JP4105842B2

JP4105842B2 - 光スイッチ

Info

Publication number: JP4105842B2
Application number: JP2000221066A
Authority: JP
Inventors: 亮吉馬場; 正喜江刺
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2000-07-17
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2020-07-17
Also published as: JP2002031767A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信技術の高度化に伴い、光部品の送受信部の高速化が進められている。この高速化に伴い、信号の送信先を高速に切り換える光スイッチの開発も盛んに行われている。現在、インターフェイスの速度領域が１０Ｇｂｐｓ以上に入り、光スイッチは、複数のルーターやスイッチと伝送装置とをメッシュ状に接続するための「光クロスコネクト」や、リング状の光ファイバから特定波長の光信号を取り出したり挿入したりするための「ＡＤＭ（ａｄｄ−ｄｒｏｐｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）」に向けての開発が中心となっている。また、高速化と共に設置場所の制約等から小型高密度なスイッチで、かつ、低価格であることも要求されている。
【０００３】
この光スイッチは、様々な方式が提案されている。
【０００４】
図４は従来の光スイッチからアクチュエータを除去した状態を示す外観斜視図である。図５（ａ）、（ｂ）は図４に示した光スイッチの動作説明図である。
【０００５】
図４及び図５（ａ）、（ｂ）に示す光スイッチ１は、基板２と、基板２上に載置され固定側光ファイバ３、４にそれぞれ接続された２つの導波路５、６を有する導波路ブロック７と、基板８上に一部が固定され先端部が自由端である１本の移動側光ファイバ９と、移動側光ファイバ９の先端部に取付けられた駆動ブロック１０と、移動側光ファイバ９のコア９ａが導波路５、６のコアに対向するように保持すると共に基板２、８の幅方向（矢印１１方向）に移動可能に案内するガイドピン１２、１３と、駆動ブロック１０上に設けられたヨーク１４と、ヨーク１４に対向するように設けられた略Ｅ字形状のヨーク１５と、ヨーク１５の中央部に設けられた永久磁石１６と、ヨーク１５の両側部に設けられたソレノイド１７、１８とで構成された１×２の光スイッチである。
【０００６】
この光スイッチ１が動作すると、図５（ａ）に示すように永久磁石１６の磁束Ｂ１が図の左側のヨーク１５から駆動ブロック１０のヨーク１４を通るループを形成し、駆動ブロック１０が磁力により左側に吸引される。この状態から左側のソレノイド１７に磁束Ｂ１を打ち消すように逆方向の磁束Ｂ２が形成されるように電流を流すことにより、左側のヨーク１５での磁力が略キャンセルされる。
【０００７】
次に図５（ｂ）に示すように、右側のソレノイドコイル１８に永久磁石１６から駆動ブロック１０へとかかる方向の磁束Ｂ３と同方向の磁束Ｂ４を加えると、永久磁石１６の磁束が強められ、磁力により駆動ブロック１０が右側に吸引される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、光スイッチには小型高密度で多入力多出力（Ｎ×Ｍ）な低価格なものが要求されている。また、任意の入出力線が他の接続状態に依存せずに接続できる非閉塞型のスイッチが好ましいとされている。上述した従来の光スイッチを複数用いて、例えば第一の光スイッチの出力ポートを第二の光スイッチの入力ポートに接続し、第二の出力ポートを第三の光スイッチの入力ポートに接続し、以下順次接続するようなカスケード接続を行えば多入力多出力化することはできるが、この場合には接続部が多くなるため接続損失が大きくなり、かつ、構成要素が増えるため、構成寸法も大きくなり、価格も高価になるという問題がある。また、構造上、任意の入出力線が他の接続状態に依存する閉塞型の光スイッチであるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、非閉塞型で多入力多出力化でき、小型集積化できる光スイッチを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光スイッチは、基板と、基板上に形成された小型ミラーと、マイクロマシニング技術により小型ミラーの対向する縁部に一対の軸状支持部が残るように小型ミラーの周囲に形成された貫通孔と、小型ミラーに光を入射させる入力光ファイバと、小型ミラーを軸状支持部を中心として回動させることにより反射光路を変える駆動手段と、駆動手段により光路の切り換えられた光を出力する出力光ファイバと、小型ミラーの近傍に配置され複数の凹部が形成された櫛型のラッチと、ラッチを移動させて凹部が小型ミラーに嵌合することにより、小型ミラーを所定の角度位置に保持するアクチュエータとを備えたものである。
【００１１】
上記構成に加え本発明の光スイッチは、小型ミラー、軸状支持部及び駆動手段が複数個形成され、互いに対向するように配置された一対の基板と、基板の近傍に配置された複数の入出力光ファイバとを有してもよい。
【００１２】
上記構成に加え本発明の光スイッチの駆動手段は、小型ミラーの外周部に設けられ電流が流れると発生する力で小型ミラーを回動させるコイルと、小型ミラーの近傍に配置され上記コイルに磁場を与える磁石とで構成されているのが好ましい。
【００１４】
上記構成に加え本発明の光スイッチのアクチュエータは、小型ミラーに嵌合可能な凹部が形成されたラッチ状のバイメタルと、バイメタルを加熱するヒータとで構成されているのが好ましい。
【００１５】
本発明によれば、マイクロマシニング技術で小型ミラーと軸状支持部と基板とを一体化することにより、非閉塞型で小型集積化された光スイッチが得られる。すなわち、小型ミラーを駆動手段で回動させる際に軸状支持部がトーションバーとして機能するので、駆動手段の回動力とトーションバーの捩じれ力とのバランスを取って小型ミラーの角度を制御することにより光信号を切り換えることができる。この結果、従来のようなヨーク、ソレノイド、ガイドピン等が不要となり、非閉塞型で小型集積化することができる。また、ラッチにより小型ミラーの角度を保持することができるので、切り換え光路の安定性が向上する。さらに、小型ミラー、軸状支持部及び駆動手段が複数個形成された一対の基板を互いに対向するように配置し、両基板の近傍に複数の入出力光ファイバを配置することにより非閉塞型の多入力多出力の光スイッチを実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１（ａ）は本発明の光スイッチの一実施の形態を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。但し、図１（ｂ）では入出力光ファイバはコアのみ示されている。
【００１８】
複数（図では４つであるが限定されない。）の小型ミラー２０と、マイクロマシニングの微細加工技術により各小型ミラー２０の対向する縁部（図１（ｂ）では上下）に一対の軸状支持部２１、２２がそれぞれ残るように各小型ミラー２０の外周部に形成されたコの字形状の貫通孔２３、２４とが形成されたＳｉ基板からなるミラーベース２５と、ミラーベース２５と同様な小型ミラー２６と、軸状支持部２７、２８と、貫通孔とが形成されたＳｉ基板からなるミラーベース３１とが平行、かつ小型ミラー２０、２６同士が対向するようにＳｉ基板３２上に垂直に取付けられている。
【００１９】
各小型ミラー２０、２６の外周部には微細コイル３３がそれぞれ設けられている。これら２列に配列されたミラーベース２５、３１の両側に、４心のファイバブロックにマイクロレンズアレイをそれぞれ接着した光入力ポート３４と光出力ポート３５とが、平行、かつ、小型ミラー２０、２６に対して斜めになるように配置されアライメントされている。
【００２０】
さらに、Ｓｉ基板３２上には小型ミラー２０、２６の列と平行な磁場がかかるように複数（図では２個であるが限定されない。）の永久磁石３６、３７が配置されている。これら微細コイル３３と、永久磁石３６、３７とで駆動手段が構成されている。
【００２１】
小型ミラー２０、２６を自己保持するためのラッチ３８、３９が小型ミラー２０、２６とＳｉ基板３２との間に配置されている。
【００２２】
なお、４０、４１はミラーベース２５、３１をＳｉ基板３２上に保持する止め具である。
【００２３】
このような光スイッチ４２のスイッチングは、光入力ポート３４からの光を、小型ミラー２０の角度を調整することにより対向する側の小型ミラー２６のいずれかに反射させ光出力ポート３５へ平行に結合させることで行う（このときのスイッチ光路は矢印Ｌ１線である。）。
【００２４】
光入出力ポート３４、３５と小型ミラー２０、２６との位置関係は、光入力ポート３４の光軸延長線上にそれぞれ小型ミラー２０の回動中心軸（軸状支持部２１、２２を通る中心線）が存在し、小型ミラー２０と対向して平行に配列された側の小型ミラー２６の回動中心軸（軸状支持部２７、２８を通る中心線）も光出力ポート３５の光軸延長線上に存在するようになっている。また、光入力ポート３４からの光信号を受けた小型ミラー２０と、その小型ミラー２０からの反射光を受ける小型ミラー２６は常に平行な角度を保つようになっている。
【００２５】
図２は図１に示した光スイッチの動作原理の説明図である。
【００２６】
図２に示す小型ミラー２０は、ミラーベース２５に二つの軸状支持部（トーションバー）２１、２２で支持されている。ミラー面には金が蒸着されている。小型ミラー２０の外周部に形成された微細コイル３３は、磁束密度Ｂの磁界中において、微細コイル３３に電流ｉを流すことにより力ｄＦ（ｄＦ＝ｉ［ｄｌ，Ｂ］、但し、ｄｌは微細コイル３３の磁界と垂直な部分の長さとする。）が生じて矢印４３方向に回動してトーションバー２１、２２が捩じれるが、トーションバー２１、２２に発生する捩じれを戻す力との釣り合いで小型ミラー２０の角度制御が行われる。小型ミラー２０の微細コイル３３が形成する平面と磁場とが平行のときに力ｄＦが最大となるので、ミラーベース２５は磁場と平行な関係にあるのが好ましい。なお、Ｌ２は入力光を示す。
【００２７】
図３は図１に示した光スイッチの保持機能についての説明図である。
【００２８】
先端（図では上端）に複数の矩形状の凹部４４を有するラッチ部にはバイメタル４５と、バイメタル４５に取付けられたヒータ４６とでラッチ３８のアクチュエータ４７が構成されている。
【００２９】
このアクチュエータ４７のヒータ４６に通電してバイメタル４５を加熱することにより、バイメタル４５が変形してラッチ部を矢印４８方向（小型ミラー２０側）に上げ、小型ミラー２０に凹部４４を嵌合させることで小型ミラー２０を固定保持することができる。ヒータ４６の通電加熱を停止することにより、バイメタル４５は元の形状に戻り、凹部４４が矢印４９方向に小型ミラー２０からはずれて固定保持状態が解除される。
【００３０】
ここで、４×４の閉塞型光スイッチを試作したところ、小型ミラーの角度を制御することで光線路の切り換えができることを確認した。
【００３１】
なお、本実施の形態では小型ミラーが矩形の場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、円形、楕円形、多角形であってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００３３】
非閉塞型で多入力多出力化でき、小型集積化できる光スイッチの提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の光スイッチの一実施の形態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１に示した光スイッチの動作原理の説明図である。
【図３】図１に示した光スイッチの保持機能についての説明図である。
【図４】従来の光スイッチからアクチュエータを除去した状態を示す外観斜視図であるる。
【図５】（ａ）、（ｂ）は図４に示した光スイッチの動作説明図である。
【符号の説明】
２０、２６小型ミラー
２１、２２軸状支持部（トーションバー）
２５、３１、ミラーベース（基板）
３２Ｓｉ基板
３３微細コイル
３４光入力ポート
３５光出力ポート
３６、３７永久磁石
３８、３９ラッチ

Claims

基板と、該基板上に形成された小型ミラーと、マイクロマシニング技術により上記小型ミラーの対向する縁部に一対の軸状支持部が残るように上記小型ミラーの周囲に形成された貫通孔と、上記小型ミラーに光を入射させる入力光ファイバと、上記小型ミラーを上記軸状支持部を中心として回動させることにより反射光路を変える駆動手段と、該駆動手段により光路の切り換えられた光を出力する出力光ファイバと、上記小型ミラーの近傍に配置され複数の凹部が形成された櫛型のラッチと、該ラッチを移動させて上記凹部が上記小型ミラーに嵌合することにより、上記小型ミラーを所定の角度位置に保持するアクチュエータとを備えたことを特徴とする光スイッチ。
上記小型ミラー、上記軸状支持部及び上記駆動手段が複数個形成され、互いに対向するように配置された一対の基板と、該基板の近傍に配置された複数の入出力光ファイバとを有する請求項１に記載の光スイッチ。
上記駆動手段は、上記小型ミラーの外周部に設けられ電流が流れると発生する力で上記小型ミラーを回動させるコイルと、上記小型ミラーの近傍に配置され上記コイルに磁場を与える磁石とで構成されている請求項１または２に記載の光スイッチ。
上記アクチュエータは、上記小型ミラーに嵌合可能な凹部が形成されたラッチ状のバイメタルと、該バイメタルを加熱するヒータとで構成されている請求項１から３のいずれかに記載の光スイッチ。