(57)【要約】【課題】集積光学の分野において、信号の経路決定を行うため、および／または、信号搬送回線を加えたり差し引いたりするためのスイッチを提供すること。【解決手段】Ｍ個の入力信号をＮ個の出力信号に交換するための光スイッチング装置であって、ＭおよびＮが各々１以上であり、Ｍ個の入力信号を、Ｍ個の初期モードを有する第１のマルチモード信号に接合するためのモード分割マルチプレクサと、第１のマルチモード信号を、Ｎ個の変換されたモードを有する第２のマルチモード信号に変換するためのモード変換器と、第２のマルチモード信号を前記Ｎ個の出力信号に分離するためのモード分割デマルチプレクサとを含み、Ｎ個の変換されたモードが所望の方式に従ってデマルチプレクサによってＮ個の出力信号に分離されるように、変換器を制御可能に活動化することが可能である装置。【選択図】      図１
2004163874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ個の入力信号をＮ個の出力信号に交換するための光スイッチング装置であって、ＭおよびＮが各々１以上であり、
前記Ｍ個の入力信号を、Ｍ個の初期モードを有する第１のマルチモード信号に接合するためのモード分割マルチプレクサと、
前記第１のマルチモード信号を、Ｎ個の変換されたモードを有する第２のマルチモード信号に変換するためのモード変換器と、
前記第２のマルチモード信号を前記Ｎ個の出力信号に分離するためのモード分割デマルチプレクサとを含み、
前記Ｎ個の変換されたモードが所望の方式に従って前記デマルチプレクサによって前記Ｎ個の出力信号に分離されるように、前記変換器を制御可能に活動化することが可能である装置。
【請求項２】
前記モード変換器が、前記Ｍ個の初期モードの少なくとも１つの少なくとも部分を前記Ｎ個の変換されたモードの個々の１つに変換することが可能である、動的な制御可能のモード変換器を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記モード変換器が長周期回折格子モード変換器を含む請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記モード変換器がスプリッターに基づくモード変換器を含む請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
前記スプリッターに基づくモード変換器が、
マルチモード入力導波路と、
前記第１のマルチモード信号を、第１のシングルモード導波路を通って伝播する第１の成分と、実質的に並行の第２のシングルモード導波路を介して伝播する第２の成分とに分割するための前記マルチモード入力導波路に接続されるビームスプリッターと、
前記第１および第２のシングルモード導波路にそれぞれ接続される第１および第２の制御可能な移相器と、
前記シングルモード信号を出力マルチモード導波路に結合するための結合器とを含み、
前記入力信号の第１のモード次の少なくとも所定の部分を前記出力信号の第２のモード次に変換するために、前記第１と第２の成分の間に所望の位相シフトを作成するように前記第１および第２の移相器を制御可能に活動化することが可能である請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記モード変換器がカスケード配置のサブ変換器のセットを含み、各サブ変換器が前記Ｍ個の初期モードの少なくとも１つのモードを前記Ｎ個の変換されたモードの対応するモードに変換するように構成される、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記モード分割マルチプレクサを前記モード変換器に接続するためのマルチモード導波路をさらに含む、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記モード変換器を前記モード分割デマルチプレクサに接続するためのマルチモード導波路をさらに含む、請求項１から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
Ｍが１に等しく、前記モード分割マルチプレクサが、導波路拡大器のシングルモード導波路入力を前記導波路拡大器のマルチモード導波路出力に断熱的に拡大するための導波路拡大器を含む、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
ＭおよびＮの双方が２に等しい、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記モード変換器が前記第１のマルチモード信号の２つのモード次の間で交換するように構成される請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記２つのモード次がそれぞれゼロ次モードおよび第１次モードである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
請求項１から８のいずれかに記載の装置を含む、光可変減衰器であって、Ｍが１に等しく、前記変換器が前記入力信号の所望の減衰された部分を前記Ｎ個の出力信号の所定の出力信号に伝送するために制御可能に活動化される減衰器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置を含む、通常暗い光可変減衰器であって、前記変換器が活動化されていない時は前記減衰された部分がゼロに実質的に等しい減衰器。
【請求項１５】
請求項１３に記載の装置を含む、通常明るい光可変減衰器であって、前記変換器が活動化されていない時は前記減衰された部分が前記入力信号の全強度に実質的に等しい減衰器。
【請求項１６】
２つのシングルモード入力導波路の１つに進入するシングルモード入力信号を２つのシングルモード出力導波路の１つに交換するための光２×２交換装置であって、
前記入力信号を２つのモード次を有する初期マルチモード信号に結合するための、前記入力導波路に結合されるＹ字型結合枝構造と、
前記２つのモード次の１つを下げるため、および、それぞれ第１および第２のＭＤシングルモード導波路を通って伝播する第１および第２のシングルモード信号を作成するためのモード分割デマルチプレクサと、
それぞれ前記第１および第２のＭＤシングルモード導波路に結合される第１および第２の制御可能な移相器と、
前記第１および第２のシングルモード信号を、変換されたマルチモード信号に結合するためのモード分割マルチプレクサと、
前記変換されたマルチモード信号を前記２つのシングルモード出力導波路の１つに指し向けるための分割用Ｙ字型枝構造とを含み、
前記分割構造が前記変換されたマルチモード信号を前記２つのシングルモード出力導波路の所望の出力導波路に指し向けるように、前記第１と第２のシングルモード信号の間に所望の位相シフトを作成するために、前記第１および第２の移相器を制御可能に活動化することが可能である交換装置。
【請求項１７】
前記第１および第２の制御可能な移相器が第１および第２の加熱要素をそれぞれ含む請求項１６に記載の交換装置。
【請求項１８】
前記交換装置に、前記入力信号の所望の減衰された部分を前記所望の出力導波路へ伝送させるために、前記第１および第２の移相器が活動化される請求項１６または１７に記載の交換装置を含む光可変減衰器。
【請求項１９】
前記移相器が活動化されていない時は、前記減衰された部分が前記入力信号の全強度に実質的に等しい請求項１８に記載の光可変減衰器。
【請求項２０】
前記移相器が活動化されていない時は、前記減衰された部分がゼロに実質的に等しい請求項１８に記載の光可変減衰器。
【請求項２１】
前記所望の位相シフトが０ラジアンとπラジアンとの間である請求項１８から２０に記載の光可変減衰器。
【請求項２２】
Ｍ個の入力信号をＮ個の出力信号に交換する方法であって、ＭおよびＮが各々１以上であり、
前記Ｍ個の入力信号を、Ｍ個のモードの初期セットを有する第１のマルチモード信号に接合するステップと、
前記第１のマルチモード信号を、Ｎ個の変換されたモードのセットを有する第２のマルチモード信号に変換するステップと、
前記第２のマルチモード信号を前記Ｎ個の出力信号に分離するステップとを含む方法。
【請求項２３】
前記Ｍ個の入力信号の各１つが前記Ｎ個の出力信号の１つに制御可能に交換されるように、前記第１のマルチモード信号を前記第２のマルチモード信号に変換するステップが前記変換されたモードと前記初期モードとの間の関係を動的に制御するステップを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のマルチモード信号を前記第２のマルチモード信号に変換するステップが長周期回折格子摂動パターンを活動化するステップを含む請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
入力マルチモード信号をマルチモード出力信号に変換するためのスプリッターに基づくモード変換器であって、
マルチモード入力導波路と、
前記入力マルチモード信号を、第１のシングルモード導波路を介して伝播する第１の成分と、実質的に並行な第２のシングルモード導波路を介して伝播する第２の成分とにそれぞれ分割するための前記マルチモード入力導波路に結合されるビームスプリッターと、
前記第１および第２のシングルモード導波路にそれぞれ結合される第１および第２の制御可能な移相器と、
前記シングルモード信号を出力マルチモード導波路に結合するための結合器とを含み、
前記入力信号の第１のモード次の少なくとも部分を前記出力信号の第２のモード次に変換するために、前記第１と第２の成分の間に所望の位相シフトを作成するように前記第１および第２の移相器を制御可能に活動化することが可能である変換器。
【請求項２６】
マルチモード入力信号のモードを、マルチモード導波路からシングルモード導波路に結合するための装置であって、それぞれ前記マルチモード導波路および前記シングルモード導波路の相互に最近接した領域に関連される結合領域を含み、結合領域の長さが、前記入力信号の前記モードの所望の部分が前記シングルモード導波路に結合されるような長さである装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
他の出願への相互参照
本出願は、参照として開示全体が本明細書に組み込まれる２００２年５月２８日に出願の米国仮特許出願第６０／３８３，３２６号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、光ファイバなどの交互の導波路間で光信号の交換に関する。
【０００３】
【従来の技術】
集積光学の分野において、たとえば、信号の経路指定を行うため、および／または、信号搬送回線を加えたり差し引いたりするためにスイッチを使用することが必要となることがある。
【０００４】
Ｐ．Ｒｕｓｓｅｌｌ他の米国特許第５，９１５，０５０号は、少なくとも２つの可能な電磁伝送モードをサポートする光ファイバの指向性結合器を含む光学的装置を記載する。音響光学効果は、伝送モード間でのパワー伝送を可能にする空間周期的摂動を作成するために使用される。
【０００５】
Ｃｏｈｅｎ他の米国特許第５，４１８，８６８号は、断熱的３ｄＢ入力結合器および断熱的３ｄＢ出力結合器に光学的に結合された、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）に基づいた熱的に活性な光学装置を記載する。ＭＺＩの１つの腕は熱光移相器を含む。熱光移相器は装置の出力における伝送光の分布を制御するために使用することができる。
【０００６】
動的装置は、装置の光学特性を変化させることができる装置として定義される。たとえば、この装置はスイッチを入り／切りすることができ、および／または、装置の屈折率を変化させることができる。受動装置は、全ての光学特性が予め決定されており、装置に注入された光のパワー分布にのみ依存する装置として定義される。
【０００７】
【特許文献１】
米国仮特許出願第６０／３８３，３２６号
【特許文献２】
米国特許第５，９１５，０５０号
【特許文献３】
本出願の被譲渡人に譲渡された、特許協力条約に基づき本出願と同時に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ」と題された国際出願
【特許文献４】
本出願の被譲渡人に譲渡された、特許協力条約に基づき本出願と同時に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ」と題された国際出願
【特許文献５】
本出願の被譲渡人に譲渡された、特許協力条約に基づき本出願と同時に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ  ａ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｉｇｎａｌ」と題された国際出願
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施形態によれば、Ｍ個の入力信号をＮ個の出力信号に交換するための光スイッチが提供され、ＭおよびＮは１以上である。スイッチは、Ｍ個の入力信号をＭ個の初期モードを有する第１のマルチモード（ＭＭ）信号に接合するためのモード分割マルチプレクサ（ＭＤＭ）を含むことができる。スイッチは、第１のＭＭ信号をＮ個の変換されたモードを有する第２のＭＭ信号に変換するためのモード変換器（ＭＣ）をさらに含み得る。スイッチは、第２のＭＭ信号をＮ個の出力信号に分離するためのモード分割デマルチプレクサ（ＭＤＤ）も含むことができる。本発明の実施形態によれば、ＭＣは、所望の方式にしたがって、Ｎ個の変換されたモードがデマルチプレクサによってＮ個の出力信号に分離されるように、制御可能に活動化することができる。
【００１０】
本発明の実施形態によれば、スイッチは、動作の「オフ」状態および少なくとも１つの「オン」状態を含むことができる。
【００１１】
本発明の例示的実施形態によれば、ＭＤＭは出力、および、Ｍ個のシングルモード（ＳＭ）入力導波路にそれぞれ関連されたＭ個の入力を有することができる。ＭＤＭの出力は第１のＭＭ導波路によってＭＣの入力に関連することができる。ＭＣの出力は第２のＭＭ導波路によってＭＤＤの入力に関連することができる。ＭＤＤはＮ個のＳＭ出力導波路に関連されるＮ個の出力を有することができる。
【００１２】
本発明のいくつかの例示的実施形態によれば、ＭＣは、長周期回折格子（ＬＰＧ）を有する動的ＭＣを含むことができる。いくつかの実施形態において、動的ＭＣは、第１の導波されたモードからの信号の所望の部分を第２の導波されたモードに変換するために選択的に制御することができる。
【００１３】
本発明のさらなる例示的実施形態によれば、ＭＣは断熱的干渉計に基づくＭＣを含むことができる。
【００１４】
本発明の他の例示的実施形態によれば、ＭＣはスプリッターに基づくＭＣを含むことができる。
【００１５】
本発明のいくつかの例示的実施形態は、例えば１つの入力導波路および１つの出力導波路に関連される本明細書に記載されるようなスイッチによって実施される光可変減衰器（ＶＯＡ）を提供する。本発明のいくつかの実施形態によれば、ＶＯＡは「通常明るい」ＶＯＡ（「ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｂｒｉｇｈｔ」ＶＯＡ）として実施することができ、該「通常明るい」ＶＯＡはスイッチが「オフ」状態の時、スイッチは光信号を入力導波路から実質的に減衰されずに出力導波路に伝送する。他の実施形態によれば、ＶＯＡは「通常暗い」ＶＯＡ（「ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｄａｒｋ」ＶＯＡ）として実施することができ、スイッチは、「オフ」状態の時、光信号が入力導波路から出力導波路に伝送されることを実質的に阻止する。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ＭＣは、カスケード配置の複数のサブモード変換器を含むことができ、各モード変換器は少なくとも１対の異なるモード間での交換を制御する。
【００１７】
本発明のいくつかの例示的実施形態は、２つの入力信号と２つの出力信号との間での交換のために適合された２×２スイッチを提供する。これらの実施形態によれば、ＭおよびＮは各々２に等しく、ＭＣは、たとえば基本モードおよび第１次モードなどの２つの次数のモード間で変換するように適合される。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、２×２光スイッチは２つのＳＭ入力導波路、Ｙ字型結合枝構造、第１のＭＭ導波路、ＭＤＤ、２つのＳＭ  ＭＤ導波路、加熱要素などの制御可能な２つの移相器、ＭＤＭ、第２のＭＭ導波路、分割Ｙ字型枝構造、および、２つのＳＭ出力導波路を含むことができる。
【００１９】
本発明のさらなる実施形態によれば、Ｍ個の入力信号をＮ個の出力信号に交換するための方法が提供される。該方法は、Ｍ個の入力信号をＭ個の初期モードを有する第１のＭＭ信号に接合するステップを含むことができる。該方法は、第１のＭＭ信号をＮ個の変換されたモードを有する第２のＭＭ信号に変換するステップをさらに含むことができる。該方法は、第２のＭＭ信号をＮ個の出力ＳＭ信号に分離するステップをさらに含むことができる。
【００２０】
本発明として考えられる主題は詳細に指摘され、本明細書の冒頭に明白に請求されている。しかし、本発明は、本発明の目的、特徴、および、長所とともに、編成および操作の方法の双方に関して、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって最も良く理解することができる。
【００２１】
説明の簡略さおよび明確さのために図中に示す要素は必ずしも正確に、または、縮尺に合わせて描かれていないことが理解される。たとえば、要素のいくつかの寸法は、明確さのために他の要素に比較して拡大することがあり、いくつかの物理的構成要素が１つの要素に含まれることがある。さらに、適切と考えられる場合、参照番号は、対応する要素または相同の要素を示すために繰り返すことがある。これらの図面は本発明の実施形態の例を提示し、本発明の範囲を限定することは意図しないことが理解される。
【００２２】
以下の詳細な説明において、本発明の徹底的な理解を提供するために数多くの具体的な詳細を述べる。しかし、当業者には本発明がこれらの具体的な詳細なしに実行できることが理解される。他の事例において、よく知られている方法、手順、構成要素、および、回路は、本発明を不明瞭にしない限り、詳細には説明しないことがある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明のいくつかの例示的実施形態による１×Ｎ光スイッチ１００の平面構造が概略的に示される。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、１×Ｎ光スイッチ１００はシングルモード（ＳＭ）入力導波路１０２、受動導波路拡大器１０４、第１のマルチモード（ＭＭ）導波路１０６、動的モード変換器（ＭＣ）１０８、第２のＭＭ導波路１１０、および、Ｎ個の出力導波路１１４を含む受動モード分割デマルチプレクサ（ＭＤＤ）１１２を含むことができ、Ｎは１以上である。
【００２５】
本発明の例示的実施形態によれば、ＳＭ光信号は入力導波路１０２を介して拡大器１０４の入力１１８に進入することができる。受動拡大器１０４は、ＳＭ信号を、出力１２０において拡大器１０４を出ていく初期ＭＭ信号に変換することができる。初期ＭＭ信号はＭＭ導波路１０６を介してＭＣ１０８の入力１２２に進入することができる。動的ＭＣ１０８は、初期ＭＭ信号を、出力１２４においてＭＣ１０８を出ていく変換されたＭＭ信号に変換するために使用することができる。変換されたＭＭ信号はＭＭ導波路１１０を介して伝播し、ＭＤＤ１１２の入力１２６に進入することができる。受動ＭＤＤ１１２は、変換されたＭＭ信号の次数ｊの各モードを、次数ｊのモードをサポートする、対応出力ＳＭ導波路１１４に分離するように構成することができる。本発明の実施形態によれば、ＭＤＤ１１２が次数ｊの各モードを所望の出力導波路１１４に分離することができるように、ＭＣ１０８は、初期ＭＭ信号を、変換されたＭＭ信号に変換するよう選択的に制御することができる。したがって、初期ＭＭ信号と変換されたＭＭ信号との関係を、ＭＣ１０８を使用して、以下に説明するように、変換された信号がＭＤＤ１１２の所望の出力１１４に対応する次数ｊのモードを含むように選択的に制御することによって、出力導波路１１４のいずれかの１つに対する入力信号の交換は制御することができる。
【００２６】
本発明の実施形態によれば、動的ＭＣ１０８は、それぞれＭＭ導波路１０６および１１０と共に動作することができ、少なくとも２つの動作状態、たとえば、少なくとも１つの「オン」状態および「オフ」状態を有することができる。ＭＣが「オフ」状態にある時、次数ｉのモードはＭＣに進入し、次数ｉの同じモードがＭＣを出ていく。ＭＣ１０８が「オン」状態に交換されている時、ＭＣに進入する次数ｉのモードはＭＣを出ていく次数ｊのモードに少なくとも部分的に変換される。
【００２７】
本発明の実施形態によれば、光スイッチ１００は、少なくとも２つの動作状態、たとえば、少なくとも１つの「オン」状態および「オフ」状態を有することができ、該動作状態は例えばＭＣ１０８の動作状態に対応する。ＭＣ１０８が「オフ」状態にある時、ＳＭ入力導波路１０２からスイッチに進入する信号はスイッチによって影響を受けずに所定の出力導波路、たとえば、導波路１１５を介してスイッチを出ていくことができる。
【００２８】
ＭＣが「オン」状態に交換されている時、これは、ＭＤＤが、所望の方式に従って、信号を、出力導波路１１４の所望の導波路、たとえば、導波路１１６に分離することができるように、進入する信号の基本モードを特定の高次モード、たとえば、第２次のモードに変換することを可能にすることができる。
【００２９】
本発明の例示的実施形態によれば、スイッチ１００は１×２スイッチとすることができ、この場合、ＭＣ１０８は２つの光学的モード、たとえば、基本モードとさらに高次のモード、たとえば第１次のモードとの間で交換するために、１つの「オン」動作状態を有することができる。この実施形態によれば、ＭＤＤは、基本モードを第１の所定の出力導波路に、および、さらに高次のモードを第２の所定の出力導波路に分離することができる。
【００３０】
本発明の実施形態によれば、受動導波路拡大器１０４は当技術分野で知られているいかなる適する導波路拡大器も含み、ＳＭ導波路から受光される次数ｊのモードを異なった形状の対応するモード、たとえば、ＭＭ導波路内を伝播するように構成された同じモード次数ｊを備えたシングルモードに変形することができる。
【００３１】
本発明の例示的実施形態によれば、上記に説明したように、受動拡大器１０４は、ＳＭ導波路１０２の初期モードをＭＭ導波路１０６の初期モードに拡大するために使用することができる。
【００３２】
本発明の実施形態によれば、ＭＤＤ１１２は、ＭＭ導波路を介して伝播するＭＭ信号の少なくとも１つのモードをそれぞれ少なくとも１つのＳＭ導波路に分離するように構成される任意のデマルチプレクス装置を含むことができる。
【００３３】
本発明の実施形態によれば、ＭＤＤ１１２は、たとえば、開示の全体が参照として本明細書に組み込まれる、本出願の被譲渡人に譲渡された、特許協力条約（ＰＣＴ）に基づき本出願と同時に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ」と題された国際出願に説明されるＭＤＤを含むことができる。
【００３４】
図２Ａを参照すると、本発明の例示的実施形態と共に使用することができるＭＭ指向性結合器２３０が概略的に示される。
【００３５】
本発明の実施形態によれば、ＭＭ指向性結合器２３０は、ＭＭ導波路２３４、ＳＭ導波路２３６、および、結合領域２３２を含むことができる。結合領域２３２は、ＭＭ信号の所望のモードをＭＭ導波路２３４からＳＭ導波路２３６に結合することを可能にすることができる。これらの実施形態によれば、結合領域２３２は、ＭＭ信号の所望のモードおよび少なくとも２つの他のモードを含む少なくとも３つのモードをサポートすることが出来る。結合領域２３２は、互いに近接して位置する導波路２３４および導波路２３６のそれぞれ部分を含むことができる。これらの近接した部分において、ＳＭ信号の有効屈折率は、ＭＭ信号のモードの１つの有効屈折率に実質的に等しくすることができる。結合領域２３２の結合効率は、周期関数、たとえば、結合領域の長さの正弦の二乗などに依存するとすることができる。したがって、高結合効率を提供する最適な結合長さが少なくとも１つあるようにすることができる一方、結合領域の異なる長さ、たとえば、より長い、または、より短い長さに対する結合効率は、比較的低くすることができる。
【００３６】
図２Ｂも参照すると、本発明の例示的実施形態とともに使用できる断熱モードデマルチプレクサ２４０が概略的に示される。
【００３７】
本発明の実施形態によれば、断熱的モードデマルチプレクサ２４０は結合領域２４２を含むことができる。結合領域２４２はＭＭ導波路２４４およびＳＭ導波路２４６の部分を含むことができる。これらの実施形態によれば、断熱的モードデマルチプレクスは、たとえば、導波路２４４および／または２４６の幾何学的寸法を適切に設計することによって、断熱的に、たとえば、結合領域２４２に沿った導波路２４４および２４６のモードの有効屈折率を徐々に変化させることによって達成することができる。領域２４２は、結合領域２４２の結合効率が結合領域の長さに漸増的に依存するとすることができる、たとえば、より長い結合領域がより高い結合効率を提供できるように、断熱的デマルチプレクスを提供することができる。したがって、領域２４２の結合効率は組立ての不手際からは実質的に影響を受けない。
【００３８】
図２Ａおよび２Ｂの上記の説明は１つのＳＭ信号を作り出すためにＭＭ信号の１つのモードを分離することに関するが、当業者には、図２Ａおよび／または２Ｂの装置の構成要素を含む装置が２つ以上のＳＭ信号を作り出すためにＭＭ信号の２つ以上のモードをそれぞれ分離するために実施することができることが理解される。これは、たとえば、装置の各々１つがＭＭ信号の１つの異なったモードを個々のＳＭ信号に分離することができるように、上述のように、複数のＭＭ結合器および／または断熱的デマルチプレクサをカスケード配置することによって達成される。
【００３９】
本発明の実施形態によれば、低いレベルのクロストークおよび／またはモード次に対する比較的高い感度を有するＭＤＤはスイッチ１００によって交換されるモード間の分離を改善するために実施することができる。
【００４０】
本発明の実施形態によれば、ＭＣ１０８は上記に説明したようなモード変換を作り出すための任意の装置、たとえば、以下に説明するスプリッターに基づくＭＣ、または、長周期回折格子（ＬＰＧ）に基づくＭＣ、たとえば、開示の全体が参照として本明細書に組み込まれる、本出願の被譲渡人に譲渡された、特許協力条約に基づき本出願と同時に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ」と題された国際出願において説明されるモード変換器も含むことができる。ＭＣ１０８は断熱干渉計に基づくＭＣ、たとえば、開示の全体が参照として本明細書に組み込まれる、本出願の被譲渡人に譲渡された、特許協力条約に基づき本出願と同時に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ  ａ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｉｇｎａｌ」と題された国際出願において説明されるものも含むことができる。
【００４１】
図２Ｃを参照すると、本発明の例示的実施形態と共に使用することができるＬＰＧモード変換器２００が概略的に示される。
【００４２】
本発明の実施形態によれば、ＬＰＧに基づくＭＣ２００は、ＭＭ導波路１０６（図１）に関連される入力部２０２、動的導波路部２０４、ＭＭ導波路１１０（図１）と関連される出力部２０６、および、複数の制御要素２０８、たとえば、活動化された時に動的部２０４の個々の部分の屈折率を変化させることが可能である複数の加熱要素を含むことができる。入力部２０２および出力部２０６は断熱的な形状にされた、たとえば、先細りになった導波路を各々含むことができる。制御要素２０８は、活動化された時に動的導波路部２０４に沿った周期的屈折率摂動パターンを作り出すことが可能である構成に配置することができる。この摂動パターンは、伝播する光信号を２つの導波されたモード間で変換可能にすることができる。
【００４３】
図２Ｄを参照すると、本発明のいくつかの例示的実施形態とともに使用することができるスプリッターに基づくモード変換器２５０が概略的に示される。
【００４４】
本発明の実施形態によれば、ＭＣ２５０は、入力ＭＭ導波路部２５２、たとえば、３ｄＢスプリッターなどのビームスプリッター２５４、変換部２５６、たとえば、３ｄＢ結合器などのビーム結合器２６４、および、出力ＭＭ導波路部２６６を含むことができる。
【００４５】
本発明の実施形態によれば、ＭＭ導波路２５２に進入する入力ＭＭ信号は、ビームスプリッター２５４によって、それぞれ第１の導波路２５８および該第１の導波路２５８に実質的に並行な第２の導波路２５９を介して伝播する、第１の成分および第２の成分に分割することができる。たとえば、導波路２５８に関連される加熱要素２６０などの第１の制御可能な移相器、および、たとえば、導波路２５９に関連される加熱要素２６２などの第２の制御可能な移相器は、第１の成分と第２の成分との間に位相差を作成するために制御可能に活動化することができる。結果として、第１および第２の成分は、結合器２６４によって、導波路２６６を出ていくＭＭ出力信号に結合することができる。移相器２６０および２６２を制御可能に活動化することによって、出力信号の第２のモード次への入力ＭＭ信号の第１のモード次の少なくとも部分の制御可能なモード変換が達成される。
【００４６】
図３を参照すると、本発明の例示的実施形態によるＭ×Ｎ光スイッチ３００の平面構造が概略的に示され、ＭおよびＮはともに２以上であり、図４を参照すると、本発明の例示的実施形態による、サブＭＣ４０４のカスケード４００が概略的に示される。
【００４７】
本発明の実施形態によれば、Ｍ×Ｎ光スイッチ３００は、Ｍ個のＳＭ入力導波路３０２、受動モード分割マルチプレクサ（ＭＤＭ）３０４、少なくともＭ個のモードをサポートする第１のＭＭ導波路３０６、動的ＭＣ３０８、第２のＭＭ導波路３１０、および、Ｎ個のＳＭ出力導波路３１４を含む受動ＭＤＤ３１２を含むことができる。
【００４８】
本発明の実施形態によれば、受動ＭＤＭ３０４は、たとえば、本出願の被譲渡人に譲渡された、特許協力条約に基づき本出願と同時に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ」と題された国際出願に説明されるＭＤＭを含むことができる。
【００４９】
本発明の実施形態によれば、ＭＤＭ３０４は、複数の入力信号を、複数、すなわちＭ個のＳＭ入力導波路３０２からＭＭ導波路３０６によって搬送されるＭ個のモード信号に接合することが可能であるいかなる適する装置も含むことができ、各次のモードはＳＭ導波路３０２の特定の１つに関連した信号を搬送する。たとえば、図２Ａまたは２Ｂのいずれかの装置は、上記に説明した動作の方向を逆転させることによって、ＭＤＭ３０４の所望の機能を行うように構成することができることは当業者に理解される。その場合には、入力信号はＳＭ信号を含むことができ、出力信号はＭＭ信号を含むことができる。
【００５０】
本発明の実施形態によれば、上述したように、動的ＭＣ３０８は、たとえば、スプリッターに基づくＭＣ，断熱干渉計に基づくＭＣ，または、ＬＰＧ  ＭＣなどの任意の適した動的ＭＣも含むことができる。ＭＣ３０８は、ＭＭ導波路３０６のＭ個のモードの少なくとも１つによって搬送される信号をＭＭ導波路３１０のいかなるモードにも制御可能に変換するために使用することができる。
【００５１】
本発明の例示的実施形態によれば、ＭＣ３０８はサブＭＣ４０４、たとえば、Ｑ個のサブＭＣ４０４のカスケード４００を含むことができ、ＱはＮ以下であり、各サブＭＣは異なったモードの少なくとも１つの対の間で変換することが可能である。
【００５２】
受動ＭＤＤ３１２は上記に説明したように任意のＭＤＤも含むことができ、ＭＭ導波路３１０の次数ｊの各モードを、ＳＭ出力導波路３１４の対応する１つによって搬送される信号に分離するために使用することができる。
【００５３】
本発明の実施形態によれば、光スイッチ３００は少なくとも２つの動作状態、たとえば、少なくとも１つの「オン」動作状態および「オフ」状態を有することができ、該動作状態はＭＣ３０８の動作状態に対応させることができる。ＭＣ３０８が「オフ」状態にある時、入力導波路３０２の各１つは出力導波路３１４の個々の１つに関連することができ、たとえば、入力導波路３１６は出力導波路３１７に関連することができ、入力導波路３１５は出力導波路３１８に関連することができる。
【００５４】
ＭＣが「オン」状態に交換されている時、ＭＣ３０８はＭＭ導波路３０６のＭ個のモードの少なくともいくつかを異なった次数のモードに変換することができ、たとえば、ＭＤＤ３１０はＭＭ信号を複数、Ｎ個のＳＭ出力信号に分離でき、該ＳＭ出力信号は、任意の所望される方法に従って、各導波路３１４によって搬送される。本発明の例示的実施形態によれば、所望のＭ×Ｎ交換効果を可能にするために、カスケード４００はＭ個のモードをＮ個のモードに連続的に変換するために使用することができる。したがって、ＭＣ３０８は、Ｍ個の入力導波路３０２の任意の所望の入力導波路とＮ個の出力導波路３１４の任意の所望の出力導波路との間で交換することを可能にすることができる。たとえば、入力導波路３１５は出力導波路３１９に関連し、入力導波路３１６は出力導波路３１８に関連することが出来る。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態によれば、スイッチ３００は光可変減衰器（ＶＯＡ）として実現することができる。これは、わずか１つの入力導波路、たとえば、入力導波路３０２の１つ、および、１つの出力導波路、たとえば、出力導波路３１４の１つを使用し、以下に説明するようにスイッチを操作することによって達成することができる。
【００５６】
これらの実施形態のいくつかによれば、スイッチ３００は「通常明るい」ＶＯＡとして実施することができ、スイッチは、「オフ」状態にある時、光信号を入力導波路から出力導波路に実質的に減衰させずに伝送する。これは、スイッチが「オフ」状態にある時、入力導波路と関連され得る出力導波路を使用することによって達成することができる。したがって、スイッチが「オフ」状態にある時、減衰は起こらない。スイッチが「オン」状態に交換されている時、光信号の制御可能な減衰は、上記に説明したようにＭＣ３０８を制御することによって達成することができる。
【００５７】
他の実施形態によれば、スイッチ３００は「通常暗い」ＶＯＡとして実施することができ、スイッチは、「オフ」状態にある時、光信号が、入力導波路から出力導波路に伝送されることを実質的に阻止する。これは、スイッチが「オフ」状態にある時、入力導波路に関連することができない出力導波路を使用することによって達成することができる。したがって、スイッチが「オフ」状態にある時、実質的な完全減衰が起きる。スイッチが「オン」状態にある時、光信号の制御可能な減衰はＭＣ３０８を制御することによって達成することができる。
【００５８】
本発明の例示的な実施形態によれば、スイッチ３００は、上記に説明したように、ＭＤＭ、ＭＤＤ、および、ＭＣの各構成要素の組み合わせを含むことができ、各構成要素は必要とされるスイッチ構成に従った特性を有する。これらの例示的実施形態によれば、たとえば各々が異なった信号分離特性を有する２つの異なったＭＤＤおよび／または２つの異なったＭＤＭは、以下に説明するように、それぞれ２つの異なったスイッチを構成するために使用することができる。
【００５９】
図５および図６は、本発明のさらなる例示的実施形態による２×２光スイッチのそれぞれ「通常並行」５００構成および「通常交差」６００構成を概略的に示す。
【００６０】
本発明のさらなる例示的実施形態によれば、スイッチ５００は、２つの入力ポート、それぞれ５０１および５０２を有するＭＤＭ５０５を含むことができる。ＭＤＭ５０５の出力は、たとえば、本明細書に説明されるモード変換器のいずれか１つを含むことができるＭＣ５０６の入力に関連することができる。ＭＣ５０６の出力は、２つの出力ポート、それぞれ５０３および５０４を有するＭＤＤ５０７の入力に関連することができる。
【００６１】
本発明の例示的実施形態によれば、スイッチ６００は、入力ポート６０１および６０２を有するＭＤＭ６０５を含むことができる。ＭＤＭ６０５の出力はＭＣ６０６の入力に関連することができる。ＭＣ６０６の出力は、２つの出力ポート６０３および６０４を有するＭＤＤ６０７の入力に関連することができる。
【００６２】
例示的実施形態によれば、それぞれスイッチ５００および６００のＭＣ５０６および６０６は、２つの光学的モード、たとえば、基本モードと第１次モードとの間で動作することができる。
【００６３】
本発明の例示的実施形態によれば、「通常並行」構成５００において、２×２スイッチは、入力ポート５０１および５０２のそれぞれを出力ポート５０３および５０４と接続を可能にすることができる。「通常交差」構成６００において、２×２スイッチは、ポート間で交換すること、すなわち、入力ポート６０１および６０２をそれぞれ出力ポート６０４および６０３に接続することを可能にすることができる。
【００６４】
「通常並行」構成５００において、ＭＤＭは、入力ポート５０１および５０２をＭＣ５０６のそれぞれ基本および第１次のモードに結合するように構成することができる。ＭＣ５０６の基本および第１次のモードは、ＭＤＤ５０７のそれぞれ基本モードおよび第１次のモードに対応させることができる。ＭＤＤ５０７の基本および第１次のモードは、今度は、それぞれ出力ポート５０３および５０４に結合することができる。
【００６５】
「通常交差」構成６００において、ＭＤＭは、入力ポート６０１および６０２をＭＣ６０６のそれぞれ基本および第１次のモードに関連することができる。ＭＣ６０６の基本および第１次のモードは、ＭＤＤ６０７のそれぞれ基本および第１次のモードに対応させることができる。ＭＤＤ６０７の基本および第１次のモードは、今度は、それぞれ出力ポート６０４および６０３に関連することができる。
【００６６】
図７は、本発明の例示的実施形態による他の２×２光スイッチ７００を概略的に示す。光スイッチ７００は２つのＳＭ入力導波路７０１および７０３、Ｙ字型結合枝構造７０２、第１のＭＭ導波路７０４、ＭＤ７０６、２つのＳＭ  ＭＤ導波路７０８および７０９、２つの制御可能な移相器、それぞれ７１０および７１１、ＭＤＭ７１２、第２のＭＭ導波路７１４、分割Ｙ字型枝構造７１６、および、２つのＳＭ出力導波路７１８および７１９を含むことができる。本発明の実施形態によれば、スイッチ７００は、上記に説明したように、「常時並行」構成および／または「通常交差」構成において、受動ＭＤＤ７０６および／またはＭＤＭ７１２の特性とは独立に操作することができる。
【００６７】
本発明の実施形態によれば、入力導波路の１つ、たとえば、導波路７０１に進入する入力信号は、構造７０２によって、ＭＭ導波路７０４を介して伝播し、２つのモード次、たとえば、ゼロ次モードおよび第１次モードを含むことができる初期ＭＭ信号へ結合される。ＭＤＤ７０６は、第１次モードを落すため、および、入力信号のパワーの実質的に半分を各々有する２つのＳＭ信号がＭＤＤ７０６を出て、それぞれＳＭ導波路７０８および７０９に進入することを可能にするために使用することができる。移相器７１０および７１１は、調整可能な制御要素、たとえば、伝播信号の伝播係数に影響を及ぼす加熱要素を含むことができ、これは、たとえば差分加熱によって、２つの信号間に所定の位相差を作成するために制御可能に活動化することができる。ＭＤＭは２つのＳＭ信号を、ＭＭ導波路７１４を介して伝播する１つの変換されたＭＭ信号に結合することができる。構造７１６は、変換されたＭＭ信号を、シフタ７１０と７１１との間に作成された位相シフトによって、導波路７１８および７１９の１つに指し向けるために使用することができる。
【００６８】
本発明の例示的実施形態によれば、信号間のゼロ位相差は、たとえば、導波路７０１に進入する信号が導波路７１８を通ってスイッチを出ることができるように、スイッチ７００の「交差」状態を作り出すことができる。信号間のπ（パイ）ラジアンの位相シフトは、たとえば、導波路７０１に進入する信号が導波路７１９を通ってスイッチを出ることができるように、スイッチ７００の「並行」状態を作り出すことができる。
【００６９】
本発明のいくつかの実施形態によれば、スイッチ７００はＶＯＡとして実施することができる。これは、スイッチの唯１つの入力、たとえば、入力７０１を使用し、例えばシフタ７１０および７１１をそれぞれ制御可能に活動化し、信号に施される位相シフトの量を調整することによって作り出すことによってゼロより大きく、πラジアン未満の所定の位相シフトを作成することによって達成することができる。当業者には、上述したように、シフタ７１０を調整可能に活動化することにより、入力７０１に進入する信号の減衰レベルを制御することを可能にすることができ、「通常暗い」および／または「通常明るい」減衰をも可能にできることが理解される。
【００７０】
図８は本発明の例示的実施形態による、Ｍ個の入力信号をＮ個の出力信号に交換する方法８００のブロック図を概略的に示す。
【００７１】
方法８００は、ブロック８０１に示すように、Ｍ個の入力信号を、たとえばＭＤＭおよび／またはビーム結合器を使用して、Ｍ個の初期モードを有する第１のＭＭ信号に接合するステップで開始することができる。
【００７２】
ブロック８０２に示すように、第１のＭＭ信号は、たとえばＭＣを使用して、初期モードとは異なるものとすることができるＮ個の変換されたモードを有する第２のＭＭ信号に変換することができる。
【００７３】
最後に、ブロック８０３に示すように、第２のＭＭ信号は、たとえばＭＤＤおよび／またはビームスプリッターを使用して、Ｎ個のＳＭ出力信号に分離することができる。
【００７４】
本発明の実施形態によれば、第１の信号を第２の信号へ変換するステップは、Ｍ個の入力信号の各１つが所望の方式に従ってＮ個の出力信号の１つに交換することができるように、変換されたモードと初期モードとの間の関係を動的に制御するステップを含むことができる。
【００７５】
本発明の実施形態によれば、上記に説明したスイッチは、さまざまな交換機能、たとえば、本明細書に説明されるさまざまな交換機能を提供するために初期モード次と変換されたモード次との間の差を使用することができる。モード次の各々が有意に異なる光学特性、たとえば、有効屈折率を有することができるため、スイッチの出力ポート間の比較的高いレベルの分離、たとえば、スイッチの意図された出力を出ていく信号のパワーとスイッチの意図されない出力を出ていく信号のパワーとの間の高い比を達成することができる。
【００７６】
本発明が限られた数の実施形態に関して説明された一方、本発明の多くの変形、変更、および、他の応用例が作成可能であることが理解される。本発明の実施形態は本明細書に記載の動作を実行するための他の装置を含むことができる。そのような装置は検討された要素を一体化することができるか、または、同様の目的を成し遂げるために代替の構成要素を含むこともできる。当業者には、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の精神の範囲内に該当する全てのそのような変更および変化を網羅することを意図されていることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のいくつかの例示的実施形態による１×Ｎ光スイッチの平面構造を概略的に示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の例示的実施形態とともに使用することができるＭＭ指向性結合器の模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の例示的実施形態とともに使用することができる断熱的モードデマルチプレクサの模式図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の例示的実施形態とともに使用することができる長周期回折格子モード変換器の模式図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の例示的実施形態とともに使用することができるスプリッターに基づくモード変換器の模式図である。
【図３】本発明の例示的実施形態によるＭ×Ｎ光スイッチの平面構造の模式図である。
【図４】本発明の例示的実施形態による、サブモード変換器のカスケードの模式図である。
【図５】本発明の例示的実施形態による２×２「通常並行」光スイッチ構成の模式図である。
【図６】本発明の例示的実施形態による２×２「通常交差」光スイッチ構成の模式図である。
【図７】本発明の付加的な例示的実施形態による他の２×２光スイッチの平面構造の模式図である。
【図８】本発明の例示的実施形態による、Ｍ個の入力信号をＮ個の出力信号に交換するための方法の概略的ブロック図である。
【符号の説明】
１００  １×Ｎ光スイッチ
１０２  シングルモード入力導波路
１０８  動的モード
１０４  受動導波路拡大器
１０６  第１のマルチモード導波路
１１０  第２のマルチモード導波路
１１４  出力導波路
２３０  ＭＭ指向性結合器
２３２  結合領域
２３４  ＭＭ導波路
２４０  デマルチプレクサ
２５２  ＭＭ導波路
２５４  ビームスプリッター
２５６  変換部
２６０  位相アダプタ
２６４  ビーム結合器
３００  光スイッチ
３０４  受動モード分割マルチプレクサ
５０３、６０３、６０４  出力ポート
６０１、６０２  入力ポート
７００  スイッチ
７１８  導波路
【図１】
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【図２Ａ】
2004163874.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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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【外国語明細書】
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