JP3670257B2

JP3670257B2 - Optical switch and optical switch array

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Publication number: JP3670257B2
Application number: JP2002229958A
Authority: JP
Inventors: 昌鎬鄭; 圭史諫本; 淳両澤
Original assignee: Santec Corp
Current assignee: Santec Corp
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: JP2004070051A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ネットワークシステムの分岐ノードに用いられる集積化した光スイッチ及び光スイッチアレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいて光波長多重分割及び伝送技術の進展に伴い多様で柔軟で光伝送システムが要求されている。光伝送システムにおいては、任意のノードで波長多重された光信号から所望の波長の光を取り出し、又は所望の波長の光を加えて波長多重光として伝送することが求められる。
【０００３】
図１２は従来の４チャンネルの光アドドロップ装置の構成を示している。本図において波長多重光は光分波器１０１に加えられ、多重化された波長λ₁〜λ_nから所望の波長、例えばλ₁，λ₂，λ₃，λ₄が分波される。分波された波長の光は光スイッチ１０２ａ〜１０２ｄに夫々入射される。光スイッチ１０２ａ〜１０２ｄには新たに変調された波長λ₁〜λ₄の信号も同時に入射される。光スイッチ１０２ａ〜１０２ｄは２つの入力、２つの出力端を有しており、外部からの制御信号に基づいて光分波器で分波された信号と新たに変調されたλ₁〜λ₄の信号とを選択して、２つの出力端より出力する。光スイッチ１０２ａ〜１０２ｄの夫々の出力は光可変アッテネータ１０３ａ〜１０３ｄ及び分波器１０４ａ〜１０４ｄを介して合波器１０５に与えられる。分波器１０４ａ〜１０４ｄは光可変アッテネータ１０３ａ〜１０３ｄの出力の一部を抽出してモニタ１０６に出力する。そしてモニタ１０６にて光可変アッテネータからの出力を調整することにより、信号光の光強度を夫々同一あるいは最適となるように設定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最近の波長多重伝送技術の進歩に伴い光ファイバを伝送されてくる情報が各波長の信号として分配（クロスコネクト）されたり、選択され、又は新たな信号がアドドロップされたりして必要な経路に伝送されていく。このようなノードでは、合分波器や光スイッチ，光アッテネータ等の光部品が用いられるが、これらの部品は極めて低損失であることが求められている。又これに加えて小型で安価な光部品が求められている。
【０００５】
又既に確立された半導体プロセス技術を利用したＭＥＭＳ（Micro Electronics and Mechanical Systems）技術に基づく２次元型及び３次元型の光スイッチが提案されている。２次元型のスイッチは光の通路を平面上に沿って配置し、ポップ型のミラーを設けて出力側の受光レンズに導くようにした構造のものが提案されている。このスイッチではＮ×Ｎのスイッチを構成するためにＮ²のミラーが必要で大規模なスイッチの構成が難しいという欠点があった。又光の空間を通過する距離が経路によって変化するため、挿入損失も変化することがあるという欠点があった。
【０００６】
一方３次元型の光スイッチは３次元に入出力レンズアレイを配置し、ミラーを設けて光を３次元上に移動させて所望の入出力部を空間上に配置した構造のものが提案されている。このスイッチはＮ×Ｎのスイッチを実現するために２Ｎ個のミラーがあればよく、大規模なスイッチに有利であるが、素子の制御が複雑になるという欠点があった。又これらはいずれも波長多重光通信において用いられるアド、ドロップのスイッチングに適したものではなかった。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、２×２アドドロップスイッチを２次元上に配置可能として入出力光を短距離で結合できる光学構成をとることによって、このような問題点を解決するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の光スイッチは、ベースに対して平行に互いに隣接して配置された第１，第２の入射部と、前記第１，第２の入射部と対向し互いに隣接して配置された第１，第２の出射部と、前記第１，第２の入射部と前記１，第２の出射部との間の側方に配置され、回動自在のチルトミラーを含むミラーユニットと、前記ミラーユニットのチルトミラーの反射角度を切換えるチルトミラー制御部と、前記第１，第２の入射部と前記第１，第２の出射部との間に配置され、前記第１，第２の入射部からの光を夫々反射する第１，第２の反射面、及び前記チルトミラーで反射された光を夫々反射する第３，第４の反射面を有する反射ユニットと、を具備し、前記第１，第２の入射部及び前記第１，第２の出射部は、前記ベースに垂直の面内に、その光軸が前記ベースに平行になるように配置されたものであり、前記チルトミラー制御部は、前記第１の入射部から入射され、前記反射ユニットの第１の反射面で反射された光を前記反射ユニットの第３の反射面に反射し、前記第２の出射部に入射する第１の位置と、前記第１の入射部より出射され、前記反射ユニットの第１の反射面で反射された反射光を前記反射ユニットの第４の反射面に向けて反射し、前記第１の出射部に入射すると共に、前記第２の入射部から出射され前記反射ユニットの第２の反射面で反射された反射光を前記反射ユニットの第３の反射面に向けて反射し、前記第２の出射部に入射する第２の位置とに切換えることを特徴とするものである。
【０００９】
本願の請求項２の光スイッチは、ベースに対して水平に配置された入射部と、前記入射部と対向し互いに隣接して配置された第１，第２の出射部と、前記入射部と前記１，第２の出射部との間の側方に配置され、回動自在のチルトミラーを含むミラーユニットと、前記ミラーユニットのチルトミラーの反射角度を切換えるチルトミラー制御部と、前記入射部と前記第１，第２の出射部との間に配置され、前記入射部からの光を反射する第１の反射面、及び前記チルトミラーで反射された光を夫々反射する第３，第４の反射面を有する反射ユニットと、を具備し、前記入射部及び前記第１，第２の出射部は、前記ベースに垂直の面内に、その光軸が前記ベースに平行になるように配置されたものであり、前記チルトミラー制御部は、前記入射部から入射され、前記反射ユニットの第１の反射面で反射された光を前記反射ユニットの第３の反射面に反射し、前記第２の出射部に入射する第１の位置と、前記入射部より出射され、前記反射ユニットの第１の反射面で反射された反射光を前記反射ユニットの第４の反射面に向けて反射し、前記第１の出射部に入射する第２の位置とに切換えることを特徴とするものである。
【００１０】
本願の請求項３の光スイッチは、ベースに対して水平に互いに隣接して配置された第１，第２の入射部と、前記第１，第２の入射部と対向して配置された出射部と、前記第１，第２の入射部と前記出射部との間の側方に配置され、回動自在のチルトミラーを含むミラーユニットと、前記ミラーユニットのチルトミラーの反射角度を切換えるチルトミラー制御部と、前記第１，第２の入射部と前記出射部との間に配置され、前記第１，第２の入射部からの光を夫々反射する第１，第２の反射面、及び前記チルトミラーで反射された光を反射する第３の反射面を有する反射ユニットと、を具備し、前記第１，第２の入射部及び前記出射部は、前記ベースに垂直の面内に、その光軸が前記ベースに平行になるように配置されたものであり、前記チルトミラー制御部は、前記第１の入射部から入射され、前記反射ユニットの第１の反射面で反射された光を前記反射ユニットの第３の反射面に向けて反射し、前記出射部に入射する第１の位置と、前記第２の入射部から出射され前記反射ユニットの第２の反射面で反射された反射光を前記反射ユニットの第３の反射面に向けて反射し、前記出射部に入射する第２の位置とに切換えることを特徴とするものである。
【００１１】
本願の請求項４の発明は、請求項１の光スイッチにおいて、前記第１, 第２の入射部及び前記第１, 第２の出射部は、光ファイバとその先端に設けられ光ファイバからの出射光をコリメートするレンズ部であることを特徴とするものである。
【００１２】
本願の請求項５の発明は、請求項４の光スイッチにおいて、前記各入射部及び出射部は、前記光ファイバをＶ字形溝に収納するブロックにより保持されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項６の発明は、請求項１の光スイッチにおいて、前記反射ユニットは、その下面に前記第１〜第４の反射面を有する反射ユニットであり、前記第１，第２の反射面は前記第１，第２の入射部に向けて形成され、前記第３，第４の反射面は第１, 第２の出射部に向けて形成されたものであり、前記第１の反射面と水平面とのなす角度をθａ、前記第２の反射面と水平面とのなす角度をθｂとし、前記第３の反射面と水平面とのなす角度をθｃ、前記第４の反射面と水平面とのなす角度をθｄとすると、以下の関係
θｂ＝θａ＋φ
θｄ＝θａ−φ
θｃ＝θａ
が成り立つことを特徴とするものである。
【００１５】
本願の請求項７の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の光スイッチにおいて、前記ミラーユニットは、上面に反射面が形成された可動部の一部がヒンジ部でベース基板と接続され、そのヒンジを中心に回転するチルトミラーと、基板上に形成された電極との間に電圧を加えることによって、前記チルトミラーを回転させるものであることを特徴とするものである。
【００１６】
本願の請求項８の発明は、前記ベースに請求項１〜７のいずれか１項記載の光スイッチを複数並列に配置したことを特徴とする光スイッチアレーである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態１による２×２アドドロップスイッチを４つ並列に配置した光スイッチアレーを示す斜視図であり、図２はその断面図である。これらの図に示すように、本実施の形態による光スイッチアレーはベース１上に重ねてプリント基板２、ミラー基板３が固定されており、この上部に左右にスペーサ４，５が設けられる。以後の説明を容易にするため、ベース１、プリント基板２、ミラー基板３はＸ−Ｙ平面に平行に配置されているものとする。スペーサ４の上部には図３に断面図を示すように、同一位置に複数のＶ字形の溝を有するブロック６ａ，６ｂが２段に配置されている。又スペーサ５の上部には図４に断面図を示すように、同一位置にＶ字形の溝を有するブロック６ｃ，６ｄが２段に配置されている。ブロック６ａにはＸ軸方向に向いたＶ字形の溝７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ・・・がＹ軸に沿って並列に形成されている。ブロック６ｂにも同様にＸ軸方向に向いたＶ字形溝８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ・・・が上下方向に位置を合わせて設けられる。同様にしてブロック６ｃにも図４に示すようにＸ軸方向に向いたＶ字形の溝９ａ，９ｂ・・・がＹ軸に沿って並列に形成されている。又これと上下方向に位置を合わせてブロック６ｄにＶ字形溝１０ａ，１０ｂ・・・が設けられている。
【００１８】
さてブロック６ａのＶ字形溝７ａ，７ｂ・・・にちょうど高さが一致する光ファイバ１１ａ，１１ｂ・・・が入力用の光ファイバとして平行に配置されており、この先端部分にはコリメートレンズ１２ａ，１２ｂ・・・が一体に形成されている。又これより下方のブロック６ｂのＶ字形溝８ａ，８ｂ・・・内に、これと同様の径を有し複数チャンネルの合波（アッド）用光ファイバ１３ａ，１３ｂ・・・が設けられる。各ファイバの先端にはコリメートレンズ１４ａ，１４ｂ・・・が設けられる。光ファイバ１１ａ，１１ｂ・・・とその先端のコリメートレンズ１２ａ，１２ｂ・・・とは第１の入射部を構成しており、光ファイバ１３ａ，１３ｂ・・・とその先端のコリメートレンズ１４ａ，１４ｂ・・・とは第２の入射部を構成している。
【００１９】
さてブロック６ｃのＶ字形溝９ａ，９ｂ・・・にはその溝とちょうど高さが一致する光ファイバ１５ａ，１５ｂ・・・が出力用の光ファイバとして平行に配置されており、この先端部分にはコリメートレンズ１６ａ，１６ｂ・・・が一体に形成されている。又これより下方のブロック６ｄのＶ字形溝１０ａ，１０ｂ・・・内にこれと同様の径を有し複数チャンネルの分波（ドロップ）用光ファイバ１７ａ，１７ｂ・・・が設けられ、その先端にはコリメートレンズ１８ａ，１８ｂ・・・が設けられる。ここで光ファイバ１５ａ，１５ｂ・・・とコリメートレンズ１６ａ，１６ｂ・・・とは第１の出射部を構成しており、光ファイバ１７ａ，１７ｂ・・・とコリメートレンズ１８ａ，１８ｂ・・・とは第２の出射部を構成している。
【００２０】
ここで光ファイバ１１ａ, １３ａ, １５ａ，１７ａとコリメートレンズ１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａは、ベース１に垂直なＸ−Ｚ平面と平行な面内に形成された第１チャンネルのスイッチの入出射部を構成している。又光ファイバ１１ｂ, １３ｂ，１５ｂ，１７ｂとコリメートレンズ１２ｂ，１４ｂ，１６ｂ，１８ｂは、第２チャンネルのスイッチの入出射部を構成しており、以下同様である。このように入出射部をブロック６ａ〜６ｄのＶ字形溝に挿入して固定しておくことによって、光軸の位置決めを正確に行うことができる。
【００２１】
そしてブロック６ａ，６ｄの上部にはこれらのブロックに跨るように反射ユニット２０が設けられる。反射ユニット２０は図１，図２に示すように、直方体状の部材であり、下面に複数の反射面が設けられる。反射ユニット２０の反射面は、図５に示すように、光ファイバ１１、コリメートレンズ１２からの光が入射される第１の反射面Ｍ１、光ファイバ１３、コリメートレンズ１４からの光が入射される第２の反射面Ｍ２を有している。光ファイバ１１ａ，１３ａからの光軸を夫々Ｌ１ａ，Ｌ２ａとすると、光軸Ｌ２ａと同軸上の光軸Ｌ３ａを貫く位置に第３の反射面Ｍ３、光軸Ｌ１ａと同軸上の光軸Ｌ４ａを貫く位置に第４の反射面Ｍ４が設けられる。ここで第１, 第２の反射面Ｍ１，Ｍ２は入射部の光を反射する入射側の反射面であり、第３, 第４の反射面Ｍ３，Ｍ４は後述するチルトミラーからの光を反射する出射側の反射面である。そしてベースと平行な水平線と反射面Ｍ１との成す角をθａ、反射面Ｍ２の成す角をθｂとする。又水平線と第３の反射面Ｍ３との成す角をθｃ、第４の反射面Ｍ４と水平面との成す角をθｄとする。この角度θａ，θｂ，θｃ，θｄの間は以下の関係とする。
θｂ＝θａ＋φ
θｄ＝θａ−φ
θｃ＝θａ
【００２２】
又ミラー基板３の上面には光軸Ｌ１ａ, Ｌ２ａ, Ｌ３ａ，Ｌ４ａでなす面と交わる位置、及び光軸Ｌ１ｂ, Ｌ２ｂ, Ｌ３ｂ，Ｌ４ｂでなす面と交わる位置・・・に多数のミラーユニット２１ａ，２１ｂ・・・が配置される。以下ミラーユニット２１の周辺部分について図６に基づいて説明する。ミラーユニット２１はミラー基板３の上面に、図示のように対称に第１, 第２の電極２２ａ，２２ｂが形成されている。又その側方にはスペーサ２３ａ，２３ｂを介して第３, 第４の電極２４ａ，２４ｂが配置されており、この中心からヒンジ２５を介してチルトミラー２６が回動自在に保持されている。ヒンジ２５とチルトミラー２６を貫くラインは回動軸となっており、この回動軸に沿ってミラー基板３の第１, 第２の電極２２ａ，２２ｂが分断されるようになっている。チルトミラー２６は直径約９０μｍの円形又は六角形状の部材であり、その表面はミラーであり、且つ電極ともなっている。そして図７に示すように、チルトミラー２６に電気的に接続されている電極２４ａ，２４ｂと電極２２ａ，２２ｂの一方との間に、電圧が電圧源２７、スイッチ２８を介して印加できるように構成される。
【００２３】
図７（ａ）は電圧を印加しない状態であり、（ｂ）は電圧を印加した状態である。図７（ｂ）に示すように電圧を印加することによって静電気力がチルトミラー２６ａと一方の電極２２ａとの間に働き、チルトミラー２６をヒンジ２５に沿って回動させることができる。そしてこの電圧を変化させることによって傾き角度を外部の電圧で設定することができる。ここで電圧源２７と電圧のオンオフを制御するスイッチ２８とは、チルトミラーの反射角度を切換えるチルトミラー制御部を構成している。そしてチルトミラーの回動軸はＹ軸に平行な軸とし、回動角度はθａとθｂ及びθａとθｄとの差φとする。
【００２４】
ここで用いられる回動可能なミラーユニット２１ａ，２１ｂ・・・として、例えばＭＥＭＳオプティカル社のＳＥＲＩＥＳ８００１を用いてもよい。
【００２５】
次に本実施の形態の動作原理について、図８, 図９を用いて説明する。以下では第１チャンネルについて説明するが、他のチャンネルについても同様である。まず反射基板２０の下方の回動自在のチルトミラー２６ａは、図７（ａ）に示すようにベース１と平行な状態にあるとする。このとき光ファイバ１１ａからの入力光Ｉｎは、コリメートレンズ１２ａより光軸Ｌ１ａを通って反射ユニット２０の第１の反射面Ｍ１に入射する。この反射面Ｍ１とベースに平行な光軸Ｌ１ａとの角度はθａである。合波( アッド）される入射光が光ファイバ１３ａから加えられる。この光はコリメートレンズ１４ａより光軸Ｌ２ａを通って反射ユニット２０の第２の反射面Ｍ２に入射する。
【００２６】
図８に示すようにチルトミラー２６ａがベース１と平行な状態を第１の状態とする。この状態では第１の入射部の光ファイバ１１ａから出射した光は、反射面Ｍ１で反射されてチルトミラー２６ａに加わる。ここでチルトミラー２６ａに対する入射角度は９０°−２θａとなり、この光はチルトミラー２６ａで反射される。この反射光の光軸は水平面に対して２θａ傾いており、反射ユニット２０の反射面Ｍ３に反射される。この反射面の角度θｃは反射面Ｍ１と同じくθａであるため、反射面Ｍ３への入射角は９０°−θａとなる。従って反射面Ｍ３で反射された光は図示のように水平となって、第２の出射部であるコリメートレンズ１８ａ，光ファイバ１７ａに加わることとなる。
【００２７】
この場合に光ファイバ１３ａから出射した光は光軸Ｌ２ａを通って反射面Ｍ２で反射され、チルトミラー２６ａでも反射されるが、この反射光は反射ユニット２０の反射面Ｍ３により更に下方に反射されることとなる。従っていずれの光ファイバにも入射することはない。
【００２８】
さて図９に示すように、チルトミラー２６ａをφ傾けた第２の状態について説明する。この場合には、光ファイバ１１ａからの光は反射面Ｍ１で反射した後、チルトミラー２６ａに加わる。このときベース３に対して垂直なＺ軸とその反射光との角度は９０°−２θａであり、チルトミラー２６ａへの入射角は９０°−２θａ＋φとなる。この光はチルトミラー２６ａによって再び反射される。従ってＺ軸とその反射光との間の角度は９０°−２θａ＋２φとなる。この反射光は第４の反射面Ｍ４に入射される。従って反射面Ｍ４で水平線とこの反射光との成す角度は２θａ−２φとなる。反射面Ｍ４への入射角は９０°−２θａ＋２φ＋θｄとなり、反射した光は９０°−θｄとなる。θｄ＝θａ−φであるので、これらの角度は等しく、この反射光はベースと平行な反射光となって、第１の出射部であるコリメートレンズ１６ａ，光ファイバ１５ａに加わることとなる。
【００２９】
一方光ファイバ１３ａから出射した光は反射面Ｍ２で反射し、この反射光はチルトミラー２６ａに入射する。この入射角は９０°−２θｂ＋φであり、チルトミラー２６ａで図示のように反射する。ここでＺ軸とチルトミラー２６ａでの反射光との角度は図示のように９０°−２θｂ＋２φとなる。そしてこの反射光は反射面Ｍ３に入射する。反射面Ｍ３は水平面との角度がθａ、即ちθｂ−φであるため、その反射面Ｍ３での反射光は水平となり、コリメータ１８ａを介して光ファイバ１７ａに入射させることができる。
【００３０】
このようにチルトミラー２６ａを回動させることにより、光ファイバ１１ａからの入力光を光ファイバ１７ａの出力（ｏｕｔ）に出射する第１の状態と、光ファイバ１１ａの光を光ファイバ１５ａ（Ｄｒｏｐ）に入射すると共に、光ファイバ１３ａ（Ａｄｄ）からの光を光ファイバ１７ａ（Ｏｕｔ）に出射する第２の状態とに切換えることができる。
【００３１】
ここで図５に示すように、光軸Ｌ１ａとＬ２ａとの間隔をＤ、光軸Ｌ２ａとチルトミラー２６ａとの回動中心との間隔をＨ、光軸Ｌ１ａと反射面Ｍ１との交点と回動中心との間隔をＸ１、反射面Ｍ４と光軸Ｌ４ａとの交点と回動中心との間隔をＸ２とする。例えばＤを０．５ｍｍ、Ｈを１．５ｍｍ、Ｘ１，Ｘ２を夫々１．１５ｍｍ，１．３５ｍｍとし、θａを３０°、φを２°とすれば、光ファイバ１１ａから光ファイバ１５ａ又は１７ａに達するまでの間隔はＸ軸に平行なラインを考慮しない場合は２〜５ｍｍ以下となり、コリメートレンズ間のワーキングディスタンスを極めて小さくすることができる。このためレンズファイバやボールレンズファイバ等を採用することができ、挿入損失を小さくすることができる。このためチルトミラーとして直径の小さい小型のミラーを使用することができる。チルトミラーが小型であれば低電圧駆動で高速に回動を行うことができるため、スイッチング速度を高速にすることができる。
【００３２】
尚、上記の説明は４本の光ファイバ１１ａ，１３ａ，１５ａ，１７ａの間の１チャンネルの２×２のスイッチングについてのものである。図１, 図２に示すように４本の光ファイバの対が横方向に多数配列されているアレー型の光スイッチにあっては、各チルトミラー２６ａ, ２６ｂ, ２６ｃ，２６ｄの角度を変化させることによって２×２のスイッチングを４チャンネル並列に実行することができる。又４チャンネルに限らず、任意の自然数をｎチャンネルとすると、ｎ×４の光ファイバを並列に配列して光スイッチアレーとすることにより、２×２×ｎのスイッチングを実現することができる。
【００３３】
又前述したように複数チャンネル分をスイッチングする光スイッチアレーだけでなく、光ファイバ１１ａ, １３ａ, １５ａ，１７ａの４本の光ファイバのみを用いて２×２の光スイッチとすることもできる。更に光ファイバ１７ａを除いて２×１のスイッチングを行う光スイッチとすることもできる。入力側の光ファイバを１１ａ又は１３ａのみとし、その光をチルトミラーの傾きによって光ファイバ１５ａと１７ａのいずれかの光ファイバに入射させる１×２のスイッチングを行う光スイッチとすることも可能である。
【００３４】
尚前述した反射ユニット２０は対となる光ファイバの光軸の上部に配置されており、その下面が反射面Ｍ１〜Ｍ４となっているが、図１０に示すように反射ユニット４０を光軸Ｌ１，Ｌ２の間に配置するようにしてもよい。この場合には反射ユニット４０はガラスブロックとし、その上面を第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４とする。反射ユニット４０の光ファイバ１１ａ，１３ａに対向する面は垂直面として無反射コーティングを施しておき、同様に光ファイバ１５ａ，１７ａに対向する面も垂直面として無反射コーティングを施しておく。更に反射ユニット４０の下面にも無反射コーティングを施しておく。この場合にも反射ユニット４０の下方にチルトミラーを配置することによって同様の機能を達成することができる。この場合には光ファイバ１１ａ，１３ａから反射ユニット４０への入射、及び出射は垂直な入出射となるが、チルトミラーへの入射及びチルトミラーからの反射については、光軸が直角でないため屈折する。従って反射ユニットの反射面Ｍ１〜Ｍ４の角度θａ〜θｄは屈折率を考慮した角度とする必要がある。
【００３５】
又前述の実施の形態では図１１（ａ）に示すように、各光ファイバの先端にレンズファイバをコリメートレンズとして取り付けたものについて説明している。これに代えて図１１（ｂ）に示すように、光ファイバの先端に小型ボールレンズのコリメータ５１ａ，５２ａをつけた光ファイバとしてよい。この場合にはワーキングディスタンスはレンズファイバより比べて長くすることができる。又通常の非球面レンズ、ＧＲＩＮレンズ、あるいはマイクロレンズアレーなどをコリメートレンズとして各光ファイバを接続したコリメータを採用しても良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項１〜８の発明によれば、入出力光を短距離で結合することができ、小型で安価の光スイッチを実現することができる。又光軸合わせが容易で信頼性の高い光スイッチとすることができる。又請求項１では２×２の光スイッチ、請求項２では１×２の光スイッチ、請求項３では２×１の光スイッチを小型で安価に実現することができる。更に請求項５に示すように入出射部をＶ字形溝を有するブロック内で保持することによって、入出射部の位置決めを容易に行うことができる。又この光スイッチをアレー状に形成することによって（１×２）×ｎ、( ２×２）×ｎのスイッチを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による光スイッチの全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１による光スイッチの主要部の構成を示す断面図である。
【図３】本実施の形態の一方のブロックとその上部に配置される光ファイバを示す断面図である。
【図４】本実施の形態の他方のブロックとその上部に配置される光ファイバを示す断面図である。
【図５】本実施の形態による光ファイバと反射ユニットの関係を示す側面図である。
【図６】本実施の形態によるミラーユニットの構造を示す斜視図である。
【図７】本実施の形態によるミラーユニットの電圧を印加しない状態、及び印加した状態の回動を示す断面図である。
【図８】実施の形態１によるチルトミラーを回動させない状態での反射面と光の経路を示す図である。
【図９】実施の形態１によるチルトミラーを回動させた状態での反射面と光の経路を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態による反射ブロックと光の経路を示す断面図である。
【図１１】本発明の各実施の形態による光ファイバとその先端のコリメートレンズを示す概略図である。
【図１２】従来の４チャンネルの光アドドロップの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ベース
２プリント基板
３ミラー基板
４，５スペーサ
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄブロック
７ａ，７ｂ・・８ａ，８ｂ・・９ａ，９ｂ・・１０ａ，１０ｂ・・Ｖ字形溝
１１ａ，１１ｂ・・１３ａ，１３ｂ・・１５ａ，１５ｂ・・１７ａ，１７ｂ・・光ファイバ
１２ａ，１２ｂ・・１４ａ，１４ｂ・・１６ａ，１６ｂ・・１８ａ，１８ｂ・・コリメートレンズ
２０，４０反射ユニット
Ｍ１〜Ｍ４反射面
２１ａ，２１ｂ・・ミラーユニット
２２ａ，２２ｂ, ２４ａ，２４ｂ・・電極
２３ａ，２３ｂスペーサ
２５ヒンジ
２６ａ，２６ｂ・・チルトミラー
２７電圧源
２８スイッチ
５１ａ，５１ｂコリメータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an integrated optical switch and an optical switch array used in a branch node of an optical network system.
[0002]
[Prior art]
With the development of optical wavelength division multiplexing and transmission technology in optical communication systems, various and flexible optical transmission systems are required. In an optical transmission system, it is required to extract light of a desired wavelength from an optical signal wavelength-multiplexed at an arbitrary node, or add light of a desired wavelength and transmit it as wavelength multiplexed light.
[0003]
FIG. 12 shows the configuration of a conventional 4-channel optical add / drop device. In this figure, the wavelength multiplexed light is added to the optical demultiplexer 101 and multiplexed wavelength λ. ₁ ~ Λ _n To the desired wavelength, eg λ ₁ , Λ ₂ , Λ _Three , Λ _Four Is demultiplexed. The demultiplexed light beams are incident on the optical switches 102a to 102d, respectively. The optical switches 102a-102d have a newly modulated wavelength λ ₁ ~ Λ _Four These signals are also incident at the same time. Each of the optical switches 102a to 102d has two inputs and two output ends, and a signal that is demultiplexed by an optical demultiplexer and a newly modulated λ based on a control signal from the outside. ₁ ~ Λ _Four Are output from the two output terminals. Respective outputs of the optical switches 102a to 102d are given to the multiplexer 105 via the optical variable attenuators 103a to 103d and the demultiplexers 104a to 104d. The demultiplexers 104 a to 104 d extract a part of the outputs of the optical variable attenuators 103 a to 103 d and output them to the monitor 106. Then, the output from the optical variable attenuator is adjusted by the monitor 106 so that the light intensity of the signal light is set to be the same or optimal.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Along with recent advances in wavelength division multiplexing technology, information transmitted through optical fibers is distributed (cross-connected) as signals of each wavelength, selected, or new signals are added and dropped to the required path. It is transmitted. In such a node, optical parts such as a multiplexer / demultiplexer, an optical switch, and an optical attenuator are used, but these parts are required to have extremely low loss. In addition to this, a small and inexpensive optical component is required.
[0005]
In addition, two-dimensional and three-dimensional optical switches based on MEMS (Micro Electronics and Mechanical Systems) technology using already established semiconductor process technology have been proposed. A two-dimensional switch having a structure in which a light path is arranged along a plane and a pop-type mirror is provided to guide the light to a light-receiving lens on the output side has been proposed. In this switch, in order to construct an N × N switch, N ² However, it is difficult to construct a large-scale switch. In addition, since the distance that the light passes through varies depending on the path, there is a drawback that the insertion loss may also vary.
[0006]
On the other hand, a three-dimensional type optical switch has been proposed in which an input / output lens array is arranged in three dimensions, a mirror is provided to move light in three dimensions, and a desired input / output unit is arranged in space. Yes. This switch only needs 2N mirrors in order to realize an N × N switch, which is advantageous for a large-scale switch, but has a drawback that the control of elements is complicated. In addition, none of these are suitable for add / drop switching used in wavelength division multiplexing optical communication.
[0007]
The present invention has been made in view of such a conventional problem. By adopting an optical configuration in which input / output light can be coupled at a short distance by allowing a 2 × 2 add / drop switch to be arranged two-dimensionally, This is to solve such problems.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The optical switch according to claim 1 of the present application is disposed adjacent to each other in parallel to the base, and the first and second incident portions disposed opposite to each other and facing the first and second incident portions. Mirror unit including first and second emitting portions, and a pivotable tilt mirror disposed laterally between the first and second emitting portions and the first and second emitting portions. And a tilt mirror control unit that switches a reflection angle of the tilt mirror of the mirror unit, the first and second incident units, and the first and second output units, A reflecting unit having first and second reflecting surfaces for reflecting light from the two incident portions, and third and fourth reflecting surfaces for reflecting light reflected by the tilt mirror, respectively. , The first and second incident portions and the first and second emission portions are arranged in a plane perpendicular to the base so that an optical axis thereof is parallel to the base. The tilt mirror control unit reflects the light incident from the first incident unit and reflected by the first reflecting surface of the reflecting unit to the third reflecting surface of the reflecting unit, and the second emission A first position incident on the reflection unit and a reflected light emitted from the first incident unit and reflected by the first reflection surface of the reflection unit toward the fourth reflection surface of the reflection unit. The reflected light that is incident on the first emitting portion and is reflected from the second reflecting surface of the reflecting unit is reflected toward the third reflecting surface of the reflecting unit. And switching to the second position where the light is incident on the second emitting portion.
[0009]
An optical switch according to claim 2 of the present application includes an incident portion disposed horizontally with respect to a base, first and second emitting portions disposed opposite to each other and facing the incident portion, and the incident portion. A mirror unit that is disposed laterally between the first and second emitting units and includes a rotatable tilt mirror; a tilt mirror control unit that switches a reflection angle of the tilt mirror of the mirror unit; and the incident unit And the first and second emission parts, the first reflection surface for reflecting the light from the incident part, and the third and fourth reflections for reflecting the light reflected by the tilt mirror, respectively. A reflective unit having a reflective surface of The incident portion and the first and second emission portions are arranged in a plane perpendicular to the base so that an optical axis thereof is parallel to the base, The tilt mirror control unit reflects the light incident from the incident unit and reflected by the first reflecting surface of the reflecting unit to the third reflecting surface of the reflecting unit and enters the second emitting unit. And reflected from the first reflection surface of the reflection unit toward the fourth reflection surface of the reflection unit and reflected from the first reflection surface of the reflection unit. And switching to a second position where the light enters the part.
[0010]
The optical switch according to claim 3 of the present application includes first and second incident portions disposed adjacent to each other horizontally with respect to the base, and an output disposed opposite to the first and second incident portions. A mirror unit including a rotatable tilt mirror, and a tilt for switching a reflection angle of the tilt mirror of the mirror unit. A mirror control unit, and first and second reflecting surfaces disposed between the first and second incident units and the emitting unit, respectively, for reflecting light from the first and second incident units, And a reflection unit having a third reflection surface for reflecting the light reflected by the tilt mirror, The first and second incident portions and the emission portion are arranged in a plane perpendicular to the base so that an optical axis thereof is parallel to the base, The tilt mirror control unit reflects the light incident from the first incident unit and reflected by the first reflecting surface of the reflecting unit toward the third reflecting surface of the reflecting unit, and the emitting unit Reflecting the reflected light emitted from the second incident portion and reflected by the second reflecting surface of the reflecting unit toward the third reflecting surface of the reflecting unit; It is characterized by switching to the second position incident on the emitting part.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical switch according to the first aspect, the first and second incident portions and the first and second emission portions are provided at an optical fiber and a tip of the optical fiber. It is a lens unit that collimates the emitted light.
[0012]
The invention according to claim 5 of the present application is the optical switch according to claim 4, wherein each of the incident part and the emission part is held by a block that houses the optical fiber in a V-shaped groove. .
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical switch according to the first aspect, the reflection unit is a reflection unit having the first to fourth reflection surfaces on a lower surface thereof, and the first and second reflection surfaces. Is formed toward the first and second incident portions, and the third and fourth reflecting surfaces are formed toward the first and second emitting portions, and the first reflecting surface is formed. And θb, the angle between the second reflecting surface and the horizontal plane, θb, the angle between the third reflecting surface and the horizontal plane, θc, and the fourth reflecting surface and the horizontal plane. When the angle formed is θd, the following relationship
θb = θa + φ
θd = θa−φ
θc = θa
Is characterized by the fact that
[0015]
Claims of the present application 7 The optical switch according to any one of claims 1 to 3, wherein in the mirror unit, a part of a movable part having a reflection surface formed on an upper surface is connected to a base substrate at a hinge part. The tilt mirror is rotated by applying a voltage between a tilt mirror that rotates about the axis and an electrode formed on the substrate.
[0016]
Claims of the present application 8 The present invention is based on the above claims. 7 An optical switch array in which a plurality of optical switches according to any one of the above are arranged in parallel.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view showing an optical switch array in which four 2 × 2 add / drop switches according to Embodiment 1 of the present invention are arranged in parallel, and FIG. 2 is a sectional view thereof. As shown in these drawings, the optical switch array according to the present embodiment has a printed circuit board 2 and a mirror substrate 3 fixed on top of a base 1, and spacers 4 and 5 are provided on the left and right of the printed circuit board 2 and mirror substrate 3, respectively. In order to facilitate the following description, it is assumed that the base 1, the printed circuit board 2, and the mirror substrate 3 are arranged in parallel to the XY plane. As shown in a cross-sectional view in FIG. 3, blocks 6 a and 6 b having a plurality of V-shaped grooves at the same position are arranged in two stages above the spacer 4. Further, as shown in a sectional view in FIG. 4, two blocks 6c and 6d having V-shaped grooves at the same position are arranged on the upper portion of the spacer 5. In the block 6a, V-shaped grooves 7a, 7b, 7c, 7d... Facing in the X-axis direction are formed in parallel along the Y-axis. Similarly, V-shaped grooves 8a, 8b, 8c, 8d,... Facing in the X-axis direction are also provided in the block 6b in the vertical direction. Similarly, V-shaped grooves 9a, 9b,... Facing in the X-axis direction are formed in parallel along the Y-axis in the block 6c as shown in FIG. In addition, V-shaped grooves 10a, 10b,...
[0018]
The optical fibers 11a, 11b,... Having the same height as the V-shaped grooves 7a, 7b,... Of the block 6a are arranged in parallel as input optical fibers. , 12b... Are integrally formed. In addition, in the V-shaped grooves 8a, 8b,... Of the block 6b below this, a plurality of channels of optical fibers 13a, 13b,. Collimating lenses 14a, 14b,... Are provided at the tips of the respective fibers. The optical fibers 11a, 11b,... And the collimating lenses 12a, 12b,... At the tips thereof constitute a first incident part, and the optical fibers 13a, 13b,. ... constitutes the second incident part.
[0019]
In the V-shaped grooves 9a, 9b,... Of the block 6c, optical fibers 15a, 15b,... Having the same height as the grooves are arranged in parallel as output optical fibers. Are integrally formed with collimating lenses 16a, 16b,. In the V-shaped grooves 10a, 10b,... Of the lower block 6d, a plurality of channels of demultiplexing (drop) optical fibers 17a, 17b,. Are provided with collimating lenses 18a, 18b. Here, the optical fibers 15a, 15b,... And the collimating lenses 16a, 16b,... Constitute a first emitting portion, and the optical fibers 17a, 17b,. Constitutes a second emitting part.
[0020]
Here, the optical fibers 11a, 13a, 15a, 17a and the collimating lenses 12a, 14a, 16a, 18a are input / output portions of the first channel switch formed in a plane parallel to the XZ plane perpendicular to the base 1. Is configured. The optical fibers 11b, 13b, 15b, and 17b and the collimating lenses 12b, 14b, 16b, and 18b constitute the input / output portion of the switch of the second channel, and so on. Thus, the optical axis can be accurately positioned by inserting and fixing the incident / exit portions in the V-shaped grooves of the blocks 6a to 6d.
[0021]
A reflection unit 20 is provided above the blocks 6a and 6d so as to straddle these blocks. As shown in FIGS. 1 and 2, the reflection unit 20 is a rectangular parallelepiped member, and a plurality of reflection surfaces are provided on the lower surface. As shown in FIG. 5, the reflection surface of the reflection unit 20 receives light from the first reflection surface M1, the optical fiber 13, and the collimating lens 14 on which light from the optical fiber 11 and the collimating lens 12 is incident. It has the 2nd reflective surface M2. If the optical axes from the optical fibers 11a and 13a are L1a and L2a, respectively, the third reflecting surface M3 and the optical axis L4a coaxial with the optical axis L1a pass through the optical axis L3a coaxial with the optical axis L2a. A fourth reflecting surface M4 is provided at the position. Here, the first and second reflecting surfaces M1 and M2 are incident-side reflecting surfaces that reflect the light of the incident portion, and the third and fourth reflecting surfaces M3 and M4 reflect light from a tilt mirror described later. The reflecting surface on the outgoing side. The angle formed by the horizontal line parallel to the base and the reflecting surface M1 is θa, and the angle formed by the reflecting surface M2 is θb. The angle formed between the horizontal line and the third reflecting surface M3 is θc, and the angle formed between the fourth reflecting surface M4 and the horizontal surface is θd. The angles θa, θb, θc, θd have the following relationship.
θb = θa + φ
θd = θa−φ
θc = θa
[0022]
Further, on the upper surface of the mirror substrate 3, a number of mirror units 21a, a position intersecting with a surface formed by the optical axes L1a, L2a, L3a, L4a, a position intersecting with a surface formed by the optical axes L1b, L2b, L3b, L4b,. 21b... Are arranged. Hereinafter, the peripheral portion of the mirror unit 21 will be described with reference to FIG. The mirror unit 21 has first and second electrodes 22a and 22b formed symmetrically on the upper surface of the mirror substrate 3 as shown in the figure. In addition, third and fourth electrodes 24a and 24b are disposed on the sides via spacers 23a and 23b, and a tilt mirror 26 is rotatably held from this center via a hinge 25. A line passing through the hinge 25 and the tilt mirror 26 serves as a rotation axis, and the first and second electrodes 22a and 22b of the mirror substrate 3 are divided along the rotation axis. The tilt mirror 26 is a circular or hexagonal member having a diameter of about 90 μm, and its surface is a mirror and also an electrode. Then, as shown in FIG. 7, a voltage can be applied between the electrodes 24a and 24b electrically connected to the tilt mirror 26 and one of the electrodes 22a and 22b via the voltage source 27 and the switch 28. Composed.
[0023]
FIG. 7A shows a state where no voltage is applied, and FIG. 7B shows a state where a voltage is applied. By applying a voltage as shown in FIG. 7B, an electrostatic force acts between the tilt mirror 26 a and the one electrode 22 a, and the tilt mirror 26 can be rotated along the hinge 25. The inclination angle can be set by an external voltage by changing this voltage. Here, the voltage source 27 and the switch 28 for controlling on / off of the voltage constitute a tilt mirror control unit for switching the reflection angle of the tilt mirror. The rotation axis of the tilt mirror is an axis parallel to the Y axis, and the rotation angles are the difference φ between θa and θb and θa and θd.
[0024]
As the rotatable mirror units 21a, 21b... Used here, for example, SERIES 8001 manufactured by MEMS Optical may be used.
[0025]
Next, the operation principle of this embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the first channel will be described, but the same applies to other channels. First, it is assumed that the rotatable tilt mirror 26a below the reflective substrate 20 is in a state parallel to the base 1 as shown in FIG. At this time, the input light In from the optical fiber 11a is incident on the first reflecting surface M1 of the reflecting unit 20 through the optical axis L1a from the collimating lens 12a. The angle between the reflecting surface M1 and the optical axis L1a parallel to the base is θa. Incident light to be multiplexed (added) is added from the optical fiber 13a. This light enters the second reflecting surface M2 of the reflecting unit 20 from the collimating lens 14a through the optical axis L2a.
[0026]
As shown in FIG. 8, a state in which the tilt mirror 26a is parallel to the base 1 is defined as a first state. In this state, the light emitted from the optical fiber 11a of the first incident portion is reflected by the reflecting surface M1 and added to the tilt mirror 26a. Here, the incident angle with respect to the tilt mirror 26a is 90 ° -2θa, and this light is reflected by the tilt mirror 26a. The optical axis of the reflected light is inclined 2θa with respect to the horizontal plane, and is reflected by the reflecting surface M3 of the reflecting unit 20. Since the angle θc of the reflecting surface is θa as in the reflecting surface M1, the incident angle to the reflecting surface M3 is 90 ° −θa. Therefore, the light reflected by the reflecting surface M3 becomes horizontal as shown in the figure, and is added to the collimating lens 18a and the optical fiber 17a which are the second emitting portions.
[0027]
In this case, the light emitted from the optical fiber 13a passes through the optical axis L2a and is reflected by the reflecting surface M2, and is also reflected by the tilt mirror 26a, but this reflected light is further reflected downward by the reflecting surface M3 of the reflecting unit 20. The Rukoto. Therefore, it does not enter any optical fiber.
[0028]
Now, as shown in FIG. 9, the second state in which the tilt mirror 26a is tilted by φ will be described. In this case, the light from the optical fiber 11a is reflected by the reflecting surface M1 and then applied to the tilt mirror 26a. At this time, the angle between the Z axis perpendicular to the base 3 and the reflected light is 90 ° −2θa, and the incident angle to the tilt mirror 26a is 90 ° −2θa + φ. This light is reflected again by the tilt mirror 26a. Therefore, the angle between the Z-axis and the reflected light is 90 ° -2θa + 2φ. This reflected light is incident on the fourth reflecting surface M4. Therefore, the angle formed by the horizontal line and the reflected light on the reflecting surface M4 is 2θa-2φ. The incident angle to the reflecting surface M4 is 90 ° −2θa + 2φ + θd, and the reflected light is 90 ° −θd. Since θd = θa−φ, these angles are equal, and the reflected light becomes reflected light parallel to the base and is added to the collimating lens 16a and the optical fiber 15a which are the first emitting portions.
[0029]
On the other hand, the light emitted from the optical fiber 13a is reflected by the reflecting surface M2, and this reflected light enters the tilt mirror 26a. The incident angle is 90 ° −2θb + φ, and is reflected by the tilt mirror 26a as shown in the figure. Here, the angle between the Z axis and the reflected light from the tilt mirror 26a is 90 ° −2θb + 2φ as shown in the figure. And this reflected light injects into the reflective surface M3. Since the reflection surface M3 has an angle with the horizontal plane of θa, that is, θb−φ, the reflected light on the reflection surface M3 becomes horizontal and can enter the optical fiber 17a through the collimator 18a.
[0030]
By rotating the tilt mirror 26a in this way, the first state in which the input light from the optical fiber 11a is emitted to the output (out) of the optical fiber 17a, and the light of the optical fiber 11a is the optical fiber 15a (Drop). And a second state in which light from the optical fiber 13a (Add) is emitted to the optical fiber 17a (Out).
[0031]
Here, as shown in FIG. 5, the distance between the optical axes L1a and L2a is D, the distance between the optical axis L2a and the center of rotation of the tilt mirror 26a is H, and the intersection and rotation of the optical axis L1a and the reflecting surface M1. Let X1 be the distance from the center of movement, and X2 be the distance between the intersection of the reflecting surface M4 and the optical axis L4a and the rotation center. For example, if D is 0.5 mm, H is 1.5 mm, X1 and X2 are 1.15 mm and 1.35 mm, θa is 30 °, and φ is 2 °, the optical fiber 11a is changed to the optical fiber 15a or 17a. The distance until reaching the distance is 2 to 5 mm or less when a line parallel to the X axis is not taken into consideration, and the working distance between the collimating lenses can be extremely reduced. For this reason, a lens fiber, a ball lens fiber, etc. can be employ | adopted and insertion loss can be made small. For this reason, a small mirror with a small diameter can be used as a tilt mirror. If the tilt mirror is small, it can be rotated at high speed with low voltage drive, so that the switching speed can be increased.
[0032]
The above description is about 1 × 2 × 2 switching between the four optical fibers 11a, 13a, 15a, and 17a. As shown in FIGS. 1 and 2, in an array type optical switch in which a large number of pairs of four optical fibers are arranged in the horizontal direction, the angles of the tilt mirrors 26a, 26b, 26c, and 26d are changed. Thus, 2 × 2 switching can be performed in parallel for four channels. Further, not limited to four channels, if an arbitrary natural number is n channels, 2 × 2 × n switching can be realized by arranging n × 4 optical fibers in parallel to form an optical switch array.
[0033]
Further, as described above, not only an optical switch array for switching a plurality of channels but also a 2 × 2 optical switch using only four optical fibers 11a, 13a, 15a and 17a. Further, an optical switch that performs 2 × 1 switching can be used except for the optical fiber 17a. It is also possible to use an optical switch that performs 1 × 2 switching in which only the optical fiber 11a or 13a is input and the light is incident on one of the optical fibers 15a and 17a by the tilt of the tilt mirror. .
[0034]
The reflection unit 20 described above is disposed above the optical axis of the paired optical fiber, and its lower surface is the reflection surfaces M1 to M4. However, as shown in FIG. 10, the reflection unit 40 is connected to the optical axis L1. , L2 may be arranged. In this case, the reflection unit 40 is a glass block, and its upper surface is the first to fourth reflection surfaces M1 to M4. The surface facing the optical fibers 11a and 13a of the reflection unit 40 is provided with a non-reflective coating as a vertical surface, and similarly the surface facing the optical fibers 15a and 17a is provided with a non-reflective coating as a vertical surface. Further, a non-reflective coating is also applied to the lower surface of the reflection unit 40. In this case as well, a similar function can be achieved by arranging a tilt mirror below the reflection unit 40. In this case, the incident and exit from the optical fibers 11a and 13a to the reflection unit 40 are vertical entrance and exit, but the entrance to the tilt mirror and the reflection from the tilt mirror are refracted because the optical axis is not perpendicular. . Therefore, the angles θa to θd of the reflecting surfaces M1 to M4 of the reflecting unit need to be angles in consideration of the refractive index.
[0035]
Further, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 11A, a case where a lens fiber is attached to the tip of each optical fiber as a collimating lens is described. Alternatively, as shown in FIG. 11B, an optical fiber having small ball lens collimators 51a and 52a attached to the tip of the optical fiber may be used. In this case, the working distance can be made longer than that of the lens fiber. Further, a collimator in which each optical fiber is connected using a normal aspherical lens, a GRIN lens, or a microlens array as a collimating lens may be employed.
[0036]
【The invention's effect】
As described in detail above, claims 1 to 1 of the present application. 8 According to the invention, input / output light can be coupled at a short distance, and a small and inexpensive optical switch can be realized. In addition, the optical switch can be easily aligned with high reliability. In claim 1, a 2 × 2 optical switch, in claim 2 a 1 × 2 optical switch, and in claim 3 a 2 × 1 optical switch can be realized in a small size and at low cost. Furthermore, as shown in claim 5, the input / output portion can be easily positioned by holding the input / output portion within the block having the V-shaped groove. Further, by forming this optical switch in an array shape, (1 × 2) × n and (2 × 2) × n switches can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of an optical switch according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a main part of the optical switch according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing one block of the present embodiment and an optical fiber disposed on top of the block.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the other block of the present embodiment and an optical fiber disposed on top of the other block.
FIG. 5 is a side view showing a relationship between an optical fiber and a reflection unit according to the present embodiment.
FIG. 6 is a perspective view showing a structure of a mirror unit according to the present embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which no voltage is applied to the mirror unit according to the present embodiment, and the rotation in the applied state.
FIG. 8 is a diagram showing a reflecting surface and a light path when the tilt mirror according to the first embodiment is not rotated.
FIG. 9 is a diagram showing a reflecting surface and a light path when the tilt mirror according to the first embodiment is rotated.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a reflection block and a light path according to another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic view showing an optical fiber and a collimating lens at its tip according to each embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a conventional 4-channel optical add / drop.
[Explanation of symbols]
1 base
2 Printed circuit board
3 Mirror substrate
4,5 spacer
6a, 6b, 6c, 6d block
7a, 7b ... 8a, 8b ... 9a, 9b ... 10a, 10b ... V-shaped groove
11a, 11b, 13a, 13b, 15a, 15b, 17a, 17b, optical fiber
12a, 12b ... 14a, 14b ... 16a, 16b ... 18a, 18b ... Collimating lens
20, 40 Reflection unit
M1-M4 reflective surface
21a, 21b ... Mirror unit
22a, 22b, 24a, 24b ... Electrode
23a, 23b Spacer
25 Hinge
26a, 26b ... Tilt mirror
27 Voltage source
28 switches
51a, 51b collimator

Claims

First and second incident portions arranged adjacent to each other in parallel to the base;
First and second emitting portions disposed opposite to each other and facing the first and second incident portions;
A mirror unit that is disposed laterally between the first and second incident portions and the first and second emission portions and includes a rotatable tilt mirror;
A tilt mirror control unit that switches a reflection angle of the tilt mirror of the mirror unit;
The first and second reflecting surfaces are disposed between the first and second incident portions and the first and second emitting portions and reflect light from the first and second incident portions, respectively. And a reflecting unit having third and fourth reflecting surfaces for reflecting the light reflected by the tilt mirror, respectively.
The first and second incident portions and the first and second emission portions are arranged in a plane perpendicular to the base so that an optical axis thereof is parallel to the base.
The tilt mirror control unit reflects the light incident from the first incident unit and reflected by the first reflecting surface of the reflecting unit to the third reflecting surface of the reflecting unit, and the second emission A first position incident on the part;
The reflected light emitted from the first incident portion and reflected by the first reflecting surface of the reflecting unit is reflected toward the fourth reflecting surface of the reflecting unit and is incident on the first emitting portion. At the same time, the reflected light emitted from the second incident portion and reflected by the second reflecting surface of the reflecting unit is reflected toward the third reflecting surface of the reflecting unit and incident on the second emitting portion. An optical switch characterized by switching to a second position.

An incident portion arranged horizontally with respect to the base;
First and second emitting portions disposed opposite to each other and facing the incident portion;
A mirror unit that is disposed laterally between the incident portion and the first and second emission portions and includes a rotatable tilt mirror;
A tilt mirror control unit that switches a reflection angle of the tilt mirror of the mirror unit;
A first reflecting surface that is disposed between the incident portion and the first and second emitting portions and reflects light from the incident portion, and a third that reflects light reflected by the tilt mirror, respectively. A reflection unit having a fourth reflection surface,
The incident portion and the first and second emission portions are arranged in a plane perpendicular to the base so that an optical axis thereof is parallel to the base,
The tilt mirror control unit reflects the light incident from the incident unit and reflected by the first reflecting surface of the reflecting unit to the third reflecting surface of the reflecting unit and enters the second emitting unit. A first position to
The reflected light emitted from the incident portion and reflected by the first reflecting surface of the reflecting unit is reflected toward the fourth reflecting surface of the reflecting unit, and is incident on the first emitting portion. An optical switch characterized by switching to a position.

First and second incident portions disposed adjacent to each other horizontally with respect to the base;
An emission portion disposed opposite to the first and second incidence portions;
A mirror unit disposed on a side between the first and second incident portions and the emission portion, and including a rotatable tilt mirror;
A tilt mirror control unit that switches a reflection angle of the tilt mirror of the mirror unit;
A tilt mirror disposed between the first and second incident portions and the emitting portion, and reflecting the light from the first and second incident portions, respectively, and the tilt mirror; A reflection unit having a third reflection surface for reflecting the reflected light,
The first and second incident portions and the emission portion are arranged in a plane perpendicular to the base so that an optical axis thereof is parallel to the base,
The tilt mirror control unit reflects the light incident from the first incident unit and reflected by the first reflecting surface of the reflecting unit toward the third reflecting surface of the reflecting unit, and the emitting unit A first position incident on
A second position where the reflected light emitted from the second incident portion and reflected by the second reflecting surface of the reflecting unit is reflected toward the third reflecting surface of the reflecting unit and is incident on the emitting portion. An optical switch characterized by switching to and.

2. The first and second incident portions and the first and second emission portions are optical fiber and a lens portion that is provided at a tip of the optical fiber and collimates light emitted from the optical fiber. The optical switch described.

5. The optical switch according to claim 4, wherein each of the incident part and the emission part is held by a block that houses the optical fiber in a V-shaped groove.

The reflection unit is a reflection unit having the first to fourth reflection surfaces on the lower surface thereof,
The first and second reflecting surfaces are formed toward the first and second incident portions, and the third and fourth reflecting surfaces are formed toward the first and second emitting portions. And
The angle between the first reflecting surface and the horizontal plane is θa, the angle between the second reflecting surface and the horizontal plane is θb, the angle between the third reflecting surface and the horizontal plane is θc, and the fourth Assuming that the angle between the reflecting surface and the horizontal plane is θd, the following relationship θb = θa + φ
θd = θa−φ
θc = θa
The optical switch according to claim 1, wherein:

The mirror unit is
A part of the movable part having a reflective surface formed on the upper surface is connected to the base substrate at the hinge, and a voltage is applied between the tilt mirror that rotates around the hinge and the electrode formed on the substrate. The optical switch according to any one of claims 1 to 3, wherein the tilt mirror is rotated.

Optical switch array, wherein placing the optical switch of any one of claims 1 to 7 to the base in a plurality parallel.