(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱光学スイッチであって、
光導波管と、
前記光導波管の表面との熱的接点における抵抗性ヒータと、
前記光導波管と基盤との間に形成されたギャップによって前記光導波管の下にある前記基盤から前記光導波管が実質的に熱的に隔離されるように、前記光導波管の側面に接続されるとともに前記光導波管を支持する複数の熱フロー制限ピラーであって、前記ピラーが前記光導波管から前記ピラーを支持する支持構造への熱フローを制限する、複数の熱フロー制限ピラーとを備え、
前記ピラーの各々の前記光導波管により近い断面は、前記ピラーの各々の前記光導波管からより遠い断面より小さく、前記ピラーの各々は、基盤側およびその反対側が台形形状である四角柱を含む、熱光学スイッチ。
【請求項２】
前記ピラーは、互いに実質的に隔離されている、請求項1に記載の熱光学スイッチ。
【請求項３】
前記ピラーは、トレンチによって互いに分離されている、請求項1に記載の熱光学スイッチ。
【請求項４】
前記トレンチおよび前記ギャップは、空気および真空のうちの1つを含む、請求項3に記載の熱光学スイッチ。
【請求項５】
前記ピラーは、二酸化ケイ素からなる、請求項1に記載の熱光学スイッチ。
【請求項６】
光信号をコントロールするように構成されるネットワークコンポーネントであって、前記ネットワークコンポーネントは、
プロセッサと、
前記プロセッサに接続されたレシーバと、
前記レシーバに接続された光集積回路(PIC)であって、前記PICは、複数の熱光学スイッチを備え、前記熱光学スイッチの各々は、
光導波管と、
前記光導波管の表面との熱的接点における抵抗性ヒータと、
前記光導波管と基盤との間に形成されたギャップによって前記光導波管の下にある前記基盤から前記光導波管が実質的に熱的に隔離されるように、前記光導波管の側面に接続されるとともに前記光導波管を支持する複数の熱フロー制限ピラーであって、前記ピラーが前記光導波管から前記ピラーを支持する支持構造への熱フローを制限する、複数の熱フロー制限ピラーとを備える、光集積回路(PIC)とを備え、
前記ピラーの各々の前記光導波管により近い断面は、前記ピラーの各々の前記光導波管からより遠い断面より小さく、前記ピラーの各々は、基盤側およびその反対側が台形形状である四角柱を含む、ネットワークコンポーネント。
【請求項７】
前記ピラーは、互いに実質的に隔離されている、請求項6に記載のネットワークコンポーネント。
【請求項８】
前記ピラーは、トレンチによって互いに分離されている、請求項6に記載のネットワークコンポーネント。
【請求項９】
前記トレンチおよび前記ギャップは、空気および真空のうちの1つを含む、請求項8に記載のネットワークコンポーネント。
【請求項１０】
前記ピラーは、二酸化ケイ素からなる、請求項6に記載のネットワークコンポーネント。
【請求項１１】
光集積回路(PIC)であって、
複数の光入力と、
前記入力に接続された複数の熱光学スイッチであって、前記熱光学スイッチの各々は、
光導波管と、
前記光導波管の表面との熱的接点における抵抗性ヒータと、
前記光導波管と基盤との間に形成されたギャップによって前記光導波管の下にある前記基盤から前記光導波管が実質的に熱的に隔離されるように、前記光導波管の側面に接続されるとともに前記光導波管を支持する複数の熱フロー制限ピラーであって、前記ピラーが前記光導波管から前記ピラーを支持する支持構造への熱フローを制限する、複数の熱フロー制限ピラーとを備える、複数の熱光学スイッチとを備え、
前記ピラーの各々の前記光導波管により近い断面は、前記ピラーの各々の前記光導波管からより遠い断面より小さく、前記ピラーの各々は、基盤側およびその反対側が台形形状である四角柱を含む、PIC。
【請求項１２】
前記ピラーは、互いに実質的に隔離されている、請求項11に記載のPIC。
【請求項１３】
前記ピラーは、トレンチによって互いに分離されている、請求項11に記載のPIC。
【請求項１４】
前記トレンチおよび前記ギャップは、空気および真空のうちの1つを含む、請求項13に記載のPIC。
【請求項１５】
前記ピラーは、二酸化ケイ素からなる、請求項11に記載のPIC。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、2014年3月5日に出願した、「Integrated Thermo-Optic Switch with Thermally Isolated and Heat Restricting Pillars」と題する、米国非仮出願特許14/197,301号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、熱光学スイッチに関し、個別の実施形態においては、熱的隔離熱光学スイッチのためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光スイッチは、光ファイバまたは集積光回路(IOC)内の信号をある回路から別の回路へと選択的に切り替えることができるスイッチである。それらは、通信産業において広く利用されている。1x2および/または2x2光スイッチは、波長分割多重方式(WDM)システムにおいて、特に、再構成可能な構造において必須のコンポーネントである。光ネットワークは膨大な容量を有しているが、光学デバイスの高いパッケージ化のコストがその適用を制限することになっている。集積密度を増大することは、光集積回路(PIC)およびパッケージ化のコストを低減することになる。個々の光学コンポーネントの電力消費を低減することは、より高い集積密度を可能とする。したがって、極低電力消費の光スイッチを開発することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ある実施形態によれば、熱光学スイッチは、光導波管と、光導波管の表面との熱的接点における抵抗性ヒータと、光導波管と基盤との間に形成されたギャップによって光導波管の下にある基盤から光導波管が実質的に熱的に隔離されるように、光導波管の側面に接続されるとともに光導波管を支持する複数の熱フロー制限ピラーであって、ピラーが光導波管からピラーを支持する支持構造への熱フローを制限する、複数の熱フロー制限ピラーとを備える。
【０００５】
ある実施形態によれば、光信号をコントロールするように構成されるネットワークコンポーネントは、プロセッサと、プロセッサに接続されたレシーバと、レシーバに接続された光集積回路(PIC)とを備え、ここで、PICは、複数の熱光学スイッチを備え、ここで、熱光学スイッチの各々は、光導波管と、光導波管の表面との熱的接点における抵抗性ヒータと、光導波管と基盤との間に形成されたギャップによって光導波管の下にある基盤から光導波管が実質的に熱的に隔離されるように、光導波管の側面に接続されるとともに光導波管を支持する複数の熱フロー制限ピラーであって、ピラーが光導波管からピラーを支持する支持構造への熱フローを制限する、複数の熱フロー制限ピラーとを備える。
【０００６】
ある実施形態によれば、光集積回路(PIC)は、複数の光入力と、入力に接続された複数の熱光学スイッチとを備え、ここで、熱光学スイッチの各々は、光導波管と、光導波管の表面との熱的接点における抵抗性ヒータと、光導波管と基盤との間に形成されたギャップによって光導波管の下にある基盤から光導波管が実質的に熱的に隔離されるように、光導波管の側面に接続されるとともに光導波管を支持する複数の熱フロー制限ピラーであって、ピラーが光導波管からピラーを支持する支持構造への熱フローを制限する、複数の熱フロー制限ピラーとを備える。
【０００７】
本発明およびその利点をより完全に理解するために、添付の図面に関する以下の記載をここで参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態である熱光学スイッチング要素の上面図の図である。
【図２】実施形態である熱光学スイッチング要素のセクションA-Aの横断面の図である。
【図３】実施形態である熱光学スイッチング要素のセクションB-Bの横断面の図である。
【図４】熱制限ピラーの実施形態を図示した図である。
【図５】1x2構成におけるMZI TOスイッチの実施形態の上面図を図示した図である。
【図６】熱抵抗RthSiO2の配置表現を示す熱制限ピラーの実施形態を図示した図である。
【図７】実施形態であるMZI TOスイッチの一方のアームと一部の隣接スイッチとの配置詳細図を図示した図である。
【図８】等価回路表現を重ね合わせた実施形態であるTOスイッチング要素を図示した図である。
【図９】等価回路表現を重ね合わせた実施形態であるTOスイッチング要素を図示した図である。
【図１０】等価回路表現を重ね合わせた実施形態であるTOスイッチング要素を図示した図である。
【図１１】TOスイッチング要素の実施形態である等価回路表現を図示した図である。
【図１２】実施形態である光集積回路(PIC)のブロック図である。
【図１３】実施形態である光データルータのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
現時点で望ましい実施形態を作成および使用して以下に詳細に記載する。しかしながら、本発明が様々な特定の状況において具体化され得る多くの適用可能な発明コンセプトを提供していることを理解すべきである。記載した特定の実施形態は、発明を作成および使用するための特定の方法の単なる説明であり、発明の範囲を限定するものではない。
【００１０】
現在のPICチップは、おおよそ200マイクロメータ(μm)x530μm(すなわち、おおよそ0.106mm2)のスイッチセルサイズを有するマッハツェンダ干渉計(MZI)熱光学(TO)スイッチを備える。このスイッチングの電力消費は、約20〜40ミリワット(mW)である。ある実施形態においては、約0.3〜0.5mWのスイッチング電力でおおよそ100μmx400μmのスイッチセルサイズを有するダイあたりに6000超のスイッチを可能とする光スイッチを本明細書に記載している。
【００１１】
従前の光スイッチと比較してスイッチ状態を変化させるために必要となる電力を実質的に最小化する光スイッチを本明細書に記載している。さらに、開示した光スイッチの実施形態は、光スイッチの密度を増大し、従前の光スイッチと比較して光スイッチのスイッチング時間および挿入損失を低減し、光スイッチの機械的な安定寿命稼動を増進している。
【００１２】
熱制限ピラーを互いに熱的に隔離するために二酸化ケイ素(SiO2)(また、シリカとも称する)上に熱フローを低減するディープトレンチとともに位相同調要素または熱光学(TO)スイッチング要素を支持する熱フロー制限ピラーを備える熱光学スイッチを本明細書に記載している。これは、デバイスに増進された高熱抵抗性(Rth)経路提供し、TOスイッチング要素への熱の閉じ込めを増大し、それによって、全体的に低減された電力消費およびデバイスフットプリントをもたらしている。
【００１３】
図1は、実施形態である熱光学スイッチング要素100の上面図の図である。図2は、セクションA-Aによる熱光学スイッチング要素100の横断面の図である。図3は、セクションB-Bによる熱光学スイッチング要素100の横断面の図である。TOスイッチング要素100は、シリコン基盤114、二酸化ケイ素レイヤ102、104、実質的に自立したシリコン・オン・インシュレータ(SOI)導波管122、およびSOI導波管122のセクションを被覆する熱ストリップヒータ110を備える。ある実施形態においては、熱ストリップヒータ110は、例えば、白金などの、金属である。ある実施形態においては、熱ストリップヒータ110は、約200ナノメータ(nm)であり、幅が約2.9ミクロンであり、長さが約100ミクロンである。ある実施形態においては、TOスイッチング要素100は、マッハツェンダ干渉計(MZI) TOスイッチに組み込まれている。ある実施形態においては、熱ストリップヒータ110は、SOI導波管122の上部セクションを被覆しており、ここで、上部とは、下部とみなされる基盤が位置する側面とは反対側を示している。他の実施形態においては、熱ストリップヒータ110は、SOI導波管122の上部ではなく、SOI導波管122の側面の一部に位置していてもよい。
【００１４】
SOI導波管122は、二酸化ケイ素クラッディング120に埋め込まれているシリコンコア106を備えるとともに、ギャップおよびトレンチ116によって周囲の二酸化ケイ素クラッディング102、104およびシリコン基盤114からSOI導波管122が実質的に熱的に隔離されるように、複数の熱制限ピラー108によって支持されている。ピラー108は、熱的接点領域を実質的に最小化して、それによって、二酸化ケイ素領域102、104およびシリコン基盤114への熱フローを低減しつつ、SOI導波管122に対して安定性を提供している。ギャップおよびトレンチ116は、真空であってもよいし、また、例えば、空気などの、熱的不伝導構成要素で満たされていてもよい。ピラー108は、図2に示したようにシリコンの柱に乗っている部分を含む。ある実施形態においては、ピラー108は、SOI導波管122に接触する領域がピラー108の反対端より十分狭くなるように、二酸化ケイ素領域102、104からSOI導波管122の側面へと延伸する。ある実施形態においては、ピラー108は、実質的に台形形状または構造を有する。他の実施形態においては、ピラー108は、実質的に円錐形状または構造を有する。熱制限ピラー108は、SOI導波管122との熱的接点を最小化し、それによって、SOI導波管122から二酸化ケイ素クラッディングレイヤ102、104およびシリコン基盤114への熱フローを実質的に最小化している。熱制限ピラー108はまた、TOスイッチの機械的な安定寿命稼動を増進する。熱制限ピラー108は、基盤116の上部に乗っている支持構造130に付属している。
【００１５】
ある実施形態においては、SOI導波管122の下部(例えば、シリコン基盤に最も近い部分)は、シリコン基盤に接触しておらず、例えば、空気などの、実質的に熱的不伝導構成要素以外の任意の構成要素との熱的接点が存在しない。ある実施形態においては、SOI導波管122の側面は、ピラー108がSOI導波管122と接している小領域を除いて二酸化ケイ素領域102、104との熱的接点が存在しない。ある実施形態においては、SOI導波管122の端部124、126は、別の導波管または他の構成要素と接していてもよい。
【００１６】
ある実施形態においては、SOI導波管122の幅wは、約2.0ミクロンと約3.0ミクロンとの間である。別の実施形態においては、SOI導波管122の幅wは、約2.9ミクロンである。ある実施形態においては、SOI導波管122の高さhは、約1.5ミクロンと約2.5ミクロンとの間である。別の実施形態においては、SOI導波管122の高さhは、約2.1ミクロンである。
【００１７】
図4は、実施形態である熱制限ピラー108を図示している。ある実施形態においては、SOI導波管の一部に接続されている熱制限ピラー108の面または表面402は、支持構造に接続されている反対表面404の幅bより狭い幅tを有している。熱制限ピラー108はまた、SOI導波管122のエッジから支持構造130へと長さlを有している。ある実施形態においては、tは約1ミクロンであり、bは約1.8ミクロンから約2.5ミクロンの範囲内であり、lは約2ミクロンから約3ミクロンの範囲内である。この形状は、SOI導波管との接点を実質的に最小化しており、それによって、SOI導波管から周囲の支持構造および基盤への熱フローを低減している。図示しているように、ある実施形態においては、熱制限ピラー108は、形状において実質的に台形である。
【００１８】
図5は、1x2構成におけるMZI TOスイッチ500の実施形態の上面図を図示している。MZI TOスイッチ500は、2つのTO領域502、電気的ボンディングパッド508、およびトレースコネクタ510を備えている。トレースコネクタ510(例えば、電気ワイヤ)は、電気的ボンディングパッド508から抵抗性熱ストリップヒータ506への電流フローを可能にしている。TO領域502の各々は、例えば、図1〜3に示したTOスイッチング要素100などの、TOスイッチング要素を備える。MZI TOスイッチ500は、光信号が2つのTO領域502に伝搬するように分配されている光導波管504を備える。各TO領域502は、熱ストリップヒータ506を備える。図示しているように、位相同調は、MZIの両方のアームにおいて行われ得る。他の実施形態においては、位相同調は、一方のアームのみにおいて行われ得る。
【００１９】
開示の実施形態は、1x2または2x2セルで配置され得る、TO要素を有するMZIに基づいて、ダイの平方インチあたりに多数(例えば、特定の用途に応じて約6,000〜25,000)の光スイッチング要素を可能としている。開示の実施形態は、TOスイッチセルをSOI技術に統合している。
【００２０】
位相シフトΔφならびに出力電力P1およびP2は、関連している。MZI TOスイッチ500によって提供される光信号の位相シフトΔφは、以下の式によって与えられる。
【数１】
0006571079.tif 000002
ここで、dn/dTは導波管504の熱光学係数であり、ΔTは導波管504の温度における変化であり、λは光信号の波長であり、Lは熱ストリップヒータ506の長さである。出力電力P1およびP2は、以下の式によって与えられる。
P1=P0cos2Δφ/2およびP2=P0sin2Δφ/2
シリコンは、比較的大きな熱光学係数dn/dTを有している。dn/dT=1.86x10-4K-1について、ここで、Kはケルビンであり、数度のみのΔTでもπの位相シフトを要する。P1およびP2は、MZI TOスイッチ500の各出力における光電力である。出力は、2x2マルチモード干渉(MMI)デバイスまたは2x2指向性カプラ(分配器)であり得る。P0は、入力光電力である。
【００２１】
図6は、実施形態である熱抵抗RthSiO2を示す熱制限ピラー108を図示している。熱が電気的ロス(ジュール効果)によって抵抗(すなわち、熱制限ピラー108)内で散逸され、ΔT(K)上昇することになる。電気伝導に関するオームの法則と同様に、温度勾配による熱フローはデバイスの熱抵抗によって主に決まる。熱抵抗Rthは、熱伝導率、デバイス形状、および経路設定によって決まる。そのため、熱抵抗Rthは、以下のように表され得る。
【数２】
0006571079.tif 000003
ある実施形態においては、例えば、熱制限ピラー108などの、熱フロー制限ピラーは、吊り下げ導波管との接点の表面領域を低減することによってRthを増大している。支持ベースとの接点の表面領域を増大することにより機械的な強度および剛性を強化している。熱制限ピラー108とSOI導波管122との熱的隔離は、空気(または、他の高いkth)を熱フロー経路に取り込むことによってRthを増大している。
【００２２】
図7は、実施形態であるMZI TOスイッチ700を図示している。ある実施形態においては、MZI TOスイッチ700は、図5に示したMZI TOスイッチ500として実装される。TO領域702のうちの1つの拡大上面図を示している。TO領域702は、光導波管720が基盤との熱的接点を有しないように、シリコン基盤(図示せず)の上にある光導波管720を支持している複数の熱制限ピラー704を備える。熱制限ピラー704は、シリコン基盤に蒸着されているSiO2サポートによって支持されている。光導波管702は、二酸化ケイ素クラッディング上に重ね合わされている熱ストリップヒータ708を有する二酸化ケイ素クラッディングに埋め込まれているシリコンコア706を備える。各熱制限ピラー704は、熱的隔離ディープエッチングトレンチ710によって他の熱制限ピラーから分離されており、光導波管720は、熱的隔離ディープエッチングトレンチ714によってSiO2サポートおよびシリコン基盤から分離されている。隣接TOスイッチング要素はまた、熱的隔離ディープエッチングトレンチ712によって分離されている。熱的隔離ディープエッチングトレンチ710、712、714は、経路熱抵抗を増大している。
【００２３】
図8〜10は、等価回路802表現を重ね合わせた実施形態であるTOスイッチング要素800を図示している。図11は、TOスイッチング要素800の実施形態である等価回路802表現を図示している。ある実施形態においては、TOスイッチング要素800は、図1においてTOスイッチング要素100として実装される。ある実施形態においては、要素804、806、808、810、812、および814は、図1における類似要素108、106、110、120、112、および114に対応する。熱制限ピラー804の各々の熱抵抗は、Rth SiO2である。光導波管810内のシリコンコア806の熱抵抗は、Rth Siである。光導波管810上のクラッディングの熱抵抗は、Rth Cladである。基盤の熱抵抗は、Rth Subである。熱ストリップヒータ808の電力は、PHeaterである。Rth SiO2は、基盤814内への熱散逸に関する主要経路となる。Rth SiO2の値が増大することは、全体的な電力量に影響を及ぼす。Rth Airは、SiO2熱制限ピラー804を通る熱経路を分配する。Rth Wireは、電気的ヒータを外部環境に接続している電気ワイヤを通る熱フローの熱を表している。ワイヤボンディングまたはフリップチップボンディングを経由してもよい。
【００２４】
図12は、実施形態であるPIC1200のブロック図である。PIC1200は、複数のスイッチングセル1202、1204、1206を備える。スイッチングセル1202、1204、1206のいくつかは、2つ以上のスイッチングセルを備える。例えば、ある実施形態においては、スイッチングセル1206は、改善されたクロストークのために4つの1x2スイッチングセルを含む。PIC1200はまた、図示していない他のコンポーネントを備えていてもよい。ある実施形態においては、1つまたは複数のスイッチングセル1202、1204、1206は、上述したような熱的隔離および熱制限ピラーを有する開示した熱光学スイッチを備える。ある実施形態においては、各スイッチセルサイズは、約100ミクロン×約400ミクロンサイズである。ある実施形態においては、各スイッチのスイッチング電力は、約0.3mWから約0.5mWである。ある実施形態においては、ダイの平方インチあたりに6000超のスイッチセルがダイごとに含まれ得る。
【００２５】
図13は、実施形態である光データルータ1300のブロック図である。光データルータ1300は、本明細書に記載のデバイスおよび方法を実施するために使用され得る。特定のデバイスは、図示したコンポーネントのすべて、またはコンポーネントの一部のみを使用してもよいし、集積のレベルは、デバイスごとに変化してもよい。さらに、デバイスは、コンポーネントの複数のインスタンスを含んでいてもよい。ルータ1300は、1つまたは複数のセパレータ1304、入力インターフェース1306、スイッチング要素1308、出力インターフェース1310、コントローラ1312、および1つまたは複数の結合器1314を備える。各セパレータ1304は、通信リンク1302を介して通信されている入力光信号1303を分離する。セパレータ1304は、例えば、波長分割デマルチプレクサを含んでいてもよい。本明細書を通して使用しているように、「波長分割マルチプレクサ」および「波長分割デマルチプレクサ」という語句は、波長分割多重化信号および/または高密度波長分割多重化信号を処理することが可能な任意のハードウェア、ソフトウェア、および/またはファームウェアを備えた任意の光学および/または電気コンポーネントを備えていてもよい。ある実施形態においては、入力インターフェース1306、スイッチング要素1308、および/または出力インターフェース1310は、開示した熱的隔離および熱制限ピラーを有する熱光学スイッチを組み込むPICを備える。
【００２６】
通信リンク1302は、例えば、標準的なシングルモードファイバ(SMF)、分散シフトファイバ(DSF)、非ゼロ分散シフトファイバ(NZDSF)、分散補償ファイバ(DCF)、または別のファイバタイプもしくはファイバタイプの組合せを含み得る。いくつかの実施形態においては、通信リンク1302は、ルータ1300を他の光学および/または電気光学コンポーネントに接続するように構成される。例えば、リンク1302は、クロスコネクトもしくは終端として動作可能な別のデバイス、スイッチ、ルート、プロセスにルータ1300を接続可能であり得るし、および/または通信リンク1302および別の通信リンクまたは通信デバイスへのおよび/またはからのアクセスを提供し得る。本明細書を通して使用されている、「接続している」および/または「接続されている」という用語は、2つ以上の要素間の任意の直接または間接通信を、これらの要素が物理的に互いに接続されているかどうかを、表している。いくつかの実施形態においては、通信リンク1302は、ポイント・ツー・ポイント通信リンク、またはリング型ネットワーク、メッシュ型ネットワーク、スター型ネットワーク、もしくは他のネットワーク構成などの、より大きな通信ネットワークの一部を構成し得る。
【００２７】
光信号1303は、複数の波長光信号を含んでいてもよい。例えば、光信号1303は、少なくとも5個の波長チャネル、少なくとも100個の波長チャネル、または少なくとも250個の波長チャネルを含み得る。ある特定の実施形態においては、光信号1303は、100ナノメータ(nm)スペクトルウィンドウ内に50ギガヘルツ(GHz)スペーシングを有する250個の波長を含む。そのような例においては、100nmスペクトルウィンドウは、光ファイバに関連する1400nmから1650nmの低ロスウィンドウに存在し得る。様々な実施形態において、光信号1303は、偏光偏移変調(PLSK)、パルス位置変調(PPM)、Multi-Protocol Label Swapping(MPLS)、Generalized Multi-Protocol Label Swapping(GMPLS)、非ゼロ復帰(NRZ)、ゼロ復帰(RZ)、差動位相偏移変調(DPSK)、またはこれらもしくは他のフォーマットタイプの組合せなどの、1つまたは複数のデータフォーマットを実施し得る。
【００２８】
ある実施形態においては、セパレータ1304は、独立した光信号1303を個々の波長チャネル1305に分離して、各波長チャネル1305を入力インターフェース1306に接続するように構成されるまたは動作する。別の実施形態においては、セパレータ1304は、光信号1303を独立した複数の波長チャネルに分離することができ、これらの複数の波長チャネルを入力インターフェース1306に接続することができる。波長チャネル1305は、例えば、インターネットプロトコル(IP)パケット、音声データ、ビデオデータ、または任意の他のデータタイプおよび/またはデータフォーマットなどを含み得る。この特定の実施形態においては、各波長チャネル1305は、1つまたは複数のフレーミングビット、パケットデータに先行する第1のパケットラベル、およびパケットデータに後続する第2のパケットラベルを含むフレームフォーマットを実施する。パケットラベルでパケットデータを包み込むことは、各波長チャネル1305に関連する宛先の比較的簡素なエラーチェックを可能にするという利点がある、しかしながら、このフォーマットが必須というわけではない。本例においては、各波長チャネル1305は、第1および第2のパケットラベル内でGeneralized Multi-Protocol Label Swapping(GMPLS)ルーティングプロトコルを実施する。本例ではGMPLSルーティングプロトコルを実施しているが、他のルーティングプロトコルまたはデータフォーマットを本開示の範囲から逸脱しない限り使用してもよい。
【００２９】
ある実施形態においては、入力インターフェース1306は、光信号1303に関連する各波長チャネル1305を受信して処理するように構成される。入力インターフェース1306は、各波長チャネル1305に関連する1つまたは複数のパケットラベルを処理、変換、複製、更新、および/またはスワップすることが可能な任意のハードウェア、ソフトウェア、および/またはファームウェアを備えた任意の光学および/または電気コンポーネントを備え得る。様々な実施形態において、入力インターフェース1306は、各波長チャネル1305に関連するパケットデータに関する所望のルーティングを決定し得るし、全光学的なラベルスワップ技法を使用して第1および/または第2のパケットラベルを更新し得る。「全光学的な」という語句は、光から電気または電気から光への変換を実質的に必要としない所望の機能性についての性能を表している。「全光学的な」機能性は、デバイスの全体的な機能に寄与する制御回路による使用のため、光から電気または電気から光への変換を禁止しているわけではない。例えば、入力インターフェース1306は、パケットラベルの電気表現を受信し、光信号のスワップシーケンスを変調するように機能する制御信号を生成するコントローラを備えていてもよい。
【００３０】
スイッチング要素1308は、入力インターフェース1306から受信した波長チャネル1305に関連する1つまたは複数のパケットデータを処理するように構成され、これらのパケットデータを所望の宛先へと振り分ける。スイッチング要素1308は、各波長チャネル1305に関連する1つまたは複数のパケットデータまたはパケットラベルをスイッチング、ルーティング、エラーチェック、および/または管理することが可能な任意のハードウェア、ソフトウェア、および/またはファームウェアを備えた任意の光学および/または電気コンポーネントを備え得る。ある実施形態においては、スイッチング要素1308は、1つまたは複数のコアルータノードおよび少なくとも1つの管理ノードを有するリング型構成を含み得る。本例ではリング型構成を実施しているが、スイッチング要素1308は、本開示の範囲から逸脱しない限り、メッシュ型構成、スター型構成、または任意の他の構成を実施し得る。様々な実施形態において、スイッチング要素1308は、例えば、少なくとも10ギガビット/秒(Gb/s)、少なくとも40Gb/s、少なくとも100Gb/s、または少なくとも160Gb/sといった処理速度で、波長チャネル1305を処理するように動作し得る。
【００３１】
ある実施形態においては、スイッチング要素1308は、波長チャネル1305に関連する1つまたは複数のパケットデータを出力インターフェース1310にルーティングするように構成される。出力インターフェース1310は、ルータ1300からの通信のための波長チャネル1305に関連する1つまたは複数のパケットデータを作成することが可能な任意のハードウェア、ソフトウェア、および/またはファームウェアを備えた任意の光学および/または電気コンポーネントを備え得る。本例においては、出力インターフェース1310は、適切な波長チャネル1313を介してルータ1300から所望の宛先へと1つまたは複数のパケットデータを通信するように動作する。
【００３２】
ある実施形態においては、各結合器1314は、通信リンク1316による通信のために出力波長チャネル1313を1つまたは複数の出力光信号1315に結合するように構成される。ある実施形態においては、例えば、波長分割マルチプレクサなどの、結合器1314を備える。通信リンク1316の構造および機能は、通信リンク1302の構造および機能と実質的に同様にし得る。本例においては、通信リンク1316は、ルータ1300を他の光学および/または電気光学コンポーネントに接続するように機能する。
【００３３】
本例においては、コントローラ1312はまた、ルータ1300に関連する1つまたは複数の機能性を制御することに少なくとも部分的に寄与することが可能である。すなわち、コントローラ1312は、単独で所望の機能性を実行することを可能にする必要はなく、大規模なルーチンの一部として機能の性能に寄与し得る。コントローラ1312は、任意の通信および/または任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはその組合せを備えたコンピュータデバイスまたはデバイスを含み得る。
【００３４】
ある実施形態においては、動作中、波長チャネル1305に関連するパケットデータは、ルータ1300の処理機能に対して透過的である。すなわち、演算中のルータ1300は、各波長チャネル1305に関連するパケットデータのコンテンツを検査していない。いくつかの状況においては、ルータ1300は、1つまたは複数のパケットラベルのコンテンツおよび/または波長チャネル1305に関連するフレームフォーマットの他の要素を検査する。大抵の状況においては、ルータ1300は、光学ドメイン内の波長チャネル1305に関連するパケットデータを保持するように動作する。すなわち、各波長チャネル1305に関連するパケットデータは、ルータ1300によって光から電気への変換が行われない。いくつかの状況においては、1つまたは複数のパケットラベルおよび/または波長チャネル1305に関連するフレームフォーマットの他の要素は、1つまたは複数の光から電気および/または電気から光への変換が行われ得る。様々な実施形態において、ルータ1300は、例えば、少なくとも5テラビット/秒(Tb/s)、少なくとも25Tb/s、少なくとも50Tb/s、または少なくとも100Tb/sといった容量にアグリゲーションすることが可能であり得る。
【００３５】
ある実施形態においては、ルータ1300は、スイッチング要素1308ならびに/または通信リンク1302および1316内の光信号1303および1315ならびに/または波長チャネル1305および1313に関連するパケットデータ間の競合を最小化および/または回避するように動作し得る。本明細書で使用されている「競合」という用語は、その処理によってあるパケットデータが特定の波長による通信のための他のパケットデータと競合する処理を表している。いくつかの状況においては、競合は、例えば、リングネットワーク機構を実施または波長変換を行うことによって、最小化され得る。競合の最小化および/または回避は、光信号波長に関連する輻輳の低減をもたらし得る。
【００３６】
説明を詳細に記載してきたが、添付の特許請求の範囲によって定めているような本開示の精神および範囲から逸脱しない限り、様々な変形、置換および変更を行うことができることを理解されたい。さらに、現時点において既存のまたは今後開発されるであろう、プロセス、機械、製造物、物の組成物、手段、方法、またはステップが、実質的に同一の機能を実行してもよいしまたは本明細書に記載の対応する実施形態として実質的に同一の結果を実現してもよいことを当業者が本開示から容易に理解できるようにすることを意図しており、開示の範囲は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定することを意図していない。それゆえ、添付の特許請求の範囲が、そのようなプロセス、機械、製造物、物の組成物、手段、方法、またはステップの範囲内に含まれることを意図している。
【符号の説明】
【００３７】
100  熱光学スイッチング要素
102  二酸化ケイ素クラッディング
104  二酸化ケイ素クラッディング
106  シリコンコア
108  熱制限ピラー
110  熱ストリップヒータ
114  シリコン基盤
116  ギャップおよびトレンチ
120  二酸化ケイ素クラッディング
122  SOI導波管
124  端部
126  端部
130  支持構造
500  MZI TOスイッチ
502  TO領域
504  光導波管
506  熱ストリップヒータ
508  電気的ボンディングパッド
510  トレースコネクタ
700  MZI TOスイッチ
702  TO領域
704  熱制限ピラー
706  シリコンコア
708  熱ストリップヒータ
710  熱的隔離ディープエッチングトレンチ
712  熱的隔離ディープエッチングトレンチ
714  熱的隔離ディープエッチングトレンチ
720  光導波管
1200  PIC
1202  スイッチングセル
1204  スイッチングセル
1206  スイッチングセル
1300  光データルータ
1303  入力光信号
1304  セパレータ
1305  波長チャネル
1306  入力インターフェース
1308  スイッチング要素
1310  出力インターフェース
1312  コントローラ
1313  出力波長チャネル
1314  結合器
1315  出力光信号
1316  通信リンク
【図１】
0006571079.tif 000004
【図２】
0006571079.tif 000005
【図３】
0006571079.tif 000006
【図４】
0006571079.tif 000007
【図５】
0006571079.tif 000008
【図６】
0006571079.tif 000009
【図７】
0006571079.tif 000010
【図８】
0006571079.tif 000011
【図９】
0006571079.tif 000012
【図１０】
0006571079.tif 000013
【図１１】
0006571079.tif 000014
【図１２】
0006571079.tif 000015
【図１３】
0006571079.tif 000016