JP2003121889A - 光スイッチ及び光デマルチプレクサ - Google Patents

光スイッチ及び光デマルチプレクサ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理速度を高め、装置の小型化を図ることが
可能で、光信号の偏光状態に依存しない光スイッチを提
供する。 【解決手段】 信号光が入力される第１の入力口と、第
１の出力口と第２の出力口とを有する第１のマルチモー
ド干渉計の第１の出力口に第１の光導波路が接続されて
いる。第１の光導波路は、外部からの契機信号によって
屈折率変化を生ずる。第２の光導波路が、第２の出力口
に接続されている。契機手段が、第１の光導波路の屈折
率を変化させるための契機信号を、第1の光導波路に供
給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光スイッチ及び光
デマルチプレクサに関し、特に構成及び制御の簡単な光
スイッチ及び光デマルチプレクサに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、大容量光通信方式として、波長分
割多重（ＷＤＭ）光通信方式が開発され、さらに大容量
通信を目指した光時分割多重（ＯＴＤＭ）光通信方式
や、時間波長分割多重（ＴＷＤＭ）光通信方式が提唱さ
れ、それらの方式の研究が進められている。
【０００３】ＷＤＭ光通信方式は、信号光を波長多重す
ることにより信号密度を高める方式である。ＯＴＤＭ光
通信方式やＴＷＤＭ光通信方式等の時間分割方式は、同
一波長の信号光を時間で分割し、多数のチャネルに割り
当てることにより信号密度を高める方式である。
【０００４】電気信号の応答速度は半導体素子内のキャ
リアの移動時間で制限され、光の応答速度よりも遅い。
例えば、現在、電気信号の速度限界は４０Ｇｂｉｔ／ｓ
程度と考えられている。この速度以上のＯＴＤＭ信号を
処理するためには、光信号を高速の光信号処理によって
分割し、電気処理可能なビットレートまで落とす（デマ
ックス）必要がある。
【０００５】こうした背景を踏まえ、近年、光信号を電
気信号に変換することなく、光信号のままデマックスす
る光素子（光デマルチプレクサ）が研究されている。従
来、非線型ループミラー（ＮＯＬＭ）型、マッハツェン
ダ型、偏光分離型等の光デマルチプレクサが提案されて
いる。
【０００６】図１５（Ａ）に、ＮＯＬＭ型光デマルチプ
レクサの概略図を示す。光信号ｓｉｇ1が入力側光ファ
イバ１００を経由して、光ファイバのループ１０１の分
岐点１０２に到達する。光信号ｓｉｇ1は、分岐点１０
２で、ループ１０１内を反時計回りに進行する光信号ｓ
ｉｇ2と、時計回りに進行する光信号ｓｉｇ3に分岐され
る。光信号ｓｉｇ1は、チャネル＃１〜チャネル＃４ま
での４つのチャネルが時分割多重された信号である。
【０００７】光ループ１０１内の、分岐点１０２とは非
対称の位置に非線型導波路１０３が挿入されている。反
時計回りに進行する光信号ｓｉｇ2が、時計回りに進行
する光信号ｓｉｇ3よりも早く、非線型導波路１０３に
到達する。光信号ｓｉｇ2のチャネル＃２が非線型導波
路１０３を通過した直後に、非線型導波路１０３内に制
御光パルスｃｏｎが入力される。制御光パルスｃｏｎが
入力されると、非線型導波路１０３の屈折率が変化し、
光信号ｓｉｇ2のチャネル＃３及び＃４の光の位相がπ
だけシフトする。図１５では、位相がπだけシフトした
パルスに斜線が付されている。
【０００８】光信号ｓｉｇ3は、光信号ｓｉｇ2よりも遅
れて非線型導波路１０３に到達するため、非線型導波路
１０３に制御光パルスｃｏｎが入力された時点では、チ
ャネル＃１しか非線型導波路を通過していない。このた
め、光信号ｓｉｇ3のチャネル＃２〜＃４の光の位相が
πだけシフトする。
【０００９】光信号ｓｉｇ2とｓｉｇ3とが分岐点１０２
に戻ると、両者のチャネルのうち位相の揃っているチャ
ネル＃１、＃３及び＃４は、入力側光ファイバ１００内
を進行し、位相のずれているチャネル＃２は、出力側光
ファイバ１０５内を進行する。このように、時分割多重
された光信号ｓｉｇ1から１つのチャネルの信号のみを
分離することができる。
【００１０】ＮＯＬＭ型光デマルチプレクサでは、光ル
ープ１０１内を光信号が通過する時間が、処理可能な信
号速度を制限している。また、光ファイバのループを使
用するため、装置の小型化を図ることが困難である。
【００１１】図１５（Ｂ）に、マッハツェンダ型光デマ
ルチプレクサの概略図を示す。マッハツェンダ干渉計１
２０の２本のアームに、それぞれ非線型導波路１２１及
び１２２が挿入されている。光信号ｓｉｇ10が光信号ｓ
ｉｇ11とｓｉｇ12とに分岐されて、それぞれが非線型導
波路１２１及び１２２に導入される。制御光パルスｃｏ
ｎが、相互に異なるタイミングで、非線型導波路１２１
及び１２２に入力される。
【００１２】非線型導波路１２１においては、チャネル
＃１のパルスが通過した直後に、制御光パルスｃｏｎが
入力され、非線型導波路１２２においては、チャネル＃
２のパルスが通過した直後に制御光パルスｃｏｎが入力
される。非線型導波路１２１を通過した光信号ｓｉｇ11
のチャネル＃２〜＃４の光の位相がπだけシフトし、非
線型導波路１２２を通過した光信号ｓｉｇ12のチャネル
＃３及び＃４の光の位相がπだけシフトする。
【００１３】光信号ｓｉｇ11とｓｉｇ12とを合波するこ
とにより、チャネル＃１、＃３及び＃４の信号が出力光
ファイバ１２５内に導入され、チャネル＃２の信号が他
の出力光ファイバ１２６内に導入される。
【００１４】マッハツェンダ型光デマルチプレクサで
は、非線型導波路が挿入され、相互に平行に配置された
２本のアームが必要になる。このため、装置が大きくな
ってしまう。
【００１５】図１５（Ｃ）に、偏光分離型光デマルチプ
レクサの概略図を示す。光信号ｓｉｇ20が複屈折結晶１
３０に入射する。複屈折結晶１３０は、ＴＭモードの光
を、ＴＥモードの光に対して１パルス分遅延させる。複
屈折結晶１３０を通過した光信号ｓｉｇ21及び制御光パ
ルスｃｏｎが、非線型導波路１３１に入力される。ＴＥ
モードのチャネル＃２のパルスが非線型導波路１３１を
通過した直後に、制御光パルスｃｏｎが非線型導波路１
３１に入力される。
【００１６】非線型導波路１３１を通過した光信号ｓｉ
ｇ22の、ＴＥモードのチャネル＃３及び＃４のパルスの
光の位相がπだけ遅れ、ＴＭモードのチャネル＃２〜＃
４のパルスの光の位相がπだけ遅れる。非線型導波路１
３１を通過した光信号ｓｉｇ 22が、複屈折結晶１３２に
入力される。複屈折結晶１３２は、ＴＥモードの光をＴ
Ｍモードの光に対して１パルス分だけ遅延させる。これ
により、複屈折結晶１３２を通過した光信号ｓｉｇ23に
おいては、ＴＭモードの各パルスが、ＴＥモードの対応
するチャネルのパルスの位置と一致する。
【００１７】光信号ｓｉｇ23においては、チャネル＃
１、＃３及び＃４のＴＭモードのパルスとＴＥモードの
パルスとの位相が揃うが、チャネル＃２の両モードのパ
ルスは相互に位相差を有する。光信号ｓｉｇ23を偏光子
１３３に入力させることにより、チャネル＃２のパルス
のみを分離することができる。
【００１８】上述のように、偏光分離型光デマルチプレ
クサでは、入力される光信号のＴＭモードとＴＥモード
との強度がほぼ等しいことが条件とされる。ところが、
一般に、光ファイバを伝搬してきた光信号の偏光状態は
一定ではない。このため、偏光分離型光デマルチプレク
サは、実用には不向きである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
いずれの方式の光デマルチプレクサも、処理速度の制
限、装置の大型化、光信号の偏光状態依存性等の課題を
有する。
【００２０】本発明の目的は、処理速度を高め、装置の
小型化を図ることが可能で、光信号の偏光状態に依存し
ない光スイッチを提供することである。
【００２１】本発明の他の目的は、上記光スイッチを用
いた光デマルチプレクサを提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、信号光が入力される第１の入力口と、第１の出力口
と第２の出力口とを有する第１のマルチモード干渉計
と、前記第１の出力口に接続されて該第１の出力口から
出力される光を伝搬させ、外部からの契機信号によって
屈折率変化を生ずる第１の光導波路と、前記第２の出力
口に接続されて該第２の出力口から出力される光を伝搬
させる第２の光導波路と、前記第１の光導波路の屈折率
を変化させるための契機信号を、該第1の光導波路に供
給する契機手段とを有する光スイッチが提供される。
【００２３】さらに、少なくとも２つの入力口と、第１
の出力口とを有し、２つの入力口が、それぞれ前記第１
の光導波路の出力端と前記第２の光導波路の出力端とに
接続された第２のマルチモード干渉計を有する光スイッ
チが提供される。
【００２４】本発明の他の観点によると、複数のドロッ
プ素子であって、該ドロップ素子の各々が、制御光が入
力される制御光入力口、信号光が入力される信号光入力
口、及び制御光の入力に同期して信号光が出力されるド
ロップ信号出力口を有するドロップ素子と、時分割多重
された信号光を分岐させ、分岐された複数の信号光を、
それぞれ前記ドロップ素子の信号光入力口に入力する信
号導波路と、１つの制御光を分岐させ、分岐した複数の
制御光の各々を、対応する前記ドロップ素子に、一定の
時間ずつ徐々に遅らせて到達させる制御導波路とを有す
る光デマルチプレクサが提供される。
【００２５】本発明の他の観点によると、Ｎ個（Ｎは２
以上の整数）のドロップ素子であって、該ドロップ素子
の各々が、制御光が入力される制御光入力口、信号光が
入力される信号光入力口、及び制御光の入力に同期して
信号光が出力されるドロップ信号出力口を有するドロッ
プ素子と、多重度Ｎに時分割多重され、Ｎ個のチャンネ
ルを有する信号光を、前記ドロップ素子の各々の信号光
入力口に入力させる信号導波路と、１つの制御光をＮ個
に分岐させ、分岐したｉ番目（ｉは１以上Ｎ以下の整
数）の制御光を、ｉ番目の前記ドロップ素子の制御光入
力口に入力させる制御導波路とを有し、ｉ番目のドロッ
プ素子に入力される制御光が、ｉ番目のドロップ素子に
入力される信号光のｉ番目のチャンネルに同期するよう
に、前記信号導波路と制御導波路が制御光及び信号光の
一方を他方に対して遅延させる光デマルチプレクサが提
供される。
【００２６】本発明の他の観点によると、第１段目から
第Ｎ段目までのＮ個（Ｎは２以上の整数）のドロップ素
子であって、該ドロップ素子の各々が、制御光が入力さ
れる制御光入力口、信号光が入力される信号光入力口、
制御光の入力に同期して信号光が出力されるドロップ信
号出力口、及び少なくとも該ドロップ信号出力口に信号
光が出力されていない期間に信号光を出力するスルー信
号出力口を有するドロップ素子と、時分割多重された信
号光を、第１段目のドロップ素子の信号光入力口に入力
する第１の光導波路と、各ドロップ素子のスルー信号出
力口を、次段のドロップ素子の信号光入力口に接続する
第２の光導波路と、１つの制御光を分岐させ、分岐した
複数の制御光の各々を、対応する前記ドロップ素子に、
後段になるほど一定の時間ずつ徐々に遅らせて到達させ
る制御導波路とを有する光デマルチプレクサが提供され
る。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１及び図２を参照して、本発明
の第１の実施例による光スイッチの構成及び動作原理に
ついて説明する。
【００２８】図１（Ａ）は、第１の実施例による光スイ
ッチの平面図を示す。第１の実施例による光スイッチ
は、第１段目マルチモード干渉計（ＭＭＩ）１、第２段
目マルチモード干渉計（ＭＭＩ）２、非線型光導波路３
及び４を含んで構成される。ＭＭＩ１及び２は、比誘電
率３．２５のコア層の上下を、比誘電率３．１８のクラ
ッド層で挟んだ導波積層構造を有し、光の入射方向に直
交する方向のコア層の幅（図１の縦方向の一辺の長さ）
Ｗ１が１５μｍ、光の入射方向に平行な方向のコア層の
長さ（図１の横方向の一辺の長さ）Ｌ１が３２０μｍで
ある。図１では、光の入射方向に縮小して表されてい
る。コア層の材料として、ＩｎＧａＡｓを用いることが
でき、クラッド層の材料として、ＩｎＰを用いることが
できる。これらの材料は、有機金属化学気相成長（ＭＯ
ＣＶＤ）によって、基板上に形成することができる。ま
た、導波路及びマルチモード干渉計は、半導体プロセス
で用いられるリソグラフィ及び埋め込み成長を組み合わ
せることにより形成される。
【００２９】非線型光導波路３及び４は、半導体光増幅
器（ＳＯＡ）で構成されている。ＳＯＡの幅（図１の縦
方向の一辺の長さ）Ｗ２は２．５μｍであり、長さ（図
１の横方向の一辺の長さ）は１４０μｍである。なお、
通過する光の十分な位相変調を行うために、１４０μｍ
以上に長くしても、以下に説明するシミュレーション結
果は変わらない。非線型導波路３及び４は、光または電
気的に励起されることにより、その導波路の屈折率を変
化させる。ＭＭＩ１、２及び非線型導波路３、４は、１
枚の半導体基板上に形成される。
【００３０】第１段目ＭＭＩは、１つの入力口１Ａ、第
１の出力口１Ｂ、及び第２の出力口１Ｃを有する。第２
段目ＭＭＩ２は、第１の入力口２Ａ、第２の入力口２
Ｂ、第１の出力口２Ｃ、及び第２の出力口２Ｄを有す
る。非線型導波路３が、第１段目ＭＭＩ１の第１の出力
口１Ｂを、第２段目ＭＭＩ２の第１の入力口２Ａに接続
し、非線型導波路４が、第１段目ＭＭＩ１の第２の出力
口１Ｃを、第２段目ＭＭＩ２の第２の入力口２Ｂに接続
する。
【００３１】第１段目ＭＭＩ１と第２段目ＭＭＩ２と
は、非線型導波路３及び４の中心同士を結ぶ第１の仮想
直線Ｃ１に関して、相互に線対称な形状を有する。第１
段目ＭＭＩ１、第２段目ＭＭＩ２、非線型導波路３及び
４で構成される導波構造は、光の入射方向に平行な第２
の仮想直線Ｃ２に関して線対称な形状を有する。第１段
目ＭＭＩ１の入力口１Ａと第２段目ＭＭＩ２の第１の出
力口２Ｃとは、第１の仮想直線Ｃ１と第２の仮想直線Ｃ
２との交点に関して、点対称の位置に配置されている。
第２段目ＭＭＩ２の第１の出力口２Ｃと第２の出力口２
Ｄとは、第２の仮想直線に関して線対象の位置に配置さ
れている。
【００３２】図１（Ａ）に示すように、非線型導波路３
及び４が屈折率変化を生じていない状態では、第１段目
ＭＭＩ１の入力口１Ａから入力された信号光は、非線型
導波路３及び４を通過して、第２段目ＭＭＩ２の第１の
出力口２Ｃから出力される。
【００３３】図１（Ｂ）に示すように、非線型導波路３
が、光または電気的に励起されて屈折率が変化した状態
を示す。屈折率の変化した非線型導波路３に斜線が付さ
れている。光回路の対称性が崩れ、第２の出力口２Ｄか
らも信号光が出力される。第２段目ＭＭＩ２の第２の出
力口２Ｄから信号光が出力されない状態がオフ状態、信
号光が出力される状態がオン状態に対応する。
【００３４】屈折率変化を間欠的に生じさせることによ
り、オフ状態からオン状態に移行させることができる。
【００３５】図２に、図１に示した光スイッチについ
て、ビーム伝搬法による光路シミュレーションを行った
結果を示す。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ
非線型導波路３と４との双方の屈折率が変化していない
状態、非線型導波路４の屈折率が変化した状態、及び非
線型導波路３の屈折率が変化した状態を示す。図２にお
いて、光強度の強い部分が、白く表されている。
【００３６】図２（Ａ）に示したように、非線型導波路
３及び４の屈折率が変化していない状態では、入射光
が、２つの非線型導波路３及び４を通過し、第２段目Ｍ
ＭＩ２の第１の出力口２Ｃから出力され、第２の出力口
２Ｄからは出力されないことが確認できる。図２（Ｂ）
及び（Ｃ）に示したように、非線型導波路３及び４の一
方の屈折率が変化した状態では、第２段目ＭＭＩ２の第
１の出力口２Ｃ及び第２の出力口２Ｄの双方から、信号
光が出力されていることが確認できる。
【００３７】２つの非線型導波路３及び４の屈折率が変
化していない状態では、第２段目ＭＭＩ２の第２の出力
口２Ｄからは、実質的に信号光が出力されないため、Ｒ
Ｚ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）スイッチが実現さ
れる。これは、実用上の観点から、優れた特性の光スイ
ッチである。
【００３８】次に、図３及び図４を参照して、本発明の
第２の実施例による光スイッチについて説明する。
【００３９】図３（Ａ）は、第２の実施例による光スイ
ッチの平面図を示す。第２の実施例による光スイッチ
は、第１の実施例による光スイッチと同様に、第１段目
ＭＭＩ１１、第２段目ＭＭＩ１２、非線型導波路１３及
び１４により構成されている。各構成部分の接続関係
は、第１の実施例の光スイッチと同一であり、各構成部
分の形状及び大きさが異なる。
【００４０】第１段目ＭＭＩ１１のコア層の幅Ｗ３及び
長さＬ３は、それぞれ１５μｍ及び１３０μｍである。
第２段目ＭＭＩ１２のコア層の幅Ｗ４及び長さＬ４は、
それぞれ１５μｍ及び８０μｍである。非線型導波路１
３及び１４の長さ方向の中間の点を通過する第３の仮想
直線Ｃ３に関して、対称性が崩れている。光の入射方向
に平行な第４の仮想直線Ｃ４に関しては、対称性が保た
れている。第１段目ＭＭＩ１１の入力口１１Ａが、第４
の仮想直線Ｃ４上に配置されている。
【００４１】図４に、図３に示した光スイッチについ
て、ビーム伝搬法による光路シミュレーションを行った
結果を示す。図４（Ａ）は、非線型導波路１３と１４と
の双方の屈折率が変化していない状態を示し、図４
（Ｂ）は、非線型導波路１３の屈折率が変化した状態を
示す。図４において、光強度の強い部分が、白く表され
ている。
【００４２】図４（Ａ）に示したように、非線型導波路
１３及び１４の屈折率が変化していない状態では、入射
光が、２つの非線型導波路１３及び１４を通過し、第２
段目ＭＭＩ１２の２つの出力口１２Ｃ及び１２Ｄからほ
ぼ均等に出力されていることが確認できる。これは、光
スイッチが、第４の仮想直線Ｃ４に関して線対称である
ためである。
【００４３】図４（Ｂ）に示したように、非線型導波路
１３の屈折率が変化した状態では、第２段目ＭＭＩ１２
の第１の出力口１２Ｃから出力される光の強度が弱ま
り、第２の出力口１２Ｄから出力される光の強度が強ま
っていることが確認できる。このように、出力光の強度
を変化させることにより、スイッチングを行うことがで
きる。ただし、第１の実施例の場合と異なり、ＲＺスイ
ッチは実現されない。
【００４４】次に、図５及び図６を参照して、本発明の
第３の実施例による光スイッチの構成及び動作について
説明する。
【００４５】上記第１及び第２の実施例による光スイッ
チでは、ＭＭＩが２段構成になっていたが、第３の実施
例では、１つのＭＭＩ２１と、２つの非線型導波路２２
及び２３により構成される。ＮＮＩ２１のコア層の幅Ｗ
５及び長さＬ５は、それぞれ１５μｍ及び３２０μｍで
ある。ＭＭＩ２１は、１つの入力口２１Ａ、第１の出力
口２１Ｂ、及び第２の出力口２１Ｃを有する。
【００４６】第１の出力口２１Ｂ及び第２の出力口２１
Ｃに、それぞれ非線形導波路２２及び２３が接続されて
いる。
【００４７】図６に、図５に示した光スイッチについ
て、ビーム伝搬法による光路シミュレーションを行った
結果を示す。図６（Ａ）は、非線型導波路２２と２３と
の双方の屈折率が変化していない状態を示し、図６
（Ｂ）は、非線型導波路２３の屈折率が変化した状態を
示す。図６において、光強度の強い部分が、白く表され
ている。
【００４８】図６（Ａ）に示したように、非線型導波路
２２及び２３の屈折率が変化していない状態では、入射
光が、２つの非線型導波路２２及び２３に、ほぼ均等に
伝搬されることが確認できる。
【００４９】図６（Ｂ）に示したように、非線型導波路
２２の屈折率を変化させた状態では、第１の出力口２１
Ｂから出射する光の強度が強くなり、第２の出力口２１
Ｃから出射する光の強度が弱くなることが確認できる。
このように、出力光の強度を変化させることにより、ス
イッチングを行うことができる。ただし、第２の実施例
の場合と同様に、ＲＺスイッチは実現されない。
【００５０】次に、上記第１〜第３の実施例による非線
型導波路の屈折率を変化させるための具体的な方法につ
いて説明する。
【００５１】図７に、非線型導波路を構成する半導体増
幅器（ＳＯＡ）の概略斜視図を示す。光増幅のための利
得を有する活性層２００を、ｐ型半導体層２０１とｎ型
半導体層２０２とで挟んだ構造とされている。活性層２
００は、両側の半導体層２０１及び２０２よりもバンド
ギャップの小さな半導体材料で形成された半導体層、ま
たは量子井戸層で構成される。活性層２００は、例えば
ＩｎＧａＡｓＰで形成され、両側の半導体層２０１及び
２０２は、ＩｎＰで形成される。
【００５２】活性層２００に順方向バイアスを印加する
と、活性層２００内のキャリア分布が反転分布状態にな
り、活性層２００の屈折率が変化する。活性層２００の
１つの端面から活性層２００内に光信号２０３が入射す
ると、光信号が位相変調を受け、反対側の端面から出射
する。
【００５３】このように、ＳＯＡで構成された非線型導
波路に電気信号を印加することにより、屈折率変化を生
じさせることができる。
【００５４】図７では、非線型導波路の屈折率を電気的
に変化させる方法を説明した。この方法では、光スイッ
チの応答速度が、電気信号の処理速度によって制限され
る。より高速のスイッチングを行うためには、光信号に
よって、非線型導波路の屈折率を変化させることが好ま
しい。以下、光信号によって屈折率変化を生じさせる方
法を説明する。
【００５５】図８に、図１に示した第１の実施例に用い
られる光スイッチの概略断面図を示す。非線型導波路３
を挟むように、一対の反射鏡３１及び３２が、相互に反
射面を対向させて配置されている。第１段目ＭＭＩ１の
上に、基板面に平行に制御光用導波路３３が配置されて
いる。制御光用導波路３３の出射端に、出射した制御光
ｃｏｎを基板側に向かって反射させる反射鏡３０が配置
されている。
【００５６】一対の反射鏡３１及び３２は、例えば誘電
体や半導体の多層膜で構成することができる。斜めの反
射鏡３０は、導波路の端面を斜めにエッチングすること
により形成することができる。
【００５７】制御光用導波路３３から出射した制御光ｃ
ｏｎが、基板面に対して斜めに配置された反射鏡３０に
より、基板（非線型導波路）に向かって反射する。反射
鏡３０で反射した制御光ｃｏｎは、一対の反射鏡３１と
３２とで反射を繰り返す。このとき、制御光ｃｏｎが、
非線型導波路３を励起させて、その屈折率を変化させ
る。
【００５８】図９を参照して、本発明の第４の実施例に
よる光スイッチの構成及び動作について説明する。
【００５９】図９（Ａ）に、第４の実施例による光スイ
ッチの平面図を示す。第４の実施例による光スイッチ
は、図１に示した第１の実施例による第１段目ＭＭＩ
１、第２段目ＭＭＩ２、非線型導波路３及び４に加え、
制御光導入用ＭＭＩ４０、導波路４１及び４２を含んで
構成される。なお、第１の実施例では、第１段目ＭＭＩ
１に、１つの入力口１Ａのみが設けられている場合を示
したが、第４の実施例では、仮想直線Ｃ２に関して入射
光１Ａと対称の位置に、もう一つの入力口１Ｄが設けら
れている。
【００６０】制御光導入用ＭＭＩ４０は、第１の入力口
４０Ａ、第２の入力口４０Ｂ、第１の出力口４０Ｃ、及
び第２の出力口４０Ｄを有する。導波路４１は、制御光
導入用ＭＭＩ４０の第１の出力口４０Ｃと、第１段目Ｍ
ＭＩ１の第１の入力口１Ａとを接続する。また、信号光
ｓｉｇが、導波路４１内を伝搬する制御光に合波され
て、第１段目ＭＭＩ１の第１の入力口１Ａに入力され
る。信号光ｓｉｇの波長は、例えば１．５５μｍであ
り、制御光の波長は、信号光の波長よりも短く、例えば
１．３μｍまたは１．４８μｍである。
【００６１】図９（Ｃ）に示すように、制御光導入用Ｍ
ＭＩ４０の第２の入力口４０Ｂから制御光パルスｃｏｎ
を入射すると、制御光ｃｏｎパルスは、導波路４１及び
４２を通過して、非線型導波路３に入力される。これに
より、非線型導波路３が励起され、その屈折率が変化す
る。これは、図２（Ｃ）に示した状態と同一であるた
め、信号光ｓｉｇは、第２段目ＭＭＩ２の第１の出力口
２Ｃと第２の出力口２Ｄとから、ほぼ均等に出力され
る。
【００６２】図９（Ｃ）に示すように、制御光導入用Ｍ
ＭＩ４０の第１の入力口４０Ａから制御光パルスｃｏｎ
が入射すると、制御光パルスｃｏｎは、非線型導波路４
に到達する。これにより、非線型導波路４が励起され、
その屈折率が変化する。
【００６３】図１０に、非線型導波路３及び４の屈折率
の時間変動を示す。曲線ｎ3及びｎ4が、それぞれ非線型
導波路３及び４の屈折率を示す。時刻ｔ1において、図
９（Ｂ）に示したように、制御光パルスｃｏｎが入力さ
れて、非線型導波路３の屈折率が変化する。その屈折率
は、決まった時定数で元の屈折率に戻る。 時刻ｔ2に
おいて、図９（Ｃ）に示したように、制御光パルスｃｏ
ｎが入力されて、非線型導波路４の屈折率が変化する。
このとき、非線型導波路４の屈折率ｎ4が、当該時刻に
おける非線型導波路３の屈折率ｎ3とほぼ等しくなるよ
うに、非線型導波路３及び４が設計されている。
【００６４】図９（Ｃ）に示したように、非線型導波路
３及び４の屈折率が共に変化すると、光回路の対称性が
確保され、図９（Ａ）の場合と同様に、第２段目ＭＭＩ
２の第１の出力口２Ｃのみから信号光ｓｉｇが出力さ
れ、第２の出力口２Ｄからは、信号光ｓｉｇが出力され
ない。従って、時刻ｔ1とｔ2との間は、第２段目ＭＭＩ
２の第２の出力口２Ｄから信号光ｓｉｇが出力され、時
刻ｔ2以降は、第２の出力口２Ｄからは、信号光ｓｉｇ
が出力されない。
【００６５】図１０に示すように、時刻ｔ3において、
制御光導入用ＭＭＩ４０の第２の入力口４０Ｂから制御
光パルスを入射し、時刻ｔ4において、第１の入力口４
０Ａから制御光パルスを入射する。これにより、時刻ｔ
3とｔ4との間に、第２の出力口２Ｄから信号光ｓｉｇを
出射させることができる。
【００６６】上記動作を周期的に繰り返すことにより、
所望の期間のみ、信号光ｓｉｇを第２の出力口２Ｄから
出力させることができる。図１０の時刻ｔ1及びｔ3にお
ける制御は、プッシュ制御と呼ばれ、時刻ｔ2及びｔ4に
おける制御は、プル制御と呼ばれる。第４の実施例によ
る光スイッチは、プッシュプル制御を行うことが可能で
ある。
【００６７】出力口から出力された光を、波長フィルタ
でフィルタリングすることにより、制御光をカットして
信号光のみを取り出すことができる。これにより、信号
光のＳ／Ｎ比を改善することができる。
【００６８】次に、図１１を参照して、本発明の第５の
実施例による光スイッチの構成及び動作について説明す
る。
【００６９】図１１（Ａ）は、第５の実施例による光ス
イッチの平面図を示す。以下、図９（Ａ）に示した第４
の実施例による光スイッチとの相違点について説明す
る。
【００７０】第４の実施例では、導波路４１において信
号光ｓｉｇと制御光パルスｃｏｎとが合波されていた
が、第５の実施例では、合波用ＭＭＩ５０によって、信
号光ｓｉｇと制御光パルスｃｏｎとが合波される。
【００７１】合波用ＭＭＩ５０の第１の入力口５０Ａ
に、信号光ｓｉｇが入力される。合波用ＭＭＩ５０の第
２の入力口５０Ｂに、制御光導入用ＭＭＩ４０の第１の
出力口４０Ｃから出力された制御光パルスｃｏｎが入力
される。合波用ＭＭＩ５０の出力口から出力された信号
光ｓｉｇ及び制御光パルスｃｏｎが、第１段目ＭＭＩ１
の第１の入力口１Ａに入力される。
【００７２】制御光導入用ＭＭＩ４０の前段に、制御光
分岐用ＭＭＩ６０が配置されている。制御光分岐用ＭＭ
Ｉは、入力口６０Ａ、第１の出力口６０Ｃ、及び第２の
出力口６０Ｄを有する。第１の出力口６０Ｃは、導波路
６２を介して制御光導入用ＭＭＩ４０の第１の入力口４
０Ａに接続され、第２の出力口６０Ｄは、導波路６１を
介して制御光導入用ＭＭＩ４０の第２の入力口４０Ｂに
接続されている。導波路６２は、導波路６１よりも長
い。すなわち、導波路６２は、遅延回路を構成してい
る。
【００７３】制御光分岐用ＭＭＩ６０の入力口６０Ａか
ら制御光パルスｃｏｎが入力される。制御光パルスｃｏ
ｎは、第１の出力口６０Ｃと第２の出力口６０Ｄに、ほ
ぼ均等に出力される。導波路６２を通過する制御光パル
スｃｏｎ1は、導波路６１を通過する制御光パルスｃｏ
ｎ2よりも遅延して、制御光導入用ＭＭＩ４０に到達す
る。この遅延時間が、図１０に示した時刻ｔ1からｔ2ま
での遅延に相当する。このため、１つの制御光パルスｃ
ｏｎを入力するのみで、プッシュプル制御を行うことが
できる。
【００７４】図１１（Ｂ）に、図１１（Ａ）の光スイッ
チの内部光回路をブラックボックスとした光スイッチ７
０のブロック図を示す。光スイッチ７０は、制御光パル
スｃｏｎが入力される制御光入力口７０Ｃ、信号光ｓｉ
ｇが入力される信号光入力口７０Ｓ、２つの出力口７０
Ｔ及び７０Ｄを有する。制御光入力口７０Ｃは、図１１
（Ａ）の制御光分岐用ＭＭＩ６０の入力口６０Ａに相当
し、制御光入力口７０Ｃは、図１１（Ａ）の合波用ＭＭ
Ｉ５０の入力口５０Ａに相当する。また、出力口７０Ｔ
及び７０Ｄは、それぞれ図１１（Ａ）の第２段目ＭＭＩ
２の出力口２Ｃ及び２Ｄに相当する。
【００７５】制御光入力口７０Ｃから制御光パルスｃｏ
ｎが入力されると、ある期間だけ出力口７０Ｄから信号
光ｓｉｇが出力されるため、出力口７０Ｄをドロップ信
号出力口と呼ぶ。また、他方の出力口７０Ｔを、スルー
信号出力口と呼ぶ。本明細書において、光スイッチ７０
をドロップ素子と呼ぶ。
【００７６】図１２に、第６の実施例による光デマルチ
プレクサの概略平面図を示す。第６の実施例による光デ
マルチプレクサは、４つのドロップ素子７０（１）〜７
９（４）、４つの光電気変換素子７５（１）〜７５
（４）、信号光導波路７２、制御光導波路７１を含んで
構成される。ドロップ素子７０（１）〜７０（４）の各
々は、図１１に示した第５の実施例によるドロップ素子
７０と同一のものである。
【００７７】多重度４に時分割多重され、チャネル＃１
〜＃４のパルスを含む信号光ｓｉｇが、信号光導波路７
２で４つの信号光に分岐される。分岐された信号光ｓｉ
ｇが、それぞれドロップ素子７０（１）〜７０（４）の
信号光入力口に入力される。
【００７８】制御光パルスｃｏｎが、制御光導波路７１
により４つの制御光パルスｃｏｎ1〜ｃｏｎ4に分岐され
る。分岐された制御光パルスｃｏｎ1〜ｃｏｎ4が、それ
ぞれドロップ素子７０（１）〜７０（４）の制御光入力
口に入力される。４つの制御光パルスｃｏｎ1からｃｏ
ｎ4は、一定の時間ずつ徐々に遅れて、対応するドロッ
プ素子７０（１）〜７０（４）に到達する。より具体的
には、ドロップ素子７０（ｉ）に信号光ｓｉｇのチャネ
ル＃ｉのパルスが到達する時刻に、制御光パルスｃｏｎ
iが、ドロップ素子７０（ｉ）に到達する。これによ
り、プル制御が行われる。また、チャネル＃（ｉ＋１）
のパルスが到達するまでに、プッシュ制御が完了する。
【００７９】このため、ドロップ素子７０（ｉ）のドロ
ップ信号出力口から、チャネル＃ｉのパルスのみが出力
される。このようにして、時分割多重された信号光ｓｉ
ｇを分離し、チャネルごとの信号を得ることができる。
例えば、１６０Ｇｂ／ｓの信号光から、４０Ｇｂ／ｓの
４つの信号光を得ることができる。チャネル＃ｉの信号
光は、光電気変換素子７５（ｉ）に入力され、電気信号
に変換される。
【００８０】図１３に、本発明の第７の実施例による光
デマルチプレクサの概略平面図を示す。第６の実施例で
は、４つのドロップ素子が並列に接続されていたが、第
７の実施例では、４つのドロップ素子７０（１）〜７０
（４）が縦続接続されている。すなわち、ドロップ素子
７０（ｉ）のスルー信号出力口が、次段のドロップ素子
７０（ｉ＋１）の信号光入力口に接続されている。光電
気変換素子７５（１）〜７５（４）が、それぞれドロッ
プ素子７０（１）〜７０（４）のドロップ信号出力口に
接続されている。
【００８１】多重度４に時分割多重された信号光ｓｉｇ
が、第１段目のドロップ素子７０（１）の信号光入力口
に入力される。制御光パルスｃｏｎは、４つの制御光パ
ルスｃｏｎ1〜ｃｏｎ4に分岐される。分岐された制御光
パルスｃｏｎ1〜ｃｏｎ4は、それぞれドロップ素子７０
（１）〜７０（４）の制御光入力口に入力される。
【００８２】ドロップ素子７０（ｉ）に信号光ｓｉｇの
チャネル＃ｉのパルスが到達する時刻に、制御光パルス
ｃｏｎiが、ドロップ素子７０（ｉ）に到達するよう
に、制御光導波路８０が、制御光パルスｃｏｎ1〜ｃｏ
ｎ4を所定時間だけ遅延させる。制御光パルスｃｏｎ
iが、ドロップ素子７０（ｉ）に到達すると、ドロップ
素子７０（ｉ）でプル制御が行われる。また、チャネル
＃（ｉ＋１）のパルスが到達するまでに、プッシュ制御
が完了する。
【００８３】このため、ドロップ素子７０（ｉ）のドロ
ップ信号出力口から、チャネル＃ｉのパルスのみが出力
される。このようにして、時分割多重された信号光ｓｉ
ｇを分離し、チャネルごとの信号を得ることができる。
チャネル＃ｉの信号光は、光電気変換素子７５（ｉ）に
入力され、電気信号に変換される。
【００８４】上記第６及び第７の実施例では、多重度４
の信号光の分離を行う場合について説明したが、一般的
に多重度Ｎの信号光の分離を行う場合には、並列接続ま
たは縦続接続するドロップ素子の数をＮ個にすればよ
い。
【００８５】また、上記第６及び第７の実施例では、１
つの制御光パルスを分岐させ、分岐した複数の制御光の
各々を、対応するドロップ素子に、一定の時間ずつ徐々
に遅らせて到達させている。このため、時分割多重され
たチャネルごとに制御光パルスを発生させる必要がな
い。
【００８６】次に、上記第６の実施例と第７の実施例と
を対比しつつ、両実施例の効果について説明する。
【００８７】第６の実施例では、信号光ｓｉｇが４等分
されるため、各ドロップ素子７０（ｉ）に入力される信
号光ｓｉｇの強度は、当初の信号光ｓｉｇの強度の約１
／４になる。これに対し、第７の実施例では、１つの信
号光ｓｉｇが、４つのドロップ素子７０（１）〜７０
（４）を順番に通過するため、信号強度の低下がほとん
どない。このため、第７の実施例では、分離された各チ
ャネルの信号光の強度を高く維持することができる。
【００８８】第７の実施例では、信号光ｓｉｇがドロッ
プ素子７０（ｉ）を通過する度に、信号純度が低下す
る。具体的には、信号波形が崩れたり、雑音が混入した
り、ジッタが発生したりする。これに対し、第６の実施
例では、信号純度の低下がほとんど生じない。
【００８９】第６の実施例では、制御光導波路７１と信
号光導波路７２とが交差する。このため、導波路設計に
注意が必要である。
【００９０】次に、図１４を参照して、本発明の第８の
実施例による光スイッチの構成及び動作について説明す
る。上記第１〜第７の実施例では、第１段目ＭＭＩと第
２段目ＭＭＩとを、２本の非線型導波路で接続していた
が、導波路を３本以上としてもよい。このとき、少なく
とも１本の導波路は、非線型導波路とする必要がある。
第８の実施例では、第１段目ＭＭＩと第２段目ＭＭＩと
を接続する導波路を４本とした例である。
【００９１】図１４（Ａ）は、第８の実施例による光ス
イッチの概略平面図を示す。第１段目ＭＭＩ９１と第２
段目ＭＭＩ９２とが、４本の導波路９３、９４、９５及
び９６で相互に接続されている。第１段目ＭＭＩ９１
は、第１の入力口９１Ａと第２の入力口９１Ｂとを有
し、第２段目ＭＭＩ９２は、第１の出力口９２Ａと第２
の出力口９２Ｂとを有する。
【００９２】第１段目ＭＭＩ９１、第２段目ＭＭＩ９
２、導波路９３〜９６は、光の入射方向に平行な仮想直
線Ｃ２に関して線対称である。導波路９４と９５とが、
相互に対称の位置に配置されている。導波路９３と９６
とが、導波路９４及び９５の外側に配置されている。導
波路９４及び９５が、非線型導波路であり、導波路９３
及び９６は、通常の導波路である。
【００９３】第１段目ＭＭＩ９１及び第２段目ＭＭＩ９
２の幅Ｗ６は１２μｍであり、長さＬ６は３４５μｍで
ある。導波路９３〜９６の長さＬ７は１００μｍ、導波
路９３及び９６の幅Ｗ７は１．５μｍ、導波路９４及び
９５の幅Ｗ８は１．０μｍである。２つの入力口９１Ａ
及び９１Ｂは、第１段目ＭＭＩ９１の入力側の辺の両端
に配置され、２つの出力口９２Ａ及び９２Ｂは、第２段
目ＭＭＩ９２の出力側の辺の両端に配置されている。
【００９４】図１４（Ｂ）及び（Ｃ）に、ビーム伝搬法
による光路シミュレーションを行った結果を示す。図１
４（Ａ）は、非線型導波路９４及び９５の屈折率が変化
していない状態を示し、図１４（Ｂ）は、非線型導波路
９４及び９５の屈折率が変化した状態を示す。第１段目
ＭＭＩ９１、第２段目ＭＭＩ９２、導波路９３及び９６
のコア部の屈折率は３．２５であり、その周囲のクラッ
ド部の屈折率は３．１８である。導波路９４及び９５の
コア部の屈折率は、図１４（Ｂ）の状態においては３．
２５であり、図１４（Ｃ）の状態においては３．１８で
ある。図中に示した閉じた曲線は、等光強度曲線であ
る。
【００９５】図１４（Ｂ）に示したように、非線型導波
路９４及び９５の屈折率が変化していない状態では、第
１段目ＭＭＩ９１の第２の入力口９１Ｂから入力された
信号光が、４つの導波路９３〜９６を通過し、第２段目
ＭＭＩ２の第２の出力口９２Ｂから出力されていること
が確認される。第１の出力口９２Ａからは、信号光が出
力されない。
【００９６】図１４（Ｃ）に示したように、非線型導波
路９４及び９５の屈折率が変化した状態では、第２の入
力口９１Ｂから入力された信号光が、両端の２つの導波
路９３及び９６を通過し、第２段目ＭＭＩ２の２つの出
力口９２Ａ及び９２Ｂから出力されていることが確認さ
れる。第１の出力口９２Ａから出力される信号光の強度
は、第２の出力口９２Ｂから出力される信号光の強度よ
りも強い。
【００９７】図１４（Ｂ）及び（Ｃ）に示したシミュレ
ーション結果からわかるように、第８の実施例による光
スイッチは、第２段目ＭＭＩ９２の第２の出力口９２Ｂ
をスルー信号出力口とし、第１の出力口９２Ａをドロッ
プ信号出力口としたドロップ素子として使用することが
できる。
【００９８】上記第１〜第８の実施例による光スイッチ
や光デマルチプレクサは、複数の光学素子を１枚の半導
体基板上に、モノリシックに形成することができる。こ
のため、装置の小型化を図ることが可能になる。なお、
必ずしもモノリシック構造とする必要はなく、導波路と
して、光ファイバや光学結晶を用いることも可能であ
る。
【００９９】また、上記第１〜第８の実施例による光ス
イッチや光デマルチプレクサの動作は、信号光の偏光状
態に依存しないため、光ファイバから出力された信号光
を処理することができる。
【０１００】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【０１０１】上記実施例から、下記の付記に記載した発
明が導出される。 （付記１） 信号光が入力される第１の入力口と、少な
くとも２つの出力口とを有する第１のマルチモード干渉
計と、前記複数の出力口から選択された一つまたは複数
の第１の出力口の各々に接続されて該第１の出力口から
出力される光を伝搬させ、外部からの契機信号によって
屈折率変化を生ずる第１の光導波路と、前記複数の出力
口から選択された一つまたは複数の第２の出力口の各々
に接続されて該第２の出力口から出力される光を伝搬さ
せる第２の光導波路と、前記第１の光導波路の屈折率を
変化させるための契機信号を、該第1の光導波路に供給
する契機手段とを有する光スイッチ。 （付記２） 前記第１の光導波路が、半導体光増幅器を
含む付記１に記載の光スイッチ。 （付記３） さらに、少なくとも２つの入力口と、第１
の出力口とを有し、複数の入力口が、それぞれ前記第１
の光導波路の出力端と前記第２の光導波路の出力端とに
接続された第２のマルチモード干渉計を有する付記１ま
たは２に記載の光スイッチ。 （付記４） 前記第２のマルチモード干渉計は、前記第
１の光導波路の屈折率が変化して、前記第１の光導波路
と第２の光導波路とを伝搬する信号光の一方の位相が他
方の位相よりも遅延すると、該第２のマルチモード干渉
計の第１の出力口から出力される信号光の強度を変化さ
せる付記３に記載の光スイッチ。 （付記５） 前記第２のマルチモード干渉計が、第１の
出力口以外に第２の出力口を有する付記３または４に記
載の光スイッチ。 （付記６） 前記第２のマルチモード干渉計は、前記第
１の光導波路の屈折率が変化して、前記第１の光導波路
と第２の光導波路とを伝搬する信号光の一方の位相が他
方の位相よりも遅延すると、該第２のマルチモード干渉
計の第１の出力口と第２の出力口とから出力される信号
光の強度を変化させる付記５に記載の光スイッチ。 （付記７） 前記第２のマルチモード干渉計は、前記第
１の光導波路の中央の点と前記第２の光導波路の中央の
点とを結ぶ仮想直線に関して、前記第１のマルチモード
干渉計と線対称の形状を有する付記３乃至６のいずれか
に記載の光スイッチ。 （付記８） 前記契機手段が、前記第１の光導波路を挟
んで対向し、制御光を多重反射させる一対の反射鏡と、
該反射鏡で多重反射するように、前記一対の反射鏡内に
制御光を導入する制御光導入手段と を有する付記１乃至７のいずれかに記載の光スイッチ。
（付記９） 前記第１のマルチモード干渉計が、前記第
１の入力口以外に第２の入力口を有し、前記契機手段
が、制御光が入力される第１の入力口と、第１の出力口
と第２の出力口とを有する第３のマルチモード干渉計
と、前記第３のマルチモード干渉計の第２の出力口から
出力される光を、前記第１のマルチモード干渉計の第２
の入力口に入力する第３の光導波路と、前記第３のマル
チモード干渉計の第１の出力口から出力される光を、信
号光と合波して前記第１のマルチモード干渉計の第１の
入力口へ入力する合波光学素子とを含む付記１乃至７の
いずれかに記載の光スイッチ。 （付記１０） 前記合波光学素子が、前記第３のマルチ
モード干渉計の第１の出力口に接続された第１の入力口
と、信号光が入力される第２の入力口と、該第１の入力
口と第２の入力口とから入力された光を合波して出力口
から出力し、該出力口が前記第１のマルチモード干渉計
の第１の入力口に接続された第４のマルチモード干渉計
を含む付記９に記載の光スイッチ。 （付記１１） 前記第２の光導波路が、入力される光の
強度によって屈折率変化を生ずる非線型導波路である付
記９または１０に記載の光スイッチ。 （付記１２） 前記第３のマルチモード干渉計が、第１
の入力口以外に第２の入力口を有し、該第３のマルチモ
ード干渉計の第１の入力口から制御光が入力されると、
該制御光が前記第１のマルチモード干渉計の第１の出力
口から出力され、該第３のマルチモード干渉計の第２の
入力口から制御光が入力されると、該制御光が前記第１
のマルチモード干渉計の第２の出力口から出力される付
記１１に記載の光スイッチ。 （付記１３） 前記契機手段が、さらに、入力口から入
力された制御光を分岐し、前記第３のマルチモード干渉
計の第１の入力口と第２の入力口とに、タイミングを相
互にずらして入力する分岐遅延光学素子を含む付記１１
に記載の光スイッチ。 （付記１４） 前記分岐遅延光学素子が、制御光が入力
される入力口、該入力口から入力された制御光を第１の
出力口と第２の出力口とから出力する第５のマルチモー
ド干渉計と、前記第５のマルチモード干渉計の第１の出
力口と前記第３のマルチモード干渉計の第１の入力口と
を接続する第４の光導波路と、前記第５のマルチモード
干渉計の第２の出力口と前記第３のマルチモード干渉計
の第２の入力口とを接続し、前記第４の光導波路とは長
さの異なる第５の光導波路とを有する付記１３に記載の
光スイッチ。 （付記１５） 複数のドロップ素子であって、該ドロッ
プ素子の各々が、制御光が入力される制御光入力口、信
号光が入力される信号光入力口、及び制御光の入力に同
期して信号光が出力されるドロップ信号出力口を有する
ドロップ素子と、時分割多重された信号光を分岐させ、
分岐された複数の信号光を、それぞれ前記ドロップ素子
の信号光入力口に入力する信号導波路と、１つの制御光
を分岐させ、分岐した複数の制御光の各々を、対応する
前記ドロップ素子に、一定の時間ずつ徐々に遅らせて到
達させる制御導波路とを有する光デマルチプレクサ。 （付記１６） Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のドロップ素
子であって、該ドロップ素子の各々が、制御光が入力さ
れる制御光入力口、信号光が入力される信号光入力口、
及び制御光の入力に同期して信号光が出力されるドロッ
プ信号出力口を有するドロップ素子と、多重度Ｎに時分
割多重され、Ｎ個のチャンネルを有する信号光を、前記
ドロップ素子の各々の信号光入力口に入力させる信号導
波路と、１つの制御光をＮ個に分岐させ、分岐したｉ番
目（ｉは１以上Ｎ以下の整数）の制御光を、ｉ番目の前
記ドロップ素子の制御光入力口に入力させる制御導波路
とを有し、ｉ番目のドロップ素子に入力される制御光
が、ｉ番目のドロップ素子に入力される信号光のｉ番目
のチャンネルに同期するように、前記信号導波路と制御
導波路が制御光及び信号光の一方を他方に対して遅延さ
せる光デマルチプレクサ。 （付記１７） 第１段目から第Ｎ段目までのＮ個（Ｎは
２以上の整数）のドロップ素子であって、該ドロップ素
子の各々が、制御光が入力される制御光入力口、信号光
が入力される信号光入力口、制御光の入力に同期して信
号光が出力されるドロップ信号出力口、及び少なくとも
該ドロップ信号出力口に信号光が出力されていない期間
に信号光を出力するスルー信号出力口を有するドロップ
素子と、時分割多重された信号光を、第１段目のドロッ
プ素子の信号光入力口に入力する第１の光導波路と、各
ドロップ素子のスルー信号出力口を、次段のドロップ素
子の信号光入力口に接続する第２の光導波路と、１つの
制御光を分岐させ、分岐した複数の制御光の各々を、対
応する前記ドロップ素子に、後段になるほど一定の時間
ずつ徐々に遅らせて到達させる制御導波路とを有する光
デマルチプレクサ。 （付記１８） 前記信号光が、Ｎ個のチャンネルが時分
割多重された信号であり、前記制御導波路は、第ｉ段目
（ｉは１以上Ｎ以下の整数）のドロップ素子に入力され
る制御光を、該ｉ段目のドロップ素子に入力される信号
光の第ｉ番目のチャンネルに同期させる付記１７に記載
の光デマルチプレクサ。 （付記１９） 前記ドロップ素子が、付記９乃至１４に
記載の光スイッチで構成されている付記１５乃至１８の
いずれかに記載の光デマルチプレクサ。 （付記２０） さらに、前記ドロップ素子の各々のドロ
ップ信号出力口から出力される信号光を電気信号に変換
する変換器を有する付記１５乃至１９のいずれかに記載
の光デマルチプレクサ。
【０１０２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マルチモード干渉計と非線型導波路とを組み合わせるこ
とにより、小型化に適した光スイッチ及び光デマルチプ
レクサが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による光スイッチの概略
平面図である。
【図２】第１の実施例による光スイッチの信号光の伝搬
の様子をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例による光スイッチの概略
平面図である。
【図４】第２の実施例による光スイッチの信号光の伝搬
の様子をシミュレーションした結果を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施例による光スイッチの概略
平面図である。
【図６】第３の実施例による光スイッチの信号光の伝搬
の様子のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】実施例による光スイッチに使用される非線型導
波路（半導体光増幅器）の斜視図である。
【図８】実施例による光スイッチに用いられる非線型導
波路に励起光を導入するための光学系を示す概略図であ
る。
【図９】本発明の第４の実施例による光スイッチの概略
平面図である。
【図１０】第４の実施例による光スイッチの２つの非線
型導波路の屈折率の時間変動を示すグラフである。
【図１１】本発明の第５の実施例による光スイッチの概
略平面図、及びブロック図である。
【図１２】本発明の第６の実施例による光デマルチプレ
クサの概略図である。
【図１３】本発明の第７の実施例による光デマルチプレ
クサの概略図である。
【図１４】本発明の第８の実施例による光スイッチの概
略平面図、及び信号光の伝搬の様子のシミュレーション
結果を示す図である。
【図１５】従来の光デマルチプレクサの概略図である。
【符号の説明】
１、１１、９１ 第１段目ＭＭＩ ２、１２、９２ 第２段目ＭＭＩ ３、４、１３、１４、２２、２３、９４、９５ 非線型
導波路 ２１ ＭＭＩ ３０、３１、３２ 反射鏡 ３３ 制御光導波路 ４０ 制御光導入用ＭＭＩ ４１、４２、６１、６２、９３、９６ 導波路 ５０ 合波用ＭＭＩ ６０ 制御光分岐用ＭＭＩ ７０ 光スイッチ ７１、８０ 制御光導波路 ７２、８１ 信号光導波路 ２００ 活性層 ２０１ ｐ型半導体層 ２０２ ｎ型半導体層 ２０３ 光信号
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年２月２１日（２００２．２．２
１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】図３は、第２の実施例による光スイッチの
平面図を示す。第２の実施例による光スイッチは、第１
の実施例による光スイッチと同様に、第１段目ＭＭＩ１
１、第２段目ＭＭＩ１２、非線型導波路１３及び１４に
より構成されている。各構成部分の接続関係は、第１の
実施例の光スイッチと同一であり、各構成部分の形状及
び大きさが異なる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４７】図６に、図５に示した光スイッチについ
て、ビーム伝搬法による光路シミュレーションを行った
結果を示す。図６（Ａ）は、非線型導波路２２と２３と
の双方の屈折率が変化していない状態を示し、図６
（Ｂ）は、非線型導波路２２の屈折率が変化した状態を
示す。図６において、光強度の強い部分が、白く表され
ている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４９】図６（Ｂ）に示したように、非線型導波路
２２の屈折率を変化させた状態では、第２の出力口２１
Ｃから出射する光の強度が強くなり、第１の出力口２１
Ｂから出射する光の強度が弱くなることが確認できる。
このように、出力光の強度を変化させることにより、ス
イッチングを行うことができる。ただし、第２の実施例
の場合と同様に、ＲＺスイッチは実現されない。
【手続補正４】
【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】図１２に、第６の実施例による光デマルチ
プレクサの概略平面図を示す。第６の実施例による光デ
マルチプレクサは、４つのドロップ素子７０（１）〜７
０（４）、４つの光電気変換素子７５（１）〜７５
（４）、信号光導波路７２、制御光導波路７１を含んで
構成される。ドロップ素子７０（１）〜７０（４）の各
々は、図１１に示した第５の実施例によるドロップ素子
７０と同一のものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７８】制御光パルスｃｏｎが、制御光導波路７１
により４つの制御光パルスｃｏｎ1〜ｃｏｎ4に分岐され
る。分岐された制御光パルスｃｏｎ1〜ｃｏｎ4が、それ
ぞれドロップ素子７０（１）〜７０（４）の制御光入力
口に入力される。４つの制御光パルスｃｏｎ1からｃｏ
ｎ4は、一定の時間ずつ徐々に遅れて、対応するドロッ
プ素子７０（１）〜７０（４）に到達する。より具体的
には、ドロップ素子７０（ｉ）に信号光ｓｉｇのチャネ
ル＃ｉのパルスが到達する時刻に、制御光パルスｃｏｎ
iが、ドロップ素子７０（ｉ）に到達する。これによ
り、プッシュ制御が行われる。また、チャネル＃（ｉ＋
１）のパルスが到達するまでに、プル制御が完了する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９４】図１４（Ｂ）及び（Ｃ）に、ビーム伝搬法
による光路シミュレーションを行った結果を示す。図１
４（Ｂ）は、非線型導波路９４及び９５の屈折率が変化
していない状態を示し、図１４（Ｃ）は、非線型導波路
９４及び９５の屈折率が変化した状態を示す。第１段目
ＭＭＩ９１、第２段目ＭＭＩ９２、導波路９３及び９６
のコア部の屈折率は３．２５であり、その周囲のクラッ
ド部の屈折率は３．１８である。導波路９４及び９５の
コア部の屈折率は、図１４（Ｂ）の状態においては３．
２５であり、図１４（Ｃ）の状態においては３．１８で
ある。図中に示した閉じた曲線は、等光強度曲線であ
る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９５】図１４（Ｂ）に示したように、非線型導波
路９４及び９５の屈折率が変化していない状態では、第
１段目ＭＭＩ９１の第２の入力口９１Ｂから入力された
信号光が、４つの導波路９３〜９６を通過し、第２段目
ＭＭＩ９２の第２の出力口９２Ｂから出力されているこ
とが確認される。第１の出力口９２Ａからは、信号光が
出力されない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９６】図１４（Ｃ）に示したように、非線型導波
路９４及び９５の屈折率が変化した状態では、第２の入
力口９１Ｂから入力された信号光が、両端の２つの導波
路９３及び９６を通過し、第２段目ＭＭＩ９２の２つの
出力口９２Ａ及び９２Ｂから出力されていることが確認
される。第１の出力口９２Ａから出力される信号光の強
度は、第２の出力口９２Ｂから出力される信号光の強度
よりも強い。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１０１】上記の実施例から、下記の付記に記載した
発明が導出される。 （付記１） 信号光が入力される第１の入力口と、少な
くとも２つの出力口とを有する第１のマルチモード干渉
計と、前記複数の出力口から選択された一つまたは複数
の第１の出力口の各々に接続されて該第１の出力口から
出力される光を伝搬させ、外部からの契機信号によって
屈折率変化を生ずる第１の光導波路と、前記複数の出力
口から選択された一つまたは複数の第２の出力口の各々
に接続されて該第２の出力口から出力される光を伝搬さ
せる第２の光導波路と、前記第１の光導波路の屈折率を
変化させるための契機信号を、該第1の光導波路に供給
する契機手段とを有する光スイッチ。 （付記２） 前記第１の光導波路が、半導体光増幅器を
含む付記１に記載の光スイッチ。 （付記３） さらに、少なくとも２つの入力口と、第１
の出力口とを有し、複数の入力口が、それぞれ前記第１
の光導波路の出力端と前記第２の光導波路の出力端とに
接続された第２のマルチモード干渉計を有する付記１ま
たは２に記載の光スイッチ。 （付記４） 前記第２のマルチモード干渉計は、前記第
１の光導波路の屈折率が変化して、前記第１の光導波路
と第２の光導波路とを伝搬する信号光の一方の位相が他
方の位相よりも遅延すると、該第２のマルチモード干渉
計の第１の出力口から出力される信号光の強度を変化さ
せる付記３に記載の光スイッチ。 （付記５） 前記第２のマルチモード干渉計が、第１の
出力口以外に第２の出力口を有する付記３または４に記
載の光スイッチ。 （付記６） 前記第２のマルチモード干渉計は、前記第
１の光導波路の屈折率が変化して、前記第１の光導波路
と第２の光導波路とを伝搬する信号光の一方の位相が他
方の位相よりも遅延すると、該第２のマルチモード干渉
計の第１の出力口と第２の出力口とから出力される信号
光の強度を変化させる付記５に記載の光スイッチ。 （付記７） 前記第２のマルチモード干渉計は、前記第
１の光導波路の中央の点と前記第２の光導波路の中央の
点とを結ぶ仮想直線に関して、前記第１のマルチモード
干渉計と線対称の形状を有する付記３乃至６のいずれか
に記載の光スイッチ。 （付記８） 前記契機手段が、前記第１の光導波路を挟
んで対向し、制御光を多重反射させる一対の反射鏡と、
該反射鏡で多重反射するように、前記一対の反射鏡内に
制御光を導入する制御光導入手段とを有する付記１乃至
７のいずれかに記載の光スイッチ。 （付記９） 前記第１のマルチモード干渉計が、前記第
１の入力口以外に第２の入力口を有し、前記契機手段
が、制御光が入力される第１の入力口と、第１の出力口
と第２の出力口とを有する第３のマルチモード干渉計
と、前記第３のマルチモード干渉計の第２の出力口から
出力される光を、前記第１のマルチモード干渉計の第２
の入力口に入力する第３の光導波路と、前記第３のマル
チモード干渉計の第１の出力口から出力される光を、信
号光と合波して前記第１のマルチモード干渉計の第１の
入力口へ入力する合波光学素子とを含む付記１乃至７の
いずれかに記載の光スイッチ。 （付記１０） 前記合波光学素子が、前記第３のマルチ
モード干渉計の第１の出力口に接続された第１の入力口
と、信号光が入力される第２の入力口と、該第１の入力
口と第２の入力口とから入力された光を合波して出力口
から出力し、該出力口が前記第１のマルチモード干渉計
の第１の入力口に接続された第４のマルチモード干渉計
を含む付記９に記載の光スイッチ。 （付記１１） 前記第２の光導波路が、入力される光の
強度によって屈折率変化を生ずる非線型導波路である付
記９または１０に記載の光スイッチ。 （付記１２） 前記第３のマルチモード干渉計が、第１
の入力口以外に第２の入力口を有し、該第３のマルチモ
ード干渉計の第１の入力口から制御光が入力されると、
該制御光が前記第１のマルチモード干渉計の第１の出力
口から出力され、該第３のマルチモード干渉計の第２の
入力口から制御光が入力されると、該制御光が前記第１
のマルチモード干渉計の第２の出力口から出力される付
記１１に記載の光スイッチ。 （付記１３） 前記契機手段が、さらに、入力口から入
力された制御光を分岐し、前記第３のマルチモード干渉
計の第１の入力口と第２の入力口とに、タイミングを相
互にずらして入力する分岐遅延光学素子を含む付記１２
に記載の光スイッチ。 （付記１４） 前記分岐遅延光学素子が、制御光が入力
される入力口、該入力口から入力された制御光を第１の
出力口と第２の出力口とから出力する第５のマルチモー
ド干渉計と、前記第５のマルチモード干渉計の第１の出
力口と前記第３のマルチモード干渉計の第１の入力口と
を接続する第４の光導波路と、前記第５のマルチモード
干渉計の第２の出力口と前記第３のマルチモード干渉計
の第２の入力口とを接続し、前記第４の光導波路とは長
さの異なる第５の光導波路とを有する付記１３に記載の
光スイッチ。 （付記１５） 複数のドロップ素子であって、該ドロッ
プ素子の各々が、制御光が入力される制御光入力口、信
号光が入力される信号光入力口、及び制御光の入力に同
期して信号光が出力されるドロップ信号出力口を有する
ドロップ素子と、時分割多重された信号光を分岐させ、
分岐された複数の信号光を、それぞれ前記ドロップ素子
の信号光入力口に入力する信号導波路と、１つの制御光
を分岐させ、分岐した複数の制御光の各々を、対応する
前記ドロップ素子に、一定の時間ずつ徐々に遅らせて到
達させる制御導波路とを有する光デマルチプレクサ。 （付記１６） Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のドロップ素
子であって、該ドロップ素子の各々が、制御光が入力さ
れる制御光入力口、信号光が入力される信号光入力口、
及び制御光の入力に同期して信号光が出力されるドロッ
プ信号出力口を有するドロップ素子と、多重度Ｎに時分
割多重され、Ｎ個のチャンネルを有する信号光を、前記
ドロップ素子の各々の信号光入力口に入力させる信号導
波路と、１つの制御光をＮ個に分岐させ、分岐したｉ番
目（ｉは１以上Ｎ以下の整数）の制御光を、ｉ番目の前
記ドロップ素子の制御光入力口に入力させる制御導波路
とを有し、ｉ番目のドロップ素子に入力される制御光
が、ｉ番目のドロップ素子に入力される信号光のｉ番目
のチャンネルに同期するように、前記信号導波路と制御
導波路が制御光及び信号光の一方を他方に対して遅延さ
せる光デマルチプレクサ。 （付記１７） 第１段目から第Ｎ段目までのＮ個（Ｎは
２以上の整数）のドロップ素子であって、該ドロップ素
子の各々が、制御光が入力される制御光入力口、信号光
が入力される信号光入力口、制御光の入力に同期して信
号光が出力されるドロップ信号出力口、及び少なくとも
該ドロップ信号出力口に信号光が出力されていない期間
に信号光を出力するスルー信号出力口を有するドロップ
素子と、時分割多重された信号光を、第１段目のドロッ
プ素子の信号光入力口に入力する第１の光導波路と、各
ドロップ素子のスルー信号出力口を、次段のドロップ素
子の信号光入力口に接続する第２の光導波路と、１つの
制御光を分岐させ、分岐した複数の制御光の各々を、対
応する前記ドロップ素子に、後段になるほど一定の時間
ずつ徐々に遅らせて到達させる制御導波路とを有する光
デマルチプレクサ。 （付記１８） 前記信号光が、Ｎ個のチャンネルが時分
割多重された信号であり、前記制御導波路は、第ｉ段目
（ｉは１以上Ｎ以下の整数）のドロップ素子に入力され
る制御光を、該ｉ段目のドロップ素子に入力される信号
光の第ｉ番目のチャンネルに同期させる付記１７に記載
の光デマルチプレクサ。 （付記１９） 前記ドロップ素子が、付記９乃至１４に
記載の光スイッチで構成されている付記１５乃至１８の
いずれかに記載の光デマルチプレクサ。 （付記２０） さらに、前記ドロップ素子の各々のドロ
ップ信号出力口から出力される信号光を電気信号に変換
する変換器を有する付記１５乃至１９のいずれかに記載
の光デマルチプレクサ。
【手続補正１０】
【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】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H047 KA03 LA18 NA02 PA05 PA21 PA24 QA02 2H079 AA02 AA08 AA12 BA01 CA05 DA16 EA05 GA01 2K002 AA02 AB04 BA01 BA06 CA13 DA08 DA11 EA28 HA13 5K002 BA05 BA06 BA21 FA01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 信号光が入力される第１の入力口と、少
    なくとも２つの出力口とを有する第１のマルチモード干
    渉計と、 前記複数の出力口から選択された一つまたは複数の第１
    の出力口の各々に接続されて該第１の出力口から出力さ
    れる光を伝搬させ、外部からの契機信号によって屈折率
    変化を生ずる第１の光導波路と、 前記複数の出力口から選択された一つまたは複数の第２
    の出力口の各々に接続されて該第２の出力口から出力さ
    れる光を伝搬させる第２の光導波路と、 前記第１の光導波路の屈折率を変化させるための契機信
    号を、該第1の光導波路に供給する契機手段とを有する
    光スイッチ。
  2. 【請求項２】 前記第１の光導波路が、半導体光増幅器
    を含む請求項１に記載の光スイッチ。
  3. 【請求項３】 さらに、少なくとも２つの入力口と、第
    １の出力口とを有し、複数の入力口が、それぞれ前記第
    １の光導波路の出力端と前記第２の光導波路の出力端と
    に接続された第２のマルチモード干渉計を有する請求項
    １または２に記載の光スイッチ。
  4. 【請求項４】 前記契機手段が、 前記第１の光導波路を挟んで対向し、制御光を多重反射
    させる一対の反射鏡と、 該反射鏡で多重反射するように、前記一対の反射鏡内に
    制御光を導入する制御光導入手段とを有する請求項１乃
    至３のいずれかに記載の光スイッチ。
  5. 【請求項５】 前記第１のマルチモード干渉計が、前記
    第１の入力口以外に第２の入力口を有し、 前記契機手段が、 制御光が入力される第１の入力口と、第１の出力口と第
    ２の出力口とを有する第３のマルチモード干渉計と、 前記第３のマルチモード干渉計の第２の出力口から出力
    される光を、前記第１のマルチモード干渉計の第２の入
    力口に入力する第３の光導波路と、 前記第３のマルチモード干渉計の第１の出力口から出力
    される光を、信号光と合波して前記第１のマルチモード
    干渉計の第１の入力口へ入力する合波光学素子とを含む
    請求項１乃至３のいずれかに記載の光スイッチ。
  6. 【請求項６】 前記合波光学素子が、前記第３のマルチ
    モード干渉計の第１の出力口に接続された第１の入力口
    と、信号光が入力される第２の入力口と、該第１の入力
    口と第２の入力口とから入力された光を合波して出力口
    から出力し、該出力口が前記第１のマルチモード干渉計
    の第１の入力口に接続された第４のマルチモード干渉計
    を含む請求項５に記載の光スイッチ。
  7. 【請求項７】 複数のドロップ素子であって、該ドロッ
    プ素子の各々が、制御光が入力される制御光入力口、信
    号光が入力される信号光入力口、及び制御光の入力に同
    期して信号光が出力されるドロップ信号出力口を有する
    ドロップ素子と、 時分割多重された信号光を分岐させ、分岐された複数の
    信号光を、それぞれ前記ドロップ素子の信号光入力口に
    入力する信号導波路と、 １つの制御光を分岐させ、分岐した複数の制御光の各々
    を、対応する前記ドロップ素子に、一定の時間ずつ徐々
    に遅らせて到達させる制御導波路とを有する光デマルチ
    プレクサ。
  8. 【請求項８】 Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のドロップ素
    子であって、該ドロップ素子の各々が、制御光が入力さ
    れる制御光入力口、信号光が入力される信号光入力口、
    及び制御光の入力に同期して信号光が出力されるドロッ
    プ信号出力口を有するドロップ素子と、 多重度Ｎに時分割多重され、Ｎ個のチャンネルを有する
    信号光を、前記ドロップ素子の各々の信号光入力口に入
    力させる信号導波路と、 １つの制御光をＮ個に分岐させ、分岐したｉ番目（ｉは
    １以上Ｎ以下の整数）の制御光を、ｉ番目の前記ドロッ
    プ素子の制御光入力口に入力させる制御導波路とを有
    し、ｉ番目のドロップ素子に入力される制御光が、ｉ番
    目のドロップ素子に入力される信号光のｉ番目のチャン
    ネルに同期するように、前記信号導波路と制御導波路が
    制御光及び信号光の一方を他方に対して遅延させる光デ
    マルチプレクサ。
  9. 【請求項９】 第１段目から第Ｎ段目までのＮ個（Ｎは
    ２以上の整数）のドロップ素子であって、該ドロップ素
    子の各々が、制御光が入力される制御光入力口、信号光
    が入力される信号光入力口、制御光の入力に同期して信
    号光が出力されるドロップ信号出力口、及び少なくとも
    該ドロップ信号出力口に信号光が出力されていない期間
    に信号光を出力するスルー信号出力口を有するドロップ
    素子と、 時分割多重された信号光を、第１段目のドロップ素子の
    信号光入力口に入力する第１の光導波路と、 各ドロップ素子のスルー信号出力口を、次段のドロップ
    素子の信号光入力口に接続する第２の光導波路と、 １つの制御光を分岐させ、分岐した複数の制御光の各々
    を、対応する前記ドロップ素子に、後段になるほど一定
    の時間ずつ徐々に遅らせて到達させる制御導波路とを有
    する光デマルチプレクサ。
  10. 【請求項１０】 前記信号光が、Ｎ個のチャンネルが時
    分割多重された信号であり、 前記制御導波路は、第ｉ段目（ｉは１以上Ｎ以下の整
    数）のドロップ素子に入力される制御光を、該ｉ段目の
    ドロップ素子に入力される信号光の第ｉ番目のチャンネ
    ルに同期させる請求項９に記載の光デマルチプレクサ。
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