JP4487089B2 - 再設定可能な光アド／ドロップモジュール、システムおよび方法 - Google Patents

再設定可能な光アド／ドロップモジュール、システムおよび方法 Download PDF

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Description

本発明は、ＤＷＤＭファイバオプティクス遠距離通信、特に、全光学的スイッチングの分野に関する。当該装置は、全光学的波長依存性調整可能スイッチング機能を提供する。
１９９０年代初期のＤＷＤＭファイバオプティクス遠距離通信システムの出現は、ポイントツーポイントリンクによる伝送容量の劇的な増大を可能にしてきた。これは、同一の光ファイバ上で異なる波長の多数の個別に変調された光ビームの多重化によって達成された。今日設置される典型的システムは、１００ＧＨｚ、５０ＧＨｚまたは、よりいっそう狭いチャネル間隔でのＩＴＵ−Ｔ標準化グリッド上に正確にアラインメントされた６４以上の独立チャネルを有するであろう。日常的には１０Ｇｂ／ｓ、研究室実験では４０Ｇｂ／ｓに達している変調速度により、単一の光ファイバで伝送される情報の数テラビット／秒オーダの総容量を得ることもまれではない（非特許文献１）。同時に、電気的スイッチング容量はかなり緩慢なペースで増大しており、現在最大の電気的マトリックスは単一段で一般に６４０Ｇｂ／ｓに限定されている。さらに、スイッチングノードの大半では、トラヒックの大部分（一般に７０％）は、そのノードを通過して行くにすぎない遠距離トラヒックである。それ故、大きいパススルー容量およびローカル調整可能なドロップ能力を備える光デバイスを有することが有利である。このデバイスは、文献では再設定可能な（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ）光アド／ドロップモジュールまたはＲＯＡＤＭと呼ばれている（非特許文献２）。
ＲＯＡＤＭは通常、ＤＷＤＭ信号を受信するための入力ポート、エクスプレストラヒック用の出力ポートおよび、ローカル処理のために波長チャネルをアド（ａｄｄ）またはドロップ（ｄｒｏｐ）するための少なくとも１つのアドまたはドロップポートを備える。これは通常、以下のステップ、入って来るＤＷＤＭ入力を多重分離するステップと、個別のチャネルを出力エクスプレスポートまたはアド／ドロップポートのどちらか一方に経路指定するためにスイッチング手段のアレイを準備するステップと、エクスプレスチャネルを単一の出力ポートに多重化するステップによって実現される。一部のＲＯＡＤＭは多重化されたアド／ドロップポートを有し、一部のものは完全に多重分離されたアド／ドロップポートを付与する。
多重化／多重分離技術が多くの異なる方法で行われ得ることは、当業者には周知である。シリアルフィルタ実施形態（ファイバブラッグ格子、薄膜フィルタ、ファイバマッハ・ツェンダーカスケード、複屈折フィルタ、等）は通常、挿入損欠陥のために波長チャネルの数が制限される。従って、多数の波長チャネルを備えるＲＯＡＤＭ用途のために現在開発されている２つの選択的解決策は、バルク回折格子を用いた自由空間実施形態かまたは、ＡＷＧ（アレイ導波管回折格子）を用いた導波管実施形態のどちらか一方である、平行波長フィルタリングに基づく。
自由空間オプティクスによる具体化は通常、光ファイバポート、レンズ素子、１つのバルク回折格子およびスイッチング手段のアレイを含む。例えば、ニューヨーク州コーニングのコーニング・インコーポレーテッド（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．）社は、液晶スイッチング素子に基づいたそうしたデバイスを供給している。自由空間オプティクス解決策は、優れた光学性能を示すが、多数の高精度光学素子の極めて厳密なアラインメント公差のために、一般に高額である。さらに、これらの素子の相対的位置決めは、精巧な光学機械的設計を要求する広範囲な環境条件にわたり維持されなければならない。
カリフォルニア州アナハイムでの２００２年３月のＯＦＣ’０２において提示されたペーパーＰＤ ＦＢ ７（非特許文献３）は、図１１に例として図示したような波長選択スイッチを示している。スイッチは、入力結合光学素子１２００、スイッチング素子１２０２、主レンズ１２０４および単一の回折格子１２０６を含む。不利なことに、この実施形態では、回折格子１２０６の役務の小部分だけが主レンズ１２０４の焦点面にある。これは、全部のポートからの光ビームが焦点を合わせておくことを妨げる。他方、集積型オプティクス解決策は、同一基板上に置かれた種々の素子の相対的位置決めを維持する可能性を有する。導波管において平行波長多重分離を実行する２つの主要な方式が存在する。ＡＷＧを使用するか、またはエシェル格子を使用するかのどちらかであり、前者のほうが、導波管基板において高精度回折格子を製造することの困難さの理由からはるかに普及しているデバイスである。ブラッグ格子もまた、この目的に使用されている。
ＡＷＧは、導波管の分散アレイ（非特許文献４）を入力および出力スターカプラー（非特許文献５）と組合せることによって、ドラゴン（Ｄｒａｇｏｎｅ）によって発明された（非特許文献６）。ＡＷＧは、特許文献１（１９９１年３月）におけるドラゴンによる教示の通り、ＤＷＤＭデマルチプレクサおよびＤＷＤＭマルチプレクサの両者として働くことができる。
従って、集積型オプティクスＲＯＡＤＭは、入力ＤＷＤＭストリームを多重分離するための入力ＡＷＧ、多重分離されたチャネルをエクスプレス経路またはドロップポートのどちらか一方に経路指定するためのスイッチング手段のアレイおよび、出力されたエクスプレスＤＷＤＭストリームを多重化するための出力ＡＷＧから構成されるであろう。ＡＷＧのフィルタリング機能の周期性に起因して、いくつかのループバックによりＲＯＡＤＭ機能を実行するために１つのＡＷＧのみを使用することが可能である（非特許文献７）。一般に、集積型オプティクスＲＯＡＤＭでの内部接続は、例えば導波管の使用など、主に誘導路オプティクスを用いて行われる。
スイッチング素子は、ＡＷＧと同一の基板上に集積されるかまたは、ハイブリッド型のどちらか一方とすることができる。全集積型の実施形態は一般に、熱的光学的スイッチを利用するが（例えば非特許文献８を参照）、大きな基板面積を占め、慎重な熱管理を要し、結局そのスケーラビリティを制限する。集積型ＭＥＭＳ・導波管による解決策もまたこれまで提起されてきたが、スイッチング素子は通常１×２または２×２に制限され、従って、やはりスケーラビリティを制限する（非特許文献９）。ＡＷＧ出力導波管がマイクロレンズアレイを介してＭＥＭＳスイッチング素子と結合されているハイブリッド型実施形態が可能であることは、当業者に知られている。しかし、これは通常、劣ったスペクトル性能に、すなわち、幅広い平担なチャネルシェープ通過帯域の無さにつながる（非特許文献１０）。
米国特許第５００２３５０号明細書 Ｓ．Ｂｉｇｏ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ＷＸ３、アナハイム、２００２年 Ｊ．Ｌａｃｅｙ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ＷＴ、アナハイム、２００２年 Ｐａｐｅｒ ＰＤ ＦＢ ７、ＯＦＣ’０２、カリフォルニア州アナハイム、２００２年３月 Ｍ．Ｋ．Ｓｍｉｔ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第２４巻、３８５〜３８６頁、１９８８年 Ｃ．Ｄｒａｇｏｎｅ、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１巻、第８号、２４１〜２４３頁、１９８９年８月 Ｃ．Ｄｒａｇｏｎｅ、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第３巻、第９号、８１２〜８１５頁、１９９１年９月 Ｏ．Ｉｓｈｉｄａ他、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第６巻、第１０号、１２１９〜１２２１頁、１９９４年１０月 Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ他、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１５巻、第１号、２００３年１月、１３８〜１４０頁 Ｍ．Ｋａｔａｙａｍａ他、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ＷＸ４−１、アナハイム、２００１年 Ｒ．Ｒｙｆ他、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、ＰＤ Ｂ．１．５、アムステルダム、２００１年
広い１つの概念によれば、本発明は、少なくとも１つの波長チャネルを受信するための少なくとも１つの入力光ポートおよび少なくとも１つの出力光ポートを含む複数の光ポートと、各光ポートについて、光ポートに光学的に接続されたそれぞれの分散素子と、光出力を有するバルク光学素子と、複数の非透過性ルーティング素子とを含む装置であって、各波長チャネルについて、入力ポートの分散素子およびバルク光学素子は、波長チャネルのいずれかの光を前記複数のルーティング素子のそれぞれ１つに向けて分散させ、前記複数のルーティング素子のそれぞれ１つは、バルク光学素子を経た波長チャネルの光を前記少なくとも１つの出力ポートのうちの選択された出力ポートに選択された出力ポートのそれぞれの分散素子を経て方向づけ、選択された出力ポートはそれぞれのルーティング素子によって決定される、装置を提供する。
一部の実施例において、少なくとも１つのルーティング素子はまた、減衰機能を実現するために波長チャネルの一部だけを方向転換するように制御可能である。
一部の実施例において、少なくとも１つのルーティング素子はまた、チャネル阻止機能を実現するために波長チャネルの全部を方向転換するように制御可能である。
一部の実施例において、前記少なくとも１つの出力ポートは少なくとも２つの出力ポートを含む。
一部の実施例において、少なくとも１つのルーティング素子はまた、減衰機能を実現するために波長チャネルの一部だけを方向転換するように制御可能である。
一部の実施例において、少なくとも１つのルーティング素子はまた、チャネル阻止（ブロック）機能を実現するために波長チャネルの全部を方向転換するように制御可能である。
一部の実施例において、分散素子は、透過性であり、光ポートと出力を有するバルク光学素子との間にある。
一部の実施例において、各ルーティング素子は光をそれぞれの特定の出力ポートに方向づけるために静的に機器構成されている。
一部の実施例において、各ルーティング素子は光をいずれかの出力ポートにスイッチするために動的に機器構成可能である。
一部の実施例において、各分散素子は、アレイの端から端まで拡がる所定の光路長差を有する導波管のアレイよりなる。
一部の実施例において、分散素子は単一の導波管デバイス上に集合的に集積されている。
一部の実施例において、分散素子は複数の導波管デバイスに集積されている。
一部の実施例において、装置は、各ポートからの光をそれぞれの分散素子に／から結合するようなされたマイクロオプティクス結合素子をさらに含む。
一部の実施例において、装置は、各ポートからの光をそれぞれの分散素子に／から結合するようなされた集積型光結合素子をさらに含む。
一部の実施例において、集積型光結合素子はスターカプラーよりなる。
一部の実施例において、各分散素子は透過回折格子よりなる。
一部の実施例において、分散素子およびルーティング素子は、光出力を有するバルク光学素子の焦点面に実質的に配置される。
一部の実施例において、光出力を有するバルク光学素子はレンズまたは曲面ミラーである。
一部の実施例において、分散素子は導波管基板上に集積され、出力を有するバルク光学素子は導波管基板の平面における第１の平面で光を合焦するようなされた主円筒形レンズ素子よりなり、装置は、第１の平面に垂直な第２の平面において光を実質的に視準するようなされた横円筒形レンズをさらに含む。
一部の実施例において、主円筒形レンズは、分散素子がレンズの第１の側のレンズの焦点面にあり、ルーティング素子がレンズの第２の側のレンズの焦点面にあるような焦点距離を有する。
一部の実施例において、分散素子は、エシェル格子、エシュロン格子、プリズム、アレイ導波管よりなる群から選択される。
一部の実施例において、各ルーティング素子はチルト可能マイクロミラーである。
一部の実施例において、各ルーティング素子は、液晶ビームステアリング素子、音響光学的ビームデフレクタ、ソリッドステートフェーズアレイの一部、制御可能ホログラム、周期分極反転ニオブ酸リチウムビームデフレクタのうちの１つである。
一部の実施例において、装置は、温度の関数として分散素子の分散特性の変化を補償するためにルーティング素子をシフトするようなされた、ルーティング素子のための無熱的（ａｔｈｅｒｍａｌ）マウントをさらに含む。
一部の実施例において、装置は、分散素子を出る光がルーティング素子上に実質的に集中されるように温度の関数として分散素子の分散特性の変化を補償するために分散素子をチルトするようなされた、分散素子のための無熱マウントをさらに含む。
一部の実施例において、装置は、ＴＥおよびＴＭサブビームをルーティング素子上に実質的に一致させるために分散素子の複屈折を補償するようなされた複屈折結晶ビームディスプレーサを分散素子とルーティング素子との間にさらに含む。
一部の実施例において、装置は、ＴＥおよびＴＭ偏光軸の損失を実質的に平均化させる（ＴＥ／ＴＭまたはＴＭ／ＴＥ）ためにＴＥおよびＴＭサブビームをスワップするようなされた、スイッチの光路におけるコーター（１／４）波板をさらに含む。
一部の実施例において、出力を有するバルク光学素子はレンズであり、各分散素子は非透過性であり、光ポートおよびルーティング素子はレンズの第１の側に配置されており、分散素子は円筒形レンズの第２の側にある。
一部の実施例において、分散素子は非透過性回折格子よりなる。
別の広範な態様によれば、本発明は、少なくとも１つの波長チャネルを受信するための入力光ポートおよび少なくとも２つの出力光ポートを含む複数の光ポートと、各光ポートについて、光ポートに光学的に接続されたそれぞれの分散素子と、複数の透過性ルーティング素子と、光出力を有する第１のバルク光学素子と、光出力を有する第２のバルク光学素子とを含む装置であって、各波長チャネルについて、入力ポートの分散素子および第１のバルク光学素子は、波長チャネルのいずれかの光を前記複数の透過性ルーティング素子のそれぞれ１つに向けて方向づけ、前記複数の透過性ルーティング素子のそれぞれ１つの適切な設定が、第２のバルク光学素子を経た前記波長チャネルの光を前記少なくとも２つの出力ポートのうちのそれぞれの選択されたポートに選択された出力ポートのそれぞれの分散素子を経て方向づけ、選択された出力ポートはそれぞれのルーティング素子によって決定される、装置を提供する。
一部の実施例において、各透過性ルーティング素子は光をそれぞれの特定の出力ポートに方向づけるために静的に機器構成されている。
一部の実施例において、各透過性ルーティング素子は光をいずれかの出力ポートにスイッチするために動的に機器構成可能である。
一部の実施例において、各分散素子は、アレイの端から端まで拡がる所定の光路長差を有する導波管のアレイよりなる。
一部の実施例において、入力ポートの分散素子は第１の導波管デバイス上に集積されており、出力ポートの分散素子は第２の導波管デバイス上に集積されている。
一部の実施例において、入力ポートの分散素子は第１の導波管デバイス上に集積されており、出力ポートの分散素子は導波管デバイスのスタック上に集積されている。
一部の実施例において、装置は、各ポートからの光をそれぞれの分散素子に／から結合するようなされたマイクロオプティクス結合素子をさらに含む。
一部の実施例において、装置は、各ポートからの光をそれぞれの分散素子に／から結合するようなされた集積型光結合素子をさらに含む。
一部の実施例において、集積型光結合素子はスターカプラーよりなる。
一部の実施例において、入力ポートの分散素子は光出力を有する第１のバルク光学素子の焦点面に実質的に配置され、出力ポートの分散素子は光出力を有する第２のバルク光学素子の焦点面に実質的に配置されており、またルーティング素子は第１および第２のバルク光学素子の両方からの焦点距離にある。
一部の実施例において、第１のバルク光学素子および第２のバルク光学素子は各々、レンズまたは曲面ミラーである。
一部の実施例において、出力を有する第１のバルク光学素子は第１の導波管基板の平面における第１の平面で光を合焦するようなされた第１の主円筒形レンズよりなり、光出力を有する第２のバルク光学素子は第２の導波管基板の平面における第２の平面で光を合焦するようなされた第２の主円筒形レンズよりなり、装置は、第１の平面に垂直な第３の平面において光を実質的に視準するようなされた第１の横円筒形レンズと、第２の平面に垂直な第４の平面において光を実質的に視準するようなされた第２の横円筒形レンズとをさらに含む。
一部の実施例において、第１の主円筒形レンズは、入力ポートの分散素子が第１の主円筒形レンズの第１の側の第１の主円筒形レンズの第１の焦点面にあり、透過性ルーティング素子が第１の主円筒形レンズの第２の側の第１の主円筒形レンズの第２の焦点面にあるような焦点距離を有しており、第２の主円筒形レンズは、出力ポートの分散素子が第２の主円筒形レンズの第１の側の第２の主円筒形レンズの第１の焦点面にあり、透過性ルーティング素子が第２の主円筒形レンズの第２の側の第２の主円筒形レンズの第２の焦点面にあるような焦点距離を有する。
一部の実施例において、導波管分散素子は、エシェル格子、エシュロン格子グリズム、プリズム、アレイ導波管よりなる群から選択される。
一部の実施例において、装置は、温度の関数として分散素子の分散特性の変化を補償するためにルーティング素子をシフトするようなされた、ルーティング素子のための無熱マウントをさらに含む。
一部の実施例において、装置は、分散素子を出る光が透過性ルーティング素子上に実質的に集中されるように温度の関数として分散素子の分散特性の変化を補償するために入力ポートの分散素子をチルトするようなされた、入力ポートの分散素子のための第１の無熱マウントと、透過性ルーティング素子を出る光が出力ポートの分散素子と正確にアラインメントされるように温度の関数として分散素子の分散特性の変化を補償するために出力ポートの分散素子をチルトするようなされた、出力ポートの分散素子のための第２の無熱マウントとをさらに含む。
一部の実施例において、装置は、ＴＥおよびＴＭサブビームをルーティング素子上に実質的に一致させるために入力ポートの分散素子の複屈折を補償するようなされた、入力ポートの分散素子とルーティング素子との間の第１の複屈折結晶ビームディスプレーサと、ＴＥおよびＴＭサブビームをルーティング素子上に実質的に一致させるために出力ポートの分散素子の複屈折を補償するようなされた、出力ポートの分散素子とルーティング素子との間の第２の複屈折結晶ビームディスプレーサとをさらに含む。
一部の実施例において、装置は、ＴＥおよびＴＭ偏光軸の損失を実質的に平均化させる（ＴＥ／ＴＭまたはＴＭ／ＴＥ）ためにＴＥおよびＴＭサブビームをスワップするようなされた、透過性ルーティング素子の第１の側のスイッチの光路における第１のコーター波板と、ＴＥおよびＴＭ偏光軸の損失を実質的に平均化させる（ＴＥ／ＴＭまたはＴＭ／ＴＥ）ためにＴＥおよびＴＭサブビームをスワップするようなされた、透過性ルーティング素子の第２の側のスイッチの光路における第２のコーター波板とをさらに含む。
一部の実施例において、分散素子は非透過性である。
別の広範な態様によれば、本発明は、積み重ねられた複数の列の光ポートと、ポートは少なくとも１つの波長チャネルを受信するための入力光ポートおよび少なくとも２つの出力光ポートよりなり、各光ポートについて、光ポートに光学的に接続されたそれぞれの分散素子と、光出力を有するバルク光学素子と、複数のルーティング素子とを含み、各波長チャネルについて、入力ポートの分散素子およびバルク光学素子は、波長チャネルのいずれかの光を複数のルーティング素子のそれぞれ１つに向けて分散させ、複数のルーティング素子のそれぞれ１つは、バルク光学素子を経た前記波長チャネルの光をそれぞれの選択された出力ポートに選択された出力ポートのそれぞれの分散素子を経て方向づけ、選択された出力ポートはそれぞれのルーティング素子によって決定される、装置を提供する。
一部の実施例において、各ルーティング素子は光をそれぞれの特定の出力ポートにスイッチするために静的に機器構成されている。
一部の実施例において、各ルーティング素子は光をいずれかの出力ポートにスイッチするために動的に機器構成可能である。
一部の実施例において、各分散素子は、アレイの端から端まで拡がる所定の光路長差を有する導波管のアレイよりなる。
一部の実施例において、各列の分散素子はそれぞれの導波管デバイス上に集合的に集積されている。
一部の実施例において、装置は、各ポートからの光をそれぞれの分散素子に／から結合するようなされたマイクロオプティクス結合素子をさらに含む。
一部の実施例において、装置は、各ポートからの光をそれぞれの分散素子に／から結合するようなされた集積型光結合素子をさらに含む。
一部の実施例において、集積型光結合素子はスターカプラーよりなる。
一部の実施例において、各分散素子は回折格子よりなる。
一部の実施例において、分散素子およびルーティング素子は光出力を有するバルク光学素子の焦点面に実質的に配置されている。
一部の実施例において、光出力を有するバルク光学素子はレンズまたは曲面ミラーである。
一部の実施例において、出力を有するバルク光学素子は導波管デバイスの平面における第１の平面で光を合焦するようなされた主円筒形レンズ素子よりなり、装置は、各導波管デバイスについて、導波管デバイスの平面に垂直なそれぞれの第２の平面において光を実質的に視準するようなされたそれぞれの横円筒形レンズをさらに含む。
一部の実施例において、主円筒形レンズは、分散素子がレンズの第１の側のレンズの焦点面にあり、ルーティング素子がレンズの第２の側のレンズの焦点面にあるような焦点距離を有する。
一部の実施例において、分散素子は、エシェル格子、エシュロン格子、グリズム、プリズム、アレイ導波管よりなる群から選択される。
一部の実施例において、各ルーティング素子は２次元でチルト可能なマイクロミラーである。
一部の実施例において、各ルーティング素子は、液晶ビームステアリング素子、音響光学的ビームデフレクタ、ソリッドステートフェーズアレイの一部、制御可能ホログラム、周期分極反転ニオブ酸リチウムビームデフレクタのうちの１つである。
一部の実施例において、装置は、温度の関数として分散素子の分散特性の変化を補償するためにルーティング素子をシフトするようなされた、ルーティング素子のための無熱マウントをさらに含む。
一部の実施例において、装置は、分散素子を出る光がルーティング素子上に実質的に集中されるように温度の関数として分散素子の分散特性の変化を補償するために分散素子をチルトするようなされた、分散素子のための無熱マウントをさらに含む。
一部の実施例において、装置は、ＴＥおよびＴＭサブビームをルーティング素子上に実質的に一致させるために分散素子の複屈折を補償するようなされた複屈折結晶ビームディスプレーサを分散素子とルーティング素子との間にさらに含む。
一部の実施例において、装置は、ＴＥおよびＴＭ偏光軸の損失を実質的に平均化させる（ＴＥ／ＴＭまたはＴＭ／ＴＥ）ためにＴＥおよびＴＭサブビームをスワップするようなされた、スイッチの光路におけるコーター波板をさらに含む。
別の広範な態様によれば、本発明は、積み重ねられた複数の列の光ポートと、ポートは少なくとも１つの波長チャネルを受信するための入力光ポートおよび少なくとも２つの出力光ポートよりなり、光ポートの各列について、光ポートの列に光学的に接続されたそれぞれの分散素子と、光出力を有するバルク光学素子と、複数のルーティング素子とを含み、各波長チャネルについて、入力ポートの分散素子およびバルク光学素子は、波長チャネルのいずれかの光を複数のルーティング素子のそれぞれ１つに向けて分散させ、複数のルーティング素子のそれぞれ１つは、バルク光学素子を経た前記波長チャネルの光を選択された出力ポートが属する光ポートの列のそれぞれの分散素子を経てそれぞれの選択された出力ポートに方向づけ、選択された出力ポートはそれぞれのルーティング素子によって決定される、波長選択光スイッチを提供する。
別の広範な態様によれば、本発明は、少なくとも１つの波長チャネルを受信するための入力光ポートおよび積み重ねられた複数の列の出力光ポートと、各光ポートについて、光ポートに光学的に接続されたそれぞれの分散素子と、複数の透過性ルーティング素子と、入力ポートの分散素子と複数の透過性ルーティング素子との間の光出力を有する第１のバルク光学素子と、出力ポートの分散素子と複数のルーティング素子との間の光出力を有する第２のバルク光学素子とを含み、各波長チャネルについて、入力ポートの分散素子および第１のバルク光学素子は、波長チャネルのいずれかの光を前記複数の透過性ルーティング素子のそれぞれ１つに向けて方向づけ、前記複数の透過性ルーティング素子のそれぞれ１つの適切な設定が、前記第２のバルク光学素子を経た前記波長チャネルの光をそれぞれの分散素子を経てそれぞれの選択された出力ポートに方向づける、波長選択光スイッチを提供する。
別の広範な態様によれば、本発明は、少なくとも２つの光ポートと、光ポートに光学的に接続された少なくとも２つの導波管分散素子を含んでいる導波管基板と、各導波管分散素子は導波管のそれぞれのアレイを含んでおり、導波管分散素子は分散の第１の線形位相項を有し、基板の平面において光ビームを合焦させるために少なくとも第２の放物線位相項を有しており、自由空間伝搬領域と、導波管分散素子のいずれかのそれぞれの第１のものから導波管分散素子のいずれかのそれぞれの第２のものに自由空間伝搬領域を通り複数の光路を確立するように各々適応された複数のスイッチング素子とを含む、装置を提供する。
一部の実施例において、装置は、導波管分散素子の平面における光の伝搬に影響を及ぼすことなく、導波管分散素子に垂直な平面において光を実質的に視準する、横円筒形レンズをさらに含む。
別の広範な態様によれば、本発明は、少なくとも３つの光ポートと、各光ポートについて、それぞれの分散素子と、ポートの全部と光学的に結合され光出力を有するバルク光学素子とを含む、装置を提供する。
別の広範な態様によれば、本発明は、複数の列の光ポートの入力ポートを通じて光信号を受信することと、複数の波長チャネルの各々について、ａ）入力信号における波長チャネルのいずれかの光を入力ポートのそれぞれの分散素子および光出力を有するバルク光学素子を経て複数のルーティング素子のそれぞれ１つに向けて分散させることと、ｂ）それぞれのルーティング素子が、バルク光学素子を経た前記波長チャネルの光を選択された出力ポートのそれぞれの分散素子を介して前記複数の列のポートのうちのそれぞれの選択された出力ポートに方向づけることとを含み、選択された出力ポートはそれぞれのルーティング素子によって決定される、方法を提供する。
本発明を添付図面に関してさらに詳細に説明する。
以下の説明において、同じ数字は（図１から図２について、および図３Ａから図１０Ｂについて）同一物を示す。
図１は、１つの入力ポート１０１、１つのエクスプレス出力１０７ｅおよび、４つの調整可能ドロップポート１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄを備える従来の全導波管ＲＯＡＤＭ１００の概略図を示す。Ｎの波長チャネルλ１…λＮを含むＤＷＤＭ光ビームが、デバイスの入力ポート１０１に入力される。異なる波長チャネルはその後、第１のＡＷＧデバイス１０２によって多重分離される。第１のＡＷＧデバイス１０２からのＮ出力はその後、Ｎ個のｌ×２スイッチ１０３−１〜１０３−Ｎのスイッチアレイ１０３に結合される。スイッチアレイ１０３の各１×２スイッチの２つの出力のうちの一方は、エクスプレスマルチプレクサＡＷＧ１０６ｅを通じてエクスプレス出力１０７ｅに直接接続されている。スイッチアレイ１０３の各ｌ×２スイッチの２つの出力の他方は、ｌ×４スイッチ１０４−１〜１０４−Ｎを含む１×４スイッチアレイに結合される。大きなスイッチングカーネルの使用不能のために、個々の１×４スイッチは通常、各々が３つの１×２スイッチでできている２段スイッチングツリーによって具体化される。導波管シャッフル領域１０５において、ｌ×４スイッチ１０４−１〜１０４−Ｎの４つの出力の各々はその後、ドロップ側マルチプレクサ（ＡＷＧ １０６ａ〜１０６ｄ）を介してドロップポート１０７ａ〜１０７ｄに接続されている。
図２は、４波長チャネルλ１…λ４を備える図１と同様のデバイスの配置図を示す。デバイスは、１入力、１エクスプレス出力および４ドロップポートを備えるＲＯＡＤＭ１００を表している。（例えば、Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ他、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１５巻、第１号、２００３年１月、１３８〜１４０頁参照）。４つの波長チャネルλ１…λ４を含むＤＷＤＭ多重化光ビームが、デバイスの入力ポート１０１に入力される。異なる波長チャネルはその後、第１のＡＷＧデバイス１０２によって多重分離される。第１のＡＷＧからの４つの出力はその後、４つの１×２スイッチ１０３−１〜１０３−４のアレイに結合される。スイッチアレイ１０３の各ｌ×２スイッチの２つの出力のうちの一方は、エクスプレスマルチプレクサＡＷＧ１０６ｅを介してエクスプレス出力１０７ｅに直接接続されている。スイッチアレイ１０３の各１×２スイッチの２つの出力の他方は、１×４スイッチ１０４−１〜１０４−４のうちの１つに結合される。導波管シャッフル領域１０５において、１×４スイッチ１０４−１〜１０４−４の４つの出力の各々はその後、ドロップ側マルチプレクサＡＷＧ １０６ａ〜１０６ｄを介してドロップポート１０７ａ〜１０７ｄに接続されている。前述の通り、全部の内部接続は導波管内の誘導光路である。
後述する図３Ａの実施例および他の全部の実施例において、説明はドロップ波長チャネルを具体的に扱うことに留意されたい。通常、これは単一の入力ポートおよび複数の出力ポートを含む。代替的に、これらの同じ実施例は、単にポートの役割を互換することによってアド波長チャネルに対する役割を果たし得る。従って例えば、１入力ポート・４ドロップ（出力）ポートの具体化は、１出力ポート・４入力（アド）ポートの具体化として等しく機能し得る。
図３Ａは、本発明の実施例によって提供され、１つの入力ポート３０１ｃ、４つのドロップポート３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｄ、３０１ｅ、および５つの波長チャネルλ１、λ２、λ３、λ４、λ５を有するハイブリッド型導波管・ＭＥＭＳ ＲＯＡＤＭ ３００の平面図を示す。物理ポートは任意の適格な光ポートの具体化である。例えば、各ポートは、シングルモード光ファイバまたは導波管とし得る。５つの波長チャネルλ１…λ５を含む入力ＤＷＤＭ光ビームは、入力ポート３０１ｃを通じてデバイス３００に入力される。光ビームは、図の平面において光を実質的に視準する一方、直交平面においては影響を受けず光を進行させる円筒形レンズ３０２ｃおよび、図のそれに垂直な平面において光を実質的に再合焦させる一方、図の平面においては影響を受けず光を横断させる円筒形レンズ３０３より構成されるマイクロオプティクス結合方式によって導波管デバイス３０４に結合される。円筒形レンズ３０３および、円筒形レンズ３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｄ、３０２ｅはそれぞれ、出力ポート３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｄ、３０１ｅのための結合光学素子を提供する。（図の平面において実質的に視準され、図に直行する面において実質的に合焦された）変換された楕円光ビームは、導波管デバイス３０４の導波管領域３０５ｃに結合される。この導波管領域３０５ｃは、所定の経路長の変動がアレイの端から端まで拡がるように構成された導波管のアレイに存する。この構成は、導波管に基づく分散素子を付与するために当業者には知られている（Ｍ．Ｋ．Ｓｍｉｔ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第２４巻、３８５〜３８６頁、１９８８年）。従って、導波管区域３０５ｃを出る光は、導波管区域３０５ｃの設計パラメータに従って波長に依存する角度を呈する。
この説明全体を通じて、波長チャネルは、任意の連続する周波数帯である。単一の波長チャネルは、例えば１つ以上のＩＴＵ波長および介入波長（ｉｎｔｅｒｖｅｎｉｎｇ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ）を含み得る。たとえ表現「λ」がここで波長チャネルに関して言及されたとしても、それは波長チャネルが単一波長だけであることを含意するように意図されていない。
説明を簡単にするため、５つの波長チャネルのうちの３つ（例えばλ２、λ３、λ４）が図３Ａの一部に導波管デバイス３０４の右側に図示されているが、５つ全部が導波管デバイス３０５ｃの出口には存在するはずである。これらの多重分離された光ビーム３０７−１〜３０７−５は、図の平面において光の伝搬に影響を及ぼさないが、垂直な平面において光を実質的に視準する、円筒形レンズ３０６を最初に横切る。主円筒形レンズ素子３０８が使用されて、用紙の平面で光を合焦させる一方、垂直な平面で光の伝搬に影響を及ぼさずに、各々の多重分離された光ビーム３０７−１〜３０７−５をスイッチング素子３０９−１〜３０９−５に入射させる。１実施例においてこれらのスイッチング素子は、選択可能な角度で光を方向転換するために使用されるチルト式マイクロミラーよりなる。波長チャネル当たり１つのチルト式マイクロミラーが存在する。
ミラーアレイ３０９−１〜３０９−５からの反射後、光ビーム３０７−１〜３０７−５は、円筒形レンズ３０６によって導波管デバイス３０４の平面に直行する面に視準（照準）され、円筒形レンズ３０８によって導波管デバイス３０４の平面において合焦される。好ましい実施例において、レンズ３０８は、導波管デバイス３０４の端およびスイッチングアレイ３０９がレンズ焦点面に置かれるように構成され、ＭＥＭＳアレイ３０９−１〜３０９−５のチルト角に関わらず、光ビーム３０７−１〜３０７−５の入射角がそれらが導波管デバイス３０４に戻って結合する時に、実質的に導波管デバイス３０４の出口での角度と同じであるよう保証する。従って、光ビーム３０７−１〜３０７−５が導波管区域３０５ａ〜３０５ｅのいずれかとアラインメントされるようにしてＭＥＭＳチルト角が制御された場合、この構成は、上述した結合光学素子３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｄ、３０２ｅを介して出力ポート３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｄ、３０１ｅに結合される射出光ビームへの光ビームの効率的な結合および再多重化を可能にする。
図３Ａは、導波管のアレイの形態の導波管分散素子を示す。より一般的に、図３Ａのそれのような実施例は、任意の適格な導波管分散素子を使用することができる。例えば、導波管にエッチングされたエシェル格子を使用することができる。
図３Ａは、円筒形レンズ３０２および視準レンズ３０３の形態のマイクロオプティクス結合方式を示している。他のマイクロオプティクス構成、例えば、屈折率分布型ロッドレンズ（セルフォック（Ｓｅｌｆｏｃ；登録商標）、エヌ・エス・ジー・アメリカ（ＮＳＧ Ａｍｅｒｉｃａ）社製）または同効果の他の形式のレンズが使用できる。
図３Ａは、ＭＥＭＳアレイ３０９の形態のスイッチング素子を示す。代替的に、液晶ビームステアリング素子、プログラム可能回折格子、フェーズアレイ、チルト式プリズム、可動レンズといった、種々の他の光ビームステアリング素子を使用することができる。より一般的には、ルーティング素子が使用され得る。ルーティング素子は、スイッチング機能を実行することができ、従ってスイッチング素子にもなり得るし、または静的ルーティング機能だけを実行することもできる。
図３Ａは、分散素子とルーティング素子との間のルーティングを実行する円筒形レンズ３０８を示している。より一般的には、光出力を有するバルク光学素子が使用され得る。この説明の目的で、光出力を有するバルク光学素子は、曲面鏡またはレンズとすることができる。各種形式のレンズが種々の用途のために使用され得る。全部の波長チャネルは、それがレンズである場合にはバルク光学素子を通過するかまたは、それが曲面鏡である場合にはバルク光学素子から反射する。図３Ａの実施例のような一部の実施例では、波長チャネルはすべて、ルーティング素子に向かう途中に一度、そして戻る途中で一度、光出力を有する光学素子を二度通過する。後述する透過性スイッチング素子を特徴とするような他の実施例では、光出力を有する複数のバルク光学素子が存在する。しかし、経路指定される全部の波長チャネルが個々の光出力を有するバルク光学素子を通過するという制約は、同じままである。
この実施例の説明を単純化するために、それは５つの波長チャネルを備える４つのドロップＲＯＡＤＭであるとして図示されるが、異なる数のポートおよび異なる数の波長チャネルが導波管分散素子のアレイおよびスイッチング素子のアレイの適正な設計によって適応され得ることが理解されるはずである。
一部の実施例において、円筒形レンズ３０８は導波管デバイス３０４とスイッチングアレイ３０９とのほぼ中間に置かれ、それによって導波管デバイス３０４と円筒形レンズ３０８との間の光学距離および円筒形レンズ３０８とスイッチングアレイ３０９との間の光学距離は各々、円筒形レンズ３０８の有効焦点距離にほぼ等しい。当業者には“４ｆ系”として知られているこの系は、導波管素子３０４との間での良好な結合を得るために有益である（テレセントリックイメージング系）。さらにマイクロミラー３０９が図のそれに垂直な平面においてチルトできる場合、“ヒットレス（ｈｉｔｌｅｓｓ）”動作がスイッチングを以下のステップで構成することによって保証され得る。すなわち、最初に（図のそれに垂直な平面においてマイクロミラーをチルトすることによって）光ビーム３０７を図の平面からずらして移動させるステップと、その後、（図の平面においてマイクロミラーをチルトすることによって）光ビーム３０７を図の平面における各自の適切な場所にステアするステップと、そして最後に、（スイッチングシーケンスの第１ステップで付与されたそれに相反する量だけ図のそれに垂直な平面においてマイクロミラーをチルトすることによって）光ビーム３０７の軸を導波管デバイス３０４の基板のそれとアラインメントすることによって結合を確立するステップである。このスイッチングシーケンスは、スイッチング時に、光ビーム３０７が各自の適切な出力ポートにのみ結合し、他の出力ポートへのいかなる漏話も存在しないことを保証する。
マイクロミラー３０９−１〜３０９−５によって反射され向け直された後、光ビーム３０７−１〜３０７−５は、円筒形レンズ３０８および３０６を通じて導波管デバイス３０４へ伝搬し戻される。上述の４ｆ系のジオメトリのために、マイクロミラー３０９のチルト角が正しく調整された場合、各光ビーム３０７−１〜３０７−５は、良好な結合性能を備えて導波管分散素子３０５ａ〜３０５ｅのいずれかに経路指定され得る。これは４ｆ構成のテレセントリシティの結果であり、それが、導波管素子３０４の出口での光ビーム３０７−１〜３０７−５の射出角および、導波管素子３０４に戻る間のそれらの入射角が平行であることを保証し、異なる導波管分散素子３０５ａ〜３０５ｅについての分散要求条件を整合させる。例えば、λ３に対応する多重分離されたビーム３０７−３は、０°の角度で中央の導波管分散素子３０５ｃから導波管デバイス３０４を出ている。円筒形レンズ３０８によってＭＥＭＳデバイス３０９−３に経路指定された後、それはＭＥＭＳチルト設定値に依存する角度で反射される。図に示された場合では、ミラーは光ビーム３０７−３を上方に送る。それは、円筒形レンズ３０８の上部にぶつかり、導波管デバイス３０４へ経路指定し戻される。ＭＥＭＳ ３０９−３のチルト角の適正な選択により、ビーム３０７−３は導波管分散素子３０５ａと精確にアラインメントされる。４ｆ系のテレセントリシティのために、ビーム３０７−３は、波長λ３の効率的な結合のために要求される、やはり０°の角度で導波管分散素子３０５ａに入射する。
全部のビーム３０７−１〜３０７−５が（完全に選択可能な態様で）各自の導波管分散素子３０５ａ〜３０５ｅで導波管デバイス３０４に再び入ると、それらは各自の光ポート３０１ａ〜３０１ｅに結合される。
図３Ｂは、図３Ａの実施例の側面図を示す。これは、円筒形レンズ素子３０３がポート３０１ａ〜３０１ｅと導波管デバイス３０４との間で光ビームを実質的に再合焦させる一方、円筒形素子３０２ａ〜３０２ｅが図の平面においては光ビームにほとんどまったく影響を及ぼさないことを明確に示している。同じことは、導波管デバイス３０４の出口で光ビーム３０７−１〜３０７−５を実質的に視準するために使用された円筒形レンズ３０６についても当てはまり、一方、円筒形レンズ３０８は図の平面においては光の伝搬にほとんどまったく影響を及ぼさない。
上記の実施例において、ルーティング素子は、所与の波長チャネルのほぼ全部の光を選択された出力ポートに向けて方向づけるように設定されている。別の実施例では、ルーティング素子のうちの１つ以上が、光の一部だけが選択された出力ポートに向けられ、残りは失われるように、所与の波長チャネルを制御可能に誤って方向づけるように適応される。これは、波長チャネル特定アテンション機能を実現可能にする。さらに別の実施例では、ルーティング素子の１つ以上が、光の実質的にいずれもいずれの出力ポートに向けられないように、所与の波長チャネルを誤って方向づけるように適応される。これはチャネル阻止能力をもたらす。これらの修正はまた、後述する実施例にも適用可能である。
図４Ａは、本発明の別の実施例によって提供されるハイブリッド型導波管・ＭＥＭＳ ＲＯＡＤＭ ４００を示す。図４Ａの実施例は、上述の図３Ａのそれと類似である。前と同様、出力ポート３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｄ、３０ｌｅおよび入力ポート３０１ｃが存在する。しかし、この実施例では、入力ポートへ、およびそれから導波管デバイスに光を結合するための導波管デバイスの外部に設けられたマイクロ光学結合方式はまったく存在しない。代わりに、全体として４０４で指示された異なる導波管デバイスが設けられている。この導波管デバイスは、それが、導波管デバイス４０４の、ここでは４０５ａ〜４０５ｅとして指示された導波管アレイへの／からの結合のための集積型結合光学素子４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄ、４０２ｅおよび、ポート３０１ａ〜３０１ｅを備えるということを除き、図３Ａのデバイス３０４と同じである。図４Ａの実施例の構造および動作の残りは、図３Ａについて上述したものと同じである。これは、より安定した相対的アラインメントを備えるよりコンパクトな設計を可能にする。アドおよびドロップポートの任意の構成物が本発明の範囲を逸脱することなく設けられ得ることを理解しなければならない。
分散素子の各導波管アレイのためのこの結合光学素子４０２は、分散素子の導波管アレイが接続される場所が弧で終端しているスラブ導波管から構成される。この構成物は、当業者にはスターカプラーとして知られている（Ｃ．Ｄｒａｇｏｎｅ、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１巻、第８号、２４１〜２４３頁、１９８９年８月）。
図４Ｂは、図４Ａの実施例の側面図である。
ここで図５Ａおよび５Ｂに言及すれば、本発明の代替実施例は、導波管デバイス５０４Ａ〜５０４Ｅのスタックを使用する。これは、光ポートの数を著しく増大させることを可能にする。図５Ａおよび５Ｂに図示された例は５つのスタック導波管デバイス５０４Ａ〜５０４Ｅのみを含み、５×５＝２５の光ポート（５０１Ａａ〜５０１Ｅｅ）をもたらすが、関係する光学素子５０６Ａ〜５０６Ｅおよびバルク光学素子５０８の適正な設計によって、また十分に大きいチルト角により２次元でスイッチングできるスイッチング手段５０９を設けることによって、あらゆる任意の数のそうしたスタック導波管デバイスが使用され得ることを理解しなければならない。同様に、５波長チャネル系の選択は任意であり、より大きいかまたは少ない任意の数の波長が、導波管分散素子５０５の適切な設計によって、マルチＲＯＡＤＭデバイス５００において経路指定され得る。図５Ａおよび５Ｂの説明において、大文字Ａ〜Ｅが垂直軸（図５Ｂの平面）を指示するのに対し、小文字ａ〜ｅは水平軸（図５Ａの平面）を指示する。
図５Ａおよび５Ｂのスタック構成は、各層についてそれぞれの導波管デバイス５０４Ａ〜５０４Ｅを含む。層５０４Ａ、５０４Ｂ、５０４Ｄおよび５０４Ｅは、出力ポートのそれぞれの組を有する。デバイス５０４Ａの出力ポートはポート５０１Ａａ〜５０１Ａｅである。同様に、デバイス５０４Ｅの出力ポートはポート５０１Ｅａ〜５０１Ｅｅである。また、導波管デバイス５０４Ｃは入力ポートも有する。デバイス５０４Ｃの入力ポートはポート５０１Ｃｃである。デバイス５０１Ｃの残りのポート５０１Ｃａ、５０１Ｃｂ、５０１Ｃｄおよび５０１Ｃｅは出力ポートである。このようにして、２５ポートのアレイが存在し、そのうちの１つは入力ポート（５０１Ｃｃ）であり、そのうちの２４は出力ポートである。これは、本発明の説明のために使用された例示的機器構成である。入力および出力ポートの他の組合せが本発明の精神を逸脱することなく可能である。例示実施例において、１つの入力ポートが存在し、残りのポートは出力ポートである。別の実施例では、１つが出力ポートである以外、ポートの全部は入力ポートである。さらに別の実施例では、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートが存在する。この最後の構成は、完全には非阻止形ではない。各デバイス５０４Ａ〜５０４Ｅは、図４のデバイス４０４と同様に機能する。構成物５００は、各導波管デバイス５０４Ａ〜５０４Ｅについてそれぞれの円筒形レンズ５０６Ａ〜５０６Ｅをさらに含む。また、単一のバルク光学素子５０８も設けられる。図５Ａの図において最も明らかに図示されたスイッチング素子５０９のアレイが存在し、それらの各々は、図５Ａの平面におけるチルトおよび、図５Ｂの平面におけるチルトを含む、２次元でチルトすることができる。図５Ａの平面におけるチルトは同一のデバイス５０４Ａ〜５０４Ｅの異なるポート間でのスイッチングを可能にし、図５Ｂの平面におけるチルトは異なる導波管デバイスのポート間でのスイッチングを可能にする。
（入力および出力両方の）ポートの各々は、デバイス５０４Ａ〜５０４Ｅのうちの１つでそれぞれの集積型結合光学素子に結合される。例えば、出力ポート５０１Ａａは、集積型結合光学素子５０２Ａａと結合される。図５Ａの実施例が、例示された例に示すような集積型オプティクスを使用する代わりに、図３Ａの実施例で使用されたもののような光学素子を使用して具体化され得るはずであることに留意されたい。
例えば、波長λ１・・・λ５を含んでいるＤＷＤＭ光ビームが、入力ポート５０１ＣｃでマルチＲＯＡＤＭデバイス５００に入力されて図示されている。それは、集積型結合光学素子５０２Ｃｃを通じて導波管デバイス５０４Ｃの導波管分散素子５０５Ｃｃに結合される。導波管分散素子は、導波管デバイス５０４Ｃの出口で光の波長依存性射出角を生じる所定の光路長差を有する導波管のアレイから構成される。従って、光は、５０７−１〜５０７−５で参照されたλ１〜λ５をそれぞれ含む５つのビームに多重分離される。図５Ａには、明瞭のために光ビーム５０７−２〜５０７−４だけが示されている。それらの光ビームは、円筒形レンズ５０６Ｃを横切る際に図の平面に垂直な平面において実質的に視準される一方、図の平面においてはほとんど影響を受けない。主円筒形レンズ５０８は、図の平面に垂直な平面において光の伝搬にほとんど影響を与えないまま、各光ビーム５０７−１〜５０７−５を対応するスイッチング素子５０９−１〜５０９−５に経路指定するために使用される。それらのスイッチング素子は好ましくは、図の平面および垂直な平面の両方においてチルトすることができるチルト可能ミラーのアレイから構成される。ミラーが図の平面でチルトされると、光ビーム５０７は特定の水平場所ａ〜ｅに経路指定され得る。ミラーが垂直な平面でチルトされると、光ビーム５０７は導波管スタック５０４の特定の導波管デバイス５０４Ａ〜５０４Ｅに経路指定され得る。従って、図の平面におけるおよび図の平面に垂直でのチルトの適切な組合せは、各光ビーム５０７−１〜５０７−５を２５の可能な導波管分散素子５０５Ａａ〜５０５Ｅｅのいずれかに経路指定することを可能にする。好ましい実施例において、主円筒形レンズ５０８は、導波管スタック５０４およびスイッチングアレイ５０９の両方が円筒形レンズ５０８の焦点面の近傍にあるように、導波管スタック５０４とスイッチングアレイ５０９との中間に配置される。この構成は、ＭＥＭＳミラー５０９−１〜５０９−５のチルトに関わらず、光ビーム５０７−１〜５０７−５が、結合を最大にする（すなわち、入射角が入力導波管分散素子５０５Ｃｃの出口での角度とほぼ同じである）導波管分散素子５０５Ａａ〜５０５Ｅｅのいずれかへの図の平面における入射角を常に有することを保証する。
円筒形レンズ５０６Ａ〜５０６Ｅのアレイは、スイッチングパターンに応じて光ビーム５０７−１〜５０７−５を各自の導波管デバイス５０４Ａ〜５０４Ｅに再合焦させステアするために使用される。図５Ａおよび５Ｂの場合、λ３は導波管分散素子５０５Ｃｃから導波管分散素子５０５Ａａに任意にスイッチされ、λ４は５０５Ｃｃから５０５Ｅｅにスイッチされ、λ２は５０５Ｃｃから５０５Ｃｂにスイッチされた。各自の導波管分散素子５０５に結合された後、光ビーム５０７は集積型結合素子５０２を介して各自の光ポート５０１にもたらされる。図のこの特定の場合、３つの描かれた波長λ２〜λ４は、それぞれ光ポート５０１Ｃｂ、５０１Ａａおよび５０１Ｅｅで出る。
再び図５Ｂに言及すれば、この図における重要な点は、垂直な平面における光の伝搬に影響を及ぼすことなく、図の平面において導波管分散素子５０５Ｃｃから出る光ビーム５０７−１〜５０７−５を実質的に視準するために使用され、かつ、それらのスイッチングパターンに応じて各自の導波管分散素子５０５Ａａ〜５０５Ｅｅに再び入る際に光ビーム５０７−１〜５０７−５を実質的に再合焦させるために使用された、円筒形レンズ５０６Ａ〜５０６Ｅのアレイの構成である。円筒形レンズ５０６Ａ〜５０６Ｅの光学中心は、スイッチングミラー５０９が図５Ｂの平面でチルトしている時に導波管デバイス５０４Ａ〜５０４Ｅへの０°の入射角が得られるようにアラインメントされる。図５Ａおよび５Ｂに図示された特定の実施例の場合、これは、円筒形レンズ５０６Ａ、５０６Ｂ、５０６Ｄおよび５０６Ｅの中心を適切な量だけオフセットすることによってなされる。
図６Ａおよび６Ｂは、透過性スイッチング素子を特徴とする本発明の別の実施例を示す。この実施例は基本的に、透過性スイッチング素子のアレイの一方側での図４の入力ポート機能性および、その他方側での図５Ａのデバイス５００によって付与されるものに類似の出力ポート機能性より構成される。別の４００の形式のデバイスに接続された４００の形式のデバイスまたは、別の５００の形式のデバイスに接続された５００の形式のデバイスのような他の実施例も可能であるが、図示していない。
図６Ａは、透過性スイッチング手段６０９のアレイを介して接続された左側部分（説明において接尾辞“／Ｌ”が付された素子を備える）および右側部分（説明において接尾辞“／Ｒ”が付された素子を備える）よりなる透過性マルチＲＯＡＤＭデバイス６００の平面図を示す。波長λ１…λ５を含んでいるＤＷＤＭ多重化光ビームが、入力ポート６０１／Ｌにおいて透過性マルチＲＯＡＤＭに入力される。それは、集積型結合素子６０２／Ｌを通じて導波管分散素子６０５／Ｌに結合される。導波管分散素子６０５／Ｌによって付与される分散のために、光は波長に依存する角度で導波管デバイス６０４／Ｌを出る。明瞭のために、３つの波長だけが、それぞれλ２〜λ４に対応する光ビーム６０７−２〜６０７−４として示されているが、５つ全部の波長チャネルが存在する。光ビーム６０７−１〜６０７−５は、円筒形レンズ６０６／Ｌによって図の平面に垂直な平面において実質的に視準される。主円筒形レンズ６０８／Ｌは、異なる波長チャネルを透過性スイッチング手段アレイ６０９−１〜６０９−５に経路指定するために使用される。これらのスイッチング素子は、伝送中の光ビームをステアすることができる。例えば、光学フェーズアレイ、電子ホログラムまたは他のフェーズ素子が、このステアリング機能を付与するために当業者によって知られている。透過性スイッチング手段６０９−１〜６０９−５によってステアされた後、光ビーム６０７−１〜６０７−５は、主円筒形レンズ６０８／Ｒによって導波管スタック６０４／Ｒに向けて方向づけられる。好ましくは、主円筒形レンズ６０８／Ｌおよび６０８／Ｒは４ｆ系を付与するように組み立てられ、それによって導波管デバイス６０４／Ｌおよびスイッチング手段６０９のアレイが円筒形レンズ６０８／Ｌの焦点面に存在し、またスイッチング手段６０９のアレイおよび導波管スタック６０４／Ｒが円筒形レンズ６０８／Ｒの焦点面に存在する。この構成は、スイッチング素子６０９によって実行されるスイッチングに関わらず、すべての波長チャネル６０７−１〜６０７−５が、導波管スタック６０４／Ｒへの結合を最大にするために図の平面において適正な入射角を有することを保証する。レンズ６０８／Ｌおよび６０８／Ｒが同一焦点距離を有する特定の場合には、これは、導波管スタック６０４／Ｒへの入射角が導波管デバイス６０４／Ｌからの射出角と反対になっており、また導波管分散素子６０５／Ｒが導波管分散素子６０５／Ｌの鏡像であることに対応する。円筒形レンズ６０８／Ｌおよび６０８／Ｒに異なる焦点距離および導波管分散素子６０５／Ｌおよび６０５／Ｒに異なる設計を使用する他の組合せが、適正な設計によって可能である。円筒形レンズ６０６Ａ／Ｒ〜６０６Ｅ／Ｒへのアレイは、スイッチングに応じて光ビーム６０７−１〜６０７−５を各自の導波管分散素子６０５／Ｒに再合焦させるために使用される。図６に示された例において、波長チャネルλ２〜λ４は、導波管分散素子６０５Ｃｂ／Ｒ、６０５Ａａ／Ｒおよび６０５Ｅｅ／Ｒにそれぞれ任意に経路指定される。各自の導波管分散素子に経路指定された後、光ビーム６０７−１〜６０７−５は、それぞれの集積型結合手段６０２／Ｒを通じて各自の光ポート６０１／Ｒに接続される。
図６Ｂは、図６Ａの実施例の側面図を示す。それは詳細には、円筒形レンズ６０６／Ｌが、導波管デバイス６０４／Ｌを出る光ビーム６０７−１〜６０７−５を実質的に視準するために使用されていることを示す。透過性スイッチング手段６０９のアレイを横切った後、光ビーム６０７−１〜６０７−５は２次元でステアされる。図６Ｂの平面において、光ビーム６０７−３は導波管デバイス６０４Ａ／Ｒに向けて上方にチルトされ、光ビーム６０７−４は導波管デバイス６０４Ｅ／Ｒに向けて下方にチルトされるのに対し、光ビーム６０７−２は偏向されず導波管デバイス６０４Ｃ／Ｒに接続される。各自の導波管デバイス６０４／Ｒに効率的に結合するために、光ビーム６０７−１〜６０７−５は円筒形レンズ６０６／Ｒのアレイを通じて再合焦される。導波管デバイス６０４／Ｒに効率的に結合するためにはまた、光ビーム６０７−１〜６０７−５がそれらの対応する導波管デバイス６０４／Ｒの基板に平行であることも必要である。これは、円筒形レンズ６０６／Ｒの光学中心の適正な位置決めによって達成される。全部の導波管基板６０４Ａ／Ｒ〜６０４Ｅ／Ｒが平行かつ水平である図６Ｂに示された例において、これは、円筒形レンズ６０６Ａ／Ｒ、６０６Ｂ／Ｒ、６０６Ｄ／Ｒおよび６０６Ｅ／Ｒの光学中心を、導波管コアの位置に比較して適正な量だけオフセットさせることによって達成される。
図７は、１００ＧＨｚ間隔による４０チャネルシステムについて設計された導波管分散素子７０５のアレイを含む導波管デバイス７０４の例示的な略配置図を示す。これは例えば、図４Ａの導波管デバイス４０４または図５Ａのデバイス５０４Ａ〜５０４Ｅを具体化するために使用され得る。導波管デバイス７０４は、集積型結合素子７０２ａ〜７０２ｅを介して導波管分散素子７０５ａ〜７０５ｅに結合された光ポート７０１ａ〜７０１ｅから構成される。結合素子７０２ａ〜７０２ｅは各々、垂直な平面においてのみ光を誘導する、自由伝搬領域を図の平面に含む。この自由伝搬領域の長さは、この例では１３．６３ｍｍであり、１３．６３ｍｍの曲率半径の弧で終端している。導波管分散素子７０５ａ〜７０５ｅは各々、１２ミクロンの間隔でこの弧に一端で接続され、他端で１２ミクロンの間隔により導波管デバイス７０４のフェーセットに接続された２５０の導波管（すべて図示せず）のアレイから構成される。２５０の導波管は、個々の連続する導波管間に２５．５５ミクロンの一定の物理的経路長差が存在するように構成されている。これらの設計パラメータにより、導波管デバイス７０４に７０１ｃで入力された４０チャネルの１００ＧＨｚ間隔ＤＷＤＭ多重化光ビームは、ミクロン当たり約１．４ラジアンの波長に依存する角度で導波管分散素子７０５ｃの出口において４０の光ビーム７０７−１〜７０７−４０に多重分離される。選択された設計パラメータの導出は、ＡＷＧに要求されるものと類似であり、当業者には周知であるが（例えば、Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ他、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第１２巻、第６号、９８９〜９９５頁、１９９４年を参照）、唯一の違いは導波管７０５のアレイが導波管デバイス７０４のまっすぐなフェーセットで終端することである。
図８Ａ〜図８Ｃは、それぞれ１９２ＴＨｚ（λ１＝１５６１．４１９ｎｍ）、１９４ＴＨｚ（λ２０＝１５４５．３２２ｎｍ）および１９６ＴＨｚ（λ４０＝１５２９．５５３ｎｍ）の周波数に対応する３つの異なる波長について、図７の上記の説明において述べたパラメータに従って設計された導波管分散素子７０５ｃから放出される光ビーム７０７−１、７０７−２０および７０７−４０の遠距離場の例を示している。グラフに見られる通り、光は、（図７の平面でもある）図の平面において実質的に視準されており、波長に依存した導波管デバイス７０４を出る入射角を有する。
図９Ａは、５ｍｍの有効焦点距離を備えるレンズによって合焦された後のビーム７０７−２０を示す。この合焦は一般に、図４Ａで説明した好ましい実施例における円筒形レンズ４０８を横切ることから生じるが、この直前事例では、主円筒形レンズ４０８の有効焦点距離は、６０ｍｍから１５０ｍｍまでの範囲である典型的な実用焦点距離を備えるスイッチング素子４０９の最小間隔の制限に応じて異なり得る。その際、レンズ３０６の焦点距離は、導波管素子４０４からスイッチング素子３０９への光ビーム伝搬を可能にするように決定される。これは一般に、２ないし５ｍｍの焦点距離を要求するであろう。これらは例示的な範囲にすぎない。実際の値は、用途ごとに基づいて決定され得る。
図９Ｂは、合焦した光ビーム７０７−１、７０７−２０および７０７−４０を重ね合わせて、図９Ａと同じデータを示している。
図１０Ａは、全体として１０００で指示された本発明による別の実施例の平面図を示す。この実施例は、集積型光結合手段を介して導波管アレイに接続されている一組のポート３０１ａ〜３０１ｅが設けられているという点で、図４Ａのそれに類似である。この例では、集積型結合手段は参照数字１００２ａ〜１００２ｅで指定され、導波管アレイは１００５ａ〜１００５ｅで指定されており、導波管デバイス１００４の一部を形成する。この実施例は、主円筒形レンズ素子３０８がまったく存在しないという点で図４Ａのそれと異なるが、代わりにそのレンズの機能性は導波管分散素子と統合されている。これは、導波管分散素子内部に適切な位相プロフィールを入れることによって達成される。導波管アレイの場合、これは通常、分散だけに要求される線形位相項への余分な放物線位相項の追加によって達成される。導波管素子のそのような合焦・分散構成は、例えば、Ｍ．Ｋ．Ｓｍｉｔ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第２４巻、３８５〜３８６頁、１９８８年に記載されている。しかし本発明のこの特定の場合、導波管分散素子アレイ１００５ａ〜１００５ｅの各々の合焦パラメータは、全部の波長チャネル１００７−１〜１００７−４がスイッチングアレイ１００９−１〜１００９−５上で同一点に合焦されるように計算されなければならない。これは、個々それぞれの導波管分散素子の放物線位相プロフィールに適切なオフセットを入れることによって達成される。円筒形レンズ１００６は、図４Ａのレンズ３０６と同じ機能を実行する。図１０Ａの説明に関して、５波長システムが５つの導波管分散素子のアレイを用いて示されたが、他の組合せも可能である。
例えば、λ１〜λ５を含んでいる光信号が、光ポート３０１ｃを通じて波長スイッチデバイス１０００に入力される。それは、集積型結合光学素子１００２ｃを通じて導波管デバイス１００４の集積型レンズ・導波管分散素子１００５ｃに結合される。導波管分散素子の好ましい実施例は、互いに所定の位相関係を有する導波管のアレイである。この位相プロフィールにおける線形項は分散を担うのに対し、二次項は合焦能力を付加する。従って、導波管デバイス１００４を出る光ビームは、波長に依存して多様な角度を有しており、すべて集積型レンズ・導波管分散素子１００５ｃの焦点面に合焦する。明瞭のために、３つのそうした光ビーム１００７−２〜１００７−４だけが図に示されている。ビームは集積型レンズ・導波管分散素子１００５ｃを構成している導波管のアレイ上に付与された非線形位相プロフィールを通じて図の平面において合焦するが、光ビーム１００７−１〜１００７−５は図のそれに垂直な平面においては発散している。従って、図の平面における光の伝搬にほとんど影響を及ぼすことなく、光ビーム１００７−１〜１００７−５を図のそれに垂直な平面において実質的に視準する、円筒形レンズ１００６が設けられている。図の平面においては、出力を有する光学素子がまったく存在しないので、従って１０１０と付されたこの領域は、自由空間伝搬領域と呼ばれる。上述の通り、全部の集積型レンズ・導波管分散素子１００５ａ〜１００５ｅは、それらが伝搬しているレンズ・導波管分散素子に関わらず、全部の波長チャネルが同一点に合焦するように設計されている。これは、集積型レンズ・導波管分散素子１００５ａ〜１００５ｅを構成する導波管アレイの各々の内部の位相プロフィール内の非線形項の適切な設計によって達成される。詳細には、スイッチング手段アレイ１００９−１〜１００９−５は、これらの集積型レンズ・導波管分散素子１００５ａ〜１００５ｅの共通焦点面に実質的に存在している。
スイッチング手段１００９−１〜１００９−５は図１０Ａでマイクロミラーとして示されているが、例えば透過性スイッチング手段による他の構成も可能である。マイクロミラーのチルト時に、光ビーム１００７−１〜１００７−５は、中央の集積型レンズ・導波管分散素子１００５ｃから、集積型レンズ・導波管分散素子１００５ａ〜１００５ｅのアレイのいずれかに経路指定され得る。この実施例のために選択された特定のジオメトリにより、結合効率は最大である。これは、光ビーム１００７−２の場合に納得されるであろうが、同時に全部の光ビーム１００７−１〜１００７−５についても当てはまる。
光ビーム１００７−２は、それが集積型レンズ・導波管分散素子１００５ｃの端フェーセットを通じて導波管デバイス１００４を出る際に、波長チャネルλ２に対応する。上述の設計パラメータが与えられた場合、それはスイッチング素子１００９−２で合焦する。この光ビームが集積型レンズ・導波管分散素子１００５ｂから発生した場合、それはまた、集積型レンズ・導波管分散素子１００５ｂの光学設計の細目に起因して、スイッチング素子１００９−２にも合焦するであろう。従って、マイクロミラー１００９−２を適切な量だけチルトすることによって波長チャネルλ２について１００５ｃから１００５ｂへの光路を確立することができる。これは本質的に、全部の波長チャネルおよび全部の集積型レンズ・導波管分散素子について当てはまる。
導波管デバイス１００４に戻って結合する際に、光ビーム１００７−１〜１００７−５は、集積型オプティクス結合手段１００２ａ〜１００２ｅを介して、スイッチアレイ１００９に選択されたスイッチングパターンに応じて各自の出力ポート３０１ａ〜３０１ｅに接続される。図１０Ａに示された場合では、波長チャネルλ２はポート３０１ｂに方向づけられ、波長チャネルλ３はポート３０１ａに方向づけられ、波長チャネルλ４はポート３０１ｅに方向づけられる。
図１０Ｂは、図１０Ａに図示された実施例の側面図を示す。この場合、導波管デバイス１００４の出口で光ビーム１００７−１〜１００７−５を実質的に視準し、それらが導波管デバイス１００４へ戻る途中でそれらを再合焦させるために使用されるただ１つの円筒形レンズ１００６が存在する。
ここで図１２に言及すれば、本発明によって提供される波長選択光スイッチの自由空間実施例のシステムブロック図が示されている。この実施例は、以前の実施例で使用された導波管デバイスの代わりに反射回折格子のアレイを使用する。より一般的には、非透過性分散素子がこの構成により使用され得る。図は、一組のＭＬＡ（マイクロレンズアレイ）１３０２を図示しており、その出力はルーティングレンズ１３０４を通過する。デバイスの平面図は全体として１３００ＴＯＰで示され、側面図は全体として１３００ＳＩＤＥで示されている。
ルーティングレンズ１３０４の出力は、回折格子１３０７のアレイの一部を形成するそれぞれの回折格子にポートの各々を経路指定する主レンズ１３０６へ自由空間を通過する。回折格子のアレイは、波長に従って各ポートの入射光を反射する。チルト可能ミラー１３０８ａ、１３０８ｂおよび１３０８ｃを構成するために図示されたスイッチング手段１３０８のアレイが存在する。各波長についてそれぞれのスイッチング素子が存在するであろう。スイッチング素子１３０８がルーティングレンズ１３０４と同じ水平面にはないことに留意されたい。これは、側面図１３００ＳＩＤＥにおいて最も明らかに見て取れる。各スイッチング素子は、ミラーのチルトによって１つの入力ポートから別の光ポートへの所与の波長の光のスイッチングを実行する。
図１２の動作は以前の実施例のそれと類似である。ポートのうちの１つが入力ポートとして指示され、他のポートは出力ポートである。アレイ１３０８におけるミラーの適切なチルトによって、入力ポートで受光された多波長入力信号の各波長は、出力ポートのいずれかにスイッチされ得る。
図１３は、図１２のそれに類似の具体化であるが、この場合には、全体として１４００で指示され、ルーティングレンズ１４０２を介して主レンズ１４０６および回折格子１４０８のアレイに光学的に接続された、２次元アレイのポートが存在するという点だけが異なる。スイッチング／ルーティングは、全体として１４０４で指示されたルーティング素子を用いて実行される。この実施例は、分散素子として使用される回折格子を備える以外、図５Ａの実施例と機能的に類似である。
上述の実施例は、導波管のアレイまたは回折格子のどちらか一方を分散素子として使用していた。任意の適切な回折格子の形式が使用され得ることに留意されたい。例えば、いくつかの例を挙げれば、反射、透過、エシェル、エシュロンまたはグリズムである。アレイ導波管およびエシェル導波管格子が使用され得る。代わりに、プリズムが分散素子に使用され得る。より一般的には、所要の波長依存機能を実現できるあらゆる分散素子が本発明の実施例によって使用され得る。
説明した実施例は、波長のスイッチングを実行するためにＭＥＭＳミラーアレイを特徴としていた。より一般的には、あらゆる適切なスイッチング手段が使用され得る。例えば、液晶ビームステアリング素子（フェーズアレイ）、音響光学的ビームデフレクタ、ソリッドステートフェーズアレイ、制御可能ホログラム、周期分極反転ニオブ酸リチウムビームデフレクタである。
導波管の屈折率は温度の関数であるので、導波管系分散素子の分散特性は温度によって変化し、特定のチャネルの光ビームをその対応するミラーの中心位置から離して移動させる。温度の関数としてこの変動の補償を付与することが望ましい。この作用を補償する１つの方策は、ミラーアレイを何らかの二重材料マウントに取り付け、それによって温度が変化するにつれてミラーアレイがビームとともに動くようにすることである。これは例えば、シリコンと同じ熱膨張係数を有する主支持片にマウント材料を使用し、この主支持片とＭＥＭＳミラーアレイとの間に高膨張材料（例えばアルミニウム）の追加片を入れた場合に達成される。この追加片の正確な寸法は、この追加片の材料の熱膨張係数、主円筒形レンズの焦点距離および導波管分散素子の分散特性に依存する。この一例が、主支持片１５００上に取り付けられた図４のデバイス４００を示す図１４に図示されている。ＭＥＭＳアレイ３０９は、光ビーム３０７と同期して温度の関数としてＭＥＭＳミラーを上下に移動させるＭＥＭＳ支持要素１５０２に取り付けられる。代替的なマウントが図１５に示されており、導波管素子はそれ自体、光学アセンブリの前面でチルトされる。やはり、これは、導波管素子の一端に主支持片とは異なる熱膨張係数を有する追加支持片１６０２を挿入することによって達成される。この追加支持要素の正確な寸法および場所は、ある特定の波長の光ビームが導波管素子４００に入りそして出る角度が幅広い温度範囲にわたりほぼ一定である正味効果により、あらゆる温度依存性分散変動を打ち消すように設計される。図１４および１５の両方の実施例は、ここに説明した波長選択スイッチのいずれかとともに使用され得る。
導波管分散素子における少量の残留複屈折の存在において、光ビームのＴＥ部分およびある特定の波長の光ビームのＴＭ部分は、ミラーアレイのミラー上で必ずしも正確に重なり合わない。この作用を補償するために、一部の実施例は、２つのＴＥおよびＴＭサブビームをミラーのアレイ上で一致させるための光ビーム経路における複屈折結晶ビームディスプレーサを特徴とする。図１７は、再び図４の実施例に適用されたこれの一例を示している。複屈折結晶１７００は、主レンズ３０８とＭＥＭＳミラー３０９のアレイとの間に挿入されて図示されている。この修正は、上述の実施例のいずれにも使用され得る。
本発明によるデバイスにおける構成要素のいずれかの何らかのわずかな残留偏光依存性の存在において、それはデバイス内での偏光依存性透過効率として現れる。一部の実施例では、コーター（１／４）波板がデバイスの中央でＴＥおよびＴＭサブビームをスワップする効果を伴い光路に挿入される。これは、２つの偏光軸の損失を平均化させる（ＴＥ／ＴＭまたはＴＭ／ＴＥ）。これの一例が、図４のデバイス４００に適用されて図１８に図示されている。ここでは、コーター波板１８００が、主レンズ３０８とＭＥＭＳミラー３０９のアレイとの間に挿入されて図示されている。
さらに、上記の説明は、スイッチング機能を有するルーティング素子が確立した再プログラム可能な光経路に使用されるスイッチング用途に言及するだけであったが、他の実施例では、固定構成物が、スイッチしないルーティング素子を使用する永久的な光経路を確立することもできる。そうした固定デバイスの用途は、固定デマルチプレクサ、フィルタ、帯域フィルタ、インタリーバ等である。
上述の実施例はすべて、入力から出力ポートへの光のリダイレクション、それによる波長選択スイッチングを実現することに集中していた。本発明の別の実施例は、３つ以上のポート、ポートごとの分散素子および、全部のポートと通信する光出力を有するバルク光学素子を有する統合プラットホームを提供する。例示的具体化は、スイッチング素子を含まない図３の構成物である。そうした構成物は、スイッチング以外の多くの目的に使用され得る。例えば、スイッチング素子を適切な光処理素子と取り替えることによって、チャネル選択フィルタリング機能、リミッティング、光センシング、チャネル減衰、偏光状態変更用途が実現され得る。
本発明は、上述の特定の実施例に限定されるように意図されておらず、そうではなく添付の特許請求の範囲の範囲内にあるものとして理解されなければならない。
４つのドロップポートを備える既知の全集積型導波管ＲＯＡＤＭの概略図である。 ４つのドロップポートを備える既知の４チャネル全集積型導波管ＲＯＡＤＭの配置図である。 本発明の実施例によって提供される４つのドロップポートおよび５つの波長チャネルを備える組合せハイブリッド型導波管・ＭＥＭＳ ＲＯＡＤＭ実施例の平面図であり、集積型オプティクスは分散素子のアレイだけを付与する。 図３Ａの実施例の側面図である。 本発明の実施例に従った４つのドロップポートおよび５つの波長チャネルを備えるハイブリッド型導波管・ＭＥＭＳ ＲＯＡＤＭの好ましい実施例の平面図であり、集積型オプティクスは分散素子のアレイおよび結合光学素子のアレイを付与する。 図４Ａの実施例の側面図である。 互いの上に積み重ねられ、２次元でチルトできるＭＥＭＳ素子を有する複数の導波管基板を特徴とする本発明の代替実施例の平面図である。 図５Ａの実施例の側面図である。 ２つの導波管デバイスまたは導波管デバイススタックが、光ビームを２次元でステアすることができる透過性スイッチとともに使用されている、本発明の実施例の配置図である。 ２つの導波管デバイスまたは導波管デバイススタックが、光ビームを２次元でステアすることができる透過性スイッチとともに使用されている、本発明の実施例の配置図である。 １００ＧＨｚ間隔での４０波長チャネルについて設計された図４Ａのハイブリッド型導波管・ＭＥＭＳ ＲＯＡＤＭの導波管デバイスの略配置図である。 １９２ＴＨｚ、１９４ＴＨｚおよび１９６ＴＨｚの光ビームが中央の導波管分散素子を通じて励進された時に図７の導波管デバイスを出る光のモデル化された遠距離場の一例を示す。 １９２ＴＨｚ、１９４ＴＨｚおよび１９６ＴＨｚの光ビームが中央の導波管分散素子を通じて励進された時に図７の導波管デバイスを出る光のモデル化された遠距離場の一例を示す。 １９２ＴＨｚ、１９４ＴＨｚおよび１９６ＴＨｚの光ビームが中央の導波管分散素子を通じて励進された時に図７の導波管デバイスを出る光のモデル化された遠距離場の一例を示す。 円筒形レンズによって合焦した後の１９４ＴＨｚの入力光ビームについてのＭＥＭＳアレイに近い近距離場のモデリングの一例を示す。 １９２ＴＨｚ、１９４ＴＨｚおよび１９６ＴＨｚの光についてのＭＥＭＳアレイに近い近距離場の重ね合せを示す。 主円筒形レンズが導波管デバイスとＭＥＭＳアレイとの間に自由空間伝搬領域を備える導波管分散素子の位相プロフィールに符号化される、本発明の実施例の平面図である。 図１０Ａの側面図である。 単一の回折格子を特徴とする別の従来の多波長スイッチのシステム図である。 本発明の実施例によって提供される、自由空間素子および回折格子のアレイを使用している波長選択スイッチのシステム図である。 本発明の実施例によって提供される、自由空間素子、回折格子のアレイおよび光ポートの２Ｄ構成を使用している波長選択スイッチのシステム図である。 温度補償素子を特徴とする本発明の実施例によって提供される波長選択スイッチのシステムブロック図である。 温度補償素子を特徴とする本発明の別の実施例である。 ＰＤラムダ補償を特徴とする本発明の実施例のシステム図である。 ＰＤＬｏｓｓの補償を特徴とする本発明の別の実施例のシステム図である。
符号の説明
３００ デバイス
３０１ ポート
３０２、３０３ レンズ
３０４ 導波管デバイス
３０７ 光ビーム
３０９ アレイ

Claims (52)

  1. 複数の波長チャネルで光信号を受信するための入力光ポートと、複数の出力光ポートとを含む複数の光ポートと、
    前記光ポートの各々に１個ずつ光学的に接続され、第１の平面内で同一の導波管デバイスに集積された、前記光ポートの各々のための複数の導波管分散素子と、
    光出力を有するバルク光学素子と、
    複数の非透過性ルーティング素子と、
    を含む光学スイッチング装置であって、
    前記入力ポートの前記分散素子は、波長に依存する異なる各々の出角度で前記波長チャネルの各々を分散させ、
    前記バルク光学素子は、前記波長チャネルの各々を前記複数のルーティング素子の対応する１つに向けて対応する角度で分散させ、
    前記複数のルーティング素子は、前記バルク光学素子を介して前記波長チャネルの各々を前記第１平面内の選択された出力ポートに、前記選択された出力ポートの対応する前記分散素子を介して前記選択された出力ポートに依存する対応の入射角度で向かわせる、光学スイッチング装置。
  2. 前記ルーティング素子の少なくとも１つは、減衰機能を実現するために前記波長チャネルの１つの一部のみを方向転換するよう制御可能である、請求項１記載の装置。
  3. 前記ルーティング素子の少なくとも１つは、チャネル阻止機能を実現するために前記波長チャネルの１つを方向転換するよう制御可能である、請求項１記載の装置。
  4. 前記分散素子は、透過性であり、前記光ポートと、前記バルク光学素子との間に配設されている、請求項１記載の装置。
  5. 前記ルーティング素子の各々は、光をそれぞれの特定出力ポートに方向づけるために静的に構成されている、請求項１記載の装置。
  6. 前記ルーティング素子の各々は、光をいずれかの出力ポートにスイッチするために動的に構成可能である、請求項１記載の装置。
  7. 前記分散素子の各々は、アレイの端から端まで拡がる所定の光路長差を有する導波管アレイから成る、請求項１記載の装置。
  8. それぞれ対応する追加の分散素子を備える複数の追加の出力光ポートを更に含み、前記複数の追加の分散素子は、前記第１平面と平行な第２の平面内で追加の導波管デバイスに集積されており、各ルーティング素子は二次元にチルト可能なマイクロミラーである、請求項１記載の装置。
  9. 各ポートからの光をそれぞれの分散素子に／から結合するようなされたマイクロオプティクス結合素子をさらに含む、請求項１記載の装置。
  10. 前記分散素子および前記ルーティング素子は、前記バルク光学素子の実質的に焦点面に配置され、もって各波長チャネルは、それぞれ出角度と実質的に等しい入射角度で前記導波管デバイスに再び入り、結合効率を増大させる、請求項１記載の装置。
  11. 前記光出力を有するバルク光学素子はレンズまたは曲面ミラーである、請求項１記載の装置。
  12. 前記バルク光学素子は導波管基板の平面における第１の平面で光を合焦するようなされた主円筒形レンズ素子から成り、前記装置は、第１の平面に垂直な第２の平面において光を実質的に視準するようなされた横円筒形レンズをさらに含む、請求項１記載の装置。
  13. 前記主円筒形レンズは、前記分散素子が前記レンズの第１の側のレンズ焦点面にあり、前記ルーティング素子が前記レンズの第２の側のレンズ焦点面にあるような焦点距離を有し、もって各波長チャネルは、それぞれ出角度と実質的に等しい入射角度で前記導波管デバイスに再び入る、請求項１２記載の装置。
  14. 各ルーティング素子はチルト可能マイクロミラーである、請求項５記載の装置。
  15. 各ルーティング素子は、液晶ビームステアリング素子、音響光学的ビームデフレクタ、ソリッドステートフェーズアレイの一部、制御可能ホログラム、周期分極反転ニオブ酸リチウムビームデフレクタのうちの１つである、請求項５記載の装置。
  16. 温度の関数として分散素子の分散特性の変化を補償するためにルーティング素子をシフトするようなされた、ルーティング素子のための無熱マウントをさらに含む、請求項１記載の装置。
  17. 分散素子を出る光がルーティング素子上に実質的に集中されるように温度の関数として分散素子の分散特性の変化を補償するために分散素子をチルトするようなされた、分散素子のための無熱マウントをさらに含む、請求項１記載の装置。
  18. ＴＥおよびＴＭサブビームをルーティング素子上に実質的に一致させるために分散素子の複屈折を補償するようなされた複屈折結晶ビームディスプレーサを分散素子とルーティング素子との間にさらに含む、請求項１記載の装置。
  19. ＴＥおよびＴＭ偏光軸の損失を実質的に平均化させるためにＴＥおよびＴＭサブビームをスワップするようなされた、スイッチの光路におけるコーター波板をさらに含む、請求項１記載の装置。
  20. 複数の波長チャネルで入力光信号を受信するための入力光ポートと、少なくとも２つの出力光ポートとを含む複数の光ポートと、
    前記光ポートの各々に１個ずつ光学的に接続され、第１の平面内の第１の導波管基板上に集積された、前記光ポートの各々のための複数の分散素子と、
    複数の透過性ルーティング素子と、
    光出力を有する第１のバルク光学素子と、
    光出力を有する第２のバルク光学素子と、
    から成る光学スイッチング装置であって、
    前記入力ポートの前記分散素子は、波長に依存するそれぞれの出角度で前記入力光信号における前記波長チャネルを分散させ、
    前記第１バルク光学素子は、前記波長チャネルの各々をそれぞれの角度で前記複数の透過性ルーティング素子のそれぞれの１個に向かわせ、
    各波長チャネルのため、前記複数の透過性ルーティング素子の対応する１つは、前記第２バルク光学素子を介して前記第１平面内の前記波長チャネルを、前記出力ポートのうち対応する選択された出力ポートに、前記選択された出力ポートの対応する分散素子を介し、前記選択された出力ポートに依存する対応する入射角度で、方向づける、装置。
  21. 各透過性ルーティング素子は光をそれぞれの特定出力ポートに方向づけるために静的に構成されている、請求項２０記載の装置。
  22. 各透過性ルーティング素子は光をいずれかの出力ポートにスイッチするために動的に構成可能である、請求項２０記載の装置。
  23. 各分散素子は、アレイの端から端まで拡がる所定の光路長差を有する導波管アレイよりなる、請求項２０記載の装置。
  24. それぞれ分散素子が光学的に結合された複数の追加の出力ポートを更に含み、前記追加の出力ポートの前記分散素子は導波管デバイススタックを形成する第２の平面内の第２導波管デバイス上に集積されている、請求項２３記載の装置。
  25. 各ポートからの光をそれぞれの分散素子に／から結合するようなされたマイクロオプティクス結合素子をさらに含む、請求項２０記載の装置。
  26. 各ポートからの光をそれぞれの分散素子に／から結合するようなされた集積光結合素子をさらに含む、請求項２０記載の装置。
  27. 前記集積光結合素子はスターカプラーから成る、請求項２６記載の装置。
  28. 前記入力ポートの前記分散素子は前記光出力を有する第１バルク光学素子の実質的に焦点面に配置され、前記出力ポートの前記分散素子は前記光出力を有する第２バルク光学素子の実質的に焦点面に配置されており、前記ルーティング素子は前記第１および第２バルク光学素子の両方からの焦点距離にあり、もって各波長チャネルは、前記入力光ポートの前記分散素子を出た角度と実質的に等しい或いは反対の入射角度で前記選択された出力ポートのそれぞれの前記分散素子に入る、請求項２０記載の装置。
  29. 前記第１バルク光学素子および第前記２バルク光学素子は、それぞれ、レンズまたは曲面ミラーである、請求項２０記載の装置。
  30. 前記第１バルク光学素子は、前記第１平面で光を合焦するようなされた第１の主円筒形レンズから成り、
    光出力を有する前記第２バルク光学素子は、前記第２の平面で光を合焦するようなされた第２の主円筒形レンズから成り、
    前記装置は、さらに、
    前記第１平面に垂直な第３の平面において光を実質的に視準するようなされた第１の横円筒形レンズと、
    前記第２平面に垂直な第４の平面において光を実質的に視準するようなされた第２の横円筒形レンズと、を含む、請求項２４記載の装置。
  31. 前記第１主円筒形レンズは、前記入力ポートの前記分散素子が前記第１主円筒形レンズの第１の側の第１の焦点面に位置し、前記透過性ルーティング素子が前記第１主円筒形レンズの第２の側の第２焦点面に位置するような焦点距離を有しており、
    前記第２主円筒形レンズは、前記出力ポートの前記分散素子が前記第２主円筒形レンズの第１の側の第１焦点面に位置し、前記透過性ルーティング素子が前記第２主円筒形レンズの第２の側の第２の焦点面に位置するような焦点距離を有する、請求項３０記載の装置。
  32. 温度関数として前記分散素子の分散特性の変化を補償するために前記ルーティング素子をシフトするようなされた、前記ルーティング素子のための無熱マウントをさらに含む、請求項２０記載の装置。
  33. 前記分散素子を出る光が前記透過性ルーティング素子上に実質的に集中するように温度関数として前記分散素子の分散特性の変化を補償するために前記入力ポートの前記分散素子をチルトするようなされた、前記入力ポートの前記分散素子のための第１の無熱マウントと、
    前記透過性ルーティング素子を出る光が前記出力ポートの分散素子と正確にアラインメントされるように温度関数として前記分散素子の分散特性の変化を補償するために前記出力ポートの前記分散素子をチルトするようなされた、前記出力ポートの前記分散素子のための第２の無熱マウントと、
    をさらに含む、請求項２０記載の装置。
  34. ＴＥおよびＴＭサブビームを前記ルーティング素子上に実質的に一致させるために前記入力ポートの前記分散素子の複屈折を補償するようなされた、前記入力ポートの前記分散素子と前記ルーティング素子との間の第１の複屈折結晶ビームディスプレーサと、
    ＴＥおよびＴＭサブビームを前記ルーティング素子上に実質的に一致させるために前記出力ポートの前記分散素子の複屈折を補償するようなされた、前記出力ポートの前記分散素子と前記ルーティング素子との間の第２の複屈折結晶ビームディスプレーサと、をさらに含む、請求項２０記載の装置。
  35. ＴＥおよびＴＭ偏光軸の損失を実質的に平均化させるためにＴＥおよびＴＭサブビームをスワップするようなされた、前記透過性ルーティング素子の第１の側のスイッチの光路における第１のコーター波板と、
    ＴＥおよびＴＭ偏光軸の損失を実質的に平均化させるためにＴＥおよびＴＭサブビームをスワップするようなされた、前記透過性ルーティング素子の第２の側のスイッチの光路における第２のコーター波板と、をさらに含む、請求項２０記載の装置。
  36. 複数の波長チャネルで入力光信号を受信するための入力光ポートと、複数の出力光ポートとから成り、積み重ねられた複数列の光ポートと、
    各光ポートに１個ずつ光学的に接続され、それぞれ多数個からなって複数列を形成し、各列が異なる導波管デバイス上に集積されて平行な平面内に導波管デバイススタックを形成する、分散素子と、
    光出力を有するバルク光学素子と、
    複数のルーティング素子と、
    から成る光学スイッチング装置において、
    前記入力ポートの前記分散素子は、第１の平面内において、波長に依存する異なるそれぞれの出角度で前記導波管デバイスの各々を分散させ、
    前記バルク光学素子は、前記波長チャネルの各々を前記複数のルーティング素子のうちの対応する１つに向けて方向転換させ、
    前記複数のルーティング素子は、前記バルク光学素子を介して前記波長チャネルの各々を、前記第１平面又はこれと平行な平面のうちの１つにおけるそれぞれの選択された出力ポートに、前記選択された出力ポートのそれぞれの分散素子を介して、波長及び前記選択された出力ポートに依存するそれぞれの入射角度で、方向づけする、光学スイッチング装置。
  37. 各ルーティング素子は光をそれぞれの特定の出力ポートにスイッチするために静的に構成されている、請求項３６記載の装置。
  38. 各ルーティング素子は光をいずれかの出力ポートにスイッチするために動的に構成可能である、請求項３６記載の装置。
  39. 各分散素子は、アレイの端から端まで拡がる所定の光路長差を有する導波管のアレイよりなる、請求項３６記載の装置。
  40. 各ポートからの光をそれぞれの分散素子に／から結合するようなされたマイクロオプティクス結合素子をさらに含む、請求項３６記載の装置。
  41. 各ポートからの光をそれぞれの分散素子に／から結合するようなされた集積型光結合素子をさらに含む、請求項３６記載の装置。
  42. 集積型光結合素子はスターカプラーから成る、請求項４１記載の装置。
  43. 分散素子およびルーティング素子は光出力を有するバルク光学素子の焦点面に実質的に配置されており、もって各波長チャネルは、前記入力光ポートの前記分散素子を出た角度と実質的に等しい或いは反対の入射角度で前記選択された出力ポートのそれぞれの前記分散素子に入る、請求項３６記載の装置。
  44. 前記光出力を有するバルク光学素子はレンズまたは曲面ミラーである、請求項３６記載の装置。
  45. 前記出力を有するバルク光学素子は導波管デバイス基板の平面における第１の平面で光を合焦するようなされた主円筒形レンズ素子から成り、
    前記装置は、さらに、
    各導波管について、前記導波管デバイス基板の平面に垂直な第２の面において光を実質的に視準するようなされた横円筒形レンズを含む、請求項３６記載の装置。
  46. 前記主円筒形レンズは、前記分散素子が前記レンズの第１の側のレンズ焦点面に位置し、前記ルーティング素子が前記レンズの第２の側のレンズ焦点面に位置するような焦点距離を有し、もって各波長チャネルは、前記入力光ポートの前記分散素子を出た角度と実質的に等しい或いは反対の入射角度で前記選択された出力ポートのそれぞれの前記分散素子に入る、請求項４５記載の装置。
  47. 各ルーティング素子は２次元でチルト可能なマイクロミラーである、請求項３６記載の装置。
  48. 各ルーティング素子は、液晶ビームステアリング素子、音響光学的ビームデフレクタ、ソリッドステートフェーズアレイの一部、制御可能ホログラム、周期分極反転ニオブ酸リチウムビームデフレクタのうちの１つである、請求項３６記載の装置。
  49. 温度関数として前記分散素子の分散特性の変化を補償するために前記ルーティング素子をシフトするようなされた、前記ルーティング素子のための無熱マウントをさらに含む、請求項３６記載の装置。
  50. 前記分散素子を出る光が前記ルーティング素子上に実質的に集中されるように温度関数として前記分散素子の分散特性の変化を補償するために前記分散素子をチルトするようにされた、前記分散素子のための無熱マウントをさらに含む、請求項３６記載の装置。
  51. ＴＥおよびＴＭサブビームを前記ルーティング素子上に実質的に一致させるために前記分散素子の複屈折を補償するようなされた複屈折結晶ビームディスプレーサを前記分散素子と前記ルーティング素子との間にさらに含む、請求項３６記載の装置。
  52. ＴＥおよびＴＭ偏光軸の損失を実質的に平均化させるためにＴＥおよびＴＭサブビームをスワップするようなされた、前記スイッチの光路におけるコーター波板をさらに含む、請求項３６記載の装置。
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