TW591245B

TW591245B - Microelectromechanical optical cross-connect switches having reduced numbers of reflectors therein and methods of operating same

Info

Publication number: TW591245B
Application number: TW090109432A
Authority: TW
Inventors: Edward Arthur Hill
Original assignee: Memscap Inc
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2004-06-11
Also published as: CA2344112A1; US6490382B1; CN1322671A; KR20010100962A; EP1152632A3; EP1152632A2

Description

591245 五、發明說明（1) " --—-- 發明笔_^· t發明係概關於微機電系、统，並且尤其是，關於微光學互連交換器。發明「微機電（MEM)」技術既已採施於廣泛的應用範圍裡。例如，MEM裝置既已應用在光學交換系統，以交換從交換器輸入到既選之交換器輪出的光學輻射。傳統的光學交換器，有時可稱為「光學互連（OXC)」交換器，可包括一個双 X N反射器陣列，以將光學輻射從任何交換輸入處反射到任何交換輸出處。各個交換輸入與輸出可為齊準於該陣列之某相關橫行或縱列。例如，在一個具有2個輸入與2個輪出的2 X 2 MEM OXC交換器裡，該第一與第二輸入可為齊^ 於該2 X 2陣列之第一與第二橫行，而該第一與第二輸出則可為齊準於該2 X 2陣列之第一與第二縱列。在作業上，可利用某一選定2 X 2陣列的反射器，將光學輻射從任何交換輸入處反射到任何交換輸出處。既選之反射器可位在該陣列内，其中相關於該輸入處的縱列與相關於該輸出的縱行彼此相交。該既選反射器可位在反射位置，以將光學輻射從輸入處反射到所選定的輸出處。至少某些其他的反射器可被放置在非反射位置處，而無虞阻礙該光學輻射自輸入處傳播到既選之反射器和到輸出處的過程。， ^

當傳統式MEM OXC交換器輸入與輸出的數目增多時，用以提供彼等運作的反射器數目也會變多。應用於傳統式N

第5頁 591245 五、發明說明（2) XN〇xc内的反射器數目，R，一般表示如下： R 二 Ν2 其中該Ν值為交換器的輸入與輸出數目。例如，一 2 X 2 OXC交換器可包括4個反射器，一3 X 3 OXC交換器可包括9 個反射器，而一4 X 4 OXC交換器可包括16個反射器等。圖 1所示者為傳統式2 X 2 MEM OXC交換器1 00。現參考圖1，其中各個反射器1 0 1-1 04包括一反射性表面 1 0 5 - 1 0 8，並且可被放置於反射性或是非反射性位置處。.、據此，該MEM OXC 1 00可被放在2N2個的可能組態處，其中各個組態可被定義為諸反射器的唯一性組合。然而不幸地，或將無法應用所有的2^個組態。尤其是，某些反射器組態可能會包括一些組態，其中在該陣列内的某橫列或縱行上會有兩個或更多的反射器係屬反射狀態，藉以阻斷光學輻射從該輸入處反射到輸出處。例如，為將光學輻射從輸入I 1切換到輸出〇 1，反射器丨0 2與1 〇 3會被放在非反射位置’以供光學輻射從輸入Π傳播到輸出〇 1。因此，某些可能的2N2個組態或許無法供該MEM 〇xc得以適當運作。不幸地，當輸入與輸出的數目增加時，反射器的數目亦隨之而起。例如，一 5 χ 5 〇κ交換器可採用y個反射器，而一 6 X 6者則可採用3 6個反射器等等。現已知可藉由在反射器反面處提供該反射器一種反射表面，即如圖2A與“ 所不’來減少反射器的數目。根據圖2A和2β，某一反射器 2可作為—2 χ 2 MEM OXC交換器201。特別是，輸入Π和 12係相對於該反射器20 0而導指於該第一和第二方向2 2 5 ―、

591245 五、發明說明（3) 2 3 5。輸出0 1和〇 2亦係相對於該反射器2 0 0而分別導指於該第一和第二方向。當該反射器2 0 0位屬反射位置時，即如圖2A所示’光學輻射可由輸入n反射到輸出〇2，並且由輸入I 2反射到輸出〇 1。當該反射器2 〇〇位屬非反射位置時，即如圖2B所示，則光學輻射可由輸入n傳通到輸出〇 1，並且由輸入I 2到輸出〇 2。因此，該反射器2 〇〇可作為一 2 X 2 MEM 0XC交換器20 1。然即便如上所述，仍存在一種需要以提供既經改良並且其内具有減數之反射器的〇xc交換器。、發明概要本發明諸具體實施例可藉由提供N個對OXC的輸入與N個自〇xc的輸出，俾承供「微機電（MEM)式光學互連（oxc)」交換器具備一減數之反射器，其中該N值至少為3。該n X n Ο X C交換器可提供N !種狀態，在此該n !種狀態可依需要將該些N個輸入之任者耦接至該些n個輸出之任者。該n X n OXC交換器也包括諸多交換節點，可選擇性地被耦接到該等N個輸入和N個輸出。這些諸多交換節點各個皆可於交換組悲&又疋以及傳通組態設定兩者中至少一者裡設定其組態，俾由此而選擇性地提供經交換之光學輻射，且其中該些交換節點的數目會等於ceiling [ln(N !)/ln(2)]，以提供該Ν χ Ν Ο X C父換器的ν !種狀態。該ν χ ν 〇 χ c交換器可進一步包括至少一個耦接於諸交換節點裡至少兩個的光學傳送裝置。，減少δ玄N X Ν Μ Ε Μ Ο X C交換器内所用之交換器的數目可供 Ν X Ν交換器利用到相較於傳統式ν χ ν交換器為較少的啟動

第7頁 591245 五、發明說明（4) " ' 器。尤其是，傳統式Ν χ N交換器或包括N2個交換器以提供 N I 種交換設定士 • 二方式。這種傳統式N X N交換器可利用到如對某4 X 4父換器約為低如2N2之0. 04%種狀態者。相對地，根據本發明=Nx N交換器可含有cexUngfinU !)/ln(2)] 的反f*扣…這種根據本發明之N x N交換器可利用7 5 %的各個可此狀悲。例如，某傳統式4 χ 4交換器可包含1 6個交換 J :、、;、而根據本發明之4 X 4交換器可僅含有5個交換器。 ^ »叮在較丨、的機板區域内構建較少的交換器和啟動、器，藉此可減低根據本發明之Ν χ Ν交換器的所佔空間。 σ在其他根據本發明之具體實施例中，某2 X 2陣列的反射器係經排置為第一和第二橫行與第一和第二縱列。接往該 Ν,χ N OXC父換器的第一、第二和第三輸入，係選擇性地光辆^接到。亥2 X 2陣列的反射器中至少一者。導自於該ν χ ν OXC又換^的第一、第二和第三輸出，亦係選擇性地光學搞=到該2 Χ 2陣列的反射器中至少一者。所有前述OXC交 =^之相關方法具體實施例亦皆可提供。如此，即可在光學互連父換器中應用既減數目之反射器及/或啟動器。在根據本發明的其他具體實施例裡，一 Ν X N OXC交換器 $括一第一可移動式反射器，.光學耦接於某第一輸入與某，一輸入。该第一可移動式反射器透過該第一輸入而接收 ^ 方向上的第一光學輻射，並且透過該第二輸入而接收 Υ 白上的弟一光學輪射。當該第一可移動式反射器位於某非^射性位置時，該第一可移動式反射器可由此提供弟光本I射給該第一輸出而按第一方向傳播，並且當該

591245 五、發明說明（5) 第一可移動式反射器位於某反射性位置時，可由此提供第一光學輪射給該第一輸出而按第一方向傳播。當一第二可移動式反射器位於某非反射性位置時，該第二可移動式反射器可提供來自於某第三輸入的光學輻射而按該第二方向給該第二輸出。一光學傳送裝置可將該第一可移動式反射器光學的第一輸出，光學耦接到該第二可移動式反射器的第三輸入，並在該第三輸入處，將該第一輸出處的光學輻射傳播方向由第一方向改變為第二方向。 … 在根據本發明的其他具體實施例裡，該光學傳送裝置為固定式反射器。而又在根據本發明的其他具體實施例裡，該光學傳送裝置為線性或曲線性導波管。兒明 <圖1為具有四個反射器的傳統式2 X 2 Γ微機電（MEM)式光學互連（OXC)」交換器平面圖；。圖2A和2B為具有單一反射器的傳統式2 X 2 mem OXC交換器平面圖；圖3為2 X 2 MEM OXC交換器的示範性設定表；圖4為說明根據本發明之3 χ 3 MEM〇xc交換器具體實施例區塊圖；圖5為說明根據本發明之3 χ 3 MEM 〇xc交換器具體實施例略圖；圖6為說明根據本發明之3 X 3 MEM OXC交換器具體實施例平面圖；圖7為說明根據本發明之3 X 3 MEM OXC交換器非正交性

、發明說明（6) 具體實施例略圖· 圖8為說明根μ 例作業的6綠丄舍明之3 χ 3 MEM OXC交換器具體實施圖η,;;:1：設定表；系列平面圖·，夂去移動式反射器位置之具體實施例的一裡按如圖8 D ^係針對根據本發明3x 3 MEM OXC交換器 _ 之6種交換器設定方式；例i塊圖?明根據本發明之4 x 4 MEM〇xc交換器具體實施例:圖為况明根據本發明之4 x 4 MEM oxc交換器具體實施 mem oxc交換器具體實施 mem oxc交換器具體實施圖12為說明根據本發明之4 X 例平面圖；圖1 3為說明根據本發明之4 X 例作業的24種交換器設定表；圖HA-14Y，為說明第一到第五可移動式反射器在反射性 /、非反射性位置處之具體實施例的一系列平面圖，各者係針對於根據本發明如圖13之24種交換器設定方式；圖15為說明4x4 MEM OXC交換器之另一具體實施例略圖’其中根據本發明含有5個交換節點以及第一和第二光學傳送裝置；圖16為說明4x4 MEM OXC父換器之另一具體實施例略圖，其中根據本發明含有5個可移動式反射器以及2個固定式反射器；圖1 7為說明4 X 4 MEM OXC交換器之另一具體實施例略

第10頁 591245 五、發明說明（7) , 圖，其中根據本發明人士。^ 學傳送裝置。月3有6個交換節點以及弟一和第二光趾具體實本發明現將參酌於中緣列處本發明諸項：：圖式而加於後文中詳細說明’其不同形式所實作，且具體實施例。然而本發明確得按 , 0 、且不應被詮釋為僅侷限於本揭諸實施 ♦丄f疋，供纂彼些具體實施例目的係為讓本揭示得以缚 J完整，ϋ為完全给釋本發明觀點予熟諳本項技藝之，士。文中相仿編號係指類似元件。 -、口圖式中，老區域尺寸或將因簡明陳述而為誇示。 ^相t編號參錢似元素。料知悉當文巾耗某元件^ ί技連接」或「•接」件時，彼可直接地連接Ϊ 件稱Ϊ =凡件’或是出現中介性元件。相對地，當某元盔出現Φί接地連接」或「直接地耦接」於其他元件，即 …、出現中介性元件。傳i ΐ:用f名詞「光學輻射」▽包括用以於通訊系統内 :料的輻身十，像是可見光、紫外線、紅外線及/或電 If員譜上其他局部之輻射。雖然本揭發明係按mem 、器所描述，然應瞭解本揭發明確得適用於其他款 ^孥父換^，像是可將光學輻射由諸多輸入處交換到夕輸出處之非Μ E Μ技術的光學交換器或節點。

應可知悉本發明多具體實施例係按平面圖與略示圖所 =甘珠等略示圖中包含各個可將光學輻射由諸輪入處交換，、上諸輸出處之節點。故這些略示圖可說明光學輻射的 591245 五、發明說明（8) 概略處理方式。根據本發明，可減少用以提供N X N MEM OXC交換器功能性的反射器數目。本發明部分係導引自可將反射器視為二進位（位元）’並得被設定成兩種狀態其中某者：反射性或非反射性的實作結果。這些反射器可當作是交換器，將任何輸入耦交到其上任一輸出。這種二元作業可被用來決定出為了提供N X N交換器功能所需之減少數目的可移動反射器。可藉由像是磁性或機械式啟動裝置之局部性或整體性啟動裝置來移動反射器。例如在美國專利申請案號 09/542，170 標題「Microelectromechanical Optical Cross-Connect Switches Including Mechanical Actuators and Methods of Operating Same」文中所述者即為機械性反射器啟動方式，該案係共同指讓予本申請案所有人，並茲併合為本案參考文獻。磁性啟動MEM 〇xc 父換器係進一步描述於如美國專利中請案號〇 9 / 4 8 9，2 6 4標題「MEM Optical Cross-Connect Switch」乙文中，在此將該揭示按其整體併合為本案參考文獻。其他款式之局部性及/或整體性啟動方式亦可採行無誤。詳言之，一個N X N交換器可提供任何n丨種交換設定方式，其中某一交換設定方式係被定義為將N個輸入處交換到N個輸出處方式。例如圖3所示者即為一 2 χ 2 MEM 〇xc交換器示範性設定表格。即如圖3繪示，該2 χ 2 Μ Ε Μ 0 X C交換器具有2 !或是2種交換設定方式。在設定丨裡，輸入n 係光學李馬接於輸出〇1，而輸入12則係光學耦接於輸出〇2。

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、輪入Η係光學I馬接於輸出〇 2，而輸入I 2則學輕接於輪出01 兩用乂提供N X N MEM OXC交換器内的各種交換器設定時會而要到的既減「位元」（或是可移動式反射器）數目可表示 >二 N ! (1) 八為了々（1)為真者的最小整數值。解出「位元」數目如下： M = ceiling[ln(N!)/ln(2)] (2)

其中M為可移動式反射器的最小數值，n為交換器輸入與輸，數1 η表示自然對數，「！」則為階乘運算，而

Veiling」為將某分數提昇至次高整數的運算子（如 cei 1 ing(· 5) = 1 )。例如，3個可移動式反射器可備用以實作出依據本發明之減數3 X 3 MEM OXC交換器，而5個可移動式反射器可備用以實作出依據本發明之減數4 X 4 mem OXC交換器。

減低N X N MEM 0XC交換器内的反射器數目，可讓N X N交換器僅需採用相較於傳統式N X n交換器為少的啟動器。特別是’傳統的N X N交換器或將含有N2個反射器來提供N ! 種交換設定。這種傳統式交換器在某4 χ 4交換器内或僅得使用到Ν2種狀態的〇 · 〇4%如此低者。相對地，根據本發明之Νχ Ν父換器可以包括ceuing[ln(N!)/ln(2)]交換反射器。根據本發明之此一 4 χ 4交換器可利用達7 5 %的各個可能狀悲。例如’某傳統式4 χ 4交換器可包含1 6個交換器，

第13頁 591245 五、發明說明（l〇) —-- ^ 2彳根據本發明之4 X 4交換器可僅含有5個交換性反射器個非交換性反射器。而且，可在較小的機板區域内構 J車:少的交換器和啟動器’藉此減低根據本發明之ΝχΝ交換‘的所佔空間。圖4為說明根據本發明之3 χ 3 ΜΕΜ 〇施例區塊圖。根據圖4’—減數W可的提二員以將任，輸入II-13交換至輸出〇1_〇3時所需要的互連功能。即如等式（1 )和（2)所決定者，該3 χ 3 ΜΕΜ 〇κ交換器可包括二個交換器，藉以提供該3 x 3 MEM〇xc交換器所需要的 6種設定方式（3 !)。各，交換器40 1 -403可運作為一2 χ 2交換器。特別是，各個父換器401 - 403可擁有2個輸入與2個輸出，其中出現在輸入處的光學輻射可藉由交換該光學輻射，或是將該光學輻射傳通而過的方式（「傳通」）被導向到輸出處。例如’父換器4 0 2可將光學輻射自輸入4 〇 2 a交換到輸出4 0 2 d 處’或可將光學輻射自輸入402a傳通到輸出402c處。同樣地’該交換器4 0 2可將光學輻射自輸入4 0 2b交換到輸出 402c處，或可將光學輻射自輸入4〇2b傳通到輸出402d處。該些交換器4 0 1 - 4 0 3可被併同耦接以提供3 χ 3交換器的整體功能。按此，光學能量可自任何輸入Π、I 2及/或I 3 處被交換到任何輸出〇1、02及/或03處。特別是，該交換器402可將光學能量自輸入Π ( 40 2 b)及/或1 2 (402 a)交換到交換器40 3 (經40 2c)及/或交換器401 (經40 2d)處。該交換器4 0 1可將所收到的光學能量（4 0 1 a、4 0 1 b)交換到交換

第14頁 591245 五、發明說明（11) 器403(經401c)及/或輸出01(經4〇ld)處。該交換器403可將所收到的光學能量，由交換器4 0 1 ( 4 0 1 a )及/或交換器 4 0 2 (4 0 1 b)交換到輸出02 (經40 3d)及/或輸出〇3 (經4 0 3 c) 處。緣通於該交換器4 0 1的虛線表示該輸出4 〇 2 c可被耦接到輸入40 3b，而無須由該交換器40 1所交換。此外，可將光學能量由第一輸入處交換到第一輸出處，而無須阻斷該光學能量自第二輸入到第二輸出處的交換作業。例如，根據圖4所述，將光學能量由輸入11處交換到… 輸出0 2處，並不會阻斷（或排斥）將該光學能量自輸入I 2到輸出01或輸出03處的交換作業。圖5為說明根據本發明之3 X 3 MEM OXC交換器40 0的具體實施例略圖。根據圖5，一 2 X 2陣列包括了第一和第二縱列以及第一和第二橫行，可定義出在第一方向425上的第一和第二光學路徑411、412，與在第二方向435上的第三和第四光學路徑413、414。該些光學路徑係齊準於該MEM OXC交換器的諸輸入與輸出處。特別是，輸入11係齊準於第一光學路徑4 11，輸入I 2係齊準於第四光學路徑414，而輸入I 3則係齊準於第三光學路徑413。輸出01係齊準於第一光學路徑411，輸出02齊準於第二光學路徑412，而輸出13係齊準於第三光學路徑 413 ° 即如由等式（1)所決定，該3 X 3 MEM 0XC交換器4〇〇包括三個交換器或是「交換節點」40 1 - 40 3，以提供該3 X 3 MEM 0XC交換器40 0所需要的6種（3 !)設定方式。該等第

第15頁 591245 五、發明說明（12) 一、第二和第三節點4 〇卜4 0 3可選擇性地將光學輻射從某一光學路徑交換到另一光學路徑，以傳播該光學輻射自任一輸入處到任一輸出處。例如，該第一節點4 〇 1可將光學輻射從第一光學路徑4 1 1交換到第三光學路徑4 1 3以透過輸出〇 3而輸出，或者是該第一節點4 〇 1可傳通該光學輻射而透於該輸入11處。一光學傳送裝置405可將該第二節點402的某輸出光學耦接到該第三節點4 03的某輸入，以供透過輸出〇2或〇3而输、出。該光學傳送裝置405可將按第二方向435而源自該第二節點40 2之既收光學輻射的傳播方向，於該第三節點4〇3的輪入處改變成為第一方向425。在較佳具體實施例中，該光學傳送裝置4〇5係非交換性者。按此’該光學傳送裝置4 〇 5可為固定式反射器、線性導波官、曲線式導波管及/或可改變光學輻射傳播方向之裂置。然而’亦可採用一種不需要於反射性與非反射性之間移動的某交換裝置。 a圖β為說明根據本發明之3x 3 MEM OXC交換器500具體實施例平面圖。根據圖6，一 2 χ 2陣列反射器5 〇丨—5 〇 4係經如圖，式排置為第一與第二縱列和第一與第二橫行，以定義出第一方向525上的第一與第二光學路徑511、512，和第 —方向535上的第三與第四光學路徑513、514。這些光學路徑係經齊準於該3 X 3 MEM 〇xc交換器5〇〇的輸入與輸出處。特別是’輪入I 1係齊準於該第一光學路徑5 1 1，輸入J 2

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係齊準於該第四光學路徑514，輸入13係齊準於該第三光學路徑513。該輸出01係齊準於該第一光學路徑511，輸出係齊準於該第二光學路徑5丨2，而輸出〇3係齊準於該第二光學路徑5 1 3。在較佳具體實施例中，諸輸入裡至少一個（在此為輸入II)會位在該—M 〇xc交換器5〇〇離於其他輸入處之個別侧。而在其他實施例裡，諸輸出中至少一個 (在此為輸入03)會位在該MEM OXC交換器5 0 0離於其他輸出處之個別側。 "亥些第一、第二和第三反射器5 (Π - 5 0 3可移動於反射性位置與非反射性位置之間。該等第一、第二和第三反射器 5 0 1 -5 0 3係導向於相對該些光學路徑為45度，並且於反面處具有反射性材質。按此，該等第一、第二和第三反射器 5^1-M3可用以反射或「交換」光學輻射由輸入處沿著光學路彳全’而從任何輪入處傳播該光學輻射到任何輸出處。 5亥反射性材質可為像是矽上金質或是聚矽上的金質。亦可採用其他的反射性材質。圖^為說明根據本發明之3 χ 3 MEM 〇xc交換器非正交性 ^體貝，例略圖。應知悉本發明可為按具有相對於彼此係，正父^性指向的交換器所實作，即如像是圖7所示者。圖8為說明根據本發明之3x 3 MEM OXC交換器運作方式的6種交換哭# $而丨+ 、疋列表。根據圖8，某第一種交換器設定可沐二輸入11光學李馬接到輸出〇1，將該輸入I 2接到輸出〇2， f ί輸人13接到輪出Q3。第二種交換器設定可將該輸入！ 1 一子耦接到輸出01，將該輸入12接到輸出03，將該輸入13

第17頁 591245 五、發明說明（14) 接到輸出0 2。第三種交換器設定可將該輸入π光學耗接到輸出02，將該輸入12接到輸出〇1，將該輸入；[3接到輸出〇 3。第四種交換器設定可將該輸入丨丨光學耦接到輸出〇 3，將該輸入12接到輸出02，將該輸入13接到輸出〇1。第五種父換器設定可將該輸入Π光學耦接到輸出〇 2，將該輸入；[2 接到輸出0 3 ’將該輸入I 3接到輸出〇 1。第六種交換器設定可將該輸入11光學耦接到輸出〇 3，將該輸入〗2接到輸出〇 1，將該輸入I 3接到輸出Q 2。按此，如圖8的這六種交換、器設定可供將任何輸入光學耦接到任何輸出。圖9A-F為說明可移動式反射器6〇卜6〇5位置之具體實施例的一系列平面圖，各者係針對根據本發明3 X 3 MEM 0XC 父換器7 0 0裡按如圖8内6種交換器設定方式之各者。即如圖8所示，一2 X 2陣列交換器70卜7〇4係經排置為第一和第一縱列與第一和第二橫行，以定義出第一方向725上的第一與第二光學路徑711、712，和第二方向735上的第三與第四光學路徑713、714。這些光學路徑係經齊準於該MEM 0XC父換器700的諸輸入與輸出處。根據圖9A-9F，實陰影區域表示對應之可移動式反射器 70 1 -70 3係位在反射位置，無陰影區域表示該反射器係位 f非反射位置，而半陰影區域表示該反射器係屬固定者。當某一可移動式反射器位在反射位置時，沿某第一光學路徑而^射的光學輻射會由該第一光學路徑反射到某條正交於该第一光學路徑的第二光學路徑上。相對地，當某一可移動式反射器位在非反射性位置時，沿第一光學路徑而入

第18頁 591245 五、發明說明（15) 射的光學輻射，則會「傳通」並繼續沿該第一光學路徑而傳播。即如圖9A所示，在第一設定方式中，第一、二與三可移動式反射器70卜703係位在各自的非反射性位置處。按此，輸入Π處所收到的光學輻射會「傳通」而到輸出〇丄處。輸入I 2處所收到的光學輻射會「傳通」過該第二可移動式反射器702，而由固定式反射器704反射到輸出〇2處，並且輸入I 3處所收到的光學輻射會「傳通」而到輸出q 3 、處。對此，該第一設定方式可提供3項由該MEM OXC交換器 2 0 0所提供的可能功能。換言之，相同的設定方式可被用來將輸入Π交換到輸出01，或將輸入I 2交換到輸出〇2，或將輸入13交換到輸出03。在第二設定方式中（如圖9B)，該第三可移動式反射器 7 0 3係位在反射性位置處，而該第一與第二可移動式反射器7 0 1 - 7 0 2係位在反射性位置處。按此，輸入11處所收到的光學輻射會「傳通」過輸出〇丨處。輸入；[2處所收到的光學輻射會「傳通」過該第二可移動式反射器7 〇 2，而由固定式反射器704反射到該第三可移動式反射器？〇3處，而該者會將光學輻射反射到輸出0 3處。輸入I 3處所收到的光學輻射會「傳通」過該第一可移動式反射器7 0 1並從該第三可移動式反射器7 0 3處反射到輪出q 2處。在第三設定方式中（如圖9C)，該第二可移動式反射器 7 02係位在反射性位置處，而該第一與第三可移動式反射器7 0 1、7 0 3係位在反射性位置處。按此，輸入丨丨處所收到

第19頁 591245 五、發明說明（16) 的光學輻射會從該第二可移動式反射器7 0 2處和由固定式反射器704反射，並「傳通」過該第三可移動式反射器703 而到輸出0 2處。輸入I 2處所收到的光學輻射會由該第二可移動式反射器7 0 2反射，並「傳通」過該第一可移動式反射器7 0 1而到輸出〇 1處。輸入I 3處所收到的光學輻射會「傳通」到輸出03處。在第四設定方式中（如圖9D)，該等第一、第二與第三可移動式反射器70卜70 3皆係位在反射性位置處。按此，輸〜入11處所收到的光學輻射會從該第二可移動式反射器7 〇 1 處反射到固定式反射器7 0 4反射再到該第三可移動式反射器7 0 3而到輸出I 3處。輸入I 2處所收到的光學輻射會由該弟一可移動式反射器7 0 2反射再到該第一可移動式反射器 7 0 1又到該第三可移動式反射器70 3而到輸出〇2處。輸入I 3 處所收到的光學輻射會由該第一可移動式反射器7 〇 1反射到輸出01處。在替代性的第四設定方式中（如圖9D’），該第一可移動式反射器7 0 1係位在反射性位置處，而該第二與第三可移動式反射器7 0 2、7 0 3係位在反射性位置處。按此，輸入11 處所收到的光學輻射會「傳通」該第二可移動式反射器 702處，並從該第一可移動式反射器701反射且「傳通」過該第三可移動式反射器7 〇 3而到輸出0 3處。輸入I 2處所收到的光學輻射「傳通」過該第二可移動式反射器7 0 2，並由固定式反射器7 0 4反射而「傳通」過該第三可移動式反射器7 0 3而到輸出〇 2處。輸入I 3處所收到的光學輻射會由

第20頁 591245 五、發明說明（17) 該第一可移動式反射器7 0 1反射到輸出〇丨處。可根據所欲之4 X 4 MEM OXC交換器運作方式，而選定其他的替代性第四設定方式。例如，某替代性第四設定方^ 可因在從某輸入到某輸出之傳播光學輻射方面，足得提供較少的反射器數目或是其相關光學路徑較短之故而屬較適。在第五設定方式中（如圖9E)，該等第一與第二可移動式反射器7 0 1、7 0 2皆係位在反射性位置處，而第三可移動式反射器7 0 3位在非反射性位置處。按此，輸入11處所收到的光學輻射會從該第二可移動式反射器7〇2處反射到固定式反射器7 0 4反射，「傳通」過該第三可移動式反射器7 〇 3 而到輸出0 2處。輸入I 2處所收到的光學輻射會由該第二可移動式反射器7 0 2反射到該第一可移動式反射器7 〇1，「傳通」過該第三可移動式反射器7 0 3而到輸出〇3處。輸入I 3 處所收到的光學輻射會由該第一可移動式反射器7〇 1反射到輸出01處。在替代性的第五設定方式中（如圖9E，），該等第一與第二可移動式反射器7 0 1、7 0 3皆係位在反射性位置處，而第一可移動式反射器7 0 2位在非反射性位置處。按此，輸入 1 1處所收到的光學輻射會「傳通」該第二可移動式反射器 7 0 2處，並從該第一可移動式反射器7 〇丨和該第三可移動式反射器7 0 3反射而到輪出〇 2處。輸入I 2處所收到的先學輻射「傳通」過該第二可移動式反射器7 0 2，並由固定式反射器和該第三可移動式反射器7 〇 3反射而到輸出〇 3處。輸

第21頁 591245 一可移動式反射器7 0 1 入I 3處所收到的光學輻射會由該第反射到輸出01處。在弟又疋方式中（如圖9F)，該等第二盥反射器70 2、703皆係位在反身 "弟一了移動式 .^7nl , ^ ^ 6隹夂射性位置處，而第一可移動式反射701位在非反射性位置處。按此

的光學輻射會從該第二可移叙+ = & ^ ^ H J J秒動式反射|§ 7 0 2、固定式反射

器704和該第三可移動式及急+怒^ A 切A反射^ 703而反射到輸出〇3處。輸光學輕射會由該第二可移動式反二 J射J U」過該第一可移動式反射器701而到輸_ 處。輸入I 3處所收到的伞與 σ 剽的光學輻射會「傳通」過該第一可移動式反射器701並由兮筮二可必乂， ΑΟ ^ μ弟二了移動式反射器70 3反射到輸出 02處。又根據本發明另-項特點，確可利用（1^)/2個節點來貝作出Ν X N MEM 〇xc交換器。特別是，這些（Ν2_Ν)/2個節點可位刻χΝ陣列對角線的某側。某一或諸多光學傳送裝置係沿於錢角線而位在内部陣列位置上。按&，根據本务明之N X N 〇xc交換器可包括相較於由等式（丨）所決定者而為更多的可移動式反射器。例如，某4 X 4 MEM OXC交換器可採用6個可敕屯a g e 。 J移動式反射|§和2個固定式反射器。某8 x8 MEM OXC 交換哭狹扣可利用2 8個可移動式反射器來製作。相對說來’從等式⑴，這些交換器可含有較少的可移動圖1〇為說明根據本發明之4x 4 MEM 0XC交換器具體實施例區塊圖。根據圖10，交換器8 0 1 - 80 5可提供用以將任何

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591245 五、發明說明（19) 輸入II-14交換至輸出〇丨-〇4時所需要的互連功能。即如等式（1 )和（2)所決定者，該4 X 4 MEM OXC交換器可包括五個交換器’藉以提供該4 X 4 MEM OXC交換器所需要的24種設定方式（4 !)。特別是，各個交換器8ΙΠ-805可作為一2 X 2交換器。例如’交換器8 0 2可將光學輻射自輸入8 0 2a交換到輸出 802c處，及/或到輸出8〇2d處。同樣地，該交換器802可將光學輻射自輸入8 02b交換到輸出802c處及/或到輸出802d、處。該些交換器80卜8 0 5可被併同耦接以提供4 X 4交換器的整體功能。按此，光學能量可自任何輸入Π、I 2、I 3及/ 或14處被交換到任何輸出〇丨、〇2、〇3及/或〇4處。特別是，該交換器8 0 2可將光學能量自輸入丨2 ( 80 2b)及/或輸入1 3 ( 80 2a)交換到交換器8〇4(經8 0 2c)及/或交換器 801(經802d)處。該交換器8〇4可將光學能量自交換器802 (804a)及/或輸入II (經8〇4b)交換到交換器805 (經804c) 及/或交換器8 0 3 (經804d)處。該交換器8 0 1可將所收到的光學能量（8 〇丨&、8 〇 1 b )交換到交換器8 0 5 (經801c)及/或交換器8〇3 (經80 Id)處。該交換器8 0 3可將所收到的光學能量，由交換器8 〇 } ( 8 〇 3 a) 及/或交換器8 0 4 ( 8 0 3b)交換到輸出〇2 (經8〇3c)及/或輸出 01 (經8 0 3d)處。該交換器8 0 5可將所收到的光學能量，由交換器8 0 1 ( 8 0 5a)及/或交換器804 (8〇5b)交換到輸出〇4 (經805c)及/或輸出03 (經8〇5d)處。

第23頁 591245 五、發明說明（20) 繪通於該交換器8 0 4的虛線表示該輸出8 0 2 d可被耦接到輸入8 0 1 b，而無須由該交換器8 0 1所交換。繪通於該交換器801的虛線表示該輸出804c可被搞接到輸入805b，而無須由該交換器8 0 1所交換。圖1 1為說明根據本發明之4 X 4 MEM OXC交換器8 0 0具體實施例略圖。根據圖11，一 3 X 3陣列包括了第一、第二和第三縱列以及第一、第二和第三橫行，可定義出在第一方向825上的第一、第二和第三光學路徑811—813，與在第二方向835上的第四、第五和第六光學路徑814-816。該些光學路徑係齊準於該4 X 4 MEM OXC交換器8 0 0的諸輸入與輸出處。特別是，輸入11係齊準於第二光學路徑8 1 2，輸入I 2係齊準於第一光學路徑8 11，輸入I 3則係齊準於第六光學路徑8 1 6，而輸入I 4則係齊準於第五光學路徑8 1 5。輸出〇 1係齊準於苐二光學路徑812，輸出02齊準於第四光學路徑 8 1 4 ’輸出丨3齊準於第三光學路徑8丨3，而輸出丨4係齊準於第五光學路徑815。第一至第五節點801-805可以選擇地將光學輻射自—光學路徑切換至另一光學路徑以便由任一輸入傳導至任一輸出。例如，第二節點8〇2能將光學輻射自第一光學路徑8ιι 切換至六光學路徑816以便傳輸至第四節點8 04或可使光學輻射通至第一節點8 0 1。某第—光學傳送裝置8 0 6可選擇性地將該第四節點8〇4的某輸出光學耗接到該第五節點8 0 5的某輸入，以供透過輸

第24頁 αΐ245 五、發明說明（21) ^03或04而輸出。該第一光學傳送裝置8〇6可將按第二方 2 8 3 5而源自該第四節點8 0 4所接收之光學輻射的傳播方於该第五節點8 0 5的輸入處改變成為第一方向8 2 5。與某第二光學傳送裝置807可將該第一節點801的某輸出光予搞接到遠第三節點8 0 3的某輸入，以供透過輸出〇1或〇2 而輸出。該第二光學傳送裝置807可將按第一方向825而源 ^自違第一節點8 〇 1之既收光學輻射的傳播方向，於該第三即點8 0 3的輪入處改變成為第二方向8 3 5。 … 風這些光學傳送裝置806、807並未經交換。因此，該等光學傳运裝置8 〇 6、8 0 7可為固定式反射器、線性導波管、曲線式導波管或其他可改變光學輻射傳播方向之裝置。圖1 2為說明根據本發明之4 X 4 MEM OXC交換器9 0 0具體貝施例平面圖。根據圖1 2，第一到第七反射器9 〇丨—9 〇 7陣列係經如圖方式排置為第一到第三縱列和第一到第三橫行，以定義出第一方向925上的第一、第二和第三光學路徑911-913，和第二方向935上的第四、第五和第六光學路 m 4 — 9 1 6。這些光學路徑係經齊準於該MEM OXC交換器 9 0 0的輸入與輸出處。特別是，輸入11係齊準於該第二光學路徑9 1 2，輸入I 2 係齊準於該第一光學路徑911，輸入13係齊準於該第六光學路徑916，而輸入14係齊準於該第五光學路徑9丨5。該輸出01係齊準於該第二光學路徑912，輸出02係齊準於該第四光學路徑914，輸出03係齊準於該第三光學路徑913，而輸出04係齊準於該第五光學路徑915。在較佳.具體實施例

第25頁 591245 五、發明說明（22) 中，諸輸入裡至少一個會位在該MEM OXC交換器9 0 0離於其他輸入處之個別側。而在其他實施例裡，諸輸出中至少一個會位在該MEM OXC交換器9 0 0離於其他輸出處之個別側。該些第一到第五反射器9 0 1 - 9 0 5可移動於反射性位置與非反射性位置之間。該等第一到第五反射器9 0 1 - 9 0 5係導向於相對該些光學路徑為45度，並且於反面處具有反射性材質。該些第六和第七反射器9 0 6、9 0 7則屬固定式。按此’該寺弟一到弟五反射器.9 0 1 - 9 0 5用以反射或「交換」、光學輻射由輸入處沿著其向内之光學路徑，而從任何輸入處傳播該光學輕射到任何輸出處。該反射性材質可為像是矽上金質或是聚矽上的金質。亦可採用其他的反射性材質。圖1 3為說明根據本發明之4 X 4 Μ Ε Μ Ο X C交換器運作方式的24種交換器設定列表。圖14Α-14 Υ，為說明第一到第五可移動式反射器9(Π-9 05在反射性與非反射性位置處之具體實施例的一系列平面圖，各者係針對於根據本發明如圖i 3 之2 4種交換器設定方式。在此無須對圖1 4 A -1 4 Y，各者样加說明，此因諸反射器可即按如圖14A-14Y，方式而排置，俾提供所需要的24種設定方式。圖15為說明4 X 4 MEM OXC交換器之另一具體實施例略圖’其中根據本發明含有5個交換節點以及第一和第二光學傳送裝置。圖16為說明4 X 4 MEM OXC交拖哭 …又俠為之另一具體施例平面圖，其中根據本發明含有5個可移動式反射哭以及2個固定式反射器。工 "

第26頁 591245 五、發明說明（23) 圖1 7為說明4 X 4 MEM OXC交換器1 40 0之另一具體實施例略圖，其中根據本發明而含有6個交換節點以及第一和第二光學傳送裝置。根據圖1 7，一 3 X 3陣列包括了第一、第二和第三縱列以及第一、第二和第三橫行，可定義出在第一方向1425上的第一、第二和第三光學路徑1411-1413，與在第二方向1 43 5上的第四、第五和第六光學路徑 1414-1416。該些光學路徑係齊準於該4x4 MEM OXC交換器1400的諸輸入與輸出處。 … 特別是，輸入11係齊準於第一光學路徑1 41 1，輸入I 2係齊準於第六光學路徑1 4 1 6，輸入I 3則係齊準於第五光學路徑1 41 5，而輸入I 4則係齊準於第四光學路徑1 4 1 4。輸出01 係齊準於第一光學路徑1 4 11，輸出02齊準於第二光學路徑 1412，輸出03齊準於第三光學路徑1413，而輸出〇4係齊準於第四光學路徑1414。第一到第六節點1 4 0 1 - 1 4 0 6可選擇性地將光學輻射從某一光學路徑交換到另一光學路徑，以傳播該光學輻射自任一輸入處到任一輸出處。例如，該第五節點1 40 5可將光學輻射從第五光學路徑1 4 1 5交換到第二光學路徑1 4 1 2以傳送到第四節點1 4 〇 4而輸出，或者是傳通該光學輻射而透於該第六節點1 4 0 6處。某第一光學傳送裝置1 4 0 7可選擇性地將該第三節點1 4 0 3 的某輸出光學|馬接到該第五節點1 4 0 5的某輸入。該第一光學傳送裝置1 4 0 7可將按第二方向1 4 3 5而源自該第三節點 1 4 0 3所接收之光學輻射的傳播方向，於該第五節點1 4 〇 5的

第27頁 591245 五、發明說明（24) 輸入處改變成為第一方向1 42 5。某第_光學僖#壯光學輪接到該第=可將該第五節點1 40 5的某輸出 04而輸出。該第1、= 的某輪入，或是透過輸出03或 λ ^ ^ —光子傳送裝置1408可將按第二方向1435 兮筮丄二軒^木即點1 4 0 5之既收光學輻射的傳播方向，於 a玄弟/、郎點1 4 0 6的^人走ηΛ*么上么的輸入處改變成為第一方向1 42 5。 m β ^ ^和丨6中，交換節點/可移動式反射器的數目可應二:、^ j 1 )而決定。特別是，該圖1 5和1 6中的4 X 4 ·、 0XC又換|§包含5個交換節點/可移動式反射器。相對於圖 11丄圖1 6的可移動式反射器可朝指於不同方向。這些光學傳送裝置14〇7、1408並未經交換。因此，該等，學傳送裝置1 40 7、1 408可為固定式反射器、線性導波管、曲線式導波管或其他可改變光學輻射傳播方向之裝置。即如前述，可利用（N2-N)/2個節點來實作出如圖1 7的具體實施例。在如圖1 7的4 X 4 MEM 0 XC交換器1 4 0 0裡，這些 (N2-N)/2個節點（或是節點1 40 1 - 1 40 6 )可位在4 X 4陣列對角線的某侧，在此，該等第一和第二光學傳送裝置係散佈於該4 X 4陣列的内部陣列位置上。根據本發明，確得減少用以提供N X N MEM OXC交換器功能性的反射器數目。而特別是，所減少的反射器數目可為如下表示·· ceiling[ln(N ! )/ln(2)]。降低Nx N MEM 〇XC交換器内所採用之反射器數目，可讓該N x N交換器相_ 較於傳統式N X N交換器而使用更少的啟動器數目。同

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Claims

591245 案號 90109432 曰修正六、申請專利範圍 1. 一種具有Ν個對OXC交換器的輸入（II - 14)與Ν個自OXC 交換器的輸出（01-04)之Ν χΝ「光學互連（OXC)」交換器 (800)，其中Ν至少為3，且其中該N xN OXC交換器可提供 Ν !種狀態，可將該些Ν個輸入之任者光學辆接至該些Ν個輸出之任者，其中該Ν X N OXC交換器包括：諸多交換節點（8 0 1 - 8 0 5 )，可選擇性地被光學耦接到該等Ν個輸入和Ν個輸出，其中這些諸多交換節點各個皆可於交換組態設定以及傳通組態設定兩者中至少一者裡，按逐個輸入的方式來設定其組態，俾由此而選擇性地提供經交換之光學輻射，且其中該些交換節點的數目會等於 ceiling[ln(N !)/ln(2)]，以提供該Ν X N OXC 交換器的 Ν !種狀態；以及至少一個耦接於諸交換節點裡至少兩個的光學傳送裝置（ 8 0 6 )。 2. 如申請專利範圍第1項之Ν X Ν「光學互連（OXC)」交換器，其中該節點數目會小於等於（Ν2-Ν)/2，以提供該Ν X N OXC交換器的Ν !種狀態。 3. 如申請專利範圍第1項之Ν X Ν「光學互連（OXC)」交換器，其中該光學傳送裝置包括一非移動式反射器 ( 9 0 6 ) 〇 4. 如申請專利範圍第1項之Ν X Ν「光學互連（OXC)」交換器，其中該第一 Ν個輸入係正交於該第二Ν個輸入。 5. 如申請專利範圍第1或4項之Ν X Ν 「光學互連 (OXC)」交換器，其中該第一Ν個輸出係正交於該第二Ν個

O:\70\70677.ptc 第35頁 591245 _案號 90109432_年/月 f 曰__ 六、申請專利範圍輸出。 6 . 如申請專利範圍第1或3項之N X N「光學互連 (0 X C )」交換器，其中該至少一個交換節點包括一於反面 - 處會具有反射性材質之可移動式反射器。 7. 一種操作N X N「光學互連（OXC)」交換器之方法，含有選定該OXC交換器的反射器組態數目，使得諸N個輸入 (I 1-14)中某由此所選定者會被切換到諸N個輸出（(H-04) ‘ 中某由此所選定者，該方法包括：在諸反射器組態的某選定者之中，對眾多反射器 (8 0 1 - 8 0 5 )進行組態設定，其中諸交換性反射器的數目會等於ceiling[ln(N!)/ln(2)]。 _ 8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中諸反射器包括得於反射性位置與非反射性位置之間移動的可移動式反射器。 9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中更包括：經由某光學路徑，將光學輻射從既選輸入處傳播到既 . 選輸出處，該路徑包含諸反射器中至少一個與至少一個非可移動式反射器。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該至少一個非可移動式反射器包含一保持在反射性位置的反射器。

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