(57)【要約】光学スイッチ11,111,211は、周期的なパターンで配置された複数の開口31-42を有する部材26を備えている。通路86-87,91-92,96-97は入力から出力まで部材を通って延在し、開口の部分集合がこの通路に沿って配置されている。１つの動作モードにおいて、各開口は、予め定められた波長における放射線が部材を通って伝播することを阻止する光子バンドギャップ構造を規定するために部材の屈折率とは異なる屈折率を有する材料を含んでいる。別の動作モードにおいて、通路に沿った部分集合の開口の屈折率は、放射線がその通路に沿った伝播することを可能にする別の値を有している。
2006505004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光放射線用の入力部と、
前記入力部から間隔を隔てられた出力部と、
前記入力部と前記出力部との間に光学的に配置された第１の領域とを具備しており、
前記第１の領域は複数の第２の領域および第３の領域を含み、前記第２の領域は前記第１の領域内の間隔を隔てられた位置に設けられ、前記第３の領域は屈折率を有し、前記第２の領域以外の前記第１の領域の部分であり、
前記第２の領域は、互いに排他的である前記第２の領域の第１および第２のグループを含んでおり、前記第２のグループの前記第２の領域は前記第１の領域を通って前記入力部から前記出力部に延在する通路に沿って配置され、この通路は前記第１のグループの前記第２の領域を含んでおらず、
前記スイッチは第１の動作モードと第２の動作モードとを有し、その第１の動作モードにおいては、前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率とは異なった屈折率を有し、それにより前記第３の領域および前記第２の領域が協同して、予め定められた波長を有する光放射線が前記第１の領域内を伝播することを阻止し、
前記第２の動作モードにおいては、前記第１のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率とは異なった屈折率を有し、それにより前記第３の領域および前記第１のグループの前記第２の領域が協同して、予め定められた波長を有する光放射線が前記第１の領域の前記通路に沿った以外の部分内を伝播することを阻止し、前記第２のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率に関して、予め定められた波長を有する放射線が前記第１の領域を通って前記通路に沿って前記入力部から前記出力部に向かって伝播することを許すような選択された屈折率を有するように構成されている光学スイッチを備えている装置。
【請求項２】
前記第１の動作モードにおいて前記第２の領域および第３の領域が一緒に光子バンドギャップ構造を規定するように、前記第２の領域は前記第１の領域内に周期的なパターンで配置されている請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第２のグループの前記第２の各領域は異なった動作状態を有する材料の部分を有し、これらの状態において前記材料はそれぞれ異なった屈折率を有しており、
前記材料の前記部分を第１および第２の状態の選択された一方にするように前記材料の前記各部分を選択的に制御し、前記第１および第２の状態において前記スイッチがそれぞれ第１および第２の動作状態にあるとき前記部分がそれぞれ第１および第２の屈折率を有するようにする構造を具備し、前記第１および第２の屈折率は異なっている請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記材料は液晶材料である請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記スイッチは前記第３の領域に対応した部材を含んでおり、前記第３の領域は前記屈折率を有し、前記第３の領域は、前記第２の各領域にそれぞれ対応している複数の間隔を隔てられた平行な開口を有し、
前記開口の部分集合は前記第２のグループに対応し、前記部分集合内の前記開口のそれぞれがその中に前記材料の前記部分を有している請求項３記載の装置。
【請求項６】
前記材料は液晶材料であり、
前記構造は前記部材の対向した面上に配置された第１および第２の電極を備え、前記第１および第２の電極は液晶材料の前記部分のそれぞれに電気的に結合され、
前記構造は前記第１および第２の電極の間に電圧を選択的に供給する回路を備えている請求項５記載の装置。
【請求項７】
屈折率を有する材料を含み、
前記第２のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第１および第２の動作モードの一方の期間中に前記材料を有し、前記第１および第２の動作モードの他方の期間中に前記材料が存在しない状態になるようにする構造を備えている請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記スイッチは前記第３の領域に対応した部材を含んでおり、前記第３の領域は前記屈折率を有し、前記第２の各領域にそれぞれ対応した複数の間隔を隔てられた平行な開口を有し、
前記構造は、前記動作モードの前記一方の期間中に前記第２のグループに対応した前記開口に材料を供給し、前記動作モードの前記他方の期間中に前記第２のグループに対応した前記開口から前記材料が取除かれた状態にするように動作可能である請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記材料は流体であり、
前記構造は可変的なサイズを有する流体室を備え、流体通路が前記室から前記第２のグループに対応した前記開口のそれぞれに延在し、前記室はその中に前記流体を有している請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記開口は、前記第１および第２の動作モードの前記他方の期間中に別の流体をその中に有している請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記別の流体は空気である請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
光放射線用の入力部と、
前記光入力部から間隔を隔てられ、また互いに間隔を隔てられている第１および第２の出力部と、
前記入力部と前記各出力部との間に光学的に配置された第１の領域とを具備しており、
前記第１の領域は複数の第２の領域および第３の領域を含み、前記第２の領域は前記第１の領域内の間隔を隔てられた位置に設けられ、前記第３の領域は屈折率を有し、前記第２の領域以外の前記第１の領域の部分であり、
前記第２の領域は、互いに排他的である前記第２の領域の第１、第２、第３および第４のグループに構成され、前記第２および第３のグループの前記第２の領域は前記第１の領域を通って前記入力部から前記第１の出力部に延在する第１の通路に沿って配置され、この第１の通路は前記第１および第４のグループの前記第２の領域を含まず、前記第２および第４のグループの前記第２の領域は前記第１の領域を通って前記入力部から前記第２の出力部に延在する第２の通路に沿って配置され、この第２の通路は前記第１および第３のグループの前記第２の領域を含まず、
前記スイッチは第１、第２および第３の動作モードを有し、第１の動作モードにおいては、前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率とは異なった屈折率を有し、それにより前記第３の領域および前記第２の領域が協同して、予め定められた波長を有する光放射線が前記第１の領域内を伝播することを阻止し、
前記スイッチの第２の動作モードにおいては、前記第１および第４のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率とは異なった屈折率を有し、それにより前記第３の領域および前記第１および第４のグループの前記第２の領域が協同して、予め定められた波長を有する光放射線が前記第１の領域の前記第１の通路に沿った以外の部分内を伝播することを阻止し、また、前記第２および第３のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率に関して予め定められた波長を有する放射線が前記第１の領域を通って前記第１の通路に沿って前記入力部から前記第１の出力部に向かって伝播することを許すような選択された屈折率を有し、
前記スイッチの第３の動作モードにおいては、前記第１および第３のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率とは異なった屈折率を有し、それにより前記第３の領域および前記第１および第３のグループの前記第２の領域が協同して、予め定められた波長を有する放射線が前記第１の領域の前記第２の通路に沿った以外の部分内を伝播することを阻止し、また、前記第２および第４のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率に関して予め定められた波長を有する放射線が前記第１の領域を通って前記第２の通路に沿って前記入力部から前記第２の出力部に向かって伝播することを許すような選択された屈折率を有しているスイッチを備えている装置。
【請求項１３】
前記第１の動作モードにおいて前記第２の領域および第３の領域が一緒に光子バンドギャップ構造を規定するように、前記第２の領域は前記第１の領域内に周期的なパターンで配置されている請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記スイッチは前記第３の領域に対応した部材を含んでおり、前記第３の領域は前記屈折率を有し、前記第２の各領域にそれぞれ対応している複数の間隔を隔てられた平行な開口を有し、
前記開口の部分集合は前記第２、第３および第４のグループに対応し、前記部分集合内の前記開口のそれぞれがその中に液晶材料の各部分を有し、
前記材料の前記部分のそれぞれが第１および第２の状態の選択された一方になるように前記各部分の選択的な制御を容易にする構造を備えており、前記第１および第２の状態において前記部分はそれぞれ異なった屈折率を有している請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
前記構造は前記部材の一方の面上に配置された第１、第２および第３の電極と、前記部材の他方の面上に配置された第４、第５および第６の電極とを備え、前記第１および第４の電極は前記第２のグループに対応した液晶材料の前記部分のそれぞれに電気的に結合され、前記第２および第５の電極はそれぞれ前記第３のグループに対応した液晶材料の前記部分のそれぞれに電気的に結合され、前記第３および第６の電極はそれぞれ前記第４のグループに対応した液晶材料の前記部分のそれぞれに電気的に結合され、
前記構造は、前記第１および第４の電極の間に第１の電圧を、前記第２および第５の電極の間に第２の電圧を、ならびに前記第３および第６の電極の間に第３の電圧を選択的に供給する回路を備えている請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
屈折率を有する材料を含み、
前記第２および第３のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第１および第２の動作モードの一方の期間中に前記材料を有し、前記第１および第２の動作モードの他方の期間中に前記材料が存在しない状態になるようにし、また、前記第２および第４のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第１および第３の動作モードの一方の期間中に前記材料を有し、前記第１および第３の動作モードの他方の期間中に前記材料が存在しない状態になるようにする構造を備えている請求項１２記載の装置。
【請求項１７】
前記スイッチは前記第３の領域に対応した部材を含んでおり、前記第３の領域は前記屈折率を有し、前記第２の各領域にそれぞれ対応した複数の間隔を隔てられた平行な開口を有し、
前記構造は、前記第１および第２の動作モードの前記一方の期間中に前記第２および第３のグループに対応した前記開口にそれぞれ材料を供給し、前記第１および第２の動作モードの前記他方の期間中に前記第２のグループに対応した前記開口から前記材料が取除かれた状態にするように動作可能であり、
前記構造は、前記第１および第３の動作モードの前記一方の期間中に前記第２および第４のグループに対応した前記開口に材料を供給し、前記第１および第３の動作モードの前記他方の期間中に前記第２のグループに対応した前記開口から前記材料が取除かれた状態にするように動作可能である請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
光放射線のための入力部と、前記入力部から間隔を隔てた位置にある出力部と、および前記入力部と前記出力部との間に光学的に配置された第１の領域とを備えている光学スイッチを動作させる方法において、
前記第１の領域内に複数の第２の領域と１つの第３の領域を設け、前記第２の領域は前記第１の領域内において互いに間隔を隔てられた位置に設けられており、前記第３の領域はある屈折率を有し、前記第２の領域以外の前記第１の領域の一部分であり、
前記第２の領域を、互いに排他的である第１および第２のグループに細分し、前記第２のグループの前記第２の領域は、前記第１の領域を通って前記入力部から前記出力部まで延在すると共に前記第１のグループの前記第２の領域からフリーである通路に沿って配置され、
前記スイッチを第１および第２の動作モードで選択的に動作するステップを含んでおり、前記第１の動作モードにおいて、前記第２の各領域は前記第３の領域の屈折率とは異なる屈折率を有しており、それにより前記第３の領域および前記第２の領域は協同して前記第１の領域内を予め定められた波長を有する光放射線が伝播することを阻止し、前記第２の動作モードにおいて、前記第１のグループの前記第２の各領域は前記第３の領域の屈折率とは異なる屈折率を有しており、それにより前記第１のグループの前記第３の領域および前記第２の領域は協同して前記予め定められた波長を有する放射線が前記通路に沿った部分以外の前記第１の領域の部分内を伝播することを阻止し、また、このモードにおいて、前記第２のグループの前記第２の各領域は前記第３の領域の屈折率に関して前記予め定められた波長を有する放射線が前記第１の領域を通って前記入力部から前記出力部に向かって前記通路に沿って伝播することを可能にするような選択された屈折率を有している方法。
【請求項１９】
前記第１の動作モードにおいて前記第２および前記第３の領域が共に光子バンドギャップ構造を規定するように、前記第２の領域を前記第１の領域内に周期的なパターンで配置するステップを含んでいる請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
異なった動作状態を有する材料の部分を前記第２のグループの前記第２の各領域内に設け、前記動作状態において前記材料はそれぞれ異なった屈折率を有し、
前記部分のそれぞれが第１および第２の状態の選択された一方になるように前記材料の前記部分の選択的な制御を行ない、前記第１および第２の状態において、前記スイッチがそれぞれ前記第１および第２の動作モードであるときに前記部分はそれぞれ第１および第２の屈折率を有し、それら第１および第２の屈折率は異なっているステップを含んでいる請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記材料の前記部分として使用するための液晶材料を選択するステップを含んでいる請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
屈折率を有する材料を供給し、
前記第２のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第１および第２の動作モードの一方の期間中に前記材料を有し、前記第１および第２の動作モードの他方の期間中に前記材料が取除かれた状態になるようにするステップを含んでいる請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光信号による通信に関し、とくに、光信号の切替えを行うための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信は過去２０年の間に急速に進化し、セルラ電話、ファクシミリ装置、およびインターネットを使用するコンピュータ通信のようなテクノロジーが益々普及したことによりいくらか煽られた分野である。これらの成長中の新しいテクノロジーのために、情報伝送容量が増加された通信機器に対する要求が益々高まってきており、したがって光信号を使用して通信を行うことが益々多くなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
広帯域幅の光ファイバ通信システムは世界中で展開されている。これは、主要都市地域を結ぶバックボーンシステムを生成している。現在、これらの既存のシステムは、それらが光信号を切替える必要が生じたとき、典型的に光信号を電気信号に変換し、電気信号の電気的スイッチングを行ない、その後結果的に得られた電気信号を変換して光信号に戻している。これはシステムを通る情報の伝播を大幅に遅延し、また、それはシステムをさらに複雑化するために高価である。
【０００４】
この問題を回避するために、光信号を電気信号に一時的に変換せずにそれらを直接切替える光学スイッチを開発する試みがなされている。検討されているテクノロジーには、超小型電気光学機械スイッチ、バブルジェット、液晶アレイ、移動光学機械ミラーまたはプリズム、電気光学制御される結合導波管、および温度制御される結合導波管が含まれている。これらの既存の方法は一般にそれらの意図する目的については満足できるものであるが、全ての点で満足できるものではない。これらの方法には、ある程度、低い信頼性、高い挿入または伝送損失、これらのスイッチング方法をさらに大きいサイズに拡大する難しさ、およびコスト高の製造技術のような問題を伴なっている。さらに、これらの既存の方法ではスイッチング速度が比較的遅く、ほぼ数ミリ秒程度である。
【０００５】
上記のような説明から、上述の問題の少なくともいくつかを回避する光信号を処理する方法および装置が必要とされていることが認識される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、この必要性は、光放射線のための入力部と、この入力から間隔をおかれた出力部と、および入力部と出力部との間に光学的に配置された第１の領域とを備えた光学スイッチを動作する方法および装置を提供することによって解決される。この方法および装置は、第１の領域内に複数の第２の領域と１つの第３の領域を設け、第２の領域は第１の領域内においてある間隔で配置された位置に設けられ、第３の領域はある屈折率を有し、第２の領域以外の第１の領域の部分であり、第２の領域を、互いに排他的である第１および第２のグループに細分し、第２のグループの第２の領域は第１の領域を通って入力部から出力部まで延在すると共に第１のグループの第２の領域からフリーである通路に沿って配置され、スイッチを第１および第２の動作モードで選択的に動作させ、その第１の動作モードにおいて、第２の各領域は第３の領域の屈折率とは異なる屈折率を有しており、その結果第３の領域および第２の領域は協同して第１の領域内を予め定められた波長を有する光放射線が伝播することを阻止し、第２の動作モードにおいて、第１のグループの第２の各領域は第３の領域の屈折率とは異なる屈折率を有しており、その結果第１のグループの第３の領域および第２の領域は協同して予め定められた波長を有する放射線が通路に沿った部分以外の第１の領域の部分内を伝播することを阻止し、また、このモードにおいて、第２のグループの第２の各領域は第３の領域の屈折率に関して予め定められた波長を有する放射線が第１の領域を通って入力部から出力部に向かって通路に沿って伝播することを可能にするような選択された屈折率を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、以下の詳細な説明および添付図面を参照することによってさらによく理解されるであろう。  
図１は、本発明を実施する装置10の一部である光学スイッチ11の概略的な上面図である。図２は図１のライン２−２における概略断面図であり、図１の光学スイッチ11を示すと共に、装置10の別の部分である制御回路12を破線で概略的に示している。
【０００８】
光学スイッチ11は１個の入力と、３個の出力を備えている。とくに、図１を参照すると、光放射線は、符号16で示されている入力として機能する光学スイッチ11のエッジに矢印16で示されるように供給されることができ、またその後、光学スイッチ11の別のエッジに沿って配置され、それぞれ光学出力として機能する３つの矢印17-19で概略的に示されている３つの位置の任意の１つから出ることができる。
【０００９】
図１および２の実施形態はほぼ１．５μｍの波長を有する放射線により使用されるように構成されており、これは、通信産業において光通信に対して一般に使用される放射線の１形態である。しかしながら、本発明は種々の他の波長の放射線による使用に適している。さらに、図１のスイッチ11はここでは便宜上、放射線16に対する単一の入力部と、放射線17乃至19に対応した３個の出力部とを有するものとして説明されている。しかしながら、これら出力部は入力部になることが可能であると共に入力部は出力部として機能することができることが認識されるであろう。事実、光学スイッチ11による通信は両方向性であることが可能である。
【００１０】
図２を参照すると、光学スイッチ11はほぼ板状の部材26を備えており、この部材26は、平行である平坦な上面および下面を有している。部材26は、上面がほぼ長方形であり、それは図１に示されているスイッチ11の外形に対応している。この部材26は溶融石英ガラスから形成されているが、しかしその代りに単結晶シリコン、カルコゲナイドガラス、ヒ化ガリウムまたは別のある適切な材料から形成されることが可能である。部材26の材料は本質的に、関心を払われている波長の放射線に対して透過性である。もっとも、後述するように、関心を払われている放射線が部材26を通って伝播することを許される程度を制御する傾向がある別の構造がスイッチ11内に存在している。
【００１１】
入力放射線16を伝送する光ファイバは、図示されてはいないが、たとえば、レーザのビームを使用することによって等、既知の方法で部材26のエッジに融着されることができる。３つの付加的な光ファイバは、同様に図示されていないが、符号17乃至19で示された出力放射線をそれぞれ受けるために部材26のエッジに沿ったそれぞれの位置に融着されることができる。
【００１２】
部材26は、これを垂直に通って延在する複数の間隔を隔てられた円筒形開口を有しており、そのうちの１２個が参照符号31乃至42で示されている。開口は規則的で周期的なパターンで配置されており、各行中の隣接した開口の間の間隔46は各列中の隣接した開口の間の間隔47と同じである。図１および２の実施形態において、間隔46および47はほぼ０．８乃至１．０μｍであり、各開口の直径はほぼ０．５μｍである。各行中の開口は、隣接した行中の開口に関してその行の方向にオフセット48を有している。同様に、各列中の開口は、隣接した列中の開口に関してその列の方向にオフセット49を有している。オフセット48および49は同じであり、各値は間隔46または47の値の半分である。
【００１３】
部材26中の開口は、任意の便利な方法で形成されることができる。１つの適切な技術は、図１に示されている周期的なオフセットパターンで配置された複数の円形領域を規定するためにフォトリソグラフ、ホログラフィ、レーザ書込みまたは電子ビーム書込みを使用して部材26の上面をパターン化することである。その後、各円形領域がパターン化された場所をエッチングして各開口を生成するために、この部材26の上面上においてエッチングプロセスが行われる。
【００１４】
７個の電極51乃至57が部材26の上面上に設けられている。開示されている実施形態においては、電極51乃至57はそれぞれインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から形成されているが、しかし、その代りに、電極が形成されることのできる別の適切な材料が存在する。電極51は開口31-32をカバーし、電極52は開口33-34をカバーし、電極53は開口35-36をカバーし、電極54は開口37-38をカバーし、電極55は開口39-40をカバーし、電極56は開口41-42をカバーしている。残った電極57は部材26中のその他の全ての開口をカバーしている。部材26の下面には、７個の付加的な電極が設けられており、それらは電極51乃至57の鏡像になるように構成されている。図２では、これら付加的な電極の中の４個が認められ、参照符号61乃至63および67によって示されている。開示されている実施形態では、部材26の下面に７個の個々の電極が設けられているが、その代りに、上面上の７個の電極51乃至57に与えられる各電圧が全て単一の下面電極と関連しているように、実質的に部材26の下面全体を覆っている単一の共通した電極を設けることができる。
【００１５】
部材26中の各開口は、たとえば、図２において符号71で示されているように、既知のタイプの液晶材料を充填される。この液晶材料は、電極が部材26上に取付けられる前に、たとえば、液晶材料を部材26上にスピニングするか、あるいは付着させること等によって開口中に導入される。開示されている実施形態においては、液晶材料が使用されているが、その代りに、カルコゲナイドガラスのようなある別の電気光学的に活性の材料、または当業者に知られている別の酸化物結晶および重合体を使用することが可能である。
【００１６】
技術的に知られているように、液晶材料は、これに電圧が与えられたとき、その屈折率または誘電率が変化する。液晶材料71は関心を払われている放射線に対して透過性である。しかしながら、液晶材料71および部材26の材料は、以下さらに詳細に説明するように、その現在の屈折率に応じて放射線の伝播を許し、あるいは阻止することができる。
【００１７】
制御回路12は、部材26の対向する面上の各電極対の間に各電圧を選択的に供給することが可能であるように構成されている。たとえば、図２において破線により概略的に示されているように、制御回路12は、電極51および61を含む電極対の間にある電圧を選択的に供給することができる。同様に、制御回路12は、電極52および62を含む電極対の間にある別の電圧を、電極53および63を含む電極対の間に別の電圧を、電極57および67を含む電極対の間にさらに別の電圧を選択的に供給することができる。これらの電圧は、部材26を貫通している開口内の液晶材料の状態を制御するために使用され、それにはこの液晶材料の屈折率を制御する効果がある。これに関して、図１および２の光学スイッチ11は、以下においてそれぞれ説明される４つの異なった動作モードを有している。
【００１８】
とくに、第１の動作モードにおいて、スイッチ11全体中に光子バンドギャップを設定するように各開口中の液晶材料の屈折率が部材26の材料の屈折率とは異なったものとなる値の電圧が各電極対に対して与えられる。この第１の動作モードでは、部材26中の開口の周期的なパターンは部材26および液晶材料の異なった屈折率と協同して、光子バンドギャップ構造として知られている光学構造を生成するように作用する。この光子バンドギャップ構造はまた時として光子結晶と呼ばれる。
【００１９】
これに関して、図３は図２のライン３−３における上部から見た概略断面図であり、第１の動作モードを表している。部材26中の開口は全て実線で示され、光子バンドギャップ構造を設定するようにこれらの開口中の液晶材料の屈折率が部材26の材料の屈折率とは異なっていることを示している。符号16で示されているようにスイッチ11の入力に供給された光放射線は部材26中に入ることができないか、あるいは、たとえば、破線81により概略的に示されているようにその入力の領域内の比較的狭い面積に制限されるであろう。開示されている実施形態において、この動作モードは、制御回路12により各電極対を横切って与えられた電圧がゼロボルトのときに発生する。もっとも、スイッチ11は、ある別の電圧を各電極対の間に与えることによりこの第１の動作モードが設定されるように構成されることが可能であることが認識されるであろう。
【００２０】
スイッチ11の第２の動作モードにおいて、図１を参照すると、制御回路12は電極51を含む電極対の間および電極54（図１）を含む電極対の間に正の電圧を与える。図１を参照すると、これは開口31-32および37-38中の液晶材料を別の屈折率を有する状態に変化させる。開示されている実施形態においては、この屈折率は材料26の屈折率と同じであるが、それはある他の屈折率であることもできる。その結果、開口31-32および37-38の領域内に光子バンドギャップ構造が規定されるように、開口31-32および37-38中の液晶材料はもはや部材26の材料と協同しない。したがって、光学スイッチ11を通って１つの通路が設定され、開口31-32および37-38はこの通路に沿って配置されている。
【００２１】
これに関して、図４は図３に類似した上部から見た概略断面図であるが、この第２の動作モードを示している。図４においては、開口31-32および37-38中の液晶材料の部分が部材26と同じ屈折率を有し、したがってそれらが放射線に対しては部材26の一部のようになることを概略的に示すために、これらの開口は実線ではなく破線で示されている。光学スイッチ11を通る上述の通路はＬ字形の破線の対86-87で示されており、通路はこれら２つの破線の間の領域である。符号16で示されているスイッチ11の入力に供給された光放射線はこの通路に沿って進行し、矢印17によって示されているようにスイッチ11の第１の出力から出ていく。放射線は開口32の領域内の直角のコーナーを実効的に曲がらなければならないが、通路86-87の外側に配置された光子バンドギャップ構造の性質のために、放射線は目立った損失を生じることなくこのコーナーを効率的に曲がる。実際に、通路は、９０°より大きいコーナーを含むように構成されることが可能であり、周囲を囲む光子バンドギャップ構造の性質のために放射線は目立った損失を生じることなくこのコーナーを効率的に曲がることができる。したがって、スイッチ11はほとんど無損失である。
【００２２】
上述したように、開示されている実施形態中の液晶材料に対して適切な付勢電圧が与えられたとき、それは部材26の材料の屈折率と同じ屈折率に変化する。しかしながら、液晶材料の屈折率を部材26の材料の屈折率とは異なったものに変化させることにより、これら２つの異なった屈折率が通路内に光子バンドギャップ構造を生成するのではなく、この通路に沿った放射線の伝播を可能にする限りにおいて、この液晶材料は付勢電圧に応答することが可能である。
【００２３】
スイッチ11の第３の動作モードにおいて、図１を参照すると、電極53、54、56および57の１つを含む各電極対に対してゼロボルトの電圧が与えられる。電極51、52および55の１つを含む各電極対に対して正の付勢電圧が与えられる。その結果、各開口31-34および39-40中の液晶材料は、その屈折率が部材26の材料の屈折率と同じ状態を示す。
【００２４】
図５は図３および４に類似した上部から見た概略断面図であるが、この第３のドウサモードを示している。入力から第２の出力までの通路は２つのＬ字形の破線91および92によって概略的に示されており、通路はこれらのラインの間に存在し、開口31-34および39-40は全てこの通路に沿って位置している。符号16で示されているスイッチ11の入力に供給された光放射線はこの通路に沿って進行し、矢印18で示されているように、スイッチ11の第２の出力から出ていく。
【００２５】
スイッチ11の第４の動作モードにおいて、図１を参照すると、制御回路12は、電極54、55および57の１つを含む各電極対に対してゼロボルトの電位を与える。電極51、52、53および56の１つを含む各電極対に対して正の付勢電圧が与えられる。これによって開口31-36および41-42中の液晶材料は、その屈折率が部材26の材料の屈折率と同じ状態に変化する。図６は図３乃至５に類似した上部から見た概略断面図であり、この第４の動作モードを示している。図６には、入力から第３の出力に延在する通路を規定する２つのＬ字形の破線96および97が示されており、開口31-36および41-42は全てこの通路に沿って配置されている。符号16で示されている入力に供給された光放射線はこの通路に沿って進行し、矢印19で示されているように光学スイッチ11の第３の出力から出ていく。
【００２６】
図１および２を参照すると、電極51および61の対と関連している部材26中の開口は、ここでは、この電極51および61の対の間に与えられる電圧により制御される液晶材料を含むものとして説明されている。しかしながら、上記の説明から明らかであるように、これらの開口中の液晶材料は、スイッチ11の４つの動作モードのそれぞれにおいて同じ状態および屈折率を有している。したがって、電極51および61を除去し、その関連した開口中の液晶材料を、これらの開口において必要とされる無変化の屈折率を有する電気的に制御されない材料で置換することが可能である。
【００２７】
図７は図１に類似した概略上面図であり、図１の光学スイッチ11の別の実施形態である光学スイッチ111を示している。等価な部分は同じ参照符号により示されている。主要な相違は、スイッチ11に対して使用される電極構成が別の電極構成により置換されていることである。とくに、複数の小さい円形の電極が部材26の上面上に設けられ、これら電極の４個が参照符号121乃至124によって示されている。各円形電極は部材26中の開口の１つだけと関連している。同様に、複数の別の円形電極が部材26の下面上に設けられている。光学スイッチ111において、関連した制御回路（図７には示されていない）は、各開口中の液晶材料を他の全ての開口中の液晶材料とは無関係に制御することができる。それ故、この制御回路は、放射線がスイッチ111を通る経路を種々の方法の任意の１つで設定する広いフレキシビリティを有している。したがって、スイッチ111は、Ｎの任意の実際的な値に対してでも１×Ｎ個のスイッチが比較的小型サイズで構成されることを可能にする。
【００２８】
図８は、図２にほぼ対応した概略断面図であり、図１および２の光学スイッチ11の別の実施形態である光学スイッチ211を示している。主要な相違は、図８において部材26の開口中の材料の屈折率が液晶を電気的に制御することによるものではなく、機械的または水力学的に変化させられるものであることである。
【００２９】
とくに、部材26は開口213を有し、この開口213は、全ての動作モードで屈折率が同じであることのできる開口の１つである。したがって、この開口は、部材26の屈折率とは異なった適切な屈折率を有する固体材料214を充填され、その結果これらの屈折率が協同して光子バンドギャップ構造を開口213の領域内に提供する。
【００３０】
ハウジング216は部材26の上部に取付けられており、空気室217を備え、この空気室217は、異なったモードに対して異なった屈折率が使用される部材26中の開口31乃至36を含む各開口と流体でつながっている。３個のハウジング231乃至233は部材26の下側に取付けられており、それぞれが各室236乃至238を備えている。各ピストン241乃至243は関連した室236乃至238のサイズを変化させるように各ハウジング231乃至233内に可動的に支持されている。ピストン241乃至243は、任意の適切な制御メカニズムによって互いに無関係に独立して移動されることができる。開口31および32は、その１つが符号246によって示されている各流体通路によって室236とつながっている。同様に、開口33および34は各流体通路によって室237とつながっており、開口35および36は各流体通路によって室238とつながっている。室236乃至238はそれぞれ、その屈折率に対して選択された量の流体251乃至253を含んでいる。
【００３１】
上述したように、ピストン241乃至243は全て、独立的に制御されることができる。しかしながら、図８ではそれらは全て、便宜上、上昇された位置にある状態を示されており、このとき、流体を通路を通って開口31乃至36中に押し上げ、一方、これらの開口中に存在していた空気がハウジング216中に押し上げられるために、室236乃至238のサイズは実効的に減少している。これらの開口中に移動された流体は部材26の屈折率と同じ屈折率を有しているため、各開口31乃至36の領域内における光子バンドギャップ構造は回避される。その結果、放射線は、これらの開口に関連した通路に沿って部材26を通って伝播する。
【００３２】
図９は、スイッチ211のある別の動作モードを示しており、このとき各ピストン241乃至243は各室236乃至238の実効サイズを拡大し、それによって流体を開口31乃至36から流出させてハウジング216内の空気室217からの空気によって置換されるようにするために下方に移動されている。この空気は部材26の屈折率とは異なった屈折率を有しており、それによって光子バンドギャップ構造を各開口31乃至36の領域内に生じさせ、関心を払われている放射線がこれらの開口の領域内を伝播することを阻止する。
【００３３】
本発明は多くの技術的利点を提供する。このような技術的利点の１つは、光信号を電気信号に変換し、その後電気信号を使用して必要な切替えを行い、次に、切替えられた電気信号を光信号に変換して戻すことなく光信号の切替えを行う能力である。その結果、光学的な切替えが迅速かつ廉価に、非常に高いデータレートで行われることができる。単一の光データ流は実時間で効率的に分割されることが可能であり、各セグメントが種々の目的地に送られる。
【００３４】
さらに別の利点は、本発明による光学スイッチは著しい挿入損失または伝送損失を有しないことである。それは容易に廉価な容積で製造されることが可能であり、高い信頼性を有し、また、種々の用途に適合する縮尺で容易に設計されることができる。開口中の材料を実際に変化させる実施形態に関して、１つの利点は、屈折率の変化度が、たとえば、電気制御の下で単一の材料の屈折率を変化させる場合よりも大きい可能性が高いことである。
【００３５】
いくつかの選択された実施形態を図示し、詳細に説明してきたが、添付された請求の範囲により規定された本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の置換および変更を行うことが可能であることを認識すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を使用する光学スイッチの概略上面図。
【図２】図１の光学スイッチ用の制御回路を概略的に示す図１の光学スイッチの図１のライン２−２における側方から見た概略断面図。
【図３】光学スイッチの第１の動作モードを示す図２のライン３−３における上方から見た概略断面図。
【図４】光学スイッチの第２の動作モードを示す図３に類似した上方から見た概略断面図。
【図５】光学スイッチの第３の動作モードを示す図３および４に類似した上部概略断面図。
【図６】光学スイッチの第４の動作モードを示す図３乃至５に類似した上方から見た概略断面図。
【図７】図１の光学スイッチの別の実施形態である光学スイッチの概略上面図。
【図８】図１の光学スイッチのさらに別の実施形態である光学スイッチの側方から見た概略断面図。
【図９】図８の光学スイッチの別の動作モードを示す図８に類似した側方から見た概略断面図。
【図１】
2006505004.tif 000003
【図２】
2006505004.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月6日(2005.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光放射線用の入力部と、
前記入力部から間隔を隔てられた出力部と、
前記入力部と前記出力部との間に光学的に配置された第１の領域とを具備しており、
前記第１の領域は複数の第２の領域および第３の領域を含み、前記第２の領域は前記第１の領域内の間隔を隔てられた位置に設けられ、前記第３の領域は屈折率を有し、前記第２の領域以外の前記第１の領域の部分であり、
前記第２の領域は、互いに排他的である前記第２の領域の第１および第２のグループを含んでおり、前記第２のグループの前記第２の領域は前記第１の領域を通って前記入力部から前記出力部に延在する通路に沿って配置され、この通路は前記第１のグループの前記第２の領域を含んでおらず、
前記スイッチは第１の動作モードと第２の動作モードとを有し、その第１の動作モードにおいては、前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率とは異なった屈折率を有し、それにより前記第３の領域および前記第２の領域が協同して、予め定められた波長を有する光放射線が前記第１の領域内を伝播することを阻止し、
前記第２の動作モードにおいては、前記第１のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率とは異なった屈折率を有し、それにより前記第３の領域および前記第１のグループの前記第２の領域が協同して、予め定められた波長を有する光放射線が前記第１の領域の前記通路に沿った以外の部分内を伝播することを阻止し、前記第２のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率に関して、予め定められた波長を有する放射線が前記第１の領域を通って前記通路に沿って前記入力部から前記出力部に向かって伝播することを許すような選択された屈折率を有するように構成されている光学スイッチを備えている装置。
【請求項２】
前記第１の動作モードにおいて前記第２の領域および第３の領域が一緒に光子バンドギャップ構造を規定するように、前記第２の領域は前記第１の領域内に周期的なパターンで配置されている請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第２のグループの前記第２の各領域は異なった動作状態を有する材料の部分を有し、これらの状態において前記材料はそれぞれ異なった屈折率を有しており、
前記材料の前記部分を第１および第２の状態の選択された一方にするように前記材料の前記各部分を選択的に制御し、前記第１および第２の状態において前記スイッチがそれぞれ第１および第２の動作状態にあるとき前記部分がそれぞれ第１および第２の屈折率を有するようにする構造を具備し、前記第１および第２の屈折率は異なっている請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記スイッチは前記第３の領域に対応した部材を含んでおり、前記第３の領域は前記屈折率を有し、前記第３の領域は、前記第２の各領域にそれぞれ対応している複数の間隔を隔てられた平行な開口を有し、
前記開口の部分集合は前記第２のグループに対応し、前記部分集合内の前記開口のそれぞれがその中に前記材料の前記部分を有している請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記材料は液晶材料であり、
前記構造は前記部材の対向した面上に配置された第１および第２の電極を備え、前記第１および第２の電極は液晶材料の前記部分のそれぞれに電気的に結合され、
前記構造は前記第１および第２の電極の間に電圧を選択的に供給する回路を備えている請求項４記載の装置。
【請求項６】
屈折率を有する材料を含み、
前記第２のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第１および第２の動作モードの一方の期間中に前記材料を有し、前記第１および第２の動作モードの他方の期間中に前記材料が存在しない状態になるようにする構造を備えている請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記スイッチは前記第３の領域に対応した部材を含んでおり、前記第３の領域は前記屈折率を有し、前記第２の各領域にそれぞれ対応した複数の間隔を隔てられた平行な開口を有し、
前記構造は、前記動作モードの前記一方の期間中に前記第２のグループに対応した前記開口に材料を供給し、前記動作モードの前記他方の期間中に前記第２のグループに対応した前記開口から前記材料が取除かれた状態にするように動作可能である請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記材料は流体であり、
前記構造は可変的なサイズを有する流体室を備え、流体通路が前記室から前記第２のグループに対応した前記開口のそれぞれに延在し、前記室はその中に前記流体を有している請求項７記載の装置。
【請求項９】
光放射線用の入力部と、
前記光入力部から間隔を隔てられ、また互いに間隔を隔てられている第１および第２の出力部と、
前記入力部と前記各出力部との間に光学的に配置された第１の領域とを具備しており、
前記第１の領域は複数の第２の領域および第３の領域を含み、前記第２の領域は前記第１の領域内の間隔を隔てられた位置に設けられ、前記第３の領域は屈折率を有し、前記第２の領域以外の前記第１の領域の部分であり、
前記第２の領域は、互いに排他的である前記第２の領域の第１、第２、第３および第４のグループに構成され、前記第２および第３のグループの前記第２の領域は前記第１の領域を通って前記入力部から前記第１の出力部に延在する第１の通路に沿って配置され、この第１の通路は前記第１および第４のグループの前記第２の領域を含まず、前記第２および第４のグループの前記第２の領域は前記第１の領域を通って前記入力部から前記第２の出力部に延在する第２の通路に沿って配置され、この第２の通路は前記第１および第３のグループの前記第２の領域を含まず、
前記スイッチは第１、第２および第３の動作モードを有し、第１の動作モードにおいては、前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率とは異なった屈折率を有し、それにより前記第３の領域および前記第２の領域が協同して、予め定められた波長を有する光放射線が前記第１の領域内を伝播することを阻止し、
前記スイッチの第２の動作モードにおいては、前記第１および第４のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率とは異なった屈折率を有し、それにより前記第３の領域および前記第１および第４のグループの前記第２の領域が協同して、予め定められた波長を有する光放射線が前記第１の領域の前記第１の通路に沿った以外の部分内を伝播することを阻止し、また、前記第２および第３のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率に関して予め定められた波長を有する放射線が前記第１の領域を通って前記第１の通路に沿って前記入力部から前記第１の出力部に向かって伝播することを許すような選択された屈折率を有し、
前記スイッチの第３の動作モードにおいては、前記第１および第３のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率とは異なった屈折率を有し、それにより前記第３の領域および前記第１および第３のグループの前記第２の領域が協同して、予め定められた波長を有する放射線が前記第１の領域の前記第２の通路に沿った以外の部分内を伝播することを阻止し、また、前記第２および第４のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第３の領域の前記屈折率に関して予め定められた波長を有する放射線が前記第１の領域を通って前記第２の通路に沿って前記入力部から前記第２の出力部に向かって伝播することを許すような選択された屈折率を有しているスイッチを備えている装置。
【請求項１０】
前記スイッチは前記第３の領域に対応した部材を含んでおり、前記第３の領域は前記屈折率を有し、前記第２の各領域にそれぞれ対応している複数の間隔を隔てられた平行な開口を有し、
前記開口の部分集合は前記第２、第３および第４のグループに対応し、前記部分集合内の前記開口のそれぞれがその中に液晶材料の各部分を有し、
前記材料の前記部分のそれぞれが第１および第２の状態の選択された一方になるように前記各部分の選択的な制御を容易にする構造を備えており、前記第１および第２の状態において前記部分はそれぞれ異なった屈折率を有している請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記構造は前記部材の一方の面上に配置された第１、第２および第３の電極と、前記部材の他方の面上に配置された第４、第５および第６の電極とを備え、前記第１および第４の電極は前記第２のグループに対応した液晶材料の前記部分のそれぞれに電気的に結合され、前記第２および第５の電極はそれぞれ前記第３のグループに対応した液晶材料の前記部分のそれぞれに電気的に結合され、前記第３および第６の電極はそれぞれ前記第４のグループに対応した液晶材料の前記部分のそれぞれに電気的に結合され、
前記構造は、前記第１および第４の電極の間に第１の電圧を、前記第２および第５の電極の間に第２の電圧を、ならびに前記第３および第６の電極の間に第３の電圧を選択的に供給する回路を備えている請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
屈折率を有する材料を含み、
前記第２および第３のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第１および第２の動作モードの一方の期間中に前記材料を有し、前記第１および第２の動作モードの他方の期間中に前記材料が存在しない状態になるようにし、また、前記第２および第４のグループの前記第２の領域のそれぞれが前記第１および第３の動作モードの一方の期間中に前記材料を有し、前記第１および第３の動作モードの他方の期間中に前記材料が存在しない状態になるようにする構造を備えている請求項９記載の装置。
【請求項１３】
前記スイッチは前記第３の領域に対応した部材を含んでおり、前記第３の領域は前記屈折率を有し、前記第２の各領域にそれぞれ対応した複数の間隔を隔てられた平行な開口を有し、
前記構造は、前記第１および第２の動作モードの前記一方の期間中に前記第２および第３のグループに対応した前記開口にそれぞれ材料を供給し、前記第１および第２の動作モードの前記他方の期間中に前記第２のグループに対応した前記開口から前記材料が取除かれた状態にするように動作可能であり、
前記構造は、前記第１および第３の動作モードの前記一方の期間中に前記第２および第４のグループに対応した前記開口に材料を供給し、前記第１および第３の動作モードの前記他方の期間中に前記第２のグループに対応した前記開口から前記材料が取除かれた状態にするように動作可能である請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
光放射線のための入力部と、前記入力部から間隔を隔てた位置にある出力部と、および前記入力部と前記出力部との間に光学的に配置された第１の領域とを備えている光学スイッチを動作させる方法において、
前記第１の領域内に複数の第２の領域と１つの第３の領域を設け、前記第２の領域は前記第１の領域内において互いに間隔を隔てられた位置に設けられており、前記第３の領域はある屈折率を有し、前記第２の領域以外の前記第１の領域の一部分であり、
前記第２の領域を、互いに排他的である第１および第２のグループに細分し、前記第２のグループの前記第２の領域は、前記第１の領域を通って前記入力部から前記出力部まで延在すると共に前記第１のグループの前記第２の領域からフリーである通路に沿って配置され、
前記スイッチを第１および第２の動作モードで選択的に動作するステップを含んでおり、前記第１の動作モードにおいて、前記第２の各領域は前記第３の領域の屈折率とは異なる屈折率を有しており、それにより前記第３の領域および前記第２の領域は協同して前記第１の領域内を予め定められた波長を有する光放射線が伝播することを阻止し、前記第２の動作モードにおいて、前記第１のグループの前記第２の各領域は前記第３の領域の屈折率とは異なる屈折率を有しており、それにより前記第１のグループの前記第３の領域および前記第２の領域は協同して前記予め定められた波長を有する放射線が前記通路に沿った部分以外の前記第１の領域の部分内を伝播することを阻止し、また、このモードにおいて、前記第２のグループの前記第２の各領域は前記第３の領域の屈折率に関して前記予め定められた波長を有する放射線が前記第１の領域を通って前記入力部から前記出力部に向かって前記通路に沿って伝播することを可能にするような選択された屈折率を有している方法。
【国際調査報告】
2006505004.tif 000012
2006505004.tif 000013
2006505004.tif 000014