JP2004295108A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 経路の違いによる光損失の差を低減することができる光スイッチを提供する。
【解決手段】 光スイッチ１は、スイッチ部２Ａ〜２Ｄとスイッチ部３Ａ〜３Ｄとを備えている。スイッチ部２Ａ〜２Ｄは、接続用光導波路５ａ〜５ｄ及び入力用光導波路６を含む平面導波路４と、入力用光導波路６からの光を接続用光導波路５ａ〜５ｄに反射させる反射ミラー８ａ〜８ｄとを有している。スイッチ部３Ａ〜３Ｄは、接続用光導波路１０ａ〜１０ｄ及び出力用光導波路１１を含む平面導波路９と、接続用光導波路１０ａ〜１０ｄからの光を出力用光導波路１１に反射させる反射ミラー１３ａ〜１３ｄとを有している。また、光スイッチ１は、スイッチ部２Ａ〜２Ｄの各接続用光導波路５ａ〜５ｄをそれぞれ異なるスイッチ部３Ａ〜３Ｄの接続用光導波路１０ａ〜１０ｄに接続する複数の光ファイバ２０を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光通信システム等で用いられる光スイッチに関するものである。

光通信システムで用いられる光スイッチとしては、例えば非特許文献１に記載されているものが知られている。この文献に記載の光スイッチは４×４のマトリックススイッチであり、４つの入力ポートと４つの出力ポートとを有する平面導波路チップと、入力ポートからの光を出力ポートに向けて反射させる１６個のマイクロミラーを有するスイッチチップとを備えている。
4×4 MATRIX SWITCH BASED ON MEMS SWITCHES AND INTEGRATED WAVEGUIDES, The 11th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators,Munich,Germany,June 10-14,2001

上記従来技術においては、光の経路によって、入力ポートから出力ポートまでの光導波路の距離が異なるが、光が通る光導波路の距離が長くなるほど、光導波路による光損失（導波路損失）が増大する。このため、光導波路の距離が最短の経路と最長の経路とでは、光損失に大きな差が生じることになる。また、入力ポートから出力ポートまでの光導波路の途中に、マイクロミラーが入り込む溝部（凹部）が形成されている場合に、溝部を通る回数によっても光損失に大きな差が生じる。

本発明の目的は、経路の違いによる光損失の差を低減することができる光スイッチを提供することである。

本発明は、光が入射されるｎヶ所（ｎは複数）の入力ポートと、光が出射されるｎヶ所の出力ポートとを有する光スイッチであって、１ヶ所の入力ポートと、ｎヶ所の第１接続ポートと、入力ポートから各第１接続ポートへの光路を切り替える第１光路切り替え部とを有するｎ個の第１スイッチ部と、１ヶ所の出力ポートと、ｎヶ所の第２接続ポートと、出力ポートから各第２接続ポートへの光路を切り替える第２光路切り替え部とを有するｎ個の第２スイッチ部と、第１スイッチ部の各第１接続ポートをそれぞれ異なる第２スイッチ部の第２接続ポートに接続する（ｎ×ｎ）本の光ファイバとを備え、入力ポートから出力ポートに至るまでの各光路において、第１光路切り替え部及び第２光路切り替え部を通る合計回数の最大値と最小値との差が４回以下であることを特徴とするものである。

このような光スイッチにおいては、第１スイッチ部の入力ポートから第１光路切り替え部、第１接続ポート、光ファイバ、第２スイッチ部の第２接続ポート、第２光路切り替え部、出力ポートに至るまでの（ｎ×ｎ）本の光路が形成される。ところで、複数の入力ポートと複数の出力ポートとを有する光スイッチが通常使用される状況では、各光路間の光損失差は０．８ｄＢ以下であることが必要とされている。他方、各光路の途中に凹部が形成されている場合には、たとえ凹部に屈折率整合剤が充填されていても、凹部を１回通るたびに、０．１〜０．２ｄＢの光損失が発生する。そこで、本発明では、各光路において第１光路切り替え部及び第２光路切り替え部を通る合計回数の最大値と最小値との差を４回以下とすることにより、第１光路切り替え部及び第２光路切り替え部が屈折率整合剤入りの凹部を有している場合であっても、各光路間の光損失差を０．８ｄＢ以下に抑えることができる。なお、各光路間の光損失差は０．４ｄＢ以下であるのが好ましいとされている事から、各光路において第１光路切り替え部及び第２光路切り替え部を通る合計回数の最大値と最小値との差を２回以下とするのが好ましい。

好ましくは、第１スイッチ部の各第１接続ポートのうち、入力ポートから第１接続ポートまでの各光路において、第１光路切り替え部を通る合計回数が少ない方からｉ番目である第１接続ポートをＱ_１ｉポートとし、第２スイッチ部の各第２接続ポートのうち、第２接続ポートから出力ポートまでの各光路において、第２光路切り替え部を通る合計回数が多い方からｉ番目である第２接続ポートをＱ_２ｉポートとしたときに、Ｑ_１ｉポートとＱ_２ｉポートとが接続されている。

この場合、例えば各第１接続ポート及び各第２接続ポートのうち、入力ポートまでの各光路において第１光路切り替え部を通る回数が少ない第１接続ポートと、出力ポートまでの各光路において第２光路切り替え部を通る回数が多い第２接続ポートとを接続する。また、入力ポートまでの各光路において第１光路切り替え部を通る回数が多い第１接続ポートと、出力ポートまでの各光路において第２光路切り替え部を通る回数が少ない第２接続ポートとを接続する。このような接続形態とすることにより、各光路において第１光路切り替え部及び第２光路切り替え部を通る合計回数の最大値と最小値との差を確実に４回以下とすることが可能となる。

また、好ましくは、入力ポートから出力ポートに至るまでの各光路において、第１光路切り替え部及び第２光路切り替え部を通る合計回数が同一である。これにより、第１光路切り替え部及び第２光路切り替え部を通ることにより生じる光損失は、光路に係わらずほぼ等しくなるため、各光路間の光損失差をより低減することができる。

また、本発明は、光が入射されるｎヶ所（ｎは複数）の入力ポートと、光が出射されるｎヶ所の出力ポートとを有する光スイッチであって、１ヶ所の入力ポートと、ｎヶ所の第１接続ポートと、入力ポートから各第１接続ポートへの光路を切り替える第１光路切り替え部とを有するｎ個の第１スイッチ部と、１ヶ所の出力ポートと、ｎヶ所の第２接続ポートと、出力ポートから各第２接続ポートへの光路を切り替える第２光路切り替え部とを有するｎ個の第２スイッチ部と、第１スイッチ部の各第１接続ポートをそれぞれ異なる第２スイッチ部の第２接続ポートに接続する（ｎ×ｎ）本の光ファイバとを備え、第１スイッチ部の各第１接続ポートのうち、入力ポートから第１接続ポートまでの光路長が短い方からｉ番目である第１接続ポートをＰ_１ｉポートとし、第２スイッチ部の各第２接続ポートのうち、第２接続ポートから出力ポートまでの光路長が長い方からｉ番目である第２接続ポートをＰ_２ｉポートとしたときに、Ｐ_１ｉポートとＰ_２ｉポートとが接続されていることを特徴とするものである。

このような光スイッチにおいては、第１スイッチ部の入力ポートから第１光路切り替え部、第１接続ポート、光ファイバ、第２スイッチ部の第２接続ポート、第２光路切り替え部、出力ポートに至るまでの（ｎ×ｎ）本の光路が形成される。ここで、第１スイッチ部及び第２スイッチ部の光路を平面導波路として形成した場合には、各第１スイッチ部において、入力ポートから各第１接続ポートまでの光路長がそれぞれ異なり、各第２スイッチ部において、各第２接続ポートから出力ポートまでの光路長がそれぞれ異なる。そこで、第１スイッチ部の第１接続ポートと第２スイッチ部の第２接続ポートとを光ファイバで接続する際には、例えば各第１接続ポート及び各第２接続ポートの大部分について、Ｐ_１ｉポートとＰ_２ｊポートとを接続する形態とすることにより、各入力ポートと各出力ポートとの間における平面導波路の部分の光路長差を小さくすることが可能となる。これにより、光路長差の違いによる各光路間の光損失差を低減することができる。

好ましくは、入力ポートから出力ポートに至るまでの各光路のうち、光ファイバを除いた部分の光路長が実質的に同一である。これにより、光路長差の違いによる各光路間の光損失差をより低減することができる。

さらに、本発明は、光が入射されるｎヶ所（ｎは複数）の入力ポートと、光が出射されるｎヶ所の出力ポートとを有する光スイッチであって、入力ポートから出力ポートに至るまでの（ｎ×ｎ）本の光路上を通る光の損失が実質的に同等であることを特徴とするものである。これにより、入力ポートと出力ポートとの間の経路の違いによる光損失の差が十分に低減される。

また、本発明は、光が入射されるｎヶ所（ｎは複数）の入力ポートと、光が出射されるｎヶ所の出力ポートとを有する光スイッチであって、１ヶ所の入力ポートとｎヶ所の第１接続ポートとを有するｎ個の第１スイッチ部と、１ヶ所の出力ポートとｎヶ所の第２接続ポートとを有するｎ個の第２スイッチ部と、第１スイッチ部の各第１接続ポートをそれぞれ異なる第２スイッチ部の第２接続ポートに接続する（ｎ×ｎ）本の光ファイバとを備えることを特徴とするものである。

第１スイッチ部及び第２スイッチ部の光路を平面導波路として形成した場合、各第１スイッチ部において、入力ポートから各第１接続ポートまでの光路長がそれぞれ異なり、各第２スイッチ部において、各第２接続ポートから出力ポートまでの光路長がそれぞれ異なる。そこで、第１スイッチ部の第１接続ポートと第２スイッチ部の第２接続ポートとを光ファイバで接続する際には、例えば入力ポートまでの光路長が短い第１接続ポートと出力ポートまでの光路長が長い第２接続ポートとを接続し、入力ポートまでの光路長が長い第１接続ポートと出力ポートまでの光路長が短い第２接続ポートとを接続する。このように構成することにより、各入力ポートと各出力ポートとの間における平面導波路の部分の光路長をほぼ均等にすることが可能となる。これにより、入力ポートと出力ポートとの間の経路の違いによる光損失の差を低減することができる。

好ましくは、第１スイッチ部は、第１接続ポートをもったｎ本の第１接続用光導波路と、各第１接続用光導波路を横切るように形成され入力ポートをもった１本の入力用光導波路とを有する第１平面導波路と、第１平面導波路における各第１接続用光導波路と入力用光導波路との交差部に形成された凹部に入り込んだ状態で、入力用光導波路からの光を各第１接続用光導波路に向けて反射させるｎ個の第１反射ミラーと、各第１反射ミラーを個別に駆動する第１駆動手段とを有し、第２スイッチ部は、第２接続ポートをもったｎ本の第２接続用光導波路と、各第２接続用光導波路を横切るように形成され出力ポートをもった１本の出力用光導波路とを有する第２平面導波路と、第２平面導波路における各第２接続用光導波路と出力用光導波路との交差部に形成された凹部に入り込んだ状態で、各第２接続用光導波路からの光を出力用光導波路に向けて反射させるｎ個の第２反射ミラーと、各第２反射ミラーを個別に駆動する第２駆動手段とを有する。

上述したように、入力ポートまでの光路長が短い第１接続ポートと出力ポートまでの光路長が長い第２接続ポートとを接続し、入力ポートまでの光路長が長い第１接続ポートと出力ポートまでの光路長が短い第２接続ポートとを接続した場合には、どのような経路を通っても、入力ポートから出力ポートまでの間に通過する凹部の数を一定にすることが可能となる。この場合には、光が凹部を通過することにより生じる光損失は、経路に係わらず等しくなる。これにより、入力ポートと出力ポートとの間の経路の違いによる光損失の差を更に低減することができる。

また、好ましくは、第１及び第２反射ミラーは、第１及び第２平面導波路の上部に設けられた片持ち梁に固定され、第１及び第２駆動手段は、第１及び第２平面導波路の上部に設けられた電極と、片持ち梁と電極との間に静電引力を発生させる手段とを有する。この場合には、片持ち梁と電極との間に生じる静電引力によって片持ち梁が電極に引き寄せられ、これに伴って反射ミラーが移動する。このように静電引力を利用して反射ミラーを動かすことで、ほとんど電流を流さずに済むため、省電力化を図ることができる。

この場合、好ましくは、片持ち梁及び電極には、各々櫛歯部が互いに対向するように設けられている。このように電極に櫛歯部を設けることにより、電極の表面積が増えるので、片持ち梁と電極との間に生じる静電引力が大きくなる。従って、電極に供給する駆動電圧を低くしたり、片持ち梁を短くした場合でも、十分な駆動力が確保される。

本発明によれば、１ヶ所の入力ポートとｎヶ所の第１接続ポートとを有するｎ個の第１スイッチ部と、１ヶ所の出力ポートとｎヶ所の第２接続ポートとを有するｎ個の第２スイッチ部と、第１スイッチ部の各第１接続ポートをそれぞれ異なる第２スイッチ部の第２接続ポートに接続する（ｎ×ｎ）本の光ファイバとを設けたので、経路の違いによる光損失の差を低減することができる。

以下、本発明に係る光スイッチの好適な実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る光スイッチの一実施形態を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の光スイッチ１は、４つの光入力部と４つの光出力部とを有する４×４スイッチである。光スイッチ１は、４個の４×１スイッチ部２Ａ〜２Ｄと、４個の４×１スイッチ部３Ａ〜３Ｄとを備えている。

スイッチ部２Ａ〜２Ｄは平面導波路４を有し、この平面導波路４には、４本の接続用光導波路５ａ〜５ｄと１本の入力用光導波路６とが設けられている。各接続用光導波路５ａ〜５ｄは、互いに平行に延在すると共に等ピッチとなるように形成されている。入力用光導波路６は、各接続用光導波路５ａ〜５ｄを斜めに横切ると共に、両端部において接続用光導波路５ａ〜５ｄに対して平行に延在するように形成されている。

また、平面導波路４において、各接続用光導波路５ａ〜５ｄと入力用光導波路６との交差部には、接続用光導波路５ａ〜５ｄに対して垂直な方向に延びる溝部７ａ〜７ｄがそれぞれ形成されている。各溝部７ａ〜７ｄ内には、入力用光導波路６からの光信号を各接続用光導波路５ａ〜５ｄに向けて反射させる反射ミラー８ａ〜８ｄが挿入される。また、各溝部７ａ〜７ｄ内には、好ましくは屈折率整合剤が充填されている。

溝部７ａ〜７ｄ及び反射ミラー８ａ〜８ｄは、入力用光導波路６から接続用光導波路５ａ〜５ｄへの光路を切り替える光路切り替え部４０ａ〜４０ｄを構成している。

スイッチ部３Ａ〜３Ｄは、上記のスイッチ部２Ａ〜２Ｄと同一の構造を有している。即ち、スイッチ部３Ａ〜３Ｄは平面導波路９を有し、この平面導波路９には、４本の接続用光導波路１０ａ〜１０ｄと１本の出力用光導波路１１とが設けられている。各接続用光導波路１０ａ〜１０ｄは、互いに平行に延在すると共に等ピッチとなるように形成されている。出力用光導波路１１は、各接続用光導波路１０ａ〜１０ｄを斜めに横切ると共に、両端部において接続用光導波路１０ａ〜１０ｄに対して平行に延在するように形成されている。

また、平面導波路９において、各接続用光導波路１０ａ〜１０ｄと出力用光導波路１１との交差部には、接続用光導波路１０ａ〜１０ｄに対して垂直な方向に延びる溝部１２ａ〜１２ｄがそれぞれ形成されている。各溝部１２ａ〜１２ｄ内には、各接続用光導波路１０ａ〜１０ｄからの光信号を出力用光導波路１１に向けて反射させる反射ミラー１３ａ〜１３ｄが挿入される。また、各溝部１２ａ〜１２ｄ内には、好ましくは屈折率整合剤が充填されている。

溝部１２ａ〜１２ｄ及び反射ミラー１３ａ〜１３ｄは、出力用光導波路１１から接続用光導波路１０ａ〜１０ｄへの光路を切り替える光路切り替え部４１ａ〜４１ｄを構成している。

このような各スイッチ部２Ａ〜２Ｄと各スイッチ部３Ａ〜３Ｄは、互いに対向するように並設されている。スイッチ部２Ａ〜２Ｄにおいて、入力用光導波路６の一端部（スイッチ部３Ａ〜３Ｄ側の端部）は、光信号が入射される入力ポート１４を構成し、各接続用光導波路５ａ〜５ｄの一端部は、光信号が出射される接続ポート１５を構成している。また、スイッチ部３Ａ〜３Ｄにおいて、各接続用光導波路１０ａ〜１０ｄの一端部（スイッチ部２Ａ〜２Ｄ側の端部）は、光信号が入射される接続ポート１６を構成し、出力用光導波路１１の一端部は、光信号が出射される出力ポート１７を構成している。

各スイッチ部２Ａ〜２Ｄの入力用光導波路６（入力ポート１４）には入力用光ファイバ１８が接続され、各スイッチ部３Ａ〜３Ｄの出力用光導波路１１（出力ポート１７）には出力用光ファイバ１９が接続されている。

また、スイッチ部２Ａ〜２Ｄの接続用光導波路５ａ〜５ｄ（接続ポート１５）とスイッチ部３Ａ〜３Ｄの接続用光導波路１０ａ〜１０ｄ（接続ポート１６）とは、１６（４×４）本の接続用光ファイバ２０で接続されている。これらの接続用光ファイバ２０は、スイッチ部２Ａ〜２Ｄの各接続ポート１５をそれぞれ互いに異なるスイッチ部３Ａ〜３Ｄの接続ポート１６に接続するように構成されている。

具体的には、スイッチ部２Ａの接続用光導波路５ａはスイッチ部３Ａの接続用光導波路１０ａと接続され、スイッチ部２Ａの接続用光導波路５ｂはスイッチ部３Ｂの接続用光導波路１０ｂと接続され、スイッチ部２Ａの接続用光導波路５ｃはスイッチ部３Ｃの接続用光導波路１０ｃと接続され、スイッチ部２Ａの接続用光導波路５ｄはスイッチ部３Ｄの接続用光導波路１０ｄと接続されている。スイッチ部２Ｂの接続用光導波路５ａはスイッチ部３Ｂの接続用光導波路１０ａと接続され、スイッチ部２Ｂの接続用光導波路５ｂはスイッチ部３Ａの接続用光導波路１０ｂと接続され、スイッチ部２Ｂの接続用光導波路５ｃはスイッチ部３Ｄの接続用光導波路１０ｃと接続され、スイッチ部２Ｂの接続用光導波路５ｄはスイッチ部３Ｃの接続用光導波路１０ｄと接続されている。スイッチ部２Ｃの接続用光導波路５ａはスイッチ部３Ｃの接続用光導波路１０ａと接続され、スイッチ部２Ｃの接続用光導波路５ｂはスイッチ部３Ｄの接続用光導波路１０ｂと接続され、スイッチ部２Ｃの接続用光導波路５ｃはスイッチ部３Ｂの接続用光導波路１０ｃと接続され、スイッチ部２Ｃの接続用光導波路５ｄはスイッチ部３Ａの接続用光導波路１０ｄと接続されている。スイッチ部２Ｄの接続用光導波路５ａはスイッチ部３Ｄの接続用光導波路１０ａと接続され、スイッチ部２Ｄの接続用光導波路５ｂはスイッチ部３Ｃの接続用光導波路１０ｂと接続され、スイッチ部２Ｄの接続用光導波路５ｃはスイッチ部３Ａの接続用光導波路１０ｃと接続され、スイッチ部２Ｄの接続用光導波路５ｄはスイッチ部３Ｂの接続用光導波路１０ｄと接続されている。

このとき、スイッチ部２Ａ〜２Ｄにおいて入力ポート１４から接続ポート１５までの光導波路の距離（光路長）は、接続用光導波路５ａ〜５ｄの順に長くなっており、スイッチ部３Ａ〜３Ｄにおいて接続ポート１６と出力ポート１７までの光導波路の距離は、接続用光導波路１０ａ〜１０ｄの順に短くなっている。従って、上記のような接続形態とすることにより、スイッチ部２Ａ〜２Ｄにおける入力ポート１４から各接続ポート１５までの光路長と、スイッチ部３Ａ〜３Ｄの各接続ポート１６から出力ポート１７までの光路長との合計は、１６経路全てについて等しくなる。

スイッチ部２Ａ〜２Ｄの入力ポート１４及び接続ポート１５と入力用光ファイバ１８及び接続用光ファイバ２０とは、ファイバアレイ２１を介して接続されている。スイッチ部３Ａ〜３Ｄの接続ポート１６及び出力ポート１７と接続用光ファイバ２０及び出力用光ファイバ１９とは、ファイバアレイ２２を介して接続されている。ファイバアレイ２１，２２は、調心（光軸合わせ）を行った状態で、平面導波路４，９の端面に接着剤で接合されている。なお、この時に使用される接着剤は屈折率調整されているので、光伝送に支障をきたすことはない。

次に、スイッチ部２Ａ〜２Ｄの構造について、図２〜図４により具体的に説明する。図２はスイッチ部２Ａの水平方向概略断面図であり、図３はスイッチ部２Ａの垂直方向断面図であり、図４はスイッチ部２Ａの分解斜視図である。なお、スイッチ部２Ｂ〜２Ｄについても同様である。また、図２では、接続用光導波路５ｂ〜５ｄ、溝部７ｂ〜７ｄ及び反射ミラー８ｂ〜８ｄを省略している。

各図において、スイッチ部２Ａは、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて平面導波路４上に形成されたＭＥＭＳ構造体２３を有している。ＭＥＭＳ構造体２３はＳｉ基板２４を有し、このＳｉ基板２４上には、４本の接続用光導波路５ａ〜５ｄに対応して４つのアクチュエータ２５ａ〜２５ｄが犠牲層（ＳｉＯ_２層）４２を介して設けられている。

各アクチュエータ２５ａ〜２５ｄは、導電性を有するＳｉ等で形成された片持ち梁２６を有し、この片持ち梁２６には櫛歯部２７が設けられている。片持ち梁２６の先端には支持部２８が設けられ、この支持部２８には反射ミラー８（上記の反射ミラー８ａ〜８ｄ）が固定されている。この反射ミラー８も、導電性を有するＳｉ等で形成されている。また、反射ミラー８の光反射面には、入力用光導波路６からの光を各接続用光導波路５ａ〜５ｄに向けてほぼ全反射させるべく、Ａｕ等がコーティングされている。

また、各アクチュエータ２５ａ〜２５ｄは、導電性を有するＳｉ等で形成された電極２９を有し、この電極２９は、片持ち梁２６に対して平行に延在している。電極２９には、櫛歯部３０が片持ち梁２６の櫛歯部２７と対向するように設けられている。

片持ち梁２６と電極２９とは、電圧源３１を介して接続されている。この電圧源３１により片持ち梁２６と電極２９との間に所定の電圧を印加することで、両者間に静電引力（静電気力）を発生させて片持ち梁２６を電極２９側に撓ませ、反射ミラー８を水平方向（スイッチ部２Ａの幅方向）に移動させる。

このように静電引力によって反射ミラー８を動かすので、ほとんど電流を流さずに済み、省電力化を図ることができる。また、電極２９には櫛歯部３０が設けられているので、電極２９の表面積が全体的に大きくなる。従って、その分だけ片持ち梁２６と電極２９との間に生じる静電引力が増大するため、反射ミラー８を低電圧駆動することができる。

このようなＭＥＭＳ構造体２３は、各アクチュエータ２５ａ〜２５ｄの片持ち梁２６が平面導波路４の接続用光導波路５ａ〜５ｄに対して平行に延在して、反射ミラー８ａ〜８ｄが平面導波路４の溝部７ａ〜７ｄ内に入り込むように、ひっくり返した状態で、平面導波路４の上面にスペーサ４３を介して貼り付けられている。

以上のようなスイッチ部２Ａ〜２Ｄにおいて、通常は、図２に示すように、片持ち梁２６が真っ直ぐに延びている。この状態では、入力用光導波路６に入射された光は、溝部７ａ〜７ｄ内をそのまま通り、溝部７ａ〜７ｄを挟んで反対側の入力用光導波路６に導かれる。一方、電圧源３１により片持ち梁２６と電極２９との間に所定の電圧を印加すると、両者間に生じる静電気力によって片持ち梁２６の先端側部分が電極２９に引き寄せられ、これに伴って反射ミラー８ａ〜８ｄが電極２９側に移動する。この状態では、入力用光導波路６に入射された光は、反射ミラー８ａ〜８ｄで反射して接続用光導波路５ａ〜５ｄに導かれる。

スイッチ部３Ａ〜３Ｄは、特に図示はしないが、上記のＭＥＭＳ構造体２３と同じ構造体を平面導波路９上に有している。このようなスイッチ部３Ａ〜３Ｄにおいて、通常のオフ状態では、各接続用光導波路１０ａ〜１０ｄに入射された光は、溝部１２ａ〜１２ｄ内をそのまま通過する。一方、反射ミラー１３ａ〜１３ｄを駆動してオン状態にすると、各接続用光導波路１０ａ〜１０ｄに入射された光は、反射ミラー１３ａ〜１３ｄで反射して出力用光導波路１１に導かれる。

以上のように構成した光スイッチ１において、光信号をスイッチ部２Ａの入力用光導波路６に入射させて、スイッチ部３Ｄの出力用光導波路１１から出射させる場合は、図５に示すように、スイッチ部２Ａの反射ミラー８ｄ及びスイッチ部３Ｄの反射ミラー１３ｄをオンにする。これにより、スイッチ部２Ａの入力用光導波路６を通る光信号は、溝部７ａ〜７ｃをそのまま通過し、溝部７ｄ内の反射ミラー８ｄで反射する。そして、その反射光は、接続用光導波路５ｄを通り、更にスイッチ部２Ａ，３Ｄ同士を接続する光ファイバ２０を通り、スイッチ部３Ｄの接続用光導波路１０ｄに入射される。そして、接続用光導波路１０ｄを通る光が溝部１２ｄ内の反射ミラー１３ｄで反射し、その反射光が出力用光導波路１１を通って出力される。

ここで、比較例として、従来一般の４×４光スイッチの一つを図６に示す。同図において、光スイッチ５０はマトリックススイッチであり、横方向に延びる４本の光導波路５１ａ〜５１ｄと縦方向に延びる４本の光導波路５２ａ〜５２ｄとを有している。また、光スイッチ５０は、光導波路５１ａ〜５１ｄと光導波路５２ａ〜５２ｄとの各交差部に形成された溝部５３内に入り込んだ状態で、光導波路５１ａ〜５１ｄからの光を光導波路５２ａ〜５２ｄに向けて反射させる１６個の反射ミラー５４を有している。

このような光スイッチ５０において、光信号を光導波路５１ａに入射させて光導波路５２ａから出射させる場合は、図６（ａ）に示すように、光導波路５１ａ，５２ａの交差部に対応する反射ミラー５４をオンにする。光信号を光導波路５１ｄに入射させて光導波路５２ｄから出射させる場合は、図６（ｂ）に示すように、光導波路５１ｄ，５２ｄの交差部に対応する反射ミラー５４をオンにする。

図６（ａ）に示す経路と図６（ｂ）に示す経路とでは、光が通る光導波路の距離（光路長）及び溝部５３の数とが異なる。一般に平面導波路では、光が通る光導波路の距離が長くなるほど光損失が増大し、光が溝部を通る回数が多くなるほど光損失（挿入損失）が増大する。例えば波長１５５０ｎｍでは、光導波路の損失は０．４ｄＢ／ｃｍである。また、屈折率整合剤が充填された溝部を１つ通過するたびに、０．１〜０．２ｄＢの損失が発生する。ちなみに、屈折率整合剤が充填されていない溝部を１つ通過すると、損失は約０．５ｄＢとなる。

このため、光導波路５１ａの入力ポートＩ_１から光導波路５２ａの出力ポートＯ_１までの光路長が２．４ｍｍ、光導波路５１ｄの入力ポートＩ_２から光導波路５２ｄの出力ポートＯ_２までの光路長が１０ｍｍである場合には、光導波路による光損失の差が約０．３ｄＢとなる。また、入力ポートＩ_１から出力ポートＯ_１までの経路では、通過する溝部５３が１つであるのに対し、入力ポートＩ_２から出力ポートＯ_２までの経路では、通過する溝部５３が７つであるため、屈折率整合剤入りの溝部５３による光損失の差が約１．２ｄＢとなる。従って、図６（ａ）に示す経路と図６（ｂ）に示す経路では、光損失の差が全体として約１．５ｄＢと非常に大きくなる。

一般に、この種の光スイッチが通常使用される状況下では、各光路間の損失差は０．８ｄＢ以下であることが必要であり、好ましくは０．４ｄＢ以下であることが必要である。

これに対し本実施形態の光スイッチ１では、上述したように、スイッチ部２Ａ〜２Ｄの入力ポート１４からスイッチ部３Ａ〜３Ｄの出力ポート１７までの間に通過する溝部の総数は、全ての経路について一定（５つ）である。また、スイッチ部２Ａ〜２Ｄの入力ポート１４からスイッチ部３Ａ〜３Ｄの出力ポート１７までの間において、接続用光ファイバ２０の部分を除く光導波路の距離（光路長）は、全ての経路について同等である。また、各接続用光ファイバ２０の長さが不均一な場合であっても、その長さが数ｃｍ〜数十ｃｍ程度であれば、接続用光ファイバ２０の光損失は無視できる。従って、光スイッチ１の光損失は、経路に係わらず同等になる。これにより、経路の違いによる光損失の差を最小限に抑えることができる

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、スイッチ部２Ａ〜２Ｄとスイッチ部３Ａ〜３Ｄを同一構造としたが、特にこれには限らず、例えば図７に示すような光スイッチ６０としてもよい。光スイッチ６０は、スイッチ部２Ａ〜２Ｄの入力用光導波路６とスイッチ部３Ａ〜３Ｄの出力用光導波路１１とが線対称となるように、スイッチ部２Ａ〜２Ｄ及びスイッチ部３Ａ〜３Ｄを構成・配置したものである。

また、上記実施形態では、スイッチ部２Ａ〜２Ｄの入力ポート１４からスイッチ部３Ａ〜３Ｄの出力ポート１７に至るまでの各光路において、溝部を通る合計回数が全て同一になり、更に平面導波路４，９における光路長が全て同一になるように、１６本の接続用光ファイバ２０を配線接続したが、特にそのような接続形態に限定しなくてもよい。

例えば、入力ポート１４から出力ポート１７に至るまでの各光路において、溝部を通る合計回数の最大値と最小値との差が４回以下になるように、接続ポート１５，１６同士を接続用光ファイバ２０で接続すればよい。このような接続形態とすれば、各光路間の損失差を０．８ｄＢ以下とすることが可能となる。

このとき、スイッチ部２Ａ〜２Ｄの各接続ポート１５のうち、入力ポート１４までの各光路において溝部を通る合計回数が少ない方からｉ番目（ｉ≧１）である接続ポート１５をＱ_１ｉポート、スイッチ部３Ａ〜３Ｄの各接続ポート１６のうち、出力ポート１７までの各光路において溝部を通る合計回数が多い方からｉ番目である接続ポート１６をＱ_２ｉポートとしたときに、各接続ポート１５及び各接続ポート１６の一部について、Ｑ_１ｉポートとＱ_２ｉポートとを接続してもよい。

また、各光路間の損失差が０．８ｄＢ以下という条件を満足するのであれば、スイッチ部２Ａ〜２Ｄの各接続ポート１５のうち、入力ポート１４までの光路長が短い方からｉ番目（ｉ≧１）である接続ポート１５をＰ_１ｉポート、スイッチ部３Ａ〜３Ｄの各接続ポート１６のうち、出力ポート１７までの光路長が長い方からｉ番目である接続ポート１６をＰ_２ｊポートとしたときに、各接続ポート１５及び各接続ポート１６の一部について、Ｐ_１ｉポートとＰ_２ｉポートとを接続してもよい。

また、上記実施形態では、電極２６と片持ち梁２９との間に静電引力を発生させて反射ミラー８ａ〜８ｄ，１３ａ〜１３ｄを動かすように構成したが、特にそのような静電アクチュエータに限られず、電磁力を利用する電磁アクチュエータ等を用いてもよい。

さらに、上記実施形態では、反射ミラー８ａ〜８ｄ，１３ａ〜１３ｄを水平方向に動かす構成としたが、垂直方向に動かす構成としてもよい。

また、上記実施形態の光スイッチは４×４スイッチであるが、本発明は、ｎヶ所（ｎは複数）の入力ポートとｎヶ所の出力ポートとを有するｎ×ｎスイッチであれば適用可能である。

本発明に係る光スイッチの一実施形態を示す概略構成図である。 図１に示すスイッチ部の水平方向概略断面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図１に示すスイッチ部の分解斜視図である。 図１に示す光スイッチの動作状態の一例を示す図である。 比較例として、４×４光マトリックススイッチを示す概略構成図である。 図１に示す光スイッチの変形例を示す概略構成図である。

符号の説明

１…光スイッチ、２Ａ〜２Ｄ…スイッチ部（第１スイッチ部）、３Ａ〜３Ｄ…スイッチ部（第２スイッチ部）、４…平面導波路（第１平面導波路）、５ａ〜５ｄ…接続用光導波路（第１接続用光導波路）、６…入力用光導波路、７ａ〜７ｄ…溝部（凹部）、８ａ〜８ｄ…反射ミラー（第１反射ミラー）、９…平面導波路（第２平面導波路）、１０ａ〜１０ｄ…接続用光導波路（第２接続用光導波路）、１１…出力用光導波路、１２ａ〜１２ｄ…溝部（凹部）、１３ａ〜１３ｄ…反射ミラー（第２反射ミラー）、１４…入力ポート、１５…接続ポート（第１接続ポート）、１６…接続ポート（第２接続ポート）、１７…出力ポート、２０…接続用光ファイバ、２６…片持ち梁、２７…櫛歯部、２９…電極（第１駆動手段、第２駆動手段）、３０…櫛歯部、３１…電圧源（第１駆動手段、第２駆動手段）、４０ａ〜４０ｄ…光路切り替え部（第１光路切り替え部）、４１ａ〜４１ｄ…光路切り替え部（第２光路切り替え部）、６０…光スイッチ。

Claims (10)

1. 光が入射されるｎヶ所（ｎは複数）の入力ポートと、光が出射されるｎヶ所の出力ポートとを有する光スイッチであって、
   １ヶ所の前記入力ポートと、ｎヶ所の第１接続ポートと、前記入力ポートから前記各第１接続ポートへの光路を切り替える第１光路切り替え部とを有するｎ個の第１スイッチ部と、
   １ヶ所の前記出力ポートと、ｎヶ所の第２接続ポートと、前記出力ポートから前記各第２接続ポートへの光路を切り替える第２光路切り替え部とを有するｎ個の第２スイッチ部と、
   前記第１スイッチ部の前記各第１接続ポートをそれぞれ異なる前記第２スイッチ部の前記第２接続ポートに接続する（ｎ×ｎ）本の光ファイバとを備え、
   前記入力ポートから前記出力ポートに至るまでの各光路において、前記第１光路切り替え部及び前記第２光路切り替え部を通る合計回数の最大値と最小値との差が４回以下であることを特徴とする光スイッチ。
2. 前記第１スイッチ部の前記各第１接続ポートのうち、前記入力ポートから前記第１接続ポートまでの各光路において、前記第１光路切り替え部を通る合計回数が少ない方からｉ番目である前記第１接続ポートをＱ_１ｉポートとし、
   前記第２スイッチ部の前記各第２接続ポートのうち、前記第２接続ポートから前記出力ポートまでの各光路において、前記第２光路切り替え部を通る合計回数が多い方からｉ番目である前記第２接続ポートをＱ_２ｉポートとしたときに、
   前記Ｑ_１ｉポートと前記Ｑ_２ｉポートとが接続されていることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
3. 前記入力ポートから前記出力ポートに至るまでの各光路において、前記第１光路切り替え部及び前記第２光路切り替え部を通る合計回数が同一であ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。
4. 光が入射されるｎヶ所（ｎは複数）の入力ポートと、光が出射されるｎヶ所の出力ポートとを有する光スイッチであって、
   １ヶ所の前記入力ポートと、ｎヶ所の第１接続ポートと、前記入力ポートから前記各第１接続ポートへの光路を切り替える第１光路切り替え部とを有するｎ個の第１スイッチ部と、
   １ヶ所の前記出力ポートと、ｎヶ所の第２接続ポートと、前記出力ポートから前記各第２接続ポートへの光路を切り替える第２光路切り替え部とを有するｎ個の第２スイッチ部と、
   前記第１スイッチ部の前記各第１接続ポートをそれぞれ異なる前記第２スイッチ部の前記第２接続ポートに接続する（ｎ×ｎ）本の光ファイバとを備え、
   前記第１スイッチ部の前記各第１接続ポートのうち、前記入力ポートから前記第１接続ポートまでの光路長が短い方からｉ番目である前記第１接続ポートをＰ_１ｉポートとし、
   前記第２スイッチ部の前記各第２接続ポートのうち、前記第２接続ポートから前記出力ポートまでの光路長が長い方からｉ番目である前記第２接続ポートをＰ_２ｉポートとしたときに、
   前記Ｐ_１ｉポートと前記Ｐ_２ｉポートとが接続されていることを特徴とする光スイッチ。
5. 前記入力ポートから前記出力ポートに至るまでの各光路のうち、前記光ファイバを除いた部分の光路長が実質的に同一であることを特徴とする請求項４記載の光スイッチ。
6. 光が入射されるｎヶ所（ｎは複数）の入力ポートと、光が出射されるｎヶ所の出力ポートとを有する光スイッチであって、
   前記入力ポートから前記出力ポートに至るまでの（ｎ×ｎ）本の光路上を通る光の損失が実質的に同等であることを特徴とする光スイッチ。
7. 光が入射されるｎヶ所（ｎは複数）の入力ポートと、光が出射されるｎヶ所の出力ポートとを有する光スイッチであって、
   １ヶ所の前記入力ポートとｎヶ所の第１接続ポートとを有するｎ個の第１スイッチ部と、
   １ヶ所の前記出力ポートとｎヶ所の第２接続ポートとを有するｎ個の第２スイッチ部と、
   前記第１スイッチ部の前記各第１接続ポートをそれぞれ異なる前記第２スイッチ部の前記第２接続ポートに接続する（ｎ×ｎ）本の光ファイバとを備えることを特徴とする光スイッチ。
8. 前記第１スイッチ部は、
   前記第１接続ポートをもったｎ本の第１接続用光導波路と、前記各第１接続用光導波路を横切るように形成され前記入力ポートをもった１本の入力用光導波路とを有する第１平面導波路と、
   前記第１平面導波路における前記各第１接続用光導波路と前記入力用光導波路との交差部に形成された凹部に入り込んだ状態で、前記入力用光導波路からの光を前記各第１接続用光導波路に向けて反射させるｎ個の第１反射ミラーと、
   前記各第１反射ミラーを個別に駆動する第１駆動手段とを有し、
   前記第２スイッチ部は、
   前記第２接続ポートをもったｎ本の第２接続用光導波路と、前記各第２接続用光導波路を横切るように形成され前記出力ポートをもった１本の出力用光導波路とを有する第２平面導波路と、
   前記第２平面導波路における前記各第２接続用光導波路と前記出力用光導波路との交差部に形成された凹部に入り込んだ状態で、前記各第２接続用光導波路からの光を前記出力用光導波路に向けて反射させるｎ個の第２反射ミラーと、
   前記各第２反射ミラーを個別に駆動する第２駆動手段とを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の光スイッチ。
9. 前記第１及び第２反射ミラーは、前記第１及び第２平面導波路の上部に設けられた片持ち梁に固定され、
   前記第１及び第２駆動手段は、前記第１及び第２平面導波路の上部に設けられた電極と、前記片持ち梁と前記電極との間に静電引力を発生させる手段とを有することを特徴とする請求項８記載の光スイッチ。
10. 前記片持ち梁及び前記電極には、各々櫛歯部が互いに対向するように設けられていることを特徴とする請求項９記載の光スイッチ。

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