JP2003322885A

JP2003322885A - 垂直方向に配向した平面光波回路スイッチをベースにした、ある幾何学構造を有する光スイッチ

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Publication number: JP2003322885A
Application number: JP2003070307A
Authority: JP
Inventors: Jonathan Lacey; ジョナサン・レイシー; Brian Lemoff; ブライアン・レモフ; Julie Fouquet; ジュリー・フォウケット
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2003-11-14
Also published as: EP1348988A2; EP1348988A3; US6819821B2; EP1811324A2; EP1811324A3; US20030185491A1

Abstract

(57)【要約】【課題】低損失かつコンパクトな光スイッチを提供す
る。【解決手段】光スイッチ(20)は複数の入力ポート(22)と
複数の出力ポート(24)を有する。光スイッチは、ファン
アウト段(34)、ファンイン段(38)、及び結合機構(44)を
有するファンアウト−ファンインアーキテクチャ(28)を
特徴とする。ファンアウト段(34)は、複数の入力ポート
に結合され、第１の配向を有する。ファンイン段(38)
は、複数の出力ポートに結合され、第２の配向を有す
る。結合機構(44)は、ファンアウト段をファンイン段に
光学的に結合し、ファンアウト段の第１の配向とファン
イン段の第２の配向との所定の関係を維持する。

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、光信号の
スイッチングに関するものであり、特に、垂直に配向さ
れた平面光波回路スイッチ（またはプレーナー光波回路
スイッチ。以下同じ）をベースにした、ある幾何学構造
を有する光スイッチに関するものである。【０００２】【従来の技術】高帯域のディジタル及びアナログ電気光
学システムを利用する新規の用途の数が増え続けてい
る。例えば、ディジタル計算システムの場合、電気光学
システムは、プロセッサ間における信号の経路指定に利
用されることが多い。アナログ・システムの場合、電気
光学システムは、フェイズド・アレイ・レーダ（phased
array radar）のような用途に利用されることが多い。
電気光学システムは、通信システムにおいて高帯域の光
搬送波をスイッチする用途にもよく見受けられる。【０００３】これらのシステムにおいて、光ビームは、
ディジタル及び／またはアナログ方式で変調され、情報
の「光搬送波」として利用される。光ビームまたは光搬
送波がこれらの用途において好ましいのには多くの理由
がある。例えば、こうしたチャネルが必要とするデータ
転送速度が大きくなる場合、高い光周波数により、ワイ
ヤや同軸ケーブルによって形成されるチャネルのような
従来の電気チャネルに対して、利用可能な帯域幅が大幅
に増すことになる。さらに、光周波数では、高帯域信号
の駆動及び搬送に必要なエネルギを低減することが可能
になる。さらに、光学チャネル（例えば、導波路及び光
ファイバ），及び、自由空間において伝搬するチャネル
でさえ、チャネル間のクロストークを低減した状態で、
空間に密に詰め込み、さらには、交差させることさえ可
能である。【０００４】これらのシステムにおいて重要なコンポー
ネントが、光交差接続（ＯＸＣ）スイッチである。光交
差接続スイッチは、２つの一般的クラス、すなわち、
１）純光スイッチ構造によるもの、及び、２）光電子ス
イッチ構造によるもの、に分けることができる。純光ス
イッチ構造では、スイッチされる光信号の光−電気変換
が実施されないが、光電子スイッチ構造では、スイッチ
される光信号の光−電気変換が実施される。純光スイッ
チ構造の場合、電気変換を行わないことで、大部分の光
電子システムの能力を超えるビット・レート（例えば、
４０Ｇｂ／ｓ以上の範囲のビット・レート）に対応する
ことが可能になる。光電子スイッチ構造に対する純光ス
イッチ構造のもう１つの利点は、純光スイッチは、ビッ
ト・レートに依存せず、プロトコルトランスペアレント
であるということである。【０００５】設計考慮事項純光スイッチを設計する場合、設計者は、さまざまな設
計パラメータを考慮して、これらのパラメータの最適化
を試みる。これらの重要な設計パラメータのいくつかに
は、低挿入損失、低クロストーク、偏光非依存性、高信
頼性、コンパクトなサイズ、単純な操作、低コスト、多
数のポートへのスケーラビリティ、及び、高速スイッチ
ング時間が含まれる。【０００６】クロスバー・アーキテクチャ図１には、クロスバー・アーキテクチャとしばしば呼ば
れるアーキテクチャを用いた先行技術によるスイッチが
例示されている。クロスバー・スイッチ構造は、Ｎ^２の
１×２スイッチを用いて構成される。１×２スイッチ
は、入力と出力間の各交差部毎に１つずつ設けられてい
る。この例では、スイッチング構造内において、３×３
スイッチが、３つの入力、３つの出力、及び、全部で９
つの１×２スイッチを有している。【０００７】残念ながら、クロスバー・アーキテクチャ
には、スイッチを通る最長経路の挿入損失が、入力及び
出力の数（Ｎ）と共に増大するという欠点がある。スイ
ッチを通る最短経路の損失はＮに対して一定のままであ
るので、最短経路と最長経路との損失差は、やはり、Ｎ
と共に増大する。【０００８】３ＤＭＥＭＳ図２には、３次元マイクロ電気機械システム（３ＤＭ
ＥＭＳ）を使用した先行技術によるスイッチ・マトリッ
クスが例示されている。このアプローチでは、アナログ
方式で２次元において操向可能なマイクロミラー・スイ
ッチ素子が用いられる。各マイクロミラーは、１×Ｎス
イッチの働きをする。このアプローチの例が、Ｒ．Ｒｙ
ｆ他による「１２９６−ｐｏｒｔＭＥＭＳｔｒａｎ
ｓｐａｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌｃｒｏｓｓｃｏｎｎ
ｅｃｔｗｉｔｈ２．０７Ｐｅｔａｂｉｔ／ｓｓ
ｗｉｔｃｈｃａｐａｃｉｔｙ」、ｐａｐｅｒＰＤ２
８，ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＯｐｔｉｃａｌＦ
ｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ＯＦＣ２
００１，ＡｎａｈｅｉｍＣＡ，ＵＳＡ、に記載されて
いる（非特許文献１）。【０００９】この先行技術によるスイッチの利点の１つ
は、Ｎ（ポート数）が増すにつれてこの構造の光挿入損
失が、一般に、少しずつしか増加しないという点であ
る。というのも、１×ＮまたはＮ×１スイッチの損失
は、Ｎに対して少しずつしか増大しないためである。こ
のアプローチのもう１つの利点は、Ｎ（１×Ｎ）スイッ
チの入力段（入力ステージ）とＮ（Ｎ×１）スイッチの
出力段（出力ステージ）との相互接続が、自由空間にお
いて実施されるので、「ファイバ・ジャングル」（すな
わち、入力段と出力段の間におけるＮ^２の接続）が回避
されるという点である。【００１０】この先行技術によるアプローチの欠点の１
つは、アライメントを維持し、損失を最小限に抑えるた
めには、入念でかつ通常コストが高くつく機械設計が必
要とされる点である。振動及び温度変動に直面しても、
アライメントを維持しなければならず、このために設計
が複雑化するという点に留意されたい。３ＤＭＥＭＳ
構造の場合、この欠点は、やはり振動及び温度変化に影
響されやすいマイクロミラーのアナログ特性によって増
幅されることになる。一般に、大型の（例えば、１００
ポートを超える）３ＤＭＥＭＳスイッチは、各ミラー
毎に閉ループ制御を必要とするが、これは、明らかに、
スイッチの製造コストを上昇させ、スイッチの信頼性を
低下させることになる。【００１１】この先行技術によるアプローチのもう１つ
の欠点は、このスイッチ構造の物理的サイズ、複雑性、
及び、コストが、Ｎの増加に対して急激に増す点にあ
る。というのも、ポート数の増加は、非誘導ビームがさ
らに多くの入力と出力間を進行しなければならないこと
を意味するためである。これを許容するには、平行ビー
ムをその光路に沿って再平行化するか、あるいは、より
直径の大きいビームを使用しなければならない。前者の
場合には、高価な光学素子を正確に配置して、損失を回
避することが必要になり、後者の場合には、スイッチ構
造の物理的サイズがさらに大きくなる。【００１２】【非特許文献１】Ｒ．Ｒｙｆ他著、「１２９６−ｐｏｒ
ｔＭＥＭＳｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌ
ｃｒｏｓｓｃｏｎｎｅｃｔｗｉｔｈ２．０７Ｐ
ｅｔａｂｉｔ／ｓｓｗｉｔｃｈｃａｐａｃｉｔ
ｙ」、ｐａｐｅｒＰＤ２８，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃ
ａｔｉｏｎｓ，ＯＦＣ２００１，ＡｎａｈｅｉｍＣ
Ａ，ＵＳＡ【非特許文献２】Ｆｏｕｑｕｅｔ，Ｊ．Ｅ著、「Ｃｏｍ
ｐａｃｔｏｐｔｉｃａｌｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｎｅｃ
ｔｓｗｉｔｃｈｂａｓｅｄｏｎｔｏｔａｌｉ
ｎｔｅｒｎａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｎａｆ
ｌｕｉｄ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｐｌａｎａｒｌｉｇ
ｈｔｗａｖｅｃｉｒｃｕｉｔ」、ＯｐｔｉｃａｌＦ
ｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒ
ｅｎｃｅ，２０００，Ｖｏｌｕｍｅ：１，２０００，
ｐ．２０４−２０６【非特許文献３】Ｇｏｈ，Ｔ．；Ｙａｓｕ，Ｍ．；Ｈａ
ｔｔｏｒｉ，Ｋ．；Ｈｉｍｅｎｏ，Ａ．；Ｏｋｕｎｏ，
Ｍ；Ｏｈｍｏｒｉ，Ｙ．共著、「ＬｏｗＬｏｓｓＡ
ｎｄＨｉｇｈＥｘｔｅｎｔｉｏｎＲａｔｉｏＳ
ｔｒｉｃｔｌｙＮｏｎｂｌｏｃｋｉｎｇ１６／Ｓｐ
ｌＴｉｍｅｓ／１６ＴｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃＭａ
ｔｒｉｘＳｗｉｔｃｈＯｎ６−ＩｎＷａｆｅｒ
ＵｓｉｎｇＳｉｌｉｃａ−ＢａｓｅｄＰｌａｎａ
ｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔＴｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ」、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗ
ａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌｕｍｅ：１９、
２００１年３月３日、ｐ−３７１−３７９【００１３】【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、永続的アライメント（永続的な位置合わせ）、低損
失、コンパクトさ、及び、単純な相互接続を同時にもた
らす、光スイッチのアーキテクチャを提供することにあ
る。【００１４】本発明の別の目的は、前述の欠点を克服す
る、垂直配向の平面光波回路スイッチをベースにした、
ある幾何学構造を有する光スイッチを提供することにあ
る。【００１５】【課題を解決するための手段】本発明の１実施態様に従
う、複数の入力ポートと複数の出力ポートを備えた光ス
イッチについて説明する。この光スイッチは、ファン・
アウト段、ファン・イン段、及び、結合機構を備えた、
ファン・アウト／ファン・イン・アーキテクチャ（また
はファン・アウト−ファン・イン・アーキテクチャとも
表記される）を特徴とする。ファン・アウト段は、複数
の入力ポートに結合され、第１の配向をなしている。フ
ァン・イン段は、複数の出力ポートに結合され、第２の
配向をなしている。結合機構は、ファン・アウト段とフ
ァン・イン段を光学的に結合し、ファン・アウト段の第
１の配向とファン・イン段の第２の配向との所定の関係
を維持する。【００１６】本発明のもう１つの実施態様に従って、複
数の入力ポートと複数の出力ポートを備えた光スイッチ
について説明する。この光スイッチには、複数の入力ポ
ートに結合された一群のファン・アウト・スイッチと、
複数の出力ポートに結合された一群のファン・イン・ス
イッチが含まれている。ファン・アウト・スイッチは、
第１の基準面に対してほぼ平行な第１の配向をなす、第
１の組の平面にスタックされている。一群のファン・イ
ン・スイッチは、第２の基準面に対してほぼ平行な第２
の配向をなす、第２の組の平面にスタックされている。
第１の基準面は、第２の基準面に対して所定の配向をな
している。例えば、第１の基準面は、第２の基準面に対
してほぼ直交させることが可能である。【００１７】【発明の実施の形態】本発明を添付図面を用いて説明す
るが、図面は例示的なものである。図面において同様の
構成要素には同じ参照符号を付している。ここでは、垂
直配向の平面光波回路（ＰＬＣ。またはプレーナー光波
回路）スイッチをベースにした、ある幾何学構造を有す
る光スイッチについて説明する。以下では、本発明の完
全な理解が得られるように、数多くの特定の細部につい
て説明する。しかし、当事者には明らかなように、これ
ら特定の細部がなくとも、本発明の実施は可能である。
他の事例では、本発明が不必要に曖昧にならないよう
に、周知の構造及び装置はブロック図で示されている。【００１８】本発明の光スイッチは、光信号をスイッチ
する（または、切り換える）ものであり、例えば、光通
信ネットワーク及び光信号処理における光信号の経路指
定に用いることが可能である。【００１９】図３には、本発明によるＮ×Ｎスイッチ２
０が例示されている。このスイッチには、Ｎの入力信号
２３を受信するためのＮの入力ポート２２と、Ｎの出力
信号２５を送り出すためのＮの出力ポート２４が含まれ
ている。スイッチ２０は、各入力信号２３を対応する出
力信号２５に経路指定またはスイッチする。【００２０】スイッチ２０には、以下では２Ｎ（１×
Ｎ）アーキテクチャとも呼ぶ、ファン・アウト／ファン
・イン・アーキテクチャ（ＦＯＦＩＡ）２８が含まれて
いる。ファン・アウト／ファン・イン・アーキテクチャ
（ＦＯＦＩＡ）２８には、第１の配向をなすファン・ア
ウト段３４と、第２の配向をなすファン・イン段３８が
含まれている。ファン・アウト段３４は、以下では「入
力段」とも呼ばれ、ファン・イン段３８は、以下では
「出力段」とも呼ばれる。ファン・アウト段３４及びフ
ァン・イン段３８は、結合機構４４を介して光学的に結
合されている。結合機構４４は、例えば、ファン・アウ
ト段３４の第１の配向と、ファン・イン段３８の第２の
配向を規定することが可能である。結合機構について
は、図６を参照してさらに詳細に後述する。【００２１】ファン・アウト段３４には、図４を参照し
てさらに詳細に後述する複数のファン・アウト・スイッ
チを含めることが可能である。ファン・イン段３８に
は、図４を参照してさらに詳細に後述する複数のファン
・イン・スイッチを含めることが可能である。【００２２】図４には、図３のＮ×Ｎスイッチがさらに
詳細に例示されている。ファン・アウト段３４には、複
数の１×Ｎファン・アウト・スイッチ５４を含めること
が可能である。Ｎ：１×Ｎファン・アウト・スイッチ５
４は、第１の基準面５５に対してほぼ平行な平行平面に
配置することが可能である。この例の場合、各平面に
は、１つの１×Ｎスイッチ５４が含まれている。【００２３】ファン・イン段３８には、複数のＮ×１フ
ァン・イン・スイッチ５８を含めることが可能である。
Ｎ：Ｎ×１ファン・アウト・スイッチ５８は、第２の基
準面５９に対してほぼ平行な平行平面に配置することが
可能である。この例の場合、各平面には、１つのＮ×１
スイッチ５８が含まれている。【００２４】実施態様の１つでは、結合機構４４は、フ
ァン・イン段３８におけるＮ：Ｎ×１スイッチの第２の
配向に対してほぼ直交する、または、垂直な第１の配向
に、ファン・アウト段３４におけるＮ：１×Ｎスイッチ
を維持する。【００２５】本発明による光スイッチの利点の１つは、
出力段３８に対する入力段３４の垂直配向によって、そ
れらの段間の単純な相互接続が可能になるという点であ
る。【００２６】図５には、本発明の１実施態様に従って構
成された典型的な３×３スイッチが例示されている。こ
の光スイッチは、２Ｎ（１×Ｎ）アーキテクチャ（Ｎ＝
３）を有しており、本発明の１実施態様による、平面配
向をなす平面光波回路（ＰＬＣ）スイッチを含んでい
る。先行技術による自由空間アプローチに対するこのア
プローチの利点の１つは、平面光波回路（ＰＬＣ）スイ
ッチによって永続的なアライメントが得られることであ
る。永続的アライメントによって、閉ループ制御あるい
は複雑なアセンブリの必要がなくなるので、信頼性およ
び単純性が得られることになる。また、光は導かれるの
で、必要なビーム直径、従って、スイッチ構造の物理的
サイズが、Ｎの増加につれて急激に大きくなることはな
い。【００２７】Ｎが増加すると、入力段と出力段の間のＮ
^２の接続のために、スイッチの中心部にファイバまたは
導波路の「ジャングル」を生じることになる。これらの
接続は、プレーナー導波路（planar waveguide。または
平面導波路）で実施すると、物理的に大きく、損失が多
くなり、また、ファイバで実施すると、大きくて、壊れ
やすくなる。図６及び７に例示の本発明のもう１つの実
施態様による光スイッチによれば、とりわけ、Ｎが大き
いスイッチの場合、ファイバまたは導波路のこのジャン
グル問題が解決される。【００２８】図６には、本発明の実施態様の１つによる
垂直配向の平面光波回路（ＰＬＣ）スイッチをベースに
した、ある幾何学構造を有する光スイッチ１００が例示
されている。この実施態様では、光スイッチ１００に
は、Ｎ×Ｎスイッチ・マトリックスが含まれている。光
スイッチは、２Ｎ（１×Ｎ）アーキテクチャを利用して
いる。【００２９】光スイッチ１００には、第１段１１０（本
明細書では入力段とも記載する）と、第２段１２０（本
明細書では出力段とも記載する）が含まれている。第１
段１１０には、第１の配向をなす複数の平面１１４が含
まれている。例えば、平面１１４は、第１の基準面１１
６に対して平行である。各平面１１４には、ファン・ア
ウト・スイッチ１２０（例えば、１×Ｎスイッチ）が含
まれている。【００３０】第２段１２０には、第２の配向をなす複数
の平面１２４が含まれている。例えば、平面１２４は、
第２の基準面１２６に対して平行である。各平面１２４
には、ファン・イン・スイッチ１８０（例えば、Ｎ×１
スイッチ）が含まれている。【００３１】この例の場合、平面１１４は、平面１２４
に対してある角度をなす（例えば、垂直な、または、直
交する）配向が施されている。例えば、平面１１４は、
平面１２４に対してほぼ垂直とすることが可能である。【００３２】例えば、第１段１１０には、第１の基準面
１１６に対して平行に配置された１つ以上の１×Ｎ入力
スイッチ（例えば、第１群をなすＮ：１×Ｎファン・ア
ウト・スイッチ）を含めることが可能である。同様に、
第２段１２０には、第２の基準面１２６に対して平行に
配置された１つ以上のＮ×１出力スイッチ（例えば、第
２群をなすＮ：Ｎ×１ファン・イン・スイッチ）を含め
ることが可能である。この例の場合、第１の基準面１１
６は、第２の基準面１２６に対してほぼ直交している。
このように、第１群のファン・アウト・スイッチは、第
２群のファン・イン・スイッチに対して垂直になるよう
に構成される。【００３３】本発明によるファン・アウト／ファン・イ
ン・アーキテクチャ（２Ｎ（１×Ｎ）アーキテクチャと
も呼ばれる）では、各入力毎に１つの１×Ｎスイッチ
と、各出力毎に１つのＮ×１スイッチが用いられる。各
入力スイッチは、全ての出力スイッチに接続されてい
る。この例の場合、スイッチは１平面当り１つである。【００３４】実施態様の１つでは、ファン・アウト・ス
イッチ及びファン・イン・スイッチは、平面光波回路
（ＰＬＣ）である。例えば、各１×Ｎスイッチ及びＮ×
１スイッチは、平面光波回路（ＰＬＣ）で実施すること
が可能である。ＰＬＣによって導波アプローチが可能に
なるので、ＰＬＣを使用する本発明による光スイッチに
は、入力と出力とが永続的にアライメントされるという
利点を有する。温度及び振動の変化にもかかわらず、低
挿入損失を維持するには、入力ファイバと出力ファイバ
が確実に所定位置にとどまるようにすれば十分である。
従って、本発明による光スイッチの光学的及び機械的構
成は比較的単純であり、費用対効果を高くして実施する
ことができる。【００３５】図８を参照してさらに詳細に後述するよう
に、各Ｎ×１スイッチまたは１×Ｎスイッチは、１×２
スイッチ素子のツリーとして実施することが可能であ
る。【００３６】図７には、図６の光スイッチのライン７−
７で切り取った断面図が例示されている。すなわち、図
７には、第１段と第２段の間のライン７−７に沿った交
差部を含む断面図が例示されている。１×Ｎ（入力段）
スイッチからの出力導波路は、Ｎ×１（出力段）スイッ
チへの入力導波路と直接的に位置合わせ（アライメン
ト）されている。好適な実施態様では、第１段１１０と
第２段１２０は、互いに直接突合せ結合される。この結
合のアライメント許容差は、導波路の端部が交差部で大
きくなるように先細りにすることによって緩和すること
が可能である。【００３７】図８には、本発明の１実施態様よる１×２
スイッチ素子のツリーとして実施した１×Ｎファン・ア
ウト・スイッチの典型的な例が示されている。同様に、
Ｎ×１ファン・イン・スイッチは、２×１スイッチ素子
のツリーとして実施することが可能である。本発明によ
る光スイッチを形成するための基本構成単位として単純
な１×２スイッチを用いることによって、いくつかの利
点が実現される。先行技術によるクロス・バー・アプロ
ーチに対するツリー・アプローチの利点の１つは、ツリ
ーの場合、各信号が遭遇する１×２スイッチは２ｌｏｇ
_２Ｎだけであるということである。従って、本発明によ
る光スイッチの場合、挿入損失は、Ｎの増加に対してよ
り良好である。さらに、全ての信号がこの損失を被るの
で、本発明による光スイッチの場合、損失の変動が経路
に左右されることはない。【００３８】ファン・イン・スイッチ及びファン・アウ
ト・スイッチは、バブル技術（bubble technology）ま
たは熱光学技術を用いることが可能である。本発明の実
施態様の１つでは、ファン・アウト・スイッチ及びファ
ン・イン・スイッチは、バブル技術を利用しており、全
反射（または、全内部反射）を用いる、流体を含む平面
光波回路（ＰＬＣ）で実施される。この実施態様は、単
純なバイナリ制御、極めて少ないクロストーク、高速ス
イッチング時間、低偏光依存、及び、コンパクトな設計
を特徴とする。【００３９】バブル技術を用いた光交差接続（ＯＸＣ）
スイッチは、シリカ平面光波回路（ＰＬＣ）マトリック
スの交差部にエッチングで形成されたトレンチ（溝）の
側壁からの全反射に基づくものである。トレンチには、
通常、トレンチを透過して、導波路チップにおける次の
共線関係にある導波路部分に入射することを可能にする
屈折率整合流体が充填されている。光が伝達する距離の
大部分は導波路内にある。トレンチは、幅がわずか約１
５ミクロンのため、非誘導伝搬が短く、自由空間よりも
屈折率が高いというもう１つの利点を有している。【００４０】こうして、挿入損失をかなり低く抑えて、
ポート数の多いスイッチを形成することが可能になる。
液体の移動は、導波路に結合された個別のチップに作成
することが可能な、インクジェット技術をベースにした
サーマル・アクチュエータによって交差部に発生される
小さいバブルを利用して行われる。バブルが存在する
と、光は全反射される。バブルの膨張及び収縮に適応す
るため、各交差部の両側において、アクチュエータ・チ
ップに穴が貫通している。【００４１】バブル技術を利用する利点には、単純なバ
イナリ制御（すなわち、バブルの有無）、極めて少ない
クロストーク、多くの光ネットワーク用途に適した高速
スイッチング時間（例えば、ミリ秒範囲内）、低偏光依
存、及び、コンパクトな設計（但しこれらに限定するわ
けではない）が含まれる。【００４２】本発明による光スイッチの形成に利用可能
なＰＬＣスイッチ素子の例、及び、バブル技術に関連し
たさらなる説明が、Ｆｏｕｑｕｅｔ，Ｊ．Ｅによる「Ｃ
ｏｍｐａｃｔｏｐｔｉｃａｌｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｎ
ｅｃｔｓｗｉｔｃｈｂａｓｅｄｏｎｔｏｔａｌ
ｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｎａ
ｆｌｕｉｄ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｐｌａｎａｒｌ
ｉｇｈｔｗａｖｅｃｉｒｃｕｉｔ」（Ｏｐｔｉｃａｌ
ＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒ
ｅｎｃｅ，２０００，Ｖｏｌｕｍｅ：１，２０００，
ｐ．２０４−２０６）と題する刊行物に記載されている
（上記非特許文献２）。尚、この文献は参照により本明
細書に組み込むものとする。【００４３】代替実施態様の場合、ファン・アウト・ス
イッチ及びファン・イン・スイッチは、熱光学技術を利
用して実施される。熱光学技術では、各交差部毎に二重
マッハ−ツェンダー干渉計スイッチを用いて、スイッチ
に対する消光を改善するが、広い面積を必要とするとい
う代償を払うことになる。熱光学技術については、Ｇｏ
ｈ，Ｔ．；Ｙａｓｕ，Ｍ．；Ｈａｔｔｏｒｉ，Ｋ．；Ｈ
ｉｍｅｎｏ，Ａ．；Ｏｋｕｎｏ，Ｍ；Ｏｈｍｏｒｉ，
Ｙ．による「ＬｏｗＬｏｓｓＡｎｄＨｉｇｈＥ
ｘｔｉｎｃｔｉｏｎＲａｔｉｏＳｔｒｉｃｔｌｙ
Ｎｏｎｂｌｏｃｋｉｎｇ１６／ＳｐｌＴｉｍｅｓ／
１６ＴｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃＭａｔｒｉｘＳｗｉ
ｔｃｈＯｎ６−ＩｎＷａｆｅｒＵｓｉｎｇＳ
ｉｌｉｃａ−ＢａｓｅｄＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗ
ａｖｅＣｉｒｃｕｉｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（Ｊ
ｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌｕｍｅ：１９Ｉｓｓｕｅ：２０
０１年３月３日、ｐ３７１−３７９）と題する刊行物に
記載されている（上記非特許文献３）。尚、この文献は
参照により本明細書に組み込むものとする。【００４４】本発明の重要な側面は、入力段１１０と出
力段１２０との間における相互接続の幾何学的構造であ
る。機能上、相互接続は、入力段の各１×Ｎスイッチが
出力段の全てのＮ×１スイッチに接続されるように構成
される。本発明による光スイッチによって規定される幾
何学的構造では、入力スイッチと出力スイッチが直交平
面に配置され、それによって、単純ではあるが信頼性の
高いやり方で相互接続を実施することが可能になる。図
６及び７に例示の光スイッチは、とりわけ、Ｎが大きい
場合、図５に例示のスイッチよりも簡単に実施可能であ
るという点に留意されたい。【００４５】本発明の光スイッチは、１）平面光波回路
（ＰＬＣ）光スイッチによって得られる永続的アライメ
ント及びコンパクトさ、２）スイッチのファン・アウト
／ファン・イン・アーキテクチャ（すなわち、２Ｎ（１
×Ｎ）アーキテクチャ）によって得られる低損失、及
び、３）入力段と出力段の直交配向によって得られる単
純な相互接続、を実現することに特徴がある。すなわ
ち、ファン・アウト／ファン・イン・アーキテクチャに
よって、入力ポート及び出力ポートの数が増加しても、
低挿入損失と、比較的小さい物理的サイズが得られる。
本発明による光スイッチは、永続的アライメントを特徴
とするＰＬＣスイッチを用いているので、先行技術によ
る「自由空間」アプローチに比べて、設計が単純で、動
作の信頼性が高い。【００４６】本発明による光スイッチは、例えば、時分
割多重（ＴＤＭ）、波長分割多重（ＷＤＭ）、及び、高
密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）を用いるシステム及びネ
ットワークにおいて利用可能である。【００４７】本発明による光スイッチは、多数のポート
を必要とする用途にも利用可能である。例えば、本発明
による光スイッチは、厳密にノン・ブロッキング・アー
キテクチャ（non-blocking architecture。または、無
閉塞アーキテクチャ）をなす大型スイッチ構造（例え
ば、５１２×５１２の構造）を必要とする用途に適合す
る。【００４８】以上、本発明の特定の実施態様を参照して
本発明を説明した。しかし、本発明のより広い範囲から
逸脱することなく、本発明にさまざまな修正及び変更を
施すことが可能であることは明らかであろう。従って、
本明細書及び図面は、限定を意味するものではなく、例
示のためのものとみなすべきである。【００４９】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．光スイッチ（２０）であって、ａ）複数の入力ポート（２２）と、ｂ）複数の出力ポート（２４）と、ｃ）ファン・アウト／ファン・イン・アーキテクチャ
（２８）を備え、前記ファン・アウト／ファン・イン・アーキテ
クチャが、第１の配向を有する複数の入力ポートに結合
されたファン・アウト段（３４）と、第２の配向を有す
る複数の出力ポートに結合されたファン・イン段（３
８）と、前記ファン・アウト段と前記ファン・イン段を
光学的に結合し、前記ファン・アウト段の前記第１の配
向と前記ファン・イン段の前記第２の配向との所定の関
係を維持するための結合機構（４４）を備えることから
なる、光スイッチ。２．前記ファン・アウト段（３４）が、第１の組をなす
ほぼ平行な平面に配置された複数のファン・アウト・ス
イッチ（５４）を含み、１入力ポートごとに１つのファ
ン・アウト・スイッチが存在する、上項１に記載の光ス
イッチ。３．各ファン・アウト・スイッチが、１×Ｎスイッチで
あり、各ファン・アウト・スイッチが、前記複数の入力
ポートの１つに結合された１つの入力と、前記ファン・
イン段に結合するためのＮ個の出力を含む、上項１に記
載の光スイッチ。４．１平面当りに１つのファン・アウト・スイッチが存
在し、前記ファン・イン・スイッチが、平面光波回路
（ＰＬＣ）であることからなる、上項２に記載の光スイ
ッチ。５．前記ファン・イン段（３８）が、第２の組をなすほ
ぼ平行な平面に配置された複数のファン・イン・スイッ
チ（５８）を含み、１出力ポートごとに１つのファン・
イン・スイッチが存在する、上項１に記載の光スイッ
チ。６．各ファン・イン・スイッチが、Ｎ×１スイッチであ
り、各ファン・イン・スイッチが、前記ファン・アウト
段に結合するためのＮ個の入力と、前記複数の出力ポー
トの１つに結合された１つの出力を含む、上項１に記載
の光スイッチ。７．１平面当りに１つのファン・イン・スイッチが存在
し、前記ファン・イン・スイッチが、平面光波回路（Ｐ
ＬＣ）である、上項５に記載の光スイッチ。８．前記ファン・イン／ファン・アウト・アーキテクチ
ャが、２Ｎ（１×Ｎ）アーキテクチャであり、Ｎが入力
ポート数であり、Ｎが出力ポート数である、上項１に記
載の光スイッチ。９．前記ファン・アウト段が、ほぼ平行に配置された第
１の組をなす平面にスタックされた複数の１×Ｎファン
・アウト・スイッチを含み、前記ファン・イン段が、ほ
ぼ平行に配置された第２の組をなす平面にスタックされ
た複数のＮ×１のファン・イン・スイッチを含み、前記
結合機構によって、前記複数の１×Ｎのファン・アウト
・スイッチと前記複数のＮ×１のファン・イン・スイッ
チが光学的に結合され、前記第１の組をなす平面が前記
第２の組をなす平面に対してほぼ直交する状態に維持さ
れることからなる、上項１に記載の光スイッチ。１０．前記ファン・アウト段が、複数のファン・アウト
・スイッチを含み、前記ファン・イン段が、複数のファ
ン・イン・スイッチを含み、前記ファン・アウト・スイ
ッチ及びファン・イン・スイッチが、ノン・ブロッキン
グ・スイッチ（または、無閉塞スイッチ）である、上項
１に記載の光スイッチ。【００５０】本発明の光スイッチ(20)は複数の入力ポー
ト(22)と複数の出力ポート(24)を有する。光スイッチ
は、ファンアウト段(34)、ファンイン段(38)、及び結合
機構(44)を有するファンアウト−ファンインアーキテク
チャ(28)を特徴とする。ファンアウト段(34)は、複数の
入力ポートに結合され、第１の配向を有する。ファンイ
ン段(38)は、複数の出力ポートに結合され、第２の配向
を有する。結合機構(44)は、ファンアウト段をファンイ
ン段に光学的に結合し、ファンアウト段の第１の配向と
ファンイン段の第２の配向との所定の関係を維持する。【００５１】【発明の効果】本発明によれば、低損失かつコンパクト
な光スイッチを提供することができる。

【図面の簡単な説明】【図１】先行技術によるクロス・バー・スイッチを例示
した図である。【図２】先行技術によるマイクロ電気機械システム（Ｍ
ＥＭＳ）・スイッチを例示した図である。【図３】本発明によるＮ×Ｎスイッチを例示した図であ
る。【図４】図３のＮ×Ｎスイッチをさらに詳細に例示した
図である。【図５】本発明に従って構成された典型的な３×３スイ
ッチを例示した図である。【図６】本発明の実施態様の１つによる、垂直配向の平
面光波回路スイッチをベースにした光スイッチの第１の
幾何学構造を例示した図である。【図７】図６の光スイッチをライン７−７で切り取った
断面図である。【図８】本発明による１×２スイッチ素子のツリーとし
て実施された典型的な１×Ｎスイッチを例示した図であ
る。【符号の説明】２０光スイッチ２２入力ポート２４出力ポート２８ファン・アウト／ファン・イン・アーキテクチャ３４ファン・アウト段３８ファン・イン段４４結合機構５４ファン・アウト・スイッチ５８ファン・イン・スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジョナサン・レイシーアメリカ合衆国カリフォルニア州94041, マウンテンビュー，ホウトン・ストリート・222 (72)発明者ブライアン・レモフアメリカ合衆国カリフォルニア州94043, ユニオンシティー，タミー・コート・4844 (72)発明者ジュリー・フォウケットアメリカ合衆国カリフォルニア州94028, ポートラバレイ，ヒルブルック・ドライブ・48 Ｆターム(参考） 2H079 AA06 AA12 BA01 CA05 CA24 EA03 GA05 2K002 AA02 AA03 AB05 BA13 DA06 HA11 5K102 AA15 AA36 MA05 MB11 NA01 PD13 PD14 PD16

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】光スイッチ（２０）であって、ａ）複数の入力ポート（２２）と、ｂ）複数の出力ポート（２４）と、ｃ）ファン・アウト／ファン・イン・アーキテクチャ
（２８）を備え、前記ファン・アウト／ファン・イン・アーキテクチャ
が、第１の配向を有する複数の入力ポートに結合されたファ
ン・アウト段（３４）と、第２の配向を有する複数の出力ポートに結合されたファ
ン・イン段（３８）と、前記ファン・アウト段と前記ファン・イン段を光学的に
結合し、前記ファン・アウト段の前記第１の配向と前記
ファン・イン段の前記第２の配向との所定の関係を維持
するための結合機構（４４）を備えることからなる、光
スイッチ。