メカニカル・オプティカル・スイッチ&MEMS光スイッチ - ナレッジ

光ファイバ通信システムでは、光スイッチ(OS)は主に光信号の物理切り替えや光路の論理操作を実現するために使用され、光クロスコネクト技術における光パスの切り替えのキーデバイスとしてよく使用されています。

光スイッチには 1 つ以上のオプションの伝送ウィンドウがあり、2×2、1×N、M×N ポート構成に分割できます。光ファイバ通信システムに広く利用されている光スイッチは、その実現技術は様々です。機械式光スイッチとMEMS光スイッチは、現在広く使用されている2種類の光スイッチです。

機械式光スイッチ

メカニカル光スイッチは、光信号をリダイレクトする機械的デバイスを使用して、光ファイバを物理的に移動させることによって動作します。移動プリズムまたは指向性カプラーによって、入力ライトは目的の出力ポートに向けられる。機械式光スイッチには、プリズムスイッチング、ミラースイッチング、モバイル光ファイバスイッチングの3つの主要タイプがあります。

Mechanical optical switch

MEMS光スイッチ

MEMS光スイッチは、マイクロ電気機械システムに基づいています。光ビームの伝搬方向を変えて光路の切り替えを実現する光学顕微鏡鏡や光学顕微鏡アレイを採用しています。MEMS光スイッチの原理は非常に簡単です。光交換を行う場合、入力光は静電または磁気パワーで駆動されるMEMSマイクロミラーの角度を移動または変更することにより、光スイッチの異なる出力端に切り替えることができるので、光路のスイッチとオン/オフを実現します。そのスケマティックダイアグラムを次の図に示します。

MEMS optical switch operating principle

MEMS 技術に基づく 2×2 ポート光スイッチの原理を図に示します。4つの光学導波路は4方向に設定され、垂直MEMSマイクロミラーは45°Angleに設定されます。マイクロミラーが光路に関与しない場合、導波路1と2からのビームはそれぞれ導波路3と4に結合され、ポート接続状態は1→3および2→4であり、これは直線状態である。マイクロミラーが光路に挿入されると、導波路1と2からの光線はマイクロミラーによって反射され、ポート4と3にそれぞれ結合される。ポートの接続状態は 1→4 と 2→3 で、これはクロスステートです。

MEMS optical switch

2×2ポートMEMS光スイッチの動作原理、左図:ストレート状態、右図:クロス状態

MEMS光スイッチの機械的な光スイッチとメリットの比較

長所と短所の比較

利点

欠点

機械式光スイッチ

低挿入損失;

絶縁度は高い。

波長と偏光に依存しません。

生産プロセスと技術は成熟しています

切り替えアクション時間が長い。

大きな容積は大きい光学スイッチのマトリックスを作るのに役立たない

MEMS光スイッチ

少量、高集積;

高い拡張性。

低偏光損失;

高速切り替え速度

高いコスト。

生産プロセスと技術要件が高い

光通信の急速な発展に伴い、光ネットワークノードとしての光相互接続と光交換の役割はますます重要になり、光スイッチの応用はますます大きくなりつつあります。MEMS光スイッチは、コンパクトで高速なスイッチング速度と容易な拡張の利点を有し、低挿入損失、低クロス集計の利点を有する。低偏光感度、高い消光比と導波路スイッチ、高いスイッチング速度、小容量、および容易な大規模統合。大容量の交換型光ファイバ・ネットワーク・スイッチの開発における主なトレンドとなる。