(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコンピュータを含み、前記複数のコンピュータの各コンピュータが光信号ビームを送る第１の光ファイバ・ケーブルと、光信号ビームを受け取る第２の光ファイバ・ケーブルとを含む光電気コンピュータ・ネットワーク内で光信号をスイッチする装置であって、
複数の光信号ビームの各光信号ビームが光スペクトル内の固有周波数の光信号ビームである、前記複数のコンピュータのうちの１つのコンピュータの第１の光ファイバ・ケーブルからの光信号ビームを複数の光信号ビームに分割することができるプリズムと、
複数の前記光信号ビームの各光信号ビームを前記複数のコンピュータの残りのコンピュータのうちの少なくとも１つのコンピュータのそれぞれの第２の光ファイバ・ケーブルに個別に向ける複数の変形可能なミラーを有するミラー配列とを含む装置。
【請求項２】
前記ミラー配列が変形可能なミラー装置である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光信号ビームが複数の光周波数の下で変調された情報を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
複数のコンピュータの各コンピュータが光信号ビームを送る第１の光ファイバ・ケーブル、および光信号ビームを受け取る第２の光ファイバ・ケーブルを含む複数のコンピュータと、
前記複数のコンピュータに結合された光ハブとを含む光電気コンピュータ・ネットワークであって、前記光ハブが、
複数の光信号ビームの各光信号ビームが光スペクトル内の固有周波数の光信号ビームである、前記複数のコンピュータのうちの１つのコンピュータの第１の光ファイバ・ケーブルからの光信号ビームを複数の光信号ビームに分割することができるプリズムと、
複数の前記光信号ビームの各光信号ビームを前記複数のコンピュータの残りのコンピュータのうちの少なくとも１つのコンピュータのそれぞれの第２の光ファイバ・ケーブルに個別に向ける複数の変形可能なミラーを有するミラー配列とを含む光電気コンピュータ・ネットワーク。
【請求項５】
前記ミラー配列が変形可能なミラー装置である、請求項４に記載の光電気コンピュータ・ネットワーク。
【請求項６】
前記光信号ビームが、複数の光周波数の下で変調された情報を含む、請求項４に記載の光電気コンピュータ・ネットワーク。
【請求項７】
複数のコンピュータを含み、前記複数のコンピュータの各コンピュータが光信号ビームを送る第１の光ファイバ・ケーブルと、光信号ビームを受け取る第２の光ファイバ・ケーブルとを含む光電気コンピュータ・ネットワーク内で光信号をスイッチする方法であって、
複数の光信号ビームの各光信号ビームが光スペクトル内の固有周波数の光信号ビームである、前記複数のコンピュータのうちの１つのコンピュータの第１の光ファイバ・ケーブルからの光信号ビームを複数の光信号ビームに分割するステップと、
複数の変形可能なミラーを有するミラー配列を使用して、複数の前記光信号ビームの各光信号ビームを前記複数のコンピュータの残りのコンピュータのうちの少なくとも１つのコンピュータのそれぞれの第２の光ファイバ・ケーブルに個別に向けるステップとを含む方法。
【請求項８】
前記ミラー配列が変形可能なミラー装置である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記光信号ビームが複数の光周波数の下で変調された情報を含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には信号伝送のための方法および装置に関し、詳しくは、光信号を伝送する方法および装置に関する。さらに詳しくは、本発明は光電気コンピュータ・ネットワーク内で光信号をスイッチする方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電気コンピュータ・ネットワークとは、ネットワーク内でディジタル・データ信号が光経路と電気伝導経路の両方で受け渡しされるコンピュータ・ネットワークである。光電気コンピュータ・ネットワーク内のコンピュータは、全部ではないが大部分が光電気コンピュータである。光電気コンピュータとは、コンピュータ・システム内でディジタル・データ信号が電気伝導バスと光バス（または経路）の両方で伝送されるコンピュータ・システムである。一般には、光電気コンピュータは、光リンク機能を備え、たとえば、光電気交換のための変換器として機能する垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を有する半導体装置を使用することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
光電気コンピュータ・ネットワーク内では、光ハブを使用して、ネットワーク内のすべてのコンピュータ間での情報交換を行う。光ハブは、電気ネットワーク・スイッチに類似しており、複数のコンピュータ間での同時通信を可能にする。このような光電気コンピュータ・ネットワークでは、光信号の伝送のために使用可能な光経路資源を効率的に割り振るのに困難が予想され、光経路機能が、より古い世代のデータ処理システムから使用し続けているレガシー・バスなどの電気伝導経路の機能を超える場合には特にそうである。現在使用されている多くの光電気コンピュータでは、特定のデータ・ストリームを入れるために光スペクトルの選択された周波数が割り振られる。そのような場合、それらのデータ・ストリームを、光ハブなどの様々な光経路間でスイッチすることが必要になる。本開示は、光電気コンピュータ・ネットワークの光ハブ内で光信号をスイッチする装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
光電気コンピュータ・ネットワークは複数のコンピュータを含む。各コンピュータは、光信号ビームを送るための第１の光ファイバ・ケーブルと、光信号ビームを受け取るための第２の光ファイバ・ケーブルとを含む。本発明の好ましい実施形態によると、光電気コンピュータ・ネットワーク内で光信号をブロードキャストする装置は、プリズムとミラー配列とを含む。このプリズムは、コンピュータのうちの１つのコンピュータの第１の光ファイバ・ケーブルからの光信号ビームを複数の光信号ビームに分割することができる。各光信号ビームは、光スペクトル内の固有周波数の光信号ビームである。次に、変形可能ミラーの配列によって形成されミラー配列が、各光信号ビームをコンピュータのうちの他のコンピュータのそれぞれの第２の光ファイバ・ケーブルに個別に向ける。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図面、特に図１を参照すると、本発明の好ましい一実施形態による光リンクを有する光電気コンピュータ・ネットワークのブロック図が示されている。光電気コンピュータ・ネットワーク１０は、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）またはワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）とすることができる。図のように、光電気コンピュータ・ネットワーク１０はコンピュータ１１〜１９と光ハブ５とを含む。各コンピュータ１１〜１９は、パーソナル・コンピュータ、中型コンピュータ、またはメインフレーム・コンピュータとすることができる。各コンピュータ１１〜１９は、すべてのコンピュータ１１〜１９が光ハブ５を介して互いに相互接続されることができるように光リンク機能を有することが好ましい。コンピュータ１１〜１９のうちの１つと光ハブ５との間の光リンクは、少なくとも２本の光ファイバ・ケーブルを含み、一方の光リンクは光ハブ５に光信号を送信するためのリンクであり、他方は光ハブ５から光信号を受信するためのリンクである。たとえば、光ファイバ・ケーブル１１ｓは、コンピュータ１１から光ハブ５に光信号を伝送し、光ファイバ・ケーブル１１ｒは光ハブ５からコンピュータ１１に光信号を伝送する。コンピュータ１１〜１９間のすべての通信は、光ハブ５によって行われる。本質的には、光ハブ５は光電気コンピュータ・ネットワーク１０内のコンピュータ１１〜１９のためのネットワーク・スイッチとして機能する。
【０００６】
次に図２を参照すると、本発明の好ましい一実施形態による、光ハブ５内のネットワーク・スイッチング機構の図が示されている。図のように、ネットワーク・スイッチング機構２０は、プリズム２１とミラー配列７とを含む。ミラー配列７は、配列の形に編成された、ミラー２２などの複数のミラーを有する変形可能ミラー装置（ＤＭＤ）であることが好ましい。ＤＭＤの詳細については後述する。光ファイバ束８は一群の光ファイバ・ケーブルを含み、各光ファイバ・ケーブルは図１のコンピュータ１１〜１９のうちの１つに対応する。各光ファイバ・ケーブルは、それぞれのコンピュータからミラー配列７に光信号を送る。たとえば、光ファイバ・ケーブル１１ｓは、（図１の）コンピュータ１１からミラー配列７に光信号を送る。同様に、光ファイバ束９は、一群の光ファイバ・ケーブルを含み、各光ファイバ・ケーブルは図１のコンピュータ１１〜１９のうちの１つに対応する。光ファイバ束９内の各光ファイバ・ケーブルは、ミラー配列７からそれぞれのコンピュータに光信号を伝送する。ミラー配列７内の各ミラー２１は、光ファイバ束８内の光ファイバ・ケーブルから入射した光信号を、光ファイバ束９内の所望の光ファイバ・ケーブルに反射するように個別に調整することができる。（図１の）コンピュータ１１がコンピュータ・ネットワーク１０内のコンピュータのうちの一部のコンピュータに特定の情報を送信したい場合、コンピュータ１１はまず、光ファイバ・ケーブル１１ｓなどの光ファイバ・ケーブルを介して対応する光信号ビームを送る。単一の光信号に異なる情報を含める場合、異なる各情報を固有の光周波数の光信号内で変調する。次に、光信号をプリズム２１によっていくつかの光信号ビームに分割する。各光信号ビームは異なる周波数を有することが好ましい。図のように、プリズム２１から出た光信号ビームは、赤色ビーム、緑色ビーム、および青色ビームを含む。これらの光信号ビームは、その後でミラー配列７によって反射される。次に、プリズム２１から出たすべての光信号ビームが光ファイバ束９内の対応する光ファイバ・ケーブル内に向けられるように、再びミラー配列７内の各ＤＭＤが個別に調整される。その結果、コンピュータ１１からの情報はコンピュータ・ネットワーク１０内の受信側コンピュータに送られる。
【０００７】
前述のように、ミラー配列７はＤＭＤであることが好ましい。ＤＭＤは、入射光を電気入力または光入力に対応する空間パターンに変調する変換器である。入射光は、その位相、強度、偏光、または方向を変調することができ、この光変調は、様々な光電気効果または光磁気効果を示す様々な材料と、表面変形によって光を変調する材料によって行うことができる。ＤＭＤは、典型的にはピクセル（またはミラー）の面配列の形態をとり、各ピクセルは個別にアドレス可能であり、少なくとも１つの偏向可能反射ビームを含む。ＤＭＤは、ピクセルからの反射光によって動作し、反射光は偏向可能ビームの偏向を変化させることによって変調される。
【０００８】
次に図３から図５を参照すると、本発明の好ましい一実施形態による、ＤＭＤの単一のピクセルが、それぞれ透視図、平面図、及び断面図で示されている。図５は、図３および図４に示す線ｃ−ｃに沿った断面図である。ＤＭＤ内のピクセルは、基本的には、浅いウェルを被うビーム（またはフラップ）である。図のように、ピクセル４０は、シリコン基板４１と、絶縁スペーサ４２と、金属ヒンジ層４３と、金属ビーム層４４と、ビーム４５と、ビーム４５内の複数のプラズマ・エッチ・アクセス・ホール４６とを含む。ヒンジ層４３のうちのビーム層４４によって被われていない部分４７および４８は、ビーム４５を、層４３と４４のうちのスペーサ４２によって支持された部分に取り付けるトーション・ヒンジ（トーション・ロッド）を形成する。スペーサ４２と基板４１の間には電極５１〜５４が延び、二酸化シリコン層５０によって基板４１から分離されている。
【０００９】
ピクセル４０の寸法の好ましいセットは以下の通りである。ビーム４５は長さ１２．５マイクロメートルの辺を有する正方形であり、スペーサ４２は厚さ４．０マイクロメートル、ヒンジ層４３は厚さ８００Åで、ビーム層４４は厚さ３，６００Å、各ヒンジ４７、４８は長さ４．６マイクロメートル、幅１．８マイクロメートルで、プラズマ・エッチ・アクセス・ホール４６は２．０マイクロメートル平方で、プラズマ・エッチ・アクセス・ギャップ５５（ビーム４５とビーム層４４の他の部分との間の空間）は幅２．０マイクロメートルである。約１０度の最大ビーム偏向角を得るためのピクセル４０の寸法の他のセットは、ビーム４５は、一辺の長さが１９マイクロメートルの正方形、スペーサ４２は厚さ２．３マイクロメートル、ヒンジ層４３は厚さ７５０Å、ビーム層４４は厚さ３，０００Å、各トーション・ヒンジ４７、４８は長さ４．６マイクロメートル、幅１．０マイクロメートルで、プラズマ・エッチ・アクセス・ホール４６は１．５マイクロメートル平方、プラズマ・エッチ・アクセス・ギャップ５５は幅１．０マイクロメートルである。
【００１０】
基板４１は、約１０オーム／ｃｍの抵抗率を有するシリコンである。スペーサ４２は絶縁体である。ヒンジ層４３とビーム層４４は両方とも、Ｔｉが０．２％、Ｓｉが１％のアルミニウムとチタンとシリコンとの合金（Ｔｉ：Ｓｉ：Ａｌ）である。この合金は、スペーサ４２と著しく異ならない熱膨張率を有し、したがって、製造工程中に生じる金属層とスペーサ４２との間の応力が最小限になる。ビームまたはヒンジ内の各層間に応力があるとビームまたはヒンジの反りまたはカーリングが生じ、金属とスペーサ間の応力によってウェルの上の金属の自由部分の湾曲または反りが生じることがあることに留意されたい。
【００１１】
ピクセル４０は、金属層４３、４４と基板４１上の電極５３または５４との間に電圧を印加することによって動作する。ビーム４５と電極は空隙キャパシタの２枚のプレートを形成し、印加電圧によってこの２枚のプレート上に生じる異極の電荷が、ビーム４５を基板４１に引き付ける静電力を作用させる一方、電極５１および５２はビーム４５と同じ電圧に保持される。この引力によりビーム４５はヒンジ４７、４８で歪み、基板４１に向かって偏向する。
【００１２】
次に図６を参照すると、上述の偏向を、電極５３に印加された正電圧のために最小間隙の領域に集中した電荷と共に示す略図が示されている。２０ボルトの範囲の電圧の場合、偏向は２度の範囲である。しかし、ヒンジ４７をより長く、または薄く、または狭く形成したとすれば、偏向は、ヒンジの幅と反比例し、長さの二乗に正比例し、厚さの三乗に反比例して、ヒンジ４７のコンプライアンスが変化するにつれて大きくなる。ビーム４５の厚さによって、プロセス中に生じる表面応力によるビーム４５の著しい反りが防止されるが、ヒンジ４７の厚さによって大きなコンプライアンスが可能になることに留意されたい。図６には、動作中に生じる可能性がある、偏向されたビーム４５からの光の反射も示されている。
【００１３】
前述のように、本発明は、光電気コンピュータ・ネットワーク内で光信号をスイッチする方法および装置を提供する。
【００１４】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００１５】
（１）複数のコンピュータを含み、前記複数のコンピュータの各コンピュータが光信号ビームを送る第１の光ファイバ・ケーブルと、光信号ビームを受け取る第２の光ファイバ・ケーブルとを含む光電気コンピュータ・ネットワーク内で光信号をスイッチする装置であって、
複数の光信号ビームの各光信号ビームが光スペクトル内の固有周波数の光信号ビームである、前記複数のコンピュータのうちの１つのコンピュータの第１の光ファイバ・ケーブルからの光信号ビームを複数の光信号ビームに分割することができるプリズムと、
複数の前記光信号ビームの各光信号ビームを前記複数のコンピュータの残りのコンピュータのうちの少なくとも１つのコンピュータのそれぞれの第２の光ファイバ・ケーブルに個別に向ける複数の変形可能なミラーを有するミラー配列とを含む装置。
（２）前記ミラー配列が変形可能なミラー装置である、上記（１）に記載の装置。
（３）前記光信号ビームが複数の光周波数の下で変調された情報を含む、上記（１）に記載の装置。
（４）複数のコンピュータの各コンピュータが光信号ビームを送る第１の光ファイバ・ケーブル、および光信号ビームを受け取る第２の光ファイバ・ケーブルを含む複数のコンピュータと、
前記複数のコンピュータに結合された光ハブとを含む光電気コンピュータ・ネットワークであって、前記光ハブが、
複数の光信号ビームの各光信号ビームが光スペクトル内の固有周波数の光信号ビームである、前記複数のコンピュータのうちの１つのコンピュータの第１の光ファイバ・ケーブルからの光信号ビームを複数の光信号ビームに分割することができるプリズムと、
複数の前記光信号ビームの各光信号ビームを前記複数のコンピュータの残りのコンピュータのうちの少なくとも１つのコンピュータのそれぞれの第２の光ファイバ・ケーブルに個別に向ける複数の変形可能なミラーを有するミラー配列とを含む光電気コンピュータ・ネットワーク。
（５）前記ミラー配列が変形可能なミラー装置である、上記（４）に記載の光電気コンピュータ・ネットワーク。
（６）前記光信号ビームが、複数の光周波数の下で変調された情報を含む、上記（４）に記載の光電気コンピュータ・ネットワーク。
（７）複数のコンピュータを含み、前記複数のコンピュータの各コンピュータが光信号ビームを送る第１の光ファイバ・ケーブルと、光信号ビームを受け取る第２の光ファイバ・ケーブルとを含む光電気コンピュータ・ネットワーク内で光信号をスイッチする方法であって、
複数の光信号ビームの各光信号ビームが光スペクトル内の固有周波数の光信号ビームである、前記複数のコンピュータのうちの１つのコンピュータの第１の光ファイバ・ケーブルからの光信号ビームを複数の光信号ビームに分割するステップと、
複数の変形可能なミラーを有するミラー配列を使用して、複数の前記光信号ビームの各光信号ビームを前記複数のコンピュータの残りのコンピュータのうちの少なくとも１つのコンピュータのそれぞれの第２の光ファイバ・ケーブルに個別に向けるステップとを含む方法。
（８）前記ミラー配列が変形可能なミラー装置である、上記（７）に記載の方法。
（９）前記光信号ビームが複数の光周波数の下で変調された情報を含む、上記（７）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による、光リンクを有する光電気コンピュータ・ネットワークを示すブロック図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による、図１の光ハブ内のネットワーク・スイッチング機構を示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による、変形可能ミラー装置の単一のピクセルの透視図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態による、変形可能ミラー装置の単一のピクセルの平面図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態による、変形可能ミラー装置の単一のピクセルの断面図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態による、ビーム偏向を示す略図である。
【符号の説明】
５  光ハブ
７  ミラー配列
８  光ファイバ束
９  光ファイバ束
１０  光電気コンピュータ・ネットワーク
１１  コンピュータ
２０  ネットワーク・スイッチング機構
２１  プリズム
３０  ネットワーク・ブロードキャスト機構
３１  凸面鏡
３２  レンズ
４０  ピクセル
４１  シリコン基板
４２  絶縁スペーサ
４３  金属ヒンジ層
４４  金属ビーム層
４５  ビーム
４６  プラズマ・エッチ・アクセス・ホール
５０  二酸化シリコン層
５１  電極
５２  電極
５３  電極
５４  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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