JP3565493B2

JP3565493B2 - Optical switch and optical switch module

Info

Publication number: JP3565493B2
Application number: JP2000052052A
Authority: JP
Inventors: 眞治古市; 文雄二反田; 正也堀野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: JP2001242397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信の分野で用いる光スイッチに関する。特に、プリント基板上に安定した状態で設置できる光スイッチに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の発達に伴って、光ファイバー通信網は長い光路と複雑な分岐を持つようになった。このような環境では光通信装置や光伝送装置内において、回線間で光ファイバーの光路（伝送経路）を切り替える用途が増大し、多くの光スイッチが用いられている。光スイッチを切替方式でみると、電気的あるいは光学的に光路の屈折率や位相を変化させて光の進行方向を切り替える方式のものや、機械的に光路を移動させて光の進行方向を切り替える方式のもの等が開発されている。精密な駆動を実現する低損失な光スイッチとしては、後者の機械式光スイッチが有望である。光スイッチを分岐の数でみると、１本の入力光ファイバーを２本の出力光ファイバーで切り替える１×２型光スイッチや、多数の光ファイバーの端面を対向させた１×ｍ型光スイッチあるいはｎ×ｍ型光スイッチ等がある。また、切替の目的は、通常の回線切替の他に、断線した伝送経路を別の断線していない経路に切り替える障害復旧用途や、建物内や地域内の光通信ネットワークの回線を切り替える保守点検用途等にも用いられている。
【０００３】
従来の光スイッチは、例えば特開昭６３−８５５２２号公報に開示されている。この光スイッチは、光ファイバーを位置決め固定した２個のプラグをつき合わせて接続し、一方のプラグを他方のプラグに対して平行移動させて光路を切り替える光スイッチである。精密な平行移動を実現すべく、ガイドピンとガイドピンを保持する穴と、ガイドピンを内部でスライドさせる穴を有する。この構成では光スイッチの切替機構を開口した容器の中に納めている。なお、プラグの平行移動を電磁力を用いたアクチュエーターで行う構成とするものもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
寒冷地においては、室温近傍の温度下と比較して光スイッチに使用されている各部材の寸法や特性が変化する。従って、光スイッチの機械的動作速度や光学的特性を低下させる場合があった。本発明の目的は、寒冷地においても一定の温度内で支障なく使用できる光スイッチを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スイッチは、複数の固定側光ファイバーに対して、少なくとも１本の可動側光ファイバーを移動させて接続する光ファイバー切替手段を有し、前記光ファイバー切替手段を収納するパッケージを備える光スイッチであって、前記パッケージに保温手段としてヒーターを設けることを特徴とする。
【０００６】
ここで、ヒーターは電流を流すことによって発熱する部材をいう。前記ヒーターを、パッケージの温度を０℃から４０℃以内に保持する恒温装置に置換することもできる。このヒーターは、室温あるいはその近傍の温度範囲内に光スイッチの温度を安定化させるものであり、光学特性の変動を抑制することができる。局所加熱により屈折率整合材を移動もしくは相変化させることで光路を切り替える構成（例えば導波路型光スイッチ）は本願の構成と異なる。
【０００８】
本発明の他の光スイッチは、上記本発明の光スイッチにおいて、前記光ファイバー切替手段は、固定側光ファイバーを固定する固定ブロックと、可動側光ファイバーの端を支持する可動ブロックと、前記可動ブロックを平行移動させるための磁気回路とを基板の一方の面の上に有するものであり、前記ヒーターは前記基板の他方の面上に設けられている構成とすることができる。
【０００９】
本発明の他の光スイッチは、上記本発明の光スイッチにおいて、前記パッケージは筺体と蓋からなり、前記ヒーターは筺体あるいは蓋の少なくとも一方の内面に設けられていることを特徴とする構成とすることができる。パッケージの外面よりも内面にヒーターを設ける方が、形状がコンパクトとなり、光スイッチを暖気する効率もよい。
【００１０】
従来の光スイッチでは、対向させた光ファイバーの間で空気を介して光信号を伝達する。すると、空気と光ファイバーの屈折率の差異によって光信号の損失を生じることがある。このような損失を抑制するために、対向する光ファイバーの間に屈折率整合剤を設けていた。しかし、光スイッチの周囲の温度がマイナス１０℃以下になると、この屈折率整合剤は粘性が増大してしまう。このとき、光ファイバー切替手段（例えばアクチュエーター）の駆動にかかる負荷が増大し、アクチュエーターに大電流を流すことになり好ましくない。本発明の他の光スイッチは、保温手段を設けることで光スイッチの温度を室温またはその近傍の温度内にすることにより、アクチュエータにかかる負荷を所定の範囲に抑えることができる。
【００１１】
本発明の光スイッチモジュールは、上記本発明のいずれかの光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍について温度を測定する手段と、前記温度が閾値以下となったら前記ヒーターに暖気用電流を供給する手段を有することを特徴とする。前記温度を測定する手段としては、一般の温度センサーや、ヒーターの電気抵抗値から温度を換算して温度センサーとして用いる構成を用いることができる。また、電流を供給する手段は、温度が閾値以下の間は電流の供給を継続するタイプ、一定時間だけ電流を供給するタイプ、温度が別の閾値となったら電流の供給を停止するタイプのいずれかとすることができる。また、前記閾値は、外気温やパッケージの材質、パッケージ内に充填する屈折率整合剤の粘度特性、モジュールの形状・材料等によって放熱効率が異なるため、様々な値に設定しうる。例えば、０℃から１０℃の範囲内となるように設定することが好ましい。
【００１２】
本発明の他の光スイッチモジュールは、上記本発明のいずれかの光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、光スイッチモジュール近傍の温度を測定する外部センサーと光スイッチの内部の温度を測定する内部センサーとを有し、前記外部センサーで検知した温度が閾値以下となったときに前記ヒーターに通電し、前記内部センサーで検知した温度が駆動温度以上となったときに前記ヒーターの通電を停止するための制御回路を備えることを特徴とする。例えば、制御回路を１個のＩＣパッケージとすることもできる。
【００１３】
本発明の他の光スイッチモジュールは、上記本発明のいずれかの光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、光スイッチの光路を切り替える駆動信号の受信と光スイッチの温度測定とを行う制御回路と、光ファイバー切替手段に対する切替電流の供給手段と、前記ヒーターに対する暖気用電流の供給手段を備え、前記制御回路は前記切替電流供給手段のオンオフと前記暖気用電流の供給手段のオンオフを行うことを特徴とする。前記暖気用電流の供給よりも前記切替電流の供給を遅延させるディレイ回路を設けることもできる。また、上記ディレイ回路を制御回路のＩＣに組み込んでもよい。また、電流の供給手段を一つに纏めて、電気回路あるいは電子回路によって通電する経路を変更することで、光スイッチモジュールの構成を簡略化することもできる。
【００１４】
本発明の他の光スイッチモジュールは、上記本発明のいずれかの光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍における温度が所定の温度範囲になったことを検出し、信号出力あるいは表示を行う手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の光スイッチモジュールは、上記本発明のいずれかの光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍における温度を検出し、この温度が所定範囲内でないときには、光スイッチの切り替え信号を受け付けないインターロックを備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の光スイッチを説明する。図１は本発明の１実施形態に係る光スイッチの分解斜視図である。図２は、図１の光スイッチを光ファイバー１ｆ及び１ｇの向きに沿ってみた断面図である。図３は本発明の他の実施形態に係る光スイッチの断面図である。図４は、図３の光スイッチを光ファイバー１ｆ及び１ｇの向きに沿ってみた断面図である。図５は本発明の実施形態に用いるヒーターを説明する概略図である。図６は光スイッチモジュールの動作例を説明するフロー図である。図７は本発明の１実施形態に係る光スイッチモジュールの概略図である。図８は光スイッチモジュールの動作例を説明するフロー図である。
【００１７】
（実施形態１）
図１の斜視図に本発明の光スイッチを分解状態で示す。同図において、光スイッチは一対の電極ピン２ｂと光スイッチ切替手段等を有するセラミックスの筺体１に、一対の電極ピン２ａとヒーター１ｐを設けた蓋３を設ける構成とした。光スイッチ内部の構成を説明し易くする為に蓋３をはずした様子を示したが、実際には点線に沿って蓋３を筺体１に接合させた。この光スイッチは、電極ピン２ｂに流す電流の向きを変えることにより、光ファイバー切替手段を駆動し、可動側光ファイバー１ｆと対向する固定側光ファイバー１ｇの組合せを変更して、可動側光ファイバーから入射させたレーザー光の光路を切り替えるものである。
【００１８】
蓋３の一方の側面には設けられた凹みは、筺体１に設けられた一対の電極ピン２ｂに対応する。蓋の他方の側面には金属膜２ｃが２箇所設けられている。この金属膜２ｃは蓋の表面と裏面に回り込んでおり、表面側には電極ピン２ａが接合され、裏面側にはヒーター１ｐを接合させた。このように構成した電極２ａに所定時間にわたって電流（暖気用電流）を供給し、光スイッチを暖気する用途に用いた。ここで暖気とは、光スイッチ内の温度を０℃〜４０℃程度の範囲とすることである。図中、つづら折り形状のヒーター１ｐは蓋３の裏面に設けたため、点線で図示した。図示を省略したが、対向して配置される光ファイバー１ｆ，１ｇの間には屈折率整合剤を充填し、これが漏れないように光ファイバーを外部に導出する箇所や筺体１と蓋３の接合箇所を接着剤で密封するものとした。
【００１９】
図１の光スイッチの光ファイバー切替手段について詳細に説明する。筺体１の内部に設けた光ファイバー切替手段は、固定ブロック１ｃと可動ブロック１ｂと固定ブロック１ｄと、可動ブロック１ｂをｘ軸に沿って動かす電磁石１ｙと、電磁石１ｙと電極ピン２ｂと結ぶ端子１ｈと、光信号を入力する可動側光ファイバー１ｆと、光信号を出力する固定側光ファイバー１ｇを備える。２本の可動側光ファイバー１ｆは途中で固定ブロック１ｃに固定され、その先端を可動ブロック１ｃに設けた。４本の固定側光ファイバー１ｇは、その先端を固定ブロック１ｇに設けた。可動ブロック１ｃと固定ブロック１ｄは、各々に設けられた光ファイバー１ｆ，１ｇの端面と共に対向させた。対向する光ファイバー間では光信号（レーザー光）の伝達が可能となる。電磁石１ｙは、コ字状型の磁気ヨークにコイルを巻き、コ字の端の間に固定ブロック１ｄと永久磁石１ｅを配置した構成とした。磁気ヨークの両方の腕の各々に巻いたコイルに流す電流の向きを変えることによって、磁気ヨークの先端の間で可動ブロック１ｂを平行移動させて、光ファイバー１ｆと光ファイバー１ｇの対向する接続の組合せを変更することができた。平行移動させる際のストッパーとして、可動ブロック１ｂには突出させた２本の超硬ピンを設けた。固定ブロック１ｄには前記超硬ピンを挿入させる為の２カ所の幅広の孔を設けた。この幅広の孔の内部で超硬ピンが平行移動することで、可動ブロックが平行移動した際に、磁気ヨークの一方の先端との間に隙間を残した状態で近接させることができた。なお、説明を分かり易くするため、図１では光ファイバー１ｆ，１ｇを覆う被覆の記載は省略した。
【００２０】
図１をｙ軸とｚ軸に沿ってみた断面図を図２に示す。筺体１と蓋３は接合され、その内部には屈折率整合剤４を満たした。ヒーター１ｐは蓋３の内面（裏面の平坦な部分）をほぼ覆うように設けた。筺体内に接合されたガラス基板１ｋの上には、固定ブロック１ｃと固定ブロック１ｄと永久磁石１ｅと磁気ヨーク１ｙを固定した。固定ブロック１ｄで固定させた固定側光ファイバー１ｇの端面と、可動ブロック１ｂを設けた可動側光ファイバー１ｆの端面は対向させた。
以上
【００２１】
（実施形態２）
光スイッチの他の実施形態について、図３に斜視図を示し、図４に断面図を示す。この光スイッチは、光ファイバーを切り替える機能の点で図１の構成と同様とした。但し、筺体１に収納するガラス基板１ｋにヒーター１ｐを設けた点と、ヒーターに通電するための電極ピン２ａ’を蓋ではなく筺体に設けた点で異なる。図３の光スイッチは、一対の電極ピン２ｂと一対の電極ピン２ａ’を接合したセラミックスの筺体１の内部に、光スイッチ切替手段等を設けたガラス基板を設け、蓋３を筺体１に接合し、内部に屈折率整合剤を満たした構成とした。電極ピン２ｂは光スイッチ切替手段に電流を供給するものとし、電極ピン２ａ’はヒーターに電流を供給するものとした。
【００２２】
図３及び４に示すように、光スイッチ切替手段はガラス基板１ｋの一方の面上に、固定ブロック１ｃと可動ブロック１ｂと固定ブロック１ｄと、可動ブロック１ｂをｘ軸に沿って動かす電磁石１ｙと、電磁石１ｙと電極ピン２ｂと結ぶ端子１ｈと、光信号を入力する可動側光ファイバー１ｆと、光信号を出力する固定側光ファイバー１ｇを設けた。さらに、ガラス基板１ｋの他方の面に光スイッチを暖気するためのヒーター１ｐを接着剤で固着した。このようにして光スイッチ切替手段とヒーターを設けたガラス基板１ｋを筺体１に設け、蓋３を接合した後、内部に屈折率整合剤４を満たし、密封した。ヒーター１ｐと筺体１は接着剤を介して接合させた。
【００２３】
図５に本発明に適用するヒーターの例を概略図で示す。図５中（ａ）は、ガラス基板４１上に炭素あるいは炭化ケイ素を主成分とする抵抗のパターン４２を形成したヒーターである。このガラス基板を設けた光スイッチは、端子４３から通電することにより、パッケージ内の屈折率整合剤を加熱して、光スイッチ全体を暖気することができる。図５の（ｂ）は、電気抵抗の高い材料からなる薄膜４２ａをセラミックス基板４１ａ上にスパッターで成膜・パターニングして導線４６を設けてヒーターとした。さらに電気抵抗値が温度依存性を示す薄膜抵抗４７をスパッターで成膜・パターニングして電極導線４８を設けて温度センサーとした。ここで、ヒーターとするスパッター膜としては電気抵抗の大きい炭化ケイ素系材料を用いた。炭化ケイ素の比抵抗は０．０８〜２（Ω・ｃｍ）であり、ＮｉＣｒ合金系材料や炭素膜に比べて抵抗値が２桁以上大きい。
【００２４】
（実施形態３）
図６に本発明の一実施の形態である光スイッチモジュールの動作を説明する。この光スイッチモジュールは実施形態１の光スイッチを制御回路でコントロールするものとした。まず、光スイッチモジュールを組み込んだ光通信ネットワークから、光スイッチの切替を命じる切替信号が制御回路に対して送信される。次に、切替信号を受信した制御回路は、光スイッチに設けたヒーターの電気抵抗値を測定し、抵抗値を温度に換算することで光スイッチ内の温度を測定する。次に、制御回路は測定した温度が光スイッチを切替するのに十分な温度（駆動温度）であるか否かを判定する（６−ａ）。十分な温度であれば（すなわちＹＥＳ）、光ファイバー切替手段に切替電流を流して光スイッチの切替を行う。逆に十分な温度でなければ（すなわちＮＯ）、暖気用の電流をヒーターに所定時間流して、再度温度測定をする。ここで駆動温度の判定（６−ｂ）を行い、切替電流の供給に至る。
【００２５】
（実施形態４）
図７に他の一実施形態である光スイッチモジュールの構成を示す。この光スイッチモジュール５０は、プリント基板５１上に光スイッチ５２と、制御用ＩＣ６２と外部温度センサー６３と、切替電流供給手段６４と、暖気用電流供給手段６５を備える。光スイッチ５２は、光ファイバ切替手段に切替電流を供給する一対の端子５３と、光スイッチ内に設けたヒーター５４と、内部温度センサー５５を有する。駆動用ＩＣ６２は、配線６７を介して各々の部品に電気信号を送ることができるように結線した。図７は、初期状態として、入力側光ファイバー５８から導入された入力光（レーザー光）が、光スイッチによって一方の出力側光ファイバー５６に出力されている状態である。
【００２６】
図７の状態において、外部温度センサーと内部温度センサーにより光スイッチの温度が所定値より低下しないように恒温化する手順を図８の（ａ）で説明する。まず、切替信号待ちの状態において、外部温度センサー６３により光スイッチモジュールの温度を測定する。この温度が予め設定した閾値より低いか否かを制御用ＩＣ６２で判別する（８−ａ）。駆動に適した温度であれば切替信号待ち状態を維持するが、駆動に適さない低い温度あるいは温度低下の速度が著しい場合には暖気用電流を供給するように設定しておく。制御用ＩＣ６２から暖気用電流供給手段６５に通電を指示する信号を送信すると、暖気用電流供給手段６５からヒーター５４に所定の時間だけ暖気用電流が流される。次に、内部温度センサー５５で光スイッチ内の温度を測定する。この温度を制御用ＩＣ６２で判別する（８−ｂ）。駆動に適した温度（駆動温度）以上であれば切替信号待ち状態に戻るが、駆動に適さない低い温度であれば、再度暖気用電流を供給するプロセスを繰り返すように設定しておく。このようにして光スイッチ内の温度を保持することにより、信号端子６６から制御用ＩＣ６２に対して光スイッチの切替を命じる切替信号が送信されたときに、制御用ＩＣは切替電流供給手段６４に通電を指示する信号を送信し、切替電流供給手段６４から端子５３に切替電流が流される。こうして光スイッチは図８の（ｂ）のようにスムーズに切替を行って、入力側光ファイバー５８から導入された入力光は、他方の出力側光ファイバー５７に出力される。
【００２７】
（実施形態５）
本発明の他の一実施の形態である光スイッチモジュールの動作を説明する。この光スイッチモジュールは、光スイッチと、光スイッチ内に設けたヒーターと、そのヒーターに通電する暖気電流供給手段と、光スイッチ内の光ファイバー切替手段に通電する切替電流供給手段と、ディレイ回路と、光スイッチの近傍に設けた温度センサーをプリント基板上に備える。この構成は、温度センサーによって外気温の低下を検出したら、まず暖気電流供給手段からヒーターに所定時間の間だけ暖気電流を通電する。この際、ディレイ回路を用いて暖気電流供給手段を動作させてから一定の時間が経過すると切替電流供給手段が動作するように設定しておくものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成を用いることにより、寒冷地においても一定の温度内で使用でき、光ファイバー切替手段にかかる負荷を抑制した光スイッチを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光スイッチに係る分解斜視図である。
【図２】図１の光スイッチの断面図である。
【図３】本発明に係る他の光スイッチの断面図である。
【図４】図３の光スイッチの断面図である。
【図５】本発明の実施形態に用いるヒーターを説明する概略図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光スイッチモジュールの動作例を説明するフロー図である。
【図７】本発明の１実施形態に係る光スイッチモジュールの概略図である。
【図８】本発明の実施形態に係る光スイッチモジュールの動作例を説明するフロー図である。
【符号の説明】
１筺体、１ｂ可動ブロック、１ｃ固定ブロック、１ｄ固定ブロック、
１ｅ永久磁石、１ｆ可動側光ファイバー、１ｇ固定側光ファイバー、
１ｋガラス基板、１ｈ端子、１ｙ磁気ヨーク、１ｐヒーター、
２ａ電極ピン、２ａ’ 電極ピン、２ｂ電極ピン、２Ｃ金属膜、３蓋、
４屈折率整合剤、５０光スイッチモジュール、５１プリント基板、
５２光スイッチ、５３端子、５４ヒーター、５５内部温度センサー、
５６５７出力側光ファイバー、５８入力側光ファイバー、
６２制御用ＩＣ、６３外部温度センサー、６４切替電流供給手段、
６５暖気用電流供給手段、６６信号端子、６７配線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch used in the field of optical communication. In particular, the present invention relates to an optical switch that can be stably installed on a printed circuit board.
[0002]
[Prior art]
With the development of optical communication, optical fiber communication networks have long optical paths and complicated branches. In such an environment, applications for switching an optical path (transmission path) of an optical fiber between lines in an optical communication device or an optical transmission device are increasing, and many optical switches are used. Looking at the optical switch by the switching method, there is a method that switches the traveling direction of light by changing the refractive index and phase of the optical path electrically or optically, or switching the traveling direction of light by moving the optical path mechanically Methods and the like have been developed. The latter mechanical optical switch is promising as a low-loss optical switch that realizes precise driving. In terms of the number of branches of an optical switch, a 1 × 2 type optical switch in which one input optical fiber is switched by two output optical fibers, a 1 × m type optical switch in which the end faces of a large number of optical fibers are opposed, or n × m Type optical switch. The purpose of switching is not only normal line switching, but also fault recovery for switching a disconnected transmission path to another unbroken path, and maintenance and inspection for switching optical communication network lines in a building or area. Etc. are also used.
[0003]
A conventional optical switch is disclosed in, for example, JP-A-63-85522. This optical switch is an optical switch that connects two plugs having optical fibers positioned and fixed to each other, and switches an optical path by moving one plug in parallel with the other plug. It has a guide pin, a hole for holding the guide pin, and a hole for sliding the guide pin inside to realize a precise parallel movement. In this configuration, the switching mechanism of the optical switch is housed in an open container. There is also a configuration in which the parallel movement of the plug is performed by an actuator using electromagnetic force.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a cold region, the dimensions and characteristics of each member used in the optical switch are changed as compared with a temperature near room temperature. Therefore, the mechanical operation speed and optical characteristics of the optical switch may be reduced. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical switch that can be used without any trouble in a constant temperature even in a cold region.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
An optical switch according to the present invention is an optical switch that includes an optical fiber switching unit that moves and connects at least one movable optical fiber to a plurality of fixed optical fibers, and includes a package that houses the optical fiber switching unit. The package is provided with a heater as a heat retaining means.
[0006]
Here, the heater refers to a member that generates heat by passing an electric current. The heater may be replaced with a thermostat that keeps the temperature of the package within 0 ° C to 40 ° C. This heater stabilizes the temperature of the optical switch at room temperature or within a temperature range near the room temperature, and can suppress fluctuations in optical characteristics. A configuration (for example, a waveguide type optical switch) that switches the optical path by moving or changing the phase of the refractive index matching material by local heating is different from the configuration of the present application.
[0008]
In another optical switch according to the present invention, in the optical switch according to the present invention, the optical fiber switching unit includes a fixed block that fixes a fixed optical fiber, a movable block that supports an end of the movable optical fiber, and a movable block that is parallel to the movable block. A magnetic circuit for movement is provided on one surface of the substrate, and the heater may be provided on the other surface of the substrate.
[0009]
According to another optical switch of the present invention, in the optical switch of the present invention, the package includes a housing and a lid, and the heater is provided on at least one inner surface of the housing or the lid. be able to. Providing a heater on the inner surface rather than the outer surface of the package makes the shape compact and improves the efficiency of warming the optical switch.
[0010]
In a conventional optical switch, an optical signal is transmitted between opposed optical fibers via air. Then, a difference in refractive index between the air and the optical fiber may cause a loss of an optical signal. In order to suppress such a loss, a refractive index matching agent is provided between opposing optical fibers. However, when the temperature around the optical switch becomes lower than or equal to -10 ° C., the viscosity of the refractive index matching agent increases. At this time, the load applied to the driving of the optical fiber switching means (for example, the actuator) increases, and a large current flows through the actuator, which is not preferable. In another optical switch according to the present invention, the load applied to the actuator can be suppressed to a predetermined range by providing the heat retaining means to keep the temperature of the optical switch at or near room temperature.
[0011]
An optical switch module according to the present invention is an optical switch module provided with the optical switch according to any of the above aspects of the present invention, wherein: a means for measuring a temperature inside or in the vicinity of the optical switch; A heater is provided for supplying a current for warming up to the heater. As the means for measuring the temperature, a general temperature sensor or a configuration in which a temperature is converted from an electric resistance value of a heater and used as a temperature sensor can be used. The means for supplying current may be any of a type that continues to supply current while the temperature is equal to or lower than the threshold, a type that supplies current for a certain period of time, and a type that stops current supply when the temperature reaches another threshold. Or can be. Further, the threshold value can be set to various values because the radiation efficiency varies depending on the ambient temperature, the material of the package, the viscosity characteristics of the refractive index matching agent filled in the package, the shape and material of the module, and the like. For example, it is preferable that the temperature is set in the range of 0 ° C. to 10 ° C.
[0012]
Another optical switch module according to the present invention is an optical switch module provided with any one of the optical switches according to the present invention, wherein an external sensor for measuring a temperature near the optical switch module and a temperature inside the optical switch are measured. Having an internal sensor, energizing the heater when the temperature detected by the external sensor is equal to or lower than a threshold, and stopping energizing the heater when the temperature detected by the internal sensor is equal to or higher than the driving temperature. And a control circuit for performing the operation. For example, the control circuit may be a single IC package.
[0013]
Another optical switch module according to the present invention is an optical switch module provided with any one of the optical switches according to the present invention, wherein the control circuit performs reception of a drive signal for switching an optical path of the optical switch and measurement of the temperature of the optical switch. A switching current supply unit for the optical fiber switching unit; and a heating current supply unit for the heater.The control circuit turns on and off the switching current supply unit and turns on and off the heating current supply unit. Features. A delay circuit that delays the supply of the switching current more than the supply of the warm-up current may be provided. Further, the delay circuit may be incorporated in an IC of the control circuit. Also, the configuration of the optical switch module can be simplified by combining the current supply means into one and changing the path to be energized by the electric circuit or the electronic circuit.
[0014]
Another optical switch module of the present invention is an optical switch module provided with any one of the optical switches of the present invention, and detects that a temperature inside or near the optical switch has reached a predetermined temperature range. , Means for outputting or displaying a signal.
[0015]
Another optical switch module of the present invention is an optical switch module provided with any of the above optical switches of the present invention, and detects a temperature inside or near the optical switch, and when the temperature is not within a predetermined range. And an interlock that does not receive the switching signal of the optical switch.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an optical switch of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of an optical switch according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical switch of FIG. 1 as viewed along the directions of the optical fibers 1f and 1g. FIG. 3 is a sectional view of an optical switch according to another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of the optical switch of FIG. 3 as viewed along the directions of the optical fibers 1f and 1g. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a heater used in the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation example of the optical switch module. FIG. 7 is a schematic diagram of an optical switch module according to one embodiment of the present invention. FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation example of the optical switch module.
[0017]
(Embodiment 1)
The optical switch of the present invention is shown in an exploded state in the perspective view of FIG. In the figure, the optical switch has a structure in which a lid 3 provided with a pair of electrode pins 2a and a heater 1p is provided on a ceramic housing 1 having a pair of electrode pins 2b and optical switch switching means. Although the state where the lid 3 is removed is shown in order to easily explain the configuration inside the optical switch, the lid 3 is actually joined to the housing 1 along the dotted line. This optical switch drives the optical fiber switching means by changing the direction of the current flowing through the electrode pin 2b, changes the combination of the fixed optical fiber 1g and the movable optical fiber 1f, and makes the movable optical fiber incident. The optical path of the laser light is switched.
[0018]
The dent provided on one side surface of the lid 3 corresponds to a pair of electrode pins 2 b provided on the housing 1. Two metal films 2c are provided on the other side surface of the lid. The metal film 2c extends around the front and back surfaces of the lid. The electrode pins 2a are joined to the front surface side, and the heater 1p is joined to the back surface side. A current (current for warming-up) was supplied to the electrode 2a configured as described above for a predetermined time, and the electrode 2a was used for heating the optical switch. Here, the warm air means that the temperature inside the optical switch is set in a range of about 0 ° C. to 40 ° C. In the figure, the zigzag-shaped heater 1p is provided on the back surface of the lid 3 and is shown by a dotted line. Although not shown, a gap between the optical fibers 1f and 1g disposed opposite to each other is filled with a refractive index matching agent, and a portion where the optical fiber is led to the outside so as not to leak out, and a joint portion between the housing 1 and the lid 3 are formed. It was sealed with an adhesive.
[0019]
The optical fiber switching means of the optical switch of FIG. 1 will be described in detail. The optical fiber switching means provided inside the housing 1 includes a fixed block 1c, a movable block 1b, a fixed block 1d, an electromagnet 1y for moving the movable block 1b along the x axis, and a terminal 1h connecting the electromagnet 1y and the electrode pin 2b. And a movable optical fiber 1f for inputting an optical signal and a fixed optical fiber 1g for outputting an optical signal. The two movable optical fibers 1f are fixed to a fixed block 1c on the way, and the tips are provided on the movable block 1c. The four fixed-side optical fibers 1g had their tips provided on the fixed block 1g. The movable block 1c and the fixed block 1d face each other along with the end faces of the optical fibers 1f and 1g provided respectively. An optical signal (laser light) can be transmitted between the opposing optical fibers. The electromagnet 1y has a configuration in which a coil is wound around a U-shaped magnetic yoke, and a fixed block 1d and a permanent magnet 1e are arranged between ends of the U-shape. By changing the direction of the current flowing through the coil wound around each of the arms of the magnetic yoke, the movable block 1b is moved in parallel between the ends of the magnetic yoke, and the combination of the opposing connections of the optical fiber 1f and the optical fiber 1g is changed. Could be changed. Two protruding carbide pins were provided on the movable block 1b as stoppers for parallel movement. The fixed block 1d was provided with two wide holes for inserting the carbide pins. By the parallel movement of the carbide pin inside the wide hole, when the movable block moved in parallel, it was possible to approach the magnetic yoke while leaving a gap between the movable block and one end of the magnetic yoke. Note that, in order to make the description easy to understand, in FIG. 1, illustration of a coating covering the optical fibers 1f and 1g is omitted.
[0020]
FIG. 2 is a sectional view of FIG. 1 taken along the y-axis and the z-axis. The housing 1 and the lid 3 were joined, and the inside thereof was filled with a refractive index matching agent 4. The heater 1p was provided so as to substantially cover the inner surface of the lid 3 (a flat portion on the back surface). The fixed block 1c, the fixed block 1d, the permanent magnet 1e, and the magnetic yoke 1y were fixed on the glass substrate 1k joined in the housing. The end face of the fixed-side optical fiber 1g fixed by the fixed block 1d and the end face of the movable-side optical fiber 1f provided with the movable block 1b faced each other.
[0021]
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a perspective view and FIG. 4 is a cross-sectional view of another embodiment of the optical switch. This optical switch had the same function as that of FIG. 1 in switching the optical fiber. However, the difference is that the heater 1p is provided on the glass substrate 1k housed in the housing 1 and that the electrode pins 2a 'for supplying electricity to the heater are provided not on the lid but on the housing. In the optical switch of FIG. 3, a glass substrate provided with optical switch switching means and the like is provided inside a ceramic casing 1 in which a pair of electrode pins 2b and a pair of electrode pins 2a 'are joined, and a lid 3 is joined to the casing 1. Then, the inside was filled with a refractive index matching agent. The electrode pin 2b supplies current to the optical switch switching means, and the electrode pin 2a 'supplies current to the heater.
[0022]
As shown in FIGS. 3 and 4, the optical switch switching means comprises a fixed block 1c, a movable block 1b, a fixed block 1d, and an electromagnet 1y for moving the movable block 1b along the x-axis on one surface of the glass substrate 1k. A terminal 1h connecting the electromagnet 1y and the electrode pin 2b, a movable optical fiber 1f for inputting an optical signal, and a fixed optical fiber 1g for outputting an optical signal. Further, a heater 1p for warming the optical switch was fixed to the other surface of the glass substrate 1k with an adhesive. Thus, the glass substrate 1 k provided with the optical switch switching means and the heater was provided in the housing 1, and after the lid 3 was joined, the inside was filled with the refractive index matching agent 4 and sealed. The heater 1p and the housing 1 were joined via an adhesive.
[0023]
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a heater applied to the present invention. FIG. 5A shows a heater in which a resistance pattern 42 having carbon or silicon carbide as a main component is formed on a glass substrate 41. The optical switch provided with the glass substrate can heat the refractive index matching agent in the package and warm up the entire optical switch by supplying electricity from the terminal 43. In FIG. 5B, a thin film 42a made of a material having a high electric resistance is formed and patterned by sputtering on a ceramic substrate 41a, and a conductive wire 46 is provided as a heater. Further, a thin film resistor 47 whose electric resistance value shows temperature dependency is formed and patterned by sputtering, and an electrode conductor 48 is provided to form a temperature sensor. Here, a silicon carbide-based material having high electric resistance was used as a sputtered film used as a heater. The specific resistance of silicon carbide is 0.08 to 2 (Ω · cm), and the resistance value is at least two orders of magnitude higher than that of a NiCr alloy material or a carbon film.
[0024]
(Embodiment 3)
FIG. 6 illustrates the operation of the optical switch module according to one embodiment of the present invention. In this optical switch module, the optical switch of the first embodiment is controlled by a control circuit. First, a switching signal for instructing switching of an optical switch is transmitted to a control circuit from an optical communication network incorporating an optical switch module. Next, the control circuit that has received the switching signal measures the electric resistance value of the heater provided in the optical switch, and measures the temperature inside the optical switch by converting the resistance value into a temperature. Next, the control circuit determines whether or not the measured temperature is a temperature (driving temperature) sufficient to switch the optical switch (6-a). If the temperature is sufficient (that is, YES), a switching current is passed to the optical fiber switching means to switch the optical switch. Conversely, if the temperature is not sufficient (that is, NO), a current for warming is supplied to the heater for a predetermined time, and the temperature is measured again. Here, the drive temperature is determined (6-b), and the switching current is supplied.
[0025]
(Embodiment 4)
FIG. 7 shows a configuration of an optical switch module according to another embodiment. The optical switch module 50 includes an optical switch 52, a control IC 62, an external temperature sensor 63, a switching current supply unit 64, and a warm-up current supply unit 65 on a printed circuit board 51. The optical switch 52 has a pair of terminals 53 for supplying a switching current to the optical fiber switching means, a heater 54 provided in the optical switch, and an internal temperature sensor 55. The driving IC 62 was connected via a wiring 67 so that an electric signal could be sent to each component. FIG. 7 shows a state in which the input light (laser light) introduced from the input side optical fiber 58 is output to one output side optical fiber 56 by an optical switch as an initial state.
[0026]
FIG. 8A illustrates a procedure for keeping the temperature of the optical switch constant by the external temperature sensor and the internal temperature sensor so as not to drop below a predetermined value in the state of FIG. First, in a state of waiting for a switching signal, the temperature of the optical switch module is measured by the external temperature sensor 63. The control IC 62 determines whether or not this temperature is lower than a preset threshold (8-a). If the temperature is suitable for driving, the switching signal waiting state is maintained. However, if the temperature is not suitable for driving or the speed of the temperature decrease is remarkable, the warm-up current is set to be supplied. When the control IC 62 transmits a signal instructing energization to the warm-up current supply unit 65, the warm-up current flows from the warm-up current supply unit 65 to the heater 54 for a predetermined time. Next, the temperature inside the optical switch is measured by the internal temperature sensor 55. This temperature is determined by the control IC 62 (8-b). If the temperature is equal to or higher than the temperature suitable for driving (driving temperature), the process returns to the switching signal waiting state. If the temperature is lower than suitable for driving, the process for supplying the warm-up current is set to be repeated. By maintaining the temperature in the optical switch in this manner, when a switching signal for instructing switching of the optical switch is transmitted from the signal terminal 66 to the control IC 62, the control IC sends the switching current supply means 64 A signal for instructing energization is transmitted, and a switching current flows from the switching current supply unit 64 to the terminal 53. Thus, the optical switch smoothly switches as shown in FIG. 8B, and the input light introduced from the input optical fiber 58 is output to the other output optical fiber 57.
[0027]
(Embodiment 5)
The operation of the optical switch module according to another embodiment of the present invention will be described. The optical switch module includes an optical switch, a heater provided in the optical switch, a warm-up current supply unit that supplies electricity to the heater, a switching current supply unit that supplies electricity to an optical fiber switching unit in the optical switch, and a delay circuit. A temperature sensor provided near the optical switch is provided on a printed circuit board. In this configuration, when a decrease in the outside air temperature is detected by the temperature sensor, first, a warm-up current is supplied from the warm-up current supply unit to the heater for a predetermined time. At this time, the switching current supply means is set to operate after a predetermined time has elapsed since the warm-up current supply means was operated using the delay circuit.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, by using the configuration of the present invention, it is possible to obtain an optical switch which can be used within a constant temperature even in a cold region and has a reduced load on the optical fiber switching means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an optical switch according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical switch of FIG.
FIG. 3 is a sectional view of another optical switch according to the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of the optical switch of FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a heater used in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation example of the optical switch module according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram of an optical switch module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation example of the optical switch module according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 housing, 1b movable block, 1c fixed block, 1d fixed block,
1e permanent magnet, 1f movable optical fiber, 1g fixed optical fiber,
1k glass substrate, 1h terminal, 1y magnetic yoke, 1p heater,
2a electrode pin, 2a 'electrode pin, 2b electrode pin, 2C metal film, 3 lid,
4 refractive index matching agent, 50 optical switch module, 51 printed circuit board,
52 optical switch, 53 terminal, 54 heater, 55 internal temperature sensor,
56 57 output optical fiber, 58 input optical fiber,
62 control IC, 63 external temperature sensor, 64 switching current supply means,
65 current supply means for warming up, 66 signal terminal, 67 wiring

Claims

複数の固定側光ファイバーに対して、少なくとも１本の可動側光ファイバーを移動させて接続する光ファイバー切替手段を有し、前記光ファイバー切替手段を収納するパッケージを備える光スイッチであって、前記パッケージに保温手段としてヒーターを設けることを特徴とする光スイッチ。An optical switch comprising: an optical fiber switching unit that moves and connects at least one movable optical fiber to a plurality of fixed optical fibers; and a package that stores the optical fiber switching unit, wherein the package includes a heat insulating unit. An optical switch comprising a heater .

請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記光ファイバー切替手段は、固定側光ファイバーを固定する固定ブロックと、可動側光ファイバーの端を支持する可動ブロックと、前記可動ブロックを平行移動させるための磁気回路とを基板の一方の面の上に有するものであり、前記ヒーターは前記基板の他方の面上に設けられていることを特徴とする光スイッチ。 2. The optical switch according to claim 1 , wherein the optical fiber switching unit includes a fixed block for fixing the fixed side optical fiber, a movable block for supporting an end of the movable side optical fiber, and a magnetic circuit for moving the movable block in parallel. On one surface of the substrate, wherein the heater is provided on the other surface of the substrate.

請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記パッケージは筺体と蓋からなり、前記ヒーターは筺体あるいは蓋の少なくとも一方の内面に設けられていることを特徴とする光スイッチ。The optical switch according to claim 1 , wherein the package comprises a housing and a lid, and the heater is provided on at least one inner surface of the housing or the lid.

請求項１から３のいずれかに記載の光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍における温度を測定する手段と、前記温度が閾値以下となったら前記ヒーターに暖気用電流を供給する手段を有することを特徴とする光スイッチモジュール。An optical switch module provided with the optical switch according to any one of claims 1 to 3 , wherein a means for measuring a temperature inside or near the optical switch, and heating the heater when the temperature is equal to or lower than a threshold value. An optical switch module comprising means for supplying a current for use.

請求項１から３のいずれかに記載の光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、光スイッチモジュール近傍の温度を測定する外部センサーと、光スイッチの内部の温度を測定する内部センサーとを有し、前記外部センサーで検知した温度が閾値以下となったときに前記ヒーターに通電し、前記内部センサーで検知した温度が駆動温度以上となったときに前記ヒーターの通電を停止するための制御回路を備えることを特徴とする光スイッチモジュール。An optical switch module provided with the optical switch according to claim 1, comprising an external sensor for measuring a temperature near the optical switch module and an internal sensor for measuring a temperature inside the optical switch. A control circuit for energizing the heater when the temperature detected by the external sensor is equal to or lower than a threshold, and stopping energizing the heater when the temperature detected by the internal sensor is equal to or higher than the driving temperature. An optical switch module comprising:

請求項１から３のいずれかに記載の光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、光スイッチの光路を切り替える駆動信号の受信と光スイッチの温度測定とを行う制御回路と、光ファイバー切替手段に対する切替電流の供給手段と、前記ヒーターに対する暖気用電流の供給手段を備え、前記制御回路は前記切替電流供給手段のオンオフと前記暖気用電流の供給手段のオンオフを行うことを特徴とする光スイッチモジュール。An optical switch module provided with the optical switch according to any one of claims 1 to 3 , wherein a control circuit for receiving a drive signal for switching an optical path of the optical switch and measuring a temperature of the optical switch, and an optical fiber switching unit. An optical switch module comprising: a switching current supply unit; and a warm-up current supply unit for the heater, wherein the control circuit turns on / off the switching current supply unit and on / off the warm-up current supply unit. .

前記暖気用電流の供給よりも前記切替電流の供給を遅延させるディレイ回路を有することを特徴とする請求項６に記載の光スイッチモジュール。The optical switch module according to claim 6 , further comprising a delay circuit that delays the supply of the switching current from the supply of the warm-up current.

請求項４ないし７のいずれかに記載の光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍における温度が所定の温度範囲になったことを検出し、信号出力あるいは表示を行う手段を備えることを特徴とする光スイッチモジュール。The optical switch module according to any one of claims 4 to 7 , further comprising means for detecting that a temperature inside or near the optical switch has reached a predetermined temperature range, and outputting or displaying a signal. An optical switch module characterized by the above-mentioned.

請求項４ないし７のいずれかに記載の光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍における温度を検出し、この温度が所定範囲内でないときには、光スイッチの切り替え信号を受け付けないインターロックを備えることを特徴とする光スイッチモジュール。The optical switch module according to claim 4 , wherein a temperature inside or near the optical switch is detected, and when the temperature is not within a predetermined range, an interlock that does not receive a switching signal of the optical switch. An optical switch module comprising: