專利名稱：光開關、光分插復用器和光通信系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光開關，特別涉及用于波分復用光通信的光分插復用器等中的多用兩輸入兩輸出交叉-直通式光開關中具有光輸出強度可變衰減功能的改進的光開關。
背景技術：
在近年來普及起來的密集型波分復用光通信(以下簡稱DWDM)中使用的光分插復用器(以下簡稱OADM)使用波長通道分成幾個的兩輸入兩輸出交叉-直通式光開關的普通實例。圖13表示這種用于密集型波分復用光通信的光分插復用器的結構。在圖13中，符號1是波分解復用部分，符號2是波分復用部分，在從該波分解復用部分1到波分復用部分2的結構中形成光分插復用器。符號3是插入端口，符號4是分出端口，這些端口通過光開關5連接。
在光分插復用器中，使波分復用的輸入光通過波分解復用部分1分割成各波長的光，通過光路7輸入到光開關5的一個輸入端口，從插入端口3輸入的光輸入到光開關5的另一個輸入端口。在該光開關上輸入的光，其路徑根據需要轉換，向分出端口4或者波分復用部分2發(fā)送，送到波分復用部分2的光被波分復用并輸出。
符號6是為均衡通道間的光強度而在各通道間插入的可變光衰減器(以下簡稱為VOA)。因此，在圖13所示的光分插復用器中，為從光開關5向波分復用部分2輸出的輸出端口的每一個上連接一個VOA 6。兩輸入兩輸出交叉-直通式光開關和VOA作為單獨的光部件市場上有多種產品，對于OADM也采用各種各樣的產品。
圖1作為光開關5的一個例子，表示出根據高分子波導路徑熱光效應型數(shù)字光開關的兩輸入兩輸出交叉-直通光開關。該光開關是在硅片上形成用聚酰亞胺等高分子構成的埋入型光波導路徑11，在其表面通過蒸鍍、濺射等方法形成一層鎳、鋁、鉻、金、鎳鉻合金等的金屬薄膜，再形成電極焊盤。使4個Y分支光波導路徑11的芯模型對置。
金屬薄膜分別位于Y分支的左右上方配置。在該金屬薄膜的兩端設置布線用的電極焊盤，通過金屬線焊接在組件外殼的電極管腳上布線，連接外部電源。金屬薄膜從外部電源有電流流過，此時因為發(fā)生焦爾熱而作為加熱器作用。
構成光波導路徑11的聚酰亞胺等的高分子受熱的話，折射率降低。光具有向介質中折射率大的一方傳播的性質。因此，在Y分支左右設置的金屬薄膜中，由于只加熱一方，因此可以向不加熱一側的光波導路徑11傳導光。
在作為加熱器作用的金屬薄膜中，符號12a是在光波導路徑11的外側設置的外側加熱器，符號12b是在光波導路徑11的內側設置的內側加熱器。因此，在圖14表示的兩輸入兩輸出光開關中，設置4個外側加熱器12a、4個內側加熱器12b。
圖15表示為轉換該兩輸入兩輸出交叉-直通式光開關的光路徑的控制方法的一個例子。圖15是交叉狀態(tài)，在光開關5中，在基板上形成的金屬薄膜加熱器中，4個外側加熱器12a從直流電源21供給電力加熱。此時，從輸入端口1輸入的光在輸出端口2輸出，從輸入端口2輸入的光在輸出端口1輸出。一方面，加熱4個內側加熱器12b轉換成直通狀態(tài)。此時，從輸入端口1輸入的光在輸出端口1輸出，從輸入端口2輸入的光在輸出端口2輸出。
圖16表示在光開關部件內部在布線通用化以后連接直流電源的方法，由此具有和上述控制方法同樣的功能，而且外部布線可以簡單。圖16表示交叉狀態(tài)，同時在圖16中的光開關5中，符號12a表示外側加熱器、符號12b表示內側加熱器、而符號21表示直流電源。
在把這樣的光開關用于光分插復用器的場合，由于各通道中VOA組成一組使用，正在嘗試在兩輸入兩輸出交叉-直通式光開關中集成VOA。作為集成了VOA的兩輸入兩輸出交叉-直通式光開關，可以以在本發(fā)明人的專利申請2000-396798號中公開的作為示例。它是把4個一輸入兩輸出的高分子波導路徑熱光效應型數(shù)字光開關對置，形成兩輸入兩輸出交叉-直通式光開關，在其中集成了熱光效應型VOA。
但是，在專利申請2000-396798號公開的光開關中，為兩輸入兩輸出交叉-直通式光開關要增加8個加熱器，配置用于VOA的加熱器，因此，與只有兩輸入兩輸出交叉-直通式光開關比較，需要做成大的元件。另外，如圖14所示，為對上述光開關附加光輸出強度可變衰減功能，可延長輸出端口側的光波導路徑，額外設置一個加熱器13。但是，僅是這一部分與兩輸入兩輸出光開關比較，元件變長，元件面積也變大。
光開關元件，和CPU與DRAM等半導體部件相同，從一個硅片能取出多少元件極大地決定它的費用。因此，有9個加熱器的這種類型附有光輸出強度可變衰減功能的兩輸入兩輸出光開關，元件變長，因而費用升高。這樣，不僅引起元件費用增大，組件尺寸增加，而且在由于材料特性引起的具有一定大小的傳輸損失的高分子光波導路徑中，具有不能忽略由于光路長度的增加引起的插入損失的問題。
關于損失，例如石英系列的玻璃基板型光波導路徑的場合是0.02dB/cm，這一程度的光路長度的增加沒有問題，但是，高分子基板型光波導路徑的損失通常在0.1dB/cm以上，氟化聚酰亞胺中波長為1550nm的帶中損失為0.6dB/cm，元件即使僅長數(shù)mm，損失的增加也十分顯著。

發(fā)明內容
本發(fā)明是考慮了這樣的事情而研制的，其目的是提供插入損失小、操作性優(yōu)良、價格低的光開關。
為解決上述課題，權利要求1所述發(fā)明是一個光開關，是把具有從一個光波導路徑分支為兩個光波導路徑的Y分支部分的單輸入雙輸出型光開關對置4個形成的兩輸入兩輸出型光開關，其特征在于，在該Y分支部分的附近分別各設置兩個折射率調節(jié)設備，使該折射率調節(jié)設備中的一半交替作用，實現(xiàn)光路徑的轉換，使在為光路徑轉換不發(fā)揮作用的折射率調節(jié)設備中的至少一個作用，在任意輸入端口和/或輸出端口上具有使輸出光強度衰減任意數(shù)量的光輸出強度可變衰減功能。
根據這一點，可以不新追加折射率調節(jié)設備而具有光輸出強度可變衰減功能，不會由于光開關元件的面積增加而增加費用，而且也不會因為光路徑長度增加而增加插入損失，因此可以實現(xiàn)低費用、插入損失小的光開關。
權利要求2所述發(fā)明是權利要求1所述的光開關，其特征在于，所述折射率調節(jié)設備至少由導電性薄膜和電源組成，在該導電性薄膜上施加電壓，通過調節(jié)電力供給量或者施加的電壓來調節(jié)所述光波導路徑的折射率。通過使用由導電性薄膜和電源組成的折射率調節(jié)設備，通過調節(jié)電力供給量或者施加的電壓，可以容易地控制折射率。另外構造簡單，容易制造。
權利要求3所述發(fā)明是權利要求2所述的光開關，其特征在于，位于具有上述光輸出強度可變衰減功能的輸入端口和輸出端口的附近的至少一個導電性薄膜獨立于其它導電性薄膜布線，可以調節(jié)電力供給量或者施加的電壓。由于這一點，可以實現(xiàn)操作性優(yōu)良的光開關。
權利要求4所述發(fā)明是權利要求2或3所述的光開關，其特征在于，用于連接位于沒有上述光輸出強度可變衰減功能的輸入端口和輸出端口附近的導電薄膜和電源的布線，匯總用于實現(xiàn)交叉狀態(tài)的端子、用于實現(xiàn)直通狀態(tài)的端子、以及用于接地的公共端子的3種端子。由于這一點，可以簡單地構成為連接導電薄膜和電源的布線、可以容易地設置布線。
權利要求5所述發(fā)明是權利要求2到4的任何一個中所述的光開關，其特征在于，上述導電薄膜是金屬薄膜。金屬薄膜可以使用鎳和鋁等廉價的材料，此外可以使用蒸鍍和濺射等簡單的方法形成。
權利要求6所述發(fā)明是權利要求1到5的任何一個中所述的光開關，其特征在于，所述折射率調節(jié)設備是加熱器，通過該加熱器實行加熱量的調節(jié)、利用熱光效應轉換光路徑。由于加熱器精密而且簡單地實行加熱量的調節(jié)，可以以良好的精度轉換光路徑。
權利要求7所述發(fā)明是權利要求1到5的任何一個中所述的光開關，其特征在于，上述折射率調節(jié)設備是產生電場的電極，通過該電極調節(jié)電場的強度，利用電光效應實現(xiàn)光路徑的轉換。由于這一點，可以實現(xiàn)響應速度快的光開關，而且可以幾乎不需要消耗電力使光開關動作。
權利要求8所述發(fā)明是權利要求1到5的任何一個中所述的光開關，其特征在于，上述折射率調節(jié)設備是產生電場的電極，而且光波導路徑的至少一部分由液晶組成，通過該電極調節(jié)電場的強度，控制該液晶的取向狀態(tài)實現(xiàn)光路徑的轉換。由于這一點，可以實現(xiàn)以低消耗電力動作的光開關。
權利要求9所述發(fā)明是一個光分插復用器，其特征在于，配置多個在權利要求1到8的任何一個中所述的光開關，這些光開關的一個輸入端口連接波分解復用部分，另一個輸入端口連接插入端口，該光開關的一個輸出端口連接波分復用部分，另一個輸出端口連接分出端口，通過實行該光開關的光路徑的轉換，實行插入/分出動作狀態(tài)和直通狀態(tài)的轉換，通過每一通道的光輸出強度可變衰減功能使光強度均勻。由于這一點，可以實現(xiàn)不在每一通道單獨連接另一個VOA而能夠使輸出光強度均勻的光插分復用器。
權利要求10所述發(fā)明是一個光通信系統(tǒng)，其特征在于，使用權利要求9所述光分插復用器實行波分復用通信。由于這一點，使波分復用的各波長的每一個的光強度均勻，因為從插入端口來的入射光的光強度均勻，可以實現(xiàn)能夠實行高可靠性的密集型波分復用通信的光通信系統(tǒng)。


圖1是表示兩輸入兩輸出Y分支型光開關的結構的原理圖。
圖2(a)是表示在交叉狀態(tài)下的光路徑的原理圖，圖2(b)是表示直通狀態(tài)下的光路徑的原理圖。
圖3是表示關于第一實施例的光開關在交叉狀態(tài)下的加熱器控制的原理圖。
圖4是表示關于第一實施例的光開關在直通狀態(tài)下的加熱器控制的原理圖。
圖5是表示對于向第一實施例的光開關的加熱器供給電力的總計中各輸入輸出端口之間的光通過量的圖。
圖6是表示在第一實施例的光開關中光衰減量對向對實現(xiàn)光輸出強度可變衰減功能的加熱器供給的電力數(shù)量的關系的圖。
圖7是表示關于第二實施例的光開關在交叉狀態(tài)下的加熱器控制的原理圖。
圖8是表示關于第二實施例的光開關在直通狀態(tài)下的加熱器控制的原理圖。
圖9是表示第四實施例的光開關的Y分支部分的一個例子的原理圖。
圖10是表示第四實施例的光開關的Y分支部分的一個例子的斷面原理圖。
圖11是表示第五實施例的光開關的Y分支部分的一個例子的原理圖。
圖12是表示第五實施例的光開關的Y分支部分的一個例子的斷面原理圖。
圖13是表示現(xiàn)有技術用于密集型波分復用光通信的光分插復用器的結構的一個例子的原理圖。
圖14是表示在現(xiàn)有技術的光開關中設置新的加熱器、為使具有光輸出強度可變衰減功能的結構的圖。
圖15是表示在現(xiàn)有技術光開關中交叉狀態(tài)下的布線的一個例子的原理圖。
圖16是表示在現(xiàn)有技術光開關中交叉狀態(tài)下的布線的另一個例子的原理圖。
具體實施例方式
下面，參考

本發(fā)明的一個實施例。
第一實施例光開關圖1表示本實施例的兩輸入兩輸出交叉-直通式光開關。把4個一輸入兩輸出Y分支型芯模型的光波導路徑11對置，在該光波導路徑11的Y分支部分的外側和內側分別設置金屬薄膜加熱器12a、12b。光波導路徑11用聚酰亞胺等高分子制造，在硅片上形成。該聚酰亞胺等高分子有熱光效應，具有受熱的話折射率降低的性質。本實施例是利用這一熱光效應的光開關，使用金屬薄膜加熱器12a、12b給光波導路徑11的Y分支部分加熱，使Y分支部分的外側和內側的折射率變化，轉換光路徑，實現(xiàn)光輸出強度可變衰減功能。
金屬薄膜12a、12b是鎳、鋁、鉻、金、鎳鉻合金等的金屬薄膜，使用蒸鍍、濺射等方法形成。在金屬薄膜的兩端設置布線用的電極焊盤，通過用金屬線焊接，在組件外殼的電極管腳上布線，連接外部電源。金屬薄膜上從外部電源有電流流過，此時產生焦爾熱，起加熱器的作用。另外，通過調整來自外部電源的電力供給量可以控制加熱量。
如圖1所示，金屬薄膜加熱器12a、12b在每一個Y分支部分設置兩個，一個光開關總共設置8個。金屬薄膜加熱器12a、12b中，位于各分支部分外側的稱為外側加熱器，用符號12a表示，位于各分支部分內側的稱為內側加熱器，用符號12b表示。
在各外側加熱器12a、內側加熱器12b的兩端設置電極焊盤。在輸入端口1一側的Y分支部分設置的外側加熱器12a的兩端設置電極焊盤#1和#2，內側加熱器12b的兩端設置電極焊盤#3和#4。另外，在輸入端口2一側的Y分支部分設置的內側加熱器12b的兩端設置電極焊盤#5和#6，外側加熱器12a的兩端設置電極焊盤#7和#8。
同樣，在輸出端口1一側的Y分支部分設置的外側加熱器12a的兩端設置電極焊盤#9和#10，內側加熱器12b的兩端設置電極焊盤#11和#12。另外，在輸出端口2一側的Y分支部分設置的內側加熱器12b的兩端設置電極焊盤#13和#14，外側加熱器12a的兩端設置電極焊盤#15和#16。
圖3和圖4表示本實施例的光開關的控制方法的原理圖。在圖3中的光開關5中，符號21是恒壓直流電源，是為執(zhí)行光路徑轉換的電源。符號22是可變電壓直流電源，是為使光衰減機構作用的電源。
光路徑的轉換通過下述方法執(zhí)行在全部輸入和輸出端口中，把Y分支部分外側、內側的任何一方用金屬薄膜加熱器加熱，使加熱一側的折射率降低，把光導向不加熱的一側(折射率高的一側)。
輸入端口1一側的外側加熱器12a(具有電極焊盤#1和#2的加熱器)、輸入端口2一側的外側加熱器12a(具有電極焊盤#7和#8的加熱器)、和輸出端口2一側的外側加熱器12a(具有電極焊盤#15和#16的加熱器)，如圖3和圖4所示，并聯(lián)布線，通過布線的轉換，連接到恒壓直流電源21，流過直流電流。
同樣，輸入端口1一側的內側加熱器12b(具有電極焊盤#3和#4的加熱器)、輸入端口2一側的內側加熱器12b(具有電極焊盤#5和#6的加熱器)、和輸出端口2一側的內側加熱器12b(具有電極焊盤#13和#14的加熱器)，并聯(lián)布線，通過布線的轉換，連接到恒壓直流電源21，流過直流電流。
通過上述布線的轉換，輸出端口1一側以外的3個端口側(輸入端口1一側，輸入端口2一側，輸出端口2一側)的外側加熱器12a或者內側加熱器12b流過電流，加熱Y分支部分的內側或外側，有助于光路徑的轉換。
如下執(zhí)行光衰減機構用金屬薄膜加熱器加熱Y分支部分的外側和內側，調整加熱量，使Y分支部分的外側和內側的折射率變化，把通過的光的一部分作為泄漏光，從光波導路徑11放出到外部。在本實施例中，在圖1所示的輸出端口1具有這一光衰減機構。
輸出端口1一側的外側加熱器12a(具有電極焊盤#9和#10的加熱器)、和輸出端口1一側的內側加熱器12b(具有電極焊盤#11和#12的加熱器)，如圖3和圖4所示，通過布線的轉換，一方面連接可變電壓直流電源22，另一方面連接恒壓直流電源21，分別流過直流電流。這樣，輸出端口1一側的外側加熱器12a或者內側加熱器12b中的任何一個和其他的金屬薄膜加熱器獨立地與可變電壓直流電源22布線，因此，通過調節(jié)可變電壓直流電源22的電力供給量，可以控制輸出端口1一側的外側加熱器12a或者內側加熱器12b的加熱量，在輸出端口1光衰減機構工作。
圖2表示通過本實施例的光開關轉換光路徑的情況，圖中符號＝＞表示光路徑。關于光路徑，如圖2中所示有兩種。一種如圖2(a)所示，是從輸入端口1輸入的光從輸出端口2輸出，從輸入端口2輸入的光從輸出端口1輸出的狀態(tài)，稱為交叉狀態(tài)。另一種如圖2(b)所示，是從輸入端口1輸入的光從輸出端口1輸出，從輸入端口2輸入的光從輸出端口2輸出的狀態(tài)，稱為直通狀態(tài)。下面表示對這樣的交叉狀態(tài)和直通狀態(tài)的控制方法。
圖3表示在交叉狀態(tài)下向金屬薄膜加熱器的電力供應。在這里表示的交叉狀態(tài)中，4個外側加熱器12a和恒壓直流電源21連接。另外，4個內側加熱器12b中，輸出端口1一側的內側加熱器12b(具有電極焊盤#11和#12的加熱器)連接可變電壓直流電源22。其他內側加熱器12b不連接電源。
在該交叉狀態(tài)下，4個外側加熱器12a都由恒壓直流電源21加熱，外側加熱器12a附近的光波導路徑11由于加熱折射率減小。4個內側加熱器12b中，因為輸出端口1一側的內側加熱器12b以外的不加熱，因此，這些內側加熱器12b附近的光波導路徑不加熱。其結果，只在不加熱的一側變?yōu)槭构獠▽У恼凵渎史植?，如圖2(a)所示，實現(xiàn)了光路徑的轉換。
下面說明交叉狀態(tài)時的輸出端口1的光輸出強度可變衰減功能。在輸出端口1一側設置的內側加熱器12b(具有電極焊盤#11和#12的加熱器)連接可變電壓直流電源22。通過調節(jié)該可變電壓直流電源22的電力供應量、控制其加熱量，即使在應該波導光的一側的光波導路徑中，因為受熱而折射率降低，Y分支部分附近泄漏的光量增加，在輸出端口1實現(xiàn)了光輸出強度可變衰減功能。
圖4表示在直通狀態(tài)下向金屬薄膜加熱器的電力供應。在這里表示的直通狀態(tài)中，4個內側加熱器12b連接到恒壓直流電源21。同時，4個外側加熱器12a中，輸出端口1一側的外側加熱器12a(具有電極焊盤#9和#10的加熱器)連接可變電壓直流電源22。其他外側加熱器12a不連接電源。
在這一直通狀態(tài)中，4個內側加熱器12b都由恒壓直流電源21加熱，內側加熱器12b附近的光波導路徑由于受熱折射率減小。4個外側加熱器12a中，因為輸出端口1一側的外側加熱器12a以外的不加熱，所以在這些外側加熱器12a的附近的光波導路徑不加熱。其結果，只在不加熱的一側變?yōu)槭构獠▽У恼凵渎史植?，如圖2(b)所示，實現(xiàn)了光路徑的轉換。
下面說明直通狀態(tài)時的輸出端口1的光輸出強度可變衰減功能。在輸出端口1一側設置的外側加熱器12a(具有電極焊盤#9和#10的加熱器)連接可變電壓直流電源22。通過調節(jié)該可變電壓直流電源22的電力供應量、控制其加熱量，即使在應該波導光的一側的光波導路徑中，因為受熱而折射率降低，Y分支部分附近泄漏的光量增加，在輸出端口1實現(xiàn)了衰減功能。
在以上說明的圖3、圖4中任何一個的場合，在金屬薄膜加熱器中，為連接位于輸入端口以及沒有光輸出強度衰減功能的輸出端口附近的金屬薄膜加熱器和電源的布線匯總了用于實現(xiàn)交叉狀態(tài)的端子、用于實現(xiàn)直通狀態(tài)的端子、以及用于接地的公共端子這三種端子。
圖5表示在本實施例的光開關的光學特性中由光路徑的轉換引起的插入損失。這一光學特性，在光路徑如圖2(b)所示的直通狀態(tài)和如圖2(a)所示的交叉狀態(tài)時是在各路徑上的透光量和從恒壓直流電源21供應的電力供給量的關系。還有是在停止可變電壓直流電源22、不使用輸出端口1的光衰減機構的狀態(tài)下進行測定的。
作為光路徑在直通狀態(tài)時的透光量，圖5中的直通1-1表示從輸入端口1向輸出端口1的透光量，直通1-2表示從輸入端口1向輸出端口2的透光量，直通2-1表示從輸入端口2向輸出端口1的透光量，直通2-2表示從輸入端口2向輸出端口2的透光量。
另外，作為光路徑在交叉狀態(tài)時的透光量，圖5中的交叉1-1表示從輸入端口1向輸出端口1的透光量，交叉1-2表示從輸入端口1向輸出端口2的透光量，交叉2-1表示從輸入端口2向輸出端口1的透光量，交叉2-2表示從輸入端口2向輸出端口2的透光量。
圖5中的黑色圖表表示應該透過的端口間的透光量，白色圖表表示不應該透過的端口間的透光量。本實施例的光開關，如圖5所示，伴隨電力供應量的增加，進行光分支。在由4個加熱器供應的電力總計是600mW強，可以使透過端口之間的插入損失約3dB，消光比為40dB。
圖6表示在本實施例的光開關的光學特性中，由于光輸出強度可變衰減功能而產生的光強度衰減量。該光學特性表示，對于如圖3所示連接布線，光路徑是交叉的狀態(tài)，將輸出端口1一側的內側加熱器(具有電極焊盤#11和#12的加熱器)連接到可變電壓直流電源22時，輸出端口1的光強度的衰減量和供給輸出端口1一側的內側加熱器的電力供應量的關系。本實施例的光開關，如圖6所示，可以得到10dB以上的衰減量。
在以使用摻鉺光纖光放大器放大為前提進行光強度均化的場合，因為可變衰減量必須達到10dB的程度，可以明白，如圖6所示的本實施例的光開關能夠為此目的得到充分的結果。此外如圖4那樣連接布線，使光路徑為直通狀態(tài)，輸出端口1一側的外側加熱器(具有電極焊盤#9和#10的加熱器)連接可變電壓直流電源22時也能夠得到同樣的結果。
本實施例的光開關，通過加熱在Y分支部分附近設置的金屬薄膜加熱器中外側加熱器12a和內側加熱器12b的任何一方，可以使光路徑成為交叉狀態(tài)或者直通狀態(tài)。因此光路徑的轉換可以通過更換加熱的加熱器實現(xiàn)。
另外，光輸出強度可變衰減功能，可以通過為轉換這一光路徑使在不加熱的金屬薄膜加熱器中的至少一個通過調節(jié)加熱量加熱而實現(xiàn)。由此，可以不新增加加熱器而具有光輸出強度可變衰減功能，不會由于光開關元件的面積增加而使元件成本增加，也沒有由于光路長度的增加引起的插入損失的增加，可以實現(xiàn)低成本、插入損失小的光開關。
進一步，通過使位于具有光輸出強度可變衰減功能的輸出端口附近的至少一個金屬薄膜加熱器獨立于其他金屬薄膜加熱器布線，調節(jié)電力供應量或者外加電壓，可以實現(xiàn)操作性能優(yōu)良的光開關。
此外，像本實施例這樣利用熱光效應調節(jié)折射率的場合，對于作為折射率調節(jié)設備的導電性薄膜，可以在本實施例的金屬薄膜以外使用ITO(銦錫氧化物)、FTO(氟代錫氧化物)等的氧化物薄膜、導電高分子材料等。進一步，對于折射率調節(jié)設備，在上述導電薄膜以外，可以使用鎳線等導線、其他發(fā)熱體等和電源組成的設備等。和本實施例同樣，在導電薄膜和導線等的折射率調節(jié)設備上從電源流過電流，產生焦爾熱，使折射率調節(jié)設備作為加熱器作用，由此可以實現(xiàn)轉換光路徑和光輸出強度可變衰減功能。
另外，將為保持光輸出強度可變衰減功能而使用的電源作為可變電壓直流電源，但是作為能夠調節(jié)金屬薄膜加熱器的加熱量的設備，不限于此，例如，也可以是可變電流電源。
光分插復用器下面說明使用上述光開關的光分插復用器。
本實施例的光分插復用器與圖13所示現(xiàn)有技術的光分插復用器的不同之處在于，不一定需要獨立的可變光衰減器6，光開關5自身具有光輸出強度可變衰減功能。如上所述，本實施例的光開關5，在輸出端口1處有光衰減機構，使光的強度均等，可以在波分復用部分2輸出。
上述與現(xiàn)有技術的不同之點以外的結構和圖13所示現(xiàn)有技術的光分插復用器相同，使上述本實施例的光開關對應波分復用數(shù)目排成多個陣列形成，光開關5的一個輸入端口連接波分復用部分1，另一個輸入端口連接插入端口3。另外，光開關5的一個輸出端口連接波分復用部分2，另一個輸出端口連接分出端口4。
通過對光開關5的金屬薄膜加熱器的加熱狀態(tài)的控制，在光開關5在交叉狀態(tài)的場合，從波分復用部分1輸入的光從分出端口4輸出，從插入端口3輸入的光從波分復用部分2輸出。也就是說，在這一場合，作為插入/分出動作狀態(tài)作用。另外，在光開關5在直通狀態(tài)的場合，從波分解復用部分1輸入的光從波分復用部分2輸出，從插入端口3輸入的光從分出端口4輸出。也就是說，在這一場合作為直通狀態(tài)作用。
此外，這里所說的光強度均化功能，對于摻鉺光纖放大器(EDFA)組件可以說和通過光纖布啦格光柵(FBG)和多膜介質過濾器(TFF)連接無源光元件的增益均等化相同。這些無源光元件稱為增益均衡器(GEQ)或者增益波動過濾器(GFF)，通過對于增益高的波長給予損失而使增益平均化。換言之，像在增益最小的通道上增加光，而在其他通道上衰減光。這里，不用增益均勻而用光強度均勻表現(xiàn)，是因為使用這一光開關，通過變更光開關的輸出端口的連接，不僅可以使通過光放大器放大的信號光的放大增益差均勻，而且也能使從在插入/分出中的插入端口進來的光的強度均勻的緣故。
光通信系統(tǒng)本實施例的光通信系統(tǒng)使用上述光分插復用器構成。使波分復用的各個波長的每一個的光強度均等，因為從插入端口來的入射光的光強度也均等，所以能夠執(zhí)行可靠性高的密集型波分復用通信。
第二實施例光開關本實施例和第一實施例的不同之處在于，光輸出強度可變衰減功能設置在輸出端口1一側、輸入端口2一側。光開關的結構因為和圖1舉例表示的光開關元件相同，因此省略詳細的說明。
圖7和圖8表示本實施例的光開關的控制方法的原理圖。本實施例的光開關設置了可以將具有光輸出強度可變衰減功能的輸出端口1一側設置的外側加熱器(具有電極焊盤#9和#10的加熱器)、和內側加熱器(具有電極焊盤#11和#12的加熱器)連接到可變電壓直流電源22并布線。另外還設置了可以將具有光輸出強度可變衰減功能的輸入端口2一側設置的外側加熱器(具有電極焊盤#7和#8的加熱器)，和內側加熱器(具有電極焊盤#5和#6的加熱器)連接到用于輸入端口的可變電壓直流電源23并布線。由此，對于輸出端口1、輸入端口2，位于各端口附近的至少一個金屬薄膜加熱器可以獨立于其他金屬薄膜加熱器調節(jié)電力供應量，可以使用光輸出強度可變衰減功能。
光路徑的轉換，和第一實施例相同，通過如圖7所示那樣連接布線，實現(xiàn)交叉狀態(tài)的光路徑。另外，通過如圖8所示那樣連接布線，可以實現(xiàn)直通狀態(tài)的光路徑。通過在輸出端口1一側調節(jié)可變電壓直流電源22的電壓來控制加熱量，在輸出端口1側的應該波導光的一側的光波導路徑中，產生隨著加熱量的折射率降低，使Y分支部分附近從光波導路徑泄漏的光量增加，由此實現(xiàn)光輸出強度可變衰減功能。另外在輸入端口2一側，調節(jié)輸入端口使用的可變電壓直流電源23的電壓，和輸出端口1相同，控制加熱量使折射率降低，使Y分支部分附近從光波導路徑泄漏的光量增加，由此來實現(xiàn)光輸出強度可變衰減功能。
因為使光強度衰減形成期望值的光衰減機構可以在輸出端口1一側和輸出端口2一側獨立作用，因此，與第一實施例的有一個光輸出強度可變衰減功能的端口的光開關相比，可以調節(jié)的光強度的可變幅度(動態(tài)范圍)可以為兩倍大。因此，即使在從輸入端口來的光強度很大的場合，也能夠實現(xiàn)高強度高精度的均等化。
第三實施例本實施例和第二實施例的不同之處在于，在輸入端口2一側設置的外側加熱器(具有電極焊盤#7和#8的加熱器)和內側加熱器(具有電極焊盤#5和#6的加熱器)平時與輸入端口所用的可變電壓直流電源23連接。其他結構和第二實施例相同，因此省略說明。使用本實施例，盡管從輸入端口使用的可變電壓直流電源23向輸入端口2一側的金屬薄膜加熱器供給電流，仍然可以實現(xiàn)光路徑的轉換。
由此可以在使輸入端口2一側的光強度可變調節(jié)機構作用的狀態(tài)下實現(xiàn)光路徑的轉換。為此，使在輸入端口2入射的光的強度衰減，成為期望的值，維持這一光強度，可以使光路徑從直通狀態(tài)向交叉狀態(tài)或從交叉狀態(tài)向直通狀態(tài)轉換。因此，在轉換光路徑時，可以使向輸出端口入射的光強度沒有變化、由于光路徑的轉換從光開關射出的光的強度無劇烈變化。在光路徑轉換后，可以通過輸入端口2一側和輸出端口1一側的光強度可變衰減機構將光開關射出的光的強度調節(jié)到希望的值。
在輸入端口2沒有光強度可變衰減機構的場合，或者輸入端口2一側設置的外側加熱器和內側加熱器平常不與輸入端口使用的可變電壓直流電源23連接的場合，例如在過大強度的光從輸入端口2入射的狀態(tài)下，在光路徑從直通狀態(tài)向交叉狀態(tài)轉換時，過大強度的光從輸入端口2射入到輸出端口1。一般，為使光強度成為期望的值，設置檢測在光路徑上傳播的光強度的光強度監(jiān)視器，通過該光強度監(jiān)視器反饋控制折射率調節(jié)設備，衰減光強度成為希望的值。為衰減光強度成為希望的值，反饋控制和折射率調節(jié)設備的響應通常需要數(shù)毫秒。因此，僅在在輸出端口1一側衰減光強度來成為希望的值的場合，使光強度達到希望的值需要數(shù)毫秒時間，期間，過大強度的光從輸出端口1出射。因此，由于在輸出端口1上連接的裝置承受過度的負載，這是不希望的。
光分插復用器本實施例的光分插復用器和第一實施例的不同之處在于使用上述在輸出端口1一側和輸入端口2一側具有光輸出強度可變衰減功能的本實施例的光開關。光開關的輸入端口1連接波分解復用部分1，輸入端口2連接插入端口。另外，光開關的輸出端口1連接波分復用部分，輸出端口2連接分出端口。因為可以使衰減光強度成為希望的值的光衰減機構分別在輸出端口1一側和輸入端口2一側獨立作用，因此可以使動態(tài)范圍很大，即使在從插入端口向輸入端口2的入射光強度很大的場合，也可以實現(xiàn)高精度的光強度均等化，從輸出端口1向波分解復用部分1出射。
另外，在本實施例中，在從輸入端口2入射過大強度的光的狀態(tài)下光路徑從直通狀態(tài)向交叉狀態(tài)轉換的場合，可以使用輸入端口2的光輸出強度可變衰減功能，衰減在輸入端口2的入射光的強度成為希望的值，轉換到維持這一光強度光路徑。由此通過光路徑的轉換，不會有過大強度的光入射到輸出端口1。因此，不會有過大強度的光入射到在輸出端口1上連接的波分復用部分等的裝置，防止給裝置過度的負載。
第四實施例本實施例與第一實施例的不同之處在于，用具有電光效應的光波導路徑代替具有熱光效應的光波導路徑，利用該電光效應調節(jié)折射率。其他結構和第一實施例相同，因此省略其詳細說明。圖9表示利用電光效應調節(jié)折射率的光開關的Y分支部分的一個例子。所謂電光效應，是在光學介質上施加電場時介質的折射率變化的現(xiàn)象。光波導路徑例如可以如特開平6-67232號公開的那樣使用偶氮系列丙烯醛基樹脂的芯部33、環(huán)氧系列紫外線硬化樹脂外層來構造。
圖10表示圖9的A-A′線剖面圖。折射率調節(jié)設備由在硅基板35和外層34之間形成的下金屬薄膜電極32和在外層34的上表面上形成的上金屬薄膜電極31a、31b組成。對于作為折射率調節(jié)設備的下金屬薄膜電極32和上金屬薄膜電極31a、31b，使用導電性薄膜。作為導電性薄膜，可以使用和第一實施例的使用熱光效應同樣的導電性薄膜。上金屬薄膜電極31a、31b，如圖9所示，在每一Y分支部位設置兩個。在上金屬薄膜電極31a、31b的一端各設置布線用的電極焊盤36a、36b。通過如第一實施例那樣的金屬線焊接在組件外殼的電極管腳上布線，連接外部的直流電源的正端子(未示出)。同時，下金屬薄膜電極32和外部直流電源的負端子或者接地端子連接(未示出)。在上金屬薄膜電極31a、31b和下金屬薄膜電極32之間施加電壓，可以在光波導路徑上分布電場。
光路徑的轉換，通過在上金屬薄膜電極31a、31b中的任何一個施加希望的電壓而產生電場，利用電光效應調節(jié)在Y分支部分的兩個分支的路徑中的一個路徑一側的芯部33的折射率到希望的值來進行。為此，本實施例的Y分支部分和第一實施例相同，如圖1所示把4個對置，可以實現(xiàn)兩輸入兩輸出交叉-直通式光開關。在本實施例中，使上金屬薄膜電極31a、31b相當于第一實施例的金屬薄膜加熱器。和第一實施例相同，在Y分支部分設置的上金屬薄膜電極31a、31b中，給位于Y分支部分的內側或者外側任何一方的上金屬薄膜電極上施加電壓，可以使光路徑成為交叉狀態(tài)或直通狀態(tài)。通過在為轉換這一光路徑不施加電壓的至少一個上金屬薄膜電極上施加電壓，調節(jié)施加的電壓值控制電場的強度來調節(jié)Y分支部分的分支點的折射率分布，通過的光的一部分作為漏光從光波導路徑向外部放出，可以實現(xiàn)光輸出強度可變衰減功能。
因為電光效應響應速度快，而且消耗的電力幾乎為零，因此使用本實施例可以實現(xiàn)響應速度快的光開關，而且可以幾乎不需要消耗電力使光開關動作。
此外，在如本實施例那樣使用電光效應作為折射率調節(jié)設備的場合，一般使用基于鈮酸鋰的擴散波導路徑。此外，在K.Nashimoto et al.，“PLZT Electro-Optic Waveguide and Switches”，in Optical Fiber Communication Conference 2001Post deadline 10，Anaheim，2001中公開的鈦酸鋯酸鑭(PLZT)光波導路徑也是適合的。另外，作為光波導路徑芯部33可用的高分子材料，如在特開平6-76256號中公開的，可以舉出溶解或者結合二次非線性感光率大的物質的高分子化合物。例如，可以舉出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等的丙烯醛基酸酯系列樹脂、聚苯乙烯系列樹脂、這些樹脂的重氫置換體等例子。還有，可以使用在特開平4-356030號、特開平5-216079號中記載的均二苯代乙烯化合物、偶氮化合物、甲亞胺化合物生成的有機色素化合物，特開平5-107577號中記載的含有氟原子的高分子中分散的，或者把這些有機色素化合物與該高分子的支鏈結合的化合物。
第五實施例本實施例和第一實施例的不同之處在于光波導路徑的一部分是液晶，控制該液晶的取向狀態(tài)調節(jié)折射率。其他結構和第一實施例相同，因此省略詳細的說明。圖11表示利用基于液晶的取向狀態(tài)變化折射率的光開關的Y分支部分的一個例子。在本實施例中使用的Y分支部分在由石英等制成的光波導路徑中在兩個分支的每一路徑上設置液晶層41和作為折射率調節(jié)設備的透明電極42。圖12表示在圖11中的B-B’線處的液晶層41的剖面圖。使光波導路徑的芯部44的剖面全面露出，切割光波導路徑成矩形形狀，在切割出來的部分上設置液晶層41、透明電極42，形成Y分支部分。液晶層41例如可以使用特表昭63-501512號中記載的高分子分散液晶的復合膜。該高分子分散液晶的復合膜具有在高分子基體44中分散液晶材料微粒43的結構。
作為液晶材料，可以使用例如向列型液晶、近晶型液晶、含膽甾型液晶的抑制向列型液晶等和其他公知的各種液晶。作為形成高分子基體44的高分子材料例如可以舉出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等的丙烯醛基酸酯系列樹脂和環(huán)氧系列高分子。作為透明電極42，可以使用銦錫氧化物(ITO)、氟代錫氧化物(FTO)等透明氧化物薄膜、透明導電高分子材料等。
在一對透明電極42上不施加電壓的場合，液晶層41中的液晶分子處于無取向狀態(tài)，因此從光波導路徑的芯部44向液晶層41入射的光在高分子基體44和液晶材料的微粒43的界面和在液晶材料的微粒43內散射。因此光在液晶層41被遮斷。在透明電極42上施加電壓的場合，液晶層41中的液晶分子在電場方向取向，液晶層41表示出均勻的折射率。因此光透過液晶層41。
這樣，在Y分支部分的兩個分支的路徑中，對于傳播光的路徑，在透明電極42上施加電壓，使液晶層41中的液晶分子取向而使折射率均勻，使光透過，另外，對于不傳播光的路徑，不在透明電極42上施加電壓，光在高分子基體44和液晶材料的微粒43的界面和在液晶材料的微粒43內散射，通過上面的方法實現(xiàn)光路徑的轉換。因此使這一Y分支部分和第一實施例相同，如圖1所示4個對置，可以實現(xiàn)兩輸入兩輸出的交叉-直通式光開關。在本實施例中，通過在Y分支部分的兩個分支的路徑中在傳播光的路徑上設置的透明電極42上施加電壓，可以使光路徑成為交叉狀態(tài)或者直通狀態(tài)。
另外，通過調節(jié)施加在透明電極42上的電壓值，可以調節(jié)液晶層41中液晶分子的取向程度，因此可以調節(jié)液晶層41的折射率的均勻性。由此可以調節(jié)光的散射程度，可以控制液晶層41的透光性。因此，通過在至少一個Y分支部分分支的兩個路徑中，不在不傳播光的路徑的透明電極42上施加電壓，液晶層41中的液晶分子呈無取向狀態(tài)，折射率不均勻，由此散射光，在液晶層41上遮斷了光；另外，通過在傳播光的路徑的透明電極42上施加電壓，調節(jié)其電壓值，調節(jié)液晶層41中的液晶分子的取向程度，調節(jié)液晶層41的折射率均勻性，控制透光性，由此可以實現(xiàn)光輸出強度可變衰減功能。液晶分子的取向狀態(tài)可以用低電力控制，因此使用本實施例可以實現(xiàn)用低消耗電力動作的光開關。
如上所述，根據本發(fā)明，在使4個具有一個光波導路徑分支成兩個光波導路徑的Y分支部分的一輸入兩輸出型光開關對置形成的兩輸入兩輸出型光開關中，在Y分支部分附近設置折射率調節(jié)設備，使這些折射率調節(jié)設備中的一半交替作用實現(xiàn)光路徑的轉換，通過使在為轉換光路徑而不起作用的折射率調節(jié)設備中的至少一個起作用，可以在任何輸入端口和/或輸出端口上具有任意衰減輸出光的強度的光輸出強度可變衰減功能。
由此，可以不新增加折射率調節(jié)設備而具有光輸出強度可變衰減功能，不會由于光開關元件的面積增加而使元件成本增加，也沒有由于光路長度的增加引起的插入損失的增加，因此可以實現(xiàn)低成本插入損失小的光開關。
另外，位于具有光輸出強度可變衰減功能的輸入端口和輸出端口附近的至少一個導電性薄膜獨立于其它導電性薄膜布線，可以調節(jié)電力供給量或者施加的電壓，由此可以實現(xiàn)操作性優(yōu)良的光開關。
進一步，由于在芯部使用了具有大的電光效應的高分子材料，可以使芯部和電極的距離成為希望的值，因此可以實現(xiàn)響應速度快的光開關，而且?guī)缀醪恍枰碾娏Χ构忾_關動作。
另外通過制作利用液晶折射率的異向性的光開關，實現(xiàn)了低消耗電力動作的光開關。
另外，通過配置多個本發(fā)明的光開關，光開關的一個輸入端口連接波分解復用部分，另一個輸入端口連接插入端口，光開關的一個輸出端口連接波分復用部分，另一個輸出端口連接分出端口，實現(xiàn)光開關的光路徑轉換，實現(xiàn)插入/分出狀態(tài)和直通動作狀態(tài)的轉換，可以實現(xiàn)各通道都不與其他獨立的可變光衰減器連接而能夠均化輸出光的強度的光分插復用器。
另外，通過使用本發(fā)明的光分插復用器進行波分復用通信，使波分復用的各波長的每一光強度均勻，從插入端口來的光強度也被均勻化，因此可以實現(xiàn)能夠執(zhí)行高可靠性的密集型波分復用通信的光通信系統(tǒng)。
權利要求
1.一個光開關，它是使4個具有一個光波導路徑分支成兩個光波導路徑的Y分支部分的一輸入兩輸出型光開關對置形成的兩輸入兩輸出型光開關，其特征在于，在該Y分支部分的附近各設置兩個折射率調節(jié)設備，使這些折射率調節(jié)設備中的一半交替作用實現(xiàn)光路徑的轉換，使在為轉換光路徑不起作用的折射率調節(jié)設備中的至少一個起作用，可以在任何輸入端口和/或輸出端口具有任意衰減輸出光強度的光輸出強度可變衰減功能。
2.權利要求1所述光開關，其特征在于，所述折射率調節(jié)設備至少由導電性薄膜和電源組成，在該導電性薄膜上施加電壓，通過調節(jié)電力供給量或者施加的電壓來調節(jié)所述光波導路徑的折射率。
3.權利要求2所述光開關，其特征在于，位于具有上述光輸出強度可變衰減功能的輸入端口和輸出端口附近的至少一個導電性薄膜獨立于其它導電性薄膜布線，可以調節(jié)電力供給量或者施加的電壓。
4.權利要求2所述光開關，其特征在于，用于連接位于沒有上述光輸出強度可變衰減功能的輸入端口和輸出端口附近的導電薄膜和電源的布線，匯總用于實現(xiàn)交叉狀態(tài)的端子、用于實現(xiàn)直通狀態(tài)的端子、以及用于接地的公共端子的3種端子。
5.權利要求3所述光開關，其特征在于，用于連接位于沒有上述光輸出強度可變衰減功能的輸入端口和輸出端口附近的導電薄膜和電源的布線，匯總用于實現(xiàn)交叉狀態(tài)的端子、用于實現(xiàn)直通狀態(tài)的端子、以及用于接地的公共端子的3種端子。
6.權利要求2所述光開關，其特征在于，所述導電性薄膜是金屬薄膜。
7.權利要求3所述光開關，其特征在于，所述導電性薄膜是金屬薄膜。
8.權利要求4所述光開關，其特征在于，所述導電性薄膜是金屬薄膜。
9.權利要求5所述光開關，其特征在于，所述導電性薄膜是金屬薄膜。
10.權利要求1所述光開關，其特征在于，所述折射率調節(jié)設備是加熱器，通過該加熱器調節(jié)加熱量、利用熱光效應實現(xiàn)光路徑的轉換。
11.權利要求1所述光開關，其特征在于，上述折射率調節(jié)設備是產生電場的電極，通過該電極調節(jié)電場的強度，利用電光效應實現(xiàn)光路徑的轉換。
12.權利要求1所述光開關，其特征在于，上述折射率調節(jié)設備是產生電場的電極，而且光波導路徑的至少一部分由液晶組成，通過該電極調節(jié)電場的強度，控制該液晶的取向狀態(tài)實現(xiàn)光路徑的轉換。
13.一個光分插復用器，其特征在于，通過配置多個權利要求1所述的光開關，該光開關的一個輸入端口連接波分解復用部分，另一個輸入端口連接插入端口，該光開關的一個輸出端口連接波分復用部分，另一個輸出端口連接分出端口，實現(xiàn)光開關的光路徑轉換，實現(xiàn)插入/分出狀態(tài)和直通動作狀態(tài)的轉換，可以根據每一通道的光輸出強度可變衰減功能來實現(xiàn)光強度的均等化。
14.一種光通信系統(tǒng)，其特征在于，使用權利要求13所述光分插復用器實現(xiàn)波分復用通信。
全文摘要
本發(fā)明提供一種插入損失小、操作性優(yōu)良、低成本的光開關。本發(fā)明的光開關，是使4個具有一個光波導路徑11分支成兩個光波導路徑11的Y分支部分的一輸入兩輸出型光開關對置形成的兩輸入兩輸出型光開關，有如下構成在該Y分支部分的附近各設置兩個折射率調節(jié)設備12a、12b，使這些折射率調節(jié)設備12a、12b中的一半交替作用實現(xiàn)光路徑的轉換，使在為轉換光路徑不起作用的折射率調節(jié)設備12a、12b中的至少一個起作用，可以在任何輸入端口和/或輸出端口上具有任意衰減輸出光強度的光輸出強度可變衰減功能。
文檔編號H04Q3/52GK1441305SQ03110528
公開日2003年9月10日 申請日期2003年2月17日 優(yōu)先權日2002年2月19日
發(fā)明者佐久間健, 藤田大吾, 小川弘晉, 大道浩児, 細谷英行 申請人:株式會社藤倉