JPH05130038A - 大規模マトリクス光スイツチ - Google Patents

大規模マトリクス光スイツチ

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JPH05130038A
JPH05130038A JP3320933A JP32093391A JPH05130038A JP H05130038 A JPH05130038 A JP H05130038A JP 3320933 A JP3320933 A JP 3320933A JP 32093391 A JP32093391 A JP 32093391A JP H05130038 A JPH05130038 A JP H05130038A
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JP
Japan
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substrate
optical switch
switch
optical
matrix optical
Prior art date
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Pending
Application number
JP3320933A
Other languages
English (en)
Inventor
Masamichi Okamura
正通 岡村
Shigeto Koda
成人 幸田
Tadashi Serikawa
正 芹川
Seiichi Shirai
誠一 白井
Noriyoshi Yamauchi
規義 山内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Micromachines (AREA)
  • Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 挿入損失が小さく、且つ著しく小型にでき
る大規模マトリクス光スイッチを提供すること。 【構成】 複数の入力光路と複数の出力光路の交差す
る差点の各々に可動反射装置を設け、所定の差点の可動
反射装置を入力光路中に挿入することにより、該差点の
入力光路と出力光路を接続する構成であり、且つ前記可
動反射装置が同一基板上に形成され、その可動反射装置
が前記基板又は別基板上のアクチュエータ及び電子回路
によって移動制御されるようにした基本マトリクス光ス
イッチを構成する。この基本マトリクス光スイッチを多
段にリンク接続して、大規模マトリクス光スイッチを構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光情報処理の
分野において、複数の光信号端子間の回線切り替えを行
う大規模マトリクス光スイッチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】サービス統合デジタル通信網の実現のた
めに、加入者回線に光ファイバを使用する光通信網の構
築が進められようとしている。この光通信網の構築に
は、数百から数万におよぶ大規模な光の入出力線の接続
を、光信号を電気に変換せずに光のままで接続する光交
換機の実現が不可欠であり、その技術が盛んに研究され
ている。
【0003】従来の電気信号による通信網においては、
空間分割形のマトリクススイッチ網の構成法として、小
規模なマトリクススイッチを多段にリンク接続する構成
がとられている。図5は、電子通信ハンドブック 85
5ページに記載されている2段のリンク接続網である。
これは、入線数n、出線数sの小規模な基本マトリクス
スイッチ41をk個配して第1段Aとし、これと、入線
数k、出線数mの基本マトリクススイッチ42をs個配
した第2段Bとの間を、それぞれリンクで交差接続して
構成するもので、これによれば、N(=nk)本の入線
群とM(=ms)本の出線群の間を接続できる。さらに
多段にすることで、大規模なスイッチ回路網を構成でき
る。このような構成では、個々のスイッチが低損失、低
クロストークであることが要求される。
【0004】一方、光通信における光スイッチとして
は、材料の電気光学効果を用いたスイッチと、プリズム
又は光ファイバを機械的に移動させるメカニカルスイッ
チが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前者は、現在のとこ
ろ、LiNb23 や石英の光導波路の屈折率を電気的
に制御して光路を切り替える2入力/2出力スイッチ
(2×2スイッチ)の開発が最も進んでいる。しかしな
がら、これらのスイッチを同一基板上にマトリクス形成
したマトリクス光スイッチでは、スイッチ規模が高々8
×8スイッチ程度としても、挿入損失は20dB以上で
あった。また、後者については光ファイバの移動やミラ
ー或はプリズムの移動・回転を用いて、1×2スイッ
チ、2×2スイッチが開発されている。しかしながら、
これらのスイッチの場合、個々のスイッチの寸法が、ミ
ラーやプリズム、或はそれらを駆動するソレノイドの寸
法に制限されて小型化が困難で、2×2スイッチの小さ
いものでも、数cm角以上の大きさがあった。
【0006】このように、従来の光スイッチのうち、電
気光学効果を用いるものは挿入損失が大きいため、2段
以上の接続は困難であり、多段にリンク接続して大規模
マトリクススイッチを構成するのは不可能であった。ま
た、メカニカルに光路を切り替えるものは、基本スイッ
チの寸法が大きく、多段にリンク接続して大規模マトリ
クスを構成することは装置の大きさが実用的な大きさを
逸脱するため困難であった。
【0007】本発明の目的は、挿入損失が小さく、且つ
著しく小型にできる大規模マトリクス光スイッチを提供
することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、小規模なマトリクス光スイッチを基本マト
リクス光スイッチとし、該基本マトリクス光スイッチを
多段にリンク接続したものである。
【0009】その基本マトリクス光スイッチは、複数の
入力光路と複数の出力光路とを互いに交差し、該複数の
入力光路と該複数の出力光路の差点の各々に可動反射装
置を設け、所定の差点の該可動反射装置を入力光路中に
移動挿入することにより、該差点を通る入力光路を該差
点を通る出力光路に接続する構成でなり、前記可動反射
装置の各々が、同一基板上に形成され、且つ前記可動反
射装置の移動が前記基板上に一体形成されたアクチュエ
ータ及び電子回路によって制御されるようにした。
【0010】又はその基本マトリクス光スイッチは、前
記入力光路、前記出力光路、前記差点が形成され、前記
可動反射装置を搭載した第1の基板と、前記可動反射装
置を駆動するアクチュエータを制御するための電子回路
を搭載した第2の基板とを貼り合わたもので、且つ前記
アクチュエータを、前記第1の基板或は前記第2の基板
に搭載し、又は前記第1の基板と前記第2の基板の貼り
合わせにより構成したものである。
【0011】
【作用】本発明では、基本マトリクス光スイッチにおけ
る入力光路と出力光路の接続が入力光路と出力光路の本
数に拘らず1差点での反射で行われるので、スイッチ規
模に拘らず低損失である。また、マイクロマシーニング
技術の利用によって、差点ピッチを200μmすること
が可能であり、可動反射装置やアクチュエータも大きさ
数10μm〜1mm程度とできるので、100×100
スイッチ程度の基本マトリクス光スイッチを2cm角の
基板上に形成することができ、従来のものに比べて著し
く小型化できる。この結果、低損失で著しく小型の基本
マトリクス光スイッチが製作できるので、それを多段に
接続した大規模マトリクス光スイッチを低損失で小型な
ものとして実現できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1はその一実施例の大規模マトリクス光スイッチの構成
を示す図である。ここでは、入力光路数n、出力光路数
sの第1の基本マトリクス光スイッチ31をk個積層し
たものを第1段Aとする。また、入力光路数k、出力光
路数mの第2の基本スイッチ32をs個積層したものを
第2段Bとする。
【0013】第1段Aの出力面に対して、第2段Bの入
力面を90度回転させて空間的に配置することで、第1
段Aと第2段Bとの間を直線的に結ぶ接続光ファイバ3
3の群によって、2段のリンク接続が構成され、N(=
nk)本の入力光ファイバ34の群とm(=ms)の出
力光ファイバ35の群との間を接続した大規模マトリク
ス光スイッチが構成できる。更に多段にすることで、よ
り大規模な光スイッチ回路網を構成できる。また、第1
段Aの出力光路のピッチと第2段Bの入力光路のピッチ
が合致するように構成すれば、接続光ファイバ33を用
いずに、第1段Aの出力面と第2段Bの入力面を接触さ
せることで、その両者を接続することも可能である。
【0014】図2は図1に示した大規模マトリクス光ス
イッチを構成する基本マトリクス光スイッチ31、又は
32の第1の具体例の詳細を示す斜視図である。スイッ
チ基板1には複数の入力光ガイド溝2(入力光路)と複
数の出力光ガイド溝3(出力光路)が形成され、そこに
は入力光ファイバ41 〜43 と出力光ファイバ51 〜5
3 がそれぞれレンズ6を介して光学的に接続されてい
る。入力光ガイド溝2と出力光ガイド溝3の各差点には
反射装置とその反射装置を移動させるアクチュエータが
形成されている。
【0015】反射装置としては可動ミラー7が、またこ
の可動ミラー7をスイッチ基板1の表面に平行に移動す
るアクチュエータとしてリニアアクチュエータ8及びこ
れを駆動するセル回路9が形成されている。可動ミラー
7のミラー面は、入力光ガイド溝2から入射した光が出
力光ガイド溝3の方向へ反射するような角度に設定され
ている。
【0016】光ビームが直進する場合、可動ミラー7は
ガイド溝2、3から外れた位置の収納溝10に格納れさ
ているが、所定の差点を示すアドレス信号11がインタ
ーフェース回路12を通して与えられると、その差点の
リニアアクチュエータ8が駆動され、可動ミラー7が差
点内に挿入される。その結果、入射光ビームはその差点
で反射し、光路が偏向される。
【0017】図2では入射光ファイバ41 からの光ビー
ムが差点aで反射して出力光ファイバ52 に接続され、
入射光ファイバ42からの光ビームが差点bで反射して
出力光ファイバ53 に接続される様子を示す。
【0018】マトリクス状に配置された各差点の選択に
は、通常のアドレスデコーダ回路を用いた。アドレス信
号11はインターフェース回路12からXアドレスデコ
ーダ回路13X、Yアドレスデコーダ回路13Yに分配
され、これによりXアドレス線14X、Yアドレス線1
4Yの内のそれぞれ1本が活性化され、セル回路9内の
選択回路15によって所定の差点が選択され、駆動回路
16によってリニアアクチュエータ8が駆動される(図
3参照)。
【0019】図2のスイッチ基板1は、シリコンウエハ
上にLSI技術と近年開発されたマイクロマシーニング
技術を用いて形成した。可動ミラー7やリニアアクチュ
エータ8の形成に必要な深い溝加工や垂直鏡面加工、或
は自由運動が可能な構造の形成には、シリコンの結晶異
方性エッチング、犠牲層エッチング、集束イオンビーム
エッチングを用いて実現することができた。また、選択
回路15及びアクチュエータ駆動回路16等の電子回路
は、LSI技術を用いて同一シリコン基板(スイッチ基
板1)上に一体形成した。アドレスデコーダ13X、1
3Yとインターフェース回路12もスイッチ基板1上に
一体形成されている。
【0020】上述の可動ミラー7を動かすためのリニア
アクチュエータ8の動作機構としては、静電誘導による
駆動、電磁誘導によるもの、超音波回転モータを用いる
もの、電歪、磁歪、光歪等によるもの、形状記憶合金薄
膜からなるカンチレバー、薄膜圧電バイモルフを用いた
カンチレバー等が挙げられる。
【0021】図4は図1に示した大規模マトリクス光ス
イッチを構成する基本マトリクス光スイッチ31、又は
32の第2の具体例の詳細を示す斜視図である。ここで
は、スイッチ基板1を第1の基板とし、別に第2の基板
20を使用する。この第2の基板20に、インターフェ
ース回路12、アドレスデコーダ13X、13Y、アド
レス線14X、14Y、セル回路9等を搭載し、スイッ
チ基板1には、リニアアクチュエータ8を搭載する構成
とした。他は、図2に示した基本マトリクス光スイッチ
と同様である。この基本マトリクス光スイッチでは、ス
イッチ基板1に対して第2の基板20を貼り合わせるこ
とにより一体化して構成される。なお、リニアアクチュ
エータ8は、スイッチ基板1にその一部を形成し、残り
を第2の基板20に構成して、両基板1、2を貼り合わ
せることより、構成されるようにしても良い。
【0022】以上の実施例は、可動ミラー7を平行移動
して入力光路、出力光路の差点に挿入する方式である
が、可動ミラー7を回転移動してその差点に挿入するこ
とも可能である。また、光ガイド溝2、3、光ファイ
バ、レンズについても、一構成例であり、本発明の必須
要件ではない。
【0023】
【発明の効果】以上から本発明によれば、微少なピッチ
で多数のアクチュエータやセル回路を一括してマトリク
ス状に配置できるので、小型の基本マトリクス光スイッ
チを形成することができる。例えば、マイクロマシーニ
ング技術の利用によって、差点ピッチを200μmする
ことが可能であり、可動反射装置やアクチュエータも大
きさ数10μm〜1mm程度とできるので、100×1
00スイッチ程度の基本マトリクス光スイッチを2cm
角の基板上に形成することができ、従来のものに比べて
著しく小型化できる。また、光路の選択はマトリクスの
規模によらず、1差点での反射によって行うので低損失
である。
【0024】このように、低損失で且つ著しく小型の基
本マトリクス光スイッチが製作できるため、それを多段
にリンク接続することにより、大規模なマトリクス光ス
イッチが実現できる。また、反射装置の微少化・軽量化
に伴い、移動距離・時間が短縮され、高速化、低消費電
力化が可能となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の大規模マトリクス光スイ
ッチの斜視図である。
【図2】 同実施例の大規模マトリクス光スイッチを構
成する基本マトリクス光スイッチの斜視図である。
【図3】 同基本マトリクス光スイッチのセル回路のブ
ロック図である。
【図4】 別の基本マトリクス光スイッチの分解斜視図
である。
【図5】 従来の電気信号を利用する通信網における2
段リンク接続スイッチ回路網の説明図である。
【符号の説明】
1:スイッチ基板(第1の基板)、2:入力光ガイド
溝、3:出力光ガイド溝、41 〜43 :入力光ファイ
バ、51 〜53 :入力光ファイバ、6:レンズ、7:可
動ミラー、8:リニアアクチュエータ、9:セル回路、
10:収納溝、11:アドレス信号、12:インターフ
ェース回路、13X、13Y:アドレスデコーダ回路、
14X、14Y:アドレス線、15:選択回路、16:
駆動回路、20:第2の基板、31、32:基本マトリ
クス光スイッチ、33:接続光ファイバ、34:入力光
ファイバ、35:出力光ファイバ、41、42:基本マ
トリクススイッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白井 誠一 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 山内 規義 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 小規模なマトリクス光スイッチを基本マ
    トリクス光スイッチとし、該基本マトリクス光スイッチ
    を多段にリンク接続した大規模マトリクス光スイッチで
    あって、 上記基本マトリクス光スイッチが、複数の入力光路と複
    数の出力光路とを互いに交差し、該複数の入力光路と該
    複数の出力光路の差点の各々に可動反射装置を設け、所
    定の差点の該可動反射装置を入力光路中に移動挿入する
    ことにより、該差点を通る入力光路を該差点を通る出力
    光路に接続する構成でなり、 前記可動反射装置の各々が、同一基板上に形成され、且
    つ前記可動反射装置の移動が前記基板上に一体形成され
    たアクチュエータ及び電子回路によって制御されるよう
    にしたことを特徴とする大規模マトリクス光スイッチ。
  2. 【請求項2】 上記基本マトリクス光スイッチを、 前記入力光路、前記出力光路、前記差点が形成され、前
    記可動反射装置を搭載した第1の基板と、前記可動反射
    装置を駆動するアクチュエータを制御するための電子回
    路を搭載した第2の基板とを貼り合わたもので、且つ前
    記アクチュエータを、前記第1の基板或は前記第2の基
    板に搭載し、又は前記第1の基板と前記第2の基板との
    貼り合わせにより構成した基本マトリクス光スイッチに
    代えたことを特徴とする請求項1に記載の大規模マトリ
    クス光スイッチ。
  3. 【請求項3】 前記アクチュエータが、リニアアクュエ
    ータ又は回転アクチュエータであり、静電誘導、電磁誘
    導、超音波、電歪、磁歪、光歪、形状記憶合金のいずれ
    か又はそのうちの複数を駆動原理とすることを特徴とす
    る請求項1又は2に記載の大規模マトリクス光スイッ
    チ。
JP3320933A 1991-11-08 1991-11-08 大規模マトリクス光スイツチ Pending JPH05130038A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1486814A1 (en) * 2001-12-26 2004-12-15 Nikon Corporation Light beam switching/adjusting apparatus and manufacturing method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1486814A4 (en) * 2001-12-26 2005-11-16 Nikon Corp APPARATUS FOR SWITCHING / ADJUSTING A BRIGHT BEAM, AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
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Effective date: 20001024