(57)【要約】  単位光スイッチ素子と光合流器又は光分岐器を接続して構成される多対１乃至１対多の接続機能を有するマトリクス光スイッチにおいて、交差の数を削減し、単一基板上に作製可能な導波路型光スイッチを提供すること。本発明の一実施形態によれば、Ｍ入力１出力の光合流器は２入力１出力の単位光合流素子（Ｍ−１）個に分割されて、１入力Ｎ出力の光スイッチのＮ本の出力ポートのうち、マトリクス光スイッチの入力に近い１本の出力ポートを除いた（Ｎ−１）本の各出力ポートの直後に配置される。従って、各光スイッチの出力ポートは、交差した後に光合流器で合流するのではなく、単位光合流素子で合流した後に交差することになるので、マトリクス光スイッチ全体における交差の数を削減することができる。
2012111316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の基板上に形成された、Ｍ入力Ｎ出力のマトリクス光スイッチ（Ｍ，Ｎは３以上の整数）の形態の導波路型光スイッチであって、
前記マトリクス光スイッチは、Ｍ個の１入力Ｎ出力の光スイッチと、Ｎ個のＭ入力１出力の光合流器とから構成されており、
前記マトリクス光スイッチのａ番目（ａは１以上Ｍ以下の整数）の入力は、ａ番目の前記１入力Ｎ出力の光スイッチの入力から構成されており、
前記マトリクス光スイッチのｂ番目（ｂは１以上Ｎ以下の整数）の出力は、ｂ番目の前記Ｍ入力１出力の光合流器の出力から構成されており、
前記光スイッチの各々は、（Ｎ−１）個の１入力２出力の単位光スイッチ素子から構成されており、
前記光合流器の各々は、（Ｍ−１）個の２入力１出力の単位光合流素子から構成されており、
前記光スイッチにおいて、
１番目の前記単位光スイッチ素子の入力は、前記光スイッチの入力を構成し、
ｉ番目（ｉは１以上（Ｎ−２）以下の整数）の前記単位光スイッチ素子の出力の内の一方は（ｉ＋１）番目の前記単位光スイッチ素子の入力に接続し、ｉ番目の前記単位光スイッチ素子の出力の内の他方は前記光スイッチのｉ番目の出力を構成し、且つ
（Ｎ−１）番目の前記単位光スイッチ素子の２つの出力は、前記光スイッチの（Ｎ−１）番目の出力及びＮ番目の出力を構成し、
前記光合流器において、
１番目の前記単位光合流素子の２つの入力は、前記光合流器の１番目の入力及び２番目の入力を構成し、
ｊ番目（ｊは２以上（Ｍ−１）以下の整数）の前記単位光合流素子の入力の内の一方は（ｊ−１）番目の前記単位光合流素子の出力に接続し、ｊ番目の前記単位光合流素子の入力の内の他方は前記光合流器の（ｊ＋１）番目の入力を構成し、且つ
（Ｍ−１）番目の前記単位光合流素子の出力は、前記光合流器の出力を構成し、
前記マトリクス光スイッチにおいて、
前記光スイッチのうちｐ番目の光スイッチ（ｐは１以上Ｍ以下の整数）と前記光合流器のうちｑ番目の光合流器（ｑは１以上Ｎ以下の整数）とは、前記ｐ番目の光スイッチのいずれかの出力と前記ｑ番目の光合流器のいずれかの入力との間で接続され、
前記接続において、前記ｐ番目の光スイッチのいずれかの出力がｋ番目（ｋは１以上Ｎ以下の整数）の出力である場合、前記ｑ番目の光合流器のいずれかの入力がｋ番目の入力であり、且つ
前記接続において、ｋが２以上（Ｎ−１）以下の場合、前記ｐ番目の光スイッチのｋ番目の出力を構成する前記単位光スイッチ素子の出力と、前記ｑ番目の光合流器のｋ番目の入力を構成する前記単位光合流素子の入力との間の接続に、導波路交差が含まれない、
ことを特徴とする導波路型光スイッチ。
【請求項２】
前記光合流器における１番目の前記単位光合流素子の２つの入力端子の合流光パワー比は、１：１であり、
ｊ番目（ｊは２以上（Ｍ−１）以下の整数）の前記単位光合流素子の光スイッチの入力につながる入力端子と他の前記単位光合流素子につながる入力端子の合流光パワー比は、１：ｊである
ことを特徴とする、請求項１に記載の導波路型光スイッチ。
【請求項３】
単一の基板上に形成された、Ｎ入力Ｍ出力のマトリクス光スイッチ（Ｍ，Ｎは３以上の整数）の形態の導波路型光スイッチであって、
前記マトリクス光スイッチは、Ｎ個の１入力Ｍ出力の光分岐器と、Ｍ個のＮ入力１出力の光スイッチとから構成されており、
前記マトリクス光スイッチのａ番目（ａは１以上Ｎ以下の整数）の入力は、ａ番目の前記１入力Ｍ出力の光分岐器の入力から構成されており、
前記マトリクス光スイッチのｂ番目（ｂは１以上Ｍ以下の整数）の出力は、ｂ番目の前記Ｎ入力１出力の光スイッチの出力から構成されており、
前記光分岐器の各々は、（Ｍ−１）個の１入力２出力の単位光分岐素子から構成されており、
前記光スイッチの各々は、（Ｎ−１）個の２入力１出力の単位光スイッチ素子から構成されており、
前記光分岐器において、
１番目の前記単位光分岐素子の入力は、前記光分岐器の入力を構成し、
ｉ番目（ｉは１以上（Ｍ−２）以下の整数）の前記単位光分岐素子の出力の内の一方は（ｉ＋１）番目の前記単位光分岐素子の入力に接続し、ｉ番目の前記単位光分岐素子の出力の内の他方は前記光分岐器のｉ番目の出力を構成し、且つ
（Ｍ−１）番目の前記単位光分岐素子の２つの出力は、前記光分岐器の（Ｍ−１）番目の出力及びＭ番目の出力を構成し、
前記光スイッチにおいて、
１番目の前記単位光スイッチ素子の２つの入力は、前記光スイッチの１番目の入力及び２番目の入力を構成し、
ｊ番目（ｊは２以上（Ｎ−１）以下の整数）の前記単位光スイッチ素子の入力の内の一方は（ｊ−１）番目の前記単位光スイッチ素子の出力に接続し、ｊ番目の前記単位光スイッチ素子の入力の内の他方は前記光スイッチの（ｊ＋１）番目の入力を構成し、且つ
（Ｎ−１）番目の前記単位光スイッチ素子の出力は、前記光スイッチの出力を構成し、
前記マトリクス光スイッチにおいて、
前記光分岐器のうちｐ番目の光分岐器（ｐは１以上Ｎ以下の整数）と前記光スイッチのうちｑ番目の光スイッチ（ｑは１以上Ｍ以下の整数）とは、前記ｐ番目の光分岐器のいずれかの出力と前記ｑ番目の光スイッチのいずれかの入力との間で接続され、
前記接続において、前記ｐ番目の光分岐器のいずれかの出力がｋ番目（ｋは１以上Ｍ以下の整数）の出力である場合、前記ｑ番目の光スイッチのいずれかの入力がｋ番目の入力であり、且つ
前記接続において、ｋが２以上（Ｍ−１）以下の場合、前記ｐ番目の光分岐器のｋ番目の出力を構成する前記単位光分岐素子の出力と、前記ｑ番目の光スイッチのｋ番目の入力を構成する前記単位光スイッチ素子の入力との間の接続に、導波路交差が含まれない
ことを特徴とする導波路型光スイッチ。
【請求項４】
前記光分岐器における（Ｍ−１）番目の前記単位光分岐素子の２つの出力端子の分岐光パワー比は、１：１であり、
ｉ番目（ｉは１以上（Ｍ−２）以下の整数）の前記単位光分岐素子の光スイッチの出力につながる出力端子と他の前記単位光分岐素子につながる出力端子の分岐光パワー比は、１：（Ｍ−ｉ）である
ことを特徴とする、請求項３に記載の導波路型光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等で用いられる導波路型光スイッチに関し、特に、光スイッチと光合流器又は光分岐器を接続して構成され、多対１乃至１対多の接続機能を有するマトリクス光スイッチに関する。また、本発明は、導波路交差の数を削減した回路構成を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを伝送媒体とする光通信技術は、信号の伝送距離の拡大をもたらし、大規模な光通信網が構築されてきた。近年では、インターネット通信が広範に普及するのに伴って、通信トラフィックが急速に増大しており、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化の要求が高まっている。これまでに、波長の異なる複数の光信号を１本の伝送路で同時に伝送する波長多重通信技術の導入によって、二地点間の伝送容量を増大することが可能となった。【０００３】
しかし、通信網においては、複数の伝送路が集まるノードにおいて、信号の経路を設定（ルーティング）したり、切替（スイッチング）したりする必要があり、伝送容量の増大に伴って、これらの信号処理がボトルネックになってきている。これまでは、伝送されてきた光信号を一旦電気信号に変換した後に経路設定や経路切替を行ない、再び電気信号を光信号に変換して伝送路に送出する方式が用いられてきた。今後は、光信号を電気信号に変換することなく、信号経路の設定や切替処理を行なう方式を用いることによって、ノードのスループットを飛躍的に拡大することができるものと期待されている。このような方式を光通信網に導入するうえで必要不可欠な部品が光スイッチである。【０００４】
光スイッチは、１入力２出力又は２入力１出力の単位光スイッチ素子を複数接続することによって、１入力多出力（又は多入力１出力）、多入力多出力、２入力２出力を多連にしたものなど、入出力ポート数やポート間の接続パターンに関して、様々な回路構成の光スイッチを作製することができる。そのなかで、多入力多出力のマトリクス光スイッチは、複数の入出力ポート間の方路を任意に設定するための光スイッチとして、広く用いられている。【０００５】
さらに、最近では、通常の１対１接続だけではなく、多対１乃至１対多の接続が可能なマトリクス光スイッチが望まれている。即ち、複数の入力ポートに入力された異なる光信号を合流して複数ある出力ポートの内の１つの出力ポートに出力する多対１の接続機能、あるいは、複数ある入力ポートの内の１つの入力ポートに入力された光信号を分岐して複数の出力ポートに出力する１対多の接続機能を有するマトリクス光スイッチが、柔軟なネットワークを構築する上で必要とされてきている。【０００６】
このような多対１乃至１対多の接続機能を有するマトリクス光スイッチを導波路型デバイスで実現した導波路型光スイッチの構成として、図１に示すような構成が知られている（非特許文献１を参照）。【０００７】
図１に示すマトリクス光スイッチは、４個の１入力４出力の光スイッチ（１入力２出力の単位光スイッチ素子を４つ組み合わせたもの）１１１〜１１４と、４個の４入力１出力の光合流器１３１〜１３４からなる。光スイッチ１１１〜１１４の各入力は、４本の外部入力ポート１０１〜１０４に接続される。光合流器１３１〜１３４の各出力は、外部出力ポート１４１〜１４４に接続される。【０００８】
光スイッチ１１１の４本の出力ポートはそれぞれ、交差部１２１を介して、光合流器１３１〜１３４の入力ポートに接続される。同様に、光スイッチ１１２〜１１４の各々４本の出力ポートはそれぞれ、交差部１２１を介して、光合流器１３１〜１３４の入力ポートに接続される。【０００９】
このような構成によれば、複数の外部入力ポートに入力された異なる光信号を合流して１つの外部出力ポートに出力することができる。【００１０】
また、図１に示す光スイッチの外部入力ポートと外部出力ポートを入れ替え、光合流器をそのまま光分配器として用いた場合には、１つの外部入力ポートに入力された光信号を分岐して複数の外部出力ポートに出力することが可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】M. Kobayashi et al., Electronics Letters, vol. 36, no. 17, pp. 1451-1452, August 2000.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１に示す従来のマトリクス光スイッチは、光スイッチと光合流器との間に多数の交差が生じるという問題があった。即ち、図１の交差部１２１において、１６本の導波路のうち両端の２本を除く１４本が交差して光スイッチと光合流器とが接続されている。交差数が最大となる経路は、外部入力ポート１０１から外部出力ポート１４４に至る経路（あるいは、外部入力ポート１０４から外部出力ポート１４１に至る経路）であり、その経路では９ヶ所もの交差が生じている。さらに、この交差の数は、マトリクス光スイッチの外部入出力ポート数が増大するにつれて増加する。即ち、図１に示すようなマトリクス光スイッチをＮ入力Ｎ出力とした場合、その交差部にはＮ２本の導波路ができ、その中で一番交差の多い導波路は、（Ｎ−１）２本の交差を有することになる。【００１３】
一般に、導波路型光デバイスでは、導波路の交差において挿入損失やクロストークが生じ、光学特性が劣化する。挿入損失やクロストークは、交差角を大きくすることで、ある程度は抑制できるが、交差角を大きくするためには基板上で導波路を展開しなければならず、大きなスペースが必要となってしまう。【００１４】
そのため、多対１乃至１対多の接続機能を有するマトリクス光スイッチを、単一基板上の導波路型光スイッチとして作製することは困難であり、光スイッチと光合流器を別の基板上に作製し、その間の交差部は光ファイバ配線板を用いるというような構成が必要であった。【００１５】
本発明はこのような課題を解決するものであって、単位光スイッチ素子と光合流器又は光分岐器を接続して構成される多対１乃至１対多の接続機能を有するマトリクス光スイッチにおいて、交差の数を削減し、単一基板上に作製可能な導波路型光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、単一の基板上に形成された、Ｍ入力Ｎ出力のマトリクス光スイッチ（Ｍ，Ｎは３以上の整数）の形態の導波路型光スイッチであって、マトリクス光スイッチは、Ｍ個の１入力Ｎ出力の光スイッチと、Ｎ個のＭ入力１出力の光合流器とから構成されており、マトリクス光スイッチのａ番目（ａは１以上Ｍ以下の整数）の入力は、ａ番目の１入力Ｎ出力の光スイッチの入力から構成されており、マトリクス光スイッチのｂ番目（ｂは１以上Ｎ以下の整数）の出力は、ｂ番目のＭ入力１出力の光合流器の出力から構成されており、光スイッチの各々は、（Ｎ−１）個の１入力２出力の単位光スイッチ素子から構成されており、光合流器の各々は、（Ｍ−１）個の２入力１出力の単位光合流素子から構成されており、光スイッチにおいて、１番目の単位光スイッチ素子の入力は、光スイッチの入力を構成し、ｉ番目（ｉは１以上（Ｎ−２）以下の整数）の単位光スイッチ素子の出力の内の一方は（ｉ＋１）番目の単位光スイッチ素子の入力に接続し、ｉ番目の単位光スイッチ素子の出力の内の他方は光スイッチのｉ番目の出力を構成し、且つ（Ｎ−１）番目の単位光スイッチ素子の２つの出力は、光スイッチの（Ｎ−１）番目の出力及びＮ番目の出力を構成し、光合流器において、１番目の単位光合流素子の２つの入力は、光合流器の１番目の入力及び２番目の入力を構成し、ｊ番目（ｊは２以上（Ｍ−１）以下の整数）の単位光合流素子の入力の内の一方は（ｊ−１）番目の単位光合流素子の出力に接続し、ｊ番目の単位光合流素子の入力の内の他方は光合流器の（ｊ＋１）番目の入力を構成し、且つ（Ｍ−１）番目の単位光合流素子の出力は、光合流器の出力を構成し、マトリクス光スイッチにおいて、光スイッチのうちｐ番目の光スイッチ（ｐは１以上Ｍ以下の整数）と光合流器のうちｑ番目の光合流器（ｑは１以上Ｎ以下の整数）とは、ｐ番目の光スイッチのいずれかの出力とｑ番目の光合流器のいずれかの入力との間で接続され、接続において、ｐ番目の光スイッチのいずれかの出力がｋ番目（ｋは１以上Ｎ以下の整数）の出力である場合、ｑ番目の光合流器のいずれかの入力がｋ番目の入力であり、且つ接続において、ｋが２以上（Ｎ−１）以下の場合、ｐ番目の光スイッチのｋ番目の出力を構成する単位光スイッチ素子の出力と、ｑ番目の光合流器のｋ番目の入力を構成する単位光合流素子の入力との間の接続に、導波路交差が含まれないことを特徴とする。【００１７】
本発明の一実施形態において、光合流器における１番目の単位光合流素子の２つの入力端子の合流光パワー比は、１：１であり、ｊ番目（ｊは２以上（Ｍ−１）以下の整数）の単位光合流素子の光スイッチの入力につながる入力端子と他の単位光合流素子につながる入力端子の合流光パワー比は、１：ｊであることを特徴とする。【００１８】
本発明は、単一の基板上に形成された、Ｎ入力Ｍ出力のマトリクス光スイッチ（Ｍ，Ｎは３以上の整数）の形態の導波路型光スイッチであって、マトリクス光スイッチは、Ｎ個の１入力Ｍ出力の光分岐器と、Ｍ個のＮ入力１出力の光スイッチとから構成されており、マトリクス光スイッチのａ番目（ａは１以上Ｎ以下の整数）の入力は、ａ番目の１入力Ｍ出力の光分岐器の入力から構成されており、マトリクス光スイッチのｂ番目（ｂは１以上Ｍ以下の整数）の出力は、ｂ番目のＮ入力１出力の光スイッチの出力から構成されており、光分岐器の各々は、（Ｍ−１）個の１入力２出力の単位光分岐素子から構成されており、光スイッチの各々は、（Ｎ−１）個の２入力１出力の単位光スイッチ素子から構成されており、光分岐器において、１番目の単位光分岐素子の入力は、光分岐器の入力を構成し、ｉ番目（ｉは１以上（Ｍ−２）以下の整数）の単位光分岐素子の出力の内の一方は（ｉ＋１）番目の単位光分岐素子の入力に接続し、ｉ番目の単位光分岐素子の出力の内の他方は光分岐器のｉ番目の出力を構成し、且つ（Ｍ−１）番目の単位光分岐素子の２つの出力は、光分岐器の（Ｍ−１）番目の出力及びＭ番目の出力を構成し、光スイッチにおいて、１番目の単位光スイッチ素子の２つの入力は、光スイッチの１番目の入力及び２番目の入力を構成し、ｊ番目（ｊは２以上（Ｎ−１）以下の整数）の単位光スイッチ素子の入力の内の一方は（ｊ−１）番目の単位光スイッチ素子の出力に接続し、ｊ番目の単位光スイッチ素子の入力の内の他方は光スイッチの（ｊ＋１）番目の入力を構成し、且つ（Ｎ−１）番目の単位光スイッチ素子の出力は、光スイッチの出力を構成し、マトリクス光スイッチにおいて、光分岐器のうちｐ番目の光分岐器（ｐは１以上Ｎ以下の整数）と光スイッチのうちｑ番目の光スイッチ（ｑは１以上Ｍ以下の整数）とは、ｐ番目の光分岐器のいずれかの出力とｑ番目の光スイッチのいずれかの入力との間で接続され、接続において、ｐ番目の光分岐器のいずれかの出力がｋ番目（ｋは１以上Ｎ以下の整数）の出力である場合、ｑ番目の光スイッチのいずれかの入力がｋ番目の入力であり、且つ接続において、ｋが２以上（Ｍ−１）以下の場合、ｐ番目の光分岐器のｋ番目の出力を構成する単位光分岐素子の出力と、ｑ番目の光スイッチのｋ番目の入力を構成する単位光スイッチ素子の入力との間の接続に、導波路交差が含まれないことを特徴とする。【００１９】
本発明の一実施形態において、光分岐器における（Ｍ−１）番目の単位光分岐素子の２つの出力端子の分岐光パワー比は、１：１であり、ｉ番目（ｉは１以上（Ｍ−２）以下の整数）の単位光分岐素子の光スイッチの出力につながる出力端子と他の単位光分岐素子につながる出力端子の分岐光パワー比は、１：（Ｍ−ｉ）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、Ｍ入力１出力の光合流器は２入力１出力の単位光合流素子（Ｍ−１）個に分割されて、１入力Ｎ出力の光スイッチのＮ本の出力ポートのうち、マトリクス光スイッチの入力に近い１本の出力ポートを除いた（Ｎ−１）本の各出力ポートの直後に配置される。従って、各光スイッチの出力ポートは、交差した後に光合流器で合流するのではなく、単位光合流素子で合流した後に交差することになるので、マトリクス光スイッチ全体における交差の数を削減することができる。【００２１】
また、本発明の別の実施形態によれば、１入力Ｍ出力の光分岐器は１入力２出力の単位光分岐素子（Ｍ−１）個に分割されて、Ｎ入力１出力の光スイッチのＮ本の入力ポートのうち、マトリクス光スイッチの出力に近い１本の入力ポートを除いた（Ｎ−１）本の各入力ポートの直前に配置される。従って、光分岐器で分岐した後、交差して光スイッチに入力されるのではなく、交差した後、単位光分岐素子で分岐して光スイッチに入力されるので、マトリクス光スイッチ全体における交差の数を削減することができる。【００２２】
よって、多対１乃至１対多の接続機能を有するマトリクス光スイッチを単一基板上に形成することが可能となる。その結果、光スイッチの小型化が可能となり、また、光ファイバ配線板のような部品は不要となるので部品点数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の４入力４出力のマトリクス光スイッチの回路構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第一の実施形態による４入力４出力のマトリクス光スイッチの回路構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第二の実施形態による８入力８出力のマトリクス光スイッチの回路構成を示す説明図である。
【図４Ａ】本発明に用いられる光スイッチ素子の構成例の説明図であり、上面図である。
【図４Ｂ】本発明に用いられる光スイッチ素子の構成例の説明図であり、図４Ａの断面線ＩＶＢ−ＩＶＢにおける断面図である。
【図５】本発明の第五の実施形態による６入力８出力のマトリクス光スイッチの回路構成を示す説明図である。
【図６】本発明の第六の実施形態による１２入力８出力のマトリクス光スイッチの回路構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明を実施する導波路型光スイッチの方式としては、熱光学効果を用いる方式、電気光学効果を用いる方式、電流注入による屈折率変化を用いる方式などがある。
【００２５】
また、熱光学効果を用いる方式にも、用いる材料として、石英系ガラス、有機ポリマー、シリコンなどがある。そのなかでも石英系光導波路の熱光学効果を用いた単位光スイッチ素子は、光ファイバとの整合性が良く、挿入損失が低いことに加えて、原理的な偏波依存性が小さく、構成材料が物理的、化学的に安定で信頼性に優れていることから、実用性が最も高いものである。しかし、本発明の実施においては、単位光スイッチ素子として、石英系光導波路の熱光学効果を用いた単位光スイッチ素子以外のものを用いても良い。
【００２６】
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら具体的な例をもって説明する。
【００２７】
（第一の実施形態）
【００２８】
図２は、本発明の第一の実施形態を示す説明図であり、４入力４出力のマトリクス光スイッチを構成した例を示す。
【００２９】
図２に示すマトリクス光スイッチは、１６個の１入力２出力の単位光スイッチ素子（２５１１〜２５１４、２５２１〜２５２４、２５３１〜２５３４、２５４１〜２５４４）と、１２個の２入力１出力の単位光合流素子（２６１１〜２６１３、２６２１〜２６２３、２６３１〜２６３３、２６４１〜２６４３）からなる。４個の単位光スイッチ素子２５１１、２５１２、２５１３、２５１４は縦列に接続され、１入力４出力の光スイッチ２１１（符号は図示せず）を構成する。同様に、単位光スイッチ素子２５２１〜２５２４、２５３１〜２５３４、２５４１〜２５４４は各々縦列に接続され、１入力４出力の光スイッチ２１２、２１３、２１４（符号は図示せず）を構成する。
【００３０】
３個の単位光合流素子２６１１、２６１２、２６１３は縦列に接続されて、４入力１出力の光合流器２３１（符号は図示せず）を構成する。同様に、単位光合流素子２６２１〜２６２３、２６３１〜２６３３、２６４１〜２６４３は各々縦列に接続されて、４入力１出力の光合流器２３２、２３３、２３４（符号は図示せず）を構成する。
【００３１】
ここで、光合流器２３１の４本の各入力ポートから１本の出力ポートへ合流される光パワーの比が等しくなるようにするため、単位光合流素子２６１１、２６１２、２６１３の合流光パワー比は、それぞれ、１：１、２：１、３：１に設定される。この合流光パワー比は、マトリクス光スイッチの入力に近い単位光合流素子から順番に、１：１、２：１、・・・、（Ｎ−１）：１となることは明らかである。このような合流光パワー比を得るために、単位光合流素子として、方向性結合器や非対称Ｙ分岐などを用いることができる。単位光合流素子２６１２の２つの入力ポートのうち、合流光パワー比が大きい側が単位光合流素子２６１１の出力ポートに接続される。単位光合流素子２６１３の２つの入力ポートのうち、合流光パワー比が大きい側が単位光合流素子２６１２の出力ポートに接続される。光合流器２３２〜２３４を構成する単位光合流素子２６２１〜２６２３、２６３１〜２６３３、２６４１〜２６４３についても同様である。
【００３２】
光スイッチ２１１〜２１４の各入力は４本の外部入力ポート２０１〜２０４に接続され、光合流器２３１〜２３４の各出力は４本の外部出力ポート２４１〜２４４に接続される。
【００３３】
図２に示すマトリクス光スイッチにおいて、光スイッチ２１１に含まれる単位光スイッチ素子２５１１の出力ポートは、単位光合流素子２６２１の入力ポートに接続されている。また、単位光スイッチ素子２５１２は、その直後に単位光合流素子２６４１が配置されており、単位光スイッチ素子２５１２の出力ポートと単位光合流素子２６４１の入力ポートとは、他の経路と交差することなく接続されている。同様に、単位光スイッチ素子２５１３の出力ポートと単位光合流素子２６３２の入力ポート及び単位光スイッチ素子２５１４の出力ポートと単位光合流素子２６１３の入力ポートは、いずれも他の経路と交差することなく接続されている。
【００３４】
光スイッチ２１２に含まれる単位光スイッチ素子２５２１の出力ポートは、単位光合流素子２６１１の入力ポートに接続されている。また、単位光スイッチ素子２５２２は、その直後に単位光合流素子２６２１が配置されており、単位光スイッチ素子２５２２の出力ポートと単位光合流素子２６２１の入力ポートとは、他の経路と交差することなく接続されている。同様に、単位光スイッチ素子２５２３の出力ポートと単位光合流素子２６４２の入力ポート及び単位光スイッチ素子２５２４の出力ポートと単位光合流素子２６３３の入力ポートは、いずれも他の経路と交差することなく接続されている。
【００３５】
光スイッチ２１３に含まれる単位光スイッチ素子２５３１の出力ポートは、単位光合流素子２６４１の入力ポートに接続されている。また、単位光スイッチ素子２５３２は、その直後に単位光合流素子２６３１が配置されており、単位光スイッチ素子２５３２の出力ポートと単位光合流素子２６３１の入力ポートとは、他の経路と交差することなく接続されている。同様に、単位光スイッチ素子２５３３の出力ポートと単位光合流素子２６１２の入力ポート及び単位光スイッチ素子２５３４の出力ポートと単位光合流素子２６２３の入力ポートは、いずれも他の経路と交差することなく接続されている。
【００３６】
光スイッチ２１４に含まれる単位光スイッチ素子２５４１の出力ポートは、単位光合流素子２６３１の入力ポートに接続されている。また、単位光スイッチ素子２５４２は、その直後に単位光合流素子２６１１が配置されており、単位光スイッチ素子２５４２の出力ポートと単位光合流素子２６１１の入力ポートとは、他の経路と交差することなく接続されている。同様に、単位光スイッチ素子２５４３の出力ポートと単位光合流素子２６２２の入力ポート及び単位光スイッチ素子２５４４の出力ポートと単位光合流素子２６４３の入力ポートは、いずれも他の経路と交差することなく接続されている。
【００３７】
このような構成により、各光スイッチの出力ポートは、交差した後に光合流器で合流するのではなく、単位光合流素子で合流した後に交差することになるので、マトリクス光スイッチ全体における交差の数を削減することができる。実際、図２の光スイッチにおいて、１つの経路における交差は、最大となる場合（外部入力ポート２０１から外部出力ポート２４１に至る経路、あるいは、外部入力ポート２０４から外部出力ポート２４４に至る経路）でも高々５ヶ所である。
【００３８】
なお、図２において、１個の出力が省略された１入力１出力として図示されている、１入力２出力の単位光スイッチ素子２５１４、２５２４、２５３４、２５４４は、消光比を高めるために配しているものであり、これらがなくても、本願発明は基本的な動作をすることが可能である。これらの単位光スイッチ素子は、１入力２出力の単位光スイッチ素子の消光比が不十分であっても、マトリクス光スイッチの消光比を高める効果がある。
【００３９】
また、第一の実施形態において、マトリクス光スイッチの外部入力ポートを外部出力ポートに、外部出力ポートを外部入力ポートに、光合流器を光分岐器に、単位光合流素子を単位光分岐素子に、それぞれおきかえても、同様にマトリクス光スイッチ全体における交差の数を削減することができることは明らかである。
【００４０】
上記の例では、簡単の為、４入力４出力のマトリクス光スイッチについて説明したが、Ｎ入力Ｎ出力のマトリクス光スイッチについても本実施形態の技術的特徴を適用できることは、当業者にとって自明であろう。
【００４１】
（第二の実施形態）
【００４２】
図３は、本発明の第二の実施形態を示す説明図であり、８入力８出力のマトリクス光スイッチを構成した例を示す。
【００４３】
図３に示すマトリクス光スイッチは、６４個の１入力２出力の単位光スイッチ素子（３５１１〜３５１８、３５２１〜３５２８、３５３１〜３５３８、３５４１〜３５４８、３５５１〜３５５８、３５６１〜３５６８、３５７１〜３５７８、３５８１〜３５８８）と、６４個の１入力１出力のゲート光スイッチ素子（３７１１〜３７１８、３７２１〜３７２８、３７３１〜３７３８、３７４１〜３７４８、３７５１〜３７５８、３７６１〜３７６８、３７７１〜３７７８、３７８１〜３７８８）と、５６個の２入力１出力の単位光合流素子（３６１１〜３６１７、３６２１〜３６２７、３６３１〜３６３７、３６４１〜３６４７、３６５１〜３６５７、３６６１〜３６６７、３６７１〜３６７７、３６８１〜３６８７）からなる。８個の単位光スイッチ素子３５１１、３５１２、３５１３、３５１４、３５１５、３５１６、３５１７、３５１８は縦列に接続され、さらに、各単位光スイッチ素子の出力ポートに消光比を向上させるためのゲート光スイッチ素子３７１１〜３７１８が接続されて、１入力８出力の光スイッチ３１１（符号は図示せず）を構成する。同様に、単位光スイッチ素子３５２１〜３５２８、３５３１〜３５３８、３５４１〜３５４８、３５５１〜３５５８、３５６１〜３５６８、３５７１〜３５７８、３５８１〜３５８８は各々縦列に接続され、さらに、各単位光スイッチ素子の出力ポートにゲート光スイッチ素子３７２１〜３７２８、３７３１〜３７３８、３７４１〜３７４８、３７５１〜３７５８、３７６１〜３７６８、３７７１〜３７７８、３７８１〜３７８８が接続されて、１入力８出力の光スイッチ３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３１７、３１８（符号は図示せず）を構成する。
【００４４】
７個の単位光合流素子３６１１、３６１２、３６１３、３６１４、３６１５、３６１６、３６１７は縦列に接続されて、８入力１出力の光合流器３３１（符号は図示せず）を構成する。同様に、単位光合流素子３６２１〜３６２７、３６３１〜３６３７、３６４１〜３６４７、３６５１〜３６５７、３６６１〜３６６７、３６７１〜３６７７、３６８１〜３６８７は各々縦列に接続されて、８入力１出力の光合流器３３２、３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８を構成する。
【００４５】
ここで、光合流器３３１の８本の各入力ポートから１本の出力ポートへ合流される光パワーの比が等しくなるようにするため、単位光合流素子３６１１、３６１２、３６１３、３６１４、３６１５、３６１６、３６１７の合流光パワー比は、それぞれ、１：１、２：１、３：１、４：１、５：１、６：１、７：１に設定される。この合流光パワー比は、マトリクス光スイッチの入力に近い単位光合流素子から順番に、１：１、２：１、・・・、（Ｎ−１）：１となることは明らかである。このような合流光パワー比を得るために、単位光合流素子として、方向性結合器や非対称Ｙ分岐などを用いることができる。単位光合流素子３６１２の２つの入力ポートのうち、合流光パワー比が大きい側が単位光合流素子３６１１の出力ポートに接続される。単位光合流素子３６１３の２つの入力ポートのうち、合流光パワー比が大きい側が単位光合流素子３６１２の出力ポートに接続される。以下、同様に、単位光合流素子３６１４、３６１５、３６１６、３６１７の２つの入力ポートのうち、合流光パワー比が大きい側がそれぞれ、単位光合流素子３６１３、３６１４、３６１５、３６１６の出力ポートに接続される。
【００４６】
光合流器３３２〜３３８を構成する単位光合流素子３６２１〜３６２７、３６３１〜３６３７、３６４１〜３６４７、３６５１〜３６５７、３６６１〜３６６７、３６７１〜３６７７、３６８１〜３６８７についても同様である。
【００４７】
光スイッチ３１１〜３１８の各入力は８本の外部入力ポート３０１〜３０８に接続され、光合流器３３１〜３３８の各出力は外部出力ポート３４１〜３４８に接続される。
【００４８】
図３に示すマトリクス光スイッチにおいて、光スイッチ３１１に含まれるゲート光スイッチ素子３７１１の出力ポートは、単位光合流素子３６２１の入力ポートに接続されている。また、ゲート光スイッチ素子３７１２は、その直後に単位光合流素子３６４１が配置されており、ゲート光スイッチ素子３７１２の出力ポートと単位光合流素子３６４１の入力ポートは、他の経路と交差することなく接続されている。同様に、ゲート光スイッチ素子３７１３の出力ポートと単位光合流素子３６６２の入力ポート、ゲート光スイッチ素子３７１４の出力ポートと単位光合流素子３６８３の入力ポート、ゲート光スイッチ素子３７１５の出力ポートと単位光合流素子３６７４の入力ポート、ゲート光スイッチ素子３７１６の出力ポートと単位光合流素子３６５５の入力ポート、ゲート光スイッチ素子３７１７の出力ポートと単位光合流素子３６３６の入力ポート、及びゲート光スイッチ素子３７１８の出力ポートと単位光合流素子３６１７の入力ポートは、いずれも他の経路と交差することなく接続されている。
【００４９】
光スイッチ３１２に含まれるゲート光スイッチ素子３７２１の出力ポートは、単位光合流素子３６１１の入力ポートに接続されている。また、ゲート光スイッチ素子３７２２は、その直後に単位光合流素子３６２１が配置されており、ゲート光スイッチ素子３７２２の出力ポートと単位光合流素子３６２１の入力ポートは、他の経路と交差することなく接続されている。同様に、ゲート光スイッチ素子３７２３の出力ポートと単位光合流素子３６４２の入力ポート、ゲート光スイッチ素子３７２４の出力ポートと単位光合流素子３６６３の入力ポート、ゲート光スイッチ素子３７２５の出力ポートと単位光合流素子３６８４の入力ポート、ゲート光スイッチ素子３７２６の出力ポートと単位光合流素子３６７５の入力ポート、ゲート光スイッチ素子３７２７の出力ポートと単位光合流素子３６５６の入力ポート、及びゲート光スイッチ素子３７２８の出力ポートと単位光合流素子３６３７の入力ポートは、いずれも他の経路と交差することなく接続されている。
【００５０】
以下、光スイッチ３１３〜３１８の各８本の出力ポートは、同様に、単位光合流素子と接続される。
【００５１】
このような構成により、各光スイッチの出力ポートは、交差した後に光合流器で合流するのではなく、単位光合流素子で合流した後に交差することになるので、マトリクス光スイッチ全体における交差の数を削減することができる。実際、図３の光スイッチにおいて、１つの経路における交差は高々１３ヶ所である。
【００５２】
なお、図３において、１個の出力が省略された１入力１出力の単位光スイッチ素子として図示されている、１入力２出力の３５１８、３５２８、３５３８、３５４８、３５５８、３５６８、３５７８、３５８８、及び、ゲート光スイッチ素子は、消光比を高めるために配しているものであり、これらがなくても、本願発明は基本的な動作をすることが可能である。これらの単位光スイッチ素子及びゲート光スイッチ素子は、１入力２出力の単位光スイッチ素子の消光比が不十分であっても、マトリクス光スイッチの消光比を高める効果がある。
【００５３】
また、第二の実施形態において、マトリクス光スイッチの外部入力ポートを外部出力ポートに、外部出力ポートを外部入力ポートに、光合流器を光分岐器に、単位光合流素子を単位光分岐素子に、それぞれおきかえても、同様にマトリクス光スイッチ全体における交差の数を削減することができることは明らかである。
【００５４】
図３に示す回路構成に基づく８入力８出力のマトリクス光スイッチを以下のような光回路により作製した。
【００５５】
厚さ１ｍｍ、直径６インチのシリコン基板上に石英系ガラスによって形成されるクラッド層及び埋め込み型コア部を有する単一モード光導波路を、ＳｉＣｌ４やＧｅＣｌ４などの原料ガスの火炎加水分解反応を利用した石英形ガラス膜の堆積技術と反応性イオンエッチング技術の組合せにより作製し、薄膜ヒータ及び給電のための電極をクラッド層の表面上に真空蒸着及びパターン化により作製した。作製した光導波路のコア寸法は６μｍ×６μｍであり、クラッド層との比屈折率差は１．５％とした。本実施形態における導波路型光スイッチは、この光導波路を用い、直線導波路及び曲線導波路を組み合わせることによって形成した。光スイッチ素子は、図４Ａ及び図４Ｂに示すような、アーム導波路の実効光路長差が信号光波長の１／２のマッハ-ツェンダー干渉計回路である。本実施形態では、信号光波長は１．５５μｍであり、石英系ガラスの屈折率は１．４５であるので、実際のアーム光導波路長の差は０．５３４μｍとした。熱光学効果による位相シフタとしてクラッド層（４２）の表面上に厚さ０．３μｍ、幅２０μｍ、長さ２ｍｍの薄膜ヒータ（４４１、４４２）を形成した。さらに薄膜ヒータ（４４１、４４２）に沿ってシリコン基板（４１）が露出するまでの深さの断熱溝（４５１、４５２、４５３）を形成した。図４Ａ及び図４Ｂに示すようなマッハ-ツェンダー干渉計回路によって構成される光スイッチ素子の長さは５．５ｍｍであった。この光スイッチ素子及びＹ分岐型光合流回路を最小曲げ半径Ｒ＝２ｍｍの曲線導波路で接続し、図３に示す回路構成に基づく８入力８出力のマトリクス光スイッチを１チップに配置した。チップサイズは１１０ｍｍ×１５ｍｍであった。
【００５６】
上記の方法により作製した８入力８出力のマトリクス光スイッチチップの外部入力ポート及び外部出力ポートに光ファイバを接続して光学特性を測定したところ、挿入損失は合流による原理損失９ｄＢを含んで１２ｄＢ以下、消光比４５ｄＢ以上であった。また、入力と出力を入れ替えて、外部出力ポート側から光を入力し、外部入力ポートへ出力される光の光学特性を測定したところ、挿入損失や消光比は同じ特性であった。
【００５７】
（第三の実施形態）
【００５８】
上記の第一の実施形態・第二の実施形態では、Ｍ＝Ｎ＝４、ならびに、Ｍ＝Ｎ＝８の場合の（即ち、Ｍ＝Ｎの場合）、Ｍ入力Ｎ出力のマトリクス光スイッチの形態の導波路型光スイッチついて説明した。しかし、Ｍ，Ｎが相異なる３以上の整数であれば、本願発明の構成は実施可能である。即ち、少なくとも以下の特徴を備えていれば、本願発明の導波路型光スイッチを実施することができる。
[１]導波路型光スイッチは、Ｍ個の１入力Ｎ出力の光スイッチと、Ｎ個のＭ入力１出力の光合流器から構成されるマトリクス光スイッチである。マトリクス光スイッチのａ番目（ａは１以上Ｍ以下の整数）の入力は、ａ番目の１入力Ｎ出力の光スイッチの入力から構成されている。マトリクススイッチのｂ番目（ｂは１以上Ｎ以下の整数）の出力は、ｂ番目のＭ入力１出力の光合流器の出力から構成されている。
[２]光スイッチの各々は、（Ｎ−１）個の１入力２出力の単位光スイッチ素子から構成されており、光合流器の各々は、（Ｍ−１）個の２入力１出力の単位光合流素子から構成されている。
[３]光スイッチにおいて、１番目の単位光スイッチ素子の入力が光スイッチの入力を構成している。また、ｉ番目（ｉは１以上（Ｎ−２）以下の整数）の単位光スイッチ素子の出力の内の一方が（ｉ＋１）番目の単位光スイッチ素子の入力に接続し、ｉ番目の単位光スイッチ素子の出力の内の他方が光スイッチのｉ番目の出力を構成している。（Ｎ−１）番目の単位光スイッチ素子の２つの出力が光スイッチの（Ｎ−１）番目の出力ならびにＮ番目の出力を構成している。
[４]光合流器において、１番目の単位光合流素子の２つの入力が光合流器の１番目の入力ならびに２番目の入力を構成している。ｊ番目（ｊは２以上（Ｍ−１）以下の整数）の単位光合流素子の入力の内の一方が（ｊ−１）番目の単位光合流素子の出力に接続し、ｊ番目の単位光合流素子の入力の内の他方が光合流器の（ｊ＋１）番目の入力を構成している。（Ｍ−１）番目の単位光合流素子の出力が光合流器の出力を構成している。
[５]マトリクス光スイッチにおいて、光スイッチのうちｐ番目の光スイッチ（ｐは１以上Ｍ以下の整数）と光合流器のうちｑ番目の光合流器（ｑは１以上Ｎ以下の整数）が、ｐ番目の光スイッチのいずれかの出力とｑ番目の光合流器のいずれかの入力の間で接続される構成である。上述の接続において、ｐ番目の光スイッチのいずれかの出力がｋ番目（ｋは１以上Ｎ以下の整数）の出力である場合、ｑ番目の光合流器のいずれかの入力がｋ番目の入力である。上述の接続において、ｋが２以上（Ｎ−１）以下の場合、ｐ番目の光スイッチのｋ番目の出力を構成する単位光スイッチ素子の出力と、ｑ番目の光合流器のｋ番目の入力を構成する単位光合流素子の入力との間の接続に、導波路交差が含まれない。
【００５９】
以上の特徴を備えたことにより、交差の数を削減することで損失を減らしたマトリクス光スイッチを、製作工程が安価で大量生産に向く導波路型光スイッチで実現することが可能となる。
【００６０】
本願発明の更なる特徴は、上記の光合流器における１番目の単位光合流素子の２つの入力端子の合流光パワー比を１：１とし、ｊ番目（ｊは２以上（Ｍ−１）以下）の単位光合流素子の光スイッチの入力につながる入力端子と他の単位光合流素子につながる入力端子の合流光パワー比を１：ｊとすることである。これにより、光信号が単位光合流素子をいくつ透過しても（１個以上（Ｍ−１）個のいくつでも）、導波路型光スイッチの出力において、合流回数による光強度のばらつきは抑圧できることとなる。
【００６１】
なお、第三の実施形態においても、第一の実施形態・第二の実施形態と同様に、１入力１出力の単位光スイッチ素子、及び、ゲート光スイッチ素子を、消光比を高めるために配してもよい。ただし、これらがなくても、本願発明は基本的な動作をすることが可能である。これらの１入力１出力の単位光スイッチ素子及びゲート光スイッチ素子は、１入力２出力の単位光スイッチ素子の消光比が不十分であっても、マトリクス光スイッチの消光比を高める効果がある。
【００６２】
（第四の実施形態）
【００６３】
第三の実施形態において、マトリクス光スイッチの外部入力ポートを外部出力ポートに、外部出力ポートを外部入力ポートに、光合流器を光分岐器に、単位光合流素子を単位光分岐素子に、それぞれおきかえても、同様にマトリクス光スイッチ全体における交差の数を削減することができることは明らかである。
【００６４】
入力と出力をおきかえる際、出力に近いほど単位光合流素子の合流光パワー比が大きくなるように、入力に近いほど単位光分岐素子の分岐光パワー比も大きくなることに注意されたい。即ち、光分岐器における（Ｍ−１）番目の単位光分岐素子の２つの出力端子の分岐光パワー比は、１：１とし、ｉ番目（ｉは１以上（Ｍ−２）以下）の単位光分岐素子の光スイッチの出力につながる出力端子と他の単位光分岐素子につながる出力端子の分岐光パワー比は、１：（Ｍ−ｉ）とすることである。これにより、光信号が単位光分岐素子をいくつ透過しても（１個以上（Ｍ−１）個のいくつでも）、導波路型光スイッチの出力に
おいて、分岐回数による光強度のばらつきは抑圧できることとなる。
【００６５】
（第五の実施形態）
【００６６】
図５は、本発明の第五の実施形態を示す説明図であり、６入力８出力のマトリクス光スイッチを構成した例を示す。
【００６７】
図５に示すマトリクス光スイッチは、４８個の１入力２出力の単位光スイッチ素子（５５１１〜５５１８、５５２１〜５５２８、５５３１〜５５３８、５５４１〜５５４８、５５５１〜５５５８、５５６１〜５５６８）と、４８個の１入力１出力のゲート光スイッチ素子（５７１１〜５７１８、５７２１〜５７２８、５７３１〜５７３８、５７４１〜５７４８、５７５１〜５７５８、５７６１〜５７６８）と、４０個の２入力１出力の単位光合流素子（５６１１〜５６１５、５６２１〜５６２５、５６３１〜５６３５、５６４１〜５６４５、５６５１〜５６５５、５６６１〜５６６５、５６７１〜５６７５、５６８１〜５６８５）からなる。８個の単位光スイッチ素子５５１１、５５１２、５５１３、５５１４、５５１５、５５１６、５５１７、５５１８は縦列に接続され、さらに、各単位光スイッチ素子の出力ポートに消光比を向上させるためのゲート光スイッチ素子５７１１〜５７１８が接続されて、１入力８出力の光スイッチ５１１（符号は図示せず）を構成する。同様に、単位光スイッチ素子５５２１〜５５２８、５５３１〜５５３８、５５４１〜５５４８、５５５１〜５５５８、５５６１〜５５６８は各々縦列に接続され、さらに、各単位光スイッチ素子の出力ポートにゲート光スイッチ素子５７２１〜５７２８、５７３１〜５７３８、５７４１〜５７４８、５７５１〜５７５８、５７６１〜５７６８が接続されて、１入力８出力の光スイッチ５１２、５１３、５１４、５１５、５１６（符号は図示せず）を構成する。
【００６８】
５個の単位光合流素子５６１１、５６１２、５６１３、５６１４、５６１５は縦列に接続されて、６入力１出力の光合流器５３１（符号は図示せず）を構成する。同様に、単位光合流素子５６２１〜５６２５、５６３１〜５６３５、５６４１〜５６４５、５６５１〜５６５５、５６６１〜５６６５、５６７１〜５６７５、５６８１〜５６８５は各々縦列に接続されて、６入力１出力の光合流器５３２、５３３、５３４、５３５、５３６、５３７、５３８を構成する。
【００６９】
ここで、光合流器５３１の６本の各入力ポートから１本の出力ポートへ合流される光パワーの比が等しくなるようにするため、単位光合流素子５６１１、５６１２、５６１３、５６１４、５６１５の合流光パワー比は、それぞれ、１：１、２：１、３：１、４：１、５：１に設定される。この合流光パワー比は、マトリクス光スイッチの入力に近い単位光合流素子から順番に、１：１、２：１、・・・、（Ｍ−１）：１となることは明らかである。このような合流光パワー比を得るために、単位光合流素子として、方向性結合器や非対称Ｙ分岐などを用いることができる。単位光合流素子５６１２の２つの入力ポートのうち、合流光パワー比が大きい側が単位光合流素子５６１１の出力ポートに接続される。単位光合流素子５６１３の２つの入力ポートのうち、合流光パワー比が大きい側が単位光合流素子５６１２の出力ポートに接続される。以下、同様に、単位光合流素子５６１４、５６１５の２つの入力ポートのうち、合流光パワー比が大きい側がそれぞれ、単位光合流素子５６１３、５６１４の出力ポートに接続される。
【００７０】
光合流器５３２〜５３８を構成する単位光合流素子５６２１〜５６２５、５６３１〜５６３５、５６４１〜５６４５、５６５１〜５６５５、５６６１〜５６６５、５６７１〜５６７５、３６８１〜３６８５についても同様である。
【００７１】
光スイッチ５１１〜５１６の各入力は６本の外部入力ポート５０１〜５０６に接続され、光合流器５３１〜５３８の各出力は外部出力ポート５４１〜５４８に接続される。
【００７２】
図５に示すマトリクス光スイッチにおいて、光スイッチ５１１に含まれるゲート光スイッチ素子５７１１の出力ポートは、単位光合流素子５６２１の入力ポートに接続されている。また、ゲート光スイッチ素子５７１２は、その直後に単位光合流素子５６４１が配置されており、ゲート光スイッチ素子５７１２の出力ポートと単位光合流素子５６４１の入力ポートは、他の経路と交差することなく接続されている。同様に、ゲート光スイッチ素子５７１３の出力ポートと単位光合流素子５６６２の入力ポート、ゲート光スイッチ素子５７１４の出力ポートと単位光合流素子５６８２の入力ポート、ゲート光スイッチ素子５７１５の出力ポートと単位光合流素子５６７２の入力ポート、ゲート光スイッチ素子５７１６の出力ポートと単位光合流素子５６５３の入力ポート、ゲート光スイッチ素子５７１７の出力ポートと単位光合流素子５６３４の入力ポート、及びゲート光スイッチ素子５７１８の出力ポートと単位光合流素子５６１５の入力ポートは、いずれも他の経路と交差することなく接続されている。
【００７３】
光スイッチ５１２に含まれるゲート光スイッチ素子５７２１の出力ポートは、単位光合流素子５６１１の入力ポートに接続されている。また、ゲート光スイッチ素子５７２２は、その直後に単位光合流素子５６２１が配置されており、ゲート光スイッチ素子５７２２の出力ポートと単位光合流素子５６２１の入力ポートは、他の経路と交差することなく接続されている。同様に、ゲート光スイッチ素子５７２３の出力ポートと単位光合流素子５６４２の入力ポート、ゲート光スイッチ素子５７２４の出力ポートと単位光合流素子５６６３の入力ポート、ゲート光スイッチ素子５７２５の出力ポートと単位光合流素子５６８３の入力ポート、ゲート光スイッチ素子５７２６の出力ポートと単位光合流素子５６７３の入力ポート、ゲート光スイッチ素子５７２７の出力ポートと単位光合流素子５６５４の入力ポート、及びゲート光スイッチ素子５７２８の出力ポートと単位光合流素子５６３５の入力ポートは、いずれも他の経路と交差することなく接続されている。
【００７４】
以下、光スイッチ５１３〜５１６の各８本の出力ポートは、同様に、単位光合流素子と接続される。
【００７５】
このような構成により、各光スイッチの出力ポートは、交差した後に光合流器で合流するのではなく、単位光合流素子で合流した後に交差することになるので、マトリクス光スイッチ全体における交差の数を削減することができる。実際、図５の光スイッチにおいて、１つの経路における交差は高々１１ヶ所である。
【００７６】
なお、図５において、１個の出力が省略された１入力１出力の単位光スイッチ素子として図示されている、１入力２出力の５５１８、５５２８、５５３８、５５４８、５５５８、５５６８、及び、ゲート光スイッチ素子は、消光比を高めるために配しているものであり、これらがなくても、本願発明は基本的な動作をすることが可能である。これらの単位光スイッチ素子及びゲート光スイッチ素子は、１入力２出力の単位光スイッチ素子の消光比が不十分であっても、マトリクス光スイッチの消光比を高める効果がある。
【００７７】
また、第五の実施形態において、マトリクス光スイッチの外部入力ポートを外部出力ポートに、外部出力ポートを外部入力ポートに、光合流器を光分岐器に、単位光合流素子を単位光分岐素子に、それぞれおきかえても、同様にマトリクス光スイッチ全体における交差の数を削減することができることは明らかである。
【００７８】
（第六の実施形態）
【００７９】
本発明にかかるマトリクス光スイッチは、上記に説明したように単独で用いることもできるが、複数のマトリクス光スイッチを組み合わせて構成することもできる。
【００８０】
図６は、本発明の第六の実施形態を示す説明図であり、本発明の第五の実施形態による６入力８出力のマトリクス光スイッチ２個を組み合わせて、１２入力８出力のマトリクス光スイッチを構成した例を示す。
【００８１】
図６に示すマトリクス光スイッチは、２個の６入力８出力のマトリクス光スイッチ（６１１、６１２）と、８個の２入力１出力の光合流器６２１〜６２８からなり、光合流器６２１〜６２８の合流光パワー比は１：１である。
【００８２】
１番目の光合流器６２１の２本の入力ポートのうちの一方には、マトリクス光スイッチ６１１の８本の出力ポートのうち１番目の出力ポートが接続されており、また光合流器６２１の２本の入力ポートのうちの他方には、マトリクス光スイッチ６１２の８本の出力ポートのうち１番目の出力ポートが接続されている。
【００８３】
また、２番目の光合流器６２２の２本の入力ポートのうちの一方には、マトリクス光スイッチ６１１の８本の出力ポートのうち２番目の出力ポートが接続されており、また光合流器６２２の２本の入力ポートのうちの他方には、マトリクス光スイッチ６１２の８本の出力ポートのうち２番目の出力ポートが接続されている。
【００８４】
以下、同様に、３〜８番目の光合流器６２３〜６２８の２本の入力ポートのうちの一方には、各々、マトリクス光スイッチ６１１の８本の出力ポートのうち３〜８番目の出力ポートが接続されており、また光合流器６２３〜６２８の２本の入力ポートのうちの他方には、各々、マトリクス光スイッチ６１２の８本の出力ポートのうち３〜８番目の出力ポートが接続されている。
【００８５】
図６のように６入力８出力のマトリクス光スイッチを２個組み合わせて構成した場合、１２入力８出力のマトリクス光スイッチを単独で構成した場合に比べて、マトリクス光スイッチ６１１、６１２と、２入力１出力の光合流器６２１〜６２８との間に多数の交差が生じるものの、光合流器の種類が増加するのを抑制できるという利点がある。１２入力８出力のマトリクス光スイッチを単独で構成した場合には、合流光パワー比が１：１、１：２、．．．、１：１１の１１種類の光合流器が必要となるが、図６のように６入力８出力のマトリクス光スイッチを２個組み合わせて構成した場合は、必要な光合流器の種類は、合流光パワー比が１：１、１：２、．．．、１：５の５種類のみである。
【符号の説明】
【００８６】
１０１〜１０４：外部入力ポート
１１１〜１１４：１入力４出力の光スイッチ
１２１：交差部
１３１〜１３４：４入力１出力の光合流器
１４１〜１４４：外部出力ポート
２０１〜２０４：外部入力ポート
２１１〜２１４：１入力４出力の光スイッチ
２３１〜２３４：４入力１出力の光合流器
２４１〜２４４：外部出力ポート
２５１１〜２５１４、２５２１〜２５２４、２５３１〜２５３４、２５４１〜２５４４：１入力２出力の単位光スイッチ素子
２６１１〜２６１３、２６２１〜２６２３、２６３１〜２６３３、２６４１〜２６４３：２入力１出力の単位光合流素子
３０１〜３０８：外部入力ポート
３１１〜３１８：１入力８出力の光スイッチ
３３１〜３３８：８入力１出力の光合流器
３４１〜３４８：外部出力ポート
３５１１〜３５１８、３５２１〜３５２８、３５３１〜３５３８、３５４１〜３５４８、３５５１〜３５５８、３５６１〜３５６８、３５７１〜３５７８、３５８１〜３５８８：１入力２出力の単位光スイッチ素子
３６１１〜３６１７、３６２１〜３６２７、３６３１〜３６３７、３６４１〜３６４７、３６５１〜３６５７、３６６１〜３６６７、３６７１〜３６７７、３６８１〜３６８７：２入力１出力の単位光合流素子
３７１１〜３７１８、３７２１〜３７２８、３７３１〜３７３８、３７４１〜３７４８、３７５１〜３７５８、３７６１〜３７６８、３７７１〜３７７８、３７８１〜３７８８：１入力１出力のゲート光スイッチ素子
４０１、４０２：入力ポート
４１１、４１２：出力ポート
４１：シリコン基板
４２：クラッド層
４３１、４３２：埋め込みコア部
４４１、４４２：薄膜ヒータ
４５１、４５２、４５３：断熱溝
４６１、４６２：方向性結合器
５０１〜５０６：外部入力ポート
５１１〜５１６：１入力８出力の光スイッチ
５３１〜５３８：６入力１出力の光合流器
５４１〜５４８：外部出力ポート
５５１１〜５５１８、５５２１〜５５２８、５５３１〜５５３８、５５４１〜５５４８、５５５１〜５５５８、５５６１〜５５６８：１入力２出力の単位光スイッチ素子
５６１１〜５６１５、５６２１〜５６２５、５６３１〜５６３５、５６４１〜５６４５、５６５１〜５６５５、５６６１〜５６６５、５６７１〜５６７５、５６８１〜５６８５：２入力１出力の単位光合流素子
５７１１〜５７１８、５７２１〜５７２８、５７３１〜５７３８、５７４１〜５７４８、５７５１〜５７５８、５７６１〜５７６８：１入力１出力のゲート光スイッチ素子
６０１〜６１２：外部入力ポート
６１１、６１２：６入力８出力の光スイッチ
６２１〜６２８：２入力１出力の光合流器
６３１〜６３８：外部出力ポート
【図１】
2012111316.tif 000003
【図２】
2012111316.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
2012111316.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月12日(2014.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明は、単一の基板上に形成された、Ｍ入力Ｎ出力のマトリクス光スイッチの形態の導波路型光スイッチであって、前記Ｍと前記Ｎとは、相異なる３以上の整数であり、マトリクス光スイッチは、Ｍ個の１入力Ｎ出力の光スイッチと、Ｎ個のＭ入力１出力の光合流器とから構成されており、マトリクス光スイッチのａ番目（ａは１以上Ｍ以下の整数）の入力は、ａ番目の１入力Ｎ出力の光スイッチの入力から構成されており、マトリクス光スイッチのｂ番目（ｂは１以上Ｎ以下の整数）の出力は、ｂ番目のＭ入力１出力の光合流器の出力から構成されており、光スイッチの各々は、（Ｎ−１）個の１入力２出力の単位光スイッチ素子から構成されており、光合流器の各々は、（Ｍ−１）個の２入力１出力の単位光合流素子から構成されており、光スイッチにおいて、１番目の単位光スイッチ素子の入力は、光スイッチの入力を構成し、ｉ番目（ｉは１以上（Ｎ−２）以下の整数）の単位光スイッチ素子の出力の内の一方は（ｉ＋１）番目の単位光スイッチ素子の入力に接続し、ｉ番目の単位光スイッチ素子の出力の内の他方は光スイッチのｉ番目の出力を構成し、且つ（Ｎ−１）番目の単位光スイッチ素子の２つの出力は、光スイッチの（Ｎ−１）番目の出力及びＮ番目の出力を構成し、光合流器において、１番目の単位光合流素子の２つの入力は、光合流器の１番目の入力及び２番目の入力を構成し、ｊ番目（ｊは２以上（Ｍ−１）以下の整数）の単位光合流素子の入力の内の一方は（ｊ−１）番目の単位光合流素子の出力に接続し、ｊ番目の単位光合流素子の入力の内の他方は光合流器の（ｊ＋１）番目の入力を構成し、且つ（Ｍ−１）番目の単位光合流素子の出力は、光合流器の出力を構成し、マトリクス光スイッチにおいて、光スイッチのうちｐ番目の光スイッチ（ｐは１以上Ｍ以下の整数）と光合流器のうちｑ番目の光合流器（ｑは１以上Ｎ以下の整数）とは、ｐ番目の光スイッチのいずれかの出力とｑ番目の光合流器のいずれかの入力との間で接続され、接続において、ｐ番目の光スイッチのいずれかの出力がｋ番目（ｋは１以上Ｎ以下の整数）の出力である場合、ｑ番目の光合流器のいずれかの入力がｋ番目の入力であり、且つ接続において、ｋが２以上（Ｎ−１）以下の場合、ｐ番目の光スイッチのｋ番目の出力を構成する単位光スイッチ素子の出力と、ｑ番目の光合流器のｋ番目の入力を構成する単位光合流素子の入力との間の接続に、導波路交差が含まれないことを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明は、単一の基板上に形成された、Ｎ入力Ｍ出力のマトリクス光スイッチの形態の導波路型光スイッチであって、前記Ｎと前記Ｍとは、相異なる３以上の整数であり、マトリクス光スイッチは、Ｎ個の１入力Ｍ出力の光分岐器と、Ｍ個のＮ入力１出力の光スイッチとから構成されており、マトリクス光スイッチのａ番目（ａは１以上Ｎ以下の整数）の入力は、ａ番目の１入力Ｍ出力の光分岐器の入力から構成されており、マトリクス光スイッチのｂ番目（ｂは１以上Ｍ以下の整数）の出力は、ｂ番目のＮ入力１出力の光スイッチの出力から構成されており、光分岐器の各々は、（Ｍ−１）個の１入力２出力の単位光分岐素子から構成されており、光スイッチの各々は、（Ｎ−１）個の２入力１出力の単位光スイッチ素子から構成されており、光分岐器において、１番目の単位光分岐素子の入力は、光分岐器の入力を構成し、ｉ番目（ｉは１以上（Ｍ−２）以下の整数）の単位光分岐素子の出力の内の一方は（ｉ＋１）番目の単位光分岐素子の入力に接続し、ｉ番目の単位光分岐素子の出力の内の他方は光分岐器のｉ番目の出力を構成し、且つ（Ｍ−１）番目の単位光分岐素子の２つの出力は、光分岐器の（Ｍ−１）番目の出力及びＭ番目の出力を構成し、光スイッチにおいて、１番目の単位光スイッチ素子の２つの入力は、光スイッチの１番目の入力及び２番目の入力を構成し、ｊ番目（ｊは２以上（Ｎ−１）以下の整数）の単位光スイッチ素子の入力の内の一方は（ｊ−１）番目の単位光スイッチ素子の出力に接続し、ｊ番目の単位光スイッチ素子の入力の内の他方は光スイッチの（ｊ＋１）番目の入力を構成し、且つ（Ｎ−１）番目の単位光スイッチ素子の出力は、光スイッチの出力を構成し、マトリクス光スイッチにおいて、光分岐器のうちｐ番目の光分岐器（ｐは１以上Ｎ以下の整数）と光スイッチのうちｑ番目の光スイッチ（ｑは１以上Ｍ以下の整数）とは、ｐ番目の光分岐器のいずれかの出力とｑ番目の光スイッチのいずれかの入力との間で接続され、接続において、ｐ番目の光分岐器のいずれかの出力がｋ番目（ｋは１以上Ｎ以下の整数）の出力である場合、ｑ番目の光スイッチのいずれかの入力がｋ番目の入力であり、且つ接続において、ｋが２以上（Ｍ−１）以下の場合、ｐ番目の光分岐器のｋ番目の出力を構成する単位光分岐素子の出力と、ｑ番目の光スイッチのｋ番目の入力を構成する単位光スイッチ素子の入力との間の接続に、導波路交差が含まれないことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の基板上に形成された、Ｍ入力Ｎ出力のマトリクス光スイッチの形態の導波路型光スイッチであって、
前記Ｍと前記Ｎとは、相異なる３以上の整数であり、
前記マトリクス光スイッチは、Ｍ個の１入力Ｎ出力の光スイッチと、Ｎ個のＭ入力１出力の光合流器とから構成されており、
前記マトリクス光スイッチのａ番目（ａは１以上Ｍ以下の整数）の入力は、ａ番目の前記１入力Ｎ出力の光スイッチの入力から構成されており、
前記マトリクス光スイッチのｂ番目（ｂは１以上Ｎ以下の整数）の出力は、ｂ番目の前記Ｍ入力１出力の光合流器の出力から構成されており、
前記光スイッチの各々は、（Ｎ−１）個の１入力２出力の単位光スイッチ素子から構成されており、
前記光合流器の各々は、（Ｍ−１）個の２入力１出力の単位光合流素子から構成されており、
前記光スイッチにおいて、
１番目の前記単位光スイッチ素子の入力は、前記光スイッチの入力を構成し、
ｉ番目（ｉは１以上（Ｎ−２）以下の整数）の前記単位光スイッチ素子の出力の内の一方は（ｉ＋１）番目の前記単位光スイッチ素子の入力に接続し、ｉ番目の前記単位光スイッチ素子の出力の内の他方は前記光スイッチのｉ番目の出力を構成し、且つ
（Ｎ−１）番目の前記単位光スイッチ素子の２つの出力は、前記光スイッチの（Ｎ−１）番目の出力及びＮ番目の出力を構成し、
前記光合流器において、
１番目の前記単位光合流素子の２つの入力は、前記光合流器の１番目の入力及び２番目の入力を構成し、
ｊ番目（ｊは２以上（Ｍ−１）以下の整数）の前記単位光合流素子の入力の内の一方は（ｊ−１）番目の前記単位光合流素子の出力に接続し、ｊ番目の前記単位光合流素子の入力の内の他方は前記光合流器の（ｊ＋１）番目の入力を構成し、且つ
（Ｍ−１）番目の前記単位光合流素子の出力は、前記光合流器の出力を構成し、
前記マトリクス光スイッチにおいて、
前記光スイッチのうちｐ番目の光スイッチ（ｐは１以上Ｍ以下の整数）と前記光合流器のうちｑ番目の光合流器（ｑは１以上Ｎ以下の整数）とは、前記ｐ番目の光スイッチのいずれかの出力と前記ｑ番目の光合流器のいずれかの入力との間で接続され、
前記接続において、前記ｐ番目の光スイッチのいずれかの出力がｋ番目（ｋは１以上Ｎ以下の整数）の出力である場合、前記ｑ番目の光合流器のいずれかの入力がｋ番目の入力であり、且つ
前記接続において、ｋが２以上（Ｎ−１）以下の場合、前記ｐ番目の光スイッチのｋ番目の出力を構成する前記単位光スイッチ素子の出力と、前記ｑ番目の光合流器のｋ番目の入力を構成する前記単位光合流素子の入力との間の接続に、導波路交差が含まれない、
ことを特徴とする導波路型光スイッチ。
【請求項２】
前記光合流器における１番目の前記単位光合流素子の２つの入力端子の合流光パワー比は、１：１であり、
ｊ番目（ｊは２以上（Ｍ−１）以下の整数）の前記単位光合流素子の光スイッチの入力につながる入力端子と他の前記単位光合流素子につながる入力端子の合流光パワー比は、１：ｊである
ことを特徴とする、請求項１に記載の導波路型光スイッチ。
【請求項３】
単一の基板上に形成された、Ｎ入力Ｍ出力のマトリクス光スイッチ（Ｍ，Ｎは３以上の整数）の形態の導波路型光スイッチであって、
前記Ｎと前記Ｍとは、相異なる３以上の整数であり、
前記マトリクス光スイッチは、Ｎ個の１入力Ｍ出力の光分岐器と、Ｍ個のＮ入力１出力の光スイッチとから構成されており、
前記マトリクス光スイッチのａ番目（ａは１以上Ｎ以下の整数）の入力は、ａ番目の前記１入力Ｍ出力の光分岐器の入力から構成されており、
前記マトリクス光スイッチのｂ番目（ｂは１以上Ｍ以下の整数）の出力は、ｂ番目の前記Ｎ入力１出力の光スイッチの出力から構成されており、
前記光分岐器の各々は、（Ｍ−１）個の１入力２出力の単位光分岐素子から構成されており、
前記光スイッチの各々は、（Ｎ−１）個の２入力１出力の単位光スイッチ素子から構成されており、
前記光分岐器において、
１番目の前記単位光分岐素子の入力は、前記光分岐器の入力を構成し、
ｉ番目（ｉは１以上（Ｍ−２）以下の整数）の前記単位光分岐素子の出力の内の一方は（ｉ＋１）番目の前記単位光分岐素子の入力に接続し、ｉ番目の前記単位光分岐素子の出力の内の他方は前記光分岐器のｉ番目の出力を構成し、且つ
（Ｍ−１）番目の前記単位光分岐素子の２つの出力は、前記光分岐器の（Ｍ−１）番目の出力及びＭ番目の出力を構成し、
前記光スイッチにおいて、
１番目の前記単位光スイッチ素子の２つの入力は、前記光スイッチの１番目の入力及び２番目の入力を構成し、
ｊ番目（ｊは２以上（Ｎ−１）以下の整数）の前記単位光スイッチ素子の入力の内の一方は（ｊ−１）番目の前記単位光スイッチ素子の出力に接続し、ｊ番目の前記単位光スイッチ素子の入力の内の他方は前記光スイッチの（ｊ＋１）番目の入力を構成し、且つ
（Ｎ−１）番目の前記単位光スイッチ素子の出力は、前記光スイッチの出力を構成し、
前記マトリクス光スイッチにおいて、
前記光分岐器のうちｐ番目の光分岐器（ｐは１以上Ｎ以下の整数）と前記光スイッチのうちｑ番目の光スイッチ（ｑは１以上Ｍ以下の整数）とは、前記ｐ番目の光分岐器のいずれかの出力と前記ｑ番目の光スイッチのいずれかの入力との間で接続され、
前記接続において、前記ｐ番目の光分岐器のいずれかの出力がｋ番目（ｋは１以上Ｍ以下の整数）の出力である場合、前記ｑ番目の光スイッチのいずれかの入力がｋ番目の入力であり、且つ
前記接続において、ｋが２以上（Ｍ−１）以下の場合、前記ｐ番目の光分岐器のｋ番目の出力を構成する前記単位光分岐素子の出力と、前記ｑ番目の光スイッチのｋ番目の入力を構成する前記単位光スイッチ素子の入力との間の接続に、導波路交差が含まれない
ことを特徴とする導波路型光スイッチ。
【請求項４】
前記光分岐器における（Ｍ−１）番目の前記単位光分岐素子の２つの出力端子の分岐光パワー比は、１：１であり、
ｉ番目（ｉは１以上（Ｍ−２）以下の整数）の前記単位光分岐素子の光スイッチの出力につながる出力端子と他の前記単位光分岐素子につながる出力端子の分岐光パワー比は、１：（Ｍ−ｉ）である
ことを特徴とする、請求項３に記載の導波路型光スイッチ。
【国際調査報告】
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2012111316.tif 000011
2012111316.tif 000012
2012111316.tif 000013