JP2003515786A - マルチプル１×ｎ光スイッチ構成 - Google Patents

マルチプル１×ｎ光スイッチ構成

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Abstract

(57)【要約】 シングル光スイッチパッケージ内のマルチプル１×Ｎ光スイッチのコンパクトな構造が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 〔発明の背景〕 本発明は、光ファイバスイッチに関する。
【０００２】 典型的には、高密度Ｎ×Ｎスイッチの作製にあたり、故障の際の代行能力を備
えるために、２つのＮ×Ｎスイッチコア又はファブリックが必要である。各スイ
ッチコア内では、到来ファイバから出た信号が分割され、戻り経路が再び結合さ
れる。かかるスイッチングは、所望の経路を選択する個々のスイッチング機構を
用いることによって実現できる。スイッチコアの全体サイズ（即ち、値Ｎ）が増
大し続けるにつれ、シングルポートユニット内にパッケージ実装しなければなら
ない個々のスイッチング機構の数が多すぎる状態になっている。
【０００３】 〔発明の概要〕 本発明の１つの側面では、光ファイバスイッチ組立体は、偏向ミラーからなる
第１のストリップ構成と、偏向ミラーからなる、第１のストリップ構成に対向す
る第２のストリップ構成とを有し、第１及び第２のストリップ構成の偏向ミラー
は、複数のスイッチを形成すべく協働するように構成されている。
【０００４】 本発明の実施形態は以下の特徴の１以上を含む。
【０００５】 各ストリップの偏向ミラーは各々、光ビームを受け取り、その光ビームを対向
するストリップのＮ個の偏向ミラーのうちの選択された偏向ミラーに伝える。
【０００６】 本発明の利点は、とりわけ以下の通りである。１×Ｎスイッチの交互配置によ
り、非常にコンパクトな構成が得られ、かくして、スイッチ組立体の全体的なパ
ッケージ実装サイズが減少する。かかるコンパクトな構成は、多くのスイッチを
シングルユニットとしてパッケージ実装する必要のある光ファイバスイッチング
用途にとって特に関心が向けられている。
【０００７】 本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲から明ら
かになろう。
【０００８】 〔詳細な説明〕 図１を参照すると、スイッチ１０は、ミラーの２つのアレイ又はストリップ１
２ａ，１２ｂの構成を含み、２つのアレイ又はストリップ１２ａ，１２ｂはそれ
ぞれ、ミラー１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ及びミラー１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆを有している。本明細書において
説明するようなミラー１４，１６は、２次元ミラーである。変形例として、ミラ
ー１４，１６は、１次元ミラーであってもよい。ミラーは、１個の入力でＮ個の
出力(１×Ｎ)を持つスイッチ１８を形成するようグループ分けされており、図１
では、Ｎの値は２である。ミラー１４ａ，１４ｄ，１６ｃ，１６ｆは入力として
働き、他のミラーは出力として働く。ミラー１４ａ，１６ａ，１６ｂは第１のス
イッチ１８ａを形成し、ミラー１６ｃ，１４ｂ，１４ｃは第２のスイッチ１８ｂ
を形成し、ミラー１４ｄ，１６ｄ，１６ｅは第３のスイッチ１８ｃを形成し、ミ
ラー１６ｆ，１４ｅ，１４ｆは第４のスイッチ１８ｄを形成している。励進コリ
メータ（図示せず）からミラーストリップ１２ａのミラー１４ａに差し向けられ
た光は、ミラー１４ａによって対向するミラーストリップ１２ｂのターゲットミ
ラー１６ａ又は１６ｂのいずれかに差し向けられる。ミラーストリップ１２ｂの
ミラー１６ｃに当たった光は、ミラーストリップ１２ａのミラー１４ｂ又はミラ
ー１４ｃのいずれかに差し向けられる。同様に、ミラー１４ｄは、光ビームをタ
ーゲットミラー１６ｃ，１６ｄのうちの選択された一方に差し向け、ミラー１６
ｆは、光ビームをターゲットミラー１４ｅ，１４ｆのうちの選択された一方に差
し向ける。図から理解できるように、スイッチ１８ａ，１８ｃは、第１の向きに
配置され、スイッチ１８ｂ，１８ｄは、第１の向きと反対の第２の向きに配置さ
れている。したがって、図示のようなスイッチのコンパクトな構造を得るために
、第１の向きに配置されたスイッチと第２の向きに配置されたスイッチとは、交
互に配置される。すなわち、スイッチ１８ａ，１８ｃ，１８ｂ，１８ｄのそれぞ
れの入力１４ａ，１４ｄ，１６ｃ，１６ｆは、スイッチ１８のうちの隣り合うも
のの出力と整列するように配向される。例えば、スイッチ１８の入力１４ａは、
それに隣接したスイッチ１８ｂの出力１４ｂ，１４ｄと一線をなし、同様に、ス
イッチ１８ｂの入力１６ｃは、スイッチ１８ａの出力１６ａ，１６ｂ並びにスイ
ッチ１８ｂに隣接したスイッチ１８ｃの出力１６ｄ，１６ｅと一線をなす。
【０００９】 ターゲットミラー、例えばミラー１４ｅ，１４ｆは、互いに近接しているので
、ビームを偏向させるミラー(ターゲットミラー１４ｅ，１４ｆの例では、ミラ
ー１６ｆ)の偏向角度は極めて小さく、偏向に必要な駆動電圧も非常に小さい。
例えば、(焦点距離が１．５mmのレンズを用い、)レンズ間の距離が５０mmで、ミ
ラー間隔が１mmの場合、必要なミラーの偏向角度は、１／２度よりもほんの僅か
に大きい角度であるに過ぎない。偏向させないターゲット位置が２つのターゲッ
トミラーの中間に位置するように、ビーム励進コリメータを各１×２スイッチに
向けることによって、偏向角度を一段と小さくしてもよく、この場合、使用され
る必要がある角度は小さくなる。ストリップに沿う一方の偏向方向だけが、はっ
きりと分かるほどの偏向を必要とすることもできる。この場合、機械的な軸合わ
せが正確に行われていれば、他方の偏向方向は、非常に僅かな補正を必要とする
に過ぎない。もちろん、上述したように、ミラーは１次元であっても良く、その
場合、ミラーは、１方向にだけ偏向させる。
【００１０】 図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、(図１の)スイッチ１０の組立体、即ちスイッ
チ組立体２０が、２つの組立体２２，２４を含み、２つの組立体２２，２４は、
ピン２６によって互いにしっかりとクランプ止めされている。組立体２４は、レ
ンズ２８，２８′とファイバフェルール３０ａ，３０ｂを備えたファイバとを保
持する一体構造ブロックであり、これらのレンズ及びファィバは、フェルール３
０ａ，３０ｂの端部でファイバから出るビームウエスト距離を最大にさせるよう
に互いに調節される。組立体２２は、(例えばシリコン、セラミック、ガラス等
の関連した基板を含む)ミラーストリップ１２ａ，１２ｂを保持し、これらのミ
ラーストリップは、これらの導線用の接続リボン３２ａ，３２ｂを有している。
組立体２０は、安定化された温度環境をもたらすように、ヒータ３４及び温度セ
ンサ３６を更に有している。スイッチ組立体２０をその周囲環境から断熱ジャケ
ット(図示せず)で断熱するのがよい。
【００１１】 図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、ミラーストリップ１２ａ，１２ｂを具体的に
構成するための例示のミラーストリップ構造４０が部分図の状態で示されている
。ミラーストリップ構造４０は、(図１のミラー１４，１６に相当する)マイクロ
ミラー構造４２を含み、マイクロミラー構造４２は各々、基準部材又は基板４６
の上面よりも上に配置され且つその上面にわたって支持されたミラー構成４４を
有している。マイクロミラー構造４２の細部を示すため、３つのマイクロミラー
構造だけが図示されている。図１のスイッチ１０のストリップ１２ａ，１２ｂの
各々には、６つのマイクロミラー構造４２があることが理解されよう。図３Ａに
示すように、各ミラー構成４４は、ミラー４８を有し、このミラー４８は、第１
の対をなす捩り部材５２ａ，５２ｂによってミラーフレーム５０に結合されてい
る。ミラー構成４４は、第２の対をなす捩り部材５４ａ，５４ｂをさらに有し、
これらの捩り部材５４ａ，５４ｂは、ミラーフレーム５０をストリップ５６に結
合している。
【００１２】 図３Ｂを参照すると、基板４６は、ベース部分５８と、ベース部分５８上の隆
起部分６０と、ベース部分５８の両側に設けられた側壁部分６２とを有している
。基板は、セラミック又は他の適当な材料で作られたものである。ストリップ５
６は、側壁６２の上面に位置している。隆起部分６０（図３Ａ）によって示すよ
うに、隆起部分６０の形状は円錐形又はほぼ円錐形である。
【００１３】 ミラー４８及びミラーフレーム５０（図３Ａ）に回転運動を与える電極６４が
、隆起部分６０の表面に設けられている。電極６４は、捩り部材５２ａ，５２ｂ
(「Ｘ軸」)周りのミラー構成の内側回転並びに捩り部材５４ａ，５４ｂ(「Ｙ軸
」)周りのミラー構成の外側回転を制御する。
【００１４】 小さな駆動電圧で大きな偏向角度を得るために、ミラー構造が、上述したよう
な隆起部分６０を有するのが好ましい。隆起部分６０が円錐形又は円錐形に似た
形態を有するものとして説明したけれども、隆起部分６０の形状は、電極６４を
ミラー構成４４に近接して位置決めし且つｘｙ平面内のミラー構成の回転運動を
支持させる任意の形状又は構造のものであってもよい。しかしながら、隆起部分
を設けることが望ましいにもかかわらず、任意その他の電極構造又は電極を支持
するための構造を用いてもよいことが理解されよう。例えば、プレーナ形電極を
用いてもよい。
【００１５】 好ましくは、ミラー構成１４及び電極３４は、円錐部３０がミラー１８の下に
ほぼ心出しされるように、円錐部３０に対して位置決めされる。ミラーフレーム
２０の下に位置した基板領域は、円錐形である必要はないけれども、ミラー構成
１４を捩り部材２４ａ，２４周りにその外側回転軸線を通って自由に回転させる
のに必要とされる角度で傾斜している。これら基板領域を基板１６内において直
線的に機械加工することができ、かくして基板１６の作製が単純化される。
【００１６】 図３Ｂで分かるように、スペーサ６５をストリップ５６の各々とストリップ５
６よりも下に位置する基板４６の側壁部分６２との間に用いるのがよい。基板１
２の底面の角度は、重要ではない。典型的には、基板１６は、４．５インチ×４
．５インチ(１１．４３cm×１１．４３cm)の断面材で作られるので、これら断面
材はすべて一緒に作られる。基板材料を垂直方向及び水平方向に機械加工して所
望角度で材料を除去するのがよい。円錐体又は円錐体に似た形状は、基板構造体
を仕上げるように研削加工によって頂部に形成されるが、これらをエッチングに
よって基板表面に形成してもよい。変形例として、基板材料を未加工状態で注型
するための成形型を作ってもよい。さらに別の変形例では、電極を基板表面上に
めっきしてもよい。
【００１７】 絶縁体上シリコン形成法を用いてミラー構造体４２を作製するのがよく、ミラ
ー構成４４は、頂部（即ちデバイス）シリコンウエーハ内に作られる。他の作製
法を用いてもよい。
【００１８】 図３Ａ及び図３Ｂに示すミラー構造体４２の実施形態及び関連した種々の作製
方法は、「ＮｘＮ光スイッチの改良」と題する２０００年１１月１６日に出願され
た同時係属中の米国特許出願に詳しく説明されており、かかる米国特許出願の内
容をここに援用する。
【００１９】 他の構造体（例えば、上述したように異なる電極構造を持つミラー構造体）を
使用してもよい。例えば、ミラーストリップ１２ａ，１２ｂ及びそれぞれ関連し
たこれらのミラー構造体１４，１６を、米国特許第 6,044,705号及び第 5,629,7
90号に記載されている技術を用いて構成してもよく、かかる米国特許の内容をこ
こに援用する。他の公知の超精密機械加工された２次元ミラー構造体を用いても
よい。
【００２０】 ミラー１４，１６の偏向を閉ループ系で駆動するのがよい。所望ならば、上述
の米国特許出願及び米国特許に記載されているように、角度偏向センサを用いて
偏向を制御してもよい。いずれの方向への偏向も、静電方式であっても良いし、
磁石方式であっても良いし、或いは、これらの両方の方式であっても良い。例え
ば、比較的大きな偏向度を持つ軸線は磁石方式であるのが良く、比較的小さな偏
向軸線は、小規模な補正しか必要としないので静電方式であるのが良い。かくし
て、たとえミラーが互いに遠くに間隔を隔てていても、静電的に不安定になるお
それは殆ど無い。
【００２１】 変形例として、偏向器を開ループ系で駆動しても良いし、或いは、外部軸合わ
せ方式を用いてもよい。例えば、図４を参照すると、（図２Ａからのものである
）コリメータ３０ｂから出たファイバ７０が、マンドレル７１の周りに曲げられ
ていることがあり、かかるファイバは放射線を生じ、この放射線は、(例えば、
プラスチック製)単一レンズ又はフレネルレンズ７４により集められて検出器７
２上に結像される。偏向ミラーの駆動電圧又は電流を非常に僅かな角度にわたっ
てディザリングし、検出器７２を使用して位相検波方式で伝送出力ピークの最大
値を検出することによって、ミラー１４，１６を、１つのファイバから別のファ
イバへの光の伝送を行うための最適偏向位置に係止することができる。
【００２２】 交互配置方式を１×２スイッチに関して上述したが、これは、任意のサイズの
１×Ｎのスイッチにそのまま適用でき、ここでＮは、２又は３以上の値である。
さらに、スイッチ１０を、４つの１×Ｎ（ここでは、Ｎ＝２）スイッチを有する
ものとして説明したが、スイッチ１０は、図示の１×Ｎスイッチを５以上又は３
以下、有していても良い。
【００２３】 かくして、スイッチ１８を、１個の入力、Ｎ個の出力を持つものとして説明し
た。変形例として、スイッチ１８は、Ｎ個の入力及び１個の出力をもつものであ
っても良く、或いは、第１のモードでは入力として働くミラー及び出力として働
くミラーがそれぞれ、第２のモードでは出力及び入力として働くように、２モー
ドで動作するものであってもよい。例えば、再び図１を参照すると、スイッチ１
８は、ミラー１４ｂ，１４ｃ，１４ｅ，１４ｆ，１６ａ，１６ｂ，１６ｄ，１６
ｅを入力として、ミラー１４ａ，１４ｄ，１６ｃ，１６ｆを出力として用いるよ
う動作させても良い。かくして、１×２スイッチは各々、２個の入力、１個の出
力を持ち、かくして、単一の出力ミラーに差し向けられる２つの入力ミラーのう
ちの対応する１つの入力ミラーで受け取られた、入力信号（即ち、光ビーム）の
うちの１つを選択する。
【００２４】 複数の１×２スイッチ、例えばスイッチ１０を含むスイッチ用の１×２スイッ
チの他の実施形態が計画されている。例えば、図５を参照すると、１×２スイッ
チが、スイッチ８０として示され、コリメータ及びファイバ組立体８４ａ〜８４
ｃ(以下、コリメータという)を有する形態に配置されたシングルラッチ式スイッ
チ素子８２を用いて具体的に構成されている。コリメータ８４ａは、励進コリメ
ータとして働き、コリメータ８４ｂ，８４ｃは、射出コリメータとして働く。コ
リメータ８４は各々、ミラーストリップ１２ａ，１２ｂのうち一方又は他方に結
合され、好ましくは、シリコン基板に形成された「Ｖ」字形溝内に配置される。
ラッチ式スイッチ素子８２を、同時係属中の米国特許出願第 09／388,772号に記
載されているように、磁石作動及び静電クランプ方式で具体的に構成することが
でき、かかる米国特許出願の内容をここに援用する。
【００２５】 スイッチ８０の作用は次の通りである。ラッチ式スイッチ素子８２の非作動時
、光ビーム経路は、コリメータ８４ａからコリメータ８４ｂに至る。ラッチ式ス
イッチ素子８２を図示のように４５°の角度のところに位置決めするために(静
電的にクランプ止めすることによって)作動させると、コリメータ８４ａからの
ビームは、コリメータ８４ｂに差し向けられないで、その代わりにコリメータ８
４ｃに差し向けられる。たとえラッチ式スイッチ素子８２が特定の位置に静電的
にクランプ止めされていても、上述の米国特許出願第０９／３８８，７７２号に
記載されているように、小規模な位置調整は依然として可能である。コリメータ
８４に対するラッチ式スイッチ素子８２の機械的配設場所はばらつきがあっても
よい。というのは、スイッチングが行われる時、関連したミラーを傾斜させ、２
方向に適切に調整することができるからである。
【００２６】 〔他の実施形態〕 本発明を詳細な説明の項において説明したが、上記の説明は例示であって、本
発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲の記載に基
づいて定められる。他の実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲
に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ４つの１×２スイッチからなるよう構成されたスイッチの略図である。
【図２Ａ】 図１に示すスイッチの側面図である。
【図２Ｂ】 図１に示すスイッチの平面図である。
【図３Ａ】 例示のミラー構造の平面図である。
【図３Ｂ】 例示のミラー構造の側面図である。
【図４】 図１、図２Ａ及び図２Ｂのスイッチ中の各スイッチング経路の結合状態を最適
化する検出器構造の略図である。
【図５】 ラッチ式スイッチ素子を用いる別の１×２スイッチ構造の略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のスイッチを有し、これらのスイッチの各々は、１個の
    入力とＮ個の出力を有し、前記複数のスイッチは、これらのスイッチのうちの１
    つのスイッチの入力がそれと隣接した前記複数のスイッチのうちの任意のスイッ
    チの出力と一線をなすように構成され且つ互いに配向されている光ファイバスイ
    ッチ。
  2. 【請求項２】 前記複数のスイッチの構成及び配向により、コンパクトな構
    成の複数のスイッチになる、請求項１記載の光ファイバスイッチ。
  3. 【請求項３】 前記各スイッチは、スイッチング経路を形成するよう構成さ
    れた偏向ミラーを有している、請求項１記載の光ファイバスイッチ。
  4. 【請求項４】 前記各偏向ミラーは、前記偏向ミラーからの光を受け取るフ
    ァイバのところで決定される出力ピーク検出値に基づいて、最適偏向角度に係止
    される、請求項３記載の光ファイバスイッチ。
  5. 【請求項５】 前記偏向ミラーは、基板よりも上に垂下するミラーと、基板
    内に配置され、前記偏向ミラーを２軸方向に回転させるための駆動装置と、を含
    む、請求項３記載の光ファイバスイッチ。
  6. 【請求項６】 偏向ミラーからなる第１のストリップ構成と、 偏向ミラーからなる、前記第１のストリップ構成に対向する第２のストリップ
    構成と、を有し、 前記第１及び第２のストリップ構成の偏向ミラーは、複数のスイッチを形成す
    べく協働するように構成されている、光ファイバスイッチ組立体。
  7. 【請求項７】 前記第１のストリップ構成は、少なくとも１対の出力によっ
    て間隔を置いた少なくとも２つの入力を有し、第２のストリップ構成は、１つの
    入力によって間隔を置いた少なくとも２対の出力を有する、請求項６記載の光フ
    ァイバスイッチ組立体。
  8. 【請求項８】 前記各ストリップの偏向ミラーは各々、光ビームを受け取り
    、その光ビームを対向するストリップのＮ個の偏向ミラーのうちの選択された１
    つに伝える、請求項６記載の光ファイバスイッチ組立体。
  9. 【請求項９】 前記各偏向ミラーは、前記偏向ミラーからの光を受け取るフ
    ァイバのところで決定される出力ピーク検出値に基づいて、最適位置に係止され
    る、請求項６記載の光ファイバスイッチ組立体。
  10. 【請求項１０】 前記各偏向ミラーは、基板よりも上に垂下するミラーと、
    基板内に設けられ、前記偏向ミラーを２軸方向に回転させるための駆動装置と、
    を含む１つの構造を有する、請求項６記載の光ファイバスイッチ組立体。
  11. 【請求項１１】 複数のミラーを有し、これら複数のミラーは、それらのう
    ちの１つのミラーとそれらのうちの他のＮ個のミラーとの間にスイッチング経路
    を形成するよう構成され、 第１の動作モードでは、前記１つのミラーが光ビームを前記他のＮ個のミラー
    に差し向けるように、前記１つのミラーは入力として働き且つ前記他のＮ個のミ
    ラーは出力として働き、第２の動作モードでは、前記１つのミラーが前記他のＮ
    個のミラーのうちの１つから光ビームを受け取るように、前記１つのミラーは出
    力として働き且つ前記他のＮ個のミラーは入力として働く、光ファイバスイッチ
    構造。
  12. 【請求項１２】 ３つのコリメータを有し、１つのコリメータが励進コリメ
    ータとして働き、他のコリメータが射出コリメータとして働き、 第１の位置及び第２の位置を有するラッチ式スイッチ素子を更に有し、このラ
    ッチ式スイッチ素子が第１の位置にあるとき、前記励進コリメータから出た光ビ
    ームが前記射出コリメータのうちの第１の射出コリメータに直接差し向けられ、
    前記ラッチ式スイッチ素子が第２の位置にあるとき、前記励進コリメータから出
    た光ビームが前記ラッチ式スイッチ素子によって前記射出コリメータのうちの第
    ２の射出コリメータに偏向される、光ファイバスイッチ構造。
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