(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に作製されるＭ本の入力導波路とＮ本の出力導波路とＭ×Ｎ個の光クロスポイントスイッチとからなり、（ｍ，ｎ）番の光クロスポイントスイッチは、ｍ番目の入力導波路とｎ番目の出力導波路を接続する光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）であり、
該光クロスポイントスイッチは、１×２光スイッチと２×１光スイッチと光クロスポイントスイッチユニット内導波路とから構成される二重型光スイッチであり、
前記１×２光スイッチと前記２×１光スイッチは、駆動回路で制御される電気信号レベルにより連続的に経路が切り替わるアナログ光スイッチである
光マトリクススイッチであって、
前記アナログ光スイッチは、前記駆動回路からの電気信号レベルを遮断する電気デジタルスイッチを備え、
前記電気信号レベルを設定する幾つかの前記駆動回路は、グループ化されかつ共有化されている共有駆動回路である
ことを特徴とする光マトリクススイッチ。
【請求項２】
前記共有駆動回路は、
出力導波路（ｎ番目）毎に、該出力導波路に接続されている一部或いはＭ個全部の光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，ｎ）の１×２光スイッチで共有化された駆動回路と、
入力導波路（ｍ番目）毎に、該入力導波路に接続されている一部或いはＮ個全部の光クロスポイントスイッチ（ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の２×１光スイッチで共有化された駆動回路と
で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光マトリクススイッチ。
【請求項３】
前記共有駆動回路は、
出力導波路（ｎ番目）毎に、該出力導波路に接続されている一部或いはＭ個全部の光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，ｎ）の１×２光スイッチで共有化された駆動回路と、
一部或いは全光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の２×１光スイッチで共有化された駆動回路と
で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光マトリクススイッチ。
【請求項４】
前記共有駆動回路は、
入力導波路（ｍ番目）毎に、該入力導波路に接続されている一部或いはＮ個全部の光クロスポイントスイッチ（ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の２×１光スイッチで共有化された駆動回路と、
一部或いは全光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の１×２光スイッチで共有化された駆動回路と
で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光マトリクススイッチ。
【請求項５】
前記共有駆動回路は、
出力導波路（ｎ番目）毎に、該出力導波路に接続されている一部或いはＭ個全部の光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，ｎ）の１×２光スイッチで共有化された駆動回路と、
出力導波路（ｎ番目）毎に、該出力導波路に接続されている一部或いはＭ個全部の光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，ｎ）の２×１光スイッチで共有化された駆動回路と
で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光マトリクススイッチ。
【請求項６】
前記共有駆動回路は、
入力導波路（ｍ番目）毎に、該入力導波路に接続されている一部或いはＮ個全部の光クロスポイントスイッチ（ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の１×２光スイッチで共有化された駆動回路と、
入力導波路（ｍ番目）毎に、該入力導波路に接続されている一部或いはＮ個全部の光クロスポイントスイッチ（ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の２×１光スイッチで共有化された駆動回路と
で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光マトリクススイッチ。
【請求項７】
前記共有駆動回路は、出力導波路（ｎ番目）毎に、該出力導波路に接続されている一部或いはＭ個全部の光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，ｎ）の１×２光スイッチ及び２×１光スイッチで共有化された駆動回路で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光マトリクススイッチ。
【請求項８】
前記共有駆動回路は、入力導波路（ｍ番目）毎に、該入力導波路に接続されている一部或いはＮ個全部の光クロスポイントスイッチ（ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の１×２光スイッチ及び２×１光スイッチで共有化された駆動回路で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光マトリクススイッチ。
【請求項９】
前記電気デジタルスイッチが、各光クロスポイントスイッチ毎の１×２光スイッチと２×１光スイッチで共有されていることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の光マトリクススイッチ。
【請求項１０】
前記共有駆動回路の一部或いは全部において、該共有駆動回路の電気信号レベルを該アナログ光スイッチへ伝達する給電線の少なくとも一部分が、前記共有駆動回路毎に共有化されていることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の光マトリクススイッチ。
【請求項１１】
前記給電線の共有化が、請求項１に記載の光マトリクススイッチを集積化したチップ上で行われていることを特徴とする請求項１０に記載の光マトリクススイッチ。
【請求項１２】
請求項１に記載の光マトリクススイッチを集積化したチップが制御配線を集積したモジュール基板に実装され、前記給電線の共有化がモジュール基板上で行われていることを特徴とする請求項１０に記載の光マトリクススイッチ。
【請求項１３】
前記電気デジタルスイッチは２個のトランジスタで構成され、
一方のトランジスタは駆動回路からの電気信号レベルを遮断するためにアナログ光スイッチと駆動回路の間に挟まれて接続され、
他方のトランジスタは該トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御するために、該トランジスタの制御端子とアースに挟まれて接続されていることを特徴とする請求項１乃至１２いずれかに記載の光マトリクススイッチ。
【請求項１４】
前記１×２光スイッチと２×１光スイッチは、それぞれ、入出力ポートが一つ未接続となった２×２光スイッチで構成されていることを特徴とする請求項１乃至１３いずれかに記載の光マトリクススイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で用いる平面光波回路型の光マトリクススイッチに関し、より詳細には、アナログ的な光路切替等、柔軟な動作が可能でありながら、少ない駆動配線数で構成が可能な光マトリクススイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットに代表されるデータートラヒックの急増に対応するために、波長多重分割（ＷＤＭ）技術等の光技術を用いた通信ネットワークの大容量化が進められている。現在、光技術はノード間を結ぶポイント−ポイントの光リンクに用いられているのみで、ノード内の処理は依然として電気技術を用いており、大容量化が進むにつれてこの電気処理のスループットの伸び悩みやコスト割合の増加が問題になってきている。
【０００３】
光スイッチを用いた光クロスコネクトシステムや光アドドロップ多重システムは、ノード内において大部分の光信号を光のままカットスルー処理することで、スループットの飛躍的な増加と低コスト化を図ることができる。このように光スイッチは、大容量で柔軟な通信ネットワークを低コストで構築するために必要不可欠なデバイスである。
【０００４】
光スイッチの実現形態としては、今までに様々な形態が開発されているが、その中でも導波路型は量産性・小型化等の面で優れている。光導波路は、従来から様々な材料系により作製されているが、そのうち、シリコン基板上に作製される石英系光導波路は、低損失であり安定性及び光ファイバーとの整合性に優れているといった特徴を有し、この導波路を用いたアレイ導波路格子合分波器（ＡＷＧ）に代表される数多くの光部品が実用化され、商用システムで使用されるに至っている。
【０００５】
集積光スイッチの一つである非閉塞光マトリクススイッチは、任意の入力ポートと任意の出力ポートが接続可能な自由度の極めて高いスイッチであり、光クロスコネクトシステム等で必須となるスイッチである。石英系導波路では１６×１６規模までのマトリクススイッチが実現されている。
【０００６】
図１０（ａ）は、一般化したＭ×Ｎマトリクススイッチの全体構成図である（この図では４×４マトリクススイッチを例として挙げている）。Ｍ本の入力導波路とＮ本の出力導波路が（Ｍ×Ｎ）箇所で交差しており、交差点に光クロスポイントスイッチが置かれている。非接続状態では、光クロスポイントスイッチはクロス経路（ＯＦＦ状態）となっており、入力ポートから入射された光信号は入力導波路のみを伝搬してダミーポートへ出射される。ｍ番目の入力導波路とｎ番目の出力導波路の交差点にある光クロスポイントスイッチＳＷｍ，ｎをバー経路（ＯＮ状態）にすると、ｍ番目の入力ポートに入射され、入力導波路を伝搬してきた光信号は、光クロスポイントスイッチＳＷｍ，ｎで出力導波路に乗り移り、ｎ番目の出力ポートに出射され、すなわち、ｍ番目の入力導波路とｎ番目の出力導波路が接続される。この入出力ポートの接続は、入出力ポートが競合しない範囲で任意の組合わせを設定することができる。
【０００７】
図１０（ｂ）は、Ｍ＝Ｎの場合に構成可能な経路無依存損失配置と呼ばれるマトリクス構成図である（特公平６−６６９８２号公報参照）。光信号が通過する光クロスポイントスイッチ数が入出力ポートの組み合わせ（光経路）によらず一定であり、損失が均質化されるという特徴がある。一見すると、図１０（ｂ）の経路無依存損失配置構成は、図１０（ａ）の通常マトリクス構成と異なった複雑な構成に見えるが、任意の入力導波路と任意の出力導波路に対して必ず一ケ所の光路切替可能な交差点、すなわち光クロスポイントスイッチが置かれており、合計（Ｍ×Ｎ）箇所の光クロスポイントスイッチを持つことに変わりはなく、通常マトリクス構成と同じ動作により光経路の接続が行われる。
【０００８】
図１１は、光クロスポイントスイッチの一例である二重型の２×２光スイッチユニットを示す図である（特開平６−５１３５４号公報参照）。図中符号５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂは光導波路、５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂはユニット内光導波路、５３，５４は経路、５５，５６は駆動電気信号給電線、５７は１×２光スイッチ、５８は２×１光スイッチを示している。
【０００９】
光クロスポイントスイッチは、１×２光スイッチ５７と２×１光スイッチ５８の基本光スイッチとユニット内導波路５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂで構成されている。１×２光スイッチ５７と２×１光スイッチ５８が共に上側の経路（５３→５３ａ、５４ａ→５４）を選択しているとき、光クロスポイントスイッチは、クロス経路（５１ａ→５２ｂ、５１ｂ→５２ａ）となる。そして、１×２光スイッチ５７と２×１光スイッチ５８が共に下側の経路（５３→５３ｂ、５４ｂ→５４）を選択しているとき、光クロスポイントスイッチは、バー経路（５１ｂ→５２ｂ）となる。この光クロスポイントスイッチは、クロス経路時のバー経路への漏れ光を１×２光スイッチ５７と２×１光スイッチ５８の２段のスイッチで阻止するので高い消光比が得られ、光マトリクススイッチの出力ポートへ漏れ込むクロストークを低く抑えることができる。
【００１０】
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、マッハツェンダー干渉計型２×２光スイッチ（ＭＺＩ光スイッチ）の構成図で、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図（ｃ）は図（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。図中符号６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂは光導波路、６３は薄膜ヒータ、６４，６５は方向性結合器、６６は駆動電気配線、６７は導波路コア、６８はクラッド、６９は基板である。
【００１１】
これら基本光スイッチの構成方法は、様々な構成方法があるが、石英系導波路では、熱光学位相シフター（薄膜ヒータ）６３を有する二本のアーム導波路の両端を２個の３ｄＢ結合器６４，６５で接続したマッハツェンダー干渉計型２×２光スイッチ（ＭＺＩ光スイッチ）の構成を用いている。
【００１２】
１×２光スイッチでは、光導波路６１ｂが未接続導波路となり、光導波路６１ａ，６２ａ，６２ｂがそれぞれ経路５３，ユニット内光導波路５３ａ，５３ｂとなる。同様に２×１光スイッチでは、光導波路６２ｂが未接続導波路となり、光導波路６１ａ，６１ｂ，６２ａがそれぞれユニット内光導波路５４ａ，５４ｂ，経路５４となる。このＭＺＩスイッチは、通常、二本のアーム導波路に半波長の光路長差を設けているので、熱光学位相シフターを駆動（通電）しないときには、公知の干渉原理によりバー経路（６１ａ→６２ａ，６１ｂ→６２ｂ）で光が伝搬し、熱光学位相シフターを駆動して熱光学効果により半波長の光路長差を打ち消したときにはクロス経路（６１ａ→６２ｂ、６１ｂ→６２ａ）で伝搬する。
【００１３】
また、熱光学ヒータへの駆動量を調整して二本のアーム導波路の光路長差をゼロから半波長に連続的に変化させると、光路がクロス経路からバー経路へ連続的に変化する。すなわち、ＯＮ／ＯＦＦスイッチとしてだけでなく、アナログスイッチとしても動作する。従って、このＭＺＩスイッチはクロス経路とバー経路の分配比を調整することで、減衰器として動作させたりマルチキャストやブロードキャストを行う分岐器等として動作させることができる。
【００１４】
石英系導波路を用いた熱光学スイッチは、火炎堆積法（ＦＨＤ）や化学気相堆積法（ＣＶＤ）などのガラス膜堆積技術と反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）などの微細加工技術を組み合わせて作製される。具体的には、シリコンウェハー等の基板上に先ず下部クラッド層となるガラス膜を、次に屈折率がクラッド層よりもやや高いコア層を堆積する。そして、光回路となるコアパターンを微細加工技術によりパターン化し、引き続き、上部クラッド層となるガラス膜を堆積し、最後に、熱光学位相シフターとなる薄膜ヒータとこれに給電を行う配線を形成して光スイッチチップが作製される。この光スイッチチップに給電線及び光ファイバーを接続し、放熱フィン付きケースに収納して光スイッチモジュールが完成する。
【００１５】
実際に、図１０（ｂ）に示すマトリクス構成と、図１１に示す光クロスポイントスイッチとを用いて作製された８×８光マトリクススイッチでは、平均挿入損失５ｄＢ、平均ＯＮ／ＯＦＦ消光比６０ｄＢの優れた特性が得られている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光マトリクススイッチモジュール、特に入出力ポート数が大きなモジュールでは、駆動回路（駆動電源回路）の数が膨大な量になるという問題があった。各光クロスポイントの制御は、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、各基本光スイッチに個別に配線された給電線に、それぞれアナログ調整可能な駆動電源回路を接続して行っている。なお、図（ｂ）は図（ａ）に示す二重型光スイッチの拡大図である。図中符号７１は入力導波路、７２は出力導波路、７３は駆動信号給電線、７４は個別駆動（電源）回路、７５は二重型光スイッチ、７６は１×２光スイッチ、７７は２×１光スイッチ、７８はユニット内導波路を示している。Ｎ×Ｍスイッチの場合、必要な駆動電源回路は（Ｍ×Ｎ）×２個になり、例えば１６×１６スイッチの場合は５１２個もの駆動電源回路が必要になる。
【００１７】
駆動電源回路を簡素化する方法としては、図１４に示すように、駆動電源回路を１つにまとめ給電線をまとめて接続し、それぞれの給電線に電気のＯＮ／ＯＦＦデジタルスイッチを直列に接続する方法がある。図中符号８１は入力導波路、８２は出力導波路、８３は駆動信号給電線、８４は共有駆動（電源）回路を示している。この場合、電気デジタルスイッチが（Ｍ×Ｎ）×２個必要となるが、アナログ調整可能な駆動電源回路に比べれば、一般的に簡素な集積回路で実現が可能である。しかしながら、この方法の場合、電気デジタルスイッチで光スイッチの駆動を制御するため、光スイッチの動作もデジタル的にしか動作しなくなり、減衰器として動作させたりマルチキャストやブロードキャストを行う分岐器として動作させることが不可能になるといった大きなデメリットがあった。
【００１８】
そこでマトリクススイッチの動作状態を注意深く考察し、ＯＮ状態となる光クロスポイントスイッチは、全くランダムにＭ×Ｎマトリクス上に存在するのではなく、ある制約の下に存在することを見いだした。例えば、通常のユニキャスト動作では、ある入力導波路上にあるＮ個の光クロスポイントスイッチの内でＯＮ状態となる光クロスポイントスイッチは１個だけであり、また、ある出力導波路上にあるＭ個の光クロスポイントスイッチの内でＯＮ状態となる光クロスポイントスイッチは１個だけである。マルチキャストやブロードキャストの場合では、ある入力導波路上にあるＮ個の光クロスポイントスイッチの内でＯＮ状態となる光クロスポイントスイッチは複数個あるが、ある出力導波路上にあるＭ個の光クロスポイントスイッチの内でＯＮ状態となる光クロスポイントスイッチは１個だけである。
【００１９】
このような制約条件を整理してみると、駆動電源回路は幾つかの回路に集約して共通化することができることが分かった。また、この共有化を前述した二重型の２×２光スイッチユニットを光クロスポイントスイッチに用いているマトリクススイッチにて最適化することで、最も自由度が高く効果的に共有化が行えることを見いだした。
【００２０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アナログ的な光路切替のような柔軟な動作が可能であるとともに、少ない駆動配線数で構成を可能とする光マトリクススイッチを提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上に作製されるＭ本の入力導波路とＮ本の出力導波路とＭ×Ｎ個の光クロスポイントスイッチとからなり、（ｍ，ｎ）番の光クロスポイントスイッチは、ｍ番目の入力導波路とｎ番目の出力導波路を接続する光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）であり、該光クロスポイントスイッチは、１×２光スイッチと２×１光スイッチと光クロスポイントスイッチユニット内導波路とから構成される二重型光スイッチであり、前記１×２光スイッチと前記２×１光スイッチは、駆動回路で制御される電気信号レベルにより連続的に経路が切り替わるアナログ光スイッチである光マトリクススイッチであって、前記アナログ光スイッチは、前記駆動回路からの電気信号レベルを遮断する電気デジタルスイッチを備え、前記電気信号レベルを設定する幾つかの前記駆動回路は、グループ化されかつ共有化されている共有駆動回路であることを特徴とする。（図１、図５の構成に相当）
【００２２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記共有駆動回路は、出力導波路（ｎ番目）毎に、該出力導波路に接続されている一部或いはＭ個全部の光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，ｎ）の１×２光スイッチで共有化された駆動回路と、入力導波路（ｍ番目）毎に、該入力導波路に接続されている一部或いはＮ個全部の光クロスポイントスイッチ（ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の２×１光スイッチで共有化された駆動回路とで構成されていることを特徴とする。（図１の構成に相当）
【００２３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記共有駆動回路は、出力導波路（ｎ番目）毎に、該出力導波路に接続されている一部或いはＭ個全部の光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，ｎ）の１×２光スイッチで共有化された駆動回路と、一部或いは全光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の２×１光スイッチで共有化された駆動回路とで構成されていることを特徴とする。（図２の構成に相当）
【００２４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記共有駆動回路は、入力導波路（ｍ番目）毎に、該入力導波路に接続されている一部或いはＮ個全部の光クロスポイントスイッチ（ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の２×１光スイッチで共有化された駆動回路と、一部或いは全光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の１×２光スイッチで共有化された駆動回路とで構成されていることを特徴とする。（図２の構成に相当；ａ側が全て共有され、ｂ側は導波路毎に共有）
【００２５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記共有駆動回路は、出力導波路（ｎ番目）毎に、該出力導波路に接続されている一部或いはＭ個全部の光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，ｎ）の１×２光スイッチで共有化された駆動回路と、出力導波路（ｎ番目）毎に、該出力導波路に接続されている一部或いはＭ個全部の光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，ｎ）の２×１光スイッチで共有化された駆動回路とで構成されていることを特徴とする。（図３の構成に相当）
【００２６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記共有駆動回路は、入力導波路（ｍ番目）毎に、該入力導波路に接続されている一部或いはＮ個全部の光クロスポイントスイッチ（ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の１×２光スイッチで共有化された駆動回路と、入力導波路（ｍ番目）毎に、該入力導波路に接続されている一部或いはＮ個全部の光クロスポイントスイッチ（ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の２×１光スイッチで共有化された駆動回路とで構成されていることを特徴とする。（図３の構成に相当；共有が出力導波路毎）
【００２７】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記共有駆動回路は、出力導波路（ｎ番目）毎に、該出力導波路に接続されている一部或いはＭ個全部の光クロスポイントスイッチ（１≦ｍ≦Ｍ，ｎ）の１×２光スイッチ及び２×１光スイッチで共有化された駆動回路で構成されていることを特徴とする。（図４の構成に相当）
【００２８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記共有駆動回路は、入力導波路（ｍ番目）毎に、該入力導波路に接続されている一部或いはＮ個全部の光クロスポイントスイッチ（ｍ，１≦ｎ≦Ｎ）の１×２光スイッチ及び２×１光スイッチで共有化された駆動回路で構成されていることを特徴とする。（図４の構成に相当；共有が出力導波路毎）
【００２９】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８いずれかに記載の発明において、前記電気デジタルスイッチが、各光クロスポイントスイッチ毎の１×２光スイッチと２×１光スイッチで共有されていることを特徴とする。（図６の構成に相当）
【００３０】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９いずれかに記載の発明において、前記共有駆動回路の一部或いは全部において、該共有駆動回路の電気信号レベルを該アナログ光スイッチへ伝達する給電線の少なくとも一部分が、前記共有駆動回路毎に共有化されていることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記給電線の共有化が、請求項１に記載の光マトリクススイッチを集積化したチップ上で行われていることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、請求項１に記載の光マトリクススイッチを集積化したチップが制御配線を集積したモジュール基板に実装され、前記給電線の共有化がモジュール基板上で行われていることを特徴とする。
【００３３】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１２いずれかに記載の発明において、前記電気デジタルスイッチは２個のトランジスタで構成され、一方のトランジスタは駆動回路からの電気信号レベルを遮断するためにアナログ光スイッチと駆動回路の間に挟まれて接続され、他方のトランジスタは該トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御するために、該トランジスタの制御端子とアースに挟まれて接続されていることを特徴とする。（図７の構成に相当）
【００３４】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１３いずれかに記載の発明において、前記１×２光スイッチと２×１光スイッチは、それぞれ、入出力ポートが一つ未接続となった２×２光スイッチで構成されていることを特徴とする。
【００３５】
つまり、本発明は、Ｍ×Ｎマトリクススイッチにおける具体的な構成として、以下のような構成を採っている。各基本アナログ光スイッチ（１×２光スイッチ、２×１光スイッチ）は、駆動回路からの電気信号レベルを遮断する電気デジタルスイッチを備え、駆動回路は次のいずれかのようにグループ化され共有化されている。
【００３６】
（１）１×２光スイッチを制御する駆動回路は、出力導波路毎にグループ化してＮ個に共有化する。２×１光スイッチを制御する駆動回路は、入力導波路毎にグループ化してＭ個に共有化されている。
【００３７】
（２）１×２光スイッチを制御する駆動回路は、出力導波路毎にグループ化してＮ個に共有化する。２×１光スイッチを制御する駆動回路は、全てまとめて１個に共有化されている。
【００３８】
（３）１×２光スイッチを制御する駆動回路は、全てまとめて１個に共有化する。２×１光スイッチを制御する駆動回路は、入力導波路毎にグループ化してＭ個に共有化されている。
【００３９】
（４）１×２光スイッチおよび２×１光スイッチを制御する駆動回路は、それぞれ出力導波路毎にグループ化して２Ｎ個に共有化されている。
【００４０】
（５）１×２光スイッチおよび２×１光スイッチを制御する駆動回路は、それぞれ入力導波路毎にグループ化して２Ｍ個に共有化されている。
【００４１】
（６）１×２光スイッチおよび２×１光スイッチを制御する駆動回路は、出力導波路毎にグループ化してＮ個に共有化されている。
【００４２】
（７）１×２光スイッチおよび２×１光スイッチを制御する駆動回路は、入力導波路毎にグループ化してＭ個に共有化されている。
【００４３】
これらの共有化は、上述したように完全に共有化を行えば最も駆動回路数を削減できるが、部分的であってもその共有数に見合った削減効果が得られる。
【００４４】
また、以下のような構成が加わっても良い。
上述した光マトリクススイッチにおいて、各光クロスポイントスイッチ毎の１×２光スイッチと２×１光スイッチで電気デジタルスイッチが共有化されている。
【００４５】
上述した光マトリクススイッチにおいて、駆動回路の電気信号レベルをアナログ光スイッチへ伝達する給電線の少なくとも一部分が、共有駆動回路毎に共有化されている。
【００４６】
上述した給電線の共有化が、光マトリクススイッチを集積化したチップ上で行われている。
【００４７】
上述した光マトリクススイッチを集積化したチップが、制御配線を集積したモジュール基板に実装され、上述した給電線の共有化が、モジュール基板上で行われている。
【００４８】
上述した電気デジタルスイッチは２個のトランジスタで構成され、一方のトランジスタは駆動回路からの電気信号レベルを遮断するためにアナログ光スイッチと駆動回路の間に挟まれて接続され、他方のトランジスタは該トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御するために、トランジスタの制御端子とアースに挟まれて接続されている。
【００４９】
上述した１×２光スイッチと２×１光スイッチは、それぞれ、入出力ポートが一つ未接続となった２×２光スイッチで構成されている。
【００５０】
（１）のように各入出力導波路毎にグループ分けして共有化した場合、動作上の自由度を保ったまま、アナログ駆動電源回路を（Ｎ＋Ｍ）個に大幅に削減する事ができる。具体的には、通常のユニキャスト動作の他に、マルチ／ブロードキャスト等の分岐動作や、逆に複数の入力ポートからの光信号を１つの出力ポートに集める合流動作、また、広帯域平坦特性を持つ減衰器としての動作など、個別に駆動電源回路を備えた場合とほぼ同等の動作を維持できる。
【００５１】
（ａ）ユニキャスト動作
単純な通常のユニキャスト動作の場合は、各共有駆動電源回路の出力電気信号レベルをアナログ光スイッチがＯＮ動作となるレベル（ＯＮレベル）に合わせておき、各アナログ光スイッチの電気デジタルスイッチを導通／遮断（ＯＮ／ＯＦＦ）でスイッチ動作が実現できる。
【００５２】
（ａ’）ユニキャスト動作における減衰動作および広帯域平坦減衰動作
このユニキャストの場合、前述したように、ある入力導波路（例えばｍ番目の入力導波路）上にあるＮ個の光クロスポイントスイッチの内でＯＮ状態となる光クロスポイントスイッチは高々１個だけであり、また、ある出力導波路（例えばｎ番目の出力導波路）上にあるＭ個の光クロスポイントスイッチの内でＯＮ状態となる光クロスポイントスイッチも高々１個だけである。
【００５３】
したがって、ＯＮ状態となる１個の光クロスポイントスイッチＳＷｍ，ｎの電気デジタルスイッチのみが導通（ＯＮ）状態となり、ｍ番目の入力導波路上及びｎ番目の出力導波路上の他の光クロスポイントスイッチの電気デジタルスイッチは遮断（ＯＦＦ）状態となるので、入力導波路側でグループ化されたｍ番目の共有駆動電源回路はＯＮ状態となる光クロスポイントスイッチＳＷｍ，ｎの２×１光スイッチだけに接続され、出力導波路側でグループ化されたｎ番目の共有駆動電源回路はＯＮ状態となる光クロスポイントスイッチＳＷｍ，ｎの１×２光スイッチだけに接続される。したがって、これら２つの共有駆動電源回路は他の光スイッチに影響を与えることなく、電気信号レベルを制御できるのでこれの調整により減衰動作を行うことができる。
【００５４】
１×２光スイッチと２×１光スイッチにＭＺＩスイッチのような波長依存性を持つスイッチを用いる場合、この減衰動作において、１×２光スイッチと２×１光スイッチへの電気信号レベルを単純に同じようにＯＮレベルとＯＦＦレベルの間に設定するだけでは、この減衰量に波長依存性が生じてしまう。しかし、１×２光スイッチと２×１光スイッチへの電気信号レベルの関係をうまく選び別々のレベルに調整し、１×２光スイッチと２×１光スイッチで逆の波長依存性を持たせることにより、この波長依存性は低減することができ、広帯域平坦動作が可能である（特願平１１−１６４１４４号参照）。（１）の共有化の方法では、１×２光スイッチと２×１光スイッチが別々に調整可能であるので、この広帯域平坦減衰動作が可能となる。
【００５５】
（ｂ）分岐動作
マルチ／ブロードキャスト等の分岐動作の場合は、光クロスポイントスイッチにおいて分岐動作が必要となる。分岐動作を行う光クロスポイントスイッチの１×２光スイッチは電気信号レベルを分岐比に応じた中間レベルに調整し、２×１光スイッチは電気信号レベルをＯＮレベルに設定する。この分岐比Ｒはマルチ／ブロードキャストする分岐数ｋに依存し、また、入力ポート側から数えた分岐位置ｉにも依存し、Ｒ＝１／（ｋ−ｉ＋１）となる。従って、１×２光スイッチの電気信号レベルは個別に調整可能でなければならない。例えば、等分配に３分岐する場合は、入力ポート側から数えて最初の分岐点である光クロスポイントスイッチでは３３％分岐、２番目の分岐点では５０％分岐、最後の分岐点では１００％分岐といった比率に設定する必要がある。
【００５６】
マルチ／ブロードキャスト等の分岐動作では、マルチ／ブロードキャストを行う信号光が入射されている入力導波路（例えば、ｍ番目の入力導波路）上にあるＮ個の光クロスポイントスイッチの内で分岐状態となる光クロスポイントスイッチは分岐数個あるが、マルチ／ブロードキャストされた信号光が出射される出力導波路（例えば、ｎ番目の出力導波路）上にあるＭ個の光クロスポイントスイッチの内で分岐状態となる光クロスポイントスイッチは１個だけである。
【００５７】
したがって、ｎ番目の出力導波路上で見ると、分岐状態となる１個の光クロスポイントスイッチＳＷｍ，ｎの電気デジタルスイッチのみが導通（ＯＮ）状態となり、他の光クロスポイントスイッチの電気デジタルスイッチは遮断（ＯＦＦ）状態となるので、出力導波路側でグループ化されたｎ番目の共有駆動電源回路は分岐状態となる１個の光クロスポイントスイッチＳＷｍ，ｎの１×２光スイッチだけに接続される。したがって、１×２光スイッチの共有駆動電源回路は他の１×２光スイッチに影響を与えることなく、電気信号レベルを制御できるのでこれの分岐量調整により等分配の分岐動作等を行うことができる。
【００５８】
ｍ番目の入力導波路上で見ると、分岐数個の光クロスポイントスイッチＳＷｍ，ｎの電気デジタルスイッチが導通（ＯＮ）状態となり、入力導波路側でグループ化されたｎ番目の共有駆動電源回路は分岐状態となる分岐数個の光クロスポイントスイッチＳＷｍ，ｎの２×１光スイッチ全てに接続される。しかし、２×１光スイッチは、中間レベル調整は必要なく全てＯＮレベルに設定すれば良いので、特に問題は生じない。
【００５９】
以上のような動作により、原理的には過剰損失を伴うことなく、これら分岐動作を行うことができる。
【００６０】
（ｃ）合流動作
合流動作は、基本的に分岐動作の入出力が逆になった場合であるので、上述の記述において、入力導波路と出力導波路、及び１×２光スイッチと２×１光スイッチをそれぞれ読み替えて考えればよい。
【００６１】
したがって、合流動作においても原理的には過剰損失を伴うことなく合流動作を行うことができる。
【００６２】
（２）の構成では、２×１光スイッチにおいて駆動回路が全てまとめて１個に共有化され、個別に調整することができなくなるので、合流動作ができなくなる。また、単純な減衰動作は１×２光スイッチの調整で行えるが、１×２光スイッチと２×１光スイッチの調整が必要な広帯域平坦な減衰動作は難しくなる。しかしながら、アナログ駆動電源回路を（Ｎ＋１）個に更に削減する事ができる。
【００６３】
（３）の構成は、（２）の構成における２×１光スイッチの共有化が１×２光スイッチの共有化に入れ替わった構成なので、（２）と同様の理屈で、分岐動作ができなくなり、広帯域平坦な減衰動作が難しくなる。しかしながら、アナログ駆動電源回路を（Ｍ＋１）個に削減することができる。
【００６４】
（４）の構成では、２×１光スイッチにおいて駆動回路が入力導波路毎ではなく出力導波路毎に共有化されているので、（１）の構成と比べて合流動作だけができなくなる。しかしながら、必要なアナログ駆動電源回路の数は２Ｎ個であるので、Ｎ＜Ｍの場合は数を抑えることができる。
【００６５】
（５）の構成は、（４）の構成における入力導波路毎の共有化が出力導波路毎の共有化に入れ替わった構成なので、（１）の構成と比べて分岐動作だけができなくなる。しかしながら、必要なアナログ駆動電源回路の数は２Ｍ個であるので、Ｎ＞Ｍの場合は数を抑えることができる。
【００６６】
（６）の構成では、（４）構成で更に１×２光スイッチと２×１光スイッチの駆動回路を共有化しているので、（１）の構成と比べて合流動作ができなくなり、また、単純な減衰動作は可能であるが広帯域平坦な減衰動作は難しくなる。更に分岐動作において、２×１光スイッチが１×２光スイッチと同じ中間レベルに設定されてしまうので、過剰損失が生じてしまう。しかしながら、アナログ駆動電源回路をＮ個と大幅に削減することができる。
【００６７】
（７）の構成は、（６）の構成における入力導波路毎の共有化が出力導波路毎の共有化に入れ替わった構成なので、（１）の構成と比べて分岐動作ができなくなり、また、単純な減衰動作は可能であるが広帯域平坦な減衰動作は難しくなる。更に合流動作において、過剰損失が生じてしまう。しかしながら、アナログ駆動電源回路をＭ個に削減することができる。
【００６８】
また、各光クロスポイントスイッチ毎の１×２光スイッチと２×１光スイッチで電気デジタルスイッチを共有化することで、電気デジタルスイッチの数も半分に削減することができる。
【００６９】
また、駆動回路の電気信号レベルをアナログ光スイッチへ伝達する給電線の少なくとも一部分を共有駆動回路毎に共有化することで、給電線のレイアウト領域を削減することができる。
【００７０】
また、給電線の共有化を、光マトリクススイッチを集積化したチップ上で行うことで、チップとモジュール間の給電端子接続数を削減することができる。
【００７１】
また、給電線の共有化をモジュール基板上で行うことで、モジュールの電気コネクタのピン数を大幅に削減することができる。
【００７２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例である４×４光マトリクススイッチの構成図で、少ない駆動回路数で完全個別駆動可能な光マトリクススイッチの構成図である。図（ｂ）は図（ａ）における二重型型光スイッチの拡大図である。図中符号１ａ，２ａ，３ａ、４ａは１×２光スイッチ用共有駆動（電源）回路、１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂは２×１光スイッチ用共有駆動（電源）回路、１１は入力導波路、１２は出力導波路、１３，１４は駆動信号給電線、１５は、二重型光スイッチ、１６は１×２光スイッチ、１７は２×１光スイッチ、１８はユニット内導波路を示している。４本の入力導波路と４本の出力導波路が格子状に１６箇所で交差しており、交差点に前述した二重型の光クロスポイントスイッチが置かれている。
【００７３】
図５は、第１の実施例における二重型の光クロスポイントスイッチおよび電気制御回路などの具体的な構成図で、図中符号２１は、光マトリクススイッチチップ、２２は電気接続端子、２３ａ，２３ｂは電気デジタルスイッチである。
【００７４】
二重型光クロスポイントスイッチを構成する１×２光スイッチ１６と２×１光スイッチ１７には、従来同様に半波長の光路長差が設けられているＭＺＩ光スイッチを用いている。各ＭＺＩ光スイッチにおいて光路長が短いアーム導波路上の熱光学ヒータに電気配線が接続されている。電気配線の一方には電気デジタルスイッチ２３ａ，２３ｂが接続され、もう一方にはアナログ出力可能な駆動電源（駆動回路）１ａ，１ｂが接続されている。この電気デジタルスイッチ２３ａ，２３ｂは、トランジスタ回路が多数集積されたＩＣを用いており、ＴＴＬレベルの入力により、導通／遮断（ＯＮ／ＯＦＦ）動作をする。
【００７５】
従来の構成と大きく異なる点は、アナログ駆動回路を１×２光スイッチ用に出力導波路毎に共有化し、２×１光スイッチ用に入力導波路毎に共有化している点である。すなわち、共有駆動回路１ａに４個の光クロスポイントスイッチＳＷｘ，1；ｘ＝１〜４の１×２光スイッチ１６を並列接続し、同様に２ａ〜３ａにＳＷｘ，2〜ＳＷｘ，４を並列接続している。また、共有駆動回路１ｂに４個の光クロスポイントスイッチＳＷ1，ｙ；ｙ＝１〜４の２×１光スイッチ１７を並列接続し、同様に２ｂ〜３ｂにＳＷ２，ｙ〜ＳＷ４，ｙを並列接続している。これにより、駆動回路数を個別接続時の１６個から８個に削減することができた。また、駆動回路への配線も共有駆動回路毎に部分的に共有化して配線面積を削減すると共に、光マトリクススイッチチップ２１からの電気接続端子２２も併せて削減している。
【００７６】
このような光マトリクススイッチチップは、厚さ１ｍｍ直径４インチのシリコン基板上に公知の従来技術を用いて作製した。石英系導波路はＳｉＣｌ４やＧｅＣｌ４などの原料ガスの加水分解反応を利用した火炎加水分解反応堆積技術による石英系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み合わせにより作製し、局所加熱用の薄膜ヒータは真空蒸着法およびエッチングにより作製した。コアの断面寸法は６μｍ角であり、コアとクラッド間の比屈折率差は０．７５％である。このウェハーをダイシングにより切り出してセラミック基板に固定し、入出力導波路にはシングルモードファイバーを接続し、各薄膜ヒータへの給電配線には給電リードを接続して光マトリクススイッチモジュールとした。
【００７７】
この光マトリクススイッチモジュールには、光マトリクススイッチチップの他に、前述した電気デジタルスイッチを集積したＩＣと、制御信号のシリアル／パラレル変換回路を搭載している。このシリアル／パラレル変換回路は、シリアル信号で入ってきた制御情報をＴＴＬレベルのパラレル信号に変換し出力するものであり、前述した電気デジタルスイッチの制御入力へ接続されている。本発明の場合、光クロスポイントの数である１６本のパラレル信号線が備えられており、シリアル／パラレル変換回路と前述の電気デジタルスイッチを集積したＩＣを接続している。このシリアル／パラレル変換回路を搭載することにより、光モジュールからの電気信号端子数は３本程度のシリアル制御信号線とアナログ駆動電源回路へ接続する８本の駆動信号給電線にグランド線であり、光モジュールからの電気接続端子数も削減することができた。この削減効果は光マトリクススイッチチップの規模が大きいものほどその効果が大きくなる。
【００７８】
電気デジタルスイッチ等の電気回路は、光スイッチモジュール内での集積に限定されるものではなく、モジュール外においても構わないが、モジュールからの電気接続コネクターの削減、及び集積化によるシステムの小型化という観点からは、モジュール内に集積した方が好ましい。
【００７９】
このようにして作製された光マトリクススイッチは、以下のように様々な動作を行うことができた。
（ａ）ユニキャスト動作
各共有駆動回路の出力電圧（出力電気信号レベル）は、ＭＺＩ光スイッチがＯＮ動作となる電圧（ＯＮレベル）に合わせておき、シリアル制御信号線を介して所望の光クロスポイントスイッチ（入力導波路線上及び出力導波路線上で２つ以上が重ならない任意のクロスポイント、０〜４個が選択）の電気デジタルスイッチを導通（ＯＮ）にし、他の電気デジタルスイッチを遮断（ＯＦＦ）にすることで、厳密非閉塞に任意の入出力ポートの組の光経路を構成することができた。このときの挿入損失は約３ｄＢであった。また、各光経路の消光比（光経路構成時と非構成時の損失値の比）は、約６０ｄＢと機械式光スイッチ並の特性が実現できた。
【００８０】
本発明では、ＯＮレベルは一定としたが、各ＭＺＩ光スイッチのＯＮレベルは、同一チップ内でもわずかに異なる。通常の光マトリクススイッチでは、このずれによる影響（主に損失の増加）は無視できるほど小さいが、本発明の構成では、次の減衰動作で説明するように、このＯＮ駆動しているクロスポイントスイッチを独立にアナログ調整駆動できるので、このずれを完全に調整して制御することも可能である。
【００８１】
（ａ’）ユニキャスト動作における減衰動作および広帯域平坦減衰動作
上述したように、ユニキャスト動作では、電気デジタルスイッチを導通（ＯＮ）にしている光クロスポイントスイッチは入力導波路線上及び出力導波路線上で２つ以上存在しないので、入力導波路毎または出力導波路毎に共有化されたアナログ駆動回路はそれぞれ一つのＭＺＩ光スイッチにしか接続されない。したがって、電気デジタルスイッチが導通（ＯＮ）になっている各光クロスポイントスイッチを完全に個別調整駆動することが可能である。実際に、ＭＺＩ光スイッチの駆動回路のアナログ出力をゼロからＯＮレベルに連続に変化させることで、設定光経路での信号光透過率を連続的に変化させることができた。
【００８２】
また、光クロスポイントスイッチ内の１×２光スイッチと２×１光スイッチも完全に個別調整駆動することが可能である。一般に、光路長差が０〜半波長までのＭＺＩと光路長差が半波長から１波長までのＭＺＩでは、透過率の波長依存性が逆傾向となる。従って、１×２光スイッチと２×１光スイッチで逆特性を持たせて減衰動作を行うことにより広範囲な波長において平坦な透過特性を持たせることができる（特願平１１−１６４１４４号参照）。本発明の広帯域平坦減衰動作では、１×２光スイッチでは光路長差を０〜半波長で、２×１光スイッチでは光路長差を半波長〜１波長で、両者の波長特性の傾きが正負逆で絶対値が同じになるようにして変化させた。これにより、１０ｄＢ減衰の場合でも１４００〜１６００ｎｍ内での減衰量の波長依存性を０．５ｄＢ以内に抑えることができた。
【００８３】
これらの減衰動作は、モジュールの損失均一化を行うときにも用いることができる。通常、作製されるスイッチチップはその作製誤差等の要因により各光経路において挿入損失が微妙にばらつく。この値は４×４スイッチ場合で０．５ｄＢ以下と小さいが、この減衰動作により、損失が小さい光経路の損失を大きくして損失が最も大きい光経路の損失に合わせることにより、損失のばらつきが測定器の再現性以下まで均一化できることを確認した。
【００８４】
（ｂ）分岐動作
マルチキャスト動作として、例えば、１）入力ポート２→出力ポート１，２→２，２→４，３→３の光経路設定パターンや、２）１→１，１→３，３→２，３→４の光経路設定パターンを確認した。
【００８５】
１）ではＳＷ２，１，ＳＷ２，２，ＳＷ２，４，ＳＷ３，３の電気デジタルスイッチだけを導通（ＯＮ）にし、２×１光スイッチ及びユニキャストであるＳＷ３，３の１×２光スイッチに接続されている共有駆動回路１ｂ〜４ｂ，３ａの出力電圧（出力電気信号レベル）は、ＭＺＩ光スイッチがＯＮ動作となる電圧（ＯＮレベル）に合わせておく。入力ポート２からの光信号は順にＳＷ２，４，ＳＷ２，２，ＳＷ２，１で３分岐されるので、それぞれの１×２光スイッチに接続されている共有駆動回路４ａ，２ａ，１ａは順にＭＺＩ光スイッチの分岐比が３３％，５０％，１００％となるように電圧レベルを合わせる。このように動作させることで、入力ポート２からの光信号を出力ポート１，２，４に等分配分岐することができた。尚、３分岐した経路の損失はユニキャスト時に比べると、分配損失分の４．８ｄＢ程度、大きくなっている。
【００８６】
２）ではＳＷ１，１，ＳＷ１，３，ＳＷ３，２，ＳＷ３，４の電気デジタルスイッチだけを導通（ＯＮ）にし、２×１光スイッチに接続されている共有駆動回路１ｂ〜４ｂの出力電圧（出力電気信号レベル）は、ＭＺＩ光スイッチがＯＮ動作となる電圧（ＯＮレベル）に合わせておく。入力ポート１からの光信号は順にＳＷ１,３，ＳＷ１，１で２分岐されるので、それぞれの１×２光スイッチに接続されている共有駆動回路３ａ，１ａは、順にＭＺＩ光スイッチの分岐比が５０％，１００％となるように電圧レベルを合わせる。
【００８７】
同様に、入力ポート３からの光信号は順にＳＷ３，４，ＳＷ３，２で２分岐されるので、それぞれの１×２光スイッチに接続されている共有駆動回路４ａ，２ａは、順にＭＺＩ光スイッチの分岐比が５０％，１００％となるように電圧レベルを合わせる。このように動作させることで、入力ポート１からの光信号を出力ポート１，３に等分配分岐し、入力ポート３からの光信号を出力ポート２，４に等分配分岐することができた。なお、２分岐した経路の損失は、ユニキャスト時に比べると、分配損失分の３ｄＢ程度、大きくなっている。
【００８８】
また、ブロードキャスト動作として、例えば、入力ポート２→出力ポート→１，２→２，２→３，２→４の光経路設定パターンを確認した。ＳＷ２，１，ＳＷ２，２，ＳＷ２，３，ＳＷ２，４の電気デジタルスイッチだけを導通（ＯＮ）にし、２×１光スイッチに接続されている共有駆動回路１ｂ〜４ｂの出力電圧（出力電気信号レベル）は、ＭＺＩ光スイッチがＯＮ動作となる電圧（ＯＮレベル）に合わせておく。入力ポート２からの光信号は、順にＳＷ２，４，ＳＷ２，３，ＳＷ２，２，ＳＷ２，１で４分岐されるので、それぞれの１×２光スイッチに接続されている共有駆動回路４ａ，３ａ，２ａ，１ａは、順にＭＺＩ光スイッチの分岐比が２５％，３３％，５０％，１００％となるように電圧レベルを合わせる。このように動作させることで、入力ポート２からの光信号を出力ポート１，２，３，４に等分配分岐することができた。なお、４分岐した経路の損失は、ユニキャスト時に比べると、分配損失分の６ｄＢ程度大きくなっている。
他の分岐パターンでも同様に動作させることができた。
【００８９】
（ｃ）合流動作
合流動作は、分岐動作における１×２光スイッチの動作と２×１光スイッチの動作を入れ替えたものである。ここでは、入力ポート１→出力ポート→２，２→２，４→２，３→３の光経路設定パターンで説明する。
【００９０】
ＳＷ１，２，ＳＷ２，２，ＳＷ４，２，ＳＷ３，３の電気デジタルスイッチを導通（ＯＮ）にし、１×２光スイッチ及びユニキャストであるＳＷ３，３の２×１光スイッチに接続されている共有駆動回路１ａ〜４ａ，３ｂの出力電圧（出力電気信号レベル）は、ＭＺＩ光スイッチがＯＮ動作となる電圧（ＯＮレベル）に合わせておく。入力ポート１，２，４からの光信号は順にＳＷ１，２，ＳＷ２，２，ＳＷ４，２で出力導波路２へ合流していくので、それぞれの２×１光スイッチに接続されている共有駆動回路４ｂ，２ｂ，１ｂは、順にＭＺＩ光スイッチの合流比が３３％，５０％，１００％となるように電圧レベルを合わせる。このように動作させることで、入力ポート１，２，４からの光信号を出力ポート２に合流することができた。なお、合流した経路の損失は、ユニキャスト時に比べると、分配損失分の４．８ｄＢ程度大きくなっている。
他の合流パターンでも同様に動作させることができた。
【００９１】
本発明の光スイッチモジュールでは、マトリクススイッチ配置には図１０（ａ）の構成と、図１０（ｂ）の構成の両方で作製しており、双方で問題なく動作することを確認している。
【００９２】
本発明のＭＺＩ光スイッチでは、バー経路／クロス経路の切替をアーム導波路の光路長差を半波長／ゼロに切り替えることで行っているが、原理的には半波長の奇数倍／偶数倍の切替でもスイッチング動作は行える。この場合、配線が接続されている熱光学ヒータは、必要に応じて光路長が長い方のアーム導波路上の熱光学ヒータであっても良い。しかしながら、光路長差があまり大きくなるとＭＺＩの波長依存性が無視できなくなり、バー経路／クロス経路になる動作波長域が限られたものになるので、今回の半波長／ゼロの構成が好ましい。
【００９３】
本発明のＭＺＩ光スイッチ中の２個の３ｄＢ結合器には、二本の導波路を数μｍまで近接して構成される方向性結合器を用いた。これは方向性結合器が他の手段に比べて挿入損失が低いためである。しかしながら、３ｄＢ結合器はこの構成に限定されるものではなく、他の手段、例えばマルチモード導波路を用いたマルチモード干渉計（ＭＭＩ）カプラーやこれらカプラーを複数個従属接続して構成される波長無依存カプラー（ＷＩＮＣ）などであってももちろん良い。
【００９４】
［実施例２］
本発明の第２の実施例である４×４光マトリクススイッチの構成は、上述した実施例１と同様に図１の構成を用いた。
図６は、第２の実施例における電気制御回路の具体的な構成図で、図中符号２３は電気デジタルスイッチ、２４ａ，２４ｂはダイオードで、その他図５と同じ機能を有するものは同一の符号を付してある。各光クロスポイントスイッチにおいて、１×２光スイッチ用と２×１光スイッチ用の電気デジタルスイッチ２３を１つにまとめ、かつ駆動回路への共有配線と熱光学シフターの間にダイオード２４ａ，２４ｂを配置している。このダイオード２４ａ，２４ｂは、電気デジタルスイッチ２３のＯＦＦ時に１×２光スイッチ１６と２×１光スイッチ駆動回路出力が異なっているときに、熱光学シフターに電流が流れるのを防ぐために備えられている。
【００９５】
このような構成により、電気デジタルスイッチの数を実施例１での３２個から半分の１６個に削減することができた。また、これと共にチップからの電気接続端子数も削減することができた。
【００９６】
動作的には、実施例１と全く同様にユニキャスト動作、広帯域平坦減衰動作、分岐動作、合流動作を行うことができた。
【００９７】
［実施例３］
本発明の第３の実施例である４×４光マトリクススイッチの構成は、実施例１と同様に図１の構成を用いた。
図７は、第３の実施例における電気制御回路の具体的な構成図で、図中符号２５ａ，２５ｂは駆動用電気デジタルスイッチ、２６は制御信号レベル変換用電気デジタルスイッチで、その他図５と同じ機能を有するものは同一の符号を付してある。各光クロスポイントスイッチにおいて、電気デジタルスイッチ２５ａ，２５ｂが駆動回路側に置かれ、制御信号レベル変換用電気デジタルスイッチ２６が新たに加わっている点が実施例１と大きく異なる。駆動回路側に駆動用電気デジタルスイッチ２５ａ，２５ｂを置くと、一般的に、駆動用電気デジタルスイッチ２５ａ，２５ｂに加える制御信号のレベルがＴＴＬレベルにはならなくなる。制御信号レベル変換用電気デジタルスイッチ２６は、このレベルの不一致を解消するためのもので、外部からの制御信号をＴＴＬレベルから駆動用電気デジタルスイッチ２５ａ，２５ｂの制御レベルに変換する役割を持っている。
【００９８】
このような構成により、電気デジタルスイッチの数は増加したものの、光マトリクススイッチチップからの接続端子数を、実施例１の４０個から３２個に減らすことができた。また、動作的には、実施例１と全く同様にユニキャスト動作、広帯域平坦減衰動作、分岐動作、合流動作を行うことができた。
【００９９】
［実施例４］
図２は、本発明の第４の実施例である４×４光マトリクススイッチの構成図で、少ない駆動回路数で分岐動作などが可能な光マトリクススイッチの構成図である。実施例１の構成と大きく異なる点は、２×１光スイッチ用のアナログ駆動回路を１個に共有化している点である。すなわち、共有駆動回路０ｂに全ての光クロスポイントスイッチの２×１光スイッチを並列接続している。これにより、駆動回路数を５個に削減することができた。
【０１００】
この構成では、合流動作ができず、また、広帯域平坦な減衰動作特性を得ることは難しかったが、それ以外の動作は実施例１と同様に行うことができた。また、これとは入出力の関係を逆転した構成（１×２光スイッチ用のアナログ駆動回路を１個に共有化）も同様に作製し、この構成で、分岐動作及び広帯域平坦な減衰動作以外の動作は実施例１と同様に行えることを確認した。
【０１０１】
［実施例５］
図３は、本発明の第５の実施例である４×４光マトリクススイッチの構成図で、少ない駆動回路数で分岐動作や広帯域減衰動作などが可能な光マトリクススイッチの構成図である。実施例１の構成と大きく異なる点は、２×１光スイッチ用のアナログ駆動回路を出力導波路毎に共有化している点である。すなわち、共有駆動回路１ｂに４個の光クロスポイントスイッチＳＷｘ，１；ｘ＝１〜４の２×１光スイッチを並列接続し、同様に２ｂ〜４ｂにＳＷｘ，２〜ＳＷｘ，４を並列接続している。本発明の４×４光マトリクススイッチでは、特にメリットはないが、例えば、２×４光スイッチでは、駆動回路数を６個から４個に減らすことができる。
【０１０２】
この構成では、合流動作ができないが、それ以外の動作は実施例１と同様に行うことができた。また、これとは入出力の関係を逆転した構成（１×２光スイッチ用のアナログ駆動回路を入力導波路毎に共有化）でも同様に作製し、この構成で、分岐動作以外の動作は実施例１と同様に行えることを確認した。
【０１０３】
［実施例６］
図４は、本発明の第６の実施例である４×４光マトリクススイッチの構成図で、非常に少ない駆動回路数で簡易な分岐動作などが可能な光マトリクススイッチの構成図である。図中符号１，２，３，４は共有駆動（電源）回路で、その他図１と同じ機能を有する部分には同一の符号を付してある。実施例１の構成と大きく異なる点は、２×１光スイッチ用のアナログ駆動回路を１×２光スイッチ用のアナログスイッチとまとめて出力導波路毎に共有化している点である。すなわち、共有駆動回路１ａに４個の光クロスポイントスイッチＳＷｘ，１；ｘ＝１〜４の２×１光スイッチおよび１×２光スイッチを並列接続し、同様に２〜４にＳＷｘ，２〜ＳＷｘ，４を並列接続している。これにより、駆動回路数を４個と大幅に削減することができた。
【０１０４】
この構成では、合流動作ができず、また広帯域平坦な減衰動作特性を得ることは難しかった。また、分岐動作においてやや過剰損失が生じた。しかし、ユニキャスト動作や単純な減衰動作は実施例１と同様に行うことができた。また、これとは入出力の関係を逆転した構成（アナログ駆動回路を入力導波路毎に共有化）も同様に作製し、この構成で、分岐動作や広帯域平坦な減衰動作以外の動作は、合流動作でやや過剰損失が生じるものの、実施例１と同様に行えることを確認した。
【０１０５】
以上に述べた各実施例では、４×４の規模のマトリクススイッチで説明を行ったが、本発明はその規模に依らずに、Ｍ×Ｎ規模の光マトリクススイッチに拡張できることは明らかである。
【０１０６】
また、以上で説明した各実施例では、１×２光スイッチや２×１光スイッチとしてＭＺＩ光スイッチを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく方向性結合器型のスイッチや、Ｙ分岐光スイッチに適用できることは言うまでもない。
【０１０７】
図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、Ｙ分岐光スイッチの構成図で、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図（ｃ）は図（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。図中符号３１，３２ａ，３２ｂは光導波路、３３は駆動電気配線、３４は薄膜ヒータ、３５は導波路コアを示している。Ｙ分岐スイッチの場合、経路３１→３２ａ設定時も、経路３１→３２ｂ設定時も両方電力印加が必要なので、図１の構成は、図９に示すように、複数系統の駆動回路数を備えた光マトリクススイッチの構成のように、各駆動電源系統を２重化したような構成で対応する必要がある。なお、図中符号１ａ’，２ａ’，３ａ’、４ａ’は１×２光スイッチ用共有駆動（電源）回路、１ｂ’，２ｂ’，３ｂ’、４ｂ’は２×１光スイッチ用共有駆動（電源）回路を示している。
【０１０８】
いずれにしても、本発明は、アナログ制御される光スイッチの制御を入出力導波路毎にまとめて共有化している点がポイントであり、スイッチの動作原理に依らないことを付記しておく。例えば、熱光学効果以外に電気光学効果や磁気光学効果、音響光学効果等であっても良い。
【０１０９】
また、上述した各実施例では、シリコン基板上に作製された石英系の単一モード光導波路を用いた構成としているが、これは石英系の導波路が極めて低損失で長期安定性に優れ、通信用石英ファイバとの親和性に優れているためである。しかしながら、本発明は、制御系の構成方法に関するものであることから、導波路材料に限定されるものではないことは明白であり、例えば、多成分ガラスや高分子材料、ニオブ酸リチウム、半導体など、他の材料の光導波路でも構わないことは勿論である。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、アナログ光スイッチは、駆動回路からの電気信号レベルを遮断する電気デジタルスイッチを備え、電気信号レベルを設定する幾つかの駆動回路は、グループ化されかつ共有されているので、つまり、二重型の２×２光スイッチユニットで構成される各光クロスポイントスイッチに電気デジタルスイッチを備え、アナログ駆動電源回路を入力導波路毎や出力導波路毎などに共有化することにより、通常のユニキャスト動作の他に、マルチ／ブロードキャスト等の分岐動作や、逆に複数の入力ポートからの光信号を１つの出力ポートに集める合流動作、また、広帯域平坦特性を持つ減衰器としての動作など、動作上の自由度を維持したまま、アナログ駆動電源回路数を削減することができる。また、これに伴って、配線数や電気接続端子数等も削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である４×４光マトリクススイッチの構成図で、（ｂ）は（ａ）における二重型型光スイッチの拡大図である。
【図２】本発明の第４の実施例である４×４光マトリクススイッチの構成図である。
【図３】本発明の第５の実施例である４×４光マトリクススイッチの構成図である。
【図４】本発明の第６の実施例である４×４光マトリクススイッチの構成図である。
【図５】第１の実施例における二重型の光クロスポイントスイッチおよび電気制御回路などの具体的な構成図である。
【図６】本発明の第２の実施例における具体的な回路構成図である。
【図７】本発明の第３の実施例における具体的な回路構成図である。
【図８】Ｙ分岐光スイッチの構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図９】複数系統の駆動回路数を備えた光マトリクススイッチの構成図である。
【図１０】Ｍ×Ｎマトリクススイッチの構成図で、（ａ）は、一般化したＭ×Ｎマトリクススイッチの全体構成図、（ｂ）は、Ｍ＝Ｎの場合に構成可能な経路無依存損失配置と呼ばれるマトリクス構成図である。
【図１１】光クロスポイントスイッチの一例である二重型の２×２光スイッチユニットを示す図である。
【図１２】マッハツェンダー干渉計型２×２光スイッチ（ＭＺＩ光スイッチ）の構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１３】従来の完全個別駆動可能な光マトリクススイッチの構成図で、（ｂ）は（ａ）に示す二重型光スイッチの拡大図である。
【図１４】従来の駆動回路を一括共有した光マトリクススイッチの構成図である。
【符号の説明】
０ｂ  ２×１光スイッチ用共有駆動（電源）回路
１，２，３，４  共有駆動（電源）回路
１ａ，２ａ，３ａ、４ａ  １×２光スイッチ用共有駆動（電源）回路
１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂ  ２×１光スイッチ用共有駆動（電源）回路
１ａ’，２ａ’，３ａ’、４ａ’  １×２光スイッチ用共有駆動（電源）回路
１ｂ’，２ｂ’，３ｂ’、４ｂ’  ２×１光スイッチ用共有駆動（電源）回路
１１  入力導波路
１２  出力導波路
１３，１４  駆動信号給電線
１５  二重型光スイッチ
１６  １×２光スイッチ
１７  ２×１光スイッチ
１８  ユニット内導波路
２１  光マトリクススイッチチップ
２２  電気接続端子
２３ａ，２３ｂ  電気デジタルスイッチ
２３  電気デジタルスイッチ
２４ａ，２４ｂ  ダイオード
２５ａ，２５ｂ  駆動用電気デジタルスイッチ
２６  制御信号レベル変換用電気デジタルスイッチ
３１，３２ａ，３２ｂ  光導波路
３３  駆動電気配線
３４  薄膜ヒータ
３５  導波路コア
５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ  光導波路
５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ  ユニット内光導波路
５３，５４  経路
５５，５６  駆動電気信号給電線
５７  １×２光スイッチ
５８  ２×１光スイッチ
６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ  光導波路
６３  薄膜ヒータ
６４，６５  方向性結合器
６６  駆動電気配線
６７  導波路コア
６８  クラッド
６９  基板
７１  入力導波路
７２  出力導波路
７３  駆動信号給電線
７４  個別駆動（電源）回路
７５  二重型光スイッチ
７６  １×２光スイッチ
７７  ２×１光スイッチ
７８  ユニット内導波路
８１  入力導波路
８２  出力導波路
８３  駆動信号給電線
８４  共有駆動（電源）回路
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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