JP2006038897A - Waveguide type optical switch unit element and waveguide type matrix optical switch - Google Patents

Waveguide type optical switch unit element and waveguide type matrix optical switch Download PDF

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Shunichi Soma
俊一 相馬
Toshio Watanabe
俊夫 渡辺
浩 ▲高▼橋
Hiroshi Takahashi
Tomohiro Shibata
知尋 柴田
Masayuki Okuno
将之 奥野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a matrix optical switch equipped with a sufficient extinction ratio independent of a fabrication error by suitably combining circuits together in the case in which circuit characteristics vary due to an error produced in the fabrication of the matrix optical switch. <P>SOLUTION: The matrix optical switch comprises an input optical waveguide 11a-11b and an output optical waveguide 12a-12b intersecting with each other, and further a bypass optical waveguide 13a-13b which connects the input and output optical waveguides 11a-11b, 12a-12b to each other, and includes a 1×2 optical switch 18a between the bypass optical waveguide 13a-13b and the input optical waveguide 11a-11b, a 2×1 optical switch 18b between the bypass optical waveguide 13a-13b and the output optical waveguide 12a-12b, and a 1×1 optical gate switch 18c between the 1×2 optical switch 18a and the 2×1 optical switch 18b. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、導波路型光スイッチ単位素子および導波路型マトリクス光スイッチに関する。特に、作製誤差に強く、消光比に優れた導波路型光スイッチの回路構成およびそれを単位素子として構成される導波路型マトリクス光スイッチに関するものである。   The present invention relates to a waveguide type optical switch unit element and a waveguide type matrix optical switch. In particular, the present invention relates to a circuit configuration of a waveguide type optical switch that is resistant to manufacturing errors and excellent in an extinction ratio, and a waveguide type matrix optical switch configured as a unit element.

ブロードバンド通信の爆発的普及によりネットワークコンテンツは多様性を増しており、その進歩に伴って通信トラフィックの増大を生み、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化の要求を日増しに高めている。   Network content is becoming more diverse due to the explosive spread of broadband communications, and with this advancement, communication traffic has increased, and the demand for higher capacity, higher speed and higher functionality for communication networks has been increasing day by day. Yes.

近年、光通信技術はこれらの要求に応え得る重要な役割を果たしてきた。   In recent years, optical communication technology has played an important role in meeting these requirements.

これまでの光通信網では光−電気、電気−光変換によって信号処理を行う方式が主流となってきたが、今後はさらにアクセス網を含む全ての通信網上で電気信号に変換する事なく光信号のままで結ぶ構造の光通信網に発展させる事が重要となる。   In conventional optical communication networks, signal processing using optical-electrical and electrical-optical conversion has become the mainstream, but in the future optical signals will not be converted into electrical signals on all communication networks including access networks. It is important to develop an optical communication network that connects signals as they are.

この光通信システムに重要な部品の一つとして挙げられるのが、光スイッチである。   One of the important components in this optical communication system is an optical switch.

これは、光信号を光のままスイッチング(経路切替)あるいはルーティング(経路設定)するシステムにおいて中心的な役割を果たす部品であり、近年大規模化、高機能化、低コスト化が進められ、その重要性が増している。   This is a component that plays a central role in systems that switch (route switching) or route (route setting) optical signals as they are in the light of light. The importance is increasing.

光スイッチを構成する形態は様々なものが提案されており、バルク型、微小電機機械システム(MEMS:Micro−electro−mechanical systems)型、導波路型などがある。   Various forms of configuring the optical switch have been proposed, including a bulk type, a micro-electro-mechanical systems (MEMS) type, a waveguide type, and the like.

バルク型は可動プリズムやレンズなどによって構成される機械駆動式の光スイッチであり、波長依存性が少なく、比較的低損失であるが、いくつかの部品を組み立てて作製されるため、工程が煩雑で量産や大規模化が難しいという問題点がある。   The bulk type is a mechanically driven optical switch composed of movable prisms, lenses, etc., and has little wavelength dependence and relatively low loss, but it is manufactured by assembling several parts, so the process is complicated. However, there is a problem that mass production and scale-up are difficult.

MEMS型は機械駆動式ではあるが、半導体の微細加工技術を応用して作製した多数のミラーアレイと光ファイバおよびコリメートレンズによって構成されており、波長依存性が少なく、低損失である上に、量産、大規模化が容易であり、現在開発が盛んに行われている部品である。   Although the MEMS type is mechanically driven, it is composed of a large number of mirror arrays, optical fibers and collimating lenses manufactured by applying semiconductor microfabrication technology, and has low wavelength dependence and low loss. It is a component that is easy to mass-produce and scale up, and is currently under active development.

一方、導波路型は半導体微細加工技術を半導体の他、ガラスやポリマーなどの材料に適用して作製される光導波路を基本としており、量産性に優れるばかりでなく、回路構成の柔軟性や長期安定性に優れ、光ファイバの実装や光合分波器や光フィルタなど他の導波路型光部品との集積が容易であるなど多くの利点を持つ。   The waveguide type, on the other hand, is based on optical waveguides that are manufactured by applying semiconductor microfabrication technology to materials such as glass and polymers in addition to semiconductors. It has many advantages such as excellent stability and easy integration with other waveguide type optical components such as optical fiber mounting and optical multiplexer / demultiplexers and optical filters.

特にシリコン基板上に作製される石英系光導波路の熱光学効果を利用した光スイッチは、低損失であり化学的安定性及び光ファイバとの整合性に優れるといった特徴を有し、実用化が最も進んだ光スイッチの一つである。   In particular, an optical switch using the thermo-optic effect of a silica-based optical waveguide fabricated on a silicon substrate has features such as low loss, excellent chemical stability and matching with an optical fiber, and is most practically used. It is one of the advanced optical switches.

光ルータなど光通信システムにおいて用いられる光スイッチとして本発明の対象である複数の入出力ポートを持つマトリクス光スイッチがある。   As an optical switch used in an optical communication system such as an optical router, there is a matrix optical switch having a plurality of input / output ports which is an object of the present invention.

一例として4×4マトリクス光スイッチの構成概念図を図8(a)に示す。   As an example, a conceptual diagram of a 4 × 4 matrix optical switch is shown in FIG.

このマトリクス光スイッチは互いに交差する4本の入力光導波路(1a−1d〜4a−4d)と4本の出力光導波路(1c−1b〜4c−4b)からなり、16箇所の交差点には光スイッチ単位素子として2入力2出力の光スイッチs11〜s44が配置されていて、入力光導波路と出力光導波路とが交差していることからクロスバースイッチと呼ばれることもある。   This matrix optical switch is composed of four input optical waveguides (1a-1d to 4a-4d) and four output optical waveguides (1c-1b to 4c-4b) intersecting each other, and optical switches are provided at 16 intersections. Two-input two-output optical switches s11 to s44 are arranged as unit elements, and the input optical waveguide and the output optical waveguide intersect with each other, so they are sometimes called crossbar switches.

各光スイッチ単位素子は無通電(もしくはオフ)状態で図8(b)に示すようなクロス状態となっており、通電(もしくはオン)状態で図8(c)に示すようなバー状態に切り替わる。   Each optical switch unit element is in a cross state as shown in FIG. 8B when not energized (or turned off), and switches to a bar state as shown in FIG. 8C when energized (or turned on). .

このようなスイッチは任意の入力光導波路および出力光導波路を接続する経路に対して他の経路の影響をまったく受けない(他の経路にブロックされない)厳密ノンブロッキングな構成であり、かつただ一つのスイッチS11〜S44をバー状態にすることで経路が接続される。   Such a switch has a strictly non-blocking configuration that is not affected by other paths at all (not blocked by other paths) with respect to the path connecting any input optical waveguide and output optical waveguide, and only one switch. The paths are connected by setting S11 to S44 to the bar state.

図8に示した4×4マトリクス光スイッチが石英系ガラス光導波路の熱光学効果を利用して実現された導波路型4×4マトリクス光スイッチの構成図を図9に示す。   FIG. 9 shows a configuration diagram of a waveguide type 4 × 4 matrix optical switch in which the 4 × 4 matrix optical switch shown in FIG. 8 is realized by utilizing the thermo-optic effect of the silica glass optical waveguide.

図8におけるマトリクス状の回路構成を対角線上で押しつぶしたような構成となっており、1〜4個の光スイッチ単位素子S11〜S44を並列に並べて7段接続している。   The matrix circuit configuration in FIG. 8 is crushed diagonally, and 1 to 4 optical switch unit elements S11 to S44 are arranged in parallel and connected in 7 stages.

図9におけるスイッチ単位素子S11〜S44として用いた2重ゲート型光スイッチ単位素子(特許文献1参照)の光導波路構成図を図10(a)に示し、図10(a)におけるA−A’線に沿った断面図を図10(b)に示す。   FIG. 10A shows an optical waveguide configuration diagram of a double gate type optical switch unit element (see Patent Document 1) used as the switch unit elements S11 to S44 in FIG. 9, and AA ′ in FIG. A cross-sectional view along the line is shown in FIG.

これらの光導波路は、火炎加水分解反応堆積法と反応性イオンエッチング技術との公知の組み合わせにより、シリコン基板上に作製されている。   These optical waveguides are fabricated on a silicon substrate by a known combination of flame hydrolysis reaction deposition and reactive ion etching techniques.

即ち、光スイッチ単位素子は、互いに交差する入力光導波路11a−11bと出力光導波路12a−12bおよびバイパス光導波路13a−13bからなる構成を基本とし、入力光導波路11a−11bとバイパス光導波路13a−13bの一部と、出力光導波路12a−12bとバイパス光導波路13a−13bの一部とがそれぞれ2箇所で互いに近接して方向性結合器14a,15aおよび14b,15bを形成し、2個のマッハ・ツェンダー干渉計回路(図中破線で示す)18a,18bを構成している。   That is, the optical switch unit element is basically composed of an input optical waveguide 11a-11b, an output optical waveguide 12a-12b, and a bypass optical waveguide 13a-13b that intersect each other, and the input optical waveguide 11a-11b and the bypass optical waveguide 13a- 13b, and the output optical waveguides 12a-12b and the bypass optical waveguides 13a-13b are close to each other at two locations to form directional couplers 14a, 15a and 14b, 15b. Mach-Zehnder interferometer circuits (shown by broken lines in the figure) 18a and 18b are configured.

これら方向性結合器14a,15aおよび14b,15bの結合率は信号光波長において50%となるように設計され、またマッハ・ツェンダー干渉計18a,18bの2本のアーム光導波路における光路長差が信号光波長の2分の1となるように光導波路長が設計され、これらアーム光導波路の少なくとも一方に、石英系ガラスの熱光学効果を利用して光路長差を変化させるための光位相シフタとして薄膜ヒータ16a,16bが装荷されており、薄膜ヒータ16aおよび16bがオフのとき光スイッチ単位素子としてはクロス状態、オンのときバー状態となる。   The coupling rates of these directional couplers 14a, 15a and 14b, 15b are designed to be 50% at the signal light wavelength, and the optical path length difference between the two arm optical waveguides of the Mach-Zehnder interferometers 18a, 18b is The optical waveguide length is designed to be one-half of the signal light wavelength, and at least one of these arm optical waveguides is an optical phase shifter for changing the optical path length difference using the thermo-optic effect of silica glass. The thin film heaters 16a and 16b are loaded. When the thin film heaters 16a and 16b are off, the optical switch unit element is in a cross state, and when it is on, it is in a bar state.

このような構成は設計された方向性結合器14a,15aおよび14b,15bの結合率に対して、作製誤差が生じた場合にも十分な光学特性を発揮することができる。   Such a configuration can exhibit sufficient optical characteristics even when a manufacturing error occurs with respect to the coupling ratio of the designed directional couplers 14a, 15a and 14b, 15b.

すなわち、クロス状態においては第1のマッハ・ツェンダー干渉計回路18a,18bで2個の方向性結合器14a,15aおよび14b,15bの結合率が50%に限らず同じである場合、干渉原理によって100%信号光は入力光導波路11a−11bを通過し、バイパス光導波路13a−13bへの光漏話は発生しない。   That is, in the cross state, when the coupling ratios of the two directional couplers 14a, 15a and 14b, 15b in the first Mach-Zehnder interferometer circuits 18a, 18b are not limited to 50%, The 100% signal light passes through the input optical waveguides 11a-11b, and no optical crosstalk occurs to the bypass optical waveguides 13a-13b.

しかし、仮に2個の方向性結合器14a,15aおよび14b,15bにずれが生じる、あるいは他の要因によって、バイパス光導波路13a−13bへの光漏話が生じた場合、それは第2のマッハ・ツェンダー干渉計回路18a,18bにおいて、同様の原理によってほぼ100%がバイパス光導波路13a−13bを通過し、出力光導波路11a−11bへは光漏話がほとんど発生しないことになる。   However, if the two directional couplers 14a, 15a and 14b, 15b are misaligned, or other factors cause optical crosstalk to the bypass optical waveguides 13a-13b, it is the second Mach-Zehnder. In the interferometer circuits 18a and 18b, almost 100% passes through the bypass optical waveguides 13a-13b by the same principle, and optical crosstalk hardly occurs in the output optical waveguides 11a-11b.

2つのマッハ・ツェンダー干渉計回路18a,18に装荷したヒータ16a,16bをオンにし、あらかじめ設けた信号光の2分の1波長分の光路長差をそれぞれ打ち消すと、信号光は入力光導波路11a−11bからバイパス光導波路13a−13bへ導かれ、さらにバイパス光導波路13a−13bから出力光導波路11a−11bへ導かれてバー状態となる。   When the heaters 16a and 16b loaded on the two Mach-Zehnder interferometer circuits 18a and 18 are turned on to cancel the optical path length difference corresponding to the half wavelength of the signal light provided in advance, the signal light is input to the input optical waveguide 11a. -11b is led to the bypass optical waveguide 13a-13b, and is further led from the bypass optical waveguide 13a-13b to the output optical waveguide 11a-11b to be in a bar state.

このように2重ゲート型の光スイッチ単位素子は2つのマッハ・ツェンダー干渉計回路が2重の関門を形成してクロス状態における光漏話を抑制していることから、非常に高消光比の光スイッチを実現することができ、マトリクス光スイッチを用いた光通信システムヘの実用性を高めることが可能な技術である。   In this way, the double gate type optical switch unit element has two Mach-Zehnder interferometer circuits that form a double barrier to suppress optical crosstalk in the cross state. This is a technology that can realize a switch and can improve the practicality of an optical communication system using a matrix optical switch.

図8および図9に示したマトリクス光スイッチの構成は、入力光導波路の本数および出力光導波路の本数をそれぞれ任意に選んで構成することが容易であるが、接続される入力光導波路及び出力光導波路の経路によって、通過する光スイッチ単位素子と交差光導波路の数がまちまちであることより、経路による挿入損失ばらつきが問題となる。   The configuration of the matrix optical switch shown in FIGS. 8 and 9 can be easily selected by arbitrarily selecting the number of input optical waveguides and the number of output optical waveguides. Depending on the path of the waveguide, the number of optical switch unit elements and crossing optical waveguides to pass through varies, so that variations in insertion loss due to the path become a problem.

この問題を解決するために考案された新しいマトリクス光スイッチの構成を図11に示す(特許文献2参照)。   FIG. 11 shows the configuration of a new matrix optical switch devised to solve this problem (see Patent Document 2).

構成は入出力光導波路が同数のN×N(Nは正の整数)マトリクス光スイッチであり、ここでは4×4スイッチの構成を示す。   The configuration is an N × N (N is a positive integer) matrix optical switch having the same number of input / output optical waveguides. Here, a configuration of a 4 × 4 switch is shown.

即ち、四つの入力光導波路1a−1d〜4a−4d、四つの出力光導波路1c−1b〜4c−4bとを備え、光スイッチ単位素子S11〜S44はN2個に相当する16個あり、前述の構成との相違点は通過する光スイッチ単位素子および交差光導波路の数がすべての経路において同数となるパス無依存構成である上、導波路型光スイッチの回路レイアウトも図9の構成と異なってN個の並列な光スイッチ単位素子をN段(図中の例では、N=4段)並べて接続する構成となるため、図9の構成が2N−1段(2×4−1=7段)となってしまうのに対して回路長が短くなり、伝搬損失を減少させることができるという利点がある。 That is, four input optical waveguides 1a-1d to 4a-4d and four output optical waveguides 1c-1b to 4c-4b are provided, and there are 16 optical switch unit elements S11 to S44 corresponding to N 2. 9 is a path-independent configuration in which the number of passing optical switch unit elements and crossing optical waveguides is the same in all paths, and the circuit layout of the waveguide type optical switch is also different from the configuration of FIG. Since N parallel optical switch unit elements are connected in N stages (N = 4 in the example in the figure), the configuration in FIG. 9 is 2N−1 stages (2 × 4−1 = 7). However, the circuit length is shortened and propagation loss can be reduced.

マトリクス光スイッチとしての動作は前述と同様で、ただ一つの光スイッチ単位素子を駆動することにより、一つの経路が確立され、厳密ノンブロッキング構成である。   The operation as a matrix optical switch is the same as described above, and a single path is established by driving only one optical switch unit element, which is a strictly non-blocking configuration.

また、光スイッチ単位素子として先に述べた2重ゲート型を採用した導波路型マトリクス光スイッチ(特許文献3参照)も実用化されており、その有用性が実証されている。
特開平6−51354号公報 特公平6−66982号公報 特開平9−297230号公報 特開平3−267902号公報 特開2002−162528号公報 S. Sohma el al.,Electron‐Lett., Vol.38. No.3 , pp.127-128. 2002
In addition, a waveguide-type matrix optical switch (see Patent Document 3) employing the double gate type described above as an optical switch unit element has been put into practical use, and its usefulness has been demonstrated.
JP-A-6-51354 Japanese Patent Publication No. 6-66982 JP 9-297230 A JP-A-3-267902 JP 2002-162528 A S. Sohma el al. , Electron-Lett., Vol.38. No.3, pp.127-128.2002

図10に示した2重ゲート型光スイッチ単位素子は、方向性結合器14a,15aおよび14b,15bの作製時における結合率のばらつきによる影響を受けることなく、十分な消光比を実現できる。   The double gate type optical switch unit element shown in FIG. 10 can realize a sufficient extinction ratio without being affected by variations in coupling ratios when the directional couplers 14a, 15a and 14b, 15b are manufactured.

しかしながら、実際にはこの構成において予めマッハ・ツェンダー干渉計のアーム光導波路に設定した半波長分の光路長差が作製時に誤差を生じてしまい、オフ(無通電)時に十分な消光が得られない場合がある。   However, in actuality, in this configuration, the optical path length difference corresponding to a half wavelength set in advance in the arm optical waveguide of the Mach-Zehnder interferometer causes an error during fabrication, and sufficient extinction cannot be obtained when off (no power). There is a case.

これは干渉計における位相がずれてしまっているためで、例えば熱光学型の光スイッチにおいてはヒータに供給する電力を調節することによって誤差を補正してクロスとバー2つの状態を設定することが可能であるが、光信号の経路をまったく切り替えない状態においても常に光スイッチを駆動している必要があり、電力コストの増加、放熱設計などシステム運用上の問題が生じてしまう。   This is because the phase in the interferometer is shifted. For example, in a thermo-optic type optical switch, the error can be corrected by adjusting the power supplied to the heater to set the two states of cross and bar. Although it is possible, it is necessary to always drive the optical switch even when the optical signal path is not switched at all. This causes problems in system operation such as an increase in power cost and heat radiation design.

この問題に関する対処法としてアーム光導波路に加えた局所的な熱応力によって熱履歴現象を発生させて恒常的な屈折率変化を誘起する技術(例えば、特許文献4参照)がある。   As a countermeasure for this problem, there is a technique for inducing a constant refractive index change by generating a thermal history phenomenon by a local thermal stress applied to the arm optical waveguide (see, for example, Patent Document 4).

この方法によれば、すべての光スイッチ単位素子の特性をそろえることが可能で、スイッチング動作はオン・オフで可能となる上、高い消光比を得ることができる。   According to this method, the characteristics of all the optical switch unit elements can be made uniform, the switching operation can be performed on and off, and a high extinction ratio can be obtained.

しかしながらこの技術によってランダムに発生する作製誤差を補正するためには、作製したすべての部品について検査を行い、すべての誤差を補正する必要が生じるため、作製時間、作製コストの増加を生じる一因となっていた。   However, in order to correct manufacturing errors that occur randomly with this technology, it is necessary to inspect all manufactured parts and correct all errors, which is a cause of increased manufacturing time and manufacturing cost. It was.

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、マトリクス光スイッチ作製時に発生する誤差によって回路特性が変動する場合において、回路の組み合わせにより作製誤差によらない十分な消光比を備えたマトリクス光スイッチを実現する技術である。   The present invention has been made in view of the above-described prior art, and in the case where circuit characteristics fluctuate due to errors that occur during the production of a matrix optical switch, a matrix having a sufficient extinction ratio that does not depend on fabrication errors due to the combination of circuits. This is a technology that realizes optical switches.

前記目的を達成するために本発明の光スイッチ単位素子は、互いに交差する1本の入力光導波路と1本の出力光導波路、およびそれら入力光導波路と出力光導波路とを接続するバイパス光導波路からなり、バイパス光導波路と入力光導波路との間で入力光導波路を入力部とし、入力光導波路とバイパス光導波路を出力部とする1×2光スイッチを形成し、さらにバイパス光導波路と出力光導波路との間で出力光導波路およびバイパス光導波路を入力部とし、出力光導波路を出力部とする2×1光スイッチを形成し、これら1×2光スイッチおよび2×1光スイッチ間にあるバイパス光導波路の一部を入力部及び出力部とする1×1光ゲートスイッチとなっていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an optical switch unit element of the present invention includes one input optical waveguide and one output optical waveguide that intersect each other, and a bypass optical waveguide that connects the input optical waveguide and the output optical waveguide. A 1 × 2 optical switch is formed between the bypass optical waveguide and the input optical waveguide, the input optical waveguide being the input section, the input optical waveguide and the bypass optical waveguide being the output section, and the bypass optical waveguide and the output optical waveguide. The 2 × 1 optical switch having the output optical waveguide and the bypass optical waveguide as the input section and the output optical waveguide as the output section is formed between the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch. It is a 1 × 1 optical gate switch having a part of the waveguide as an input part and an output part.

前記光スイッチ単位素子は、1×2光スイッチおよび2×1光スイッチが、2本の近接した光導波路からなる方向性結合器2個と2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成されるマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチ、もしくは2個のマルチモード光結合器と2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成されるマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチ、1×2スイッチの入力側と2×1スイッチの出力側にY分岐光導波路を配置し、1×2スイッチの出力側と2×1スイッチの入力側が2本の近接した光導波路からなる方向性結合器を配置し、それらを結ぶ2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成されるマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチ、Y分岐型光導波路および位相シフタを装備した構成からなる光スイッチ、2本の近接した光導波路からなる方向性結合器および少なくともいずれか1本の光導波路に装備した位相シフタによって構成される光スイッチのいずれかの形態であることを特徴とする。   The optical switch unit element includes a 1 × 2 optical switch and a 2 × 1 optical switch, at least one of two directional couplers including two adjacent optical waveguides, two arm optical waveguides, and arm optical waveguides By a Mach-Zehnder interferometer type optical switch composed of a phase shifter equipped on one side, or a phase shifter equipped on at least one of two multimode optical couplers and two arm optical waveguides or arm optical waveguides Constructed Mach-Zehnder interferometer type optical switch, Y branch optical waveguide is arranged on the input side of 1 × 2 switch and the output side of 2 × 1 switch, the output side of 1 × 2 switch and the input of 2 × 1 switch A directional coupler comprising two adjacent optical waveguides on the side is arranged, and at least one of the two arm optical waveguides and the arm optical waveguides connecting them. Mach-Zehnder interferometer type optical switch composed of phase shifter equipped on either side, optical switch composed of Y branch type optical waveguide and phase shifter, and directional coupling consisting of two adjacent optical waveguides And an optical switch constituted by a phase shifter mounted on at least one of the optical waveguides.

前記光スイッチ単位素子は、前述の1×2光スイッチおよび2×1光スイッチの形態によらず、1×1光ゲートスイッチが、2本の近接した光導波路からなる方向性結合器2個と2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成されるマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチ、もしくは2個のマルチモード光結合器と2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成されるマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチ、入力側にY分岐型光導波路、出力側に2本の近接した光導波路からなる方向性結合器を配置し、Y分岐型光導波路と方向性結合器を結ぶ2本のアーム米導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成されるマッハーツェンダー干渉計型光スイッチ、2個のY分岐型光導波路および2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成される光スイッチ、2本の近接した光導波路からなる方向性結合器および少なくともいずれか1本の光導波路に装備した位相シフタによって構成される光スイッチのいずれかの形態であることを特徴とする。   The optical switch unit element includes two directional couplers each having a 1 × 1 optical gate switch including two adjacent optical waveguides, regardless of the form of the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch described above. A Mach-Zehnder interferometer type optical switch comprising two arm optical waveguides or a phase shifter mounted on at least one of the arm optical waveguides, or two multimode optical couplers and two arm optical waveguides; Mach-Zehnder interferometer type optical switch composed of a phase shifter mounted on at least one of the arm optical waveguides, a directional coupling consisting of a Y-branch optical waveguide on the input side and two adjacent optical waveguides on the output side Is installed in at least one of the two arm rice waveguides and arm optical waveguides connecting the Y-branch type optical waveguide and the directional coupler. Mach-Zehnder interferometer type optical switch constituted by a phase shifter, optical switch constituted by a phase shifter equipped in at least one of two Y-branch type optical waveguides, two arm optical waveguides and arm optical waveguides It is characterized in that it is in any form of an optical switch constituted by a directional coupler composed of two adjacent optical waveguides and a phase shifter equipped in at least one of the optical waveguides.

また本発明のマトリクス光スイッチは、互いに交差するM(Mは正の整数)本の入力光導波路およびN(Nは正の整数)本の出力光導波路におけるM×N個の交差部に、前記導波路型光スイッチ単位素子を配置し、該導波路型光スイッチ単位素子を前記入出力光導波路にそれぞれ接続されていることを特徴とする。   Further, the matrix optical switch of the present invention has M × N intersections in M (M is a positive integer) input optical waveguides and N (N is a positive integer) output optical waveguides that intersect each other. A waveguide type optical switch unit element is arranged, and the waveguide type optical switch unit element is connected to the input / output optical waveguide.

あるいは前記導波路型光スイッチ単位素子をN(Nは正の整数)行N列に配置し、第1列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路N本をそれぞれN個の入力端子とし、第N列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路N本をそれぞれN個の出力端子とし、適切な1個の前記導波路型光スイッチ単位素子を選択、制御することによって任意の出力光導波路に接続される各入力光導波路からの経路すべてにおいて、導波路型光スイッチ単位素子を常に同数通過するように接続されており、その接続形態として1つには、第1行(2k−1)列(kは整数、2≦2k<N)に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は第2行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第1行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第N行(2k−1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は、Nが偶数のとき第(N−1)行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、Nが奇数のとき第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第(N−1)行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第1行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は第1行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第2行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は、Nが偶数のとき第N行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第(N−1)行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路に接続し、Nが奇数のとき第(N−1)行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第N行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路に接続されていることを特徴とする。   Alternatively, the waveguide type optical switch unit elements are arranged in N (N is a positive integer) rows and N columns, and N input optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the first column are used as N input terminals, respectively. Any one of the output optical waveguides N of the optical switch unit elements arranged in the N-th column is set as N output terminals, and an arbitrary output can be obtained by selecting and controlling one appropriate waveguide type optical switch unit element. In all the paths from each input optical waveguide connected to the optical waveguide, the same number of waveguide type optical switch unit elements are always connected. One of the connection forms is the first row (2k− 1) The input optical waveguides and output optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in columns (k is an integer, 2 ≦ 2k <N) are the same as the input optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the second row 2k columns. Arranged in 1 row and 2k columns The input optical waveguide and the output optical waveguide of the optical switch unit element respectively connected to the output optical waveguide of the optical switch unit element and arranged in the Nth row (2k−1) column are the (N−1) th when N is an even number. ) Connected to the input optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the row 2k column and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the Nth row 2k column, respectively, and when N is an odd number, the Nth row 2k column An optical switch unit connected to the input optical waveguide of the arranged optical switch unit element and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the (N-1) th row and 2k column, respectively, and arranged in the first row and 2k column The input optical waveguide and the output optical waveguide of the element are the input optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the first row (2k + 1) column and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the second row (2k + 1) column. Connect each The input optical waveguide and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the Nth row and 2k column are the same as the input optical waveguide of the optical switch unit device arranged in the Nth row (2k + 1) column when N is an even number. (N-1) Optical switch unit element connected to output optical waveguide of optical switch unit element arranged in row (2k + 1) column, and arranged in (N-1) th row (2k + 1) column when N is an odd number And the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the Nth row (2k + 1) column.

また前述の入出力関係を入れ替えることによって実現されるもう1つの形態として、第1行(2k−1)列(kは整数、2≦2k<N)に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は第1行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第2行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第N行(2k−1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は、Nが偶数のとき第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第(N−1)行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、Nが奇数のとき第(N−1)行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第1行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は第2行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第1行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は、Nが偶数のとき第(N−1)行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第N行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路に接続し、Nが奇数のとき第N行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第(N−1)行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路に接続されていることを特徴とする。   As another form realized by switching the above input / output relationship, the input light of the optical switch unit element arranged in the first row (2k−1) column (k is an integer, 2 ≦ 2k <N). The waveguide and the output optical waveguide are respectively connected to the input optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the first row 2k column and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the second row 2k column, and the Nth row ( The input optical waveguide and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the (2k-1) column are the same as the (N −)-th input optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the Nth row and 2k column when N is an even number. 1) Connect to the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the row 2k column, respectively, and when N is an odd number, the input optical waveguide and the optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the (N-1) th row 2k column Optical array arranged in N rows and 2k columns The optical switch unit element is connected to the output optical waveguide of the switch unit element, and the optical switch unit element arranged in the first row 2k column is arranged in the second row (2k + 1) column. Are connected to the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the first row (2k + 1) column, respectively, and the input optical waveguide and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the Nth row 2k column Are the input optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the (N−1) th row (2k + 1) column and the output optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the Nth row (2k + 1) column when N is an even number. When N is an odd number, the input optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the Nth row (2k + 1) column and the output of the optical switch unit element arranged in the (N−1) th row (2k + 1) column Contact to optical waveguide Characterized in that it is.

例えば、図1に示したように現在最も用いられている石英系ガラス光導波路を用いて作製され、前述の構成のうち1×2光スイッチ、2×1光スイッチ、1×1光ゲートスイッチがいずれも2本の光導波路を近接させて構成される方向性結合器が2個と、光路長差が信号光波長の2分の1に設定されている2本のアーム光導波路からなるマッハ・ツェンダー干渉計回路および熱光学位相シフタによって構成される導波路型光スイッチ単位素子によれば、1×2光スイッチを構成する第1のマッハ・ツェンダー干渉計回路にあらかじめ設定された光路長差によって、オフ時に入力光導波路を伝搬する信号光は方向性結合器の結合率によらず、そのまま入力光導波路を通過して光スイッチ単位素子はクロス状態となる。   For example, as shown in FIG. 1, the quartz glass optical waveguide that is most used at present is manufactured, and the 1 × 2 optical switch, 2 × 1 optical switch, and 1 × 1 optical gate switch in the above-described configuration are used. Both are Mach-Mach, which consists of two directional couplers composed of two optical waveguides close to each other and two arm optical waveguides whose optical path length difference is set to one half of the signal light wavelength. According to the waveguide type optical switch unit element constituted by the Zender interferometer circuit and the thermo-optic phase shifter, the optical path length difference set in advance in the first Mach-Zehnder interferometer circuit constituting the 1 × 2 optical switch When off, the signal light propagating through the input optical waveguide passes through the input optical waveguide as it is regardless of the coupling rate of the directional coupler, and the optical switch unit element is in a cross state.

仮に、オフ時に第1のマッハ・ツェンダー干渉計回路からわずかな光漏れ(クロストーク)がバイパス光導波路に生じた場合も、2×1光スイッチを構成する第2のマッハ・ツェンダー干渉計回路において、第1のマッハ・ツェンダー干渉計回路同様にバイパス光導波路をそのまま通過するため出力光導波路へ漏れ出す信号光の割合はごく小さく、接続されていない出力光導波路へのクロストークを抑制することができる。   Even if a slight light leakage (crosstalk) is generated in the bypass optical waveguide from the first Mach-Zehnder interferometer circuit at the time of OFF, the second Mach-Zehnder interferometer circuit constituting the 2 × 1 optical switch As in the first Mach-Zehnder interferometer circuit, since the signal light passes through the bypass optical waveguide as it is, the ratio of the signal light leaking to the output optical waveguide is very small, and crosstalk to the unconnected output optical waveguide can be suppressed. it can.

しかしながら実際の光スイッチ作製においては、方向性結合器の結合率誤差に加えて、マッハ・ツェンダー干渉計回路に設定した光路長差にも誤差が生じる場合がある。   However, in actual optical switch fabrication, in addition to the coupling rate error of the directional coupler, an error may also occur in the optical path length difference set in the Mach-Zehnder interferometer circuit.

その場合、光信号はオフ時に入力光導波路からバイパス光導波路に漏れ伝わってしまい、さらに出力光導波路へ伝搬しクロストークが発生してしまう。   In this case, the optical signal leaks from the input optical waveguide to the bypass optical waveguide when it is off, and further propagates to the output optical waveguide to cause crosstalk.

そこで、前述のとおりバイパス光導波路において、1×1光ゲートスイッチを構成する第3のマッハ・ツェンダー干渉計回路のうち一方の光導波路を1×2光スイッチ(入力)側のバイパス光導波路に接続し、他方の光導波路を2×1光スイッチ(出力)側のバイパス光導波路に接続することにより、ゲートは遮断状態となっているため作製誤差によって劣化した消光比は補完され、光スイッチ単位素子全体として高消光比、すなわち低クロストークが実現される。   Therefore, as described above, in the bypass optical waveguide, one of the third Mach-Zehnder interferometer circuits constituting the 1 × 1 optical gate switch is connected to the bypass optical waveguide on the 1 × 2 optical switch (input) side. By connecting the other optical waveguide to the bypass optical waveguide on the 2 × 1 optical switch (output) side, the gate is cut off, so that the extinction ratio deteriorated due to the manufacturing error is complemented, and the optical switch unit element Overall, a high extinction ratio, that is, low crosstalk is realized.

熱光学位相シフタを駆動するオン時には第1、第2および第3のマッハ・ツェンダー干渉計回路のそれぞれ一方の光導波路に入力される光信号は他方の光導波路へ導かれ、入力光導波路からバイパス光導波路、さらに開放状態の1×1光ゲートスイッチを経てバイパス光導波路から出力光導波路へと伝搬し、光スイッチ単位素子はバー状態となり、入力光導波路と出力光導波路は接続される。   When the thermo-optic phase shifter is turned on, an optical signal input to one optical waveguide of each of the first, second, and third Mach-Zehnder interferometer circuits is guided to the other optical waveguide and bypassed from the input optical waveguide. The light propagates from the bypass optical waveguide to the output optical waveguide through the optical waveguide and the 1 × 1 optical gate switch in the open state, and the optical switch unit element enters the bar state, and the input optical waveguide and the output optical waveguide are connected.

上述のような構成は作製上の誤差によって方向性結合器の結合率およびマッハ・ツェンダー干渉計回路の光路長差が設定値とずれてしまい、マッハ・ツェンダー干渉計回路1個当たりの消光比が劣化した場合でも、作製行程の追加、光スイッチ駆動回路の増設などを必要とせず、光回路設計のみでクロストークの増加を抑制し、従来と同等の光学特性を実現することが可能となる。   In the configuration as described above, the coupling rate of the directional coupler and the optical path length difference of the Mach-Zehnder interferometer circuit deviate from the set values due to manufacturing errors, and the extinction ratio per Mach-Zehnder interferometer circuit is Even in the case of deterioration, it is not necessary to add a manufacturing process or add an optical switch driving circuit, and it is possible to suppress the increase in crosstalk only by the optical circuit design and realize optical characteristics equivalent to those of the conventional art.

すなわち本発明は光スイッチ単位素子がクロス状態の場合において作製誤差によって発生するクロストークを回路構成の工夫によって低減することを主眼としてなされたものであり、したがって前述のマッハ・ツェンダー干渉計回路を構成する光結合器がマルチモード光結合器である場合、光結合器の一方がY分岐方光導波路で他方が方向性結合器である場合、もしくは光スイッチ単位素子を構成する1×2光スイッチあるいは2×1光スイッチがY分岐型光スイッチあるいは方向性結合器型光スイッチである場合にも適用できるものであり、また1×1光ゲートスイッチとして1×2スイッチあるいは2×1スイッチとして用いられた前述のマッハ・ツェンダー干渉計回路の他、2個のY分岐光導波路と2本のアー一ム光導波路で構成される光スイッチあるいは方向性結合器型光スイッチの一方のポートを使用した光スイッチである場合にも適用できるものである。   That is, the present invention is mainly intended to reduce crosstalk caused by manufacturing errors when the optical switch unit element is in a cross state by devising a circuit configuration, and thus constitutes the above-described Mach-Zehnder interferometer circuit. When the optical coupler is a multimode optical coupler, one of the optical couplers is a Y-branch optical waveguide and the other is a directional coupler, or a 1 × 2 optical switch constituting an optical switch unit element or The present invention can also be applied when the 2 × 1 optical switch is a Y-branch type optical switch or a directional coupler type optical switch, and is used as a 1 × 2 switch or a 2 × 1 switch as a 1 × 1 optical gate switch. In addition to the above-mentioned Mach-Zehnder interferometer circuit, light composed of two Y-branch optical waveguides and two arm optical waveguides The present invention can also be applied to an optical switch using one port of a switch or a directional coupler type optical switch.

またこれらの光スイッチ単位素子を使用して、互いに交差するM(Mは正の整数)本の入力光導波路およびN(Nは正の整数)本の出力光導波路によって構成される導波路型マトリクス光スイッチの低クロストーク化を実現することができる。   In addition, using these optical switch unit elements, a waveguide matrix composed of M (M is a positive integer) input optical waveguides and N (N is a positive integer) output optical waveguides crossing each other. Low crosstalk of the optical switch can be realized.

さらにN(Nは正の整数)本の入力光導波路とN(Nは正の整数)本の出力光導波路に対してこれら光スイッチ単位素子をN行N列に配置し、適切な1個の導波路型光スイッチ単位素子を選択、制御することによって任意の出力光導波路に接続される各入力光導波路からの経路すべてにおいて、導波路型光スイッチ単位素子を常に同数通過するように接続されている導波路型マトリクス光スイッチの低クロストーク化も実現することができる。   Further, these optical switch unit elements are arranged in N rows and N columns for N (N is a positive integer) input optical waveguides and N (N is a positive integer) output optical waveguides. By selecting and controlling the waveguide type optical switch unit element, all the paths from each input optical waveguide connected to any output optical waveguide are connected so as to always pass the same number of waveguide type optical switch unit elements. The crosstalk of the waveguide type matrix optical switch can be reduced.

本発明に係るマトリクス光スイッチを構成する光スイッチ単位素子は、互いに交差する入力光導波路、出力光導波路およびバイパス光導波路からなり、入力光導波路とバイパス光導波路で1×2光スイッチを構成し、出力光導波路とバイパス光導波路で2×1光スイッチを構成し、前記1×2光スイッチと前記2×1光スイッチの間のバイパス光導波路に1×1光ゲートスイッチを備えることによって、オフ時に作製誤差によって出力光導波路に発生する光信号漏れ(クロストーク)を極めて低く抑制することができる。   An optical switch unit element constituting a matrix optical switch according to the present invention includes an input optical waveguide, an output optical waveguide, and a bypass optical waveguide that intersect each other, and a 1 × 2 optical switch is configured by the input optical waveguide and the bypass optical waveguide, An output optical waveguide and a bypass optical waveguide constitute a 2 × 1 optical switch, and a 1 × 1 optical gate switch is provided in the bypass optical waveguide between the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch. Optical signal leakage (crosstalk) generated in the output optical waveguide due to manufacturing errors can be suppressed to an extremely low level.

つまり、作製後の補正処理や駆動回路の増設を必要とすることなく、作製精度を大幅に緩和しつつ消光比の優れたマトリクス光スイッチを容易に提供することができる。   That is, it is possible to easily provide a matrix optical switch having an excellent extinction ratio while greatly reducing the manufacturing accuracy without requiring correction processing after the manufacturing or an additional drive circuit.

また光スイッチを形成する材料および光導波路特性によってマッハ・ツェンダー干渉計回路やY分岐光導波路、方向性結合器などさまざまな回路形態を組み合わせて使用することも可能である。   Various circuit forms such as a Mach-Zehnder interferometer circuit, a Y-branch optical waveguide, and a directional coupler can be used in combination depending on the material forming the optical switch and the optical waveguide characteristics.

本発明の光スイッチ単位素子およびそれを用いたマトリクス光スイッチは、低コストかつ実用性が高い光スイッチデバイスを提供する非常に有効な手段であり、さまざまな光信号の交換、切替を必要とする大容量光通信網の発展に大きく寄与するものであると期待される。   The optical switch unit element of the present invention and the matrix optical switch using the optical switch unit element are very effective means for providing a low-cost and highly practical optical switch device, and require exchange and switching of various optical signals. It is expected to contribute greatly to the development of large-capacity optical communication networks.

本発明を実施するための最良の形態は、以下に示す実施例1〜8である。   The best mode for carrying out the present invention is Examples 1 to 8 shown below.

以下の実施例では、シリコン基板上に形成した石英系単一モード光導波路を使用し、光スイッチの構成要素として熱光学効果を利用したマッハ・ツェンダー干渉計回路型光スイッチを採用した導波路型光スイッチ単位素子および導波路型マトリクス光スイッチについて説明する。   In the following examples, a waveguide-type optical switch using a Mach-Zehnder interferometer circuit type optical switch using a thermo-optic effect as a constituent element of an optical switch, using a silica-based single mode optical waveguide formed on a silicon substrate. The optical switch unit element and the waveguide matrix optical switch will be described.

これはこの組み合わせが安定かつ集積化が容易であるためで、しかも石英系光ファイバとの整合性に優れ、低損失な光スイッチを提供できるためである。   This is because this combination is stable and easy to integrate, and it is possible to provide a low-loss optical switch that is excellent in matching with a silica-based optical fiber.

しかしながら本発明はこれらの組み合わせに限定されるものではない。   However, the present invention is not limited to these combinations.

本発明に係るN×Nマトリクス光スイッチの実施例1としての4×4マトリクス光スイッチの概略構成を図1および図11に示す。   A schematic configuration of a 4 × 4 matrix optical switch as a first embodiment of the N × N matrix optical switch according to the present invention is shown in FIGS.

図11はマトリクス光スイッチの論理構成、図1はその構成要素である光スイッチ単位素子の構成図である。   FIG. 11 is a logical configuration of a matrix optical switch, and FIG. 1 is a configuration diagram of an optical switch unit element as a component thereof.

図1(a)は本発明に係る光スイッチ単位素子の回路構成平面図、図1(b)は図1(a)に示した線分B−B’に沿って切った断面図である。   1A is a circuit configuration plan view of an optical switch unit element according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line B-B ′ shown in FIG.

図11に示すマトリクス光スイッチは、前述した通り、通過する光スイッチ単位素子の数が経路によらない、パス無依存構成を採用しており、4×4=16個の光スイッチ単位素子を4行4列配置した構成となっている。   As described above, the matrix optical switch shown in FIG. 11 adopts a path-independent configuration in which the number of passing optical switch unit elements does not depend on the path, and 4 × 4 = 16 optical switch unit elements are 4 in number. The configuration is arranged in four rows and columns.

本実施例に係る光スイッチ単位素子は、図1に示すように、シリコン基板1上に作製され、石英系ガラスクラッド2に埋め込まれた構造の入力光導波路11a−11bと出力光導波路12a−12bが互いに交差しており、それらの近傍に配置されたバイパス光導波路13a−13bを基本要素とする。   As shown in FIG. 1, the optical switch unit element according to the present embodiment is formed on a silicon substrate 1 and has an input optical waveguide 11a-11b and an output optical waveguide 12a-12b that are embedded in a silica-based glass clad 2. Are basically the bypass optical waveguides 13a-13b disposed in the vicinity thereof.

バイパス光導波路13a−13bの一部は入力光導波路11a−11bと2箇所で間隔数μmにまで近接して2個の方向性結合器14aおよび15aを形成し、2本の光導波路間でマッハ・ツェンダー干渉計回路(1×2光スイッチ)18aをなす。   A part of the bypass optical waveguides 13a-13b is formed close to the input optical waveguide 11a-11b at a distance of several μm at two locations to form two directional couplers 14a and 15a, and a Mach is formed between the two optical waveguides. A zender interferometer circuit (1 × 2 optical switch) 18a is formed.

方向性結合器14aおよび15aの結合率は、結合部における光導波路の間隔、長さを調節することにより50%となるように設計されている。   The coupling ratio of the directional couplers 14a and 15a is designed to be 50% by adjusting the interval and the length of the optical waveguide in the coupling portion.

マッハ・ツェンダー干渉計回路18aのアーム部分となる光導波路は、バイパス光導波路13a−13b側の実効光路長が入力光導波路11a−11b側に対して信号光波長(実施例1においては1.55μm)の2分の1、すなわち0.775μm相当だけ長くなるように設計されている。   The optical waveguide serving as the arm portion of the Mach-Zehnder interferometer circuit 18a has an effective optical path length on the bypass optical waveguide 13a-13b side with respect to the input optical waveguide 11a-11b side (1.55 μm in the first embodiment). ), I.e. 0.775 μm.

また図1(b)に示すように、実効光路長が短い入力光導波路11a−11b側のクラッド層2でアーム光導波路上の表面には、熱光学効果を利用する光位相シフタとして薄膜ヒータ16aが装荷されている。   Further, as shown in FIG. 1B, a thin film heater 16a as an optical phase shifter using a thermo-optic effect is formed on the surface of the arm optical waveguide with the clad layer 2 on the side of the input optical waveguide 11a-11b having a short effective optical path length. Is loaded.

同様に、バイパス光導波路13a−13bの別の一部は出力光導波路12a−12bと2箇所で近接して2個の方向性結合器14bおよび15bを形成し、2本の光導波路間でマッハ・ツェンダー干渉計回路(2×1光スイッチ)18bをなす。   Similarly, another part of the bypass optical waveguides 13a-13b is adjacent to the output optical waveguides 12a-12b at two locations to form two directional couplers 14b and 15b, and a Mach between the two optical waveguides is formed. A zender interferometer circuit (2 × 1 optical switch) 18b is formed.

方向性結合器14bおよび15bの結合率は50%となるように設計され、マッハ・ツェンダー干渉計回路のアーム光導波路は、バイパス光導波路13a−13b側の実効光路長が出力光導波路12a−12b側に対して信号光波長(実施例1においては1.55μm)の2分の1、すなわち0.775μm相当だけ長くなるように設計されている。   The coupling ratio of the directional couplers 14b and 15b is designed to be 50%. The arm optical waveguide of the Mach-Zehnder interferometer circuit has an effective optical path length on the bypass optical waveguide 13a-13b side of the output optical waveguide 12a-12b. It is designed to be longer than one half of the signal light wavelength (1.55 μm in the first embodiment), that is, 0.775 μm.

また実効光路長が短い出力光導波路12a−12b側のクラッド層2でアーム光導波路上の表面には、熱光学効果を利用した光位相シフタとしての薄膜ヒータ16bが装荷されている。   A thin film heater 16b as an optical phase shifter utilizing a thermo-optic effect is loaded on the surface of the arm optical waveguide in the cladding layer 2 on the output optical waveguide 12a-12b side having a short effective optical path length.

また、2つのマッハ・ツェンダー干渉計回路18a,18bの間におけるバイパス光導波路13a−13bのさらに別の一部は、2本の干渉用光導波路17aと17bが近接して2個の方向性結合器14cおよび15cを形成し、2本の光導波路間でなされるマッハ・ツェンダー干渉計回路(1×1光ゲートスイッチ)18cに接続されている。   Further, another part of the bypass optical waveguides 13a to 13b between the two Mach-Zehnder interferometer circuits 18a and 18b includes two directional couplings in which the two interference optical waveguides 17a and 17b are close to each other. 14c and 15c are formed and connected to a Mach-Zehnder interferometer circuit (1 × 1 optical gate switch) 18c formed between two optical waveguides.

方向性結合器14cおよび15cの結合率は50%となるように設計され、マッハ・ツェンダー干渉計回路18cのアーム光導波路は、一方の光導波路17bが他方の光導波路17a側に対して信合光波長(実施例1においては1.55μm)の2分の1、すなわち0.775μm相当だけ長くなるように設計されている。   The coupling ratio of the directional couplers 14c and 15c is designed to be 50%. The arm optical waveguide of the Mach-Zehnder interferometer circuit 18c is configured such that one optical waveguide 17b is connected to the other optical waveguide 17a side. It is designed to be a half of the light wavelength (1.55 μm in the first embodiment), that is, 0.775 μm.

また実効光路長が短い光導波路17a側のクラッド層2でアーム光導波路上の表面には熱光学効果を利用した光位相シフタとしての薄膜ヒータ16cが装荷されている。   A thin film heater 16c as an optical phase shifter utilizing a thermo-optic effect is loaded on the surface of the arm optical waveguide in the clad layer 2 on the optical waveguide 17a side having a short effective optical path length.

入力光導波路11a−11bと出力光導波路12a−12bは互いに交差しており、交差部19にてクロストークおよび放射損失を無視できる角度θで交差している。   The input optical waveguides 11a-11b and the output optical waveguides 12a-12b intersect each other, and intersect each other at an intersecting portion 19 at an angle θ at which crosstalk and radiation loss can be ignored.

薄膜ヒータ16a,16bおよび16cがオフ(無通電)時に光導波路の端点11aから入力した信号光は、マッハ・ツェンダー干渉計回路18aにおいて光導波路11a−11bを伝搬して通過し、光導波路12a−12bとの交差部19を越えて光導波路端11bへ出力される。   The signal light input from the end point 11a of the optical waveguide when the thin film heaters 16a, 16b, and 16c are off (no energization) propagates through the optical waveguide 11a-11b in the Mach-Zehnder interferometer circuit 18a and passes through the optical waveguide 12a- The signal is output to the optical waveguide end 11b beyond the intersection 19 with 12b.

また、光導波路の端点12aから入力した信号光は、光導波路11a−11bとの交差部19を越えて、マッハ・ツェンダー干渉計回路18bにおいて光導波路12a−12bを伝搬して通過し光導波路端12bへ出力される。   Further, the signal light input from the end point 12a of the optical waveguide passes through the optical waveguide 12a-12b in the Mach-Zehnder interferometer circuit 18b through the intersection 19 with the optical waveguide 11a-11b and passes through the optical waveguide end. To 12b.

すなわちマトリクス光スイッチにおいて、光スイッチ単位素子のオフ時の動作はクロス経路に接続された状態となる。   That is, in the matrix optical switch, the operation when the optical switch unit element is off is connected to the cross path.

このとき、入力側の1×2スイッチ18aおよび出力側の2×1スイッチ18bにおける方向性結合器14a,15a,14bおよび15bの結合率が設計値の50%からずれた場合においても、マッハ・ツェンダー干渉計回路の2本のアーム光導波路における実効光路長差が信号光波長の2分の1に設定されていることにより、伝搬する光導波路をそのまま通過して他方の光導波路へは移行しないため、原理上高い消光比を実現できる。   At this time, even when the coupling ratios of the directional couplers 14a, 15a, 14b, and 15b in the input side 1 × 2 switch 18a and the output side 2 × 1 switch 18b deviate from 50% of the design values, Since the effective optical path length difference between the two arm optical waveguides of the Zender interferometer circuit is set to one half of the signal light wavelength, it does not pass through the propagating optical waveguide and shift to the other optical waveguide. Therefore, a high extinction ratio can be realized in principle.

また、仮に光導波路作動時の欠陥や誤差による高次モードの影響などから干渉に寄与しない光パワーが発生し、1×2スイッチ18aにおいて入力光導波路11a−11bからバイパス光導波路13a−13bへわずかな光漏れ(クロストーク)となった場合も、後段の2×1スイッチ18bにおいて、同等の消光特性が得られるので、出力光導波路12a−12bへのクロストークを抑制することができる。   Also, optical power that does not contribute to interference is generated due to the effects of higher-order modes due to defects and errors during operation of the optical waveguide, and the 1 × 2 switch 18a slightly changes from the input optical waveguide 11a-11b to the bypass optical waveguide 13a-13b. Even if light leakage (crosstalk) occurs, the 2 × 1 switch 18b in the subsequent stage can obtain the same extinction characteristic, so that crosstalk to the output optical waveguides 12a-12b can be suppressed.

さらに、マッハ・ツェンダー干渉計回路のアーム光導波路に設定されている実効光路長差が設計や作製の誤差が原因となってさらなるクロストークが発生した場合にも、1×2スイッチ18aおよび2×1スイッチ18bの間のバイパス光導波路13a−13bに接続されている1×1ゲートスイッチ18cによって1×2スイッチ18aで発生したクロストークは遮断される。   Further, even when the crosstalk occurs due to the difference in the effective optical path length set in the arm optical waveguide of the Mach-Zehnder interferometer circuit due to a design or manufacturing error, the 1 × 2 switch 18a and 2 × Crosstalk generated in the 1 × 2 switch 18a is cut off by the 1 × 1 gate switch 18c connected to the bypass optical waveguides 13a-13b between the 1 switches 18b.

仮に前述のような高次モードの影響などによりわずかなクロストークがゲートを通過した場合でも2×1スイッチ18bによって出力光導波路12a−12bへの伝搬を阻止できるため、光スイッチ単位素子として非常に高い消光比を実現できる。   Even if slight crosstalk passes through the gate due to the influence of the higher-order mode as described above, propagation to the output optical waveguides 12a-12b can be prevented by the 2 × 1 switch 18b. A high extinction ratio can be realized.

ここで本発明の特徴として強調すべき点は、設計あるいは作製の誤差によって光スイッチの動作点が変動し、クロストーク特性が劣化あるいは不均一になってしまう場合においても、作製後の新たな補正処理やオフセット動作のための駆動回路の増設を必要とすることなく、設計の工夫のみで特性劣化を緩和できることにある。   Here, it should be emphasized as a feature of the present invention that even if the operating point of the optical switch fluctuates due to a design or manufacturing error and the crosstalk characteristics deteriorate or become nonuniform, a new correction after the manufacturing is performed. It is possible to alleviate the characteristic deterioration only by design ingenuity without requiring an additional drive circuit for processing and offset operation.

したがって、光スイッチの構成として、上述のようなマッハ・ツェンダー干渉計回路に限らず、Y分岐光導波路やマルチモードカプラーあるいは方向性結合器を構成要素とする光スイッチ単位素子およびそれによって構成される導波路型マトリクス光スイッチにおいても同様の効果が得られるということになる。   Therefore, the configuration of the optical switch is not limited to the Mach-Zehnder interferometer circuit as described above, and is configured by an optical switch unit element including a Y-branch optical waveguide, a multimode coupler, or a directional coupler as a constituent element, and the optical switch unit element. The same effect can be obtained in the waveguide matrix optical switch.

薄膜ヒータ16a,16bおよび16cが互いに連動してオン(通電)状態となって適切な電力が加えられた場合には、3つのマッハ・ツェンダー干渉計回路18a,18bおよび18cにおけるアーム光導波路の実効光路長差は熱光学効果によって零となり、一方の光導波路に入力された光信号は他方の光導波路へ導かれて伝搬する。   When the thin film heaters 16a, 16b and 16c are turned on (energized) in conjunction with each other and appropriate power is applied, the arm optical waveguides in the three Mach-Zehnder interferometer circuits 18a, 18b and 18c are effective. The optical path length difference becomes zero due to the thermo-optic effect, and an optical signal input to one optical waveguide is guided to the other optical waveguide and propagates.

すなわち、1×2光スイッチ18aにおいて光導波路端11aから入力した光信号はバイパス光導波路13a−13bへと導かれ、また1×1光ゲートスイッチ18cにおいて入力側に接続された光導波路17bから出力側に接続された光導波路17aに導かれ、さらに2×1光スイッチ18bにおいてバイパス光導波路13a−13bから出力光導波路12a−12bへと導かれ、最終的に光導波路端12bに出力される。   That is, the optical signal input from the optical waveguide end 11a in the 1 × 2 optical switch 18a is guided to the bypass optical waveguide 13a-13b, and output from the optical waveguide 17b connected to the input side in the 1 × 1 optical gate switch 18c. The 2 × 1 optical switch 18b guides the bypass optical waveguide 13a-13b to the output optical waveguide 12a-12b and finally outputs it to the optical waveguide end 12b.

これによって光スイッチ単位素子はバー経路に接続され、マトリクス光スイッチにおいて入力光導波路と出力光導波路が接続されることになる。   As a result, the optical switch unit elements are connected to the bar path, and the input optical waveguide and the output optical waveguide are connected in the matrix optical switch.

オン状態では方向性結合器14a,15a,14b,15b,14cおよび15cの結合率が50%からずれてしまった場合、光導波路端11aから入力した信号光が1×2光スイッチ18aにおいて100%バイパス光導波路13a−13bに導かれず、光導波路11a−11bへ漏れ出した信号光成分が交差部19を経て光導波路端11bへと伝搬してしまう。   In the ON state, when the coupling ratio of the directional couplers 14a, 15a, 14b, 15b, 14c, and 15c is deviated from 50%, the signal light input from the optical waveguide end 11a is 100% in the 1 × 2 optical switch 18a. The signal light component that is not guided to the bypass optical waveguides 13a to 13b and leaks to the optical waveguides 11a to 11b propagates to the optical waveguide end 11b through the intersection 19.

しかしながら、この漏れた成分は結局、図4において使用されない光導波路端1d,2d,3dおよび4dに出力されるため、光スイッチ単位素子でのごく僅かな損失増加はあるものの、マトリクス光スイッチとして消光比の劣化とはならない。   However, since this leaked component is eventually output to the optical waveguide ends 1d, 2d, 3d and 4d which are not used in FIG. 4, although there is a slight loss increase in the optical switch unit element, it is quenched as a matrix optical switch. There is no degradation of the ratio.

また、3つのマッハ・ツェンダー干渉計回路18a,18bおよび18cのアーム光導波路に設定した信号光波長の2分の1の実効光路長差が設計とずれてしまった場合には、それぞれの干渉計における動作点を適切に設定すればまったく問題はない。   Further, when the difference in effective optical path length of one-half of the signal light wavelength set in the arm optical waveguides of the three Mach-Zehnder interferometer circuits 18a, 18b and 18c deviates from the design, the respective interferometers If the operating point at is set appropriately, there is no problem.

あるいはシステム設計上、単一または数個の電源でマトリクス光スイッチを制御する必要が生じた場合には各光スイッチ単位素子を最適な動作点で駆動することはできなくなるが、その場合においても生じる損失増加はごく僅かである。   Alternatively, in the system design, when it becomes necessary to control the matrix optical switch with a single power supply or several power supplies, each optical switch unit element cannot be driven at an optimum operating point. The loss increase is negligible.

本実施例1における4×4マトリクス光スイッチは、図1(a)および図1(b)に示したとおり、厚さ1mm、直径4インチのシリコン基板1上に石英系ガラスによって形成されるクラッド層2および埋め込み型の単一モード光導波路を、SiC14やGeC14などの原料ガスの火炎加水分解反応を利用した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の組み合わせにより作製し、薄膜ヒータ16a,16b,16cおよび給電のための電極(図示省略)をクラッド層2表面上に真空蒸着およびパターン化によって作製した。
作製した光導波路のコア寸法は4.5μm×4.5μmであり、クラッド層2との比屈折率差Δは1.5%とした。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the 4 × 4 matrix optical switch in Example 1 is a clad formed of quartz glass on a silicon substrate 1 having a thickness of 1 mm and a diameter of 4 inches. the single mode optical waveguide layer 2 and the buried type, produced by a combination of reactive ion etching techniques and deposition techniques SiCl 4 or GeC1 4 silica glass film using a flame hydrolysis reaction of raw material gas, such as a thin film Heaters 16a, 16b and 16c and electrodes for power supply (not shown) were produced on the surface of the clad layer 2 by vacuum deposition and patterning.
The core size of the manufactured optical waveguide was 4.5 μm × 4.5 μm, and the relative refractive index difference Δ with the cladding layer 2 was 1.5%.

本実施例1における4×4マトリクス光スイッチは、この光導波路を用い、直線光導波路および曲がり半径2mmの曲線光導波路を組み合わせることによって形成される。   The 4 × 4 matrix optical switch in the first embodiment is formed by using this optical waveguide and combining a linear optical waveguide and a curved optical waveguide having a bending radius of 2 mm.

光スイッチ単位素子およびそれらを接続する部分における交差光導波路の角度θは40度とした。   The angle θ of the crossed optical waveguide at the optical switch unit element and the portion connecting them is set to 40 degrees.

また光スイッチ単位素子におけるマッハーツェンダー干渉計回路18a,18bおよび18cはアーム光導波路の実効光路長差が信号光波長1.55μmの2分の1である0.775μmとなるように設定した。   The Mach-Zehnder interferometer circuits 18a, 18b and 18c in the optical switch unit element were set so that the effective optical path length difference of the arm optical waveguide was 0.775 μm, which is a half of the signal light wavelength 1.55 μm.

石英系ガラスの屈折率が1.45であることを考慮すれば、実際のアーム光導波路長の差は0.775μm/1.45=0.534μmである。   Considering that the refractive index of quartz glass is 1.45, the actual difference in arm optical waveguide length is 0.775 μm / 1.45 = 0.534 μm.

熱光学効果による位相シフタとしてクラッド層2の表面上に形成した薄膜ヒータ16a,16b,16cは厚さ0.1μm、幅30μm、長さ1mm、とした。   The thin film heaters 16a, 16b, and 16c formed on the surface of the clad layer 2 as phase shifters by the thermo-optic effect have a thickness of 0.1 μm, a width of 30 μm, and a length of 1 mm.

3つのマッハ・ツェンダー干渉計回路18a,18bおよび18cと交差光導波路によって構成される本実施例1の光スイッチ単位素子は全長11mmであった。   The total length of the optical switch unit element of Example 1 constituted by the three Mach-Zehnder interferometer circuits 18a, 18b and 18c and the crossed optical waveguide was 11 mm.

またこの光スイッチ単位素子を組み合わせて形成される4×4マトリクス光スイッチのチップサイズは10mm×80mmとなった。   The chip size of the 4 × 4 matrix optical switch formed by combining the optical switch unit elements is 10 mm × 80 mm.

この4×4マトリクス光スイッチチップをダイシングソーによって切り出した後、放熱板をシリコン基板1の下部に取り付け、入出力光導波路端にはシングルモード光ファイバアレイを接続した。   After this 4 × 4 matrix optical switch chip was cut out by a dicing saw, a heat radiating plate was attached to the lower part of the silicon substrate 1, and a single mode optical fiber array was connected to the input / output optical waveguide end.

光スイッチチップの給電端子は電気コネクタを設置した外部電気配線板と電気的に接続してモジュールが完成した。   The power switch terminal of the optical switch chip was electrically connected to an external electric wiring board provided with an electrical connector, and the module was completed.

電気コネクタに電源を接続し、給電すべき薄膜ヒータ16a,16b,16cを適切に選択することによって4入力4出力のポート間を任意に切替、接続する光スイッチ動作が確認された。   By connecting a power source to the electrical connector and appropriately selecting the thin film heaters 16a, 16b, and 16c to be fed, the operation of the optical switch for arbitrarily switching and connecting between the ports of 4 inputs and 4 outputs was confirmed.

任意の入出力ポートを接続するためにオン状態となった光スイッチ単位素子に装荷された3つの薄膜ヒータ16a,16bおよび16cに給電した電力は1つにつき0.4Wであったので、各光スイッチ単位素子の消費電力は1.2Wであり、4×4マトリクス光スイッチ全体では同時に駆動する光スイッチ単位素子が4個であるので、全消費電力は4.8W程度であった。   Since the power supplied to the three thin film heaters 16a, 16b, and 16c loaded on the optical switch unit element that is turned on to connect an arbitrary input / output port was 0.4 W, each light The power consumption of the switch unit elements is 1.2 W, and the total power consumption is about 4.8 W because the entire 4 × 4 matrix optical switch has four optical switch unit elements that are driven simultaneously.

マトリクス光スイッチの入力光導波路端から出力光導波路端に至る光ファイバ接続損失を含めた挿入損失は2dB程度で、マトリクス光スイッチ全体での消光比は60dB以上であった。   The insertion loss including the optical fiber connection loss from the input optical waveguide end to the output optical waveguide end of the matrix optical switch was about 2 dB, and the extinction ratio of the entire matrix optical switch was 60 dB or more.

特に消光比は、製造誤差により方向性結合器の結合率が50%±10%程度と大きくずれ、設定した実効光路長差が設定した0.775μmに対して10〜20%ずれた場合においても優れた消光特性を示し、本発明に係るマトリクス光スイッチが製造誤差に非常に強いことを示した。   In particular, the extinction ratio is greatly different even when the coupling ratio of the directional coupler is greatly deviated to about 50% ± 10% due to a manufacturing error, and the set effective optical path length difference is deviated by 10 to 20% with respect to the set 0.775 μm. It showed excellent extinction characteristics and showed that the matrix optical switch according to the present invention is very resistant to manufacturing errors.

また、比較のため図2に示したような互いに交差するそれぞれ4本の入出力光導波路を基本として構成されるクロスバー型4×4マトリクス光スイッチも作製した。   For comparison, a crossbar type 4 × 4 matrix optical switch constituted by four input / output optical waveguides crossing each other as shown in FIG. 2 was also manufactured.

使用した光導波路の仕様は前述のパス無依存型4×4マトリクス光スイッチと同様である。   The specifications of the optical waveguide used are the same as those of the above path-independent 4 × 4 matrix optical switch.

本実施例による4×4マトリクス光スイッチは7段の光スイッチ群を集積した構成となっており、給電のための電極を含めたチップサイズは10mm×130mmであった。   The 4 × 4 matrix optical switch according to this example has a configuration in which seven stages of optical switch groups are integrated, and the chip size including electrodes for power supply is 10 mm × 130 mm.

放熱板、光ファイバアレイを取り付けてモジュール化し、光学特性を測定したところ、マトリクス光スイッチとして挿入損失は1〜3dB、消光比は60dB以上であった。   When a heat sink and an optical fiber array were attached to form a module and the optical characteristics were measured, the insertion loss of the matrix optical switch was 1 to 3 dB and the extinction ratio was 60 dB or more.

また、マトリクス光スイッチ全体の消費電力は4.8Wであった。   The power consumption of the entire matrix optical switch was 4.8W.

このように、本発明における光スイッチ単位素子を採用することによりマトリクス光スイッチの構成にかかわらず製造誤差に強い優れた消光特性を示した。   As described above, by adopting the optical switch unit element in the present invention, excellent extinction characteristics that are strong against manufacturing errors are shown regardless of the configuration of the matrix optical switch.

本発明に係るM×N(M,Nはそれぞれ異なる正の整数)マトリクス光スイッチの実施例として4×8マトリクス光スイッチの構成を図2に示す。   FIG. 2 shows a configuration of a 4 × 8 matrix optical switch as an embodiment of an M × N (M and N are different positive integers) matrix optical switch according to the present invention.

図中、1a−1d,2a−2d〜4a−4dは入力光導波路、1c−1b,2c−2b〜8c−8bは出力光導波路であり、4×8=32箇所の交差点には光スイッチ単位素子S11〜S48が配置されている。   In the figure, 1a-1d, 2a-2d to 4a-4d are input optical waveguides, 1c-1b, 2c-2b to 8c-8b are output optical waveguides, and 4 × 8 = 32 intersections are optical switch units. Elements S11 to S48 are arranged.

本実施例において使用した光導波路の仕様やチップ、モジュールの作製方法は実施例1における4×4マトリクス光スイッチと同様である。   The specifications of the optical waveguide used in this example, the method of manufacturing the chip, and the module are the same as those of the 4 × 4 matrix optical switch in Example 1.

実施例1に対して、本実施例のマトリクス光スイッチは入出力光導波路の本数が異なることが特徴である。マトリクス構成はクロスバー型とした。   In contrast to the first embodiment, the matrix optical switch of the present embodiment is characterized in that the number of input / output optical waveguides is different. The matrix configuration was a crossbar type.

この構成は任意の入出力光導波路本数が選べるという点でM×Nマトリクス光スイッチの実現に適しており、それぞれ1〜4個の光スイッチ単位素子の群を11段接続して作製される。   This configuration is suitable for realizing an M × N matrix optical switch in that an arbitrary number of input / output optical waveguides can be selected, and each group of 1 to 4 optical switch unit elements is connected in 11 stages.

本実施例の4×8マトリクス光スイッチの基板上での回路配置図の概略を図3に示す。   FIG. 3 shows an outline of a circuit layout diagram on the substrate of the 4 × 8 matrix optical switch of this embodiment.

図3に示すように、入力光導波路束70aから出力光導波路束70bに至る全11段の光スイッチ単位素子群は90度に曲げられた曲線光導波路および直線光導波路を適切に接続して、回路の全長をできるだけ短くかつ全体のサイズが小さくなるように設計されていることを特徴とする配置である。   As shown in FIG. 3, all 11-stage optical switch unit element groups from the input optical waveguide bundle 70a to the output optical waveguide bundle 70b are appropriately connected to the curved optical waveguide and the linear optical waveguide bent at 90 degrees, The arrangement is characterized in that it is designed so that the overall length of the circuit is as short as possible and the overall size is reduced.

ここで、本実施例において用いている光導波路の仕様はクラッドとコアの比屈折率差Δが1.5%であり、それと接続されるシングルモード光ファイバとはコアを伝搬する光信号のスポットサイズに違いがあることから、結合損失が発生してしまうという問題がある。   Here, the specification of the optical waveguide used in this example is that the relative refractive index difference Δ between the clad and the core is 1.5%, and the single mode optical fiber connected to the optical waveguide is a spot of the optical signal propagating through the core. Since there is a difference in size, there is a problem that coupling loss occurs.

そこで、本実施例においてはテーパ構造を持つスポットサイズ変換光導波路(図示省略、特許文献5参照)を入出力光導波路端面付近に採用し、シングルモード光ファイバとの結合損失を低減することで、マトリクス光スイッチチップ全体としての挿入損失を低く抑えている。   Therefore, in this embodiment, a spot size conversion optical waveguide having a tapered structure (not shown, see Patent Document 5) is adopted near the end face of the input / output optical waveguide, thereby reducing the coupling loss with the single mode optical fiber, The insertion loss of the entire matrix optical switch chip is kept low.

本実施例の4×8マトリクス光スイッチは厚さ1mmのシリコン基板上に作製され、給電端子および電気配線を含めたチップサイズは65mm×70mmであった。   The 4 × 8 matrix optical switch of this example was fabricated on a 1 mm thick silicon substrate, and the chip size including the power supply terminal and the electrical wiring was 65 mm × 70 mm.

光スイッチ単位素子S11〜S48の回路構成、設計仕様およびモジュール作製方法は実施碗1と同様である。   The circuit configuration, design specifications, and module manufacturing method of the optical switch unit elements S11 to S48 are the same as in the first embodiment.

電気コネクタに電源を接続し、給電すべきヒータを適切に選択することによって4入力8出力のポート間を任意に切替、接続する光スイッチ動作が確認された。   By connecting a power source to the electrical connector and appropriately selecting the heater to be fed, the operation of the optical switch for arbitrarily switching and connecting between the ports of 4 inputs and 8 outputs was confirmed.

任意の入出力ポートを接続するためにオン状態となった光スイッチ単位素子に装荷された3つの薄膜ヒータ16a,16bおよび16cに給電した電力は1つにつき0.4Wであったので、各光スイッチ単位素子の消費電力は1.2Wであり、4×8マトリクス光スイッチ全体では同時に駆動する光スイッチ単位素子が4個であるので、全消費電力は4.8W程度であった。   Since the power supplied to the three thin film heaters 16a, 16b, and 16c loaded on the optical switch unit element that is turned on to connect an arbitrary input / output port was 0.4 W, each light The power consumption of the switch unit elements is 1.2 W, and the total power consumption is about 4.8 W because the entire 4 × 8 matrix optical switch has four optical switch unit elements that are driven simultaneously.

マトリクス光スイッチの入力光導波路端から出力光導波路端に至る光ファイバ接続損失を含めた挿入損失は4dB以下で非常に低損失な値が得られた。   The insertion loss including the optical fiber connection loss from the input optical waveguide end to the output optical waveguide end of the matrix optical switch was 4 dB or less, and a very low loss value was obtained.

また、マトリクス光スイッチ全体での消光比は方向性結合器や実効光路長差の製造後差が発生しても60dB以上と優れた値を示した。   Further, the extinction ratio of the entire matrix optical switch showed an excellent value of 60 dB or more even when a post-manufacturing difference in directional coupler and effective optical path length occurred.

本発明に係る8×8マトリクス光スイッチの構成を図4に示す。   The configuration of an 8 × 8 matrix optical switch according to the present invention is shown in FIG.

本実施例ではパス無依存構成を採用し、光スイッチチップ上での回路レイアウトは実施例2と同様に曲線光導波路および直線光導波路を適切に接続して光スイッチ単位素子群を畳み込むように配置し、回路長および全体のサイズが小さくなるように設計した。   In this embodiment, a path-independent configuration is adopted, and the circuit layout on the optical switch chip is arranged so that the optical switch unit element group is folded by appropriately connecting the curved optical waveguide and the linear optical waveguide as in the second embodiment. However, the circuit length and the overall size are designed to be small.

本実施例において採用した光スイッチ単位素子の回路構成およびその構造を図5に示す。   FIG. 5 shows the circuit configuration and structure of the optical switch unit element employed in this example.

図5(a)は光スイッチ単位素子の平面図、図5(b)は図5(a)に示した線分C−C’に沿って切った断面図、図5(c)は線分D−D’に沿って切った断面図である。   5A is a plan view of the optical switch unit element, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line CC ′ shown in FIG. 5A, and FIG. 5C is a line segment. It is sectional drawing cut along DD '.

図5に示したとおり、本実施例ではマッハ・ツェンダー干渉計回路18a,18b,18cのアーム光導波路部分に沿ってそれぞれ3箇所に断熱溝20a,20bおよび20cを形成したものであり、その他の構成は前述した図1に示す光スイッチ単位素子の回路構成と同様である。   As shown in FIG. 5, in this embodiment, heat insulation grooves 20a, 20b and 20c are formed at three locations along the arm optical waveguide portions of the Mach-Zehnder interferometer circuits 18a, 18b and 18c, respectively. The configuration is the same as the circuit configuration of the optical switch unit element shown in FIG.

本実施例で採用する断熱溝構造は、薄膜ヒータ16a,16bおよび16cから発生する熱が基板水平方向に拡散するのを断熱溝20a,20bおよび20cで抑制し、効率的にコアの温度を上昇させて屈折率変化を起こすことができるようになるため、熱光学型の光スイッチの低消費電力化に非常に有効な技術である(非特許文献1参照)。   The heat insulating groove structure employed in this embodiment suppresses the heat generated from the thin film heaters 16a, 16b and 16c from diffusing in the horizontal direction of the substrate by the heat insulating grooves 20a, 20b and 20c, and efficiently increases the temperature of the core. Therefore, the refractive index can be changed, which is a very effective technique for reducing the power consumption of the thermo-optic optical switch (see Non-Patent Document 1).

本実施例においては断熱溝同士の間隔やクラッド層2の厚さを調節することにより、光路の切替に必要となる電力が薄膜ヒータ1つ当たり従来の25%となる0.1Wとなった。   In this example, by adjusting the distance between the heat insulating grooves and the thickness of the cladding layer 2, the power required for switching the optical path was 0.1 W, which is 25% of the conventional value for each thin film heater.

また、断熱溝20a,20bおよび20cを形成することによって隣接する光導波路への熱の伝搬を遮断できるので導波路間隔を狭めることができ、光回路の小型化も可能となる。   Further, by forming the heat insulating grooves 20a, 20b, and 20c, the propagation of heat to the adjacent optical waveguide can be cut off, so that the interval between the waveguides can be reduced, and the optical circuit can be miniaturized.

具体的には従来の導波路間隔の半分以下に狭めることが可能となった。   Specifically, it has become possible to reduce the distance to less than half the conventional waveguide interval.

本実施例で作製した8×8マトリクス光スイッチは実施例1および2における光導波路と同様の仕様で作製し、また実施例2で用いたスポットサイズ変換光導波路も採用した。   The 8 × 8 matrix optical switch produced in this example was produced with the same specifications as the optical waveguides in Examples 1 and 2, and the spot size conversion optical waveguide used in Example 2 was also adopted.

なお、断熱溝20a,20bおよび20cは反応性イオンエッチング技術によって形成した。   The heat insulating grooves 20a, 20b and 20c were formed by a reactive ion etching technique.

厚さ1mmのシリコン基板上に作製したスイッチチップのサイズは50mm×50mmで、従来0.75%Δの光導波路で作製されていた8×8マトリクス光スイッチの面積比で半分程度まで小型化を実現した。   The size of the switch chip fabricated on a silicon substrate with a thickness of 1 mm is 50 mm x 50 mm, and the area ratio of an 8 x 8 matrix optical switch that has been conventionally fabricated with an optical waveguide of 0.75% Δ can be reduced to about half. It was realized.

実施例1および2と同様の工程を経てモジュールを作製し、電気コネクタに電源を接続して給電すべきヒータを適切に選択することにより、8入力8出力のポート間を任意に切替、接続する光スイッチ動作が確認された。   A module is manufactured through the same steps as in the first and second embodiments, and a power source is connected to the electrical connector to appropriately select a heater to be fed, thereby arbitrarily switching and connecting between 8 input and 8 output ports. The optical switch operation was confirmed.

各光スイッチ単位素子の消費電力は0.3Wであり、8×8マトリクス光スイッチ全体では同時に、駆動する光スイッチ単位素子が8個であるので、全消費電力は2.4W程度と非常に低消費電力であった。   The power consumption of each optical switch unit element is 0.3 W, and since the entire 8 × 8 matrix optical switch simultaneously drives eight optical switch unit elements, the total power consumption is as low as about 2.4 W. It was power consumption.

マトリクス光スイッチの入力光導波路端から出力光導波路端に至る光ファイバ接続損失を含めた挿入損失は5dB程度であった。   The insertion loss including the optical fiber connection loss from the input optical waveguide end to the output optical waveguide end of the matrix optical switch was about 5 dB.

また、マトリクス光スイッチ全体での消光比は方向性結合器や実効光路長差の製造後差が発生しても60dB以上と優れた値を示した。   Further, the extinction ratio of the entire matrix optical switch showed an excellent value of 60 dB or more even when a post-manufacturing difference in directional coupler and effective optical path length occurred.

以上、本発明の実施例1〜3では、図1に示したように光スイッチ単位素子を構成する1×1光ゲートスイッチ18cが消光比を優先するためにマッハ・ツェンダー干渉計回路の対角の光導波路17bから17aに接続されている部分について、回路の作製誤差が少なく、設計上の回路対称性を重要とする場合においては1×1光ゲートスイッチ18cの入力側、出力側のいずれも光導波路17aに接続することで同様の効果を得ることは可能である。   As described above, in the first to third embodiments of the present invention, the 1 × 1 optical gate switch 18c constituting the optical switch unit element has a diagonal angle of the Mach-Zehnder interferometer circuit in order to prioritize the extinction ratio as shown in FIG. In the part connected to the optical waveguides 17b to 17a, the circuit fabrication error is small, and when design circuit symmetry is important, both the input side and the output side of the 1 × 1 optical gate switch 18c are used. It is possible to obtain the same effect by connecting to the optical waveguide 17a.

ただし、方向性結合器の結合率誤差が大きい場合は十分な消光比が得られない場合もあるので、用途と状況に応じて適宜設計指針を決定する必要がある。   However, when the coupling rate error of the directional coupler is large, a sufficient extinction ratio may not be obtained, so it is necessary to appropriately determine a design guideline according to the application and situation.

また、実施例1〜3では信号光波長が1.55μmである場合を取り扱ったが、本発明の構成手法によれば信号光波長が例えば1.3μmである場合にも適用できることは明らかであり、使用する波長帯によって適切な設計を行うことができる。   Further, in Examples 1 to 3, the case where the signal light wavelength is 1.55 μm was dealt with. However, according to the configuration method of the present invention, it is obvious that the present invention can also be applied to the case where the signal light wavelength is 1.3 μm. Therefore, an appropriate design can be performed depending on the wavelength band to be used.

また、実施例1〜3では2個の方向性結合器からなるマッハ・ツェンダー干渉計回路を基本として構成される光スイッチ単位素子を用いたが、マッハ・ツェンダー干渉計を形成する要素は、例えばマルチモード光結合器あるいはY分岐型光導波路であっても良い。   In the first to third embodiments, an optical switch unit element based on a Mach-Zehnder interferometer circuit including two directional couplers is used, but the elements forming the Mach-Zehnder interferometer are, for example, A multi-mode optical coupler or a Y-branch optical waveguide may be used.

つまり目的とする効果を得るための手段として、回路構成はさまざまな組み合わせが可能であることを表しており、以下、実施例によってそれらを示す。   That is, as means for obtaining the intended effect, the circuit configuration indicates that various combinations are possible, and these are shown below by examples.

図4に示した8×8マトリクス光スイッチの光スイッチ単位素子について、1×1光ゲートスイッチの入力側を図1における光導波路17aに接続し、出力側も同様に光導波路17aに接続した形態からなる、新たな回路構成の8×8マトリクス光スイッチモジュールに関する実施例である。   In the optical switch unit element of the 8 × 8 matrix optical switch shown in FIG. 4, the input side of the 1 × 1 optical gate switch is connected to the optical waveguide 17a in FIG. 1, and the output side is similarly connected to the optical waveguide 17a. This is an embodiment relating to an 8 × 8 matrix optical switch module having a new circuit configuration.

即ち、図12に示すように、実施例4は実施例1の変形例であり、通常、消光比を大きく取るためにマッハ・ツェンダー干渉計回路はクロスに接続(入力と出力で接続される導波路が図面において上下異なる)されるところを、真ん中の1×1光ゲートスイッチ18cのみ、スルーに接続(入力と出力で接続される導波路が同じ)した例である。   That is, as shown in FIG. 12, the fourth embodiment is a modification of the first embodiment. Normally, the Mach-Zehnder interferometer circuit is connected to the cross (conducted by connecting the input and output) in order to increase the extinction ratio. In this example, only the middle 1 × 1 optical gate switch 18c is connected to the through (where the waveguide is connected to the input and the output is the same).

但し、薄膜ヒータ16cがオフ(無通電)のとき、アーム光導波路17a,17bの実効光路長差が0となり、薄膜ヒータ16cがオン(通電)のとき、アーム光導波路17a,17bの実効光路長差が信号光波長1.55μmの2分の1である0.775μmとなるように設定する。   However, when the thin film heater 16c is off (no power supply), the difference between the effective optical path lengths of the arm optical waveguides 17a and 17b becomes 0, and when the thin film heater 16c is on (energization), the effective optical path lengths of the arm optical waveguides 17a and 17b. The difference is set to 0.775 μm, which is a half of the signal light wavelength of 1.55 μm.

図1に示す実施例1の場合、1×1光ゲートスイッチ18cは、方向性結合器14cがどうしても非対称な設計になってしまうのに比較し、回路設計上対称性を極力保ちたい場合には、実施例4が有効である。   In the case of the first embodiment shown in FIG. 1, the 1 × 1 optical gate switch 18c is used when the symmetry of the circuit design is to be kept as much as possible compared to the directional coupler 14c having an asymmetric design. Example 4 is effective.

その他の回路構成、レイアウト、作製方法については実施例3と同様である。   Other circuit configurations, layouts, and manufacturing methods are the same as those in the third embodiment.

本実施例で作製された8×8マトリクス光スイッチモジュールは、電気コネクタに電源を接続して給電すべきヒータを適切に選択することにより、8入力8出力のポート間を任意に切替、接続する光スイッチ動作が確認された。   The 8 × 8 matrix optical switch module manufactured in the present embodiment arbitrarily switches and connects between 8 input and 8 output ports by connecting a power source to an electrical connector and appropriately selecting a heater to be fed. The optical switch operation was confirmed.

消費電力、挿入損失は実施例3と同様であり、マトリクス光スイッチ全体での消光比は55dB以上であった。   The power consumption and insertion loss were the same as in Example 3, and the extinction ratio of the entire matrix optical switch was 55 dB or more.

実施例3と比較して消光比ではやや劣ったものの、設計上、回路の対称性が良いため、作製誤差が少なく、特に挿入損失の均一性は、実施例3において最大と最小損失の差が1dBを超えるものもあったのに対して、0.5dB程度と改善された。   Although the extinction ratio is slightly inferior to that of the third embodiment, the circuit has good symmetry in terms of design, so that the manufacturing error is small. In particular, the uniformity of insertion loss is the difference between the maximum and the minimum loss in the third embodiment. There were some exceeding 1 dB, but it was improved to about 0.5 dB.

図4に示した8×8マトリクス光スイッチの光スイッチ単位素子について、1×2光スイッチ、2×1光スイッチ、1×1光ゲートスイッチをそれぞれ構成するマッハ・ツェンダー干渉計回路の、光結合器部分をマルチモード光結合器とした形態からなる、新たな回路構成の8×8マトリクス光スイッチモジュールに関する実施例である。   Optical coupling of the Mach-Zehnder interferometer circuit constituting the 1 × 2 optical switch, 2 × 1 optical switch, and 1 × 1 optical gate switch for the optical switch unit element of the 8 × 8 matrix optical switch shown in FIG. It is the Example regarding the 8 * 8 matrix optical switch module of the new circuit structure which consists of the form which used the multi-mode optical coupler as the unit part.

その他の回路構成、レイアウト、作製方法については実施例3と同様である。
本実施例で作製された8×8マトリクス光スイッチモジュールは、電気コネクタに電源を接続して給電すべきヒータを適切に選択することにより、8入力8出力のポート間を任意に切替、接続する光スイッチ動作が確認された。
Other circuit configurations, layouts, and manufacturing methods are the same as those in the third embodiment.
The 8 × 8 matrix optical switch module manufactured in the present embodiment arbitrarily switches and connects between 8 input and 8 output ports by connecting a power source to an electrical connector and appropriately selecting a heater to be fed. The optical switch operation was confirmed.

消費電力は実施例3と同様であり、挿入損失はやや高く7dB程度であった。   The power consumption was the same as in Example 3, and the insertion loss was slightly high, about 7 dB.

マトリクス光スイッチ全体での消光比は60dB以上で優れた値を示した。   The extinction ratio of the entire matrix optical switch was excellent at 60 dB or more.

挿入損失はやや高かったものの、光結合器の結合率均一性良く、回路も若干小さくなるため、デバイスを小型化し、挿入損失の均一性を上げるためには有効な手段であった。   Although the insertion loss was somewhat high, the coupling ratio uniformity of the optical coupler was good, and the circuit was slightly reduced. This was an effective means for reducing the size of the device and increasing the uniformity of the insertion loss.

図4に示した8×8マトリクス光スイッチの光スイッチ単位素子について、1×2光スイッチを構成するマッハ・ツェンダー干渉計回路の入力側光結合器、2×1光スイッチを構成するマッハ・ツェンダー干渉計回路の出力側光結合器、1×1光ゲートスイッチを構成するマッハ・ツェンダー干渉計回路の入力側光結合器をY分岐型光導波路とし、いずれも他方を方向性結合器とした形態からなる、新たな回路構成の8×8マトリクス光スイッチモジュールに関する実施例である。   4 is an input side optical coupler of a Mach-Zehnder interferometer circuit constituting a 1 × 2 optical switch, and a Mach-Zehnder constituting a 2 × 1 optical switch. The output side optical coupler of the interferometer circuit The input side optical coupler of the Mach-Zehnder interferometer circuit constituting the 1 × 1 optical gate switch is a Y-branch type optical waveguide, and the other is a directional coupler. This is an embodiment relating to an 8 × 8 matrix optical switch module having a new circuit configuration.

その他の回路構成、レイアウト、作製方法については実施例3と同様である。   Other circuit configurations, layouts, and manufacturing methods are the same as those in the third embodiment.

本実施例で作製された8×8マトリクス光スイッチモジュールは、電気コネクタに電源を接続して給電すべきヒータを適切に選択することにより、8入力8出力のポート間を任意に切替、接続する光スイッチ動作が確認された。   The 8 × 8 matrix optical switch module manufactured in the present embodiment arbitrarily switches and connects between 8 input and 8 output ports by connecting a power source to an electrical connector and appropriately selecting a heater to be fed. The optical switch operation was confirmed.

消費電力は実施例3と同様であり、挿入損失は6dB程度であった。   The power consumption was the same as in Example 3, and the insertion loss was about 6 dB.

マトリクス光スイッチ全体での消光比は60dB以上で優れた値を示した。   The extinction ratio of the entire matrix optical switch was excellent at 60 dB or more.

マッハ・ツェンダー干渉計回路を構成する一方の光結合器をY分岐型光導波路とすることで結合率の製造誤差が改善され、実施例3と同程度の光学特性で、挿入損失の均一性が向上した。   By making one of the optical couplers constituting the Mach-Zehnder interferometer circuit a Y-branch type optical waveguide, the manufacturing error of the coupling rate is improved, and the uniformity of the insertion loss is the same as that of the third embodiment. Improved.

以上、実施例1〜6においては光スイッチ単位素子を構成する3つのマッハ・ツェンダー干渉計回路の光結合器部分における回路構成が、いずれも同様の構成となっているが、要求される光学仕様および光スイッチ回路規模、回路レイアウトなどに応じて、実施例1〜6で述べたマッハ・ツェンダー干渉計回路のいずれかの形態を任意に組み合わせて、光スイッチ単位素子を構成しても同様の効果が得られる。   As described above, in Examples 1 to 6, the circuit configuration in the optical coupler portion of the three Mach-Zehnder interferometer circuits constituting the optical switch unit element is the same, but the required optical specifications. The same effect can be obtained even if the optical switch unit element is configured by arbitrarily combining any of the Mach-Zehnder interferometer circuits described in the first to sixth embodiments according to the scale of the optical switch circuit, the circuit layout, and the like. Is obtained.

また実施例1〜6ではシリコン基板上の石英系ガラスを基本とするマトリクス光スイッチについて説明したが、マッハーツェンダー干渉計回路を用いた光スイッチを構成できる他の材料、例えば高分子光導波路やイオン拡散型光導波路、更には電気光学効果を用いる位相シフタを備えたニオブ酸リチウム系光導波路などにも本発明が適用可能である。   In Examples 1 to 6, matrix optical switches based on quartz glass on a silicon substrate have been described. However, other materials that can constitute an optical switch using a Mach-Zehnder interferometer circuit, such as polymer optical waveguides and ions The present invention can also be applied to a diffusion optical waveguide, a lithium niobate-based optical waveguide provided with a phase shifter using an electro-optic effect, and the like.

また実施例1〜6ではマッハ・ツェンダー干渉計回路を要素とした光スイッチ単位素子、およびそれによって構成されるマトリクス光スイッチについて述べたが、光スイッチ単位素子を構成する要素は例えば、Y分岐光導波路やマルチモードカプラーあるいは方向性結合器であっても同様の効果が得られるということを重ねて述べる。   In the first to sixth embodiments, the optical switch unit element including the Mach-Zehnder interferometer circuit and the matrix optical switch configured by the optical switch unit element have been described. It will be described again that the same effect can be obtained even with a waveguide, a multimode coupler or a directional coupler.

その一実施例としてシリコン基板1上に作製される高分子光導波路32を用い、Y分岐光導波路30および熱光学位相シフタ31を要素とする光スイッチ単位素子の概略を図6に示す。   FIG. 6 shows an outline of an optical switch unit element using a polymer optical waveguide 32 produced on a silicon substrate 1 as an example and having a Y-branch optical waveguide 30 and a thermo-optic phase shifter 31 as elements.

図6(a)は回路平面図、図6(b)は図6(a)における線分E−E’の断面図、図6(c)は線分F−F’の断面図である。   6A is a circuit plan view, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line E-E ′ in FIG. 6A, and FIG. 6C is a cross-sectional view taken along line F-F ′.

即ち、シリコン基板1上に作製された高分子光導波路32により、互いに交差する入力光導波路及び出力光導波路と、それらの近傍に配置されたバイパス光導波路を構成している。   That is, the polymer optical waveguide 32 fabricated on the silicon substrate 1 constitutes an input optical waveguide and an output optical waveguide that intersect with each other, and a bypass optical waveguide disposed in the vicinity thereof.

バイパス光導波路と入力光導波路とがY分岐光導波路30を形成すると共にその上に装備された熱光学位相シフタ31により1×2光スイッチが構成され、バイパス光導波路と出力光導波路とがY分岐光導波路30を形成すると共にその上に装備された熱光学位相シフタ31により2×1光スイッチが構成され、更に、二つのY分岐光導波路30とその間の2本のアーム導波路の一方に装備された熱光学位相シフタ31により1×1光ゲートスイッチが構成されている。   The bypass optical waveguide and the input optical waveguide form a Y-branch optical waveguide 30 and a 1 × 2 optical switch is configured by a thermo-optic phase shifter 31 mounted thereon, and the bypass optical waveguide and the output optical waveguide are Y-branched The 2 × 1 optical switch is formed by the optical optical phase shifter 31 formed on the optical waveguide 30 and further provided on one of the two Y-branch optical waveguides 30 and the two arm waveguides therebetween. The thermo-optic phase shifter 31 thus configured constitutes a 1 × 1 optical gate switch.

つまり、実施例1と同様に、パス無依存構成で光スイッチ単位素子を組み合わせて4×4マトリクス光スイッチを作製したものであり、光学特性を調べたところ、60dB以上の消光比を得た。   That is, as in Example 1, a 4 × 4 matrix optical switch was fabricated by combining optical switch unit elements in a path-independent configuration, and optical characteristics were examined, and an extinction ratio of 60 dB or more was obtained.

また、ニオブ酸リチウム系光導波路は電気光学効果による導波路型光スイッチを作製することが出来る。   In addition, a lithium niobate-based optical waveguide can produce a waveguide type optical switch based on an electro-optic effect.

この場合、回路要素としては方向性結合器を用い、近接する2本の導波路の間に電界をかけることで、経路切替を行う。   In this case, a directional coupler is used as a circuit element, and path switching is performed by applying an electric field between two adjacent waveguides.

本発明の実施例8に係るニオブ酸リチウム系光導波路を用いた光スイッチ単位素子の概略を図7に示す。   FIG. 7 shows an outline of an optical switch unit element using a lithium niobate-based optical waveguide according to Example 8 of the present invention.

図7(a)は回路平面図、図7(b)は図7(a)における線分G−G’の断面図、図7(c)は線分H−H’の断面図である。   7A is a circuit plan view, FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line G-G ′ in FIG. 7A, and FIG. 7C is a cross-sectional view taken along line H-H ′.

図7に示すように、本実施例に係る光スイッチ単位素子は、ニオブ酸リチウム系基板40上に作製されるニオブ酸リチウム系光導波路コア44により、互いに交差する入力導波路と出力導波路、及びその近傍のバイパス導波路を構成し、絶縁膜45で覆ったものである。   As shown in FIG. 7, the optical switch unit element according to this example includes an input waveguide and an output waveguide that intersect with each other by a lithium niobate-based optical waveguide core 44 manufactured on a lithium niobate-based substrate 40. And a bypass waveguide in the vicinity thereof and covered with an insulating film 45.

バイパス光導波路と入力光導波路とが方向性結合器41を形成すると共にその近接する2本の導波路上に装備された電界印加電極43a,43bにより1×2光スイッチが構成され、バイパス光導波路と出力光導波路とが方向性結合器41を形成すると共にその近接する2本の導波路上に装備された電界印加電極43a,43bにより2×1光スイッチが構成され、更に、その間の2本の導波路及び近接する2本の導波路上に装備された電界印加電極43a,43bにより1×1光ゲートスイッチが構成されている。   The bypass optical waveguide and the input optical waveguide form a directional coupler 41, and a 1 × 2 optical switch is configured by the electric field applying electrodes 43a and 43b provided on the two adjacent waveguides. And the output optical waveguide form a directional coupler 41 and electric field applying electrodes 43a and 43b mounted on the two adjacent waveguides constitute a 2 × 1 optical switch. The 1 × 1 optical gate switch is configured by the electric field applying electrodes 43a and 43b mounted on the two waveguides and the two adjacent waveguides.

つまり、実施例1と同様に、パス無依存構成で光スイッチ単位素子を組み合わせて4×4マトリクス光スイッチを作製したものであり、光学特性を調べたところ、60dB以上の消光比を得た。   That is, as in Example 1, a 4 × 4 matrix optical switch was fabricated by combining optical switch unit elements in a path-independent configuration, and optical characteristics were examined, and an extinction ratio of 60 dB or more was obtained.

なお、これらの回路要素を任意に組み合わせて光スイッチ単位素子を構成することも可能であることは勿論であり、いずれの組み合わせを用いて構成しても同様の効果を得ることが可能である。   Of course, the optical switch unit element can be configured by arbitrarily combining these circuit elements, and the same effect can be obtained by using any combination.

このように説明したように、本発明の導波路型光スイッチ単位素子は、図1に示すように、従来の2×2スイッチに1×1ゲートスイッチ18cを追加したところに特徴があり、本発明の導波路型マトリックス光スイッチは、前記の導波路型光スイッチ単位素子を構成単位としてマトリックス光スイッチを構成した点に特徴がある。   As described above, the waveguide type optical switch unit element of the present invention is characterized in that a 1 × 1 gate switch 18c is added to a conventional 2 × 2 switch as shown in FIG. The waveguide-type matrix optical switch according to the invention is characterized in that the matrix optical switch is configured with the waveguide-type optical switch unit element as a constituent unit.

本発明は、光ルータなど光通信システムにおいて用いられる光スイッチとして広く利用可能なものである。   The present invention can be widely used as an optical switch used in an optical communication system such as an optical router.

本発明の実施例1における1×2光スイッチ、2×1光スイッチおよび1×1光スイッチを備えた光スイッチ単位素子の構成を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the structure of the optical switch unit element provided with the 1x2 optical switch in Example 1 of this invention, a 2x1 optical switch, and a 1x1 optical switch. 本発明の実施例2における4×8マトリクス光スイッチの構成を示す全体平面図である。It is a whole top view which shows the structure of the 4x8 matrix optical switch in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2における4×8マトリクス光スイッチチップの回路配置の概略を示す平面図である。It is a top view which shows the outline of the circuit arrangement | positioning of the 4x8 matrix optical switch chip in Example 2 of this invention. 本発明の実施例3における8×8マトリクス光スイッチの構成を示す全体平面図である。It is a whole top view which shows the structure of the 8x8 matrix optical switch in Example 3 of this invention. 本発明の実施例3における1×2光スイッチ、2×1光スイッチおよび1×1光スイッチを備え、断熱溝構造を有する光スイッチ単位素子の構成を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the structure of the optical switch unit element which has a 1x2 optical switch in Example 3 of this invention, a 2x1 optical switch, and a 1x1 optical switch, and has a heat insulation groove | channel structure. 本発明の一実施形態であるY分岐光導波路を構成要素とした光スイッチ単位素子の平面図である。It is a top view of the optical switch unit element which used the Y branch optical waveguide which is one Embodiment of this invention as a component. 本発明の一実施形態である方向性結合器を構成要素とした光スイッチ単位素子の平面図である。It is a top view of the optical switch unit element which used the directional coupler which is one Embodiment of this invention as a component. 4×4マトリクス光スイッチの基本構成の一例を示す全体平面図および各光スイッチ単位素子の動作状態を説明する図である。It is a whole top view which shows an example of the basic composition of a 4x4 matrix optical switch, and a figure explaining the operation state of each optical switch unit element. 本実施例1の一形態である図1の4×4マトリクス光スイッチを石英系ガラス光導波路で実現した導波路型4×4マトリクス光スイッチの全体平面図である。FIG. 2 is an overall plan view of a waveguide type 4 × 4 matrix optical switch in which the 4 × 4 matrix optical switch of FIG. 従来の2重ゲート型光スイッチ単位素子の平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of the conventional double gate type | mold optical switch unit element. 本実施例1の一形態であるパス無依存構成4×4マトリクス光スイッチの構成を示す全体平面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall plan view showing a configuration of a path-independent configuration 4 × 4 matrix optical switch that is a form of Example 1; 本発明の実施例4における1×2光スイッチ、2×1光スイッチおよび1×1光スイッチを備えた光スイッチ単位素子の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the optical switch unit element provided with the 1x2 optical switch in Example 4 of this invention, a 2x1 optical switch, and a 1x1 optical switch.

符号の説明Explanation of symbols

1a−1d,2a−2d〜8a−8d 入力光導波路
1c−1b,2c−2b〜8c−8b 出力光導波路
1 シリコン基板
2 クラッド層
11a−11b 入力光導波路
12a−12b 出力光導波路
13a−13b バイパス光導波路
14a,14b,14c,15a,15b,15c 方向性結合器
16a,16b,16c 薄膜ヒータ(熱光学位相シフタ)
17a,17b 1×1光ゲートスイッチとしてのマッハ・ツェンダー干渉計回路を形成する光導波路
18a,18b,18c マッハ・ツェンダー干渉計回路
19 光導波路交差部
20a,20b,20c 断熱溝
30 Y分岐光導波路
31 薄膜ヒータ(熱光学位相シフタ)
32 高分子光導波路
40 ニオブ酸リチウム系基板
41 方向性結合器(1×2スイッチまたは2×1スイッチ)
42 方向性結合器(1×1スイッチ)
43a 電界印加電極
43b 電界印加電極
44 ニオブ酸リチウム系光導波路コア
45 絶縁膜
70a 入力光導波路束
70b 出力光導波路束
1a-1d, 2a-2d to 8a-8d Input optical waveguide 1c-1b, 2c-2b to 8c-8b Output optical waveguide 1 Silicon substrate 2 Clad layer 11a-11b Input optical waveguide 12a-12b Output optical waveguide 13a-13b Bypass Optical waveguides 14a, 14b, 14c, 15a, 15b, 15c Directional couplers 16a, 16b, 16c Thin film heater (thermo-optic phase shifter)
17a, 17b Optical waveguides 18a, 18b, 18c forming a Mach-Zehnder interferometer circuit as a 1 × 1 optical gate switch Mach-Zehnder interferometer circuit 19 Optical waveguide intersections 20a, 20b, 20c Adiabatic groove 30 Y branch optical waveguide 31 Thin film heater (thermo-optic phase shifter)
32 Polymer optical waveguide 40 Lithium niobate substrate 41 Directional coupler (1 × 2 switch or 2 × 1 switch)
42 Directional coupler (1 x 1 switch)
43a Electric field application electrode 43b Electric field application electrode 44 Lithium niobate optical waveguide core 45 Insulating film 70a Input optical waveguide bundle 70b Output optical waveguide bundle

Claims (14)

互いに交差する1本の入力光導波路および1本の出力光導波路、さらに前記入力光導波路と前記出力光導波路とを接続するバイパス光導波路からなり、前記バイパス光導波路と前記入力光導波路との間で、前記入力光導波路を入力部となし、前記入力光導波路および前記バイパス光導波路を出力部とする1×2光スイッチと、前記バイパス光導波路と前記出力光導波路との間で、前記出力光導波路および前記バイパス光導波路を入力部となし、前記出力光導波路を出力部とする2×1光スイッチと、前記1×2光スイッチおよび前記2×1光スイッチ間の前記バイパス光導波路を入力部および出力部とする1×1光ゲートスイッチを備えていることを特徴とする導波路型光スイッチ単位素子。 One input optical waveguide and one output optical waveguide intersecting each other, and further, a bypass optical waveguide connecting the input optical waveguide and the output optical waveguide, and between the bypass optical waveguide and the input optical waveguide The 1 × 2 optical switch having the input optical waveguide as an input portion and the input optical waveguide and the bypass optical waveguide as an output portion, and the output optical waveguide between the bypass optical waveguide and the output optical waveguide And a 2 × 1 optical switch having the bypass optical waveguide as an input unit and the output optical waveguide as an output unit, and the bypass optical waveguide between the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch as an input unit and 1. A waveguide type optical switch unit element comprising a 1 × 1 optical gate switch as an output unit. 前記1×2光スイッチおよび前記2×1光スイッチが、2本の近接した光導波路からなる方向性結合器2個と2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタとによって構成されるマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチであることを特徴とする請求項1記載の導波路型光スイッチ単位素子。 The 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch are equipped with at least one of two directional couplers composed of two adjacent optical waveguides and two arm optical waveguides or arm optical waveguides. 2. The waveguide type optical switch unit element according to claim 1, wherein the optical element is a Mach-Zehnder interferometer type optical switch constituted by a shifter. 前記1×2光スイッチおよび前記2×1光スイッチが、2個のマルチモード光結合器と2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタとによって構成されるマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチであることを特徴とする請求項1記載の導波路型光スイッチ単位素子。 The 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch are configured by two multimode optical couplers, two arm optical waveguides, and a phase shifter provided in at least one of the arm optical waveguides. The waveguide type optical switch unit element according to claim 1, wherein the waveguide type optical switch unit element is a Zehnder interferometer type optical switch. 前記1×2光スイッチの入力側および前記2×1光スイッチの出力側にY分岐型光導波路、前記1×2光スイッチの出力側および前記2×1光スイッチの入力側に2本の近接した光導波路からなる方向性結合器を配置し、Y分岐型光導波路と方向性結合器を結ぶ2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成されるマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチであることを特徴とする請求項1記載の導波路型光スイッチ単位素子。 A Y-branch type optical waveguide on the input side of the 1 × 2 optical switch and the output side of the 2 × 1 optical switch, and two proximity on the output side of the 1 × 2 optical switch and the input side of the 2 × 1 optical switch A Mach formed by arranging a directional coupler composed of an optical waveguide and a phase shifter provided in at least one of two arm optical waveguides connecting the Y-branch optical waveguide and the directional coupler. The waveguide type optical switch unit element according to claim 1, wherein the waveguide type optical switch unit element is a Zehnder interferometer type optical switch. 前記1×2光スイッチおよび前記2×1光スイッチが、Y分岐型光導波路および位相シフタを装備した構成からなる光スイッチであることを特徴とする請求項1記載の導波路型光スイッチ単位素子。 2. The waveguide type optical switch unit element according to claim 1, wherein each of the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch is an optical switch having a configuration equipped with a Y-branch optical waveguide and a phase shifter. . 前記1×2光スイッチおよび前記2×1光スイッチが、2本の近接した光導波路からなる方向性結合器および少なくともいずれか1本の光導波路に装備した位相シフタによって構成される光スイッチであることを特徴とする請求項1記載の導波路型光スイッチ単位素子。 The 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch are optical switches configured by a directional coupler including two adjacent optical waveguides and a phase shifter provided in at least one of the optical waveguides. The waveguide-type optical switch unit element according to claim 1. 前記1×1光ゲートスイッチが、2本の近接した光導波路からなる方向性結合器2個と2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成されるマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチであることを特徴とする請求項1,2,3,4,5又は6記載の導波路型光スイッチ単位素子。 The 1 × 1 optical gate switch is composed of two directional couplers composed of two adjacent optical waveguides, two arm optical waveguides, and a phase shifter provided in at least one of the arm optical waveguides. 7. A waveguide type optical switch unit element according to claim 1, wherein the waveguide type optical switch unit element is a Zehnder interferometer type optical switch. 前記1×1光ゲートスイッチが、2個のマルチモード光結合器と2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成されるマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチであることを特徴とする請求項1,2,3,4,5又は6記載の導波路型光スイッチ単位素子。 Mach-Zehnder interferometer type optical switch in which the 1 × 1 optical gate switch is constituted by a phase shifter provided in at least one of two multimode optical couplers, two arm optical waveguides, and arm optical waveguides The waveguide type optical switch unit element according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6. 前記1×1光ゲートスイッチの入力側にY分岐型光導波路、出力側に2本の近接した光導波路からなる方向性結合器を配置し、Y分岐型光導波路と方向性結合器を結ぶ2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成されるマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチであることを特徴とする請求項1,2,3,4,5又は6記載の導波路型光スイッチ単位素子。 A directional coupler consisting of a Y-branch optical waveguide on the input side of the 1 × 1 optical gate switch and two adjacent optical waveguides on the output side is arranged to connect the Y-branch optical waveguide and the directional coupler 2. A Mach-Zehnder interferometer type optical switch configured by a phase shifter provided in at least one of the arm optical waveguide and the arm optical waveguide. 7. The waveguide type optical switch unit element according to 6. 前記1×1光ゲートスイッチが、2個のY分岐型光導波路および2本のアーム光導波路およびアーム光導波路の少なくともいずれか一方に装備した位相シフタによって構成される光スイッチであることを特徴とする請求項1,2,3,4,5又は6記載の導波路型光スイッチ単位素子。 The 1 × 1 optical gate switch is an optical switch configured by a phase shifter provided in at least one of two Y-branch optical waveguides, two arm optical waveguides, and arm optical waveguides. The waveguide type optical switch unit element according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6. 前記1×1光ゲートスイッチが、2本の近接した光導波路からなる方向性結合器および少なくともいずれか1本の光導波路に装備した位相シフタによって構成される光スイッチであることを特徴とする請求項1,2,3,4,5又は6記載の導波路型光スイッチ単位素子。 The 1 × 1 optical gate switch is an optical switch including a directional coupler including two adjacent optical waveguides and a phase shifter provided in at least one of the optical waveguides. Item 7. The waveguide type optical switch unit element according to Item 1, 2, 3, 4, 5, or 6. 互いに交差するM(Mは正の整数)本の入力光導波路およびN(Nは正の整数)本の出力光導波路におけるM×N個の交差部に、請求項1〜11に記載の導波路型光スイッチ単位素子を配置し、該導波路型光スイッチ単位素子を前記入出力光導波路にそれぞれ接続することを特徴とする導波路型マトリクス光スイッチ。 The waveguide according to claim 1, wherein M × N intersections in M (M is a positive integer) input optical waveguides and N (N is a positive integer) output optical waveguides intersecting each other. A waveguide-type matrix optical switch comprising: a type optical switch unit element; and the waveguide type optical switch unit element connected to the input / output optical waveguide. 請求項1〜11に記載の導波路型光スイッチ単位素子をN(Nは正の整数)行N列に配置し、第1列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路N本をそれぞれN個の入力端子とし、第N列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路N本をそれぞれN個の出力端子とし、第1行(2k−1)列(kは整数、2≦2k<N)に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は第2行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第1行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第N行(2k−1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は、Nが偶数のとき第(N−1)行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、Nが奇数のとき第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第(N−1)行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第1行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は第1行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第2行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は、Nが偶数のとき第N行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第(N−1)行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路に接続し、Nが奇数のとき第(N−1)行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第N行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路に接続されていることを特徴とする導波路型マトリクス光スイッチ。 12. The waveguide type optical switch unit elements according to claim 1 are arranged in N (N is a positive integer) rows and N columns, and N input optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the first column are respectively provided. N input terminals, N output optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the Nth column are respectively N output terminals, and the first row (2k−1) columns (k is an integer, 2 ≦ 2k) The input optical waveguide and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in <N) are the optical waveguide unit of the optical switch unit element arranged in the second row 2k column and the optical switch unit arranged in the first row 2k column. The input optical waveguide and the output optical waveguide of the optical switch unit element respectively connected to the output optical waveguide of the element and arranged in the Nth row (2k-1) column are the (N-1) th row 2k when N is an even number. Input optical waveguide and Nth row of optical switch unit elements arranged in columns Connected to the output optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the k columns, respectively, and when N is an odd number, the input optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the Nth row and 2k columns and the (N-1) th row 2k The input optical waveguides and the output optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the first row 2k columns are arranged in the first row (2k + 1) columns, respectively connected to the output optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the columns. Connected to the input optical waveguide of the optical switch unit element and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the second row (2k + 1) column, respectively, and the input light of the optical switch unit element arranged in the Nth row 2k column When N is an even number, the waveguide and the output optical waveguide are input optical waveguides of optical switch unit elements arranged in the Nth row (2k + 1) column and optical switch units arranged in the (N−1) th row (2k + 1) column. Device exit Input optical waveguide of optical switch unit element arranged in (N−1) th row (2k + 1) column and optical switch unit element arranged in Nth row (2k + 1) column when connected to the optical waveguide and N is an odd number A waveguide-type matrix optical switch, characterized in that it is connected to an output optical waveguide. 請求項1〜11に記載の導波路型光スイッチ単位素子をN(Nは正の整数)行N列に配置し、第1列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路N本をそれぞれN個の入力端子とし、第N列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路N本をそれぞれN個の出力端子とし、第1行(2k−1)列(kは整数、2≦2k<N)に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は第1行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第2行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第N行(2k−1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は、Nが偶数のとき第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第(N−1)行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、Nが奇数のとき第(N−1)行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第1行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は第2行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第1行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路にそれぞれ接続し、第N行2k列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路および出力光導波路は、Nが偶数のとき第(N−1)行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第N行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路に接続し、Nが奇数のとき第N行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の入力光導波路と第(N−1)行(2k+1)列に配置された光スイッチ単位素子の出力光導波路に接続されていることを特徴とする導波路型マトリクス光スイッチ。 12. The waveguide type optical switch unit elements according to claim 1 are arranged in N (N is a positive integer) rows and N columns, and N input optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the first column are respectively provided. N input terminals, N output optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the Nth column are respectively N output terminals, and the first row (2k−1) columns (k is an integer, 2 ≦ 2k) <N) The input optical waveguide and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in <N) are the input optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the first row 2k column and the optical switch unit arranged in the second row 2k column. The input optical waveguide and the output optical waveguide of the optical switch unit element respectively connected to the output optical waveguide of the element and arranged in the Nth row (2k-1) column are arranged in the Nth row and 2k column when N is an even number. Input optical waveguide of the optical switch unit element and the (N-1) th row Connected to the output optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the k columns, respectively, and when N is an odd number, the input optical waveguides of the optical switch unit elements arranged in the (N−1) th row and 2k columns and the Nth row 2k The input optical waveguide and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the first row 2k column are arranged in the second row (2k + 1) column, respectively connected to the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the column. Connected to the input optical waveguide of the optical switch unit element and the output optical waveguide of the optical switch unit element arranged in the first row (2k + 1) column, respectively, and the input light of the optical switch unit element arranged in the Nth row 2k column When N is an even number, the waveguide and the output optical waveguide are input optical waveguides of optical switch unit elements arranged in the (N−1) th row (2k + 1) column and optical switch units arranged in the Nth row (2k + 1) column. Device exit Input optical waveguide of optical switch unit element arranged in Nth row (2k + 1) column and optical switch unit element arranged in (N-1) th row (2k + 1) column when connected to optical waveguide and N is odd A waveguide-type matrix optical switch, characterized in that it is connected to an output optical waveguide.
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