JPS6319621A

JPS6319621A - 光スイツチ

Info

Publication number: JPS6319621A
Application number: JP61164491A
Authority: JP
Inventors: Shojiro Kawakami; 彰二郎川上; Makoto Minakata; 誠皆方; Mitsuhiro Takada; 光裕高田; Yukio Toyoda; 幸夫豊田
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1988-01-27
Also published as: US4746191A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】利用産業分野この発明は、光通信、情報処理、計測技術分野において
、光伝送路の入力光を遮断、選択、切換、変調するため
の光スィッチに係り、光フアイバー内に偏光子及び電界
誘起波長板としてのＰＬＺＴを配置した構成で、光ファ
イバーを用いた伝送系の小型高性能化に最も適した構成
からなり、光スィッチにおける低電圧駆動、スイッチン
グ速度の高速化１機器の小型化を可能にした光スィッチ
に関する。

背景技術光通信等における光伝送回路は、光フアイバー伝送が主
流で、伝送回路中に必要不可欠である光スィッチの構成
及び性能に大きく左右されることから、光スィッチの構
成に関する開発が進められている。

現在、光スィッチとして、光ファイバーやプリズムを機
械的に動かして回路を切換構成からなる可動部を有する
機械式光スィッチが実用化されているが、切換速度が遅
く、個別部品の光軸合せを必要とし、大型である上に、
振動等に弱いという問題があった。

また、可動部を有しない光スィッチとして、入力光をビ
ームスプリッタと全反射プリズムで構成した偏光分離器
に入射させ、分波光を各々溝に１！電極を形成したＰＬ
ＺＴに入射させ、通過光をビームスプリッタと全反射プ
リズムで構成した偏光合成器を通して出射させる構成で
、該溝型電極に与える信号電圧でスイッチングを行なう
電気光学効果を用いた光スィッチが提案（特開昭６０−
３９６３０号）されている。

上記の光スィッチは、駆動電圧８０〜１００Ｖ、切換速
度１μｓ　（Ｉ　ＭＨｚ　）、挿入損失１．４ｄＢの高
特性が得られるとしているが、光ファイバーを出た光が
、レンズ、偏光分離器、電界誘起波長板となるＰＬＺＴ
、偏光合成器、レンズを通過して、再び光ファイバーに
入る構成であるため、スイッチ構成素子の配置が複雑で
あり、光は各素子間で空気中を通過するために反射損失
が大きくなり、光軸のずれに伴なう損失も多く、挿入損
失が多く、さらには、複雑な溝型電極を有するＰＬＺＴ
を用いるなど、光伝送回路構成の簡素化、小型化、量産
化には不向きであるとともに、今後、要求されるスイッ
チング速度の超高速化には対応できない問題を有してい
る。

さらに、高速切換（ＩＧＨ２）が可能で、低駆動電圧（
数Ｖ）で作動する、ＬｉＮｂＯ３導波路形光スイッチも
提案されているが、挿入損失し数ｄＢと大きく、製造が
困難である等の問題を有している。

上述の如く、従来の光学回路素子は、いずれも伝送媒体
である光ファイバーよりもはるかに大型であり、かつ、
素子の配置に際して、伝送回路中の光ファイバーを分断
して装入する必要があり、分断に伴なう挿入損失の増大
化は不可避であった。そこで、光フアイバー伝送用の光
学回路素子として究極的な形態であるファイバー型の光
スィッチの開発が望まれていた。

発明の目的この発明は、光通信の光伝送回路に不可欠な光スィッチ
の新規な構成を目的とし、また、スイッチング速度が極
めて速く、かつ低電圧駆動が可能な光スィッチを目的と
し、さらには、光フアイバー伝送において、伝送回路の
小型化と簡素化に最も適したファイバー型の光スィッチ
を目的としている。

発明の構成この発明は、スイッチング速度が速く、かつ低電圧駆動
が可能な光スィッチを目的に種々検討した結果、ＬｉＮ
ｂＯ３等の電気光学材料に比べて電気光学定数がはるか
に大きなＰＬＺＴ（Ｐｂ、　Ｌａ、　Ｚｒ、Ｔｉの各酸
化物を主成分とする透明高密度磁器からなる電気光学材
料）に着目し、特定形状からなるＰＬＺＴの極少片を光
フアイバー内に特定方向に配置することにより、光軸ず
れがなく、挿入損失が極めて小さく、低電圧駆動が可能
で高速応答性を有し、伝送回路を著しく小型化できる光
フアイバー埋込み型電界誘起波長板が得られることを知
見し、さらに、発明者が先に提案した微小偏光子（特開
昭６０−９７３０４号）とを組合せることにより、光フ
アイバー間に配置するための光学レンズ等が全く不要と
なるファイバー型の光スィッチが得られ、低電圧駆動が
できて、極めて早いスイッチング速度を有する光スィッ
チが得られることを知見し、発明を完成したものである
。

すなわち、この発明は、所要距離間を寸断された光ファ
イバーのコア間に、少なくともコア全断面積に当接して
該寸断コア間を接続し得るＰＬＺＴを配置し、かつ該Ｐ
ＬＺＴの電界方向をコア軸線方向と直交方向に配した電
界誘起波長板を挟んで、電界誘起波長板の該軸線方向の
両端面または一方の端面に当接または近接させて、該軸
線の垂直方向に金属薄膜とこれより厚い誘電体薄膜とを
交互に多数積層して少なくともコア全断面積に当接し得
る偏光子を、一対または１個配置したことを特徴とする
光スィッチである。

発明の好ましい実施態様この発明による光スィッチは、ファイバー型を特徴とし
、電界誘起波長板のＰＬＺＴと一対または１個の偏光子
はファイバーに埋め込むが、あるいは回折制限を受けな
い寸法で、コアを切断し、径方向にクラッドを一部残し
て、軸方向に所要幅の溝を切り、溝内に配置するのが望
ましいが、一対の光フアイバ一端面間に当接配置するこ
ともできる。

また、ＰＬＺＴと一対または１個の偏光子の配置は、Ｐ
ＬＺＴの両端面に当接配置するほか、所要間隔でファイ
バーに配置したり、相互の変位角度を、要求されるモー
ドやスイッチング作用に応じて、ＰＬＺＴの電界方向及
び偏光子の多層膜の積層方向並びに配置を適宜選定する
とよい。さらに、光ファイバ一種及びＰＬＺＴと偏光子
の配置を選定することで、シングルモード用、マルチモ
ード用ともなる。

この発明に用いるＰＬＺＴは、光ファイバ一種、コア及
びクラッド寸法、及び入射光の波長、駆動電圧等を考慮
して、その形状０寸法を適宜選定するが、ＰＬＺＴがコ
アの全断面積を覆って当接する必要があり、また、この
ＰＬＺＴの電極に電圧を印加した際に、内部を通過する
光の偏波面を９０°だけ回転させるため、電界方向をコ
アの軸線方向に直交するように形成する必要があり、該
ＰＬＺＴの外表面に形成する電極を、コア当接面以外の
対向位置にある一対の面に形成するほか、コア当接面を
３分割してコアとの接合部面を挟む２面を一方とする一
対の電極を配置するのもよく、この電極間距離、すなわ
ち、電界方向の長さを必要以上に大きくすることは、駆
動電圧を増大させるため、また、ファイバー型光スイッ
チを構成する目的から、ＰＬＺＴが光ファイバーよりは
みださない寸法が望ましい。また、このような形状、寸
法では、ＰＬＺＴ素子の静電容量も極めて小さくなる特
徴を有する。

偏光子の構成は、ＡＬ　Ａｕ、　Ａｇ、　Ｃｕ等の金属
薄膜と、金属薄膜より厚い５ｉ０２等の誘電体薄膜を、
スパッタリングや蒸着法等により交互に積層した構成か
らなり、この偏光子に入射される光のうち、該積層方向
に直交する電界方向を有する光のみが出射される性質を
有する。この偏光子の寸法は、上記の機能を果すため、
少なくともコアの全断面積を覆うことが必要で、ファイ
バー型光スイッチを構成する目的がら、最大径はクラッ
ド部の外径と同一であることが望ましく、ファイバーへ
の取付性や作業性を考慮して適宜選定する必要がある。

発明の図面に基づ（開示第１図と第２図はどの発明による光スイツチ正面説明図
である。第３図はこの発明による光スィッチの斜視説明
である。

光ファイバー（１）は、外径Ｄ１のクラッド部（２）の
軸心部に、外径Ｄ２なるコア部を同心状に配した構成か
らなる。

光ファイバー（１）に設けた溝部は、いずれもクラッド
部（２）の一方外周よりコア部（３）を切断し、他方側
のクラッド部（２）を一部残し、溝底面が平面となるよ
う、切除部の形状が所謂蒲鉾状となった溝である。

第１図において、溝部（８）に、対向する主面に電極（
６）　（７）を設けた直方体状のＰＬＺＴ（５）を嵌入
配置するが、溝部（８）深さ方向をＰＬＺＴ（５）　（
７）電極（６）（７）開方向、すなわち、図面の上下方
向にし、一方電極（７）を溝部（８）底面に当接させて
配置してあり、さらに、ＰＬＺＴ（５）より所定距離離
れた位置に一対の溝部（８）を設け、所要方向に積層方
向を配した偏光子（９）を配置し１．この発明による光
スィッチを構成しである。

また、このＰＬＺＴ（５）及び偏光子（９）は、溝部（
４Ｘ８）に埋入し、これらとコア（３）との当接面は、
コア（４）の全断面積を覆うのに充分な当接面を有して
いる。

第２図の光スィッチの場合は、ＰＬＺＴ（５）及び偏光
子（９）の位相は第１図と同様であるが、ＰＬＺＴ（５
）のコア（３）の軸線方向の両端面に、直接、偏光子（
９）を当接接続する構成であり、１つの溝部（１０）に
、偏光子（９）　、ＰＬＺＴ（５）　、偏光子（９）の
順に配置し、この発明による光スィッチに構成しである
。

第３図に示す光スィッチは、光ファイバー（１）に、３
つの溝部［）（１２）（１３）が所定間隔で設けてあり
、図において、手前の溝部（１１）が水平方向に切除さ
れ、溝部（１２）（１３）は手前の溝部（１１）に対し
て、順次、４５°ずつ切除方向がずれており、手前の溝
部（１１）と後手の溝部（１３）とは９０°回転した位
置関係にあり、手前の溝部（１１）より、各溝部（１１
Ｘ１２Ｘ１３）には偏光子（１４）、ＰＬＺＴ（１５）
、偏光子（１６）が順次配置されている。

各偏光子（１４Ｘ１６）は、各溝部（１１Ｘ１３）の溝
底より、ＡＩ金属薄膜と５ｉ０２誘電体薄膜を交互に積
層被着して形成されており、手前の偏光子（１４）と後
手の偏光子（１６）との薄膜の積層方向は９０°ずれた
構成である。

また、中央の溝部（１２）（７）　ＰＬＺＴ（１５）は
、その一対の電極の一方が溝底に当接するように、溝部
深さ方向となるように配置してあり、ＰＬＺＴ（１５）
の電界方向は、手前の偏光子（１４）と後手の偏光子（
１６）との薄膜の積層方向と、各々回転方向に４５°ず
つずれる構成である。

以上の構成からなる第３図の光スィッチにおいて、光フ
ァイバ（１）のコア部（３）に図面の手前より入射した
光は、手前の偏光子（１４）により、図の水平方向に電
界を有する光だけが透過してＰＬＺＴ（１５）ニ到達し
、ＰＬＺＴ（１５）ニおイテ、電極に半波長電圧が印加
されると、水平方向に電界を有する光はその電界方向が
９０°回転して垂直方向となり、ここを通過して後手の
偏光子（１６）に到達し、この偏光子（１６）が図の垂
直方向に電界を有する光のみを透過させる性質を有する
ため、到達光はこの偏光子（１６）を通過する。

すなわち、第３図の光スィッチは、駆動電圧をＰＬＺＴ
（１５）に印加することにより、光伝送路を開放するこ
とができる。

第３図の光スィッチにおいて、一対の偏光子（１４Ｘ１
６）の薄膜積層方向を一致させると、駆動電圧を印加す
ることにより、光伝送路を遮断する光スィッチとなる。

なお、入射光線が予め偏光している場合には、上述の実
施例から、入射側（手前）の偏光子を省略できることは
当然である。

実施例上述した第３図の構成からなる光スィッチを、クラツド
径＝　１２５ｐｍ、コア外径＝　１０ｐｍの光ファイバ
ーに、軸線方向の厚みが１０ｐｍの一対の偏光子、同方
向厚みが３０ｐｍのＰＬＺＴを用いて作製し、入射光と
して波長λ＝　０．７８μｍの半導体レーザーを用いて
光スィッチの特性を測定したところ、駆動電圧２０Ｖに
て、スイッチング速度０．１ｐｓ、挿入損失１．０ｄＢ
の特性を得た。

発明の効果この発明による光スィッチは、光ファイバーに極少のＰ
ＬＺＴ及び偏光子を埋め込んだ極めて簡単な構成からな
り、低電圧駆動が可能で、スイッチング速度が著しく速
い利点があり、また、光フアイバー伝送において、伝送
回路簡素化と小型化に最も適したファイバー型であり、
伝送路形成が容易でかつ種々作用のスイッチングの組み
合せができる利点があり、また、製造が容易で、他の光
学回路素子との組み合せも容易になり、汎用性の高い光
スィッチである。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明による光スイツチ正面説明図
である。第３図はこの発明による光スィッチの斜視説明
である。１・・・光ファイバー、２・・・クラッド部、３・・・
コア部、４．８，１０，１１，１２．ｉ３・＝溝部、５
．１５・ＰＬＺＴ、　６，７−・・電極、９．１４，１
６・・・偏光子。

Claims

【特許請求の範囲】１所要距離間を寸断された光ファイバーのコア間に、少な
くともコア全断面積に当接して該寸断コア間を接続し得
るＰＬＺＴを配置し、かつ該ＰＬＺＴの電界方向をコア
軸線方向と直交方向に配した電界誘起波長板を挟んで、
電界誘起波長板の該軸線方向の両端面または一方の端面
に当接または近接させて、該軸線の垂直方向に金属薄膜
とこれより厚い誘電体薄膜とを交互に多数積層して少な
くともコア全断面積に当接し得る偏光子を、一対または
１個配置したことを特徴とする光スイッチ。