JPS6141131A - Optical switch - Google Patents
Optical switchInfo
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- JPS6141131A JPS6141131A JP16193484A JP16193484A JPS6141131A JP S6141131 A JPS6141131 A JP S6141131A JP 16193484 A JP16193484 A JP 16193484A JP 16193484 A JP16193484 A JP 16193484A JP S6141131 A JPS6141131 A JP S6141131A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
[発明の技術分野]
この発明は温度によって屈折率が変化する光学材料を利
用した光スイッチに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an optical switch using an optical material whose refractive index changes depending on temperature.
[従来技術の説明]
温度によって屈折率が変化する光学材料の表面上にNi
−Cr等の発熱体やベルチェ素子が設けられ、発熱体や
ベルチェ素子への供給電力を切り替えることによって光
学材料内に形成される屈折率勾配を切り替えて、光の出
射位置を変位させる光スイッチが知られている。発熱体
やベルチェ素子への供給電力を切り替えると、光学材料
内に発生する温度勾配が変化し、したがって屈折率勾配
が変化する。すると、光学材料の端面から入射された光
ビームの偏向角が変化し、反対側の端面から出射される
光の出射位置が変位するので光スイツチ機能が達成され
る。[Description of Prior Art] Ni is deposited on the surface of an optical material whose refractive index changes depending on temperature.
- An optical switch is provided with a heating element such as Cr and a Vertier element, and changes the refractive index gradient formed in the optical material by switching the power supplied to the heating element and the Vertier element, thereby displacing the light output position. Are known. Switching the power supplied to the heating element or the Vertier element changes the temperature gradient generated within the optical material, and therefore the refractive index gradient. Then, the deflection angle of the light beam incident from the end face of the optical material changes, and the exit position of the light emitted from the opposite end face is displaced, so that an optical switch function is achieved.
このような光スイッチでは、光学材料の表面を加熱(ま
たは冷却)することにより、光学材料内に屈折率勾配を
形成させているので周囲の温度の影響を受けやすい。発
熱体やベルチェ素子への供給電力が一定の値であっても
、周囲の温度によって光学材料内に形成される温度勾配
が変化する。また光学材料内に形成される温度勾配が同
じであっても、周囲の温度が変化することにより光学材
料の表面温度が変化すれば、屈折率勾配が変化する。周
囲温度の変化によって屈折率勾配が変動し、光スイッチ
の動作が不安定になるという問題がある。In such an optical switch, a refractive index gradient is formed in the optical material by heating (or cooling) the surface of the optical material, so that it is easily influenced by the surrounding temperature. Even if the power supplied to the heating element or the Vertier element is constant, the temperature gradient formed within the optical material changes depending on the ambient temperature. Furthermore, even if the temperature gradient formed within the optical material is the same, if the surface temperature of the optical material changes due to a change in the ambient temperature, the refractive index gradient will change. There is a problem in that the refractive index gradient fluctuates due to changes in ambient temperature, making the operation of the optical switch unstable.
発明の概要
[発明の目的]
この発明は、温度によって屈折率が変化する光学材料を
利用した光スイッチにおいて、周囲の温度が変化しても
常に正確な光スイツチング機能を達成するることができ
る光スイッチを提供することを目的とする。Summary of the Invention [Object of the Invention] The present invention provides an optical switch that uses an optical material whose refractive index changes depending on temperature, and that can always achieve an accurate optical switching function even when the ambient temperature changes. The purpose is to provide a switch.
[発明の構成、作用および効果]
この発明は、温度によって屈折率が変化する光学材料、
光学材料の上下面の少なくとも一方の面上に設けられか
つ光学材料を加熱または冷却するための熱素子および光
学材料内に形成される屈折率勾配を複数段階に切り替え
るために熱素子への供給電力を複数段階に切り替える供
給電力切替手段を有する光スイッチにおいて、光スイッ
チの周囲の温度を検出するための温度検出器、熱素子に
供給されている電力を測定するための電力測定手段、な
らびに上記検出された温度および上記測定された電力に
もとづいて1、設定された所定の屈折率勾配が光学材料
内に形成されるように熱素子への供給電力を制御する電
力制御手段、を備えていることを特徴とする。[Structure, operation, and effects of the invention] The present invention provides an optical material whose refractive index changes depending on temperature;
A thermal element provided on at least one of the upper and lower surfaces of the optical material for heating or cooling the optical material, and power supplied to the thermal element for switching the refractive index gradient formed within the optical material into multiple stages. In an optical switch having a supply power switching means for switching power supply to multiple stages, the optical switch includes a temperature detector for detecting the temperature around the optical switch, a power measurement means for measuring the power being supplied to the thermal element, and the above-mentioned detection. 1. power control means for controlling the power supplied to the thermal element such that a predetermined refractive index gradient is formed in the optical material based on the measured temperature and the measured power; It is characterized by
供給−力切替手段によって切り替えられる供給電力には
、供給電力が零、すなわち光学材料内に形成される屈折
率勾配が零である場合も含まれる。The supplied power switched by the supply-power switching means includes a case where the supplied power is zero, that is, the refractive index gradient formed in the optical material is zero.
この発明による光スイッチでは、光スイッチの周囲の温
度が測定されるとともに熱素子に供給されている電力が
測定される。そして測定された温度および電力にもとづ
いて、設定された所定の屈折率勾配が形成されるように
熱素子への供給電力が制御される。したがって、周囲の
温度にかかわらず、光学材料内には設定された所定の屈
折率勾配が形成され、周囲の温度の変化にもとづく屈折
率勾配の変動を補償することができる。この結果、光ス
イッチを安定に動作させることができるようになる。In the optical switch according to the invention, the temperature around the optical switch is measured as well as the power being supplied to the thermal element. Based on the measured temperature and power, the power supplied to the thermal element is controlled so that a predetermined refractive index gradient is formed. Therefore, a predetermined refractive index gradient is formed within the optical material regardless of the ambient temperature, and variations in the refractive index gradient due to changes in the ambient temperature can be compensated for. As a result, the optical switch can be operated stably.
実施例の説明
第1図〜第4図は、この発明の第1実施例を示している
。入力用光ファイバ(1)によって伝送されてきた光は
、コリメート・レンズ(2)によってコリメートされた
のち光偏向器(3)の一端面に入射される。光偏向器(
3)によって入射光ビームbが偏向されない場合には、
その他端面から出射される出射光ビームb1は出力用光
ファイバ(4a)に導かれる。光偏向器(3)によって
入射光ビームbが偏向された場合には、鎖線で示すよう
にその出射光ビームb2は出力用光ファイバ(4b)に
導かれる。必要ならば、これらの光ファイバ(4a)(
4b)の前端面位置に集光レンズが配置される。DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS FIGS. 1 to 4 show a first embodiment of the present invention. The light transmitted by the input optical fiber (1) is collimated by the collimating lens (2) and then enters one end face of the optical deflector (3). Optical deflector (
If the incident light beam b is not deflected by 3), then
The emitted light beam b1 emitted from the other end face is guided to the output optical fiber (4a). When the incident light beam b is deflected by the optical deflector (3), the output light beam b2 is guided to the output optical fiber (4b) as shown by the chain line. If necessary, these optical fibers (4a) (
A condenser lens is arranged at the front end surface position of 4b).
光偏向器(3)は、温度光学効果をもつ誘電体結晶、た
とえばニオブ酸リチウム(LtNbOa )結晶(5)
の下面に発熱体(6)が設けられ、結晶(5)の上面に
放熱フィン(7)が設けられているものである。発熱体
(6)は、たとえばNi−CrやT1が結晶(5)の下
面に真空蒸着されることによって形成される。The optical deflector (3) is made of a dielectric crystal having a thermo-optical effect, such as a lithium niobate (LtNbOa) crystal (5).
A heating element (6) is provided on the lower surface of the crystal (5), and radiation fins (7) are provided on the upper surface of the crystal (5). The heating element (6) is formed, for example, by vacuum-depositing Ni-Cr or T1 on the lower surface of the crystal (5).
発熱体(6)には駆動回路(20)から電力が供給され
る。駆動回路(20)は、直流電源(21)とスイッチ
(22)と駆動回路(20)の出力電圧を調整するため
の可変抵抗(23a)を備えた出力電圧(電流)調整回
路(23)とから構成でいる。また駆動回路(20)に
は発熱体(6)に供給されている電圧および電流を検出
するための電圧検出器(24)および電流検出器(25
)がそれぞれ設けられている。Electric power is supplied to the heating element (6) from the drive circuit (20). The drive circuit (20) includes an output voltage (current) adjustment circuit (23) that includes a DC power supply (21), a switch (22), and a variable resistor (23a) for adjusting the output voltage of the drive circuit (20). It is composed of The drive circuit (20) also includes a voltage detector (24) and a current detector (25) for detecting the voltage and current supplied to the heating element (6).
) are provided for each.
スイッチ(22)がオフのときには、発熱体(6)には
電力が供給されない。したがって、結晶(5)内の温度
勾配、屈折率勾配は零であり、入射光ビームbは結晶(
5)内を直進し、その出射光ビームb1は出力用光ファ
イバ(4a)に導かれる。スイッチ(22)がオンにさ
れると、発熱体(6)に電力が供給され、発熱体(6)
が発熱する。これにより、結晶(5)の下面が加熱され
、結晶(5)の内部にその上下方向に温度勾配が発生し
、この温度勾配によって結晶(5)内部に屈折率勾配が
生じる。この光偏向器(3)では、下部の屈折率が相対
的に高くなり、上部の屈折率が相対的に低くなるような
屈折率勾配が生じる(屈折率が正の温度依存性をもつ結
晶の場合)。したがって入射光ビームbは下向きに偏向
され、その出射光ビームb2は出力用光ファイバ(4b
)に導かれる。When the switch (22) is off, no power is supplied to the heating element (6). Therefore, the temperature gradient and refractive index gradient within the crystal (5) are zero, and the incident light beam b is directed toward the crystal (5).
5), and its output light beam b1 is guided to the output optical fiber (4a). When the switch (22) is turned on, power is supplied to the heating element (6), and the heating element (6)
generates a fever. As a result, the lower surface of the crystal (5) is heated, a temperature gradient is generated inside the crystal (5) in the vertical direction, and this temperature gradient generates a refractive index gradient inside the crystal (5). In this optical deflector (3), a refractive index gradient occurs in which the refractive index of the lower part becomes relatively high and the refractive index of the upper part becomes relatively low (the refractive index of the crystal has a positive temperature dependence). case). Therefore, the incident light beam b is deflected downward, and the output light beam b2 is directed to the output optical fiber (4b
).
なお、結晶(5)が、酸化チタン(ルチル構造)のよう
に、その屈折率が負の温度依存性をもつ場合には、上記
と逆の屈折率勾配が形成され、光ビームの偏向方向が上
下逆になる。Note that if the crystal (5) has a negative temperature dependence in its refractive index, such as titanium oxide (rutile structure), a refractive index gradient opposite to the above will be formed, and the direction of deflection of the light beam will be changed. It turns upside down.
第2図は、発熱体(6)に一定の電力が供給されること
によって結晶(5)に生じる上下方向く×方向)におけ
る温度Tへの分布を示している。実線は周囲の温度(結
晶(5)の上面の温度とほぼ等しいと考えられる)が基
準温度TLO,たとえば25℃のときの温度分布を示し
ている。温度THOは周囲温度が基準温度TしOである
場合に、上記一定電力が発熱体(6)に供給されたとき
の結晶(5)の下面の濃度である。周囲の温度が基準温
度TLOよりもΔTだけ高い温度TL1に変化すると、
結晶(5)の上面の温度はTLIにほぼ等しくなる。温
度勾配(×方向への温度の変化)を表わす線をΔTだけ
高温側にシフトした線が鎖線で示され、結晶(5)の上
、下面の温度がそれぞれTLl、THlで表わされてい
る。周囲温度がΔTだけ上昇し結晶(5)の上面の温度
がTLIになったときに、上記と同一電力を発熱体(6
)に供給したとしても結晶(5)の下面の温度は必ずし
もTHlにはならない。そこで、周囲温度が変化しても
周囲温度が基準温度TLIのときの温度勾配とほぼ等し
い温度勾配が結晶(5)内に、形成されるように温度補
償を行う必要がある。FIG. 2 shows the distribution of temperature T in the vertical (X) direction that occurs in the crystal (5) when constant power is supplied to the heating element (6). The solid line shows the temperature distribution when the ambient temperature (which is considered to be approximately equal to the temperature of the upper surface of the crystal (5)) is the reference temperature TLO, for example, 25°C. The temperature THO is the concentration on the lower surface of the crystal (5) when the constant electric power is supplied to the heating element (6) when the ambient temperature is the reference temperature TSO. When the ambient temperature changes to a temperature TL1 higher than the reference temperature TLO by ΔT,
The temperature of the top surface of the crystal (5) will be approximately equal to TLI. The line representing the temperature gradient (change in temperature in the x direction) shifted to the high temperature side by ΔT is shown as a chain line, and the temperatures of the upper and lower surfaces of the crystal (5) are represented by TLl and THl, respectively. . When the ambient temperature rises by ΔT and the temperature of the top surface of the crystal (5) reaches TLI, the same power as above is applied to the heating element (6).
), the temperature at the bottom surface of the crystal (5) does not necessarily reach THL. Therefore, it is necessary to perform temperature compensation so that even if the ambient temperature changes, a temperature gradient approximately equal to the temperature gradient when the ambient temperature is at the reference temperature TLI is formed in the crystal (5).
第3図は結晶(5)の温度−屈折率の特性を示している
。この図からも分るように、結晶(5)の屈折率孔の温
度Tに対する変化は線形ではないので、温度勾配(×方
向への温度の変化)が一定であっても、温度Tが異なる
場合には、屈折率勾配は異なる値をとる。したがって、
より正確に温度補償を行うためには、周囲温度が変化し
ても、周囲温度が基準温度TLOであるときの屈折率勾
配と等しい屈折率勾配が常に得られるようにすることが
好ましい。FIG. 3 shows the temperature-refractive index characteristics of crystal (5). As can be seen from this figure, the change in the refractive index hole of the crystal (5) with respect to temperature T is not linear, so even if the temperature gradient (change in temperature in the x direction) is constant, the temperature T will vary. In this case, the refractive index gradient takes on different values. therefore,
In order to perform temperature compensation more accurately, it is preferable to always obtain a refractive index gradient that is equal to the refractive index gradient when the ambient temperature is the reference temperature TLO, even if the ambient temperature changes.
このような温度補償を行うために、その光スイッチには
、上記駆動回路(20)の他、周囲の温度を検出するた
めの濃度検出器(26)および上記可変抵抗(23a)
の抵抗値を制御して発熱体(6)への供給電力を制御す
る供給電力制御装置(27)が設けられている。温度検
出器(26)は、たとえば熱雷対、サーミスタ等であり
、周囲温度を測定するためであるから室内等のどこに配
置してもよいが光偏向器(3)のケースに取付ける場合
には、光偏向器(3)との間に断熱材を介して取り付け
られる。供給電力装Wl (27)は図示しない中央処
理装置t (CPU) 、メモリなどから構成されてい
る。供給電力制御装置(27)には、スイッチ(22)
の入力信号ならびに電圧検出器(24)、電流検出器(
25)および温度検出器(26)の検出信号がそれぞれ
入力している。In order to perform such temperature compensation, the optical switch includes, in addition to the drive circuit (20), a concentration detector (26) for detecting the ambient temperature and the variable resistor (23a).
A power supply control device (27) is provided that controls the power supplied to the heating element (6) by controlling the resistance value of the heat generating element (6). The temperature detector (26) is, for example, a thermocouple, a thermistor, etc., and since it is used to measure the ambient temperature, it may be placed anywhere in the room, but if it is installed in the case of the optical deflector (3), , and the optical deflector (3) via a heat insulating material. The power supply unit Wl (27) is comprised of a central processing unit t (CPU), memory, etc. (not shown). The power supply control device (27) includes a switch (22).
input signal as well as voltage detector (24), current detector (
25) and the detection signals of the temperature detector (26) are respectively input.
第4図は、供給電力制御装置(27)による温度補償処
理手順を示している。スイッチ(22)の入力信号にも
とづいて、スイッチ(22)がオンされているかどうか
判断される(ステップ(41))。FIG. 4 shows the temperature compensation processing procedure by the power supply control device (27). Based on the input signal of the switch (22), it is determined whether the switch (22) is turned on (step (41)).
スイッチ(22)がオンされていない場合にはスイッチ
(22)がオンされるまで待つ。スイッチ(22)がオ
フの場合には温度補償をする必要はない。If the switch (22) is not turned on, wait until the switch (22) is turned on. When the switch (22) is off, there is no need for temperature compensation.
スイッチ(22)がオンされている場合には、前回の温
度補償ルーチンにおけるスイッチ(22)の状態と比較
することにより、スイッチ(22)がオンに切り替えら
れた直後であるかどうかが判断される(ステップ(42
))。スイッチ(22)がオンに切り替えられた直後で
あれば、結晶(5)内の温度分布が定常状態に達するま
で持つ(ステップ(43) )。結晶(5)内の温度分
布が定常状態になったかどうかの判断は、たとえば電圧
検出器(24)および電流検出器(25)の検出信号に
もとづいて発熱体(6)に供給されている電力の積算値
が一定値に達したかどうかにより行なわれる。この一定
値もまた周囲温度TLに応じて変えることが好ましい。If the switch (22) is turned on, it is determined whether the switch (22) has just been turned on by comparing the state of the switch (22) in the previous temperature compensation routine. (Step (42)
)). If the switch (22) has just been turned on, the temperature distribution within the crystal (5) is maintained until it reaches a steady state (step (43)). Judgment as to whether the temperature distribution within the crystal (5) has reached a steady state is based on the power being supplied to the heating element (6), for example, based on the detection signals of the voltage detector (24) and current detector (25). This is done depending on whether the integrated value of has reached a certain value. Preferably, this constant value also changes depending on the ambient temperature TL.
結晶(5)内の温度分布が定常状態になると、温度検出
器(26)の検出信号にもとづいて周囲温度TLが読み
取られる(ステップ(44))。上記ステップ(42)
で、スイッチ(22)がオンに切り替えられた直後では
ないと判断された場合には、すでに温度分布は定常状態
となっているので、ただちにステップ(44)に移り、
周囲温度TLが読み取られる。温度TLが読み取られる
と、電圧検出器(24)および電流検出器(25)の検
出信号にもとづいて発熱体(6)に供給されている電力
Wが算出される(ステップ(45)’)。そして周囲の
温度が基準温度TLOである場合において、ステップ(
45)で算出された電力Wと等しい電力が発熱体(6)
に供給されたときに結晶(5)内に形成されるべき温度
勾配+801が算出される(ステップ(46) )。ま
たステップ(44)で読みとられた周囲温度TLおよび
ステップ(45)で算出された電力Wにもとづいて結晶
(5)内に形成されている温度勾配+81が算出される
(ステップ(47))。When the temperature distribution within the crystal (5) reaches a steady state, the ambient temperature TL is read based on the detection signal of the temperature detector (26) (step (44)). Above step (42)
If it is determined that the switch (22) has not just been turned on, the temperature distribution is already in a steady state, so the process immediately moves to step (44).
The ambient temperature TL is read. When the temperature TL is read, the electric power W being supplied to the heating element (6) is calculated based on the detection signals of the voltage detector (24) and the current detector (25) (step (45)'). Then, when the ambient temperature is the reference temperature TLO, step (
The power equal to the power W calculated in 45) is the heating element (6)
The temperature gradient +801 that should be formed within the crystal (5) when the crystal (5) is supplied is calculated (step (46)). Furthermore, the temperature gradient +81 formed in the crystal (5) is calculated based on the ambient temperature TL read in step (44) and the electric power W calculated in step (45) (step (47)). .
温度勾配l501および+31の算出は、たとえば、周
囲温度をパラメータとして、発熱体(6)に供給される
電力に対する温度勾配の関係をあらかじめ実験的にまた
は計算上において求めておくことによって行うことがで
きる。The temperature gradients l501 and +31 can be calculated by, for example, determining experimentally or computationally the relationship between the temperature gradient and the electric power supplied to the heating element (6), using the ambient temperature as a parameter. .
次に、算出された両温度勾配置sIおよびl5olが比
較される(ステップ(48))。両温度勾配置sIおよ
び+801が互いに等しい場合には、ステップ(41)
に戻る。温度勾配置8+が1801よりも大きい場合に
は、可変抵抗(23a)の抵抗値が一定値だけ高くされ
る(ステップ(49))。これにより発熱体(6)への
供給電力が減少し、結晶(5)の下面の温度が低くされ
る。この結果、結晶(5)中の温度勾配が小さくなる。Next, both calculated temperature gradient positions sI and l5ol are compared (step (48)). If both temperature gradient positions sI and +801 are equal to each other, step (41)
Return to If the temperature gradient position 8+ is greater than 1801, the resistance value of the variable resistor (23a) is increased by a certain value (step (49)). This reduces the power supplied to the heating element (6) and lowers the temperature of the lower surface of the crystal (5). As a result, the temperature gradient in the crystal (5) becomes smaller.
温度勾配+31が1801より小さい場合には、可変抵
抗(23a)の抵抗値が一定値だけ低くされる(ステッ
プ(50) )。これにより発熱体(6)への供給電力
が増加し、結晶(5)の下面の温度が高くされる。この
結果、結晶(5)内の温度勾配が大きくなる。If the temperature gradient +31 is smaller than 1801, the resistance value of the variable resistor (23a) is lowered by a certain value (step (50)). This increases the power supplied to the heating element (6) and raises the temperature of the lower surface of the crystal (5). As a result, the temperature gradient within the crystal (5) increases.
温度勾配+31と1801との大小に応じて可変抵抗(
23a)の抵抗値が調整されると(ステップ(49)(
50)) 、結晶(5)の温度分布が変更さるので、そ
の温度分布が定常状態に達するのに必要な一定時間が経
過するのを持つ(ステップ(51))。そして一定時間
が経過すると、ステップ(41)に戻り、上記一連の処
理(ステップ(41)〜(51))が繰り返し行なわれ
る。これにより、周囲温度が基準温度TLOである場合
に形成されるべき温度勾配と等しい温度勾配が周囲温度
にかかわらず常に結晶(5)内に形成されるようになる
。したがって周囲温度の変化にもとづく温度勾配(屈折
率勾配)の変動が補償され、出射光ビームb2を、出力
用光ファイバ(4b)に常に効率よく入射させることが
できるようになる。A variable resistance (
When the resistance value of 23a) is adjusted (step (49) (
50)) Since the temperature distribution of the crystal (5) is changed, a certain period of time required for the temperature distribution to reach a steady state is allowed to elapse (step (51)). After a certain period of time has elapsed, the process returns to step (41), and the series of processes (steps (41) to (51)) described above are repeated. This ensures that a temperature gradient is always formed in the crystal (5) that is equal to the temperature gradient that would be formed if the ambient temperature were the reference temperature TLO, regardless of the ambient temperature. Therefore, fluctuations in the temperature gradient (refractive index gradient) due to changes in ambient temperature are compensated for, and the emitted light beam b2 can always be efficiently incident on the output optical fiber (4b).
上記ステップ(46)において、周囲の温度が基準温度
TLOの場合に電力Wと等しい電力が発熱体(6)に供
給されたときに結晶(5)内に形成されるべき屈折率勾
配を算出し、上記ステップ(47)において、周囲温度
TLおよび電力Wにもとづいて結晶(5)内に形成され
ている屈折率勾配を算出し、算出された両層折率勾配の
大小に応じて可変抵抗(23a)の抵抗値を調整するよ
うにしてもよい。このような屈折率勾配の算出は、たと
えば周囲温度をパラメータとして、発熱体(6)に供給
される電力に対する屈折率勾配の関係をあらかじめ求め
ておくことによって行うことができる。In step (46) above, when the ambient temperature is the reference temperature TLO, the refractive index gradient that should be formed in the crystal (5) when power equal to the power W is supplied to the heating element (6) is calculated. In step (47), the refractive index gradient formed in the crystal (5) is calculated based on the ambient temperature TL and the electric power W, and the variable resistor ( The resistance value of 23a) may be adjusted. Such calculation of the refractive index gradient can be performed by, for example, determining in advance the relationship between the refractive index gradient and the electric power supplied to the heating element (6) using the ambient temperature as a parameter.
また、結晶(5)内の温度勾配が定常状態になるのに要
する時間を短縮するために、スイッチ(22)がオンさ
れたときに発熱体(6)に短時間の間、大電流を流すよ
うな回路を駆動回路(20)に設けてもよい。発熱体(
6)に短時間の間、供給する電流の値も周囲温度に応じ
て制御することが好ましい。In addition, in order to shorten the time required for the temperature gradient inside the crystal (5) to reach a steady state, a large current is passed through the heating element (6) for a short period of time when the switch (22) is turned on. Such a circuit may be provided in the drive circuit (20). Heating element (
6) It is preferable that the value of the current supplied for a short period of time is also controlled in accordance with the ambient temperature.
第5図および第6図は、この発明の第2実施例を示して
いる。第5図において第1図と同じものには同じ符号を
付してその説明を省略する。5 and 6 show a second embodiment of the invention. In FIG. 5, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals and their explanations will be omitted.
この光スイッチは、光偏向器(3^)、駆動回路(20
A)の一部および電力制御装置(27)の処理の一部が
第1実施例のものと異なっている。This optical switch consists of an optical deflector (3^), a drive circuit (20
Part A) and part of the processing of the power control device (27) are different from those of the first embodiment.
光偏向器(3A)はニオブ酸リチウム(LiNb03)
結晶(5)の上下面にベルチェ素子(6A)がそれぞれ
設けられたものである。ベルチェ素子(6A)はよく知
られているように1対の伝熱板(8)間に異種の伝導形
の半導体(9)が少なくとも1組設けられ、かつこれら
の半導体(9)が伝熱板(8)に固定された接続導体(
図示路)によってP形とN形とが交互になるように直列
に接続されてなるものである。半導体(9)に直流電流
を流すと、1対の伝熱板(8)うち一方の伝熱板(8)
に熱の発生、他方の伝熱板(8)に熱の吸収が起こる。Optical deflector (3A) is lithium niobate (LiNb03)
Vertier elements (6A) are provided on the upper and lower surfaces of the crystal (5), respectively. As is well known, the Vertier element (6A) has at least one set of semiconductors (9) of different types of conductivity between a pair of heat exchanger plates (8), and these semiconductors (9) conduct heat transfer. The connecting conductor (
The P-type and N-type are alternately connected in series through the illustrated path (as shown in the figure). When a direct current is passed through the semiconductor (9), one of the pair of heat exchanger plates (8)
Heat is generated in the heat exchanger plate (8), and heat is absorbed in the other heat exchanger plate (8).
電流の向きを逆にすると、熱の発生の起こる伝熱板(8
)との熱の吸収が起こる伝熱板(8)とが逆になる。伝
熱板(8)の外面が発熱吸熱面である。各ベルチェ素子
(6A)は、一方の伝熱板(8)の発熱吸熱面が結晶(
5)の上面または下面に密着した状態で結晶(5)に固
定されている。各ベルチェ素子(6A)の他方の伝熱板
(8)の発熱吸熱面には、放熱吸熱フィン(7)が固定
されている。When the direction of the current is reversed, the heat exchanger plate (8
) and the heat exchanger plate (8) where heat absorption occurs are reversed. The outer surface of the heat exchanger plate (8) is a heat generating/endothermic surface. Each Vertier element (6A) has a heat-generating and heat-absorbing surface of one heat exchanger plate (8) that is a crystal (
5) is fixed to the crystal (5) in close contact with the upper or lower surface of the crystal (5). A heat-radiating and heat-absorbing fin (7) is fixed to the heat-generating and heat-absorbing surface of the other heat exchanger plate (8) of each Vertier element (6A).
ベルチェ素子(6A)は、入力端子(A)(B)のうち
、端子(A)に正電圧が印加されると結晶(5)側の伝
熱板(8)に熱の発生が起こり、端子(B)に正電圧が
印加されると結晶(5)側の伝熱板(8)に熱の吸収が
起こるようになっている。上側のベルチェ素子(6A)
の端子(A)に正電圧を印加するとともに下側のベルチ
ェ素子(6A)の端子(B)に正電圧を印加すると、結
晶(5)の上面が加熱され、下面が冷却される。これに
よって結晶(5)内部に、上部の屈折率が高くなり、下
部の屈折率が低くなるような屈折率勾配が生じる。この
結果、入射光ビームbは結晶(5)内を伝搬する過程で
上向きに偏向される。上側のベルチェ素子(6A)の端
子(B)に正電圧を印加するとともに下側のベルチェ素
子(6A)の端子(A)に正電圧を印加すると、入射光
ビームは、下向きに偏向される。光ビームの偏向角の大
きさは、結晶(5)内部に形成された屈折率勾配(温度
勾配)応じて変化する。屈折率勾配は上下のベルチェ素
子(6A)に供給する電力によって変えることができる
。In the Bertier element (6A), when a positive voltage is applied to the terminal (A) of the input terminals (A) and (B), heat is generated in the heat transfer plate (8) on the crystal (5) side, and the terminal When a positive voltage is applied to (B), heat absorption occurs in the heat exchanger plate (8) on the crystal (5) side. Upper Vertier element (6A)
When a positive voltage is applied to the terminal (A) of the crystal (5) and a positive voltage is applied to the terminal (B) of the lower Vertier element (6A), the upper surface of the crystal (5) is heated and the lower surface is cooled. This creates a refractive index gradient inside the crystal (5) such that the refractive index in the upper part is high and the refractive index in the lower part is low. As a result, the incident light beam b is deflected upward while propagating within the crystal (5). When a positive voltage is applied to the terminal (B) of the upper Beltier element (6A) and a positive voltage is applied to the terminal (A) of the lower Beltier element (6A), the incident light beam is deflected downward. The magnitude of the deflection angle of the light beam changes depending on the refractive index gradient (temperature gradient) formed inside the crystal (5). The refractive index gradient can be changed by power supplied to the upper and lower Vertier elements (6A).
駆動回路(20)は、直流電源(21)、直流電源(′
21)の発生電圧およびその極性を切り替えるための電
圧および極性切替回路(22B)および出力電圧調整回
路(23)から構成されている。各ベルチ工素子(6A
)は切替回路(22B)の出力端子(C)(D)に対し
て並列にかつ電流の流れる方向が互いに逆になるように
接続されている。The drive circuit (20) includes a DC power supply (21), a DC power supply ('
21) and a voltage and polarity switching circuit (22B) for switching the generated voltage and its polarity, and an output voltage adjustment circuit (23). Each Belch element (6A
) are connected in parallel to the output terminals (C) and (D) of the switching circuit (22B) so that the directions of current flow are opposite to each other.
切替回路(22)は、切替スイッチ(22^)からのモ
ード指定信号にもとづいて電源電圧の値および極性と切
り替える。切替スイッチ(22A)によってモード(M
l)が設定されている場合には切替回路(22B)の出
力電圧■はVl (=O)となる。この場合には、入射
光ビームbは結晶(5)内を直進し、その出射光ビーム
b1は出力用光ファイバ(4a)に導かれる。切替スイ
ッチ(22^)によってモード(M2)が設定されてい
る場合には、切替回路(22B)の出力電圧Vは+■2
となる。この場合には、入射光ビームbは上向きに大き
く偏向され、その出射光ビームb2は出力用光ファイバ
(4b)に導かれる。切替スイッチ(22A)によって
モード(M3)が設定されている場合には切替回路(2
2B)の出力電圧Vはその値がV2よりも小さな+v3
となる。この場合には、モード(M2)が設定されてい
るときよりも入射光ビームbの偏向角が小さくなり、そ
の出射光ビームbは出力用光ファイバ(4C)に導かれ
る。切替スイッチ(22A)によってモード(M4)が
設定されている場合には切替回路(22B) (7)出
力1圧VハV4 (−−V3 )となり、入射光ビーム
bは下向きに偏向され、その出射光ビームb4は出力用
光ファイバ(4d)に導かれる。切替スイッチ(22A
)によってモード(M5)が設定されている場合には切
替回路(22B)の出力電圧■はV5 (−−V2)と
なり、出射光ビームb5は出力用光ファイバ(4e)に
導かれる。各モード(Ml)〜(M5)のときの切替回
路(22B)の出力電圧V1〜■5は、周囲の温度TL
が基準温度TLOのときに出射光ビームb1〜b5が出
力用光ファイバ(4a) 〜(4e)に最も効率よく入
射するような値にそれぞれ設定されている。The switching circuit (22) switches the value and polarity of the power supply voltage based on the mode designation signal from the changeover switch (22^). The mode (M
l) is set, the output voltage ■ of the switching circuit (22B) becomes Vl (=O). In this case, the incident light beam b travels straight through the crystal (5), and the output light beam b1 is guided to the output optical fiber (4a). When mode (M2) is set by the changeover switch (22^), the output voltage V of the changeover circuit (22B) is +■2
becomes. In this case, the incident light beam b is largely deflected upward, and the output light beam b2 is guided to the output optical fiber (4b). When mode (M3) is set by the changeover switch (22A), the changeover circuit (22A)
2B) output voltage V is +v3 whose value is smaller than V2.
becomes. In this case, the deflection angle of the incident light beam b becomes smaller than when the mode (M2) is set, and the output light beam b is guided to the output optical fiber (4C). When the mode (M4) is set by the changeover switch (22A), the changeover circuit (22B) (7) outputs 1 voltage VhaV4 (--V3), and the incident light beam b is deflected downward, The emitted light beam b4 is guided to an output optical fiber (4d). Changeover switch (22A
), the output voltage (2) of the switching circuit (22B) becomes V5 (--V2), and the output light beam b5 is guided to the output optical fiber (4e). The output voltages V1 to ■5 of the switching circuit (22B) in each mode (Ml) to (M5) are determined by the ambient temperature TL.
The values are set such that the output light beams b1 to b5 most efficiently enter the output optical fibers (4a) to (4e) when TLO is the reference temperature TLO.
切替スイッチ(22A)および切替回路(22B)とし
ては、たとえば第6図に示すような切替装置(30)が
用いられる。この切替装置(3o)はロータリー・スイ
ッチ(30a)と抵抗(R1)または抵抗(R2)(R
1<R2)からなる複数の抵抗回路とからなる。ロータ
リー・スイッチ(30a)の切替モード(Ml)〜(M
5)は上記切替スイッチ(22A)の切替モード(Ml
)〜(M5)にそれぞれ対応している。For example, a switching device (30) as shown in FIG. 6 is used as the changeover switch (22A) and the changeover circuit (22B). This switching device (3o) consists of a rotary switch (30a) and a resistor (R1) or a resistor (R2) (R
1<R2). Rotary switch (30a) switching mode (Ml) to (M
5) is the changeover mode (Ml) of the changeover switch (22A).
) to (M5), respectively.
この電力制御装置(27A)による温度補償処理は、上
記第1実施例の電力制御装置(27)による温度補償処
理(ステップ(41)〜(51)第4図参照)とほぼ同
様である。第1実施例では、ステップ(41)において
スイッチ(22)がオンとなっているかどうかが判断さ
れたのに対し、この実施例では、モード指定信号にもと
づいて切替スイッチ(22A)に設定されているモード
(Ml)〜(M5)が判断される。また第1実施例では
ステップ(42)においてスイッチ(22)がオンに切
り替えられた直後であるかどうかが判断されたのちに対
し、この実施例ではモードが切り替えられた直後である
かどうかが判断される。他のステップ(43)〜(51
)の処理は第1実施例のものと全く同様であるのでその
説明を省略する。The temperature compensation process by this power control device (27A) is almost the same as the temperature compensation process by the power control device (27) of the first embodiment (steps (41) to (51), see FIG. 4). In the first embodiment, it was determined in step (41) whether the switch (22) was turned on, whereas in this embodiment, the changeover switch (22A) is set based on the mode designation signal. The current mode (Ml) to (M5) is determined. Further, in the first embodiment, it is determined in step (42) whether or not the switch (22) has just been turned on, whereas in this embodiment, it is determined whether or not the mode has just been switched. be done. Other steps (43) to (51)
) is exactly the same as that in the first embodiment, so its explanation will be omitted.
第1図〜M4図はこの発明の第1実施例を示し、第1図
は光スイッチの構成を示す概略図、第2図は結晶内の温
度分布を示すグラフ、第3図は結晶の温度−屈折率特性
を示すグラフ、第4図は供給電力制御装置による温度補
償処理手順を示すフローチャート、第5図および第6図
はこの発明の第2実施例を示し、第5図は光スイッチの
構成を示す概略図、第6図は切替スイッチおよび切替回
路の一例を示す構成図である。
(5)・・・温度光学効果をもつ結晶、(6)・・・発
熱体、(6A)・・・ベルチェ素子、(22)・・・ス
イッチ、(22A)・・・切替スイッチ、(22B)・
・・電圧および極性切替回路、(23)・・・電圧調整
回路、(24)・・・電圧検出器、(25)・・・電流
検出器、(26)・・・温度検出器、(27)(27^
)・・・供給電力制御装置。
以上
外4ん
第2図
’n−IQ THI
一−T
温度T−
第4図Figures 1 to M4 show a first embodiment of the present invention, Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of an optical switch, Figure 2 is a graph showing the temperature distribution inside the crystal, and Figure 3 is the temperature of the crystal. - a graph showing the refractive index characteristics; FIG. 4 is a flowchart showing the temperature compensation processing procedure by the power supply control device; FIGS. 5 and 6 show the second embodiment of the present invention; FIG. A schematic diagram showing the configuration, FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of a changeover switch and a changeover circuit. (5)...Crystal with thermo-optical effect, (6)...Heating element, (6A)...Bertier element, (22)...Switch, (22A)...Selector switch, (22B )・
... Voltage and polarity switching circuit, (23) ... Voltage adjustment circuit, (24) ... Voltage detector, (25) ... Current detector, (26) ... Temperature detector, (27 )(27^
)...Power supply control device. Above 4 Figure 2 'n-IQ THI 1-T Temperature T- Figure 4
Claims (2)
料の上下面の少なくとも一方の面上に設けられかつ光学
材料を加熱または冷却するための熱素子および光学材料
内に形成される屈折率勾配を複数段階に切り替えるため
に熱素子への供給電力を複数段階に切り替える供給電力
切替手段を有する光スイッチにおいて、 光スイッチの周囲の温度を検出するための温度検出器、 熱素子に供給されている電力を測定するための電力測定
手段、ならびに 上記検出された温度および上記測定された電力にもとづ
いて、設定された所定の屈折率勾配が光学材料内に形成
されるように熱素子への供給電力を制御する電力制御手
段、 を備えている光スイッチ。(1) An optical material whose refractive index changes depending on temperature, a thermal element provided on at least one of the upper and lower surfaces of the optical material for heating or cooling the optical material, and a refraction element formed within the optical material. In an optical switch having a supply power switching means for switching the power supplied to the thermal element in multiple stages in order to switch the rate gradient in multiple stages, the optical switch includes a temperature detector for detecting the temperature around the optical switch, and power measuring means for measuring the power being applied to the thermal element such that a predetermined refractive index gradient is formed in the optical material based on the detected temperature and the measured power. An optical switch comprising power control means for controlling supplied power.
によって測定された電力にもとづいて光学材料内に形成
されている温度勾配または屈折率勾配を算出する第1の
演算手段、 周囲の温度が基準温度である場合において熱素子に上記
測定された電力と等しい電力が供給されたときに光学材
料内に形成される温度勾配または屈折率勾配を算出する
第2の演算手段、および 第1の演算手段によつて算出された温度勾配または屈折
率勾配と第2の演算手段によって算出された温度勾配ま
たは屈折率勾配との比較結果にもとづいて、両温度勾配
または屈折率勾配の偏差が減少するように熱素子への供
給電力を増加または減少させる手段、 からなる、特許請求の範囲第(1)項記載の光スイッチ
。(2) The supply power control means calculates a temperature gradient or a refractive index gradient formed within the optical material based on the temperature detected by the temperature detector and the power measured by the power measurement means. a second calculating means for calculating a temperature gradient or a refractive index gradient formed in the optical material when power equal to the measured power is supplied to the thermal element when the ambient temperature is a reference temperature; calculation means, and based on the comparison result between the temperature gradient or refractive index gradient calculated by the first calculation means and the temperature gradient or refractive index gradient calculated by the second calculation means, both temperature gradients or refraction are calculated. An optical switch according to claim 1, comprising means for increasing or decreasing the power supplied to the thermal element such that the deviation of the rate gradient is reduced.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16193484A JPS6141131A (en) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | Optical switch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16193484A JPS6141131A (en) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | Optical switch |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6141131A true JPS6141131A (en) | 1986-02-27 |
Family
ID=15744811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16193484A Pending JPS6141131A (en) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | Optical switch |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6141131A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008257104A (en) * | 2007-04-09 | 2008-10-23 | Mitsubishi Electric Corp | Variable dispersion compensator |
EP3599500A1 (en) * | 2018-07-23 | 2020-01-29 | Sick Ag | Beam tracking device, optical assembly and analysis device |
-
1984
- 1984-07-31 JP JP16193484A patent/JPS6141131A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008257104A (en) * | 2007-04-09 | 2008-10-23 | Mitsubishi Electric Corp | Variable dispersion compensator |
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