(57)【要約】光スイッチング要素は、光信号の光経路を変更するための、移動可能な光伝送可能なマイクロ構造を持つ。移動可能なマイクロ構造は“光伝送可能”である。なぜならそれは、光信号を送出する導波管及び導波管ネットワークのような構造を持つからである。本装置は、入って来る光信号が、移動可能なマイクロ構造の位置に応じて、小さな空隙の上で（ｏｖｅｒ）異なる導波管と位置合わせされるように、あるいは導波管への異なった入力と位置合わせされるように、１つの位置から他の位置にある方向で（例えば、横方向，垂直，回転）移動させる光伝送可能なマイクロ構造を有する光スイッチを構築するために、ＭＥＭＳ及びマイクロマシーニング技術を使用する。結果として、光信号は、移動可能なマイクロ構造の位置に応じて、異なった光経路（例えば、真っ直ぐに突っ切る経路、あるいは交差経路）を伝搬する。
2004510183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、
上記基板に対して移動するようにされた、マイクロマシン化されたプラットフォーム、
上記プラットフォームを、上記基板に対して、第１の位置から第２の位置に移動させるアクチュエーション機構（ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）、及び、
第１の入力と第２の入力を有する導波管ネットワークであって、当該導波管ネットワークが上記プラットフォームとともに移動するようにして当該導波管ネットワークが上記プラットフォームに結合され、それによって、当該プラットフォームが上記第１の位置にあるときに、光信号が当該第１の入力に入って当該導波管ネットワーク内の第１の光経路に沿って伝搬し、そして上記プラットフォームが上記第２の位置にある時に、光信号が当該第２の入力に入って当該導波管ネットワーク内の第２の光経路に沿って伝搬する、導波管ネットワーク、
を備える、第１の光経路から第２の光経路へ光信号をスイッチングするための装置。
【請求項２】
上記プラットフォームが、上記基板に対して垂直に移動するようにされた、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記プラットフォームが、上記基板に対して横方向に移動するようにされた、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記プラットフォームが、上記基板に対して回転移動するようにされた、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
上記導波管ネットワークが複数の導波管を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記複数の導波管が少なくとも第１の及び第２の導波管を含み、上記基板に対するそれらの垂直位置に応じて、上記プラットフォームの移動が当該第１の及び第２の導波管の間を選択（ｓｅｌｅｃｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ）するように、当該第１の及び第２の導波管が互いに垂直に配置された、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
上記複数の導波管が少なくとも第１の及び第２の導波管を含み、上記基板に対するそれらの横方向位置に応じて、上記プラットフォームの移動が当該第１の及び第２の導波管の間を選択（ｓｅｌｅｃｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ）するように、当該第１の及び第２の導波管が互いに横方向に配置された請求項５に記載の装置。
【請求項８】
上記複数の導波管が少なくとも第１の及び第２の導波管を含み、それらの角度オフセット（ａｎｇｕｌａｒ ｏｆｆｓｅｔ）に応じて、上記プラットフォームの移動が当該第１の及び第２の導波管の間を選択（ｓｅｌｅｃｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ）するように、お互いが角度オフセットで配置された、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
上記プラットフォームを上記基板の上に（ｏｖｅｒ）吊るすための支持構造を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
上記基板が、その上に（ｏｖｅｒ）上記プラットフォームが吊るされる空洞（ｃａｖｉｔｙ）あるいは空隙（ａｉｒ ｇａｐ）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
上記基板に結合され、上記導波管ネットワークから上記光信号を受け取るように配置された、入力静止導波管を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
上記基板に結合され、上記光信号を、上記導波管ネットワークの上記第１の入力又は上記第２の入力か、のいずれかに送信するように配置された、出力静止導波管を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
基板に結合され、上記導波管ネットワークから上記光信号を受け取るように配置された、出力静止導波管を更に備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
上記導波管ネットワークが第１の出力及び第２の出力を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
上記基板に結合され、上記導波管ネットワークの、上記第１の出力か上記第２の出力か、のいずれかから上記光信号を受け取るように配置された、出力静止導波管を更に備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
上記プラットフォームに結合されたアクティベーション電極（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を更に備え、上記アクチュエーション機構が、当該アクティベーション電極と静電的に相互作用するように配置されたアクチュエーション電極（ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
上記アクチュエーション電極及びアクティベーション電極が交互嵌合された、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
上記導波管ネットワークへの上記入力か，上記導波管ネットワークの出力か，のいずれかに配置された光コネクタを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
上記光コネクタが、上記光信号のアライメント軌跡エラー（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｅｒｒｏｒ）を是正する、アライメント是正表面（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ）を含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
上記アライメント是正表面が球形の表面である、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
上記導波管ネットワークが媒体によって包囲された導波管を含み、当該媒体が真空あるいは空気内にある、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
上記導波管ネットワークが、頂部，底部，及び側部，を有する導波管を含み、上記導波管の当該頂部及び側部が真空あるいは空気と接触する一方、当該底部が上記導波管のそれより低い屈折率を持つ中間材料と接着される、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
上記導波管ネットワークが、上記基板と単一構造に形成された導波管を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
上記プラットフォームの位置を判断するためのセンシング電極を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
もし上記プラットフォームが上記第１の位置にあるならば、上記導波管ネットワークを通じて伝搬中に上記光信号が上記第１の光経路から上記第２の光経路にスイッチし、そして、もし上記プラットフォームが上記第２の位置にあるならば上記光信号が真っ直ぐ上記導波管ネットワークを通じて通過する、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
もし上記プラットフォームが上記第１の位置にあるならば、上記光信号が上記導波管ネットワ−クを通じて真っ直ぐ通過され、もし上記プラットフォームが第２の位置にあるならば、上記導波管ネットワークを通じた送出中に上記光信号が上記第１の光経路から上記第２の光経路にスイッチする、請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
光信号を第１の光経路から第２の光経路にスイッチングする方法であって、
上記光信号を、基板に対して移動するようにされたプラットフォームに向かって伝搬させるステップであって、当該プラットフォームは第１の入力及び第２の入力を有する導波管ネットワークを含んでいるものであり、当該導波管ネットワークは当該導波管ネットワークが当該プラットフォームとともに移動するように当該プラットフォームに結合されており、
上記光信号が、上記第１のあるいは第２の光経路に沿って伝搬させるべきものか否かを判断するステップ、そして、
上記プラットフォームを、上記基板に対して第１の位置あるいは第２の位置に選択的に移動させるステップであって、それによって、上記プラットフォームが当該第１の位置にあるときに上記光信号が上記第１の入力に入って上記導波管ネットワーク内の上記第１の光経路に沿って伝搬し、そして上記プラットフォームが当該第２の位置にあるときに上記光信号が上記第２の入力に入って上記導波管ネットワーク内の上記第２の光経路に沿って伝搬する、
ステップを含む方法。
【請求項２８】
光信号のアライメント軌跡エラー（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｅｒｒｏｒ）を是正するステップを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
光信号のアライメント軌跡エラーを是正するステップが、上記エラーを是正ために球状の表面を使用する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
上記プラットフォームを移動させるステップが上記プラットフォームを上記基板に対して垂直に移動させる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
上記プラットフォームを移動させるステップが上記プラットフォームを、上記基板に対して横方向に移動させる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
上記プラットフォームを移動させるステップが上記プラットフォームを、上記基板に対して回転移動させる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
上記導波管ネットワークが第１の及び第２の導波管を含み、当該第１の及び第２の導波管が、上記基板に対するそれらの垂直位置に応じて、上記プラットフォームの移動が当該第１の及び第２の導波管の間を選択（ｓｅｌｅｃｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ）するように、互いに垂直に配置された、請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
上記導波管ネットワークが第１の及び第２の導波管を含み、、上記基板に対するそれらの横方向位置に応じて、プラットフォームの移動が当該第１の及び第２の導波管の間を選択（ｓｅｌｅｃｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ）するように、当該第１の及び第２の導波管がお互いに（ｗｉｔｈ ｒｅｓｐｅｃｔ ｔｏ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ）横方向に（ｌａｔｅｒａｌｌｙ）配置された、請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】
上記導波管ネットワークが第１の及び第２の導波管を含み、、当該第１の及び第２の導波管が、それらの角度オフセットに応じて、上記プラットフォームの移動が当該第１の及び第２の導波管との間を選択（ｓｅｌｅｃｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ）するように、お互いに、角度オフセットで配置された請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
上記プラットフォームの位置をセンシングするステップを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
上記基板が半導体である請求項１に記載の装置。
【請求項３８】
上記基板が半導体である請求項２７に記載の方法。
【請求項３９】
上記基板が石英である請求項１に記載の装置。
【請求項４０】
上記基板が石英である請求項２７に記載の方法。
【請求項４１】
上記基板が二酸化珪素である請求項１に記載の装置。
【請求項４２】
上記基板が二酸化珪素である請求項２７に記載の方法。
【請求項４３】
上記光コネクターが光−電気−光コネクターを備える、請求項２に記載の光スイッチングシステム。
【請求項４４】
上記光コネクターが光ファイバーの束を備える、請求項２に記載の光スイッチングシステム。
【請求項４５】
上記光コネクターが複数のミラーを備える、請求項２に記載の光スイッチングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は一般的に、素子のクラス（ｃｌａｓｓ）及びそれらの素子の配列（ａｒｒａｙ）の、光信号をスイッチングするためのシステムへの集積（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）に関する。特に、これらの素子は、一般に行われている半導体製造実務とコンパチブルな（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）材料と工程で作られ、従って、大量に低コストで製品を製造する能力を持つ。本出願はＹｉｎｇ Ｗｅｎ Ｈｓｕによる米国仮特許出願番号６０／２３３，３７２号（２０００年９月１９日出願、発明の名称“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌｓ ｕｓｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”）に関係し、それに基づく優先権を主張する。
【０００２】
（従来の技術）
これらの素子における関心は、通信業界における、より多くの利用とより速い通信システム（即ち、広い帯域）に対する要求の増大によって高まってきた。この要求を推進する適用（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）の主な例は、インターネット，ビデオ／音楽オン・デマンド，及び企業データストレージである。現存する通信インフラストラクチャー（電話通信（ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｃａｌｌｓ）に関して大きく発展した）は現在、データ通信の新規の適用に対する要求に応じる能力を欠く。
【０００３】
この新規の要求に応じるために、複数のオプションが開発されてきた。これらのオプションは、ワイヤレス，光学，及び自由空間レ−ザ通信技術を含む。現在までに、将来予測される帯域要求に応じる能力を持つ最も有望な技術は、光技術である。
【０００４】
全ての光ネットワークにおいて、あるいは、光ネットワークと電気ネットワークの組み合わせにおいて、必要な構成要素としては、信号キャリア媒体（即ち光ファイバー），信号ルーティング・システム（ｓｉｇｎａｌ ｒｏｕｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ），及び制御システム，が含まれる。これらの信号ルーティング・システムは、光ファイバーの間で光信号をスイッチングする素子を持つ。
【０００５】
先行技術のアプローチにおいて、光信号のスイッチングは、支配的に２つの主要なアプローチ（電気的及び光学的）によって達成され得る。現在では、殆どのシステムが、電気的スイッチングを使用する。これらのシステムでは、ネットワーク接合において、光信号は最初に、電気信号に変換されねばならない。変換された電気信号は次に、集積回路によって指定されたチャンネルにスイッチされる（ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｔｏ）。最後に電気信号は、次の目的地に向かって信号が光ファイバーに渡される前に、また光信号に変換し直されねばならない。そのような光コンバータは比較的、残りの送出装置に比して高価である。
【０００６】
電気スイッチング技術は信頼性があり、低価格であり（光コンバータを除いて）、信号再調整（ｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）と監視（ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）を保証する。電気スイッチングシステムに付随する主な欠点は、長距離のネットワークにおける接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）の数が多く、コンバータのトータルのコストが非常に高いことである。更に、一般的に、接合に到達する７０％以上の信号は、単純な直接通過（ｓｔｒａｉｇｈｔ ｐａｓｓ−ｔｈｒｏｕｇｈ）だけをを必要とし、フルの（ｆｕｌｌ）信号の変換（ダウンコンバージョン及びアップコンバージョン）によって、非効率的なハードウェアの使用に繋がるシステム設計者は、将来のシステムは、透明な（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）光学スイッチ能力（即ち、入力ポートと出力ンポートの間の光信号のビットレート，データフォーマット，あるいは波長に関らずに、光学信号の経路の再方向付け（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ）が可能なスイッチングシステム）によって最も良く達成される（ｓｅｒｖｅｄ）ことをも予測する。殆どの電気スイッチングシステムは、特定の率（ｒａｔｅ）とフォーマット（ｆｏｒｍａｔ）のために設計されており、複数の（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）、及び動的な（ｄｙｎａｍｉｃ）率とフォーマットに順応できない。将来のシステムは、異なった波長の光信号（これは、電気的スイッチング・ネットワーク内で、各波長に対して別個のチャンネルの使用を必要とする）を取り扱うことをも要求される。これらの電気的スイッチング・システムの制限によって、改善された光スイッチングシステムの開発に対する新たな機会が提供される。
【０００７】
光経路（ｌｉｇｈｔ ｐａｔｈ）の方向（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に直接影響を与えるスイッチは、しばしば、光交差接続（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｎｎｅｃｔ （ＯＸＣ））と呼ばれる。ガラスと他の光学的基板を用いる従来の光学的製造技術は、データ通信適用（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）に対する動作特性とコスト要求に適合する製品を生成できない。成熟した集積回路技術に基礎を置く電気的スイッチング技術と異なって、（高いポートカウントを達成できる）光スイッチングは、比較的新しい技術に依存する。マイクロ・マシーニング（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）の使用が、そのようなアプローチの１つである。用語ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が、マイクロマシーニングによるウェーハ製造工程（殆どがシリコン・ウェーハ上での）を用いて製造された素子を表現するために用いられる。ＭＥＭＳのバッチ処理能力によって、低コストで，大量の、これらの素子の製造が可能となる。
【０００８】
ＭＥＭＳに基づく光スイッチは大まかに、３つのカテゴリー類別され得る。即ち、１）シリコン。ミラー，２）液体スイッチ，及び，３）熱−光スイッチ、である。液体と熱−光スイッチの双方が開示されてきた（ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ）が、これらの技術は、大量のチャンネルあるいはポートカウント（ｐｏｒｔ ｃｏｕｎｔ）をスケールアップする能力を欠く。接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ）において大量のファイバーを効率的にスイッチするために、高いポートカウントは重要である。以上によって、３次元（３Ｄ）空間でのシリコンミラーの使用（ここでは高いポートカウント（例えば１０００より大きな）が達成される）のみが、唯一のアプローチである。
【０００９】
３Ｄシリコンミラーを用いる光交差接続は、大きな挑戦に直面する。高いポートカウントを持つ素子を生成するために、これらのシステムは、ビーム経路（ｂｅａｍ ｐａｔｈ）の、非常にタイトな角度制御（ｔｉｇｈｔ ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｔｒｏｌ）及び、反射ミラーの間の大きな自由空間距離を必要とする。必要とされる正確な角度制御は一般的に、ビーム経路のアクティブ制御（ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）無しには達成されない。各経路はモニターされ、操縦され（ｓｔｅｅｒｅｄ）ねばならないので、結果としてのシステムは複雑でコスト高となり得る。これらのシステムは、各ミラーの位置をモニターし、制御するための、かなりのソフトウェアと電気（処理）パワーをも必要とする。ミラーは、制限されない数の有りうる位置（即ち、アナログ動作）を通して２つの方向に移動可能なので、結果としてのフィードバック取得（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）と制御システムは、（特に、大きなポートカウントを有するスイッチにとって）非常に複雑となり得る。例えば、最近の開発レポートで説明されたように、Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの比較的小さい３Ｄミラースイッチング・プロトタイプは、３つのフルサイズのキャビネットの制御電子装置を占有したサポート装置によって達成された。
【００１０】
理想的には、光スイッチは、以下の主要特性を持つことになる。
１）大きなポートカウント（＞１０００ポート）に適応するだけスケーラブルである、
２）信頼性がある、
３）低コストで製造される、
４）低スイッチング時間を持つ、
５）低挿入ロス／クロストークを持つ、
【００１１】
３Ｄシリコンミラーは、スケーラビリティー要求を満たす一方、それは、残りの目標を達成できない。それ故、それによって３Ｄ自由空間光経路とアナログ制御の複雑な性質がガイドされた光経路及びデジタル（２つの状態の）スイッチングと置換され得る、新規のアプローチに対する要求が存在する。そのようなシステムは、スイッチングの動作を非常に単純化し、信頼性と動作特性を良好にする一方、コストを大きく削減する。以下の部分の開示は、そのようなシステムを説明する。
【００１２】
（発明の概要）
本発明は、移動可能な光伝送可能なマイクロ構造（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を用いて光信号をスイッチングするための方法及び装置に関連する。
【００１３】
第１に、本発明の別個の特徴は、移動可能な光を伝送可能なマイクロ構造（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を選択的に移動することによって光信号をスイッチングするための装置である。マイクロ構造が移動させられないときに光信号は経路の１つの組を採り、マイクロ構造が移動させられるならば光信号が経路の異なった組を採る。
【００１４】
第２に、本発明の別個の特徴は、光を伝送可能なマイクロ構造を選択的に移動させることによって光信号をスイッチングするための装置である。ここで、光信号が採る光経路は、マイクロ構造の位置に依存する。
【００１５】
第３に、本発明の別個の特徴は、固定された入力導波管（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ），移動可能なマイクロ構造に載置された少なくとも２つの光を伝送可能な導波管，及び固定された出力導波管，を備える、光信号をスイッチングするための装置である。
【００１６】
第４に、本発明の別個の特徴は、入力及び出力を持つ移動可能な光を伝送可能なマイクロ構造を備え、当該入力が、入力してくる光信号を含む導波管の近傍（小さい空隙）に配置され、当該出力が、出力されてゆく光信号を運ぶための導波管の近傍（小さい空隙）に配置される、光信号をスイッチングするための装置である。
【００１７】
第５に、本発明の別個の特徴は、シリコンチップの基板に対して移動するように載置されたマイクロ構造（これが光を伝送できる導波管を担う）を備える、光信号をスイッチングするための装置である。
【００１８】
第６に、本発明の別個の特徴は、チップの基板，光伝送可能で、基板に対しての移動のために基板に移動可能に載置された導波管を担う（ｃａｒｒｙｉｎｇ）マイクロ構造，及び、マイクロ構造を基板に対して移動するための制御構造，を備える、光信号をスイッチングするための装置である。
【００１９】
７番目に、本発明の別個の特徴は、チップの基板，基板に載置された支持構造，光伝送可能な導波管を担い、基板に対して移動させるために支持構造に移動可能に載置されたマイクロ構造，及びマイクロ構造を基板に対して移動させるための制御構造，を備える、光信号をスイッチングするための装置である。
【００２０】
８番目に、本発明の別個の特徴は、光信号をＸ−Ｙ次元でスイッチする、移動可能な光伝送可能なマイクロ構造を有する光スイッチ，及び、光信号をＺ次元でスイッチする、移動可能な光伝送可能なマイクロ構造を有する光スイッチ，を備え、それによって光信号を３次元で（ｉｎ ３ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）スイッチする能力を提供する、光信号をスイッチングするための装置である。
【００２１】
９番目に、本発明の別個の特徴は、移動可能な光伝送可能なマイクロ構造を有するマイクロ−スイッチ要素（ｅｌｅｍｅｎｔ），光信号を、２つの入力から２つの出力のいずれにも配向すること（ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ）が可能なマイクロスイッチ要素，を備える、光信号をスイッチングするための装置である。
【００２２】
１０番目に、本発明の別個の特徴は、インターフェースに配置された光要素（ｏｐｔｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）の２次元アレイを用いることによって光出力の２次元アレイ（ａｒｒａｙ）からの光ミスアライメント（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を訂正する、移動可能な光伝送可能なマイクロ構造を備える、光信号をスイッチングするための装置である。
【００２３】
１１番目に、本発明の別個の特徴は、移動可能な光伝送可能なマイクロ構造を選択的に移動するステップを含み、マイクロ構造が移動させられないときに光信号が１つの経路の組を採り、マイクロ構造が移動させられないときに光信号が異なる経路の組を採る、光信号のスイッチングの方法である。
【００２４】
１２番目に、本発明の別個の特徴は、固定された入力導波管を通して入力してくる光信号を提供し，マイクロ構造を選択的に移動させることによって光信号を、移動可能なマイクロ構造に載置された少なくとも２つの導波管の１つに選択的に配向し，固定された出力導波管を通して光信号を出力する，ステップを含む、光信号をスイッチングする方法である。
【００２５】
１３番目に、本発明の別個の特徴は、入力が入力されてくる光信号を担う導波管の近傍（例えば小さい空隙）に配置され、出力が出力される光信号を担う導波管の近傍（例えば小さい空隙）に配置される、ような入力及び出力を有する光伝送可能なマイクロ構造を配置（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）し，するステップを含む、光信号をスイッチングする方法である。
【００２６】
１４番目に、本発明の別個の特徴は、シリコンチップの基板に対して移動させるために光伝送可能なマイクロ構造を載置するステップを含み、マイクロ構造が光伝送可能な導波管を担う、光信号をスイッチングする方法である。
【００２７】
１５番目に、本発明の別個の特徴は、チップの基板を提供し，基板に対して（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｏ）移動させるために、光伝送可能な導波管を担うマイクロ構造を基板に移動可能に載置し，光信号をスイッチするために、基板に対してマイクロ構造を選択的に移動させる，ステップを含む、光信号をスイッチングする方法である。
【００２８】
１６番目に、本発明の別個の特徴は、チップの基板に載置された支持構造を提供し，基板に対して移動できるように、光伝送可能な導波管を担うマイクロ構造を支持構造に移動可能に載置し，そして、光信号をスイッチするためにマイクロ構造を基板に対して選択的に移動させる，ステップを含む、光信号をスイッチングする方法である。
【００２９】
１７番目に、本発明の別個の特徴は、光信号をＸ−Ｙ次元でスイッチする光スイッチを提供し，光信号をＺ次元でスイッチする光スイッチを提供する，ことによって光信号を３次元でスイッチする能力を提供する、ステップを含む、光信号をスイッチングする方法である。
【００３０】
１８番目に、本発明の別個の特徴は、光信号を２つの入力から、２つの出力のいずれにも配向する（ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ）能力を持つ、移動可能な光伝送可能なマイクロ構造を有するマイクロ−スイッチ要素を提供する，ステップを含む、光信号をスイッチングする方法である。
【００３１】
１９番目に、本発明の別個の特徴は、光信号をスイッチするために光伝送可能なマイクロ構造を選択的に移動させ，インターフェースに配置された光要素の２次元アレイを用いることによって光出力の２次元アレイからの光ミスアライメントを訂正する，ステップを含む、光信号をスイッチングする方法である。
【００３２】
２０番目に、本発明の別個の特徴は、移動可能な光伝送可能なマイクロ構造を用いて、移動可能（ｍｏｖａｂｌｅ）及び固定の（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）導波管を製造する方法である。
【００３３】
２１番目に、本発明の別個の面は、移動可能な光伝送可能なマイクロ構造を用いて、移動可能及び固定の導波管を製造する方法であって、単純なスイッチ要素を集積し，２次元入力アレイからの高密度の光信号を、２次元出力アレイに同時にスイッチングすることが可能な構造を形成する，ステップを含む方法である。
【００３４】
２２番目に、本発明の別個の特徴は、以上のいずれかの別個の特徴（ｓｅｐａｒａｔｅ ａｓｐｅｃｔｓ）の、個々，あるいは，いくつかの組み合わせ，である。
【００３５】
本発明の更なる別個の特徴もまた、上述の別個の特徴のいずれかを，単独で，あるいはいくつかの組み合わせで，実践する、システムあるいは方法において発見され得る。
【００３６】
本発明の、他のシステム，方法，特徴，及び利点，が、以下の図面及び詳細な説明の検討によって、当業者にとって明白になるであろう。全てのそのような付加的な（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ）システム，方法，特徴，利点，がここでの説明に包含され、本発明の視野の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護される、ことが意図される。
【００３７】
（発明の実施の形態）
添付の図面中の要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）は、スケールされる（ｔｏ ｓｃａｌｅ）必要は無く、逆に、本発明の原理の説明に強調が為される。更に、図面において、類似の数字は、異なる画面（ｖｉｅｗ）を通じて、対応する部分を示す。
【００３８】
図１は、１０２４ポート掛ける１０２４ポートを取り扱うように適合された、光スイッチシステム１０ぼ模範的実施例のブロック図を示す。この光スイッチシステム１０は、３次元導波管を含む。図１に示される光スイッチシステム１０は、ガイドされた波経路（ｇｕｉｄｅｄ ｗａｖｅ ｐａｔｈｓ）（即ち導波管），デジタルスイッチングを採用し、１０２４ポートを取り扱う能力を持つ。光スイッチシステム１０のキーとなる要素（ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の２つは、２つのＯＸＣブロック１２，１４である。ＯＸＣブロックは、垂直及び水平光スイッチをそれぞれ含むので、ＯＸＣブロック１２，１４はまた、スイッチブロックとも呼ばれる。ＯＸＣブロック（Ｙ）１２は、垂直方向内で光ビームをスイッチングするために用いられ、ＯＸＣブロック（Ｘ）１４は、水平方向内で光ビームをスイッチする。２つのＯＸＣブロック（Ｙ及びＸ）１２，１４は、第１の（Ｙ）ＯＸＣブロック１２の全ての出力が、第２の（Ｘ）ＯＸＣブロック１４の入力に接続されるように、終端間接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ）される。
【００３９】
各ＯＸＣブロック１２，１４は、組み立てられたユニットなので、いくらかの製造許容差（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）が不可避である。これらの許容差の蓄積を取り扱うために、システム組立てを促進するために、光コネクタ１６が必要とされる。同様に、インターフェース接続における配置エラーを許容するために、第１のＯＸＣブロック１２の入力，及び第２のＯＸＣブロック１４の出力において光コネクタ１６が使用され得る。任意に、光コネクタ１６は、光−電気−光コネクタ，自由空間での複数のミラー，光ファイバーの束，あるいはいかなる種類の光オｋネクタ，でも有りうる。
【００４０】
光ファイバー１８は、入力インターフェース２０に接続される。スイッチされた光信号は、出力インターフェース２２において脱出する。例えば、入力インターフェース２０と出力インターフェース２２は、ファイバー光学系（ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃｓ）への機械的インターフェースで有りうる。個々のスイッチ要素を制御するための電気信号は、電気総合接続（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）２４で、各々のＯＸＣブロック１２，１４の側面上で、（層間で）相互接続される。これらの電気ワイヤは、ＯＸＣブロック１２，１４に隣接してに配置されたインターフェース及び制御電子機器３０にルーティングされる（ｒｏｕｔｅｄ）。光スイッチシステム１０は、板３２上に載置され得る。
【００４１】
図２は、図１の、ＯＸＣブロック１２，１４及び光コネクタ１６Ａ−１６Ｃの模範的実施例の分解組立て概念図を示す。明確さのために、垂直スイッチブロック（ＯＸＣブロック１２）は、第１及び最終のスイッチング層４０，４２のみを伴って示される。例えば各スイッチング層４０，４２は、３２個の入力を、垂直方向内の３２個の出力のいずれにもスイッチングする能力を持つ。スイッチング層の３２個を一緒に配置することによって、全ての３２チャンネルが、垂直平面に沿って接続され得る。スイッチング３２×３２チャンネルのフルの能力を達成する（ｃｏｍｐｌｅｔｅ）ために、水平方向内でスイッチングするための機構が必要とされ、これが例えば第２のＯＸＣブロック１４（水平スイッチブロック）によって達成される。図２は、第２の（Ｘ）ＯＸＣブロック１４の、第１及び最終のスイッチング層４４、４６のみを示す。例えば各スイッチング層４４，４６は、３２個の入力を、水平方向内の３２個の出力のいずれにもスイッチングする能力を持つ。スイッチング層を一緒に配置することによって、３２個のチャンネル全てが、水平平面に沿って接続され得る。図２に示される模範的実施例に結合されたものでは、垂直及び水平スイッチング層は、３２×３２光スイッチを形成する。
【００４２】
以下の例は、いかにチャンネル（１，１）（数字は、それぞれ行と列の数を意味する）における信号が、チャンネル（３２，３２）出力にルーティングされる、かを示す。光ビーム５０（矢印で表される）は、第１の光コネクタ１６Ａを通って、（１，１）位置に入り、第１のスイッチング層４０に入る。第１のスイッチング層４０内のスイッチは、光ビームを、（１，１）から（１，３２）出力に接続する。光信号は、垂直（Ｙ）スイッチ層を脱出して、第２の光コネクタ１６Ｂを通じて通過して適切に再アラインし（ｒｅａｌｉｇｎ）、（１，３２）において水平（Ｘ）スイッチング層に行く。光ビームは今、位置（１，３２）から位置（３２，３２）にルーティングされ、次に、第３の光コネクタ１６Ｃを通じて、再アラインし、脱出する。
【００４３】
光スイッチシステム１０は、光経路ネットワーク２０２を持ちうる。光経路ネットワーク２０２は、少なくとも１つの光経路（これに沿って光信号５０が伝搬し得る）を含む。例えば、光経路ネットワーク（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｎｅｔｗｏｒｋ）２０２は、ミラー，導波管，空隙（ａｉｒ ｇａｐ），あるいは、光経路を提供する他の構造を含み得る。模範的実施例において、光経路ネットワーク２０２は導波管ネットワーク２０２である。光スイッチシステム１０で具体化される３Ｄ導波管の１つの利点は、このアプローチにおいて、ビーム経路を正確に、アクティブに（ａｃｔｉｖｅｌｙ）制御する必要無しに、大きなポートカウント（ｌａｒｇｅ ｐｏｒｔ ｃｏｕｎｔ）を達成することが可能なことである。光ビームは、各スイッチング上の導波管，あるいは導波管ネットワーク内で捕獲されるので、端部接続のみが重要である。導波管ネットワークは、図８Ａに示される導波管ネットワーク２０２のような、複数の導波管を包含しうる。実際、導波管ネットワークは、必要であれば、１つの導波管のみを含み得る。導波管ネットワークを用いて実施例が説明される場合には、実施例は、替わりに導波管を使用しうること，及びその反対も有りうる，ことを理解して欲しい。インターフェースのようにアライメントが重要である場合には、光コネクタ１６が、従来の安い光学技術（ｏｐｔｉｃｓ）を用いて、ビームミスアライメントの訂正を可能とする。結果としての３Ｄ導波管の単純さ、及び保護的環境（例えば、各スイッチング層はシールされ（ｓｅａｌｅｄ）得る）は、システムの信頼性と頑丈さを更に強化し、温度，湿度，寿命経過，及び取扱い，に影響されないビーム経路を提供する。
【００４４】
図３Ａ及び３Ｂは、図２の１つのスイッチング層（例えばスイッチング層４４）の模範的実施例の、それぞれ平面図及び側面図である。この例は、いかに、３２個の入力が、単純なスイッチ要素６０のアレイを通じて、３２個の出力に接続されるかを示す。この３２×３２ポートの例において、８０個のスイッチ要素６０が存在する。相互接続の方法論は、信号ルーティング設計の当業者に良く知られ、いかなる方法論でも有りうる。Ｂｅｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓにおいて行われたルーティング理論におけるパイオニア的な努力によって、光信号は、特定のやり方で単純なスイッチ（２×２要素のような）を接続することによって、効率的にルーティングされ得ることが示された。これらのルーティング・ガイドライン従うことによって、全ての入力が、如何なる出力にも接続され得る（いずれの接続をもが阻止されること無しに）ことが示され得る。
【００４５】
図３Ａ，３Ｂに示されるスイッチング層４４は、導波管６４とスイッチ要素６０を担う基板６２を含む。この模範的実施例において、基板６２は、シリコンのような、いかなる半導体材料でもありうる。これらの導波管とスイッチ要素のマイクロ構造を保護するために、基板６２は、他の（キャップ（ｃａｐ））ウェーハ６３を用いてカバーされシールされ（ｓｅａｌｅｄ）得る。汚染物質及び湿度を排除するための効果的なシーリングは、陽性ボンディング（ａｎｏｄｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ），溶解ボンディング（ｆｕｓｉｏｎ ｂｏｎｄｉｎｇ），共融ボンディング（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）を含む、既に利用可能な多数の技術のいずれかを用いて、キャップ・ウェーハ６３を基板６２に接着することによって達成され得る。
【００４６】
光信号５０は、１つの端部においてスイッチング層４４に入る。光ビーム５０の完全な屈折を可能とするために、好ましくは、端部は研磨され、角度を付けられ（ａｎｇｌｅｄ）る。インターフェース媒体（例えば、空気、あるいは他の光要素）の光係数に基づいて、端部の角度は、トータルの屈折に適応するように設計される。一旦光ビーム５０が導波管６４に入力すると、完全内部反射（ｔｏｔａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）として既知の現象に起因して、光は導波管６４から脱出できない。これは、光ファイバーが、大きな損失無しに、光を長距離伝搬させることを可能とするのと、同じ現象である。
【００４７】
スイッチング動作は、電圧の印加によって制御される。各スイッチ要素６０は、例えば、３つの電気的接続（アクチュエーション電極，位置センシング電極，及び電気的接地）を要求する。電気的痕跡（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｒａｃｅｓ）の数を最小化するために、電気的接地接続は一緒に連結され得る。それ故、各スイッチ要素６０は、最小の、２つの電気的接続（外部世界とインターフェースするために、キャッピング・ウェーハ６３を通過され、その下にあることが必要とされる）を持つことになろう。図３Ａにおいて、電気的痕跡６６は、実質的に、光経路に直交して横断し、低い端部において電気接合パッド（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｂｏｎｄ ｐａｄ）６８で終端するように示される。勿論、実際の電気的痕跡６６，接合パッド６８，入力ポート，及び出力ポート，のレイアウトは、この例に示されるものと異なるように、修正され得る。
【００４８】
図４Ａ〜４Ｆは、スイッチング層上の、導波管６４の種々の模範的実施例を示す。全体内部反射（ＴＩＲ）を維持するために、導波管６４を包囲する環境は、導波管６４の率より低い光屈折率を持たねばならない。例えば、１．５の率を持つガラスが、より低い率を有する材料で被覆され得る。あるいは、単に、真空（率１．０）あるいは空気を、媒体として使用する。ウェーハ・ボンディング工程とのコンパチビリティー（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を保証するために、広い範囲のガスが使用され得る。第１の実施例において、図４Ａは、ガラスで形成された導波管６４の断面図を示す。ここで、導波管６４を包囲する媒体は、真空あるいは空気内にある。キャリア７０は、ガラスあるいはシリコンで形成され得る。第２の実施例において、図４Ｂは、他の導波管６４を示す。ここで、導波管６４の頂部と両側面は、真空と接触する一方、底部表面は、導波管のそれより低い率を持つ中間材料で接着される。キャリア７０は、ガラアスあるいはシリコンで形成され得る。
【００４９】
図４Ａと４Ｂの双方の実施例において、上部基板は、０．８２，１．３，及び１．５５マイクロメータのような、関心のある（ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）波長で光信号を送出する材料であるべきである。これらは、ファイバー光学系での送出で一般的に使用される波長であり、その波長で、（送出器，キャリア，及び受信器のような）支持装置が動作するように設計される。双方の実施例で、底部（キャリア基板７０）上の材料が主に使用されて、構造への機械的支持を提供する。後に説明されるように、実際のスイッチング機構は、導波管のいくつかが、外部力の印加によって垂直あるいは横方向に移動することを必要とする。キャリア基板７０は、ガラス，シリコン，あるいは、マイクロマシーニングとコンパチブルな他の材料で作られ得る。
【００５０】
図４Ｃ及び４Ｄは、基板７０を使用しない導波管６４の代替的な実施例を示す。導波管６４を隣接材料に架橋する、少ない量の材料７２が、いくらかの光のロスを許容し、この設計では、機械強度と光損失の間のトレードオフを考慮する必要がある。図４Ｃと４Ｄの実施例の１つの利点は、単一層構造のみが必要とされ、ウェーハ・ボンディングの必要性を避けることができることである。これらの代替的実施例を用いた詳細な設計は、導波管の機械的強度及び光強度（ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）と、受け入れ可能な製造コストとの間のバランスを達成することを含むべきである。
【００５１】
光スイッチシステムの好ましい実施例は、導波管を使用するが、反射表面あるいは他の既知の構造を用いた光ガイドもまた使用され得る。図４Ｅは、閉じられた（ｃｌｏｓｅｄ）光ガイド７８を生成するために、２つのウェーハ８０，８２を接着することによって作られたガイド（ｇｕｉｄｅ）７８を示す。表面の反射を強化するために、接合前に、金あるいはニッケル（あるいは、マイクロマシーニング工程とコンパチブルな他の何らかの材料）のような金属被覆が、内部表面上に蒸着され得る。
【００５２】
更に他の代替的実施例は、マイクロ構造の垂直表面を使用する。従来の光システムのように、ビームを正確に制御するために、そのようなアプローチには、タイトな（ｔｉｇｈｔ）、垂直壁の角度制御（ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｔｒｏｌ）が必要とされる。図４Ｆは、ウェーハ内にエッチングされた溝（ｔｒｅｎｃｈ）を示す。その垂直壁が反射表面であり、頂部のキャップ８０が閉じた導波管７８を形成する。前と同様に、反射を強化するために、金属の被覆が適用される（ａｐｐｌｉｅｄ）。
【００５３】
図５Ａ及び５Ｂは、８×８ポートのスイッチングを実行する、非ブロッキング・スイッチング層（ｎｏｎ−ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｌａｙｅｒ）４４の模範的実施例の平面図及び側面図を示す。この例で完全なスイッチング能力を実現するために、１２個のスイッチ要素９０が必要とされる。各スイッチング要素９０は、２×２スイッチを実行する能力を持つ。光信号５０が、いくつかの光経路を通じて常に光出力側に通過するので、スイッチング層４４は非ブロッキングである。
【００５４】
光ファイバとスイッチ要素９０との間の，あるいはＯＸＣブロックの間の，ミスアライメントに起因する挿入ロスを最小化するために、光コネクタ１６が用いられる。双方の場合において、不完全な組立て（光の損失を最小化するために、これは是正されるべきである）に起因する幾何学的許容値（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｔｏｌｅｒａｎｃｅｓ）の蓄積が存在する。最もしばしば、ミスアライメントは、線形オフセット（ｌｉｎｅａｒ ｏｆｆｓｅｔ）と角度オフセット（ａｎｇｕｌａｒ ｏｆｆｓｅｔ）の組み合わせに起因する。
【００５５】
図６Ａは、光コネクタ（凸の曲面のアレイ１００を持つために、その基板は、両側が機械化されている（ｍａｃｈｉｎｅｄ））を示す。球面アレイの１つの側は、入って来る光ビーム５０を受信するために、ファイバー束と接続するように配置される。ＯＸＣブロックへの接続を可能とするために、反対側の凸表面は、小さな点にビームの焦点を作る。例えば、光コネクタ１６は、光スイッチングシステム（ここでは例えば、３２×３２個，あるいは１０２４個の表面１００）内の各ポートに対して球形の表面１００を持ち得る。
【００５６】
図６Ｂは、いかに図６Ａの光コネクタが、ミスアラインされた光のビームを是正するかを示す。光ビーム５０が左に入射する（通常、ＯＸＣブロック、あるいは他の光通路（ｐａｓｓａｇｅ）への入射の範囲外となるような状態で）と仮定しよう。もし是正されなければ、光ビーム５０は適切には、ＯＸＣブロックへの入口に入射しない。しかし、光コネクタ１６の球形表面によって是正された後に、ミスアラインされたビ−ム５０は、画像ポイント１０２の上に焦点が合わされた光コネクタ１６から現れる。ＯＸＣブロックの入口瞳孔（ｅｎｔｒａｎｃｅ ｐｕｐｉｌ），あるいは光ファイバ入口（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｅｎｔｒａｎｃｅ）を、画像ポイント１０２に、あるいはその近傍に配置することによって、現れる光ビームは、大体中心に集まり、完全内部反射工程（ｔｏｔａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）によって捕獲される入射角で導波管６４のような光通路に入る。球面以外の、他のタイプの表面もまた、現れるビームの品質を強化するために使用され得る。光表面の詳細な設計と、光材料の選択には、光設計の当業者に既知のものが包含され得る。
【００５７】
凸の球表面１００を用いる光コネクタ１６は、一続きの球面のボールを用い、それらのボールを、正確に切削された孔（ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ ｍａｃｈｉｎｅｄ ｈｏｌｅｓ）を持つプレートで確保することによって製造され得る。ボールをその位置に保持するために、最も単純な方法は、ボールを冷たい風呂（ｃｏｌｄ ｂａｔｈ）（例えば液体窒素の）で縮め、ボールをプレートの孔に挿入することである。適切な固定の方法によって、多数のボールが同時に、正確に挿入されることが可能となる。代替的に、凸の研削ツールビット（ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｔｏｏｌ ｂｉｔｓ）を持つ特別の冶具（ｔｏｏｌｉｎｇ）が、作成され得、これによって所望の表面が形成され得る。有りうる製造技術は膨大で、光製造（ｏｐｔｉｃａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）の当業者に既知のものを含む。
【００５８】
図７Ａは、マイクロマシーニング工程によって作られた小さいスイッチ要素６０の模範的実施例を示す。２つの入力と２つの出力が存在するので、この模範的実施例は、２×２スイッチ要素６０のものである。勿論、入力の数と、出力の数は、増加，あるいは減少させられ得る。スイッチ要素６０の実施例は、キャリア・プラットフォーム（ｃａｒｒｉｅｒ ｐｌａｔｆｏｒｍ）１１０の上に集積された２つの導波管を持つ。結合された構造（導波管及びキャリア）は、基板６２に接着され、スイッチ要素６０が、基板６２の上（ｏｖｅｒ）の空隙の上に（ｏｖｅｒ）吊るされる（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）ように，あるいは、基板の上に（ｏｎ）事前にエッチングされた空隙１１１の上に（ｏｖｅｒ）吊るされる（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）ように配置される。キャリア・プラットフォーム１１０は、好ましくは、動作電極（ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１１２の約３０ミクロン上に吊るされる。導波管１１４，１１６は、一般的に１０ミクロンより小さく、この例では、単一モードの光信号だけの送出を保証するために小さいチャンネルサイズが必要である。構造のサイズ及び、支持バネ（ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｐｒｉｎｇ）１３０の設計は、使用される動作機構（ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）のタイプに依存する。実施例は、アクチュエーションの手段として、静電誘引（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ）を使用する。
【００５９】
静電アクチュエーションのために、キャリア・プラットフォーム１１０と静止電極（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）１１２，１２６の双方が、電気的に導電的でなければならず、それによって、図７Ｂ及び７Ｃに示されるように、キャリア１１０が電極１１２，１２６に向かって移動することを引き起こす。もしキャリア・プラットホーム１１０が誘電体の材料から作られれば、それは底部（即ち、静止アクチュエーション電極１１２に面している表面）を、金あるいはニッケルのような金属で被覆することによって導電性にされ得る。もしキャリア・プラットホーム１１０が、シリコンのような半導体材料で作られるならば、電気伝導度を増加させるために、それはドープされ得る。キャリアプラットフォーム１１０に対向し、平行にあるものは、空洞（ｃａｖｉｔｙ）１１１の底部上にパターン化された静止電極１１２，１２６である。これらの電極１１２，１２６は、傾斜する表面上にパターン化された痕跡（ｔｒａｃｅ）によって基板６２の頂部に接続する。空洞１１１において、２つの静止電極１１２，１２６が作られ、１つの電極１１２はキャリア・プラットフォーム１１０の移動をアクチュエートするためのものであり、他の電極１２６は、キャリア・プラットフォーム１１０の位置のセンシング（ｓｅｎｓｉｎｇ）をフィードバックするためのものである。
【００６０】
スイッチ要素６０の、この模範的実施例は、以下のように動作する。光信号５０は、位置Ａ及びＢにおいて、スイッチ要素６０の左の上に入る。光信号５０は、導波管１１４，１１６に入り、この実施例の導波管の特定の構成に起因して交差する。位置Ａ及びＢからの光信号５０は、それぞれ、位置Ｄ及びＣにおいて、スイッチ要素６０を出る。オリジナルの光信号５０は、ＡからＤに，そして、ＢからＣに，交差した。この特定の実施例で光信号５０の交差が所望されないときに、制御ハードウェアから電気信号が要求される。電圧を基板６２上の固定電極１１２に印加し、異なる電圧をキャリア・プラットフォーム１１０の電極に印加することによって、電圧差が、静電的誘引力（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）をもたらす。そのような力は、支持バネ１３０を曲げることによって、キャリア・プラットフォーム１１０（及び、キャリア・プラットフォーム１１０によって担われる導波管１１４，１１６）を下に（ここでは、１０マイクロメータより少なく）固定電極１１２，１２６に向かって引っ張り、その結果、その工程内で導波管１１４，１１６を、光経路から取り除く（ｒｅｍｏｖｅ）。位置Ａからの光信号５０は次に、直接（自由空間１２０を通じて）通過して、点Ｃに向かい、位置Ｂからの光信号５０は直接（自由空間１２２を通じて）位置Ｄに通過する。図７Ｂは、アクチュエーション電極１１２にパワーが与えられないために、キャリア・プラットフォーム１１０が、その休息状態（ｒｅｓｔ ｓｔａｔｅ）にある際のケースを示す。ここで、キャリア・プラットフォーム１１０の入力側における固定導波管の位置Ａ及びＢからの光信号５０は、交差して、移動可能な導波管１１４，１１６によってそれぞれ、キャリア・プラットフォーム１１０の出力側における固定導波管の位置Ｄ及びＣに入る。導波管１１４，１１６は、“移動可能（ｍｏｖａｂｌｅ）”と考えられる。なぜなら、それらは、キャリアプラットフォーム１１０の動作に伴って動くからである。パワーがアクチュエーション電極１１２に印加された時に、図７Ｃは、結果としての構成を示す（ここでキャリア・プラットフォーム１１０はアクチュエーション電極１１２に向かって動いた）。ここで、キャリア・プラットフォーム１１０の入力側における固定導波管の位置Ａ及びＢからの光信号５０は、直接自由空間を通じて、それぞれ、キャリア・プラットフォーム１１０の出力側における固定導波管の位置Ｃ及びＤに通過する。なぜなら、移動可能な導波管１１４，１１６が動いて、光信号５０の範囲外に出たからである。
【００６１】
アクチュエーションの他の方法もまた利用可能である。設計と動作の単純さを理由として、静電的アクチュエーションが好ましい。主要な欠点は、広いギャップ（ｌａｒｇｅ ｇａｐ）のために、結果としての素子（ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を作動させるために、より高い電圧（一般的に２０から１００ボルトまでの範囲の）が必要とされることである。代替的なアクチュエーション方法には、磁気及び熱技術が含まれる。これらの方法は、マイクロマシン設計の当業者に良く知られている。
【００６２】
キャリア・プラットフォーム１１０の移動によるギャップ（ｇａｐ）の変化に起因する電極１２６とキャリア・プラットフォーム１１０の電極との間のキャパシタンスをセンシングする（ｓｅｎｓｉｎｇ）ことによってキャリア・プラットフォーム１１０の位置を検知するために、基板６２上のセンシング電極（ｓｅｎｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１２６が用いられる。圧−抵抗（ｐｉｅｚｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ），磁気，光学，のスキーム（ｓｃｈｅｍｅ）のような他のセンシングの手段もまた利用可能である。センシング電極１２６からの信号が（閉ループ制御を通じて）用いられ、導波管１１４，１１６を、光入口（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｎｔｒａｎｃｅ）と光出口（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｘｉｔ）の上に（ｏｖｅｒ）正確に配置させる。
【００６３】
光信号の主要な損失は、移動可能な導波管１１４，１１６（スイッチ要素６０のキャリア・プラットフォーム１１０の上にある）の入口（ｅｎｔｒａｎｃｅ）におけるもの、及び、固定導波管の入口におけるものである。位置Ａ／Ｃの間の距離，位置Ｂ／Ｄの間の距離を減少させることによって、そのような損失が最小化され得る。損失を最も最小化するために、しかし増加する製造の複雑さを伴って、第２の導波管１３８，１４０が、キャリア・プラットフォーム１１０の底部の上に設計され得る。その場合には、エッチング工程に依存して、静止導波管と移動可能な導波管１１４，１１６の間の開口は、２ミクロン（ｍｉｃｒｏｎｓ）以下に削減され得る。図７Ｄは、その頂部の上の導波管１１４，１１６，及びその底部の導波管１３８，１４０，を伴ったキャリア・プラットフォーム１１０を示す。これらの導波管の組のうち１つは、ストレート経路（ｓｔｒａｉｇｈｔ ｐａｓｓ）のために設計され、他の組は交差（ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）のために設計される。図７Ｄに示される実施例から明白なように、アクチュエーション電極１１２にパワーが印加されないためにキャリア・プラットフォーム１１０が休息状態（ｒｅｓｔ ｓｔａｔｅ）にある場合には、キャリア・プラットフォーム１１０の入力側における固定導波管の位置Ａ及びＢからの光信号５０は、移動可能な導波管１３８，１４０を通ってキャリア・プラットフォーム１１０の出力側における固定導波管に通過する。同様に、アクチュエーション電極１１２にパワーが印加された際に、キャリア・プラットフォーム１１０の入力側における固定導波管の位置Ａ及びＢからの光信号５０が今、キャリア・プラットフォーム１１０の出力側における固定導波管の導波管１１４，１１６を通過するように、キャリア・プラットフォーム１１０は、アクチュエーション電極１１２に向かって移動する。何故なら、移動可能な導波管１３８，１４０は、光信号５０の範囲外に移動しており、移動可能な導波管１１４，１１６は、光信号５０の範囲内に移動しているからである。勿論、図７Ｄに示されたもののような、２重の移動可能な導波管を用いる実施例において、デフォールトは、ストレート経路（ｓｔｒａｉｇｈｔ ｐａｓｓ）か交差（ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）かのいずれかで有りうる。言いかえれば、導波管１１４，１１６は、ストレート経路でありうる一方、導波管１３８，１４０は交差と成り得るし、あるいはその逆もありうる、ということである。
【００６４】
ＭＥＭＳ光スイッチ要素６０の代替的実施例がここで説明される。スイッチ要素６０の移動は、基板６２に直交する垂直方向内のそれに限定されない。図８Ａは、ＭＥＭＳスイッチ要素の模範的代替実施例を示す。ここで、アクチュエーション方向は横方向、即ち実質的に基板６２の平面に平行である。図８Ｂは、回転移動に依存する、ＭＥＭＳスイッチ要素の模範的代替実施例を示す。勿論、光スイッチングシステム１０は、全てが同じやり方で移動する（例えば、全てが垂直に移動する，全てが横方向に移動する，あるいは全てが回転する）光スイッチ要素から形成され得るか、あるいは、異なったやり方で移動する（例えば、いくつかが垂直に移動し他が横方向に移動する，あるいはいくつかが垂直に移動し他が回転移動する，あるいはいくつかが横方向に移動し他が回転移動する）光スイッチ要素から形成され得る。横方向の移動は、図８Ａに示されるように、異なった電圧を、交互嵌合された（ｉｎｔｅｒ−ｄｉｇｉｔａｔｅｄ）（ＭＥＭＳにおいて櫛フィンガー（ｃｏｍｂ ｆｉｎｇｅｒｓ）として知られる）構造に印加することによって引き起こされ得る。何が図８Ａに記載されているかを説明すると、ＭＥＭＳスイッチ要素６０は、基板６２を備える。基板６２の上に（ａｂｏｖｅ）（例えば空洞あるいは他の物の上に）吊るされるものは、移動可能な光伝送可能なプラットフォーム１１０である。プラットフォーム１１０は、“光伝送可能（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ）”と表現される。なぜなら、それは、光信号あるいは光ビーム５０を伝送する構造（例えば導波管ネットワーク２００，２０２）を持つからである。これは、全体のプラットフォーム自身が、光学的に伝送可能でなければならぬことを意味することを意図しない。プラットフォーム１１０の１つの側は、支持バネ（ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｐｒｉｎｇ）１３０に結合され（ｃｏｕｐｌｅｄ）、支持バネ１３０の反対の端部は、基板６２に結合，あるいは固定（ａｎｃｈｏｒｅｄ）される。プラットフォーム１１０は電極２０４を持つ。この例では、電極２０４は、アクチュエーション電極１１２と交互嵌合される。プラットフォーム１１０の他の側に比べて異なった電圧を、プラットフォーム１１０の片側の上の電極２０４とアクチュエーション電極１１２に印加することによって、プラットフォーム１１０は、横方向に，即ち実質的に基板６２の平面に対して平行に移動する。図８Ａにおいて、この横方向移動は、プラットフォーム１１０が、上下に移動することを意味する。
【００６５】
プラットフォーム１１０は、導波管ネットワーク２００，２０２を担う。ここにおいて光信号５０の入力側から出力側への光経路が、プラットフォーム１１０の横方向位置によって変化する。例えば、もしプラットフォームが第１の位置（例えば休息位置）にあるならば、導波管ネットワーク２００，２０２の入力Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤに入力されてくる光信号５０のアライメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が、光信号５０が入力Ｃ及びＤを入力するように選択される。導波管ネットワーク２００，２０２の、この例の特定の構成のために、導波管ネットワーク２００，２０２の入力Ｃ及びＤをを入力する光信号５０は、それぞれ出力Ｈ及びＦにおいて交差し（ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）、脱出する（ｅｘｉｔ）。もしプラットフォーム１１０が次に、その第２の位置に移動されるならば、入力して来る光信号５０は、入力Ａ及びＢを入力し、真っ直ぐ、出力Ｅ及びＧにそれぞれ通過することになる。勿論導波管ネットワーク２００，２０２は、デフォールトが真っ直ぐな通過（ｓｔｒａｉｇｈｔ ｐａｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ）であるように交換（ｓｗａｐ）され得る。導波管ネットワークは、いかなる形状にも構成され得るし、必要とされるいかなる光経路をも達成するように形成され得る。
【００６６】
図８Ａに示されるような横方向移動のアプローチは、底部電極を必要とせず、製造工程におけるいくつかのステップが削減されるという利点を持つ。不利な点は、結果としての構造（ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の短い高さによって電極領域の総量が制限され、結果として、十分な誘引力（ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）を形成するために多くの櫛フィンガー（ｃｏｍｂ ｆｉｎｇｅｒｓ）が必要とされ得ることである。図８Ａの横方向移動スイッチ要素を動作させるために、図７Ａの垂直移動スイッチ要素に比して、非常に多くの電極領域が必要とされ得る。
【００６７】
図８Ａに戻る。ここで、移動可能な光伝送可能なプラットフォーム１１０は、基板に対して、回転する（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ），あるいは軸回りの（ｐｉｖｏｔｉｎｇ）やり方で移動する。スイッチ要素６０での回転移動を達成するために、模範的実施例で用いられたのと同じ静電誘引力（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅｓ）が利用される（ｗｉｌｌ ｗｏｒｋ）。プラットフォーム１１０の位置をセンシングする（ｓｅｎｓｉｎｇ）ために、模範的実施例に記載された類似のキャパシタンス検知技術が利用される（ｗｉｌｌ ａｐｐｌｙ）。説明されたように、回転プラットフォーム１１０のこの模範的実施例は、プラットフォーム１１０が第１の位置にあるときに、入力Ａ及びＢが、光信号と位置合わせされる（ａｌｉｇｎ ｗｉｔｈ）ようにさせる。プラットフォーム１１０がその第２の位置に回転するときに、入力Ｃ及びＤは今、光信号に位置合わせされる。全ての実施例におけるように、導波管及び導波管ネットワークは、所望の光経路を達成するために、いかなる所望の形状にも構成され得る。
【００６８】
（本発明の）適用（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）の種々の実施例が説明された一方、当業者にとって、本発明の視野内にある、更に多くの実施例及び実施形式が可能であることが明白となろう。例えば、１つの実施例の各特長は、混合され得、他の実施例に示された他の特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）と調和され（ｍａｔｃｈｅｄ）得る。光学の当業者に既知の特徴は、必要に応じて同様に採り込まれ得る。更に、明白なように、特徴は付加されたり除去されたりし得るので、その結果、２組より多い光経路を有する移動可能なプラットフォームもまた、考慮され得る。その場合には、プラットフォームは、各位置が異なる組の光経路を作動させるような、３つあるいはそれ以上の位置のいずれか１つに移動する。他の例として、光スイッチは、２より多い入力と，２より多い出力，を受け入れ可能（ｍａｙ ａｃｃｅｐｔ）であり得る。光スイッチは、より多くのポートを持つ、より大きな光スイッチを形成するように、結合され得る。したがって本発明は、特許請求の範囲の各請求項及びそれらの均等物の観点以外によっては限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
１０２４ポートの取扱い（ｈａｎｄｌｅ）に適応された（ａｄａｐｔｅｄ）光スイッチシステムの模範的実施例のブロック図を示す。
【図２】
図１のＯＸＣブロック及び光コネクタの模範的実施例の分解組立て概念図を示す。
【図３Ａ】
図２の１つのスイッチング層の模範的実施例の平面図を示す。
【図３Ｂ】
図２の１つのスイッチング層の模範的実施例の側面図を示す。
【図４Ａ】
スイッチング層上の導波管の異なった模範的実施例を示す。
【図４Ｂ】
スイッチング層上の導波管の異なった模範的実施例を示す。
【図４Ｃ】
スイッチング層上の導波管の異なった模範的実施例を示す。
【図４Ｄ】
スイッチング層上の導波管の異なった模範的実施例を示す。
【図４Ｅ】
スイッチング層上の導波管の異なった模範的実施例を示す。
【図４Ｆ】
スイッチング層上の導波管の異なった模範的実施例を示す。
【図５Ａ】
８×８ポートをスイッチできるスイッチング層の模範的実施例の平面図を示す。
【図５Ｂ】
図５Ａのスイッチング層の側面図を示す。
【図６Ａ】
光コネクタ（その光基板が機械化されて（ｍａｃｈｉｎｅｄ）凸の球形の表面のアレイを持つ）の模範的実施例を示す。
【図６Ｂ】
いかに図６Ａの光コナクタが、ミスアラインされた光ビームを接続するかを示す。
【図７Ａ】
移動可能な光伝送可能なプラットフォームを有するスイッチ要素の模範的実施例を示す。
【図７Ｂ】
移動可能なプラットフォームが移動されないときの、図７Ａのスイッチ要素を示す。
【図７Ｃ】
移動可能なプラットフォームが移動されルーティングきの、図７Ａのスイッチ要素を示す。
【図７Ｄ】
移動可能な光伝送可能なプラットフォーム及び導波管の２重層を有するスイッチ要素の模範的実施例を示す。
【図８Ａ】
基板の平面に平行に移動する、移動可能な光伝送可能なプラットフォームを有するスイッチ要素の代替的模範的実施例を示す。
【図８Ｂ】
回転可能なあるいは軸旋回の（ｐｉｖｏｔｉｎｇ）光伝送可能なプラットフォーム、を有するスイッチ要素の代替的模範的実施例を示す。
【図４Ｂ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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