特許 7139363 導波管の内外に光を選択的に結合するための統合ＭＥＭＳスイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-09

(45)【発行日】2022-09-20

(54)【発明の名称】導波管の内外に光を選択的に結合するための統合ＭＥＭＳスイッチ

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/35 20060101AFI20220912BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20220912BHJP

【ＦＩ】

G02B6/35

G02B26/08 A

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019567539

(86)(22)【出願日】2018-06-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-08-06

(86)【国際出願番号】 US2018036538

(87)【国際公開番号】W WO2018227007

(87)【国際公開日】2018-12-13

【審査請求日】2020-02-04

(31)【優先権主張番号】62/516,602

(32)【優先日】2017-06-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】591016976

【氏名又は名称】ザ・チャールズ・スターク・ドレイパ・ラボラトリー・インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】スペクター， スティーブン ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】メビウス， マイケル ジー．

(72)【発明者】

【氏名】レーン， ベンジャミン エフ．

【審査官】鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１０８６５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１２８９１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－１９５２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１０７７９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０７－３０７６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平１０－５０５２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０８２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平１１－５０８０４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／３５

Ｇ０２Ｂ ２６／０８

Ｇ０１Ｓ １７／００ － １７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パーティション化された光学スイッチであって、
レンズと、
複数の光学スイッチアレイであって、前記複数の光学スイッチアレイの各光学スイッチアレイは、個別の共通ポートと、前記複数の光学スイッチアレイの他の光学スイッチアレイの他のポートとは別個の個別の複数の他のポートとを有し、前記複数の光学スイッチアレイの各光学スイッチアレイは、
前記個別の共通ポートに光学的に結合される個別の導波管と、
前記個別の導波管に沿って配置される個別の複数の光学スイッチであって、前記複数の光学スイッチの各光学スイッチは、前記個別の導波管と前記個別の複数の他のポートの個別のポートとの間に光学的に結合され、前記複数の光学スイッチの各光学スイッチは、
少なくとも２つの位置の間で平行移動するように構成される個別の平行移動可能な光学格子であって、前記少なくとも２つの位置のうちの第１の位置は、少なくとも２０％の結合効率を伴って前記個別の導波管と光学的に結合するように、前記個別の導波管に十分に近接し、前記少なくとも２つの位置のうちの第２の位置は、最大で６％の結合効率を伴って前記個別の導波管と光学的に結合するように、前記個別の導波管から十分に離れている、個別の平行移動可能な光学格子と、
前記個別の平行移動可能な光学格子を前記第１の位置および前記第２の位置で選択的に平行移動させるように構成される個別のＭＥＭＳ構造と
を備え、前記複数の光学スイッチアレイは、表面を画定し、各個別の複数の光学スイッチの各光学スイッチは、前記個別の光学スイッチが前記第１の位置にあるときに、前記複数の光学スイッチアレイの前記表面を越えた自由空間と前記個別の導波管との間に前記レンズを介して光学的に結合するように構成されている、個別の複数の光学スイッチと
を備える、複数の光学スイッチアレイと
を備える、パーティション化された光学スイッチ。

【請求項2】

集合的に、前記複数の光学スイッチアレイの複数の他のポートは、長方形アレイ内に配列される、請求項１に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【請求項3】

各複数の他のポートは、長方形アレイ内に配列される、請求項１に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【請求項4】

各複数の他のポートは、単一の個別の行内に配列される、請求項１に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【請求項5】

各共通ポートに光学的に結合される個別の光学受信機をさらに備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【請求項6】

各共通ポートに光学的に結合される個別の光学伝送機をさらに備える、請求項１～５のいずれか一項に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【請求項7】

各共通ポートに光学的に結合される個別の光学受信機と、各共通ポートに光学的に結合される個別の光学伝送機とをさらに備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【請求項8】

少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される個別の光学受信機をさらに備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【請求項9】

少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される個別の光学伝送機をさらに備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【請求項10】

少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される個別の光学受信機と、少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される個別の光学伝送機とをさらに備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【請求項11】

共通ポートの第１のセットの各ポートに光学的に結合される個別の光学受信機と、共通ポートの第２のセットの各ポートに光学的に結合される個別の光学伝送機とをさらに備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【請求項12】

前記複数の光学スイッチアレイは、平面状の表面を画定し、前記複数の他のポートは、前記平面状の表面上に配置される、請求項１～１１のいずれか一項に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【請求項13】

前記複数の他のポートを前記レンズに光学的に結合させる複数の光ファイバをさらに備える、請求項１に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年６月７日に出願され“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＭＥＭＳ Ｓｗｉｔｃｈｅｓ ｆｏｒ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎ ａｎｄ Ｏｕｔ ｏｆ ａ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”と題された米国仮特許出願第６２／５１６，６０２号の利益を主張するものであり、その全体の内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書中に援用される。

【0002】

本発明は、光学スイッチに関し、より具体的には、光方向および測距（ＬｉＤＡＲ）およびレーザ通信システム等において、光学信号が伝送または受信される方向を制御するために使用される、光学スイッチに関する。

【背景技術】

【0003】

多くの光学システムは、高精度を伴って制御され得る方向における（可視または不可視）コリメート光学ビームを放出または受光する必要がある。例えば、そのような光学ビームは、光方向および測距（ＬｉＤＡＲ）システムにおいて使用され、多くの場合、これらのビームは、標的を位置特定または追跡するために操向または掃引される必要がある。同様に、レーザ通信システムは、時として、２つの端末の間で最初に見通し内通信チャネルを確立するため、または端末の一方または両方が移動する場合等に、光学ビームを操向する必要がある。

【0004】

先行技術のＬｉＤＡＲおよびレーザ通信端末は、望遠鏡を使用し、ジンバルを使用して、望遠鏡全体を向けるか、または移動可能な操向鏡を望遠鏡の正面に設置し、鏡を使用するかのいずれか一方を行い、ビームを再指向する。しかしながら、本アプローチは、サイズ、質量、電力、および信頼性の観点から付随する欠点を伴う、大型の嵩張る移動システムを要求する。

【0005】

ビーム操向の他の従来の方法は、多数のアンテナがともに近接してアレイ化され、コヒーレントに動作される、すなわち、個々のエミッタの位相が慎重に制御され、アレイ全体を連動して動作させる、光学位相アレイを伴う。近接場における信号は、建設的および破壊的に干渉し、所望される方向にヌルおよび強化信号を作成する。しかしながら、位相アレイは、多数のエミッタおよび関連付けられる光学位相調節器を要求する。

【0006】

公称光学位相アレイは、半波長間隔で、すなわち、約０．５μｍで配置される、エミッタを有する。長距離レーザ通信等の用途に関して、要求される総開口サイズは、約５ｃｍである場合がある。したがって、１０^４×１０^４個のエミッタおよび位相偏移器のアレイが、必要とされるであろう。現在実証されているように、位相偏移器は、動作するために約１ｍＷの電力を要求する。したがって、そのようなアレイの総電力消費量は、１０^５Ｗ、すなわち、非現実的に多量の電力に接近する場合がある。

【0007】

「Ａｌｌ－ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｔ／ｒｅｃｅｉｖｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ」と題され、２０１６年１２月１６日に出願された、米国仮特許出願第６２／４９８，１５８号（第’１５８号特許出願）（その内容全体は、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる）は、本願の譲受人に譲渡される。第’１５８号特許出願は、Ｎ×１個の光学スイッチを含む、光学伝送および受信端末を開示する。Ｎ×１個の光学スイッチは、共通入力／出力ポートをルートとする光導波管の「Ｈツリー」配列を含む。バイナリ光学スイッチが、Ｈツリーの２つの光導波管の各接合部に配置される。バイナリ光学スイッチの設定は、Ｈツリーを通して進行する光学信号のための道筋を決定する。各バイナリ光学スイッチは、マッハツェンダー干渉計、リング共振器、またはＭＥＭＳ鏡等の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを伴って実装されてもよい。しかしながら、バイナリ光学スイッチが加工され得る密度上の限界が、伝送／受信端末の空間分解能、すなわち、可能性として考えられる伝送または受信ビーム位置の密度を限定する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のある実施形態は、パーティション化された光学スイッチを提供する。パーティション化された光学スイッチは、複数の光学スイッチアレイを含む。複数の光学スイッチアレイの各光学スイッチアレイは、個別の共通ポートと、複数の光学スイッチアレイの他の光学スイッチアレイの他のポートと明確に異なる、個別の複数の他のポートとを有する。

【0009】

複数の光学スイッチアレイの各光学スイッチアレイは、個別の共通ポートに光学的に結合される、個別の導波管を含む。複数の光学スイッチアレイの各光学スイッチアレイはまた、個別の導波管に沿って配置される、個別の複数の光学スイッチを含む。複数の光学スイッチの各光学スイッチは、個別の導波管と個別の複数の他のポートの個別のポートとの間で光学的に結合される。

【0010】

複数の光学スイッチの各光学スイッチは、個別の平行移動可能な光学格子を含む。平行移動可能な光学格子は、少なくとも２つの位置の間で平行移動するように構成される。少なくとも２つの位置の第１の位置は、少なくとも約２５％の結合効率を伴って個別の導波管と光学的に結合するように、個別の導波管に十分に近接している。少なくとも２つの位置の第２の位置は、最大で約５％の結合効率を伴って個別の導波管と光学的に結合するように、個別の導波管から十分に離れている。

【0011】

複数の光学スイッチの各光学スイッチはまた、個別のＭＥＭＳ構造を含む。ＭＥＭＳ構造は、個別の平行移動可能な光学格子を、第１の位置および第２の位置に選択的に平行移動させるように構成される。

【0012】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、各共通ポートに光学的に結合される、個別の光学受信機を含んでもよい。

【0013】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、各共通ポートに光学的に結合される、個別の光学伝送機を含んでもよい。

【0014】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、各共通ポートに光学的に結合される、個別の光学受信機と、各共通ポートに光学的に結合される、個別の光学送信機とを含んでもよい。

【0015】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される、個別の光学受信機を含んでもよい。

【0016】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される、個別の光学伝送機を含んでもよい。

【0017】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される、個別の光学受信機と、少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される、個別の光学送信機とを含んでもよい。

【0018】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、共通ポートの第１のセットの各ポートに光学的に結合される、個別の光学受信機と、共通ポートの第２のセットの各ポートに光学的に結合される、個別の光学送信機とを含んでもよい。

【0019】

随意に、集合的に、複数の光学スイッチアレイの複数の他のポートは、長方形アレイ内に配列されてもよい。随意に、各複数の他のポートは、長方形アレイ内に配列されてもよい。

【0020】

随意に、各複数の他のポートは、単一の個別の行内に配列されてもよい。

【0021】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、各共通ポートに光学的に結合される、個別の光学受信機を含んでもよい。

【0022】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、各共通ポートに光学的に結合される、個別の光学伝送機を含んでもよい。

【0023】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、各共通ポートに光学的に結合される、個別の光学受信機と、各共通ポートに光学的に結合される、個別の光学伝送機とを含んでもよい。

【0024】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される、個別の光学受信機を含んでもよい。

【0025】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される、個別の光学伝送機を含んでもよい。

【0026】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される、個別の光学受信機と、少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される、個別の光学伝送機とを含んでもよい。

【0027】

随意に、パーティション化された光学スイッチは、共通ポートの第１のセットの各ポートに光学的に結合される、個別の光学受信機と、共通ポートの第２のセットの各ポートに光学的に結合される、個別の光学伝送機とを含んでもよい。

【0028】

随意に、各個別の複数の他のポートの各他のポートは、自由空間に光学的に結合されてもよい。

【0029】

随意に、複数の光学スイッチアレイは、平面状の表面を画定してもよく、複数の他のポートは、平面状の表面上に配置されてもよい。

【0030】

随意に、複数の光学スイッチアレイは、表面を画定してもよく、各個別の複数の光学スイッチの各光学スイッチは、個別の光学スイッチが第１の位置にあるとき、個別の導波管と複数の光学スイッチアレイの表面を越えた空間との間で光学的に結合するように構成されてもよい。

【0031】

随意に、パーティション化された光学スイッチはまた、複数の光学スイッチアレイを自由空間に光学的に結合させる、レンズを含む。

【0032】

随意に、パーティション化された光学スイッチはまた、複数の他のポートをレンズに光学的に結合させる、複数の光ファイバを含む。

【0033】

本発明のある実施形態は、光学スイッチを提供する。光学スイッチは、導波管と、平行移動可能な光学格子とを含む。平行移動可能な光学格子は、少なくとも２つの位置、すなわち、第１の位置と第２の位置との間で平行移動するように構成される。平行移動可能な光学格子が、少なくとも２つの位置の第１の位置にあるとき、平行移動可能な光学格子は、少なくとも約２５％の結合効率を伴って導波管と光学的に結合するように、導波管に十分に近接する。平行移動可能な光学格子が、少なくとも２つの位置の第２の位置にあるとき、平行移動可能な光学格子は、最大で約５％の結合効率を伴って第２の導波管と光学的に結合するように、導波管から十分に離れている。光学スイッチはまた、平行移動可能な光学格子を、第１の位置および第２の位置に選択的に平行移動させるように構成される、ＭＥＭＳ構造を含む。

【0034】

本発明の別の実施形態は、光学スイッチアレイを提供する。光学スイッチアレイは、共通入力／出力ポートと、Ｎ個の他のポートとを含む。第１の導波管が、共通入力／出力ポートに光学的に結合される。複数の第１の光学スイッチが、第１の導波管に光学的に結合される。

【0035】

光学スイッチアレイはまた、複数の第２の導波管を含む。複数の第２の導波管の各第２の導波管は、複数の光学スイッチの個別の第１の光学スイッチを介して第１の導波管に光学的に結合される。

【0036】

光学スイッチアレイはまた、複数の第２の光学スイッチを含む。複数の第２の光学スイッチの個別のサブセットが、複数の第２の導波管の各第２の導波管に光学的に結合される。複数の第２の光学スイッチの各第２の光学スイッチは、複数の第２の導波管の個別の第２の導波管とＮ個の他のポートの個別のポートとの間で光学的に結合される。

【0037】

光学スイッチアレイは、平行移動可能な光学格子を含む。平行移動可能な光学格子は、少なくとも２つの位置の間で平行移動するように構成される。少なくとも２つの位置の第１の位置は、少なくとも約２５％の結合効率を伴って第２の導波管と光学的に結合するように、個別の第２の導波管に十分に近接する。少なくとも２つの位置の第２の位置は、最大で約５％の結合効率を伴って第２の導波管と光学的に結合するように、個別の第２の導波管から十分に離れている。

【0038】

光学スイッチアレイはまた、平行移動可能な光学格子を、第１の位置および第２の位置に選択的に平行移動させるように構成される、ＭＥＭＳ構造を含む。

【0039】

本発明のさらに別の実施形態は、光学送信／受信端末を提供する。光学送信／受信端末は、視野と、光学スイッチアレイとを有する、レンズを含む。光学スイッチアレイは、共通入力／出力ポートと、Ｎ個の他のポートとを含む。Ｎ個の他のポートは、Ｎ個の他のポートの各ポートが、レンズ視野の一意の部分に光学的に結合されるように、レンズに光学的に結合される。

【0040】

光学スイッチアレイはまた、共通入力／出力ポートと、第１の導波管に光学的に結合される複数の第１の光学スイッチとに光学的に結合される、第１の導波管を含む。

【0041】

光学スイッチアレイはまた、複数の第２の導波管を含む。複数の第２の導波管の各第２の導波管は、複数の光学スイッチの個別の第１の光学スイッチを介して第１の導波管に光学的に結合される。

【0042】

光学スイッチアレイはまた、複数の第２の光学スイッチを含む。複数の第２の光学スイッチの個別のサブセットが、複数の第２の導波管の各第２の導波管に光学的に結合される。複数の第２の光学スイッチの各第２の光学スイッチは、複数の第２の導波管の個別の第２の導波管とＮ個の他のポートの個別のポートとの間で光学的に結合される。

【0043】

複数の第２の光学スイッチの各第２の光学スイッチは、平行移動可能な光学格子を含む。平行移動可能な光学格子は、少なくとも２つの位置の間で平行移動するように構成される。少なくとも２つの位置の第１の位置は、少なくとも約２５％の結合効率を伴って第２の導波管と光学的に結合するように、個別の第２の導波管に十分に近接する。少なくとも２つの位置の第２の位置は、最大で約５％の結合効率を伴って第２の導波管と光学的に結合するように、個別の第２の導波管から十分に離れている。

【0044】

複数の第２の光学スイッチの各第２の光学スイッチはまた、平行移動可能な光学格子を、第１の位置および第２の位置に選択的に平行移動させるように構成される、ＭＥＭＳ構造を含む。

【0045】

光学送信／受信端末はまた、光学スイッチアレイの共通入力／出力ポートに光学的に結合される、光学伝送機および／または光学受信機を含む。

【0046】

随意に、複数の光ファイバは、Ｎ個の他のポートをレンズに光学的に結合させてもよい。

【0047】

随意に、光学スイッチアレイは、表面を画定してもよく、複数の第２の光学スイッチの各第２の光学スイッチは、第２の光学スイッチが第１の位置にあるとき、個別の第２の導波管と光学スイッチアレイの表面を越えた空間との間で光学的に結合するように構成されてもよい。

【0048】

随意に、各平行移動可能な光学格子は、個別のＭＥＭＳ構造を含んでもよい。

【0049】

随意に、複数の第１の光学スイッチの各第１の光学スイッチは、個別のＭＥＭＳ構造を含んでもよい。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
パーティション化された光学スイッチであって、
複数の光学スイッチアレイであって、前記複数の光学スイッチアレイの各光学スイッチアレイは、個別の共通ポートと、前記複数の光学スイッチアレイの他の光学スイッチアレイの他のポートから明確に異なる個別の複数の他のポートとを有し、前記複数の光学スイッチアレイの各光学スイッチアレイは、
前記個別の共通ポートに光学的に結合される個別の導波管と、
前記個別の導波管に沿って配置される個別の複数の光学スイッチであって、前記複数の光学スイッチの各光学スイッチは、前記個別の導波管と前記個別の複数の他のポートの個別のポートとの間に光学的に結合され、前記複数の光学スイッチの各光学スイッチは、
少なくとも２つの位置の間で平行移動するように構成される個別の平行移動可能な光学格子であって、前記少なくとも２つの位置の第１の位置は、少なくとも約２５％の結合効率を伴って前記個別の導波管と光学的に結合するように、前記個別の導波管に十分に近接し、前記少なくとも２つの位置の第２の位置は、最大で約５％の結合効率を伴って前記個別の導波管と光学的に結合するように、前記個別の導波管から十分に離れている、個別の平行移動可能な光学格子と、
前記個別の平行移動可能な光学格子を前記第１の位置および前記第２の位置で選択的に平行移動させるように構成される個別のＭＥＭＳ構造と
を備える、個別の複数の光学スイッチと
を備える、複数の光学スイッチアレイ
を備える、パーティション化された光学スイッチ。
（項目２）
集合的に、前記複数の光学スイッチアレイの複数の他のポートは、長方形アレイ内に配列される、項目１に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目３）
各複数の他のポートは、長方形アレイ内に配列される、項目１に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目４）
各複数の他のポートは、単一の個別の行内に配列される、項目１に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目５）
各共通ポートに光学的に結合される個別の光学受信機をさらに備える、任意の前述の項目に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目６）
各共通ポートに光学的に結合される個別の光学伝送機をさらに備える、任意の前述の項目に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目７）
各共通ポートに光学的に結合される個別の光学受信機と、各共通ポートに光学的に結合される個別の光学伝送機とをさらに備える、任意の前述の項目に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目８）
少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される個別の光学受信機をさらに備える、任意の前述の項目に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目９）
少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される個別の光学伝送機をさらに備える、任意の前述の項目に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目１０）
少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される個別の光学受信機と、少なくとも１つの共通ポートに光学的に結合される個別の光学伝送機とをさらに備える、任意の前述の項目に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目１１）
共通ポートの第１のセットの各ポートに光学的に結合される個別の光学受信機と、共通ポートの第２のセットの各ポートに光学的に結合される個別の光学伝送機とをさらに備える、任意の前述の項目に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目１２）
各個別の複数の他のポートの各他のポートは、自由空間に光学的に結合される、任意の前述の項目に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目１３）
前記複数の光学スイッチアレイは、平面状の表面を画定し、前記複数の他のポートは、前記平面状の表面上に配置される、任意の前述の項目に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目１４）
前記複数の光学スイッチアレイは、表面を画定し、各個別の複数の光学スイッチの各光学スイッチは、前記個別の光学スイッチが前記第１の位置にあるとき、前記個別の導波管と前記複数の光学スイッチアレイの表面を越えた空間との間で光学的に結合するように構成される、任意の前述の項目に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目１５）
前記複数の光学スイッチアレイを自由空間に光学的に結合させるレンズをさらに備える、任意の前述の項目に記載のパーティション化された光学スイッチ。
（項目１６）
前記複数の他のポートを前記レンズに光学的に結合させる複数の光ファイバをさらに備える、項目１５に記載のパーティション化された光学スイッチ。

【図面の簡単な説明】

【0050】

本発明は、図面と併せて以下の発明を実施するための形態を参照することによってより完全に理解されるであろう。

【0051】

【図1】図１は、本発明のある実施形態による、光学伝送／受信端末の概略図である。

【0052】

【図2】図２は、本発明のある実施形態による、図１の光学伝送／受信端末の光学切替アレイの表面上の複数のＮ個のポートを図示する、概略図である。

【0053】

【図3】図３は、本発明のある実施形態による、図１の光学伝送／受信端末の光学切替アレイを図示する、概略図である。

【0054】

【図4】図４は、先行技術による、図１の光学伝送／受信端末の光学切替アレイ内で使用される、第１の光学スイッチのいくつかの概略図を提供する。

【0055】

【図5】図５は、本発明のある実施形態による、図１の光学伝送／受信端末の光学切替アレイ内で使用される、１つの第２の光学スイッチの概略上面図である。

【0056】

【図6】図６は、本発明のある実施形態による、ＯＦＦ位置にある図５の第１の光学スイッチの概略側面図である。

【0057】

【図7】図７は、本発明のある実施形態による、ＯＮ位置にある図５の第１の光学スイッチの概略側面図である。

【0058】

【図8】図８は、本発明のある実施形態による、代表的な寸法を示す、ＯＮ位置にある、図５の光学スイッチの概略側面図である。

【0059】

【図9】図９および１０は、本発明のある実施形態による、平行移動可能な光学格子をＯＮ位置およびＯＦＦ位置に選択的に平行移動するように構成される静電ＭＥＭＳ構造を示す、ＯＦＦ位置にある、図５の光学スイッチの個別の概略斜視図および側面図である。

【図10】図９および１０は、本発明のある実施形態による、平行移動可能な光学格子をＯＮ位置およびＯＦＦ位置に選択的に平行移動するように構成される静電ＭＥＭＳ構造を示す、ＯＦＦ位置にある、図５の光学スイッチの個別の概略斜視図および側面図である。

【0060】

【図11】図１１は、本発明のある実施形態による、ＯＮ位置にある、図５の光学スイッチの概略斜視側面図である。

【0061】

【図12】図１２および１３は、本発明のある実施形態による、それぞれ、ＯＮおよびＯＦＦ位置にある、図５の光学スイッチ内の、ｚ－ｘ場所に対する電場の２乗された強度のコンピュータモデル化の結果を図示する、グラフである。

【図13】図１２および１３は、本発明のある実施形態による、それぞれ、ＯＮおよびＯＦＦ位置にある、図５の光学スイッチ内の、ｚ－ｘ場所に対する電場の２乗された強度のコンピュータモデル化の結果を図示する、グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0062】

本発明の実施形態によると、操向可能な光学伝送および受信端末および関連付けられるＭＥＭＳベースの光学切替ネットワークのための方法および装置が、開示される。そのような端末は、エミッタ／コレクタの位相アレイを要求せず、付随する多数の位相偏移器もまた要求しない。本光学切替ネットワークは、光学ビームを操向するためのＭＥＭＳベースの光学スイッチを採用する。しかしながら、ＭＥＭＳベースの光学スイッチは、Ｈツリーベースの光学スイッチ等の先行技術におけるものよりも有意に小さい。その結果、光学スイッチは、先行技術におけるものより高い密度で加工または充塞され、伝送／受信端末のより高い空間分解能、すなわち、可能性として考えられる伝送／受信ビーム位置の密度を提供し得る。スイッチの比較的に小さいサブセットが、任意の所与の時間において動作され、したがって、給電される必要がある。したがって、本端末は、先行技術と関連付けられる、機械的なスイッチ密度、エミッタ密度、および高電力問題を克服する。

【0063】

図１は、本発明のある実施形態による、光学伝送／受信端末１００の概略図である。レンズ１０２が、光線１０６によって表される入射光線が光学スイッチ１０４の表面１０７上に集束されるように、光学切替アレイ（「光学切替ネットワーク」または「光学スイッチ」）１０４に光学的に結合される。逆に、光学スイッチ１０４の表面１０７において放出される光学信号は、レンズに光学的に結合され、それによって、光線１０６として空間の中に投影される。

【0064】

レンズ１０２は、好ましくは、広視野レンズである。レンズ１０２は、例えば、屈折率分布（ＧＲＩＮ）レンズ、魚眼レンズ、または単心レンズであってもよい。好適な単心レンズは、Ｄｉｓｔａｎｔ Ｆｏｃｕｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＰＯ Ｂｏｘ ７８５７， Ｃｈａｍｐａｉｇｎ， ＩＬ ６１８２６－７８５７）から入手可能である。レンズが、平面状の集束された画像を作成する場合、レンズ１０２および光学スイッチ１０４は、空気または真空１０８によって光学的に結合されてもよい。しかしながら、レンズが、湾曲した集束された画像を作成する場合、光ファイバ１０８の束が、レンズ１０２を光学スイッチ１０４に光学的に結合するために使用されてもよい。光ファイバ１０８の束の各光ファイバの一方の端部が、レンズ１０２の表面上で終端してもよく、光ファイバの他方の端部が、光学スイッチ１０４の表面１０７上で終端してもよい。

【0065】

図２は、光学スイッチ１０４の表面１０７上のポート２０２、２０４、２０６、２０８、および２１０によって表される、複数のＮ個のポート２００を図示する、概略図である。複数のポート２００は、長方形アレイ内に配置されるものとして示される。しかしながら、ポート２００は、任意の好適な配列内に配列されてもよい。光ファイバ１０８が、レンズ１０２を光学スイッチ１０４に結合するために使用される場合、１つ以上の光ファイバ１０８が、各ポート２０２－２１０において終端してもよい。光ファイバ１０８は、レンズ１０２によって投影された画像が複数のポート２００内の対応する場所にマッピングされるように配列されるべきである。したがって、各ポート２０２－２１０は、レンズ１０２の視野の一意の部分に対応する。

【0066】

図１に戻ると、光学スイッチ１０４はまた、単一の共通入力／出力ポート１１０を有する。光学スイッチ１０４は、表面１０７上のＮ個のポート２０２－２１０のうちの１つを共通入力／出力ポート１１０に選択的に光学的に結合するように構成される。したがって、１つのモードにおいて、光学スイッチ１０４は、Ｎ×１個のスイッチとして作用する。すなわち、Ｎ個のポート２０２－２１０のうちの１つが、共通入力／出力ポート１１０に結合される。

【0067】

端末１００はまた、フォトダイオード等の好適な光学受信機１１２および／またはレーザ等の好適な伝送機１１４を含む。ＬｉＤＡＲシステムまたは双方向通信システムは、伝送機１１４と、受信機１１２との両方を含む。しかしながら、単方向通信システムは、受信機１１２または伝送機のみを含む必要があり、スタートラッカは、受信機１１２のみを含む必要がある。受信機１１２および／または伝送機１１４は、光ファイバ、鏡、および／または分割器／結合器等の光学結合器１１６によって表される好適な光学結合器によって、共通入力／出力ポート１１０に光学的に結合される。

【0068】

したがって、伝送機１１４からの光学信号が、光学結合器１１６を介して光学スイッチ１０４にルーティングされ、そこで、Ｎ個のポート２０２－２１０のうちの選択される１つのものに切り替えられてもよい。いったん光学スイッチ１０７の表面１０７から放出されると、光学信号は、選択されるポート２０２－２１０において終端される光ファイバ等を介して、レンズ１０２に伝達され、次いで、レンズ１０２によって空間の中に伝達される。光学信号がレンズ１０２によって投影される空間における方向は、選択されるポート２０２－２１０に依存する。逆に、ＬｉＤＡＲシステムにおける帰還信号等の、レンズ１０２によって受信される光学信号が、光学スイッチによって受信機１１２にルーティングされる。光学信号がレンズ１０２によって受信される空間における方向は、選択されるポート２０２－２１０に依存する。

【0069】

図３は、本発明のある実施形態による、光学スイッチ１０４を図示する、概略図である。光学スイッチアレイ１０４は、共通入力／出力ポート１１０を含む。光は、両矢印３００によって示されるように、共通入力／出力ポートに進入および／またはそれから退出し得る。共通入力／出力ポート１１０は、第１の光導波管３０１に光学的に結合される。光学スイッチアレイ１０４はまた、光導波管３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０によって表される、複数の第２の光導波管を含む。各第２の光導波管３０２－３１０は、第１の光学スイッチ３１２、３１４、３１６、３１８、および３２０によって表される、個別の第１の光学スイッチを介して、第１の光導波管３０１に光学的に結合される。

【0070】

いくつかの実施形態では、各第１の光学スイッチ３１２－３２０が、単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチとして作用する。したがって、光が共通入力／出力ポート１１０に進入すると仮定して、第１の光学スイッチ３１２は、光が第１の光導波管３０１に沿って継続することを可能にするか、または光を第２の光導波管３０２に転向させるかのいずれか一方を選択的に行う。したがって、集合的に、第１の光学スイッチ３１２－３２０は、光がどの第２の光導波管に転向されるかを制御する。同様に、集合的に、第１の光学スイッチ３１２－３２０は、光が、どの第２の光導波管から第１の光導波管に、かつそこから共通入力／出力ポート１１０にルーティングされるかを制御する。５個の第２の光導波管３０２－３１０および５個の第１の光学スイッチ３１２－３２０が示されるが、任意の好適な数の第２の導波管および第１の光学スイッチが、含まれてもよい。

【0071】

第２の光学スイッチ３２２、３２４、３２６、３２８、３３０、３３２、３３４、および／または３３６によって表される、個別の複数の第２の光学スイッチが、各第２の光導波管３０２－３１０に光学的に結合される。例えば、第２の光学スイッチ３２２－３２６が、第２の光導波管３０２に光学的に結合される。各第２の光学スイッチ３２２－３２６が、個別の第２の光導波管３０２、３０４、３０６、３０８、または３１０を自由空間に選択的に光学的に結合してもよい。第２の光学スイッチ３２２－３２６が、第２の光導波管３０２－３１０とＮ個のポート２０２－２１０（図２）との間で結合されてもよい、または各第２の光学スイッチ３２２－３２６が、Ｎ個のポート２０２－２１０のうちの１つの一部または全体を形成してもよい。

【0072】

いくつかの実施形態では、各第２の光学スイッチ３２２－３３６が、単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチとして作用する。したがって、光が共通入力／出力ポート１１０に進入すると仮定して、第２の光学スイッチ３３２が、光が第２の光導波管３０６に沿って継続することを可能にするか、または光を、両矢印３３８によって示されるように、第２の光導波管３０６から外に転向させるかのいずれか一方を選択的に行う。両矢印３３８は、図面の平面から外に延在する。したがって、集合的に、第２の光学スイッチ３２２－３３６は、光が、Ｎ個のポート２０２－２１０のうちのどのポートに転向されるかを制御する。同様に、集合的に、第２の光学スイッチ３２２－３３６は、光が、Ｎ個のポート２０２－２１０のうちのどのポートから第１の光導波管に、かつそこから共通入力／出力ポート１１０にルーティングされるかを制御する。

【0073】

１４個の第２の光学スイッチが、各第２の光学スイッチ３０２－３１０に結合されて示されるが、任意の数の第２の光学スイッチが、含まれてもよい。第２の光導波管３２２－３３６が全て、等しい数の第２の光学スイッチ３２２－３３６を有する必要はない。

【0074】

各第１および第２の光学スイッチ３１２－３２０および３２２－３３６が、バイナリ光学スイッチ、すなわち、ＯＮ／ＯＦＦスイッチである。したがって、第１および第２の光学スイッチ３１２－３２０および３２２－３３６は、例えば、破線３４０によって例示されるように、共通入力／出力ポート１１０とＮ個のポート２０２－２１０のうちの選択されるポートとの間のスイッチアレイ１０４を通して進行する光学信号のための光学経路を決定する。

【0075】

各第１の光学スイッチ３１２－３２０は、任意の好適な光学スイッチによって実装されてもよい。いくつかの実施形態では、各第１の光学スイッチ３１２－３２０は、ＭＥＭＳによって作動される断熱性光学結合器の対によって実装される。そのようなスイッチセルが、２０１６年１月のＴａｅ Ｊｏｏｎ Ｓｅｏｋ， ｅｔ ａｌ．の「Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｓｗｉｔｃｈｅｓ ｗｉｔｈ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｄｉａｂａｔｉｃ ｃｏｕｐｌｅｒｓ」Ｏｐｔｉｃａ， Ｖｏｌ． ３， Ｎｏ． １， ｐｐ． ６４－７０およびＴａｅ Ｊｏｏｎ Ｓｅｏｋ， ｅｔ ａｌ．の「Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｓｗｉｔｃｈｅｓ ｗｉｔｈ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｄｉａｂａｔｉｃ ｃｏｕｐｌｅｒｓ： ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ」（そのそれぞれの内容全体は、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書によって本明細書に組み込まれる）において説明される。

【0076】

各第１の光学スイッチ３１２－３２０は、２つの光導波管を使用して実装されてもよい。しかしながら、Ｓｅｏｋによって説明される研究とは異なり、２つの導波管は、交差する必要はなく、スイッチの主要部が、類似している。ＭＥＭＳによって作動される断熱性結合器の対を含む切替要素は、２つの光導波管の間に光学的に配置されてもよい。例えば、Ｓｅｏｋの（本願において、図４として複製される）図１を参照されたい。

【0077】

ＯＦＦ状態では、断熱性結合器が、光導波管の約１μｍ上方等、十分に離れて位置し、したがって、光が、他方の導波管に感知できるように結合することなく、導波管のうちの１つに沿って伝搬し続ける。Ｓｅｏｋの（本願において、図４内に複製される）図１（ｃ）を参照されたい。しかしながら、ＯＮ状態では、断熱性結合器が、ＭＥＭＳ静電ギャップ閉鎖アクチュエータによって導波管に向かって物理的に移動され、光が、したがって、導波管のうちの１つから断熱性結合器の中へ、かつ断熱性結合器と２つの導波管のうちの他方の導波管との間で効率的に結合される。Ｓｅｏｋの（本願において、図４内に複製される）図１（ｄ）を参照されたい。

【0078】

代替として、各第１の光学スイッチ３１２－３２０は、第’１５８号特許出願内で議論されるように、例えば、熱位相偏移器を伴う標準的なマッハツェンダー干渉計タイプスイッチを使用して実装されてもよい。

【0079】

記載されるように、光学スイッチ１０４の表面１０７（図１）は、Ｎ個のポート２０２－２１０を有し、レンズ１０２は、入射光線１０６をＮ個のポート２０２－２１０上に集束させ、および／またはレンズ１０２は、Ｎ個のポート２０２－２１０を介して放出される光学信号を空間の中に投影する。光学格子は、両矢印３３８（図３）によって示されるように、第２の光導波管３０２－３１０の面外に光を放出する、または第２の光導波管３０２－３１０の中に面外の光を結合するための効率的なデバイスである。光学格子は、異なる第２の屈折率を有する領域が散在される第１の屈折率を有する複数の領域を画定する、空間的に周期的な構造である。空間周期は、着目波長に基づいて選択される。ある場合には、周期的な溝が、材料内に画定される。他の場合では、２つの異なる材料が、互い違いにされる。説明の単純化のために、用語「溝」は、実際の溝、すなわち、空所、または光学格子の２つの互い違いにされた材料のうちの１つを表すために本明細書において使用される。

【0080】

そのような光学格子は、表面１０７またはその近傍に配置されてもよい。各第２の光学スイッチ３２２－３３６が、そのような光学格子によって実装されてもよい。特に、各第２の光学スイッチ３２２－３３６は、平行移動可能な光学格子、すなわち、少なくとも２つの位置の間で平行移動するように構成される光学格子によって実装されてもよい。第１の（「ＯＮ」）位置では、光学格子は、ある着目波長において、少なくとも約２５％の結合効率を伴って第２の光導波管と光学的に結合するように、第２の光導波管３０２－３１０のうちの１つに十分に近接している。第２の（「ＯＦＦ」）位置では、光学格子は、着目波長において、最大で約５％、好ましくは、１％未満の結合効率を伴って第２の光導波管と光学的に結合するように、第２の光導波管から十分に離れている。図３は、第２の光学スイッチ３２２－３３６のうちの３つを拡大された状態で３４２に示す。

【0081】

各第２の光学スイッチ３２２－３３６は、平行移動可能な光学格子をＯＮ位置およびＯＦＦ位置に選択的に平行移動させるように構成される、ＭＥＭＳ構造を含んでもよい。図５は、第２の光学スイッチ３２２－３３６のうちの１つの光学スイッチ５００の概略上面図である。光学スイッチ５００は、平行移動可能な格子５０２を含む。平行移動可能な格子５０２は、複数の平行または略平行な周期的な溝を画定する。溝は、壁５０４、５０６、および５０８によって表される壁によって分離される。記載されるように、溝および壁は、異なる屈折率を有する個別の材料によって実装されてもよい。壁５０４－５０８は、従来の半導体加工技法を使用して、シリコン、窒化ケイ素、または別の好適な材料で作製されてもよい。溝は、空所である、または壁５０４－５０８と異なる好適な材料であってもよい。平行移動可能な格子５０２が、６つの壁５０４－５０８を伴って示されるが、任意の好適な数の壁および／または溝が、使用されてもよい。平行移動可能な格子５０２が、第２の光導波管５１０、すなわち、第２の光導波管３０２－３１０のうちの１つの上方に配置される。

【0082】

図６は、ＯＦＦ位置における、光学スイッチ５００の概略側面図である。ＯＦＦ位置では、平行移動可能な光学格子５０２が、最大で約５％、好ましくは、１％未満、かついくつかの実施形態では、０．１％未満の結合効率を伴って第２の光導波管５１０と光学的に結合するために十分である、第２の光導波管５１０からの距離６００をおいて配置される。いくつかの実施形態では、距離６００は、約１μｍ（１，０００ｎｍ）である。いくつかの実施形態では、距離６００は、約８００ｎｍであってもよい。いくつかの実施形態では、距離６００は、約２５０ｎｍであってもよい。ＯＦＦ位置では、第２の光導波管５１０内の大部分または実質的に全ての光６０２が、矢印６０４によって示されるように、第２の光導波管５１０に沿って継続する。同様に、自由空間から光学格子５０２を介して第２の光導波管５１０の中に結合する光は、非常に少ない、または実質的に存在しない。

【0083】

第２の光導波管５１０が、従来の半導体加工技法を使用して、シリコンまたは窒化ケイ素ウエハ等の好適な半導体ウエハ上に加工されてもよい。第２の光導波管５１０は、好適な酸化物または他の不動態化層６０６上に加工されてもよい。

【0084】

図７は、ＯＮ位置における、光学スイッチ５００の概略側面図である。ＯＮ位置では、平行移動可能な光学格子５０２が、少なくとも２５％の結合効率を伴って第２の光導波管５１０と光学的に結合するために十分である、第２の光導波管５１０からの距離７００をおいて配置される。いくつかの実施形態では、距離７００は、約１０～５０ｎｍである。ＯＮ位置では、第２の光導波管５１０内のより多く、大部分、または実質的に全ての光６０２が、矢印７０２によって示されるように、平行移動可能な光学格子５０２によって自由空間の中に放出される。同様に、自由空間からの好適なモードのより多く、大部分、または実質的に全ての光が、光学格子５０２を介して第２の光導波管５１０の中に結合する。

【0085】

図８は、本発明のある実施形態による、代表的な寸法を示す、ＯＮ位置における光学スイッチ５００の別の概略側面図である。平行移動可能な格子５０２が、第２の光導波管５１０から約２０ｎｍの距離（Ｄ）をおいて配置される。第２の光導波管５１０は、約１５０ｎｍの厚さ（Ｔ）のシリコン・オン・酸化物基板６０６である。入力光ビーム６０２は、約２．５μｍの半径を伴うガウスビームである。平行移動可能な格子５０２は、約５０ｎｍの厚さ（Ｈ）である。平行移動可能な格子５０２は、約５８０ｎｍの溝周期（Λ）を有する。光の他の波長の溝周期（Λ）を変更する等の適切な修正が、当業者によって公知であろうように、成され得る。

【0086】

図５－７に関して議論されるように、各第２の光学スイッチ３２２－３３６は、平行移動可能な光学格子５００をＯＮ位置およびＯＦＦ位置に選択的に平行移動させるように構成される、ＭＥＭＳ構造を含んでもよい。図９および１０は、平行移動可能な光学格子５００をＯＮ位置およびＯＦＦ位置に選択的に平行移動させるように構成される静電ＭＥＭＳ構造９００を示す、ＯＦＦ位置における光学スイッチ５００の個別の概略斜視図および側面図である。図１１は、ＯＮ位置における光学スイッチ５００の概略斜視側面図である。平行移動可能な光学格子５００が、破線の楕円９０２内に示されている。

【0087】

平行移動可能な光学格子５００は、ブリッジ９０４一部である。ブリッジ９０４は、基板６０６から離間され、かつその上方に配置される。基板は、埋設された酸化物層１０００（図１０および１１）を含んでもよい。ブリッジ９０４は、個別のピア９０８および９１０によって支持される。第２の光導波管５１０は、平行移動可能な光学格子５００の下の基板６０６内またはその上に配置される。

【0088】

ブリッジは、２つの第１の静電作動電極９１２および９１４を含む。２つの対応する第２の静電作動電極９１６および９１８は、２つの第１の作動電極９１２および９１４が、それぞれ、２つの第２の作動電極９１６および９１８にわたって位置合わせされるように、基板６０６上に配置される。ブリッジ９０４はまた、２つの撓曲部９２０および９２２を含む。

【0089】

したがって、電位が、図１１に図式的に示されるように、第１および第２の作動電極９１２－９１４および９１６－９１８を横断して印加される場合、結果として生じる静電力が、第１の作動電極９１２－９１４および平行移動可能な光学格子５００を基板６０６に向かって押勢し、それによって、平行移動可能な光学格子５００を、光学スイッチ５００をＯＮにするために第２の光導波管５１０の適切な距離内にもたらす。そのような電位および結果として生じる静電力がない場合、撓曲部９２０および９２２が、平行移動可能な光学格子５００をＯＦＦ位置に戻す。平行移動可能な光学格子５００の進行距離をＯＮ位置内に限定するためのボス１００２が、含まれてもよい。ＭＥＭＳ構造９００の他の側面は、ＳｅｏｋおよびＳｅｏｋ補遺において説明されるＭＥＭＳ構造に類似する。

【0090】

図１２および１３は、それぞれ、ＯＮ位置およびＯＦＦ位置における、光学スイッチ５００内のｚ－ｘ場所に対するモデル化された光強度（２乗された電場強度）を図示する、グラフ１２００および１３００である。両方のプロットにおいて、光導波管５１０は、水平であり、光は、矢印１２０２によって示されるように、自由空間から光導波管５１０の中に進行する。図１２では、平行移動可能な格子５０２を介して導波管５１０の中に結合する光が、矢印１２０４によって示される。両方のプロット１２００および１３００において、光の波長は、１．５～１．６μｍであり、光強度（２乗された電場強度）は、色分け（１２０６）されている。プロット１２００（光学スイッチ５００は、ＯＮである）に関して、平行移動可能な格子５０２が、第２の光導波管５１０から２０ｎｍおいて配置されている一方、プロット１３００（光学スイッチ５００は、ＯＦＦである）に関して、平行移動可能な格子５０２は、第２の光導波管５１０から２５０ｎｍおいて配置される。

【0091】

図３に見られるように、１つずつ等の比較的に少数の第１および第２の光学スイッチ３１２－３２０および３２２－３３６が、動作され、光学信号を共通入力／出力ポート１１０から選択されるポート２０２－２１０にルーティングする必要がある。本少数のスイッチは、したがって、匹敵する光学位相アレイ内の位相偏移器よりはるかに少ないエネルギーを消費する。加えて、ＭＥＭＳベースの第１および第２の光学スイッチ３１２－３２０および３２２－３３６は、より小さく、したがって、Ｈツリーの位相偏移器またはバイナリ光学スイッチより高い密度で加工または充塞されてもよい。

【0092】

説明されるシステムおよび方法では、第１および第２の光学スイッチ３１２－３２０および３２２－３３６が、１つの経路または別のものを辿って光を完全に指向する。光学スイッチ１０４（図３）を、それぞれがＮ個のポート２０２－２１０の非重複サブセットを独立して動作させ、それぞれがそれを取り扱う、複数の光学スイッチアレイにパーティション化することもまた、可能性として考えられる。これは、光学伝送／受信端末１００（図１）内に複数の光学スイッチ１０４を含むことに類似する。複数の光学スイッチ１０４またはパーティション化された光学スイッチアレイ１０４は、複数の種々の光線１０６を取り扱うことができる、すなわち、各光線１０６は、空間内の異なる方向に指向される。

【0093】

本明細書で使用されるように、「誘電」材料は、約１０^－６Ω－ｍ以下の電気伝導性を有する材料である。本明細書で使用されるように、電気的に「伝導性である」または電気「導体」は、約１００ｋΩ未満の電気抵抗を有することを意味する。

【0094】

本発明は、上記に説明される例示的実施形態を通して説明されるが、図示される実施形態への修正およびその変形例が、本明細書に開示される発明の概念から逸脱することなく成され得る。例えば、寸法および材料等の具体的なパラメータ値が、本発明の範囲内で開示される実施形態に関連して列挙され得るが、全てのパラメータの値が、異なる用途に適するように幅広い範囲にわたって変動し得る。文脈において別様に示される、または当業者によって別様に理解されないであろう限り、「約」等の用語は、±２０％以内を意味する。

【0095】

請求項を含め、本明細書に使用されるように、項目の列挙に関連して使用される用語「および／または」は、列挙における項目のうちの１つ以上のもの、すなわち、列挙における項目のうちの少なくとも１つを意味し、必ずしも列挙における項目の全てを意味するわけではない。請求項を含め、本明細書に使用されるように、項目の列挙に関連して使用される用語「または」は、列挙における項目のうちの１つ以上のもの、すなわち、列挙における項目のうちの少なくとも１つを意味し、必ずしも列挙における項目の全てを意味するわけではない。「または」は、「排他的または」を意味するものではない。

【0096】

実施形態の側面は、各ブロックまたはブロックの組み合わせの全てまたは一部のフローチャートおよび／またはブロック図、機能、動作、決定等を参照して説明され得るが、組み合わせられる、別個の動作に分離される、または他の順序で実施されてもよい。「モジュール」の言及は、便宜上のものであり、その実装を限定しないことが意図される。各ブロック、モジュール、またはそれらの組み合わせの全てまたは一部が、（ソフトウェア等の）コンピュータプログラム命令、（組み合わせ論理、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、または他のハードウェア等の）ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせとして実装されてもよい。

【0097】

実施形態またはその一部は、メモリ内に記憶される命令を実行する、またはそれによって制御される、１つ以上のプロセッサによって実装されてもよい。各プロセッサは、適宜、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等の汎用目的プロセッサ、特殊目的プロセッサ等、またはそれらの組み合わせであってもよい。

【0098】

メモリは、制御ソフトウェアまたは他の命令およびデータを記憶するために好適なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または任意の他のメモリ、またはそれらの組み合わせであってもよい。本発明の機能を定義する命令は、限定ではないが、有形の書込不可能な記憶媒体（例えば、ＲＯＭ等のコンピュータ内の読取専用メモリデバイス、またはＣＤ－ＲＯＭまたはＤＶＤディスク等のコンピュータＩ／Ｏアタッチメントによって読取可能なデバイス）上に恒久的に記憶される情報、有形の書込可能な媒体（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、リムーバブルフラッシュメモリ、およびハードドライブ）に改変可能に記憶される情報、または有線または無線のコンピュータネットワークを含む通信媒体を通してコンピュータに伝達される情報を含む、多くの形態でプロセッサに配信されてもよい。そのうえ、実施形態が、種々の例証的データ構造に関連して説明され得る一方、システムが、種々のデータ構造を使用して具現化されてもよい。

【0099】

開示される側面またはその一部は、上記に列挙されていない、および／または明示的に請求されていない方法で組み合わせられてもよい。加えて、本明細書に開示される実施形態は、本明細書に具体的に開示されていないいかなる要素もない状態で適切に実践され得る。故に、本発明は、開示される実施形態に限定されるものとして見なされるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】