JPH11142798A - 光ひずみスイッチング素子からなる物品 - Google Patents

光ひずみスイッチング素子からなる物品

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JPH11142798A
JPH11142798A JP10254893A JP25489398A JPH11142798A JP H11142798 A JPH11142798 A JP H11142798A JP 10254893 A JP10254893 A JP 10254893A JP 25489398 A JP25489398 A JP 25489398A JP H11142798 A JPH11142798 A JP H11142798A
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signal
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light
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JP10254893A
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Bradley Paul Barber
ポール バーバー ブラッドレイ
David John Bishop
ジョン ビショップ ディヴィッド
Nicholas J Frigo
ジェー．フリゴ ニコラス
Peter Ledel Gammel
レデル ガンメル ピーター
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AT&T Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、スイッチング素子に関し、特に、
光ひずみスイッチング素子からなる物品を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 本発明は、光ひずみ部材（１２）に印加
される光制御信号（１８）に応動して、信号放射入力ポ
ート（１１１）から波長λの信号放射を所定の放射出力
ポート（１１２）に導くスイッチング素子からなる物品
であって、該光制御信号に応動して該部材の寸法の変化
が光ファイバ（例えば、１１１）と別の素子の間の相対
位置を変化させ、該信号放射が該所定の信号放射出力ポ
ート（例えば、１１２）に対して導かれるように、該光
ひずみ部材を配置することを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明は、光ひずみスイッチング素子か
らなる物品（例えば、光ファイバ通信システム）に関す
る。
【０００２】
【背景】スイッチング素子は、多くの光通信システムの
重要な特徴の１つである。ここでは「スイッチング素
子」という用語を、制御刺激に応動して、光伝送経路の
特性を変化させる任意の素子を含めるために広義に使っ
ている。
【０００３】スイッチング素子の例としては、制御刺激
に依存して多数の光導波路のうちの選択された１つに対
して信号放射（ここで、電磁放射は波長にかかわらず
「光」と呼ぶ）を導く素子（１×Ｎスイッチであり、Ｎ
≧１）、または光を伝送または反射する素子などがあ
る。さらに一般的には、スイッチング素子は制御刺激の
変化に応動して、信号放射の振幅、周波数または偏光に
おける変化を生じさせる素子である。
【０００４】各種形式のスイッチング素子が知られてい
るが、コスト以外に性能の面でシステムの最適化を促進
するために、光ファイバ通信システムの設計者が利用で
きるそのような素子があれば興味深いものとなる。本出
願は新しいスイッチング素子のファミリー、およびその
素子を含む物品およびシステム（集合的に「物品」と呼
ぶ）を開示する。
【０００５】光ひずみ効果は知られている。それは照明
されると物質の試料の中にひずみが誘起される現象であ
る。例えば、Ｋ．ウチノ（Uchino）他の「強誘電体（Fe
rroelectrics）」、第６４巻、第199乃至第208頁、ゴー
ドン（Gordon）、ブリーチ（Breach）、およびＫ．ウチ
ノ（Uchino）の、「MRS Bulletin」（1993年４月）第１
８巻（４）、第４２頁を参照されたい。また、Ｔ．サダ
（Sada）他の、「J.ofthe Ceramic Society of Japan
」第９５巻（５）、第545頁（1987）の要約も参照され
たい。
【０００６】米国特許第5,502,781 号は磁気ひずみ、電
気ひずみまたは光ひずみによって誘起される応力を利用
して平行板光導波路(planar optical waveguide)の光学
的特性を変える、集積化された光スイッチング素子を開
示している。ひずみを誘起する材料は、通常、その平行
板導波路にかぶさっているパターン化された薄膜の形に
なっている。そのスイッチング素子はコストが比較的高
く、また、通常、平行板導波路の光ファイバへの結合を
必要とし、大きな挿入損失を伴う。ここで開示される光
ひずみスイッチング素子は、通常、比較的安価に製造す
ることができ、そして一般にファイバと平行板導波路と
の結合を必要としない。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、特許請求の範囲によって定義
されている。広い観点において、本発明は、光制御信号
に応動して光ファイバ伝送経路の特性を変化させるため
に適応される光ひずみスイッチング素子を含む物品（例
えば、光通信システム）の中に具体化される。
【０００８】さらに詳しく言えば、本発明は光ひずみ部
材に対して印加される光制御信号に応動して、信号放射
の入力ポートからの波長λの信号放射を、複数の信号放
射出力ポートのうちの所定の１つに対して導くための光
ひずみスイッチング素子を含む物品において具体化され
る。
【０００９】重要なことは、光ひずみ部材はその光制御
信号に応動してその部材の寸法が変化することによっ
て、光ファイバと他の素子（例えば、さらに別の光ファ
イバ、ミラー光ファイバの中の回折格子を生じるように
適応されている波状の部材）との間の相対位置における
変化を生じさせ、該信号放射が該所定の信号放射出力ポ
ートへ導かれるように配置されている。
【００１０】本発明は光制御信号に応動して信号経路を
変更することができる、入力ポート、１つまたはそれ以
上の出力ポート、および入力ポートと出力ポートとの間
の光信号経路を含む物品においても具体化される。その
物品は光ひずみ部材を含み、その光ひずみ部材は、光制
御信号に応動してその部材の寸法が変化することによっ
て、信号放射が所定の出力ポートに対して導かれるよう
に光ファイバと別の素子（上で例示されているような）
との間の相対位置を変化させるように配置されている。
【００１１】本発明の現在好適な実施形態においては、
スイッチング素子および光制御信号が第１の強度と第２
の強度との間でスイッチされたときに、光ひずみ部材の
寸法の変化が比較的小さい（例えば、信号の波長λより
小さい）ように選択されている。しかし、本発明はその
ような寸法変化の小さい実施形態に限定されるものでは
なく、その光部材の寸法変化がλより大幅に大きい（例
えば、１０λまたはそれ以上）であるような物品におい
ても実施することができる。
【００１２】
【発明の詳細な記述】光ひずみ効果は既知であり、詳細
説明は不要である。現在好まれている既知の光ひずみ材
料は(Pb,La)(Zr,Ti)Ｏ3 である。しかし、本発明の実際
は必ずしもこの材料を使う必要はなく、他の光ひずみ材
料も使うことができる。本発明によるスイッチング素子
は任意の化学的および機械的に安定な光ひずみ材料を使
うことができ、したがって、現在知られている光ひずみ
材料には限定されない。本発明に実際に使える光ひずみ
部材は多結晶セラミック体であるが、単結晶体も使うこ
とができる。
【００１３】光ひずみ材料の代表的な体は、例えば、従
来のホット・プレス（hot press)およびシンタリング(s
intering) によって作ることができる。必要な場合、焼
結されたセラミック体を、例えば、グラインディング(g
rinding)などの適切な技法によって成形することができ
る。スイッチング素子に使うためのセラミック光ひずみ
材料の体の製造の重要な側面は、その体の「ポーリング
（poling）」である。例として、セラミック・体はその
強誘電性遷移温度、例えば、約１５０℃以上の温度まで
加熱される。電界が所定の方向に印加され、その体はそ
の電界の中で強誘電性の遷移温度を経過して冷却され
る。この分野の技術に熟達した人であれば分かるよう
に、上記のポーリングによってセラミック材料の対称性
が破られ、そのポールされた光ひずみ材料を適切な波長
の放射で照明すると、光ひずみ材料の中にひずみが生じ
るようにその好ましい方向が設定される。通常、そのよ
うな照明の結果、そのポーリングの方向にひずみが生じ
る。
【００１４】次に、本発明に従って各種のスイッチング
素子の例を説明する。この例は光ファイバにおける光の
ガイドされた伝播を必要とする。
【００１５】図１は強誘電性のスイッチング素子の一例
を概略的に示しており、その中で番号１１１および１１
２は入力の光ファイバおよび出力の光ファイバをそれぞ
れ指し、番号１２は光ひずみ材料の支持体を示し、そし
て番号１８は光制御信号を指している。ファイバ１１１
および１１２はそれぞれ入力および出力のポートと考え
ることができる。これらのファイバは適切なフェルール
１３（例えば、ファイバをフェルールに対して接着させ
る、ファイバを収容する軸方向の孔を備えたガラスまた
はセラミックのフェルール）の中に既知の方法で終端さ
れている。そのフェルールはアラインメント・スリーブ
１４によって軸方向にアライメントされている。そのフ
ェルールはペデスタル１６において体１２を支持するた
めに付加され（例えば、はんだ付けまたは接着で）、２
つのフェルール（従って、２つのファイバ）が隔てられ
ているようになっている。番号１５はそのフェルール間
の空間を指し、そして番号１７１および１７２はフェル
ールの端面上の光反射コーティングを指す。フェルール
間の空間はファブリ・ペロ（Fabry‐Perot）の空胴とし
て機能する。必要なスイッチング素子が、通常「オン」
の１×１のスイッチである場合、その空胴の長さはその
空胴の面において信号放射の建設的干渉があるように選
択される（通常は、制御信号「オフ」の状態である）。
支持体を光制御信号にさらすことによって、体における
長さの変化が誘起され、空胴の長さが変えられる。通
常、制御信号は空胴の面における信号放射の破壊的な干
渉があるように選択される。この分野の技術に熟達した
人であれば分かるように、建設的な干渉の場合、信号放
射は下流方向にファイバ１１２の中を伝播し、破壊的な
干渉の場合、実質的に信号放射はそのスイッチング素子
を通じては伝達されない。また、空胴の長さをλ／４
（ここでλは信号放射の波長である）だけ変化させるこ
とによって、建設的な干渉から破壊的な干渉へ、あるい
はその逆の変化が起こることも理解される。したがっ
て、光ひずみ材料の支持体の寸法をごく僅か変化させる
ことによって、その信号放射のスイッチングを行うこと
ができる。
【００１６】上記の光スイッチは既知の装置（米国特許
第4,861,136 号参照）に似ている。しかし、従来技術の
装置は圧電材料の部材および印加電圧を利用して空胴の
長さを変化させるが、本発明のスイッチング素子は光ひ
ずみ部材および光制御信号を利用し、したがって、全光
学的装置である点が基本的に異なっている。
【００１７】図２は光ひずみスイッチング素子のさらに
別の例を示しており、その中で番号２１はフェルール２
３の軸方向の孔の中に接着で固定されている光ファイバ
を指し、そして番号２２は光ひずみ材料の支持体を指
す。フェルールはフェルールの端面が支持体のエクステ
ンション２５から隔てられるように、ペデスタル２６に
対して付加されている。オプションとしてミラー２７１
および２７２が設けられている。フェルールの端面とエ
クステンション２５との間（あるいはオプションのミラ
ーとの間）の間隔の２倍がファブリ・ペロの空胴の長さ
に対応する。第１の所定の空胴長の場合、入力の信号放
射は実質的にファイバへ反射されて戻り、上流方向に光
ファイバの中を伝播する。そして、第２の所定の空胴長
（例としては第１の長さとはλ／４だけ異なっている）
の場合、実質的には信号放射はファイバへ反射されて戻
ることはない。空胴長は制御放射１８の手段によって第
１の空胴長と第２の空胴長との間でスイッチされる。フ
ァイバ２１は入力ポートおよび出力ポートの両方である
とみなすことができる。
【００１８】さらに別の例の装置３０が図３に概略的に
示されており、その中で番号３１、３６および３７は入
力ファイバおよび第１および第２の出力ファイバをそれ
ぞれ指している。番号３２および３３は従来型の３ｄＢ
型のカプラを指し、番号３４および３５はマッハ‐ツェ
ンダ干渉計装置の２つの導波アームを指している。装置
３０の上記の特徴は従来と同じである。よく知られてい
るように、マッハ‐ツェンダの装置においては、図に示
されているように、出力信号は、アーム３４を通過した
信号放射の部分とアーム３５を通過した部分との間の位
相関係に依存して、出力ファイバ３６または３７におい
て現われることができる。素子３８は光ひずみ部材を含
み、その部材は制御信号放射を受け取ることができ、干
渉計アーム３４の長さがその制御信号の強度の関数であ
るように配置されている。したがって、制御信号放射の
強度によって、信号は出力ファイバ３６または３７に現
われることができる。したがって、図３の装置は明らか
に光ひずみ材料による光スイッチである。
【００１９】本発明による上記の素子はすべて強誘電性
の形式のものである。しかし、本発明は強誘電性の素子
の使用には限定されない。
【００２０】例えば、本発明は「ビーム・ステアリン
グ」の装置においても具体化することができ、その中
で、信号放射を１つの経路から別の経路へスイッチする
ために、光で誘起される寸法変化が使われる。図４はビ
ーム・ステアリング・形式の装置の一例４０を概略的に
示しており、その中で番号４１および４２は入力ファイ
バおよび出力ファイバをそれぞれ示している。入力ファ
イバからの信号放射はレンズ４３によって集光され、素
子４４上に配置されているミラー４９によって反射され
る。光ひずみ部材４６は光制御信号１８に応動する。例
えば、ミラーおよび光ひずみ部材は、１つの制御信号強
度（例えば、制御信号のない）の場合はその反射される
信号放射がファイバ４２に当たってそのファイバの中に
結合され、そして別の制御信号強度の場合は光ひずみ部
材がミラーに力を加えてそのミラーの位置を変化させ、
反射された信号放射がファイバ４２上に当たらないよう
に配置される。代わりに、反射された信号放射が、例え
ば、ファイバ４１へ戻るように導くことができる。装置
４０は、例えば、Siチップ上に実装することができ、素
子４４が既知のマイクロ機械加工技法によって形成さ
れ、その素子の一部分（例えば、４５）がそのチップに
付加され、そして別の部分（例えば、４４および４８）
がそのチップに関して可動となるように形成される。番
号４７は光ひずみ材料の素子によって可動素子に対して
加えられた力に応動してミラーを動かすようにする「ヒ
ンジ」を示している。その光ひずみ部材はチップに対し
て付加され、その部材が制御信号に応動して自由にその
寸法の変化を受け、その寸法の変化によってミラーの位
置を変化させることができるようになっている。
【００２１】光ひずみ素子はエバネセント結合形式のス
イッチング素子においても使うことができる。よく知ら
れているように、結合された導波路において、光パワー
が１つの導波路から他の導波路へ伝達されるようにする
ことができ、その伝送はその結合の長さにわたって発生
する。その結合の長さは結合定数によって決定され、結
合定数は特にその導波路間の間隔に依存する。本発明に
よる装置においては、この間隔は光制御信号に応動して
光ひずみ要素の手段によって変えることができる。
【００２２】図５は本発明によるエバネセント結合形式
のスイッチング素子の例５０を示しており、その中で、
番号５１は入力ファイバを指し、そして番号５２および
５３は出力ファイバを指している。結合領域５４におい
て、ファイバは結合の関係、すなわち、２つのファイバ
のエバネセントフィールドがオーバラップするように配
置されている。部材５６はファイバ５１に対して相対的
に固定されており、光ひずみ素子５５が部材５６に付加
されていて、光制御信号に応動して、光ひずみ素子が結
合領域内のファイバ間の間隔を変化させるようになって
いる。例えば、光制御信号がない場合、ファイバ間の間
隔はファイバ５１からファイバ５３へ信号放射が結合さ
れるような値になり、そして制御信号が印加されたと
き、ファイバ間の間隔は信号放射がファイバ５１からフ
ァイバ５２へ結合されるような値になっている。
【００２３】光ファイバ間の間隔を変化させることは、
光ひずみ材料のエバネセント結合形式のスイッチング素
子を実装することができる唯一の方法ではない。スイッ
チングは、光制御信号に応動してファイバ間の結合定数
を変化させることができるときは常に実現することがで
きる。これは、例えば、結合領域の光学的性質を変化さ
せることによって、例えば、部材を結合領域に出し入れ
することによって実現することができる。
【００２４】上記のエバネセントフィールド形式の結合
はモード・結合の特殊ケースであり、光ひずみ部材をモ
ード結合形式のスイッチング素子の中で有利に使うこと
ができる。
【００２５】図６はスイッチング素子６０を概略的に示
している。番号６１および６２は入力ファイバおよび出
力ファイバをそれぞれ指し、６３および６４は偏光子を
指し、６５は偏光を維持しているファイバの長さを指
し、そして６６および１８は光ひずみ部材および制御光
を指す。番号６８は表面が波状になっていて、モード結
合を誘起するように位置決めされている部材を指す。そ
の結合は光ひずみ部材によって、偏光を維持しているフ
ァイバに対して促進することができる
【００２６】よく知られているように、偏光を維持して
いるファイバにおいて、２つの偏光状態はそれぞれの伝
播定数（β1 、β2 ）に関して異なっており、１つの状
態から他の状態へはエネルギーの伝送がほとんど行われ
ない。偏光を維持しているファイバに適切な屈折率摂動
を導入することによって、光を１つの状態から他の状態
へスイッチさせることができる。屈折率の摂動は波状の
表面をファイバに対して駆り立てることによって導入さ
れる。波の周期（Λ）は、（２π／Λ）＝｜β1 −β2
｜となるように選択される。したがって、ファイバの中
に屈折率の摂動がない場合、光はそれが入ってきたとき
と同じ偏光状態でスイッチング素子を通過し、また、屈
折率の摂動がある場合、光は他の偏光状態でスイッチン
グ素子を通過する。偏光子の手段によって、偏光状態の
間のスイッチングを振幅の変化に変換することができ
る。例えば、交差型の偏光子の場合、制御光がない場合
に光はほとんど出力ファイバに達せず、制御光がある場
合は、光は出力ファイバに到達する。
【００２７】上記のスイッチング素子は共方向性の結合
(co-directional coupling) を利用している。すなわ
ち、モードは同じ方向に伝播する。しかし、本発明によ
るスイッチング素子は逆方向性の結合を利用することが
できる。そのような素子７０が図７に概略的に示されて
おり、その中で、番号７１は光ファイバを指し、そして
番号７２、７３および１８は光ひずみ材料の体、波状の
素子および制御光をそれぞれ指す。波状の部分の周期
（Λ）は（２π／Λ）＝２βであるように選択され、こ
こで、βはファイバの中の光の伝播定数である。ファイ
バに対して波状の部分を駆り立てることによって、対応
している屈折率の摂動がファイバの中に誘起され、ファ
イバの中の光は反射されて、上流方向に伝播する。他
方、制御光がない場合、屈折率の摂動は誘起されず、光
は下流方向に継続する。
【００２８】波状の面は既知の技法によって、例えば、
従来のホトリソグラフィおよび所定の幅および深さの正
確に画定されたＶ溝を作り出すことができるシリコン表
面の異方性エッチングなどの、エッチングによって作り
出すことができる。しかし、ファイバに対して駆り立て
られる面は必ずしも波状の面でなくてもよく、そして光
ファイバの中のモード変化が空間的に一定の（すなわ
ち、ファイバの所定の長さにわたって一定の）ストレス
の印加によって影響されるようにすることができる実施
形態も考えられる。
【００２９】例を示す方法によって、上記の逆方向のス
イッチング素子を既知の装置に関して、図８に概略的に
示されているように、全光学的追加／除去（drop）装置
を提供することができる。この中で、番号７０は図７に
示されている形式のスイッチング素子を指し、そして番
号８３および８４は従来型のサーキュレータを指す。信
号放射（１つまたはそれ以上のチャネルを提供してい
る）がファイバ８１上に到着し、サーキュレータ８３の
ポート「ａ」に入り、そしてポート「ｂ」においてファ
イバ８５に結合される。スイッチング素子７０が活性化
されていない場合、信号放射はファイバ８６の中のスイ
ッチング素子を通過して、サーキュレータ８４のポート
「ｘ」に入り、そして下流の点において利用するために
ファイバ８２にポート「ｙ」において結合されている。
他方、スイッチング素子７０が活性化されている場合、
ファイバ８５上の信号放射は反射されて、サーキュレー
タ８３のポート「ｂ」へ戻り、ポート「ｃ」において利
用されるために提供される。通常、スイッチング素子７
０はＷＤＭシステムの中の単独のチャネルを反射し、他
のチャネルを通過させるように選択されることは理解さ
れる。このチャネルは上記のように、スイッチング素子
が活性化されている場合に除去（drop）される。また、
そのチャネルはサーキュレータ８４のポート「ｚ」にそ
れを結合することによって追加すること（同じ波長にお
いて、ただし、情報は異なる）もできる。ポート「ｘ」
において、光はファイバ８６に結合され、スイッチング
素子７０（活性化されている）に対して送信される。そ
こで光は反射されてファイバ８６へ戻され、サーキュレ
ータ８４のポート「ｘ」に結合され、そして下流の場所
において利用するためにポート「ｙ」においてファイバ
８２に結合される。
【００３０】本発明によるスイッチング素子の特性的な
特徴は、制御信号として電磁放射を使うように適応され
ている制御信号ポートが存在することである。そのよう
なポートは多くの形式を取ることができる。例えば、別
々の光ファイバがスイッチング素子に対して制御信号を
搬送し、そこでその制御光が、図９に概略的に示されて
いるように光ひずみ材料の素子に当たるようにされる。
その図において、番号９１はスイッチング素子（詳細に
は示されていない）を指し、９２は信号入力ファイバ、
９３および９４はそれぞれ出力ファイバを指し、９５は
制御光をスイッチング素子に対して搬送する光ファイバ
を指し、そして１８は光ひずみ素子の体上に当たるよう
にされる制御光を指す。従来の光学的素子（例えば、レ
ンズ、ストップ）を既知の方法で使って、ファイバ９５
から放射されるビームを調整することができる。制御光
をオンまたはオフにスイッチするための手段が必要であ
るが、図には示されていない。
【００３１】図１０は離れた場所からスイッチング素子
に対して制御光を搬送するために別のファイバを必要と
しないもう１つの実施形態を示している。詳しく言え
ば、ファイバ１０１は信号放射および制御放射の両方を
搬送し、後者はファイバから任意の適切な手段、例えば
波長センシティブ・カプラ１０２によって結合される。
次に、カップル・アウトされた制御光１８が光ひずみ素
子上に、長さの短い光ファイバ１０４を使って当たるよ
うにされる。波長は制御光を信号光から区別するための
可能な唯一の特性ではないことは理解される。例えば、
信号光および制御光はそれぞれの偏光特性が異なってい
てもよく、そしてこれを使って制御光を信号光から分離
することができる。
【００３２】信号光と制御光との組合せから制御光を抽
出するプロセス（その抽出された制御光は光ひずみ素子
の中の寸法の変化を起こさせるために使われる）を、図
１１に概略的に示されているように、スイッチング素子
のカスケード接続されたアレイに拡張することができ
る。図１１は１×４のスイッチを概略的に示している。
【００３３】１×４のスイッチ１１０は上記のような３
つのスイッチング素子１１１、１１２、および１１３、
２つの波長依存性のカプラ１１４および１１５または他
の適切な波長弁別素子および波長独立の（適切な波長領
域にわたって）カプラ１１６を含む。そのようなカプラ
は既知である。入力ファイバ１１７は波長λs の信号放
射（おそらく２チャネル以上）を搬送し、そして波長λ
c1およびλc2の１つまたはそれ以上の制御放射を搬送す
る。信号放射はカプラ１１４を通過してスイッチ１１１
の入力ポートに達し、制御放射はファイバ１１８に結合
されてカプラ１１５へ伝播し、制御光から制御放射λc1
を取り除くように選択され、λc1はスイッチ１１１に対
する制御入力を提供する。制御放射λc2はカプラ１１６
上に継続しており、カプラ１１６はそれをスイッチング
素子１１２および１１３の制御入力に対して分配する。
それぞれの制御入力が「オン」の場合に、「上側の」出
力ポート（すなわち、ポートａ、またはｅ）において出
力が現われるように３つのスイッチング素子が選択され
ると仮定して、図１１の１×４のスイッチの真理値表は
次のようになる。
【外１】
【００３４】上記のスイッチのアーキテクチャをＮ＞４
の１×Ｎのスイッチに対して容易に拡張することができ
る。
【００３５】ラッチングはスイッチング素子の望ましい
機能であり、本発明によるスイッチング素子はその特徴
を示すように構築することができる。すなわち、本発明
によるスイッチング素子は光制御信号によってスイッチ
することができ、そしてスイッチングが行われた後、そ
のスイッチング素子の状態を変えずにその制御信号を取
り去ることができるように設計することができる。「ラ
ッチ」は一般に、そのスイッチング素子がスイッチング
状態を変えることができる前に取り除かれなければなら
ない。ラッチなしの場合、その素子は制御信号がオンで
ある間だけスイッチされた状態にとどまる。
【００３６】ラッチングは各種の方法で実現することが
できる。例えば、スイッチング素子は機械的な戻り止め
または歯車（ratchet)の構成によって状態を保持するよ
うにすることができる。現在好ましいのは、図１２に概
略的に示されている実施形態によって例示されている、
光ラッチング付きの本発明によるスイッチング素子であ
る。
【００３７】図１２において、スイッチ１２１は図１に
例示されているような、本発明によるスイッチである。
信号放射はファイバ１２２上でスイッチに対して伝播
し、そのスイッチが伝送可能な状態になるように制御放
射１８が最初に「オン」になっている場合、出力ファイ
バ１２３上に下流として継続する。出力ファイバは送信
経路から信号放射の部分１２６を取り除く従来型のスプ
リッタ１２４を含み、その部分はそのスイッチの光ひず
み素子の上に当たるようにされていて、制御放射１８を
取り除いた後、そのスイッチが「オン」状態に保たれる
ようにされる。したがって、このスイッチはラッチされ
る。スイッチのラッチを解くには、信号放射を一時的に
オフにスイッチすることができる。
【００３８】もう１つの実施形態においては、スイッチ
ング素子はその素子がスイッチされたときにアクティブ
にされる電気的手段（例えば、ソレノイド）によってス
イッチされた状態に保たれる。この実施形態は、通常
は、そのフィールドにおける電源を必要とするが、スイ
ッチングのインテリジェンスがリモート・サイト（例え
ば、中央局）から光学的に導かれるという利点を有す
る。
【００３９】本発明による光ひずみスイッチング素子を
含む装置を各種の方法で光ファイバ通信システムに組み
込むことができ、全光学的動作であるという利点があ
る。１つのシステムの例が図１３に概略的に示されてお
り、その中でシステム１３０は単独のフィーダ・ファイ
バ１３４によってリモートのノード１３２１に接続され
ているハブ・ターミナル１３１を含み、そのノードはリ
モートのターミナル１３３１乃至〜１３３Ｎに接続され
ている。リモートのノードは本発明による１：Ｎのスイ
ッチを含み、それによって低損失の信号経路をそのハブ
とリモート・ターミナルの選択された１つとの間に提供
することができる。実質的に同様な方法で、光ひずみス
イッチング素子を使って加入者のグループに対してサー
ビスを提供するためのスイッチングまたは方向転換を提
供すること、あるいはシステムの故障または機能停止時
におけるサービスのための代替ルーティングおよび／ま
たはそれに備えた経路を提供することができる。
【００４０】さらにもう１つのシステム例は、本発明に
よるスイッチング素子を含んでいる受動光ネットワーク
（Ｐassive Ｏptical Ｎetwork：ＰＯＮ）である。ＰＯ
Ｎについての詳細は、例えば、米国特許第5,285,305 号
および5,321,541 号、およびＪ．Ｒ．スターン（Ster
n） 他のElectronic Letters誌、第２３巻、第1255頁
（1987）を参照されたい。これらはすべて引用によって
本明細書の記載に援用する。
【００４１】図１４は以下に説明されるように、上流信
号をリモートで阻止できるようにする、本発明によるス
イッチング素子を伴うＰＯＮの一例１４０を概略的に示
している。
【００４２】図１４において、点線１４１はハブ、例と
して中央局に配置されているネットワークの部分を囲ん
でおり、点線１４２はリモート端末、例として加入者の
構内にある部分を囲んでいる。そのネットワークは下流
通信のために１つの波長（例えば、１．５５μｍ）の光
を利用し、上流通信のための別の領域（例えば、１．３
μｍ）の光、およびスイッチ１４２１を活性化するため
にさらに別の波長領域にある制御放射を利用する。従来
の単独モードの伝送ファイバ１４３が、そのハブと従来
のスプリッタ１４４との間で光を搬送する。そのスプリ
ッタは、通常は、ＰＯＮによってサービスされるＮ人の
加入者（Ｎ≧２）に比較的近い場所にある。
【００４３】このネットワークのハブの部分は下流信号
を提供する送信機１４１１、上流信号を受信する受信機
１４１２、および制御レーザ１４１３を含む。制御光は
従来型のカプラ１４１４によって共通の伝送経路に結合
され、そして上流信号の光は従来型のカプラ１４１５に
よって共通の伝送経路からカップル・アウトされる。
【００４４】ハブから従来型のスプリッタ１４４に対す
る下流放射の伝送の後、その下流放射は実質的に等しい
Ｎ個の部分に分割される。与えられた１つの部分は従来
型のファイバ１４５ｎ（ｎ≦Ｎ）を通じてｎ番目の加入
者の構内へ送信される。その構内において、従来型のカ
プラ１４２６がその部分から制御光をカップル・アウト
し、その部分の残りはスイッチ１４２４を通って受信機
１４２１へ入る。上流送信機１４２２は、加入者がその
ハブと通信できるように上流光を提供し、それは従来型
のカプラ１４２３の手段によってその伝送経路に結合さ
れる。
【００４５】図１４のＰＯＮは１つまたはそれ以上の加
入者との通信のリモートの阻止を可能にする機能を除い
て、従来型のＰＯＮである。この阻止機能は以下に説明
されるように、重要な問題に対処することができる。
【００４６】従来型のＰＯＮにおいては、各加入者はハ
ブに対して時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）のベースで
平等にアクセスすることができる。したがって、各加入
者は潜在的にすべての上流通信を崩壊させる可能性があ
る（例えば、機器の故障によって）。この欠点は、従来
型のＴＤＭＡプロトコルが、すべての加入者がそれぞれ
の承認されたタイム・スロットにおいてのみ送信するこ
とを正常な動作のために必要とする事実の結果である。
加入者が割り当てられていないタイム・スロット上で送
信した場合、そのアップ・ストリーム・データは破壊さ
れ、おそらく、そのＰＯＮのすべての加入者に対するデ
ータが破壊される。加入者が割り当てられたタイム・ス
ロット上でのみ送信するのに失敗する最も有り得る理由
は装置の不具合であるので、その違反している加入者に
よってプロトコルが守られることは不可能であり、その
加入者をネットワークから取り除くことが、他の加入者
に対する全面的なサービスを回復するための唯一の短期
的解決策である。図１４のＰＯＮはこの機能を提供す
る。
【００４７】どの加入者がＴＤＭＡプロトコルを厳守し
ていないかを知るために、ハブ端末は光ひずみスイッチ
を個々にアドレスするための機能を備えていなければな
らない。これは、例えば、各加入者に波長固有の素子
（通常は、従来型のファイバ格子１４２５）を提供し、
そしてＮ個の割り当てられた波長全体について制御レー
ザをステップすることによって実現することができ、そ
れによってその違反しているユニットが識別され、ＰＯ
Ｎから取り除かれるまで、次々にスイッチを活性化する
ことによって実現することができる。
【００４８】格子を設けておくことは光ひずみスイッチ
を個々にアドレスするためのシステムをイネーブルする
唯一の方法ではない。例えば、スイッチごとに変化する
周波数において機械的共振があるようにスイッチを設計
することができる。これは容易に実現することができ
る。というのは、そのような共振周波数はサイズおよび
構成などの装置パラメータによって変わるからである。
そのスイッチの共振周波数の１つにおいて振幅変調され
ている制御光で、そのようなスイッチをアドレスし、比
較的大きな光ひずみ応動を得ることができ、一方、他の
（共振していない）スイッチの応動は小さいものになる
ようにすることができる。共振している素子の大きい光
ひずみ応動は、例えば、リミット・スイッチをアクチュ
エートするために使うことができる。本発明による受信
機のＰＯＮは例を示しただけであり、異なるアーキテク
チャのＰＯＮも可能である。
【００４９】図１５はさらにもう１つのＰＯＮの例を概
略的に示している。この光通信システム１５０は「一人
二役のＰＯＮ」と呼ばれることがよくある形式のシステ
ムである。点線１５１および１５３はハブおよび加入者
構内にあるシステムの部分をそれぞれ囲んでおり、そし
て点線１５２は、通常は、加入者構内の近くにある部分
を囲んでいる。
【００５０】番号１５１１は多チャネル信号送信機を指
し、１５１２は上流受信機（例えば、１．３μｍでの）
を指し、そして１５１３は従来型のカプラを指す。その
信号送信機は、通常は、波長λ1 、λ2 、・・・、λN
におけるＮ個のチャネルを備えている。ここでＮはその
ネットワークによってサービスされる加入者の数であ
る。信号チャネルは、通常は、１．５５μｍあるいはそ
の付近にある。
【００５１】信号放射は従来型の単独ノードの送信ファ
イバ１５４を通って加入者構内の近くまで送信され、ル
ータ１５２２に入る。そこでそれはＮ個の異なる出力１
５２２１、・・・、１５２２Ｎに分割される。そのよう
なルータは既知である。例として「ドラゴニ（Dragon
i）」形式のルータがある。
【００５２】出力１５２２ｎはＮ個の出力を代表してい
る。それは光ひずみスイッチ１５２３を通って進行し、
ｎ番目の加入者の構内に達し、そこで受信機１５３１に
よって受信される。その構内には、通常は、１．３μｍ
においてＴＤＭＡプロトコルを使っている上流通信のた
めの送信機１５３２も配置されている。上流信号はカプ
ラ１５３３の手段によってメインの送信経路に結合され
ており、光ひずみスイッチ１５２３を通って、カプラ１
５２４によってメインの送信経路からカップル・アウト
されている。「メインの」送信経路は信号送信機と与え
られた加入者受信機との間の直接の経路である。カップ
ル・アウトされた上流信号はスプリッタ１５２５のｎ番
目の入力ポートに対して提供され、そのスプリッタの単
独の出力において現われ、そしてカプラ１５２１によっ
てメインの送信経路に結合される。送信ファイバ１５４
の中をハブまで伝播した後、上流信号はカプラ１５１３
によってメインの送信経路から結合され、上流受信機１
５１２に対して提供される。
【００５３】上記の理由のために、適合していない加入
者をネットワークから取り除くことができることが望ま
しい。これは各メイン送信経路ごとに１つある光ひずみ
スイッチによって実現される。これらのスイッチを順次
アクチュエートして適合していない加入者を判定するこ
とができる。例として、これは次のように行われる。
【００５４】「ドラゴニ」ルータは一般的にＮ個のＷＤ
Ｍチャネル、例えば、λ1 、λ2 、．．．、λN をデマ
ルチプレックスし、また、さらに１つまたはそれ以上の
ＷＤＭチャネル、例えば、λN+1 、λN+2 、・・・、λ
2Nをデマルチプレックスすることができる。その追加の
集合は第１の集合に対応し、波長が適切にシフトされて
いる。したがって、送信機１５１１はλ1 、λ2 、・・
・、λN におけるＷＤＭ信号を持つことができ、そして
さらにλN+1、λN+2、・・・、λ2Nにおいて制御信号を
提供することができる。「ドラゴニ」ルータに対して制
御信号を順次提供し、それぞれの制御信号をそれぞれの
カプラ（例えば、カプラ１５２６）によってメインの送
信経路から結合することにより、そのスイッチを順次ア
クチュエートし、適合していない加入者を判定し、リモ
ートで阻止することができる。
【００５５】上記のシステムは単に例として示されてい
るだけであることは理解される。例えば、別の制御レー
ザを設けることができ、そしてその出力を従来の方法で
メインの送信経路に結合することができる。
【００５６】この分野の技術に熟達した人であれば、本
発明による光ひずみスイッチに対する多くの潜在的な応
用が光通信システムにおいて存在することが理解され
る。さらに、米国特許第５，５０２，７８１号に開示さ
れている形式の光ひずみスイッチをＰＯＮの中で使うこ
とができることは理解される。しかし、これは例えば、
コストおよび損失の理由のために好ましくない。という
のは、本発明による光ひずみ素子の部材は安価に大量生
産することができるからであり、そして本発明によるス
イッチング素子を低い挿入損失において従来型のコネク
タまたはスプライスの手段によって光ファイバ・システ
ムに挿入することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による干渉計的スイッチング素子の例を
概略的に示す。
【図２】本発明による干渉計的スイッチング素子の例を
概略的に示す。
【図３】本発明による干渉計的スイッチング素子の例を
概略的に示す。
【図４】本発明によるビーム・ステアリング・スイッチ
ング素子の一例を概略的に示す。
【図５】本発明によるエバネセント・フィールド・スイ
ッチング素子の例を概略的に示す。
【図６】本発明によるモード・結合・スイッチング素子
の例を概略的に示す。
【図７】本発明によるモード・結合・スイッチング素子
の例を概略的に示す。
【図８】本発明による全光学的追加／除去装置の一例を
概略的に示す。
【図９】本発明によるスイッチに対して光制御信号を提
供するための構成例を概略的に示す。
【図１０】本発明によるスイッチに対して光制御信号を
提供するための構成例を概略的に示す。
【図１１】本発明による１×４のスイッチの一例を概略
的に示す。
【図１２】光ラッチ付きのスイッチの一例を概略的に示
す。
【図１３】本発明による光通信システムの一例の関連す
る特徴を概略的に示す。
【図１４】本発明による受動光ネットワークの例を概略
的に示す。
【図１５】本発明による受動光ネットワークの例を概略
的に示す。
【符号の説明】
１２ 光ひずみ材料の支持体 １３ フェルール １４ アライメント・スリーブ １５ フェルール間の空間 １６ ペデスタル １８ 光制御信号 １１１ ファイバ １１２ ファイバ １７１ 光反射コーティング １７２ 光反射コーティング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390035493 エイ・ティ・アンド・ティ・コーポレーシ ョン ＡＴ＆Ｔ ＣＯＲＰ. アメリカ合衆国 10013−2412 ニューヨ ーク ニューヨーク アヴェニュー オブ ジ アメリカズ 32 (72)発明者 ブラッドレイ ポール バーバー アメリカ合衆国 07920 ニュージャーシ ィ，バスキング リッジ，イングリッシュ プレイス 295 (72)発明者 ディヴィッド ジョン ビショップ アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ，サミット，オーク クノール ロード ７ (72)発明者 ニコラス ジェー．フリゴ アメリカ合衆国 07701 ニュージャーシ ィ，レッド バンク，アンバセダー ドラ イヴ 160 (72)発明者 ピーター レデル ガンメル アメリカ合衆国 07041 ニュージャーシ ィ，ミルバーン，ホイッチンガム テラス 58

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ひずみ部材（１２）に印加される光制
    御信号（１８）に応動して、信号放射入力ポート（１１
    １）から波長λの信号放射を所定の放射出力ポート（１
    １２）に導くスイッチング素子からなる物品であって、 該光制御信号に応動して該部材の寸法の変化が光ファイ
    バ（例えば、１１１）と別の素子の間の相対位置を変化
    させ、該信号放射が該所定の信号放射出力ポート（例え
    ば、１１２）に対して導かれるように、該光ひずみ部材
    を配置することを特徴とする物品。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の物品において、該光制
    御信号は該信号放射と波長が異なることを特徴とする物
    品。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の物品において、制御信
    号強度の最小値と最大値との間での該印加される光制御
    信号の変化に応動して、該光ひずみ部材の寸法がλまた
    はそれ以下の寸法だけ変化するように、該光制御信号と
    該光ひずみ部材が選択されていることを特徴とする物
    品。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の物品において、該部材
    が、Pb-La-Zr-Ti 酸化物からなることを特徴とする物
    品。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の物品において、該他の
    素子が光ファイバであることを特徴とする物品。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の物品において、該他の
    素子は波状の部材およびミラーから構成されているグル
    ープから選択されることを特徴とする物品。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の物品において、該光ひ
    ずみスイッチング素子は信号放射に対するファブリ・ペ
    ロ空胴からなる強誘電性スイッチング素子であることを
    特徴とする物品。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の物品において、該光ひ
    ずみスイッチング素子は、該光ひずみ部材からなるアー
    ムからなるマッハ‐ツェンダ干渉計スイッチング素子で
    あることを特徴とする物品。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の物品において、該光ひ
    ずみスイッチング素子は、該光ひずみ部材によって制御
    されるミラー要素の位置を有する、信号放射を反射する
    可変位置ミラー素子からなるビーム・ステアリング・ス
    イッチング素子であることを特徴とする物品。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の物品において、該光
    ひずみスイッチング素子は、該光ひずみ部材によって制
    御される該光ファイバの間に離隔を有する、離隔した第
    １および第２の光ファイバからなるエバネセント・フィ
    ールド・結合・スイッチング素子であることを特徴とす
    る物品。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載の物品において、該光
    ひずみスイッチング素子は、該光ひずみ部材によって制
    御され、該信号放射がモード変換を受けるように該光フ
    ァイバの中の屈折率の変動を誘起する手段からなるモー
    ド変換のスイッチング素子であることを特徴とする物
    品。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の物品において、該
    物品は全光学的追加／除去装置であり、さらに、該スイ
    ッチング素子の上流にあって、信号を伝送するようにそ
    れに接続されている第１のサーキュレータと、該スイッ
    チング素子の下流にあって、信号を伝送するようにそれ
    に接続されている第２のサーキュレータからなり、該光
    ひずみ部材に当てられている制御信号に応動して、信号
    が追加または除去されるようになっていることを特徴と
    する物品。
  13. 【請求項１３】 請求項１に記載の物品において、１×
    Ｎの光スイッチを形成するように接続されている複数の
    スイッチング素子からなり、Ｎは２以上の正数であるこ
    とを特徴とする物品。
  14. 【請求項１４】 請求項１に記載の物品において、該ス
    イッチング素子はラッチするスイッチング素子であり、
    制御信号を取り除いた後は該スイッチング素子をオン状
    態に維持するラッチング手段からなることを特徴とする
    物品。
  15. 【請求項１５】 請求項１に記載の物品において、該物
    品は、ハブと、ハブから離隔して該ハブに信号を伝送す
    るように接続されたノードとからなる光通信システムで
    あり、そしてさらに該ノードに信号を伝送するように接
    続されている複数の加入者端末からなり、該ハブは信号
    送信機からなり、該ノードは、該加入者端末への該信号
    放射の分布が該スイッチング素子に印加される制御信号
    によって制御されるように選択されている複数の該スイ
    ッチング素子からなることを特徴とする物品。
  16. 【請求項１６】 請求項１に記載の物品において、該物
    品は、下流信号送信機から複数のＮ個の加入者端末への
    下流通信に適合し、そして上流送信機から上流受信機へ
    の上流通信に適合する受動光ネットワークからなり、下
    流信号送信機および上流受信機は、該加入者端末から隔
    てられ、そして光ファイバによって該加入者端末に信号
    を伝送するように接続されたハブに配置されており、そ
    して、そして該複数の各加入者端末は、ハブから活性化
    可能で、与えられた加入者端末からの上流通信が該上流
    受信機に到着することを防止することができるように選
    択されているスイッチング素子からなることを特徴とす
    る物品。
  17. 【請求項１７】 請求項１６に記載の物品において、該
    受動光ネットワークは、該下流送信機からの下流信号を
    Ｎ個の実質的に同一の下流信号に分割し、該ハブと加入
    者端末との間に配置されている、１×Ｎの下流信号スプ
    リッタからなり、該各加入者端末には通常のネットワー
    ク動作時に該Ｎ個の実質的に等しい下流信号のうちの１
    つが提供されていることを特徴とする物品。
  18. 【請求項１８】 請求項１６に記載の物品において、該
    受動光ネットワークは、該下流送信機からの周波数マル
    チプレックスされたＮチャネルの下流信号をデマルチプ
    レックスし、該ハブと該加入者の構内との間に配置され
    た下流信号ルータを含み、該Ｎ個の各チャネルには通常
    のネットワーク動作時に所定の加入者構内に提供されて
    いることを特徴とする物品。
  19. 【請求項１９】 入力ポートと、１つ以上の出力ポート
    と、該入力ポートと１つの出力ポートとの間の光信号経
    路とからなる物品であって、該光信号経路は光制御信号
    に応動して変更可能であり、 該物品は光ひずみ部材からなり、該部材は該光制御信号
    に応動した該部材の寸法の変化が、光ファイバと別の素
    子との間の相対位置を変化させ、信号放射が所定の出力
    ポートに対して導かれるようになっていることを特徴と
    する物品。
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