JPH04287028A - 光学クロスポイントスイッチモジュール - Google Patents

光学クロスポイントスイッチモジュール

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JPH04287028A
JPH04287028A JP3295959A JP29595991A JPH04287028A JP H04287028 A JPH04287028 A JP H04287028A JP 3295959 A JP3295959 A JP 3295959A JP 29595991 A JP29595991 A JP 29595991A JP H04287028 A JPH04287028 A JP H04287028A
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waveguide
hologram
optical
sections
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JP3295959A
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John H Hong
ジョン・エイチ・ホン
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Boeing North American Inc
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Rockwell International Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】この発明は光学通信システムに関し、さら
に特定的には、複数個の光源および受信機を相互接続す
るためのモジュール光学スイッチに関するものである。
【０００２】
【発明の背景】大きな帯域幅の光ファイバおよび光電子
装置を使用する遠距離通信ネットワークは、それらの電
子対応装置よりもさらに多くの情報を運ぶことが可能で
ある。このようなネットワークは、伝送前に光学信号に
できるだけ多くの情報を入れるのに種々の多重化機構を
使用する。しかしながら、光学ネットワークの性能はス
イッチングおよび信号処理機能によって制限され、それ
らは電子装置を使用して現在実施される。これらの機能
は光学エネルギの検出および再放射、電子スイッチング
および処理装置の制限された帯域幅、ならびに入力光線
と出力光線との間の非コヒーレンスから起こるシステム
ボトルネックをもたらす。それゆえ、光学スイッチング
技術が大きな帯域幅の光ファイバを利用しかつ未来の遠
距離通信要求を満足させるために開発されることは必要
である。
【０００３】一般的には、光学スイッチングシステムは
Ｍ源とＭ受信機との間の相互接続の全順列の中でスイッ
チすることが必要とされる。光学スイッチングへの一つ
の試みは、光学入力を論理出力するため空間光線モジュ
レータと協働して円筒状のレンズを使用するもので、入
力アレーの各ファイバからの光線は出力アレーを通して
提供される。このようなシステムの主な欠点は、入力信
号の論理出力のため、Ｎ源およびＮ受信機のアレーに対
するエネルギ効率が１／Ｎよりも劣ることである。さら
に、遠距離通信と同様に、もし出力ファイバが単一モー
ドファイバであるなら、光信号を単一モードファイバに
結合する際にモード不整合から生じる１／Ｎの付加的な
論理入力損失率が存在する。このように、理論効率は１
／Ｎ２　になり、それは大きなＮに対して非常に効率が
悪い。光学スイッチングはまたＬｉＮｂＯ３　統合され
た光学スイッチで達成され得る。しかしながら、統合さ
れた光学スイッチはチャネルごとに可変の性能を有する
傾向があり、かつ４×４以上のアレーに対して物理的に
受諾できない大きさになる。先行の光学スイッチング装
置の付加的な欠点は、各接続が共有不可能な独特のチャ
ネルを通じて実現されることである。その結果、このよ
うな装置はいかなるチャネルにおける欠陥のあるスイッ
チに対しても容範囲を持たない。このように、少なくと
も８×８アレーの光源と受信機との間での相互接続およ
びスイッチングに対して適切で、コンパクトなかつ効果
的な光学スイッチモジュールに対する必要性が存在する
。
【０００４】
【発明の概要】この発明はＭ×Ｍ光学クロスポイントス
イッチモジュールを含む。スイッチモジュールは、基板
上に設置された薄膜平面状の導波路を含む。導波路およ
び／または基板は非線形の光学媒体を含む。Ｍ光ファイ
バの一次元のアレーは、Ｍ光学信号ビームを入力するた
め、導波路の一端縁に沿って配列される。Ｍ出力光ファ
イバの類似のアレーは、Ｍ光学出力ビームを運ぶため導
波路の第２の端縁に沿って配列される。格子ホログラム
として非線形の媒体に書込まれるべき格子パターンを含
むフィルムは、導波路上に設置される。空間光線モジュ
レータ（ＳＬＭ）はパターン化されたフィルムの上に位
置付けられかつコヒーレントなまたは非コヒーレントな
光線のどちらかで上方より照射される。フィルムの格子
パターンが、非線形の媒体の選択された領域に位置付け
られた格子ホログラムのアレーとして書込まれ得るよう
に、空間光線モジュレータが選択的なマスクとして機能
する。ホログラムが非線形の媒体に書込まれると、導波
路に入る入力ビームを導波路の第２の端縁に沿って、選
択された出力ファイバに回析する。フィルムの格子パタ
ーンは、たとえば、非線形の媒体のスイッチング領域に
おけるホログラムが出力光ビームの合焦を提供するよう
に設計されてもよく、それによってチャネル間の漏話を
減ずる。
【０００５】非線形の媒体において書込まれる格子ホロ
グラムは、特定的な入力から出力への光線ビーム分配方
式を提供する。新しい分配方式が要求されるとき、現在
のホログラムは、たとえば、媒体下方に位置付けられる
光源に非線形の媒体を均一に露光することにより消去さ
れ得る。その後、ＳＬＭのマスキングパターンは変化さ
れ得、かつ新しい格子ホログラムは新しい光線ビーム分
配方式を提供するため非線形の媒体に書込まれ得る。
【０００６】この発明の一実施例において、導波路より
むしろ基板が非線形の光学媒体を含む。たとえば、基板
上に生成された光屈折材料の導波路は、おそらく光屈折
軸が最適以下で配列されるだろう薄膜であるので、薄い
導波路に効果的なホログラムを書込むことは困難である
。しかしながら、光屈折材料で製造された基板は、実質
的には導波路よりもより厚くてもよく、かつ最適に配列
された光屈折軸で配向されることができる。この形状に
おいて、ホログラムは基板に書込まれるが、導波路を通
り抜ける光線の減衰テールは、導波路内の光線ビームが
基板のホログラムによって効果的に回析されるようにす
る。
【０００７】この発明のより完全な理解かつさらにその
長所に対して、以下の好ましい実施例の詳細な説明は添
付の図面を参照して行なわれる。
【０００８】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１は、複数個の出力光ファイバ１６に複数個の入力光
ファイバ１４を相互接続する、平面状薄膜の、非線形の
導波路１２を含む、非線形の光学スイッチ１０の概念を
例示している簡略化された概略図である。入力ファイバ
１４からの（矢印によって例示される）光線ビームは導
波路１２においてコリメートされかつ導波路１２の非線
形の媒体において書込まれる格子ホログラム１８により
出力ファイバ１６に回析される。公知であるように、ホ
ログラムは、上方から非線形の媒体内に導かれた（示さ
れていない）一対の可視的な書込みビームの相互作用に
より、非線形の光学媒体内に書込まれてもよい。この発
明においては、格子ホログラム１８は、入力光ファイバ
および出力光ファイバとの間の特定的な相互接続機構を
もたらすように、例示されるような導波路１２の選択さ
れた領域内に書込まれる。光線ビームの回析角は示され
るような直交パターンに限定されないが、非線形の媒体
の特性および格子ホログラム１８のライン間隔により決
定される。導波路１２の非線形の媒体の適切な選択によ
り、光ファイバ入力光線は好ましくは、１．３または１
．５μｍの波長では、ホログラムによって回析されるが
、他の点では可視光線によっては非線形の媒体に書込ま
れた格子に影響しない。たとえば、ＢａＴｉＯ３　光屈
折結晶に書込まれたボリュームホログラムは、５１４．
５ｎｍの波長で可視光線ビームで書込まれかつ６３３ｎ
ｍの波長で読み出されるとき、４０％までのネット回析
効率を示してきた。しかしながら、１．３または１．５
μｍでのほとんどの光屈折結晶における低い散乱および
吸収損失は、「１」に近いネット回析効率を産出すべき
である。
【０００９】この発明の光学クロスポイントスイッチモ
ジュール２０は、分解図として図２において概略的に例
示される。上記に記述されるように、複数個の入力光フ
ァイバ１４は対応の複数個の光線ビーム１５を平面状の
導波路２２に入力するように位置付けられる。導波路２
２は一般的に、図２には示されないが、基板上に設置さ
れた非線形の光学材料の薄膜を含む。この発明において
使用される非線形の光学材料は、たとえば、ＢａＴｉＯ
３　、ＬｉＮｂＯ３　およびＳＢＮのような光屈折結晶
、または種々の有機的な非線形の光学材料を含み得る。 この発明において機能するには、非線形の光学材料は、
そこでは永続的であるが消去可能な格子ホログラムが書
込まれ得るタイプでなければならない。動作においては
、光線ビーム１５は、導波路２２の非線形の媒体に書込
まれた格子ホログラム２４により回析されかつ複数個の
出力光ファイバ１６により受け取られる。
【００１０】スイッチモジュール２０は、導波路２２に
格子ホログラム２４を書込むため、導波路２２上に位置
付けられるパターン化されたフィルム２６を利用する。 図２において例示されるように、フィルム２６は複数個
のパターン化されたセクション２７を持つことができ、
各セクション２７は導波路２２の対応のセクションに対
して設計された格子パターンを有する。セクション２７
の格子パターンは、図１において格子ホログラム１８に
よって例示されるような、直線格子を含むことができる
。しかしながら、フィルムの各セクションの格子パター
ンは、導波路２２の各対応のセクションに対して特定的
に設計されてもよく、かつ同時に１．３および１．５μ
ｍの波長を扱うような波長多重化または、図２において
例示されるような、光線ビーム１５を出力ファイバ１６
に回析しかつ合焦するような特有の効果のために配向さ
れてもよい。個々の光線ビーム１５を合焦することは、
導波路２２におけるチャネル間の漏話を減ずる効果を有
する。
【００１１】空間光線モジュレータ（ＳＬＭ）２８は、
導波路２２の選択されたセクションに格子ホログラム２
４の書込みを容易にするためパターン化されたフィルム
２６上に位置付けられる。ＳＬＭ２８は、たとえば、液
晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルを含んでもよい。ＳＬ
Ｍ２８の機能は、セクション２９のように選択されたセ
クションを光線に対して透明にすることであり、かつ残
りのセクションを不透明にすることである。ＳＬＭ２８
は、透明なモードと不透明なモードとの間でＳＬＭ２８
の選択されたセクションをスイッチするため、技術にお
いて周知であるような（示されていない）関連の電気回
路を含む。
【００１２】スイッチモジュール２０は、格子ホログラ
ム２４が出力への光学入力の所望された相互接続を行う
ために必要であるような導波路２２のセクションに対応
するＳＬＭ２８における透明なセクションをまず確立す
ることによって動作される。矢印３０によって表わされ
るようなコヒーレントなまたは非コヒーレントな光線源
は、導波路２２に格子ホログラムを書込むためモジュー
ル２０の上から方向付けられる。光線３０は、セクショ
ン２９のようなＳＬＭ２８の透明なセクションを通って
、セクション２７のようなパターン化されたフィルム２
６の対応するセクションを通って、かつセクション２５
における格子ホログラムのような導波路２２の所望のセ
クションにフィルム２６の格子パターンを書込むため導
波路２２内に到達する。格子ホログラム２４は、光学入
力と出力との間に特定的な相互接続機構を確立するため
、導波路２２内に書込まれた後、書込み光線３０はター
ンオフされる。書込み光線３０がオフされると、格子ホ
ログラム２４は相互接続機構を維持するためさらにそれ
以上のエネルギを必要としない、というのはホログラム
は非線形の媒体の熱緩和特性により指図されるように大
変ゆっくりと減衰するからである。
【００１３】矢印３２によって表わされるような変調さ
れない光源は、導波路２２において格子ホログラムを消
去するための機構を提供するように、導波路２２の下方
（すなわち、パターン化されたフィルム２６に対向の導
波路２２の側面）に位置付けられてもよい。光線３２が
導波路２２を均一に照射するためにターンオンされると
き、いかなる存在のホログラムも導波路２２の非線形の
媒体から効果的に消去される。ホログラムが消去される
のに伴なって、光線３２はターンオフされ、透明なセク
ションの新しい配置がＳＬＭ２８に与えられ、光線３０
はターンオンされ、かつ新しい格子ホログラム２４が光
学入力および出力のための新しい相互接続機構をスイッ
チするために導波路２２内に書き込まれる。モジュール
２０に対するスイッチング時間はホログラム消去および
再書込み時間によって制限され、それらは消去および書
込み光学強度に反比例している。たとえば、商業的に入
手可能なＢａＴｉＯ３　において、１Ｗ／ｃｍ２　の光
学電力密度は約１秒のスイッチング時間を提供するだろ
う。 この時間は、添加物濃度を増加し、さらに１．３〜１．
５μｍの波長で低い吸収を維持することにより、たとえ
ば、ＳＢＮのような強誘電結晶において改良され得る。
【００１４】最小サイズの格子ホログラム１８および２
４は、Δｎが２ｘ１０−４である指数摂動振幅を仮定す
ることにより求めることができ、それはＢａＴｉＯ３　
およびＳＢＮのような強誘電光屈折材料に対して典型的
である。もしλ／ｎが光屈折材料における光線の波長で
ありかつθが入力ブラッグ（Ｂｒａｇｇ　）角であるな
ら、「１」の回析に対応する寸法は、λｃｏｓθ／２ｎ
Δｎ≒１ｍｍであり、そこで次のパラメータは、λ＝１
．３μｍ、ｎ＝２．３およびθ＝４５゜に想定される。 それゆえ、各格子ホログラムのサイズは２ｍｍ×２ｍｍ
のオーダでなければならない。これらの制限の下で、８
×８クロスポイントスイッチモジュール２０は少なくと
も１．６ｃｍ×１．６ｃｍでなければならない。このサ
イズは、先行の光学カプラと比較したとき大変好都合で
ある。さらに、より大きなスイッチング能力は、多段式
のスイッチングネットワークを形成するため短い光ファ
イバで８×８スイッチモジュールのアレーを相互接続す
ることにより達成され得る。
【００１５】図２において示されるスイッチモジュール
２０の実施例は明らかにこの発明の概念を例示している
が、非線形の導波路２２の使用は、少なくとも非線形の
媒体を含む光屈折結晶では、非実施的であることが判明
するかもしれない。スイッチモジュール２０において、
そこでは導波路２２のみが非線形の材料を含み、書込み
ビーム３０の大部分のエネルギーは、典型的に１μｍの
厚さよりも薄い導波路２２を含んでいる薄膜がビーム３
０のエネルギーをほとんど吸収できないために、無駄に
されてしまう。さらに、基板上に薄膜光屈折材料の単一
結晶を育てることは困難であり、かつ書込み格子ホログ
ラムに対して最適に整列された光屈折軸を有するこのよ
うな結晶を成長させることは不可能であろう。
【００１６】図３は非線形の光学材料を含む基板３４を
有するこの発明のスイッチモジュール３３の端縁図を例
示している。図３において示されように、導波路３５は
基板３４上に設置され、パターン化されたフィルム３６
は導波路３５上に設置され、かつＳＬＭ３８はパターン
化されたフィルム３６上に設置される。スイッチモジュ
ール３３において、導波路３５は、導波路３５の光線伝
達可能な特性を最適化するため、たとえば、ＰＬＺＴセ
ラミックのような非結晶の薄膜を含んでもよい。基板３
４は、導波路３５よりも実質的により厚くなることがで
き、基板３４において格子ホログラムの書込みを最適化
するため配列された光屈折軸を有する光屈折結晶を含ん
でもよい。図３で示されるように、矢印４０によって表
わされる光線の書込みビームは、基板３４の非線形の媒
体におけるホログラム４２のようにフィルム３６の格子
パターンを書込むためＳＬＭ３８の透明なセクションを
通過する。ホログラム４２は上記に記述されたようにス
イッチモジュール２０に関して消去されてもよく、再書
込みされてもよい。
【００１７】スイッチモジュール３３の動作において、
モジュール３３によってスイッチされるべき光線のビー
ム４４は導波路３５に入力される。導波路３５における
光線ビーム４４のエネルギー分配は導波路３５および基
板３４上を薄く覆うカーブ４６によって表わされる。カ
ーブ４６によって例示されるように、ビーム４４のほと
んどのエネルギーは導波路３４内に制限される。しかし
ながら、ビーム４４の減衰テール４８は、ビーム４４が
導液路３５に従って進む際に、基板３４に延在する。基
板３４におけるホログラム４２との減衰テール４８の相
互作用は、あたかもホログラムが導波路３５に書込まれ
ているかのように、全ビーム４４をホログラム４２によ
って回折されるようにする。この効果は迅速で、効果的
でかつコンパクトな光学スイッチモジュールを提供する
ため、導波路３５の光線伝達可能な特性および基板３４
の非線形の特性を最適化するために設計において柔軟性
を可能化する。
【００１８】この発明はその特定的な実施例に関して記
述されてきたが、種々の変形および修正が当業者により
示唆されるであろう。それゆえ、この発明は前掲の特許
請求の範囲内で行なわれるこのような変形および修正を
も包括することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】薄膜光学導波路スイッチの簡略化した概略図で
ある。
【図２】非線形の光学媒体を含む、平面状の導波路に書
込まれた回析ホログラムを有する、この発明の光学クロ
スポイントスイッチモジュールの概略図である。
【図３】非線形の光学媒体を含む、基板に書込まれた回
析ホログラムを有する、この発明の光学スイッチモジュ
ールの実施例の端縁図である。
【符号の説明】
１４　　入力光ファイバ １５　　光線ビーム １６　　出力光ファイバ ２０　　スイッチモジュール ２２　　導波路 ２４　　格子ホログラム ２５　　セクション ２６　　フィルム ２７　　セクション ２８　　空間光線モジュレータ（ＳＬＭ）２９　　セク
ション ３０　　書込み光線 ３２　　光線

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　光学スイッチモジュールであって、基
    板と、前記基板上に設置された平面状の導波路とを含み
    、前記基板および／または前記平面状の導波路は非線形
    の光学媒体を含み、前記導波路上に設置されたパターン
    化されたフィルムを含み、前記フィルムは格子パターン
    を有し、前記パターン化されたフィルムの選択されたセ
    クションに対応する前記非線形の媒体のセクションにお
    いて複数個のホログラムとして前記格子パターンを書込
    むため、光線に前記パターン化されたフィルムの前記選
    択されたセクションを同時にさらすための手段を含み、
    複数個の光線ビームを入力するように前記導波路に接続
    される複数個の入力光ファイバを含み、前記複数個の光
    線ビームの各々は、前記複数個のホログラムの対応の１
    つにより回析され、前記導波路に接続される複数個の出
    力光ファイバを含み、前記出力光ファイバの各々は、前
    記ホログラムにより回析された前記複数個の光線ビーム
    の対応の１つを受け取る、光学スイッチモジュール。
  2. 【請求項２】　　前記パターン化されたフィルムは複数
    個のセクションを含み、前記フィルムセクションの各々
    は前記非線形の媒体の前記対応のセクションの各々にお
    いて特定的なホログラムを書込むために設計された格子
    パターンを有する、請求項１に記載の光学スイッチモジ
    ュール。
  3. 【請求項３】　　前記特定的なホログラムの各々は、前
    記出力光ファイバの対応の１つに、前記入力光線ビーム
    の対応の１つを回析しかつ合焦する、請求項２に記載の
    光学スイッチモジュール。
  4. 【請求項４】　　前記露出手段は前記パターン化された
    フィルム上に設置される空間光線モジュレータを含む、
    請求項３に記載の光学スイッチモジュール。
  5. 【請求項５】　　前記空間光線モジュレータは選択的に
    前記ホログラムが書込まれる、前記非線形の媒体の前記
    セクションに対応する透明なセクションを与える、請求
    項４に記載の光学スイッチモジュール。
  6. 【請求項６】　　前記空間光線モジュレータは複数個の
    パネルセクションを有する液晶ディスプレイパネルを含
    み、前記パネルセクションの各々は透明なモードと不透
    明なモードとの間で切換え可能である、請求項５に記載
    の光学スイッチモジュール。
  7. 【請求項７】　　前記ホログラムは永続的であるが消去
    可能であり、かつ前記スイッチモジュールは前記非線形
    の媒体に書込まれた前記ホログラムを消去するため、前
    記基板下方からの光線にさらされることが可能である、
    請求項１に記載の光学スイッチモジュール。
JP3295959A 1990-11-13 1991-11-12 光学クロスポイントスイッチモジュール Pending JPH04287028A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US07/612,343 US5040864A (en) 1990-11-13 1990-11-13 Optical crosspoint switch module
US612343 1990-11-13

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Publication Number Publication Date
JPH04287028A true JPH04287028A (ja) 1992-10-12

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ID=24452761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
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JP (1) JPH04287028A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6810176B2 (en) 2000-08-07 2004-10-26 Rosemount Inc. Integrated transparent substrate and diffractive optical element

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