光スイッチとは？光スイッチの種類

光スイッチの技術指標

新しい光スイッチを評価する際には、次の 7 つの技術指標を考慮する必要があります。

光スイッチの種類

光スイッチには、1つ以上の入力ポートと2つ以上の出力ポートがあり、通常は1xNまたはNxN光スイッチと呼ばれます。光スイッチの原理と技術が異なれば特性も異なり、さまざまな場面に適しています。製造技術に応じて、光スイッチは、機械式光スイッチ、光マイクロメカニカル光スイッチ、MEMS（微小電気機械システム）光スイッチ、およびその他のスイッチに分けられます。その中でも、機械式光スイッチとMEMS光スイッチは、この分野で最も成熟しており、一般的に使用されているスイッチです。さらに、液晶光スイッチ、熱光スイッチ、音響光学スイッチ、導波路光スイッチ、固体光スイッチ、磁気光学スイッチなどもあります。一方、その用途に基づいて、光スイッチは、機械式光スイッチ、ラックマウント光スイッチ、ベンチトップ光スイッチなどに分類できます。ここで、一般的に使用されるいくつかの光スイッチについて簡単に紹介します。

光機械式光スイッチ

機械式光スイッチは長年にわたり開発が進められており、現在最も広く普及しています。これらのデバイスは、ステッピングモータまたはリレーアームを用いて光ファイバやその他のバルク光学素子を移動させることでスイッチングを実現します。従来の機械式光スイッチの利点は、挿入損失が低い（< 2db）、アイソレーションが高い（> 45dB）、そして偏光や波長の影響を受けないといった点です。一般的に、オプトメカニカル光スイッチは、各入力光ファイバと出力光ファイバからの光ビームをコリメートし、デバイス内でこれらのコリメートされたビームを移動させます。これにより光損失が低く、入力光ファイバと出力光ファイバ間の距離が長くなっても悪影響はありません。従来の機械式光スイッチの欠点は、オン/オフに時間がかかることと、他の代替手段と比較してデバイスが大型になることです。そのため、大規模な光スイッチマトリックスを作成することは容易ではありません。しかし、技術の進歩により、新しいマイクロメカニカルデバイスがこの問題を克服しました。新世代のオプトメカニカル光スイッチは、広帯域、コンパクトな構造、小型という特徴を備えており、マトリックス内の光スイッチ素子とそれに対応するドライブの数を大幅に削減できます。

MEMS光スイッチ

MEMS（微小電気機械システム）光スイッチは、半導体材料で構成された自由空間における微小光スイッチです。これは光スイッチの先進技術であり、現在世界中で大きな注目を集めています。MEMS光スイッチは、小型、軽量、拡張性に優れ、機械式光スイッチと導波路型光スイッチの利点を兼ね備えながら、それぞれの欠点を克服しています。電気、機械、光を一体的に統合することで、異なる速度や異なるビジネスサービスを透過的に伝送できるため、現在では産業界で広く利用されています。

熱光スイッチ

この種の技術は、小型光スイッチの製造に広く用いられています。一般的に、熱光学スイッチはポリマーまたはシリカ製の導波路をベースとしています。動作原理は、導波路上に配置された抵抗ヒーターによって生じる温度による屈折率変化です。その低速性は、現在のアプリケーションにおいて大きな制約となっていません。熱光学スイッチには、主にデジタル光スイッチ（DOS）と干渉計型光スイッチの2つの基本的なタイプがあります。

音響光学スイッチ

このタイプのスイッチでは、音波を利用して光の偏向を制御します。可動部品がないため、より信頼性が高く、一般的に1×2音響光学スイッチの損失は2.5db未満です。

導波路光スイッチ

導波路光スイッチは、導波路構造を持つ新しいタイプの光スイッチです。電気光学効果、音響光学効果、熱光学効果、磁気光学効果も導波路光スイッチに利用されています。小型であることから、導波路光スイッチはOXC（光導波路制御）において大規模な応用が期待されています。

磁気光スイッチ

磁気光学スイッチの原理はファラデー回転効果です。従来の機械式光スイッチと比較して、磁気光学スイッチはスイッチング速度が速く、安定性が高いという利点があります。さらに、他の非機械式光スイッチと比較して、駆動電圧が低く、クロストークも少ないという利点があります。そのため、磁気光学スイッチは将来、非常に競争力のある光スイッチとなるでしょう。

液晶光スイッチ

液晶光スイッチの動作原理は偏光制御に基づいています。つまり、一方の光路では光が偏光によって反射され、もう一方の光路では光が透過します。液晶電気の光学係数が高いため、最も効率的な光電変換材料となっています。さらに、液晶光スイッチのスイッチング速度はサブマイクロ秒レベルに達します。技術の進歩に伴い、将来的にはナノ秒レベルの速度も実現される可能性があります。

光バイパススイッチ

一般的に使用されているいくつかの種類の光スイッチについて説明した後、光スイッチに対する理解が深まったかもしれません。さらに、光バイパススイッチと呼ばれる光スイッチがあります。ユーザーはその名前によく混乱します。光バイパススイッチは、保護スイッチング機能を備えた光スイッチです。通常、ネットワーク障害の回復に使用されます。インラインネットワークセキュリティおよび監視デバイスに、永続的でトラブルのないアクセスポートを提供します。光バイパススイッチは、追加されたインラインデバイスを介してネットワークトラフィックを自動的に切り替えるか、削除されようとしているデバイスをバイパスします。ハートビートにより、光バイパススイッチは、接続されたインラインデバイスの信号と電力の両方の損失からネットワークトラフィックを保護します。この種の光スイッチング技術は、他の多くのデバイスで使用されており、PDH、SDH、C / DWDM、電力通信、CATVシステムなどの光回線保護に広く使用されています。

光スイッチの応用と展望

応用

光スイッチは光ネットワークにおいて非常に重要な役割を果たしており、 WDMネットワーク の主要機器のスイッチングコアとしてだけでなく、光ネットワークの主要コンポーネントとしても機能しています。光スイッチの主な用途は以下のとおりです。

見通し

光伝送ネットワーク技術の発展に伴い、新しい光スイッチ技術が絶えず登場するとともに、従来の光スイッチ技術も継続的に改善されています。光伝送ネットワークが超高速・大容量の方向に発展するにつれて、ネットワークの存続可能性、ネットワーク保護、ス​​イッチング、リカバリが重要な課題となる可能性があります。光スイッチは、この分野の保護とリカバリにおいて重要な役割を果たし、ギャップを埋めています。新しく増加するネットワークの更新により適切に対応するために、光スイッチのスイッチングマトリックスのサイズは今後も拡大し続ける可能性があります。さらに、光スイッチのスイッチング速度には、より高い要件が必要になります。つまり、大容量、高速、低損失の光スイッチは、将来のネットワークで必要とされ、光ネットワークの発展においてより重要な役割を果たすことになります。