(57)【要約】  平面光波回路（ＰＬＣ）及び自由空間光学ユニットを含む光学装置を通じて伝播される光ビームを操作するための装置及び方法が提供される。ＰＬＣに結合された多重波光信号がＰＬＣのエッジ面において位相アレイ出力を生成するために、第１の及び第２の導波路アレイを通じて伝播される。エッジ面における位相アレイ出力は、画素化光受信ユニットに結合されている入力光信号のそれぞれのチャネルについて離散光スポットを有するスペクトル的に分解された像を生成するために、レンズによって空間的にフーリエ変換される。光受信ユニットが反射体である場合には、１以上の離散光スポットは、所望の出力を生成するために、ＰＬＣの所望の導波路アレイに対して反射される。光受信ユニットが画素化透過型変調器である場合には、１以上の離散光スポットはそれらが変調器を通過するときに変調される。
2009511955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重波入力光信号を受信するための光学装置であって、
第１の平面光波回路（ＰＬＣ）であって、  
入力／出力導波路、
少なくとも２つの導波路を有し、入力光信号のチャネル分離と等しい自由スペクトル領域を有し、第１の分光を前記入力光信号に導入する、前記入力／出力導波路に結合された第１の導波路アレイ、及び
ＰＬＣのエッジ面において終端する複数の導波路を有し、前記入力光信号のすべてのチャネルと等しい自由スペクトル領域を有し、前記第１の分光に追加する前記入力光信号に第２の分光を生成する、前記第１の導波路アレイに結合された第２の導波路アレイ
を含む第１の平面光波回路（ＰＬＣ）、
前記ＰＬＣに隣接するレンズ、並びに
前記レンズに隣接する光受信ユニット
からなる装置において、
前記ＰＬＣの前記エッジ面及び前記光受信ユニットはそれぞれ、前記入力光信号が、前記ＰＬＣの前記エッジ面において位相アレイ出力を生成するために、前記ＰＬＣを通じて伝播されるように、前記レンズの前部焦点面及び後部焦点面に位置付けられ、前記位相アレイ出力は、前記光受信ユニットに結合されている前記入力光信号のそれぞれのチャネル又はチャネル帯域について、離散又はやや離散の光スポットを有するスペクトル的に分解された像を生成するために、前記レンズによって空間的にフーリエ変換される装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記光受信ユニットが、１以上の離散光スポットを選択的に反射するための傾斜マイクロミラーアレイを含む反射体デバイスである装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、前記光受信ユニットが、選択された１以上の離散光スポットの前記反射光を変調するための液晶変調器アレイである装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、前記光出力デバイスが、画素化変調器を通じて選択された１以上の離散光スポットの透過を変調するための前記変調器である装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、前記第１の導波路アレイがマッハ・ツェンダー干渉計である装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、前記第１の導波路アレイが導波路回折格子ルータである装置。
【請求項７】
請求項２記載の装置であって、さらに、
前記第１のＰＬＣと積層構成に配置された少なくとも１つの追加ＰＬＣであって、それぞれの追加ＰＬＣが、入力／出力導波路と、前記入力／出力導波路に結合された第１の導波路アレイとを含み、前記第１の導波路アレイが、少なくとも２つの導波路を有し、チャネル分離と等しい自由スペクトル領域を有し、前記第１の導波路アレイが、前記ＰＬＣのエッジ面において終端する複数の導波路を有し、前記入力光信号の多重チャネルの帯域幅と等しい自由スペクトル領域を有する第２の導波路アレイと結合している、少なくとも１つの追加ＰＬＣをさらに備え、
前記反射体デバイスが、前記第１のＰＬＣから前記少なくとも１つの追加ＰＬＣに、前記入力光信号の波長選択切り替えを提供するために、前記入力光信号の１以上の離散光スポットを選択的に反射するための傾斜マイクロミラーアレイである光スイッチング装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置であって、さらに、
前記第１のＰＬＣと並列平面構成に配置された少なくとも１つの追加ＰＬＣであって、それぞれの追加ＰＬＣが、入力／出力導波路と、前記入力／出力導波路に結合された第１の導波路アレイとを含み、前記第１の導波路アレイが、少なくとも２つの導波路を有し、チャネル分離と等しい自由スペクトル領域を有し、前記第１の導波路アレイが、前記ＰＬＣのエッジ面において終端する複数の導波路を有し、前記入力光信号のすべてのチャネルと等しいかそれより大きい自由スペクトル領域を有する第２の導波路アレイと結合している、少なくとも１つの追加ＰＬＣをさらに備え、
前記反射体デバイスが、前記第１のＰＬＣから前記少なくとも１つの追加ＰＬＣに、前記入力光信号の波長選択切り替えを提供するために、前記入力光信号の選択された１以上の離散スポットを選択的に反射するための傾斜マイクロミラーアレイである光スイッチング装置。
【請求項９】
光学的切り替えのための方法であって、
多重波光信号を波長選択スイッチの導波路に受信するステップ、
前記多重波光信号のチャネル分離と等しい自由スペクトル領域を有し、第１の分光を前記多重波光信号に導入する第１の導波路アレイに前記光ビームを結合するステップ、
前記多重波光信号のすべてのチャネルと等しいかそれより大きい自由スペクトル領域を有し、前記第１の分光を周期的にキャンセルする前記多重波光信号に第２の分光を導入する第２の導波路アレイに、前記第１の導波路アレイからの光ビームを結合するステップであって、前記第２の導波路アレイはエッジ面で終端し、位相アレイ出力を生成するステップ、及び
１以上のレンズを使用して、前記多重波光信号のそれぞれのチャネルについて離散光スポットを有するスペクトル的に分解された像を生成するために、前記位相アレイ出力を空間的にフーリエ変換するステップ
からなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年８月３１日出願の米国特許出願第１０／９３０，３８２号に関し、本願に引用して援用される。
本発明は、空間的に分配される光を利用する光学成分に関し、より詳細には、画素化波長選択スイッチ（ＷＳＳ）及び変調器を実装するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重化（ＷＤＭ）通信において、選択されたチャネル（以降、波長選択スイッチ、ＷＳＳ）を切り替え、かつ／又は減衰させる光学成分は、光メッシュネットワーク及び再構成可能な光学アド／ドロップ・マルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）を構築する際に有用である。図１を参照して、一般的なＷＳＳを１００により示す。ＷＳＳ１００は、ハイブリッド平面光波回路（ＰＬＣ）１２０及び自由空間光通信構成部１６０（先に参照の米国特許出願第１０／９３０，３８２号並びに２００４年８月のＯｐｔｉｃａｌ  ＭＥＭＳ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅにおいて発表されたＤ．Ｍ．Ｍａｒｏｍ及びＣ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒによる論文「Ｃｏｍｐａｃｔ，ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  １×２  ｓｗｉｔｃｈ  ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  ａ  ｐｌａｎａｒ  ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  ｓｔａｃｋ  ａｎｄ  ａ  ＭＥＭＳ  ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ａｒｒａｙ」に記載されている）に実装されている。ＷＳＳ１００は、入力ファイバ１１５から光信号（例えばＷＤＭ信号）を空間的に分散するため、及びレンズ１３５を通じて、その分散光を空間光変調（ＳＬＭ）デバイス１４０の上に投影するための分散手段ＰＬＣ１２０を含む。ＳＬＭデバイス１４０は、一般には、個別画素のアレイを含み、それぞれの画素は特定の波長チャネル又はチャネル帯域に割り当てられ、（光チャネルブロッカーについては）光信号を減衰させ、又は（ＷＳＳについては）光信号を出力ファイバの上へ切り替えることが可能である。この種の光学成分に一般的に使用されるＳＬＭ技術は、液晶又は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのマイクロミラーに基づいている。
【０００３】
光信号のそれぞれのチャネルは割り当てられた画素に方向付けられるが、チャネルのいくつかのスペクトル成分が、特に高スペクトル効率性によるシステムにおいては、画素のエッジ上に当たる場合があることは望ましくない。エッジからの回折現象は、光を望ましくない場所に結合するなど、いくつかの有害効果を招く可能性がある。（ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ、第４３巻、第１号において２００４年１月１日に発表されたＳ−Ｈ．Ｏｈ及びＤ．Ｍ．Ｍａｒｏｍによる論文「Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｎ  ｆｉｌｔｅｒ  ｓｈａｐｅ  ｉｎ  ｃｈａｎｎｅｌｉｚｅｄ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｅｑｕａｌｉｚｅｒｓ」を参照のこと。）従って、画素間の隙間領域上に入射する周波数成分の光ビームは、ＷＳＳの光学設計について特別な課題を呈する。さらには、ＳＬＭ１４０がＭＥＭＳ構造である場合、それぞれの画素のマイクロミラーは有限曲率を有することになる。この曲率により、波長の小さい変化に応じて、わずかに異なる方向に反射する反射光が生じることになる（２００３年１０月、アリゾナ州、タクソン、２００３ＬＥＯＳ年次総会において発表された、Ｄ．Ｍ．Ｍａｒｏｍらによる論文「Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｍｉｒｒｏｒ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ  ｉｎ  ＭＥＭＳ  ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｓｗｉｔｃｈｅｓ」を参照のこと）。従って、厳しい制限が、最低限、許容可能なマイクロミラー曲率について設定され、その曲率は、熱膨張の応力と係数との不整合により、金属化ミラーについて課題を呈する。
【特許文献１】米国特許出願第１０／９３０，３８２号
【非特許文献１】２００４年８月のＯｐｔｉｃａｌ  ＭＥＭＳ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅにおいて発表されたＤ．Ｍ．Ｍａｒｏｍ及びＣ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒによる論文「Ｃｏｍｐａｃｔ，ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  １×２  ｓｗｉｔｃｈ  ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  ａ  ｐｌａｎａｒ  ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  ｓｔａｃｋ  ａｎｄ  ａ  ＭＥＭＳ  ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ａｒｒａｙ」
【非特許文献２】ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ、第４３巻、第１号において２００４年１月１日に発表されたＳ−Ｈ．Ｏｈ及びＤ．Ｍ．Ｍａｒｏｍによる論文「Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｎ  ｆｉｌｔｅｒ  ｓｈａｐｅ  ｉｎ  ｃｈａｎｎｅｌｉｚｅｄ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｅｑｕａｌｉｚｅｒｓ」
【非特許文献３】２００３年１０月、アリゾナ州、タクソン、２００３ＬＥＯＳ年次総会において発表された、Ｄ．Ｍ．Ｍａｒｏｍらによる論文「Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｍｉｒｒｏｒ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ  ｉｎ  ＭＥＭＳ  ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｓｗｉｔｃｈｅｓ」
【特許文献２】米国特許第６，７２８，４４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
画素エッジ上に当たる光、及び有限マイクロミラー曲率の双方の問題を解決する改良されたＷＳＳ設計が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、直線的にＳＬＭ上に分散しない光信号を生成することにより、画素エッジ上に当たる光、及び有限マイクロミラー曲率と関連する問題に対する解決法が述べられる。正確に言えば、光信号は、波長分散手段として２つの導波路アレイを有するＰＬＣを使用することによって、ＳＬＭ上に離散スポットとして方向付けられる。結果として、多重波入力信号のそれぞれの有限波長帯域（チャネル分離又はグリッド）は、ＳＬＭデバイスの割り当てられた画素内でより中心に当たる離散光スポットを形成する。例示的には、ＳＬＭデバイスは、マイクロミラー曲率効果に対する感度を抑えることにより、選択された離散光スポットを反射し、かつ／又は変調し、マイクロミラーエッジ上又はマイクロミラー間の隙間間領域内に、光が当たらないようにするマイクロミラー反射体であることが可能である。ＳＬＭデバイスはまた、画素エッジ上又は画素間の隙間間領域内に光が当たらないように、（変調器を通過する選択された離散光スポットを変調する）画素化透過型変調器であることが可能である。従って、本発明を使用して、チャネルブロッカー又はＷＳＳを必要とするＤＷＤＭシステムに見られるような、離散チャネル帯域幅信号に動作する光学装置を構築することが可能である。
より具体的には、
入力／出力導波路、
少なくとも２つの導波路を有し、入力光信号のチャネル分離又はチャネル帯域分離と等しい自由スペクトル領域を有し、第１の分光を入力光信号に導入する、入力／出力導波路に結合された第１の導波路アレイ、及び
ＰＬＣのエッジ面において終端する複数の導波路を有し、入力光信号のすべてのチャネルと等しい自由スペクトル領域を有し、第１の分光の上に追加する入力光信号に第２の分光を生成する、第１の導波路アレイに結合された第２の導波路アレイ
を含む第１の平面光波回路（ＰＬＣ）、
ＰＬＣに隣接するレンズ、並びに
レンズに隣接する光受信ユニット
を含む多重波入力光信号を受信するための光学装置であって、
ＰＬＣのエッジ面及び光受信ユニットはそれぞれ、入力光信号が、ＰＬＣのエッジ面において位相アレイ出力を生成するために、ＰＬＣを通じて伝播されるように、レンズの前部焦点面及び後部焦点面において位置付けられ、位相アレイ出力は、光受信ユニットに結合されている入力光信号のそれぞれのチャネル又はチャネル帯域について、離散光スポットを有するスペクトル的に分解された像を生成するために、レンズによって空間的にフーリエ変換される、光学装置を本発明は対象にしている。
【０００６】
本発明により、また、（１）多重波光信号を波長選択スイッチの導波路に受信するステップと、（２）多重波光信号のチャネル分離と等しい自由スペクトル領域を有し、第１の分光を多重波光信号に導入する第１の導波路アレイに光ビームを結合するステップと、（３）多重波光信号のすべてのチャネルと等しい自由スペクトル領域を有し、第１の分光の上に追加する多重波光信号に第２の分光を導入する第２の導波路アレイに、第１の導波路アレイからの光ビームを結合するステップであって、第２の導波路アレイは、エッジ面において終端し、位相アレイ出力を生成するステップと、（４）１以上のレンズを使用して、多重波光信号のそれぞれの波長成分について離散光スポットを有するスペクトル的に分解された像を生成するために、位相アレイ出力を空間的にフーリエ変換するステップとを含む光スイッチを動作する方法も述べる。
本発明の別の態様、特徴及び利点は、以下の詳細な記述、添付の請求項及び添付の図面により、より完全に明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１Ａに、ハイブリッド平面光波回路（ＰＬＣ）１２０及び自由空間光通信構成部１６０に実装されたＷＳＳ１００の従来技術の実施形態を示す。この種のＷＳＳ１００は、本明細書に引用して援用されている先に参照の米国特許出願第１０／９３０，３８２号に記載されているように、波長ルータとして機能する。入力ファイバ１０６によって受信された光入力信号１０５（例えば、ＷＤＭ信号）は、光サーキュレータ１１０に結合され、そのサーキュレータを方向移動し、光ファイバ１１５を介して分散手段ＰＬＣ１２０に結合される。ＰＬＣ１２０は、導波路１２２、カプラ（例えば、スターカプラ）１２４、及び導波路アレイ１２６からなる。光信号は、カプラ１２４を介して導波路アレイ１２６内のすべての導波路上に分配される。導波路アレイ１２６内の導波路は、付加的により長く、それにより、それらの出力では、ＰＬＣ１２０のエッジ面１３０で、それぞれの導波路が異なる遅延を導入するようになる。従って、ＰＬＣ１２０のエッジ面１３０から放射される光は、光の周波数成分を分散する際に支援することになる特異的な位相アレイ関係を有する。自由空間光通信構成部１６０は、レンズ１３５及び反射体デバイス１４０を含む。レンズ１３５は、エッジ面１３０がレンズ１３５のその前部焦点面に（焦点距離Ｆで）配置され、ＳＬＭ１４０がその後部焦点面に配置されるように、位置付けられることが好ましい。レンズ１３５は空間的なフーリエ変換を行い、それにより、その後部焦点面において、光はＳＬＭ１４０上に直線的に分散し、入射するようになる。ＳＬＭ１４０は離散画素のアレイからなり、そのそれぞれは、独立して制御可能であり、その上に当たる光を変調するために設定可能である。ＳＬＭ１４０は、ＭＥＭＳマイクロミラー又は液晶ベースの変調器を利用することが可能である。ＰＬＣ１２０の位相アレイ関係、及びレンズ１３５による空間的なフーリエ変換により、光入力信号１０５のそれぞれの波長チャネル又はチャネル帯域の光ビームは、ＳＬＭ１４０上の異なる画素に方向付けられることが可能になる。図１Ａに、その関連の画素１４０．７の上に方向付けられている特定の波長からの入射光ビーム１４１を示す。入射光ビーム１４１はＳＬＭ１４０によって変調されて、レンズ１３５を通じて、後方へ方向移動する反射光ビーム１４２を形成し、ＰＬＣ１２０に結合し、ファイバ１１５上に生じ、サーキュレータ１１０は出力光をファイバ１５０に方向付ける。
【０００８】
ＷＳＳ１００を通過した後、光入力信号１０５のすべての波長は、ＳＬＭ１４０上に直線的に分散される光信号を形成する。図１Ｂを参照すれば、直線的な分光は、ＳＬＭ１４０上に直線的に分散される連続ビーム１６０として表示される入力信号１０５（例えば、広域帯ＷＤＭ信号）をもたらす。入力信号１０５のそれぞれの波長が、典型的には変調されるので、それぞれの変調波長は、異なる強度（電力レベル）及び帯域幅のスペクトル成分を示す複数の楕円ガウスビームモードのスポットを生成し、キャリア波長スペクトル成分、及び様々な変調積のそれぞれからのスペクトル成分を含んでいる可能性がある。図１Ｂは変調波長λ３の５つの例示的スペクトル成分のビームモードのスポットであり、１つのスポット１６３．３はキャリア波長λ３を示し、スポット１６３．２及び１６３．１は徐々に高くなる周波数（低くなる波長）スペクトル成分を示し、スポット１６３．４及び１６３．５は徐々に低くなる周波数（高くなる波長）スペクトル成分を示す。（波長λ３が変調されない場合は、スポット１６３．３を形成する連続波（キャリア）信号だけが存在することになるということに留意されたい。）これは、例示的目的のみのためであり、デュオバイナリなど、いくつかの透過フォーマットはキャリアを有していないことが理解される。変調波長λ３の５つの例示的スペクトル成分のビームスポットは、画素１４０．３を中心にしたキャリアのスペクトル成分により、ＳＬＭ１４０の画素１４０．３上に当たることが示されている。スペクトル成分スポット１６３．５〜１６３．１は周波数が（右から左に）上がり、異なる強度（図示せず）を有し、隙間１６４の中に、及び隣接画素１４０．２又は１４０．４の上に重なり合うことが可能である。入力信号のすべての変調波長λ１〜λＮのすべてのスペクトル成分の組合せにより、連続した直線的な分散ビーム１６０が一緒に形成される。述べたように、変調波長λ３（及び別の波長）のいくつかのスペクトル成分は２つの隣接画素上に同時に当たる場合がある。これが起こった場合には、画素エッジ上に入射する特定の周波数成分のビームは回折を示すことになる。この回折現象は、反射光を望ましくない場所に結合することなど、いくつかの有害効果をもたらす可能性がある。これはまた、実際の変調器の要素、及びこの回折光とのその相互作用にとって重要であることになる（先に参照のＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ論文を参照のこと）。従って、画素間の隙間領域上に入射するスペクトル成分の光ビームは、ＷＳＳの光学的設計について特別な課題を呈する。さらには、ＳＬＭ１４０がＭＥＭＳ構造である場合、それぞれの画素のマイクロミラーは、通常は有限曲率を有することになる。この曲率により、波長に応じて、わずかに異なる方向に反射する反射光が生じることになる（先に参照のＬＥＯＳ論文を参照のこと）。従って、厳しい制限が、最低限、許容可能なマイクロミラー曲率について設定され、その曲率は熱膨張の応力と係数との不整合により金属化ミラーについて課題を呈する。
【０００９】
図２Ａを参照して、入力多重波信号の光が、従来技術におけるように直線的に分散しないが、離散スポットをＳＬＭ１４０の上に分散する本発明の光学装置を簡潔に述べる。それぞれのスポットは多重波信号の１つのチャネルからの光を含む。本発明の光学装置は、光をハイブリッド導波路アレイ２３０（図１ＡのＰＬＣ１２０）と結合するために、追加の導波路アレイ２２２を含む。追加の導波路アレイ２２２における導波路（２つ以上）は種々の長さを有し、その長さの差により、ＳＬＭ１４０上の分散光においてそれぞれの離散ポイントにおける帯域幅を設定するであろう自由スペクトル領域（入力多重波信号のチャネル分離）が設定される。入力導波路アレイ２２２は、２２２と１２４との間の接合部において、周波数の関数としてその場所を偏移する空間モードを生成する。（入力導波路アレイ２２２によって生成された）移動入力空間モードと、（ハイブリッド導波路アレイ２３０による）直線的な分光との相互作用により、ＳＬＭ１４０上の離散スポットに分散する光信号がもたらされる。図６Ａ及び６Ｂにそれぞれ、図１Ａの従来技術のＷＳＳの場合の、及び図２Ａの本発明のＷＳＳ配置の場合のＳＬＭ１４０と波長との関係について光の位置を示す。離散スポットに本発明の光学装置によって結果として生じる分散する光は、それ自体、有限画素によるＳＬＭを使用する光学システムに好適である。光は直線的及び連続的に分散しないので、光は画素エッジから離れている。信号チャネルのすべてのスペクトル周波数成分を、１つの画素上の中心に配置された１つの離散スポットの上に、この効率的に「焦点を合わせること」により、画素ミラー曲率に関する、及び／又は画素間の隙間上に入射する光を有することに関する従来技術の問題が改善される。
【００１０】
従って、本発明によれば、本発明のＷＳＳ２００は図１ＡのＷＳＳ１００の設計に比べて改良がなされている。これは、ハイブリッド導波路アレイ２３０の前に、別の波長分散手段、導波路アレイ２２２を追加することにより達成される。追加の導波路アレイ２２２は、ハイブリッド導波路アレイ２３０において生成された直線的な分光と等しいかつ対向する方向に、変調波長信号の下位及び上位周波数のスペクトル成分を同期的に偏移（又は分散）するために、波長ルータとして機能する。従って、追加の導波路アレイ２２２は、次いで、ハイブリッド導波路アレイ２３０によって直線的に分散する光信号に、第１の分光を導入する。組み合わせられた２つの分光の成果は、波長チャネルの様々な周波数のスペクトル成分によって生成されるすべての光を含む離散光スポットを生成することである。つまり、波長チャネルの下位及び上位周波数のスペクトル成分のそれぞれからの光スポットは正味の分光を有さず（即ち、それらは、周波数で位置を変更しない）、従って、それらは波長キャリアについて、光スポットと正確にほとんど一致する。これにより、割り当てられたマイクロミラー画素内で、「焦点を合わせられ」、より中心に当たるそれぞれの波長（図２Ｂの２６０．３）について１つの組み合わせられた離散光スポットが生成される。その結果、ＳＬＭ１４０のマイクロミラー画素のマイクロミラー曲率効果が非常に抑えられ、画素間の画素エッジ上、又は隙間間領域内に光は当たらなくなる。
【００１１】
ＳＬＭ１４０はまた、画素間の画素エッジ上、又は隙間間領域内に光が当たらないように、画素化透過型変調器（変調器を通過する選択された離散光スポットを変調するもの）としても実装可能であることに留意されたい。この種の配置では、変調器からの変調出力信号は、図２ＡのＳＬＭ１４０の画素１４０．１〜１４０．Ｎの右側で得られるであろう。
【００１２】
引き続き図２Ａを参照して、本発明の新規ＷＳＳ２００の例示的実施形態の動作をより詳細に述べる。ＰＬＣ２２０は、入力多重波光信号を受信するため、及び光信号を出力するための入力／出力ファイバ１１５に取り付けられている。入力光信号は、２つの導波路からなるマッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）として例示的に示している導波路アレイ２２２に結合されている。図５を参照して論じることになるように、導波路アレイ２２２は、２つ以上の導波路を利用する別のタイプの波長ルーティング装置を使用して実装可能である。導波路アレイ２２２において一方の導波路は、他方に比べてより長く、その長さの差は自由スペクトル領域と関連しており、分散光におけるそれぞれの離散スポット（例えば、図２Ｂの２６０）の帯域幅を設定する。例示目的のため、入力多重波光信号はＮ個のチャネルでのＷＤＭ信号であることを仮定する。導波路アレイ２２２の出力においては、２つの導波路からの光が、空間場所及び時間周波数に応じて、構成的に及び相殺的に干渉する２×２カプラがあり、それにより、構成的部分は周波数偏移ごとに一定の空間偏移により、空間的に移動している。従って、変調波長λ３チャネルの場合には、構成的な干渉部分は、λ３チャネル帯域２５２の下位周波数限界から、帯域２５３の上位周波数限界まで周波数を上げることにより移動する光スポット２５１を生成し、波長λ３の中心周波数は、帯域の中心にある。移動する構成的部分２５１の光スポット、又は空間モードは、ハイブリッド導波路アレイ２３０のカプラ１２４に導入される。図１Ａを参照して先に論じたように、ハイブリッド導波路アレイ２３０は、受信される光信号に対して周波数により直線的な分光を生成するように設計されている。しかし、カプラ１２４への入力において空間モード２５１は、周波数の関数として偏移しているので、この偏移の目盛り付きレプリカが、ハイブリッド導波路アレイ２３０によって生成される直線的な分光上に与えられる。ハイブリッド導波路２３０の直線的な分光（周波数オフセットごとの空間偏移）を、追加された導波路アレイ２２２の入力モード偏移（やはり、自由スペクトル領域帯域幅全体の周波数オフセットごとの偏移）の目盛り付きレプリカに適合させることにより、ＳＬＭ１４０の画素の上に投影された結果として生じるスポットが導波路アレイ２２２の自由スペクトル領域帯域幅全体のすべての周波数について、間隙を介して固定されたままの状態であるように、１つのチャネル又はチャネル帯域について、本質的には、直線的な分光を「キャンセル」することが可能である。従って、導波路アレイ２２２の分光は、導波路アレイ１２６によって生成される直線的な分光を本質的にキャンセルし、その結果、多重波入力信号のそれぞれの波長チャネルについて離散スポットが生じる。導波路アレイ２２２の自由スペクトル領域（チャネル分離）は、（Ｎ波長チャネル帯域幅と等しく、又はその帯域幅に比べてより大きい）導波路アレイ１２６の自由スペクトル領域に比べてはるかに小さいので、ＳＬＭ１４０上の入射光は、図１Ｂの直線的な分光パターン１６０を示すのではなく、図２Ｂの２６０．１〜２６０．Ｎとして示す一連の離散スポット又はモードとして表示され���。従って、例えばλ３は、図１Ｂの１６３．１〜１６３．５が示すように、その様々なスペクトル成分について分光パターンを示すのではなく、様々なスペクトル成分は、図２Ｂの２６０．３が示すように、１つの離散スポット内に空間的にすべて配置されることになる。離散スポットは入力光信号のそれぞれのＮ波長チャネルλ１〜λＮについて形成される。従って、波長スペクトル全体を移動しているときには、例えば２６０．１のそれぞれの離散スポットは、それらのそれぞれの変調波長チャネル、即ちλ１のスペクトル成分のスポットすべてを、次の変調波長チャネルλ２に移動する前に、含むことになる。一連の離散的に分散した光スポット２６０．１〜２６０．Ｎのそれぞれは、図２Ｂに示すように、ＳＬＭ１４０の連続する画素１４０．１〜１４０．Ｎ上に入射する。これにより、図１Ｂの従来技術の配置の連続した直線的な分散光１６０とは違って、単一のビームスポット２６０だけを含むそれぞれの画素がもたらされる。これは、有害効果が生じることで知られている画素エッジ効果が和らげられるので有利である。さらには、これにより、通常は時間的分散及びチャネル通過帯域制限をもたらす有限画素曲率の効果が排除された。
【００１３】
ＳＬＭが反射型変調器である場合、ＳＬＭ１４０の画素により単一のビームスポット２６０の変調された反射光はレンズ１３５を通じて後方に方向移動し、ＰＬＣ２２０を通じて後方で結合し（導波路アレイ１２６、自由空間領域１２４、及び導波路アレイ２２２を介して）、ファイバ１１５上に生じることに留意されたい。ＳＬＭがスイッチとして動作する場合には、単一のビームスポット２６０の反射光は、ＳＬＭ１４０の画素によって変調されるのではなく、上述と同じ形で、レンズ１３５を通じて後方に方向移動する。透過モードで動作する画素化変調器が要素１４０（ＳＬＭ１４０ではなく）として使用される場合は、単一のビームスポット２６０は、変調器を通過するときに変調され、次にそれから出力される。
【００１４】
本発明の一実施形態により、ＷＳＳ構造のいくつかは、波長選択１×Ｋスイッチを形成するために、一緒に積み重ね可能であり、それは、その入力ポート３２０で多重化ＷＤＭ信号を受け付け、個別波長チャネルをＫ個の出力ポートのうちのいずれか１つに分配する。図３は一連のＰＬＣ３０１〜３０１、及び自由空間光通信構成部３１０を含む例示的スイッチ３００の側面図である。ＰＬＣ３０１〜３０４は相互に完全なレジストレーションで積み重ねられている。自由空間光通信構成部３１０は、すべてのＰＬＣの位相アレイ出力の範囲を定める。類似の積層ＷＳＳ構造が、先に参照の米国特許出願第１０／９３０，３８２号に開示されている。ここでは、ＰＬＣ３０１〜３０４のそれぞれが図２ＡのＰＬＣ２２０と同じに実装され、動作する。第１のＰＬＣ３０１がサーキュレータ１１０を含む場合には、例示的スイッチ３００は１×４スイッチであり、その場合、第１のＰＬＣ３０１は、入力ポート３２０を介しての入力ユニットと共に、出力ポート３２１を介しての出力ユニットの１つとして、１×４スイッチに対して動作する。別のＰＬＣ３０２〜３０４のそれぞれは、出力ポート３２２〜３２４を介して、１×４スイッチ３００の出力ユニットとして動作する。
【００１５】
第１のＰＬＣ３０１がサーキュレータ１１０を含まない場合には、例示的スイッチ３００は１×３スイッチであり、その場合、第１のＰＬＣ３０１は入力ポート３２０を使用して入力ユニットとしてのみ動作し、ＰＬＣ３０３〜３０４は出力ポート３２２〜３２４を使用して出力ユニットとして動作する。
【００１６】
１×３又は１×４スイッチとして動作する場合、ＰＬＣ３０１〜３０４のそれぞれは、ＭＥＭＳマイクロミラーの垂直モードの高さを最小限にするために、場合によって、それぞれのＰＬＣに取り付けられている円筒形コリメートレンズ３１１を含むことが可能である。図３に、ＰＬＣ３０３を出力するために、ＳＬＭ１４０の特定の画素３１４を介して入力ＷＤＭ信号の特定の波長を切り替えるための入射ビーム経路３１２と、反射ビーム経路３１３とを示す。ＳＬＭ１４０への制御信号は画素の切り替えを（画素を回転することによって）制御する。スイッチ３００が１×４スイッチ（ＰＬＣ３０１への入力部におけるサーキュレータ１１０）である場合には、ＰＬＣ３０３はスイッチの第３の出力を示し、スイッチ３００が１×３スイッチである場合には、ＰＬＣ３０３は、スイッチの第２の出力を示す。類似の形で、ＷＤＭ入力信号の別の波長は、同じＰＬＣ３０３に、又は別のＰＬＣの１つに、ＳＬＭ１４０のそれらの関連の画素によって切り替え可能である。先に述べたように、ＰＬＣ３０１上の入力導波路アレイ２２２により、ＰＬＣ３０１及び自由空間光通信構成部３１０は画素上に離散スポット２６０を形成することが可能になり、その結果、ビーム反射は画素マイクロミラー曲率に対して感度の鈍いものになる。先に述べたような類似の形で、スイッチ３００では、ＳＬＭ１４０の画素による単一のビームスポット２６０の反射光はレンズ１３５を通じて選択されたＰＬＣへと後方に方向移動し、次に、そのＰＬＣを通じて（導波路アレイ１２６、自由空間領域１２４、及び導波路アレイ２２２を介して）後方に移動し、出力ポートにおいて生じる。
【００１７】
図４を参照して、ＷＳＳ４００が複数の共平面ＰＬＣ４０１及び４０２を含む本発明の別の一実施形態を述べる。自由空間光通信構成部３１０はＰＬＣ４０１及び４０２のそれぞれの位相アレイ出力４３０及び４４０の範囲を定める。この例示的な例では、ＷＳＳ４００を１×２スイッチとして示し、その場合、ＰＬＣ４０１は、その前部に接続されているサーキュレータ１１０を有し、従って、それはポート４０３を介して入力ユニットとして、及び出力ポート４１０を介して出力ユニットとして動作し、ＰＬＣ４０２は出力ポート４２０による第２の出力ユニットである。空間分光と同じ方向に沿って位置合わせされた複数のＰＬＣ４０１及び４０２によりＷＳＳを構築することによって、その後、隣接するチャネルに結合することが可能である回折を生じる画素エッジ効果がもたらされることが、当技術分野ではよく知られている。先に論じたように、導波路アレイ２２２を入力部においてカプラ１２４に配置することによって、ＰＬＣ４０１を通るそれぞれの波長チャネルの様々なスペクトル成分からの光はＳＬＭ１４０のＭＥＭＳマイクロミラー画素の中心で単一の離散スポットに限定可能であり、その結果、光は所望のポートに対してのみ反射され、別のポートに対しては反射されない。先に述べたような類似の形で、ＷＳＳ４００では、ＳＬＭ１４０の画素による単一のビームスポット２６０の反射光はレンズ１３５を通じて選択されたＰＬＣ（４０１又は４０２）へと後方に方向移動し、次に、そのＰＬＣを通じて（導波路アレイ１２６、自由空間領域１２４、及び導波路アレイ２２２を介して）後方に移動し、出力ポート（それぞれ、４１０又は４０２）において生じる。
【００１８】
図５Ａから５Ｃを参照して、導波路アレイ２２２の様々な実装を述べる。図５Ａに、導波路アレイ２２２を、光カプラ５１０、導波路アーム５１１、５１２、及び９０度のカプラ５０２を例示的に含む波長ルータ５０１として示す。図示のように、波長ルータ５０１は９０度のカプラ５０２を通じて自由空間領域１２４に結合されている（上部にそのより長いアームを備えた）Ｍａｃｈ−Ｚｈｅｎｄｅｒ干渉計（ＭＺＩ）５０１を形成する。場合によっては、ＭＺＩ５０１は、ＭＺＩ５０１をハイブリッド導波路アレイ２３０と、波長による位置合わせをするために、２つのアームのうちの一方に光位相調節器５０３を含むことが可能である。図５Ｂでは、導波路アレイ２２２は１８０度のカプラ５０３を通じて結合されている（下部にそのより長いアームを備えた）ＭＺＩ５０１、調整可能な移相器５０４、及び自由空間領域１２４に接続する９０度のカプラ５０５を含む。この種の配置は、その記述を本明細書に引用して援用している米国特許第６，７２８，４４６号に記載されている。図５Ｃでは、導波路アレイ２２２は、自由空間領域１２４に接続する第２の自由空間領域５０９に、複数の付加的により長いアーム５０８（上部で次第により長くなるアーム）によって接続された第１の自由空間領域５０７を含む導波路回折格子ルータを使用して形成される。
【００１９】
本発明により、（１）多重波光信号を波長選択スイッチの導波路に受信するステップと、（２）多重波光信号のチャネル分離と等しい自由スペクトル領域を有し、第１の分光を多重波光信号に導入する第１の導波路アレイに光ビームを結合するステップと、（３）多重波光信号のすべてのチャネルと等しい自由スペクトル領域を有し、第１の分光の上に追加する多重波光信号に第２の分光を導入する第２の導波路アレイに、第１の導波路アレイからの光ビームを結合するステップであって、第２の導波路アレイは、エッジ面において終端し、位相アレイ出力を生成するステップと、（４）１以上のレンズを使用して、多重波光信号のそれぞれの波長チャネルについて離散光スポットを有するスペクトル的に分解された像を生成するために、位相アレイ出力を空間的にフーリエ変換するステップとを含む光スイッチを動作する方法を述べる。
【００２０】
その広範な発明概念から逸脱することなく、上述の実施形態に対して変更がなされることが可能であることは、当業者には理解されよう。例えば、それぞれのＰＬＣは、スイッチの複雑性を著しく上げることなく、光スイッチのポート数を著しく増加させるために、図４に示すように、多重導波路アレイに結合された多重入力／出力導波路を含んでよい。また、レンズの様々な組合せを使用して、ＰＬＣの導波路アレイ（複数個可）からの位相アレイ出力を空間的にフーリエ変換することも可能である。加えて、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロミラーの単一の直線的なアレイを反射体デバイスとして使用して、レンズ（複数個可）によって生成される空間的に分解された像の１以上の選択されたスペクトル成分を反射し、その成分を方向付けることが可能である。さらには、追加の要素は、光スイッチ装置が装置を通じて伝播される光ビーム上でより多くの動作を行うことが可能になるように、１以上のＰＬＣに追加可能であることも理解される。この種の動作のいくつかの例は、多重ファイバの単一チャネル又はバンド化チャネルマルチプレクサ／デマルチプレクサ、色分散及び／又は偏波モード分散補償、並びに平面光波回路の分野において知られている別の動作を実装することを含むが、それらに限定されない。
【００２１】
従って、本発明は、開示されている特定の実施形態に限定されないが、添付の請求項によって定義されるように、本発明の精神及び範囲内での修正を対象とすることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】ＳＬＭによるＰＬＣと、自由空間光通信部とのハイブリッド構成を使用して実装されるチャネルブロッカーとして動作する従来技術のＷＳＳの図である。
【図１Ｂ】図１Ａの従来技術のＷＳＳを使用してＳＬＭ上に結果として生じる直線的な分散光信号を示す図である。
【図２Ａ】２つの導波路アレイを使用する本発明のＷＳＳ配置の図である。
【図２Ｂ】図２Ａの本発明のＷＳＳ配置を使用するＳＬＭ画素上に結果として生じる分散された離散光スポットを示す図である。
【図３】Ａ、ＢはＰＬＣの積層配置における本発明による複数のＷＳＳの実施形態の側面図である。
【図４】複数のＰＬＣの平面配置を使用する本発明のＷＳＳの代替の実施形態の図である。
【図５Ａ】本発明のＷＳＳにおいて利用される追加の導波路アレイの代替実施形態を示す図である。
【図５Ｂ】本発明のＷＳＳにおいて利用される追加の導波路アレイの代替実施形態を示す図である。
【図５Ｃ】本発明のＷＳＳにおいて利用される追加の導波路アレイの代替実施形態を示す図である。
【図６Ａ】図１Ａの従来のＷＳＳの場合のＳＬＭと波長との関係について光の位置を示すグラフである。
【図６Ｂ】図２Ａの本発明のＷＳＳ配置の場合のＳＬＭと波長との関係について光の位置を示すグラフである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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