(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチステージ光学スイッチであって、それぞれのステージが、入力ポートのアレイと出力ポートのアレイとを有する複数のスイッチングユニットを含み、それぞれのアレイの前記入力ポート及びそれぞれのアレイの前記出力ポートが、最低から最高までのランキングを有し、それぞれのスイッチングユニットが、前記入力ポートを前記出力ポートに選択的に接続する光学的なスイッチング領域の配列を含み、前記スイッチング領域は、光信号が前記それぞれのスイッチングユニット内を横断するスイッチング領域の数が、前記光信号が伝えられる特定の入力ポート及び出力ポートの前記ランキングに依存するように配列されており、前記数が前記特定の入力ポート及び出力ポートの前記ランキングの増加に対応して増加する、マルチステージ光学スイッチにおいて、
前記スイッチングユニットの第１ステージと、
前記スイッチングユニットの第２ステージとを含み、
前記第２ステージの前記スイッチングユニットの高ランキングの入力ポートが、前記第１ステージの前記スイッチングユニットの低ランキングの出力ポートに光学的に接続され、これによって、光信号が前記第１ステージにおいて入力され、且つ前記第２ステージにおいて出力される際に、光信号が伝えられる前記スイッチング領域の前記数の和において少なくとも幾分かの均等化が達成される、マルチステージ光学スイッチ。
【請求項２】
前記スイッチングユニットの第３ステージを更に含み、前記第３ステージの高ランキングの入力ポートが、前記第２ステージの低ランキングの出力ポートに光学的に接続される、請求項１に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項３】
前記第３ステージの前記入力ポートと記第２ステージの出力ポートとの光学的な接続が、前記第２ステージの入力ポートの前記第１ステージの出力ポートに対する光学的な接続の配列を逆にしたものである、請求項２に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項４】
それぞれの前記スイッチング領域が、透過状態及び反射状態を有し、特定のスイッチングユニットの入力ポート及び出力ポートの前記光学的な接続が、前記スイッチング領域の透過状態及び反射状態に依存する、請求項１、請求項２又は請求項３に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項５】
前記第１ステージのそれぞれの前記スイッチングユニットが、０乃至Ｍ−１のランキングを有するＭ個の出力ポートを有し、前記第２ステージのそれぞれの前記スイッチングユニットが、０乃至Ｐ−１のランキングを有するＰ個の入力ポートを有し、０乃至Ｍ−１のランキングを有する入力ポートが、Ｐ−１乃至０のランキングを有する出力ポートにそれぞれ接続されるように、前記第１ステージのそれぞれの前記スイッチングユニットの前記出力ポートが、反対のランキングの前記第２ステージの入力ポートに接続される、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項６】
前記第１ステージが、Ｐ個のスイッチングユニットを有し、前記第１ステージのそれぞれのスイッチングユニットが、光学的な前記入力ポート及び出力ポートを介して前記第２ステージのそれぞれのスイッチングユニットに光学的に接続される、請求項５に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項７】
前記第１ステージのそれぞれの前記スイッチングユニットが、前記第２ステージの前記スイッチングユニットのうち第１の特定のスイッチングユニットのＰ−１入力ポートに接続された０出力ポートと、前記第２ステージの前記スイッチングユニットのうち第２の特定のスイッチングユニットの０入力ポートに接続されたＭ−１出力ポートとを有し、前記第１ステージの前記それぞれのスイッチングユニットの１個の出力ポートのみが、前記第２ステージの前記スイッチングユニットのいずれかの前記入力ポートに光学的に接続される、請求項６に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項８】
前記スイッチング領域が光学的なクロスポイントであり、光信号の伝播に対する透過率が、個々の光学的なクロスポイント内での屈折率整合液の有無の関数であり、前記光学的なクロスポイントが、前記液の屈折率にほぼ整合する屈折率を有する導波路の交差部分に位置している、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項９】
前記導波路、及び前記スイッチングユニットのそれぞれの光学的なクロスポイントは、前記入力ポートのうち選択された入力ポートを前記出力ポートのうち選択された出力ポートに光学的に接続するために横断させられる光学的なクロスポイントの数が、前記入力ポート及び出力ポートのうち前記選択された入力ポート及び出力ポートの前記ランキングの和に直接的に依存するように、配列されている、請求項８に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項１０】
入力ポートが前記ランキングに依存する順番で前記第２ステージの出力ポートに光学的に接続される、前記スイッチングユニットの第３ステージを更に含む、請求項９に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項１１】
マルチステージ光学スイッチであって、
導波路の光学的なクロスポイントにおいて光学的特性を操作することにより、選択的に接続される入力及び出力を有する第１ステージの複数のスイッチであって、前記入力及び出力は、より低い順番の入力が任意の出力に接続するために前記光学的なクロスポイントのより少ない数の横断を必要とし、且つより低い順番の出力が任意の入力に接続するために前記光学的なクロスポイントのより少ない数の横断を必要とするように、前記導波路に対して配列されて順序づけられている、第１ステージの複数のスイッチと、
前記第１ステージのスイッチに構造的及び動作的類似性を有する第２ステージの複数のスイッチであって、前記第２ステージのスイッチは、前記第１ステージのスイッチの前記低い順番の出力が前記第２ステージのスイッチの高い順番の入力に接続され、且つ前記第１ステージのスイッチの高い順番の出力が前記第２ステージのスイッチの低い順番の入力に接続されるように、反対の順番で前記第１ステージのスイッチの前記出力に光学的に接続された入力を有する、第２ステージの複数のスイッチと、
前記第２ステージのスイッチに構造的及び動作的類似性を有する第３ステージの複数のスイッチであって、前記第３ステージのスイッチは、前記第２ステージのスイッチの低い順番の出力が前記第３ステージのスイッチの高い順番の入力に接続され、且つ前記第２ステージのスイッチの高い順番の出力が前記第３ステージのスイッチの低い順番の入力に接続されるように、反対の順番で前記第２ステージのスイッチの出力に光学的に接続された入力を有する、第３ステージの複数のスイッチとを含む、マルチステージ光学スイッチ。
【請求項１２】
前記第２ステージのスイッチの前記入力が、第１の連続した順番で配列され、前記第１ステージのスイッチの前記出力が、第２の連続した順番で配列され、前記第２ステージのスイッチの前記入力は、大きい数のクロスポイントの横断の要件に関連した入力が小さい数のクロスポイントの横断の要件に関連した出力に接続されるように反対の順番で前記第１ステージのスイッチの前記出力に接続されている、請求項１１に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項１３】
前記第３ステージのスイッチの前記入力が、前記第２及び第１ステージのスイッチの前記出力と入力の前記反対の順番に類似した反対の順番で、前記第２ステージのスイッチの前記出力に接続される、請求項１２に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項１４】
Ｐ個の第１ステージのスイッチ、及びＰ個の第３ステージのスイッチがあり、前記第２ステージのスイッチのそれぞれが、前記Ｐ個の第１ステージのスイッチに一対一対応するＰ個の入力を有し、前記第２ステージのスイッチのそれぞれが、前記Ｐ個の第３ステージのスイッチに一対一対応するＰ個の出力を有する、請求項１１に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項１５】
前記光学的なクロスポイントのそれぞれは、液体が前記光学的なクロスポイントに存在する場合に透過状態を有し、前記液体が存在しない場合に反射状態を有する、請求項１１に記載のマルチステージ光学スイッチ。
【請求項１６】
マルチステージ光学スイッチに用いるための方法であって、それぞれのステージが、入力ポートのアレイと、出力ポートのアレイとを有する複数のスイッチングユニットを含み、それぞれのアレイの前記入力ポート及びそれぞれのアレイの前記出力ポートが、最低から最高までのランキングを有し、それぞれの前記スイッチングユニットは、光信号が前記それぞれのスイッチングユニット内を横断する光学的なクロスポイントの数が、前記光信号が伝えられる特定の入力ポート及び出力ポートの前記ランキングに依存するように配列された光学的なクロスポイントの配列を含み、前記数が前記特定の入力ポート及び出力ポートの前記ランキングの増加に対応して増加するものにおいて、
先行するステージの出力ポートを後に続くステージの入力ポートに接続し、前記先行するステージ内で光学的なクロスポイントの比較的大きい数の横断をした可能性がある光信号が、前記後に続くステージ内で光学的なクロスポイントの比較的小さい数の横断をする可能性を有し、前記先行するステージ内で光学的なクロスポイントの比較的小さい数の横断をした光信号が、前記後に続くステージ内で光学的なクロスポイントの比較的大きい数の横断をする可能性を有するようになっている、というステップを含む、マルチステージ光学スイッチに用いるための方法。
【請求項１７】
前記後に続くステージと前記先行するステージの前記入力ポート及び出力ポートを接続するパターンを逆にしたパターンで、前記後に続くステージの出力ポートを第２の後に続くステージの入力ポートに接続するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記接続するステップが、高いランキングを有する前記入力ポートを低いランキングを有する前記出力ポートに接続することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記接続するステップが、前記先行するステージと前記後に続くステージを介して伝えられる際に横断しなければならない光学的なクロスポイントの数の幾分かの均等化を達成するように実施される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、光学的なスイッチングの構造に関するものであり、とりわけ、マルチステージ光学スイッチにおけるスイッチングユニット間の接続に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明の解決しようとする課題】
電気通信及びデータ通信ネットワーク内での信号は、電線を経由して電気信号を伝達することによって交換されてきたが、データ交換に使用される他の媒体によれば、光ファイバを経由しての光信号の伝達が行われる。情報は、レーザ発生光を変調する形で交換されることになる。光信号の効率的な発生と伝達のための機器が設計され、実用化されているが、電気通信及びデータ通信ネットワーク内で使用されるための光学スイッチの設計には問題が多い。結果として、光信号を伝達するネットワーク内でのスイッチングの必要性は、スイッチングネットワークの入力端において光信号を電気信号に変換し、次いで、スイッチングネットワークの出力端において電気信号を光信号に変換することによって満足される。
【０００３】
最近、信頼性の高い光学的なスイッチングシステムが開発された。それは本発明の譲受人に譲渡されたFouquet等の米国特許第５，６９９、４６２号であり、多数の平行な入力光ファイバの一つから多数の平行な出力光ファイバのいずれかに光信号を送るように使うことができるスイッチングマトリックスを内容としている。他のこのようなスイッチングマトリックスが、Jackel等の米国特許第４，９８８，１５７に開示されている。図１には分離された１つのスイッチング素子１０が示され、図２にはスイッチング素子の５×５マトリックスが示される。図１の光学スイッチは、基板上に形成されている。この基板にはシリコン基板を用いることができるが、その他の材料を用いても良い。光学スイッチ１０は、下部クラッド層１４、コア１６、及び、図示しない上部クラッド層からなる平板状の導波路である。コアは基本的にはシリコン酸化物であるが、コアに必要な屈折率を得るために他の材料をも含んでいる。クラッド層は、コア材料の屈折率とは異なる屈折率を備えた材料により形成されているので、光信号はこの導波路に沿って導かれる。
【０００４】
コア材料１６は、第１の光路の第１の入力導波路２０及び出力導波路２６を構成し、及び、第２の光路の第２の入力導波路２４及び第２の出力導波路２２を構成するようなパターンにされている。上部クラッド層は、次いで、パタ−ン化されたコア材料上に付着させられる。ギャップは、コア材料及び二つのクラッド層を介して溝２８を基板にエッチングすることによって形成される。導波路は、導波路のクロスポイント３０が蒸気あるいは気体により充填されたとき、内部全反射（TIR）の臨界角よりも大きな入射角度で溝に交差する。かくして、TIRは、屈折率整合液が整列させられた導波路２０及び２６の間に残留していないときは、入力導波路２０からの光を出力導波路２２に転じる。溝２８は、４個の導波路に関して配置されているので、溝の一つの側壁は、導波路の軸の交点を通過し、あるいは、軸の交点を僅かに外れて通過する。
【０００５】
Fouquet等の上述の特許は、透過状態及び反射状態にスイッチング素子１０をスイッチングするための他の多くのアプローチを開示している。素子は、溝２８内の液を制御するのに用いられる少なくとも１個のヒータを備えている。図１に示されているのがその一つである。スイッチング素子１０は、液含有溝内の泡の位置を制御する２個のマイクロヒータ３８及び４０を備えている。溝内の液は、４個の導波路２０乃至２６のコア材料１６の屈折率に近い屈折率を有している。液充填孔３４及び３６が、液の安定的な供給のために用いられているが、欠くべからざるものではない。スイッチング素子の作動において、ヒータ３８及び４０の一方が、気体の泡を形成するべく充分に高い温度を作り出す。一旦形成されると、泡はヒータに対する小さな電流により維持することができる。図１において、泡は、この４個の導波路のクロスポイント３０に留まっている。その結果、導波路２０に沿った出力信号は、溝２８に到達したとき屈折率の不整合に遭遇することになる。これにより、スイッチング素子は反射状態に設定され、導波路２０に沿った出力信号は出力導波路２２に向けて再び導かれる。しかしながら、例えこの反射状態においても、第２の入力導波路２４は、出力導波路２６には接続されない。
【０００６】
クロスポイント３０におけるヒータ３８が再励起されるとともに第２のヒータ４０が励起されるときは、泡は、軸外れのヒータ４０に引き付けられることになる。これにより、屈折率整合液による導波路２０乃至２６のクロスポイント３０の充填が可能になる。スイッチング素子１０は、次いで、入力導波路２０がコーリニヤな（又は同一直線上に位置合わせされて置かれ）導波路２６に光学的に接続されるので、透過状態に設定される。
【０００７】
図２における５×５マトリックス３２において、５個の入力導波路４２、４４、４６、４８及び５０のいずれかが、５個の出力導波路５２、５４、５６、５８及び６０のいずれかに光学的に接続可能である。スイッチングマトリックスは、どのような接続がスイッチングマトリックスを介して実施されていても、いずれの自由な入力光ファイバも自由な出力光ファイバに接続できるので、「ノン・ブロッキング」マトリックスとしばしば呼ばれている。２５の光学スイッチのそれぞれは溝を備え、導波路のクロスポイントにおいて液が存在しないときTIRを生じさせるが、特定の導波路の２個のコーリニヤな導波路は、導波路に関連するクロスポイントが液を充填されたとき、光学的に接続される。透過状態にある溝は、マトリックスの光学的な導波路の交差点を通過する角度を持って延びる細い線によって表現される。他方、スイッチング素子の溝は、反射状態においては、交差点を通過する太い線によって表現される。
【０００８】
図１及び図２において、入力導波路２０は、クロスポイント３０におけるTIRの結果として出力導波路２２に光学的に接続される。入力導波路４８の出力導波路５４への接続を可能にする全てのその他のクロスポイントは、透過状態にあるので、入力導波路４８において発生されられる信号は、出力導波路５４において受け取られる。同様にして、入力導波路４２は、出力導波路６０に光学的に接続され、入力導波路４４は、出力導波路５６に光学的に接続され、入力導波路４６は、出力導波路５２に光学的に接続され、及び、入力導波路５０は、出力導波路５８に光学的に接続される。
【０００９】
この種の光学的なスイッチング素子１０に対しての一つの関心事は、透過状態においては、小さいながら潜在的に有害な量の反射があることである。液の屈折率がコア材料のそれとは異なるとき、反射が生じる。屈折率間の精密なマッチングは、液の選択にその他の考慮を払わなければならないので問題がある。例えば、液は、熱的なエネルギを用いて制御されるので、この液の熱的な特性が考慮されなければならない。かくして、マトリックス３２内のそれぞれの透過クロスポイントにおいて信号強度に損失が生じる。
【００１０】
図２において、入力導波路４８（入力ポート）に入力する光信号は、この光信号はスイッチング素子１０において反射されるので、水平方向において１個のクロスポイントを通過し、上下方向において３個のクロスポイントを通過する。ｋをそれぞれのクロスポイントに関連する損失であるとしたとき、全体の損失は１ｋ+３ｋ=４ｋとなる。他方、入力導波路５０（出力ポート４）に入力する光信号は、出力導波路５８（出力ポート３）を通過して伝えられ、水平の方向において３個のクロスポイントを通過するとともに上下方向において４個のクロスポイントを通過する。全体の損失は３ｋ+４ｋ=７ｋとなる。図において、入力ポートは、０乃至４のランクを備えるように示されている。同様に、出力ポートは、０乃至４のランクを備えるように示されている。下位の入力は所定の出力に接続するために光信号による光学的なクロスポイントの少ない横断を必要とし、他方、下位の出力は所定の入力に接続するためにクロスポイントの少ない横断を必要とする。かくして、マトリックスの作動において位置に依存する損失が生じる。反射状態において、それぞれのクロスポイントにおいて遭遇する損失もあるが、この損失は、位置には関係しない。
【００１１】
図２に示されるようなスイッチングユニットがマルチステージスイッチを構成するようにカスケードされるときには、位置に依存する損失に対しての関心事は、一層大きくなる。カスケードされたスイッチングユニットにより構成されたマルチステージユニットが、MacDonaldの米国特許第５，９０３，６８６号に開示されている。スイッチは、多数の相互接続された機能的に同一のスイッチングユニットを用いるノン・ブロッキングのやり方でＰ位置に対するＰ光信号の制御を可能にする。マルチステージスイッチは、市販の「クロス」ネットワークの改善を意図したものである。このクロスデザインによれば、３ステージのスイッチが、Ｎ入力ポートとＭ出力ポートを備えたＰ入力スイッチングユニットを含んでいる。市販のクロススイッチはまた、Ｐ入力ポートとＰ出力ポートのＭ中間ステージスイッチングユニットを含んでいる。最終的に、Ｍ入力ポートとＮ出力ポートのＰ出力スイッチングユニットとなる。追加の接続を用いないでこのようなスイッチをノン・ブロッキングにするためには、Ｍ＝Ｎ−１である。インティジェントなルーティングのために、Ｍの最小値は３／２Ｎであるという提案があったが、これは立証されていない。
【００１２】
市販のクロスデザインをフォローすると、スイッチを通過する最小損失路は、０Ｋであり、及び、最大損失路は、２（Ｎ＋Ｍ＋Ｐ−３）Ｋである。図３は、３ステージスイッチに対する市販の相互接続技術を示している。図３のスイッチにおいて、５個の入力スイッチングユニットと５個の出力スイッチングユニット（Ｐ＝５）があるが、３個の入力スイッチングユニットと３個の出力スイッチングユニットのみが示されている。図において、Ｍ＝５及びＮ＝５である。その上、５個の中間ステージスイッチングユニットＭ2＝５がある。明確化のために、いくつかの相互接続が図示されている。スイッチングユニットは、入力ユニット１の出力ポート０を中間ユニット１の入力ポート０に、入力ユニット１の出力ポート１を中間ユニット２の入力ポート０に、等のように接続することによって相互接続される。入力ユニット２の出力ポート０は、中間ユニット１の入力ポート１に、出力ポート１は、中間ユニット２の入力ポート１に、等のように接続される。スイッチ構造は対称であるので、中間ユニットから出力ユニットへの接続は、同一のパターンを備えている。
【００１３】
中間ステ−ジスイッチングユニットの最小数は２Ｎ−１であるが、２ｍの中間ユニットを使うと好都合であり、これは、入力及び出力スイッチングユニットに単一のクロスポイント欠陥があっても及び中間ユニット全体に欠陥があってもノン・ブロッキング経路を提供できるからである。
【００１４】
大きな規模のスイッチは、フォールトトレーランスを備えた１２８×１２８の３ステージノン・ブロッキングクロスポイントスイッチであることができる。このようなスイッチは、サイズ８×１６（すなわち、Ｎ＝８、Ｍ＝１６）の１６の入力スイッチングユニット（すなわち、Ｐ＝１６）と、サイズ１６×１６の１６の中間ユニット（すなわち、Ｍ2＝１６）と、及び、サイズ１６×８の１６の出力スイッチングユニットからなる。図３に関連して述べられた相互接続において、最小損失は０Ｋであり、最大損失は７４Ｋ、あるいは、３７Ｋ±３７Ｋとなろう。この７４Ｋの最大のシナリオは、入力ステージにおける２２Ｋと、中間ステージにおける３０Ｋと、及び、出力ステージにおける２２Ｋの和からなっている。
【００１５】
従って位置依存性を有する損失に対して、均一性のレベルの高いマルチステージ光学スイッチが必要とされている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
マルチステージ光学スイッチは、位置依存性を有する損失の均等化のためのステージ−ステージ相互接続構造からなる。それぞれのステージは、透過状態及び反射状態に光学的なクロスポイントをスイッチングすることによって選択的に接続される入力ポートの第１のアレイと出力ポートの第２のアレイを備えた２個以上のスイッチングユニットからなる。特定のスイッチングユニットの入力ポートは、最低から最大までのランキング（すなわち、順番）を備えている。同様に、同じスイッチングユニットの出力ポートも最低から最大までのランキングを備えている。それらのランキングは、同じランキングの入力及び出力ポートの間を伝わる光信号によって横断されなければならない光学的なクロスポイントの反映である。接続構造において、一つのステージのスイッチングユニットの高次の出力ポートは、後に続くステージのスイッチングユニットの低次の入力ポートに光学的に接続されるので、光信号が二つのステージを伝わるとき、横断される光学的なクロスポイントの和におけるある程度の均等化を保証するステージ−ステージ光路が形成される。
【００１７】
好適実施例においては、第１ステージのそれぞれのスイッチングユニットが、０乃至Ｍ−１のランキングのＭ入力ポートを備え、第２ステージのそれぞれのスイッチングユニットが、０乃至Ｐ−１のランキングのＰ入力ポートを備える。第１ステージのスイッチングユニットの出力ポートは、逆向きのランキングの第２ステージのスイッチングユニットの入力ポートに接続される。すなわち、第１ステージの０乃至Ｍ−１の出力ポートは、それぞれ第２ステージのＰ−１乃至０の入力ポートに接続される。更に実施例においては、光学スイッチはノン・ブロッキングスイッチである。３ステージノン・ブロッキング構成においては、同数（Ｐ）の、入力スイッチングユニットと、出力スイッチングユニットと、それぞれの中間スイッチングユニットに対する入力ポートと、及び、それぞれの中間スイッチングユニットに対する出力ポートがある。その上、同数（Ｍ）の、中間スイッチングユニットと、それぞれの入力スイッチングユニットに対する出力ポートと、それぞれの出力スイッチングユニットに対する入力ポートがある。それぞれの入力スイッチングユニットに対する入力ポート及びそれぞれの出力スイッチングユニットに対する出力ポートは、同数（Ｎ）を備えている。
【００１８】
第２ステージのスイッチングユニットから第３ステージのスイッチングユニットへの接続は、第１ステージのスイッチングユニットから第２ステージのスイッチングユニットへの接続を逆にしたものである。同様に、引き続くスイッチングユニットへのステージ−ステージ接続（又はステージ間接続）は、前のステージの相互接続の逆であることが好ましい。
【００１９】
それぞれの光学的なクロスポイントは、透過状態と反射状態との制御できるスイッチング領域である。厳密なものではないが、スイッチング機構は、光導波路のクロスポイントにおける屈折率整合液の制御を行うことが好ましい。この液は、導波路材料の屈折率に略等しい屈折率を備えている。クロスポイントに液がないと、光信号は反射される。他方、クロスポイントに屈折率整合液があると、光信号によるクロスポイントの通過が可能になる。
【００２０】
上述したように、好適実施形態では、初期のステージのスイッチングユニットの最大損失路は、それに続くステージのスイッチングユニットの最小損失路に接続され、及び、初期のステージのスイッチングユニットの最小損失路を後に続くステージのスイッチングユニットの最大損失路に接続する。説明の都合上、第１ステージのポートは、Ｉ（Ｐ、Ｍ）で示され、Ｐは、ユニット数（１乃至Ｎ）であり、及び、Ｍは、Ｐの出力ポート（０乃至Ｍ−１）である。第２ステージのポートは、Ｍｉｄ（Ｍ2、Ｐ2）で示され、Ｍ2は、中間ユニットのユニット数（１乃至Ｍ）であり、及び、Ｐ2は、ユニットの入力ポート（０乃至Ｐ2−１）である。従って、等損失による相互接続構造は、以下の如くになる。
【００２１】
【数１】
0004408173.tif 000002
【００２２】
接続構造は対称的であるので、中間ステージの出力ステージへの接続は、中間ステージの入力ステージへの接続の鏡像の形態となる。この接続構造は、すべてのＭ／Ｎ比のすべてのサイズのスイッチにおける損失を解消するように使うことができる。
【００２３】
位置依存性の損失が著しく規則化されることにこの発明の利点がある。すなわち、接続構造は、クロスポイントの横断に関連する損失（ｋ）の均等化を高める。上述したように、従来技術である１２８×１２８の３ステージノン・ブロッキングクロスポイントスイッチは、０ｋの最小損失及び７４ｋの最悪の損失を備えている。この７４ｋの最悪の損失のシナリオは、入力ステージの２２ｋと、中間ステージの３０ｋと、及び、出力ステージの２２ｋの累積の結果生じる。他方、上述した接続構造によると、３０ｋの最小の損失路及び４４ｋ（すなわち、３７ｋ±７ｋ）の最悪の損失路を提供する。この最悪の損失は、入力ステージの２２ｋと、中間ステージの０ｋと、及び、出力ステージの２２ｋの累積である。この位置依存性の損失の均等化は、スイッチの性能及び採算性を高める。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図４は、光信号がスイッチを伝わるとき位置依存性の損失の均等化を高めるために設計された接続構造を示すマルチステージ光学スイッチの構成概略図である。簡単にするために、スイッチング部材が誤動作したときでもフルレンジの出力選択が可能となるようにノン・ブロッキングスイッチとして示されていない。しかしながら、以下に説明される接続構造は、他の形のマルチステージスイッチに適用するように構成可能である。図４の実施形態において、３ステージ６２、６４及び６６のそれぞれには５個のスイッチングユニットが配置されている。図示の都合上、図にはこの５個のスイッチングユニットのうち３個のみが示されている。入力ステージ６２には、スイッチングユニット６８、７０及び７２が、示されている。中間ステージ６４は、３個のスイッチングユニット７４、７６及び７８からなる。出力ステージ６６の３個の図示されているスイッチングユニットは、８０、８２及び８４である。
【００２５】
図４のスイッチングユニット６８乃至８４のそれぞれは、図１及び図２に関して述べられたマトリックス３２のコピーである。しかしながら、透過状態及び反射状態にクロスポイントを切り換えるためにミラーが制御されるような実施形態を含む光学的スイッチングユニットのその他の実施形態でも同様にして動作する。
【００２６】
それぞれの入力スイッチングユニット６８、７０及び７２の出力ポートが、Ｐをユニット数（１乃至Ｎ）とし、及び、ＭをＰ（０乃至Ｍ−１）の出力ポートとしたとき、Ｉ（Ｐ、Ｍ）として指示される。中間ユニット７４、７６及び７８の入力ポートは、Ｍｉｄ（Ｍ2、Ｐ2）で示されるが、Ｍ2は、中間ユニットのユニット数（１乃至Ｍ）であり、及び、Ｐ2は、ユニットの入力ポート（０乃至Ｐ2−１）である。ノン・ブロッキングの３ステージスイッチの従来の形は、サイズＮの入力ポート及びＭの出力ポートのＰ入力ユニットと、Ｐ入力ポート及びＰ出力ポートのＭ中間ステージユニットと、及び、Ｍ入力ポート及びＮ出力ポートのＰ出力ユニットである。Ｍ＝２Ｎ−１であるとき、ノン・ブロッキングスイッチが、追加の接続を再構成することなく達成可能である。
【００２７】
表１は、第１ステージ６２の出力ポートから第２ステージ（中間ステージ）の入力ポートへの接続を明らかにするものである。例えば、出力ポートＩ（１、０）は、Ｍid（１、４）に接続される。最後の出力ポートＩ（５、４）は、中間ステージ入力ポートＭid（４、０）に接続される。
【００２８】
【表１】
0004408173.tif 000003
【００２９】
表１から明らかなように、第１ステージ６２のそれぞれのスイッチングユニット６８、７０及び７２の第１出力ポートＩ（Ｐ、０）のそれぞれは、中間スイッチングユニット７４、７６及び７８の第５の入力ポートＭid（Ｍ、４）に接続される。逆に、第１ステージ６２のそれぞれの第５の出力ポートＩ（Ｐ、４）は、中間ステージ６４の第１入力ポートＭid（Ｍ2、０）の一つに接続される。結果として、光信号が同じランクの入出力ポートを介して第１ステージを出入するとともに同じランクの入出力ポートを介して第２ステージを出入するときは、第１ステージに入って第２ステージを出るすべての光信号が、８Ｋの位置依存性の損失を有することになる。
【００３０】
表２は、図３に示されている従来の接続構造を明らかにするものである。第１のスイッチングユニットＩ（１、０）の第１出力ポートが、入力ポートＭid（１、０）に接続されている。その結果、トータル損失は、０Ｋ＋０Ｋ＝０Ｋとなる。他方、出力ポートＩ（５、４）は、入力ポートＭid（５、４）に接続されているので、位置依存型の損失は、８Ｋ＋８Ｋ＝１６Ｋに等しい。接続構造は、第２ステージの出力ポートの第３ステージの入力ポートへの接続においてコピーされる。従って、図３に示されるスイッチに対する最悪の損失が２４Ｋであるのに対して、最良の位置依存性の損失は、リＫである。このような差は、好ましい状況にはない。
【００３１】
【表２】
0004408173.tif 000004
【００３２】
再び図４及び表１において、第１ステージ６２から第２ステージ６４への接続構造は対称であるので、第２ステージ６４から後段の第３ステージ６６への接続は、ミラーイメージ又は鏡像の関係となる。表３は、第２ステージ６４から第３ステージ６６への接続を明らかにしている。表１と表３とを比較すると、第１ステージ６２において８Ｋの潜在的な損失を備えている光学接続は、第２ステージにおいて０Ｋの潜在的な損失を備えており、第３ステージ６６において８Ｋの潜在的な損失を備えていることになる。他方の極端な状態では、第１ステージにおいて０Ｋの潜在的な損失を備えている光学接続は、第２ステージにおいて８Ｋの潜在的な損失及び第３ステージにおいて０Ｋの潜在的な損失を備えている。最小の損失路と最大の損失路との間の差は、従って８Ｋである。これは、表２の接続構造が用いられることを考えると有利な比較と言える。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
上述したように、この接続構造は、ノン・ブロッキングスイッチ配列に使われるのが好ましい。この接続は、すべてのサイズのスイッチにおける及びすべてのＭ／Ｎの比のスイッチにおける損失を均等化するものである。
【００３５】
以上のように、本発明の好適実施形態となるマルチステージ光学スイッチについて詳細に説明したが、これはあくまでも例示的なものであり、当業者によって様々な変形変更が可能である。
【００３６】
上述の実施形態に即して本発明を説明すると、本発明は、マルチステージ光学スイッチであって、それぞれのステージが、入力ポート（４２、４４、４６、４８及び５０）のアレイと、出力ポート（５２、５４、５６、５８及び６０）のアレイを備えた複数のスイッチングユニット（１０）からなり、それぞれのアレイの前記入力ポート及びそれぞれのアレイの前記出力ポートが、最低から最高までのランキングを備え、それぞれのスイッチングユニットが、前記入力ポートを前記出力ポートに選択的に接続する光学的なスイッチング領域の配列からなり、前記スイッチング領域が、光信号が前記それぞれのスイッチングユニット内を横断するスイッチング領域の数が、前記光信号が伝えられる特定の入力及び出力ポートの前記ランキングに対応するように配列されており、その際前記数が前記特定の入力及び出力ポートの前記ランキングの増加に対応して増加するようにしたマルチステージ光学スイッチにおいて、前記スイッチングユニットの第１ステージ（６２）と、前記スイッチングユニットの第２ステージ（６４）とからなり、前記第２ステージの前記スイッチングユニットの高ランキングの入力ポートが、前記第１ステージの前記スイッチングユニットの低ランキングの出力ポートに光学的に接続され、これによって、光信号が前記第１ステージにおいて入力されるとともに前記第２ステージにおいて出力されるとき、光学的な信号が伝えられる前記スイッチング領域（３０）の前記数の和における少なくとも幾分かの均等化が達成されるようにしたことを特徴とする。
【００３７】
好ましくは、前記スイッチングユニット（１０）の第３ステージ（６６）を更に設け、その際前記第３のステージの高ランキングの入力ポート（４２、４４、４６、４８及び５０）が、前記第２ステージ（６４）の低ランキングの出力ポート（５２、５４、５６、５８及び６０）に光学的に接続される。
【００３８】
好ましくは、前記第３ステージ（６６）の前記入力ポート（４２、４４、４６、４８及び５０）と記第２ステージ（６４）の出力ポート（５２、５４、５６、５８及び６０）との光学的な接続が、前記第２ステージの入力ポートの前記第１ステージ（６２）の出力ポートに対する光学的な接続の配列を逆にしたものとされる。
【００３９】
好ましくは、それぞれの前記スイッチング領域（３０）が、透過状態及び反射状態を備え、特定のスイッチングユニット（１０）の入力ポート（４２、４４、４６、４８及び５０）及び出力ポート（５２、５４、５６、５８及び６０）の前記光学的な接続が、前記スイッチング領域の透過及び反射状態に対応するようにされる。
【００４０】
好ましくは、前記第１ステージ（６２）のそれぞれの前記スイッチングユニット（１０）が、０乃至Ｍ−１のランキングを備えたＭポート（５２、５４、５６、５８及び６０）を備え、前記第２ステージ（６４）のそれぞれの前記スイッチングユニットが、０乃至Ｐ−１のランキングを備えたＰポート（４２、４４、４６、４８及び５０）を備え、前記第１ステージのそれぞれの前記スイッチングユニットの前記出力ポートが、反対のランキングの前記第２ステージの入力ポートに接続され、０乃至Ｍ−１のランキングを備えた入力ポートが、Ｐ−１及び０のランキングを備えた出力ポートにそれぞれ接続される。
【００４１】
好ましくは、前記第１ステージ（６２）が、Ｐスイッチングユニットを備え、及び、前記第１ステージのそれぞれのスイッチングユニットが、前記光学的な入力ポート（４２、４４、４６、４８及び５０）及び出力ポート（５２、５４、５６、５８及び６０）を介して前記第２ステージ（６４）のそれぞれのスイッチングユニットに光学的に接続される。
【００４２】
好ましくは、前記第１ステージ（６２）のそれぞれの前記スイッチングユニット（１０）が、前記第２のステージ（６４）の前記スイッチングユニットの第１の特定のもののＰ−１入力ポートに接続された０出力ポートと、前記第２ステージの前記スイッチングユニットの第２の特定のものの０入力ポートに接続されたＭ−１出力ポートを備え、及び、その際前記第１ステージの前記それぞれのスイッチングユニットの１個の入力ポートのみが、前記第２ステージの前記スイッチングユニットのいずれかの前記入力ポートに光学的に接続される。
【００４３】
好ましくは、前記スイッチング領域（３０）が光学的なクロスポイントであって、光信号の伝播に対する透過率が、個々の光学的なクロスポイント内での屈折率整合液の有無の関数であり、前記光学的なクロスポイントが、前記液の屈折率にほぼ整合する屈折率を備えた導波路の交差部分に位置している。
【００４４】
更に本発明は、マルチステージ光学スイッチに用いられるステージ間の接続方法であって、それぞれのステージが、入力ポート（４２、４４、４６、４８及び５０）のアレイと、出力ポート（５２、５４、５６、５８及び６０）のアレイを備えた複数のスイッチングユニット（１０）からなり、それぞれのアレイの前記入力ポート及びそれぞれのアレイの前記出力ポートが、最低から最高までのランキングを備え、それぞれの前記スイッチングユニットが、光学的なスイッチング領域（３０）の配列からなって、光信号が前記それぞれのスイッチングユニット内を横断する光学的なクロスポイントの数が、前記光信号が伝えられる特定の入力及び出力ポートの前記ランキングに対応するようにし、その際前記数が前記特定の入力及び出力ポート前記ランキングの増加に対応して増加するようにした接続方法において、先行するステージの出力ポートを後に続くステージの入力ポートに接続し、前記先行するステージ内で光学的なクロスポイントの比較的大きな数の横断をした傾向にある光信号が、前記後に続くステージ内で光学的なクロスポイントの比較的小さな数の横断をする傾向を有し、前記先行するステージ内で光学的なクロスポイントの比較的小さな数の横断をした光信号が、前記後に続くステージ内で光学的なクロスポイントの比較的大きな数の横断をする傾向を有するようにしたことを特徴とする。
【００４５】
好ましくは、前記後に続くステージ（６２、６４及び６６）の出力ポート（５２，５４，５６、５８及び６０）を第２の後に続くステージの入力ポート（４２、４４、４６、４８及び５０）に接続する過程が、前記後に続くステージと前記先行するステージの前記入力ポート及び前記出力ポートを接続するパターンを逆にしたパターンで行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の技術による内部全反射を用いる光学的なスイッチング部材の上面図である。
【図２】図２は、従来技術による５個の出力導波路のいずれかへの５個の入力導波路のいずれかの接続を可能にする図１の５×５マトリックスのスイッチング部材を示す。
【図３】図３は、従来技術によるステージ−ステージ接続構造を用いるマルチステージスイッチの構成概略図である。
【図４】図４は、この発明によるステージ−ステージ接続構造を備えたマルチステージスイッチの構成概略図である。
【符号の説明】
１０  スイッチングユニット
３０  スイッチング領域
４２、４４、４６、４８及び５０  入力ポート
５２、５４、５６、５８及び６０  出力ポート
６２  第１ステージ
６４  第２ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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