JP2000512102A - 光スイッチマトリックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ｎ個の入力チャンネル、該入力チャンネルを合計ｐ個の分岐されたチャンネルに分岐する分岐手段、ｐ個の分岐されたチャンネルをｍ個の出力チャンネルに統合する統合手段、及び分岐手段の出力チャンネルを統合手段の入力チャンネルに接続する光ファイバーを含む光スイッチマトリックスであって、ここでｎ、ｍ、及びｐは２以上の自然数であるところの光スイッチマトリックスに関し、及びここで該分岐手段、該ファイバー、及び該統合手段が各々個別の基板、または個別の１群の基板に固着されている。本発明に従う光スイッチマトリックスは非常にコンパクトであり、その製造のために入手可能な物質の効果的な使用を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】 光スイッチマトリックス 本発明は、ｎ個の入力チャンネル、該入力チャンネルを合計ｐ個の分岐された チャンネルに分岐する分岐手段、ｐ個の分岐されたチャンネルをｍ個の出力チャ ンネルに統合する統合手段、及び分岐手段の出力チャンネルを統合手段の入力チ ャンネルに接続する光ファイバーを含む光スイッチマトリックスであって、ここ でｎ、ｍ、及びｐは２以上の自然数であるところの光スイッチマトリックスに関 する。 このような光スイッチマトリックスは公知である。２月１０日、１９９５年、 オランダ国のアインドホーフェン(Eindhoven)技術大学でのワークショップにお いて、ジーメンスは「８×８Modulaufbau」という名の８×８光スイッチマトリ ックスを発表し、該スイッチは長い長方形のInP基板上の１６個の並列された(be juxtaposed)１×８スイッチ及びスイッチを接続するための光ファイバー（AT＆ Ｔ製の「Optiflex(商標)」に埋設されており、且つ180°の角度で折り曲げられ ている）からなる。前記１×８スイッチの各々は、入力チャンネルとして使用さ れ、該チャンネルは８個のチャンネルに枝分かれする。これらの分岐されたチャ ンネルの各々は、入力チャンネルのうちの一つの入力信号が出力チャンネルの任 意の一つに切換えられることが可能であるように、残りの１×８スイッチ（又は より正確には８×１スイッチ）の統合チャンネルの一つに接続 される。 前記、光スイッチマトリックスは300mmより長く、少なくとも50mm幅であり、 特に小さいサイズが重要である産業（多くの場合においてそうであるが）におい ては大変大きい。このような相当の大きさである理由は、光ファイバが大抵ガラ ス製であり、ある一定の角度までしか折り曲げることができないからである。ガ ラスファイバーの、最小折り曲げ半径は約25mmである。より小さい半径が採用さ れると、ガラスファイバーは壊れる可能性があり、またはファイバー内の光損失 が許容できない高い程度にまで増大し得る。言及したように、前記光スイッチマ トリックスのファイバーは180°の角度で折り曲げられている。従って、該マト リックスの最小幅は50mmを超える。本発明は、比較的小さいサイズのｎ×ｍ光ス イッチマトリックスを提供することを目的とする。この目的のために、第１パラ グラフで述べたような光スイッチマトリックスが提供され、そこでは分岐手段、 光ファイバー（好ましくは全体でｐ個）、及び統合手段の各々が個別の基板、ま たは個別の１群の基板に固着されており、該基板が光学的に調整（アライメント ）される。 驚くことには、本発明は80％のサイズ減少を可能とすることが見出された。光 ファイバための個別の基板の使用は、該ファイバーの大変に有効な配置を可能と し、縦方向及び横方向双方において、特に分岐手段を有する基板及び統合手段を 有する基板が、光ファイバーが固着されている ところの基板上の向かい合う側（サイド）に在る場合には、相当のサイズ減少を もたらす。さらに、本発明に従う光スイッチマトリックスの素子がコンパクトで 且つ剛性であるために、前記素子を、比較的少ない努力でアライメントすること ができ、（「Optiflex(商標)」のような構造において見られるような）操作の間の 光ファイバの移動に誘発される張力を蒙ることがない。 通常、スイッチマトリックスは、それを腐食から守るために、気密封止された ユニットへとパッケージされる。本発明に従う、前記小サイズのマトリックスは 、スイッチマトリックス全体を包装するのにシングルパッケージユニット又はボ ックスを使用することを可能とする。その結果、ｎ＋ｍ個のファイバーのみが、 パッケージの壁を通して供給されるだけでよい。現在まで、分岐手段及び統合手 段は、各々、１又は２以上の個別のボックスにパッケージされており、これらら のボックスから出る光ファイバーは、相互に１つずつ接合される（be spliced） 。その場合、ファイバーのフィードスルーの合計はｎ＋ｍ＋２ｐ個になる。 ８×８スイッチマトリックスについて、本発明はファイバーのフィードスルー の合計数を１４４（すなわち、８＋８＋（２×６４））から１６（すなわち、８ ＋８）に減じることを可能とし、そのことは、気密フィードスルーは全パッケー ジコストの大きな部分を占めることから、重要な利点である。さらに、中間を接 続するファイバーと分岐手段／統合手段から出るファイバーを相互に１つずつ接 続す ることに代えて、本発明に従う基板（中間を接続するファイバー及び、分岐手段 及び統合手段それぞれが備えられている）は、従来の装置を用いて２、３の自動 工程により光学的にアライメントすることができる。 加えて、本発明は上記「８×８Modulaufbau」に存在する別の問題を解決する 。該問題はスイッチ及び光ファイバーを担持する基板の大きさは、当然ながら、 該基板が作られるウェーファーの大きさにより制限されるという事実に在る。例 えば、InP−ウェーファーが使用される場合、InP−基板の最大の長さは、最大で ２インチであり、その理由はInP−ウェーファーは（現時点では）最大で２イン チの直径を有するからである。８個の１×８スイッチは約１インチの合計長さを 要し、単一の基板上に並列された１×８スイッチの数は、１６を上回ることがで きない。従って、より大きなマトリックス、例えば32個の並列された１×８スイ ッチを含み得る16×16マトリックスは、「８×８Modulaufbau」を用いて作ること ができないが、本発明を用いれば作ることができる。 上述の例とは別に、本発明は、使用される物質に関係無く、少なくとも２倍の スイッチ容量よりも大きな容量を有するマトリックスの構成を可能とすることが 理解されなければならない。 用語「分岐手段」及び「統合手段」は、能動手段（例えばスイッチ）及び受動 手段の双方を意味する。本発明はスイッチマトリックスに関するので、分岐手段 及び統合手 段におけるスイッチの合計数（及び位置）は、少なくとも２つの入力チャンネル が２つの出力チャンネルのうちの１つに（ある波長のために）選択的に接続され 得なければならない。 ｎ（入力の数）及びｍ（出力の数）が等しい又はｎが２ｍ又はｍ／２である光 スイッチマトリックスが好ましい。そのようなマトリックスは大量生産でき、応 用自在であり、且つ、より重要なことは、遠隔通信及びClosネットワークの基本 ブロックである。ｎが２ⁱ、ここで「ｉ」は整数（好ましくは２〜８、現時点で 、より好ましくは２〜５）である光スイッチマトリックス、及び／又は前記分岐 手段及び統合手段がカスケード又はそれぞれ１×２及び２×１スイッチのツリー （tree）であることが好ましい。 ある場合には、総ての分岐又は統合手段を単一基板上に集積すること（それは 、簡易な生産及び個別の基板のアライメントを容易にする）が好ましいが、本発 明は前記手段の各々について、１より多い基板を使用することを排除するもので はないことに留意するべきである。例えば、各々別個の基板上に４個の分岐手段 を含む４×４マトリックス（４個の１×４スイッチ）、16個の光ファイバーを備 えた中間を接続するチップ、及び２個の基板上に２個ずつ配置された４個の統合 手段（４個の１×４スイッチ）も、本発明の範囲に含まれる。そのようにするこ とによって、欠陥スイッチを、同一基板の正常なスイッチと共にではなく、個々 に排除することができる。従って、生産歩留まりが向 上される。 好ましい実施態様において、光ファイバーは、２つの向かい合う側（サイド） に存在する少なくともｐ個の溝を有する１つの基板に固着される。これは例えば 、両方の側に短い溝を設け又は、基板長さに亘る溝を設けることにより達成する ことができる。基板は、従来の方法を用いて且つ自動で製造することができ、フ ァイバーの正確な配置も、また、従来の方法を用いて行うことができる。原理的 には、基板は、ポリマー導波路構造又は光ファイバーを支持するのに適する何ら かの物質から作ることができる。光ファイバーとスイッチのチャンネルとのアラ イメントに関連して、剛性の物質の使用が好ましい。例としては、熱硬化性ポリ マー(そこにおいては、例えば、射出成形等の成形技術を用いて、所望する溝を 作ることができる)、ガラス、例えば珪素などの無機物質、珪素を主成分とする 合金、又はGaAs等がある。これらの物質の最後の物においては、半導体分野から 公知であるエッチング技術により溝を作ることができる。溝は好ましくはＶ型で あり、そのようにして光ファイバーが一定の位置に大変堅固に保持されるところ の２つの向かい合う切子面が提供され、及び導波路の切子面に対する最も正確な 配置を可能とする。 シングルモードファイバーが使用される場合(それはコア直径約10μｍ及び外 径約125μｍを有する)、基板は好ましくは異方性エッチング特性を示す単結晶物 質である。なぜなら、そのような物質は、ファイバーを内包するとこ ろのＶ溝の大きさを大変正確に規定することが可能だからである。この点で、珪 素、珪素を主成分とする合金、及びリン化インジウムが適し、且つ好ましい基板 物質である。 光ファイバーを、光スイッチの入力及び出力について大変正確にアライメント するために、少なくとも光ファイバーが固着されている基板が、少なくとも端面 近傍において、３μｍ未満、好ましくは２μｍ未満の表面平坦度を有する。これ は、例えば、表面全体が前記平坦度を満たす基板を用いること、端面近傍を研磨 すること、又は前記平坦度を有する物質片を、少なくとも端面近傍で、基板に接 着すること、により達成できる。 前記光スイッチは、例えば、熱‐光(TO)、電気‐光(EO)、磁気‐光(MO)、音響 ‐光(AO)、又は機械‐光スイッチであり得る。熱‐光スイッチの適した例は、総 てAkzo Novel N．V．による欧州特許願第95200965.2号、第95201460.3号、及び 第95201762.2号に記載されている。本発明は、もちろん一定の光物質に制限され ない。しかし、好適な物質の例として、出願人Akzo Novelの欧州特許願第95201 761.4号が参照される。 R.A.Spank著「Architectures for Large Nonblocking Optical Space Swi tches」、IEEE Journal of Quantum Electronics、第QE-22巻、第６号、198 6年６月、第964〜967頁に、スプリッター手段とコンバイナー（combiner）手段 が直線状であるｎ×ｎ光スイッチマトリックスの図面が記載されている。該図面 は純粋に概略図であり、光中間 接続ファイバについての個別の基板の使用を示唆せず、該基板は本発明において は必須である。 P.Granestandら著、「Integrated Optics ４×４Switch Matrix with Dig ital Optical Switches」、Electronic Letters、第26巻、第１号、1990年１ 月４日、は総ての素子、すなわち１×４スイッチ及び中間接続導波路、が単一の 基板上に形成された４×４光スイッチマトリックスを開示する。 国際公開第96/08932号は８×８光スイッチマトリックスを単に原理的にのみ記 載し、マトリックスの実際の構造は開示しない。 本発明を非制限的な実施例により説明する。 図面は、各々１×８熱-光スイッチ（Akzo Novel製、Beambox Technology型 ；長さ50mm、幅27mm）が備えられた２つのチップ(1、2)、「入力」チップ(1)及 び「出力」チップ(2)を示す。中間接続チップ(3)(長さ30mm、幅27mm)は、珪素10 0より成り、且つその双方の短い側の上に250μ間隔で位置する64個のＶ溝（KOH- IPAエッチング剤による異方性エッチングにより作られた)が設けられている。 中間接続チップ(3)を得るために、図示するようにシングルモード光ファイバ ー(5)（Corning製）(該ファイバはＶ溝(4)内に配置することが意図される部分の みアクリレートコーティングが除去されている)が基板(6)上に装着されており、 UV硬化接着剤によりＶ溝に固定されている。片方の面上にUV硬化接着剤が与えら れたガラス板がファ イバーの上に置かれ、得られたガラス板のスタック、光ファイバー(5)、及び基 板(6)がキュアされて、及び中間接続チップ(3)の端面表面(7)を得るために、１ の工程でさいの目に切断される(be diced)。 続いて、１×８スイッチが備えられたチップ(1、2)及び中間接続チップ(3)が 従来の方法（動的アライメント）で光学的にアライメントされ及び固定される。 上記実施例から明らかなように、得られた８×８の光スイッチマトリックスは 極度にコンパクトである。さらに、何らの光ファイバー(5)も25mmより小さい折 り曲げ半径を有しない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1．ｎ個の入力チャンネル、該入力チャンネルを合計ｐ個の分岐されたチャンネ ルに分岐する分岐手段、ｐ個の分岐されたチャンネルをｍ個の出力チャンネルに 統合する統合手段、及び分岐手段の出力チャンネルを統合手段の入力チャンネル に接続する光ファイバーを含む光スイッチマトリックスであって、ここでｎ、ｍ 、及びｐは２以上の自然数であるところの光スイッチマトリックスにおいて、該 分岐手段、該ファイバー、及び該統合手段が各々個別の基板、または個別の１群 の基板に固着されていることを特徴とする光スイッチマトリックス。 2．ｎがｍと等しいことを特徴とする請求の範囲第１項に従う光スイッチマトリ ックス。 3．ｎが２ⁱに等しく、ここでｉは整数である、ことを特徴とする請求の範囲第２ 項に従う光スイッチマトリックス。 4．該分岐手段及び該統合手段がそれぞれ１×２及び２×１のスイッチのツリー からなることを特徴とする請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に従う光スイッ チマトリックス。 5．該光ファイバーが２つの向かい合う側の上に溝を有する１つの基板に固着さ れていることを特徴とする請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に従う光スイッ チマトリックス。 6．光ファイバーのための該基板が珪素又は珪素を主成分とする合金から成るこ とを特徴とする請求の範囲第５項に従う光スイッチマトリックス。 7．少なくとも、光ファイバーが固着されている基板が、３μｍ未満の表面平坦 度を有することを特徴とする請求の範囲第１〜６項のいずれか１項に従う光スイ ッチマトリックス。