JP2992887B2 - 変形可能なマイクロミラ―を用いた光交点スイッチ - Google Patents
変形可能なマイクロミラ―を用いた光交点スイッチInfo
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- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、特に
光のネットワークにおいて光信号を切り換えるための装
置に関する。
光のネットワークにおいて光信号を切り換えるための装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光信号として高速データを伝送するため
に光ファイバが使用される。信号ルーティングを行なう
ためには、これらの光信号をファイバ間で切り換えなけ
ればならない。現在、この切り換えを達成するいくつか
の方法がある。
に光ファイバが使用される。信号ルーティングを行なう
ためには、これらの光信号をファイバ間で切り換えなけ
ればならない。現在、この切り換えを達成するいくつか
の方法がある。
【０００３】図１は電気機械式構成を示す。光ファイバ
Ａを光ファイバＢに対して機械的に位置合わせすること
により、ファイバＡの信号をファイバＢへ送る。この構
成はかさばり、大体１ＸＮの構成のみに適合する。
Ａを光ファイバＢに対して機械的に位置合わせすること
により、ファイバＡの信号をファイバＢへ送る。この構
成はかさばり、大体１ＸＮの構成のみに適合する。
【０００４】別の解決策はハイブリッド光スイッチを使
用することである。この構成を図２に示す。まず、光信
号は電気信号に変換され、それが従来の方法で切り換え
られて、スイッチマトリクスからの出力が光信号に再変
換される。この変換プロセスにより、この種の切り換え
は本来的に単方向になる。
用することである。この構成を図２に示す。まず、光信
号は電気信号に変換され、それが従来の方法で切り換え
られて、スイッチマトリクスからの出力が光信号に再変
換される。この変換プロセスにより、この種の切り換え
は本来的に単方向になる。
【０００５】半導体の光スイッチは公知である。現在、
これらは導波路にもとづいており、外部電界、電流等の
摂動の影響による導波路における屈折率の変化に依存す
る。最も一般的なものは方向性結合器スイッチ、マッハ
ツェンダ干渉計およびデジタル光スイッチである。
これらは導波路にもとづいており、外部電界、電流等の
摂動の影響による導波路における屈折率の変化に依存す
る。最も一般的なものは方向性結合器スイッチ、マッハ
ツェンダ干渉計およびデジタル光スイッチである。
【０００６】図３に示すように、方向性結合器スイッチ
は２つの結合された半導体導波路からなる。光が２つの
入力導波路の一方に投入される。２つの導波路が互いに
弱く結合された領域に信号が達するとき、一方の導波路
の屈折率を他方のそれに対して変えることによって、一
方の導波路から他方の導波路へ光を転送することができ
る。４Ｘ４の交点スイッチを構成するためには、図４に
示すように４個の結合器が必要である。
は２つの結合された半導体導波路からなる。光が２つの
入力導波路の一方に投入される。２つの導波路が互いに
弱く結合された領域に信号が達するとき、一方の導波路
の屈折率を他方のそれに対して変えることによって、一
方の導波路から他方の導波路へ光を転送することができ
る。４Ｘ４の交点スイッチを構成するためには、図４に
示すように４個の結合器が必要である。
【０００７】マッハツェンダ干渉計を図５に示す。これ
は入力導波路と出力導波路からなる。入力導波路の中の
光はそれぞれの電極と関連づけられた２本の経路に分け
られる。２本の経路は出力側で再合流する。一方の電極
に電気信号を印可することによって電子制御される光路
の差により、２本の経路の相対的な位相に従って、出力
側のＹ合流点における干渉が破壊的または建設的にな
る。
は入力導波路と出力導波路からなる。入力導波路の中の
光はそれぞれの電極と関連づけられた２本の経路に分け
られる。２本の経路は出力側で再合流する。一方の電極
に電気信号を印可することによって電子制御される光路
の差により、２本の経路の相対的な位相に従って、出力
側のＹ合流点における干渉が破壊的または建設的にな
る。
【０００８】方向性結合器と同様に、ＮＸＮの切換え機
能を発揮するためには、いくつかのスイッチをつながな
ければならない。デジタル光スイッチを図６に示す。そ
のようなスイッチは「断熱変化」の原理で作動する。ビ
ームは２本の光学的に同一のアームに等しい強度で分割
される。各アームと関連づけられた電極に影響を及ぼす
ことによって、一方のアームの有効率を、このアームの
中のすべての光を他方のアームへ渡すに十分な程度に減
少させることができる。ＮＸＮの切換えを達成するため
には、これらのスイッチもつながなければならない。
能を発揮するためには、いくつかのスイッチをつながな
ければならない。デジタル光スイッチを図６に示す。そ
のようなスイッチは「断熱変化」の原理で作動する。ビ
ームは２本の光学的に同一のアームに等しい強度で分割
される。各アームと関連づけられた電極に影響を及ぼす
ことによって、一方のアームの有効率を、このアームの
中のすべての光を他方のアームへ渡すに十分な程度に減
少させることができる。ＮＸＮの切換えを達成するため
には、これらのスイッチもつながなければならない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はこの問
題を軽減することにある。
題を軽減することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴構成は、特
許請求の範囲の欄の請求項１から１９に記載した通りで
あり、特に、本発明は、第１セットの光導波路と、第２
セットの光導波路と、前記第１および第２セットの光導
波路にそれぞれ対応する変形可能で制御可能なマイクロ
ミラーの互いに対向した第１および第２アレイであっ
て、前記アレイの少なくとも一方は行と列に配置される
構成と、前記第１セットの光導波路のいずれからか前記
第２セットの光導波路の選択された１個への光路を完成
するために、各アレイから１個ずつ選ばれたマイクロミ
ラーの対を選択的に傾斜させる手段とを備えた光切換装
置を提供する。
許請求の範囲の欄の請求項１から１９に記載した通りで
あり、特に、本発明は、第１セットの光導波路と、第２
セットの光導波路と、前記第１および第２セットの光導
波路にそれぞれ対応する変形可能で制御可能なマイクロ
ミラーの互いに対向した第１および第２アレイであっ
て、前記アレイの少なくとも一方は行と列に配置される
構成と、前記第１セットの光導波路のいずれからか前記
第２セットの光導波路の選択された１個への光路を完成
するために、各アレイから１個ずつ選ばれたマイクロミ
ラーの対を選択的に傾斜させる手段とを備えた光切換装
置を提供する。
【００１１】マイクロミラー自体は公知で、例えばアメ
リカ特許第４６９８６０２号に記載されている。それは
機械的に柔軟なねじりヒンジを介して基板に吊るされた
多数のミラー要素からなり、各ミラー要素対応する制御
電極に電圧を印可することによりミラーが傾斜される。
通常、これらは画像処理の分野で利用される。
リカ特許第４６９８６０２号に記載されている。それは
機械的に柔軟なねじりヒンジを介して基板に吊るされた
多数のミラー要素からなり、各ミラー要素対応する制御
電極に電圧を印可することによりミラーが傾斜される。
通常、これらは画像処理の分野で利用される。
【００１２】好適実施例では、変形可能なマイクロミラ
ーの配置が、行と列に配置される変形可能で制御可能な
マイクロミラーの互いに対向した第１および第２アレイ
を備え、前記第１セットの光導波路が一方の前記アレイ
の行と対応し、前記第２のセットの光導波路が他方の前
記アレイの行と対応し、前記第１セットの光導波路のい
ずれからか前記第２セットの光導波路の選択された１個
への光路を完成するために、前記アレイのそれぞれから
選択されたマイクロミラーを傾斜させることができる。
後で詳細に説明する理由で、アレイは非矩形の格子状
に、つまりひし形の配置で行が斜角で列と交差するよう
配置される。列が反射光ビームと整列するような量だけ
斜めになる。入力ビームが入力ミラーから出力ミラーへ
反射され、出力ミラーの面で反射されるのを確実にする
量だけミラーが光ビームの経路に対して回転オフセット
される。
ーの配置が、行と列に配置される変形可能で制御可能な
マイクロミラーの互いに対向した第１および第２アレイ
を備え、前記第１セットの光導波路が一方の前記アレイ
の行と対応し、前記第２のセットの光導波路が他方の前
記アレイの行と対応し、前記第１セットの光導波路のい
ずれからか前記第２セットの光導波路の選択された１個
への光路を完成するために、前記アレイのそれぞれから
選択されたマイクロミラーを傾斜させることができる。
後で詳細に説明する理由で、アレイは非矩形の格子状
に、つまりひし形の配置で行が斜角で列と交差するよう
配置される。列が反射光ビームと整列するような量だけ
斜めになる。入力ビームが入力ミラーから出力ミラーへ
反射され、出力ミラーの面で反射されるのを確実にする
量だけミラーが光ビームの経路に対して回転オフセット
される。
【００１３】光導波路が、マイクロミラーを支持する基
板のマイクロ加工された溝にセットされたファイバと結
合されることが望ましい。
板のマイクロ加工された溝にセットされたファイバと結
合されることが望ましい。
【００１４】本発明はさらに、第１セットの光導波路と
第２セットの光導波路の間で光信号を切り換える方法で
あって、ａ）前記第１および第２セットの光導波路の間
に変形可能で制御可能なマイクロミラーの互いに対向し
た第１および第２アレイを配備し、前記アレイの少なく
とも一方を行と列に配置し、ｂ）前記第１セットの光導
波路のいずれかと前記第２セットの光導波路の選択され
た１個との間に光路を完成するために、各アレイから１
個ずつ選ばれたマイクロミラーの対を制御する方法を提
供する。
第２セットの光導波路の間で光信号を切り換える方法で
あって、ａ）前記第１および第２セットの光導波路の間
に変形可能で制御可能なマイクロミラーの互いに対向し
た第１および第２アレイを配備し、前記アレイの少なく
とも一方を行と列に配置し、ｂ）前記第１セットの光導
波路のいずれかと前記第２セットの光導波路の選択され
た１個との間に光路を完成するために、各アレイから１
個ずつ選ばれたマイクロミラーの対を制御する方法を提
供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】図７は重ねられた平行な２枚の矩
形基板を示す。基板は図中のｙ軸に沿って横に互いにオ
フセットされ、距離ｈ（図７に示されない）だけ上下に
離れている。２枚のシリコン基板は、変形可能なマイク
ロミラーのひし形の格子アレイ１２、１３を支持する。
マイクロミラーのアレイ１２、１３は、例えば上述した
アメリカ特許に記載された方法で、それぞれシリコン基
板上へマイクロ加工することができる。上側のアレイ１
２のミラーは実線で、下側のアレイ１３のミラーは点線
で示されている。
形基板を示す。基板は図中のｙ軸に沿って横に互いにオ
フセットされ、距離ｈ（図７に示されない）だけ上下に
離れている。２枚のシリコン基板は、変形可能なマイク
ロミラーのひし形の格子アレイ１２、１３を支持する。
マイクロミラーのアレイ１２、１３は、例えば上述した
アメリカ特許に記載された方法で、それぞれシリコン基
板上へマイクロ加工することができる。上側のアレイ１
２のミラーは実線で、下側のアレイ１３のミラーは点線
で示されている。
【００１６】２枚の変形可能なマイクロミラーの格子ア
レイ１２、１３は、基板１０、１１の２つの平行な面、
ＰIN＝入力面とＰOUT＝出力面、に配置される（図
８）。変形可能マイクロミラーはマイクロ加工され、機
械的に弾性のねじりヒンジによって吊り下げられいる。
ミラーの制御電極に電圧を印加することによって、ミラ
ーはねじり軸まわりで傾斜できる構造になっている。差
込み図（図７）に示すように、ミラー３０はウエル３２
内の柔軟なサポート３１に取り付けられ、通常およそ１
０〜１５度である角度αだけ傾斜できる。発明の目的の
ために、傾斜量は正確に決定する必要があり、これを達
成するために、いっぱいに偏向した際に既知の角度が維
持されるよう、ミラーはマイクロ加工される。その傾斜
は、制御電圧が印加されて静電力がミラーに作用するこ
とによって達成される。
レイ１２、１３は、基板１０、１１の２つの平行な面、
ＰIN＝入力面とＰOUT＝出力面、に配置される（図
８）。変形可能マイクロミラーはマイクロ加工され、機
械的に弾性のねじりヒンジによって吊り下げられいる。
ミラーの制御電極に電圧を印加することによって、ミラ
ーはねじり軸まわりで傾斜できる構造になっている。差
込み図（図７）に示すように、ミラー３０はウエル３２
内の柔軟なサポート３１に取り付けられ、通常およそ１
０〜１５度である角度αだけ傾斜できる。発明の目的の
ために、傾斜量は正確に決定する必要があり、これを達
成するために、いっぱいに偏向した際に既知の角度が維
持されるよう、ミラーはマイクロ加工される。その傾斜
は、制御電圧が印加されて静電力がミラーに作用するこ
とによって達成される。
【００１７】既知の一定角度を持つことが重要だが、電
気的または機械的な位置決めでこれを達成することがで
きる。２枚の基板が互いに重ねられ、格子アレイ１２、
１３が大体対向しあうが、それらはアレイの分離と傾斜
角による距離Δｙだけ互いにオフセットされる。入力光
ファイバ１４1...4が導波路２０1...4と光学的に整列さ
れ、後者は下側の基板上の第１格子アレイ１３の対応す
る入力行Ｉ1...4と光学的に整列される。そして、出力
光ファイバ１５1...4が上側の基板上の格子アレイ１２
の列Ｏ1...4に対応した導波路２１1...4と整列される。
気的または機械的な位置決めでこれを達成することがで
きる。２枚の基板が互いに重ねられ、格子アレイ１２、
１３が大体対向しあうが、それらはアレイの分離と傾斜
角による距離Δｙだけ互いにオフセットされる。入力光
ファイバ１４1...4が導波路２０1...4と光学的に整列さ
れ、後者は下側の基板上の第１格子アレイ１３の対応す
る入力行Ｉ1...4と光学的に整列される。そして、出力
光ファイバ１５1...4が上側の基板上の格子アレイ１２
の列Ｏ1...4に対応した導波路２１1...4と整列される。
【００１８】行と列の名称は任意である。図示目的のた
めに、光線の方向にあるマイクロミラーのラインを行と
考える。従って、入力ビームは入力マイクロミラーの入
力行に沿って進み、入力行に対して角度を持つ出力マイ
クロミラーの出力行に沿うように反射される。レイアウ
トは、入出力ラインが異なる面にあり、異なる格子アレ
イと関連づけられる点を除いて、従来の電気交点スイッ
チと同様である。少なくとも一方のアレイの行と列は、
後で詳細に説明する理由で大体直交していない。特定の
ミラー要素は各格子アレイの直角座標（Ｉx,yまたはＯ
x,y）で指定される。従来の電気スイッチでは、出力ラ
インは入力ラインと同じ格子アレイと関連づけられるで
あろう。入出力ラインは説明の目的でそのように指定さ
れる。説明される装置は完全な方向性を有する。
めに、光線の方向にあるマイクロミラーのラインを行と
考える。従って、入力ビームは入力マイクロミラーの入
力行に沿って進み、入力行に対して角度を持つ出力マイ
クロミラーの出力行に沿うように反射される。レイアウ
トは、入出力ラインが異なる面にあり、異なる格子アレ
イと関連づけられる点を除いて、従来の電気交点スイッ
チと同様である。少なくとも一方のアレイの行と列は、
後で詳細に説明する理由で大体直交していない。特定の
ミラー要素は各格子アレイの直角座標（Ｉx,yまたはＯ
x,y）で指定される。従来の電気スイッチでは、出力ラ
インは入力ラインと同じ格子アレイと関連づけられるで
あろう。入出力ラインは説明の目的でそのように指定さ
れる。説明される装置は完全な方向性を有する。
【００１９】入出力導波路２０1...4、２１1...4は入出
力ファイバとミラーの対応するラインの間で光結合を構
成する。光の切り換えは、入力行のミラー３０と出力行
における対応するミラーをねじりヒンジまわりで傾斜さ
せ、光を反射する２個の選択されたミラーを介して入力
導波路から出力導波路までの光路をつくることによって
実行される。この構造の機能性を例証するために、入力
ファイバ１４2上の入力ビームが出力ファイバ１５3へ切
り換えられると仮定する。これを達成するために、ミラ
ーＩ23およびＯ3 2が選択されて、対応する制御電極（図
示せず）に制御電圧を印加することによって傾けられ
る。制御電圧はミラーを駆動して、傾斜角が既知であり
一定した完全な偏向状態にする。入力ビームは、入力面
ＰINに平行のままであるミラーＩ21およびＩ22の上を通
過し、ミラーＩ23によって、横オフセットのために反射
ビームの経路に位置するミラーＯ32へ向かう角度で横に
反射される。ミラーＯ32は出力導波路２１3へ向けてビ
ームを反射し、ビームは出力ミラーのＯ33およびＯ34の
上を通過して出力光ファイバ１５3へ達する。このよう
に、ミラー要素Ｉ23およびＯ32が入力光ファイバ１４2
から出力ファイバ１５3への光路１６（鎖線で示す）を
つくることが理解されよう。ミラー対の適切な選択によ
って、従来の交点スイッチと同様の方法で、どの入力フ
ァイバもどの出力ファイバへも切り換えることができ、
交点のどの入力もどの出力へも接続することができる。
光交点は、どんな自由入力も自由出力へ接続することが
できる点で非ブロッキングである。
力ファイバとミラーの対応するラインの間で光結合を構
成する。光の切り換えは、入力行のミラー３０と出力行
における対応するミラーをねじりヒンジまわりで傾斜さ
せ、光を反射する２個の選択されたミラーを介して入力
導波路から出力導波路までの光路をつくることによって
実行される。この構造の機能性を例証するために、入力
ファイバ１４2上の入力ビームが出力ファイバ１５3へ切
り換えられると仮定する。これを達成するために、ミラ
ーＩ23およびＯ3 2が選択されて、対応する制御電極（図
示せず）に制御電圧を印加することによって傾けられ
る。制御電圧はミラーを駆動して、傾斜角が既知であり
一定した完全な偏向状態にする。入力ビームは、入力面
ＰINに平行のままであるミラーＩ21およびＩ22の上を通
過し、ミラーＩ23によって、横オフセットのために反射
ビームの経路に位置するミラーＯ32へ向かう角度で横に
反射される。ミラーＯ32は出力導波路２１3へ向けてビ
ームを反射し、ビームは出力ミラーのＯ33およびＯ34の
上を通過して出力光ファイバ１５3へ達する。このよう
に、ミラー要素Ｉ23およびＯ32が入力光ファイバ１４2
から出力ファイバ１５3への光路１６（鎖線で示す）を
つくることが理解されよう。ミラー対の適切な選択によ
って、従来の交点スイッチと同様の方法で、どの入力フ
ァイバもどの出力ファイバへも切り換えることができ、
交点のどの入力もどの出力へも接続することができる。
光交点は、どんな自由入力も自由出力へ接続することが
できる点で非ブロッキングである。
【００２０】説明の目的で、整列された２個の正方形の
格子を先ず考察する。真上のミラーＯ32へ入力ビームを
反射するためには、ミラーＩ23は下側の基板１１の面に
対して、入力行Ｉ2に直交し基板１１の面（Ｘ−Ｙ面）
内に位置する軸心まわりで４５度傾斜する必要がある。
出力ミラーＯ12は上側の基板１０の面から４５度傾斜す
る必要がある。しかし、さらに列Ｏ3の軸心に沿って光
を反射するために、ミラーの軸心は基板面で９０度回転
する必要がある。これは、ミラーのヒンジ軸を列の軸心
に対して９０度に設定することによって達成できる。実
際には、ミラーを１０〜１５度以上傾けることは現在は
不可能である。傾斜角度と回転オフセットとの間には数
学関係がある。１０度の傾斜に対するオフセット角はお
よそ４４度である。図９は、ミラーＭが３６０度の範囲
で回転する際にミラーＭによって異なる傾斜角で反射さ
れる入射光線の軌跡と、ｘ−ｙ面における軌跡の投影を
示す。反射光線Ｒが任意の面、例えば０．４、に２つの
点で交差するのがわかる。出力ミラーは、これらの点の
いずれかに位置する必要がある。
格子を先ず考察する。真上のミラーＯ32へ入力ビームを
反射するためには、ミラーＩ23は下側の基板１１の面に
対して、入力行Ｉ2に直交し基板１１の面（Ｘ−Ｙ面）
内に位置する軸心まわりで４５度傾斜する必要がある。
出力ミラーＯ12は上側の基板１０の面から４５度傾斜す
る必要がある。しかし、さらに列Ｏ3の軸心に沿って光
を反射するために、ミラーの軸心は基板面で９０度回転
する必要がある。これは、ミラーのヒンジ軸を列の軸心
に対して９０度に設定することによって達成できる。実
際には、ミラーを１０〜１５度以上傾けることは現在は
不可能である。傾斜角度と回転オフセットとの間には数
学関係がある。１０度の傾斜に対するオフセット角はお
よそ４４度である。図９は、ミラーＭが３６０度の範囲
で回転する際にミラーＭによって異なる傾斜角で反射さ
れる入射光線の軌跡と、ｘ−ｙ面における軌跡の投影を
示す。反射光線Ｒが任意の面、例えば０．４、に２つの
点で交差するのがわかる。出力ミラーは、これらの点の
いずれかに位置する必要がある。
【００２１】１０〜１５度の傾斜角を許容するために、
ミラー３０は図７で示されたひし形に配置されなければ
ならない。ミラーはミラーの上方のビーム経路を表す軸
心に沿って整列される。例えば図７で、入力ミラーは入
力ビームの経路を表す軸Ｉ1. ..4に沿って並べられる。
各ミラー３０はこの軸に対して角度θで回転オフセット
され、それはミラーの傾斜角αによって決まる。１０〜
１５度の傾斜の場合、この角度は約４４度である。
ミラー３０は図７で示されたひし形に配置されなければ
ならない。ミラーはミラーの上方のビーム経路を表す軸
心に沿って整列される。例えば図７で、入力ミラーは入
力ビームの経路を表す軸Ｉ1. ..4に沿って並べられる。
各ミラー３０はこの軸に対して角度θで回転オフセット
され、それはミラーの傾斜角αによって決まる。１０〜
１５度の傾斜の場合、この角度は約４４度である。
【００２２】ミラーＩ23に入射するビーム１６は傾きを
もって反射され、出力面ＰOUTに位置する出力軸心Ｏ3に
沿った上側のミラーＯ32によって再反射される。この好
適実施例で、上側のミラーＯ32は下側のミラーと同じ角
度θでオフセットされ、傾斜角αも同じである。この好
適実施例で、上下の基板は同一である。上側の基板を形
成するためには、下側の基板の上方へ反転させ、それを
９０度回転させるだけでよい。
もって反射され、出力面ＰOUTに位置する出力軸心Ｏ3に
沿った上側のミラーＯ32によって再反射される。この好
適実施例で、上側のミラーＯ32は下側のミラーと同じ角
度θでオフセットされ、傾斜角αも同じである。この好
適実施例で、上下の基板は同一である。上側の基板を形
成するためには、下側の基板の上方へ反転させ、それを
９０度回転させるだけでよい。
【００２３】従って、入力ミラーＩ23から反射した光が
確実に出力ミラーＯ32に入射する程度に、２個のアレイ
を互いに対して入力軸心の方向に変位させる必要があ
る。ミラーを正方形の格子に配置せずに、行が列と直交
していない斜め構成に配置する。出力ビームを上側の基
板１０の面に維持するために、入出力ミラーは入出力ビ
ームに対して４５度よりわずかに小さい角度θだけ回転
オフセットされる。その結果、出力ビームは入力ビーム
に直交しなくなる。出力ファイバ１５1...4が基板の縁
に直角に延びることが望ましいので、導波路２１1...4
が斜め列Ｏ1...4から出力ファイバ１５1...4へ光を導く
よう形成される。入力導波路２０1...4は同じ理由で同
様に形成される。
確実に出力ミラーＯ32に入射する程度に、２個のアレイ
を互いに対して入力軸心の方向に変位させる必要があ
る。ミラーを正方形の格子に配置せずに、行が列と直交
していない斜め構成に配置する。出力ビームを上側の基
板１０の面に維持するために、入出力ミラーは入出力ビ
ームに対して４５度よりわずかに小さい角度θだけ回転
オフセットされる。その結果、出力ビームは入力ビーム
に直交しなくなる。出力ファイバ１５1...4が基板の縁
に直角に延びることが望ましいので、導波路２１1...4
が斜め列Ｏ1...4から出力ファイバ１５1...4へ光を導く
よう形成される。入力導波路２０1...4は同じ理由で同
様に形成される。
【００２４】必須ではないが、２個のアレイが同一であ
ることが望ましい。上側のアレイを形成するために、下
側のアレイは水平軸まわりで反転され、縦方向で横にオ
フセットされ（図示のように）、入力ミラーから反射す
るビームは対応する出力ミラーに入射する。便宜上、入
出力ミラーと呼んでいるが、交点スイッチは双方向性で
あり、入力ミラーが出力ミラーになり、その逆にもなる
ことが理解されよう。アレイの正しい整列を確実にする
ために、位置決めピン３５と対応する穴３６、または突
起と溝等の他の補完構造を使用してマイクロ加工するこ
とができる。
ることが望ましい。上側のアレイを形成するために、下
側のアレイは水平軸まわりで反転され、縦方向で横にオ
フセットされ（図示のように）、入力ミラーから反射す
るビームは対応する出力ミラーに入射する。便宜上、入
出力ミラーと呼んでいるが、交点スイッチは双方向性で
あり、入力ミラーが出力ミラーになり、その逆にもなる
ことが理解されよう。アレイの正しい整列を確実にする
ために、位置決めピン３５と対応する穴３６、または突
起と溝等の他の補完構造を使用してマイクロ加工するこ
とができる。
【００２５】上述したように、導波路は整列目的のため
のＶ溝構造に位置づけられるファイバに軸合わせされ
る。導波路とＶ溝はＰINおよびＰOUT面にエッチングさ
れたマイクロ加工構造である。入出力ビームもそれぞれ
ＰINおよびＰOUT面に位置しなければならない。
のＶ溝構造に位置づけられるファイバに軸合わせされ
る。導波路とＶ溝はＰINおよびＰOUT面にエッチングさ
れたマイクロ加工構造である。入出力ビームもそれぞれ
ＰINおよびＰOUT面に位置しなければならない。
【００２６】図８の上側の部分は図７の線Ｏ3に沿って
取られ、下側の部分は図７の線Ｉ2に沿って取られてい
るが、そこに示すように、非選択ミラーはＰINおよびＰ
OUT面に平行なままで、入出力ビームがそれらの上を自
由に通過できる。入力ビームが選択されたミラーＩ23に
入射すると、ＰOUT面の対応する選択されたミラーＯ32
へ反射される。
取られ、下側の部分は図７の線Ｉ2に沿って取られてい
るが、そこに示すように、非選択ミラーはＰINおよびＰ
OUT面に平行なままで、入出力ビームがそれらの上を自
由に通過できる。入力ビームが選択されたミラーＩ23に
入射すると、ＰOUT面の対応する選択されたミラーＯ32
へ反射される。
【００２７】光路を完成するために、出力ミラーＯ12へ
向けてビームを反射するよう、入力ミラーＩ12はＰIN面
から角度αだけ傾斜する必要がある。ＰOUT面で角度θ
だけ回転オフセットされる出力ミラーＯ32は、入力面に
平行な面でビームを角度αで反射するために、ＰOUT面
から傾斜されなければならない。
向けてビームを反射するよう、入力ミラーＩ12はＰIN面
から角度αだけ傾斜する必要がある。ＰOUT面で角度θ
だけ回転オフセットされる出力ミラーＯ32は、入力面に
平行な面でビームを角度αで反射するために、ＰOUT面
から傾斜されなければならない。
【００２８】選択された状態でＸ−Ｙ面に対するミラー
Ｉ23およびＯ32の傾斜はαと定義され、αは、０度＜α
＜４５度の角度であり、θINとθOUTはミラーの傾斜軸
とＸI N／ＸOUT軸との角度であり、それは１０度の傾斜
角に対して、およそ４４度である。
Ｉ23およびＯ32の傾斜はαと定義され、αは、０度＜α
＜４５度の角度であり、θINとθOUTはミラーの傾斜軸
とＸI N／ＸOUT軸との角度であり、それは１０度の傾斜
角に対して、およそ４４度である。
【００２９】θINの角度が０度と９０度の間であると仮
定すると、各角度αに対して、θINとθOUTがあり、こ
れによってＰOUT面に反射ビームＣが生じる。ｈの選択
は、マイクロ加工能力、要求される光学性能およびパッ
ケージング要件によって決定する。ｈは通常５０〜１０
０μｍの範囲であり、αとθはそれぞれ通常１０度と４
４度である。
定すると、各角度αに対して、θINとθOUTがあり、こ
れによってＰOUT面に反射ビームＣが生じる。ｈの選択
は、マイクロ加工能力、要求される光学性能およびパッ
ケージング要件によって決定する。ｈは通常５０〜１０
０μｍの範囲であり、αとθはそれぞれ通常１０度と４
４度である。
【００３０】マイクロミラー技術の精度向上により、格
子アレイの一方を、制御電圧によって決定される傾斜角
を持つマイクロミラーの列と取り替えることができる。
その場合、適切な制御電圧を設定することによって、入
力ビームを出力ミラーへ選択的に反射できる。
子アレイの一方を、制御電圧によって決定される傾斜角
を持つマイクロミラーの列と取り替えることができる。
その場合、適切な制御電圧を設定することによって、入
力ビームを出力ミラーへ選択的に反射できる。
【００３１】ミラーアレイは我々の同時係属カナダ特許
出願第２，２４６，５５９号に記載されたようなものが
好都合であり、言及することでその出願の内容を本書に
取り入れる。そのようなミラーだと、偏向角を４５度ま
で増大することができ、偏向角が４５度未満の場合に必
要である斜め配列を必要とせずに、ミラーアレイを直接
上下に配置できる。この特許出願は、ミラー要素が非対
称に位置する枢支線まわりに取り付けられ、そのミラー
要素が一方向より他方向へより傾くことができるように
するか、あるいは、図１０および１１に示すように、そ
れらの表面の横方向に延びた一連の高いミラー小平面を
持つミラー構成を記載している。
出願第２，２４６，５５９号に記載されたようなものが
好都合であり、言及することでその出願の内容を本書に
取り入れる。そのようなミラーだと、偏向角を４５度ま
で増大することができ、偏向角が４５度未満の場合に必
要である斜め配列を必要とせずに、ミラーアレイを直接
上下に配置できる。この特許出願は、ミラー要素が非対
称に位置する枢支線まわりに取り付けられ、そのミラー
要素が一方向より他方向へより傾くことができるように
するか、あるいは、図１０および１１に示すように、そ
れらの表面の横方向に延びた一連の高いミラー小平面を
持つミラー構成を記載している。
【００３２】図１０および１１で、ミラー要素６０は基
板５４のウエル５３に枢支軸５２まわりで回動可能に取
り付けられる。ミラー要素６０の上面に形成されたプリ
ズム５５の前縁に小平面５０が設けられ、それはミラー
要素の表面に対して３５度の角度を持つ。ミラー要素が
１０度傾けられると、は図１０に示すように、入射光線
５７は４５度の角度で小平面５０に当たり、４５度偏向
される（１０度は傾斜角により、３５度は小平面の角度
による）。
板５４のウエル５３に枢支軸５２まわりで回動可能に取
り付けられる。ミラー要素６０の上面に形成されたプリ
ズム５５の前縁に小平面５０が設けられ、それはミラー
要素の表面に対して３５度の角度を持つ。ミラー要素が
１０度傾けられると、は図１０に示すように、入射光線
５７は４５度の角度で小平面５０に当たり、４５度偏向
される（１０度は傾斜角により、３５度は小平面の角度
による）。
【００３３】小平面の間隔は光の波長と比較して大きく
なければならない。通常、１．５μｍの光に対して、小
平面の間隔は大体１５μｍでなければならない。ミラー
要素の長さは通常１００μｍである。
なければならない。通常、１．５μｍの光に対して、小
平面の間隔は大体１５μｍでなければならない。ミラー
要素の長さは通常１００μｍである。
【００３４】別実施形態として、干渉効果を利用するた
めにより小さい小平面を使用できる。ミラーの表面に特
定のパターンを形成することによって、反射ビームを直
接形成でき、その反射角と分散角の両方を制御できる。
以上に記載された光切換装置は、理論的には減衰がゼロ
である光学的に不動態の装置であるという利点に持って
いる。
めにより小さい小平面を使用できる。ミラーの表面に特
定のパターンを形成することによって、反射ビームを直
接形成でき、その反射角と分散角の両方を制御できる。
以上に記載された光切換装置は、理論的には減衰がゼロ
である光学的に不動態の装置であるという利点に持って
いる。
【図１】従来の電気機械式スイッチの概略図
【図２】ハイブリッド光スイッチの概略図
【図３】方向性結合器の概略図
【図４】方向性結合器を使用したＮＸＮの交点の概略図
【図５】マッハツェンダ干渉計の概略図
【図６】デジタル光スイッチの概略図
【図７】本発明の実施例による光交点スイッチの平面図
【図８】２つの重ねられたアレイの断面図
【図９】ミラー鏡が異なる傾斜角に回転した際の反射光
の経路を示す図
の経路を示す図
【図１０】本発明での使用に適したミラー要素の側面図
【図１１】図１０のミラー要素の斜視図
１４1...4 光導波路 １５1...4 光導波路 ３０，３１ マイクロミラー １２，１３ 第１および第２アレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 599013496 350 ＬＥＧＧＥＴ ＤＲＩＶＥ， Ｋ ＡＮＡＴＡ， ＯＮＴＡＲＩＯ Ｋ１Ｋ ２Ｗ７， ＣＡＮＡＤＡ (72)発明者 ミラン・スクブニック カナダ オンタリオ ケイ２ビー ８ジ ェイ６ オタワ リッチモンド・ロード 513‐1330 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 26/08
Claims (19)
- 【請求項１】 第１セットの光導波路と、第２セットの
光導波路と、前記第１および第２セットの光導波路にそ
れぞれ対応する変形可能で制御可能なマイクロミラーの
互いに対向した第１および第２アレイであって、前記ア
レイの少なくとも一方は行と列に配置される構成と、前
記第１セットの光導波路のいずれからか前記第２セット
の光導波路の選択された１個への光路を完成するため
に、各アレイから１個ずつ選ばれたマイクロミラーの対
を選択的に傾斜させる手段とを備えた光切換装置。 - 【請求項２】 前記第１および第２アレイが行と列に配
置され、前記ミラーの所定の対を介する光路を完成する
ために前記ミラーの傾斜角が前設定され、これにより前
記第１および第２アレイが非ブロッキングの光交点スイ
ッチを形成する請求項１に記載の光切換装置。 - 【請求項３】 前記アレイのマイクロミラーが非矩形格
子状に配置され、前記マイクロミラーの傾斜軸が行に対
して傾斜して設定され、これによって、傾斜されたマイ
クロミラーから反射するビームがアレイの面に平行な面
内にあって、マイクロミラーの前記行に沿って延びる請
求項２に記載の光切換装置。 - 【請求項４】 前記アレイがひし形の格子を形成し、前
記アレイが横断および長さ方向に側方オフセットされた
請求項３に記載の光切換装置。 - 【請求項５】 前記アレイが実質的に同一である請求項
４に記載の光切換装置。 - 【請求項６】 前記行と入出力光ファイバとの間で光信
号を導くように前記光導波路のセットが曲げられている
請求項３から５のいずれかに記載の光切換装置。 - 【請求項７】 前記対向しあったアレイによって形成さ
れる交点スイッチが双方向である請求項２から６のいず
れかに記載の光切換装置。 - 【請求項８】 前記第１および第２導波路が、前記マイ
クロミラーアレイを支持するそれぞれの基板に形成され
る請求項１から６のいずれかに記載の光切換装置。 - 【請求項９】 前記導波路が入出力光ファイバと結合さ
れる請求項１から８のいずれかに記載の光切換装置。 - 【請求項１０】 入射光線の偏向角を増大させるように
前記マイクロミラーがその表面に高くした反射小平面を
含む請求項１から９のいずれかに記載の光切換装置。 - 【請求項１１】 前記高くした反射小平面が干渉効果に
よって入射光を偏向させる請求項１０に記載の光切換装
置。 - 【請求項１２】 第１セットの光導波路と第２セットの
光導波路の間で光信号を切り換える方法であって、前記
第１および第２セットの光導波路の間に変形可能で制御
可能なマイクロミラーの互いに対向した第１および第２
アレイを配備し、前記アレイの少なくとも一方を行と列
に配置し、前記第１セットの光導波路のいずれかと前記
第２セットの光導波路の選択された１個との間に光路を
完成するために、各アレイから１個ずつ選ばれたマイク
ロミラーの対を制御する方法。 - 【請求項１３】 変形可能なマイクロミラーの配置が、
行と列に配置される変形可能で制御可能なマイクロミラ
ーの互いに対向した第１および第２アレイを備え、前記
第１セットの光導波路が一方の前記アレイの行と対応
し、前記第２のセットの光導波路が他方の前記アレイの
行と対応し、前記第１セットの光導波路のいずれからか
前記第２セットの光導波路の選択された１個への光路を
完成するために、前記アレイのそれぞれから選択された
マイクロミラーを傾斜させることができ、これにより前
記第１および第２アレイが光交点スイッチを形成する請
求項１２に記載の方法。 - 【請求項１４】 少なくとも一方の前記アレイの行と列
が非矩形格子状に配置され、反射ビームがアレイの面に
平行な面に位置することを確実にするよう選択される角
度でマイクロミラーのヒンジ軸が行に対して回転オフセ
ットされる請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 アレイがひし形である請求項１４に記
載の方法。 - 【請求項１６】 アレイが実質的に同一である請求項１
５に記載の方法。 - 【請求項１７】 アレイが横断および長さ方向に側方オ
フセットされ、マイクロ加工位置決め手段を形成した基
板上に前記アレイが形成される請求項１５または１６に
記載の方法。 - 【請求項１８】 前記マイクロ加工位置決め手段がピン
と穴からなる請求項１５または１６に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記マイクロ加工位置決め手段が溝と
突起からなる請求項１５または１６に記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB9801443.4A GB9801443D0 (en) | 1998-01-24 | 1998-01-24 | Optical cross point switch using deformable micromirror |
| CA 2246559 CA2246559A1 (en) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | Micromirror |
| CA9801443:4 | 1998-09-04 | ||
| CA2246559 | 1998-09-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11258527A JPH11258527A (ja) | 1999-09-24 |
| JP2992887B2 true JP2992887B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=25680462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1532399A Expired - Fee Related JP2992887B2 (ja) | 1998-01-24 | 1999-01-25 | 変形可能なマイクロミラ―を用いた光交点スイッチ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0932066A1 (ja) |
| JP (1) | JP2992887B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6473544B1 (en) * | 2000-03-03 | 2002-10-29 | Onix Microsystems, Inc. | Optical switch having equalized beam spreading in all connections |
| CA2417747C (en) | 2000-07-31 | 2009-11-24 | Naomi Matsuura | Configurable photonic device |
| US6647164B1 (en) | 2000-10-31 | 2003-11-11 | 3M Innovative Properties Company | Gimbaled micro-mirror positionable by thermal actuators |
| DE10064579B4 (de) * | 2000-12-18 | 2004-11-11 | Infineon Technologies Ag | Wellenleiterkreuzung und Anordnung zur Überwachung einer Mehrzahl integriert-optischer Wellenleiter |
| US6580849B2 (en) * | 2001-01-05 | 2003-06-17 | Agilent Technologies, Inc. | Optical switch incorporating stepped faceted mirrors |
| US6711318B2 (en) | 2001-01-29 | 2004-03-23 | 3M Innovative Properties Company | Optical switch based on rotating vertical micro-mirror |
| KR100382652B1 (ko) * | 2001-03-07 | 2003-05-09 | 삼성전자주식회사 | 광학 벤치 |
| US6470107B2 (en) | 2001-03-13 | 2002-10-22 | President And Fellows Of Harvard College | Fluidic all-optical switch |
| WO2002079852A1 (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-10 | Yoon-Joong Yong | Light modulating system using deformable mirror arrays |
| US6490384B2 (en) | 2001-04-04 | 2002-12-03 | Yoon-Joong Yong | Light modulating system using deformable mirror arrays |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4698602A (en) * | 1985-10-09 | 1987-10-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Micromirror spatial light modulator |
| US5345521A (en) * | 1993-07-12 | 1994-09-06 | Texas Instrument Incorporated | Architecture for optical switch |
| DE29618818U1 (de) * | 1996-10-29 | 1996-12-12 | CMS Mikrosysteme GmbH Chemnitz, 09577 Niederwiesa | Mikromechanische optische Schalteinheit |
-
1999
- 1999-01-19 EP EP99300329A patent/EP0932066A1/en not_active Withdrawn
- 1999-01-25 JP JP1532399A patent/JP2992887B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0932066A1 (en) | 1999-07-28 |
| JPH11258527A (ja) | 1999-09-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |