(57)【要約】【課題】作製誤差の影響を低減することができ、高性能の光スイッチを高い歩留まりで作製することが可能な導波路型光スイッチを提供する。【解決手段】１入力２出力の単位光スイッチ素子１１１〜１１４を縦列に接続して構成される導波路型光スイッチにおいて、（ｉ−１）番目の単位光スイッチ素子（ここで、ｉは２≦ｉ≦Ｎ−１の整数である）の２つの出力ポートのうち、一方の出力ポートをｉ番目の単位光スイッチ素子の入力ポートに接続し、ｉ番目の単位光スイッチ素子の２つの出力ポートのうち一方の出力ポートを（ｉ＋１）番目の単位光スイッチ素子の入力ポートに接続するとともに、（ｉ−１）番目の単位光スイッチ素子の他方の出力ポートと、ｉ番目の単位光スイッチ素子の他方の出力ポートとを、単位光スイッチ素子１１１〜１１４からなる単位光スイッチ素子群を挟んで対向する位置に配置するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１入力２出力の単位光スイッチ素子をＮ個（ここで、Ｎは３以上の整数である）縦列に接続して構成される導波路型光スイッチにおいて、
（ｉ−１）番目の前記単位光スイッチ素子（ここで、ｉは２≦ｉ≦Ｎ−１の整数である）の２つの出力ポートのうち、一方の出力ポートをｉ番目の前記単位光スイッチ素子の入力ポートに接続し、ｉ番目の前記単位光スイッチ素子の２つの出力ポートのうち一方の出力ポートを（ｉ＋１）番目の前記単位光スイッチ素子の入力ポートに接続するとともに、
前記（ｉ−１）番目の単位光スイッチ素子の他方の出力ポートと、前記ｉ番目の単位光スイッチ素子の他方の出力ポートとを、縦列に接続された前記単位光スイッチ素子からなる単位光スイッチ素子群を挟んで対向する位置に配置した
ことを特徴とする導波路型光スイッチ。
【請求項２】
２入力１出力の単位光スイッチ素子をＮ個（ここで、Ｎは３以上の整数である）縦列に接続して構成される導波路型光スイッチにおいて、
ｉ番目の前記単位光スイッチ素子（ここで、ｉは２≦ｉ≦Ｎ−１の整数である）の２つの入力ポートのうち一方の入力ポートを（ｉ−１）番目の前記単位光スイッチ素子の出力ポートに接続し、（ｉ＋１）番目の前記単位光スイッチ素子の２つの入力ポートのうち、一方の入力ポートをｉ番目の前記単位光スイッチ素子の出力ポートに接続するとともに、
前記ｉ番目の単位光スイッチ素子の他方の入力ポートと、前記（ｉ＋１）番目の単位光スイッチ素子の他方の入力ポートとを、縦列に接続された前記単位光スイッチ素子からなる単位光スイッチ素子群を挟んで対向する位置に配置した
ことを特徴とする導波路型光スイッチ。
【請求項３】
請求項１に記載の導波路型光スイッチにおいて、
１番目の前記単位光スイッチ素子の２つの出力ポートのうち２番目の前記単位光スイッチ素子に接続される出力ポートとは異なる出力ポートの後段と、前記ｉ番目の単位光スイッチ素子の２つの出力ポートのうち前記他方の出力ポートの後段と、Ｎ番目の前記単位光スイッチの後段とに、１入力１出力の単位光スイッチ素子が接続されている
ことを特徴とする導波路型光スイッチ。
【請求項４】
請求項２に記載の導波路型光スイッチにおいて、
１番目の前記単位光スイッチ素子の入力ポートの前段と、ｉ番目の前記単位光スイッチ素子の２つの入力ポートのうち前記他方の入力ポートの前段と、Ｎ番目の前記単位光スイッチ素子の２つの入力ポートのうち（Ｎ−１）番目の前記単位光スイッチ素子に接続される入力ポートとは異なる入力ポートの前段とに、１入力１出力の単位光スイッチ素子が接続されている
ことを特徴とする導波路型光スイッチ。
【請求項５】
請求項１に記載の導波路型光スイッチにおいて、
１番目の前記単位光スイッチ素子の２つの出力ポートのうち２番目の前記単位光スイッチ素子に接続される出力ポートとは異なる出力ポートの後段と、前記ｉ番目の単位光スイッチ素子の２つの出力ポートのうち前記他方の出力ポートの後段と、Ｎ番目の前記単位光スイッチの後段とに、２入力１出力の単位光スイッチ素子が接続されている
ことを特徴とする導波路型光スイッチ。
【請求項６】
請求項２に記載の導波路型光スイッチにおいて、
１番目の前記単位光スイッチ素子の入力ポートの前段と、前記ｉ番目の単位光スイッチ素子の２つの入力ポートのうち前記他方の入力ポートの前段と、Ｎ番目の前記単位光スイッチ素子の２つの入力ポートのうち（Ｎ−１）番目の前記単位光スイッチ素子に接続される入力ポートとは異なる入力ポートの前段とに、１入力２出力の単位光スイッチ素子が接続されている
ことを特徴とする導波路型光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等で用いられる導波路型光スイッチに関し、特に、入出力数が１または２の単位光スイッチ素子を縦列接続して構成される光スイッチに関して、作製誤差の影響が小さく、また導波路の交差点が少ない回路構成を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを伝送媒体とする光通信技術は、信号の伝送距離の拡大をもたらし、大規模な光通信網が構築されてきた。近年では、インターネット通信が広範に普及するのに伴って、通信トラフィックが急速に増大しており、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化の要求が高まっている。これまでに、波長の異なる複数の光信号を１本の伝送路で同時に伝送する波長多重通信技術の導入によって、二地点間の伝送容量を増大することが可能となった。
【０００３】
しかし、通信網においては、複数の伝送路が集まるノードにおいて、信号の経路を設定（ルーティング）したり、切替（スイッチング）したりする必要があり、伝送容量の増大に伴って、これらの信号処理がボトルネックになってきている。これまでは、伝送されてきた光信号を一旦電気信号に変換した後に経路設定や経路切替を行ない、再び電気信号を光信号に変換して伝送路に送出する方式が用いられてきたが、今後は光信号を電気信号に変換することなく、信号経路の設定や切替処理を行なう方式を用いることによって、ノードのスループットを飛躍的に拡大することができるものと期待されている。このような方式を光通信網に導入するうえで必要不可欠な部品が光スイッチである。
【０００４】
光スイッチの具体的な実現方法としては、光ファイバを機械的に移動する方式、微小なミラーなどの可動機構を用いる方式のほかに、光導波路の屈折率変化を利用する方式がある。
【０００５】
この光導波路の屈折率変化を利用する方式は、光導波路を用いることから量産性や耐久性に優れていることに加えて、集積性に優れており、多数の光スイッチ素子を単一の基板上に集積することが可能であるという利点がある。このため、大規模な光スイッチを構成するのに適している。
【０００６】
導波路型光スイッチは、入出力数が１または２の単位光スイッチ素子を複数接続することによって、１入力×多出力（または多入力×１出力）、多入力×多出力、２入力×２出力を多連にしたものなど、入出力端子数や端子間の接続パターンに関して、様々な回路構成の光スイッチを作製することができる。そのなかで、１入力×多出力（または多入力×１出力）の光スイッチは、複数の出力ポート（または入力ポート）のうち１つを選択して接続する光スイッチとして広く用いられている。１入力×多出力の光スイッチの構成には、１入力２出力の単位光スイッチ素子を樹形状に接続したツリー構成と、１入力２出力の単位光スイッチ素子を縦列接続したタップ構成とがある。
【０００７】
図６にタップ構成の１×４光スイッチの一例を示す。図６に示すように、該タップ構成の１×４光スイッチは、単一の基板上に４個の１入力２出力の単位光スイッチ素子６１１，６１２，６１３，６１４が集積された構成となっている。
【０００８】
単位光スイッチ素子６１１，６１２，６１３，６１４は、信号光の進行方向（図６中矢印で示す方向）に対して概ね一直線上に配置され、縦列接続されている。詳述すると、単位光スイッチ素子６１１，６１２，６１３は、一方（図６では信号光の進行方向に対して紙面上左側）の出力ポートが後段に配置された単位光スイッチ素子６１２，６１３，６１４の入力ポートにそれぞれ接続されている。
【０００９】
単位光スイッチ素子が非対称な構造であって、駆動信号がオフの状態で一方の出力ポートに接続され、駆動信号がオンの状態で他方の出力ポートに接続される場合は、単位光スイッチ素子を縦列接続したタップ構成の方が、光スイッチの規模によらず駆動する光スイッチ素子の数が１個のみであることから、制御が簡単であり、駆動電力が小さくて済む、という長所がある（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
そしてタップ構成を有する１×Ｎ光スイッチは、高い消光比を得るために、各出力ポートに、１入力１出力のゲートスイッチ素子を接続することができる。このゲートスイッチ素子は、駆動電力をアナログ的に制御することによって可変光減衰器としての機能も得られるため、出力光のパワーレベルを調整することが可能である（例えば、非特許文献２参照）。
【００１１】
図７にゲートスイッチ素子が接続された１×４光スイッチの一例を示す。図７に示すように、該１×４光スイッチは、単一の基板上に４個の１入力２出力の単位光スイッチ素子７１１，７１２，７１３，７１４及び４個の１入力１出力のゲートスイッチ素子７３１，７３２，７３３，７３４が集積された構成となっている。
【００１２】
単位光スイッチ素子７１１，７１２，７１３，７１４は、信号光の進行方向（図中矢印で示す方向）に対して概ね一直線上に配置され、縦列接続されている。詳述すると、単位光スイッチ素子７１１，７１２，７１３は、一方（図７では信号光の進行方向に対して紙面上左側）の出力ポートが後段に配置された単位光スイッチ素子７１２，７１３，７１４の入力ポートにそれぞれ接続されている。
【００１３】
なお、単位光スイッチ素子７１１，７１２，７１３，７１４の他方（図７では信号の進行方向に対して紙面上右側）の出力ポートは、単位光スイッチ素子７３１，７３２，７３３，７３４の入力ポートにそれぞれ接続され、単位光スイッチ素子７３１，７３２，７３３，７３４の出力ポートは該１×４光スイッチの出力端子として出力端に延びている。
【００１４】
【非特許文献１】小湊、外６名「C-3-141  ツリー・タップ複合構成石英系1x16熱光学スイッチ」、1999年電子情報通信学会総合大会、1999年、p.295
【非特許文献２】奥野、外６名「C-3-116  高消光比８連1x8PLCスイッチとその応用」、2002年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、2002年、p.216
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、図６及び図７に示す導波路型光スイッチは、複数の出力光導波路が、縦列に接続された単位光スイッチ素子の配置に対して片側に偏在しており、導波路パターンの密度が面内で不均一となっていることから、導波路の製造時に単位光スイッチ素子が周囲から受ける影響が対称でなく、光スイッチの特性に作製誤差が生じやすいという問題があった。
【００１６】
図７に示す１×４光スイッチにおいて、ゲートスイッチ素子７３１，７３２，７３３，７３４を２入力１出力の単位光スイッチ素子に置き替えると、図８に示すような導波路型光スイッチとなる。ここで、各２入力１出力の単位光スイッチ素子８２１，８２２，８２３，８２４の入力ポートのうち、縦列接続された１入力２出力の単位光スイッチ素子８１１，８１２，８１３，８１４に接続されていない方のポートを入力端子とし、縦列接続された光スイッチ素子群のうち１番目の単位光スイッチ素子８１１の入力ポートを他の入力端子（以下、冗長入力端子と呼ぶ）とし、各２入力１出力の光スイッチ素子８２１，８２２，８２３，８２４の出力ポートを出力端子とすることで、４＋１入力４出力の導波路型光スイッチを構成することができる（以下、このような光スイッチを「４＋１：４光スイッチ」と呼ぶ）。
【００１７】
この４＋１：４光スイッチは、通常は、各入力端子に入力された信号光を対応する出力端子に出力するが、光スイッチ素子を切り替えることで、冗長入力端子に入力された信号光を、各出力端子のうち任意の一つから出力することができる。ただし、このような導波路型光スイッチにおいて、入力端子と出力端子を導波路チップの端面に引き出すためには、導波路の交差が避けられない。Ｎ＋１：Ｎ光スイッチの場合、導波路の交差が生じるポートにあっては１ポートあたりＮ−１個の交差点が生じてしまうので、Ｎが大きい場合（例えば、Ｎ＝８）には、Ｎ＋１：Ｎ光スイッチを導波路型光スイッチで構成するのは現実的ではないと考えられていた。
【００１８】
本発明はこのような問題を解決するものであって、作製誤差の影響を低減することができ、高性能の光スイッチを高い歩留まりで作製することが可能な導波路型光スイッチ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】
【００１９】
本発明者らは、上記課題を解決するために従来の導波路型光スイッチの回路構成を吟味した結果、縦列に接続された複数の単位光スイッチ素子の出力導波路（もしくは入力導波路）を、該複数の単位光スイッチ素子から構成される光スイッチ素子群を挟んで両側（例えば、信号光の進行方向に対して左右）に交互に配置することによって、導波路パターン密度の面内均一性を高めることができるとの着想を得た。
【００２０】
さらに、２入力１出力の単位光スイッチ素子を縦列接続して構成される導波路型光スイッチにおいて、各入力ポートに１入力２出力の単位光スイッチ素子を接続することでＮ：Ｎ＋１光スイッチを構成する場合、縦列接続された複数の単位光スイッチ素子の入力導波路を、該複数の単位光スイッチ素子から構成される光スイッチ素子群を挟んで両側（例えば、信号光の進行方向に対して左右）に交互に配置することによって、導波路の交差点の数を少なくすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２１】
すなわち、上記課題を解決するための第１の発明に係る導波路型光スイッチは、１入力２出力の単位光スイッチ素子をＮ個（ここで、Ｎは３以上の整数である）縦列に接続して構成される導波路型光スイッチにおいて、（ｉ−１）番目の前記単位光スイッチ素子（ここで、ｉは２≦ｉ≦Ｎ−１の整数である）の２つの出力ポートのうち、一方の出力ポートをｉ番目の前記単位光スイッチ素子の入力ポートに接続し、ｉ番目の前記単位光スイッチ素子の２つの出力ポートのうち一方の出力ポートを（ｉ＋１）番目の前記単位光スイッチ素子の入力ポートに接続するとともに、前記（ｉ−１）番目の単位光スイッチ素子の他方の出力ポートと、前記ｉ番目の単位光スイッチ素子の他方の出力ポートとを、縦列に接続された前記単位光スイッチ素子からなる単位光スイッチ素子群を挟んで対向する位置に配置したことを特徴とする。
【００２２】
第２の発明に係る導波路型光スイッチは、２入力１出力の単位光スイッチ素子をＮ個（ここで、Ｎは３以上の整数である）縦列に接続して構成される導波路型光スイッチにおいて、ｉ番目の前記単位光スイッチ素子（ここで、ｉは２≦ｉ≦Ｎ−１の整数である）の２つの入力ポートのうち一方の入力ポートを（ｉ−１）番目の前記単位光スイッチ素子の出力ポートに接続し、（ｉ＋１）番目の前記単位光スイッチ素子の２つの入力ポートのうち、一方の入力ポートをｉ番目の前記単位光スイッチ素子の出力ポートに接続するとともに、前記ｉ番目の単位光スイッチ素子の他方の入力ポートと、前記（ｉ＋１）番目の単位光スイッチ素子の他方の入力ポートとを、縦列に接続された前記単位光スイッチ素子からなる単位光スイッチ素子群を挟んで対向する位置に配置したことを特徴とする。
【００２３】
すなわち、第２の発明に係る導波路型光スイッチは、第１の発明に係る導波路型光スイッチにおいて、入力端子と出力端子を入れ替えた構成に相当する。
【００２４】
第３の発明に係る導波路型光スイッチは、第１の発明に係る導波路型光スイッチにおいて、１番目の前記単位光スイッチ素子の２つの出力ポートのうち２番目の前記単位光スイッチ素子に接続される出力ポートとは異なる出力ポートの後段と、前記ｉ番目の単位光スイッチ素子の２つの出力ポートのうち前記他方の出力ポートの後段と、Ｎ番目の前記単位光スイッチの後段とに、１入力１出力の単位光スイッチ素子が接続されていることを特徴とする。
【００２５】
第４の発明に係る導波路型光スイッチは、第２の発明に係る導波路型光スイッチにおいて、１番目の前記単位光スイッチ素子の入力ポートの前段と、ｉ番目の前記単位光スイッチ素子の２つの入力ポートのうち前記他方の入力ポートの前段と、Ｎ番目の前記単位光スイッチ素子の２つの入力ポートのうち（Ｎ−１）番目の前記単位光スイッチ素子に接続される入力ポートとは異なる入力ポートの前段とに、１入力１出力の単位光スイッチ素子が接続されていることを特徴とする。
【００２６】
すなわち第４の発明に係る導波路型光スイッチは、第３の発明に係る導波路型光スイッチにおいて、入力端子と出力端子を入れ替えた構成に相当する。
【００２７】
第５の発明に係る導波路型光スイッチは、第１の発明に係る導波路型光スイッチにおいて、１番目の前記単位光スイッチ素子の２つの出力ポートのうち２番目の前記単位光スイッチ素子に接続される出力ポートとは異なる出力ポートの後段と、前記ｉ番目の単位光スイッチ素子の２つの出力ポートのうち前記他方の出力ポートの後段と、Ｎ番目の前記単位光スイッチの後段とに、２入力１出力の単位光スイッチ素子が接続されていることを特徴とする。
【００２８】
第６の発明に係る導波路型光スイッチは、第２の発明に係る導波路型光スイッチにおいて、１番目の前記単位光スイッチ素子の入力ポートの前段と、前記ｉ番目の単位光スイッチ素子の２つの入力ポートのうち前記他方の入力ポートの前段と、Ｎ番目の前記単位光スイッチ素子の２つの入力ポートのうち（Ｎ−１）番目の前記単位光スイッチ素子に接続される入力ポートとは異なる入力ポートの前段とに、１入力２出力の単位光スイッチ素子が接続されていることを特徴とする。
【００２９】
すなわち第６の発明に係る導波路型光スイッチは、第５の発明に係る導波路型光スイッチにおいて、入力端子と出力端子を入れ替えた構成に相当する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、１入力２出力の単位光スイッチ素子を縦列接続して構成される１入力×多出力の導波路型光スイッチにおいて、また、２入力１出力の単位光スイッチ素子を縦列接続して構成される多入力×１出力の導波路型光スイッチにおいて、導波路パターン密度の面内均一性を高めることができる。そのため、作製誤差の影響を低減することができ、高性能の光スイッチを高い歩留まりで作製することができる。
【００３１】
また、本発明によれば、１入力２出力単位光スイッチ素子Ｎ個を縦列接続し、各出力ポートの後段に２入力×１出力の単位光スイッチ素子を接続して構成されるＮ＋１：Ｎ光スイッチ、又は、２入力１出力単位光スイッチ素子Ｎ個を縦列接続し、各入力ポートの前段に１入力×２出力の単位光スイッチ素子を接続して構成されるＮ入力Ｎ＋１出力の光スイッチ（以下、Ｎ：Ｎ＋１光スイッチという）において、導波路の交差点の数を１ポートあたりＮが奇数の場合は（Ｎ−１）／２個以下、Ｎが偶数の場合は（Ｎ／２）−１個にとどめることができ、挿入損失の小さい光スイッチを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。本発明に係る光スイッチを実施するための導波路型光スイッチの方式としては、熱光学効果を用いる方式、電気光学効果を用いる方式、電流注入による屈折率変化を用いる方式などがある。また、例えば熱光学効果を用いる方式にも、用いられる材料として、石英系ガラス、有機ポリマー、シリコンなどがある。そのなかでも石英系光導波路の熱光学効果を用いた光スイッチは、光ファイバとの整合性が良く、挿入損失が低いことに加えて、原理的な偏波依存性が小さく、構成材料が物理的、化学的に安定で信頼性に優れていることから、実用性が最も高く、本発明を実施するのに適している。
【００３３】
〔第一の実施形態〕
図１を用いて本発明の第一の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明の請求項１に対応するものであり、Ｎ＝４とした１×４光スイッチを構成した例である。図１に示すように、４個の１入力２出力の単位光スイッチ素子１１１，１１２，１１３，１１４が縦列接続されており、各単位光スイッチ素子１１１，１１２，１１３，１１４からの出力ポート４本が、該１×４光スイッチの出力端において単位光スイッチ素子１１１，１１２，１１３，１１４からなる光スイッチ群に対して交互に両側に配置されるように、換言すると、光スイッチ群を挟んで対向するように延びている。これにより、１×４光スイッチの出力端においては出力導波路が光スイッチ群の両側に２本ずつ配された状態となっている。
【００３４】
以下、各々の単位光スイッチ素子１１１〜１１４の入力ポートを入力ポートａ、各々の単位光スイッチ素子１１１〜１１４の二つの出力ポートのうち図１中信号光の進行方向（図中矢印で示す方向）に対して紙面上左側の出力ポートを出力ポートｂ1、図１中信号光の進行方向に対して紙面上右側の出力ポートを出力ポートｂ2として説明する。
【００３５】
まず、１番目の単位光スイッチ素子１１１は、入力ポートａが該１×４光スイッチの入力端子となっており、２つの出力ポートのうち一方の出力ポートｂ1が２番目の単位光スイッチ素子１１２の入力ポートａに接続される一方、他方の出力ポートｂ2が該１×４光スイッチの出力端子となっている。
【００３６】
また、２番目の単位光スイッチ素子１１２は、２つの出力ポートのうち一方の出力ポートｂ2が３番目の単位光スイッチ素子１１３の入力ポートａに接続されている一方、他方の出力ポートｂ1が該１×４光スイッチの出力端子となっている。
【００３７】
また、３番目の単位光スイッチ素子１１３は、２つの出力ポートのうち一方の出力ポートｂ1が４番目の単位光スイッチ素子１１４の入力ポートａに接続される一方、他方の出力端子ｂ2が該１×４光スイッチの出力端子となっている。
【００３８】
また、４番目の単位光スイッチ素子１１４は、２つの出力ポートのうち出力ポートｂ1が該１×４光スイッチの出力端子となっている。
【００３９】
本実施形態に係る導波路型光スイッチによれば、出力導波路が単位光スイッチ素子１１１，１１２，１１３，１１４からなる光スイッチ群に対して、片側に偏在することなくほぼ均一に分布しているため、導波路パターン密度の面内均一性が得られ、作製誤差の影響を低減し、且つ高性能の光スイッチを高い歩留まりで作製することが可能となる。
【００４０】
〔第二の実施形態〕
図２を用いて本発明の第二の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明の請求項２に対応するものであり、Ｎ＝４とした４×１光スイッチを構成した例である。図２に示すように、４個の２入力１出力の単位光スイッチ素子２２１，２２２，２２３，２２４が縦列接続されており、各光スイッチ素子２２１，２２２，２２３，２２４への入力ポート４本が、該４×１光スイッチの入力端において、縦列接続された光スイッチ素子２２１，２２２，２２３，２２４からなる光スイッチ群に対して交互に両側に配置されるように延びている。これにより、導波路型光スイッチの入力端において入力導波路が光スイッチ群の両側に２本ずつ配された状態となっている。
【００４１】
以下、各々の単位光スイッチ素子２２１〜２２４の二つの入力ポートのうち図２中信号光の進行方向（図中矢印で示す方向）に対して紙面上左側の入力ポートを入力ポートａ1、図２中信号光の進行方向に対して紙面上右側の入力ポートを入力ポートａ2、各々の単位光スイッチ素子２２１〜２２４の出力ポートを出力ポートｂとして説明する。
【００４２】
まず、１番目の単位光スイッチ素子２２１は、２つの入力ポートのうち一方の入力ポートａ2が該４×１光スイッチの入力端子となっている。
【００４３】
また、２番目の単位光スイッチ素子２２２は、２つの入力ポートのうち一方の入力ポートａ2が１番目の単位光スイッチ素子２２１の出力ポートｂに接続されている一方、他方の入力ポートａ1が該４×１光スイッチの入力端子となっている。
【００４４】
また、３番目の単位光スイッチ素子２２３は、２つの入力ポートのうち一方の入力ポートａ1が２番目の単位光スイッチ素子２２２の出力ポートｂに接続される一方、他方の入力ポートａ2が該４×１光スイッチの入力端子となっている。
【００４５】
４番目の単位光スイッチ素子２２４は、２つの入力ポートのうち一方の入力ポートａ2が３番目の単位光スイッチ素子２２３の出力ポートｂに接続されている一方、他方の入力ポートａ1が該４×１光スイッチの入力端子となっている。なお、単位光スイッチ素子２２４の出力ポートｂは該４×１光スイッチの出力端子となっている。
【００４６】
本実施形態によれば、入力導波路が該４×１光スイッチの入力端において片側に偏在することなく、縦列接続された単位光スイッチ素子２２１，２２２，２２３，２２４の配置に対してほぼ均一に分布しているため、導波路パターン密度の面内均一性が得られ、作製誤差の影響を低減し、且つ高性能の光スイッチを高い歩留まりで作製することが可能となる。
【００４７】
〔第三の実施形態〕
図３を用いて本発明の第三の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明の請求項３に対応するものであり、Ｎ＝４とした１×４光スイッチを構成した例である。なお、本実施形態において入力端子と出力端子を入れ替えると本発明の請求項４に対応する形態となる。
【００４８】
図３に示すように、４個の１入力２出力の単位光スイッチ素子３１１，３１２，３１３，３１４が縦列接続され、各光スイッチ素子３１１，３１２，３１３，３１４からの出力ポート４本が、１入力１出力のゲートスイッチ素子３３１，３３２，３３３，３３４を介し、該１×４光スイッチの出力端において縦列接続された光スイッチ素子３１１，３１２，３１３，３１４からなる光スイッチ群に対して両側に交互に配置されるように延びている。これにより、導波路型光スイッチの出力端において出力導波路が光スイッチ群の両側に２本ずつ配された状態となっている。
【００４９】
以下、各々の単位光スイッチ素子３１１〜３１４及び単位光スイッチ素子３３１〜３３４の入力ポートを入力ポートａ、各々の単位光スイッチ素子３１１〜３１４の二つの出力ポートのうち図３中信号光の進行方向（図中矢印で示す方向）に対して紙面上左側の出力ポートを出力ポートｂ1、図３中信号光の進行方向に対して紙面上右側の出力ポートを出力ポートｂ2、各々の単位光スイッチ素子３３１〜３３４の出力ポートを出力ポートｂとして説明する。
【００５０】
まず、１番目の単位光スイッチ素子３１１は、２つの出力ポートのうち一方の出力ポートｂ1が２番目の単位光スイッチ素子３１２の入力ポートａに接続される一方、他方の出力ポートｂ2が後段に設けられたゲートスイッチ素子３３１の入力ポートａに接続されている。ゲートスイッチ素子３３１の出力ポートｂは、該導波路型光スイッチの出力端子となっている。
【００５１】
２番目の単位光スイッチ素子３１２は、２つの出力ポートのうち一方の出力ポートｂ2が３番目の単位光スイッチ素子３１３の入力ポートａに接続される一方、他方の出力ポートｂ1が後段に設けられたゲートスイッチ素子３３２の入力ポートａに接続されている。ゲートスイッチ素子３３２の出力ポートｂは、該導波路型光スイッチの出力端子となっている。
【００５２】
３番目の単位光スイッチ素子３１３は、２つの出力ポートのうち一方の出力ポートｂ1が４番目の単位光スイッチ素子３１４の入力ポートａに接続される一方、他方の出力ポートｂ2が後段に設けられたゲートスイッチ素子３３３の入力ポートａに接続されている。ゲートスイッチ素子３３３の出力ポートｂは、該導波路型光スイッチの出力端子となっている。
【００５３】
４番目の単位光スイッチ素子３１４は、２つの出力ポートのうち一方の出力ポートｂ2が導波路型光スイッチの出力端子となる一方、他方の出力ポートｂ1が後段に設けられたゲートスイッチ素子３３４の入力ポートａに接続されている。ゲートスイッチ素子３３４の出力ポートｂは、該導波路型光スイッチの出力端子となっている。
【００５４】
本実施形態によれば、実施形態１と同様、出力導波路が導波路型光スイッチの片側に偏在することなく、縦列接続された単位光スイッチ素子３１１，３１２，３１３，３１４の配置に対してほぼ均一に分布しているため、導波路パターン密度の面内均一性が得られ、作製誤差の影響を低減し、且つ高性能の光スイッチを高い歩留まりで作製することが可能となる。
【００５５】
〔第四の実施形態〕
図４を用いて本発明の第四の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明の請求項６に対応するものであり、Ｎ＝４とした４：４＋１光スイッチを構成した例である。なお、本実施形態において入力端子と出力端子を入れ替えると本発明の請求項５に対応する形態となる。
【００５６】
図４に示すように、４個の２入力１出力の単位光スイッチ素子４２１，４２２，４２３，４２４が縦列接続されている。各光スイッチ素子４２１，４２２，４２３，４２４の入力ポート４本は、それぞれ前段に配置された１入力２出力の光スイッチ素子４１１，４１２，４１３，４１４を介して、該４：４＋１光スイッチの入力端において縦列接続された光スイッチ素子４２１，４２２，４２３，４２４からなる光スイッチ群の両側に交互に配置されるように延びている。つまり、本実施形態の光スイッチは、各１入力２出力の単位光スイッチ素子４１１，４１２，４１３，４１４の入力ポートを入力端子としている。
【００５７】
また、各１入力２出力の光スイッチ素子４１１，４１２，４１３，４１４の各々２つの出力ポートのうち、後段の２入力１出力の単位光スイッチ素子４２２，４２３，４２４に接続されていない方の出力ポートを出力端子とするとともに、縦列接続された２入力１出力の光スイッチ素子群の最終段に位置する単位光スイッチ素子４２４の出力ポートを冗長出力端子としている。これにより、導波路型光スイッチの入力端においては導波路が光スイッチ群の両側に２本ずつ配され、出力端においては導波路が光スイッチ群の中心のほか、該光スイッチ群の両側に２本ずつ配された状態となっている。
【００５８】
以下、各々の単位光スイッチ素子４１１〜４１４の入力ポートを入力ポートａ、各々の単位光スイッチ素子４１１〜４１４の二つの出力ポートのうち図４中信号光の進行方向（図中矢印で示す方向）に対して紙面上左側の出力ポートを出力ポートｂ1、図４中信号光の進行方向に対して紙面上右側の出力ポートを出力ポートｂ2とし、各々の単位光スイッチ素子４２１〜４２４の二つの入力ポートのうち図４中信号光の進行方向に対して紙面上左側の入力ポートを入力ポートａ1、図４中信号光の進行方向に対して紙面上右側の入力ポートを入力ポートａ2、各々の単位光スイッチ素子２２１〜２２４の出力ポートを出力ポートｂとして説明する。
【００５９】
まず、１番目の２入力１出力の単位光スイッチ素子４２１は、２つの入力ポートのうち一方の入力ポートａ2が１入力２出力の単位光スイッチ素子４１１の２つの出力ポートのうち一方の出力ポートｂ1に接続されている。該単位光スイッチ素子４１１の他方の出力ポートｂ2は、該４：４＋１光スイッチの出力端子となっている。
【００６０】
２番目の２入力１出力の単位光スイッチ素子４２２は、２つの入力ポートのうち一方の入力ポートａ2が１番目の２入力１出力の単位光スイッチ素子４２１の出力ポートｂに接続され、他方の入力ポートａ1が１入力２出力の単位光スイッチ素子４１２の２つの出力ポートのうち一方の出力ポートｂ2に接続されている。１入力２出力の単位光スイッチ素子４１２の２つの出力ポートのうち一方の出力ポートｂ1は、該４：４＋１光スイッチの出力端子となっている。
【００６１】
３番目の２入力１出力の単位光スイッチ素子４２３は、２つの入力ポートのうち一方の入力ポートａ1が２番目の２入力１出力の単位光スイッチ素子４２２の出力ポートｂに接続され、他方の入力ポートａ2が１入力２出力の単位光スイッチ素子４１３の一方の出力ポートｂ1に接続されている。１入力２出力の単位光スイッチ素子４１３の他方の出力ポートｂ2は該４：４＋１光スイッチの出力端子となっている。
【００６２】
４番目の２入力１出力の単位光スイッチ素子４２４は、２つの入力ポートのうち一方の入力ポートａ2が３番目の２入力１出力の単位光スイッチ素子４２３の出力ポートｂに接続され、他方の入力ポートａ1が１入力２出力の単位光スイッチ素子４１４の出力ポートｂ2に接続され、単位光スイッチ素子４２４の出力ポートｂは、冗長出力端子として出射端に延びている。１入力２出力の単位光スイッチ素子４１４は、２つの出力ポートのうち一方の出力ポートｂ1が、該４：４＋１光スイッチの出力端子となっている。
【００６３】
本実施形態によれば、入力導波路及び出力導波路が導波路型光スイッチの片側に偏在することなく、縦列接続された２入力１出力の単位光スイッチ素子４２１，４２２，４２３，４２４の配置に対してほぼ線対称に分布しているため、導波路パターン密度の面内均一性が得られ、作製誤差の影響を低減し、且つ高性能の光スイッチを高い歩留まりで作製することが可能となる。さらに、導波路の交差点の数を従来に比較して低減することができ、挿入損失の小さい光スイッチを実現することができる。
【００６４】
以上、第一から第四の実施形態において説明したように、入出力数が１又は２の単位光スイッチ素子を縦列接続して構成される光スイッチにおいて、縦列に接続された単位光スイッチ素子の出力導波路（又は入力導波路）を、導波路型光スイッチの出力端（又は入力端）において光スイッチ素子群を挟むように該光スイッチ素子群の両側に交互に配置することによって、導波路パターン密度の面内均一性を高めることができる。
【００６５】
さらに、１入力２出力の単位光スイッチ素子を縦列に接続して構成される導波路型光スイッチに対し各出力ポートに２入力１出力の単位光スイッチ素子を接続することでＮ＋１：Ｎ光スイッチを構成する場合、又は、２入力１出力の単位光スイッチ素子を縦列に接続して構成される導波路型光スイッチに対し各入力ポートに１入力２出力の単位光スイッチ素子を接続することでＮ：Ｎ＋１光スイッチを構成する場合において、縦列接続された単位光スイッチ素子の入力導波路を、光スイッチ素子群を挟むように該光スイッチ素子群の両側に交互に配置することによって、導波路の交差点の数を少なくすることができる。
【実施例１】
【００６６】
図５を用いて本発明の第一の実施例を詳細に説明する。図５（ａ）は本実施例に係る光スイッチ素子の構成例を示す上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。本実施例は、以下に説明する光回路により本発明の第３の発明に対応する回路構成に基づく導波路型光スイッチである１×Ｎ光スイッチを作製する例である。
【００６７】
図５に示すように、厚さ１ｍｍ、直径６インチ（約１５．２ｃｍ）のシリコン基板１上に石英系ガラスによって形成されたクラッド層２および該クラッド層２に埋め込まれた埋め込み型コア部３１，３２を有する単一モード光導波路を、SiCl4やGeCl4などの原料ガスの火炎加水分解反応を利用した石英系ガラス膜の堆積技術と反応性イオンエッチング技術の組み合わせにより作製し、薄膜ヒータ４１，４２および給電のための電極（図示省略）をそれぞれクラッド層２の表面に真空蒸着およびパターン化により作製した。作製した光導波路のコア寸法は７μｍ×７μｍであり、クラッド層２との比屈折率差は０．７５％とした。
【００６８】
本実施例に係る導波路光スイッチは、上述した光導波路を用い、直線導波路および曲線導波路を組み合わせることによって形成した。
【００６９】
図５に示す光スイッチ素子は、アーム導波路の実効光路長差が信号光波長の２分の１のマッハ・ツェンダー干渉計回路である。本実施例においては、信号光波長は１．５５μｍであり、石英系ガラスの屈折率は１．４５であるので、実際のアーム光導波路長の差は０．５３４μｍとした。熱光学効果による位相シフタとして埋め込み型コア部３１，３２の直上に位置するクラッド層２の表面上に厚さ０．３μｍ、幅２０μｍ、長さ２ｍｍの薄膜ヒータ４１，４２を形成した。さらに薄膜ヒータ４１，４２に沿ってシリコン基板１が露出するまでの深さの断熱溝５１，５２，５３を形成した。
【００７０】
なお、図５（ａ）に示すように、単位光スイッチ素子においては、２箇所で曲線導波路が近接して方向性結合器６１，６２を形成している。入力ポートａ1又はａ2に入力された信号光は、薄膜ヒータ４１，４２の通電の有無に応じ、出力ポートｂ1又はｂ2に接続される。
【００７１】
本実施例において、Ｎ＝８として図５に示すマッハ・ツェンダー干渉計回路によって構成される１×８光スイッチ素子を作製したところ、該１×８光スイッチ素子の長さは６．５ｍｍであった。この１×８光スイッチ素子を最小曲げ半径Ｒ＝５ｍｍの曲線導波路で接続し、本発明の第３の発明の回路構成に基づく１×８光スイッチ８組を１チップに配置した。チップサイズは１１０ｍｍ×２２ｍｍであり、直径６インチのウェハ内に３チップを配置することができた。
【００７２】
上記の方法により作製した１×８光スイッチチップの入力端子および出力端子に光ファイバを接続して光学特性を測定したところ、同じウェハで作製した３チップとも、挿入損失１．５ｄＢ以下、消光比４５ｄＢ以上であった。また、入力と出力を入れ替えて、出力端子側から光を入力し、入力端子へ出力される光の光学特性を測定したところ、挿入損失や消光比は同じ特性であった。
【００７３】
さらに、別のバッチで４枚のウェハを作製したが、どのウェハにおいても同等の光学特性が得られた。
【実施例２】
【００７４】
本発明の第２の実施例を以下に示す。本実施例は、本発明の第５の発明の回路構成に基づく導波路型光スイッチであるＮ：Ｎ＋１光スイッチを、実施例１と同様の導波路構造の光回路により作製する例である。なお、図５に示し上述した説明と重複する説明は省略する。
【００７５】
本実施例において、Ｎ＝８として本発明の第５の発明の回路構成に基づく８：８＋１光スイッチを作製したところ、該８：８＋１光スイッチ８組を１チップに配置したときのチップサイズは１１０ｍｍ×２２ｍｍであり、直径６インチ（約１５．２ｃｍ）のウェハ内に３チップを配置することができた。作製した８：８＋１光スイッチチップの入力端子および出力端子に光ファイバを接続して光学特性を測定したところ、挿入損失は通常の入力−出力ポート間で１．５ｄＢ以下、入力−冗長出力ポート間でも１．５ｄＢ以下、消光比は４５ｄＢ以上であった。同じウェハで作製した３チップとも、同等の光学特性であった。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、光通信等で用いられる導波路型光スイッチに関し、特に、入出力数が１または２の単位光スイッチ素子を縦列接続して構成される光スイッチに関して、作製誤差の影響が小さく、また導波路の交差点が少ない回路構成を実現するための技術に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第一の実施形態による１×４光スイッチの回路構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第二の実施形態による４×１光スイッチの回路構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第三の実施形態による１×４光スイッチの回路構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第四の実施形態による４：４＋１光スイッチの回路構成を示す説明図である。
【図５】図５（ａ）は本発明に用いられる光スイッチ素子の構成例の上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図６】従来の１×４光スイッチの回路構成を示す説明図である。
【図７】従来の１×４光スイッチの他の回路構成を示す説明図である。
【図８】従来の４＋１：４光スイッチの回路構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  シリコン基板
２  クラッド層
３１，３２  埋め込み型コア部
４１，４２  薄膜ヒータ
５１，５２，５３  断熱溝
６１，６２  方向性結合器
１１１〜１１４，３１１〜３１４，４１１〜４１４，６１１〜６１４，７１１〜７１４，８１１〜８１４  １入力２出力の単位光スイッチ素子
２２１〜２２４，４２１〜４２４，８２１〜８２４  ２入力１出力の単位光スイッチ素子
３３１〜３３４，７３１〜７３４  ゲートスイッチ素子
ａ，ａ1，ａ2  入力ポート
ｂ，ｂ1，ｂ2  出力ポート
【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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