JP2006267618A - 光スイッチの光出力安定化方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の入出力ポート間で、複数のミラーの角度を制御して光ビームの出力経路を切り替える光スイッチにおいて、出力ポートにおける出力光強度が最大になるように各ミラーの角度制御を高速に行い、安定な出力光強度を得る。
【解決手段】 複数の入出力ポート間で、任意の入力ポートから入力した光ビームを複数のミラーによって連続的に反射させて任意の出力ポートに出力する光スイッチに対して、光ビームの出力経路を決める複数のミラーの角度を微調整して出力光強度を安定化する光スイッチの光出力安定化方法において、複数のミラーの角度の変位量が所定の関係になるように各ミラーの角度を変位させる制御量を連動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の入出力ポート間で、任意の入力ポートから入力した光ビームを複数のミラーによって連続的に反射させ、任意の出力ポートに出力する光スイッチにおいて、光ビームの出力経路を決める複数のミラーの角度を微調整して出力光強度を安定化する光スイッチの光出力安定化方法および装置に関する。

図８は、光スイッチの構成例を示す。図において、光スイッチは、複数のコリメータを２次元に配置した２つのコリメータアレイ１ａ，１ｂと、複数の反射型のミラーを２次元に配置した２つのミラーアレイ２ａ，２ｂを組み合わせた構成である。なお、入力側のコリメータアレイ１ａには、各コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配置した入力光ファイバアレイが接続され、出力側のコリメータアレイ１ｂには、各コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配置した出力光ファイバアレイが接続される。また、各ミラーはＭＥＭＳ（Micro Electric Mechanical System) 技術によりその角度が制御され、２つのミラーアレイ２ａ，２ｂで反射させるミラーの組み合わせによって任意の入出力光ファイバ間の接続（出力経路の切り替え）が可能になっている。

ところで、各ミラーは出力経路に応じた所定の角度が予め設定されるが、各ミラーの角度の微小変動により、出力側のコリメータ（出力ポート）に対して光ビームの入射角あるいは入射位置が微小変動し、出力光強度が変動することがある。このような出力光強度の変動を安定化する方法として、出力光強度をモニタし、出力光強度が最大になるように各ミラーの角度を微調整する方法がとられる。このとき、出力光強度をモニタしながら各ミラーの角度をｘ軸方向、ｙ軸方向に調整する方法、各ミラーをスパイラルに角度変化させて出力光強度が最大になるように角度を調整する方法などが用いられている。

また、出力側に受光器アレイを配置し、受光器アレイに到達しているビーム形状から入射位置および角度を測定して最適な入射位置および角度を調整する方法も知られている（特許文献１）。
特開２００２−２３６２６４号公報

光スイッチの構造によっては、例えば２つのミラーについて出力ポートにおける出力光強度が最大になるようにその角度を設定しても、その後も微調整を繰り返していく必要がある。このとき図９に示すように、第１のミラー４ａの角度をずらすと、出力ポート（出力側のコリメータ３ｂ）への入射角度および入射位置が変化する。したがって、従来は第１のミラー４ａの角度調整に対応して第２のミラー４ｂの角度を調整することにより、出力ポートにおける出力光強度が常に最大になるように微調整が行われている。しかし、第１のミラーと第２ミラーはそれぞれ独立に微調整が行われるために、出力ポートにおける出力光強度が各ミラーの微調整のたびに変動し、出力光強度が安定状態になるまでに所定の時間を要していた。

本発明は、複数の入出力ポート間で、複数のミラーの角度を制御して光ビームの出力経路を切り替える光スイッチにおいて、出力ポートにおける出力光強度が最大になるように各ミラーの角度制御を高速に行い、安定な出力光強度を得ることができる光スイッチの光出力安定化方法および装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数の入出力ポート間で、任意の入力ポートから入力した光ビームを複数のミラーによって連続的に反射させて任意の出力ポートに出力する光スイッチに対して、光ビームの出力経路を決める複数のミラーの角度を微調整して出力光強度を安定化する光スイッチの光出力安定化方法において、複数のミラーの角度の変位量が所定の関係になるように各ミラーの角度を変位させる制御量を連動させる。

また、第１の発明において、光ビームが出力される出力ポートの出力光強度をモニタし、複数のミラーの角度を微小変位させたときに出力光強度が最大になるときの複数のミラーの角度変位に対応する制御量を検出し、得られた各ミラーの制御量の比を補正係数として算出し、複数のミラーの角度を微調整する際に、複数のミラーの角度の変位量が所定の関係になるように、補正係数を用いて所定のミラーの角度を変位させる制御量に連動して他のミラーの角度を変位させる制御量を設定する。

ここで、補正係数を用いて複数のミラーの角度の微調整を連動制御しながら、所定のタイミングで補正係数の更新処理を行ってもよい。また、複数の入出力ポート間で光スイッチを介して出力経路を切り替える信号光とは異なる波長の制御光を用意し、入力ポートに配置した光カプラで信号光に制御光を合波し、出力ポートに配置したＷＤＭカプラで信号光と制御光を分波し、分波した制御光の光強度をモニタしてもよい。また、複数の入出力ポート間で光スイッチを介して出力経路を切り替える信号光とは異なる波長の制御光を用意し、入力ポートに配置したＷＤＭカプラで信号光に制御光を合波し、出力ポートに配置したＷＤＭカプラで信号光と制御光を分波し、分波した制御光の光強度をモニタしてもよい。

第２の発明は、複数の入出力ポート間で、任意の入力ポートから入力した光ビームを複数のミラーによって連続的に反射させて任意の出力ポートに出力する光スイッチに対して、光ビームの出力経路を決める複数のミラーの角度を微調整して出力光強度を安定化する光スイッチの光出力安定化装置において、複数のミラーの角度の変位量が所定の関係になるように各ミラーの角度を変位させる制御量を連動させる制御手段を備える。

また、第２の発明において、制御手段は、光ビームが出力される出力ポートの出力光強度をモニタし、複数のミラーの角度を微小変位させたときに出力光強度が最大になるときの前記複数のミラーの角度変位に対応する制御量を検出し、得られた各ミラーの制御量の比を補正係数として算出する手段と、複数のミラーの角度を微調整する際に、複数のミラーの角度の変位量が所定の関係になるように、補正係数を用いて所定のミラーの角度を変位させる制御量に連動して他のミラーの角度を変位させる制御量を設定する手段とを備える。

ここで、制御手段は、補正係数を用いて複数のミラーの角度の微調整を連動制御しながら、所定のタイミングで補正係数の更新処理を行う構成としてもよい。また、複数の入出力ポート間で光スイッチを介して出力経路を切り替える信号光とは異なる波長の制御光を出力する制御光源を備え、入力ポートに信号光に制御光を合波する光カプラを配置し、出力ポートに信号光と制御光を分波するＷＤＭカプラを配置し、制御手段は、ＷＤＭカプラで分波した制御光の光強度をモニタする構成としてもよい。また、複数の入出力ポート間で光スイッチを介して出力経路を切り替える信号光とは異なる波長の制御光を出力する制御光源を備え、入力ポートに信号光に制御光を合波するＷＤＭカプラを配置し、出力ポートに信号光と制御光を分波するＷＤＭカプラを配置し、制御手段は、ＷＤＭカプラで分波した制御光の光強度をモニタする構成としてもよい。

本発明では、出力経路に応じた複数のミラーについて、一のミラーと他のミラーの角度を変位させる制御量を連動させることにより、出力ポートへの入射角度を一定のまま入射位置を調整し、高速に安定した出力光強度を得ることができる。

また、本発明では、複数のミラーの角度を出力経路に応じた初期設定値から微小変位させたときに、出力光強度が最大になるときの複数のミラーの角度変位に対応する制御量の比に対応する補正係数を算出し、複数のミラーの角度を微調整する際に、一のミラーと他のミラーの制御量を補正係数を用いて連動制御することにより、出力ポートへの入射角度を一定のまま入射位置を調整し、高速に安定した出力光強度を得ることができる。

これにより、光スイッチの高速切り替えおよび出力光強度の安定化を可能とし、光スイッチを用いた光ネットワークの安定性を向上させることができる。

（光スイッチの光出力安定化装置の第１の実施形態）
図１は、本発明の光スイッチの光出力安定化装置の第１の実施形態を示す。ここでは、図８に示す光スイッチの２つのコリメータアレイ１ａ，１ｂおよびミラーアレイ２ａ，２ｂのうち、所定の入出力ポートに対応する１組のコリメータ３ａ，３ｂと、１組のミラー４ａ，４ｂのみを示す。

入力ポート５ａから入力する光信号は、光スイッチ１０のコリメータ３ａ、ミラー４ａ，４ｂおよびコリメータ３ｂを介して対応する出力ポート５ｂに出力される。また、出力ポート５ｂに出力される光信号は、光カプラ６で一部が分岐され、受光器７で電気信号に変換される。この電気信号は制御回路８に入力され、各ミラー４ａ，４ｂの角度を制御するミラー駆動回路９ａ，９ｂに与える制御量が決定される。

（光スイッチの光出力安定化方法の第１の実施形態）
図２は、本発明の光スイッチの光出力安定化方法の第１の実施形態を示す。図１に示す装置構成において、制御回路８はミラー駆動回路９ａ，９ｂを介して、設定する出力経路に応じたミラー４ａ，４ｂの角度を初期設定値に制御する（Ｓ１）。次に、各ミラーの角度を変位させ、出力ポート５ｂにおける出力光強度が最大になるミラー４ａ，４ｂの角度の変位に対する制御量Ｖa ，Ｖb を検出する（Ｓ２）。例えば、ミラー４ａを初期設定値から微小角だけ変位させたときの制御量をＶa とし、さらにミラー４ｂの角度を初期設定値から変位させ、出力ポート５ｂにおける出力光強度が最大になるときのミラー４ｂの制御量をＶb として検出する。次に、ミラー４ａ，４ｂの制御量Ｖa ，Ｖb の比を補正係数Ｍ（＝Ｖb ／Ｖa ）として算出する（Ｓ３）。次に、ミラー４ａ，４ｂの角度を微調整する際に、ステップＳ３で算出した補正係数Ｍを用いて制御量によりミラー４ａ，４ｂの角度を連動制御する（Ｓ４）。例えば図１に示すように、ミラー４ａの微調整角度の制御量をＶa'とした場合には、ミラー４ｂの微調整角度の制御量をＭ×Ｖa'として設定する。その結果、ミラー４ａ，４ｂの角度の変位量が所定の関係になる（例えば等しくなる）ように連動制御される。

図３は、補正係数の算出までの処理手順の一例を示す。ここでは、ミラー４ａ，４ｂのｘ軸方向における補正係数Ｍx の算出処理手順を示すが、ｙ軸方向における補正係数Ｍy の算出処理手順についても同様である。なお、本処理手順は、図２に示すフローチャートのステップＳ２，Ｓ３における処理に対応する。

制御回路８は、ミラー４ａのミラー駆動回路９ａに、出力ポート５ｂの位置に応じたミラー４ｂに反射させるためのｘ軸方向の初期設定値に対して角度変位を与えるための制御量Ｖxaを指示する（Ｓ11）。ミラー駆動回路９ａは、この指示に従ってミラー４ａに制御量Ｖxaを設定する（Ｓ12）。ミラー４ａは、ｘ軸方向にこの制御量Ｖxaに応じた角度だけ変化させる（Ｓ13）。次に、制御回路８は、受光器７で出力ポート５ｂにおける出力光強度をモニタしながら、出力光強度が最大になるようにミラー４ｂのｘ軸方向の角度制御を行う。このとき、ミラー４ｂのミラー駆動回路９ｂに指示するｘ軸方向の初期設定値から角度変位を与えるための制御量をＶxbとする（Ｓ14）。次に、ミラー４ａ，４ｂのｘ軸方向の角度変位を与える制御量Ｖxa，Ｖxbから、ｘ軸方向における補正係数Ｍx としてＶxb／Ｖxaを算出する（Ｓ15）。

同様に、ｙ軸方向における補正係数Ｍy の算出処理を行う。すなわち、ミラー４ａをｙ軸方向に初期設定値から制御量Ｖyaに応じた角度だけ変化させた後に、ミラー４ｂをｙ軸方向に角度制御し、出力光強度が最大になる制御量Ｖybを決定し、ミラー４ａ，４ｂのｙ軸方向の制御量Ｖya，Ｖybから、ｙ軸方向における補正係数Ｍy としてＶyb／Ｖyaを算出する。

次に、ミラー４ａ，４ｂを微調整する際には、図３に示す処理手順により得られた補正係数Ｍx(＝Ｖxb／Ｖxa）、Ｍy(＝Ｖyb／Ｖya）を用い、ミラー４ａの角度変位を与える制御量Ｖxa' 、Ｖya' に対して、ミラー４ｂの制御量としてＭx ×Ｖxa' 、Ｍy ×Ｖya' を設定する。これにより、ミラー４ａ，４ｂは図４に示すように、出力ポート５ｂに対応するコリメータ３ｂへの入射角度が一定のまま、入射位置だけの調整を行うことができる。このように、ミラー４ａ，４ｂの微調整の際に、補正係数を用いて連動制御を行うことにより、各ミラー４ａ，４ｂの微調整を高速に行うことができる。したがって、出力光ファイバ５ｂにおける最大の出力光強度を速やかに得ることができ、安定した出力光強度を維持することができる。

（光スイッチの光出力安定化方法の第２の実施形態）
図５は、本発明の光スイッチの光出力安定化方法の第２の実施形態を示す。図１に示す装置構成において、制御回路８はミラー駆動回路９ａ，９ｂを介して、設定する出力経路に応じたミラー４ａ，４ｂの角度を初期設定値に制御する（Ｓ１）。次に、各ミラーの角度を変位させ、出力ポート５ｂにおける出力光強度が最大になるミラー４ａ，４ｂの角度の変位に対する制御量Ｖa ，Ｖb を検出する（Ｓ２）。次に、ミラー４ａ，４ｂの制御量Ｖa ，Ｖb の比を補正係数Ｍ（＝Ｖb ／Ｖa ）として算出する（Ｓ３）。次に、ミラー４ａ，４ｂの角度を微調整する際に、ステップＳ３で算出した補正係数Ｍを用いて制御量によりミラー４ａ，４ｂの角度を連動制御する（Ｓ４）。ここまでは第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、補正係数を用いてミラー４ａ，４ｂの角度を微調整しながら、所定時間の経過ごとに、ステップＳ２に戻って補正係数を更新することを特徴とする。そして、更新された補正係数を用いてミラー４ａ，４ｂの角度を連動制御する（Ｓ４）。これにより、外的要因によって変化した補正係数を常に最適な値に維持することができる。なお、所定時間の経過ごとに、ステップＳ１に戻って各ミラーの角度の初期設定から行ってもよい。

（光スイッチの光出力安定化装置の第２の実施形態）
図６は、本発明の光スイッチの光出力安定化装置の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、光スイッチ１０のミラーの角度調整や補正係数の算出のためにモニタする光として、スイッチングする信号光（波長λs)を使用せず、信号光とは異なる波長λc の制御光を用いるところにある。

図において、制御光源１１から出力された制御光は、光スイッチ１０の前段に配置した光カプラ１２を介して、信号光と合波して光スイッチ１０に入力され、信号光とともに出力される。光スイッチ１０の後段には、信号光と制御光を分波するＷＤＭカプラ１３が配置され、信号光は出力ポート５ｂに入力され、制御光は受光器７に入力される。光スイッチ１０のミラーの角度調整や補正係数の算出に係る処理は、制御回路８およびミラー駆動回路９ａ，９ｂで第１の実施形態と同様に行われる。このような制御光を用いることにより、信号光に強度変化が生じた場合でも補正係数の算出やミラーの角度調整は影響を受けずに行うことができる。

（光スイッチの光出力安定化装置の第３の実施形態）
図７は、本発明の光スイッチの光出力安定化装置の第３の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第２の実施形態において信号光と制御光を合波する光カプラ１２に代えて、ＷＤＭカプラ１４を用いるところにある。その他の構成は第２の実施形態と同様である。これにより、信号光と制御光の合波時の損失を低減し、第２の実施形態の構成よりも大きな出力光強度を得ることができる。

本発明の光スイッチの光出力安定化装置の第１の実施形態を示す図。 本発明の光スイッチの光出力安定化方法の第１の実施形態を示すフローチャート。 補正係数の算出までの処理手順の一例を示すフローチャート。 本発明による角度制御例を説明する図。 本発明の光スイッチの光出力安定化方法の第２の実施形態を示すフローチャート。 本発明の光スイッチの光出力安定化装置の第２の実施形態を示す図。 本発明の光スイッチの光出力安定化装置の第３の実施形態を示す図。 光スイッチの構成例を示す図。 従来の角度制御例を説明する図。

符号の説明

１ａ，１ｂ コリメータアレイ
２ａ，２ｂ ミラーアレイ
３ａ，３ｂ コリメータ
４ａ，４ｂ ミラー
５ａ 入力ポート
５ｂ 出力ポート
６，１２ 光カプラ
７ 受光器
８ 制御回路
９ａ，９ｂ ミラー駆動回路
１０ 光スイッチ
１１ 制御光源
１３，１４ ＷＤＭカプラ

Claims (10)

1. 複数の入出力ポート間で、任意の入力ポートから入力した光ビームを複数のミラーによって連続的に反射させて任意の出力ポートに出力する光スイッチに対して、光ビームの出力経路を決める複数のミラーの角度を微調整して出力光強度を安定化する光スイッチの光出力安定化方法において、
   前記複数のミラーの角度の変位量が所定の関係になるように各ミラーの角度を変位させる制御量を連動させることを特徴とする光スイッチの光出力安定化方法。
2. 請求項１に記載の光スイッチの光出力安定化方法において、
   前記光ビームが出力される出力ポートの出力光強度をモニタし、前記複数のミラーの角度を微小変位させたときに出力光強度が最大になるときの前記複数のミラーの角度変位に対応する制御量を検出し、得られた各ミラーの制御量の比を補正係数として算出し、
   前記複数のミラーの角度を微調整する際に、前記複数のミラーの角度の変位量が所定の関係になるように、前記補正係数を用いて所定のミラーの角度を変位させる制御量に連動して他のミラーの角度を変位させる制御量を設定する
   ことを特徴とする光スイッチの光出力安定化方法。
3. 請求項２に記載の光スイッチの光出力安定化方法において、
   前記補正係数を用いて前記複数のミラーの角度の微調整を連動制御しながら、所定のタイミングで前記補正係数の更新処理を行う
   ことを特徴とする光スイッチの光出力安定化方法。
4. 請求項２に記載の光スイッチの光出力安定化方法において、
   前記複数の入出力ポート間で前記光スイッチを介して出力経路を切り替える信号光とは異なる波長の制御光を用意し、
   前記入力ポートに配置した光カプラで前記信号光に前記制御光を合波し、前記出力ポートに配置したＷＤＭカプラで前記信号光と前記制御光を分波し、分波した制御光の光強度をモニタする
   ことを特徴とする光スイッチの光出力安定化方法。
5. 請求項２に記載の光スイッチの光出力安定化方法において、
   前記複数の入出力ポート間で前記光スイッチを介して出力経路を切り替える信号光とは異なる波長の制御光を用意し、
   前記入力ポートに配置したＷＤＭカプラで前記信号光に前記制御光を合波し、前記出力ポートに配置したＷＤＭカプラで前記信号光と前記制御光を分波し、分波した制御光の光強度をモニタする
   ことを特徴とする光スイッチの光出力安定化方法。
6. 複数の入出力ポート間で、任意の入力ポートから入力した光ビームを複数のミラーによって連続的に反射させて任意の出力ポートに出力する光スイッチに対して、光ビームの出力経路を決める複数のミラーの角度を微調整して出力光強度を安定化する光スイッチの光出力安定化装置において、
   前記複数のミラーの角度の変位量が所定の関係になるように各ミラーの角度を変位させる制御量を連動させる制御手段を備えたことを特徴とする光スイッチの光出力安定化装置。
7. 請求項６に記載の光スイッチの光出力安定化装置において、
   前記制御手段は、
   前記光ビームが出力される出力ポートの出力光強度をモニタし、前記複数のミラーの角度を微小変位させたときに出力光強度が最大になるときの前記複数のミラーの角度変位に対応する制御量を検出し、得られた各ミラーの制御量の比を補正係数として算出する手段と、
   前記複数のミラーの角度を微調整する際に、前記複数のミラーの角度の変位量が所定の関係になるように、前記補正係数を用いて所定のミラーの角度を変位させる制御量に連動して他のミラーの角度を変位させる制御量を設定する手段と
   を備えたことを特徴とする光スイッチの光出力安定化装置。
8. 請求項６に記載の光スイッチの光出力安定化装置において、
   前記制御手段は、前記補正係数を用いて前記複数のミラーの角度の微調整を連動制御しながら、所定のタイミングで前記補正係数の更新処理を行う構成である
   ことを特徴とする光スイッチの光出力安定化装置。
9. 請求項６に記載の光スイッチの光出力安定化装置において、
   前記複数の入出力ポート間で前記光スイッチを介して出力経路を切り替える信号光とは異なる波長の制御光を出力する制御光源を備え、
   前記入力ポートに前記信号光に前記制御光を合波する光カプラを配置し、
   前記出力ポートに前記信号光と前記制御光を分波するＷＤＭカプラを配置し、
   前記制御手段は、前記ＷＤＭカプラで分波した制御光の光強度をモニタする構成である ことを特徴とする光スイッチの光出力安定化装置。
10. 請求項６に記載の光スイッチの光出力安定化装置において、
    前記複数の入出力ポート間で前記光スイッチを介して出力経路を切り替える信号光とは異なる波長の制御光を出力する制御光源を備え、
    前記入力ポートに前記信号光に前記制御光を合波するＷＤＭカプラを配置し、
    前記出力ポートに前記信号光と前記制御光を分波するＷＤＭカプラを配置し、
    前記制御手段は、前記ＷＤＭカプラで分波した制御光の光強度をモニタする構成である ことを特徴とする光スイッチの光出力安定化装置。
    

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