JPH11109425A - 光スイッチ - Google Patents

光スイッチ

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JPH11109425A
JPH11109425A JP10226669A JP22666998A JPH11109425A JP H11109425 A JPH11109425 A JP H11109425A JP 10226669 A JP10226669 A JP 10226669A JP 22666998 A JP22666998 A JP 22666998A JP H11109425 A JPH11109425 A JP H11109425A
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optical
lens
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optical signal
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JP10226669A
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Vladimir A Aksyuk
エー．アクシュク ヴラディミール
David J Bishop
ジェイ．ビショップ デヴィッド
Joseph E Ford
イー．フォード ジョセフ
James A Walker
エー．ウォーカー ジェームス
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Nokia of America Corp
Original Assignee
Lucent Technologies Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い範囲のアプリケーションに適したバイパ
ス状態と交換状態とをスイッチングする光バイパス-交
換スイッチを提供する。 【解決手段】 ２つの出力の間で少なくとも１つの光パ
スをスイッチングするバイパス-交換スイッチを開示す
る。このスイッチは、信号を入力から出力へと効率的に
運ぶテレセントリック結像デバイスを有する。このスイ
ッチはまた、スイッチにより光信号のパスを変化するよ
うに動作できる光ディレクターを有し、これにより、ス
イッチング機能を提供する。光ディレクターは、透過モ
ードにおいて動作する可変反射率ミラーである。可変反
射ミラーがその最小反射状態にあれば、入ってくる光信
号に対して実質的に不可視である。従って、スイッチを
またがる出力に実質的に妨害されない信号パスは、スイ
ッチのクロス状態（交換状態）を規定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトニックスイ
ッチに関し、特に光バイパス-交換スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】光スイッチは、多くのアプリケーション
に用いられている。例えば、マルチステージ相互接続ネ
ットワークにおける信号ルーティングのようないくつか
のアプリケーションでは、高速スイッチングを必要とし
ない。故障コンポーネント（ノード）をバイパスさせる
ことによりファイバネットワークを再構成するのにスイ
ッチが用いられる故障管理のような他のアプリケーショ
ンでは高速スイッチングを必要とする。
【０００３】低速スイッチングアプリケーションにおい
て、機械的に変換されるレンズ化ファイバを用いるバル
ク光メカニカルスイッチも用いられる。光メカニカルス
イッチは、比較的遅いスイッチング速度の必要条件を満
足することに加えて、比較的低コストであり、入力信号
の偏光および波長に影響されないのでそのようなアプリ
ケーションにおいて望ましい。
【０００４】比較的遅い応答時間のおかげで（数十ｍｓ
のオーダーあるいはこれより大きい時間であることがで
きる）、このような光メカニカルスイッチは、比較的高
速スイッチングを必要とする他のアプリケーションにお
いて適さない。このような高速スイッチングアプリケー
ションに対しては、ニオブ化リチウムの導波路変調器が
よく用いられる。このような変調器が必要なスピードを
有するので、いくつかの問題に悩まされる。このような
問題として、ユニットが高コストなこと、入力信号偏光
および波長に影響されることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術のスイ
ッチよりも広い範囲のアプリケーションにおいて適した
スイッチが望ましい。このような本発明のスイッチは、
従来の光メカニカルスイッチの有利な特性を有し、か
つ、数桁速い応答速度を有する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】２つの出力の間で少なく
とも１つの光パスをスイッチングするバイパス-交換ス
イッチを開示する。このスイッチは、信号を入力から出
力へと効率的に運ぶテレセントリック結像デバイスを有
する。このスイッチはまた、スイッチにより光信号のパ
スを変化するように動作できる光ディレクターを有し、
これにより、スイッチング機能を提供する。
【０００７】一実施例において、光ディレクターは、透
過モードにおいて動作する可変反射率ミラーである。可
変反射ミラーがその最小反射状態にあれば、入ってくる
光信号に対して実質的に不可視である。従って、スイッ
チをまたがる出力に実質的に妨害されない信号パスは、
スイッチのクロス状態、すなわち、交換状態を規定す
る。可変反射率ミラーがその最大反射状態であれば、光
信号の相当な部分が反射され、信号はスイッチを横断し
ない。後者の動作モードはバイパス-交換スイッチのバ
ー状態、すなわち、バイパス状態を意味する。
【０００８】第２実施例において、光ディレクターは、
スイッチを通り抜けて移動する光信号のパスを入ったり
出たりして移動する定反射ミラーである。このミラーが
パスから外れた場合、信号はスイッチをまたがって出力
導波路へ通り抜け、交換状態を定める。ミラーがパス内
にあれば、信号は反射され、スイッチを横断しない。後
者のモードは、バイパス-交換スイッチのバイパス状態
を意味する。好ましい実施例において、定反射ミラー
は、マイクロメカニカルアクチュエータの動作により移
動する。
【０００９】更なる好ましい実施例において、波長選択
制フィルタを光ディレクターの前に配置する。このフィ
ルタは、光信号の所定のスペクトル成分（波長）を阻止
するように構成する。実施例において、波長選択性フィ
ルタは、所定の波長の光を阻止（反射）するように動作
する誘電体ミラーであり、他の波長を有する光を通り抜
けさせる。従って、バイパス-交換スイッチは、ブロッ
クされた波長に対して永久バイパス（または交換）状態
には位置することができ、他の波長に対しては交換（ま
たはバイパス）状態に配置することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１には、本発明に従うバイパス
-交換スイッチ１０２の一実施例を示す。図示するよう
に、バイパス-交換スイッチ１０２はテレセントリック
結像デバイス１０４と光ディレクター１０６を有する。
バイパス-交換スイッチ１０２は、光ディレクター１０
６によりイネーブルされる２つの状態によって動作す
る。従って、この２つの状態のいずれかがイネーブルさ
れると、バイパス-交換スイッチ１０２のスイッチング
機能が実行される。制御電圧や制御電流源（図示せず）
も２つの状態のいずれかをイネーブルすることにおい
て、光ディレクター１０６の動作を制御することに用い
ることができる。
【００１１】バイパス-交換スイッチ１０２の上述の状
態は、「交換状態(exchange state)」と「バイパス状態
(bypass state)」である。本明細書で用いるこれら状態
の意味は図２ａ、２ｂにおける説明によって理解を容易
にすることができる。
【００１２】図２ａは、バイパス-交換スイッチ１０２
の交換状態を示してあり、光信号９２、９４がバイパス
-交換スイッチ１０２を横断している。交換状態では、
テレセントリック結像デバイス１０４は第１入力９０ａ
から発する光信号９２を第１出力９０ｂへと結像(imag
e)させ、また、第２入力９０ｃから発する光信号９４を
第１出力９０ｂへと結像させる。いくつかの実施例で
は、入力９０ａ、９０ｃと出力９０ｂ、９０ｄは光信号
を導くのに適した媒体、例えば、光ファイバ、プレーナ
型導波路である。好ましい実施例では、導く媒体は、シ
ングルモード、マルチモードいずれかの光ファイバであ
る。ここで、もしバイパス-交換スイッチ１０２が１ま
たは複数の他のデバイスに入力と出力の一方または両方
で自由空間結合していれば、バイパス-交換スイッチ１
０２へ入り若しくはバイパス-交換スイッチ１０２から
去る光信号９２、９４は導く媒体は必要でないことに留
意されたい。
【００１３】図２ｂは、バイパス-交換スイッチ１０２
のバイパス状態を示し、定義したように、光信号９２、
９４はバイパス-交換スイッチ１０２を横断することを
妨げられている。バイパス状態において、テレセントリ
ック結像デバイス１０４は第１入力からの光信号９２を
第２出力９０ｄへと結像させ、また、第２入力からの光
信号９４を第１出力９０ｂへと結像させる。
【００１４】従って、バイパス-交換スイッチ１０２の
状態に依存して、光信号９２のような光信号は第１入力
から第１出力９０ｂまたは第２出力９０ｄのいずれかへ
と進む。
【００１５】テレセントリック結像デバイス１０４は、
交換状態とバイパス状態の両方において、テレセントリ
ック光システムを作るように構成する。テレセントリッ
クシステムは、入瞳および／または出瞳が無限に位置す
るようなシステムを意味する。文献、Smith, Modern Op
tical Engineering, Chapter 6, Sect. 6, (McGraw-Hil
l, 1990)を参照されたい。入力９０ａ、９０ｃと出力９
０ｂ、９０ｄが光ファイバであるような光ファイバシス
テムにおいて、テレセントリックであるとは、出力ファ
イバ９０ｂ（交換状態）あるいは９０ｄ（バー状態）上
に入射された光信号９２のような光信号が空間位置と最
適入射角の両方で合致することをいい、これにより高効
率な結合を得ることができる。
【００１６】一実施例において、テレセントリック結像
デバイス１０４はレンズ１１０、１１２の対であり、そ
れらに入射される光をコリメート（視準）するのに適し
ている。適しているレンズとして、グレーデッドインデ
ックス（ＧＲＩＮ）レンズ、ボールレンズ、入射モール
デッドレンズのようなモールデッドレンズがある。所望
のテレ光システムを作るためのこのようなレンズ１１
０、１１２の機能および位置は図３ａ、図３ｂに関連す
る説明において説明する。これら図において、入力９０
ａ、９０ｃと出力９０ｂ、９０ｄは光ファイバである。
【００１７】説明のため、第２入力ファイバ９０ｃと第
１出力ファイバ９０ｂの間の間隔ｄ 4は、第１入力ファ
イバ９０ａと第２出力ファイバ９０ｄの間の間隔ｄ2と
等しいものとして説明する。これにより、拡大や縮小は
必要なくなり、レンズ１１０、１１２は同一とすること
ができる。個々で、条件、ｄ2＝ｄ4は本発明の要件では
なく、他の実施例では、ｄ2≠ｄ4である。
【００１８】図３ａは、光信号９２（レイトレース９２
ａ）が第１入力ファイバ９０ａから第１出力ファイバ９
０ｂへと結像し、光信号９４（レイトレース９４ａ）が
第２入力ファイバ９０ｃから第２出力ファイバ９０ｄへ
と結像するような交換状態を示してある。このような結
像は以下のように行われる。レンズ１１０が第１入力フ
ァイバ９０ａから距離ｄ1に位置する。もし距離ｄ1がレ
ンズ１１０の焦点距離に等しければレンズ１１０は入射
した光をコリメートする。従って、ｄ1がレンズ１１０
の焦点距離に等しければ、レンズ１１０は光信号９２を
コリメートする。レンズ１１２は第２入力ファイバ９０
ｃから距離ｄ 3に位置する。もし距離ｄ3がレンズ１１２
の焦点距離に等しければレンズ１１２は入射した光をコ
リメートする。なぜなら、上述のように距離ｄ2＝ｄ4で
あれば、ｄ1＝ｄ3であるからである。
【００１９】従って、光信号９２（レイトレース９２
ａ）がレンズ１１０によりコリメートされ、レンズ１１
２により受けられるときにもコリメートを維持し、第１
出力ファイバ９０ｂへと結像される。テレセントリック
光システムは、レンズ１１０を通り抜ける１つのパスに
よって、レンズ１１２を通り抜ける１つのパスによって
作られる。光学系を単純化するため、入力ファイバと出
力ファイバ９０ａ〜ｄがレンズ１１０、１１２の光軸Ａ
−Ａから等距離であることが好ましい。光信号９４（レ
イトレース９４ａ）がレンズ１１２によりコリメートさ
れ、レンズ１１０により受けられるときにもコリメート
を維持し、第２出力ファイバ９０ｄへと結像される。
【００２０】図３ｃには、バイパス-交換スイッチ１０
２のバイパス状態を示してあり、光信号９２（レイトレ
ース９２ｂ）が第１入力ファイバ９０ａから第２出力フ
ァイバ９０ｄへと結像し、光信号９４（レイトレース９
４ａ）が第２入力ファイバ９０ｃから第１出力ファイバ
９０ｂへと結像する。光信号９２は、光ディレクター１
０６をレンズ１１０から距離ｄ5のフーリエ(Fourier)平
面Ｂ−Ｂ（すなわち、コリメートレンズ１１０の後ろ側
焦点(back focal）平面）に位置させることにより高効
率で第２出力ファイバ９０ｄへと結像される。レンズに
入るコリメートされたビームは、このフーリエ平面に位
置する表面上の点に焦点を合わされる。数学的定義事項
のため、文献、Goodman, Introduction to Physical Op
tics, CHapter 5, "Fourier Transforming and Imaging
Properties of Lenses" (McGraw-Hill, 1968)を参照さ
れたい。
【００２１】同様に、光ディレクター１０６はレンズ１
１２のフーリエ平面におけるコリメートレンズ１１２か
ら距離ｄ6に配置し、光信号９４は高効率で第１出力フ
ァイバ９０ｂへと結像される。従って、コリメートレン
ズ１１０および１１２は距離ｄ7（＝ｄ5＋ｄ6）によっ
て間隔をあける。好ましい実施例においてレンズ１１０
および１１２は同一であるので、ｄ5はｄ6と等しく、フ
ーリエ平面Ｂ−Ｂおよび光ディレクター１０６は、レン
ズ１１０および１１２と等距離に位置するようになる。
光ディレクター１０６をフーリエ平面内に位置させて上
述のようにレンズ１１０、１１２を通り抜ける２つのパ
スを作ることにより、またテレセントリック光系を作る
ことができる。
【００２２】好ましい実施例において、レンズ１１０、
１１２は、１／４ピッチＧＲＩＮレンズである。１／４
ピッチＧＲＩＮレンズは、光信号９２、９４のような光
信号を実質的にコリメートする最も短い長さのＧＲＩＮ
レンズである。
【００２３】バイパス-交換スイッチ１０２の更なる実
施例において、波長選択性フィルタ（ミラー）１１１、
１１３は対応する光信号９２、９４のパスに位置する。
波長選択性フィルタ１１１、１１３は入射する多様な所
定の波長の光を阻止（透過しない）するように構成す
る。従って、バイパス-交換スイッチ１０２はこれらの
阻止される波長に対して永久バイパス（あるいは交換）
状態に、阻止されない波長（アクティブ波長）に対して
は交換（あるいはバイパス）状態に位置することができ
る。このようなフィルタが所定範囲内の波長を阻止する
ように通常構成するので、光信号の任意（非連続）波長
をブロックするようにフィルタ１１１、１１３を構成す
ることが可能である。このような波長選択性フィルタ１
１１、１１３の機能は図４ａ、４ｂに記載してある。
【００２４】図４ａ、４ｂは、波長（スペクトル成分）
λ5−λ10を有する光信号９２ｂ、およびバイパス-交換
スイッチ１０２に入る波長λ1−λ7を有する光信号９４
ｂを示している。バイパス-交換スイッチ１０２は波長
選択性フィルタ１１１、１１３を有する。波長選択性フ
ィルタ１１１はレンズ１１０と光ディレクター１０６の
間に位置し、１１３はレンズ１１２と光ディレクター１
０６の間に位置する。好ましい実施例において、レンズ
１１０とレンズ１１２はＧＲＩＮレンズであり、波長選
択性フィルタ１１１、１１３は光ディレクター１０６に
最も近い対応するレンズ１１０、１１２の端表面上に配
置される。
【００２５】図４ａ、４ｂに示した実施例において、波
長選択性フィルタ１１１は１１３と同一にしてある。例
として、これら両方のフィルタは、反射することによ
り、光信号９２ａ、９２ｂの波長λ5−λ7を阻止するよ
うに動作することができ、他の「アクティブ」波長を送
る。
【００２６】図４ａは、アクティブ波長に対する交換状
態におけるバイパス-交換スイッチ１０２を示す。簡明
さのため、図４ａには光信号９２ｂのみを示した。光信
号９２ｂのスペクトル成分（波長）λ8−λ10は、波長
選択性フィルタ１１１、１１３を通って送られ、第１出
力９０ｂにて受信される。波長λ5−λ7は、波長選択性
フィルタ１１１により反射され、第２出力９０ｄにて受
信される。従って、バイパス-交換スイッチ１０２がア
クティブ波長に対して交換状態にあるにもかかわらず、
波長選択性フィルタ１１１により阻止されるスペクトル
成分に対してバイパス状態にある。もしバイパス-交換
スイッチ１０２がアクティブ波長に対してバイパス状態
にあれば（図示せず）、スペクトル成分λ5−λ7ととも
にスペクトル成分λ8−λ10は阻止される。この実施例
において、このような阻止された波長は第２出力９０へ
と反射される。
【００２７】図４ｂには、光信号９４ｂに対するバイパ
ス-交換スイッチ１０２の動作を示す。バイパス-交換ス
イッチ１０２はここでもアクティブ波長に対して交換状
態にあるものとして示した。光信号９４ｂのスペクトル
成分（波長）λ5−λ7は１１３により反射され、第１出
力９０ｂにて受けられる。フィルタ１１３、１１１は、
「アクティブ」波長λ1−λ4を送り、これは第２出力９
０ｄにて受けられる。もしバイパス-交換スイッチ１０
２がバイパスモードにあれば、スペクトル成分λ1−λ4
は阻止される。この実施例において、この阻止された波
長は第１出力９０ｂへと反射される。
【００２８】図４ａ、４ｂに示したバイパス-交換スイ
ッチの実施例において、２つの波長選択性フィルタを示
してある。ここで、２つではなく１つのフィルタを用い
てもよいということに留意されたい。これら２つのフィ
ルタを用いることにより、適切な出力に向かった阻止波
長の伝搬に対しての一時的な崩壊を防ぐことができる。
例えば、図４ｂの信号９４ｂに関して、もし１１３が存
在しなければ、「阻止された」スペクトル成分λ5−λ7
はは、第１出力９０ｂへと反射される前にフィルタ１１
１へと移動する。もし光ディレクター１０６が機械的に
作動（すなわち、光パスに物理的に出入りする）されて
いれば、光ディレクター１０６を包囲するいかなる構造
（支持等としての）へと信号が入射されるに従って崩壊
が起こる。なぜなら、このような構造は光信号を適切に
反射しないからである。加えて、２つのフィルタを用い
ることにより、１つのフィルタのみを用いる場合よりも
複雑な意志洗練された反射が可能となる。
【００２９】波長選択性フィルタ１１１、１１３は、例
えば、誘電体多層ミラー（スタック）とすることができ
る。適切な層厚と屈折率を有する適切な層の数を用いる
ことにより、このような誘電体スタックは異なる多様な
波長ないし波長領域の光を反射するように作ることがで
きる。
【００３０】ここで、交換およびバイパス状態において
光信号が結像される特定の出力の割り当ては任意である
ということに留意されたい。また、バイパス-交換スイ
ッチは、全ての波長に対してバイパスまたは交換状態い
ずれかをデフォルトとすることができることに留意され
たい。さらに、図４ａ、４ｂに示した実施例において、
反射された波長はバイパス状態をデフォルトとし、アク
ティブ波長は光ディレクター１０６の状態の関数として
交換またはバイパスされる。他の実施例において、反射
された波長は交換状態をデフォルトとする。
【００３１】前述したように、バイパス-交換スイッチ
１０２は交換状態とバイパス状態との間を光ディレクタ
ー１０６の動作の結果としてスイッチングする。交換状
態において、光ディレクター１０６は光信号９２、９４
に対して実質的に「不可視」である。すなわち、バイパ
ス-交換スイッチを通り抜ける光信号９２、９４のパス
は、光ディレクター１０６からは実質的に影響を受け
ず、テレセントリック結像デバイス１０４を介して実質
的に完全に制御される。バイパス状態において、光ディ
レクター１０６は光信号９２、９４にとって可視であ
り、このような光信号のパスに影響を与えるように動作
することができる。詳細には、バイパス状態において、
光ディレクター１０６は入射した光信号９２、９４を図
３ｂに示したように反射する。光ディレクター１０６の
いくつかの実施例を次に説明する。
【００３２】第１の実施例において、光ディレクター１
０６は透過モードで動作する可変反射率ミラー（ＶＲ
Ｍ）である。このような透過動作で適したＶＲＭの構成
として、米国特許５５００７６１、５５８９９７４、５
６３６０５２、５６５４８１８、米国特許出願０８／５
７８１２３（１９９５年１２月２６日出願）、０８／５
６５４５３（１９９６年２月１日出願）、０８／５９７
００３（１９９６年２月５日出願）にて説明されている
ようなマイクロメカニカル光変調器がある。
【００３３】上述のＶＲＭは図５に示す構成を例とする
ことができる。ここでは、可動層（膜）１５が支持体２
５を介して不動層１０（間にギャップ２０を規定する）
から間隔をあけられる。制御電圧源２９から運ばれるよ
うな電圧は、可動層１５と不動層１０に印加され静電力
を発生させる。この静電力は、可動層１５が第１位置
（印加電圧がない場合に維持される）と不動層により近
い第２位置との間を動くようにさせる。可動層１５が第
１位置から動くと、ＶＲＭの反射率は変化する。従っ
て、ＶＲＭは実質的に反射状態に位置されることがで
き、スイッチのバイパス状態、あるいはスイッチの交換
状態を可能にする実質的に透過状態を可能にする。
【００３４】可動層１５は、層の数およびそれらの固有
な特性（例えば、屈折率）がＶＲＭに対して異なる動作
特性を与えるような１または複数の材料の層からなる。
好ましい実施例において、ＶＲＭは上記米国特許出願０
８／５６５４５３に記載されたような「ドラムヘッド」
膜を有する。
【００３５】上記米国特許出願において特に言及しない
限り、ＶＲＭの通常の動作モードは以下のようである。
相対的反射率の最大値が、ギャップ２０が入射光信号
（ＶＲＭの設計波長）の１／４波長の奇整数の倍数と等
しい場合、すなわち、ｍλ／４（ｍ＝１，３，５...）
の場合に現れる。また、このようなＶＲＭは、ギャップ
２０が動作波長の１／４波長の０または偶整数の倍数と
等しい場合、すなわち、ｍλ／４（ｍ＝０，２，
４...）の場合に現れる。
【００３６】上述のＶＲＭ設計の多くは、ゼロ反射率
（膜を通り抜ける１００％の透過）を達成することがで
きる。このような設計のほとんどにおいて得られる最大
反射率は、しかしながら、約８０％である。これは、膜
を通り抜ける２０％の透過に相当する。従って、もしこ
のようなＶＲＭが透過モードで動作していれば、コント
ラスト比はおおよそ５：１である。
【００３７】米国特許出願０８／７７５９１０（１９９
７年１月２日）には、より高いコントラスト比のＶＲＭ
が記載されている。そのＶＲＭは、可動層（膜）を有す
るファブリ・ペロー型変調器であり、指定された厚さを
有する誘電体層の特定の構成により特徴づけられる。こ
のような変調器は、約９５％の反射率（５％の透過率）
を達成するものと期待でき、コントラスト比がおおよそ
２０：１、挿入損失が減少と相当に改善する。この変調
器は、シリコン基板、その上に配置された窒化ケイ素(s
ilicon nitride)の層、この窒化ケイ素の層上の第１ポ
リシリコン（多結晶シリコン）層、第１ポリシリコン層
の上につるされ間にギャップを作るような第２ポリシリ
コン層からなる。窒化ケイ素層および第１ポリシリコン
層は、変調される光信号の波長の１／４波長の層厚を有
する。第２ポリシリコン層は、光信号の波長の３／４の
層厚を有する。
【００３８】上記米国特許出願０８／７７５９１０で記
載されたようなものよりも高い反射率を有するファブリ
・ペロー型同調可能エタロン(tunable etalon)は、本発
明と共に用いるのに適している。なぜなら、２０よりも
高いコントラスト比を有することが通常好ましいからで
ある。このようなファブリ・ペローデバイスは、公知の
ようにより高い反射率ミラーを用いて製造される。
【００３９】光ディレクター１０６がＶＲＭであれば、
上記米国特許出願０８／７７５９１０に記載された方法
およびパッケージングコンポーネントを用いてパッケー
ジングすることができる。
【００４０】好ましい実施例においては、光ディレクタ
ー１０６は定反射率ミラーであり、これは光信号９２、
９４の光パスから出入りする。本発明における決まり事
に従って、もしミラーが光りパスの外であれば、バイパ
ス-交換スイッチ１０２は交換状態にある。もしミラー
が光パス内にあれば、バイパス-交換スイッチ１０２は
バイパス状態にある。ミラーは、誘電体スタック、金属
層やこれらの組み合わせのような多くの方法により実装
することができる。
【００４１】光ディレクター１０６はもしミラーとして
実装されていれば、米国特許出願０８／８５６５６９に
記載されたようにマイクロメカニカルヒンジプレートア
クチュエータにより作動されるのが好ましい。図６ａの
実施例において、マイクロメカニカルヒンジプレートア
クチュエータ４ａは、接続されたリンク仕掛け６ａおよ
び光ディレクター支持体６８とともに、レンズ１１０お
よび１１２の間の光信号９２、９４のパスを入ったり出
たりする方向ベクトル１８により示したように実質的に
水平な往復運動(back-and-forth or reciprocating-lik
e-motion)に光ディレクター１０６を移動させるように
動作することができる。図６ｂに示した別の実施例にお
いて、マイクロメカニカルヒンジプレートアクチュエー
タ４ｂは、接続されたリンク仕掛け６ｂおよび光ディレ
クター支持体６８とともに、レンズ１１０および１１２
の間の光信号９２、９４のパスを入ったり出たりする方
向ベクトル１９により示したように実質的に水平な往復
運動に光ディレクター１０６を移動させるように動作す
ることができる。
【００４２】ここで、２つの光信号の方向を誘導させる
ためには、ミラーは２つの面上で反射性であるか（２面
ミラー）、代わりに、２つの信号のうちの１つに１つの
ミラーを用いるように２つのミラーを用いるかをしなけ
ればならないことは理解できるであろう。
【００４３】実質的に水平または垂直の往復運動を伝え
るためのマイクロメカニカルヒンジプレートアクチュエ
ータ、関連するリンク仕掛け、および光コンポーネント
支持体は、上記米国特許出願０８／８５６５６９に詳細
に記載されている。
【００４４】図７に示すように、本発明のバイパス-交
換スイッチ１０２は、光アセンブリ（ＯＡ）チップ（基
板）６０上に構成させることができる。図７に示した実
施例において、光アセンブリチップ６０は、対応するレ
ンズ１１０、１１２を受けるための２つの比較的深い溝
６２ａ、６２ｂを有する。光アセンブリチップ６０は、
入力および出力９０ａ〜ｄを受けるあるいは収容するた
めの４つの領域６４ａ〜ｄをさらに有する。図７の実施
例において、入力および出力９０ａ〜ｄは光ファイバで
あり、領域６４ａ〜ｄは、このような光ファイバを受け
るための浅いＶ型溝である。
【００４５】レンズ１１０、１１２は、光ディレクター
１０６を収容するために間に領域６６を設けるように間
隔をあけられている。適切にパッケージングされた透過
性ＶＲＭとして実装された場合、光ディレクター１０６
はレンズ１１０、１１２の間に紫外線固化エポキシ樹脂
などによって所定位置に永久固化することができる。光
ディレクター１０６の配置および光ディレクター１０６
の光アセンブリチップ６０への取り付け（図示せず）
は、当業者は理解できるであろう。
【００４６】もし光ディレクター１０６がミラーとして
実装されていれば、図８に示したメカニカルアセンブリ
（ＭＡ）チップ（基板）７０は、マイクロメカニカルヒ
ンジプレートアクチュエータ４ａ、４ｂを支持するよう
に用いることができる。チップ６０、７０は、相対する
ように取り付けることが好ましい。このように相対する
ように取り付けることによって、図９に示したように複
数のバイパス-交換スイッチおよびアクチュエータをア
レー上に統合することを容易にする。図９において、レ
ンズ１１０ｂ〜１１０ｅおよびレンズ１１２ｂ〜１１２
ｅを有するスイッチバイパス-交換スイッチ１０２ｂ〜
１０２ｅは、光アセンブリチップ６０ａ上に配置され
る。光ディレクター１０６ｂ〜１０６ｅへのリンク仕掛
けを有するマイクロメカニカルヒンジプレートアクチュ
エータ４ａ1〜４ａ4は、メカニカルアセンブリチップ７
０ａ上に配置される。チップ６０ａ、７０ａは、相対す
るようにメーティングし、マイクロメカニカルヒンジプ
レートアクチュエータ４ａ1〜４ａ4は、バイパス-交換
スイッチ１０２ｂ〜１０２ｅを通り抜けて移動する光信
号のパス（図示せず）を出入りするようにリンク仕掛け
された光ディレクター１０６ｂ〜１０６ｅを移動させる
ように適切に位置する。ここで、マイクロメカニカルヒ
ンジプレートアクチュエータ４ｂはチップ７０ａ上でマ
イクロメカニカルヒンジプレートアクチュエータ４ａの
代替手段として用いることに留意されたい。スイッチお
よびアクチュエータを適切に配置する方法、チップを取
り付ける方法は、当業者は理解できる。
【００４７】図７〜９に示した実施例において、バイパ
ス-交換スイッチ１０２およびマイクロメカニカルヒン
ジプレートアクチュエータ４ａ、４ｂは平面型パッケー
ジング構成として示してある。すなわち、バイパス-交
換スイッチ１０２およびアクチュエータ４ａまたは４ｂ
は、平面型基板上に位置する。図１０に描いた更なる実
施例において、バイパス-交換スイッチ１０２およびも
し存在すればマイクロメカニカルヒンジプレートアクチ
ュエータ４ａ、４ｂは、同軸型パッケージング構成１２
０として示してある。
【００４８】図１０に示した実施例において、同軸型パ
ッケージング構成１２０は、第１および第２デュアルフ
ァイバフェルール９８、１００、光ディレクター光ディ
レクター１０６を有する光ディレクターチップ光ディレ
クター１０６ａを有し、適切であれば、マイクロメカニ
カルヒンジプレートアクチュエータ４ａおよび／または
４ｂ、ＧＲＩＮレンズ１１０ａ、１１２ａを有する。こ
れらフェルール、光ディレクターチップ、ＧＲＩＮレン
ズは、きつく（タイトに）収容するために適切な大きさ
を有するスリーブ１０８の中で配置される。
【００４９】デュアルファイバフェルール９８、１００
はそれぞれ、光ファイバ９１ａ／９１ｄおよび９１ｃ／
９１ｂのような２つの光ファイバを受け、心合わせする
ように物理的に構成する。詳細には、デュアルファイバ
フェルール９８、１００は、２つの受けられた光ファイ
バそれぞれのファイバコアの中心がフェルールに対して
所定の角度の配向で位置することができるように構成す
る。同軸型パッケージング構成１２０と共に用いるのに
適したデュアルファイバフェルールは、米国特許出願０
８／６８８１７８に記載されている。
【００５０】光ディレクター１０６がＶＲＭとして実装
されていれば、上記米国特許出願０８／７７５９１０で
記載されているパッケージング方法およびパッケージン
グコンポーネントを１２０において光ディレクター１０
６を取り入れるために用いるのが好ましい。しかしもし
光ディレクター１０６が２面ミラーとして実装されてい
れば、同軸型パッケージング構成１２０において用いる
ために図８で示した作動構成を偏光することが好まし
い。詳細には、２面ミラーに対する支持体６８がミラー
の表面に垂直に配向し、チップ光ディレクター１０６ａ
の表面１０７に平行な平面に配向することが好ましい。
平面型パッケージング構成を用いる図７に示したような
ここで説明している実施例において、光ディレクター支
持体６８はＯＡチップの表面に垂直に配向する。
【００５１】図１１には、同軸パッケージング構成と共
に用いるのに適した作動構成／リンク仕掛け構成を示
す。この実施例において、光ディレクター１０６はリン
ク仕掛け６ａの中に位置する。マイクロメカニカルヒン
ジプレートアクチュエータ４ａは、リンク仕掛け６ａへ
の実質的に水平な往復運動（方向ベクトル２１により示
した）を伝えるように構成する。チップ光ディレクター
１０６ａは、もしスイッチの動作波長において光学的に
透過性でなければ、光ディレクター１０６の後ろに位置
していずれの方向から来る光信号の通り抜けを可能とさ
せるボア１１４を有する。
【００５２】本発明は多くの変更例が可能であり、例え
ば、本発明のスイッチは、１つの入力が２つの出力のい
ずれか１つへとスイッチングされるような１×２スイッ
チとして構成することができる。
【００５３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によって、広
い範囲のアプリケーションに適したバイパス状態と交換
状態とをスイッチングする光バイパス-交換スイッチを
提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うバイパス-交換スイッチ１０２の
概念図を示す。
【図２】交換状態のバイパス-交換スイッチを示す。
【図３】（ａ）バイパス状態のバイパス-交換スイッチ
を示す。 （ｂ）交換状態のバイパス-交換スイッチを通り抜ける
光信号のパスを示す。
【図４】（ａ）波長選択性フィルタを有するバイパス-
交換スイッチ、および第２光信号の多くのスペクトル成
分のスイッチを通り抜けるルーティングを示す。
【図５】本発明とともに用いるのに適した可変反射率ミ
ラーである。
【図６】（ａ）ヒンジプレートアクチュエータおよびリ
ンク仕掛けが光ディレクターをどのようにバイパス-交
換スイッチ内の光信号のパスを実質的に水平な方向へ出
入りするのかを示す概念図である。
【図７】光アセンブリチップ上の平面方パッケージング
構成におけるバイパス-交換スイッチの光学系を示す。
【図８】メカニカルアセンブリチップ上の平面方パッケ
ージング構成におけるマイクロメカニカルヒンジプレー
トアクチュエータである。
【図９】マイクロメカニカルヒンジプレートアクチュエ
ータにより作動されるアレー状のバイパス-交換スイッ
チのパッケージング構成を示す。
【図１０】バイパス-交換スイッチの同軸パッケージン
グ構成を示す。
【図１１】バイパス-交換スイッチの同軸パッケージン
グとともに用いるのに適した作動構成である。
【符号の説明】
４ マイクロメカニカルヒンジプレートアクチュエータ ６ リンク仕掛け １０ 不動層 １５ 可動層 １８、１９、２１ 方向ベクトル ２０ ギャップ ２５ 支持体 ２９ 制御電圧源 ６０ 光アセンブリチップ ６２ 溝 ６４ａ〜ｄ、６６ 領域 ６８ 光ディレクター支持体 ７０ メカニカルアセンブリチップ ９０ａ、９０ｃ 入力 ９０ｂ、９０ｄ 出力 ９１ 光ファイバ ９２、９４ 光信号 ９８、１００ デュアルファイバフェルール １０２ バイパス-交換スイッチ １０４ テレセントリック結像デバイス １０６ 光ディレクター １０７ 光ディレクターの表面 １０８ スリーブ １１０、１１２ レンズ １１１、１１３ 波長選択性フィルタ １１４ ボア １２０ 同軸型パッケージング構成
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 デヴィッド ジェイ．ビショップ アメリカ合衆国，07901 ニュージャージ ー，サミット，オーク ノル ロード ７ (72)発明者 ジョセフ イー．フォード アメリカ合衆国，07755 ニュージャージ ー，オークハースト，ウェスト リンカー ン アヴェニュー 446 (72)発明者 ジェームス エー．ウォーカー アメリカ合衆国，07728 ニュージャージ ー，フリーホールド，プランテーション ドライブ ４

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の光信号を第１の出力と第２の出力
    の間にスイッチングする光スイッチであって、 （Ａ）第１の光信号を受け、これを第１の出力および第
    ２の出力の少なくとも１つへと結像させるテレセントリ
    ック結像デバイスと、 （Ｂ）光スイッチの動作を交換状態とバイパス状態の間
    で動作を変える光ディレクターとを有し、 交換状態において、第１の光信号は第１の出力へと結像
    され、バイパス状態において、第１の光信号は第２の出
    力へと結像されることを特徴とする光スイッチ。
  2. 【請求項２】 テレセントリック結像デバイスと光ディ
    レクターの動作によって第２の光信号が第２の出力と第
    １の出力の間にスイッチングされ、ここで、交換状態に
    おいて、第２の光信号は第２の出力へと結像され、バイ
    パス状態において、第２の光信号は第１の出力へと結像
    されることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
  3. 【請求項３】 テレセントリック結像デバイスは、
    （ａ）第１焦点距離の焦点距離を有する第１の入力と第
    １の出力の間に配置された第１のレンズと、ここで、 第１のレンズは、もし第１の光信号がコリメートされな
    いで第１のレンズによって受けられた場合に第１の光信
    号をコリメートするように、かつ、第１および第２の光
    信号がコリメートされて第１のレンズによって受けられ
    た場合に第１および第２の光信号を結合するように構成
    し、 （ｂ）第２焦点距離の焦点距離を有する第１のレンズと
    第１の出力の間に配置された第２のレンズとを有し、こ
    こで、 第２のレンズは、もし第２の光信号がコリメートされな
    いで第２のレンズによって受けられた場合に第２の光信
    号をコリメートするように、かつ、第１および第２の光
    信号がコリメートされて受けられた場合に第１および第
    ２の光信号を第１の出力へと結合するように構成し、 第１および第２のレンズは、第１の焦点距離と第２の焦
    点距離の和に等しい距離お互いから離され、第１および
    第２の出力は、第１のレンズの焦点平面内にあり、第２
    の出力および第１の出力は、第２のレンズの焦点平面内
    にあることを特徴とする請求項２記載の光スイッチ。
  4. 【請求項４】 各レンズは、グレーデッドインデックス
    レンズであることを特徴とする請求項３記載の光スイッ
    チ。
  5. 【請求項５】 光ディレクターは、可変反射率ミラーで
    あることを特徴とする請求項３記載の光スイッチ。
  6. 【請求項６】 光ディレクターは、第１および第２のレ
    ンズ両方の後ろ側焦点平面に配置されることを特徴とす
    る請求項５記載の光スイッチ。
  7. 【請求項７】 光ディレクターは、ミラーであることを
    特徴とする請求項３記載の光スイッチ。
  8. 【請求項８】 テレセントリック結像デバイスに出入り
    させるように移動させるマイクロメカニカルヒンジプレ
    ートアクチュエータを有することを特徴とする請求項７
    記載の光スイッチ。
  9. 【請求項９】 第１のレンズと第１のレンズの後ろ側焦
    点平面の間に配置された第１の波長選択性フィルタを有
    し、 第１の光信号は複数の波長を有し、第１の波長選択性フ
    ィルタは、少なくとも１つの所定の波長を阻止し、その
    所定の波長ではない波長を透過させるように動作するこ
    とを特徴とする請求項３記載の光スイッチ。
  10. 【請求項１０】 第１の波長選択性フィルタは、前記所
    定の波長を反射することにより前記所定の波長を阻止す
    ることを特徴とする請求項９記載の光スイッチ。
  11. 【請求項１１】 第１の波長選択性フィルタは、第１の
    入力からは遠い方の第１のレンズの端に配置されること
    を特徴とする請求項９記載の光スイッチ。
  12. 【請求項１２】 第２のレンズと第２のレンズの後ろ側
    焦点平面の間に配置された第２の波長選択性フィルタを
    有し、 第２の光信号は複数の波長を有し、第１の波長選択性フ
    ィルタは、少なくとも１つの所定の波長を阻止し、その
    所定の波長ではない波長を透過させるように動作するこ
    とを特徴とする請求項９記載の光スイッチ。
  13. 【請求項１３】 テレセントリック結像デバイスは、第
    １のチップの第１の表面上に配置され、 光ディレクターを移動させるマイクロメカニカルヒンジ
    プレートアクチュエータは、第２のチップの第２の表面
    上に配置され、 第１のチップの第１の表面は、テレセントリック結像デ
    バイスとマイクロメカニカルヒンジプレートアクチュエ
    ータを心合わせされた関係に位置させるように第２のチ
    ップの第１の表面に隣接して配置され、これにより、マ
    イクロメカニカルヒンジプレートアクチュエータは、第
    １の光信号のパスに垂直でありかつ交差する平面内に光
    ディレクターを移動させるように動作することを特徴と
    する請求項８記載の光スイッチ。
  14. 【請求項１４】 複数のテレセントリック結像デバイス
    が、第１のチップの第１の表面に配置され、複数のマイ
    クロメカニカルヒンジプレートアクチュエータが第２の
    チップの第１の表面に配置され、これにより、アレー状
    の光スイッチが設けられていることを特徴とする請求項
    １３記載の光スイッチ。
  15. 【請求項１５】 第１の入力、第１の出力および第２の
    出力はそれぞれ、第１、第２および第３の光ファイバで
    あり、 （Ｃ）少なくとも第１の入力を受ける第１のフェルール
    と、および第１の第２の出力を受ける第２のフェルール
    と、 （Ｄ）第１および第２のレンズの間に位置し、テレセン
    トリック結像デバイスと光ディレクターを支持する基板
    と、 （Ｅ）第１のフェルール、第１のレンズ、基板、第２の
    レンズおよび第２のフェルールを受ける当該光スイッチ
    をパッケージングするように機能するスリーブとを有す
    ることを特徴とする請求項３記載の光スイッチ。
  16. 【請求項１６】 第１および第２の出力の間をスイッチ
    ングする波長選択性バイパス-交換スイッチであって、
    第１の光信号が複数の波長を有し、 （Ａ）第１の光信号をコリメートされていなければコリ
    メートし、第１の光信号をコリメートされていれば焦点
    位置にて焦点を合わせるように動作する第１および第２
    のレンズと、 （Ｂ）第１および第２のコリメートレンズの間を通り抜
    ける平面内に配置され、第１の状態においては第１の光
    信号に対して実質的に不可視であり、第２の状態におい
    ては第１の光信号のパスに影響を与えるように動作する
    光ディレクターと、 （Ｃ）第１のレンズと光ディレクターが配置された平面
    の間に位置し、第１の光信号の少なくとも１つの所定の
    波長をブロックし、その所定の波長ではない波長を透過
    するように動作する第１の波長選択性フィルタとを有
    し、 第１の光信号は、コリメートされないで第１の入力から
    第１のレンズへと運ばれ、第１のレンズによってコリメ
    ートされ、 前記所定の波長ではない第１の光信号の波長は、第１の
    波長選択性フィルタを通り抜けるように透過し、光ディ
    レクターの前記状態に従って、第１のレンズの方向へ反
    射され第２の出力へと結合されるか、あるいは、第２の
    レンズへと送られ第１の出力へと結合されることを特徴
    とする波長選択性バイパス-交換スイッチ。
  17. 【請求項１７】 前記所定の波長は、第１の波長選択性
    フィルタにより第１のレンズの方向に反射され第２の出
    力へと結合されることを特徴とする請求項１６記載の波
    長選択性バイパス-交換スイッチ。
  18. 【請求項１８】 第２のレンズと、光ディレクターが配
    置された平面の間に位置し、第２の光信号の少なくとも
    １つの所定の波長を反射し、その所定の波長ではない波
    長を透過するように動作することを特徴とする請求項１
    ７記載の波長選択性バイパス-交換スイッチ。
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