JP2004077854A - 光スイッチ及びその使用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明による光スイッチは、各々第1及び第2の入力端並びに第1及び第2の出力端を有し、n×n行列(nは整数)に配置された複数のスイッチセルSCと、2(n−1)個の反射セルRCとを備えている複数のスイッチセルは、第1列のスイッチセルの入力端の一つと第n列のスイッチセルの出力端の一つが光学的に接続されるように選択的に駆動される。(n−1)個の反射セルは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第1の出力端を第1行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続するように配置される。残りの(n−1)個の反射セルは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第2の出力端を第n行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続するように配置される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は光スイッチ及び光スイッチの使用方法に関し、特に、波長分割多重(WDM)を用いたフォトニックネットワークにおけるノード装置に適した光スイッチに関する。
【0002】
【従来の技術】
波長分割多重(WDM)システムは、伝送容量を飛躍的に増大することができる通信システムとして、開発及び実用化が進められている。WDMシステム同士を接続して、広大なフォトニックネットワークを構築するために、各装置間を光ファイバによりループ状に接続するリング型ネットワークやメッシュ状に接続するメッシュ型ネットワークが検討されている。
【0003】
リング型ネットワークでは、ネットワークの規模が大きくなると、ループ内の伝送容量が増大するが、各ノードでは比較的小規模な光スイッチを用いた処理で足りる。これに対して、メッシュ型ネットワークでは、ルート毎の伝送容量が少なくて済むのに対して、各ノードにおいて大規模な光スイッチを用いた処理が必要になる。
【0004】
一方、一点対一点のシステムにおいては、従来、ノードにおいて低次群の信号を取り出すために電気スイッチが用いられていた。この電気スイッチを光スイッチにすることにより、ノード内のコストを削減することができる。
【0005】
このように、大規模な光スイッチの開発は、様々の形態のネットワークを構築する上でのキーテクノロジーである。
【0006】
従来から実用化されている小規模な光スイッチとして、導波路型の光スイッチがある。導波路型光スイッチは、スイッチ素子と、スイッチ素子に接続される入力及び出力のためのファイバアレイとを備えている。
【0007】
例えば、通過するスイッチセルの数による損失のバラツキを解消するために、パイロス(PILOSS)型と称される光スイッチ(特表昭63−500140)が開発されている。この光スイッチは各々2入力2出力のN2個のスイッチセルをN行N列のマトリックスの格子上に配置し、損失のパス依存性が生じないようにスイッチセルの入力及び出力を適切に接続して構成される。
【0008】
最近、低損失で集積規模を拡大することができる光スイッチとして、交差型光導波路の交差点にバルクを形成し、その中でバブルを発生させることにより全反射条件を得るようにしたものが開発されている。各セルにおいては、透過と全反射とが切換えられ、それにより2入力2出力のスイッチ機能が得られる。
【0009】
一方、伝統的な技術として、光を空間的にスイッチングさせる構成が考えられる。光路を変更する素子として、反射ミラーを用いれば、導波路スイッチで問題となるオン/オフ比、クロストークなどの性能はほとんど問題ない。しかし、スイッチの体積が大きくなるので、その大きさの観点から大規模化が困難であった。
【0010】
このような状況を打破するために、最近、この空間スイッチを半導体技術で小さくするようにした技術が開発されている。この技術は、MEMS(MicroElectro Mechanical System)と称され、特に光分野に適用したものは光MEMSと言われることもある。
【0011】
MEMSによる光スイッチは、小さなミラーを半導体製造技術で基板上に作製し、静電気によりこのミラーを立ち上げて、光路を切り換えるというものである。
【0012】
尚、MEMSに関しては、IEEE Photonic Technology Letters, vol.10, No.4, APRIL 1998,PP525−527を参照されたい。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
導波路型の光スイッチを大規模化させるには、スイッチ素子上に形成される各スイッチセル自身の歩留まりを上げる必要があるが、製造トレランスが狭いのでこれは比較的難しい。従って、導波路型の光スイッチを大規模化させるためには、製造方法を改良することによる歩留まりの向上だけでなく、素子性能を各段にアップさせる必要がある。
【0014】
バブル型の光スイッチでは、各スイッチセルで全反射の原理を用いてスイッチングが行われるので、スイッチセルの2つの入力及び2つの出力を結ぶ2本の光導波路の交差角度が概ね90°と大きく、スイッチサイズが大きくなるという問題がある。即ち、最も外側に配列されたスイッチセル間を結ぶ光導波路の曲げ曲率を小さくすると損失が増大するので、ある程度の曲げ曲率にしなければならず、これに追随してスイッチセルのピッチが決定され、結果としてスイッチサイズが大きくなってしまうのである。
【0015】
また、導波路型あるいはバブル型の光スイッチでは、入力及び出力において導波路同士が交差する部分が必要になることがあり、これにより生じる損失も無視できないものとなる。
【0016】
更に、MEMS型光スイッチでは、その動作の態様によっては、ミラーでの反射回数がパスにより異なる事態が生じ、ミラーの反射損失が無視できない場合には、ミラーでの反射回数の違いによりパス依存性損失が生じるという問題がある。
【0017】
よって、本発明の目的は、小型化に適した光スイッチを提供することである。
【0018】
本発明の他の目的は、損失にパス依存性のない光スイッチを提供することである。
【0019】
本発明の更に他の目的は光導波路の交差部を排除して損失の小さな光スイッチを提供することである。
【0020】
本発明の別の目的は、以下の説明から明らかになる。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、各々第1及び第2の入力端並びに第1及び第2の出力端を有し、n×n行列(nは整数)に配置された複数のスイッチセルと、2(n−1)個の反射セルとを備えた光スイッチが提供される。複数のスイッチセルは、第1列のスイッチセルの入力端の一つと第n列のスイッチセルの出力端の一つが光学的に接続されるように選択的に駆動される。(n−1)個の反射セルは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第1の出力端を第1行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続するように配置される。残りの(n−1)個の反射セルは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第2の出力端を第n行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続するように配置される。
【0022】
この構成によると、複数の反射セルを複数のスイッチセルに対して特定の位置に設けているので、前述の曲げ曲率を大きくすることに起因する大型化を避けることができ、小型な光スイッチの提供が可能になる。
【0023】
本発明の他の側面によると、光スイッチの使用方法が提供される。この光スイッチは、各々第1及び第2の入力端並びに第1及び第2の出力端を有し、n×n行列(nは整数)に配置された複数のスイッチセルと、2(n−1)個の反射セルとを備えている。複数のスイッチセルは、第1列のスイッチセルの入力端の一つと第n列のスイッチセルの出力端の一つが光学的に接続されるように選択的に駆動される。(n−1)個の反射セルは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第1の出力端を第1行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続するように配置される。残りの(n−1)個の反射セルは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第2の出力端を第n行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続するように配置される。そして、この方法では、第1列及び第n列のうち奇数行及び偶数行のいずれか一方のスイッチセルに関連するスイッチセルのみが使用される。
【0024】
この方法によると、任意の入力と任意の出力を結ぶ光パスにおける反射回数が常に2回になると共に、光パスの光路長がパスによらずに一定になるので、パス依存性損失が生じない。また、入力及び出力において交差部が生じないので、過剰損失が増大することもなくなる。
【0025】
本発明の更に他の側面によると、第1の光ファイバ伝送路群及び第2の光ファイバ伝送路群に適用可能な光スイッチが提供される。この光スイッチは、各々第1及び第2の入力端並びに第1及び第2の出力端を有し、n×n行列(nは整数)に配置された複数のスイッチセルと、2(n−1)個の反射セルとを備えている。複数のスイッチセルは、第1列のスイッチセルの入力端の一つと第n列のスイッチセルの出力端の一つが光学的に接続されるように選択的に駆動される(n−1)個の反射セルは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第1の出力端を第1行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続するように配置される。残りの(n−1)個の反射セルは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第2の出力端を第n行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続するように配置される。第1行、第i列のスイッチセルの第2の出力端は第2行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続される。第n行、第j列のスイッチセルの第1の出力端は第(n−1)行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続される。第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルの第1の出力端は第(k−1)行、第(i+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続される。
【0026】
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルの第2の出力端は第(k+1)行、第(i+1)行のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続される。そして、奇数行、第1列のスイッチセルの第1の入力端と奇数行、第n列のスイッチセルの第2の出力端とが第1の光ファイバ伝送路群に挿入され、偶数行、第1列のスイッチセルの第2の入力端と偶数行、第n列のスイッチセルの第1の出力端とが第2の光ファイバ伝送路群に挿入される。
【0027】
この構成によると、本発明による方法を双方向伝送に適用することにより、前述した本発明による方法での技術的効果の他に、スイッチセルの効率的な使用が可能になるという効果が得られる。
【0028】
本発明の別の側面によると、N入力N出力(Nは整数)の光スイッチが提供される。この光スイッチは、n(n=2N−1)行、(n+1)列のマトリックスの格子上に配置された複数のスイッチセルと、複数のスイッチセルを挟むように互いに平行に配置された2つのミラーとを備えている。複数のスイッチセルの数及び配置位置は、N入力に対応する入力パス及びN出力に対応する出力パスが互いに平行になり且つ各入力パスと各出力パスを接続する光パスでの反射回数が2になるように設定される。
【0029】
この構成によると、n(n=2N−1)行、(n+1)列のマトリックスの格子上の所定の位置にN2個のスイッチセルを配置することにより、任意の入力と任意の出力を結ぶ光パスでの反射回数を常に2回にすることができ、損失のパス依存性を排除することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【0031】
図1は本発明による光スイッチの実施形態を示す平面図である。この光スイッチは、スイッチ基板2上に複数のスイッチセルSC及び複数の反射セルRCを特定の位置関係に設けて構成される。この位置関係を説明するのに先立ち、各スイッチセルSCの構成及び動作を説明する。
【0032】
図2は本発明に適用可能なスイッチセルSCの構成及び動作を説明するための図である。スイッチセルSCは2つの入力端IN1及びIN2と2つの出力端OUT1及びOUT2とを有しており、入力端IN1と出力端OUT1が接続され且つ入力端IN2と出力端OUT2が接続されるバー状態と、入力端IN1と出力端OUT2が接続され且つ入力端IN2と出力端OUT1が接続されるクロス状態とを切換えるように電気的に駆動される。
【0033】
スイッチセルSCとしては、従来からの導波路型のものの他、後で詳しく説明するMEMS型のもの、バルブ型のもの等を用いることができる。
【0034】
図3は本発明に適用可能なバルブ型のスイッチセルの構成を説明するための図である。入力端IN1及びIN2と出力端OUT1及びOUT2を結ぶための光導波路が形成される基板上にバルク4を形成し、バルク4内に液体を充填し、バルブの発生の有無を切換えることにより選択的に反射状態及び透過状態を得、これらをバー状態及びクロス状態にそれぞれ対応させるものである。バルク4に重なるように交差する2本の光導波路の交差角は全反射条件を得るために概ね90°となる。
【0035】
図4は図3に示されるバブル型のスイッチセルを用いたパイロス型の光スイッチの構成例を示す平面図である。ここでは4入力4出力の光スイッチが得られるように、16個のスイッチセルSCが4×4(4行4列)マトリックスの格子上に位置するようにされている。
【0036】
この場合、スイッチセルSCで交差する2本の光導波路の交差角が概ね90°であるから、最も外側で並ぶ2つのスイッチセルSCを接続する光導波路湾曲部6の曲率半径Rに対して、これらのセル間の距離は√2Rとなる。従って、導波路損失を生じさせない最小の曲げ半径が数mmであることを考慮すると、光スイッチの小型化が困難であることがわかる。
【0037】
また、入力側及び出力側に光導波路の交差部8が形成されることとなり、無視できない損失が発生する。
【0038】
図1に示される実施形態においては、4入力4出力の光スイッチが提供されており、チャネル#1〜#4の4つの入力ポートの任意の一つとチャネル#1〜#4の4つの出力ポートの任意の一つとを選択的に接続可能になっている。入力のチャネル#1〜#4は、それぞれ、第1行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN1、第2行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN2、第3行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN1、及び第4行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN2に割り当てられ、出力のチャネル#1〜#4は、それぞれ、第1行、第4列のスイッチセルSCの出力端OUT2、第2行、第4列のスイッチセルSCの出力端OUT1、第3行、第4列のスイッチセルSCの出力端OUT2、及び第4行、第4列のスイッチセルSCの出力端OUT1に割り当てられている。
【0039】
また、この実施形態では、第1行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN2、第2行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN1、第3行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN2、及び第4行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN1は未使用ポートであり、第1行、第4列のスイッチセルSCの出力端OUT1、第2行、第4列のスイッチセルSCの出力端OUT2、第3行、第4列のスイッチセルSCの出力端OUT1、及び第4行、第4列のスイッチセルSCの出力端OUT2も未使用ポートである。
【0040】
この実施形態では、前述した光導波路湾曲部の曲率に起因する大型化を避けるために、6つの反射セルRCを用いている。そのうち半分の3つの反射セルRCは、第1行、第1列のスイッチセルSCの出力端OUT1と第1行、第2列のスイッチセルSCの入力端IN1とを接続し、第1行、第2列のスイッチセルSCの出力端OUT1と第1行、第3列のスイッチセルSCの入力端IN1とを接続し、第1行、第3列のスイッチセルSCの出力端OUT1と第1行、第4列のスイッチセルSCの入力端IN1とを接続するように設けられる。残りの3つの反射セルRCは、第4行、第1列のスイッチセルSCの出力端OUT2と第4行、第2列のスイッチセルSCの入力端IN2とを接続し、第4行、第2列のスイッチセルSCの出力端OUT2と第4行、第3列のスイッチセルSCの入力端IN2とを接続し、第4行、第3列のスイッチセルSCの出力端OUT2と第4行、第4列のスイッチセルSCの入力端IN2とを接続するように設けられる。
【0041】
この実施形態では4×4光スイッチについて説明しているが、接続関係等をより一般的に記述すると次の通りである。
【0042】
即ち、n入力n出力(nは整数)の光スイッチを提供するために、n×n行列に配置されたn2個のスイッチセルSCと、2(n−1)個の反射セルRCとが用いられる。
【0043】
(n−1)個の反射セルRCは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルSCの出力端OUT1を第1行、第(i+1)列のスイッチセルSCの入力端IN1に光学的に接続するように配置される。
【0044】
残りの(n−1)個の反射セルRCは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルSCの出力端OUT2を第n行、第(j+1)列のスイッチセルSCの入力端IN2に光学的に接続するように配置される。
【0045】
第1行、第i列のスイッチセルSCの出力端OUT2は第2行、第(i+1)列のスイッチセルSCの入力端IN1に光学的に接続される。
【0046】
第n行、第j列のスイッチセルSCの出力端OUT1は第(n−1)行、第(j+1)列のスイッチセルSCの入力端IN2に光学的に接続される。
【0047】
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルSCの出力端OUT1は第(k−1)行、第(i+1)列のスイッチセルSCの入力端IN2に光学的に接続される。
【0048】
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルSCの出力端OUT2は第(k+1)行、第(i+1)行のスイッチセルSCの入力端IN1に光学的に接続される。
【0049】
奇数行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN1及び偶数行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN2がこの光スイッチの入力ポートのチャネル#1〜#nとなる。
【0050】
奇数行、第n列のスイッチセルSCの出力端OUT2及び偶数行、第n列のスイッチセルSCの出力端OUT1がこの光スイッチの出力ポートのチャネル#1〜#nとなる。
【0051】
この実施形態では、各スイッチセルSCのバー状態及びクロス状態がそれぞれスイッチ制御信号のオン及びオフに対応していることを前提としている。この前提でのスイッチセルSCの駆動条件を説明する。
【0052】
図5は図1に示される実施形態におけるスイッチセルSCの駆動条件を説明するための図である。各スイッチセルSCを表す円の中に記載されている(p,q)は、入力ポートのチャネル#pと出力ポートのチャネル#qとの間にパスをはるときにオンにされるセルを示している。例えば、入力ポートのチャネル#1と出力ポートのチャネル#1との間にパスをはる場合には、第2行、第2列のスイッチセルSCの制御信号をオンにしてバー状態とする。これにより、そのスイッチセルSCでの1回の反射と反射セルRCでの1回の反射、更に2つのスイッチセルSCでの3回の透過により、入力ポートのチャネル#1と出力ポートのチャネル#1とが光学的に接続される。尚、この動作は非閉塞なものであることは明らかである。
【0053】
この実施形態によると、反射セルRCを上述のように配置してあるので、隣り合う2つのスイッチセルSCの距離を小さくすることができ、小型な光スイッチの提供が可能になる。
【0054】
反射セルRCとしては、固定反射部を有するようなスイッチセルSCと異なる構成のものを用いることもできるが、光スイッチの製造工程の簡略化のために、スイッチセルSCを反射セルRCの代わりに配置し、これを常にバー状態で使用するようにしても同じ動作が可能である。
【0055】
図6は本発明による光スイッチの第2実施形態を示す平面図である。図1に示される実施形態であると、入力ポートのチャネル#2及び#3の間と、出力ポートのチャネル#1及び#2の間と、出力ポートのチャネル#3及び#4の間に光導波路の交差部が生じてしまうので過剰損失が増大するおそれがある。そこで、この実施形態では、入力ポート及び出力ポートの設定並びにスイッチセルSCの駆動制御の工夫によりこの問題に対処している。図1の実施形態を一般的に説明したのと同様に、n入力n出力の光スイッチとして、これを一般的に説明する。
【0056】
先ず、図1の実施形態と重複するが、共通する部分についても詳述しておく。n入力n出力(nは整数)の光スイッチを提供するために、n×n行列に配置されたn2個のスイッチセルSCと、2(n−1)個の反射セルRCとが用いられる。
【0057】
(n−1)個の反射セルRCは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルSCの出力端OUT1を第1行、第(i+1)列のスイッチセルSCの入力端IN1に光学的に接続するように配置される。
【0058】
残りの(n−1)個の反射セルRCは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルSCの出力端OUT2を第n行、第(j+1)列のスイッチセルSCの入力端IN2に光学的に接続するように配置される。
【0059】
第1行、第i列のスイッチセルSCの出力端OUT2は第2行、第(i+1)列のスイッチセルSCの入力端IN1に光学的に接続される。
【0060】
第n行、第j列のスイッチセルSCの出力端OUT1は第(n−1)行、第(j+1)列のスイッチセルSCの入力端IN2に光学的に接続される。
【0061】
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルSCの出力端OUT1は第(k−1)行、第(i+1)列のスイッチセルSCの入力端IN2に光学的に接続される。
【0062】
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルSCの出力端OUT2は第(k+1)行、第(i+1)行のスイッチセルSCの入力端IN1に光学的に接続される。
【0063】
次に、図6に示される実施形態が図1に示される実施形態と対比されるべき部分を説明する。
【0064】
奇数行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN2及び偶数行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN2がこの光スイッチの入力ポートのチャネル#1〜#4となる。
【0065】
奇数行、第n列のスイッチセルSCの出力端OUT1及び偶数行、第n列のスイッチセルSCの出力端OUT1がこの光スイッチの出力ポートのチャネル#1〜#4となる。
【0066】
そして、図1の実施形態では、全てのスイッチセルSCのバー状態及びクロス状態がそれぞれオン及びオフに対応していたのと対比して、図6の実施形態では、特定のセルの条件を逆にしている。即ち、奇数行、第1列及び奇数行第n列の各スイッチセルSCのバー状態及びクロス状態をそれぞれオフ及びオンに対応させ、それ以外のスイッチセルSCのバー状態及びクロス状態をそれぞれオン及びオフに対応させている。
【0067】
これにより図5で説明したスイッチセルSCの駆動条件をそのまま用いることができ、小型な光スイッチの提供が可能になるという技術的効果の他に、光導波路の交差部を無くして過剰損失増大及びばらつきを抑えることができるという優れた効果が得られる。また、入力ポート及び出力ポートにおいて光導波路を容易に平行かつ等間隔にすることができるので、光ファイバ伝送路等の他の光学要素との接続が容易になるという効果もある。
【0068】
図7及び図8はそれぞれ図1及び図5に示される実施形態において、入力から出力に至る光パスでの反射回数を表として示した図である。図中「SW」に添えられた数字はスイッチセルSCでの反射回数、「固」に添えられた数字は固定ミラー即ち反射セルRCでの反射回数、各欄の右側に示された数字はトータルの反射回数を示している。図1に示される実施形態では、トータルの反射回数は1回、2回及び3回の3通りがあり、図6に示される実施形態では、トータルの反射回数は0回、2回及び4回の3通りがある。
【0069】
また、図9及び図10はそれぞれ本発明による光スイッチの第3及び第4実施形態を示す平面図である。図9の実施形態は図1の実施形態を8入力8出力の光スイッチに拡張したものに対応しており、図10の実施形態は図6の実施形態を同じく8入力8出力に拡張したものに対応している。更に、図11及び図12はそれぞれ図9及び図10に示される実施形態において、入力から出力に至る光パスでの反射回数を表として示した図である。
【0070】
このように、8入力8出力の光スイッチにおいても、図9に示される実施形態では、図1の実施形態と同様、トータルの反射回数は1回、2回及び3回の3通りがあり、図10に示される実施形態では、図6に示される実施形態と同様、トータルの反射回数は0回、2回及び4回の3通りがある。
【0071】
反射率による損失が無視できない場合、その損失が要因となり、パス依存性損失が発生することが懸念される。
【0072】
ここで、図9及び図11により説明した実施形態における反射回数を考察すると、偶数チャネルのみあるいは奇数チャネルのみを使用することによって、反射回数がパスに依存せずに常に2回であることがわかる。従って、第1列及び第n列のうち奇数行のスイッチセルSCに関連するスイッチセルSCのみを使用し、あるいは第1列及び第n列のうち偶数行のスイッチセルSCに関連するスイッチセルSCのみを使用することによって、反射回数がパスに依存せずに常に2回となり、パス依存性損失を排除することができる。
【0073】
図13及び図14は、図9に示される実施形態の光スイッチの上述した使用方法を説明するための図である。図13では第1列及び第n列のうち偶数行のスイッチセルSCに関連するスイッチセルSCのみが使用され、図14では第1列及び第n列のうち奇数行のスイッチセルSCに関連するスイッチセルSCのみが使用されている。これにより、反射回数は、スイッチセルSCで1回、反射セルRCで1回のトータル2回で常に等しくなり、パス依存性損失を排除することができる。このように、本発明による光スイッチの使用方法によると、小型化が可能で過剰損失が増大することのない光スイッチを、パス依存性損失の発生を防止しつつ有効に利用することができる。
【0074】
ここでは、図9に示される光スイッチの使用方法によりパス依存性損失の発生を防止することを説明したが、図13あるいは図14に示されるようにスイッチセルSC及び反射セルRCを配置して構成される光スイッチを製造してこれを使用しても同じ効果が得られる。
【0075】
尚、図10に示される光スイッチに関して、パス依存性損失を発生させることなく使用するには、第1列及び第n列のうち偶数行のスイッチセルSCに関連するスイッチセルSCのみを使用するようにすればよい。
【0076】
図15は本発明による光スイッチの第5実施形態を示す平面図である。ここでは、図9に示される8×8光スイッチを2つの4×4光スイッチとして効果的に用いている。
【0077】
図16は図15に示される光スイッチの使用例を説明するためのブロック図である。この光スイッチ12を上り及び下りの光ファイバ伝送路14及び22に適合させるために、光スイッチ12は4×4光スイッチ12A及び12Bの機能を有している。光ファイバ伝送路14及び22には波長分割多重が適用されている。
【0078】
光ファイバ伝送路14は、光デマルチプレクサ16及び光マルチプレクサ18により複数の光ファイバ伝送路からなる光ファイバ伝送路群20に接続され、光ファイバ伝送路群20におけるルーティング等の処理が4×4光スイッチ12Aにより行われる。また、光ファイバ伝送路2は、光デマルチプレクサ24及び光マルチプレクサ26により複数の光ファイバ伝送路からなる光ファイバ伝送路群28に接続され、光ファイバ伝送路群28におけるルーティング等の処理が4×4光スイッチ12Bにより行われる。
【0079】
再び図15を参照すると、奇数行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN1(図2参照)と奇数行、第n列のスイッチセルSCの出力端OUT2とが光ファイバ伝送路群20に挿入され、偶数行、第1列のスイッチセルSCの入力端IN2と偶数行、第n列のスイッチセルSCの出力端OUT1とが光ファイバ伝送路群28に挿入されている。
【0080】
従って、光ファイバ伝送路群20に対しては、この光スイッチ12は図14に示されるように動作し、光ファイバ伝送路群28に対しては、光スイッチ12は図13に示されるように動作することとなり、パス依存性損失を生じさせることなく、ルーティング等のスイッチング動作を効率的に行うことができる。また、効率的なスイッチセルSCの集積化が可能になるので、反射セルRCの採用による小型化に相俟って、大規模な光スイッチを小型に提供することが可能になる。
【0081】
次に、MEMS型光スイッチにおいてパス依存性損失を排除することができる構成について説明する。
【0082】
図17はMEMS型光スイッチの斜視図である。この光スイッチは、MEMSによって形成された16個のスイッチセルSCを一体に有する基板32と、基板32の主面32Aに対して垂直で且つ互いに平行なミラー34及び36と、入力チャネル(入力ポート)#1〜#4のための入力パスP1及び出力チャネル(出力ポート)#1〜#4のための出力パスP2を提供する光学ユニット38とを備えている。
【0083】
光学ユニット38は、入力チャネル#1〜#4にそれぞれ対応して設けられた光ファイバ40と、出力チャネル#1〜#4にそれぞれ対応して設けられた光ファイバ42とを含み、光ファイバ40と光ファイバ42との間には図示しないレンズによってコリメート光学系が形成されている。光ファイバ40は、入力パスP1が互いに平行で且つミラー(反射手段)34及び36に対して傾斜するように設けられており、光ファイバ42は、出力パスP2が互いに平行で且つミラー34及び36に対して傾斜するように設けられている。ここでは、光ファイバ40及び42は同一平面上で平行になるように設けられている。
【0084】
スイッチセルSCは基板32の主面32A上に設けられている。各スイッチセルは、基板32に対して可動的に設けられたスイッチミラー44を含み、スイッチミラー44が主面32Aに平行な第1の状態とスイッチミラー44が主面32Aに垂直な第2の状態とを切り換えることができる。ここでは、第2の状態では、スイッチミラー44はミラー34及び36に対して平行である。
【0085】
各スイッチセルSCは、小さなミラーを半導体製造技術で基板32上に作製し、静電力によりこのミラーを駆動して光路を切り換えることができるようになっている。
【0086】
この光スイッチにあっては、ミラーを用いているので、スイッチ性能は導波路型よりも優れており、しかも、サイズを導波路型と同等に小さくすることができる。
【0087】
図18は本発明による光スイッチの第6実施形態を示す平面図である。ここでは4×4光スイッチが得られており、入力パスP1及び出力パスP2におけるピッチをdfとすると、4×4マトリックスにおける格子間隔dsは、ds=√2dfとなる。
【0088】
この実施形態では、格子間隔がds/2であるマトリックスを想定し、入力から出力に至る光パスにおける反射回数がどのパスにおいても同じ数(2)になるように、スイッチセルSCの配置位置及び数が設定される。これをより一般的に説明する。
【0089】
図19は本発明による光スイッチの第7実施形態を示す平面図である。この実施形態は、図18に示される4×4光スイッチをN×N光スイッチ(Nは整数)に拡張して一般的に記述するものである。
【0090】
N2のスイッチセルSCは、n(n=2N−1)行、(n+1)列のマトリックスの格子上に配置される。
【0091】
このマトリックスを定義付ける平面に垂直で且つスイッチセルSCを挟むように、ミラー34及び36(図17参照)が互いに平行に配置される。
【0092】
スイッチセルSCの数及び配置位置は、N入力に対応する入力パスP1及びN出力に対応する出力パスP2が互いに平行になり且つ各入力パスP1と各出力パスP2を接続する光パスでの反射回数が2になるように設定される。より特定的には次の通りである。
【0093】
N2のスイッチセルSCは、入力側に位置するN(N+1)/2個のスイッチセルからなる第1のスイッチセル群SCG1と、出力側に位置するN(N−1)/2個のスイッチセルからなる第2のスイッチセル群SCG2とを含む。
【0094】
第1のスイッチセル群SCG1は、第1列のn個の格子を含む線分を一辺とする三角形によって定義される領域に含まれる全ての格子を埋めるように配置される。
【0095】
第2のスイッチセル群SCG2は、第(n+1)列の(n−1)個の格子を含む線分を一辺とする三角形によって定義される領域に含まれる全ての格子を埋めるように配置される。
【0096】
具体的には、n行、(n+1)列のマトリックスを座標にみたてると、
第1列は、1,3,5,…,nの位置、
第2列は、2,4,6,…,(n−1)の位置、
第3列は、3,5,…,(n−2)の位置、
…
第N列は、Nの位置、
第(N+2)列は、(N−1)の位置、
第(N+3)列は、(N−2),Nの位置、
…
第(n+1)列は、1,3,5,…,(N−2)の位置にそれぞれスイッチセルSCが配置される。
【0097】
この実施形態によると、反射回数はスイッチセルSCで1回、ミラー34又は36で1回のトータル2回で常に一定であるので、パス依存性損失が生じない。また、スイッチサイズとしては半ピッチの増大で済むので、光スイッチの小型化が阻害されない。更に、光路長もパスによらず一定であり、しかも、入力及び出力の方向が同じになるので、他の光学装置との接続が容易である。
【0098】
本発明は以下の付記を含む。
【0099】
(付記1) 各々第1及び第2の入力端並びに第1及び第2の出力端を有し、n×n行列(nは整数)に配置された複数のスイッチセルと、
2(n−1)個の反射セルとを備え、
前記複数のスイッチセルは、第1列のスイッチセルの入力端の一つと第n列のスイッチセルの出力端の一つが光学的に接続されるように選択的に駆動され、
(n−1)個の反射セルは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第1の出力端を第1行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続するように配置され、
残りの(n−1)個の反射セルは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第2の出力端を第n行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続するように配置される光スイッチ。
【0100】
(付記2) 第1行、第i列のスイッチセルの第2の出力端は第2行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続され、
第n行、第j列のスイッチセルの第1の出力端は第(n−1)行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続され、
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルの第1の出力端は第(k−1)行、第(i+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続され、
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルの第2の出力端は第(k+1)行、第(i+1)行のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続される付記1記載の光スイッチ。
【0101】
(付記3) 各スイッチセルは、前記第1の入力端と前記第1の出力端が接続され且つ前記第2の入力端と前記第2の出力端が接続されるバー状態と前記第1の入力端と前記第2の出力端が接続され且つ前記第2の入力端と前記第1の出力端が接続されるクロス状態とを切換える付記1記載の光スイッチ。
【0102】
(付記4) 奇数行、第1列のスイッチセルの第1の入力端及び偶数行、第1列のスイッチセルの第2の入力端が前記光スイッチの入力ポートとなり、
奇数行、第n列のスイッチセルの第2の出力端及び偶数行、第n列のスイッチセルの第1の出力端が前記光スイッチの出力ポートとなる付記3記載の光スイッチ。
【0103】
(付記5) 各スイッチセルのバー状態及びクロス状態がそれぞれオン及びオフに対応している付記4記載の光スイッチ。
【0104】
(付記6) 奇数行、第1列のスイッチセルの第2の入力端及び偶数行、第1列のスイッチセルの第2の入力端が前記光スイッチの入力ポートとなり、
奇数行、第n列のスイッチセルの第1の出力端及び偶数行、第n列のスイッチセルの第1の出力端が前記光スイッチの出力ポートとなる付記3記載の光スイッチ。
【0105】
(付記7) 奇数行、第1列及び奇数行第n列の各スイッチセルのバー状態及びクロス状態はそれぞれオフ及びオンに対応し、
それ以外のスイッチセルのバー状態及びクロス状態はそれぞれオン及びオフに対応している付記6記載の光スイッチ。
【0106】
(付記8) 光スイッチの使用方法であって、
前記光スイッチは、各々第1及び第2の入力端並びに第1及び第2の出力端を有し、n×n行列(nは整数)に配置された複数のスイッチセルと、2(n−1)個の反射セルとを備え、
前記複数のスイッチセルは、第1列のスイッチセルの入力端の一つと第n列のスイッチセルの出力端の一つが光学的に接続されるように選択的に駆動され、
(n−1)個の反射セルは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第1の出力端を第1行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続するように配置され、
残りの(n−1)個の反射セルは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第2の出力端を第n行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続するように配置され、
前記第1列及び前記第n列のうち奇数行及び偶数行のいずれか一方のスイッチセルに関連するスイッチセルのみを使用することを特徴とする光スイッチの使用方法。
【0107】
(付記9) 第1の光ファイバ伝送路群及び第2の光ファイバ伝送路群に適用可能な光スイッチであって、
各々第1及び第2の入力端並びに第1及び第2の出力端を有し、n×n行列(nは整数)に配置された複数のスイッチセルと、
2(n−1)個の反射セルとを備え、
前記複数のスイッチセルは、第1列のスイッチセルの入力端の一つと第n列のスイッチセルの出力端の一つが光学的に接続されるように選択的に駆動され、
(n−1)個の反射セルは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第1の出力端を第1行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続するように配置され、
残りの(n−1)個の反射セルは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第2の出力端を第n行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続するように配置され、
第1行、第i列のスイッチセルの第2の出力端は第2行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続され、
第n行、第j列のスイッチセルの第1の出力端は第(n−1)行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続され、
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルの第1の出力端は第(k−1)行、第(i+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続され、
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルの第2の出力端は第(k+1)行、第(i+1)行のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続され、
奇数行、第1列のスイッチセルの第1の入力端と奇数行、第n列のスイッチセルの第2の出力端とが前記第1の光ファイバ伝送路群に挿入され、
偶数行、第1列のスイッチセルの第2の入力端と偶数行、第n列のスイッチセルの第1の出力端とが前記第2の光ファイバ伝送路群に挿入される光スイッチ。
【0108】
(付記10) 前記第1の光ファイバ伝送路群及び前記第2の光ファイバ伝送路群はそれぞれ上り回線及び下り回線に対応し、それにより双方向伝送に適用可能な付記9記載の光スイッチ。
【0109】
(付記11) N入力N出力(Nは整数)の光スイッチであって、
n(n=2N−1)行、(n+1)列のマトリックスの格子上に配置された複数のスイッチセルと、
前記マトリックスを定義付ける平面に垂直で且つ前記複数のスイッチセルを挟むように互いに平行に配置された2つのミラーとを備え、
前記複数のスイッチセルの数及び配置位置は、前記N入力に対応する入力パス及び前記N出力に対応する出力パスが互いに平行になり且つ各入力パスと各出力パスを接続する光パスでの反射回数が2になるように設定されている光スイッチ。
【0110】
(付記12) 前記複数のスイッチセルの数はN2である付記11記載の光スイッチ。
【0111】
(付記13) 前記複数のスイッチセルは、入力側に位置するN(N+1)/2個のスイッチセルからなる第1のスイッチセル群と、出力側に位置するN(N−1)/2個のスイッチセルからなる第2のスイッチセル群とを含む付記11記載の光スイッチ。
【0112】
(付記14) 前記第1のスイッチセル群は、第1列のn個の格子を含む線分を一辺とする三角形によって定義される領域に含まれる全ての格子を埋めるように配置され、
前記第2のスイッチセル群は、第(n+1)列の(n−1)個の格子を含む線分を一辺とする三角形によって定義される領域に含まれる全ての格子を埋めるように配置される付記13記載の光スイッチ。
【0113】
(付記15) 各スイッチセルは前記平面に対して可動的に設けられたスイッチミラーを含む付記11記載の光スイッチ。
【0114】
(付記16) 各スイッチセルは、前記スイッチミラーが前記平面に平行な第1の状態と、前記スイッチミラーが前記平面に垂直な第2の状態とを切換える付記11記載の光スイッチ。
【0115】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、損失にパス依存性が生じない光スイッチの提供が可能になるという効果が生じる。また、本発明によると、小型化に適した光スイッチの提供が可能になるという効果もある。更に、本発明によると、光導波路の交差部を排除して損失の小さな光スイッチの提供が可能になるという効果もある。
【0116】
本発明の特定の実施形態に得られる効果は以上説明した通りであるので、その説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明による光スイッチの第1実施形態を示す平面図である。
【図2】図2はスイッチセルの構成及び動作を説明するための図である。
【図3】図3スイッチセルの構成例を示す図である。
【図4】図4はパイロス型光スイッチの平面図である。
【図5】図5はスイッチセルの駆動条件を説明するための図である。
【図6】図6は本発明による光スイッチの第2実施形態を示す平面図である。
【図7】図7は図1に示される光スイッチにおける反射回数を表として示す図である。
【図8】図8は図6に示される光スイッチにおける反射回数を表として示す図である。
【図9】図9は本発明による光スイッチの第3実施形態を示す平面図である。
【図10】図10は本発明による光スイッチの第4実施形態を示す平面図である。
【図11】図11は図9に示される光スイッチにおける反射回数を表として示す図である。
【図12】図12は図10に示される光スイッチにおける反射回数を表として示す図である。
【図13】図13は本発明による光スイッチの使用方法の実施形態を説明するための図である。
【図14】図14は本発明による光スイッチの使用方法の他の実施形態を説明するための図である。
【図15】図15は本発明による光スイッチの第5実施形態を示す平面図である。
【図16】図16は図15に示される光スイッチの使用例を説明するための図である。
【図17】図17はMEMS型光スイッチの斜視図である。
【図18】図18は本発明による光スイッチの第6実施形態を示す平面図である。
【図19】図19は本発明による光スイッチの第7実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
2 基板
34,36 ミラー
40,42 光ファイバ
44 スイッチミラー
P1 入力光路
P2 出力光路
RC 反射セル
SC スイッチセル
Claims (5)
- 各々第1及び第2の入力端並びに第1及び第2の出力端を有し、n×n行列(nは整数)に配置された複数のスイッチセルと、
2(n−1)個の反射セルとを備え、
前記複数のスイッチセルは、第1列のスイッチセルの入力端の一つと第n列のスイッチセルの出力端の一つが光学的に接続されるように選択的に駆動され、
(n−1)個の反射セルは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第1の出力端を第1行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続するように配置され、
残りの(n−1)個の反射セルは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第2の出力端を第n行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続するように配置される光スイッチ。 - 第1行、第i列のスイッチセルの第2の出力端は第2行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続され、
第n行、第j列のスイッチセルの第1の出力端は第(n−1)行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続され、
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルの第1の出力端は第(k−1)行、第(i+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続され、
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルの第2の出力端は第(k+1)行、第(i+1)行のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続される請求項1記載の光スイッチ。 - 光スイッチの使用方法であって、
前記光スイッチは、各々第1及び第2の入力端並びに第1及び第2の出力端を有し、n×n行列(nは整数)に配置された複数のスイッチセルと、2(n−1)個の反射セルとを備え、
前記複数のスイッチセルは、第1列のスイッチセルの入力端の一つと第n列のスイッチセルの出力端の一つが光学的に接続されるように選択的に駆動され、
(n−1)個の反射セルは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第1の出力端を第1行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続するように配置され、
残りの(n−1)個の反射セルは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第2の出力端を第n行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続するように配置され、
前記第1列及び前記第n列のうち奇数行及び偶数行のいずれか一方のスイッチセルに関連するスイッチセルのみを使用することを特徴とする光スイッチの使用方法。 - 第1の光ファイバ伝送路群及び第2の光ファイバ伝送路群に適用可能な光スイッチであって、
各々第1及び第2の入力端並びに第1及び第2の出力端を有し、n×n行列(nは整数)に配置された複数のスイッチセルと、
2(n−1)個の反射セルとを備え、
前記複数のスイッチセルは、第1列のスイッチセルの入力端の一つと第n列のスイッチセルの出力端の一つが光学的に接続されるように選択的に駆動され、
(n−1)個の反射セルは、第1行、第i列(iは1≦i≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第1の出力端を第1行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続するように配置され、
残りの(n−1)個の反射セルは、第n行、第j列(jは1≦j≦(n−1)を満たす整数)のスイッチセルの第2の出力端を第n行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続するように配置され、
第1行、第i列のスイッチセルの第2の出力端は第2行、第(i+1)列のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続され、
第n行、第j列のスイッチセルの第1の出力端は第(n−1)行、第(j+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続され、
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルの第1の出力端は第(k−1)行、第(i+1)列のスイッチセルの第2の入力端に光学的に接続され、
第k行(kは2≦k≦(n−1)を満たす整数)、第i列のスイッチセルの第2の出力端は第(k+1)行、第(i+1)行のスイッチセルの第1の入力端に光学的に接続され、
奇数行、第1列のスイッチセルの第1の入力端と奇数行、第n列のスイッチセルの第2の出力端とが前記第1の光ファイバ伝送路群に挿入され、
偶数行、第1列のスイッチセルの第2の入力端と偶数行、第n列のスイッチセルの第1の出力端とが前記第2の光ファイバ伝送路群に挿入される光スイッチ。 - N入力N出力(Nは整数)の光スイッチであって、
n(n=2N−1)行、(n+1)列のマトリックスの格子上に配置された複数のスイッチセルと、
前記複数のスイッチセルを挟むように互いに平行に配置された2つのミラーとを備え、
前記複数のスイッチセルの数及び配置位置は、前記N入力に対応する入力パス及び前記N出力に対応する出力パスが互いに平行になり且つ各入力パスと各出力パスを接続する光パスでの反射回数が2になるように設定されている光スイッチ。
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