(57)【要約】      （修正有）【課題】  高速、高信頼性、安価、強固、小型である光スイッチングモジュール及び方法を提供する。【解決手段】  入力側１３０は、入力面１３１から入力の導波路の縁１３３までの入力側の光導波路部分１０１、入力側のコリメーティング部分１０２、及び入力側の偏向部分１０３を有する。出力側１４０は、出力側の偏向部分１０５、集束部分１０６、及び出力の導波路の縁１４３から出力面１４１まで出力側の光導波路部分１０７を含む。導波路１０４は、分離度Ｌで導波路の入力１３５及び導波路の出力１４５を有する。共通の導波路１０４は、Ｌの方向に対して垂直に、及び入力面１３１及び出力面１４１に対して平行に、測定された幅Ｗを有する。【選択図】  図２
2005122162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線の方向を転換する光偏向デバイスであって、
偏向素子の第一の対及び偏向素子の第二の対を含む複数の偏向素子を含み、
各々の偏向素子は、電気光学材料を含むと共に、前記電気光学材料の反対側における類似の形状の二つの電極によって、前記電極に電圧の差を印加することによって前記電気光学材料の屈折率が制御可能に調節可能であるように定義され、
前記偏向素子の第一の対及び前記偏向素子の第二の対は、傾斜した関係にある光偏向デバイス。
【請求項２】
前記偏向素子の第一の対の隣接する表面は、平坦であると共に平行であり、前記偏向素子の第二の対の隣接する表面は、平坦な表面及び平行である請求項１に記載の光偏向デバイス。
【請求項３】
前記電極は、三角形である請求項１に記載の光偏向デバイス。
【請求項４】
各々の電極の縁は、直線である請求項１に記載の光偏向デバイス。
【請求項５】
少なくとも一つの電極の少なくとも一つの縁は、曲線状である請求項１に記載の光偏向デバイス。
【請求項６】
前記電気光学材料は、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、又はＬＮである請求項１に記載の光偏向デバイス。
【請求項７】
前記偏向素子の第一の対と前記偏向素子の第二の対は、同じ形状を有する請求項１に記載の光偏向デバイス。
【請求項８】
各々が光入力を受光するように適合した一つ以上の入力チャネルを有する入力側、
各々が光出力を出すように適合した複数の出力チャネルを有する出力側、並びに
前記入力側及び前記出力側の間に配置される共通の導波路
を含み、
少なくとも一つの入力チャネルは、傾斜した関係で偏向素子の第一の対及び偏向素子の第二の対を含む複数の偏向素子を含む光スイッチングモジュール。
【請求項９】
各々の偏向素子は、電気光学材料を含むと共に、前記電気光学材料の反対側における類似の形状の二つの電極によって、前記電極に電圧の差を印加することによって前記電気光学材料の屈折率が制御可能に調節可能であるように、定義される請求項８に記載の光スイッチングモジュール。
【請求項１０】
前記偏向素子の第一の対の隣接する表面は、平坦であると共に平行であり、前記偏向素子の第二の対の隣接する表面は、平坦な表面及び平行である請求項８に記載の光スイッチングモジュール。
【請求項１１】
前記電極は、三角形である請求項９に記載の光スイッチングモジュール。
【請求項１２】
各々の電極の縁は、直線である請求項９に記載の光スイッチングモジュール。
【請求項１３】
少なくとも一つの電極の少なくとも一つの縁は、曲線状である請求項９に記載の光スイッチングモジュール。
【請求項１４】
前記電気光学材料は、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、又はＬＮである請求項８に記載の光スイッチングモジュール。
【請求項１５】
前記偏向素子の第一の対と前記偏向素子の第二の対は、同じ形状を有する請求項８に記載の光スイッチングモジュール。
【請求項１６】
前記共通の導波路の屈折率は、前記入力側の屈折率及び前記出力側の屈折率未満である請求項８に記載の光スイッチングモジュール。
【請求項１７】
各々が光入力を受光するように適合した一つ以上の入力チャネルを備えた入力側、各々が光出力を出すように適合した複数の出力チャネルを備えた出力側、並びに前記入力側及び前記出力側の間に配置される共通の導波路を有する光スイッチングモジュールにおいて光ビームを偏向させる方法であって、
少なくとも一つの入力チャネルは、傾斜した関係で偏向素子の第一の対及び偏向素子の第二の対を含む複数の偏向素子を含み、
当該方法は、前記偏向素子の第一の対及び前記偏向素子の第二の対へ異なる電圧を印加することによって、選択された入力チャネルから選択された出力チャネルまで前記入力側で光ビームの偏向を制御することを含む方法。
【請求項１８】
前記制御することは、前記偏向素子の第一の対へ電圧を印加して、前記複数の光チャネルのおおよそ三分の二の一つへ、選択された入力を偏向させることをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記制御することは、前記偏向素子の第一の対へ及び前記偏向素子の第二の対へ電圧を印加して、前記複数の光チャネルのおおよそ三分の一の一つへ、選択された入力を偏向させることをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも一つの出力チャネルは、傾斜した関係で偏向素子の第三の対及び偏向素子の第四の対を含む複数の偏向素子を含み、
当該方法は、前記偏向素子の第三の対及び前記偏向素子の第四の対へ異なる電圧を印加することによって、選択された入力チャネルから選択された出力チャネルまで前記出力側で光ビームの偏向を制御することをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信ネットワークで用いる光スイッチに関する。特に、本発明は、改善されたスイッチング性能を有する光スイッチングデバイスに向けられる。
【背景技術】
【０００２】
音声及びデータ通信用の光通信の発展は、高いデータ速度の情報変換能力に対する需要を作り出してきた。このような変換性能を可能とするために、４０−１００ギガビット（Ｇｂ）／秒までのデータ変換速度を可能とする単一の光ファイバーにわたって多重波長の光ビームの変換を可能にする高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）技術が、開発されてきた。高速スイッチング及びルーティングデバイスは、光ネットワークのコアの素子を含み、光ネットワークを伝わるデータの動的な制御を可能にする。高いデータの伝達速度は、スイッチングデバイスの機能性についての顕著な要求を課する。
【０００３】
光信号を電気信号に変換すると共に切り替えられた電気信号を光信号にもう一度変換する電気的なスイッチ及び鏡を使用して光を偏向させることによって切り替わる光スイッチを含む、多くのタイプのスイッチが、提案されてきた。電気的なスイッチは、これらのスイッチを高価にする共に遅くする転換の段階を伴う。先行する光スイッチは、スイッチを通じて光信号を方向付けるために制御される多くの小さい可動の鏡を有するスイッチを含む。これらのスイッチは、高速のシステムでそれらの使用を限定する追加の問題を有する。第一に、多数の小さい可動の鏡による信頼性の問題がある。第二に、切り替え時間は、鏡の物理的な移動によって限定され、さらなる光通信システムに要求される高速で切り替えることが可能ではない。
【０００４】
また、共通の導波路にわたる複数の入力及び出力の間における光の経路を定める光スイッチも提案されてきた。例えば、ここでは参照によって組み込まれる、同一出願人に譲渡されたＫａｔｏ等による米国特許（特許文献１）を参照のこと。これらのスイッチは、入力側、共通の導波路、及び出力側を含む。スイッチングは、所望の出力への共通の導波路を通じた入力の光ビームの任意の一つの経路を定めることによって成し遂げられ、入力及び出力側で光ビームの統合された偏向によって制御される。入力及び出力側は、電気光学材料及び導波路の対向する側に特別に形作られた電極を有する導波路を含む。電極にわたる電圧の差の印加は、電圧に従って、プリズム形状の体積の電気光学材料内における屈折率を変更する。特に、多数のプリズムの対を形成するために電極を配置する。プリズムの対の形状及びプリズムの対の内で変更された屈折率の値は、ある角度に関する偏向の範囲内で適切に整列された入射ビームを偏向させる。
【０００５】
このようなスイッチは、大きいか又は製作することが複雑であるスイッチに帰着するいくつかの制限を有する。例えば、光を偏向させるためのほんのわずかだけのプリズムの対の使用は、小さい、ある角度に関する偏向の範囲に帰着し、このように長い共通の導波路は、多くの出力の一つの間で切り替わることが、要求される。あるいは、より大きい角度に関する偏向の範囲を提供するために、プリズムの対の数を増加させることができる。多数のプリズムの対は、複雑な製作工程及び光を偏向させるための大きい光路を要求する。
【０００６】
従って、先行する光スイッチに伴った問題を克服すると共に現行の光スイッチより速い、より信頼性のある、及び構築することがあまり高価ではない、光通信システム用のスイッチを有することが望ましいであろう。また、スイッチが頑丈であると共に小型であることも望ましい。
【特許文献１】米国特許第６，５０４，９６６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、電気光学又はＥＯ効果を使用する、光偏向デバイス内の光の偏向に基づく光スイッチングを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
より具体的には、本発明の光偏向素子は、特別に形作られた電極にわたる電圧の差の印加によって、ある体積のＥＯ材料内における屈折率を制御可能に変更することによって、伝達される光の角度を偏向させる。結果として生じる体積の光学的に変更された材料は、印加された電圧の差に従って光を偏向させるためのプリズムとして作用する。互いに対して傾斜させられると共に別々に制御される二対の偏向素子を提供することによって、本発明の光偏向素子は、先行技術のものよりも小型である光スイッチングモジュールにおいて光スイッチングを可能にする“縦続の”対の素子を形成する。
【０００９】
本発明の一つの実施形態は、光線の方向を転換するための光偏向デバイスを提供する。そのデバイスは、偏向素子の第一の対及び偏向素子の第二の対として二対の偏向素子を含む。各々の偏向素子は、電気光学材料を含むスラブ導波路の一部分を含み、前記スラブ導波路の対向する側における類似の形状の一対の電極によって定義される。偏向素子は、前記電極の対応する対の間で印加された電圧の差に比例して、光線を偏向させる。各々の偏向素子は、前記スラブ導波路を通じた及び前記スラブ導波路に垂直な表面を定義する。偏向素子の第一の対の隣接した表面及び偏向素子の第二の対の隣接した表面は、傾斜した関係にある。本発明のさらなる実施形態は、平坦であると共に平行である偏向素子の第一の対の隣接した表面を、及び平面であると共に平行である偏向素子の第二の対の隣接した表面を、提供する。さらに別の実施形態において、各々電極は、三角である。別の実施形態は、偏向素子の第一の対と平坦であると共に平行である前記偏光素子の第二の対との間に隣接した表面を提供する。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、光線の方向を転換するための光偏向デバイスを提供する。そのデバイスは、偏向素子の第一の対及び偏向素子の第二の対として二対の偏向素子を含む。各々の偏向素子は、電気光学材料を含むスラブ導波路の一部分を含み、前記スラブ導波路の対向する側における類似の形状の一対の電極によって定義される。偏向素子は、前記電極の対応する対の間で印加された電圧の差に比例して、光線を偏向させる。偏向素子の第一の対は、同じ形状を有し、偏向素子の第二の対と傾斜した関係にある。本発明の別の実施形態において、偏向素子の第一の対の隣接した表面は、平坦であると共に平行であり、偏向素子の第二の対の隣接した表面は、平面であると共に平行である。さらに別の実施形態において、各々の電極は、概略三角である。別の実施形態において、偏向素子の第一及び第二の対の間における隣接した表面もまた平坦であると共に平行である。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態は、光ビームの偏向を提供する光偏向デバイスを備えた光スイッチングモジュールを提供する。本発明の一つの実施形態は、各々が光入力を受光するように適合した一つ以上の入力チャネルを備えた入力側、各々が光出力を出すように適合した二つ以上の出力チャネルを備えた出力側、及び入力側と出力側との間に配置される共通の導波路を有する光スイッチングモジュールを提供する。各々の入力チャネルは、偏向素子の第一の対及び偏向素子の第二の対として二対の偏向素子を含む入力側の光偏向デバイスの一つを含む。各々の偏向素子は、電気光学材料を含むスラブ導波路の一部分を含み、前記スラブ導波路の対向する側における類似の形状の電極の対によって定義される。偏向素子は、前記電極の対応する対の間に印加された電圧の差に比例して、光線を偏向させる。各々の偏向素子は、前記スラブ導波路を通じた及び前記スラブ導波路に垂直な表面を定義する。偏向素子の第一の対の隣接した表面及び偏向素子の第二の対の隣接した表面は、傾斜した関係にある。そのモジュールは、光入力の入力チャネルの偏向素子の一方又は両方の対に電圧を印加することによって、切り替えられた光出力チャネルに向かって光を偏向させることによって、前記一つ以上の入力チャネルの一つの光入力を切り替えることができる。代替の実施形態において、出力チャネルは、入力チャネルによって光の偏向を補償する入力チャネルに類似する偏向素子を有する。
【００１２】
また、本発明は、前記スラブ導波路の対向する側における電極の対に印加される電圧に従う電気光学材料を含むスラブ導波路において光ビームを偏向させるための方法を提供する。導波路は、一つ以上の入力チャネル及び二つ以上の出力チャネルを有し、その方法は、選択された出力チャネルの場所に依存して電極の対に電圧の差を印加することを含む。別の実施形態において、偏向は、四つの電極の対に対する電圧を制御することによって起こる。二つの電極の対のみに印加される電圧は、二つ以上の出力チャネルのおおよそ三分の二の一つへ光を偏向させる。全ての四つの電極の対に印加される電圧は、前記二つ以上の出力チャネルの残りの三分の一へ入力の光を偏向させる。
【発明の効果】
【００１３】
これらの光偏向デバイスは、きわめて速く、例えば数千個のチャネルを超える、多数の入力及び出力チャネルを扱うための光スイッチングモジュールに使用され得る。本発明の光偏向素子は、個々の素子に印加される電圧に従って制御可能な偏向角度を有する、平面又は曲面に入射光を与えてもよい、プリズムとして作用する。特に、本発明は、非平面を備えた、互いに対して傾斜させられると共に要求される角度に関する偏向に依存して個々に又は一斉に制御される数個の偏向素子を提供する。本発明のスイッチは、先行技術のものよりも大きい角度にわたって、及び先行技術のものよりも少数の光偏向素子で、光を偏向させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
様々な従属の規定と一緒に、これらの特徴及び以下の詳細な説明から当業者に明らかになることになる特徴は、本発明の光偏向デバイス並びに光スイッチングモジュール及び方法によって達成され、その好適な実施形態をほんの一例として添付する図面を参照して示す。
【００１５】
この発明の前述の態様及び付随の利点は、添付する図面と併せて考慮するとき、以下の詳細な説明の参照によって、より用に明らかになると思われる。
【００１６】
図において、それらに示されるある一定の構成部品、態様、又は特徴を示すために参照記号を使用し、一つを超える図に共通の参照記号は、それらに示される同様の構成部品、態様、又は特徴を示す。
【００１７】
一般に、本発明の光偏向素子は、光ビーム又は光学信号とも呼ばれるような、光ビームを偏向させるためにＥＯ誘起された屈折率の変化を使用する。その素子を、全ての信号に共通である導波路を通じて選択された出力口へ、光スイッチングモジュールの入力口に入射する光ビームを向けることが可能な素子を備えた、光スイッチングモジュールに組み込むことができる。以下に詳細に記載するように、素子の傾斜させられた配置は、スイッチの個々の光偏向器の部分内において増加した偏向を提供し、次には減少した光スイッチモジュールの大きさを提供する。
【００１８】
今、以後に提示する記載と組み合わせて図面を参照することによって、ＩＯチャネル間における光学信号の速い高密度の小型のスイッチングに特に適する光スイッチング装置を図説すると共に記載する。図１は、本発明の一般的な実施形態の光スイッチモジュール１００を示す概略図である。モジュール１００は、入力側１３０、共通の導波路１０４、及び出力側１４０を有する。モジュール１００は、幅Ｗを有し、共通の導波路１０４は、入力側１３０と出力側１４０との間に長さＬを有する。モジュール１００は、平坦な導波路並びにここで記載した関連した光学部品及び電子部品を含むためには十分に大きい、図１の平面の中にあり示していない深さＤを伴った平坦なデバイスである。
【００１９】
モジュール１００は、複数の入力チャネルで光ビーム又は光入力Ｉとして入力を受光し、一つ以上の光出力Ｏ又は出力チャネルへ入力チャネルに含まれる信号を切り替える。図１に示すように、入力Ｉは、ｓ個の個々の入力Ｉｉを含み、ここで添え字ｉは、１からｓまで（ｉ＝１，２，・・・，ｓ）であり、出力Ｏは、ｒ個の個々の出力Ｏｊを含み、ｊは、１からｒまで（ｊ＝１，２，・・・，ｒ）である。より具体的には、入力側１３０は、光入力Ｉｉを受光するように、及び、出力側１４０における出力Ｏｊへ共通の導波路１０４を通じて、受光した入力を選択的に偏向させるように適合した入力面１３１を有する。出力側１４０は、選択的に偏向させた入力Ｉｉを受けると共に出力Ｏｊとして出力面１４１を通じて光を向けるように適合させられる。
【００２０】
入力Ｉｉ及びＯｊは、入力面１３１及び出力面１４１に沿って横方向に間隔を空けられる。面１３１及び１４１は、平行であり得るか、又は、いくらかのチャネル間の変動を有することもある。間隔又はピッチは、好ましくは、隣接する入力間で、例えば入力Ｉｉと入力Ｉｉ＋１との間で、及び隣接する出力の間で、例えば出力Ｏｊと出力Ｏｊ＋１との間で、一定である。
【００２１】
入力側１３０及び出力側１４０は、長さＬを有する共通の導波路１０４によって分離される。入力ｉと出力ｊとの間のスイッチングは、ｊ番目の出力チャネルへｉ番目の入力チャネルの光を偏向させることによって、光学的に行われる。各々の入力は、スイッチングが、同時に入力チャネルの全てと同じだけ多くのものに対して成し遂げられるように、出力の一つへ入力を向けるために、個々に制御される。各々の入力チャネルが、例えば、ＤＷＤＭを使用するときのように、多数の信号を含むこともあることに留意すること。
【００２２】
入力チャネルの数ｒ及び出力チャネルの数ｓは、等しいものであることができ、対称的なスイッチに帰着するか、又は異なるものであることができ、非対称的なスイッチに帰着する。例えば、数ｓは、２個のチャネルと同じくらい小さくあり得るか、又は１２８個以上のチャネルと同じくらい大きくあり得る。ｒ＝ｓ＝Ｍでのこのようなモジュール１００の使用の例は、Ｍ×Ｍチャネルの対称的な交差接続スイッチのようなものである。あるいは、ｒ及びｓは、異なり得ると共に、スイッチモジュール１００を、非対称の交差接続スイッチとして、又はアドドロップ（挿入分岐）デバイスの一部としてのスイッチとして、使用することができるであろう。
【００２３】
モジュール１００にわたる光ビーム（一般的にＢ）の切り替えられた伝達の例を、二つの選択されたビームＢ１及びＢ２の経路として図１に示す。これらのビームは、二つの可能なスイッチングの構成の実例であり、同時には提供されない。ある一つの瞬間において、第一のビームＢ１は、入力Ｉ２と出力Ｏ２との間で切り替えられ、ここで入力Ｉ２及び出力Ｏ２は、同軸である。入力及び出力が同軸であるので、ビームＢ１は、入力側１３０、共通の導波路１０４、及び出力側１４０を通じて偏向なしに（直線の経路に沿って）伝達される。別の瞬間には、第二のビームＢ２は、入力Ｉ２と出力Ｏ１との間で切り替えられ、ここで入力Ｉ２及び出力Ｏ１は、同軸ではない。この場合には、ビームＢ２を、モジュール１００におけるある点で偏向させなければならない。後述するように、モジュール１００は、共通の導波路１０４内ではなく、入力側１３０において及び出力側１４０において、光を偏向させる。このように、入力Ｉ２から出力Ｏ１へ切り替えるために、モジュール１００は、入力側１３０内の角度θだけ入力を偏向させ、光ビームが現れてそれの入射経路に平行に伝わるように、出力側１４０内で、等しい対向する角度−θだけビームＢ２を偏向させることによって補償する。
【００２４】
一般的に、モジュール１００は、入力及び出力側の間における角度θを通じた側１３０及び１４０において、相互に補償されると共に統合される偏向を通じて、一つの入力から別のものへ光学的に切り替わる。必要な偏向を達成するために必要な角度θは、間隔の長さＬ並びに入力面１３１に沿った入力Ｉ及び出力面１４１に沿った出力Ｏの横方向の間隔に依存する。このように、小さい最大偏向角は、与えられた間隔の出力の間で切り替わるためのより長い波長を要求する。偏向の量は、屈折率及び、レンズ、導波路、鏡、若しくはモジュール内で永続的に又は制御可能にある他の光学的な特徴を含むが限定されないモジュール１００内の任意の屈折又は反射の特徴の幾何学的配置に依存する。様々な入力及び出力の間における光の偏向は、モジュール１００にわたるビームの集結度を維持する一方で、最大角度θができるだけ大きいことを要求し、それは、適切な出力チャネルへ光を向けるために制御可能である。本発明は、小さい長さＬにわたって任意の入力から任意の出力まで光を向けるために偏向角を許容する入力及び出力側１３０及び１４０を合わせておくことに向けられる。
【００２５】
入力側１３０及び出力側１４０は、後述するように、ＥＯ材料の屈折率の変更によって、ビームＢのような光ビームを偏向させるために制御可能に活性化することができるＥＯ材料を含む。光スイッチに対するＥＯ材料の使用は、例えば、同一出願人に譲渡されたＫａｔｏ等による米国特許第６，５０４，９６６号に知られていると共に記載されている。
【００２６】
入力側１３０及び出力側１４０は、後述される、好ましくは拡散した遷移金属（例えばＴｉ）を伴ったＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム、以後“ＬＮ”と称する）を含むと共に好ましくはＥＯ材料内で概略プリズム形状の体積を定義する上部及び下部の電極を有する導波路から作られる、偏向素子を含む。強い電気光学効果を伴った任意の材料によってＬＮを交換してもよいことは、理解されるものである。代替のスイッチング素子の材料は、以後“ＰＺＴ”と称する、ＰｂＺｒｘＴｉｙＯ３（チタン酸ジルコン酸鉛）、及び以後“ＰＬＺＴ”と称する、ランタンで修飾されたＰＺＴを含む。スイッチング素子の材料は、塊又は薄い膜の材料のいずれかであってもよく、電極を、プリズム、回折格子、様々な組み合わせ、並びにプリズム及び回折格子の配列などのような、様々な形状を定義するために、作ってもよい。このように、本発明のスイッチング素子が、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、又はＬＮに限定されずに、ウェハのように形成される任意の他の適切な電気光学材料を用いてもよいことは予期される。加えて、シリコン基板に、又は、光スイッチモジュールの生産に要求されるような他の適切な基板、例えば、ガラス基板、プリント回路基板などにスイッチを形成してもよい。
【００２７】
共通の導波路１０４は、入力側１３０と出力側１４０との間でビームを伝達するために選択される材料から作られる。導波路１０４を、単一の基板に入力側１３０及び出力側１４０と統合して形成してもよい、又は別々に形成すると共に光スイッチに組み立てることができる。後述するように、屈折率及び複屈折のような、共通の導波路の光学特性を、ＥＯデバイスの偏向を増加させる、ＥＯデバイスの複屈折の効果を減少させる、又はそれら両方のために、選択してもよい。共通の導波路１０４を通じた増加した偏向は、より短い共通の導波路（同じ入力及び出力のピッチに対するより小さいＬ）及びこのようにより小型のモジュール１００を可能にする。
【００２８】
ＥＯ材料で形成されない光スイッチモジュール１００の部分を、フッ素化されたポリイミドのような高度に透明な高い耐熱性の重合体から、又は石英若しくはガラスから形成してもよい。また、有機及び／又は無機の混成物を使用してもよい。重合体系の膜を形成するための適切な方法は、スピンコーティング、浸漬被覆、吹き付け塗り、又は蒸発重合若しくはＣＶＤのような気相成長工程を含む。ガラス系に対しては、スパッタリング、蒸発、ＣＶＤなどを用いてもよく、ゾルゲル法を使用するとき、スピンコーティング、浸漬被覆、又は吹付け塗りを用いてもよい。また、光導波路を、下側のクラッディング層、コア層、及び上部のクラッディング層の堆積によって、形成してもよい。コア層の屈折率（ＲＩ）は、クラッディング層のＲＩよりも高く設定される。
【００２９】
[光スイッチモジュールの第一の実施形態]
【００３０】
本発明の第一の実施形態を、光スイッチモジュール２００として図２に示す。第一の実施形態の入力側１３０、共通の導波路１０４、及び出力側１４０は、次のものを含む。入力側１３０は、入力面１３１から入力の導波路の縁１３３までの入力側の光導波路部分１０１、入力側のコリメーティング部分１０２、及び入力側の偏向部分１０３を有する。出力側１４０は、出力側の偏向部分１０５、集束部分１０６、及び出力の導波路の縁１４３から出力面１４１まで出力側の光導波路部分１０７を含む。導波路１０４は、分離度Ｌで導波路の入力１３５及び導波路の出力１４５を有する。共通の導波路１０４は、Ｌの方向に対して垂直に、及び入力面１３１及び出力面１４１に対して平行に、測定された幅Ｗを有する。
【００３１】
添え字“ｉ”によって参照される、選択された入力チャネルと、添え字“ｊ”によって参照される、選択された出力チャネルとの間における光ビーム又は光線を制御可能に切り替えるためにモジュール２００を使用してもよい。入力側の部分１０１、１０２、及び１０３は、入力側の光導波路部分１０１ｉ、入力側のコリメーティング部分１０２ｉ、及び入力側の偏向部分１０３ｉと呼ばれる、各々の入力Ｉｉに対して別々の構成部品を有し、出力側の部分１０５、１０６、及び１０７は、出力側の偏向部分１０５ｊ集束部分１０６ｊ、及び出力側の光導波路部分１０７ｊと呼ばれる、各々の出力Ｏｊに対して別々の構成部品を有する。各々の入力及び出力の部分１０１ｉ、１０２ｉ、１０３ｉ、１０５ｊ、１０６ｊ、及び１０７ｊは、入力ｉから出力ｊまでの信号の伝達を提供するために、他の入力及び出力の部分と異なり得る。後述するように、入力Ｉｉから出力Ｏｊまでの偏向は、それぞれ入力側の導波路部分１０１ｉ及び出力側の導波路部分１０７ｊの曲がった導波路を通じた、それぞれ入力側の偏向部分１０３ｉ及び出力側の偏向部分１０６ｊにおける制御可能な偏向のような所定の偏向、並びに入力の界面１３１で入力側の偏向部分と共通の導波路１０４との間における材料の界面を横切る、及び、出力の界面１４１で共通の導波路と出力側の偏向部分との間における材料の界面を横切る、屈折の偏向の組み合わせから結果として生じる。
【００３２】
入力側の光導波路１０１は、複数の入力Ｉｉの対応する一つを受光するために複数の光透過性の層で構築される。標準的なリソグラフィーの技術によって層を形成してもよい。個々の導波路１０１−ｉの層は、時々、“コア”と、１０１ａ−ｉ及び１０１ｂ−ｉは、クラッド層と、呼ばれる。各々は、二つのクラッディング層の間に挟まれるコア層を備えた三層の積層体を含む。この三層構造は、コア及びクラッド層の間における屈折率の差により、入力Ｉｉからの光ビームを、対応するそれぞれのコア層１０１ａ−ｉ内に制限する。各々のコア１０１ａ−ｉは、入力面１３１に対して垂直である。しかしながら、光を、それがコアを通じて伝播するように、曲げるために、コア１０１ａ−ｉの様々な一つは、それらの長さに沿って異なる曲率を有することができる。
【００３３】
図３は、特定の入力チャネル“ｉ”の一つに対するモジュール２００の入力側１３０の上面透視図である。線３０１は、入力面１３１に対して垂直であると共に入力Ｉｉの位置に整列される。入力Ｉｉは、面１３１に対して垂直な入力側１３０に入り、信号Ａｉ−ｊとして共通の導波路１０４を伝播するために偏向させられる。各々のコア１０１ａ−ｉ、よって、導波路１０１−ｉは、入力面１３１の垂線から、角度αｉを通じて、入力の導波路の縁１３３の垂線まで、湾曲する。一般的に、ｓ個の入力チャネルの各々は、異なる角度を有してもよい。後述することになるが、角度αは、小さく、好ましくは数度以下の程度であり、このように図３の概略図は、図説の目的のために、大いに誇張される角度αｉを示す。
【００３４】
また、入力の導波路の縁１３３に対して垂直であると共にモジュール２００の平面内にあり、コリメーティング部分１０２−ｉ及び入力側の偏向部分１０３−ｉに関する光軸を示す線３０３−ｉを図３に示す。線３０１が入力面１３１に対して垂直であると共に線３０３−ｉ（一般的に、線３０３）が入力の導波路の縁１３３に対して垂直であるので、線３０１及び３０３−ｉは、また、角度αｉで交差する。後述するように、各々の角度αｉは、出力Ｏｊの任意の一つに対する入力のスイッチングを提供するために、各々の入力Ｉｉの入力側の偏向部分１０３との組み合わせで選択される。
【００３５】
コリメーティング部分１０２は、マイクロレンズ又はコリメーティングレンズ１０２ａ−ｉ（又は一般的に１０２ａ）で構成される各々の入力チャネルに対するコリメーティング部分１０２−ｉを有する。光導波路１０１−ｉの出口から発散する光は、コリメーティングレンズ１０２ａ−ｉによってコリメートされる。各々のコリメーティングレンズ１０２ａ−ｉは、それぞれの光導波路１０１ａ−ｉの縁の部分と統合して形成されるか、又はそれぞれの光導波路１０１ａ−ｉの縁の部分からわずかに離れた位置に位置させられるかのいずれかであり、線３０３−ｉとして示す光軸を有する。
【００３６】
あるいは、鏡、プリズム、又は他のレンズの配置を、角度αｉだけ入力Ｉｉを偏向させると共に入力側の部分１０３へ光を集束させるために、入力側の光導波路１０１及びコリメーティング部分１０２内に又は入力側の光導波路１０１及びコリメーティング部分１０２に対する置き換えとして提供することができる。
【００３７】
入力側の偏向部分１０３は、各々の入力チャネルに対する部分１０３−ｉを有する。各々の偏向部分１０３は、四つの光偏向素子、第一の素子１０３１、第二の素子１０３２、第三の素子１０３３、及び第四の素子１０３４、又は一般的に素子１０３ｋを有し、ここでｋは、四つの素子の一つに対応する１から４までの範囲にわたる。各々の素子１０３ｋは、光の伝播の方向に対して垂直に見たとき、概略直角三角形の形状を伴ったプリズムを含む。特定の入力側の偏向部分１０３−ｉの光偏向素子を、１０３１−ｉ、１０３２−ｉ、１０３３−ｉ、及び１０３４−ｉ又は一般的に１０３ｋ−ｉとして示す。光偏向素子１０３ｋは、軸３０３に沿ってそれぞれのコリメーティングレンズ１０２ａからわずかに離れた場所に位置決めされる。光偏向素子１０３ｋ−ｉは、素子１０３ｋ−ｉへの電気信号によって制御される二次の又は線形のいずれかの電気光学効果を使用してある体積の導波路１０３ｂ内の屈折率を変更することによって、チャネルｉの光信号の伝播方向を偏向させるか又は変化させる。このように、光偏向素子１０３ｋは、導波路１０３ｂ内の制御可能な屈折率のプリズムである。光の伝播は、屈折率の変化及び関連した幾何学的配置に依存して、それら素子によって屈折されるか又は反射される。光偏向素子１０３ｋが、屈折素子であることは好適である。
【００３８】
各々の光偏向素子１０３ｋは、導波路１０３ｂにおける素子の形状を定義する一対の電極を含む。具体的には、１０３１は、上側の電極１０３１Ｕ及下側の電極１０３１Ｌと関連し、素子１０３２は、上側の電極１０３２Ｕ及び下側の電極１０３２Ｌと関連し、素子１０３３は、上側の電極１０３３Ｕ及び下側の電極１０３３Ｌと関連し、素子１０３４は、上側の電極１０３４Ｕ及び下側の電極１０３４Ｌと関連する。
【００３９】
共通の光導波路１０４は、光を、それが入力側１３０から出力側１４０まで伝達されるように、制限するためのスラブ型の導波路として構築される。図２の実施形態において、これは、幅Ｗ及び長さＬの平面によって表される。共通の導波路１０４は、入力側の光偏向部分１０３を通じて出力側の光偏向部分１０５まで通過する光を伝達させる。このように、複数の光学信号は、共通の光導波路１０４を同時に通過してもよい。
【００４０】
好適な実施形態において、導波路１０３ｂ及び１０５ｂの屈折率は、同じであり、共通の導波路１０４の屈折率と異なる。具体的には、好ましくは、導波路１０３ｂの屈折率未満の導波路１０４の屈折率と共に、導波路の入力１３５にわたる屈折率における変化があり、導波路１０５ｂの屈折率未満の導波路１０４の屈折率と共に、導波路の出力１４５にわたる屈折率における変化がある。屈折率のこの組み合わせは、それら光線を、導波路の入力１３５を通じて伝達させると、光線の伝播の角度における増加に、及び、それら光線が、導波路の出力１４５を通じて伝達されることを持続すると、光線の伝播の角度における等しいと共に反対の減少に、帰着する。
【００４１】
代替の実施形態のモジュール２００において、導波路１０３ｂ、１０４、１０５ｂの屈折率は、同じであり、このように、光は、光ビームの伝播の角度における屈折の変化なしに、入力側１３０から、導波路の入力１３５で導波路１０４を通じて、導波路の出力１４５で出力側１４０へ通過する。
【００４２】
また、共通の導波路１０４の材料が、入力側の偏向部分１０３において複屈折で屈折される光のおおよそ平行なビームの伝播を提供する複屈折を有することも好適である。
【００４３】
好適な代替の実施形態において、導波路１０３ｂ及び１０５ｂは、おおよそ２．５の屈折率を伴ったＰＬＺＴであり、共通の導波路は、おおよそ１．５７の屈折率を伴った重合体である。この組み合わせ又は光学特性で、導波路１０３ｂと導波路１０４との間における界面に入射する光線は、より大きい角度で導波路１０４へ現れることになり、伝播の角度は、導波路１０４から導波路１０５ｂへ通過するとき、補償されることになる。言い換えれば、光線を、導波路１０３ｂにおける光線が、導波路１０５ｂにおいて、伝達された光線に対して平行であるように、偏向させることになる。入力及び出力側と共通の導波路との間における屈折率の変動の使用は、ここでは参照によって組み込まれる、同一出願人に所有される米国特許出願第１０／３３０，９９７号において議論されており、光の極性、具体的には常光線及び異常光線による屈折率の変動及びビームの偏向の増加を提供する光学特性、コアの複屈折の補正、又はそれら両方を伴った導波路の選択もまた議論している。
【００４４】
モジュール２００は、入力側１３０及び出力側１４０における光ビームの統合された偏向及び共通の導波路１０４を通じた偏向した光ビームの伝達を通じて、選択された入力チャネルＩｉと選択された出力チャネルＯｊとの間で光ビーム又は光線を切り替える。図２に示すように、例えば、入力ｉから出力ｊまでのスイッチングは、平行な入力及び出力面１３１及び１４１に対して角度θｉ−ｊでビームＡｉ−ｊとして入力Ｉｉから共通の導波路１０４へ偏向させることによって起こる。そして、ビームＡｉ−ｊを、出力信号Ｏｊを形成するために、出力側１４０で角度−θｉ−ｊだけ偏向させる。入力側１３０を通じた共通の導波路１０４への角度θｉ−ｊだけの光の偏向は、導波路１０１−ｉによる角度αｉの偏向、入力側の偏向部分１０３−ｉによる制御可能な角度の偏向、並びに導波路の入力に入射する角度に従う導波路の入力１３５におけるさらなる屈折及び導波路１０３ｂ及び１０４の間での屈折率における変化の組み合わせである。
【００４５】
共通の導波路１０４を通じた角度θｉ−ｊを通じて入力ｉから出力ｊへ向かう偏向部分１３０及び１４０内の偏向角を、様々な光学構成部品の屈折率、光線と構成部品間の界面との間の角度、及び光線が様々な構成部品を通じて進む距離に従って算出することができる。偏光した光の屈折における複屈折の効果を含む、光線追跡の手順は、当技術において周知であり、入力側１３０を通じた導波路１０４への及び導波路１０４から出力側１４０を通じた要求された偏向角を決定するために使用され得る。
【００４６】
図４は、モジュール２００の一つの出力チャネル“ｊ”に対する出力側１４０の透視上面図である。出力側１４０は、導波路の出力１４５で光ビームＡｉ−ｊを受けると共に出力信号Ｏｊとして現れるようにビームを偏光させる。出力側１４０の構成部品は、光が横断する入力側１３０と反対の順序で光学構成部品を含む。線４０１は、出力Ｏｊの位置で整列される、出力面１４１に対する垂線を示す。各々のコア１０７ａ−ｊ、よって、導波路１０７−ｊは、出力面１４１の垂線から、入力の導波路の縁１４３に対して垂直な角度βｊを通じて、湾曲する。入力側に伴ったように、ｓ個の出力チャネルの各々は、一般的にβとして示した、異なる角度を有してもよい。また、出力の導波路の縁１４３に対して垂直であると共に集束部分１０６−ｊ及び出力側の偏向部分１０５−ｊに関する光軸を示す、線４０３−ｊを図４に示す。線４０１が、出力面１４１に対して垂直であると共に線４０３−ｊ（一般的に、線４０３）が出力の導波路の縁１４３に対して垂直であるので、線４０１及び４０３−ｉもまた角度βｉで交わる。ビームＡｉ−ｊは、導波路の出力１４５で光導波路１０４を出る。上記したように、導波路の出力１４５にわたって屈折率における増加があり、光線は、スネルの法則（Ｓｎｅｌｌ’ｓ  Ｌａｗ）に従って導波路の出力１４５に対する法線に向かって偏光させられる。
【００４７】
そして、ビームＡｉ−ｊからの光は、出力側の光偏向部分１０５ｊに入る。出力側の偏向部分１０５は、入力側の偏向部分１０３の鏡像である。具体的には、各々の出力側の偏向部分１０５は、光の伝播の平面に対する法線を見たとき、各々が概略直角三角形の形状を有するプリズム、第一の素子１０５１、第二の素子１０５２、第三の素子１０５３、及び第四の素子１０５４、又は一般的に素子１０５ｋを形成する四つの光偏向素子を有する。出力側の偏向部分１０５−ｊ（ｊ番目の出力チャネル）の光偏向素子を、１０５１−ｊ、１０５２−ｊ、１０５３−ｊ、及び１０５４−ｊ、又は一般的に１０５ｋ−ｊとして示す。光偏向素子１０５ｋは、軸４０３に沿ってそれぞれの集束レンズ１０６ａからわずかに離れた場所に位置決めされる。光偏向素子１０５ｋ−ｊは、二次又は線形の電気光学効果のいずれかを使用することにより素子１０５ｋ−ｊへの電気信号を制御することによって、チャネルｊの光信号の伝播の方向を偏向させるか又は変化させる。
【００４８】
各々の光偏向素子１０５ｋは、導波路１０５ｂにおける素子の形状を定義する一対の電極を含む。具体的に、１０５１は、上側の電極１０５１Ｕ及下側の電極１０５１Ｌと関連し、素子１０５２は、上側の電極１０５２Ｕ及び下側の電極１０５２Ｌと関連し、素子１０５３は、上側の電極１０５３Ｕ及び下側の電極１０５３Ｌと関連し、素子１０５４は、上側の電極１０５４Ｕ及び下側の電極１０５４Ｌと関連する。
【００４９】
素子１０３ｋは、素子１０５ｋのおおよそ鏡像であることに留意すること。このように、素子の幾何学的な構成は、入力側１３０と出力側１４０との間の中心線のまわりにおおよそ対称である。光は、１０３１−１０３２−１０３３−１０３４の順序で入力側１３０の素子を、及び１０５４−１０５３−１０５２−１０５１の順序で出力側１４０の素子を、通過する。
【００５０】
各々の光偏向素子１０５ａは、ビームＡｉ−ｊから、集束部分１０６に向かって、制御可能に光を偏向させる。集束部分１０６は、出力面１４１に対して角度βｊで光軸４０３−ｊを有する各々の出力チャネルｊに対する集束レンズ１０６ａ−ｊを有する。集束レンズ１０６ａは、光偏向素子１０５ａのそれぞれの一つからの光信号を集束させると共に信号を出力の光導波路１０７ａへ向ける。上で議論したように、導波路１０７ａは、角度βｊを通じて光を、それが出力面１４１に対して垂直であるように、さらに偏向させる。ｓ個のチャネルの各々は、異なる角度を有してもよい。このように、入力面１３１へ角度βｊで光を入れる出力の導波路の縁１４３を、出力面１４３に対して垂直な光導波路１０７を出るために、コア１０７ａ−ｉによって湾曲させる。
【００５１】
光スイッチモジュール１００においてコリメーティングレンズ部分１０２の詳細、入力側の光偏向素子の部分１０３、出力側の光偏向素子の部分１０５、及び集束部分１０６を、図２、３、及び４に示す。コリメーティングレンズ１０２ａの各々は、好ましくは、二つの部分１０２ｃ及び１０２ｄで構成される二次元のレンズであり、各々の部分は、異なる屈折率を有する。相対的により高い屈折の割合を有する部分１０２ｃ（凸レンズ部分）は、好ましくは、光導波路又はコア１０１ａを形成するために使用される同じ材料によって形成される。相対的により低い屈折率を有する部分１０２ｄは、好ましくは、空気若しくは他の気体又は任意の適切な材料（例えばゲル）で満たされる開口で構成される。
【００５２】
集束レンズ１０６ａは、構造において、コリメーティングレンズ１０２ａに類似する。各々の集束レンズは、高い屈折の割合を有する部分（凸レンズ部分）１０６ｃ及び低い屈折の割合を有する部分１０６ｄを含む。好ましくは、集束レンズ１０６ａの屈折の方向は、コリメーティングレンズ１０２ａの屈折の方向と反対であり、好ましくは、光導波路又はコア１０７ａを形成するために使用される同じ材料によって形成される。
【００５３】
導波路の出力側１０７は、導波路の入力側１０１に類似すると共に複数の光学層、同じ様式で三層構造１０７−ｊを形成すると共に複数の出力Ｏｊの一つの各々に対応する、いわゆるコア１０７ａ−ｊ及びクラッド層１０７ｂ−ｊで構築される。コア１０１ａ−ｉ及び１０７ａ−ｊは、好ましくは一様な間隔で、幅Ｗの方向に横方向に間隔を空けられる。各々のコア１０７ａ−ｊは、出力面１４１に対して垂直である。コア１０１ａ−ｉに伴ったように、コア１０７ａ−ｊの様々な一つは、光を、それがコアを通じて伝播するように、曲げるために、それらの長さに沿って異なる曲率を有することができる。
【００５４】
代替の実施形態は、角度βｉだけ光を偏向させると共に光を出力Ｏｊに集束させるために、集束部分１０６及び出力側の光導波路１０７内の又は集束部分１０６及び出力側の光導波路１０７に対する交換として、鏡、プリズム、又は他のレンズの配置の使用を含む。
【００５５】
第一に、入力側１３０の追加の詳細を、図３及び入力Ｉによって示された信号の伝播の方向を伴った入力側の偏向部分１０３−ｉの上面図である、図５を参照して議論することにする。図３に示すように、全ての入力信号Ｉは、平面の入力面１３１に沿って入力側１３０へ導入される。各々の入力信号Ｉｉは、線３０１によって示すように、入力面１３１に対して垂直なモジュール２００に入り、第一に、線３０３−ｉによって示すように固定の角度αｉを通じて偏向させられる。角度αｉは、限定された偏向の範囲を有する、対応する入力側の偏向部分１０３−ｉが、出力の任意の一つへ信号を偏向させることが可能であるように、変動する。図３に示すように、各々の光偏向素子１０３ｋは、電気光学特性を有する材料から作られるスラブ型の導波路１０３ｂ、導波路の一方の側に配置される上側の電極１０３ｋＵ、及び導波路１０３ｂの反対側に配置される下側の電極１０３ｋＬを含む。好ましくは、導波路１０３ｂは、偏向素子１０３ｋ及び偏向素子の間における間隔の各々に共通である。四つの光偏向素子１０３１から１０３４までは、第一及び第二の光偏向素子１０３１及び１０３２を含む第一のプリズムの対１０３ｐ１並びに第三及び第四の光偏向素子１０３３及び１０３４を含む第二のプリズムの対１０３ｐ２を含む二つの偏向素子の対１０３ｐに配置される。当技術において周知であるように、電気光学材料は、適切な電位の印加によって、光学特性を変化させ、このように、対向する電極１０３ｋＵ及び１０３ｋＬへの電圧の印加は、電極に近い導波路内の光学特性を変化させる。
【００５６】
本発明のある態様によれば、上側及び下側の電極１０３ｋＬ及び１０３ｋＵの対は、後述するように、異なる電極への異なる電圧の印加を可能とするために、導波路に沿って互いに離れてわずかに間隔を空けられる。代替の実施形態において、他のタイプの三角形又は他の多角形を含む、直角三角形より他の電極の形状を使用してもよい。加えて、電極の側を、それを通過する光線の集束又は可変の曲がりを生じさせるために、湾曲させることができる。
【００５７】
入力側１３０において伝播する光が、導波路１０３ｂにおいて制限されるので、導波路のコアは、電気光学特性を有するべきである。クラッディング層は、ＥＯ材料からのものである必要はない。従って、上部及び下部の電極を、コア層に直接か又はクラッディング層にかいずれかで、置くことができる。コア層に直接電極を置くことは、金属の吸収による光学損失に帰着し得る。しかしながら、コア層に直接に置くことは、要求される電場を生成させるために必要な印加電圧を減少させる。選択される特定の構成は、システムの設計の要求のみならず、偏向器の配列の構造、塊の材料又は薄い膜に依存することになる。
【００５８】
図５を参照して、上側の電極１０３ｋＵの各々一つ及び下側の電極１０３ｋＬの対向すると共に対応する一つは、適切な電圧の差で電圧を付加するとき、個々の光偏向素子１０３ｋの一つを形成する、電極の間におけるある体積の電気光学材料の導波路１０３ｂを定義する。偏向素子１０３ｋの個々の面を、面５１１、５１３、５１５、５１７、５２１、５２３、５２５、及び５２７として図５の上面図に示す。（また、面５１１、５１７、及び５２７を図３に示す。）面５１１から５２７までは、導波路１０３ｂの厚さを通じて広がり、対応する上側及び下側の電極の隣接する縁によって定義される。このように、例えば、図５は、上側の電極１０３１Ｕ及び下側の電極１０３１Ｌの縁によって定義される面５１１及び５１３の、上側の電極１０３２Ｕ及び下側の電極１０３２Ｌの縁によって定義される面５１５及び５１７の、上側の電極１０３３Ｕ及び下側の電極１０３３Ｌの縁によって定義される面５２１及び５２３の、並びに、上側の電極１０３４Ｕ及び下側の電極１０３４Ｌの縁によって定義される面５２５及び５２７の、上面の縁の図を図説する。素子１０３ｋのこの配置と共に、面５１３は、面５１５に隣接すると共に平行であり、面５１７は、面５１９に隣接すると共に平行でなく、面５２３は、面５２５に隣接すると共に平行であることに留意すること。
【００５９】
対向する電極１０３ｋＵ及び１０３ｋＬにわたる電圧の差の印加から結果として生じる、導波路１０３ｂを通じて伝播する光の屈折は、光の伝播経路に沿った屈折率の変化により、その経路は、次には、（面５１１、５１３、５１５、５１７、５２１、５２３、５２５、及び５２７におけるような）電極の縁に近い電気光学材料内の電場の形状に依存する。従来のプリズムにおいては、例えば、光が空気からガラスのプリズムへ通過するとき、屈折率の変化は、プリズムの面で急峻である。素子１０３ｋは、急勾配だが急峻でない屈折率の変化を有する面を備えたプリズムに近い。このように、対向する電力供給された電極の各々の面５１１、５１３、５１５、５１７、５２１、５２３、５２５、及び５２７にわたる屈折率の変化は、急勾配であり、従来のプリズムに近い素子に帰着する。
【００６０】
さらに、図５を参照して、光偏向素子１０３ｋの実施形態を図説する。電極１０３ｋＬ及び１０３ｋＵは、直角三角形の形状を有し、プリズム形状の素子１０３ｋに帰着する。図５の実施形態において、素子１０３１及び１０３３は、同じ大きさ及び形状を有し、素子１０３２及び１０３４は、同じ大きさ及び形状を有する。第一のプリズムの対１０３ｐ１の素子１０３１及び１０３２の相対的な位置は、第二のプリズムの対１０３ｐ２の素子１０３２及び１０３４の相対的な位置と同じである。プリズム１０３ｋの位置付けを、図５の数本の線を参照して、最も良く図説する。具体的には、線３０１は、入力Ｉと整列させられ、線３０３は、（図３に描くような曲線状の導波路１０１の偏向に対応する）角度αにあると共に面５１１に対する法線であり、線５２０は、角度δだけ線３０３から回転させられる面５２１に対する法線である。
【００６１】
このように、第一のプリズムの対１０３ｐ１及び第二のプリズムの対１０３ｐ２は、変位させられると共に、第一のプリズムの対の素子の間における面５１３及び５１５並びに第二のプリズムの対の素子の間における面５２３及び５２５であるプリズムの対として角度δだけ、傾斜させられるか又は回転させられる。回転の角度δは、回転の角度δｉによって示すように、チャネル間で変動してもよい。
【００６２】
コリメーティングレンズ１０２ａ及び偏向素子１０３ｋを通過した後、次に光は、共通の導波路１０４へ及び出力側１４０に向けられる。具体的には、図３に示すように、共通の導波路１０４は、クラッディング１０４ｂによって囲まれるコア１０４ａを含み、光は、コア１０４ａに向けられる。図４に示すように、出力側１４０は、電気光学特性を有する材料から作られるスラブ型の導波路１０５ｂから形成される、入力側の光偏向素子１０３ａに類似する光偏向素子１０５ａを含む。四つの光偏向素子１０５１から１０５４までは、二つの偏向素子の対、第一及び第二の光偏向素子１０５１及び１０５２を含む第一のプリズムの対１０５ｐ１並びに第三及び第四の光偏向素子１０５３及び１０５４を含む第二のプリズムの対１０５ｐ２に、配置される。
【００６３】
入力の光偏向素子１０３ｋに伴ったように、出力の光偏向素子１０５ｋは、適切な電位の印加によって光学特性を変化させる電気光学材料内の体積を含む。このように、対向する電極１０５ｋＵ及び１０５ｋＬへの電圧の印加は、電極に近い導波路内の光学特性を制御可能に変化させるために使用される。電極１０５ｋＬ及び１０５ｋＵの間隔及び位置付けは、及びこのように、プリズム形状の素子１０５ｋの形状は、好ましくは、入力の光偏向部分１０３の鏡像である。
【００６４】
［第一の実施形態の動作］
【００６５】
今、偏向部分の動作及び制御をより詳細に議論することにする。電気光学材料を活性化するために、（示してない）電位の制御可能な源を電極に結合させる。電極へ電位を印加するための適切な制御可能な源は、当業者には周知であり、さらに詳細に説明する必要はない。より具体的には、電圧の差ΔＶを、上側及び対応する下側の電極にわたって印加するとき、導波路１０３ｂの厚さを通じて（図５の平面へ）広がる、電場が、電極の間に成立させられる。主に、導波路１０３ｂの電気光学係数及び厚さ並びに印加された電圧の差により、導波路１０３ｂの屈折率は、ゼロの印加電圧の差におけるｎ０の値から、変更された屈折率のプリズムの体積内のｎ０＋Δｎの値まで、変更される。エネルギー供給された偏向素子の対応する電極の縁は、導波路を通過する光に対する屈折率において、おおよそ階段変化である。偏向素子１０３ｋにわたる電極に対する電圧の差の印加の結果として、屈折率の変化は、それに応じて光を偏向させる面５１１、５１３、５１５、５１７、５２１、５２３、５２５、及び５２７によって定義される平面にわたって成立させられる。同様に、偏向素子１０５ｋにわたる電圧の差の印加は、それらの素子を通じて光を偏向させる。
【００６６】
図６（Ａ）−６（Ｄ）は、電極の対への電圧の差を提供することによって達成してもよい、ある範囲の偏向を一般的に図説する図３の入力側の偏向器の上面図である。電気光学効果による屈折率の変化は、（図３に示す）結晶の光軸の位置付け、材料１０３ｂの電気光学係数の値、並びに電気光学材料にわたる電圧の差の符号及び大きさに依存する。目的とした実例のために、導波路１０３ｂの平面を、ｘｙ平面であるとして図３に示し、ここでｘは、光ビームの伝播の主たる方向である。ｚ方向は、導波路１０３ｂの厚さを含み、下側の電極から上側の電極まで（１０３ｋＬから１０３ｋＵまで）の正の方向を有する。電極間における電圧の差は、上側の電極の電圧から下側の電極の電圧を引いたもの（例えば、電極１０３１Ｕの電圧から電極１０３１Ｌの電圧を引いたもの）である。（例えば、電極１０３１Ｕ及び１０３１Ｌの間における）正の電圧の差は、結晶軸に対して反対方向にある光偏向素子（この例では、素子１０３）における負の電場に帰着し、このように、その素子の屈折率を増加させる。導波路１０３を通じた光ビームの偏向の方向及び大きさが、電場及び結晶軸の相対的な位置付け、電気光学定数の値、導波路の厚さ、並びに電場の大きさの関数であることは、理解される。
【００６７】
図６（Ａ）−６（Ｄ）は、電極間における異なる電場に対する、導波路１０３ｂを通じて伝わるビームにおける光偏向素子１０３ｋの効果を図説する。ここで使用するような用語“電圧の差”は、別に述べない限り、光偏向素子の上部の電極及び対応する底部の電極間の電圧における差にあてはまる。四つの光偏向素子１０３１から１０３４までの電極は、各々のプリズムの対１０３ｐ１から１０３ｐ２までの内で分類される。各々の光偏向素子１０３ｋに対する電圧の差は、図６においては、“０”、“＋Ｖ”、又は“−Ｖ”によって示される。各々のプリズムの対の第一及び第二の光偏向素子の電極には、等しい及び反対の電圧の差が提供されること、並びに各々のプリズムの対に提供される電圧の差が、別々に制御可能であることは、好適である。このように、正の電圧の差を、一つの偏向素子に印加するとき、負の電圧の差を、同じプリズムの対の他の偏向素子に印加する。
【００６８】
図６（Ａ）は、第一のプリズムの対１０３ｐ１の素子の電極へ電圧の差を提供すると共に第二のプリズムの対１０３ｐ２の素子の電極へ電圧の差を提供しないで、入力光線Ａｉｎを出力光線Ａｏｕｔに偏向させる効果を図説する。図６（Ａ）に示すように、マイナス及びプラスの電圧の差を、第一のプリズムの対１０３ｐ１の光偏向素子１０３１及び１０３２にわたって印加する。具体的には、光偏向素子１０３１の示した電圧の差−Ｖは、素子１０３１の上側の電極、電極１０３１Ｕの電圧と素子１０３１の下側の電極、電極１０３１Ｌの電圧との間におけるＶの負の電圧の差を表す。光偏向素子１０３２の＋Ｖの示した電圧の差は、素子１０３２の上側の電極、電極１０３２Ｕの電圧と素子１０３２の下側の電極、電極１０３２Ｌの電圧との間におけるＶの正の電圧の差を表す。この状態で、四つの光偏向素子の相対的な電圧の差を示すための表記“−／＋／０／０”によって示し、第一の上側の電極１０３１Ｕと第一の下側の電極１０３１Ｌとの間におけるプリズム１０３ｐ１における導波路１０３ｂの屈折率は、場Ｅの強度及び導波路１０３ｂの電気光学特性に従って、ｎからｎ−Δｎまで変化し、第二の上側の電極１０３２Ｕと第二の下側の電極１０３２Ｌとの間における導波路１０３ｂの屈折率は、ｎからｎ＋Δｎまで変化する。面５１１が、線３０３に対して垂直であること、及び、面５１３及び５１５が平行であることは、好適である。このように、光線Ａｉｎの伝達の方向を、光線Ａｏｕｔとして示すように、誘起された場Ｅの強度に従って電圧の差Ｖと共に増加する角度γだけ線３０３から離れて偏向させる。一般的に、γ＝γ（Ｖ）であり、Γは、最大の偏向γ（Ｖｍａｘ）であり、ここでＶｍａｘは、プリズムの対１０３ｐ１の電極に印加される最大の電圧の差である。
【００６９】
図６（Ｂ）は、第一のプリズムの対１０３ｐ１又は第二のプリズムの対１０３ｐ２のいずれかの任意の光偏向素子の電極へ電圧の差を提供しないで、入力光線Ｂｉｎが出力光線Ｂｏｕｔのように無偏向で通過することを引き起こす効果を図説する。この状態において、表記“０／０／０／０”によって示すように、プリズム１０３ｐ１及び１０３ｐ２における導波路１０３ｂの屈折率は、周囲の導波路の値から変化しないままであり、光は、無偏向で通過する。
【００７０】
図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に図説するものと反対である第一のプリズムの対１０３ｐ１の素子の電極へ電圧の差を提供すると共に第二のプリズムの対１０３ｐ２の素子の電極へ電圧の差を提供しないで、入力光線Ｃｉｎを出力光線Ｃｏｕｔへ偏向させる効果を図説する。この状態において、表記“＋／−／０／０”によって示すように、第一の上側の電極１０３１Ｕと第一の下側の電極１０３１Ｌとの間におけるプリズム１０３ｐ１における導波路１０３ｂの屈折率は、場Ｅの強度及び導波路１０３ｂの電気光学特性に従って、ｎからｎ＋Δｎまで変化し、第二の上側の電極１０３２Ｕと第二の下側の電極１０３２Ｌとの間における導波路１０３ｂの屈折率は、ｎからｎ−Δｎまで変化する。このように、光の伝達の方向を、図６（Ｃ）に示すように、電圧の差Ｖと共に増加する角度γだけ線３０３から離れて偏向させる。プリズムの対１０３ｐ１は、線３０３のまわりでほとんど対称であり、線３０３から離れて最大の負及び正の偏向に帰着する。図６（Ａ）の議論におけるように、γ＝γ（Ｖ）であり、このように、図６（Ｃ）に図説される電圧の印加に対する最大の偏向は、Γ＝−γ（Ｖｍａｘ）である。
【００７１】
このように、第一のプリズムの対１０３ｐ１の電極に対するプラス及びマイナスのＶの電圧の差の印加は、線３０３に対してプラス又はマイナスのγによって入力ビームを偏向させる。このように、最大の電圧の差を印加するとき、入射ビームを、プラス又はマイナスのΓによって偏向させる。−Γの角度を通じて第一のプリズムの対１０３ｐ１によって最初に偏向させられた光と共に、図６（Ｄ）に図説するように、その光をさらに偏向させるために、第二のプリズムの対１０３ｐ２を、使用してもよい。具体的には、プラス及びマイナスのＶｍａｘの電圧の差を、第一のプリズムの対１０３ｐ１の素子の電極に印加し、光を−Γの角度だけ偏向させる。電極１０３３Ｕ及び１０３３Ｌの対にわたる正の電圧の差＋Ｖ並びに電極１０３４Ｕ及び１０３４Ｌの対にわたる負の電圧の差−Ｖの印加は、図６（Ａ）−６（Ｃ）を参照して記載するように、第一のプリズムの対１０３ｐ１におけるような屈折率の変更に帰着する。この状態は、“＋／−／＋／−”と呼ばれる。このように、第二のプリズムの対１０３ｐ２は、電圧Ｖに従って、線３０３からさらに離れて光を偏向させる。前記したように、第一のプリズムの対１０３ｐ１及び第二のプリズムの対１０３ｐ２の光偏向素子は、それらプリズム対を変位させる及び角度δだけ回転させると共に、類似の大きさ及び形状を有する。好ましくは、−Γだけ線３０１から偏向させられる光が、面５２１に対して垂直であるように、−Γ＝γである。第二のプリズムの対１０３ｐ２は、−Γ−γの合計の角度まで光をさらに偏向させる。Ｖ＝Ｖｍａｘであるとき、第一及び第二のプリズムの対によって偏向させられる合計の角度は、−２Γである。好適な実施形態において、角度δが角度−Γと同じである場合に、光を、＋δと−δとの間で制御可能に偏向させることができる。また、Ｖｍａｘが各々のチャネルに対して同じであること、及び各々のチャネルが、δｉの異なる角度δを有することもあることも好適である。
【００７２】
本発明の光スイッチングデバイスの好適な実施形態において、素子１０３ｋの電極へ電圧を印加するための制御器がある。一つの実施形態において、各々の素子１０３ｋの一つの電極は、電気的な接地にあり、電圧は、他の電極へ印加される。（図面に示してない）マイクロプロセッサーであってもよい制御器は、適切に制御された電圧の印加を可能とする導電路を通じて光偏向素子の電極の各々に結合させられる。電圧の差の印加が意味するものは、一つ以上の電極の接地を含む、電極への電圧の個々の印加、又は電極への電圧の差の直接的な印加であることは、理解されることである。加えて、電圧を、素子１０３ｋに個々に印加してもよいか、又は素子の電極間における電気的な接続によって一度に一つより多い素子へ印加することができる。
【００７３】
このように、入力側１３０における入力Ｉの各々の偏向は、各々のチャネルに対して異なると共に制御可能である。具体的には、入力Ｉｉは、最初に、導波路１０１−ｉにおいて角度αｉだけ偏向させられ、次に、偏向部分１０３−ｉにおいて＋δｉ及び−２δｉの値の間で制御可能に可変である角度γｉだけ偏向させられる。導波路１０３ｂと同じ屈折率を有する導波路１０４に対して、このように、入力Ｉｉは、角度αｉ＋γｉによって偏向させられる。特に、任意の入力から任意の出力までの偏向は、角度θｉｊを通じてある。このように、任意の特定の入力ｉに対する範囲θｉｊが、例えばθｉ１＝αｉ＋δｉからθｉｓ＝αｉ−２δｉまでの範囲にわたることによって、＋δｉ及び−２δｉまでの制御可能な偏向の範囲として角度θｉｊの範囲にわたることは、好適である。一つの実施形態において、第一のプリズムの対１０３ｐ１の素子の電極への電圧の差を変動させることは、出力チャネルのおおよそ三分の二の適用範囲を提供し、第一のプリズムの対に印加する最大の電圧では、第二のプリズムの対１０３ｐ２の素子の電極への電圧の差を変動させることは、出力チャネルの残りの三分の一に対する適用範囲を提供する。
【００７４】
出力Ｏｊを受ける出力側１４０の偏向素子の動作は、入力の偏向の反対の方向に偏向を生じさせるために、入力Ｉｉの入力側１３０の偏向素子の動作を反映する。図６（Ｅ）−６（Ｈ）は、次の電圧の差、−／＋／０／０（図６（Ｅ））、０／０／０／０（図６（Ｆ））、＋／−／０／０（図６（Ｇ））、及び＋／−／＋／−（図６（Ｈ））を有する第一の素子１０５１、第二の素子１０５２、第三の素子１０５３、及び第四の素子１０５４の電極を備えた、本発明の偏向器のある範囲の偏向を一般的に図説する図４の出力側の偏向器の上面図である。これらの電圧の差に従う偏向は、入力側１３０のものと同様であり、ここでは繰り返されない。出力側１４０に接近する光線（光線Ａｉｎ、Ｂｉｎ、Ｃｉｎ、又はＤｉｎ）は、素子１０５ｋによって、スイッチ２００の出力に向けられる。
【００７５】
［第二の入力及び出力側の実施形態］
【００７６】
本発明の光スイッチモジュールの入力側８３０及び出力側９４０の第二の実施形態を、図７、８、９、及び１０に示す。図７は、光スイッチを通じた光の伝播の方向を示す光線Ｒと一緒のプリズム７０３ｐの上面図であり、図８は、入力チャネルｉ（入力側８０３−ｉ）を通じた偏向の範囲を図説する。図９は、モジュール８００を通じた光の伝播の方向を示す光線Ｒと一緒のプリズム９０３ｐの上面図であり、図１０は、出力チャネルｊ（出力側９４０−ｊ）を通じた偏向の範囲を図説する。入力側の偏向部分８０３、入力側の光導波路部分１０１、及び入力側のコリメーティング部分１０２を有するような入力側８３０を示す。出力側の偏向部分９０５、出力側の集束部分１０６、及び出力側の導波路部分１０７を有するような出力側９４０を示す。図説する実施形態において、光スイッチは、６４個の入力チャネルｉ及び６４個の出力チャネルｊを有する。
【００７７】
第一の実施形態の入力及び出力側並びに第二の実施形態のそれらの間における主要な差は、プリズムの形状である。このように、プリズム７０３ｐの形状は、プリズム１０３ｐのものと異なり、プリズム９０５ｐの形状は、プリズム１０５ｐのものと異なる。このように、入力側８３０及び出力側９４０のプリズム及び他の構成部品の位置付けは、入力Ｉと出力Ｏとの間における適用範囲を提供するために、わずかに異なってもよい。それぞれの電極に対する電圧の差による入力側８３０及び出力側９４０の動作は、入力側１３０及び出力側１４０の動作と同じである。
【００７８】
プリズム７０３ｐ及び９０５ｐは、各々、異なる入力及び出力部分（７０３−ｉ、９０５−ｊ）を形成するために回転させられる基礎となるプリズムの単位を形成する四つのプリズム（それぞれ、７０３ｋ及び９０５ｋ、ここでｋは、四つのプリズムの一つに対応して１から４までの範囲にわたる）を含む。この実施形態においては、プリズム７０３ｐの及びプリズム９０５ｐの全ての隣接する側は、光の望まれない回折を最小にするために、平行である。
【００７９】
図７を参照して、プリズム７０３ｐは、導波路１０３ｂ内に各々形成される偏向プリズムの二つの対、第一の偏向プリズム７０３１及び第二の偏向プリズム７０３２を含む第一のプリズムの対７０３ｐ１並びに第三の偏向プリズム７０３３及び第四の偏向プリズム７０３４を含む第二のプリズムの対７０３ｐ２を含む。入力の偏向部分１０３におけるように、各々のプリズム７０３ｋは、図３におけるような、ＥＯ材料によって分離される上側の電極７０３ｋＵ及び隣接すると共に対応する下側の電極７０３ｋＬを含む一対の電極によって定義される。下側の電極７０３ｋＬの図は、上側の電極７０３ｋＵによって阻害され、このように図７又は８においては見えない。
【００８０】
また、面７１１、７１３、７１５、７１７、７２１、７２３、７２５、７２７として示す偏向素子７０３ｋの個々の面を図７に示す。面７１１から７２７までは、ある厚さの導波路１０３ｂを示し、上側及び対応する下側の電極の縁によって定義される。前記したように、隣接するプリズムの隣接する面は、平行である、具体的には、面７１３は、面７１５に対して平行であり、面７１７は、面７２１に対して平行であり、面７２３は、面７２５に対して平行である。様々な面の間における回転の関係は、第一のプリズムの対７０３ｐ１（面７１１）の入力に垂直な線７１０及び第二のプリズムの対７０３ｐ２（面７２１）の入力に垂直な線７２０への参照によってわかる。線７１０及び７２０が、以下で議論するようなプリズムの対７０３ｐ１の最大偏向角である角度Γを満たすことは、好適である。このように、表面７１３及び７１５は、表面７２３及び７２５に対して平行であると共に傾斜させられ、表面７１７及び７２１は、平行である。隣接する表面の平行な配置は、プリズムの間における光の回折を最小にする。
【００８１】
図６を参照して先に議論したように、各々のプリズムの対の第一及び第二の光偏向プリズムの電極に、Ｖ＝−ＶｍａｘからＶ＝＋Ｖｍａｘの範囲にわたる、等しいと共に反対の電圧の差を提供すること、並びに、各々のプリズムの対へ提供される電圧の差が、別々に制御可能であることは、好適である。このように、プリズム７０３１にわたる電圧の差は、プリズム７０３２にわたる電圧の差に等しいと共に反対であり、プリズム７０３３にわたる電圧の差は、プリズム７０３４にわたる電圧の差に等しいと共に反対であり、プリズムの対７０３ｐ１又は７０３ｐ２を通じた最大偏向角は、Γである。図８に図説する表記−／＋／０／０、＋／−／０／０、及び＋／−／＋／−並びに光の偏向は、図６を参照して議論したような素子１０３ｋにわたる電圧の差の印加に類似するプリズム７０３ｋの対における電圧の差の印加に基づく偏向に対応する。
【００８２】
各々の入力側の偏向部分８０３−ｉは、プリズム７０３ｐが、入力ｉを任意の要求される出力ｊへ偏向させるために、ある範囲の角度θｉ−ｊにわたって入力Ｉｉから光を偏向させることできるように、入力Ｉｉから角度αｉだけ回転させられるプリズム７０３ｐの配置を含む。入力側８３０は、入力Ｉｉを受光し、入力Ｉｉの方向から角度θｉ−ｊで光線Ｒｉ−ｊに沿って出力ｊに向かって光を制御可能に偏向させる。例として、入力側８３０の動作に従って三分の一に向けられている出力（１から１９まで、２０から４２まで、及び４３から６４までの出力ｊ）の光線を示す。角度θｉ−１で出力チャネル１へ向けられる上側の光線Ｒｉ−１、角度θｉ−１９で出力チャネル１９に向けられる中間の光線Ｒｉ−１９、角度θｉ−４２で出力チャネル４２に向けられる別の中間の光線Ｒｉ−４２、及び角度θｉ−６４で出力チャネル６４へ向けられる下側の光線Ｒｉ−６４のような、数本の光線Ｒｉ−ｊの例を図８に示す。
【００８３】
入力ｉに対する偏向の範囲を、光線Ｒｉ−１及びＲｉ−６４によって境界付けられる斜交平行の範囲として図８に示す。光偏向部分８３０における偏向に加えて、光は、導波路１３０ｂから導波路１０４までの屈折率における増加により導波路の入力１３５でさらに偏向させられることに留意すること。
【００８４】
図８を参照して、入力Ｉｉの偏向は、チャネルｉにおける入力を、ｊ番目の出力チャネルの選択された一つまで偏向させる。当業者には明らかであろうが、共通の導波路１０４を通じた角度θｉ−１は、スイッチングモジュールの全体的な幾何学的配置及び導波路の光学特性に依存する。それら角度を、光線追跡の手順を使用して計算することができる。好適な実施形態において、三つの電圧の構想、すなわち、−／＋／０／０、＋／−／０／０、及び＋／−／＋／−を使用する。これらの各々は、おおよそ等しい偏向の範囲を提供し、従って、これらの構想の各々に従う電圧が、入力を出力チャネルの上側、中央、及び下側の三分の一へ向けることは、好適である。このように、好ましくは、（プリズム７０３１にわたる電圧の差の大きさが最小（−Ｖｍａｘ）であると共にプリズム７０３２にわたる電圧の差の大きさが最大（＋Ｖｍａｘ）であるときの）光線Ｒｉ−１から、ゼロの電圧の差をプリズムの対７０３ｐ１へ印加するときの光線Ｒｉ−１９までの間で、光を偏向させるために、−／＋／０／０のような第一のプリズムの対７０３ｐ１のみへの電圧の差の印加を使用する。プリズム７０３１にわたる電圧の差が、最大（＋Ｖｍａｘ）であると共にプリズム７０３２にわたる電圧の差が、最小（−Ｖｍａｘ）であるとき、＋／−／０／０のように印加する電圧の差を逆にすることは、それら光線を、光線Ｒｉ−４２へさらに偏向させる。プリズム７０３１にわたって＋Ｖｍａｘに及びプリズム７０３２にわたって−Ｖｍａｘに維持されるプリズムの対７０３ｐ１にわたる電圧の差と共に、光を光線Ｒｉ−６４に向かってさらに制御可能に偏向させるために、第二のプリズムの対７０３ｐ２にわたる電圧の差を、プリズム７０３３にわたる電圧の差が＋Ｖｍａｘであると共にプリズム７０３４にわたる電圧の差が−Ｖｍａｘであるときに起こる＋／−／＋／−のように、増加させることができる。
【００８５】
角度Γは、プリズムの対７０３ｐ１及び７０３ｐ２の間における望まれない偏向を減少させるために、選択される。具体的には、光偏向部分８０３は、第一のプリズムの対７０３ｐ１を通じてか、又は両方のプリズムの対７０２ｐの組み合わせられた偏向によってかのいずれかで、偏向させる。加えて、第二のプリズムの対７０３ｐ２は、第一のプリズムの対７０３ｐ１が最大の偏向にある（線７２０の方向において角度Γだけ入射光線を偏向させる）ときのみ、偏向させる。面７１７及び７２１に対する法線もまた、面７１１に対する法線から角度Γだけ角度付けられるので、光は、面７１７及び７２１に対して垂直に入射する。
【００８６】
出力プリズム９０３ｐは、入力プリズム７０３ｐの構築及び動作の両方において鏡像である。また、面９１１、９１３、９１５、９１７、９２１、９２３、９２５、９２７として偏向素子９０５ｋの個々の面を、並びに第一のプリズムの対９０５ｐ１（面９１１）の入力に対して垂直な線９１０及び第二のプリズムの対９０５ｐ２（面９２１）の入力に対して垂直な線９２０図９に示す。線９１０及び９２０が、プリズムの対９０５ｐ１の最大偏向角である、角度Γを満たすことは、好適である。
【００８７】
出力側の光導波路部分１０７及び出力側の集束部分１０６を含む、出力側９４０の好適な出力の偏向部分９０５を、図９及び１０参照して図説する。入力側１３０から出力側１４０までの光の進行の方向を示す光線Ｒと一緒に、図９は、出力の偏向部分に関する基本的なプリズムの配置を図説し、図１０は、入力の偏向部分９０３−ｉとしての一つの出力の偏向部分９０３の概略図である。図１０に示すように、出力側９３０は、入力Ｉｉの方向から角度θｉ−ｊで光線Ｒｉ−ｊを受光し、出力ｊに向かって光を制御可能に偏向させる。角度θ１−ｊで入力チャネル１から向けられる上側の光線Ｒ１−ｊ、角度θ１９−ｊで入力チャネル１９から向けられる中間の光線Ｒ１９−ｊ、角度θ４２−ｊで入力チャネル４２から向けられる中間の光線Ｒ４２−ｊ、及び角度θ６４−ｊで入力チャネル６４から向けられる下側の光線Ｒ６４−ｊのような数本の光線Ｒｉ−ｊの例を図１０に示す。
【００８８】
プリズムの対９０５ｐ１及び９０５ｐ２を通じた偏向は、プリズム１０５ｐと同じ様式で制御される。具体的には、各々の出力側の偏向部分９０５−ｉは、プリズム９０５ｐが、任意の入力Ｉｉから出力Ｏｊに向かって光を制御可能に偏向させることができるように、出力Ｏｊから角度βｊによって回転させられるプリズム９０５ｐの配置を含む。偏向の範囲を、光線Ｒ１−ｊ及びＲ６４−ｊによって境界付けられる斜交平行の範囲として図１０に示す。各々のプリズムの対のプリズムには、等しい及び反対の電圧の差が提供される。
【００８９】
このように、−／＋／０／０のような第一のプリズムの対９０５ｐ１のみへの電圧の差の印加は、（プリズム９０５１にわたる電圧の差の大きさが最小（−Ｖｍａｘ）であると共にプリズム９０５３にわたる電圧の差の大きさが最大（＋Ｖｍａｘ）であるときの）光線Ｒ１−ｊから、ゼロの電圧の差をプリズムの対９０５ｐ１へ印加するときの光線Ｒ１９−ｊまでの間で、光を偏向させる。プリズム９０５１にわたる電圧の差が、最大（＋Ｖｍａｘ）であると共にプリズム９０５２にわたる電圧の差が、最小（−Ｖｍａｘ）であるとき、＋／−／０／０のように印加される電圧の差を逆にすることは、それら光線を、光線Ｒ４２−ｊへさらに偏向させる。プリズム９０５１にわたって＋Ｖｍａｘに及びプリズム９０５２にわたって−Ｖｍａｘに維持されるプリズムの対９０５ｐ１にわたる電圧の差と共に、光を光線Ｒ６４−ｊに向かってさらに制御可能に偏向させるために、第二のプリズムの対９０５ｐ２にわたる電圧の差を、プリズム９０５３にわたる電圧の差が＋Ｖｍａｘであると共にプリズム９０５４にわたる電圧の差が−Ｖｍａｘであるときに起こる＋／−／＋／−のように、増加させることができる。
【００９０】
光スイッチングモジュールの例を図１１から１３までを参照して図説する。一つの実施形態において、スイッチは、６４個のチャネルを含む交差接続のスイッチである。入力Ｉｉ及びＯｊのピッチＰは、３２ｍｍの幅Ｗに対して０．５ｍｍであり、共通の導波路１０４の長さＬ（ＷＧ）は、８４．４７ｍｍであり、入力側８３０及び出力側９３０の長さは、Ｌ（ＩＮ）＝Ｌ（ＯＵＴ）＝２．０ｍｍである。導波路１０３ｂ及び１０５ｂは、２．４の屈折率を伴ったＰＬＺＴであり、電気光学効果による偏向部分８０３及び９０５内の屈折率における最大の変化は、１０Ｖ／マイクロメートルの電位と対応する電圧の差に関して０．０４であり、導波路１０４の屈折率は、１．５４である。プリズム７０３ｐの詳細を、長さの尺度と一緒に図１２に示し、ここで角度Γは、１．６５度である。プリズム９０５ｐは、入力と出力との間の線についてプリズム７０３ｐの鏡像である。
【００９１】
各々の入力側８３０−ｉは、前述したように−／＋／０／０、＋／−／０／０、＋／−／＋／−の制御の構想を使用して出力側の一つへ信号を向け、ここで−／＋／０／０は、チャネル１−１９に対する適用範囲を提供し、＋／−／０／０は、チャネル２０−４２に対する適用範囲を提供し、＋／−／＋／−は、チャネル４３−６４に対する適用範囲を提供する。図１３に示すように、プリズム７０３ｐに要求される傾斜の量βｉは、チャネル数に線形に変動する。チャネル１からチャネル６４までの傾斜の非対称的な変動は、−／＋／０／０に関しては＋Γからゼロ度の偏向角、＋／−／０／０に関してはゼロ度から−Γまでの偏向角、及び＋／−／＋／−に関しては−Γから−２Γまでの偏向角での、プリズム７０３ｐによる光の非対称的な偏向の結果である。
【００９２】
先の実施形態は、各々のチャネルに対して同じ形状を有するプリズム７０３ｐを使用する。代替の実施形態において、プリズム７０３ｐを含む個々の偏向素子は、出力チャネルのより対称的な適用範囲を提供するために、チャネル間で傾斜させられる。このように、例えば、スイッチの一方の側におけるチャネル（チャネル１）のプリズム７０３ｐは、スイッチングモジュールの中心線について、スイッチの反対側におけるチャネル（チャネル６４）のプリズムの鏡像である。別の代替の実施形態において、プリズム７０３ｐを含む個々の偏向素子は、チャネル間で傾斜させられ、個々の偏向素子の形状は、平行な隣接する表面を維持するために、調節される。
【００９３】
このように、本発明は、光の制御可能な偏向を提供する傾斜させられた配置を有する偏向器を含む。上述した実施形態は、本発明の実例であり、本発明の範囲を、記載した特定の実施形態に限定することは意図してない。よって、本発明の一つ以上の実施形態を図説すると共に記載してきた一方で、それに、様々な変化を、その主旨又は必須の特徴を逸脱することなくなすことができることは、認識されると思われる。例えば、本発明が、基板を形成するためにシリコンの使用を記載する一方で、ガラス又はセラミックを含む他の材料を使用してもよい。加えて、光偏向素子は、ここに記載したような電気光学材料を使用して生産される、当技術において公知であるような、光を偏向させるための他の幾何学的配置を有することができる。本発明の光偏向素子を含む光スイッチングモジュールは、入力チャネルのいくつか若しくは全てに、又は出力チャネルに全く無く若しくは出力チャネルの全てに、このような素子を含むことができる。よって、ここにおける開示及び記載は、実例であり、請求項で述べられる本発明の範囲を限定しないことが意図されている。
【００９４】
（付記１）  光線の方向を転換する光偏向デバイスであって、
偏向素子の第一の対及び偏向素子の第二の対を含む複数の偏向素子を含み、
各々の偏向素子は、電気光学材料を含むと共に、前記電気光学材料の反対側における類似の形状の二つの電極によって、前記電極に電圧の差を印加することによって前記電気光学材料の屈折率が制御可能に調節可能であるように定義され、
前記偏向素子の第一の対及び前記偏向素子の第二の対は、傾斜した関係にある光偏向デバイス。
【００９５】
（付記２）  前記偏向素子の第一の対の隣接する表面は、平坦であると共に平行であり、前記偏向素子の第二の対の隣接する表面は、平坦な表面及び平行である付記１に記載の光偏向デバイス。
【００９６】
（付記３）  前記偏向素子の第一の対及び前記偏向素子の第二の対の間における隣接する表面は、平坦であると共に平行である付記２に記載の光偏向デバイス。
【００９７】
（付記４）  前記電極は、三角形である付記１に記載の光偏向デバイス。
【００９８】
（付記５）  各々の電極の縁は、直線である付記１に記載の光偏向デバイス。
【００９９】
（付記６）  少なくとも一つの電極の少なくとも一つの縁は、曲線状である付記１に記載の光偏向デバイス。
【０１００】
（付記７）  前記電気光学材料は、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、又はＬＮである付記１に記載の光偏向デバイス。
【０１０１】
（付記８）  前記偏向素子の第一の対と前記偏向素子の第二の対は、同じ形状を有する付記１に記載の光偏向デバイス。
【０１０２】
（付記９）  前記偏向素子の第一の対及び前記偏向素子の第二の対の間における隣接する表面は、平坦であると共に平行であり、
前記偏向素子の第一の対及び前記偏向素子の第二の対は、同じ形状を有する付記２に記載の光偏向デバイス。
【０１０３】
（付記１０）  各々が光入力を受光するように適合した一つ以上の入力チャネルを有する入力側、
各々が光出力を出すように適合した複数の出力チャネルを有する出力側、並びに
前記入力側及び前記出力側の間に配置される共通の導波路
を含み、
少なくとも一つの入力チャネルは、傾斜した関係で偏向素子の第一の対及び偏向素子の第二の対を含む複数の偏向素子を含む光スイッチングモジュール。
【０１０４】
（付記１１）  各々の偏向素子は、電気光学材料を含むと共に、前記電気光学材料の反対側における類似の形状の二つの電極によって、前記電極に電圧の差を印加することによって前記電気光学材料の屈折率が制御可能に調節可能であるように、定義される付記１０に記載の光スイッチングモジュール。
【０１０５】
（付記１２）  前記偏向素子の第一の対の隣接する表面は、平坦であると共に平行であり、前記偏向素子の第二の対の隣接する表面は、平坦な表面及び平行である付記１０に記載の光スイッチングモジュール。
【０１０６】
（付記１３）  前記偏向素子の第一の対及び前記偏向素子の第二の対の間における隣接する表面は、平坦であると共に平行である付記１２に記載の光スイッチングモジュール。
【０１０７】
（付記１４）  前記電極は、三角形である付記１１に記載の光スイッチングモジュール。
【０１０８】
（付記１５）  各々の電極の縁は、直線である付記１１に記載の光スイッチングモジュール。
【０１０９】
（付記１６）  少なくとも一つの電極の少なくとも一つの縁は、曲線状である付記１１に記載の光スイッチングモジュール。
【０１１０】
（付記１７）  前記電気光学材料は、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、又はＬＮである付記１０に記載の光スイッチングモジュール。
【０１１１】
（付記１８）  前記偏向素子の第一の対と前記偏向素子の第二の対は、同じ形状を有する付記１０に記載の光スイッチングモジュール。
【０１１２】
（付記１９）  前記偏向素子の第一の対及び前記偏向素子の第二の対の間における隣接する表面は、平坦であると共に平行であり、
前記偏向素子の第一の対及び前記偏向素子の第二の対は、同じ形状を有する付記１２に記載の光スイッチングモジュール。
【０１１３】
（付記２０）  前記共通の導波路の屈折率は、前記入力側の屈折率及び前記出力側の屈折率未満である付記１０に記載の光スイッチングモジュール。
【０１１４】
（付記２１）  各々が光入力を受光するように適合した一つ以上の入力チャネルを備えた入力側、各々が光出力を出すように適合した複数の出力チャネルを備えた出力側、並びに前記入力側及び前記出力側の間に配置される共通の導波路を有する光スイッチングモジュールにおいて光ビームを偏向させる方法であって、
少なくとも一つの入力チャネルは、傾斜した関係で偏向素子の第一の対及び偏向素子の第二の対を含む複数の偏向素子を含み、
当該方法は、前記偏向素子の第一の対及び前記偏向素子の第二の対へ異なる電圧を印加することによって、選択された入力チャネルから選択された出力チャネルまで前記入力側で光ビームの偏向を制御することを含む方法。
【０１１５】
（付記２２）  前記制御することは、前記偏向素子の第一の対へ電圧を印加して、前記複数の光チャネルのおおよそ三分の二の一つへ、選択された入力を偏向させることをさらに含む付記２１に記載の方法。
【０１１６】
（付記２３）  前記制御することは、前記偏向素子の第一の対へ及び前記偏向素子の第二の対へ電圧を印加して、前記複数の光チャネルのおおよそ三分の一の一つへ、選択された入力を偏向させることをさらに含む付記２２に記載の方法。
【０１１７】
（付記２４）  少なくとも一つの出力チャネルは、傾斜した関係で偏向素子の第三の対及び偏向素子の第四の対を含む複数の偏向素子を含み、
当該方法は、前記偏向素子の第三の対及び前記偏向素子の第四の対へ異なる電圧を印加することによって、選択された入力チャネルから選択された出力チャネルまで前記出力側で光ビームの偏向を制御することをさらに含む付記２１に記載の方法。
【０１１８】
（付記２５）  前記出力側で偏向を制御することは、前記偏向素子の第三の対へ電圧を印加して、前記複数の光チャネルのおおよそ三分の二の一つへ、選択された入力を偏向させることをさらに含む付記２４に記載の方法。
【０１１９】
（付記２６）  前記出力側で偏向を制御することは、前記偏向素子の第三の対へ及び前記偏向素子の第四の対へ電圧を印加して、前記複数の光チャネルのおおよそ三分の一の一つへ、選択された入力を偏向させることをさらに含む付記２５に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の光スイッチングモジュールの一般的な実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の光スイッチングモジュールの第一の実施形態の概略の上面図である。
【図３】図２の光スイッチモジュールの入力側のチャネルの透視上面図である。
【図４】図２の光スイッチモジュールの出力側のチャネルの透視上面図である。
【図５】図２の光スイッチモジュールの入力側の偏向器の上面図である。
【図６】（Ａ）−（Ｄ）は、一般に、次の電圧の差、−／＋／０／０（Ａ）、０／０／０／０（Ｂ）、＋／−／０／０（Ｃ）、及び＋／−／＋／−（Ｄ）を有する第一、第二、第三、及び第四の電極を備えた、本発明の偏向器によって引き起こされたある範囲の偏向を図説する図３の入力側の偏向器の上面図であり、（Ｅ）−（Ｈ）は、一般に、次の電圧の差、−／＋／０／０（Ｅ）、０／０／０／０（Ｆ）、＋／−／０／０（Ｇ）、及び＋／−／＋／−（Ｈ）を有する第一、第二、第三、及び第四の電極を備えた、本発明の偏向器によって引き起こされたある範囲の偏向を図説する図４の出力側の偏向器の上面図である。
【図７】第二の入力側の偏向器の実施形態の上面図である。
【図８】図７の入力側の偏向器によって引き起こされた光の偏向の範囲を図説する上面図である。
【図９】第二の出力側の偏向器の実施形態の上面図である。
【図１０】図９の出力側の偏向器によって引き起こされた光の偏向の範囲を図説する上面図である。
【図１１】例１のスイッチングモジュールの概略である。
【図１２】例１のプリズムの概略である。
【図１３】例１のプリズムのチャネル間の傾斜のグラフである。
【符号の説明】
【０１２１】
１００、８００    光スイッチモジュール
１０１    入力側の光導波路部分
１０２    入力側のコリメーティング部分
１０３、８０３    入力側の偏向部分
１０４    共通の導波路
１０５    出力側の偏向部分
１０６    集束部分
１０７    出力側の光導波路部分
１３０、８３０    入力側
１３１    入力面
１３３    入力の導波路の縁
１３５    導波路の入力
１４０、９４０    出力側
１４１    出力面
１４３    出力の導波路の縁
１４５    導波路の出力
３０１、３０３、４０１、４０３、５２０、７１０、７２０、９１０、９２０    線
５１１、５１３、５１５、５１７、５２１、５２３、５２５、５２７、７１１、７１３、７１５、７１７、７２１、７２３、７２５、７２７、９１１、９１３、９１５、９１７、９２１、９２３、９２５、９２７    面
７０３、９０５    プリズム
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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