WO2024201848A1 - 光スイッチ - Google Patents

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康樹 桜井
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Santec Holdings Corp
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Santec Holdings
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means

Definitions

  • This disclosure relates to optical switches.
  • the SDM network has an SDM layer that uses channel routing by MCF-based spatial division in addition to a wavelength division multiplexing (WDM) layer using SCF.
  • SXC spatial cross-connect
  • SCS core selection switch
  • the proposed core selection switch employs a tilt-type MEMS mirror as the switching element.
  • the tilt angle of the MEMS mirror is controlled by controlling the voltage applied to the MEMS mirror. Through control of the tilt angle, the core of the output multicore fiber is selected.
  • an optical switch suitable for a multicore fiber with a high core density it is desirable to provide an optical switch suitable for a multicore fiber with a high core density.
  • an optical switch includes a connection portion, a lens, and a reflecting mirror array.
  • One or more multi-core fibers are connected to the connection portion.
  • the lens is positioned to pass input light from one or more multicore fibers connected to the connection.
  • the reflective mirror array is configured to reflect the input light that passes through the lens toward an output destination.
  • Each of the one or more multicore fibers has multiple cores arranged in two dimensions with a predetermined pitch to form a predetermined geometric pattern.
  • the lenses are positioned such that input light passing through the lenses is incident on the reflective mirror array with an expanded geometric pattern and pitch.
  • the reflective mirror array comprises a plurality of reflective mirrors arranged two-dimensionally with an enlarged geometric pattern and pitch. Each of the plurality of reflective mirrors is configured so that the reflective surface can be rotated around two rotation axes.
  • the reflective mirror array can receive input light from one or more multicore fibers in an expanded geometric pattern and pitch and reflect each of these input lights toward a corresponding output destination.
  • an optical switch suitable for a multicore fiber with a high core density it is possible to provide an optical switch suitable for a multicore fiber with a high core density.
  • the multiple reflective mirrors may include multiple MEMS tilt mirrors.
  • the MEMS tilt mirrors as switching elements have low optical loss, wide bandwidth, and can operate with low power consumption.
  • each of the multiple reflective mirrors may include a main body having a reflective surface on its front surface, and an electrode pad for power supply.
  • the electrode pad may be provided on the rear surface of the main body. This arrangement of the electrode pads allows a wider reflective surface to be provided on the front surface compared to a case where the electrode pads are provided on the front surface. Therefore, insertion loss caused by light entering the reflective mirror spilling over the reflective surface can be suppressed.
  • the reflective mirror array may include a substrate.
  • the multiple reflective mirrors may be surface mounted to the substrate via electrode pads.
  • the reflective mirror array may include a plurality of MEMS devices configured as a plurality of reflective mirrors, each of which is a MEMS tilt mirror having one reflective surface.
  • the reflective mirror may include a first structure and a second structure.
  • the first structure may be a structure that is driven to rotate around two rotation axes.
  • the second structure may have a front surface and a back surface, and may be connected to the first structure at the back surface.
  • the surface of the second structure may be a surface that extends in a direction perpendicular to the normal direction so as to overlap the first structure in the normal direction.
  • the reflective surface may be provided on the surface of the second structure.
  • a larger reflective surface can be provided on the second structure compared to providing a reflective surface on the surface of the first structure. This makes it possible to reduce insertion loss.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an installation of a core selection switch in an optical network.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating the optical configuration of a core selection switch.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a controller that controls a core selection switch.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually explaining optical switching in a core selection switch.
  • FIG. 5A is a plan view showing a two-dimensional arrangement of multi-core fibers in a plane perpendicular to the optical axis
  • FIG. 5B is a plan view showing a two-dimensional arrangement of MEMS tilt mirrors in a reflective mirror array.
  • FIG. 6A is a top view of the MEMS tilt mirror
  • FIG. 6B is a bottom view of the MEMS tilt mirror.
  • FIG. 2 is a front view of a reflecting mirror array.
  • FIG. 8A is a plan view of a modified MEMS tilt mirror
  • FIG. 8B is a front view of the modified MEMS tilt mirror.
  • 1...optical network 10...core selection switch, 20...multicore fiber, 21...core, 30...MCF array, 40...microlens array, 41...microlens, 50...condenser lens, 80...reflection mirror array, 81...substrate, 85...MEMS tilt mirror, 90...controller, 100...MEMS tilt mirror, 110...lower structure, 111...main body, 111A...opening, 111B...comb electrode, 113...frame, 113A...comb electrode, 113B...comb electrode, 115...plate, 115A...comb electrode, 119...electrode pad, 150...upper structure, 151...support, 155...support plate, 159...reflective surface, 850...main body, 851...reflective surface, 859...electrode pad.
  • the core selection switch (CSS) 10 of this embodiment shown in FIG. 1 is an optical switch installed at a node of an optical network 1 constructed using a multicore fiber (MCF) 20.
  • MCF multicore fiber
  • Each of the multi-core fibers 20 is an optical fiber having multiple cores 21 in one cladding.
  • the core selection switch 10 is connected to the multiple multi-core fibers 20.
  • the core selection switch 10 is configured to be able to switch the propagation path of the optical signal on a core-by-core basis between the input MCF and the output MCF.
  • the input MCF is one or more of the multiple multi-core fibers 20 that input an optical signal to the core selection switch 10.
  • the output MCF is one or more of the multiple multi-core fibers 20 that output an optical signal from the core selection switch 10 to the outside.
  • the core selection switch 10 shown in FIG. 2 includes an MCF array 30, a microlens array 40, a condenser lens 50, and a reflective mirror array 80.
  • the dashed dotted line in FIG. 2 conceptually represents the propagation of input light, i.e., the optical signal input from the input MCF, to the reflective mirror array 80.
  • a controller 90 is connected to the core selection switch 10.
  • the controller 90 is electrically connected to the reflective mirror array 80 so as to be able to control the reflective mirror array 80.
  • FIG. 4 conceptually illustrates the optical switching realized in the core selection switch 10.
  • the solid arrow in FIG. 4 conceptually represents the propagation of input light from the input MCF.
  • the two-dot dashed arrow in FIG. 4 conceptually represents the propagation of reflected light from the reflective mirror array 80 corresponding to the input light, which is output to the outside through the output MCF.
  • the MCF array 30 functions as a connection part with the multi-core fibers 20. At least some of the multiple multi-core fibers 20 connected and fixed to the MCF array 30 function as the input MCF described above. At least some of the multiple multi-core fibers 20 function as the output MCF described above.
  • the multiple multi-core fibers 20 may include a multi-core fiber 20 that functions as both an input MCF and an output MCF.
  • the microlens array 40 includes a plurality of microlenses 41.
  • the plurality of microlenses 41 are arranged two-dimensionally in the microlens array 40. Specifically, the plurality of microlenses 41 are arranged in the microlens array 40 in a two-dimensional arrangement corresponding to the two-dimensional arrangement of the multi-core fibers 20 connected to the MCF array 30.
  • Each microlens 41 functions as a collimator.
  • Each microlens 41 is associated with one of the multiple multicore fibers 20. Each microlens 41 is disposed on a path along which input light from a corresponding one of the multiple multicore fibers 20 or output light to the corresponding one multicore fiber 20 propagates.
  • the input light from each core 21 of the input MCF is converted into collimated light by the corresponding microlens 41 and enters the condenser lens 50.
  • the incident position on the condenser lens 50 is different for each core 21.
  • one multi-core fiber 20 in the middle row corresponds to the input MCF.
  • the optical system of the core selection switch 10 is configured as a 4f optical system using a microlens array 40 and a condenser lens 50. Therefore, the input light from the multicore fiber 20 is incident on the reflecting mirror array 80 with a pitch and beam diameter corresponding to f2/f1 times the core pitch and core MFD (mode field diameter) of the multicore fiber 20.
  • f1 is the focal length of the microlens 41
  • f2 is the focal length of the condenser lens 50.
  • the condenser lens 50 is positioned to form a telecentric optical system.
  • the input light from the input MCF is deflected through the condenser lens 50 so that the light after passing through the condenser lens 50 is parallel to the principal ray (principal axis) of the condenser lens 50, and is condensed to form a focus at the focal position of the condenser lens 50.
  • the reflective mirror array 80 is positioned so as to reflect the input light at this focal position.
  • the reflective mirror array 80 is a MEMS type reflective mirror, and includes multiple MEMS tilt mirrors 85 on the surface of a substrate 81 that is positioned perpendicular to the principal light ray.
  • Multiple MEMS tilt mirrors 85 are provided on the imaging plane of the input light from the condenser lens 50.
  • the reflection mirror array 80 can have the same number of MEMS tilt mirrors 85 as the number of cores of the input MCF.
  • each MEMS tilt mirror 85 is positioned at a position where the input light from a corresponding core 21 propagating through the condenser lens 50 is focused.
  • the multiple MEMS tilt mirrors 85 are two-dimensionally arranged on the substrate 81 in a pattern that is an enlarged version of the two-dimensional arrangement of the cores 21 of the input MCF.
  • the multiple cores 21 are two-dimensionally arranged at a predetermined pitch within the cladding to form a predetermined geometric pattern.
  • the input light incident on the reflecting mirror array 80 passes through the microlens array 40 and the condenser lens 50 and is incident on the reflecting mirror array 80 with a geometric pattern and pitch that are an enlarged version of the geometric pattern and pitch of the multiple cores 21.
  • multiple MEMS tilt mirrors 85 are two-dimensionally arranged on a substrate 81 with an enlarged geometric pattern and pitch, as shown in FIG. 5B.
  • the symbol D1 in FIG. 5B represents the spacing between adjacent MEMS tilt mirrors 85, i.e., the mirror pitch.
  • the mirror pitch D1 is the distance between the centers of the reflective surfaces 851 of adjacent MEMS tilt mirrors 85.
  • the symbol D2 in FIG. 5B represents the diameter of the reflective surface 851, i.e., the mirror diameter.
  • FIG. 6A is a plan view, or in other words a top view, of the MEMS tilt mirror 85 as viewed from above the reflective mirror array 80.
  • FIG. 6B is a bottom view of the MEMS tilt mirror 85.
  • the MEMS tilt mirror 85 has one reflective surface 851 formed on the front surface of the main body 850, and multiple electrode pads 859 for power supply formed on the rear surface.
  • the MEMS tilt mirror 85 is surface-mounted on the substrate 81 by soldering with the electrode pads 859 facing the substrate 81.
  • the rear row of MEMS tilt mirrors 85 is not shown in FIG. 7.
  • the MEMS tilt mirror 85 is configured so that the reflecting surface 851 can be rotated around two rotation axes Cx and Cy parallel to the surface of the substrate 81 based on power supplied from the electrode pad 859 through the substrate 81.
  • the two rotation axes Cx and Cy are perpendicular to each other.
  • a controller 90 is connected to the substrate 81 so as to be able to supply power to the multiple MEMS tilt mirrors 85.
  • Each MEMS tilt mirror 85 receives power from the controller 90 via an electrode pad 859, and rotates the reflective surface 851.
  • the controller 90 is connected to the reflective mirror array 80 so as to be able to individually control the voltage applied to each of the multiple MEMS tilt mirrors 85.
  • the rotation of the reflective surface 851 and the tilt angle of the reflective surface 851 are controlled by controlling the applied voltage by the controller 90.
  • the tilt angle of the reflective surface 851 is also referred to as the tilt angle of the MEMS tilt mirror 85.
  • the tilt angles of the multiple MEMS tilt mirrors 85 in the reflective mirror array 80 are individually controlled by the controller 90 to tilt angles that correspond to the output cores.
  • the output core here refers to the core 21 of the output MCF to which the reflected light should be optically coupled.
  • the output core corresponds to the output destination of the reflected light.
  • Each MEMS tilt mirror 85 reflects input light from a corresponding core 21 at a tilt angle controlled by the controller 90. Depending on the tilt angle, the reflected light propagates to one core 21 selected by the controller 90 from among the multiple cores 21 included in the output MCF, i.e., the output core described above, and is output from that core 21 to the outside of the core selection switch 10 as output light.
  • the input light from each core 21 of the input MCF passes through the corresponding microlens 41 and condenser lens 50.
  • the input light that passes through the condenser lens 50 is incident on the corresponding MEMS tilt mirror 85.
  • the MEMS tilt mirror 85 Light incident on the MEMS tilt mirror 85 is reflected by the reflecting surface 851 in a direction according to the tilt angle of the MEMS tilt mirror 85.
  • the reflected light is optically coupled to an output core, which is one of the cores 21 of the output MCF selected by the controller 90 through control of the tilt angle of the corresponding MEMS tilt mirror 85.
  • the reflected light is incident on the output core from the reflecting surface 851 of the MEMS tilt mirror 85, through the condenser lens 50 and the corresponding microlens 41.
  • the light incident on the output core propagates through the output core to the outside of the core selection switch 10.
  • the reflective mirror array 80 can receive input light from the multicore fiber 20 in an expanded geometric pattern and pitch, and reflect each of these input lights toward an output core.
  • the MEMS tilt mirror 85 as a reflective mirror in the reflective mirror array 80 has low optical loss and a wide bandwidth, and can operate with low power consumption.
  • an electrode pad 859 is provided on the back surface of the main body 850 opposite the front surface on which the reflective surface 851 is provided.
  • insertion loss can occur due to vignetting of the input light at the reflecting mirror array 80.
  • the vignetting occurs when a portion of the input light protrudes beyond the reflecting surface 851 of the MEMS tilt mirror 85 due to the beam diameter of the input light being larger than that of the reflecting surface 851.
  • the portion of the input light that protrudes beyond the reflecting surface 851 causes insertion loss.
  • the insertion loss caused by vignetting varies depending on the ratio of the mirror diameter D2 of the MEMS tilt mirror 85 to the mirror pitch D1, which is the distance D1 between adjacent MEMS tilt mirrors 85.
  • the ratio of the mirror diameter D2 to the mirror pitch D1, D2/D1, is also called the fill factor.
  • the electrode pad 859 is provided on the back surface of the main body 850, so the mirror diameter D2 of the reflecting surface 851 provided on the front surface can be made larger than when the electrode pad 859 is provided on the front surface of the main body 850.
  • the fill factor can be improved. Therefore, according to this embodiment, it is possible to reduce insertion loss due to vignetting.
  • the above-mentioned MEMS tilt mirror 85 may be replaced with the MEMS tilt mirror 100 shown in Figures 8A and 8B.
  • the above-mentioned MEMS tilt mirror 85 may be configured as the MEMS tilt mirror 100 shown in Figures 8A and 8B.
  • the MEMS tilt mirror 100 shown in Figures 8A and 8B comprises a lower structure 110 as a first structure, and an upper structure 150 as a second structure.
  • the lower structure 110 comprises a body 111, a frame 113, and a plate 115.
  • the lower structure 110 is configured to be capable of rotating the plate 115 around two rotation axes Cx and Cy.
  • the components of the upper structure 150 are shown in a see-through manner. These components are represented by dashed lines in the figure.
  • the plate 115 is a rectangular plate 115 that is connected to the frame 113 so as to be rotatable around the rotation axis Cx.
  • the plate 115 has comb electrodes 115A on two sides parallel to the rotation axis Cx.
  • the comb electrodes 115A are provided to rotate the plate 115 around the rotation axis Cx using electrostatic force.
  • Frame 113 is a rectangular frame 113 that defines an internal space capable of accommodating plate 115.
  • Plate 115 is connected to frame 113 so as to be rotatable about rotation axis Cx in the internal space. When frame 113 is connected to plate 115, it surrounds the periphery of plate 115.
  • the frame 113 has comb electrodes 113A that have a complementary shape to the comb electrodes 115A provided on the plate 115, that is, on the two inner sides parallel to the rotation axis Cx, facing the comb electrodes 115A provided on the plate 115.
  • the plate 115 is connected to the frame 113 so that the comb electrode 115A provided on the plate 115 and the comb electrode 113A provided on the inner edge of the frame 113 mesh with each other with a small gap between them.
  • the electrostatic force generated between the comb electrode 115A and the comb electrode 113A causes the plate 115 to rotate around the rotation axis Cx relative to the frame 113.
  • the frame 113 has comb electrodes 113B on the two outer sides parallel to the rotation axis Cy. These comb electrodes 113B are provided to rotate the frame 113 around the rotation axis Cy using electrostatic force.
  • the main body 111 is a rectangular box-shaped structure with a bottom, and has an opening 111A capable of accommodating the frame 113.
  • the frame 113 is connected to the main body 111 so as to be rotatable about a rotation axis Cy at the opening 111A.
  • the main body 111 surrounds the frame 113 with its inner surface facing the outer surface of the frame 113.
  • the main body 111 has comb electrodes 111B that have a complementary shape to the comb electrodes 113B provided on the frame 113 at positions opposite the comb electrodes 113B provided on the outer edges of the frame 113, i.e., on the two inner edges parallel to the rotation axis Cy.
  • the frame 113 is connected to the main body 111 so that the comb electrode 113B provided on the outer edge of the frame 113 and the comb electrode 111B provided on the inner edge of the main body 111 mesh with each other with a small gap between them.
  • the electrostatic force generated between the comb electrode 113B and the comb electrode 111B causes the frame 113 to rotate around the rotation axis Cy relative to the main body 111.
  • an electrode pad 119 for power supply is provided on the back surface of the main body 111.
  • the modified MEMS tilt mirror 100 is also surface-mounted on the substrate 81 of the reflective mirror array 80.
  • the MEMS tilt mirror 100 receives a voltage applied from the controller 90 through the substrate 81 and the electrode pads 119.
  • the plate 115 of the MEMS tilt mirror 100 is driven to rotate around the two rotation axes Cx and Cy through the electrostatic force generated by the voltage application.
  • the upper structure 150 of the MEMS tilt mirror 100 is fixed to the plate 115 which is thus rotated.
  • the upper structure 150 comprises a support column 151, a support plate 155, and a reflecting surface 159.
  • the support column 151, the support plate 155, and the reflecting surface 159 as components of the upper structure 150 are shown in perspective in FIG. 8A.
  • the lower end of the support pillar 151 is fixed to the plate 115 so as to stand in the normal direction of the plate 115. Specifically, the support pillar 151 stands in the center of the plate 115.
  • the back surface, i.e., the lower surface, of the support plate 155 is connected to the upper end of the support pillar 151 and fixed to the support pillar 151.
  • the support plate 155 is arranged parallel to the plate 115 of the lower structure 110, with a gap of the height of the support pillars 151 from the plate 115 in the normal direction of the plate 115. As a result, the support plate 155 is arranged on the lower structure 110 so as to overlap with the lower structure 110 in the normal direction, and extends in a direction perpendicular to the normal direction.
  • the support plate 155 is specifically larger in size than the plate 115 of the lower structure 110.
  • the support plate 155 is positioned so as to completely cover the plate 115 of the lower structure 110 from above.
  • the surface, i.e., the top surface, of the support plate 155 has a larger area than the surface of the plate 115.
  • a reflective surface 159 is formed on this larger surface of the support plate 155. This reflective surface 159 is larger than the area of the reflective surface that can be formed on the surface of the plate 115.

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Abstract

光スイッチは、接続部と、レンズと、反射ミラーアレイとを備える。レンズは、接続部に接続された一以上のマルチコアファイバからの入力光が通過するように配置される。反射ミラーアレイは、レンズを通って伝播する入力光を、出力先に向けて反射するように構成される。一以上のマルチコアファイバのそれぞれは、所定の幾何学パターンを形成するように所定のピッチで二次元配列された複数のコアを備える。反射ミラーアレイは、拡大された幾何学パターン及びピッチで二次元配列された複数の反射ミラーを備える。複数の反射ミラーのそれぞれは、二つの回転軸の周りに反射面を回転駆動可能であるように構成にされる。

Description

光スイッチ
　本開示は、光スイッチに関する。
　近年、モバイル通信の高速化に伴い、バックボーンである光ネットワークの通信トラフィック量が増加を続けている。現在の単一モードファイバ（ＳＣＦ）を用いた光リンクでは、増大するトラフィック需要に継続的に答えることが困難である。このため、マルチモードファイバ（ＭＣＦ）を用いた空間分割多重（ＳＤＭ）ネットワークが提案されている。
　ＳＤＭネットワークは、ＳＣＦを用いた波長分割多重（ＷＤＭ）レイヤに加えて、ＭＣＦベースの空間分割によるチャネルルーティングを利用するＳＤＭレイヤを備える。近年では、ＭＣＦを使用する空間クロスコネクト（ＳＸＣ）アーキテクチャとして、コア選択スイッチ（ＣＳＳ）に基づくシンプルで経済性に優れたＳＸＣアーキテクチャが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
神野　正彦　他、「空間チャネルネットワーク用の超広帯域波長範囲で低挿入損失のコア選択スイッチ（Core selective switch with low insertion loss over ultra-wide wavelength range for spatial channel networks）」、ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー（Journal of Lightwave Technology）、米国、２０２２年３月１５日、第４０巻、６号、ｐ．１８２２－ｐ．１８２８
　提案されるコア選択スイッチでは、スイッチング素子としてチルト式のＭＥＭＳミラーが採用されている。ＭＥＭＳミラーへの印加電圧を制御することによりＭＥＭＳミラーの傾斜角が制御される。傾斜角の制御を通じて、出力先のマルチコアファイバのコアが選択される。
　ところで、上述のコア選択スイッチを含む、マルチコアファイバに対応した光スイッチにおいては、マルチコアファイバのコア集積度が高くなるほど、反射ミラーアレイにおいて反射ミラーの配置に制約を受ける。
　そこで、本開示の一側面によれば、コア集積度の高いマルチコアファイバに適した光スイッチを提供できることが望ましい。
　本開示の一側面によれば、光スイッチが提供される。光スイッチは、接続部と、レンズと、反射ミラーアレイとを備える。接続部には、一以上のマルチコアファイバが接続される。
　レンズは、接続部に接続された一以上のマルチコアファイバからの入力光が通過するように配置される。反射ミラーアレイは、レンズを通って入射する入力光を、出力先に向けて反射するように構成される。
　一以上のマルチコアファイバのそれぞれは、所定の幾何学パターンを形成するように所定のピッチで二次元配列された複数のコアを備える。レンズは、当該レンズを通過する入力光が拡大された幾何学パターン及びピッチで反射ミラーアレイに入射するように配置される。
　反射ミラーアレイは、拡大された幾何学パターン及びピッチで二次元配列された複数の反射ミラーを備える。複数の反射ミラーのそれぞれは、二つの回転軸の周りに反射面を回転駆動可能であるように構成される。
　このように構成された光スイッチによれば、反射ミラーアレイは、一以上のマルチコアファイバからの入力光を、拡大された幾何学パターン及びピッチで受けて、これらの入力光のそれぞれを、対応する出力先に向けて反射することができる。
　従って、本開示の一側面によれば、コア集積度の高いマルチコアファイバに適した光スイッチを提供することができる。
　本開示の一側面によれば、複数の反射ミラーは、複数のＭＥＭＳチルトミラーを含み得る。スイッチング素子としてのＭＥＭＳチルトミラーは、低い光損失及び広い帯域幅を有し、低消費電力で動作可能である。
　本開示の一側面によれば、複数の反射ミラーのそれぞれは、反射面を表面に有する本体と、給電用の電極パッドとを備え得る。電極パッドは、本体の裏面に設けられ得る。この電極パッドの配置によれば、表面に電極パッドを設ける場合と比較して、広い反射面を表面に設けることができる。従って、反射ミラーに入射する光が反射面からはみ出ることに起因した挿入損失を抑制することができる。
　本開示の一側面によれば、反射ミラーアレイは、基板を備え得る。複数の反射ミラーは、電極パッドを通じて基板に表面実装され得る。
　本開示の一側面によれば、反射ミラーアレイは、複数の反射ミラーとして、それぞれが一つの反射面を有するＭＥＭＳチルトミラーとして構成される複数のＭＥＭＳデバイスを備え得る。
　本開示の一側面によれば、反射ミラーは、第一の構造体と、第二の構造体と、を備え得る。第一の構造体は、二つの回転軸の周りに回転駆動される構造体であり得る。第二の構造体は、表面及び裏面を有し、裏面で第一の構造体に接続され得る。第二の構造体の表面は、法線方向において第一の構造体にオーバーラップするように、法線方向とは垂直な方向に広がった表面であり得る。反射面は、第二の構造体の表面に設けられ得る。
　回転駆動される第一の構造体とはオーバーラップする第二の構造体の表面に反射面を設けることによれば、第一の構造体の表面に反射面を設ける場合と比較して、広い反射面を第二の構造体に設けることができる。従って、挿入損失を抑えることが可能である。
光ネットワークにおけるコア選択スイッチの設置例を説明する図である。 コア選択スイッチの光学構成を説明する図である。 コア選択スイッチを制御するコントローラを説明する図である。 コア選択スイッチにおける光スイッチングを概念的に説明する図である。 図５Ａは、光軸に垂直な面におけるマルチコアファイバの二次元配置を表す平面図であり、図５Ｂは、反射ミラーアレイにおけるＭＥＭＳチルトミラーの二次元配置を表す平面図である。 図６Ａは、ＭＥＭＳチルトミラーの平面図であり、図６Ｂは、ＭＥＭＳチルトミラーの下面図である。 反射ミラーアレイの正面図である。 図８Ａは、変形例のＭＥＭＳチルトミラーの平面図であり、図８Ｂは、変形例のＭＥＭＳチルトミラーの正面図である。
　１…光ネットワーク、１０…コア選択スイッチ、２０…マルチコアファイバ、２１…コア、３０…ＭＣＦアレイ、４０…マイクロレンズアレイ、４１…マイクロレンズ、５０…コンデンサレンズ、８０…反射ミラーアレイ、８１…基板、８５…ＭＥＭＳチルトミラー、９０…コントローラ、１００…ＭＥＭＳチルトミラー、１１０…下部構成体、１１１…本体、１１１Ａ…開口部、１１１Ｂ…くし歯電極、１１３…フレーム、１１３Ａ…くし歯電極、１１３Ｂ…くし歯電極、１１５…プレート、１１５Ａ…くし歯電極、１１９…電極パッド、１５０…上部構成体、１５１…支柱、１５５…支持プレート、１５９…反射面、８５０…本体、８５１…反射面、８５９…電極パッド。
　以下に本開示の例示的実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　図１に示す本実施形態のコア選択スイッチ（ＣＳＳ）１０は、マルチコアファイバ（ＭＣＦ）２０を用いて構築される光ネットワーク１のノードに設置される光スイッチである。
　マルチコアファイバ２０のそれぞれは、一つのクラッド内に複数のコア２１を備える光ファイバである。コア選択スイッチ１０は、複数のマルチコアファイバ２０に接続される。コア選択スイッチ１０は、入力ＭＣＦと、出力ＭＣＦとの間において、光信号の伝播経路をコア単位で切替可能に構成される。
　入力ＭＣＦは、複数のマルチコアファイバ２０のうち、コア選択スイッチ１０に光信号を入力する一以上のマルチコアファイバ２０である。出力ＭＣＦは、複数のマルチコアファイバ２０のうち、コア選択スイッチ１０から外部に光信号を出力する一以上のマルチコアファイバ２０である。
　図２に示すコア選択スイッチ１０は、ＭＣＦアレイ３０と、マイクロレンズアレイ４０と、コンデンサレンズ５０と、反射ミラーアレイ８０とを備える。図２における一点鎖線は、入力光、すなわち入力ＭＣＦから入力される光信号の反射ミラーアレイ８０への伝播を概念的に表す。
　図３に示すように、コア選択スイッチ１０には、コントローラ９０が接続される。コントローラ９０は、反射ミラーアレイ８０を制御可能に、反射ミラーアレイ８０に電気的に接続される。
　図４は、コア選択スイッチ１０において実現される光スイッチングを概念的に説明する。図４における実線矢印は、入力ＭＣＦからの入力光の伝播を概念的に表す。図４における二点鎖線矢印は、入力光に対応する反射ミラーアレイ８０からの反射光であって、出力ＭＣＦを通じて外部に出力される反射光の伝播を概念的に表す。
　ＭＣＦアレイ３０は、マルチコアファイバ２０との接続部として機能する。ＭＣＦアレイ３０に接続及び固定される複数のマルチコアファイバ２０の少なくとも一部が、上述の入力ＭＣＦとして機能する。複数のマルチコアファイバ２０の少なくとも一部が、上述の出力ＭＣＦとして機能する。複数のマルチコアファイバ２０には、入力ＭＣＦ及び出力ＭＣＦの両者として機能するマルチコアファイバ２０が含まれていてもよい。
　マイクロレンズアレイ４０は、複数のマイクロレンズ４１を備える。複数のマイクロレンズ４１は、マイクロレンズアレイ４０において二次元配列される。具体的には、複数のマイクロレンズ４１は、ＭＣＦアレイ３０に接続されるマルチコアファイバ２０の二次元配列に応じた二次元配列でマイクロレンズアレイ４０に配置される。各マイクロレンズ４１は、コリメータとして機能する。
　各マイクロレンズ４１は、複数のマルチコアファイバ２０のうちの一つに対応付けられる。各マイクロレンズ４１は、複数のマルチコアファイバ２０のうちの対応する一つのマルチコアファイバ２０からの入力光、又は、当該対応する一つのマルチコアファイバ２０への出力光が伝播する経路に配置される。
　入力ＭＣＦの各コア２１からの入力光は、対応するマイクロレンズ４１によって、コリメート光に変換され、コンデンサレンズ５０に入射する。コンデンサレンズ５０上の入射位置は、コア２１毎に異なる。図４では、図示される３つのマルチコアファイバ２０のうち、中段の一つのマルチコアファイバ２０が、入力ＭＣＦに対応する。
　コア選択スイッチ１０の光学系は、マイクロレンズアレイ４０とコンデンサレンズ５０とを用いた４ｆ光学系として構成される。従って、マルチコアファイバ２０からの入力光は、マルチコアファイバ２０におけるコアピッチ及びコアＭＦＤ（モードフィールド径）のｆ２／ｆ１倍に対応するピッチ及びビーム径で反射ミラーアレイ８０に入射される。ここでｆ１は、マイクロレンズ４１の焦点距離であり、ｆ２は、コンデンサレンズ５０の焦点距離である。
　コンデンサレンズ５０は、テレセントリック光学系を形成するように配置される。入力ＭＣＦからの入力光は、コンデンサレンズ５０を通じて、コンデンサレンズ５０通過後の光がコンデンサレンズ５０の主光線（主軸）と平行になるよう偏向され、コンデンサレンズ５０の焦点位置で焦点を結ぶように集光される。
　反射ミラーアレイ８０は、この焦点位置で入力光を反射するように配置される。反射ミラーアレイ８０は、ＭＥＭＳ型の反射ミラーとして、複数のＭＥＭＳチルトミラー８５を、主光線に対して垂直に配置される基板８１の表面に備える。
　複数のＭＥＭＳチルトミラー８５は、コンデンサレンズ５０からの入力光の結像面に設けられる。反射ミラーアレイ８０は、入力ＭＣＦのコア数と同数のＭＥＭＳチルトミラー８５を備えることができる。
　すなわち、各ＭＥＭＳチルトミラー８５は、コンデンサレンズ５０を通って伝播する、対応する一つのコア２１からの入力光が集光する位置に配置される。複数のＭＥＭＳチルトミラー８５は、入力ＭＣＦのコア２１の二次元配列を拡大したパターンで、基板８１上に二次元配列される。
　図５Ａに示すように、各マルチコアファイバ２０において、複数のコア２１は、クラッド内で、所定の幾何学パターンを形成するように所定のピッチで二次元配列される。反射ミラーアレイ８０に入射する入力光は、マイクロレンズアレイ４０及びコンデンサレンズ５０の通過によって、複数のコア２１の幾何学パターン及びピッチを拡大した幾何学パターン及びピッチで反射ミラーアレイ８０に入射する。
　反射ミラーアレイ８０において、複数のＭＥＭＳチルトミラー８５は、図５Ｂに示すように、拡大された幾何学パターン及びピッチで基板８１上に二次元配列される。図５Ｂにおける符号Ｄ１は、隣接するＭＥＭＳチルトミラー８５間の間隔、すなわちミラーピッチを表す。ミラーピッチＤ１は、隣接するＭＥＭＳチルトミラー８５の反射面８５１の中心間の距離である。図５Ｂにおける符号Ｄ２は、反射面８５１の直径、すなわちミラー径を表す。
　図６Ａは、反射ミラーアレイ８０の上方からみたＭＥＭＳチルトミラー８５の平面図、換言すれば上面図である。図６Ｂは、ＭＥＭＳチルトミラー８５の下面図である。図６Ａ及び図６Ｂから理解できるように、ＭＥＭＳチルトミラー８５は、本体８５０の表面に一つの反射面８５１が形成され、裏面に給電用の複数の電極パッド８５９が形成された構成にされる。
　ＭＥＭＳチルトミラー８５は、図７に示すように、電極パッド８５９と基板８１とが向き合う姿勢で、はんだ付けにより基板８１上に表面実装される。図７では、後列のＭＥＭＳチルトミラー８５の図示を省略する。
　ＭＥＭＳチルトミラー８５は、基板８１を通じて電極パッド８５９から供給される電力に基づき、基板８１の表面に平行な二つの回転軸Ｃｘ，Ｃｙの周りに反射面８５１を回転駆動可能であるように構成される。二つの回転軸Ｃｘ，Ｃｙは、互いに直交する。
　基板８１には、コントローラ９０が複数のＭＥＭＳチルトミラー８５に対して電力供給可能に接続される。各ＭＥＭＳチルトミラー８５は、コントローラ９０からの電力供給を、電極パッド８５９を通じて受けて、反射面８５１を回転駆動する。
　コントローラ９０は、複数のＭＥＭＳチルトミラー８５のそれぞれに対する印加電圧を個別に制御可能に、反射ミラーアレイ８０に接続される。反射面８５１の回転及び反射面８５１の傾斜角は、コントローラ９０による印加電圧の制御によって、制御される。以下では、反射面８５１の傾斜角のことを、ＭＥＭＳチルトミラー８５の傾斜角とも言う。
　反射ミラーアレイ８０が備える複数のＭＥＭＳチルトミラー８５の傾斜角は、コントローラ９０によって、それぞれ個別に出力コアに対応する傾斜角に制御される。ここでいう出力コアは、反射光を光結合すべき対象の出力ＭＣＦのコア２１のことを言う。出力コアは、反射光の出力先に対応する。
　各ＭＥＭＳチルトミラー８５は、コントローラ９０により制御された傾斜角で、対応する一つのコア２１からの入力光を反射する。傾斜角に応じて、反射光は、出力ＭＣＦが備える複数のコア２１のうちの、コントローラ９０により選択された一つのコア２１、すなわち上述の出力コアに伝播し、出力光として、当該コア２１からコア選択スイッチ１０の外に出力される。
　上述したように構成されるコア選択スイッチ１０では、入力ＭＣＦの各コア２１からの入力光が、対応するマイクロレンズ４１及びコンデンサレンズ５０を通過する。コンデンサレンズ５０を通過した入力光は、対応するＭＥＭＳチルトミラー８５に入射する。
　ＭＥＭＳチルトミラー８５に入射した光は、その反射面８５１でＭＥＭＳチルトミラー８５の傾斜角に応じた方向に反射する。反射光は、対応するＭＥＭＳチルトミラー８５の傾斜角の制御を通じてコントローラ９０が選択した出力ＭＣＦの一つのコア２１である出力コアと光結合する。
　反射光は、ＭＥＭＳチルトミラー８５の反射面８５１から、コンデンサレンズ５０、及び、対応するマイクロレンズ４１を通じて、出力コアに入射する。出力コアに入射する光は、出力コアを通じてコア選択スイッチ１０の外部に伝播する。
　以上に説明したコア選択スイッチ１０によれば、反射ミラーアレイ８０は、マルチコアファイバ２０からの入力光を、拡大された幾何学パターン及びピッチで受けて、これらの入力光のそれぞれを、出力コアに向けて反射することができる。反射ミラーアレイ８０における反射ミラーとしてのＭＥＭＳチルトミラー８５は、低い光損失及び広い帯域幅を有し、低消費電力で動作可能である。
　更に言えば、本実施形態のＭＥＭＳチルトミラー８５では、反射面８５１が設けられた本体８５０の表面とは反対側の裏面に電極パッド８５９が設けられる。この構成によれば、本体８５０の表面に電極パッド８５９が設けられる場合と比較して、本体８５０の表面に広い面積の反射面８５１を設けることが可能である。従って、ＭＥＭＳチルトミラー８５に入射する光が反射面８５１からはみ出ることに起因した挿入損失を抑制することができる。
　コア選択スイッチ１０において、挿入損失は、反射ミラーアレイ８０における入力光のけられによって生じ得る。けられは、ＭＥＭＳチルトミラー８５の反射面８５１と比較して、そこに入射する入力光のビーム径が大きいことにより、入力光の一部が反射面８５１からはみ出ることに対応する。入力光の反射面８５１からはみでた部分が、挿入損失を発生させる。
　けられによって生じる挿入損失は、ＭＥＭＳチルトミラー８５のミラー径Ｄ２と、隣接するＭＥＭＳチルトミラー８５との間隔Ｄ１であるミラーピッチＤ１と、の比に応じて変化する。ミラー径Ｄ２とミラーピッチＤ１の比、Ｄ２／Ｄ１は、フィルファクターとも呼ばれている。
　フィルファクターが小さいほど、生じる挿入損失は大きくなる。けられによる挿入損失を一定割合未満に抑えようとした場合、マルチコアファイバ２０のコア集積度が高いほど、高いフィルファクターが要求される。
　本実施形態では、上述したように本体８５０の裏面に電極パッド８５９が設けられることから、本体８５０の表面に電極パッド８５９が設けられる場合よりも、表面に設けられる反射面８５１のミラー径Ｄ２を大きくすることができる。
　本体８５０のサイズに対してミラー径Ｄ２を大きくすることができれば、フィルファクターを向上させることができる。従って、本実施形態によれば、けられによる挿入損失を抑えることが可能である。
　上述したＭＥＭＳチルトミラー８５は、図８Ａ及び図８Ｂに示すＭＥＭＳチルトミラー１００に置き換えられてもよい。あるいは、上述したＭＥＭＳチルトミラー８５は、図８Ａ及び図８Ｂに示すＭＥＭＳチルトミラー１００として構成されてもよい。
　図８Ａ及び図８Ｂに示すＭＥＭＳチルトミラー１００は、第一の構造体としての下部構成体１１０と、第二の構造体としての上部構成体１５０と、を備える。下部構成体１１０は、本体１１１と、フレーム１１３と、プレート１１５と、を備える。下部構成体１１０は、二つの回転軸Ｃｘ，Ｃｙの周りに、プレート１１５を回転駆動可能に構成される。図８Ａにおいて、上部構成体１５０の構成要素は、透過して表される。これらの構成要素は、同図において破線で表現される。
　プレート１１５は、矩形状のプレート１１５であり、回転軸Ｃｘの周りに回転可能にフレーム１１３に接続される。プレート１１５は、回転軸Ｃｘに平行な二辺において、くし歯電極１１５Ａを有する。くし歯電極１１５Ａは、静電気力でプレート１１５を回転軸Ｃｘ周りに回転駆動するために設けられる。
　フレーム１１３は、矩形状のフレーム１１３であり、プレート１１５を収容可能な内部空間を規定する。プレート１１５は、内部空間で回転軸Ｃｘの周りに回転可能であるように、フレーム１１３に接続される。フレーム１１３は、プレート１１５と接続された状態において、プレート１１５の周囲を囲む。
　フレーム１１３は、プレート１１５に設けられたくし歯電極１１５Ａに対向する位置、すなわち、回転軸Ｃｘに平行な内側の二辺に、プレート１１５に設けられたくし歯電極１１５Ａに対して相補的な形状を有するくし歯電極１１３Ａを有する。
　プレート１１５は、プレート１１５に設けられたくし歯電極１１５Ａと、フレーム１１３の内側の辺に設けられたくし歯電極１１３Ａとが、微小な間隔を空けて噛み合うように、フレーム１１３に接続される。くし歯電極１１５Ａとくし歯電極１１３Ａとの間に生じる静電気力により、プレート１１５は、フレーム１１３に対して回転軸Ｃｘ周りに回転する。
　フレーム１１３は、回転軸Ｃｙに平行な外側の二辺に、くし歯電極１１３Ｂを有する。このくし歯電極１１３Ｂは、静電気力でフレーム１１３を回転軸Ｃｙ周りに回転駆動するために設けられる。
　本体１１１は、底を有する矩形箱状の構造体であり、フレーム１１３を収容可能な開口部１１１Ａを有する。フレーム１１３は、開口部１１１Ａで回転軸Ｃｙの周りに回転可能であるように、本体１１１に接続される。本体１１１は、フレーム１１３と接続された状態において、その内面がフレーム１１３の外面と対向するようにして、フレーム１１３の周囲を囲む。
　本体１１１は、フレーム１１３の外側の辺に設けられたくし歯電極１１３Ｂに対向する位置、すなわち、回転軸Ｃｙに平行な内側の二辺に、フレーム１１３に設けられたくし歯電極１１３Ｂに対して相補的な形状を有するくし歯電極１１１Ｂを有する。
　フレーム１１３は、フレーム１１３の外側の辺に設けられたくし歯電極１１３Ｂと、本体１１１の内側の辺に設けられたくし歯電極１１１Ｂとが、微小な間隔を空けて噛み合うように、本体１１１に接続される。くし歯電極１１３Ｂとくし歯電極１１１Ｂとの間に生じる静電気力により、フレーム１１３は、本体１１１に対して回転軸Ｃｙ周りに回転する。
　本体１１１の裏面には、ＭＥＭＳチルトミラー８５と同様に、給電用の電極パッド１１９が設けられる。変形例のＭＥＭＳチルトミラー１００もまた、ＭＥＭＳチルトミラー８５と同様に、反射ミラーアレイ８０の基板８１に表面実装される。
　ＭＥＭＳチルトミラー１００は、基板８１及び電極パッド１１９を通じてコントローラ９０からの電圧印加を受ける。ＭＥＭＳチルトミラー１００のプレート１１５は、電圧印加によって生じる静電気力を通じて、二つの回転軸Ｃｘ，Ｃｙの周りに回転駆動される。
　ＭＥＭＳチルトミラー１００の上部構成体１５０は、このように回転駆動されるプレート１１５に固定される。上部構成体１５０は、支柱１５１と、支持プレート１５５と、反射面１５９とを備える。上述した通り、上部構成体１５０の構成要素としての支柱１５１、支持プレート１５５、及び反射面１５９は、図８Ａにおいて透過して表される。
　支柱１５１は、プレート１１５の法線方向に立設されるように、その下端においてプレート１１５に固定される。具体的に、支柱１５１は、プレート１１５の中心に立設される。支持プレート１５５は、その裏面、すなわち下面において支柱１５１の上端と接続され、支柱１５１に固定される。
　支持プレート１５５は、支柱１５１の高さだけ下部構成体１１０のプレート１１５から、プレート１１５の法線方向に間隔を空けた状態で、プレート１１５に平行に配置される。これにより、支持プレート１５５は、法線方向において下部構成体１１０とオーバーラップするように、下部構成体１１０の上に配置され、法線方向とは垂直な方向に広がる。
　支持プレート１５５は、具体的に、下部構成体１１０のプレート１１５よりも大きいサイズを有する。支持プレート１５５は、下部構成体１１０のプレート１１５を完全に上から覆うように配置される。
　支持プレート１５５の表面、すなわち上面は、プレート１１５の表面よりも広い面積を有する。この広い支持プレート１５５の表面に、反射面１５９が形成される。この反射面１５９は、プレート１１５の表面に形成可能な反射面の面積よりも広い。
　すなわち、変形例のＭＥＭＳチルトミラー１００は、広い面積を有する支持プレート１５５が、下部構成体１１０のプレート１１５にオーバーラップするように設けられ、そこに広い面積の反射面１５９を有した構成にされる。
　従って、変形例のＭＥＭＳチルトミラー１００によれば、反射ミラーアレイ８０への入力光が反射面１５９からはみ出ることに起因した、挿入損失を効果的に抑制することができる。
　［その他の実施形態］
　本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。例えば、図示されるマルチコアファイバ２０の数やそのコア数は、例示に過ぎない。本開示は、一以上の任意の数のマルチコアファイバ２０を備える光スイッチに適用することが可能である。
　上記実施形態における１つの構成要素が有する機能は、複数の構成要素に分散して設けられてもよい。複数の構成要素が有する機能は、１つの構成要素に統合されてもよい。上記実施形態の構成の一部は、省略されてもよい。請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

Claims (6)

  1. 　一以上のマルチコアファイバが接続される接続部と、
    　前記接続部に接続された前記一以上のマルチコアファイバからの入力光が通過するように配置されるレンズと、
    　前記レンズを通って入射する前記入力光を、出力先に向けて反射するように構成される反射ミラーアレイと、
    　を備え、
    　前記一以上のマルチコアファイバのそれぞれは、所定の幾何学パターンを形成するように所定のピッチで二次元配列された複数のコアを備え、
    　前記レンズは、前記レンズを通過する前記入力光が拡大された幾何学パターン及びピッチで前記反射ミラーアレイに入射するように配置され、
    　前記反射ミラーアレイは、前記拡大された幾何学パターン及びピッチで二次元配列された複数の反射ミラーを備え、
    　前記複数の反射ミラーのそれぞれは、二つの回転軸の周りに反射面を回転駆動可能であるように構成される光スイッチ。
  2. 　前記複数の反射ミラーは、複数のＭＥＭＳチルトミラーを含む請求項１記載の光スイッチ。
  3. 　前記複数の反射ミラーのそれぞれは、前記反射面を表面に有する本体と、給電用の電極パッドとを備え、前記電極パッドは、前記本体の裏面に設けられる請求項１又は請求項２記載の光スイッチ。
  4. 　前記反射ミラーアレイは、基板を備え、
    　前記複数の反射ミラーは、前記電極パッドを通じて前記基板に表面実装される請求項３記載の光スイッチ。
  5. 　前記反射ミラーアレイは、前記複数の反射ミラーとして、それぞれが一つの反射面を有するＭＥＭＳチルトミラーとして構成される複数のＭＥＭＳデバイスを備える請求項１～請求項４のいずれか一項記載の光スイッチ。
  6. 　前記反射ミラーは、
    　前記二つの回転軸の周りに回転駆動される第一の構造体と、
    　表面及び裏面を有し、前記裏面で前記第一の構造体に接続される第二の構造体と、
    　を備え、前記第二の構造体の前記表面は、法線方向において前記第一の構造体にオーバーラップするように、前記法線方向とは垂直な方向に広がり、
    　前記反射面は、前記第二の構造体の前記表面に設けられる請求項１～請求項５のいずれか一項記載の光スイッチ。
     
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