(57)【要約】【課題】  双方向光通信に適したマルチポート光スイッチを提供すること。【解決手段】  本発明によるマルチポート光スイッチは、Ｎ個のポート（Ｎは３以上の整数）を備え、ポートのそれぞれが他のポートのすべてに接続可能なように構成される。これにより、各ポート間で双方向の通信が可能になる。一実施形態では、マルチポート光スイッチは、Ｎ個の１入力Ｍ出力光スイッチ（ＭはＮ−１以上の整数）を備え、各１入力Ｍ出力光スイッチは、それぞれＮ−１個の出力ポートを介して相互に接続される。また、一実施形態では、１入力Ｍ出力光スイッチは、複数の２入力２出力光スイッチから構成され、各１入力Ｍ出力光スイッチは、２入力２出力光スイッチのクロス側の出力ポートを介して相互に接続される。このように構成することで、各ポート間の光信号はクロスポートを必ず２回通ることになり、消光比に優れた１入力Ｍ出力光スイッチを提供することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポート間の光学的接続状態を変えることができるマルチポート光スイッチであって、
Ｎ個のポート（Ｎは３以上の整数）と、
前記Ｎ個のポートのそれぞれに入力ポートが接続されたＭ出力光スイッチ（ＭはＮ−１以上の整数）であって、それぞれがＮ−１個の出力ポートを介して相互に接続されたＭ出力光スイッチと
を備えたことを特徴とするマルチポート光スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチポート光スイッチにおいて、
前記Ｍ出力光スイッチの少なくとも１つは、反射ミラーに接続された出力ポートをさらに備えたことを特徴とするマルチポート光スイッチ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマルチポート光スイッチにおいて、
前記Ｍ出力光スイッチは、複数の２入力２出力光スイッチから構成され、
前記Ｎ−１個の出力ポートは、前記２入力２出力光スイッチのクロス側のポートであることを特徴とするマルチポート光スイッチ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のマルチポート光スイッチであって、
前記マルチポート光スイッチは、単一の基板上に形成された導波路型であることを特徴とするマルチポート光スイッチ。
【請求項５】
請求項４に記載のマルチポート光スイッチであって、
前記Ｎ個のポートの一部は、前記基板の異なる辺に配置されたことを特徴とするマルチポート光スイッチ。
【請求項６】
請求項４または５に記載のマルチポート光スイッチであって、
前記基板はシリコン基板であり、前記導波路は石英系光導波路であることを特徴とするマルチポート光スイッチ。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれかに記載のマルチポート光スイッチであって、
前記Ｎ−１個の出力ポートは、光ファイバシートにより相互に接続されていることを特徴とするマルチポート光スイッチ。
【請求項８】
マルチポート間の光学的接続状態を変えることができるマルチポート光スイッチであって、
請求項１ないし７に記載の複数のマルチポート光スイッチを、前記ポートの一部を介して相互に接続したことを特徴とするマルチポート光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポート間の光学的接続状態を変化させるマルチポート光スイッチに関し、特に、双方向通信に適した高消光比のマルチポート光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの急速な普及に伴い、限られた光ファイバを有効に利用し、あるいは柔軟性に優れた光ネットワークを構成するために、光信号の光路をダイナミックに切り替える光スイッチが切望されている。特に光導波路型光スイッチは、機械的可動部がなく信頼性に優れた光スイッチを提供できることから注目を集めている。
【０００３】
図１は、光信号を切り替えるための従来の導波路型ダブルゲート２入力２出力光スイッチの構成を示している。図１に示した導波路型ダブルゲート２入力２出力光スイッチは、基板１００上に、第１の導波路型２入力２出力光スイッチ１０６ａと、第２の導波路型２入力２出力光スイッチ１０６ｂと、第３の導波路型２入力２出力光スイッチ１１２ａと、
第４の導波路型２入力２出力光スイッチ１１２ｂとを備え、第１および第２の導波路型２入力２出力光スイッチが光パス１０７を介して第３および第４の導波路型２入力２出力光スイッチに接続されている。
【０００４】
第１の導波路型２入力２出力光スイッチ１０６ａは、５０％の結合率を有する光カプラ１０２ｂおよび１０５ａと光導波路アーム１０３ａおよび１０４ａとからなり、光カプラ１０２ａが入力用光導波路１０１ａに接続され、光カプラ１０５ａが光パス１０６に接続されている。第２の導波路型２入力２出力光スイッチ１０６ｂは、５０％の結合率を有する光カプラ１０２ｂおよび１０５ｂと光導波路アーム１０３ｂおよび１０４ｂとからなり、光カプラ１０２ｂが入力用光導波路１０１ｂに接続され、光カプラ１０５ｂが光パス１０６に接続されている。
【０００５】
また、第３の導波路型２入力２出力光スイッチ１１２ａは、５０％の結合率を有する光カプラ１０８ａおよび１１１ａと光導波路アーム１０９ａおよび１１０ａとからなり、光カプラ１１１ａが出力用光導波路１１３ａに接続され、光カプラ１０８ａが光パスに接続されている。第４の導波路型２入力２出力光スイッチ１１２ｂは、５０％の結合率を有する光カプラ１０８ｂおよび１１１ｂと光導波路アーム１０９ｂおよび１１０ｂとからなり、光カプラ１１１ｂが入力用光導波路１１３ｂに接続され、光カプラ１０８ｂが光パスに接続されている。
【０００６】
光導波路アーム１０４ａ、１０４ｂ、１１０ａ、１１０ｂには薄膜ヒータが形成されており、熱光学効果を介して光の位相を変化できるようになっている。したがって、薄膜ヒータに電力を印加することにより、入力用光導波路１０１ａおよび１０１ｂと出力用光導波路１１３ａおよび１１３ｂとの間の光学的接続状態を変化できる。
【０００７】
なお、図１の導波路型ダブルゲート２入力２出力光スイッチでは、どのような光学的接続状態であっても、光信号が導波路型２入力２出力光スイッチ１０６ａ、１０６ｂ、１１２ａ、１１２ｂのいずれかの導波路型２入力２出力光スイッチのクロスポートを一回通過するように構成されている。導波路型２入力２出力光スイッチのクロスポートの消光比は光カプラが５０％からずれても劣化しないことがしられているので、この構成により、作製誤差などの要因により光カプラ１０２ａ、１０５ａ、１０２ｂ、１０５ｂ、１０８ａ、１１１ａ、１０８ｂ、１１１ｂの結合率が５０％からずれても消光比が良好な導波路型ダブルゲート２入力２出力光スイッチが実現できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の光スイッチは、入力用光ポートと出力用光ポートを有する構成であり、双方向光通信のような入出力を同一のポートで行うような応用には向いていなかった。加えて、従来の光スイッチはクロスポートを一回しか通らない構成であるため、消光比には限界があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、双方向光通信に適した高消光比のマルチポート光スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、ポート間の光学的接続状態を変えることができるマルチポート光スイッチであって、Ｎ個のポート（Ｎは３以上の整数）と、前記Ｎ個のポートのそれぞれに入力ポートが接続されたＭ出力光スイッチ（ＭはＮ−１以上の整数）であって、それぞれがＮ−１個の出力ポートを介して相互に接続されたＭ出力光スイッチとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のマルチポート光スイッチにおいて、前記Ｍ出力光スイッチの少なくとも１つは、反射ミラーに接続された出力ポートをさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のマルチポート光スイッチにおいて、前記Ｍ出力光スイッチは、複数の２入力２出力光スイッチから構成され、前記Ｎ−１個の出力ポートは、前記２入力２出力光スイッチのクロス側のポートであることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のマルチポート光スイッチであって、前記マルチポート光スイッチは、単一の基板上に形成された導波路型であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のマルチポート光スイッチであって、
前記Ｎ個のポートの一部は、前記基板の異なる辺に配置されたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載のマルチポート光スイッチであって、前記基板はシリコン基板であり、前記導波路は石英系光導波路であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項４ないし６のいずれかに記載のマルチポート光スイッチであって、前記Ｎ−１個の出力ポートは、光ファイバシートにより相互に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８に記載の発明は、マルチポート間の光学的接続状態を変えることができるマルチポート光スイッチであって、請求項１ないし７に記載の複数のマルチポート光スイッチを、前記ポートの一部を介して相互に接続したことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の実施形態において、同一の機能を有する要素には同一の符号を付し、その重複する説明は省略する。また、以下の実施形態では、光回路がシリコン基板上に形成された石英系光導波路であるとして説明する。これは、この組み合わせが信頼性に優れた光回路を提供できるからである。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、石英などの他の基板、誘電体や半導体など他の導波路材料を用いても構わない。
【００１９】
（第１の実施形態）
図２に、本発明の第２の実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチの構成を示す。導波路型マルチポート光スイッチ３１は、基板１０上にＮ本（図２ではＮ＝６）の入出力光ポート１１と、Ｎ個の１入力Ｍ出力導波路型光スイッチ１２（図２ではＭ＝Ｎ−１＝５）と、Ｎ（Ｎ−１）／２本（図２では１５本）の接続用光パス１３とを備えている。ここで、図２に示す本発明の第１の実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチでは、Ｎ＝６としたが、本発明はこの例に限定されるものではなく、Ｎは３でも８でも構わない。
【００２０】
図２に示す導波路型マルチポート光スイッチ３１では、各１入力５出力導波路型光スイッチ１２の入力ポートは、入出力ポート１１と光学的に接続されており、出力ポートは、接続用光パス１３により、他の１入力Ｍ出力導波路型光スイッチの出力ポートと光学的に接続されている。なお、図２の接続用光パス１３は、導波路交差による損失増加を防ぐために交差数が減少するように構成しているが、もちろん、図２に示した以外の導波路交差のさせ方を用いても構わないことを付記しておく。
【００２１】
さて、図２の導波路型マルチポート光スイッチ３１では、１入力５出力導波路型光スイッチ１２の接続状態を各々切り替えることで、入出力ポート１１間の光学的接続状態を変化させることができる。図２では、第１の入出力ポート１１ａと第５の入出力ポート１１ｅとが光学的に接続されており、第２の入出力ポート１１ｂと第３の入出力ポート１１ｃが光学的に接続されており、第４の入出力ポート１１ｄと第６の入出力ポート１１ｆとが光学的に接続されている例を示している。ここで、この光学的接続の組み合わせはもちろん一例であり、他の光学的接続状態も可能である。特に、例えば入出力ポート１１ａと入出力用ポート１１ｂをともに入出力用ポート１１ｃに光学的に接続するような多対一あるいは一対多の接続も可能であることを付記しておく。
【００２２】
次に、図２に示した導波路型マルチポート光スイッチ３１に使用する１入力Ｍ出力導波路型光スイッチ１２の構成例について説明する。図３に、その構成を示す。この１入力Ｍ出力導波路型光スイッチ１２（図２の場合、Ｍ＝５）は、縦列に接続されたＭ個の２入力２出力導波路型光スイッチ２５を備え、クロス側のポートが出力用光導波路２６に接続されている。
【００２３】
この２入力２出力導波路型光スイッチ２５は、光カプラ２１および２４と光導波路アーム２２および２３とからなるマッハツェンダ構成により実現されている。また、光導波路アーム２３には、図に示すように、薄膜ヒータが形成されており、熱光学効果を介して光の位相を変化できるようになっている。
【００２４】
２入力２出力導波路型光スイッチ１２は、前段の２入力２出力導波路型光スイッチ２５のスルー側の出力用光導波路が後段の２入力２出力導波路型光スイッチ２５の一方の入力用導波路へと接続され、前段の２入力２出力導波路光スイッチ２５のクロス側出力用光導波路２６となるように構成されている。したがって、光信号は出力するときに必ずクロスポートを通ることになり、消光比に優れた１入力Ｍ出力光スイッチを提供することができる。また、このような構成の１入力Ｍ出力導波路型光スイッチを用いて、図２の導波路型マルチポート光スイッチを構成することにより、ポート間を伝播する光信号が必ずクロスポートを２回通る構成となるため、高い消光比を実現することができる。
【００２５】
ここで、本発明の第１の実施形態では、光カプラ２１および２４を方向性結合器としている。これは、この構成が低損失な導波路型マルチポート光スイッチを提供できるからである。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、光カプラ２１および２４は、多モード干渉光カプラであってもＸ分岐であってももちろん構わない。
【００２６】
また、本実施形態の導波路型マルチポート光スイッチでは、１入力Ｍ出力導波路型光スイッチを図３に示す縦列接続型の２入力２出力導波路型光スイッチ２５で実現しているが、これは、この組み合わせが消光比に優れた導波路型マルチポート光スイッチを提供できるからである。しかしながら、本発明の導波路型マルチポート光スイッチは、この例に限定されるものではなく、例えばツリー状に構成された２入力２出力導波路型光スイッチや、いわゆる拡張マッハツェンダ干渉計と呼ばれる１入力Ｍ出力光カプラと、Ｍ本の導波路アームと、Ｍ入力Ｍ出力光カプラからなる構成を用いても構わない。
【００２７】
次に、図２に示した導波路型マルチポート光スイッチ３１を相互に接続した構成例について説明する。図４に、その構成を示す。この構成例では、第１の導波路型マルチポート光スイッチ３１ａの入出力ポート１１ｆが第２の導波路型マルチポート光スイッチ３１ｂの入出力ポート１１ｇと接続されており、第２の導波路型マルチポート光スイッチ３１ｂの入出力ポート１１ｋおよび１１ｌが第３の導波路型マルチポート光スイッチ３１ｃの入出力ポート１１ｍおよび１１ｎにそれぞれ接続されている。
【００２８】
したがって、全体としては、１２の入出力ポートをもつマルチポート光スイッチとして機能しており、図４の例では、入出力ポート１１ａが１１ｃと、入出力ポート１１ｂが１１ｄと、入出力ポート１１ｅが１１ｆ、１１ｇ、１１ｋ、１１ｎを介して１１ｏと、入出力ポート１１ｈが１１ｊと、入出力ポート１１ｉが１１ｌ、１１ｍを介して１１ｑと、入出力ポート１１ｐが１１ｒとそれぞれ光学的に接続されている。
【００２９】
このように複数の導波路型マルチポート光スイッチを組み合わせると、簡単に導波路型マルチポート光スイッチのポート増設が図れるというメリットがある。ただし、複数の導波路型マルチポート光スイッチの組み合わせでは、任意の入出力ポート間の光学的接続状態を実現することはできないことを付記しておく。
【００３０】
なお、上記の光学的接続状態は一例であり、導波路型マルチポート光スイッチは円環をなすように接続してもよいし、他の接続構成を用いても構わない。
【００３１】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチの構成例を示している。導波路型マルチポート光スイッチ５１は、Ｎ本（図５ではＮ＝６）の入出力ポートが、Ｎ／２本ずつ導波路型マルチポート光スイッチの対抗する端に配置されている。
【００３２】
両端に配置された入出力ポート１１は、１入力Ｍ出力導波路型光スイッチ１２（図５ではＭ＝Ｎ−１＝５）の入力ポートに接続されており、各１入力Ｍ出力導波路型光スイッチ１２の出力ポートは、Ｎ（Ｎ−１）／２本（図５では１５本）の接続用光パス１３によって、他の１入力Ｍ出力導波路型光スイッチ１２の出力ポートに接続されている。
【００３３】
このような構成としても、本発明の導波路型マルチポート光スイッチを提供することができる。また、このような構成とすることで、導波路型マルチポート光スイッチの占有する面積を、図２の構成と比較して、小さくすることができる利点がある。
【００３４】
なお、図５に示す本発明の第２の実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチの接続用光パスの配設は、一例であって、各入出力導波路型光スイッチ１２の出力ポートが、他の１入力Ｍ出力導波路型光スイッチ１２の出力ポートに接続されていれば、どのような繋ぎ方をしても構わないことを付記しておく。
【００３５】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチの構成例を示している。導波路型マルチポート光スイッチ７１は、基板１０上に形成されたＮ個（図６ではＮ＝６）の１入力Ｍ出力導波路光スイッチ１２（図６ではＭ＝Ｎ−１＝５）と、ファイバシート４０上に形成された接続用光パス１３とから構成されている。この光ファイバシート４０と基板１０とは、接着剤により固定されている。
【００３６】
このような構成としても、本発明の導波路型マルチポート光スイッチを提供することができる。この構成の特徴は、図２の構成と比較して、導波路交差を避けることができるため、導波路交差に起因する損失の増大やクロストークの劣化を抑えることができるところにある。
【００３７】
なお、本発明の第３の実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチでは、入出力ポート１１および１入力Ｍ出力導波路型光スイッチ１２は、すべて同一基板上に形成されているが、これは分離して別個の基板であっても構わない。このように個別の基板で構成することができることも、光ファイバシート４０を用いる利点である。
【００３８】
さらに、本発明の第３の実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチでは、接続用光パス１３は光ファイバシート４０上に実現しているが、これはこの構成がコンパクトで安価で取り扱いに優れた導波路型マルチポート光スイッチを提供できるからである。しかしながら、接続用光パス１３は、光ファイバなどで実現しても勿論構わない。
【００３９】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチの構成例を示している。導波路型マルチポート光スイッチ９１は、基板１０上にＮ本（図７ではＮ＝４）の入出力ポート１１と、Ｎ個の１入力Ｍ出力導波路型光スイッチ１２（図７ではＭ＝４）と、Ｎ（Ｎ−１）／２本（図７では６本）の接続用光パス１３と、出力用導波路６５を介して光学的に接続された反射ミラー６６とを備えている。
【００４０】
この反射ミラー６６は、導波路端に金を蒸着することで実現した。これは、この構成が作製の容易な反射ミラーを提供できるからである。しかしながら、本発明は、この例に限定されるものではなく、導波路端面をエッチングして金やアルミなどの金属材料を蒸着してもよいし、導波路型ループミラーなど別の方法で反射ミラーを提供しても構わない。
【００４１】
ここで、１入力Ｍ出力導波路型光スイッチ１２（図７ではＭ＝４）は、（Ｍ−１）個（図７では３個）の２入力２出力導波路型光スイッチ２５から構成され、クロス側のポートが出力用光導波路１３に接続され、スルー側のポートが出力用光導波路６５に接続されている。また、２入力２出力導波路型光スイッチ２５は、光カプラ６１および６４と、光導波路アーム６２および６３から構成されている。光導波路アーム６２および６３には、それぞれ薄膜ヒータが形成されており、熱光学効果を介して位相変調できるようになっている。
【００４２】
図７に示した導波路型マルチポート光スイッチでは、例えば入出力ポート１１ａに入力された光信号を１１ｂ、１１ｃ、１１ｄのいずれかの入出力ポートに接続することもできるし、入出力ポート１１ａに戻すこともできる。したがって、導波路型マルチポート光スイッチの故障診断を行うことができ、維持管理性に優れた導波路型マルチポート光スイッチを提供することができる。また、この構成では、１つのポートから任意の他のポートへの接続は、光信号がクロスポートを必ず２回通るように構成されている。これにより、消光比に優れた１入力Ｍ出力光スイッチを提供することができる。
【００４３】
実際に、図７に示す導波路型マルチポート光スイッチを作製し、消光比特性の評価を行った。図７の導波路型マルチポート光スイッチは、シリコン基板上に形成した石英系光導波路により作製した。石英系光導波路のコアおよびクラッドの比屈折率差は１．５％とした。これは、このような比屈折率差を用いると、導波路の最小曲げ半径を２ｍｍとすることができ、光ファイバとの整合性を維持しながらも小型の導波路型マルチポート光スイッチを提供できるからである。しかしながら、本発明は、この例に限定されるものではなく、比屈折率差は、０．４％でも３％でも構わない。
【００４４】
図８に、作製した導波路型マルチポート光スイッチの消光比特性を示す。なお、図８に示す接続ポートは、４つの入出力ポートの経路を示している。図８に示すように、図７の導波路型マルチポート光スイッチでは、−４５ｄＢ以下という高い消光比を実現できた。このように、光信号がクロスポートを必ず２回通るように構成することにより、高い消光比を実現することができる。
【００４５】
以上、本発明について、いくつかの実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。したがって、ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなく構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来の導波路型ダブルゲート２入力２出力光スイッチの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチの構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチに使用することができる１入力Ｍ出力導波路型光スイッチの構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチを複数接続した構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチの構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチの構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチの構成を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る導波路型マルチポート光スイッチの
【符号の説明】
【００４７】
１０  基板
１１  入出力光ポート
１２  １入力Ｍ出力光スイッチ
１３  接続用光パス
２１  光カプラ
２２  光導波路アーム
２３  光導波路アーム（薄膜ヒータ付き）
２４  光カプラ
２５  ２入力２出力光スイッチ
２６  出力用光導波路
３１  マルチポート光スイッチ
４０  光ファイバシート
５１  マルチポート光スイッチ
６１  光カプラ
６２  光導波路アーム（薄膜ヒータ付き）
６３  光導波路アーム（薄膜ヒータ付き）
６４  光カプラ
６５  出力用導波路
６６  反射ミラー
７１  マルチポート光スイッチ
９１  マルチポート光スイッチ
１００  基板
１０１  入力用光導波路
１０２  光カプラ
１０３  光導波路アーム
１０４  光導波路アーム（薄膜ヒータ付き）
１０５  光カプラ
１０６  ２入力２出力光スイッチ
１０７  光パス
１０８  光カプラ
１０９  光導波路アーム
１１０  光導波路アーム（薄膜ヒータ付き）
１１１  光カプラ
１１２  ２入力２出力光スイッチ
１１３  出力用光導波路
【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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