JP4066805B2 - Optical switch device and optical transmission system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)光通信等において使用される光スイッチデバイス及び光伝送システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
WDM光通信システムで使用される光スイッチデバイスとしては、例えば非特許文献1に記載されている波長切替スイッチがある。この波長切替スイッチは、光ファイバ及びレンズで形成された複数の入出力ポートと回折格子とMEMSミラーとを組み合わせた構成とすることにより、小型化及び低コスト化を可能にしたものである。
【0003】
【非特許文献1】
OFC 2002 Postdeadline Papers,FB7-1,Wavelength-selective 1×4 switch for 128 WDM channels at 50 GHz spacing
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点がある。即ち、MEMSミラーは、入出力ポートの入出力光路を切り替える方向にしか駆動されないため、入出力ポートの入出力光路を切り替える際に、MEMSミラーで反射した光信号が、隣接する入出力ポートを横切ることがある。この場合には、その隣接する入出力ポートに不要な光が入ってしまうため、当該入出力ポートを通る光信号の伝送品質が劣化する。
【0005】
本発明の目的は、入出力ポートの入出力光路を切り替える際に、他の入出力ポートを通る光信号への影響を軽減することができる光スイッチデバイス及び光伝送システムを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光信号を入出力する複数の入出力ポートと、入出力ポートの入出力光路を切り替えるスイッチ手段とを備えた光スイッチデバイスにおいて、スイッチ手段は、複数の入出力ポートのうち何れかの入出力ポートより入力された光信号を他の入出力ポートに向けて反射させる光部品と、入出力ポートの入出力光路を切り替えるように光部品を駆動する第1駆動手段と、光信号を入出力ポートに向かう方向に反射させる位置と光信号を入出力ポートに向かう方向からずれた方向に反射させる位置との間を移動するように光部品を駆動する第2駆動手段とを有し、光部品は、基体に支持された片持ち梁に傾動自在に設けられ、第1駆動手段は、光部品を片持ち梁に対して傾動させる手段であり、第2駆動手段は、光部品の傾動方向とは異なる方向に光部品を動かす手段であることを特徴とするものである。
【0007】
このような本発明の光スイッチデバイスにおいて、入出力ポートの入出力光路を切り替えるときは、まず第2駆動手段によって、光信号を入出力ポートに向かう方向に反射させる位置(通常位置)から、光信号を入出力ポートに向かう方向からずれた方向に反射させる位置(待避位置)に、光部品を移動させる。続いて、第1駆動手段によって、入出力ポートの入出力光路が切り替わるように光部品を駆動する。その後、第2駆動手段によって光部品を待避位置から通常位置に戻す。このように第2駆動手段により光部品を予め待避位置に移動させてから、第1駆動手段により光部品を駆動して入出力ポートの入出力光路を切り替えることにより、入出力ポートの入出力光路が切り替わる途中に、光部品で反射した光信号が切替対象でない他の入出力ポートを横切ることは無い。従って、他の入出力ポートに漏れる光が低減されるため、当該入出力ポートを通る光信号への影響を軽減することができる。更に、光部品、第1駆動手段及び第2駆動手段を有するスイッチ手段の構造を簡単化することができる。
【0008】
好ましくは、入出力ポートより入力された波長多重光信号を波長毎に分波させる光分波素子を更に備え、スイッチ手段は、波長毎に分波された各信号光に対応して光部品を複数有している。これにより、本発明の光スイッチデバイスを波長切り替えスイッチとして使用できるので、波長多重化された光信号の中から任意の波長の信号をADDまたはDROPする光ADM(Add Drop Multiplexer)等を簡単な構成で実現可能となる。
【0010】
このとき、好ましくは、第1駆動手段は、基体に設けられた第1電極と、第1電極に電圧を供給する第1電圧源とを有し、第2駆動手段は、基体に設けられた第2電極と、第2電極に電圧を供給する第2電圧源とを有する。この場合には、光部品は静電力によって駆動されるため、電流をほとんど流さずに済み、省電力化を図ることができる。
【0013】
好ましくは、入出力ポートの入出力光路の切り替え時間が10ms以下である。これにより、入出力ポートの入出力光路を切り替える際に、切替対象でない他の入出力ポートに光が更に漏れにくくなるため、当該入出力ポートを通る光信号への影響をより軽減することができる。
【0014】
また、好ましくは、入出力ポートの入出力光路を切り替える時に、他の入出力ポートへのクロストークが−25dB以下である。これにより、切替対象でない他の入出力ポートを通る光信号への影響はほとんど無くなる。
【0015】
本発明の光伝送システムは、上記の光スイッチデバイスを備えたことを特徴とするものである。これにより、上述したように、光スイッチデバイスにおいて入出力ポートの入出力光路を切り替える際に、切替対象でない他の入出力ポートを通る光信号への影響を軽減することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光スイッチデバイス及び光伝送システムの好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【0017】
図1及び図2は、本発明に係る光スイッチデバイスの一実施形態を示す概略構成図である。なお、各図においては、説明の便宜のために、xyz直交座標系とxy'z'直交座標系が示されている。図1は、光スイッチデバイスをy軸、y'軸方向に見たときの図であり、図2は、光スイッチデバイスをx軸方向に見たときの図である。
【0018】
各図において、本実施形態の光スイッチデバイス1は、複数本の入出力光ファイバ2a〜2fと、アレイレンズ3と、回折格子4と、レンズ5と、光スイッチアレイ6とを有している。なお、入出力光ファイバ2a〜2fと回折格子4との間の光学系ではxyz直交座標系が用いられ、回折格子4と光スイッチアレイ6との間の光学系ではxy'z'直交座標系が用いられる。
【0019】
入出力光ファイバ2a〜2fは、例えば4波長λ1〜λ4の多重化された光信号(波長多重光信号)を入出力する入出力ポートであり、z軸方向に平行に配置されている。ここで、入出力光ファイバ2cは共通入射ポートとして使用され、入出力光ファイバ2dは共通出射ポートとして使用され、入出力光ファイバ2a,2eはAddポートとして使用され、入出力光ファイバ2b,2fはDropポートとして使用されている。
【0020】
アレイレンズ3は、入出力光ファイバ2a,2c,2eより入力された光信号をコリメートして回折格子4に出力すると共に、回折格子4からの光信号を集光して入出力光ファイバ2b,2d,2fに出力する。
【0021】
回折格子4は、アレイレンズ3からの波長多重信号光を各波長λ1〜λ4に応じた回折角で回折することにより、波長多重信号光を波長λ1〜λ4毎に分波してレンズ5に出力する。なお、図中の回折格子4は透過型であるが、反射型の回折格子を用いてもよい。
【0022】
レンズ5は、回折格子4で分波された波長λ1〜λ4毎の光信号を集光して光スイッチアレイ6に出力すると共に、光スイッチアレイ6からの光信号をコリメートして回折格子4に出力する。
【0023】
光スイッチアレイ6は、レンズ5で集光された各波長λ1〜λ4の光信号をそれぞれ反射させる可動ミラー7a〜7d(以下、まとめて可動ミラー7ということがある)を有し、入出力光ファイバ2a〜2fの入出力光路を切り替えるものである。
【0024】
図3は、光スイッチアレイ6の一部を示す平面図であり、図4は、図3のIV−IV線断面図である。各図において、光スイッチアレイ6は、Si等からなる基板8と、この基板8上に微小電子機械システム(MEMS)技術を用いて形成された複数のアクチュエータ部9とを有している。
【0025】
各アクチュエータ部9は、基板8の上面にスペーサ10を介して片持ち支持された片持ち梁11を有し、この片持ち梁11の先端側部分には環状支持部12が設けられている。この環状支持部12には、上記の可動ミラー7が両側のヒンジ13を介して支持されている。ヒンジ13は片持ち梁11の長手方向に延びており、これにより可動ミラー7は片持ち梁11の長手方向に平行な軸(y'軸)に対して傾動自在である(図6参照)。片持ち梁11の先端には、櫛歯部14が設けられている。
【0026】
基板8の上面における可動ミラー7に対向した部位には、図5に示すように、可動ミラー7を環状支持部12に対して傾動させるための1対の略半円形状の電極15a,15bが設けられている。また、基板8の上面における櫛歯部14の近傍部位には、片持ち梁11を曲げることにより上記の可動ミラー7の傾動方向とは異なる方向に可動ミラー7を動かすための櫛歯状の電極16が設けられている。
【0027】
このようなアクチュエータ部9は、例えば導電性を有するSiで形成されている。また、可動ミラー7の反射面には、レンズ5からの光をほぼ全反射させるべく、例えばAuがコーティングされている。
【0028】
片持ち梁11と電極15a,15bとは電圧源17を介して接続されており、この電圧源17により電極15a,15bに電圧を供給することで、可動ミラー7と電極15a,15bとの間に静電気力を発生させ、可動ミラー7を片持ち梁11の環状支持部12に対して傾動させる。
【0029】
このとき、電極15a,15bへの印加電圧がゼロのときは、図6(a)に示すように、可動ミラー7は環状支持部12に対して平行な状態にある。この状態では、可動ミラー7は、入出力光ファイバ(共通入射ポート)2cからの光信号を入出力光ファイバ(共通出射ポート)2dに向けて反射させる。
【0030】
一方、電極15aに所定の電圧を印加すると、図6(b)に示すように、可動ミラー7と電極15aとの間に生じる静電気力によって可動ミラー7の電極15a側部分が電極15aに引き寄せられ、可動ミラー7が環状支持部12に対して傾動する。この状態では、可動ミラー7は、入出力光ファイバ(共通入射ポート)2cからの光信号を入出力光ファイバ(Dropポート)2fに向けて反射させる。
【0031】
また、電極15bに所定の電圧を印加すると、図6(c)に示すように、可動ミラー7と電極15bとの間に生じる静電気力によって可動ミラー7の電極15b側部分が電極15bに引き寄せられ、可動ミラー7が環状支持部12に対して反対方向に傾動する。この状態では、可動ミラー7は、入出力光ファイバ(共通入射ポート)2cからの光信号を入出力光ファイバ(Dropポート)2bに向けて反射させる。
【0032】
片持ち梁11と電極16とは電圧源18を介して接続されており、この電圧源18により電極16に電圧を供給することで、櫛歯部14と電極16との間に静電気力を発生させ、片持ち梁11の先端側部分を下方に曲げる。
【0033】
このとき、電極16への印加電圧がゼロのときは、図4に示すように、片持ち梁11が真っ直ぐに延びた状態にある。この状態では、可動ミラー7は、入出力光ファイバ2a,2c,2eよりアレイレンズ3、回折格子4、レンズ5を介して導かれた光信号を、レンズ5、回折格子4、アレイレンズ3を介して入出力光ファイバ2b,2d,2fに向かう方向に反射させる通常位置にある。
【0034】
一方、電極16に所定のパルス電圧を印加すると、図7に示すように、櫛歯部14と電極16との間に生じる静電気力によって櫛歯部14が電極16に引き寄せられ、片持ち梁11の先端側部分が下方に撓み、これに伴って可動ミラー7の傾動方向(図6参照)とは異なる方向に可動ミラー7が動くようになる。これにより、可動ミラー7は、入出力光ファイバ2a,2c,2eからアレイレンズ3、回折格子4、レンズ5を介して導かれた光信号を入出力光ファイバ2b,2d,2fに向かう方向からずれた方向に反射させる待避位置に移動する。
【0035】
次に、以上のように構成した光スイッチデバイス1の動作を説明する。入出力光ファイバ(共通入射ポート)2cより入力された波長多重光信号は、アレイレンズ3でコリメートされて回折格子4に入射され、波長λ1〜λ4毎に分波される。各波長λ1〜λ4の光信号は、レンズ5で集光された状態で、光スイッチアレイ6の可動ミラー7a〜7dで反射する。
【0036】
このとき、光スイッチアレイ6の電圧源17,18による印加電圧がゼロである状態では、可動ミラー7a〜7dの位置(姿勢)は、図4に示すような通常位置であり、可動ミラー7a〜7dの傾動角度は、図6(a)に示すような0度である。
【0037】
この場合には、可動ミラー7a〜7dで反射した各波長λ1〜λ4の光信号は、レンズ5でコリメートされた状態で、回折格子4に入射され合波される。そして、その合波された光信号は、アレイレンズ3で集光された状態で、入出力光ファイバ(共通出射ポート)2dより出力される。これにより、停電時には、入出力光ファイバ2cより入力された波長多重光信号は、そのまま入出力光ファイバ2dより出力されることになる。
【0038】
ここで、入出力光ファイバ2cより入力された波長多重光信号のうち例えば波長λ4の光信号のみを入出力光ファイバ(Dropポート)2bより出力させるように波長切り替えを行うときは、まず波長λ4の光信号を反射させる可動ミラー7dを有するアクチュエータ部9において、電圧源18により電極16にパルス電圧を印加する。すると、図7に示すように当該アクチュエータ部9の片持ち梁11の先端側が下方に撓んで、可動ミラー7dが通常位置から待機位置に移動する。これにより、可動ミラー7dで反射した波長λ4の光信号の光軸は、可動ミラー7dで反射した波長λ13の光信号の光軸に対してずれる。従って、可動ミラー7dで反射した波長λ4の光信号はレンズ5に入射されず、入出力光ファイバ2dに到達することは無い。
【0039】
その状態で、可動ミラー7dを有するアクチュエータ部9において、電圧源17により電極15bに所定の電圧を印加し、可動ミラー7dを図6(c)に示すような方向に傾動させることにより、波長λ4の光信号の出力ポートとして入出力光ファイバ2bを選択する。
【0040】
続いて、電極16への印加電圧をゼロにする。すると、片持ち梁11がその付勢力によって図4に示すような初期状態に戻り、可動ミラー7dが待機位置から通常位置に戻る。この場合には、可動ミラー7dで反射した波長λ4の光信号は、レンズ5でコリメートされ、回折格子4によって回折され、アレイレンズ3で集光された状態で、入出力光ファイバ2bより出力される。
【0041】
ところで、アクチュエータ部9に櫛歯部14、電極16及び電圧源18が無い場合には、上記の波長切り替えにおいては、可動ミラー7dが図4に示す通常位置に保持されたまま、可動ミラー7dの傾動角度が変化することになる。つまり、可動ミラー7dで反射した波長λ4の光信号が入出力光ファイバ2dに入射されている状態で、波長λ4の光信号の出力光路が入出力光ファイバ2dから入出力光ファイバ2bに切り替えられることになる。
【0042】
この場合には、可動ミラー7dで反射した波長λ4の光信号が、入出力光ファイバ2d,2b間の入出力光ファイバ(共通入射ポート)2cを横切るため、入出力光ファイバ2cに不要な光信号が入り込む。従って、入出力光ファイバ2cを通る光信号が影響を受けることになり、伝送品質を著しく劣化させてしまう。
【0043】
これに対し本実施形態では、可動ミラー7dを図4に示す通常位置から図7に示す待避位置に移動させ、その状態で可動ミラー7dの傾動角度を変えるので、入出力光ファイバ2dから入出力光ファイバ2bに出力光路を切り替える際に、可動ミラー7dで反射した波長λ4の光信号が入出力光ファイバ2cを横切ることは無い。従って、入出力光ファイバ2cに漏れる不要な光がほとんど無くなるため、入出力光ファイバ2cを通る光信号の伝送品質の劣化を防ぐことができる。
【0044】
このとき、入出力光ファイバ2cへの光の漏れをより確実に防止するには、入出力光路の切り替え時間は10ms以下であることが好ましい。また、入出力光路の切り替える時に、入出力光ファイバ2cへ漏れる光信号の強度(入出力光ファイバ2cへのクロストーク)が−25dB以下であることが好ましい。
【0045】
図8は、上記の光スイッチデバイス1を備えた光伝送システムの一例として光ADMの構成を示したものである。
【0046】
同図において、光ADM20は上記の光スイッチデバイス1を有し、この光スイッチデバイス1の入出力光ファイバ2cには合波器21が接続され、光スイッチデバイス1の入出力光ファイバ2dには分波器22が接続されている。合波器21は、各波長の光信号を合波して1本の入出力光ファイバ2cに導くものである。分波器22は、1本の入出力光ファイバ2dを伝搬してきた波長の異なる複数の光信号を各波長毎に分波するものである。また、光スイッチデバイス1の入出力光ファイバ2a,2eにはAdd用の合波器23がそれぞれ接続され、光スイッチデバイス1の入出力光ファイバ2b,2fにはDrop用の分波器24がそれぞれ接続されている。
【0047】
このように光スイッチデバイス1を設けることで、多数のm×n光スイッチを用いて光ADMを構成しなくて済む。これにより、光ADMの小型化、簡単化及び低コスト化を図ることができる。
【0048】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、レンズ5からの光信号を反射させる光部品としてミラーを使用したが、ミラーの代わりにプリズムを使用してもよい。
【0049】
また、上記実施形態では、基板8に電極15a,15b及び電極16を設け、静電力により可動ミラー7を駆動するものとしたが、電磁力を利用して可動ミラー7を駆動する構成としてもよい。
【0050】
さらに、上記実施形態では、光信号を入出力する複数の入出力ポートを光ファイバで構成したが、複数の入出力ポートを平面導波路で構成してもよい。
【0051】
また、上記実施形態は、光スイッチデバイスを光ADMに使用したものであるが、本発明の光スイッチデバイスは、光合分波器等にも適用できる。また、本発明の光スイッチデバイスは、波長切り替えスイッチに限らず、入出力ポートの入出力光路の切り替えを行うものであれば、適用可能である。
【0052】
【発明の効果】
本発明によれば、入出力ポートの入出力光路を切り替えるように光部品を駆動する第1駆動手段と、光信号を入出力ポートに向かう方向に反射させる位置と光信号を入出力ポートに向かう方向からずれた方向に反射させる位置との間を移動するように光部品を駆動する第2駆動手段とを設けたので、入出力ポートの入出力光路を切り替える際に、切替対象でない他の入出力ポートを通る光信号に与える影響を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光スイッチデバイスの一実施形態を示す概略構成図であり、光スイッチデバイスをy軸、y'軸方向に見たときの図である。
【図2】本発明に係る光スイッチデバイスの一実施形態を示す概略構成図であり、光スイッチデバイスをx軸方向に見たときの図である。
【図3】図1及び図2に示す光スイッチアレイの一部を示す平面図である。
【図4】図3のIV−IV線断面図である。
【図5】図3に示す基板の平面図である。
【図6】可動ミラーを環状支持部に対して傾動させた状態を示す断面図である。
【図7】図4において片持ち梁を曲げて可動ミラーを動かした状態を示す断面図である。
【図8】図1及び図2に示す光スイッチデバイスを備えた光伝送システムの一例として光ADMを示す構成図である。
【符号の説明】
1…光スイッチデバイス、2a〜2f…入出力光ファイバ(入出力ポート)、3…アレイレンズ、4…回折格子(光分波素子)、5…レンズ、6…光スイッチアレイ(スイッチ手段)、7、7a〜7d…可動ミラー(光部品)、8…基板(基体)、11…片持ち梁、12…環状支持部、13…ヒンジ、14…櫛歯部、15a,15b…電極(第1電極、第1駆動手段)、16…電極(第2電極、第2駆動手段)、17…電圧源(第1電圧源、第1駆動手段)、18…電圧源(第2電圧源、第2駆動手段)、20…光ADM(光伝送システム)。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch device and an optical transmission system used in wavelength division multiplexing (WDM) optical communication or the like.
[0002]
[Prior art]
As an optical switch device used in a WDM optical communication system, for example, there is a wavelength switching switch described in Non-Patent Document 1. This wavelength change-over switch can be reduced in size and cost by combining a plurality of input / output ports formed of optical fibers and lenses, a diffraction grating, and a MEMS mirror.
[0003]
[Non-Patent Document 1]
OFC 2002 Postdeadline Papers, FB7-1, Wavelength-selective 1 × 4 switch for 128 WDM channels at 50 GHz spacing
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above prior art has the following problems. That is, since the MEMS mirror is driven only in the direction of switching the input / output optical path of the input / output port, when switching the input / output optical path of the input / output port, the optical signal reflected by the MEMS mirror crosses the adjacent input / output port. Sometimes. In this case, since unnecessary light enters the adjacent input / output port, the transmission quality of the optical signal passing through the input / output port deteriorates.
[0005]
An object of the present invention is to provide an optical switch device and an optical transmission system capable of reducing the influence on an optical signal passing through another input / output port when the input / output optical path of the input / output port is switched.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an optical switch device comprising a plurality of input / output ports for inputting / outputting optical signals and a switch means for switching input / output optical paths of the input / output ports, wherein the switch means is one of the plurality of input / output ports. An optical component that reflects an optical signal input from the input / output port toward another input / output port, first drive means for driving the optical component to switch the input / output optical path of the input / output port, and an optical signal have a second driving means for driving the optical component to move between a position for reflecting in the direction deviated from the position and direction of the optical signal to the input and output ports to be reflected in a direction towards the input port, The optical component is tiltably provided on the cantilever beam supported by the base, the first drive means is a means for tilting the optical component with respect to the cantilever beam, and the second drive means is a tilt of the optical component. Different from direction Is characterized in that a means for moving the optical component in the direction.
[0007]
In such an optical switch device of the present invention, when the input / output optical path of the input / output port is switched, the light is first reflected from the position (normal position) where the optical signal is reflected in the direction toward the input / output port by the second driving means. The optical component is moved to a position (reflecting position) where the signal is reflected in a direction shifted from the direction toward the input / output port. Subsequently, the optical component is driven by the first driving means so that the input / output optical path of the input / output port is switched. Thereafter, the optical component is returned from the retracted position to the normal position by the second driving means. As described above, the optical component is moved to the retracted position by the second driving unit in advance, and then the optical component is driven by the first driving unit to switch the input / output optical path of the input / output port. In the middle of the switching, the optical signal reflected by the optical component does not cross other input / output ports that are not to be switched. Accordingly, since light leaking to other input / output ports is reduced, the influence on the optical signal passing through the input / output ports can be reduced. Furthermore, the structure of the switch means having the optical component, the first drive means, and the second drive means can be simplified.
[0008]
Preferably, the optical system further includes an optical demultiplexing element for demultiplexing the wavelength multiplexed optical signal input from the input / output port for each wavelength, and the switch means includes an optical component corresponding to each signal light demultiplexed for each wavelength. Have more than one. As a result, since the optical switch device of the present invention can be used as a wavelength switching switch, an optical ADM (Add Drop Multiplexer) or the like for adding or dropping a signal of an arbitrary wavelength from wavelength-multiplexed optical signals can be simply configured. Can be realized.
[0010]
In this case, preferably, the first driving means has a first electrode provided on the base and a first voltage source for supplying a voltage to the first electrode, and the second driving means is provided on the base. A second electrode; and a second voltage source for supplying a voltage to the second electrode. In this case, since the optical component is driven by an electrostatic force, it is possible to save almost no current and to save power.
[0013]
Preferably, the switching time of the input / output optical path of the input / output port is 10 ms or less. As a result, when the input / output optical path of the input / output port is switched, light is less likely to leak to other input / output ports that are not to be switched, so that the influence on the optical signal passing through the input / output port can be further reduced. .
[0014]
Preferably, when the input / output optical path of the input / output port is switched, the crosstalk to the other input / output port is −25 dB or less. As a result, there is almost no influence on the optical signal passing through other input / output ports that are not to be switched.
[0015]
An optical transmission system according to the present invention includes the optical switch device described above. Accordingly, as described above, when the input / output optical path of the input / output port is switched in the optical switch device, the influence on the optical signal passing through the other input / output port that is not the switching target can be reduced.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of an optical switch device and an optical transmission system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
1 and 2 are schematic configuration diagrams showing an embodiment of an optical switch device according to the present invention. In each figure, for convenience of explanation, an xyz orthogonal coordinate system and an xy′z ′ orthogonal coordinate system are shown. FIG. 1 is a diagram when the optical switch device is viewed in the y-axis and y′-axis directions, and FIG. 2 is a diagram when the optical switch device is viewed in the x-axis direction.
[0018]
In each figure, the optical switch device 1 of the present embodiment includes a plurality of input / output optical fibers 2a to 2f, an array lens 3, a diffraction grating 4, a lens 5, and an optical switch array 6. . An xyz orthogonal coordinate system is used in the optical system between the input / output optical fibers 2 a to 2 f and the diffraction grating 4, and an xy′z ′ orthogonal coordinate system is used in the optical system between the diffraction grating 4 and the optical switch array 6. Is used.
[0019]
The input / output optical fibers 2a to 2f are input / output ports for inputting / outputting multiplexed optical signals (wavelength multiplexed optical signals) of, for example, four wavelengths λ 1 to λ 4 and are arranged in parallel in the z-axis direction. . Here, the input / output optical fiber 2c is used as a common incident port, the input / output optical fiber 2d is used as a common output port, the input / output optical fibers 2a and 2e are used as Add ports, and the input / output optical fibers 2b and 2f are used. Is used as a drop port.
[0020]
The array lens 3 collimates the optical signals input from the input / output optical fibers 2a, 2c, and 2e and outputs the collimated optical signals to the diffraction grating 4, and collects the optical signals from the diffraction grating 4 to collect the input / output optical fibers 2b, 2b, Output to 2d and 2f.
[0021]
Diffraction grating 4, by diffraction at the diffraction angle corresponding to wavelength division multiplexed signal light from the array lens 3 to the respective wavelengths lambda 1 to [lambda] 4, and demultiplexing the wavelength-multiplexed signal light for each wavelength lambda 1 to [lambda] 4 Output to the lens 5. Although the diffraction grating 4 in the figure is a transmission type, a reflection type diffraction grating may be used.
[0022]
Lens 5 outputs the optical signal of the diffraction grating 4 at demultiplexed wavelength lambda 1 to [lambda] every 4 to the optical switch array 6 is focused, diffracted collimates the optical signal from the optical switch array 6 grating 4 is output.
[0023]
The optical switch array 6 includes movable mirrors 7a to 7d (hereinafter sometimes collectively referred to as the movable mirror 7) that reflect the optical signals having wavelengths λ 1 to λ 4 collected by the lens 5, respectively. The input / output optical paths of the output optical fibers 2a to 2f are switched.
[0024]
3 is a plan view showing a part of the optical switch array 6, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. In each figure, the optical switch array 6 has a substrate 8 made of Si or the like, and a plurality of actuator units 9 formed on the substrate 8 by using a micro electro mechanical system (MEMS) technique.
[0025]
Each actuator unit 9 has a cantilever 11 that is cantilevered via a spacer 10 on the upper surface of the substrate 8, and an annular support 12 is provided at the tip of the cantilever 11. The movable mirror 7 is supported on the annular support portion 12 via hinges 13 on both sides. The hinge 13 extends in the longitudinal direction of the cantilever 11 so that the movable mirror 7 can tilt with respect to an axis (y ′ axis) parallel to the longitudinal direction of the cantilever 11 (see FIG. 6). At the tip of the cantilever 11, a comb tooth portion 14 is provided.
[0026]
As shown in FIG. 5, a pair of substantially semicircular electrodes 15 a and 15 b for tilting the movable mirror 7 with respect to the annular support portion 12 are provided on the upper surface of the substrate 8 facing the movable mirror 7. Is provided. Further, a comb-like electrode for moving the movable mirror 7 in a direction different from the tilting direction of the movable mirror 7 by bending the cantilever 11 is provided in the vicinity of the comb tooth portion 14 on the upper surface of the substrate 8. 16 is provided.
[0027]
Such an actuator portion 9 is made of, for example, conductive Si. The reflecting surface of the movable mirror 7 is coated with, for example, Au so that the light from the lens 5 is almost totally reflected.
[0028]
The cantilever 11 and the electrodes 15a and 15b are connected via a voltage source 17, and by supplying a voltage to the electrodes 15a and 15b from the voltage source 17, the movable mirror 7 and the electrodes 15a and 15b are connected to each other. An electrostatic force is generated to tilt the movable mirror 7 with respect to the annular support 12 of the cantilever 11.
[0029]
At this time, when the voltage applied to the electrodes 15a and 15b is zero, the movable mirror 7 is in parallel with the annular support 12 as shown in FIG. In this state, the movable mirror 7 reflects the optical signal from the input / output optical fiber (common incident port) 2c toward the input / output optical fiber (common output port) 2d.
[0030]
On the other hand, when a predetermined voltage is applied to the electrode 15a, as shown in FIG. 6B, the electrode 15a side portion of the movable mirror 7 is attracted to the electrode 15a by the electrostatic force generated between the movable mirror 7 and the electrode 15a. The movable mirror 7 tilts with respect to the annular support portion 12. In this state, the movable mirror 7 reflects the optical signal from the input / output optical fiber (common incident port) 2c toward the input / output optical fiber (Drop port) 2f.
[0031]
When a predetermined voltage is applied to the electrode 15b, the electrode 15b side portion of the movable mirror 7 is attracted to the electrode 15b by the electrostatic force generated between the movable mirror 7 and the electrode 15b as shown in FIG. 6C. The movable mirror 7 tilts in the opposite direction with respect to the annular support portion 12. In this state, the movable mirror 7 reflects the optical signal from the input / output optical fiber (common incident port) 2c toward the input / output optical fiber (Drop port) 2b.
[0032]
The cantilever 11 and the electrode 16 are connected via a voltage source 18, and an electrostatic force is generated between the comb tooth portion 14 and the electrode 16 by supplying a voltage to the electrode 16 by the voltage source 18. And bend the tip end portion of the cantilever 11 downward.
[0033]
At this time, when the voltage applied to the electrode 16 is zero, as shown in FIG. 4, the cantilever 11 is in a state of extending straight. In this state, the movable mirror 7 transmits the optical signal guided from the input / output optical fibers 2a, 2c, and 2e through the array lens 3, the diffraction grating 4, and the lens 5 to the lens 5, the diffraction grating 4, and the array lens 3. Through the input / output optical fibers 2b, 2d, and 2f.
[0034]
On the other hand, when a predetermined pulse voltage is applied to the electrode 16, as shown in FIG. 7, the comb tooth portion 14 is attracted to the electrode 16 by the electrostatic force generated between the comb tooth portion 14 and the electrode 16, and the cantilever 11. The front end side portion is bent downward, and accordingly, the movable mirror 7 moves in a direction different from the tilting direction of the movable mirror 7 (see FIG. 6). As a result, the movable mirror 7 transmits the optical signals guided from the input / output optical fibers 2a, 2c, 2e through the array lens 3, the diffraction grating 4, and the lens 5 from the direction toward the input / output optical fibers 2b, 2d, 2f. Move to the retreat position where it reflects off the direction.
[0035]
Next, the operation of the optical switch device 1 configured as described above will be described. The wavelength multiplexed optical signal input from the input / output optical fiber (common incident port) 2c is collimated by the array lens 3 and incident on the diffraction grating 4, and is demultiplexed for each of the wavelengths λ 1 to λ 4 . The optical signals having the wavelengths λ 1 to λ 4 are reflected by the movable mirrors 7 a to 7 d of the optical switch array 6 while being collected by the lens 5.
[0036]
At this time, in a state where the voltage applied by the voltage sources 17 and 18 of the optical switch array 6 is zero, the positions (postures) of the movable mirrors 7a to 7d are the normal positions as shown in FIG. The tilt angle of 7d is 0 degrees as shown in FIG.
[0037]
In this case, the optical signals of the wavelengths λ 1 to λ 4 reflected by the movable mirrors 7 a to 7 d are incident on the diffraction grating 4 and are combined while being collimated by the lens 5. The combined optical signal is output from the input / output optical fiber (common output port) 2d in a state of being collected by the array lens 3. Thereby, at the time of a power failure, the wavelength multiplexed optical signal input from the input / output optical fiber 2c is output as it is from the input / output optical fiber 2d.
[0038]
Here, when wavelength switching is performed so that, for example, only an optical signal having a wavelength λ 4 out of the wavelength multiplexed optical signal input from the input / output optical fiber 2c is output from the input / output optical fiber (Drop port) 2b, first, the wavelength is changed. in the actuator unit 9 having a movable mirror 7d for reflecting optical signals of lambda 4, a pulse voltage is applied by the voltage source 18 to the electrode 16. Then, as shown in FIG. 7, the tip end side of the cantilever 11 of the actuator unit 9 bends downward, and the movable mirror 7d moves from the normal position to the standby position. As a result, the optical axis of the optical signal having the wavelength λ 4 reflected by the movable mirror 7d is shifted from the optical axis of the optical signal having the wavelength λ 1 to 3 reflected by the movable mirror 7d. Accordingly, the optical signal having the wavelength λ 4 reflected by the movable mirror 7d is not incident on the lens 5 and does not reach the input / output optical fiber 2d.
[0039]
In this state, in the actuator section 9 having the movable mirror 7d, a predetermined voltage is applied to the electrode 15b by the voltage source 17, and the movable mirror 7d is tilted in the direction as shown in FIG. The input / output optical fiber 2b is selected as the output port of the optical signal 4 .
[0040]
Subsequently, the voltage applied to the electrode 16 is set to zero. Then, the cantilever 11 returns to the initial state as shown in FIG. 4 by the biasing force, and the movable mirror 7d returns from the standby position to the normal position. In this case, the optical signal of wavelength λ 4 reflected by the movable mirror 7d is collimated by the lens 5, diffracted by the diffraction grating 4, and output from the input / output optical fiber 2b in a state of being collected by the array lens 3. Is done.
[0041]
By the way, when the actuator portion 9 does not have the comb tooth portion 14, the electrode 16, and the voltage source 18, in the above wavelength switching, the movable mirror 7d is held at the normal position shown in FIG. The tilt angle will change. That is, in the state where the optical signal having the wavelength λ 4 reflected by the movable mirror 7d is incident on the input / output optical fiber 2d, the output optical path of the optical signal having the wavelength λ 4 is changed from the input / output optical fiber 2d to the input / output optical fiber 2b. It will be switched.
[0042]
In this case, since the optical signal having the wavelength λ 4 reflected by the movable mirror 7d crosses the input / output optical fiber (common incident port) 2c between the input / output optical fibers 2d and 2b, it is unnecessary for the input / output optical fiber 2c. An optical signal enters. Therefore, the optical signal passing through the input / output optical fiber 2c is affected, and the transmission quality is significantly deteriorated.
[0043]
On the other hand, in the present embodiment, the movable mirror 7d is moved from the normal position shown in FIG. 4 to the retracted position shown in FIG. 7, and the tilt angle of the movable mirror 7d is changed in this state. When the output optical path is switched to the optical fiber 2b, the optical signal having the wavelength λ 4 reflected by the movable mirror 7d does not cross the input / output optical fiber 2c. Therefore, almost no unnecessary light leaks to the input / output optical fiber 2c, so that it is possible to prevent deterioration of the transmission quality of the optical signal passing through the input / output optical fiber 2c.
[0044]
At this time, in order to more reliably prevent light leakage to the input / output optical fiber 2c, the input / output optical path switching time is preferably 10 ms or less. In addition, when the input / output optical path is switched, the intensity of the optical signal leaking to the input / output optical fiber 2c (crosstalk to the input / output optical fiber 2c) is preferably −25 dB or less.
[0045]
FIG. 8 shows a configuration of an optical ADM as an example of an optical transmission system including the optical switch device 1 described above.
[0046]
In the figure, an optical ADM 20 has the optical switch device 1 described above. A multiplexer 21 is connected to an input / output optical fiber 2c of the optical switch device 1, and an input / output optical fiber 2d of the optical switch device 1 is connected to an optical input / output optical fiber 2d. A duplexer 22 is connected. The multiplexer 21 combines the optical signals of the respective wavelengths and guides them to one input / output optical fiber 2c. The demultiplexer 22 demultiplexes a plurality of optical signals having different wavelengths propagated through one input / output optical fiber 2d for each wavelength. Further, an add multiplexer 23 is connected to the input / output optical fibers 2a and 2e of the optical switch device 1, and a drop duplexer 24 is connected to the input and output optical fibers 2b and 2f of the optical switch device 1, respectively. Each is connected.
[0047]
By providing the optical switch device 1 in this way, it is not necessary to configure an optical ADM using a large number of m × n optical switches. Thereby, miniaturization, simplification, and cost reduction of the optical ADM can be achieved.
[0048]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, a mirror is used as an optical component that reflects an optical signal from the lens 5, but a prism may be used instead of the mirror.
[0049]
In the above embodiment, the electrodes 15a and 15b and the electrode 16 are provided on the substrate 8 and the movable mirror 7 is driven by electrostatic force. However, the movable mirror 7 may be driven using electromagnetic force. .
[0050]
Furthermore, in the above embodiment, the plurality of input / output ports that input and output optical signals are configured by optical fibers, but the plurality of input / output ports may be configured by planar waveguides.
[0051]
Moreover, although the said embodiment uses an optical switch device for optical ADM, the optical switch device of this invention is applicable also to an optical multiplexer / demultiplexer etc. Further, the optical switch device of the present invention is not limited to the wavelength changeover switch, and can be applied as long as the input / output optical path of the input / output port is switched.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first driving means for driving the optical component so as to switch the input / output optical path of the input / output port, the position for reflecting the optical signal in the direction toward the input / output port, and the optical signal toward the input / output port. Since the second driving means for driving the optical component to move between the positions reflecting in the direction shifted from the direction is provided, when switching the input / output optical path of the input / output port, other input / output ports that are not to be switched are provided. The influence on the optical signal passing through the output port can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an optical switch device according to the present invention, and is a view when the optical switch device is viewed in the y-axis and y′-axis directions.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an optical switch device according to the present invention, and is a diagram when the optical switch device is viewed in the x-axis direction.
3 is a plan view showing a part of the optical switch array shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
5 is a plan view of the substrate shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the movable mirror is tilted with respect to the annular support portion.
7 is a cross-sectional view showing a state in which a movable mirror is moved by bending a cantilever beam in FIG. 4;
8 is a configuration diagram showing an optical ADM as an example of an optical transmission system including the optical switch device shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical switch device, 2a-2f ... Input / output optical fiber (input / output port), 3 ... Array lens, 4 ... Diffraction grating (optical demultiplexing element), 5 ... Lens, 6 ... Optical switch array (switch means), 7, 7a to 7d ... movable mirror (optical component), 8 ... substrate (base), 11 ... cantilever, 12 ... annular support, 13 ... hinge, 14 ... comb tooth, 15a, 15b ... electrode (first) Electrode, first driving means), 16 ... Electrode (second electrode, second driving means), 17 ... Voltage source (first voltage source, first driving means), 18 ... Voltage source (second voltage source, second Drive means), 20... Optical ADM (optical transmission system).

Claims (6)

光信号を入出力する複数の入出力ポートと、前記入出力ポートの入出力光路を切り替えるスイッチ手段とを備えた光スイッチデバイスにおいて、
前記スイッチ手段は、
前記複数の入出力ポートのうち何れかの入出力ポートより入力された光信号を他の入出力ポートに向けて反射させる光部品と、
前記入出力ポートの入出力光路を切り替えるように前記光部品を駆動する第1駆動手段と、
光信号を前記入出力ポートに向かう方向に反射させる位置と光信号を前記入出力ポートに向かう方向からずれた方向に反射させる位置との間を移動するように前記光部品を駆動する第2駆動手段とを有し、
前記光部品は、基体に支持された片持ち梁に傾動自在に設けられ、
前記第1駆動手段は、前記光部品を前記片持ち梁に対して傾動させる手段であり、
前記第2駆動手段は、前記光部品の傾動方向とは異なる方向に前記光部品を動かす手段であることを特徴とする光スイッチデバイス。
In an optical switch device comprising a plurality of input / output ports for inputting / outputting optical signals, and switch means for switching input / output optical paths of the input / output ports,
The switch means includes
An optical component that reflects an optical signal input from any of the plurality of input / output ports toward another input / output port; and
First driving means for driving the optical component so as to switch an input / output optical path of the input / output port;
Second drive for driving the optical component to move between a position where the optical signal is reflected in the direction toward the input / output port and a position where the optical signal is reflected in a direction shifted from the direction toward the input / output port. It possesses the means,
The optical component is provided so as to be tiltable on a cantilever beam supported by a base,
The first driving means is means for tilting the optical component with respect to the cantilever,
The optical switch device, wherein the second driving means is means for moving the optical component in a direction different from a tilting direction of the optical component .
前記入出力ポートより入力された波長多重光信号を波長毎に分波させる光分波素子を更に備え、
前記スイッチ手段は、前記波長毎に分波された各信号光に対応して前記光部品を複数有していることを特徴とする請求項1記載の光スイッチデバイス。
An optical demultiplexing element for demultiplexing the wavelength multiplexed optical signal input from the input / output port for each wavelength;
2. The optical switch device according to claim 1, wherein the switch means includes a plurality of the optical components corresponding to each signal light demultiplexed for each wavelength.
前記第1駆動手段は、前記基体に設けられた第1電極と、前記第1電極に電圧を供給する第1電圧源とを有し、
前記第2駆動手段は、前記基体に設けられた第2電極と、前記第2電極に電圧を供給する第2電圧源とを有することを特徴とする請求項1又は2記載の光スイッチデバイス。
The first driving means includes a first electrode provided on the base, and a first voltage source for supplying a voltage to the first electrode,
3. The optical switch device according to claim 1, wherein the second driving unit includes a second electrode provided on the base and a second voltage source that supplies a voltage to the second electrode.
前記入出力ポートの入出力光路の切り替え時間が10ms以下であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項記載の光スイッチデバイス。The optical switch device according to any one of claims 1 to 3 , wherein a switching time of the input / output optical path of the input / output port is 10 ms or less. 前記入出力ポートの入出力光路を切り替える時に、前記他の入出力ポートへのクロストークが−25dB以下であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項記載の光スイッチデバイス。Wherein when switching the input and output optical path of the input and output ports, the other optical switch device of any one of claims 1-3, characterized in that the crosstalk is less than -25dB of the input and output ports. 請求項1〜のいずれか一項記載の光スイッチデバイスを備えたことを特徴とする光伝送システム。An optical transmission system comprising the optical switch device according to any one of claims 1 to 5 .
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