JP2011523095A - 光信号経路指定用の円筒共振器 - Google Patents

Abstract

光信号２３５を経路指定するシステム１００は、導波路アレイ１０２、２０２及び導波路アレイ１０２、２０２を横切って置かれている円筒共振器１１５を備え、円筒共振器１１５は導波路アレイ１０２、２０２内の導波路のそれぞれとの独立に制御可能な接線インタフェースを有する。光信号４３０を導波路４１５、４２５間で選択的に経路指定する方法は、経路指定すべき光信号４３０を選ぶことと、光学信号４３０の所望の経路を決定することと、転送元導波路４１５から光信号４３０を引き出すように、円筒共振器３０１と転送元導波路４１５の間の第１の制御可能なインタフェースを同調させることと、転送先導波路４２５へ光信号を渡すように円筒共振器３０１と転送先導波路４２５の間の第２の独立に制御可能なインタフェースを同調させることとを含む。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、光信号経路指定用の円筒共振器に関する。

光ビーム又は光信号は、デジタル・データを伝送するためにしばしば使用される。例えば、光信号は、長距離電話及びインターネット通信用のファイバ光学システムで使用される。更に、光信号は、単一の回路板上の電子部品間、又は隣接、若しくは近隣の回路板上の電子部品間でデータを伝送するためにしばしば使用される。

光通信を利用するシステムは、所望の処理を実行するために、通常は光ビームの形である光エネルギーの正確な操作に多くの場合、頼っている。このことは、複数ノード間の高速低エネルギー通信用に光を利用するシステムでは特にそうである。そうしたシステムでは、光データ信号は、様々なノードに接続された１つ又は複数の導波路中を通常、移動する。

システムを通じて情報を効率的に受け渡すために、様々な光信号を結合し、分離し、経路指定することが、多くの場合、必要である。例えば、第１の導波路から特定の光信号を引き出し、その光信号を他の複数の導波路の任意の１つへ選択的に経路指定することが、望ましいことがある。このことは、光信号を電気信号に変換し、次いでレーザ又は他の光源を使用して所望の導波路内に光信号を再構成することによって、成し遂げることが出来る。この技法には、電子回路によって信号の最大帯域幅が制限されるという重大な制限がある。

第２の方法では、光信号をある導波路から別の導波路へ転送するために光スイッチ・デバイスが使用される。光スイッチは、１つ又は複数の選択可能なファイバを駆動するように光ファイバを物理的にシフトさせるなどの機械的手段で動作してもよい。機械式スイッチは、比較的低速であり、光信号を少数の選択可能なファイバへとシフトすることしか出来ない。光スイッチでは、又、電気光学効果、磁気光学効果、又は他の方法を使用してもよい。これらの光スイッチは、機械作動スイッチよりも非常に高速であり得るが、複雑なアーキテクチャ及び複数のスイッチ素子なしで、光信号を多数の選択可能な導波路へ経路指定するには、その能力がまだ限られている。これらの複雑なアーキテクチャは、製造費用が高額であり、壊れやすく、光デバイス内に比較的大きな面積を必要とすることがある。

添付の図面は、本明細書に記載の原理の様々な実施形態を示し、本明細書の一部である。例示の実施形態は、単に例に過ぎず、特許請求の範囲を制限するものではない

本明細書に記載の原理の一実施形態による、例示の光経路指定システムの動作原理を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、例示の光経路指定システムの動作原理を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、例示の光経路指定システムの動作原理を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、例示の光経路指定システムの動作原理を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、例示の光経路指定システムの動作原理を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、例示の光経路指定システムの動作原理を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、例示の光経路指定システムの実施形態を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、例示の光経路指定システムの実施形態を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、例示の光経路指定システムの実施形態を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、例示の光経路指定システムの実施形態を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、ら旋構造を形成する例示的な円筒共振器の図である。 本明細書に記載の原理の例示の一実施形態による、光経路指定システム内で使用される例示のら旋共振器の図である。 本明細書に記載の原理の例示の一実施形態による、光経路指定システム内で使用される例示のら旋共振器の図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、光経路指定システムの様々な例示の構成部品を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、光経路指定システムの例示の電極構成を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、光経路指定システムの例示の電極構成を示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、磁気光学原理に基づいて動作する光経路指定システムを示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、磁気光学原理に基づいて動作する光経路指定システムを示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、磁気光学原理に基づいて動作する光経路指定システムを示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、磁気光学原理に基づいて動作する光経路指定システムを示す図である。 本明細書に記載の原理の一実施形態による、光エネルギーを転送元導波路から転送先導波路へと導く光経路指定システムを利用する一方法を示す例示的な流れ図である。

全図面を通して、同一の参照番号は、類似の、しかし必ずしも同一でない要素を指す。

以下の記述では、説明のために、本システム及び方法が完全に理解されるように、非常に多くの特定の詳細が記述される。しかし、本装置、システム及び方法は、これらの特定の詳細なしでも実施し得ることが、当業者には明らかであろう。本明細書中での「一実施形態」、「一実施例」又は類似の言葉への参照は、実施形態又は実施例に関連して記載された特定の特徴、構造、又は特性が、少なくともその一実施形態には含まれるが、必ずしも他の実施形態には含まれないことを意味する。本明細書中の様々な個所で「一実施形態では」という語句又は類似の語句が表わす様々な例は、必ずしも全て同じ実施形態を参照するものではない。

光共振器は、光ビームを選択的にフィルタにかけ、切り替え、又は変調するために使用される。こうしたシステムでは、共振器は、典型的には、閉ループをなす光導波路によって形成され、光導波路は該ループに接して配置された他の光導波路に光学的に結合される。共振器は、接線導波路内の光エネルギーの周波数に整合するように共振器の共振周波数を同調させることによって、接線導波路に選択的に光学的に結合することが出来る。このようなときには、同調周波数の接線導波路中の光エネルギーは、共振器のループ導波路に結合されるか、転送されることになる。

例えば、波長分割多重では、接線導波路を通って伝送される光エネルギーが、複数の異なる波長帯域又は「ライン」で構成されることがある。各ラインは、幅が１ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度と狭くてもよい。各異なるラインは、単独のデータ信号の運び手として働くことが出来る。共振器の共振周波数を特定の波長に同調させることにより、特定のライン内の光エネルギーを接線導波路から引き出すことが出来る。次いで、この光エネルギーを、変調したり、検出したり、新しい導波路に経路指定したり、又は他の類似の動作に使用することが出来る。

図１Ａ〜図１Ｆは、例示の光経路指定システムの動作原理を示す図である。図１Ａは、基板１１０の全域にわたって間隔を置いて並べられた平行リッジ導波路１０５で構成された導波路アレイ１０２の端面図を示す。図１Ｂは、同じ導波路アレイ１０２の側面図を示す。各導波路１０５は、１つ又は複数の周波数の光エネルギーを運ぶように、割り当てられたり、構成されたりする。データ信号は、導波路１０５内に含まれる光エネルギーの様々な周波数に符号化することが出来る。上述のように、光信号を結合し、第１の導波路から第２の導波路へ光信号を転送し、信号を逆多重化し、他のこうした動作を遂行することが望ましいことがある。

図１Ｃ及び図１Ｄは、光経路指定システム１００の例示の一実施形態を示す。この実施形態では、円筒共振器１１５は、導波路アレイ１０２の上に配置される。円筒共振器１１５は、該円筒１１５が複数の導波路１０５に跨るクロスバー構成である。円筒共振器１１５は、例えば、温度、機械的応力、電場、又は共振器１１５に印加される他のパラメータを制御することによって、選択的に同調させ得る共振周波数を有する。

通常、円筒１１５と導波路１０５の上部面との間にわずかな間隙がある。任意の導波路１０５内を移動する光のエバネセント光場は、この間隙を横切ることになる。したがって、導波路１０５内を移動する特定の波長の光は、円筒共振器１１５が該波長の光に共振周波数を同調させたとき、この間隙を横切って円筒共振器１１５内に転送され得る。異なる波長の光は、円筒共振器１１５によって影響を受けず、導波路１０５を通って移動し続ける。

図１Ｅ及び図１Ｆは、導波路１０５、１０７と円筒共振器１１５との間の、この選択的光学結合を示す。前述のように、導波路１０５、１０７は、１つ又は複数の波長の光を含んでもよい。円筒共振器１１５が特定の波長（又は周波数）の光にその共振周波数を同調させたとき、この光は、円筒共振器１１５へと結合される。例えば、第１の導波路１０５は、その波長に円筒共振器１１５が同調した、目標波長の光１０６を含む。この目標波長の光の一部は、円筒共振器１１５へと結合し、ウィスパリング・ギャラリー・モード（Ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ Ｇａｌｌａｒｙ Ｍｏｄｅｓ）１２０で円筒共振器１１５内に含まれる。第２の導波路１０７は、共振器１１５がその波長に同調するまで円筒共振器１１５へと結合していない異なる波長の光１０８を含む。円筒共振器の同調のための様々な機構を以下に説明する。

ウィスパリング・ギャラリー・モード１２０は、取り囲む媒体よりも大きな屈折率を有する円筒状又は球状の体積内に特定の共振周波数の光が閉じ込められたとき発生する。これらの波長では、該光は、体積の表面で内部全反射を受け、凡そ数ナノ秒程度の時間スケールで、体積中に捕捉された状態になる。図１Ｆは、図１Ｅに示した光経路指定システム１００の断面図を示す。ウィスパリング・ギャラリー・モード１２０は、図１Ｆには円筒共振器の周縁部の回りに円として、図１Ｅには長円として図示されている。これらのウィスパリング・ギャラリー・モード１２０は、共振器が幾何的に拘束しない次元で広がる傾向がある。例えば、円筒共振器では、円筒の外周によってモード１２０は２次元内に拘束されるが、円筒の長さ方向に沿って軸方向に広がることもある。

図２Ａ〜図２Ｄは、これらの原理を使用した、例示の光経路指定システム２００、２９０、２９５、２９８の様々な実施形態を示す図である。図２Ａは、上部導波路アレイ２０２、下部導波路アレイ１０２、及び両導波路アレイに挟まれた円筒共振器１１５を備える光経路指定システム２００を示す。下部導波路アレイ１０２は、基板１１０の全域で均一に配置された複数の下部導波路１０５を備える。下部導波路１０５間には、複数のＮドープ電極１２５が形成されている。上部導波路アレイ２０２は、基板２００の全域で均一に配置された複数の上部導波路２０５を同様に含む。複数のＰドープ電極２２５は、上部導波路２０５間のスペースに形成されている。

本明細書を通して、Ｐドープ及びＮドープ電極が参照される。Ｎドープ電極は、自由負電荷担体の数を増加させるために半導体材料に不純物原子を添加して形成される。同様に、Ｐドープ電極は、自由正電荷担体の数を増加させるために半導体に不純物原子を添加して形成される。多くの例で、Ｐドープ及びＮドープ電極の相補的な対の位置が交換可能であることと、Ｐドープ又はＮドープの指定が任意であることとが、当業者には認識されよう。状況によっては、金属性導線など他の電極タイプが使用可能となる。

光経路指定システム２００は、転送元導波路１３５から転送先導波路２３２へ光エネルギーを経路指定するのに使用することが出来る。円筒共振器１１５の一部分を転送元導波路１３５に結合させるために、１対の電極１３０、２３０は、電圧が印加されて、円筒共振器１１５の中に電荷担体を注入する。電荷担体は、転送元導波路１３５から引き出すことが望まれる特定の光周波数に同調するように、円筒共振器１１５の一部分の共振周波数を変える。その特定の波長の光エネルギーは、次いで光導波路１１５へと結合され、複数のウィスパリング・ギャラリー・モード２３５中に含まれる。例示の一実施形態によると、転送元導波路１３５に結合するために注入された電荷担体は、又、円筒共振器１１５と転送先導波路２３２とのインタフェースを調整し、この転送先導波路２３２が、円筒共振器１１５内に含まれる光エネルギーを受け取る。この光エネルギーは、次いで転送先導波路２３２の全長を通って移動する。

いくつかの状況下で、図２Ａはウィスパリング・ギャラリー・モード２３５の理想的な表現を表わす。前述のように、ウィスパリング・ギャラリー・モード２３５は、円筒共振器１１５の長さ方向に沿って軸方向に自然に広がる。下記で説明するように、ウィスパリング・ギャラリー・モード２３５の広がりは、望ましくないことがある。

図２Ｂは、図２Ａに示されたものと類似の幾何的配置を有する光経路指定システム２９０の１つの例示的な実施形態を示す。光経路指定システム２９０も又、下部導波路アレイ１０４及び上部導波路アレイ２０４を備える。円筒共振器１１５は、上部導波路アレイ２０４と下部導波路アレイ１０４に挟まれている。この例示的な実施形態では、電極のドーピングは、Ｎドープ電極１４０が導波路間の第１のスペース内にあり、Ｐドープ電極１３０が導波路の隣の対の間のスペース内にあるように、単一の導波路アレイの全域にわたって交互に行われる。

この例では、円筒共振器１１５は、上部導波路アレイ２０４中の１対の電極２４０、２５０及び下部導波路アレイ１０４中の１対の電極１４０、１５０に電圧を印加することによって、所望の波長に同調される。電極対１４０、１５０及び２４０、２５０へ電圧を印加すると、円筒共振器１１５の一部分に電荷担体が注入される。この注入によって、円筒共振器１１５内の光の電荷担体散乱が生じ、円筒共振器１１５の屈折率が変わる。屈折率の変化は、円筒共振器１１５内の電荷担体の密度に比例する。

光経路指定システム２９０内に電極を戦略的に配置することによって、電荷担体密度を円筒共振器１１５の所望の部分内に局在化することが出来る。光エネルギー１４５は、次いで転送元導波路１４２と円筒共振器１１５とのインタフェースを横切って結合される。この光エネルギーは、円筒共振器１１５内に含まれるウィスパリング・ギャラリー・モード２４０を形成する。例示したように、これらのウィスパリング・ギャラリー・モード２４０は、それらがもはや単一の転送先導波路２４２に結合されるのではなく、複数の２次の導波路２５５によって受け取られるように広がる。いくつかの場合、ウィスパリング・ギャラリー・モードが広がることが望ましいことであり得るが、大部分の場合、単一の転送元導波路から指定の転送先導波路へ光周波数を正確に経路指定することが望ましい。

図２Ｃは、ウィスパリング・ギャラリー・モードをより正確に含むように設計された、様々な幾何形状を有する円筒共振器２６０、２６５、２７０、２７５を示す。例示の光経路指定システム２９５も又、上部導波路アレイ２０２及び下部導波路アレイ１０２を、様々な幾何形状の円筒共振器が両導波路アレイに挟まれている状態で、備える。前述のように、導波路アレイは、基板１１０、２００上に形成された複数の導波路１０５、２０５から成る。複数の電極１５５、２２５が、導波路１０５の間及び導波路２０５の間に配置される。様々な円筒共振器２６０、２６５、２７０、２７５が、２つ以上の電極と電気的に接触している。これらの電極によって、円筒共振器２６０、２６５、２７０、２７５に電荷担体が注入される。これらの電荷担体によって、屈折率が変わり、様々な導波路と円筒共振器との間の結合が調整される。

１つの例示的な実施形態によると、ウィスパリング・ギャラリー・モードの広がり量を制限するように、円筒共振器の長さを変えることが出来る。例えば、第１の円筒共振器２６０は、４つの導波路及び４つの電極と接触している。これによって、円筒共振器２６０内に含まれる光エネルギーの分散が制限される。第２の円筒共振器２６５は、より短く、２つの電極のみと電気的に接触し、２つの導波路のみに光学的に近接している。したがって、第２の円筒共振器２６５によっては、２つの導波路間の結合のみが可能になる。転送元導波路の真上にない導波路へ光エネルギーを経路指定するために、平行四辺形断面を有する円筒共振器２７０を形成することが望ましいことがある。この平行四辺形断面光共振器２７０は、４つの電極と接触し、４つの導波路に光学的に近接している。平行四辺形光共振器の長さは、より短い平行四辺形断面円筒導波路２７５によって示されるように、短くすることが出来る。ここで、共振器２７５は、単一対の電極と接触し、光エネルギーを転送元導波路から対角線上に単一の転送先導波路へ経路指定する。

ウィスパリング・ギャラリー・モードの横方向広がりを含むように、他の様々な幾何学的技法を使用することが出来る。制限するものではなく、一例として、共振器を分割し、光エネルギーを転送元導波路から所望の転送先導波路へ導く複数の異なる材料で円筒共振器を構成することが出来る。更に、ウィスパリング・ギャラリー・モードが主に円筒共振器の周縁部に位置しているので、光エネルギーを導くのに、溝、ギザギザ、又は帯状構造など、複数の表面形状を使用することが出来る。

図２Ｄは、個別の導波路と円筒共振器１１５とのインタフェースを制御するための代替の電極構成を示す。円筒共振器２８０のコア２８５は、Ｐドープであり、第１の電極として働く。様々なＮドープ電極１６０、２２０が、上部アレイ２０２及び下部アレイ１０２内に含まれている。電極と導波路の対同士は、ウィスパリング・ギャラリー・モードの横方向広がりによる、隣接する導波路間の交差結合を最小化するために離れて位置している。１つの例示的な実施形態によると、電極配置によっては、個別のインタフェースで高度に局在化された電荷密度を得ることが出来る。

共振器の幾何形状を変えたり、電荷担体密度を制御したりすることによって、ウィスパリング・ギャラリー・モードの広がりを制限し、光エネルギーを正確に導き得るが、そのことで光経路指定システムの柔軟性が制限されることがある。理想的には、光経路指定システムは、任意の導波路から光エネルギーを引き出し、そのエネルギーを他の任意の導波路へ導くことが出来るようになる。以下に説明するように、周縁部にら旋溝を有する１つ又は複数の円筒共振器を使用すると、光信号を所望の柔軟性を有して経路指定することが可能になる。

図３は、左巻きら旋共振器３０１を使用する光経路指定システム３００の図である。この例示の実施形態では、光経路指定システム３００は、左巻きら旋共振器３０１を支持する導波路１０５のアレイを備える。ら旋共振器３０１は、前述の円筒共振器の特殊な例であり、同じ一般的動作原理に従う。

１つの例示的な実施形態によると、左巻きら旋共振器３０１は、そのコア３０５に巻きつく左巻きら旋構造３１０を支持するコア３０５を備える。ら旋構造３１０は、ウィスパリング・ギャラリー・モードの望ましくない広がりを制限しながら、同時に、複数の導波路１０５と協調し、１つの導波路から受け取った光エネルギーを別の多数の導波路へ選択的に経路指定する。例示された実施形態では、入射光３１５は、転送元導波路３０２を通過し、ら旋構造３１０へ結合される。インタフェースを横切って入射光３１５を効率的に結合するために、ら旋構造３１０の隣接する部分は、転送元導波路３０２内の光の周波数でモード整合又は同調されるべきである。光エネルギーは、転送先導波路３０４に達するまで、ら旋構造３１０を通って移動する。次いで、光エネルギーは、転送先導波路３０４内にと結合され、転送先導波路３０４の長さ方向に沿って移動する。

前述のように、ら旋共振器３０１の部分の共振周波数は、転送元導波路３０２と転送先導波路３０４との双方の間の所望の量の結合を実現するように、変えなければならない。この共振周波数は、所与の転送先導波路に次に運ばれる光エネルギーの特定の周波数を転送元導波路から引き出すように、同調することが出来る。電荷担体の注入に加えて、光を所望の導波路から引き出すために、ら旋構造３１０をモード整合又は同調させる他の複数の技法を以下で論じる。

この光経路指定システム３００は、複数の光搬送信号が単一の光ファイバ内に存在してもよい波長分割多重用途で特に有利なことがある。これらの波長のうちの単一の波長を引き出し、その波長を単独の転送先導波路に渡すために、ら旋共振器を同調させることが出来る。この転送された光エネルギーを、転送先導波路を通って移動している他の光エネルギーと結合してもよい。ら旋構造によって受け取られ、１つ又は複数の転送先導波路に経路指定される、様々な導波路内の異なる光周波数に整合するように、ら旋共振器の個別部分を同調させることが出来る。この光経路指定は、単一の入射光信号を複数の出射光信号へと経路指定すること、光信号が代替の導波路を通って転送先へと移動するように光信号を切り替えること、多重化、逆多重化、又は類似の他の動作を含む複数の目的を果たすことが出来る。

図４Ａ及び図４Ｂは、光経路指定システム内４００で使用される例示のら旋共振器４０２，３０１の図である。この例示的な実施形態では、導波路アレイは、基板１１０上に形成された複数の導波路１０５を備える。導波路１０５の上に置かれているものは、左巻きら旋共振器３０１及び右巻きら旋共振器４０２である。左巻きら旋共振器は、コア３０５及び左ら旋構造３１０を備える。右巻きら旋共振器４０２は、コア４０５及び右ら旋構造４１０を備える。様々な導波路１０５は、ら旋構造３１０、４１０の外周縁部に近接している。電極を介して電荷担体を注入することや、磁気光学効果、又は他の様々な電気的に制御可能な手段によって、ら旋構造の外周縁部と任意の導波路とのインタフェースでの共振周波数を特定の波長に同調させることが出来る。いくつかの実施形態では、複数の波長の光を同時に異なる複数の転送元導波路から１つ又は複数の転送先導波路へ経路指定することが出来る。

図４Ｂは、転送先に達するように複数の直角な曲がり角を使用して光信号の経路を再設定するように、１対のら旋構造を使用する例示の一方法を示す。転送元導波路４１５は、入射光エネルギー４３０を含む。左巻きら旋共振器３０１の一部分は、転送元導波路４１５と結合し、入射光エネルギーを受け入れる。入射光エネルギー４３０は、左ら旋構造を通過し、次いで転送用導波路４２５に入る。転送用導波路４２５は、光エネルギーを右巻きら旋共振器４０２に運び、そこで光エネルギーは右巻きら旋構造４１０に入る。右巻きら旋構造４１０は、光エネルギーを転送先導波路４２０に運ぶ。その後、光エネルギーは転送先導波路４２０に入り、この導波路に沿って次の転送先に運ばれる。

図５は、光経路指定システム５００の様々な例示的構成部品の分解図である。１つの例示的実施形態によると、光経路指定システム５００は、アドレス・ライン５０２、電極アレイ５２０、右巻きら旋共振器４０２、左巻きら旋共振器３０１、及び導波路アレイ２０２を備える。上述のように、導波路アレイ２０２は、基板１１０上に配置された複数の平行導波路１０５を備える。導波路アレイ２０２の幾何形状は、平行リッジ導波路に限定されず、様々な用途の要求を満たすように適応させてもよい。ら旋共振器４０２、３０１は、導波路１０５に選択的に結合出来るように、導波路１０５の上に置かれている。

この例示された実施形態では、電極アレイ５２０は、ら旋共振器の上に置かれており、ら旋共振器４０２、３０１の部分の共振周波数を制御するために電荷担体を注入出来るように、ら旋構造の周縁部と電気的に接触している。選択的に電荷担体を注入するために、複数のアドレス・ライン５０２によって、電極アレイ５２０内の様々な電極を選択的に作動させることが可能になる。１つの例示的実施形態によると、アドレス・ライン５０２は、複数の行ライン５１０及び複数の列ライン５０５を備える。これらの行及び列ライン５０５、５１０は、アレイ内の個別素子へのアクセスを可能にする、メモリ・アレイ内のワード及びビット・ラインに類似していることがある。代替の一実施形態では、アドレス・ライン５０２は、導波路構造の下にあってもよい。アドレス・ライン５０２によって、Ｘ−Ｙ点を選び、導波路１０５との特定のインタフェースでら旋共振器４０２．３０１の共振をシフトするようにＸ−Ｙ点にバイアスをかけることが可能になる。

図６Ａ及び図６Ｂは、光経路指定システム６００，６０２の様々な電極構成を示す説明図である。例示の一実施形態によると、光経路指定システム６００は、導波路アレイ２０２及び電極アレイ５２０を含む複数の要素、導波路アレイと電極アレイ５２０とに挟まれた複数のら旋又は円筒共振器６０４、及びアドレス・ライン５０２を備えることが出来る。前述のように、アドレス・ラインは列ライン５０５及び行ライン５１０を含んでもよい。電気信号は、電極アレイ５２０内の個別要素にアドレスするように、これらの行及び列ライン５０５、５１０に沿って通すことが出来る。

１つの例示的実施形態によると、電極アレイ５２０は複数のＰドープ及びＮドープ電極６０５、６１０から成る。一実施形態では、Ｐドープ電極６０５及びＮドープ電極６１０は、円筒又はら旋共振器６０４の周縁部と電気的に接触している。電極対に電圧を印加すると、共振器６０４に電荷担体が注入される。前述のように、このことによって、共振器６０４の屈折率が変わる。共振器６０４の共振周波数を、共振器６０４の下にある導波路１０５内に含まれる光周波数に同調させるとき、光は、共振器６０４の中に入る、又は外に出るように結合される。

図６Ｂは、Ｎドープ電極６２５のアレイに取り付けられている複数の行ライン６２０を利用する代替の電極実施形態を示す。単独のＰドープ電極を使用するよりはむしろ、円筒又はら旋共振器６１５のコア６３０は、Ｐドープであり、行ライン及びＰドープ電極の両方として働く。このことによって、光経路指定システム中の個別要素の数が低減される。

図７Ａ及び図７Ｂは、円筒共振器と接線導波路とのインタフェースを制御する代替方法を示す。図７Ａは、円筒共振器７０５と接線導波路７１０との間の光学結合を制御する磁気光学装置７００を示す図である。この例示の方法では、円筒共振器７０５又はそれの部分は、磁場７２２の存在下で円筒共振器７０５の光学特性を変える不純物でドープされる。限定するものではなく、一例として、ドーピング不純物は、常磁性テルビウム（Ｔｂ）であってよい。外部磁場７２２を印加すると、テルビウム不純物上の磁気モーメントが秩序立てられ、それによって円筒共振器７０５を通って伝播する光エネルギーの位相シフトが引き起こされる。したがって、円筒共振器７０５の共振周波数は、この位相シフトに比例して、同調する。前述のように、円筒共振器７０５の共振周波数は、インタフェースを横切って結合されるべき光エネルギーとして、接線導波路７１０を通って移動する光エネルギーにモード整合すべきである。

外部磁場７２２は、様々な方法で発生させてもよい。限定するものではなく、一例として、外部磁場は、ドープ円筒共振器７０５に近接する導電体７２０に電流７２５を流すことによって、発生させてもよい。例示の一実施形態では、導電体７２０は、円筒共振器７０５の中央部分を通り抜ける。電流７２５が、図に示すように右から左へ導電体７２０を流れるので、磁場７２２が第１の方位に発生する。磁場７２２のこの方位によって、ドープ円筒共振器７０５内に光位相シフトが発生する。

導電体７２０を通って流れる電流７２５の量を変えると、磁場７２２の大きさが変わり、それによって円筒共振器７０５内の光位相シフトの大きさが変わる。したがって、導電体７２０を流れる電流７２５の量を変えることによって、円筒共振器７０５の共振周波数を、所望の波長の光を円筒共振器７０５へと結合するように同調させることが出来る。円筒共振器を同調させるにおいての追加の柔軟性を、導電体７２０内の電流７２５の方向を反転させることで、磁場７２２及び結果としての光位相シフトの極性を反転させることによって得ることが出来る。

１つの例示的実施形態によると、電流７２５によって発生した磁場７２２を、円筒共振器７０５の近傍に強磁性材料を取り付けることによって、操作することが出来る。１つの例示的実施形態によると、強磁性材料は、円筒共振器７０５の側面に取り付けられたパーマロイ・パッチ７１５である。パーマロイは、高い透磁率（印加磁場の存在下での高度の磁気）及び低い保磁度（印加磁場が除去されたときの低い残留磁気）を有するニッケル−鉄磁性合金である。パーマロイ・パッチ７１５からの漂遊磁場が磁場７２２を所望の位置で増幅／集中する。パーマロイ・パッチ７１５は、所与の共振周波数に円筒共振器を同調させるのに必要な電流の量を低減する。更に、いくつかの実施形態では、パーマロイ・パッチが、円筒共振器を同調させることの出来る周波数の範囲を増加させることがある。

図７Ｂは、ら旋共振器７３５と様々な導波路７５０、７５２、７５４との複数のインタフェースを制御するための例示の一実施形態を示す図である。この実施形態では、個別にアドレス可能な導電体７６０、７６２、７６４が、ら旋共振器７３５の中央部分を縫うようにして通り抜けている。ら旋共振器７３５の中央部分を通り抜ける通路を作るために、支持用コア７４０の一部を、ら旋構造７４５をそのままにしながら、除去してもよい。前述のように、導電体７６０、７６２、７６４をアドレスするのに、制御線の相補格子を使用することが出来る。所望の磁場を発生させるのに、様々な導体構成を使用してもよい。限定するものではなく、一例として、導電体を円筒共振器の周りに複数回巻いてもよいし、光インタフェースに近接させられたコイルの形状にしてもよい。更に、パーマロイ・パッチ又は他の強磁性材料を、得られる磁場の形状決定を支援するために設計の中に取り入れてもよい。

円筒共振器を接線導波路に結合させる、及び結合を解く上記の方法に加えて、他の様々な方法を使用することが出来る。限定するものではなく、一例として、様々な電気光学効果を使用することが出来る。例えば、円筒共振器材料の屈折率を、ポッケル効果（ある結晶固体の屈折率が印加電場に比例して線形的に変わる）又はカー効果（電場の２乗に比例する屈折率の変化）を使用して、変化させることが出来る。吸収の変化も、又、光学材料の吸収端の近くでの波長に対し屈折率に及ぼす強い効果を有する。フランツ−ケルデッシュ効果、シュタルク効果、量子閉込めシュタルク効果、又は他の様々な電気吸収又は電気色効果を使用することによって、吸収の変化を引き起こすことが出来る。

図８Ａ及び図８Ｂは、円筒共振器と接線導波路とのインタフェースを制御する代替の装置及び方法を示す。図８Ａは、磁気光学装置８００の一部切欠け断面を示す図である。図８Ｂは、同じ装置８００の上面図である。磁気光学装置８００は、その上に複数のリッジ導波路８１０、８１２が形成されている基盤８１８を含む。各リッジ導波路８１０、８１２の上に、リング共振器８０２、８０４が置かれている。隣接するリッジ導波路間で、架橋要素８０６が２つのリング共振器８０２、８０４間の直接光接続を実現している。

説明を明確にするために、磁気光学装置８００の小部分のみを図示する。基板の上に形成されたアレイの中に多数のリッジ導波路があり、対応する数のリング共振器が架橋要素によって鎖状につなぎ合わされた状態にあってもよい。架橋要素は、２つの隣接する導波路間に直接透過光学結合を成すように構成する。架橋要素は、ら旋構造、トロイド、円筒、及び他の幾何形状の部分を含む、様々な形態を取ってもよい。架橋要素で接続されたリング共振器のこの構成は、様々な設計及び用途で使用することが出来る。例えば、架橋要素で接続されたリング共振器は、図１及び図２に示した円筒共振器又は図３〜図５に示したら旋共振器と置き換わることが出来る。更に、架橋要素で接続されたリング共振器は、他の例示の実施形態に関連して説明した任意の様々な電極、アドレス指定、又は結合の構成を利用することが出来る。

前述のように、光エネルギーは、リッジ導波路８１０、８１２から出て、リング共振器８０２，８０４の中に結合させることが出来る。図８Ａ及び図８Ｂに示した実施形態では、リング共振器は、磁場の存在下で円筒共振器の光学特性を変える、常磁性テルビウムなど不純物をドープされてきている。外部磁場８１４、８２２を印加すると、テルビウム不純物上の磁気モーメントが秩序立てられ、それによって円筒共振器８０２、８０４を通って伝播する光エネルギーの位相シフトが引き起こされる。リング共振器８０２，８０４の共振周波数は、導波路から所与のリング共振器を選択的に結合又は減結合するように、この位相シフトに比例して、同調させられる。

１つの例示的実施形態によると、リング共振器とリッジ導波路との様々なインタフェースが、基盤８１８内に導体の格子を埋め込むことによって、アドレスされることが出来る。例えば、一連の平行導体８２０、８２４は、基盤８１８の上部を貫通してもよい。これらの導体８２０，８２４は、格子の列を形成する。垂直な一連の平行導体８１６は、基盤８１８の下部を貫通して、格子の行を形成してもよい。特定のインタフェースにアドレスするためには、適切な列８２４及び行８１６に電流８２６，８２８を流す。選択された行及び選択された列のジャンクションでは、目標インタフェースに所望の結合又は減結合効果を及ぼすように磁束は集中させられる。

図９は、光エネルギーを転送元導波路から転送先導波路へと導く光経路指定システムを利用する一方法を示す例示的な流れ図である。第１のステップでは、所望の動作が定義される（ステップ９００）。このことは、操作すべき光エネルギーの周波数及び位置、並びに選ばれた光エネルギーがたどるべき所望の経路を選ぶこととを含んでもよい。第１のノード又はインタフェースが、光エネルギーを転送元導波路から引き出し、ら旋又は円筒導波路に渡すために、同調させられる（ステップ９１０）。第２のインタフェースが、ら旋又は円筒導波路から転送先導波路に光エネルギーを渡すために、同調させられる（ステップ９２０）。次に、光エネルギーが、転送元導波路から転送先導波路へら旋又は円筒共振器を介して転送される（ステップ９３０）。

要約すると、円筒共振器が導波路アレイを横切って置かれている。共振器の部分の共振周波数をシフトさせることで、導波路を通って伝播するエバネセント光を共振器へと選択的に結合させることが出来る。共振器の共振周波数は、電荷担体散乱、光電気、及び光磁気手段を含む複数の方法で制御することが出来る。共振器の近位部に選択的に同調させることによって、円筒共振器と所望の目標導波路とのインタフェースで共振器から光が引き出される。例示の一実施形態では、光経路指定システムは、導波路アレイ内の任意の導波路からアレイ内の他の任意の導波路へ光信号を経路選定するように構成される。この光経路指定システムは小型であることから、チップ又はシステムの占有面積の著しい節約になる。

前述の説明は、記載された原理の実施形態及び実施例を例示したり記述したりするためだけに提供されている。この説明は、網羅的なものではなく、いかなる開示された通りの形態にこれらの原理を制限するものでもない。以上の教示内容に照らして、多くの変更形態及び変形形態が可能である。

Claims (15)

1. 光信号２３５を経路指定するシステム１００であって、
   転送元導波路１３５及び転送先導波路２３２を備える導波路アレイ１０２、２０２と、
   円筒共振器１１５であって、前記円筒共振器１１５が前記転送元導波路１３５及び前記転送先導波路２３２を横切って置かれており、前記円筒共振器１１５が前記転送元導波路１３５及び前記転送先導波路２３２のそれぞれとの単独の接線インタフェースを有する円筒共振器１１５とを備え、
   光信号２３５を前記転送元導波路１３５から前記円筒共振器１１５へ選択的に結合させることと、前記円筒共振器１１５から前記転送先導波路２３２へ選択的に結合させることが出来るように、前記単独の接線インタフェースが独立に制御可能であることを特徴とするシステム１００。
2. 前記導波路アレイ１０２、２０２が、複数の導波路１３５、２３２を備え、前記システムが光信号を前記複数の導波路１３５、２３２の任意の１つから前記複数の導波路１３５、２３２の任意の他のものへ経路指定するように構成されること特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記単独の接線インタフェースが、電荷担体注入及び磁気光学効果のうちの１つによって電気的に制御されること特徴とする、請求項１に記載のシステム。
4. 第１の電極１３０及び第２の電極２３０を更に備え、前記第１の電極１３０及び前記第２の電極２３０が前記円筒共振器１１５と電気的に接触しており、電荷担体が前記円筒共振器１１５に注入されるように、前記第１の電極１３０及び前記第２の電極２３０の間に電圧の差が設けられていること特徴とする、請求項３に記載のシステム。
5. 前記第１の電極１３０及び前記第２の電極２３０が、前記複数の導波路１３５、２３２間の間隙に置かれていること特徴とする、請求項４に記載のシステム。
6. 前記円筒共振器１１５が、コア２８０を備え、前記コア２８０が前記第１の電極２８５を備え、前記第２の電極２２０が前記円筒共振器１１５の外周縁部と接触することを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
7. 前記単独の接線インタフェースが、前記磁気光学効果によって電気的に制御され、前記円筒共振器１１５に不純物元素をドープすることによって、前記磁気光学効果が実現し、前記不純物元素が印加磁場７２２に応答して前記円筒共振器１１５の光学特性を変えることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
8. 導体７２０に電流７２５を流すことによって、前記印加磁場７２２が発生し、前記導体７２０が前記円筒共振器１１５及び強磁性パッチ７１５に近接していることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
9. 前記円筒共振器１１５がら旋共振器３０１であり、前記ら旋共振器３０１がコア３０５及びら旋構造３１０を備え、前記コア３０５が前記ら旋構造３１０の中央を軸方向に通り抜け、前記ら旋構造３１０と結合していることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
10. 前記システムが複数のら旋共振器３０１を備え、前記ら旋共振器の第１の部分が左巻きら旋共振器３０１を備え、前記ら旋共振器の第２の部分が右巻きら旋共振器４０２を備えることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
11. 前記円筒共振器１１５が直円柱１１５であり、前記直円柱１１５が長さ及び直径を有し、前記長さが前記直径よりも十分に大きいことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
12. 前記導波路アレイ１０２が、光エネルギーの複数周波数を伝送する複数の導波路１０５を備え、前記円筒共振器１１５が、第１の光周波数を第１の導波路４１５から第２の導波路４２５へ経路指定し、同時に第２の光周波数を第３の導波路４２５から第４の導波路４２０へ経路指定するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
13. 光信号を経路指定するシステムであって、
    複数のリッジ導波路１０５を備える導波路アレイ１０２と、
    円筒共振器１１５であって、前記円筒共振器１１５の軸が前記複数のリッジ導波路１０５の長さ方向に垂直であり、前記円筒共振器１１５が前記複数のリッジ導波路１０５を横切って置かれており、前記円筒共振器１１５が、前記複数のリッジ導波路１０５のそれぞれとの単独の接線インタフェースを有し、光エネルギーを前記複数のリッジ導波路１０５の任意の１つから前記円筒共振器１１５へ選択的に結合させることと、前記円筒共振器１１５から１つ又は複数の転送先リッジ導波路１０５へ選択的に結合させることが出来るように、前記接線インタフェースが電気的に制御される円筒共振器１１５と、
    前記接線インタフェースのそれぞれが個々に制御されることが出来るように電気的にアドレス可能である複数の電極対１３０、２３０とを備えることを特徴とするシステム。
14. 光信号４３０を導波路４１５、４２５間で選択的に経路指定する方法であって、
    経路指定すべき光信号４３０を選ぶことと、
    前記光学信号４３０の所望の経路を決定することと、
    前記転送元導波路４１５から前記光信号４３０を引き出すように、円筒共振器３０１と前記転送元導波路４１５の間の第１の制御可能なインタフェースを同調させることと、
    転送先導波路４２５へ前記光信号を渡すように前記円筒共振器３０１と転送先導波路４２５の間の第２の独立に制御可能なインタフェースを同調させることと、
    前期転送元導波路４１５から前記転送先導波路４２５へ前記光信号４３０を転送させることとを含むことを特徴とする方法。
15. １つ又は複数の円筒共振器３０１、４０２が、１つ又は複数の導波路アレイ１０２内に含まれる複数の導波路４１５、４２５の間に制御可能なインタフェースを形成するように構成され、前記方法は、前記複数の導波路４１５、４２５のうちの１つ又は複数から前記円筒共振器３０１、４０２を通じて前記複数の導波路４１５、４２５のうちの２つ以上へ１つ又は複数の光信号４３０を同時に経路指定することを更に含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

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