JP4112440B2

JP4112440B2 - Light switch

Info

Publication number: JP4112440B2
Application number: JP2003161937A
Authority: JP
Inventors: 浩司川村; 正一郎原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: JP2004361793A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信設備において光路の切替に用いられる光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光スイッチは光ファイバ等で伝達された光信号を電気に変換することなく、光のままで経路の切り換えをおこなうものであり、その方式の一つに跳ね橋型光スイッチがある。
これはポリマー導波路フィルムに片面から加工され、かつ他方の面までは貫通していない溝を加工し、駆動機構によりその溝を開閉させて光信号のスイッチングを行うものである。
導波路素材としては例えばフッ素化ポリイミドを用いており、駆動機構としてはピエゾ素子や電磁アクチュエータを採用している。
【０００３】
即ち従来技術においては、溝の開放側から駆動機構によってフィルムに変位を加えると、溝が閉じて溝の隙間がなくなる。溝を閉じると溝表面が接触して光信号は溝部を透過し一方の出力ポートに出力される。
逆に反対側からフィルムに変位を加えると溝が開き、溝内に空気層が生じる。空気層が生じると光信号は溝表面で反射されて他方の出力ポートに出力される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７４７８４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光スイッチでは光信号を一方の出力ポートに出力するときに、他方の出力ポートには光信号が漏洩しないのが望ましい。
漏洩する光をクロストーク光といい、クロストーク光が多いと他系統の信号に混じってしまうため伝送品質の低下となり、満足なデータ伝送ができなくなるためである。
【０００６】
しかし、特許文献１に示した従来の光スイッチでは透過状態にしたときでも溝表面でわずかに反射が生じるため、他方の出力ポートに光が漏洩し、他方の出力ポートへのクロストーク光を完全に遮断することは難しい。
逆に、反射状態にした場合でも光がわずかに溝部を透過してしまうため、透過側出力ポートに光信号が漏洩してしまう。
【０００７】
例えば、光スイッチが透過状態（溝が閉じた状態）のとき、反射側へのクロストーク量を−６５ｄＢ以下とするには、計算では溝間隔を０．３ｎｍ以下とする必要がある。この値は分子レベルの大きさであり、これを安定して実現するのは困難である。
以上のように、跳ね橋型光スイッチではクロストーク特性の向上が課題となっている。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、漏洩光を阻止することのできる光スイッチを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る光スイッチは、板材と、駆動手段とを備え、板材は、その内部に線状に延びる光導波路と、この光導波路を横断するように設けられた切れ目からなるメインスイッチを有し、駆動手段は、切れ目の間隙を接近および離隔させることによって光の進路を選択するものであって、メインスイッチの出力ポート側に同じく切れ目からなるサブスイッチを設け、メインスイッチと同じ動作を行なうサブスイッチはメインスイッチと同じ面に形成するとともに、メインスイッチと反対の動作を行なうサブスイッチはメインスイッチと反対側の面に形成し、更に駆動手段はメインスイッチとサブスイッチを同時に駆動するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図１を参照して、本発明の前提技術となる光スイッチについて説明する。図１に示すのは、この光スイッチに用いるポリマー光導波路３の部分である。このポリマー光導波路３は、切れ目として、ポリイミドフィルム１に鋭利な刃物で切断して形成した第１〜第３の切り込み６ａ〜６ｃを有している。
【００１１】
このポリマー光導波路３においては、説明のために、第１および第２の入力ポート４ａ，４ｂ、第１および第２の出力ポート５ａ，５ｂを図示しているが、入力ポートおよび出力ポートはより多く存在してもよい。
光導波路２は、各入力ポートと出力ポートに対応してポリイミドフィルム１の内部に多数形成されており、交差点８ａ〜８ｆで交差している。
図１には図示していないが、各交差点８ａ〜８ｆの近傍には、交差点部分を一方の側から圧迫する押圧手段が設けられている。押圧手段としては、たとえば、図２(ａ)，(ｂ)に示すような、プッシュロッド９である。
【００１２】
図２(ａ)，(ｂ)を参照して、光路の切換え動作について説明する。図２(ａ)，(ｂ)は、光導波路２の交差点８ａ〜８ｆの部分を拡大して示したものである。
まず、プッシュロッド９がポリイミドフィルム１に押し当てられていない図２(ａ)の状態では、光導波路２を進んできた信号光は、切り込み６の部分で反射される。
一方、プッシュロッド９がポリイミドフィルム１に押し当てられた図２(ｂ)の状態では、プッシュロッド９の圧迫によって上下の光導波路２同士が物理的に接合されるため、信号光は切り込み６のあった部分を無反射で透過することができる。
【００１３】
再び、図１を参照して、引き続き、動作について説明する。たとえば、図１のポリマー光導波路３を備える光スイッチにおいて、交差点８ａ，８ｂ，８ｅ，８ｆにプッシュロッド９（図２参照）を押し当て、交差点８ｃのみを解放しておく。この場合、交差点８ｃにおいては、光導波路２が切り込み６ａによって４５°の角度で切断されているため、交差点８ｃでは、光信号が全反射される。その結果、第１の入力ポート４ａから入射した信号光を第１の出力ポート５ａに出力することができる。
【００１４】
また、交差点８ａ，８ｄにプッシュロッド９を押し当て、交差点８ｂを解放した場合には、第１の入力ポート４ａから入射した信号光を第２の出力ポート５ｂに出力することができる。
同様に、交差点８ａ〜８ｆの中から適宜選択した交差点のみにプッシュロッド９を押し当てることによって、第１および第２の入力ポート４ａ，４ｂからの入射光を第１および第２の出力ポート５ａ，５ｂのうちの任意の出力ポートに出力することができる。
【００１５】
図３(ａ)，(ｂ)は別の形態による光スイッチの接続及び反射の切り換え原理を示す断面図であり、プッシュロッド９は、ポリイミドフィルム１の裏面すなわち切り込み６のある側と反対側の面において、押さえ板１０の貫通穴１１を通じて押すようになっている。
図３(ａ)に示すように、プッシュロッド９によって押さない状態では、切り込み６はふさがっており、光導波路２同士は接続状態である。
一方、図３(ｂ)に示すように、プッシュロッド９で押すことによって、光導波路２は曲げられ、切り込み６の間隙の幅が、信号波長の１／４より大きく広がる。このようにして、光導波路２内を伝わってきた信号光は全反射するようになる。
【００１６】
本願発明は上記前提技術に改良を加えたものであり、光信号を切り換えるメインスイッチとは別に、出力側ポートの光導波路に光導波路の透過と遮断を切り換えることのできるサブスイッチを設けることにより、漏洩光を阻止するものである。
図４はこの発明の実施の形態１による光スイッチを示す一部平面図であり、メインスイッチ１２だけの場合には、非選択側ポートヘの光信号の漏洩を完全に防止することができない。
そこで、透過側、反射側の出力ポートにそれぞれサブスイッチ１３ａ，１３ｂを設ける。
【００１７】
サブスイッチ１３ａ，１３ｂはメインスイッチ１２と同様に光導波路２部に溝を形成し、それを駆動機構により開閉できるようにしたものである。
溝を閉じると光信号は光導波路２をそのまま透過し、溝を開くと溝表面で反射されるため、光導波路２は遮断される。
サブスイッチ１３ａ，１３ｂの駆動機構としては、例えばメインスイッチ１２と同様の方法を用いることができる。
【００１８】
メインスイッチ１２の駆動方法としては、図３(ａ)，(ｂ)に示したものを採用することが考えられる。
即ちポリイミドフィルム１を穴の開いた押さえ板１１で挟み、穴中央部にスイッチ部を配置して、溝部をポリイミドフィルム面外方向からアクチュエータにより開閉させるものである。
透過側、反射側それぞれのポートのサブスイッチ１３ａ，１３ｂにおいて、メインスイッチ１２によって当該ポートが非選択側になったときには、溝を開放させて光導波路２を遮断して漏洩光の下流への流出を防止する。
【００１９】
選択側ポートとなったときには、サブスイッチ１３ａ，１３ｂの溝を閉じて透過状態とし、信号出力を出力ポートに出力することができる。
サブスイッチ１３ａ，１３ｂはメインスイッチ１２と同様にポリイミドフィルムに溝を形成した構造であり、駆動機構により溝を開閉する。
【００２０】
跳ね橋型光スイッチは透過過剰損失が０．１ｄＢ以下と少ないことが特長の一つであり、同様の構造であるサブスイッチ１３ａ，１３ｂの透過過剰損失も同様な値である。
サブスイッチ１３ａ，１３ｂの追加によって、スイッチ部の透過過剰損失と反射損失は、サブスイッチ１３ａ，１３ｂの透過過剰損失分だけ増加することになるが、サブスイッチ１３ａ，１３ｂにおける損失は小さいので、サブスイッチ１３ａ，１３ｂの追加による損失の増大はわずかであり、スイッチ全体の性能を大きく落とすことはない。
【００２１】
次に本発明による光スイッチの具体的な動作について、図５，図６に基づき説明する。
図５に示すように、メインスイッチ１２部の溝が閉じているときは、入力信号は出力ポート１４ａ側に出力される。このとき、メインスイッチ１２で光信号がわずかに反射され、出力ポート１４ｂ側に漏れてしまうことが問題となる。出力ポート１４ａ側サブスイッチ１３ａは溝を閉じておき、光信号の出力を妨げないようにする。
メインスイッチ１２を透過状態にしても、出力ポート１４ｂ側に漏れる信号は、出力ポート１４ｂ側サブスイッチ１３ｂの溝を開放することにより、出力ポート１４ｂ側光導波路２を遮断して出力ポート１４ｂに出力されるのを防止する。
【００２２】
次に図６に示すように、メインスイッチ１２部の溝が開いているときは、入力信号は溝表面で反射し、出力ポート１４ｂ側に出力される。このとき、サブスイッチ１３ｂは溝を閉じておき、光信号の出力を妨げないようにする。
メインスイッチ１２の出力ポート１４ａ側に漏れる信号は、サブスイッチ１３ａの溝を開放することにより、出力ポート１４ａ側の光導波路２を遮断して、出力ポート１４ａ側に出力されるのを防止する。
【００２３】
以上のように本実施形態によれば、メインスイッチ１２の出力ポート側にサブスイッチ１３ａ，１３ｂを組み込み、メインスイッチ１２の状態に応じてサブスイッチ１３ａ，１３ｂの透過・反射を制御することで、光スイッチ全体としてクロストーク特性を向上させることができる。
【００２４】
実施の形態２．
本実施形態においても、サブスイッチによってクロストーク特性の向上を図ることは実施の形態１と同じであるが、更にメインスイッチ１２とサブスイッチ１３ａ，１３ｂを同一の駆動機構を用いて連動して動作させることを目的とする。
図４に示した光スイッチにおいて、２つのサブスイッチ１３ａ，１３ｂの状態はメインスイッチ１２の状態に応じて図７に示すように一意的に決まる。
そこで出力ポート１４ａ側のサブスイッチ１３ａはメインスイッチ１２と同じ面に、出力ポート１４ｂ側のサブスイッチ１３ｂはメインスイッチ１２とは反対面に形成することで、メインスイッチ１２の駆動機構を用いて同時にサブスイッチ１３ａ，１３ｂを駆動することができるようになる。
【００２５】
図８、図９は出力ポート１４ａ側のサブスイッチ１３ａの動作を説明するための側面図である。
図８において、駆動機構によりポリイミドフィルム１を下方に押し下げると、溝が閉じてメインスイッチ１２は透過状態となる。このときサブスイッチ１３ａはメインスイッチ１２とポリイミドフィルム１の同じ側に設けてあるので、ポリイミドフィルム１が押し下げられることにより、サブスイッチ１３ａの溝も閉じて透過状態となり、図５に示す状態となる。
逆に図９に示すように、ポリイミドフィルム１を押し上げて、メインスイッチ１２の溝を開放して反射状態にすると、サブスイッチ１３ａの溝も開放状態となり、漏洩光を遮断することができ、図６に示す状態となる。
【００２６】
次に図１０、図１１は出力ポート１４ｂ側のサブスイッチ１３ｂの動作を説明するための側面図である。
図１０において、駆動機構によりポリイミドフィルム１を下方に押し下げると、溝が閉じてメインスイッチ１２は透過状態となる。このとき出力ポート１４ｂ側サブスイッチ１３ｂはメインスイッチ１２とポリイミドフィルム１の反対側に設けてあるので、ポリイミドフィルム１が押し下げられることにより、サブスイッチ１３ｂの溝は開放され、漏洩光を遮断することができ、図５の状態となる。
逆に図１１に示すように、ポリイミドフィルム１を押し上げてメインスイッチ１２の溝を開放して反射状態にすると、サブスイッチ１３ｂの溝は閉じて透過状態となり、図６に示す状態となる。
【００２７】
このようにサブスイッチ１３ａ，１３ｂをメインスイッチ１２の近傍に組み込んだ場合には、図８〜図１１に示すように、メインスイッチ１２のフィルム押圧部材でサブスイッチ１３ａ，１３ｂも同時に駆動できるので、アクチュエータを増やすことなく、サブスイッチ１３ａ，１３ｂを構成することができる。
【００２８】
図１２はメインスイッチ１２とサブスイッチ１３が離れている場合の光スイッチを示す側面図である。
図において、ポリイミドフィルム１は保持部材１５によって保持され、又、駆動機構１６には、メインスイッチ１２とサブスイッチ１３を同時に駆動することのできる押圧部材１７が連結されている。このように構成することにより、メインスイッチ１２とサブスイッチ１３が離れている場合でも、図１２のように押圧部材を連結し、それを駆動することで、アクチュエータを増やすことなくサブスイッチ１３を追加できる。
なお、サブスイッチ１３ａ，１３ｂのフィルム１上での平面配置関係は実施の形態１の場合と同じである。
【００２９】
以上のように本実施形態によれば、サブスイッチ１３ａ，１３ｂを組み込む際に、出力ポート１４ａ側のサブスイッチ１３ａの溝はメインスイッチ１２の溝とポリイミドフィルム１の同じ面に、又、出力ポート１４ｂ側のサブスイッチ１３ｂの溝はメインスイッチ１２の溝とは反対面に形成することにより、即ちメインスイッチ１２と同じ動作を行なうサブスイッチ１３ａはメインスイッチ１２と同じ面に形成し、メインスイッチ１２と反対の動作を行なうサブスイッチ１３ｂはメインスイッチ１２と反対側の面に形成することにより、メインスイッチ１２用の駆動機構を用いてサブスイッチ１３ａ，１３ｂを連動させて駆動することができる。
このように駆動機構を増やすことなくサブスイッチ１３ａ，１３ｂを組み込めるので、サブスイッチ組み込みによるコストアップが最小限に押さえられる。
【００３０】
実施の形態３．
本実施形態においては、跳ね橋型光スイッチを用いた光クロスコネクトスイッチにサブスイッチを設けたものである。
光クロスコネクトスイッチは、図１３に示すように、多数の入力ポート１８−１，１８−２，１８−３をそれぞれ任意の出力ポート１９−１，１９−２，１９−３に接続することができるようにしたものであり、サブスイッチの無い従来の跳ね橋型光スイッチでは、３入力、３出力の場合は図１３に示すような構成となる。
図１３において、メインスイッチは９箇所存在し、入力側光導波路と出力側光導波路との交点にそれぞれメインスイッチＳ_１１〜Ｓ_３３が配置される。
【００３１】
図１４においては、入力１８−１と出力１９−２、入力１８−２と出力１９−１、入力１８−３と出力１９−３の接続パターンを示している。このときメインスイッチＳ_１２、メインスイッチＳ_２１、メインスイッチＳ_３３が反射状態であり、その他のメインスイッチは透過状態である。
この接続パターンでは、スイッチＳ_３１、スイッチＳ_３２において、入力ポート１８−３からの信号が、出力ポート１９−１、出力ポート１９−２に漏洩してしまう。
図１３に示す構成にサブスイッチを追加することも考えられるが、非選択側ポートは遮断されてしまうため、図１３に示す構成にサブスイッチを組み込むと、任意の接続パターンがとれなくなるという問題が発生する。
【００３２】
本実施形態は、このような光クロスコネクトスイッチにもサブスイッチを設けて漏洩光を防ぐものであり、図１５に示すように、各メインスイッチＳ_１１〜Ｓ_３３からの反射出力を、カプラ２０を用いて出力ポート１９−１，１９−２，１９−３に接続するとともに、メインスイッチＳ_１１〜Ｓ_３３の反対側にサブスイッチＷ_１１〜Ｗ_３３を設けたものである。これにより任意の接続パターンが可能となる。
図１６においては、入力１８−１と出力１９−２、入力１８−２と出力１９−１、入力１８−３と出力１９−３の接続パターンを示している。これは従来スイッチを用いた図１４の場合と同じ接続パターンである。
【００３３】
従来スイッチで問題となった入力ポート１８−３から出力ポート１９−１及び出力ポート１９−２への漏洩は、サブスイッチＷ_３１，Ｗ_３２によって遮断されるので、クロストーク特性が向上する。
なお、このクロスコネクトスイッチの場合には、反射状態における透過側ポートヘの漏洩光は、各出力ポート１９−１，１９−２，１９−３に達することはなく、問題にならないので、サブスイッチは反射側のみに設ければ良い。
【００３４】
図１７はサブスイッチを組み込んだ別の形態による光クロスコネクトスイッチを示す回路図である。
図１５においては、各メインスイッチ部からの反射側出力を、２入力のカプラ２０で出力ポートに連結した場合を示したが、図１７は多入力のカプラ（図では３入力）２１を用いて一括して出力ポートに連結したものである。
【００３５】
以上のように本実施形態によれば、各メインスイッチの反射側ポートにサブスイッチを組み込み、サブスイッチの出力側をカプラによって各出力ポートに接続するようにしたので、光クロスコネクトスイッチにおいてもサブスイッチの組み込みを可能にした。
これによりクロストーク特性の優れた光クロスコネクトスイッチを実現できる。
【００３６】
実施の形態４．
図１８はこの発明の実施の形態４による光スイッチにおけるサブスイッチ部を示す平面図、図１９は同じく側面図である。
サブスイッチ１３は、溝を開放して光導波路２を遮断することで漏洩光の流出を防止する。
そしてサブスイッチ１３の溝表面を光導波路２の光軸に対して垂直方向から傾けることで、サブスイッチ１３で反射された漏洩光が入力ポートに戻ってしまうことを防止することができるようになる。
傾斜の方向としては、図１８に示すように、フィルム１の平面方向に対して傾ける場合と、図１９に示すように、フィルム１の側面方向に対して傾ける場合がある。
【００３７】
光ファイバは中央の核をなすコア部と、その周囲を囲むクラッド部からなり、コア部の屈折率をクラッド部よりもわずかに大きくすることにより、光がコアとクラッドの境界で全反射することを利用して光信号をコア内に閉じ込めて伝送させている。しかし、ある一定角度以上でコアからクラッドに入射した場合は境界面で全反射しなくなる。
そこでサブスイッチ１３を構成する溝をコアに対して垂直から傾けることにより、サブスイッチ１３での反射光は斜め方向に反射して臨界角より大きな角度となるので、不要な反射光はコアからクラッドに放出されて消失する。
【００３８】
コアとクラッドの屈折率をそれぞれｎ_１、ｎ_２、コアからクラッドヘ光が入射する場合の入射角をａ_１、屈折角をａ_２とすると、スネルの法則により、
ｎ_ｌＳｉｎａ_１＝ｎ_２Ｓｉｎａ_２
が成立する。
全反射しないための条件は、屈折角ａ_２が９０°以下の条件を満足しなければならないので、
Ｓｉｎａ_１＜ｎ_２／ｎ_１
なる式が成立することになる。
【００３９】
コアとクラッドの屈折率差は通常０．３％〜２％であるから、
ｎ_１＝（１．００３〜１．０２）ｎ_２となり、
１／１．０２＜Ｓｉｎａ_１＜１／１．００３となる。
この式を満足するａ_１を求めることにより、全反射しないための最大の入射角ａ_１は７８°〜８６°となる。
従ってサブスイッチ１３をコアに対して９０°から（９０−８６）°〜（９０−７８）°、即ち４°〜１２°傾けることで、サブスイッチ１３での反射戻り光は光導波路を伝搬しなくなり、不要な反射光を消失させることができる。
これよりも大きく傾けても反射戻り光を消失させることはできるが、サブスイッチ１３の透過時の損失が大きくなってしまうため、必要最低限の傾きが望ましい。
【００４０】
以上のように本実施形態によれば、サブスイッチ１３の溝を光導波路２の光軸に対して垂直な方向から傾け、更には光導波路２の光軸に対する傾きが、光軸に垂直な方向から４°〜１２°にしたことにより、溝を開放して漏洩光を遮断した場合に、入力ポートに漏洩光が反射するのを防止することができる。
【００４１】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る光スイッチによれば、板材と、駆動手段とを備え、板材は、その内部に線状に延びる光導波路と、この光導波路を横断するように設けられた切れ目からなるメインスイッチを有し、駆動手段は、切れ目の間隙を接近および離隔させることによって光の進路を選択するものであって、メインスイッチの出力ポート側に同じく切れ目からなるサブスイッチを設け、メインスイッチと同じ動作を行なうサブスイッチはメインスイッチと同じ面に形成するとともに、メインスイッチと反対の動作を行なうサブスイッチはメインスイッチと反対側の面に形成し、更に駆動手段はメインスイッチとサブスイッチを同時に駆動するようにしたので、光の漏洩を低減することができるとともに、メインスイッチ用の駆動機構を用いてサブスイッチを連動させて駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提技術となる光スイッチの斜視図である。
【図２】本発明の前提技術となる光スイッチの接続／反射の切換え原理説明図(ａ)，(ｂ)である。
【図３】本発明の前提技術となる光スイッチの接続／反射の切換え原理説明図(ａ)，(ｂ)である。
【図４】この発明の実施の形態１による光スイッチの平面図である。
【図５】この発明の実施の形態１による光スイッチの平面図である。
【図６】この発明の実施の形態１による光スイッチの平面図である。
【図７】この発明の実施の形態２による光スイッチのメインスイッチとサブスイッチとの関係を示す表である。
【図８】この発明の実施の形態２による光スイッチを示す側面図である。
【図９】この発明の実施の形態２による光スイッチを示す側面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による光スイッチを示す側面図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による光スイッチを示す側面図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による光スイッチを示す側面図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による光スイッチを示す平面図である。
【図１４】この発明の実施の形態３による光スイッチを示す平面図である。
【図１５】この発明の実施の形態３による光スイッチを示す平面図である。
【図１６】この発明の実施の形態３による光スイッチを示す平面図である。
【図１７】この発明の実施の形態３による光スイッチを示す平面図である。
【図１８】この発明の実施の形態４による光スイッチを示す平面図である
【図１９】この発明の実施の形態４による光スイッチを示す側面図である。
【符号の説明】
２光導波路、１２メインスイッチ、１３ａ，１３ｂサブスイッチ、１４ａ，１４ｂ出力ポート、１８入力ポート、１９出力ポート、２０，２１カプラ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch used for switching an optical path in an optical communication facility.
[0002]
[Prior art]
An optical switch switches a path without changing an optical signal transmitted through an optical fiber or the like to electricity, and one of the systems is a draw bridge type optical switch.
In this method, a polymer waveguide film is processed from one side and a groove that does not penetrate to the other side is processed, and the optical signal is switched by opening and closing the groove by a driving mechanism.
For example, fluorinated polyimide is used as a waveguide material, and a piezo element or an electromagnetic actuator is used as a drive mechanism.
[0003]
That is, in the prior art, when the film is displaced by the driving mechanism from the opening side of the groove, the groove is closed and the groove gap is eliminated. When the groove is closed, the groove surface comes into contact and the optical signal is transmitted through the groove and output to one output port.
Conversely, when a displacement is applied to the film from the opposite side, the groove opens and an air layer is formed in the groove. When an air layer is generated, the optical signal is reflected by the groove surface and output to the other output port (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-174784
[Problems to be solved by the invention]
In an optical switch, when an optical signal is output to one output port, it is desirable that the optical signal does not leak to the other output port.
The leaked light is referred to as crosstalk light. If there is a lot of crosstalk light, it will be mixed with signals from other systems, resulting in a decrease in transmission quality, and satisfactory data transmission will not be possible.
[0006]
However, in the conventional optical switch shown in Patent Document 1, even when it is in a transmissive state, slight reflection occurs on the groove surface, so that light leaks to the other output port and crosstalk light to the other output port is completely transmitted. It is difficult to shut off.
On the other hand, even in the reflection state, light slightly passes through the groove, so that the optical signal leaks to the transmission output port.
[0007]
For example, when the optical switch is in the transmissive state (the groove is closed), the groove interval needs to be 0.3 nm or less in the calculation in order to reduce the crosstalk amount to the reflection side to −65 dB or less. This value is at the molecular level, and it is difficult to achieve this stably.
As described above, the improvement of the crosstalk characteristic is a problem in the drawbridge optical switch.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical switch capable of preventing leakage light.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, an optical switch includes a plate member and a driving unit, and the plate member includes an optical waveguide that extends linearly therein, and a main line that is formed so as to cross the optical waveguide. The switch has a switch, and the drive means selects the light path by moving the gap between the gaps closer to and away from the gap, and is provided with a sub-switch having the same break on the output port side of the main switch, and is the same as the main switch. The sub switch that operates is formed on the same surface as the main switch, the sub switch that operates opposite to the main switch is formed on the surface opposite to the main switch, and the driving means drives the main switch and sub switch simultaneously. To do.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, an optical switch as a prerequisite technology of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a portion of the polymer optical waveguide 3 used in this optical switch. The polymer optical waveguide 3 has first to third cuts 6a to 6c formed by cutting the polyimide film 1 with a sharp blade as a break.
[0011]
In this polymer optical waveguide 3, for the sake of explanation, the first and second input ports 4a and 4b and the first and second output ports 5a and 5b are shown. There may be many.
A large number of optical waveguides 2 are formed inside the polyimide film 1 corresponding to each input port and output port, and intersect at intersections 8a to 8f.
Although not shown in FIG. 1, pressing means for pressing the intersection portion from one side is provided in the vicinity of each of the intersections 8a to 8f. An example of the pressing means is a push rod 9 as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
[0012]
An optical path switching operation will be described with reference to FIGS. 2A and 2B are enlarged views of the intersections 8a to 8f of the optical waveguide 2. FIG.
First, in the state of FIG. 2A in which the push rod 9 is not pressed against the polyimide film 1, the signal light that has traveled through the optical waveguide 2 is reflected by the cut portion 6.
On the other hand, in the state of FIG. 2B in which the push rod 9 is pressed against the polyimide film 1, the upper and lower optical waveguides 2 are physically joined to each other by the compression of the push rod 9. The part can be transmitted without reflection.
[0013]
Again, the operation will be described with reference to FIG. For example, in the optical switch including the polymer optical waveguide 3 of FIG. 1, the push rod 9 (see FIG. 2) is pressed against the intersections 8a, 8b, 8e, and 8f, and only the intersection 8c is released. In this case, since the optical waveguide 2 is cut at an angle of 45 ° by the cut 6a at the intersection 8c, the optical signal is totally reflected at the intersection 8c. As a result, the signal light incident from the first input port 4a can be output to the first output port 5a.
[0014]
Further, when the push rod 9 is pressed against the intersections 8a and 8d and the intersection 8b is released, the signal light incident from the first input port 4a can be output to the second output port 5b.
Similarly, by pressing the push rod 9 only at the intersections appropriately selected from the intersections 8a to 8f, the incident light from the first and second input ports 4a and 4b is transmitted to the first and second output ports 5a. , 5b can be output to any output port.
[0015]
3 (a) and 3 (b) are cross-sectional views showing the principle of connection and reflection switching of an optical switch according to another embodiment, and the push rod 9 is on the opposite side of the back surface of the polyimide film 1, that is, the side having the notch 6 The surface is pushed through the through hole 11 of the pressing plate 10.
As shown in FIG. 3A, in a state where the push rod 9 is not pressed, the notch 6 is blocked and the optical waveguides 2 are connected to each other.
On the other hand, as shown in FIG. 3B, by pushing with the push rod 9, the optical waveguide 2 is bent, and the width of the gap of the notch 6 is expanded more than 1/4 of the signal wavelength. In this way, the signal light transmitted through the optical waveguide 2 is totally reflected.
[0016]
The present invention is an improvement on the above premise technology, and by providing a sub switch that can switch between transmission and blocking of the optical waveguide in the optical waveguide of the output side port separately from the main switch that switches the optical signal, This prevents light leakage.
FIG. 4 is a partial plan view showing the optical switch according to Embodiment 1 of the present invention. When only the main switch 12 is used, the leakage of the optical signal to the non-selected side port cannot be completely prevented.
Therefore, sub-switches 13a and 13b are provided at the transmission side and reflection side output ports, respectively.
[0017]
Similar to the main switch 12, the sub-switches 13a and 13b are formed with grooves in the optical waveguide 2 and can be opened and closed by a driving mechanism.
When the groove is closed, the optical signal passes through the optical waveguide 2 as it is, and when the groove is opened, the light signal is reflected on the groove surface, so that the optical waveguide 2 is blocked.
As a drive mechanism for the sub switches 13a and 13b, for example, a method similar to that for the main switch 12 can be used.
[0018]
As a method for driving the main switch 12, it is conceivable to employ the one shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
That is, the polyimide film 1 is sandwiched between pressing plates 11 with holes, a switch portion is disposed at the center of the hole, and the groove portion is opened and closed by an actuator from the direction outside the polyimide film surface.
In the sub-switches 13a and 13b of the transmission side and reflection side ports, when the port is set to the non-selection side by the main switch 12, the groove is opened to block the optical waveguide 2 and the leaked light flows downstream. To prevent.
[0019]
When the selected port is selected, the grooves of the sub-switches 13a and 13b can be closed to make the transmission state, and the signal output can be output to the output port.
The sub switches 13a and 13b have a structure in which a groove is formed in a polyimide film like the main switch 12, and the groove is opened and closed by a driving mechanism.
[0020]
One of the features of the drawbridge optical switch is that the excess transmission loss is as small as 0.1 dB or less, and the transmission excess loss of the sub-switches 13a and 13b having the same structure is also the same value.
By adding the sub-switches 13a and 13b, the transmission excess loss and the reflection loss of the switch unit are increased by the transmission excess loss of the sub-switches 13a and 13b, but the loss in the sub-switches 13a and 13b is small. The increase in loss due to the addition of the switches 13a and 13b is slight, and the performance of the entire switch is not greatly reduced.
[0021]
Next, a specific operation of the optical switch according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 5, when the groove of the main switch 12 is closed, the input signal is output to the output port 14a side. At this time, there is a problem that the optical signal is slightly reflected by the main switch 12 and leaks to the output port 14b side. The sub-switch 13a on the output port 14a side closes the groove so as not to hinder the output of the optical signal.
Even when the main switch 12 is in the transparent state, a signal leaking to the output port 14b side is output to the output port 14b by cutting off the optical waveguide 2 on the output port 14b side by opening the groove of the sub switch 13b on the output port 14b side. To be prevented.
[0022]
Next, as shown in FIG. 6, when the groove of the main switch 12 is open, the input signal is reflected by the groove surface and output to the output port 14b side. At this time, the sub switch 13b closes the groove so as not to prevent the output of the optical signal.
A signal leaking to the output port 14a side of the main switch 12 is prevented from being output to the output port 14a side by blocking the optical waveguide 2 on the output port 14a side by opening the groove of the sub switch 13a.
[0023]
As described above, according to the present embodiment, the sub switches 13a and 13b are incorporated on the output port side of the main switch 12, and the transmission and reflection of the sub switches 13a and 13b are controlled according to the state of the main switch 12. Crosstalk characteristics can be improved as a whole optical switch.
[0024]
Embodiment 2. FIG.
Also in this embodiment, the improvement of the crosstalk characteristic by the sub switch is the same as that of the first embodiment, but the main switch 12 and the sub switches 13a and 13b are operated in conjunction with each other using the same drive mechanism. The purpose is to let you.
In the optical switch shown in FIG. 4, the states of the two sub switches 13 a and 13 b are uniquely determined as shown in FIG. 7 according to the state of the main switch 12.
Therefore, the sub switch 13a on the output port 14a side is formed on the same surface as the main switch 12, and the sub switch 13b on the output port 14b side is formed on the surface opposite to the main switch 12, so that the drive mechanism of the main switch 12 is used simultaneously. The sub switches 13a and 13b can be driven.
[0025]
8 and 9 are side views for explaining the operation of the sub switch 13a on the output port 14a side.
In FIG. 8, when the polyimide film 1 is pushed downward by the driving mechanism, the groove is closed and the main switch 12 is in a transmissive state. At this time, since the sub-switch 13a is provided on the same side of the main switch 12 and the polyimide film 1, when the polyimide film 1 is pushed down, the groove of the sub-switch 13a is also closed and becomes a transparent state, as shown in FIG. .
Conversely, as shown in FIG. 9, when the polyimide film 1 is pushed up and the groove of the main switch 12 is opened to be in the reflective state, the groove of the sub switch 13a is also opened, and the leakage light can be blocked. The state shown in FIG.
[0026]
Next, FIGS. 10 and 11 are side views for explaining the operation of the sub switch 13b on the output port 14b side.
In FIG. 10, when the polyimide film 1 is pushed downward by the drive mechanism, the groove is closed and the main switch 12 is in a transmissive state. At this time, since the sub switch 13b on the output port 14b side is provided on the opposite side of the main switch 12 and the polyimide film 1, when the polyimide film 1 is pushed down, the groove of the sub switch 13b is opened and the leakage light is blocked. And the state shown in FIG. 5 is obtained.
On the other hand, as shown in FIG. 11, when the polyimide film 1 is pushed up to open the groove of the main switch 12 to be in a reflective state, the groove of the sub switch 13b is closed and is in a transmissive state, as shown in FIG.
[0027]
When the sub switches 13a and 13b are incorporated in the vicinity of the main switch 12 as described above, the sub switches 13a and 13b can be simultaneously driven by the film pressing member of the main switch 12 as shown in FIGS. The sub switches 13a and 13b can be configured without increasing the number of actuators.
[0028]
FIG. 12 is a side view showing the optical switch when the main switch 12 and the sub switch 13 are separated.
In the figure, the polyimide film 1 is held by a holding member 15, and a pressing member 17 capable of driving the main switch 12 and the sub switch 13 at the same time is connected to the driving mechanism 16. By configuring in this way, even when the main switch 12 and the sub switch 13 are separated from each other, the sub switch 13 can be added without increasing the number of actuators by connecting the pressing member and driving it as shown in FIG. it can.
The planar arrangement relationship of the sub-switches 13a and 13b on the film 1 is the same as that in the first embodiment.
[0029]
As described above, according to the present embodiment, when the sub switches 13a and 13b are assembled, the groove of the sub switch 13a on the output port 14a side is on the same surface as the groove of the main switch 12 and the polyimide film 1, and the output port The groove of the sub switch 13b on the 14b side is formed on the surface opposite to the groove of the main switch 12, that is, the sub switch 13a performing the same operation as the main switch 12 is formed on the same surface as the main switch 12. By forming the sub switch 13b that performs the opposite operation to the surface opposite to the main switch 12, the sub switches 13a and 13b can be driven in conjunction with each other using the drive mechanism for the main switch 12.
Since the sub switches 13a and 13b can be incorporated without increasing the drive mechanism in this way, the cost increase due to the incorporation of the sub switch is minimized.
[0030]
Embodiment 3 FIG.
In this embodiment, an optical cross-connect switch using a drawbridge optical switch is provided with a sub switch.
As shown in FIG. 13, the optical cross-connect switch can connect a large number of input ports 18-1, 18-2, 18-3 to arbitrary output ports 19-1, 19-2, 19-3, respectively. In a conventional drawbridge type optical switch having no sub-switch, the configuration as shown in FIG. 13 is used in the case of three inputs and three outputs.
In FIG. 13, there are nine main switches, and the main switches S _{11 to} S ₃₃ are arranged at the intersections of the input-side optical waveguide and the output-side optical waveguide, respectively.
[0031]
FIG. 14 shows connection patterns of the input 18-1 and the output 19-2, the input 18-2 and the output 19-1, and the input 18-3 and the output 19-3. At this time, the main switch S ₁₂ , the main switch S ₂₁ , and the main switch S ₃₃ are in a reflective state, and the other main switches are in a transmissive state.
In this connection pattern, switches _{S 31,} the switch _{S 32,} the signal from the input port 18-3, the output port 19-1, leaks to the output ports 19-2.
Although it is conceivable to add a subswitch to the configuration shown in FIG. 13, the non-selected port is blocked, and therefore, if a subswitch is incorporated in the configuration shown in FIG. 13, an arbitrary connection pattern cannot be obtained. appear.
[0032]
In the present embodiment, such an optical cross-connect switch is also provided with a sub switch to prevent leakage light. As shown in FIG. 15, the reflected output from each of the main switches S _{11 to} S _{33 is} converted into a coupler 20. while connected to the output port 19-1,19-2,19-3 using, it is provided with a sub-switch _W 11 _{to W-33} on the opposite side of the main switch _S 11 _{to S 33.} Thereby, an arbitrary connection pattern is possible.
FIG. 16 shows a connection pattern of the input 18-1 and the output 19-2, the input 18-2 and the output 19-1, and the input 18-3 and the output 19-3. This is the same connection pattern as in FIG. 14 using a conventional switch.
[0033]
Leakage from the input port 18-3 to the output port 19-1 and the output port 19-2, which has been a problem with the conventional switch, is blocked by the sub-switches W ₃₁ and W ₃₂ , so that the crosstalk characteristics are improved.
In the case of this cross-connect switch, the leakage light to the transmission side port in the reflection state does not reach the output ports 19-1, 19-2, 19-3, and does not cause a problem. It may be provided only on the reflection side.
[0034]
FIG. 17 is a circuit diagram showing an optical cross-connect switch according to another embodiment incorporating a sub-switch.
FIG. 15 shows a case where the reflection side output from each main switch unit is connected to the output port by a two-input coupler 20, but FIG. 17 uses a multi-input coupler (three inputs in the figure) 21. The output ports are connected together.
[0035]
As described above, according to the present embodiment, the sub switch is incorporated in the reflection side port of each main switch, and the output side of the sub switch is connected to each output port by the coupler. The switch can be installed.
As a result, an optical cross-connect switch having excellent crosstalk characteristics can be realized.
[0036]
Embodiment 4 FIG.
18 is a plan view showing a sub switch portion in an optical switch according to Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 19 is a side view of the same.
The sub switch 13 prevents leakage of leaked light by opening the groove and blocking the optical waveguide 2.
Then, by tilting the groove surface of the sub switch 13 from the direction perpendicular to the optical axis of the optical waveguide 2, it is possible to prevent the leaked light reflected by the sub switch 13 from returning to the input port. .
As shown in FIG. 18, the inclination direction may be inclined with respect to the plane direction of the film 1, and as shown in FIG.
[0037]
An optical fiber consists of a core that forms the core of the center and a cladding that surrounds the core. By making the refractive index of the core slightly higher than that of the cladding, light is totally reflected at the boundary between the core and the cladding. The optical signal is confined in the core and transmitted. However, if the light enters the clad from the core at a certain angle or more, it is not totally reflected at the boundary surface.
Therefore, by tilting the groove constituting the sub switch 13 from the perpendicular to the core, the reflected light from the sub switch 13 is reflected in an oblique direction and becomes an angle larger than the critical angle. Released to disappear.
[0038]
When the refractive indexes of the core and the clad are n ₁ and n ₂ , the incident angle when light enters the clad from the core to the clad is a ₁ , and the refractive angle is a ₂ , Snell's law
n _l Sina ₁ = n ₂ Sina ₂
Is established.
Since conditions for not totally reflected, refracted angle a ₂ must satisfy the following conditions 90 °,
Sina ₁ <n ₂ / n ₁
The following formula is established.
[0039]
Since the refractive index difference between the core and the clad is usually 0.3% to 2%,
n ₁ = (1.003 to 1.02) n ₂
1 / 1.02 <Sina ₁ <1 / 1.003.
By obtaining the a ₁ satisfying this equation, the maximum angle of incidence a ₁ for no total reflection becomes 78 ° -86 °.
Therefore, by tilting the sub switch 13 from 90 ° to (90-86) ° to (90-78) °, that is, 4 ° to 12 °, the reflected return light from the sub switch 13 propagates through the optical waveguide. This eliminates unnecessary reflected light.
The reflected return light can be lost even if tilted more than this, but the loss at the time of transmission through the sub-switch 13 becomes large. Therefore, a minimum necessary tilt is desirable.
[0040]
As described above, according to the present embodiment, the groove of the sub switch 13 is tilted from the direction perpendicular to the optical axis of the optical waveguide 2, and further, the tilt of the optical waveguide 2 with respect to the optical axis is perpendicular to the optical axis. By setting the angle to 4 ° to 12 °, it is possible to prevent the leaked light from being reflected on the input port when the groove is opened to block the leaked light.
[0041]
【The invention's effect】
According to the optical switch of the present invention, the optical switch includes a plate member and a driving unit, and the plate member includes an optical waveguide extending linearly therein, and a break provided so as to cross the optical waveguide. The drive means selects the light path by approaching and separating the gap between the cuts, and is provided with a sub-switch having the same cut on the output port side of the main switch. The sub switch performing the same operation as the main switch is formed on the same surface as the main switch, the sub switch performing the operation opposite to the main switch is formed on the surface opposite to the main switch, and the driving means includes the main switch and the sub switch. Since it is driven at the same time, light leakage can be reduced and the drive mechanism for the main switch can be used. In conjunction with Busuitchi it can be driven.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an optical switch as a prerequisite technology of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams (a) and (b) of the principle of switching / connecting / reflecting an optical switch as a prerequisite technology of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams (a) and (b) of the principle of switching / connecting / reflecting an optical switch as a prerequisite technology of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of an optical switch according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of an optical switch according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of the optical switch according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a table showing a relationship between a main switch and a sub switch of an optical switch according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 8 is a side view showing an optical switch according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 9 is a side view showing an optical switch according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a side view showing an optical switch according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 11 is a side view showing an optical switch according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 12 is a side view showing an optical switch according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 13 is a plan view showing an optical switch according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a plan view showing an optical switch according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a plan view showing an optical switch according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a plan view showing an optical switch according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a plan view showing an optical switch according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a plan view showing an optical switch according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 19 is a side view showing an optical switch according to the fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 Optical waveguide, 12 main switch, 13a, 13b sub switch, 14a, 14b output port, 18 input port, 19 output port, 20, 21 coupler.

Claims

板材と、駆動手段とを備え、上記板材は、その内部に線状に延びる光導波路と、この光導波路を横断するように設けられた切れ目からなるメインスイッチを有し、上記駆動手段は、上記切れ目の間隙を接近および離隔させることによって光の進路を選択する光スイッチにおいて、上記メインスイッチの出力ポート側に同じく切れ目からなるサブスイッチを設け、上記メインスイッチと同じ動作を行なう上記サブスイッチは上記メインスイッチと同じ面に形成するとともに、上記メインスイッチと反対の動作を行なう上記サブスイッチは上記メインスイッチと反対側の面に形成し、更に上記駆動手段は上記メインスイッチと上記サブスイッチを同時に駆動することを特徴とする光スイッチ。 A plate member, and a driving unit, the plate member having an optical waveguide extending linearly therein, and a main switch including a cut provided so as to cross the optical waveguide. In an optical switch that selects a light path by approaching and separating a gap between cuts, a subswitch having the same cut is provided on the output port side of the main switch, and the subswitch performing the same operation as the main switch is the above The sub switch is formed on the same surface as the main switch, and the sub switch performing the operation opposite to the main switch is formed on the surface opposite to the main switch, and the driving means drives the main switch and the sub switch simultaneously. An optical switch characterized by

板材と、駆動手段とを備え、上記板材は、その内部に線状に延びる光導波路と、この光導波路を横断するように設けられた切れ目からなるメインスイッチを有し、上記駆動手段は、上記切れ目の間隙を接近および離隔させることによって光の進路を選択する光スイッチにおいて、複数の入力ポート及び出力ポートを有し、上記メインスイッチの反射側ポートにのみ同じく切れ目からなるサブスイッチを設けるとともに、上記サブスイッチの出力側をカプラによって上記出力ポートに接続したことを特徴とする光スイッチ。A plate member and driving means, the plate member having an optical waveguide extending linearly therein, and a main switch including a cut provided so as to cross the optical waveguide; In an optical switch that selects a light path by approaching and separating a gap between cuts, the optical switch has a plurality of input ports and output ports, and a sub-switch that is similarly cut is provided only on the reflection side port of the main switch, and An optical switch characterized in that the output side of the sub switch is connected to the output port by a coupler.

上記サブスイッチを構成する上記切れ目が上記光導波路の光軸の法線に対し傾き角をもって構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光スイッチ。3. The optical switch according to claim 1, wherein the cuts constituting the sub-switch are configured with an inclination angle with respect to a normal line of the optical axis of the optical waveguide.

上記傾き角は４°〜１２°であることを特徴とする請求項３記載の光スイッチ。4. The optical switch according to claim 3, wherein the tilt angle is 4 [deg.] To 12 [deg.].