(57)【要約】【解決手段】本発明は、複数の入力および複数の出力間で複数の光信号を選択的にインターコネクトするための偏光無依存の光インタコネクト装置を含む。本発明は、特に、テラビット／秒のデータ速度と高速スイッチを含む従来の偏光式のスイッチと関係し、ファイバ光ネットワークの使用を容易にする。さらに、本発明のスイッチは、偏光無依存性で、したがって、いずれの偏光済み又は偏光されていない光をルーティングすることができる。入力および出力光の両方が偏光されていなくてもよいので、本発明のスイッチは典型的な偏光式のスイッチと比較して高い光効率（すなわち入力偏光子と関連する損失がない）及び最小の挿入損失を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力および複数の出力の間で複数の電磁信号を選択的にインターコネクトするための偏光無依存光インターコネクト装置であって、このインターコネクト装置は、
複数の偏光ビームスプリッタ要素と、
前記少なくとも１つの前記偏光ビームスプリッタ要素の少なくとも２つの隣接した側面に配置されている少なくとも２つの選択的に作動可能なフェーズシフタ要素と、
前記複数の偏向ビームスプリッタ要素と動作可能接続された複数のミラーと
を有する。
【請求項２】
請求項１の光インタコネクト装置において、
前記多数の入力と多数の出力との間に伸びている複数の全光信号パスをさらに有する。
【請求項３】
請求項２の光インタコネクト装置において、前記複数の全光信号パスの各々は実質的に同じパス長さを有する。
【請求項４】
請求項２の光インタコネクト装置において、前記複数の全光信号パスの各々は実質的に同じ待ち時間を有する。
【請求項５】
請求項２の光インタコネクト装置において、
各々の前記複数の全光信号パスは、互いと関連して実質的に同じ信号減衰を提供する。
【請求項６】
請求項２の光インタコネクト装置において、
各々の前記複数の全光信号パスは、お互いと関連して実質的に競合がない。
【請求項７】
請求項１の光インタコネクト装置において、
前記複数の偏光ビームスプリッタ要素のうちの１つは、前記多数の入力のうちの１つからの偏光されていない光を２つのお互いに直行する成分であって各直行成分は別々に前記装置を通ってルーティングされる成分に分割し、もう一つの前記複数のビームスプリッタ要素は前記直行要素を再度混合して一つの偏光しないビームにしそのビームを前記複数の出力のうちの１つに導くようになっている。
【請求項８】
請求項７の光インタコネクト装置であって、Ｍ×Ｎスイッチ装置を構成し、Mは前記複数の入力の数であり、Ｎは前記複数の出力の数である。
【請求項９】
請求項８の光インタコネクト装置において、ＭおよびＮは、２〜２５６の範囲の偶数である。
【請求項１０】
請求項９の光インタコネクト装置において、
MおよびNは、２、４、８、１２、１６、２４、３２、４８、６４、９６および１２８からなる群のメンバーである。
【請求項１１】
請求項８の光インタコネクト装置において、
Mは１である。
【請求項１２】
請求項８の光インタコネクト装置において、ＭはＮに等しい。
【請求項１３】
請求項８の光インタコネクト装置は、双方向装置である。
【請求項１４】
請求項１の光インタコネクト装置において、
前記複数の偏光ビームスプリッタ要素は、複数の偏向ビームスプリッタキューブである。
【請求項１５】
請求項１４の光インタコネクト装置において、
前記複数の偏向ビームスプリッタキューブは、互いに角と角を合わせて配置されている。
【請求項１６】
請求項１５の光インタコネクト装置において、
前記複数のミラーは、それぞれ透光性キューブとその中に配置された反射層を有する。
【請求項１７】
請求項１６の光インタコネクト装置であって、さらに複数の透光性キューブを有する。
【請求項１８】
請求項１７の光インタコネクト装置において、前記複数の透光性キューブは、前記複数のビームスプリッタキューブと共に表面と表面を合わせた配置で設けられる。
【請求項１９】
請求項１７の光インターコネクト装置であって、さらに複数の実質的に全ソリッドの信号パスを有する。
【請求項２０】
請求項１の光インタコネクト装置において、
前記複数の偏光ビームスプリッタ要素はそれぞれ反射偏光子を含む。
【請求項２１】
請求項２０の光インタコネクト装置において、
前記反射偏光子は、コレステリック液晶偏向層である。
【請求項２２】
請求項２０の光インタコネクト装置において、
前記反射偏光子は、マクニール反射偏光子である。
【請求項２３】
請求項２０の光インタコネクト装置において、前記反射偏光子は無機反射偏光子である。
【請求項２４】
請求項１の光インタコネクト装置において、
前記複数のフェーズシフタ要素はそれぞれ液晶材料を含む。
【請求項２５】
請求項２４の光インタコネクト装置において、前記液晶材料はねじれネマティック液晶である。
【請求項２６】
請求項２５の光インタコネクト装置において、
前記液晶材料は９０°捩じられたネマティック液晶である。
【請求項２７】
請求項２４の光インタコネクト装置において、前記液晶材料は強誘電体液晶である。
【請求項２８】
請求項１の光インターコネクト装置において、前記複数のフェーズシフタ要素はそれぞれ複屈折材料を含む。
【請求項２９】
請求項１の光インタコネクト装置であって、前記複数のフェーズシフタ要素は、０．００１秒未満のフェーズシフト時間を有する。
【請求項３０】
請求項１の装置において、
前記複数のミラーは、高反射の銀鍍金を含む。
【請求項３１】
光インターコネクトシステムであって、
複数の入力および複数の出力の間で複数の電磁信号を選択的にインターコネクトするための偏光無依存光インターコネクト装置を有し、このインターコネクト装置は、（ｉ）少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ要素と、（ｉｉ）前記少なくとも１つの前記偏光ビームスプリッタ要素は少なくとも２つの隣接した側面に配置された少なくとも１つの選択的に作動可能なフェーズシフタ要素と、（ｉｉｉ）複数のミラーと、を有し、
さらに、コンピュータ読取可能なプログラムモジュールであって、前記コンピュータに前記フェーズシフタ要素を選択的にアクティブ及びでアクティブにさせるコンピュータ読取可能なプログラムコードが埋め込まれている、プログラムモジュールを有する。
【請求項３２】
請求項３１のインターコネクト装置であって、
さらに、前記プログラムモジュールと前記選択的なアクティブ化とデアクティブ化のために前記光インターコネクト装置と動作可能に接続されたドライバを有する。
【請求項３３】
請求項３２のインターコネクト装置であって、
さらに、前記プログラムモジュールとドライバとの動作可能な接続を制御するために、前記プログラムモジュールとドライバとに動作可能に接続されたコントローラを有する。
【請求項３４】
偏光無依存光インターコネクト装置を製造するための方法であって、
複数の偏向ビームスプリッタキューブ及び複数のミラーを提供する工程と、
少なくとも１つの前記複数の偏光ビームスプリッタキューブの少なくとも２つの隣接する側面上に少なくとも選択作動可能なフェーズシフタ要素を配置する工程と、
前記複数の偏光ビームスプリッタキューブをお互いに角と角とを合わせて配置するように組み立てる工程と、
複数のミラーを前記複数の偏向ビームスプリッタキューブと動作可能に接触させた状態で配置する工程と、
を有する。
【請求項３５】
請求項３４の方法において、
複数の透光性キューブを前記偏光ビームスプリッタキューブと面と面とを合わせた方法で配置する工程をさらに有する。
【請求項３６】
複数の入力と複数の出力との間で複数の偏光されていない電磁信号を選択的にインターコネクトする方法であって、
偏光していない電磁信号を互いに直行する成分に分割するための偏光ビームスプリッタ要素を供給する工程と、
前記各直角成分のパスの中に選択的作動可能なフェーズシフタ要素を少なくとも１つ配置する工程と、
前記少なくとも一つのフェーズシフタ要素を選択的に起動若しくは起動停止させる工程と、
相互に直行する成分を１つの偏光していないビームに再混合しこれを前記複数の出力に方向付ける、もう一つの変更ビームスプリッタ要素を提供する工程と、
を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（１）技術分野
【０００２】
本発明はスイッチング装置に関する。
【０００３】
本発明は、より詳しくは複数の入力および複数の出力の間で光信号をルーティングするための光スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
（２）背景情報
【０００５】
特にデータ通信伝送媒体として、光ファイバの使用は、既存のデータ通信メディア（例えば銅のケーブル）に対してお送りの利点がある。たとえば、光ファイバはより広い帯域幅の信号を保持することができ、したがって、与えられた期間において、実質的により多量の情報を伝達することができる。更に、光ファイバは電磁若しくは無線周波数放射が少し若しくは全くなく、したがって、環境に与えるインパクトを考える必要がない。また、逆に、光ファイバは周囲環境からの電磁および無線周波数干渉に比較的無反応である。その結果、光ベース通信は、国家的及び世界的通信インフラにおいて大きな役割を果たすことが約束されており、それは、非常に高いビットレートでのデータ伝送の能力に応じて、スーパーコンピューティング、通信及び、軍用Ｃ３１に応用することができる。
【０００６】
現実的には、上述のアプリケーションは、信号の少なくともその一部を制御可能にリダイレクトするための何らかの手段を含まなければならない。多くの通信アプリケーションは、Ｍ本の導線の入力列の１つの導線の信号を、Ｎ本の出力導線の列の１つの導線の出力信号に切替えることを必要とする。電気通信スイッチ、輸送およびルーティング・システムは、多段インターコネクトネットワーク（ＭＩＮ）と呼ばれているネットワークの広範囲にわたる使用をさせ、この機能を達成する。
【０００７】
現在の光ネットワーク開発において、知的光ネットワークを構築することは、非常に重要になっている。これらのネットワークで、全てのデータは、ネットワーク管理コマンドに従って最適化された経路によって容易にかつ迅速に伝送されることができる。たとえば、１本の経路が妨げられるかまたは適切に機能していない場合、知的光ネットワークは他の経路を経て光信号を伝送するようにルーティングすることができる。これらの知的光ネットワークの臨界構成要素は全光スイッチ装置で、また、光学的ルータとも称される。前記全光スイッチ／ルーティング装置は、異なる入力及び出力ファイバポート同士、若しくはさらに異なる波長のチャンネル同士を、互いにクロス接続しており、管理コマンドに従ってネットワークを通してデータをリダイレクトする。最適化されたルーティング経路は、一つ以上の必要条件に従う最高データ輸送性能のために選ばれる。
【０００８】
光スイッチ装置は、現在開発中でおよび／または製造中であり、一般に３つのタイプのうちの1つに一般に分類されることができる。第１はマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのマイクロミラー技術（たとえば米国特許第６，０９７,８５９参照）であり、ここでは、高度なフォトリソグラフィ技術によってマイクロミラーが製造され、これは、電圧印加によって駆動される。光信号がマイクロミラー上に入射するように、入力ファイバは構成される。ミラーに印加される電圧を制御することによって、入射光は、入力および出力ファイバ間のクロスバー接続を実現するために異なる出力ファイバにリダイレクトされることができる。しかし、ＭＥＭＳタイプのスイッチ装置の基本的動作は、機械の回転またはシフトに基づいているので、これにより、スイッチング・スピードが制限される傾向がある。ＭＥＭＳタイプの装置の現在のスイッチング・スピードは、概して約10ミリ秒である。軽微なミスアライメントでさえスイッチ性能のレベルを下げる傾向があることからわかるように、更なる、非常に正確なアライメントが必要である。したがって、機械の振動が一般的である環境において、ＭＥＭＳタイプ装置の安定性および信頼性は、制限される。
【０００９】
光スイッチ装置の第２のタイプは、気泡ベースの光スイッチである（例えば米国特許第４,９８８,１５７号明細書参照）。気泡の配置が光パス中に作られ、それにより、全内面反射が実現され、光信号を異なるスイッチング素子に導き、そして最後に異なる出力ファイバに導く。気泡は、電気電圧信号（例えばパルス）によって作成され除去されることができる。しかし、気泡タイプのスイッチ装置は一般にインク材料のフェーズ変化を利用するので、それに応じてスイッチ速度が制限される傾向がある。また、気泡の生成及び除去は、複雑な温度制御システムを必要とするので、一般に、高価なスイッチ手段に結果としてなる。
【００１０】
全光スイッチ装置の第３のタイプは、偏光ベースの装置（例えば、Ｆａｒｉｓその他にＳｏｒｅｆその他に対する米国特許第４,５１６，８３７号、Ｎｉｃｉａに対する米国特許第４,８５２,９６２号、パンに対する米国特許第５,２７６,７４７号およびアメリカ特許出願Ｎｏ．０９／３４２，４２２参照）である。このパラグラフにおいて引用される米国特許および特許出願は、この引用により、全体として本願明細書に組み込まれたものとする。これらは、液晶ベースの光スイッチ（ＬＣ）装置を含む。この種の全光スイッチは、概して、光スイッチ技術の他の２つのタイプに比べて利点がある。第１に、それらがスイッチ機能について可動部分を有しないので、偏光ベースのスイッチは概して良い安定性を有する。さらに、偏光ベースのスイッチは高いスイッチング・スピードを有することができる。それはスイッチで使用される能動物質のスイッチング・スピードだけに依存するからである。たとえば、ネマティックＬＣ材料を使用しているスイッチは、１ミリ秒オーダのスイッチング・スピードを有する。強誘電性のＬＣ材料を使用しているスイッチは、１マイクロ秒（またはより速い）オーダのスイッチング・スピードを有する。偏光ベースの光スイッチのスイッチング・スピードの改良は、新規な能動物質を開発する能力のみによって制限される傾向がある。１つの更なる効果は、１種類の偏光ベースのスイッチが一般にコンパクト側面および比較的低い製作コストを持っているということである。この種のスイッチは、したがって、光通信研究開発においてより重要になっている。
【００１１】
しかし、偏向ベースのスイッチ装置の顕著な不利な点は、それらが概して入射光が偏向を与えられることを必要とするということである。従来の吸収偏光子がスイッチの中若しくは前で使用される場合、入射光（すなわち約−３ｄＢ）の少なくとも５０％は失われる。これは、特に光が多数のスイッチ装置を通ってルーティングされるが一般的であることから、大部分の実用的なアプリケーションにとって受け入れられることではない。従来の光ファイバは光の偏光状態を保存しないので、偏光子が必要で、スイッチの中でまたはスイッチの前に必要であり、これにより損失が速く蓄積する結果となっていた。いくらかの進歩が偏光保存ファイバー・オプティックス（たとえば米国特許第４，９０４，０５２号参照）においてなされているが、これらのファイバは一般に偏光ベースの光スイッチに必要な純度を有する偏光状態を保存しない。更に、偏光保存光ファイバは、従来の光ファイバより一般にかなり高価である。１つの可能な解決方法は、これが一般により大がかりな装置に結果としてなって、更にかなりコストを増やすけれども、各々の切換装置の後、若しくは前に光アンプを利用することである。
【００１２】
したがって、偏光無依存全光スイッチ装置の必要性が存在し、それらは更に、高速で、コンパクトで、高い容量を有する装置で、全てのＩ／Ｏ順列のために一定の信号パス長さを有するものである必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
１の実施例において、本発明は複数の入力および複数の出力の間で複数の電磁信号を選択的にインターコネクトするための偏光無依存光インターコネクト装置（すなわち光スイッチ）である。
【００１４】
この実施例は複数の偏光ビームスプリッタ要素と、前記少なくとも１つの前記偏光ビームスプリッタ要素の少なくとも２つの隣接した側面に配置されている少なくとも２つの選択的に作動可能なフェーズシフタ要素と、複数のミラーとを有する 。
【００１５】
1つのバリエーションにおいて、この実施例は、Ｍ×Ｎ光インターコネクト装置であって、前記複数の偏光ビームスプリッタ要素のうちの１つが、前記多数の入力のうちの１つからの偏光されていない光を２つのお互いに直行する成分であって各直行成分は別々に前記装置を通ってルーティングされる成分に分割するものである。
【００１６】
そして、もう一つの前記複数のビームスプリッタ要素は前記直行要素を再度混合して一つの偏光しないビームにしそのビームを前記複数の出力のうちの１つに導くようになっている。
【００１７】
本発明の別の側面は、複数の入力および複数の出力間で複数の光信号を選択的にインターコネクトする偏光無依存インターコネクト装置を含む光インターコネクトシステムである。
【００１８】
このインターコネクト装置は、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ要素と、前記少なくとも１つの前記偏光ビームスプリッタ要素の少なくとも２つの隣接した側面に配置されている少なくとも２つの選択的に作動可能なフェーズシフタ要素と、複数のミラーとを有する 。
【００１９】
この側面のインターコネクトシステムは、コンピュータ読取可能なプログラムモジュールであって、前記コンピュータに前記フェーズシフタ要素を選択的にアクティブ及びでアクティブにさせるコンピュータ読取可能なプログラムコードが埋め込まれている、プログラムモジュールを有する。
【００２０】
また、他の側面において、本発明は偏光無依存光インターコネクト装置を製造する方法を提供する。
【００２１】
この方法は、複数の偏向ビームスプリッタキューブ及び複数のミラーを提供する工程と、少なくとも１つの前記複数の偏光ビームスプリッタキューブの少なくとも２つの隣接する側面上に少なくとも選択作動可能なフェーズシフタ要素を配置する工程と、前記複数の偏光ビームスプリッタキューブをお互いに角と角とを合わせて配置するように組み立てる工程と、複数のミラーを前記複数の偏向ビームスプリッタキューブと共に配置する工程とを有する。
【００２２】
さらに別の側面において、本発明は複数の入力および複数の出力間で複数の偏光されていない光信号を選択的にインターコネクトする方法を提供する。
【００２３】
この方法は、偏光していない電磁信号を互いに直行する成分に分割するための偏光ビームスプリッタ要素を供給する工程と、前記各直角成分のパスの中に選択的作動可能なフェーズシフタ要素を少なくとも１つ配置する工程と、前記少なくとも一つのフェーズシフタ要素を選択的に起動若しくは起動停止させる工程と、相互に直行する成分を１つの偏光していないビームに再混合しこれを前記複数の出力に方向付ける、もう一つの変更ビームスプリッタ要素を提供する工程と、を有する。
【００２４】
詳細な説明
【００２５】
図３〜４Ｂを参照すると、本発明の趣旨によって製造される装置が示されている。本発明は、最もシンプルな形態として、２×２の全光偏光無依存スイッチ５０として例示される。入力ファイバＡ、Ｂからの偏光されていない光線は第１の要素で互いに直角の偏光方向を有する２つの偏光光線に分離される。典型的に偏光式スイッチと異なって、同じスイッチ装置において、２つの光線は同じパス長さを有する互いに異なる経路によって別々にルーティングされる。これらの光線は、その後、出力ファイバ０，１の近くに設けられた他の要素によって結合される。図示するように、この実施例は、複数の偏光ビームスプリッタ５４、複数のフェーズシフタ５６および複数のミラー５２を有し、ディスクリートな２つの入力Ａ，Ｂが２つのディスクリートな出力０，１に自由な組合せで結合されるようになっている。これらの要素は、入力の数および出力の数がより大きい数（例えばＭ×Ｎ）であるスイッチに適宜拡大・縮小するために更に構成されていても良い。図５および６は、それぞれ、４×４及び８×８のスイッチを示すものである。
【００２６】
本発明は、典型的にテラバイトのデータ速度と高速スイッチングを有する従来の偏光式スイッチを伴う場合に利点を有し、ファイバ光ネットワークの使用を容易化する。さらに、本発明のスイッチは、偏光無依存であり、したがって、偏光されている光も偏光されていていない光もルーティングするようになっている。入力および出力光は偏光されていなくてもよいので、本発明のスイッチは、典型的な偏光式スイッチと比較して、高い光効率（すなわち入力偏光プリズムと関連する損失がない）を有し、最小の挿入損失しか有さない。更に、この発明のスイッチは、従来の偏光無依存スイッチと比較すると、比較的小さくてコンパクトである。更に、多くの入力および出力をインターコネクトすることができる（例えばＮ×ＮまたはＭ×Ｎ）ように、本発明のスイッチは容易に拡大・縮小可能である。また、さらに、本発明のスイッチは、再構築可能であり非ブロッキングである（すなわち全光経路は他の経路との競合がない）。本発明のスイッチは、また、双方向性スイッチを提供することができる。本発明のスイッチは、更に、容易に製作することができ、したがって、比較的低いコストで光インターコネクトを提供することができる。さらに、本発明は、従来のＭＥＭＳ技術と異なり、環境的な外乱に対して比較的強く反応しない。本発明によれば、複数の全光信号パスは実質的に同じパス長さを有し、安定した待ち時間および減衰を提供して、アンスケウド（ｕｎｓｋｅｗｅｄ）データ出力を提供する。
【００２７】
この開示において使用される限りで、「光の（光学的な）」の用語は、電磁エネルギーをチャンネルするようになっている装置を通した装置若しくはパスを参照するために用いられる。同様に、「全光」の用語は、装置若しくは装置のネットワークであって、それを通って、エネルギーを他の種類の信号（例えば電気であるか電子信号）に変換せずに、電磁エネルギーを送信若しくはスイッチするようになっている装置若しくはネットワークを参照するために用いられる。用語「電磁エネルギー」、「電磁放射」および「電磁信号」は、ガンマ線からラジオ波まで変動する、可視光を含む電磁スペクトルの範囲内における電磁波を意味する。用語「透明」は、偏光状態及び強度を実質的に変えることなく、それを通って光信号を通過させることを許容する能力を参照するために用いる。更に、この開示の全体に亘って、直角偏光状態は、ｓ、ｐ、左回り円形偏光（ＬＨ）、右回り円形偏光（ＲＨ）であるかにかかわらず、単に直角偏光状態Ｐ１、Ｐ２と称される。さらに、ここで使用されるように、「コンピュータ」または「コンピュータ・サブシステム」の語は、あらゆるコンピュータ、コンピュータ・ワークステーション、専用の処理装置、マイクロプロセッサまたは専用のマイクロ・コントローラを意味するものとする。
【００２８】
今、図１〜７を参照すると、従来技術及びこの発明の装置及び方法がより詳細に記載されている。近時、入射偏光状態に依存しない偏光ベースの光スイッチ装置を実現するために、いくつかの方法が開示されている。Ｍｅａｒｓらは、米国特許第５，９３０,０１２号明細書で、偏光無依存スイッチを実現するためにあらかじめ設計された偏光ホログラムを生成する液晶空間光モジュレータを開示する。しかし、Ｍｅａｒｓらの損失として、装置は低い回折格子効率を負う可能性が高い。アルバートらは、米国特許第６,１１１,６３３号明細書において、臨界入射角度が、特定のスイッチ状態においてガラスと液晶層との間の表面でＰ１およびＰ２偏光光が全反射を起こすように選択されるような装置を開示する。しかし、プリズム材料および液晶材料上の重大な屈折率必要条件があるので、この種の装置を製造する際に使われることができる材料は制限される傾向がある。更に、アルバートらは、スイッチ要素を大きい１×Ｎ又はＭ×Ｎのスイッチ装置に拡大するために用いるのであるが、異なるチャンネルでの損失は他のものと同一でない可能性があり、それは適用を難くしかつシステムを複雑化する。ここで引用しているＭｅａｒｓら及びアルバートらの米国特許はこの参照により完全にこの明細書に組み込まれる。
【００２９】
ベーカらは、米国特許第４,７２０,１７２、４,７８１,４２６、４,７８４,４７０、４,７９０，６３３および４,７９２,２１２号の各明細書において、偏光されていない光を受動的ＬＣ層によって２つの直行する偏光方向の光に分離する装置を開示する。ベーカらの米国特許はこの引用により完全にこの明細書に組み込まれる。これらの２つの光線は、それからアクティブＬＣ層を通過し、それから出力ファイバの近くのパッシブなＬＣ層で一つに結合される。しかしながら、ベーカらの２×２スイッチ要素をＭ×Ｎスイッチ装置に拡大する場合、各要素で、信号ビームは分離され再度結合され、それにより高い挿入損失になる傾向がある。
【００３０】
Ｂｅｒｇｌａｎｄらは、米国特許第５,３１７，６５８号において、偏光していない光を２つ直行偏光されたビームに分けるために用いる偏光ビームスプリッタ１１（図１）を含む装置を開示する。Ｂｅｒｇｌａｎｄらの米国特許はこの参照により完全に組み込まれたものとする。各ビームは、ガイドされて相互に異なるスイッチ装置（それぞれ１２，１４）に入り、そしてそれは特定の偏光状態のために動作する。個々の光線がルーティングされた後、それらは第２の偏光ビームスプリッタを通して結合され、選択した出力ポートに導かれる。図１は、Ｂｅｒｇｌａｎｄらの４×４実施例に係る装置を示す。図示するように、２つのスイッチが必要であり（それぞれが各光偏光状態のために）、それは費用がかかる装置に結果としてなる傾向があり、より大きな数の入力及び出力に拡大した場合にはそれが顕著になる。
【００３１】
Ｗｕの米国特許第５,７２４,１６５号明細書は、偏光コンバータが入力ファイバの直下に挿入され、偏光結合器が出力ファイバの直上に挿入された装置を開示している。Ｗｕの米国特許はこの引用によりこの明細書に完全に組み込まれたものとする。この装置の基本的構造は、図２に示される。偏光コンバータ２２は、偏光ビームセパレータ２４およびフェーズシフタ２６を使用することによって実質的に同一の偏光を有する２つの平行光線を生成する。２つの光線は、それから、前記スイッチ装置を通って同時に導かれる。出力ポートにおいて、偏光コンバイナ２８は、２つの光線を一緒に結合し光ファイバに連結するのに使用される。この装置は、しかしながら、２つの光線を平行にスイッチしなければならないので比較的大型である。
【００３２】
上記に述べたように、本発明のスイッチは複数の偏光ビームスプリッタ５４、複数のミラー５２および複数のフェーズシフタ５６を含む。現在、図３を参照して、２×２偏光無依存スイッチ５０は、各々の上記の要素のうちの２つを含むことを示す。典型的な偏光ビームスプリッタは、入射光（概して偏光されていない）を２つの直角の偏光要素（例えば垂直（ｓ）で横（ｐ）偏光状態に）に分割する。市販の偏光ビームスプリッタの例としては、カフフォルニア州アーヴィン、ミリカン通り１６５４２番に所在するＭｅｌｌｅｓ・Ｇｒｉｏｔ社若しくは英国、マン島ＩＭ３４ＰＡ、オンチャン、２番通りに所在するＣＶＩ・Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ・Ｏｐｔｉｃｓによって製造されるものを含む。偏光ビームスプリッタ５４は、どのようなタイプ及び構成であっても良いが、（示されるように）キューブ形の偏光ビームスプリッタであることが好ましい。更に、偏光ビームスプリッタ５４は、どのようなタイプの偏光要素を使用することができる。例えば、偏光ビームスプリッタ５４は、従来のＭａｃＮｉｅｌｌ-タイプの偏光リフレクター、コレステリック（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ）な液晶層若しくは無機反射偏光子を含んでいても良い。これらの装置は、周知の方法で動作し、選択的に１つの偏光状態（例えばＰ1）を有する光を反射して、直角の偏光状態（Ｐ２）を有する光を送信する。
【００３３】
フェーズシフタ５６は、一般に半波遅延の形で電気的に制御可能な複屈折の材料の何れかのタイプによって製造されることが出来る。フェーズシフタ装置５６は、また、液晶セルであってもよく、例えば９０゜捩られた（若しくは２７０°スーパーツイストされた）ネマティック液晶、均一に整列配置されたネマティック液晶または強誘電性液晶を有する。例えば、電界が上記の装置のどちらにも適用されない場合、位相遅延器５６上の偏光Ｐ１入射を有する光線は、その中を通ることによって、偏光Ｐ２を有する光線に変換される。所定の電位がフェーズシフタ５６に適用される場合、その中を通過することによって、偏光Ｐ１（またはＰ２）を有する光線は偏光の状態を維持する。逆に、フェーズシフタ５６は、電圧を印加する事によって入射光をＰ１からＰ２へ（若しくはＰ２からＰ１へ）変更するため、そして、電圧を印加しない場合偏光光をその中を影響を受けずに通ることを許容するために、用いられる。以下で、シフタ５６は、それが入射光の偏光状態をＰ１からＰ２（またはＰ２からＰ１に）偏光するように構成されている場合、アクティブ（活性）若しくはアクティベート（活性化）されていると称することにする。若しくは、インアクティブ（不活性）若しくはインアクティベート（不活性化）されていると称する。
【００３４】
今、図４を参照すると、スイッチ装置５０の動作は、以下のようになっている。スイッチ装置５０は、入力ＡおよびＢで光ファイバから入射偏光光を受け取る。ここで、光ファイバは光の偏光状態を保存しないため、光ファイバからの入射光は一般的に偏光されていないことに注意するべきである。入力ポートＡでの偏光されていない光入射は、ビームスプリッタ５４ＡによってＰ1およびＰ２要素に分割される。１つの構成要素（例えばＰ1）は、一番上のミラー５２Ａの方へ反射され、他方（Ｐ２）は底のミラー５２Ｂの方へ送信される。非スイッチ状態において、フェーズシフタ５６は、インアクティブで両方の光線は影響を受けないで通過する。ミラー５２Ｂから反射される光は、再度偏光ビームスプリッタ５４Ｂで反射し、ミラー５２Ｂで反射した光は偏光ビームスプリッタ５４Ｂ内の偏光要素を通って送信される。２つの光線（Ｐ１およびＰ２）は、したがって、偏光ビームスプリッタ５４Ｂで再び結合されて、出力ポート０に向かうよう方向付けられる。スイッチ状態において、フェーズシフタはアクティベートされ、Ｐ１の偏光状態を有する光線を偏光状態Ｐ２に変換し、Ｐ２の偏光状態を有する光線をＰ1の偏光状態に変換するように動作する。ミラー５２Ａから反射された光は、次に偏光ビームスプリッタ５４Ｂに送信され、その一方でミラー５２Ｂから反射された光は偏光ビームスプリッタ５４Ｂで再び反射される。２つの光線（Ｐ２およびＰ１）は、偏光ビームスプリッタ５４Ｂで再び結合されて、出力ポート１の方向へ導かれる。当業者は、類似した議論が入力ポートＢにおける光入射にも適用できることをすぐに認識するであろう。非スイッチ状態において、光は出力ポート１の方向へ導かれ、一方でスイッチ状態で光は出力ポート０の方向へ導かれる。
【００３５】
今、図５を参照すると、４×４スイッチ６０が示されている。この構成において、４つの入力Ａ、Ｂ、ＣおよびＤが、４つの出力０、１、２および３のどれか１つにルーティングされる。スイッチ６０は、スイッチ５０と類似の動作を行うものであり、偏光されていない光は直行する要素（Ｐ１及びＰ２）に分割され、それらは装置を通って別々にルーティングされ、フェーズシフタ５６がルーティングパスを変更するのに使用される。フェーズシフタ５６がスイッチ６０で全てインアクティブな場合、入力Ａは出力０にルーティングされ、入力Ｂは出力２に、入力Ｃは出力１に、そして入力Ｄは出力３に導かれる。他のルーティング構成をアクティブにするため、１若しくはそれ以上のフェーズシフタ５６がアクティブにされる。たとえば、入力Ｂは、上側で最も右のビームスプリッタ上のフェーズシフタ６１および６２をアクティブにすることによって出力Ｂに導くことができる。同様に、入力Ｄは、下部で最も右のビームスプリッタ上のフェーズシフタ６３および６４をアクティブにすることによって出力１に送信することができる。類似した方法で、入力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのいずれか１つは適当なフェーズシフタ５６をアクティブにするか停止することによって出力０、１、２、３のいずれかにルーティングされる。
【００３６】
今、図６を参照すると、８×８スイッチ７０が示されている。この構成において、８つの入力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨは、８つの出力０、１、２、３、４、５、６、７のいずれか１つにルーティングされる。スイッチ７０はスイッチ５０，６０と同様に機能し、偏光されていない光は直行する要素（Ｐ１及びＰ２）に分割され、それらは装置を通って別々にルーティングされ、フェーズシフタ５０がルーティングパスを変更するのに使用される。スイッチ７０は、一般に、１つ若しくはそれ以上のフェーズシフタ５６の各スイッチ構成においてアクティブにされることを必要とする。例えば、入力Ａは、フェーズシフタ７１および７２をアクティブにすることによって出力０に導かれる。入力Ａは、フェーズシフタ７２をデアクティブにし、フェーズシフタ７３をアクティブにすることによって出力７に再ルーティングされる。同様に、入力Ｆは、フェーズシフタ７４および７５をアクティブにすることによって出力６に導かれる。同様の方法で、いずれか１つの入力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｈが適当なフェーズシフタ５６をアクティブにするかまたは非アクティブにすることよって出力０、１、２、３、４、５、６、７のいずれか１つにルーティングされる。当業者は、この発明のスイッチ（スイッチ６０および７０を含む）は、光信号を入力と出力との間の１以上の信号パスを通してルーティングすることができることを認識するであろう。例えば、スイッチ７０の入力Ａは、また、フェーズシフタ７３、７６、７７および７８をアクティブにすることによって出力１に導くことができる。本発明のスイッチは、したがって、再構成可能である。
【００３７】
上述したように、本発明のスイッチは、より多くの入力および出力チャネルに適応するために拡大・縮小されることができる。例えば、１６×１６、２４×２４、３２×３２、４８×４８、６４×６４その他の偏光無依存全光インターコネクトは複数の偏光ビームスプリッタ５４、フェーズシフタ５６およびミラー５２を結合することによって直ちに製造することができる。更に、本発明のスイッチは、Ｆａｒｉｓらの米国特許出願第０９／３４２，４２２号明細書に開示されているような様々なアーキテクチャを利用することができる。また、更に、Ｍ×Ｎアーキテクチャ（例えば４×８、２４×６４、１×１６、１６×１２他）を有する非対称接続は、複数の上述の要素を結合することによって直ちに製造することができる。当業者は、本発明のスイッチ（例えば８×８スイッチ）が多数の構成のうちの１つに過ぎないということはすぐに認識するであろう。当業者は、また、本発明のスイッチが双方向性であるために設定されることができると認識する（すなわち入力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、...Ｍが出力として使用でき、一方で出力０、１、２、３...Ｎが入力として使われることができる）。
【００３８】
本発明のスイッチは、適切な方法で製造されることができる。１つの構成によれば、製造を容易にするため、ここに開示されたスイッチは３つの主要素のそれぞれを複数含むように考慮される：（ｉ）偏光ビームスプリッティングキューブ、（ｉｉ）ミラー、（ｉｉｉ）近接する２つの側面のそれぞれに配置されたフェーズシフト要素を含む偏光ビームスプリットキューブ。これらの３つの要素は別に作られそしてチェックボードのパターンに組み立てられて一緒にされ、適切な光接続設計構成（例えば図３〜６に示される２×２、４×４及び８×８構成）を達成する。
【００３９】
他の構成においては、それは、また、製造の容易さのために設計されるものであるが、この発明の光スイッチはソリッド状態の接続装置８０であり、それは、複数の実質的に全ソリッド電磁信号パスを含むものである。スイッチ８０の４×４構成が図７に示される。スイッチ８０は、４つの主要素のそれぞれを複数含む；（ｉ）偏光ビームスプリッタキューブ５２、（ｉｉ）各々の２つの隣接した側面８２に配置されるフェーズシフト要素を含む偏光ビームスプリットキューブ、（ｉｉｉ）８４の中に配置された反射フィルムを有する透明キューブを含むミラー、（ｉｖ）透明キューブ（例えばガラス）８６。これらの部品は、別に作られることができ、それからチェックボードのようなパターンに組みつけられて一緒にされ、これによって如何なる所望の光設計（例えばＭ×Ｎ）を達成する事が出来る。一般に、偏光ビームスプリッタキューブ５は、お互いとの角と角とを合わせるように組み立てられ、透明キューブ８６及び偏光ビームスプリッタキューブ５２は互いに面と面を合わせるようにして組み立てられる。実質的に全固体（ソリッド）信号パス（例えばスイッチ８０）の可能性のある利点は、それが実質的に屈折率（例えばガラス製の／空気インタフェース）の変化がある所で、インタフェース部での反射から生じるフレネル損失を減らすことができるということである。インデックスマッチングクーラント（ｃｏｕｐｌａｎｔ）が更にフレネル損失を減らすために用いられてもよい。スイッチ８０の更なる効果は、それがかなり挿入損失を減らすことができるということである。それが機械振動に対する抗性を有するという点で、スイッチ８０は更に有利である。
【００４０】
図８に戻ると、上述したスイッチ５０、６０、７０、８０他のいずれかは、インターコネクトシステム１００に組み込むことができる。図示するように、インターコネクトシステム１００は、コンピュータ読取可能なプログラムコードや指令が格納されたコンピュータ読取可能な記憶媒体を含むプログラムモジュール１００を含むコンピュータ利用の装置であることが好ましい。プログラムコードは、上記で議論した様々なルーティングアルゴリズムのうちのいずれかを含む。前記プログラムモジュールは、コンピュータ・サブシステム（図示せず）によってプログラムモジュール１１０へのアクセスを制御するようになっているコントローラ１１２に接続された状態で配置される。コントローラ１１２はドライバ１１４と接続された状態で配置され、従来の方法で動作し、スイッチをインタフェースする。ドライバ１１４は、ハードウェア装置から構成されるか、または、好ましくは、ソフトウェア・モジュールとしてソフトウェアとして実装されることができる。プログラムモジュール１１０、コントローラ１１２およびドライバ１１４は、従って、上記で説明したように各入力及び出力ポートの間の信号をルーティングするためのＮ×Ｎスイッチを動作させるための制御手段を含む。
【００４１】
上記のさまざまな本発明の側面に対する変更は、単に例示である。上記実施形態に対する他の変更は、当業者によって直ちになされるべきものであることが理解される。全てのそのような変更及びバリエーションは特許請求の範囲に定義された本発明の範囲及び要旨の範囲内に入るとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、従来技術の偏光無依存光スイッチの基礎構造を図示するものである。
【図２】図２は、偏光コンバータおよび偏光コンバイナを使用する従来技術の偏光無依存光スイッチ基礎の構造を図示するものである。
【図３】図３は、本発明の光スイッチの２×２実施例の基礎構造を図示するものである。
【図４】図４は、図３の2×2実施例のスイッチング機構を図示するもので、(a)非スイッチ状態（b）スイッチ状態。
【図５】図５は、本発明の光スイッチの４×４実施例の基礎構造を図示するものである。
【図６】図６は、本発明の光スイッチの８×８実施例の基礎構造を図示するものである。
【図７】図７は、４×４ソリッドステート光スイッチの基礎構造を図示するものである。
【図８】図８は、本発明のインターコネクトシステムおよびＭ×Ｎスイッチのブロック図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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