JP2014504745A - コア選択光スイッチ - Google Patents

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Abstract

光学デバイスは、平坦表面に沿って光カプラの第１のアレイおよび光カプラの第２のアレイが配置された基板を備える。第１のアレイの光カプラは、端部が第１のアレイに対面および隣接している第１の多芯ファイバの対応する光コアに対して１対１的に端結合するように、表面に沿って横方向に配置される。光カプラの第２のアレイの光カプラは、第２のアレイに対面および隣接している１つまたは複数の光ファイバ端部の対応する光ファイバ・コアに対して１対１的に端結合するように、表面に沿って横方向に配置される。光スイッチ・ネットワークは、１対１的に第２のアレイの光カプラに対して第１のアレイの光カプラのいくつかを選択的に結合するように光学的に接続される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる２０１０年１２月２９日出願のＤｏｅｒｒらの仮特許出願第６１／４２８，１５４号の利益を主張するものである。本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれる本出願と同時に出願されたＤｏｅｒｒらの「Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ−Ｃｏｒｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ」と題する出願番号第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号（整理番号８０９１０２−ＵＳ−ＮＰ）に関する。
本出願は、一般的には、光学デバイスと、光学デバイスを使用する方法とに関する。
多芯光ファイバは、複数のコア領域を備え、各コア領域は、実質的に独立した光信号を伝搬することが可能である。かかるファイバは、単芯ファイバに比べて大幅に高いデータ容量を実現し得る。したがって、多芯ファイバは、１つまたは複数の単一モード・ファイバの場合よりも低コストにて光システムのデータ転送速度の大幅な上昇を可能にする。
米国特許出願第１２／９７２，６６７号 米国特許出願第２０１１／ｘｘｘ，ｘｘｘ号（整理番号８０９１０３−ＵＳ−ＣＩＰ） 米国特許第６，６９６，９１７号
Ｙｏｎｇｂｏ Ｔａｎｇら、「Ｐｒｏｐｏｓａｌ ｆｏｒ ａ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｓｅｒｖｉｎｇ ａｓ Ｂｏｔｈ ａ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ ａｎｄ ａｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｃｏｕｐｌｅｒ ｆｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｎａｎｏｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ． ２１、Ｎｏ．４、２４２〜４４頁、２００９年２月１５日 Ｇｕｉｄｏ Ｍａｉｅｒら、「Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｓｗｉｔｃｈ Ｂｅｎｅｓ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ２−Ｄ ＭＥＭＳ」、２００６ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ａｎｄ Ｒｏｕｔｉｎｇ （ＩＥＥＥ）、６頁、ｄｏｉ： １０．１１０９／ＨＰＳＲ．２００６．１７０９７１８
一態様は、光学デバイスを提供する。この光学デバイスは、基板と、基板の平坦表面に沿って配置された光カプラの第１のアレイおよび光カプラの第２のアレイとを備える。第１のアレイの光カプラは、端部が第１のアレイに対面および隣接している第１の多芯ファイバの対応する光コアに対して１対１的に端結合するように、表面に沿って横方向に配置される。光カプラの第２のアレイの光カプラは、第２のアレイに対面および隣接している１つまたは複数の光ファイバ端部の対応する光ファイバ・コアに対して１対１的に端結合するように、表面に沿って横方向に配置される。光スイッチ・ネットワークは、１対１的に第２のアレイの光カプラに対して第１のアレイの光カプラの中のいくつかを選択的に結合するように光学的に接続される。
別の態様は、方法を提供する。この方法は、平坦基板表面上に光カプラの第１のアレイおよび光カプラの第２のアレイを形成するステップを含む。第１のアレイの光カプラは、端部が第１のアレイに対面および隣接している第１の多芯ファイバの対応する光コアに対して１対１的に端結合するように、表面に沿って横方向に配置される。光カプラの第２のアレイの光カプラは、第２のアレイに対面および隣接している１つまたは複数の光ファイバ端部の対応する光ファイバ・コアに対して１対１的に端結合するように、表面に沿って横方向に配置される。この方法は、１対１的に第２のアレイの光カプラに対して第１のアレイの光カプラの中のいくつかを選択的に結合するように、光スイッチ・ネットワークを光学的に接続するステップを含む。
添付の図面と組み合わせて以下の説明を参照する。
例えば一例のＮ×Ｎコア選択スイッチなどの光スイッチの一実施形態を示す図である。 図１の光スイッチにおいて使用し得る光カプラの集積モノリシック平面アレイの一部分を示す図である。 多芯ファイバ（ＭＣＦ）と集積平面光カプラとの間の光結合を示す図である。 １−Ｄ平面回折格子カプラに対するＭＣＦの単一のコアの結合の位置特徴を示す図である。 １−Ｄ平面回折格子カプラに対するＭＣＦの単一のコアの結合の配向特徴を示す図である。 受領した光信号の種々の偏光モードを個別に切り替えるように構成された光スイッチの一実施形態を示す図である。 ２つの入力ＭＣＦと２つの出力ＭＣＦとの間で光信号を切り替えるように構成された光スイッチの一実施形態を示す図である。 いくつかの回折格子カプラが対応する単芯ファイバ（ＳＣＦ）に結合するように構成された、偏光ダイバース・コア選択スイッチの一実施形態を示す図である。 例えばマッハ・ツェンダー・スイッチなどの光スイッチが導波管の交差部に位置する、一実施形態の一態様を示す図である。 例えばマッハ・ツェンダー・スイッチなどの光スイッチが導波管の交差部に位置する、一実施形態の一態様を示す図である。 例えばマッハ・ツェンダー・スイッチなどの光スイッチが導波管の交差部に位置する、一実施形態の一態様を示す図である。 図５Ａのコア選択スイッチにおいて使用し得るマッハ・ツェンダー・スイッチの一実施形態を示す図である。 図５Ａのコア選択スイッチにおいて使用し得るマッハ・ツェンダー・スイッチの一実施形態を示す図である。 図８Ａのコア選択スイッチにおいて使用し得るＢｅｎｅｓネットワークの実施形態を示す図である。 図８Ａのコア選択スイッチにおいて使用し得るＣｌｏｓネットワークの実施形態を示す図である。 例えばＮ×Ｎスイッチ・アレイなどのコア選択スイッチが、ＭＣＦ間においてＷＤＭ信号のチャネルを切り替えるために使用され得る、一実施形態を示す図である。 図１のデバイスなどのコア選択光スイッチを形成する方法を示す図である。 エッジ面カプラを介してＳＭＦに対してスイッチ・ネットワークにより制御される光信号を結合する一実施形態を示す図である。
いくつかの多芯光ファイバ（ＭＣＦ）は、各光コアが、他の光コア（複数可）により搬送された光信号ストリームとの間において著しい光学的クロストークを引き起こすことなく、他の光コア（複数可）と同時に光信号ストリームを伝送し得る、集積光伝送媒体を実現する。これらの理由により、複数の単芯ファイバ（ＳＣＦ）を単一のＭＣＦに換えることが可能となる。したがって、かかるＭＣＦの使用により、光通信システム内における光信号用の伝送媒体に伴うコストおよびスペースを削減することができる。しかし、時として、ＭＣＦの単一の光コアにより搬送される光信号ストリームを光学処理または光学ルーティングするためになど、この光信号ストリームにアクセスすることが必要となる。
ＭＣＦの個々の光コアに個別にアクセスするための１つのデバイスは、光導波管ファンアウト・セクションに対してＭＣＦの光コアのファンアウトを融合する。かかるデバイスにおいては、ＭＣＦのファンアウトからの各コアが、光導波管ファンアウト・セクションの各光導波管へと端接続される。したがって、ＭＣＦの個々の光コアにより搬送される光信号は、対応する個々の光単芯ファイバまたは光導波管、例えば単一モード・ファイバへと伝達される。光導波管の個々の光単芯ファイバへとルーティングされると、個々の光コアからの光信号は、光単芯ファイバまたは光導波管にインターフェース接続するように設計された光学構成要素により個別に処理され得る。しかし、これらのデバイスは、作製が非常に高額になり、物理的に 大きくて重くなり、大量生産が容易なものではなくなる恐れがある。かかるファンアウト・セクションに基づくデバイスの制約が、遠隔通信アーキテクチャにおけるＭＣＦの大規模採用への障害となる。
本明細書において説明されるいくつかの実施形態は、実際のファンアウト・セクションを用いることなく、ＭＣＦのファンアウト・セクションに基づくデバイスの機能を実現する。とくに、これらの実施形態は、ＭＣＦ（複数可）の個々の光コアに結合し得る光カプラの１つまたは複数の集積平坦アレイを有する集積フォトニック・デバイス（ＩＰＤ）を備える。
かかるＩＰＤは、多数のマイクロエレクトロニクスおよび集積光学基板の表面、例えば半導体ウェーハの一部分に形成され得る。かかるＩＰＤにおいては、光学構成要素は、従来的な材料堆積プロセスおよびパターニング・プロセスを利用して平坦表面上に形成され得る。かかる構成要素には、光回折格子、導波管、カプラ、スイッチ、レーザ、およびフォトダイオードが含まれ得るが、それらに限定されない。集積平坦アレイのこれらの構成要素は、相互に一体化されたものであり、例えば非破壊的に分離させることは不可能であり、再組立も不可能である。光カプラのアレイは、光学デバイスのほぼ平坦な表面上に形成される場合には、「平坦」であるとみなされる。かかるアレイは、例えば、半導体ウェーハなどの実質的に平坦な基板を覆ってほぼ同一の高さで形成され得る。実質的に平坦な基板は、平坦表面か、または、ほぼ平坦な配向を有し、表面リリーフ、例えばマイクロエレクトロニクス堆積、マイクロエレクトロニクス成長、および／またはマイクロエレクトロニクス・エッチング技術により作製されたレリーフなどがパターニングされた表面であってもよい。
本明細書におけるＩＰＤの種々の実施形態においては、光カプラのアレイは、ＭＣＦの光コアに直接的に端結合されるように構成され得る。ＭＣＦの個々の光コアにより搬送される光信号は、ＩＰＤにおいて個別に処理され得る、および／または、単芯光導波管、他のＭＣＦ、またはそれらの組合せに個別に結合され得る。ＩＰＤは、例えばマイクロエレクトロニクス・デバイスおよび集積光学デバイス用の従来的な処理方法を利用することなどにより、作製され得る。
本明細書における種々の実施形態においては、かかるカプラ・アレイは、ＩＰＤ基板上において光学構成要素と一体化されることにより、ある光路から別の光路への切り替えなどの光信号処理機能を実現する。いくつかのかかる実施形態により、光通信アーキテクチャへのＭＣＦの組込みおよび／またはＭＣＦのポテンシャルの実現化によって光信号送信経路の信号搬送能力を上昇させる、安価な方法が実現される。
図１は、例えばあるＭＣＦの７つの光コアを別のＭＣＦの７つの光コアに結合するためのコア選択スイッチなどの、１×１光学デバイス１００を図示する。デバイス１００は、光カプラの第１の集積平坦アレイ１１０と、光カプラの第２の集積平坦アレイ１２０とを備える。各集積平坦アレイ１１０、１２０は、以下に説明される複数の光カプラ２３０を備える。本明細書においては、「アレイ」は、単一の光カプラ２３０のみである自明な例を除外する。各集積平坦アレイ１１０、１２０の各光カプラ２３０は、ＭＣＦの対応する光コア（図示せず）に光学的に結合されるように構成される。種々の実施形態においては、集積平坦アレイ１１０、１２０は、ＭＣＦからデータを受領するか、またはＭＣＦにデータを供給するように動作し得る。
各導波管１３０は、スイッチ・ネットワーク１４０のポートに対して集積平坦アレイ１１０の光カプラ２３０の中の対応する１つを光学的に結合する。同様に、各導波管１５０は、スイッチ・ネットワーク１４０のポートに対して集積平坦アレイ１２０の光カプラ２３０の中の対応する１つを光学的に結合する。以下においてさらに論じるように、スイッチ・ネットワーク１４０は、集積平坦アレイ１１０の光カプラ２３０の中の任意の１つを、集積平坦アレイ１２０の光カプラ２３０の中の任意の１つに選択的に切り替えることを可能にし得る。各集積平坦アレイ１１０、１２０が、それぞれ対応するＭＣＦに光学的に結合されると、スイッチ・ネットワーク１４０は、１つのＭＣＦの任意のコアから他のＭＣＦの任意のコアへのコア選択切替を実現し得る。
図示する実施形態においては、スイッチ・ネットワーク１４０は、集積平坦アレイ１１０、１２０の７つの出力光カプラ２３０に結合された７つの光コアの中のいずれをも切り替えることができる。しかし、これらの種々の実施形態は、ＭＣＦ内のいかなる特定の個数の光コアにも限定されない。
任意には、波長ａｄｄ／ｄｒｏｐマルチプレクサ１６０が、導波管１３０の中の１つまたは複数の中で伝搬する光信号に対して１つまたは複数のチャネルを追加または除去するように構成され得る。波長ａｄｄ／ｄｒｏｐマルチプレクサ１６０は、ａｄｄ／ｄｒｏｐ機能を制御するために、例えばヒータなどの可制御位相調節器１７０などを備えてもよい。波長ａｄｄ／ｄｒｏｐマルチプレクサ１６０は、例えば隣接する導波管１３０内の信号が波長分割多重（ＷＤＭ）信号を伝搬する場合などに使用され得るものであり、例えば、追加（ａｄｄ）および／または削減（ｄｒｏｐ）されるチャネル（複数可）は、選択された波長チャネル（複数可）であってもよい。
図２は、例えば集積平坦アレイ１１０または集積平坦アレイ１２０などの、単一のカプラ・アレイを図示する。図示される単一のカプラ・アレイは、７つの光導波管１３０のセグメントを備える。このカプラ・アレイにおいては、各光導波管セグメントは、光結合セグメント２１０および移行セグメント２２０を備えてもよい。各光結合セグメント２１０は、上または中に光カプラ２３０が配置される。光カプラ２３０は、ＭＣＦの単一の対応する光コア（図示せず）に光学的に端結合するように横方向に位置決めされる。光結合セグメント２１０は、対応する光カプラ２３０を介したＭＣＦの光コアへの結合を強化するようにカスタマイズされてもよく、例えば、各光結合セグメント２１０は、対応する光導波管の残りの部分よりも幅広であってもよい。各移行セグメント２２０は、同一の導波管の光結合セグメント２１０と通信セグメント（図２において右側に図示される)との間のカプラを実現する。移行セグメント２２０は、同一の光導波管の異なるようにサイズ設定された結合セグメントと通信セグメントとの間における結合損失／挿入損失を低下させるように構成され得る。
光カプラ２３０として使用するのに適し得るいくつかの回折格子カプラの例は、例えば、参照により本明細書に全体が組み込まれるＣｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｄｏｅｒｒの米国特許出願第１２／９７２，６６７号（’６６７出願）などにおいて読むことができる。
光カプラ２３０は、例えば’６６７出願において論じられるように端部が光カプラに対してほぼ対面し隣接するＭＣＦ内の光コアの横方向パターンと形態およびサイズにおいて対応する横方向パターンでしばしば構成される。図示される実施形態においては、図２の例のカプラ・アレイは、正六角形の角および中心に配置される７つの光コアに結合するように構成される。しかし、実施形態は、ＭＣＦの光コアのかかる構成にも、またはＭＣＦのコアのある特定の個数にも限定されない。
図３は、基板３１０の平坦表面に沿って配置された、例えば集積平坦アレイ１１０などのカプラ・アレイの斜視図を示す。ＭＣＦ３２０は、カプラ・アレイを覆うように位置する端部を有し、ＭＣＦ３２０の各光コアが集積平坦アレイ１１０の光カプラの中の対応する各１つに対面し光学的に結合するように、回転的に位置合せされる。例えば、各光コア３３０が、集積平坦アレイ１１０の光カプラの中の１つのみの上に光スポット３６０を投影し、集積平坦アレイ１１０の他の光カプラ上に光を投影しないようにできるように、位置決めおよび配向され得る。ＭＣＦ３２０と集積平坦アレイ１１０との間の結合のさらなる詳細は、’６６７出願に記載されている。
図４Ａおよび図４Ｂは、例えば回折格子の１−Ｄアレイなどの、光カプラ２３０の中の１つに対して光信号３４０を結合する配向的態様および位置的態様を図示する。投影された光スポット３６０は、光信号３４０から光結合セグメント２１０まで光を結合するのに十分な重畳を有しつつ対応する光カプラ２３０を覆うように位置するほぼガウス分布４１０を生成する。
図示される実施形態においては、ＭＣＦの光コア３３０は、光結合セグメント２１０の表面法線に対してある角度を成すことにより、偏光分離光カプラをもたらす。光信号３４０の波長により部分的に決定されるある特定の角度φにおいては、光信号３４０のＴＥ偏光モード４２０は、図４Ｂの向きでは右方向への伝搬方向を有しつつ光結合セグメント２１０に対して結合され得る。同様に、光信号３４０のＴＭ偏光モード４３０は、図４Ｂの向きでは左方向への伝搬方向を有しつつ光結合セグメント２１０に対して結合され得る。かかるＴＥ偏光モードおよびＴＭ偏光モードの結合は、以下においてさらに説明されるように、コア選択スイッチの偏光ダイバース実施形態を形成するために使用され得る。かかる偏光分離に関するさらなる情報は、参照により全体が本明細書に組み込まれるＹｏｎｇｂｏ Ｔａｎｇら、「Ｐｒｏｐｏｓａｌ ｆｏｒ ａ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｓｅｒｖｉｎｇ ａｓ Ｂｏｔｈ ａ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ ａｎｄ ａｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｃｏｕｐｌｅｒ ｆｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｎａｎｏｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ． ２１、Ｎｏ．４、２４２〜４４頁、２００９年２月１５日において見ることができる。
図１３は、従来のエッジ面カプラ１３１０がスイッチ・ネットワーク１４０に接続された光導波管の中の１つまたは複数に従来的に結合する、一実施形態の一部分を図示する。平坦導波管１３２０は、図１の導波管１３０、１５０のいずれかに相当する。導波管１３２０は、基板１３４０のエッジにまたはエッジの付近に位置するエッジ面１３３０にて終端する。単芯ファイバ１３５０は、光信号がファイバ・コア１３６０とエッジ面１３３０との間において伝搬され得るように、ファイバ・コア１３６０がエッジ面１３３０に光学的に端結合されるように、配置される。エッジ面カプラが、図１のスイッチ・ネットワーク１４０に対して光ファイバを端結合するために使用されてもよい。本開示の実施形態と共に使用され得るエッジ面カプラのさらなる実施形態は、参照により全体が本明細書に組み込まれる、本出願と同時に出願されたＤｏｅｒｒらの「Ｍｕｌｔｉ−Ｃｏｒｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｂｌｅ ｔｏ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃｏｕｐｌｅｒ」と題する米国特許出願第２０１１／ｘｘｘ，ｘｘｘ号（整理番号８０９１０３−ＵＳ−ＣＩＰ）において見ることができる。
図５は、別の１×１光学デバイス５００、すなわちあるＭＣＦを別のＭＣＦに結合するためのコア選択スイッチを図示する。図１において説明される構成要素に加えて、デバイス５００は、スイッチ・ネットワーク５１０および光導波管５２０、５３０を備える。光導波管５２０は、スイッチ・ネットワーク５１０に対して集積平坦アレイ１１０の光カプラ２３０を結合し、光導波管５３０は、スイッチ・ネットワーク１４０に対して集積平坦アレイ１２０の光カプラ２３０を結合する。
光学デバイス５００の動作を、集積平坦アレイ１１０が入力ＭＣＦから光信号を受領し、集積平坦アレイ１２０が出力ＭＣＦに対して受領した光信号を供給する、一例の構成に対して説明する。上述のように、集積平坦アレイ１１０の光カプラ２３０は対向し合う方向において受領した信号からのＴＥ偏光およびＴＭ偏光を結合する。したがって、集積平坦アレイ１１０によりＭＣＦから受領した光信号のＴＥ成分は、導波管１３０を介して右方向に伝搬し、その光信号のＴＭ成分は、光導波管５２０を介して左方向に伝搬する。スイッチ・ネットワーク１４０は、ＴＥ成分を受領し、スイッチ・ネットワーク５１０は、ＴＭ成分を受領する。スイッチ・ネットワーク１４０、５１０は、例えば集積平坦アレイ１１０の光カプラ２３０および集積平坦アレイ１２０の光カプラ２３０からの受領した光信号のＴＥ成分およびＴＭ成分などを、例えば任意のルーティング組合せにおいて、個別に切り替える。
図５の光学デバイス５００のいくつかの実施形態においては、２つのスイッチ・ネットワーク１４０および５１０を介したルーティングは、ある特定の入力光カプラ２３０を介して受領された光の関連付けられるＴＥ成分およびＴＭ成分が、同一の出力光カプラ２３０へとルーティングされるように、調整されてもよい。かかる例においては、ルーティングされる光強度が、受領される光の偏光とは実質的に無関係であるため、光学デバイス５００は、例えば偏光ダイバース・コア選択スイッチとして動作する。
他の実施形態においては、同一の入力光カプラ２３０から受領した光のＴＥ成分およびＴＭ成分は、２つのスイッチ・ネットワーク１４０および５１０によりそれぞれ異なるようにルーティングされてもよく、すなわち、異なる出力光カプラ２３０へとルーティングされてもよい。かかる実施形態においては、光学デバイス５００は、偏光依存スイッチとして機能し、これは、例えば二重偏光光送信機、二重偏光光ルータ、および／または二重偏光光受信機などにおいて使用され得る。
図６は、２×２光学デバイス６００、すなわちコア選択光スイッチの一実施形態を図示する。光学デバイス６００は、例えば第１の入力ＭＣＦおよび第２の入力ＭＣＦから光信号を受領するようになど動作し得る、第１の集積平坦アレイ１１０−１および第２の集積平坦アレイ１１０−２を有し、光コア選択的に第１の出力ＭＣＦおよび第２の出力ＭＣＦへと受領した光信号を送信するように動作し得る、第１の集積平坦アレイ１２０−１および第２の集積平坦アレイ１２０−２を有する。
第１の集積平坦アレイ１１０−１および第２の集積平坦アレイ１１０−２は、第１の入力ＭＣＦおよび第２の入力ＭＣＦの端部（図示せず）に端結合するように構成される。第１の集積平坦アレイ１２０−１および第２の集積平坦アレイ１２０−２は、第１の出力ＭＣＦおよび第２の出力ＭＣＦの端部（図示せず）に端結合するように構成される。光導波管６１０は、スイッチ・ネットワーク６２０に対して第１の集積平坦アレイ１１０−１および第２の集積平坦アレイ１１０−２の光カプラ２３０を接続する。光導波管６３０は、スイッチ・ネットワーク６２０に対して第１の集積平坦アレイ１２０−１および第２の集積平坦アレイ１２０−２の光カプラ２３０を接続する。同様に、光導波管６４０は、スイッチ・ネットワーク６６０に対して第１の集積平坦アレイ１１０−１および第２の集積平坦アレイ１１０−２の光カプラ２３０を接続し、光導波管６５０は、スイッチ・ネットワーク６６０に対して第１の集積平坦アレイ１２０−１および第２の集積平坦アレイ１２０−２の光カプラ２３０を接続する。
スイッチ・ネットワーク６２０は、例えば、第１の集積平坦アレイ１１０−１および第２の集積平坦アレイ１１０−２の光カプラ２３０の中の任意の１つにより受領されたＴＥ成分光信号を、第１の集積平坦アレイ１２０−１および第２の集積平坦アレイ１２０−２の光カプラ２３０の中の任意の１つへとルーティングすることなどが可能であってもよい。同様に、スイッチ・ネットワーク６６０は、例えば、第１の集積平坦アレイ１１０−１および第２の集積平坦アレイ１１０−２の光カプラ２３０の中の任意の１つにより受領されたＴＭ成分光信号を、第１の集積平坦アレイ１２０−１および第２の集積平坦アレイ１２０−２の光カプラ２３０の中の任意の１つへとルーティングすることなどが可能であってもよい。したがって、光学デバイス６００は、入力ＭＣＦの光コアを介して受領した光信号を、複数の出力ＭＣＦの中の任意の光コアへと切り替え得る。いくつかの実施形態においては、スイッチ・ネットワーク６２０および６６０は、２×２光学デバイス６００が偏光ダイバース型となるように、相関ルーティングを実施する。他の実施形態においては、スイッチ・ネットワーク６２０および６６０は、２×２光学デバイス６００が光コア選択型および偏光選択型となるように、受領したＴＭ光およびＴＥ光の個別のルーティングを実施する。
図７は、２つのＭＣＦをＭＣＦおよび別のＭＣＦまたは単芯ファイバ（ＳＣＦ）のセットに結合するための光学デバイス７００の一実施形態を図示する。光学デバイス７００の動作の基礎は、例えば光学デバイス６００などに関して説明したとおりである。しかし、図示される実施形態においては、集積平坦アレイ１１０−１は、集積平坦アレイ１１０−１の中の各光カプラ２３０に対してＳＣＦカプラ７１０に換えられる。光学デバイス７００のいくつかの実施形態においては、ＳＣＦカプラ７１０は、ＳＣＦの端部が各ＳＣＦカプラ７１０上に同時に位置し得るように、相互から十分な距離をおいて配置される。かかる実施形態においては、光学デバイス７００は、ＳＣＦカプラ７１０の中の任意の１つと、集積平坦アレイ１２０−１、１２０−２の光カプラ２３０の中の任意の１つとの間において光信号を切り替えてもよい。したがって、光学デバイス７００は、単一のコンパクトＩＰＤにより、１つまたは複数のＭＣＦに対して複数のＳＣＦのファンインを与えることができる。
図８Ａ〜図８Ｃは、例えば図１および図５〜図７のスイッチ・ネットワーク１４０、５１０、６２０、および６６０などとして使用し得るスイッチ・ネットワーク８００の一実施形態の態様を図示する。スイッチ・ネットワーク８００は、Ｎ個の入力／出力ポート８０１およびＮ個の出力／入力ポート８０２を備え、ここでは例えばＮ＝７である。２×２スイッチ８１０（図８Ｂ）のＮ×Ｎアレイは、例えば１対１的に、入力／出力ポート８０１および出力／入力ポート８０２を結合する。図示される実施形態においては、入力／出力ポート８０１は、導波管１５０から光信号を受領するかまたは導波管１５０に光信号を供給してもよく、出力／入力ポート８０２は、導波管１３０に光信号を供給するかまたは導波管１３０から光信号を受領してもよい。スイッチ８１０のアレイは、導波管１３０により伝搬された信号および導波管１５０により伝搬された信号のＮ×Ｎ切替を実現し得る。本明細書においては、スイッチ８１０のＮ×Ｎアレイは、１対１的に出力／入力ポート８０２に対して入力／出力ポート８０１を接続し得る。
２×２スイッチ８１０の各実施形態は、垂直導波管８２０（図８Ｂ）と水平導波管８３０との交差部に位置する。一実施形態においては、２×２スイッチ８１０は、２×２マッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）である。図９Ａは、２×２スイッチ８１０がＭＺＩスイッチ９０５を備える一実施形態を図示する。２×２ＭＺＩにおいては、２×２入力光カプラ９１０が、２つの内部光導波管に対して２つの入力導波管９１５、９２０を結合する。２×２ＭＺＩにおいては、２×２出力カプラ９２５が、２つの出力導波管９３０、９３５に対して２つの内部光導波管を結合する。（ＭＺＩ）９４０においては、２つの内部光導波管の一方が、例えば制御装置９４５により電気的に制御される光移相器などによって制御可能な光路長を有する。光学技術の当業者には理解されるように、ＭＺＩ９４０の光路の相対位相を適切に制御することにより、入力導波管９１５、９２０の一方により受領された光を、出力導波管９３０、９３５の選択されるいずれか一方に切り替えることが可能となる。複数の、例えばＮ２個の例の２×２ＭＺＩスイッチ９０５は、スイッチ・ネットワーク８００のＮ個の入力／出力ポート８０１とＮ個の出力／入力ポート８０２との間におけるルーティングを実施するための個別のスイッチを形成し得る。
図９Ｂは、スイッチ８１０が図示するようにクロス結合された４つのＭＺＩスイッチ９０５を備える、一実施形態を図示する。各ＭＺＩスイッチ９０５は、１つの入力導波管９１５、９２０または１つの出力導波管９３０、９３５が未使用となるように構成される。したがって、２つの例のＭＺＩスイッチ９０５は、１つの入力のみを有し、２つの例のＭＺＩスイッチ９０５は、１つの出力のみを有する。図９Ｂの実施形態は、例えば、スイッチ８１０により受領された光信号同士の間におけるより良好な分離を実現し得る。
図８Ｃに戻ると、２つ以上のスイッチ８１０が光信号の分割を実行するように同時に動作させることができる一実施形態が図示される。例えば、垂直導波管８２０上に受領された光信号は、スイッチ８１０およびスイッチ８４０を同時に部分的に動作させることにより、水平導波管８３０と別の水平導波管８５０との間において分割され得る。各スイッチ８１０、８４０は、例えば２×２ＭＺＩスイッチ９０５などを備えてもよい。２×２ＭＺＩスイッチ９０５は、入力導波管９１５、９２０の一方にて受領された光パワーの一部分が出力導波管９３０、９３５のそれぞれに対してルーティングされるように、動作させてもよい。したがって、スイッチ８１０は、例えばこれにより垂直導波管８２０から受領された全光パワー未満が水平導波管８３０に送られるように、動作させてもよい。スイッチ８４０は、残りの光信号パワーの全てが水平導波管８５０に送られるように、動作させてもよい。いくつかの実施形態においては、スイッチ８４０は、これにより受領されたパワーの一部分のみを水平導波管８５０に送り、残りの部分は、別のスイッチに送られる。
いくつかの実施形態においては、スイッチ・ネットワーク１４０、５１０、６２０、および６６０は、相互接続されたＭＺＩのネットワーク以外の構造を有してもよい。例えば、スイッチ・ネットワーク１４０、５１０、６２０、および６６０は、図１０Ａに図示されるようなＢｅｎｅｓネットワーク１０１０もしくは図１０Ｂに図示されるようなＣｌｏｓネットワーク１０２０を備えてもよく、またはファンアウト・アンド・セレクト・ネットワーク（図示せず）が、使用されてもよい。ＢｅｎｅｓネットワークおよびＣｌｏｓネットワークに関するさらなる情報は、例えばＧｕｉｄｏ Ｍａｉｅｒら、「Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｓｗｉｔｃｈ Ｂｅｎｅｓ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ２−Ｄ ＭＥＭＳ」、２００６ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ａｎｄ Ｒｏｕｔｉｎｇ （ＩＥＥＥ）、６頁、ｄｏｉ： １０．１１０９／ＨＰＳＲ．２００６．１７０９７１８、およびＨｅｉｔｎｅｒらの米国特許第６，６９６，９１７号などにおいてそれぞれ見ることができる。各ネットワーク１０１０、１０２０は、Ｎ×Ｎネットワークであり、Ｎ個の入力およびＮ個の出力を備え、ここでは、Ｎは例えば７に等しい。別の実施形態においては、スイッチ・ネットワーク１４０、５１０、６２０、および６６０は、ファンアウト・アンド・セレクト・アーキテクチャを備える。このアーキテクチャにおいては、１×２スイッチのツリー構成が、Ｎ個の入力ポートをＮ２個の導波管に分岐し、次いで、２×１スイッチのツリー構成が、Ｎ２個の導波管をＮ個の出力ポートに接続する。いくつかの実施形態においては、スイッチは、集積光学デバイスではなくフリー・スペース・デバイスを介した再構成可能光ルーティングを実現するために、個別に作動されるマイクロミラーなどの微小電気機械（ＭＥＭ）デバイスの使用を含んでもよい。
図１１は、スイッチ・ネットワーク１１０５が光カプラ１１２５、１１３０、１１７０、１１７５間におけるＷＤＭ信号の個別のチャネルの波長選択切替を実行するために使用され得る、ＩＰＤ１１００の一実施形態を概略的に図示する。第１のファイバ・コア１１０７および第２のファイバ・コア１１１０は、Ｎ個の、例えば第１の入力ＷＤＭ信号１１１５および第２の入力ＷＤＭ信号１１２０を供給する。種々の実施形態において、ファイバ・コア１１０７、１１１０は、単一のＭＣＦまたは異なる光ファイバからの光コアであってもよい。いくつかの実施形態においては、ファイバ・コア１１０７、１１１０の少なくとも一方が、ＳＣＦからのコアである。
第１の入力ＷＤＭ信号１１１５は、例えば波長λ１１、λ１２、λ１３、λ１４を有するｍ個のチャネルを備える。また、第２の入力ＷＤＭ信号１１２０は、例えば波長λ２１、λ２２、λ２３、λ２４を有するｍ個のチャネルを備える。他の実施形態においては、ＷＤＭ信号１１１５により提供されるチャネルの個数は、ＷＤＭ信号１１２０により提供されるチャネルの個数とは異なってもよい。例えば光カプラ２３０により説明されるものなどの光カプラ１１２５、１１３０は、各第１のデマルチプレクサ１１３５および第２のデマルチプレクサ１１３７に対してＷＤＭ信号１１１５、１１２０を結合する。デマルチプレクサ１１３５は、第１のＷＤＭ入力チャネル・セット１１４０を分離させ、デマルチプレクサ１１３７は、第２のＷＤＭ入力チャネル・セット１１４２を分離させる。いくつかの実施形態においては、ａｄｄ／ｄｒｏｐマルチプレクサ１１４３が、ＷＤＭ信号１１１５、１１２０の波長チャネルのセット（複数可）から１つまたは複数の波長チャネルを除去するために、および／またはＷＤＭ信号１１１５、１１２０の波長チャネルのセット（複数可）に対して１つまたは複数の波長チャネルを追加するために、使用されてもよい。
スイッチ・ネットワーク１１０５は、ｍ＊Ｎ入力にて入力波長チャネル・セット１１４０、１１４２を受領する。スイッチ・ネットワーク１１０５は、ｍ＊Ｎ出力にて出力波長チャネル・セット１１４７、１１５５を供給する。いくつかの実施形態においては、スイッチ・ネットワーク１１０５は、第１の入力チャネル・セット１１４０の波長チャネルのいずれかを第２の入力チャネル・セット１１４２の波長チャネルのいずれかと切り替えるように制御され得る。したがって、図示される例におけるように、λ１２チャネルは、チャネルグループ１１５５内においてλ２１チャネル、λ２３チャネル、λ２４チャネルと共にグループ化され、λ２２チャネルは、チャネルグループ１１４７内においてλ１１チャネル、λ１３チャネル、λ１４チャネルと共にグループ化される。種々の実施形態において、例えばλ１２およびλ２２などの特定の波長のＷＤＭ波長チャネルが、ＷＤＭ波長チャネルが図示される実施形態におけるように同一の出力コア上に重畳されないように、２つ以上の出力コアの中でスワップされてもよい。
第１のマルチプレクサ１１４５は、第１の出力波長チャネル・セット１１４７を組み合わせることにより、第１の出力ＷＤＭ信号１１５０を生成する。第２のマルチプレクサ１１６０は、第２の出力波長チャネル・セット１１５５を組み合わせることにより、第２の出力ＷＤＭ信号１１６５を生成する。第１の出力光カプラ１１７０および第２の出力光カプラ１１７５はそれぞれ、第１の出力ファイバ・コア１１８０および第２の出力ファイバ・コア１１８５に対して、出力ＷＤＭ信号１１５０、１１６５を結合する。種々の実施形態において、ファイバ・コア１１８０、１１８５は、同一のＭＣＦからの光コアまたは異なる光ファイバの光コアであってもよい。いくつかの実施形態においては、ファイバ・コア１１８０、１１８５の少なくとも一方が、ＳＣＦからのコアである。
図１２は、例えば図１、図５、図６、および図７の光学デバイス１００、５００、６００、および７００などの光学デバイスを形成するための方法１２００を図示する。方法１２００を、例えば図１〜図１１などにより本明細書において説明される種々の実施形態を例示的参照とすることにより非限定的に説明する。方法１２００のステップは、図示する順序以外の順序において実施されてもよい。
ステップ１２１０は、例えば光カプラ２３０の例などの第１の複数の光カプラを有する例えば集積平坦アレイ１１０などの、光カプラの第１の集積平坦アレイを形成することを含む。第１の複数の光カプラは、例えばＭＣＦ３２０などの第１の多芯ファイバの第１の複数の光コアに対して、対応する複数の光信号を結合するように構成される。
ステップ１２２０は、例えば光カプラ２３０の例などの第２の複数の光カプラを有する例えば集積平坦アレイ１２０などの、光カプラの第２の集積平坦アレイを形成することを含む。第２のアレイの光カプラは、例えばＭＣＦ３２０などの第２の複数の光コアに対して、複数の光信号を結合するように構成される。
ステップ１２３０は、１対１的に、第２の複数の光カプラの中の光カプラに対して、第１の複数の光カプラの中の光カプラを光学的に結合し得るスイッチ・ネットワークを形成することを含む。
次に、方法１２００の様々なオプションの特徴を提示する。いくつかの例においては、これらのオプションの特徴は、組み合わされてもよい。
第２のアレイの光カプラは、端部が第２のアレイに対面し隣接している第２の多芯ファイバの対応する光コアに対して１対１的に端結合するように、基板表面に沿って横方向に配置されてもよい。第１の複数の光カプラおよび第２の複数の光カプラはそれぞれ、Ｎ個の光カプラを備えてもよい。スイッチ・ネットワークは、Ｎ×Ｎ切替を実行するように構成された２×２マッハ・ツェンダー干渉計のアレイを備えてもよい。第１の複数の光カプラおよび第２の複数の光カプラはそれぞれ、Ｎ個の光カプラを備えてもよく、スイッチ・ネットワークは、Ｎ×Ｎ ＣｌｏｓネットワークまたはＮ×Ｎ Ｂｅｎｅｓネットワークを備えてもよい。
スイッチ・ネットワークは、第１の偏光モードの受領した光信号を切り替えるために接続された第１のスイッチ・ネットワークと、第２の偏光モードの受領した光信号を切り替えるために接続された第２のスイッチ・ネットワークとを備えてもよい。
第２の複数の光カプラは、対応する複数の単芯ファイバに光を結合するように構成された回折格子カプラを備えてもよい。
第２の複数の光カプラのカプラは、エッジ面カプラを備えてもよい。
第１の複数の光カプラと第２の複数の光カプラとの間の光路は、ａｄｄ／ｄｒｏｐマルチプレクサを備えてもよい。
第１の複数の光カプラはそれぞれ、多芯光ファイバの対応する光コアに結合されてもよい。
スイッチ・ネットワークは、別個の第１の光切替ネットワークおよび第２の光切替ネットワークを備えてもよい。第１の光切替ネットワークは、第２の切替ネットワークが第１のアレイの光カプラの中の同一のカプラから受領するように接続される線形偏光の光に対して垂直である、第１のアレイの光カプラの中の１つからの線形偏光の光を受領するように接続されてもよい。
第２のアレイの光カプラは、対応する複数の単芯ファイバに光を結合するように構成されてもよい。
光学デバイスは、端部が第２のアレイに対面および隣接している多芯光ファイバをさらに備えてもよく、前記多芯光ファイバの光コアは、第２のアレイの光カプラの中の対応する１つに対して端結合される。
前記第１の複数のカプラと前記第２の複数のカプラとの間の光路は、ａｄｄ／ｄｒｏｐマルチプレクサを備えてもよい。
第１のデマルチプレクサは、第１のＷＤＭ信号から光波長チャネルを分離させるように構成されてもよい。第２のデマルチプレクサは、第２のＷＤＭ信号から光波長チャネルを分離させるように構成されてもよい。スイッチ・ネットワークの第１の光ポートは、第１の光デマルチプレクサの対応する出力に接続されてもよく、スイッチ・ネットワークの第２の光ポートは、第２の光デマルチプレクサの対応する出力に接続されてもよい。
第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサは、第１のマルチプレクサが第１のＷＤＭ信号に対して光波長チャネルを組み合わせるように、構成されてもよく、第２のマルチプレクサは、第２のＷＤＭ信号に対して光波長チャネルを組み合わせるように、構成される。第１の光マルチプレクサの入力は、スイッチ・ネットワークの第１の光ポートのセットに接続されてもよい。第２の光マルチプレクサの入力は、スイッチ・ネットワークの第２の光ポートのセットに接続されてもよい。
他のおよびさらなる追加、削除、代用、および修正が、説明された実施形態に対してなし得ることが、本出願に関する技術の当業者には理解されよう。

Claims (10)

  1. 平坦平面を有する基板と、
    光カプラの第１のアレイであって、前記光カプラはそれぞれ、前記平坦表面上の導波管の第１のセットからの個々の導波管の内側セグメント上に配置され、前記第１のアレイの前記光カプラは、端部が前記第１のアレイに対面および隣接している第１の多芯ファイバの対応する光コアに対して１対１的に端結合するように、前記表面に沿って横方向に配置される、光カプラの第１のアレイと、
    光カプラの第２のアレイであって、前記光カプラはそれぞれ、前記平坦表面上の導波管の第２のセットからの個々の導波管の内側セグメント上に配置され、前記第２のアレイの前記光カプラは、前記第２のアレイに対面および隣接している１つまたは複数の光ファイバ端部の対応する光ファイバ・コアに対して１対１的に端結合するように、前記表面に沿って横方向に配置される、光カプラの第２のアレイと、
    １対１的に前記第２のアレイの前記光カプラに対して前記第１のアレイの前記光カプラの中のいくつかを選択的に結合するように光学的に接続された光スイッチ・ネットワークと
    を備える、光学デバイス。
  2. 前記第１の複数のカプラと前記第２の複数のカプラとの間の光路が、波長ａｄｄ／ｄｒｏｐマルチプレクサを備える、請求項１に記載の光学デバイス。
  3. 前記第２のアレイの前記光カプラは、端部が前記第２のアレイに対面および隣接している第２の多芯ファイバの対応する光コアに対して１対１的に端結合するように、前記表面に沿って横方向に配置される、請求項１に記載の光学デバイス。
  4. 前記スイッチ・ネットワークは、別個の第１の光切替ネットワークおよび第２の光切替ネットワークを備え、前記第１の光切替ネットワークは、前記第２の切替ネットワークが前記第１のアレイの前記光カプラの中の１つから受領するように接続された線形偏光の光に対して垂直である、前記第１のアレイの前記光カプラの中の前記１つからの線形偏光の光を受領するように接続される、請求項３に記載の光学デバイス。
  5. 第１のＷＤＭ信号に対して光波長チャネルを組み合わせるように構成された第１のマルチプレクサと、第２のＷＤＭ信号に対して光波長チャネルを組み合わせるように構成された第２のマルチプレクサとをさらに備え、前記スイッチ・ネットワークは、光ポートの第１のセットおよび光ポートの第２のセットを有し、前記第１の光ポートは、前記第１の光マルチプレクサの対応する入力に接続され、前記第２の光ポートは、前記第２の光マルチプレクサの対応する入力に接続される、請求項３に記載の光学デバイス。
  6. 基板の表面に沿って光カプラの第１のアレイを形成するステップであって、前記光カプラはそれぞれ、前記平坦表面上の導波管の第１のセットからの個々の導波管の内側セグメント上に配置され、前記第１のアレイの前記光カプラは、端部が前記第１のアレイに対面および隣接している第１の多芯ファイバの対応する光コアに対して１対１的に結合するように配置される、ステップと、
    前記平坦基板上の光カプラの第２のアレイを形成するステップであって、前記光カプラはそれぞれ、前記平坦表面上の導波管の第２のセットからの個々の導波管の内側セグメント上に配置され、前記第２のアレイの前記光カプラは、前記第２のアレイに対面および隣接している１つまたは複数の光ファイバ端部の対応する光ファイバ・コアに対して１対１的に結合するように配置される、ステップと、
    前記スイッチ・アレイの光ポートが前記第１のアレイの前記光カプラに対して１対１的に接続され、前記スイッチ・アレイの光ポートが前記第２のアレイの前記光カプラに対して１対１的に接続されるように、前記基板上の光スイッチ・ネットワークを形成するステップと
    を含む、方法。
  7. 前記第２のアレイの前記光カプラは、対応する複数の単芯ファイバに光を結合するように構成される、請求項６に記載の方法。
  8. 前記第２のアレイの前記光カプラは、端部が前記第２のアレイに対面および隣接している第２の多芯ファイバの対応する光コアに対して１対１的に端結合するように、前記表面に沿って横方向に配置される、請求項６に記載の方法。
  9. 前記スイッチ・ネットワークは、別個の第１の光切替ネットワークおよび第２の光切替ネットワークを備え、前記第１の光切替ネットワークは、前記第２の切替ネットワークが前記第１のアレイの前記光カプラの中の１つから受領するように接続された線形偏光の光に対して垂直である、前記第１のアレイの前記光カプラの中の前記１つからの線形偏光の光を受領するように接続される、請求項８に記載の方法。
  10. 第１のＷＤＭ信号から光波長チャネルを分離させるように第１のデマルチプレクサを構成するステップと、第２のＷＤＭ信号から光波長チャネルを分離させるように第２のデマルチプレクサを構成するステップとをさらに含み、前記スイッチ・ネットワークは、光ポートの第１のセットおよび光ポートの第２のセットを有し、前記第１の光ポートは、前記第１の光デマルチプレクサの対応する出力に接続され、前記第２の光ポートは、前記第２のデマルチプレクサの対応する出力に接続される、請求項８に記載の方法。
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