JP2011028235A - 光スイッチ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部2と、前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部3とを有する。光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチ1である。前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材(整列基板27〜30)に二次元的に配列されて支持される。前記光入力部2および光出力部3は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成されている。
【選択図】 図1
Description
σ1 =(α2−α1)/2 ・・・(2)
上記式(1)および式(2)より、出力側マイクロ可動ミラーアレイ104に到達する光ビームの位置は、入力光ファイバ101aの位置に依存することなく、凹面ミラー111の焦点距離fと入力側マイクロ可動ミラーアレイ103を構成するマイクロ可動ミラー103aの回転角度θ1によって決定される。一般に、式(1)に示した光ビームの入射角度と光ビームの到達位置との変換作用は「光学的フーリエ変換」と呼称されている。なお、この変換作用は、凸レンズや組み合わせレンズ等を用いても実現することが可能である(例えば、非特許文献3参照)。
以上説明したとおり、第2の従来例の形態によれば、凹面ミラー111に代表される光学的フーリエ変換光学素子の焦点位置に入力側マイクロ可動ミラーアレイ103および出力側マイクロ可動ミラーアレイ104を配置することにより、入力側マイクロ可動ミラー103aの回転角度に応じて一意に出力光ファイバ106aに対応する出力側マイクロ可動ミラー104aが選択されるため、入力側マイクロ可動ミラーアレイ103の各マイクロ可動ミラー103aの回転動作範囲に対する要求条件が入出力光ファイバ101a,106aの位置に依存することなく等しくなる。
(1)先ず、光スイッチの入出力ポート数を拡大するのに伴い、光信号の入出力に用いる光ファイバアレイと、光ファイバアレイから入出力する光信号を光ビームに変換するマイクロレンズアレイ、ならびに光ビームを偏向するマイクロ可動ミラーアレイのそれぞれについて、配列規模を拡大する必要がある。
加えて、光ファイバアレイの配列規模を拡大するほど、個々の光ファイバを整列させ実装する工程の難易度が高くなり、製造歩留まりが低下して製造コストが高くなるという問題があった。
また、このずれは隣接する光ポートへの漏光を発生させて光スイッチ性能を劣化させる要因にもなる。従って、フリースペース型光スイッチの入出力ポート数を拡大する場合、特に光ファイバアレイとコリメート用マイクロレンズアレイで構成される光コリメータアレイと、マイクロ可動ミラーアレイの間において、並進方向のみならず回転方向についても相対的な位置関係を高い精度で一致させることが重要となる。
本発明は、前記発明において、前記光入力部の前記集合体を構成する支持部材と、前記光出力部の前記集合体を構成する支持部材とは、光入力ポートと光出力ポートとの間の光路長の差が減少する位置に配置されているものである。
本発明は、前記発明において、前記光入力部と前記光出力部との間には、傾動可能な複数のマイクロミラーを用いて前記光入力部からの光信号を偏向させて前記光出力部に伝達するマイクロ可動ミラーアレイが設けられているものである。
本発明は、前記発明において、前記凹面ミラーの反射面をトロイダル面としたものである。
光入力ポートおよび光出力ポートが光ファイバである場合は、光ファイバとレンズの間の光軸ずれを許容値内に収めて、光結合損失の増加を抑えることができる。また、光ファイバとコリメートレンズが予め一体化されたファイバコリメータによって光入力ポートと光出力ポートとを構成する場合は、光入力部と光出力部との間で光軸ずれが生じることを防ぐことができる。
これらの光結合損失低減の効果は、第1および第2の従来例に示したいずれの光スイッチについても有効である。
前記一対の支持構造体は、少なくとも光信号が伝搬する経路上に開口部を有しており、そのうち入出力の光ポート、およびマイクロ可動ミラーアレイを取り付ける開口部にも位置決めピンなどに代表される高精度な位置決め手段を有している。
なお、前記一対の支持構造体の間、すなわち入出力マイクロ可動ミラー間の相対的な位置誤差は、数百μm程度の範囲であれば光スイッチ動作時に各々のマイクロ可動ミラーの傾き角度を微調整することにより概ね補正可能であり、一対の支持構造体を組み合わせる時に高精度な調整を行う必要はない。
以下、図面を用いて本発明の第1の実施形態の光スイッチについて説明する。
図1は2個のマイクロ可動ミラーを用いた光スイッチの斜視図であり、図中の矢印は光ビームの進行方向を示している。図1において、1は本発明に係る光スイッチ、2は光入力部、3は入力側マイクロ可動ミラーアレイ、4は出力側マイクロ可動ミラーアレイ、5は光出力部をそれぞれ示している。なお、本発明に関わる光スイッチ1は光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
整列基板27〜30は、例えば8行×8列の配列となるように所定の間隔をおいて二次元的に配列された複数の貫通孔32がそれぞれ穿設されている。これらの整列基板27〜30は、これらの貫通孔32に前記フェルール26を挿入することにより、複数の光ファイバ25を二次元的に配列される状態で支持するとともに、複数の光ファイバ25の光入出射端面25aを整列基板27〜30の端面に露出しかつ互いに平行になるように整列させる。
なお、本実施の形態において、光入出力部2,5のポート数は16行×16列の256ポートであるが、前記ポート数についてはこの値に限定されるものではない。
また、本実施の形態において、光入出力部2,5は、入出力光ファイバアレイ6〜9,11〜14とマイクロレンズアレイ15〜18,21〜24の組み合わせによって構成されているが、これらについては、図5に示したように、ファイバコリメータアレイによって構成することができる。
また、入出力光ファイバアレイ6〜9,11〜14と入出力マイクロ可動ミラーアレイ3,4との幾何的配置、およびこれらを構成する光ファイバ25、マイクロレンズアレイ15〜18,21〜24、マイクロ可動ミラーアレイ3,4の配列間隔は、本実施の形態を採るとき値に限定されないことは言うまでもない。
本発明に係る光スイッチは、図6および図7に示すように構成することができる。
図6は2個のマイクロ可動ミラーと凹面ミラーとを用いた光スイッチの側面図、図7はこの実施の形態による光ファイバアレイの斜視図である。図6中の矢印は光ビームの進行方向を示している。図6および図7において、前記図1〜図5によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。なお、本発明に関わる光スイッチは光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
前記光入力部52は、各々8行×8列の配列規模を有する4つの入力光ファイバアレイ6〜9に、この入力光ファイバアレイと同一の配列を有する入力マイクロレンズアレイ15〜18を位置合わせすることにより4つの光コリメータアレイとし、これを2行×2列に配置することにより、全体としてポート数256の光入力ポートを構成する。
前記光入力部52、入力側マイクロ可動ミラーアレイ53、凹面ミラー54、出力側マイクロ可動ミラーアレイ55、光出力部56は、図6に示すように、それぞれ光ビームの進行方向に対してδ[rad]の傾き角度を持ってW型に配置されている。
このような構成を採ることにより、光スイッチ全体の光路長ばらつきを概ね10mmの範囲内に抑制し、光路長差による光結合損失ばらつきを0.1dB以下に収めることができた。
また、凹面ミラー54の反射面54aをトロイダル面とすることにより、曲率がX軸とY軸とで等しく形成されている場合と比較して、凹面ミラー54における軸外収差を低減し、その値を0.5dB以下とすることができた。
なお、本実施の形態において、光入出力部52,56のポート数は16行×16列の256ポートであるが、前記ポート数についてはこの値に限定されるものではない。また、光入出力部52,56は、8行×8列の配列を有する光ファイバアレイを4個ずつ使用して構成し、これを2つずつ組にしてそのうちの一方をマイクロ可動ミラー53,55に近接させているが、必要に応じて16行×8列の光ファイバアレイ2個の組み合わせとし、そのうちの一方を近接させる構成を採ることもできる。
また、入出力光ファイバアレイ6〜9,11〜14と凹面ミラー54、入出力マイクロ可動ミラーアレイ53,55との幾何的配置、およびこれらを構成する光ファイバ25、マイクロレンズアレイ15〜18,21〜24、マイクロ可動ミラーアレイ53,55の配列間隔は、本実施の形態を採るとき値に限定されないことは言うまでもない。
以下、図面を用いて本発明の第3の実施の形態の光スイッチについて説明する。本発明に係る光スイッチは、図8に示すように構成することができる。
図8は第3の実施の形態による光スイッチの分解斜視図である。図8において、前記図1〜図7によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。なお、本発明に関わる光スイッチは光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
光入出力部2,5を搭載するための開口部61には、所定の位置に、光ファイバアレイ6〜9,11〜14を搭載した整列基板27〜30を搭載するための複数の位置決めピン62を高い位置精度で設けている。この位置決めピン62を、前記整列基板27〜30に形成された複数のガイド孔33に嵌合させることにより、光ファイバアレイを図8中のX−Y平面における並進方向だけでなく、この面に垂直なZ軸を中心とした回転方向に対しても高い精度で受動的に位置決めし、固定することができる。
この結果、光スイッチ1の挿入損失評価において、マイクロ可動ミラーにおけるケラレ損失を0.5dB以内に抑制し、挿入損失の平均値1.1dBを実現することができた。
なお、本実施の形態では、光学部品を16行×16列に配列した例を示したが、本発明の効果はこの配列規模に限定されないことはいうまでもない。
また、本実施の形態では光入出力部2,5を同一面上に配置したが、本発明の第2の実施の形態のようにオフセットを与えて光路長差を与えて配置しても構わない。
また、本実施の形態では、マイクロ可動ミラーアレイ3,4を複数の基板に分割した形で個々に取り付ける例を示したが、これらは同一の電極基板上に搭載されていてもよく、この場合、前記電極基板の複数の箇所に貫通孔65を設けても良い。
また、本実施の形態では、一対の支持構造体60を組み合わせる手段として、支持構造体60a,60bの開口部66に嵌合ピン67と嵌合孔68を設けて位置決めし嵌合させているが、位置決め構造はピンと孔の組み合わせに限定するものではない。同様に、一対の支持構造体60と光入出力部2,5、およびマイクロ可動ミラーアレイ3,4を位置決めし嵌合する構造についても、例えば精密な外径精度を有する微小ボールと矩形の受け穴の組み合わせ等を用いてもよく、ピンと孔の組み合わせに限定するものではないことは言うまでもない。
以下、図面を用いて本発明の第4の実施形態の光スイッチについて説明する。本発明に係る光スイッチは、図9に示すように構成することができる。
図9は第4の実施の形態の形態による光スイッチの分解斜視図である。図9において、前記図1〜図8によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。なお、本発明に関わる光スイッチは光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
また、本実施の形態では光入出力部52,56を光ファイバアレイ6〜9,11〜14としたが、これらは光ファイバとマイクロレンズが予め一体となった光コリメータアレイであっても構わない。
また、本実施の形態では光入出力部52,56を同一面上に配置したが、本発明の第2の実施の形態のようにオフセットを与えて光路長差を与えて配置しても構わない。
また、本実施の形態では、マイクロ可動ミラーアレイ53,55を複数の基板に分割した形で個々に取り付ける例を示したが、これらは同一の電極基板上に搭載されていてもよく、この場合、前記電極基板の複数の箇所に貫通孔65を設けても良い。
また、一対の支持構造体60と凹面ミラー54を組み合わせる手段としては、前記の通り複数の位置決めピン70を設けたベース69上に各部品を搭載する他、支持構造体60a,60bの凹面ミラー54を搭載する開口部71に複数の位置決めピン70を搭載した枠を設け、一対の支持構造体60を互いの開口部66に設けた位置決め手段により嵌合させた後、前記開口部71に設けた複数の位置決めピン70に凹面ミラー54の外形を突き当てて位置決めを行うことにより実現しても構わない。なお、前記ベース69と支持構造体60a,60bの位置決め構造については、ここに記したピンと孔の組み合わせに限定するものではない。また、一対の支持構造体60と光入出力部52,56、およびマイクロ可動ミラーアレイ53,55を位置決めし嵌合する構造についても、第4の実施の形態と同様に、ピンと孔の組み合わせに限定するものではないことは言うまでもない。
以下、図面を用いて本発明の第5の実施形態の光スイッチについて説明する。
図10は第5の実施の形態の形態による光スイッチの光入力部の分解斜視図である。図10において、前記図1〜図9によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。なお、本発明に関わる光スイッチは光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
光入出力部2,52を搭載するための開口部61は、図10中のX−Y平面における並進方向、およびこの面に垂直なZ軸を中心とした回転方向に駆動可能な微調整機構72を有している。微調整機構72は、同一平面上に配置された外枠72аと内枠72bを備え、これらの間は複数の板ばね72cによって接続されている。内枠72bには、入力光ファイバアレイ6〜9を搭載した複数の整列基板27〜30を取り付けるための複数の位置決めピン62を概ね±10μmの位置精度で設けており、これらを前記整列基板27〜30に設けた複数のガイド孔33に嵌合させて高い精度で受動的に位置決めする。
また、本実施の形態では光入力部2,52を光ファイバアレイとしたが、これらは光ファイバとマイクロレンズが予め一体となった光コリメータアレイであっても構わない。
また、本実施の形態では光入力部2,52を同一面上に配置したが、本発明の実施の形態2のようにオフセットを与えて光路長差を与えて配置しても構わない。
また、本実施の形態では、支持構造体60aの開口部は光入力部2,52を搭載する面61、マイクロ可動ミラーアレイ3,53を搭載する面63および一対の支持構造体60を嵌合する面66の3箇所としているが、必要に応じて支持構造体を枠組みのみの形状とし、他に開口を設けても構わない。
また、支持構造体60aと光入力部2,52、およびマイクロ可動ミラーアレイ3,53を位置決めし嵌合する構造についても、第4の実施の形態と同様に、ピンと孔の組み合わせに限定するものではない。
以下、図面を用いて本発明の第6の実施形態の光スイッチについて説明する。
図11は第6の実施の形態の形態による光スイッチの光入力部の分解斜視図である。図11において、前記図1〜図10によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。なお、本発明に関わる光スイッチは光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
入力側マイクロ可動ミラーアレイ3、53を搭載するための開口部63は、図11中のX−Y平面における並進方向、およびこれと直交するZ軸を中心とした回転方向に駆動可能な微調整機構72を有している。
本実施の形態では、光入力部2,52を構成する光ファイバアレイ6〜9から光を入力して光ビームを形成し、支持構造体60aの支持構造体同士を嵌合させるための開口部66から前記光ビームに照射された入力側マイクロ可動ミラーアレイ3、53を光学顕微鏡で観察しながら、前記微調整機構を用いて、光入力部2,52に対する入力側マイクロ可動ミラーアレイ3,53のずれの補正を実施した。
また、本実施の形態では光入力部2,52を光ファイバアレイとしたが、これらは光ファイバとマイクロレンズが予め一体となった光コリメータアレイであっても構わない。
また、本実施の形態では光入力部2,52を同一面上に配置したが、本発明の第2の実施の形態のようにオフセットを与えて光路長差を与えて配置しても構わない。
また、本実施の形態では、支持構造体60аの開口部は支持構造体60aの開口部は光入力部2,52を搭載する面61、マイクロ可動ミラーアレイ3,53を搭載する面63および一対の支持構造体60を嵌合する面66の3箇所としているが、必要に応じて支持構造体を枠組みのみの形状とし、他に開口を設けても構わない。
また、支持構造体60aと光入力部2,52、およびマイクロ可動ミラーアレイ3,53を位置決めし嵌合する構造についても、第4の実施の形態と同様に、ピンと孔の組み合わせに限定するものではない。
Claims (11)
- 光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部と、
前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部とを有し、
前記光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチにおいて、
前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材に二次元的に配列されて支持されており、
前記光入力部および光出力部は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成されていることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1記載の光スイッチにおいて、
前記光入力ポートおよび光出力ポートは、光ファイバまたはファイバコリメータであることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1または請求項2記載の光スイッチにおいて、
前記光入力部の前記集合体を構成する支持部材と、前記光出力部の前記集合体を構成する支持部材とは、光入力ポートと光出力ポートとの間の光路長の差が減少する位置に配置されていることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1ないし請求項3のうちいずれか一つに記載の光スイッチにおいて、
前記光入力部と前記光出力部との間には、傾動可能な複数のマイクロミラーを用いて前記光入力部からの光信号を偏向させて前記光出力部に伝達するマイクロ可動ミラーアレイが設けられていることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項4記載の光スイッチにおいて、
前記マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部からの光信号を偏向する入力側マイクロ可動ミラーアレイと、この入力側マイクロ可動ミラーアレイによって偏向された光信号を前記光出力部に向けて偏向する出力側マイクロ可動ミラーアレイとによって構成され、
これらの入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイとの間には、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイにより偏向された信号光の出射角度を前記出力側マイクロ可動ミラーアレイ上の到達位置に1対1で対応させるフーリエ変換光学素子が設けられていることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項5記載の光スイッチにおいて、
前記フーリエ変換光学素子は凹面ミラーであることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項6記載の光スイッチにおいて、
前記凹面ミラーの反射面はトロイダル面であることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1ないし請求項7のうちいずれか一つに記載の光スイッチにおいて、
前記光入力部および光出力部は、それぞれ独立した一対のフレームに装着され、
前記一対のフレームは、少なくとも前記光入力部から光出力部に向けて光信号が伝搬する経路上に開口部を有し、かつ前記光入力部および光出力部が所定の位置関係を保って配置されるための位置決め手段を有していることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項5ないし請求項7のうちいずれか一つに記載の光スイッチにおいて、
前記光入力部および光出力部は、それぞれ独立した一対の支持構造体に装着され、
前記光入力部を装着した支持構造体には所定の位置関係を保って前記入力側マイクロ可動ミラーアレイが装着され、
前記光出力部を装着した支持構造体には所定の位置関係を保って前記出力側マイクロ可動ミラーアレイが装着され、
前記一対の支持構造体は、少なくとも前記光入力部から光出力部に向けて光信号が伝搬する経路上に開口部を有し、
前記一対の支持構造体の嵌合部、あるいは前記一対の支持構造体とこれを搭載するベースの間に、前記光入力部および光出力部が所定の位置関係を保って配置されるための第1の位置決め手段を有し、
前記一対の支持構造体、あるいは前記一対の支持構造体を搭載するベースに、前記フーリエ変換光学素子が、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイの間で所定の位置関係を保って配置されるための第2の位置決め手段を有していることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項5ないし請求項9のうちいずれか一つに記載の光スイッチにおいて、
前記入力側マイクロ可動ミラーアレイおよび出力側マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部あるいは光出力部に対する相対位置を調整する調整機構を備えていることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1ないし請求項10のうちいずれか一つに記載の光スイッチにおいて、
前記光入力部および光出力部を形成する前記複数の支持部材の集合体は、前記複数の支持部材の相対位置を調整する調整機構を備えていることを特徴とする光スイッチ。
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