JP2004220013A - ビーム発散を減少させた光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】光スイッチにおける光ビームの発散を良好に低減または除去する手段を提供する。
【解決手段】光路内に少なくとも１つのマイクロミラー(204,504,506)を有する光スイッチ、光スイッチング法、及びスイッチング式光通信システムを開示する。光信号は、この光路に沿って、第１の光導波路(210,212,214,216,518)と第２の光導波路（220,222,224,226,520)の間を伝搬する。光信号が伝搬する屈折材料(310,410,502,820)がさらに設けられる。屈折材料は空気の屈折率よりも大きな屈折率を有する。屈折材料の屈折率を光導波路の屈折率以下にすることもできる。
【選択図】図３

Description

本明細書に開示する技術は、一般的には光通信に関する。より詳しくは、本明細書に開示する技術は、一群の入力路の１つから一群の出力路の１つへ光信号を切り替えるための光スイッチに関する。

図１は、光信号を介して情報交換する簡略化した従来の光通信システム１００の概念的ブロック図である。複数の光源１１０−１，１１０−２，・・・１１０−Ｍが、対応する数の入力光導波路１２０−１，１２０−２，・・・１２０−Ｍに沿って光信号を供給する。例えば、入力光導波路１２０は光ファイバや他の光導波構造から構成することができる。図１に示す如く、光源１１０と入力光導波路１２０の数はＭであり、それは任意の正の整数である。それぞれの光源１１０からの光信号は、入力光導波路１２０により光スイッチ１３０へ伝送される。

光スイッチ１３０は、光信号を多数の出力光導波路１４０−１，１４０−２，・・・１４０−Ｎ（例えば、光ファイバ）へ転送する。光信号は、出力光導波路１４０を介して光信号を特定目的に用いる対応する数の送り先装置（または、目的装置。以下同じ）１５０−１，１５０−２，・・・１５０−Ｎに送られる。送り先装置１５０は、必ずしも光スイッチ（または光学的スイッチ。以下同じ）１３０の近くに位置するとは限らない。代わりに、光通信システム１００を、出力光導波路１４０がそれぞれ数キロメートルの長さを有するよう構成することもできる。この構成を用いることで、光導波路１４０は光スイッチ１３０から長距離に位置する送り先装置１５０へ光信号を導くことができる。数Ｎは、出力光導波路１４０と送り先装置１５０の数を表わす。

光スイッチ１３０は、Ｍ個の入力光導波路１２０のうちの任意の１つを介して受信される光信号を、Ｎ個の出力光導波路１４０のうちの任意の１つに振り分けられるようにする。光スイッチ１３０の１例は、二つの個別入力光導波路１２０に接続した二つの入力路と二つの個別出力光導波路１４０に接続した二つの出力路を含む。この構成は、時として２行２列のマトリックスすなわち「交差接続（クロスコネクト）」光スイッチと呼ばれる。実際、交差接続光スイッチは、当該技術分野では既知のように、任意数Ｍ個の入力路と任意数Ｎ個の出力路を用いて構成することができる。幾つかの交差接続光スイッチでは入力路の数は出力路の数に等しく、すなわちＭ＝Ｎである。光信号は、光スイッチ１３０の入力路と出力路の間の被制御光路に沿って伝搬する。可動マイクロミラーを操作して入力路からそれぞれの選択された出力路へ光信号を振り分けることで、その光路を確立することができる。

図２には、Hoenに付与された米国特許第6,215,222号（特許文献１）（発行時点でAgilent Technologies Inc.へ譲渡）に記載されているこのタイプの１つである従来技術の交差接続光スイッチ２００の略図を示す。交差接続光スイッチ２００は、４行４列のマトリクス光スイッチとして図示してあり、起動時に光信号を転送することができる複数のスイッチング装置２０２を含む。各スイッチング装置２０２は、光スイッチ２００の入力側２０６の入力光導波路の１つから光スイッチ２００の出力側２０８の出力光導波路の１つへ光信号を反射するよう配向することのできるマイクロミラー（または微小ミラー。以下同じ）２０４を含む。

入力側２０６で各入力光導波路２１０，２１２，２１４，２１６（例えば、光ファイバ）の端部を出射する光ビームは、光導波路の端部から距離が離れるにつれて拡散、すなわち「発散」することが知られている。自由空間に発射された光の場合は、光ビームは、Salehらによる文献（非特許文献１）に記載された概ね円錐パターンでもって発散するであろう。生成される円錐放射ビームの角「ビーム幅」（θ）は、円錐が全ビームエネルギの大半の割合（しばしば約８６％）を含む角度としてしばしば指定される。角ビーム幅θは、λ／ω_０に比例しており、λ／πω_０にほぼ等しく、ここでλはビーム内の光の波長であり、ω_０はその原点におけるビーム半径（例えば、ほぼ導波路の半径）である。波長λは、λ_０／ｎに等しく、ここでλ_０は自由空間（真空）における波長であり、ｎはビームが伝搬する媒体の屈折率を表わす。例えば、屈折率ｎがより大きくなれば、角ビーム幅θはより小さくなる。多くの光通信システムが比較的小さな径の光導波路を備え、比較的長い波長で動作するため、それらの関連する光スイッチにおけるビームの角ビーム幅θは非常に大きくなる可能性がある。

ビーム発散は、光通信システムにおいてさまざまな問題を引き起こす。例えば、大きな角ビーム幅θを有するビームは他の導波路に効率よく結合するのが困難である。ビーム発散は、発散ビームが周囲のチャンネルに溢れ出てクロストークを引き起こす場合がある交差接続光スイッチにとって特に重大である。さらにまた、大きなビームは一般により大きいミラーを必要とするが、それは製造ならびに動作させるのが難しく、かつ費用がかかるものである。より大きなミラーとそれらの配列はまた、同一のポート数の場合により長い光伝送路をもたらし、それがビーム発散に関連する問題点をさらに悪化させる。

米国特許第6,215,222号明細書 米国特許第5,848,211号明細書 Saleh、他による「Fundamentals of Photonics」第３章、題名「Beam Optics，」（John Wiley & Sons、１９９１年）

光スイッチのビーム発散の問題に対処する従来の手法は、発散光ビームを平行ビームへ変換するコリメータの使用に焦点を当ててきた。例えば、図２に示す光スイッチ２００は各入力光導波路２１０，２１２，２１４，２１６と対応するマイクロミラー２０４の間に配置されたレンズ２１８を含むものである。入力側２０６のレンズ２１８が、入力光導波路２１０，２１２，２１４，２１６が出力する光ビームを平行光束化し、出力側２０８のレンズ２１８が、出力光導波路２２０，２２２，２２４，２２６（例えば、光ファイバ）の端部へ平行光束化ビームを再合焦させる。しかしながら、ビーム発散に関連する問題はレンズでは完全に排除することができない。これまでのところ、従来技術では、光スイッチ内のビーム発散を低減するための他の手法が十分に考慮されていない。

従来技術の上記の欠点及び他の欠点は、入力光導波路、出力光導波路、及び光路（この光路に沿って入力光導波路から出力光導波路へ光信号が伝搬する）内に配置された少なくとも１つのマイクロミラーを含む光スイッチを設けることにより対処される。少なくとも１つのマイクロミラーが、対をなす光導波路間で光信号を反射する。光スイッチは加えて、光路に配置される屈折材料を含む。屈折材料は、空気の屈折率よりも大きな屈折率を有する。

また、第１の光導波路と第２の光導波路と屈折材料を用いる光スイッチング方法を開示する。この場合、屈折材料の屈折率は、空気の屈折率よりも大きい。光信号は、屈折材料を介して第１の光導波路から伝播される。光信号は、次に、屈折材料を介して第２の光導波路へ反射される。

さらに別の実施形態では、光通信システムは、第１の光導波路、第２の光導波路、光源、光スイッチ、及び送り先装置を含む。光源は、第１の光導波路を介して光スイッチへ光信号を伝送する。光スイッチは、少なくとも１つのマイクロミラーと空気の屈折率よりも大きな屈折率を有する屈折材料を含む。屈折材料は、少なくとも１つのマイクロミラーの周囲の自由空間を充填する。光スイッチでは、光信号は屈折材料を介して伝播し、少なくとも１つのマイクロミラーにより反射され、屈折材料を介して第２の光導波路へ伝搬する。光信号は、第２の光導波路を介して送り先装置へ伝搬する。

自由空間を含む従来の光スイッチの領域を空気よりも大きな屈折率を有する屈折材料で置き換えた改良された光スイッチを設けることにより、ビーム発散はかなり低減される。ビーム発散における低減が、従来技術の光スイッチが被るクロストークの問題を低減し、或いは除去さえする。さらに、ビーム発散が低減された光スイッチは、従来技術の光スイッチにおいて必要とされるものよりも小さなマイクロミラーを組み込むことができる。かくして、本発明の光スイッチの製造ならびに動作に関するコストは低減される。

以下、本発明の種々の実施形態を添付図面を参照して説明するが、図面中の同じ参照符号は同じ構成を示している。

図３は、改良された交差接続光スイッチ３００の１実施形態の１例である。光スイッチ２００の構成要素に対応する光スイッチ３００の構成要素は、図２を参照して前述している。同一の構成要素には同じ参照符号を付しており、ここでは説明しないことにする。図２に示した共通の構成要素に加え、光スイッチ３００は従来技術の光スイッチ２００の自由空間を満たす屈折材料３１０を含む。光信号は入力光導波路２１０，２１２，２１４，２１６から屈折材料３１０を介して伝搬し、起動されたマイクロミラー２０４により反射される。反射された光信号はさらに、屈折材料３１０を通り、それぞれの出力光導波路２２０，２２２，２２４，２２６へ伝搬する。

図３に示す如く、レンズ２１８は光導波路端部とマイクロミラー２０４の間に位置する。レンズ２１８は、レンズ２１８からの平行光束化光ビームが自由空間を通って進む距離を少なくするために、好ましくは、屈折材料３１０の外面に近接または隣接して配置される。レンズ２１８を、間に空隙を有して、屈折材料３１０近傍に配置する場合は、屈折材料３１０の外面は、好ましくは反射防止コーティング（図示せず）を含み、低い屈折率を有する空気中からより高い屈折率を有する屈折材料３１０へ向かう光信号を考慮する。また、レンズ２１８の外面も、好ましくは反射防止コーティング（図示せず）を含む。レンズ２１８を屈折材料３１０に隣接配置する場合には、レンズ２１８を、例えば、レンズ２１８の露出面上の反射防止コーティングと共に屈折材料３１０の外面に成形することができる。

屈折材料３１０の寸法は、レンズ２１８を一部、または完全に囲むよう伸長させることができる。レンズ２１８を完全に屈折材料３１０内に配置する場合には、屈折材料３１０はその屈折率がレンズ２１８の屈折率未満であるよう選択される。屈折率のこの差異により、レンズ２１８は光信号を適切に平行光束化させることができる。そうではなく、レンズ２１８をほぼ同じ屈折率を有する屈折材料３１０内に配置したとすれば、レンズ２１８はそれらの意図した機能を実行することはできないであろう。

本明細書では、用語「屈折材料」は、空気の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料を意味するものとして用いている。屈折材料３１０は、自由空間中の伝搬に比べて、光スイッチ３００の反対側の端部上のレンズ２１８間を伝搬する光信号のビーム発散を低減する。屈折材料３１０の屈折率は、光導波路２１０，２１２，２１４，２１６，２２０，２２２，２２４，２２６やレンズ２１８の屈折率未満か、好ましくは、等しいかまたはほぼ等しいものとすることができる。例えば、空気が約１．０の屈折率を有し、従来の光ファイバが約１．４５乃至１．７の屈折率を有するため、屈折材料３１０の屈折率は、好ましくは、約１．０（空気）と１．４５乃至１．７（光学ガラス）の間にある。好ましくは、その屈折率は約１．５である。屈折材料３１０はまた、自己導光型とすることもできる。

低水酸基（ＯＨ）含有高品質光学ガラスを、屈折材料３１０用に用いることができる。この種のガラスは、好ましくは光スイッチの動作波長範囲（典型的には、約１．２５〜１．６μｍ）に亙って非常に低い吸収と散乱を有する。しかしながら、非常に低い熱膨張係数と分散係数もまた役に立つ。適切な光学ガラスはまた、独国のSchott Glassを含む様々な供給元から入手可能である。この種の光学ガラスの１つはSchottのZERODUR（登録商標）銘柄のガラスであり、このガラスもまた、熱的な不整合問題を最小化すべく比較的低い熱膨張係数を有する。

屈折材料３１０がガラスまたは他の固体材料である本例では、マイクロミラー２０４の周囲に凹部（または、くぼみ部）３２０を設けて、マイクロミラー２０４の動きを容易にすることができる。凹部３２０は、凹部３２０内でマイクロミラー２０４を自由に動けるようにする空気や気体や液体や他の適切な材料などの媒体で満たすことができる。凹部３２０内の媒体が屈折材料３１０の屈折率とは異なる屈折率を有する場合は、凹部３２０の内面は、一つの媒体から異なる屈折率を有する別の媒体への光信号の遷移を考慮する反射防止コーティング（図示せず）を含む。

代替的には、屈折材料３１０は、流体、またはゲルなどの半固体とすることもできる。例えば、ほぼ１．５の屈折率を有する様々な液体が様々な供給元から市販されている。屈折材料３１０が流体または半固体である場合は、屈折材料３１０を閉じ込めるのに容器（図示せず）が用いられる。この容器は、好ましくは空気と容器の外面の間の境界面における光の反射を低減する反射防止層で被覆された外面を有する。

屈折材料３１０として非固体材料を用いることの一つの利点は、それらを、マイクロミラー２０４の周囲の空間内の空気を完全に排除するよう容易に配置できる点にある。かくして、非固体材料を用いることで、凹部３２０は不要とすることができる。何故なら、非固体材料は一般にマイクロミラー２０４の移動の邪魔をしないからである。これらのタイプの屈折材料を用いることにより、（他の場合には、ビーム発散を引き起こすであろう）凹部３２０内の自由空間が取り除かれる。凹部３２０を必要としない非固体を使用することの別の利点は、内面または凹部３２０に通常必要となる反射防止コーティングが不要になる点にある。さらに、いくつかの液体は、発散をさらに低減する自己導光型とすることができる。

図４は、交差接続光スイッチ４００の別の１実施形態を示す。光スイッチ４００は、図３に示した屈折材料３１０に比べ増大した寸法と段付き形状（または千鳥形状）を有する屈折材料４１０を含む。光スイッチ４００は、光信号が入力光導波路２１０，２１２，２１４，２１６の端部から出力光導波路２２０，２２２，２２４，２２６の端部まで進行する距離がほぼ等しくなるような仕方で構成されている。図４に示す実施形態に示すように、光導波路の対応する各対間のほぼ全光路に屈折材料４１０が設けられている。

レンズ２１８は、屈折材料４１０の形状に従って段付き構成内に同様に位置決めされており、屈折材料４１０に近接または隣接させ、またはその内部に配置されている。レンズ２１８と屈折材料４１０をそれら間に空隙を有して配置した場合に、屈折材料４１０は、好ましくはその外面に反射防止コーティングを有して構成され、低い屈折率を有する空気とより高い屈折率を有する屈折材料４１０の間の遷移部を介して移動する光信号を考慮する。レンズ２１８を屈折材料４１０に隣接して配置するときは、レンズ２１８を屈折材料４１０の表面に成形することができる。別の場合には、屈折材料４１０は、部分的に、または完全にレンズ２１８を囲むことができる。レンズ２１８を完全に囲む屈折材料４１０の場合、屈折材料４１０は、好ましくは、レンズ２１８の屈折率未満の屈折率を有し、これによりレンズ２１８が光信号を適切に平行化できるようにする。

屈折材料４１０の形状を、図４に示す如く段付き（または千鳥形状。以下同じ）とし、光導波路の配置も同様に段付きとなるようにすることができる。屈折材料４１０は従って、光信号が屈折材料４１０を伝播する一定の距離を維持するような形状としてあり、それによってどの入力光導波路２１０，２１２，２１４，２１６からどの出力光導波路２２０，２２２，２２４，２２６への光路長もほぼ等しくなるようにされている。

屈折材料４１０は、上述したSchottのZERODUR（登録商標）銘柄のガラスまたは他の固体材料などの高品質のガラスとすることができる。空気や気体や液体や他の適切な材料で満たした凹部４２０をマイクロミラー２０４の周囲に設けて、マイクロミラー２０４の動きを容易にすることもできる。屈折材料４１０が、固体または他のタイプの材料であるときは、凹部４２０が必要である（これがなければマイクロミラー２０４の動きを邪魔することになるであろう）。凹部４２０の内面は、好ましくは、異なる屈折率を有する媒体間での光学的な遷移を考慮する反射防止コーティング（図示せず）を含む。

代替的には、屈折材料４１０は容器（図示せず）内に閉じ込めた流体または半固体とすることもできる。この場合、その容器は段付きの形状とし、その外面に反射防止コーティングを有するものとすることができる。図３の実施形態と同様、非固体の屈折材料４１０をマイクロミラー２０４を覆うように延ばし、それらの周囲の空間内の空気を完全に排除することができる。かくして、流体または半固体の屈折材料４１０を用いることで、凹部４２０は不要になる。

図５は、光学ガラス製屈折材料５０２を含む光スイッチ５００の別の実施形態の等角図である。それぞれ図３と図４に示した交差接続光スイッチ３００，４００とは対照的に、光スイッチ５００はマイクロミラー２０４のマトリクス配置に置き換わる二つのマイクロミラーアレイを含む。第１のマイクロミラーアレイ５０４と第２のマイクロミラーアレイ５０６は、光学ガラス屈折材料５０２の両側に配置されている。各マイクロミラーアレイ５０４，５０６は、複数のマイクロミラー（図示せず）を含む。マイクロミラーアレイ５０４，５０６のマイクロミラーは、マイクロミラーの向きを制御して光信号が選択された光路に沿って反射されるよう三次元的に操向可能にされている。

第１のファイバアレイ位置決め器５０８と第１のレンズアレイ５１０が、光学ガラス屈折材料５０２の一方の側に配置されている。第２のレンズアレイ５１２と第２のファイバアレイ位置決め器５１４が、光学ガラス屈折材料５０２の反対側に配置されている。各レンズアレイ５１０，５１２は、複数のレンズ５１６を含む。ファイバアレイ位置決め器５０８，５１４は、光ファイバをレンズアレイ５１０，５１２内の個々のレンズ５１６に整列させて安定的に位置決めする。互いに光通信する例示的な光ファイバが、５１８，５２０に示されている。

例えば、光スイッチ５００のこれら及び他の構成要素を、Yang他に付与された米国特許第5,848,211号（発行時点でHewlett-Packard Companyに譲渡）に記載されているように、取り付け部材に正確に取り付けることができる。さらに、アパーチャ付き位置決め器の使用が、「Precisely Configuring Optical Fibers And Other Optical Elements Using An Apertured Wafer Positioner」と題する２００１年１０月１日出願の米国特許出願第０９／９６８，３７８号に記載されている。光学ガラス屈折材料５０２にはまた、その表面の少なくとも一つに反射防止コーティング５２２を設けることもできる。

一つの光ファイバ５１８だけを図５と図６の第１のファイバアレイ位置決め器５０８内に図示したが、第１のファイバアレイ位置決め器５０８は通常、第１のレンズアレイ５１０内の各特定のレンズ５１６に対応する光ファイバ（または他の光導波路）を含む。同様に、第２のファイバアレイ位置決め器５１４は通常、第２のレンズアレイ５１２内の特定の各レンズ５１６に対応する光ファイバを含む。反射防止コーティングをファイバの端面に設けることもできるが、それらの例が５１８，５２０に示されている。

光信号を光ファイバ５１８から光ファイバ５２０へ導く光スイッチ５００の動作を、以下に説明する。光信号は、第１のファイバアレイ位置決め器５０８内に位置する光ファイバ５１８から入射する。光信号は、光ファイバ５１８に対応する第１のレンズアレイ５１０内のレンズ５１６へ向け自由空間内へ入射する。代替的には、自由空間に代えて、第１のレンズアレイ５１０のレンズ５１６の屈折率と異なる屈折率を有する屈折材料を、第１のファイバアレイ位置決め器５０８と第１のレンズアレイ５１０の間に配置することができる。

図５の破線で示すように、光ファイバ５１８に対応するレンズ５１６により平行光束化された光信号は光学ガラス屈折材料５０２を通過する。光信号は、光ファイバ５１８に対応する第１のマイクロミラーアレイ５０４のマイクロミラーにより反射され、光学ガラス屈折材料５０２を介して伝搬し戻される。光信号は、次に、第２のマイクロミラーアレイ５０６のマイクロミラーの一つにより反射されて再び光学ガラス屈折材料５０２を介して戻される。光信号は、光ファイバ５２０に対応する第２のレンズアレイ５１２のレンズ５１６を通って伝搬する。第２のレンズアレイ５１２のレンズ５１６は、第２のファイバアレイ位置決め器５１４内に配置された受光ファイバ５２０の端部にビームを再合焦させる。

図５では、自由空間を通る光伝送路の長さを最小化すべく、マイクロミラーアレイ５０４，５０６及び／またはレンズアレイ５１０，５１２を、好ましくは光学ガラス屈折材料５０２の出来る限り近くに設けている。光学ガラス屈折材料５０２とマイクロミラーアレイ５０４，５０６とレンズアレイ５１０，５１２とファイバアレイ位置決め器５０８，５１４の間の光伝送路内の自由空間の大部分を、ビーム発散をさらに低減すべく適切な屈折材料で満たすことができる。レンズアレイ５１０，５１２のレンズを囲むどんな屈折材料も、レンズの屈折率とは異なる屈折率を有していて、レンズが適切に平行光束化と合焦を行なうことができるようにしている。

代替構成では、レンズアレイ５１０，５１２を、光学ガラス屈折材料５０２の表面の真上または真下に形成することができる。レンズアレイ５１０，５１２を完全に光学ガラス屈折材料５０２内に配置するときは、レンズアレイ５１０，５１２のレンズの屈折率を光学ガラス屈折材料５０２の屈折率とは異なるようにする。この取り付け構成は、熱ドリフトの影響を最小化するのに役立ち、かつまた光スイッチ５００をよりコンパクトにする。

図６に示す如く、光スイッチ６００の１代替実施形態が提供される。この実施形態は図５の実施形態の簡易版であり、レンズアレイ５１０，５１２無しで形成している点を除いて、同じ構成を有する。この実施形態はレンズアレイ５１０，５１２を欠くものであるが、それは光学ガラス屈折材料５０２を通過するビームの伝搬により、ビームの発散の大半が低減されるからである。

図７は、光スイッチ７００の別の実施形態を示し、図５と図６に示した実施形態の簡易版である。この構成では、光ファイバ５１８，５２０の端部は、図５と図６に示したファイバアレイ位置決め器５０８，５１４を用いることなく光学ガラス屈折材料５０２に隣接配置される。光ファイバ５１８，５２０の端部は、直接光学ガラス屈折材料５０２に取り付けることができる。マイクロミラーアレイ５０４，５０６とファイバ５１８，５２０を振動から切り離す場合には、光スイッチ７００は許容範囲内で位置決め精度を達成する光スイッチにとって通常必要となる能動的な位置決め制御無しで動作可能である。

２００２年３月２１日出願の「Optical Switching Fabric With an Optical to Electrical Converter in the Output Plane」と題する同時係属米国特許出願第10/104,193号に記載された技術を、光スイッチ７００と組み合わせて用い、能動的な位置決め制御に対する要件を最小化または除去することができる。能動的な位置決め制御はこの状況下では不要となる場合がある。何故なら、終端スイッチにおいて出力は、直径寸法が約１μｍのシングルモード光導波路コアではなく、約３５μｍの直径を有する目標をヒットする必要があるからである。必要に応じて、ある程度一緒にドリフトする異なるチャンネルにより制御をさらに簡単化することもできる。

図８には、光スイッチ８００のさらに別の実施形態が示されている。図５乃至図７に示した光学ガラス屈折材料５０２は、流体屈折材料８２０を収容した透明容器８１０で置換されている。流体屈折材料８２０は、液体や半流動体やゲルや気体やそれらの任意の組み合わせにより構成することができる。図５乃至図７に示した光学ガラス屈折材料５０２の屈折材料の幾つかまたはその全てを、適切な高屈折率を有する液体や半流動体ゲルや気体や他の材料で置き換えることができる。

スイッチ３００，４００，５００，６００，７００，及び８００のうちの任意のもの、または、全てを、図９に示す如く、改良された光通信システム９００を提供するのに利用することができる。改良された通信システム９００は、従来の光スイッチ１３０が改良された光スイッチ３００，４００，５００，６００，７００，または、８００のうちの一つで置き換えられている点を除き、図１に示した通信システム１００と実質的に同じである。通信システム９００にはさらに、スイッチングが要求される様々な他の位置に改良された光スイッチを設けることができる。光スイッチ３００，４００，５００，６００，７００，及び８００は、既存の光学システム内の任意の従来の光スイッチまたはスイッチ群と置換することができる。光スイッチ３００，４００，５００，６００，７００，及び８００は、ビーム発散の低減に役立ち、それによって入力光導波路からの光信号を、それらの関連する出力光導波路へより効率的に結合させることができる。さらに、改良された光スイッチの低減したビーム発散が光スイッチ内部のクロストークを低減する。従って、スイッチング損失は減少する。光スイッチ３００，４００，５００，６００，７００，及び８００にはまた、より小さなマイクロミラーを設けることができ、これにより、速度の増大とコストの低減が可能になる。

図１０は、光信号を一つの光導波路から別の光導波路へ光学的にスイッチングさせるための方法の１実施形態を示すフローチャートである。ブロック１０００において、第１の光導波路と第２の光導波路と屈折材料を設ける。屈折材料には、空気の屈折率よりも大きな屈折率が提供される。ブロック１００２において、光信号を第１の光導波路から屈折材料を介して伝播させる。ブロック１００４において、光信号を、屈折材料を介して第２の光導波路へ反射させる。

図１１は、光学的スイッチング方法の別の実施形態を示すフローチャートである。ブロック１１００において、第１の光導波路と第２の光導波路と光学ガラス屈折材料を設ける。ブロック１１０２において、反射防止膜を光学ガラス屈折材料の表面に貼り付ける。ブロック１１０４において、光信号を第１の光導波路から光学ガラス屈折材料を介して伝播させる。ブロック１１０６において、光信号を、屈折材料を介して第２の光導波路へ反射させる。

本発明は、光路内に少なくとも１つのマイクロミラー(204,504,506)を有する光スイッチ、光スイッチング法、及びスイッチング式光通信システムに関する。光信号は、この光路に沿って、第１の光導波路(210,212,214,216,518)と第２の光導波路（220,222,224,226,520)の間を伝搬する。光信号が伝搬する屈折材料(310,410,502,820)がさらに設けられる。屈折材料は空気の屈折率よりも大きな屈折率を有する。屈折材料の屈折率を光導波路の屈折率以下にすることもできる。

上記実施形態及び特にどの「好適な」実施形態も、本発明の様々な局面を明瞭に理解できるようにするための、本明細書に記載した様々な実施の単なる例であることを強調しておく。当業者は、特許請求の範囲の適切な解釈によってのみ規定される保護範囲から実質的に逸脱することなく、これらの実施形態を変更することができよう。

従来の光通信システムの簡略化したブロック図である。 図１に示した光通信システムにおいて使用される従来の交差接続光スイッチの概略図である。 本発明による交差接続光スイッチの１実施形態の略図である。 本発明による交差接続光スイッチの別の実施形態の略図である。 本発明による光スイッチの１実施形態の等角図である。 本発明による光スイッチの別の実施形態の等角図である。 本発明による光スイッチのさらに別の実施形態の等角図である。 本発明による光スイッチのさらに別の実施形態の等角図である。 図３乃至図８に示したスイッチのうちの任意の１つを含む光通信システムの略ブロック図である。 本発明による光学的スイッチング方法の１実施形態のフローチャートである。 本発明による光学的スイッチング方法の別の実施形態のフローチャートである。

符号の説明

２１０，２１２，２１４，２１６，５１８ 入力光導波路（第１の光導波路）
２１８，５１６ レンズ
２２０，２２２，２２４，２２６，５２０ 出力光導波路（第２の光導波路）
２０４，５０４，５０６ マイクロミラー
３００，４００，５００，６００，７００，８００ 光スイッチ

Claims (10)

1. 光スイッチであって、
   入力光導波路（２１０，２１２，２１４，２１６，５１８）と、
   出力光導波路（２２０，２２２，２２４，２２６，５２０）と、
   光信号が前記入力光導波路から前記出力光導波路へ伝搬する光路内の少なくとも１つのマイクロミラー（２０４，５０４，５０６）と、
   前記光信号が伝搬する光路内に設けられた、空気の屈折率よりも大きな屈折率を有する屈折材料（３１０，４１０，５０２，８２０）
   を備える、光スイッチ。
2. 前記屈折材料（３１０，４１０，５０２，８２０）の屈折率は、前記入力光導波路（２１０，２１２，２１４，２１６，５１８）と前記出力光導波路（２２０，２２２，２２４，２２６，５２０）のうちの一方の屈折率にほぼ等しい、請求項１に記載の光スイッチ。
3. 前記屈折材料（３１０，４１０，５０２，８２０）の屈折率は、１．０と１．７の間にある、請求項１に記載の光スイッチ。
4. 前記屈折材料（３１０，４１０，５０２，８２０）の屈折率は、約１．５である、請求項３に記載の光スイッチ。
5. 前記屈折材料（３１０，４１０，５０２，８２０）は前記少なくとも１つのマイクロミラー（２０４，５０４，５０６）を浸漬する液体から構成され、該液体がほぼ１．５の屈折率を有する、請求項１に記載の光スイッチ。
6. 前記屈折材料（３１０，４１０，５０２，８２０）は光学ガラスを備え、該光学ガラスの表面は反射防止コーティング（５２２）で被覆される、請求項１に記載の光スイッチ。
7. 前記光導波路と前記屈折材料の間に配置された複数のレンズ（２１８，５１６）をさらに備える、請求項１に記載の光スイッチ。
8. 光スイッチング方法であって、
   第１の光導波路、第２の光導波路、及び、空気の屈折率よりも大きな屈折率を有する屈折材料を設けるステップ（１０００）と、
   前記屈折材料を介して前記第１の光導波路から光信号を伝播させるステップ（１００２）と、
   前記屈折材料を介して前記光信号を前記第２の光導波路へ反射させるステップ（１００４）
   を含む、方法。
9. 前記反射させるステップ（１００４）が、少なくとも１つのマイクロミラーを３次元的に配向させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
10. 光通信システムにおいて、
    第１の光導波路（１２０，２１０，２１２，２１４，２１６，５１８）と、
    第２の光導波路（１４０，２２０，２２２，２２４，２２６，５２０）と、
    第１の光導波路を介して光信号を伝送するための光源（１１０）と、
    少なくとも１つのマイクロミラー（２０４，５０４，５０６）、及び空気の屈折率よりも大きな屈折率を有する屈折材料（３１０，４１０，５０２，８２０）を含む光スイッチ（３００，４００，５００，６００，７００，８００）であって、前記屈折材料が前記少なくとも１つのマイクロミラー周囲の自由空間を満たし、それによって前記光信号を前記屈折材料を介して前記第１の光導波路から伝播させて、前記少なくとも１つのマイクロミラーにより反射させ、前記屈折材料を介して、前記第２の光導波路へ伝搬させることからなる、光スイッチと、
    前記第２の光導波路から前記光信号を受信するための送り先装置（１５０）
    を備える、システム

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