JPS5831563B2 - 光スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は小形にして構造の簡単な光スィッチに関するも
のである。

従来の機械的光スィッチは、光ファイバからの出射光を
光学レンズにより平行光束とし、平行光束の光路に設け
た可動ミラーまたは可動プリズムにより光路切換を行う
ものと、対向する光ファイバを機械的に切換えるものと
に大別される。

第１図は前者の一例である。

第１図にかいて１は入力ファイバ、２釦よび３は出力フ
ァイバ、４゜５．６は光学レンズ、７は可動ミラーであ
る。

入力ファイバ１から出射した光は光学レンズ４により平
行光束となり、可動ミラー７がアの位置にあれば平行光
束は入射方向に対し直角に反射され、光学レンズ５によ
り出力ファイバ２に収束する。

可動ミラー７がイの位置にあれば、光学レンズ４から出
た平行光束は直進し、光学レンズ６により出力ファイバ
３に収束する。

第１図の光フアイバスイッチでは、光学レンズ４．５．
６およヒ可動ミラーＴ等の精密光学部品が多いため高価
となり、また各光学部重重よび光フアイバ相対位置精度
を高めるため、高精度の機構と組立工程を必要とする欠
点があった。

第２図は上記欠点を改良するため、光学レンズ、可動ミ
ラー等を用いず、直接ファイバ端を移動して切換を行う
光スィッチの例である。

第２図においては１は入力ファイバ、２，３は出力ファ
イバ４は整合用保持鉄片、５は・・ウジング、６は入力
ファイバ支持部、７は駆動磁界発生器である。

第２図に示した如く、駆動磁界によって整合用保持鉄片
４がハウジング５の上側角部に吸引されろと、入力ファ
イバ１と出力ファイバ２の光軸が一致する整合用保持鉄
片４がハウジング５０下測角部に吸引されると入力ファ
イバ１と出力ファイバ３の光軸が一致し、切換が行なわ
れろ。

第２図の光スィッチでは光ファイバを直接対向させて光
結合を得るため、対向する光ファイバの光軸同志をコア
直径の１／１０以下に整合させる必要がある。

コア直径６０μφのファイバを用いた場合対向する光フ
ァイバの光軸は６μｍ以内の誤差で一致する必要があり
、各構成部品に厳しい精度が要求される。

従って本発明は従来の技術の上記欠点を改善するもので
、その目的は（１）光フアイバ可動片に設けた強磁性体
膜に作用する磁気力を切換時の駆動力として利用するこ
と、（２）対向するファイバ端面周辺の強磁性体膜間の
磁気吸引力により光軸整機能を持たせること及び（３）
一様な厚さの強磁性体膜外周面を基準面として、機械的
に対向するファイバの光軸整合を行うことによる光スィ
ッチを提供することにより、これらを単独で、または組
合せて応用することにより種々の光スィッチを形成する
ことができる。

本発明は光ファイバの周辺表面に電解めっき、無電解め
っき等により一様な厚さの強磁性体膜を設けた光フアイ
バ可動片を有することを特徴とする。

以下図面により実施例を説明する。

第３図は本発明の実施例で、１は入力ファイバ２および
３は出力ファイバ、４は強磁性体膜、５は入力ファイバ
の端面、６あ−よび７は出力ファイバノ端面、８は入力
ファイバの固定端、９はファイバ保持部材、１０は駆動
コイル、１１は保持部材９の空隙である。

入力ファイバ１の端面５と固定端８の間は長さｌ（ロ）
で、片持梁を形成する。

出力ファイバ２，３は端面６，７の近傍で固定されてい
る。

第３図の構成において強磁性体膜には保磁力の大きな硬
質磁性材料を用い、対向する端面５の周辺と端面６，７
０周辺に異種磁極が発生するように着磁しておく。

保磁力が十分大きな硬質磁性材料を飽和点咬で磁化すれ
ば一様磁化分布となり、異種磁極間の磁気吸引力の光軸
と垂直な成分Ｆ７７Ｌは第１式となる。

ここで６ｍ（ｗｂ／ｍ２）は磁性体膜の磁化の強さ、ａ
（、＠は入力ファイバ１および出力ファイバ２のクラッ
ド外径（クラッドを簡単に除去でき、コアに磁性体膜を
付ける場合はコア外径）、ｔ （ｍ）は磁性体膜の厚み
、ｇ（７７＋）は端面５と端面６の間隙、ｄ（ロ）は入
力ファイバ１ち−よび出力ファイバ２の軸ずれ第３図の
如く入力ファイバ１が出力ファイバ２釦よび３の吸引力
を受ける場合には、軸ずれ量の原点を出力ファイバ２釦
よび３の中間に選んで、Ｆｍは式（４）で与えられる。

ここでｐ（ロ）は出力ファイバ２釦よび３の光軸間隔で
ある。

とｄ ／ ａの関係を第４図のＣに示す。

−万磁気吸引力が無い場合の入力ファイバ１の光軸をｄ
＝００点となるよう固定端８を設定し、光軸と垂直方向
の力Ｆｅ（Ｎ）を端面５の近傍に印加すれば、たわみ量
ｄ（ロ）とＦｅ（Ｎ）の関係は第５式％式％ ここでｌ（＠は入力ファイバ１の固定端８と端面５の間
の距離、Ｅ（Ｎ／ｒｒＬ２）は入力ファイバ１０等価的
なりフグ率、■（ｒｒＬ４）は入力ファイバ１０等価的
ｉ断面２次モーメントであり、円形断面の光ファイバで
は−ａ４ ４ となる。

磁気吸引力を考慮した場合の平衡点は第４式のＦｍと第
５式のＦｅが等しいとして次式の関係で与えられる。

第６式の右辺はｄ ／ ａに対して直線的変化を示し、
その傾斜は材料定数Ｅ、δ７７１釦よび寸法ＦＬｓｔｓ
ｌによって任意に選ぶことができる。

代表的な２例を第４図直線イ卦よび直線口として示した
。

直線イでは安定な平衡点がハあ・よび二に存在するため
自己保持形の光スィッチが構成される。

への状態から二の状態に切換えるには、駆動コイル１０
により光軸と垂直方向の磁界を端面５の近傍に印加し、
等価的に曲線Ｃを縦軸下方向に移動し、Ｃ“とする。

安定点はホに移り、その後印加磁界を消去すれば安定点
はＣの二に移り切換は完了する。

逆の切換は駆動コイル１０の電流を逆方向とし、ＣをＣ
″に移動することにより可能である。

直線口では初期安定点が第４図の原点０にある。

上記方法と同様駆動コイル１０により曲線ＣをＣ′に移
動すれば安定点はへとなる。

印加磁界を消去すれば安定点は原点にもどる。

駆動コイル１０の電流を逆方向としてＣをＣ”に移動す
れば安定点はトとなる。

すなわち駆動電流の極性反転による２極光スイツチが構
成される。

本実施例にわいて第５図の如く入力ファイバ１の固定端
８を、１駆動コイルの無通電時に入力ファイバ１の端面
５が出力ファイバの端面２に対向する位置に設定すれば
１．駆動コイルに通電時のみ入力ファイバ１と出力ファ
イバ３が結合し、無通電時には入力ファイバ１と出力フ
ァイバ２が結合する電流保持形の光スィッチが構成され
る。

第６図は本発明の他の実施例を示すものである。

本実施例では入力ファイバ１に対して出力ファイバ２：
ｌ＝−よび６本の出力ファイバ３が設けられている。

強磁性体膜４としては硬質磁性材料が用いられ、入力フ
ァイバの端面５の周辺と他のファイバの端面６，７０周
辺に異種磁極が生ずるよう磁化されている。

駆動コイルは１０．１．＝よび１０′の２組が設けられ
ている。

この２組の、駆動コイルの励磁電流の大きさ釦よび極性
を選ぶことにより、対向するファイバ端面の近傍に光軸
と垂直な所定の方向と強さを持つ磁界を発生させ、入力
ファイバ１を所望の出力ファイバに結合することが可能
である。

第７図は本発明の他の実施例を示すものである。

入力ファイバ１卦よび出力ファイバ２は端部５゜６が可
動となっている。

入力ファイバ２わよび出力ファイバ２′は端部５’、
６’の近傍でファイバ保持部材９に固定されている。

強磁性体膜４としては硬質磁性材料が用いら力ている。

入力ファイバ１゜１′の端面５，５′の周辺に同極性磁
極が生じ、出力ファイバ２，２′の端面６，６′の周辺
に端面５，５０周辺と逆極性の磁極が生じるよう磁化さ
れている。

入力ファイバ１と出力ファイバ２は１．駆動コイル１０
の無通電時に端面５と端面６が対向するように設定され
ている。

駆動コイルに通電すると端面５と端面６は光軸と垂直の
互に反対方向の磁気力を受け、端面５は端面６′と、ま
た端面６は端面５′と結合する。

第７図の実施例ＶＣかいて、入力ファイバ１および出力
ファイバ２の位置を、駆動コイル１０の無通電時にそれ
ぞれ出力ファイバ２′フ−よび入力ファイバ１′に対向
させるように設定すれば、第８図の構造となる。

駆動コイル１００通電時には入力ファイバ１と出力ファ
イバ２′が結合する。

以上の実施例で述べた構造を基本単位として複数単位用
いると、多対の光スィッチが容易に構成できる。

第９図は本発明の多対光フアイバスイッチとしての実施
例を示したものである。

本実施例は第３図の実施例の構造を基本単位とじ工、３
単位並列に配置し、ファイバ保持部材９を共用としたも
のである。

第１０図では駆動コイル１０を３組用いているが、これ
も共用とし、一括多対切換を可能とする光スィッチも容
易に構成できる。

以上の実施例に釦いて、駆動コイル１０は空心ソレノイ
ド形を用い、ファイバ保持部材９の空隙１１に設置して
いるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、第１０図に示す種々の構成が可能である。

第１０図のイは空心ソレノイドコイル１０をファイバ保
持部材９の外部に設けたものである。

口は磁心１０−１の空隙にファイバ保持部材を設置した
ものである。

ハはファイバ端面５，６．７の近傍に垂直磁界成分を発
生するよう、継鉄１０−２に空隙を設けた磁気回路を形
成し、巻線１０−３をファイバ保持部材の周囲に施した
ものである。

本発明の他の実施例として、磁性膜外周を基準としてフ
ァイバ間の光軸整合を行う種々の構造がある。

第１１図は第３図の光スィッチと同等の機能を有するが
、ファイバ保持部材９に、ガイド部９−１を有すること
を特徴とする。

ガイド部９−１は、入力ファイバ１の可動部が、駆動コ
イル１０の磁界で移した時ガイド部９−１に接して停止
する位置が、出力ファイバ２又は３と光軸整合するよう
設定する。

この実施例では出力ファイバ２、！、−よび３の磁性膜
が無くても動作可能である。

但し、第１１図のように出力ファイバ２釦よび３にも磁
性膜を設け、入力ファイバ１との間に磁気吸引力を生ず
るよう着磁して釦けば、駆動あ・よび整合に磁気吸引力
も寄与する。

このようにガイド部を設けて光軸整合を得ることは第３
図ばかりでなく第５図、第６図、第７図、第９図のよう
な構造に対しても適用可能である。

第１２図は第７図の実施例に対してガイド部による機械
的保持機構を導入した場合の実施例である。

本発明の他の実施例としては、磁性膜に軟質磁性材料を
用いる構造がある。

これ１でに示したすべての実施例において、駆動コイル
の他に磁性膜を軸方向に励磁するための励磁コイルを設
ければ、磁性膜として軟質磁性材料を用いれば、等配の
機能を得ることは自明である。

ここでは軟質磁性材料を用いた磁性膜の励磁、消磁を駆
動に用いる実施例を示す。

第１３図に釦いて４は軟質磁性材料の磁性膜、１０−２
は継鉄、１０−３はソレノイドコイルである。

ソレノ・イドコイル１０−３の電流が断の時は磁性膜４
の残留磁束密度は小さいため、光ファイバの弾性力によ
って復旧している。

ソレノイドコイル１０−３に通電すれば端面５゜６間に
吸引力が働き入力ファイバ１と出力ファイバ２が結合す
る。

本実施例は単なる光フアイバ間の開閉接点として用いる
場合であるが、第８図の実施例と同等の機能を有する構
成の可能なことは自明である。

本発明の他の実施例として軟質磁性材料と硬質磁性材料
を組合せて使用することも可能である。

第３図の実施例において、出力ファイバ２．！＝−よび
出力ファイバ３の強磁性体膜を硬質磁性材料とし、互に
逆極性に磁化する。

入力ファイバ１０強磁性体膜を軟質磁性材料とする。

励磁コイル１１により、出力ファイバ２，３０強磁性体
膜４に用いた硬質磁性材料の保磁力Ｈｃｈより小さな磁
界を印加し、入力ファイバ１の端面５の周辺に磁極を発
生させれば、その極性に対応して入力ファイバ１は出力
ファイバ２４たは３に結合される。

第３図にかいて端面５と端面６，７０間を空気とすれば
、光ファイバのコアと空気の屈折率差によって境界面で
反射による損失が生じるが、これを防ぐため端面５釦よ
び端面６，７に反射防止膜を付着することが有効である
。

また第３図のファイバ保持部材９の空隙に屈折率が光フ
ァイバのコアの屈折率に近く、所定の粘性を有する液体
を充填すれば境界面での反射による損失を削減できるば
かりでなく、切換動作に伴なう可動ファイバの振動を抑
圧することができる。

強磁性体膜は蒸着法、スパッタ法、無電解メッキ法、電
解メッキ法塗布法等によってコア渣たはクラッドの表面
に形成するか、渣たは円筒状の強磁性体を光ファイバに
付着しても形成することができる。

強磁性体膜として保磁力Ｈｅ（ＡＴ／ｍ）の大きな硬質
磁性材料を用いる場合には光ファイバの軸方向に磁化し
、磁性材料の減磁曲線と、試料の反磁界係数で決筐る磁
化の強さに応じて端面に生ずる磁極を利用する。

第１式では磁化が軸方向に一様な場合を考えて、端面周
辺に生じた磁極の面密度を磁性材料の磁化Ｂに等しく一
定としているが、厳密には強磁性体膜内の磁化分布を考
慮する必要がある。

強磁性体膜として保磁力Ｈｅ （ＡＴ／ｍ）の小さな軟
質磁性材料を用いる場合には外部から所定の磁界を光軸
方向に印加する必要がある。

外部磁界は第３図、第５図の実施例に示した如く、励磁
コイルにより発生することができるが、これに限定され
ず、等価な磁界を発生する永久磁石を使用することも可
能である。

本発明の構成によって生じた効果は以下の通りである。

（１）光ファイバのコア捷たはクラッドの円周表面に強
磁性体膜を設けているため、光軸と同心円状の強磁性体
膜を得ることが容易であり、対向する端面周辺に生じた
異種磁極間の吸引力は対向する光ファイバの光軸を一致
させるように働く。

このため従来の光フアイバスイッチに必要であった高精
度の構成部品と組立て調整が不要である。

これにより経済化が容易である。（２）基本構成要素は
光ファイバであるため、光ファイバの小断面積であるこ
とを利用して並列配置すれば、小形の多対光スィッチが
容易に得られる。

（３） レンズ等の光学部品を用いないため収差によ
る挿入損失を削減でき、低挿入損失が容易である。

（４）光スイツチ構成部品が光ファイバであるため外部
接続用フーｆイバを兼ねることができる。

接続場所の削減により低損失化が可能である。

（５）摺動部分がないため磨耗等による機械的劣化がな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図Ａ及びＢは従来の光スィッチの構造例、
第３図は本発明による光スィッチの構造例、第４図は本
発明による光スィッチの動作原理の説明図、第５図、第
６図Ａ及びＢ、第７図、第８図、第９図Ａ及びＢ、第１
０図イ２口及びハ、第１１図Ａ及びＢ、第１２図Ａ及び
Ｂ、及び第１３図は、各々本発明による光スィッチの別
の実施例である。 １．１′・・・入力ファイバ、２，２′・・・出力ファ
イバ３・・・出力ファイバ、４・・・強磁性体膜、５，
５′・・・入力ファイバ端面、６，６′・・・７・・・
出力ファイバ端面、８・・・、入力ファイバ固定端、９
・・・ファイバ保持部材９−１・・・ガイド部、１０・
・・１駆動コイル、１０−１・・・磁心、１０−２・・
・継鉄、１０−３・・・巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 端面又はその近傍の表面に一様な厚さの強磁性体膜
   を所定の長さにわたって形成した少なくとも１本の第１
   の光ファイバと、これと同様の構成で端面を第１の光フ
   ァイバの端面から所定の間隔を保って相対させる少なく
   とも１本の第２の光ファイバと、第２の光ファイバの端
   面を固定し、第１の光ファイバを端面が可動端となると
   とく片持梁状に保持する保持部材と、該保持部材に固定
   され第１の光ファイバの端面近傍に光軸と垂直方向の磁
   界を発生させる駆動コイルとを有し、第１の光ファイバ
   と第２の光ファイバに相互に異種の着磁を施こすことに
   より、前記駆動コイルの通電により切換わる自己保持形
   の光スイツチング作用を行なうことを特徴とする光スィ
   ッチ。 ２ 前記保持部材が第１の光ファイバの停止位置に機械
   的ガイド機構を有するごとき特許請求の範囲第１項の光
   スィッチ。 ３ 屈折率が光ファイバのコア部の屈折率に近く、所定
   の粘性を有する液体をファイバ保持部材の間隙に充填し
   、対向する光フアイバ端面間の屈折率整合を行なうとと
   もに、可動ファイバに制動を与えることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の光スィッチ。