｏ－ＧＰＧ／ＦＸ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

厚さ方向に溝が設けられた板状のクラッドと、
前記溝に露出する対向レンズと、
前記クラッドの内部で同軸上にそれぞれ配置され、それぞれの一端が前記クラッドの表面に露出し、それぞれの他端が前記対向レンズを介して前記溝で向かい合う２本の光導波路と、
前記溝内で前記対向レンズに挟まれた際に前記対向レンズの光を透過する移動可能な透明体と、
前記溝内で前記対向レンズに挟まれた際に前記対向レンズから入射された光を入射方向と逆方向に反射する移動可能な両面ミラーと、
前記透明体及び前記両面ミラーが前記厚さ方向に重なって構成される可動部と、
前記可動部と前記溝の底とを接続するバネと、
前記両面ミラーの上部に接触する押し込み面を有し、前記押し込み面が動くことにより、前記両面ミラーの前記溝への押し込み量を制御する押し込み部材と、
を備える光スイッチ。

【請求項2】

前記押し込み部材は、前記押し込み面が前記クラッドに対して斜めであり、前記押し込み面が前記厚さ方向と垂直な方向に動くことで、前記両面ミラーの前記溝への押し込み量を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。

【請求項3】

前記溝に露出する第２対向レンズと、
前記クラッドの内部で、前記２本の光導波路の軸に平行な軸上にそれぞれ配置され、それぞれの一端が前記クラッドの表面に露出し、それぞれの他端が前記第２対向レンズを介して前記溝で向かい合う２本の第２光導波路と、をさらに備え、
前記透明体は、前記第２対向レンズに挟まれた際に前記第２対向レンズの光を透過し、
前記両面ミラーは、前記第２対向レンズに挟まれた際に前記第２対向レンズから入射された光を入射方向と逆方向に反射する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光スイッチ。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の光スイッチと、
第１ポートからの光の入力を第２のポートへ出力し、第２ポートからの光の入力を第３ポートに出力する２つの３ポートの光サーキュレータと、
前記２つの３ポートの光サーキュレータの第１ポートに接続される２本の上部側光ファイバと、
前記２つの３ポートの光サーキュレータの第２のポートと前記２本の光導波路の前記一端とを接続する２本の接続光ファイバと、
前記２つの３ポートの光サーキュレータの第３ポートに接続される２本の下部側光ファイバと、を備える光スイッチシステムであって、
任意の前記上部側光ファイバから入射された光を任意の前記下部側光ファイバに出射し、２入力２出力光スイッチとして機能する
ことを特徴とする光スイッチシステム。

【請求項5】

請求項３に記載の光スイッチと、
第１ポートからの光の入力を第２のポートへ出力し、第２ポートからの光の入力を第３ポートに出力し、第３ポートからの光の入力を第４ポートに出力し、第４ポートからの光の入力を第１ポートに出力する２つの４ポートの光サーキュレータと、
前記２つの４ポートの光サーキュレータの第１ポートに接続される２本の上部側光ファイバと、
前記２つの４ポートの光サーキュレータの第２のポートと前記２本の光導波路の前記一端とを接続する２本の第１接続光ファイバと、
前記２つの４ポートの光サーキュレータの第３ポートに接続される２本の下部側光ファイバと、
前記２つの４ポートの光サーキュレータの第４のポートと前記２本の第２光導波路の前記一端とを接続する２本の第２接続光ファイバと、を備える光スイッチシステムであって、
任意の前記上部側光ファイバから入射された光を任意の前記下部側光ファイバに出射し、任意の前記下部側光ファイバから入射された光を任意の前記上部側光ファイバに出射し、２入力２出力光スイッチとして機能する
ことを特徴とする光スイッチシステム。

【請求項6】

請求項４又は５に記載の光スイッチシステムを組み合わせてＮ入力Ｎ出力光スイッチとして機能する
ことを特徴とする光スイッチシステム。

【請求項7】

前記光サーキュレータは、導波路型サーキュレータである
ことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の光スイッチシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、主に光ファイバネットワークにおいてシングルモード光ファイバを用いた光線路の経路を切り替えるために用いる光スイッチ及び光スイッチシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

光を光のまま経路切替を行う全光スイッチには、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など、様々な方式が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平３－１１３０３ 光サーキュレータ

【文献】特開平１１－１１９１５８ 光サーキュレータアレイ

【文献】特開平１１－１２５７２４ 光集積回路

【非特許文献】

【0004】

【文献】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．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、前述の非特許文献１に記載の従来技術においては、さらなる低電力化および小型化、経済化が困難であるという問題がある。一般に非特許文献に記載されているような光スイッチは数百ｍＷ以上の大電力を要するという課題があった。屋外の架空光接続点など、光ファイバのみしかない環境においてはこれらの光スイッチを駆動させるのに十分な電力を確保することは困難であった。

【0006】

前記課題を解決するために、本開示は、少ない電力で光路切替が実現できる光スイッチ及び光スイッチシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本開示の光スイッチ及び光スイッチシステムは、光路上に両面ミラーを挿入することで、光路切替を実現することとした。

【0008】

具体的には、本開示に係る光スイッチは、
厚さ方向に溝が設けられた板状のクラッドと、
前記溝に露出する対向レンズと、
前記クラッドの内部で同軸上にそれぞれ配置され、それぞれの一端が前記クラッドの表面に露出し、それぞれの他端が前記対向レンズを介して前記溝で向かい合う２本の光導波路と、
前記溝内で前記対向レンズに挟まれた際に前記対向レンズの光を透過する移動可能な透明体と、
前記溝内で前記対向レンズに挟まれた際に前記対向レンズから入射された光を入射方向と逆方向に反射する移動可能な両面ミラーと、
を備える。

【0009】

具体的には、本開示に係る光スイッチシステムは、
前記光スイッチと、
第１ポートからの光の入力を第２のポートへ出力し、第２ポートからの光の入力を第３ポートに出力する２つの３ポート光サーキュレータと、
前記２つの３ポート光サーキュレータの第１ポートに接続される２本の上部側光ファイバと、
前記２つの３ポート光サーキュレータの第２のポートと前記２本の光導波路の前記一端とを接続する２本の接続光ファイバと、
前記２つの３ポート光サーキュレータの第３ポートに接続される２本の下部側光ファイバと、を備える光スイッチシステムであって、
任意の前記上部側光ファイバから入射された光を任意の前記下部側光ファイバに出射し、２入力２出力光スイッチとして機能する。

【0010】

具体的には、本開示に係る光スイッチシステムは、
前記光スイッチと、
第１ポートからの光の入力を第２のポートへ出力し、第２ポートからの光の入力を第３ポートに出力し、第３ポートからの光の入力を第４ポートに出力し、第４ポートからの光の入力を第１ポートに出力する２つの４ポート光サーキュレータと、
前記２つの４ポート光サーキュレータの第１ポートに接続される２本の上部側光ファイバと、
前記２つの４ポート光サーキュレータの第２のポートと前記２本の光導波路の前記一端とを接続する２本の第１接続光ファイバと、
前記２つの４ポート光サーキュレータの第３ポートに接続される２本の下部側光ファイバと、
前記２つの４ポート光サーキュレータの第４のポートと前記２本の第２光導波路の前記一端とを接続する２本の第２接続光ファイバと、を備える光スイッチシステムであって、
任意の前記上部側光ファイバから入射された光を任意の前記下部側光ファイバに出射し、任意の前記下部側光ファイバから入射された光を任意の前記上部側光ファイバに出射し、２入力２出力光スイッチとして機能する。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、少ない電力で光路切替が実現できる光スイッチ及び光スイッチシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態１に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図2】実施形態１に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図3】実施形態１に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図4】実施形態１に係る光サーキュレータの構成を説明する図である。

【図5】実施形態１に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図6】実施形態１に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図7】実施形態１に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図8】実施形態１に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図9】実施形態１に係る光スイッチシステムにおける光路を説明する図である。

【図10】実施形態１に係る光スイッチシステムにおける光路を説明する図である。

【図11】実施形態１に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図12】実施形態１に係る光路切替パターンを説明する図である。

【図13】実施形態１に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図14】実施形態１に係る光路切替パターンを説明する図である。

【図15】実施形態２に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図16】実施形態２に係る双方向光サーキュレータの構成を説明する図である。

【図17】実施形態２に係る双方向光サーキュレータの構成を説明する図である。

【図18】実施形態２に係る光スイッチシステムにおける光路を説明する図である。

【図19】実施形態２に係る光スイッチシステムにおける光路を説明する図である。

【図20】実施形態２に係る光スイッチシステムにおける光路を説明する図である。

【図21】実施形態２に係る光スイッチシステムにおける光路を説明する図である。

【図22】実施形態３に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図23】実施形態３に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【図24】実施形態４に係る光スイッチシステムの構成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

（実施形態１）
図１は実施形態１の構成図である。この光スイッチ１０は光ファイバＦＡ及び光ファイバＦＢの上部側ファイバ群と、光ファイバＦＣ及び光ファイバＦＤの下部側ファイバ群を光路切替して接続するものである。

【0015】

光サーキュレータ３０Ａは、本実施形態で後述する３ポート光サーキュレータである。光ファイバＦＡと光ファイバＦＣは光サーキュレータ３０Ａで接続されており、光ファイバＦＢと光ファイバＦＤは光サーキュレータ３０Ｂで接続されている。光サーキュレータ３０Ａは光ファイバＦＥを経由してＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１１へ接続され、光サーキュレータＢは光ファイバＦＦを経由してＰＬＣ１１へ接続される。

【0016】

ＰＬＣ１１には板状のクラッドに導波路１２があり、その導波路１２上には両面ミラーを差し込むための溝１３が導波路１２を横断するように配置されている。溝１３は、クラッドの厚さ方向に形成されている。本実施形態では、溝１３で分断された導波路１２を符号１２－１及び１２－２と表記し、これらを区別しない場合は導波路１２と記載する。また以下の実施形態では、導波路１２が直線状に形成されている例を示すが、導波路１２はＰＬＣの設計に応じた任意の形状でありうる。また光導波路１２－１及び１２－２の長さは、同じであってもよいが、異なっていても本開示の作用・効果は得られる。

【0017】

本実施形態では、溝１３へ差し込むことができる両面ミラーＭＡが配置されている。両面ミラーＭＡは、クラッドの厚さ方向に移動可能である。両面ミラーＭＡは、溝１３内で光導波路１２－１及び１２－２に挟まれた際に、光導波路１２－１及び１２－２から入射された光を入射方向と逆方向に反射する。

【0018】

本実施形態では、溝１３へ差し込むことができるプリズム（図５に示す符号１６）が配置されている。プリズム１６は、クラッドの厚さ方向に移動可能である。プリズム１６は、溝１３内で光導波路１２－１及び１２－２に挟まれた際に、光導波路１２－１及び１２－２から入射された光を透過する。ここで、プリズム１６は、光導波路１２－１及び１２－２の伝搬光を透過する透明な任意の媒体であり、空気であってもよい。

【0019】

本実施形態では、溝１３に露出する対向レンズ（図５に示す符号１４－４及び１４－５）を備える。対向レンズ１４－４が備わる場合、光導波路１２－１から溝１３への光は対向レンズ１４－４を介して溝１３に出射される。対向レンズ１４－５が備わる場合、光導波路１２－２から溝１３への光は対向レンズ１４－５を介して溝１３に出射される。

【0020】

ＰＬＣ１１の内部には、一端がＰＬＣ１１の表面で光ファイバＦＥに接続された光導波路１２－１、及び一端がＰＬＣ１１の光ファイバＦＦに接続された光導波路１２－２が同軸上に配置されている。光導波路１２－１の他端及び光導波路１２－２の他端の間には、両面ミラーＭＡを差し込むための溝１３が設けられている。光導波路１２－１の他端及び光導波路１２－２の他端を光学的に接続するために、溝１３の内部かつ光導波路１２－１及び光導波路１２－２の軸上に、光を透過するプリズム（後述する符号１６）のような透明体が配置されてもよい。両面ミラーＭＡは、溝１３に挿入可能な位置、例えば、溝１３の上や、溝１３内に両面ミラーＭＡを配置され、溝１３に挿入されたり、溝１３から抜き出されたりすることで、光導波路１２－１及び光導波路１２－２の間の光学的接続状態（遮断又は接続）を変化させる。

【0021】

ここで、図１では、光ファイバＦＡを光路１Ａとし、光ファイバＦＣを光路１Ｃとし、光路１Ａ及び光路１Ｃをまとめて光路１とする。また、光ファイバＦＢを光路２Ｂとし、光ファイバＦＤを光路２Ｄとし、光路２Ｂ及び光路２Ｄをまとめて光路２とする。さらに、光ファイバＦＥ、光導波路１２－１、光導波路１２－２及び光ファイバＦＦをまとめて光路３とする。

【0022】

溝１３と両面ミラーＭＡの位置関係の一例を説明するため、光ファイバＦＡ及び光ファイバＦＢの長軸方向からみたＰＬＣ１１の側面図を図２に示す。光路３は、ＰＬＣ１１の内部を直線状に貫通しており、溝１３が光路３に垂直に設けられている。そして、この溝１３に対して両面ミラーＭＡを挿入することで、光路３を遮断する。また、溝１３に挿入された両面ミラーＭＡは、光路３に対して垂直な方向に抜き出されることで、光路３の光学的な接続を可能とする。両面ミラーＭＡの駆動方法は後述する。

【0023】

バルク部品で構成される光サーキュレータ３０Ａと光導波路１２との間の構成の一例を図３で説明する。光導波路１２に接続された光ファイバＦＥと、光サーキュレータ３０Ａの有するレンズ１４－２とが光学的に接続されることで、光サーキュレータ３０Ａと光導波路１２との間での光の入出力が実現される。一方、既存技術である導波路型光サーキュレータも用いることもできる（例えば、特許文献１～３を参照。）。

【0024】

図１における光サーキュレータ３０Ａの動作原理を図４で説明する。図４では、光サーキュレータ３０Ａの一例として、バルク部品で構成される光サーキュレータを表す。光路１Ａから送信された光は、偏光ビームスプリッタＳＡでＳ偏光とＰ偏光に分けられる。Ｐ偏光はそのまま、Ｓ偏光は片面ミラーＣＭＡで反射された後に、それぞれ１／２波長板、ファラデー回転子の順でこれらを通り、偏光ビームスプリッタＳＢで合波されて光路３へ進む。なお、Ｐ偏光及びＳ変更は、１／２波長板、ファラデー回転子の順に、これらを通過する場合は偏光状態が変化しない。

【0025】

また、光路３から来た光は偏光ビームスプリッタＳＢでＳ偏光とＰ偏光に分けられる。偏光ビームスプリッタＳＢで分けられたＳ偏光及びＰ偏光はそれぞれ、ファラデー回転子、１／２波長板の順にこれらを通過することで、偏光状態が９０度回転し、偏光ビームスプリッタＳＡで合波した後に、片面ミラーＣＭＢ、片面ミラーＣＭＣ及び両面ミラーＣＭＢで反射されて光路１Ｃへ進む。図１の光サーキュレータ３０Ｂは光サーキュレータ３０Ａと左右対称の構造となる。

【0026】

両面ミラーＭＡを溝１３に挿入する方法について図５から図８を用いて説明する。両面ミラーＭＡを溝１３に挿入する前の状態の一例を図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、ＰＬＣ１１には、前述したように溝１３が光路３に垂直に設けられている。ＰＬＣ１１は、溝１３に露出し、互いに対向する対向レンズ１７－１及び対向レンズ１７－２を有する。また、光導波路１２－１は、一端が光路１を構成する光ファイバＦＥ（不図示）に接続され、他端が対向レンズ１７－１に接続する。光導波路１２－２は、一端が光路２を構成する光ファイバＦＦ（不図示）に接続され、他端が対向レンズ１７－２に接続する。

【0027】

両面ミラーＭＡの構造例を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、両面ミラーＭＡはプリズム１６と接着されており、またプリズム１６の下には、プリズム１６の押し込みに対して反発力を持つバネ等１５を取り付ける。バネ等１５は、図５（ａ）に示すように溝１３の底と接続される。両面ミラーＭＡとプリズム１６との位置関係はこれに限定されない。例えば、両面ミラーＭＡとプリズム１６とが図５（ａ）に示す位置関係と上下が反対で、両面ミラーＭＡと溝１３の底とがバネ等１５で接続されてもよい。光スイッチ１０は、窪みの有る板２１を備えてもよい。窪みの有る板２１は、押し込み部材として機能し、両面ミラーＭＡの上部が窪み２１Ｄに入るように配置され、この状態からＰＬＣ１１の厚さ方向と垂直な光路方向に移動可能である。窪み２１Ｄは、板２１の押し込み面２１Ｓに配置され、ＰＬＣ１１のクラッドに対して斜めになっている。押し込み面２１Ｓが光路方向に動くことで、両面ミラーの溝１３への押し込み量を制御することができる。また、両面ミラーＭＡが窪みに入っている場合に、プリズム１６が光導波路１２－１及び光導波路１２－２の軸上に配置されるように、バネ等１５の長さ及び強度並びに板２１とＰＬＣ１１との距離が調整されることが望ましい。両面ミラーＭＡが窪みに入っている場合は、光路３を通る光が光導波路１２－１、対向レンズ１７－１、プリズム１６、光導波路１２－２及び対向レンズ１７－２を通過する。ここで、対向レンズ１７－１、プリズム１６及び対向レンズ１７－２はそれぞれ光路３に含まれるとする。

【0028】

窪みの有る板２１をＰＬＣ１１の光路３に対して平行移動させた図が図６である。窪みの有る板２１の平行移動により両面ミラーＭＡは窪みから外れ、ＰＬＣ１１へ押し込まれる形で両面ミラーＭＡが溝１３へ挿入される。これにより、光路３上にあったプリズム１６が両面ミラーＭＡに変わり、光路１から来た光は光路１方向へ、光路２方向から来た光は光路２方向へ全反射する。窪みの有る板２１代わりに、斜面を有する板を用いて同様である。図７及び図８は窪みの有る板２１の代わりに、押し込み部材２２により両面ミラーＭＡの押し込みを実行する構成である。押し込み部材２２は、温度変化などにより意図的に膨張収縮を制御できる部材や、モータ等の回転をピストン運動等へ変換する機構を用いても良い。プリズム１６により遮断された光路３については、光路３のうち、両面ミラーＭＡより光路１側の部分を光路３Ｅとし、両面ミラーＭＡより光路２側の部分を光路３Ｆとする。

【0029】

図１の光スイッチ１０において、両面ミラーＭＡを用いた光路切替の一例を図９及び図１０で説明する。図９は、両面ミラーＭＡ（不図示）が溝１３へ挿入されていない状態の光スイッチ１０を表す。本実施形態に係る光スイッチ１０では、図９のように、光ファイバＦＡから光サーキュレータ３０Ａに向けて入射された光は、光サーキュレータ３０Ａを通って光路３へ出射された後、光サーキュレータ３０Ｂを通って光ファイバＦＤへ出射される。同様に、光ファイバＦＢから光サーキュレータ３０Ｂに向けて入射された光は、光サーキュレータ３０Ｂを通って光路３へ出射された後、光サーキュレータ３０Ａを通って光ファイバＦＣへ出射される。

【0030】

次に、両面ミラーＭＡを溝１３に挿入した場合について図１０で説明する。図１０に示すように、両面ミラーＭＡを溝１３へ挿入すると、光ファイバＦＡから光サーキュレータ３０Ａへ向けて入射された光は、光サーキュレータ３０Ａを通って光路３Ｅへ出射されるが、その後両面ミラーＭＡによって反射され、再び光路３Ｅを光サーキュレータ３０Ａに向かって伝搬し、光サーキュレータ３０Ａを通って光ファイバＦＣへ出射される。同様に、光ファイバＦＢから光サーキュレータ３０Ｂに向かって入射された光も両面ミラーＭＡで反射されることで、最終的に光ファイバＦＤへ出射される。よって、本実施形態に係る光スイッチ１０は、図９及び図１０に示すように、両面ミラーＭＡを溝１３に挿入するか否かによって、光路を変えることができ、光スイッチとして機能する。

【0031】

上記では、２入力２出力として機能する光スイッチ１０を説明したが、光スイッチ１０を組み合わせることで、３入力３出力以上の光スイッチを実現できる。３入力３出力として機能する光スイッチの一例を図１１に示す。図１１では、Ａ軸、Ｂ軸及びＣ軸の３軸上に光ファイバ及び光サーキュレータを配置する。具体的には、Ａ軸上に、３本の光ファイバと、それぞれの間に光サーキュレータ３０Ａ又は３０Ｅを配置する。Ｂ軸上に、４本の光ファイバと、それぞれの間に光サーキュレータ３０Ｂ、３０Ｃ又は３０Ｆを配置する。Ｃ軸上に、２本の光ファイバと、その間に光サーキュレータ３０Ｄを配置する。そして、Ａ軸及びＢ軸の間には、ＰＬＣ１１Ａを配置する。ＰＬＣ１１Ａは、前述した光路３を平行に２つ有し、それぞれの光路３に対して前述した両面ミラーＭＡと同じ構造及び動作の両面ミラーＭＡ及び両面ミラーＭＣが配置された構成である。ＰＬＣ１１Ａは、光サーキュレータ３０Ａ及び３０Ｂの間と、光サーキュレータ３０Ｅ及び３０Ｆの間のそれぞれを２つの光路３で結ぶ。Ｂ軸及びＣ軸の間には、前述したＰＬＣ１１と同一であるＰＬＣ１１Ｂを配置し、光サーキュレータ３０Ｃ及び３０Ｄの間を光路３で結ぶ。図１１に示す光スイッチは、両面ミラーＭＡ、Ｂ及びＣの挿入・未挿入状態は独立して制御することにより任意の光路切替を実現し、３入力３出力光スイッチとして機能する。

【0032】

３入力３出力光スイッチの光路切替のパターンの組合せと駆動ミラーの番号を図１２に表す。駆動ミラーとは、溝に挿入された状態の両面ミラーを意味する。図１２に示す組合せは、左からＡ軸に入力された光の出力先、Ｂ軸に入力された光の出力先、Ｃ軸に入力された光の出力先を表す。例えば、図１２の１行目は、図１２で番号１として表現される両面ミラーＭ１、図１２で番号２として表現される両面ミラーＭ２、及び図１２で番号３として表現される両面ミラーＭ３のいずれも駆動させなかった場合であり、その場合、Ａ軸に入力した光がＡ軸に出力され、Ｂ軸に入力された光がＢ軸に出力され、Ｃ軸に入力された光がＣ軸に出力されることを意味する。３入力３出力光スイッチにおける光路切替のパターンの組合せは、入力及び出力が３つなので、光路切替のパターンの組合せは３の階乗で計算でき、６通りとなる。

【0033】

４入力４出力光スイッチの一例を図１３に示す。図１１に示す３入力３出力光スイッチと同様に、複数の光ファイバ、光サーキュレータ及びＰＬＣを組み合わせることで、４入力４出力光スイッチを実現することができる。また、４入力４出力光スイッチの光路切替のパターンの組合せと駆動ミラーの番号を図１４に表す。４入力４出力光スイッチは入力及び出力が４つなので、光路切替のパターンの組合せは４の階乗で計算でき、２４通りとなる。

【0034】

以上のようにして、上部側ファイバ群から入射された光を任意の下部側ファイバ群へ出射される光路切替を実行する光スイッチを構成する。

【0035】

（実施形態２）
実施形態１に係る光スイッチ１０は、上部側ファイバ群である光ファイバＦＡ及び光ファイバＦＢのいずれかから入射された光を、下部側ファイバ群である光ファイバＦＣ及び光ファイバＦＤのいずれかへ出射するものであり、上部側ファイバ群から下部側ファイバ群に向けた片方向への光信号にしか適用できない光スイッチであった。

【0036】

本実施形態に係る光スイッチ４０を図１５に示す。本実施形態に係る光スイッチ４０は、光ファイバＦＥ及び光ファイバＦＦの上部側ファイバ群からの光でも、光ファイバＦＧ及び光ファイバＦＨの下部側ファイバ群からの光でも光路切替をできる、双方向の光スイッチである。

【0037】

本実施形態では、図１５に示すように、光ファイバＦＥと光ファイバＦＧは光サーキュレータ３１Ａで接続されており、光ファイバＦＦと光ファイバＦＨは光サーキュレータ３１Ｂで接続されている。また、光ファイバＦＥを光路４Ｅとし、光ファイバＦＧを光路４Ｇとして、光路４Ｅ及び光路４Ｇをまとめて光路４とする。同様に、光ファイバＦＦを光路５Ｆとし、光ファイバＦＨを光路５Ｈとして、光路５Ｆ及び光路５Ｈをまとめて光路５とする。

【0038】

光サーキュレータ３１Ａ及び光サーキュレータ３１Ｂの間は、光路６及び光路７の２つの光路が配置される。光路６及び光路７のそれぞれは、実施形態１における光路３と同様の構成であり、互いに平行である。ただし、光路６及び光路７の両方の光路上にある溝１３は共通であり、共通の両面ミラーＭＡが溝１３に挿入されることにより光路６及び光路７を同時に遮断できる。また、光路６及び光路７を構成するプリズムも共通である。なお、両面ミラーＭＡの構造及び動作は実施形態１と同様である。

【0039】

双方向光サーキュレータ３１Ａの構成及び動作の一例を図１６及び図１７に示す。双方向光サーキュレータ３１Ａは、図４に示す光サーキュレータ３０Ａと比較して、光路７との界面となるレンズ１４－４と、レンズ１４－４へ光を反射し、又はレンズ１４－４からの光を反射する片面ミラーＣＭＧをさらに備えることが特徴である。

【0040】

図１６では、光路４Ｅ、光路４Ｇ及び光路６がそれぞれ、実施形態１における光路１Ａ、光路１Ｃ及び光路３に対応する。そして、図１６に示す双方向光サーキュレータ３１Ａは、図４に示す光サーキュレータ３０Ａと同様の動作を行う。すなわち、図１６は、上部側ファイバ群から下部側ファイバ群へ向けて進行する光の光路切替時における光ファイバ４０の動作を表している。上部側ファイバ群である光ファイバＦＥから入射された光は光路４Ｅから双方向光サーキュレータ３１Ａへ入り、図４の光サーキュレータ３０Ａと同様に進行して光路６へ進む。また光路６から入射した光も図４の光サーキュレータ３０Ａと同じように進行して下部ファイバ群側の光路４Ｇへ進行する。

【0041】

一方で、図１７は下部側ファイバ群から上部側ファイバ群へ向けて進行する光の光路切替時における双方向光サーキュレータ３１Ａの動作を表しており、これは実施形態１の光サーキュレータ３０Ａにない動作である。図１７は下部側ファイバ群である光ファイバＦＧから入射された光は光路４Ｇから双方向光サーキュレータ３１Ａへ入り、片面ミラーＣＭＦ、片面ミラーＣＭＥ及び両面ミラーＣＭＣの順にそれぞれで反射された後に、偏光ビームスプリッタＳＣでＰ偏光とＳ偏光へ分波される。その後、Ｓ偏光はそのまま、Ｐ偏光は片面ミラーＣＭＤで反射された後に、それぞれ１／２波長板、ファラデー回転子でこれらを通過し、偏光ビームスプリッタＳＤで合波された後に、片面ミラーＣＭＧで反射されて光路７へ進む。なお、Ｐ偏光及びＳ変更は、１／２波長板、ファラデー回転子の順に、これらを通過する場合は偏光状態が変化しない。

【0042】

また、光路７から双方向光サーキュレータ３１Ａへ入射した光は、片面ミラーＣＭＧで反射された後、偏光ビームスプリッタＳＤでＰ偏光とＳ偏光へ分波される。そして、Ｐ偏光はそのまま、Ｓ偏光は片面ミラーＣＭＣで反射された後に、それぞれファラデー回転子、１／２波長板の順にこれらを通過することで、偏光状態が９０度回転し、偏光ビームスプリッタＳＣで合波されて上部側ファイバ群に向けて光路４Ｅへ出射される。

【0043】

以上のように、双方向光サーキュレータ３１Ａは、上部側ファイバ群の光路４Ｅから光が入射したら光路６へ出射し、光路６から光が入射したら下部側ファイバ群の光路４Ｇへ出射し、また下部側ファイバ群の光路４Ｇから光が入射したら光路７へ出射し、光路７から入射したら上部側ファイバ群の光路４Ｅへ出射する特徴を持つ。図１５における双方向光サーキュレータ３１Ｂは双方向光サーキュレータ３１Ａと左右逆の構造をとる。

【0044】

図１５の光スイッチ４０において、両面ミラーＭＡを用いた光路切替の一例を図１８から図２１で説明する。図１８は、両面ミラーＭＡ（不図示）が溝１３へ挿入されていない状態で上部側ファイバ群から光が入射された場合の光の伝搬経路を表す。光ファイバＦＥから光サーキュレータ３１Ａに向けて入射された光は、光サーキュレータ３１Ａを通って光路６へ出射された後、光サーキュレータ３１Ｂを通って光ファイバＦＨへ出射される。同様に、光ファイバＦＦから光サーキュレータ３１Ｂに向けて入射された光は、光サーキュレータ３１Ｂを通って光路６へ出射された後、光サーキュレータ３１Ａを通って光ファイバＦＧへ出射される。

【0045】

図１９は、両面ミラーＭＡ（不図示）が溝１３へ挿入されていない状態で下部側ファイバ群から光が入射された場合の光の伝搬経路を表す。光ファイバＦＧから光サーキュレータ３１Ａに向けて入射された光は、光サーキュレータ３１Ａを通って光路７へ出射された後、光サーキュレータ３１Ｂを通って光ファイバＦＦへ出射される。同様に、光ファイバＦＨから光サーキュレータ３１Ｂに向けて入射された光は、光サーキュレータ３１Ｂを通って光路７へ出射された後、光サーキュレータ３１Ａを通って光ファイバＦＥへ出射される。以上より、双方向光スイッチ４０では、光の進行方向が上部側ファイバ群から下部側ファイバ群であっても、下部側ファイバ群から上部側ファイバ群であっても同じ光接続状態、すなわち、入射された光がＰＬＣ１１を通って、入射軸と異なる軸から出力される状態が形成される。

【0046】

図２０は、双方向光スイッチ４０に両面ミラーＭＡが挿入された状態で上部側ファイバ群から光が入射された場合の光の伝搬経路を表す。図２０及び後述する図２１では、両面ミラーＭＡにより遮断された光路６については、光路６のうち、両面ミラーＭＡ及び光サーキュレータ３１Ａの間の部分を光路６Ｅとし、両面ミラーＭＡ及び光サーキュレータ３１Ｂの間の部分を光路６Ｆとする。光路７についても同様に両面ミラーＭＡで光路７Ｅと光路７Ｆに分割されるとする。

【0047】

図２０に示すように、両面ミラーＭＡを溝１３へ挿入すると、光ファイバＦＥから光サーキュレータ３１Ａへ向けて入射された光は、光サーキュレータ３１Ａを通って光路６Ｅへ出射されるが、その後両面ミラーＭＡによって反射され、再び光路６Ｅを光サーキュレータ３１Ａに向かって伝搬し、光サーキュレータ３１Ａを通って光ファイバＦＧへ出射される。同様に、光ファイバＦＦから光サーキュレータ３１Ｂに向かって入射された光も両面ミラーＭＡで反射されることで、最終的に光ファイバＦＨへ出射される。

【0048】

図２１は、双方向光スイッチ４０に両面ミラーＭＡが挿入された状態で下部側ファイバ群から光が入射された場合の光の伝搬経路を表す。図２１に示すように、両面ミラーＭＡを溝１３へ挿入すると、光ファイバＦＧから光サーキュレータ３１Ａへ向けて入射された光は、光サーキュレータ３１Ａを通って光路７Ｅへ出射されるが、その後両面ミラーＭＡによって反射され、再び光路７Ｅを光サーキュレータ３１Ａに向かって伝搬し、光サーキュレータ３１Ａを通って光ファイバＦＥへ出射される。同様に、光ファイバＦＨから光サーキュレータ３１Ｂに向かって入射された光も両面ミラーＭＡで反射されることで、最終的に光ファイバＦＦへ出射される。以上より、双方向光スイッチ４０では、光の進行方向が上部側ファイバ群から下部側ファイバ群であっても、下部側ファイバ群から上部側ファイバ群であっても同じ光接続状態、すなわち、入射された光がＰＬＣ１１で反射されて、入射軸と同じ軸から出力される状態が形成される。

【0049】

このように、本実施形態に係る光スイッチ４０は、実施形態１とは異なり、双方向に光通信する場合においても使用可能な光路切替機能を持つ光スイッチとなる。また双方向光スイッチも実施形態１における図１１、図１３と同様に３入力３出力以上のＮ入力Ｎ出力スイッチも構成可能である。

【0050】

（実施形態３）
実施形態１や実施形態２では、光路上にある複数の両面ミラーＭＡの挿入状態の組み合わせによって上部側ファイバ群と下部側ファイバ群の光路切替を伴う接続を実現する。４入力４出力光スイッチを図２２に示す。図２２では、光サーキュレータ３０としているが、双方向サーキュレータ３１でもよい。図２２に示すような光スイッチシステム内に複数の両面ミラーがあった場合、複数の両面ミラーＭＡを一斉に制御してもよい。具体的には、光スイッチシステムは、各両面ミラーＭＡの位置に対応した窪みを有する窪み制御部材５０を有してもよい。図２３のように各両面ミラーＭＡに対応した位置に窪みが彫ってある窪み制御部材を移動させることで、一斉に全ての両面ミラーＭＡの挿入・非挿入状態を制御しても良い。これにより、各両面ミラーＭＡ１つ１つで両面ミラーＭＡの駆動を制御する場合に比べて少ないパーツ数で光路切替が実現できる。

【0051】

（実施形態４）
実施形態１の光サーキュレータ３０や実施形態２の双方向光サーキュレータ３１に関して、図２４のように導波路型サーキュレータ３２（例えば、特許文献１～３を参照。）によりアレイ化し集積することにより、製造の簡易化やそれに伴う低コスト製造をしても良い。

【0052】

（発明の効果）
小さく軽量な両面ミラーの駆動のみで光路が切り替わるため従来よりも小さなエネルギーで動作する光スイッチとなる。また、１ｘＮスイッチを複数組み合わせてＮｘＮスイッチを構築する際は１ｘＮスイッチ同士をフルメッシュ状に接続する必要があり、Ｎの２乗回の融着接続などが発生してスイッチの大型化が課題となるが、本スイッチは小型での製造が可能である。

【0053】

（発明のポイント）
ＰＬＣと光サーキュレータで構成された光路に両面ミラーを差し込むことによって、光路で形成されたあみだくじのように上部側ファイバ群と下部側ファイバ群のあらゆる接続状態を表現することができる。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本開示に係る光スイッチ及び光スイッチシステムは、情報通信産業に適用することができる。

【符号の説明】

【0055】

１０、４０：光スイッチ
１１：ＰＬＣ
１２、１２－１、１２－２：光導波路
１３：溝
１４：レンズ
１５：バネ等
１６：プリズム
１７－１、１７－２：対向レンズ
２１：窪みの有る板
２１Ｄ：窪み
２１Ｓ：押し込み面
２２：押し込み部材
３０：光サーキュレータ
３１：双方向光サーキュレータ
３２：導波路型サーキュレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】