JP5357903B2 - オンチップ光導波路を用いた光電子スイッチ - Google Patents
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Description
によって表される。さらに、全ての入力光信号がデータを伝送するために使用され、全てのパワー信号が同じデータを符号化している出力光信号を生成するために使用される。入力共振器207−212及び出力共振器214−219は、「オン」にされると、6個の異なる波長λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、及びλ6の1つとそれぞれ共振するように構成されている。図2Aに示すように、パワー導波路206は、光パワーソース(不図示)からの6個の光波出力を伝送する。6個の共振器207−212は、「オン」にされて、導波路202からの6個の入力光信号
とそれぞれエバネッセント結合(または一時的に結合)する。6個の入力光信号は、出力導波路204に接続された出力ポート(不図示)に送られるデータを符号化する。対応する検出器は、共振器207−212中で共振している6個の入力光信号を、直接電気接続部を介して送信機226に送られる6個の電子信号に変換する。リタイミングロジック230が、送信機における電子信号の到着を同期化するために使用される。なぜなら、入力信号は、それらが入力導波路202から取り出されるときには位相が異なっている場合があるからである。送信機226は、データを6個の波長λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、及びλ6に符号化して、出力導波路204に沿って送信される6個の出力光信号
を生成する。
である。
によって伝送されるデータを、光波λ2に符号化して、同じデータを伝送する出力信号
を生成することができるが、他の実施形態では、入力光信号
を光波λ4に符号化して、同じデータを伝送する出力信号
を生成することができる。
を入力導波路202に配置する。これらの2つの入力光信号
は、出力導波路204に結合された出力ポート(不図示)に向けて送られるデータで符号化される。図2Bに示すように、共振器208及び210が「オン」にされているときは、入力光信号
は入力導波路202からエバネッセント結合(または一時的に結合)される。対応する検出器は、入力光信号
を同じデータを符号化している電子信号に変換して、該電子信号を受信機220に送信する。電子クロスバー252は、受信機220からこの電子信号を受信して、この電子信号を送信機226に向けて送る。入力光信号の伝送(送信)のタイミング(または時刻)は同期していない場合があるので、スイッチ要素200は、送信機226への電子信号の伝送を同期化するためのリタイミングロジック230を備えることができる。送信機226は、データを3つの波長λ1、λ2、及びλ4に符号化して、出力導波路204に沿って伝送される出力光信号
を生成する。
は、共振器207−212にエバネッセント結合され(または一時的に結合され)、スイッチ要素300は、図2Aを参照して上述したように、出力光信号
において同じデータパケットを出力する。他の実施形態では、データパケットを、図2Bを参照して上述したように、いくつかの入力光信号を用いて送信し、異なるかもしくは同じ出力光信号において出力することができる。
いくつかのシステムの実施形態では、導波路202、204、及び206をリッジ導波路とすることができ、共振器をマイクロリング共振器とすることができる。図8Aは、本発明の実施形態にしたがって構成された、基板806の表面に配置されたマイクロリング共振器802、及び隣接するリッジ導波路804の一部の等角図である。導波路804に沿って伝送される光信号は、該光信号が共振条件neffC=mλを満たすときには、導波路804からマイクロリング802へとエバネッセント結合(または一時的に結合)される。ここで、neffはマイクロリング802の実効屈折率、Cはマイクロリング802の円周、mは整数、λは光信号の波長である。換言すれば、波長λの整数倍である波長を有する光信号は、導波路804からマイクロリング802へとエバネッセント結合(または一時的に結合)される。
となるような周囲の長さ(円周の長さ)C及び実効屈折率neff’を有する電子的に制御されるマイクロリング802を構成することができる。この光信号はマイクロリング802を邪魔されずに通過し、この場合、マイクロリング802は「オフ」にされているといわれる。他方で、適切な電圧がマイクロリング802に印加されているときに、実効屈折率neff’が屈折率値neffへとシフトし、光信号が共振条件を満たす、すなわち、
となるように、マイクロリング802を適切な材料で形成することができる。光信号は、今や、導波路804からマイクロリング802へと結合されており、この場合、マイクロリング802は「オン」にされているといわれる。電圧がその後「オフ」にされると、マイクロリング802の実効屈折率はneff’にシフトして戻り、同じ光信号が、導波路804に沿って邪魔されずに伝搬する。
いくつかのシステムの実施形態では、導波路がフォトニック結晶導波路であり、共振器が共振空胴である2次元フォトニック結晶を用いて、光電子ネットワークスイッチを実施することができる。フォトニック結晶は、2つ以上の異なる材料からなるフォトニックデバイスであり、該材料は、規則的なパターンで互いに組み合わされると光信号の伝搬特性を変更することが可能な誘電特性を有する。2次元フォトニック結晶を、誘電性スラブまたは半導体スラブに作製された円筒孔の規則的格子(または正則格子)から構成することができる。円筒孔を、スラブの誘電材料とは異なる誘電材料で充填された空気孔(エアホール)または孔とすることができる。2次元フォトニック結晶を、指定された周波数帯内の光信号を反射するように設計することができる。その結果、2次元フォトニック結晶を、該フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップ内の周波数を有する光信号の伝搬を阻止するための周波数帯域消去フィルタ(周波数バンドストップフィルタ)として設計して作製することができる。一般的に、円筒孔のサイズ及び相対的な間隔によって、光信号のどの波長が2次元フォトニック結晶中を伝搬するのを阻止されるかが制御される。しかしながら、欠陥を円筒孔の格子に導入して、特定の局在化したコンポーネントを生成することができる。具体的には、「点欠陥」とも呼ばれる共振空胴を作製して、狭い波長範囲の光信号を一時的に閉じこめる共振器を設けることができる。「線欠陥」とも呼ばれる導波路を作製して、フォトニックバンドギャップのある波長範囲内にある波長を有する光信号を伝送することができる。
Claims (9)
- 1組のほぼ平行な入力導波路(102−109)と、
1組の入力ポート(132−139)であって、各入力ポートは、前記1組の入力導波路中の入力導波路に光学的に結合され、かつ、複数の光信号を前記光学的に結合された入力導波路に放出するように構成されている、1組の入力ポートと、
前記1組の入力導波路にほぼ垂直に配置された1組のほぼ平行な出力導波路(110−117)であって、各出力導波路が、前記1組の入力導波路と交差する、1組のほぼ平行な出力導波路と、
1組の出力ポート(140−147)であって、各出力ポートが、前記1組の出力導波路中の出力導波路に光学的に結合され、かつ、該光学的に結合された出力導波路を伝送する複数の光信号を受信するように構成されている、1組の出力ポートと、
ソース導波路(126)と、
1組のパワー導波路(118−125)であって、各パワー導波路は、前記ソース導波路に光学的に結合されて、前記1組の出力導波路中の出力導波路にほぼ平行に延在し、及び、前記1組の入力導波路中の各入力導波路とほぼ垂直に交差する、1組のパワー導波路と、
前記ソース導波路に光学的に結合され、及び、該光学的に結合されたソース導波路を介して前記1組のパワー導波路中のパワー導波路の各々に複数の持続波光信号を放出するように構成された光パワーソース(127)と、
少なくとも1つのスイッチ要素(128、150−157、200、250、300、402、500、601−604、606)であって、該スイッチ要素が、前記1組の入力導波路中の少なくとも1つの入力導波路と前記1組の出力導波路中の少なくとも1つの出力導波路を結合し、かつ、前記少なくとも1つの入力導波路を伝送する複数の光信号を前記少なくとも1つの出力導波路に切り換えるように構成されている、少なくとも1つのスイッチ要素
を備え、
前記少なくとも1つのスイッチ要素は、前記少なくとも1つの入力導波路を伝送する複数の光信号に対応する複数のデータ符号化された電子信号を生成し、及び、前記少なくとも1つの出力導波路に対応する前記1組のパワー導波路中の少なくとも1つのパワー導波路を伝送する複数の持続波光信号に前記複数のデータ符号化された電子信号中のデータを符号化して、前記少なくとも1つの出力導波路を伝送する複数の光信号を生成するように構成される、光電子スイッチ(100)。 - 前記少なくとも1つのスイッチ要素が、
1組の電子的に調整可能な入力共振器(207−212)であって、各入力共振器は、前記少なくとも1つの入力導波路に光学的に結合され、かつ、適切な電圧が該入力共振器に印加されているときに、前記少なくとも1つの入力導波路からの複数の光信号を結合するように構成されている、1組の電子的に調整可能な入力共振器と、
1組の電子的に調整可能な出力共振器(214−219)であって、各出力共振器は、前記少なくとも1つの出力導波路、及び該少なくとも1つの出力導波路に対応する前記少なくとも1つのパワー導波路に光学的に結合され、かつ、適切な電圧が該出力共振器に印加されているときに、前記複数の光信号のうちの1つを前記少なくとも1つのパワー導波路から前記少なくとも1つの出力導波路に結合するように構成されている、1組の電子的に調整可能な出力共振器と、
前記1組の入力共振器の各々に電子的に結合され、かつ、複数の電子信号を送信するように構成された受信機(220)であって、該複数の電子信号の各々は、前記少なくとも1つの入力導波路から結合された前記複数の光信号の各々に対応することからなる、受信機と、
前記受信機に電子的に結合され、かつ、前記受信機によって送信された前記複数の電子信号の進路を変更するように構成された電子相互接続部と、
前記電子相互接続部及び前記1組の出力共振器に電子的に結合され、かつ、前記電子相互接続部から出力された前記進路変更された電子信号を受信し、これに応じて適切な電圧を前記1組の出力共振器中の出力共振器の各々に印加するように構成された送信機(226)と、
1組の検出器(222)であって、各検出器が、前記1組の入力共振器中の入力共振器の各々に隣接して配置され、かつ、前記少なくとも1つの入力導波路から結合された光信号を前記受信機によって送信される電子信号に変換するように構成されている、1組の検出器
を備えることからなる、請求項1の光電子スイッチ。 - 前記電子相互接続部がさらに、
直接電気接続部(224)と、
電子クロスバー(252)と、
データパケットを格納するためのパケットバッファ(302)
のうちの1つを備える、請求項2の光電子スイッチ。 - 前記少なくとも1つのスイッチ要素が、前記電子相互接続部から前記送信機へと送信される複数の電子信号を同期化するためのリタイミングロジック(230)をさらに備える、請求項2の光電子スイッチ。
- 前記少なくとも1つのスイッチ要素が、前記受信機によって送信される複数の電子信号のうちのどれを、前記1組の出力共振器中のどの出力共振器に結合するかを決定するように構成されたスイッチ状態コントローラ(228)をさらに備える、請求項2または4の光電子スイッチ。
- 前記電子相互接続部が電子クロスバー(252)をさらに備え、前記少なくとも1つのスイッチ要素が、前記受信機から出力された複数の電子信号を前記送信機へと送るために前記電子クロスバーを制御するように構成されたスイッチ状態コントローラ(228)をさらに備える、請求項2の光電子スイッチ。
- 前記1組の入力導波路は、第1の光学層に形成され、前記1組の出力導波路及び前記1組のパワー導波路は、前記第1の光学層とは別個の第2の光学層に形成される、請求項1乃至6のいずれかの光電子スイッチ。
- 前記1組の入力導波路が前記1組の出力導波路及び前記1組のパワー導波路と交差するように、前記1組の入力導波路、前記1組の出力導波路、及び前記1組のパワー導波路が単一の光学層に形成される、請求項1乃至6のいずれかの光電子スイッチ。
- 前記1組の入力ポート中の入力ポート、及び前記1組の出力ポート中の出力ポートが、
プロセッサと、
メモリと、
回路基板と、
サーバと、
外部ネットワーク接続と、
他の任意のデータ処理装置、データ記憶装置、もしくは、データ伝送装置と
のうちの1つに光学的に結合される、請求項1乃至8のいずれかの光電子スイッチ。
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