JP2004126368A - Optical switch - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等で用いられる光スイッチに関する。
【0002】
【従来の技術】
光スイッチは、光導波路から出射された光を遮断したり、方向を変えることができる装置であり、光通信システム中の様々な用途に広く利用されている。
【0003】
このような光スイッチとして、例えば特許文献1には、複数の光ファイバ間において出力光の進行方向を切り替える光スイッチの構成が示されている。また、特許文献2には、導波路アレイを構成する各導波路からの出力光を透過/遮断する光スイッチの構成が示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−44852号公報
【特許文献2】
特開2002−116388号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の光スイッチでは、導波路から出射された光の光路は、ミラーによって遮られることなく直進する方向と、ミラーにより遮られ反射する方向との2方向に切り替えるだけであり、3方向以上への光路の切り替えはできない。
【0006】
そこで、本発明は、3方向以上へ光路を切り替えることができる光スイッチを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スイッチは、入力用光導波路と、複数の出力用光導波路と、入力用光導波路の光軸と垂直でもなく平行でもないミラー面を有し、入力用光導波路と出力用光導波路との間の光路上に配置された反射ミラー部と、ミラー面と平行関係にない方向に反射ミラー部を移動させるアクチュエータとを備えることを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、入力用光導波路から出射された光は、入力用光導波路の光軸と垂直でもなく平行でもないミラー面に入射して反射した後に、複数ある出力用光導波路のうちのいずれかの出力用光導波路に入光する。ミラー面は、アクチュエータによってミラー面と平行関係にない方向に移動させられるため、反射後の光路もミラー面の移動に伴って移動することとなる。これにより他の出力用光導波路にも入力用光導波路から出射された光を入光させることができる。したがって、簡単な構造で、3方向以上への光路切り替えを行うことができる。
【0009】
本発明の光スイッチは、複数の入力用光導波路と、出力用光導波路と、入力用光導波路の光軸と垂直でもなく平行でもないミラー面を有し、入力用光導波路と出力用光導波路との間の光路上に配置された反射ミラー部と、ミラー面と平行関係にない方向に反射ミラー部を移動させるアクチュエータとを備えることを特徴とする。
【0010】
本発明によれば、複数ある入力用光導波路のうちのいずれかの入力用光導波路から出射された光は、入力用光導波路の光軸と垂直でもなく平行でもないミラー面に入射して反射した後に、出力用光導波路に入光する。ミラー面は、アクチュエータによってミラー面と平行関係にない方向に移動させられるため、複数の入力用光導波路から出射された光の反射後の光路を出力用光導波路の光軸と一致させることができる。すなわち、複数ある入力用光導波路のうちのいずれかの入力用光導波路から出射された光を一の出力用光導波路に入光させることができる。したがって、簡単な構造で、3方向以上からの光路切り替えを行うことができる。
【0011】
本発明に係る光スイッチにおいて、アクチュエータは、反射ミラー部を一次元的に移動させることが好ましく、このようにすれば、アクチュエータの制御が容易になり、駆動部の構成を簡素、小型にすることができるため、アクチュエータを更に小型化、集積化、低廉化することが可能になる。
【0012】
また、本発明に係る光スイッチにおいて、入力用光導波路から出射された光をコリメートさせる手段を有することが好ましく、このようにすれば、入力用光導波路から出射され出力用光導波路に入光する光のビーム径と、出力用光導波路のビーム径の差を小さくできるため、空間伝搬による挿入損失を低減させることが可能になる。さらに、ミラーの位置誤差による損失が低くなるため、製造工程における加工誤差の許容量が大きくなり、製造の容易化かつ歩留まりの向上による低廉化が可能になる。
【0013】
また、本発明に係る光スイッチにおいて、アクチュエータは、ミラー部を所定の停止位置に移動させることが好ましく、このようにすれば、各出力用光導波路に向けて所定の程度減衰をさせた光を入射させることができるため、各出力用光導波路の挿入損失を均一にすることが可能となる。
【0014】
また、本発明に係る光スイッチにおいて、反射ミラー部は2つのミラーを有していることが好ましく、このようにすれば、入力用光導波路と出力用光導波路を、光スイッチを収納するケースの同じ側面に集約することができるため、光スイッチを収納するケース内のスペースを省スペース化できる。
【0015】
また、本発明に係る光スイッチにおいて、2つのミラー面同士のなす角が90度であることが好ましく、このようにすれば、ミラーへの入射光と反射光とのなす角が180度になるため、入力用光導波路と出力用光導波路を平行に配列することも可能となり、平行平面導波路、ファイバアレイあるいは多心光コネクタ等、汎用部品を光導波路として使用できるため、低廉化が可能になる。
【0016】
また、本発明に係る光スイッチにおいて、2つのミラー面のいずれか一方のミラー面への入射角と、反射ミラー部の移動方向と一方のミラー面の面方向とがなす角との和が90度であることが好ましく、このようにすれば、ミラー部の移動量に対する光軸のずれ量を最大に設定することができるため、より少ない移動量で光スイッチングが可能となり、ひいては、アクチュエータの小型化および低廉化を図ることが可能になるとともに、アクチュエータの駆動力、駆動電圧・電力・電流の低減や制御時間を削減することが可能になる。
【0017】
また、本発明に係る光スイッチにおいて、2つのミラー面の間には空隙が設けられていることが好ましく、このようにすれば、2つのミラー面の間に光を透過させることができるため、切り替え先の光導波路を1箇所増やすことできる。
【0018】
また、本発明に係る光スイッチにおいて、前記光導波路は光ファイバであることが好ましく、このようにすれば、ファイバアレイや多心光コネクタ等、汎用部品を光導波路として使用できるため、低廉化が可能になる。さらに、PLC(平面光導波路)を使う場合に比して、光ファイバとPLCとの接続が不要になる分、その接続部での損失がなくなり低損失化が可能となり、かつ接続用部品・工程が不要になり低廉化が可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光スイッチの各実施形態を図面に基づき説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0020】
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る光スイッチを示す平面図である。図1に示す光スイッチ1は、「1×n型」(本実施形態では「1×3型」)スイッチである。この光スイッチ1は、基板16を有しており、この基板16の表面には、光スイッチの入力側にある光ファイバ11(以下、入力用光ファイバと記載する)と、光スイッチの出力側にある光ファイバ12(以下、出力用光ファイバと記載する)とが各々の長手方向の延長線上でほぼ直角に交わるように形成されている。なお、入力用光ファイバ11と出力用光ファイバ12とが必ずしも各々の長手方向の延長線上でほぼ直角に交わるように形成する必要はない。
【0021】
また、本実施形態においては出力用光ファイバ12として複数本(本実施形態では3本)の光ファイバ12a〜12cが基板16の表面に形成されている。さらに、光スイッチ1の基板16の表面には、後述するアクチュエータ13が形成されている。
【0022】
また、光スイッチ1は、アクチュエータ13により駆動させられる支持部材14と、この支持部材14の一端に取り付けられたミラー部15とを備えている。ミラー部15は、入力用光ファイバ11から出射された光を出力用光ファイバ12に向けて反射させるミラー面15aを有している。なお、ミラー部15は、入力用ファイバ11と出力用ファイバ12との間の光路上に配置されている。
【0023】
ここで、図2に示すように、本実施形態においては、入力用光ファイバ11の一端t1から出射された光がミラー面15aで反射して各出力用光ファイバ12a〜12cの一端t2〜t4に入光されるまでの反射光路距離A〜Cが等しくなるように一端t2〜t4の位置決めがなされている。
【0024】
このように反射光路距離A〜Cを等しく設定することにより、入力用光ファイバ11から出射され各出力用光ファイバ12a〜12cに入光される光の強度を等しくすることができる。
【0025】
また、本実施形態においては、入力用光ファイバ11の一端t1近傍のコア11kおよび各出力用光ファイバ12a〜12cの一端t2〜t4近傍のコア12k径を、他の部分のコア径よりも大きくなるようにしている。
【0026】
このようにすることにより、入力用光ファイバ11から出射された光は、コリメートされた状態で出力用光ファイバ12に入光するまで空間伝搬されることになるため、空間伝搬による光の損失を極力抑さえることが可能となる。なお、コア径を大きくする方法としては、光ファイバを加熱処理するTEC技術等を適用すればよい。また、入力用光ファイバ11から出射された光をコリメートする手段としては、特にこれに限らず、入力用光ファイバ11および出力用光ファイバ12の前面にコリメートレンズを配置したり、入力用光ファイバ11および出力用光ファイバ12の先端のコアを球面化してもよい。この場合も上述したコア径を大きくする場合と同様の効果を得ることが可能である。
【0027】
図8は、入力側光ファイバ11を基板16の表面に固定した状態を断面図で示した図である。光ファイバ11は、基板16上に加工されたV溝40にはめ込むことにより固定されている。
【0028】
このようにV溝加工を用いて光ファイバ11を固定することにより更に低廉化を図ることが可能となる。なお、出力側光ファイバ12も同様にして固定されている。なお、光ファイバ11,12を基板16の表面に固定する方法は、V溝加工に限られず、例えば、図9に示されるように柱41a,41bで光ファイバ11の長手方向の両側を挟み込むようにして固定してもよい。
【0029】
このように柱を用いて光ファイバ11を固定することにより更に低廉化を図ることが可能となる。
【0030】
図3は、アクチュエータ13の概略構成を示す平面図である。アクチュエータ13は、基板16の表面上に駆動部13aを形成している。駆動部13aは、櫛歯側が互いに対向して基板16の表面に設けられた第1の櫛形電極17および第2の櫛形電極18と、これら第1および第2の櫛形電極17,18の間に位置し、その一部が基板16の表面から離間している櫛形フローティング電極19とを備えている。
【0031】
櫛形フローティング電極19は、櫛形電極19aと、基板の表面に直接形成されたベース部分19cと、櫛形電極19aとベース部分19cとを連結するとともに該櫛形電極19aを基板の表面から所定距離離間した状態で支持する板バネ19bとを備える。
【0032】
櫛形電極19aは、支持部材14に連結されている。また、櫛形電極19aは、支持部材14の両側から直角方向に延びているとともに、第1および第2の櫛形電極17,18の櫛歯の間に接触しないようにかつ第1および第2の櫛形電極17,18の櫛歯側に向かって延びている。
【0033】
なお、アクチュエータ13を構成する各構成部品およびミラー部15は、導電性を有するシリコン(Si)で形成されていることが望ましい。これにより、半導体プロセスであるフォトリソグラフィー、エッチング技術により、アクチュエータ13およびミラー部15を加工することができるため、大量生産による製品の低廉化および製造の容易化を図ることが可能となる。
【0034】
次に、アクチュエータ13の動作を説明する。第1の櫛形電極17及び櫛形フローティング電極19に所定の電圧が印加されると、基板16の表面から離間している櫛形フローティング電極19が、板バネ19bの変形を通して全体的に第1の櫛形電極17に静電気力で引っ張られる。
【0035】
このように、櫛形フローティング電極19の位置が図3中の矢印S1で示された方向に移動することにより、駆動部分13aの櫛形フローティング電極19により保持された支持部材14およびミラー部15も矢印S1で示された方向に移動することになる。
【0036】
同様に第2の櫛形電極18及び櫛形フローティング電極19に所定の電圧が印加されると、基板16の表面から離間している櫛形フローティング電極19が、全体的に第2の櫛形電極18に静電気力で引っ張られる。
【0037】
このように、櫛形フローティング電極19の位置が図3中の矢印S1で示された方向とは逆方向に移動することにより、連動して櫛形フローティング電極19により保持された支持部材14及びミラー部15も矢印S1で示された方向とは逆方向に移動することになる。
【0038】
以上のように、第1または第2の櫛形電極17、18及び櫛形フローティング電極19に印加する電圧を制御することによって、ミラー部15を櫛形電極19aの長手方向に平行する線上に沿って(図3紙面の上下方向)所望の移動量だけ、並進の一方向に移動させることが可能となる。
【0039】
このようなアクチュエータ13を備えることにより、本実施形態における光スイッチ1は、支持部材14の位置を図1に示すP1,P2,P3の位置に離散的に移動させている。支持部材14がP1,P2,P3の位置に移動することにより、支持部材14の一端に取り付けられたミラー部15も離散的に移動することとなる。なお、ミラー部15を駆動するアクチュエータ13としては、上記の櫛形フローティング電極19の代わりに、例えば、一端が基板16に固定された片持ちばりを用いてもよい。
【0040】
ここで、P1,P2,P3の位置は以下のようにして設定する。まず、P1の位置は、入力用光ファイバ11から出射されてミラー面15aにより反射された光の光軸が出力用光ファイバ12aの光軸と一致する位置に設定する。同様にして、P2の位置は、ミラー面15aにより反射された光の光軸が出力用光ファイバ12bの光軸と一致する位置に設定し、P3の位置は、ミラー面15aにより反射された光の光軸が出力用光ファイバ12cの光軸と一致する位置に設定する。
【0041】
このように、ミラー部15を離散的に移動させることによって、入力用光ファイバ11から出射された光を、離散的に移動させられたミラー面15aに反射させて各出力用光ファイバ12a〜12cに入光させることができる。
【0042】
また、P1,P2,P3の位置は、必ずしも光軸が一致する位置でなくともよい。例えば、各出力用光ファイバからの光を測定しながら、各々の光の強度が所定の程度になるようP1,P2,P3の位置を決定してもよい。これにより、各出力用光ファイバからの光が所定の程度、例えば、全ての光の強度が均一な光スイッチとすることが可能になる。
【0043】
次に、ミラー部15の移動方向とミラー面15aの面方向とがなす角度について図4を参照して説明する。
【0044】
ミラー部15の移動方向vとミラー面15aの面方向mとがなす角度d1は0度にならないように設定する必要がある。角度d1が0度になるということは、ミラー部15の移動方向vとミラー面15aの面方向mとが一致して平行関係にある場合のことであり、このような場合にミラー部15を移動させても、入力用光ファイバ11から出射されてミラー面15aによって反射される光の光路は変化しないからである。
【0045】
次に、入力用光ファイバ11から出射されてミラー面15aに入射する光の光軸とミラー面15aの面方向とがなす角度について図5を参照して説明する。
【0046】
入射光の光軸nとミラー面15aの面方向mとがなす角度d2は0あるいは90度にならないように設定する必要がある。角度d2が0度の場合には、入射光の光軸nはミラー面15aの面方向mと平行に入射されるため反射光を得ることができないからである。また、角度d2が90度の場合には、入射光の光軸nはミラー面15aの面方向mに対して垂直に入射されるため入射光と反射光とがなす角度が180度となり反射光を出力用光ファイバ12に入光させることができないからである。
【0047】
このように入射光の光軸と垂直でもなく平行関係でもないミラー面15aで光を反射させ、ミラー面15aを面方向と平行関係にない方向へ移動させることにより、反射後の光路を平行に、かつ、連続的あるいは離散的に移動させることが可能になる。
【0048】
[第2実施形態]
図6は、本発明の第2実施形態に係る光スイッチを示す平面図である。図6に示す光スイッチ2は、基板16を有しており、この基板16の表面には、入力用光ファイバ21と出力用光ファイバ22とがほぼ平行になるように形成されている。
【0049】
本実施形態においては出力用光ファイバ22として4本の光ファイバ22a〜22dが基板16の表面に形成されるとともに、入力用光ファイバ21は真中に位置するように形成されている。
【0050】
さらに、光スイッチ2の基板16の表面には、アクチュエータ13が形成されている。また、光スイッチ2は、アクチュエータ13により駆動させられる支持部材14と、この支持部材14の一端に取り付けられたミラー部25とを備えている。
【0051】
ミラー部15は、入力用光ファイバ21から出射された光を出力用光ファイバ22に向けて反射させる2つのミラー面25a,25bを有し、これらミラー面25aと25bとが光ファイバ側でなす角度は90度に設定されている。このようにミラー面25aと25bとが光ファイバ側でなす角度を90度に設定することにより、ミラー面25aへの入射光とミラー面25bからの反射光とのなす角が180度となる。これにより、本実施形態においては、入力用光ファイバ21と、出力用光ファイバ22とをほぼ平行に配列することが可能となる。
【0052】
なお、図6では2つのミラー面25aと25bとが光ファイバ側でなす角度を90度としているが、これに限られず、例えば、270度でもよい。上記なす角度が180度よりも小さい場合には、光はミラー部25の2つの面25aと25bで反射されて出力用光ファイバ22へ入光するが、なす角度が180度よりも大きい場合には、光はミラー部25の片方の面25aまたは25bでのみ反射されて出力用光ファイバ22へ入光することになる。
【0053】
また、本実施形態における光スイッチ2は、入力用光ファイバ21の一端t5から各出力用光ファイバ22の一端t6〜t9への反射光路距離が等しくなるように一端t6〜t9の位置決めがなされている。このように反射光路距離を等しく設定することにより、入力用光ファイバ21から出射され各出力用光ファイバ22a〜22dに入光する光の強度を等しくすることができる。
【0054】
ここで、本実施形態においては、図示はしないが第1実施形態と同様に各光ファイバ21,22の一端t5〜t9近傍のコア径を、他の部分のコア径よりも大きくなるようにしてもよい。また、アクチュエータ13は、第1実施形態と同様に構成されているため説明を省略する。
【0055】
第1実施形態と同様のアクチュエータ13を備えることにより、本実施形態における光スイッチ2は、支持部材14の位置を図6に示すP21,P22,P23,P24の位置に離散的に移動させている。支持部材14がP21,P22,P23,P24の位置に移動することにより、支持部材14の一端に取り付けられたミラー部25も離散的に移動することとなる。
【0056】
ここで、P21,P22,P23,P24の位置は以下のようにして設定する。まず、P21の位置は、入力用光ファイバ21から出射されてミラー面25bおよび25aにより反射された光の光軸が出力用光ファイバ22aの光軸と一致する位置に設定する。同様にして、P22の位置は、ミラー面25bおよび25aにより反射された光の光軸が出力用光ファイバ22bの光軸と一致する位置に設定し、P23の位置は、ミラー面25aおよび25bにより反射された光の光軸が出力用光ファイバ22cの光軸と一致する位置に設定し、P24の位置は、ミラー面25aおよび25bにより反射された光の光軸が出力用光ファイバ22dの光軸と一致する位置に設定する。
【0057】
このように、ミラー部25を離散的に移動させることによって、入力用光ファイバ21から出射された光を、離散的に移動させられたミラー面25a,bに反射させて各出力用光ファイバ22a〜22dに入光させることができる。
【0058】
次に、図7を参照してミラー部25の移動量と光軸のずれ量との関係を説明する。ミラー部25がM1の位置からM2の位置に移動した場合のミラー部25の移動量をXとする。また、入射光Nの光軸とミラー面25aの面方向とがなす角度をd22とし、ミラー部25の移動方向とミラー面25aの面方向とがなす角度をd21とする。
【0059】
まず、ミラー部25が1つのミラー面25aのみにより構成されている場合における入射光Nに対する反射光P1とP2の光軸ずれ量をY1として、Y1をX,d21,d22によって表すと、
【0060】
Y1 = 2X*sin(d21)*cos(d22) (式1)
【0061】
となる。なお、反射光P1はミラー部25がM1の位置におけるミラー面25aによる反射光であり,反射光P2はミラー部25がM2の位置におけるミラー面25aによる反射光である。
【0062】
また、ミラー部25が2つのミラー面25a,bにより構成されている場合における入射光Nに対する反射光Q1とQ2の光軸ずれ量をY2とし、Y2をX,d21,d22によって表すと、
【0063】
Y2 = 2X*sin(d21+d22) (式2)
【0064】
となる。なお、反射光Q1はミラー部25がM1の位置におけるミラー面25a,bによる反射光であり,反射光Q2はミラー部25がM2の位置におけるミラー面25a,bによる反射光である。
【0065】
ここで、式1と式2とを比較すると、上述した式1の場合には、常に“Y1<2X”となるが、式2の場合には、(d21+d22)が90度になるときに、“Y2=2X”となり得る。したがって、Y2の最大値は、Y1の最大値よりも大きなり得る。すなわち、ミラー面が1つの場合(Y1)よりも2つの場合(Y2)の方が、ミラーの移動量に対する光軸ずれ量を大きくとることが可能となる。
【0066】
これにより、ミラー面が1つの場合よりも少ない移動量による光スイッチングが可能となり、ひいては、アクチュエータの小型化および低廉化を図ることが可能になるとともに、アクチュエータの駆動力、駆動電圧・電力・電流の低減や制御時間を削減することが可能になる。
【0067】
図10は、本実施形態における光スイッチ2をケースに収納した状態を示した斜視図である。図10に示すように、本実施形態における光スイッチ2を使用することにより、入力用光ファイバ21と出力用光ファイバ22をほぼ平行に配列することが可能なため、光スイッチ2のケースの一側面2aに光ファイバ21,22を集約することができる。これにより収納スペースの省スペース化をより図ることができる。
【0068】
[第2実施形態の変形例]
図11は、第2実施形態に係る光スイッチ2の変形例である光スイッチ3の概略構成を示す図である。本変形例における光スイッチ3が上述した第2実施形態における光スイッチ2と異なる点は、上述した第2実施形態における光スイッチ2では、2つのミラー面25aと25bが一体化されたミラー部25を用いていたのに対し、本変形例における光スイッチ3では、2つのミラー面35aと35bとの間に空隙を設けたミラー部35を用いている点、および出力用光ファイバ32が入力用光ファイバ31とミラー部35を挟んで対向する位置にも形成されている点である。
【0069】
なお、アクチュエータは、第1実施形態および第2実施形態と同様に構成されている。また、本変形例におけるアクチュエータの位置は、図11に示す光スイッチの上方(図11紙面の垂直方向の上方)に位置することとなるため図示を省略した。
【0070】
光スイッチ3を図11に示すように構成することにより、第2実施形態における光スイッチ2よりも出力用光ファイバ32の数を増やすことが可能となる。
【0071】
また、本変形例における光スイッチ3は、入力用光ファイバ31の一端t11から各出力用光ファイバ32の一端t12〜t16への反射光路距離あるいは透過光路距離が等しくなるように一端t12〜t16の位置決めがなされている。このように反射光路距離あるいは透過光路距離を等しく設定することにより、入力用光ファイバ31から出射され各出力用光ファイバ32a〜32eに入光する光の強度を等しくすることができる。
【0072】
[第3実施形態]
図12は、本発明の第3実施形態に係る光スイッチを示す平面図である。第3実施形態に係る光スイッチ4は、セレクタとして使用される「n×1型」(本実施形態では「3×1型」)スイッチである。
【0073】
本実施形態における光スイッチ4が上述した第1実施形態における光スイッチ1と異なる点は、第1実施形態における光スイッチ1では、一の入力用光ファイバ11から出射された光を複数ある出力用光ファイバ12のうちのいずれかの出力用光ファイバ12に入光させているのに対して、本実施形態における光スイッチ4では、複数ある入力用光ファイバ42のうちのいずれかから出射された光を一の出力用光ファイバ41に入光させている点である。
【0074】
なお、本実施形態に係る光スイッチ4の各部の構造は、図1に示す第1実施形態に係る光スイッチ1の各部の構造と同様であるため、その説明を省略する。
【0075】
次に、本実施形態における光スイッチ4では、アクチュエータ13により駆動される支持部材14の位置を図12に示すP1,P2,P3の位置に離散的に移動させている。このように支持部材14がP1,P2,P3の位置に移動することにより、支持部材14の一端に取り付けられたミラー部15も離散的に移動することとなる。
【0076】
ここで、P1,P2,P3の位置は以下のようにして設定する。まず、P1の位置は、入力用光ファイバ42aから出射されてミラー面15aにより反射された光の光軸が出力用光ファイバ41の光軸と一致する位置に設定する。同様にして、P2の位置は、入力用光ファイバ42bから出射されてミラー面15aにより反射された光の光軸が出力用光ファイバ41の光軸と一致する位置に設定し、P3の位置は、入力用光ファイバ42cから出射されてミラー面15aにより反射された光の光軸が出力用光ファイバ41の光軸と一致する位置に設定する。
【0077】
このように、ミラー部15を離散的に移動させることによって、各入力用光ファイバ42から出射された光を、離散的に移動させられたミラー面15aに反射させて一の出力用光ファイバ41に入光させることができる。
【0078】
なお、本実施形態に係る光スイッチ4を、図6に示す光スイッチ2および図11に示す光スイッチ3で構成することも可能である。
【0079】
なお、上述した各実施形態においては、入力用光導波路および出力用光導波路を光ファイバで構成したが、これらの光導波路をPLC(平面光導波路)で構成してもよい。
【0080】
【発明の効果】
本発明に係る光スイッチによれば、3方向以上へ光路を切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る光スイッチを示す平面図である。
【図2】図1に示す光ファイバの位置関係を説明する図である。
【図3】図1に示すアクチュエータを示す平面図である。
【図4】図1に示すミラー部の移動方向とミラー面の面方向とがなす角度について説明する図である。
【図5】図1に示す入力用光ファイバから出射されてミラー面に入射される光の光軸とミラー面の面方向とがなす角度について説明する図である。
【図6】本発明の第2実施形態に係る光スイッチを示す平面図である。
【図7】図7に示すミラー部の移動量と光軸のずれ量との関係を説明する図である。
【図8】本発明に係る光スイッチにおける光ファイバを基板の表面に固定した状態を示す断面図である
【図9】本発明に係る光スイッチにおける光ファイバを基板の表面に固定した状態を示す断面図である
【図10】図1に示す光スイッチをケースに収納した状態を示す斜視図である。
【図11】実施形態の変形例である光スイッチを示す平面図である。
【図12】本発明の第3実施形態に係る光スイッチを示す平面図である。
【符号の説明】
1,2,3,4・・・光スイッチ、11,21,31,42・・・入力用光ファイバ(入力用光導波路)、12,22,32,41・・・出力用光ファイバ(出力用光導波路)、13・・・アクチュエータ、15,25,35・・・ミラー部(反射ミラー部)、15a,25a,25b,35a,35b・・・ミラー面。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch used in optical communication and the like.
[0002]
[Prior art]
An optical switch is a device that can block or change the direction of light emitted from an optical waveguide, and is widely used for various uses in an optical communication system.
[0003]
As such an optical switch, for example,
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-44852
[Patent Document 2]
JP-A-2002-116388
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional optical switch, the optical path of the light emitted from the waveguide is simply switched between two directions: a direction in which the light travels straight without being blocked by the mirror, and a direction in which the light is blocked and reflected by the mirror. It is not possible to switch the optical path beyond the direction.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical switch that can switch an optical path in three or more directions.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An optical switch according to the present invention has an input optical waveguide, a plurality of output optical waveguides, and a mirror surface that is neither perpendicular nor parallel to the optical axis of the input optical waveguide, and the input optical waveguide and the output optical waveguide. And a reflecting mirror disposed on an optical path between the mirror and the actuator, and an actuator for moving the reflecting mirror in a direction not parallel to the mirror surface.
[0008]
According to the present invention, the light emitted from the input optical waveguide is incident on and reflected by a mirror surface that is neither perpendicular nor parallel to the optical axis of the input optical waveguide, and then is output from the plurality of output optical waveguides. Light enters one of the output optical waveguides. Since the mirror surface is moved by the actuator in a direction not parallel to the mirror surface, the optical path after reflection also moves with the movement of the mirror surface. Thus, the light emitted from the input optical waveguide can be made incident on another output optical waveguide. Therefore, the optical path can be switched in three or more directions with a simple structure.
[0009]
An optical switch according to the present invention includes a plurality of input optical waveguides, an output optical waveguide, and a mirror surface that is neither perpendicular nor parallel to the optical axis of the input optical waveguide, and wherein the input optical waveguide and the output optical waveguide And a reflecting mirror disposed on an optical path between the mirror and the actuator, and an actuator for moving the reflecting mirror in a direction not parallel to the mirror surface.
[0010]
According to the present invention, light emitted from any one of the plurality of input optical waveguides is incident on a mirror surface that is neither perpendicular nor parallel to the optical axis of the input optical waveguide and is reflected. After that, the light enters the output optical waveguide. Since the mirror surface is moved in a direction not parallel to the mirror surface by the actuator, it is possible to make the optical path after reflection of the light emitted from the plurality of input optical waveguides coincide with the optical axis of the output optical waveguide. . That is, light emitted from any one of the plurality of input optical waveguides can be made to enter one output optical waveguide. Therefore, light paths can be switched from three or more directions with a simple structure.
[0011]
In the optical switch according to the present invention, the actuator preferably moves the reflection mirror unit one-dimensionally, so that the actuator can be easily controlled, and the configuration of the driving unit can be simplified and downsized. Therefore, it is possible to further reduce the size, integration, and cost of the actuator.
[0012]
Further, the optical switch according to the present invention preferably has a means for collimating the light emitted from the input optical waveguide. In this case, the light is emitted from the input optical waveguide and enters the output optical waveguide. Since the difference between the beam diameter of light and the beam diameter of the output optical waveguide can be reduced, it is possible to reduce insertion loss due to spatial propagation. Furthermore, since the loss due to the mirror position error is reduced, the permissible amount of the processing error in the manufacturing process is increased, and it is possible to simplify the manufacturing and reduce the cost by improving the yield.
[0013]
Further, in the optical switch according to the present invention, it is preferable that the actuator moves the mirror unit to a predetermined stop position, so that the light attenuated to a predetermined extent toward each output optical waveguide is provided. Since the light can be incident, the insertion loss of each output optical waveguide can be made uniform.
[0014]
Further, in the optical switch according to the present invention, it is preferable that the reflection mirror section has two mirrors. In this case, the input optical waveguide and the output optical waveguide are provided in a case for housing the optical switch. Since they can be integrated on the same side, the space in the case for storing the optical switch can be saved.
[0015]
Further, in the optical switch according to the present invention, the angle between the two mirror surfaces is preferably 90 degrees, and in this case, the angle between the light incident on the mirror and the reflected light becomes 180 degrees. Therefore, it is also possible to arrange the input optical waveguide and the output optical waveguide in parallel, and it is possible to use general-purpose components such as a parallel plane waveguide, a fiber array, or a multi-core optical connector as the optical waveguide, thereby reducing the cost. Become.
[0016]
Further, in the optical switch according to the present invention, the sum of the angle of incidence on one of the two mirror surfaces and the angle between the moving direction of the reflecting mirror portion and the surface direction of the one mirror surface is 90. In this case, since the amount of displacement of the optical axis with respect to the amount of movement of the mirror unit can be set to the maximum, optical switching can be performed with a smaller amount of movement, and as a result, the size of the actuator can be reduced. In addition to achieving cost reduction and cost reduction, it is possible to reduce the driving force of the actuator, the driving voltage / power / current, and the control time.
[0017]
Further, in the optical switch according to the present invention, it is preferable that an air gap is provided between the two mirror surfaces, so that light can be transmitted between the two mirror surfaces. The number of switching destination optical waveguides can be increased by one.
[0018]
In the optical switch according to the present invention, the optical waveguide is preferably an optical fiber. In this case, general-purpose components such as a fiber array and a multi-core optical connector can be used as the optical waveguide. Will be possible. Furthermore, compared with the case of using a PLC (planar optical waveguide), the connection between the optical fiber and the PLC is not required, so that the loss at the connection portion is reduced and the loss can be reduced. Becomes unnecessary, and the cost can be reduced.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the optical switch according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
[0020]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view showing an optical switch according to the first embodiment of the present invention. The
[0021]
In the present embodiment, a plurality of (three in the present embodiment)
[0022]
In addition, the
[0023]
Here, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, light emitted from one end t1 of the input
[0024]
By setting the reflected optical path distances A to C to be equal in this way, the intensity of light emitted from the input
[0025]
In the present embodiment, the diameter of the core 11k near one end t1 of the input
[0026]
In this way, the light emitted from the input
[0027]
FIG. 8 is a sectional view showing a state in which the input side
[0028]
By fixing the
[0029]
By fixing the
[0030]
FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of the
[0031]
The comb-shaped floating
[0032]
The
[0033]
It is desirable that each component and the
[0034]
Next, the operation of the
[0035]
As the position of the comb-shaped floating
[0036]
Similarly, when a predetermined voltage is applied to the second comb-shaped
[0037]
As described above, the position of the comb-shaped floating
[0038]
As described above, by controlling the voltage applied to the first or second comb-shaped
[0039]
By providing such an
[0040]
Here, the positions of P1, P2, and P3 are set as follows. First, the position of P1 is set to a position where the optical axis of light emitted from the input
[0041]
As described above, by moving the
[0042]
Further, the positions of P1, P2, and P3 do not necessarily need to be positions where the optical axes coincide. For example, while measuring the light from each output optical fiber, the positions of P1, P2, and P3 may be determined so that the intensity of each light becomes a predetermined level. This makes it possible to provide an optical switch in which the light from each output optical fiber has a predetermined degree, for example, the intensity of all the light is uniform.
[0043]
Next, an angle between the moving direction of the
[0044]
The angle d1 between the moving direction v of the
[0045]
Next, the angle between the optical axis of light emitted from the input
[0046]
The angle d2 between the optical axis n of the incident light and the surface direction m of the
[0047]
As described above, the light is reflected by the
[0048]
[Second embodiment]
FIG. 6 is a plan view showing an optical switch according to the second embodiment of the present invention. The
[0049]
In this embodiment, four
[0050]
Further, an
[0051]
The
[0052]
In FIG. 6, the angle formed between the two
[0053]
In the
[0054]
Here, in the present embodiment, although not shown, the core diameter near one end t5 to t9 of each of the
[0055]
By providing the
[0056]
Here, the positions of P21, P22, P23, and P24 are set as follows. First, the position of P21 is set to a position where the optical axis of light emitted from the input
[0057]
As described above, by moving the
[0058]
Next, the relationship between the amount of movement of the
[0059]
First, when the optical axis shift amount of the reflected light P1 and the reflected light P2 with respect to the incident light N in the case where the
[0060]
Y1 = 2X * sin (d21) * cos (d22) (Equation 1)
[0061]
It becomes. The reflected light P1 is light reflected by the
[0062]
Further, when the
[0063]
Y2 = 2X * sin (d21 + d22) (Equation 2)
[0064]
It becomes. The reflected light Q1 is light reflected by the mirror surfaces 25a and 25b when the
[0065]
Here, comparing
[0066]
As a result, it becomes possible to perform optical switching with a smaller moving amount than in the case of a single mirror surface, and thus it is possible to reduce the size and cost of the actuator, as well as the driving force, driving voltage, power and current of the actuator. And control time can be reduced.
[0067]
FIG. 10 is a perspective view showing a state where the
[0068]
[Modification of Second Embodiment]
FIG. 11 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical switch 3 which is a modified example of the
[0069]
Note that the actuator is configured in the same manner as in the first embodiment and the second embodiment. The position of the actuator in this modification is not shown because it is located above the optical switch shown in FIG. 11 (above the vertical direction on the paper of FIG. 11).
[0070]
By configuring the optical switch 3 as shown in FIG. 11, it is possible to increase the number of output optical fibers 32 compared to the
[0071]
The optical switch 3 according to the present modification has one end t12 to t16 such that the reflection optical path distance or the transmission optical path distance from one end t11 of the input
[0072]
[Third embodiment]
FIG. 12 is a plan view showing an optical switch according to the third embodiment of the present invention. The optical switch 4 according to the third embodiment is an “n × 1 type” (“3 × 1 type” in this embodiment) switch used as a selector.
[0073]
The optical switch 4 according to the present embodiment is different from the
[0074]
The structure of each part of the optical switch 4 according to the present embodiment is the same as the structure of each part of the
[0075]
Next, in the optical switch 4 according to the present embodiment, the position of the
[0076]
Here, the positions of P1, P2, and P3 are set as follows. First, the position of P1 is set to a position where the optical axis of the light emitted from the input
[0077]
In this way, by moving the
[0078]
Note that the optical switch 4 according to the present embodiment can be configured by the
[0079]
In each of the embodiments described above, the input optical waveguide and the output optical waveguide are configured by optical fibers, but these optical waveguides may be configured by PLC (planar optical waveguide).
[0080]
【The invention's effect】
According to the optical switch of the present invention, the optical path can be switched in three or more directions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an optical switch according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a positional relationship of the optical fiber shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view showing the actuator shown in FIG.
FIG. 4 is a view for explaining an angle between a movement direction of a mirror unit shown in FIG. 1 and a surface direction of a mirror surface.
5 is a diagram illustrating an angle between an optical axis of light emitted from the input optical fiber illustrated in FIG. 1 and incident on a mirror surface and a surface direction of the mirror surface.
FIG. 6 is a plan view illustrating an optical switch according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a movement amount of a mirror unit and a shift amount of an optical axis illustrated in FIG. 7;
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state where the optical fiber in the optical switch according to the present invention is fixed to the surface of the substrate.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state where the optical fiber in the optical switch according to the present invention is fixed to the surface of the substrate.
FIG. 10 is a perspective view showing a state where the optical switch shown in FIG. 1 is housed in a case.
FIG. 11 is a plan view showing an optical switch according to a modification of the embodiment.
FIG. 12 is a plan view showing an optical switch according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3, 4 ... optical switch, 11, 21, 31, 42 ... input optical fiber (input optical waveguide), 12, 22, 32, 41 ... output optical fiber (output , Actuator, 15, 25, 35 ... mirror part (reflection mirror part), 15a, 25a, 25b, 35a, 35b ... mirror surface.
Claims (10)
複数の出力用光導波路と、
前記入力用光導波路の光軸と垂直でもなく平行でもないミラー面を有し、前記入力用光導波路と前記出力用光導波路との間の光路上に配置された反射ミラー部と、
前記ミラー面と平行関係にない方向に前記反射ミラー部を移動させるアクチュエータとを備えることを特徴とする光スイッチ。An input optical waveguide,
A plurality of output optical waveguides;
A mirror surface that is neither perpendicular nor parallel to the optical axis of the input optical waveguide, and is disposed on an optical path between the input optical waveguide and the output optical waveguide;
An optical switch, comprising: an actuator that moves the reflection mirror unit in a direction that is not parallel to the mirror surface.
出力用光導波路と、
前記入力用光導波路の光軸と垂直でもなく平行でもないミラー面を有し、前記入力用光導波路と前記出力用光導波路との間の光路上に配置された反射ミラー部と、
前記ミラー面と平行関係にない方向に前記反射ミラー部を移動させるアクチュエータとを備えることを特徴とする光スイッチ。A plurality of input optical waveguides;
An output optical waveguide;
A mirror surface that is neither perpendicular nor parallel to the optical axis of the input optical waveguide, and is disposed on an optical path between the input optical waveguide and the output optical waveguide;
An optical switch, comprising: an actuator that moves the reflection mirror unit in a direction that is not parallel to the mirror surface.
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