(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電圧に応じて傾き角度が変化するミラーと、
前記ミラーに前記印加電圧を印加するドライバ手段と、
所定周波数の付加信号を発生する発振手段と、
前記印加電圧に前記付加信号を重畳する重畳手段と、
前記ミラーで反射された光から前記所定周波数の信号成分を検出する検出手段と、
検出された信号成分に基づいて前記印加電圧を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記検出された信号成分に前記付加信号を乗算した信号から直流成分を抽出し、前記ドライバ手段は、該直流成分を用いて前記印加電圧を変更することを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記直流成分を用いて前記印加電圧と前記光スイッチの光結合効率または光結合損失を計算する演算手段と、該印加電圧に関する情報と該光結合効率の情報と該光結合損失の情報のうち少なくとも１つを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された情報を所定の通知先に通知する通知手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記発振手段は、前記ミラーの機械的共振周波数より高い周波数の付加信号を発生することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項４】
第１の印加電圧に応じて第１の方向の傾き角度が変化し、第２の印加電圧に応じて第２の方向の傾き角度が変化するミラーと、
前記ミラーに前記第１の印加電圧を印加する第１のドライバ手段と、
前記ミラーに前記第２の印加電圧を印加する第２のドライバ手段と、
第１の周波数の第１の付加信号を発生する第１の発振手段と、
第２の周波数の第２の付加信号を発生する第２の発振手段と、
前記第１の印加電圧に前記第１の付加信号を重畳する第１の重畳手段と、
前記第２の印加電圧に前記第２の付加信号を重畳する第２の重畳手段と、
前記ミラーで反射された光から前記第１および第２の周波数の信号成分を検出する検出手段と、
検出された第１の周波数の信号成分に基づいて前記第１の印加電圧を制御する第１の制御手段と、
検出された第２の周波数の信号成分に基づいて前記第２の印加電圧を制御する第２の制御手段とを備え、
前記第１の制御手段は、前記検出された第１の周波数の信号成分に前記第１の付加信号を乗算した信号から第１の直流成分を抽出し、前記第１のドライバ手段は、該第１の直流成分を用いて前記第１の印加電圧を変更し、前記第２の制御手段は、前記検出された第２の周波数の信号成分に前記第２の付加信号を乗算した信号から第２の直流成分を抽出し、前記第２のドライバ手段は、該第２の直流成分を用いて前記第２の印加電圧を変更することを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
印加電圧に応じて傾き角度が変化するミラーを有する光スイッチのための制御装置であって、
前記ミラーに前記印加電圧を印加するドライバ手段と、
所定周波数の付加信号を発生する発振手段と、
前記印加電圧に前記付加信号を重畳する重畳手段と、
前記ミラーで反射された光から前記所定周波数の信号成分を検出する検出手段と、
検出された信号成分に基づいて前記印加電圧を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記検出された信号成分に前記付加信号を乗算した信号から直流成分を抽出し、前記ドライバ手段は、該直流成分を用いて前記印加電圧を変更することを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニックネットワークを構成するノード装置における光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光波長多重伝送（Wavelength Division Multiplexing，ＷＤＭ）システムは、伝送容量を飛躍的に増大できる通信システムとして、開発および実用化が進められている。ＷＤＭシステム同士を接続し、広大なフォトニックネットワークを構築するために、各装置間をループ状に接続するリング型ネットワークが検討されている。このネットワークでは、ネットワークの規模が大きくなると、ループ内での伝送データ量が膨大になることから、メッシュ状に接続するメッシュ型ネットワークも精力的に検討されている。
【０００３】
このようなネットワーク構築のキーテクノロジーは、多数の入出力ファイバをスイッチングできる大規模な光スイッチである。リング型ネットワークやpoint-to-pointのシステムにおいては、ノード内での低次群の信号を取り出す際に、電気スイッチが用いられている。これを光スイッチに置き換えることにより、このノード内のコストを削減することができる。したがって、大規模光スイッチの実現は、様々な形態のネットワークにおいて重要な課題である。
【０００４】
現在、実用化されている光スイッチは、主に導波路型の小規模スイッチであり、入出力ファイバアレイとスイッチ素子から構成されている。スイッチ素子を大規模化するには、スイッチセル自身の歩留まりを上げる必要があるが、製造工程における寸法トレランスが狭いので難しい。
【０００５】
また、光の損失要因には、スイッチセル部分での損失と、入出力ファイバとの接続部分での損失があるが、これらを低減させることは難しい。このため、スイッチ素子を大規模化するには、製造工程の改良による歩留まり向上のみならず、素子性能を格段に向上させる必要がある。
【０００６】
一方、伝統的な技術として、光を空間的にスイッチングする構成が考えられる。例えば、光路変更素子として反射ミラーを用いれば、導波路スイッチで問題になるon/off比、クロストーク等の性能については、まったく問題がない。しかしながら、スイッチの体積が大きくなるので、大きさの観点から大規模化が困難である。
【０００７】
この状況を打破するために、最近、この空間スイッチを半導体製造技術で小さく作製する技術が開発されている。この技術は、マイクロ・エレクトロ・メカニカルシステム（Micro  Electro  Mechanical  System，ＭＥＭＳ）と呼ばれ、特に光分野に適用したものは、光ＭＥＭＳとも言われている。この技術によれば、半導体製造技術を用いて微小ミラーが基板上に作製され、このミラーを静電力により３次元的に傾けることで、所要の入出力間が空間的に結合される。
【０００８】
図１３は、ＭＥＭＳの微小ミラーの例を示している。円形ミラー１１のサイズは数１００ミクロン程度であり、このミラー１１の傾きは、四方に配置された電極１２の静電力で調整される。これにより、ミラー１１で反射された光の出力方向が３次元的に変化し、スイッチングが行われる。
【０００９】
この空間スイッチは、ミラーを用いているので、スイッチング性能は導波路型よりも優れており、そのサイズも導波路型と同じ程度に小さい。このような可動ミラー１つで、図１４に示すように、１入力ｎ出力のスイッチングが空間的に行われるので、このスイッチは３次元ＭＥＭＳスイッチと呼ばれている。
【００１０】
図１４において、可動ミラー１３は、１本の入力ファイバ１４からの光をｎ本の出力ファイバ１５のいずれかに出力することができる。この場合、ミラー変位パラメータは、ｘ軸の回りのミラーの回転角を表すθｘと、ｙ軸の回りのミラーの回転角を表すθｙの２つである。あらかじめ求められている電圧Ｖｘ、Ｖｙを電極に印加することにより、ミラーの傾き角度が所定量だけ変位し、スイッチングが行われる。
【００１１】
この可動ミラーの角度変位量が大きくとれない場合、図１５に示すように、可動ミラーを２段にする構成も考えられている。図１５において、入力ファイバ１４からの光は、１段目の可動ミラー１６により反射されて、固定ミラー１７に向かい、固定ミラー１７により反射された後、２段目の可動ミラー１８に向かう。そして、可動ミラー１８により反射されて、ｎ本の出力ファイバ１５のいずれかから出力される。この場合、ミラー変位パラメータは、各可動ミラーについてθｘとθｙの２つであるから、合わせて４個となる。
【００１２】
ｎ入力ｎ出力のスイッチを構成する場合、１段型ではｎ個の可動ミラーが用いられ、２段型では２ｎ個の可動ミラーが用いられる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光ＭＥＭＳスイッチには、次のような問題がある。
【００１４】
スイッチに用いられるミラーの剛性は、雰囲気温度や湿度により変化する。これに起因して、ミラーの電圧−回転角度特性が変化してしまい、スイッチング時の光結合特性が劣化することが考えられる。光結合特性の劣化には、光結合効率の低下、他のチャネルへのクロストーク等が含まれる。
【００１５】
また、ミラーの機械的振動等によってもスイッチング時の光結合特性が劣化することが考えられる。このように様々な要因で発生するであろう光結合特性の劣化を、なんらかの形で補償することが不可欠である。
【００１６】
本発明の課題は、フォトニックネットワークを構成するノード装置において、光結合特性の劣化を補償する光ＭＥＭＳスイッチを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の光スイッチの原理図である。図１の光スイッチは、印加電圧に応じて傾き角度が変化するミラー２０、ドライバ手段２１、発振手段２２、重畳手段２３、検出手段２４、および制御手段２５を備える。
【００１８】
ドライバ手段２１は、ミラー２０に印加電圧を印加し、発振手段２２は、所定周波数の付加信号を発生し、重畳手段２３は、印加電圧に付加信号を重畳する。検出手段２４は、ミラー２０で反射された光から上記所定周波数の信号成分を検出し、制御手段２５は、検出された信号成分に基づいて印加電圧を制御する。制御手段２５は、検出された信号成分に付加信号を乗算した信号から直流成分を抽出し、ドライバ手段２１は、その直流成分を用いて印加電圧を変更する。
【００１９】
ミラー２０は、例えば、ＭＥＭＳの微小ミラーに対応し、光を反射して光スイッチからの出力光を生成する。重畳手段２３は、ドライバ手段２１から出力された印加電圧に、発振手段２２が生成した付加信号を重畳する。そして、付加信号が重畳された印加電圧がミラー２０に印加され、ミラー２０を駆動する。
【００２０】
ミラー２０で反射された光は、付加信号の周波数の信号成分を含み、この信号成分は、検出手段２４により検出されて、制御手段２５に出力される。制御手段２５は、この信号成分の値に応じて印加電圧を増減するように、ドライバ手段２１を制御する。
【００２１】
このような光スイッチによれば、反射光に現れる付加信号の周波数成分は、光結合特性の変動に応じて変化する。このため、この成分の変化に応じて印加電圧を増減することで、光結合特性の変動を補償することが可能になる。
【００２２】
図１のドライバ手段２１は、例えば、後述する図５のドライバ回路４６、後述する図７のドライバ／制御回路６３、６４、および後述する図９のドライバ／制御回路１０３、１０４、１１３、１１４に対応する。
【００２３】
図１の発振手段２２は、例えば、図５の低周波発振回路４８、図７の低周波発振回路６５、６６、および図９の低周波発振回路１０５、１０６、１１５、１１６に対応する。
【００２４】
図１の重畳手段２３は、例えば、図５の低周波重畳回路４５、図７の低周波重畳回路６１、６２、および図９の低周波重畳回路１０１、１０２、１１１、１１２に対応する。
【００２５】
図１の検出手段２４は、例えば、図５の低周波検出回路４４に対応する。また、図１の制御手段２５は、例えば、図５の制御回路４７、図７のドライバ／制御回路６３、６４、図９のドライバ／制御回路１０３、１０４、１１３、１１４、および後述する図１０のデジタル制御回路１２１、外部記憶回路１２２に対応する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
光ＭＥＭＳスイッチの各出力ファイバ（チャネル）における光結合効率ηは、次式により表される。
【００２７】
η＝ｅｘｐ（−π2 θ2 ｗ2 ／λ2 ）                            （１）
ここで、θはミラーで反射された光ビームと出力ファイバの角度のずれを表し、ミラーの回転角度のずれに比例する。また、ｗはビーム径を表し、λは光の波長を表す。
【００２８】
また、ミラーの回転角度と電極への印加電圧の関係はほぼ線形であるので、光結合と回転角度の関係は、光結合効率ηとＭＥＭＳ駆動電圧（印加電圧）Ｖの特性（η−Ｖ特性）で置き換えることができる。このη−Ｖ特性は、（１）式のη−θ特性と同様に、一般に単峰性の非線形な特性となる。そこで、各出力ファイバに対して、この光結合効率がピークとなるように、所定の電圧が印加される。
【００２９】
図２は、ある出力ファイバにおけるη−Ｖ特性の例を示している。図２において、ηの単位はデシベル（ｄＢ）であり、Ｖ＝Ｖa でηがピーク値をとる。したがって、入力光をこの出力ファイバへスイッチングする場合、Ｖa が電極に印加される。さらに、本実施形態では、η−Ｖ特性のドリフト（ずれ）を検出し、それによる出力光の劣化を補償するために、Ｖaに低周波信号Ｖc ・ｃｏｓ（ωｔ）を付加信号として重畳する。
【００３０】
図３は、印加電圧に低周波信号を重畳した場合のドリフトと出力光の関係を示している。まず、曲線３１で示されるように、η−Ｖ特性にドリフトがない状態では、低周波信号が重畳された印加電圧３３（Ｖa ＋Ｖc ・ｃｏｓ（ωｔ））に対して、出力光の信号３４には低周波成分は現れない。
【００３１】
しかし、η−Ｖ特性が印加電圧の正の方向（右方向）にドリフトして曲線３２のようになると、出力光の信号３５はＶma＋Ｖmc・ｃｏｓ（ωｔ）となり、出力光のレベルが低下するとともに、印加電圧と同位相の低周波成分が重畳されて現れる。また、図４に示すように、η−Ｖ特性が負の方向（左方向）にドリフトして曲線３６のようになると、出力光の信号３７は、Ｖma−Ｖmc・ｃｏｓ（ωｔ）となり、印加電圧と逆位相の低周波成分が現れる。
【００３２】
このように、出力光に現れる低周波成分は、ドリフトの方向により位相が異なる。したがって、この低周波成分の位相を検出することで、どの方向に印加電圧をシフトさせれば、光結合効率を元の状態に戻すことができるかが分かる。正方向のドリフトの場合は、印加電圧を大きくすればよく、負方向のドリフトの場合は、印加電圧を小さくすればよい。
【００３３】
また、低周波成分の振幅Ｖmcの大きさは、ドリフトの大きさに応じて変化するので、これを検出することで、印加電圧をどの程度シフトさせればよいかが分かる。こうして、印加電圧に所定の周波数の信号を重畳し、出力光に現れた同じ周波数の成分を検出することで、ドリフトによる光結合特性の劣化を補償することができる。
【００３４】
図５は、このような補償動作を行う光スイッチの構成図である。図５の光スイッチは、光路４１、４２、ミラー部４３、低周波検出部４４、低周波重畳回路４５、ドライバ回路４６、制御回路４７、および低周波発振回路４８から構成される。
【００３５】
ミラー部４３は、微小ミラーと電極を含み、光路４１と４２は、それぞれ、スイッチの入力光と出力光の光路に対応する。ドライバ回路４６は、出力光を所定の出力ファイバに導くための所定の印加電圧を生成する。低周波発振回路４８は、所定の周波数の低周波信号を発生し、低周波重畳回路４５は、ドライバ回路４６からの印加電圧に、低周波発振回路４８からの低周波信号を重畳して、ミラー部４３の電極に印加する。
【００３６】
低周波検出部４４は、ミラーにより反射された出力光から低周波成分を検出して、制御回路４７に伝達する。制御回路４７は、受け取った低周波成分と低周波発振回路４８の出力信号を用いて制御信号を生成し、ドライバ回路４６に出力する。そして、ドライバ回路４６は、制御信号に応じて印加電圧を変化させる。
【００３７】
図５の光スイッチは、アナログ回路または／およびデジタル回路を用いて実現することが可能である。アナログ回路を用いた場合、例えば、図６のような回路構成が考えられる。
【００３８】
図６において、光カプラ５１、フォトダイオード５２、および増幅器５３は、図５の低周波検出部４４に対応し、発振器５５は、図５の低周波発振回路４８に対応する。また、乗算器５４（同期検波器等）および低域通過フィルタ５６は、図５の制御回路４７に対応し、差動増幅器５７は、図５のドライバ回路４６に対応し、コイル５８およびキャパシタ５９は、図５の低周波重畳回路４５に対応する。
【００３９】
発振器５５は、Ｖc ・ｃｏｓ（ωｔ）の低周波信号を発生し、差動増幅器５７は、ドリフトなしの状態で印加電圧Ｖa を出力する。光カプラ５１は、光路４２上の出力光を分岐し、フォトダイオード５２は、分岐された光の信号を検出する。そして、増幅器５３は、検出された信号を増幅して乗算器５４に入力する。
【００４０】
このとき、図３に示したように、η−Ｖ特性が正方向にドリフトすると、増幅器５３の出力は、Ｖma＋Ｖmc・ｃｏｓ（ωｔ）となる。乗算器５４は、この信号に発振器５５の出力を乗算して、次のような信号ＶM を生成する。
【００４１】
ＶM ＝｛Ｖma＋Ｖmc・ｃｏｓ（ωｔ）｝・Ｖc ・ｃｏｓ（ωｔ）
＝Ｖma・Ｖc ・ｃｏｓ（ωｔ）＋Ｖmc・Ｖc ・ｃｏｓ2 （ωｔ）
＝Ｖma・Ｖc ・ｃｏｓ（ωｔ）＋０．５・Ｖmc・Ｖc
＋０．５・Ｖmc・Ｖc ・ｃｏｓ（２ωｔ）                  （２）
低域通過フィルタ５６は、信号ＶM の交流成分を除去し、直流成分のみを通すように設計されており、０．５・Ｖmc・Ｖc の直流電圧を出力する。同様にして、図４に示したように、η−Ｖ特性が負方向にドリフトした場合は、低域通過フィルタ５６から−０．５・Ｖmc・Ｖc の直流電圧が出力される。そして、差動増幅器５７は、この直流電圧を、本来印加していたＶa と比較することにより、ドリフトを補償した印加電圧Ｖa ＋ΔＶa を生成する。
【００４２】
Ｖmcはドリフトの大きさにほぼ比例すると考えられるので、低域通過フィルタ５６の出力の絶対値もまた、ドリフトの大きさに比例する。さらに、ドリフトの方向が正方向であれば、出力値は正となり、負方向であれば負となる。したがって、この値を用いて印加電圧を制御することで、ドリフトの影響を補償することができる。
【００４３】
図５の光スイッチは、ミラーの２つの回転軸のうちの一方に関する回転角度を制御する構成になっているが、２つの回転軸に関する回転角度を同時に制御する場合の構成は、図７のようになる。図７の光スイッチは、光路４１、４２、ミラー部４３、低周波検出部４４、低周波重畳回路６１、６２、ドライバ／制御回路６３、６４、および低周波発振回路６５、６６から構成される。ドライバ／制御回路６３、６４はともに、図５のドライバ回路４６と制御回路４７の機能を有する。
【００４４】
この場合、ミラー部４３のミラーの２つの回転軸をｘ軸、ｙ軸とし、これらの回転軸のまわりの回転角度をそれぞれθｘ、θｙとする。また、θｘ、θｙを制御する電極をそれぞれｘ軸電極、ｙ軸電極とし、それらに印加される電圧をそれぞれＶｘ、Ｖｙとする。低周波重畳回路６１、ドライバ／制御回路６３、および低周波発振回路６５は、低周波検出部４４からの信号に基づきＶｘを調整し、低周波重畳回路６２、ドライバ／制御回路６４、および低周波発振回路６６は、低周波検出部４４からの信号に基づきＶｙを調整する。
【００４５】
図７の光スイッチをアナログ回路で構成すると、例えば、図８のような回路構成となる。図８において、発振器７３、７４は、図７の低周波発振回路６５、６６に対応する。また、乗算器７１、低域通過フィルタ７５、および差動増幅器７７は、図７のドライバ／制御回路６３に対応し、乗算器７２、低域通過フィルタ７６、および差動増幅器７８は、図７のドライバ／制御回路６４に対応する。また、コイル７９およびキャパシタ８１は、図７の低周波重畳回路６１に対応し、コイル８０およびキャパシタ８２は、図７の低周波重畳回路６２に対応する。
【００４６】
発振器７３、７４は、それぞれＶcx・ｃｏｓ（ωx ｔ）、Ｖcy・ｃｏｓ（ωy ｔ）の低周波信号を発生し、差動増幅器７７、７８は、ドリフトなしの状態で、それぞれ印加電圧Ｖax、Ｖayを出力する。
【００４７】
ここで、ｘ軸、ｙ軸ともにη−Ｖ特性がドリフトしたとすると、出力光にはωx とωy の２つの低周波成分が重畳されて現れる。したがって、増幅器５３の出力は、Ｖma＋Ｖmcx ・ｃｏｓ（ωx ｔ）＋Ｖmcy ・ｃｏｓ（ωy ｔ）となる。ただし、Ｖmaは、Ｖｘ＝Ｖax、Ｖｙ＝Ｖayの場合の出力値とする。乗算器７１は、この信号に発振器７３の出力を乗算して、次のような信号ＶMXを生成する。
【００４８】
0004373034.tif 000002
このＶMXが低域通過フィルタ７５を通ると、交流成分は除去され、０．５・Ｖmcx ・Ｖcxの直流電圧が得られる。この値は、ｘ軸に関するη−Ｖ特性のドリフトの大きさに比例すると考えられ、ドリフトの方向の正／負に応じて正／負となる。差動増幅器７７は、この直流電圧をＶaxと比較することにより、ドリフトを補償した印加電圧Ｖax＋ΔＶaxを生成する。
【００４９】
同様にして、乗算器７２は、増幅器５３の出力に発振器７４の出力を乗算して信号ＶMYを生成し、低域通過フィルタ７６は、ｙ軸におけるドリフトに対応する直流電圧を出力する。そして、差動増幅器７８は、この直流電圧をＶayと比較することにより、ドリフトを補償した印加電圧Ｖay＋ΔＶayを生成する。
【００５０】
このような制御方法によれば、制御対象のパラメータが増えた場合には、パラメータの数に応じて、異なる周波数の低周波発振回路、ドライバ／制御回路、および低周波重畳回路を用意すればよいことが分かる。例えば、図１５に示した２段型ミラー構成のスイッチセルの場合、前段と後段の各ミラー部について、図７と同様の回路を設ければよい。
【００５１】
図９は、このような２段型ミラー構成の光スイッチの構成図である。図９の光スイッチは、光路４１、４２、低周波検出部４４、ミラー部９１、９２、低周波重畳回路１０１、１０２、１１１、１１２、ドライバ／制御回路１０３、１０４、１１３、１１４、および低周波発振回路１０５、１０６、１１５、１１６から構成される。
【００５２】
この場合、前段のミラー部９１のミラーのｘ軸、ｙ軸のまわりの回転は、それぞれ、印加電圧Ｖx1、Ｖy1により制御され、後段のミラー部９２のミラーのｘ軸、ｙ軸のまわりの回転は、それぞれ、印加電圧Ｖx2、Ｖy2により制御される。また、低周波発振回路１０５、１０６、１１５、１１６は、それぞれ、周波数ωx1、ωy1、ωx2、ωy2の低周波信号を発生し、低周波検出部４４は、これらの４つの低周波成分を検出する。この光スイッチをアナログ回路で構成すると、図８と同様の回路構成となる。
【００５３】
図６および図８では、アナログ回路の構成例を示したが、図５の制御回路４７、図７のドライバ／制御回路６３、６４、および図９のドライバ／制御回路１０３、１０４、１１３、１１４にデジタル回路を付加することも可能である。
【００５４】
図１０は、図５の光スイッチにデジタル回路を付加した構成を示している。図１０の光スイッチは、図５の構成に加えて、さらにデジタル制御回路１２１と外部記憶回路１２２を有する。
【００５５】
デジタル制御回路１２１は、制御回路４７からのアナログ電圧をデジタル信号に変換して、所定の演算により制御信号を生成し、その制御信号をアナログ電圧に変換して、ドライバ回路４６に入力する。また、一定周期で印加電圧Ｖa と光結合効率ηの値を外部記憶回路１２２に書き込む。そして、外部記憶回路１２２は、それらのパラメータの値をパフォーマンスデータとして、ノード装置の装置制御部に通知する。
【００５６】
光ＭＥＭＳスイッチの状態は、これらの２つのパラメータを監視することで推測することができる。例えば、ηが一定のままで、Ｖa のみが徐々に増加または減少していく場合、ＭＥＭＳの電極部での劣化が考えられる。この場合、やがて必要印加電圧が制御範囲を超えてしまうことが予測される。
【００５７】
そこで、この値の閾値（上限値・下限値）を装置制御部に設定しておき、その値に達した場合は、装置制御部がクリティカルアラームを発生させるようにする。これにより、ユーザは、電極が完全に劣化してしまう前に交換することが可能になる。逆に、ηのみが減少していく場合は、光結合部での劣化が考えられる。この場合も、同様にアラームの閾値を決めておくことにより、劣化前に交換が可能になる。
【００５８】
図１１は、図１０の光スイッチの回路構成の一例を示している。図１１において、図６と同じ符号の部分は、図６と同じものを指している。また、通信ＬＳＩ（Large-Scale Integration ）１３１およびＲＡＭ（Random Access Memory）１３２は、図１０の外部記憶回路１２２に対応し、演算回路１３３、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換回路１３４、およびＡ／Ｄ変換回路１３５は、図１０のデジタル制御回路１２１に対応し、増幅器１３６は、図１０のドライバ回路４６に対応する。
【００５９】
Ａ／Ｄ変換回路１３５は、低域通過フィルタ５６の出力をデジタル信号に変換して、演算回路１３３に出力する。演算回路１３３は、入力された信号に基づいて、ドリフトを補償するための印加電圧を計算し、その値に対応する信号をＤ／Ａ変換回路１３４に出力する。Ｄ／Ａ変換回路１３４は、入力された信号をアナログ信号に変換して増幅器１３６に出力し、増幅器１３６は、その信号を増幅する。
【００６０】
また、演算回路１３３は、Ｖa とηの値を計算してＲＡＭ１３２に書き込み、通信ＬＳＩ１３１は、ＲＡＭ１３２に記憶されたデータを装置制御部に通知する。ηの代わりに、光結合損失を表すパラメータを用いてもよい。また、図７および図９のドライバ／制御回路にデジタル回路を付加した場合も、図１０の構成と同様である。
【００６１】
ところで、光スイッチに用いられるミラーは、可動ミラーであるため、図１２に示すように、機械的な共振振動を起こす可能性がある。可動ミラーのモデルとして完全にフリーな円板を用いると、その共振周波数ｆｒは、次式で表される。
【００６２】
0004373034.tif 000003
ここで、λ、ｈ、ａ、Ｅ、Ｖ、およびρは、それぞれ、モードパラメータ、厚み、半径、ヤング率、ポアソン比、および材料密度を表す。例えば、λ＝３．２（基本モードの場合）、ｈ＝１μｍ、ａ＝１５０μｍ、Ｅ＝１５０×１０9 Ｎ／ｍ2 、Ｖ＝約０．３、ρ＝２×１０3 ｋｇ／ｍ3 （Ｓｉ（シリコン）の場合）とすると、ｆｒ＝２６０ＫＨｚ（周期：４μsec ）と見積もられる。実際のミラーは４箇所を固定されているので、その共振周波数は、このオーダよりは高くなり、ＭＨｚのオーダになるものと考えられる。
【００６３】
この共振が生じると、光結合効率が共振周波数で振動することになり、出力光の品質を低下させてしまう。共振でミラーが傾くことは、上述したη−Ｖ特性のドリフトと等価になると考えられるので、上述の低周波信号を用いた制御方法で共振振動の影響を補償することが可能である。
【００６４】
しかし、重畳する低周波信号の周波数が共振周波数より低ければ、無制御状態が生じて、制御の開始が遅れてしまう。そこで、低周波信号の周波数を共振周波数より高く設定するとともに、制御系の時定数が小さくなるように回路を構成する。これにより、高精度な制御を行うことが可能になる。
【００６５】
（付記１）  印加電圧に応じて傾き角度が変化するミラーと、
前記ミラーに前記印加電圧を印加するドライバ手段と、
所定周波数の付加信号を発生する発振手段と、
前記印加電圧に前記付加信号を重畳する重畳手段と、
前記ミラーで反射された光から前記所定周波数の信号成分を検出する検出手段と、
検出された信号成分に基づいて前記印加電圧を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光スイッチ。
（付記２）  前記印加電圧に関する情報と前記光スイッチの光結合効率に関する情報のうち少なくとも一方を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された情報を所定の通知先に通知する通知手段とをさらに備えることを特徴とする付記１記載の光スイッチ。
（付記３）  前記発振手段は、前記ミラーの機械的共振周波数より高い周波数の付加信号を発生することを特徴とする付記１記載の光スイッチ。
（付記４）  第１の印加電圧に応じて第１の方向の傾き角度が変化し、第２の印加電圧に応じて第２の方向の傾き角度が変化するミラーと、
前記ミラーに前記第１の印加電圧を印加する第１のドライバ手段と、
前記ミラーに前記第２の印加電圧を印加する第２のドライバ手段と、
第１の周波数の第１の付加信号を発生する第１の発振手段と、
第２の周波数の第２の付加信号を発生する第２の発振手段と、
前記第１の印加電圧に前記第１の付加信号を重畳する第１の重畳手段と、
前記第２の印加電圧に前記第２の付加信号を重畳する第２の重畳手段と、
前記ミラーで反射された光から前記第１および第２の周波数の信号成分を検出する検出手段と、
検出された第１の周波数の信号成分に基づいて前記第１の印加電圧を制御する第１の制御手段と、
検出された第２の周波数の信号成分に基づいて前記第２の印加電圧を制御する第２の制御手段と
を備えることを特徴とする光スイッチ。
（付記５）  第１の印加電圧に応じて第１の方向の傾き角度が変化し、第２の印加電圧に応じて第２の方向の傾き角度が変化する前段のミラーと、
第３の印加電圧に応じて第３の方向の傾き角度が変化し、第４の印加電圧に応じて第４の方向の傾き角度が変化する後段のミラーと、
前記前段のミラーに前記第１の印加電圧を印加する第１のドライバ手段と、
前記前段のミラーに前記第２の印加電圧を印加する第２のドライバ手段と、
第１の周波数の第１の付加信号を発生する第１の発振手段と、
第２の周波数の第２の付加信号を発生する第２の発振手段と、
前記第１の印加電圧に前記第１の付加信号を重畳する第１の重畳手段と、
前記第２の印加電圧に前記第２の付加信号を重畳する第２の重畳手段と、
前記後段のミラーに前記第３の印加電圧を印加する第３のドライバ手段と、
前記後段のミラーに前記第４の印加電圧を印加する第４のドライバ手段と、
第３の周波数の第３の付加信号を発生する第３の発振手段と、
第４の周波数の第４の付加信号を発生する第４の発振手段と、
前記第３の印加電圧に前記第３の付加信号を重畳する第３の重畳手段と、
前記第４の印加電圧に前記第４の付加信号を重畳する第４の重畳手段と、
前記後段のミラーで反射された光から前記第１、第２、第３、および第４の周波数の信号成分を検出する検出手段と、
検出された第１の周波数の信号成分に基づいて前記第１の印加電圧を制御する第１の制御手段と、
検出された第２の周波数の信号成分に基づいて前記第２の印加電圧を制御する第２の制御手段と、
検出された第３の周波数の信号成分に基づいて前記第３の印加電圧を制御する第３の制御手段と、
検出された第４の周波数の信号成分に基づいて前記第４の印加電圧を制御する第４の制御手段と
を備えることを特徴とする光スイッチ。
（付記６）  印加電圧に応じて傾き角度が変化するミラーを有する光スイッチのための制御装置であって、
前記ミラーに前記印加電圧を印加するドライバ手段と、
所定周波数の付加信号を発生する発振手段と、
前記印加電圧に前記付加信号を重畳する重畳手段と、
前記ミラーで反射された光から前記所定周波数の信号成分を検出する検出手段と、
検出された信号成分に基づいて前記印加電圧を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする制御装置。
（付記７）  第１の印加電圧に応じて第１の方向の傾き角度が変化し、第２の印加電圧に応じて第２の方向の傾き角度が変化するミラーを有する光スイッチのための制御装置であって、
前記ミラーに前記第１の印加電圧を印加する第１のドライバ手段と、
前記ミラーに前記第２の印加電圧を印加する第２のドライバ手段と、
第１の周波数の第１の付加信号を発生する第１の発振手段と、
第２の周波数の第２の付加信号を発生する第２の発振手段と、
前記第１の印加電圧に前記第１の付加信号を重畳する第１の重畳手段と、
前記第２の印加電圧に前記第２の付加信号を重畳する第２の重畳手段と、
前記ミラーで反射された光から前記第１および第２の周波数の信号成分を検出する検出手段と、
検出された第１の周波数の信号成分に基づいて前記第１の印加電圧を制御する第１の制御手段と、
検出された第２の周波数の信号成分に基づいて前記第２の印加電圧を制御する第２の制御手段と
を備えることを特徴とする制御装置。
（付記８）  第１の印加電圧に応じて第１の方向の傾き角度が変化し、第２の印加電圧に応じて第２の方向の傾き角度が変化する前段のミラーと、第３の印加電圧に応じて第３の方向の傾き角度が変化し、第４の印加電圧に応じて第４の方向の傾き角度が変化する後段のミラーとを有する光スイッチのための制御装置であって、
前記前段のミラーに前記第１の印加電圧を印加する第１のドライバ手段と、
前記前段のミラーに前記第２の印加電圧を印加する第２のドライバ手段と、
第１の周波数の第１の付加信号を発生する第１の発振手段と、
第２の周波数の第２の付加信号を発生する第２の発振手段と、
前記第１の印加電圧に前記第１の付加信号を重畳する第１の重畳手段と、
前記第２の印加電圧に前記第２の付加信号を重畳する第２の重畳手段と、
前記後段のミラーに前記第３の印加電圧を印加する第３のドライバ手段と、
前記後段のミラーに前記第４の印加電圧を印加する第４のドライバ手段と、
第３の周波数の第３の付加信号を発生する第３の発振手段と、
第４の周波数の第４の付加信号を発生する第４の発振手段と、
前記第３の印加電圧に前記第３の付加信号を重畳する第３の重畳手段と、
前記第４の印加電圧に前記第４の付加信号を重畳する第４の重畳手段と、
前記後段のミラーで反射された光から前記第１、第２、第３、および第４の周波数の信号成分を検出する検出手段と、
検出された第１の周波数の信号成分に基づいて前記第１の印加電圧を制御する第１の制御手段と、
検出された第２の周波数の信号成分に基づいて前記第２の印加電圧を制御する第２の制御手段と、
検出された第３の周波数の信号成分に基づいて前記第３の印加電圧を制御する第３の制御手段と、
検出された第４の周波数の信号成分に基づいて前記第４の印加電圧を制御する第４の制御手段と
を備えることを特徴とする制御装置。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、フォトニックネットワークで用いられる光ＭＥＭＳスイッチにおいて、光結合特性の劣化を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光スイッチの原理図である。
【図２】η−Ｖ特性を示す図である。
【図３】正方向のドリフトを示す図である。
【図４】負方向のドリフトを示す図である。
【図５】第１の光スイッチの構成図である。
【図６】第１の光スイッチの回路図である。
【図７】第２の光スイッチの構成図である。
【図８】第２の光スイッチの回路図である。
【図９】第３の光スイッチの構成図である。
【図１０】第４の光スイッチの構成図である。
【図１１】第４の光スイッチの回路図である。
【図１２】ミラーの共振振動を示す図である。
【図１３】微小ミラーを示す図である。
【図１４】１段型ミラー構成を示す図である。
【図１５】２段型ミラー構成を示す図である。
【符号の説明】
１１  円形ミラー
１２  電極
１３、１６、１８  可動ミラー
１４  入力ファイバ
１５  出力ファイバ
１７  固定ミラー
２０  ミラー
２１  ドライバ手段
２２  発振手段
２３  重畳手段
２４  検出手段
２５  制御手段
３１、３２、３６  曲線
３３  印加電圧
３４、３５、３７  出力光の信号
４１、４２  光路
４３、９１、９２  ミラー部
４４  低周波検出部
４５、６１、６２、１０１、１０２、１１１、１１２  低周波重畳回路
４６  ドライバ回路
４７  制御回路
４８、６５、６６、１０５、１０６、１１５、１１６  低周波発振回路
５１  光カプラ
５２  フォトダイオード
５３、１３６  増幅器
５４、７１、７２  乗算器
５５、７３、７４  発振器
５６、７５、７６  低域通過フィルタ
５７、７７、７８  差動増幅器
５８、７９、８０  コイル
５９、８１、８２  キャパシタ
６３、６４、１０３、１０４、１１３、１１４  ドライバ／制御回路
１２１  デジタル制御回路
１２２  外部記憶回路
１３１  通信ＬＳＩ
１３２  ＲＡＭ
１３３  演算回路
１３４  Ｄ／Ａ変換回路
１３５  Ａ／Ｄ変換回路
【図１】
0004373034.tif 000004
【図２】
0004373034.tif 000005
【図３】
0004373034.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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