JP2016033546A - Tree type optical switch constitution - Google Patents

Tree type optical switch constitution Download PDF

Info

Publication number
JP2016033546A
JP2016033546A JP2014155828A JP2014155828A JP2016033546A JP 2016033546 A JP2016033546 A JP 2016033546A JP 2014155828 A JP2014155828 A JP 2014155828A JP 2014155828 A JP2014155828 A JP 2014155828A JP 2016033546 A JP2016033546 A JP 2016033546A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical switch
phase
phase modulation
control
modulation region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014155828A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6247172B2 (en
Inventor
須崎 泰正
Yasumasa Suzaki
泰正 須崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2014155828A priority Critical patent/JP6247172B2/en
Publication of JP2016033546A publication Critical patent/JP2016033546A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6247172B2 publication Critical patent/JP6247172B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the number of control terminals to one, and thereby downsize an element.SOLUTION: In a tree type optical switch structure 20 of a Mach-Zehnder type optical switch SW, a phase modulation region and a phase adjustment region are formed in one arm optical waveguide of each optical switch SW. The length of the phase modulation region is L at a first step, and L/2 at a second step. The phase difference capable of being imparted by the phase adjustment region is 0 at the first step, and 0 and -π/4 at the second step. Then, one control terminal CT1 and the electrode terminal of each optical switch SW are connected by an electric wiring LE.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光情報通信で用いられるツリー型光スイッチ構成において、制御端子の数を少なくしつつ、多数の出力ポートへのスイッチング動作を行うことができるように工夫したものである。   The present invention is devised so that a switching operation to a large number of output ports can be performed while reducing the number of control terminals in a tree-type optical switch configuration used in optical information communication.

光通信は大容量、超高速性という特長があり、近年では多くの情報通信網で実用化されている。このようなネットワークでは、大容量化に向けた方策として、伝送速度の高速化や複数の波長を重畳する波長多重化の研究開発が行われている。   Optical communication has the features of large capacity and ultra-high speed, and has been put into practical use in many information communication networks in recent years. In such a network, research and development of increasing the transmission speed and wavelength multiplexing for superimposing a plurality of wavelengths are being carried out as measures for increasing the capacity.

一方、各ネットワークノードは、複数のノードと光ファイバによってリンク接続されており、効率的なトラフィックを実現するにはノード間を接続する経路を柔軟に変更することが必要になる。   On the other hand, each network node is linked to a plurality of nodes by optical fibers, and in order to realize efficient traffic, it is necessary to flexibly change the path connecting the nodes.

ここで、ポイントトゥポイントで光接続された場合には、ノードの入力端で光/電気変換をして電気スイッチでスイッチングし、ノードの出力端で再度、電気/光変換して信号が伝送される。この場合は、光/電気変換をする際や、電気スイッチで高速スイッチングをする際に多くの電力を消費する。   Here, when the optical connection is made point-to-point, optical / electrical conversion is performed at the input terminal of the node, switching is performed by an electrical switch, and electrical / optical conversion is performed again at the output terminal of the node to transmit a signal. The In this case, a large amount of power is consumed when optical / electrical conversion is performed or when high-speed switching is performed using an electrical switch.

これに対して、ノード内に光スイッチを配置してスイッチングすることが研究開発されている。この場合には、光スイッチで光信号の経路自体をスイッチングして光信号のまま経路変更させるため、光/電気変換や電気スイッチでの高速スイッチングが不要となり、高速な光信号を低消費電力でスイッチングすることができる。   On the other hand, research and development has been conducted to arrange and switch an optical switch in a node. In this case, since the optical signal path itself is switched by the optical switch and the path is changed as it is, the optical / electrical conversion or the high-speed switching by the electric switch is not necessary, and the high-speed optical signal is consumed with low power consumption. Can be switched.

このような光スイッチとしては、ガラス系の平面光導波路(PLC:Planar Light wave Circuit)上に構成した熱光学スイッチ(TOSW:Thermo-Optic Switch)、InP系の光変調器や半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)を用いたスイッチ、LiNbO3系の光変調器を用いたスイッチなどが研究開発されている。 As such an optical switch, a thermo-optic switch (TOSW) configured on a glass-based planar light wave circuit (PLC), an InP-based optical modulator, or a semiconductor optical amplifier (SOA) : Semiconductor Optical Amplifier) and switches using LiNbO 3 -based optical modulators are being researched and developed.

主な光スイッチ構成としては、用途により、N×Nの光スイッチングが行えるクロスバー型光スイッチ構成や、1×Nの光スイッチングが行えるツリー型光スイッチ構成などが研究開発されている。
また、1×Nのツリー型光スイッチ構成を入力側にN個用い、N×1のツリー型光スイッチ構成を出力側にN個用い、入力側のツリー型光スイッチ構成と出力側のツリー型光スイッチ構成とを結線することで、ノンブロッキングのN×N光スイッチを実現することもできる(例えば非特許文献1参照)。
As main optical switch configurations, a crossbar type optical switch configuration capable of performing N × N optical switching and a tree type optical switch configuration capable of performing 1 × N optical switching have been researched and developed.
Also, N 1 × N tree-type optical switch configurations are used on the input side, N N × 1 tree-type optical switch configurations are used on the output side, and the input-side tree-type optical switch configuration and the output-side tree type are used. By connecting the optical switch configuration, a non-blocking N × N optical switch can be realized (see, for example, Non-Patent Document 1).

ここで、従来技術に係る1×N(1入力、N出力)のツリー型光スイッチ構成10を、図5を参照して説明する。
なお、以下の説明において、光スイッチを総称するときには符号「SW」を用い、個々の光スイッチを区別する場合には符号「SW11,SW21,SW22・・・」等を用いる。
Here, a 1 × N (1 input, N output) tree-type optical switch configuration 10 according to the prior art will be described with reference to FIG.
In the following description, the symbol “SW” is used to collectively refer to optical switches, and the symbol “SW11, SW21, SW22...” Or the like is used to distinguish individual optical switches.

図5に示す従来のツリー型光スイッチ構成10は、1×2(1入力、2出力)の光スイッチSWを基本構成要素としており、合計で7つの光スイッチSWを、3段、ツリー状に接続して構成したものである。これにより、ツリー型光スイッチ構成10は、1×8の光スイッチとして機能する。   The conventional tree-type optical switch configuration 10 shown in FIG. 5 has a 1 × 2 (one input, two output) optical switch SW as a basic component, and a total of seven optical switches SW are arranged in three stages in a tree shape. Connected and configured. Thereby, the tree-type optical switch configuration 10 functions as a 1 × 8 optical switch.

更に詳述すると、ツリー型光スイッチ構成10では、1段目(最上段)に1つの光スイッチSW11を配置し、2段目に2つの光スイッチSW21,SW22を配置し、3段目(最下段)に4つの光スイッチSW31,SW32,SW33,SW34を配置している。
各光スイッチSWは、上段側に1本の入力ポートIが位置し、下段側に2本の出力ポートOが位置する向きに配列されており、上段側の光スイッチの各出力ポートOに、下段側の光スイッチの入力ポートIが接続されるように、上段側と下段側の光スイッチSWが光導波路LLにより接続されている。
More specifically, in the tree-type optical switch configuration 10, one optical switch SW11 is arranged at the first stage (uppermost stage), two optical switches SW21 and SW22 are arranged at the second stage, and the third stage (uppermost stage). In the lower part, four optical switches SW31, SW32, SW33, SW34 are arranged.
Each optical switch SW is arranged in such a direction that one input port I is located on the upper side and two output ports O are located on the lower side, and each optical switch SW is connected to each output port O of the upper optical switch. The upper and lower optical switches SW are connected by an optical waveguide LL so that the input port I of the lower optical switch is connected.

1×2の光スイッチSWの代表的なものとしては、マッハツェンダー(MZ:Mach-Zehnder)型の光位相変調器が用いられている。   As a typical 1 × 2 optical switch SW, a Mach-Zehnder (Mach-Zehnder) type optical phase modulator is used.

MZ型の光位相変調器は、図6に示すように、入力側の方向性結合器Y1と、出力側の方向性結合器Y2と、入力側と出力側の方向性結合器Y1,Y2を接続する2つのアーム光導波路A1,A2と、入力側の方向性結合器Y1に接続された1つの入力ポートIと、出力側の方向性結合器Y2に接続された2つの出力ポートOを有している。
入力側の方向性結合器Y1は光強度を2等分する特性を有し、出力側の方向性結合器Y2は光を結合する特性を有している。また、2つのアーム光導波路A1,A2の光導波路長は等しくなっている。そして、一方のアーム光導波路A1には位相変調領域PMが形成され、この位相変調領域PM上には電極端子ETが配置されている。
As shown in FIG. 6, the MZ type optical phase modulator includes an input-side directional coupler Y1, an output-side directional coupler Y2, and input-side and output-side directional couplers Y1 and Y2. Two arm optical waveguides A1 and A2 to be connected, one input port I connected to the directional coupler Y1 on the input side, and two output ports O connected to the directional coupler Y2 on the output side doing.
The directional coupler Y1 on the input side has a characteristic of dividing the light intensity into two equal parts, and the directional coupler Y2 on the output side has a characteristic of coupling light. Further, the optical waveguide lengths of the two arm optical waveguides A1 and A2 are equal. A phase modulation region PM is formed in one arm optical waveguide A1, and an electrode terminal ET is disposed on the phase modulation region PM.

このようなMZ型の光位相変調器による光スイッチSWでは、入力ポートIに信号光Pを入力したときに、電極端子ETに電圧または電流を供給して位相変調領域PMにおいて位相変調することにより、アーム光導波路A1,A2間の位相差を、0またはπ/2に変化させることによって、出力側の2つの出力ポートOのいずれか一方から信号光Pを出力すること、即ちスイッチングをすることができる。
つまり、アーム光導波路A1,A2間の位相差を0にすれば、クロスポート(図6では右側の出力ポートO)から信号光Pが出力され、光アーム光導波路A1,A2間の位相差をπ/2にすれば、スルーポート(図6では左側の出力ポートO)から信号光Pが出力されるようにしている。
In such an optical switch SW using an MZ type optical phase modulator, when the signal light P is input to the input port I, voltage or current is supplied to the electrode terminal ET to perform phase modulation in the phase modulation region PM. By changing the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 to 0 or π / 2, the signal light P is output from one of the two output ports O on the output side, that is, switching is performed. Can do.
That is, if the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 is set to 0, the signal light P is output from the cross port (the right output port O in FIG. 6), and the phase difference between the optical arm optical waveguides A1 and A2 is calculated. With π / 2, the signal light P is output from the through port (the left output port O in FIG. 6).

図5に戻り説明を続けると、ツリー型光スイッチ構成10は、光スイッチSWの配置数(7個)と同数(7個)の制御端子CT1〜CT7を備えている。各光スイッチSWの各電極端子ETには、制御電子回路C1〜C7から、制御端子CT1〜CT7及び電気配線LEを介して、電圧または電流が個別に供給されるようになっている。   Returning to FIG. 5 and continuing the description, the tree-type optical switch configuration 10 includes the same number (7) of control terminals CT1 to CT7 as the number of optical switches SW (7). Each electrode terminal ET of each optical switch SW is individually supplied with voltage or current from the control electronic circuits C1 to C7 via the control terminals CT1 to CT7 and the electric wiring LE.

電極端子ETに電圧または電流が供給されることにより、光スイッチ(MZ型の光位相変調器)SWの位相変調領域PMの屈折率が変化して、位相が変調され、スイッチング動作が行なわれる。   By supplying voltage or current to the electrode terminal ET, the refractive index of the phase modulation region PM of the optical switch (MZ type optical phase modulator) SW changes, the phase is modulated, and a switching operation is performed.

各制御電子回路C1〜C7は、電圧値が0ボルトとなっている制御電圧V0と、アーム光導波路A1,A2間の位相差をπ/2とする電圧値となっている制御電圧Vπ/2を出力する。したがって、各制御電子回路C1〜C7から各光スイッチSWの電極端子ETに制御電圧V0を入力すると、クロスポートから信号光が出力され、各制御電子回路C1〜C7から各光スイッチSWの電極端子ETに制御電圧Vπ/2を入力すると、スルーポートから信号光が出力されて、スイッチング動作を行うことができる。
なお図7は、1×2光スイッチSWの電圧印加による位相変動状態を示すものである。
Each control electronics C1~C7 the control voltage of which value 0 and the control voltage V 0 which is a bolt, and has a voltage value of the phase difference and [pi / 2 between the arm optical waveguides A1, A2 V [pi / 2 is output. Therefore, when the control voltage V 0 is input from each control electronic circuit C1 to C7 to the electrode terminal ET of each optical switch SW, signal light is output from the cross port, and the electrode of each optical switch SW is output from each control electronic circuit C1 to C7. When the control voltage Vπ / 2 is input to the terminal ET, signal light is output from the through port, and a switching operation can be performed.
FIG. 7 shows a phase fluctuation state due to voltage application of the 1 × 2 optical switch SW.

図5に示すツリー型光スイッチ構成10では、各段の光スイッチSWをスイッチング動作させることにより、最終的には、3段目の光スイッチSW31,SW32,SW33,SW34に形成された合計8個の出力ポートOのうちのいずれか1つの出力ポートOから光信号Pを出力することができる。   In the tree-type optical switch configuration 10 shown in FIG. 5, by switching the optical switches SW at each stage, finally, a total of eight optical switches SW31, SW32, SW33, SW34 formed in the third stage are formed. The optical signal P can be output from any one of the output ports O.

T. Watanabe他、「Silica-based PLC 1×128 thermo-optic switch」27th European Conference on Optical Communication (ECOC), vol.2, pp. 134-135, 2001.T. Watanabe et al., `` Silica-based PLC 1 × 128 thermo-optic switch '' 27th European Conference on Optical Communication (ECOC), vol.2, pp. 134-135, 2001.

一般的に言うと、1×2M(1入力、2M出力)のツリー型光スイッチ構成を実現するには、下記の式で示す個数の1×2光スイッチをM段に配置する必要がある(但しMは2以上の整数である。)。

Figure 2016033546
Generally speaking, in order to realize a 1 × 2 M (1 input, 2 M output) tree-type optical switch configuration, it is necessary to arrange the number of 1 × 2 optical switches represented by the following formulas in M stages. Yes (where M is an integer of 2 or more).
Figure 2016033546

つまり、2M個の出力ポートを有するツリー型光スイッチ構成は、2M−1個の光スイッチ(基本構成要素)を、M段に接続して構成される。 That is, the tree-type optical switch configuration having 2 M output ports is configured by connecting 2 M −1 optical switches (basic components) to M stages.

具体例で説明すると、図5に示すツリー型光スイッチ構成10では、M=3であり、合計7個(=20+21+22個=23−1個)の光スイッチSWを、3段に配置した、1×23の光スイッチ構成である。
図5の例では、光スイッチSW11のスルーポートから信号光Pが出力され、光スイッチSW22のクロスポートから信号光Pが出力され、光スイッチSW33のクロスポートから信号光Pが出力されるように、光スイッチSW11には制御電圧Vπ/2を入力し、光スイッチSW22,SW33に制御電圧V0を入力することにより、光スイッチSW33のクロスポート(右側の出力ポートO)から信号光Pが出力される。
このときには、残りの他の光スイッチSWには、信号光がそもそも入力されないので、制御電圧V0または制御電圧Vπ/2のいずれを入力してもよい。
More specifically, in the tree-type optical switch configuration 10 shown in FIG. 5, M = 3, and a total of seven (= 2 0 +2 1 +2 2 = 2 3 −1) optical switches SW are 3 It was placed on the step, an optical switch structure of 1 × 2 3.
In the example of FIG. 5, the signal light P is output from the through port of the optical switch SW11, the signal light P is output from the cross port of the optical switch SW22, and the signal light P is output from the cross port of the optical switch SW33. By inputting the control voltage Vπ / 2 to the optical switch SW11 and inputting the control voltage V 0 to the optical switches SW22 and SW33, the signal light P is output from the cross port (right output port O) of the optical switch SW33. Is done.
At this time, since no signal light is originally input to the remaining other optical switches SW, either the control voltage V 0 or the control voltage Vπ / 2 may be input.

また、図8に示すツリー型光スイッチ構成10Aは、M=2としたものであり、合計3個(=20+21個=22−1個)の光スイッチSWを、2段に配置した、1×22の光スイッチ構成である。
図8の例では、光スイッチSW11のスルーポートから信号光が出力され、光スイッチSW22のスルーポートから信号光が出力されるように、光スイッチSW11,SW22に制御電圧Vπ/2を入力することにより、光スイッチSW22のスルーポート(左側の出力ポートO)から信号光Pが出力される。
このときには、残りの他の光スイッチSW21には、信号光がそもそも入力されないので、制御電圧V0または制御電圧Vπ/2のいずれを入力してもよい。
Further, the tree type optical switch configuration 10A shown in FIG. 8 has M = 2, and a total of three (= 2 0 +2 1 = 2 2 −1) optical switches SW are arranged in two stages. 1 × 2 2 optical switch configuration.
In the example of FIG. 8, the control voltage Vπ / 2 is input to the optical switches SW11 and SW22 so that the signal light is output from the through port of the optical switch SW11 and the signal light is output from the through port of the optical switch SW22. Accordingly, the signal light P is output from the through port (left output port O) of the optical switch SW22.
At this time, since no signal light is originally input to the remaining optical switch SW21, either the control voltage V 0 or the control voltage Vπ / 2 may be input.

このようなツリー型光スイッチ構成を制御(スイッチング動作)するためには、従来では、1つの1×2光スイッチに対して1つの制御端子CTを具備する必要がある。
例えば、図8に示す1×4のツリー型光スイッチ構成の場合には、制御端子CTは3個必要となり、図5に示す1×8のツリー型光スイッチ構成の場合には、制御端子CTは7個必要となり、1×16のツリー型光スイッチ構成の場合には、制御端子CTは15個必要となる。つまり、ツリー型光スイッチ構成では、出力ポート数の増加とともに制御端子CTの数が増加する。
In order to control such a tree-type optical switch configuration (switching operation), conventionally, it is necessary to provide one control terminal CT for one 1 × 2 optical switch.
For example, in the case of the 1 × 4 tree-type optical switch configuration shown in FIG. 8, three control terminals CT are required, and in the case of the 1 × 8 tree-type optical switch configuration shown in FIG. 7 are required, and in the case of a 1 × 16 tree-type optical switch configuration, 15 control terminals CT are required. That is, in the tree-type optical switch configuration, the number of control terminals CT increases as the number of output ports increases.

このように制御端子CTの数が増加してくると、電気配線LEが複雑になり、ツリー型光スイッチ構成が大型化する。さらに制御端子CTの数に対応して、制御電子回路Cの必要数も増加し、ツリー型光スイッチ構成と制御電子回路Cから成る光スイッチ装置の大型化、消費電力の増加が引き起こされる。
上記の課題は、ツリー型光スイッチ構成や光スイッチ装置の高コスト化も引き起こすことは自明である。
As the number of control terminals CT increases in this way, the electrical wiring LE becomes complicated and the configuration of the tree-type optical switch increases. Further, the required number of control electronic circuits C increases corresponding to the number of control terminals CT, which causes an increase in the size and power consumption of an optical switch device comprising a tree-type optical switch configuration and the control electronic circuit C.
It is self-evident that the above-described problem also causes a cost increase of the tree type optical switch configuration and the optical switch device.

従って、従来のツリー型光スイッチ構成では、スイッチングするポート数減少や特性劣化を起こすことなく、制御端子を削減できないことが課題となっていた。   Therefore, in the conventional tree-type optical switch configuration, there has been a problem that the number of control terminals cannot be reduced without causing a decrease in the number of ports to be switched and deterioration in characteristics.

本発明は、上記従来技術に鑑み、出力ポート数が多数であっても制御端子の数を1つにすることができる、ツリー型光スイッチ構成を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a tree-type optical switch configuration in which the number of control terminals can be reduced to one even when the number of output ports is large.

上記課題を解決する本発明は、
M−1個(但しMは2以上の整数)のマッハツェンダー型の光スイッチをM段に接続した、2M個の出力ポートを有するツリー型光スイッチ構成であって、
各前記光スイッチの一方のアーム光導波路に形成されており、電圧または電流が入力されることにより位相変調動作して、信号光に対して+位相の位相差を付与する位相変調領域と、
各前記光スイッチの一方のアーム光導波路に形成されており、信号光に対して−位相の位相差を付与する位相調整領域と、
前記位相変調領域上に配置された電極端子と、
1つの制御端子と、
前記制御端子と各前記電極端子とを接続しており、前記制御端子に入力される電圧または電流を前記電極端子に送る電気配線と、
を有しており、
前記光スイッチのうち第1段目の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さは、予め設定した長さになっており、第2段目以降の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さは、当該段の光スイッチに対して1段だけ上段側の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さの半分になっており、
第1段目では、前記光スイッチの位相調整領域が付与する位相差は0であり、
第2段目以降では、前記光スイッチの位相調整領域が付与する位相差は、−(π/2M)×Q(但しQは、0から1ずつ増加する数であり、最大値は2(M-1)−1である)のうちのいずれか一つであることを特徴とする。
The present invention for solving the above problems
2 M −1 (where M is an integer equal to or greater than 2) Mach-Zehnder type optical switches connected in M stages, a tree type optical switch configuration having 2 M output ports,
A phase modulation region that is formed in one arm optical waveguide of each of the optical switches, performs a phase modulation operation by inputting a voltage or a current, and gives a phase difference of + phase to the signal light;
Formed in one arm optical waveguide of each of the optical switches, and a phase adjustment region that gives a phase difference of -phase to the signal light;
An electrode terminal disposed on the phase modulation region;
One control terminal,
The control terminal and each of the electrode terminals are connected, and electrical wiring that sends a voltage or current input to the control terminal to the electrode terminal;
Have
Of the optical switches, the length of the phase modulation region formed in the first-stage optical switch is a preset length, and the length of the phase modulation region formed in the second-stage and subsequent optical switches is The length is half of the length of the phase modulation region formed in the optical switch on the upper stage side by one stage with respect to the optical switch of the stage,
In the first stage, the phase difference provided by the phase adjustment region of the optical switch is 0,
In the second and subsequent stages, the phase difference provided by the phase adjustment region of the optical switch is − (π / 2 M ) × Q (where Q is a number increasing from 0 by 1, and the maximum value is 2 ( M-1) -1)).

また本発明は、
前記制御端子には、前記位相変調領域において位相変調動作を起こす制御電圧が入力され、
前記制御電圧は、電圧値の異なる2M種類の制御電圧V0,V1,V2,・・・V2M
−1であり、制御電圧V0の電圧値は0であり、制御電圧V1の電圧値は第1段目の位相
変調領域に入力されたときに信号光に対して+π/2の位相差を付与できる値であり、以降、制御電圧V2,・・・V2M−1となるに従い、第1段目の位相変調領域に入力され
たときに信号光に対して付与する位相差が+π/2に順次+π/2ずつ増加していく値であることを特徴とする。
The present invention also provides
A control voltage that causes a phase modulation operation in the phase modulation region is input to the control terminal,
The control voltages are 2M types of control voltages V0, V1, V2,... V2 M having different voltage values.
−1, the voltage value of the control voltage V0 is 0, and the voltage value of the control voltage V1 gives a phase difference of + π / 2 to the signal light when input to the phase modulation area of the first stage. After that, as the control voltages V2,... V2 M −1, the phase difference given to the signal light becomes + π / 2 when input to the first phase modulation region. It is a value that increases sequentially by + π / 2.

また本発明は、
前記制御端子には、前記位相変調領域において位相変調動作を起こす制御電流が入力され、
前記制御電流は、電流値の異なる2M種類の制御電流I0,I1,I2,・・・I2M−1であり、制御電流I0の電流値は0であり、制御電流I1の電流値は第1段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して+π/2の位相差を付与できる値であり、以降、制御電流I2,・・・I2M−1となるに従い、第1段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して付与する位相差が+π/2に順次+π/2ずつ増加していく値であることを特徴とする。
The present invention also provides
A control current that causes a phase modulation operation in the phase modulation region is input to the control terminal,
The control current is 2 M types of control currents I0, I1, I2,... I2 M −1 having different current values, the current value of the control current I0 is 0, and the current value of the control current I1 is the first current value. It is a value that can give a phase difference of + π / 2 to the signal light when it is input to the first-stage phase modulation region, and thereafter, as the control currents I2,... I2 M −1, It is characterized in that the phase difference added to the signal light when it is input to the phase modulation area at the stage is a value that gradually increases by + π / 2 to + π / 2.

本発明のツリー型光スイッチ構成では、信号光を出力する出力ポート数の減少や、特性劣化を起こすことなく、ツリー型光スイッチ構成の制御端子の数を削減できる。
この結果、ツリー型光スイッチ構成(素子)の小型化、電極配線の簡略化、制御電子回路数の低減、ひいてはツリー型光構成と制御電子回路から成る光スイッチ装置の小型化、低消費電力化を実現することができる。
In the tree-type optical switch configuration of the present invention, the number of control terminals of the tree-type optical switch configuration can be reduced without reducing the number of output ports that output signal light or causing characteristic deterioration.
As a result, the tree-type optical switch configuration (element) is downsized, the electrode wiring is simplified, the number of control electronic circuits is reduced, and the optical switch device comprising the tree-type optical configuration and control electronic circuits is downsized and the power consumption is reduced. Can be realized.

本発明の実施例1に係るツリー型光スイッチ構成及び制御電子回路を示す構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The block diagram which shows the tree type | mold optical switch structure and control electronic circuit based on Example 1 of this invention. 実施例に用いる光スイッチを示す構成図。The block diagram which shows the optical switch used for an Example. 実施例1における、各光スイッチの動作状態を示す特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating an operation state of each optical switch in the first embodiment. 本発明の実施例2に係るツリー型光スイッチ構成及び制御電子回路を示す構成図。The block diagram which shows the tree type | mold optical switch structure and control electronic circuit which concern on Example 2 of this invention. 従来技術に係るツリー型光スイッチ構成及び制御電子回路を示す構成図。The block diagram which shows the tree-type optical switch structure and control electronic circuit which concern on a prior art. 従来技術に用いる光スイッチを示す構成図。The block diagram which shows the optical switch used for a prior art. 従来技術における、光スイッチの動作状態を示す斜視図。The perspective view which shows the operation state of the optical switch in a prior art. 従来技術に係る他のツリー型光スイッチ構成及び制御電子回路を示す構成図。The block diagram which shows the other tree type | mold optical switch structure and control electronic circuit based on a prior art.

以下、本発明に係るツリー型光スイッチ構成を、実施例に基づき詳細に説明する。   Hereinafter, a tree-type optical switch configuration according to the present invention will be described in detail based on examples.

[実施例1]
図1は本発明の実施例1に係る、ツリー型光スイッチ構成20を示す構成図である。
実施例1に係るツリー型光スイッチ構成20は、1×2の光スイッチSWを基本構成要素としており、合計で3つの光スイッチSWを、2段、ツリー状に接続して構成したものである。
[Example 1]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a tree-type optical switch configuration 20 according to Embodiment 1 of the present invention.
The tree-type optical switch configuration 20 according to the first embodiment includes a 1 × 2 optical switch SW as a basic component, and is configured by connecting a total of three optical switches SW in a tree shape in two stages. .

更に詳述すると、ツリー型光スイッチ構成20では、1段目(最上段)に1つの光スイッチSW11を配置し、2段目(最下段)に2つの光スイッチSW21,SW22を配置している。
各光スイッチSWは、上段側に1本の入力ポートIが位置し、下段側に2本の出力ポートOが位置する向きに配列されており、上段側の光スイッチの各出力ポートOに、下段側の光スイッチの入力ポートIが接続されるように、上段側と下段側の光スイッチSWが光導波路LLにより接続されている。
More specifically, in the tree-type optical switch configuration 20, one optical switch SW11 is arranged at the first stage (uppermost stage), and two optical switches SW21 and SW22 are arranged at the second stage (lowermost stage). .
Each optical switch SW is arranged in such a direction that one input port I is located on the upper side and two output ports O are located on the lower side, and each optical switch SW is connected to each output port O of the upper optical switch. The upper and lower optical switches SW are connected by an optical waveguide LL so that the input port I of the lower optical switch is connected.

各光スイッチSWとしては、マッハツェンダー(MZ:Mach-Zehnder)型の光位相変調器を用いている。   As each optical switch SW, a Mach-Zehnder (Mach-Zehnder) type optical phase modulator is used.

MZ型の光位相変調器は、図2に示すように、入力側の方向性結合器Y1と、出力側の方向性結合器Y2と、入力側と出力側の方向性結合器Y1,Y2を接続する2つのアーム光導波路A1,A2と、入力側の方向性結合器Y1に接続された1つの入力ポートIと、出力側の方向性結合器Y2に接続された2つの出力ポートOを有している。
入力側の方向性結合器Y1は光強度を2等分する特性を有し、出力側の方向性結合器Y2は光を結合する特性を有している。また、2つのアーム光導波路A1,A2の長さは等しくなっている。
As shown in FIG. 2, the MZ type optical phase modulator includes an directional coupler Y1 on the input side, a directional coupler Y2 on the output side, and directional couplers Y1 and Y2 on the input side and output side. Two arm optical waveguides A1 and A2 to be connected, one input port I connected to the directional coupler Y1 on the input side, and two output ports O connected to the directional coupler Y2 on the output side doing.
The directional coupler Y1 on the input side has a characteristic of dividing the light intensity into two equal parts, and the directional coupler Y2 on the output side has a characteristic of coupling light. Further, the lengths of the two arm optical waveguides A1 and A2 are equal.

アーム光導波路A1,A2のうち、一方のアーム光導波路A1には、位相変調領域PMが形成され、この位相変調領域PM上には、電極端子ETが配置されている。光の伝送方向に沿う、位相変調領域PMの長さについては後述する。
更に、一方のアーム光導波路A1には、位相調整領域PAが形成されている。位相調整領域PAによる位相調整量については後述する。
結局、アーム光導波路A1,A2のうち一方のアーム光導波路A1には、位相変調領域PMと位相調整領域PAが直列状態になって配置されている。
Of the arm optical waveguides A1 and A2, a phase modulation region PM is formed in one arm optical waveguide A1, and an electrode terminal ET is disposed on the phase modulation region PM. The length of the phase modulation region PM along the light transmission direction will be described later.
Further, a phase adjustment region PA is formed in one arm optical waveguide A1. The amount of phase adjustment by the phase adjustment area PA will be described later.
After all, in one arm optical waveguide A1 of the arm optical waveguides A1 and A2, the phase modulation region PM and the phase adjustment region PA are arranged in series.

位相変調領域PMにおいて位相変調を得るには光導波路の屈折率を変化させれば良い。ガラス系の光導波路では、ヒータ(この場合には、電極端子がヒータになる)へ電流を通電することで温度制御し、TO(Thermo-Optic)効果を用いて屈折率を変化させる。InP系の光導波路では、電圧印加によるフランツケルディッシュ(FK:Franz-Keldysh)効果や量子閉じ込めシュタルク(QCSE:Quantum Confined Stark Effect)効果もしくは電流注入によるプラズマ効果を用いて屈折率を変化させる。LN系の光導波路では、電圧印加によるポッケルス効果を用いて屈折率を変化させる。   In order to obtain phase modulation in the phase modulation region PM, the refractive index of the optical waveguide may be changed. In a glass-based optical waveguide, the temperature is controlled by applying a current to a heater (in this case, the electrode terminal becomes a heater), and the refractive index is changed using a TO (Thermo-Optic) effect. In an InP-based optical waveguide, the refractive index is changed by using a Franz-Keldysh (FK) effect by applying a voltage, a Quantum Confined Stark Effect (QCSE) effect, or a plasma effect by current injection. In the LN-based optical waveguide, the refractive index is changed using the Pockels effect caused by voltage application.

ここではInP系の光導波路で電圧印加によるFK効果を用いて説明する。
MZ型の光変調器の一方のアーム光導波路A1の一部にp-i-n構造で電圧印加できる位相変調領域PMを作製する。この部分に逆バイアスで電圧を印加すると、FK効果による吸収変化とともに位相変動が生じる。位相変動量は、印加電圧による単位長さ当たりの屈折率変化量と位相変調領域PMの長さの積で決まる。
Here, description will be made using the FK effect by applying voltage in an InP-based optical waveguide.
A phase modulation region PM capable of applying a voltage with a pin structure to a part of one arm optical waveguide A1 of the MZ type optical modulator is manufactured. When a voltage is applied to this part with a reverse bias, phase fluctuations occur along with absorption changes due to the FK effect. The amount of phase fluctuation is determined by the product of the amount of change in refractive index per unit length due to the applied voltage and the length of the phase modulation region PM.

このようなMZ型の光位相変調器による光スイッチSWでは、入力ポートIに信号光Pを入力したときに、電極端子ETに電圧を供給して位相変調領域PMにおいて位相変調すると共に、位相調整領域PAにおいて位相調整することにより、出力側の2つの出力ポートOのいずれか一方から信号光Pを出力すること、即ちスイッチングをすることができる。
つまり、2つのアーム光導波路A1,A2間の位相差(光学的光路長差)が±nπであれば入力したのと反対の光導波路(クロスポート)から光出力し、2つのアーム光導波路A1,A2間の位相差が±(2n+1)π/2であれば光入力したのと同じ光導波路(スルーポート)から光出力される(但し、nは整数)。
In such an optical switch SW using an MZ type optical phase modulator, when the signal light P is input to the input port I, a voltage is supplied to the electrode terminal ET to perform phase modulation in the phase modulation region PM and to adjust the phase. By adjusting the phase in the area PA, the signal light P can be output from one of the two output ports O on the output side, that is, switching can be performed.
That is, if the phase difference (optical optical path length difference) between the two arm optical waveguides A1 and A2 is ± nπ, light is output from the opposite optical waveguide (cross port) to which the two arm optical waveguides A1 and A2 are input, and the two arm optical waveguides A1 , A2 has a phase difference of ± (2n + 1) π / 2, the light is output from the same optical waveguide (through port) as the optical input (where n is an integer).

図1に戻りツリー型光スイッチ構成20について説明を続ける。
前述したように、光スイッチ(MZ型の光位相変調器)SW11,SW21,SW22の一方のアーム光導波路A1には、それぞれ、位相変調領域PMと位相調整領域PAが形成されている。
Returning to FIG. 1, the description of the tree-type optical switch configuration 20 will be continued.
As described above, the phase modulation region PM and the phase adjustment region PA are formed in one arm optical waveguide A1 of the optical switches (MZ type optical phase modulators) SW11, SW21, SW22, respectively.

位相変調領域PMは、従来のツリー型光スイッチ構成でも存在していた構成要素ではあるが、従来の位相変調領域PMの長さは、光スイッチSWが配置される段が異なっていても、同一であった。
これに対して実施例1では、位相調整領域PMの長さ(光の伝送方向に沿う長さ)は光スイッチの配置段によって異ならせている。具体的には次のように設定している。
・1段目の第1の光スイッチSW11の位相調整領域PMの長さは予め設定した所定の長さLである。
・2段目の第1,第2の光スイッチSW21,SW22の位相変調領域PMの長さは、L/2である。
The phase modulation region PM is a component that exists in the conventional tree-type optical switch configuration, but the length of the conventional phase modulation region PM is the same even if the stage where the optical switch SW is arranged is different. Met.
On the other hand, in the first embodiment, the length of the phase adjustment region PM (the length along the light transmission direction) varies depending on the arrangement stage of the optical switch. Specifically, the settings are as follows.
The length of the phase adjustment region PM of the first optical switch SW11 at the first stage is a predetermined length L set in advance.
The length of the phase modulation area PM of the first and second optical switches SW21 and SW22 in the second stage is L / 2.

位相調整領域PAは、従来のツリー型光スイッチ構成では存在していなかった構成要素である。実施例1では、位相調整領域PAにおいて位相調整することにより付与することができる位相差ΔΦを、次のように設定している。
なお位相差ΔΦとは、位相調整領域PAに入力される信号光Pに対する、位相調整領域PAを通過してきた信号光Pの位相差を意味する。
・1段目の光スイッチSW11の位相調整領域PAにより付与することができる位相差ΔΦは0である。
・2段目の第1の光スイッチSW21の位相調整領域PAにより付与することができる位相差ΔΦは0である。
・2段目の第2の光スイッチSW22の位相調整領域PAにより付与することができる位相差ΔΦは−π/4である。
The phase adjustment area PA is a component that did not exist in the conventional tree-type optical switch configuration. In the first embodiment, the phase difference ΔΦ that can be given by adjusting the phase in the phase adjustment area PA is set as follows.
The phase difference ΔΦ means the phase difference of the signal light P that has passed through the phase adjustment area PA with respect to the signal light P input to the phase adjustment area PA.
The phase difference ΔΦ that can be given by the phase adjustment area PA of the first-stage optical switch SW11 is zero.
The phase difference ΔΦ that can be provided by the phase adjustment area PA of the first optical switch SW21 at the second stage is zero.
The phase difference ΔΦ that can be provided by the phase adjustment area PA of the second optical switch SW22 in the second stage is −π / 4.

実施例1のツリー型光スイッチ構成20は、光スイッチSWの配置数に関係なく、1つの制御端子CT1を備えている。各光スイッチSWの各電極端子ETには、1つの制御電子回路C1から制御端子CT1及び電気配線LEを介して、電圧が供給されるようになっている。   The tree-type optical switch configuration 20 according to the first embodiment includes one control terminal CT1 regardless of the number of optical switches SW arranged. Each electrode terminal ET of each optical switch SW is supplied with a voltage from one control electronic circuit C1 via the control terminal CT1 and the electric wiring LE.

制御電子回路C1は、制御電圧V0,V1,V2,V3のうちのいずれかを選択的に出力し、出力した制御電圧が光スイッチSW11,SW21,SW22の各電極端子ETに共通に入力される。このことにより、位相変調領域PMにおいて位相変調することにより位相差を付与することができる。
各制御電圧V0,V1,V2,V3の電圧値は、次のように設定されている。
The control electronic circuit C1 selectively outputs any one of the control voltages V 0 , V 1 , V 2 , V 3 , and the output control voltage is common to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22. Is input. Thus, a phase difference can be given by performing phase modulation in the phase modulation region PM.
The voltage values of the control voltages V 0 , V 1 , V 2 and V 3 are set as follows.

(1)制御電圧V0の電圧値は、0ボルトである。このため、制御電圧V0を位相変調領域PMに入力しても、位相変調領域PMにおいて位相変調は生じない(位相変調領域PMにおいて位相差は付与されない)。 (1) The voltage value of the control voltage V 0 is 0 volts. For this reason, even if the control voltage V 0 is input to the phase modulation region PM, no phase modulation occurs in the phase modulation region PM (a phase difference is not given in the phase modulation region PM).

(2)制御電圧V1の電圧値は、長さがLとなっている位相変調領域PMに電圧印加されると、位相変調領域PMにおいて、+π/2の位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧V1が、長さがL/2となっている位相変調領域PMに電圧印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+π/4の位相差を付与することができる。
(2) The voltage value of the control voltage V 1 is a value that can give a phase difference of + π / 2 in the phase modulation region PM when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length L. Is set to
Accordingly, when the voltage is applied to the phase modulation region PM having a length of L / 2, the control voltage V 1 can give a phase difference of + π / 4 in the phase modulation region PM.

(3)制御電圧V2の電圧値は、長さがLとなっている位相変調領域PMに電圧印加されると、位相変調領域PMにおいて、+πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧V2が、長さがL/2となっている位相変調領域PMに電圧印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+π/2の位相差を付与することができる。
(3) The voltage value of the control voltage V 2 is set to a value that can give a phase difference of + π in the phase modulation region PM when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length L. Has been.
Therefore, when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length L / 2, the control voltage V 2 can give a phase difference of + π / 2 in the phase modulation region PM.

(4)制御電圧V3の電圧値は、長さがLとなっている位相変調領域PMに印加されると、位相変調領域PMにおいて、+3π/2の位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧V3が、長さがL/2となっている位相変調領域PMに印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+3π/4の位相差を付与することができる。
(4) When the voltage value of the control voltage V 3 is applied to the phase modulation region PM having a length L, the voltage value can be given a phase difference of + 3π / 2 in the phase modulation region PM. Is set.
Therefore, when the control voltage V 3 is applied to the phase modulation region PM whose length is L / 2, a phase difference of + 3π / 4 can be imparted in the phase modulation region PM.

このような複数の電圧を生成する制御電子回路C1としては、一般的なデジタル/アナログ変換回路(DAC:Digital to Analog Converter)を用いればよい。この電子回路(デジタル/アナログ変換回路)は、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のIC回路から論理的に生成された複数ビットのデジタル信号dを、アナログ信号に変換する回路である。
上記の場合には、少なくとも2ビットのデジタル信号を、4階調のアナログ信号に変換することで、容易に実現することができる。
A general digital / analog converter circuit (DAC: Digital to Analog Converter) may be used as the control electronic circuit C1 that generates such a plurality of voltages. This electronic circuit (digital / analog conversion circuit) is a circuit that converts a multi-bit digital signal d logically generated from an IC circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) into an analog signal.
In the above case, it can be easily realized by converting a digital signal of at least 2 bits into an analog signal of 4 gradations.

次に、上述した構成になっているツリー型光スイッチ構成20のスイッチング動作を説明する。   Next, the switching operation of the tree-type optical switch configuration 20 configured as described above will be described.

1段目の光スイッチSW11の位相変調領域PMに、制御電子回路C1から制御電圧V0を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が0となり、制御電圧V2を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+πとなり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW11の位相変調領域PMに、制御電子回路C1から制御電圧V1を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+π/2となり、制御電圧V3を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+3π/2πとなり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
なお、光スイッチSW11では、位相調整領域PAおいて位相差は付与されない。
結局、1×2光スイッチSW11での電圧印加による位相変動は図3(a)のようになる。
When the control voltage V 0 is applied from the control electronic circuit C 1 to the phase modulation region PM of the first-stage optical switch SW 11, the phase difference between the arm optical waveguides A 1 and A 2 becomes 0, and when the control voltage V 2 is applied, the arm optical waveguide The phase difference between A1 and A2 becomes + π, and the signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 1 is applied from the control electronic circuit C1 to the phase modulation region PM of the optical switch SW11, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + π / 2, and when the control voltage V 3 is applied, the arm optical waveguide A1, The phase difference between A2 becomes + 3π / 2π, and the signal light P is output from the left output port (through port) O.
In the optical switch SW11, no phase difference is given in the phase adjustment area PA.
After all, the phase fluctuation due to the voltage application in the 1 × 2 optical switch SW11 becomes as shown in FIG.

2段目の第1の光スイッチSW21では、制御電圧V=V1,V3のときは、光スイッチSW21に信号光Pが入力されないので、どちらの出力ポートOからも信号光Pは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチSW21の位相変調領域PMに、制御電圧V0を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が0となり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW21の位相変調領域PMに、制御電圧V2を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+π/2となり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
なお、光スイッチSW21では、位相調整領域PAにおいて位相差は付与されない。
結局、1×2光スイッチSW21での電圧印加による位相変動は図3(b)のようになる。
In the second-stage first optical switch SW21, when the control voltages V = V 1 and V 3 , the signal light P is output from either output port O because the signal light P is not input to the optical switch SW21. There is no particular need to consider.
When the control voltage V 0 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW 21, the phase difference between the arm optical waveguides A 1 and A 2 becomes 0, and the signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 2 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW21, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + π / 2, and the signal light P is output from the left output port (through port) O. .
In the optical switch SW21, no phase difference is given in the phase adjustment area PA.
Eventually, the phase fluctuation due to voltage application in the 1 × 2 optical switch SW21 is as shown in FIG.

2段目の第2の光スイッチSW22では、制御電圧V=V0,V2のときは、光スイッチSW22に信号光が入力されないので、どちらの出力ポートOからも信号光Pは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチSW22の位相変調領域PMに、制御電圧V1を印加すると、位相変調領域PMにおいて信号光Pに+π/4の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−π/4の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差が0(=+π/4−π/4)となり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW22の位相変調領域PMに、制御電圧V3を印加すると位相変調領域PMにおいて信号光Pに+3π/4の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−π/4の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差が+π/2(=+3π/4−π/4)となり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
結局、1×2光スイッチSW22での電圧印加による位相変動は図3(c)のようになる。
In the second optical switch SW22 in the second stage, when the control voltages V = V 0 and V 2, no signal light is input to the optical switch SW22, so that no signal light P is output from either output port O. There is no particular need to consider.
When the control voltage V 1 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW22, a phase difference of + π / 4 can be given to the signal light P in the phase modulation region PM. In addition, a phase difference of −π / 4 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes 0 (= + π / 4−π / 4), and the signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 3 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW22, a phase difference of + 3π / 4 can be given to the signal light P in the phase modulation region PM. In addition, a phase difference of −π / 4 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + π / 2 (= + 3π / 4−π / 4), and the signal light P is output from the left output port (through port) O.
Eventually, the phase fluctuation due to voltage application in the 1 × 2 optical switch SW22 is as shown in FIG.

以上を整理すると、表1のようになる。

Figure 2016033546
The above is summarized as shown in Table 1.
Figure 2016033546

したがって、ツリー型光スイッチ構成20は、次のようなスイッチング動作を行うことができる。
(1)光スイッチSW11,SW21,SW22の電極端子ETに、制御電圧V0を入力したときには、2段目の第1の光スイッチSW21のクロスポートから信号光Pを出力する。
(2)光スイッチSW11,SW21,SW22の電極端子ETに、制御電圧V1を入力したときには、2段目の第2の光スイッチSW22のクロスポートから信号光Pを出力する。
(3)光スイッチSW11,SW21,SW22の電極端子ETに、制御電圧V2を入力したときには、2段目の第1の光スイッチSW21のスルーポートから信号光Pを出力する。
(4)光スイッチSW11,SW21,SW22の電極端子ETに、制御電圧V3を入力したときには、2段目の第2の光スイッチSW22のスルーポートから信号光Pを出力する。
Therefore, the tree-type optical switch configuration 20 can perform the following switching operation.
(1) When the control voltage V 0 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, the signal light P is output from the cross port of the first optical switch SW21 at the second stage.
(2) When the control voltage V 1 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, the signal light P is output from the cross port of the second optical switch SW22 at the second stage.
(3) When the control voltage V 2 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, the signal light P is output from the through port of the first optical switch SW21 at the second stage.
(4) When the control voltage V 3 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, the signal light P is output from the through port of the second optical switch SW22 at the second stage.

このように、ツリー型光スイッチ構成20の最終段の出力ポートOは4つあるが、ツリー型光スイッチ構成20には1つの制御端子C1を備えるだけで済む。このため、ツリー型光スイッチ構成20は、電気配線LEを簡略化でき、小型化を図ることができる。
またツリー型光スイッチ構成20には1つの制御電子回路C1を接続するだけで済むため、ツリー型光スイッチ構成20と制御電子回路C1から成る光スイッチ装置では、小型化や省電力化を図ることができる。
As described above, there are four output ports O in the final stage of the tree-type optical switch configuration 20, but the tree-type optical switch configuration 20 only needs to have one control terminal C1. For this reason, the tree-type optical switch configuration 20 can simplify the electrical wiring LE and can be downsized.
Further, since only one control electronic circuit C1 needs to be connected to the tree-type optical switch configuration 20, the optical switch device including the tree-type optical switch configuration 20 and the control electronic circuit C1 can be reduced in size and power consumption. Can do.

[実施例2]
図4は本発明の実施例2に係る、ツリー型光スイッチ構成20Aを示す構成図である。
実施例2に係るツリー型光スイッチ構成20Aは、1×2の光スイッチSWを基本構成要素としており、合計で7つの光スイッチSWを、3段、ツリー状に接続して構成したものである。
[Example 2]
FIG. 4 is a configuration diagram showing a tree-type optical switch configuration 20A according to the second embodiment of the present invention.
The tree-type optical switch configuration 20A according to the second embodiment includes a 1 × 2 optical switch SW as a basic component, and is configured by connecting a total of seven optical switches SW in a tree shape in three stages. .

更に詳述すると、ツリー型光スイッチ構成20Aでは、1段目(最上段)に1つの光スイッチSW11を配置し、2段目に2つの光スイッチSW21,SW22を配置し、3段目(最下段)に4つの光スイッチSW31,SW32,SW33,SW34を配置している。
各光スイッチSWは、上段側に1本の入力ポートIが位置し、下段側に2本の出力ポートOが位置する向きに配列されており、上段側の光スイッチの各出力ポートOに、下段側の光スイッチの入力ポートIが接続されるように、上段側と下段側の光スイッチSWが光導波路LLにより接続されている。
More specifically, in the tree-type optical switch configuration 20A, one optical switch SW11 is arranged at the first stage (the uppermost stage), two optical switches SW21 and SW22 are arranged at the second stage, and the third stage (the uppermost stage). In the lower part, four optical switches SW31, SW32, SW33, SW34 are arranged.
Each optical switch SW is arranged in such a direction that one input port I is located on the upper side and two output ports O are located on the lower side, and each optical switch SW is connected to each output port O of the upper optical switch. The upper and lower optical switches SW are connected by an optical waveguide LL so that the input port I of the lower optical switch is connected.

各光スイッチSWとしては、マッハツェンダー(MZ:Mach-Zehnder)型の光位相変調器を用いている。
MZ型の光位相変調器は、図2に示す構成のものである。つまり、長さの等しいアーム光導波路A1,A2のうち一方のアーム光導波路A1には、位相変調領域PMと位相調整領域PAが直列状態になって配置されており、位相変調領域PM上には、電極端子ETが配置されている。
位相変調領域PMは、InP系の光導波路であるアーム光導波路A1,A2のうち、一方のアーム光導波路A1の一部にp-i-n構造で電圧印加できる領域として作製しており、この部分に逆バイアスで電圧を印加すると、FK効果による吸収変化とともに位相変動が生じる。
As each optical switch SW, a Mach-Zehnder (Mach-Zehnder) type optical phase modulator is used.
The MZ type optical phase modulator has the configuration shown in FIG. That is, the phase modulation region PM and the phase adjustment region PA are arranged in series in one arm optical waveguide A1 of the arm optical waveguides A1 and A2 having the same length, and on the phase modulation region PM, The electrode terminal ET is arranged.
The phase modulation region PM is formed as a region where a voltage can be applied to a part of one arm optical waveguide A1 of the arm optical waveguides A1 and A2 which are InP optical waveguides, and a reverse bias is applied to this portion. When a voltage is applied at, phase fluctuations occur along with absorption changes due to the FK effect.

このようなMZ型の光位相変調器による光スイッチSWでは、入力ポートIに信号光Pを入力したときに、電極端子ETに電圧を供給して位相変調領域PMにおいて位相変調すると共に、位相調整領域PAにおいて位相調整することにより、出力側の2つの出力ポートOのいずれか一方から信号光Pを出力すること、即ちスイッチングをすることができる。
つまり、2つのアーム光導波路A1,A2間の位相差(光学的光路長差)が±nπであれば入力したのと反対の光導波路(クロスポート)から光出力し、2つのアーム光導波路A1,A2間の位相差が±(2n+1)π/2であれば光入力したのと同じ光導波路(スルーポート)から光出力される(但し、nは整数)。
In such an optical switch SW using an MZ type optical phase modulator, when the signal light P is input to the input port I, a voltage is supplied to the electrode terminal ET to perform phase modulation in the phase modulation region PM and to adjust the phase. By adjusting the phase in the area PA, the signal light P can be output from one of the two output ports O on the output side, that is, switching can be performed.
That is, if the phase difference (optical optical path length difference) between the two arm optical waveguides A1 and A2 is ± nπ, light is output from the opposite optical waveguide (cross port) to which the two arm optical waveguides A1 and A2 are input, and the two arm optical waveguides A1 , A2 has a phase difference of ± (2n + 1) π / 2, the light is output from the same optical waveguide (through port) as the optical input (where n is an integer).

図4に戻りツリー型光スイッチ構成20Aについて説明を続ける。
前述したように、光スイッチ(MZ型の光位相変調器)SW11,SW21,SW22,SW31,SW32,SW33,SW34の一方のアーム光導波路A1には、それぞれ、位相変調領域PMと位相調整領域PAが形成されている。
Returning to FIG. 4, the description of the tree-type optical switch configuration 20A will be continued.
As described above, one arm optical waveguide A1 of the optical switches (MZ type optical phase modulators) SW11, SW21, SW22, SW31, SW32, SW33, SW34 is respectively provided with the phase modulation area PM and the phase adjustment area PA. Is formed.

実施例2では、位相調整領域PMの長さ(光の伝送方向に沿う長さ)は光スイッチの配置段によって異ならせている。具体的には次のように設定している。
・1段目の第1の光スイッチSW11の位相調整領域PMの長さは予め設定した所定の長さLである。
・2段目の第1,第2の光スイッチSW21,SW22の位相変調領域PMの長さは、L/2である。
・3段目の第1,第2,第3,第4の光スイッチSW31,SW32,SW33,SW34の位相変調領域PMの長さは、L/4である。
In the second embodiment, the length of the phase adjustment region PM (the length along the light transmission direction) varies depending on the arrangement stage of the optical switch. Specifically, the settings are as follows.
The length of the phase adjustment region PM of the first optical switch SW11 at the first stage is a predetermined length L set in advance.
The length of the phase modulation area PM of the first and second optical switches SW21 and SW22 in the second stage is L / 2.
The length of the phase modulation area PM of the first, second, third, and fourth optical switches SW31, SW32, SW33, and SW34 in the third stage is L / 4.

実施例2では、位相調整領域PAにおいて位相調整することにより付与することができる位相差ΔΦを、次のように設定している。
・1段目の光スイッチSW11の位相調整領域PAにより付与することができる位相差ΔΦは0である。
・2段目の第1の光スイッチSW21の位相調整領域PAにより付与することができる位相差ΔΦは0である。
・2段目の第2の光スイッチSW22の位相調整領域PAにより付与することができる位相差ΔΦは−π/4である。
・3段目の第1の光スイッチSW31の位相調整領域PAにより付与することができる位相差ΔΦは0である。
・3段目の第2の光スイッチSW32の位相調整領域PAにより付与することができる位相差ΔΦは−2π/8である。
・3段目の第3の光スイッチSW33の位相調整領域PAにより付与することができる位相差ΔΦは−π/8である。
・3段目の第4の光スイッチSW34の位相調整領域PAにより付与することができる位相差ΔΦは−3π/8である。
In the second embodiment, the phase difference ΔΦ that can be given by adjusting the phase in the phase adjustment area PA is set as follows.
The phase difference ΔΦ that can be given by the phase adjustment area PA of the first-stage optical switch SW11 is zero.
The phase difference ΔΦ that can be provided by the phase adjustment area PA of the first optical switch SW21 at the second stage is zero.
The phase difference ΔΦ that can be provided by the phase adjustment area PA of the second optical switch SW22 in the second stage is −π / 4.
The phase difference ΔΦ that can be provided by the phase adjustment area PA of the first optical switch SW31 at the third stage is zero.
The phase difference ΔΦ that can be provided by the phase adjustment area PA of the second optical switch SW32 at the third stage is −2π / 8.
The phase difference ΔΦ that can be provided by the phase adjustment area PA of the third optical switch SW33 at the third stage is −π / 8.
The phase difference ΔΦ that can be provided by the phase adjustment area PA of the fourth optical switch SW34 at the third stage is −3π / 8.

実施例2のツリー型光スイッチ構成20Aは、光スイッチSWの配置数に関係なく、1つの制御端子CT1を備えている。各光スイッチSWの各電極端子ETには、1つの制御電子回路C1から制御端子CT1及び電気配線LEを介して、電圧が供給されるようになっている。   The tree-type optical switch configuration 20A according to the second embodiment includes one control terminal CT1 regardless of the number of optical switches SW arranged. Each electrode terminal ET of each optical switch SW is supplied with a voltage from one control electronic circuit C1 via the control terminal CT1 and the electric wiring LE.

制御電子回路C1は、制御電圧V0,V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7のうちのいずれかを選択的に出力し、出力した制御電圧が光スイッチSW11,SW21,SW22,SW31,SW32,SW33,SW34の電極端子ETに共通に入力される。このことにより、位相変調領域PMにおいて位相変調することにより位相差を付与することができる。
各制御電圧V0,V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7の電圧値は、次のように設定されている。
The control electronic circuit C1 selectively outputs any one of the control voltages V 0 , V 1 , V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 , V 7 , and the output control voltage is an optical switch. The signal is commonly input to the electrode terminals ET of SW11, SW21, SW22, SW31, SW32, SW33, and SW34. Thus, a phase difference can be given by performing phase modulation in the phase modulation region PM.
The voltage values of the control voltages V 0 , V 1 , V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 and V 7 are set as follows.

(1)制御電圧V0の電圧値は、0ボルトである。このため、制御電圧V0を位相変調領域PMに入力しても、位相変調領域PMにおいて位相変調は生じない(位相変調領域PMにおいて位相差は付与されない)。 (1) The voltage value of the control voltage V 0 is 0 volts. For this reason, even if the control voltage V 0 is input to the phase modulation region PM, no phase modulation occurs in the phase modulation region PM (a phase difference is not given in the phase modulation region PM).

(2)制御電圧V1の電圧値は、長さがLとなっている位相変調領域PMに電圧印加されると、位相変調領域PMにおいて、+π/2の位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧V1が、長さがL/2となっている位相変調領域PMに電圧印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+π/4の位相差を付与することができる。
また、制御電圧V1が、長さがL/4となっている位相変調領域PMに電圧印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+π/8の位相差を付与することができる。
(2) The voltage value of the control voltage V 1 is a value that can give a phase difference of + π / 2 in the phase modulation region PM when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length L. Is set to
Accordingly, when the voltage is applied to the phase modulation region PM having a length of L / 2, the control voltage V 1 can give a phase difference of + π / 4 in the phase modulation region PM.
Further, when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length of L / 4, the control voltage V 1 can provide a phase difference of + π / 8 in the phase modulation region PM.

(3)制御電圧V2の電圧値は、長さがLとなっている位相変調領域PMに電圧印加されると、位相変調領域PMにおいて、+πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧V2が、長さがL/2となっている位相変調領域PMに電圧印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+π/2の位相差を付与することができる。
また、制御電圧V2が、長さがL/4となっている位相変調領域PMに電圧印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+π/4の位相差を付与することができる。
(3) The voltage value of the control voltage V 2 is set to a value that can give a phase difference of + π in the phase modulation region PM when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length L. Has been.
Therefore, when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length L / 2, the control voltage V 2 can give a phase difference of + π / 2 in the phase modulation region PM.
Further, when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length of L / 4, the control voltage V 2 can give a phase difference of + π / 4 in the phase modulation region PM.

(4)制御電圧V3の電圧値は、長さがLとなっている位相変調領域PMに印加されると、位相変調領域PMにおいて、+3π/2の位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧V3が、長さがL/2となっている位相変調領域PMに印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+3π/4の位相差を付与することができる。
また、制御電圧V3が、長さがL/4となっている位相変調領域PMに電圧印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+3π/8の位相差を付与することができる。
(4) When the voltage value of the control voltage V 3 is applied to the phase modulation region PM having a length L, the voltage value can be given a phase difference of + 3π / 2 in the phase modulation region PM. Is set.
Therefore, when the control voltage V 3 is applied to the phase modulation region PM whose length is L / 2, a phase difference of + 3π / 4 can be imparted in the phase modulation region PM.
Further, when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length of L / 4, the control voltage V 3 can give a phase difference of + 3π / 8 in the phase modulation region PM.

(5)制御電圧V4の電圧値は、長さがLとなっている位相変調領域PMに印加されると、位相変調領域PMにおいて、+2πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧V4が、長さがL/2となっている位相変調領域PMに印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+πの位相差を付与することができる。
また、制御電圧V4が、長さがL/4となっている位相変調領域PMに電圧印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+π/2の位相差を付与することができる。
(5) When the voltage value of the control voltage V 4 is applied to the phase modulation region PM having a length L, the voltage value is set to a value that can give a phase difference of + 2π in the phase modulation region PM. ing.
Therefore, when the control voltage V 4 is applied to the phase modulation region PM whose length is L / 2, a phase difference of + π can be imparted in the phase modulation region PM.
Further, when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length of L / 4, the control voltage V 4 can provide a phase difference of + π / 2 in the phase modulation region PM.

(6)制御電圧V5の電圧値は、長さがLとなっている位相変調領域PMに印加されると、位相変調領域PMにおいて、+5π/2の位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧V5が、長さがL/2となっている位相変調領域PMに印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+5π/4の位相差を付与することができる。
また、制御電圧V5が、長さがL/4となっている位相変調領域PMに電圧印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+5π/8の位相差を付与することができる。
(6) When the voltage value of the control voltage V 5 is applied to the phase modulation region PM whose length is L, the voltage value of the control voltage V 5 can be given a phase difference of + 5π / 2 in the phase modulation region PM. Is set.
Therefore, when the control voltage V 5 is applied to the phase modulation region PM having a length of L / 2, a phase difference of + 5π / 4 can be given in the phase modulation region PM.
Further, when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length of L / 4, the control voltage V 5 can provide a phase difference of + 5π / 8 in the phase modulation region PM.

(7)制御電圧V6の電圧値は、長さがLとなっている位相変調領域PMに印加されると、位相変調領域PMにおいて、+3πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧V6が、長さがL/2となっている位相変調領域PMに印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+3π/2の位相差を付与することができる。
また、制御電圧V6が、長さがL/4となっている位相変調領域PMに電圧印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+3π/4の位相差を付与することができる。
(7) When the voltage value of the control voltage V 6 is applied to the phase modulation region PM having a length L, the voltage value is set to a value that can give a phase difference of + 3π in the phase modulation region PM. ing.
Therefore, when the control voltage V 6 is applied to the phase modulation region PM whose length is L / 2, a phase difference of + 3π / 2 can be given in the phase modulation region PM.
Further, when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length of L / 4, the control voltage V 6 can give a phase difference of + 3π / 4 in the phase modulation region PM.

(8)制御電圧V7の電圧値は、長さがLとなっている位相変調領域PMに印加されると、位相変調領域PMにおいて、+7π/2の位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧V7が、長さがL/2となっている位相変調領域PMに印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+7π/4の位相差を付与することができる。
また、制御電圧V7が、長さがL/4となっている位相変調領域PMに電圧印加されると、この位相変調領域PMにおいては、+7π/8の位相差を付与することができる。
(8) When the voltage value of the control voltage V 7 is applied to the phase modulation region PM whose length is L, the voltage value of the control voltage V 7 is a value that can give a phase difference of + 7π / 2 in the phase modulation region PM. Is set.
Therefore, when the control voltage V 7 is applied to the phase modulation region PM whose length is L / 2, a phase difference of + 7π / 4 can be given in the phase modulation region PM.
Further, when a voltage is applied to the phase modulation region PM having a length of L / 4, the control voltage V 7 can give a phase difference of + 7π / 8 in the phase modulation region PM.

このような複数の電圧を生成する制御電子回路C1としては、一般的なデジタル/アナログ変換回路(DAC:Digital to Analog Converter)を用いればよい。この電子回路(デジタル/アナログ変換回路)は、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のIC回路から論理的に生成された複数ビットのデジタル信号dを、アナログ信号に変換する回路である。
上記の場合には、少なくとも2ビットのデジタル信号を、8階調のアナログ信号に変換することで、容易に実現することができる。
A general digital / analog converter circuit (DAC: Digital to Analog Converter) may be used as the control electronic circuit C1 that generates such a plurality of voltages. This electronic circuit (digital / analog conversion circuit) is a circuit that converts a multi-bit digital signal d logically generated from an IC circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) into an analog signal.
In the above case, it can be easily realized by converting a digital signal of at least 2 bits into an analog signal of 8 gradations.

次に、上述した構成になっているツリー型光スイッチ構成20Aのスイッチング動作を説明する。   Next, the switching operation of the tree-type optical switch configuration 20A configured as described above will be described.

1段目の光スイッチSW11の位相変調領域PMに、制御電子回路C1から制御電圧V0を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が0となり、制御電圧V2を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+πとなり、制御電圧V4を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+2πとなり、制御電圧V6を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+3πとなり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW11の位相変調領域PMに、制御電子回路C1から制御電圧V1を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+π/2となり、制御電圧V3を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+3π/2πとなり、制御電圧V5を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+5π/2πとなり、制御電圧V7を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+7π/2πとなり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
なお、光スイッチSW11では、位相調整領域PAにおいて位相差は付与されない。
When the control voltage V 0 is applied from the control electronic circuit C 1 to the phase modulation region PM of the first-stage optical switch SW 11, the phase difference between the arm optical waveguides A 1 and A 2 becomes 0, and when the control voltage V 2 is applied, the arm optical waveguide The phase difference between A1 and A2 is + π, and when the control voltage V 4 is applied, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 is + 2π, and when the control voltage V 6 is applied, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 is The signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 1 is applied from the control electronic circuit C1 to the phase modulation region PM of the optical switch SW11, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + π / 2, and when the control voltage V 3 is applied, the arm optical waveguide A1, phase difference between A2 is + 3 [pi] / 2 [pi, and the control voltage arm optical waveguides A1 by applying a V 5, the phase difference between A2 is + 5 [pi] / 2 [pi next, position between the control voltage is applied to V 7 arm optical waveguides A1, A2 The phase difference becomes + 7π / 2π, and the signal light P is output from the left output port (through port) O.
In the optical switch SW11, no phase difference is given in the phase adjustment area PA.

2段目の第1の光スイッチSW21では、制御電圧V=V1,V3,V5,V7のときは、光スイッチSW21に信号光Pが入力されないので、どちらの出力ポートOからも信号光Pは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチSW21の位相変調領域PMに、制御電圧V0を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が0となり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW21の位相変調領域PMに、制御電圧V2を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+π/2となり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW21の位相変調領域PMに、制御電圧V4を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差がπとなり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW21の位相変調領域PMに、制御電圧V6を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+3π/2となり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
なお、光スイッチSW21では、位相調整領域PAにおいて位相差は付与されない。
In the first optical switch SW21 in the second stage, when the control voltages V = V 1 , V 3 , V 5 , and V 7 , the signal light P is not input to the optical switch SW 21, and therefore, from either output port O. The signal light P is not output, and there is no need to consider it in particular.
When the control voltage V 0 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW 21, the phase difference between the arm optical waveguides A 1 and A 2 becomes 0, and the signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 2 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW21, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + π / 2, and the signal light P is output from the left output port (through port) O. .
When the control voltage V 4 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW 21, the phase difference between the arm optical waveguides A 1 and A 2 becomes π, and the signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 6 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW21, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + 3π / 2, and the signal light P is output from the left output port (through port) O. .
In the optical switch SW21, no phase difference is given in the phase adjustment area PA.

2段目の第2の光スイッチSW22では、制御電圧V=V0,V2,V4,V6のときは、光スイッチSW22に信号光が入力されないので、どちらの出力ポートOからも信号光Pは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチSW22の位相変調領域PMに、制御電圧V1を印加すると、位相変調領域PMにおいて信号光Pに+π/4の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−π/4の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差が0(=+π/4−π/4)となり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW22の位相変調領域PMに、制御電圧V3を印加すると位相変調領域PMにおいて信号光Pに+3π/4の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−π/4の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差が+π/2(=+3π/4−π/4)となり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW22の位相変調領域PMに、制御電圧V5を印加すると、位相変調領域PMにおいて信号光Pに+5π/4の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−π/4の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差がπ(=+5π/4−π/4)となり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW22の位相変調領域PMに、制御電圧V7を印加すると位相変調領域PMにおいて信号光Pに+7π/4の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−π/4の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差が+3π/2(=+7π/4−π/4)となり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
In the second optical switch SW22 in the second stage, when the control voltage V = V 0 , V 2 , V 4 , V 6, no signal light is input to the optical switch SW 22, so that the signal is output from either output port O. The light P is not output and there is no need to consider it in particular.
When the control voltage V 1 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW22, a phase difference of + π / 4 can be given to the signal light P in the phase modulation region PM. In addition, a phase difference of −π / 4 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes 0 (= + π / 4−π / 4), and the signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 3 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW22, a phase difference of + 3π / 4 can be given to the signal light P in the phase modulation region PM. In addition, a phase difference of −π / 4 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + π / 2 (= + 3π / 4−π / 4), and the signal light P is output from the left output port (through port) O.
When the control voltage V 5 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW22, a phase difference of + 5π / 4 can be imparted to the signal light P in the phase modulation region PM. In addition, a phase difference of −π / 4 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes π (= + 5π / 4−π / 4), and the signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 7 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW22, a phase difference of + 7π / 4 can be given to the signal light P in the phase modulation region PM. In addition, a phase difference of −π / 4 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + 3π / 2 (= + 7π / 4−π / 4), and the signal light P is output from the left output port (through port) O.

3段目の第1の光スイッチSW31では、制御電圧V=V1,V2,V3,V5,V6,V7のときは、光スイッチSW31に信号光Pが入力されないので、どちらの出力ポートOからも信号光Pは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチSW31の位相変調領域PMに、制御電圧V0を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が0となり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW31の位相変調領域PMに、制御電圧V4を印加するとアーム光導波路A1,A2間の位相差が+π/2となり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
In the first optical switch SW31 at the third stage, when the control voltages V = V 1 , V 2 , V 3 , V 5 , V 6 , V 7 , the signal light P is not input to the optical switch SW 31. The signal light P is not output from the output port O, and there is no need to consider it in particular.
When the control voltage V 0 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW 31, the phase difference between the arm optical waveguides A 1 and A 2 becomes 0, and the signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 4 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW31, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + π / 2, and the signal light P is output from the left output port (through port) O. .

3段目の第2の光スイッチSW32では、制御電圧V=V0,V1,V3,V4,V5,V7のときは、光スイッチSW32に信号光が入力されないので、どちらの出力ポートOからも信号光Pは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチSW32の位相変調領域PMに、制御電圧V2を印加すると、位相変調領域PMにおいて信号光Pに+π/4の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−2π/8の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差が0(=+π/4−2π/8)となり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW32の位相変調領域PMに、制御電圧V6を印加すると位相変調領域PMにおいて信号光Pに+3π/4の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−2π/8の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差が+π/2(=+3π/4−2π/8)となり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
In the second optical switch SW32 in the third stage, when the control voltages V = V 0 , V 1 , V 3 , V 4 , V 5 , V 7, no signal light is input to the optical switch SW 32. The signal light P is not output from the output port O, and there is no need to consider it in particular.
When the control voltage V 2 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW32, a phase difference of + π / 4 can be given to the signal light P in the phase modulation region PM. In addition, a phase difference of −2π / 8 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes 0 (= + π / 4−2π / 8), and the signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 6 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW32, a phase difference of + 3π / 4 can be imparted to the signal light P in the phase modulation region PM. In addition, a phase difference of −2π / 8 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + π / 2 (= + 3π / 4−2π / 8), and the signal light P is output from the left output port (through port) O.

3段目の第3の光スイッチSW33では、制御電圧V=V0,V2,V3,V4,V6,V7のときは、光スイッチSW33に信号光が入力されないので、どちらの出力ポートOからも信号光Pは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチSW33の位相変調領域PMに、制御電圧V1を印加すると、位相変調領域PMにおいて信号光Pに+π/8の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−π/8の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差が0(=+π/8−π/8)となり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW33の位相変調領域PMに、制御電圧V5を印加すると位相変調領域PMにおいて信号光Pに+5π/8の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−π/8の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差が+π/2(=+5π/8−π/8)となり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
In the third optical switch SW33 at the third stage, when the control voltages V = V 0 , V 2 , V 3 , V 4 , V 6 , V 7, no signal light is input to the optical switch SW 33. The signal light P is not output from the output port O, and there is no need to consider it in particular.
When the control voltage V 1 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW33, a phase difference of + π / 8 can be given to the signal light P in the phase modulation region PM. In addition, a phase difference of −π / 8 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes 0 (= + π / 8−π / 8), and the signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 5 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW33, a phase difference of + 5π / 8 can be given to the signal light P in the phase modulation region PM. In addition, a phase difference of −π / 8 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + π / 2 (= + 5π / 8−π / 8), and the signal light P is output from the left output port (through port) O.

3段目の第4の光スイッチSW34では、制御電圧V=V0,V1,V2,V4,V5,V6,のときは、光スイッチSW34に信号光が入力されないので、どちらの出力ポートOからも信号光Pは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチSW34の位相変調領域PMに、制御電圧V3を印加すると、位相変調領域PMにおいて信号光Pに+3π/8の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−3π/8の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差が0(=+3π/8−3π/8)となり、右側の出力ポート(クロスポート)Oから信号光Pが出力される。
光スイッチSW34の位相変調領域PMに、制御電圧V7を印加すると位相変調領域PMにおいて信号光Pに+7π/8の位相差を付与することができる。また、位相調整領域PAにおいて信号光Pに−3π/8の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路A1,A2間の位相差が+π/2(=+7π/8−3π/8)となり、左側の出力ポート(スルーポート)Oから信号光Pが出力される。
In the fourth optical switch SW34 in the third stage, when the control voltages V = V 0 , V 1 , V 2 , V 4 , V 5 , V 6 , no signal light is input to the optical switch SW 34. The signal light P is not output from the output port O, and there is no need to consider it in particular.
When the control voltage V 3 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW34, a phase difference of + 3π / 8 can be given to the signal light P in the phase modulation region PM. Further, a phase difference of −3π / 8 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes 0 (= + 3π / 8-3π / 8), and the signal light P is output from the right output port (cross port) O.
When the control voltage V 7 is applied to the phase modulation region PM of the optical switch SW 34, a phase difference of + 7π / 8 can be given to the signal light P in the phase modulation region PM. Further, a phase difference of −3π / 8 is given to the signal light P in the phase adjustment area PA. As a result, the phase difference between the arm optical waveguides A1 and A2 becomes + π / 2 (= + 7π / 8-3π / 8), and the signal light P is output from the left output port (through port) O.

以上を整理すると、表2のようになる。なお表2において、空白の欄は、信号光が入力されない光スイッチを表している。

Figure 2016033546
The above is summarized as shown in Table 2. In Table 2, a blank column represents an optical switch to which no signal light is input.
Figure 2016033546

したがって、ツリー型光スイッチ構成20Aは、次のようなスイッチング動作を行うことができる。
(1)光スイッチSW11,SW21,SW22,SW31,SW32,SW33,SW34の電極端子ETに、制御電圧V0を入力したときには、3段目の第1の光スイッチSW31のクロスポートから信号光Pを出力する。
(2)光スイッチSW11,SW21,SW22,SW31,SW32,SW33,SW34の電極端子ETに、制御電圧V1を入力したときには、3段目の第3の光スイッチSW33のクロスポートから信号光Pを出力する。
(3)光スイッチSW11,SW21,SW22,SW31,SW32,SW33,SW34の電極端子ETに、制御電圧V2を入力したときには、3段目の第2の光スイッチSW31のクロスポートから信号光Pを出力する。
(4)光スイッチSW11,SW21,SW22,SW31,SW32,SW33,SW34の電極端子ETに、制御電圧V3を入力したときには、3段目の第4の光スイッチSW34のクロスポートから信号光Pを出力する。
(5)光スイッチSW11,SW21,SW22,SW31,SW32,SW33,SW34の電極端子ETに、制御電圧V4を入力したときには、3段目の第1の光スイッチSW31のスルーポートから信号光Pを出力する。
(6)光スイッチSW11,SW21,SW22,SW31,SW32,SW33,SW34の電極端子ETに、制御電圧V5を入力したときには、3段目の第3の光スイッチSW33のスルーポートから信号光Pを出力する。
(7)光スイッチSW11,SW21,SW22,SW31,SW32,SW33,SW34の電極端子ETに、制御電圧V6を入力したときには、3段目の第2の光スイッチSW31のスルーポートから信号光Pを出力する。
(8)光スイッチSW11,SW21,SW22,SW31,SW32,SW33,SW34の電極端子ETに、制御電圧V7を入力したときには、3段目の第4の光スイッチSW34のスルーポートから信号光Pを出力する。
Therefore, the tree-type optical switch configuration 20A can perform the following switching operation.
(1) When the control voltage V 0 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, SW31, SW32, SW33, and SW34, the signal light P is transmitted from the cross port of the first optical switch SW31 at the third stage. Is output.
(2) When the control voltage V 1 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, SW31, SW32, SW33, and SW34, the signal light P is transmitted from the cross port of the third optical switch SW33 in the third stage. Is output.
(3) When the control voltage V 2 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, SW31, SW32, SW33, and SW34, the signal light P is transmitted from the cross port of the second optical switch SW31 at the third stage. Is output.
(4) When the control voltage V 3 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, SW31, SW32, SW33, and SW34, the signal light P is transmitted from the cross port of the fourth optical switch SW34 at the third stage. Is output.
(5) When the control voltage V 4 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, SW31, SW32, SW33, and SW34, the signal light P is output from the through port of the first optical switch SW31 at the third stage. Is output.
(6) When the control voltage V 5 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, SW31, SW32, SW33, and SW34, the signal light P is output from the through port of the third optical switch SW33 at the third stage. Is output.
(7) When the control voltage V 6 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, SW31, SW32, SW33, and SW34, the signal light P is transmitted from the through port of the second optical switch SW31 at the third stage. Is output.
(8) When the control voltage V 7 is input to the electrode terminals ET of the optical switches SW11, SW21, SW22, SW31, SW32, SW33, SW34, the signal light P is output from the through port of the fourth optical switch SW34 at the third stage. Is output.

このように、ツリー型光スイッチ構成20Aの最終段の出力ポートOは8つあるが、ツリー型光スイッチ構成20Aには1つの制御端子C1を備えるだけで済む。このため、ツリー型光スイッチ構成20Aは、電気配線LEを簡略化でき、小型化を図ることができる。
またツリー型光スイッチ構成20Aには1つの制御電子回路C1を接続するだけで済むため、ツリー型光スイッチ構成20Aと制御電子回路C1から成る光スイッチ装置では、小型化や省電力化を図ることができる。
As described above, the output port O at the final stage of the tree-type optical switch configuration 20A has eight, but the tree-type optical switch configuration 20A only needs to have one control terminal C1. For this reason, the tree-type optical switch configuration 20A can simplify the electrical wiring LE and can be downsized.
Further, since only one control electronic circuit C1 needs to be connected to the tree-type optical switch configuration 20A, the optical switch device composed of the tree-type optical switch configuration 20A and the control electronic circuit C1 can be reduced in size and power consumption. Can do.

[変形例等]
本発明は、上述した1×4のツリー型光スイッチ構成(実施例1)や、1×8のツリー型光スイッチ構成(実施例2)のみならず、1×16や1×32や1×2Mのツリー型光スイッチ構成などの多ポート化にも対応できる(但しMは2以上の整数)。
[Modifications, etc.]
The present invention is not limited to the above-described 1 × 4 tree-type optical switch configuration (Example 1) and 1 × 8 tree-type optical switch configuration (Example 2), but also 1 × 16, 1 × 32, and 1 ×. It is possible to cope with a multi-port configuration such as a 2 M tree type optical switch configuration (where M is an integer of 2 or more).

1×2Mのツリー型光スイッチ構成においては、次のように設定する。
(1)光スイッチSWのうち第1段目の光スイッチSWに形成した位相変調領域PMの長さは、予め設定した長さLになっており、第2段目以降の光スイッチSWに形成した位相変調領域PMの長さは、当該段の光スイッチSWに対して1段だけ上段側の光スイッチに形成した位相変調領域PMの長さの半分になっている。
(2)第1段目では、光スイッチSWの位相調整領域PAが付与する位相差は0である。
(3)第2段目以降では、光スイッチSWの位相調整領域PAが付与する位相差は、−(π/2M)×Q(但しQは、0から1ずつ増加する数であり、最大値は2(M-1)−1である)のうちのいずれか一つである。
In the 1 × 2 M tree type optical switch configuration, the following settings are made.
(1) The length of the phase modulation region PM formed in the first-stage optical switch SW of the optical switches SW is a preset length L, and is formed in the second-stage and subsequent optical switches SW. The length of the phase modulation region PM is half the length of the phase modulation region PM formed in the optical switch on the upper stage side by one stage with respect to the optical switch SW of the stage.
(2) In the first stage, the phase difference provided by the phase adjustment area PA of the optical switch SW is zero.
(3) In the second and subsequent stages, the phase difference provided by the phase adjustment area PA of the optical switch SW is − (π / 2 M ) × Q (where Q is a number increasing from 0 to 1, The value is any one of 2 (M-1) -1.

上記の設定条件のうち(3)に記載した「光スイッチSWの位相調整領域PAが付与する位相差は、−(π/2M)×Q(但しQは、0から1ずつ増加する数であり、最大値は2(M-1)−1である)のうちのいずれか一つである。」について、具体的に説明する。
M=2である場合には、Qは1である。このため位相差Δφは、−(π/22)×1=−π/4となる。
M=3である場合には、Qは、1,2,3である。このため位相差Δφは、−(π/23)×1=−π/8、−(π/23)×2=−2π/8、−(π/23)×3=−3π/8となる。
Among the above setting conditions, “the phase difference given by the phase adjustment area PA of the optical switch SW is − (π / 2 M ) × Q (where Q is a number that increases by 1 from 0. The maximum value is any one of 2 (M−1) −1) ”.
Q is 1 when M = 2. Therefore, the phase difference Δφ is − (π / 2 2 ) × 1 = −π / 4.
When M = 3, Q is 1, 2, 3. Therefore, the phase difference Δφ is − (π / 2 3 ) × 1 = −π / 8, − (π / 2 3 ) × 2 = −2π / 8, − (π / 2 3 ) × 3 = −3π / 8

制御電圧は、電圧値の異なる2M種類の制御電圧V0,V1,V2,・・・V2M−1である。制御電圧の値は次のように設定する。
制御電圧V0の電流値は0であり、制御電圧V1の電流値は第1段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して+π/2の位相差を付与できる値であり、以降、制御電圧V2,V3・・・V2M−1となるに従い、第1段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して付与する位相差が+π/2に順次+π/2ずつ増加していく値であるようにする。
The control voltages are 2M types of control voltages V0, V1, V2,... V2 M −1 having different voltage values. The value of the control voltage is set as follows.
The current value of the control voltage V0 is 0, and the current value of the control voltage V1 is a value that can give a phase difference of + π / 2 to the signal light when input to the first-stage phase modulation region, Thereafter, as the control voltages V2, V3,..., V2 M −1, the phase difference imparted to the signal light when it is input to the first-stage phase modulation region becomes + π / 2 sequentially, + π / 2. Increase the value gradually.

なお多ポート化することにより必要となる位相変調量が大きくなるが、この場合には印加電圧の増加は抑え、その代わりに位相変調領域を長尺化することで、対処することができる。
また多値の制御電圧を精度よく供給する必要があるが、一般的なデジタル/アナログ変換回路(DAC)のビット数(8−16ビット)を勘案すると、1×128程度までは大きな問題とはならない。
The number of phase modulations required is increased by increasing the number of ports. In this case, the increase in applied voltage is suppressed, and instead, the phase modulation region can be lengthened to cope with it.
In addition, it is necessary to supply a multi-value control voltage with high accuracy, but considering the number of bits (8-16 bits) of a general digital / analog converter circuit (DAC), a major problem is about 1 × 128. Don't be.

また上記のようにDACの制御電圧を多値化して基本構成のポート数を増加させる手法だけでなく、基本構成のポート数は作製が簡便な1×4や1×8を用いて、これらを多段構成にしてポート数を増加してもよい。
この場合にはDACの必要個数は増加するものの、従来例と比べると制御端子数および制御電気回路数を大幅に削減できる。例えば、1×64の光スイッチは21個の1×4の光スイッチで構成でき、制御端子数は21個となる。
それに対して、従来例の構成では制御端子が63個必要なので1/3まで削減することができる。また7個の1×8の光スイッチでも構成でき、制御端子数は7個となって1/9まで削減できる。
In addition to the method of increasing the number of ports of the basic configuration by multi-leveling the control voltage of the DAC as described above, the number of ports of the basic configuration is 1 × 4 or 1 × 8, which is easy to manufacture. A multi-stage configuration may be used to increase the number of ports.
In this case, although the required number of DACs increases, the number of control terminals and the number of control electric circuits can be greatly reduced as compared with the conventional example. For example, a 1 × 64 optical switch can be composed of 21 1 × 4 optical switches, and the number of control terminals is 21.
On the other hand, since the configuration of the conventional example requires 63 control terminals, it can be reduced to 1/3. It can also be configured with seven 1 × 8 optical switches, and the number of control terminals is seven, which can be reduced to 1/9.

更に上記の実施例1,2では、制御電子回路Cからツリー型光スイッチ構成へ制御電圧を入力していたが、電流注入によるプラズマ効果を用いて屈折率を変化させるInP系の光導波路に形成した位相変調領域PMや、ヒータ(電極端子)へ電流を通電することでTO(Thermo-Optic)効果を用いて屈折率を変化させるガラス系の光導波路に形成した位相変調領域PMを採用した場合には、制御電圧の代わりに制御電流を入力する。   Further, in the first and second embodiments, the control voltage is input from the control electronic circuit C to the tree-type optical switch configuration. However, the control voltage is formed in an InP-based optical waveguide that changes the refractive index using the plasma effect by current injection. When the phase modulation region PM formed in a glass-based optical waveguide that changes the refractive index using the TO (Thermo-Optic) effect by supplying current to the heater (electrode terminal) is adopted. Is supplied with a control current instead of a control voltage.

制御電流は、電流値の異なる2M種類の制御電流I0,I1,I2,・・・I2M−1である。制御電流の値は次のように設定する。
制御電流I0の電流値は0であり、制御電流I1の電流値は第1段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して+π/2の位相差を付与できる値であり、以降、制御電流I2,I3・・・I2M−1となるに従い、第1段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して付与する位相差が+π/2に順次+π/2ずつ増加していく値であるようにする。
The control current is 2 M types of control currents I0, I1, I2,... I2 M −1 having different current values. The value of the control current is set as follows.
The current value of the control current I0 is 0, and the current value of the control current I1 is a value that can give a phase difference of + π / 2 to the signal light when input to the first-stage phase modulation region, Thereafter, as the control currents I2, I3,..., I2 M −1, the phase difference imparted to the signal light when it is input to the first-stage phase modulation region is sequentially increased to + π / 2, and then + π / 2. Increase the value gradually.

本発明は、電圧印加や電流入力によりスイッチングをするマッハッェンダ型光変調器を基本構成要素とした、1×2Mのツリー型光スイッチ構成に利用可能である。 The present invention can be applied to a 1 × 2 M tree-type optical switch configuration using a Machender optical modulator that performs switching by voltage application or current input as a basic component.

10,10A,20,20A ツリー型光スイッチ構成
SW,SW11,SW21,SW22,SW31,SW32,SW33,SW34 光スイッチ
I 入力ポート
O 出力ポート
Y1,Y2 方向性結合器
A1,A2 アーム光導波路
PM 位相変調領域
PA 位相調整領域
ET 電極端子
CT,CT1〜CT7 制御端子
LL 光導波路
LE 電気配線
C,C1〜C7 制御電子回路
10, 10A, 20, 20A Tree-type optical switch configuration SW, SW11, SW21, SW22, SW31, SW32, SW33, SW34 Optical switch I Input port O Output port Y1, Y2 Directional coupler A1, A2 Arm optical waveguide PM Phase Modulation area PA Phase adjustment area ET Electrode terminal CT, CT1 to CT7 Control terminal LL Optical waveguide LE Electrical wiring C, C1 to C7 Control electronics

Claims (3)

M−1個(但しMは2以上の整数)のマッハツェンダー型の光スイッチをM段に接続した、2M個の出力ポートを有するツリー型光スイッチ構成であって、
各前記光スイッチの一方のアーム光導波路に形成されており、電圧または電流が入力されることにより位相変調動作して、信号光に対して+位相の位相差を付与する位相変調領域と、
各前記光スイッチの一方のアーム光導波路に形成されており、信号光に対して−位相の位相差を付与する位相調整領域と、
前記位相変調領域上に配置された電極端子と、
1つの制御端子と、
前記制御端子と各前記電極端子とを接続しており、前記制御端子に入力される電圧または電流を前記電極端子に送る電気配線と、
を有しており、
前記光スイッチのうち第1段目の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さは、予め設定した長さになっており、第2段目以降の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さは、当該段の光スイッチに対して1段だけ上段側の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さの半分になっており、
第1段目では、前記光スイッチの位相調整領域が付与する位相差は0であり、
第2段目以降では、前記光スイッチの位相調整領域が付与する位相差は、−(π/2M)×Q(但しQは、0から1ずつ増加する数であり、最大値は2(M-1)−1である)のうちのいずれか一つである
ことを特徴とするツリー型光スイッチ構成。
2 M −1 (where M is an integer equal to or greater than 2) Mach-Zehnder type optical switches connected in M stages, a tree type optical switch configuration having 2 M output ports,
A phase modulation region that is formed in one arm optical waveguide of each of the optical switches, performs a phase modulation operation by inputting a voltage or a current, and gives a phase difference of + phase to the signal light;
Formed in one arm optical waveguide of each of the optical switches, and a phase adjustment region that gives a phase difference of -phase to the signal light;
An electrode terminal disposed on the phase modulation region;
One control terminal,
The control terminal and each of the electrode terminals are connected, and electrical wiring that sends a voltage or current input to the control terminal to the electrode terminal;
Have
Of the optical switches, the length of the phase modulation region formed in the first-stage optical switch is a preset length, and the length of the phase modulation region formed in the second-stage and subsequent optical switches is The length is half of the length of the phase modulation region formed in the optical switch on the upper stage side by one stage with respect to the optical switch of the stage,
In the first stage, the phase difference provided by the phase adjustment region of the optical switch is 0,
In the second and subsequent stages, the phase difference provided by the phase adjustment region of the optical switch is − (π / 2 M ) × Q (where Q is a number increasing from 0 by 1, and the maximum value is 2 ( M-1) is a tree type optical switch configuration.
請求項1において、
前記制御端子には、前記位相変調領域において位相変調動作を起こす制御電圧が入力され、
前記制御電圧は、電圧値の異なる2M種類の制御電圧V0,V1,V2,・・・V2M
−1であり、制御電圧V0の電圧値は0であり、制御電圧V1の電圧値は第1段目の位相
変調領域に入力されたときに信号光に対して+π/2の位相差を付与できる値であり、以降、制御電圧V2,・・・V2M−1となるに従い、第1段目の位相変調領域に入力され
たときに信号光に対して付与する位相差が+π/2に順次+π/2ずつ増加していく値である
ことを特徴とするツリー型光スイッチ構成。
In claim 1,
A control voltage that causes a phase modulation operation in the phase modulation region is input to the control terminal,
The control voltages are 2M types of control voltages V0, V1, V2,... V2 M having different voltage values.
−1, the voltage value of the control voltage V0 is 0, and the voltage value of the control voltage V1 gives a phase difference of + π / 2 to the signal light when input to the phase modulation area of the first stage. After that, as the control voltages V2,... V2 M −1, the phase difference given to the signal light becomes + π / 2 when input to the first phase modulation region. A tree-type optical switch configuration characterized by a value that increases sequentially by + π / 2.
請求項1において、
前記制御端子には、前記位相変調領域において位相変調動作を起こす制御電流が入力され、
前記制御電流は、電流値の異なる2M種類の制御電流I0,I1,I2,・・・I2M−1であり、制御電流I0の電流値は0であり、制御電流I1の電流値は第1段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して+π/2の位相差を付与できる値であり、以降、制御電流I2,・・・I2M−1となるに従い、第1段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して付与する位相差が+π/2に順次+π/2ずつ増加していく値である
ことを特徴とするツリー型光スイッチ構成。
In claim 1,
A control current that causes a phase modulation operation in the phase modulation region is input to the control terminal,
The control current is 2 M types of control currents I0, I1, I2,... I2 M −1 having different current values, the current value of the control current I0 is 0, and the current value of the control current I1 is the first current value. It is a value that can give a phase difference of + π / 2 to the signal light when it is input to the first-stage phase modulation region, and thereafter, as the control currents I2,... I2 M −1, A tree-type optical switch configuration characterized in that the phase difference given to the signal light when it is input to the phase modulation area of the stage is a value that increases by + π / 2 sequentially to + π / 2.
JP2014155828A 2014-07-31 2014-07-31 Tree-type optical switch configuration Active JP6247172B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014155828A JP6247172B2 (en) 2014-07-31 2014-07-31 Tree-type optical switch configuration

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014155828A JP6247172B2 (en) 2014-07-31 2014-07-31 Tree-type optical switch configuration

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016033546A true JP2016033546A (en) 2016-03-10
JP6247172B2 JP6247172B2 (en) 2017-12-13

Family

ID=55452483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014155828A Active JP6247172B2 (en) 2014-07-31 2014-07-31 Tree-type optical switch configuration

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6247172B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019213139A1 (en) * 2018-04-30 2019-11-07 President And Fellows Of Harvard College Active photonic networks on integrated lithium niobate platforms

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61196119A (en) * 1985-02-27 1986-08-30 Omron Tateisi Electronics Co Waveguide type photosensor
US6501869B1 (en) * 2000-03-20 2002-12-31 George Mason University Optical switching system
JP2007248850A (en) * 2006-03-16 2007-09-27 Oki Electric Ind Co Ltd Mach-zehnder type semiconductor element and control method thereof
JP2010079082A (en) * 2008-09-26 2010-04-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Multi-way optical switch
JP2012252260A (en) * 2011-06-06 2012-12-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical modulation circuit
JP2013050678A (en) * 2011-08-31 2013-03-14 Sumitomo Electric Ind Ltd Mach-zehnder interference element

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61196119A (en) * 1985-02-27 1986-08-30 Omron Tateisi Electronics Co Waveguide type photosensor
US6501869B1 (en) * 2000-03-20 2002-12-31 George Mason University Optical switching system
JP2007248850A (en) * 2006-03-16 2007-09-27 Oki Electric Ind Co Ltd Mach-zehnder type semiconductor element and control method thereof
JP2010079082A (en) * 2008-09-26 2010-04-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Multi-way optical switch
JP2012252260A (en) * 2011-06-06 2012-12-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical modulation circuit
JP2013050678A (en) * 2011-08-31 2013-03-14 Sumitomo Electric Ind Ltd Mach-zehnder interference element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019213139A1 (en) * 2018-04-30 2019-11-07 President And Fellows Of Harvard College Active photonic networks on integrated lithium niobate platforms

Also Published As

Publication number Publication date
JP6247172B2 (en) 2017-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shi et al. Silicon photonic modulators for PAM transmissions
JP5729303B2 (en) Optical modulator module and optical signal modulation method
WO2013042753A1 (en) Optical modulator module and modulation method for optical signal
JP5958468B2 (en) Optical modulator module, optical modulator driving integrated circuit, and optical signal modulation method
CN106375088A (en) Coder and decoder chips for quantum cryptography communication
Rashed Performance signature and optical signal processing of high speed electro-optic modulators
Kaur All optical data comparator and decoder using SOA-based Mach–Zehnder interferometer
Kumari et al. All-optical binary to gray code converter using non-linear material based MIM waveguide
Singh et al. Design and analysis of all-optical half-adder, half-subtractor and 4-bit decoder based on SOA-MZI configuration
CN109643030B (en) Optical modulator and method of use
Simard et al. Segmented silicon MZM for PAM-8 transmissions at 114 Gb/s with binary signaling
Davoudzadeh et al. On linearity of all optical asynchronous binary delta–sigma modulator
Law et al. Demonstration of photonic micro-ring resonator based digital bit magnitude comparator
CN110673364A (en) System and method for performing thermo-optic modulation on photonic device by using dynamic power supply
Hossain et al. Modelling of silicon micro-ring resonator based all-optical precoder circuit for differential quadrature phase-shift keying
Cao et al. Mesh-structure-enabled programmable multitask photonic signal processor on a silicon chip
JPWO2011145280A1 (en) Optical intensity phase converter, Mach-Zehnder type optical interferometer, optical A / D converter, and optical intensity phase converter configuration method
Kumar et al. New all-optical realizations of multiplexer logic using micro-ring resonators
JP5732002B2 (en) Operating point controller for semiconductor Mach-Zehnder modulator
JP6247172B2 (en) Tree-type optical switch configuration
Wang et al. Energy efficiency comparisons of NRZ and PAM4 modulation for ring-resonator-based silicon photonic links
JP2015207803A (en) Digital/analog conversion circuit and optical transmitter
JP2016161604A (en) Light switch device
Kaler et al. Implentation of optical encoder and multiplexer using Mach–Zehnder inferometer
Nazarathy et al. Energy-efficient reconfigurable 4| 16| 64| 256-QAM transmitter based on PAM2| 4-driven optical DACs

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160908

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20170421

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170421

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170718

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170829

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171027

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171114

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171116

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6247172

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150