JP6943370B2 - High-speed multi-core batch optical switch system - Google Patents
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Description
本発明は,光通信技術に関し,より詳しく説明すると,本発明はマルチコアファイバからの光を一括でスイッチできるシステムに関する。 The present invention relates to an optical communication technique, and more specifically, the present invention relates to a system capable of collectively switching light from a multi-core fiber.
コア分離素子,集光光学系及びマイクロミラー光スイッチ素子から構成される7コア光ファイバに対応した1入力2出力ポートを持つマルチコア一括光スイッチが提案されている。このスイッチ装置は,マルチコア光ファイバに接続されたコア分離素子を用いて,マルチコア光ファイバの各コアの光信号を光ビームとして同方向の空間に放出し,集光光学系によって全コアの光ビームを束ねてマイクロミラー光スイッチ素子に集光し,ミラー確度を制御して全コアの光ビームの進行方向を一括で変えることで,経路切り替えを行う。 A multi-core batch optical switch having 1 input and 2 output ports corresponding to a 7-core optical fiber composed of a core separation element, a condensing optical system, and a micromirror optical switch element has been proposed. This switch device uses a core separation element connected to a multi-core optical fiber to emit the optical signal of each core of the multi-core optical fiber into the space in the same direction as an optical beam, and the optical beam of all cores is emitted by the condensing optical system. Are bundled and focused on a micromirror optical switch element, and the path is switched by controlling the mirror accuracy and changing the traveling direction of the optical beams of all cores at once.
上記のスイッチ装置は,マイクロミラー光スイッチ素子が用いられている。マイクロミラー光スイッチ素子は,機械的に駆動する必要がある。このため,上記のスイッチ装置は,高速な経路切り替えが実現できないという問題がある。 A micromirror optical switch element is used in the above switch device. The micromirror optical switch element needs to be driven mechanically. Therefore, the above-mentioned switch device has a problem that high-speed route switching cannot be realized.
そこで,機械的に駆動する必要がなく,高速に制御できる高速な経路切り替えを実現できるスイッチシステムが望まれる。 Therefore, a switch system that does not need to be driven mechanically and can realize high-speed route switching that can be controlled at high speed is desired.
本発明は,基本的には,機械的に駆動する必要がない空間光変調素子と,光ビームの主光線を光軸に平行にできるテレセントリック光学系を含む。空間光変調素子は,電圧や圧力といった外力を素子に加えることにより屈折率や透過率などの物性を高速に変化させ,素子全体に回折格子を形成させることで複数の光ビームを回折させ,素子を通過する全てのビーム束の進行方向を一括して高速制御する。光軸を平行にして,素子への入射角度を揃えることができるテレセントリック光学系を用いることで,マルチコア光ファイバの全コアの光ビームの光軸が平行に揃い,空間光変調素子への入射角度の差異が制御され,これにより全コアの光ビームの回析光強度や回折角度が一定となるので,高速動作可能な空間光変調素子をマルチコア一括光スイッチの要素として用いることができることとなる。 The present invention basically includes a spatial light modulation element that does not need to be mechanically driven, and a telecentric optical system capable of making the main ray of an optical beam parallel to the optical axis. A spatial light modulation element changes physical characteristics such as refractive index and transmittance at high speed by applying an external force such as voltage or pressure to the element, and diffracts a plurality of light beams by forming a diffraction grating in the entire element. High-speed control is performed collectively for the traveling direction of all beam bundles passing through. By using a telecentric optical system that can align the incident angles to the elements by making the optical axes parallel, the optical axes of the optical beams of all cores of the multi-core optical fiber are aligned in parallel, and the incident angles to the spatial optical modulation element. Since the difference between the above is controlled and the diffracted light intensity and the diffraction angle of the light beams of all cores become constant, a spatial optical modulation element capable of high-speed operation can be used as an element of a multi-core batch optical switch.
本発明は,光スイッチシステムに関する。この光スイッチシステムは,
マルチコアファイバ3と,
マルチコアファイバ3の複数のコアから出射したビーム束を一括して複数のマルチコアファイバのいずれかへスイッチングするための空間光変調素子5と,
空間光変調素子5を制御するための制御部7と,を有する。
The present invention relates to an optical switch system. This optical switch system
Spatial
It has a
空間光変調素子5は,音波により高速に偏向作用する音響光学素子であることが好ましい。
The spatial
この光スイッチシステムは,マルチコアファイバ3の複数のコアから出射したビーム束を空間光変調素子5へ伝達するための第1の光学系9を更に有するものが好ましい。
第1の光学系9は,例えば,
マルチコアファイバ3の複数のコアから出射して発散する光ビームをコリメートビームとするためのコリメートレンズ11と,
コリメートレンズ11から出射した複数のコリメートビームを,空間光変調素子5へ入射できるようにビーム径を小さくするための集光レンズ13とを有する。
This optical switch system preferably further includes a first
The first
A
It has a condensing lens 13 for reducing the beam diameter so that a plurality of collimated beams emitted from the collimating
この光スイッチシステムは,マルチコアファイバ3の複数のコアから出射したビーム束を空間光変調素子5へ伝達するための第1の光学系9を更に有するものが好ましい。
第1の光学系9は,例えば,
マルチコアファイバ3の複数のコアから出射して発散する光ビームをコリメートビームとするためのコリメートレンズ11と,
コリメートレンズから出射した複数のコリメートビームが,空間光変調素子5へ入射できるように,ビーム間隔を狭めるようにコリメートレンズ11よりも焦点距離が短い集光レンズ13とを有する。
This optical switch system preferably further includes a first
The first
A
It has a condenser lens 13 having a focal length shorter than that of the
次に本発明は,光スイッチ方法を提供する。
マルチコアファイバ3の複数のコアから出射した光ビームを,コリメートレンズ11及び集光レンズ13を用いて調整し,所望の角度をもって空間光変調素子5に入射するように調整する。空間光変調素子5全体を一括して制御することで,空間光変調素子5に入射した複数の光ビームが空間光変調素子5から出射される方向を制御する。そして,制御された方向へ進行した複数の光ビームのそれぞれは,選択されたマルチコアファイバのそれぞれのコアへと進行する。
Next, the present invention provides an optical switch method.
The light beams emitted from the plurality of cores of the
本発明は,機械的に駆動する必要がなく,高速な経路切り替えを実現できるスイッチシステムを提供できる。 The present invention can provide a switch system that does not need to be driven mechanically and can realize high-speed path switching.
以下,図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は,以下に説明する形態に限定されるものではなく,以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the forms described below, but also includes those which are appropriately modified by those skilled in the art from the following forms to the extent obvious to those skilled in the art.
図1は,本発明の光スイッチシステムを説明するための概念図である。図1に示されるように,この光スイッチシステムは,マルチコアファイバ3(第1のマルチコアファイバ),空間光変調素子5及び制御部7を有する。空間光変調素子5は,マルチコアファイバ3の複数のコアから出射したビーム束を一括して複数のマルチコアファイバ23,25のいずれかへスイッチングするための素子である。制御部7は,空間光変調素子5を制御するための制御部7と,を有する。
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the optical switch system of the present invention. As shown in FIG. 1, this optical switch system includes a multi-core fiber 3 (first multi-core fiber), a spatial
マルチコアファイバ3は,マルチコア光ファイバともよばれ,1つのファイバ内に複数のコアを有する光ファイバである。コアの数の例は7,12,19,32,及び39である。空間光変調素子5は,電圧や圧力といった外力を与えると,屈折率や物性が変化する素子を意味する。制御部7が空間光変調素子5を制御することにより(例えば,位相変調を行う,屈折率を変化することにより),空間光変調素子5から出力されるビーム束の進行方向が一括して変化する。このため,マルチコアファイバ3の複数のコアから出射したビーム束を一括して複数のマルチコアファイバのいずれかへスイッチングできる。
The
空間光変調素子5は,音響光学素子であることが好ましい。音響光学素子を用いることで,一つの制御信号で複数の光ビームを一括して制御することとなる。電気的な制御信号を制御部7から音響光学素子に与えると,素子全体に形成される回折格子の格子幅が変化し,偏向角が変化することとなる。具体例としては,0V〜3.3Vの電気的な制御信号を10マイクロ秒周期で切り替えて印可することができる。このようにして,ビーム束の進行方向が一括して変化することとなる。制御部7は,与える電気信号とビーム束の進行方向の変化をあらかじめ記憶しておき,入力情報に基づいて,空間光変調素子5に印加する信号を変化させればよい。このようにすれば,制御部7からの制御信号を変化させることで,ビーム束を目的とするマルチコアファイバ23,25へと導くことができる。音響光学素子の例は,音響光学可変フィルタ(AOTF),音響光学変調器(AOM),音響光学偏向器(AOD),音響光学ビームスプリッタ(AOBS),および音響光学ビームマネージャ(AOBM)である。
音響光学素子の基本構造は,水晶および水晶に装着されたトランスデューサが含まれる。トランスデューサは,典型的には30Mhz〜800Mhzの無線周波数範囲における電子信号を受信するように構成される。トランスデューサは、電子信号に従って物理的に収縮および拡張することによって、電子信号を音響信号に変換する。水晶は、音響信号に従って物理的に発振し,したがって特定の波長の光を選択的に偏向する光回折格子の光学的等価物を形成する。特にAOTFにおいて,水晶の特性は,各音響波長が,特定の光波長だけ,または特に例えば約3nmの狭い光波長帯域幅を偏向することに帰着する。一方でそれぞれの音響周波数に正確に相関する波長だけが100パーセント偏向されるのに対して,狭い3nm帯域内の隣接波長がより低い割合、例えば50パーセントだけ偏向される。このような性質を利用し,所定の制御信号を音響光学素子に与えると,放出されるビーム束の進行方向を変化させることができる。但しこの場合の水晶とは音響光学素子に使用できる典型的な素材を指しており,これに限定するものではない。
The spatial
The basic structure of the acoustic optics includes a crystal and a transducer mounted on the crystal. Transducers are typically configured to receive electronic signals in the radio frequency range of 30Mhz to 800Mhz. Transducers convert electronic signals into acoustic signals by physically contracting and expanding according to the electronic signal. Quartz forms an optical equivalent of an optical diffraction grating that physically oscillates according to an acoustic signal and thus selectively deflects light of a particular wavelength. Especially in AOTF, the properties of quartz result in each acoustic wavelength deflecting only a particular light wavelength, or particularly a narrow light wavelength bandwidth of, for example, about 3 nm. On the other hand, only wavelengths that exactly correlate with each acoustic frequency are 100 percent deflected, while adjacent wavelengths within the narrow 3 nm band are deflected by a lower percentage, for example 50 percent. By utilizing such a property and giving a predetermined control signal to the acoustic optical element, the traveling direction of the emitted beam bundle can be changed. However, the crystal in this case refers to a typical material that can be used for an acoustic optical element, and is not limited to this.
この光スイッチシステムは,マルチコアファイバ3の複数のコアから出射したビーム束を空間光変調素子5へ伝達するための第1の光学系9を更に有するものが好ましい。
第1の光学系9は,例えば,前側テレセントリック光学系を構成する。これは,通常,マルチコアファイバ3の複数のコアから出射したビーム束のビーム幅を狭くし,空間光変調素子5へと伝えるためのものである。
This optical switch system preferably further includes a first
The first
第1の光学系9のひとつの例は,第1のコリメートレンズ11と第1の集光レンズ15とを含むものである。コリメートレンズ11は,マルチコアファイバ3の複数のコアから出射する(出射して発散する)光ビームをコリメートビームとするための光学素子である。
集光レンズ15は,コリメートレンズ11から出射した複数のコリメートビームが,空間光変調素子5へ入射できるように複数のコリメートビームの束のビーム径を小さくする光学素子である。
One example of the first
The condenser lens 15 is an optical element that reduces the beam diameter of a bundle of the plurality of collimating beams so that the plurality of collimating beams emitted from the collimating
第1の光学系9の別の例は,第1のコリメートレンズ11と第1の集光レンズ15とを含むものである。コリメートレンズ11は、全てのコアからの出射ビームを含む全てのビーム光束の全体径が最小となるように集光レンズ15よりも焦点距離が短いものである。
Another example of the first
空間光変調素子から出力ファイバまでは,後側テレセントリック光学系21を構成すればよい。つまり,レンズ27,31と,コリメータ29,33とを有する光学系を用いて,それぞれのマルチコアファイバ23,25まで,ビーム束を導けばよい。コリメータから出力されたそれぞれの光ビームは,マルチコアファイバの対応するコアに到達するように設計されればよい。
The rear telecentric
空間光変調素子から出力ファイバまでの,後側テレセントリック光学系21は2経路の出力に限らず,1次回折光のみを取り出す1経路出力のONとOFFを切り替えるスイッチでも構わないし,2次回折光,3次回折光を取り出す複数経路切替スイッチでも構わない.
The rear telecentric
次に本発明は,光スイッチ方法を提供する。
第1のマルチコアファイバ3の複数のコアから出射した光ビームを,コリメートレンズ11及び集光レンズ15を用いて調整し,所望の角度をもって空間光変調素子5に入射するように調整する。制御部7が,空間光変調素子5全体を一括して制御することで,空間光変調素子5に入射した複数の光ビームが空間光変調素子5から出射される方向を制御する。すると,第1のマルチコアファイバ3の複数のコアから出射した光ビームが,所望するマルチコアファイバ23,25へと到達することとなる。そして,制御された方向へ進行した複数の光ビームのそれぞれは,選択されたマルチコアファイバのそれぞれのコアへと進行することとなる。
Next, the present invention provides an optical switch method.
The light beams emitted from the plurality of cores of the first
第1のマルチコアファイバ3の複数のコアから出射した光ビームは,コリメートレンズ11及び集光レンズ15が備わった光学系9によって、主光線と各コアからの光軸が平行となるテレセントリック光学系となっており、更に空間光変調素子5に対して空間光変調素子5が最大の回折効率が得られる角度および位置に配置されている。空間変調素子5が回折しない場合においては空間変調素子5を中心として両側テレセントリック光学系となるように集光レンズ27、コリメートレンズ29及びマルチコアファイバ23が配されており、空間変調素子5が回折した場合においては、同様に両側テレセントリック光学系となるように集光レンズ31、コリメートレンズ33及びマルチコアファイバ25が配されている。これらの配置と制御部7から発せられた制御信号による空間変調素子5の高速な偏向作用に応じて光スイッチとして動作することとなる。
The light beams emitted from the plurality of cores of the first
本発明は光情報通信の分野で利用されうる。 The present invention can be used in the field of optical information communication.
3 マルチコアファイバ
5 空間光変調素子
7 制御部
9 第1の光学系
11 コリメートレンズ
13 集光レンズ
3
Claims (5)
前記マルチコアファイバ(3)の複数のコアから出射したビーム束を一括して複数のマルチコアファイバのいずれかへスイッチングするための空間光変調素子(5)と,
前記空間光変調素子(5)を制御するための制御部(7)と,を有する,
光スイッチシステムであって,
前記マルチコアファイバ(3)の複数のコアから出射したビーム束を前記空間光変調素子(5)へ伝達するための第1の光学系(9)を更に有し,
第1の光学系(9)は,
前記マルチコアファイバ(3)の複数のコアから出射する前記ビーム束を一括してコリメートビームとするためのひとつのコリメートレンズ(11)と,
前記コリメートビームを,一括して前記空間光変調素子(5)へ入射できるようにするためのひとつの集光レンズ(13)と,を有する,
光スイッチシステム。 Multi-core fiber (3) and
A spatial light modulation element (5) for collectively switching beam bundles emitted from a plurality of cores of the multi-core fiber (3) to any one of the plurality of multi-core fibers.
It has a control unit (7) for controlling the spatial light modulation element (5).
An optical switch system,
Further having a first optical system (9) for transmitting beam bundles emitted from a plurality of cores of the multi-core fiber (3) to the spatial light modulation element (5).
The first optical system (9) is
A collimating lens (11) for collectively forming the beam bundles emitted from the plurality of cores of the multi-core fiber (3) into a collimating beam.
It has one condenser lens (13) for allowing the collimated beam to be collectively incident on the spatial light modulation element (5).
Optical switch system .
前記空間光変調素子(5)は,音響光学素子である,光スイッチシステム。 The optical switch system according to claim 1.
The spatial light modulation element (5) is an optical switch system which is an acoustic optical element.
前記集光レンズ(13)は,
前記コリメートレンズ(11)から出射したコリメートビームを,前記空間光変調素子(5)へ入射できるようにビーム径を小さくする,
光スイッチシステム。 The optical switch system according to claim 1.
The condenser lens (13)
The beam diameter is reduced so that the collimated beam emitted from the collimating lens (11) can be incident on the spatial light modulation element (5).
Optical switch system.
前記集光レンズ(13)は,
前記コリメートレンズから出射したコリメートビームのビーム間隔を狭めるように,前記コリメートレンズ(11)よりも焦点距離が短い,
光スイッチシステム。 The optical switch system according to claim 1.
The condenser lens (13)
So as to narrow the beam spacing of the collimated beam emitted from the collimating lens, is shorter focal length than the collimating lens (11),
Optical switch system.
前記コリメートレンズ(11)が,前記マルチコアファイバ(3)の複数のコアから出射するビーム束を一括してコリメートビームとする工程と,
前記集光レンズ(13)が,前記コリメートビームを,一括して前記空間光変調素子(5)へ入射できるようにする工程とを含む工程と,
前記空間光変調素子(5)を一括して制御することで,前記空間光変調素子(5)に入射した前記コリメートビームが前記空間光変調素子(5)から出射される方向を制御し,前記マルチコアファイバ(3)の複数のコアから出射したビーム束を一括して複数のマルチコアファイバのいずれかへスイッチングする工程と,を含む光スイッチ方法。 This is a step of adjusting the beam bundles emitted from the plurality of cores of the multi-core fiber (3) so as to be incident on the spatial light modulation element (5) by using the collimating lens (11) and the condenser lens (13). ,
A step in which the collimating lens (11) collectively forms a collimating beam from beam bundles emitted from a plurality of cores of the multi-core fiber (3).
A step including a step of allowing the condenser lens (13) to collectively incident the collimating beam on the spatial light modulation element (5), and a step of enabling the collimating beam to be incidentally incident on the spatial light modulation element (5).
By collectively controlling the spatial light modulation element (5), the direction in which the collimated beam incident on the spatial light modulation element (5) is emitted from the spatial light modulation element (5) can be controlled . An optical switching method including a step of collectively switching beam bundles emitted from a plurality of cores of a multi-core fiber (3) to one of a plurality of multi-core fibers.
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