(57)【要約】【課題】光スイッチから出力される光の出力強度を一定に調整可能な光スイッチ素子を提供する。【解決手段】入力された光を２以上の整数Ｎ個に分岐して出力する光カプラ１１２と、光カプラ１１２の出力側に接続されたＮ個の分岐光導波路１１３と、Ｎ個の分岐光導波路１１３のそれぞれに接続されるＮ個の光吸収ゲート１１４と、Ｎ個の光吸収ゲート１１４にそれぞれ接続されたＮ個の出力光導波路１１５とが順に接続して構成された光スイッチ素子において、出力光導波路１１５から出力される透過光の出力強度を、光吸収ゲート１１４の光吸収効果または光増幅効果により予め求めた損失量に基づいて調整するように、Ｎ個の光吸収ゲート１１４をそれぞれ制御するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光を２以上の整数Ｎ個に分岐して出力する光カプラと、前記光カプラの出力側に接続されたＮ個の分岐光導波路と、Ｎ個の前記分岐光導波路のそれぞれに接続されるＮ個の光吸収ゲートと、Ｎ個の前記光吸収ゲートにそれぞれ接続されたＮ個の出力光導波路とが順に接続して構成された光スイッチ素子において、
Ｎ個の前記光吸収ゲートは、前記出力光導波路から出力される透過光の出力強度を、当該光吸収ゲートの光吸収効果または光増幅効果により予め求めた損失量に基づいて調整するようにそれぞれ制御される
ことを特徴とする光スイッチ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光スイッチ素子において、
前記光カプラに替えて、ＭＺＩによる干渉効果を利用して前記入力された光を２以上の整数Ｎ個に分岐して出力する構造を備える
ことを特徴とする光スイッチ素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光スイッチ素子において、
Ｎ個の前記出力光導波路により光回路が構成されてそれぞれの前記出力光導波路が異なる損失量を有し、
Ｎ個の前記光吸収ゲートは、前記出力光導波路から出力される透過光の出力強度を、当該光吸収ゲートの光吸収効果または光増幅効果により前記出力光導波路毎に異なる損失量に応じて調整するようにそれぞれ制御される
ことを特徴とする光スイッチ素子。
【請求項４】
請求項３に記載の光スイッチ素子において、
Ｎ個の前記出力光導波路のうちの損失量がより小さい一部の前記出力光導波路の損失量を増大させる損失媒体を備える
ことを特徴とする光スイッチ素子。
【請求項５】
請求項４に記載の光スイッチ素子において、
前記損失媒体は、導波路交差による損失を疑似的に発生させる疑似交差である
ことを特徴とする光スイッチ素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光スイッチ素子において、
前記光吸収ゲートは電界吸収型変調器である
ことを特徴とする光スイッチ素子。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光スイッチ素子において、
前記光吸収ゲートは半導体光増幅器である
ことを特徴とする光スイッチ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大容量光通信ネットワークを支えるための重要な光部品である光スイッチ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多様なネットワークサービスの進展によって、通信トラフィックは急激に増大しており、波長多重化技術による伝送容量の拡張や帯域利用効率の高い位相変調、多値変調の検討が進み、高度化された多種多様な大容量光通信が光通信ネットワーク上で転送されている。
【０００３】
光通信ネットワークは複数のリンク及びノードで構成されており、それぞれにおいて高速、大容量通信に向けた研究開発が行われている。リンクでは信号の高速化や波長の多重化などが進む一方、ノードでは効率的な通信トラフィックを実現すべく、ノード間を接続する経路を柔軟に変更する技術が重要とされている。例えば、伝送されてきた光信号をノードの入力端で一旦、光／電気変換し、電気信号をスイッチングして、ノードの出力端で再度、電気／光変換して伝送する技術が知られている。この場合、光／電気変換や電気信号の高速スイッチングで多くの電力を消費する。
【０００４】
これに対して、ノード内に光スイッチを配置し、光信号を電気信号に変換することなくスイッチングする技術も研究開発されている。この場合には光スイッチで光信号をそのままスイッチングして経路を変更するため、光／電気変換や電気信号の高速スイッチングが不要となり、高速な光信号を低遅延、低消費電力でスイッチングすることができる。
【０００５】
このような光スイッチとしては、平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）上に構成した熱光学（ＴＯ）スイッチ、ＩｎＰ系の電界吸収型光変調器（Electroabsorption modulator：ＥＡＭ）、マッハツェンダ干渉計（Mach-Zehnder Interferometer：ＭＺＩ）や半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）を用いたスイッチ、ＬｉＮｂＯ3系の位相変調器型のスイッチなどが研究開発されている。
【０００６】
例えば非特許文献１には、ＰＬＣ上に光スイッチを構成した例が提案されている。
非特許文献１にも示されているように、Ｎ×Ｎ光スイッチの主な構成としては、例えばＮ個の１×Ｎ光スイッチとＮ個のＮ×１光スイッチを接続する構成が考えられる（ただし、Ｎは正の整数）。
【０００７】
図９に一例として従来のＮ×Ｎ光スイッチ７０を示す。図９に示すように、従来のＮ×Ｎ光スイッチ７０は、Ｎ個の入力側１×Ｎ光スイッチ７１と、Ｎ個の出力側Ｎ×１光スイッチ７２とを備えて構成されている。
【０００８】
この従来のＮ×Ｎ光スイッチ７０において、入力ポートより入力された光パケットは、入力側１×Ｎ光スイッチ７１により、所望の出力ポートに接続された出力側Ｎ×１光スイッチ７２に向けて出力される。これによって他ポートの接続状態によらず任意の接続が可能な、ノンブロッキング型のＮ×Ｎ光スイッチを実現することができる。
【０００９】
ここで、入力側１×Ｎ光スイッチ７１を構成する従来技術として、例えば特許文献１において２×２光スイッチ素子が提案されている。図１０に従来の２×２光スイッチ素子の斜視図を示す。図１０の２×２光スイッチ素子は、方向性結合器型の光スイッチ素子であり、ｎ−ＩｎＰ基板６上に、光入力部Ｉ、光スイッチ部ＩＩ、光出力部ＩＩＩおよび光吸収部ＩＶを設けた構成となっている。
【００１０】
より詳細に説明すると、図１０に示す従来の２×２光スイッチ素子は、ｎ−ＩｎＰ基板６上に、ｉ−ＭＱＷ層５、ｉ−ＩｎＰクラッド層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層３が順に積層された構造を有している。ｐ−ＩｎＰクラッド層３は、図１０に示すように、細線状に形成されている。さらに、光スイッチ部ＩＩの一方のｐ−ＩｎＰクラッド層３上、および光吸収部ＩＶの両方のｐ−ＩｎＰクラッド層３上には、ｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層２およびｐ型電極１が順に形成されている。ｎ−ＩｎＰ基板６の裏面にはｎ型電極７が形成されている。なお、図１０中のＡ，Ｂは入力ポート、Ｃ，Ｄは出力ポートである。
【００１１】
光パケットなどの入力信号光は、ｉ−ＭＱＷ層５内の、細線状に形成されたｐ−ＩｎＰクラッド層３の下部に位置する部分を導波する。以下、光入力部Ｉ，光スイッチ部ＩＩ，光出力部ＩＩＩおよび光吸収部ＩＶに設けたｐ−ＩｎＰクラッド層３の下部に位置するｉ−ＭＱＷ層５を、それぞれ入力光導波路、光スイッチ導波路、出力光導波路および光吸収導波路と呼ぶこととする。
【００１２】
入力信号光は、いずれか一方の入力光導波路に入力され、光スイッチ導波路に導かれる。光スイッチ導波路では、光スイッチ部ＩＩに設けたｐ型電極１とｎ型電極７との間に所望の電圧を印加することにより、例えば多重量子井戸（Multiple Quantum Well：ＭＱＷ）構造に起因する量子井戸閉じ込め効果（Quantum Confined Stark Effect：ＱＣＳＥ）により、ｐ型電極１下方の光スイッチ導波路の屈折率を変えることで、いずれか一方の光スイッチ導波路からのみ信号光を出力する。すなわち、光路切り替えを行う。光吸収部ＩＶでは、信号光が入力された光吸収導波路と異なる光吸収導波路に設けたｐ型電極１と、ｎ型電極７との間に、所望の電界が印加される。これにより、光スイッチ導波路から漏れ出たクロストーク光は光吸収導波路で吸収される一方、光スイッチ導波路から出力された信号光は出力光導波路へ導かれる。このように、特許文献１では、光吸収部ＩＶを備えることにより、光スイッチ導波路からの漏れ光の影響を低減可能な光スイッチ素子を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平６−５９２９４号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】T. Watanabe他著、「Silica-based PLC 1×128 Thermo-Optic Switch」、27th European Conference on Optical Communication (ECOC)、2001年、Vol. 2、pp. 134-135
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ノードにおいて光スイッチを適用させる場合、リンクを流れる光信号を電気信号に変換することなく転送する運用が考えられる。この際、光スイッチデバイスの形態やポート数などにもよるが、ほとんどの場合デバイスの出力ポートに至る経路で光の損失を発生させる。ノードでは、スイッチング後にデバイスで発生した光の損失を補償するため、ファイバアンプ（Erubium doped fiber ampilifier：ＥＤＦＡ）や半導体光増幅器（ＳＯＡ）などに代表される増幅デバイスを用いる。
【００１６】
光スイッチのＮ×Ｎ構成例としては、図９に示したスパンク型以外にも特許文献１に記載のベネス型やクロスバー型やバンヤン型など様々な形態で実現されている。Ｎ×Ｎ光スイッチにおいては、スイッチングされる出力ポートによって通過するスイッチング要素の通過回数が異なる場合や、通過する導波路長が異なる場合だけでなく、作製誤差やウェハの状態などによって、各出力ポート間の損失量に差が発生するため、光スイッチから出力される光の出力強度にばらつきを生じる。上述のとおり、ノードに適用させた光スイッチでは、増幅デバイスを用いて光スイッチ通過後に一定の光増幅を与えることが望ましいが、各出力ポート間に損失差がある場合、利得を一定とした増幅では光スイッチから出力される光の出力強度のばらつきを解消できないという問題があった。
【００１７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光スイッチから出力される光の出力強度を一定に調整可能な光スイッチ素子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】
【００１８】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る光スイッチ素子は、
入力された光を２以上の整数Ｎ個に分岐して出力する光カプラと、前記光カプラの出力側に接続されたＮ個の分岐光導波路と、Ｎ個の前記分岐光導波路のそれぞれに接続されるＮ個の光吸収ゲートと、Ｎ個の前記光吸収ゲートにそれぞれ接続されたＮ個の出力光導波路とが順に接続して構成された光スイッチ素子において、
Ｎ個の前記光吸収ゲートは、前記出力光導波路から出力される透過光の出力強度を、当該光吸収ゲートの光吸収効果または光増幅効果により予め求めた損失量に基づいて調整するようにそれぞれ制御される
ことを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る光スイッチ素子は、
第１の発明に係る光スイッチ素子において、
前記光カプラに替えて、ＭＺＩによる干渉効果を利用して前記入力された光を２以上の整数Ｎ個に分岐して出力する構造を備える
ことを特徴とする。
【００２０】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る光スイッチ素子は、
第１または第２の発明に係る光スイッチ素子において、
Ｎ個の前記出力光導波路により光回路が構成されてそれぞれの前記出力光導波路が異なる損失量を有し、
Ｎ個の前記光吸収ゲートは、前記出力光導波路から出力される透過光の出力強度を、当該光吸収ゲートの光吸収効果または光増幅効果により前記出力光導波路毎に異なる損失量に応じて調整するようにそれぞれ制御される
ことを特徴とする。
【００２１】
上記の課題を解決するための第４の発明に係る光スイッチ素子は、
第３の発明に係る光スイッチ素子において、
Ｎ個の前記出力光導波路のうちの損失量がより小さい一部の前記出力光導波路の損失量を増大させる損失媒体を備える
ことを特徴とする。
【００２２】
上記の課題を解決するための第５の発明に係る光スイッチ素子は、
第４の発明に係る光スイッチ素子において、
前記損失媒体は、導波路交差による損失を疑似的に発生させる疑似交差である
ことを特徴とする。
【００２３】
上記の課題を解決するための第６の発明に係る光スイッチ素子は、
第１から第５のいずれか１つの発明に係る光スイッチ素子において、
前記光吸収ゲートは電界吸収型変調器である
ことを特徴とする。
【００２４】
上記の課題を解決するための第７の発明に係る光スイッチ素子は、
第１から第５のいずれか１つの発明に係る光スイッチ素子において、
前記光吸収ゲートは半導体光増幅器である
ことを特徴とする光スイッチ素子。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る光スイッチ素子によれば、光スイッチから出力される光の出力強度を一定に調整することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る１×２の分配選択型光スイッチを示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る分配選択型光スイッチの光導波路構造を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る分配選択型光スイッチの光吸収ゲートにおける印加電圧と消光比との関係を示すグラフである。
【図４】ＭＺＩ型光スイッチの例を示す構成図である。
【図５】本発明の実施例１に係る４×４の分配選択型光スイッチを示す構成図である。
【図６】本発明の実施例２に係る４×４の分配選択型光スイッチを示す構成図である。
【図７】本発明の実施例３に係る４×４の分配選択型光スイッチを示す構成図である。
【図８】本発明の実施例４に係る４×４の分配選択型光スイッチを示す構成図である。
【図９】従来のＮ×Ｎ光スイッチの例を示す構成図である。
【図１０】従来の２×２光スイッチ素子の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の光スイッチ素子は、入力光導波路と、入力光導波路に接続され入力された光を２以上の整数Ｎ個に分岐して出力する光カプラと、この光カプラの出力側に接続されたＮ個の分岐光導波路と、Ｎ個の分岐光導波路のそれぞれに接続された光吸収ゲートと、Ｎ個の光吸収ゲートにそれぞれ接続されたＮ個の出力光導波路とが順に接続して構成され、Ｎ個の前記光吸収ゲートが、出力光導波路から透過光を出力させる際に、当該光吸収ゲートの光吸収効果または光増幅効果により出力光導波路から出力される透過光の出力強度を予め求めた損失量に基づいて調整するようにそれぞれ制御されるものである。
より具体的には、前記光吸収ゲートとして電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）や半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用い、光を出力させるポートに対応して設けられたＥＡＭ／ＳＯＡに対して、印加される電圧／注入される電流により光の透過率を調整し、各ポート間の損失量の差を踏まえて、各ポートから出力される光の出力強度が一定となるように制御するものである。
【００２８】
このような特徴を備えることにより、本発明では、光スイッチ素子から出力される光の出力強度のバラつきを抑制し、一定に調整することが可能になるという効果を奏する。
【００２９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る光スイッチ素子について説明する。
本実施形態では、１×Ｎ光スイッチのスイッチング機構として、図１に示す分配選択型光スイッチ（光スイッチ素子）１１を採用する。
【００３０】
図１に示すように、分配選択型光スイッチ１１は、１個の入力ポート１１Ａと２個の出力ポート１１Ｂを有し、入力光導波路１１１と、入力光導波路１１１に接続され入力光を２個に分岐する１×２光カプラ１１２と、１×２光カプラ１１２の出力側に接続された２個の分岐光導波路１１３と、２個の分岐光導波路１１３にそれぞれ接続された２個の光吸収ゲート１１４と、２個の光吸収ゲート１１４にそれぞれ接続された２個の出力光導波路１１５とを含んで構成されている。１×２光カプラ１１２としてはマルチモード干渉（Multi-Mode Interference：ＭＭＩ）光カプラを用い、光吸収ゲート１１４としてはＥＡＭを用いる。なお、光吸収ゲート１１４としては、ＥＡＭに代えてＳＯＡを採用することもできる。
【００３１】
この分配選択型光スイッチ１１は、後で詳述する図２に示すような光導波路構造を有している。
【００３２】
光吸収ゲート１１４では、後述するｎ−ＩｎＰ基板１０６に設けたｎ極電極１０７は接地し（電位＝０Ｖ）、光吸収ゲート１１４に設けたｐ形電極１０１にマイナス電圧を印加すると、フランツケルディッシュ（Franz-Keldysh：ＦＫ）効果により、ＩｎＧａＡｓＰコア層１０４における吸収端がシフトし、光吸収ゲート１１４を伝搬する信号光波長での吸収係数が増加する。このようにして、光吸収ゲート１１４への印加電圧を制御することにより、出力不要な一方の出力ポート１１Ｂの光を一方の光吸収ゲート１１４で吸収し、他方の出力ポート１１Ｂからのみ光を出力させるスイッチングが可能になる。
【００３３】
分配選択型光スイッチ１１における光吸収ゲート１１４では、図３に示すように、印加電圧−３Ｖで消光比２０ｄＢ以上、印加電圧−７Ｖで消光比４０ｄＢ以上を得ることができる。
【００３４】
このような分配選択型光スイッチ１１の場合、１×２のスイッチングだけでなく分岐数を増やすことで１×Ｎのスイッチングを実現することができる。
【００３５】
また、上述した１×２光カプラ１１２に替えて図４に示すようなＭＺＩによる干渉効果を利用したスイッチング機構（以下、ＭＺＩ型光スイッチと称する）を導入してもよい。なお、図４において図２に示したものと同一の作用を奏するものには同一の符号を付している。
【００３６】
図４に示すＭＺＩ型光スイッチ２１２では、１×２光カプラ２１２ａによって入力光を２個に分岐させ、２分岐された入力光が、２個の光導波路２１２ｂ間の位相差を受けた後に、２×２光カプラ２１２ｃによって結合される。すると干渉効果により、２個の光導波路２１２ｂ間の位相差が±ｎπ（ただし、ｎは整数）であれば２個の分岐光導波路１１３のうちの一方の分岐光導波路１１３から光が出力され、±（２ｎ＋１）π／２であれば、２個の分岐光導波路１１３のうちの他方の分岐光導波路１１３から光が出力される。従って、一方の光導波路２１２ｂに位相変調領域を設けて位相を制御すれば、２×２のスイッチング動作が得られる。なお、図４に示す例において、１×２光カプラ２１２ａ、２×２光カプラ２１２ｃにはＭＭＩ光カプラを用いる。
【００３７】
ここで、位相変調を得るには一方の光導波路２１２ｂの屈折率を変化させれば良い。具体的には、ＩｎＰ系の光導波路では、一方の光導波路２１２ｂ上に設けた制御電極２１２ｄへの電圧印加によるＦＫ効果や量子井戸閉じ込め効果もしくは電流注入によるプラズマ効果を用いて光導波路２１２ｂの屈折率を変化させ、ＬＮ系の光導波路では、制御電極２１２ｄへの電圧印加によるポッケルス効果を用いて光導波路２１２ｂの屈折率を変化させれば、スイッチング動作を行うことができる。また、光強度を２等分するＭＭＩ光カプラとしては方向性結合器などを用いても良い。
【００３８】
このようなＭＺＩ型光スイッチ２１２の場合、１段のＭＺＩだけでなく、ツリー状に複数段のＭＺＩとすることで１×Ｎのスイッチングを実現することができる。
【００３９】
次に、図１に示す前記光スイッチデバイスの作製方法について説明する。
図２に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１０６上に、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１０５、１．４Ｑ組成０．３μｍ膜厚のバルクｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層１０４、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１０３、ｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０２を、有機金属気相成長法（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）により成長させる。次いで、フォトリソグラフィとドライエッチングとにより、ハイメサ光導波路構造を有する入力光導波路１１１、１×２光カプラ１１２、分岐光導波路１１３、光吸収ゲート１１４、および出力光導波路１１５を一括形成する。光導波路構造を形成後、局所領域への埋め込みが可能で平坦化に優れた有機材料であるベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene：ＢＣＢ）をスピンコートにより塗布し、Ｏ2/Ｃ2Ｆ6混合ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により基板表面が露出するまでエッチバックし、基板表面を平坦化する。最後に、光吸収ゲート１１４、さらに１×２カプラ１１１のｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０２上にｐ形電極１０１を形成し、ｎ−ＩｎＰ基板１０６裏面ないし同基板１０６の光導波路構造が形成されていない領域にｎ型電極１０７を形成する。以上に説明したように、ＭＯＶＰＥ成長および光導波路構造の形成を一括に行う。また、従来の光スイッチ素子と異なり、１×２光カプラ１１２と光吸収ゲート１１４間で、ｎ−ＩｎＰ上部クラッド層１０５およびｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０２を除去するプロセスが不要となる。ゆえに、製作方法が簡便で、光学的特性を劣化させることなく、かつ、極めて低い光クロストークを有する光スイッチ素子を提供することができるようになる。１×２光カプラ１１２に代えて、図４に示すＭＺＩ型光スイッチ２１２を適用する場合でも同様である。
【００４０】
本実施形態では、膜厚０．３μｍ、幅１．５μｍの１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰコア層１０４を用いている。これらの設計値は、分配選択型光スイッチ１１の光学的特性を決める重要なパラメータとなる。
【００４１】
入力信号光波長がたとえば１．５３μｍから１．５７μｍで動作し、低損失、高速、かつ低消費電力な動作を実現するためには、下記の条件が満たされることが好ましい。
１）ＩｎＧａＡｓＰコア層１０４の厚さは、入力信号光に対してシングルモード導波条件で、かつＩｎＧａＡｓＰコア層１０４への十分な光閉じ込めを有する条件であり、０．１μｍ〜０．４μｍの範囲が望ましい。
２）ＩｎＧａＡｓＰコア層１０４の幅は、入力信号光に対してシングルモード導波条件であり、０．８μｍ〜３μｍの範囲が望ましい。
３）ＩｎＧａＡｓＰコア層１０４の組成は１．３Ｑ〜１．５Ｑで、各電極長はＥＡＭの場合１００μｍ〜２０００μｍ、ＭＺＩの場合５０μｍ〜１０００μｍの範囲が望ましい。
【００４２】
本実施形態における分配選択型光スイッチ１１では、光吸収ゲート１１４のＩｎＧａＡｓＰコア層１０４としてバルク層を用いるように説明してきたが、ＭＱＷ構造としてもよい。その場合は、量子井戸閉じ込め効果により高効率に消光できるようになる。また、光導波路構造をハイメサ光導波路構造としているが、それ以外の構造、例えばリッジ型光導波路構造として作製してもよい。あるいはＩｎＧａＡｓＰコア層１０４の両横が半導体で埋め込まれた埋め込み型光導波路構造やリブ型光導波路構造などであってもよい。
【００４３】
本実施形態では、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いて説明してきたが、ＧａＡｓ系の化合物半導体を用いてもよい。また、シリコン細線導波路などのナノ秒オーダの屈折率および吸収係数の変化が可能な材料系を用いても、同様に実現できる。
【００４４】
［実施例１］
図５を用いて本発明の実施例１に係る光スイッチ素子について説明する。
図５に示すように、本実施例の光スイッチ３０は、光吸収ゲートを用いた４×４の分配選択型光スイッチであり、光スイッチデバイス（光スイッチ素子）３１と、４個の４×１パッシブ光カプラ３２と、４個のＥＤＦＡ（ファイバアンプ）３３とを備えている。
【００４５】
光スイッチデバイス３１は、同一基板上に設けられた４個の入力光導波路３１１と、４個の入力光導波路３１１にそれぞれ接続された４個の１×４光カプラ３１２と、各１×４光カプラ３１２の出力側に４個ずつ接続された合計１６個の分岐光導波路３１３と、１６個の分岐光導波路３１３にそれぞれ接続された１６個の光吸収ゲートとしてのＥＡＭ（電界吸収型光変調器）３１４と、１６個のＥＡＭ３１４にそれぞれ接続された１６個の出力光導波路３１５とを備えて構成されている。
【００４６】
この光スイッチ３０において、光スイッチデバイス３１に入力された４本の光はそれぞれ１×４光カプラ３１２によって４分岐され、１６個のＥＡＭ３１４へと入力される。ＥＡＭ３１４から出力された光は光スイッチデバイス３１から出力され、１本の光から４分岐された光が光ファイバ３４を介してそれぞれ異なるパッシブ光カプラ３２に入力される。４個のパッシブ光カプラ３２によりそれぞれ４本の光が１本に束ねられ、４出力となる。各パッシブ光カプラ３２から出力された光は、それぞれ光ファイバ３５を介してＥＤＦＡ３３に入力され、ＥＤＦＡ３３により増幅されて出力される。
【００４７】
本実施例では、上述したように光吸収ゲートとしてＥＡＭ３１４を用いており、切り替えたい（光を出力させたい）出力ポート以外の他の出力ポートに接続されたＥＡＭ３１４には電圧を印加して光を吸収させ、切り替えたい出力ポートに接続されたＥＡＭ３１４には電圧を印加せず光を透過させる、すなわち、ＥＡＭ３１４への電圧のオンオフによって光を出力させるポートを切り替えることができる。
【００４８】
ここで、光スイッチデバイス３１では、光を出力させるポートの切り替えを光導波路構造により実現することから、光導波路の作製誤差などにより、ポートやチップ毎に特性の差が生じる。特に損失に関して、光導波路デバイスでは一般的に、導波路長を等しく設計した場合であっても各出力ポート間の損失差をなくすことは非常に困難であり、光スイッチデバイス３１の出力光導波路３１５から出力される光の出力強度にはバラつきが生じる。そこで、本実施例では、各出力ポートの損失量を踏まえて光を透過させる場合であっても各ＥＡＭ３１４に透過率を設定し、この透過率に基づいて切り替えたい出力ポートに接続されたＥＡＭ３１４に微小な電圧を印加して、透過率を調整するようにしている。これにより、スイッチングにおける出力強度のバラつきを抑えることが可能となる。
【００４９】
すなわち、ＥＡＭ３１４は、−７Ｖなど高い逆バイアスの電圧をかけることで光を強く消光し出力をブロックすることができるとともに、光の出力をブロックしない場合には小さい逆バイアスの電圧をかけることで多少の損失増加効果が得られる。これを利用し、本実施例では、予め求めた損失量として、例えば各出力ポートに至る経路での損失量を測定により把握しておき、その経路毎の損失量に基づいてＥＡＭ３１４毎に光を透過させる際に印加する電圧を調整して、光の出力強度が一定となるように制御する。つまり、全ての出力ポートの損失量を事前に測定しておき、ＥＡＭ３１４毎に、光を透過させる際に印加する電圧の量を設定している。
【００５０】
なお、図５に示す構成では、予め求めた損失量として、光スイッチデバイス３１内の導波路損失だけでなく、パッシブ光カプラ３２やそれらをつなぐ光ファイバ３４，３５等及びコネクタ損失のバラつきを考慮することで、光スイッチデバイス３１に限らず、光スイッチ３０から出力される光の出力強度を等化することが可能である。
【００５１】
［実施例２］
以下、図６を用いて本発明の実施例２に係る光スイッチ素子について説明する。
図６に示すように、本実施例の光スイッチ４０は、光吸収ゲートを用いた４×４の分配選択型光スイッチであり、光スイッチデバイス（光スイッチ素子）４１と、４個の４×１パッシブ光カプラ４２とを備えている。
【００５２】
光スイッチデバイス４１は、同一基板上に設けられた４個の入力光導波路４１１と、４個の入力光導波路４１１にそれぞれ接続された４個の１×４光カプラ４１２と、各１×４光カプラ４１２の出力側に４個ずつ接続された合計１６個の分岐光導波路４１３と、１６個の分岐光導波路４１３にそれぞれ接続された１６個の光吸収ゲートとしてのＳＯＡ（半導体光増幅器）４１４と、１６個のＳＯＡ４１４にそれぞれ接続された１６個の出力光導波路４１５とを備えて構成されている。
【００５３】
この光スイッチ４０において、光スイッチデバイス４１に入力された４本の光はそれぞれ１×４光カプラ４１２によって４分岐され、１６個のＳＯＡ４１４へと入力される。ＳＯＡ４１４から出力された光は光スイッチデバイス４１から出力され、１本の光から４分岐された光が光ファイバ４３を介してそれぞれ異なるパッシブ光カプラ４２に入力される。４個のパッシブ光カプラ４２によりそれぞれ４本の光が１本に束ねられ、４出力となる。
【００５４】
本実施例では、上述したように光吸収ゲートとしてＳＯＡ４１４を用いており、切り替えたい（光を出力させたい）出力ポート以外の他の出力ポートに接続されたＳＯＡ４１４には電流を注入せず光を吸収させ、切り替えたい出力ポートに接続されたＳＯＡ４１４には電流を注入して光を増幅させる、すなわち、ＳＯＡ４１４への電流の注入の有無によって切り替え後の光の出力強度を強めつつ、他の出力ポートへの漏れ光を抑えることができる。
【００５５】
ここで、光スイッチデバイス４１では、光を出力させるポートの切り替えを光導波路構造により実現することから、光導波路の作製誤差などにより、ポートやチップ毎に特性の差が生じる。特に損失に関して、光導波路デバイスでは一般的に、導波路長を等しく設計した場合であっても各出力ポート間の損失差を無くすことは非常に困難であり、光スイッチデバイス４１の出力光導波路４１５から出力される光の出力強度にはバラつきが生じる。そこで、本実施例では、各出力ポートの損失量を踏まえて各ＳＯＡ４１４の増幅率を設定し、この増幅率に基づいて切り替えたい出力ポートに接続されたＳＯＡ４１４に注入する電流量を調整するようにしている。これにより、スイッチングにおける出力強度のバラつきを抑えることが可能となる。
【００５６】
すなわち、本実施例では、予め求めた損失量として、例えば各出力ポートに至る経路での損失量を測定により把握しておき、その経路毎の損失量に基づいてＳＯＡ４１４毎に光を増幅させる際に注入する電流を調整して、光の出力強度が一定となるように制御する。つまり、全ての出力ポートの損失量を事前に測定しておき、ＳＯＡ４１４毎に、光を透過させる際に注入する電流の量を設定している。
【００５７】
なお、図６に示す構成では、予め求めた損失量として、光スイッチデバイス４１内の導波路損失だけでなく、パッシブ光カプラ４２やそれらをつなぐ光ファイバ４３等及びコネクタ損失のバラつきを考慮することで、光スイッチデバイス４１に限らず、光スイッチ４０から出力される光の出力強度を等化することが可能である。
【００５８】
［実施例３］
以下、図７を用いて本発明の実施例３に係る光スイッチ素子について説明する。
図７に示すように、本実施例の光スイッチ（光スイッチ素子）５０は、図６に示した４×４分配選択型光スイッチを半導体チップ上でモノリシック集積させたモノリシック集積型４×４分配選択型光スイッチとなっており、４個の入力光導波路５１１と、４個の入力光導波路５１１にそれぞれ接続された４個の１×４光カプラ５１２と、各１×４光カプラ５１２の出力側に４個ずつ接続された合計１６個の分岐光導波路５１３と、１６個の分岐光導波路５１３にそれぞれ接続された１６個の光吸収ゲートとしてのＳＯＡ５１４と、１６個のＳＯＡ５１４にそれぞれ接続された１６個の光導波路５１５と、それぞれ４個の光導波路５１５に接続された４個の４×１パッシブ光カプラ５１６と、４個の４×１パッシブ光カプラ５１６にそれぞれ接続された４個の出力光導波路５１７とを備えている。
換言すると、図７に示す光スイッチ５０は、図６に示した出力光導波路３１５に対応する光導波路５１５によって光回路が構成されたものとなっている。
【００５９】
この光スイッチ５０において、入力された４本の光はそれぞれ１×４光カプラ５１２によって４分岐され、１６個のＳＯＡ５１４へと入力される。各ＳＯＡ５１４から出力された光は光導波路５１５により、各１×４光カプラ５１２により１本の光から４分岐された光がそれぞれ異なるパッシブ光カプラ５１６に入力される。４個のパッシブ光カプラ５１６によりそれぞれ４本の光が１本に束ねられ、４出力となる。
【００６０】
本実施例における光スイッチ５０では、実施例２と同様、光導波路の作製誤差などにより、ポートやチップ毎に特性の差が生じるが、さらに、ＳＯＡ５１４とパッシブ光カプラ５１６との間の光導波路５１５の配線において、一部の光導波路５１５に導波路同士の交差部があり、これにより損失が発生するため、各出力ポート間の損失差はより大きなものとなる。そこで、本実施例では、光導波路５１５毎に異なる損失量に応じた各出力ポートの損失量を踏まえて各ＳＯＡ５１４の増幅率を設定し、この増幅率に基づいて切り替えたい出力ポートに接続されたＳＯＡ５１４に注入する電流量を調整するようにしている。これにより、スイッチングにおける出力強度のバラつきを抑えることが可能となる。
【００６１】
すなわち、本実施例では、予め求めた損失量として、例えば各出力ポートに至る経路での損失量を測定により把握しておき、その経路毎の損失量に基づいてＳＯＡ５１４毎に光を増幅させる際に注入する電流を調整して、光の出力強度が一定となるように制御する。つまり、全ての出力ポートの損失量を事前に測定しておき、ＳＯＡ５１４毎に、光を透過させる際に注入する電流の量を設定している。
【００６２】
なお、本実施例においては光吸収ゲートの例として、ＳＯＡ５１４を用いたが、実施例１と同様に光吸収ゲートとしてＥＡＭを用いた場合であっても同様の効果が期待できる。
【００６３】
［実施例４］
以下、図８を用いて本発明の実施例４に係る光スイッチ素子について説明する。
図８に示すように、本実施例の光スイッチ（光スイッチ素子）６０は、図７に示したモノリシック集積型４×４分配選択型光スイッチに損失媒体としての疑似交差５１８を追加したものである。その他の構成は実施例３で説明したモノリシック集積型４×４分配選択型光スイッチと同様であり、以下、同様の作用を奏する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６４】
本実施例において疑似交差５１８は、他の光導波路５１５と交差しない２個の光導波路（１６個のＳＯＡ５１４のうちの両端に配置された２個のＳＯＡ５１４にそれぞれ接続された光導波路）５１５に交差するように形成されている。
【００６５】
この光スイッチ６０において、入力された４本の光はそれぞれ１×４光カプラ５１２によって４分岐され、１６個のＳＯＡ５１４へと入力される。各ＳＯＡ５１４から出力された光は光導波路５１５により、各１×４光カプラ５１２により１本の光から４分岐された光がそれぞれ異なるパッシブ光カプラ５１６に入力される。４個のパッシブ光カプラ５１６によりそれぞれ４本の光が１本に束ねられ、４出力となる。
【００６６】
本実施例における光スイッチ６０においても、実施例３と同様、導波路交差により、各出力ポート間に損失差が生じる。そこで、交差の少ない光導波路（本実施例では、１６個のＳＯＡ５１４のうちの両端に配置された２個のＳＯＡ５１４にそれぞれ接続された光導波路）５１５に対して、この光導波路５１５に交差する光導波路構造を形成し、疑似交差５１８とすることで導波路交差と同様の損失量を発生させる。
【００６７】
このように構成される本実施例に係る光スイッチ６０によれば、光導波路５１５のうち、他の光導波路５１５との交差が少ない光導波路５１５が接続された出力ポートに対しても、他の光導波路５１５と交差している光導波路５１５が接続された出力ポートと同等の損失量を実現できるため、上述した実施例３における効果に加え、出力ポート間の損失差を低減し、各ＳＯＡ５１４間の透過率の調整量の差を少なく抑えられるという効果も得られる。
【００６８】
なお、損失媒体の構造としては、上述した光導波路構造による疑似交差５１８に限らず、グレーティングやスリットなどを導波路側面あるいは上面に形成したもののように、所望の光導波路５１５に適度に損失を発生させることができれば、同様の効果が期待できる。
【００６９】
また、本実施例では、他の光導波路５１５と交差していない２個の光導波路（すなわち、１６個の光導波路５１５のうち損失量がより小さい２個の光導波路）５１５に対して疑似交差６１８を設ける例を示したが、損失媒体を設ける光導波路５１５の数は２個に限らず、１６個の光導波路５１５のうち、損失量がより小さい一部（ここでは、１個以上Ｎ個未満）の光導波路５１５に対し、必要に応じて損失媒体を設けることができる。
【００７０】
また、図８に示す例では、１個の出力光導波路５１５に４個の疑似交差５１８を設ける例を示したが、１個の出力光導波路５１５に設ける疑似交差５１８の数は、必要に応じて変更することができる。
【００７１】
また、本実施例においても実施例２，３と同様に光吸収ゲートとしてＳＯＡ５１４を用いる例を示したが、実施例１と同様にＥＡＭを用いた場合であっても同様の効果が期待できる。
【符号の説明】
【００７２】
１１  １×２光スイッチ
１１Ａ  入力ポート
１１Ｂ  出力ポート
３０，４０，５０，６０  光スイッチ
３１，４１  光スイッチデバイス
３２，４２，５１６  パッシブ光カプラ
３３  ＥＤＦＡ
３４，３５，４３  光ファイバ
１１１，３１１，４１１，５１１  入力光導波路
１１２  １×２光カプラ
１１３，３１３，４１３，５１３  分岐光導波路
１１４，３１４  ＥＡＭ
１１５，２１５，３１５，４１５，５１７  出力光導波路
２１２  ＭＺＩ型光スイッチ
２１２ａ  １×２光カプラ
２１２ｂ  光導波路
２１２ｃ  ２×２光カプラ
２１２ｄ  制御電極
３１２，４１２，５１２  １×４光カプラ
４１４，５１４  ＳＯＡ
５１５  光導波路
５１８  疑似交差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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