JP2000244952A - 多重ポート・カプラを使用する光学的空間スイッチ - Google Patents
多重ポート・カプラを使用する光学的空間スイッチInfo
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
- H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、ＭＭＩをベースとするスイッチ素
子を使用するＮ×Ｎの次数の非ブロッキング・スイッチ
に関する。 【解決手段】 本発明の装置は、スイッチング動作を行
うのに最小限度の制御素子しか必要としないし、信号導
波管の交差を使用しない。スイッチ制御の設定は、設定
手順用の簡単で透明なアルゴリズムにより決定される。
種々の上記開示の非ブロッキングなＮ×Ｎの次数のスイ
ッチの・モジュールを備える非常に高次のスイッチ・フ
ァブリックが考えられる。「Ｎ」の適当な数値の決定
は、個々のスイッチ・モジュールの性能と、関連するモ
ジュール相互接続ファブリックの必要な複雑さとを折り
合わせる実際上の考慮事項である。非ブロッキングＭＭ
Ｉをベースとするスイッチ装置から作ることができる空
間スイッチ・ファブリックは、より高次の空間−波長−
時間スイッチの任意の組合せを形成するために、波長分
割スイッチおよび時分割スイッチの両方と組合せること
ができる。
子を使用するＮ×Ｎの次数の非ブロッキング・スイッチ
に関する。 【解決手段】 本発明の装置は、スイッチング動作を行
うのに最小限度の制御素子しか必要としないし、信号導
波管の交差を使用しない。スイッチ制御の設定は、設定
手順用の簡単で透明なアルゴリズムにより決定される。
種々の上記開示の非ブロッキングなＮ×Ｎの次数のスイ
ッチの・モジュールを備える非常に高次のスイッチ・フ
ァブリックが考えられる。「Ｎ」の適当な数値の決定
は、個々のスイッチ・モジュールの性能と、関連するモ
ジュール相互接続ファブリックの必要な複雑さとを折り
合わせる実際上の考慮事項である。非ブロッキングＭＭ
Ｉをベースとするスイッチ装置から作ることができる空
間スイッチ・ファブリックは、より高次の空間−波長−
時間スイッチの任意の組合せを形成するために、波長分
割スイッチおよび時分割スイッチの両方と組合せること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信シ
ステム用の光学的スイッチに関し、特に、スイッチを適
当に設定することにより、入力信号の出力転送のすべて
の可能な組合せを行うことができる光学的空間スイッチ
に関する。
ステム用の光学的スイッチに関し、特に、スイッチを適
当に設定することにより、入力信号の出力転送のすべて
の可能な組合せを行うことができる光学的空間スイッチ
に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】空
間分割スイッチは、無線通信ネットワークの中枢部材で
ある。例えば、空間分割スイッチおよび時分割スイッチ
の組合せは、北米電気通信ネットワークで使用されてい
るＡＴ＆Ｔ ＥＳＳ（登録商標）電子スイッチの中核を
なすものである。
間分割スイッチは、無線通信ネットワークの中枢部材で
ある。例えば、空間分割スイッチおよび時分割スイッチ
の組合せは、北米電気通信ネットワークで使用されてい
るＡＴ＆Ｔ ＥＳＳ（登録商標）電子スイッチの中核を
なすものである。
【０００３】光ファイバ通信の進歩および、それに伴
い、キャリヤ・ビット速度および通常のファイバ・ケー
ブル・カウントの急速な増大およびネットワークが複雑
になるにつれて、中間で光学的信号を電子信号に変換し
ないで、一組の入力から一組の出力へ転送する、光学的
領域で動作する空間分割スイッチへの関心が高まってき
ている。ヒントン他の著書は、これら光学的空間分割ス
イッチへの優れた入門書である［参考文献４］。（本明
細書の末尾の参考文献の章に、参考文献に番号をつけて
詳しく紹介してある。列挙したすべての参考文献は、引
用によって本明細書の記載に援用する。
い、キャリヤ・ビット速度および通常のファイバ・ケー
ブル・カウントの急速な増大およびネットワークが複雑
になるにつれて、中間で光学的信号を電子信号に変換し
ないで、一組の入力から一組の出力へ転送する、光学的
領域で動作する空間分割スイッチへの関心が高まってき
ている。ヒントン他の著書は、これら光学的空間分割ス
イッチへの優れた入門書である［参考文献４］。（本明
細書の末尾の参考文献の章に、参考文献に番号をつけて
詳しく紹介してある。列挙したすべての参考文献は、引
用によって本明細書の記載に援用する。
【０００４】ヒントン他が報告しているように、高次の
空間分割スイッチ、すなわち、多数の入力を持つ空間分
割スイッチは、通常、指定の方法で相互に接続してい
る、もっと小さな素子の空間スイッチからできている。
スイッチの次数が増大するにつれて、高次のスイッチの
スイッチ素子の数が、すぐに非常に多くなることも理解
できる。また、信号経路の交差の数も増大する。このよ
うな二つの事情があるので、スイッチを実際に製造する
のは困難であり、この困難は、スイッチの次数が増える
につれてますます増大する。
空間分割スイッチ、すなわち、多数の入力を持つ空間分
割スイッチは、通常、指定の方法で相互に接続してい
る、もっと小さな素子の空間スイッチからできている。
スイッチの次数が増大するにつれて、高次のスイッチの
スイッチ素子の数が、すぐに非常に多くなることも理解
できる。また、信号経路の交差の数も増大する。このよ
うな二つの事情があるので、スイッチを実際に製造する
のは困難であり、この困難は、スイッチの次数が増える
につれてますます増大する。
【０００５】今日まで、実際に製造された最も高次の空
間スイッチは、ニオブ酸リチウム材システム［参考文献
７］、およびドーピングしたシリカ導波管材料システム
［参考文献８］による、１６×１６の次数のものであ
る。参考文献７は、三段のネットワーク・アーキテクチ
ャの形に接続されている２３のモジュールを備え、モジ
ュール接続ファブリック内に、３０８の導波管クロスオ
ーバーおよび４２の交差を持つ、全部で４４８個の２×
２の次数の指向性カプラ導波管スイッチを含む１６×１
６の次数のスイッチを記載している。参考文献８は、一
つのシリカ導波管基板上に、二重のマッハ・ツェンダー
２×２の次数のスイッチング素子の１６×１６の次数の
マトリックスを使用する１６×１６の次数のスイッチを
記載している。
間スイッチは、ニオブ酸リチウム材システム［参考文献
７］、およびドーピングしたシリカ導波管材料システム
［参考文献８］による、１６×１６の次数のものであ
る。参考文献７は、三段のネットワーク・アーキテクチ
ャの形に接続されている２３のモジュールを備え、モジ
ュール接続ファブリック内に、３０８の導波管クロスオ
ーバーおよび４２の交差を持つ、全部で４４８個の２×
２の次数の指向性カプラ導波管スイッチを含む１６×１
６の次数のスイッチを記載している。参考文献８は、一
つのシリカ導波管基板上に、二重のマッハ・ツェンダー
２×２の次数のスイッチング素子の１６×１６の次数の
マトリックスを使用する１６×１６の次数のスイッチを
記載している。
【０００６】実用上の立場からいえば、空間分割スイッ
チのスイッチ素子の数はできるだけ少ないことが望まし
いし、上記スイッチ素子を相互に接続する転送ファブリ
ックはできるだけ簡単であることが望ましい。高次のス
イッチを実用化する場合、スイッチ・ファブリックは、
全体のスイッチ動作を行うために、後で相互に接続され
る個々のスイッチ・モジュールからできていることが望
ましい。そうすることにより、スイッチ・ファブリック
全体が、一つのモジュールの構造をしている場合に起こ
る高い密集状態が軽減される。密集の度合が高くなる
と、必然的にチップの歩留まりが悪くなり、必要なモジ
ュールの電気的および熱的管理の複雑さおよび制限が増
大する。スイッチ・モジュールそれ自身は、通常、高次
のスイッチ・ファブリックを形成している多数のスイッ
チ素子を備え、また、数個の上記独立高次スイッチを含
むことができる。スイッチを全体的に優れたものにする
ための設計技術の目的は、個々のスイッチ・モジュール
内におけるスイッチ・ファブリックの複雑さと、スイッ
チ・モジュール間の相互接続の複雑さとの間で、最適な
折り合いをつけることである。モジュール内および一つ
の導波管基板上のスイッチ・ファブリックの複雑さが増
大すると、それにつれて、電気的および熱的管理がより
複雑になり、予想ウエハの歩留まりが低下する。しか
し、その場合は、スイッチ・ファブリック全体を形成す
るための、スイッチ・モジュールの間に設置しなければ
ならない相互接続の数は少なくなる。モジュールでのス
イッチング機能の次数が低くなり、または複雑さが軽減
すると、モジュールの電気的および熱的集積密度の制限
が緩和されるが、相互接続ファブリックはもっと複雑な
ものになる。
チのスイッチ素子の数はできるだけ少ないことが望まし
いし、上記スイッチ素子を相互に接続する転送ファブリ
ックはできるだけ簡単であることが望ましい。高次のス
イッチを実用化する場合、スイッチ・ファブリックは、
全体のスイッチ動作を行うために、後で相互に接続され
る個々のスイッチ・モジュールからできていることが望
ましい。そうすることにより、スイッチ・ファブリック
全体が、一つのモジュールの構造をしている場合に起こ
る高い密集状態が軽減される。密集の度合が高くなる
と、必然的にチップの歩留まりが悪くなり、必要なモジ
ュールの電気的および熱的管理の複雑さおよび制限が増
大する。スイッチ・モジュールそれ自身は、通常、高次
のスイッチ・ファブリックを形成している多数のスイッ
チ素子を備え、また、数個の上記独立高次スイッチを含
むことができる。スイッチを全体的に優れたものにする
ための設計技術の目的は、個々のスイッチ・モジュール
内におけるスイッチ・ファブリックの複雑さと、スイッ
チ・モジュール間の相互接続の複雑さとの間で、最適な
折り合いをつけることである。モジュール内および一つ
の導波管基板上のスイッチ・ファブリックの複雑さが増
大すると、それにつれて、電気的および熱的管理がより
複雑になり、予想ウエハの歩留まりが低下する。しか
し、その場合は、スイッチ・ファブリック全体を形成す
るための、スイッチ・モジュールの間に設置しなければ
ならない相互接続の数は少なくなる。モジュールでのス
イッチング機能の次数が低くなり、または複雑さが軽減
すると、モジュールの電気的および熱的集積密度の制限
が緩和されるが、相互接続ファブリックはもっと複雑な
ものになる。
【０００７】マーフィ他が記載している１６×１６の次
数の拡張一般化シャッフル（ＥＧＳ）ネットワーク・ス
イッチは、このような折り合いの一例を示す。この１６
×１６の次数のスイッチ・ファブリックは、三段ネット
ワークの３９個のスイッチ・モジュールで実行された４
４８の基本的２×２の次数のスイッチ素子を備える。そ
れぞれが（７個の２×２の次数のスイッチ素子を備え
る）、二つの１×８の次数のスイッチを含む１６個のモ
ジュールは、ネットワーク７の第一のコラムを形成し、
それぞれが、（４コラムのバニアン・アーキテクチャに
３２個の２×２の次数のスイッチ素子を備える）１６×
１６の次数のスイッチ機能を行う７個のモジュールは、
中央コラムを形成し、それぞれが、二つの１×８の次数
のスイッチを含む最後の１６個のモジュールは、第三の
コラムを形成する。これら３９個のモジュールを相互に
接続しているファイバ・ネットワークは、比較的簡単に
形成することができ、ネットワークの第一段および第二
段との間には、１１２の接続が行われ、第二段と第三段
の間には、もう一つの１１２の接続が行われる。これら
すべての接続は、簡単な幾何学的模様に配列されてい
る。７個の中央スイッチ・モジュールの導波管スイッチ
・ファブリックは、それぞれ、４４個の導波管クロスオ
ーバーを含み、第一コラムおよび第三ネットワーク・コ
ラムの導波管スイッチ・ファブリックは、導波管クロス
オーバーを全然含んでいない。しかし、この１６×１６
の次数のＥＧＳスイッチ・ファブリックが必要とする膨
大な数の信号クロスオーバーは、スイッチ・モジュール
をリンクするファイバ接続により形成される。このこと
は非常に有利である。何故なら、ファイバのクロスオー
バーは、損失がなく、クロストークは無視することがで
きる程度のものだからである。一方、導波管スイッチを
支持する基板上の、導波管内の信号の交点の場合は、い
つでもある程度の信号の損失が生じ、ある程度の信号の
クロストークが起こる。それ故、１６×１６の次数のＥ
ＧＳスイッチ・ファブリックは、スイッチ・モジュール
間を相互に接続するために、ファイバを使用することに
より、導波管相互接続の複雑さおよびそれによる潜在的
な性能の低下を抑えながら、導波管基板上に多くのスイ
ッチ素子を集積するという利点を得るために、適度の数
のスイッチ・モジュールに分割されてきた。
数の拡張一般化シャッフル（ＥＧＳ）ネットワーク・ス
イッチは、このような折り合いの一例を示す。この１６
×１６の次数のスイッチ・ファブリックは、三段ネット
ワークの３９個のスイッチ・モジュールで実行された４
４８の基本的２×２の次数のスイッチ素子を備える。そ
れぞれが（７個の２×２の次数のスイッチ素子を備え
る）、二つの１×８の次数のスイッチを含む１６個のモ
ジュールは、ネットワーク７の第一のコラムを形成し、
それぞれが、（４コラムのバニアン・アーキテクチャに
３２個の２×２の次数のスイッチ素子を備える）１６×
１６の次数のスイッチ機能を行う７個のモジュールは、
中央コラムを形成し、それぞれが、二つの１×８の次数
のスイッチを含む最後の１６個のモジュールは、第三の
コラムを形成する。これら３９個のモジュールを相互に
接続しているファイバ・ネットワークは、比較的簡単に
形成することができ、ネットワークの第一段および第二
段との間には、１１２の接続が行われ、第二段と第三段
の間には、もう一つの１１２の接続が行われる。これら
すべての接続は、簡単な幾何学的模様に配列されてい
る。７個の中央スイッチ・モジュールの導波管スイッチ
・ファブリックは、それぞれ、４４個の導波管クロスオ
ーバーを含み、第一コラムおよび第三ネットワーク・コ
ラムの導波管スイッチ・ファブリックは、導波管クロス
オーバーを全然含んでいない。しかし、この１６×１６
の次数のＥＧＳスイッチ・ファブリックが必要とする膨
大な数の信号クロスオーバーは、スイッチ・モジュール
をリンクするファイバ接続により形成される。このこと
は非常に有利である。何故なら、ファイバのクロスオー
バーは、損失がなく、クロストークは無視することがで
きる程度のものだからである。一方、導波管スイッチを
支持する基板上の、導波管内の信号の交点の場合は、い
つでもある程度の信号の損失が生じ、ある程度の信号の
クロストークが起こる。それ故、１６×１６の次数のＥ
ＧＳスイッチ・ファブリックは、スイッチ・モジュール
間を相互に接続するために、ファイバを使用することに
より、導波管相互接続の複雑さおよびそれによる潜在的
な性能の低下を抑えながら、導波管基板上に多くのスイ
ッチ素子を集積するという利点を得るために、適度の数
のスイッチ・モジュールに分割されてきた。
【０００８】一つの基板上で行われる、またスイッチン
グ・ネットワークのモジュールとして、それ自身の上、
または他の部材と一緒にパッケージされる場合がある、
一本または複数のスイッチ・ファブリックの配置を考慮
して、設計の際には、能動スイッチング素子の数、信号
が通過する素子の数、およびチップ上の信号導波管の交
差の数を最も少なくするための努力が払われる。
グ・ネットワークのモジュールとして、それ自身の上、
または他の部材と一緒にパッケージされる場合がある、
一本または複数のスイッチ・ファブリックの配置を考慮
して、設計の際には、能動スイッチング素子の数、信号
が通過する素子の数、およびチップ上の信号導波管の交
差の数を最も少なくするための努力が払われる。
【０００９】上記１６Ｘ１６の次数の空間スイッチは、
個々の２×２の次数のスイッチ素子からなる。より高次
の基本的スイッチ素子を入手することができる場合に
は、全体のスイッチを形成するのに、上記素子の数をも
っと少なくすることができることは明らかである。ゴー
の場合には［参考文献８］、例えば、１６×１６の次数
のスイッチ・マトリックス・アレーは、（それぞれが、
スイッチング動作の際に高い消光比を達成するために、
二重の二つの２×２の次数のマッハ・ツェンダー干渉計
を備える）２５６個の２×２の次数のスイッチ・ユニッ
トを使用するが、基本的スイッチ素子が、４×４の次数
のスイッチである場合には、スイッチ素子の数は６４だ
けですむ。マーフィの場合には［参考文献７］、１×８
の次数の基本スイッチ素子が入手できれば、ファブリッ
クの第一および最後のコラムで使用するスイッチ素子の
数は、２２４から３２になり、４×４の次数の基本スイ
ッチ素子を入手できれば、中央コラムに必要な素子の数
は、２２４から７０（１４個の４×４の次数の素子およ
び５６個の２×２の次数の素子）になり、素子全体の数
は、現在の４４８から１０２に減少する。スイッチ・ユ
ニットとして高次の素子を使用すれば、必要な素子の全
部の数が非常に少なくなることは明らかである。
個々の２×２の次数のスイッチ素子からなる。より高次
の基本的スイッチ素子を入手することができる場合に
は、全体のスイッチを形成するのに、上記素子の数をも
っと少なくすることができることは明らかである。ゴー
の場合には［参考文献８］、例えば、１６×１６の次数
のスイッチ・マトリックス・アレーは、（それぞれが、
スイッチング動作の際に高い消光比を達成するために、
二重の二つの２×２の次数のマッハ・ツェンダー干渉計
を備える）２５６個の２×２の次数のスイッチ・ユニッ
トを使用するが、基本的スイッチ素子が、４×４の次数
のスイッチである場合には、スイッチ素子の数は６４だ
けですむ。マーフィの場合には［参考文献７］、１×８
の次数の基本スイッチ素子が入手できれば、ファブリッ
クの第一および最後のコラムで使用するスイッチ素子の
数は、２２４から３２になり、４×４の次数の基本スイ
ッチ素子を入手できれば、中央コラムに必要な素子の数
は、２２４から７０（１４個の４×４の次数の素子およ
び５６個の２×２の次数の素子）になり、素子全体の数
は、現在の４４８から１０２に減少する。スイッチ・ユ
ニットとして高次の素子を使用すれば、必要な素子の全
部の数が非常に少なくなることは明らかである。
【００１０】１９７５に最初に注目された［参考文献
９］、多重モード干渉（ＭＭＩ）カプラと呼ばれる多重
ポート導波管デバイスの一つの形式は、その自己結像の
特性のために、過去数年にわたってかなり注目された
［参考文献１０、１１、１２］。この特性というのは、
多重モード部分の入力への光学的視野を、入力面からハ
ッキリと定義された光学的経路の長さのところに、多重
モード導波管に沿って、さらに再結像するというもので
ある。これらの自己映像は、導波管の断面の入力フィー
ルドの設置位置、および映像面への光学的経路の長さに
より、一つである場合もあるし、複数である場合もあ
る。自己映像の最も簡単な発生は、恐らく、多重モード
導波管部分に沿って、距離Ｌ１，１のところに生じる入
力フィールドの一つの自己映像であろう。この場合、Ｌ
１，１＝３π／（β０−β１）であり、β０およびβ１
は、多重モード導波管の最も低い一次モードの伝播定数
である。Ｎ個の複数の映像は、距離ＬＮ，Ｍのところで
得られる。この場合、ＬＮ，Ｍ＝（Ｍ／Ｎ）３π／（β
０−β１）であり、Ｍは、ＭおよびＮが共通の分母を持
たないような整数である［参考文献１２］。
９］、多重モード干渉（ＭＭＩ）カプラと呼ばれる多重
ポート導波管デバイスの一つの形式は、その自己結像の
特性のために、過去数年にわたってかなり注目された
［参考文献１０、１１、１２］。この特性というのは、
多重モード部分の入力への光学的視野を、入力面からハ
ッキリと定義された光学的経路の長さのところに、多重
モード導波管に沿って、さらに再結像するというもので
ある。これらの自己映像は、導波管の断面の入力フィー
ルドの設置位置、および映像面への光学的経路の長さに
より、一つである場合もあるし、複数である場合もあ
る。自己映像の最も簡単な発生は、恐らく、多重モード
導波管部分に沿って、距離Ｌ１，１のところに生じる入
力フィールドの一つの自己映像であろう。この場合、Ｌ
１，１＝３π／（β０−β１）であり、β０およびβ１
は、多重モード導波管の最も低い一次モードの伝播定数
である。Ｎ個の複数の映像は、距離ＬＮ，Ｍのところで
得られる。この場合、ＬＮ，Ｍ＝（Ｍ／Ｎ）３π／（β
０−β１）であり、Ｍは、ＭおよびＮが共通の分母を持
たないような整数である［参考文献１２］。
【００１１】導波管デバイスにおいては、入力フィール
ドが制限され、通常、また入力フィールドは、単一モー
ド入力導波管により供給される。Ｎ×Ｎの次数のＭＭＩ
カプラの場合には、Ｎ個の出力を発生する入力ガイドを
設置することができる位置がＮ個存在する。均等電力ス
プリッタの場合には、Ｎ個の出力信号の間の違いは、そ
の相対位相だけである。バックマンが、出力の位相関係
を含む、Ｎ×Ｎの次数のＭＭＩカプラを詳細に説明して
いる［参考文献１２］。
ドが制限され、通常、また入力フィールドは、単一モー
ド入力導波管により供給される。Ｎ×Ｎの次数のＭＭＩ
カプラの場合には、Ｎ個の出力を発生する入力ガイドを
設置することができる位置がＮ個存在する。均等電力ス
プリッタの場合には、Ｎ個の出力信号の間の違いは、そ
の相対位相だけである。バックマンが、出力の位相関係
を含む、Ｎ×Ｎの次数のＭＭＩカプラを詳細に説明して
いる［参考文献１２］。
【００１２】多重モード干渉カプラの多重結像特性は、
小型の２×２の次数のカプラおよび１×Ｎの次数の電力
スプリッタとしての、ＭＭＩカプラを使用して利用され
た［参考文献１４、１５］。
小型の２×２の次数のカプラおよび１×Ｎの次数の電力
スプリッタとしての、ＭＭＩカプラを使用して利用され
た［参考文献１４、１５］。
【００１３】ＭＭＩ結像カプラの動作は、光の伝播に関
して対称であるので、同じ相対強度およびある相対位相
を持つ、そのＮ個の出力ポート光学的フィールドに提供
された１×Ｎの次数のカプラは、同じ信号のこれらの出
力に現われた時、反対の動作の一つの入力フィールドに
対応する一つの新しいフィールドを供給するように、こ
れらのフィールドを結合する。これらの入力信号の相対
位相を、反対の動作の異なる入力位置からのものに対応
するものに変化させた場合には、出力が後者のポートに
スイッチされる。このようにして、スイッチング動作が
行われる。
して対称であるので、同じ相対強度およびある相対位相
を持つ、そのＮ個の出力ポート光学的フィールドに提供
された１×Ｎの次数のカプラは、同じ信号のこれらの出
力に現われた時、反対の動作の一つの入力フィールドに
対応する一つの新しいフィールドを供給するように、こ
れらのフィールドを結合する。これらの入力信号の相対
位相を、反対の動作の異なる入力位置からのものに対応
するものに変化させた場合には、出力が後者のポートに
スイッチされる。このようにして、スイッチング動作が
行われる。
【００１４】このスイッチング動作は、１０個の各出力
ポートへ光信号をスイッチする目的で、入力信号の相対
位相を制御するために、１０×１０の次数のＭＭＩへ
の、１０の各入力上の位相変調装置を持つ１×１０の次
数のＭＭＩ電力スプリッタから１０個の信号の供給を受
ける１０×１０の次数のＭＭＩカプラを使用するＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ材料システムで１×１０の次数のスイ
ッチに対して実際に行われた［参考文献１６］。（上記
論文の名称に、「１０×１０の次数の」スイッチが使用
されているが、第二の１０×１０の次数のＭＭＩに入力
を供給するために、１０×１０の次数のＭＭＩカプラを
使用しても、機能はもとの通りで変わらない。ＩｎＰ材
料システムでの１×４の次数のスイッチの実行が、接続
アーム上に位相制御部分を持つ二つの４×４の次数のＭ
ＭＩカプラを使用して実際に行われた［参考文献１
７］。この場合には、同様に、第一のＭＭＩカプラは、
電力分割を行い、位相制御は、第二のＭＭＩへの、これ
らの電力が等しい入力の相対位相を設定する。位相制御
を適当に設定することにより、出力を４個の出力ポート
のどれかにスイッチすることができる。
ポートへ光信号をスイッチする目的で、入力信号の相対
位相を制御するために、１０×１０の次数のＭＭＩへ
の、１０の各入力上の位相変調装置を持つ１×１０の次
数のＭＭＩ電力スプリッタから１０個の信号の供給を受
ける１０×１０の次数のＭＭＩカプラを使用するＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ材料システムで１×１０の次数のスイ
ッチに対して実際に行われた［参考文献１６］。（上記
論文の名称に、「１０×１０の次数の」スイッチが使用
されているが、第二の１０×１０の次数のＭＭＩに入力
を供給するために、１０×１０の次数のＭＭＩカプラを
使用しても、機能はもとの通りで変わらない。ＩｎＰ材
料システムでの１×４の次数のスイッチの実行が、接続
アーム上に位相制御部分を持つ二つの４×４の次数のＭ
ＭＩカプラを使用して実際に行われた［参考文献１
７］。この場合には、同様に、第一のＭＭＩカプラは、
電力分割を行い、位相制御は、第二のＭＭＩへの、これ
らの電力が等しい入力の相対位相を設定する。位相制御
を適当に設定することにより、出力を４個の出力ポート
のどれかにスイッチすることができる。
【００１５】本発明者は、ＭＭＩをベースとするカプラ
が、集積電力スプリッタおよびスイッチ素子で使用する
のに特に適していることに気がついた。何故なら、上記
カプラは、異なる出力ポートに信号を転送する自己結像
を行うために、干渉に依存しているけれども、この結像
動作は、偏光に対する感度は非常に低く、製造プロセス
に通常つきものの、デバイスの大きさおよび組成の変化
に高い許容範囲を持つからである。上記カプラは、ま
た、広い光学的帯域で動作する［参考文献１３］。
が、集積電力スプリッタおよびスイッチ素子で使用する
のに特に適していることに気がついた。何故なら、上記
カプラは、異なる出力ポートに信号を転送する自己結像
を行うために、干渉に依存しているけれども、この結像
動作は、偏光に対する感度は非常に低く、製造プロセス
に通常つきものの、デバイスの大きさおよび組成の変化
に高い許容範囲を持つからである。上記カプラは、ま
た、広い光学的帯域で動作する［参考文献１３］。
【００１６】１×４の次数のＩｎＰをベースとするスイ
ッチ基準の場合には［参考文献１７］、二つのコラム転
送装置−選択装置の、実行した１×４の次数のＭＭＩを
ベースとするスイッチからできている、厳格に非ブロッ
キングな４×４の次数のスイッチが提案された［参考文
献４］。この装置は、８個の１×４の次数のスイッチ
と、１６個のスイッチ素子相互接続を必要とする。
ッチ基準の場合には［参考文献１７］、二つのコラム転
送装置−選択装置の、実行した１×４の次数のＭＭＩを
ベースとするスイッチからできている、厳格に非ブロッ
キングな４×４の次数のスイッチが提案された［参考文
献４］。この装置は、８個の１×４の次数のスイッチ
と、１６個のスイッチ素子相互接続を必要とする。
【００１７】「厳格な非ブロッキング」スイッチとは、
任意のアイドル入力が、スイッチ・ファブリック内に、
すでに存在する接続の配置がどうであろうとも、何時で
も、入力アイドル出力に接続することができるスイッチ
である。接続性が低い場合は、「広い意味での非ブロッ
キング」であると報告されているが、その場合には、す
べての接続が、特定のアルゴリズムに従って設定されて
いる場合には、任意のアイドル入力を入力アイドル出力
に接続することができ、また、「再配置可能な非ブロッ
キング」であるとも報告されていて、その場合には、現
在の接続を再配置できる場合、アイドル入力をアイドル
出力に接続することができる。それ故、厳格な非ブロッ
キング・スイッチ・アーキテクチャは、入力ラインと出
力ラインに接続する際に最も柔軟性に富んでいて、通
常、最も望ましいタイプのスイッチである。それ自身厳
格に非ブロッキングでないコンポーネント・スイッチ・
モジュールから、厳格な非ブロッキング・ネットワーク
を形成することができるし、それ自身厳格に非ブロッキ
ングなスイッチ・モジュールを使用して、厳格な非ブロ
ッキング・ネットワークを構成することもできる。
任意のアイドル入力が、スイッチ・ファブリック内に、
すでに存在する接続の配置がどうであろうとも、何時で
も、入力アイドル出力に接続することができるスイッチ
である。接続性が低い場合は、「広い意味での非ブロッ
キング」であると報告されているが、その場合には、す
べての接続が、特定のアルゴリズムに従って設定されて
いる場合には、任意のアイドル入力を入力アイドル出力
に接続することができ、また、「再配置可能な非ブロッ
キング」であるとも報告されていて、その場合には、現
在の接続を再配置できる場合、アイドル入力をアイドル
出力に接続することができる。それ故、厳格な非ブロッ
キング・スイッチ・アーキテクチャは、入力ラインと出
力ラインに接続する際に最も柔軟性に富んでいて、通
常、最も望ましいタイプのスイッチである。それ自身厳
格に非ブロッキングでないコンポーネント・スイッチ・
モジュールから、厳格な非ブロッキング・ネットワーク
を形成することができるし、それ自身厳格に非ブロッキ
ングなスイッチ・モジュールを使用して、厳格な非ブロ
ッキング・ネットワークを構成することもできる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＭＭＩをベー
スとするスイッチ素子を使用するＮ×Ｎの次数のブロッ
キング・スイッチ・モジュールを提供する。この装置
は、スイッチング動作を行うのに最小限度の制御素子し
か必要としないし、信号導波管の交差を使用しない。ス
イッチ制御の設定は、設定手順用の簡単で透明なアルゴ
リズムにより決定される。種々の上記開示の非ブロッキ
ングなＮ×Ｎスイッチのモジュールを備える、非常に高
次のスイッチ・ファブリックが考えられる。「Ｎ」の適
当な数値の決定は、個々のスイッチ・モジュールの性能
と、関連するモジュール相互接続ファブリックの必要な
複雑さとを折り合わせる実際上の考慮事項である。非ブ
ロッキングなＭＭＩをベースとするスイッチ装置から作
ることができる空間スイッチ・ファブリックは、より高
次の空間−波長−時間スイッチの任意の組合せを形成す
るために、波長分割スイッチおよび時分割スイッチの両
方と組合せることができる。
スとするスイッチ素子を使用するＮ×Ｎの次数のブロッ
キング・スイッチ・モジュールを提供する。この装置
は、スイッチング動作を行うのに最小限度の制御素子し
か必要としないし、信号導波管の交差を使用しない。ス
イッチ制御の設定は、設定手順用の簡単で透明なアルゴ
リズムにより決定される。種々の上記開示の非ブロッキ
ングなＮ×Ｎスイッチのモジュールを備える、非常に高
次のスイッチ・ファブリックが考えられる。「Ｎ」の適
当な数値の決定は、個々のスイッチ・モジュールの性能
と、関連するモジュール相互接続ファブリックの必要な
複雑さとを折り合わせる実際上の考慮事項である。非ブ
ロッキングなＭＭＩをベースとするスイッチ装置から作
ることができる空間スイッチ・ファブリックは、より高
次の空間−波長−時間スイッチの任意の組合せを形成す
るために、波長分割スイッチおよび時分割スイッチの両
方と組合せることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】この説明は三つの部分に分かれて
いる。第一部においては、本発明の光学的スイッチで構
成部材として使用されるＮ×Ｎの次数の多重モード干渉
カプラ（ＭＭＩカプラ）の性質および動作について説明
する。第二部においては、本発明の光学的スイッチで構
成部材として使用することができる従来の光学的スイッ
チについて説明する。第三部においては、本発明の光学
的スイッチについて説明する。
いる。第一部においては、本発明の光学的スイッチで構
成部材として使用されるＮ×Ｎの次数の多重モード干渉
カプラ（ＭＭＩカプラ）の性質および動作について説明
する。第二部においては、本発明の光学的スイッチで構
成部材として使用することができる従来の光学的スイッ
チについて説明する。第三部においては、本発明の光学
的スイッチについて説明する。
【００２０】本発明の利点、性質および種々の他の特徴
は、添付の図面に詳細に示す例示としての実施形態を考
慮すれば、さらに完全に理解することができるだろう。
は、添付の図面に詳細に示す例示としての実施形態を考
慮すれば、さらに完全に理解することができるだろう。
【００２１】なお、これらの図面は本発明の概念を説明
するためのものであって、正確に縮尺されていないこと
を理解されたい。図面全体を通して、類似の素子には同
じ参照番号がつけてある。
するためのものであって、正確に縮尺されていないこと
を理解されたい。図面全体を通して、類似の素子には同
じ参照番号がつけてある。
【００２２】I．ＭＭＩカプラ 図１は、導波管の自由なスラブ領域１１、および単一モ
ードの導波管ポート１２を備えるＮ個の出力のＭＭＩカ
プラ１０である。入力ポートはＮ個、出力ポートもＮ個
ある。バックマンが、出力信号の相対位相、および出
力、入力およびカプラ導波管部分の間の寸法の関係につ
いて記載している［参考文献１２］。図２は、Ｎ＝３で
ある場合を示す。この場合、光学的出力信号の相対位相
は、｛０、−π、−２π／３｝である。すべての出力の
電力は同じであり、（スイッチ損失を無視した場合）、
入力電力の１／３である。
ードの導波管ポート１２を備えるＮ個の出力のＭＭＩカ
プラ１０である。入力ポートはＮ個、出力ポートもＮ個
ある。バックマンが、出力信号の相対位相、および出
力、入力およびカプラ導波管部分の間の寸法の関係につ
いて記載している［参考文献１２］。図２は、Ｎ＝３で
ある場合を示す。この場合、光学的出力信号の相対位相
は、｛０、−π、−２π／３｝である。すべての出力の
電力は同じであり、（スイッチ損失を無視した場合）、
入力電力の１／３である。
【００２３】図３は、反対の動作を行っている図２のＭ
ＭＩカプラである。図２に示すように、同じ電力の信号
が、同じ位相関係で（しかし、符号は反対で）三つの入
力に供給されると、信号出力は、一番上の出力１から得
られる。
ＭＩカプラである。図２に示すように、同じ電力の信号
が、同じ位相関係で（しかし、符号は反対で）三つの入
力に供給されると、信号出力は、一番上の出力１から得
られる。
【００２４】同じように、信号が入力２に供給された
時、入力位相を図２のＭＭＩカプラのｒ．ｈ．ｓ．から
の信号に対応させると、図３の出力２から信号が得られ
る。図２の入力３および図３の出力３についても同じこ
とがいえる。図４は、必要な位相関係の表である。
時、入力位相を図２のＭＭＩカプラのｒ．ｈ．ｓ．から
の信号に対応させると、図３の出力２から信号が得られ
る。図２の入力３および図３の出力３についても同じこ
とがいえる。図４は、必要な位相関係の表である。
【００２５】II．従来のスイッチ 図５（Ａ）は、位相制御素子５２（Ｆ１、Ｆ
２、．．．、ＦＮ）を含む接続リンク５１により、ＭＭ
Ｉをベースとする二つのカプラ１０Ａおよび１０Ｂを直
列に接続することにより形成した従来のスイッチ５０で
ある。第二のＭＭＩカプラの入力の間の相対位相だけが
関連しているので、一つの位相制御素子（例えば、Ｆ
１）を省略することができ、Ｎ−１位相制御素子だけあ
ればよい。その後で、Ｎ−１位相制御素子を適当に設定
することによって、ｉ．ｈ．ｓ．ＭＭＩカプラの、Ｎ個
の入力ポートの中の任意のものに対する入力を、ｒ．
ｈ．ｓ．ＭＭＩカプラの、ｒ．ｈ．ｓ．上のＮ個の出力
の中の任意のものにスイッチすることができる。下の図
５（ｂ）はそのことを示す。
２、．．．、ＦＮ）を含む接続リンク５１により、ＭＭ
Ｉをベースとする二つのカプラ１０Ａおよび１０Ｂを直
列に接続することにより形成した従来のスイッチ５０で
ある。第二のＭＭＩカプラの入力の間の相対位相だけが
関連しているので、一つの位相制御素子（例えば、Ｆ
１）を省略することができ、Ｎ−１位相制御素子だけあ
ればよい。その後で、Ｎ−１位相制御素子を適当に設定
することによって、ｉ．ｈ．ｓ．ＭＭＩカプラの、Ｎ個
の入力ポートの中の任意のものに対する入力を、ｒ．
ｈ．ｓ．ＭＭＩカプラの、ｒ．ｈ．ｓ．上のＮ個の出力
の中の任意のものにスイッチすることができる。下の図
５（ｂ）はそのことを示す。
【００２６】位相制御素子を別の物理的方法で実行する
ことができ、導波管構造体に使用する材料システムに依
存することもできる。半導体をベースとする導波管の場
合には、電気光学効果またはキャリヤ効果を使用するこ
ともできる。ニオブ酸リチウム・ガイドの場合には、電
気光学的な位相変化を使用することができる。ドーピン
グしたシリカ・ガイドの場合には、必要な位相変化を起
こさせるために、熱光学効果を使用することができる。
偏光に感じないようにしておくために、位相制御素子は
偏光から影響を受けないものでなければならない。
ことができ、導波管構造体に使用する材料システムに依
存することもできる。半導体をベースとする導波管の場
合には、電気光学効果またはキャリヤ効果を使用するこ
ともできる。ニオブ酸リチウム・ガイドの場合には、電
気光学的な位相変化を使用することができる。ドーピン
グしたシリカ・ガイドの場合には、必要な位相変化を起
こさせるために、熱光学効果を使用することができる。
偏光に感じないようにしておくために、位相制御素子は
偏光から影響を受けないものでなければならない。
【００２７】図５のスイッチは、ｉ．ｈ．ｓ．ＭＭＩカ
プラへの信号入力を、ｒ．ｈ．ｓ．ＭＭＩカプラの任意
の出力に転送することができる。中間の制御素子５２
を、それぞれ上記のように設定することにより、ｉ．
ｈ．ｓ．ＭＭＩカプラの他の入力への信号を他のｒ．
ｈ．ｓ．ＭＭＩカプラの出力に転送することができる。
図６は、Ｎ＝３である場合の、この転送を示す表であ
る。可能なスイッチ位置は、三つだけである。
プラへの信号入力を、ｒ．ｈ．ｓ．ＭＭＩカプラの任意
の出力に転送することができる。中間の制御素子５２
を、それぞれ上記のように設定することにより、ｉ．
ｈ．ｓ．ＭＭＩカプラの他の入力への信号を他のｒ．
ｈ．ｓ．ＭＭＩカプラの出力に転送することができる。
図６は、Ｎ＝３である場合の、この転送を示す表であ
る。可能なスイッチ位置は、三つだけである。
【００２８】完全な接続性を得るためには、Ｎ！のスイ
ッチ状態が必要である。スイッチ状態のこの完全な設定
は、同じＭＭＩカプラと、位相制御素子とを接続するこ
とにより行うことができる。Ｎ×Ｎの次数のスイッチの
場合には、段階毎に、Ｎ−１個の位相コントローラのＮ
−１の段階が必要になる。図７は、３！＝６状態を必要
とする３×３の次数のスイッチに対するものである。こ
の場合、それぞれ、二つの相互接続導波管リンク５１上
に制御素子５２を持つ、二つの位相制御段階が、三つの
３×３の次数のＭＭＩカプラ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの
間に使用される。図８は、このスイッチ装置用の転送表
である。
ッチ状態が必要である。スイッチ状態のこの完全な設定
は、同じＭＭＩカプラと、位相制御素子とを接続するこ
とにより行うことができる。Ｎ×Ｎの次数のスイッチの
場合には、段階毎に、Ｎ−１個の位相コントローラのＮ
−１の段階が必要になる。図７は、３！＝６状態を必要
とする３×３の次数のスイッチに対するものである。こ
の場合、それぞれ、二つの相互接続導波管リンク５１上
に制御素子５２を持つ、二つの位相制御段階が、三つの
３×３の次数のＭＭＩカプラ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの
間に使用される。図８は、このスイッチ装置用の転送表
である。
【００２９】各スイッチ状態は、位相制御素子の三つの
個々の組合せを持つことが分かった。出力スイッチング
を行う場合には、異なる経路を通って、カスケード構成
の格子を通過する各信号の異なる成分は、相互に同じ位
相で指定の出力に到着しなければならない。各ＭＭＩカ
プラは、π／Ｎの倍数の相対位相で、その出力を供給
し、ＭＭＩカプラ格子の端部の所の出力ポートは、位相
が同じである信号成分、モジューロ２πの供給を受けな
ければならないので、位相制御素子は、π／Ｎの倍数で
ある位相修正を行わなければならない。各段階毎にＮ−
１の次数の位相制御素子のＮ−１の段を持つＮ×Ｎの次
数のスイッチの場合には、２Ｎ（Ｎ−１） 2の潜在的位
相制御設定の全部が可能である。いくつかの連結してい
るＭＭＩカプラ素子の間の相互作用は、このすべての数
を、各入力信号を、一つの別々の出力ラインにスイッチ
ングする解の組に制限する。図７および図８の３×３の
次数のスイッチの場合には、全部で１８の有効なスイッ
チ設定が可能である。そのため、３！、すなわち、６の
一意のスイッチ設定の際に、冗長係数は３となる。
個々の組合せを持つことが分かった。出力スイッチング
を行う場合には、異なる経路を通って、カスケード構成
の格子を通過する各信号の異なる成分は、相互に同じ位
相で指定の出力に到着しなければならない。各ＭＭＩカ
プラは、π／Ｎの倍数の相対位相で、その出力を供給
し、ＭＭＩカプラ格子の端部の所の出力ポートは、位相
が同じである信号成分、モジューロ２πの供給を受けな
ければならないので、位相制御素子は、π／Ｎの倍数で
ある位相修正を行わなければならない。各段階毎にＮ−
１の次数の位相制御素子のＮ−１の段を持つＮ×Ｎの次
数のスイッチの場合には、２Ｎ（Ｎ−１） 2の潜在的位
相制御設定の全部が可能である。いくつかの連結してい
るＭＭＩカプラ素子の間の相互作用は、このすべての数
を、各入力信号を、一つの別々の出力ラインにスイッチ
ングする解の組に制限する。図７および図８の３×３の
次数のスイッチの場合には、全部で１８の有効なスイッ
チ設定が可能である。そのため、３！、すなわち、６の
一意のスイッチ設定の際に、冗長係数は３となる。
【００３０】連結しているＮ×Ｎの次数のＭＭＩカプラ
・スイッチは、Ｎ×Ｎのスイッチング機能のすべてを供
給することができるが、あるスイッチング段階の位相制
御素子と、他の段階の位相制御素子との間に発生する相
互作用が複雑になるとともに、任意の特定のスイッチ構
成を行うために必要な、制御素子の設定の決定のアルゴ
リズムが複雑になり、そのため、実際のデバイス内の位
相制御素子設定を決定する効率的で有効な手段が使えな
くなる。このことは、Ｎ×Ｎのスイッチング構成は、よ
り簡単なものであることが好ましいことを意味する。
・スイッチは、Ｎ×Ｎのスイッチング機能のすべてを供
給することができるが、あるスイッチング段階の位相制
御素子と、他の段階の位相制御素子との間に発生する相
互作用が複雑になるとともに、任意の特定のスイッチ構
成を行うために必要な、制御素子の設定の決定のアルゴ
リズムが複雑になり、そのため、実際のデバイス内の位
相制御素子設定を決定する効率的で有効な手段が使えな
くなる。このことは、Ｎ×Ｎのスイッチング構成は、よ
り簡単なものであることが好ましいことを意味する。
【００３１】III．本発明の光学的空間スイッチ 図９は、一単位ずつ増大するスイッチ寸法のシーケンシ
ャルなシリーズを形成する、接続された一連の光学的ス
イッチ９１（２×２）、９１（３×３）、．．．９１
（Ｎ×Ｎ）を備える本発明の簡単なＮ×Ｎの次数の非ブ
ロッキング光学的スイッチ９０である。非ブロッキング
であるということは、スイッチを適当に設定することに
より、入力信号の出力転送のすべての可能な組合せを行
うことができることを意味する。（図５（ａ）および図
５（ｂ）に示すように）複数の各位相制御素子を含む複
数の光学的経路により相互に接続された一組の多重ポー
ト自己結像多重モード干渉カプラを備えるスイッチ９１
の一つまたはそれ以上、好適には、全部が、図５（ａ）
または図５（ｂ）に示すように、スイッチングされるこ
とが好ましい。第一のスイッチ９１（２×２）は、２×
２の次数のスイッチであり、第二のスイッチは、（３×
３）の次数のスイッチである。スイッチの大きさは、最
後のスイッチがＮ×Ｎの次数になるまで、１単位ずつ増
大する。実際の実施形態の場合には、Ｎは、通常、４に
等しいか４より大きく、好適には、８に等しいか８より
大きいことが好ましい。
ャルなシリーズを形成する、接続された一連の光学的ス
イッチ９１（２×２）、９１（３×３）、．．．９１
（Ｎ×Ｎ）を備える本発明の簡単なＮ×Ｎの次数の非ブ
ロッキング光学的スイッチ９０である。非ブロッキング
であるということは、スイッチを適当に設定することに
より、入力信号の出力転送のすべての可能な組合せを行
うことができることを意味する。（図５（ａ）および図
５（ｂ）に示すように）複数の各位相制御素子を含む複
数の光学的経路により相互に接続された一組の多重ポー
ト自己結像多重モード干渉カプラを備えるスイッチ９１
の一つまたはそれ以上、好適には、全部が、図５（ａ）
または図５（ｂ）に示すように、スイッチングされるこ
とが好ましい。第一のスイッチ９１（２×２）は、２×
２の次数のスイッチであり、第二のスイッチは、（３×
３）の次数のスイッチである。スイッチの大きさは、最
後のスイッチがＮ×Ｎの次数になるまで、１単位ずつ増
大する。実際の実施形態の場合には、Ｎは、通常、４に
等しいか４より大きく、好適には、８に等しいか８より
大きいことが好ましい。
【００３２】図９のスイッチの行動を研究している際
に、本発明者達は下記のことに気がついた。すなわち、
図５に示し、図６で説明したタイプの、３×３の次数の
ＭＭＩカプラが供給する出力転送の組合せを図１０の可
能な転送の組合せの全部の組と検討し、比較した場合、
二つの入力ラインに供給される入力信号を単に交換する
だけで、別の転送の組合せが得られることが分かる。図
１０に上記のことを示すが、この場合、入力ポート１は
固定状態に維持され、その後で、各組合せに対して、入
力ポート２および３が交換される場合が追加される。交
換した組合せはイタリック体で示してある。
に、本発明者達は下記のことに気がついた。すなわち、
図５に示し、図６で説明したタイプの、３×３の次数の
ＭＭＩカプラが供給する出力転送の組合せを図１０の可
能な転送の組合せの全部の組と検討し、比較した場合、
二つの入力ラインに供給される入力信号を単に交換する
だけで、別の転送の組合せが得られることが分かる。図
１０に上記のことを示すが、この場合、入力ポート１は
固定状態に維持され、その後で、各組合せに対して、入
力ポート２および３が交換される場合が追加される。交
換した組合せはイタリック体で示してある。
【００３３】それ故、入力２および３を逆にする場合を
含めることにより、３！のスイッチ状態の完全な組が達
成されることが分かる。コントローラの異なる設定によ
り、３×３の次数の一つの入力が、異なる出力ポートに
転送されるという事実、および上記各設定の場合、ある
固定状態で、他の二つの入力が、残りの二つの出力ポー
トに転送されるという事実を考えれば、このことが不可
避であることを理解することができる。しかし、これら
二つの入力は、３×３の次数の二つの入力ポートに送る
ことができ、その後で、これら二つの入力に対する二つ
の可能な入力転送組合せの両方にアクセスすることがで
きる。
含めることにより、３！のスイッチ状態の完全な組が達
成されることが分かる。コントローラの異なる設定によ
り、３×３の次数の一つの入力が、異なる出力ポートに
転送されるという事実、および上記各設定の場合、ある
固定状態で、他の二つの入力が、残りの二つの出力ポー
トに転送されるという事実を考えれば、このことが不可
避であることを理解することができる。しかし、これら
二つの入力は、３×３の次数の二つの入力ポートに送る
ことができ、その後で、これら二つの入力に対する二つ
の可能な入力転送組合せの両方にアクセスすることがで
きる。
【００３４】図９のように、後に４×４の次数のスイッ
チング段を追加することにより、スイッチ・モジュール
の大きさを４×４に増大した場合にも、同じことがいえ
る。４×４の次数のスイッチング段の、四つの各転送設
定の場合には、一番上の一つの入力信号がある出力に転
送され、その下の残りの三つの入力は、ある指定の方法
で、他の三つの出力に転送される。これら三つの入力
は、すべての可能な組合せで、４×４の次数のスイッチ
ング段の入力に送られるように、再配置することがで
き、その後で、これら三つの入力に対するすべての転送
の可能性を達成することができ、４×４の次数のスイッ
チ全体の四つの入力のすべての転送組合せにアクセスす
ることができる。下の三つの入力の上記組合せは、今説
明したように、２×２の次数および３×３の次数のスイ
ッチング段のカスケードにより供給される。
チング段を追加することにより、スイッチ・モジュール
の大きさを４×４に増大した場合にも、同じことがいえ
る。４×４の次数のスイッチング段の、四つの各転送設
定の場合には、一番上の一つの入力信号がある出力に転
送され、その下の残りの三つの入力は、ある指定の方法
で、他の三つの出力に転送される。これら三つの入力
は、すべての可能な組合せで、４×４の次数のスイッチ
ング段の入力に送られるように、再配置することがで
き、その後で、これら三つの入力に対するすべての転送
の可能性を達成することができ、４×４の次数のスイッ
チ全体の四つの入力のすべての転送組合せにアクセスす
ることができる。下の三つの入力の上記組合せは、今説
明したように、２×２の次数および３×３の次数のスイ
ッチング段のカスケードにより供給される。
【００３５】図１１（Ａ）は、２×２および３×３の次
数のスイッチング素子のカスケードを備える、完全に構
成可能な３×３の次数のスイッチを詳細に示し、図１１
（Ｂ）は、上記の２×２、３×３および４×４の次数の
素子のカスケードを備える、完全に構成可能な４×４の
次数のスイッチである。
数のスイッチング素子のカスケードを備える、完全に構
成可能な３×３の次数のスイッチを詳細に示し、図１１
（Ｂ）は、上記の２×２、３×３および４×４の次数の
素子のカスケードを備える、完全に構成可能な４×４の
次数のスイッチである。
【００３６】このようにして、図５のタイプのＮ−１の
次数のスイッチング素子をカスケード接続することによ
り、Ｎ×Ｎの次数の非ブロッキング・スイッチを実行す
ることができる。この場合、スイッチング素子の次数
は、図９に示すように、２×２から（Ｎ−１）×（Ｎ−
１）に増大する。
次数のスイッチング素子をカスケード接続することによ
り、Ｎ×Ｎの次数の非ブロッキング・スイッチを実行す
ることができる。この場合、スイッチング素子の次数
は、図９に示すように、２×２から（Ｎ−１）×（Ｎ−
１）に増大する。
【００３７】この増大するカスケード・スイッチ・アー
キテクチャが必要とする位相制御素子の数は、Ｎ（Ｎ−
１）／２であることが分かる。それ故、（相対位相だけ
が重要であり、そのため、一つの接続リンクは、制御素
子を持つ必要がないという事実を認識して）各Ｎ×Ｎの
段で使用されるＮ−１の次数の素子の場合には、１６×
１６の次数のスイッチ、丁度１２０の制御素子が必要に
なる。この数は、図７の格子スイッチ装置が必要とする
（Ｎ−１）2、すなわち、２２５の制御、およびゴーの
スイッチのような、マトリックス・スイッチが必要とす
るＮ2、すなわち、２５６の制御よりかなり少ない。
キテクチャが必要とする位相制御素子の数は、Ｎ（Ｎ−
１）／２であることが分かる。それ故、（相対位相だけ
が重要であり、そのため、一つの接続リンクは、制御素
子を持つ必要がないという事実を認識して）各Ｎ×Ｎの
段で使用されるＮ−１の次数の素子の場合には、１６×
１６の次数のスイッチ、丁度１２０の制御素子が必要に
なる。この数は、図７の格子スイッチ装置が必要とする
（Ｎ−１）2、すなわち、２２５の制御、およびゴーの
スイッチのような、マトリックス・スイッチが必要とす
るＮ2、すなわち、２５６の制御よりかなり少ない。
【００３８】図１２は、図１１の３×３の次数の非ブロ
ッキング・スイッチに対するスイッチング表である。こ
の表は、図１０の表を拡張したものであり、図１１の装
置に示す、３×３の次数のスイッチング段への入力２お
よび３の反対の動作を行う２×２の次数のスイッチング
段の制御素子の位相設定をハッキリと示す。図１２を見
れば、対称にしなければならないという事情が、位相制
御素子が使用する組合せ状態の数を制限していることが
分かる。これらは、カスケード内の個々の位相素子の許
容できる状態を決定する同じ対称についての考慮であ
る。図示の場合には、３×３素子の次数の位相制御素子
が使用する三つの異なる状態があり、３！のスイッチ状
態に対する、２×２の次数の素子が使用する二つの状態
がある。実際には、電気制御回路の場合は、個々の各位
相制御素子を別々に設定するのではなく、すでに選択し
たスイッチ状態に従って、位相コントローラの組合せを
設定することができる。３×３の次数のスイッチの上記
例の場合には、これは３×３の段に対する三つの制御設
定、および２×２段の二つの設定に対応する。それ故、
全体で３×３のスイッチの６の転送設定に対応して、全
体で２×３、すなわち、６の制御設定が必要である。
ッキング・スイッチに対するスイッチング表である。こ
の表は、図１０の表を拡張したものであり、図１１の装
置に示す、３×３の次数のスイッチング段への入力２お
よび３の反対の動作を行う２×２の次数のスイッチング
段の制御素子の位相設定をハッキリと示す。図１２を見
れば、対称にしなければならないという事情が、位相制
御素子が使用する組合せ状態の数を制限していることが
分かる。これらは、カスケード内の個々の位相素子の許
容できる状態を決定する同じ対称についての考慮であ
る。図示の場合には、３×３素子の次数の位相制御素子
が使用する三つの異なる状態があり、３！のスイッチ状
態に対する、２×２の次数の素子が使用する二つの状態
がある。実際には、電気制御回路の場合は、個々の各位
相制御素子を別々に設定するのではなく、すでに選択し
たスイッチ状態に従って、位相コントローラの組合せを
設定することができる。３×３の次数のスイッチの上記
例の場合には、これは３×３の段に対する三つの制御設
定、および２×２段の二つの設定に対応する。それ故、
全体で３×３のスイッチの６の転送設定に対応して、全
体で２×３、すなわち、６の制御設定が必要である。
【００３９】実際には、スイッチ・ファブリックの位相
制御素子は、その動作特性を予め知ることができるほど
に十分な精度で製造されない。その性能は、スイッチ・
モジュール全体の行動から推定して、形成後に決定しな
ければならない。図７の格子スイッチの場合には、（ま
たは、一般的にいって、個々のスイッチング素子へアク
セスすることができない複雑なマトリックス・スイッチ
の場合には）、各段の制御素子の間の相互作用が複雑
で、任意の所与の制御素子の個々の特性は、完全なスイ
ッチ・ファブリックの全体の性能から、強制的で不透明
な方法で、抽出しなければならない。純然たる対比の場
合、図９の装置の個々のスイッチ素子の性能は、一番上
の一つの入力ポートに送られた信号の転送行動をチェッ
クすることにより、相互に別々にチェックすることがで
きる。個々の各スイッチ素子は、簡単に外部からチェッ
クすることができ、Ｎ×Ｎの次数のスイッチ全体の制御
素子は、簡単なアルゴリズムにより設定することができ
る。
制御素子は、その動作特性を予め知ることができるほど
に十分な精度で製造されない。その性能は、スイッチ・
モジュール全体の行動から推定して、形成後に決定しな
ければならない。図７の格子スイッチの場合には、（ま
たは、一般的にいって、個々のスイッチング素子へアク
セスすることができない複雑なマトリックス・スイッチ
の場合には）、各段の制御素子の間の相互作用が複雑
で、任意の所与の制御素子の個々の特性は、完全なスイ
ッチ・ファブリックの全体の性能から、強制的で不透明
な方法で、抽出しなければならない。純然たる対比の場
合、図９の装置の個々のスイッチ素子の性能は、一番上
の一つの入力ポートに送られた信号の転送行動をチェッ
クすることにより、相互に別々にチェックすることがで
きる。個々の各スイッチ素子は、簡単に外部からチェッ
クすることができ、Ｎ×Ｎの次数のスイッチ全体の制御
素子は、簡単なアルゴリズムにより設定することができ
る。
【００４０】簡単な設定手順は、入力２から入力Ｎに入
力を供給しないで、入力１に信号を送ることからスター
トする。その後で、最後のＮ×Ｎの次数のスイッチ素子
の制御素子が構成され、その結果、入力信号をそのＮ個
の各出力ポートに転送することができる。Ｎ個の出力に
入力信号を順次転送することによって、スイッチのＮ−
１番目の段の、このＮ×Ｎの次数のＭＭＩをベースとす
るスイッチ素子の、Ｎ−１の次数の個々の制御素子をそ
の最適な数値にすることができる。この最後のスイッチ
素子上の制御素子を最適化した状態で、入力ライン１上
の入力信号を除去して、入力ライン２上の信号により置
き換えることができる。この信号は（Ｎ−１）×（Ｎ−
１）の次数のスイッチ素子に直接送られ、その後で最後
のＮ×Ｎの次数のスイッチ素子を通る。最後のＮ×Ｎの
次数のスイッチ素子の制御素子を最適化し、既知の状態
に設定した状態で、（Ｎ−１）×（Ｎ−１）の次数のス
イッチ上の制御素子を、そのスイッチの転送状態を通し
て最適化することができる。この（Ｎ−１）×（Ｎ−
１）の次数のスイッチング段の制御素子が最適化される
と、（Ｎ−２）×（Ｎ−２）の次数のスイッチの制御素
子を最適化することができる。２×２の次数のスイッチ
のソラトリ（ｓｏｌａｔｏｒｙ）制御素子が最適化され
るまで、同じ動作が反復して行われる。このようにし
て、完全に非ブロッキングなＮ×Ｎの次数のスイッチ
の、すべてのＮ（Ｎ−１）／２を容易に最適化すること
ができる。
力を供給しないで、入力１に信号を送ることからスター
トする。その後で、最後のＮ×Ｎの次数のスイッチ素子
の制御素子が構成され、その結果、入力信号をそのＮ個
の各出力ポートに転送することができる。Ｎ個の出力に
入力信号を順次転送することによって、スイッチのＮ−
１番目の段の、このＮ×Ｎの次数のＭＭＩをベースとす
るスイッチ素子の、Ｎ−１の次数の個々の制御素子をそ
の最適な数値にすることができる。この最後のスイッチ
素子上の制御素子を最適化した状態で、入力ライン１上
の入力信号を除去して、入力ライン２上の信号により置
き換えることができる。この信号は（Ｎ−１）×（Ｎ−
１）の次数のスイッチ素子に直接送られ、その後で最後
のＮ×Ｎの次数のスイッチ素子を通る。最後のＮ×Ｎの
次数のスイッチ素子の制御素子を最適化し、既知の状態
に設定した状態で、（Ｎ−１）×（Ｎ−１）の次数のス
イッチ上の制御素子を、そのスイッチの転送状態を通し
て最適化することができる。この（Ｎ−１）×（Ｎ−
１）の次数のスイッチング段の制御素子が最適化される
と、（Ｎ−２）×（Ｎ−２）の次数のスイッチの制御素
子を最適化することができる。２×２の次数のスイッチ
のソラトリ（ｓｏｌａｔｏｒｙ）制御素子が最適化され
るまで、同じ動作が反復して行われる。このようにし
て、完全に非ブロッキングなＮ×Ｎの次数のスイッチ
の、すべてのＮ（Ｎ−１）／２を容易に最適化すること
ができる。
【００４１】導波管の交点では、何時でも、送信された
信号電力の中の一部の損失が起こり、また、光の一部が
一つの経路からの他の経路に漏洩すると、ある程度のク
ロストークが起こる。導波管の交点は、また屈曲に関連
する損失を引き起こさないで、転送をするために、導波
管を大きな半径で曲げなければならないので、かなりの
デバイス面積を必要とする。それ故、スイッチ素子の導
波管の交点は、そうすることができる場合には、できる
だけ小さくしなければならない。非ブロッキングのＮ×
Ｎの次数の転送スイッチの開示の実施形態は、従来のＮ
×Ｎの次数のスイッチング素子とは反対に、導波管の交
点を全然持っていないので、非常に有利である。
信号電力の中の一部の損失が起こり、また、光の一部が
一つの経路からの他の経路に漏洩すると、ある程度のク
ロストークが起こる。導波管の交点は、また屈曲に関連
する損失を引き起こさないで、転送をするために、導波
管を大きな半径で曲げなければならないので、かなりの
デバイス面積を必要とする。それ故、スイッチ素子の導
波管の交点は、そうすることができる場合には、できる
だけ小さくしなければならない。非ブロッキングのＮ×
Ｎの次数の転送スイッチの開示の実施形態は、従来のＮ
×Ｎの次数のスイッチング素子とは反対に、導波管の交
点を全然持っていないので、非常に有利である。
【００４２】隣接するスイッチの多重モード干渉領域
は、接続のための光学的導波管経路を中間に使用しない
で、一緒に結合することができることが分かる。そのた
め、デバイスの構造がさらに小型になり、光学的挿入損
失が少なくなるという利点も生じる。図１３は、３×３
の次数のスイッチ用の上記装置を示す。一緒に結合して
いるスラブ領域１３０は、２×２の次数のスイッチの１
０Ｂカプラ、および３×３の次数のスイッチの１０Ａカ
プラの代わりをするものである。
は、接続のための光学的導波管経路を中間に使用しない
で、一緒に結合することができることが分かる。そのた
め、デバイスの構造がさらに小型になり、光学的挿入損
失が少なくなるという利点も生じる。図１３は、３×３
の次数のスイッチ用の上記装置を示す。一緒に結合して
いるスラブ領域１３０は、２×２の次数のスイッチの１
０Ｂカプラ、および３×３の次数のスイッチの１０Ａカ
プラの代わりをするものである。
【００４３】クロストークを低減するためには、前の光
学的スイッチング・ユニットから散乱した迷光を捕捉
し、完全に除去するために、シーケンシャルなスイッチ
ング素子の間に、光学的な吸収マトリックス分散構造体
を意図的に導入することが有利であることが分かる。上
記の吸収構造体または分散構造体は、適当にデポジッ
ト、または成長した材料、またはエッチングのような、
適当な製造プロセスにより形成された小さな反射面を導
入することにより、供給することができる。上記構造体
は、相互に接続している光学的経路から光学的に離れて
いるが、迷光が、後に設置してある多重モード・カプラ
領域に入り込むのをほぼ阻止するように設置される。図
１４は、実施可能な装置を示す。この図の場合には、吸
収構造体１４０は、連続しているカスケード状のスイッ
チ９１の間に有利に配置されている。
学的スイッチング・ユニットから散乱した迷光を捕捉
し、完全に除去するために、シーケンシャルなスイッチ
ング素子の間に、光学的な吸収マトリックス分散構造体
を意図的に導入することが有利であることが分かる。上
記の吸収構造体または分散構造体は、適当にデポジッ
ト、または成長した材料、またはエッチングのような、
適当な製造プロセスにより形成された小さな反射面を導
入することにより、供給することができる。上記構造体
は、相互に接続している光学的経路から光学的に離れて
いるが、迷光が、後に設置してある多重モード・カプラ
領域に入り込むのをほぼ阻止するように設置される。図
１４は、実施可能な装置を示す。この図の場合には、吸
収構造体１４０は、連続しているカスケード状のスイッ
チ９１の間に有利に配置されている。
【００４４】シリカの平面導波管［参考文献１］、イオ
ン交換ガラス、および誘電導波管［参考文献２］または
半導体をベースとする導波管［参考文献３］のような任
意の便利な平面導波管材料システムを使用することがで
きる。
ン交換ガラス、および誘電導波管［参考文献２］または
半導体をベースとする導波管［参考文献３］のような任
意の便利な平面導波管材料システムを使用することがで
きる。
【００４５】多重ポート・カプラを接続している素子上
で、位相制御を行う手段としては、種々のものがあり、
使用する導波管材料システムにより異なる。半導体をベ
ースとする導波管の場合には、光学的位相制御は、半導
体帯域の縁部の電圧による移動、または接続導波管の一
部へのキャリヤ注入（または、空乏）により行うことが
できる。ニオブ酸リチウムのような誘電導波管の場合に
は、導波管位相制御部分の屈折率を変化させるために供
給電圧を使用することができる。シリカをベースとする
導波管の場合には、熱光学的加熱が使用される。この場
合には、導波管位相制御部分が加熱され、導波管の屈折
率の結果としての変化により、光学的位相の変化が起こ
る。この発明は、任意の特定の平面導波管材料システム
に制限されるものではなく、多重ポート・カプラを接続
している導波管内で位相制御を行う、任意の特定の手段
に制限されるものでもないことを理解されたい。
で、位相制御を行う手段としては、種々のものがあり、
使用する導波管材料システムにより異なる。半導体をベ
ースとする導波管の場合には、光学的位相制御は、半導
体帯域の縁部の電圧による移動、または接続導波管の一
部へのキャリヤ注入（または、空乏）により行うことが
できる。ニオブ酸リチウムのような誘電導波管の場合に
は、導波管位相制御部分の屈折率を変化させるために供
給電圧を使用することができる。シリカをベースとする
導波管の場合には、熱光学的加熱が使用される。この場
合には、導波管位相制御部分が加熱され、導波管の屈折
率の結果としての変化により、光学的位相の変化が起こ
る。この発明は、任意の特定の平面導波管材料システム
に制限されるものではなく、多重ポート・カプラを接続
している導波管内で位相制御を行う、任意の特定の手段
に制限されるものでもないことを理解されたい。
【００４６】本発明を、その平面の実施形態を参照しな
がら説明してきたが、本発明は、多重層平面導波管デバ
イス、または溶融ファイバ・デバイス、またはバルク光
学的デバイスが供給することができるような三次元シス
テムでの実施形態も含むことを理解されたい。
がら説明してきたが、本発明は、多重層平面導波管デバ
イス、または溶融ファイバ・デバイス、またはバルク光
学的デバイスが供給することができるような三次元シス
テムでの実施形態も含むことを理解されたい。
【００４７】本発明は、本明細書に記載する基本的スイ
ッチ素子の通常の使用による相互接続により形成される
すべての「高次」の空間スイッチ・アーキテクチャを含
むことを理解されたい。
ッチ素子の通常の使用による相互接続により形成される
すべての「高次」の空間スイッチ・アーキテクチャを含
むことを理解されたい。
【００４８】今まで詳細に説明してきた空間スイッチン
グ機能の他に、光学的波長の予め定めた倍数により変化
させるためのスイッチを備える、リンクされているＭＭ
Ｉカプラの間の相互接続の光学的経路の長さを変化させ
ることにより、上記スイッチの送信機能を波長により変
化するようにすることができる。そうすることにより、
波長選択素子を供給し、上記のように［参考文献１８、
１９、２０、２１］、波長分割マルチプレクサを形成す
る。スイッチング機能を導入することにより、合成波長
および空間スイッチが形成される。波長分割および空間
分割スイッチング機能を供給するために、スイッチング
・ファブリックを形成することができる。上記スイッチ
・アーキテクチャは、高次の空間スイッチの一部、時間
領域および波長領域内でも、スイッチングを行うその実
行構成部材を含むことができるスイッチを形成すること
ができる。
グ機能の他に、光学的波長の予め定めた倍数により変化
させるためのスイッチを備える、リンクされているＭＭ
Ｉカプラの間の相互接続の光学的経路の長さを変化させ
ることにより、上記スイッチの送信機能を波長により変
化するようにすることができる。そうすることにより、
波長選択素子を供給し、上記のように［参考文献１８、
１９、２０、２１］、波長分割マルチプレクサを形成す
る。スイッチング機能を導入することにより、合成波長
および空間スイッチが形成される。波長分割および空間
分割スイッチング機能を供給するために、スイッチング
・ファブリックを形成することができる。上記スイッチ
・アーキテクチャは、高次の空間スイッチの一部、時間
領域および波長領域内でも、スイッチングを行うその実
行構成部材を含むことができるスイッチを形成すること
ができる。
【００４９】＜参考文献＞ １．１９９７年、アカデミック・プレス社発行の、Ｉ．
Ｐ．カミノフおよびＴ．Ｌ．コッホ編集の、「光ファイ
バ無線通信IIIＢ」の第８章、Ｙ．Ｐ．リーおよびＣ．
Ｈ．ヘンリー著の「シリコン光学的ベンチ導波管技術」 ２．１９９７年、アカデミック・プレス社発行の、Ｉ．
Ｐ．カミノフおよびＴ．Ｌ．コッホ編集の、「光ファイ
バ無線通信IIIＢ」の第９章、Ｆ．ハインズマン、Ｓ．
Ｋ．コロトキおよびＪ．Ｊ．バセルカ著の「ニオブ酸リ
チウム集積光学」 ３．１９９５年、アカデミック・プレス社発行の、Ｍ．
ダジェナイス、Ｒ．Ｆ．レヘンリーおよびＪ．クロー編
集の、「集積オプトエレクトロニクス」掲載の、Ｔ．
Ｌ．コッホおよびＵ．コレン著の「光子集積回路」 ４．１９９３年、アカデミック・プレス社発行の、Ｊ．
Ｅ．ミドウンタ編集の、「スイッチングの際のフォトニ
クス、II巻：システム」の第３章、Ｈ．Ｓ．ヒントン、
Ｊ．Ｒ．エリクソン、Ｔ．Ｊ．クローナンおよびＧ．
Ｗ．リチャーズ著の「空間分割スイッチング」 ５．１９９７年、アジソン−ウズリ社発行の、Ｓ．ケシ
ャフの「コンピュータ・ネットワーク形成への工学的ア
プローチ」の第８章、「スイッチング」 ６．１９９８年、Ｒ．ラマスワミおよびＫ．Ｎ．シバラ
ジャン、モーガン・カウフマン著の「光学的ネットワー
ク形成」 ７．１９９６年、「ジャーナル・オブ・光波技術」１４
号、３５２−３５８ページ掲載の、Ｅ．Ｊ．マーフィ、
Ｔ．Ｏ．マーフィ、Ａ．Ｆ．アムブローズ、Ｒ．Ｗ．ア
ービン、Ｂ．Ｈ．リー、Ｐ．ペン、Ｇ．Ｗ．リチャーズ
およびＡ．ヨリンクス著の「１６×１６ストラクトリ・
非ブロッキング導波光学的スイッチング・システム」 ８．１９９８年、「フォトニクス技術レター」掲載の、
Ｔ．ゴ、Ｍ．ヤス、Ｋ．服部、Ａ．姫野、Ｍ．奥野およ
びＹ．大森著の「低損失および高消光比のシリカをベー
スとする高度に非ブロッキングな１６×１６熱光学的マ
トリックス・スイッチ」 ９．１９７５年、「光学的通信」１３号、２５９−２６
４ページ掲載の、Ｒ．ウルリッチ著の「光学的導波管内
での位相の一致による結像」 １０．１９９２年、「ジャーナル・オブ・光波技術」１
０号、１８４３−５０ページ掲載の、Ｌ．ソルダノ、
Ｆ．Ｂ．ビールマン、Ｍ．Ｋ．シュミット、Ｂ．Ｈ．バ
ビーク、Ａ．Ｈ．ヅボストおよびＥ．Ｃ．Ｍ．ペニング
著の「多重モード干渉に基づく平面単一モード光学的カ
プラ」 １１．１９９５年、「ジャーナル・オブ・光波技術」１
３号、６１５−６２７ページ掲載の、Ｌ．ソルダノおよ
びＥ．ペニングス著の「自己結像に基づく光学的多重モ
ード干渉デバイス：原理と応用」 １２．１９９４年、「応用光学」３３号、３９０５−３
９１１ページ掲載の、Ｍ．バックマン、Ｐ．Ａ．ベッセ
およびＨ．メルチオ著の「位相関係を含むＮ×Ｎ多重モ
ード干渉カプラの一般的な自己結像特性」 １３．１９９４年、「ジャーナル・オブ・光波技術」１
２号、１００４−９ページ掲載の、Ｐ．Ａ．ベッセ、
Ｍ．バックマン、Ｈ．メルチオ、Ｌ．Ｂ．ソルダノ、お
よびＭ．Ｋ．シュミット著の「光学的帯域幅および多重
モード干渉カプラの製造」 １４．１９９１年、「応用物理学レター」５９号、１９
２６−２８ページ掲載の、Ｅ．Ｃ．Ｍ．ペニングス、
Ｒ．Ｊ．デン、Ａ．シェレー、Ｒ．バット、Ｔ．Ｒ．ヘ
イズ、Ｎ．Ｃ．アンドレアダキス、Ｍ．Ｋ．シュミッ
ト、Ｌ．Ｂ．ソルダノ、およびＲ．Ｊ．ホーキンズ著の
「多重モード干渉による自己結像に基づくＩｎＰ上の非
常に小型で低損失の指向性カプラ」 １５．１９９２年、「応用物理学レター」６１号、１７
５４−５６ページ掲載の、Ｒ．Ｍ．ジェンキンズ、Ｊ．
Ｍ．ヒートン、Ｄ．Ｒ．ウイト、Ｊ．Ｔ．パーカ、Ｊ．
Ｃ．Ｈ．バーベック、およびＫ．Ｐ．ヒルトン著の「Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓでの、対称モード混合を使用する
新規な１対Ｎ法集積光学的ビーム分割装置」 １６．１９９４年、「応用物理学レター」６４号、６８
４−６ページ掲載の、Ｒ．Ｍ．ジェンキンズ、Ｊ．Ｍ．
ヒートン、Ｄ．Ｒ．ウイト、Ｊ．Ｔ．パーカ、Ｊ．Ｃ．
Ｈ．バーベック、Ｇ．Ｗ．スミス、およびＫ．Ｐ．ヒル
トン著の「自己結像単一モードＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
導波管を使用する新規な１×ＮおよびＮ×Ｎ集積光学的
スイッチ」 １７．１９９４年、光学的通信に関するヨーロッパ会
議、ＥＣＯＣの議事録、５１９−５２２ページ掲載の、
Ｍ．バックマン、Ｃｈ．ナドラ、Ｐ．Ａ．ベッセ、およ
びＨ．メルチオ著の「ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの、小型
の偏光多重脚の１×４マッハ・ツェンダー・スイッチ」 １８．１９９４年、イタリアのジェノヴァでの集積光学
に関するヨーロッパ会議、ＥＣＩＯ’９４の議事録、２
７５−８ページ掲載の、Ｃ．ヴァン・ダム、Ｍ．Ｒ．ア
マースフールト、Ｇ．Ｍ．テン・ケイト、Ｆ．Ｐ．Ｇ．
Ｍ．ヴァン・ハム、Ｍ．Ｋ．シュミット、Ｐ．Ａ．ベッ
セ、Ｍ．バックマン、およびＨ．メルチオ著の「一般化
したＭＭＩ−ＭＺＩ構成を使用する新規なＩｎＰをベー
スとする位相アレー波長デマルチプレクサ」 １９．１９９５年、「フォトニクス技術レター」７号、
１０３４−３６ページ掲載の、リュースチュンおよび
Ａ．スドボ著の「多重モード干渉カプラに基づく８チャ
ネル波長分割マルチプレクサ」 ２０．１９９５年、「光学および量子エレクトロニク
ス」２７号、９０９−９２０ページ掲載の、バッチマ
ン、Ｐ．Ａ．ベッセ、Ｃｈ．ナドラ、およびＨ．メルチ
オ著の「多重モード干渉カプラに基づく多重脚のマッハ
・ツェンダー干渉計の集積プリズム解釈」 ２１．１９９７年、「応用光学」３６号、５０９７−５
１０８ページ掲載の、Ｍ．Ｒ．パイアムおよびＲ．Ｉ．
マクドナルド著の「多重モード干渉カプラを使用する位
相アレー波長分割マルチプレクサの設計」
Ｐ．カミノフおよびＴ．Ｌ．コッホ編集の、「光ファイ
バ無線通信IIIＢ」の第８章、Ｙ．Ｐ．リーおよびＣ．
Ｈ．ヘンリー著の「シリコン光学的ベンチ導波管技術」 ２．１９９７年、アカデミック・プレス社発行の、Ｉ．
Ｐ．カミノフおよびＴ．Ｌ．コッホ編集の、「光ファイ
バ無線通信IIIＢ」の第９章、Ｆ．ハインズマン、Ｓ．
Ｋ．コロトキおよびＪ．Ｊ．バセルカ著の「ニオブ酸リ
チウム集積光学」 ３．１９９５年、アカデミック・プレス社発行の、Ｍ．
ダジェナイス、Ｒ．Ｆ．レヘンリーおよびＪ．クロー編
集の、「集積オプトエレクトロニクス」掲載の、Ｔ．
Ｌ．コッホおよびＵ．コレン著の「光子集積回路」 ４．１９９３年、アカデミック・プレス社発行の、Ｊ．
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クス、II巻：システム」の第３章、Ｈ．Ｓ．ヒントン、
Ｊ．Ｒ．エリクソン、Ｔ．Ｊ．クローナンおよびＧ．
Ｗ．リチャーズ著の「空間分割スイッチング」 ５．１９９７年、アジソン−ウズリ社発行の、Ｓ．ケシ
ャフの「コンピュータ・ネットワーク形成への工学的ア
プローチ」の第８章、「スイッチング」 ６．１９９８年、Ｒ．ラマスワミおよびＫ．Ｎ．シバラ
ジャン、モーガン・カウフマン著の「光学的ネットワー
ク形成」 ７．１９９６年、「ジャーナル・オブ・光波技術」１４
号、３５２−３５８ページ掲載の、Ｅ．Ｊ．マーフィ、
Ｔ．Ｏ．マーフィ、Ａ．Ｆ．アムブローズ、Ｒ．Ｗ．ア
ービン、Ｂ．Ｈ．リー、Ｐ．ペン、Ｇ．Ｗ．リチャーズ
およびＡ．ヨリンクス著の「１６×１６ストラクトリ・
非ブロッキング導波光学的スイッチング・システム」 ８．１９９８年、「フォトニクス技術レター」掲載の、
Ｔ．ゴ、Ｍ．ヤス、Ｋ．服部、Ａ．姫野、Ｍ．奥野およ
びＹ．大森著の「低損失および高消光比のシリカをベー
スとする高度に非ブロッキングな１６×１６熱光学的マ
トリックス・スイッチ」 ９．１９７５年、「光学的通信」１３号、２５９−２６
４ページ掲載の、Ｒ．ウルリッチ著の「光学的導波管内
での位相の一致による結像」 １０．１９９２年、「ジャーナル・オブ・光波技術」１
０号、１８４３−５０ページ掲載の、Ｌ．ソルダノ、
Ｆ．Ｂ．ビールマン、Ｍ．Ｋ．シュミット、Ｂ．Ｈ．バ
ビーク、Ａ．Ｈ．ヅボストおよびＥ．Ｃ．Ｍ．ペニング
著の「多重モード干渉に基づく平面単一モード光学的カ
プラ」 １１．１９９５年、「ジャーナル・オブ・光波技術」１
３号、６１５−６２７ページ掲載の、Ｌ．ソルダノおよ
びＥ．ペニングス著の「自己結像に基づく光学的多重モ
ード干渉デバイス：原理と応用」 １２．１９９４年、「応用光学」３３号、３９０５−３
９１１ページ掲載の、Ｍ．バックマン、Ｐ．Ａ．ベッセ
およびＨ．メルチオ著の「位相関係を含むＮ×Ｎ多重モ
ード干渉カプラの一般的な自己結像特性」 １３．１９９４年、「ジャーナル・オブ・光波技術」１
２号、１００４−９ページ掲載の、Ｐ．Ａ．ベッセ、
Ｍ．バックマン、Ｈ．メルチオ、Ｌ．Ｂ．ソルダノ、お
よびＭ．Ｋ．シュミット著の「光学的帯域幅および多重
モード干渉カプラの製造」 １４．１９９１年、「応用物理学レター」５９号、１９
２６−２８ページ掲載の、Ｅ．Ｃ．Ｍ．ペニングス、
Ｒ．Ｊ．デン、Ａ．シェレー、Ｒ．バット、Ｔ．Ｒ．ヘ
イズ、Ｎ．Ｃ．アンドレアダキス、Ｍ．Ｋ．シュミッ
ト、Ｌ．Ｂ．ソルダノ、およびＲ．Ｊ．ホーキンズ著の
「多重モード干渉による自己結像に基づくＩｎＰ上の非
常に小型で低損失の指向性カプラ」 １５．１９９２年、「応用物理学レター」６１号、１７
５４−５６ページ掲載の、Ｒ．Ｍ．ジェンキンズ、Ｊ．
Ｍ．ヒートン、Ｄ．Ｒ．ウイト、Ｊ．Ｔ．パーカ、Ｊ．
Ｃ．Ｈ．バーベック、およびＫ．Ｐ．ヒルトン著の「Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓでの、対称モード混合を使用する
新規な１対Ｎ法集積光学的ビーム分割装置」 １６．１９９４年、「応用物理学レター」６４号、６８
４−６ページ掲載の、Ｒ．Ｍ．ジェンキンズ、Ｊ．Ｍ．
ヒートン、Ｄ．Ｒ．ウイト、Ｊ．Ｔ．パーカ、Ｊ．Ｃ．
Ｈ．バーベック、Ｇ．Ｗ．スミス、およびＫ．Ｐ．ヒル
トン著の「自己結像単一モードＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
導波管を使用する新規な１×ＮおよびＮ×Ｎ集積光学的
スイッチ」 １７．１９９４年、光学的通信に関するヨーロッパ会
議、ＥＣＯＣの議事録、５１９−５２２ページ掲載の、
Ｍ．バックマン、Ｃｈ．ナドラ、Ｐ．Ａ．ベッセ、およ
びＨ．メルチオ著の「ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの、小型
の偏光多重脚の１×４マッハ・ツェンダー・スイッチ」 １８．１９９４年、イタリアのジェノヴァでの集積光学
に関するヨーロッパ会議、ＥＣＩＯ’９４の議事録、２
７５−８ページ掲載の、Ｃ．ヴァン・ダム、Ｍ．Ｒ．ア
マースフールト、Ｇ．Ｍ．テン・ケイト、Ｆ．Ｐ．Ｇ．
Ｍ．ヴァン・ハム、Ｍ．Ｋ．シュミット、Ｐ．Ａ．ベッ
セ、Ｍ．バックマン、およびＨ．メルチオ著の「一般化
したＭＭＩ−ＭＺＩ構成を使用する新規なＩｎＰをベー
スとする位相アレー波長デマルチプレクサ」 １９．１９９５年、「フォトニクス技術レター」７号、
１０３４−３６ページ掲載の、リュースチュンおよび
Ａ．スドボ著の「多重モード干渉カプラに基づく８チャ
ネル波長分割マルチプレクサ」 ２０．１９９５年、「光学および量子エレクトロニク
ス」２７号、９０９−９２０ページ掲載の、バッチマ
ン、Ｐ．Ａ．ベッセ、Ｃｈ．ナドラ、およびＨ．メルチ
オ著の「多重モード干渉カプラに基づく多重脚のマッハ
・ツェンダー干渉計の集積プリズム解釈」 ２１．１９９７年、「応用光学」３６号、５０９７−５
１０８ページ掲載の、Ｍ．Ｒ．パイアムおよびＲ．Ｉ．
マクドナルド著の「多重モード干渉カプラを使用する位
相アレー波長分割マルチプレクサの設計」
【図１】本発明の光学的スイッチで構成部材として使用
される従来のＮ×Ｎの次数のＭＭＩカプラの性質と動作
を示す図である。
される従来のＮ×Ｎの次数のＭＭＩカプラの性質と動作
を示す図である。
【図２】本発明の光学的スイッチで構成部材として使用
される従来のＮ×Ｎの次数のＭＭＩカプラの性質と動作
を示す図である。
される従来のＮ×Ｎの次数のＭＭＩカプラの性質と動作
を示す図である。
【図３】本発明の光学的スイッチで構成部材として使用
される従来のＮ×Ｎの次数のＭＭＩカプラの性質と動作
を示す図である。
される従来のＮ×Ｎの次数のＭＭＩカプラの性質と動作
を示す図である。
【図４】本発明の光学的スイッチで構成部材として使用
される従来のＮ×Ｎの次数のＭＭＩカプラの性質と動作
を示す図である。
される従来のＮ×Ｎの次数のＭＭＩカプラの性質と動作
を示す図である。
【図５】Ａは、本発明の光学的スイッチで構成部材とし
て使用される従来の光学的スイッチの性質と動作を示す
図である。Ｂは、本発明の光学的スイッチで構成部材と
して使用される従来の光学的スイッチの性質と動作を示
す図である。
て使用される従来の光学的スイッチの性質と動作を示す
図である。Ｂは、本発明の光学的スイッチで構成部材と
して使用される従来の光学的スイッチの性質と動作を示
す図である。
【図６】本発明の光学的スイッチで構成部材として使用
される従来の光学的スイッチの性質と動作を示す図であ
る。
される従来の光学的スイッチの性質と動作を示す図であ
る。
【図７】本発明の光学的スイッチで構成部材として使用
される従来の光学的スイッチの性質と動作を示す図であ
る。
される従来の光学的スイッチの性質と動作を示す図であ
る。
【図８】本発明の光学的スイッチで構成部材として使用
される従来の光学的スイッチの性質と動作を示す図であ
る。
される従来の光学的スイッチの性質と動作を示す図であ
る。
【図９】本発明の空間分割光学的スイッチを示す図であ
る。
る。
【図１０】図９のスイッチの出力スイッチ状態の図表で
ある。
ある。
【図１１】Ａは、図９のスイッチの例示としての実施形
態を示す図である。Ｂは、図９のスイッチの例示として
の実施形態を示す図である。
態を示す図である。Ｂは、図９のスイッチの例示として
の実施形態を示す図である。
【図１２】図１１Ａおよび図１１Ｂの実施形態用のスイ
ッチング図表である。
ッチング図表である。
【図１３】隣接する多重モード干渉領域が一緒に結合し
ている光学的スイッチの他の実施形態を示す図である。
ている光学的スイッチの他の実施形態を示す図である。
【図１４】迷光を捕捉し、吸収するための光学的吸収領
域を含む光学的スイッチの他の実施形態を示す図であ
る。
域を含む光学的スイッチの他の実施形態を示す図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジュリアン ベルナルド ドナルド スー ル アメリカ合衆国 08837 ニュージャーシ ィ，エジソン，パークウッド コート ５
Claims (16)
- 【請求項１】 一連の接続している光学的スイッチを備
えるＮｘＮの次数の非ブロッキング光学的転送スイッチ
であって、 前記接続している光学的スイッチが、スイッチの大きさ
が１単位ずつ増大するスイッチのシーケンシャルなシリ
ーズを形成するスイッチ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のスイッチにおいて、前
記接続している光学的スイッチの中の少なくとも二つ
が、それぞれ、 一組の多重ポート自己結像多重モード干渉カプラと、 前記カプラを接続する複数の光学的経路と、 前記各相互接続経路内の複数の位相制御素子とを備える
スイッチ。 - 【請求項３】 請求項２に記載のスイッチにおいて、前
記二つの接続している光学的スイッチが、３×３の次数
のスイッチに接続している２×２の次数のスイッチを備
えるスイッチ。 - 【請求項４】 請求項２に記載のスイッチにおいて、前
記接続している各光学的経路が、位相制御素子を含むス
イッチ。 - 【請求項５】 請求項２に記載のスイッチにおいて、前
記相互接続経路の中の一つを除いて、すべての経路が、
位相制御素子を含むスイッチ。 - 【請求項６】 請求項２に記載のスイッチにおいて、前
記接続している光学的スイッチ、および前記接続してい
る光学的経路が、共通の導波材料システムに設けられて
いるスイッチ。 - 【請求項７】 請求項６に記載のスイッチにおいて、前
記共通の導波材料システムが、シリカ平面光波システム
であるスイッチ。 - 【請求項８】 請求項６に記載のスイッチにおいて、前
記共通の導波材料システムが、半導体材料システムであ
るスイッチ。 - 【請求項９】 請求項８に記載のスイッチにおいて、前
記半導体導波材料システムが、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ
材料システムであるスイッチ。 - 【請求項１０】 光ファイバの長い波長の光学的送信帯
域内で動作することができる請求項２に記載のスイッ
チ。 - 【請求項１１】 請求項４に記載のスイッチにおいて、
前記位相制御素子の中の少なくとも一つが、熱的に調整
することができるスイッチ。 - 【請求項１２】 請求項４に記載のスイッチにおいて、
前記位相制御素子の中の少なくとも一つが、電気光学的
に調整することができるスイッチ。 - 【請求項１３】 請求項４に記載のスイッチにおいて、
前記位相制御素子の中の少なくとも一つが、キャリヤ注
入により調整することができるスイッチ。 - 【請求項１４】 請求項１に記載のスイッチにおいて、
さらに、前記第一の光学的に接続しているスイッチが発
生する散乱放射を吸収または分散するための光学的に吸
収または分散するための構造体を備えるスイッチ。 - 【請求項１５】 Ｎが４と等しいか、４より大きい請求
項１に記載のスイッチ。 - 【請求項１６】 Ｎが８と等しいか、８より大きい請求
項１に記載のスイッチ。
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