KR100593776B1 - 광스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 광스위치 가동 미러가 최적의 자세를 유지할 수 있는 콤팩트한 광스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

입력측 렌즈수를 입력측 광파이버수 N개보다도 적어도 2개 이상 많은 N ＋ 2개 이상으로 하고, 출력측 렌즈수를 출력측 광파이버수 N개보다도 적어도 2개 이상 많은 N ＋ 2개 이상으로 하여, 입력측 렌즈에 2개 이상의 레이저 다이오드, 출력측 렌즈수에 2개 이상의 포토 다이오드가 결합되어 있는 광스위치이다. 미러 어레이를 이용하여 레이저 다이오드와 포토 다이오드를 결합하여, 가동 미러의 각도 조정을 수행한다. 이에 의해 통신광의 결합을 안정화할 수 있다.

광스위치, 가동 미러, 포토 다이오드, 미러 어레이, 제어 장치

Description

광스위치{LIGHT SWITCH}

도1은 본 발명에 있어서의 제1 실시예인 광스위치의 개략 사시도.

도2는 본 발명에 있어서의 제1 실시예인 광스위치의 개략 사시도.

도3은 제1 차 미러 어레이(6)의 정면도.

도4는 본 발명의 일실시예인 제어 방식의 구성을 도시하는 블럭도.

도5는 비교예의 광스위치의 개략 사시도.

도6은 비교예의 광스위치 가동 미러의 개략 정면도.

도7은 비교예의 광스위치 가동 미러의 개략 단면도.

도8은 비교예의 광스위치 제어 방식의 구성을 도시하는 블럭도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광스위치

2 : 입력측 광파이버

3 : 입력측 콜리메이터 렌즈

4 : 입력측 콜리메이터 렌즈 어레이

5 : 가동 미러

6 : 제1 차 미러 어레이

7 : 제2 차 미러 어레이

8 : 출력측 광파이버

9 : 출력측 콜리메이터 렌즈

10 : 출력측 콜리메이터 렌즈 어레이

11 : 레이저 다이오드

12 : 포토 다이오드

13 : 계측광

14 : 미러 제어 장치

15 : 처리 장치

16 : 광스위치 제어 장치

20 : 종래의 광스위치

31 : 커플러

110 : 제1 차 계측 미러

120 : 제2 차 계측 미러

본 발명은, 광파이버를 이용하는 광통신 장치에 관한 것으로, 특히 마이크로 전자 기계 시스템(micro electro mechanical systems ; MEMS) 기술을 이용한 광스위치에 관한 것이다.

광통신 시스템에서는 통신망의 중계점에서 N ×N의 광스위치, 즉 N개의 입력 포트에 광파이버를 통해 송신되어 온 통신광 중, 임의의 1개를 N개의 출력 포트 내 임의의 1개에 접속할 수 있고, 또한 이들의 접속을 자유롭게 스위칭하는 것이 요구된다. 종래는, 이 요구에 대해 빛을 일단 전기 신호로 변환하여 전기 신호의 스위칭을 행한 후, 빛으로 변환했다. 최근, 이를 빛의 상태에서 스위칭하는 광스위치의 개발이 진행되고 있다.

광스위치의 광접속을 위한 광학적 감시를 하는 기술로서 이하의 문헌이 있다.

일본 특허 공개 2001-117025호에는 광스위치의 전후에 설치되는 광트랜스레이션 유닛을 이용하는 형태가 개시되어 있다. 광트랜스레이션이라 함은, 통신광을 일단 전기 신호로 변환하여 그 강도 및 파형을 확인한 후에 통신광으로 재변환하여 광스위치로 전송하는 기기로, 통신광의 품질을 확보한다. 일본 특허 공개 2001-117025호에서는 광스위치 전후의 광트랜스레이션 유닛 내의 전기 신호를 비교하여 그 차이가 최소가 되도록 가동 미러(28)의 자세를 제어한다.

[특허 문헌 1]

일본 특허 공개 2001-117025호 공보(도1 및 그 설명)

출력측 콜리메이터 렌즈(26)로 입사하는 광빔은 고정밀도의 위치 결정이 요구된다. 광빔이 출력측 콜리메이터 렌즈(26)의 단부면으로부터 떨어진 경우에는 광학적으로 결합되지 않는다. 가령, 광빔이 출력측 콜리메이터 렌즈(26)의 단부면 으로 들어가 있어도 적정한 입사각도 범위 밖이면, 광학적으로 결합되지 않거나, 또는 대폭적인 손실이 생긴다. 콜리메이터 렌즈 어레이와 미러 어레이는, 조립 초기에는 고정밀도로 위치 결정되어 있다.

그러나, 광스위치 설치 환경의 온도가 변화한 경우, 콜리메이터 렌즈 어레이와 미러 어레이의 상대 위치가 변화하여, 가동 미러(28)가 소정의 자세를 유지해도 광학적 결합을 할 수 없게 될 우려가 있다. 또는, 대폭적인 손실이 생길 우려가 있다. 또는, 연속된 스위칭에 의해 광스위치 장치 자체의 온도가 상승한 경우, 전기 회로의 출력이 변화하여 가동 미러(28)가 소정의 자세를 유지할 수 없게 될 우려가 있다.

일본 특허 공개 2001-117025호에 개시된 방법에서는, 광스위치 전후에 광트랜스레이션 유닛이 불가결하므로, 광트랜스레이션 유닛에 의해 구조가 복잡해진다. 이로 인해, 광스위치의 비용이 삭감되지 않는다. 또한, 광트랜스레이션 유닛이 N개의 포트마다 2대 즉, 총 2N대 설치되므로, 설비 치수가 커진다.

따라서 본 발명은, 상기 공지예에 있어서의 상기 과제를 해결하는 광스위치의 설치 환경 온도의 변화에 대응하여 가동 미러가 최적의 자세를 유지할 수 있는 콤팩트한 광스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 광스위치 전후의 전체 광파이버의 입출력광을 분기 계측하지 않고, 또 광스위치의 설치 환경 온도의 변화에 대응하여 가동 미러가 최적의 자세를 유지할 수 있는 광스위치의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 해결 수단은 이하에 예시한 형태를 가질 수 있다.

본 발명에 의해, 상기 공지예에 있어서의 상기 과제를 해결하는 광스위치의 설치 환경 온도의 변화 등이 발생해도 대응할 수 있는 가동 미러가 최적의 자세를 유지할 수 있는 콤팩트한 광스위치를 제공할 수 있다.

또한, 광스위치 전후의 전체 광파이버의 입출력광을 분기 계측하지 않아도, 광스위치의 설치 환경 온도의 변화에 대응하여 가동 미러가 최적의 자세를 유지할 수 있다.

(1) 복수의 광파이버를 전파하는 통신광을 스위칭하는 광스위치이며, 입력광이 광학적으로 연락되는 복수의 입력측 렌즈와, 상기 입력측 렌즈를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 복수의 가동 미러와, 상기 가동 미러를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 복수의 출력측 렌즈를 구비하고, 상기 복수의 입력측 렌즈는 제1 외부 장치로부터의 통신광이 입력측 광파이버를 전파하여 광학적으로 연락되는 제1 입력측 렌즈와, 발광부로부터의 빛이 광학적으로 연락되는 제2 입력측 렌즈와, 상기 가동 미러에 광학적으로 연락되는 빛을 발생하는 발광부와 상기 가동 미러를 경유한 상기 발광부로부터의 빛이 광학적으로 연락되는 수광부를 포함하고, 상기 복수의 출력측 렌즈는 제2 외부 장치로 통신광을 전파하는 제2 출력측 광파이버에 렌즈를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 제1 출력측 렌즈와, 상기 발광부로부터의 빛이 렌즈를 경유하여 수광부에 광학적으로 연락되는 제2 출력측 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 광스위치이다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 제2 입력측 렌즈 또는 상기 제2 출력측 렌즈를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 상기 수광부로부터의 신호를 기초로 하여 상기 제1 입력측 렌즈를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 상기 가동 미러를 움직이는 각도를 제어하는 제어치를 보정하는 미러 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 광스위치이다.

(3) 복수의 광파이버를 전파하는 통신광을 스위칭하는 광스위치이며, 입력광이 광학적으로 연락되는 복수의 입력측 렌즈와, 상기 입력측 렌즈를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 복수의 가동 미러와, 상기 가동 미러를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 복수의 출력측 렌즈와, 상기 가동 미러에 광학적으로 연락되는 빛을 발생하는 발광부와 상기 가동 미러를 경유한 상기 발광부로부터의 빛이 광학적으로 연락되는 수광부를 구비하고, 상기 복수의 가동 미러는 제1 외부 장치로부터의 통신광이 입력측 광파이버를 전파하여 광학적으로 연락되는 복수의 제1 가동 미러와, 상기 발광부로부터의 빛이 광학적으로 연락되는 복수의 제2 가동 미러를 갖는 것을 특징으로 하는 광스위치이다.

(4) 상기 (3)에 있어서, 상기 제2 가동 미러를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 상기 수광부로부터의 신호를 기초로 하여 복수의 제1 가동 미러를 작동시키는 각도를 제어하는 제어치를 보정하는 미러 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 광스위치이다.

(5) N개의 입력측 광파이버와 N개의 출력측 광파이버와, 상기 입력측 광파이버와 상기 출력측 광파이버 사이에 광학적으로 위치하여 상기 광파이버를 전파하는 통신광을 스위칭하는 광스위치이며, 상기 입력측 광파이버와 광학적으로 결합하는 복수의 렌즈를 구비하는 입력측 렌즈와, 상기 출력측 광파이버와 광학적으로 결합하는 복수의 렌즈를 구비하는 출력측 렌즈와,

상기 입력측 렌즈로부터의 통신광을 반사하는 요동 가능하게 지지한 복수의 미러를 구비하는 제1 차 미러 어레이와, 상기 제1 차 미러 어레이로부터의 반사 통신광을 반사하는 요동 가능하게 지지한 복수의 미러를 구비하는 제2 차 미러 어레이를 구비하고, 상기 입력측 렌즈수가 N ＋ 2개 이상이고, 출력측 렌즈수가 N ＋ 2개 이상이고, 제1 차 미러 어레이의 미러수가 N ＋ 2개 이상이고, 제2 차 미러 어레이의 미러수가 N ＋ 2개 이상인 것을 특징으로 하는 광스위치이다.

(6) 상기 (5)에 있어서, 수광 소자와 수광 소자로부터의 신호를 기초로 하여 미러의 위치 제어를 행하는 미러 제어 장치를 구비하고, 상기 입력측 렌즈 및 상기 출력측 렌즈는 상기 수광 소자와 광학적으로 결합하는 복수의 렌즈를 각각 포함하고, 상기 제1 차 미러 어레이 및 상기 제2 차 미러 어레이는 상기 수광 소자와 광학적으로 결합하는 복수의 미러를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 광스위치이다.

또한, 미러 제어 장치에서는 광스위치를 이용하여 상기 광파이버를 전파하는 통신광을 생성하지 않는 발광 소자와, 상기 발광 소자에 의해 생성된 빛을 수광할 수 있는 수광 소자를 광학적으로 결합하고 또한 스위칭하여, 그 결합에 개재한 미러의 제어 신호를 입력측 광파이버와 출력측 광파이버를 전파하는 통신광을 스위칭하는 미러의 제어에 이용할 수 있다.

마찬가지로, 입력측 렌즈로부터의 통신광을 반사하는 제1 차 미러 어레이의 미러수를 적어도 N ＋ 2개 이상으로 하고, 제1 차 미러 어레이로부터의 반사 통신광을 반사하는 제2 차 미러 어레이의 미러수를 적어도 N ＋ 2개 이상으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 명세서에 기재한 형태에 한정되는 것은 아니고, 현재의 공지 기술 또는 새롭게 생기는 공지 기술을 적응하는 것을 방해하는 것은 아니다.

도1은 본 발명에 있어서의 제1 실시예인 광스위치의 개략 사시도이다. 광스위치(1)는 복수의 입력측 광파이버(2)와 광학적으로 결합한 입력측 콜리메이터 렌즈(3)가 배열된 입력측 콜리메이터 렌즈 어레이(4), 2축에 요동 가능한 가동 미러(5)가 배열된 제1 차 미러 어레이(6), 제2 차 미러 어레이(7) 및 출력측 광파이버(8)와 광학적으로 결합한 출력측 콜리메이터 렌즈(9)가 배열된 출력측 콜리메이터 렌즈 어레이(10)를 구성 요소로서 포함한다. 제1 차 미러 어레이(6)와 제2 차 미러 어레이(7)의 가동 미러(5)를 적절하게 경사지게 하여 입력측 광파이버(2)와 출력측 광파이버(8)를 임의로 광학적으로 결합시킨다. 또한, 본 실시예에서는 정전 구동 방식을 설명한다.

본 실시예에서는 입력측 광파이버(2), 출력측 광파이버(8) 총 32개, 즉 32 ×32 ch의 광스위치를 나타낸다. 그러나, 입력측 콜리메이터 렌즈(3) 및 출력측 콜리메이터 렌즈 어레이(9)에 있어서의 콜리메이터 렌즈의 수는 36개이고, 제1 차 미러 어레이(6)와 제2 차 미러 어레이(7)의 가동 미러(5)도 마찬가지로 36개이다. 복수의 입력측 콜리메이터 렌즈(3)는 제1 외부 장치로부터의 통신광이 입력측 광파이버(2)를 전파하여 광학적으로 연락되는 복수의 제1 입력측 렌즈와, 발광부인 레 이저 다이오드(11)로부터의 빛이 광학적으로 연락되는 복수의 제2 입력측 렌즈를 갖는다. 그리고, 복수의 출력측 콜리메이터 렌즈(9)는 제2 외부 장치로 통신광을 전파하는 제1 출력측 광파이버(8)에 렌즈를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 복수의 제1 출력측 렌즈와, 상기 발광부로부터의 빛이 렌즈를 경유하여 수광부에 광학적으로 연락되는 복수의 제2 출력측 렌즈를 포함하고 있는 형태를 갖는다.

광스위치는 발광부로서 발광 소자인 레이저 다이오드를 구비한다. 또한, 수광부로서 수광 소자인 포토 다이오드를 구비한다. 구체예로서는, 입력측 콜리메이터 렌즈(3)에는 4개의 레이저 다이오드(11)(이하, LD)가 네 모서리에 결합되어 있고, 마찬가지로 출력측 콜리메이터 렌즈 어레이(9)의 네 모서리에는 포토 다이오드(12)(이하, PD)가 결합되어 있다. 복수의 제1 입력측 렌즈 및 복수의 제1 출력측 렌즈는 각각 32개, 복수의 제2 입력측 렌즈 및 복수의 제2 출력측 렌즈는 4개의 예를 나타내고 있다.

이후, 통신광과 구별하기 위해 LD(11)로부터의 레이저광을 계측광(13)이라 칭한다. 또한, 계측광(13)을 반사하는 제1 차 미러 어레이(6)의 네 모서리의 가동 미러를 제1 차 계측 미러(110), 제2 차 미러 어레이(7)의 네 모서리의 가동 미러를 제2 차 계측 미러(120)라 칭한다.

그리고, 상기 복수의 제1 입력측 렌즈 또는 상기 제1 출력측 렌즈를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 상기 수광부인 포토 다이오드(12)로부터의 신호를 기초로 하여 상기 복수의 제1 입력 렌즈를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 상기 가동 미러를 작동시키는 각도를 제어하는 제어치를 보정하는 미러 제어 장치(14)를 구비 한다.

또한, 상기 형태는 상기 가동 미러에 광학적으로 연락하는 빛을 발생하는 발광부인 레이저 다이오드(11)와 상기 가동 미러를 경유한 상기 발광부로부터의 빛이 광학적으로 연락되는 수광부인 포토 다이오드(12)를 구비한다. 상기 복수의 가동 미러는 제1 외부 장치로부터의 통신광이 입력측 광파이버를 전파하여 광학적으로 연락되는 복수의 제1 가동 미러와, 상기 발광부로부터의 빛이 광학적으로 연락되는 복수의 제2 가동 미러를 갖는 것이라 할 수 있다. 그리고, 상기 제2 가동 미러를 경유한 빛이 광학적으로 연락되는 상기 수광부로부터의 신호를 기초로 하여 복수의 제1 가동 미러를 작동시키는 각도를 제어하는 제어치를 보정하는 미러 제어 장치(14)를 구비하는 형태라 할 수 있다.

이와 같이, 복수의 렌즈와 요동 가능하게 지지한 복수의 미러를 구비하여 복수의 렌즈의 일부가 상기 광파이버와 광학적으로 결합하고, 복수의 렌즈의 일부가 상기 광파이버를 전파하는 통신광을 생성하지 않는 발광 소자와 광학적으로 결합하고, 복수의 렌즈의 일부가 상기 발광 소자에 의해 생성된 빛을 수광할 수 있는 수광 소자와 광학적으로 결합하고 있다.

우선, 제1 차 미러 어레이(6)와 제2 차 미러 어레이(7)의 가동 미러(5)의 제어 방법에 대해 설명한다.

우선, 광스위치는 조립한 상태에서 콜리메이터 렌즈 어레이, 미러 어레이에 미소한 위치 어긋남이 발생되어 있는 상태에 있는 경우에 대해 설명한다. 또한, 개개의 가동 미러의 강성, 즉 미러부를 지지하는 빔의 치수와 미러부와 대응하는 전극과의 간격이 모든 가동 미러가 균일하다고는 할 수 없다. 따라서, 이상적으로 배치된 상태로부터 기하학적으로 산출된 미러 각도 및 설계 치수로부터 산출된 빔 강성 및 정전 인력을 이용하여 가동 미러를 경사지게 하기 위해 전압을 인가해도, 상정 각도로 미러부가 경사지지 않으므로 입력측 광파이버와 출력측 광파이버가 최대 효율로 광학적으로 결합하지 않는다. 또한, 장치의 온도 변화에 의해 콜리메이터 렌즈 어레이 및 미러 어레이에 미소한 위치 어긋남이 발생되어 상기 현상은 한층 현저해진다.

따라서, 광스위치에 조립한 후에 입력측 광파이버와 출력측 광파이버가 최대 효율로 광학적으로 결합하도록 제1 차 미러 어레이 및 제2 차 미러 어레이의 개개의 가동 미러 조합에 있어서의 최적 경사 각도, 즉 최적 인가 전압을 매핑해야만 한다. 이후에는, 이 맵 작성 작업을 초기 조정 작업이라 표기한다.

도2와 도3을 이용하여 초기 조정 작업을 설명한다. 도2는, 본 발명에 있어서의 제1 실시예인 광스위치의 개략 사시도이다. 이후의 설명을 위해, 입력측 콜리메이터 렌즈(4), 출력측 콜리메이터 렌즈(10)의 각 렌즈 및 제1 차 미러 어레이(6), 제2 차 미러 어레이(7)의 개개의 가동 미러에 기호를 붙인다.

입력측 콜리메이터 렌즈(4)에 있어서, LD(11)와 결합한 네 모서리의 렌즈를 11 - A로부터 11 - D로 한다(복잡화를 회피하기 위해, 일부 기호 표기를 생략). 또한, 통신광을 출사하는 렌즈를 4 - 1 내지 4 - 32로 한다(복잡화를 회피하기 위해, 일부 기호 표기를 생략). 제1 차 미러 어레이(6)에서는 렌즈와 정면 대향하는 위치에 동일한 기호를 붙여 넣도록, 제1 차 계측 미러(110)에 110 - A 내지 110 - D, 가동 미러에 6 - 1 내지 6 - 32까지 기호를 붙인다(복잡화를 회피하기 위해, 일부 기호 표기를 생략). 출력측 콜리메이터 렌즈(10)에 있어서, PD(12)와 결합한 네 모서리의 렌즈를 12 - A 내지 12 - D, 통신광을 수광하는 렌즈를 10 - 1 내지 10 - 32로 한다(복잡화를 회피하기 위해 일부 기호 표기를 생략). 제2 차 미러 어레이(7)에서는 렌즈와 정면 대향하는 위치에 동일한 기호를 붙여 넣도록, 제2 차 계측 미러(120)에 120 - A 내지 120 - D, 가동 미러에 7 - 1 내지 7 - 32까지 기호를 붙인다(복잡화를 회피하기 위해, 일부 기호 표기를 생략).

미러의 기호 배치를 명확하게 하기 위해, 도3에 제1 차 미러 어레이(6)의 정면도를 도시한다. 제1 차 미러 어레이(6)와 정면 대향하는 입력측 콜리메이터 렌즈(4)에서는 제1 차 미러 어레이(6)의 개개의 미러와 광학적으로 결합하는 렌즈가 4 － 이하의 번호가 제1 차 미러 어레이와 동일 배치이다. 제2 차 미러 어레이(7)에서는 제1 차 미러 어레이(6)의 가동 미러가 경사지지 않은 상태에서, 개략적이면서 광학적으로 결합하는 미러가 7 － 이하의 번호가 제1 차 미러 어레이와 동일 배치이다. 또한, 제2 차 미러 어레이(7)와 정면 대향하는 출력측 콜리메이터 렌즈(10)에서는 제2 차 미러 어레이(7)의 개개의 미러와 광학적으로 결합하는 렌즈가 10 － 이하의 번호가 제2 차 미러 어레이(7)와 동일 배치이다.

우선, 입력측 콜리메이터 렌즈(4 - 1)와 출력측 콜리메이터 렌즈(10)의 모든 렌즈와 결합시킨다. 우선, 가동 미러(6 - 1)와 가동 미러(7 - 1)의 각각을 X, Y축 모두 미소하게 경사 각도를 바꾸고, 입력측 콜리메이터 렌즈(4 - 1)로부터의 광빔을 출력측 콜리메이터 렌즈(10 - 1)에 최고 효율로 광학적으로 결합하는 미러 각도, 즉 인가 전압을 찾아낸다. 이 작업을 가동 미러(6 - 1)에 대해 차례로 가동 미러(7 - 1 내지 7 - 32)까지 수행한다. 또한, 동일한 작업을 각각의 입력측 콜리메이터 렌즈에 대해 차례로 행하고, 표1에 도시한 최적 인가 전압의 맵[이하, 룩 업 테이블(Look Up Table)]을 작성한다.

(표 1)

룩 업 테이블(예)

상기한 초기 조정 작업에 의해 룩 업 테이블이 작성된 후, 콜리메이터 렌즈 어레이와 미러 어레이의 상대 위치가 변화하지 않고, 또한 제어 회로의 출력이 변화하지 않으면, 테이블과 같은 인가 전압에 의해 입출력 광파이버 사이를 최고 효율로 광학적으로 결합할 수 있다. 그러나 전술한 바와 같이, 광스위치 설치 환경의 온도 변화에 의해 콜리메이터 렌즈 어레이와 미러 어레이의 상대 위치가 변화하거나, 또는 광스위치 장치의 제어 회로의 온도 상승에 의해 출력 전압이 변화한다. 그 결과, 룩 업 테이블의 출력 명령을 내보내도 입출력 광파이버 사이를 최고 효율로 광학적으로 결합할 수 없게 된다. 본 발명은, 상기 과제를 보다 저비용이고 효과적으로 해결할 수 있다.

이하, 제어 구성을 도4를 이용하여 설명한다. 도4는 본 발명의 일실시예인 제어 방식의 구성을 도시하는 블럭도이다. 도4에 있어서, 부호 14는 제1 차 미러 어레이(6)와 제 2차 미러 어레이(7)를 제어하는 미러 제어 장치로, 앰프, D/A 변환기, 연산 소자, 메모리 등으로 구성된다. 상기에서 설명한 룩 업 테이블은 미러 제어 장치(14)의 메모리 내부에 보존되어 있다. 부호 15는 LD(11), PD(12)를 제어하여 제1 차 미러 어레이(6) 및 제2 차 미러 어레이(7)의 제어를 수정하는 처리 장치로, A/D 변환기, 연산 소자, 메모리 등으로 구성된다. 미러 제어 장치(14)와 처리 장치(15)를 합쳐서 광스위치 제어 장치(16)가 된다. 광스위치 제어 장치(17)는, 인터페이스를 거쳐서 외부 장치로부터 입력측 광파이버와 출력측 광파이버와의 스위칭 신호 등을 수취한다.

이하, 제어 방법을 도1, 도2 및 도4를 이용하여 설명한다.

개요로서는 통신용을 발생하지 않는 LD(11)를 2개 이상의 입력측 콜리메이터 렌즈(3)에 결합하고, 마찬가지로 통신광을 수광하지 않는 PD(12)를 2개 이상의 출력측 콜리메이터 렌즈(9)에 결합하는 형태를 포함하고 있다. 제1 차 미러와 제2 차 미러를 제어하여 발광 소자와 결합한 입력측 콜리메이터 렌즈와, PD(12)와 결합한 출력측 콜리메이터 렌즈를 광학적으로 결합한다. 이 때, 수광 소자의 출력이 최대가 되 도록 제1 차 미러와 제2 차 미러의 가동 미러의 경사 각도를 조절한다. 또한, 2개 이상의 입력측 콜리메이터 렌즈와 출력측 콜리메이터 렌즈 사이에서 광학적으로 스위칭하고, 마찬가지로 LD(12)의 출력이 최대가 되도록 제1 차 미러와 제2 차 미러의 가동 미러의 경사 각도를 조절한다. 이 제1 차 미러와 제2 차 미러의 가동 미러의 경사 각도 조절을 수행하여 제1 차 미러와 제2 차 미러의 최적의 경사 각도로부터 콜리메이터 렌즈 어레이와 미러 어레이와의 상대 위치의 변화 및 전기 회로의 출력 변화를 산출한다. 상기 계산 결과를 통신광을 스위칭하는 다른 가동 미러의 경사 각도에 반영하여 콜리메이터 렌즈 어레이와 미러 어레이와의 상대 위치의 변화 및 전기 회로의 출력 변화를 고려한 최적의 경사 각도로 제어하도록 한다. 구체적으로는, 이하에 상세하게 서술한다.

LD(11)로부터의 레이저광(13)은 제1 차 미러 어레이(6)의 네 모서리의 제1 차 계측 미러(110)로 반사되고, 또한 제2 차 미러 어레이(7)의 네 모서리의 제2 차 계측 미러(120)로 반사되어 출력측 콜리메이터 렌즈 어레이(9)의 네 모서리의 PD(12)와 광학적으로 결합한다. 항상, PD(12)에 의해 레이저광(13)의 광출력을 계측하면서, 제1 차 계측 미러(110)와 제2 차 계측 미러(120)의 각각을 X, Y축 모두 미소하게 경사 각도를 바꾸어 PD(12)의 출력을 최대로 하는 미러 자세를 발견한다. 또한, 제1 차 계측 미러(110 - A 내지 11O - D)와, 제2 차 계측 미러(120 - A 내지 120 - D) 사이를 계속해서 스위칭하여 4 ×4 ＝ 16과 같이 가장 적절한 미러 자세를 산출한다. 산출은 정기적으로 행하는 것이 바람직하다.

도4에 도시한 바와 같이, 콜리메이터 렌즈 어레이와 미러 어레이의 상대 위치 변화나, 제어 회로의 출력 전압 변화를 반영한 16 가지의 적절한 미러 자세의 정보를 초기 조정 작업에 의해 작성한 룩 업 테이블에 반영하여 제1 차 미러 어레이(6) 및 제2 차 미러 어레이(7)의 미러 제어를 수행한다.

이하, 룩 업 테이블로의 반영 방법의 일례를 설명한다. 우선, 계측 미러에 의해 구해진 16 가지의 적절한 미러 자세로부터 콜리메이터 렌즈 어레이와 미러 어레이의 상대 위치 변화, 또는 제어 회로의 출력 변화를 제1 차 미러 어레이(6)로부터 본 제2 차 미러 어레이(7)의 상대 위치 변화, 즉 제2 차 미러 어레이(7)의 상대적인 변형으로 치환한다. 계속해서, 상대적으로 변형한 제2 차 미러 어레이(7)의 형상을 계측된 네 모서리의 4점에 의해 산출한다. 또한, 계산 결과로부터 룩 업 테이블에 상당하는 그 내측의 좌표를 근사 산출한다. 가장 간편한 방법은 상대적으로 변형한 제2 차 미러 어레이(7)의 형상을 평면이라 가정하고, 네 모서리의 4점을 직선에 의해 연결하여 그 내부를 균등하게 분할하는 직선 근사이다. 또는, 사전에 계측, 해석한 결과를 사전에 입력해 두고, 그 곡면이라 가정하여 상대적으로 변형한 제2 차 미러 어레이(7)의 형상을 곡면 근사한다. 또한, 내측의 분할은 마찬가지로 사전에 계측, 해석한 결과를 사전에 입력해 두고, 발생한 곡면 형상으로 가장 생기기 쉬운 분할 방법으로 한다. 이 산출된 좌표와 룩 업 테이블을 비교하여 그 차이가 제로가 되도록 룩 업 테이블의 전압치를 제어한다.

이와 같이 하여, 통신광을 반사하는 미러 어레이의 흔들림각을 보정한다. 예를 들어, 제1 차 미러 어레이(6) 중 1개의 미러로부터 제2 차 미러 어레이(7)에 빛을 광학적으로 연락할 때의 흔들림각을 얻기 위한 제어치인 전압치를 초기치로부터 보정한다. 초기치가 이미 변경되어 있는 경우에는 기존치를 갱신할 수 있다. 또한, 만약 제2 차 미러 어레이(7)가 없어 제1 차 미러 어레이(6)를 경유한 빛이 출력측 콜리메이터 렌즈 어레이(9)에 광학적으로 연락되는 경우에는, 상기 제1 차 미러 어레이(6)로부터 출력측 콜리메이터 렌즈 어레이(9) 중 1개로 광학적으로 연락하기 위한 미러의 흔들림각이 될 수 있다.

본 발명에 의해, 제1 차 미러 어레이면과 제2 차 미러 어레이면의 상대 위치 변화, 또는 제1 차 또는 제2 차 미러 어레이면과 콜리메이터 렌즈 어레이면과의 상대 위치 변화를 구하고, 그것을 기초로 하여 각 미러의 구동량의 보정을 행하기 때문에, 미러의 수만큼 발광부나 수광부를 구비할 필요가 없어 콤팩트한 광스위치를 형성할 수 있다. 이러한 관점으로부터는 측정광이 미러 어레이의 최외주측에 위치하는 미러에 광학적으로 연락되도록 형성하는 것이 바람직하다.

상기 실시예에서는, 미러 제어 장치와 처리 장치에 각각 연산 소자 및 메모리를 설치하였지만, 연산 소자 및 메모리의 용량에 따라서는, 공용하는 것은 가능하다.

또한 상기 실시예에서는, 4개의 LD와 PD를 이용하여 4 세트(4 ×4 ＝ 16 가지)의 미러 조합을 계측하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 1 세트의 미러 조합에는, 제1 차 미러 어레이(6) 및 제2 차 미러 어레이(7)의 미러 각각에 X축, Y축의 최적 각도가 산출된다. 즉, 모든 변형을 제2 차 미러 어레이(7)의 상대 변형으로 치환한 상대 변형 후의 제2 차 미러 어레이(7)의 형상은 최저 2 세트의 미러 조합에 의해 산출할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 2개 이상의 입력측 콜리메이트 렌즈와 2개 이상의 출력측 콜리메이트 렌즈가 통신광을 이용하지 않 고 광학적으로 결합하여 그 상태를 피드백하는 것이 불가결하다.

또한 상기 실시예에서는 미러의 구동 방법으로서 정전 구동 방식을 이용하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 구동 방법이라도 그 효과는 변하지 않는다. 예를 들어, 로렌츠력 구동 방식인 경우, 상기 룩 업 테이블은 코일을 흐르는 전류치가 된다. 상기 실시예에 의한 방법으로 구한 상대 변형 후의 제2 차 미러 어레이(7)의 형상을 바탕으로, 코일 전류치로 이루어지는 룩 업 테이블을 수정한다. 즉, 초기 조정 작업에 의해 작성한 테이블을 기초로 제어할 수 있는 구동 방식이면, 그 방식에 제한되는 일 없이 본 발명은 그 효과를 발휘할 수 있다.

MEMS 기술 응용의 비교예의 광스위치의 구조를 도5, 도6 및 도7에 도시한다. 비교예의 광스위치(20)는 광파이버 어레이, 콜리메이터 렌즈 어레이, 미러 어레이 등으로 구성된다. 미러 어레이에는 1축, 또는 2축에 경사 가능한 가동 미러가 배열되어 있고, 광파이버 어레이 및 콜리메이터 렌즈 어레이는 미러 어레이의 가동 미러와 대략 같은 수의 광파이버 및 콜리메이터 렌즈가 동일한 배열을 이루고 있다.

입력측 광파이버(21) 및 입력측 콜리메이터 렌즈 어레이(22)를 통과하여 형성된 광빔(23)은 제1 차 미러 어레이(24)에서 반사하여 대향하는 제2 차 미러 어레이(25)에서 다시 반사하고, 다른 쪽 출력측 콜리메이터 렌즈(26)를 통과하여 출력측 광파이버(27)와 광학적으로 결합된다. 제1 차 미러 어레이(24)와 제2 차 미러 어레이(25)에 설치된 가동 미러(28)의 경사 자세를 바꾸어 각각의 반사에 의해 스위칭을 수행한다.

가동 미러(28)는 복수의 빔으로 요동 가능하게 속이 비게 지지한 구조가 이용되고 있다. 가동 미러(28)를 경사지게 하는 방법은 각종 다양한 방법을 생각할 수 있지만, 정전력에 의한 구동(이하, 정전 구동 방식)과 로렌츠력에 의한 구동(이하, 로렌츠력 구동 방식)이 전기적 제어가 용이하다. 로렌츠력 구동 방식인 경우에는, 많게는 가동 미러(28) 상에 코일을 설치하여 자석을 배치한 외부 자기장 내에 가동 미러(28)를 배치한다. 이 코일에 흐르게 하는 전류를 제어함으로써 로렌츠력을 제어하고, 미러부를 지지하는 빔을 비틀어 빔의 비틀림력과의 균형에 의해 정자세를 유지한다. 도6 및 도7을 이용하여 정전 구동 방식의 가동 미러 구조를 설명한다. 가동 미러(28)는 광반사부(29)를 복수의 빔(30)으로 요동 가능하게 속이 비게 지지한 구조인 광반사부(29)와 거의 대향하는 위치에 복수의 전극(31)을 형성하고, 이 사이에 전압을 가하여 정전 흡인력을 발생시킨다. 상기 전압을 제어함으로써 정전 인력을 제어하고, 미러부를 요동 가능하게 지지하는 빔(30)을 비틀어 빔의 비틀림력과의 균형에 의해 정자세를 유지한다.

출력측 콜리메이터 렌즈(26)로 입사하는 광빔은 고정밀도의 위치 결정이 요구된다. 광빔이 출력측 콜리메이터 렌즈(26)의 단부면으로부터 떨어진 경우에는, 광학적으로 결합되지 않는다. 가령, 광빔이 출력측 콜리메이터 렌즈(26)의 단부면으로 들어가 있어도, 적정한 입사각도 범위 밖이면 광학적으로 결합되지 않거나, 또는 대폭적인 손실이 생긴다. 이는, 콜레메이터 렌즈의 단부면과 접속되어 있는 광파이버의 코어부(통신광이 전달되는 부분)가 싱글 모드 파이버인 경우이면, 직경 약 10 ㎛로 매우 미세하므로, 약간 입사광이 어긋나도 코어부로부터 떨어지기 때문 이다. 렌즈 및 광파이버의 종류에도 따르지만, 광빔의 출력측 콜리메이터 렌즈(26)에의 입사 각도는 허용되는 손실이 수 dB이라 하면, 약 0.수도의 정밀도여야만 한다. 따라서, 광빔의 위치 및 각도를 결정하는 미러 어레이에 있어서의 개개의 가동 미러(28)의 자세는 매우 고정밀도로 유지해야만 한다.

콜리메이터 렌즈 어레이와 미러 어레이는, 조립 초기에는 고정밀도로 위치 결정되어 있다. 그 결과, 로렌츠력 구동 방식인 경우에는 소정 전류치, 정전 구동 방식의 경우에는 소정 전압을 가함으로써 가동 미러(28)를 소정의 자세로 유지할 수 있어, 소정의 입력측 콜리메이터 렌즈(22)를 통과하여 형성된 광빔은 소정의 출력측 광파이버(27)와 광학적으로 결합된다. 그러나, 광스위치 설치 환경의 온도가 변화한 경우, 콜리메이터 렌즈 어레이와 미러 어레이의 상대 위치가 변화하여 가동 미러(28)가 소정의 자세를 유지해도 광학적 결합을 할 수 없게 되거나, 또는 대폭적인 손실이 생길 우려가 있다. 또는, 연속된 스위칭에 의해 광스위치 장치 자체의 온도가 상승한 경우, 전기 회로의 출력이 변화하여 가동 미러(28)가 소정의 자세를 유지할 수 없게 될 우려가 있다.

이러한 현상을 회피하기 위해, 가동 미러(28)의 자세를 고정밀도로 제어하기 위한 다양한 제어 방법을 생각할 수 있다. 광스위치 전후의 입출력 광파이버 전체에 커플러를 부착하여 통신광의 일부를 분기, 계측하여 가동 미러(28)의 자세 제어에 피드백하는 방법이 도8에 도시된다. 입력측 광파이버(21)에 커플러(31)를 부착하여 통신광의 일부를 분기하여, 광스위치 이전의 통신광을 감시한다. 또한, 출력측 광파이버(27)에도 마찬가지로 커플러(31)를 부착하여 광스위치 이후의 통신광을 감시한다. 광스위치 전후의 통신광 강도로부터 제1 차 미러 어레이(24)와 제2 차 미러 어레이(25)의 최적의 자세를 제어 장치(32)에서 산출한다. 그 결과를 제1 차 미러 어레이(24)와 제2 차 미러 어레이(25)의 제어에 반영한다. 이 작업을 항상 수행하여 최고 효율로 입출력 광파이버를 결합시킨다. 또한, 도8에는 복잡화를 회피하기 위해, 1개의 입출력 광파이버만을 기재하였다. 이와 같이, 상기 방법은 모든 입출력 광파이버에 커플러를 부착해야 한다. 전체 입출력 광파이버에 커플러를 부착하는 방법에서, N ×N의 광스위치, 즉 N개의 입력 포트에서는 2N개의 커플러가 요구된다. 그 비용이 광스위치 전체의 비용을 상승시키는 원인이 된다. 또한, 커플러에 의한 분기로 인해 입출력광의 손실이 커진다. 통신광이 강도 저하된 경우, 통신광을 일단 전기 변환하고 전기적 증폭을 수행하여, 다시 빛으로 변환해야만 한다. 이 증폭 행정이 들어가면, 빛-전기 변환 설비 및 전기-빛 변환 설비를 필요로 하여 변환 기기의 비용 증가가 생긴다.

이에 반해, 본 실시예의 구조에 의해 상기 비교예의 단점을 작게 하고, 커플러를 이용하여 통신광을 분기하는 일 없이 콜리메이트 렌즈 어레이, 미러 어레이의 위치 변화, 전기 회로의 출력 변화를 수정할 수 있다. 이로 인해, 광스위치의 부품 개수를 줄일 수 있다. 또한, 커플러에 의한 분기에 의해 생기는 손실을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예의 광스위치에서는 커플러를 이용하여 통신광을 분기하지 않으므로, 종래의 광스위치보다도 소형화될 수 있다.

또한, 본 발명의 광스위치의 제어 방법에서는 커플러를 삭감하였으므로 저렴 해진다.

또한, 통신광을 스위칭하는 미러와는 별도의 미러이고, 독립하여 콜리메이트 렌즈 어레이, 미러 어레이의 위치 변화, 전기 회로의 출력 변화를 계측하기 때문에, 종래의 피드백 제어와 같이 통신광을 스위칭하는 미러를 미동시킬 필요가 없다. 그 결과, 통신광의 결합을 안정시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 커플러를 이용하여 통신광을 분기하지 않고, 광스위치의 제어 방법에서는 커플러를 삭감함으로써 광스위치 가동 미러가 최적의 자세를 유지할 수 있는 저렴하고 콤팩트한 광스위치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

1. 제1 외부 장치로부터 입력측 광파이버를 거쳐서 통신광이 입력되고, 출력측 광파이버를 거쳐서 제2 외부 장치로 전파하는 통신광을 절환하는 광스위치이며, 입력측 렌즈 어레이, 제1차 미러 어레이, 제2차 미러 어레이, 출력측 렌즈 어레이, 발광 소자, 수광 소자를 구비하고,

   상기 입력측 렌즈 어레이는 상기 입력측 광파이버에 결합하는 제1 복수의 입력측 렌즈와 상기 발광 소자로부터의 빛이 입사되는 제2 복수의 입력측 렌지를 갖고,

   상기 제1차 미러 어레이 및 상기 제2차 미러 어레이의 각각은 상기 제1 복수의 입력측 렌즈를 경유한 빛이 입사되는 제1 복수의 가동 미러를 갖고, 상기 제1차 미러 어레이는 상기 제2 복수의 입력측 렌즈를 경유한 빛이 입사되는 제1차 계측 미러를 더 갖고, 상기 제2차 미러 어레이는 상기 제1차 계측 미러를 경유한 빛이 입사되는 제2차 계측 미러를 더 갖고,

   상기 출력측 렌즈 어레이는 상기 제2차 미러 어레이의 상기 제1 복수의 가동 미러를 경유한 빛이 입사되는 동시에 상기 출력측 광파이버에 결합하는 제1 복수의 출력측 렌즈와 상기 제2차 계측 미러를 경유한 빛이 입사되는 동시에 상기 수광 소자에 결합하는 제2의 복수의 출력측 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 광스위치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 복수의 출력측 렌즈를 경유한 빛을 수광한 상기 수광 소자로부터의 신호를 기초로 상기 제1차 미러 어레이 및 상기 제2차 미러 어레이의 미러를 움직이게 하는 각도를 제어하는 제어치의 보정을 행하는 미러 제어 장치를 더 갖는 것을 특징으로 하는 광스위치.
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