(57)【要約】【課題】光回線交換方式の光信号と光パケット交換方式の光信号を転送するノード装置を実現する低損失な光スイッチ装置を提供する。【解決手段】ネットワークを構成するノード装置に設けられ、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4と光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4とを有する光スイッチ装置において、当該光スイッチ装置は、１×２光スイッチ５１1、５１2、２×１光スイッチ５２1、５２2及び２×２光スイッチ５３1、５３2からなり、これらの光スイッチは、屈折率又は吸収係数がナノ秒オーダで変化する材料の光導波路構造からなり、屈折率又は吸収係数を変化させることにより、光回線交換方式のＯＣＳ光信号及び光パケット交換方式のＯＰＳ光信号の両方のスイッチングを行う。【選択図】図６
2019213152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークを構成するノード装置に設けられ、複数の光入力ポートと複数の光出力ポートとを有する光スイッチ装置において、
当該光スイッチ装置は、複数の光スイッチからなり、
前記光スイッチは、屈折率又は吸収係数がナノ秒オーダで変化する材料の光導波路構造からなり、前記屈折率又は前記吸収係数を変化させることにより、光回線交換方式の光信号であるＯＣＳ光信号及び光パケット交換方式の光信号であるＯＰＳ光信号の両方のスイッチングを行う
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、
前記ノード装置は、波長選択スイッチを有するＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）ノード装置であり、
当該光スイッチ装置は、
前記波長選択スイッチの後段に配置されると共に、前記ＯＣＳ光信号と前記ＯＰＳ光信号を予め設定した前記光出力ポートにスイッチングして、前記ＯＣＳ光信号と前記ＯＰＳ光信号との間のアドドロップ処理を行う複数の前記光スイッチからなる第１の光スイッチ部と、前記ＯＰＳ光信号を予め設定した前記光出力ポートにスイッチングして、前記ＯＰＳ光信号のアドドロップ処理を行う複数の前記光スイッチからなる第２の光スイッチ部とを有する
ことを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光スイッチ装置において、
前記第１の光スイッチ部でのスイッチングを制御するネットワークコントローラと、前記第２の光スイッチ部でのスイッチングを前記ＯＰＳ光信号のラベルに基づいて制御するラベルテーブルとを有する
ことを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の光スイッチ装置において、
Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎをそれぞれ１以上の整数とすると、
前記第１の光スイッチ部は、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）のポート構成のＮ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと（Ｋ＋Ｌ）×Ｎのポート構成の（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとを有し、
前記第２の光スイッチ部は、Ｍ×Ｋのポート構成のＭ×Ｋ光スイッチとＫ×Ｍのポート構成のＫ×Ｍ光スイッチとを有し、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの出力側のＬ個のポートを前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチの入力側のＬ個のポートに接続し、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの出力側のＫ個のポートを前記Ｋ×Ｍ光スイッチの入力側のＫ個のポートに接続し、
前記Ｍ×Ｋ光スイッチの出力側のＫ個のポートを前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチの入力側のＫ個のポートに接続した
ことを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光スイッチ装置において、
Ｊを２以上の整数とすると、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチは、各々、１×Ｊのポート構成の１×Ｊ分配選択型光スイッチを基本の構成要素として、少なくとも１つの前記１×Ｊ分配選択型光スイッチから構成され、
前記１×Ｊ分配選択型光スイッチは、１×Ｊ光カプラとＪ個の光吸収ゲートからなる
ことを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項６】
請求項４に記載の光スイッチ装置において、
Ｊを２以上の整数とすると、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチは、各々、１×２マッハツェンダ干渉計又は複数の２×２マッハツェンダ干渉計からなる１×Ｊのポート構成の１×Ｊ光スイッチを基本の構成要素として、１つの前記１×２マッハツェンダ干渉計又は少なくとも１つの前記１×Ｊ光スイッチから構成され、
前記１×Ｊ光スイッチは、前段の前記２×２マッハツェンダ干渉計の出力側の２つのポートの各々に後段の前記２×２マッハツェンダ干渉計の入力側の２つのポートの一方を接続して、複数の前記２×２マッハツェンダ干渉計をツリー状に多段に接続した構成である
ことを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの後段に光吸収ゲートを設けた
ことを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項８】
請求項４から請求項７のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記Ｋ×Ｍ光スイッチとの間、及び、前記Ｍ×Ｋ光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間を、各々、光導波路で接続すると共に、一部の前記光導波路に他の前記光導波路との交差部を有する光導波路を用い、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ、前記Ｋ×Ｍ光スイッチ及び前記光導波路を、同一チップ上にモノリシック集積した
ことを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項９】
請求項４から請求項７のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記Ｋ×Ｍ光スイッチとの間、及び、前記Ｍ×Ｋ光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間を、各々、光導波路で接続すると共に、全ての前記光導波路が互いに交差しないように、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチを配置し、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ、前記Ｋ×Ｍ光スイッチ及び前記光導波路を、同一チップ上にモノリシック集積した
ことを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の光スイッチ装置において、
当該光スイッチ装置の前記光入力ポートと前記光出力ポートの全てを、前記チップの一方側の端部に配置した
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、大容量光通信ネットワークを支えるための重要な光部品であるノード装置用の光スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信トラフィックの急激な増大に対応すべく、光通信ネットワークの高速、大容量化が進められている。光通信ネットワークは複数のリンク、ノード装置で構成されており、それぞれにおいて高速、大容量通信に向けた研究開発が行われている。リンクでは信号の高速化や波長の多重化などが進む一方で、ノード装置では効率的なトラフィックを実現すべく、ノード装置間を接続する経路を柔軟に変更する技術が重要とされている。ノード技術としては様々な伝送方式が検討されており、光／電気変換を必要としない光スイッチング技術は、ネットワーク機器の消費電力や遅延等の面において有効な技術であり、光スイッチング技術を主体とした光伝送方式が盛んに研究されている。
【０００３】
その中でも、光回線交換（Optical Circuit Switching：ＯＣＳ）方式と光パケット交換（Optical Packet Switching：ＯＰＳ）方式は相反する特徴を持ち、それぞれに適したデータや運用が考えられる。
【０００４】
ＯＣＳ方式では、特定のノード装置間でリンクが確立され、連続したデータの伝送が可能である。リンクの確立には、特定の波長帯域を占有することによって光パスが設定されることが一般的であるが、リンクの波長を占有するため、他のノード装置からの転送の妨げとなる。ＯＣＳ方式では、パケットのロスが少ないため高い信頼性が求められる場合や安定して大容量のデータを伝送する場合に適している。
【０００５】
その一方、ＯＰＳ方式では、ノード装置間のリンクを確立せず、コネクションレスな伝送が可能である。伝送される光パケットに予めラベルを付与し、そのラベルに基づいて各ノード装置での衝突回避を考慮しながら転送されることが一般的である。ＯＰＳ方式では、伝送データのトラフィック変動が大きな場合や低遅延性が要求されるデータに適している。非特許文献１に示すように、将来の大容量光通信ネットワークには、これら２つの方式の組み合わせによる柔軟なネットワークが有望視されており、それらを実現するノード技術の研究が進められている。
【０００６】
光スイッチング技術としては、光／電気変換を必要とせず、光信号を光のまま高速にスイッチングすることが求められる。このような光スイッチは平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）上に構成した熱光学（Thermo-Optic：ＴＯ）スイッチ、ＩｎＰ系の電界吸収型光変調器（Electro Absorption Modulator：ＥＡＭ）やマッハツェンダ干渉計（Mach-Zehnder Interferometer：ＭＺＩ）や半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）を用いたスイッチ、ＬｉＮｂＯ3系の位相変調器型のスイッチなどが研究開発されている。１×Ｎ光スイッチを構成する従来技術として、例えば、特許文献１に示す２×２光スイッチ素子が提案されている。
【０００７】
図１５に従来の２×２光スイッチ素子の斜視図を示す。図１５の２×２光スイッチ素子は、方向性結合器型の光スイッチ素子であり、ｎ−ＩｎＰ基板上に、光入力部（図中のI）、光スイッチ部（同II）、光出力部（同III）及び光吸収部（同IV）を設けた構成となっている。
【０００８】
より詳細に説明すると、従来の２×２光スイッチ素子は、ｎ−ＩｎＰ基板６上に、ｉ−ＭＱＷ層５、ｉ−ＩｎＰクラッド層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層３が順に積層され、ｐ−ＩｎＰクラッド層３は、図１５に示すような構造で、細線状に形成されている。更に、光スイッチ部IIの一方のｐ−ＩｎＰクラッド層３上及び光吸収部IVの両方のｐ−ＩｎＰクラッド層３上には、ｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層２が形成され、ｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層２上にはｐ型電極１、１０、１１が各々形成されている。ｎ−ＩｎＰ基板６の裏面にはｎ型電極７が形成されている。なお、符号９は、電気的分離溝である。
【０００９】
入力信号光は、ｉ−ＭＱＷ層５内であって、細線状に形成されたｐ−ＩｎＰクラッド層３の下部に位置する部分を導波する。以下、光入力部I、光スイッチ部II、光出力部III及び光吸収部IVに設けたｐ−ＩｎＰクラッド層３の下部に位置するｉ−ＭＱＷ層５を、それぞれ入力光導波路、光スイッチ光導波路、出力光導波路及び光吸収光導波路と呼ぶこととする。
【００１０】
入力信号光は、いずれか一方の入力光導波路（図１５中のＡ又はＢ）に入力され、光スイッチ光導波路に導かれる。光スイッチ光導波路では、光スイッチ部IIに設けたｐ型電極１とｎ型電極７との間に所望の電圧を印加することにより、例えば、多重量子井戸（Multiple Quantum Well：ＭＱＷ）構造に起因する量子井戸閉じ込め効果（Quantum Confined Stark Effect：ＱＣＳＥ）により、ｐ型電極１下方の光スイッチ光導波路の屈折率を変えることで、いずれか一方の光スイッチ光導波路からのみ信号光を出力する。すなわち、光路切り替えを行う。
【００１１】
光吸収部IVでは、信号光が入力された光吸収光導波路と異なる光吸収光導波路に設けたｐ型電極１０又は１１とｎ型電極７との間に、所望の電界が印加される。これにより、前記光スイッチ光導波路から漏れ出たクロストーク光は光吸収光導波路で吸収される一方、光スイッチ光導波路から出力された信号光は出力光導波路（図１５中のＣ又はＤ）へ導かれる。このように、光吸収部IVを備えることにより、前記光スイッチ光導波路からの漏れ光の影響を低減可能な光スイッチ素子を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−５９２９４号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Hiroaki Harai et. al., "Optical Packet and Circuit Integrated Networks and Software Defined Networking Extension," Journal of Lightwave Technology, August 15, 2014, vol. 32, no. 16, pp. 2751-2759
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ＯＰＳ方式とＯＣＳ方式を統合させたネットワークの実現には、既存のＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）ネットワーク技術への適応が不可欠である。リングネットワークのＲＯＡＤＭにおける光スイッチには、波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch:ＷＳＳ）が用いられているが、ノード装置にはＷＳＳの機能と高速光スイッチの機能が求められる。ＷＳＳ単体では、ＯＰＳ方式とＯＣＳ方式両方の信号を扱うことができないため、それらを実現する新たなノード技術の実現が課題である。
【００１５】
そこで、ＯＰＳ方式への対応を可能とする場合、光パケットと光パケットとの間でスイッチングする必要があるため、光スイッチには高速性が求められる。光スイッチの高速動作を可能とするためには、ＩｎＰやＳｉなどの半導体にキャリアを注入し、電気光学効果によってスイッチングする構造が一般的となるが、半導体光導波路は光閉じ込めが強いため光ファイバとの接続損失は大きく、また、キャリアの吸収などによって伝搬損失が大きくなる傾向がある。ノード装置における損失はＥＤＦＡ（Erbium-Doped Fiber Amplifier）などの増幅器によって補償も可能であるが、信号品質の劣化を招くため好ましくなく、光スイッチデバイスにおいては低損失性が重要となる。
【００１６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、光回線交換方式の光信号と光パケット交換方式の光信号を転送するノード装置を実現する低損失な光スイッチ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決する第１の発明に係る光スイッチ装置は、
ネットワークを構成するノード装置に設けられ、複数の光入力ポートと複数の光出力ポートとを有する光スイッチ装置において、
当該光スイッチ装置は、複数の光スイッチからなり、
前記光スイッチは、屈折率又は吸収係数がナノ秒オーダで変化する材料の光導波路構造からなり、前記屈折率又は前記吸収係数を変化させることにより、光回線交換方式の光信号であるＯＣＳ光信号及び光パケット交換方式の光信号であるＯＰＳ光信号の両方のスイッチングを行う
ことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第２の発明に係る光スイッチ装置は、
上記第１の発明に記載の光スイッチ装置において、
前記ノード装置は、波長選択スイッチを有するＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）ノード装置であり、
当該光スイッチ装置は、
前記波長選択スイッチの後段に配置されると共に、前記ＯＣＳ光信号と前記ＯＰＳ光信号を予め設定した前記光出力ポートにスイッチングして、前記ＯＣＳ光信号と前記ＯＰＳ光信号との間のアドドロップ処理を行う複数の前記光スイッチからなる第１の光スイッチ部と、前記ＯＰＳ光信号を予め設定した前記光出力ポートにスイッチングして、前記ＯＰＳ光信号のアドドロップ処理を行う複数の前記光スイッチからなる第２の光スイッチ部とを有する
ことを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する第３の発明に係る光スイッチ装置は、
上記第２の発明に記載の光スイッチ装置において、
前記第１の光スイッチ部でのスイッチングを制御するネットワークコントローラと、前記第２の光スイッチ部でのスイッチングを前記ＯＰＳ光信号のラベルに基づいて制御するラベルテーブルとを有する
ことを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する第４の発明に係る光スイッチ装置は、
上記第２又は第３の発明に記載の光スイッチ装置において、
Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎをそれぞれ１以上の整数とすると、
前記第１の光スイッチ部は、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）のポート構成のＮ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと（Ｋ＋Ｌ）×Ｎのポート構成の（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとを有し、
前記第２の光スイッチ部は、Ｍ×Ｋのポート構成のＭ×Ｋ光スイッチとＫ×Ｍのポート構成のＫ×Ｍ光スイッチとを有し、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの出力側のＬ個のポートを前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチの入力側のＬ個のポートに接続し、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの出力側のＫ個のポートを前記Ｋ×Ｍ光スイッチの入力側のＫ個のポートに接続し、
前記Ｍ×Ｋ光スイッチの出力側のＫ個のポートを前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチの入力側のＫ個のポートに接続した
ことを特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決する第５の発明に係る光スイッチ装置は、
上記第４の発明に記載の光スイッチ装置において、
Ｊを２以上の整数とすると、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチは、各々、１×Ｊのポート構成の１×Ｊ分配選択型光スイッチを基本の構成要素として、少なくとも１つの前記１×Ｊ分配選択型光スイッチから構成され、
前記１×Ｊ分配選択型光スイッチは、１×Ｊ光カプラとＪ個の光吸収ゲートからなる
ことを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する第６の発明に係る光スイッチ装置は、
上記第４の発明に記載の光スイッチ装置において、
Ｊを２以上の整数とすると、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチは、各々、１×２マッハツェンダ干渉計又は複数の２×２マッハツェンダ干渉計からなる１×Ｊのポート構成の１×Ｊ光スイッチを基本の構成要素として、１つの前記１×２マッハツェンダ干渉計又は少なくとも１つの前記１×Ｊ光スイッチから構成され、
前記１×Ｊ光スイッチは、前段の前記２×２マッハツェンダ干渉計の出力側の２つのポートの各々に後段の前記２×２マッハツェンダ干渉計の入力側の２つのポートの一方を接続して、複数の前記２×２マッハツェンダ干渉計をツリー状に多段に接続した構成である
ことを特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決する第７の発明に係る光スイッチ装置は、
上記第４〜第６の発明のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの後段に光吸収ゲートを設けた
ことを特徴とする。
【００２４】
上記課題を解決する第８の発明に係る光スイッチ装置は、
上記第４〜第７の発明のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記Ｋ×Ｍ光スイッチとの間、及び、前記Ｍ×Ｋ光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間を、各々、光導波路で接続すると共に、一部の前記光導波路に他の前記光導波路との交差部を有する光導波路を用い、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ、前記Ｋ×Ｍ光スイッチ及び前記光導波路を、同一チップ上にモノリシック集積した
ことを特徴とする。
【００２５】
上記課題を解決する第９の発明に係る光スイッチ装置は、
上記第４〜第７の発明のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記Ｋ×Ｍ光スイッチとの間、及び、前記Ｍ×Ｋ光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間を、各々、光導波路で接続すると共に、全ての前記光導波路が互いに交差しないように、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチを配置し、
前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ、前記Ｋ×Ｍ光スイッチ及び前記光導波路を、同一チップ上にモノリシック集積した
ことを特徴とする。
【００２６】
上記課題を解決する第１０の発明に係る光スイッチ装置は、
上記第８又は第９の発明に記載の光スイッチ装置において、
当該光スイッチ装置の前記光入力ポートと前記光出力ポートの全てを、前記チップの一方側の端部に配置した
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、光回線交換方式の光信号と光パケット交換方式の光信号を転送するノード装置を実現する低損失な光スイッチ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る光スイッチ装置に用いる分配選択型光スイッチからなる１×２光スイッチを示す構成図である。
【図２】本発明に係る光スイッチ装置に用いるＭＺＩ型光スイッチからなる１×２光スイッチを示す構成図である。
【図３】図１に示した分配選択型光スイッチの光吸収ゲートにおける印加電圧に対する透過率を示すグラフである。
【図４】図２に示したＭＺＩ型光スイッチの各光出力ポートおける注入電流に対する透過率を示すグラフである。
【図５】図１及び図２に示した光スイッチの光導波路の構造を示す断面図である。
【図６】本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の一例（実施例１）を示す構成図である。
【図７】本発明に係る光スイッチ装置に用いるＭＺＩ型光スイッチからなる２×２光スイッチを示す構成図である。
【図８】本発明に係る光スイッチ装置に用いる複数の分配選択型光スイッチからなる２×２光スイッチを示す構成図である。
【図９】本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の他の一例（実施例２）を示す構成図である。
【図１０】図９に示した光スイッチ装置の変形例を示す構成図である。
【図１１】本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の他の一例（実施例３）を示す構成図である。
【図１２】本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の他の一例（実施例４）を示す構成図である。
【図１３】本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の他の一例（実施例５）を示す構成図である。
【図１４】本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の他の一例（実施例６）を示す構成図である。
【図１５】従来の２×２光スイッチ素子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
ＯＰＳ方式の光信号（以降、ＯＰＳ光信号）のスイッチングに用いる高速光スイッチについて説明する。スイッチング機構には、図１に示す分配選択型光スイッチ２０や図２に示すＭＺＩ型光スイッチ３０を用いる。これらは、ＯＣＳ方式の光信号（以降、ＯＣＳ光信号）のスイッチングにも使用可能である。
【００３０】
図１の分配選択型光スイッチ２０では、光入力ポートＰＩから入力された入力光を、マルチモード干渉（Multi-Mode Interference：ＭＭＩ）光カプラである１×２光カプラ２１を用いて２つの光導波路２２1、２２2に分岐しており、２つの光導波路２２1、２２2は、各光出力ポートＰＯ1、ＰＯ2の光吸収ゲート２３1、２３2に接続されている。
【００３１】
光吸収ゲート２３1、２３2は、後述するように、ｎ−ＩｎＰ基板、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層、ＩｎＧａＡｓＰコア層、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層、ｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層を有している。そして、光吸収ゲート２３1、２３2では、ｎ−ＩｎＰ基板に設けたｎ型電極を接地しており（電位＝０Ｖ）、各光吸収ゲート２３1、２３2に設けたｐ型電極にマイナス電圧を印加すると、フランツケルディッシュ（Franz-Keldysh：ＦＫ）効果により、ＩｎＧａＡｓＰコア層における吸収端がシフトし、光吸収ゲート２３1、２３2を伝搬する信号光波長での吸収係数が増加する。
【００３２】
このようにして、光吸収ゲート２３1又は２３2への印加電圧を制御することにより、出力不要な方の光導波路２２1又は２２2の光を光吸収ゲート２３1又は２３2で吸収しており、これによりスイッチングすることができる。ここで、光吸収ゲートとして用いるＥＡＭにはＳＯＡ等を用いてもよい。
【００３３】
図２のＭＺＩ型光スイッチ３０では、図１と同様のＭＭＩ光カプラである１×２光カプラ３１を用いて、光入力ポートＰＩから入力された入力光を２つの光導波路３２1、３２2に分岐しており、２分岐された入力光は、２つの光導波路３２1、３２2において、制御電極３３1、３３2により制御された位相変調よる位相差を受けた後に、ＭＭＩ光カプラである２×２光カプラ３４を用いて、再度結合されている。
【００３４】
このようにすると、干渉効果により、２つの光導波路３２1、３２2間の位相差が、±ｎπであれば、光出力ポートＰＯ1又はＰＯ2の一方から出力し、±（２ｎ＋１）π／２であれば、光出力ポートＰＯ1又はＰＯ2の他方から出力される。なお、ｎは、０以上の整数である。従って、光導波路３２1又は３２2の片方の光導波路内に位相変調領域を配置して制御すれば、１×２のスイッチング動作が得られる。
【００３５】
上述した位相変調を得るには光導波路３２1、３２2の屈折率を変化させればよい。ＩｎＰ系の光導波路では、電圧印加によるＦＫ効果やＱＣＳＥ効果もしくは電流注入によるプラズマ効果を用いて光導波路の屈折率を変化させ、ＬＮ系の光導波路では、電圧印加によるポッケルス効果を用いて光導波路の屈折率を変化させれば、スイッチング動作を行うことができる。また、光強度を２等分するＭＭＩ光カプラは方向性結合器などを用いてもよい。
【００３６】
そして、図１に示した分配選択型光スイッチ２０の場合は、図３に示すように、光吸収ゲート２３1、２３2に対して、印加電圧−３Ｖで消光比２０ｄＢ以上、印加電圧−７Ｖで消光比４０ｄＢ以上を得ることができる。
【００３７】
また、図２に示したＭＺＩ型光スイッチ３０の場合は、図４に示すように、２つのアーム光導波路３２1、３２2への注入電流が０ｍＡの場合、入力信号光は図２における光出力ポートＰＯ1側に出力される。制御電極３３1、３３2のどちらか一方に電流を注入すると、注入した方のアーム光導波路の屈折率が変化し、伝搬する光の位相が変化する。このアーム光導波路への注入電流が５ｍＡ程度となったとき、光出力ポートＰＯ1からの出力は最小となり、光出力ポートＰＯ2への光出力が最大となる。このとき、光出力ポートＰＯ1への光出力と光出力ポートＰＯ1への光出力との比は２０ｄＢ以上が得られる。
【００３８】
なお、分配選択型光スイッチの場合は、１×２の分配選択型光スイッチ２０だけでなく、分岐数を増やすことで、多数の光出力ポートへのスイッチングが可能である。この場合、Ｊを２以上の整数とすると、１×Ｊのポート構成の１×Ｊ光スイッチとする場合には、１×Ｊ光カプラとＪ個の光吸収ゲートから構成される。
【００３９】
また、ＭＺＩ型光スイッチの場合は、１段のＭＺＩ型光スイッチ３０だけでなく、後述する２×２のＭＺＩ型光スイッチ６０をツリー状に多段に接続することで、多数の光出力ポートへのスイッチングが可能である。この場合、１×Ｊ光スイッチとする場合には、前段の２×２のＭＺＩ型光スイッチ６０の出力側の２つのポートの各々に、後段の２×２のＭＺＩ型光スイッチ６０の入力側の２つのポートの一方を接続した構成となる。
【００４０】
次に、高速動作可能な光スイッチとなる分配選択型光スイッチ２０の作製方法について述べる。
【００４１】
まず、ｎ−ＩｎＰ基板上に、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層、１．４Ｑ組成０．３μｍ膜厚のバルクｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層、ｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層を、有機金属気相成長法（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）により成長させる。
【００４２】
次いで、フォトリソグラフィとドライエッチングとにより、ハイメサ光導波路構造を有する入力光導波路、１×２光カプラ２１、光導波路２２1、２２2、光吸収ゲート２３1、２３2及び出力光導波路を一括形成する。光導波路構造を形成後、局所領域への埋め込みが可能で平坦化に優れた有機材料であるベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene：ＢＣＢ）をスピンコートにより塗布し、Ｏ2／Ｃ2Ｆ6混合ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、埋め込み前の基板表面（基板最上面）が露出するまでエッチバックし、基板表面を平坦化する。
【００４３】
最後に、光吸収ゲート２３1及び光吸収ゲート２３2、更に、１×２カプラ２１のｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層上にｐ型電極を形成し、ｎ−ＩｎＰ基板裏面ないし同基板の光導波路構造が形成されていない領域にｎ型電極を形成する。
【００４４】
上記の作製方法では、ＭＯＶＰＥ成長及び光導波路構造の形成を一括で行えるようになる。また、図１５に示した従来の光スイッチ素子と異なり、１×２光カプラ２１と光吸収ゲート２３1、２３2との間で、ｎ−ＩｎＰ上部クラッド層及びｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層を除去するプロセスが不要となる。ゆえに、作製方法が簡便で、光学的特性を劣化させることなく、かつ、極めて低い光クロストークを有する光スイッチを提供することができるようになる。
【００４５】
図５に上記の光導波路構造の断面図を示す。図５では、符号４１をｎ−ＩｎＰ基板、符号４２をｎ−ＩｎＰ下部クラッド層、符号４３をＩｎＧａＡｓＰコア層、符号４４をｐ−ＩｎＰ上部クラッド層、符号４５をｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層としている。本形態では、図５に示すように、膜厚０．３μｍ、幅１．５μｍの１．４Ｑ組成のＩｎＧａＡｓＰコア層４３を用いている。これらの設計値は、光スイッチの光学的特性を決める重要なパラメータとなる。
【００４６】
そして、入力信号光波長が、例えば、１．５３μｍから１．５７μｍで動作し、低損失、高速かつ低消費電力な動作を実現するためには、下記の条件が満たされることが好ましい。
（１）ＩｎＧａＡｓＰコア層４３の厚さは、入力信号光に対してシングルモード導波条件であり、かつ、ＩｎＧａＡｓＰコア層４３への十分な光閉じ込めを有する条件であり、０．１μｍ〜０．４μｍの範囲が望ましい。
（２）ＩｎＧａＡｓＰコア層４３の幅は、入力信号光に対してシングルモード導波条件であり、０．８μｍ〜３μｍの範囲が望ましい。
（３）ＩｎＧａＡｓＰコア層４３の組成は、１．３Ｑ〜１．５Ｑであり、各電極長は、ＥＡＭの場合は１００μｍ〜２０００μｍ、ＭＺＩの場合は５０μｍ〜１０００μｍの範囲が望ましい。
【００４７】
なお、本形態における光スイッチでは、光吸収ゲート２３1、２３2のＩｎＧａＡｓＰコア層４３としてバルク層を用いるように説明してきたが、ＭＱＷ構造としてもよい。その場合は、ＱＣＳＥ効果により高効率に消光できるようになる。また、光導波路構造をハイメサ光導波路構造としているが、それ以外の構造、例えば、リッジ型光導波路構造として作製してもよい。あるいは、ＩｎＧａＡｓＰコア層４３の両横が半導体で埋め込まれた埋め込み型光導波路構造やリブ型光導波路構造などであってもよい。
【００４８】
また、本形態における光スイッチでは、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いて説明してきたが、ＧａＡｓ系の化合物半導体を用いてもよい。また、シリコン細線光導波路などの材料系を用いても、同様に実現できる。これらの材料を用いた光導波路構造では、ナノ秒オーダの屈折率又は吸収係数の変化が可能であり、このような高速変化により、ＯＣＳ光信号やＯＰＳ光信号の高速なスイッチングが可能となる。
【００４９】
以降、上述した光スイッチを複数用いる本発明に係る光スイッチ装置について、その実施形態のいくつかを説明する。なお、本発明に係る光スイッチ装置は、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の両方を使用するネットワークのＲＯＡＤＭノード装置に設けられるものである。ＲＯＡＤＭノード装置は、ＷＳＳを有しており、本発明に係る光スイッチ装置は、当該ノード装置のＷＳＳの後段に配置されている。
【００５０】
［実施例１］
図６に本実施例に係る光スイッチ装置を示す。ここでは、一例として、４つの光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4と４つの光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4を持つ光スイッチ装置とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号とが同時に転送可能なものとする。ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ用には、１×２光スイッチ（以降、１×２ＳＷ）５１1、５１2の２つと２×１光スイッチ（以降、２×１ＳＷ）５２1、５２2の２つを用い（第１の光スイッチ部）、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用には、２×２光スイッチ（以降、２×２ＳＷ）５３1、５３2の２つを用いる（第２の光スイッチ部）。
【００５１】
光入力ポートＰＩ1は、１×２ＳＷ５１1の入力側に接続され、光入力ポートＰＩ2は、１×２ＳＷ５１2の入力側に接続され、光入力ポートＰＩ3、ＰＩ4は、２×２ＳＷ５３1の入力側に接続されている。また、光出力ポートＰＯ1は、２×１ＳＷ５２1の出力側に接続され、光出力ポートＰＯ2は、２×１ＳＷ５２2の出力側に接続され、光出力ポートＰＯ3、ＰＯ4は、２×２ＳＷ５３2の出力側に接続されている。
【００５２】
そして、１×２ＳＷ５１1の一方の光出力ポートは、光ファイバ５４1により、２×１ＳＷ５２1の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１1のもう一方の光出力ポートは、光ファイバ５４2により、２×２ＳＷ５３2の一方の光入力ポートに接続される。また、１×２ＳＷ５１2の一方の光出力ポートは、光ファイバ５４3により、２×１ＳＷ５２2の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１2のもう一方の光出力ポートは、光ファイバ５４4により、２×２ＳＷ５３2のもう一方の光入力ポートに接続される。また、２×２ＳＷ５３1の一方の光出力ポートは、光ファイバ５４5により、２×１ＳＷ５２1のもう一方の光入力ポートに接続され、２×２ＳＷ５３1のもう一方の光出力ポートは、光ファイバ５４6により、２×１ＳＷ５２2のもう一方の光入力ポートに接続される。
【００５３】
このように、本実施例の光スイッチ装置では、それぞれのスイッチング要素を個別のチップ又はモジュールとし、それらを光ファイバ５４1〜５４6で接続している。なお、１×２ＳＷ同士、２×１ＳＷ同士は、同一のチップ又はモジュールとしてもよい。
【００５４】
上記の１×２ＳＷ５１1、５１2や２×１ＳＷ５２1、５２2には、図１に示した分配選択型光スイッチ２０や図２に示したＭＺＩ型光スイッチ３０を採用することで、高速にＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の切換えを可能とする。また、上記の２×２ＳＷ５３1、５３2には、図７に示すようなＭＺＩ型光スイッチ６０や図８に示すような２×２ＳＷ７０を採用することで、高速なＯＰＳ光信号の処理を可能とする。図７に示すＭＺＩ型光スイッチ６０と図８に示す２×２ＳＷ７０について、以下に説明する。
【００５５】
図７に示すＭＺＩ型光スイッチ６０は、図２に示したＭＺＩ型光スイッチ３０を２×２に拡張した構成である。具体的には、ＭＺＩ型光スイッチ６０は、入力側に光入力ポートＰＩ1、ＰＩ2が接続され、出力側に光導波路６２1、６２2が接続されたＭＭＩ光カプラである２×２光カプラ６１と、光導波路６２1、６２2内に各々設けられた制御電極６３1、６３2と、入力側に光導波路６２1、６２2が接続され、出力側に光出力ポートＰＯ1、ＰＯ2が接続されたＭＭＩ光カプラである２×２光カプラ６４とを有する構成である。
【００５６】
また、図８に示す２×２ＳＷ７０は、図１に示した分配選択型光スイッチ２０と同じ構成の分配選択型光スイッチ７１1〜７１4を２対２で向かい合わせて接続した構成である。具体的には、光入力ポートＰＩ1は、分配選択型光スイッチ７１1の入力側に接続され、光入力ポートＰＩ2は、分配選択型光スイッチ７１2の入力側に接続されている。また、光出力ポートＰＯ1は、分配選択型光スイッチ７１3の出力側に接続され、光出力ポートＰＯ2は、分配選択型光スイッチ７１4の出力側に接続されている。
【００５７】
そして、分配選択型光スイッチ７１1の一方の光出力ポートは、光導波路７２1により、分配選択型光スイッチ７１3の一方の光入力ポートに接続され、分配選択型光スイッチ７１1のもう一方の光出力ポートは、光導波路７２2により、分配選択型光スイッチ７１4の一方の光入力ポートに接続される。また、分配選択型光スイッチ７１2の一方の光出力ポートは、光導波路７２3により、分配選択型光スイッチ７１3のもう一方の光入力ポートに接続され、分配選択型光スイッチ７１2のもう一方の光出力ポートは、光導波路７２4により、分配選択型光スイッチ７１4のもう一方の光入力ポートに接続される。
【００５８】
そして、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間の高速スイッチングは１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2で行う。具体的には、１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2は、図示省略したネットワークコントローラの制御に従って、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の振り分けを行って、予め設定した光出力ポートへのスイッチングを行う。ドロップしないＯＣＳ光信号はそのままカットスルーされて転送されるため、遅延や損失なく転送が可能である。
【００５９】
また、ＯＰＳ光信号の高速スイッチングは２×２ＳＷ５３1、５３2で行う。具体的には、２×２ＳＷ５３1及び２×２ＳＷ５３2の直前で、ＯＰＳ光信号のラベルを読み取り、ラベルテーブルに基づいて、予め設定した光出力ポートへのスイッチングを行う。
【００６０】
つまり、ＷＳＳベースのＲＯＡＤＭノード装置において、本実施例に係る光スイッチ装置には、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ専用の１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2を導入しており、これらに上述した高速な光スイッチを用いている。このような構成とすることで、ＯＣＳ光信号へのデメリットを与えず、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の両方を扱うことが可能となる。更に、各光スイッチのポート数及び光ファイバの接続をネットワーク形態に最適化することで、高速光スイッチの欠点である損失を抑えたノード技術の確立が可能である。
【００６１】
［実施例２］
図９に本実施例に係る光スイッチ装置を示す。ここでも、実施例１に示した光スイッチ装置と同様に、４つの光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4と４つの光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4を持つ光スイッチ装置とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号とが同時に転送可能なものとする。ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ用には、１×２ＳＷ５１1、５１2の２つと２×１ＳＷ５２1、５２2の２つを用い、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用には、２×２ＳＷ５３1、５３2の２つを用いる。つまり、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4、光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2、２×２ＳＷ５３1、５３2については、実施例１に示した光スイッチ装置と同じ構成であり、そのため、図９では、同じ符号を付している。
【００６２】
そして、本実施例に係る光スイッチ装置においては、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2をスイッチング要素として１チップ上に集積し、各スイッチング要素間を図５に示した光導波路と同等の構造の光導波路で接続している。具体的には、同一のチップ基板８１上に、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2と共に光導波路８２1〜８２6をモノリシック集積して、光スイッチ同士を光導波路８２1〜８２6で接続している。なお、チップ基板８１としては、例えば、図５に示したｎ−ＩｎＰ基板を採用してもよい。
【００６３】
具体的には、１×２ＳＷ５１1の一方の光出力ポートは、光導波路８２1により、２×１ＳＷ５２1の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８２2により、２×２ＳＷ５３2の一方の光入力ポートに接続される。また、１×２ＳＷ５１2の一方の光出力ポートは、光導波路８２3により、２×１ＳＷ５２2の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１2のもう一方の光出力ポートは、光導波路８２4により、２×２ＳＷ５３2のもう一方の光入力ポートに接続される。また、２×２ＳＷ５３1の一方の光出力ポートは、光導波路８２5により、２×１ＳＷ５２1のもう一方の光入力ポートに接続され、２×２ＳＷ５３1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８２6により、２×１ＳＷ５２2のもう一方の光入力ポートに接続される。
【００６４】
上記の１×２ＳＷ５１1、５１2や２×１ＳＷ５２1、５２2にも、図１に示した分配選択型光スイッチ２０や図２に示したＭＺＩ型光スイッチ３０を採用することで、高速にＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の切換えを可能とする。また、上記の２×２ＳＷ５３1、５３2にも、図７に示したＭＺＩ型光スイッチ６０や図８に示した２×２ＳＷ７０を採用することで、高速なＯＰＳ光信号の処理を可能とする。１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2に採用する光スイッチについては、後述する実施例３〜実施例５でも同様である。
【００６５】
このようにして、本実施例に係る光スイッチ装置においては、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップに加え、ＯＰＳ光信号のアドドロップを同一チップ上で実現できるため、光スイッチ装置の大幅な小型化が可能である。また、光スイッチデバイスの損失源である光ファイバとの接続損失に関して、各スイッチング要素間を光ファイバで接続する必要がなくなるため、低損失化も期待できる。
【００６６】
更に、図１０に示すように、アド側の１×２ＳＷ５１1、５１2の後段に光吸収ゲートとなるＥＡＭ８３1〜８３4を追加することで、具体的には、１×２ＳＷ５１1、５１2の光出力ポートの各々にＥＡＭ８３1〜８３4を追加することで、他ポートへのクロストークを抑制したスイッチングが可能となる。光吸収ゲート（例えば、上記のＥＡＭ８３1〜８３4）については、後述する実施例３〜実施例５でも同様である。
【００６７】
そして、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間の高速スイッチングは１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2で行う。具体的には、１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2は、図示省略したネットワークコントローラの制御に従って、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の振り分けを行って、予め設定したポートへのスイッチングを行う。この際、ＯＣＳ光信号においても、ＯＰＳ光信号と同様にラベルを付与し、それに従って、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップを行う。ドロップしないＯＣＳ光信号はそのままカットスルーされて転送されるため、遅延や損失なく転送が可能である。
【００６８】
また、ＯＰＳ光信号の高速スイッチングは２×２ＳＷ５３1、５３2で行う。具体的には、２×２ＳＷ５３1及び２×２ＳＷ５３2の直前で、ＯＰＳ光信号のラベルを読み取り、ラベルテーブルに基づいてスイッチングを行う。
【００６９】
つまり、ＷＳＳベースのＲＯＡＤＭノード装置において、本実施例に係る光スイッチ装置には、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ専用の１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2を導入しており、これらに上述した高速な光スイッチを用いている。このような構成とすることで、ラベル情報の追加が必要なものの、ＯＣＳ光信号へのデメリットを与えず、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の両方を扱うことが可能となる。更に、各光スイッチのポート数及び光導波路の接続をネットワーク形態に最適化することで、高速光スイッチの欠点である損失を抑えたノード技術の確立が可能である。
【００７０】
［実施例３］
図１１に本実施例に係る光スイッチ装置を示す。ここでも、実施例１に示した光スイッチ装置と同様に、４つの光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4と４つの光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4を持つ光スイッチ装置とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号とが同時に転送可能なものとする。ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ用には、１×２ＳＷ５１1、５１2の２つと２×１ＳＷ５２1、５２2の２つを用い、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用には、２×２ＳＷ５３1、５３2の２つを用いる。つまり、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4、光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2、２×２ＳＷ５３1、５３2については、それらの配置を除いて、実施例１に示した光スイッチ装置と同じ構成であり、そのため、図１１でも、同じ符号を付している。
【００７１】
そして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2をスイッチング要素として１チップ上に集積し、各スイッチング要素間を図５に示した光導波路と同等の構造の光導波路で接続している。具体的には、同一のチップ基板８１上に、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2と共に光導波路８４1〜８４6をモノリシック集積して、光スイッチ同士を光導波路８４1〜８４6で接続している。
【００７２】
具体的には、１×２ＳＷ５１1の一方の光出力ポートは、光導波路８４1により、２×１ＳＷ５２1の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８４2により、２×２ＳＷ５３2の一方の光入力ポートに接続される。また、１×２ＳＷ５１2の一方の光出力ポートは、光導波路８４3により、２×１ＳＷ５２2の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１2のもう一方の光出力ポートは、光導波路８４4により、２×２ＳＷ５３2のもう一方の光入力ポートに接続される。また、２×２ＳＷ５３1の一方の光出力ポートは、光導波路８４5により、２×１ＳＷ５２1のもう一方の光入力ポートに接続され、２×２ＳＷ５３1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８４6により、２×１ＳＷ５２2のもう一方の光入力ポートに接続される。
【００７３】
そして、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2は、これらを接続する光導波路８４1〜８４6が交差しないように、接続されるスイッチング要素同士が隣接するように配置されている。
【００７４】
例えば、光導波路８４2で接続される１×２ＳＷ５１1と２×２ＳＷ５３2が隣接して配置され、光導波路８４4で接続される２×２ＳＷ５３2と１×２ＳＷ５１2が隣接して配置され、また、光導波路８４5で接続される２×１ＳＷ５２1と２×２ＳＷ５３1が隣接して配置され、光導波路８４6で接続される２×２ＳＷ５３1と２×１ＳＷ５２2が隣接して配置されている。光導波路８４1で接続される１×２ＳＷ５１1と２×１ＳＷ５２1は、互いに異なる端部に配置されているが、接続上は、隣接して配置されていると言え、また、光導波路８４3で接続される１×２ＳＷ５１2と２×１ＳＷ５２2も、互いに異なる端部に配置されているが、接続上は、隣接して配置されていると言える。
【００７５】
上述した配置により、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4の配置が、実施例２とは相違している。具体的には、実施例２では、一方の端部に光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4が配置され、他方の端部に光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4が配置されているのに対して、本実施例では、一方の端部には、光入力ポートＰＩ1、ＰＩ2及び光出力ポートＰＯ3、ＰＯ4が配置され、他方の端部には、光入力ポートＰＩ3、ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1、ＰＯ2が配置されている。
【００７６】
このようにして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップに加え、ＯＰＳ光信号のアドドロップを同一チップ上で実現できるため、光スイッチ装置の大幅な小型化が可能である。また、光スイッチデバイスの損失源である光ファイバとの接続損失に関して、各スイッチング要素間を光ファイバで接続する必要がなくなるため、低損失化も期待できる。
【００７７】
また、実施例２に示した光スイッチ装置においては、チップ基板８１上で光導波路８２1〜８２6を用いて、各スイッチング要素間を接続するため、一部の光導波路に交差部が発生していたが、本実施例に係る光スイッチ装置においては、光入出力ポート、スイッチング要素の配置を変更することで、光導波路の交差部を排除している。光導波路の交差部では、一般的に、光強度の損失と他ポートへのクロストークが発生するため、本実施例においては、信号特性の劣化を抑制することができる。
【００７８】
［実施例４］
図１２に本実施例に係る光スイッチ装置を示す。ここでも、実施例１に示した光スイッチ装置と同様に、４つの光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4と４つの光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4を持つ光スイッチ装置とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号とが同時に転送可能なものとする。ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ用には、１×２ＳＷ５１1、５１2の２つと２×１ＳＷ５２1、５２2の２つを用い、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用には、２×２ＳＷ５３1、５３2の２つを用いる。つまり、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4、光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2、２×２ＳＷ５３1、５３2については、それらの配置を除いて、実施例１に示した光スイッチ装置と同じ構成であり、そのため、図１２でも、同じ符号を付している。
【００７９】
そして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2をスイッチング要素として１チップ上に集積し、各スイッチング要素間を図５に示した光導波路と同等の構造の光導波路で接続している。具体的には、同一のチップ基板８１上に、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2と共に光導波路８５1〜８５6をモノリシック集積して、光スイッチ同士を光導波路８５1〜８５6で接続している。
【００８０】
具体的には、１×２ＳＷ５１1の一方の光出力ポートは、光導波路８５1により、２×１ＳＷ５２1の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８５2により、２×２ＳＷ５３2の一方の光入力ポートに接続される。また、１×２ＳＷ５１2の一方の光出力ポートは、光導波路８５3により、２×１ＳＷ５２2の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１2のもう一方の光出力ポートは、光導波路８５4により、２×２ＳＷ５３2のもう一方の光入力ポートに接続される。また、２×２ＳＷ５３1の一方の光出力ポートは、光導波路８５5により、２×１ＳＷ５２1のもう一方の光入力ポートに接続され、２×２ＳＷ５３1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８５6により、２×１ＳＷ５２2のもう一方の光入力ポートに接続される。
【００８１】
そして、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4の全てがチップ基板８１の一方側の端部に配置されるように、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2が配置されている。
【００８２】
上述した配置により、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4の配置が、実施例２、実施例３とは相違している。具体的には、実施例２では、一方の端部に光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4が配置され、他方の端部に光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4が配置されており、実施例３では、一方の端部に光入力ポートＰＩ1、ＰＩ2及び光出力ポートＰＯ3、ＰＯ4が配置され、他方の端部に光入力ポートＰＩ3、ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1、ＰＯ2が配置されているのに対して、本実施例では、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4の全てが一方の端部に配置されている。
【００８３】
このようにして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップに加え、ＯＰＳ光信号のアドドロップを同一チップ上で実現できるため、光スイッチ装置の大幅な小型化が可能である。また、光スイッチデバイスの損失源である光ファイバとの接続損失に関して、各スイッチング要素間を光ファイバで接続する必要がなくなるため、低損失化も期待できる。
【００８４】
また、本実施例に係る光スイッチ装置においては、当該光スイッチ装置の光入出力ポートをチップの片側に揃えることで、容易にモジュール化を可能としている。
【００８５】
［実施例５］
図１３に本実施例に係る光スイッチ装置を示す。ここでも、実施例１に示した光スイッチ装置と同様に、４つの光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4と４つの光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4を持つ光スイッチ装置とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号とが同時に転送可能なものとする。ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ用には、１×２ＳＷ５１1、５１2の２つと２×１ＳＷ５２1、５２2の２つを用い、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用には、２×２ＳＷ５３1、５３2の２つを用いる。つまり、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4、光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2、２×２ＳＷ５３1、５３2については、それらの配置を除いて、実施例１に示した光スイッチ装置と同じ構成であり、そのため、図１３でも、同じ符号を付している。
【００８６】
そして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2をスイッチング要素として１チップ上に集積し、各スイッチング要素間を図５に示した光導波路と同等の構造の光導波路で接続している。具体的には、同一のチップ基板８１上に、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2と共に光導波路８６1〜８６6をモノリシック集積して、光スイッチ同士を光導波路８６1〜８６6で接続している。
【００８７】
具体的には、１×２ＳＷ５１1の一方の光出力ポートは、光導波路８６1により、２×１ＳＷ５２1の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８６2により、２×２ＳＷ５３2の一方の光入力ポートに接続される。また、１×２ＳＷ５１2の一方の光出力ポートは、光導波路８６3により、２×１ＳＷ５２2の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１2のもう一方の光出力ポートは、光導波路８６4により、２×２ＳＷ５３2のもう一方の光入力ポートに接続される。また、２×２ＳＷ５３1の一方の光出力ポートは、光導波路８６5により、２×１ＳＷ５２1のもう一方の光入力ポートに接続され、２×２ＳＷ５３1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８６6により、２×１ＳＷ５２2のもう一方の光入力ポートに接続される。
【００８８】
そして、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2は、これらを接続する光導波路８４1〜８４6が交差しないように、接続されるスイッチング要素同士が隣接するように配置されている。また、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4の全てがチップ基板８１の一方側の端部に配置されるように、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2が配置されている。
【００８９】
例えば、チップ基板８１の一方側の端部において、光導波路８６2で接続される１×２ＳＷ５１1と２×２ＳＷ５３2が隣接して配置され、光導波路８６4で接続される２×２ＳＷ５３2と１×２ＳＷ５１2が隣接して配置され、光導波路８６3で接続される１×２ＳＷ５１2と２×１ＳＷ５２2が隣接して配置され、光導波路８６6で接続される２×１ＳＷ５２2と２×２ＳＷ５３1が隣接して配置され、光導波路８６5で接続される２×２ＳＷ５３1と２×１ＳＷ５２1が隣接して配置されている。光導波路８６1で接続される１×２ＳＷ５１1と２×１ＳＷ５２2は、チップ基板８１の一方側の端部の両端に配置されているが、接続上は、隣接して配置されていると言える。
【００９０】
上述した配置により、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4の配置が、実施例２、実施例３とは相違している。具体的には、実施例２では、一方の端部に光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4が配置され、他方の端部に光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4が配置されており、実施例３では、一方の端部に光入力ポートＰＩ1、ＰＩ2及び光出力ポートＰＯ3、ＰＯ4が配置され、他方の端部に光入力ポートＰＩ3、ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1、ＰＯ2が配置されているのに対して、本実施例では、光入力ポートＰＩ1〜ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1〜ＰＯ4の全てが一方側の端部に配置されている。
【００９１】
このようにして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップに加え、ＯＰＳ光信号のアドドロップを同一チップ上で実現できるため、光スイッチ装置の大幅な小型化が可能である。また、光スイッチデバイスの損失源である光ファイバとの接続損失に関して、各スイッチング要素間を光ファイバで接続する必要がなくなるため、低損失化も期待できる。
【００９２】
また、本実施例に係る光スイッチ装置においては、当該光スイッチ装置の光入出力ポートをチップの片側に揃えることで、容易にモジュール化を可能としている。
【００９３】
また、実施例４に示した光スイッチ装置においては、チップ基板８１上で光導波路８５1〜８５6を用いて、各スイッチング要素間を接続するため、一部の光導波路に交差部が発生していたが、本実施例に係る光スイッチ装置においては、光入出力ポート、スイッチング要素の配置を変更することで、光導波路の交差部を排除している。光導波路の交差部では、一般的に、光強度の損失と他ポートへのクロストークが発生するため、本実施例においては、信号特性の劣化を抑制することができる。
【００９４】
［実施例６］
本実施例では、実施例１〜５の変形例を説明する。上述した実施例１〜５では、説明を簡単にするため、光入出力ポート数の少ない形態を示したが、実施例１〜５は、光入出力ポート数が多い形態への適用も可能である。そこで、実施例１の図６に示した光スイッチ装置を例にとって、光入出力ポート数が多い光スイッチ装置の形態を、図１４を参照して説明する。
【００９５】
Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎをそれぞれ１以上の整数とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光スイッチの光入出力ポートをＮポート、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光スイッチの光入出力ポートをＭポートとし、ＯＣＳ光信号のカットスルー用の光スイッチ同士の間の光入出力ポートをＬポート、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光スイッチ同士の間の光入出力ポートをＫポートとする。この場合、図１４に示すように、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光スイッチを、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）のポート構成のＮ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１、（Ｋ＋Ｌ）×Ｎのポート構成の（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２とし、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光スイッチを、Ｍ×Ｋのポート構成のＭ×ＫＳＷ９３、Ｋ×Ｍのポート構成のＫ×ＭＳＷ９４とすればよい。
【００９６】
つまり、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１は、光入力ポートＰＩ１1〜ＰＩ１N、光出力ポートＰＭＯ１1〜ＰＭＯ１L及び光出力ポートＰＭＯ２1〜ＰＭＯ２Kを有し、（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２は、光入力ポートＰＭＩ１1〜ＰＭＩ１L及び光入力ポートＰＭＩ２1〜ＰＭＩ２K、光出力ポートＰＯ１1〜ＰＯ１Nを有し、Ｍ×ＫＳＷ９３は、光入力ポートＰＩ２1〜ＰＩ２M及び光出力ポートＰＭＯ３1〜ＰＭＯ３Kを有し、Ｋ×ＭＳＷ９４は、光入力ポートＰＭI３1〜ＰＭＩ３K及び光出力ポートＰＯ２1〜ＰＯ２Mを有している。
【００９７】
そして、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１の光出力ポートＰＭＯ１1〜ＰＭＯ１Lを、（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２の光入力ポートＰＭＩ１1〜ＰＭＩ１Lに接続し、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１の光出力ポートＰＭＯ２1〜ＰＭＯ２Kを、Ｋ×ＭＳＷ９４の光入力ポートＰＭI３1〜ＰＭＩ３Kに接続し、Ｍ×ＫＳＷ９３の光出力ポートＰＭＯ３1〜ＰＭＯ３Kを、（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２の光入力ポートＰＭＩ２1〜ＰＭＩ２Kに接続している。
【００９８】
このようなＮ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１、（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２、Ｍ×ＫＳＷ９３及びＫ×ＭＳＷ９４は、各々、上述した１×Ｊ分配選択型光スイッチを基本の構成要素として、少なくとも１つの１×Ｊ分配選択型光スイッチから構成する。又は、上述した１×２のＭＺＩ型光スイッチ３０又は複数の２×２のＭＺＩ型光スイッチ６０からなる１×Ｊ光スイッチを基本の構成要素として、１つの１×２のＭＺＩ型光スイッチ３０又は少なくとも１つの１×Ｊ光スイッチから構成される。
【００９９】
なお、図１４では、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップ用のＮ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１及び（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２の光入出力ポートをＮポートとしたが、各光スイッチの光入出力ポートを１ポートとして、Ｎ個の光スイッチを用いるようにしてもよい。ただし、このような場合、入力側のＮ個の光スイッチにおいて、ＯＣＳ光信号のカットスルー用の光出力ポートの総数がＬポートとなるように、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光出力ポートの総数がＫポートとなるようにする必要があり、同様に、出力側のＮ個の光スイッチにおいて、ＯＣＳ光信号のカットスルー用の光入力ポートの総数がＬポートとなるように、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光入力ポートの総数がＫポートとなるようにする必要がある。
【０１００】
これを、図６を参照して説明すると、図６に示した構成では、Ｎ＝２、Ｍ＝２、Ｌ＝２、Ｋ＝２であって、２個の１×２ＳＷ５１1、５１2と２×１ＳＷ５２1、５２2を用いている。そして、図６では、入力側の２個の１×２ＳＷ５１1、５１2において、ＯＣＳ光信号のカットスルー用の光出力ポートを各々１個、総数Ｌ＝２個のポートとし、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光出力ポートを各々１個、総数Ｋ＝２個のポートとしている。同様に、出力側の２個の２×１ＳＷ５２1、５２2において、ＯＣＳ光信号のカットスルー用の光入力ポートを各々１個、総数Ｌ＝２個のポートとし、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光入力ポートを各々１個、総数Ｋ＝２個のポートとしている。
【０１０１】
以上説明したように、実施例１に示した光スイッチ装置は、光入出力ポート数が多い形態へ適用可能である。また、実施例２については、実施例１と実質的に同等の構成であり、実施例３〜実施例５については、光入出力ポート、スイッチング要素の配置が異なるが、要素間の接続構成は同じであり、実施例１と実質的に同等の構成である。従って、図１４で説明した変形例は、実施例２〜実施例５にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、大容量光通信ネットワークのノード装置用の光スイッチ装置に好適なものである。
【符号の説明】
【０１０３】
２０  分配選択型光スイッチ
２１  １×２光カプラ
２２1、２２2  光導波路
２３1、２３2  光吸収ゲート
３０  ＭＺＩ型光スイッチ
３１  １×２光カプラ
３２1、３２2  光導波路
３３1、３３2  制御電極
３４  ２×２光カプラ
５１1、５１2  １×２ＳＷ
５２1、５２2  ２×１ＳＷ
５３1、５３2  ２×２ＳＷ
５４1〜５４6  光ファイバ
６０  ＭＺＩ型光スイッチ
６１  ２×２光カプラ
６２1、６２2  光導波路
６３1、６３2  制御電極
６４  ２×２光カプラ
７０  ２×２ＳＷ
７１1〜７１4  分配選択型光スイッチ
７２1〜７２4  光導波路
８１  チップ基板
８２1〜８２6  光導波路
８３1〜８３4  ＥＡＭ
８４1〜８４6  光導波路
８５1〜８５6  光導波路
８６1〜８６6  光導波路
９１  Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ
９２  （Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ
９３  Ｍ×ＫＳＷ
９４  Ｋ×ＭＳＷ
【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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【図１５】
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