(57)【要約】【課題】消費電力を一定にでき、温度変動を防止して、安定した特性を有する光スイッチ及び光波長ルータを提供する。【解決手段】石英系光導波路１により構成された光スイッチであり、その構成として、入力分岐部２Ａは、１本の入力導波路５から入力された光波を４本の出力導波路の全てに等強度に分岐するものであり、出力合分岐部３Ａは、４本の入力導波路のうち任意の１本に入力された光波を４本の出力導波路２９〜３２の全てに等強度に分岐するものであり、入力分岐部２Ａと出力合分岐部３Ａに挟まれた位相シフタ部４Ａは、入力分岐部２Ａの４本の出力導波路と出力合分岐部３Ａの４本の入力導波路を１対１に接続する位相シフタ導波路１１〜１４のそれぞれに位相変調を行う薄膜ヒータ１５〜１８を備えたものである。【選択図】  図１
2004233619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面光波回路上に構成された光スイッチにおいて、
入力された光波の分岐を行う入力分岐部と、前記光波の合分岐を行う出力合分岐部と、前記入力分岐部と前記出力合分岐部に挟まれ、前記光波の位相を変調する位相シフタ部とからなり、
前記入力分岐部は、少なくとも１本の入力部入力導波路と、Ｎ本の入力部出力導波路と、１本の前記入力部入力導波路から入力された光波を、Ｎ本の前記入力部出力導波路の全てに等強度に分岐するための入力部分岐手段とを有するものであり、
前記出力合分岐部は、Ｎ本の出力部入力導波路と、Ｎ本の出力部出力導波路と、Ｎ本の前記出力部入力導波路のうち任意の１本に入力された光波を、Ｎ本の前記出力部出力導波路の全てに等強度に分岐するための出力部合分岐手段とを有するものであり、
前記位相シフタ部は、Ｎ本の前記入力部出力導波路とＮ本の前記出力部入力導波路とを１対１に接続する位相シフタ導波路と、前記位相シフタ導波路のそれぞれに設けられた位相変調手段とを有するものであることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
平面光波回路上に構成された光波長ルータにおいて、
入力された光波の分岐を行う入力分岐部と、前記光波の合分岐を行う出力合分岐部と、前記入力分岐部と前記出力合分岐部に挟まれ、前記光波の位相を変調する位相シフタ部とからなり、
前記入力分岐部は、少なくとも１本の入力部入力導波路と、Ｎ本の入力部出力導波路と、１本の前記入力部入力導波路から入力された光波を、Ｎ本の前記入力部出力導波路の全てに等強度に分岐するための入力部分岐手段とを有するものであり、
前記出力合分岐部は、Ｎ本の出力部入力導波路と、Ｎ本の出力部出力導波路と、Ｎ本の前記出力部入力導波路のうち任意の１本に入力された光波を、Ｎ本の前記出力部出力導波路の全てに等強度に分岐するための出力部合分岐手段とを有するものであり、
前記位相シフタ部は、Ｎ本の前記入力部出力導波路に接続されたＮ本の入力接続導波路と、前記入力接続導波路に接続され、１本の入力及びＭ本の出力を有する少なくとも（Ｎ−１）個の波長分波器と、前記波長分波器に接続され、少なくとも（Ｎ−１）×Ｍ本の位相シフタ導波路と、前記位相シフタ導波路に接続され、Ｍ本の入力及び１本の出力を有する少なくとも（Ｎ−１）個の波長合波器と、前記波長合波器とＮ本の前記出力部入力導波路とを接続するＮ本の出力接続導波路と、前記位相シフタ導波路のそれぞれに設けられた位相変調手段とを有するものであることを特徴とする光波長ルータ。
【請求項３】
前記位相変調手段として、熱光学効果による位相変調器を用いたことを特徴とする請求項１記載の光スイッチ又は請求項２記載の光波長ルータ。
【請求項４】
前記位相変調手段として、電気光学効果による位相変調器を用いたことを特徴とする請求項１記載の光スイッチ又は請求項２記載の光波長ルータ。
【請求項５】
前記入力分岐部、前記出力合分岐部及び前記位相シフタ部が石英系光導波路により構成されたことを特徴とする請求項１もしくは請求項３に記載の光スイッチ又は請求項２もしくは請求項３に記載の光波長ルータ。
【請求項６】
前記位相変調手段がニオブ酸リチウムにより構成されたことを特徴とする請求項１もしくは請求項４に記載の光スイッチ、又は請求項２もしくは請求項４に記載の光波長ルータ。
【請求項７】
前記入力部分岐手段は、５０％結合光方向性結合器又は１×２分岐多モード干渉カプラが多段に接続されて構成されたものであることを特徴とする請求項１及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光スイッチ又は請求項２及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光波長ルータ。
【請求項８】
前記出力部合分岐手段は、５０％結合光方向性結合器又は２×２合分岐多モード干渉カプラが多段に接続されて構成されたものであることを特徴とする請求項１及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光スイッチ又は請求項２及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光波長ルータ。
【請求項９】
前記入力部分岐手段は、結合率調整機能を有するマッハツェンダ干渉計が多段に接続されて構成されたものであることを特徴とする請求項１及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光スイッチ又は請求項２及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光波長ルータ。
【請求項１０】
前記出力部合分岐手段は、結合率調整機能を有するマッハツェンダ干渉計が多段に接続されて構成されたものであることを特徴とする請求項１及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光スイッチ又は請求項２及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光波長ルータ。
【請求項１１】
多段に構成された前記５０％結合光方向性結合器もしくは前記１×２分岐多モード干渉カプラの最初段、又は多段に構成された前記５０％結合光方向性結合器もしくは前記２×２合分岐多モード干渉カプラの最終段のうち、少なくとも一方がマッハツェンダ干渉計による可変光方向性結合器を用いて構成されたことを特徴とする請求項７もしくは請求項８記載の光スイッチ又は請求項７もしくは請求項８記載の光波長ルータ。
【請求項１２】
前記入力分岐部を構成する５０％結合光方向性結合器、１×２分岐多モード干渉カプラ又は結合率調整機能を有するマッハツェンダ干渉計のいずれかと、前記出力合分岐部を構成する５０％結合光方向性結合器、２×２分岐多モード干渉カプラ又は結合率調整機能を有するマッハツェンダ干渉計のいずれかを２つの合分岐器とする任意のマッハツェンダ干渉計が、その光路長差がゼロになるように設定されたことを特徴とする請求項７乃至請求項１１のいずれかに記載の光スイッチ又は請求項７乃至請求項１１のいずれかに記載の光波長ルータ。
【請求項１３】
前記入力部分岐手段は、１×Ｎ分岐多モード干渉光カプラにより構成されたものであることを特徴とする請求項１及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光スイッチ又は請求項２及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光波長ルータ。
【請求項１４】
前記出力部合分岐手段は、Ｎ×Ｎ分岐多モード干渉光カプラにより構成されたものであることを特徴とする請求項１及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光スイッチ又は請求項２及び請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光波長ルータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信において使用されるルーティングデバイスである光スイッチ及び光波長ル一タに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信技術の急速な発達により、各種光部品が研究開発されているが、中でも平面基板上の光導波路を基本とした導波路型光部品が最も重要な位置を占めている。これは、導波路型光部品がフォトリソグラフィ技術及び微細加工技術により光波長以下の精度で再現性良く量産可能という特徴を有するからである。特に、石英系光導波路上に構成され、熱光学効果（Ｔｈｅｒｍｏ−ｏｐｔｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ）を用いた光スイッチ（以下、ＴＯＳＷと呼ぶ。）は、大規模の光スイッチを実現することが可能であることに加え、その経時変化に対する安定性、制御性の点において優れており、精力的に研究開発が進められている。
【０００３】
図１５は、ＴＯＳＷを用いた従来のツリー型光スイッチの概略図である。
図１５では、ＴＯＳＷを用いた１×８ｃｈ（チャネル）の光スイッチとして説明し、説明を簡単にするため、動作に必要な部分のみの言及に留める。
【０００４】
図１５に示すように、従来の１×８ｃｈ光スイッチは、石英系光導波路１０１を用いて構成され、光波を入射する入力導波路１０２と、入力導波路１０２に接続され、マッハツェンダ干渉計により構成される第１段スイッチ１０３と、第１段スイッチ１０３の２つの出力に接続された接続導波路１０９、１１０と、接続導波路１０９、１１０にそれぞれ接続された２つの第２段スイッチ（第２段第１スイッチ１１１等）と、２つの第２段スイッチのそれぞれ２つの出力に接続された４つの接続導波路（接続導波路１１３、１１４等）と、４つの接続導波路にそれぞれ接続された４つの第３段スイッチ（第３段第２スイッチ１１５等）と、４つの第３段スイッチに接続された８つの出力導波路（出力導波路１１７、１１８等）とを有する。第１段スイッチ１０３は、２個の光方向性結合器１０４、１０５と、それらに挟まれた等長のアーム導波路１０６、１０７と、アーム導波路１０６の上部に配置された薄膜ヒータ１０８により構成される。他の第２段スイッチ、第３段スイッチも第１段スイッチ１０３と同等の構成である。
【０００５】
次に従来の光スイッチの動作を説明する。ここでは、出力導波路１１７ヘスイッチングする場合について説明するが、他の出力導波路ヘスイッチングする場合においても、その動作原理は同様である。
【０００６】
入力導波路１０２より入力された光波は、第１段スイッチ１０３の光方向性結合器１０４によりアーム導波路１０６及び１０７に等分配される。アーム導波路１０６上の薄膜ヒータ１０８に電力を印加しない場合、アーム導波路１０６及び１０７を伝搬した光波は光方向性結合器１０５において合波され接続導波路１１０へと分岐される。又、アーム導波路１０６上の薄膜ヒータ１０８に適切な電力を印加した場合、アーム導波路１０６と１０７との間の光波の位相差を、当該波長において半波長とすることで、接続導波路１０９へと分岐される。つまり、入力導波路１０２より入力された光波は、第１段スイッチ１０３により接続導波路１０９又は１１０にスイッチングされることとなる。
【０００７】
接続導波路１０９を経由して第２段第１スイッチ１１１に入力された光波は、薄膜ヒータ１１２への電力の印加／無印加により、接続導波路１１４又は接続導波路１１３へとスイッチングされ、薄膜ヒータ１１２へ適切な電力を印加した場合、接続導波路１１４へとスイッチングされる。更に、接続導波路１１４を経由して第３段第２光スイッチ１１５に入射された光波は、薄膜ヒータ１１６への電力の印加／無印加により、接続導波路１１８又は接続導波路１１７へとスイッチングされ、薄膜ヒータ１１６に電力を印加しない場合は出力導波路１１７へと光路を設定することができ、出力導波路１１７への所望の出力を得ることができる。
【０００８】
従って、図１５に示した従来の光スイッチでは、入力導波路１０２から出力導波路１１７へのスイッチングが、薄膜ヒ一タ１０８、１１２に適切な電力を印加することで実現される。
【０００９】
図１５に示すようなツリー型のＴＯＳＷを用いた従来の光スイッチとして、石英系光導波路による１×１２８ｃｈの光スイッチが報告されている（非特許文献１参照）。この１×１２８ｃｈ光スイッチでは、１．５％の比屈折率差を有する石英系光導波路を用いており、薄膜ヒータの半波長電力は０．３８５Ｗ、平均クロストークは５０．８ｄＢ、各出力導波路への平均損失は３．７ｄＢと良好な特性が得られている。
【００１０】
しかしながら、ツリー型のＴＯＳＷを用いた光スイッチでは、任意の出力導波路にスイッチングするために、例えば、出力チャネル数を２Ｍ個とした場合、最低で０個から最大でＭ個の薄膜ヒータへの電力印加が必要である。具体的には、Ｍ＝７（２７＝１２８）である上記１×１２８ｃｈ光スイッチでは、出力チャネルによってその消費電力が０Ｗから２．６９５Ｗまでばらつく。
【００１１】
このように、石英系光導波路によるＴＯＳＷを用いた光スイッチは、優れた特性を有し、通信システムへの応用が期待されている半面、消費電力が出力チャネルによってばらつく上、スイッチング速度に関しても、以下の問題点が検討課題となっている。
【００１２】
図１６は、熱光学効果を用いたマッハツェンダ干渉計の過渡応答特性の測定結果を示す図である。
図１６に示すように、熱光学効果を用いたマッハツェンダ干渉計では、スイッチングの過渡応答特性として、光強度が９０％以上となる立ち上がりにおいて４ｍｓ、光強度が１０％以上となる立下りにおいて５ｍｓのスイッチング時間を要している。つまり、従来の光スイッチは、熱光学効果を利用したマッハツェンダ干渉計を用いているために、その動作は数ｍｓ程度に制限されている。
【００１３】
ところで、近年の波長分割多重（以下、ＷＤＭと呼ぶ。）通信ネットワークにおいては、波長によるパスの制御、すなわち光波長ルーティングが重要な技術となりつつある。メトロアクセス系のネットワークにおいては、光波長ル−ティングを適用することにより、柔軟性に富んだネットワークの構築が可能となるため、このような光波長ルータの実現が切望されている。
【００１４】
図１７は、波長多重信号（以下、ＷＤＭ信号と呼ぶ。）をルーティングする従来の光波長ルータの概略図である。
ここでは、簡単のため、４波のＷＤＭ信号を５つの任意の空間的パスにルーティングする４波長の１×５ｃｈ光波長ルータを例に取り、その概要を説明する。
【００１５】
図１７に示すように、従来の光波長ルータは、光波を入射する入力導波路１２１と、入力導波路１２１に接続された１×４ｃｈの入力分波アレイ導波路格子１２２と、接続導波路群１２３を介して入力分波アレイ導波路格子１２２の４つの出力に各々接続された第１段１×２光スイッチ群１２４と、接続導波路群１２５を介して第１段１×２光スイッチ群１２４の各々の光スイッチの出力の一方側に接続された第５−４×１ｃｈ出力合波アレイ導波路格子１３５と、接続導波路群１２６を介して第１段１×２光スイッチ群１２４の各々の光スイッチの出力の他方側に接続された第２段１×２光スイッチ群１２７と、接続導波路１２８を介して第２段１×２光スイッチ群１２７の出力に接続された第３段光スイッチ群１２９とを有し、更に、接続導波路１３０を介して、対応する波長ごとに第３段１×２光スイッチ群１２９の出力に接続された第１−４×１ｃｈ出力合波アレイ導波路格子１３１、第２−４×１ｃｈ出力合波アレイ導波路格子１３２、第３−４×１ｃｈ出力合波アレイ導波路格子１３３、第４−４×１ｃｈ出力合波アレイ導波路格子１３４と、第１〜第５の４×１ｃｈ出力合波アレイ導波路格子１３１〜１３５の合波出力に各々接続される出力導波路１３６〜１４０とを有する。
【００１６】
上記従来の光波長ルータでは、入力導波路１２１より入射されたＷＤＭ信号が、入力分波アレイ導波路格子１２２により波長分波された後、分波された光波が波長ごとにツリー型の１×２光スイッチ群１２４、１２７、１２９によりルーティングされ、第１〜第５の４×１ｃｈ出力合波アレイ導波路格子１３１〜１３５にて合波されて、任意の出力導波路１３６〜１４０から出力される。この光波長ルータは、波長ごとにツリー型のＴＯＳＷを有するため、波長ごとに任意の出力を設定することが可能である。
【００１７】
図１７に示すような光波長ルータとして、１×９ｃｈの光波長ルータが報告されている（非特許文献２参照）。この１×９ｃｈ光波長ルータでは、１×２光スイッチがＴＯＳＷによるマッハツェンダ干渉計により構成されており、ＴＯＳＷの半波長電力が０．４５Ｗであり、消費電力の最大値が１４Ｗであることが報告されている。又、各出力導波路への伝搬損失は最大で５．４ｄＢ、クロストークは最悪値４６ｄＢであると報告されている。
【００１８】
上記１×９ｃｈの光波長ルータでは、パスの設定状態により消費電力が０Ｗから１４Ｗまで変化する。これは、光波長ルータを構成する光導波路基板の温度が変動することを意味しており、入力分波アレイ導波路格子１２２、第１〜第５−４×１ｃｈ出力合波アレイ導波路格子１３１〜１３５の合分波特性に、光導波路基板の温度変化が悪影響を与えてしまうこととなる。
【００１９】
図１８は、従来の光波長ルータにおいて、ＴＯＳＷへの印加電力に相当する温度変化を基板に与えて、任意の出力合波アレイ導波路格子の中心波長における出力スペクトルの変化を測定した図である。
具体的には、図１７に示した従来の光波長ルータにおいて、ＴＯＳＷへの印加電力を０Ｗ、１．８Ｗ、３．６Ｗと変化させて、第１−１×４出力合波アレイ導波路格子１３１の中心波長における出力スペクトルの変化を測定した。図１８に示すように、ＴＯＳＷへの印加電力によって、第１−１×４出力合波アレイ導波路格子１３１の中心波長がシフトすることがわかり、その中心波長の変化は凡そ１０ＧＨｚ／Ｗである。すなわち、本来、光波長ルーティングをするために印加している電力が、アレイ導波路格子の波長分波特性にも影響を与えることがわかる。
【００２０】
更に、上記構成の従来の光波長ルータでは、パスのルーティングにＴＯＳＷを用いているため、図１６に示した特性と同様に、応答速度は数ｍｓ程度に制限されている。
【００２１】
【非特許文献１】
Ｔ．  Ｗａｔａｎａｂｅ，  ｅｔ  ａｌ，  ”Ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ  ＰＬＣ  ｌｘ１２８  Ｔｈｅｒｍｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｓｗｉｔｃｈ，”  Ｐｒｏｃ．  ２７ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，  Ｐ１３４−１３５  Ｔｕ．Ｌ．１．２，  ２００１，  Ａｍｓｔｅｒｄａｍ．
【非特許文献２】
Ｃ．  Ｒ．  Ｄｏｅｒｒ，  ”Ｓｉｌｉｃａ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｌｘ９  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｒｏｓｓ  ｃｏｎｎｅｃｔ，”  Ｐｒｏｃ．  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，  Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ  Ｐａｐｅｒｓ  Ｐ２−４，  ＦＡ３−１，  ２００２，  Ａｎａｈｅｉｍ．
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明してきたように、石英系光導波路を用いた熱光学効果による１×Ｎｃｈ光スイッチは、選択する出力チャネルによって、その消費電力がばらつき、部品全体の温度制御を困難にしていた。すなわち、消費電力の変動により温度依存性のある他の構成要素、例えばアレイ型導波路格子などへ温度変動を与え、その特性劣化の要因となっていた。
【００２３】
更に、石英系光導波路を用いた熱光学効果による光スイッチの応答特性は、数ｍｓ程度と熱光学効果の制限により律則されており、高速のアプリケーションへの適用を妨げていた。すなわち、ＴＯＳＷは低速のルーティング、例えば伝送線路故障時の低速の伝送線路の確保などのアプリケーションに対しては、非常に優れた性能を発揮するが、μｓオーダーの応答特性が必要とされるバーストスイッチングやｎｓオーダーの応答特性が要求されるパケットスイッチングには、応用が困難であった。
【００２４】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、消費電力を一定にでき、温度変動を防止して、安定した動作特性を有する光スイッチ及び光波長ルータを提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光スイッチ及び光波長ルータの概要は以下のとおりである。
すなわち、上記課題を解決する本発明に係る光スイッチは、平面光波回路上に構成されたものであり、入力された光波の分岐を行う入力分岐部と、光波の合分岐を行う出力合分岐部と、入力分岐部と出力合分岐部に挟まれ、光波の位相を変調する位相シフタ部とからなり、入力分岐部は、少なくとも１本の入力部入力導波路と、Ｎ本の入力部出力導波路と、１本の入力部入力導波路から入力された光波を、Ｎ本の入力部出力導波路の全てに等強度に分岐するための入力部分岐手段とを有するものであり、出力合分岐部は、Ｎ本の出力部入力導波路と、Ｎ本の出力部出力導波路と、Ｎ本の出力部入力導波路のうち任意の１本に入力された光波を、Ｎ本の出力部出力導波路の全てに等強度に分岐するための出力部合分岐手段とを有するものであり、位相シフタ部は、Ｎ本の入力部出力導波路とＮ本の出力部入力導波路とを１対１に接続する位相シフタ導波路と、位相シフタ導波路のそれぞれに設けられた位相変調手段とを有するものであることを特徴とする。
なお、上記Ｎは１より大きい整数とする。
【００２６】
又、上記課題を解決する本発明に係る光波長ルータは、平面光波回路上に構成されたものであり、入力された光波の分岐を行う入力分岐部と、光波の合分岐を行う出力合分岐部と、入力分岐部と出力合分岐部に挟まれ、光波の位相を変調する位相シフタ部とからなり、入力分岐部は、少なくとも１本の入力部入力導波路と、Ｎ本の入力部出力導波路と、１本の入力部入力導波路から入力された光波を、Ｎ本の入力部出力導波路の全てに等強度に分岐するための入力部分岐手段とを有するものであり、出力合分岐部は、Ｎ本の出力部入力導波路と、Ｎ本の出力部出力導波路と、Ｎ本の出力部入力導波路のうち任意の１本に入力された光波を、Ｎ本の出力部出力導波路の全てに等強度に分岐するための出力部合分岐手段とを有するものであり、位相シフタ部は、Ｎ本の入力部出力導波路に接続されたＮ本の入力接続導波路と、入力接続導波路に接続され、少なくとも（Ｎ−１）個の１入力Ｍ出力の波長分波器と、波長分波器に接続され、少なくとも（Ｎ−１）×Ｍ本の位相シフタ導波路と、位相シフタ導波路に接続され、少なくとも（Ｎ−１）個のＭ入力１出力の波長合波器と、波長合波器とＮ本の出力部入力導波路とを接続するＮ本の出力接続導波路と、位相シフタ導波路のそれぞれに設けられた位相変調手段とを有するものであることを特徴とする。
なお、上記Ｎ及びＭは１より大きい整数とする。
【００２７】
更に、上記光スイッチ又は光波長ルータにおいては、位相変調手段として、熱光学効果による位相変調器を用いてもよく、又、電気光学効果による位相変調器を用いてもよい。
【００２８】
更に、上記光スイッチ又は光波長ルータにおいては、入力分岐部、出力合分岐部及び位相シフタ部が石英系光導波路により構成されてもよく、又、位相変調手段がニオブ酸リチウムにより構成され、その他の構成要素が石英系光導波路により構成されてもよい。
【００２９】
加えて、入力部分岐手段が、５０％結合光方向性結合器又は１×２分岐多モード干渉カプラが多段に接続されて構成されたものでもよく、又、出力部合分岐手段が、５０％結合光方向性結合器又は２×２合分岐多モード干渉カプラが多段に接続されて構成されたものでもよい。
【００３０】
又は、入力分岐部はそのすべて又はその一部を、結合率調整機能を有するマッハツェンダ干渉計を多段に接続することにより構成してもよく、もしくは、出力合分岐部はそのすべて又はその一部を、結合率調整機能を有するマッハツェンダ干渉計を多段に接続することにより構成してもよい。
【００３１】
加えて、多段に構成された５０％結合光方向性結合器もしくは１×２分岐多モード干渉カプラの最初段、又は多段に構成された５０％結合光方向性結合器もしくは２×２合分岐多モード干渉カプラの最終段のうち、少なくとも一方がマッハツェンダ干渉計による可変光方向性結合器を用いて構成されてもよい。
【００３２】
入力分岐部を構成する５０％結合光方向性結合器、１×２分岐多モード干渉カプラ又は結合率調整機能を有するマッハツェンダ干渉計のいずれかと、出力合分岐部を構成する５０％結合光方向性結合器、２×２分岐多モード干渉カプラ又は結合率調整機能を有するマッハツェンダ干渉計のいずれかを２つの合分岐器とする任意のマッハツェンダ干渉計が、その光路長差がゼロになるように設定されたものでもよい。
【００３３】
入力部分岐手段は１×Ｎ分岐多モード干渉光カプラにより構成されたものでもよく、又、出力部合分岐手段はＮ×Ｎ分岐多モード干渉光カプラにより構成されたものでもよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光スイッチ及び光波長ルータの実施形態のいくつかを、以下に示す実施例の図面を用いて詳細に説明する。なお、実施例を示す全図において、同一の機能を有するものは同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略する。
【００３５】
（実施例１）
図１は、本発明に係る実施形態の一例を示す光スイッチの概略図であり、１×４ｃｈ（チャネル）の光スイッチを例に取り、その構成、動作及び特性の詳細を説明する。
【００３６】
本実施例の１×４ｃｈ光スイッチは、石英系光導波路１等の平面光波回路を用いて構成され、その光導波路の非屈折率差が０．７５％のものを用いている。
【００３７】
図１に示すように、本実施例の１×４ｃｈ光スイッチは、入力分岐部２Ａ、出力合分岐部３Ａ及び位相シフタ部４Ａから構成される。
入力分岐部２Ａは、光波を入力する入力部入力導波路となる入力導波路５と、入力導波路５に接続され、１×２光分岐器である第１段光方向性結合器６と、第１段光方向性結合器６に接続された接続導波路７、８と、第１段光方向性結合器６に接続導波路７、８を介して接続された第２段光方向性結合器９、１０とを有している。入力分岐部２Ａでは、入力導波路５から入力された光波は、入力部分岐手段となる第２段光方向性結合器９、１０により４個の入力部出力導波路に等分配（等強度に分割）される。
【００３８】
位相シフタ部４Ａは、４本の位相シフタ導波路１１、１２、１３、１４と、それらの上部に配置された薄膜ヒ一タ１５、１６、１７、１８とを有している。入力分岐部２からの４個の出力は、それぞれ位相シフタ導波路１１、１２、１３、１４に接続される。ここでは、位相変調手段として、薄膜ヒータ１５〜１８を用いることで、熱光学効果による位相変調器を構成している。
【００３９】
出力合分岐部３Ａは４個の出力部入力導波路を有し、それらは位相シフタ部４Ａの位相シフタ導波路１１、１２、１３、１４に接続される。ここでは、位相シフタ導波路１１及び１２は、第３段光方向性結合器１９の２つの入力に接続され、位相シフタ導波路１３及び１４は、第３段光方向性結合器２０の２つの入力に接続される。第３段光方向性結合器１９の一方の出力と第３段光方向性結合器２０の一方の出力は、接続導波路２１及び２３を介して第４段光方向性結合器２７の２つの入力に接続される。又、第３段光方向性結合器１９の他方の出力と第３段光方向性結合器２０の他方の出力は、接続導波路２２及び２４を介して第４段光方向性結合器２８の２つの入力に接続される。最後に、第４段光方向性結合器２７及び２８は、出力部出力導波路となる出力導波路２９、３０、３１、３２に接続される。上記構成の出力合分岐部３Ａでは、任意の１本の出力部入力導波路に入力された光波は、出力部合分岐手段を構成する第３段光方向性結合器１９、２０と、接続導波路２２〜２４と、交差導波路２５、２６と、第４段光方向性結合器２７、２８とにより、４個の出力導波路２９〜３２へ等分配（等強度に分割）される。
【００４０】
ここで、接続導波路２１、２２、２３、２４はすべて等長になるように設定されるとともに、接続導波路２２及び２３の交差角θと同じ角度θで交差するように、交差導波路２５及び２６が接続導波路２１及び２４に対して配置される。本実施例では、交差角θを３０度とした。交差導波路２５及び２６をこのような角度θに配置することで、各パスでの損失のばらつきを低減でき、消光比の改善を図ることができる。
【００４１】
本実施例の光スイッチでは、第２段光方向性結合器９と第３段光方向性結合器１９、更に第２段光方向性結合器１０と第３段光方向性結合器２０を結ぶパスはすべて等長に設定される。又、第１段光方向性結合器６と第４段光方向性結合器２７及び２８を結ぶ任意のパスはすべて等長に設定される。つまり、本実施例の光スイッチでは、入力分岐部２Ａを構成するいずれかの光方向性結合器と出力合分岐部３Ａを構成するいずれかの光方向性結合器とを２つの合分岐器として、任意のマッハツェンダ干渉計を構成した場合、その光路長差がゼロになるように設定されている。
【００４２】
なお、本実施例の光スイッチでは、伝搬損失が低く、作製が容易な石英系光導波路を用いているが、その他の光導波路、例えば、ＩｎＰ化合物による導波路やＳｉＯＮによる光導波路を用いても、同様の効果を得ることが可能である。又、本実施例では、１×２光分岐器、２×２光合分岐器として３ｄＢ（５０％）結合光方向性結合器を用いているが、１×２分岐多モード干渉カプラ、２×２合分岐多モード干渉カプラ等を多段に接続して構成した光分岐器、光合分岐器を用いても同様の効果を得ることができる。又、合分岐数を２より大きい整数Ｎとした１×Ｎ分岐多モード干渉カプラ、Ｎ×Ｎ合分岐多モード干渉カプラ等を用いてもよい。
【００４３】
次に、本実施例の光スイッチの動作を以下に説明する。
入力導波路５より入力された光波は、入力分岐部２Ａにより等パワーに分配され、位相シフタ導波路１１、１２、１３、１４に伝搬する。薄膜ヒータ１５、１６、１７、１８に適切な電力を印加し、第３段光方向性結合器１９、２０における各光波の位相状態を調節することで、第３段光方向性結合器１９からの出射を接続導波路２１又は２２のいずれか、第３段光方向性結合器２０からの出射を接続導波路２３又は２４のいずれかに設定できる。
【００４４】
更に、薄膜ヒータ１５、１６が与える位相差、薄膜ヒータ１７、１８が与える位相差を保ったまま、薄膜ヒータ１５、１６と薄膜ヒータ１７、１８が与える位相差を適切に設定することで、第４段光方向性結合器２７、２８からの出力を出力導波路２９、３０、３１、３２のいずれかに設定することが可能である。
【００４５】
図２は、各出力導波路に出力する際に、各薄膜ヒータにおいて光波に与える位相の関係を示す図である。
図２に示すように、例えば、入力導波路５へ入射された光波を出力導波路３０へスイッチングする際には、薄膜ヒータ１５、１６、１７、１８に、それぞれπ／２、π／２、π、０となる位相シフトに相当する電力を印加すればよい。更に、薄膜ヒータの印加電力とそれによる光波の位相シフト量は比例関係にあるので、各薄膜ヒータによる位相シフト量の総和、すなわち各薄膜ヒータへの印加電力の総和は、どの出力導波路を選んだ場合でも等電力となることがわかる。
【００４６】
図３は、本実施例の１×４ｃｈ光スイッチの静特性を示すものであり、図３（ａ）は、各出力導波路での伝搬損失のグラフであり、又、図３（ｂ）は出力を出力導波路３０に設定した場合の他の出力導波路との消光比を示したグラフである。
この測定では、波長１５５０ｎｍの単色光について測定を行い、損失としては、出力導波路３０に対して最大で２．５ｄＢ、最小で出力導波路２９に対して２．１ｄＢ、平均で２．３ｄＢと良好な特性が得られた。又、消光比としては、最悪値で出力導波路２９に対して３３．４ｄＢ、最良値で出力導波路３１に対して３５．２ｄＢ、平均で３４．４ｄＢと良好な特性が得られた。
【００４７】
以上のように、本実施例の光スイッチによれば、一定の消費電力でスイッチングすることで温度が安定して、スイッチングの動作特性が安定する光スイッチを実現することができる。
【００４８】
（実施例２）
図４は、本発明に係る実施形態の他の一例を示す光スイッチの概略図であり、実施例１と同様に１×４ｃｈの光スイッチを例に取り、その構成、動作及び特性の詳細を説明する。
【００４９】
又、本実施例では、光スイッチを構成する入力分岐部及び出力合分岐部を、実施例１と同様に石英系光導波路を用いて構成し、光スイッチを構成する位相シフタ部を、ｚ−ｃｕｔ進行波型チタン拡散ニオブ酸リチウムによる電気光学効果位相シフタを有する光導波路を用いて構成した。
【００５０】
図４に示すように、本実施例の１×４ｃｈ光スイッチは、石英系光導波路１による入力分岐部２Ａ、出力合分岐部３Ａと、ニオブ酸リチウム導波路による位相シフタ部４Ｂの平面光波回路から構成される。
入力分岐部２Ａ及び出力合分岐部３Ａの構成は実施例１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００５１】
入力分岐部２Ａと位相シフタ部４Ｂは、接合面３３において、入力分岐部２Ａの第２段光方向性結合器９、１０からの４個の接続導波路５１、５２、５３、５４と、位相シフタ部４Ｂに配置された位相シフタ導波路４０、４１、４２、４３とが、それぞれ一致するように接合されている。又、出力合分岐部３Ａと位相シフタ部４Ｂも、接合面３４において、位相シフタ部４Ｂに配置された位相シフタ導波路４０、４１、４２、４３と、出力合分岐部３Ａの第３段光方向性結合器１９、２０への４つの接続導波路５５、５６、５７、５８とが、それぞれ一致するように接合されている。
【００５２】
位相シフタ部４Ｂにおいては、位相シフタ導波路４０、４１、４２、４３に対して、適切な電界が印加できるように、電極４４ａ及び４４ｂ、４５ａ及び４５ｂ、４６ａ及び４６ｂ、４７ａ及び４７ｂがそれぞれ設けられている。ここでは、位相変調手段として、電極４４ａ及び４４ｂ、４５ａ及び４５ｂ、４６ａ及び４６ｂ、４７ａ及び４７ｂを用いることで、電気光学効果による位相変調器を構成している。各電極による位相シフト量は、実施例１における図２の設定と同様である。例えば、出力導波路２９ヘスイッチングする場合は、電極４４ａと４４ｂの間にπ／２、電極４５ａと４５ｂの間にπ／２、電極４６ａと４６ｂの間に０、電極４７ａと４７ｂの間にπに相当する電界を印加すればよい。
【００５３】
なお、本実施例でも、入力分岐部及び出力合分岐部を作製が容易で伝搬損失の低いとの観点から石英系光導波路としたが、ＩｎＰ化合物やＳｉＯＮ光導波路を用いても同様の効果を得ることは可能である。又、位相シフタ部をニオブ酸リチウムによる光導波路としたが、その他の高速応答特性を有する位相シフタが実現可能な光導波路、例えば、電気光学効果を有するＫＴＰ（Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  Ｔｉｔａｎｙｌ  Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）導波路に置き換えても同様の効果を得ることは可能である。更に、実施例１と同じく本実施例では、１×２光分岐器、２×２光合分岐器として３ｄＢ（５０％）結合光方向性結合器を用いているが、１×２分岐多モード干渉カプラ、２×２合分岐多モード干渉カプラ等を多段に接続して構成した光分岐器、光合分岐器を用いても同様の効果を得ることができる。又、合分岐数を２より大きい整数Ｎとした１×Ｎ分岐多モード干渉カプラ、Ｎ×Ｎ合分岐多モード干渉カプラ等を用いてもよい。
【００５４】
図５は、本実施例における光スイッチの過渡応答特性の測定結果を示す図である。
具体的には、本実施例の１×４ｃｈ光スイッチにおいて、入力導波路５からの光波を出力導波路２９と出力導波路３０との間でスイッチングした場合の過渡応答特性を測定した。図５から明らかなように、９０％までの立ち上がり、１０％までの立ち下がりのどちらの出力に対しても、１ｎｓの高速な過渡特性が得られ、非常に高速なスイッチングを実現することができた。
【００５５】
図６は、本実施例の１×４ｃｈ光スイッチの静特性を示すものであり、図６（ａ）は各出力導波路での伝搬損失のグラフであり、（ｂ）は出力を出力導波路３０に設定した場合の他の出力導波路との消光比を示したグラフである。
この測定でも、波長１５５０ｎｍの単色光について測定を行い、損失としては、最悪値で４．２ｄＢ、最良値で３．７ｄＢ、平均値で３．９ｄＢであり、消光比としては、最悪値で２７ｄＢ、最良値で３２．５ｄＢ、平均値で２９．３ｄＢであり、良好な特性が得られた。
【００５６】
以上のように、本実施例によれば、一定の消費電力でスイッチングすることで温度が安定して、スイッチングの動作特性が安定するとともに、高速なスイッチング動作を行う光スイッチが実現された。このことにより、本実施例の光スイッチはバーストスイッチやパケットスイッチへの適用が可能となる。
【００５７】
（実施例３）
図７は、本発明に係る実施形態の一例を示す光波長ルータの概略図であり、１×４ｃｈ−６波の光波長ルータを例に取り、その構成、動作及び特性の詳細を説明する。
【００５８】
本実施例の光波長ルータは、石英系光導波路１等の平面光波回路上に構成され、実施例１の位相シフタ部をアレイ導波路格子による波長合分波器と位相シフタアレイで置き換えることで、１×４ｃｈ−６波光波長ルータを構成したものである。
【００５９】
図７に示すように、本実施例の光波長ルータは、入力部として、光波を入射する入力導波路６１と、入力導波路６１に接続された入力分岐部６２と、入力分岐部６２の４個の出力に接続された４つの接続導波路６３、６４、６５、６６とを有し、出力部として、４本の出力導波路８１、８２、８３、８４と、出力導波路８１、８２、８３、８４を接続する出力合分岐部８０と、出力合分岐部８０の４個の入力に接続された接続導波路７６、７７、７８、７９とを有する。なお、本実施例の光波長ルータの入力分岐部６２及び出力合分岐部８０は、実施例１における入力分岐部２Ａ及び出力合分岐部３Ａと同等の構成であり、詳細な説明は省略する。
【００６０】
更に、位相シフタ部４Ｃは、入力分岐部６２との接続においては、入力接続導波路となる接続導波路６３、６４、６５、６６を介して入力分岐部６２に接続し、出力合分岐部８０との接続においては、出力接続導波路となる接続導波路７６、７７、７８、７９を介して出力分岐部８０に接続した。位相シフタ部４Ｃ内部では、接続導波路６３、６４、６５、６６には、波長分波器となる１×６波長分波アレイ導波路格子６７、６８、６９、７０をそれぞれ接続し、接続導波路７６、７７、７８、７９には、波長合波器となる６×１波長合波アレイ導波路格子７２、７３、７４、７５をそれぞれ接続した。位相シフタ部４Ｃに必要な１×Ｍ波長分波アレイ導波路格子及びＭ×１波長合波アレイ導波路格子の数は、Ｎ本の出力導波路に出力する場合は、少なくとも（Ｎ−１）個あればよいが、本実施例では、理解を容易にするために、４本の出力導波路に対して、４個の１×６波長分波アレイ導波路格子６７〜７０及び４個の６×１波長合波アレイ導波路格子７２〜７５を設けた。ここで、Ｍは合分波するＷＤＭ信号の数である。
【００６１】
上記１×６波長分波アレイ導波路格子６７、６８、６９、７０及び６×１波長合波アレイ導波路格子７２、７３、７４、７５の各々は、光信号を回折する入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路と、入力側スラブ導波路と出力側スラブ導波路との間を接続し、互いに長さの異なる複数のアレイ導波路とから構成されるものであり、すべて同一の合分波特性を有し、ＷＤＭ信号を光周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５、ｆ６に分波もしくは光周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５、ｆ６の光波をＷＤＭ信号に合波するものである。
【００６２】
更に、１×６波長分波アレイ導波路格子６７の分波（出力）側ポートと６×１波長合波アレイ導波路格子７２の分波（入力）側ポート、１×６波長分波アレイ導波路格子６８の分波側ポートと６×１波長合波アレイ導波路格子７３の分波側ポート、１×６波長分波アレイ導波路格子６９の分波側ポートと６×１波長合波アレイ導波路格子７４の分波側ポート、１×６波長分波アレイ導波路格子７０の分波側ポートと６×１波長合波アレイ導波路格子７５の分波側ポートが、複数の位相シフタアレイ７１を介して、各々対応する波長ごとに接続されている。位相シフタアレイ７１は、実施例１の位相シフタ部４Ａと同様に、位相シフタ導波路とその上部に配置された薄膜ヒータからなるものを複数配設したものであり、位相変調手段として、薄膜ヒータを用いて熱光学効果による位相変調器を構成している。位相シフタ部４Ｃに必要な位相シフタアレイ７１の位相シフタ導波路の数は、１×Ｍ波長分波アレイ導波路格子及びＭ×１波長合波アレイ導波路格子を用いて、Ｎ本の出力導波路に出力する場合、少なくとも（Ｎ−１）×Ｍ個あればよい。本実施例では、４本の出力導波路に対して、２４個の位相シフタ導波路を設けた。ここでも、Ｍは合分波するＷＤＭ信号の数である。
【００６３】
上記構成の位相シフタ部４Ｃでは、例えば、接続導波路６３から１×６波長分波アレイ導波路格子６７に入力された光波は、１×６波長分波アレイ導波路格子６７分波側ポートで波長ごとに分波され、各々異なる位相シフトを経験し、更に６×１波長合波アレイ導波路格子７２により合波されて接続導波路７６へと伝搬する。同様に、接続導波路６４と接続導波路７７の間、接続導波路６５と接続導波路７８の間、接続導波路６６と接続導波路７９の間でも、波長ごとに異なる位相シフト量を位相シフタアレイ７１により与えることが可能である。したがって、実施例１と同様の制御により波長ごとに出力する出力導波路を独立に設定することができる。
【００６４】
なお、本実施例でも、石英系光導波路により構成した光波長ルータについて説明しているが、本発明に係る光波長ルータは光導波路の材料には依存せず、ＩｎＰ化合物光導波路やＳｉＯＮ光導波路などの光導波路を用いても同様の効果を得ることが可能である。又、本実施例では波長合分波器としてアレイ導波路格子を用いているが、ラティスフィルタやトランスバーサルフィルタにより構成された波長合分波器を用いても同様の効果を得ることができる。
【００６５】
図８は、本実施例において、各周波数の光波が出力される出力導波路とその際の各接続導波路間の位相シフタ量の設定例を示す図である。
本実施例では、１×６波長分波アレイ導波路格子、６×１波長合波アレイ導波路格子の６波の分波周波数をｆ１＝１９２．９ＴＨｚ、ｆ２＝１９３．０ＴＨｚ、ｆ３＝１９３．１ＴＨｚ、ｆ４＝１９３．２ＴＨｚ、ｆ５＝１９３．３ＴＨｚ、ｆ６＝１９３．４ＴＨｚ、自由スペクトルレンジを１６００ＧＨｚと設定した。図８に示すように、各接続導波路間の位相シフタ量の設定に応じて、各分波周波数が所定の出力導波路に出力されることとなる。例えば、分波周波数ｆ１＝１９２．９ＴＨｚに対しては、接続導波路６３−７６間の位相シフタ量をπ／２、接続導波路６４−７７間の位相シフタ量をπ／２、接続導波路６５−７８間の位相シフタ量を０、接続導波路６６−７９間の位相シフタ量をπと設定する場合、出力導波路８１に光波が出力される。
【００６６】
図９は、図８の位相シフタ量の設定のときの各出力導波路でのスペクトルを測定した結果である。
図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のグラフからわかるように、出力導波路８１には周波数ｆ１とｆ５が（図９（ａ）参照）、出力導波路８２には周波数ｆ２が（図９（ｂ）参照）、出力導波路８３には周波数ｆ３とｆ６が（図９（ｃ）参照）、出力導波路８４には周波数ｆ４が（図９（ｄ）参照）出力されており、各周波数ともクロストークは３０ｄＢ程度、伝搬損失は平均で６．１ｄＢが得られ、良好な特性を示した。
【００６７】
又、図８に示した位相シフタ量の設定例からわかるように、本発明に係る光波長ルータにおいても、波長ごとにパスを切り替えた場合、各薄膜ヒータへ印加する電力の総和に差は生じず、１×６波長分波アレイ導波路格子６７、６８、６９、７０及び６×１波長分波アレイ導波路格子７２、７３、７４、７５に与える温度変動による影響、すなわち合分波波長の温度変化などを引き起こすことがない。本実施例においては、消費電力は定常的に１２Ｗであった。
【００６８】
更に、上述してきたように、本発明に係る光波長ルータは、空間的な出力チャネル数と波長チャネル数を独立に設定することができ、柔軟性に富んだ光波長ルータとすることができる。
【００６９】
（実施例４）
図１０は、本発明に係る実施形態の他の一例を示す光波長ルータの概略図であり、１×４ｃｈ−６波の光波長ルータを例に取り、その構成、動作及び特性の詳細を説明する。
【００７０】
本実施例の光波長ルータは、入力分岐部６２及び１×６波長分波アレイ導波路格子群８６を有する光分波部９２と、出力合分岐部８０及び６×１波長合波アレイ導波路格子群８７を有する光合分波部９３とが石英系光導波路により構成され、更に、位相シフタアレイ部９４がｚ−Ｃｕｔ進行波型チタン拡散ニオブ酸リチウムによる光導波路で構成された平面光波回路である。つまり、実施例３に示した光波長ルータにおいて、薄膜ヒータを用いて構成した熱光学効果の位相シフタを、ニオブ酸リチウム光導波路による電気光学効果の位相シフタに置き換えたものに相当する。
【００７１】
具体的には、図１０に示すように、本実施例の光波長ルータにおいて、光分波部９２は、光波を入射する入力導波路６１と、入力導波路６１に接続された入力分岐部６２と、入力分岐部６２の出力に接続された接続導波路群８５と、接続導波路群８５に接続された１×６波長分波アレイ導波路格子群８６とからなる。入力分岐部６２は、実施例１の入力分岐部２Ａと同様の構成を有し、１×６波長分波アレイ導波路格子群８６は、実施例３に示した１×６波長分波アレイ導波路格子６７、６８、６９、７０と同一設計のアレイ導波路格子４個からなる。
【００７２】
又、光合分波部９３は、出力導波路８１、８２、８３、８４と、出力導波路８１、８２、８３、８４に接続された出力合分岐部８０と、出力合分岐部８０の入力に接続された接続導波路群８８と、接続導波路群８８に接続された６×１波長合波アレイ導波路格子群８７とからなる。出力合分岐部８０は、実施例１の出力合分岐部３Ａと同様の構成を有し、６×１波長合波アレイ導波路格子群８７は、実施例３に示した６×１波長合波アレイ導波路格子７２、７３、７４、７５と同一設計のアレイ導波路格子４個からなる。
【００７３】
位相シフタアレイ部９４では、光分波部９２との接続において、光分波部９２からの光導波路と位相シフタアレイ部９４の位相シフタアレイ群８９の光導波路が、接合面９０で各々一致するように接続した。同様に、光合分波部９３との接続において、光合分波部９３からの光導波路と位相シフタアレイ部９４の位相シフタアレイ群８９の光導波路が、接合面９１で一致するように接続した。
【００７４】
更に、１×６波長分波アレイ導波路格子群８６の各々の分波（出力）側ポートと６×１波長合波アレイ導波路格子群８７の各々の分波（入力）側ポートが、位相シフタアレイ群８９を介して、各々対応する波長ごとに接続されている。位相シフタアレイ群８９は、実施例２の位相シフタ部４Ｂと同様に、ニオブ酸リチウムによる位相シフタ導波路と、その位相シフタ導波路対して設けられた２つの電極とを、複数配設して構成したものであり、位相変調手段として、これらの電極を用いて電気光学効果による位相変調器を構成している。
【００７５】
なお、本実施例でも、光分波部及び光合分波部を作製が容易で伝搬損失の低いとの観点から石英系光導波路を用いたが、ＩｎＰ化合物やＳｉＯＮ光導波路を用いても同様の効果を得ることは可能である。又、位相シフタアレイをニオブ酸リチウムによる光導波路としたが、その他の高速応答特性を有する位相シフタが実現可能な光導波路、例えば、電気光学効果を有するＫＴＰ導波路に置き換えても同様の効果を得ることは可能である。又、本実施例では波長合分波器としてアレイ導波路格子を用いているが、ラティスフィルタやトランスバーサルフィルタにより構成された波長合分波器を用いても同様の効果を得ることができる。
【００７６】
図１１は、本実施例の光波長ルータの出力導波路での光周波数の切り替え前後の出力スペクトルの測定結果である。
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、初期状態（切り替え前）においては、光周波数ｆ３＝１９３．１ＴＨｚ及び光周波数ｆ６＝１９３．４ＴＨｚの光波は出力導波路８３に、光周波数ｆ４＝１９３．２ＴＨｚの光波は出力導波路８４に出力されている。この状態から、光周波数ｆ６の光波を出力導波路８４に切り替えた場合、図１１（ｃ）、（ｄ）に示すように、光周波数ｆ３＝１９３．１ＴＨｚの光波のみが出力導波路８３に、光周波数ｆ４＝１９３．２ＴＨｚに加えて光周波数ｆ６＝１９３．４ＴＨｚの光波が出力導波路８４に出力されており、所定の出力導波路に所定の光周波数がルーティングされたことがわかる。又、この時、各チャネルとも消光比３２ｄＢ、損失８ｄＢと良好な特性が得られた。
【００７７】
図１２は、光周波数ｆ６の光波の出力を出力導波路８３から出力導波路８４へ切り替えた際の過渡応答特性の測定結果である。
図１２からわかるように、各出力導波路での出力の立ち上がり、立下りともに応答時間は１ｎｓと高速であり、高速な光波長ルーティングが実現されていることがわかる。
【００７８】
（実施例５）
図１３は、本発明に係る実施形態の更なる他の一例を示す光スイッチの概略図であり、１×４ｃｈ（チャネル）の光スイッチを例に取り、その構成、動作及び特性の詳細を説明する。
【００７９】
図１３に示すように、本実施例の１×４ｃｈ光スイッチも、石英系光導波路１等の平面光波回路を用いて構成されたものであり、入力分岐部２Ｂ、出力合分岐部３Ｂ及び位相シフタ部４Ａから構成される。
入力分岐部２Ｂは、光波を入力する入力部入力導波路となる入力導波路５と、入力導波路５に接続され、光方向性結合器９５、９６とそれらに挟まれた位相シフタ９７、９８からなるマッハツェンダ干渉計による可変方向性結合器９９と、可変方向性結合器９９に接続された接続導波路７、８と、接続導波路７、８に接続された第２段光方向性結合器９、１０と、第２段光方向性結合器９、１０のそれぞれ２つの出力に接続された４つの入力部出力導波路とを有している。入力分岐部２Ｂでは、入力導波路５から入射された光波は、まず可変方向性結合器９９により接続導波路７、８へ分岐され、更に、接続導波路７からの光波は、位相シフタ部４Ａの位相シフタ導波路１１、１２へ、接続導波路８からの光波は、位相シフタ導波路１３、１４へと分岐される。ここでは、入力部分岐手段として、第２段光方向性結合器９、１０の前段側に、結合率調整手段を有するマッハツェンダ干渉計による可変方向性結合器９９を組み込むことで、適切な結合率（分岐率）を設定して各出力導波路に適切に出力できるようにしている（詳細は図１４参照）。
【００８０】
位相シフタ部４Ａは、実施例１おいて示したものと同等の構成であり、４本の位相シフタ導波路１１〜１４と、それらの上部に配置された薄膜ヒ一タ１５〜１８とを有している。入力分岐部２Ｂからの４個の出力は、それぞれ位相シフタ導波路１１〜１４に接続され、薄膜ヒ一タ１５〜１８を用いて、各位相シフタ導波路を伝搬する光波の位相をそれぞれ独立に制御できる。
【００８１】
出力合分岐部３Ｂは４個の出力部入力導波路を持ち、それらは位相シフタ部４Ａの位相シフタ導波路１１〜１４に接続される。位相シフタ導波路１１、１２は、第３段光方向性結合器１９の２つの入力に接続され、位相シフタ導波路１３、１４は、第３段光方向性結合器２０の２つの入力に接続される。第３段光方向性結合器１９の一方の出力と第３段光方向性結合器２０の一方の出力は、接続導波路２１、２３を介して第４段光方向性結合器２７の２つの入力に接続される。又、第３段光方向性結合器１９の他方の出力と第３段光方向性結合器２０の他方の出力は、接続導波路２２、２４を介して第４段光方向性結合器２８の２つの入力に接続される。最後に、第４段光方向性結合器２７、２８は、出力部出力導波路となる出力導波路２９、３０、３１、３２に接続される。ここでは、出力部合分岐手段は、第３段光方向性結合器１９、２０と、接続導波路２２〜２４と、第４段光方向性結合器２７、２８とにより構成される。
【００８２】
出力合分岐部３Ｂでは、位相シフタ導波路１１、１２からの光波が第３段光方向性結合器１９により合波され、接続導波路２１、２２のいずれかへと、位相シフタ導波路１３、１４からの光波が第３段光方向性結合器２０により合波され、接続導波路２３、２４のいずれかへと伝搬する。したがって、第３段方向性結合器１９からの光波を接続導波路２１へ、第３段方向性結合器２０からの光波を接続導波路２３へ伝搬させた場合には、光波は第４段方向性結合器２７へと伝搬し、出力導波路２９又は３０のいずれかに出射される。又、第３段方向性結合器１９からの光波を接続導波路２２へ、第３段方向性結合器２０からの光波を接続導波路２４へ伝搬させた場合には、光波は第４段方向性結合器２８へと伝搬し、出力導波路３１又は３２のいずれかに出射される。
【００８３】
実施例１、２等において示した本発明係る光スイッチでは、各光方向性結合器の分岐比が１：１からずれた場合、消光比の劣化につながる。そこで、その対策として、本実施例では初段の分岐器を、可変の分岐器、すなわちマッハツェンダ干渉計による可変方向性結合器９９とした。このような構成の光スイッチの動作特性を、図１４を用いて説明する。
【００８４】
図１４は、本実施例の光スイッチにおいて、各光方向性結合器の分岐比が１：１でない場合、可変光方向性結合器の分岐比とその時の各出力導波路での出力パワーを計算した結果である。
ここでは、図１３に示す光スイッチにおいて、各光方向性結合器９、１０、１９、２０、２７、２８、９５、９６の分岐比を、故意に１：１からの誤差を与えることで、作製時に生じうる予測出来ないプロセス誤差などによる特性劣化を模擬する。具体的には、分岐比を５５：４５とし、パスを出力導波路３０に設定して、可変光方向性結合器９９の分岐比に対する各出力導波路２９、３０、３１、３２の出力パワーを計算した。
【００８５】
図１４からわかるように、すべての光方向性結合器９、１０、１９、２０、２７、２８、９５、９６及び可変光方向性結合器９９が等しく５５：４５の分岐比を持つ場合、出力導波路３１、３２へは−２５ｄＢ程度のクロストークが確保できるのに対して、出力導波路２９へは−２１ｄＢのクロストークが確保できるのみである。これは、実施例１に示した可変光方向性結合器を装備しない光スイッチにおいて、光方向性結合器に製造偏差が生じたことに相当する。
【００８６】
一方、初段の光方向性結合器を可変光方向性結合器９９とし、その結合比を４１％から５１％に設定する場合は、出力導波路３１、３２へのクロストークはほぼ−２５ｄＢで変化しないのに対して、出力導波路２９へのクロストークは−２５ｄＢ以下に低減できる。これは、図１３に示す光スイッチおいて、可変光方向性結合器９９及び光方向性結合器２７により構成される最外郭のマッハツェンダ干渉計において、光方向性結合器２７へと到る接続導波路２１、２３を伝搬する光波の強度を、光方向性結合器２７の結合比につりあうように、可変光方向性結合器９９の分岐比を設定することにより実現できるからである。従って、多段に構成された入力分岐部２Ｂの最初段又は多段に構成された出力合分岐部３Ｂの最終段のうち、少なくとも一方がマッハツェンダ干渉計による可変光方向性結合器を用いて構成されればよく、更には、入力分岐部が、結合率調整機能を有するマッハツェンダ干渉計を多段に接続することにより構成されてもよく、出力合分岐部が、結合率調整機能を有するマッハツェンダ干渉計を多段に接続することにより構成されてもよい。特に、本実施例のように、入力部分岐手段の初段のみを可変光方向性結合器にする場合は、調整箇所数を低減でき、効率的にクロストーク性能を向上できる。
【００８７】
本実施例の光スイッチでは、実施例１の光スイッチに比較して位相シフタ数及び給電量が増加するが、可変光方向性結合器を構成する位相シフタ９７、９８に印加する電力は、上記状況である場合には光方向性結合器２７の製造偏差に相当する程度の微小な電力である。したがって、本発明の効果の一つである一定消費電力の特徴を大きく損なうものではなく、むしろ、たったひとつの可変光方向性結合器の付与で、光スイッチの主要性能であるクロストークを改善することができ、デバイスの歩留まり向上に寄与するものである。
【００８８】
【発明の効果】
本発明の効果の概略を説明すると次のとおりである。
すなわち、本発明によれば、熱光学効果を利用した１×Ｎｃｈ光スイッチの消費電力を、その出力パスの設定状態にかかわらず一定に保つことができる。そのため、他の光回路構成要素、例えばアレイ型導波路格子などと光スイッチを組み合わせて実現される光波長ルーティングデバイスなどにおいて、他の光回路構成要素がたとえ温度依存性の光学特性を有する場合であっても、その特性に影響を及ぼすことなく、いずれの出力導波路へのスイッチング動作であっても正確に動作させることができる。
【００８９】
加えて、本発明によれば、熱光学効果による位相シフタを高速の位相シフタ、例えば電気光学効果を利用可能なニオブ酸リチウムなどの光導波路による位相シフタに置き換えることで、高速の光スイッチングが可能となる。これは、本発明による光スイッチにおいては、ツリー型光スイッチやタップ型光スイッチと異なり、位相シフタが一列に並ぶ構成となる特徴による。
【００９０】
更に、本発明によれば、光スイッチの位相シフタ部を、スイッチチャネル数の波長分波器、（スイッチチャネル数×波長数）個の位相シフタ及びスイッチチャネル数の波長合波器に置き換えることで、任意の波長パス設定において消費電力に変動のない、すなわち、波長合分波器の特性に変動のない光波長ルータを実現できる。
【００９１】
更に、本発明によれば、光スイッチの位相シフタ部を、スイッチチャネル数の波長分波器、（スイッチチャネル数×波長数）個の高速な位相シフタ及びスイッチチャネル数の波長合波器に置き換えることで、高速の光波長ルーティングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例１の光スイッチの概略図である。
【図２】実施例１の光スイッチの各出力導波路に出力する際に、各薄膜ヒータにおいて光波に与える位相の関係を示す図である。
【図３】（ａ）は実施例１の光スイッチの各出力導波路での伝搬損失のグラフであり、
（ｂ）は出力を出力導波路３０に設定した場合の他の出力導波路との消光比を示したグラフである。
【図４】本発明に係る実施例２の光スイッチの概略図である。
【図５】実施例２の光スイッチの過渡応答特性の測定結果を示すグラフである。
【図６】（ａ）は実施例２の光スイッチの各出力導波路での伝搬損失のグラフであり、
（ｂ）は出力を出力導波路３０に設定した場合の他の出力導波路との消光比を示したグラフである。
【図７】本発明に係る実施例３の光波長ルータの概略図である。
【図８】実施例３の光波長ルータにおいて、各周波数の光波が出力される出力導波路とその際の各接続導波路間の位相シフタ量の設定例を示す図である。
【図９】実施例３の光波長ルータにおいて、図８の位相シフタ量の設定のときの各出力導波路でのスペクトルを測定したグラフである。
【図１０】本発明に係る実施例４の光波長ルータの概略図である。
【図１１】実施例４の光波長ルータの出力導波路での光周波数の切り替え前後の出力スペクトルを測定したグラフである。
【図１２】実施例４の光波長ルータにおいて、所定の光周波数の光波の出力を異なる出力導波路への切り替えた際の過渡応答特性を測定したグラフである。
【図１３】本発明に係る実施例５の光スイッチの概略図である。
【図１４】実施例５の光スイッチにおいて、各光方向性結合器の分岐比が１：１でない場合、可変光方向性結合器の分岐比とその時の各出力導波路での出力パワーの計算結果を示す図である。
【図１５】ＴＯＳＷを用いた従来の１×８ｃｈツリー型光スイッチの概略図である。
【図１６】熱光学効果を用いたマッハツェンダ干渉計の過渡応答特性の測定結果を示すグラフである。
【図１７】波長多重信号をルーティングする従来の光波長ルータの概略図である。
【図１８】従来の光波長ルータにおいて、ＴＯＳＷへの印加電力に相当する温度変化を基板に与えて、出力合波アレイ導波路格子の中心波長における出力スペクトルの変化を測定したグラフである。
【符号の説明】
１    石英系光導波路
２Ａ  入力分岐部
３Ａ  出力合分岐部
４Ａ  位相シフタ部
５    入力導波路
６    第１段光方向性結合器
７、８  接続導波路
９、１０  第２段光方向性結合器
１１〜１４  位相シフタ導波路
１５〜１８  薄膜ヒータ
１９、２０  第３段光方向性結合器
２１〜２４  接続導波路
２５、２６  交差導波路
２７、２８  第４段光方向性結合器
２９〜３２  出力導波路
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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