光路切替装置および光信号の光路切替方法
【課題】同一の光路切替装置により、信号光を制御光の本数以上の複数の光路に切り替える。
【解決手段】光路切替装置は、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の端面の内、中心に載置された光ファイバー端面から出射する信号光１０００および６つの周辺光ファイバー端面の１つから単独または隣接する２つから同時に出射される制御光１０１１，１０１２等がコリメートレンズ２および集光レンズ３を介して熱レンズ形成素子４に収束・照射され、熱レンズ形成素子４を通過した信号光がコリメートする受光レンズ６と、くさび型プリズム部分を含む１２角錐台プリズム７と、結合レンズ８とを介して、結合レンズ８から出射した直進または光路切替された信号光が、受光素子である１３芯バンドル光ファイバー９の光ファイバー端面９００〜９１２のいずれかに、制御光照射の有無と制御光の組合せに応じて選択的に入射する。
【解決手段】光路切替装置は、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の端面の内、中心に載置された光ファイバー端面から出射する信号光１０００および６つの周辺光ファイバー端面の１つから単独または隣接する２つから同時に出射される制御光１０１１，１０１２等がコリメートレンズ２および集光レンズ３を介して熱レンズ形成素子４に収束・照射され、熱レンズ形成素子４を通過した信号光がコリメートする受光レンズ６と、くさび型プリズム部分を含む１２角錐台プリズム７と、結合レンズ８とを介して、結合レンズ８から出射した直進または光路切替された信号光が、受光素子である１３芯バンドル光ファイバー９の光ファイバー端面９００〜９１２のいずれかに、制御光照射の有無と制御光の組合せに応じて選択的に入射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信や光情報処理等の光エレクトロニクスやフォトニクスの各分野において活用され、熱レンズ方式光制御式光路切替スイッチを利用して光路の切替を行う光路切替装置、および光信号の光路切替方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者等は、先に、新しい原理に基づく光路切替装置および方法を発明した（特許文献１参照）。この光路切替装置等では、熱レンズ形成素子内の制御光吸収領域に対して、制御光吸収領域が吸収する波長帯域の制御光と、制御光吸収領域が吸収しない波長帯域の信号光とを、各光軸が一致するように収束させて照射し得る構成を有している。この構成によれば、熱レンズ形成素子内の制御光吸収領域への信号光の照射に対して、制御光の照射は選択的に行われる。制御光の照射が信号光の照射と同時に行われないときには信号光が穴付ミラーの穴を通して直進し、他方、制御光の照射が信号光の照射と同時に行われるときには信号光の進行方向に対して傾けて設けた穴付ミラーで反射して光路を変更させる。特許文献１には、１種類の波長の制御光によって制御光の進行方向を２方向に切り替えることができる光制御型光路切替装置が開示されている。この光制御型光路切替装置は以下では「１対２型光制御型光路切替装置」と記す。
【０００３】
更に、本発明者等は、熱レンズ形成素子および穴付ミラーを複数組み合わせて用いて構成した光制御式の光路切替装置および光信号光路切替方法を発明した（特許文献２参照）。この光路切替装置等では、制御光吸収領域が吸収する波長帯域と制御光の波長とを１対１に対応させており、更に、例えば吸収波長帯域の異なる色素を用いた３種類の制御光吸収領域の熱レンズ形成素子を合計７個組み合わせて使用し、併せて、３種類の波長の制御光の各々の明滅を制御することにより、例えばサーバのデータを８箇所に光制御方式で切り替えて配信するシステムが開示されている。
【０００４】
なお、上記の特許文献１，２に開示された光路切替の方式では、制御光を照射した場合、熱レンズ効果によって信号光のビーム断面形状はリング状に変化する。そこで、これらの光路切替方式を以下では「リングビーム方式」と記すこととする。
【０００５】
更に、本発明者等は、その後、特許文献３〜６に開示される通り、光路変更方法および光路切替装置を提案した。これらの光路変更方法および光路切替装置によれば、熱レンズ形成素子中の制御光吸収領域に、制御光吸収領域が吸収する波長帯域の制御光、および制御光吸収領域が吸収しない波長帯域の信号光を入射させ、制御光および信号光は、制御光吸収領域にて収束するように照射されかつ各々の光の収束点の位置が異なるように照射される。制御光および信号光は、光の進行方向で制御光吸収領域の入射面またはその近辺で収束し、その後、拡散する。これにより、制御光吸収領域内で制御光を吸収した領域およびその周辺領域に温度上昇が起き、当該温度上昇に起因して可逆的に熱レンズの構造が変化し、屈折率が変化して、信号光の進行方向を変化させることができる。特許文献３〜６に記載される光路変更の方式では、制御光を照射しても信号光のビーム断面形状はほぼ円形に保たれる。そこで、当該光路変更の方式を以下では「丸ビーム方式」と記すこととする。
【０００６】
特許文献４，５には、１種類の波長の制御光によって制御光の進行方向を２方向に切り替える１対２型光制御型光路切替装置が開示されている。また特許文献５，６には、例えば、７芯光ファイバーの中心の光ファイバーから出射する信号光の光路を、中心の光ファイバーの周辺に設けられた光ファイバーから出射する制御光によって７方向に切り替える光制御型光路切替装置が開示されている。この光制御型光路切替装置を以下では「１対７型光制御型光路切替装置」と記す。また、従来の丸ビーム方式の光制御型光路切替装置、特に１対７型光制御型光路切替装置において、制御光および信号光は制御光吸収領域にて収束するように照射されかつ各々の光の収束点の位置が異なるように照射されるが、複数の制御光ビームおよび１つの信号光ビームの光軸の位置合わせの煩雑さを避け、また、偏波依存性に悪影響を与えるダイクロマティックミラーの使用を避けるため、特許文献７に記載の端面近接多芯バンドル光ファイバーが好適に用いられる。更に、特許文献８には熱レンズ効果を有効に利用するために適した熱レンズ形成素子の形態、および、熱レンズ形成素子に用いられる色素溶液の溶剤の粘度および粘度の温度特性について詳しく開示されている。また特許文献６には、例えば、７方向に切り替えられた信号光を７芯光ファイバーで検出する光制御型光路切替装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３８０９９０８号公報
【特許文献２】特許第３９０６９２６号公報
【特許文献３】特開２００７−２２５８２５号公報
【特許文献４】特開２００７−２２５８２６号公報
【特許文献５】特開２００７−２２５８２７号公報
【特許文献６】特開２００８−０８３０９５号公報
【特許文献７】特開２００８−０７６６８５号公報
【特許文献８】特開２００９−１７５１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の特許文献１〜８では、いずれも１つの信号光源からの信号光を制御光照射の有無により、複数の光路に切り替える方法および装置について述べている。しかし、同一の光路切替装置により、１つの信号光を更に１３以上の複数の光路に切り替えを行いたいという要望がある。ここで、上述の１対７型光制御型光路切替装置に用いられる照射側端面近接７芯バンドル光ファイバーは、中心に配置されたシングルモード信号光照射ファイバーの周りに６本のシングルモード制御光照射ファイバーを最密に配置したものであり、合計７本のシングルモード光ファイバーのコア中心間距離が２５〜４０μｍに規定されたものであるが、この７芯バンドル光ファイバーの外周へ制御光照射ファイバーを最密に追加しても、前記信号光照射ファイバーと前記外周の制御光照射ファイバーとのコア間距離が４０μｍを超えてしまうため、熱レンズ効果による光路変更を充分に行えなくなる、という制約がある。
【０００９】
また、例えば、上述の１対７型光制御型光路切替装置を複数個用いて、それぞれの光路切替装置の信号光を７方向に光路を切り替えて、複数の信号光を複数の光路に切り替えて１つの受光素子に受光させるためには、受光素子の上流側に、光学ミキサーを配置する必要があり、装置構成が煩雑になる。具体的に、例えば、２対２型光制御型光路切替装置を構成する方法として、２台の１対２型光制御型光路切替装置を並列に並べて、これらの２台の１対２型光制御型光路切替装置の出力端を、２台の２対１の光ミキサー（合波器）を用いて束ねることにより、２対２型光制御型光路切替装置を構成可能であるが、順方向については正常動作が可能であるが、逆方向については、光ミキサー（合波器）部分が分波器として働くために、２対２型光制御型光路切替装置が構成できない。これを回避する方法として、４台の１対２型光制御型光路切替装置を用いる構成法がある。すなわち、２台の１対２型光制御型光路切替装置を並列に並べて、上述の光ミキサーの代わりに２台の１対２型光制御型光路切替装置を逆向きに並列に並べて接続することにより、２対２型光制御型光路切替装置が構成できる。この方法により、６対６型光制御型光路切替装置を構成するためには、１２台の１対７型光制御型光路切替装置が必要となり、装置構成が煩雑になる。
【００１０】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバーを用いた同一の光路切替装置により、１つの信号光を１３以上の複数の光路に切り替え可能とする、光路切替装置および光信号の光路切替方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光路切替装置および光信号の光路切替方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１２】
本願請求項１に係る発明の光路切替装置は、
７芯バンドル光ファイバーの中心に配置された光ファイバーであって、１端は１種類以上の波長の信号光の光源に接続され、他端の端面から前記信号光を出射する１本の信号光照射ファイバーと、
前記１本の信号光照射ファイバーの周囲に最密に配置された６本の光ファイバーであって、１端は前記信号光とは異なる特定波長の制御光の光源に各々接続され、他端の６つの端面はいずれも前記信号光の出射端面と同一の平面上に配置され、これらの端面から前記制御光を、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接するいずれか２つの端面から２本並列で出射する６本の制御光照射ファイバーと、
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、前記光吸収層内にて収束させて入射させる第１の集光手段と、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらずに、または、前記制御光が照射され進行方向が変更されて、前記熱レンズ形成素子から広がりながら出射する信号光を受光し、コリメートする受光レンズと、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらずに前記熱レンズ形成素子から前記受光レンズを経て直進してくる直進信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変更されて前記熱レンズ形成素子から前記受光レンズを経て進行してくる光路切替信号光との、直進信号光進行方向に対する光路切替信号光の進行方向の角度差を大きくするための［６Ｎ］角錐台プリズムであって、前記直進信号光は［６Ｎ］角錐台の底面と台面のなす平板部分に垂直に入射して更に直進し、一方、前記光路切替信号光は、［６Ｎ］角錐台の底面と［６Ｎ］面の斜面のいずれか１つが構成するくさび型プリズム部分を通過することで前記角度差が拡大して出射するよう載置された［６Ｎ］角錐台プリズムと、
前記［６Ｎ］角錐台プリズムから出射した信号光を集光する第２の集光手段と、
前記第２の集光手段により集光された信号光の内、制御光が照射されず直進する信号光を受光する１つの直進信号光受光ファイバーと、前記直進信号光受光ファイバーと中心軸を共有する円筒上に等間隔かつ並列に束ねられ配置されていて、第２の集光手段により集光された信号光の内、制御光が照射されて光路切替された信号光を各々受光する［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーとから構成される光ファイバー受光素子と、
を有し、
前記Ｎは、２，３または４であり、
前記熱レンズ形成素子は、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内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過渡的に熱レンズが形成され、該熱レンズにより、前記光吸収層内に屈折率分布が生じ、前記信号光の進行方向を変え、光路切替を行い、
前記［６Ｎ］角錐台プリズムにおいては、前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と底面からなる平板部分を通過し、前記第２の集光手段により集光されて前記ファイバー受光素子の中心に載置された直進信号光受光ファイバーに入射し、前記制御光の１つ以上が照射され光路が変更された信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの斜面と底面からなるくさび型プリズム断面部分を通過した後、前記第２の集光手段により集光され前記ファイバー受光素子において円筒状に等間隔に整列した［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれかに入射するように、前記制御光は、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接するいずれか２つの端面から２本並列で出射するよう制御されることによって、前記信号光照射ファイバーから出射する信号光の光路を［６Ｎ＋１］方向へ光路切替することを特徴とする。
【００１３】
本願請求項２に係る発明の光路切替装置は、
前記６本の制御光照射ファイバーは１端において、合計６基の制御光光源と各々１対１に接続され、前記６基の制御光光源のいずれか１基、または、互いに隣接するいずれか２基を発振させることで前記信号光照射ファイバーから出射する信号光の光路を、前記６基の制御光光源のいずれも発振せず前記信号光が直進する場合を含め、［６Ｎ＋１］方向へ光路切替することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置である。
【００１４】
本願請求項３に係る発明の光路切替装置は、
少なくとも、
前記光ファイバー受光素子の中心の信号光受光ファイバーの１端に接続された光電変換素子を有する１基の光信号受信ユニットと、
前記光ファイバー受光素子の周辺の［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれか１本の１端に接続された光電変換素子と、
１または２基の制御光光源と、
前記１または２基の制御光光源に各々接続された１本の制御光伝搬ファイバーと、
を各々有する［６Ｎ］基の光信号受信ユニットと、
前記６本の制御光照射ファイバーのいずれか１本を１端とし、［Ｎ＋１］本の他端が前記制御光伝搬ファイバーのいずれか１本に接続された、６基の１対［Ｎ＋１］型合波器と、
を有する光路切替装置であって、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、特定の６基からの各１本の制御光伝搬ファイバーのいずれか１本は前記１対［Ｎ＋１］型合波器の特定の１基と１対１に接続し、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、前記特定の６基を除く光信号受信ユニットからの各２本の制御光伝搬ファイバーは各々、互いに隣接する２本の制御光照射ファイバーに接続した特定の前記合波器に各々２対２に接続することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置である。
【００１５】
本願請求項４に係る発明の光路切替装置は、
少なくとも、
前記光ファイバー受光素子の中心の信号光受光ファイバーの１端に接続された光電変換素子を有する１基の光信号受信ユニットと、
前記光ファイバー受光素子の周辺の［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれか１本の１端に接続された光電変換素子と、
２基の制御光光源と、
前記２基の制御光光源に各々接続された１対の制御光伝搬ファイバーと、
を各々有する［６Ｎ］基の光信号受信ユニットと、
前記６本の制御光照射ファイバーのいずれか１本を１端とし、［Ｎ＋１］本の他端が前記制御光伝搬ファイバーのいずれか１本に接続された、６基の１対［Ｎ＋１］型合波器と、
を有する光路切替装置であって、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、特定の６基からの各１対の内、１本の制御光伝搬ファイバーは前記１対［Ｎ＋１］型合波器の特定の１基と１対１に接続し、
各々１対の内の残りの１本は何にも接続しないダミーファイバーとし、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、前記特定の６基を除く光信号受信ユニットからの各２本の制御光伝搬ファイバーは各々、互いに隣接する２本の制御光照射ファイバーに接続した特定の前記合波器に各々２対２に接続することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置である。
【００１６】
本願請求項５に係る発明の光路切替装置は、
前記光ファイバー受光素子は、
少なくとも、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光を受光する、中心に載置された光ファイバー（以下、「中心光ファイバー」という。）と、
前記中心光ファイバーと中心軸を共通とする円周上に、次の５通りの形態から選択される１つの形態で、等間隔に並列配置された［６Ｎ］本の周辺光ファイバーからなることを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置である。
（１）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］とし、その周辺に隙間なく前記［６Ｎ］本の周辺光ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（２）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、中心光ファイバーのクラッド径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］とし、その周辺に隙間なく前記［６Ｎ］本の周辺光ファイバーが載置されている。
（３）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］よりも大きくし、
前記フェルールの表面に前記周辺光ファイバーを載置するためのＶ字型断面の溝を［６Ｎ］本、等間隔で設け、前記Ｖ字型断面の溝毎に前記周辺光ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（４）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））＋１〕］よりも大きくし、
前記フェルールの中心軸から半径［ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］よりも大きい半径の円周上に等間隔で設けられた［６Ｎ］個の孔に各々周辺ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（５）中心光ファイバーの周辺に［６（Ｎ−１）］本の、中心光ファイバーと同じ外径の位置決め用光ファイバーを最密に載置し、更に、前記位置決め用光ファイバーの周囲に［６Ｎ］本の中心光ファイバーと同じ外径の周辺光ファイバーが最密に載置されている。
【００１７】
本願請求項６に係る発明の光信号の光路切替方法は、
１本の信号光照射光ファイバーの端面から１種類以上の波長の信号光を出射させ、
前記信号光照射光ファイバーの周囲に最密に配置された６本の制御光照射光ファイバーの端面から前記信号光とは異なる特定波長の制御光を、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接する２つの端面から同時に出射させ、
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素子に、前記信号光と前記制御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、前記光吸収層内にて収束するよう集光して照射し、
前記信号光については前記熱レンズ形成素子を透過させ、
前記制御光については前記熱レンズ形成素子内の前記光吸収層において光吸収、光吸収に伴う温度上昇、温度上昇に伴う密度低下、密度低下に伴う屈折率低下を、前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こさせ、その結果、熱レンズを過渡的に形成させて、前記信号光の進行方向を変えて光路切替させ、
前記熱レンズ形成素子から広がりながら出射する直進および光路切替信号光を受光レンズにてコリメートし、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と底面がなす平板部分を通過させ、
前記制御光が照射され光路切替された信号光は前記［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と斜面がなすくさび型プリズム部分を通過させ、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった前記直進信号光は受光素子の１つの中心素子へ収束入射させ、
前記制御光が照射されて進行方向が切替られた光路切替信号光は、前記中心素子を中心として受光素子の周辺の円周上に等間隔で並列に配置された受光素子の［６Ｎ］周辺素子へ収束入射させ、
前記Ｎは２、３または４であり、
前記信号光の光路を、直進の１方向と周辺への［６Ｎ］方向との合計［６Ｎ＋１］の方向へ光路切替する、
ことを特徴とする光信号の光路切替方法である。
【００１８】
本願請求項７に係る発明の光信号の光路切替方法は、
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の制御光光源を、いずれか１基が単独で、または、互いに隣接する２基が同時に発振するよう電気的に制御することを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法である。
【００１９】
本願請求項８に係る発明の光信号の光路切替方法は、
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の合波器へ６基以上の制御光光源からの制御光を１つの合波器へ単独で、または、互いに隣接する２つの合波器へ同時に伝搬させることを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法である。
【００２０】
本願請求項９に係る発明の光信号の光路切替方法は、
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々直接接続された６基の制御光光源の照射の有無および照射強度を、予め定められた試行錯誤方式プログラミングに従って自動的に調整し、前記信号光が光路切替されて収束入射される前記受光素子の［６Ｎ］周辺素子のいずれか１つへの光路切替を最適化する手順を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法である。
【００２１】
本願請求項１０に係る発明の光信号の光路切替方法は、
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の合波器を経由して接続された６基以上の制御光光源の照射の有無および照射強度を、予め定められた試行錯誤方式プログラミングに従って自動的に調整し、前記信号光が光路切替されて収束入射される前記受光素子の［６Ｎ］周辺素子へのいずれかへの光路切替を最適化する手順を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る光路切替装置および光信号の光路切替方法は、次の効果を奏する。すなわち、１種類以上の波長の信号光を同一の光学装置により１３，１９または２５の方向に光路切り替えが可能となり、複数の１対２〜６型光路切替装置を組み合わせて使用する方法に比較して、省スペース、低消費電力、利便性向上等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１ａ】本発明の第１〜第２の実施の形態に共通の光路切替装置の斜視概念図であり、制御光が照射されない場合と、１つの制御光１０１１が照射された場合の信号光の光路を比較して図示したものである。
【図１ｂ】本発明の第１〜第２の実施の形態に共通の光路切替装置の斜視概念図であり、制御光が照射されない場合と、２つの制御光１０１２および１０１３が同時に照射された場合の信号光の光路を比較して図示したものである。
【図２ａ】図１ａの場合における熱レンズ１１１による信号光・光路切替の様子を理解しやすくするため、レンズ２，３，６，８を省略し、要所を拡大して図示した概念図である。
【図２ｂ】図１ｂの場合における熱レンズ１１２および１１３による信号光・光路切替の様子を理解しやすくするため、レンズ２，３，６，８を省略し、要所を拡大して図示した概念図である。
【図３】本発明の第１〜第２の実施の形態に共通の光路切替装置において共通に用いられる照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の出射端面を表す概念図である。
【図４】本発明の第１〜第２の実施の形態に共通の光路切替装置において共通に用いられる１３芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面を表す概念図である。
【図５ａ】本発明の第１〜第２の実施の形態に共通の光路切替装置において共通に用いられる１２角錐台プリズムの１例の平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図５ｂ】本発明で用いられる［６Ｎ］角錐台における光線の入射と出射を表す概念図である。
【図６】本発明で用いられる［６Ｎ］芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面における受光光ファイバー端面（受光チャンネル）の配置をＮが（ａ）２の場合、（ｂ）３の場合、および、（ｃ）４の場合について表した概念図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の光路切替装置における光ファイバー受光素子から受光側光送受信装置への光ファイバー配線（実線の矢線）、および、受光側光送受信装置から６個の制御光光源への電気信号線（鎖線の矢線）を図示した概念図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の光路切替装置における光ファイバー受光素子から受光側光送受信装置への光ファイバー配線（実線の矢線）、および、受光側光送受信装置が各々２基搭載する制御光光源から６基の光合波器を経由し制御光照射ファイバーへ結合する光ファイバー結線（鎖線の矢線）を図示した概念図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の光路切替装置において用いられる１３芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面の１例を表す概念図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の光路切替装置において用いられる１３芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面の１例を表す概念図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態の光路切替装置において用いられる１３芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面の１例を表す概念図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態の光路切替装置における受光側の端面１９（１３）芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面を表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
〔第１の実施形態〕
図１ａ，１ｂ、図２ａ，２ｂ、図３、図４、図５ａ，５ｂおよび図７を参照して本発明の第１の実施形態に係る光路切替装置を説明し、併せて光信号の光路切替方法を説明する。なお、各図面において共通の構成要素については同一の符号を付して表している。
【００２６】
本発明の光路切替装置は共通して、以下に記述するような構成要素からなり、機能を発揮する。図１ａおよび図１ｂに示すように、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の信号光照射ファイバー１０の端面から出射した信号光１０００はコリメートレンズ２によってコリメートされ、次いで集光レンズ３によって集光され、熱レンズ形成素子４に照射される。ここで、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバー１１〜１６（図３に示す）のいずれからも制御光が照射されない場合、信号光１０００は制御光吸収層５に吸収されず、直進し、受光レンズ６、１２角錐台プリズム７の底面７７０と台面７００（図５ａに示す）のなす平板部分７８０（図５ｂに示す）を通過し、結合レンズ８にて収束されて、１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の中心に載置された光ファイバーのコア９００に入射する。
【００２７】
熱レンズ形成素子４は上記信号光１０００の波長、例えば１２５０〜１６００ｎｍは透過し、一方、制御光１０１１〜１０１３の波長、例えば９８０ｎｍを選択的に吸収する制御光吸収層５を有する。熱レンズ形成光素子４としては、例えば、厚さ５００μｍの石英製円板２枚と厚さ５００μｍの石英製スペーサーからなる直径８〜１０ｍｍのコイン型の溶液セルに、吸収極大波長９５０ないし１０５０ｎｍであって信号光の波長帯域、例えば１３１０ないし１６００ｎｍの帯域に光吸収のない有機色素を沸点範囲２９０ないし３００℃の有機溶剤に溶解し、液厚５００μｍの場合で９８０ｎｍの吸光度を５．０以上に濃度調整した色素溶液を充填し、注入孔をエポキシ接着剤で密閉したものが用いられる。言うまでもなく、色素溶液は制御光吸収層５の色素吸収層として作用する。
【００２８】
このような熱レンズ形成素子４へ、その制御光吸収層５が吸収する波長の制御光を、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１１〜１６の１つまたは隣接する２つから照射させ、コリメートレンズ２によってコリメートし、次いで集光レンズ３によって集光し、熱レンズ形成素子４の特定の位置に照射し、制御光吸収層５の内部に熱レンズを形成させる。図１ａおよび図２ａに例示するように、例えば、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１１から制御光１０１１のみが出射した場合、熱レンズ形成素子４の制御光吸収層５を通過している信号光ビームの数十μｍ上方に熱レンズ１１１が形成され、信号光ビームは熱レンズから遠ざかる方向、この場合、下方に光路切替され、点線の矢線で表示された信号光１１０１として、受光レンズ６を通過した後、１２角錐台プリズム７の底面７７０と傾斜面７０７（図５ａに示す）からなるくさび型プリズム部分７８７（図５ｂに示す）を通過することで光路切替され、この場合、上方に進行する信号光ビーム１１０２として結合レンズ８を通過した後、収束された信号光ビーム１９０１として１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の「時計の１２時の位置」に配置された周辺光ファイバーのコア９０１に入射する。また、図１ｂおよび図２ｂに例示するように、例えば、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１２および１３から２本の制御光１０１２および１０１３が出射した場合、熱レンズ形成素子４の制御光吸収層５を通過している信号光ビームの数十μｍ右方に熱レンズ１１２および１１３が形成され、信号光ビームは熱レンズから遠ざかる方向、この場合、左方に光路切替され、点線の矢線で表示された信号光１２１３１として、受光レンズ６を通過した後、１２角錐台プリズム７の底面７７０と傾斜面７１０または７０４（図５ａに示す）からなるくさび型プリズム部分を通過することで光路切替され、この場合、右方に進行する信号光ビーム１２１３２として結合レンズ８を通過した後、収束された信号光ビーム１９０４として１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の「時計の３時の位置」に配置された周辺光ファイバーのコア９０４に入射する。
【００２９】
同様にして、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１１〜１６（図３に示す）の１つまたは隣接する２つから制御光照射させることで、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の信号光照射ファイバー１０の端面から出射した信号光１０００を光路切替して、１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の「時計の１２，１〜１１時の位置」に配置された周辺光ファイバーのコア９０１〜９１２（図４に示す）のいずれかへ入射させることができる。すなわち、制御光が照射されない場合の信号光の直進および１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の中心に載置された光ファイバーのコア９００への入射を含め、信号光１０００の光路を１３方向に切り替えることが可能となり、１対１３型光路切替装置が提供される。照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１１〜１６からの制御光照射と、光路切替後の受光側１３芯バンドル光ファイバー７への信号光入射の詳細については後述する（表１，２参照）。
【００３０】
以下、本発明の光路切替装置に共通して用いられる構成要素の各々について、順を追って説明する。
【００３１】
照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の出射端面の概略構成を図３に示す。照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１は、熱レンズ方式の光制御光スイッチを構成する重要な素子の１つである。すなわち、熱レンズ形成素子４の内部に過渡的に形成された熱レンズを用いて信号光１０００の進行方向を、信号光のビーム断面のエネルギー分布をガウス分布（光路切替された信号光を光ファイバーに戻す上で重要な条件である）のまま、変更するためには、平行して進行する信号光と制御光のビーム中心間の距離を２５ないし４０μｍに制御する必要があることが実験的に確認されており、この条件を繊細な光学系の調整無しに実現するために端面近接７芯バンドル光ファイバーが開発された。
【００３２】
照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１は、信号光の波長のレーザー伝搬に好適なシングルモード光ファイバー１本を中心に置き、その周りに、制御光の波長のレーザー伝搬に好適なシングルモード光ファイバー６本を、以下の条件で最密に束ねたものである。
（１）合計７本のファイバーの外径（以下、クラッド径ともいう）を±１μｍ未満、好ましくは±０．３μｍの精度で揃える。
（２）前記クラッド径は４０μｍ以下が好ましい。
【００３３】
例えば、信号光の波長１３１０〜１４９０ｎｍの伝搬に適合した光ファイバー（コア径約１０μｍ、クラッド径１２５μｍ）および制御光の波長９８０ｎｍの伝搬に適した光ファイバー（コア径約８μｍ、クラッド径１２５μｍ）を、それぞれ、フッ化水素−フッ化アンモニウム水溶液にて室温でエッチングしてクラッド径を３９μｍとし、クラッド径の公差が上記条件を満足することを確認し、信号光用光ファイバー１本を中心に置き、制御光用光ファイバー６本をその周辺に配置して束ね、エポキシ接着剤３１とともに、セラミック製フェルール３０の孔に挿入し、接着剤を硬化させた後、束ねた方の端面をフェルールとともに垂直に研磨することによって、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１を製造することができる。
【００３４】
照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の非結束末端は、中心の１本の信号光用ファイバーは信号光光源（図示せず）に、周辺の６本の制御光用ファイバーは、制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６（図７の場合）または制御光合波器８１１〜８１６（図８の場合）に接続される。
【００３５】
本発明の第１の実施の形態においては、以下、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の非結束末端の内、周辺の６本の制御光用ファイバーを６基の制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６に接続した場合（図７）について詳細に説明する。なお、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の６本の制御光用ファイバーを６基の制御光光源に１対１に接続する方式は、用途として、例えば、複数の光ファイバーセンサーからの信号を、光信号解析装置の手前で、光−光スイッチで切り替える場合に好適に用いられる。
【００３６】
照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１を構成する７本の光ファイバーのクラッド径は、熱レンズ効果のみを効率良く発揮させるためには４０μｍ以下、可能であれば２５μｍ程度が好ましい。しかしながら、クラッド径を４０μｍよりも小さくすると、コア内を伝搬するレーザーの閉じ込めが充分行えず、伝搬損失が増大する（トンネル効果）、また、外力に対する強度が著しく低下し７本束ねる際の歩留まりが極めて悪化する、などの制約が大きくなる。これらの相反する事象のバランスを考慮すると、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１を構成する７本の光ファイバーのクラッド径は、３８ないし４０μｍ程度が最適である。
【００３７】
以上の制約を解消し、熱レンズ効果を効率良く発揮させるため、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の端面から各々出射する信号光および制御光を、コリメートレンズ２および集光レンズ３からなる縮小光学系によって、熱レンズ形成素子４の制御光吸収層５において、信号光ビームの中心軸と制御光ビームの中心軸の垂直方向の間隔を３０μｍ程度まで近づけることができる。例えば、コリメートレンズ２および集光レンズ３として、焦点距離２ｍｍの非球面凸レンズを共通に使用することで、約０．８倍の縮小光学系を構成し、上記の要請に応え、信号光ビームの中心軸と制御光ビームの中心軸の垂直方向の間隔を３０μｍ程度まで近づけることができる。なお、コリメートレンズ２および集光レンズ３の焦点距離は２ｍｍに限定されるものではなく、４ｍｍや８ｍｍなど、特に制約はない。
【００３８】
熱レンズ形成素子４の後方に載置される受光レンズ６および結合レンズ８として、上記のコリメートレンズ２および集光レンズ３と同一仕様の非球面凸レンズを用いることができる。言うまでもなく、受光レンズ６および結合レンズ８の仕様に特に制約はない。
【００３９】
受光レンズ６および結合レンズ８の間に設置する［６Ｎ］角錐台プリズム７は、制御光が照射されず進行方向が変わらずに熱レンズ形成素子４から受光レンズ６を経て直進してくる直進信号光と、制御光が照射され進行方向が変更されて熱レンズ形成素子４から受光レンズ６を経て進行してくる光路切替信号光との、直進信号光進行方向に対する光路切替信号光の進行方向の角度差を大きくするために用いられる。Ｎが２の場合に相当する１２角錐台プリズムの平面図および側面図を図５ａに示す。
【００４０】
図５ｂに示すように、制御光が照射されない場合、直進信号光１０００は［６Ｎ］角錐台７の底面７７０と台面７００のなす平板部分７８０に垂直に入射して更に直進し、一方、前記光路切替光は、［６Ｎ］角錐台の底面７７０と［６Ｎ］面の斜面のいずれか１つ、例えば斜面７０７が構成するくさび型プリズム部分７８７を通過することで前記角度差が拡大して出射する。理解を容易にするため、図５ｂにおいては、直進信号光１０００と平行な信号光１００１がくさび型プリズム部分７８７を通過する場合の屈折の様子を図示している。
【００４１】
［６Ｎ］角錐台７を構成するガラス素材の屈折率をｎ（例えば光の波長１．３１μｍのときｎは１．５０４）、空気の屈折率をｎ０（空気の屈折率は１．０００）とすると、［６Ｎ］角錐台７のくさび型プリズムの角度θと、底面７７０に垂直入射した光１００１（前記信号光１０００と平行）がくさび型プリズム部分７８７の斜面７０７から出射する角度θ’（図５ｂ参照）の関係はスネルの法則から、以下のように記述される：
［数１］
ｎ×ｓｉｎθ ＝ ｎ０×ｓｉｎθ’ …〔１〕
【００４２】
θおよびθ’が小さい場合、式〔１〕は次のように近似される（屈折率の３桁目に誤差が発生）：
［数２］
１．５０４×θ ≒ θ’ …〔２〕
【００４３】
信号光１０００は、受光レンズ６によってコリメートされているので、結合レンズ８の焦点の位置に像を結び、光ファイバー受光素子９の中心ファイバーの中心と周辺ファイバー中心との間隔をＬ［ｍｍ］とし、結合レンズ８の焦点距離をｆ（例えば、２ｍｍ）とすると、
［数３］
Ｌ ＝ ｆ×ｔａｎ［θ’−θ］ …〔３〕
式〔３〕に、近似式〔２〕を適用すると、
［数４］
Ｌ ＝ ｆ×ｔａｎ［０．５０４×θ］ …〔４〕
すなわち、
［数５］
θ ＝ ［ｔａｎ−１（Ｌ／ｆ）］／０．５０４ …〔５〕
例えばＬを０．２４１５ｍｍ、ｆを２ｍｍとすると、
［数６］
θ ＝ １３．６６° …〔６〕
【００４４】
なお、光ファイバー受光素子９の中心ファイバーの中心と周辺ファイバー中心との間隔が０．２４１５ｍｍになるのは、後に１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の構造について詳しく述べるように、クラッド径１２５．０μｍの光ファイバー１２本（図４の９０１〜９１２）を直径３５８．０μｍのフェルールの周囲に隙間なく並列させた場合である。また、クラッド径４０．０μｍの光ファイバー１２本（図４の９０１〜９１２）をクラッド径１１４．５μｍの中心光ファイバーの周囲に隙間なく並列させた場合、Ｌは０．０７７２７ｍｍであり、θは４．３９°である。
【００４５】
受光レンズ６および結合レンズ８の間に設置する［６Ｎ］角錐台プリズム７の斜面の数は、Ｎが２，３，４の場合、それぞれ１２，１８，２４である。Ｎの値の上限が４である理由は後で述べる。［６Ｎ］角錐台プリズム７の斜面の配置については、制御光が照射されない場合において、直進信号光１９０１が［６Ｎ］角錐台プリズム７の台面７００の中心を通過し、制御光が照射された場合においては、例えば、図１ａにおいて制御光が照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光出射ファイバーのコア１１から制御光１０１１が照射された場合、光路変更された信号光１１０１が、［６Ｎ］角錐台プリズム７の斜面７０７（図５ｂ参照）を通過するよう、［６Ｎ］角錐台プリズム７の斜面は載置される。なお、直進信号光１０００や光路切替信号光１１０１が入射するのは、［６Ｎ］角錐台プリズム７の底面７７０からであっても、台面７００または斜面７０１〜７１２からであっても、どちらでも差し支えない。図１ａ，１ｂにおいては［６Ｎ］角錐台プリズム７の底面７７０から信号光が入射する配置を想定している。
【００４６】
［６Ｎ］角錐台プリズム７に用いられる素材としては、上記の式〔１〕以降の計算を行うため、使用する信号光の波長（例えば１３１０ｎｍ）における屈折率が確定している光学ガラスを用いる必要がある。［６Ｎ］角錐台プリズム７は公知の切削・研磨法、または、ガラスモールド法によって好適に製造される。なお、［６Ｎ］角錐台プリズム７の構造を正確に表現すると、図５ｂに断面を示すように、［６Ｎ］角柱に［６Ｎ］角錐台を重ねたものである。これは、［６Ｎ］角錐台プリズムの縁が鋭角なままであると製造時に破損しやすくなるためである。直進信号光１０００は錐台の台面を通過し、光路切替信号光１１０１などは台面の近傍の錐台の斜面を通過するため、［６Ｎ］角柱に［６Ｎ］角錐台を重ねた形状であっても差し支えない。
【００４７】
本発明で用いられる受光側の［６Ｎ＋１］芯バンドル光ファイバーの概念図を図６に示す。図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）は各々、Ｎが２，３，４の場合に対応し、それぞれ１３芯、１９芯、２５芯である。中心光ファイバーと中心軸を共有する円筒上に［６Ｎ］本の外径［２ｒ］光ファイバーを最密に並列に束ねる場合、円筒の半径Ｒは式〔７〕で求められる。
［数７］
Ｒ ＝ ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕 …〔７〕
【００４８】
例えば、Ｎが２（１３芯バンドル）の場合、クラッド径［２ｒ］が一般的な１２５μｍの場合、Ｒは１７８．９８μｍである。同様にＮが３（１９芯バンドル）、４（２５芯バンドル）の場合、Ｒは各々、２９７．４２、４１６．３３μｍである。Ｒが約０．４ｍｍ程度まで大きくなると、光路切替信号光が受光光ファイバーへ入射する角度が、理想的な値である９０度から乖離するため、信号光の光ファイバーへの結合効率が低下してしまう。そこで、２５芯バンドルの場合、クラッド径［２ｒ］を４０μｍとすると、Ｒを１３３．２３μｍまで小さくすることができ、上記のような結合効率の低下は回避できる。ところが、隣り合った外周光ファイバーのコア間間隔が４０μｍまで接近するため、チャンネル間のクロストークが大きくなるという別の障害が問題となる。以上勘案し、Ｎの上限を４とした。
【００４９】
本発明で用いられる受光側の１３芯バンドル光ファイバー受光素子９，９１，９２，６６の端面の概略構成を表す概念図を各々図４，９〜１２に示す。これらの受光素子に用いられる光ファイバー９００〜９１２は信号光の波長、例えば、１３１０〜１６００ｎｍの伝搬に適合したシングルモード光ファイバーが用いられ、そのコア径は概ね１０μｍである。
【００５０】
図４に示す１３芯バンドル光ファイバー９は、中心の孔にクラッド直径ｄ１の光ファイバー９００が挿入された直径ｄ３のセラミックまたはガラス製内周フェルール４４１の周囲に１２本の、クラッド径ｄ２の光ファイバー９０１〜９１２を最密に並べて、孔の内径ｄ５のセラミックまたはガラス製外周フェルール４３１の孔に接着剤４２１とともに挿入し、接着剤を硬化させた後、結束端の端面を垂直に研磨したものである。接着剤としては硬化時の体積収縮が少ない、エポキシ樹脂系またはシリコーン樹脂系接着を好適に用いることができる。
【００５１】
光ファイバー９０１〜９１２のクラッド径ｄ２と内周フェルール４４１の外径ｄ３との関係は式〔８〕で表される：
［数８］
ｄ３ ＝ ｄ２〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕 …〔８〕
【００５２】
また、光ファイバー９０１〜９１２のクラッド径ｄ２と光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心が並ぶ円周の直径ｄ４との関係は式〔９〕で表される：
［数９］
ｄ４ ＝ ｄ２〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））〕 …〔９〕
【００５３】
また、光ファイバー９０１〜９１２のクラッド径ｄ２と外周フェルール４３１の孔の内径ｄ５との関係は、挿入を容易にするための隙間をΔｄとして式〔１０〕で表される：
［数１０］
ｄ５ ＝ Δｄ ＋ ｄ２〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））＋１〕 …〔１０〕
【００５４】
フェルールの孔へ光ファイバーの束を挿入するための隙間Δｄは光ファイバー９０１〜９１２のクラッド径ｄ２の公差が±０．３μｍ以下の場合、１．０μｍ程度が好ましい。光ファイバー９０１〜９１２のクラッド径ｄ２が一般的な光ファイバーの場合の１２５μｍの場合、式〔８〕〜〔１０〕においてＮを２として、ｄ３は３５８．０μｍ、ｄ４は４８３．０μｍ、ｄ５は６０８．０μｍである。この場合、外周フェルール４３１の外径は、例えば１ｍｍであれば強度面で充分である。
【００５５】
光ファイバー９０１〜９１２として、クラッド径４０．０μｍのものを用いた場合、内周フェルール４４１の外径ｄ３は１１４．５μｍと計算される。この場合、内周フェルール４４１の孔に中心光ファイバーを挿入するよりも、中心光ファイバーのクラッド径を１２５μｍから１１４．５μｍまでエッチングし、その周辺に１２本のクラッド径４０μｍファイバーを隙間なく並べ、内径１９５．５μｍの孔を有する外周フェルールに接着剤とともに挿入する方法の方が好ましい。
【００５６】
また、内周フェルール４４１の代わりに、クラッド径１２５μｍの光ファイバーをエッチングすることなく使用する場合は、周辺光ファイバーとしてクラッド径４３．６５μｍにエッチングした光ファイバー９０１〜９１２を好適に使用することができる。
【００５７】
図４に示すように円筒型の内周フェルール４４１を用いる場合、光ファイバー９０１〜９１２を外周フェルールに挿入する作業が容易でない、また、光ファイバー９０１〜９１２が捻れたり蛇行したりする、などの課題がある。そこで、内周フェルールの直径ｄ３を大きくしたｄ６（図９）またはｄ９（図１０）とし、内周フェルールの表面にＶ字型断面の溝を設けることで、この課題を解決することができる。
【００５８】
図９はＶ字型断面の溝を設けた内周フェルール４４２を用いた１３芯バンドル光ファイバー受光素子９１の端面を表した概念図であって、外周光ファイバー９０１〜９１２は隙間なく並列している。すなわち、光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心が並ぶ円周の直径ｄ４は図４の場合と同一である。
【００５９】
図１０はＶ字型断面の溝を設けた内周フェルール４４３を用いた１３芯バンドル光ファイバー受光素子９２の端面を表した概念図であって、外周光ファイバー９０１〜９１２は隙間を開けて並列している。すなわち、光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心が並ぶ円周の直径ｄ８は図４の場合のｄ４よりも大きい。
【００６０】
図１１は、１３基の孔を設けたセラミック製またはガラス製フェルール９９９の中心孔９８０に中心光ファイバー９００を、周辺の孔９８１〜９９２に周辺光ファイバー９０１〜９１２を挿入し、接着した後、垂直研磨した端面を図示したものである。光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心が並ぶ円周の直径ｄ１０は図４の場合のｄ４よりも大きい。孔９８０の内径ｄ１２、孔９８１〜９９２の内径ｄ１１ともに、例えば、挿入する光ファイバーのクラッド径１２５μｍに対して、クラッド径の公差が±０．５μｍの場合、１．０μｍ程度大きくすることで、挿入を円滑に行うことができる。
【００６１】
なお、図４，９〜１１におけるフェルール４４１，４４２，４４３，９９９の長さについては、当該フェルールの直径と同等以上であれば、特に制約はない。
【００６２】
以上で説明した１３芯バンドル光ファイバー受光素子９，９１において、光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心が並ぶ円周の直径ｄ４の１／２（半径）は、光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心と中心ファイバー９００のコアの中心との距離Ｌである：
［数１１］
Ｌ ＝ ｄ４／２ …〔１１〕
【００６３】
式〔５〕と式〔１１〕に直径ｄ４の値と結合レンズ８の焦点距離ｆの値を代入することで、対応する１２角錐台プリズム７の角θ（図５ａに示す）を計算することができる。
【００６４】
同様にして、１３芯バンドル光ファイバー受光素子９２，９３においては、各々直径ｄ８，ｄ１０と結合レンズ８の焦点距離ｆから対応する１２角錐台プリズム７の角θを計算することができる。
【００６５】
図１２の１９芯バンドル光ファイバー受光素子６６（実質、１３芯バンドル光ファイバー受光素子、以下「１９（１３）芯バンドル光ファイバー受光素子６６」という）は、これまで述べてきたものと異なり、１２本の外周光ファイバー６０１〜６７２は同一円周上には配置されず、全部で１９本の光ファイバーを最密充填で束ねたものの、最外周に位置する。この場合、中心光ファイバー６００の周りの６本の光ファイバー６２１〜６２６は、１９本最密充填配置のためのダミーファイバーである。
【００６６】
この配置の場合、中心光ファイバーのコア６００の中心と、周辺光ファイバーのコアとの中心間距離はｄ１３とｄ１４の２通りとなり、ｄ１３とｄ１４は、式〔１２〕の関係にある。
［数１２］
ｄ１４ ＝ （１／２×√３）×ｄ１３ …〔１２〕
【００６７】
例えば、クラッド径が１２５μｍの光ファイバー１９本を最密に束ねた場合、ｄ１３は２５０．０μｍに対し、ｄ１４は２１６．５μｍである。
【００６８】
従って、１９（１３）芯バンドル光ファイバー受光素子６６に対応する１２角錐台プリズム（図示せず）は、角度θ１とθ２の２種類の傾きの斜面が交互に並んだ形状となり、台面は正１２角形ではなくなる。
ｄ１３が２５０．０μｍ、ｆが２ｍｍの場合、θ１は１４．１４°である。
ｄ１４が２１６．５μｍ、ｆが２ｍｍの場合、θ２は１２．２６°である。
【００６９】
以上説明したような１３芯バンドル光ファイバー受光素子９，９１，９２，９３および１９（１３）芯バンドル光ファイバー受光素子６６の束ねられていない側の光ファイバー９０１〜９１２の端面に到達した信号光は、そのまま、信号光の波長のレーザーとして利用することもできるが、通常は、文字通り、信号光の運んだ信号は光ファイバー９２１〜９３２を通じて光信号送受信装置２２１〜２３２に接続され、光信号送受信装置２２１〜２３２に内蔵された光電変換素子によって電気信号に変換され、利用される。また、信号光光源から光信号送受信装置２２１〜２３２のいずれかに光路が切り替えられて接続している場合、光信号送受信装置２２１〜２３２に信号光光源が搭載されていて、信号光の光源側にも光電変換素子などが搭載されている場合、光信号送受信装置２２１〜２３２から信号光光源側へ光信号を送り返すこともできる。
【００７０】
本発明の第１の実施の形態においては、以下、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の非結束末端の内、周辺の６本の制御光用ファイバーを６基の制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６に接続した場合（図７）について詳細に説明しているが、この場合、制御光照射の制御を６基の制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６のみで行うことも、光信号送受信装置２２１〜２３２から制御光光源の制御装置２１１〜２１６へ、電気信号線２４１〜２５２，２６２〜２７２によって制御光点灯のための電気信号を送ることもできる。電気信号線としては平行コードまたは芯線が１本以上の同軸ケーブルを好適に用いることができる。光信号送受信装置２２１〜２３２の内、制御光が１つ単独で照射された場合に信号光が到達する光信号送受信装置２２１，２２３，２２５，２２７，２２９，２３１から制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６への電気信号線は１本ずつで良い。互いに隣り合う制御光のいずれか２つが同時に照射された場合に信号光が到達する光信号送受信装置２２２，２２４，２２６，２２８，２３０，２３２から制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６への電気信号線は各々２本ずつが、互いに隣り合う制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６のいずれか２基へ接続される。図７はこのような制御系の配線と信号光の光ファイバーの接続の様子を図示した概念図である。また、個々の構成要素の符号の組合せを表１に掲げる。
【００７１】
【表１】
【００７２】
次に、第１の実施形態における光路切替装置における動作ならびに信号光の光路切替方法の１例を、図１ａ〜１ｂ，図２ａ〜２ｂ，図３〜４，図５ａ，図５ｂ，図６〜７を用いて以下に説明する。
【００７３】
照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の中央光ファイバーのコア１０から信号光１０００が出射され、周辺光ファイバー１１〜１６のいずれからも制御光が出射されなかった場合、直進信号光１０００は、１２角錐台プリズム７の底面７７０および台面７００を通過して、受光側の１３芯バンドル光ファイバー受光素子７の中央光ファイバーのコア９００で受光される。一方、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１０の中央光ファイバー１０から信号光１０００が出射され、周辺光ファイバー１１から制御光１０１１が出射された場合、信号光１０００は熱レンズ形成素子４内に形成された熱レンズ１１１（図１ａ，２ａ）で光路が変更され、１２角錐台プリズム７の底面７７０およびの斜面７０７（図５ａ）を通過して、受光側１３芯バンドル光ファイバー受光素子７の周辺光ファイバーのコア９０１で受光される。また、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１０の中央光ファイバー１０から信号光１０００が出射され、周辺光ファイバー１２から制御光１０１２が出射された場合、信号光１０００は熱レンズ形成素子４内に形成された熱レンズ１１２で光路が変更され、１２角錐台プリズム７の底面７７０およびの斜面７０９（図５ａ）を通過して、受光素子である受光側の１３芯バンドル光ファイバー受光素子７の周辺光ファイバー９０３で受光される。また、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１０の中央光ファイバー１０から信号光１０００が出射され、互いに隣接する周辺光ファイバー１２および１３から制御光が同時に出射された場合、信号光１０００は熱レンズ形成素子４内に形成された熱レンズ１１２および１１３（図１ｂ）で光路が変更され、１２角錐台プリズム７の底面７７０およびの斜面７１０（図５ａ）を通過して、受光側１３芯バンドル光ファイバー受光素子７の周辺光ファイバーのコア９０４で受光される。
【００７４】
同様にして、表１に示すような構成要素の組合せによって、制御光のいずれか１つが単独で、あるいは、互いに隣接する制御光のいずれか２が同時に照射されることによって、制御光が照射されない場合の直進方向を含め、合計１３方向への光路切替が可能になる。
【００７５】
以上より、第１の実施の形態における光路切替装置および信号光の光路切替方法によれば、１×１３スイッチが実現する。
【００７６】
図６に示すように、１３芯、１９芯および２５芯いずれの場合も、制御光のいずれか１つが単独で照射された場合に接続されるチャンネルｃｈ．０１，０３，０５，０７，０９，１１、ｃｈ．２１，２４，２７，３０，３３，３６、および、ｃｈ．４１，４５，４９，５３，５７，６１以外のチャンネルについては、互いに隣接するいずれか２つの制御光を同時に照射し、更に、２つの制御光の照射強度の組合せを変えることによって、接続先を選択する。図６（ｂ）１９芯の場合、１８角錐台プリズム、また、（ｃ）２５芯の場合、２４角錐台プリズムが用いられる。
【００７７】
図６に示す、Ｎが２，３，４いずれの場合も、前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々直接接続された６基の制御光光源の照射の有無および照射強度を、予め定められた試行錯誤方式プログラミングに従って自動的に調整し、前記信号光が光路切替されて収束入射される前記受光素子の［６Ｎ］周辺素子のいずれか１つへの光路切替を最適化する手順を行うことで、本発明の第１の実施の形態の光路切替装置の初期設定を完了し、本発明の第１の実施の形態の信号光の光路切替方法を確実に実施することができる。
【００７８】
〔第２の実施形態〕
図８を参照して本発明の第２の実施形態に係る光路切替装置を説明し、併せて複数光信号の光路切替方法を説明する。なお、図８において、図を見やすくするため、受光側光送受信装置が各々２基搭載する制御光光源からの光ファイバーの内、光合波器へ接続されないもの（これをダミーファイバーと呼ぶ）は図示していない。
【００７９】
また、本発明の第１の実施形態との相違は、制御光照射ファイバーのコア１１〜１６に各々接続された制御光合波器８１１〜８１６、受光側の１３芯バンドル光ファイバー７からの信号光ファイバー９４０〜９５２が各々接続された、光信号受信ユニットとしての光信号送受信装置８２０〜８３２、光信号送受信装置８２１〜８３２と制御光合波器８１１〜８１６を結んだ制御光伝達用光ファイバー８４１〜８５２，８６２〜８７２を用いる点である。また、光信号送受信装置８２１，８２３，８２５，８２７，８２９，８３１は各々少なくとも１基の制御光光源（レーザーダイオード）を、光信号送受信装置８２２，８２４，８２６，８２８，８３０，８３２は各々必ず２基の制御光光源を搭載している。光信号送受信装置８２１，８２３，８２５，８２７，８２９，８３１からの制御光伝達用光ファイバー８４１，８４３，８４５，８４７，８４９，８５１は各々制御光合波器８１１〜８１６と１対１に接続されている。一方、光信号送受信装置８２２，８２４，８２６，８２８，８３０，８３２の２基の制御光光源は各々１本の制御光伝達用光ファイバー８４２〜８５２および８６２〜８７２によって、互いに隣接する２基の制御光合波器８１１〜８１６のいずれか１基と１対１に接続されている。制御光が照射されない場合の直進信号光が接続される光信号送受信装置８２０には制御光光源や制御光伝送用ファイバーは無用であるが、制御光の波長の光を用いた光ＬＡＮを構成し、光信号送受信装置８２０〜８３２の間で光通信を行う場合（図示せず）には、光信号送受信装置８２０にも制御光光源を少なくとも１基搭載し、制御光伝送用ファイバーを接続する。
【００８０】
図８に示す本発明の第２の実施形態に係る光路切替装置を運用する上で、光信号送受信装置８２０〜８３２に搭載されている制御光光源が１つの場合と２つの場合を区別して制御光伝達用光ファイバー８４２〜８５２および８６２〜８７２の中の１本または２本を配線する作業は煩雑であり、誤配線のおそれもある。そこで、前記配線作業を確実かつ簡便にするため、光信号送受信装置８２０〜８３２のすべてに各々２基の制御光光源を搭載し、各々に１対（２本）の制御光伝搬ファイバーを接続し、これらの制御光伝搬ファイバーを制御光合波器８１１〜８１６に接続する際、光信号送受信装置８２１，８２３，８２５，８２７，８２９，８３１からの１対（２本）の制御光伝搬ファイバーの内の各々１本は、制御光合波器８１１〜８１６に接続されないダミーファイバーとすることができる。更に、光信号送受信装置８２０〜８３２を本発明の第２の実施形態に係る光路切替装置に組み込む際のシステム初期化手順として、光信号送受信装置８２０〜８３２が各々搭載する２基の制御光光源を、前記光信号送受信装置毎に順番に、１つずつ発振、次いで２つ同時に発振し、光路切替信号光が光信号送受信装置８２０〜８３２の各々が搭載する光電変換素子へ到達するよう、各々搭載する２基の制御光光源の１つまたは２つの発振有無と発振強度を、予め設定された試行錯誤方式プログラミングに従って、自動的に制御することによって、装置の光路切替機能を最適化することが可能である。このような本発明の第２の実施形態に係る光路切替装置の初期化手順としての機能最適化手順は、Ｎが２のときだけでなく、光信号送受信装置８２０〜８３２が各々搭載する２基の制御光光源の照射強度の調整が必要な、Ｎが３および４の場合（図６参照）において特に有効である。
【００８１】
表２は各構成要素の接続の組合せを符号の組合せで表したものである。
【００８２】
【表２】
【００８３】
例えば、光信号送受信装置８２１の制御光光源が点灯され、制御光が光ファイバー８４１、制御光合波器８１１を経由して照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１１から制御光１０１１として照射された場合、本発明の第１の実施形態の場合と全く同様にして、信号光１０００は光路を切り替えられ、１３芯バンドル光ファイバー受光素子９のコア９０１にて受光され（図１ａおよび図２ａ）、光ファイバー９４１を通じて、光信号送受信装置８２１に届けられる。
【００８４】
また、光信号送受信装置８２４の２つの制御光光源が同時に点灯され、制御光が光ファイバー８４４から制御光合波器８１３を経由して照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１３から制御光１０１３として照射され、また、制御光が光ファイバー８６４から制御光合波器８１２を経由して照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１２から制御光１０１２として照射された場合、本発明の第１の実施形態の場合と全く同様にして、信号光１０００は光路を切り替えられ、１３芯バンドル光ファイバー受光素子９のコア９０１にて受光され（図１ｂおよび図２ｂ）、光ファイバー９４４を通じて、光信号送受信装置８２４に届けられる。
【００８５】
以上より、第２の実施の形態における光路切替装置および信号光の光路切替方法によれば、１×１３スイッチが実現する。
【符号の説明】
【００８６】
１ 照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー、
２ コリメートレンズ、
３ 集光レンズ、
４ 熱レンズ形成素子、
５ 制御光吸収層、
６ 受光レンズ、
７ １２角錐台プリズム、
８ 結合レンズ、
９，９１，９２，９３ １３芯バンドル光ファイバー受光素子、
１０ 信号光照射ファイバーのコア、１１〜１６ 制御光照射ファイバーのコア、
３０，６０ フェルール、
３１，６１ 接着剤、
６６ １９（１３）芯バンドル光ファイバー受光素子、
１００ １対１３型光路切替装置、
１１１，１１２，１１３ 熱レンズ、
２１１〜２１６ 制御光照射ファイバーのコア１１〜１６に各々接続された制御光光源およびその制御装置、
２２１〜２３２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア９０１〜９１２に接続された光信号送受信装置、
２４１，２４３，２４５，２４７，２４９，２５１ 光信号送受信装置２２１，２２３，２２５，２２７，２２９，２３１の制御装置と制御光光源の制御装置２１１〜２１６を各々結ぶ電気信号線、
２４２，２４４，２４６，２４８，２５０，２５２ 光信号送受信装置２２２，２２４，２２６，２２８，２３０，２３２の制御装置と制御光光源の制御装置２１１〜２１６を各々結ぶ電気信号線、
２６２，２６４，２６６，２６８，２７０，２７２ 光信号送受信装置２２２，２２４，２２６，２２８，２３０，２３２の制御装置と制御光光源の制御装置２１１〜２１６を各々結ぶ電気信号線、
３１０ 信号光照射ファイバーのクラッド、
３１１〜３１６ 制御光照射ファイバーのクラッド、
４００ 直進信号光受光ファイバーのクラッド、
４０１〜４１２ 光路切替信号光受光ファイバーのクラッド、
４２１，４２２，４２３ 接着剤、
４３１，４３２，４３３ 外周フェルール、
４４１ 内周フェルール、４４２，４４３ Ｖ字断面溝付内周フェルール、
６００ 直進信号光受光ファイバーのコア、６０１〜６１２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア、
６２１〜６２６ ダミーファイバー、
６６０ 直進信号光受光ファイバーのクラッド、
６６１〜６７２ 光路切替信号光受光ファイバーのクラッド、
７００ １２角錐台プリズムの台面、
７０１〜７１２ １２角錐台プリズムの斜面、
７７０ １２角錐台の底面、
７８０ １２角錐台プリズムの台面７００と底面７７０が構成する平板部分、
７８７ 角錐台プリズムの斜面７０７と底面７７０が構成するくさび型プリズム部分、
８１１〜８１６ 制御光照射ファイバーのコア１１〜１６に各々接続された制御光合波器、
８２０ 直進信号光受光ファイバーのコア９００に接続された光信号送受信装置、
８２１〜８３２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア９０１〜９１２に接続された光信号送受信装置、
８４１，８４３，８４５，８４７，８４９，８５１ 光信号送受信装置８２１，８２３，８２５，８２７，８２９，８３１に各１基搭載された制御光光源と制御光合波器８１１〜８１６を各々結ぶ制御光伝送光ファイバー、
８４２，８４４，８４６，８４８，８５０，８５２ 光信号送受信装置８２２，８２４，８２６，８２８，８３０，８３２に各２基搭載された制御光光源の１と制御光合波器８１１〜８１６を各々結ぶ制御光伝送光ファイバー、
８６２，８６４，８６６，８６８，８７０，８７２ 光信号送受信装置８２２，８２４，８２６，８２８，８３０，８３２に各２基搭載された制御光光源の１と制御光合波器８１１〜８１６を各々結ぶ制御光伝送光ファイバー、
９００ 直進信号光受光ファイバーのコア、９０１〜９１２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア、
９２１〜９３２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア９０１〜９１２と光信号送受信装置２２１〜２３２の光-電子変換器を各々結ぶ光ファイバー、
９４０ 直進信号光受光ファイバーのコア９００と光信号送受信装置８２０の光-電子変換器を結ぶ光ファイバー、
９４１〜９５２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア９０１〜９１２と光信号送受信装置８２１〜８３２の光-電子変換器を各々結ぶ光ファイバー、
９８０ 直進信号光受光ファイバーを載置する孔、
９８１〜９９２ 光路切替信号光受光ファイバーを載置する孔、
９９９ １３孔フェルール、
１０００，１００１ 信号光、
１０１１，１０１２，１０１３ 制御光、
１９００ 直進信号光、
１９０１，１９０４，１１０１，１１０２，１２１３１，１２１３２ 光路切替信号光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信や光情報処理等の光エレクトロニクスやフォトニクスの各分野において活用され、熱レンズ方式光制御式光路切替スイッチを利用して光路の切替を行う光路切替装置、および光信号の光路切替方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者等は、先に、新しい原理に基づく光路切替装置および方法を発明した（特許文献１参照）。この光路切替装置等では、熱レンズ形成素子内の制御光吸収領域に対して、制御光吸収領域が吸収する波長帯域の制御光と、制御光吸収領域が吸収しない波長帯域の信号光とを、各光軸が一致するように収束させて照射し得る構成を有している。この構成によれば、熱レンズ形成素子内の制御光吸収領域への信号光の照射に対して、制御光の照射は選択的に行われる。制御光の照射が信号光の照射と同時に行われないときには信号光が穴付ミラーの穴を通して直進し、他方、制御光の照射が信号光の照射と同時に行われるときには信号光の進行方向に対して傾けて設けた穴付ミラーで反射して光路を変更させる。特許文献１には、１種類の波長の制御光によって制御光の進行方向を２方向に切り替えることができる光制御型光路切替装置が開示されている。この光制御型光路切替装置は以下では「１対２型光制御型光路切替装置」と記す。
【０００３】
更に、本発明者等は、熱レンズ形成素子および穴付ミラーを複数組み合わせて用いて構成した光制御式の光路切替装置および光信号光路切替方法を発明した（特許文献２参照）。この光路切替装置等では、制御光吸収領域が吸収する波長帯域と制御光の波長とを１対１に対応させており、更に、例えば吸収波長帯域の異なる色素を用いた３種類の制御光吸収領域の熱レンズ形成素子を合計７個組み合わせて使用し、併せて、３種類の波長の制御光の各々の明滅を制御することにより、例えばサーバのデータを８箇所に光制御方式で切り替えて配信するシステムが開示されている。
【０００４】
なお、上記の特許文献１，２に開示された光路切替の方式では、制御光を照射した場合、熱レンズ効果によって信号光のビーム断面形状はリング状に変化する。そこで、これらの光路切替方式を以下では「リングビーム方式」と記すこととする。
【０００５】
更に、本発明者等は、その後、特許文献３〜６に開示される通り、光路変更方法および光路切替装置を提案した。これらの光路変更方法および光路切替装置によれば、熱レンズ形成素子中の制御光吸収領域に、制御光吸収領域が吸収する波長帯域の制御光、および制御光吸収領域が吸収しない波長帯域の信号光を入射させ、制御光および信号光は、制御光吸収領域にて収束するように照射されかつ各々の光の収束点の位置が異なるように照射される。制御光および信号光は、光の進行方向で制御光吸収領域の入射面またはその近辺で収束し、その後、拡散する。これにより、制御光吸収領域内で制御光を吸収した領域およびその周辺領域に温度上昇が起き、当該温度上昇に起因して可逆的に熱レンズの構造が変化し、屈折率が変化して、信号光の進行方向を変化させることができる。特許文献３〜６に記載される光路変更の方式では、制御光を照射しても信号光のビーム断面形状はほぼ円形に保たれる。そこで、当該光路変更の方式を以下では「丸ビーム方式」と記すこととする。
【０００６】
特許文献４，５には、１種類の波長の制御光によって制御光の進行方向を２方向に切り替える１対２型光制御型光路切替装置が開示されている。また特許文献５，６には、例えば、７芯光ファイバーの中心の光ファイバーから出射する信号光の光路を、中心の光ファイバーの周辺に設けられた光ファイバーから出射する制御光によって７方向に切り替える光制御型光路切替装置が開示されている。この光制御型光路切替装置を以下では「１対７型光制御型光路切替装置」と記す。また、従来の丸ビーム方式の光制御型光路切替装置、特に１対７型光制御型光路切替装置において、制御光および信号光は制御光吸収領域にて収束するように照射されかつ各々の光の収束点の位置が異なるように照射されるが、複数の制御光ビームおよび１つの信号光ビームの光軸の位置合わせの煩雑さを避け、また、偏波依存性に悪影響を与えるダイクロマティックミラーの使用を避けるため、特許文献７に記載の端面近接多芯バンドル光ファイバーが好適に用いられる。更に、特許文献８には熱レンズ効果を有効に利用するために適した熱レンズ形成素子の形態、および、熱レンズ形成素子に用いられる色素溶液の溶剤の粘度および粘度の温度特性について詳しく開示されている。また特許文献６には、例えば、７方向に切り替えられた信号光を７芯光ファイバーで検出する光制御型光路切替装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３８０９９０８号公報
【特許文献２】特許第３９０６９２６号公報
【特許文献３】特開２００７−２２５８２５号公報
【特許文献４】特開２００７−２２５８２６号公報
【特許文献５】特開２００７−２２５８２７号公報
【特許文献６】特開２００８−０８３０９５号公報
【特許文献７】特開２００８−０７６６８５号公報
【特許文献８】特開２００９−１７５１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の特許文献１〜８では、いずれも１つの信号光源からの信号光を制御光照射の有無により、複数の光路に切り替える方法および装置について述べている。しかし、同一の光路切替装置により、１つの信号光を更に１３以上の複数の光路に切り替えを行いたいという要望がある。ここで、上述の１対７型光制御型光路切替装置に用いられる照射側端面近接７芯バンドル光ファイバーは、中心に配置されたシングルモード信号光照射ファイバーの周りに６本のシングルモード制御光照射ファイバーを最密に配置したものであり、合計７本のシングルモード光ファイバーのコア中心間距離が２５〜４０μｍに規定されたものであるが、この７芯バンドル光ファイバーの外周へ制御光照射ファイバーを最密に追加しても、前記信号光照射ファイバーと前記外周の制御光照射ファイバーとのコア間距離が４０μｍを超えてしまうため、熱レンズ効果による光路変更を充分に行えなくなる、という制約がある。
【０００９】
また、例えば、上述の１対７型光制御型光路切替装置を複数個用いて、それぞれの光路切替装置の信号光を７方向に光路を切り替えて、複数の信号光を複数の光路に切り替えて１つの受光素子に受光させるためには、受光素子の上流側に、光学ミキサーを配置する必要があり、装置構成が煩雑になる。具体的に、例えば、２対２型光制御型光路切替装置を構成する方法として、２台の１対２型光制御型光路切替装置を並列に並べて、これらの２台の１対２型光制御型光路切替装置の出力端を、２台の２対１の光ミキサー（合波器）を用いて束ねることにより、２対２型光制御型光路切替装置を構成可能であるが、順方向については正常動作が可能であるが、逆方向については、光ミキサー（合波器）部分が分波器として働くために、２対２型光制御型光路切替装置が構成できない。これを回避する方法として、４台の１対２型光制御型光路切替装置を用いる構成法がある。すなわち、２台の１対２型光制御型光路切替装置を並列に並べて、上述の光ミキサーの代わりに２台の１対２型光制御型光路切替装置を逆向きに並列に並べて接続することにより、２対２型光制御型光路切替装置が構成できる。この方法により、６対６型光制御型光路切替装置を構成するためには、１２台の１対７型光制御型光路切替装置が必要となり、装置構成が煩雑になる。
【００１０】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバーを用いた同一の光路切替装置により、１つの信号光を１３以上の複数の光路に切り替え可能とする、光路切替装置および光信号の光路切替方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光路切替装置および光信号の光路切替方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１２】
本願請求項１に係る発明の光路切替装置は、
７芯バンドル光ファイバーの中心に配置された光ファイバーであって、１端は１種類以上の波長の信号光の光源に接続され、他端の端面から前記信号光を出射する１本の信号光照射ファイバーと、
前記１本の信号光照射ファイバーの周囲に最密に配置された６本の光ファイバーであって、１端は前記信号光とは異なる特定波長の制御光の光源に各々接続され、他端の６つの端面はいずれも前記信号光の出射端面と同一の平面上に配置され、これらの端面から前記制御光を、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接するいずれか２つの端面から２本並列で出射する６本の制御光照射ファイバーと、
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、前記光吸収層内にて収束させて入射させる第１の集光手段と、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらずに、または、前記制御光が照射され進行方向が変更されて、前記熱レンズ形成素子から広がりながら出射する信号光を受光し、コリメートする受光レンズと、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらずに前記熱レンズ形成素子から前記受光レンズを経て直進してくる直進信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変更されて前記熱レンズ形成素子から前記受光レンズを経て進行してくる光路切替信号光との、直進信号光進行方向に対する光路切替信号光の進行方向の角度差を大きくするための［６Ｎ］角錐台プリズムであって、前記直進信号光は［６Ｎ］角錐台の底面と台面のなす平板部分に垂直に入射して更に直進し、一方、前記光路切替信号光は、［６Ｎ］角錐台の底面と［６Ｎ］面の斜面のいずれか１つが構成するくさび型プリズム部分を通過することで前記角度差が拡大して出射するよう載置された［６Ｎ］角錐台プリズムと、
前記［６Ｎ］角錐台プリズムから出射した信号光を集光する第２の集光手段と、
前記第２の集光手段により集光された信号光の内、制御光が照射されず直進する信号光を受光する１つの直進信号光受光ファイバーと、前記直進信号光受光ファイバーと中心軸を共有する円筒上に等間隔かつ並列に束ねられ配置されていて、第２の集光手段により集光された信号光の内、制御光が照射されて光路切替された信号光を各々受光する［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーとから構成される光ファイバー受光素子と、
を有し、
前記Ｎは、２，３または４であり、
前記熱レンズ形成素子は、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内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過渡的に熱レンズが形成され、該熱レンズにより、前記光吸収層内に屈折率分布が生じ、前記信号光の進行方向を変え、光路切替を行い、
前記［６Ｎ］角錐台プリズムにおいては、前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と底面からなる平板部分を通過し、前記第２の集光手段により集光されて前記ファイバー受光素子の中心に載置された直進信号光受光ファイバーに入射し、前記制御光の１つ以上が照射され光路が変更された信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの斜面と底面からなるくさび型プリズム断面部分を通過した後、前記第２の集光手段により集光され前記ファイバー受光素子において円筒状に等間隔に整列した［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれかに入射するように、前記制御光は、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接するいずれか２つの端面から２本並列で出射するよう制御されることによって、前記信号光照射ファイバーから出射する信号光の光路を［６Ｎ＋１］方向へ光路切替することを特徴とする。
【００１３】
本願請求項２に係る発明の光路切替装置は、
前記６本の制御光照射ファイバーは１端において、合計６基の制御光光源と各々１対１に接続され、前記６基の制御光光源のいずれか１基、または、互いに隣接するいずれか２基を発振させることで前記信号光照射ファイバーから出射する信号光の光路を、前記６基の制御光光源のいずれも発振せず前記信号光が直進する場合を含め、［６Ｎ＋１］方向へ光路切替することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置である。
【００１４】
本願請求項３に係る発明の光路切替装置は、
少なくとも、
前記光ファイバー受光素子の中心の信号光受光ファイバーの１端に接続された光電変換素子を有する１基の光信号受信ユニットと、
前記光ファイバー受光素子の周辺の［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれか１本の１端に接続された光電変換素子と、
１または２基の制御光光源と、
前記１または２基の制御光光源に各々接続された１本の制御光伝搬ファイバーと、
を各々有する［６Ｎ］基の光信号受信ユニットと、
前記６本の制御光照射ファイバーのいずれか１本を１端とし、［Ｎ＋１］本の他端が前記制御光伝搬ファイバーのいずれか１本に接続された、６基の１対［Ｎ＋１］型合波器と、
を有する光路切替装置であって、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、特定の６基からの各１本の制御光伝搬ファイバーのいずれか１本は前記１対［Ｎ＋１］型合波器の特定の１基と１対１に接続し、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、前記特定の６基を除く光信号受信ユニットからの各２本の制御光伝搬ファイバーは各々、互いに隣接する２本の制御光照射ファイバーに接続した特定の前記合波器に各々２対２に接続することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置である。
【００１５】
本願請求項４に係る発明の光路切替装置は、
少なくとも、
前記光ファイバー受光素子の中心の信号光受光ファイバーの１端に接続された光電変換素子を有する１基の光信号受信ユニットと、
前記光ファイバー受光素子の周辺の［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれか１本の１端に接続された光電変換素子と、
２基の制御光光源と、
前記２基の制御光光源に各々接続された１対の制御光伝搬ファイバーと、
を各々有する［６Ｎ］基の光信号受信ユニットと、
前記６本の制御光照射ファイバーのいずれか１本を１端とし、［Ｎ＋１］本の他端が前記制御光伝搬ファイバーのいずれか１本に接続された、６基の１対［Ｎ＋１］型合波器と、
を有する光路切替装置であって、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、特定の６基からの各１対の内、１本の制御光伝搬ファイバーは前記１対［Ｎ＋１］型合波器の特定の１基と１対１に接続し、
各々１対の内の残りの１本は何にも接続しないダミーファイバーとし、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、前記特定の６基を除く光信号受信ユニットからの各２本の制御光伝搬ファイバーは各々、互いに隣接する２本の制御光照射ファイバーに接続した特定の前記合波器に各々２対２に接続することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置である。
【００１６】
本願請求項５に係る発明の光路切替装置は、
前記光ファイバー受光素子は、
少なくとも、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光を受光する、中心に載置された光ファイバー（以下、「中心光ファイバー」という。）と、
前記中心光ファイバーと中心軸を共通とする円周上に、次の５通りの形態から選択される１つの形態で、等間隔に並列配置された［６Ｎ］本の周辺光ファイバーからなることを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置である。
（１）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］とし、その周辺に隙間なく前記［６Ｎ］本の周辺光ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（２）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、中心光ファイバーのクラッド径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］とし、その周辺に隙間なく前記［６Ｎ］本の周辺光ファイバーが載置されている。
（３）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］よりも大きくし、
前記フェルールの表面に前記周辺光ファイバーを載置するためのＶ字型断面の溝を［６Ｎ］本、等間隔で設け、前記Ｖ字型断面の溝毎に前記周辺光ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（４）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））＋１〕］よりも大きくし、
前記フェルールの中心軸から半径［ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］よりも大きい半径の円周上に等間隔で設けられた［６Ｎ］個の孔に各々周辺ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（５）中心光ファイバーの周辺に［６（Ｎ−１）］本の、中心光ファイバーと同じ外径の位置決め用光ファイバーを最密に載置し、更に、前記位置決め用光ファイバーの周囲に［６Ｎ］本の中心光ファイバーと同じ外径の周辺光ファイバーが最密に載置されている。
【００１７】
本願請求項６に係る発明の光信号の光路切替方法は、
１本の信号光照射光ファイバーの端面から１種類以上の波長の信号光を出射させ、
前記信号光照射光ファイバーの周囲に最密に配置された６本の制御光照射光ファイバーの端面から前記信号光とは異なる特定波長の制御光を、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接する２つの端面から同時に出射させ、
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素子に、前記信号光と前記制御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、前記光吸収層内にて収束するよう集光して照射し、
前記信号光については前記熱レンズ形成素子を透過させ、
前記制御光については前記熱レンズ形成素子内の前記光吸収層において光吸収、光吸収に伴う温度上昇、温度上昇に伴う密度低下、密度低下に伴う屈折率低下を、前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こさせ、その結果、熱レンズを過渡的に形成させて、前記信号光の進行方向を変えて光路切替させ、
前記熱レンズ形成素子から広がりながら出射する直進および光路切替信号光を受光レンズにてコリメートし、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と底面がなす平板部分を通過させ、
前記制御光が照射され光路切替された信号光は前記［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と斜面がなすくさび型プリズム部分を通過させ、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった前記直進信号光は受光素子の１つの中心素子へ収束入射させ、
前記制御光が照射されて進行方向が切替られた光路切替信号光は、前記中心素子を中心として受光素子の周辺の円周上に等間隔で並列に配置された受光素子の［６Ｎ］周辺素子へ収束入射させ、
前記Ｎは２、３または４であり、
前記信号光の光路を、直進の１方向と周辺への［６Ｎ］方向との合計［６Ｎ＋１］の方向へ光路切替する、
ことを特徴とする光信号の光路切替方法である。
【００１８】
本願請求項７に係る発明の光信号の光路切替方法は、
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の制御光光源を、いずれか１基が単独で、または、互いに隣接する２基が同時に発振するよう電気的に制御することを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法である。
【００１９】
本願請求項８に係る発明の光信号の光路切替方法は、
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の合波器へ６基以上の制御光光源からの制御光を１つの合波器へ単独で、または、互いに隣接する２つの合波器へ同時に伝搬させることを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法である。
【００２０】
本願請求項９に係る発明の光信号の光路切替方法は、
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々直接接続された６基の制御光光源の照射の有無および照射強度を、予め定められた試行錯誤方式プログラミングに従って自動的に調整し、前記信号光が光路切替されて収束入射される前記受光素子の［６Ｎ］周辺素子のいずれか１つへの光路切替を最適化する手順を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法である。
【００２１】
本願請求項１０に係る発明の光信号の光路切替方法は、
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の合波器を経由して接続された６基以上の制御光光源の照射の有無および照射強度を、予め定められた試行錯誤方式プログラミングに従って自動的に調整し、前記信号光が光路切替されて収束入射される前記受光素子の［６Ｎ］周辺素子へのいずれかへの光路切替を最適化する手順を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る光路切替装置および光信号の光路切替方法は、次の効果を奏する。すなわち、１種類以上の波長の信号光を同一の光学装置により１３，１９または２５の方向に光路切り替えが可能となり、複数の１対２〜６型光路切替装置を組み合わせて使用する方法に比較して、省スペース、低消費電力、利便性向上等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１ａ】本発明の第１〜第２の実施の形態に共通の光路切替装置の斜視概念図であり、制御光が照射されない場合と、１つの制御光１０１１が照射された場合の信号光の光路を比較して図示したものである。
【図１ｂ】本発明の第１〜第２の実施の形態に共通の光路切替装置の斜視概念図であり、制御光が照射されない場合と、２つの制御光１０１２および１０１３が同時に照射された場合の信号光の光路を比較して図示したものである。
【図２ａ】図１ａの場合における熱レンズ１１１による信号光・光路切替の様子を理解しやすくするため、レンズ２，３，６，８を省略し、要所を拡大して図示した概念図である。
【図２ｂ】図１ｂの場合における熱レンズ１１２および１１３による信号光・光路切替の様子を理解しやすくするため、レンズ２，３，６，８を省略し、要所を拡大して図示した概念図である。
【図３】本発明の第１〜第２の実施の形態に共通の光路切替装置において共通に用いられる照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の出射端面を表す概念図である。
【図４】本発明の第１〜第２の実施の形態に共通の光路切替装置において共通に用いられる１３芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面を表す概念図である。
【図５ａ】本発明の第１〜第２の実施の形態に共通の光路切替装置において共通に用いられる１２角錐台プリズムの１例の平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図５ｂ】本発明で用いられる［６Ｎ］角錐台における光線の入射と出射を表す概念図である。
【図６】本発明で用いられる［６Ｎ］芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面における受光光ファイバー端面（受光チャンネル）の配置をＮが（ａ）２の場合、（ｂ）３の場合、および、（ｃ）４の場合について表した概念図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の光路切替装置における光ファイバー受光素子から受光側光送受信装置への光ファイバー配線（実線の矢線）、および、受光側光送受信装置から６個の制御光光源への電気信号線（鎖線の矢線）を図示した概念図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の光路切替装置における光ファイバー受光素子から受光側光送受信装置への光ファイバー配線（実線の矢線）、および、受光側光送受信装置が各々２基搭載する制御光光源から６基の光合波器を経由し制御光照射ファイバーへ結合する光ファイバー結線（鎖線の矢線）を図示した概念図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の光路切替装置において用いられる１３芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面の１例を表す概念図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の光路切替装置において用いられる１３芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面の１例を表す概念図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態の光路切替装置において用いられる１３芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面の１例を表す概念図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態の光路切替装置における受光側の端面１９（１３）芯バンドル光ファイバー受光素子の受光端面を表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
〔第１の実施形態〕
図１ａ，１ｂ、図２ａ，２ｂ、図３、図４、図５ａ，５ｂおよび図７を参照して本発明の第１の実施形態に係る光路切替装置を説明し、併せて光信号の光路切替方法を説明する。なお、各図面において共通の構成要素については同一の符号を付して表している。
【００２６】
本発明の光路切替装置は共通して、以下に記述するような構成要素からなり、機能を発揮する。図１ａおよび図１ｂに示すように、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の信号光照射ファイバー１０の端面から出射した信号光１０００はコリメートレンズ２によってコリメートされ、次いで集光レンズ３によって集光され、熱レンズ形成素子４に照射される。ここで、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバー１１〜１６（図３に示す）のいずれからも制御光が照射されない場合、信号光１０００は制御光吸収層５に吸収されず、直進し、受光レンズ６、１２角錐台プリズム７の底面７７０と台面７００（図５ａに示す）のなす平板部分７８０（図５ｂに示す）を通過し、結合レンズ８にて収束されて、１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の中心に載置された光ファイバーのコア９００に入射する。
【００２７】
熱レンズ形成素子４は上記信号光１０００の波長、例えば１２５０〜１６００ｎｍは透過し、一方、制御光１０１１〜１０１３の波長、例えば９８０ｎｍを選択的に吸収する制御光吸収層５を有する。熱レンズ形成光素子４としては、例えば、厚さ５００μｍの石英製円板２枚と厚さ５００μｍの石英製スペーサーからなる直径８〜１０ｍｍのコイン型の溶液セルに、吸収極大波長９５０ないし１０５０ｎｍであって信号光の波長帯域、例えば１３１０ないし１６００ｎｍの帯域に光吸収のない有機色素を沸点範囲２９０ないし３００℃の有機溶剤に溶解し、液厚５００μｍの場合で９８０ｎｍの吸光度を５．０以上に濃度調整した色素溶液を充填し、注入孔をエポキシ接着剤で密閉したものが用いられる。言うまでもなく、色素溶液は制御光吸収層５の色素吸収層として作用する。
【００２８】
このような熱レンズ形成素子４へ、その制御光吸収層５が吸収する波長の制御光を、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１１〜１６の１つまたは隣接する２つから照射させ、コリメートレンズ２によってコリメートし、次いで集光レンズ３によって集光し、熱レンズ形成素子４の特定の位置に照射し、制御光吸収層５の内部に熱レンズを形成させる。図１ａおよび図２ａに例示するように、例えば、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１１から制御光１０１１のみが出射した場合、熱レンズ形成素子４の制御光吸収層５を通過している信号光ビームの数十μｍ上方に熱レンズ１１１が形成され、信号光ビームは熱レンズから遠ざかる方向、この場合、下方に光路切替され、点線の矢線で表示された信号光１１０１として、受光レンズ６を通過した後、１２角錐台プリズム７の底面７７０と傾斜面７０７（図５ａに示す）からなるくさび型プリズム部分７８７（図５ｂに示す）を通過することで光路切替され、この場合、上方に進行する信号光ビーム１１０２として結合レンズ８を通過した後、収束された信号光ビーム１９０１として１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の「時計の１２時の位置」に配置された周辺光ファイバーのコア９０１に入射する。また、図１ｂおよび図２ｂに例示するように、例えば、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１２および１３から２本の制御光１０１２および１０１３が出射した場合、熱レンズ形成素子４の制御光吸収層５を通過している信号光ビームの数十μｍ右方に熱レンズ１１２および１１３が形成され、信号光ビームは熱レンズから遠ざかる方向、この場合、左方に光路切替され、点線の矢線で表示された信号光１２１３１として、受光レンズ６を通過した後、１２角錐台プリズム７の底面７７０と傾斜面７１０または７０４（図５ａに示す）からなるくさび型プリズム部分を通過することで光路切替され、この場合、右方に進行する信号光ビーム１２１３２として結合レンズ８を通過した後、収束された信号光ビーム１９０４として１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の「時計の３時の位置」に配置された周辺光ファイバーのコア９０４に入射する。
【００２９】
同様にして、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１１〜１６（図３に示す）の１つまたは隣接する２つから制御光照射させることで、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の信号光照射ファイバー１０の端面から出射した信号光１０００を光路切替して、１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の「時計の１２，１〜１１時の位置」に配置された周辺光ファイバーのコア９０１〜９１２（図４に示す）のいずれかへ入射させることができる。すなわち、制御光が照射されない場合の信号光の直進および１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の中心に載置された光ファイバーのコア９００への入射を含め、信号光１０００の光路を１３方向に切り替えることが可能となり、１対１３型光路切替装置が提供される。照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１１〜１６からの制御光照射と、光路切替後の受光側１３芯バンドル光ファイバー７への信号光入射の詳細については後述する（表１，２参照）。
【００３０】
以下、本発明の光路切替装置に共通して用いられる構成要素の各々について、順を追って説明する。
【００３１】
照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の出射端面の概略構成を図３に示す。照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１は、熱レンズ方式の光制御光スイッチを構成する重要な素子の１つである。すなわち、熱レンズ形成素子４の内部に過渡的に形成された熱レンズを用いて信号光１０００の進行方向を、信号光のビーム断面のエネルギー分布をガウス分布（光路切替された信号光を光ファイバーに戻す上で重要な条件である）のまま、変更するためには、平行して進行する信号光と制御光のビーム中心間の距離を２５ないし４０μｍに制御する必要があることが実験的に確認されており、この条件を繊細な光学系の調整無しに実現するために端面近接７芯バンドル光ファイバーが開発された。
【００３２】
照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１は、信号光の波長のレーザー伝搬に好適なシングルモード光ファイバー１本を中心に置き、その周りに、制御光の波長のレーザー伝搬に好適なシングルモード光ファイバー６本を、以下の条件で最密に束ねたものである。
（１）合計７本のファイバーの外径（以下、クラッド径ともいう）を±１μｍ未満、好ましくは±０．３μｍの精度で揃える。
（２）前記クラッド径は４０μｍ以下が好ましい。
【００３３】
例えば、信号光の波長１３１０〜１４９０ｎｍの伝搬に適合した光ファイバー（コア径約１０μｍ、クラッド径１２５μｍ）および制御光の波長９８０ｎｍの伝搬に適した光ファイバー（コア径約８μｍ、クラッド径１２５μｍ）を、それぞれ、フッ化水素−フッ化アンモニウム水溶液にて室温でエッチングしてクラッド径を３９μｍとし、クラッド径の公差が上記条件を満足することを確認し、信号光用光ファイバー１本を中心に置き、制御光用光ファイバー６本をその周辺に配置して束ね、エポキシ接着剤３１とともに、セラミック製フェルール３０の孔に挿入し、接着剤を硬化させた後、束ねた方の端面をフェルールとともに垂直に研磨することによって、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１を製造することができる。
【００３４】
照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の非結束末端は、中心の１本の信号光用ファイバーは信号光光源（図示せず）に、周辺の６本の制御光用ファイバーは、制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６（図７の場合）または制御光合波器８１１〜８１６（図８の場合）に接続される。
【００３５】
本発明の第１の実施の形態においては、以下、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の非結束末端の内、周辺の６本の制御光用ファイバーを６基の制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６に接続した場合（図７）について詳細に説明する。なお、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の６本の制御光用ファイバーを６基の制御光光源に１対１に接続する方式は、用途として、例えば、複数の光ファイバーセンサーからの信号を、光信号解析装置の手前で、光−光スイッチで切り替える場合に好適に用いられる。
【００３６】
照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１を構成する７本の光ファイバーのクラッド径は、熱レンズ効果のみを効率良く発揮させるためには４０μｍ以下、可能であれば２５μｍ程度が好ましい。しかしながら、クラッド径を４０μｍよりも小さくすると、コア内を伝搬するレーザーの閉じ込めが充分行えず、伝搬損失が増大する（トンネル効果）、また、外力に対する強度が著しく低下し７本束ねる際の歩留まりが極めて悪化する、などの制約が大きくなる。これらの相反する事象のバランスを考慮すると、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１を構成する７本の光ファイバーのクラッド径は、３８ないし４０μｍ程度が最適である。
【００３７】
以上の制約を解消し、熱レンズ効果を効率良く発揮させるため、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の端面から各々出射する信号光および制御光を、コリメートレンズ２および集光レンズ３からなる縮小光学系によって、熱レンズ形成素子４の制御光吸収層５において、信号光ビームの中心軸と制御光ビームの中心軸の垂直方向の間隔を３０μｍ程度まで近づけることができる。例えば、コリメートレンズ２および集光レンズ３として、焦点距離２ｍｍの非球面凸レンズを共通に使用することで、約０．８倍の縮小光学系を構成し、上記の要請に応え、信号光ビームの中心軸と制御光ビームの中心軸の垂直方向の間隔を３０μｍ程度まで近づけることができる。なお、コリメートレンズ２および集光レンズ３の焦点距離は２ｍｍに限定されるものではなく、４ｍｍや８ｍｍなど、特に制約はない。
【００３８】
熱レンズ形成素子４の後方に載置される受光レンズ６および結合レンズ８として、上記のコリメートレンズ２および集光レンズ３と同一仕様の非球面凸レンズを用いることができる。言うまでもなく、受光レンズ６および結合レンズ８の仕様に特に制約はない。
【００３９】
受光レンズ６および結合レンズ８の間に設置する［６Ｎ］角錐台プリズム７は、制御光が照射されず進行方向が変わらずに熱レンズ形成素子４から受光レンズ６を経て直進してくる直進信号光と、制御光が照射され進行方向が変更されて熱レンズ形成素子４から受光レンズ６を経て進行してくる光路切替信号光との、直進信号光進行方向に対する光路切替信号光の進行方向の角度差を大きくするために用いられる。Ｎが２の場合に相当する１２角錐台プリズムの平面図および側面図を図５ａに示す。
【００４０】
図５ｂに示すように、制御光が照射されない場合、直進信号光１０００は［６Ｎ］角錐台７の底面７７０と台面７００のなす平板部分７８０に垂直に入射して更に直進し、一方、前記光路切替光は、［６Ｎ］角錐台の底面７７０と［６Ｎ］面の斜面のいずれか１つ、例えば斜面７０７が構成するくさび型プリズム部分７８７を通過することで前記角度差が拡大して出射する。理解を容易にするため、図５ｂにおいては、直進信号光１０００と平行な信号光１００１がくさび型プリズム部分７８７を通過する場合の屈折の様子を図示している。
【００４１】
［６Ｎ］角錐台７を構成するガラス素材の屈折率をｎ（例えば光の波長１．３１μｍのときｎは１．５０４）、空気の屈折率をｎ０（空気の屈折率は１．０００）とすると、［６Ｎ］角錐台７のくさび型プリズムの角度θと、底面７７０に垂直入射した光１００１（前記信号光１０００と平行）がくさび型プリズム部分７８７の斜面７０７から出射する角度θ’（図５ｂ参照）の関係はスネルの法則から、以下のように記述される：
［数１］
ｎ×ｓｉｎθ ＝ ｎ０×ｓｉｎθ’ …〔１〕
【００４２】
θおよびθ’が小さい場合、式〔１〕は次のように近似される（屈折率の３桁目に誤差が発生）：
［数２］
１．５０４×θ ≒ θ’ …〔２〕
【００４３】
信号光１０００は、受光レンズ６によってコリメートされているので、結合レンズ８の焦点の位置に像を結び、光ファイバー受光素子９の中心ファイバーの中心と周辺ファイバー中心との間隔をＬ［ｍｍ］とし、結合レンズ８の焦点距離をｆ（例えば、２ｍｍ）とすると、
［数３］
Ｌ ＝ ｆ×ｔａｎ［θ’−θ］ …〔３〕
式〔３〕に、近似式〔２〕を適用すると、
［数４］
Ｌ ＝ ｆ×ｔａｎ［０．５０４×θ］ …〔４〕
すなわち、
［数５］
θ ＝ ［ｔａｎ−１（Ｌ／ｆ）］／０．５０４ …〔５〕
例えばＬを０．２４１５ｍｍ、ｆを２ｍｍとすると、
［数６］
θ ＝ １３．６６° …〔６〕
【００４４】
なお、光ファイバー受光素子９の中心ファイバーの中心と周辺ファイバー中心との間隔が０．２４１５ｍｍになるのは、後に１３芯バンドル光ファイバー受光素子９の構造について詳しく述べるように、クラッド径１２５．０μｍの光ファイバー１２本（図４の９０１〜９１２）を直径３５８．０μｍのフェルールの周囲に隙間なく並列させた場合である。また、クラッド径４０．０μｍの光ファイバー１２本（図４の９０１〜９１２）をクラッド径１１４．５μｍの中心光ファイバーの周囲に隙間なく並列させた場合、Ｌは０．０７７２７ｍｍであり、θは４．３９°である。
【００４５】
受光レンズ６および結合レンズ８の間に設置する［６Ｎ］角錐台プリズム７の斜面の数は、Ｎが２，３，４の場合、それぞれ１２，１８，２４である。Ｎの値の上限が４である理由は後で述べる。［６Ｎ］角錐台プリズム７の斜面の配置については、制御光が照射されない場合において、直進信号光１９０１が［６Ｎ］角錐台プリズム７の台面７００の中心を通過し、制御光が照射された場合においては、例えば、図１ａにおいて制御光が照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光出射ファイバーのコア１１から制御光１０１１が照射された場合、光路変更された信号光１１０１が、［６Ｎ］角錐台プリズム７の斜面７０７（図５ｂ参照）を通過するよう、［６Ｎ］角錐台プリズム７の斜面は載置される。なお、直進信号光１０００や光路切替信号光１１０１が入射するのは、［６Ｎ］角錐台プリズム７の底面７７０からであっても、台面７００または斜面７０１〜７１２からであっても、どちらでも差し支えない。図１ａ，１ｂにおいては［６Ｎ］角錐台プリズム７の底面７７０から信号光が入射する配置を想定している。
【００４６】
［６Ｎ］角錐台プリズム７に用いられる素材としては、上記の式〔１〕以降の計算を行うため、使用する信号光の波長（例えば１３１０ｎｍ）における屈折率が確定している光学ガラスを用いる必要がある。［６Ｎ］角錐台プリズム７は公知の切削・研磨法、または、ガラスモールド法によって好適に製造される。なお、［６Ｎ］角錐台プリズム７の構造を正確に表現すると、図５ｂに断面を示すように、［６Ｎ］角柱に［６Ｎ］角錐台を重ねたものである。これは、［６Ｎ］角錐台プリズムの縁が鋭角なままであると製造時に破損しやすくなるためである。直進信号光１０００は錐台の台面を通過し、光路切替信号光１１０１などは台面の近傍の錐台の斜面を通過するため、［６Ｎ］角柱に［６Ｎ］角錐台を重ねた形状であっても差し支えない。
【００４７】
本発明で用いられる受光側の［６Ｎ＋１］芯バンドル光ファイバーの概念図を図６に示す。図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）は各々、Ｎが２，３，４の場合に対応し、それぞれ１３芯、１９芯、２５芯である。中心光ファイバーと中心軸を共有する円筒上に［６Ｎ］本の外径［２ｒ］光ファイバーを最密に並列に束ねる場合、円筒の半径Ｒは式〔７〕で求められる。
［数７］
Ｒ ＝ ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕 …〔７〕
【００４８】
例えば、Ｎが２（１３芯バンドル）の場合、クラッド径［２ｒ］が一般的な１２５μｍの場合、Ｒは１７８．９８μｍである。同様にＮが３（１９芯バンドル）、４（２５芯バンドル）の場合、Ｒは各々、２９７．４２、４１６．３３μｍである。Ｒが約０．４ｍｍ程度まで大きくなると、光路切替信号光が受光光ファイバーへ入射する角度が、理想的な値である９０度から乖離するため、信号光の光ファイバーへの結合効率が低下してしまう。そこで、２５芯バンドルの場合、クラッド径［２ｒ］を４０μｍとすると、Ｒを１３３．２３μｍまで小さくすることができ、上記のような結合効率の低下は回避できる。ところが、隣り合った外周光ファイバーのコア間間隔が４０μｍまで接近するため、チャンネル間のクロストークが大きくなるという別の障害が問題となる。以上勘案し、Ｎの上限を４とした。
【００４９】
本発明で用いられる受光側の１３芯バンドル光ファイバー受光素子９，９１，９２，６６の端面の概略構成を表す概念図を各々図４，９〜１２に示す。これらの受光素子に用いられる光ファイバー９００〜９１２は信号光の波長、例えば、１３１０〜１６００ｎｍの伝搬に適合したシングルモード光ファイバーが用いられ、そのコア径は概ね１０μｍである。
【００５０】
図４に示す１３芯バンドル光ファイバー９は、中心の孔にクラッド直径ｄ１の光ファイバー９００が挿入された直径ｄ３のセラミックまたはガラス製内周フェルール４４１の周囲に１２本の、クラッド径ｄ２の光ファイバー９０１〜９１２を最密に並べて、孔の内径ｄ５のセラミックまたはガラス製外周フェルール４３１の孔に接着剤４２１とともに挿入し、接着剤を硬化させた後、結束端の端面を垂直に研磨したものである。接着剤としては硬化時の体積収縮が少ない、エポキシ樹脂系またはシリコーン樹脂系接着を好適に用いることができる。
【００５１】
光ファイバー９０１〜９１２のクラッド径ｄ２と内周フェルール４４１の外径ｄ３との関係は式〔８〕で表される：
［数８］
ｄ３ ＝ ｄ２〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕 …〔８〕
【００５２】
また、光ファイバー９０１〜９１２のクラッド径ｄ２と光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心が並ぶ円周の直径ｄ４との関係は式〔９〕で表される：
［数９］
ｄ４ ＝ ｄ２〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））〕 …〔９〕
【００５３】
また、光ファイバー９０１〜９１２のクラッド径ｄ２と外周フェルール４３１の孔の内径ｄ５との関係は、挿入を容易にするための隙間をΔｄとして式〔１０〕で表される：
［数１０］
ｄ５ ＝ Δｄ ＋ ｄ２〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））＋１〕 …〔１０〕
【００５４】
フェルールの孔へ光ファイバーの束を挿入するための隙間Δｄは光ファイバー９０１〜９１２のクラッド径ｄ２の公差が±０．３μｍ以下の場合、１．０μｍ程度が好ましい。光ファイバー９０１〜９１２のクラッド径ｄ２が一般的な光ファイバーの場合の１２５μｍの場合、式〔８〕〜〔１０〕においてＮを２として、ｄ３は３５８．０μｍ、ｄ４は４８３．０μｍ、ｄ５は６０８．０μｍである。この場合、外周フェルール４３１の外径は、例えば１ｍｍであれば強度面で充分である。
【００５５】
光ファイバー９０１〜９１２として、クラッド径４０．０μｍのものを用いた場合、内周フェルール４４１の外径ｄ３は１１４．５μｍと計算される。この場合、内周フェルール４４１の孔に中心光ファイバーを挿入するよりも、中心光ファイバーのクラッド径を１２５μｍから１１４．５μｍまでエッチングし、その周辺に１２本のクラッド径４０μｍファイバーを隙間なく並べ、内径１９５．５μｍの孔を有する外周フェルールに接着剤とともに挿入する方法の方が好ましい。
【００５６】
また、内周フェルール４４１の代わりに、クラッド径１２５μｍの光ファイバーをエッチングすることなく使用する場合は、周辺光ファイバーとしてクラッド径４３．６５μｍにエッチングした光ファイバー９０１〜９１２を好適に使用することができる。
【００５７】
図４に示すように円筒型の内周フェルール４４１を用いる場合、光ファイバー９０１〜９１２を外周フェルールに挿入する作業が容易でない、また、光ファイバー９０１〜９１２が捻れたり蛇行したりする、などの課題がある。そこで、内周フェルールの直径ｄ３を大きくしたｄ６（図９）またはｄ９（図１０）とし、内周フェルールの表面にＶ字型断面の溝を設けることで、この課題を解決することができる。
【００５８】
図９はＶ字型断面の溝を設けた内周フェルール４４２を用いた１３芯バンドル光ファイバー受光素子９１の端面を表した概念図であって、外周光ファイバー９０１〜９１２は隙間なく並列している。すなわち、光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心が並ぶ円周の直径ｄ４は図４の場合と同一である。
【００５９】
図１０はＶ字型断面の溝を設けた内周フェルール４４３を用いた１３芯バンドル光ファイバー受光素子９２の端面を表した概念図であって、外周光ファイバー９０１〜９１２は隙間を開けて並列している。すなわち、光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心が並ぶ円周の直径ｄ８は図４の場合のｄ４よりも大きい。
【００６０】
図１１は、１３基の孔を設けたセラミック製またはガラス製フェルール９９９の中心孔９８０に中心光ファイバー９００を、周辺の孔９８１〜９９２に周辺光ファイバー９０１〜９１２を挿入し、接着した後、垂直研磨した端面を図示したものである。光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心が並ぶ円周の直径ｄ１０は図４の場合のｄ４よりも大きい。孔９８０の内径ｄ１２、孔９８１〜９９２の内径ｄ１１ともに、例えば、挿入する光ファイバーのクラッド径１２５μｍに対して、クラッド径の公差が±０．５μｍの場合、１．０μｍ程度大きくすることで、挿入を円滑に行うことができる。
【００６１】
なお、図４，９〜１１におけるフェルール４４１，４４２，４４３，９９９の長さについては、当該フェルールの直径と同等以上であれば、特に制約はない。
【００６２】
以上で説明した１３芯バンドル光ファイバー受光素子９，９１において、光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心が並ぶ円周の直径ｄ４の１／２（半径）は、光ファイバー９０１〜９１２のコアの中心と中心ファイバー９００のコアの中心との距離Ｌである：
［数１１］
Ｌ ＝ ｄ４／２ …〔１１〕
【００６３】
式〔５〕と式〔１１〕に直径ｄ４の値と結合レンズ８の焦点距離ｆの値を代入することで、対応する１２角錐台プリズム７の角θ（図５ａに示す）を計算することができる。
【００６４】
同様にして、１３芯バンドル光ファイバー受光素子９２，９３においては、各々直径ｄ８，ｄ１０と結合レンズ８の焦点距離ｆから対応する１２角錐台プリズム７の角θを計算することができる。
【００６５】
図１２の１９芯バンドル光ファイバー受光素子６６（実質、１３芯バンドル光ファイバー受光素子、以下「１９（１３）芯バンドル光ファイバー受光素子６６」という）は、これまで述べてきたものと異なり、１２本の外周光ファイバー６０１〜６７２は同一円周上には配置されず、全部で１９本の光ファイバーを最密充填で束ねたものの、最外周に位置する。この場合、中心光ファイバー６００の周りの６本の光ファイバー６２１〜６２６は、１９本最密充填配置のためのダミーファイバーである。
【００６６】
この配置の場合、中心光ファイバーのコア６００の中心と、周辺光ファイバーのコアとの中心間距離はｄ１３とｄ１４の２通りとなり、ｄ１３とｄ１４は、式〔１２〕の関係にある。
［数１２］
ｄ１４ ＝ （１／２×√３）×ｄ１３ …〔１２〕
【００６７】
例えば、クラッド径が１２５μｍの光ファイバー１９本を最密に束ねた場合、ｄ１３は２５０．０μｍに対し、ｄ１４は２１６．５μｍである。
【００６８】
従って、１９（１３）芯バンドル光ファイバー受光素子６６に対応する１２角錐台プリズム（図示せず）は、角度θ１とθ２の２種類の傾きの斜面が交互に並んだ形状となり、台面は正１２角形ではなくなる。
ｄ１３が２５０．０μｍ、ｆが２ｍｍの場合、θ１は１４．１４°である。
ｄ１４が２１６．５μｍ、ｆが２ｍｍの場合、θ２は１２．２６°である。
【００６９】
以上説明したような１３芯バンドル光ファイバー受光素子９，９１，９２，９３および１９（１３）芯バンドル光ファイバー受光素子６６の束ねられていない側の光ファイバー９０１〜９１２の端面に到達した信号光は、そのまま、信号光の波長のレーザーとして利用することもできるが、通常は、文字通り、信号光の運んだ信号は光ファイバー９２１〜９３２を通じて光信号送受信装置２２１〜２３２に接続され、光信号送受信装置２２１〜２３２に内蔵された光電変換素子によって電気信号に変換され、利用される。また、信号光光源から光信号送受信装置２２１〜２３２のいずれかに光路が切り替えられて接続している場合、光信号送受信装置２２１〜２３２に信号光光源が搭載されていて、信号光の光源側にも光電変換素子などが搭載されている場合、光信号送受信装置２２１〜２３２から信号光光源側へ光信号を送り返すこともできる。
【００７０】
本発明の第１の実施の形態においては、以下、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の非結束末端の内、周辺の６本の制御光用ファイバーを６基の制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６に接続した場合（図７）について詳細に説明しているが、この場合、制御光照射の制御を６基の制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６のみで行うことも、光信号送受信装置２２１〜２３２から制御光光源の制御装置２１１〜２１６へ、電気信号線２４１〜２５２，２６２〜２７２によって制御光点灯のための電気信号を送ることもできる。電気信号線としては平行コードまたは芯線が１本以上の同軸ケーブルを好適に用いることができる。光信号送受信装置２２１〜２３２の内、制御光が１つ単独で照射された場合に信号光が到達する光信号送受信装置２２１，２２３，２２５，２２７，２２９，２３１から制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６への電気信号線は１本ずつで良い。互いに隣り合う制御光のいずれか２つが同時に照射された場合に信号光が到達する光信号送受信装置２２２，２２４，２２６，２２８，２３０，２３２から制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６への電気信号線は各々２本ずつが、互いに隣り合う制御光光源およびその制御装置２１１〜２１６のいずれか２基へ接続される。図７はこのような制御系の配線と信号光の光ファイバーの接続の様子を図示した概念図である。また、個々の構成要素の符号の組合せを表１に掲げる。
【００７１】
【表１】
【００７２】
次に、第１の実施形態における光路切替装置における動作ならびに信号光の光路切替方法の１例を、図１ａ〜１ｂ，図２ａ〜２ｂ，図３〜４，図５ａ，図５ｂ，図６〜７を用いて以下に説明する。
【００７３】
照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の中央光ファイバーのコア１０から信号光１０００が出射され、周辺光ファイバー１１〜１６のいずれからも制御光が出射されなかった場合、直進信号光１０００は、１２角錐台プリズム７の底面７７０および台面７００を通過して、受光側の１３芯バンドル光ファイバー受光素子７の中央光ファイバーのコア９００で受光される。一方、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１０の中央光ファイバー１０から信号光１０００が出射され、周辺光ファイバー１１から制御光１０１１が出射された場合、信号光１０００は熱レンズ形成素子４内に形成された熱レンズ１１１（図１ａ，２ａ）で光路が変更され、１２角錐台プリズム７の底面７７０およびの斜面７０７（図５ａ）を通過して、受光側１３芯バンドル光ファイバー受光素子７の周辺光ファイバーのコア９０１で受光される。また、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１０の中央光ファイバー１０から信号光１０００が出射され、周辺光ファイバー１２から制御光１０１２が出射された場合、信号光１０００は熱レンズ形成素子４内に形成された熱レンズ１１２で光路が変更され、１２角錐台プリズム７の底面７７０およびの斜面７０９（図５ａ）を通過して、受光素子である受光側の１３芯バンドル光ファイバー受光素子７の周辺光ファイバー９０３で受光される。また、照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１０の中央光ファイバー１０から信号光１０００が出射され、互いに隣接する周辺光ファイバー１２および１３から制御光が同時に出射された場合、信号光１０００は熱レンズ形成素子４内に形成された熱レンズ１１２および１１３（図１ｂ）で光路が変更され、１２角錐台プリズム７の底面７７０およびの斜面７１０（図５ａ）を通過して、受光側１３芯バンドル光ファイバー受光素子７の周辺光ファイバーのコア９０４で受光される。
【００７４】
同様にして、表１に示すような構成要素の組合せによって、制御光のいずれか１つが単独で、あるいは、互いに隣接する制御光のいずれか２が同時に照射されることによって、制御光が照射されない場合の直進方向を含め、合計１３方向への光路切替が可能になる。
【００７５】
以上より、第１の実施の形態における光路切替装置および信号光の光路切替方法によれば、１×１３スイッチが実現する。
【００７６】
図６に示すように、１３芯、１９芯および２５芯いずれの場合も、制御光のいずれか１つが単独で照射された場合に接続されるチャンネルｃｈ．０１，０３，０５，０７，０９，１１、ｃｈ．２１，２４，２７，３０，３３，３６、および、ｃｈ．４１，４５，４９，５３，５７，６１以外のチャンネルについては、互いに隣接するいずれか２つの制御光を同時に照射し、更に、２つの制御光の照射強度の組合せを変えることによって、接続先を選択する。図６（ｂ）１９芯の場合、１８角錐台プリズム、また、（ｃ）２５芯の場合、２４角錐台プリズムが用いられる。
【００７７】
図６に示す、Ｎが２，３，４いずれの場合も、前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々直接接続された６基の制御光光源の照射の有無および照射強度を、予め定められた試行錯誤方式プログラミングに従って自動的に調整し、前記信号光が光路切替されて収束入射される前記受光素子の［６Ｎ］周辺素子のいずれか１つへの光路切替を最適化する手順を行うことで、本発明の第１の実施の形態の光路切替装置の初期設定を完了し、本発明の第１の実施の形態の信号光の光路切替方法を確実に実施することができる。
【００７８】
〔第２の実施形態〕
図８を参照して本発明の第２の実施形態に係る光路切替装置を説明し、併せて複数光信号の光路切替方法を説明する。なお、図８において、図を見やすくするため、受光側光送受信装置が各々２基搭載する制御光光源からの光ファイバーの内、光合波器へ接続されないもの（これをダミーファイバーと呼ぶ）は図示していない。
【００７９】
また、本発明の第１の実施形態との相違は、制御光照射ファイバーのコア１１〜１６に各々接続された制御光合波器８１１〜８１６、受光側の１３芯バンドル光ファイバー７からの信号光ファイバー９４０〜９５２が各々接続された、光信号受信ユニットとしての光信号送受信装置８２０〜８３２、光信号送受信装置８２１〜８３２と制御光合波器８１１〜８１６を結んだ制御光伝達用光ファイバー８４１〜８５２，８６２〜８７２を用いる点である。また、光信号送受信装置８２１，８２３，８２５，８２７，８２９，８３１は各々少なくとも１基の制御光光源（レーザーダイオード）を、光信号送受信装置８２２，８２４，８２６，８２８，８３０，８３２は各々必ず２基の制御光光源を搭載している。光信号送受信装置８２１，８２３，８２５，８２７，８２９，８３１からの制御光伝達用光ファイバー８４１，８４３，８４５，８４７，８４９，８５１は各々制御光合波器８１１〜８１６と１対１に接続されている。一方、光信号送受信装置８２２，８２４，８２６，８２８，８３０，８３２の２基の制御光光源は各々１本の制御光伝達用光ファイバー８４２〜８５２および８６２〜８７２によって、互いに隣接する２基の制御光合波器８１１〜８１６のいずれか１基と１対１に接続されている。制御光が照射されない場合の直進信号光が接続される光信号送受信装置８２０には制御光光源や制御光伝送用ファイバーは無用であるが、制御光の波長の光を用いた光ＬＡＮを構成し、光信号送受信装置８２０〜８３２の間で光通信を行う場合（図示せず）には、光信号送受信装置８２０にも制御光光源を少なくとも１基搭載し、制御光伝送用ファイバーを接続する。
【００８０】
図８に示す本発明の第２の実施形態に係る光路切替装置を運用する上で、光信号送受信装置８２０〜８３２に搭載されている制御光光源が１つの場合と２つの場合を区別して制御光伝達用光ファイバー８４２〜８５２および８６２〜８７２の中の１本または２本を配線する作業は煩雑であり、誤配線のおそれもある。そこで、前記配線作業を確実かつ簡便にするため、光信号送受信装置８２０〜８３２のすべてに各々２基の制御光光源を搭載し、各々に１対（２本）の制御光伝搬ファイバーを接続し、これらの制御光伝搬ファイバーを制御光合波器８１１〜８１６に接続する際、光信号送受信装置８２１，８２３，８２５，８２７，８２９，８３１からの１対（２本）の制御光伝搬ファイバーの内の各々１本は、制御光合波器８１１〜８１６に接続されないダミーファイバーとすることができる。更に、光信号送受信装置８２０〜８３２を本発明の第２の実施形態に係る光路切替装置に組み込む際のシステム初期化手順として、光信号送受信装置８２０〜８３２が各々搭載する２基の制御光光源を、前記光信号送受信装置毎に順番に、１つずつ発振、次いで２つ同時に発振し、光路切替信号光が光信号送受信装置８２０〜８３２の各々が搭載する光電変換素子へ到達するよう、各々搭載する２基の制御光光源の１つまたは２つの発振有無と発振強度を、予め設定された試行錯誤方式プログラミングに従って、自動的に制御することによって、装置の光路切替機能を最適化することが可能である。このような本発明の第２の実施形態に係る光路切替装置の初期化手順としての機能最適化手順は、Ｎが２のときだけでなく、光信号送受信装置８２０〜８３２が各々搭載する２基の制御光光源の照射強度の調整が必要な、Ｎが３および４の場合（図６参照）において特に有効である。
【００８１】
表２は各構成要素の接続の組合せを符号の組合せで表したものである。
【００８２】
【表２】
【００８３】
例えば、光信号送受信装置８２１の制御光光源が点灯され、制御光が光ファイバー８４１、制御光合波器８１１を経由して照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１１から制御光１０１１として照射された場合、本発明の第１の実施形態の場合と全く同様にして、信号光１０００は光路を切り替えられ、１３芯バンドル光ファイバー受光素子９のコア９０１にて受光され（図１ａおよび図２ａ）、光ファイバー９４１を通じて、光信号送受信装置８２１に届けられる。
【００８４】
また、光信号送受信装置８２４の２つの制御光光源が同時に点灯され、制御光が光ファイバー８４４から制御光合波器８１３を経由して照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１３から制御光１０１３として照射され、また、制御光が光ファイバー８６４から制御光合波器８１２を経由して照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー１の制御光照射ファイバーのコア１２から制御光１０１２として照射された場合、本発明の第１の実施形態の場合と全く同様にして、信号光１０００は光路を切り替えられ、１３芯バンドル光ファイバー受光素子９のコア９０１にて受光され（図１ｂおよび図２ｂ）、光ファイバー９４４を通じて、光信号送受信装置８２４に届けられる。
【００８５】
以上より、第２の実施の形態における光路切替装置および信号光の光路切替方法によれば、１×１３スイッチが実現する。
【符号の説明】
【００８６】
１ 照射側端面近接７芯バンドル光ファイバー、
２ コリメートレンズ、
３ 集光レンズ、
４ 熱レンズ形成素子、
５ 制御光吸収層、
６ 受光レンズ、
７ １２角錐台プリズム、
８ 結合レンズ、
９，９１，９２，９３ １３芯バンドル光ファイバー受光素子、
１０ 信号光照射ファイバーのコア、１１〜１６ 制御光照射ファイバーのコア、
３０，６０ フェルール、
３１，６１ 接着剤、
６６ １９（１３）芯バンドル光ファイバー受光素子、
１００ １対１３型光路切替装置、
１１１，１１２，１１３ 熱レンズ、
２１１〜２１６ 制御光照射ファイバーのコア１１〜１６に各々接続された制御光光源およびその制御装置、
２２１〜２３２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア９０１〜９１２に接続された光信号送受信装置、
２４１，２４３，２４５，２４７，２４９，２５１ 光信号送受信装置２２１，２２３，２２５，２２７，２２９，２３１の制御装置と制御光光源の制御装置２１１〜２１６を各々結ぶ電気信号線、
２４２，２４４，２４６，２４８，２５０，２５２ 光信号送受信装置２２２，２２４，２２６，２２８，２３０，２３２の制御装置と制御光光源の制御装置２１１〜２１６を各々結ぶ電気信号線、
２６２，２６４，２６６，２６８，２７０，２７２ 光信号送受信装置２２２，２２４，２２６，２２８，２３０，２３２の制御装置と制御光光源の制御装置２１１〜２１６を各々結ぶ電気信号線、
３１０ 信号光照射ファイバーのクラッド、
３１１〜３１６ 制御光照射ファイバーのクラッド、
４００ 直進信号光受光ファイバーのクラッド、
４０１〜４１２ 光路切替信号光受光ファイバーのクラッド、
４２１，４２２，４２３ 接着剤、
４３１，４３２，４３３ 外周フェルール、
４４１ 内周フェルール、４４２，４４３ Ｖ字断面溝付内周フェルール、
６００ 直進信号光受光ファイバーのコア、６０１〜６１２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア、
６２１〜６２６ ダミーファイバー、
６６０ 直進信号光受光ファイバーのクラッド、
６６１〜６７２ 光路切替信号光受光ファイバーのクラッド、
７００ １２角錐台プリズムの台面、
７０１〜７１２ １２角錐台プリズムの斜面、
７７０ １２角錐台の底面、
７８０ １２角錐台プリズムの台面７００と底面７７０が構成する平板部分、
７８７ 角錐台プリズムの斜面７０７と底面７７０が構成するくさび型プリズム部分、
８１１〜８１６ 制御光照射ファイバーのコア１１〜１６に各々接続された制御光合波器、
８２０ 直進信号光受光ファイバーのコア９００に接続された光信号送受信装置、
８２１〜８３２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア９０１〜９１２に接続された光信号送受信装置、
８４１，８４３，８４５，８４７，８４９，８５１ 光信号送受信装置８２１，８２３，８２５，８２７，８２９，８３１に各１基搭載された制御光光源と制御光合波器８１１〜８１６を各々結ぶ制御光伝送光ファイバー、
８４２，８４４，８４６，８４８，８５０，８５２ 光信号送受信装置８２２，８２４，８２６，８２８，８３０，８３２に各２基搭載された制御光光源の１と制御光合波器８１１〜８１６を各々結ぶ制御光伝送光ファイバー、
８６２，８６４，８６６，８６８，８７０，８７２ 光信号送受信装置８２２，８２４，８２６，８２８，８３０，８３２に各２基搭載された制御光光源の１と制御光合波器８１１〜８１６を各々結ぶ制御光伝送光ファイバー、
９００ 直進信号光受光ファイバーのコア、９０１〜９１２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア、
９２１〜９３２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア９０１〜９１２と光信号送受信装置２２１〜２３２の光-電子変換器を各々結ぶ光ファイバー、
９４０ 直進信号光受光ファイバーのコア９００と光信号送受信装置８２０の光-電子変換器を結ぶ光ファイバー、
９４１〜９５２ 光路切替信号光受光ファイバーのコア９０１〜９１２と光信号送受信装置８２１〜８３２の光-電子変換器を各々結ぶ光ファイバー、
９８０ 直進信号光受光ファイバーを載置する孔、
９８１〜９９２ 光路切替信号光受光ファイバーを載置する孔、
９９９ １３孔フェルール、
１０００，１００１ 信号光、
１０１１，１０１２，１０１３ 制御光、
１９００ 直進信号光、
１９０１，１９０４，１１０１，１１０２，１２１３１，１２１３２ 光路切替信号光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
７芯バンドル光ファイバーの中心に配置された光ファイバーであって、１端は１種類以上の波長の信号光の光源に接続され、他端の端面から前記信号光を出射する１本の信号光照射ファイバーと、
前記１本の信号光照射ファイバーの周囲に最密に配置された６本の光ファイバーであって、１端は前記信号光とは異なる特定波長の制御光の光源に各々接続され、他端の６つの端面はいずれも前記信号光の出射端面と同一の平面上に配置され、これらの端面から前記制御光を、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接するいずれか２つの端面から２本並列で出射する６本の制御光照射ファイバーと、
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、前記光吸収層内にて収束させて入射させる第１の集光手段と、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらずに、または、前記制御光が照射され進行方向が変更されて、前記熱レンズ形成素子から広がりながら出射する信号光を受光し、コリメートする受光レンズと、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらずに前記熱レンズ形成素子から前記受光レンズを経て直進してくる直進信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変更されて前記熱レンズ形成素子から前記受光レンズを経て進行してくる光路切替信号光との、直進信号光進行方向に対する光路切替信号光の進行方向の角度差を大きくするための［６Ｎ］角錐台プリズムであって、前記直進信号光は［６Ｎ］角錐台の底面と台面のなす平板部分に垂直に入射して更に直進し、一方、前記光路切替信号光は、［６Ｎ］角錐台の底面と［６Ｎ］面の斜面のいずれか１つが構成するくさび型プリズム部分を通過することで前記角度差が拡大して出射するよう載置された［６Ｎ］角錐台プリズムと、
前記［６Ｎ］角錐台プリズムから出射した信号光を集光する第２の集光手段と、
前記第２の集光手段により集光された信号光の内、制御光が照射されず直進する信号光を受光する１つの直進信号光受光ファイバーと、前記直進信号光受光ファイバーと中心軸を共有する円筒上に等間隔かつ並列に束ねられ配置されていて、第２の集光手段により集光された信号光の内、制御光が照射されて光路切替された信号光を各々受光する［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーとから構成される光ファイバー受光素子と、
を有し、
前記Ｎは、２，３または４であり、
前記熱レンズ形成素子は、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内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過渡的に熱レンズが形成され、該熱レンズにより、前記光吸収層内に屈折率分布が生じ、前記信号光の進行方向を変え、光路切替を行い、
前記［６Ｎ］角錐台プリズムにおいては、前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と底面からなる平板部分を通過し、前記第２の集光手段により集光されて前記ファイバー受光素子の中心に載置された直進信号光受光ファイバーに入射し、前記制御光の１つ以上が照射され光路が変更された信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの斜面と底面からなるくさび型プリズム断面部分を通過した後、前記第２の集光手段により集光され前記ファイバー受光素子において円筒状に等間隔に整列した［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれかに入射するように、前記制御光は、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接するいずれか２つの端面から２本並列で出射するよう制御されることによって、前記信号光照射ファイバーから出射する信号光の光路を［６Ｎ＋１］方向へ光路切替することを特徴とする１対［６Ｎ＋１］型光路切替装置。
【請求項２】
前記６本の制御光照射ファイバーは１端において、合計６基の制御光光源と各々１対１に接続され、前記６基の制御光光源のいずれか１基、または、互いに隣接するいずれか２基を発振させることで前記信号光照射ファイバーから出射する信号光の光路を、前記６基の制御光光源のいずれも発振せず前記信号光が直進する場合を含め、［６Ｎ＋１］方向へ光路切替することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置。
【請求項３】
少なくとも、
前記光ファイバー受光素子の中心の信号光受光ファイバーの１端に接続された光電変換素子を有する１基の光信号受信ユニットと、
前記光ファイバー受光素子の周辺の［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれか１本の１端に接続された光電変換素子と、
１または２基の制御光光源と、
前記１または２基の制御光光源に各々接続された１本の制御光伝搬ファイバーと、
を各々有する［６Ｎ］基の光信号受信ユニットと、
前記６本の制御光照射ファイバーのいずれか１本を１端とし、［Ｎ＋１］本の他端が前記制御光伝搬ファイバーのいずれか１本に接続された、６基の１対［Ｎ＋１］型合波器と、
を有する光路切替装置であって、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、特定の６基からの各１本の制御光伝搬ファイバーは前記１対［Ｎ＋１］型合波器の特定の１基と１対１に接続し、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、前記特定の６基を除く光信号受信ユニットからの各２本の制御光伝搬ファイバーは各々、互いに隣接する２本の制御光照射ファイバーに接続した特定の前記合波器に各々２対２に接続することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置。
【請求項４】
少なくとも、
前記光ファイバー受光素子の中心の信号光受光ファイバーの１端に接続された光電変換素子を有する１基の光信号受信ユニットと、
前記光ファイバー受光素子の周辺の［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれか１本の１端に接続された光電変換素子と、
２基の制御光光源と、
前記２基の制御光光源に各々接続された１対の制御光伝搬ファイバーと、
を各々有する［６Ｎ］基の光信号受信ユニットと、
前記６本の制御光照射ファイバーのいずれか１本を１端とし、［Ｎ＋１］本の他端が前記制御光伝搬ファイバーのいずれか１本に接続された、６基の１対［Ｎ＋１］型合波器と、
を有する光路切替装置であって、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、特定の６基からの各１対の内、１本の制御光伝搬ファイバーは前記１対［Ｎ＋１］型合波器の特定の１基と１対１に接続し、
各々１対の内の残りの１本は何にも接続しないダミーファイバーとし、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、前記特定の６基を除く光信号受信ユニットからの各２本の制御光伝搬ファイバーは各々、互いに隣接する２本の制御光照射ファイバーに接続した特定の前記合波器に各々２対２に接続することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置。
【請求項５】
前記光ファイバー受光素子は、
少なくとも、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光を受光する、中心に載置された光ファイバー（以下、「中心光ファイバー」という。）と、
前記中心光ファイバーと中心軸を共通とする円周上に、次の５通りの形態から選択される１つの形態で、等間隔に並列配置された［６Ｎ］本の周辺光ファイバーからなることを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置。
（１）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］とし、その周辺に隙間なく前記［６Ｎ］本の周辺光ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（２）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、中心光ファイバーのクラッド径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］とし、その周辺に隙間なく前記［６Ｎ］本の周辺光ファイバーが載置されている。
（３）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］よりも大きくし、
前記フェルールの表面に前記周辺光ファイバーを載置するためのＶ字型断面の溝を［６Ｎ］本、等間隔で設け、前記Ｖ字型断面の溝毎に前記周辺光ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（４）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））＋１〕］よりも大きくし、
前記フェルールの中心軸から半径［ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］よりも大きい半径の円周上に等間隔で設けられた［６Ｎ］個の孔に各々周辺ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（５）中心光ファイバーの周辺に［６（Ｎ−１）］本の、中心光ファイバーと同じ外径の位置決め用光ファイバーを最密に載置し、更に、前記位置決め用光ファイバーの周囲に［６Ｎ］本の中心光ファイバーと同じ外径の周辺光ファイバーが最密に載置されている。
【請求項６】
１本の信号光照射光ファイバーの端面から１種類以上の波長の信号光を出射させ、
前記信号光照射光ファイバーの周囲に最密に配置された６本の制御光照射光ファイバーの端面から前記信号光とは異なる特定波長の制御光を、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接する２つの端面から同時に出射させ、
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素子に、前記信号光と前記制御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、前記光吸収層内にて収束するよう集光して照射し、
前記信号光については前記熱レンズ形成素子を透過させ、
前記制御光については前記熱レンズ形成素子内の前記光吸収層において光吸収、光吸収に伴う温度上昇、温度上昇に伴う密度低下、密度低下に伴う屈折率低下を、前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こさせ、その結果、熱レンズを過渡的に形成させて、前記信号光の進行方向を変えて光路切替させ、
前記熱レンズ形成素子から広がりながら出射する直進および光路切替信号光を受光レンズにてコリメートし、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と底面がなす平板部分を通過させ、
前記制御光が照射され光路切替された信号光は前記［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と斜面がなすくさび型プリズム部分を通過させ、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった前記直進信号光は受光素子の１つの中心素子へ収束入射させ、
前記制御光が照射されて進行方向が切替られた光路切替信号光は、前記中心素子を中心として受光素子の周辺の円周上に等間隔で並列に配置された受光素子の［６Ｎ］周辺素子へ収束入射させ、
前記Ｎは２、３または４であり、
前記信号光の光路を、直進の１方向と周辺への［６Ｎ］方向との合計［６Ｎ＋１］の方向へ光路切替する、
ことを特徴とする光信号の光路切替方法。
【請求項７】
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の制御光光源を、いずれか１基が単独で、または、互いに隣接する２基が同時に発振するよう電気的に制御することを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法。
【請求項８】
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の合波器へ６基以上の制御光光源からの制御光を１つの合波器へ単独で、または、互いに隣接する２つの合波器へ同時に伝搬させることを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法。
【請求項９】
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々直接接続された６基の制御光光源の照射の有無および照射強度を、予め定められた試行錯誤方式プログラミングに従って自動的に調整し、前記信号光が光路切替されて収束入射される前記受光素子の［６Ｎ］周辺素子のいずれか１つへの光路切替を最適化する手順を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法。
【請求項１０】
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の合波器を経由して接続された６基以上の制御光光源の照射の有無および照射強度を、予め定められた試行錯誤方式プログラミングに従って自動的に調整し、前記信号光が光路切替されて収束入射される前記受光素子の［６Ｎ］周辺素子へのいずれかへの光路切替を最適化する手順を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法。
【請求項１】
７芯バンドル光ファイバーの中心に配置された光ファイバーであって、１端は１種類以上の波長の信号光の光源に接続され、他端の端面から前記信号光を出射する１本の信号光照射ファイバーと、
前記１本の信号光照射ファイバーの周囲に最密に配置された６本の光ファイバーであって、１端は前記信号光とは異なる特定波長の制御光の光源に各々接続され、他端の６つの端面はいずれも前記信号光の出射端面と同一の平面上に配置され、これらの端面から前記制御光を、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接するいずれか２つの端面から２本並列で出射する６本の制御光照射ファイバーと、
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、前記光吸収層内にて収束させて入射させる第１の集光手段と、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらずに、または、前記制御光が照射され進行方向が変更されて、前記熱レンズ形成素子から広がりながら出射する信号光を受光し、コリメートする受光レンズと、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらずに前記熱レンズ形成素子から前記受光レンズを経て直進してくる直進信号光と、前記制御光が照射され進行方向が変更されて前記熱レンズ形成素子から前記受光レンズを経て進行してくる光路切替信号光との、直進信号光進行方向に対する光路切替信号光の進行方向の角度差を大きくするための［６Ｎ］角錐台プリズムであって、前記直進信号光は［６Ｎ］角錐台の底面と台面のなす平板部分に垂直に入射して更に直進し、一方、前記光路切替信号光は、［６Ｎ］角錐台の底面と［６Ｎ］面の斜面のいずれか１つが構成するくさび型プリズム部分を通過することで前記角度差が拡大して出射するよう載置された［６Ｎ］角錐台プリズムと、
前記［６Ｎ］角錐台プリズムから出射した信号光を集光する第２の集光手段と、
前記第２の集光手段により集光された信号光の内、制御光が照射されず直進する信号光を受光する１つの直進信号光受光ファイバーと、前記直進信号光受光ファイバーと中心軸を共有する円筒上に等間隔かつ並列に束ねられ配置されていて、第２の集光手段により集光された信号光の内、制御光が照射されて光路切替された信号光を各々受光する［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーとから構成される光ファイバー受光素子と、
を有し、
前記Ｎは、２，３または４であり、
前記熱レンズ形成素子は、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内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過渡的に熱レンズが形成され、該熱レンズにより、前記光吸収層内に屈折率分布が生じ、前記信号光の進行方向を変え、光路切替を行い、
前記［６Ｎ］角錐台プリズムにおいては、前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と底面からなる平板部分を通過し、前記第２の集光手段により集光されて前記ファイバー受光素子の中心に載置された直進信号光受光ファイバーに入射し、前記制御光の１つ以上が照射され光路が変更された信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの斜面と底面からなるくさび型プリズム断面部分を通過した後、前記第２の集光手段により集光され前記ファイバー受光素子において円筒状に等間隔に整列した［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれかに入射するように、前記制御光は、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接するいずれか２つの端面から２本並列で出射するよう制御されることによって、前記信号光照射ファイバーから出射する信号光の光路を［６Ｎ＋１］方向へ光路切替することを特徴とする１対［６Ｎ＋１］型光路切替装置。
【請求項２】
前記６本の制御光照射ファイバーは１端において、合計６基の制御光光源と各々１対１に接続され、前記６基の制御光光源のいずれか１基、または、互いに隣接するいずれか２基を発振させることで前記信号光照射ファイバーから出射する信号光の光路を、前記６基の制御光光源のいずれも発振せず前記信号光が直進する場合を含め、［６Ｎ＋１］方向へ光路切替することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置。
【請求項３】
少なくとも、
前記光ファイバー受光素子の中心の信号光受光ファイバーの１端に接続された光電変換素子を有する１基の光信号受信ユニットと、
前記光ファイバー受光素子の周辺の［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれか１本の１端に接続された光電変換素子と、
１または２基の制御光光源と、
前記１または２基の制御光光源に各々接続された１本の制御光伝搬ファイバーと、
を各々有する［６Ｎ］基の光信号受信ユニットと、
前記６本の制御光照射ファイバーのいずれか１本を１端とし、［Ｎ＋１］本の他端が前記制御光伝搬ファイバーのいずれか１本に接続された、６基の１対［Ｎ＋１］型合波器と、
を有する光路切替装置であって、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、特定の６基からの各１本の制御光伝搬ファイバーは前記１対［Ｎ＋１］型合波器の特定の１基と１対１に接続し、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、前記特定の６基を除く光信号受信ユニットからの各２本の制御光伝搬ファイバーは各々、互いに隣接する２本の制御光照射ファイバーに接続した特定の前記合波器に各々２対２に接続することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置。
【請求項４】
少なくとも、
前記光ファイバー受光素子の中心の信号光受光ファイバーの１端に接続された光電変換素子を有する１基の光信号受信ユニットと、
前記光ファイバー受光素子の周辺の［６Ｎ］本の光路切替信号光受光ファイバーのいずれか１本の１端に接続された光電変換素子と、
２基の制御光光源と、
前記２基の制御光光源に各々接続された１対の制御光伝搬ファイバーと、
を各々有する［６Ｎ］基の光信号受信ユニットと、
前記６本の制御光照射ファイバーのいずれか１本を１端とし、［Ｎ＋１］本の他端が前記制御光伝搬ファイバーのいずれか１本に接続された、６基の１対［Ｎ＋１］型合波器と、
を有する光路切替装置であって、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、特定の６基からの各１対の内、１本の制御光伝搬ファイバーは前記１対［Ｎ＋１］型合波器の特定の１基と１対１に接続し、
各々１対の内の残りの１本は何にも接続しないダミーファイバーとし、
前記［６Ｎ］基の光信号受信ユニット中、前記特定の６基を除く光信号受信ユニットからの各２本の制御光伝搬ファイバーは各々、互いに隣接する２本の制御光照射ファイバーに接続した特定の前記合波器に各々２対２に接続することを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置。
【請求項５】
前記光ファイバー受光素子は、
少なくとも、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光を受光する、中心に載置された光ファイバー（以下、「中心光ファイバー」という。）と、
前記中心光ファイバーと中心軸を共通とする円周上に、次の５通りの形態から選択される１つの形態で、等間隔に並列配置された［６Ｎ］本の周辺光ファイバーからなることを特徴とする請求項１に記載の光路切替装置。
（１）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］とし、その周辺に隙間なく前記［６Ｎ］本の周辺光ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（２）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、中心光ファイバーのクラッド径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］とし、その周辺に隙間なく前記［６Ｎ］本の周辺光ファイバーが載置されている。
（３）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］よりも大きくし、
前記フェルールの表面に前記周辺光ファイバーを載置するためのＶ字型断面の溝を［６Ｎ］本、等間隔で設け、前記Ｖ字型断面の溝毎に前記周辺光ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（４）［６Ｎ］本の周辺光ファイバーに共通な外径［２ｒ］に対して、フェルールの外径を［２ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））＋１〕］よりも大きくし、
前記フェルールの中心軸から半径［ｒ〔１／ｓｉｎ（３６０／（６Ｎ×２））−１〕］よりも大きい半径の円周上に等間隔で設けられた［６Ｎ］個の孔に各々周辺ファイバーが載置され、前記フェルールの中央の孔に中心軸を共通として中心光ファイバーが載置されている。
（５）中心光ファイバーの周辺に［６（Ｎ−１）］本の、中心光ファイバーと同じ外径の位置決め用光ファイバーを最密に載置し、更に、前記位置決め用光ファイバーの周囲に［６Ｎ］本の中心光ファイバーと同じ外径の周辺光ファイバーが最密に載置されている。
【請求項６】
１本の信号光照射光ファイバーの端面から１種類以上の波長の信号光を出射させ、
前記信号光照射光ファイバーの周囲に最密に配置された６本の制御光照射光ファイバーの端面から前記信号光とは異なる特定波長の制御光を、いずれか１つの端面から単独で、または、互いに隣接する２つの端面から同時に出射させ、
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素子に、前記信号光と前記制御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、前記光吸収層内にて収束するよう集光して照射し、
前記信号光については前記熱レンズ形成素子を透過させ、
前記制御光については前記熱レンズ形成素子内の前記光吸収層において光吸収、光吸収に伴う温度上昇、温度上昇に伴う密度低下、密度低下に伴う屈折率低下を、前記制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こさせ、その結果、熱レンズを過渡的に形成させて、前記信号光の進行方向を変えて光路切替させ、
前記熱レンズ形成素子から広がりながら出射する直進および光路切替信号光を受光レンズにてコリメートし、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった直進信号光は［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と底面がなす平板部分を通過させ、
前記制御光が照射され光路切替された信号光は前記［６Ｎ］角錐台プリズムの台面と斜面がなすくさび型プリズム部分を通過させ、
前記制御光が照射されず進行方向が変わらなかった前記直進信号光は受光素子の１つの中心素子へ収束入射させ、
前記制御光が照射されて進行方向が切替られた光路切替信号光は、前記中心素子を中心として受光素子の周辺の円周上に等間隔で並列に配置された受光素子の［６Ｎ］周辺素子へ収束入射させ、
前記Ｎは２、３または４であり、
前記信号光の光路を、直進の１方向と周辺への［６Ｎ］方向との合計［６Ｎ＋１］の方向へ光路切替する、
ことを特徴とする光信号の光路切替方法。
【請求項７】
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の制御光光源を、いずれか１基が単独で、または、互いに隣接する２基が同時に発振するよう電気的に制御することを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法。
【請求項８】
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の合波器へ６基以上の制御光光源からの制御光を１つの合波器へ単独で、または、互いに隣接する２つの合波器へ同時に伝搬させることを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法。
【請求項９】
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々直接接続された６基の制御光光源の照射の有無および照射強度を、予め定められた試行錯誤方式プログラミングに従って自動的に調整し、前記信号光が光路切替されて収束入射される前記受光素子の［６Ｎ］周辺素子のいずれか１つへの光路切替を最適化する手順を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法。
【請求項１０】
前記６本の制御光照射光ファイバーの他方の端面に各々接続された６基の合波器を経由して接続された６基以上の制御光光源の照射の有無および照射強度を、予め定められた試行錯誤方式プログラミングに従って自動的に調整し、前記信号光が光路切替されて収束入射される前記受光素子の［６Ｎ］周辺素子へのいずれかへの光路切替を最適化する手順を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光信号の光路切替方法。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１０５１６７（Ｐ２０１３−１０５１６７Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１２６３（Ｐ２０１１−２５１２６３）
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５０３１８４２３４）株式会社インターエナジー (20)
【出願人】（０００００２８２０）大日精化工業株式会社 (387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５０３１８４２３４）株式会社インターエナジー (20)
【出願人】（０００００２８２０）大日精化工業株式会社 (387)
【Ｆターム（参考）】
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