KR100815382B1 - 광섬유 스위치 - Google Patents

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Abstract

광섬유 스위치는 지지부에 의하여 전달되는 복수의 광 입력부 및 복수의 광 출력부를 포함한다. 광섬유 스위치는 또한 각 광 입력부와 연관된 복수의 제 1 회전가능 반사기, 및 각 광 출력부와 연관된 복수의 제 2 회전가능 반사기를 포함한다. 복수의 반사기 구동기들은 광 입력부와 광 출력부 간의 각 경로를 지정하기 위하여 선택된 제 1 및 제 2 회전가능 반사기의 쌍을 조정한다. 각 입력부와 출력부 간에 전달되는 자유 공간 전파 광선은 실질적으로 평행광을 만들고 그리하여 다양한 라우팅 경로 간의 상대적 경로 길이 차이에 따른 광학적 성능 저하를 최소화하는 마이크로 렌즈에 의하여 형성된다.
광섬유, 라우팅, 통신, 스위치

Description

광섬유 스위치{FIBER OPTIC SWITCH}
본 발명은 광섬유 통신에 관한 것으로, 특히 둘 또는 그 이상의 채널 간의 광섬유 통신 시스템내의 광신호를 전환하는 광 스위치 장치에 관한 것이다.
광섬유 케이블은 소리, 영상, 그리고 통신 네트워크에서 광선으로서 전송되는 다른 데이터 신호들을 전달하는데 사용된다. 전기 신호의 전송장치로서 구리선을 사용하는 통신 네트워크와 유사하게, 광섬유 케이블선은 통신 네트워크를 통하여 다양하게 위치된 스위치를 통하여 각각 서로 연결된다. 통신 신호들의 모든 광학 라우팅(routing) 및 리라우팅(rerouting)을 달성하기 위하여, 광 행렬 스위치 또는 MxN 크로스바 스위치들이 사용된다. 모든 광 스위치들은 먼저 광신호를 전기신호로 전환하고, 요구 라우팅을 수행하고, 전기신호를 광신호로 다시 전환하는 다른 전환 기술과 혼동되지 않아야 한다.
모든 광스위치의 일 예로서, 미국 특허 번호 제 6,009,219 호의 상세 설명은 제 1 및 제 2 광 채널을 선택적으로 연결하기 위해 고체형 굴절 스위치 본체를 사용하는 광 전환 장치를 개시한다. 고체형 굴절 스위치 본체는 이동하여 제 1 및 제 2 광 채널이 가까운 제 1 및 제 2 굴절면에 위치한다.
다른 예로 미국 특허 번호 제 5,960,132 호의 상세 설명이 있다. 여기에, 광 스위치는 제 1 방향으로 지나는 광선을 내버려두거나 광선을 제 1 방향에서 제 2방향으로 전환하는 반사 패널들을 포함한다.
그러나, 종래의 광섬유 스위치들은 낮은 채널 밀도, 높은 삽입 손실, 공전 상태 에너지 소비를 갖고, 상대적으로 부피가 크다. 전환 속도, 신뢰도, 파장 범위, 및 비용은 특정한 적용에 의존하여 고려되는 다른 요인들이다. 특히, 파장 분할 다중송신(WDM)의 사용은 채널수의 큰 증가로 인해, 종래 스위치 기술의 가능성을 심각하게 손상하고 있으며; 그리고 현재는 어떤 단일 스위치 기술도 모든 적용에 대하여 최적인 것으로 나오지 않는다. 따라서, 채널 밀도의 증가, 감소된 파장 의존도, 크기의 축소, 더 낮은 삽입 손실, 고 신뢰도 및 감소된 공전 에너지 소비를 갖는 광섬유 스위치에 대한 요구가 절실하다.
본 발명은 지지부, 지지부에 설치되는 복수의 광 입력부, 지지부에 설치되는 복수의 광 출력부, 각 광 입력부와 각각 연관된 복수의 제 1 회전가능 반사기, 각 광 출력부와 각각 연관된 복수의 제 2 회전가능 반사기, 광 입력부와 광 출력부 간의 각 경로를 정하고, 각 경로에 대해 가로로 된 축선 상 각각에서 회전가능한 복수의 제 1 및 제 2 회전가능 반사기들의 쌍을 조정하는 복수의 반사기 구동기들로 구성된 광섬유 스위치를 포함한다.
본 발명은 또한 복수의 광 입력부 및 복수의 광 출력부를 포함하는 광섬유 통신 시스템에서의 광 신호들의 라우팅 방법도 포함하고 있으며, 상기 방법은 각 광 입력부 및 광 출력부 중 하나와 각각 연관된 복수의 회전가능 반사기를 제공하고, 광 입력부와 광 출력부 간의 각 경로를 정하기 위해 회전가능 반사기의 쌍이 서로를 향하도록 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적은 삽입 손실, 크기 및 에너지 손실을 줄이면서, 채널 밀도, 파장 독립성, 모든 광섬유 광 스위치의 신뢰도를 높이는 것이다.
유리하게, 본 발명은 지지부에 설치되는 복수의 광 입력부와 복수의 광 출력부를 포함하는 광섬유 스위치를 제공한다. 광섬유 스위치는 각 광 입력부와 각각 연관된 복수의 제 1 회전가능 반사기와 각 광 출력부와 각각 연관된 복수의 제 2 회전가능 반사기를 포함한다. 또한, 복수의 반사기 구동기는 광 입력부와 광 출력부 간의 각 경로를 정하기 위하여 선택된 복수의 제 1 및 제 2 회전가능 반사기의 쌍을 조정한다.
복수의 광 입력부 및 광 출력부 각각은 렌즈, 광 커넥터, 광섬유로 구성된다. 특별하게 고안된 색지움의 미세 렌즈들에 의해 더 큰 파장 범위의 동작성을 실현할 수 있더라도, 간결성과 좋은 성능을 위하여 렌즈는 변화 표지(gradient index) 미세 렌즈를 사용한다. 어떤 경우라도 광 입력부와 광 출력부의 렌즈들은 사실상 구별할 수 없고 두 렌즈 간에 사실상 평행 광선을 효과적으로 전달하기 위하여 효율적으로 제조된다. 본 발명은 자유 공간 전파 광선이 간섭없이 경로를 통과한다는 사실을 이점으로 한다. 또한, 복수의 제 1 및 제 2 회전가능 반사기들의 각각은 회전가능 거울로 구성되고, 복수의 반사기 구동기들의 각각은 소형화를 위한 미세 전기역학(MEMs) 모터와 같은, 모터로 구성된다. 본 발명의 궁극적인 소형화는 거울을 회전시키는 모터들의 크기에 의해서만 일차적으로 국한되는데, 이는 모터 기술에 대한 시간의 경과의 따라 변화할 수 있다. 잠금 기능이 있는 모터들은 공전 동작 동안, 전력 소비의 필요를 감소시키거나 없앨 수도 있다. 스위치는 또한 광 입력부와 광 출력부 간의 원하는 라우팅 경로를 만들기 위하여 복수의 반사기 구동기들을 제어하는 제어기도 포함할 수 있다.
복수의 광 입력부 및 광 출력부은 실질적으로 원형으로 지지부에 위치되는 것이 바람직하다. 지지부는 반원형으로 복수의 광 입력부를 지지하는 제 1 지지부, 및 나머지 반원형으로 복수의 광 출력부를 지지하고 제 1 지지부에 근접한 제 2 지지부로 구성된다.
본 발명의 목적, 특징, 이점은 또한 복수의 광 입력부 및 복수의 광 출력부를 포함하는 광섬유 통신 시스템내의 광 신호의 라우팅 방법에 의해서도 제공된다. 상기 방법은 복수의 광 입력부 및 광 출력부 중 각 하나와 각각 연관된 복수의 회전가능 반사기를 제공하고, 광 입력부와 광 출력부 간의 각 경로를 정하는 회전가능 반사기의 쌍을 조정한다.
삭제
각 회전가능 반사기를 조정하는 단계는 회전가능 반사기를 모터로 회전시키는 단계를 포함하며, 그리고 복수의 회전가능 반사기는 실질적으로 원형으로 위치되는 것이 바람직하다. 복수의 회전가능 반사기를 구비하는 단계는 복수의 광 입력부와 연관된 회전가능 반사기를 반원형으로 위치시키는 단계와, 광 입력부와 연관된 회전가능 반사기 근처에 복수의 광 출력부와 연관된 회전가능 반사기를 나머지 반원형으로 위치시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 광섬유 스위치 및 이를 이용한 방법은 채널 밀도의 증가, 크기의 감소, 더 낮은 삽입 손실, 넓은 파장범위의 성능, 더 높은 신뢰성, 그리고 공전 에너지 소비의 감소를 제공한다.
본 발명은 다음의 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 기술될 것이다.
도 1은 광섬유 스위치를 포함하는 광 통신 시스템의 계략도이다.
도 2는 광섬유 스위치를 나타내는 계략적인 단면도이다.
도 3은 도 2의 광섬유 스위치의 광 섬유 채널의 패턴을 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광 통신 시스템(4)은 복수의 파장 분할 회선다중장치(wavelength division multiplexer; WDMs)(8) 및 MxN 광섬유 스위치(10)를 경유한 상호 통신을 위하여 일반적으로(특정되지 않음) 연결된 네트워크(6)를 포함한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 광섬유 스위치(10)가 기술될 것이다. 광섬유 스위치(10)는 광 통신 시스템(4)의 사용을 위한 모든 광 행렬 스위치 또는 MxN 크로스바 스위치이다. 광섬유 스위치(10)는 복수의 광 출력부(19A) 및 복수의 광 입력부(19B)를 지지하는 지지부 또는 프레임(12)을 포함한다. 지지부는 반원형으로 복수의 광 출력부(19A)를 지지하는 제 1 지지부(11A), 및 복수의 광 입력부에 근접한 복수의 광 입력부(19B)를 반원형으로 지지하는 제 2 지지부(11B)를 포함한다. 그와 같이, 복수의 광 입력부와 광 출력부는 경로 거리의 변화를 최소화하고 모든 가능한 라우팅 간의 가시 라인(line-of-sight)을 향상시키기 위하여 바람직하게는 도시된 바와 같이 실질적으로 원형으로 배열된다. 이것은 차례로 광 섬유 스위치(10)를 경유하여 연결된 채널의 수를 최대화시키고, 이에 따라 채널 밀도를 증가시키는데 기여한다. 실질적으로 직선형 패턴과 같은 다른 패턴은 특정 적용의 필요에 따라 사용될 수 있다.
광 출력부(19A) 및 광 입력부(19B)의 각각은 평행 미세 렌즈(20), 광 커넥터(22),및 광섬유 케이블(24)을 포함한다. 렌즈(20), 광 커넥터(22), 및 광섬유 케이블(24)은 당업자에게 잘 알려져 있다. 바람직하게는, 렌즈(20)는 스위치, 분열기, 고립기, WDMs, 및 회전기와 같은 광섬유 요소에 널리 사용되는 변화 표지(GRIN) 미세 렌즈이다. 특별히 고안된 무색의 미세 렌즈에 의하여 더 넓은 파장 범위의 동작이 실현될지라도, 소형화와 좋은 성능을 위하여 그 렌즈(20)는 변화 표지 미세 렌즈를 사용한다. 어떤 경우에도, 광 입력부의 렌즈(20)와 광 출력부의 렌즈(20)는 사실상 구별할 수 없고 두 렌즈 간의 사실상 평행 광선을 효과적으로 전달하는데 효율적으로 만들어진다. 본 발명은 자유 공간 전파 광선이 간섭없이 경로를 통과한다는 사실의 이점을 크게 이용한 것이다.
스위치(10)는 또한 복수의 광 출력부(19A) 중 하나와 각각 연관된 복수의 제 1 회전가능 반사기(18A), 및 복수의 광 입력부(19B) 중 하나와 각각 연관된 복수의 제 2 회전가능 반사기(18B)를 포함한다. 회전가능 반사기(18A, 18B)는 바람직하게는 당업자에게 알려진 거울이다. 회전가능 반사기(18A, 18B)는 구동축(16)을 통해 모터(14)로 구동된다. 간편함을 위하여, 회전가능 반사기(18A, 18B)는 기울어지고, 광택이 나며, 높은 반사효과를 갖는 층을 형성하고 모터(14) 자체의 구동축(16)에 형성된다. 모터(14)는 스텝 모터이고 그리고/또는 회전가능 반사기(18A, 18B)는 회전가능 반사기의 제어를 돕기 위해 위치 지정 메커니즘(예를 들어 멈춤쇠 또는 스톱퍼)을 포함할 수 있다. 모터(14)는 스위치(10)의 크기를 더욱 감소시키기 위하여 미세 전기역학 시스템(MEMS) 모터일 수도 있다. 모터(14)는 선택된 쌍의 회전가능 반사기(18A, 18B)를 회전시키고, 광 출력부(19A)와 광 입력부(19B) 간의 각 라우팅 경로를 정하여 원하는 방향으로 빛을 보내기 위한 제어기(26)에 의하여 조정된다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 반사기(18A, 18B)가 서로를 향하도록 조정함으로 광 출력부(19A1)와 광 입력부(19B1) 간에서 하나의 경로가 정해질 수 있다. 광 신호는 광섬유(24), 광 커넥터(22) 및 광 입력부(19B1)의 렌즈(20)를 통하여 전송된다. 그 후, 광 신호는 연관된 회전가능 반사기(18B)에 의하여 원하는 광 출력부(19A1)의 또 하나의 회전가능 반사기(18A)를 향하여 반사된다. 반사기(18A)는 광 신호를 광 커넥터(22) 및 광 출력부(19A1)의 광 섬유 케이블(24)을 통하여 렌즈(20)를 향하여 반사한다. 반사기(18A, 18B)가 회전함에 따라, 공간을 지나간 연관된 자유 공간 광선 경로는 유일 평면을 정한다. 허용 제조 공차내의 일치하는 평면에 예정된 모든 회전가능 반사기(18A, 18B)와 연관된 그러한 광 경로에 의해, 모든 가능한 광입력 및 광출력의 경로의 조합이 제공된다.
입력 광 신호가 이 스위치(10)내에서 리라우팅 될 때, 평행 광선은 일반적으로 출력부와 연관된 복수의 제 2 반사기들(18A)의 몇몇을 가로지른다. 이러한 동작 가운데 다른 출력과 원하지 않는 광 커플링, 또는 혼선의 문제점은 출력 섬유(24)에 관련된 출력 반사기(18A)로부터 광을 연결하는 미세 렌즈(20)의 높은 방향 선택감도에 의하여 무시된다. 그러므로, 리라우팅은 형성된 경로의 위치 및 양과 관련해서 그리고 남은 공전의 경로 간섭과 무관하게 임의적으로 수행된다.
상술된 바와 같이, 광섬유 스위치(10)는 채널 밀도를 증가시키고 대응하여 크기의 감소를 가져오고, 높은 신뢰성을 갖는 향상된 수행을 하며, 공전 에너지 소비를 감소시킨다.
이하에서는 본 발명에 따른 광섬유 통신 시스템의 광 신호 라우팅 방법이 기술될 것이다. 광섬유 통신 시스템은 복수의 광 출력부(19A) 및 복수의 광 입력부(19B)를 포함한다. 상기 방법은 각 광 출력부(19A) 및 광 입력부(19B) 중 하나와 각각 연관된 복수의 회전가능 반사기(18A, 18B)를 제공하는 것을 포함하고, 광 입력부와 광 출력부 간의 각 경로를 정하는 회전가능 반사기의 쌍을 조정하는 것을 포함한다. 다시 말하면, 상술한 실시예와 같이, 광 신호는 복수의 광 입력부(19B) 중 하나를 통해 전송되고, 원하는 회전가능 반사기(18A)를 향하여 관련 회전가능 반사기(18B)에 의해 반사되며, 그런 후 복수의 광 출력부(19A) 중 하나로 각각 반사된다.
각 회전가능 반사기(18A, 18B)를 조정하는 단계는 구동축(16)을 통해 모터(14)로 회전하는 반사기의 회전을 포함한다. 또한, 복수의 회전가능 반사기(18A, 18B)는 바람직하게는, 필연적이진 않지만, 실질적으로 원형으로 위치된다. 예를 들어, 복수의 광 출력부(19A)와 연관된 회전가능 반사기(18A)는 반원형으로 위치되고, 광 출력부와 연관된 회전가능 반사기 근처에 복수의 광 입력부(19B)와 연관된 회전가능 반사기(18B)는 나머지 반원형에 위치된다. 상술된 바와 같이, 광섬유 스위치(10)를 경유하여 연결된 광 출력부(19A) 및 광 입력부(19B)의 수는 최대화되어서, 스위치의 채널 밀도는 증가된다.
상기 방법은 채널 밀도의 증가, 스위치(10)의 크기 감소, 더 높은 신뢰성의 향상된 수행도를 제공하고, 공전 에너지 소비를 줄인다.
광섬유 스위치는 지지부에 설치되는 복수의 광 입력부 및 광 출력부를 포함한다. 스위치는 또한 각 광 입력부와 각각 연관된 복수의 제 1 회전가능 반사기를 포함하고, 각 광 출력부와 각각 연관된 복수의 제 2 회전가능 반사기를 포함한다. 복수의 반사기 구동기들은 광 입력부와 광 출력부 간의 각 경로를 정하기 위하여 복수의 제 1 및 제 2 회전가능 반사기의 선택된 쌍을 조정한다. 각 입력부와 출력부 간에 전송되는 자유 공간 전파 광선(free-space propagating optical beam)은 실질적으로 평행 광선을 만들어내는 미세 렌즈에 의하여 형성되고, 이에 따라 다양한 라우팅 경로 간의 상대적 경로 길이의 차이에 기인하는 광 수행도의 저하를 최소화할 수 있다.
본 발명은 광섬유 통신에 관한 것으로, 특히 둘 또는 그 이상의 채널 간에서 광섬유 통신 시스템내의 광신호를 전환하기 위한 광 스위치 장치에 관한 것이다.

Claims (13)

  1. 지지부;
    상기 지지부에 설치되는 복수의 광 입력부;
    상기 지지부에 설치되는 복수의 광 출력부;
    각 광 입력부와 각각 연관된 복수의 제 1 회전가능 반사기;
    각 광 출력부와 각각 연관된 복수의 제 2 회전가능 반사기; 및
    상기 광 입력부 및 상기 광 출력부 사이의 각 경로를 정하기 위해 상기 복수의 제 1 및 제 2 회전가능 반사기의 쌍을 조정하는 복수의 반사기 구동기;를 포함하며, 그리고
    상기 지지부는 상기 복수의 광 입력부를 반원형으로 지지하는 제 1 지지부와, 상기 복수의 광 출력부를 나머지 반원형으로 지지하고 상기 제 1 지지부와 근접하게 위치한 제 2 지지부를 포함하고,
    상기 복수의 제 1 및 제 2 회전가능 반사기는 상기 광 입력부와 상기 광출력부 사이의 각 경로에 대해 가로로 된 축선 상 각각에서 회전가능한 것을 특징으로 하는 광섬유 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 광 입력부 및 상기 광 출력부는 렌즈 및 광 커넥터로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 스위치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈는 평행 미세 렌즈로 구성되고, 상기 복수의 제 1 및 제 2 회전가능 반사기 각각은 회전가능거울로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 스위치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 반사기 구동기 각각은 모터로 구성되고, 상기 모터는 미세 전기역학 시스템(MEMS) 모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 스위치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 반사 구동기들을 제어하기 위한 제어기를 더 포함하고, 상기 광 입력부 및 상기 광 출력부는 원형으로 상기 지지부에 설치되고, 상기 지지부는 원형인 것을 특징으로 하는 광섬유 스위치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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