JP2004177515A

JP2004177515A - 1xN OPTICAL SWITCH

Info

Publication number: JP2004177515A
Application number: JP2002341334A
Authority: JP
Inventors: Shinji Mino; 真司美野; Takeshi Kitagawa; 毅北川; Shunichi Soma; 俊一相馬; Masayuki Okuno; 将之奥野; Takashi Go; 隆司郷
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-06-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the number of driving power source circuits without damaging a function of a switch. <P>SOLUTION: In the 1×N optical switch comprising a switch part consisting of a bifurcated optical switch 1-1 connected to an input waveguide and further one or a plurality of bifurcated optical switches 2-1, 2-2, 3-1 to 3-4 serially connected to the output of the bifurcated optical switch 1-1 and connected to N lines (8 lines) of output waveguides, and gate optical switches G-1 to G-8 respectively connected to the output waveguides, the driving power source circuits are consolidated for each of a plurality of groups with only one bifurcated optical switch in the ON state so as to make their shared use possible and are shared with all of the gate optical switches. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１×Ｎ光スイッチに関し、より詳細には、光導波路型スイッチを多段に連結した集積型光スイッチである１×Ｎ光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットに代表されるデータ通信ネットワークにおいて、トラヒック量の急増に対応するために、波長多重分割（ＷＤＭ）伝送等の光伝送技術を用いた大容量化が進められている。現在、光伝送技術は、ノード間を結ぶポイント−ポイントの光リンクに用いられているのみで、ノード内の処理は依然として電気的な処理を行っている。伝送容量の大容量化が進むにつれて、この電気的な処理のスループットが伸び悩み、コストの増大が問題になっている。光スイッチを用いた光クロスコネクトシステム、光アドドロップ多重システムは、ノード内において大部分の光信号を光のままカットスルー処理することにより、スループットの飛躍的な増加と低コスト化を図ることができる。このように光スイッチは、大容量で柔軟な通信ネットワークを、低コストで構築するために必要不可欠なデバイスである。
【０００３】
光スイッチは、様々な実現形態を有しているが、その中でも光導波路型スイッチは、量産性・小型化等の面で優れている。光導波路は、従来から様々な材料系により作製されている。シリコン基板上に作製される石英系光導波路は、低損失であり、安定性及び光ファイバとの整合性に優れているといった特徴を有する。また、アレイ導波路格子合分波器（ＡＷＧ）に代表される数多くの光部品が実用化されている。
【０００４】
集積型光スイッチの１つである１×Ｎ光スイッチは、１個の入力ポートと任意の出力ポートとを接続することができる光スイッチである。監視装置への選択スイッチ、光源からの選択スイッチ、または、光クロスコネクトシステムにおいて、複数の１×Ｎ光スイッチを組み合わせたＮ×Ｎ光マトリクススイッチ等が、応用例として重要性の高い光スイッチである。石英系導波路では、１×１２８の規模の１×Ｎ光スイッチが実現されている。
【０００５】
図８に、従来のツリー型１×８光スイッチの構成を示す。光入力ポートに接続された２×２基本光スイッチの出力に、さらに２×２基本光スイッチを接続し、順次２×２基本光スイッチを縦続して接続することにより、３段構成でツリー型１×８光スイッチを実現する。ａ段目の上からｂ段目の２×２基本光スイッチをａ−ｂという番号で表している。３段目の２×２基本光スイッチの出力導波路は、各々ゲート光スイッチを介して、光出力ポートに接続されている。上からｃ番目のゲート光スイッチを、Ｇ−ｃという番号で表している。各々の２×２基本光スイッチは、一方の入力に対して、他方の任意の出力導波路を選択して出力することができる。２×２基本光スイッチを多段に連結することで、全体で１×Ｎ光スイッチとして機能する。光出力ポートに接続されるゲート光スイッチは、ＯＮ／ＯＦＦを行うことにより消光比を改善する。
【０００６】
図９に、従来のタップ型１×８光スイッチの構成を示す。光入力ポートに接続された２×２基本光スイッチの一方の出力導波路に、次段の２×２基本光スイッチの入力導波路と、他方の出力導波路に、光出力ポートに接続されるゲート光スイッチの入力導波路とを接続する。同様にして、８段構成で２×２基本光スイッチを接続する。図８ではツリー型の構成例を示したが、ツリー型構成とタップ型構成とを組み合わせてもよい。ここで、ツリー型構成は、スイッチ回路の小型化、低損失化に優れ、タップ型構成は、スイッチ回路の低消費電力化に優れるという特徴を有する。例えば、各々の特徴を生かした光スイッチの構成が、非特許文献１に開示されている。
【０００７】
図１０に、従来の２×２基本光スイッチの構成を示す。図８，９に示した２×２基本光スイッチとして、様々な報告例がある。図１０（ａ）は、石英系導波路に構成された２×２基本光スイッチ１００の平面図である。図１０（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図であり、図１０（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図である。２×２基本光スイッチ１００は、薄膜ヒータ１０１ａ，１０１ｂを用いた熱光学位相シフタを有する２本のアーム導波路１０３ａ，１０３ｂの両端を、それぞれ３ｄＢ結合器１０２ａ，１０２ｂで接続したマッハツェンダー干渉計（以下、ＭＺＩという）型２×２光スイッチである。
【０００８】
ＭＺＩ型２×２光スイッチにおいて、２本のアーム導波路１０３ａ，１０３ｂの長さが等しいものを対称型ＭＺＩ、２本のアーム導波路１０３ａ，１０３ｂに半波長の光路長差を設けているものを非対称型ＭＺＩと呼ぶ。対称型ＭＺＩにおいては、熱光学位相シフタを駆動しないときには、公知の干渉原理によりクロス経路（ポート１Ａ→ポート２Ｂ）で光が伝搬し、熱光学位相シフタを駆動したときには、熱光学効果により半波長の光路長差が生じて、バー経路（ポート１Ａ→ポート２Ａ）で伝搬する。
【０００９】
また、薄膜ヒータ１０１ａ，１０１ｂへの駆動電流を調整して、２本のアーム導波路の光路長差をゼロから半波長に連続的に変化させると、光路がクロス経路からバー経路へ連続的に変化する。すなわち、ＯＮ／ＯＦＦスイッチとしてだけでなく、光を透過から遮断まで連続的に調整可能なアナログスイッチとしても動作する。従って、ＭＺＩ型２×２光スイッチは、クロス経路とバー経路の分配比を調整することで、減衰器として動作させたり、マルチキャスト、ブロードキャストを行う分岐器として動作させることができる。
【００１０】
図８，９に示したゲート光スイッチは、非対称型ＭＺＩを用いている。非対称型ＭＺＩにおいては、熱光学位相シフタを駆動しないときには、バー経路（ポート１Ａ→ポート２Ａ）で光が伝搬し、熱光学位相シフタを駆動したときには、熱光学効果により半波長の光路長差が打ち消されて、クロス経路（ポート１Ａ→ポート２Ｂ）で光が伝搬する。ゲート光スイッチは、非対称型ＭＺＩを用いた方が、消費電力を節約し、かつ高い消光比のクロスポートを用いることができる。
【００１１】
石英系導波路を用いた熱光学スイッチは、火炎堆積法（ＦＨＤ）や化学気相堆積法（ＣＶＤ）などのガラス膜堆積技術と反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）などの微細加工技術を組み合わせて作製される。具体的には、シリコンウェハ等の基板上に、下部クラッド層となるガラス膜を、次に屈折率がクラッド層よりもやや高いコア層を堆積する。そして、光回路となるコアパターンを微細加工技術によりパターン化し、引き続き、上部クラッド層となるガラス膜を堆積する。最後に、熱光学位相シフタとなる薄膜ヒータとこれに給電を行う配線を形成して光スイッチチップが作製される。光スイッチチップに、給電線及び光ファイバを接続し、放熱フィン付きケースに収納して光スイッチモジュールが完成する。
【００１２】
図８に示したツリー型の構成と図１０に示した２×２基本光スイッチを用いて作製された１×１２８光スイッチでは、平均挿入損失３．７ｄＢ、平均ＯＮ／ＯＦＦ消光比５０．８ｄＢの優れた特性が得られている（例えば、非特許文献２参照）。
【００１３】
【非特許文献１】
郷他、「石英系プレーナ光波回路、大規模集積石英系光学スイッチ」ＮＴＴＲ＆Ｄ，Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．４，ｐｐ．２７２−２８０，２００１
【００１４】
【非特許文献２】
Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅｅｔａｌ．，“Ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄＰＬＣ１×１２８ｔｈｅｒｍｏ−ｏｐｔｉｃｓｗｉｔｃｈ”Ｐｒｏｃ．２７ｔｈＥＣＯＣ’０１，Ｔｕ．Ｌ．１．２，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，２００１
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の１×Ｎ光スイッチモジュールでは、熱光学位相シフタの駆動回路、すなわち薄膜ヒータへの駆動電流供給回路の数が膨大な量になるという問題があった。図１１に、従来のツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す。各々の２×２基本光スイッチの制御は、２×２基本光スイッチに個別に配線された駆動電流供給回路の給電線１１〜１４に、それぞれアナログ調整可能な駆動電源回路を接続し、他方に駆動電流供給回路の制御線を接続して行う。なお、２つの薄膜ヒータのうち、一方の薄膜ヒータのみに給電し、制御線は、図が煩雑になるために省略している。
【００１６】
１×Ｎ光スイッチの場合、必要な駆動電源回路は、ツリー型構成で
【００１７】
【数１】

【００１８】
個となり、タップ型構成で２Ｎ個となる。例えば、１×１２８光スイッチの場合には、ツリー型構成で２５５個、タップ型構成で２５６個もの駆動電源回路が必要になる。
【００１９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、スイッチの機能を損なわずに、駆動電源回路を削減した１×Ｎ光スイッチを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、１本の入力導波路に接続された２分岐光スイッチと、該２分岐光スイッチの出力に、さらに１または複数の２分岐光スイッチを縦続して接続し、Ｎ本（Ｎ≧３）の出力導波路に接続するスイッチ部と、前記出力導波路の各々に接続され、光を透過から遮断まで連続的に調整可能な複数のゲート光スイッチとを含む１×Ｎ光スイッチにおいて、前記２分岐光スイッチを駆動するために、ＯＮ状態となる２分岐光スイッチが１個だけとなる複数のグループごとに集約して共有化された複数のスイッチ用駆動電源回路と、前記ゲート光スイッチを駆動するために、全ての前記ゲート光スイッチで共有化されたゲート用駆動電源回路と、前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとの各々に接続され、前記駆動回路からの駆動電流を遮断する電気デジタルスイッチとを備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、１本の入力導波路に接続された２分岐光スイッチと、該２分岐光スイッチの出力に、さらに１または複数の２分岐光スイッチを縦続して接続し、Ｎ本（Ｎ≧３）の出力導波路に接続するスイッチ部と、前記出力導波路の各々に接続され、光を透過から遮断まで連続的に調整可能な複数のゲート光スイッチとを含む１×Ｎ光スイッチにおいて、前記２分岐光スイッチを駆動するために、全ての前記２分岐光スイッチで共有化されたスイッチ用駆動電源回路と、前記ゲート光スイッチを駆動するために、全ての前記ゲート光スイッチで共有化されたゲート用駆動電源回路と、前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとの各々に接続され、前記駆動回路からの駆動電流を遮断する電気デジタルスイッチとを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、１本の入力導波路に接続された２分岐光スイッチと、該２分岐光スイッチの出力に、さらに１または複数の２分岐光スイッチを縦続して接続し、Ｎ本（Ｎ≧３）の出力導波路に接続するスイッチ部と、前記出力導波路の各々に接続され、光を透過から遮断まで連続的に調整可能な複数のゲート光スイッチとを含む１×Ｎ光スイッチにおいて、前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとを駆動するために、全ての前記２分岐光スイッチと全ての前記ゲート光スイッチとで共有化された駆動電源回路と、前記２分岐光スイッチと前記ゲート光スイッチとの各々に接続され、前記駆動回路からの駆動電流を遮断する電気デジタルスイッチとを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の１×Ｎ光スイッチにおいて、前記２分岐光スイッチと共有化されたスイッチ用駆動電源回路とを接続する給電線、及び前記ゲート光スイッチと共有化されたゲート用駆動電源回路とを接続する給電線のそれぞれが共有化されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の１×Ｎ光スイッチにおいて、前記２分岐光スイッチ及び前記ゲート光スイッチと、共有化された駆動電源回路とを接続する給電線が共有化されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の前記給電線は、前記スイッチ部と前記複数のゲート光スイッチと前記給電線とが集積化された光スイッチチップ上で共有化されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、請求項４または５に記載の前記給電線は、前記給電線と前記駆動電源回路と前記電気デジタルスイッチとが集積化された電気回路基板上で共有化されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の各々の前記２分岐光スイッチは、一方の出力が出力導波路に接続され、他方の出力が他の２分岐光スイッチの入力に接続され、または未接続として、タップ型構成により前記スイッチ部が構成されたことを特徴とする。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の前記２分岐光スイッチまたは前記ゲート光スイッチは、入出力ポートのうちの１つが未接続である２×２光スイッチで構成されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の前記２分岐光スイッチまたは前記ゲート光スイッチは、石英系光導波路を用いた光スイッチであることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。複数の２×２基本光スイッチで構成された１×Ｎ光スイッチにおいて、ＯＮ状態となる２×２基本光スイッチは、ある制約の下に存在する。ツリー型１×Ｎ光スイッチの段数を最大ｎ段（１≦ｎ≦ｌｏｇ_２Ｎ）とすると、入力導波路から任意のｍ段目（１≦ｍ≦ｎ）の１×２基本スイッチは、２^ｍ−１個存在する。例えば、図１１に示したツリー型１×８光スイッチの場合、３段目には４個の２×２基本光スイッチ３−１，３−２，３−３，３−４が存在する。通常のユニキャストの場合には、４個の２×２基本光スイッチのうち、ＯＮ状態となる基本光スイッチは１個だけであり、光出力ポートに接続されるＮ個のゲート光スイッチのうち、ＯＮ状態となるゲート光スイッチは１個だけである。
【００３１】
従って、２×２基本光スイッチを、ＯＮ状態となる２×２基本光スイッチが１個だけとなる複数のグループ、すなわち上述した例では各段ごとのグループに分け、駆動電源回路をグループごとに集約して共有化することができる。共有化を完全に行えば、駆動電源回路の数を最も削減することができるが、部分的であっても、削減された数に見合った効果が得られる。給電線の共有化を、１×Ｎ光スイッチを集積化したチップ上で行ってもよいし、１×Ｎ光スイッチを集積化したチップを、制御線を集積したモジュール基板に実装し、モジュール基板上で給電線の共有化を行ってもよい。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す。光入力ポートに接続された２×２基本光スイッチに、さらに２×２基本光スイッチを接続し、順次２×２基本光スイッチを縦続して接続することにより、３段構成でツリー型１×８光スイッチを実現する。３段目の２×２基本光スイッチの出力導波路は、各々ゲート光スイッチを介して、光出力ポートに接続されている。２×２基本光スイッチは、図１０に示したアーム長が対称な対称型ＭＺＩを用いる。ゲート光スイッチは、アーム長が半波長分ずれた非対称型ＭＺＩを用いている。このように構成することで、電流を流さないときの消光比を大きくとることができ、他のポートからの光を遮断する効果が大きくなる。各々の２×２基本光スイッチの制御は、駆動電流供給回路の給電線２１〜２４に、それぞれアナログ調整可能な駆動電源回路を接続し、他方に駆動電流供給回路の制御線を接続して行う。なお、２×２基本光スイッチにおける２つの薄膜ヒータのうち、一方の薄膜ヒータのみに給電し、制御線は、図が煩雑になるために省略している。
【００３３】
図２に、第１の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す。図１に示したツリー型１×８光スイッチの２×２基本光スイッチ１−１，２−１を、拡大して示した。駆動電流供給回路の給電線２１には、アナログ調整可能な駆動電源回路３１が接続され、駆動電流供給回路の制御線５１には、電気デジタルスイッチ４１が接続されている。その他の駆動電流供給回路についても同様である。電気デジタルスイッチ４１，４２は、トランジスタ回路が多数集積されたＩＣを用いており、ＴＴＬレベルの入力により導通／遮断することができ、２×２基本光スイッチをＯＮ／ＯＦＦ状態にする。
【００３４】
従来の構成と大きく異なる点は、駆動電源回路を共有化している点である。本実施形態においては、例えば、３段目に存在する４個の２×２基本光スイッチ３−１〜３−４を、駆動電流供給回路の給電線に並列接続して、駆動電源回路を共有化している。２段目に存在する２個の２×２基本光スイッチ２−１，２−２と、８個のゲート光スイッチＧ−１〜Ｇ−８も同様に共有化する。このようにして、駆動電源回路の数を従来の１５個から４個に削減することができる。また、駆動電流供給回路の給電線も共有化することができるので、配線面積を削減できるとともに、光スイッチチップと駆動電源回路とを接続する電気接続端子も削減することができる。
【００３５】
ここで、石英系導波路を用いた光スイッチチップの作製法について説明する。第１の実施形態にかかる１×８光スイッチの光スイッチチップは、厚さ１ｍｍ、直径４インチのシリコン基板上に、公知の技術を用いて作製した。石英系導波路は、ＳｉＣｌ_４、Ｃｌ_４などの原料ガスの加水分解反応を利用した火炎加水分解反応堆積技術により、石英系ガラス膜の堆積技術と反応性イオンエッチング技術との組み合わせにより作製する。局所加熱用の薄膜ヒータは、真空蒸着法及びエッチングにより作製する。導波路のコアの断面寸法は、６μｍ角であり、コアとクラッド間の比屈折率差は０．７５％である。このウェハをダイシングにより切り出してセラミック基板に固定し、光入力ポート、光出力ポートにシングルモードファイバを接続する。各薄膜ヒータには、電気接続端子を介して駆動電源回路と電気デジタルスイッチとを接続し、１×８光スイッチモジュールを構成する。
【００３６】
１×８光スイッチモジュールには、制御信号のシリアル／パラレル変換回路を搭載した電気回路基板も含んでいる。シリアル／パラレル変換回路は、シリアル信号で入力された制御情報を、ＴＴＬレベルのパラレル信号に変換して出力し、１５個の電気デジタルスイッチに入力する。
【００３７】
このようにして、１×８光スイッチモジュールの電気接続端子数は、シリアル／パラレル変換回路を制御する３本程度のシリアル制御信号線と、４個の駆動電源回路を接続する給電線と、グランド線の８本程度であり、電気接続端子数も削減することができる。この削減効果は、光マトリクススイッチチップの規模が大きいものほど、その効果が大きくなる。例えば１×１２８光スイッチにおいては、光スイッチ数２５５個へ接続されているパラレル信号線２５５本が２０本程度に削減される。なお、電気デジタルスイッチ等の電気回路は、光スイッチモジュール内での集積に限定されるものではなく、光スイッチモジュール外での集積でも構わないが、電気接続端子の削減及び集積化によるシステムの小型化という観点からは、光スイッチモジュール内に集積した方が好ましい。
【００３８】
図３に、本発明の一実施形態にかかるツリー型１×１２８光スイッチモジュールを示す。ツリー型１×１２８光スイッチモジュールは、１×１２８光スイッチチップ３０１と電気回路基板３０２とから構成されている。１×１２８光スイッチチップ３０１は、Ｓｉ基板上に対称型ＭＺＩを用いた２×２基本光スイッチが、ツリー状に７段形成されている。各２×２基本光スイッチとゲート光スイッチの駆動電流供給回路の給電線３１１は、各段で共有化され、給電線の本数が２５５本から８本に大幅に減少するので、基板面積を低減することができる。
【００３９】
一方、駆動電流供給回路の制御線３１２は、電極パッド３１３、金ワイヤ３１４及び電極パッド３２１を介して、電気回路基板３０２に搭載された電気デジタルスイッチのＩＣ３２２ａに接続されている。ＩＣ３２２ａ〜ｈは、直列に接続され、共通のクロック信号、データ信号、ラッチ信号などの制御信号線３２３によって駆動することができる。例えば、１ＭＨｚのクロック信号を用いて、時間軸上に各薄膜ヒータのオン／オフの制御情報を割り当てたシリアル信号を、１タイムフレームごとにラッチする。このような時分割多重されたシリアル信号を、シリアル／パラレル変換回路により、２５５個の電気デジタルスイッチに入力するパラレル信号に変換する。このようにして、全ての薄膜ヒータを、３本の制御信号線によって駆動することができる。
【００４０】
このようにして作製された１×Ｎ光スイッチは、以下のように様々な機能を実現することができる。
【００４１】
（ａ）ユニキャスト動作
駆動電源回路の出力電圧は、ＭＺＩ型光スイッチのＯＮ状態に最適な動作電圧に調整する。シリアル制御信号線を介して、各段の２×２基本光スイッチのうち、所望の１個の２×２基本光スイッチに接続された電気デジタルスイッチを導通（ＯＮ）状態にし、他の電気デジタルスイッチを遮断（ＯＦＦ）状態にする。このようにして、光入力ポートからの光を、任意の光出力ポートに出力することができる。さらに、出力するゲート光スイッチのみをＯＮ状態にし、他のゲート光スイッチをＯＦＦ状態にすることにより消光比も改善する。このときの挿入損失は、例えば１×１２８光スイッチにおいて、３．７ｄＢであり、消光比は５１ｄＢと十分な特性が得られた。
【００４２】
（ｂ）印加電圧の調整機能
上述したようにユニキャスト動作では、電気デジタルスイッチを導通（ＯＮ）状態にしている２×２基本光スイッチは、各段で２つ以上存在しないので、各段で駆動電源回路を共有化しても、動作時には１つの２×２基本光スイッチにしか接続されない。従って、電気デジタルスイッチが導通（ＯＮ）になっている２×２基本光スイッチに印加する電圧を、個別に調整して駆動することもできる。
【００４３】
印加電圧の調整機能を利用して、２×２基本光スイッチの作製誤差に起因する最適動作電圧のばらつきを、個々に補償することができる。通常、作製される２×２基本光スイッチは、その作製誤差により、最適動作電圧がわずかにばらつくことがある。最適動作電圧のばらつきを有する２×２基本光スイッチを、同一の電圧で駆動すると、その挿入損失や消光比もばらつくので特性が劣化する。各２×２基本光スイッチの最適な印加電圧を事前に測定し、個々に調整して加えることによりこの特性劣化を防ぐことができる。
【００４４】
（ｃ）挿入損失の均一化
最終段のゲート光スイッチを、光を透過から遮断まで連続的に調整可能な可変光減衰器として用いて、ＯＮ状態の損失を調整することにより、１×Ｎ光スイッチの光出力ポート間の損失を均一にすることができる。上述したように、２×２基本光スイッチの作製誤差等により、２×２基本光スイッチの印加電圧を最適動作電圧に調整しても、１×Ｎ光スイッチ内の光経路において、挿入損失がわずかにばらつく。この値は、１×８光スイッチの場合で１ｄＢ程度である。最終段のゲートスイッチにおいて、損失の小さい光経路の損失を大きくして、損失が最も大きい光経路の損失に合わせることにより、光出力ポート間の損失のばらつきを低減することができる。
【００４５】
なお、ＭＺＩ型光スイッチを構成する２個の３ｄＢ結合器には、二本の導波路を数μｍまで近接して構成した方向性結合器を用いた。方向性結合器は、他の手段に比べて挿入損失が低いためである。しかしながら、３ｄＢ結合器は、この構成に限定されるものではなく、他の手段、例えばマルチモード導波路を用いたマルチモード干渉計（ＭＭＩ）カプラ、これらカプラを複数個従属接続して構成される波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）などであってもよい。
【００４６】
（第２の実施形態）
図４に、本発明の第２の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す。第１の実施形態と異なる点は、２×２基本光スイッチとゲート光スイッチの駆動電源回路を、１つの駆動電源回路で共有化している点である。上述した（ａ）のユニキャスト動作を実現することができ、駆動電源回路の数を４個から１個に減らすことができる。ただし、２×２基本光スイッチとゲート光スイッチとに印加する電圧を、個別に調整することができないため、上述した（ｂ）印加電圧の調整機能と、（ｃ）挿入損失の均一化とを有さず、挿入損失、消光比の特性劣化がわずかに生じる。
【００４７】
（第３の実施形態）
図５に、本発明の第３の実施形態にかかる複合型１×８光スイッチの構成を示す。第３の実施形態は、ツリー型構成とタップ型構成とを組み合わせた複合型である。各段ごとに、２×２基本光スイッチの駆動電源回路を共有化し、全てのゲート光スイッチの駆動電源回路を共有化している。駆動電源回路は６個となり、第１の実施形態より多いが、従来例の１５個よりは大幅に削減されている。第１、第２の実施形態と同様に（ａ）ユニキャスト動作を実現することができる。また、（ｂ）印加電圧の調整機能と、（ｃ）挿入損失の均一化も実現することができる。
【００４８】
以上、個々の具体例を掲げたが、駆動電源回路の共有化、ツリー型とタップ型の構成方法は、種々の組み合わせがある。その主なものを表１に示した。駆動電源回路の数は、１×８光スイッチを例として記載した。
【００４９】
【表１】

【００５０】
なお、表１の全ての共有化において、ユニキャスト動作を実現することができる。最右列の従来例においては、駆動電源回路の共有化を行っていないため、２×２基本光スイッチの数だけ駆動回路が必要であり、ツリー型で１５個、タップ型構成で１６個必要である。それに対して各段ごとに駆動電源回路の共有化を行い、ゲート光スイッチを共有化すると、ツリー型（第１の実施形態）で４個、タップ型構成で９個と大幅に減少することができる。また、（ｂ）印加電圧の調整機能と、（ｃ）挿入損失の均一化も損なわれることがない。
【００５１】
さらに共有化を進めた場合には、さらに駆動電源回路の数が低減できるかわりに（ｂ）、（ｃ）の機能が損なわれるトレードオフが存在するが、特性と駆動電源回路の数を考慮して最適なものを選別することができる。また、表１にツリー型構成とタップ型構成との複合型の記述はないが、共有化の分類ごとに、ツリー型とタップ型との差異がないことから、複合型も同様に考えることができる。
【００５２】
（第４の実施形態）
図６に、本発明の第４の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す。第１の実施形態では、２×２基本光スイッチにおける２つの薄膜ヒータのうち、一方の薄膜ヒータのみに給電した。第４の実施形態では、２つの薄膜ヒータに給電を行う。各々の２×２基本光スイッチの制御は、駆動電流供給回路の給電線７１〜７４に、それぞれアナログ調整可能な駆動電源回路を接続し、他方に制御線を接続して行う。
【００５３】
図７に、第４の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す。図６に示したツリー型１×８光スイッチの２×２基本光スイッチ１−１，２−１を、拡大して示した。駆動電流供給回路の給電線７１の一方は、２つの薄膜ヒータに接続され、他方は、アナログ調整可能な駆動電源回路３１に接続されている。第１の実施形態と同様に、各段ごとに駆動電源回路を共有化する。駆動電流供給回路の制御線８１ａには、電気デジタルスイッチ４１ａが、制御線８１ｂには、電気デジタルスイッチ４１ｂが接続され、それぞれ個別に薄膜ヒータを駆動する。その他の駆動電流供給回路についても同様である。
【００５４】
このような構造により、上述した（ｂ）印加電圧の調整機能において、印加電圧を個別に調整する際に、プラス方向とマイナス方向の両側に拡大することができる。対称型ＭＺＩは、通常、薄膜ヒータに電圧を加えない状態では、バー経路へのクロストークが最少になる。しかしながら、２×２基本光スイッチの作製誤差等によりこの最適点がずれることがある。電圧を加えない状態で最適点がプラス側またはマイナス側どちらにずれたとしても、本実施形態によれば、最適電圧を、最も少ない消費電力で印加することができる。
【００５５】
このように両側のアーム導波路に個別にヒータを設けることにより、一方の薄膜ヒータを、予備用ヒータとして用いることもできる。例えば、いずれかの２×２基本光スイッチの一方の薄膜ヒータに損傷が起きても、本実施形態によれば、他方の薄膜ヒータを独立に駆動できるため、引き続き光スイッチ動作を滞りなく行うことができる。このようにして、１×Ｎ光スイッチがの故障する確率を大幅に低減することができる。
【００５６】
反面、電気デジタルスイッチの個数が倍になり、駆動電流供給回路が、短距離ではあるが２倍の本数になるというトレードオフが存在し、基板上の配線部分の面積が増大する。しかしながら、本実施形態によれば、駆動電源回路の共有化により、給電線の共有化、電気デジタルスイッチを含むＩＣの採用と併せて、配線部分の面積の増大を最小限に押さている。
【００５７】
第４の実施形態では、第１の実施形態の２×２基本光スイッチにおいて、両側の薄膜ヒータを駆動する例を掲げたが、第２〜第４の実施形態を含むその他の形態においても同様の構造をとることができる。また、上述した実施形態では、２×２基本光スイッチを多段に連結して構成したが、１×２光スイッチなど他の２分岐光スイッチを多段に連結してもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２分岐光スイッチを駆動するための駆動電源回路を共有化することにより、ユニキャスト動作などの機能を損なわずに、駆動電源回路の数を削減して、光スイッチの小型化を図ることが可能となる。
【００５９】
また、本発明によれば、光スイッチチップ、電気回路基板、または光スイッチモジュールの小型化、電気接続端子数の削減も図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図２】第１の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す接続図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるツリー型１×１２８光スイッチモジュールを示す実装構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかる複合型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図６】本発明の第４の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図７】第４の実施形態にかかるツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す接続図である。
【図８】従来のツリー型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図９】従来のタップ型１×８光スイッチの構成を示す接続図である。
【図１０】従来の２×２基本光スイッチの構成を示す図である。
【図１１】従来のツリー型１×８光スイッチの駆動電流供給回路を示す接続図である。
【符号の説明】
１〜８，１００２×２基本光スイッチ
Ｇゲート光スイッチ
１１〜１４，２１〜２４，６１〜６６，７１，７２，３１１給電線
５１，５２，８１，８２，３１２制御線
３１，３２駆動電源回路
４１，４２電気デジタルスイッチ
１０１薄膜ヒータ
１０２３ｄＢ結合器
１０３アーム導波路
１１１クラッド層
１１２基板
３０１１×１２８光スイッチチップ
３１３，３２１電極パッド
３１４金ワイヤ
３０２電気回路基板
３２２ＩＣ
３２３制御信号線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a 1 × N optical switch, and more particularly, to a 1 × N optical switch which is an integrated optical switch in which optical waveguide switches are connected in multiple stages.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a data communication network represented by the Internet in recent years, in order to cope with a rapid increase in traffic volume, an increase in capacity using an optical transmission technique such as wavelength division multiplexing (WDM) transmission is being promoted. At present, optical transmission technology is used only for point-to-point optical links connecting nodes, and processing within the nodes is still electrical processing. As the transmission capacity has increased, the electrical processing throughput has been stagnant, and the cost has been increasing. Optical cross-connect systems and optical add-drop multiplex systems that use optical switches can cut through most of the optical signals within the nodes as they are, allowing the throughput to be dramatically increased and the cost to be reduced. it can. As described above, the optical switch is an indispensable device for constructing a large-capacity and flexible communication network at low cost.
[0003]
Optical switches have various realization modes, and among them, optical waveguide switches are excellent in terms of mass productivity, miniaturization, and the like. Optical waveguides have conventionally been made of various material systems. A quartz optical waveguide manufactured on a silicon substrate has features such as low loss, excellent stability, and excellent matching with an optical fiber. Also, many optical components represented by an arrayed waveguide grating multiplexer / demultiplexer (AWG) have been put to practical use.
[0004]
A 1 × N optical switch, which is one of integrated optical switches, is an optical switch that can connect one input port to an arbitrary output port. A selection switch to a monitoring device, a selection switch from a light source, or an N × N optical matrix switch combining a plurality of 1 × N optical switches in an optical cross-connect system is an optical switch of high importance as an application example. is there. In a silica-based waveguide, a 1 × N optical switch having a scale of 1 × 128 has been realized.
[0005]
FIG. 8 shows a configuration of a conventional tree-type 1 × 8 optical switch. A 2 × 2 basic optical switch is further connected to the output of the 2 × 2 basic optical switch connected to the optical input port, and a 2 × 2 basic optical switch is sequentially connected in cascade to form a tree structure in a three-stage configuration. A 1 × 8 optical switch is realized. The 2 × 2 basic optical switches in the b-th stage from the top in the a-th stage are represented by numbers ab. The output waveguides of the third-stage 2 × 2 basic optical switch are connected to the optical output ports via the respective gate optical switches. The c-th gate optical switch from the top is represented by the number Gc. Each 2 × 2 basic optical switch can select and output any other output waveguide for one input. By connecting 2 × 2 basic optical switches in multiple stages, it functions as a 1 × N optical switch as a whole. The gate optical switch connected to the optical output port improves the extinction ratio by performing ON / OFF.
[0006]
FIG. 9 shows a configuration of a conventional tap type 1 × 8 optical switch. One output waveguide of the 2 × 2 basic optical switch connected to the optical input port is connected to the input waveguide of the next stage 2 × 2 basic optical switch, and the other output waveguide is connected to the optical output port. The input optical waveguide of the gate optical switch is connected. Similarly, 2 × 2 basic optical switches are connected in an eight-stage configuration. FIG. 8 shows a tree-type configuration example, but the tree-type configuration and the tap-type configuration may be combined. Here, the tree type configuration has a feature that the switch circuit is excellent in miniaturization and low loss, and the tap type configuration has a feature that the switch circuit is excellent in low power consumption. For example, Non-Patent Document 1 discloses a configuration of an optical switch that makes use of each feature.
[0007]
FIG. 10 shows the configuration of a conventional 2 × 2 basic optical switch. There are various report examples as the 2 × 2 basic optical switch shown in FIGS. FIG. 10A is a plan view of a 2 × 2 basic optical switch 100 configured in a silica-based waveguide. FIG. 10B is a cross-sectional view of AA ′, and FIG. 10C is a cross-sectional view of BB ′. The 2 × 2 basic optical switch 100 is a Mach-Zehnder interferometer in which both ends of two

arm waveguides

103a and 103b having thermo-optic phase shifters using

thin film heaters

101a and 101b are connected by 3

dB couplers

102a and 102b, respectively. (Hereinafter referred to as MZI) type 2 × 2 optical switch.
[0008]
An MZI type 2 × 2 optical switch in which two

arm waveguides

103a and 103b have the same length is replaced with a symmetric MZI and two

arm waveguides

103a and 103b in which a half-wavelength optical path difference is provided. Is called an asymmetric MZI. In the symmetric MZI, when the thermo-optic phase shifter is not driven, light propagates through a cross path (port 1A → port 2B) by a known interference principle, and when the thermo-optic phase shifter is driven, a half wavelength And the light propagates along the bar path (port 1A → port 2A).
[0009]
Further, by adjusting the drive current to the

thin film heaters

101a and 101b and continuously changing the optical path length difference between the two arm waveguides from zero to half a wavelength, the optical path is continuously changed from the cross path to the bar path. Change. That is, it operates not only as an ON / OFF switch but also as an analog switch that can continuously adjust light from transmission to blocking. Therefore, by adjusting the distribution ratio between the cross path and the bar path, the MZI type 2 × 2 optical switch can be operated as an attenuator, or can be operated as a splitter that performs multicast and broadcast.
[0010]
The gate optical switch shown in FIGS. 8 and 9 uses an asymmetric MZI. In the asymmetric MZI, when the thermo-optic phase shifter is not driven, light propagates through the bar path (port 1A → port 2A), and when the thermo-optic phase shifter is driven, a half-wavelength optical path length difference due to the thermo-optic effect occurs. The light is canceled and the light propagates along the cross path (port 1A → port 2B). When the gate optical switch uses the asymmetric MZI, power consumption can be saved and a cross port having a high extinction ratio can be used.
[0011]
Thermo-optic switches using silica-based waveguides combine glass film deposition techniques such as flame deposition (FHD) and chemical vapor deposition (CVD) with microfabrication techniques such as reactive ion etching (RIE). It is made. Specifically, a glass film serving as a lower cladding layer is deposited on a substrate such as a silicon wafer, and then a core layer having a refractive index slightly higher than that of the cladding layer is deposited. Then, a core pattern to be an optical circuit is patterned by a fine processing technique, and subsequently, a glass film to be an upper clad layer is deposited. Finally, a thin film heater serving as a thermo-optic phase shifter and wiring for supplying power to the thin film heater are formed to manufacture an optical switch chip. A power supply line and an optical fiber are connected to the optical switch chip, and the optical switch chip is housed in a case with heat radiation fins to complete an optical switch module.
[0012]
The 1 × 128 optical switch manufactured using the tree-type configuration shown in FIG. 8 and the 2 × 2 basic optical switch shown in FIG. 10 has an average insertion loss of 3.7 dB and an average ON / OFF extinction ratio of 50.8 dB. (For example, see Non-Patent Document 2).
[0013]
[Non-patent document 1]
Go et al., “Quartz-based planar lightwave circuit, large-scale integrated quartz-based optical switch,” NTT R & D, Vol. 50, no. 4, pp. 272-280, 2001
[0014]
[Non-patent document 2]
T. Watanabe et al. , "Silica-based PLC 1x128 thermo-optic switch" Proc. 27th ECOC'01, Tu. L. 1.2, Amsterdam, 2001
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional 1 × N optical switch module has a problem in that the number of drive circuits for the thermo-optic phase shifter, that is, the number of drive current supply circuits for the thin film heaters becomes enormous. FIG. 11 shows a drive current supply circuit for a conventional tree-type 1 × 8 optical switch. The control of each 2 × 2 basic optical switch is performed by connecting an analog-adjustable drive power supply circuit to each of the power supply lines 11 to 14 of the drive current supply circuit individually wired to the 2 × 2 basic optical switch, and to the other end. This is performed by connecting the control line of the drive current supply circuit. It should be noted that power is supplied to only one of the two thin film heaters, and a control line is omitted for simplicity of the drawing.
[0016]
In the case of a 1 × N optical switch, the necessary drive power supply circuit is a tree-type configuration.
[0017]
(Equation 1)

[0018]
And 2N in a tap-type configuration. For example, in the case of a 1 × 128 optical switch, 255 drive power supply circuits are required in a tree configuration and 256 drive power supply circuits are required in a tap configuration.
[0019]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a 1 × N optical switch in which the number of driving power supply circuits is reduced without impairing the function of the switch.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is directed to a two-branch optical switch connected to one input waveguide and an output of the two-branch optical switch, further comprising: Alternatively, a plurality of two-branch optical switches are connected in cascade and connected to N (N ≧ 3) output waveguides, and connected to each of the output waveguides to continuously transmit light from transmission to cutoff. In the 1 × N optical switch including a plurality of gate optical switches that can be adjusted to a predetermined value, the two-branch optical switches are driven by a plurality of groups each having only one two-branch optical switch. A plurality of switch driving power supply circuits that are shared in common, and a gate driving power supply circuit that is shared by all the gate optical switches to drive the gate optical switch; Gate light source Connected to each of the pitch, characterized by comprising an electrical digital switch to cut off the drive current from the drive circuit.
[0021]
According to a second aspect of the present invention, a two-branch optical switch connected to one input waveguide, and one or a plurality of two-branch optical switches are further connected in cascade to an output of the two-branch optical switch, 1 × including a switch unit connected to N (N ≧ 3) output waveguides, and a plurality of gate optical switches connected to each of the output waveguides and capable of continuously adjusting light from transmission to blocking. In the N optical switch, a switch drive power supply circuit shared by all the two-branch optical switches to drive the two-branch optical switch, and all the gate light sources to drive the gate optical switch A gate drive power supply circuit shared by a switch; and an electric digital switch connected to each of the two-branch optical switch and the gate optical switch for interrupting a drive current from the drive circuit. The features.
[0022]
According to a third aspect of the present invention, a two-branch optical switch connected to one input waveguide, and one or a plurality of two-branch optical switches are further cascade connected to an output of the two-branch optical switch, 1 × including a switch unit connected to N (N ≧ 3) output waveguides, and a plurality of gate optical switches connected to each of the output waveguides and capable of continuously adjusting light from transmission to blocking. A driving power supply circuit shared by all of the two-branch optical switches and all of the gate optical switches for driving the two-branch optical switch and the gate optical switch; An electric digital switch connected to each of the optical switch and the gate optical switch to cut off a drive current from the drive circuit is provided.
[0023]
According to a fourth aspect of the present invention, in the 1 × N optical switch according to the first or second aspect, a power supply line connecting the two-branch optical switch and a shared switch drive power supply circuit, and the gate light Each of the power supply lines connecting the switch and the shared gate drive power supply circuit is shared.
[0024]
According to a fifth aspect of the present invention, in the 1 × N optical switch according to the third aspect, a power supply line connecting the two-branch optical switch and the gate optical switch to a shared driving power supply circuit is shared. It is characterized by having been done.
[0025]
According to a sixth aspect of the present invention, the power supply line according to the fourth or fifth aspect is shared on an optical switch chip in which the switch section, the plurality of gate optical switches, and the power supply line are integrated. It is characterized by having.
[0026]
The invention according to claim 7 is the power supply line according to

claim

4 or 5, wherein the power supply line, the driving power supply circuit, and the electric digital switch are shared on an integrated circuit board. It is characterized by having.
[0027]
According to an eighth aspect of the present invention, in each of the two-branch optical switches according to any one of the first to seventh aspects, one output is connected to an output waveguide and the other output is another two-branch optical switch. The switch unit is configured by a tap-type configuration so as to be connected to or not connected to an input of the switch unit.
[0028]
According to a ninth aspect of the present invention, the two-branch optical switch or the gate optical switch according to any one of the first to eighth aspects is a 2 × 2 optical switch in which one of the input / output ports is unconnected. It is characterized by comprising.
[0029]
According to a tenth aspect of the present invention, the two-branch optical switch or the gate optical switch according to any one of the first to ninth aspects is an optical switch using a silica-based optical waveguide.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In a 1 × N optical switch composed of a plurality of 2 × 2 basic optical switches, a 2 × 2 basic optical switch that is turned ON exists under certain restrictions. The number of stages of the tree type 1 × N optical switch is set to a maximum of n stages (1 ≦ n ≦ log ₂ N), the 1 × 2 basic switch at an arbitrary m-th stage (1 ≦ m ≦ n) from the input waveguide is 2 ^m-1 Exists. For example, in the case of the tree-type 1 × 8 optical switch shown in FIG. 11, there are four 2 × 2 basic optical switches 3-1, 3-2, 3-3, and 3-4 in the third stage. In the case of ordinary unicast, only one of the four 2 × 2 basic optical switches is turned on, and among the N gate optical switches connected to the optical output port, , And only one gate light switch is turned on.
[0031]
Therefore, the 2 × 2 basic optical switch is divided into a plurality of groups in which only one 2 × 2 basic optical switch is turned on, that is, in the above-described example, a group for each stage, and the driving power supply circuit is divided into groups. They can be aggregated and shared. If the sharing is completely performed, the number of drive power supply circuits can be reduced most, but even if it is partial, an effect commensurate with the reduced number can be obtained. The sharing of the power supply line may be performed on a chip on which the 1 × N optical switch is integrated, or the chip on which the 1 × N optical switch is integrated is mounted on a module substrate on which the control lines are integrated, and The sharing of the power supply line may be performed above.
[0032]
(1st Embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a tree-type 1 × 8 optical switch according to the first embodiment of the present invention. A 2 × 2 basic optical switch is further connected to the 2 × 2 basic optical switch connected to the optical input port, and a 2 × 2 basic optical switch is cascaded and connected in this order. An eight-optical switch is realized. The output waveguides of the third-stage 2 × 2 basic optical switch are connected to the optical output ports via the respective gate optical switches. The 2 × 2 basic optical switch uses the symmetric MZI shown in FIG. 10 in which the arm length is symmetric. The gate optical switch uses an asymmetric MZI whose arm length is shifted by a half wavelength. With such a configuration, the extinction ratio when no current flows can be increased, and the effect of blocking light from other ports can be increased. The control of each 2 × 2 basic optical switch is performed by connecting a drive power supply circuit that can be analog-adjusted to the power supply lines 21 to 24 of the drive current supply circuit and connecting the control line of the drive current supply circuit to the other. . It should be noted that power is supplied to only one of the two thin film heaters in the 2 × 2 basic optical switch, and the control line is omitted for simplicity of the drawing.
[0033]
FIG. 2 shows a drive current supply circuit of the tree-type 1 × 8 optical switch according to the first embodiment. The 2 × 2 basic optical switches 1-1 and 2-1 of the tree-type 1 × 8 optical switch shown in FIG. 1 are enlarged. An analog adjustable drive power supply circuit 31 is connected to the power supply line 21 of the drive current supply circuit, and an electric digital switch 41 is connected to the control line 51 of the drive current supply circuit. The same applies to other drive current supply circuits. The electric

digital switches

41 and 42 use an IC in which a large number of transistor circuits are integrated, and can be turned on / off by input of a TTL level, and turn on / off the 2 × 2 basic optical switch.
[0034]
The major difference from the conventional configuration is that the drive power supply circuit is shared. In the present embodiment, for example, four 2 × 2 basic optical switches 3-1 to 3-4 existing in the third stage are connected in parallel to the power supply line of the drive current supply circuit to share the drive power supply circuit. Is becoming The two 2 × 2 basic optical switches 2-1 and 2-2 existing in the second stage and the eight gate optical switches G-1 to G-8 are similarly shared. In this way, the number of drive power supply circuits can be reduced from fourteen to four. Further, since the power supply line of the drive current supply circuit can be shared, the wiring area can be reduced and the number of electric connection terminals for connecting the optical switch chip and the drive power supply circuit can be reduced.
[0035]
Here, a method for manufacturing an optical switch chip using a quartz-based waveguide will be described. The optical switch chip of the 1 × 8 optical switch according to the first embodiment was manufactured on a silicon substrate having a thickness of 1 mm and a diameter of 4 inches using a known technique. Silica-based waveguide is SiCl ₄ , Cl ₄ It is produced by a flame hydrolysis reaction deposition technique utilizing a hydrolysis reaction of a raw material gas such as a combination of a deposition technique of a quartz glass film and a reactive ion etching technique. The thin film heater for local heating is manufactured by a vacuum evaporation method and etching. The cross-sectional dimension of the core of the waveguide is 6 μm square, and the relative refractive index difference between the core and the clad is 0.75%. This wafer is cut out by dicing and fixed to a ceramic substrate, and a single mode fiber is connected to the optical input port and the optical output port. A drive power supply circuit and an electric digital switch are connected to each thin-film heater via an electric connection terminal to constitute a 1 × 8 optical switch module.
[0036]
The 1 × 8 optical switch module also includes an electric circuit board on which a control signal serial / parallel conversion circuit is mounted. The serial / parallel conversion circuit converts the control information input as a serial signal into a TTL level parallel signal and outputs the converted signal, and inputs the converted signal to 15 electric digital switches.
[0037]
In this manner, the number of electrical connection terminals of the 1 × 8 optical switch module includes about three serial control signal lines for controlling the serial / parallel conversion circuit, a power supply line for connecting four drive power supply circuits, and a ground. There are about eight wires, and the number of electrical connection terminals can be reduced. This reduction effect increases as the size of the optical matrix switch chip increases. For example, in a 1 × 128 optical switch, 255 parallel signal lines connected to 255 optical switches are reduced to about 20. Note that the electric circuit such as the electric digital switch is not limited to the integration inside the optical switch module, and may be integrated outside the optical switch module. From the viewpoint of realization, it is preferable to integrate them in the optical switch module.
[0038]
FIG. 3 shows a tree-type 1 × 128 optical switch module according to an embodiment of the present invention. The tree-type 1 × 128 optical switch module includes a 1 × 128 optical switch chip 301 and an electric circuit board 302. In the 1 × 128

optical switch chip

301, 7 × 2 × 2 basic optical switches using a symmetric MZI are formed in a tree shape on a Si substrate. The power supply line 311 of the drive current supply circuit of each 2 × 2 basic optical switch and gate optical switch is shared by each stage, and the number of power supply lines is greatly reduced from 255 lines to 8 lines, so that the board area is reduced. can do.
[0039]
On the other hand, the control line 312 of the drive current supply circuit is connected to the IC 322a of the electric digital switch mounted on the electric circuit board 302 via the electrode pad 313, the gold wire 314, and the electrode pad 321. The ICs 322a to 322h are connected in series and can be driven by a control signal line 323 such as a common clock signal, a data signal, and a latch signal. For example, using a 1 MHz clock signal, a serial signal to which control information for turning on / off each thin film heater is assigned on the time axis is latched for each time frame. The serial signal thus time-division multiplexed is converted into a parallel signal to be input to the 255 electric digital switches by a serial / parallel conversion circuit. Thus, all the thin film heaters can be driven by the three control signal lines.
[0040]
The 1 × N optical switch manufactured as described above can realize various functions as described below.
[0041]
(A) Unicast operation
The output voltage of the drive power supply circuit is adjusted to an operation voltage that is optimal for the ON state of the MZI optical switch. Among the 2 × 2 basic optical switches of each stage, the electric digital switch connected to the desired one 2 × 2 basic optical switch is turned on (ON) through the serial control signal line, and the other electric digital switches are turned on. The switch is turned off (OFF). In this way, light from an optical input port can be output to any optical output port. Further, the extinction ratio is also improved by turning ON only the output gate light switch and turning OFF the other gate light switches. The insertion loss at this time is, for example, 3.7 dB in a 1 × 128 optical switch, and the extinction ratio is 51 dB, which is a sufficient characteristic.
[0042]
(B) Adjustment function of applied voltage
As described above, in the unicast operation, since there are not two or more 2 × 2 basic optical switches that make the electric digital switch conductive (ON) in each stage, even if the drive power supply circuit is shared in each stage. In operation, it is connected to only one 2 × 2 basic optical switch. Therefore, it is also possible to individually adjust and drive the voltage applied to the 2 × 2 basic optical switch in which the electric digital switch is conductive (ON).
[0043]
Utilizing the adjustment function of the applied voltage, it is possible to individually compensate for variations in the optimum operating voltage due to a manufacturing error of the 2 × 2 basic optical switch. In general, the 2 × 2 basic optical switch to be manufactured may have a slight variation in the optimum operating voltage due to a manufacturing error. When the 2 × 2 basic optical switches having the optimum operating voltage variation are driven at the same voltage, the insertion loss and the extinction ratio vary, so that the characteristics are deteriorated. This characteristic deterioration can be prevented by measuring the optimum applied voltage of each 2 × 2 basic optical switch in advance and adjusting the applied voltage individually.
[0044]
(C) Uniform insertion loss
The final stage gate optical switch is used as a variable optical attenuator that can continuously adjust light from transmission to cutoff, and by adjusting the loss in the ON state, the loss between the optical output ports of the 1 × N optical switch is reduced. Can be made uniform. As described above, even if the applied voltage of the 2 × 2 basic optical switch is adjusted to the optimum operating voltage due to a manufacturing error of the 2 × 2 basic optical switch, etc., insertion loss does not occur in the optical path in the 1 × N optical switch. Slightly varies. This value is about 1 dB in the case of a 1 × 8 optical switch. In the last-stage gate switch, the loss in the optical path with the smallest loss is increased to match the loss in the optical path with the largest loss, thereby reducing the variation in loss between the optical output ports.
[0045]
In addition, as the two 3 dB couplers constituting the MZI optical switch, a directional coupler having two waveguides arranged close to each other up to several μm was used. This is because the directional coupler has a lower insertion loss than other means. However, the 3 dB coupler is not limited to this configuration, and is configured by other means, such as a multimode interferometer (MMI) coupler using a multimode waveguide, and a plurality of these couplers connected in cascade. It may be a wavelength-independent coupler (WINC) or the like.
[0046]
(Second embodiment)
FIG. 4 shows the configuration of a tree-type 1 × 8 optical switch according to the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the drive power supply circuit for the 2 × 2 basic optical switch and the gate optical switch is shared by one drive power supply circuit. The above-described unicast operation (a) can be realized, and the number of drive power supply circuits can be reduced from four to one. However, since the voltages applied to the 2 × 2 basic optical switch and the gate optical switch cannot be individually adjusted, the above-mentioned (b) function of adjusting the applied voltage and (c) uniformization of the insertion loss are required. Without it, the characteristics of insertion loss and extinction ratio slightly deteriorate.
[0047]
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a configuration of a composite 1 × 8 optical switch according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment is a composite type combining a tree type configuration and a tap type configuration. The drive power supply circuit for the 2 × 2 basic optical switch is shared for each stage, and the drive power supply circuit for all gate optical switches is shared. The number of drive power supply circuits is six, which is larger than that of the first embodiment, but is greatly reduced from that of the conventional example of fifteen. As in the first and second embodiments, (a) the unicast operation can be realized. Further, (b) the function of adjusting the applied voltage and (c) uniform insertion loss can be realized.
[0048]
Although specific examples have been described above, there are various combinations of the sharing of the drive power supply circuit and the tree-type and tap-type configuration methods. The main ones are shown in Table 1. The number of drive power supply circuits is described using a 1 × 8 optical switch as an example.
[0049]
[Table 1]

[0050]
It should be noted that a unicast operation can be realized in all sharing in Table 1. In the conventional example in the rightmost column, since the drive power supply circuits are not shared, drive circuits are required by the number of 2 × 2 basic optical switches, and 15 are required for the tree type and 16 are required for the tap type configuration. It is. On the other hand, when the drive power supply circuit is shared for each stage and the gate optical switch is shared, the number is greatly reduced to four in the tree type (first embodiment) and nine in the tap type configuration. it can. Further, the function of adjusting the applied voltage (b) and the uniformity of the insertion loss (c) are not impaired.
[0051]
When sharing is further promoted, the number of drive power supply circuits can be further reduced, but there is a trade-off in which the functions (b) and (c) are impaired. However, the characteristics and the number of drive power supply circuits are taken into consideration. And the best one can be sorted out. Although there is no description of the composite type of the tree type configuration and the tap type configuration in Table 1, there is no difference between the tree type and the tap type for each classification of sharing, so the composite type may be considered in the same manner. it can.
[0052]
(Fourth embodiment)
FIG. 6 shows the configuration of a tree-type 1 × 8 optical switch according to the fourth embodiment of the present invention. In the first embodiment, power is supplied to only one of the two thin film heaters in the 2 × 2 basic optical switch. In the fourth embodiment, power is supplied to two thin film heaters. Control of each 2 × 2 basic optical switch is performed by connecting a drive power supply circuit capable of analog adjustment to the power supply lines 71 to 74 of the drive current supply circuit and connecting a control line to the other.
[0053]
FIG. 7 shows a drive current supply circuit for a tree-type 1 × 8 optical switch according to the fourth embodiment. The 2 × 2 basic optical switches 1-1 and 2-1 of the tree-type 1 × 8 optical switch shown in FIG. 6 are enlarged. One of the power supply lines 71 of the drive current supply circuit is connected to the two thin film heaters, and the other is connected to the drive power supply circuit 31 capable of analog adjustment. As in the first embodiment, the drive power supply circuit is shared for each stage. An electric digital switch 41a is connected to the control line 81a of the drive current supply circuit, and an electric digital switch 41b is connected to the control line 81b, and individually drives the thin film heaters. The same applies to other drive current supply circuits.
[0054]
With such a structure, when the applied voltage is individually adjusted in the above-described (b) applied voltage adjusting function, the applied voltage can be expanded to both sides in the plus direction and the minus direction. Symmetric MZIs typically have minimal crosstalk to the bar path when no voltage is applied to the thin film heater. However, the optimum point may be shifted due to a manufacturing error of the 2 × 2 basic optical switch or the like. Even if the optimum point shifts to the plus side or the minus side in the state where no voltage is applied, according to the present embodiment, the optimum voltage can be applied with the least power consumption.
[0055]
By separately providing the heaters on the arm waveguides on both sides in this manner, one of the thin film heaters can be used as a spare heater. For example, even if one thin film heater of any 2 × 2 basic optical switch is damaged, according to the present embodiment, the other thin film heater can be driven independently, so that the optical switch operation can be continuously performed without interruption. Can be. In this way, the probability that the 1 × N optical switch will fail can be greatly reduced.
[0056]
On the other hand, there is a trade-off that the number of electric digital switches is doubled and the number of drive current supply circuits is twice as short, but double, and the area of the wiring portion on the substrate increases. However, according to the present embodiment, the sharing of the driving power supply circuit minimizes the increase in the area of the wiring portion in addition to the sharing of the power supply line and the adoption of the IC including the electric digital switch.
[0057]
In the fourth embodiment, the example in which the thin film heaters on both sides are driven in the 2 × 2 basic optical switch of the first embodiment has been described. However, the same applies to other forms including the second to fourth embodiments. The structure of can be taken. In the above-described embodiment, the 2 × 2 basic optical switches are connected in multiple stages, but another two-branch optical switch such as a 1 × 2 optical switch may be connected in multiple stages.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by sharing a drive power supply circuit for driving a two-branch optical switch, the number of drive power supply circuits can be reduced without impairing functions such as a unicast operation. Thus, the size of the optical switch can be reduced.
[0059]
Further, according to the present invention, the size of the optical switch chip, the electric circuit board, or the optical switch module can be reduced, and the number of electrical connection terminals can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a connection diagram illustrating a configuration of a tree-type 1 × 8 optical switch according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a connection diagram showing a drive current supply circuit of the tree-type 1 × 8 optical switch according to the first embodiment.
FIG. 3 is a mounting configuration diagram showing a tree-type 1 × 128 optical switch module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a connection diagram illustrating a configuration of a tree-type 1 × 8 optical switch according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a connection diagram showing a configuration of a composite 1 × 8 optical switch according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a connection diagram illustrating a configuration of a tree-type 1 × 8 optical switch according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a connection diagram illustrating a drive current supply circuit of a tree-type 1 × 8 optical switch according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a connection diagram showing a configuration of a conventional tree-type 1 × 8 optical switch.
FIG. 9 is a connection diagram showing a configuration of a conventional tap-type 1 × 8 optical switch.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional 2 × 2 basic optical switch.
FIG. 11 is a connection diagram showing a drive current supply circuit of a conventional tree-type 1 × 8 optical switch.
[Explanation of symbols]
1-8,100 2 × 2 basic optical switch
G gate optical switch
11 to 14, 21 to 24, 61 to 66, 71, 72, 311
51, 52, 81, 82, 312 Control line
31, 32 drive power supply circuit
41, 42 Electric digital switch
101 Thin film heater
102 3dB coupler
103 arm waveguide
111 cladding layer
112 substrate
301 1 × 128 optical switch chip
313,321 electrode pad
314 gold wire
302 electric circuit board
322 IC
323 control signal line

Claims

A two-branch optical switch connected to one input waveguide, and one or more two-branch optical switches are further connected in cascade to the output of the two-branch optical switch, and N (N ≧ 3) outputs are provided. In a 1 × N optical switch including a switch unit connected to a waveguide and a plurality of gate optical switches connected to each of the output waveguides and capable of continuously adjusting light from transmission to blocking,
A plurality of switch drive power supply circuits that are collectively shared for a plurality of groups each having only one ON-state two-branch optical switch to drive the two-branch optical switch;
A gate drive power supply circuit shared by all the gate optical switches to drive the gate optical switch,
1. A 1 × N optical switch, comprising: an electric digital switch connected to each of the two-branch optical switch and the gate optical switch to cut off a drive current from the drive circuit.

A two-branch optical switch connected to one input waveguide, and one or more two-branch optical switches are further connected in cascade to the output of the two-branch optical switch, and N (N ≧ 3) outputs are provided. In a 1 × N optical switch including a switch unit connected to a waveguide and a plurality of gate optical switches connected to each of the output waveguides and capable of continuously adjusting light from transmission to blocking,
A switch drive power supply circuit shared by all the two-branch optical switches to drive the two-branch optical switch;
A gate drive power supply circuit shared by all the gate optical switches to drive the gate optical switch,
1. A 1 × N optical switch, comprising: an electric digital switch connected to each of the two-branch optical switch and the gate optical switch to cut off a drive current from the drive circuit.

A two-branch optical switch connected to one input waveguide, and one or more two-branch optical switches are further connected in cascade to the output of the two-branch optical switch, and N (N ≧ 3) outputs are provided. In a 1 × N optical switch including a switch unit connected to a waveguide and a plurality of gate optical switches connected to each of the output waveguides and capable of continuously adjusting light from transmission to blocking,
A drive power supply circuit shared by all the two-branch optical switches and all of the gate optical switches to drive the two-branch optical switch and the gate optical switch;
1. A 1 × N optical switch, comprising: an electric digital switch connected to each of the two-branch optical switch and the gate optical switch to cut off a drive current from the drive circuit.

A power supply line connecting the two-branch optical switch and the shared switch drive power supply circuit and a power supply line connecting the gate optical switch and the shared gate drive power supply circuit are shared. The 1 × N optical switch according to claim 1, wherein:

4. The 1 × N optical switch according to claim 3, wherein a power supply line that connects the two-branch optical switch and the gate optical switch to a shared drive power supply circuit is shared. 5.

The 1x according to claim 4 or 5, wherein the power supply line is shared on an optical switch chip in which the switch unit, the plurality of gate optical switches, and the power supply line are integrated. N optical switch.

6. The 1 × N according to claim 4, wherein the power supply line is shared on an electric circuit board on which the power supply line, the drive power supply circuit, and the electric digital switch are integrated. 7. Light switch.

In each of the two-branch optical switches, one output is connected to the output waveguide, and the other output is connected to the input of the other two-branch optical switch, or is not connected, and the switch unit is configured by a tap-type configuration. The 1 * N optical switch according to any one of claims 1 to 7, wherein:

9. The optical switch according to claim 1, wherein the two-branch optical switch or the gate optical switch comprises a 2 × 2 optical switch in which one of input / output ports is unconnected. 1 × N optical switch.

10. The 1 × N optical switch according to claim 1, wherein the two-branch optical switch or the gate optical switch is an optical switch using a silica-based optical waveguide.