(57)【要約】  光スイッチング装置は、複数の入力および出力導波路を含む。入力導波路の各々は、それに関連し、およびそれに沿って延びる第１の複数の１×２光スイッチを有している。出力導波路の各々は、それに関連し、それに沿って延びる第２の複数の１×２光スイッチを有している。第１および第２の複数の光スイッチの各々は、スルー状態とクロス状態との間で選択的に切り替え可能である。入力および出力導波路は、いかなる波長の光に対して生じる光損失が、隣接する１×２光スイッチの間に位置する入力および出力導波路のセグメントの長さにのみ依存するように配置されている。両方の光スイッチがクロス状態にあるときに、入力導波路の各々に関連する第１の複数の光スイッチの各々は、出力導波路の別の一つにおける第２の複数の光スイッチの一つに光学的に結合される。
2018534619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光スイッチング装置であって、
複数の入力導波路であって、前記入力導波路の各々は、それに関連し、およびそれに沿って延びる第１の複数の１×２光スイッチを有している、複数の入力導波路と、
複数の出力導波路であって、前記出力導波路の各々は、それに関連し、およびそれに沿って延びる第２の複数の１×２光スイッチを有している、複数の出力導波路とを含み、
前記第１および第２の複数の光スイッチにおける光スイッチの各々は、第１の状態と第２の状態との間で選択的に切り替え可能であり、第１の状態において、各光スイッチは、隣接する１×２スイッチの間で、いかなる介在するモード摂動構造に出くわすことなく、関連する前記入力または出力導波路内を伝搬する光が、乱されずにそれを通して伝搬し続けることを可能にしており、第２の状態において、各光スイッチは、光を関連する前記入力または出力導波路の内外に結合し、
両方の光スイッチが前記第２の状態にあるとき、前記入力導波路の各々に関連する前記第１の複数の光スイッチの各々は、前記出力導波路の別の一つにおける前記第２の複数の光スイッチの一つに光学的に結合されている、光スイッチング装置。
【請求項２】
前記１×２スイッチの各々は、
変位可能な光クロスガイドであって、前記１×２スイッチは、前記光クロスガイドが、前記１×２スイッチの各々がそれぞれ関連する前記入力または出力導波路から第１の距離にあるときに前記第１の状態にあり、前記光クロスガイドが、前記１×２スイッチの各々がそれぞれ関連する前記入力または出力導波路から第２の距離にあるときに第２の状態にある、変位可能な光クロスガイドと、
関連する前記入力または出力導波路からの距離が前記第１または第２の距離に等しくなるように、前記変位可能な光クロスガイドを選択的に変位させるアクチュエータと、を含む、請求項１に記載の光スイッチング装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、ＭＥＭｓベースのアクチュエータである、請求項２に記載の光スイッチング装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、デジタルの二状態アクチュエータである、請求項２に記載の光スイッチング装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記第１の状態でラッチしている、請求項２に記載の光スイッチング装置。
【請求項６】
複数の光学結合素子であって、各々は、両方の光スイッチが前記第２の状態にあるときに、前記入力導波路の各々に関連する前記第１の複数の光スイッチの一つを、前記出力導波路の一つに関連する前記第２の複数の光スイッチの一つに光学的に結合する、複数の光学結合素子をさらに含む、請求項１に記載の光スイッチング装置。
【請求項７】
前記複数の入力導波路と、前記第１の複数の１×２光スイッチとが統合された第１のプレーナ光波回路またはフォトニック集積回路をさらに含む、請求項１に記載の光スイッチング装置。
【請求項８】
前記複数の出力導波路と、前記第２の複数の１×２光スイッチとが統合された第２のプレーナ光波回路またはフォトニック集積回路をさらに含む、請求項７に記載の光スイッチング装置。
【請求項９】
前記第１および第２のプレーナ光波回路またはフォトニック集積回路は、互いの上部に積み重ねられている、請求項７に記載の光スイッチング装置。
【請求項１０】
前記第１および第２のプレーナ光波回路またはフォトニック集積回路は、互いに混成して取り付けられている、請求項９に記載の光スイッチング装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の光波回路またはフォトニック集積回路は、互いに一体となって集積されている、請求項９に記載の光スイッチング装置。
【請求項１２】
複数の垂直カプラであって、各々は、両方の光スイッチが前記第２の状態にあるときに、前記入力導波路の各々に関連する前記第１の複数の光スイッチの一つを、前記出力導波路の一つに関連する前記第２の複数の光スイッチの一つに光学的に結合する、複数の垂直カプラをさらに含む、請求項９に記載の光スイッチング装置。
【請求項１３】
前記第１および第２の複数の１×２光スイッチにおける前記１×２光スイッチの各々は、前記第２の状態よりも前記第１の状態においてより低い損失を示す、請求項１に記載の光スイッチング装置。
【請求項１４】
前記第１の複数の光スイッチの一つおよび前記第２の複数の光スイッチのうちの一つを前記第２の状態に置くこと、および前記第１および第２の複数の光スイッチの残りの光スイッチの全てを前記第１の状態に置くことにより、光を前記入力導波路のいずれか一つから前記出力導波路のいずれか一つに選択的に切り替えるためのコントローラをさらに含む、請求項１に記載の光スイッチング装置。
【請求項１５】
コントローラであって、
（ｉ）前記第１の複数の光スイッチの一つおよび前記第２の複数の光スイッチの一つを前記第２の状態に置くことにより、光を前記入力導波路の第１の選択された一つから前記出力導波路の第１の選択された一つへ選択的に切り替えるための、および（ｉｉ）前記第１の複数の光スイッチのうちのもう一つおよび前記第２の複数の光スイッチのもう一つを前記第２の状態に置くことにより、光を前記入力導波路の第２の選択された一つから前記出力導波路の第２の選択された一つへ同時に切り替えるための、同時に（ｉｉｉ）前記第１および第２の複数の光スイッチにおける全ての残りの光スイッチを前記第１の状態に置くためのコントローラをさらに含む、請求項１に記載の光スイッチング装置。
【請求項１６】
前記入力および出力導波路がエアクラッド導波路である、請求項１に記載の光スイッチング装置。
【請求項１７】
前記入力および出力導波路は、シングルモードの導波路である、請求項１に記載の光スイッチング装置。
【請求項１８】
前記複数の入力および出力導波路は、単一の偏光状態で進行する光をサポートする、請求項１に記載の光スイッチング装置。
【請求項１９】
第２の複数の入力導波路であって、前記第２の複数の入力導波路の各々が、それに関連し、およびそれに沿って延びる第３の複数の１×２光スイッチを有している、第２の複数の入力導波路と、
第２の複数の出力導波路であって、前記第２の複数の出力導波路の各々が、それに関連し、およびそれに沿って延びる第４の複数の１×２光スイッチを有している、第２の複数の出力導波路とをさらに含み、
前記第３および第４の複数の光スイッチにおける前記光スイッチの各々は、第１の状態と第２の状態との間で選択的に切り替え可能であり、第１の状態において、各光スイッチは、隣接する前記１×２スイッチの間で、いかなる介在するモード摂動構造に出くわすことなく、関連する前記入力または出力導波路内を伝搬する光を、乱されずにそれを通して伝搬し続けることを可能にしており、および第２の状態において、前記光スイッチは、光を関連する前記入力または出力導波路の内外に結合し、
前記第３および第４の複数の光スイッチの両方が第２の状態にあるときに、前記第２の複数の入力導波路の各々に関連する前記第３の複数の光スイッチの各々は、前記第２の複数の出力導波路の別の一つにおける前記第４の複数の光スイッチの一つに光学的に結合されており、
複数の偏光スプリッタであって、各々は、前記複数の入力導波路の一つの入力ポートを前記第２の複数の入力導波路の一つの入力ポートに結合させる、複数の偏光スプリッタをさらに含む、請求項１８に記載の光スイッチング装置。
【請求項２０】
前記第２の複数の入力導波路における光の偏光を、前記複数の入力導波路における光と共通の偏光状態に回転させるための偏光回転子をさらに含む、請求項１９に記載の光スイッチング装置。
【請求項２１】
前記複数の入力導波路、前記第１の複数の１×２光スイッチ、前記第２の複数の入力導波路および前記第３の複数の１×２光スイッチが統合された第１のプレーナ光波回路をさらに含む、請求項１９に記載の光スイッチング装置。
【請求項２２】
前記複数の入力導波路および前記第２の複数の入力導波路は、互いに平行である、請求項２１に記載の光スイッチング装置。
【請求項２３】
前記偏光スプリッタのうちの一つによって結合された入力導波路の各ペアにおける前記入力導波路は、互いに隣接している、請求項２２に記載の光スイッチング装置。
【請求項２４】
光検出器と
前記入力導波路および／または前記出力導波路の少なくとも一つに関連した、およびそれに沿って延びる少なくとも一つの追加の１×２光スイッチであって、前記追加の１×２光スイッチが前記第２の状態にあるときに、光が前記少なくとも１つの入力および／または出力導波路から前記光検出器に結合される、少なくとも一つの追加の１×２光スイッチとをさらに含む、請求項１に記載の光スイッチング装置。
【請求項２５】
複数の入力導波路であって、前記入力導波路の各々は、それに関連し、およびそれに沿って延びる第１の複数の１×２光スイッチを有している、複数の入力導波路と、
複数の出力導波路であって、前記出力導波路の各々は、それに関連し、およびそれに沿って延びる第２の複数の１×２光スイッチを有しており、前記第１および第２の複数の光スイッチの各々は、スルー状態とクロス状態との間で選択的に切り替え可能であり、前記入力および出力導波路は、前記入力および出力導波路のいずれかおよび全てにおいて伝搬する光が導波路の交差点を通過しないように配置されている、複数の出力導波路とを含み、
両方の光スイッチが前記クロス状態にあるときに、前記入力導波路の各々に関連する前記第１の複数の光スイッチの各々は、前記出力導波路の別の一つにおける前記第２の複数の光スイッチの一つに光学的に結合されている、光スイッチング装置。
【請求項２６】
光スイッチング装置であって、
複数の入力導波路であって、前記入力導波路の各々は、それに関連し、およびそれに沿って延びる第１の複数の１×２光スイッチを有している、複数の入力導波路と、
複数の出力導波路であって、前記出力導波路の各々は、それに関連し、およびそれに沿って延びる第２の複数の１×２光スイッチを有しており、前記第１および第２の複数の光スイッチの各々は、スルー状態とクロス状態との間で選択的に切り替え可能であり、前記入力および出力導波路は、いかなる波長の光に対して生じる光損失が、隣接する１×２光スイッチの間に位置する前記入力および出力導波路のセグメントの長さにのみ依存するように配置されている、複数の出力導波路とを含み、
両方の光スイッチが前記クロス状態にあるときに、前記入力導波路の各々に関連する前記第１の複数の光スイッチの各々は、前記出力導波路の別の一つにおける前記第２の複数の光スイッチの一つに光学的に結合されている、光スイッチング装置。
【請求項２７】
光スイッチング装置であって、
複数の入力導波路であって、前記入力導波路の各々は、それに関連し、およびそれに沿って延びる第１の複数の１×２光スイッチを有している、複数の入力導波路と、
複数の出力導波路であって、前記出力導波路の各々は、それに関連し、およびそれに沿って延びる第２の複数の１×２光スイッチを有している、複数の出力導波路とを含み、
前記第１および第２の複数の光スイッチにおける前記光スイッチの各々は、第１の状態と第２の状態との間で選択的に切り替え可能であり、第１の状態において、各光スイッチは、関連する前記入力または出力導波路内を伝搬する光がそれを通して伝播し続けることを可能にしており、第２の状態において、各光スイッチは、光を関連する前記入力または出力導波路の内外に結合させ、
両方の光スイッチが前記第２の状態にあるときに、前記入力導波路の各々と関連する前記第１の複数の光スイッチの各々は、前記出力導波路の別の一つにおける前記第２の複数の光スイッチの一つに光学的に結合されており、前記１×２スイッチの各々が、（ｉ）変位可能な光クロスガイドであって、前記１×２スイッチは、前記光クロスガイドが、前記１×２スイッチの各々がそれぞれ関連する前記入力または出力導波路から第１の距離にあるときに前記第１の状態にあり、前記光クロスガイドが、前記１×２スイッチの各々がそれぞれ関連する前記入力または出力導波路から第２の距離にあるときに前記第２の状態にある、変位可能な光クロスガイドと、（ｉｉ）関連する前記入力または出力導波路からの距離が前記第１または第２の距離に等しくなるように、前記変位可能な光クロスガイドを選択的に変位させるためのアクチュエータと、を含む、光スイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
大ポート数の光スイッチが産業で必要とされている。これらのスイッチは、通常、広い光学帯域幅並びに多数の入力および出力ファイバを備えたシングルモードに設計されている。複数の実用技術がより少ないポート数のスイッチ（例えば、２×２、４×４、８×８、１６×１６）を作るために存在しているが、これらの技術の大部分は、３２×３２以上で十分に対応しない。具体的には、限定されないが、損失、クロストークおよびスイッチング速度を含む、対象となる性能パラメータを達成することがより困難になり始めた。現世代のスイッチよりも低損失および顕著に速いスイッチング速度を有する１２８×１２８以上のスイッチが必要とされる。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの大ポート数の（例えば、１２８より大きい）スイッチは、３Ｄ  ＭＥＭｓアーキテクチャを使用し、２軸傾斜ミラーを使用して自由空間ビームを１つの入力ポートから第２のミラーに導き、ビームを第２の出力ポートに導く。自由空間における固有のモード伝搬に起因して、これらのスイッチは、スイッチング時間を犠牲にすることなく対応することは困難である。これは基本的により大きなビーム要求に起因しており、それ故ポート数が増えるほどより大きなミラーとなる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本明細書で説明される要旨の１つの態様によれば、光スイッチング装置は、複数の入力導波路および複数の出力導波路を含む。入力導波路の各々は、それに関連し、およびそれに沿って延びる第１の複数の１×２光スイッチを有している。出力導波路の各々は、それに関連し、およびそれに沿って延びる第２の複数の１×２光スイッチを有している。第１および第２の複数の光スイッチにおける光スイッチの各々は第１および第２の状態の間で選択的に切り替え可能であり、第１の状態においては、各光スイッチは、隣接する１×２スイッチ間で、いかなる介在するモード摂動構造に出くわすことなく、関連する入力または出力導波路内を伝搬する光を、乱されずにそれを通して伝搬し続けることを可能にしており、第２の状態においては、各光スイッチは、関連する入力または出力導波路の内外に光を結合させる。両方の光スイッチが第２の状態にあるときに、入力導波路の各々と関連する第１の複数の光スイッチの各々は、出力導波路の別の１つの第２の複数の光スイッチの１つに光学的に結合される。
【０００４】
１つの特定の実装において、１×２スイッチの各々は、変位可能な光クロスガイドを含む。１×２スイッチは、光クロスガイドが、１×２スイッチの各々がそれぞれ関連する入力または出力導波路から第１の距離にあるときに第１の状態にあり、光クロスガイドが、１×２スイッチの各々がそれぞれ関連する入力または出力導波路から第２の距離にあるときに第２の状態にある。アクチュエータは、関連する入力または出力導波路からの距離が第１または第２の距離に等しくなるように、変位可能な光クロスガイドを選択的に変位させる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】Ｍ×Ｍ光スイッチ用の入力プラットフォームを示している。
【図１Ｂ】Ｍ×Ｍ光スイッチ用の出力プラットフォームを示している。
【図２】図１Ａおよび１Ｂに示された入力および出力プラットフォーム上に示される種類の単一の入力または出力導波路の平面図を示している。
【図３Ａ】非対称１×２スイッチの断面図である。
【図３Ｂ】非対称１×２スイッチの断面図である。
【図４】偏波ダイバーシティをサポートするＭ×Ｍ光スイッチ用の入力プラットフォームを示している。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下に詳述するように、各々を別個のプラットフォーム上に配置することができる入力光導波路のアレイおよび出力光導波路のアレイを含むＭ×Ｍの光学スイッチが提供される。一連の非対称１×２光スイッチが各入力導波路に統合されている。任意の所与の導波路に関連する各非対称１×２スイッチは、その導波路内を伝播する光を出力導波路の異なる１つに切り替えることができる。このように、入力導波路によって受信された光入力信号は、任意の出力導波路に選択的に向けることができる。
【０００７】
図１Ａは、Ｍ×Ｍ光スイッチ用の入力プラットフォームを示している。入力プラットフォームは、共通基板１０５上に形成することができる入力光導波路１１０１、１１０２、１１０３・・・１１０８のアレイ（まとめて「１１０」）を含む。図示のように、いくつかの実施形態では、導波路１１０は互いに平行であってもよいが、これはすべての実施形態においてそのようにする必要はない。この例では、８個の入力光導波路１１０が示されているが、任意の数の入力光導波路を採用することができ、各入力導波路は、光スイッチの１つの入力ポートに対応している。従って、例えば１２８個の入力および出力ポートを有する大規模光スイッチの場合、１２８個の入力光導波路１１０が存在する。より一般的には、Ｍ×Ｍ光スイッチの場合、Ｍ個の入力光導波路１１０が存在する。
【０００８】
一連の１×２非対称光スイッチ１２０が各導波路１１０に沿って配置されている。具体的には、Ｍ×Ｍ光スイッチの場合、各導波路１１０に沿って配置されたＭ個の１×２非対称スイッチ１２０がある。図１Ａに示すように、８×８光スイッチの場合、１×２スイッチ１２０１１、１２０１２、１２０１３・・・１２０１８が導波路１１０１に沿って配置されており、１×２スイッチ１２０２１、１２０２２、１２０２３・・・１２０２８が導波路１１０２に沿って配置されており、以下同様である。以下に説明するように、１×２非対称スイッチ１２０は、第１の状態のときには低損失を示し、第２の状態のときには著しく高い損失を示すという意味で非対称である。垂直カプラ１３０は１×２非対称スイッチ１２０と関連している。以下に説明するように、１×２スイッチがその開状態またはオン状態にあるとき、１×２スイッチによって受信される光は、関連する垂直カプラ１３０に導かれる。垂直カプラ１３０は、次に、以下で説明する出力導波路プラットフォーム上に配置された別の１×２スイッチに光を通す。
【０００９】
各１×２スイッチ１２０は、非対称スイッチ１２０の状態に基づいて、関連する入力導波路１１０内を伝搬する光を２つの方向のうちの一つに導くことができる。スルー状態と称される第１の状態では、１×２スイッチは、光が入力導波路１１０内で伝搬し続けることを引き起こす。すなわち、光は、大部分が摂動を受けないスルーパスに沿って継続している。クロス状態と称される第２の状態では、１×２スイッチ１２０は、光を入力導波路１１０の外に結合させ、その非対称１×２スイッチ１２０に関連する垂直カプラ１３０に導く。
【００１０】
１×２非対称スイッチ１２０は、第１の状態またはスルー状態で非常に低い損失を有するように設計されている。従って、所与の入力導波路１１０と関連しているすべての非対称１×２スイッチがスルー状態にある場合、その導波路を伝搬する光はほとんどが摂動を受けずにその導波路を通過する。例えば、いくつかの実施形態では、１×２非対称スイッチ１２０は、スルー状態で約０．０００１ｄｂの損失を有し得る。以下に説明するように、１×２スイッチが第２の状態またはクロス状態にあるとき、かなり多くの損失が許容され得る。
【００１１】
図１Ｂは、前述の８×８個の光スイッチに対する出力プラットフォームを示している。出力プラットフォームは、共通基板２０５上に形成され得る出力光導波路２１０１、２１０２、２１０３・・・２１０８のアレイ（まとめて「２１０」）を含む。一般に、出力光導波路２１０のアレイはほとんどが、同数の導波路および同数の１×２非対称光スイッチを有する入力光導波路１１０のアレイと同じである。すなわち、図１Ａの入力導波路プラットフォームと同様に、図１Ｂの出力導波路プラットフォームは、導波路１１０の各々に沿って配置された一連の１×２非対称光スイッチ２２０を含む。具体的には、Ｍ×Ｍ光スイッチの場合、各導波路２１０に沿って配置されたＭ個の１×２非対称スイッチ２２０が存在する。図１Ｂで示すように、１×２スイッチ２２０１１、２２０１２、２２０１３・・・２２０１８が導波路２１０１に沿って配置されており、１×２スイッチ２２０２１、２２０２２、２２０２３・・・２２０２８が導波路２１０２に沿って配置されており、以下同様である。非対称光スイッチ２２０は、上述した非対称光スイッチ１１０と同様である。各１×２非対称スイッチ１２０と関連している垂直カプラ１３０の１つは同様に、１×２非対称スイッチ２２０の１つに関連している。
【００１２】
一実施形態では、入力および出力導波路プラットフォームは、対応する非対称１×２スイッチ１２０および２２０（すなわち、共通の垂直カプラ１３０を介して互いに光学的に結合されたスイッチ１２０および２２０の対）が互いに位置合わせされるようにお互いの上部に積み重ねられるか、または重ね合わされる。すなわち、非対称１×２スイッチ１２０ｉｊは非対称スイッチ２２０ｊｉの上に（または下に）配置されるように、入力および出力導波路プラットフォームは異なる平面に配置されている。このようにして、例えば、非対称１×２スイッチ１２０１２は、非対称１×２スイッチ２２０２１の上に（または下に）配置され、垂直カプラ１３０１２によって互いに光学的に結合される。別の例として、非対称１×２スイッチ１２０３２は、非対称１×２スイッチ２２０２３の上に（または下に）配置され、垂直カプラ１３０３２によって互いに光学的に結合される。製造の簡略化のために、対応するスイッチ１２０および２２０の対における各１×２スイッチは、必ずしもそうである必要はないが、互いの直接上にまたは下に配置することができる。
【００１３】
図１Ａおよび図１Ｂで示すように、１×２光スイッチの各々は、スイッチをスルー状態またはクロス状態にするためにコントローラ１５０によって選択的にアドレス可能である。動作において、入力導波路１１０の１つを伝播する光信号は、対応する非対称１×２スイッチ１２０ｉｊおよび２２０ｊｉの両方をクロス状態に置くことによって、出力導波路の１つに選択的に切り替えることができる。従って、例えば、非対称１×２スイッチ１２０１２および非対称１×２スイッチ２２０２１の両方をクロス状態に置くことによって、光信号は垂直結合器１３０１２を介して入力導波路１１０１から出力導波路２２０２へ切り替えることができる。別の例として、対称１×２スイッチ１２０３２および非対称１×２スイッチ２２０２３の両方をクロス状態に置くことによって、光信号は垂直カプラ１３０２３を介して入力導波路１１０３から出力導波路２２０２へ切り換えられることができる。このようにして、適切に選択された対応する非対称１×２スイッチの対のうち両方の非対称１×２スイッチをクロス状態に置くことにより、光信号は、任意の入力導波路１１０から任意の出力導波路２２０へ切り替えることができる。
【００１４】
図１Ａおよび１Ｂに示した入力および出力導波路の配置は単なる例示であることは明記されるべきである。より一般的には、クロス状態に置かれた対応する対の１×２スイッチが光信号を任意の入力導波路１１０から任意の出力導波路２２０へ結合することを可能にし、同時に光信号はスルー状態にある他の１×２スイッチを通過するだけである任意の方法で配置され得る。
【００１５】
上述したように、各導波路における単一の非対称１×２スイッチをクロス状態に置くことのみによって、光信号は任意の入力導波路１１０から任意の出力導波路２２０に切り替えることができる。同時に、各導波路における他の全ての非対称１×２スイッチは、スルー状態にある。従って、光信号は一般に、スルー状態にある複数の非対称１×２スイッチおよびクロス状態にある単一対の非対称１×２スイッチのみを通過する。結果として、非対称１×２スイッチがスルー状態において低損失を示すことが重要である。一方、光信号は、クロス状態にある単一対の非対称１×２スイッチを通過するだけなので、非対称１×２スイッチがクロス状態にあるときには、かなり多くの損失が許容される。
【００１６】
光スイッチ１００において使用される非対称１×２スイッチ１３０は、任意の適切な技術に基づくことができる。例えば、一実施形態では、機械的に作動される種類のスイッチが使用されてもよく、その一つの実施例が図３および図４を参照して説明される。この特定の例は、アクチュエータとして微小電気機械（ＭＥＭｓ）装置を用いて説明される。
【００１７】
図２は、それぞれ導波路１１０および２１０として図１および図２に示した種類の単一の入力または出力導波路３１０の平面図を示している。導波路３１０は、非対称１×２スイッチ３００の定置のスルーガイド部分として働く。第２の導波路３２０は、第１の位置または「オン」位置３４０と第２の位置または「オフ」位置３５０との間で移動可能である非対称１×２スイッチ３００の動作可能なクロスガイドとして働く。クロスガイド３２０がオン位置３４０にあるとき、スルーガイドからの光をクロスガイド３２０に結合させるためにスルーガイドに十分に近接しており。同様に、クロスガイド３２０がオフ位置３５０にあるとき、測定可能なモード摂動をスルーガイド３１０において生じさせないためにスルーガイド３１０から十分に離れている。結果として、光は、オフ位置３５０にある間に、クロスガイド３２０とスルーガイド３１０との間の任意の実質的な段階まで結合されない。すなわち、クロスガイド３１０がオン位置３４０にあるとき、非対称１×２スイッチ３００はクロス状態にあり、クロスガイド３１０がオフ位置３５０にあるとき、非対称１×２スイッチ３００はスルー状態にある。
【００１８】
１つ以上のストッパー３４５は、クロスガイド３２０がオン位置３４０に移行するときにストッパー３４５上に置かれるように、スルーガイド３１０とクロスガイド３２０との間に配置されてもよい。このように、クロスガイド３２０がオン位置３４０にあるときに、一貫したギャップがスルーガイド３１０とクロスガイド３２０との間に維持され得る。一実施形態では、ストッパー３４５は、クロスガイド３２０に固定される。
【００１９】
図３Ａおよび３Ｂは、図３の線Ａ−Ａ’に沿った非対称１×２スイッチ３００の断面図である。示すように、スルーガイド３１０は支持体４０５上で延びており、これは次いでプラットフォーム４１２（例えば、図１Ａまたは図１Ｂにおける基板１０５または２０５）上に配置されている。クロスガイド３２０の可視の最も近位端は、空間に吊り下げられており、一方、クロスガイド３２０の遠位端は、プラットフォーム４１２上に配置された第２の支持体（図示せず）に固定されている。横方向に移動可能なアクチュエータ４１５が支持体４０７上に配置されており、これは次いでプラットフォーム４１２上に配置されている。横方向に移動可能なアクチュエータ４１５は、クロスガイド３２０の近位端に隣接しており、第１の方向（図３Ａおよび３Ｂにおいて左方向）に移動可能であり、その結果クロスガイド３２０に横方向の力を及ぼし、図３Ａに示すように、オン位置３４０への変位を受ける。横方向に変位可能なアクチュエータ４１５が後退すると、クロスガイド３２０は図３Ｂに示す位置に戻り、これは、クロスガイド３２０のオフ位置３５０に対応する。
【００２０】
前述したように、一実施形態では、横方向に移動可能なアクチュエータ４１５は、ＭＥＭｓベースのアクチュエータである。１つの特定の実施形態では、ＭＥＭｓベースのアクチュエータは、クロスガイド３２０のオン位置３４０に対応する１つの状態と、クロスガイド３２０のオフ位置３５０に対応する他の状態とを有するデジタル二状態デバイスであってもよい。また、ＭＥＭｓベースのアクチュエータ４１５は、アクチュエータ４１５が通常に維持されているラッチ状態である図３（ｂ）のオフ位置を有するラッチ型であってもよい。このようにして、非対称１×２スイッチの１つの故障は、Ｍ×Ｍ光スイッチ３００全体の完全な故障を引き起こすことはない。むしろ、Ｍ×Ｍ光スイッチ３００は、一つの特定の入力導波路と出力導波路との間を切り替える能力を失うだけであるが、そうでなければ動作し続ける。勿論、他の実施形態では、アクチュエータ４１５は、クロスガイド２１０がオン位置になるようにラッチされてもよく、あるいは、アクチュエータ４１５はアンラッチされてもよい。
【００２１】
オフ位置にあるとき、クロスガイド３２０とスルーガイド３１０との間の距離は、スルーガイド３１０に測定可能な光学的なモード摂動が生じないように、十分に大きくすべきである。このようにして、オフ位置３５０からオン位置３４０への移行時に、アクチュエータ４１５による横方向に移動する距離は、一般に、モードフィールド径（例えば、いくつかのモードフィールド直径）と比べて大きくすべきである。例として、一実施形態では、約１ミクロンのモード径を有する１ミクロンのコアを有する導波路の場合、オフ位置からオン位置への移行時にアクチュエータ４１５によって横方向に移動する距離は、約３から５ミクロンである。同様に、いくつかの実施形態では、個々の１×２スイッチの全体的な寸法は、約５０ミクロン以下のオーダーである。
【００２２】
勿論、ＭＥＭｓベースのスイッチの代わりに、１×２光スイッチは他の技術を採用してもよい。例えば、一実施形態では、１×２光スイッチは、音響光スイッチであってもよい。
【００２３】
図１Ａおよび１Ｂに示す垂直カプラ１３０は、異なる導波路間の面外光学結合のための垂直断熱カプラのような任意の適切な種類の垂直カプラであってもよい。１つの特定の実施例では、垂直カプラ１３０は、回折格子が導波路内にエッチングされている回折格子ベースの垂直カプラであってもよい。回折格子は、導波路内を進行する光を少なくとも部分的に回折させ、それにより光は回折のいくつかの角度で導波路の平面外へ結合され、別の導波路で結合される。
【００２４】
本発明のいくつかの実施形態では、光スイッチの入力および出力プラットフォームは、１つ以上のプレーナ光波回路（ＰＬＣｓ）から形成されてもよい。ＰＬＣは、半導体基板の表面上に集積された１つ以上のシングルモードまたはマルチモード導波路を含む光学システムであり、導波路は、複雑な光学機能を提供するために、典型的には他の光学要素（例えば、本明細書で説明する１×２スイッチおよび垂直断熱カプラなど）に結合される。より具体的には、導波路は通常、ドープ／アンドープシリコン、ＬｉＮｂＯ３、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、および／または（熱光学および電気光学ポリマーを含む）ポリマーからたびたび形成される平面基板上に形成されたバッファ層、クラッド層、コア層およびカプセル化層からなり得る光学層内に埋め込まれている。基板は、他の壊れやすい導波路に対して機械的な支持体として機能することができ、必要に応じて、クラッドの底部の役割を果たすこともできる。加えて、入力／出力ファイバのコアを導波路のコアに光学的に結合するように、光ファイバが取り付けられる固定具の一部として機能することができる。
【００２５】
シリコンを用いたプレーナ光波回路の製造に必要な製造技術は、一般に周知である。例えば、プレーナ光波回路は、標準的な半導体製造技術を使用して製造することができる。それ故、プレーナ光波回路の製造は、化学気相堆積技術、物理気相成長またはスパッタリング技術、蒸発技術、スピンオン堆積技術、フォトリソグラフィ、湿式または乾式エッチング技術などを含む標準のモノリシック半導体製造技術を用いて達成することができる。特定の製造技術は、製造装置および堆積で使用される材料に関してしばしば選択される。このように、本明細書に開示されるスイッチは、当業者によって認識されるように、多くの技術および材料と組み合わせて製造されてもよい。
【００２６】
同様に、本発明のいくつかの実施形態では、光スイッチの入力および出力プラットフォームは、１つ以上のフォトニック集積回路（ＰＩＣｓ）から形成されてもよい。プレーナ光波回路が一般に受動要素のみを含むのに対して、フォトニック集積回路は一般に、レーザ、光増幅器、変調器などの能動的な光集積装置も含むことを除いては、ＰＩＣはプレーナ光波回路に類似している。
【００２７】
いくつかの実施形態では、図１Ａおよび１Ｂに示す入力および出力プラットフォームは、互いにモノリシックに統合されてもよい。しかしながら、他の実施形態では、入力および出力プラットフォームは、任意の適切な技術を使用してハイブリッドに取り付けられて、互いの上に積み重ねられてもよい。
【００２８】
いくつかの実施形態では、入力および出力プラットフォーム内の入力および出力導波路は、単一の偏光状態のみをサポートしてもよい。これらの実施形態では、偏波ダイバーシティは、各入力および出力導波路に対して導波路のペアを提供することによって達成され、ペアにおける各導波路は異なる偏光状態をサポートしている。これは図１Ａの入力プラットフォームに対して図４において示されている。図示されているように、各入力は一対の導波路１１０および１６０を含む。導波路１１０および１６０の各対への入力は、単一の偏光状態が導波路１１０および１６０の各々を介して送信されるように、入射光を分割する偏光スプリッタ１４０を含む。偏光回転子１５５は、導波路１１０内の光と同じ偏光状態を有するように、導波路１６０内の光の偏光状態を回転させる。図１Ａのように、導波路１１０は、それに沿って配置された一連の１×２光スイッチ１２０を有しており、１×２光スイッチ１２０の各々は、垂直カプラ１３０と関連している。同様に、導波路１６０は、それに沿って配置された一連の１×２光スイッチ１７０を有しており、１×２光スイッチ１７０の各々は、垂直カプラ１８０と関連している。出力プラットフォームは、偏波ダイバーシティを達成するために入力プラットフォームに対する図４に示すものと同様の方法で構成することができる。
【００２９】
上述した種類のスイッチングアーキテクチャの使用から、多くの利点が生じる。例えば、前述の実施形態において、入力または出力導波路のいずれかに沿って配置された、隣接する１×２スイッチ間の介在するモード摂動構造（例えば、回折格子またはタップのような光学素子、導波路の交差点、材料またはドーパントの変更、金属化構造、導波路寸法の変化、屈折率プロファイルの変更）がないので、所与の波長における導波路損失は、隣接する１×２スイッチ間の導波路の長さにのみ依存しているか、または対応している。同様に、このアーキテクチャに適合するスイッチにおける光損失は、入力または出力ポートの数に対応していないが、導波路の全長によって決定されるようなスイッチの全体的な物理的寸法のみに対応している。
【００３０】
例として、現在利用可能な低損失エアクラッド導波路で生じる光損失は、約０．５ｄＢ／ｃｍから２ｄＢ／ｃｍの範囲であり得る。従って、このような導波路を使用し、９６個の入力ポートおよび９６個の出力ポートを有する光スイッチでは、各導波路が５ｍｍであると仮定すると、導波路で生じる光損失は約０．５ｄＢまでである。同様に、１０００個の入力ポートと１０００個の出力ポートを有する光スイッチでは、各導波路の長さが５０ｍｍであると仮定すると、導波路で生じる光損失は約５ｄＢまでである。
【００３１】
いくつかの実施形態では、介在構造が沿って配置される導波路内を進行する光のモードに摂動を与えない状態へと介在構造が作動可能であるという条件で、１つ以上の入力および／または出力導波路に沿って配置された介在構造が存在し得ることに留意すべきである。任意のそのような介在構造は、１×２光スイッチによって引き起こされる光損失よりも大きくない、非摂動状態における光損失を生じさせるべきである。例えば、１×２光スイッチは、約０．００１ｄＢのスルー状態の損失を有する場合、任意の介在構造は、非摂動状態においても０．００１ｄＢ以下と同じくらい、好ましくは０．００１ｄＢ未満の損失を有するべきである。
【００３２】
さらに他の実施形態では、上述した種類の１つ以上の追加の１×２光スイッチが、入力および／または出力導波路の１つ以上に沿って配置されてもよい。これらのスイッチは、光を入力ポートから出力ポートに切り替える以外の目的で使用することができる。例えば、これらの追加の１×２スイッチは、それらがクロス状態にあるときに光を光検出器（例えば、フォトダイオード）に導き、それにより光学モニタリング機能を実施する。１つの特定の実施形態では、そのような１×２光スイッチおよび光検出器のペアは、光を入力導波路から出力導波路に切り替えるために使用される隣接する１×２光スイッチの各ペア間の入力および／または出力導波路に沿って配置することができる。このようにして、スルー状態にあるときに光が通って、１×２光スイッチのいずれか１つを通過した後で、光学モニタリングは導波路に沿った任意の点で実施することができる。
【００３３】
発明の要旨が、構造的特徴および／または方法論的作用に特有の言語で記載されているが、添付の特許請求の範囲に定義される要旨は、必ずしも上述した特定の特徴または作用に限定されないことを理解されたい。むしろ、上述した特定の特徴および作用は、請求項を実施する例示的な形態として開示されている。
【符号の説明】
【００３４】
１０５  基板
１１０  入力導波路
１２０  非対称光スイッチ
１３０  垂直カプラ
１４０  偏光スプリッタ
１５５  偏光回転子
１６０  導波路
１７０  光スイッチ
１８０  垂直カプラ
２０５  基板
２１０  出力光導波路
２２０  非対称光スイッチ
３００  光スイッチ
３１０  導波路
３２０  クロスガイド
３４０  オン位置
３４５  ストッパー
３５０  オフ位置
４０５、４０７  支持体
４１２  プラットフォーム
４１５  アクチュエータ
１１０１、１１０２、１１０３、１１０８  導波路
２１０１、２１０２、２１０３、２１０８  導波路
１２０１１、１２０１２、１２０１３、１２０１８、１２０２１、１２０２２、１２０２３、１２０２８、２２０１１、２２０１２、２２０１３、２２０１８、２２０２１、２２０２２、２２０２３、２２０２８    スイッチ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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