JP2001356284A - 低損失の再構成可能な光学アド／ドロップマルチプレクサスイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力ポートからドロップポート及びアドポー
トから出力ポートへの光信号の伝送に関して高度の柔軟
性を有する光学スイッチング構成を提供すること。 【解決手段】 導波路基板上に行及び列導波路セグメン
トを有する光学スイッチアレイ。各導波路セグメント
は、２つのパターンの一方で位置決めされたトレンチで
終端する。トレンチは、第１のパターンでは対角線に沿
って位置決めされ、第２のパターンでは規則的な配列で
位置決めされる。行及び列導波路セグメントは、互いに
固定の関係にあり、導波路基板の表面とほぼ平行であ
る。ヒータ基板は、トレンチに従って導波路基板と位置
合わせされている。トレンチ内の利用可能な液体がヒー
タに応答する。該液体は所定の屈折率を有し、トレンチ
内における該液体の存在によって、第１の選択された導
波路セグメントから第２の導波路セグメントへの光伝送
が決定するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に光学式スイ
ッチング装置に関し、特に入力ポート及びアドポートか
ら出力ポート及びドロップポートへと光信号を選択的に
操作するための光学式スイッチング装置の構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、遠隔通信ネットワーク及びデータ
通信ネットワーク内の信号は、導電性の回線を介して電
気信号を送ることにより交換されてきた。代替的なデー
タ交換形態が光ファイバを介した光信号の伝送である。
情報は、レーザにより生成された光を変調させた形で交
換される。光信号を効率よく生成し伝送するための装置
は利用可能となっているが、遠隔通信ネットワーク及び
データ通信ネットワークで用いるための光学数一致の設
計は問題を有するものである。このため、スイッチング
ネットワークの入力で光信号を電気信号に変換し、次い
で該スイッチングネットワークの出力で該電気信号を光
信号に再変換することにより、光ネットワーク内におけ
るスイッチング要件を満たすことが可能となる。

【０００３】従来技術によるスイッチングマトリクスの
１つとして、入力ポート及び出力ポートに加えてアドポ
ート及びドロップポートを備えたアド／ドロップマルチ
プレクサスイッチがある。該マルチプレクサスイッチ
は、信号が一連のノードを介して通過する遠隔通信用途
で使用される。各ノードは、更に別の信号を導入するこ
とが可能であり、そのノードをターゲットとして識別す
る信号を抽出することが可能である。例えば、各ノード
は、多数の都市との間でのコールをサポートする長距離
キャリアのスイッチング施設とすることが可能である。
ある都市で発せられたコールは、その都市のスイッチン
グ施設内のアドポートを用いて導入される。代替的に
は、該スイッチング施設によりサポートされる電話に送
られるコールに関するデータ及び音声情報が、ドロップ
ポートを介して抽出される。再構成可能なアド／ドロッ
プスイッチとして利用可能な既知のスイッチング構成42
を図１に示す。該構成は、４つの入力ポート44,46,48,5
0の任意の１つを４つの出力ポート52,54,56,58の任意の
１つに選択的に結合するための4×4マトリクスをなす光
学スイッチングユニットを備えている。図１において、
スイッチングユニット60,62,64,66は反射状態にあり、
これは、該スイッチングユニットに対する入力導波路と
出力導波路との交差領域にバブル(bubble)を有するもの
として図示されている。残りの12のスイッチングユニッ
トは、それらスイッチングユニットに対する入力導波路
と出力導波路との交差領域にバブルが存在しないため、
透過状態にある。

【０００４】光ファイバは、入力ポート44〜50の各々、
及び出力ポート52〜58の各々に接続される。入力ポート
44において導入される光信号は、スイッチングユニット
62で反射され、出力ポート54を介して出力される。同様
に、入力ポート46からの光信号は、スイッチングユニッ
ト64で反射され、ポート56を介して出力される。入力ポ
ート48からの光信号は、スイッチングユニット66で反射
され、ポート58を介して出力される。最後に、ポート50
の光信号は、スイッチングユニット60により出力ポート
52へと反射される。それぞれのトレンチ(trench)内のバ
ブルを選択的に操作することにより、入力ポートの任意
の１つを出力ポートの任意の１つに接続することが可能
になる。

【０００５】該構成42は、４つのアドポート68,70,72,7
4を備えている。各アドポートは、出力ポート52〜58の
１つに一意に関連づけされている。これは、該アドポー
トの１つで導入される光信号が、該アドポートと整列し
た出力ポートにしか送ることができないからである。従
って、アドポート68上の光信号は、スイッチングユニッ
ト60を透過状態に変更することにより、出力ポート52へ
送ることが可能になる。この透過状態への変更により、
入力ポート50が、ドロップポート76と光学的に連絡した
状態となる。該ドロップポート76は、入力ポート50への
マッピングしか有さないものであり、このため、該ドロ
ップポート76を他の入力ポートまたはアドポートに光学
的に結合することはできない。同様に、他の３つのドロ
ップポート78,80,82は、それらが直線的に整列する入力
ポート44,46,48にそれぞれ一意にマッピングされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１の光学構成では、
信号の導入及び抽出に関する柔軟性が制限される。した
がって、入力ポートからドロップポート、及びアドポー
トから出力ポートへの光信号の伝送に関して高度の柔軟
性を有する光学スイッチング構成が必要とされている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】光学アド／ドロップマル
チプレクサスイッチは、導波路基板上に、行導波路セグ
メント及び列導波路セグメントを有しており、該セグメ
ントは、２つのパターンの一方で配置されたトレンチと
交差する端部を有している。その第１のパターンでは、
トレンチは対角線に沿って配置され、一方、第２のパタ
ーンでは、トレンチは規則的なアレイをなすよう配置さ
れる。前記行導波路セグメント及び列導波路セグメント
は、互いに固定の関係にあり、導波路基板の表面とほぼ
平行である。ヒータ基板は、トレンチに従って導波路基
板と位置合わせされたヒータを有している。トレンチ内
で利用することが可能な液体は、ヒータに応答するもの
である。該液体は、所定の屈折率を有しており、第１の
選択された導波路セグメントから第２の選択された導波
路セグメントへの光の伝送がトレンチ内の液体の存在に
よって決まるようになっている。

【０００８】この光学アド／ドロップマルチプレクサス
イッチの構成により、入力ポート／ドロップポート間、
及びアドポート／出力ポート間の完全な再構成が可能と
なる。また、かかるマルチプレクサスイッチを縦続接続
することにより、入力ポート及び出力ポートの数を増大
させると共に、スイッチングされるアドファイバ及びド
ロップファイバの数を一定に維持することが可能とな
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の光学アド／ドロップマル
チプレクサスイッチは、入出力経路間の損失を最小限に
し、信号の追加(adding)及び除外(dropping)を再構成可
能に行うことを可能にする柔軟性を有するものとなる。
本発明は、あらゆる光学スイッチングユニットに適用可
能なものであるが、本例示の実施形態では、Fouquet等
により米国特許第5,699,462号で開示された光学スイッ
チング素子が使用され、これを図２に示す。代替的な光
学スイッチング素子として、可動ミラー、シリコン光学
スイッチ、及び熱光学(thermo-optics)スイッチが挙げ
られる。これら実施形態の全てにおいて、光学スイッチ
ング素子は、光路の交差点に配置される。

【００１０】Fouquet等のスイッチングユニットは、基
板上の層で形成された平坦な導波路を備えている。該導
波路層は、下側被覆層14、光学コア16、及び図示しない
上側被覆層を備えている。光学コア16は、所望の屈折率
を得るために、主として他の材料と組み合わせられた二
酸化珪素である。被覆層は、該コア材料とは屈折率の異
なる材料から形成され、光信号がコアに沿って導かれる
ようになっている。

【００１１】コア材料層16は、第１の光路の第１の入力
導波路20及び第１の出力導波路26を画定する導波路セグ
メント、及び第２の光路の第２の入力導波路24及び第２
の出力導波路22を画定する導波路セグメントとなるよう
にパターン形成されている。次いで、パターン形成され
たコア材料上に上側被覆層が堆積される。基板に対し、
コア材料及び２つの被覆層14を通るトレンチ28のエッチ
ングを施すことにより、ギャップが形成される。第１の
入力導波路20及び第２の出力導波路22は、導波路の交差
点30に蒸気または気体が充填されている場合の全内反射
（TIR）の臨界角よりも大きい入射角で、トレンチ28の
側壁と交差する。このため、互いに整列された入力導波
路20と出力導波路26の間の交差点30内に屈折率の一致す
る流体が存在しない限り、光は全内反射によって入力導
波路20から出力導波路22へと進路変更する。トレンチ28
は、その一方の側壁が導波路の軸を通過し又は導波路の
軸から僅かにオフセットするように、４つの導波路に対
して位置決めされる。

【００１２】Fouquet等の上述の特許には、光学スイッ
チングユニット10を透過状態と反射状態の間でスイッチ
ングする複数の代替的なアプローチが記載されている。
図２は、そのアプローチの１つを例示したものである。
スイッチングユニット10は、流体を収容するトレンチ内
におけるバブルの形成を制御するマイクロヒータ38を備
えている。図２には図示していないが、スイッチングマ
トリクスの導波路は、典型的には導波路基板上に形成さ
れ、ヒータ及びヒータ制御回路要素は、導波路基板に結
合されるヒータ基板に組み込まれる。トレンチ内の流体
は、４つの導波路20〜26のコア材料16の屈折率に近い屈
折率を有している。流体充填孔34,36は、流体の定常的
な供給を提供するために利用することが可能であるが、
これは不可欠なものではない。スイッチングユニットの
動作時に、ヒータ38は、バブルを形成するのに十分な温
度まで加熱する。バブルが形成された後、ヒータへの電
力を維持することにより該バブルを所定位置に維持する
ことが可能である。図２の場合、バブルは、４つの導波
路の交差点30に位置する。従って、入力導波路20に沿っ
た入力信号は、トレンチ28の側壁に達した際に屈折率の
不一致に遭遇することになる。このため、スイッチング
ユニットが反射状態になり、入力導波路20に沿った光信
号が第２の出力導波路22へと転向される。しかし、反射
状態であっても、第２の入力導波路24は第１の出力導波
路26とは連絡しない。

【００１３】交差点38のヒータが非活動状態になると、
バブルは即座に凝縮して消失する。このため、屈折率の
一致する流体が導波路20〜26の交差点を充填することが
可能となる。次いでスイッチングユニット10が透過状態
となる。これは、入力信号が入力導波路20,24とトレン
チ28との界面で大きな屈折率の変化に遭遇しないからで
ある。透過状態では、第１の入力導波路20に沿った光信
号は、トレンチを通過して第１の出力導波路26へと伝搬
し、一方、第２の入力導波路24を介して導入された光信
号は、トレンチを通過して第２の出力導波路22へと伝搬
する。

【００１４】図３に示す本発明の光学アド／ドロップマ
ルチプレクサスイッチは、４つの象限を有する導波路基
板を備えている。該導波路基板上には、行導波路セグメ
ント及び列導波路セグメントが存在し、それらセグメン
トは、２つのマトリクスパターンの一方をなすよう配置
されたトレンチと交差する端部を有している。トレンチ
を１つずつ有する各導波路交差点が１つのスイッチング
ユニットを形成する。ヒータ基板は、トレンチのパター
ンに従って導波路基板と位置合わせされたヒータを有し
ている。導波路コアの屈折率と等しい屈折率を有する液
体がトレンチ内に収容される。スイッチングは、該トレ
ンチ内の液体の存在（透過状態）又は不存在（反射状
態）によって決まる。

【００１５】右上の象限である第１象限はトレンチを有
さない。トレンチが存在しないので、導波路でスイッチ
ングは行われない。導波路に入射するあらゆる光は、最
小限の損失で該導波路を出る。トレンチの交差に起因す
る損失はゼロである。

【００１６】第２象限は、行導波路セグメントと列導波
路セグメントとの各交差点毎にトレンチを有している。
該トレンチの１つが、屈折率の一致する流体で充填され
ると、光は該トレンチを最小限の損失で通過する。流体
内の屈折率の孤立した変化（例えばバブル）を熱により
生じさせるための対応するヒータが駆動されると、到来
する（Add）光が、選択された出力（Out）ファイバへと
転向される。この構成により、別の接続を再構成するこ
となく、任意のアイドル入力を任意のアイドル出力へス
イッチングすることが可能になる。

【００１７】第３象限は、左上から右下への対角線に沿
ってトレンチを有している。これは、透過状態で所与の
入力（In）ファイバ上の信号を、第４象限へ直接送るこ
とを可能にし、また反射状態で特定の１つの出力（Ou
t）ファイバへスイッチングすることを可能にする。信
号のスイッチング時のトレンチ損失が存在しないため、
これは極めて低損失の入力（In）→出力（Out）経路を
生成するものとなる。更に、該第３象限におけるトレン
チ密度の低いため、第２象限から下方へ送られる信号ま
たは第４象限へと送られる信号の損失が最小限となる。

【００１８】第４象限は、第２象限と同じトレンチパタ
ーンを有している。第３象限から入射するあらゆる信号
は、あらゆるドロップ（Drop）ファイバへとスイッチン
グすることが可能である。信号がドロップファイバへと
スイッチングされない場合には、該信号は第４象限を直
接通過して終了する。

【００１９】入力（In）経路の数は、出力（Out）経路
の数と等しくなければならない。入力経路及び出力経路
の数以下の任意の数のアド経路及びドロップ経路を設け
ることが可能である。入力／出力経路の総数は、図４に
示すようにアレイを縦続接続することにより増大させる
ことが可能である。この構成は、アド経路又はドロップ
経路の数を変化させるものではない。

【００２０】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．光学アド／ドロップマルチプレクサスイッチであっ
て、４つの象限を有する導波路基板であって、第２象限
がアドポートを有し、第３象限が入力ポート及び出力ポ
ートを有し、第４象限がドロップポートを有する、導波
路基板と、第２、第３、及び第４象限に配置された複数
の光学スイッチング素子であって、各象限毎に、第１及
び第２のマトリクスパターンの一方における行光路と列
光路との各交差点に位置決めされた、複数の光学スイッ
チング素子とを備えている、光学アド／ドロップマルチ
プレクサスイッチ。 ２．前記光学スイッチング素子が、可動ミラー、シリコ
ン光増幅器、及び熱光学スイッチを含むグループから選
択される、前項１に記載の光学アド／ドロップマルチプ
レクサスイッチ。 ３．前記複数の光学スイッチング素子が、前記行光路と
前記列光路との前記交差点にヒータが配置されたヒータ
基板と、前記光路内で利用可能な液体であって、前記ヒ
ータに応答し、所定の屈折率を有しており、前記行光路
及び前記列光路のうちの選択された第１の光路から該行
光路及び該列光路のうちの選択された第２の光路への光
の伝送が、それら光路内における該液体の屈折率の変化
によって決まるようになっている、液体とを備えてい
る、前項１に記載の光学アド／ドロップマルチプレクサ
スイッチ。 ４．前記第３象限が前記第１のマトリクスパターンに対
応し、該マトリクスの対角線に沿ってトレンチが配置さ
れている、前項３に記載の光学アド／ドロップマルチプ
レクサスイッチ。 ５．前記第２及び第４象限が前記第２のマトリクスパタ
ーンに対応し、行導波路セグメント及び列導波路セグメ
ントの各々の交差点にトレンチが配置されている、前項
３に記載の光学アド／ドロップマルチプレクサスイッ
チ。 ６．第２の光学アド／ドロップマルチプレクサスイッチ
を更に備えており、該第２の光学アド／ドロップマルチ
プレクサスイッチのアドポートが、前記第１の光学アド
／ドロップマルチプレクサスイッチの第１象限に接続さ
れており、前記第２の光学アド／ドロップマルチプレク
サスイッチのドロップポートが、前記第１の光学アド／
ドロップマルチプレクサスイッチの第１象限に接続され
ている、前項１に記載の光学アド／ドロップマルチプレ
クサスイッチ。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術によるスイッチングマトリクスを示す
説明図である。

【図２】従来技術による光学スイッチを示す説明図であ
る。

【図３】本発明の光学アド／ドロップマルチプレクサス
イッチを示す説明図である。

【図４】図３に示すマルチプレクサスイッチを縦続接続
する実施態様を示す説明図である。

フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AB32 AC07 AZ01 AZ05 5K069 AA10 BA01 CA01 CB01 DB36 DC07 EA27

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学アド／ドロップマルチプレクサスイッ
   チであって、 ４つの象限を有する導波路基板であって、第２象限がア
   ドポートを有し、第３象限が入力ポート及び出力ポート
   を有し、第４象限がドロップポートを有する、導波路基
   板と、 第２、第３、及び第４象限に配置された複数の光学スイ
   ッチング素子であって、各象限毎に、第１及び第２のマ
   トリクスパターンの一方における行光路と列光路との各
   交差点に位置決めされた、複数の光学スイッチング素子
   とを備えている、光学アド／ドロップマルチプレクサス
   イッチ。