多機能デジタル光スイッチ
【課題】多波長スイッチを提供する。該スイッチは、光線を受光するための、少なくとも１つの光入力と、少なくとも２つの光出力とを備える。分散素子は、前記光入力から前記光線を受光し、前記光線を空間的に複数の波長成分に分離する。平行性素子は、前記複数の波長成分を平行光化するために備えられる。作動可能な光学配置は、前記平行光化された複数の波長成分を前記平行性素子から受け取る。前記作動可能な光学配置は、少なくとも１つの波長成分を、選択されたいずれか１つの光出力に指向される前に、少なくとも２回反射するデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含む。
【発明の詳細な説明】
【関連する出願の参照】
【０００１】
本出願は、２００７年７月２３日に出願の米国特許出願第１１／７８１，９４０の「Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｃｏｄｅｒ／Ｄｅｃｏｄｅｒ」に関し、全体として参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
インターネットおよびその他の通信による需要が伸びたため、ファイバ光学システムを使ったデータ通信の容量と速度とが急速に増加した。それに伴い、改良型の全光スイッチングシステムに対する関心が高まり、その結果、従来型のスイッチがコストが高く切替速度が遅いという問題が解決されようとしている。これらの従来型のスイッチは、例えば、様々な機械的スイッチ、電気光学スイッチ、熱光学スイッチを含む。特に、光信号から電気信号への切り替え、および同切り替え後の光信号への切り替えのようにますます複雑化し、コストが上昇した結果、改良型の全光スイッチに対する関心を高めている。
【０００３】
全光スイッチにおいては、光信号を１つの入力経路から複数の異なる出力経路のうちから選択されたいずれかの出力経路への切り替えを行うが、その際、光信号から電気信号への中間変換を一切行わない。これは、典型的には、電気信号をスイッチ可能素子に加えて光信号を選択的に切り替えることによって達成される。これらの電気光学スイッチは、電気信号に反応して、光信号の光を入力経路から選択されたいずれかの出力経路へ、選択的に切り替える。
【０００４】
全光型の光スイッチを実現する方式として様々な方式が知られているが、その中でも例えば、特許文献１〜４に説明されているものがある。これらの装置の多くに存在するスイッチ可能素子は、ＭＥＭＳミラーのような微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）光素子である。ＭＥＭＳミラーは、個別に制御可能であり移動可能である（例えば、アナログ（連続）制御下、枢転可能（または回転可能）である）。そのため、反射時、光波長を１つ以上の入力ポートから複数の出力ポートのうち選択されたいずれか１つ以上へ向けることができる。このように、光スイッチを使って、システムの入出力ポート間で波長を選択的に結合することが可能である。しかし、アナログ形式で動作中のＭＥＭＳミラーを光スイッチに使用した際に、多くの問題が発生する。例えば、ミラー構造共振から発生する不安定さを防止するために、各ＭＥＭＳミラーの正確な位置を検知する手段をＭＥＭＳ装置に統合する必要があるが、これは、困難でありかつ達成するのは複雑過ぎる。さらに、それぞれのＭＥＭＳ素子をＭＥＭＳ装置に切り替えることは、近傍のＭＥＭＳ素子に対して、外乱を引き起こす。特に、ＭＥＭＳミラーをＭＥＭＳアレイに切り替えることは、空力連成をアレイ中の他のミラーに引き起こすことが知られており、その結果、静止状態を保つべきミラーが外乱させられる。ＭＥＭＳミラーの位置は、ミラーが大電圧を要する比較的弱い静電力によって一般的に作動するため、横滑りし得る。大電圧は、ミラーの位置を外乱させる帯電を引き起こし得る。これら全ての効果が重大な問題になるのは、これらの装置が、自由空間ビームが出力ポートに結合される際に自由空間ビームが軸外配列されることによって、動的利得等化を行うときである。本技術が要求されるのは、ミラーの位置決めの際に許容範囲がより厳格な状態下である。なぜなら、角度位置レベルの関数としての減衰感度が、さらに高い減衰レベルを達成するために軸外配列が延長されるに従い、非線形に上昇するからである。このさらに高い感度により、複雑なサーボループおよび高価なミラー位置検知システムがこの技術に対して望ましいものとして開示される。
【０００５】
デジタルミラーアレイは、アナログミラーアレイの多くの問題を解決する。多くのそのようなアレイが利用可能になっているが、それらは、統合式の一体型構造を備える。これらの装置は、比較的低い電圧を使うことで、２つ以上の位置の間を非常に正確にかつ安定して選択的に切り替えされる個々のミラー素子を提供する。そのようなデジタルミラーアレイの１つの分類として、デジタルマイクロミラーディスプレイまたはデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）としばしば呼ばれる、空間光変調器がある。典型的には、ＤＭＤは、小型のミラーのアレイ（典型的には、１平方インチ当たり数百万）から形成されており、各ミラー素子の角度位置が少なくとも２つの位置の間でおのおの制御可能である。なお、該位置は、例えば、約１０〜２０度互いに角度的にずれている。ミラーベースは、ミラー素子の後ろに配置されている。個別にアドレス可能なミラー素子は、機械的ヒンジ上に傾斜可能に取り付けられている。典型的には、ミラー素子のアレイがミラーベース内の制御回路の層に重なり、この構成で全てが半導体チップ上に取り付けられる。ＤＭＤのミラー面は、概して長方形の（長方形または正方形のミラー素子から形成される）グリッドアレイから構成される。典型的なミラー素子は、約１６マイクロ平方メートルであり、個々の素子は、約１ミクロンの距離をおいて互いに切り離される。少なくとも１つの軸の周りのアレイ内でミラー素子が個別に制御された傾斜を行うことによって、ミラー面から反射されたエネルギーの所定のパターンが形成される。また、ミラー面はデジタル信号に応答して、ほぼ瞬間的に再構成され、別のパターンを形成することが可能である。そのような再構成は、一般的に、約２５マイクロ秒以内に達成される。
【０００６】
ＤＭＤを組み込んだ光スイッチが知られており開示もされている。例えば、特許文献５〜８である。これらのスイッチには数多くの制限があるため、より高い機能レベルに装置を拡張することができない。つまり、機能的に、各ポートやもっと多くのスイッチングポートに対して複数の波長、色、光をサポートできない。また、機能的に、スイッチング中の光パワーレベルを独立して制御するといったことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許番号６、６８７、４３１
【特許文献２】米国特許番号６、６６１、９４８
【特許文献３】米国特許番号６、６２５、３４６
【特許文献４】米国特許番号６、５４９、６９９
【特許文献５】米国特許番号６、２９５、１５４
【特許文献６】米国特許番号７、２０３、３９８
【特許文献７】米国特許出願第２００３／０１６４９５９
【特許文献８】米国特許出願第２００２／００３４３５６
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、多波長スイッチが提供される。該スイッチは、光線を受光するための、少なくとも１つの光入力と、少なくとも２つの光出力とを備える。分散素子は、前記光入力から前記光線を受光し、前記光線を空間的に複数の波長成分に分離する。平行性素子は、前記複数の波長成分を平行光化するために備えられる。作動可能な光学配置は、前記平行光化された複数の波長成分を前記平行性素子から受け取る。前記作動可能な光学配置は、少なくとも１つの波長成分を、選択されたいずれか１つの光出力に指向される前に、少なくとも２回反射するデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含む。
【発明の効果】
【０００９】
従って、本発明は、複数の光学処理機能を実行可能なマルチ機能を有するＤＭＤスイッチング装置を提供することを利点とする。特に、複数の出力ポートに向けたパワーレベルをクロストーク自在に制御可能な１×Ｎスイッチ（ただし、Ｎ＞１）を統合した装置を提供することを利点とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に従って構成された波長選択性スイッチの一実施形態の第１側面図である。
【図２】図１の線２−２に沿った、波長が入射する、マイクロミラー装置の表面の平面図である。
【図３】軸を中心として傾斜できるように傾斜可能に取り付けられた２つのミラー素子の斜視図である。
【図４】図１の線４−４に沿った、波長選択性スイッチの第２側面図である。
【図５ａ】個々のミラー素子から反射された光路を示す図である。
【図５ｂ】個々のミラー素子から反射された光路を示す図である。
【図６】図４の線４−４に沿ったスイッチの他の実施形態の側面図である。
【図７】光チャンネルモニタ（ＯＣＭ）を有する１×２スイッチとして構成された、図４のスイッチを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に詳細に示すように、ＤＭＤを利用する波長選択性スイッチが提供される。上記のスイッチとは違って、本明細書に説明される波長選択性スイッチは、波長分割多重化（ＷＤＭ）または高密度波長分割多重化（ＤＷＤＭ）信号の異なる波長を分離するための分散素子を備えるので、複数の波長を各ポートから切り替え可能である。さらに、該スイッチは、光スイッチングに加えて、またはその代用としての、その他の機能も果たすことができる。例えば、上記のスイッチと違って、本明細書に記載のスイッチが１×Ｎスイッチ（ただし、Ｎ＞１）として構成された場合、不所望のポート内クロストークが発生させずに、該スイッチは、各波長ベースで、動的利得等化またはパワー制御を同時に実行できる。
【００１２】
なお、当初は、以下に記載の波長選択性スイッチは、出力ポートのいずれかに向けられたいずれかの波長成分が、交互に、入力ポートのいずれかに向けられるように、対称的な態様で動作する。従って、当業者なら、スイッチング経路が回帰式であるので本明細書で用いる「入力」および「出力」という用語がスイッチに対して単方向に光信号または波長成分を送信する素子に限らないということが分かるだろう。換言すれば、もし光が、所謂どの出力ポートから装置に入射しても、この出力ポートは入力ポートを担い、同様に、所謂どの入力ポートも等しく出力ポートを担うことができる。
【００１３】
図１は、本発明に従って構築された波長選択性スイッチ１００の一実施形態の第１側面図を示す。該スイッチは、どのような光波長と関連して使用されてもいいが、Ｃ帯（約１５２５〜１５６５ｎｍの間の波長）またはＬ帯（約１５６５〜１６２５ｎｍの間の波長）に存在する光波長と関連して使用されるのが特に適している。該スイッチは、紙面から飛び出る面に対して平行な入出力光ポート（例えば、ファイバ）のアレイ１１０を含むが、図１では、１つのみ図示する。コリメータレンズ１１５の位置は、ファイバアレイ１１０から出射される光を受ける位置である。コリメータレンズ１１５は、ファイバアレイ１１０の中間ファイバから延びる光軸を中心として配置される。このようにして、ファイバアレイ１１０中のファイバを出射した光が（コリメータ）レンズ１１５によって平行光になる。平行光は、その後、透過格子１２０に入射するが、入射した光は、透過格子１２０によって、その光の成分が空間的に成分波長λ１、λ２、λ３、・・・・λＮに分離され、さらにその成分は、向きを変えて、第２レンズ１２５を通過する。レンズ１２５は、レンズ面における２軸に対して異なった機能を実行する。図１のページの平面において、該レンズ１２５は、分散波長λ１〜λＮを平行化する。ページ外の平面において、該レンズ１２５は、平行ビーム（光）をマイクロミラー装置１３０の表面に集光させる。結果、分散軸に沿って平行化し、かつその軸に対して直交して集光した（空間的に分離した）波長のストライプが得られる。なお、該ストライプは、ミラーストリップ１４０（図１では、１つのみ図示する）の間に向けられ、マイクロミラー装置１３０の表面に対向する。
【００１４】
図２は、波長が入射する、マイクロミラー装置１３０の表面の平面図である。なお、同図は、図１の線２−２に沿ったものである。マイクロミラー装置１３０のミラー面は、数千個を数える、小型且つ傾斜可能で、個別に制御可能なミラー素子（典型的には、参照符号１４０および１４５によって示される）がびっしりと引きつめられる。各ミラー素子は、概して、ミクロ単位の寸法を有する。例えば、ある１つの特定のマイクロミラー装置１３０は、個別に制御可能なミラー素子が７６８×１０２４個並ぶアレイから形成される。各ミラー素子は、各辺約１６ミクロンの正方形で、該装置１３０の面に対して平行に軸の周りを回転する。図２の一点鎖線１５０によって示されるように、ミラー素子の軸は、各ミラー素子の、１つの角から反対側の角まで対角線上に延びる。
【００１５】
ミラーストリップ１４０１及び１４０２（総じて「ミラーストリップ１４０」と呼ぶ）は、マイクロミラー装置１３０の表面に覆いかぶさるように配置され、軸１５０に平行な方向に延びる。ミラーストリップ１４０は、従来型のリソグラフィーなどを使って、透明窓の下面または基板の上に直接組み立てることが可能である。該基板は、マイクロミラー装置１３０と統合して、単一光学アセンブリを形成することができる。反射防止用コーティングを該窓の上面に加えることによって、逆方向反射を減らすこともできる。同様に、反射防止用コーティングを個々のミラーストリップの間の下面の無反射部に加えてもよい。
【００１６】
図３は、軸１５０を中心として傾斜できるように（傾斜可能に）取り付けられたミラー素子１４１、１４５の斜視図を示す。個々のミラー素子１４１の非作動面５０および個々のミラー素子１４５の表面５２は、通常、同一面に位置する。なお、この状態をミラー素子のオフ（またはフロート）状態と言うことができる。制御力を加えることによって、例えば、支持部材４８の動きを作動させれば、表面５２が共通の面からはずれるように軸１５０を中心に傾斜することができる。支柱４４が、素子１４１を元の位置に保持すれば（つまり、フロート状態）、表面５０に入射する光が表面５２に入射した光とは違う別の位置に反射することになる。マイクロミラー装置は、良く知られており、かつ市販の構成要素であるので、その構造や製造方法に関する詳細な説明はここではこれ以上しない。
【００１７】
マイクロミラー装置１３０のようなマイクロミラー装置は、一般的に、２つの動作モードのうちの１つの動作モードで動作する。第１の動作モードは、アナログモードであり、このモードは、ビームステアリングと呼ばれることもある。この動作モードでは、おのおの軸を中心として個々のミラー素子の回転を制御するためのアドレス電極がミラーの望ましい偏向に対応する電圧に帯電される。マイクロミラー装置に入射する光は、ミラーの偏向によって決まる角度でミラーによって反射される。第２の動作モードは、デジタルモードである。デジタル動作すると、各ミラー素子は、軸を中心として２つの方向のどちらかの方向へ完全に偏向する。つまり、各ミラー素子は、次の３つの状態のうち１つの状態におかれるのである。その３つの状態とは、ミラー素子が互いに反対方向へ傾斜する２つの状態と、オフ（またはフロート）状態と、である。デジタル動作は、比較的大電圧を使い、ミラーを確実に完全偏向させる。図示の都合上、本発明は、デジタルモードで動作するマイクロミラー装置を念頭に入れて説明される。そのようなマイクロミラー装置は、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）と適宜呼んでも差し支えないと思われる。本発明のある実施形態では、ＤＭＤが好適に選択されるが、その場合、比較的多数のミラー素子（例えば、１０以上）から各波長成分が反射できるように、十分小さいミラー素子が備えられていることが望ましい。さらに、ある実施形態では、ＤＭＤ内のミラーアレイ全域に対する、ミラー素子の空間占有率は、約８５％以上である。
【００１８】
図４は、図１の線４−４に沿った、波長選択性スイッチの第２側面図である。この図が示す態様は、波長λ１がファイバアレイ１１０内の入力ファイバ（つまり、ファイバ１１０４）からファイバアレイ１１０内の２つの出力ファイバ１１０３と１１０５とのうち１つの出力ファイバへ選択的に切り替えされる態様である。その他の波長λ２〜λＮも同様に選択的に切り替え可能である。
【００１９】
ＤＭＤ１３０内のミラー素子の寸法は、光がＤＭＤ１３０から離れる方向へ回折するように、該スイッチ１００に用いられる光波長に対して十分小さい。従って、波長λ１が入射するミラー素子の傾斜角によって、ＤＭＤ１３０は、ブレイズ化格子を担い、光は、光路１６０に沿って、上昇および右方向へ回折することになる。または、光路１６５に沿って、上昇および左方向へ回折することになる。回折光は、ミラーストリップ１４０１または１４０２に向かって逆反射する際に自らの力を強め、様々な回折次数によって表わされる位置に、一連の光点を形成する。同様に、回折光は、次数間において、自らを相殺することになる。従って、ミラーストリップ１４０１または１４０２に到達する光を最大化するために、ミラーストリップは、各々、波長用の回折次数の１つに位置しているべきである。図４に示すある特定の例では、ミラー１４０１および１４０２は、それぞれ、マイナス２次回折およびプラス２次回折に位置する。つまり、光路１６０および１６５に沿って回折した光は、二次回折を表す。しかし、さらに一般化すると、ミラーストリップ１４０２および１４０２は、如何なる適切な回折次数に位置されてもよい。
【００２０】
光がミラーストリップ１４０１に入射すると、光は光路１７５に沿ってＤＭＤ１３０まで逆反射する。その一方、光がミラーストリップ１４０２に入射すると、光は光路１７０に沿ってＤＭＤ１３０まで逆反射する。光線１７０または１７５が入射するミラー素子が、光路１８０に沿って最初の入射波長λ１が入射するミラー素子とは反対の位置へ傾斜すると、光は、光路１８０または１８２に沿って、第２コリメータレンズ１２５へ向かって逆反射する。なお、光路１８２は、光路１８０に対して平行である。この状態を図５ａに示す。なお同図では、簡略化のため、ＤＭＤ１３０内で、光路１８０が単一ミラー素子１４３から離れる方向へ反射されている状態、そして光路１８２が単一ミラー素子１４７から離れる方向へ反射されている状態を示す。同図に示すように、ミラー素子１４３および１４７は、反対方向へ傾斜される。なお、もし光線がＤＭＤ内の２つ以上のミラーに入射すると、該光線の異なる部分を両出力１８０および１８２に同時に向けることが可能になる。この能力をプログラマブルマルチキャスティングと呼ぶ。該キャスティングによって、複数の出力ポートに対して、光線を効果的に分割および結合できる。
【００２１】
図４に再度戻って、ＤＭＤ１３０から離れる方向への第２反射の後、光路１８０または１８２に沿って移動した後、光は、上記とは逆に、回折格子１２０および第１コリメータレンズ１１５を相互的に横切る。光が光路１８２に沿ってＤＭＤ１３０から離れる方向へ反射されていたら、光は、出力ポート１１０５によって受光されることになる。その一方、光が光路１８４に沿ってＤＭＤ１３０から離れる方向へ反射されていたら、光は、出力ポート１１０３によって受光されることになる。このように、波長λ１は、入力ポート１１０４から、出力ポート１１０３および１１０５のうち選択されたいずれか１つへ切り替えされる。その他の波長λ１〜λＮも同様に切り替えされる。
【００２２】
個々の波長は、比較的ロスがない態様を取るかまたは制御可能な減衰量を有して、入力ポート１１０４から出力ポート１１０３および１１０５のどちらかへ切り替え可能である。減衰を付与するには、該スイッチング波長がミラーストリップ１４０１および１４０２のどちらかからから受け取られたミラー素子の選択個数分だけ傾斜する。これは、図５ｂに関連し示されるが、同図には、入射光路１８０と出射光路１８２とが示される。図５ａに関連して上記した通り、簡略化のため、光路１８０に関しては、単一ミラー素子１４３から離れる方向へ反射する様子が示され、光路１８２’に関しては、単一ミラー素子１４７から離れる方向へ反射される様子が示される。図５ａでは、ミラー素子１４３、１４７が反対方向に傾斜される。その一方、図５ｂでは、ミラー素子１４３、１４７が両方とも同じ方向に傾斜される。その結果、光は、光路１８２’に沿って、ミラー素子１４７から離れる方向へ反射されるが、その位置では、ファイバアレイ１１０から遠ざかるように向き、やがて消失する。二度目にＤＭＤ１３０ａに入射する該スイッチング波長の成分を反射するミラー素子を選択個数だけ適切に傾斜させることによって（ミラー素子１４７の場合など）、選択された出力ポートまたはファイバに対して向いた光は、選択量のみ減衰される。詳細には、単一ミラー素子から離れる方向へ反射する光量と等しい量だけ徐々に減衰される。図５ｂは、波長選択性スイッチ１００の動作に関する上記のような一般的原則を示す。該スイッチング波長が回折する第１ミラー素子組（例えば、ミラー素子１４３）は、該スイッチング波長が指向される出力ポートを制御する。該スイッチング波長が回折する第２ミラー素子組（例えば、ミラー素子１４７）は、該スイッチング波長の減衰を制御する。なお、ミラー素子１４７がオフ（またはフロート）状態に位置している場合、光路１８２は、ミラーストリップ１４０のうちの後続の１つに反射し得る。その後、光は、ＤＭＤ１３０に逆反射するが、その位置から、その他の追加の出力ポートの１つ以上に再度向きを変える。
【００２３】
入力ポート１１０４および出力ポート１１０３、１１０５に関連して上記したように、波長選択性スイッチは、１×２スイッチを担う。１×２スイッチを基礎として用いれば、そのほか多くのスイッチ構成が可能である。例えば、適当な数のミラーストリップ１４０が用いられると仮定した場合、単一ＤＭＤを使って、そのような１×２スイッチをいくつか形成可能である。図４では、例えば、７つのファイバまたはポートが示されるが、そのうち３つは、１×２スイッチ（中心ポートが入力ポートを担い、それ以外のポートが出力ポートを担う）を担うことができる。例えば、ポート１１０１、１１０２、１１０３（この場合、１１０２が入力ポートを担う）から１つのスイッチが形成され、その一方、ポート１１０５、１１０６、１１０７（この場合、ポート１１０６が入力ポートを担う）からその他のスイッチが形成される。図６は、このように構成された該スイッチ１００を示す。図４と同様、図６および下記の図７は、図４の線４−４に沿った、該スイッチ１００の側面図である。この例では、ポート１１０１、１１０２、１１０３に関連した１×２スイッチは、ミラーストリップ１４０３、１４０４を用いる。ポート１１０５、１１０６、１１０７に関連した１×２スイッチは、ミラーストリップ１４０４、１４０５を用いる。
【００２４】
上記波長選択性スイッチ１００の変形例では、光チャンネルモニタリング（ＯＣＭ）性能を備える。つまり、これは、任意の隣接する２つのポートを使って達成される（この場合、どちらか一方がＯＣＭ入力を担い、もう一方が光検出器を配置できる出力ポートを担う）。図７は、図４の該スイッチ１００を示すが、この場合、ポート１１０３、１１０４、１１０５が１×２スイッチを担い、ポート１１０１、１１０２が１つのＯＣＭを担い、ポート１１０６、１１０７がもう１つのＯＣＭを担う。ポート１１０２、１１０６は、ＯＣＭ入力を担い、ポート１１０１、１１０７は、検出器１１２、１１４が位置されるＯＣＭ出力を担う。なお、さらに一般化すれば、波長選択性スイッチ１００内のどの２つの隣接するポートでも１×１スイッチを担うことができる。このスイッチは、ＯＣＭとしてプログラムによって動作可能になるが、その際は、波長選択性減衰性能を使って、時変波長の狭帯域を出力ポート検出器にラスタライズする。本ラスタライズは、時間関数としての検出器出力を、波長関数としての光入力パワーに、調整可能である。
【００２５】
上述の説明から、本発明に基づくこれらの実施形態を修正及び変更することができ、このような修正及び変更は、請求の範囲に基づく本発明の主旨及び範囲から逸脱するものではないことを理解されたい。例えば、上記波長選択性スイッチは、様々なポートが互いに平行に設けられたファイバアレイを用いているが、本発明の他の実施形態では、２つ以上の様々なポートが互いに非平行に設けられてよい。このように、ポート内への逆方向反射は、ＤＭＤのミラー素子がオフ（またはフロート）状態にあるときに、回避される。さらに、光スイッチが切り替え機能を実行する装置として説明されたが、本明細書で説明された装置は、切り替えの代わりに、または切り替えに加えて、様々な目的に対してさらに一般化して使用することができる。例えば、該装置を光チャンネルモニタとして使用することが可能であるということはすでに説明済みである。該装置は、プログラムで制御できるマルチキャスティングなどとしても応用可能であるが、そうすれば、波長成分を２つ以上の出力ポートに向けることができる。その他の応用例として、色分散制御（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ）を挙げることができる。同技術は、該装置内を通過する波長成分のおのおのが移動した光路距離を適切に調整することによって達成される。
【関連する出願の参照】
【０００１】
本出願は、２００７年７月２３日に出願の米国特許出願第１１／７８１，９４０の「Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｃｏｄｅｒ／Ｄｅｃｏｄｅｒ」に関し、全体として参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
インターネットおよびその他の通信による需要が伸びたため、ファイバ光学システムを使ったデータ通信の容量と速度とが急速に増加した。それに伴い、改良型の全光スイッチングシステムに対する関心が高まり、その結果、従来型のスイッチがコストが高く切替速度が遅いという問題が解決されようとしている。これらの従来型のスイッチは、例えば、様々な機械的スイッチ、電気光学スイッチ、熱光学スイッチを含む。特に、光信号から電気信号への切り替え、および同切り替え後の光信号への切り替えのようにますます複雑化し、コストが上昇した結果、改良型の全光スイッチに対する関心を高めている。
【０００３】
全光スイッチにおいては、光信号を１つの入力経路から複数の異なる出力経路のうちから選択されたいずれかの出力経路への切り替えを行うが、その際、光信号から電気信号への中間変換を一切行わない。これは、典型的には、電気信号をスイッチ可能素子に加えて光信号を選択的に切り替えることによって達成される。これらの電気光学スイッチは、電気信号に反応して、光信号の光を入力経路から選択されたいずれかの出力経路へ、選択的に切り替える。
【０００４】
全光型の光スイッチを実現する方式として様々な方式が知られているが、その中でも例えば、特許文献１〜４に説明されているものがある。これらの装置の多くに存在するスイッチ可能素子は、ＭＥＭＳミラーのような微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）光素子である。ＭＥＭＳミラーは、個別に制御可能であり移動可能である（例えば、アナログ（連続）制御下、枢転可能（または回転可能）である）。そのため、反射時、光波長を１つ以上の入力ポートから複数の出力ポートのうち選択されたいずれか１つ以上へ向けることができる。このように、光スイッチを使って、システムの入出力ポート間で波長を選択的に結合することが可能である。しかし、アナログ形式で動作中のＭＥＭＳミラーを光スイッチに使用した際に、多くの問題が発生する。例えば、ミラー構造共振から発生する不安定さを防止するために、各ＭＥＭＳミラーの正確な位置を検知する手段をＭＥＭＳ装置に統合する必要があるが、これは、困難でありかつ達成するのは複雑過ぎる。さらに、それぞれのＭＥＭＳ素子をＭＥＭＳ装置に切り替えることは、近傍のＭＥＭＳ素子に対して、外乱を引き起こす。特に、ＭＥＭＳミラーをＭＥＭＳアレイに切り替えることは、空力連成をアレイ中の他のミラーに引き起こすことが知られており、その結果、静止状態を保つべきミラーが外乱させられる。ＭＥＭＳミラーの位置は、ミラーが大電圧を要する比較的弱い静電力によって一般的に作動するため、横滑りし得る。大電圧は、ミラーの位置を外乱させる帯電を引き起こし得る。これら全ての効果が重大な問題になるのは、これらの装置が、自由空間ビームが出力ポートに結合される際に自由空間ビームが軸外配列されることによって、動的利得等化を行うときである。本技術が要求されるのは、ミラーの位置決めの際に許容範囲がより厳格な状態下である。なぜなら、角度位置レベルの関数としての減衰感度が、さらに高い減衰レベルを達成するために軸外配列が延長されるに従い、非線形に上昇するからである。このさらに高い感度により、複雑なサーボループおよび高価なミラー位置検知システムがこの技術に対して望ましいものとして開示される。
【０００５】
デジタルミラーアレイは、アナログミラーアレイの多くの問題を解決する。多くのそのようなアレイが利用可能になっているが、それらは、統合式の一体型構造を備える。これらの装置は、比較的低い電圧を使うことで、２つ以上の位置の間を非常に正確にかつ安定して選択的に切り替えされる個々のミラー素子を提供する。そのようなデジタルミラーアレイの１つの分類として、デジタルマイクロミラーディスプレイまたはデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）としばしば呼ばれる、空間光変調器がある。典型的には、ＤＭＤは、小型のミラーのアレイ（典型的には、１平方インチ当たり数百万）から形成されており、各ミラー素子の角度位置が少なくとも２つの位置の間でおのおの制御可能である。なお、該位置は、例えば、約１０〜２０度互いに角度的にずれている。ミラーベースは、ミラー素子の後ろに配置されている。個別にアドレス可能なミラー素子は、機械的ヒンジ上に傾斜可能に取り付けられている。典型的には、ミラー素子のアレイがミラーベース内の制御回路の層に重なり、この構成で全てが半導体チップ上に取り付けられる。ＤＭＤのミラー面は、概して長方形の（長方形または正方形のミラー素子から形成される）グリッドアレイから構成される。典型的なミラー素子は、約１６マイクロ平方メートルであり、個々の素子は、約１ミクロンの距離をおいて互いに切り離される。少なくとも１つの軸の周りのアレイ内でミラー素子が個別に制御された傾斜を行うことによって、ミラー面から反射されたエネルギーの所定のパターンが形成される。また、ミラー面はデジタル信号に応答して、ほぼ瞬間的に再構成され、別のパターンを形成することが可能である。そのような再構成は、一般的に、約２５マイクロ秒以内に達成される。
【０００６】
ＤＭＤを組み込んだ光スイッチが知られており開示もされている。例えば、特許文献５〜８である。これらのスイッチには数多くの制限があるため、より高い機能レベルに装置を拡張することができない。つまり、機能的に、各ポートやもっと多くのスイッチングポートに対して複数の波長、色、光をサポートできない。また、機能的に、スイッチング中の光パワーレベルを独立して制御するといったことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許番号６、６８７、４３１
【特許文献２】米国特許番号６、６６１、９４８
【特許文献３】米国特許番号６、６２５、３４６
【特許文献４】米国特許番号６、５４９、６９９
【特許文献５】米国特許番号６、２９５、１５４
【特許文献６】米国特許番号７、２０３、３９８
【特許文献７】米国特許出願第２００３／０１６４９５９
【特許文献８】米国特許出願第２００２／００３４３５６
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、多波長スイッチが提供される。該スイッチは、光線を受光するための、少なくとも１つの光入力と、少なくとも２つの光出力とを備える。分散素子は、前記光入力から前記光線を受光し、前記光線を空間的に複数の波長成分に分離する。平行性素子は、前記複数の波長成分を平行光化するために備えられる。作動可能な光学配置は、前記平行光化された複数の波長成分を前記平行性素子から受け取る。前記作動可能な光学配置は、少なくとも１つの波長成分を、選択されたいずれか１つの光出力に指向される前に、少なくとも２回反射するデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含む。
【発明の効果】
【０００９】
従って、本発明は、複数の光学処理機能を実行可能なマルチ機能を有するＤＭＤスイッチング装置を提供することを利点とする。特に、複数の出力ポートに向けたパワーレベルをクロストーク自在に制御可能な１×Ｎスイッチ（ただし、Ｎ＞１）を統合した装置を提供することを利点とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に従って構成された波長選択性スイッチの一実施形態の第１側面図である。
【図２】図１の線２−２に沿った、波長が入射する、マイクロミラー装置の表面の平面図である。
【図３】軸を中心として傾斜できるように傾斜可能に取り付けられた２つのミラー素子の斜視図である。
【図４】図１の線４−４に沿った、波長選択性スイッチの第２側面図である。
【図５ａ】個々のミラー素子から反射された光路を示す図である。
【図５ｂ】個々のミラー素子から反射された光路を示す図である。
【図６】図４の線４−４に沿ったスイッチの他の実施形態の側面図である。
【図７】光チャンネルモニタ（ＯＣＭ）を有する１×２スイッチとして構成された、図４のスイッチを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に詳細に示すように、ＤＭＤを利用する波長選択性スイッチが提供される。上記のスイッチとは違って、本明細書に説明される波長選択性スイッチは、波長分割多重化（ＷＤＭ）または高密度波長分割多重化（ＤＷＤＭ）信号の異なる波長を分離するための分散素子を備えるので、複数の波長を各ポートから切り替え可能である。さらに、該スイッチは、光スイッチングに加えて、またはその代用としての、その他の機能も果たすことができる。例えば、上記のスイッチと違って、本明細書に記載のスイッチが１×Ｎスイッチ（ただし、Ｎ＞１）として構成された場合、不所望のポート内クロストークが発生させずに、該スイッチは、各波長ベースで、動的利得等化またはパワー制御を同時に実行できる。
【００１２】
なお、当初は、以下に記載の波長選択性スイッチは、出力ポートのいずれかに向けられたいずれかの波長成分が、交互に、入力ポートのいずれかに向けられるように、対称的な態様で動作する。従って、当業者なら、スイッチング経路が回帰式であるので本明細書で用いる「入力」および「出力」という用語がスイッチに対して単方向に光信号または波長成分を送信する素子に限らないということが分かるだろう。換言すれば、もし光が、所謂どの出力ポートから装置に入射しても、この出力ポートは入力ポートを担い、同様に、所謂どの入力ポートも等しく出力ポートを担うことができる。
【００１３】
図１は、本発明に従って構築された波長選択性スイッチ１００の一実施形態の第１側面図を示す。該スイッチは、どのような光波長と関連して使用されてもいいが、Ｃ帯（約１５２５〜１５６５ｎｍの間の波長）またはＬ帯（約１５６５〜１６２５ｎｍの間の波長）に存在する光波長と関連して使用されるのが特に適している。該スイッチは、紙面から飛び出る面に対して平行な入出力光ポート（例えば、ファイバ）のアレイ１１０を含むが、図１では、１つのみ図示する。コリメータレンズ１１５の位置は、ファイバアレイ１１０から出射される光を受ける位置である。コリメータレンズ１１５は、ファイバアレイ１１０の中間ファイバから延びる光軸を中心として配置される。このようにして、ファイバアレイ１１０中のファイバを出射した光が（コリメータ）レンズ１１５によって平行光になる。平行光は、その後、透過格子１２０に入射するが、入射した光は、透過格子１２０によって、その光の成分が空間的に成分波長λ１、λ２、λ３、・・・・λＮに分離され、さらにその成分は、向きを変えて、第２レンズ１２５を通過する。レンズ１２５は、レンズ面における２軸に対して異なった機能を実行する。図１のページの平面において、該レンズ１２５は、分散波長λ１〜λＮを平行化する。ページ外の平面において、該レンズ１２５は、平行ビーム（光）をマイクロミラー装置１３０の表面に集光させる。結果、分散軸に沿って平行化し、かつその軸に対して直交して集光した（空間的に分離した）波長のストライプが得られる。なお、該ストライプは、ミラーストリップ１４０（図１では、１つのみ図示する）の間に向けられ、マイクロミラー装置１３０の表面に対向する。
【００１４】
図２は、波長が入射する、マイクロミラー装置１３０の表面の平面図である。なお、同図は、図１の線２−２に沿ったものである。マイクロミラー装置１３０のミラー面は、数千個を数える、小型且つ傾斜可能で、個別に制御可能なミラー素子（典型的には、参照符号１４０および１４５によって示される）がびっしりと引きつめられる。各ミラー素子は、概して、ミクロ単位の寸法を有する。例えば、ある１つの特定のマイクロミラー装置１３０は、個別に制御可能なミラー素子が７６８×１０２４個並ぶアレイから形成される。各ミラー素子は、各辺約１６ミクロンの正方形で、該装置１３０の面に対して平行に軸の周りを回転する。図２の一点鎖線１５０によって示されるように、ミラー素子の軸は、各ミラー素子の、１つの角から反対側の角まで対角線上に延びる。
【００１５】
ミラーストリップ１４０１及び１４０２（総じて「ミラーストリップ１４０」と呼ぶ）は、マイクロミラー装置１３０の表面に覆いかぶさるように配置され、軸１５０に平行な方向に延びる。ミラーストリップ１４０は、従来型のリソグラフィーなどを使って、透明窓の下面または基板の上に直接組み立てることが可能である。該基板は、マイクロミラー装置１３０と統合して、単一光学アセンブリを形成することができる。反射防止用コーティングを該窓の上面に加えることによって、逆方向反射を減らすこともできる。同様に、反射防止用コーティングを個々のミラーストリップの間の下面の無反射部に加えてもよい。
【００１６】
図３は、軸１５０を中心として傾斜できるように（傾斜可能に）取り付けられたミラー素子１４１、１４５の斜視図を示す。個々のミラー素子１４１の非作動面５０および個々のミラー素子１４５の表面５２は、通常、同一面に位置する。なお、この状態をミラー素子のオフ（またはフロート）状態と言うことができる。制御力を加えることによって、例えば、支持部材４８の動きを作動させれば、表面５２が共通の面からはずれるように軸１５０を中心に傾斜することができる。支柱４４が、素子１４１を元の位置に保持すれば（つまり、フロート状態）、表面５０に入射する光が表面５２に入射した光とは違う別の位置に反射することになる。マイクロミラー装置は、良く知られており、かつ市販の構成要素であるので、その構造や製造方法に関する詳細な説明はここではこれ以上しない。
【００１７】
マイクロミラー装置１３０のようなマイクロミラー装置は、一般的に、２つの動作モードのうちの１つの動作モードで動作する。第１の動作モードは、アナログモードであり、このモードは、ビームステアリングと呼ばれることもある。この動作モードでは、おのおの軸を中心として個々のミラー素子の回転を制御するためのアドレス電極がミラーの望ましい偏向に対応する電圧に帯電される。マイクロミラー装置に入射する光は、ミラーの偏向によって決まる角度でミラーによって反射される。第２の動作モードは、デジタルモードである。デジタル動作すると、各ミラー素子は、軸を中心として２つの方向のどちらかの方向へ完全に偏向する。つまり、各ミラー素子は、次の３つの状態のうち１つの状態におかれるのである。その３つの状態とは、ミラー素子が互いに反対方向へ傾斜する２つの状態と、オフ（またはフロート）状態と、である。デジタル動作は、比較的大電圧を使い、ミラーを確実に完全偏向させる。図示の都合上、本発明は、デジタルモードで動作するマイクロミラー装置を念頭に入れて説明される。そのようなマイクロミラー装置は、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）と適宜呼んでも差し支えないと思われる。本発明のある実施形態では、ＤＭＤが好適に選択されるが、その場合、比較的多数のミラー素子（例えば、１０以上）から各波長成分が反射できるように、十分小さいミラー素子が備えられていることが望ましい。さらに、ある実施形態では、ＤＭＤ内のミラーアレイ全域に対する、ミラー素子の空間占有率は、約８５％以上である。
【００１８】
図４は、図１の線４−４に沿った、波長選択性スイッチの第２側面図である。この図が示す態様は、波長λ１がファイバアレイ１１０内の入力ファイバ（つまり、ファイバ１１０４）からファイバアレイ１１０内の２つの出力ファイバ１１０３と１１０５とのうち１つの出力ファイバへ選択的に切り替えされる態様である。その他の波長λ２〜λＮも同様に選択的に切り替え可能である。
【００１９】
ＤＭＤ１３０内のミラー素子の寸法は、光がＤＭＤ１３０から離れる方向へ回折するように、該スイッチ１００に用いられる光波長に対して十分小さい。従って、波長λ１が入射するミラー素子の傾斜角によって、ＤＭＤ１３０は、ブレイズ化格子を担い、光は、光路１６０に沿って、上昇および右方向へ回折することになる。または、光路１６５に沿って、上昇および左方向へ回折することになる。回折光は、ミラーストリップ１４０１または１４０２に向かって逆反射する際に自らの力を強め、様々な回折次数によって表わされる位置に、一連の光点を形成する。同様に、回折光は、次数間において、自らを相殺することになる。従って、ミラーストリップ１４０１または１４０２に到達する光を最大化するために、ミラーストリップは、各々、波長用の回折次数の１つに位置しているべきである。図４に示すある特定の例では、ミラー１４０１および１４０２は、それぞれ、マイナス２次回折およびプラス２次回折に位置する。つまり、光路１６０および１６５に沿って回折した光は、二次回折を表す。しかし、さらに一般化すると、ミラーストリップ１４０２および１４０２は、如何なる適切な回折次数に位置されてもよい。
【００２０】
光がミラーストリップ１４０１に入射すると、光は光路１７５に沿ってＤＭＤ１３０まで逆反射する。その一方、光がミラーストリップ１４０２に入射すると、光は光路１７０に沿ってＤＭＤ１３０まで逆反射する。光線１７０または１７５が入射するミラー素子が、光路１８０に沿って最初の入射波長λ１が入射するミラー素子とは反対の位置へ傾斜すると、光は、光路１８０または１８２に沿って、第２コリメータレンズ１２５へ向かって逆反射する。なお、光路１８２は、光路１８０に対して平行である。この状態を図５ａに示す。なお同図では、簡略化のため、ＤＭＤ１３０内で、光路１８０が単一ミラー素子１４３から離れる方向へ反射されている状態、そして光路１８２が単一ミラー素子１４７から離れる方向へ反射されている状態を示す。同図に示すように、ミラー素子１４３および１４７は、反対方向へ傾斜される。なお、もし光線がＤＭＤ内の２つ以上のミラーに入射すると、該光線の異なる部分を両出力１８０および１８２に同時に向けることが可能になる。この能力をプログラマブルマルチキャスティングと呼ぶ。該キャスティングによって、複数の出力ポートに対して、光線を効果的に分割および結合できる。
【００２１】
図４に再度戻って、ＤＭＤ１３０から離れる方向への第２反射の後、光路１８０または１８２に沿って移動した後、光は、上記とは逆に、回折格子１２０および第１コリメータレンズ１１５を相互的に横切る。光が光路１８２に沿ってＤＭＤ１３０から離れる方向へ反射されていたら、光は、出力ポート１１０５によって受光されることになる。その一方、光が光路１８４に沿ってＤＭＤ１３０から離れる方向へ反射されていたら、光は、出力ポート１１０３によって受光されることになる。このように、波長λ１は、入力ポート１１０４から、出力ポート１１０３および１１０５のうち選択されたいずれか１つへ切り替えされる。その他の波長λ１〜λＮも同様に切り替えされる。
【００２２】
個々の波長は、比較的ロスがない態様を取るかまたは制御可能な減衰量を有して、入力ポート１１０４から出力ポート１１０３および１１０５のどちらかへ切り替え可能である。減衰を付与するには、該スイッチング波長がミラーストリップ１４０１および１４０２のどちらかからから受け取られたミラー素子の選択個数分だけ傾斜する。これは、図５ｂに関連し示されるが、同図には、入射光路１８０と出射光路１８２とが示される。図５ａに関連して上記した通り、簡略化のため、光路１８０に関しては、単一ミラー素子１４３から離れる方向へ反射する様子が示され、光路１８２’に関しては、単一ミラー素子１４７から離れる方向へ反射される様子が示される。図５ａでは、ミラー素子１４３、１４７が反対方向に傾斜される。その一方、図５ｂでは、ミラー素子１４３、１４７が両方とも同じ方向に傾斜される。その結果、光は、光路１８２’に沿って、ミラー素子１４７から離れる方向へ反射されるが、その位置では、ファイバアレイ１１０から遠ざかるように向き、やがて消失する。二度目にＤＭＤ１３０ａに入射する該スイッチング波長の成分を反射するミラー素子を選択個数だけ適切に傾斜させることによって（ミラー素子１４７の場合など）、選択された出力ポートまたはファイバに対して向いた光は、選択量のみ減衰される。詳細には、単一ミラー素子から離れる方向へ反射する光量と等しい量だけ徐々に減衰される。図５ｂは、波長選択性スイッチ１００の動作に関する上記のような一般的原則を示す。該スイッチング波長が回折する第１ミラー素子組（例えば、ミラー素子１４３）は、該スイッチング波長が指向される出力ポートを制御する。該スイッチング波長が回折する第２ミラー素子組（例えば、ミラー素子１４７）は、該スイッチング波長の減衰を制御する。なお、ミラー素子１４７がオフ（またはフロート）状態に位置している場合、光路１８２は、ミラーストリップ１４０のうちの後続の１つに反射し得る。その後、光は、ＤＭＤ１３０に逆反射するが、その位置から、その他の追加の出力ポートの１つ以上に再度向きを変える。
【００２３】
入力ポート１１０４および出力ポート１１０３、１１０５に関連して上記したように、波長選択性スイッチは、１×２スイッチを担う。１×２スイッチを基礎として用いれば、そのほか多くのスイッチ構成が可能である。例えば、適当な数のミラーストリップ１４０が用いられると仮定した場合、単一ＤＭＤを使って、そのような１×２スイッチをいくつか形成可能である。図４では、例えば、７つのファイバまたはポートが示されるが、そのうち３つは、１×２スイッチ（中心ポートが入力ポートを担い、それ以外のポートが出力ポートを担う）を担うことができる。例えば、ポート１１０１、１１０２、１１０３（この場合、１１０２が入力ポートを担う）から１つのスイッチが形成され、その一方、ポート１１０５、１１０６、１１０７（この場合、ポート１１０６が入力ポートを担う）からその他のスイッチが形成される。図６は、このように構成された該スイッチ１００を示す。図４と同様、図６および下記の図７は、図４の線４−４に沿った、該スイッチ１００の側面図である。この例では、ポート１１０１、１１０２、１１０３に関連した１×２スイッチは、ミラーストリップ１４０３、１４０４を用いる。ポート１１０５、１１０６、１１０７に関連した１×２スイッチは、ミラーストリップ１４０４、１４０５を用いる。
【００２４】
上記波長選択性スイッチ１００の変形例では、光チャンネルモニタリング（ＯＣＭ）性能を備える。つまり、これは、任意の隣接する２つのポートを使って達成される（この場合、どちらか一方がＯＣＭ入力を担い、もう一方が光検出器を配置できる出力ポートを担う）。図７は、図４の該スイッチ１００を示すが、この場合、ポート１１０３、１１０４、１１０５が１×２スイッチを担い、ポート１１０１、１１０２が１つのＯＣＭを担い、ポート１１０６、１１０７がもう１つのＯＣＭを担う。ポート１１０２、１１０６は、ＯＣＭ入力を担い、ポート１１０１、１１０７は、検出器１１２、１１４が位置されるＯＣＭ出力を担う。なお、さらに一般化すれば、波長選択性スイッチ１００内のどの２つの隣接するポートでも１×１スイッチを担うことができる。このスイッチは、ＯＣＭとしてプログラムによって動作可能になるが、その際は、波長選択性減衰性能を使って、時変波長の狭帯域を出力ポート検出器にラスタライズする。本ラスタライズは、時間関数としての検出器出力を、波長関数としての光入力パワーに、調整可能である。
【００２５】
上述の説明から、本発明に基づくこれらの実施形態を修正及び変更することができ、このような修正及び変更は、請求の範囲に基づく本発明の主旨及び範囲から逸脱するものではないことを理解されたい。例えば、上記波長選択性スイッチは、様々なポートが互いに平行に設けられたファイバアレイを用いているが、本発明の他の実施形態では、２つ以上の様々なポートが互いに非平行に設けられてよい。このように、ポート内への逆方向反射は、ＤＭＤのミラー素子がオフ（またはフロート）状態にあるときに、回避される。さらに、光スイッチが切り替え機能を実行する装置として説明されたが、本明細書で説明された装置は、切り替えの代わりに、または切り替えに加えて、様々な目的に対してさらに一般化して使用することができる。例えば、該装置を光チャンネルモニタとして使用することが可能であるということはすでに説明済みである。該装置は、プログラムで制御できるマルチキャスティングなどとしても応用可能であるが、そうすれば、波長成分を２つ以上の出力ポートに向けることができる。その他の応用例として、色分散制御（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ）を挙げることができる。同技術は、該装置内を通過する波長成分のおのおのが移動した光路距離を適切に調整することによって達成される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を受光するための、少なくとも１つの光入力と、
少なくとも２つの光出力と、
前記光入力から前記光線を受光し、前記光線を空間的に複数の波長成分に分離する分散素子と、
前記複数の波長成分を平行光化するための平行性素子と、
前記平行光化された複数の波長成分を前記平行性素子から受光する作動可能な光学配置であって、少なくとも１つの波長成分を、選択されたいずれか１つの光出力に指向される前に、少なくとも２回反射するデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含む、前記作動可能な光学配置と、を備えることを特徴とする多波長スイッチ。
【請求項２】
前記波長成分を選択的に反射するための個別に作動可能なミラー素子のアレイを有する前記ＤＭＤは、前記平行光化された複数の波長成分を受け取り、かつ前記作動可能な光学配置は、前記ＤＭＤから反射された波長成分を受け取り、受け取った波長成分を前記ＤＭＤの選択されたいずれか１つのミラー素子へ逆指向するための光学素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項３】
前記作動可能なミラー素子は、３つのアドレス可能な状態のいずれかに作動可能であることを特徴とする請求項２に記載の多波長スイッチ。
【請求項４】
前記少なくとも２つの光出力は、少なくとも３つの出力ポートを備えることを特徴とする請求項３に記載の多波長スイッチ。
【請求項５】
前記光学素子は、前記ＤＭＤの前記ミラー素子の反射面に対面する反射面を有する、複数の平面鏡を備えることを特徴とする請求項２に記載の多波長スイッチ。
【請求項６】
前記分散素子は、回折格子およびプリズムから成る群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項７】
前記平面鏡は、前記ＤＭＤの反射された波長成分の各々の、事前に選択された回折次数を受け取るよう位置決めされていることを特徴とする請求項５に記載の多波長スイッチ。
【請求項８】
前記平面鏡は、前記ＤＭＤのミラー素子がオフ（またはフロート）状態であるとき、前記ＤＭＤのミラー面に平行であることを特徴とする請求項７に記載の多波長スイッチ。
【請求項９】
前記複数の平面鏡は、前記ＤＭＤに統合され、単一の一体型アセンブリを形成することを特徴とする請求項４に記載の多波長スイッチ。
【請求項１０】
前記光入力および前記光出力は、互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項１１】
前記光入力および前記光出力から選択される少なくとも２つのポートは、互いに非平行であることを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項１２】
前記波長成分は、前記分散素子によって再混合される前に、少なくとも２回反射されることを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項１３】
前記波長成分は、前記選択されたいずれか１つの出力に結合される前に、少なくとも２回反射されることを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項１４】
前記平面鏡は、空間的に変化する反射領域を有する前記ＤＭＤに重なる透明窓によって定義されることを特徴とする請求項９に記載の多波長スイッチ。
【請求項１５】
前記波長成分は、複数のミラー素子から反射され、前記ミラー素子は、前記波長成分を２つ以上の光出力へ指向することができるように位置決め可能である請求項２に記載の多波長スイッチ。
【請求項１６】
光線を受光するための、少なくとも１つの光入力と、
少なくとも３つの光出力と、
前記光線を平行光化するための平行性素子と、
前記平行光を受光する作動可能な光学配置であって、前記光線を、選択されたいずれか１つ以上の光出力に指向される前に、少なくとも２回反射するデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含む前記作動可能な光学配置であって、前記光線を反射するための３つの状態のいずれか１つに選択的に位置決め可能である個別に作動可能なミラー素子のアレイを持つ前記作動可能な光学配置と、を備えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１７】
前記入力ポートにおいて前記光線を受光し、
前記光線の前記波長成分を空間的に分離し、
前記空間的に分離された波長成分を平行光化し、
前記平行光化された波長成分をＤＭＤに指向し、
前記ＤＭＤの個々のミラー素子を選択的に作動させ、前記個々の波長成分を前記ＤＭＤへ再指向する少なくとも１つの光学素子へ、個々の前記波長成分の１つを選択的に指向し、
少なくとも前記個々の波長成分のいくつかが少なくとも１つの選択された出力ポートに指向されるように、前記個々の波長成分が２回目に再指向された、前記ミラー素子を個別にいくつか選択的に作動させることを特徴とする光線の波長成分を入力ポートから少なくとも１つの出力ポートへ指向する方法。
【請求項１８】
前記入力ポートにおいて前記光線を受光し、
前記光線の前記波長成分を空間的に分離し、
前記空間的に分離された波長成分を平行光化し、
前記平行光化された波長成分をＤＭＤに指向し、
前記ＤＭＤの個々のミラー素子を選択的に作動させ、個々の波長が独立して指向される少なくとも１つの出力ポートを決め、
少なくとも１つの出力ポートに個別の波長成分を指向する前に、個別の波長成分を前記ＤＭＤに逆指向し、１つ以上の個別の波長成分を選択的に減衰することを備えることを特徴とする光線の波長成分を入力ポートから少なくとも１つの出力ポートへ指向する方法。
【請求項１９】
少なくとも２つの、独立して動作可能な光スイッチを備え、前記光スイッチは、
第１光線を選択的に切り替えるための前記光スイッチの１つ目に関連する、少なくとも１つの第１光入力および２つの第１光出力、
第２光線を選択的に切り替えるための前記光スイッチの２つ目に関連する、少なくとも１つの第２光入力および１つの第２光出力、
前記第１、第２光入力から前記第１、第２光線を受光し、空間的に前記第１、第２光線を複数の第１、第２波長成分に互いに分離するする分散素子、
複数の第１、第２波長成分を平行光化するための平行性素子、
前記平行光化された複数の第１、第２波長成分を受け取る、作動可能な光学配置であって、前記複数の第１、第２波長成分の前記波長成分の各々が、選択されたいずれか１つの第１光出力および第２光出力に指向される前に、少なくとも２回反射されるデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含む作動可能な光学配置と、を備えることを特徴とする 光スイッチング装置。
【請求項２０】
前記波長成分を選択的に反射するための個別に作動可能なミラー素子のアレイを有する前記ＤＭＤは、前記平行光化された複数の第１、第２波長成分を受け取り、前記作動可能な光学配置は、前記第１、第２光スイッチにそれぞれ関連する第１、第２光学素子をさらに含み、前記第１、第２光学素子は、前記ＤＭＤから前記複数の第１、第２波長成分から反射された波長成分をそれぞれ受け取り、そして、前記波長成分を前記ＤＭＤの前記ミラー素子のうち選択されたいずれか１つへ再指向するように構成されたことを特徴とする請求項１９に記載の光スイッチング装置。
【請求項２１】
前記第２光スイッチが光チャンネルモニタとして構成されることを特徴とする請求項１９に記載の光スイッチング装置。
【請求項２２】
前記光スイッチのうちの他方に関連した、少なくとも２つの第２光出力をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載の光スイッチング装置。
【請求項１】
光線を受光するための、少なくとも１つの光入力と、
少なくとも２つの光出力と、
前記光入力から前記光線を受光し、前記光線を空間的に複数の波長成分に分離する分散素子と、
前記複数の波長成分を平行光化するための平行性素子と、
前記平行光化された複数の波長成分を前記平行性素子から受光する作動可能な光学配置であって、少なくとも１つの波長成分を、選択されたいずれか１つの光出力に指向される前に、少なくとも２回反射するデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含む、前記作動可能な光学配置と、を備えることを特徴とする多波長スイッチ。
【請求項２】
前記波長成分を選択的に反射するための個別に作動可能なミラー素子のアレイを有する前記ＤＭＤは、前記平行光化された複数の波長成分を受け取り、かつ前記作動可能な光学配置は、前記ＤＭＤから反射された波長成分を受け取り、受け取った波長成分を前記ＤＭＤの選択されたいずれか１つのミラー素子へ逆指向するための光学素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項３】
前記作動可能なミラー素子は、３つのアドレス可能な状態のいずれかに作動可能であることを特徴とする請求項２に記載の多波長スイッチ。
【請求項４】
前記少なくとも２つの光出力は、少なくとも３つの出力ポートを備えることを特徴とする請求項３に記載の多波長スイッチ。
【請求項５】
前記光学素子は、前記ＤＭＤの前記ミラー素子の反射面に対面する反射面を有する、複数の平面鏡を備えることを特徴とする請求項２に記載の多波長スイッチ。
【請求項６】
前記分散素子は、回折格子およびプリズムから成る群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項７】
前記平面鏡は、前記ＤＭＤの反射された波長成分の各々の、事前に選択された回折次数を受け取るよう位置決めされていることを特徴とする請求項５に記載の多波長スイッチ。
【請求項８】
前記平面鏡は、前記ＤＭＤのミラー素子がオフ（またはフロート）状態であるとき、前記ＤＭＤのミラー面に平行であることを特徴とする請求項７に記載の多波長スイッチ。
【請求項９】
前記複数の平面鏡は、前記ＤＭＤに統合され、単一の一体型アセンブリを形成することを特徴とする請求項４に記載の多波長スイッチ。
【請求項１０】
前記光入力および前記光出力は、互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項１１】
前記光入力および前記光出力から選択される少なくとも２つのポートは、互いに非平行であることを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項１２】
前記波長成分は、前記分散素子によって再混合される前に、少なくとも２回反射されることを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項１３】
前記波長成分は、前記選択されたいずれか１つの出力に結合される前に、少なくとも２回反射されることを特徴とする請求項１に記載の多波長スイッチ。
【請求項１４】
前記平面鏡は、空間的に変化する反射領域を有する前記ＤＭＤに重なる透明窓によって定義されることを特徴とする請求項９に記載の多波長スイッチ。
【請求項１５】
前記波長成分は、複数のミラー素子から反射され、前記ミラー素子は、前記波長成分を２つ以上の光出力へ指向することができるように位置決め可能である請求項２に記載の多波長スイッチ。
【請求項１６】
光線を受光するための、少なくとも１つの光入力と、
少なくとも３つの光出力と、
前記光線を平行光化するための平行性素子と、
前記平行光を受光する作動可能な光学配置であって、前記光線を、選択されたいずれか１つ以上の光出力に指向される前に、少なくとも２回反射するデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含む前記作動可能な光学配置であって、前記光線を反射するための３つの状態のいずれか１つに選択的に位置決め可能である個別に作動可能なミラー素子のアレイを持つ前記作動可能な光学配置と、を備えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１７】
前記入力ポートにおいて前記光線を受光し、
前記光線の前記波長成分を空間的に分離し、
前記空間的に分離された波長成分を平行光化し、
前記平行光化された波長成分をＤＭＤに指向し、
前記ＤＭＤの個々のミラー素子を選択的に作動させ、前記個々の波長成分を前記ＤＭＤへ再指向する少なくとも１つの光学素子へ、個々の前記波長成分の１つを選択的に指向し、
少なくとも前記個々の波長成分のいくつかが少なくとも１つの選択された出力ポートに指向されるように、前記個々の波長成分が２回目に再指向された、前記ミラー素子を個別にいくつか選択的に作動させることを特徴とする光線の波長成分を入力ポートから少なくとも１つの出力ポートへ指向する方法。
【請求項１８】
前記入力ポートにおいて前記光線を受光し、
前記光線の前記波長成分を空間的に分離し、
前記空間的に分離された波長成分を平行光化し、
前記平行光化された波長成分をＤＭＤに指向し、
前記ＤＭＤの個々のミラー素子を選択的に作動させ、個々の波長が独立して指向される少なくとも１つの出力ポートを決め、
少なくとも１つの出力ポートに個別の波長成分を指向する前に、個別の波長成分を前記ＤＭＤに逆指向し、１つ以上の個別の波長成分を選択的に減衰することを備えることを特徴とする光線の波長成分を入力ポートから少なくとも１つの出力ポートへ指向する方法。
【請求項１９】
少なくとも２つの、独立して動作可能な光スイッチを備え、前記光スイッチは、
第１光線を選択的に切り替えるための前記光スイッチの１つ目に関連する、少なくとも１つの第１光入力および２つの第１光出力、
第２光線を選択的に切り替えるための前記光スイッチの２つ目に関連する、少なくとも１つの第２光入力および１つの第２光出力、
前記第１、第２光入力から前記第１、第２光線を受光し、空間的に前記第１、第２光線を複数の第１、第２波長成分に互いに分離するする分散素子、
複数の第１、第２波長成分を平行光化するための平行性素子、
前記平行光化された複数の第１、第２波長成分を受け取る、作動可能な光学配置であって、前記複数の第１、第２波長成分の前記波長成分の各々が、選択されたいずれか１つの第１光出力および第２光出力に指向される前に、少なくとも２回反射されるデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含む作動可能な光学配置と、を備えることを特徴とする 光スイッチング装置。
【請求項２０】
前記波長成分を選択的に反射するための個別に作動可能なミラー素子のアレイを有する前記ＤＭＤは、前記平行光化された複数の第１、第２波長成分を受け取り、前記作動可能な光学配置は、前記第１、第２光スイッチにそれぞれ関連する第１、第２光学素子をさらに含み、前記第１、第２光学素子は、前記ＤＭＤから前記複数の第１、第２波長成分から反射された波長成分をそれぞれ受け取り、そして、前記波長成分を前記ＤＭＤの前記ミラー素子のうち選択されたいずれか１つへ再指向するように構成されたことを特徴とする請求項１９に記載の光スイッチング装置。
【請求項２１】
前記第２光スイッチが光チャンネルモニタとして構成されることを特徴とする請求項１９に記載の光スイッチング装置。
【請求項２２】
前記光スイッチのうちの他方に関連した、少なくとも２つの第２光出力をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載の光スイッチング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１０−５３４８６４（Ｐ２０１０−５３４８６４Ａ）
【公表日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１８３３２（Ｐ２０１０−５１８３３２）
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７０７５１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１５１３９
【国際公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（５１００２１１９９）ニスティカ，インコーポレーテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７０７５１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１５１３９
【国際公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（５１００２１１９９）ニスティカ，インコーポレーテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
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