JP2003029234A

JP2003029234A - 光スイッチ装置、それを適用した光受信装置および光スイッチ網

Info

Publication number: JP2003029234A
Application number: JP2001216878A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hayashi; 一彦林; Akinobu Sato; 明伸佐藤; Hirotaka Norihashi; 宏高法橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-01-29
Also published as: US20030021521A1; US7212743B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光スイッチにおける減衰を低減することが可
能なる液晶スイッチの素子構造、その液晶スイッチ装置
を用いた光受信装置および光スイッチ網を実現すること【解決手段】液晶に印加する電圧で光のオンオフを切
り替える複数の光スイッチと、各光スイッチの両側に設
置された光ファイバと、複数の光スイッチのうちどのス
イッチに電圧を印加するかを切り替える電圧印加スイッ
チング素子と、該電圧印加スイッチング素子に電圧を印
加するための縦横に配置された複数のスイッチング配線
および電圧印加配線と、これら配線に電圧を印加するか
否かを切り替えるドライバを含み、電圧を印加する任意
のこれら配線の組み合わせを選択することにより任意の
位置の光スイッチをオンオフすることのできる光スイッ
チ装置において、該スイッチ素子が形成されている基板
もしくは液晶封入基板に、光ファイバを装着できる凹部
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信網や並列コン
ピュータの相互結合網等に用いられる光受信装置および
光スイッチ網に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶を用いた光スイッチについては、例
えば、文献１：特開平５−２７３６０３に記述がある。
この光スイッチ装置では、Ｎ行Ｍ列の液晶パネルの一方
の面側に第１の導波路ユニットを設け、他方の面側に第
２の導波路ユニットを設ける。第１の導波路ユニット
は、１入力Ｍ出力の分岐用導波路ａをＮ本有しかつ各分
岐用導波路のＭ個の出力端がパネルの列方向の光シャッ
タと重複なく対向するよう各分岐用導波路を配置したも
のとしてある。また、第２の導波路ユニットは、Ｎ入力
１出力の集光用導波路をＭ本有しかつこれら各集光用導
波路のＮ個の入力端がパネルの行方向の光シャッタと重
複なく対向するよう各集光用導波路を配置したものとし
てある。この構造によると、クロストークを従来より低
減でき、実装が従来より容易でかつ波長多重された光信
号を従来より扱い易い光スイッチ装置を提供することが
できることが述べられている。

【０００３】一方、液晶による光のオン・オフを利用し
た画像表示装置については、例えばシーエムシー社、反
射型カラー液晶総合技術、５２ページに記載されてい
る。

【０００４】光スイッチを用いて光信号を切り換える光
スイッチ網は、従来の電気のネットワークでは実現不可
能な大容量のネットワークを実現する手段として期待さ
れている。現在までにニオブ酸リチウム等の結晶の電気
光学効果、音響光学効果などを利用した光スイッチや、
半導体光増幅器をゲートとして用いた光スイッチ等が考
案されており、これらを使った光スイッチ網に関しても
様々な構成のものが提案されている（例えば、文献２：
特開２０００−１９７０７８）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ニオブ酸リチウム等の
結晶の電気光学効果、音響光学効果などを利用した光ス
イッチや、半導体光増幅器をゲートとして用いた光スイ
ッチ等を用いて光スイッチ網を構成した場合は、光スイ
ッチ網に含まれるスイッチの数が多くなると、光スイッ
チだけで膨大な体積を占めるようになる。例えば、１ｃ
ｍ角のスイッチで１０００×１０００のスイッチマトリ
ックスを実現するためには、仮に平面的に並べたとする
と１０ｍ×１０ｍの広さが必要になる。これにともない
光スイッチ装置およびそれを含む光受信装置および光ス
イッチ網も膨大な大きさになる。

【０００６】この問題を解決するには、液晶を用いてス
イッチマトリクスを構成することである。液晶を用いる
ことにより、単位スイッチ面積を最小で数十μｍにする
ことができ、集積化も容易であることからスイッチマト
リックスの大きさを大幅に縮小させることができる。こ
れに対応して、光受信装置や光スイッチ網の大きさも縮
小することができる。

【０００７】光スイッチ装置に液晶を用いることができ
ることを提示した前例があるのは、従来例に記載した通
りである。しかしながら、文献１に開示されている光ス
イッチ装置には、マトリクス状に配置された液晶からな
るスイッチを用いて、光路を切り替えるアイディアは開
示されているが、液晶のオン・オフを切り替えることを
可能にする具体的な構造については示されていない。

【０００８】一方、上述のシーエムシー社、反射型カラ
ー液晶総合技術、５２ページには、液晶を用いた画像表
示装置において、液晶のオン・オフを切り替えることを
可能にする素子構造が示されている。しかし、光ファイ
バを液晶光シャッター部に装着する手法については言及
された例がない。

【０００９】ところが、液晶を用いた光スイッチにおい
ては、光ファイバを液晶シャッターに装着する部分が、
全体の性能を左右する重要な技術ポイントとなる。なぜ
なら、入力側および出力側の１対の光ファイバに注目し
た場合に、それぞれの端部の位置関係が性能を大きく左
右するからである。

【００１０】第一に、それぞれの光ファイバの端面（端
面が湾曲している場合には端面の接面）が互いに平行で
あることが重要である。なぜなら端面が平行でないと、
出射側の光ファイバから出た光が入射側の光ファイバに
きちんと入射されなかったり、たとえ入射されたとして
も、入射側の光ファイバ内をきちんと伝播されないた
め、光の大きな減衰が生じてしまうからである。

【００１１】第二に、それぞれの光ファイバの光軸がき
ちんと合っていることが重要である。光軸があっていな
いと、出射側の光ファイバから出た光が入射側の光ファ
イバにきちんと入射されないからである。

【００１２】第三に、光ファイバの端部同士ができるだ
け接近していることが重要である。なぜなら、光ファイ
バから出射された光は拡散するので、出射端と入射端と
が離れていると出射された光の一部しか入射されなくな
り、減衰が顕著になるためである。

【００１３】従来の液晶表示装置に入力側および出力側
の光ファイバを装着することを考えた場合に、上記第一
および第二のポイントを解決することが困難であるのに
加えて、第三のポイントを解決するのが致命的に困難で
あった。なぜなら、通常の液晶表示装置は液晶駆動回路
を形成するための基板に加えて、液晶を封入するための
基板を内蔵しているために、入力側および出力側の光フ
ァイバの間に液晶表示装置を装着した場合に、両者端部
の間隔を狭めることが困難であるためである。

【００１４】本発明の目的は、上記の問題点を解決した
結果として、任意の液晶スイッチを切り替えることので
き、かつ液晶光スイッチをオンにした場合に出射側の光
ファイバから出射される光を効率良く入射側の光ファイ
バに入射させることが可能であり、従って光スイッチに
おける減衰を低減することが可能なる液晶スイッチの素
子構造、液晶スイッチ装置の構成、およびその液晶スイ
ッチ装置を用いた光受信装置および光スイッチ網を提示
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】液晶に印加する電圧で光
のオンオフを切り替える複数の光スイッチと、各光スイ
ッチの両側に設置された光ファイバと、複数の光スイッ
チのうちどのスイッチに電圧を印加するかを切り替える
電圧印加スイッチング素子と、該電圧印加スイッチング
素子に電圧を印加するための縦横に配置された複数のス
イッチング配線および電圧印加配線と、該スイッチング
配線および電圧印加配線に電圧を印加するか否かを切り
替えるドライバを含み、電圧を印加する任意のスイッチ
ング配線と電圧印加配線の組み合わせを選択することに
より、任意の位置の光スイッチをオンまたはオフする光
スイッチ装置において、該スイッチ素子が形成されてい
る基板に光ファイバを装着する凹部が形成されている光
スイッチ装置を形成する（請求項１）。

【００１６】液晶に印加する電圧で光のオンオフを切り
替える複数の光スイッチと、各光スイッチの両側に設置
された光ファイバと、複数の光スイッチのうちどのスイ
ッチに電圧を印加するかを切り替える電圧印加スイッチ
ング素子と、該電圧印加スイッチング素子に電圧を印加
するための縦横に配置された複数のスイッチング配線お
よび電圧印加配線と、該スイッチング配線および電圧印
加配線に電圧を印加するか否かを切り替えるドライバを
含み、電圧を印加する任意のスイッチング配線と電圧印
加配線の組み合わせを選択することにより、任意の位置
の光スイッチをオンまたはオフする光スイッチ装置にお
いて、該光スイッチが該スイッチング素子が形成されて
いる基板上に形成された第１電極と、該第１電極上に形
成された液晶層と、該液晶層上に形成された第２電極
と、該第２電極上に形成された板とを有し、該板に光フ
ァイバを装着する凹部が形成されている光スイッチ装置
を形成する（請求項２）。

【００１７】スイッチング素子が少なくとも１個のトラ
ンジスタを含む素子からなる（請求項３）。

【００１８】透明基板上に、少なくとも１個の電界効果
トランジスタからなるスイッチング素子が形成されてお
り、電界効果トランジスタのソース部またはドレイン部
に透明電極が接続されており、その透明電極と対向透明
電極との間に液晶を含み、その透明電極と対向透明電極
との間に印加される電圧のオンオフにより光のオンオフ
を切り替える光スイッチを含む（請求項４）。

【００１９】第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光ゲートからなる
空間選択用の光ゲートアレイと、この空間選択用の光ゲ
ートアレイのＫ０個（Ｋ０＝Ｓ）の光ゲートにそれぞれ
接続されたＫ０個の入力ポートから入力される光信号の
各々を波長に応じてＫ１（Ｋ１≧２）個の出力ポートの
何れかから出力する第１段目の光波長ルータと、この第
１段目の光波長ルータのＫ１個の出力ポートにそれぞれ
接続されたＫ１個の光ゲートからなる第１段目の波長選
択用の光ゲートアレイと，この第１段目の波長選択用の
光ゲートアレイのＫ１個の光ゲートにそれぞれ接続され
たＫ１個の入力ポートから入力される光信号の各々を波
長に応じてＫ２（Ｋ２≧２）個の出力ポートの何れかか
ら出力する第２段目の光波長ルータと、この第２段目の
光波長ルータのＫ２個の出力ポートにそれぞれ接続され
たＫ２個の光ゲートからなる第２段目の波長選択用の光
ゲートアレイとを少なくとも備えた波長選択部と、この
波長選択部の最終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光ゲー
トアレイを構成するＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接続さ
れたＫＲ個の入力ポートから入力された光信号を合波し
て出力する光合波器と、この光合波器から出力された光
信号を受信する光受信器とを備えたことを特徴とする光
受信装置において、第１段目のゲートアレイと第２段目
のゲートアレイとがスイッチ装置を含む光受信装置を構
成する（請求項５）。

【００２０】各々異なる波長の光信号を送信する第１〜
Ｗ（Ｗ≧２）の光送信器からなる第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）
の光送信器群と、この第１〜第Ｓの光送信器群から送信
されたＷ個の光信号を入力としこれらＷ個の光信号を合
波した波長多重光信号を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ）
個の出力ポートから出力する第１〜第Ｓの光合分波器
と、その第１〜第Ｓの光ゲートが前記第１〜第Ｓの光合
分波器の相異なる出力ポートに接続されたＷＳ個の上記
光受信装置とを備えた光スイッチ網を構成する（請求項
６）。

【００２１】第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光ゲートからなる
空間選択用の光ゲートアレイと、この空間選択用の光ゲ
ートアレイのＫ０個（Ｋ０＝Ｓ）の光ゲートにそれぞれ
接続されたＫ０個の入力ポートから入力される光信号の
各々を波長に応じてＫ１（Ｋ１≧２）個の出力ポートの
何れかから出力する第１段目の光波長ルータと、この第
１段目の光波長ルータのＫ１個の出力ポートにそれぞれ
接続されたＫ１個の光ゲートからなる第１段目の波長選
択用の光ゲートアレイと、この第１段目の波長選択用の
光ゲートアレイのＫ１個の光ゲートにそれぞれ接続され
たＫ１個の入力ポートから入力される光信号の各々を波
長に応じてＫ２（Ｋ２≧２）個の出力ポートの何れかか
ら出力する第２段目の光波長ルータと、この第２段目の
光波長ルータのＫ２個の出力ポートにそれぞれ接続され
たＫ２個の光ゲートからなる第２段目の波長選択用の光
ゲートアレイとを少なくとも備えた波長選択部と、この
波長選択部の最終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光ゲー
トアレイを構成するＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接続さ
れたＫＲ個の入力ポートから入力された光信号を波長に
応じてＶ（Ｖ≧２）個の出力ポートの何れかから出力す
る第Ｒ＋１段目の光波長ルータと、この第Ｒ＋１段目の
光波長ルータのＶ個の出力ポートから出力された光信号
をそれぞれ受信するＶ個の光受信器とを備えたことを特
徴とする光受信装置において、上記第１段目のゲートア
レイと上記第２段目のゲートアレイとが上記スイッチ装
置を含む光受信装置を構成する（請求項７）。

【００２２】Ｖ（≧２）個の波長を一群とし各々異なる
波長群の光信号を送信する第１〜Ｗ（Ｗ≧２）の光送信
器アレイからなる第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光送信器アレ
イ群と、この第１〜第Ｓの光送信器アレイ群から送信さ
れたＷ個の光信号を入力としこれらＷ個の光信号を合波
した波長多重光信号を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ）個
の出力ポートから出力する第１〜第Ｓの光合分波器と、
その第１〜第Ｓの光ゲートが前記第１〜第Ｓの光合分波
器の相異なる出力ポートに接続されたＷＳ個の上記光受
信装置とを備える光スイッチ網を構成する（請求項
８）。

【００２３】Ｍ個（Ｍ≧２）の経路を同時にオン／オフ
可能な１経路としてＮ（≧２）経路有し、このＮ経路の
オン／オフを選択的に切り替えることのできるアレイ光
セレクタと、このアレイ光セレクタのＭ個の出力ポート
にそれぞれ接続されたＭ個の光ゲートからなる第１段目
の光ゲートアレイと、この第１段目の光ゲートアレイを
構成するＭ個の光ゲートにそれぞれ接続されたＭ個の入
力ポートから入力された光信号の各々を波長に応じてＷ
（Ｗ≧２）個の出力ポートの何れかから出力する光波長
ルータと、この光波長ルータの出力ポートに各々接続さ
れたＷ個の光ゲートからなる第２段目の光ゲートアレイ
と、この第２段目の光ゲートアレイを構成するＷ個の光
ゲートから出力された光信号を合波して出力する光合波
器と、この光合波器から出力された光信号を受信する光
受信器とを有する光受信装置において、第１段目のゲー
トアレイと第２段目のゲートアレイとが上記スイッチ装
置を含む光受信装置を構成する（請求項９）。

【００２４】上記光受信装置において、Ｍ＝Ｗとする
（請求項１０）。

【００２５】Ｍ個（Ｍ≧２）の経路を同時にオン／オフ
可能な１経路としてＮ（≧２）経路有し、このＮ経路の
オン／オフを選択的に切り替えることのできるアレイ光
セレクタと、このアレイ光セレクタのＭ個の出力ポート
にそれぞれ接続されたＭ個の光ゲートからなる空間選択
用の光ゲートアレイと、この空間選択用の光ゲートアレ
イのＫ０個（Ｋ０＝Ｍ）の光ゲートにそれぞれ接続され
たＫ０個の入力ポートから入力される光信号の各々を波
長に応じてＫ１（Ｋ１≧２）個の出力ポートの何れかか
ら出力する第１段目の光波長ルータと、この第１段目の
光波長ルータのＫ１個の出力ポートにそれぞれ接続され
たＫ１個の光ゲートからなる第１段目の波長選択用の光
ゲートアレイと、この第１段目の波長選択用の光ゲート
アレイのＫ１個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ１個
の入力ポートから入力される光信号の各々を波長に応じ
てＫ２（Ｋ２≧２）個の出力ポートの何れかから出力す
る第２段目の光波長ルータと、この第２段目の光波長ル
ータのＫ２個の出力ポートにそれぞれ接続されたＫ２個
の光ゲートからなる第２段目の波長選択用の光ゲートア
レイとを少なくとも備えた波長選択部と、この波長選択
部の最終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光ゲートアレイ
を構成するＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫＲ
個の入力ポートから入力された光信号を合波して出力す
る光合波器と、この光合波器から出力された光信号を受
信する光受信器とを有する光受信装置において、第１段
目のゲートアレイと第２段目のゲートアレイとが上記ス
イッチ装置を含む光受信装置を構成する（請求項１
１）。

【００２６】各々異なる波長の光信号を送信する第１〜
Ｗ（Ｗ≧２）の光送信器からなる第１〜第Ｓ（Ｓ＝Ｍ×
Ｎ）の光送信器群と、この第１〜第Ｓの光送信器群から
送信されたＷ個の光信号を入力としこれらＷ個の光信号
を合波した波長多重光信号を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×
Ｓ＝Ｗ×Ｍ×Ｎ）個の出力ポートから出力する第１〜第
Ｓの光合分波器と、その第１〜第Ｓの入力ポートが前記
第１〜第Ｓの光合分波器の相異なる出力ポートに接続さ
れたＷＳ個の上記光受信装置とを備えた光スイッチ網を
構成する（請求項１２）。

【００２７】Ｍ個（Ｍ≧２）の経路を同時にオン／オフ
可能な１経路としてＮ（≧２）経路有し、このＮ経路の
オン／オフを選択的に切り替えることのできるアレイ光
セレクタと、このアレイ光セレクタのＭ個の出力ポート
にそれぞれ接続されたＭ個の光ゲートからなる空間選択
用の光ゲートアレイと、この空間選択用の光ゲートアレ
イのＫ０個（Ｋ０＝Ｍ）の光ゲートにそれぞれ接続され
たＫ０個の入力ポートから入力される光信号の各々を波
長に応じてＫ１（Ｋ１≧２）個の出力ポートの何れかか
ら出力する第１段目の光波長ルータと、この第１段目の
光波長ルータのＫ１個の出力ポートにそれぞれ接続され
たＫ１個の光ゲートからなる第１段目の波長選択用の光
ゲートアレイと、この第１段目の波長選択用の光ゲート
アレイのＫ１個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ１個
の入力ポートから入力される光信号の各々を波長に応じ
てＫ２（Ｋ２≧２）個の出力ポートの何れかから出力す
る第２段目の光波長ルータと、この第２段目の光波長ル
ータのＫ２個の出力ポートにそれぞれ接続されたＫ２個
の光ゲートからなる第２段目の波長選択用の光ゲートア
レイとを少なくとも備えた波長選択部と、この波長選択
部の最終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光ゲートアレイ
を構成するＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫＲ
個の入力ポートから入力された光信号を波長に応じてＶ
（Ｖ≧２）個の出力ポートの何れかから出力する第Ｒ＋
１段目の光波長ルータと、この第Ｒ＋１段目の光波長ル
ータのＶ個の出力ポートから出力された光信号をそれぞ
れ受信するＶ個の光受信器とを有する光受信装置におい
て第１段目のゲートアレイと第２段目のゲートアレイと
が上記スイッチ装置を含む光受信装置を構成する（請求
項１３）。

【００２８】Ｖ（≧２）個の波長を一群とし各々異なる
波長群の光信号を送信する第１〜Ｗ（Ｗ≧２）の光送信
器アレイからなる第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光送信器アレ
イ群と、この第１〜第Ｓの光送信器アレイ群から送信さ
れたＷ個の光信号を入力としこれらＷ個の光信号を合波
した波長多重光信号を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ＝Ｗ
×Ｍ×Ｎ）個の出力ポートから出力する第１〜第Ｓの光
合分波器と、その第１〜第Ｓの入力ポートが前記第１〜
第Ｓの光合分波器の相異なる出力ポートに接続されたＷ
Ｓ個の上記光受信装置とを備えた光スイッチ網を構成す
る（請求項１４）。

【００２９】上記において、前記第１段目〜第Ｒ段目の
光ゲートアレイにおける光ゲートの数Ｋ１〜ＫＲが素数
または４である光受信装置を構成する（請求項１５）。

【００３０】

【発明の実施の形態】はじめに、本発明の光スイッチ装
置の構造について述べる。

【００３１】図１は本発明の光スイッチの代表的な構成
を表す上面図である。縦横４列ずつ計１６個の液晶部１
が配置され、それぞれの液晶部１にはそれを電圧駆動す
るためのスイッチング素子４が配置されている。それぞ
れの液晶部１上には図（紙面）に対して垂直な方向に光
ファイバー２が設置されている。図では見えないが、液
晶部１の下にももう一つの光ファイバーが設置されてい
る。図の横方向には第１スイッチング配線３が４本配置
され、図の縦方向には４本の第２スイッチング配線５お
よび４本のグランド線６が配置されている。それぞれの
スイッチング素子は、第１スイッチング配線３、第２ス
イッチング配線５、およびグランド線６に図のように接
続されている。図では示されていないが、液晶部１に含
まれる１対の電極のうち、一方はグランド線６に他方は
スイッチング素子４にそれぞれ接続されている。

【００３２】この構造では、任意の第１スイッチング配
線３と第２スイッチング配線５とを選択し電圧を印加す
ることにより、その交点に位置するスイッチング素子を
駆動し、それにより液晶に電圧を印加し、液晶の配向を
切り替えることができる。これにより、電圧が印加され
ていなかった時には光を通さなかった液晶部１が光を通
すようになり、液晶部１の上下にに位置する光ファイバ
ーを光が通過できるようになる。

【００３３】グランド線６の代わりに、任意の一定電圧
に保たれた配線をもちいる場合もある。また、スイッチ
ング素子４とグランド線６との間に、電圧保持のための
コンデンサーを設置する場合もある。光ファイバー２の
代わりに光ファイバー以外の導光体を用いることもでき
る。ここでは、液晶および光ファイバーを縦横４列ずつ
配列した場合を示したが、縦横に配列する列数は必要に
応じて適宜選択することができる。

【００３４】図２は１つの液晶部近傍の回路構成を表す
図である。電圧印加用配線（データ線）１０とスイッチ
ング配線（ゲート線）１１が交差して設置されている。
スイッチング用トランジスタ１４のソース部１３は電圧
印加用配線１０に、ゲート部１４はスイッチング用配線
１１にそれぞれ接続されている。スイッチング用トラン
ジスタ１４のドレイン部１５は電圧保持用コンデンサ１
８の一方の電極および液晶部１７の一方の電極に接続さ
れている。電圧保持用コンデンサ１８および液晶表示部
１７の他方の電極はグランド１９に接続されている。

【００３５】グランド１９の代わりに任意の定電圧源を
用いることもできる。

【００３６】図３（ａ）は図２においてグランドとして
表示した部分を、グランド線として表示したものであ
る。グランド線の代わりに一定電圧を印加した配線を用
いる場合もある。

【００３７】図３（ｂ）は、図３（ａ）においてスイッ
チング配線とグランド線とを兼用にして、グランド線と
兼ねられたスイッチング配線１２とした場合である。定
電圧線と兼ねられたスイッチング配線を用いる場合もあ
りうる。

【００３８】図４は一つの液晶部近傍を表す素子断面概
略図である。透明基板１０４上にはスイッチングトラン
ジスタ１０３が形成されており、スイッチングトランジ
スタにはさらに下電極９９が接続されている。下電極９
９の上方には液晶１００が形成され、さらにその上方に
は上電極１０６、液晶封止ガラス１０２が順次形成され
ている。

【００３９】液晶封止ガラス１０２の上部には、液晶封
止ガラスに形成された光ファイバ導入穴１０８ｂが形成
されている。光ファイバ導入穴１０８ｂの側面はテーパ
ー状に加工されている。光ファイバ導入穴１０８ｂには
第１光ファイバ１０１が装着されている。透明基板１０
４の下部には、透明基板に形成された光ファイバ導入穴
１０８ａが形成されている。光ファイバ導入穴１０８ａ
の側面はテーパー状に加工されている。光ファイバ導入
穴１０８ａには第２光ファイバ１０５が装着されてい
る。液晶封止ガラス基板１０２の上方には、第１光ファ
イバー１０１を光ファイバ導入穴１０８ｂに装着するま
での穴を有するガイド１０７ａが、透明基板１０４の下
方には、第２光ファイバを光ファイバ導入穴１０８ａに
装着するまでの穴を有するガイド１０７ｂが設置されて
いる。

【００４０】この構造では、スイッチングトランジスタ
１０３を切り替えることにより、下電極９９と上電極１
０６との間の電圧を切り替えることが可能であり、それ
により液晶１００の配向を切り替えることが可能であ
る。典型的には、電圧を印加したときが上下に光を通す
ことが可能な配向であり、電圧を印加しないときが光を
通さない配向である。結果として、第１光ファイバー１
０１と第２光ファイバー１０５との間の光のパスをオン
オフすることができる。

【００４１】また、光ファイバ１０１および１０５は、
光ファイバ導入穴１０８ｂおよび１０８ａに装着されて
おり、さらにはテーパーにより決められた位置座標に導
かれる。そのため、光ファイバ１０１と光ファイバ１０
２の端面同士が平行に保たれると同時に、両者の光軸も
きちんと合わせられる。さらに本構造は、基板に設置さ
れた溝に光ファイバが装着されているので、溝が無い場
合と比較して、二本の光ファイバの端面同士を近接させ
ることが可能な構造である。これらの作用により、本構
造は液晶を光が透過できるようにした場合（オンの状
態）において、ファイバ端面間で生じる光の損失を低減
させることができる。

【００４２】図５は本発明に適用できるスイッチングト
ランジスタ近傍の、より詳細な構造を表す断面図であ
る。透明基板１１０の上にはバリア層１１１が形成され
ている。その上には薄膜半導体(TFT=thin film transis
tor)のチャンネル領域(ゲート領域)１１７、ソース領域
１１６およびドレイン領域１１８が図のように形成され
ている。その上には、ゲート絶縁膜１１２が形成されて
いる。ゲート絶縁膜１１２のうち、ＴＦＴのソース部１
１６およびドレイン部１１８上に位置する部分は穴が開
けられている。ゲート絶縁膜の上でかつＴＦＴのチャン
ネル領域１１７上に位置する部分にはゲート電極１２１
が形成されている。ゲート電極１２１は配線部（図では
示さず）に接続されている。その上には第１層間絶縁膜
１１３が形成されているが、ソース部１１６およびドレ
イン部１１８の上に位置する部分は、穴が空けられてい
る。この穴の部分にはソース部１１６およびドレイン部
１１８と接触するように、ソース電極１１９およびドレ
イン電極１２０が形成されている。その上にはさらに第
２層間絶縁膜１１４が、ドレイン電極１２０上を除いて
図のように形成されている。ここでは示していないが、
ソース電極１１９はスイッチング素子と接続されてい
る。その上には、下電極１１５のパターンがドレイン電
極１２０に接触するように形成されている。その上には
液晶（図示せず）が形成されている。

【００４３】図６は、図４および図５に示した断面構造
の素子を適用した場合の、配線部を含む液晶周辺部の、
典型的な平面図である。スイッチング配線（ゲート線）
１１はスイッチングトランジスタ１０３のゲート電極１
２１に接続されている。電圧印加用配線（データ線）１
０は、スイッチングトランジスタ１０３のソース部１１
６に接続されている。スイッチングトランジスタ１０３
のドレイン部１１８は、下電極１１５に接続されている
と同時に、グランド線１２との間に形成された電圧保持
用コンデンサー１８の片方の端子（図では１８の下側）
に接続されている。電圧保持用コンデンサー１８のもう
一方の端子（図では１８の上側）はグランド線１２に接
続されている．液晶スイッチ装置を構成する各部材には
以下のものを用いることができる。

【００４４】

【表１】次に、本発明を適用した発光素子の代表的な製造方法
（図５に示した構造）を、図７〜ｌ３を参照して説明す
る。

【００４５】まず、図７（ａ）に示したように基板１１
０を用意する。基板１１０には予め光ファイバ導入穴１
０８ａが形成されている。基板１１０は典型的には無ア
ルカリガラスである．この基板上に図７（ｂ）に示した
ように、バリア層１１１をスパッタやＣＶＤ（chemical
vapor deposition）により形成する。その上に、図７
（ｃ）のように、スパッタやＣＶＤ、典型的には５００
程度の温度を印加したＬＰ（low pressure）ＣＶＤ法
によりシリコン１３０を形成し、レーサー照射により多
結晶化させる。次にゲート絶縁膜１１２をスパッタやＣ
ＶＤにより図７（ｄ）のように形成する。典型的にはリ
モートプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２を成膜する。そ
の上にゲート電極１２１のパターンを図７（ｅ）のよう
に形成する。ゲート電極パターンの形成は、例えばスパ
ッタや蒸着によりゲート電極膜、典型的にはＷＳｉ，を
成膜した上に、フォトレジストをスピンコートにより塗
布し、光学マスクを用いた露光と現像によりフォトレジ
ストをパターン化し、その上からミリングによりフォト
レジストパターンの無い部分のゲート電極膜を取り除
き、最後にフォトレジストを溶媒に溶解させる等の方法
で取り除くことにより形成する。次に、シリコン形成部
以外をレジストで覆った後にボロンやリンをイオンドー
ピングし、図８（ｆ）に示したように、ソース部１１６
およびドレイン部１１８を形成する。ソース部１１６お
よびドレイン部１１８を活性化させるために典型的には
５５０程度の温度で熱処理をする。次に、図８（ｇ）に
示したように、スパッタやＣＶＤにより第１層間絶縁膜
１１２、典型的にはＳｉＯ２，を形成し、次にソース・
ドレイン部に形成されているゲート絶縁膜および第１層
間絶縁膜を取り除く。この際も、上述したゲート電極１
２１パターン化の際の手法を用いることができる。次
に、図８（ｈ）に示したように、ソース電極１１９およ
びドレイン電極１１８、典型的にはＡｌ、のパターンを
形成する。この際も、上述したゲート電極１２１パター
ン化の際の手法を用いることができる。この上に、第２
層間絶縁膜１１３、典型的にはアクリル樹脂，のパター
ンを図８（ｉ）のように形成する。この際も、上述した
ゲート電極１２１パターン化の際の手法を用いることが
できる。次に、下電極（透明電極）１１５のパターンを
図９（ｊ）のように形成する。この際も、上述したゲー
ト電極１２１パターン化の際の手法を用いることができ
る。

【００４６】その後、図１０（ｋ）に示したように、こ
れらのパターン上に上電極１２３を形成した液晶封止ガ
ラス１２４を設置する。液晶封止ガラス１２４上部に
は、予め光ファイバ導入穴１０８ｂを形成しておく。次
に、図１１（ｌ）に示したように、上電極１２３と下電
極１１５との間に液晶を注入し液晶層１２２を形成す
る。

【００４７】次に、透明基板１１０に穴を形成する方法
を図１２、１３を参照して説明する第一の方法において
は、図１２（ｍ）に示したように用意された基板上に、
図１２（ｎ）のようにフォトレジスト９０を形成する。
次に、図１２（ｏ）に示したように、エッチングにより
基板１１０に凹部を形成する。エッチングの種類として
は、真空中において粒子を照射して物理的に削るミリン
グが゛一般的だが、選択反応性物質を用いたＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）や水溶液中での化学的エッチン
グなども候補である。次に、フォトレジストを溶媒に溶
解させたり、フォトレジストに対する選択性のある反応
性エッチングやアッシングにより、図１２（ｐ）に示し
たようにフォトレジスト９０を取り除く。

【００４８】第二の方法においては、図１３（ｑ）に示
したように用意された基板１１０上に、図１３（ｒ）に
示したようにフォトレジスト９０を形成する。その上か
ら図１３（ｓ）に示したように、透明な積層体９２を形
成する。次に、フォトレジストを溶媒に溶解させたり、
フォトレジストに対する選択性のある反応性エッチング
やアッシングにより、図１３（ｔ）に示したようにフォ
トレジスト９０を取り除く。基板１１０と透明な積層体
９２を合わせて一つの基板とみなすことにより、凹部９
１が形成された基板が作られる。

【００４９】次に、図１から図６に構造を示した液晶ス
イッチ装置の光受信装置および光スイッチ網への適用例
を示す．（第１の光スイッチ網）図１４は本発明の光スイッチ装
置を適用した光スイッチ網のブロック図である。図１４
は４×４の光スイッチ網を示しており、送信ノード２０
１から送信された光信号が光ファイバ２１００を経て光
スイッチ装置２０３（２０３Ａ）に入力され、光スイッ
チ装置３Ａにより交換された光信号が光ファイバ２１０
１を経て受信ノード２０２により受信される。

【００５０】光スイッチ装置２０３Ａにおいて、入力ポ
ート２１０から入力された光信号は光分波器２１１によ
り分波され、４個の光ゲート２１２に入力される。光ゲ
ート２１２は液晶であり、電圧を印加するとオン状態に
なって光信号を透過し、電流を流さないとオフ状態にな
って光信号を遮断する。４個の光ゲート２１２は４個の
光合波器２１３に接続されている。光ゲート２１２のオ
ン、オフにより、任意の入力ポート２１０と出力ポート
２１４とを接続することができる。

【００５１】例えば、光ゲート２１２−４をオンにする
ことにより、入力ポート２１０−０から入力された光信
号を出力ポート１４−１から出力することができる。光
スイッチ装置２０３Ａは、入力ポート２１０と出力ポー
ト２１４の任意の組み合わせに対して固有の経路が存在
する、いわゆるクロスバスイッチである。光ゲート２１
２がクロスポイントに相当し、接続する入力ポート２１
０と出力ポート２１４を指定するとオンにするべき光ゲ
ート２１２が一意にきまるので、制御論理が単純にな
る。また、クロスバスイッチは完全非閉塞なので、異な
る入力ポート２１０を同一の出力ポート２１４に同時に
接続しようとした場合を除き競合制御の必要がない。（第２の光スイッチ網）図１５は本発明の光スイッチ装
置を適用した光スイッチ網のブロック図である。図１５
は２５６×２５６の光スイッチ網を示している。

【００５２】この光スイッチ網では光信号の波長として
λ０からλ１５の１６波長が用いられており、送信ノー
ド２０１−０、２０１−１６（図示せず）、２０１−３
２（図示せず）、・・・、２０１−２４０の送信波長と
してλ０が、送信ノード２０１−１、２０１−１７（図
示せず）、２０１−３３（図示せず）、・・・、２０１
−２４１の送信波長としてλ１が、送信ノード２０１−
２、２０１−１８（図示せず）、２０１−３４（図示せ
ず）、・・・、２０１−２４２の送信波長としてλ２
が、以下同様にして、送信ノード２０１−１５、２０１
−３１（図示せず）、２０１−４７（図示せず）、・・
・、２０１−２５５の送信波長としてλ１５が割り当て
られている。

【００５３】異なる送信波長が割り当てられた１６個の
送信ノード１から送信された波長λ０からλ１５の光信
号は光合分波器４に入力される。図１６は光合分波器２
０４（２０４Ａ）の構成を示すブロック図である。入力
された波長λ０からλ１５の光信号は光波長合波器２２
０により合波され、合波された波長多重光信号が光ファ
イバ増幅器２２１により増幅された後、１×２５６の光
分波器２２２により２５６分岐される。光合分波器２０
４（２０４Ａ）から出力された波長多重光信号は２５６
個の光セレクタ２０５に分配される。

【００５４】図１７は光セレクタ２０５（２０５Ａ）の
構成を示すブロック図である。光セレクタ２０５Ａは空
間選択用の光ゲート２３０、光波長ルータ２３１、波長
選択用の光ゲート２３２、光合波器２３３からなる。光
セレクタ２０５Ａの１６個の入力ポートは、１６個の光
合分波器２０４（２０４Ａ）にそれぞれ接続されてい
る。光ゲート２３０−０から２３０−１５のうち、１個
をオンにし、残りの１５個をオフにすることにより、所
望の光合分波器２０４から出力された波長多重光信号を
選択的に光波長ルータ２３１に入力することができる。

【００５５】光波長ルータ２３１はアレイ導波路回折格
子デバイスであり、その波長透過特性はラテン方陣（文
献３：R．Barry，et al．，“Latin Routers， Design
andImplementation“， IEEE Journal of Lightwave Te
chnology， vol． 11， no．5／6，pp．891−899，199
3）になっている。このラテン方陣の波長透過特性によ
り、波長ルータ２３１のどの入力ポートから波長λ０か
らλ１５の波長多重光信号が入力された場合でも、その
波長多重光信号は波長毎に分波され、それぞれ異なる出
力ポートから出力される。

【００５６】そこで、光ゲート２３２−０から２３２−
１５のうちの１個をオンにし、残りの１５個をオフにす
ることにより、光波長ルータ２３１に入力された波長多
重光信号のうちの任意の波長の光信号だけを光合波器２
３３から出力することができる。すなわち、光セレクタ
２０５Ａは、光ゲート２３０による空間の選択と、光ゲ
ート２３２による波長の選択の組み合わせにより、任意
の送信ノード２０１から送信された光信号を選択的に出
力することができる。

【００５７】光セレクタ２０５Ａから出力された光信号
は受信ノード２０２により受信される。以上のようにし
て、受信ノード２０２−０から２０２−２５５は、それ
ぞれ任意の送信ノード２０１から送信された光信号を受
信することができ、そのとき光セレクタ２０５Ａにおい
てオンにする光ゲート２３０、２３２は、所望の送信ノ
ード１に対して一意に決定される。したがって、光スイ
ッチ装置３Ｂもクロスバスイッチである。（第３の光スイッチ網）図１８に構成を表すブロック図
を示した光スイッチ網の構成は基本的には図１５に示し
たものと同じだが、光セレクタ２０５の構成が第２の光
スイッチ網と異なっている。

【００５８】この光セレクタ２０５Ｂでは、空間選択用
の光ゲート２３０から出力された波長多重光信号が、光
合波器２３３を経て、光波長分波器２３４、光ゲート２
３２、光波長ルータ２３１、光ゲート２３５、光波長合
波器２３６からなる多段型波長セレクタ２０６に入力さ
れる。光波長分波器２３４に入力された波長多重光信号
は２０４波長毎に分波され、波長λ０からλ３の波長多
重光信号が光ゲート２３２−０に、波長λ４からλ７の
波長多重光信号が光ゲート２３２−１に、波長λ８から
λ１１の波長多重光信号が光ゲート２３２−２に、波長
λ１２からλ１５の波長多重光信号が光ゲート２３２−
３に入力される。

【００５９】ここで、例えば光ゲート２３２−０だけが
オンになっているとすると、波長λ０からλ３の波長多
重光信号が光波長ルータ２３１に入力される。光波長ル
ータ２３１は、光ゲート２３２−０から２３２−３の何
れがオンになっているとしても、入力された波長多重光
信号を波長毎に分波し、それぞれ異なる出力ポートから
出力する。波長λ０からλ３の波長多重光信号が光ゲー
ト２３２−０から入力された場合は波長λ０の光信号を
光ゲート２３５−０へ、波長λ１の光信号を光ゲート２
３５−１へ、波長λ２の光信号を光ゲート２３５−２
へ、波長λ３の光信号を光ゲート２３５−３へ出力す
る。そこで、例えば光ゲート２３５−０だけをオンにす
ると波長λ０の光信号が光波長合波器２３６を経て出力
される。このように多段型波長セレクタ２０６は、光ゲ
ート２３２と光ゲート２３５のそれぞれを１個ずつオン
にすることにより、１６波長の波長多重光信号から任意
の１波長の光信号を選択的に出力することができる。（第４の光スイッチ網）図１９は本発明の光スイッチ装
置を適用した光スイッチ網のブロック図である。この第
４の光スイッチ網では光信号の波長としてλ０からλ６
３の６４波長が用いられており、送信ノード２０１−
０、２０１−６４、２０１−１２８、２０１−１９２の
送信波長としてλ０が、送信ノード２０１−１、２０１
−６５、２０１−１２９、２０１−１９３の送信波長と
してλ１が、送信ノード２０１−２、２０１−６６、２
０１−１３０、２０１−１９４の送信波長としてλ２
が、以下同様にして、送信ノード２０１−６３、２０１
−１２７、２０１−１９１、２０１−２５５の送信波長
としてλ６３が割り当てられている。

【００６０】異なる送信波長が割り当てられた６４個の
送信ノード２０１内の光送信器から送信された波長λ０
からλ６３の光信号は光合分波器２０４に入力される。
図２０は光合分波器２０４（２０４Ｂ）の構成を示すブ
ロック図である。入力された波長λ０からλ６４の光信
号はアレイ導波路回折格子デバイスである光波長合波器
２２０により合波され、合波された波長多重光信号が光
ファイバ増幅器２２１により増幅された後、１×２５６
の光分波器２２２により２５６分岐される。

【００６１】光合分波器２０４（２０４Ｂ）から出力さ
れた波長多重光信号は２５６個の光セレクタ２０５に分
配される。図２１は光セレクタ２０５（２０５Ｃ）の構
成を示すブロック図である。光セレクタ２０５Ｃは空間
選択用の光ゲート２３０、光波長ルータ２３１、２３
７、２３８、波長選択用の光ゲート２３２、２３５、２
３９、光合波器２３３からなる。光波長ルータ２３１，
２３７，２３８と光ゲート２３２，２３５，２３９とに
よって波長選択部２５０（２５０Ｃ）が構成されてい
る。

【００６２】光セレクタ２０５Ｃの４個の入力ポート
は、４個の光合分波器２０４にそれぞれ接続されてい
る。光ゲート２３０−０から２３０−３のうち、１個を
オンにし、残りの３個をオフにすることにより、所望の
光合分波器４から出力された波長多重光信号を選択的に
光波長ルータ２３１に入力することができる。光波長ル
ータ２３１、２３７、２３８は石英導波路により構成さ
れたアレイ導波路回折格子デバイスであり、その波長透
過特性はそれぞれ図２２、図２３、図２４に示すような
ラテン方陣になっている。このような波長透過特性はア
レイ導波路回折格子の透過帯域幅とフリー・スペクトラ
ル・レンジを適当に定めることにより容易に実現され
る。

【００６３】今、光ゲート２３０−０、２３２−０、２
３５−０、２３９−０がオンで、残りがオフになってい
るとする。このとき、光波長ルータ２３１には入力ポー
トｉ０から波長λ０からλ６３の波長多重光信号が入力
され、波長λ０からλ１５の波長多重光信号が出力ポー
トｏ０から、波長λ１６からλ３１の波長多重光信号が
出力ポートｏ１から、波長λ３２からλ４７の波長多重
光信号が出力ポートｏ２から、波長λ４８からλ６３の
波長多重光信号が出力ポートｏ３から出力される。

【００６４】ここで、光ゲート２３２−０がオンなの
で、光波長ルータ２３７には入力ポートｉ０から波長λ
０からλ１５の波長多重光信号が入力され、波長λ０か
らλ３の波長多重光信号が出力ポートｏ０から、波長λ
４からλ７の波長多重光信号が出力ポートｏ１から、波
長λ８からλ１１の波長多重光信号が出力ポートｏ２か
ら、波長λ１２からλ１５の波長多重光信号が出力ポー
トｏ３から出力される。

【００６５】ここで、光ゲート２３５−０がオンなの
で、光波長ルータ２３８には入力ポートｉ０から波長λ
０からλ３の波長多重光信号が入力され、波長λ０の光
信号が出力ポートｏ０から、波長λ１の光信号が出力ポ
ートｏ１から、波長λ２の光信号が出力ポートｏ２か
ら、波長λ３の光信号が出力ポートｏ３から出力され
る。ここで、光ゲート２３９−０がオンなので、結局、
波長λ０の光信号だけが光合波器３３から出力される。

【００６６】このように、この第４の光スイッチ網第４
の光スイッチ網の光セレクタ２０５Ｃでは、第３の光ス
イッチ網第３の光スイッチ網の多段型波長セレクタ２０
６と同じように、４個の光ゲート２３２，４個の光ゲー
ト２３５，４個の光ゲート２３９のうちそれぞれ１個を
オンにすることにより、６４波長の波長多重光信号から
任意の１波長の光信号を選択することができる。この光
ゲート２３２，２３５，２３９による波長選択機能と光
ゲート２３０による空間選択機能との組み合わせによ
り、光セレクタ２０５Ｃは任意の送信ノード２０１から
送信された光信号を選択的に出力することができる。

【００６７】光セレクタ２０５Ｃから出力された光信号
は受信ノード２０２内の光受信器２６１により受信され
る。以上のようにして、受信ノード２０２−０から２０
２−２５５は、それぞれ任意の送信ノード１から送信さ
れた光信号を受信することができ、そのとき光セレクタ
２０５Ｃにおいてオンにする光ゲート２３０、２３２、
２３５、２３９は、所望の送信ノード１に対して一意に
決定される。したがって、この光スイッチ装置２０３
（２０３Ｃ）はクロスバスイッチである。

【００６８】この光スイッチ網では、１個の光セレクタ
５あたり１６個の光ゲートが使われており、光スイッチ
網全体では４０９６個の光ゲートが使われている。この
光ゲート数は、第１の光スイッチ網第１の光スイッチ網
と同様の構成で２５６×２５６の光スイッチ網を実現す
るために必要な光ゲート数６５５３６の１／１６であ
り、第２の光スイッチ網第２の光スイッチ網を構成する
のに必要な光ゲート数８１９２の半分であり、第３の光
スイッチ網第３の光スイッチ網で波長数を６４、光合分
波器２０４の数を４とした場合に必要な光ゲート数と等
しい。

【００６９】この光セレクタ２０５Ｃにより選択できる
波長数は波長選択に寄与する光ゲート２３２、２３５、
２３９の数の掛け算で決まる。逆に、ある波長数を選択
する光セレクタ５Ｃを構成するには、波長選択に寄与す
る光ゲートの数を段毎に掛け合わせた数が波長数に等し
くなくてはならない。したがって、波長選択に寄与する
光ゲートの数は１段あたりの光ゲート数が素数または４
になっている場合に最小になる。つまり、この第４の光
スイッチ網第４の光スイッチ網では、１段当たりの光ゲ
ート数を４としていることにより、波長選択に寄与する
光ゲートの数が最小になっているといえる。

【００７０】また、第３の光スイッチ網で波長数を６
４、光合分波器２０４の数を４とした場合は、光合波器
２３３にあたる部分が４×１光合波器になるが、この光
合波器において最低６デシベルの損失が生じる。第３の
光スイッチ網の光波長分波器２３４の損失と第４の光ス
イッチ網の光波長ルータ２３１の損失は同等なので、第
４の光スイッチ網の方が光ゲート２３０から光ゲート２
３２までの損失が最低でも６デシベル少ないことにな
り、その分受信ノード２０２の光受信器２６１における
ビット誤り率を低くすることができる。この利点は、光
合分波器４の数が多いほど、すなわち、光スイッチ網の
規模が大きいほど顕著になる。

【００７１】さらに、この第４の光スイッチ網では、光
波長ルータ２３１において異なる光合分波器２０４から
入力された同じ波長の光信号は別々の出力ポートから出
力されるので、コヒーレント・クロストークが生じにく
い。したがって、この第４の光スイッチ網では、光ゲー
ト３０に要求されるオン／オフ比が第３の光スイッチ網
と比べて小さくて済む。

【００７２】なお、この第４の光スイッチ網は、本願の
第６発明（請求項６に係る発明）、第１５発明（請求項
１５に係る発明）おいて、Ｗ＝６４、Ｓ＝４、Ｒ＝３、
Ｋ１＝Ｋ２＝Ｋ３＝４とした２５６×２５６の光スイッ
チ網である。（第５の光スイッチ網）図２５は本発明の光スイッチ装
置を適用した光スイッチ網のブロック図である。この第
５の光スイッチ網の光スイッチ網の構成は、基本的には
図１９の構成に等しいが、図１９の構成では各送信ノー
ド２０１に１波長が割り当てられているのに対し、本構
成ではそれぞれ異なる４波長からなる波長群を割り当て
ている点が異なる。

【００７３】図２６はこの図２５に示した光スイッチ網
の、送信ノード２０１の構成を示すブロック図である。
送信ノード２０１はそれぞれ光送信器アレイ２６００を
構成する４個の光送信器２６０を備え、これらの光送信
器２６０の送信波長として、例えば送信ノード２０１−
０には波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄからなる波
長群Ｇ０が割り当てられている。波長λ０ａ、λ０ｂ、
λ０ｃ、λ０ｄは第４の光スイッチ網第４の光スイッチ
網におけるλ０の近傍の波長である。各送信ノード２０
１と光合分波器４の間は、４本の光ファイバを束ねた光
ファイバアレイ２１０２により接続されている。

【００７４】図２７は光合分波器４（４Ｃ）の構成を示
すブロック図である。各送信ノード２０１がそれぞれ４
波長の光信号を送信するので、光波長合波器２２０が２
５６×１になっている点を除き第４の光スイッチ網第４
の光スイッチ網の光合分波器２０４Ｂと等しい。各光合
分波器２０４Ｃの出力は２５６個の光セレクタ２０５に
分配される。

【００７５】図２８は光セレクタ２０５（２０５Ｄ）の
構成を示すブロック図である。光ゲート２３０から光ゲ
ート２３９までの構成および光波長ルータ２３１、２３
７、２３８の特性は第４の光スイッチ網第４の光スイッ
チ網と等しい。光波長ルータ２３１，２３７，２３８と
光ゲート２３２，２３５，２３９とによって波長選択部
２５０（２５０Ｄ）が構成されている。この第５の光ス
イッチ網第５の光スイッチ網における波長群は、いずれ
も第４の光スイッチ網第４の光スイッチ網において同じ
番号を持つ波長の近傍の４波長からなり、例えば波長群
Ｇ０に属する波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄは、
第４の光スイッチ網第４の光スイッチ網における波長λ
０と同様に振る舞う。

【００７６】したがって、光ゲート２３０−０、２３２
−０、２３５−０、２３９−０がオンの場合は、送信ノ
ード１−０から送信された波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０
ｃ、λ０ｄの４つの光信号が光波長ルータ４０の入力ポ
ートｉ０に入力される。光波長ルータ２４０はアレイ導
波路回折格子デバイスであり、その波長透過特性は図２
９および図３０に分割して示すようになっている。この
ような波長透過特性により光波長ルータ２４０に入力さ
れた、ある波長群の波長多重光信号は、波長毎に分波さ
れ、それぞれ異なる出力ポートから出力される。例えば
入力ポートｉ０から波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０
ｄの４つの光信号からなる波長多重光信号が入力された
場合は、出力ポートｏ０、ｏ１、ｏ２、ｏ３から波長λ
０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄの光信号がそれぞれ出力
される。

【００７７】光セレクタ２０５Ｄから出力された光信号
は２０４本の光ファイバを束ねた光ファイバアレイ２１
０３を伝搬し、受信ノード２０２に入力される。図３１
は受信ノード２０２の構成を示すブロック図である。受
信ノード２０２は、光ファイバアレイ２１０３から入力
された４つの光信号を４個の光受信器２６１によりそれ
ぞれ受信する。

【００７８】以上のようにして、受信ノード２０２−０
から２０２−２５５は、それぞれ任意の送信ノード２０
１から送信された波長多重光信号を受信することがで
き、そのとき光セレクタ２０５においてオンにする光ゲ
ート２３０、２３２、２３５、２３９は、所望の送信ノ
ード２０１に対して一意に決定される。したがって、こ
の第５の光スイッチ網の光スイッチ装置２０３（２０３
Ｄ）はクロスバスイッチである。第５の光スイッチ網
は、第４の場合と同様に、必要な光ゲート数が少ない、
光ゲート２３０から光ゲート２３２までの損失が小さ
い、コヒーレント・クロストークが生じにくいという優
れた効果を発揮する。さらに、この第５の光スイッチ網
では１組の送信ノード、受信ノードあたり４つの光信号
を送受信するので、１つの光信号あたりのビットレート
が同じであれば４倍の情報量を送受信することができ
る。つまり、この第５の光スイッチ網では第４の光スイ
ッチ網第４の光スイッチ網と同数の光ゲートを用いて４
倍のスループットが得られたことになる。

【００７９】なお、第５の光スイッチ網の構成は、本願
の第８発明（請求項８に係る発明）、第１５発明（請求
項１５に係る発明）において、Ｖ＝４、Ｗ＝６４、Ｓ＝
４、Ｒ＝３、Ｋ１＝Ｋ２＝Ｋ３＝４とした２５６×２５
６の光スイッチ網である。（第６の光スイッチ網）図３２は本発明の光スイッチ装
置を適用した光スイッチ網のブロック図である。この光
スイッチ網の構成は、基本的には第２の光スイッチ網の
構成に等しいが、光セレクタ２０５の構成が異なってい
る。ここでは、光セレクタ２０５の構成と動作のみ説明
する。

【００８０】図３３は光セレクタ２０５（２０５Ｅ）の
構成を示すブロック図である。この第６の光スイッチ網
の光セレクタ２０５Ｅは、図１７に示した光セレクタ２
０５Ａの前段にアレイ型光ゲート２４１と光合波器２４
２を付加したものである。図３４はアレイ型光ゲート２
４１の構成を示す外観斜視図である。

【００８１】アレイ型光ゲート２４１は機械式の光ゲー
トであり、光ファイバ２１１０、２１１１、２１１２、
２１１３に入力された光信号は、遮蔽板２３００が挿入
されていないときはコリメート光学系である空間伝搬部
２２００を経て光ファイバ２１２０、２１２１、２１２
２、２１２３にそれぞれ入射する。すなわち、この状態
では４つの経路全てがオンになっている。遮蔽板２３０
０が挿入されると、空間伝搬部２２００において４つの
光信号が遮蔽されるので、光ファイバ２１２０、２１２
１、２１２２、２１２３には何れの光信号も入射されな
くなり、オフ状態になる。

【００８２】このように、アレイ型光ゲート２４１は４
つの光信号（４つの経路）を同時にオン／オフすること
ができ、４アレイの光ゲートを構成している。図３３で
は、２個のアレイ型光ゲート２４１（２４１−０、２４
１−１）と４個の光合波器２４２（２４２−０〜２４２
−３）を組み合わせることにより、４経路を同時にオン
／オフ可能な１経路として２経路有し、この２経路のオ
ン／オフを選択的に行うことのできる４アレイの２×１
のアレイ光セレクタ２５１（２５１Ｅ）が構成されてい
る。例えば、アレイ型光ゲート２４１−０をオン、２４
１−１をオフにすると、アレイ型光ゲート２４１−０に
入力された４つの光信号が光合波器２４２−０〜２４２
−３から出力される。

【００８３】以上のようなアレイ型光ゲート２４１と、
光ゲート２３０をそれぞれ１個ずつオンにすることによ
り、光セレクタ２０５Ｅの８個の入力ポートのうち１ポ
ートから入力された波長λ０からλ３の波長多重光信号
を選択的に光波長ルータ２３１に入力することができ
る。光波長ルータ２３１の波長透過特性は図３５に示す
通りなので、入力された波長λ０からλ３の波長多重光
信号は波長毎に分波されて４個の出力ポートからそれぞ
れ出力される。そこで、４個の光ゲート２３２のうち１
個だけをオンにすることにより任意の１波長の光信号の
みを光合波器２３３から出力することができる。

【００８４】光セレクタ２０５（２０５Ｅ）から出力さ
れた光信号は受信ノード２０２内の光受信器２６１によ
り受信される。以上のようにして、受信ノード２０２−
０〜２０２−３１は、それぞれ任意の送信ノード２０１
から送信された光信号を受信することができ、そのとき
光セレクタ２０５Ｅにおいてオンにするアレイ型光ゲー
ト２４１、光ゲート２３０および光ゲート２３２は、所
望の送信ノード２０１に対して一意に決定される。した
がって、この光スイッチ装置２０３はクロスバスイッチ
である。

【００８５】この光セレクタ２０５Ｅを構成するには、
２個のアレイ型光ゲートと８個の光ゲートが必要であ
る。３２×３２の光スイッチ網全体では６４個のアレイ
型光ゲートと２５６個の光ゲートを要することになる。
一方、図１５に示した構成で波長数を４として３２×３
２の光スイッチ網を構成するには、３８４個の光ゲート
が必要になる。４アレイの機械式アレイ型光ゲートは可
動部が１個しかないので、そのコストは単体の機械式光
ゲートと大差はない。また、光ゲート等の能動素子には
制御のための信号線や駆動回路が必要なので、アレイ型
光ゲートと光ゲートの総数、すなわち、光ゲート素子数
を削減することは、信号線や駆動回路の削減にも寄与す
る。したがって、この第６の光スイッチ網のようにアレ
イ型光ゲートを適用して光ゲート素子数を削減すること
により、低コスト化が可能である。

【００８６】また、この光セレクタ２０５Ｅではアレイ
光セレクタ２５１Ｅを光ゲート２３０の前段に備えるこ
とにより、光ゲート２３０の数は４個となり、光ゲート
２３２の数と等しくなっている。アレイ導波路回折格子
を用いた光波長ルータでは、入力ポートと出力ポートが
同数であるのが標準的であり、８×４といった入力ポー
トと出力ポートの数が違うものは特注品となるので高コ
ストである。すなわち、この第６の光スイッチ網では、
アレイ光セレクタ２５１Ｅを光ゲート２３０の前段に設
けたことにより、光ゲート２３０の数を光合分波器４の
数とは独立に設定することが可能になった。さらに、ア
レイ型光ゲート２４１の経路Ｍを波長数Ｗと等しくした
ことにより、光波長ルータ２３１として標準的な４×４
のものを使用することが可能になり、その結果、低コス
トが実現されている。

【００８７】なお、第６のスイッチ網の構成は、本願の
第９発明（請求項９に係る発明）、第１０発明（請求項
１０に係る発明）、第１２発明（請求項１２に係る発
明）において、Ｗ＝４、Ｍ＝４、Ｎ＝２とした３２×３
２の光スイッチ網である。（第７の光スイッチ網）本発明のもう一つの実施の形態
を表す光スイッチ網の構成は、基本的には第４の光スイ
ッチ網に示した構成に等しいが、光セレクタ２０５の構
成が異なっている。ここでは光セレクタ５の構成と動作
のみ説明する。

【００８８】図３６は光セレクタ２０５（２０５Ｆ）の
構成を示すブロック図である。２アレイのアレイ型光ゲ
ート２４１を４個、４×１の光合波器２４２を２個用い
て２アレイの４×１光アレイセレクタ２５１（２５１
Ｆ）を構成している。この光アレイセレクタ２５１と光
ゲート２３０とが空間の選択機能を担っており、アレイ
型光ゲート２４１と光ゲート２３０をそれぞれ１個ずつ
オンにすることにより、光セレクタ２０５Ｆの８個の入
力ポートのうち任意の１ポートから入力される波長多重
光信号を光波長ルータ２３１に入力することができる。

【００８９】光波長ルータ２３１および光波長ルータ２
３７の波長透過特性は、図３７、図３８に示す通りであ
る。したがって、光波長ルータ２３１の入力ポートｉ０
またはｉ１から波長λ０からλ３の波長多重光信号が入
力されるとき、光ゲート２３２と光ゲート２３５をそれ
ぞれ１個ずつオンにすることにより、任意の１波長の光
信号だけを光合波器２３３から出力することができる。
以上のようにして、この第７の光スイッチ網の光セレク
タ２０５Ｆは、図３３における光セレクタ２０５Ｅと全
く同等の機能を実現する。

【００９０】この光セレクタ２０５Ｆを構成するには、
４個のアレイ型光ゲートと６個の光ゲートが必要であ
る。３２×３２の光スイッチ網全体では１２８個のアレ
イ型光ゲートと１９２個の光ゲートを要する。つまり、
この第７の光スイッチ網でも光ゲート素子数は、第２の
光スイッチ網に示した構成で波長数を４として３２×３
２の光スイッチ網を構成する場合の光ゲート数より少な
く、低コスト化が可能である。この本第７の光スイッチ
網では波長の選択機能が多段の光ゲートと光波長ルータ
により実現されているので、光ゲート素子数の削減効果
は波長数が多いほど顕著になる。特に波長選択に寄与す
る光ゲートの１段あたりの数を素数または４に設定する
ことにより波長選択に寄与する光ゲート数を最小にする
ことができる。

【００９１】また、この第７の光スイッチ網の光セレク
タ５Ｆでは、光ゲート３０、３２、３５の数を、波長数
あるいは光合分波器４の数と同じにする必要がないの
で、光波長ルータ３１、３７のポート数に対する制約が
少なく、標準的な２×２の光波長ルータを用いることが
できる。

【００９２】なお、この第７の光スイッチ網は、本願の
第１１発明（請求項１１に係る発明）、第１２発明（請
求項１２に係る発明）、第１５発明（請求項１５に係る
発明）において、Ｗ＝４、Ｍ＝２、Ｎ＝４、Ｒ＝２、Ｋ
１＝Ｋ２＝２とした３２×３２の光スイッチ網である。（第８の光スイッチ網）図３９は本発明の光スイッチ装
置を適用した光スイッチ網のブロック図である。第７の
光スイッチ網では各送信ノード２０１に１波長が割り当
てられているのに対し、第８の光スイッチ網ではそれぞ
れ異なる４波長からなる波長群が割り当てられている。
この第８の光スイッチ網における送信ノード２０１、受
信ノード２０２の構成は第６の光スイッチ網における送
信ノード２０１、受信ノード２０２の構成に等しく、送
信ノード２０１と光合分波器２０４、光セレクタ２０５
と受信ノード２０２は、それぞれ４アレイの光ファイバ
アレイ２１０２、２１０３により接続されている。

【００９３】図４０は光セレクタ２０５（２０５Ｇ）の
構成を示すブロック図である。アレイ型光ゲート２４１
から光ゲート２３５までの構成および光波長ルータ２３
１、２３７の特性は第７の光スイッチ網と等しい。この
第８の光スイッチ網における波長群は、いずれも第７の
光スイッチ網において同じ番号を持つ波長の近傍の４波
長からなり、例えば波長群Ｇ０に属する波長λ０ａ、λ
０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄは、第７の光スイッチ網における
波長λ０と同様に振る舞う。

【００９４】したがって、アレイ型光ゲート２４１−
０、光ゲート２３０−０、２３２−０、２３５−０がオ
ンの場合は、送信ノード２０１−０から送信された波長
λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄの４つの光信号が光波
長ルータ２３８の入力ポートｉ０に入力される。光波長
ルータ２３８はアレイ導波路回折格子デバイスであり、
その波長透過特性は図４１のようになっている。このよ
うな波長透過特性により光波長ルータ２３８に入力され
た、ある波長群の波長多重光信号は、波長毎に分波さ
れ、それぞれ異なる出力ポートから出力される。例え
ば。入力ポートｉ０から波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、
λ０ｄの４つの光信号からなる波長多重光信号が入力さ
れた場合は、出力ポートｏ０、ｏ１、ｏ２、ｏ３から波
長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄの光信号がそれぞれ
出力される。

【００９５】以上のようにして、受信ノード２０２−０
〜２０２−３１は、それぞれ任意の送信ノード２０１か
ら送信された波長多重光信号を受信することができ、そ
のとき光セレクタ２０５Ｇにおいてオンにするアレイ型
光ゲート２４１、光ゲート２３０、２３２、２３５は、
所望の送信ノード２０１に対して一意に決定される。し
たがって、この第８の光スイッチ網の光スイッチ装置２
０３（２０３Ｆ）はクロスバスイッチである。

【００９６】第８の光スイッチ網の光スイッチ網は、必
要な光ゲート素子数が少ない等、第７の光スイッチ網と
同様の効果を発揮する。さらに、第７の光スイッチ網で
は１組の送信ノード、受信ノードあたり４つの光信号を
送受信するので、１つの光信号あたりのビットレートが
同じであれば４倍の情報量を送受信することができる。
つまり、第８の光スイッチ網では第７の光スイッチ網と
同数の光ゲート素子を用いて４倍のスループットが得ら
れたことになる。

【００９７】なお、この第８の光スイッチ網は、本願の
第１３発明（請求項１３に係る発明）、第１４発明（請
求項１４に係る発明）、第１５発明（請求項１５に係る
発明）において、Ｖ＝４、Ｗ＝４、Ｍ＝２、Ｎ＝４、Ｒ
＝２、Ｋ１＝Ｋ２＝２とした３２×３２の光スイッチ網
である。

【００９８】第４の光スイッチ網から第８の光スイッチ
網において、Ｖ、Ｗ、Ｍ、Ｎ、Ｒ、Ｓ、Ｋ１、Ｋ２・・
・ＫＲ等の数は、請求項に示された制約内で任意に定め
ることができる。光信号の波長、ビットレート、変調方
式等も任意である。

【００９９】第４の光スイッチ網から第８の光スイッチ
網において、光波長ルータとして石英導波路により構成
されたアレイ導波路回折格子デバイスを用いたが、光波
長ルータの形態はこの限りではない。石英導波路の変わ
りに半導体導波路やポリマー導波路を用いても良いし、
アレイ導波路回折格子の変わりに反射型の回折格子や光
ファイバーグレーティング、あるいは、干渉膜光フィル
タ、ファブリ・ペロー型光フィルタ、マッハ・ツェンダ
型光フィルタなどを用いても光波長ルータを構成するこ
とができる。また、光波長ルータの波長透過特性も表に
示したものに限らず、必ずしもラテン方陣である必要も
ない。最終的に光セレクタの出力において所望の波長の
光信号が得られれば本発明における光波長ルータの機能
は果たされる。

【０１００】第６の光スイッチ網から第８の光スイッチ
網において、アレイ光セレクタとして機械式のアレイ型
光ゲートと光合分波器とを組み合わせたものを用いた
が、アレイ光セレクタの形態はこの限りではない。アレ
イ型光ゲートを用いなくても、ニオブ酸リチウム結晶、
ポリマー樹脂等の材料の電気光学効果、音響光学効果、
熱光学効果等を用いた光スイッチや、液晶光スイッチ、
機械式光スイッチ等をアレイ光セレクタとして用いるこ
とができる。あるいは、半導体光増幅器、電界吸収型光
変調器等をアレイ型光ゲートとして用いても良い。

【０１０１】第４の光スイッチ網から第８の光スイッチ
網において、光合分波器としてアレイ導波路回折格子デ
バイスである光波長合波器、光ファイバ増幅器、光分波
器を組み合わせたものを用いたが、光合分波器の形態は
この限りではない。例えば、スターカプラを光合分波器
として用いることもできる。また、第５の光スイッチ網
（図４）や第８の光スイッチ網（図１９）では、送信ノ
ード１から４波長の光信号を別々に送信するようにした
が、４波長の光信号を合波し、波長多重光信号として送
信するようにしてもよい。

【０１０２】

【発明の効果】本発明の適用により、任意の液晶スイッ
チを切り替えることのでき、かつ液晶光スイッチをオン
にした場合に出射側の光ファイバから出射される光を効
率良く入射側の光ファイバに入射させることが可能であ
り、従って光スイッチにおける減衰を低減することが可
能なる液晶スイッチの素子構造、液晶スイッチ装置の構
成、およびその液晶スイッチ装置を用いた光受信装置お
よび光スイッチ網を実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光スイッチ装置を表す平面概略図。

【図２】本発明の光スイッチ装置における１個の光スイ
ッチ近傍を表す回路概略図．

【図３】本発明の光スイッチ装置における１個の光スイ
ッチ近傍を表す回路概略図．

【図４】本発明の光スイッチ装置における１個の光スイ
ッチ近傍を表す断面概略図．

【図５】本発明の光スイッチ装置における１個の光スイ
ッチ近傍を表す断面概略図．

【図６】本発明の光スイッチ装置における１個の光スイ
ッチ近傍を表す平面概略図．

【図７】本発明の光スイッチ装置の製造方法を表す断面
概略図１．

【図８】本発明の光スイッチ装置の製造方法を表す断面
概略図２．

【図９】本発明の光スイッチ装置の製造方法を表す断面
概略図３．

【図１０】本発明の光スイッチ装置の製造方法を表す断
面概略図４．

【図１１】本発明の光スイッチ装置の製造方法を表す断
面概略図５．

【図１２】本発明の光スイッチ装置の製造方法を表す断
面概略図６．

【図１３】本発明の光スイッチ装置の製造方法を表す断
面概略図７．

【図１４】第１の光スイッチ網の構成を示すブロック図
である。

【図１５】第２の光スイッチ網における光合分波器の構
成を示すブロック図である。

【図１６】第２の光スイッチ網における光セレクタの構
成を示すブロック図である。

【図１７】第３の光スイッチ網における光セレクタの構
成を示すブロック図である。

【図１８】第３の光スイッチ網における光セレクタの構
成を示すブロック図である。

【図１９】第４の光スイッチ網の構成を示すブロック図
である。

【図２０】第４の光スイッチ網における光合分波器の構
成を示すブロック図である。

【図２１】第４の光スイッチ網における光セレクタの構
成を示すブロック図である。

【図２２】第４の光スイッチ網における光波長ルータの
波長透過特性である。

【図２３】第４の光スイッチ網における光波長ルータの
波長透過特性である。

【図２４】第４の光スイッチ網における光波長ルータの
波長透過特性である。

【図２５】第５の光スイッチ網の構成を示すブロック図
である。

【図２６】第５の光スイッチ網における送信ノードの構
成を示すブロック図である。

【図２７】第５の光スイッチ網における光合分波器の構
成を示すブロック図である。

【図２８】第５の光スイッチ網における光セレクタの構
成を示すブロック図である。

【図２９】第５の光スイッチ網における受信ノードの構
成を示すブロック図である。

【図３０】第５の光スイッチ網における光波長ルータの
波長透過特性である。

【図３１】第５の光スイッチ網における光波長ルータの
波長透過特性である。

【図３２】第６の光スイッチ網の構成を示すブロック図
である。

【図３３】第６の光スイッチ網における光セレクタの構
成を示すブロック図である。

【図３４】第６の光スイッチ網におけるアレイ型光ゲー
トの構成を示す外観斜視図である。

【図３５】第６の光スイッチ網における光波長ルータの
波長透過特性である。

【図３６】第７の光スイッチ網における光セレクタの構
成を示すブロック図である。

【図３７】第７の光スイッチ網における光波長ルータの
波長透過特性である。

【図３８】第７の光スイッチ網における光波長ルータの
波長透過特性である。

【図３９】第８の光スイッチ網の構成を示すブロック図
である。

【図４０】第８の光スイッチ網における光セレクタの構
成を示すブロック図である。

【図４１】第８の光スイッチ網における光波長ルータの
波長透過特性である。図３における光波長ルータ３１の
波長透過特性を示す図である。

【符号の説明】

１液晶２光ファイバ３第１スイッチング
配線４スイッチング素子５第２スイッチング配線
６グランド線１０第２スイッチング配線（データ線）１１第１スイッチング配線（ゲート線）１２グランドと兼ねられたスイッチング配線１３
ソース１４ゲート１５スイッチング用トランジスタ
１６ドレイン１７液晶１８電圧保持用コンデンサ１９グ
ランド９０レジスト９１凹部９２積層体１
００液晶１０１第１光ファイバー１０２液晶封止ガラス１０３スイッチングトランジスタ１０４透明基
板１０５第２光ファイバー１０６上電極１０７ａ、１０７ｂ光ファイバガイド１０８ａ透明基板に形成された光ファイバ導入穴１０８ｂ液晶封止ガラスに形成された光ファイバ導入
穴１１０透明基板１１１バリア層１１２ゲ
ート絶縁膜１１３第１層間絶縁膜１１４第２層間絶縁膜
１１５下電極１１６薄膜半導体ソース領域１１７薄膜半導体
ゲート領域１１８薄膜半導体ドレイン領域１１９ソース電
極１２０ドレイン電極１２１ゲート電極１２
２上電極１２３液晶層１２４上電極２０１送信ノ
ード２０２受信ノード２０３（２０３Ａ、２０３Ｂ、２０３Ｃ、２０３Ｄ、２
０３Ｆ）光スイッチ２０４（２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃ）光合分波器２０５（２０５Ａ、２０５Ｂ、２０５Ｃ、２０５Ｄ、２
０５Ｅ，２０５Ｆ，２０５Ｇ）光セレクタ２１０
入力ポート２１１光分波器２１２光ゲート２１３光合波器２１４出
力ポート２２０光波長合波器２２１光ファイバ増幅器
２２２光合波器２３０光ゲート２３１光波長ルータ２３２
光ゲート２３３光合波器２３４光波長分波器２３５
光ゲート２３６光波長合波器２３７光波長ルータ２
３８光波長ルータ２３９光ゲート２４０光波長ルータ２４１
アレイ型光ゲート２４２光合波器２６０光送信器２６００
光送信器アレイ２６１光受信器２１００光ファイバ２１０
１光ファイバ２１０２光ファイバアレイ２１０３光ファイバ
アレイ２１１０光ファイバ２１１１光ファイバ２
１１２光ファイバ２１１３光ファイバ２１２０光ファイバ２
１２１光ファイバ２１２２光ファイバ２１２３光ファイバ２
２００空間伝搬部２５００遮蔽板２５０（２５０Ｃ、２５０Ｄ、２５１Ｅ、２５０Ｆ、２
５０Ｇ）波長選択部２５１（２５１Ｅ、２５１Ｆ、２５１Ｇ）光アレイセ
レクタ

【手続補正書】

【提出日】平成１４年４月５日（２００２．４．５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５８】この光セレクタ２０５Ｂでは、空間選択用
の光ゲート２３０から出力された波長多重光信号が、光
合波器２３３を経て、光波長分波器２３４、光ゲート２
３２、光波長ルータ２３１（図示せず）、光ゲート２３
５、光波長合波器２３６からなる多段型波長セレクタ２
０６に入力される。光波長分波器２３４に入力された波
長多重光信号は波長毎に分波され、波長λ０からλ３の
波長多重光信号が光ゲート２３２−０に、波長λ４から
λ７の波長多重光信号が光ゲート２３２−１に、波長λ
８からλ１１の波長多重光信号が光ゲート２３２−２
に、波長λ１２からλ１５の波長多重光信号が光ゲート
２３２−３に入力される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７４】図２７は光合分波器２０４（２０４Ｃ）の
構成を示すブロック図である。各送信ノード２０１がそ
れぞれ４波長の光信号を送信するので、光波長合波器２
２０が２５６×１になっている点を除き第４の光スイッ
チ網第４の光スイッチ網の光合分波器２０４Ｂと等し
い。各光合分波器２０４Ｃの出力は２５６個の光セレク
タ２０５に分配される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７６】したがって、光ゲート２３０−０、２３２
−０、２３５−０、２３９−０がオンの場合は、送信ノ
ード１−０から送信された波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０
ｃ、λ０ｄの４つの光信号が光波長ルータ４０の入力ポ
ートｉ０に入力される。光波長ルータ２４０はアレイ導
波路回折格子デバイスであり、その波長透過特性は図３
０および図３１に分割して示すようになっている。この
ような波長透過特性により光波長ルータ２４０に入力さ
れた、ある波長群の波長多重光信号は、波長毎に分波さ
れ、それぞれ異なる出力ポートから出力される。例えば
入力ポートｉ０から波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０
ｄの４つの光信号からなる波長多重光信号が入力された
場合は、出力ポートｏ０、ｏ１、ｏ２、ｏ３から波長λ
０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄの光信号がそれぞれ出力
される。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７７】光セレクタ２０５Ｄから出力された光信号
は２０４本の光ファイバを束ねた光ファイバアレイ２１
０３を伝搬し、受信ノード２０２に入力される。図２９
は受信ノード２０２の構成を示すブロック図である。受
信ノード２０２は、光ファイバアレイ２１０３から入力
された４つの光信号を４個の光受信器２６１によりそれ
ぞれ受信する。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９１】また、この第７の光スイッチ網の光セレク
タ２０５Ｆでは、光ゲート３０、３２、３５の数を、波
長数あるいは光合分波器４の数と同じにする必要がない
ので、光波長ルータ３１、３７のポート数に対する制約
が少なく、標準的な２×２の光波長ルータを用いること
ができる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１４】

【手続補正９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１８】

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１９】

【手続補正１２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２３】

【手続補正１３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２５】

【手続補正１４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者法橋宏高東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内Ｆターム(参考） 2H088 EA31 EA33 EA40 HA30 MA20 2K002 AA02 AA03 AB04 BA06 DA14 EA25 EA26 EB12 GA10 HA02 5K002 AA01 AA03 BA05 BA06 DA02 DA13 FA01 5K069 AA06 BA09 CB10 DB33 DC07 DC08 EA02 EA23 EA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶に印加する電圧で光のオンオフを切
り替える複数の光スイッチと、各光スイッチの両側に設
置された光ファイバと、複数の光スイッチのうちどのス
イッチに電圧を印加するかを切り替える電圧印加スイッ
チング素子と、該電圧印加スイッチング素子に電圧を印
加するための縦横に配置された複数のスイッチング配線
および電圧印加配線と、該スイッチング配線および電圧
印加配線に電圧を印加するか否かを切り替えるドライバ
を含み、電圧を印加する任意のスイッチング配線と電圧
印加配線の組み合わせを選択することにより、任意の位
置の光スイッチをオンまたはオフする光スイッチ装置に
おいて、該スイッチ素子が形成されている基板に光ファイバを装
着する凹部が形成されていることを特徴とする光スイッ
チ装置。
【請求項２】液晶に印加する電圧で光のオンオフを切
り替える複数の光スイッチと、各光スイッチの両側に設
置された光ファイバと、複数の光スイッチのうちどのス
イッチに電圧を印加するかを切り替える電圧印加スイッ
チング素子と、該電圧印加スイッチング素子に電圧を印
加するための縦横に配置された複数のスイッチング配線
および電圧印加配線と、該スイッチング配線および電圧
印加配線に電圧を印加するか否かを切り替えるドライバ
を含み、電圧を印加する任意のスイッチング配線と電圧
印加配線の組み合わせを選択することにより、任意の位
置の光スイッチをオンまたはオフする光スイッチ装置に
おいて、該光スイッチが該スイッチング素子が形成されている基
板上に形成された第１電極と、該第１電極上に形成され
た液晶層と、該液晶層上に形成された第２電極と、該第
２電極上に形成された板とを有し、該板に光ファイバを
装着する凹部が形成されていることを特徴とする光スイ
ッチ装置。
【請求項３】前記スイッチング素子が少なくとも１個
のトランジスタを含む素子からなることを特徴とする、
請求項１または２記載の光スイッチ装置。
【請求項４】透明基板上に、少なくとも１個の電界効
果トランジスタからなるスイッチング素子が形成されて
おり、前記電界効果トランジスタのソース部またはドレ
イン部に透明電極が接続されており、該透明電極と対向
透明電極との間に液晶を含み、該透明電極と対向透明電
極との間に印加される電圧のオンオフにより光のオンオ
フを切り替える光スイッチを含むことを特徴とする、請
求項１乃至３の何れかに記載の光スイッチ装置。
【請求項５】第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光ゲートからな
る空間選択用の光ゲートアレイと、該空間選択用の光ゲ
ートアレイのＫ０個（Ｋ０＝Ｓ）の光ゲートにそれぞれ
接続されたＫ０個の入力ポートから入力される光信号の
各々を波長に応じてＫ１（Ｋ１≧２）個の出力ポートの
何れかから出力する第１段目の光波長ルータと、該第１
段目の光波長ルータのＫ１個の出力ポートにそれぞれ接
続されたＫ１個の光ゲートからなる第１段目の波長選択
用の光ゲートアレイと、該第１段目の波長選択用の光ゲ
ートアレイのＫ１個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ
１個の入力ポートから入力される光信号の各々を波長に
応じてＫ２（Ｋ２≧２）個の出力ポートの何れかから出
力する第２段目の光波長ルータと、該第２段目の光波長
ルータのＫ２個の出力ポートにそれぞれ接続されたＫ２
個の光ゲートからなる第２段目の波長選択用の光ゲート
アレイとを少なくとも備えた波長選択部と、該波長選択
部の最終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光ゲートアレイ
を構成するＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫＲ
個の入力ポートから入力された光信号を合波して出力す
る光合波器と、該光合波器から出力された光信号を受信
する光受信器とを有する光受信装置において、前記第１段目のゲートアレイと前記第２段目のゲートア
レイとが請求項１乃至４の何れかに記載のスィッチ装置
を含む光受信装置。
【請求項６】各々異なる波長の光信号を送信する第１
〜Ｗ（Ｗ≧２）の光送信器からなる第１〜第Ｓ（Ｓ≧
２）の光送信器群と、該第１〜第Ｓの光送信器群から送信されたＷ個の光信号
を入力とし、該Ｗ個の光信号を合波した波長多重光信号
を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ）個の出力ポートから出
力する第１〜第Ｓの光合分波器と、該第１〜第Ｓの光ゲートが前記第１〜第Ｓの光合分波器
の相異なる出力ポートに接続されたＷＳ個の請求項５記
載の光受信装置とを備えたことを特徴とする光スイッチ
網。
【請求項７】第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光ゲートからな
る空間選択用の光ゲートアレイと、該空間選択用の光ゲ
ートアレイのＫ０個（Ｋ０＝Ｓ）の光ゲートにそれぞれ
接続されたＫ０個の入力ポートから入力される光信号の
各々を波長に応じてＫ１（Ｋ１≧２）個の出力ポートの
何れかから出力する第１段目の光波長ルータと、該第１
段目の光波長ルータのＫ１個の出力ポートにそれぞれ接
続されたＫ１個の光ゲートからなる第１段目の波長選択
用の光ゲートアレイと、該第１段目の波長選択用の光ゲ
ートアレイのＫ１個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ
１個の入力ポートから入力される光信号の各々を波長に
応じてＫ２（Ｋ２≧２）個の出力ポートの何れかから出
力する第２段目の光波長ルータと、該第２段目の光波長
ルータのＫ２個の出力ポートにそれぞれ接続されたＫ２
個の光ゲートからなる第２段目の波長選択用の光ゲート
アレイとを少なくとも備えた波長選択部と、該波長選択
部の最終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光ゲートアレイ
を構成するＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫＲ
個の入力ポートから入力された光信号を波長に応じてＶ
（Ｖ≧２）個の出力ポートの何れかから出力する第Ｒ＋
１段目の光波長ルータと、該第Ｒ＋１段目の光波長ルー
タのＶ個の出力ポートから出力された光信号をそれぞれ
受信するＶ個の光受信器とを有する光受信装置におい
て、前記第１段目のゲートアレイと前記第２段目のゲートア
レイとが請求項１乃至４の何れかに記載の光スィッチ装
置を含む光受信装置。
【請求項８】Ｖ（≧２）個の波長を一群とし各々異な
る波長群の光信号を送信する第１〜Ｗ（Ｗ≧２）の光送
信器アレイからなる第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光送信器ア
レイ群と、該第１〜第Ｓの光送信器アレイ群から送信されたＷ個の
光信号を入力とし該Ｗ個の光信号を合波した波長多重光
信号を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ）個の出力ポートか
ら出力する第１〜第Ｓの光合分波器と、該第１〜第Ｓの光ゲートが前記第１〜第Ｓの光合分波器
の相異なる出力ポートに接続されたＷＳ個の請求項７記
載の光受信装置とを備えたことを特徴とする光スイッチ
網。
【請求項９】Ｍ個（Ｍ≧２）の経路を同時にオン／オ
フ可能な１経路としてＮ（≧２）経路有し、該Ｎ経路の
オン／オフを選択的に切り替えることのできるアレイ光
セレクタと、該アレイ光セレクタのＭ個の出力ポートに
それぞれ接続されたＭ個の光ゲートからなる第１段目の
光ゲートアレイと、該第１段目の光ゲートアレイを構成
するＭ個の光ゲートにそれぞれ接続されたＭ個の入力ポ
ートから入力された光信号の各々を波長に応じてＷ（Ｗ
≧２）個の出力ポートの何れかから出力する光波長ルー
タと、該光波長ルータの出力ポートに各々接続されたＷ
個の光ゲートからなる第２段目の光ゲートアレイと、該
第２段目の光ゲートアレイを構成するＷ個の光ゲートか
ら出力された光信号を合波して出力する光合波器と、該
光合波器から出力された光信号を受信する光受信器とを
有する光受信装置において、前記第１段目のゲートアレイと前記第２段目のゲートア
レイとが請求項１乃至４の何れかに記載のスィッチ装置
を含む光受信装置。
【請求項１０】前記Ｍ個がＷ個にされていることを特
徴とする請求項９記載の光受信装置。
【請求項１１】Ｍ個（Ｍ≧２）の経路を同時にオン／
オフ可能な１経路としてＮ（≧２）経路有し、該Ｎ経路
のオン／オフを選択的に切り替えることのできるアレイ
光セレクタと、該アレイ光セレクタのＭ個の出力ポート
にそれぞれ接続されたＭ個の光ゲートからなる空間選択
用の光ゲートアレイと、該空間選択用の光ゲートアレイ
のＫ０個（Ｋ０＝Ｍ）の光ゲートにそれぞれ接続された
Ｋ０個の入力ポートから入力される光信号の各々を波長
に応じてＫ１（Ｋ１≧２）個の出力ポートの何れかから
出力する第１段目の光波長ルータと、該第１段目の光波
長ルータのＫ１個の出力ポートにそれぞれ接続されたＫ
１個の光ゲートからなる第１段目の波長選択用の光ゲー
トアレイと、該第１段目の波長選択用の光ゲートアレイ
のＫ１個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ１個の入力
ポートから入力される光信号の各々を波長に応じてＫ２
（Ｋ２≧２）個の出力ポートの何れかから出力する第２
段目の光波長ルータと、該第２段目の光波長ルータのＫ
２個の出力ポートにそれぞれ接続されたＫ２個の光ゲー
トからなる第２段目の波長選択用の光ゲートアレイとを
少なくとも備えた波長選択部と、該波長選択部の最終段
Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光ゲートアレイを構成する
ＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫＲ個の入力ポ
ートから入力された光信号を合波して出力する光合波器
と、該光合波器から出力された光信号を受信する光受信
器とを有する光受信装置において、前記第１段目のゲー
トアレイと前記第２段目のゲートアレイとが請求項１乃
至４の何れかに記載のスィッチ装置を含む光受信装置。
【請求項１２】各々異なる波長の光信号を送信する第
１〜Ｗ（Ｗ≧２）の光送信器からなる第１〜第Ｓ（Ｓ＝
Ｍ×Ｎ）の光送信器群と、該第１〜第Ｓの光送信器群から送信されたＷ個の光信号
を入力とし、該Ｗ個の光信号を合波した波長多重光信号
を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ＝Ｗ×Ｍ×Ｎ）個の出力
ポートから出力する第１〜第Ｓの光合分波器と、該第１〜第Ｓの入力ポートが前記第１〜第Ｓの光合分波
器の相異なる出力ポートに接続されたＷＳ個の請求項９
または請求項１１記載の光受信装置とを備えたことを特
徴とする光スイッチ網。
【請求項１３】Ｍ個（Ｍ≧２）の経路を同時にオン／
オフ可能な１経路としてＮ（≧２）経路有し、該Ｎ経路
のオン／オフを選択的に切り替えることのできるアレイ
光セレクタと、該アレイ光セレクタのＭ個の出力ポート
にそれぞれ接続されたＭ個の光ゲートからなる空間選択
用の光ゲートアレイと、該空間選択用の光ゲートアレイ
のＫ０個（Ｋ０＝Ｍ）の光ゲートにそれぞれ接続された
Ｋ０個の入力ポートから入力される光信号の各々を波長
に応じてＫ１（Ｋ１≧２）個の出力ポートの何れかから
出力する第１段目の光波長ルータと、該第１段目の光波
長ルータのＫ１個の出力ポートにそれぞれ接続されたＫ
１個の光ゲートからなる第１段目の波長選択用の光ゲー
トアレイと、該第１段目の波長選択用の光ゲートアレイ
のＫ１個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ１個の入力
ポートから入力される光信号の各々を波長に応じてＫ２
（Ｋ２≧２）個の出力ポートの何れかから出力する第２
段目の光波長ルータと、該第２段目の光波長ルータのＫ
２個の出力ポートにそれぞれ接続されたＫ２個の光ゲー
トからなる第２段目の波長選択用の光ゲートアレイとを
少なくとも備えた波長選択部と、該波長選択部の最終段
Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光ゲートアレイを構成する
ＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫＲ個の入力ポ
ートから入力された光信号を波長に応じてＶ（Ｖ≧２）
個の出力ポートの何れかから出力する第Ｒ＋１段目の光
波長ルータと、該第Ｒ＋１段目の光波長ルータのＶ個の
出力ポートから出力された光信号をそれぞれ受信するＶ
個の光受信器とを有する光受信装置において、前記第１段目のゲートアレイと前記第２段目のゲートア
レイとが請求項１乃至４の何れかに記載のスィッチ装置
を含む光受信装置。
【請求項１４】Ｖ（≧２）個の波長を一群とし各々異
なる波長群の光信号を送信する第１〜Ｗ（Ｗ≧２）の光
送信器アレイからなる第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光送信器
アレイ群と、該第１〜第Ｓの光送信器アレイ群から送信
されたＷ個の光信号を入力としこれらＷ個の光信号を合
波した波長多重光信号を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ＝
Ｗ×Ｍ×Ｎ）個の出力ポートから出力する第１〜第Ｓの
光合分波器と、該第１〜第Ｓの入力ポートが前記第１〜
第Ｓの光合分波器の相異なる出力ポートに接続されたＷ
Ｓ個の請求項１３記載の光受信装置とを備えたことを特
徴とする光スイッチ網。
【請求項１５】前記第１段目〜第Ｒ段目の光ゲートア
レイにおける光ゲートの数Ｋ１〜ＫＲが素数または４で
あることを特徴とする請求項５、請求項７、請求項１
１、請求項１３の何れかに記載された光受信装置。