(57)【要約】【課題】スイッチの機能を損なわずに、駆動電源回路を削減する。【解決手段】入力導波路に接続された２分岐光スイッチ１−１と、２分岐光スイッチ１−１の出力に、さらに１または複数の２分岐光スイッチ２−１，２−２，３−１〜３−４を縦続して接続し、Ｎ本（８本）の出力導波路に接続するスイッチ部と、出力導波路の各々に接続されたゲート光スイッチＧ−１〜Ｇ−８とを含む１×Ｎ光スイッチにおいて、駆動電源回路を、ＯＮ状態となる２分岐光スイッチが１個だけとなる複数のグループごとに集約して共有化し、及び全てのゲート光スイッチで共有化した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の入力導波路に接続された２分岐光スイッチと、該２分岐光スイッチの出力に、さらに１または複数の２分岐光スイッチを縦続して接続し、Ｎ本（Ｎ≧３）の出力導波路に接続するスイッチ部と、前記出力導波路の各々に接続され、光を透過から遮断まで連続的に調整可能な複数のゲート光スイッチとを含む１×Ｎ光スイッチにおいて、
前記２分岐光スイッチを駆動するために、ＯＮ状態となる２分岐光スイッチが１個だけとなる複数のグループごとに集約して共有化された複数のスイッチ用駆動電源回路と、
前記ゲート光スイッチを駆動するために、全ての前記ゲート光スイッチで共有化されたゲート用駆動電源回路と、
前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとの各々に接続され、前記駆動回路からの駆動電流を遮断する電気デジタルスイッチと
を備えたことを特徴とする１×Ｎ光スイッチ。
【請求項２】
１本の入力導波路に接続された２分岐光スイッチと、該２分岐光スイッチの出力に、さらに１または複数の２分岐光スイッチを縦続して接続し、Ｎ本（Ｎ≧３）の出力導波路に接続するスイッチ部と、前記出力導波路の各々に接続され、光を透過から遮断まで連続的に調整可能な複数のゲート光スイッチとを含む１×Ｎ光スイッチにおいて、
前記２分岐光スイッチを駆動するために、全ての前記２分岐光スイッチで共有化されたスイッチ用駆動電源回路と、
前記ゲート光スイッチを駆動するために、全ての前記ゲート光スイッチで共有化されたゲート用駆動電源回路と、
前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとの各々に接続され、前記駆動回路からの駆動電流を遮断する電気デジタルスイッチと
を備えたことを特徴とする１×Ｎ光スイッチ。
【請求項３】
１本の入力導波路に接続された２分岐光スイッチと、該２分岐光スイッチの出力に、さらに１または複数の２分岐光スイッチを縦続して接続し、Ｎ本（Ｎ≧３）の出力導波路に接続するスイッチ部と、前記出力導波路の各々に接続され、光を透過から遮断まで連続的に調整可能な複数のゲート光スイッチとを含む１×Ｎ光スイッチにおいて、
前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとを駆動するために、全ての前記２分岐光スイッチと全ての前記ゲート光スイッチとで共有化された駆動電源回路と、
前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとの各々に接続され、前記駆動回路からの駆動電流を遮断する電気デジタルスイッチと
を備えたことを特徴とする１×Ｎ光スイッチ。
【請求項４】
前記２分岐光スイッチと共有化されたスイッチ用駆動電源回路とを接続する給電線、及び前記ゲート光スイッチと共有化されたゲート用駆動電源回路とを接続する給電線のそれぞれが共有化されていることを特徴とする請求項１または２に記載の１×Ｎ光スイッチ。
【請求項５】
前記２分岐光スイッチ及び前記ゲート光スイッチと、共有化された駆動電源回路とを接続する給電線が共有化されていることを特徴とする請求項３に記載の１×Ｎ光スイッチ。
【請求項６】
前記給電線は、前記スイッチ部と前記複数のゲート光スイッチと前記給電線とが集積化された光スイッチチップ上で共有化されていることを特徴とする請求項４または５に記載の１×Ｎ光スイッチ。
【請求項７】
前記給電線は、前記給電線と前記駆動電源回路と前記電気デジタルスイッチとが集積化された電気回路基板上で共有化されていることを特徴とする請求項４または５に記載の１×Ｎ光スイッチ。
【請求項８】
各々の前記２分岐光スイッチは、一方の出力が出力導波路に接続され、他方の出力が他の２分岐光スイッチの入力に接続され、または未接続として、タップ型構成により前記スイッチ部が構成されたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の１×Ｎ光スイッチ。
【請求項９】
前記２分岐光スイッチまたは前記ゲート光スイッチは、入出力ポートのうちの１つが未接続である２×２光スイッチで構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の１×Ｎ光スイッチ。
【請求項１０】
前記２分岐光スイッチまたは前記ゲート光スイッチは、石英系光導波路を用いた光スイッチであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の１×Ｎ光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１×Ｎ光スイッチに関し、より詳細には、光導波路型スイッチを多段に連結した集積型光スイッチである１×Ｎ光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットに代表されるデータ通信ネットワークにおいて、トラヒック量の急増に対応するために、波長多重分割（ＷＤＭ）伝送等の光伝送技術を用いた大容量化が進められている。現在、光伝送技術は、ノード間を結ぶポイント−ポイントの光リンクに用いられているのみで、ノード内の処理は依然として電気的な処理を行っている。伝送容量の大容量化が進むにつれて、この電気的な処理のスループットが伸び悩み、コストの増大が問題になっている。光スイッチを用いた光クロスコネクトシステム、光アドドロップ多重システムは、ノード内において大部分の光信号を光のままカットスルー処理することにより、スループットの飛躍的な増加と低コスト化を図ることができる。このように光スイッチは、大容量で柔軟な通信ネットワークを、低コストで構築するために必要不可欠なデバイスである。
【０００３】
光スイッチは、様々な実現形態を有しているが、その中でも光導波路型スイッチは、量産性・小型化等の面で優れている。光導波路は、従来から様々な材料系により作製されている。シリコン基板上に作製される石英系光導波路は、低損失であり、安定性及び光ファイバとの整合性に優れているといった特徴を有する。また、アレイ導波路格子合分波器（ＡＷＧ）に代表される数多くの光部品が実用化されている。
【０００４】
集積型光スイッチの１つである１×Ｎ光スイッチは、１個の入力ポートと任意の出力ポートとを接続することができる光スイッチである。監視装置への選択スイッチ、光源からの選択スイッチ、または、光クロスコネクトシステムにおいて、複数の１×Ｎ光スイッチを組み合わせたＮ×Ｎ光マトリクススイッチ等が、応用例として重要性の高い光スイッチである。石英系導波路では、１×１２８の規模の１×Ｎ光スイッチが実現されている。
【０００５】
図８に、従来のツリー型１×８光スイッチの構成を示す。光入力ポートに接続された２×２基本光スイッチの出力に、さらに２×２基本光スイッチを接続し、順次２×２基本光スイッチを縦続して接続することにより、３段構成でツリー型１×８光スイッチを実現する。ａ段目の上からｂ段目の２×２基本光スイッチをａ−ｂという番号で表している。３段目の２×２基本光スイッチの出力導波路は、各々ゲート光スイッチを介して、光出力ポートに接続されている。上からｃ番目のゲート光スイッチを、Ｇ−ｃという番号で表している。各々の２×２基本光スイッチは、一方の入力に対して、他方の任意の出力導波路を選択して出力することができる。２×２基本光スイッチを多段に連結することで、全体で１×Ｎ光スイッチとして機能する。光出力ポートに接続されるゲート光スイッチは、ＯＮ／ＯＦＦを行うことにより消光比を改善する。
【０００６】
図９に、従来のタップ型１×８光スイッチの構成を示す。光入力ポートに接続された２×２基本光スイッチの一方の出力導波路に、次段の２×２基本光スイッチの入力導波路と、他方の出力導波路に、光出力ポートに接続されるゲート光スイッチの入力導波路とを接続する。同様にして、８段構成で２×２基本光スイッチを接続する。図８ではツリー型の構成例を示したが、ツリー型構成とタップ型構成とを組み合わせてもよい。ここで、ツリー型構成は、スイッチ回路の小型化、低損失化に優れ、タップ型構成は、スイッチ回路の低消費電力化に優れるという特徴を有する。例えば、各々の特徴を生かした光スイッチの構成が、非特許文献１に開示されている。
【０００７】
図１０に、従来の２×２基本光スイッチの構成を示す。図８，９に示した２×２基本光スイッチとして、様々な報告例がある。図１０（ａ）は、石英系導波路に構成された２×２基本光スイッチ１００の平面図である。図１０（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図であり、図１０（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図である。２×２基本光スイッチ１００は、薄膜ヒータ１０１ａ，１０１ｂを用いた熱光学位相シフタを有する２本のアーム導波路１０３ａ，１０３ｂの両端を、それぞれ３ｄＢ結合器１０２ａ，１０２ｂで接続したマッハツェンダー干渉計（以下、ＭＺＩという）型２×２光スイッチである。
【０００８】
ＭＺＩ型２×２光スイッチにおいて、２本のアーム導波路１０３ａ，１０３ｂの長さが等しいものを対称型ＭＺＩ、２本のアーム導波路１０３ａ，１０３ｂに半波長の光路長差を設けているものを非対称型ＭＺＩと呼ぶ。対称型ＭＺＩにおいては、熱光学位相シフタを駆動しないときには、公知の干渉原理によりクロス経路（ポート１Ａ→ポート２Ｂ）で光が伝搬し、熱光学位相シフタを駆動したときには、熱光学効果により半波長の光路長差が生じて、バー経路（ポート１Ａ→ポート２Ａ）で伝搬する。
【０００９】
また、薄膜ヒータ１０１ａ，１０１ｂへの駆動電流を調整して、２本のアーム導波路の光路長差をゼロから半波長に連続的に変化させると、光路がクロス経路からバー経路へ連続的に変化する。すなわち、ＯＮ／ＯＦＦスイッチとしてだけでなく、光を透過から遮断まで連続的に調整可能なアナログスイッチとしても動作する。従って、ＭＺＩ型２×２光スイッチは、クロス経路とバー経路の分配比を調整することで、減衰器として動作させたり、マルチキャスト、ブロードキャストを行う分岐器として動作させることができる。
【００１０】
図８，９に示したゲート光スイッチは、非対称型ＭＺＩを用いている。非対称型ＭＺＩにおいては、熱光学位相シフタを駆動しないときには、バー経路（ポート１Ａ→ポート２Ａ）で光が伝搬し、熱光学位相シフタを駆動したときには、熱光学効果により半波長の光路長差が打ち消されて、クロス経路（ポート１Ａ→ポート２Ｂ）で光が伝搬する。ゲート光スイッチは、非対称型ＭＺＩを用いた方が、消費電力を節約し、かつ高い消光比のクロスポートを用いることができる。
【００１１】
石英系導波路を用いた熱光学スイッチは、火炎堆積法（ＦＨＤ）や化学気相堆積法（ＣＶＤ）などのガラス膜堆積技術と反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）などの微細加工技術を組み合わせて作製される。具体的には、シリコンウェハ等の基板上に、下部クラッド層となるガラス膜を、次に屈折率がクラッド層よりもやや高いコア層を堆積する。そして、光回路となるコアパターンを微細加工技術によりパターン化し、引き続き、上部クラッド層となるガラス膜を堆積する。最後に、熱光学位相シフタとなる薄膜ヒータとこれに給電を行う配線を形成して光スイッチチップが作製される。光スイッチチップに、給電線及び光ファイバを接続し、放熱フィン付きケースに収納して光スイッチモジュールが完成する。
【００１２】
図８に示したツリー型の構成と図１０に示した２×２基本光スイッチを用いて作製された１×１２８光スイッチでは、平均挿入損失３．７ｄＢ、平均ＯＮ／ＯＦＦ消光比５０．８ｄＢの優れた特性が得られている（例えば、非特許文献２参照）。
【００１３】
【非特許文献１】
郷他、「石英系プレーナ光波回路、大規模集積石英系光学スイッチ」ＮＴＴ  Ｒ＆Ｄ，  Ｖｏｌ．５０，  Ｎｏ．４，  ｐｐ．２７２−２８０，  ２００１
【００１４】
【非特許文献２】
Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ  ＰＬＣ  １×１２８  ｔｈｅｒｍｏ−ｏｐｔｉｃ  ｓｗｉｔｃｈ”Ｐｒｏｃ．  ２７ｔｈ  ＥＣＯＣ’０１，  Ｔｕ．Ｌ．１．２，  Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，  ２００１
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の１×Ｎ光スイッチモジュールでは、熱光学位相シフタの駆動回路、すなわち薄膜ヒータへの駆動電流供給回路の数が膨大な量になるという問題があった。図１１に、従来のツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す。各々の２×２基本光スイッチの制御は、２×２基本光スイッチに個別に配線された駆動電流供給回路の給電線１１〜１４に、それぞれアナログ調整可能な駆動電源回路を接続し、他方に駆動電流供給回路の制御線を接続して行う。なお、２つの薄膜ヒータのうち、一方の薄膜ヒータのみに給電し、制御線は、図が煩雑になるために省略している。
【００１６】
１×Ｎ光スイッチの場合、必要な駆動電源回路は、ツリー型構成で
【００１７】
【数１】
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【００１８】
個となり、タップ型構成で２Ｎ個となる。例えば、１×１２８光スイッチの場合には、ツリー型構成で２５５個、タップ型構成で２５６個もの駆動電源回路が必要になる。
【００１９】
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、スイッチの機能を損なわずに、駆動電源回路を削減した１×Ｎ光スイッチを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
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、１本の入力導波路に接続された２分岐光スイッチと、該２分岐光スイッチの出力に、さらに１または複数の２分岐光スイッチを縦続して接続し、Ｎ本（Ｎ≧３）の出力導波路に接続するスイッチ部と、前記出力導波路の各々に接続され、光を透過から遮断まで連続的に調整可能な複数のゲート光スイッチとを含む１×Ｎ光スイッチにおいて、前記２分岐光スイッチを駆動するために、ＯＮ状態となる２分岐光スイッチが１個だけとなる複数のグループごとに集約して共有化された複数のスイッチ用駆動電源回路と、前記ゲート光スイッチを駆動するために、全ての前記ゲート光スイッチで共有化されたゲート用駆動電源回路と、前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとの各々に接続され、前記駆動回路からの駆動電流を遮断する電気デジタルスイッチとを備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、１本の入力導波路に接続された２分岐光スイッチと、該２分岐光スイッチの出力に、さらに１または複数の２分岐光スイッチを縦続して接続し、Ｎ本（Ｎ≧３）の出力導波路に接続するスイッチ部と、前記出力導波路の各々に接続され、光を透過から遮断まで連続的に調整可能な複数のゲート光スイッチとを含む１×Ｎ光スイッチにおいて、前記２分岐光スイッチを駆動するために、全ての前記２分岐光スイッチで共有化されたスイッチ用駆動電源回路と、前記ゲート光スイッチを駆動するために、全ての前記ゲート光スイッチで共有化されたゲート用駆動電源回路と、前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとの各々に接続され、前記駆動回路からの駆動電流を遮断する電気デジタルスイッチとを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、１本の入力導波路に接続された２分岐光スイッチと、該２分岐光スイッチの出力に、さらに１または複数の２分岐光スイッチを縦続して接続し、Ｎ本（Ｎ≧３）の出力導波路に接続するスイッチ部と、前記出力導波路の各々に接続され、光を透過から遮断まで連続的に調整可能な複数のゲート光スイッチとを含む１×Ｎ光スイッチにおいて、前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとを駆動するために、全ての前記２分岐光スイッチと全ての前記ゲート光スイッチとで共有化された駆動電源回路と、前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとの各々に接続され、前記駆動回路からの駆動電流を遮断する電気デジタルスイッチとを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の１×Ｎ光スイッチにおいて、前記２分岐光スイッチと共有化されたスイッチ用駆動電源回路とを接続する給電線、及び前記ゲート光スイッチと共有化されたゲート用駆動電源回路とを接続する給電線のそれぞれが共有化されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の１×Ｎ光スイッチにおいて、前記２分岐光スイッチ及び前記ゲート光スイッチと、共有化された駆動電源回路とを接続する給電線が共有化されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の前記給電線は、前記スイッチ部と前記複数のゲート光スイッチと前記給電線とが集積化された光スイッチチップ上で共有化されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、請求項４または５に記載の前記給電線は、前記給電線と前記駆動電源回路と前記電気デジタルスイッチとが集積化された電気回路基板上で共有化されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の各々の前記２分岐光スイッチは、一方の出力が出力導波路に接続され、他方の出力が他の２分岐光スイッチの入力に接続され、または未接続として、タップ型構成により前記スイッチ部が構成されたことを特徴とする。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の前記２分岐光スイッチまたは前記ゲート光スイッチは、入出力ポートのうちの１つが未接続である２×２光スイッチで構成されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の前記２分岐光スイッチまたは前記ゲート光スイッチは、石英系光導波路を用いた光スイッチであることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。複数の２×２基本光スイッチで構成された１×Ｎ光スイッチにおいて、ＯＮ状態となる２×２基本光スイッチは、ある制約の下に存在する。ツリー型１×Ｎ光スイッチの段数を最大ｎ段（１≦ｎ≦ｌｏｇ２Ｎ）とすると、入力導波路から任意のｍ段目（１≦ｍ≦ｎ）の１×２基本スイッチは、２ｍ−１個存在する。例えば、図１１に示したツリー型１×８光スイッチの場合、３段目には４個の２×２基本光スイッチ３−１，３−２，３−３，３−４が存在する。通常のユニキャストの場合には、４個の２×２基本光スイッチのうち、ＯＮ状態となる基本光スイッチは１個だけであり、光出力ポートに接続されるＮ個のゲート光スイッチのうち、ＯＮ状態となるゲート光スイッチは１個だけである。
【００３１】
従って、２×２基本光スイッチを、ＯＮ状態となる２×２基本光スイッチが１個だけとなる複数のグループ、すなわち上述した例では各段ごとのグループに分け、駆動電源回路をグループごとに集約して共有化することができる。共有化を完全に行えば、駆動電源回路の数を最も削減することができるが、部分的であっても、削減された数に見合った効果が得られる。給電線の共有化を、１×Ｎ光スイッチを集積化したチップ上で行ってもよいし、１×Ｎ光スイッチを集積化したチップを、制御線を集積したモジュール基板に実装し、モジュール基板上で給電線の共有化を行ってもよい。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す。光入力ポートに接続された２×２基本光スイッチに、さらに２×２基本光スイッチを接続し、順次２×２基本光スイッチを縦続して接続することにより、３段構成でツリー型１×８光スイッチを実現する。３段目の２×２基本光スイッチの出力導波路は、各々ゲート光スイッチを介して、光出力ポートに接続されている。２×２基本光スイッチは、図１０に示したアーム長が対称な対称型ＭＺＩを用いる。ゲート光スイッチは、アーム長が半波長分ずれた非対称型ＭＺＩを用いている。このように構成することで、電流を流さないときの消光比を大きくとることができ、他のポートからの光を遮断する効果が大きくなる。各々の２×２基本光スイッチの制御は、駆動電流供給回路の給電線２１〜２４に、それぞれアナログ調整可能な駆動電源回路を接続し、他方に駆動電流供給回路の制御線を接続して行う。なお、２×２基本光スイッチにおける２つの薄膜ヒータのうち、一方の薄膜ヒータのみに給電し、制御線は、図が煩雑になるために省略している。
【００３３】
図２に、第１の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す。図１に示したツリー型１×８光スイッチの２×２基本光スイッチ１−１，２−１を、拡大して示した。駆動電流供給回路の給電線２１には、アナログ調整可能な駆動電源回路３１が接続され、駆動電流供給回路の制御線５１には、電気デジタルスイッチ４１が接続されている。その他の駆動電流供給回路についても同様である。電気デジタルスイッチ４１，４２は、トランジスタ回路が多数集積されたＩＣを用いており、ＴＴＬレベルの入力により導通／遮断することができ、２×２基本光スイッチをＯＮ／ＯＦＦ状態にする。
【００３４】
従来の構成と大きく異なる点は、駆動電源回路を共有化している点である。本実施形態においては、例えば、３段目に存在する４個の２×２基本光スイッチ３−１〜３−４を、駆動電流供給回路の給電線に並列接続して、駆動電源回路を共有化している。２段目に存在する２個の２×２基本光スイッチ２−１，２−２と、８個のゲート光スイッチＧ−１〜Ｇ−８も同様に共有化する。このようにして、駆動電源回路の数を従来の１５個から４個に削減することができる。また、駆動電流供給回路の給電線も共有化することができるので、配線面積を削減できるとともに、光スイッチチップと駆動電源回路とを接続する電気接続端子も削減することができる。
【００３５】
ここで、石英系導波路を用いた光スイッチチップの作製法について説明する。第１の実施形態にかかる１×８光スイッチの光スイッチチップは、厚さ１ｍｍ、直径４インチのシリコン基板上に、公知の技術を用いて作製した。石英系導波路は、ＳｉＣｌ４、Ｃｌ４などの原料ガスの加水分解反応を利用した火炎加水分解反応堆積技術により、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との組み合わせにより作製する。局所加熱用の薄膜ヒータは、真空蒸着法及びエッチングにより作製する。導波路のコアの断面寸法は、６μｍ角であり、コアとクラッド間の比屈折率差は０．７５％である。このウェハをダイシングにより切り出してセラミック基板に固定し、光入力ポート、光出力ポートにシングルモードファイバを接続する。各薄膜ヒータには、電気接続端子を介して駆動電源回路と電気デジタルスイッチとを接続し、１×８光スイッチモジュールを構成する。
【００３６】
１×８光スイッチモジュールには、制御信号のシリアル／パラレル変換回路を搭載した電気回路基板も含んでいる。シリアル／パラレル変換回路は、シリアル信号で入力された制御情報を、ＴＴＬレベルのパラレル信号に変換して出力し、１５個の電気デジタルスイッチに入力する。
【００３７】
このようにして、１×８光スイッチモジュールの電気接続端子数は、シリアル／パラレル変換回路を制御する３本程度のシリアル制御信号線と、４個の駆動電源回路を接続する給電線と、グランド線の８本程度であり、電気接続端子数も削減することができる。この削減効果は、光マトリクススイッチチップの規模が大きいものほど、その効果が大きくなる。例えば１×１２８光スイッチにおいては、光スイッチ数２５５個へ接続されているパラレル信号線２５５本が２０本程度に削減される。なお、電気デジタルスイッチ等の電気回路は、光スイッチモジュール内での集積に限定されるものではなく、光スイッチモジュール外での集積でも構わないが、電気接続端子の削減及び集積化によるシステムの小型化という観点からは、光スイッチモジュール内に集積した方が好ましい。
【００３８】
図３に、本発明の一実施形態にかかるツリー型１×１２８光スイッチモジュールを示す。ツリー型１×１２８光スイッチモジュールは、１×１２８光スイッチチップ３０１と電気回路基板３０２とから構成されている。１×１２８光スイッチチップ３０１は、Ｓｉ基板上に対称型ＭＺＩを用いた２×２基本光スイッチが、ツリー状に７段形成されている。各２×２基本光スイッチとゲート光スイッチの駆動電流供給回路の給電線３１１は、各段で共有化され、給電線の本数が２５５本から８本に大幅に減少するので、基板面積を低減することができる。
【００３９】
一方、駆動電流供給回路の制御線３１２は、電極パッド３１３、金ワイヤ３１４及び電極パッド３２１を介して、電気回路基板３０２に搭載された電気デジタルスイッチのＩＣ３２２ａに接続されている。ＩＣ３２２ａ〜ｈは、直列に接続され、共通のクロック信号、データ信号、ラッチ信号などの制御信号線３２３によって駆動することができる。例えば、１ＭＨｚのクロック信号を用いて、時間軸上に各薄膜ヒータのオン／オフの制御情報を割り当てたシリアル信号を、１タイムフレームごとにラッチする。このような時分割多重されたシリアル信号を、シリアル／パラレル変換回路により、２５５個の電気デジタルスイッチに入力するパラレル信号に変換する。このようにして、全ての薄膜ヒータを、３本の制御信号線によって駆動することができる。
【００４０】
このようにして作製された１×Ｎ光スイッチは、以下のように様々な機能を実現することができる。
【００４１】
（ａ）ユニキャスト動作
駆動電源回路の出力電圧は、ＭＺＩ型光スイッチのＯＮ状態に最適な動作電圧に調整する。シリアル制御信号線を介して、各段の２×２基本光スイッチのうち、所望の１個の２×２基本光スイッチに接続された電気デジタルスイッチを導通（ＯＮ）状態にし、他の電気デジタルスイッチを遮断（ＯＦＦ）状態にする。このようにして、光入力ポートからの光を、任意の光出力ポートに出力することができる。さらに、出力するゲート光スイッチのみをＯＮ状態にし、他のゲート光スイッチをＯＦＦ状態にすることにより消光比も改善する。このときの挿入損失は、例えば１×１２８光スイッチにおいて、３．７ｄＢであり、消光比は５１ｄＢと十分な特性が得られた。
【００４２】
（ｂ）印加電圧の調整機能
上述したようにユニキャスト動作では、電気デジタルスイッチを導通（ＯＮ）状態にしている２×２基本光スイッチは、各段で２つ以上存在しないので、各段で駆動電源回路を共有化しても、動作時には１つの２×２基本光スイッチにしか接続されない。従って、電気デジタルスイッチが導通（ＯＮ）になっている２×２基本光スイッチに印加する電圧を、個別に調整して駆動することもできる。
【００４３】
印加電圧の調整機能を利用して、２×２基本光スイッチの作製誤差に起因する最適動作電圧のばらつきを、個々に補償することができる。通常、作製される２×２基本光スイッチは、その作製誤差により、最適動作電圧がわずかにばらつくことがある。最適動作電圧のばらつきを有する２×２基本光スイッチを、同一の電圧で駆動すると、その挿入損失や消光比もばらつくので特性が劣化する。各２×２基本光スイッチの最適な印加電圧を事前に測定し、個々に調整して加えることによりこの特性劣化を防ぐことができる。
【００４４】
（ｃ）挿入損失の均一化
最終段のゲート光スイッチを、光を透過から遮断まで連続的に調整可能な可変光減衰器として用いて、ＯＮ状態の損失を調整することにより、１×Ｎ光スイッチの光出力ポート間の損失を均一にすることができる。上述したように、２×２基本光スイッチの作製誤差等により、２×２基本光スイッチの印加電圧を最適動作電圧に調整しても、１×Ｎ光スイッチ内の光経路において、挿入損失がわずかにばらつく。この値は、１×８光スイッチの場合で１ｄＢ程度である。最終段のゲートスイッチにおいて、損失の小さい光経路の損失を大きくして、損失が最も大きい光経路の損失に合わせることにより、光出力ポート間の損失のばらつきを低減することができる。
【００４５】
なお、ＭＺＩ型光スイッチを構成する２個の３ｄＢ結合器には、二本の導波路を数μｍまで近接して構成した方向性結合器を用いた。方向性結合器は、他の手段に比べて挿入損失が低いためである。しかしながら、３ｄＢ結合器は、この構成に限定されるものではなく、他の手段、例えばマルチモード導波路を用いたマルチモード干渉計（ＭＭＩ）カプラ、これらカプラを複数個従属接続して構成される波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）などであってもよい。
【００４６】
（第２の実施形態）
図４に、本発明の第２の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す。第１の実施形態と異なる点は、２×２基本光スイッチとゲート光スイッチの駆動電源回路を、１つの駆動電源回路で共有化している点である。上述した（ａ）のユニキャスト動作を実現することができ、駆動電源回路の数を４個から１個に減らすことができる。ただし、２×２基本光スイッチとゲート光スイッチとに印加する電圧を、個別に調整することができないため、上述した（ｂ）印加電圧の調整機能と、（ｃ）挿入損失の均一化とを有さず、挿入損失、消光比の特性劣化がわずかに生じる。
【００４７】
（第３の実施形態）
図５に、本発明の第３の実施形態にかかる複合型１×８光スイッチの構成を示す。第３の実施形態は、ツリー型構成とタップ型構成とを組み合わせた複合型である。各段ごとに、２×２基本光スイッチの駆動電源回路を共有化し、全てのゲート光スイッチの駆動電源回路を共有化している。駆動電源回路は６個となり、第１の実施形態より多いが、従来例の１５個よりは大幅に削減されている。第１、第２の実施形態と同様に（ａ）ユニキャスト動作を実現することができる。また、（ｂ）印加電圧の調整機能と、（ｃ）挿入損失の均一化も実現することができる。
【００４８】
以上、個々の具体例を掲げたが、駆動電源回路の共有化、ツリー型とタップ型の構成方法は、種々の組み合わせがある。その主なものを表１に示した。駆動電源回路の数は、１×８光スイッチを例として記載した。
【００４９】
【表１】
2004177515.tif 000004
【００５０】
なお、表１の全ての共有化において、ユニキャスト動作を実現することができる。最右列の従来例においては、駆動電源回路の共有化を行っていないため、２×２基本光スイッチの数だけ駆動回路が必要であり、ツリー型で１５個、タップ型構成で１６個必要である。それに対して各段ごとに駆動電源回路の共有化を行い、ゲート光スイッチを共有化すると、ツリー型（第１の実施形態）で４個、タップ型構成で９個と大幅に減少することができる。また、（ｂ）印加電圧の調整機能と、（ｃ）挿入損失の均一化も損なわれることがない。
【００５１】
さらに共有化を進めた場合には、さらに駆動電源回路の数が低減できるかわりに（ｂ）、（ｃ）の機能が損なわれるトレードオフが存在するが、特性と駆動電源回路の数を考慮して最適なものを選別することができる。また、表１にツリー型構成とタップ型構成との複合型の記述はないが、共有化の分類ごとに、ツリー型とタップ型との差異がないことから、複合型も同様に考えることができる。
【００５２】
（第４の実施形態）
図６に、本発明の第４の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す。第１の実施形態では、２×２基本光スイッチにおける２つの薄膜ヒータのうち、一方の薄膜ヒータのみに給電した。第４の実施形態では、２つの薄膜ヒータに給電を行う。各々の２×２基本光スイッチの制御は、駆動電流供給回路の給電線７１〜７４に、それぞれアナログ調整可能な駆動電源回路を接続し、他方に制御線を接続して行う。
【００５３】
図７に、第４の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す。図６に示したツリー型１×８光スイッチの２×２基本光スイッチ１−１，２−１を、拡大して示した。駆動電流供給回路の給電線７１の一方は、２つの薄膜ヒータに接続され、他方は、アナログ調整可能な駆動電源回路３１に接続されている。第１の実施形態と同様に、各段ごとに駆動電源回路を共有化する。駆動電流供給回路の制御線８１ａには、電気デジタルスイッチ４１ａが、制御線８１ｂには、電気デジタルスイッチ４１ｂが接続され、それぞれ個別に薄膜ヒータを駆動する。その他の駆動電流供給回路についても同様である。
【００５４】
このような構造により、上述した（ｂ）印加電圧の調整機能において、印加電圧を個別に調整する際に、プラス方向とマイナス方向の両側に拡大することができる。対称型ＭＺＩは、通常、薄膜ヒータに電圧を加えない状態では、バー経路へのクロストークが最少になる。しかしながら、２×２基本光スイッチの作製誤差等によりこの最適点がずれることがある。電圧を加えない状態で最適点がプラス側またはマイナス側どちらにずれたとしても、本実施形態によれば、最適電圧を、最も少ない消費電力で印加することができる。
【００５５】
このように両側のアーム導波路に個別にヒータを設けることにより、一方の薄膜ヒータを、予備用ヒータとして用いることもできる。例えば、いずれかの２×２基本光スイッチの一方の薄膜ヒータに損傷が起きても、本実施形態によれば、他方の薄膜ヒータを独立に駆動できるため、引き続き光スイッチ動作を滞りなく行うことができる。このようにして、１×Ｎ光スイッチがの故障する確率を大幅に低減することができる。
【００５６】
反面、電気デジタルスイッチの個数が倍になり、駆動電流供給回路が、短距離ではあるが２倍の本数になるというトレードオフが存在し、基板上の配線部分の面積が増大する。しかしながら、本実施形態によれば、駆動電源回路の共有化により、給電線の共有化、電気デジタルスイッチを含むＩＣの採用と併せて、配線部分の面積の増大を最小限に押さている。
【００５７】
第４の実施形態では、第１の実施形態の２×２基本光スイッチにおいて、両側の薄膜ヒータを駆動する例を掲げたが、第２〜第４の実施形態を含むその他の形態においても同様の構造をとることができる。また、上述した実施形態では、２×２基本光スイッチを多段に連結して構成したが、１×２光スイッチなど他の２分岐光スイッチを多段に連結してもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２分岐光スイッチを駆動するための駆動電源回路を共有化することにより、ユニキャスト動作などの機能を損なわずに、駆動電源回路の数を削減して、光スイッチの小型化を図ることが可能となる。
【００５９】
また、本発明によれば、光スイッチチップ、電気回路基板、または光スイッチモジュールの小型化、電気接続端子数の削減も図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図２】第１の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す接続図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるツリー型１×１２８光スイッチモジュールを示す実装構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかる複合型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図６】本発明の第４の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図７】第４の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す接続図である。
【図８】従来のツリー型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図９】従来のタップ型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図１０】従来の２×２基本光スイッチの構成を示す図である。
【図１１】従来のツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す接続図である。
【符号の説明】
１〜８，１００    ２×２基本光スイッチ
Ｇ    ゲート光スイッチ
１１〜１４，２１〜２４，６１〜６６，７１，７２，３１１    給電線
５１，５２，８１，８２，３１２    制御線
３１，３２    駆動電源回路
４１，４２    電気デジタルスイッチ
１０１    薄膜ヒータ
１０２    ３ｄＢ結合器
１０３    アーム導波路
１１１    クラッド層
１１２    基板
３０１    １×１２８光スイッチチップ
３１３，３２１    電極パッド
３１４    金ワイヤ
３０２    電気回路基板
３２２    ＩＣ
３２３    制御信号線
【図１】
2004177515.tif 000005
【図２】
2004177515.tif 000006
【図３】
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【図４】
2004177515.tif 000008
【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】
2004177515.tif 000013
【図１０】
2004177515.tif 000014
【図１１】
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