(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々平行な光軸を有するｎ（ｎは自然数）本の光導波路からなる第一の光導波路群と、各々平行な光軸を有するｎ本の光導波路からなる第二の光導波路群とがそれぞれの光導波路同士が交差する如く配置され、
第一の光導波路群の各光導波路と第二の光導波路群の各光導波路との交差部のうち、交差部全体の対角線上の交差部のみに、
第一の光導波路群の光導波路からの光をそのまま直進させもしくは第二の光導波路群の光導波路へ切り替え出力可能なスイッチ部を設けた
ことを特徴とする光スイッチアレイ。
【請求項２】
請求項１記載の光スイッチアレイと、アレイ導波路回折格子とが同一基板上に集積され、かつ光スイッチアレイの各入力端ポー卜とアレイ導波路回折格子の各出力端ポートとが光導波路で直接結合されたことを特徴とする光アド・ドロップマルチプレクサ。
【請求項３】
第一、第二のアレイ導波路回折格子間並びに第三、第四のアレイ導波路回折格子間を結ぶ光導波路の途中に、
各々平行な光軸を有するｎ（ｎは自然数）本の光導波路からなる第一の光導波路群と、各々平行な光軸を有するｎ本の光導波路からなる第二の光導波路群とがそれぞれの光導波路同士が交差する如く配置され、第一の光導波路群の各光導波路と第二の光導波路群の各光導波路との交差部のうち、一意に対応する光導波路同士の交差部のみに、第一の光導波路群の光導波路からの光をそのまま直進させもしくは第二の光導波路群の光導波路へ切り替え出力可能なスイッチ部を設けた光スイッチアレイが配置され、
前記第一の光導波路群の各光導波路が前記第一のアレイ導波路回折格子と前記第二のアレイ導波路回折格子を結ぶ前記光導波路の一部をなし、前記第二の光導波路群の各光導波路が前記第三のアレイ導波路回折格子と前記第四のアレイ導波路回折格子を結ぶ前記光導波路の一部をなす
ことを特徴とする光アド・ドロップマルチプレクサ。
【請求項４】
第一、第二のアレイ導波路回折格子間並びに第三、第四のアレイ導波路回折格子間を結ぶ光導波路の途中に、
各々平行な光軸を有するｎ（ｎは自然数）本の光導波路からなる第一の光導波路群と、各々平行な光軸を有するｎ本の光導波路からなる第二の光導波路群とがそれぞれの光導波路同士が交差する如く配置され、第一の光導波路群の各光導波路と第二の光導波路群の各光導波路との交差部のうち、交差部全体の対角線上の交差部のみに、第一の光導波路群の光導波路からの光をそのまま直進させもしくは第二の光導波路群の光導波路へ切り替え出力可能なスイッチ部を設けた光スイッチアレイが配置され、
前記第一の光導波路群の各光導波路が前記第一のアレイ導波路回折格子と前記第二のアレイ導波路回折格子を結ぶ前記光導波路の一部をなし、前記第二の光導波路群の各光導波路が前記第三のアレイ導波路回折格子と前記第四のアレイ導波路回折格子を結ぶ前記光導波路の一部をなす
ことを特徴とする光アド・ドロップマルチプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチアレイ及びこれを用いた光アド・ドロップマルチプレクサの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
急速に普及するマルチメディア通信に対応するため、光化によるネットワークの大容量化が進められている。光波長多重（ＷＤＭ）技術を用いたネットワークは、伝送容量の大幅な増大を可能とするだけでなく、クロスコネクト・交換等のノード機能を含めたネットワーク全体の光化を可能にする技術として注目されているが、このＷＤＭ型ネットワークの実現には、低クロストークで、かつ小型の光アド・ドロップマルチプレクサが大量に必要となってくる。
【０００３】
光アド・ドロップマルチプレクサは、波長合分波器と空間光スイッチアレイの二つの光素子から構成される。その機能は、光ファイバ中を伝送している、或る波長帯域の光を波長合分波器により各波長毎に空間的に分離した後、空間光スイッチアレイにより所望の波長の光だけを選択的に抽出したり、逆に、抽出した任意の波長の光を波長合分波器により合波し、光ファイバ中に戻すものである。
【０００４】
従来、光アド・ドロップマルチプレクサを製造する場合、波長合分波器としてはＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）を用い、また、空間光スイッチアレイとしてはマッハツェンダ型２×２ＴＯ（熱光学効果）スイッチを複数個並列に配置して用いることが一般的であった。
【０００５】
実際、二組のＡＷＧとマッハツェンダ型２×２ＴＯスイッチの二種類の構成要素を同一光導波路基板上に光集積化した光集積型１６チャンネルＡＷＧアド・ドロップマルチプレクサが提案されている（Ｋ．Ｏｋａｍｏｔｏ，Ｋ．Ｔａｋｉｇｕｃｈｉ  ａｎｄ  Ｙ．Ｏｈｍｏｒｉ，”１６−ｃｈａｎｎｅｌ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｄｄ／ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ｓｉｌｃａ−ｂａｓｅｄ  ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｇｒａｔｉｎｇ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．９，ｐｐ．７２３−７２４，１９９５参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の光アド・ドロップマルチプレクサには、モジュール化した際のクロストーク及びサイズの点で幾つかの課題が残されていた。
【０００７】
まず、マッハツェンダ型２×２ＴＯスイッチ自体のクロストークが−３０ｄＢ程度であるため、マッハツェンダ型２×２ＴＯスイッチを用いて光アド・ドロップマルチプレクサを製造しても、そのクロストークは−３０ｄＢ程度にとどまり、十分に低い値を持たない。このため、光通信における漏話等が発生する可能性があった。
【０００８】
次に、マッハツェンダ型ＴＯスイッチでは、熱光学効果による伝搬光の位相差変化を用いてスイッチの切替を行うため、スイッチ間の距離を近づけると、一方のスイッチの熱が他方のスイッチにも影響を及ぼし、他方のスイッチのクロストークを悪化させる。この現象を回避する点から、スイッチ間の距離を容易に近づけられず、そのため、必然的に光スイッチアレイ自体及びこれを用いた光アド・ドロップマルチプレクサのサイズが大きくなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決し、光通信に十分な−４０ｄＢ以下のクロストーク値を持ち、かつ小型で廉価な光スイッチアレイ及びこれを用いた光アド・ドロップマルチプレクサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、各々平行な光軸を有するｎ（ｎは自然数）本の光導波路からなる第一の光導波路群と、各々平行な光軸を有するｎ本の光導波路からなる第二の光導波路群とがそれぞれの光導波路同士が交差する如く配置され、第一の光導波路群の各光導波路と第二の光導波路群の各光導波路との交差部のうち、交差部全体の対角線上の交差部のみに、第一の光導波路群の光導波路からの光をそのまま直進させもしくは第二の光導波路群の光導波路へ切り替え出力可能なスイッチ部を設けた光スイッチアレイを提案する。
【００１１】
前記構成によれば、第一の光導波路群の各光導波路の光軸と第二の光導波路群の各光導波路の光軸とのなす角度（交差角）を大きく取ることができるため、光通信に十分な−４０ｄＢ以下のクロストーク値を得ることが可能となるとともに、第一の光導波路群の光導波路から第二の光導波路群の光導波路へ切り替え出力される光が通過する交差部の数は各光導波路において同一となり、その損失も同一となる。また、マッハツェンダ型ＴＯスイッチのように熱光学効果を用いないため、スイッチ部間の距離を容易に近づけられないという制約がなく、容易に小型化を図ることができる。
【００１３】
そして、これらの光スイッチアレイと、アレイ導波路回折格子とを同一基板上に集積し、かつ光スイッチアレイの各入力端ポー卜とアレイ導波路回折格子の各出力端ポートとを光導波路で直接結合すれば、光通信に十分な−４０ｄＢ以下のクロストーク値を持ち、かつ小型で廉価な光アド・ドロップマルチプレクサを実現できる。
【００１４】
なお、前述した光スイッチアレイのスイッチ部は、例えば、第一の光導波路群の光導波路からの光を第二の光導波路群の光導波路へ反射させる壁面を有するスリット（溝）と、該スリットの長手方向の中央部に適当量充填・除去される屈折率整合液とで構成できる。
【００１５】
この際、屈折率整合液がスリットの長手方向の中央部に充填された状態では、光はスリットを透過し、また、屈折率整合液が除去された状態では、光はスリットの壁面で全反射され、光路を切り替える。この光路切替に必要な屈折率整合液の充填・除去は、例えば密封されたスリットの長手方向の中央（下部）付近と両端付近とに薄膜ヒータ等を設けて、充填する場合は両端付近のヒータのみを加熱し、除去する場合は中央付近のヒータのみを加熱することにより、スリット内の蒸気圧を部分的に変化させて屈折率整合液を移動させることで実現できる。
【００１６】
前記スイッチ部の構成では、スリットの長手方向の中央部に屈折率整合液を適当量充填・除去して光路切り替えを行うが、該スリットで光路切替が可能なものであれば、屈折率整合液に限定されるものではない。例えば、屈折率整合液が充填されたスリットの長手方向の中央部に反射ミラーを設けても良い。また、光導波路のコアの屈折率を有する電解質溶液が充填されたスリットの長手方向の中央部に水銀が注入されても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の光スイッチアレイの概要を示すもので、図中、１は第一の光導波路群、２は第二の光導波路群、３はスイッチ部である。
【００１８】
第一の光導波路群１は、各々平行な光軸を有するｎ（ｎは自然数）本、ここでは３本の光導波路１１，１２，１３からなり、また、第二の光導波路群２は、各々平行な光軸を有するｎ（ｎは自然数）本、ここでは３本の光導波路２１，２２，２３からなり、これらは各光導波路１１，１２，１３及び２１，２２，２３が互いにほぼ直交して交差する如く光導波路基板４上に配置され、３×３マトリクス状光導波路が形成されている。
【００１９】
スイッチ部３は、第一の光導波路群１の光導波路の入力側（以下、Ａ側）からの光を第二の光導波路群２の光導波路の出力側（以下、Ｄ側）へ反射させる壁面を有するスリット（溝）３１と、該スリット３１の長手方向の中央部に適当量充填・除去される屈折率整合液３２とからなり、屈折率整合液３２が充填された状態ではＡ側からの光を第一の光導波路群１の光導波路の出力側（以下、Ｂ側）へそのまま直進させ、除去された状態ではＡ側からの光をＤ側へ出力する如くなっている。
【００２０】
このスイッチ部３は、第一の光導波路群１の光導波路１１，１２，１３と第二の光導波路群２の光導波路２１，２２，２３との交差部のうち、一意に対応する光導波路同士、ここでは光導波路１１と２２、１２と２３、１３と２１の交差部のみに設けられる。
【００２１】
図１に示す光スイッチアレイは、下記の通り、光通信に十分な低クロストーク値を有する２連疑似２×２光スイッチとして正常に動作する。
【００２２】
即ち、光が透過する（スルー）状態をオフ、反射切替（クロス）状態をオンと呼ぶことにすると、全てのスイッチ部３がオフの時、第一の光導波路群１のＡ側からの入力光は第一の光導波路群１のＢ側へそのまま伝搬され、第二の光導波路群２のＤ側へは伝搬されない。この時のクロストーク値は−４０ｄＢ以下である。また、全てのスイッチ部３がオフの時、第二の光導波路群２の光導波路の入力側（以下、Ｃ側）からの入力光は第二の光導波路群２のＤ側へそのまま伝搬される。
【００２３】
また、全てのスイッチ部３がオンの時、第一の光導波路群１のＡ側からの入力光は、スイッチ部３での反射により、第二の光導波路群２のＤ側へ伝搬され、第一の光導波路群１のＢ側へは伝搬されない。この時のクロストーク値も−４０ｄＢ以下である。また、全てのスイッチ部３がオンの時、第二の光導波路群２のＣ側からの入力光は第二の光導波路群２のＤ側へ伝搬されない。
【００２４】
即ち、光アド・ドロップマルチプレクサでは不要の一つの反射切替（クロス）機能が除去されている。この意味において、図１の光スイッチアレイは３連疑似２×２光スイッチアレイであると言える。
【００２５】
また、本発明の光スイッチアレイを用いて光アド・ドロップマルチプレクサを製造する場合、光スイッチアレイとアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）とを同一基板上に集積し、かつ光スイッチアレイの各入力端ポートとＡＷＧの各出力端ポートとを光導波路で直接結合するため、クロストークにおいては、スイッチ特性と同等の−４０ｄＢ以下の値を保持することが可能となる。
【００２６】
また、図１に示す光スイッチアレイを実際に組み立てた場合、全体のサイズは１ｍｍ×１ｍｍ程度となる。このサイズは、従来のマッハツェンダ型２×２ＴＯスイッチを二個並列に配置して製造した２連２×２光スイッチアレイのサイズと比べて、実装面積が十分の一程度と著しく小型になる。従って、本発明の光スイッチアレイは、マッハツェンダ型ＴＯスイッチを用いて製造した光スイッチアレイより大規模化（多連）に適しているといえる。
【００２７】
さらにまた、本発明の光スイッチアレイ自体が著しく小型であるため、この光スイッチアレイ用いて光アド・ドロップマルチプレクサを製造する場合も、そのサイズを著しく小型化することが可能となる。
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
［実施の形態１］
図２は本発明の光スイッチアレイの実施の形態の一例を示すものである。
【００３０】
ここでは光導波路基板５０上に、各々平行な光軸を有する８本の光導波路からなる第一の光導波路群５１と、各々平行な光軸を有する８本の光導波路からなる第二の光導波路群５２とがそれぞれの光導波路同士がほぼ直交して交差する如く配置・形成され、さらに第一の光導波路群５１の各光導波路と第二の光導波路群５２の各光導波路との交差部のうち、第１の光導波路群５１から第２の光導波路群５２へ切り替え出力される光が通過する交差部の数が各光導波路において同一となるように、交差部全体の対角線上の８個の交差部のみにスイッチ部５３（ＳＷ（ａ）〜（ｈ））が設けられてなっている。
【００３１】
なお、各スイッチ部５３の構成は、図１の場合と同様な、スリット及びこのスリットの長手方向の中央部に適当量充填・除去される屈折率整合液からなり、この屈折率整合液の充填・除去は、前述した如く、このスリットの長手方向の中央（下部）付近と両端付近とに設けたヒータのいずれか一方を加熱し、屈折率整合液をスリット内で移動させて行うものとする。また、各光導波路には光入出力用の光ファイバ５４が接続されている。
【００３２】
まず、第一に、図２の８連疑似２×２光スイッチアレイのスイッチ挙動においては、下記の通り、光通信に十分な低クロストーク疑似２×２光スイッチとして正常に動作することを確認した。
【００３３】
光が透過する（スルー）状態をオフ、反射切替（クロス）状態をオンと呼ぶこととすると、全てのスイッチ部５３がオフの時、Ａ側からの入力光はＢ側の出力ポートへ直接伝搬され、Ｄ側の出力ポートへは伝搬されない。この時のクロストーク値は−４０ｄＢ以下である。また、全てのスイッチ部５３がオフの時、Ｃ側からの入力光はＤ側の出力ポートへ伝搬される。
【００３４】
スイッチ部５４のうち、任意のスイッチ部がオンになると、オンとなったスイッチ部に対応するＡ側の光導波路からの光はＤ側の光導波路へ伝搬され、Ｂ側へは伝搬されない。この時のクロストーク値は−４０ｄＢ以下である。また、この時、Ｃ側の光導波路からの光はＤ側へ伝搬されない。
【００３５】
本実施の形態より、本発明の疑似２×２光スイッチアレイは、従来のマッハツェンダ型２×２ＴＯスイッチに比べて、著しくクロストークを低減することができるといえる。
【００３６】
第二に、図２の８連疑似２×２光スイッチアレイを実際に組み立てた場合、全体のサイズは３ｍｍ×３ｍｍ程度で、従来のマッハツェンダ型２×２ＴＯスイッチを８個並列に配置して製造した８連２×２光スイッチアレイのサイズと比べて、実装面積が十分の一程度と著しく小型になる。従って、本発明の光スイッチアレイはマッハツェンダ型ＴＯスイッチより大規模化（多連）に適していると言える。
【００３７】
第三に、図２の８連疑似２×２光スイッチアレイでは、Ａ側の光導波路からＤ側の光導波路へ光が進む際に通過する交差部の数が同じになるように、対角線方向のみの交差部にスイッチ部（スリット）が設けられているので、出力ポート間毎の損失にばらつきはなく、常に一定の値を取る。従って、本発明の多連疑似２×２光スイッチアレイは、ＡＷＧ等の他の光素子と結合する場合において、著しく有利な特性を有するといえる。
【００３８】
［実施の形態２］
図３は本発明の光アド・ドロップマルチプレクサの実施の形態の一例、ここでは１６連疑似２×２光スイッチアレイとアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を同一基板上に集積した光集積型１６チャンネルＡＷＧアド・ドロップマルチプレクサを示すものである。
【００３９】
即ち、図３中、６０は光導波路基板、６１，６２はアド動作に対応するアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、６３，６４はドロップ動作に対応するなアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）であり、ＡＷＧ６１及びＡＷＧ６３間並びにＡＷＧ６２及びＡＷＧ６４間を結ぶ光導波路の途中に、図２に示した８連疑似２×２光スイッチアレイにおいて第一及び第二の光導波路群を構成する光導波路の数を１６とした１６連疑似２×２光スイッチアレイ６５が配置され、この１６連疑似２×２光スイッチアレイ６５の切替で、下記の通り、１６チャンネルの中から所望の波長の信号をアド・ドロップするようになしている。
【００４０】
即ち、１６連疑似２×２光スイッチアレイ６５がオン（クロス）の時、メイン入力ポートより入力された１６波長の信号は、まずＡＷＧ６２で分波され、１６連疑似２×２光スイッチ６５のクロスポートを通じてＡＷＧ６３で再び合波され、メイン出力ポートに出力される。次に、１６連疑似２×２光スイッチアレイ６５がオフ（スルー）されると、ＡＷＧ６２で分波された各波長信号は、今度は対応する１６連疑似２×２光スイッチアレイ６５のスルーポートを通じてＡＷＧ６４で合波され、まとめてドロップポートより出力される。
【００４１】
本発明の光集積型１６チャンネルＡＷＧアド・ドロップマルチプレクサのサイズは、ＡＷＧ部分を除いた箇所で５ｍｍ×５ｍｍ程度であり、従来のマッハツェンダ型２×２ＴＯスイッチを用いて構築した光集積型１６チャンネルＡＷＧアド・ドロップマルチプレクサのうちのＡＷＧ部分を除いたサイズと比べて、実装面積が十分の一程度と著しく小型にすることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、十分低クロストークで、かつ小型の光スイッチアレイを構成でき、また、この光スイッチアレイを用いて製造した光アド・ドロップマルチプレクサも、低クロストークで、かつ集積度の高いモジュール、即ち小型で廉価に構成することができ、ＦＴＴＤ（ファイバ・トウ・ザ・デスク）や光ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）等のユーザー系光ネットワーク及び通信処理装置内の光インターコネクションに有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光スイッチアレイの概要を示す構成図
【図２】本発明の光スイッチアレイの実施の形態の一例を示す構成図
【図３】本発明の光アド・ドロップマルチプレクサの実施の形態の一例を示す構成図
【符号の説明】
１，５１：第一の光導波路群、２，５２：第二の光導波路群、３，５３：スイッチ部、４，５０，６０：光導波路基板、１１〜１３，２１〜２３：光導波路、３１：スリット（溝）、３２：屈折率整合液、６１〜６４：アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、６５：１６連疑似２×２光スイッチアレイ。
【図１】
0003566086.tif 000002
【図２】
0003566086.tif 000003
【図３】
0003566086.tif 000004