JP2000250077A - アレイ光導波路光スイッチ - Google Patents
アレイ光導波路光スイッチInfo
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- JP2000250077A JP2000250077A JP11053216A JP5321699A JP2000250077A JP 2000250077 A JP2000250077 A JP 2000250077A JP 11053216 A JP11053216 A JP 11053216A JP 5321699 A JP5321699 A JP 5321699A JP 2000250077 A JP2000250077 A JP 2000250077A
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来よりも小型化を図る。
【解決手段】 共通ポート用チャネル光導波路１１およ
び位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２を結ぶ第１
のスラブ光導波路１４と、分岐ポート用チャネル光導波
路１３および位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２
を結ぶ第２のスラブ光導波路１５と、位相シフタ用チャ
ネル光導波路アレイ１２の一部からなる位相シフタ（第
１のヒータ加熱領域１６，第２のヒータ加熱領域１７）
とを有する。共通ポート用チャネル光導波路１１の一つ
から、分岐ポート用チャネル光導波路１３側における第
２のスラブ光導波路１５の端面上の一点までの光路長
は、位相シフタの駆動前において、位相シフタ用チャネ
ル光導波路アレイ１２を構成する光導波路によらず一定
である。位相シフタは、位相シフタ用チャネル光導波路
アレイ１２を構成する光導波路の隣接するものに対し
て、一定の光路長差を順次与える形状を有する。
び位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２を結ぶ第１
のスラブ光導波路１４と、分岐ポート用チャネル光導波
路１３および位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２
を結ぶ第２のスラブ光導波路１５と、位相シフタ用チャ
ネル光導波路アレイ１２の一部からなる位相シフタ（第
１のヒータ加熱領域１６，第２のヒータ加熱領域１７）
とを有する。共通ポート用チャネル光導波路１１の一つ
から、分岐ポート用チャネル光導波路１３側における第
２のスラブ光導波路１５の端面上の一点までの光路長
は、位相シフタの駆動前において、位相シフタ用チャネ
ル光導波路アレイ１２を構成する光導波路によらず一定
である。位相シフタは、位相シフタ用チャネル光導波路
アレイ１２を構成する光導波路の隣接するものに対し
て、一定の光路長差を順次与える形状を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アレイ光導波路光
スイッチに関し、特に光通信および光信号処理における
光路切り替えに用いられるアレイ光導波路光スイッチに
関するものである。
スイッチに関し、特に光通信および光信号処理における
光路切り替えに用いられるアレイ光導波路光スイッチに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より光導波路熱光学光スイッチは、
可動部分が無く、挿入損失が低く、小型で集積化が容易
なため、波長多重（ＷＤＭ:Wavelength Division Multi
plex）通信網のクロスコネクトやアドドロップマルチプ
レクサ用光路切り替えスイッチとして有望視されてい
る。特に石英ガラス製光導波路を用いて作製されたマッ
ハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）型熱光学光スイッチは、
低挿入損失であり１６×１６等の大規模光スイッチの実
績もある（郷 他，″低損失・高消光比石英系１６×１
６熱光学マトリクススイッチ″，電子情報通信学会総合
大会，C-3-129,1998）。
可動部分が無く、挿入損失が低く、小型で集積化が容易
なため、波長多重（ＷＤＭ:Wavelength Division Multi
plex）通信網のクロスコネクトやアドドロップマルチプ
レクサ用光路切り替えスイッチとして有望視されてい
る。特に石英ガラス製光導波路を用いて作製されたマッ
ハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）型熱光学光スイッチは、
低挿入損失であり１６×１６等の大規模光スイッチの実
績もある（郷 他，″低損失・高消光比石英系１６×１
６熱光学マトリクススイッチ″，電子情報通信学会総合
大会，C-3-129,1998）。
【０００３】石英ガラスよりも約１桁熱光学定数の大き
い高分子光導波路を用いることにより、低消費電力の熱
光学スイッチを作製することができる。この場合、高分
子材料の屈折率の不安定性の影響を小さくするため、特
性が波長や偏光や動作電力に対して原理的に低依存であ
るデジタル熱光学光スイッチ（ＤＯＳ）構成とすること
が一般的である（大庭 他，″ポリマ光導波路を用いた
ディジタル熱光学光スイッチ″，NTT R&D,Vol.47,p.51
5,1998）。
い高分子光導波路を用いることにより、低消費電力の熱
光学スイッチを作製することができる。この場合、高分
子材料の屈折率の不安定性の影響を小さくするため、特
性が波長や偏光や動作電力に対して原理的に低依存であ
るデジタル熱光学光スイッチ（ＤＯＳ）構成とすること
が一般的である（大庭 他，″ポリマ光導波路を用いた
ディジタル熱光学光スイッチ″，NTT R&D,Vol.47,p.51
5,1998）。
【０００４】光路切り替えスイッチには、光通信網の高
度化に伴い、多チャンネルを切り替える大規模なものが
求められてきている。ＭＺＩ型やＤＯＳは、その基本回
路が２×２または１×２スイッチといった小さなもので
ある。このため、多チャンネル化の際には、このような
単位スイッチをマトリックス状に組んだり、ツリー状に
つないだりして対応している。例えば、１×２の単位ス
イッチで１×３２のスイッチを構成する場合、３１個の
基本スイッチを５段のツリー状に配置することになる。
しかし、この方法は、チャンネル数の増加に伴って光回
路が大きくなり、またヒータ駆動系が複雑化するという
問題点を抱えている。
度化に伴い、多チャンネルを切り替える大規模なものが
求められてきている。ＭＺＩ型やＤＯＳは、その基本回
路が２×２または１×２スイッチといった小さなもので
ある。このため、多チャンネル化の際には、このような
単位スイッチをマトリックス状に組んだり、ツリー状に
つないだりして対応している。例えば、１×２の単位ス
イッチで１×３２のスイッチを構成する場合、３１個の
基本スイッチを５段のツリー状に配置することになる。
しかし、この方法は、チャンネル数の増加に伴って光回
路が大きくなり、またヒータ駆動系が複雑化するという
問題点を抱えている。
【０００５】一方、単一の光スイッチで１×Ｎ光路切り
替えを実現する方法としては、位相シフト機能を有する
チャネル光導波路アレイを偏向器として用いた光スイッ
チが提案されている図６は、文献（原 他，″導波路ア
レー型光素子を用いた光スイッチの構成″，信学技報，
Vol.95,No.415,pp.43-48,1995 ）に開示された従来のア
レイ光導波路偏光型スイッチを示す説明図である。同図
に示すように、１個の共通ポート用チャネル光導波路１
１は、集光・偏光導波路アレイ２２に接続され、集光・
偏光導波路アレイ２２は、複数の分岐ポート用チャネル
光導波路１３に接続されている。この光スイッチでは、
出口側の光導波路に集光するレンズの働きを、位相シフ
ト機能に負わせているため、大きな位相変化量を持つ位
相シフト機能が必要であり、光スイッチの小型化を阻害
する問題点がある。
替えを実現する方法としては、位相シフト機能を有する
チャネル光導波路アレイを偏向器として用いた光スイッ
チが提案されている図６は、文献（原 他，″導波路ア
レー型光素子を用いた光スイッチの構成″，信学技報，
Vol.95,No.415,pp.43-48,1995 ）に開示された従来のア
レイ光導波路偏光型スイッチを示す説明図である。同図
に示すように、１個の共通ポート用チャネル光導波路１
１は、集光・偏光導波路アレイ２２に接続され、集光・
偏光導波路アレイ２２は、複数の分岐ポート用チャネル
光導波路１３に接続されている。この光スイッチでは、
出口側の光導波路に集光するレンズの働きを、位相シフ
ト機能に負わせているため、大きな位相変化量を持つ位
相シフト機能が必要であり、光スイッチの小型化を阻害
する問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のとおり、単一の
光スイッチで１×Ｎ光路切り替えを実現する光スイッチ
においては、小さな光回路であり、かつ、小さい位相シ
フト量で制御できるスイッチ構造の開発が課題となって
いる。本発明は、このような課題を解決するためのもの
であり、従来よりも小型のアレイ光導波路光スイッチを
提供することを目的とする。
光スイッチで１×Ｎ光路切り替えを実現する光スイッチ
においては、小さな光回路であり、かつ、小さい位相シ
フト量で制御できるスイッチ構造の開発が課題となって
いる。本発明は、このような課題を解決するためのもの
であり、従来よりも小型のアレイ光導波路光スイッチを
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係るアレイ光導波路光スイッチは、
少なくとも１本の共通ポート用チャネル光導波路と、複
数の光導波路からなる位相シフタ用チャネル光導波路ア
レイと、複数の分岐ポート用チャネル光導波路と、上記
共通ポート用チャネル光導波路および上記位相シフタ用
チャネル光導波路アレイを結ぶ第１のスラブ光導波路
と、上記分岐ポート用チャネル光導波路および上記位相
シフタ用チャネル光導波路アレイを結ぶ第２のスラブ光
導波路と、上記位相シフタ用チャネル光導波路アレイの
一部からなる位相シフタとを有する。上記共通ポート用
チャネル光導波路の一つから、上記分岐ポート用チャネ
ル光導波路側における上記第２のスラブ光導波路の端面
上の一点までの光路長は、前記位相シフタの駆動前にお
いて、上記位相シフタ用チャネル光導波路アレイを構成
する光導波路によらず一定である。上記位相シフタは、
上記位相シフタ用チャネル光導波路アレイを構成する光
導波路の隣接するものに対して、一定の光路長差を順次
与える形状を有する。
るために、本発明に係るアレイ光導波路光スイッチは、
少なくとも１本の共通ポート用チャネル光導波路と、複
数の光導波路からなる位相シフタ用チャネル光導波路ア
レイと、複数の分岐ポート用チャネル光導波路と、上記
共通ポート用チャネル光導波路および上記位相シフタ用
チャネル光導波路アレイを結ぶ第１のスラブ光導波路
と、上記分岐ポート用チャネル光導波路および上記位相
シフタ用チャネル光導波路アレイを結ぶ第２のスラブ光
導波路と、上記位相シフタ用チャネル光導波路アレイの
一部からなる位相シフタとを有する。上記共通ポート用
チャネル光導波路の一つから、上記分岐ポート用チャネ
ル光導波路側における上記第２のスラブ光導波路の端面
上の一点までの光路長は、前記位相シフタの駆動前にお
いて、上記位相シフタ用チャネル光導波路アレイを構成
する光導波路によらず一定である。上記位相シフタは、
上記位相シフタ用チャネル光導波路アレイを構成する光
導波路の隣接するものに対して、一定の光路長差を順次
与える形状を有する。
【０００８】また、上記位相シフタは、上記位相シフタ
用チャネル光導波路アレイと、上記位相シフタ用チャネ
ル光導波路アレイ上に配置されるヒータとによって構成
される熱光学位相シフタであってもよい。また、上記熱
光学位相シフタを構成する光導波路は、アクリル系高分
子、紫外線硬化エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、また
は、ポリイミドの何れか一つまたはそれらの組み合わせ
によって作られていてもよい。また、上記位相シフタ
は、電気光学位相シフタ、半導体位相シフタ、または、
光弾性位相シフタの何れかであってもよい。
用チャネル光導波路アレイと、上記位相シフタ用チャネ
ル光導波路アレイ上に配置されるヒータとによって構成
される熱光学位相シフタであってもよい。また、上記熱
光学位相シフタを構成する光導波路は、アクリル系高分
子、紫外線硬化エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、また
は、ポリイミドの何れか一つまたはそれらの組み合わせ
によって作られていてもよい。また、上記位相シフタ
は、電気光学位相シフタ、半導体位相シフタ、または、
光弾性位相シフタの何れかであってもよい。
【０００９】以上のように構成することにより本発明
は、原理的に波長依存性を持たない利点を持ち、小型の
光回路で単純なヒータ駆動系の大規模１×Ｎ熱光学光ス
イッチを実現することができる。
は、原理的に波長依存性を持たない利点を持ち、小型の
光回路で単純なヒータ駆動系の大規模１×Ｎ熱光学光ス
イッチを実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について図を用いて説明する。図１は、本発明の一つの
実施の形態を示す平面図である。同図に示すように、少
なくとも１本の共通ポート用チャネル光導波路１１と、
複数の光導波路からなる位相シフタ用チャネル光導波路
アレイ１２と、複数の分岐ポート用チャネル光導波路１
３とを有する。そしてさらに、共通ポート用チャネル光
導波路１１および位相シフタ用チャネル光導波路アレイ
１２を結ぶ第１のスラブ光導波路１４と、分岐ポート用
チャネル光導波路１３および位相シフタ用チャネル光導
波路アレイ１２を結ぶ第２のスラブ光導波路１５とを備
えている。位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２の
一部分（位相シフト領域Ｂ）には、第１のヒータ加熱領
域１６および第２のヒータ加熱領域１７が設けられてい
る。位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２の位相シ
フト領域Ｂ以外の領域は、光路長調整領域Ａである。
について図を用いて説明する。図１は、本発明の一つの
実施の形態を示す平面図である。同図に示すように、少
なくとも１本の共通ポート用チャネル光導波路１１と、
複数の光導波路からなる位相シフタ用チャネル光導波路
アレイ１２と、複数の分岐ポート用チャネル光導波路１
３とを有する。そしてさらに、共通ポート用チャネル光
導波路１１および位相シフタ用チャネル光導波路アレイ
１２を結ぶ第１のスラブ光導波路１４と、分岐ポート用
チャネル光導波路１３および位相シフタ用チャネル光導
波路アレイ１２を結ぶ第２のスラブ光導波路１５とを備
えている。位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２の
一部分（位相シフト領域Ｂ）には、第１のヒータ加熱領
域１６および第２のヒータ加熱領域１７が設けられてい
る。位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２の位相シ
フト領域Ｂ以外の領域は、光路長調整領域Ａである。
【００１１】共通ポート用チャネル光導波路１１の１つ
から第２のスラブ光導波路１５における分岐ポート用チ
ャネル光導波路１３側の端面上の１点までの光路長は、
位相シフタの駆動前において、位相シフタ用チャネル光
導波路アレイ１２を構成する光導波路によらず一定であ
る。また、位相シフト領域Ｂのヒータは、隣接する位相
シフタ用チャネル光導波路アレイ１２に一定の光路長差
を順次与える形状を有する。したがって、本実施の形態
は、位相シフト領域Ｂで与える光路長差の変化により、
１つの分岐ポート用チャネル光導波路１３を選択する１
×Ｎ光スイッチとして動作する。
から第２のスラブ光導波路１５における分岐ポート用チ
ャネル光導波路１３側の端面上の１点までの光路長は、
位相シフタの駆動前において、位相シフタ用チャネル光
導波路アレイ１２を構成する光導波路によらず一定であ
る。また、位相シフト領域Ｂのヒータは、隣接する位相
シフタ用チャネル光導波路アレイ１２に一定の光路長差
を順次与える形状を有する。したがって、本実施の形態
は、位相シフト領域Ｂで与える光路長差の変化により、
１つの分岐ポート用チャネル光導波路１３を選択する１
×Ｎ光スイッチとして動作する。
【００１２】図２は図１の位相シフト領域Ｂを拡大した
平面図であり、図３は図２のＣ−Ｃ’線における断面図
である。図２に示すように、第１のヒータ１８および第
２のヒータ１９は、光導波路毎にΔＬh ずつ長さが変え
られている。また図３に示すように基板２１上には、ク
ラッド２０が形成され、クラッド２０の中には複数のア
レイ光導波路のコア２３が埋め込まれている。クラッド
２０上には薄膜ヒータからなる第１のヒータ１８が配設
されている。クラッド２０およびコア２３は位相シフタ
用チャネル光導波路アレイ１２を構成している。
平面図であり、図３は図２のＣ−Ｃ’線における断面図
である。図２に示すように、第１のヒータ１８および第
２のヒータ１９は、光導波路毎にΔＬh ずつ長さが変え
られている。また図３に示すように基板２１上には、ク
ラッド２０が形成され、クラッド２０の中には複数のア
レイ光導波路のコア２３が埋め込まれている。クラッド
２０上には薄膜ヒータからなる第１のヒータ１８が配設
されている。クラッド２０およびコア２３は位相シフタ
用チャネル光導波路アレイ１２を構成している。
【００１３】なお、位相シフタとしては、熱光学位相シ
フタの他に、ニオブ酸リチウム光導波路や電気光学高分
子光導波路と電界付与電極により構成される電気光学位
相シフタ、半導体光導波路と電流注入電極により構成さ
れる半導体位相シフタ、ピエゾ素子などの応力付与部に
より構成される光弾性位相シフタなどを用いても、隣接
アレイ光導波路間に一定の光路長差Δｌを与える形状と
することで、アレイ光導波路光スイッチとして動作す
る。
フタの他に、ニオブ酸リチウム光導波路や電気光学高分
子光導波路と電界付与電極により構成される電気光学位
相シフタ、半導体光導波路と電流注入電極により構成さ
れる半導体位相シフタ、ピエゾ素子などの応力付与部に
より構成される光弾性位相シフタなどを用いても、隣接
アレイ光導波路間に一定の光路長差Δｌを与える形状と
することで、アレイ光導波路光スイッチとして動作す
る。
【００１４】次に、本実施の形態の動作原理について説
明する。まず、ヒータを加熱しない場合について述べ
る。共通ポート用チャネル光導波路１１に入射した光
は、扇形の第１のスラブ光導波路１４で広がり、等距離
を導波した後に、位相シフタ用チャネル光導波路アレイ
１２の個々の光導波路に分割されて入射する。この個々
の光導波路の光路長は等しいので、分割された導波光の
位相関係は、アレイ光導波路入射面と出射面とで等しく
なる。
明する。まず、ヒータを加熱しない場合について述べ
る。共通ポート用チャネル光導波路１１に入射した光
は、扇形の第１のスラブ光導波路１４で広がり、等距離
を導波した後に、位相シフタ用チャネル光導波路アレイ
１２の個々の光導波路に分割されて入射する。この個々
の光導波路の光路長は等しいので、分割された導波光の
位相関係は、アレイ光導波路入射面と出射面とで等しく
なる。
【００１５】このため、第２のスラブ光導波路１５（図
４）では、第１のスラブ光導波路１４と左右対称の光電
界分布となり、共通ポート用チャネル光導波路１１と対
称位置にある分岐ポート用チャネル光導波路１３に集光
する。スラブ光導波路とアレイ光導波路の接続面は、そ
の形状が円弧状をなすため、各アレイ光導波路の光路長
を等しくするためには、中心に近い光導波路ほど湾曲さ
せる必要がある。図１では、光路長調整領域ＡのＳ字光
導波路において、Ｓ字をなす円弧の半径を調整すること
で上述の条件を満たしている。なお、幾何学的に上記の
光路長差補償ができる形状であれば、図１の形状に限る
必要はない。
４）では、第１のスラブ光導波路１４と左右対称の光電
界分布となり、共通ポート用チャネル光導波路１１と対
称位置にある分岐ポート用チャネル光導波路１３に集光
する。スラブ光導波路とアレイ光導波路の接続面は、そ
の形状が円弧状をなすため、各アレイ光導波路の光路長
を等しくするためには、中心に近い光導波路ほど湾曲さ
せる必要がある。図１では、光路長調整領域ＡのＳ字光
導波路において、Ｓ字をなす円弧の半径を調整すること
で上述の条件を満たしている。なお、幾何学的に上記の
光路長差補償ができる形状であれば、図１の形状に限る
必要はない。
【００１６】次に、２分割されたヒータの一方を加熱す
る。加熱による温度上昇をΔＴ、アレイ光導波路の等価
屈折率ｎa 、隣接する２つのアレイ光導波路上のヒータ
長の差をΔＬh とすると、隣接したアレイ光導波路間に
与えられる光路長差Δｌは、
る。加熱による温度上昇をΔＴ、アレイ光導波路の等価
屈折率ｎa 、隣接する２つのアレイ光導波路上のヒータ
長の差をΔＬh とすると、隣接したアレイ光導波路間に
与えられる光路長差Δｌは、
【００１７】 Δｌ＝±ΔＬh・（ｄｎa／ｄＴ）・ΔＴ （１）
【００１８】となる。ただし、右辺の符号は２つのヒー
タ加熱領域１６，１７の選択によって決まる。第２のス
ラブ光導波路１５においては、この位相差を打ち消す位
置に集光する。第２のスラブ光導波路１５の等価屈折率
ｎS 、第２のスラブ光導波路の長さをＬS 、位相シフタ
用チャネル光導波路アレイ１２を構成する光導波路同士
の間隔をｓ1 、分岐ポート用チャネル光導波路１３同士
の間隔をｓ2 とする。すると近似的に、
タ加熱領域１６，１７の選択によって決まる。第２のス
ラブ光導波路１５においては、この位相差を打ち消す位
置に集光する。第２のスラブ光導波路１５の等価屈折率
ｎS 、第２のスラブ光導波路の長さをＬS 、位相シフタ
用チャネル光導波路アレイ１２を構成する光導波路同士
の間隔をｓ1 、分岐ポート用チャネル光導波路１３同士
の間隔をｓ2 とする。すると近似的に、
【００１９】 Δｌ＝ｍｎSｓ1ｓ2／ＬS （２）
【００２０】を満たすとき、第ｍ分岐ポートに集光する
（ｍ＝０，±１，±２，±３，…）。すなわち、以下の
式（３）を満たす加熱量ΔＴを与えることで、第ｍ分岐
ポートを選択する光スイッチとして働く。
（ｍ＝０，±１，±２，±３，…）。すなわち、以下の
式（３）を満たす加熱量ΔＴを与えることで、第ｍ分岐
ポートを選択する光スイッチとして働く。
【００２１】 （ｄｎa ／ｄＴ）・ΔＴ＝±（ｍｎSｓ1ｓ2）／（ＬSΔＬh）（３）
【００２２】図１においては、光路長調整領域Ａと位相
シフト領域Ｂを独立して並べたが、分割した光路長調整
領域Ａの中間に位相シフタを配置することもできる。ま
た、光路長調整領域Ａに位相シフタを配置した場合は、
光スイッチ素子の全長を短くできる利点がある。
シフト領域Ｂを独立して並べたが、分割した光路長調整
領域Ａの中間に位相シフタを配置することもできる。ま
た、光路長調整領域Ａに位相シフタを配置した場合は、
光スイッチ素子の全長を短くできる利点がある。
【００２３】図５は、光路長調整領域Ａに位相シフタを
配置した光スイッチを示す平面図である。同図に示すよ
うに、第１のヒータ加熱領域１６および第２のヒータ加
熱領域１７の形状を図のように変形することにより、図
１よりも位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２の長
さを短くすることができる。また、本実施の形態におい
ては、隣接したアレイ光導波路間に一定の光路長差Δｌ
を与えることができるヒータ構造であれば、上記同様の
効果が得られるので、ヒータ形状は図２のような三角形
の加熱領域に限られるものではない。
配置した光スイッチを示す平面図である。同図に示すよ
うに、第１のヒータ加熱領域１６および第２のヒータ加
熱領域１７の形状を図のように変形することにより、図
１よりも位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２の長
さを短くすることができる。また、本実施の形態におい
ては、隣接したアレイ光導波路間に一定の光路長差Δｌ
を与えることができるヒータ構造であれば、上記同様の
効果が得られるので、ヒータ形状は図２のような三角形
の加熱領域に限られるものではない。
【００２４】以上のように本実施の形態の特徴は、選択
された分岐ポート用チャネル光導波路１３への光導波過
程において、光路長差をもつパスが無いことである。こ
のため、本実施の形態の光スイッチは、原理的に波長依
存性を持たない利点を持つ。したがって、光導波路材料
の屈折率の波長分散、および、各チャネル光導波路のシ
ングルモード条件のみが波長選択性を生む要因である。
なお、本実施の形態と似た構成要素を持つ光回路とし
て、アレイ光導波路格子が知られているが、これは光路
長差を持つアレイ光導波路を用いて波長選択機能を持た
せるものであり、本実施の形態とは本質的に異なる。
された分岐ポート用チャネル光導波路１３への光導波過
程において、光路長差をもつパスが無いことである。こ
のため、本実施の形態の光スイッチは、原理的に波長依
存性を持たない利点を持つ。したがって、光導波路材料
の屈折率の波長分散、および、各チャネル光導波路のシ
ングルモード条件のみが波長選択性を生む要因である。
なお、本実施の形態と似た構成要素を持つ光回路とし
て、アレイ光導波路格子が知られているが、これは光路
長差を持つアレイ光導波路を用いて波長選択機能を持た
せるものであり、本実施の形態とは本質的に異なる。
【００２５】光スイッチにおいては、クロストークの低
減が重要である。本実施の形態の光スイッチでは、ｓ2
を大きく取って分岐光導波路同士を遠ざけることによ
り、容易にクロストークの低減効果が得られるまた、位
相シフタに要求される屈折率変化、すなわち式（３）を
満たす（ｄｎ a ／ｄＴ）・ΔＴは、１０-2〜１０-3のオ
ーダーであり比較的大きい。このため、本実施の形態で
熱光学位相シフタを使用する場合は、熱光学定数ｄｎa
／ｄＴの大きい高分子材料を位相シフタ部分に用いるこ
とが好ましい。例えば、アクリル系高分子、紫外線硬化
エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、または、ポリイミド
は、何れもｄｎa ／ｄＴ＞１０-4で、透明性が高く光導
波路加工が容易なため、本実施の形態を構成する光導波
路材料に適している。
減が重要である。本実施の形態の光スイッチでは、ｓ2
を大きく取って分岐光導波路同士を遠ざけることによ
り、容易にクロストークの低減効果が得られるまた、位
相シフタに要求される屈折率変化、すなわち式（３）を
満たす（ｄｎ a ／ｄＴ）・ΔＴは、１０-2〜１０-3のオ
ーダーであり比較的大きい。このため、本実施の形態で
熱光学位相シフタを使用する場合は、熱光学定数ｄｎa
／ｄＴの大きい高分子材料を位相シフタ部分に用いるこ
とが好ましい。例えば、アクリル系高分子、紫外線硬化
エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、または、ポリイミド
は、何れもｄｎa ／ｄＴ＞１０-4で、透明性が高く光導
波路加工が容易なため、本実施の形態を構成する光導波
路材料に適している。
【００２６】
【実施例】［第１の実施例］図１から図４において、Ｌ
S ＝６ｍｍ，ｓ1 ＝１５μｍ，ｓ2 ＝２０μｍ、ΔＬh
＝８０μｍ、位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２
における光導波路の本数は１２０本、分岐ポート用チャ
ネル光導波路１３の本数は３３本とし、光回路およびヒ
ータパターンを設計した。図１における光路長調整領域
Ａおよび位相シフト領域Ｂの全長は共に１０ｍｍ、光ス
イッチ全体の長さは４５ｍｍ、幅は７ｍｍとなった。
S ＝６ｍｍ，ｓ1 ＝１５μｍ，ｓ2 ＝２０μｍ、ΔＬh
＝８０μｍ、位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１２
における光導波路の本数は１２０本、分岐ポート用チャ
ネル光導波路１３の本数は３３本とし、光回路およびヒ
ータパターンを設計した。図１における光路長調整領域
Ａおよび位相シフト領域Ｂの全長は共に１０ｍｍ、光ス
イッチ全体の長さは４５ｍｍ、幅は７ｍｍとなった。
【００２７】屈折率１．４９４の重水素化シリコーン樹
脂をコア２３に、屈折率１．４８５の重水素化シリコー
ン樹脂をクラッド２０に用い、上記設計の光導波路を作
製した。シリコーン樹脂光導波路の作製方法は、「熱光
学デバイス」（特開平10-319445号公報）に準じた。コ
ア断面サイズは７μｍ×７μｍ、下層クラッドの厚さお
よびコア２３上の上部クラッドの厚さは、それぞれ２０
μｍ，１２μｍとした。光導波路上には金薄膜をスパッ
ター法で形成し、フォトリソグラフィーおよびドライエ
ッチング法を用い、ストリップ状の薄膜抵抗ヒータを作
製した。
脂をコア２３に、屈折率１．４８５の重水素化シリコー
ン樹脂をクラッド２０に用い、上記設計の光導波路を作
製した。シリコーン樹脂光導波路の作製方法は、「熱光
学デバイス」（特開平10-319445号公報）に準じた。コ
ア断面サイズは７μｍ×７μｍ、下層クラッドの厚さお
よびコア２３上の上部クラッドの厚さは、それぞれ２０
μｍ，１２μｍとした。光導波路上には金薄膜をスパッ
ター法で形成し、フォトリソグラフィーおよびドライエ
ッチング法を用い、ストリップ状の薄膜抵抗ヒータを作
製した。
【００２８】波長１．５５μｍのＬＤ光源および光パワ
ーメータ（図示せず）をそれぞれ共通ポート用チャネル
光導波路１１、分岐ポート用チャネル光導波路１３に接
続してスイッチ特性を測定した。第１のヒータ１８また
は第２のヒータ１９に０〜９．５Ｗの加熱電力を与えた
ところ、３３本の分岐ポート用チャネル光導波路１３を
順次透過状態とすることができた。全分岐ポート中で、
最大挿入損失は４．５ｄＢ、最大クロストークは−３２
ｄＢであり、１×３３光スイッチとして働いていること
が確認できた。
ーメータ（図示せず）をそれぞれ共通ポート用チャネル
光導波路１１、分岐ポート用チャネル光導波路１３に接
続してスイッチ特性を測定した。第１のヒータ１８また
は第２のヒータ１９に０〜９．５Ｗの加熱電力を与えた
ところ、３３本の分岐ポート用チャネル光導波路１３を
順次透過状態とすることができた。全分岐ポート中で、
最大挿入損失は４．５ｄＢ、最大クロストークは−３２
ｄＢであり、１×３３光スイッチとして働いていること
が確認できた。
【００２９】［第２の実施例］図２から図５において、
ＬS ＝６ｍｍ，ｓ1 ＝１５μｍ，ｓ2＝３０μｍ、ΔＬ
h ＝８０μｍ、位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１
２を構成する光導波路の本数は１２０本、分岐ポート用
チャネル光導波路１３の本数は１６本として、光回路お
よびヒータパターンを設計した。光スイッチ全体の長さ
は３５ｍｍ，幅は７ｍｍとなった。光導波路およびヒー
タに用いた材料および構造は、第１の実施例と同様であ
る。
ＬS ＝６ｍｍ，ｓ1 ＝１５μｍ，ｓ2＝３０μｍ、ΔＬ
h ＝８０μｍ、位相シフタ用チャネル光導波路アレイ１
２を構成する光導波路の本数は１２０本、分岐ポート用
チャネル光導波路１３の本数は１６本として、光回路お
よびヒータパターンを設計した。光スイッチ全体の長さ
は３５ｍｍ，幅は７ｍｍとなった。光導波路およびヒー
タに用いた材料および構造は、第１の実施例と同様であ
る。
【００３０】波長１．５５μｍのＬＤ光源および光パワ
ーメータ（図示せず）をそれぞれ共通ポート用チャネル
光導波路１１、分岐ポート用チャネル光導波路１３に接
続してスイッチ特性を測定した。第１のヒータ１８また
は第２のヒータ１９に０．３〜６．２Ｗの加熱電力を与
えたところ、１６本の分岐ポートを順次透過状態とする
ことができた。全分岐ポート中で、最大挿入損失は３．
５ｄＢ、最大クロストークは−３８ｄＢであり、１×１
６光スイッチとして働いていることが確認できた。
ーメータ（図示せず）をそれぞれ共通ポート用チャネル
光導波路１１、分岐ポート用チャネル光導波路１３に接
続してスイッチ特性を測定した。第１のヒータ１８また
は第２のヒータ１９に０．３〜６．２Ｗの加熱電力を与
えたところ、１６本の分岐ポートを順次透過状態とする
ことができた。全分岐ポート中で、最大挿入損失は３．
５ｄＢ、最大クロストークは−３８ｄＢであり、１×１
６光スイッチとして働いていることが確認できた。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したとおり本発明は、共通ポー
ト用チャネル光導波路の一つから、分岐ポート用チャネ
ル光導波路側における第２のスラブ光導波路の端面上の
一点までの光路長は、位相シフタの駆動前において、位
相シフタ用チャネル光導波路アレイを構成する光導波路
によらず一定である。また、位相シフタは、位相シフタ
用チャネル光導波路アレイを構成する光導波路の隣接す
るものに対して、一定の光路長差を順次与える形状を有
する。したがって、選択された分岐ポート用チャネル光
導波路への光導波過程において、光路長差をもつパスが
無く、本発明の光スイッチは原理的に波長依存性を持た
ない利点を持つ。本発明により、小型の光回路で単純な
ヒータ駆動系の大規模１×Ｎ熱光学光スイッチを実現す
ることができる。
ト用チャネル光導波路の一つから、分岐ポート用チャネ
ル光導波路側における第２のスラブ光導波路の端面上の
一点までの光路長は、位相シフタの駆動前において、位
相シフタ用チャネル光導波路アレイを構成する光導波路
によらず一定である。また、位相シフタは、位相シフタ
用チャネル光導波路アレイを構成する光導波路の隣接す
るものに対して、一定の光路長差を順次与える形状を有
する。したがって、選択された分岐ポート用チャネル光
導波路への光導波過程において、光路長差をもつパスが
無く、本発明の光スイッチは原理的に波長依存性を持た
ない利点を持つ。本発明により、小型の光回路で単純な
ヒータ駆動系の大規模１×Ｎ熱光学光スイッチを実現す
ることができる。
【図１】 本発明の一つの実施の形態を示す平面図であ
る。
る。
【図２】 図１に係る位相シフト領域Ｂを示す平面図で
ある。
ある。
【図３】 図２のＣ−Ｃ’線における断面図である。
【図４】 図１に係る第２のスラブ光導波路１５を示す
平面図である。
平面図である。
【図５】 本発明に係る小型アレイ光導波路熱光学光ス
イッチを示す平面図である。
イッチを示す平面図である。
【図６】 従来例を示す説明図である。
１１…共通ポート用チャネル光導波路、１２…位相シフ
タ用チャネル光導波路アレイ、１３…分岐ポート用チャ
ネル光導波路、１４…第１のスラブ光導波路、１５…第
２のスラブ光導波路、１６…第１のヒータ加熱領域、１
７…第２のヒータ加熱領域、１８…第１のヒータ、１９
…第２のヒータ、２０…クラッド、２１…基板、２２…
集光・偏光導波路アレイ、２３…コア。
タ用チャネル光導波路アレイ、１３…分岐ポート用チャ
ネル光導波路、１４…第１のスラブ光導波路、１５…第
２のスラブ光導波路、１６…第１のヒータ加熱領域、１
７…第２のヒータ加熱領域、１８…第１のヒータ、１９
…第２のヒータ、２０…クラッド、２１…基板、２２…
集光・偏光導波路アレイ、２３…コア。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 俊夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 栗原 隆 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 松永 亨 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2K002 AB04 BA13 CA06 DA05 DA08 EB03 EB09 HA11
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくとも１本の共通ポート用チャネル
光導波路と、複数の光導波路からなる位相シフタ用チャ
ネル光導波路アレイと、複数の分岐ポート用チャネル光
導波路と、前記共通ポート用チャネル光導波路および前
記位相シフタ用チャネル光導波路アレイを結ぶ第１のス
ラブ光導波路と、前記分岐ポート用チャネル光導波路お
よび前記位相シフタ用チャネル光導波路アレイを結ぶ第
２のスラブ光導波路と、前記位相シフタ用チャネル光導
波路アレイの一部からなる位相シフタと、を有するアレ
イ光導波路光スイッチにおいて、 前記共通ポート用チャネル光導波路の一つから、前記分
岐ポート用チャネル光導波路側における前記第２のスラ
ブ光導波路の端面上の一点までの光路長は、前記位相シ
フタの駆動前において、前記位相シフタ用チャネル光導
波路アレイを構成する光導波路によらず一定であり、 前記位相シフタは、前記位相シフタ用チャネル光導波路
アレイを構成する光導波路の隣接するものに対して、一
定の光路長差を順次与える形状を有することを特徴とす
るアレイ光導波路光スイッチ。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記位相シフタは、前記位相シフタ用チャネル光導波路
アレイと、前記位相シフタ用チャネル光導波路アレイ上
に配置されるヒータと、によって構成される熱光学位相
シフタであることを特徴とするアレイ光導波路光スイッ
チ。 - 【請求項３】 請求項２において、 前記熱光学位相シフタを構成する光導波路は、アクリル
系高分子、紫外線硬化エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、
または、ポリイミドの何れか一つまたはそれらの組み合
わせによって作られることを特徴とするアレイ光導波路
光スイッチ。 - 【請求項４】 請求項１において、 前記位相シフタは、電気光学位相シフタ、半導体位相シ
フタ、または、光弾性位相シフタの何れかであることを
特徴とするアレイ光導波路光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11053216A JP2000250077A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | アレイ光導波路光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11053216A JP2000250077A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | アレイ光導波路光スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000250077A true JP2000250077A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12936650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11053216A Pending JP2000250077A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | アレイ光導波路光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000250077A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100390330B1 (ko) * | 2001-08-17 | 2003-07-04 | 한국전자통신연구원 | 광 스위칭 소자 |
| JPWO2006049031A1 (ja) * | 2004-11-04 | 2008-05-29 | 日本電気株式会社 | 光スイッチ及び経路切り替え方法 |
| JP2012103505A (ja) * | 2010-11-10 | 2012-05-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路 |
-
1999
- 1999-03-01 JP JP11053216A patent/JP2000250077A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100390330B1 (ko) * | 2001-08-17 | 2003-07-04 | 한국전자통신연구원 | 광 스위칭 소자 |
| JPWO2006049031A1 (ja) * | 2004-11-04 | 2008-05-29 | 日本電気株式会社 | 光スイッチ及び経路切り替え方法 |
| JP5168905B2 (ja) * | 2004-11-04 | 2013-03-27 | 日本電気株式会社 | 光スイッチ及び経路切り替え方法 |
| JP2012103505A (ja) * | 2010-11-10 | 2012-05-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路 |
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