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JP4822115B2 - Optical path switching method and optical path switching apparatus - Google Patents
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JP4822115B2 - Optical path switching method and optical path switching apparatus - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、光通信分野および光情報処理分野で用いられる光路切替装置および光路切替方法に関する。   The present invention relates to an optical path switching device and an optical path switching method used in the fields of optical communication and optical information processing.

インターネットおよび会社内・家庭内イントラネットの普及にともなうネットワークトラフィックの爆発的増加に対応するため、電気信号を経由しない光路切替装置(光スイッチ)、すなわち、光−光直接スイッチが求められている。光ファイバー、光導波路、あるいは、空間を伝搬する光の進む道筋、すなわち、光路を切り替える装置・方法としては、例えば、光導波路内または光導波路間で光路を切り替える空間分割型、多重化された複数の波長の光を波長に応じた光路へ分割して切り替える波長分割多重型、一定時間毎に時分割多重化された光の光路を切り替える時分割多重型、空間を伝搬する光の光路を鏡やシャッターなどを用いて空間的に分割・合成するフリースペース型などの方式が知られている。これらの方式は、各々多重化することも複数を組み合わせて使用することもできる。   In order to cope with the explosive increase in network traffic accompanying the spread of the Internet and intranets within a company / home, there is a need for an optical path switching device (optical switch) that does not pass through an electrical signal, that is, an optical-optical direct switch. As an apparatus / method for switching an optical path, that is, an optical fiber, an optical waveguide, or a path of light propagating in space, for example, a space division type that switches an optical path in or between optical waveguides, and a plurality of multiplexed Wavelength-division multiplexing type that switches light of wavelength by dividing it into optical paths according to wavelength, time-division multiplexing type that switches the optical path of light that is time-division multiplexed every certain time, mirror or shutter for the optical path of light propagating in space There are known methods such as a free space type that spatially divides and synthesizes. Each of these methods can be multiplexed or used in combination.

空間分割型光スイッチには、方向性結合器を利用するもの、光分岐器で光信号のコピーを作り、ゲート素子により光をオン・オフするもの、交差またはY分岐の交差部分で導波路の屈折率を変化させることで、導波路を伝搬してきた光を透過させたり反射させたりするものなどが提案されているが、まだ研究開発段階である。マッハツェンダー干渉計型光導波路スイッチの導波路の屈折率を変化させるために電気ヒーター加熱による熱光学効果を用いるものが実用化に近づいていると言われているが、応答速度が1ミリ秒程度と遅いだけでなく、光スイッチを動作させるために電気信号を用いなければならない、という欠点を有する。   The space division type optical switch uses a directional coupler, makes a copy of an optical signal with an optical branching device, turns on and off the light with a gate element, and guides the waveguide at the intersection of the intersection or Y branch. Proposals have been made to transmit or reflect light propagating through a waveguide by changing the refractive index, but it is still in the research and development stage. It is said that a thermooptic effect by heating an electric heater is used to change the refractive index of the waveguide of a Mach-Zehnder interferometer type optical waveguide switch, but the response speed is about 1 millisecond. Not only is it slow, it has the disadvantage that an electrical signal must be used to operate the optical switch.

フリースペース型光スイッチには、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム(Micro Electro Mechanical System; MEMSと略記される。)、励起子吸収・反射スイッチ(Exciton Absorption Reflection Switch;EARSスイッチと略記される)、多段ビームシフタ型光スイッチ、ホログラム型光スイッチ、液晶スイッチなどが検討されている。これらは、機械的可動部分がある、偏波依存性があるなどの課題があり、まだ充分実用段階にあるとは言えない。   The free space type optical switch includes a micro electro mechanical system (abbreviated as MEMS), an exciton absorption / reflection switch (abbreviated as Exciton Absorption Reflection Switch; EARS switch), and a multistage. Beam shifter type optical switches, hologram type optical switches, liquid crystal switches, and the like have been studied. These have problems such as the presence of mechanically movable parts and polarization dependence, and it cannot be said that they are still in practical use.

一方、熱レンズ形成光素子に光を照射することで引き起こされる透過率変化や屈折率変化を利用し、直接、光で光の強度や周波数を変調する、全光型熱レンズ形成光素子や光制御方式の研究が盛んに行われている。本発明者らは、全光型光素子等による新たな情報処理技術の開発を目指して、有機色素凝集体をポリマーマトリックスに分散した有機ナノパーティクル光熱レンズ形成素子(非特許文献1参照)を用いて、光制御方式の研究を行って来た。現在、制御光(660nmおよび980nm)により信号光(780nmおよび1550nm)の変調を行う方式で、制御光と信号光を同軸・同焦点入射させることを特徴とし、制御光の吸収により過渡的に形成される熱レンズにより信号光が屈折されるという動作原理の素子を開発しており、約20ナノ秒の高速応答が達成されている。光応答性組成物からなる熱レンズ形成光素子に制御光を照射し、制御光とは異なる波長帯域にある信号光の透過率および/または屈折率を可逆的に変化させることにより前記熱レンズ形成光素子を透過する前記信号光の強度変調および/または光束密度変調を行う光制御方法であって、前記制御光および前記信号光を各々収束させて前記熱レンズ形成光素子へ照射し、かつ、前記制御光および前記信号光のそれぞれの焦点の近傍(ビームウエスト)の光子密度が最も高い領域が前記熱レンズ形成光素子中において互いに重なり合うように前記制御光および前記信号光の光路を調整することを特徴とする光制御方法が開示されている(特許文献1から特許文献7参照)。光応答性組成物からなる熱レンズ形成光素子に、互いに波長の異なる制御光および信号光を照射し、前記制御光の波長は前記光応答性組成物が吸収する波長帯域から選ばれるものとし、前記光応答性組成物が前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に発生する温度上昇に起因する密度変化の分布に基づいた熱レンズを可逆的に形成させ、前記熱レンズを透過する信号光の強度変調および/または光束密度変調を行う光制御方法が開示されている(特許文献8参照)。そして、上記熱レンズ形成光素子として例えば色素/樹脂膜や色素溶液膜が用いられ、制御光のパワー2ないし25mWにおける制御光照射に対する信号光の応答時間は、2マイクロ秒未満と記載されている(特許文献8参照)。これらの方法は光で光を制御する点で優れ、かつ高速応答も可能であるが、制御光照射時に形成され光束形状がドーナツ型になり、そのために光ファイバーへの結合効率が小さいという問題がある。   On the other hand, an all-optical thermal lens forming optical element or light that directly modulates the intensity or frequency of light with light using the change in transmittance or refractive index caused by irradiating the thermal lens forming optical element with light. Research on control methods is actively conducted. The present inventors have used an organic nanoparticle photothermal lens forming element (see Non-Patent Document 1) in which an organic dye aggregate is dispersed in a polymer matrix with the aim of developing a new information processing technique using an all-optical type optical element. I have studied light control systems. Currently, the control light (660 nm and 980 nm) is used to modulate the signal light (780 nm and 1550 nm). The control light and the signal light are coaxially and confocally incident and formed transiently by absorption of the control light. An element with the principle of operation that signal light is refracted by a thermal lens is developed, and a high-speed response of about 20 nanoseconds is achieved. Forming the thermal lens by irradiating control light to a thermal lens forming optical element made of a photoresponsive composition and reversibly changing the transmittance and / or refractive index of signal light in a wavelength band different from the control light An optical control method for performing intensity modulation and / or light flux density modulation of the signal light transmitted through an optical element, wherein the control light and the signal light are converged and irradiated to the thermal lens forming optical element, and Adjusting the optical paths of the control light and the signal light so that regions having the highest photon density in the vicinity (beam waist) of the respective focal points of the control light and the signal light overlap each other in the thermal lens forming optical element. A light control method is disclosed (see Patent Document 1 to Patent Document 7). The thermal lens forming optical element made of a photoresponsive composition is irradiated with control light and signal light having different wavelengths, and the wavelength of the control light is selected from a wavelength band absorbed by the photoresponsive composition, A signal light that reversibly forms a thermal lens based on a density change distribution caused by a temperature rise generated in a region where the photoresponsive composition absorbs the control light and a peripheral region thereof, and transmits the thermal lens. A light control method for performing intensity modulation and / or light beam density modulation is disclosed (see Patent Document 8). For example, a dye / resin film or a dye solution film is used as the thermal lens forming optical element, and the response time of the signal light with respect to the control light irradiation at the control light power of 2 to 25 mW is described as less than 2 microseconds. (See Patent Document 8). These methods are excellent in controlling light with light and can respond at high speed. However, there is a problem in that the shape of the light beam formed at the time of control light irradiation becomes a donut shape, so that the coupling efficiency to the optical fiber is small. .

ここで熱レンズ効果とは、光吸収の中心部分において光を吸収した分子などが光を熱に変換し、この熱が周囲に伝搬されることにより温度分布が生じ、その結果、光透過媒体の屈折率が光吸収中心から外部へ向けて球状に変化して光吸収中心の屈折率が低く外部へ向けて屈折率が高くなる分布を生じ、これが凹レンズのように機能するような光の屈折効果を示す。熱レンズ効果は分光分析の分野で古くから利用されており、現在では分子1個による光吸収をも検出するような超高感度分光分析も可能になっている(非特許文献2および非特許文献3参照)。   Here, the thermal lens effect means that molecules that absorb light in the central part of light absorption convert light into heat, and this heat is propagated to the surroundings, resulting in a temperature distribution. The refractive index of the light changes such that the refractive index changes spherically from the light absorption center to the outside, resulting in a distribution in which the refractive index at the light absorption center is low and the refractive index increases toward the outside, which functions like a concave lens. Indicates. The thermal lens effect has been used for a long time in the field of spectroscopic analysis, and now it is possible to perform ultrasensitive spectroscopic analysis that detects light absorption by a single molecule (Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document). 3).

熱レンズ効果ないし熱による屈折率変化を用いて光路を偏向させる方式として、発熱抵抗体で媒体に熱を与え、媒体内に屈折率分布を生じさせ、光を偏向する方法が開示されている(特許文献9参照)。しかしながら、上述の手法は、発熱抵抗体で発熱させ、熱伝導で媒体を加熱することになるので、「熱の拡がり」という問題を本来的に有する。つまり、熱の拡がりにより、広い面積内で微細な熱勾配を与えることができず、所望の屈折率分布を得るのが困難である。さらに、発熱抵抗体の微細加工は半導体集積回路で用いられているフォトリソグラフィ技術を採用しても、現実には一定の限界を有し、素子が大型化せざるを得ない。素子が大型化すれば、それにともない光学系も複雑かつ大型化する。また、発熱抵抗体で発熱させ、熱伝導で媒体を加熱することになるので、応答が遅く、屈折率変化の周波数を上げることができないという不具合を本質的な問題として有している。   As a method of deflecting an optical path using a thermal lens effect or a refractive index change due to heat, a method of deflecting light by applying heat to a medium with a heating resistor to generate a refractive index distribution in the medium is disclosed ( (See Patent Document 9). However, the above-described method inherently has a problem of “spreading of heat” because heat is generated by the heating resistor and the medium is heated by heat conduction. That is, due to the spread of heat, a fine thermal gradient cannot be given within a wide area, and it is difficult to obtain a desired refractive index distribution. Further, even if the photolithography technique used in the semiconductor integrated circuit is adopted for the fine processing of the heating resistor, there is a certain limit in practice, and the element must be enlarged. As the element becomes larger, the optical system becomes more complicated and larger. In addition, since the medium is heated by heat generation by generating heat with a heat generating resistor, the response is slow and the problem that the frequency of refractive index change cannot be increased is an essential problem.

また、光応答組成物からなる熱レンズ形成光素子と、該熱レンズ形成光素子にくさび形の光強度分布で光を照射するための強度分布調整手段とから少なくとも構成され、制御光により前記熱レンズ形成光素子中に屈折率分布を形成し、該屈折率分布により前記制御光とは異なる波長の信号光の偏向を行うことを特徴とする熱レンズ形成光素子を用いた偏向素子が開示されている(特許文献10参照)。この方式は、光で光を制御する点では優れたものであるが、該熱レンズ形成光素子にくさび形の光強度分布で光を照射するための強度分布調整手段で制御光のロスが大きく、また、くさび形の光強度分布を自由に形成することが難しく、光路切替方向を自由に設定することができないという問題がある。   The thermal lens forming optical element made of a photoresponsive composition and at least an intensity distribution adjusting means for irradiating the thermal lens forming optical element with a wedge-shaped light intensity distribution. A deflecting element using a thermal lens forming optical element is disclosed, wherein a refractive index distribution is formed in a lens forming optical element, and signal light having a wavelength different from that of the control light is deflected by the refractive index distribution. (See Patent Document 10). This method is excellent in that the light is controlled by light, but the loss of control light is large due to the intensity distribution adjusting means for irradiating the thermal lens forming optical element with a wedge-shaped light intensity distribution. In addition, it is difficult to freely form a wedge-shaped light intensity distribution, and there is a problem that the optical path switching direction cannot be freely set.

また、レーザ光を照射して物質を加熱することによりレーザ光の照射された物質の屈折率を変え、レーザ光を偏向する方法が提案されている(特許文献11および特許文献12参照)。どちらの方法も、ビーム径が太く、大パワーを入力させないとレーザ光の偏向はほんのわずかである。特許文献11の方法は、照射光の加熱で照射光自身が偏向する方法である。この方法を光偏向に用いる場合は、加熱して屈折率を変えるために照射光は吸収されるので、物質を透過する光は原理的に大きく減少してしまうことになる。   In addition, there has been proposed a method for deflecting laser light by changing the refractive index of the material irradiated with laser light by irradiating the laser light to heat the material (see Patent Document 11 and Patent Document 12). In both methods, the beam diameter is large, and the deflection of the laser beam is very small unless a large power is input. The method of Patent Document 11 is a method in which the irradiation light itself is deflected by heating the irradiation light. When this method is used for light deflection, the irradiation light is absorbed in order to change the refractive index by heating, so that the light transmitted through the substance is greatly reduced in principle.

特許文献12の方法は、電気的または機械的手段を取らず、制御ビームの照射でスイッチ物質の屈折率を変え、信号ビームの光路を変える光学的スイッチである。しかしながら、この場合のも、制御ビームも信号ビームもレンズを用いて集光する方法を取っておらず、屈折率変化を起こさせるレーザ光は大パワーが必要である。また、装置も大がかりになってしまう。また、本提案の様に屈折変化領域がビームの進行に従って拡がる様な手段を取り得ないので、偏向角を余り大きくできない。   The method of Patent Document 12 is an optical switch that takes no electrical or mechanical means, changes the refractive index of the switch material by irradiation of a control beam, and changes the optical path of the signal beam. However, even in this case, neither the control beam nor the signal beam is collected using a lens, and the laser beam that causes the refractive index change requires a large power. In addition, the device becomes large. In addition, since it is not possible to take a means for the refractive change region to expand as the beam progresses as in the present proposal, the deflection angle cannot be increased too much.

特許文献11および特許文献12のどちらにも、本提案のように非偏向光と偏向光とを分離し集光する手段、および光検出手段に光ファイバーを用い非偏向光と偏向光の光ファイバーへの入射角の違いを利用し非偏向光と偏向光との高精度の分別を行う手段等は記載されていない。   In both Patent Document 11 and Patent Document 12, as described in this proposal, a means for separating and condensing non-deflected light and deflected light, and an optical fiber as a light detecting means, and using the optical fiber for the non-deflected light and deflected light to the optical fiber. No means or the like for performing high-accuracy separation between unpolarized light and deflected light by utilizing the difference in incident angle is not described.

平賀隆、田中教雄、早水紀久子、守谷哲郎著、色素会合体・凝集体の作成・構造評価・光物性、「電子技術総合研究所彙報」、通商産業省工業技術院電子技術総合研究所発行、第59巻、第2号、29−49頁(1994年)Takashi Hiraga, Norio Tanaka, Kikuko Hayami, Tetsuro Moriya, Creation of dye aggregates / aggregates, structural evaluation, photophysical properties, "Electronics Research Institute Vocabulary", Ministry of International Trade and Industry 59, No. 2, pp. 29-49 (1994) 藤原祺多夫、不破敬一郎、小林孝嘉著、レーザ誘起熱レンズ効果とその比色法への応用、「化学」、化学同人発行、第36巻、第6号、432−438頁(1981年)Takao Fujiwara, Keiichiro Fuwa, Takayoshi Kobayashi, Laser-induced thermal lens effect and its application to colorimetric method, "Chemical", Kagaku Dojin, Vol. 36, No. 6, pp. 432-438 (1981) 北森武彦、澤田嗣郎著、光熱変換分光分析法、「ぶんせき」、日本分析化学会発行、1994年3月号、178−187頁Takehiko Kitamori, Goro Sawada, Photothermal Conversion Spectroscopy, “Bunseki”, published by the Japan Society for Analytical Chemistry, March 1994, pp. 178-187 特開平8−286220号公報JP-A-8-286220 特開平8−320535号公報JP-A-8-320535 特開平8−320536号公報JP-A-8-320536 特開平9−329816号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-329816 特開平10−90733号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-90733 特開平10−90734号公報JP-A-10-90734 特開平10−148852号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-148852 特開平10−148853号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-148853 特開昭60−14221号公報Japanese Patent Laid-Open No. 60-14221 特開平11−194373号公報JP-A-11-194373 米国特許4,776,677号US Pat. No. 4,776,677 米国特許4,585,301号US Pat. No. 4,585,301

本発明は、複雑で高価な電気回路や機械的可動部品を用いず小さい制御光パワーによりに光偏向を可能とすることにより、故障が極めて少なく、耐久性の高い、偏波依存性の極めて少ない、信号光の光強度減衰が少なく、信号光断面におけるエネルギー分布が回析光学的に収束の容易な状態(例えばガウス分布)を保ちつつ光路切替が可能で後段の光ファイバーへの光結合を高効率に行うことができ、消光比の高い1入力複数出力が可能な小型な光路切替装置および光路切替方法を提供することを目的とする。     The present invention enables light deflection with a small control light power without using complicated and expensive electric circuits and mechanical moving parts, so that failure is extremely low, durability is high, and polarization dependence is extremely low. The optical path can be switched while the optical intensity of the signal light is less attenuated and the energy distribution in the cross section of the signal light is diffractive optically easy to converge (for example, Gaussian distribution). It is an object of the present invention to provide a compact optical path switching device and an optical path switching method that can be performed at the same time and are capable of one input and multiple outputs with a high extinction ratio.

本発明は、以下の特徴を有する。   The present invention has the following features.

(1)少なくとも光吸収層を含む熱レンズ形成光素子中の光吸収層に、制御光と信号光とを入射させ、所望の情報に応じて前記制御光の照射の有無を選択し、前記制御光および前記信号光は、前記光吸収層にて収束するように照射されかつ前記制御光および前記信号光の各々の収束点の位置が光軸に対して垂直方向で相異なるように照射され、前記制御光の波長と前記信号光の波長を異ならせ、前記制御光の波長は前記光吸収層が吸収する波長帯域から選ばれ、前記信号光の波長は前記光吸収層が吸収しない波長帯域から選ばれ、前記制御光と前記信号光は、光の進行方向で前記光吸収層の入射面またはその内部において収束したのち拡散することによって、前記光吸収層内における前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因し可逆的に形成される熱レンズにより、屈折率が変化して、前記信号光の進行方向を変え、前記制御光照射が選択されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光照射が選択され進行方向が変えられた信号光とを、同一の光学系手段によって光検出手段に収束または集光させる光路切替方法である。 (1) Control light and signal light are incident on a light absorption layer in a thermal lens forming optical element including at least a light absorption layer, and the presence or absence of irradiation of the control light is selected according to desired information, and the control The light and the signal light are irradiated so as to converge in the light absorption layer, and the control light and the signal light are irradiated such that the positions of the convergence points of the control light and the signal light are different in the direction perpendicular to the optical axis, The wavelength of the control light is different from the wavelength of the signal light, the wavelength of the control light is selected from a wavelength band that is absorbed by the light absorption layer, and the wavelength of the signal light is from a wavelength band that is not absorbed by the light absorption layer. The control light and the signal light are diffused after converging on the incident surface of the light absorption layer or inside thereof in the traveling direction of the light, thereby diffusing the control light in the light absorption layer and The temperature that occurs in the surrounding area The resulting thermal lens is reversibly formed on the increase, and the refractive index changes, changing the traveling direction of the signal light, the signal light irradiation of the control light did not change the selection Sarezu traveling direction, wherein and irradiation of the control light is changed the traveling direction is selected signal light, an optical path switching method for converging or focused on the light detecting means by the same optical means.

(2)前記制御光と前記信号光は、光の進行方向で前記光吸収層内にて収束または集光するようにした上記(1)に記載の光路切替方法である。   (2) The optical path switching method according to (1), wherein the control light and the signal light are converged or condensed in the light absorption layer in a light traveling direction.

(3)前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、前記光吸収層での見かけ上の収束点が互いに分離している上記(1)または(2)に記載の光路切替方法である。   (3) The signal light whose traveling direction is not changed without being irradiated with the control light and the signal light whose traveling direction is changed while being irradiated with the control light have an apparent convergence point in the light absorption layer. The optical path switching method according to (1) or (2) above, which is separated.

(4)前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、それぞれ同一のレンズによって収束または集光し、光ファイバーによって受光される上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の光路切替方法である。   (4) The signal light whose traveling direction is not changed without being irradiated with the control light and the signal light whose traveling direction is changed while being irradiated with the control light are converged or condensed by the same lens, respectively, The optical path switching method according to any one of (1) to (3), wherein light is received.

(5)光路切替数に応じて複数の制御光を前記光吸収層に照射し、前記複数の制御光の組み合わせによって、前記信号光の進行方向を変え、前記光路切替数に応じた複数の信号光および信号方向が変えられなかった信号光を前記光検出手段に収束または集光させる上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の光路切替方法である。   (5) A plurality of signals corresponding to the number of optical path switching is obtained by irradiating the light absorption layer with a plurality of control lights according to the number of optical path switching, changing the traveling direction of the signal light according to the combination of the plurality of control lights. The optical path switching method according to any one of (1) to (4), wherein the light and the signal light whose signal direction is not changed are converged or condensed on the light detection means.

(6)前記光ファイバーに入射する、信号方向が変わらなかった信号光と、光路を切り替えられた1つ以上の信号光の前記光吸収層における互いの見かけ上の収束点距離は、受光光ファイバー間距離をレンズ倍率で除した距離である上記(3)から(5)のいずれか1つに記載の光路切替方法である。   (6) The apparent convergence point distance of the signal light incident on the optical fiber, the signal direction of which has not changed, and the one or more signal lights whose optical paths are switched in the light absorption layer is the distance between the light receiving optical fibers The optical path switching method according to any one of (3) to (5), which is a distance obtained by dividing by a lens magnification.

(7)1種類以上の波長の信号光を照射する信号光光源と、前記信号光とは異なる波長の制御光を照射する制御光光源と、前記信号光は透過し、前記制御光を選択的に吸収する光吸収層を含む熱レンズ形成光素子と、前記光吸収層に前記制御光と前記信号光とを各々収束点を光軸に対して垂直方向で異ならせて集光させる集光手段と、を有し、前記熱レンズ形成光素子は、前記制御光と前記信号光が、光の進行方向で前記光吸収層の入射面またはその近辺において収束したのち拡散することによって、前記光吸収層内における前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因し可逆的に形成される熱レンズにより、屈折率が変化して、前記信号光の進行方向を変え、さらに、前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とが、同一の光学系手段によって収束または集光される光検出手段を備えた光路切替装置である。   (7) A signal light source that emits signal light having one or more wavelengths, a control light source that emits control light having a wavelength different from the signal light, the signal light is transmitted, and the control light is selectively used A thermal lens forming optical element including a light absorption layer that absorbs light, and a condensing means for condensing the control light and the signal light on the light absorption layer with different convergence points in a direction perpendicular to the optical axis. And the thermal lens forming optical element diffuses the control light and the signal light after converging at or near the incident surface of the light absorption layer in the light traveling direction. The thermal lens formed reversibly due to the temperature rise occurring in the region where the control light is absorbed in the layer and the surrounding region, the refractive index is changed, the traveling direction of the signal light is changed, Control light is not irradiated and the direction of travel does not change A signal light Tsu, wherein the control light irradiated signal light traveling direction has been changed is the optical path switching device having an optical detection means is converged or focused by the same optical means.

(8)前記集光手段は、光の進行方向で前記光吸収層内にて収束または集光する上記(7)に記載の光路切替装置である。   (8) The optical condensing unit according to (7), wherein the condensing unit converges or condenses in the light absorption layer in a light traveling direction.

(9)前記熱レンズ形成光素子の光吸収層に形成された熱レンズは、前記制御光が照射されず進行方向が変更されなかった信号光と前記制御光が照射され進行方向が変更された信号光との前記光吸収層での見かけ上の収束点を互いに分離させる上記(7)または(8)に記載の光路切替方法である。   (9) The thermal lens formed in the light absorption layer of the thermal lens forming optical element has the traveling direction changed by irradiating the control light and the control light without being irradiated with the control light and the control light. The optical path switching method according to (7) or (8), wherein an apparent convergence point of the signal light in the light absorption layer is separated from each other.

(10)前記検出手段が、光ファイバーである上記(7)から(9)のいずれか1つに記載の光路切替装置である。   (10) The optical path switching device according to any one of (7) to (9), wherein the detection unit is an optical fiber.

(11)前記光ファイバーに入射する、信号方向が変わらなかった信号光と、光路を切り替えられた1つ以上の信号光の前記光吸収層における互いの見かけ上の収束点距離は、受光光ファイバー間距離をレンズ倍率で除した距離である上記(9)または(10)に記載の光路切替装置である。   (11) The apparent convergence point distance of the signal light incident on the optical fiber whose signal direction has not changed and the one or more signal lights whose optical paths are switched in the light absorption layer is the distance between the light receiving optical fibers. The optical path switching device according to (9) or (10), which is a distance obtained by dividing by a lens magnification.

(12)前記制御光光源は、光路切替数に応じて2つ以上の複数の制御光を照射し、前記集光手段は、前記複数の制御光の収束点を光軸に対して垂直方向で異ならせて前記光吸収層に収束または集光させる上記(7)から(11)のいずれか1つに記載の光路切替装置である。   (12) The control light source emits a plurality of control lights of two or more according to the number of optical path switching, and the condensing means sets a convergence point of the plurality of control lights in a direction perpendicular to the optical axis. The optical path switching device according to any one of (7) to (11), wherein the optical path switching device is converged or condensed on the light absorption layer.

本発明によれば、制御光を集光して光吸収層に照射することにより局部的に光パワー密度を高めることができ、低パワーで光吸収層の局所の温度を高めることができ、その部分および近辺の屈折率を変えることができる。また信号光も集光して制御光の照射位置近辺の光吸収層に入射させることにより、制御光による屈折率の変化を効率よく利用でき、信号光の偏向を利用した光路切替が可能となる。   According to the present invention, the light power density can be locally increased by condensing the control light and irradiating the light absorption layer, and the local temperature of the light absorption layer can be increased with low power. The refractive index of the part and the vicinity can be changed. Further, by collecting the signal light and making it incident on the light absorption layer near the irradiation position of the control light, the change in the refractive index due to the control light can be used efficiently, and the optical path can be switched using the deflection of the signal light. .

さらに、偏向された信号光は、集光前のビーム断面と同じ形状で熱レンズ形成光素子より出力されるため、偏向された信号光をのちに集光させて用いる際にも実用性が高い。   Furthermore, since the deflected signal light is output from the thermal lens forming optical element in the same shape as the beam cross section before condensing, it is highly practical when the deflected signal light is subsequently condensed and used. .

さらに、複数の制御光を同一の光吸収層に入射させ、1つの入力を複数の異なった光路に切り替えることができる。   Furthermore, a plurality of control lights can be incident on the same light absorption layer, and one input can be switched to a plurality of different optical paths.

また、複数の制御光と信号光、複数の光路切替信号光を近接した光ファイバーで入射および検出することが可能であるので、小型で安価な装置を提供できる。   In addition, since a plurality of control lights, signal lights, and a plurality of optical path switching signal lights can be incident and detected by adjacent optical fibers, a small and inexpensive apparatus can be provided.

また、本発明では、制御光および信号光を集光し、かつ集光点を近接できるので、高速の光路切替が可能となる。   In the present invention, the control light and the signal light can be condensed and the light condensing points can be brought close to each other, so that the optical path can be switched at high speed.

また、低パワーの半導体レーザを用いることができるので、小型で安価な装置を提供できる。   In addition, since a low-power semiconductor laser can be used, a small and inexpensive device can be provided.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る光路切替装置の概略構成例である。本発明の第1の実施の形態に係る光路切替装置は、図1に概要を例示するように信号光光源である信号光入射端子1と、信号光をほぼ平行光にする第1のコリメートレンズ2と、制御光光源である制御光入射端子3と、制御光をほぼ平行光にする第2のコリメートレンズ4と、信号光と制御光とを合わせる光混合器5と、信号光と制御光とを熱レンズ形成光素子7の光吸収層に集光する集光手段である集光レンズ6と、熱レンズ形成光素子7と、熱レンズ形成光素子7を透過した光をほぼ平行光にする第3のコリメートレンズ8と、波長選択透過フィルター9と、非偏向光を第1の検出器11に、偏向光を第2の検出器12に集光する第2の集光レンズ10とを有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration example of an optical path switching apparatus according to the first embodiment of the present invention. The optical path switching device according to the first embodiment of the present invention includes a signal light incident terminal 1 that is a signal light source and a first collimating lens that makes the signal light substantially parallel light, as schematically illustrated in FIG. 2, a control light incident terminal 3 that is a control light source, a second collimating lens 4 that makes the control light substantially parallel, a light mixer 5 that combines the signal light and the control light, and the signal light and the control light. Are condensed on the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 7, the thermal lens forming optical element 7, and the light transmitted through the thermal lens forming optical element 7 into substantially parallel light. A third collimating lens 8, a wavelength selective transmission filter 9, and a second condenser lens 10 for condensing the non-deflected light on the first detector 11 and the deflected light on the second detector 12. Have.

図示されていないが、信号光入射端子1には、光ファイバーにより信号光を入射させた。信号光波長は、本実施例では1550nmを用いた。信号光はこれ以外でも熱レンズ形成光素子7の光吸収層を透過する波長であれば何でも良い。本実施例では、信号光は光ファイバーで入射させているが、信号光入射端子1には、信号光を発光するレーザを直接設置しても良い。   Although not shown, signal light was incident on the signal light incident terminal 1 by an optical fiber. In this embodiment, the signal light wavelength is 1550 nm. The signal light may have any wavelength as long as it transmits the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 7. In this embodiment, the signal light is incident through an optical fiber, but a laser that emits signal light may be directly installed at the signal light incident terminal 1.

本発明の光偏向方法および光偏向装置で使用される熱レンズ形成光素子中の光吸収層の材料、信号光の波長帯域、および制御光の波長帯域は、これらの組み合わせとして、使用目的に応じて適切な組み合わせを選定し用いることができる。具体的な設定手順としては、例えば、まず、使用目的に応じて信号光の波長ないし波長帯域を決定し、これを制御するのに最適な光吸収層膜の材料と制御光の波長の組み合わせを選定すれば良い。または、使用目的に応じて信号光と制御光の波長の組み合わせを決定してから、この組み合わせに適した光吸収層膜の材料を選定すれば良い。例えば、信号光によって画像や文字を直接表示しようとする場合は、信号光としては波長400〜800nmの可視光線を用い、制御光としては波長980nmの赤外線を用い、光吸収層の材料としては前記波長の可視光線を透過し前記波長の赤外線を吸収するものが用いられる。また、例えば、使用する光吸収層の材料の光吸収スペクトルにおける吸収極大の最長波長λ1に相当する波長の光を制御光として用いる場合、λ1よりも長波長の光を信号光として好適に用いることができる。具体的には、光吸収層の材料としてペリレンを用いる場合、制御光を例えば405nm、信号光を例えば540nm、660nm、780nm、830nm、980nm、1310nm、または,1550nmとすることができる。また、光吸収層の材料として銅フタロシアニン誘導体を用いる場合、制御光を例えば650nm、信号光を例えば690nm、780nm、830nm、980nm、1310nm、または,1550nmとすることができる。   The material of the light absorption layer, the wavelength band of the signal light, and the wavelength band of the control light in the thermal lens forming optical element used in the light deflection method and the light deflection apparatus of the present invention are combinations of these according to the purpose of use. Appropriate combinations can be selected and used. As a specific setting procedure, for example, first, the wavelength or wavelength band of signal light is determined according to the purpose of use, and a combination of the material of the light absorption layer film and the wavelength of control light that is optimal for controlling this is selected. It only has to be selected. Alternatively, after determining the combination of the wavelengths of the signal light and the control light according to the purpose of use, a material for the light absorption layer film suitable for this combination may be selected. For example, when an image or a character is to be directly displayed using signal light, visible light having a wavelength of 400 to 800 nm is used as signal light, infrared light having a wavelength of 980 nm is used as control light, and the light absorbing layer material is the above-described material. A material that transmits visible light having a wavelength and absorbs infrared light having the wavelength is used. In addition, for example, when light having a wavelength corresponding to the longest wavelength λ1 of the absorption maximum in the light absorption spectrum of the material of the light absorption layer to be used is used as control light, light having a wavelength longer than λ1 is preferably used as signal light. Can do. Specifically, when perylene is used as the material of the light absorption layer, the control light can be 405 nm, for example, and the signal light can be 540 nm, 660 nm, 780 nm, 830 nm, 980 nm, 1310 nm, or 1550 nm. When a copper phthalocyanine derivative is used as the material of the light absorption layer, the control light can be set to 650 nm, for example, and the signal light can be set to 690 nm, 780 nm, 830 nm, 980 nm, 1310 nm, or 1550 nm, for example.

図示されていないが、制御光入射端子3には光ファイバーにより制御光が入射させた。制御光波長は、本実施例では980nmを用いた。制御光はこれ以外でも熱レンズ形成光素子7の光吸収層で吸収される波長であれば任意の波長を用いることができる。本実施例では、制御光は光ファイバーで入射させているが、制御光入射端子3には、制御光を発光するレーザを直接設置しても良い。   Although not shown, control light was incident on the control light incident terminal 3 by an optical fiber. In this embodiment, the control light wavelength is 980 nm. As for the control light, any wavelength can be used as long as it is absorbed by the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 7. In the present embodiment, the control light is incident through an optical fiber, but a laser that emits control light may be directly installed at the control light incident terminal 3.

第1のコリメートレンズ2および第2のコリメートレンズ4は、焦点距離8mmの非球面レンズを用いた。焦点距離は8mmである必要はなく、より小型の光路切替装置にするためにさらに短い焦点距離を用いても良いことは言うまでもない。また、非球面レンズである必要はないが、小型軽量にするために非球面レンズを用いた。   As the first collimating lens 2 and the second collimating lens 4, aspherical lenses having a focal length of 8 mm were used. Needless to say, the focal length need not be 8 mm, and a shorter focal length may be used in order to obtain a smaller optical path switching device. Further, although it is not necessary to use an aspheric lens, an aspheric lens is used to reduce the size and weight.

光混合器5は、信号光は透過し、制御光は反射するダイクロイックミラーを用いた。もちろん、信号光入射端子と制御光入射端子との位置を入れ替えて、信号光が反射し、制御光が透過する様にしたダイクロイックミラーを用いても良いことは言うまでもない。   The optical mixer 5 is a dichroic mirror that transmits signal light and reflects control light. Of course, it goes without saying that a dichroic mirror in which the signal light is reflected and the control light is transmitted can be used by switching the positions of the signal light incident terminal and the control light incident terminal.

集光レンズ6は、焦点距離8mmの非球面レンズを用いた。焦点距離は8mmである必要はなく、より小型の光路切替装置にするためにさらに短い焦点距離を用いても良いことは言うまでもない。また、非球面レンズである必要はないが、小型軽量にするために非球面レンズを用いた。   As the condenser lens 6, an aspherical lens having a focal length of 8 mm was used. Needless to say, the focal length need not be 8 mm, and a shorter focal length may be used in order to obtain a smaller optical path switching device. Further, although it is not necessary to use an aspheric lens, an aspheric lens is used to reduce the size and weight.

本実施の形態で、信号光1550nmをコア径9.5μmのシングルモード石英光ファイバーで信号光入射端子に入射させ、制御光980nmをコア径9.5μmのシングルモード石英光ファイバーで制御光入射端子に入射させ、焦点距離8mmの第1のコリメートレンズ2および第2のコリメートレンズ4で信号光および制御光をほぼ平行光にし、光吸収層の厚み500μm、光吸収層の色素濃度は0.1〜0.15%であって光吸収層の波長1550nmにおける透過率95〜80%、および、980nmにおける透過率24〜0.1%の熱レンズ形成光素子7に、焦点距離8mmの集光レンズ6で収束(集光)して入射させた。   In this embodiment, the signal light 1550 nm is incident on the signal light incident terminal with a single-mode quartz optical fiber having a core diameter of 9.5 μm, and the control light 980 nm is incident on the control light incident terminal with a single-mode quartz optical fiber having a core diameter of 9.5 μm. The first collimating lens 2 and the second collimating lens 4 having a focal length of 8 mm make the signal light and the control light substantially parallel light, the thickness of the light absorption layer is 500 μm, and the dye concentration of the light absorption layer is 0.1 to 0. The condensing lens 6 having a focal length of 8 mm is applied to the thermal lens forming optical element 7 having a transmittance of 95 to 80% at a wavelength of 1550 nm and a transmittance of 24 to 0.1% at 980 nm. It converged (condensed) and entered.

信号光と制御光は、集光レンズ6により、光の進行方向で光吸収層の入射面またはその近辺において収束する様にした。信号光と制御光とを光吸収層の入射面近辺の同一のところに収束(集光)すると信号光はドーナツ状に拡がる。この状況を図10に示す。制御光がない場合には図10(a)の写真1aの様に丸ビームであった信号光が、制御光が同時に同一のところに照射されると、図10(b)の写真1bの様になる。このドーナツ形状が鮮明で大きく形成されるのが、光吸収層の入射面であると思われる。よって、本実施の形態で光吸収層の入射面という場合は、このドーナツ形状が鮮明で大きく形成される位置とする。もちろん、本実施の形態では信号光と制御光とは収束(集光)点の位置では25〜50μmほど離れているので、ドーナツ形状は形成されないが、調整時には信号光と制御光とを同一点に入射させ、ドーナツ形状を形成させ、その後信号光と制御光との収束(集光)点を分離させている。なお、信号光と制御光との収束点間の距離が25μm未満の場合には、図10(a)に示すような丸ビームにならず、三日月型ビームになってしまう。この三日月型ビームの信号光ではのちに集光させ光ファイバーに入射させた場合には入射効率が減少してしまい、実用性にかけるおそれがある。
The signal light and the control light are converged by the condenser lens 6 on the incident surface of the light absorption layer or in the vicinity thereof in the light traveling direction. When the signal light and the control light are converged (condensed) at the same position in the vicinity of the incident surface of the light absorption layer, the signal light spreads in a donut shape. This situation is shown in FIG . When there is no control light, the signal light which was a round beam as shown in the photograph 1a in FIG. 10 (a) is irradiated with the control light at the same place at the same time, as shown in the photograph 1b in FIG. 10 (b). become. It is considered that the light-absorbing layer incident surface has a clear and large donut shape. Therefore, in this embodiment, the light absorption layer is referred to as an incident surface where the donut shape is clear and large. Of course, in this embodiment, the signal light and the control light are separated from each other by about 25 to 50 μm at the position of the convergence (condensation) point. To form a donut shape, and then the convergence (condensing) points of the signal light and the control light are separated. In addition, when the distance between the convergence points of the signal light and the control light is less than 25 μm, the round beam as shown in FIG. When the signal light of the crescent moon beam is subsequently condensed and incident on the optical fiber, the incident efficiency is reduced, which may impair practicality.

熱レンズ形成光素子7は、図4に示した様な構成であるが、本実施例では説明を容易にするため、光吸収層のみを図示した。図4において、熱レンズ形成光素子26の光吸収層25は、色素を溶剤に溶解したものをガラス容器27に封じて用いた。溶剤に可溶性の色素としては、使用する制御光の波長領域に吸収があり、使用する信号光の波長領域に吸収のない公知の色素を使用することができる。レーザ光28が透過するガラス容器27のガラスの厚みは約500μm、光吸収層25の厚みは200〜1000μmであった。色素の具体例としては、例えば、ローダミンB、ローダミン6G、エオシン、フロキシンBなどのキサンテン系色素、アクリジンオレンジ、アクリジンレッドなどのアクリジン系色素、エチルレッド、メチルレッドなどのアゾ色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、3,3’−ジエチルチアカルボシアニンヨージド、3,3’−ジエチルオキサジカルボシアニンヨージドなどのシアニン色素、エチル・バイオレット、ビクトリア・ブルーRなどのトリアリールメタン系色素、ナフトキノン系色素、アントラキノン系色素、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド系色素、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド系色素などを好適に使用することができる。また、これらの色素を単独で、または、2種以上を混合して使用することができる。溶剤としては、少なくとも使用する色素を溶解するものを用いることができるが、熱レンズ形成時の温度上昇に際し、熱分解することなく、かつ、沸騰する温度(沸点)が100℃以上、好ましくは200℃以上、さらに好ましくは300℃以上のものを好適に用いることができる。具体的には、硫酸などの無機系溶剤、o−ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素系、1−フェニル−1−キシリルエタンまたは1−フェニル−1−エチルフェニルエタンなどの芳香族置換脂肪族炭化水素系、ニトロベンゼンなどのニトロベンゼン誘導体系、などの有機溶剤を好適に用いることができる。   The thermal lens forming optical element 7 has a configuration as shown in FIG. 4, but in this embodiment, only the light absorption layer is shown for easy explanation. In FIG. 4, the light absorption layer 25 of the thermal lens forming optical element 26 is used by sealing a dye in a solvent in a glass container 27. As the dye soluble in the solvent, a known dye having absorption in the wavelength region of the control light to be used and having no absorption in the wavelength region of the signal light to be used can be used. The glass container 27 through which the laser beam 28 is transmitted has a glass thickness of about 500 μm, and the light absorption layer 25 has a thickness of 200 to 1000 μm. Specific examples of the dye include, for example, xanthene dyes such as rhodamine B, rhodamine 6G, eosin and phloxine B, acridine dyes such as acridine orange and acridine red, azo dyes such as ethyl red and methyl red, porphyrin dyes, Phthalocyanine dyes, cyanine dyes such as 3,3′-diethylthiacarbocyanine iodide, 3,3′-diethyloxadicarbocyanine iodide, triarylmethane dyes such as ethyl violet and Victoria Blue R, naphthoquinone A dye, an anthraquinone dye, a naphthalene tetracarboxylic acid diimide dye, a perylene tetracarboxylic acid diimide dye, or the like can be suitably used. Moreover, these pigment | dyes can be used individually or in mixture of 2 or more types. As the solvent, a solvent that dissolves at least the dye to be used can be used. However, the temperature (boiling point) of boiling without being thermally decomposed when the temperature rises during the formation of the thermal lens is 100 ° C. or higher, preferably 200. Those having a temperature of at least ° C, more preferably at least 300 ° C can be suitably used. Specifically, inorganic solvents such as sulfuric acid, halogenated aromatic hydrocarbons such as o-dichlorobenzene, aromatic substituted aliphatics such as 1-phenyl-1-xylylethane or 1-phenyl-1-ethylphenylethane Organic solvents such as hydrocarbons and nitrobenzene derivatives such as nitrobenzene can be suitably used.

熱レンズ形成光素子7の光吸収層で制御光が吸収されると、光吸収層の温度が上昇し、屈折率が変わる。温度が上昇するので、一般に屈折率は下がる方向に変化する。通常のレーザ光源から出射するレーザ光、および、通常のレーザ光源から出射し光ファイバーを透過してきたレーザ光の強度分布はガウス分布である。また、前記レーザ光をレンズ等で集光した光もガウス分布をしている。よって、制御光が照射された光吸収層での屈折率分布は、制御光の光軸で屈折率が一番低下し、制御光の周辺では屈折率の低下が少なくなる。また、熱伝導があるので、光の照射されていない部分でも屈折率が変化する。   When the control light is absorbed by the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 7, the temperature of the light absorption layer rises and the refractive index changes. As the temperature increases, the refractive index generally changes in a decreasing direction. The intensity distribution of laser light emitted from a normal laser light source and laser light emitted from a normal laser light source and transmitted through an optical fiber is a Gaussian distribution. Further, the light obtained by condensing the laser light with a lens or the like has a Gaussian distribution. Therefore, in the refractive index distribution in the light absorption layer irradiated with the control light, the refractive index is the lowest on the optical axis of the control light, and the refractive index is less reduced around the control light. Further, since there is heat conduction, the refractive index changes even in a portion where light is not irradiated.

図5は、信号光が偏向する状況を説明した図である。なお、説明を簡単にするため、図5では光吸収層と光吸収層の周りの媒質との屈折率の違いによる光の屈折は無視することとする。図5において、熱レンズ形成光素子の光吸収層25において、収束(集光)点近辺での制御光の光強度分布29、収束(集光)点から離れたところでの制御光の光強度分布30を示すとともに、制御光の収束(集光)点31と、信号光の収束(集光)点33と、見かけ上の信号光の収束(集光)点32を示す。図5aは制御光と信号光が光吸収層25の入射面に収束(集光)した場合、図5bは制御光と信号光が光吸収層の入射面から数十μm光吸収層の中に進んだところに収束(集光)した場合、図5(c)は制御光と信号光が光吸収層の入射面から数十μmよりさらに光吸収層の中に進んだところに収束(集光)した場合のレーザ光の光路を模式的に示したものである。   FIG. 5 is a diagram illustrating a situation where the signal light is deflected. In order to simplify the explanation, in FIG. 5, the refraction of light due to the difference in refractive index between the light absorption layer and the medium around the light absorption layer is ignored. In FIG. 5, in the light absorption layer 25 of the thermal lens forming optical element, the light intensity distribution 29 of the control light in the vicinity of the convergence (condensing) point, and the light intensity distribution of the control light at a position away from the convergence (condensing) point. 30, a control light convergence (condensation) point 31, a signal light convergence (condensation) point 33, and an apparent signal light convergence (condensation) point 32 are illustrated. FIG. 5A shows the case where the control light and the signal light are converged (collected) on the incident surface of the light absorption layer 25. FIG. When converged (condensed) at the advanced position, FIG. 5C shows the converged (condensed) position where the control light and the signal light have advanced further into the light absorbing layer by several tens of μm from the incident surface of the light absorbing layer. ) Schematically shows the optical path of the laser beam.

制御光が照射されない場合は、信号光は直進する。制御光が照射されると、信号光は偏向する。光吸収層25を透過した信号光は、図1に示す第1の検出器11および第2の検出器12には、図5に示す光吸収層25の見かけ上の信号光の収束(集光)点32から信号光が出射されたように収束(集光)する。図5bの場合は、信号光の収束(集光)点33と見かけ上の信号光の収束(集光)点32はほとんど一致するが、図5aおよび図5(c)の場合はずれてくる。ずれる方向が、図5aの場合と図5cの場合とでは逆方向である。   When the control light is not irradiated, the signal light goes straight. When the control light is irradiated, the signal light is deflected. The signal light transmitted through the light absorption layer 25 is converged (condensed) on the apparent signal light of the light absorption layer 25 shown in FIG. 5 to the first detector 11 and the second detector 12 shown in FIG. ) It converges (condenses) as signal light is emitted from the point 32. In the case of FIG. 5b, the convergence (condensation) point 33 of the signal light almost coincides with the apparent convergence (condensation) point 32 of the signal light, but the case of FIGS. 5a and 5c is shifted. The direction of deviation is opposite in the case of FIG. 5a and FIG. 5c.

なお、図5では制御光と信号光とは、光の進行方向では同じ位置に記載しているが、同じである必要はない。   In FIG. 5, the control light and the signal light are shown at the same position in the light traveling direction, but need not be the same.

光吸収層を通過した信号光は、第3のコリメートレンズ8で平行光にした。第3のコリメートレンズ8は、焦点距離8mmの非球面レンズを用いた。焦点距離は8mmである必要はなく、より小型の光路切替装置にするためにさらに短い焦点距離を用いても良いことは言うまでもない。また、非球面レンズである必要はないが、小型軽量にするために非球面レンズを用いた。   The signal light that passed through the light absorption layer was converted into parallel light by the third collimating lens 8. The third collimating lens 8 was an aspheric lens having a focal length of 8 mm. Needless to say, the focal length need not be 8 mm, and a shorter focal length may be used in order to obtain a smaller optical path switching device. Further, although it is not necessary to use an aspheric lens, an aspheric lens is used to reduce the size and weight.

波長選択透過フィルター9は、熱レンズ形成光素子7をわずかに透過する制御光を遮光し、信号光は透過する誘電体フィルターである。熱レンズ形成光素子7で実用上問題ない程度に制御光が吸収されれば、波長選択透過フィルター9を用いる必要はない。   The wavelength selective transmission filter 9 is a dielectric filter that blocks control light that slightly passes through the thermal lens forming optical element 7 and transmits signal light. If the control light is absorbed to the extent that there is no practical problem with the thermal lens forming optical element 7, it is not necessary to use the wavelength selective transmission filter 9.

波長選択透過フィルター9を透過した信号光を第2の集光レンズ10で、第1の検出器11および第2の検出器に収束(集光)して入射させた。第2の集光レンズ10は、焦点距離8mmの非球面レンズを用いた。焦点距離は8mmである必要はなく、より小型の光路切替装置にするためにさらに短い焦点距離を用いても良いことは言うまでもない。また、非球面レンズである必要もないが、小型軽量にするために非球面レンズを用いた。また、本実施例では、第3のコリメートレンズ8および第2の集光レンズ10で、信号光を収束(集光)させたが、1つのレンズで収束(集光)させるようにしても良い。   The signal light transmitted through the wavelength selective transmission filter 9 was converged (condensed) and incident on the first detector 11 and the second detector by the second condenser lens 10. The second condenser lens 10 was an aspheric lens having a focal length of 8 mm. Needless to say, the focal length need not be 8 mm, and a shorter focal length may be used in order to obtain a smaller optical path switching device. Further, although it is not necessary to use an aspheric lens, an aspheric lens is used to reduce the size and weight. Further, in this embodiment, the signal light is converged (condensed) by the third collimating lens 8 and the second condensing lens 10, but may be converged (condensed) by one lens. .

図1に示す第1の検出器11および第2の検出器12には、図7(a)に示した2芯光ファイバーフェルールを設置した。2芯光ファイバーフェルールに取り付けた光ファイバー35は、9.5μmのシングルモード石英光ファイバーである。光ファイバーに信号光を収束(集光)し、光ファイバーで伝送してから検出した。もちろん、直接光検出器を設置しても良いことは言うまでもない。   The first detector 11 and the second detector 12 shown in FIG. 1 are provided with the two-core optical fiber ferrule shown in FIG. The optical fiber 35 attached to the two-core optical fiber ferrule is a 9.5 μm single mode quartz optical fiber. The signal light was converged (condensed) on the optical fiber, transmitted through the optical fiber, and then detected. Of course, it goes without saying that a photodetector may be installed directly.

図7(a)に示した2芯光ファイバーフェルールの信号光受光ファイバー35は、コア径9.5μmのシングルモード石英光ファイバーのクラット層をフッ酸で所望の太さにエッチングして用いた。エッチングする部分は、光ファイバーの先端数mmだけであった。エッチングした後の光ファイバーの太さ「ω」は、本実施例では25μmにした。「ω」は、光吸収層に収束(集光)した信号光の収束点33と見かけ上の信号光の収束点32との光軸に直角方向の距離「χ」と次の関係にある。
(式1)
ω=m×χ
ここでmは、図1に示す第3のコリメートレンズ8と第2の集光レンズ10とで形成される結像倍率である。本実施の形態では、m=1であるが、mは光ファイバーへの入射効率が最大になるように設定すると良い。
The signal light receiving optical fiber 35 of the two-core optical fiber ferrule shown in FIG. 7A was used by etching a clat layer of a single-mode quartz optical fiber having a core diameter of 9.5 μm to a desired thickness with hydrofluoric acid. The part to be etched was only a few mm of the tip of the optical fiber. The thickness “ω” of the optical fiber after the etching was set to 25 μm in this example. “Ω” has the following relationship with the distance “χ” perpendicular to the optical axis between the convergence point 33 of the signal light converged (condensed) on the light absorption layer and the apparent convergence point 32 of the signal light.
(Formula 1)
ω = m × χ
Here, m is an imaging magnification formed by the third collimating lens 8 and the second condenser lens 10 shown in FIG. In the present embodiment, m = 1, but m may be set so that the incident efficiency to the optical fiber is maximized.

上記「χ」は、次の条件を変えると変えられる。
1.熱レンズ形成光素子の光吸収層の、信号光と制御光の第1の集光レンズ6の収束(集光)点に対する位置
2.制御光パワー
3.制御光位置(第1の集光レンズ6の集光点での信号光と制御光の光軸に直角方向の距離)
4.熱レンズ形成光素子の光吸収層の厚み
5.制御光波長および信号光波長。
6.光吸収層の色素濃度
The above “χ” can be changed by changing the following conditions.
1. 1. Position of light absorption layer of thermal lens forming optical element with respect to convergence (condensation) point of first condenser lens 6 for signal light and control light. 2. Control light power Control light position (distance perpendicular to the optical axis of signal light and control light at the condensing point of the first condenser lens 6)
4). 4. Thickness of light absorption layer of thermal lens forming optical element Control light wavelength and signal light wavelength.
6). Dye concentration in the light absorption layer

図6に、図4に示した熱レンズ形成光素子7の光吸収層25への信号光と制御光の収束(集光)点の入射の位置(光吸収層位置)と、検出器の位置での非偏向光と偏向光との分離距離の測定データ例を示す。図6の場合は、光吸収層25への信号光と制御光の収束(集光)点の入射位置(すなわち光吸収層位置)が40〜60μmの場合は分離距離が0に近い。この場合は、図5bの状態の時である。光吸収層25への入射位置がこれからずれると、分離距離が大きくなる。光吸収層25への入射位置(光吸収層位置)が200μm以上では、分離距離に大きな変化がなかった。図6で分離距離の正負の符号は、信号光の光吸収層25への入射点を原点(すなわち0点)とし、偏向する方向を正とした。分離距離が正になるのは図5cの状態の時であり、負になるのは図5aと図5bの間の状態の時である。   FIG. 6 shows the position of incidence (light absorption layer position) of the convergence (condensation) point of the signal light and control light to the light absorption layer 25 of the thermal lens forming optical element 7 shown in FIG. 4, and the position of the detector. An example of measurement data of the separation distance between non-deflected light and deflected light is shown. In the case of FIG. 6, the separation distance is close to 0 when the incident position (that is, the light absorption layer position) of the convergence (condensation) point of the signal light and the control light to the light absorption layer 25 is 40 to 60 μm. This is the case in the state of FIG. 5b. When the incident position on the light absorption layer 25 is deviated from this, the separation distance increases. When the incident position on the light absorption layer 25 (light absorption layer position) was 200 μm or more, there was no significant change in the separation distance. In FIG. 6, the positive and negative signs of the separation distance are such that the incident point of the signal light to the light absorption layer 25 is the origin (that is, 0 point) and the deflection direction is positive. The separation distance becomes positive in the state of FIG. 5c, and becomes negative in the state between FIGS. 5a and 5b.

分離距離を受光光ファイバーの太さ「ω」と等しく設定することにより、非偏向光および偏向光の検出が効率よく可能となる。   By setting the separation distance equal to the thickness “ω” of the light receiving optical fiber, it becomes possible to efficiently detect non-deflected light and deflected light.

図6において、線38(菱形点を結ぶ実線)は制御光パワー15.4mWの場合、線39(四角点を結ぶ実線)は制御光パワー18mWの場合、線40(三角点を結ぶ実線)は制御光パワー20.5mWの場合である。この測定は、図1に示す第1の検出器11の位置で、スリット開口を持った検出器を移動させて測定したものである。図6において、光吸収層の厚みは1000μmであり、制御光位置(第1の集光レンズ6の集光点での信号光と制御光の光軸に直角方向の距離)は25μm、色素濃度は0.1%であって光吸収層の波長1550nmにおける透過率95%および980nmにおける透過率0.1%であった。   In FIG. 6, a line 38 (solid line connecting diamond points) has a control light power of 15.4 mW, a line 39 (solid line connecting square points) has a control light power of 18 mW, and a line 40 (solid line connecting triangle points) is In this case, the control light power is 20.5 mW. This measurement is performed by moving a detector having a slit opening at the position of the first detector 11 shown in FIG. In FIG. 6, the thickness of the light absorption layer is 1000 μm, the control light position (distance perpendicular to the optical axis of the signal light and the control light at the condensing point of the first condenser lens 6) is 25 μm, and the dye concentration Was 0.1%, and the transmittance of the light absorption layer was 95% at a wavelength of 1550 nm and the transmittance at 980 nm was 0.1%.

本実施の形態では、光吸収層厚約1000μmの熱レンズ形成光素子を用い、制御光パワーは約16mW、光吸収層位置500μm、制御光位置(第1の集光レンズ6の集光点での信号光と制御光の光軸に直角方向の距離)は25μmにして実施した。受光光ファイバーへの入射効率向上の調整は、非偏向光を検出する第1の検出器の位置調整をまず行い、その後制御光パワーを調整して第2の検出器への入射効率向上をはかった。   In the present embodiment, a thermal lens forming optical element having a light absorption layer thickness of about 1000 μm is used, the control light power is about 16 mW, the light absorption layer position is 500 μm, the control light position (at the condensing point of the first condenser lens 6). The distance in the direction perpendicular to the optical axes of the signal light and the control light is 25 μm. In order to adjust the incident efficiency to the light receiving optical fiber, the position of the first detector for detecting the non-deflected light was first adjusted, and then the control light power was adjusted to improve the incident efficiency to the second detector. .

光吸収層位置500μmとしたのは、これ以下であると非偏向光と偏向光とで光ファイバーへの入射角度が異なり、両方の光ファイバーへの入射効率を高められなかったためである。   The reason why the light absorption layer position is 500 μm is that the incident angle to the optical fiber is different between the unpolarized light and the deflected light when the position is less than this, and the incident efficiency to both optical fibers cannot be increased.

図8に、熱レンズ形成光素子7の光吸収層25への信号光と制御光の収束(集光)点の入射の位置(光吸収層位置)と、偏向光の偏向角のデータを示す。本実施の形態では、第3のコリメートレンズ8と第2の集光レンズ10の焦点距離は同じ8mmのものを用いたので、偏向角が光ファイバーに入射する偏向光の光軸と非偏向光の光軸とのなす角度になる。このため、熱レンズ形成光素子7の光吸収層25への信号光と制御光の収束(集光)点の入射の位置(光吸収層位置)が500μm以下であると、両方の光ファイバーへの入射効率を高められなかった。この理由は、次の様である。   FIG. 8 shows the incident position (light absorbing layer position) of the convergence (condensing) point of the signal light and control light to the light absorbing layer 25 of the thermal lens forming optical element 7 and the deflection angle data of the deflected light. . In the present embodiment, the third collimator lens 8 and the second condenser lens 10 have the same focal length of 8 mm, so that the deflection angle of the optical axis of the deflected light incident on the optical fiber and the non-deflected light This is the angle between the optical axis. For this reason, when the incident position (light absorption layer position) of the convergence (condensation) point of the signal light and the control light to the light absorption layer 25 of the thermal lens forming optical element 7 is 500 μm or less, Incidence efficiency could not be increased. The reason for this is as follows.

9.5μmのシングルモード石英光ファイバーの開口数(以下NAと記す)は、一般的に0.1である。NA=0.1の光ファイバーの伝搬可能な最大入射角θcは次式で与えられ、約5.7度である。
(式1)
θc=Sin−1(0.1)≒5.7度
また、信号光の入射もコア径9.5μmのシングルモード石英光ファイバーで入射させているのでNAは0.1であり、信号光そのものの収束(集光)角が約5.7度ある。このため、非偏向光で最大入射光量に調整すると偏向光の一部が偏向光の光ファイバーの最大入射角θcを超えて光量が少なくなり、偏向光で最大入射光量に調整すると非偏向光の一部が非偏向光の光ファイバーの最大入射角θcを超えて非偏向光の光量が少なくなった。
The numerical aperture (hereinafter referred to as NA) of a 9.5 μm single mode quartz optical fiber is generally 0.1. The maximum incident angle θc that can propagate through an optical fiber with NA = 0.1 is given by the following equation and is about 5.7 degrees.
(Formula 1)
θc = Sin −1 (0.1) ≈5.7 degrees Further, since the signal light is incident on the single-mode quartz optical fiber having a core diameter of 9.5 μm, the NA is 0.1, and the signal light itself The convergence (condensing) angle is about 5.7 degrees. For this reason, when the non-deflected light is adjusted to the maximum incident light amount, a part of the deflected light exceeds the maximum incident angle θc of the deflected optical fiber, and the light amount decreases. The amount of the non-deflected light is reduced by exceeding the maximum incident angle θc of the non-deflected optical fiber.

なお、図8において、制御光パワーは約12.9mW、制御光位置(第1の集光レンズ6の集光点での信号光と制御光の光軸に直角方向の距離)は35μm、光吸収層の厚みは1000μm、色素濃度は0.1%であって光吸収層の波長1550nmにおける透過率95%および980nmにおける透過率0.1%であった。   In FIG. 8, the control light power is about 12.9 mW, the control light position (distance perpendicular to the optical axis of the signal light and the control light at the condensing point of the first condenser lens 6) is 35 μm, and the light The thickness of the absorption layer was 1000 μm, the dye concentration was 0.1%, and the transmittance of the light absorption layer was 95% at a wavelength of 1550 nm and the transmittance at 980 nm was 0.1%.

測定データの例を図9に示す。図9において、測定に用いた測定器の0.1μW以下の値の信頼度がなかったので、0.1μW以下の値の場合は0μWの場合も含めてすべて0.1μW以下とし、消光比の計算では0.1μW以下の場合はすべて0.1μWとして計算してある。非偏向光も偏向光も約40dBの消光比があった。   An example of measurement data is shown in FIG. In FIG. 9, since there was no reliability of the value of 0.1 μW or less of the measuring instrument used for the measurement, the values of 0.1 μW or less were all set to 0.1 μW or less including the case of 0 μW, and the extinction ratio was In the calculation, all the cases of 0.1 μW or less are calculated as 0.1 μW. Both unpolarized light and deflected light had an extinction ratio of about 40 dB.

(比較例1)
第1の実施の形態において、集光レンズ6を用いず、各々コリメートされた信号光および制御光を収束することなく熱レンズ形成光素子7に照射する点および第3のコリメートレンズ8を用いない点を除いては、第1の実施形態と同様の実験を行ったが、制御光パワー18mW程度では、制御光を照射しても信号光の偏向は全く観察されなかった。そこで、制御光光源をTi:サイファイアレーザに変えて、さらにハイパワーの制御光(980nm)を照射したところ、信号光の偏向が検知される前に熱レンズ形成光素子中の色素溶液の溶剤が沸騰を開始し、信号光の偏向を行うことが困難であることが確認された。さらに、制御光のパワーを前記沸騰が始まる寸前まで下げて、熱レンズ形成光素子に入射するまでの信号光と制御光の配置およびビーム間距離を微調整したが、信号光の光路偏向は観察されなかった。さらにまた、熱レンズ形成光素子中の光吸収層における信号光と制御光の配置およびビーム間距離を微調整したが、信号光の光路偏向は観察されなかった。すなわち、制御光を収束させて熱レンズ形成光素子中の光吸収層において拡散しながら光吸収が起こるようにしないで、コリメートされた平行ビームとして照射した場合、信号光の光路を偏向するに足る大きさの熱レンズが形成されないことが判った。
(Comparative Example 1)
In the first embodiment, the condensing lens 6 is not used, and the collimated signal light and control light are irradiated to the thermal lens forming optical element 7 without converging, and the third collimating lens 8 is not used. Except for this point, the same experiment as in the first embodiment was performed. However, when the control light power was about 18 mW, no deflection of the signal light was observed even when the control light was irradiated. Therefore, when the control light source is changed to Ti: cypher laser and further irradiated with high power control light (980 nm), the solvent of the dye solution in the thermal lens forming optical element is detected before the deflection of the signal light is detected. Started boiling and it was confirmed that it was difficult to deflect the signal light. Furthermore, the power of the control light was lowered to just before the start of boiling, and the arrangement of the signal light and control light and the distance between the beams until entering the thermal lens forming optical element were finely adjusted, but the optical path deflection of the signal light was observed. Was not. Furthermore, although the arrangement of the signal light and the control light and the distance between the beams in the light absorption layer in the thermal lens forming optical element were finely adjusted, no optical path deflection of the signal light was observed. That is, when the control light is converged and diffused in the light absorbing layer in the thermal lens forming optical element so that light absorption does not occur, and it is irradiated as a collimated parallel beam, it is sufficient to deflect the optical path of the signal light. It was found that no size thermal lens was formed.

(第2の実施の形態)
図2は本発明の第2の実施の形態に係る光路切替装置の概略構成例である。本発明の第2の実施の形態において、第1の実施の形態と同じ光学部材については、同一の番号を付けた。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic configuration example of an optical path switching apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment of the present invention, the same optical members as those in the first embodiment are given the same numbers.

図2において、第2の信号光入射端子15、第2の制御光入射端子16、焦点距離8mmの第1の結像レンズ17とを有する光路切替装置が示されている。他の構成要素は、図1と同じである。また、用いた信号光の波長は1550nm、制御光の波長は980nmであった。しかし、信号光の波長も制御光の波長もこれ以外の波長でも良いことは第1の実施例と同様言うまでもない。制御光のパワーを変えると偏向量(偏向角)が変わることは、第1の実施の形態と同じである。   FIG. 2 shows an optical path switching device having a second signal light incident terminal 15, a second control light incident terminal 16, and a first imaging lens 17 having a focal length of 8 mm. The other components are the same as in FIG. Further, the wavelength of the signal light used was 1550 nm, and the wavelength of the control light was 980 nm. However, it goes without saying that the wavelength of the signal light and the wavelength of the control light may be other wavelengths as in the first embodiment. It is the same as in the first embodiment that the deflection amount (deflection angle) changes when the power of the control light is changed.

第2の信号光入射端子15と第2の制御光入射端子16には、図7(b)に示した2芯光ファイバーフェルールを設置した。   The second signal light incident terminal 15 and the second control light incident terminal 16 are provided with the two-core optical fiber ferrule shown in FIG.

図7(b)の2芯光ファイバーフェルールの信号光出射ファイバー37と制御光出射ファイバー36はコア9.5μmのシングルモード石英光ファイバーのクラット層をフッ酸で所望の太さにエッチングして用いた。エッチングする部分は、光ファイバーの先端数mmだけであった。エッチングした後の光ファイバーの太さ「ω」は、光吸収層に収束(集光)した信号光と制御光の収束(集光)点の光軸に直角方向の距離「χ」と次の関係にした。
(式2)
ω=χ/n
ここでnは、第4の集光レンズ17の結像倍率である。本実施例では、nは1であった。nを小さくすればエッチング後の光ファイバーの太さは太くでき、nを大きくすればエッチング後の光ファイバーの太さは細くしなければならない。
The signal light emitting fiber 37 and the control light emitting fiber 36 of the two-core optical fiber ferrule in FIG. 7B were used by etching a 9.5 μm single-mode quartz optical fiber clat layer to a desired thickness with hydrofluoric acid. The part to be etched was only a few mm of the tip of the optical fiber. The thickness “ω” of the optical fiber after etching is the following relationship with the distance “χ” perpendicular to the optical axis of the convergence (condensation) of the signal light and control light converged (condensed) on the light absorption layer: I made it.
(Formula 2)
ω = χ / n
Here, n is the imaging magnification of the fourth condenser lens 17. In this example, n was 1. If n is decreased, the thickness of the optical fiber after etching can be increased. If n is increased, the thickness of the optical fiber after etching must be decreased.

本実施の形態では、nは1,ωは25μmにした。第1の実施の形態からも明らかである様に、ωを大きくすると偏向角は小さくなるので、ωは25〜50μmが相応しい。25μm以下にすると、レーザ光の透過率が悪くなった。特に、980nmのレーザ光の透過が悪くなり、1mのファイバーでの透過率が20%〜80%となった。   In the present embodiment, n is 1 and ω is 25 μm. As is clear from the first embodiment, when ω is increased, the deflection angle is reduced, so that ω is preferably 25 to 50 μm. When the thickness was 25 μm or less, the transmittance of laser light was deteriorated. In particular, the transmission of 980 nm laser light was poor, and the transmittance with a 1 m fiber was 20% to 80%.

制御光用の光ファイバーと信号光用の光ファイバーは、太さ2ω+数μmにあけられたフェルールの穴に接着剤で固定した後、先端を研磨して用いた。   The optical fiber for control light and the optical fiber for signal light were used after being fixed to the hole of the ferrule with a thickness of 2ω + several μm with an adhesive and then polishing the tip.

本実施の形態では、光ファイバーのコア径は9.5μmのシングルモード光ファイバーを用いたが、レーザ光の波長を変える場合は、それに相応しいコア径の光ファイバーにする必要がある。例えば、制御光を660nmにする場合は、コア径4.5μmにした方が良い。   In this embodiment, a single mode optical fiber having a core diameter of 9.5 μm is used. However, when changing the wavelength of the laser light, it is necessary to use an optical fiber having a core diameter suitable for it. For example, when the control light is 660 nm, it is better to set the core diameter to 4.5 μm.

本実施の形態での光の偏向量(偏向角)は、第1の実施の形態とほぼ同じであった。   The light deflection amount (deflection angle) in the present embodiment is substantially the same as in the first embodiment.

(第3の実施の形態)
図3は本発明の第3の実施の形態に係る光路切替装置の概略構成例である。本発明の第3の実施の形態において、第1の実施の形態および第2の実施の形態と同じ光学部材については、同一の番号を付けた。第3の実施の形態は、第2の実施の形態より制御光の数を1つ増やし、切り替える光路を3にした例である。図3において、第3の信号光入射端子19、第3の制御光入射端子20、第4の制御光入射端子21、第3の検出器22、第4の検出器23、第5の検出器24以外は、図1および図2と同じである。また、用いた信号光の波長は1550nm、制御光の波長は980nmであった。しかし、信号光の波長も制御光の波長もこれ以外の波長でも良いことは第1の実施の形態および第2の実施の形態と同様言うまでもない。制御光のパワーを変えると偏向量(偏向角)が変わることは、第1の実施の形態および第2の実施の形態と同じである。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a schematic configuration example of an optical path switching apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment of the present invention, the same optical members as those in the first embodiment and the second embodiment are given the same numbers. The third embodiment is an example in which the number of control lights is increased by one from the second embodiment and the optical path to be switched is set to 3. In FIG. 3, a third signal light incident terminal 19, a third control light incident terminal 20, a fourth control light incident terminal 21, a third detector 22, a fourth detector 23, and a fifth detector. Except 24, it is the same as FIG. 1 and FIG. Further, the wavelength of the signal light used was 1550 nm, and the wavelength of the control light was 980 nm. However, it goes without saying that the wavelength of the signal light and the wavelength of the control light may be other wavelengths as in the first embodiment and the second embodiment. It is the same as the first embodiment and the second embodiment that the deflection amount (deflection angle) changes when the power of the control light is changed.

第3の信号光入射端子19と第3の制御光入射端子20および第4の制御光入射端子21には、図7(d)に示した3芯光ファイバーフェルールを設置した。   In the third signal light incident terminal 19, the third control light incident terminal 20, and the fourth control light incident terminal 21, the three-core optical fiber ferrule shown in FIG.

図7(d)の3芯光ファイバーフェルールの信号光出射ファイバー37と制御光出射ファイバー36はコア9.5μmのシングルモード石英光ファイバーのクラット層をフッ酸で所望の太さにエッチングして用いた。エッチングする部分は、光ファイバーの先端数mmだけであった。エッチングした後の光ファイバーの太さ「ω」は、光吸収層に収束(集光)した信号光と制御光の収束(集光)点の光軸に直角方向の距離「χ」と次の関係にした。
(式3)
ω=χ/n
ここでnは、第1の集光レンズ17の結像倍率である。本実施の形態では、nは1であった。nを小さくすればエッチング後の光ファイバーの太さは太くでき、nを大きくすればエッチング後の光ファイバーの太さは細くしなければならない。
The signal light emitting fiber 37 and the control light emitting fiber 36 of the three-core optical fiber ferrule in FIG. 7 (d) were used by etching a 9.5 μm single-mode quartz optical fiber clat layer to a desired thickness with hydrofluoric acid. The part to be etched was only a few mm of the tip of the optical fiber. The thickness “ω” of the optical fiber after etching is the following relationship with the distance “χ” perpendicular to the optical axis of the convergence (condensation) of the signal light and control light converged (condensed) on the light absorption layer: I made it.
(Formula 3)
ω = χ / n
Here, n is the imaging magnification of the first condenser lens 17. In the present embodiment, n is 1. If n is decreased, the thickness of the optical fiber after etching can be increased. If n is increased, the thickness of the optical fiber after etching must be decreased.

第3の検出器22、第4の検出器23および第5の検出器24は、図7(c)に示した3芯光ファイバーフェルールを設置した。3芯光ファイバーフェルールに取り付けた光ファイバー35は、コア径9.5μmのシングルモード石英光ファイバーである。光ファイバーに信号光を収束(集光)し、光ファイバーで伝送してから検出した。もちろん、直接光検出器を設置しても良いことは言うまでもない。   For the third detector 22, the fourth detector 23, and the fifth detector 24, the three-core optical fiber ferrule shown in FIG. The optical fiber 35 attached to the three-core optical fiber ferrule is a single mode quartz optical fiber having a core diameter of 9.5 μm. The signal light was converged (condensed) on the optical fiber, transmitted through the optical fiber, and then detected. Of course, it goes without saying that a photodetector may be installed directly.

図7(c)に示した3芯光ファイバーフェルールの信号光受光ファイバーは、図7(a)の2芯信号光受光光ファイバーと同じ様に、コア径9.5μmのシングルモード石英光ファイバーのクラット層をフッ酸で所望の太さにエッチングして用いた。エッチングする部分は、光ファイバーの先端数mmだけであった。エッチングした後の光ファイバーの太さ「ω」は、本実施例では25μmにした。「ω」は、図5に示す光吸収層に収束(集光)した信号光の収束点33と見かけ上の信号光の収束点32との光軸に直角方向の距離「χ」と次の関係にある。
(式4)
ω=m*χ
ここでmは、第2の結像レンズ18の倍率である。本実施の形態では、m=1である。本実施の形態では、m=1であるが、mは光ファイバーへの入射効率が最大になるように設定すると良い。
The signal light receiving optical fiber of the three-core optical fiber ferrule shown in FIG. 7 (c) has a clat layer of a single-mode quartz optical fiber having a core diameter of 9.5 μm, like the two-core signal light receiving optical fiber of FIG. It was used after etching to a desired thickness with hydrofluoric acid. The part to be etched was only a few mm of the tip of the optical fiber. The thickness “ω” of the optical fiber after the etching was set to 25 μm in this example. “Ω” is a distance “χ” perpendicular to the optical axis between the convergence point 33 of the signal light converged (condensed) on the light absorption layer and the apparent convergence point 32 of the signal light shown in FIG. There is a relationship.
(Formula 4)
ω = m * χ
Here, m is the magnification of the second imaging lens 18. In the present embodiment, m = 1. In the present embodiment, m = 1, but m may be set so that the incident efficiency to the optical fiber is maximized.

図7(d)の3芯光ファイバーは、光路切替を1次元に行う例であるが、第3の制御光入射端子20と第4の制御光入射端子21を直角あるいは120度の角度を付けて2次元に行っても良い。   The three-core optical fiber shown in FIG. 7D is an example in which the optical path is switched one-dimensionally, but the third control light incident terminal 20 and the fourth control light incident terminal 21 are set at a right angle or an angle of 120 degrees. You may go in two dimensions.

図7(f)は、信号光出射ファイバー37の回りに6個の制御光出射ファイバー36を設置し、制御光が照射されない場合も含めて7この方向に光路を切り替える場合の信号光および制御光を入射させる7芯光ファイバーフェルールの例である。図2または図3の信号光入射端子および制御光入射端子の位置に設置して用いる。この場合の光路切替の検出は、例えば、図7(e)に示した様な7つの信号光受光ファイバーを持った7芯光ファイバーフェルールを用いる。図7(e)では、7つの同じ太さの光ファイバーが細密に配置されている。中心の信号光受光光ファイバー35の回りに6つの信号光受光光ファイバー35が配置されている。7芯の光ファイバーフェルールの製造方法は2芯および3芯の光ファイバーフェルールの製造方法と同じである。   FIG. 7 (f) shows the signal light and the control light when the six control light emitting fibers 36 are installed around the signal light emitting fiber 37 and the optical path is switched in this direction including the case where the control light is not irradiated. This is an example of a seven-core optical fiber ferrule that makes the light incident. It is used by being installed at the position of the signal light incident terminal and the control light incident terminal shown in FIG. In this case, the optical path switching is detected using, for example, a seven-core optical fiber ferrule having seven signal light receiving optical fibers as shown in FIG. In FIG. 7 (e), seven optical fibers having the same thickness are finely arranged. Six signal light receiving optical fibers 35 are arranged around the central signal light receiving optical fiber 35. The manufacturing method of the 7-core optical fiber ferrule is the same as the manufacturing method of the 2-core and 3-core optical fiber ferrule.

本実施の形態で得られた光路切替データは、第1の実施の形態および第2の実施の形態とほぼ同じであった。   The optical path switching data obtained in this embodiment is almost the same as that in the first embodiment and the second embodiment.

本発明の偏向方光路切替方法および光路切替装置は、光通信分野および光上方処理分野において有効に用いることができる。   The deflection direction optical path switching method and the optical path switching apparatus of the present invention can be effectively used in the field of optical communication and the field of optical upper processing.

本発明の第1の実施の形態の光路切替装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the optical path switching apparatus of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の光路切替装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the optical path switching apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態の光路切替装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the optical path switching apparatus of the 3rd Embodiment of this invention. 熱レンズ形成光素子の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a thermal lens formation optical element. 信号光の偏向を説明する図である。It is a figure explaining deflection of signal light. 信号光の偏向を説明する図である。It is a figure explaining deflection of signal light. 信号光の偏向を説明する図である。It is a figure explaining deflection of signal light. 非偏向光と偏向光の分離距離の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the separation distance of non-deflected light and deflected light. 光ファイバーフェルールの概念図である。It is a conceptual diagram of an optical fiber ferrule. 光吸収層位置と偏向角の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a light absorption layer position and a deflection angle. 光路切替測定データを示す図である。It is a figure which shows optical path switching measurement data. 出力された信号光の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the output signal beam | light.

符号の説明Explanation of symbols

1 信号光入力端子、2 第1のコリメートレンズ、3 制御光入力端子、4 第2のコリメートレンズ、5 光混合器、6 第1の集光レンズ、7 熱レンズ形成光素子、8 第3のコリメートレンズ、9 波長選択透過フィルター、10 第2の集光レンズ、11 第1の検出器、12 第2の検出器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Signal light input terminal, 2 1st collimating lens, 3 Control light input terminal, 4 2nd collimating lens, 5 Optical mixer, 6 1st condensing lens, 7 Thermal lens formation optical element, 8 3rd Collimating lens, 9 wavelength selective transmission filter, 10 second condenser lens, 11 first detector, 12 second detector.

Claims (12)

少なくとも光吸収層を含む熱レンズ形成光素子中の光吸収層に、制御光と信号光とを入射させ、
所望の情報に応じて前記制御光の照射の有無を選択し、
前記制御光および前記信号光は、前記光吸収層にて収束するように照射されかつ前記制御光および前記信号光の各々の収束点の位置が光軸に対して垂直方向で相異なるように照射され、
前記制御光の波長と前記信号光の波長を異ならせ、前記制御光の波長は前記光吸収層が吸収する波長帯域から選ばれ、前記信号光の波長は前記光吸収層が吸収しない波長帯域から選ばれ、
前記制御光と前記信号光は、光の進行方向で前記光吸収層の入射面またはその内部において収束したのち拡散することによって、前記光吸収層内における前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因し可逆的に形成される熱レンズにより、屈折率が変化して、前記信号光の進行方向を変え、
前記制御光照射が選択されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光照射が選択され進行方向が変えられた信号光とを、同一の光学系手段によって光検出手段に収束または集光させることを特徴とする光路切替方法。
The control light and the signal light are incident on the light absorption layer in the thermal lens forming optical element including at least the light absorption layer,
Select the presence or absence of the control light according to the desired information,
The control light and the signal light are irradiated so as to converge at the light absorption layer, and the control light and the signal light are irradiated such that the positions of the convergence points of the control light and the signal light are different in the direction perpendicular to the optical axis. And
The wavelength of the control light is different from the wavelength of the signal light, the wavelength of the control light is selected from a wavelength band that is absorbed by the light absorption layer, and the wavelength of the signal light is from a wavelength band that is not absorbed by the light absorption layer. Chosen,
The control light and the signal light are diffused after converging on the incident surface of the light absorption layer or inside thereof in the traveling direction of the light, thereby diffusing the control light in the light absorption layer and its peripheral region Due to the thermal lens that is formed reversibly due to the temperature rise that occurs, the refractive index changes, changing the traveling direction of the signal light,
A signal light irradiation of the control light did not change the selection Sarezu traveling direction, converging said control light irradiation is selected direction of travel altered signal light, the light detection means by the same optical means or An optical path switching method characterized by condensing light.
前記制御光と前記信号光は、光の進行方向で前記光吸収層内にて収束または集光するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の光路切替方法。   The optical path switching method according to claim 1, wherein the control light and the signal light are converged or condensed in the light absorption layer in a traveling direction of light. 前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、前記光吸収層での見かけ上の収束点が互いに分離していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光路切替方法。   The signal light whose traveling direction is not changed without being irradiated with the control light and the signal light whose traveling direction is changed after being irradiated with the control light are separated from each other in the apparent convergence point in the light absorption layer. 3. The optical path switching method according to claim 1, wherein the optical path is switched. 前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とは、それぞれ同一のレンズによって収束または集光し、光ファイバーによって受光されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光路切替方法。   The signal light whose traveling direction is not changed without being irradiated with the control light and the signal light whose traveling direction is changed after being irradiated with the control light are converged or condensed by the same lens and received by the optical fiber. The optical path switching method according to any one of claims 1 to 3, wherein: 光路切替数に応じて複数の制御光を前記光吸収層に照射し、前記複数の制御光の組み合わせによって、前記信号光の進行方向を変え、前記光路切替数に応じた複数の信号光および信号方向が変えられなかった信号光を前記光検出手段に収束または集光させることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光路切替方法。   A plurality of control lights are applied to the light absorption layer according to the number of optical path switches, the traveling direction of the signal light is changed by a combination of the plurality of control lights, and a plurality of signal lights and signals according to the number of optical path switches 5. The optical path switching method according to claim 1, wherein the signal light whose direction has not been changed is converged or condensed on the light detection means. 前記光ファイバーに入射する、信号方向が変わらなかった信号光と、光路を切り替えられた1つ以上の信号光の前記光吸収層における互いの見かけ上の収束点距離は、受光光ファイバー間距離をレンズ倍率で除した距離であることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の光路切替方法。   The apparent convergence point distance of the signal light incident on the optical fiber, the signal direction of which does not change, and one or more signal lights whose optical paths are switched in the light absorption layer is the distance between the light receiving optical fibers and the lens magnification. 6. The optical path switching method according to claim 3, wherein the distance is a distance divided by. 1種類以上の波長の信号光を照射する信号光光源と、
前記信号光とは異なる波長の制御光を照射する制御光光源と、
前記信号光は透過し、前記制御光を選択的に吸収する光吸収層を含む熱レンズ形成光素子と、
前記光吸収層に前記制御光と前記信号光とを各々収束点を光軸に対して垂直方向で異ならせて集光させる集光手段と、を有し、
前記熱レンズ形成光素子は、前記制御光と前記信号光が、光の進行方向で前記光吸収層の入射面またはその近辺において収束したのち拡散することによって、前記光吸収層内における前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因し可逆的に形成される熱レンズにより、屈折率が変化して、前記信号光の進行方向を変え、
さらに、前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変えられた信号光とが、同一の光学系手段によって収束または集光される光検出手段を備えたことを特徴とする光路切替装置。
A signal light source that emits signal light of one or more wavelengths;
A control light source that emits control light having a wavelength different from that of the signal light;
A thermal lens forming optical element including a light absorbing layer that transmits the signal light and selectively absorbs the control light;
Condensing means for condensing the control light and the signal light on the light absorption layer with the convergence points different from each other in the direction perpendicular to the optical axis,
The thermal lens forming optical element is configured such that the control light and the signal light are diffused after converging at or near the incident surface of the light absorption layer in the light traveling direction, so that the control light in the light absorption layer is diffused. By the thermal lens that is reversibly formed due to the temperature rise that occurs in the region where the light is absorbed and its peripheral region, the refractive index is changed, and the traveling direction of the signal light is changed,
Furthermore, light detection in which the signal light whose traveling direction is not changed without being irradiated with the control light and the signal light whose traveling direction is changed while being irradiated with the control light is converged or condensed by the same optical system means An optical path switching device comprising means.
前記集光手段は、光の進行方向で前記光吸収層内にて収束または集光することを特徴とする請求項7に記載の光路切替装置。   The optical path switching device according to claim 7, wherein the condensing unit converges or condenses within the light absorption layer in a traveling direction of light. 前記熱レンズ形成光素子の光吸収層に形成された熱レンズは、前記制御光が照射されず進行方向が変更されなかった信号光と前記制御光が照射され進行方向が変更された信号光との前記光吸収層での見かけ上の収束点を互いに分離させることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の光路切替装置。   The thermal lens formed in the light absorption layer of the thermal lens forming optical element includes signal light that is not irradiated with the control light and whose traveling direction is not changed, and signal light that is irradiated with the control light and whose traveling direction is changed. The optical path switching device according to claim 7 or 8, wherein apparent convergence points in the light absorption layer are separated from each other. 前記検出手段が、光ファイバーであることを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか1項に記載の光路切替装置。   The optical path switching device according to any one of claims 7 to 9, wherein the detection means is an optical fiber. 前記光ファイバーに入射する、信号方向が変わらなかった信号光と、光路を切り替えられた1つ以上の信号光の前記光吸収層における互いの見かけ上の収束点距離は、受光光ファイバー間距離をレンズ倍率で除した距離であることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の光路切替装置。   The apparent convergence point distance of the signal light incident on the optical fiber, the signal direction of which does not change, and one or more signal lights whose optical paths are switched in the light absorption layer is the distance between the light receiving optical fibers and the lens magnification. The optical path switching device according to claim 9 or 10, wherein the distance is a distance divided by. 前記制御光光源は、光路切替数に応じて2つ以上の複数の制御光を照射し、
前記集光手段は、前記複数の制御光の収束点を光軸に対して垂直方向で異ならせて前記光吸収層に収束または集光させることを特徴とする請求項7から請求項11のいずれか1項に記載の光路切替装置。
The control light source emits two or more control lights according to the number of optical path switching,
12. The light collecting layer according to claim 7, wherein the condensing unit converges or condenses the light on the light absorption layer by changing a convergence point of the plurality of control lights in a direction perpendicular to an optical axis. The optical path switching device according to claim 1.
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