JPS6239402B2 - - Google Patents
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- JPS6239402B2 JPS6239402B2 JP9505078A JP9505078A JPS6239402B2 JP S6239402 B2 JPS6239402 B2 JP S6239402B2 JP 9505078 A JP9505078 A JP 9505078A JP 9505078 A JP9505078 A JP 9505078A JP S6239402 B2 JPS6239402 B2 JP S6239402B2
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- optical
- output optical
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- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光交換機通話路に用いられる複数本
のフアイバ間の接続切換を低損失で効率よく行う
光クロスバスイツチに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical crossbar switch that efficiently switches connections between a plurality of fibers used in an optical exchange communication path with low loss.
従来、この種の装置としては、例えば特願昭53
―29223号に見られるものが知られている。その
構成は第1図に見られる通りであり、入側光フア
イバ11,12…と出側光フアイバ21,22…
は、各中心軸6が交叉する向きに同一平面上に並
べられている。入側光フアイバ11,12…から
の光線は、2乗屈折率分布を持つ集束性伝送体あ
るいは凸レンズで構成されている集束性光学素子
31,32…によつて平行光線に変換されて、中
心軸6上の任意の反射鏡5で所望の出側光フアイ
バ21,22…の中心軸6方向に反射され、集束
性光学素子41,42…によつてその出側光フア
イバ21,22…端面に集光される。この場合、
点光源からの光線ならば集束性光学素子11等に
よつて平行光線に変換できるが、光フアイバの端
面は点光源ではなく、ある半径(通常多モードフ
アイバにおいては数十〜数百〔μm〕)を持つ面
であるため、完全に平行光線に変換することは出
来ない。また、上記集束性光学素子において入側
に使われるものと出側に使われるものとが光路に
沿つて共焦点配置になつていない場合には入側光
フアイバ11,12…端面から出射される光線の
中心軸6に対する角度が、出側光フアイバ21,
22…に集光される時に保存されないことが簡単
な作図でわかる。したがつて以下のような欠点が
生じる。 Conventionally, as this type of device, for example,
-The one seen in No. 29223 is known. Its configuration is as shown in FIG. 1, with input optical fibers 1 1 , 1 2 . . . and output optical fibers 2 1 , 2 2 .
are arranged on the same plane in a direction in which the respective central axes 6 intersect. The light rays from the input optical fibers 1 1 , 1 2 . . . are converted into parallel rays by the focusing optical elements 3 1 , 3 2 . is reflected in the direction of the central axis 6 of the desired output optical fiber 2 1 , 2 2 . . . by any reflecting mirror 5 on the central axis 6 , and the output is Side optical fibers 2 1 , 2 2 ... light is focused on the end faces. in this case,
A light ray from a point light source can be converted into a parallel light beam by a converging optical element 1 or the like, but the end face of an optical fiber is not a point light source, but has a certain radius (usually tens to hundreds of μm in multimode fibers). ]), it cannot be completely converted into parallel rays. In addition, in the case where the focusing optical elements used on the input side and those used on the output side are not confocal arranged along the optical path, the input side optical fibers 1 1 , 1 2 . . . output from the end face. The angle of the light beam with respect to the central axis 6 of the output optical fiber 2 1 ,
2 2 It can be seen from a simple drawing that the light is not conserved when it is focused on... Therefore, the following drawbacks arise.
(イ) 完全な平行光でないので入側光フアイバから
の光束が広がつてしまい、大口径の集束性光学
素子を使用しなければ口径蝕により光束の一部
がさえぎられて出側フアイバ端面に集光されず
損失を生じる。しかしながら、大口径の集束性
光学素子を使用するとスイツチの体積が増加し
好ましくない。(b) Since the light is not completely parallel, the light beam from the input optical fiber will spread out, and unless a large-diameter focusing optical element is used, a portion of the light beam will be blocked by vignetting and reach the end face of the output fiber. Light is not focused and losses occur. However, the use of a large-diameter focusing optical element increases the volume of the switch, which is undesirable.
(ロ) 上記損失の量は、上記集束性光学素子の端面
間の距離に依存するので第1図のような構成で
は接続径路によつてその距離の大きさが異な
り、接続損失の不均一が生じる。(b) The amount of the loss depends on the distance between the end faces of the focusing optical element, so in the configuration shown in Figure 1, the distance varies depending on the connection path, and the non-uniformity of the connection loss occurs. arise.
(ハ) 上記集束性光学素子の端面間の距離、すなわ
ち、スイツチ内での光路長は配列する入側およ
び出側の光フアイバの数に比例して大きくなる
が、上記理由により損失も増すので、多くの光
フアイバを収容できる大規模なスイツチの構成
が困難である。(c) The distance between the end faces of the above-mentioned focusing optical element, that is, the optical path length within the switch, increases in proportion to the number of input and output optical fibers arranged, but the loss also increases for the above reasons. , it is difficult to construct a large-scale switch that can accommodate many optical fibers.
(ニ) 入側および出側光フアイバ端面において中心
軸に対する光線の角度が保存されないので出側
光フアイバは入側光フアイバ中の姿態分布とは
異なる分布で励起されることになり、いわゆる
モード変換を生じてしまう。(d) Since the angles of the light rays with respect to the central axis are not conserved at the end faces of the input and output optical fibers, the output optical fiber is excited with a distribution different from that in the input optical fiber, resulting in so-called mode conversion. will occur.
本発明はこれらの欠点を解決するために、任意
の入出側光フアイバ端面間の全ての光路長が等し
くなるように光フアイバ端面を配置し、かつ、途
中の光学系を共焦点配置とし、姿態分布の保存も
含む完全な結像関係を用いて入出光フアイバ間の
接続を行ない、しかも低接続損失で大規模な光ス
イツチの構成を可能にしたものである。 In order to solve these drawbacks, the present invention arranges the optical fiber end faces so that all optical path lengths between arbitrary input and output optical fiber end faces are equal, and uses a confocal arrangement for the optical system in the middle. This system connects input and output optical fibers using a complete imaging relationship that includes distribution preservation, and also enables the construction of large-scale optical switches with low connection loss.
第2図は本発明で用いられる共焦点配置レンズ
系における入射光と出射光の関係を示したもので
あり、レンズは便宜的に薄肉レンズとして説明す
る。 FIG. 2 shows the relationship between the incident light and the outgoing light in the confocal lens system used in the present invention, and the lens will be explained as a thin lens for convenience.
図に於いて、焦点距離Fの等しい2枚のレンズ
L1,L2が焦点距離の2倍の間隔で光軸を一致し
て配置され、所謂、共焦点配置になつている。こ
の光学系において、一方のレンズの前面から2F
以内の光軸から距離h離れた位置を光源Eとする
光線は他方のレンズの後方において等倍倒立像を
結ぶことになる。 In the figure, two lenses with the same focal length F
L 1 and L 2 are arranged with their optical axes aligned at an interval twice the focal length, resulting in a so-called confocal arrangement. In this optical system, 2F from the front of one lens
A light ray whose light source E is located at a distance h from the optical axis within the range forms a same-size inverted image behind the other lens.
この場合、光源Eから光軸に対して角度で出
た光線は結像点における光軸に対する角度もで
あり、光線の角度が保存されていることがわか
る。したがつて、この系の前後に光フアイバ端面
を結像関係に配置すればモード変換の無い結合が
可能である。しかし、この系のままでは、レンズ
間隔即ちレンズL1とL2の間隔の半分Fと光束の
最大径との比を大きくできず、マトリツクス状の
多入出力スイツチに用いるには不向である。例え
ば、光フアイバの開口数をα,コア半径をaとし
て、光フアイバ端面を光束の最大径が最も小さく
できる位置、すなわち、レンズL1の前焦平面に
置いたとする。このとき、光束の最大径2Rmax
は、
2Rmax=2(a+Fα)
となり、Fとの比は
であるから、例えば一般的な光フアイバを用いて
a=0.03mm,α=0.2とするF/2Rmaxは焦点距
離Fにほとんど関係なく約2.5となり、2×2よ
りも大規模なマトリツクス状スイツチの構成が困
難であることを示している。 In this case, the light ray emitted from the light source E at an angle to the optical axis also has an angle to the optical axis at the imaging point, and it can be seen that the angle of the light ray is preserved. Therefore, by arranging the optical fiber end faces in an imaging relationship before and after this system, coupling without mode conversion is possible. However, with this system as it is, it is not possible to increase the ratio between the lens spacing, that is, half the distance F between lenses L1 and L2 , and the maximum diameter of the luminous flux, making it unsuitable for use in a matrix-like multi-input/output switch. . For example, assume that the numerical aperture of the optical fiber is α, the core radius is a, and the end face of the optical fiber is placed at a position where the maximum diameter of the light beam can be minimized, that is, at the front focal plane of the lens L1 . At this time, the maximum diameter of the luminous flux 2Rmax
is 2Rmax=2(a+Fα), and the ratio with F is Therefore, for example, when using a general optical fiber and setting a = 0.03 mm and α = 0.2, F/2Rmax is approximately 2.5 regardless of the focal length F, which is difficult for a matrix switch larger than 2 x 2. Indicates that configuration is difficult.
そこで、次にこの系と他の光学系とを組合わせ
て、レンズ間隔2Fを大きくしても光束の最大径
を抑えることのできる光学系を用いた本発明の実
施例を説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described in which this system is combined with another optical system to use an optical system that can suppress the maximum diameter of the luminous flux even if the lens interval 2F is increased.
第3図は、本発明において一つの光路上に4つ
の集束性光学素子を置いた場合の実施例に於ける
一つの光路のみを表わしたものである。 FIG. 3 shows only one optical path in an embodiment in which four focusing optical elements are placed on one optical path in the present invention.
図に於いて、レンズL1,L1′は焦点距離F1,レ
ンズL2,L2′は焦点距離F2であり、便宜上薄肉レ
ンズとして説明する。 In the figure, lenses L 1 and L 1 ′ have a focal length F 1 , and lenses L 2 and L 2 ′ have a focal length F 2 , and will be described as thin lenses for convenience.
入側光フアイバ端面Q1から順にF1,F1+F2,
2F2,F1+F2,F1の間隔をおいてレンズL1,
L2,L′2,L′1,出側光フアイバ端面Q2がそれぞれ
光軸を一致させて配置されている。この光学系に
おいては、図中第空間と第′空間の関係は第
2図と同じであり、第空間と空間の関係は第
′空間と第′空間の関係と等しいので入側光フ
アイバ端面Q1から光軸に対して角度で出た光
線は、出側光フアイバ端面に同じ角度で入射
し、かつ、両端面間は第空間にできるF1/F1
倍の実像を介して等倍の結像関係にあるのでモー
ド変換の無い結合ができる。ここで入側光フアイ
バ端面Q1とレンズL1の距離および出側光フアイ
バ端面Q2とレンズL′1の距離はF1でなくても可能
であるが、第3図に示される配置のときに光束の
最大径が最小となり=′′となる。さらに、
入側光フアイバの開口数をα(=tan)、コア半
径をaとすると、光束の最大径は、
2
=2{(F1+F2)tanθ−(a−F1α)}
であり、ここでtanθ=a/F1であるから式に
代入して、F2との比を計算すると、
2/F2=2{a/F1+F1/(F2α)}
となり、F2を一定にして、式が最小になるF1
とF2の関係を求めると、
F1=(a/αF2)〓
となり、一定のF2を用いた場合、式で示され
るF1を用いたときに式の逆数F2/2が最も
大きくなる。このことは、次に示す光クロスバス
イツチの構成において、F2が一定の場合、式
を満すF1を用いたとき、口径蝕を伴わない配置
で構造上最も多くの光フアイバを装着できること
を示している。 F 1 , F 1 + F 2 , in order from the input optical fiber end face Q 1
2F 2 , F 1 +F 2 , Lens L 1 with an interval of F 1 ,
L 2 , L' 2 , L' 1 , and the output optical fiber end face Q 2 are arranged with their optical axes aligned with each other. In this optical system, the relationship between the 1st space and the 1st space in the figure is the same as in Figure 2, and the relationship between the 1st space and the 1st space is the same as the relationship between the 1st space and the 1st space, so the input optical fiber end face Q The light rays emitted from 1 at an angle to the optical axis are incident on the exit side optical fiber end face at the same angle, and a space is formed between both end faces F 1 /F 1
Since there is an imaging relationship of equal magnification via a real image of double magnification, combination without mode conversion is possible. Here, the distance between the input optical fiber end surface Q 1 and the lens L 1 and the distance between the exit optical fiber end surface Q 2 and the lens L' 1 do not have to be F 1 , but the arrangement shown in FIG. Sometimes the maximum diameter of the luminous flux becomes the minimum and becomes =''. moreover,
When the numerical aperture of the input optical fiber is α (=tan) and the core radius is a, the maximum diameter of the luminous flux is 2 = 2 {(F 1 + F 2 )tanθ−(a−F 1 α)}, Here, since tanθ=a/F 1 , substitute it into the formula and calculate the ratio with F 2 , it becomes 2/F 2 = 2 {a/F 1 + F 1 / (F 2 α)}, and F 2 F 1 which minimizes the expression while holding constant
When we find the relationship between F 2 and growing. This means that in the configuration of the optical crossbar switch shown below, when F 2 is constant and F 1 is used that satisfies the formula, the maximum number of optical fibers can be installed in the structure without causing vignetting. It shows.
第4図は本発明において、第3図の光学系を用
いた4入力4出力の場合の実施例を示している。 FIG. 4 shows an embodiment of the present invention in the case of 4 inputs and 4 outputs using the optical system shown in FIG.
図に於いて、それぞれの光学中心軸6が同一平
面上で格子状になるように、先端に集束性光伝送
体7,8の付いた光フアイバ1,2が配置されて
いる。集束性光伝送体7,8は、媒質の屈折率が
光ビームの伝送方向と垂直な面内において光学中
心軸からの距離のほぼ2乗に比例して減少する分
布を有する円柱状レンズである。 In the figure, optical fibers 1 and 2 having convergent light transmitters 7 and 8 at their tips are arranged so that their respective optical central axes 6 form a grid on the same plane. The convergent light transmitters 7 and 8 are cylindrical lenses having a distribution in which the refractive index of the medium decreases in proportion to the square of the distance from the optical central axis in a plane perpendicular to the light beam transmission direction. .
互に平行な4本の入側光フアイバ1と互に平行
な4本の出側光フアイバ2の中心軸6がある角度
θで交叉し、その交叉点における角度θの2等分
線l1に平行で、前記交叉点群をはさむ2本の直線
l2,l3の一方の直線上に入側光フアイバ1の端
面、および他方の直線上に出力側光フアイバ2の
端面が配置されている。反射装置5′は、機械的
にあるいは電気的に反射および透過が制御できる
装置であり、その働きは第1図の場合と同じであ
る。集束性光伝送体7の長さをZ,集束性光学素
子3の焦点距離をF2として、光フアイバ端面か
ら距離Z+F2の位置に各集束性光学素子3の主
平面を光軸が一致するように配置する。 The central axes 6 of the four mutually parallel input optical fibers 1 and the four mutually parallel output optical fibers 2 intersect at a certain angle θ, and the bisector of the angle θ at the intersection point l 1 two straight lines parallel to and sandwiching the intersection points
The end face of the input optical fiber 1 is arranged on one of the straight lines l 2 and l 3 , and the end face of the output optical fiber 2 is arranged on the other straight line. The reflection device 5' is a device whose reflection and transmission can be controlled mechanically or electrically, and its function is the same as that shown in FIG. Assuming that the length of the convergent light transmission body 7 is Z and the focal length of the convergent optical element 3 is F2 , the optical axis of the principal plane of each convergent optical element 3 coincides with the position at a distance of Z + F2 from the end face of the optical fiber. Place it like this.
ここで集束性伝送体7の長さZはその固有周期
長の1/4になつており、焦点はその端面上に位置
する。 Here, the length Z of the focusing transmitter 7 is 1/4 of its natural period length, and the focal point is located on its end surface.
第4図に見られる配置では、任意の入側光フア
イバ1の端面から任意の出側光フアイバ2の端面
までの光路長が等しくできるので、上記2直線l1
とl2の位置関係を適当に定めることによつて任意
の入側光フアイバ1の端面と任意の出側光フアイ
バ2の端面との間の光学系を第3図と同じ状態に
できる。したがつて任意の入側光フアイバ1の端
面と任意の出側光フアイバ2の端面とを第3図と
同じ状態で光学的に完全に結合し得るので低損失
でモード変換のない接続切換ができる。この場合
入出側光フアイバの中心軸6が相互に交わる領域
の幅(F2に等しい)と光束の最大径との比、す
なわち式の逆数F2/2は第3図で説明した
ようにF1を変えることによつて最適化(最大
化)でき、かつF2の増加関数であるから、多く
の光フアイバを装着した多入出力スイツチを構成
できる。例えば、第2図の計算例と同じ光フアイ
バを用いて開口数α=0.2,コア半径=0.03mmと
して、F2=30mmのレンズを用いると、F1=√4.5
≒2.1mmにおいて最適化されたF2/2は17.7と
なり、17×17までの規模のスイツチが構成でき、
F2を大きくすればさらに大規模なスイツチの構
成が可能となる。 In the arrangement shown in FIG. 4, the optical path length from the end face of any input optical fiber 1 to the end face of any output optical fiber 2 can be made equal, so that the two straight lines l 1
By appropriately determining the positional relationship between and l2 , the optical system between the end face of any input optical fiber 1 and the end face of any output optical fiber 2 can be made in the same state as shown in FIG. Therefore, the end face of any incoming optical fiber 1 and the end face of any outgoing optical fiber 2 can be optically completely coupled in the same state as shown in FIG. 3, allowing connection switching with low loss and no mode conversion. can. In this case, the ratio of the width of the area where the central axes 6 of the input and output optical fibers intersect (equal to F 2 ) and the maximum diameter of the luminous flux, that is, the reciprocal of the equation F 2 /2, is F as explained in FIG. Since it can be optimized (maximized) by changing F 1 and is an increasing function of F 2 , it is possible to construct a multi-input/output switch equipped with many optical fibers. For example, if you use the same optical fiber as in the calculation example in Figure 2, set numerical aperture α = 0.2, core radius = 0.03 mm, and use a lens with F 2 = 30 mm, F 1 = √4.5.
The optimized F 2 /2 at ≒2.1mm is 17.7, making it possible to configure switches up to 17×17.
Increasing F 2 allows even larger switch configurations.
また、このスイツチにおいて光路中間にできる
像は倍率F2/F1の拡大像(F1<F2)であるため、
集束性光学素子および反射装置の平行移動の配置
誤差によつて生じる軸ずれ、レンズ間の距離変動
の許容値は、光フアイバ端面を直接接続する場合
よりも大きくできる。 In addition, since the image created in the middle of the optical path with this switch is an enlarged image with a magnification of F 2 /F 1 (F 1 < F 2 ),
Tolerances for axis deviations caused by alignment errors in parallel movement of the converging optical element and the reflecting device and distance variations between lenses can be made larger than in the case of directly connecting the optical fiber end faces.
第5図は本発明において一つの光路上に6つの
集束性光学素子を置いた場合の実施例に於ける一
つの光路のみを表わしたものである。 FIG. 5 shows only one optical path in an embodiment in which six focusing optical elements are placed on one optical path in the present invention.
図に於いて、レンズの焦点距離は、レンズ
L0,L′0がF0,レンズL1,L′1がF1,レンズL2,
L′2がF2であり、便宜上、薄肉レンズとして説明
する。 In the figure, the focal length of the lens is
L 0 , L′ 0 is F 0 , lens L 1 , L′ 1 is F 1 , lens L 2 ,
L' 2 is F 2 , and for convenience, it will be described as a thin lens.
入側光フアイバ端面Q1から順にF0,F0+F1,
F1+F2,2F2,F1+F2,F0+F1,F0の間隔をお
いてレンズL0,L1,L2,L′2,L′1,L′0,出側光
フアイバ端面Q2がそれぞれ光軸を一致させて配
置されている。この光学系においては、図中第
空間と第′空間の関係は第2図と同じであり、
第空間と第空間の関係は、第′空間と第
′空間の関係と等しいので入側光フアイバ端面
Q1から光軸に対して角度で出た光線は出側光
フアイバ端面Q2に同じ角度で入射し、かつ、
両端面間は、第,′空間にできるF1/F0倍の
実像を介して等倍の結像関係にあるのでモード変
換の無い結合ができる。ここで入側光フアイバ端
面Q1とレンズL0の距離および出側光フアイバ端
面Q2とレンズL′0の距離はF0でなくても可能であ
り、またレンズL0とレンズL1の距離およびレン
ズL′0とレンズL′1の距離はF0+F1でなくても可能
であるが、第5図に示される配置のときに光束の
最大径が最小となり、2=2′′となる。さ
らに、入側光フアイバの開口数をα(≒tan),
コア半径をaとすると、
R0=a+F0α
R1=R0−(F0+F1)tanθ1
=(F1+F2)tanθ2−R1
となり、
tanθ1=a/F0
tanθ2=R0−F0tanθ1/F1=F0/F1
α
であるから、式,,,から光束の径と
F2との比を求めると
2/F2=2{F0/F1α+F1/F0F2a}
となり、F2を一定にして式が最小になるF0と
F1とF2の関係を求めると
F1/F0=(α/aF2)〓
となり、一定のF2を用いた場合、式で示され
るF0,F1を用いたときに、式の逆数F2/2
が最も大きくなる。 F 0 , F 0 +F 1 , in order from the input optical fiber end face Q 1
F 1 +F 2 , 2F 2 , F 1 +F 2 , F 0 +F 1 , Lenses L 0 , L 1 , L 2 , L' 2 , L' 1 , L' 0 , Output light at intervals of F 0 The fiber end faces Q2 are arranged with their optical axes aligned. In this optical system, the relationship between the 1st space and the 1st space in the figure is the same as in Figure 2,
Since the relationship between the 1st space and the 1st space is the same as the relationship between the 1st space and the 1st space, the input optical fiber end face
The light rays emitted from Q 1 at an angle to the optical axis are incident on the exit optical fiber end face Q 2 at the same angle, and
Since there is a same-magnification imaging relationship between the two end faces via the F 1 /F 0 times real image formed in the ′th space, coupling without mode conversion is possible. Here, the distance between the input optical fiber end surface Q 1 and the lens L 0 and the distance between the exit optical fiber end surface Q 2 and the lens L' 0 do not have to be F 0 , and the distance between the lens L 0 and the lens L 1 is also possible. Although it is possible that the distance and the distance between lenses L' 0 and L' 1 are not F 0 + F 1 , the maximum diameter of the luminous flux is the minimum in the arrangement shown in Fig. 5, and 2 = 2'' becomes. Furthermore, the numerical aperture of the input optical fiber is α (≒tan),
When the core radius is a, R 0 = a + F 0 α R 1 = R 0 − (F 0 + F 1 ) tan θ 1 = (F 1 + F 2 ) tan θ 2 − R 1 , and tan θ 1 = a/F 0 tan θ 2 =R 0 -F 0 tanθ 1 /F 1 =F 0 /F 1
Since α, the diameter of the luminous flux and
Calculating the ratio with F 2 : 2/F 2 = 2 {F 0 /F 1 α+F 1 /F 0 F 2 a}
Then, holding F 2 constant, the formula is minimized with F 0 and
The relationship between F 1 and F 2 is found as follows: F 1 /F 0 = (α/aF 2 ) 〓 If a constant F 2 is used, then when F 0 and F 1 shown in the formula are used, the formula The reciprocal of F 2 /2
becomes the largest.
このことは、第3図,第4図におけるスイツチ
の場合と同様に、次に示す光クロスバスイツチの
構成において式を満すF0,F1なる焦点距離の
レンズL0,L′0,L1,L′1を用いたとき、口径蝕を
伴わない配置で構造上最も多くの光フアイバを装
着できることを示している。 This means that in the configuration of the optical crossbar switch shown below, lenses L 0 , L ′ 0 , L 1 and L′ 1 , it is shown that the largest number of optical fibers can be attached structurally without vignetting.
第6図は本発明において第5図の光学系を用い
た4入力4出力の場合の実施例を示している。 FIG. 6 shows an embodiment of the present invention in which the optical system shown in FIG. 5 is used and has four inputs and four outputs.
光フアイバ端面および反射装置5′の位置関係
は第4図の場合と同じである。反射装置の働きも
第3図の場合と同じである。集束性光伝送体7,
8の長さZはその固有周期長の1/4になつてお
り、集点はその端面上に位置し、その焦点距離
F0,第一集束性光学素子3,4の焦点距離を
F1,第二集束性光学素子3′,4′の焦点距離を
F2として、光フアイバ中心軸6に沿つて第5図
の関係を満すようにそれぞれが光軸を一致させて
配置されている。第3図の場合と同様にこの配置
方法では、任意の入側光フアイバ端面から任意の
出側光フアイバまでの光路長を等しくできるの
で、前記2直線l1とl2の位置関係を適当に定める
ことによつて任意の入側光フアイバの端面と任意
の出側光フアイバの端面との間の光学系を全て、
第5図と同じ状態にできる。したがつて任意の光
フアイバ端面間を第5図と同じ状態で光学的に完
全に結合できるので低損失でモード変換のない接
続切換ができる。この場合、入出側光フアイバの
中心軸6が相互に交わる領域の幅(F2に等し
い)と光束の最大径との比、すなわち式の逆数
F2/2は第5図で説明したようにF0とF1を変
えて最適化(最大化)でき、かつF2の増加関数
になつているので、多くの光フアイバを装着した
多入出力スイツチを構成できる。例えば、第2図
の計算例と同じ光フアイバを用いて開口数α=
0.2,コア半径=0.03mmとして、F2=30mmのレン
ズを用いると、F1/F0=√200≒14.1mmにおいて
最適化されたF2/2は17.7となり、第4図の
スイツチの場合と同様に17×17までの規模のスイ
ツチが構成でき、F2を大きくすればさらに大規
模なスイツチの構成が可能となる。また、このス
イツチにおいては、光路中間の光線は平行に近
く、光フアイバのコア径に比べて太い光束となつ
ているので集束性光学素子および反射装置の平行
移動の配置誤差によつて生じる軸ずれ,集束性光
学素子間の距離変動の許容値は、光フアイバ端面
を直接接続する場合よりも大きくできる。 The positional relationship between the optical fiber end face and the reflecting device 5' is the same as in FIG. 4. The function of the reflection device is also the same as in the case of FIG. Focusing light transmitter 7,
The length Z of 8 is 1/4 of its natural period length, the convergence point is located on its end surface, and its focal length is
F 0 , the focal length of the first focusing optical elements 3 and 4 is
F 1 , the focal length of the second focusing optical element 3', 4' is
F2 are arranged along the optical fiber central axis 6 with their optical axes aligned so as to satisfy the relationship shown in FIG. As in the case of FIG. 3, with this arrangement method, the optical path length from any input optical fiber end face to any output optical fiber can be made equal, so the positional relationship between the two straight lines l1 and l2 can be adjusted appropriately. By defining the entire optical system between the end face of any input optical fiber and the end face of any output optical fiber,
The same state as in Fig. 5 can be achieved. Therefore, optical fibers can be completely coupled between the end faces of arbitrary optical fibers in the same state as shown in FIG. 5, so that connection switching can be performed with low loss and without mode conversion. In this case, the ratio of the width of the area where the central axes 6 of the input and output optical fibers intersect (equal to F 2 ) and the maximum diameter of the luminous flux, that is, the reciprocal of Eq.
As explained in Figure 5, F 2 /2 can be optimized (maximized) by changing F 0 and F 1 , and is an increasing function of F 2 , so it can be used for multiple inputs with many optical fibers attached. Output switches can be configured. For example, using the same optical fiber as in the calculation example in Figure 2, numerical aperture α=
0.2, core radius = 0.03mm, and using a lens with F 2 = 30mm, the optimized F 2 /2 is 17.7 when F 1 /F 0 = √200≒14.1mm, and in the case of the switch in Figure 4. Similarly, switches up to 17x17 can be configured, and by increasing F2 , even larger switches can be configured. In addition, in this switch, the light rays in the middle of the optical path are close to parallel, and the light beam is thicker than the core diameter of the optical fiber. , the tolerance for distance variation between the focusing optical elements can be made larger than when the optical fiber end faces are directly connected.
次に、反射装置5′の反射面の設定誤差によつ
て生じる光軸のずれを少なくする方法を第7図を
参照して説明する。 Next, a method for reducing the deviation of the optical axis caused by a setting error of the reflecting surface of the reflecting device 5' will be explained with reference to FIG.
第7図は第4図,第6図における一組の入出力
光フアイバ間の光路における反射装置付近を拡大
して示したものである。 FIG. 7 is an enlarged view of the vicinity of the reflection device in the optical path between the pair of input and output optical fibers in FIGS. 4 and 6.
入出力光フアイバの中心軸6は光線の反射角度
が90度よりも鋭角になるように交叉している。そ
の反射角度をθとすると、反射面の設定誤差を反
射面に垂直方向でΔmとした場合、反射光光軸
6′の軸ずれ量Δbは、
Δb=2Δmsinθ/2
となり、θを小さくすることによつてΔmの許容
値を大きくできる。例えばθ=90゜に比べてθ=
60゜の場合、その許容値を√2倍にできる。 The central axes 6 of the input and output optical fibers intersect so that the angle of reflection of the light beam is more acute than 90 degrees. If the reflection angle is θ, and if the setting error of the reflection surface is Δm in the direction perpendicular to the reflection surface, then the axis deviation amount Δb of the reflected light optical axis 6' is Δb=2Δmsinθ/2, and it is necessary to reduce θ. Accordingly, the allowable value of Δm can be increased. For example, compared to θ=90°, θ=
In the case of 60°, the allowable value can be multiplied by √2.
これまでの説明で用いてきた集束性光学素子に
おいては、それぞれ、集束性光伝送体を用いて
も、通常の凸レンズを用いても同様の効果を有す
るスイツチが構成できることは明らかである。 It is clear that in the converging optical elements used in the explanation so far, a switch having the same effect can be constructed by using a converging optical transmitter or a normal convex lens.
本発明に依る効果を列挙すると次の通りであ
る。 The effects of the present invention are listed below.
1 入側光フアイバ端面から出側光フアイバ端面
までの光路長が全て等しいので、光路差による
接続損失のバラツキが生じない。1. Since the optical path lengths from the input optical fiber end face to the output optical fiber end face are all equal, variations in connection loss due to optical path differences do not occur.
2 レンズの共焦点配置によつて、入出端面にお
ける光線の角度を保存し、かつ全入射光を出側
フアイバ端面に集光する完全な結像関係を用い
ているのでモード変換の無い低損失なスイツチ
が実現できる。2 The confocal arrangement of the lens preserves the angle of the light rays at the input and output end faces, and uses a perfect imaging relationship that focuses all incident light on the exit fiber end face, resulting in low loss and no mode conversion. Switch can be realized.
3 2種類のレンズの焦点距離を適当に選ぶこと
によつて、光路に沿つた内側の2つのレンズ間
距離の最大ビーム径に対する比を大きくできる
ので、接続特性を犠牲にすることなくスイツチ
の大規模化すなわち入出力端子数の多いスイツ
チの構成が可能である。3 By appropriately selecting the focal lengths of the two types of lenses, the ratio of the distance between the two inner lenses along the optical path to the maximum beam diameter can be increased, so the switch size can be increased without sacrificing connection characteristics. It is possible to scale up, that is, configure a switch with a large number of input/output terminals.
4 光フアイバからの光を太いビームに変換して
から切換えていることと、光線の反射角度を鋭
角にしたことで光学系の軸ずれや設定誤差によ
り生じる接続損失の増大を低く抑えることがで
きる。4. By converting the light from the optical fiber into a thick beam before switching, and by setting the reflection angle of the light beam at an acute angle, it is possible to suppress the increase in splice loss caused by optical system misalignment and setting errors. .
第1図は従来例の説明図、第2図は共焦点配置
レンズ系の光学的関係を説明する線図、第3図は
本発明一実施例の光学的関係を説明する線図、第
4図は本発明一実施例の説明図、第5図は本発明
の他の実施例の光学的関係を説明する線図、第6
図は本発明の他の実施例の説明図、第7図は反射
装置の配置に関する説明図である。
図に於いて、1は入側光フアイバ、2は出側光
フアイバ、3,4は集束性光学素子、5′は反射
装置、7,8は集束性光伝送体である。
1 is an explanatory diagram of a conventional example, FIG. 2 is a diagram illustrating the optical relationship of a confocal arrangement lens system, FIG. 3 is a diagram illustrating the optical relationship of an embodiment of the present invention, and FIG. The figure is an explanatory diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram explaining the optical relationship of another embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an explanatory diagram regarding the arrangement of the reflecting device. In the figure, 1 is an input optical fiber, 2 is an output optical fiber, 3 and 4 are convergent optical elements, 5' is a reflection device, and 7 and 8 are convergent optical transmission bodies.
Claims (1)
に在る互に平行なN本の入側光フアイバ及び互に
平行なM本の出側光フアイバの中心軸が或る角度
θで交叉し、交叉点に於ける光線の反射角θの2
等分線に平行で前記交叉点群を挾む2本の直線上
の一方に入側光フアイバの端面をそして他方に出
側光フアイバの端面をそれぞれ配置して各交叉点
位置から中心軸に沿つて測つた入側光フアイバ及
び出側光フアイバの端面までの距離の和を全ての
交叉点位置に於いて等しくし、前記中心軸の各交
叉点位置に入側光フアイバからの光を透過或いは
出側光フアイバの中心軸方向に反射させる反射装
置が設けられ、且つ、入側光フアイバ端面の像を
任意の出側光フアイバ端面上に結像する光学系を
各光フアイバの中心軸と光軸を一致させて設けた
ことを特徴とするN入力M出力光クロスバスイツ
チ。 2 特許請求の範囲第1項記載のN入力M出力光
クロスバスイツチに於いて、前記光学系として、
任意の入側光フアイバ及び出側光フアイバの端面
間の光路に沿つて順に焦点距離F1,F2,F2,F1
の4個のレンズが光軸に沿つて隣り合うレンズと
互に共焦点配置され、前記交叉点群が焦点距離
F2のレンズの間に位置し、光フアイバの端面が
焦点距離F1のレンズの焦平面上に配置されてい
ることを特徴とするN入力M出力光クロスバスイ
ツチ。 3 特許請求の範囲第1項のN入力M出力光クロ
スバスイツチにおいて、前記光学系として、任意
の入側光フアイバおよび出側光フアイバの端面間
の光路に沿つて順に焦点距離F0,F1,F2,F2,
F1,F0の6個のレンズが光軸に沿つて隣り合う
レンズと互に共焦点配置され、前記交叉点群が焦
点距離F2のレンズの間に位置し、光フアイバの
端面が焦点距離F1のレンズの焦平面上に配置さ
れていることを特徴とするN入力M出力光クロス
バスイツチ。 4 特許請求の範囲第2項記載のN入力M出力光
クロスバスイツチにおいて、入側光フアイバおよ
び出側光フアイバのコア半径をa,開口数をαと
して、前記レンズの焦点距離F1,F2が F1=(a/αF2)〓 なる条件を満たしていることを特徴とするN入力
M出力光クロスバスイツチ。 5 特許請求の範囲第3項記載のN入力M出力光
クロスバスイツチにおいて、入側光フアイバおよ
び出側光フアイバのコア半径をa,開口数をαと
して、前記レンズの焦点距離F0,F1,F2が F1/F0=(α/aF2)〓 なる条件を満たしていることを特徴とするN入力
M出力光クロスバスイツチ。 6 特許請求の範囲第1項または第2項または第
3項または第4項または第5項記載のN入力M出
力光クロスバスイツチにおいて、任意の入側光フ
アイバおよび任意の出側光フアイバの端面の中心
をPおよびQとして、PおよびQから延びる中心
軸の交点をXとした場合、∠PXQが90度よりも
小さくなる位置に前記入側光フアイバおよび出側
光フアイバの端面を配置したことを特徴とするN
入力M出力光クロスバスイツチ。[Claims] 1 M and N are positive integers of 2 or more, and the centers of N mutually parallel input optical fibers and M mutually parallel output optical fibers on the same plane The axes intersect at a certain angle θ, and the reflection angle θ of the ray at the intersection point is 2
The end face of the incoming optical fiber is placed on one side of two straight lines that are parallel to the equal dividing line and sandwich the group of intersection points, and the end face of the outgoing optical fiber is placed on the other side, and from each intersection point position to the central axis. The sum of the distances to the end faces of the incoming optical fiber and the outgoing optical fiber measured along the central axis is made equal at all intersection points, and the light from the incoming optical fiber is transmitted at each intersection point of the central axis. Alternatively, a reflection device is provided to reflect the light in the direction of the central axis of the output optical fiber, and an optical system that forms an image of the input optical fiber end face onto an arbitrary output optical fiber end face is aligned with the central axis of each optical fiber. An N-input, M-output optical crossbar switch characterized by having optical axes aligned with each other. 2. In the N-input M-output optical crossbar switch according to claim 1, the optical system includes:
Focal lengths F 1 , F 2 , F 2 , F 1 in order along the optical path between the end faces of any input optical fiber and output optical fiber.
The four lenses are mutually confocal arranged with adjacent lenses along the optical axis, and the intersection point group has a focal length
1. An N-input, M-output optical crossbar switch located between lenses of F 2 and characterized in that the end face of the optical fiber is placed on the focal plane of the lens of focal length F 1 . 3. In the N-input M-output optical crossbar switch according to claim 1, the optical system includes focal lengths F 0 and F 1 in order along the optical path between the end faces of arbitrary input optical fibers and output optical fibers. ,F 2 ,F 2 ,
Six lenses F 1 and F 0 are placed confocal with adjacent lenses along the optical axis, the intersection point group is located between the lenses with focal length F 2 , and the end face of the optical fiber is in focus. An N-input M-output optical crossbar switch, characterized in that it is placed on the focal plane of a lens with a distance F1 . 4. In the N-input M-output optical crossbar switch according to claim 2, where the core radius of the input optical fiber and the output optical fiber is a, and the numerical aperture is α, the focal lengths of the lenses F 1 and F 2 An N-input, M-output optical crossbar switch is characterized in that F 1 =(a/αF 2 )〓 is satisfied. 5. In the N-input M-output optical crossbar switch according to claim 3, where the core radius of the input optical fiber and the output optical fiber is a, and the numerical aperture is α, the focal lengths of the lenses F 0 , F 1 , F 2 satisfy the following condition: F 1 /F 0 =(α/aF 2 )〓. 6. In the N-input M-output optical crossbar switch according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, the end face of any incoming optical fiber and any outgoing optical fiber. When the centers of are P and Q, and the intersection of the central axes extending from P and Q is X, the end faces of the input optical fiber and the output optical fiber are arranged at positions where ∠PXQ is smaller than 90 degrees. N characterized by
Input M output optical crossbar switch.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9505078A JPS5522723A (en) | 1978-08-04 | 1978-08-04 | N-input m-output photo crossbar switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9505078A JPS5522723A (en) | 1978-08-04 | 1978-08-04 | N-input m-output photo crossbar switch |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5522723A JPS5522723A (en) | 1980-02-18 |
| JPS6239402B2 true JPS6239402B2 (en) | 1987-08-22 |
Family
ID=14127223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9505078A Granted JPS5522723A (en) | 1978-08-04 | 1978-08-04 | N-input m-output photo crossbar switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5522723A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4381881A (en) * | 1980-05-27 | 1983-05-03 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Fiber optic crossbar switch for automatically patching optical signals |
| JPS6183515A (en) * | 1984-09-18 | 1986-04-28 | Honda Motor Co Ltd | Light guide circuit unit |
| JP2006162981A (en) | 2004-12-07 | 2006-06-22 | Fujitsu Ltd | Optical switch device and optical member unit |
-
1978
- 1978-08-04 JP JP9505078A patent/JPS5522723A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5522723A (en) | 1980-02-18 |
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