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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- Japan
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- optical fiber
- input
- optical
- output optical
- output
- Prior art date
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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。
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。
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。
―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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
いた４入力４出力の場合の実施例を示している。
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。
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。
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。
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。
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。
長の1/4になつており、焦点はその端面上に位置
する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
た４入力４出力の場合の実施例を示している。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本発明に依る効果を列挙すると次の通りであ
る。
る。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｍ，Ｎを２以上の正の整数とし、同一平面上
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。
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 (ja) | 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 (ja) |
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 (ja) * | 1984-09-18 | 1986-04-28 | Honda Motor Co Ltd | 導光回路ユニツト |
| JP2006162981A (ja) | 2004-12-07 | 2006-06-22 | Fujitsu Ltd | 光スイッチ装置および光学部材ユニット |
-
1978
- 1978-08-04 JP JP9505078A patent/JPS5522723A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5522723A (en) | 1980-02-18 |
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