(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポートと出力ポートとを有し、スイッチ制御信号が供給され、前記スイッチ制御信号のレベルに応じて前記入力ポートに入力する信号光を変調して出力する光スイッチ素子と、
前記光スイッチ素子の前記出力ポートに接続され、前記信号光の波長より短いバンドギャップ波長を有しｐｉｎ接合が設けられ前記信号光が伝搬する半導体層を備え、ゲート制御信号が供給され、前記ゲート制御信号のレベルに応じて前記信号光の出力を切替えると共に、前記ゲート制御信号がローレベルの場合に前記信号光に応答して光電流を前記ｐｉｎ接合で生成する光ゲート素子と、
前記光スイッチ素子に前記スイッチ制御信号を供給し、前記光ゲート素子に前記ゲート制御信号を供給する制御部とを有し、
前記制御部は、
前記光スイッチ素子に前記出力ポートから前記信号光を出力させながら、前記光ゲート素子に前記出力された信号光を透過させる出力モードと、
前記光スイッチ素子に前記出力ポートから前記信号光を出力させずに、前記光ゲート素子に前記出力ポートから漏れ出る前記信号光を遮断させる遮断モードとのいずれかのモードで動作し、
前記出力モードでは、前記光ゲート素子が生成する前記光電流が増加するように、前記スイッチ制御信号の大きさを調整することを
特徴とする光スイッチ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光スイッチ装置において、
前記半導体層は、一方向に延在し前記信号光が伝搬するｉ型の畝部と、前記畝部の一側方に設けられたｎ型領域と、前記畝部の他側方に設けられたｐ型領域とを有し、
前記ｐｉｎ接合は、前記ｐ型領域、前記ｎ型領域、およびｉ型の前記畝部とを有する接合であり、
前記ゲート制御信号は、前記ｐｉｎ接合に注入される電流であることを
特徴とする光スイッチ装置。
【請求項３】
出力モードと遮断モードとを有する光スイッチ装置の制御方法であって、
前記光スイッチ装置は、入力ポートに入力する信号光を変調して出力する光スイッチ素子と、前記信号光の波長より短いバンドギャップ波長を有しｐｉｎ接合が設けられ前記信号光が伝搬する半導体層を備え前記信号光を透過させながら前記信号光の強度に対応する光電流を前記ｐｉｎ接合で生成する光ゲート素子とを有し、
前記出力モードは、前記光スイッチ素子から出力される第１の信号光を前記光ゲート素子に入力する工程と、入力された前記第１の信号光に対応する前記光電流が増加するように前記光スイッチ素子を制御する工程とを有し、
前記遮断モードは、前記光スイッチ素子から漏れ出る第２の信号光を前記光ゲート素子に入力する工程と、入力された前記第２の信号光を前記光ゲート素子に遮断させる工程とを有する
光スイッチ装置の制御方法。
【請求項４】
入力ポートと第１の出力ポートと第２の出力ポートとを有し、スイッチ制御信号が供給され、前記スイッチ制御信号のレベルに応じて前記入力ポートに入力する信号光を変調して出力する光スイッチ素子と、
前記光スイッチ素子の前記第１〜第２の出力ポートに夫々接続され、前記信号光の波長より短いバンドギャップ波長を有しｐｉｎ接合が設けられ前記信号光が伝搬する半導体層を備え、ゲート制御信号が供給され、前記ゲート制御信号のレベルに応じて前記信号光の出力を切替えると共に、前記ゲート制御信号がローレベルの場合に前記信号光に応答して光電流を前記ｐｉｎ接合で生成する複数の光ゲート素子と、
前記光スイッチ素子に前記スイッチ制御信号を供給し、前記光ゲート素子に前記ゲート制御信号を供給する制御部とを有し、
前記光スイッチ素子は、前記スイッチ制御信号のレベルに応じて前記信号光を前記第１の出力ポートから出力し又は出力しない光素子であり、前記信号光を前記第１の出力ポートから出力させない場合には前記信号光を前記第２の出力ポートから出力させ、
前記制御部は、
前記光スイッチ素子に前記第１の出力ポートから前記信号光を出力させながら、前記第１の出力ポートに接続された前記光ゲート素子に前記信号光を透過させ、前記第２の出力ポートに接続された前記光ゲート素子に前記第２の出力ポートから漏れ出る前記信号光を遮断させる第１のモードと、
前記光スイッチ素子に前記第２の出力ポートから前記信号光を出力させながら、前記第２の出力ポートに接続された前記光ゲート素子に前記出力させた信号光を透過させ、前記第１の出力ポートに接続された前記光ゲート素子に前記第１の出力ポートから漏れ出る前記信号光を遮断させる第２のモードとで動作し、
前記第１のモードでは、前記第１の出力ポートに接続された前記光ゲート素子が生成する前記光電流が増加するように、前記スイッチ制御信号の大きさを調整し、
前記第２のモードでは、前記第２の出力ポートに接続された前記光ゲート素子が生成する前記光電流が増加するように、前記スイッチ制御信号の大きさを調整することを
特徴とする光スイッチ装置。
【請求項５】
第１の入力ポートと第１の出力ポートと第２の出力ポートとを有し、第１のスイッチ制御信号が供給され、前記第１のスイッチ制御信号のレベルに応じて前記第１の入力ポートに入力する入力光を前記第１の出力ポートまたは前記第２の出力ポートに出力する第１の光スイッチ素子と、
前記第１の出力ポートに入力端が接続され、第１の入射光の波長より短いバンドギャップ波長を有し第１のｐｉｎ接合が設けられ前記第１の入射光が伝搬する第１の半導体層を備え、第１のゲート制御信号が供給され、前記第１のゲート制御信号のレベルに応じて、前記第１の入射光を透過または遮断する第１の光ゲート素子と、
前記第２の出力ポートに入力端が接続され、第２の入射光の波長より短いバンドギャップ波長を有し第２のｐｉｎ接合が設けられ前記第２の入射光が伝搬する第２の半導体層を備え、第２のゲート制御信号が供給され、前記第２のゲート制御信号のレベルに応じて、前記第２の入射光を透過または遮断する第２の光ゲート素子と、
前記第１の光ゲート素子の出力端に接続された第２の入力ポートと第３の入力ポートと第３の出力ポートとを有し、第２のスイッチ制御信号が供給され、前記第２のスイッチ制御信号のレベルに応じて前記第２の入力ポートに入力する入力光または前記第３の入力ポートに入力する入力光を前記第３の出力ポートから出力する第２の光スイッチ素子と、
前記第３の出力ポートに接続され、第３の入射光の波長より短いバンドギャップ波長を有し第３のｐｉｎ接合が設けられ前記第３の入射光が伝搬する第３の半導体層を備え、第３のゲート制御信号が供給され、前記第３のゲート制御信号のレベルに応じて、前記第３の入射光を透過または遮断する第３の光ゲート素子と、
制御部とを有し、
前記第１の光スイッチ素子は、前記第１の入力ポートに入力する入力光を出力する場合には、前記第１のスイッチ制御信号の大きさに応じて前記第１の出力ポートまたは前記第２の出力ポートに出力される出力光の強度を変化させ、
前記第２の光スイッチ素子は、前記第２の入力ポートまたは前記第３の入力ポートに入力する入力光を前記第３の出力ポートに出力する場合には、前記第２のスイッチ制御信号の大きさに応じて前記第３の出力ポートから出力される出力光の強度を変化させ、
前記第１乃至第３の光ゲート素子はそれぞれ、前記第１乃至第３の入射光を透過させる場合には、透過している前記第１乃至第３の入射光の強度に対応する第１の光電流を前記第１乃至第３のｐｉｎ接合により生成し、
前記第１の入力ポートに外部から第１の信号光が供給され、前記第３の入力ポートに外部から第２の信号光が供給され、
前記制御部は、前記第１乃至第３の光ゲート素子のうちの前記第１の信号光または前記第２の信号光を透過させている光ゲート素子が生成する前記第１の光電流が増加するように、前記第１のスイッチ制御信号および前記第２のスイッチ制御信号のいずれか一方または双方の大きさを調整することを
特徴とする光スイッチ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光スイッチ装置において、さらに、
第４の入力ポートと第４の出力ポートと第５の出力ポートとを有し、第３のスイッチ制御信号が供給され、前記第３のスイッチ制御信号のレベルに応じて前記第４の入力ポートに入力する入力光を前記第４の出力ポートまたは前記第５の出力ポートに出力する第３の光スイッチ素子と、
前記第４の出力ポートに入力端が接続され、第４のゲート制御信号が供給され、第４の入射光の波長より短いバンドギャップ波長を有し第４のｐｉｎ接合が設けられ前記第４の入射光が伝搬する第４の半導体層を備え、前記第４のゲート制御信号のレベルに応じて前記第４の入射光を透過または遮断する第４の光ゲート素子と、
前記第５の出力ポートに入力端が接続され、第５のゲート制御信号が供給され、第５の入射光の波長より短いバンドギャップ波長を有し第５のｐｉｎ接合が設けられ前記第５の入射光が伝搬する第５の半導体層を備え、前記第５のゲート制御信号のレベルに応じて前記第５の入射光を透過または遮断する第５の光ゲート素子と、
前記第４の光ゲート素子の出力端に接続された第５の入力ポートと前記第２の光ゲート素子の出力端に接続された第６の入力ポートと第６の出力ポートとを有し、第４のスイッチ制御信号が供給され、前記第４のスイッチ制御信号のレベルに応じて前記第５の入力ポートに入力する入力光または前記第６の入力ポートに入力する入力光を前記第６の出力ポートに出力する第４の光スイッチ素子と、
前記第６の出力ポートに接続され、第６のゲート制御信号が供給され、第６の入射光の波長より短いバンドギャップ波長を有し第６のｐｉｎ接合が設けられ前記第６の入射光が伝搬する第６の半導体層を備え、前記第６のゲート制御信号のレベルに応じて、前記第６の入射光を透過または遮断する第６の光ゲート素子とを有し、
前記第３の光スイッチ素子は、前記第４の入力ポートに入力する入力光を出力する場合には、前記第３のスイッチ制御信号の大きさに応じて前記第４の出力ポートまたは前記第５の出力ポートに出力される出力光の強度を変化させ、
前記第４の光スイッチ素子は、前記第５の入力ポートまたは前記第６の入力ポートに入力する入力光を前記第６の出力ポートに出力する場合には、前記第４のスイッチ制御信号の大きさに応じて前記第６の出力ポートから出力される出力光の強度を変化させ、
前記第４乃至第６の光ゲート素子はそれぞれ、前記第４乃至第６の入射光を透過させる場合には、透過している前記第４乃至第６の入射光の強度に対応する第２の光電流を前記第４乃至第６のｐｉｎ接合で生成する
光スイッチ装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光スイッチ装置において、
前記第１の入力ポートに外部から前記第１の信号光が供給され、前記第４の入力ポートに外部から前記第２の信号光が供給され、
前記制御部は、前記第１乃至第６の光ゲート素子のうちの前記第１の信号光または前記第２の信号光を透過させているそれぞれの光ゲート素子が生成する前記第１又は第２の光電流が増加するように、前記第１乃至第４のスイッチ制御信号の一部又は全部を調整することを
特徴とする光スイッチ装置。
【請求項８】
請求項１、２及び４のいずれか１項に記載の光スイッチ装置において、
前記半導体層は、シリコン単結晶であることを
特徴とする光スイッチ装置。
【請求項９】
請求項３に記載の光スイッチ装置の制御方法において、
前記半導体層は、シリコン単結晶であることを
特徴とする光スイッチ装置の制御方法。
【請求項１０】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の光スイッチ装置において、
前記第１乃至第６の半導体層は、シリコン単結晶であることを
特徴とする光スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチ装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光スイッチのクロストークを低減するため、光スイッチの出力ポートに光ゲートを接続した光回路が提案されている。この光回路によれば、光ゲートによってクロストーク光が遮断されるので、チャネル間のクロストークが大幅に低くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、光スイッチには、僅かな製造誤差（不完全性）によって、出力光の強度が目標値から大きく外れるという問題がある。この問題は特に、光の干渉を利用する光スイッチ（特に、半導体で形成されたアームを有するマッハツェンダ型光スイッチ）で顕著である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の問題を解決するために、本装置の一観点によれば、入力ポートと出力ポートとを有しスイッチ制御信号が供給され、当該スイッチ制御信号のレベルに応じて前記入力ポートに入力する信号光を変調して出力する 光スイッチ素子と、前記光スイッチ素子の出力ポートに接続され、ゲート制御信号が供給され当該ゲート制御信号のレベルに応じて前記信号光の出力を切替える光ゲート素子とを有し、前記光スイッチ素子は、前記光ゲート素子の光強度信号の大きさに応じて光ゲート信号を制御し、前記出力ポートから出力される前記信号光の強度を変化させる光スイッチ装置が提供される。
【０００６】
本制御方法の一観点によれば、出力モードと遮断モードとを有する光スイッチ装置の制御方法であって、前記光スイッチ装置は、光スイッチ素子と入力された信号光を透過させながらその強度に対応する光強度信号を生成する光ゲート素子とを有し、前記出力モードは、前記光スイッチ素子から出力される第１の信号光を前記光ゲート素子に入力する工程と入力された第１の信号光に対応する前記光強度信号が増加するように前記光スイッチ素子を制御する工程とを有し、前記遮断モードは、前記光スイッチ素子から漏れ出る第２の信号光を前記光ゲート素子に入力する工程と、入力された第２の信号光を前記光ゲート素子に遮断させる工程とを有する光スイッチ装置の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
実施の形態の光スイッチ装置によれば、目標値から外れた出力光の強度を目標値に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１の光スイッチ装置の構成図である。
【図２】光スイッチ素子として用いられるＭＺ光スイッチの平面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿った、第１の位相シフタおよび第２の位相シフタの断面図である。
【図４】第１の光ゲート素子の平面図である。
【図５】図４のV-V線に沿った断面図である。
【図６】光ゲート素子の注入電流と損失の関係の一例である。
【図７】光ゲート素子の入射光のパワーとフォトカレントの関係の一例である。
【図８】第１の１×２接続モードのフローチャートである。
【図９】第１の１×２接続モードにおける動作図である。
【図１０】第２の１×２接続モードのフローチャートである。
【図１１】第２の１×２接続モードにおける動作図である。
【図１２】光スイッチ装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【図１３】光スイッチ装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【図１４】実施の形態２の光スイッチ装置の構成図である。
【図１５】第１の２×１接続モードのフローチャートである。
【図１６】第１の２×１接続モードにおける動作図である。
【図１７】第２の１×２接続モードにおける動作図である。
【図１８】第１の２×１遮断モードにおける動作図である。
【図１９】第２の２×１遮断モードにおける動作図である。
【図２０】実施の形態３の光スイッチ装置の構成図である。
【図２１】経路交換モードのフローチャートである。
【図２２】経路交換モードにおける動作図である。
【図２３】経路非交換モードのフローチャートである。
【図２４】経路非交換モードにおける動作図である。
【図２５】第１の経路切り替えモードのフローチャートである。
【図２６】第１の経路切り替えモードにおける動作図である。
【図２７】第２の経路切り替えモードのフローチャートである。
【図２８】第２の経路切り替えモードにおける動作図である。
【図２９】実施の形態４の光スイッチ装置の構成図である。
【図３０】経路交換モードのフローチャートである。
【図３１】経路非交換モードのフローチャートである。
【図３２】第１の経路選択モードのフローチャートである。
【図３３】第２の経路選択モードのフローチャートである。
【図３４】第３の経路選択モードのフローチャートである。
【図３５】第４の経路選択モードのフローチャートである。
【図３６】実施の形態５の光スイッチ装置の構成図である。
【図３７】パイロス型光スイッチ装置の構成方法を説明する図である。
【図３８】実施の形態６の光スイッチ装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１０】
（実施の形態１）
（１）構造
図１は、本実施の形態の光スイッチ装置２の構成図である。
【００１１】
光スイッチ装置２は、図１に示すように、光スイッチ素子４と、第１の光ゲート素子６ａと、第２の光ゲート素子６ｂと、制御部８とを有している。光スイッチ素子４は、入力ポート１０ａと、第１の出力ポート１２ａと、第２の出力ポート１２ｂとを有する１×２光スイッチ（１入力２出力光スイッチ）である。
【００１２】
光スイッチ素子４の第１の出力ポート１２ａには、光導波路１４ａを介して第１の光ゲート素子６ａの入力端が接続されている。第２の出力ポート１２ｂには、光導波路１４ｂを介して第２の光ゲート素子６ｂの入力端が接続されている。
【００１３】
光スイッチ素子４の入力ポート１０ａには、第１の入力導波路（光導波路）１４ｃが接続されている。一方、第１の光ゲート素子６ａ素子の出力端には、第１の出力導波路（光導波路）１４ｄが接続されている。同様に、第２の光ゲート素子６ｂの出力端には、第２の出力導波路（光導波路）１４ｅが接続されている。
【００１４】
光スイッチ装置２は、他の装置（例えば、別の光スイッチ装置）と第１の入力導波路１４ｃを共有してもよいし、単独で入力導波路１４ｃを有してもよい。或いは、第１の入力導波路１４ｃは、他の装置に含まれてもよい。出力導波路１４ｄ,１４ｅについても、同様である。
【００１５】
―光スイッチ素子―
光スイッチ素子４は、例えばマッハツェンダ型光スイッチ（以下、ＭＺ光スイッチと呼ぶ）である。図２は、このＭＺ光スイッチ１６の平面図である。
【００１６】
ＭＺ光スイッチ１６は、図２に示すように、入力ポート１０ａと、ダミー入力ポート１１と、入力ポート１０ａに入力した光を第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光分岐器１８とを有している。
【００１７】
入力ポート１０ａには、第１の入力導波路１４ｃ（図１参照）が接続される。しかし、ダミー入力ポート１１は開放される。光分岐器１８は、例えば２入力２出力の多モード干渉導波路(Multi Mode Interference Waveguide, MMI)である。
【００１８】
また、ＭＺ光スイッチ１６は、第１の分岐光が入射する第１の位相シフタ２０ａと、第２の分岐光が入射する第２の位相シフタ２０ｂとを有している。第１の位相シフタ２０ａと第２の位相シフタ２０ｂは、略同じ構造を有している。
【００１９】
また、ＭＺ光スイッチ１６は、第１の位相シフタ２０ａから出射する第１分岐光と、第２の位相シフタ２０ｂから出射する第２分岐光とを結合して、第１の結合光および第２の結合光を生成する光結合器２２を有している。光結合器２２は、例えば２入力２出力の多モード干渉導波路である。
【００２０】
また、ＭＺ光スイッチ１６は、第１の結合光を出力する第１の出力ポート１２ａおよび第２の結合光を出力する第２の出力ポート１２ｂを有している。更に、ＭＺ光スイッチ１６は、各光学部材（光分岐器１８、位相シフタ２０ａ,２０ｂ、光結合器２２）に接続された光導波路１４ｆを有している。
【００２１】
ＭＺ光スイッチ１６の一方のアームは、第１の位相シフタ２０ａとその両端に接続された光導波路１４ｆを有している。同様に、ＭＺ光スイッチ１６の他方のアームは、第２の位相シフタ２０ｂとその両端に接続された光導波路１４ｆを有している。
【００２２】
第１の入力導波路１４ｃ（図１参照）を伝搬してくる信号光は、入力ポート１０ａに入力（入射）し、第１の出力ポート１２ａまたは第２の出力ポート１２ｂから出力される。一方、ダミーポート１１には信号光は入力されない。したがって、実施の形態１のＭＺ光スイッチ１６は、１×２光スイッチ素子（１入力２出力光スイッチ素子）として機能する。
【００２３】
図３は、図２のIII-III線に沿った、第１の位相シフタ２０ａおよび第２の位相シフタ２０ｂの断面図である。
【００２４】
第１の位相シフタ２０ａおよび第２の位相シフタ２０ｂは、図３に示すように、基板（例えば、Ｓｉ基板）２６上に設けられた第１のクラッド層２８と、第２のクラッド層３０とを共有している。第１クラッド層２８および第２クラッド層３０は、絶縁体（例えば、ＳｉＯ２）である。
【００２５】
さらに、第１の位相シフタ２０ａは、第１の光導波層（半導体層）３２ａを有している。同様に、第２の位相シフタ２０ｂは、第２の光導波層（半導体層）３２ｂを有している。第１の光導波層３２ａおよび第２の光導波層３２ｂは、第１クラッド層２８と第２クラッド層３０に挟まれた半導体層（例えば、単結晶Ｓｉ層）３２の一部である。
【００２６】
第１の光導波層３２ａは、一方向 （図２において、光分岐器１８から光結合器２２に向かう方向）に延在しi型の領域である第１の畝部３６ａ（図３参照）を有している。同様に、第２の光導波層３２ｂは、上記一方向に延在しi型の領域である第２の畝部３６ｂを有している。すなわち第１の光導波層３２ａおよび第２の光導波層３２ｂは、リブ型光導波路である。
【００２７】
第１の光導波層３２ａは、第１の畝部３６ａの一側方に設けられた第１のｐ型領域３８ａと、第１の畝部３６ａの他側方に設けられたｎ型領域４０とを有している。 
【００２８】
同様に、第２の光導波層３２ｂは、第２の畝部３６ｂの一側方に設けられた第２のｐ型領域３８ｂと、第２の畝部３６ｂの他側方に設けられたｎ型領域４０とを有している。
【００２９】
第１のｐ型領域３８ａ、ｎ型領域４０、および第１のｐ型領域３８aとｎ型領域４０とに挟まれた第１畝部３６aは、第１のｐｉｎ接合を形成している。同様に、第２のｐ型領域３８ｂ、ｎ型領域４０、および第２のｐ型領域３８ｂとｎ型領域４０とに挟まれた第２畝部３６ｂは、第２のｐｉｎ接合を形成している。
【００３０】
第１クラッド層２８、第２クラッド層３０、および半導体層３２は、動作波長（例えば、１.５５μｍ）において透明である。半導体層３２の屈折率は、第１クラッド層２８および第２クラッド層３０より高くなっている。従って、第１の位相シフタ２０ａに入射した第１の分岐光は、半導体層３２の第１の畝部３６ａを伝搬する。同様に、第２の位相シフタ２０ｂに入射した第２の分岐光は、半導体層３２の第２の畝部３６ｂを伝搬する。
【００３１】
第１の位相シフタ２０ａおよび第２の位相シフタ２０ｂは、第２クラッド層３０の上に設けられｎ型領域４０に接続された共通電極４４を有している。また、第１の位相シフタ２０ａは、第２クラッド層３０の上に設けられ第１のｐ型領域３８ａに接続された第１の電極４６ａを有している。同様に、第２の位相シフタ２０ｂは、第２クラッド層３０の上に設けられ第２のｐ型領域３８ｂに接続された第２の電極４６ｂを有している。
【００３２】
例えば、共通電極４４および第２の電極４６ｂは接地される。第１の電極４６ａと共通電極４４の間には、スイッチ制御信号が供給される。
【００３３】
第１の電極４６ａと共通電極４４の間に供給されるスイッチ制御信号は、第１のｐｉｎ接合に注入される電流である。電流注入によりｐｉｎ接合にキャリアが蓄積されると、プラズマ効果により第１の畝部３６ａａの屈折率が減少し、第１の位相シフタ２０ａを伝搬する光の位相が変化する。
【００３４】
第１の位相シフタ２０ａを伝搬して光結合器２２に入射する第１の分岐光と第２の位相シフタ２０ｂを伝搬して光結合器２２に入射する第２の分岐光の位相差（すなわち、光結合器２２における分岐光の位相差）が０又はπ(ｒａｄ)の偶数倍の場合、信号光は第２の出力ポート１２ｂから出力される。第１のｐｉｎ接合に注入される電流が増加して、第１の分岐光と第２の分岐光の位相差がπ（ｒａｄ）の奇数倍になると、信号光は第１の出力ポート１２ａから出力される。
【００３５】
ＭＺ光スイッチ１６には、上記位相差が略０又はπ(ｒａｄ)の偶数倍になる電流（スイッチ制御信号）と、上記位相差が略π(ｒａｄ)の奇数倍になる電流（スイッチ制御信号）とが供給される。多くの場合、位相差を略０又はπ(ｒａｄ)の奇数倍にするためは、位相差を略０又はπ(ｒａｄ)の偶数倍にする第１の電流より大きな第２の電流が、ＭＺ光スイッチ１６に供給される。したがって、以後このような場合について説明する。しかし、上記位相差は注入電流に対して周期的に変わるので、第１の電流と第２の電流の大きさを逆転させてもよい。
【００３６】
したがって、ＭＺ光スイッチ１６は、上記電流（スイッチ制御信号）がハイレベルの場合には信号光を第１の出力ポート１２ａから出力し、上記電流（スイッチ制御信号）がローレベルの場合には信号光を第１の出力ポート１２ａから出力しない。さらにＭＺ光スイッチ１６は、信号光が第１の出力ポート１２ａから出力されない場合には、信号光を第２の出力ポート（１２ｂ）から出力する。なお、ハイレベルとは、信号の強度に関して２つのレベルが存在する場合に、他方より強い強度に対するレベルのことである。
【００３７】
今、ＭＺ光スイッチ１６が、ハイレベルのスイッチ制御信号が供給されて第１の出力ポート１２ａから信号光を出力する場合を考える。第１のｐｉｎ接合に注入される電流が漸増（または、漸減）すると、光結合器２２に入射する第１の分岐光の位相は漸減（または、漸増）する。すると、第１の分岐光と第２の分岐光の位相差が変化する。
【００３８】
この変化が上記位相差をπ（ｒａｄ）の奇数倍から遠ざける変化であれば、第１の出力ポート１２ａから出力される信号光は減少する。逆に、上記変化が位相差をπ（ｒａｄ）の奇数倍に近づける変化であれば、第１の出力ポート１２ａから出力される信号光は増加する。
【００３９】
一方、ＭＺ光スイッチ１６にローレベルの制御信号が供給される場合には、ローレベルの制御信号の大きさに応じて、第２の出力ポート１２ｂから出力される信号光は増加または減少する。
【００４０】
以上のように、ＭＺ光スイッチ１６は、スイッチ制御信号の大きさに応じて第１の出力ポート１２ａ（または、第２の出力ポート１２ｂ）から出力される信号光の強度を変化させる光スイッチ素子（すなわち、信号光を変調する光スイッチ素子）である。
【００４１】
以上の例では、第１の畝部３６ａのうち第１のｐ型領域３８aとｎ型領域４０とに挟まれていない部分、および第２の畝部３６ｂのうち第２のｐ型領域３８ｂとｎ型領域４０とに挟まれていない部分は、半導体層３２の他の部分と同じく単結晶Ｓｉであるが、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（ｘは、０より大きく０．３以下）であってもよい。
【００４２】
Ｓｉ１−ｘＧｅｘのバンドギャップは、Ｓｉのバンドギャップより狭い。したがって、第１畝部３６a（または、第２畝部３６ｂ）に電流が注入されると、キャリアがＳｉ１−ｘＧｅｘである、第１のｐ型領域３８aとｎ型領域４０（または、第２のｐ型領域３８ｂとｎ型領域４０）に挟まれていない部分に閉じ込められる。その結果、第１の畝部３６ａ（または、第２の畝部３６ｂ）に閉じ込められるキャリアの密度が増加し、第１の畝部３６ａ（または、第２の畝部３６ｂ）の屈折率変化が大きくなる。
【００４３】
また、半導体層３２は、Ｓｉ以外の半導体層、例えば単結晶ＧａＡｓ層や単結晶ＩｎＰ層であってもよい。その場合、第１の畝部３６ａのうち第１のｐ型領域３８aとｎ型領域４０とに挟まれていない部分、および第２の畝部３６ｂのうち第２のｐ型領域３８ｂとｎ型領域４０とに挟まれていない部分が、例えば単結晶ＩｎＧａＡｓ層や単結晶ＩｎＧａＡｓＰ層であってもよい。
【００４４】
これらの変形例は、後述する光ゲート素子６ａの構造に適用してもよい。
【００４５】
以上の例では、第２の電極４４ｂは接地されている。したがって、第２の位相シフタ３２ｂは、第２のｐ型領域３８ｂおよびｎ型領域４０を有していなくてもよい。すなわち、ＭＺ光スイッチ１６の一方のアームが、第１の畝部３６ａと、第１の畝部３６ａの一方側方に設けられたｐ型領域３８ａと、第１の畝部３６ａの他側方に設けられたｎ型領域４０とを有する半導体層を有してもよい。
【００４６】
位相シフタ２０ａ,２０ｂ以外の光学部材（光分岐器１８、光結合器２２、光導波路１４）の断面構造も、図３を参照して説明した位相シフタ２０ａ,２０ｂと略同じである。但し、これらの光学部材は、ｎ型領域４０、ｐ型領域３８ａ,３８ｂおよびこれらに付随する電極は有していない。また、これらの光学部材の畝部は、各光学部材の機能に応じた幅を有している。
【００４７】
尚、基板２６には、電子回路（例えば、制御装置８）が設けられてもよい。
【００４８】
―光ゲート素子―
図４は、第１の光ゲート素子６ａの平面図である。図５は、図４のV-V線に沿った断面図である。図４及び５に示すように、第１の光ゲート素子６ａは、第１の位相シフタ部２０ａと略同じ構造（素子長を除く）を有している。したがって第１の位相シフタ部２０ａと共通する部分については、説明を省略する。
【００４９】
図４ に示すように、第１の光ゲート素子６ａは、光スイッチ素子４の第１の出力ポート１２ａに接続される入力端４８と、第１の出力導波路１４ｄに接続される出力端５０とを有している。図４には、下記畝部３６ｃ等も破線で示されている。
【００５０】
図５に示すように、第１の光ゲート素子６ａは、ｉ型の領域である畝部３６ｃの一側方に設けられたｐ型領域３８ｃと、畝部３６ｃの他側方に設けられたｎ型領域４０ａとを有する光導波層（半導体層）３２ｃとを有している。畝部３６ｃは、一方向（入射端から出力端に向かう方向）に延在し、入射端４８に入力する入射光はこの畝部３２ｃを主に伝搬する。すなわち光導波層３２ｃは、図３に示す、第１の光導波層３２ａおよび第２の光導波層３２ｂと略同じ断面構造を有するリブ型光導波路である。
【００５１】
第１の光ゲート素子６ａは、ｐ型領域３８ｃに接続された第３の電極４６ｃと、ｎ型領域４０ａに接続された接地電極５２とを有している。第３の電極４６ｃと接地電極５２の間には、ゲート制御信号が供給される。接地電極５２は接地される。
【００５２】
ゲート制御信号は、ｐ型領域３８ｃとｎ型領域４０ａとｉ型の畝部３６ｃとを有するｐｉｎ接合に注入される電流である。電流注入によりｐｉｎ接合にキャリアが蓄積されると、プラズマ効果により畝部３６ｃの損失係数（光の損失係数）が増加する。その結果、入力端４８から入射（入力）した入射光は、光導波層３２ｃを伝搬する間に減衰する。
【００５３】
尚、ＭＺ光スイッチ１６の位相シフタ２０ａ,２０ｂでも、電流注入により損失係数が増加する。しかし位相シフタ２０ａ,２０ｂが短いため、ＭＺ光スイッチ１６では信号光は殆ど減衰しない。しかし、第１の光ゲート素子６ａの素子長は長いので、入射光は効率的に吸収され、出力端５０からは殆ど出射されない。位相シフタ２０ａ,２０ｂは、例えば約１００μｍである。第１の光ゲート素子６ａは、例えば約２５０μｍである。
【００５４】
図６は、第１の光ゲート素子６ａの注入電流と損失の関係の一例である。横軸は、注入電流である。縦軸は、入射光の損失（入射光パワーに対する出射光パワーの比）である。測定に用いた光ゲート素子の長さは２５０μｍであり、ｐ型領域およびｎ型領域の厚さは５０ｎｍである。畝部３６ｃの高さおよび幅はそれぞれ、２５０ｎｍおよび５００ｎｍである。光導波層３２は、シリコン単結晶である。
【００５５】
図６に示すように、ｐｉｎ接合に注入される電流（注入電流）が０ｍＡであれば、損失は略０ｄＢである。したがって、入射光は殆ど減衰せずに、出射端５０から出力される。一方、５０ｍＡの電流がｐｉｎ接合に注入されると損失は約２０ｄＢに増加し、入射光は殆ど出力されない。
【００５６】
第１の光ゲート素子６ａには例えば、０ｍＡの電流（ローレベルのゲート制御信号）と、５０ｍＡの電流（ハイレベルのゲート制御信号）とが供給される。このような電流レベルに応じて、ゲート制御信号がローレベルの場合には、入射光は出力され（すなわち、透過され）、ゲート制御信号がハイレベルの場合には、入射光を出力されない（すなわち、遮断される）。すなわち第１の光ゲート素子６ａは出力ポート１２ａに接続され、ゲート制御信号のレベルに応じて、（光スイッチ素子４により変調された）信号光の出力レベルを切り替える。
【００５７】
また、図６に示すように、第１の光ゲート素子６ａの損失は注入電流に応じて徐々に増加する。したがって、第１の光ゲート素子６ａは、光可変減衰器としても機能する。
【００５８】
図７は、第１の光ゲート素子６ａの入射光のパワーとフォトカレントの関係の一例である。横軸は、入射光のパワー（入力パワー）でる。縦軸は、第１の光ゲート素子６ａが生成するフォトカレントの大きさである。測定に用いた光ゲート素子は、図６の測定用いた素子と同じである。ｐｉｎ接合への印加電圧は０Ｖであり、入射光の波長は約１．５５μｍである。
【００５９】
Ｓｉのバンドギャップ波長は、約１．１μｍである。したがって、波長１．５５μｍの入射光は吸収されず、フォトカレントは流れないと考えられる。しかし、図７に示すように、僅かではあるがフォトカレントが流れる。
【００６０】
これはＳｉの禁制帯内の欠陥準位等により入射光が吸収されて、フォトキャリアが生成されるためと考えられる。
【００６１】
第１の光ゲート素子６ａのｐｉｎ接合に０Ｖまたは逆バイアスが印加されている間は、ｐｉｎ接合には電流が注入されないので、入射光は第１の光ゲート素子６ａを透過する。この時、第１の光ゲート素子６ａは、透過している入射光のパワー（光強度）に対応するフォトカレントを生成する。このフォトカレント（光電流）は、入射光に応答してｐｉｎ接合が生成する光強度信号である。すなわち第１の光ゲート素子６ａは、入射光を透過させる場合には、透過している入射光に対応する光強度信号を生成する。
【００６２】
ところで光スイッチ装置２に入力する信号光は、例えば１〜１００ＧＨｚで変調されている。したがって信号光の変調周期（１ビット当たりの時間）は、例えば１０ｐｓ〜１ｎｓである。第１の光ゲート素子６ａが入射光に応答して光強度信号を生成する際の応答時間は、この変調周期より十分に長い（例えば、１０ｎｓ以上１秒以下）。したがって第１の光ゲート素子６ａが生成する光強度信号（フォトカレント）は、入射光強度の平均値に対応している。尚、応答時間とは、例えばステップ状の入射光に応答して光強度信号が最大値の６３％になるまでの時間のことである。
【００６３】
ところで、畝部３６ｃに微量の不活性ガスイオンが注入されると、結晶欠陥が導入されフォトカレントが増加する。したがって畝部３６ｃへのイオン注入は、入射光の検出感度を向上させるためには好ましい。一方、導入された結晶欠陥により光損失が増加するので、光スイッチ装置を低損失化するためには、畝部３６ｃへのイオン注入は好ましくない。したがって、光スイッチ装置の低損失化が重要でない場合には、畝部３６ｃに不活性ガスイオンを注入してもよい。
【００６４】
第２の光ゲート素子６ｂは、第１の光ゲート素子６ａと略同じ構造および特性を有している。したがって、第２の光ゲート素子６ｂの説明は省略する(後述する第３乃至第６の光ゲート素子６ｃ〜６ｆについても同様)。
【００６５】
ところで、図３乃至５を参照して説明した光スイッチ素子および光ゲート素子では、基板２６に水平の方向（横方向）からｐｉｎ接合に電流が注入される。しかし、畝部３６ａ〜３６ｃの上側および下側にそれぞれｐ型半導体層およびｎ型半導体層を設けることで、基板２６に対して垂直な方向（縦方向）から畝部３６ａ〜３６ｃ（ｉ型半導体）に電流を注入してもよい。
【００６６】
―制御部―
制御部８は、光スイッチ素子４にスイッチ制御信号を供給する。制御部８はさらに、第１の光ゲート素子６ａおよび第２の光ゲート素子６ｂそれぞれに、ゲート制御信号を供給する。
【００６７】
制御部８は、例えば図1に示すように、制御回路５４と、電流源５６と、電流モニタ５８と、スイッチ素子６０を有している。制御回路５４は、光スイッチ素子４にスイッチ制御信号を供給すると共に、電流源５６と電流モニタ５８とスイッチ素子６０とを制御する。 この制御のため制御回路５４は、制御回路５４とスイッチ６０を接続する信号線（図示せず）により、スイッチ素子６０に制御信号を供給する（後述する制御回路およびスイッチ素子についても同様）。
【００６８】
制御回路５４は、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等の論理回路である。制御回路５４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとを有する回路であってもよい。その場合、メモリには、制御回路５４の機能をＣＰＵに実現させるためのプログラムが記録される。
【００６９】
（２）動作
制御部８は、第１の接続モード（以下、第１の１×２接続モードと呼ぶ）と第２の接続モード（以下、第２の１×２接続モードと呼ぶ）とで動作する。
【００７０】
（i）第１の１×２接続モード
図８は、第１の１×２接続モードのフローチャートである。図９は、第１の１×２接続モードにおける動作図である。
【００７１】
―ステップ２―
図９に示すように、信号光（例えば、何らかの情報に基づいて変調された光）６２が第１の入力導波路１４ｃを伝搬して、光スイッチ素子（１×２光スイッチ素子）４に入力しているとする。
【００７２】
この状態で制御部８は、図９に示すように、光スイッチ素子４にスイッチ制御信号６４を供給して、第１の出力ポート１２ａから信号光を出力させる（Ｓ２）。
【００７３】
この時に供給されるスイッチ制御信号（初期値）は、第１の分岐光と第２の分岐光の位相差がπ(ｒａｄ)の奇数倍になると予測される電流（ハイレベルのスイッチ制御信号）を、たとえば光スイッチ素子４の第１の電極４６ａと共通電極４４の間に注入する。
【００７４】
第１の分岐光と第２の分岐光の位相差がπ（ｒａｄ）になる電流を、素子ごとに測定することは容易ではない。そこでステップＳ２では、第１の分岐光と第２の分岐光の位相差がπ(ｒａｄ)の奇数倍になると予測される電流を、光スイッチ素子４に供給する。
【００７５】
例えば、光スイッチ装置４と略同じ構造を有する複数の素子で位相差がπ(ｒａｄ)の奇数倍になる電流を測定し、測定値の平均をスイッチ制御信号の初期値として用いる。この平均値を別の光スイッチ装置４にも用いることで、スイッチ制御信号を素子ごとに特定する作業が省略される。ローレベルのスイッチ制御信号についても同様である。実施の形態２〜６についても、同様である。
【００７６】
―ステップ４―
次に、制御回路５４は、スイッチ素子６０を制御して、第１の光ゲート素子６ａの第３の電極４６ｃに電流モニタ５８を接続する（Ｓ４）。
【００７７】
電流モニタ５８は、０Ｖまたは逆バイアス電圧（負の電圧）を光ゲート素子６ａに印加する。したがって、電流モニタ５８への注入電流は略０ｍＡになる。すなわちステップＳ４により、ローレベルのゲート制御信号が第１の光ゲート素子６ａのｐｉｎ接合に供給される。その結果、信号光は第１の光ゲート素子６ａを透過し、第１の出力導波路１４ｄに出力される（図１参照）。
【００７８】
ステップ２およびステップＳ４により、制御部８は、光スイッチ素子４に第１の出力ポート１２ａから信号光６２を出力させながら、第１の光ゲート素子６ａに信号光を透過させ、第１の出力導波路１４ｄに信号光６２を出力させる（Ｓ２,Ｓ４）。
【００７９】
―ステップ６―
電流モニタ５８は、第１の光ゲート素子６ａに接続されると、第１の光ゲート素子６ａが生成する光強度信号（フォトカレント）６６を検出し、その電流値を制御回路５４に送信する。
【００８０】
ところで光スイッチ素子４に供給される光スイッチ制御信号６４には、ディザ信号（dither signal）が重畳されている。ディザ信号は、周期的に増減を繰り返す信号（例えば、電流）である。このディザ信号の周期は、信号光の変調周期より十分に長い（例えば、変調周期の１０倍以上）。
【００８１】
制御回路５４は、このディザ信号と光強度信号６６の増減のタイミングを比較し、ディザ信号と光強度信号が増減するタイミングが略同時（すなわち同相）でれば、スイッチ制御信号（注入電流）を増加させる。一方、ディザ信号と光強度信号が増減するタイミングが半周期ずれていていれば（すなわち、逆相であれば）、制御回路５４は、スイッチ制御信号（注入電流）を減少させる。
【００８２】
制御回路５４は、この調整動作を光強度信号６６が所定の閾値（例えば、光強度信号６６の平均値の１０分の１）以下になるまで続ける。これにより、光強度信号は略極大値になる（Ｓ６）。
【００８３】
以上のように制御部８は、制御回路５４と電流モニタ５８の働きにより、第１の光ゲート素子６ａが生成する光信号強度が極大化するように、スイッチ素子４に供給されているスイッチ制御信号６４の大きさを調整する（Ｓ６）。なお、極大化過程は、一般的にスイッチ制御信号に曲線の傾きに比例する変化を加えていき、曲線の傾きが略0となる点に収束することで実現できる。したがって、このような制御を行う制御手順であればディザ信号を用いる方法でなくともよい。
【００８４】
また、このような制御を行っていった際に、スイッチ制御信号の電流値が0以下となる場合がある。この場合、反対側の位相シフタ、すなわち第２の電極４６ｂと共通電極４４間への電流を実質的に負の電流とみなすことができる。
【００８５】
ところで、光スイッチ素子には、僅かな製造誤差によっても、出力光強度が目標値とは大きく異なってしまうとい問題がある。この問題は特に、光の干渉を利用する光スイッチ素子（例えば、図２及び３を参照して説明したＭＺ光スイッチ）で顕著である。
【００８６】
しかし、光スイッチ装置２によれば、光信号強度が光スイッチ素子４にフィードバックされるので、略目標通りの出力光強度が得られる（すなわち、略目標通りの挿入損失が得られる）。
【００８７】
―ステップ８―
ステップＳ４およびステップＳ６と並行して、制御回路５４は、スイッチ素子６０を制御して、第２のゲート素子６ｂに電流源５８を接続する。電流源５８は例えば、第２のゲート素子６ｂの損失（光減衰率）を略２０ｄＢにする電流（ハイレベルのゲート制御信号）を、第２のゲート素子６ｂのｐｉｎ接合に供給する。
【００８８】
ステップＳ６により、第１の出力ポート１２ａから出力される出力光（信号光）が極大化されると、第２の出力ポート１２ｂから漏れ出る信号光は減少する。しかし、僅かではあるが、第２の出力ポート１２ｂからも信号光（クロストーク光６８）が出力される。電流が供給された第２の光ゲート素子６ｂにより、このクロストーク光は遮断される。このため、光スイッチ装置２のクロストークは極めて小さくなる。
【００８９】
例えば、光スイッチ素子４のクロストークが２０ｄＢで、電流第２の光ゲート素子６ｂの損失が２０ｄＢの場合、光スイッチ装置２ｂのクロストークは４０ｄＢ（＝２０ｄＢ+２０ｄＢ）になる。
【００９０】
以上のように制御部８は、制御回路５４と電流源５６の働きにより、第２の光ゲート素子６ｂに第２の出力ポート１２ｂから漏れ出る信号光（クロストーク光）を遮断させる（Ｓ８）。
【００９１】
ところで以上の例では、ステップＳ４及びステップＳ６は、ステップ８と並行して行われる。しかし、ステップＳ４及びステップＳ６は、ステップ８の前または後に実行されてもよい。
【００９２】
（ii）第２の１×２接続モード
図１０は、第２の１×２接続モードのフローチャートである。図１１は、第２の１×２接続モードにおける動作図である。第２の１×２接続モードは、第１の１×２接続モードに類似している。したがって第１の１×２接続モードと共通する部分については、説明を省略する。
【００９３】
図１１に示すように、信号光６２が第１の入力導波路１４ｃを伝搬して、光スイッチ素子４に入力しているとする。
【００９４】
制御部８はまず、光スイッチ素子４にローレベルのスイッチ制御信号（初期値）６４を供給して、第２の出力ポート１２ｂから信号光を出力させる（Ｓ１２）。
【００９５】
つぎに制御部８は、第２の光ゲート素子６ｂに電流モニタ５８を接続する（Ｓ１４）。
【００９６】
以上により、制御部８は、光スイッチ素子４に第２の出力ポート１２ｂから信号光６２を出力させながら、第２の光ゲート素子６ｂにこの信号光を透過させる（Ｓ１２,Ｓ１４）。
【００９７】
すると制御回路５４は、電流モニタ５８が生成する光強度信号（フォトカレント）に基づいて、光強度信号を極大化させる（Ｓ１６）。すなわち、制御部８は、第２の光ゲート素子６ｂが出力する光強度信号が極大化するように、光スイッチ素子４に供給されているスイッチ制御信号の大きさを調整する。
【００９８】
ステップＳ１４およびステップＳ１６と並行して、制御部８は、第１のゲート素子６ａに電流源５８を接続する。電流源５８は、例えば第１のゲート素子６ｂの損失が略２０ｄＢになるゲート制御信号（ハイレベル信号）を、第１のゲート素子６aに供給する（Ｓ１８）。このステップＳ１８により、制御部８は、第１の光ゲート素子６ａに第１の出力ポート１２ａから漏れ出る信号光（クロストーク光）を遮断させる。
【００９９】
以上で、第２の１×２接続モードは終了する。
【０１００】
以上の動作は、以下のようにまとめられる。
【０１０１】
制御部８は、第１の１×２接続モード（第１のモード）と第２の１×２接続モード（第２のモード）とで動作する。
【０１０２】
ここで、第１の接続モードは、光スイッチ素子４に第１の出力ポート１２ａから信号光６２を出力させながら第１の光ゲート素子６ａにこの出力された信号光を透過させ、第２の光ゲート素子６ｂに第２の出力ポート１２ｂから漏れる信号光を遮断させるモードである。
【０１０３】
第２の接続モードは、光スイッチ素子４に第２の出力ポート１２ｂから信号光を出力させながら第２の光ゲート素子６ｂにこの出力された信号光を透過させ、第１の光ゲート素子６ａに第１の出力ポート１２ａから漏れる信号光を遮断させるモードである。
【０１０４】
制御部８は、第１の接続モードでは、第１の光ゲート素子６ａが生成する光強度信号が増加するように（光強度信号が大きくなるように）スイッチ制御信号６４の大きさを調整して、光強度信号６６を極大化する。また、制御部８は、第２の接続モードでは、第２の光ゲート素子６ｂが出力する光強度信号６６が極大化するようにスイッチ制御信号６４の大きさを調整する。ただし、スイッチ制御信号６４の大きさを極大化せずに、増加させるだけでもよい。スイッチ制御信号６４を増加させるだけも、光スイッチ装置２の出力光強度は目標値に近づく。
【０１０５】
ところで、第１の出力ポート１２ａに着目すると、第１の接続モードは、光スイッチ素子４に第１の出力ポート１２ａから信号光６２を出力させながら、第１の光ゲート素子６ａにこの出力された信号光を透過させる出力モードである。この出力モードでは、光ゲート素子４が生成する光強度信号が極大化（または、増加）するように、スイッチ制御信号の大きさが調整される。
【０１０６】
一方、第２の接続モードは、光スイッチ素子４に第１の出力ポート１２ａから信号光６４を出力させずに、第１の光ゲート素子６ａに第１の出力ポート１２ａから漏れる信号光（クロストーク光）を遮断させる遮断モードである。
【０１０７】
実施の形態１の光スイッチ装置２は、図８に示すように制御部８を有している。しかし光スイッチ装置２は、制御部８を有していなくてもよい。その場合、スイッチ制御信号およびゲート制御信号は外部から供給される。
【０１０８】
上述したように、第１の光スイッチ素子４は、スイッチ制御信号に応答して、信号光（入力光）を出力ポートに出力させ又は出力させない素子である。
【０１０９】
ここで、出力ポート（例えば、第１の出力ポート１２ａ）に信号光（入力光）を出力させるとは、入力ポート（例えば、第１の入力ポート１０ａ）に入力した信号光（入力光）の大部分（好ましくは５０％以上、更に好ましくは７５％以上）を出力ポート（例えば、第１の出力ポート１２ａ）から出射させることである。一方、出力ポート（例えば、第１の出力ポート１２ａ）に信号光（入力光）を出力させないとは、入力ポート（例えば、第１の入力ポート１０ａ）に入力した信号光（入力光）の大部分（好ましくは９０％以上、更に好ましくは９９％以上）を出力ポート（例えば、第１の出力ポート１２ａ）から出射させないことである。以下の実施の形態においても、同じである。
【０１１０】
また光ゲート素子６ａ,６ｂが入射光を透過させるとは、入射光の挿入損失を所定の値（例えば、１ｄＢ）以下にすることである。光ゲート素子６ａ,６ｂが入射光を遮断するとは、入射光の挿入損失を所定の値（例えば、１０ｄＢ）以上にすることである。以下の実施の形態においても、同じである。
【０１１１】
（３）製造方法
図１２及び１３は、制御部８を除く光スイッチ装置４の製造方法を説明する工程断面図である。図１２及び１３には、第１の光ゲート素子６ａの断面が示されている。
【０１１２】
まず、図１２（ａ）に示すように、ウエハ状のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板７０を準備する。ＳＯＩ基板７０は、Ｓｉ基板７２と、ＢＯＸ層（Buried Oxide Layer）７４と、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）層７６とを有している。ＢＯＸ層７４は、例えば厚さ３μｍ程度のＳｉＯ２層であり、第１のクラッド層２８になる。ＳＯＩ層７６は、例えば厚さ２５０ｎｍ程度の単結晶Ｓｉ層である。
【０１１３】
次に、図１２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いてＳＯＩ層７６をエッチングして、各光学部材（光スイッチ素子４、第１の光ゲート素子６ａ、第２の光ゲート素子６ｂ、光導波路１４ａ,１４ｂ等）の畝部７８を形成する。畝部７８の両側には、厚さ５０ｎｍ程度のスラブ領域８０が形成される。
【０１１４】
次にｐ型領域３８ａ,３８ｂ,３８ｃの形成位置に、ｐ型ドーパント（例えば、ボロン）をイオン注入する。同様にｎ型領域４０,４０ａの形成位置に、ｎ型ドーパント（例えば、燐）をイオン注入する。その後、注入した不純物を活性化する熱処理を行い、図１２（ｃ）に示すように、ｐ型領域３８およびｎ型領域４０を形成する。
【０１１５】
イオン注入のドーズは、各領域のキャリア濃度が例えば５×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１９ｃｍ−３（好ましくは、１×１０１９ｃｍ−３）になる値である。この範囲（５×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１９ｃｍ−３）を超えてキャリア濃度が低くなると、電流注入によりｐｉｎ接合に蓄積されるキャリア数が減少し、屈折率の変化量が小さくなる。一方、この範囲を超えてキャリア濃度が高くなると、ｐ型領域３８ａ,３８ｂ,３８ｃおよびｎ型領域４０,４０ａによる光吸収が大きくなり、信号光６２の伝播損失が無視できなくなる。
【０１１６】
次に、図１３（ａ）に示すように、スラブ領域８０および畝部７８の表面に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により厚さ１μｍ程度ＳｉＯ２膜８２を堆積する。ＳｉＯ２膜８２は、第２クラッド層３０になる。
【０１１７】
図１３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜８２をエッチングして、ｐ型領域３８ａ,３８ｂ,３８ｃおよびｎ型領域４０,４０ａに達するコンタクトホール８４を形成する。
【０１１８】
その後、ＳｉＯ２膜８２上に導体膜（例えば、Ａｌ膜）を堆積し、各電極の形成位置の外側の導体膜を除去する。これにより、第１乃至第３の電極４６ａ,４６ｂ,４６ｃおよび共通電極４４が形成される。
【０１１９】
その後、ＳＯＩ基板７０を分割して、チップ状の光スイッチ装置２を形成する。
【０１２０】
尚、畝部３６ａ,３６ｂ,３６ｃおよびスラブ領域８０のサイズは、導波光の横モードがシングルモードになるサイズが好ましい。
【０１２１】
（４）変形例１
以上の例では、光スイッチ素子４の第２の電極４６ｂは接地されている。しかし第１の電極４６ａと同様、第２の電極４６ｂにもスイッチ制御信号が供給されてもよい。
【０１２２】
例えば、第１の１×２接続モードにおいて、第１の電極４６ａに電流を注入し第２の電極４６ｂには電流を注入しないで、第１の分岐光と第２の分岐光の位相差を略πの奇数倍にする。一方、第２の１×２接続モードでは、第１の電極４６ａに電流を注入しないで第２の電極４６ｂに電流を注入し、第１の分岐光と第２の分岐光の位相差が略πの偶数倍になるようにする。
【０１２３】
また、前述のように、第１の電極４６ａと第２の電極４６ｂとは、位相シフタとしての位相の向きが反対となるため、このことを利用し、正負を含む位相制御信号を、正のときに第１の電極４６ａに、負のときに第２の電極４６ｂに振りわけることで連続的に制御が可能となる。
【０１２４】
（５）変形例２
以上の例では光スイッチ素子４は、プラズマ効果を利用するＭＺ光スイッチである。しかし光スイッチ素子４としては、プラズマ効果を利用するＭＺ光スイッチ以外の光スイッチも用いることができる。例えば、熱光学効果を利用したＭＺ光スイッチ（Yuya Shoji et al., “Low-crosstalk 2×2 thermo-optic switch with silicon wire waveguide”, Optics Letters, Vol.18 pp.9071-9075, 2010.）を用いてもよい。
【０１２５】
または、１×Ｎフェーズドアレイスイッチ(Takuo Tanemura et al., “Wavelength-multiplexed optical packet switching using InP phased-array switch”, Optics Letters, Vol.17 pp.9454-9459, 2009.)を用いてもよい。
【０１２６】
または、反射型光導波路スイッチ（Baojun Li et al., “1.55 μm reflection-type optical waveguide switch based on SiGe/Si plasma dispersion effect”, Applied Physics Letters, Vol.75, pp.1-3, 1999.）を用いてもよい。
【０１２７】
または、Ｎ×Ｎビーム偏向スイッチ（Akio Sugama et al., “Electro-Optic Beam-Deflection Switch for Photonic Burst Switching”, Conf. Proc. 30th European Conference on Optical Communication (ECOC '04), 2004:September 5-9, Mo 4.6.3 ）を用いてもよい。
【０１２８】
（６）変形例３
上述したように、光スイッチ装置２は１×２光スイッチである。
【０１２９】
しかし光スイッチ装置２は、１×１光スイッチであってもよい。このような光スイッチ装置は、例えば光変調器として用いることができる。
【０１３０】
今、光スイッチ素子４（図１参照）の第２の出力ポート１２ｂに、光導波路１４ｂおよび第２の光ゲート素子６ｂを接続しないとする。このような光スイッチ装置２に、時間変化に対して一定の強度を有する定常光を入力させる。
【０１３１】
この状態で、制御部８は、光スイッチ素子４に第１の出力ポート１２ａから定常光を出力させながら、光ゲート素子６ａに信号光を透過させる。さらに制御部８は、光ゲート素子６ａが生成する光強度信号が極大化（または、増加）するように、スイッチ制御信号６４の大きさを調整する。この時、制御部８は、スイッチ制御信号６４に変調信号（何らかの情報に対応する電気信号）を重畳して、定常光は変調する。
【０１３２】
すると、制御部８は、光スイッチ素子４の出力光強度が極大化（または、増加）するようにスイッチ制御信号を調整しながら、入力光（定常光）を変調する。したがって、略目標値通りの大きな変調度が得られる。
【０１３３】
（実施の形態２）
（１）構造
図１４は、本実施の形態の光スイッチ装置２ａの構成図である。図１４に示すように、光スイッチ装置２ａは、実施の形態１の光スイッチ装置２に類似した構成を有している。したがって、実施の形態１の光スイッチ装置２と共通する部分については、説明を省略する。
【０１３４】
図１４に示すように、光スイッチ装置２ａは、光スイッチ素子５と、光ゲート素子６ｃと、光スイッチ素子５にスイッチ制御信号を供給し光ゲート素子６ｃにゲート制御信号を供給する制御部８ａとを有している。
【０１３５】
光スイッチ素子５は、第１の入力ポート１０ｂと、第２の入力ポート１０ｃと、出力ポート１２ｃとを有する２×１光スイッチ素子である。
【０１３６】
後述する第３及び第４の実施の形態では、第１の入力ポート１０ｂおよび第２の入力ポート１０ｃはそれぞれ、第２の入力ポートと第３の入力ポートと呼ばれる。そこで混乱を避けるため以後の説明では、第３及び第４の実施の形態の名称を用いる。すなわち第１の入力ポート１０ｂは第２の入力ポートと呼ばれ、第２の入力ポート１０ｃは第３の入力ポートと呼ばれる。同様の理由で、出力ポート１２ｃは第３の出力ポートと呼ばれる。
【０１３７】
光スイッチ素子５は、スイッチ制御信号のレベルに応じて第２の入力ポート１０ｂに入力する第１の信号光を第３の出力ポート１２ｃから出力し又は出力しない光スイッチ素子である。さらに光スイッチ素子５は、第２の入力ポート１０ｂに入力する第２の信号光を出力させない場合には、第３の入力ポート１０ｃに入力する第２の信号光を第３の出力ポート１２ｃから出力させる素子である。
【０１３８】
光スイッチ素子５は、例えば図２を参照して説明したＭＺ光スイッチ１６である。光スイッチ素子５の第２の入力ポート１０ｂは、例えばＭＺ光スイッチ１６の第１の入力ポート１０ａに対応する。第３の入力ポート１０ｃは、例えばＭＺ光スイッチ１６のダミーポート１１に対応する。また第３の出力ポート１２ｃは、例えばＭＺ光スイッチ１６の第１の出力ポート１２ａに対応する。ＭＺ光スイッチ１６の第２の出力ポート１２ｂは、他の光学部材には接続されないダミーポートとして用いられる。
【０１３９】
第３のゲート素子６ｃは、実施の形態１の第１のゲート素子６ａと略同じ光ゲート素子である。第３のゲート素子６ｃは、図１４に示すように光スイッチ素子５の第３の出力ポート１２ｃに接続され、ゲート制御信号のレベルに応じて入射光を透過または遮断する。
【０１４０】
光スイッチ素子５の第２の入力ポート１０ｂおよび第３の入力ポート１０ｃにはそれぞれ、第２の入力導波路１４ｈおよび第３の入力導波路１４ｉが接続されている。
【０１４１】
図１４に示すように、光スイッチ素子５の第３の出力ポート１２ｃと第３の光ゲート素子６ｃの入力端は、光導波路１４ｇにより接続される。第３の光ゲート６ｃ素子の出力端には、第３の出力導波路１４ｊが接続されている。
【０１４２】
光スイッチ装置２ａは、他の装置（例えば、別の光スイッチ装置）と入力導波路１４ｈ,１４ｉおよび出力導波路１４ｊを共有してもよい。或いは、光スイッチ装置２ａは、単独で入力導波路１４ｈ,１４ｉおよび出力導波路１４ｊを有してもよい。
【０１４３】
制御部８ａは、例えば図１４に示すように、制御回路５４ａと、電流源５６と、電流モニタ５８と、スイッチ素子６０とを有している。
【０１４４】
（２）動作
制御部８は、以下に示す４つのモードで動作する。
【０１４５】
―第１の２×１接続モード―
図１５は、第１の２×１接続モードのフローチャートである。図１６は、第１の２×１接続モードにおける動作図である。
【０１４６】
図１６に示すように、第１の信号光６２ａが第２の入力導波路１４ｈを伝搬して、光スイッチ素子５に入力しているとする。
【０１４７】
制御回路５４ａは、図１６に示すように、光スイッチ素子５にスイッチ制御信号（例えば、ハイベル信号）６４を供給して、第３の出力ポート１２ｃから第１の信号光６２ａを出力させる（Ｓ２２）。この工程は、実施の形態１の第１の１×２接続モードのステップ２と略同じである（図８参照）。
【０１４８】
次に制御回路５４ｂは、図１６に示すように、第３のゲート素子６ｃに電流モニタ５８を接続する（Ｓ２４）。この工程は、第１の１×２接続モードのステップ４と略同じである（図８参照）。
【０１４９】
制御回路５４ｂは、第３のゲート素子６ｃが生成する光強度信号６６を電流モニタ５８で測定し、光強度信号６６が極大化するようにスイッチ制御信号の大きさを調整する（Ｓ２６）。この工程は、第１の１×２接続モードのステップ６と略同じである（図８参照）。
【０１５０】
以上のように、制御部８ａは、制御回路５４ｂによって、光スイッチ素子５に第２の入力ポート１０ｂに入力する信号光６２を第３の出力ポート１２ｃから出力させながら、光ゲート素子６ｃに（出力ポート１２ｃから出力される）信号光を透過させる。この時、制御部８ａは、光ゲート素子６ｃが生成する光強度信号が極大化（または、増加）するように、スイッチ制御信号の大きさを調整する。
【０１５１】
したがって、製造誤差による光スイッチ素子５の出力光の減少が抑制されて、目標値に近い出力光強度が得られる。下記第２の２×１接続モードについても、同様である。
【０１５２】
―第２の２×１接続モード―
図１７は、第２の１×２接続モードにおける動作図である。
【０１５３】
図１７に示すように、第２の信号光６２ｂが第３の入力導波路１４ｉを伝搬して、光スイッチ素子５に入力しているとする。
【０１５４】
制御回路５４ｂは、図１７に示すように、光スイッチ素子５にスイッチ制御信号（例えば、ローレベル信号）６４を供給して、第２の出力ポート１２ｃから第２の信号光６２ｂを出力させる。この時、光スイッチ素子５に供給されるスイッチ制御信号は、例えば実施の形態１の第２の１×２接続モード（図１０参照）で光スイッチ素子４に供給されるスイッチ制御信号である。
【０１５５】
次に制御回路５４ａは、図１７に示すように、第３のゲート素子６ｃに電流モニタ５８を接続する。
【０１５６】
制御回路５４ａは、第３のゲート素子６ｃが生成する光強度信号６６を電流モニタ５８で測定し、光強度信号６６が極大化するようにスイッチ制御信号の大きさを調整する。スイッチ制御信号の調整方法は、例えば第１の２×１接続モード（図１５参照）のステップＳ２６の調整方法と略同じである。
【０１５７】
以上のように、制御部８ａは、制御回路５４ｂによって、光スイッチ素子５に第３の入力ポート１０ｃに入力する第２の信号光６２ｂを出力ポート１２ｃから出力させながら、光ゲート素子６ｃに第２の信号光６２ｂを透過させる。この時、制御部８ａは、光ゲート素子６ｃが生成する光強度信号が極大化（または、増加）するように、スイッチ制御信号の大きさを調整する。
【０１５８】
―第１の２×１遮断モード―
図１８は、第１の２×１遮断モードにおける動作図である。
【０１５９】
図１８に示すように、別の光スイッチ装置のクロストーク光（入力光）６８ａが第１の入力導波路１４ｈを伝搬して、光スイッチ素子５に入力しているとする。
【０１６０】
制御回路５４ａは、光スイッチ素子５にスイッチ制御信号（例えば、ハイベル信号）６４を供給して、ダミー出力ポート８６ａからクロストーク光６８ａを出力させる。
【０１６１】
次に制御回路５４ａは、第３のゲート素子６ｃに電流源５６に接続して入射光（ゲート素子に入射する光、すなわちクロストーク光６８ｂ）を遮断させる。この時、第３のゲート素子６ｃに供給されるゲート制御信号は、例えば実施の形態１の第２の１×２接続モードのステップ８で光ゲート素子６に供給されるゲート制御信号と同じものである（図８参照）。
【０１６２】
図１８に示すように、クロストーク光６８ａは、ダミー出力ポート８６ａから出力される。この時クロストーク光６８ａの一部が、第３の出力ポート１２ｃから漏れ出る。この漏れ出るクロストーク光６８ａの一部が、第３の光ゲート素子６ｃにより遮断される。
【０１６３】
したがって第１の２×１遮断モードによれば、他の光スイッチ装置等で発生するクロストーク光が十分に除去される。下記第２の２×１遮断モードについても、同様である。
【０１６４】
―第２の２×１遮断モード―
図１９は、第２の２×１遮断モードにおける動作図である。
【０１６５】
第２の２×１遮断モードは、第３の入力導波路１４ｉを伝播してくるクロストーク光６８ｂをダミー出力ポート８６に出力させること以外は、第１の２×１遮断モードと略同じである。
【０１６６】
すなわち、制御回路５４ａは、光スイッチ素子５にスイッチ制御信号（例えば、ローレベル信号）６４を供給して、ダミー出力ポート８６からクロストーク光６８ｂを出力させる。次に制御回路５４ａは、第３のゲート素子６ｃに電流源５６に接続して入射光（クロストーク光６８ｂ）を遮断する。
【０１６７】
尚、光スイッチ装置２ａは、例えば外部からのクロストーク光が問題にならない場合には、第１の２×１遮断モードおよび第２の２×１遮断モードを行わなくてもよい。
【０１６８】
（実施の形態３）
（１）構造
図２０は、本実施の形態の光スイッチ装置（２×２光スイッチ）２ｂの構成図である。
【０１６９】
光スイッチ装置２ｂは、実施の形態１および実施の形態２の光スイッチ装置２,２ａと共通する部分を有している。したがって、実施の形態１及び２と共通する部分については、説明を省略し又は簡単にする。
【０１７０】
光スイッチ装置２ｂは、図２０に示すように、第１の光回路８８ａと制御部８ｂを有している。第１の光回路８８ｂは、第１の領域８９ａと第２の領域８９ｂを有している。
【０１７１】
第１の領域８９ａは、第１の光スイッチ素子４ａ、第１のゲート素子６ａ、第２のゲート素子６ｂと、およびこれらに接続された光導波路１４ａ〜１４ｅとを有する領域である。第１の領域８９ａ内の光回路は、実施の形態１の光スイッチ装置２から制御部８を除いた部分である。
【０１７２】
ここで第１の光スイッチ素子４ａは、実施の形態１の光スイッチ素子４である。第１の光スイッチ素子４ａの入力ポート１０ａは以後、第１の入力ポートと呼ぶ。
【０１７３】
第２の領域８９ｂは、第２の光スイッチ素子４ｂ、第３のゲート素子６ｃ、およびこれらに接続された導波路１４ｇ〜１４ｊを有する領域である。第２の領域８９ｂ内の光回路は、実施の形態２の光スイッチ装置２ａから制御部８ａを除いた部分である。ここで第２の光スイッチ素子４ｂは、実施の形態２の光スイッチ素子５である。
【０１７４】
図２０に示すように、第２の領域８９ｂに含まれる第２の光スイッチ素子４ｂの第２の入力ポート１０ｂに、第１の領域８９ａに含まれる第１のゲート素子６ａの出力端が接続されている。これにより、第１の領域８９ａと第２の領域８９ｂが接続される。
【０１７５】
第１の光スイッチ素子４ａは、第１のスイッチ制御信号（実施の形態１のスイッチ制御信号）が供給され、第２の光スイッチ素子４ｂには第２のスイッチ制御信号（実施の形態２のスイッチ制御信号）が供給される。
【０１７６】
第１のスイッチ制御信号に対する第１の光スイッチ素子４ａの応答は、実施の形態１で説明した、スイッチ制御信号に対する光スイッチ素子４の応答である。同様に、第２のスイッチ制御信号に対する第２の光スイッチ素子４ｂの応答は、実施の形態２で説明した、スイッチ制御信号に対する光スイッチ素子５の応答である。
【０１７７】
第１乃至第３の光ゲート素子６ａ〜６ｃには、それぞれ第１乃至第３のゲート制御信号（実施の形態１及び２のゲート制御信号）が供給される。第１乃至第３のゲート制御信号に対する第１乃至第３の光ゲート素子６ａ〜６ｃの応答は、実施の形態１又は２で説明した通りである。
【０１７８】
制御部８ｂは、例えば図２０に示すように、制御回路５４ｂと、第１の電流源５６ａと、第１の電流モニタ５８ａと、第１のスイッチ素子６０ａとを有している。さらに、制御部８ｂは、第２の電流源５６ｂと、第２の電流モニタ５８ｂと、第２のスイッチ素子６０ｂを有している。
【０１７９】
第１の電流源５６ａおよび第２の電流源５６ｂはそれぞれ、実施の形態１及び２の電流源５６である。第１の電流モニタ５８ａおよび第２の電流モニタ５８ｂはそれぞれ、実施の形態１及び２の電流モニタ５８である。第１のスイッチ素子６０ａおよび第２のスイッチ素子６０ｂはそれぞれ、実施の形態１及び２のスイッチ６０である。
【０１８０】
制御回路５４ｂは、第１の光スイッチ素子４ａに第１のスイッチ制御信号を供給し、第２の光スイッチ素子４ｂに第２のスイッチ制御信号を供給する。
【０１８１】
（２）動作
制御部８ｂは、以下に示す４つのモードで第２の光回路８８ｂを制御する。
【０１８２】
―経路交換モード―
図２１は、経路交換モードのフローチャートである。図２２は、経路交換モードにおける動作図である。
【０１８３】
図２２に示すように、第１の信号光６３ａが第１の入力導波路１４ｃを伝搬して、第１の光スイッチ素子４ａの第１の入力ポート１０ａに入力しているとする。また、第２の信号光６３ｂが第３の入力導波路１４ｉを伝搬して、第２の光スイッチ素子４ｂの第３に入力ポート１０ｃに入力しているとする。第１の信号光６３ａおよび第２の信号光６３ｂは、光スイッチ装置２ｂの外部から供給される光信号である。
【０１８４】
第１の信号光６３ａは、実施の形態１の信号光６２に対応している（図９参照）。第２の信号光６３ｂは、実施の形態２の第２の信号光６２ｂに対応している（図１７参照）。
【０１８５】
この状態で、制御部８ｂは、第１の光スイッチ素子４ａに第１のスイッチ制御信号（ローレベル信号）６４ａを供給して、第２の出力ポート１２ｂから第１の信号光６２ａを出力させる（Ｓ３２）。さらに制御部８ｂは、第２の光スイッチ素子４ｂに第２のスイッチ制御信号（ローレベル信号）６４ｂを供給して、第３の出力ポート１２ｃから第２の信号光６２ｂを出力させる（Ｓ３２）。
【０１８６】
次に制御部８ｂは、第１の光ゲート素子６ａに第１の出力ポート１２ａからのクロストーク光を遮断させ（Ｓ３４）、第１の光スイッチ素子４ａに第２の出力ポート１２ｂからの出力光（第１の信号光６３ｂ）を極大化させる（Ｓ３６）。これらの工程は、実施の形態１の第２の１×２接続モードのステップＳ１４〜Ｓ１８と略同じである（図１０参照）。
【０１８７】
さらに制御部８ｂは、第２の光スイッチ素子４ｂにその出力光（第２の信号光６３ｂ）を極大化させる（Ｓ３８）。この工程は、実施の形態２の第２の２×１接続モードにおける信号光６２ｂの極大化工程と略同じである（図１７参照）。尚、信号光の極大化工程とは、第１の２×１接続モード（図１５参照）のステップ２４およびステップＳ２６と同様に、光ゲート素子が生成する光強度信号を測定し、測定される光強度信号が極大化するように光スイッチ素子を制御する工程である。
【０１８８】
以上により、第１の信号光６３ａと第２の信号光６３ｂの経路が交換（交差）されると共に、光スイッチ装置２ｂの出力光（第１の信号光６３ａおよび第２の信号光６３ｂ）が極大化される。
【０１８９】
―経路非交換モード―
図２３は、経路非交換モードのフローチャートである。図２４は、経路非交換モードにおける動作図である。
【０１９０】
図２４に示すように、第１の信号光６３ａが第１の入力導波路１４ｃを伝搬して、第１の光スイッチ素子４ａに入力しているとする。
【０１９１】
この状態で、制御部８ｂは、図２４に示すように、光スイッチ素子４ａに第１のスイッチ制御信号（ハイレベル信号）６４ａを供給して、第１の出力ポート１２ａから第１の信号光６３ａを出力させる（Ｓ４２）。
【０１９２】
すると第１の信号光６３ａは、第１の光ゲート素子６ａを介して第２の光スイッチ素子４ｂに入力する。制御部８ｂは、第２の光スイッチ素子４ｂに第２のスイッチ制御信号（ハイレベル信号）６４ｂを供給して、第２の入力ポート１０ｂから入力する第１の信号光６３ａを第３の出力ポート１２ｃから出力させる（Ｓ４２）。
【０１９３】
次に制御部８ｂは、第１の光スイッチ素子４ａに第１の出力ポート１２ａからの出力光（第１の信号光６３ａ）を極大化させ（Ｓ４４）、第２の光ゲート素子６ｂに第２の出力ポート１２ｂから漏れ出るクロストーク光を遮断させる（Ｓ４６）。これらの工程は、実施の形態１の第１の１×２接続モードのステップＳ４〜Ｓ８と略同じである（図８参照）。
【０１９４】
さらに制御部８ｂは、第２の光スイッチ素子４ｂにその出力光（第１の信号光６３ｂ）を極大化する（Ｓ４８）。この工程は、実施の形態２の第１の２×１接続モードにおける信号光６２ｂの極大化工程Ｓ２４,Ｓ２６と略同じである（図１５参照）。
【０１９５】
以上により、第１の信号光６３ａは光スイッチ装置２ｂに入力する前に伝播していた経路に再び出力される共に、光スイッチ装置２ｂの出力光（第１の信号光６３ａ）が極大化される。
【０１９６】
―第１の経路切り替えモード―
図２５は、第１の経路切り替えモードのフローチャートである。図２６は、第１の経路切り替えモードにおける動作図である。
【０１９７】
図２６に示すように、第１の信号光６３ａが第１の入力導波路１４ｃを伝搬して、第１の光スイッチ素子４ａに入力しているとする。
【０１９８】
この状態で、制御部８ｂは、第１の光スイッチ素子４ａに第１のスイッチ制御信号（例えば、ローレベル信号）６４ａを供給して、第２の出力ポート１２ｂから第１の信号光６３ａを出力させる（Ｓ５２）。
【０１９９】
すると第１の出力ポート１２ａから、第１の信号光６３ａのクロストーク光が出力される。このクロストーク光は、第１の光ゲート素子６ａを介して第２の光スイッチ素子４ｂの第２の入力ポート１０ｂに入力する。制御部８ｂは、第２の光スイッチ素子４ｂに第２のスイッチ制御信号（例えば、ローレベル信号）６４ｂを供給して、第２の入力ポート１０ｂから入力するクロストーク光をダミーポート８６から出力させる（Ｓ５２）。
【０２００】
次に制御部８ｂは、第１の光ゲート素子６ａに第２の出力ポート１２ａからのクロストーク光を遮断させ（Ｓ５４）、第１の光スイッチ素子４ａに第２の出力ポート１２ｂからの出力光（第１の信号光）を極大化させる（Ｓ５６）。これらの工程は、実施の形態１の第２の１×２接続モードのステップＳ１４〜Ｓ１８と略同じである（図１０参照）。
【０２０１】
この時、第１の出力ポート１２ａから出力されるクロストーク光は第１の光ゲート素子６ａにより減衰され、第２の光スイッチ素子４ｂによりダミーポート８６に出力される。これにより、第３の出力ポート１２ｃから出力されるクロストーク光は大幅に減少する。しかしクロストーク光の一部は、第３の出力ポート１２ｃから漏れ出す。
【０２０２】
制御部８ｂは、第３の光ゲート素子６ｃに第３のゲート制御信号を供給して第３の出力ポート１２ｃから漏れ出すクロストーク光の一部を遮断させる（Ｓ５８）。この工程は、実施の形態２の第１の２×１遮断モード（スイッチ制御信号の初期値設定工程を除く）と略同じである（図１８参照）。したがって、光スイッチ装置２ｂのクロストークは極めて小さくなる。
【０２０３】
例えば、第１の光スイッチ素子４ａおよび第２の光スイッチ素子４ｂのクロストークが２０ｄＢで、第１の光ゲート素子６ａおよび第３の光ゲート素子６ｃの光減衰率が２０ｄＢの場合、光スイッチ装置２ｂのクロストークは８０ｄＢ（＝２０ｄＢ×４）になる。
【０２０４】
以上により、第１の信号光６３ａは経路が切り替えられる共に、第２の出力導波路１４ｅから出力される第１の信号光６３ａが極大化される。さらに第３の出力導波路１４ｊから出力されるクロストーク光が極めて小さくなる。
【０２０５】
尚、第２の出力導波路１４ｅと第３の入力導波路１４ｉは交差しているが、交差角度を十分に大きくすることで、導波路交差によるクロストークは十分に抑制される。
【０２０６】
また、第２の出力導波路１４ｅと第３の入力導波路１４ｉは交差せずに、それぞれの中央部が十分接近して、それぞれの導波光が完全結合（結合率が略１００％）してもよい。すなわち交差導波路によらず、方向性結合器により光スイッチ装置２ｂの入力光と出力光を交差させてもよい。
【０２０７】
―第２の経路切り替えモード―
図２７は、第２の経路切り替えモードのフローチャートである。図２８は、第２の経路切り替えモードにおける動作図である。
【０２０８】
図２８に示すように、第２の信号光６３ｂが第３の入力導波路１４ｉを伝搬して、第２の光スイッチ素子４ｂに入力しているとする。
【０２０９】
この状態で、制御部８ｂは、第１の光スイッチ素子４ａに第１のスイッチ制御信号（例えば、ローレベル信号）６４ａを供給して、第１の入力ポート１０ａに入力する光が第２の出力ポート１２ｂから出力されるようにする（Ｓ６２）。第１の入力ポート１０ａに入力する光は、例えば別の光スイッチ装置で発生するクロストーク光である（Ｓ６２）。さらに制御部８ｂは、第２の光スイッチ素子４ｂに第２のスイッチ制御信号（例えば、ローレベル信号）６４ｂを供給して、第３の出力ポート１２ｃから第２の信号光６２ｂを出力させる（Ｓ６２）。
【０２１０】
次に、第２の光スイッチ素子４ｂの出力光（第１の信号光）を極大化する（Ｓ６４）。この工程は、実施の形態２の第２の２×１接続モード（スイッチ制御信号の初期値設定工程を除く）と略同じである（図１７参照）。
【０２１１】
以上により、第２の信号光６３ｂは経路が切り替えられる共に、第３の出力導波路１４ｊから出力される第２の信号光６３ｂ極大化される。
【０２１２】
上記各モードでは、制御部８ｂは、第１乃至３の光ゲート素子６ａ〜６ｃのうちの第１又は第２の信号光６３ａ,６３ｂを透過させている夫々の光ゲート素子が生成する光強度信号が極大化（又は増加）するように、第１及び第２のスイッチ制御信号の何れか一方または双方の大きさを調整する。したがって光スイッチ装置２ｂの出力光が極大化され、第１及び２の光スイッチ素子４ａ,４ｂの製造誤差等による出力光の減少が防止される。
【０２１３】
また、第１乃至３の光ゲート素子６ａ〜６ｃのうちのクロストーク光が入射する光ゲート素子にクロストーク光を遮断させることで、クロストークを極めて小さくすることができる。しかし、第１の光スイッチ素子４ａで生じるクロストーク光は第２の光スイッチ素子４ｂによりダミーポートに出力されるので、第１乃至３の光ゲート素子６ａ〜６ｃにクロストーク光を遮断させなくても光スイッチ装置２ｂ全体としてのクロストークは十分に小さくなる。後述する実施の形態の４の光スイッチ装置２ｃについても、同様である。
【０２１４】
尚、第２の出力導波路１４ｅおよび第３の出力導波路１４ｊからの出力光の強度を外部の光検出器でモニタして第１及び２の光スイッチ素子４ａ,４ｂを制御することも考えられる。しかし、第１の光スイッチ素子４ａおよび第２の光スイッチ素子４ｂの出力が直接モニタされる訳ではないので、この方法により光スイッチ装置２ｂの出力光を極大化させることは容易ではない。実施の形態４の光スイッチ装置においても、同様である。
【０２１５】
（実施の形態４）
（１）構造
図２９は、本実施の形態の光スイッチ装置（２×２光スイッチ）２ｃの構成図である。
【０２１６】
光スイッチ装置２ｃは、第２の光回路８８ｂと制御部８ｃとを有している。第２の光回路８８ｂは、実施の形態３の第１の光回路８８ａと、この第１の光回路８８ａと略同じ構造を有する第３の光回路８８ｃとを有している。したがって、実施の形態３と共通する部分については、説明を省略又は簡単にする。
【０２１７】
第３の光回路８８ｃは、第３及び第４の光スイッチ素子４ｃ,４ｄ、第４〜６の光ゲート素子６ｄ〜６ｆ、及びこれらの素子に接続された光導波路１４ｋ,１４ｌ,１４ｍを有している。第３の光回路８８ｃは、第１の光回路８８ａと略同じ構造及び機能を有している。
【０２１８】
第３の光スイッチ素子４ｃは、第１の光スイッチ素子４ａに対応し、第４の入力ポート１０ｄと、第４の出力ポート１２ｄと、第５の出力ポート１２ｅとを有している。第４の入力ポート１０ｄは、第１の入力ポート１０ａに対応している。第４の出力ポート１２ｄは、第１の出力ポート１２ａに対応している。第５の出力ポート１２ｅは、第２の出力ポート１２ｂに対応している。
【０２１９】
第４の光ゲート素子６ｄは、第１の光ゲート素子６ａに対応している。第５の光ゲート素子６ｅは、第２の光ゲート素子６ｂに対応している。
【０２２０】
第４の光スイッチ素子４ｄは、第２の光スイッチ素子４ｂに対応し、第５の入力ポート１０ｅと、第６の入力ポート１０ｆと、第６の出力ポート１２ｆとを有している。第５の入力ポート１０ｅは、第２の入力ポート１０ｂに対応している。第６の入力ポート１０ｆは、第３の入力ポート１０ｃに対応している。第６の出力ポート１２ｆは、第３の出力ポート１２ｃに対応している。
【０２２１】
第６の光ゲート素子６ｆは、第３の光ゲート素子６ｃに対応している。
【０２２２】
第３の光スイッチ素子４ｃには、第３のスイッチ制御信号（実施の形態１のスイッチ制御信号）が供給される。第４の光スイッチ素子４ｄには第４のスイッチ制御信号（実施の形態２のスイッチ制御信号）が供給される。第４乃至第６の光ゲート素子６ｄ〜６ｆには、それぞれ第４乃至第６のゲート制御信号（実施の形態１及び２のゲート制御信号）が供給される。
【０２２３】
第１の光回路８８ａに含まれる第２の光スイッチ素子４ｂの第３の入力ポート１０ｃに、第３の光回路８８ｃに含まれる第５のゲート素子６ｅの出力端が接続されている。さらに、第３の光回路８８ｃに含まれる第４の光スイッチ素子４ｄの第６の入力ポート１０ｆに、第１の光回路８８ａに含まれる第２のゲート素子６ｂの出力端が接続されている。これにより、第１の光回路８８ａと第３の光回路８８ｃが接続される。
【０２２４】
制御部８ｃは例えば、制御回路（図示せず）と、第１乃至第６の光ゲート素子６ａ〜６ｆそれぞれに対応する電流源と電流モニタ（図示せず）とを有している。さらに制御部８ｃは、第１乃至第６の光ゲート素子６ａ〜６ｆそれぞれに対応するスイッチ素子（図示せず）を有している。
【０２２５】
制御部８ｃ制御回路は、実施の形態１の制御回路５４と実施の形態２の制御回路５４ａ双方の機能を有している。その機能は、第１の光回路８８ａおよび第２の光回路８８ｂ双方の制御に用いられる。電流源および電流モニタはそれぞれ、実施の形態１又は２の電流源５６および電流モニタ５８である。スイッチ素子は、実施の形態１又は２のスイッチ素子６０である。
【０２２６】
制御部８ｃは、第１乃至第４のスイッチ制御信号を第１乃至第４の光スイッチ素子４ａ〜４ｄに供給する。また、制御部８ｃは、第１乃至第６のゲート制御信号を第１乃至第６の光ゲート素子６ａ〜６ｆに供給する。尚、図２９では、制御部８ｃと各素子を接続する信号線の一部が、省略されている。
【０２２７】
（２）動作
制御部８ｃは、以下に示す４つのモードで第２の光回路８８ｂを制御する。
【０２２８】
―経路交換モード―
図３０は、経路交換モードのフローチャートである。
【０２２９】
今、第１の信号光が第１の入力導波路１４ｃを伝搬して、第１の光スイッチ素子４ａに入力しているとする。また、第２の信号光が第４の入力導波路１４ｋを伝搬して、第３の光スイッチ素子４ｃに入力しているとする。第１の信号光および第２の信号光は、光スイッチ装置２ｃの外部から供給される光信号である。
【０２３０】
この状態で、制御部８ｃは、第１の光スイッチ素子４ａに第１のスイッチ制御信号を供給して、第２の出力ポート１２ｂから第１の信号光を出力させる。また制御部８ｃは、第３の光スイッチ素子４ｂに第３のスイッチ制御信号を供給して、第５の出力ポート１２ｅから第２の信号光を出力させる。また制御部８ｃは、第２の光スイッチ素子４ｂに第２のスイッチ制御信号を供給して、第３の出力ポート１２ｃから第２の信号光を出力させる。また制御部８ｃは、第４の光スイッチ素子４ｄに第４のスイッチ制御信号を供給して、第６の出力ポート１２ｆから第１の信号光を出力させる（Ｓ６２）。
【０２３１】
次に制御部８ｃは、第１の光ゲート素子６ａに第１の出力ポート１２ａからのクロストーク光を遮断させ、第１の光スイッチ素子４ａに第２の出力ポート１２ｂからの出力光（第１の信号光）を極大化させる（Ｓ６４）。これらの工程は、実施の形態１の
第２の１×２接続モードのステップＳ１４〜Ｓ１８と略同じである（図１０参照）。
【０２３２】
同様に、制御部８ｃは、第４の光ゲート素子６ｄに第４の出力ポート１２ｄからのクロストーク光を遮断させ、第３の光スイッチ素子４ｃに第５の出力ポート１２ｅからの出力光（第２の信号光）を極大化させる（Ｓ６６）。
【０２３３】
次に制御部８ｃは、第２の光スイッチ素子４ｂにその出力光（第２の信号光）を極大化させる（Ｓ８８）。この工程は、実施の形態２の第２の２×１接続モードにおける信号光６２ｂの極大化工程と略同じである（図１７参照）。
【０２３４】
同様に、制御部８ｃは、第４の光スイッチ素子４ｄにその出力光（第１の信号光）を極大化させる（Ｓ７０）。
【０２３５】
以上により、第１の信号光と第２の信号光の経路が交換（交差）される共に、光スイッチ装置２ｃから出力される、第１の信号光と第２の信号光が極大化される。
【０２３６】
―経路非交換モード―
図３１は、経路非交換モードのフローチャートである。図３２は、経路非交換モードにおける動作図である。
【０２３７】
今、第１の信号光が第１の入力導波路１４ｃを伝搬して、第１の光スイッチ素子４ａに入力しているとする。また、また、第２の信号光が第４の入力導波路１４ｋを伝搬して、第３の光スイッチ素子４ｃに入力しているとする。
【０２３８】
この状態で、制御部８ｃは、第１の光スイッチ素子４ａに第１のスイッチ制御信号を供給して、第１の出力ポート１２ａから第１の信号光を出力させる。また制御部８ｃは、第３の光スイッチ素子４ｃに第３のスイッチ制御信号を供給して、第４の出力ポート１２ｄから第２の信号光を出力させる。また制御部８ｃは、第２の光スイッチ素子４ｂに第２のスイッチ制御信号を供給して、第３の出力ポート１２ｃから第１の信号光を出力させる。また制御部８ｃは、第４の光スイッチ素子４ｄに第４のスイッチ制御信号を供給して、第６の出力ポート１２ｆから第２の信号光を出力させる（Ｓ７２）。
【０２３９】
次に制御部８ｃは、第１の光スイッチ素子４ａに第１の出力ポート１２ａからの出力光（第１の信号光）を極大化させ、第２の光ゲート素子６ｂに第２の出力ポート１２ｂａからのクロストーク光（漏れ光）を遮断させる（Ｓ７４）。これらの工程は、実施の形態１の第１の１×２接続モードのステップＳ４〜Ｓ８と略同じである（図８参照）。
【０２４０】
同様に、制御部８ｃは、第３の光スイッチ素子４ｃに第４の出力ポート１２ｄからの出力光（第２の信号光）を極大化させ、第５の光ゲート素子６ｅに第５の出力ポート１２ｅからのクロストーク光（漏れ光）を遮断させる（Ｓ７６）。
【０２４１】
さらに制御部８ｃは、第２の光スイッチ素子４ｂにその出力光（第１の信号光）を極大化する（Ｓ７８）。この工程は、実施の形態２の第１の２×１接続モードにおける信号光６２ｂの極大化工程Ｓ２４,Ｓ２６と略同じである（図１５参照）。同様に制御部８ｃは、第４の光スイッチ素子４ｂｄにその出力光（第２の信号光）を極大化する（Ｓ８０）。
【０２４２】
以上により、第１の信号光と第２の信号光の経路が交換（交差）されずに出力される共に、光スイッチ装置２cから出力される、第１の信号光および第２の信号光が極大化される。
【０２４３】
―第１の経路選択モード―
図３２は、第１の経路選択モードのフローチャートである。
【０２４４】
今、第１の信号光が第１の入力導波路１４ｃを伝搬して、第１の光スイッチ素子４ａに入力しているとする。
【０２４５】
この状態で、制御部８ｃは、第１の光スイッチ素子４ａに第１のスイッチ制御信号を供給して、第２の出力ポート１２ｂから第１の信号光を出力させる。また制御部８ｃは、第４の光スイッチ素子４ｄに第４のスイッチ制御信号を供給して、第１の信号光を第６の出力ポート１２ｆから出力させる（Ｓ８２の前半部分）。
【０２４６】
この時、第１の出力ポート１２ａからは、クロストーク光が出力される。制御部８ｃは、第２の光スイッチ素子４ｂに第２のスイッチ制御信号を供給して、このクロストーク光をダミーポート８６から出力させる（Ｓ８２の後半部分）。
【０２４７】
次に制御部８ｃは、第１の光ゲート素子６ａに第１の出力ポート１２ａからのクロストーク光を遮断させ（Ｓ８４）、第１の光スイッチ素子４ａに第２の出力ポート１２ｂからの出力光（第１の信号光）を極大化させる（Ｓ８６）。これらの工程は、実施の形態１の第２の１×２接続モードのステップＳ１４〜Ｓ１８と略同じである（図１０参照）。
【０２４８】
次に制御部８ｃは、第３の光ゲート素子６ｃに第３の光ゲート素子６ｃに到達するクロストーク光を遮断させる（Ｓ８８）。この工程は、実施の形態２の第１の２×１遮断モード（スイッチ制御信号の初期値設定工程を除く）と略同じである（図１８参照）。
【０２４９】
さらに制御部８ｃは、第４の光スイッチ素子４ｄにその出力光（第１の信号光）を極大化させる（Ｓ９０）。この工程は、実施の形態２の第２の２×１接続モード（スイッチ制御信号の初期値設定工程を除く）と略同じである（図１７参照）。
【０２５０】
以上により、第１の入力ポート１０ａに入力した第１の信号光が、第４の出力導波路１４ｌから出力される。さらに第４の出力導波路１４ｌからの出力光（第１の信号光）の強度が極大化されると共に、第３の出力導波路１４ｊから出力されるクロストーク光が極めて小さくなる。
【０２５１】
―第２の経路選択モード―
図３３は、第２の経路選択モードのフローチャートである。
【０２５２】
今、第１の信号光が第１の入力導波路１４ｃを伝搬して、第１の光スイッチ素子４ａに入力しているとする。
【０２５３】
この状態で、制御部８ｃは、第１の光スイッチ素子４ａに第１のスイッチ制御信号を供給して、第１の出力ポート１２ａから第１の信号光を出力させる。また制御部８ｃは、第２の光スイッチ素子４ｂに第４のスイッチ制御信号を供給して、第１の信号光を第３の出力ポート１２ｃから出力させる（Ｓ９２の前半部分）。
【０２５４】
この時、第２の出力ポート１２ｂからは、クロストーク光が出力される。制御部８ｃは、第４の光スイッチ素子４ｄに第２のスイッチ制御信号を供給して、このクロストーク光をダミーポート８６ａから出力させる（Ｓ９２の後半部分）。
【０２５５】
次に制御部８ｃは、第１の光スイッチ素子４ａに第１の出力ポート１２ａからの出力光（第１の信号光）を極大化させ（Ｓ９４）、第２の光ゲート素子６ｂに第２の出力ポート１２ｂからのクロストーク光を遮断させる（Ｓ９６）。これらの工程は、実施の形態１の第１の１×２接続モードのステップＳ４〜Ｓ８と略同じである（図８参照）。
【０２５６】
次に制御部８ｃは、第２の光スイッチ素子４ｂにその出力光（第１の信号光）を極大化させる（Ｓ９８）。この工程は、実施の形態２の第１の２×１接続モードのステップＳ２４およびステップＳ２６と略同じである（図１５参照）。
【０２５７】
また制御部８ｃは、第６の光ゲート素子６ｆに第６の光ゲート素子６ｆに到達するクロストーク光を遮断させる（Ｓ１００）。この工程は、実施の形態２の第２の２×１遮断モード（スイッチ制御信号の初期値設定工程を除く）と略同じである（図１９参照）。
【０２５８】
以上により、第１の入力ポート１０ａに入力した第１の信号光が、第３の出力導波路１４ｊから出力される。さらに第３の出力導波路１４ｊからの出力光（第１の信号光）の強度が極大化されると共に、第４の出力導波路１４ｌから出力されるクロストーク光が極めて小さくなる。
【０２５９】
―第３の経路選択モード―
図３４は、第３の経路切り替えモードのフローチャートである。
【０２６０】
今、第２の信号光が第４の入力導波路１４ｋを伝搬して、第３の光スイッチ素子４ｃに入力しているとする。
【０２６１】
この状態で、制御部８ｃは、第３の光スイッチ素子４ｃに第３のスイッチ制御信号を供給して、第５の出力ポート１２ｅから第２の信号光を出力させる。また制御部８ｃは、第２の光スイッチ素子４ｂに第２のスイッチ制御信号を供給して、第２の信号光を第３の出力ポート１２ｃから出力させる（Ｓ１０２の前半部分）。
【０２６２】
この時、第４の出力ポート１２ｄからは、クロストーク光が出力される。制御部８ｃは、第４の光スイッチ素子４ｄに第４のスイッチ制御信号を供給して、このクロストーク光をダミーポート８６ａから出力させる（Ｓ１０２の後半部分）。
【０２６３】
次に制御部８ｃは、第４の光ゲート素子６ｄに第４の出力ポート１２ｄからのクロストーク光を遮断させ（Ｓ１０４）、第３の光スイッチ素子４ｃに第５の出力ポート１２ｅからの出力光（第２の信号光）を極大化させる（Ｓ１０６）。これらの工程は、実施の形態１の第２の１×２接続モードのステップＳ１４〜Ｓ１８と略同じである（図１０参照）。
【０２６４】
次に制御部８ｃは、第６の光ゲート素子６ｆに第６の光ゲート素子６ｆまで到達するクロストーク光を遮断させる（Ｓ１０８）。この工程は、実施の形態２の第１の２×１遮断モード（スイッチ制御信号の初期値設定工程を除く）と略同じである（図１８参照）。
【０２６５】
さらに制御部８ｃは、第２の光スイッチ素子４ｂにその出力光（第２の信号光）を極大化させる（Ｓ１１０）。この工程は、実施の形態２の第２の２×１接続モードにおける信号光６２ｂの極大化工程と略同じである（図１７参照）。
【０２６６】
以上により、第４の入力ポート１０ｄに入力した第２の信号光が、第３の出力導波路１４ｊから出力される。さらに第３の出力導波路１４ｊからの出力光（第２の信号光）の強度が極大化されると共に、第４の出力導波路１４ｌから出力されるクロストーク光が極めて小さくなる。
【０２６７】
―第４の経路選択モード―
図３５は、第４の経路選択モードのフローチャートである。
【０２６８】
今、第２の信号光が第４の入力導波路１４ｋを伝搬して、第３の光スイッチ素子４ｃに入力しているとする。
【０２６９】
この状態で、制御部８ｃは、第３の光スイッチ素子４ｃに第３のスイッチ制御信号を供給して、第４の出力ポート１２ｄから第２の信号光を出力させる。また制御部８ｃは、第４の光スイッチ素子４ｄに第４のスイッチ制御信号を供給して、第２の信号光を第６の出力ポート１２ｆから出力させる（Ｓ１１２の前半部分）
この時、第５の出力ポート１２ｅからは、クロストーク光が出力される。制御部８ｃは、第２の光スイッチ素子４ｂに第２のスイッチ制御信号を供給して、このクロストーク光をダミーポート８６から出力させる（Ｓ１１２の後半部分）。
【０２７０】
次に制御部８ｂは、第３の光スイッチ素子４ｃに第４の出力ポート１２ｄからの出力光（第２の信号光）を極大化させ（Ｓ１１４）、第５の光ゲート素子６ｅに第５の出力ポート１２ｅからのクロストーク光を遮断させる（Ｓ１１６）。これらの工程は、実施の形態１の第１の１×２接続モードのステップＳ４〜Ｓ８と略同じである（図８参照）。
【０２７１】
次に制御部８ｃは、第４の光スイッチ素子４ｄにその出力光（第２の信号光）を極大化させる（Ｓ１１８）。この工程は、実施の形態２の第１の２×１接続モードのステップＳ２４およびステップＳ２６と略同じである（図１５参照）。
【０２７２】
また制御部８ｃは、第３の光ゲート素子６ｃに第３の光ゲート素子６ｃまで到達するクロストーク光を遮断させる（Ｓ１２０）。この工程は、実施の形態２の第２の２×１遮断モード（スイッチ制御信号の初期値設定工程を除く）と略同じである（図１９参照）。
【０２７３】
以上により、第４の入力ポート１０ｄに入力した第２の信号光が、第４の出力導波路１４ｌから出力される。さらに第４の出力導波路１４ｌからの出力光（第２の信号光）の強度が極大化されると共に、第３の出力導波路１４ｊから出力されるクロストーク光が極めて小さくなる。
【０２７４】
上記各モードでは、制御部８ｃは、第１乃至６の光ゲート素子６ａ〜６ｆのうちの第１の信号光または第２の信号光を透過させているそれぞれの光ゲート素子が生成する光強度信号が増加するように、第１乃至第４のスイッチ制御信号の一部又は全部を調整する。このため光スイッチ装置２ｃの出力光が極大化され、第１乃至第４の光スイッチ素子４ａ〜４ｄの製造誤差等による出力光の減少が防止される。
（実施の形態５）
図３６は、本実施の形態の光スイッチ装置２ｄの構成図である。
【０２７５】
光スイッチ装置２ｄは、図２０の光スイッチ装置２ｂによって、入力チャネルと出力チャネルが接続される４×４パイロス（path-independent insertion loss）型光スイッチである。
【０２７６】
光スイッチ装置２ｄは、入力チャネルＣＨ１〜ＣＨ４と出力チャネルＣＨ５〜ＣＨ８とを有している。さらに光スイッチ装置２ｄは、複数の光導波路１４ｎと１６個の光スイッチ装置２ｂを有している。したがって各光スイッチ装置２ｂの出力光強度は極大化されることで、光スイッチ装置２ｄの出力光強度も極大化される。
【０２７７】
図３７は、パイロス型光スイッチ装置２ｄの構成方法を説明する図である。図３７に示すように、パイロス型光スイッチ装置２ｄは、少なくても３つの２×２光スイッチ９０ａ〜９０ｂを有している。２×２光スイッチ９０ａ〜９０ｂは、例えば図２０の光スイッチ装置２ｂである。
【０２７８】
まず、第１の２×２光スイッチ９０ａの第１の出力ポート１００ａを、第２の２×２光スイッチ９０ａの第２の入力ポート１０２ｂに接続する。さらに第１の２×２光スイッチ９０ａの第２の出力ポート１００ｂを、第３の２×２光スイッチ９０ｃの第１の入力ポート１０２ａに接続する。このような接続を繰り返すことで、パイロス型光スイッチ装置２ｄが形成される。この方法は、実施の形態６のクロスバー光スイッチの形成にも適用される。
【０２７９】
尚、図３６では、制御部は省略されている。また図３６では、１つの光スイッチ装置２ｂだけが符号２ｂと対応付らえている。後述する実施の形態６の図３８についても、同様である。
【０２８０】
（実施の形態６）
図３８は、本実施の形態の光スイッチ装置２ｅの構成図である。
【０２８１】
光スイッチ装置２は、図２０の光スイッチ装置２ｂによって入力チャネルと出力チャネルを接続する４×４クロスバー（cross bar switch）光スイッチである。
【０２８２】
光スイッチ装置２ｅは、入力チャネルＣＨ１〜ＣＨ４と出力チャネルＣＨ５〜ＣＨ８とを有している。さらに光スイッチ装置２ｅは、複数の光導波路１４ｎと１６個の光スイッチ装置２ｂを有している。したがって各光スイッチ装置２ｂの出力光強度は極大化されることで、光スイッチ装置２ｅの出力光強度も極大化される。
【０２８３】
実施の形態５及び６では、入力チャネルと出力チャネルを図２０の光スイッチ装置２ｂで接続する。しかし、図２９の光スイッチ装置２ｃにより入力チャネルと出力チャネルを接続してもよい。
【０２８４】
以上の実施の形態１〜６に関し、更に以下の付記を開示する。
【０２８５】
（付記１）
入力ポートと出力ポートとを有し、スイッチ制御信号が供給され、当該スイッチ制御信号のレベルに応じて前記入力ポートに入力する信号光を変調して出力する 光スイッチ素子と、
前記光スイッチ素子の出力ポートに接続され、ゲート制御信号が供給され、当該ゲート制御信号のレベルに応じて前記信号光の出力を切替える光ゲート素子とを有し、
前記光スイッチ素子は、前記光ゲート素子の光強度信号の大きさに応じて光ゲート信号を制御し、前記出力ポートから出力される前記信号光の強度を変化させる 光スイッチ装置。    
【０２８６】
（付記２）
付記１に記載の光スイッチ装置において、さらに、
前記光スイッチ素子に前記スイッチ制御信号を供給し、前記光ゲート素子に前記ゲート制御信号を供給する制御部を有し、
前記制御部は、
前記光スイッチ素子に前記出力ポートから前記信号光を出力させながら、前記光ゲート素子に前記出力された信号光を透過させる出力モードと、
前記光スイッチ素子に前記出力ポートから前記信号光を出力させずに、前記光ゲート素子に前記出力ポートから漏れ出る前記信号光を遮断させる遮断モードとで動作し、
前記出力モードでは、前記光ゲート素子が生成する前記光強度信号が増加するように、前記スイッチ制御信号の大きさを調整することを
特徴とする光スイッチ装置。    
【０２８７】
（付記３）       
付記１又は２に記載の光スイッチ装置において、
前記光ゲート素子は、
一方向に延在し前記信号光が伝搬するｉ型の畝部と、前記畝部の一側方に設けられたｎ型領域と、前記畝部の他側方に設けられたｐ型領域とを有する半導体層を有し、
前記ゲート制御信号は、前記ｐ型領域、前記ｎ型領域、およびｉ型の前記畝部とを有するｐｉｎ接合に注入される電流であり、
前記光強度信号は、前記信号光に応答して前記ｐｉｎ接合が生成する光電流であることを
特徴とする光スイッチ装置。    
【０２８８】
（付記４）
付記１乃至３のいずれか１項に記載の光スイッチ装置において、
前記光スイッチ素子は、マッハツェンダ型光スイッチ素子であり、
前記マッハツェンダ型光スイッチ素子は、一方向に延在し前記信号光の分岐光が伝搬するｉ型の畝部と、前記ｉ型の畝部の一側方に設けられたｐ型領域と、前記畝部の他側方に設けられたｎ型領域とを有する半導体層を有し、
前記スイッチ制御信号は、前記ｐ型領域、前記ｎ型領域、およびｉ型の前記畝部とを有するｐｉｎ接合に注入される電流であることを
特徴とする光スイッチ装置。    
【０２８９】
（付記５）
付記１乃至４のいずれか１項に記載の光スイッチ装置において、
前記スイッチ制御信号に重畳され周期的に増減するディザ信号と前記光ゲート素子が生成する前記光強度信号の増減のタイミングに基づいて、前記光ゲート信号を制御することを
特徴とする光スイッチ装置。
【０２９０】
（付記６）
出力モードと遮断モードとを有する光スイッチ装置の制御方法であって、
前記光スイッチ装置は、光スイッチ素子と、入力された信号光を透過させながらその強度に対応する光強度信号を生成する光ゲート素子とを有し、
前記出力モードは、前記光スイッチ素子から出力される第１の信号光を前記光ゲート素子に入力する工程と、入力された第１の信号光に対応する前記光強度信号が増加するように前記光スイッチ素子を制御する工程とを有し、
前記遮断モードは、前記光スイッチ素子から漏れ出る第２の信号光を前記光ゲート素子に入力する工程と、入力された第２の信号光を前記光ゲート素子に遮断させる工程とを有する
光スイッチ装置の制御方法。      
【０２９１】
（付記７）
付記１に記載の光スイッチ装置において、
前記光スイッチ素子は、第１の出力ポートと第２の出力ポートとを有し、
第１の出力ポートおよび第２の出力ポートそれぞれに、前記光ゲート素子が接続されていることを
特徴とする光スイッチ装置。      
【０２９２】
（付記８）
付記７に記載の光スイッチ装置において、さらに、
前記光スイッチ素子に前記スイッチ制御信号を供給し、前記光ゲート素子に前記ゲート制御信号を供給する制御部を有し、
前記光スイッチ素子は、前記スイッチ制御信号のレベルに応じて前記信号光を第１の出力ポートから出力し又は出力しない光素子であり、前記信号光を第１の出力ポートから出力させない場合には前記信号光を第２の出力ポートから出力させ、
前記制御部は、
前記光スイッチ素子に前記第１の出力ポートから前記信号光を出力させながら、前記第１の出力ポートに接続された前記光ゲート素子に前記信号光を透過させ、前記第２の出力ポートに接続された前記光ゲート素子に前記第２の出力ポートから漏れ出る前記信号光を遮断させる第１のモードと、
前記光スイッチ素子に前記第２の出力ポートから前記信号光を出力させながら、前記第２の出力ポートに接続された前記光ゲート素子に前記出力された信号光を透過させ、前記第１の出力ポートに接続された前記光ゲート素子に前記第１の出力ポートから漏れ出る前記信号光を遮断させる第２のモードとで動作し、
前記第１の接続モードでは、前記第１の出力ポートに接続された前記光ゲート素子が生成する前記光強度信号が増加するように、前記スイッチ制御信号の大きさを調整し、
前記第２の接続モードでは、前記第２の出力ポートに接続された前記光ゲート素子が生成する前記光強度信号が増加するように、前記スイッチ制御信号の大きさを調整することを
特徴とする光スイッチ装置。      
【０２９３】
（付記９）
第１の入力ポートと第１の出力ポートと第２の出力ポートとを有し、第１のスイッチ制御信号が供給され、第１のスイッチ制御信号のレベルに応じて第１の入力ポートに入力する入力光を第１の出力ポートまたは第２の出力ポートに出力する第１の光スイッチ素子と、
第１の出力ポートに入力端が接続され、第１のゲート制御信号が供給され、第１のゲート制御信号のレベルに応じて、第１の入射光を透過または遮断する第１のゲート素子と、
第２の出力ポートに入力端が接続され、第２のゲート制御信号が供給され、第２のゲート制御信号のレベルに応じて、第２の入射光を透過または遮断する第２のゲート素子と、
第１のゲート素子の出力端に接続された第２の入力ポートと第３の入力ポートと第３の出力ポートとを有し、第２のスイッチ制御信号が供給され、第２のスイッチ制御信号のレベルに応じて第２の入力ポートに入力する入力光または第３の入力ポートに入力する入力光を第３の出力ポートから出力する第２の光スイッチ素子と、
第３の出力ポートに接続され、第３のゲート制御信号が供給され、第３のゲート制御信号のレベルに応じて、第３の入射光を透過または遮断する第３のゲート素子とを有し、
第１の光スイッチ素子は、第１の入力ポートに入力する入力光を出力する場合には、第１のスイッチ制御信号の大きさに応じて第１の出力ポートまたは第２の出力ポートに出力される出力光の強度を変化させ、
第２の光スイッチ素子は、第２の入力ポートまたは第３の入力ポートに入力する入力光を第３の出力ポートに出力する場合には、第２のスイッチ制御信号の大きさに応じて第３の出力ポートから出力される出力光の強度を変化させ、
第１乃至第３の光ゲート素子はそれぞれ、第１乃至第３の入射光を透過させる場合には、透過している第１乃至第３の入射光の強度に対応する光強度信号を生成する
光スイッチ装置。    
【０２９４】
（付記１０）
付記９に記載の光スイッチ装置において、
さらに、制御部を有し、
第１の入力ポートに外部から第１の信号光が供給され、第３の入力ポートに外部から第２の信号光が供給され、
前記制御部は、第１乃至第３の光ゲート素子のうちの第１の信号光または第２の信号光を透過させているそれぞれの光ゲート素子が生成する前記光強度信号が増加するように、第１のスイッチ制御信号および第２のスイッチ制御信号のいずれか一方または双方の大きさを調整することを
特徴とする光スイッチ装置。    
【０２９５】
（付記１１）
付記９に記載の光スイッチ装置において、さらに、
第４の入力ポートと第４の出力ポートと第５の出力ポートとを有し、第３のスイッチ制御信号が供給され、第３のスイッチ制御信号のレベルに応じて第４の入力ポートに入力する入力光を第４の出力ポートまたは第５の出力ポートに出力する第３の光スイッチ素子と、
第４の出力ポートに入力端が接続され、第４のゲート制御信号が供給され、第４のゲート制御信号のレベルに応じて第４の入射光を透過または遮断する第４のゲート素子と、
第５の出力ポートに入力端が接続され、第５のゲート制御信号が供給され、第５のゲート制御信号のレベルに応じて第５の入射光を透過または遮断する第５のゲート素子と、
第４のゲート素子の出力端に接続された第５の入力ポートと第２のゲート素子の出力端に接続された第６の入力ポートと第６の出力ポートとを有し、第４のスイッチ制御信号が供給され、第４のスイッチ制御信号のレベルに応じて第５の入力ポートに入力する入力光または第６の入力ポートに入力する入力光を第６の出力ポートに出力する第４の光スイッチ素子と、
第６の出力ポートに接続され、第６のゲート制御信号が供給され、第６のゲート制御信号のレベルに応じて、第６の入射光を透過または遮断する第６のゲート素子とを有し、
第３の光スイッチ素子は、第４の入力ポートに入力する入力光を出力する場合には、第３のスイッチ制御信号の大きさに応じて第４の出力ポートまたは第５の出力ポートに出力される出力光の強度を変化させ、
第４の光スイッチ素子は、第５の入力ポートまたは第６の入力ポートに入力する入力光を第６の出力ポートに出力する場合には、第４のスイッチ制御信号の大きさに応じて第６の出力ポートから出力される出力光の強度を変化させ、
第４乃至第６の光ゲート素子はそれぞれ、第４乃至第６の入射光を透過させる場合には、透過している第４乃至第６の入射光の強度に対応する光強度信号を生成する
光スイッチ装置。      
【０２９６】
（付記１２）
付記１１に記載の光スイッチ装置において、
第１の入力ポートに外部から第１の信号光が供給され、第４の入力ポートに外部から第２の信号光が供給され、
第１乃至第６の光ゲート素子のうちの第１の信号光または第２の信号光を透過させているそれぞれの光ゲート素子が生成する前記光強度信号が増加するように、第１乃至第４のスイッチ制御信号の一部又は全部を調整する制御部を有することを
特徴とする光スイッチ装置。      
【０２９７】
（付記１３）
付記１に記載の光スイッチ装置において、さらに、
前記光スイッチ素子に前記スイッチ制御信号を供給し、前記光ゲート素子に前記ゲート制御信号を供給する制御部を有し、
前記光スイッチ素子は、第１の入力ポートと第２の入力ポートとを有し、前記スイッチ制御信号のレベルに応じて第１の入力ポートに入力する第１の信号光を前記出力ポートから出力し又は出力せず、第１の入力ポートに入力する第１の信号光を出力しない場合には第２の入力ポートに入力する第２の信号光を前記出力ポートから出力し、
前記制御部は、
前記光スイッチ素子に第１の信号光または第２の信号光を前記出力ポートから出力させながら、前記光ゲート素子に第１の信号光または第２の信号光を透過させ、
前記光ゲート素子が生成する前記光強度信号が増加するように、前記スイッチ制御信号の大きさを調整することを
特徴とする光スイッチ装置。      
【符号の説明】
【０２９８】
２  ・・・  光スイッチ装置
４  ・・・  光スイッチ素子
６ａ〜６ｆ  ・・・  光ゲート素子
８,８ａ,８b  ・・・  制御部
１０  ・・・  入力ポート
１２ａ,１２ｂ  ・・・  出力ポート
１４  ・・・  光導波路
１６  ・・・  ＭＺ光スイッチ
２８  ・・・  第１クラッド層
３０  ・・・  第２クラッド層
３２  ・・・  半導体層
３６ａ,３６b,３６c  ・・・  畝部
３８  ・・・  ｐ型領域
４０  ・・・  ｎ型領域
【図１】
0006031785.tif 000002
【図２】
0006031785.tif 000003
【図３】
0006031785.tif 000004
【図４】
0006031785.tif 000005
【図５】
0006031785.tif 000006
【図６】
0006031785.tif 000007
【図７】
0006031785.tif 000008
【図８】
0006031785.tif 000009
【図９】
0006031785.tif 000010
【図１０】
0006031785.tif 000011
【図１１】
0006031785.tif 000012
【図１２】
0006031785.tif 000013
【図１３】
0006031785.tif 000014
【図１４】
0006031785.tif 000015
【図１５】
0006031785.tif 000016
【図１６】
0006031785.tif 000017
【図１７】
0006031785.tif 000018
【図１８】
0006031785.tif 000019
【図１９】
0006031785.tif 000020
【図２０】
0006031785.tif 000021
【図２１】
0006031785.tif 000022
【図２２】
0006031785.tif 000023
【図２３】
0006031785.tif 000024
【図２４】
0006031785.tif 000025
【図２５】
0006031785.tif 000026
【図２６】
0006031785.tif 000027
【図２７】
0006031785.tif 000028
【図２８】
0006031785.tif 000029
【図２９】
0006031785.tif 000030
【図３０】
0006031785.tif 000031
【図３１】
0006031785.tif 000032
【図３２】
0006031785.tif 000033
【図３３】
0006031785.tif 000034
【図３４】
0006031785.tif 000035
【図３５】
0006031785.tif 000036
【図３６】
0006031785.tif 000037
【図３７】
0006031785.tif 000038
【図３８】
0006031785.tif 000039