JP2016161604A - 光スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面光導波路の交差数を減じて光導波路交差損失を低減する。【解決手段】入力側の１×４型の光スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４と出力側の光スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４が交互に隣接して環状に並んで配置されている。入力側の光スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４の両端のポートは、他の光導波路と交差していない光導波路により、当該入力側の光スイッチに隣接する出力側の光スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４の両端のポートに接続されている。入力側の光スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４の両端以外のポートは、他の光導波路と交差する光導波路により、出力側の光スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４の両端以外のポートに、接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、光情報通信で用いられる１×Ｎ型の光スイッチを基本要素としたＮ×Ｎ型の光スイッチ装置において、少ない交差導波路数で多ポートのスイッチングを行うことができるように工夫したものである。
なお、Ｎは２以上の整数を表す。

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。

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。

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て、ノードの出力端で再度、電気／光変換して伝送される。この場合は光／電気変換や電気での高速スイッチングで多くの電力を消費する。

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。

このような光スイッチは、ガラス系の平面光導波路（ＰＬＣ）上に構成した熱光学（ＴＯ）スイッチ、ＩｎＰ系の電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）やマッハツェンダー型（ＭＺ）光変調器や半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いたスイッチ、ＬｉＮｂＯ₃系の位相変調型光変調器を用いたスイッチなどが研究開発されている。

主な光スイッチ構成としては、用途により、Ｎ×Ｎのスイッチングが行えるクロスバー型光スイッチや１×Ｎの光スイッチが行えるツリー型光スイッチなどが研究開発されている。
また、ツリー型光スイッチを１×Ｎ型光スイッチとして入力側にＮ個用い、ツリー型光スイッチをＮ×１型光スイッチとして出力側にＮ個用いて、それらを接続することでノンブロッキングのＮ×Ｎ型の光スイッチ装置を実現することもできる。

T. Watanabe他、"Silica-based PLC 1×128 thermo-optic switch"27th European Conference on Optical Communication (ECOC), vol.2, pp. 134-135, 2001.

上記の非特許文献１では、入力側のＮ個の１×Ｎ型光スイッチと出力側のＮ個のＮ×１型光スイッチの間を光ファイバで接続することで、Ｎ×Ｎ型の光スイッチ装置を実現している。この場合、Ｎ×Ｎ本の光ファイバと、２×Ｎ×Ｎカ所のファイバ接続点およびコネクタが必要となり、光スイッチ装置が大型化する問題がある。

そこで、装置を小型化するために、これらの接続を平面光導波路上で行うことが考えられる。この場合、最も簡便な接続手法は上記非特許文献１にも図示されているように、図５のようになる。

図５のＮ×Ｎ型（具体的には４×４型）の光スイッチ装置１００では、光スイッチとして、入力側の４個の１×４型の光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４と、出力側の４個の４×１型の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４を用いている。入力側の各光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４は、それぞれ４つのポートを有しており、出力側の各光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４も、それぞれ４つのポートを有している。図５では、各ポートを小さい○で示している。

入力側の光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４の各ポートは、出力側の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４の各ポートに、光導波路（平面光導波路）ＯＷにより接続されている。
例えば入力側の光スイッチＳＷ１１について説明すると、ポート１１ａは出力側の光スイッチＳＷ２１のポートに、ポート１１ｂは出力側の光スイッチＳＷ２２のポートに、ポート１１ｃは出力側の光スイッチＳＷ２３のポートに、ポート１１ｄは出力側の光スイッチＳＷ２４のポートに接続されている。つまり、入力側の光スイッチＳＷ１１の４つのポート１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、それぞれ、出力側の互いに異なる光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４のポートに接続されている。
他の入力側の光スイッチＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４も同様に、入力側の４つのポートが、それぞれ、出力側の互いに異なる光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４のポートに接続されている。
なお、図５では、接続用の１６本の光導波路（平面光導波路）ＯＷを直線のラインで示している。

このように、入力側の光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４のポートと、出力側の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４のポートを平面上で接続するため、接続用の光導波路ＯＷの一部のものは他の光導波路ＯＷと交差することはないが、接続用の光導波路ＯＷの多くは他の光導波路ＯＷに複数回交差することになる。

例えば、入力側の光スイッチＳＷ１１のポート１１ａと出力側の光スイッチＳＷ２１のポート２１ａとを接続する光導波路ＯＷは、どの光導波路ＯＷとも交差しない。

一方、入力側の光スイッチＳＷ１１のポート１１ｄと出力側の光スイッチＳＷ２４のポート２４ａとを接続する光導波路ＯＷは、最大で（Ｎ−１）×（Ｎ−１）本（図５の例では、（４−１）×（４−１）＝９本）の光導波路ＯＷと交差する。
このときの光導波路交差による損失をＬ（ｄＢ／交差数）とすると、導波路交差損失は、最大でＬ×（Ｎ−１）×（Ｎ−１）（ｄＢ）となる。具体的に、Ｌ＝０．０５ｄＢ、Ｎ=１６とすると、１１．２５ｄＢとなり、Ｎが増えると大幅に劣化してしまう。
このため、交差数を少なくする構成が望まれていた。

本発明は、上記従来技術に鑑み、入力側の光スイッチのポートと出力側の光スイッチのポートを、平面光導波路（２次元平面状に形成された光導波路）により接続して構成した光スイッチ装置において、導波路の交差数を少なくして導波路交差損失を低減することができるＮ×Ｎ型の光スイッチ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、
入力側の１×Ｎ型のＮ個の光スイッチと、出力側のＮ×１型のＮ個の光スイッチと、Ｎ個のポートを有する前記入力側の光スイッチのポートとＮ個のポートを有する前記出力側の光スイッチのポートとを接続する平面光導波路とを備えるＮ×Ｎ型の光スイッチ装置において、
前記入力側の光スイッチと前記出力側の光スイッチが交互に並んで配置され、
前記入力側の光スイッチのポートのうち一端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、前記出力側の光スイッチの他端側のポートに接続され、
前記入力側の光スイッチのポートのうち他端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、前記出力側の光スイッチの一端側のポートに接続されていることを特徴とする。

また本発明は、
前記入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートは、それぞれ、他の平面光導波路と交差する前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチに隣接しない前記出力側の光スイッチであって互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートに接続されていることを特徴とする。

また本発明は、
入力側の１×Ｎ型のＮ個の光スイッチと、出力側のＮ×１型のＮ個の光スイッチと、Ｎ個のポートを有する前記入力側の光スイッチのポートとＮ個のポートを有する前記出力側の光スイッチのポートとを接続する平面光導波路とを備えるＮ×Ｎ型の光スイッチ装置において、
前記入力側の光スイッチと前記出力側の光スイッチは、交互に環状に並んで配置されており、
前記入力側の光スイッチのポートのうち一端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチの一端側に隣接する前記出力側の光スイッチの他端側のポートに接続され、
前記入力側の光スイッチのポートのうち他端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチの他端側に隣接する前記出力側の光スイッチの一端側のポートに接続され、
前記入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートは、それぞれ、他の平面光導波路と交差する前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチに隣接しない前記出力側の光スイッチであって互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートに接続されていることを特徴とする。

また本発明は、
入力側の１×Ｎ型のＮ個の光スイッチと、出力側のＮ×１型のＮ個の光スイッチと、Ｎ個のポートを有する前記入力側の光スイッチのポートとＮ個のポートを有する前記出力側の光スイッチのポートとを接続する平面光導波路とを備えるＮ×Ｎ型の光スイッチ装置において、
前記入力側の光スイッチと前記出力側の光スイッチは、交互に一直線状に並んで配置されており、
一直線状に並んだ前記光スイッチのうち一端側に配置された入力側の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチの一端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、他端側に配置された出力側の光スイッチの他端側のポートに接続され、
一直線状に並んだ前記光スイッチのうち一端側に配置された入力側の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチの他端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチの他端側に隣接する出力側の光スイッチの一端側のポートに接続され、
一直線状に並んだ前記光スイッチのうち一端側に配置された入力側の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートは、それぞれ、他の平面光導波路と交差する前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチに隣接しない前記出力側の光スイッチであって互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートに接続されており、
一直線状に並んだ前記光スイッチのうち両端に配置された光スイッチ以外の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチのポートのうち一端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチの一端側に隣接する前記出力側の光スイッチの他端側のポートに接続され、
一直線状に並んだ前記光スイッチのうち両端に配置された光スイッチ以外の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチのポートのうち他端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチの他端側に隣接する前記出力側の光スイッチの一端側のポートに接続され、
一直線状に並んだ前記光スイッチのうち両端に配置された光スイッチ以外の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートは、それぞれ、他の平面光導波路と交差する前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチに隣接しない前記出力側の光スイッチであって互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートに接続されていることを特徴とする。

また本発明は、
前記入力側の光スイッチと、前記出力側の光スイッチと、前記平面光導波路が、同一の半導体基板上にモノリシック集積して形成されていることを特徴とする。

また本発明は、
前記入力側の光スイッチと前記出力側の光スイッチが同一の半導体基板上にモノリシック集積して形成され、この光スイッチが形成された半導体基板が、前記平面光導波路が形成された平面光回路基板上にハイブリッド集積されていることを特徴とする。

本発明によれば、必要な光導波路の交差数を半減することで交差損失も半減できるので、素子の小型化が可能なままで、低損失なＮ×Ｎ型の光スイッチ装置を実現することができる。

本発明の実施例１に係る光スイッチ装置を示す構成図 本発明の実施例２に係る光スイッチ装置を示す構成図 本発明の実施例３に係る光スイッチ装置を示す構成図 本発明の実施例４に係る光スイッチ装置を示す構成図 従来の光スイッチ装置を示す構成図

以下、本発明に係る光スイッチ装置を、実施例に基づき詳細に説明する。

［ツリー型光スイッチ］
先ず、各実施例の光スイッチ装置において用いる、ツリー型の光スイッチについて説明する。光スイッチとしては、１×４型の光スイッチに限らず、１×８型の光スイッチや、それ以上のポート数になっている１×Ｎ型の光スイッチを採用することができる。

ここでは代表としてツリー型の１×４型の光スイッチについて説明する。
この光スイッチは１×２型光スイッチをツリー状に接続して実現される。まず最初の第１の１×２型光スイッチで２分岐し、さらにそれぞれの光出力を第２の１×２型光スイッチおよび第３の１×２型光スイッチで２分岐して４ポートに分岐する。各１×２型光スイッチは、例えばＭＺ型光変調器を用いることで実現できる。

この光スイッチはまず入力光を方向性結合器を用いて２つの光導波路に分岐する。このとき方向性結合器の長さは光強度を２等分するように設計される。即ち方向性結合器の結合長の２分の１となるように設定される。２分岐された入力光は２つの光導波路位相差を受けた後に再度、方向性結合器を用いて結合される。すると干渉効果により、２つの光導波路間の位相差が、±ｎπであれば光入力したのと反対の光導波路から光出力し、±（２ｎ＋１）π／２であれば光入力したのと同じ光導波路から光出力される（ｎは整数）。

従って、片方の光導波路内に位相変調領域を配置して制御すれば、１×２のスイッチング動作が得られる。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。このため、ガラス系導波路ではヒータへ電流を通電することで温度制御してＴＯ効果を用いて光導波路の屈折率を変化させ、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）効果や量子閉じ込めシュタルク（ＱＣＳＥ）効果もしくは電流注入によるプラズマ効果を用いて光導波路の屈折率を変化させ、ＬＮ系では電圧印加によるポッケルス効果を用いて光導波路の屈折率を変化させれば、スイッチング動作を行うことができる。

［実施例１］
図１は本発明の実施例１に係る光スイッチ装置１０を示す。この光スイッチ装置１０では、入力側の４個の１×４型の光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４と、出力側の４個の４×１型の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４が、交互に隣接して円環状に並んで配置されている。
つまり、光スイッチＳＷ１１、光スイッチＳＷ２１、光スイッチＳＷ１２、光スイッチＳＷ２２、光スイッチＳＷ１３、光スイッチＳＷ２３、光スイッチＳＷ１４、光スイッチＳＷ２４の順で、入力側の光スイッチと出力側の光スイッチが、交互に環状に並んで配置されている。

入力側の各光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４は、それぞれ４つのポートを有しており、出力側の各光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４も、それぞれ４つのポートを有している。
例えば光スイッチＳＷ１１は、４つのポート１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有しており、他の光スイッチも同様に４つのポートを有している。そして、図１では、各ポートを小さい○で示している。しかも、１つの光スイッチに備えた４つのポートのうち、両端に位置するポートは「数字にａ，ｄを付した符号」（例えば１１ａ，１１ｄ）により示し、両端に位置しないポートは「数字に符号ｂ，ｃを付した符号」（例えば１１ｂ，１１ｃ）により示している。

入力側の光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４の各ポートは、出力側の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４の各ポートに、光導波路（平面光導波路）ＯＷにより接続されている。各光導波路ＯＷによる接続状態は、次のようになっている。

・接続状態Ａ： 入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポート（符号ｂまたはｃを付したポート）は、それぞれ、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチに隣接しない出力側の互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポート（符号ｂまたはｃを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの両端に位置しないポートと、出力側の光スイッチの両端に位置しないポートを接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差している。
・接続状態Ｂ： 入力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）は、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチの一端側に隣接する出力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）と出力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）を接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差していない。
・接続状態Ｃ： 入力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）は、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチの他端側に隣接する出力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）と出力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）を接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差していない。

光導波路ＯＷによる上記の接続状態Ａ，Ｂ，Ｃの具体例を、入力側の光スイッチＳＷ１１について説明すると、次のとおりである。
・接続状態Ａ： 光スイッチＳＷ１１のポート１１ｂは、光スイッチＳＷ２３のポート２３ｃに接続され、光スイッチＳＷ１１のポート１１ｃは、光スイッチＳＷ２２のポート２２ｂに接続されている。
・接続状態Ｂ： 光スイッチＳＷ１１の一端側のポート１１ａは、光スイッチＳＷ２４の他端側のポート２４ｄに接続されている。
・接続状態Ｃ： 光スイッチＳＷ１１の他端側のポート１１ｄは、光スイッチＳＷ２１の一端側のポート２１ａに接続されている。

他の入力側の光スイッチＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４のポートについても、光スイッチＳＷ１１での接続状態Ａ，Ｂ，Ｃと同様な状態で、出力側の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４のポートに接続されている。この結果、図１に示すような入力側のポートと出力側のポートが、１６本の光導波路ＯＷにより接続されている。

なお、本実施例の光スイッチ装置１０は、入力側の４個の１×４型の光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４と、出力側の４個の４×１型の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４と、１６本の光導波路ＯＷを、全て同一の半導体基板上に、モノリシック集積して形成することができる。
または、本実施例の光スイッチ装置１０は、入力側の４個の１×４型の光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４と、出力側の４個の４×１型の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４を半導体基板上に形成し、この光スイッチを形成した半導体基板を、１６本の光導波路ＯＷを形成した平面光回路基板上にハイブリッド集積して形成することもできる。
後述する実施例においても、光スイッチ装置を、モノリシック集積して形成したり、ハイブリッド集積したりして、形成することができる。

ここで実施例１の光スイッチ装置１０では、従来技術の光スイッチ装置（図５参照）に比べて、光導波路ＯＷどうしの交差数が減少したことについて説明する。

ある入力側の１×Ｎ型光スイッチから隣接する２つの出力側のＮ×１型光スイッチを接続する光導波路ＯＷは、どのような場合でも他の光導波路ＯＷと交差することはない。

次にある入力側の１×Ｎ型光スイッチから最も遠い出力側のＮ×１型光スイッチへの接続を考える。この両者を接続する光導波路ＯＷが、他の光導波路との交差数が最も多くなる。
これらを接続する光導波路に交差する光導波路は、この光導波路で分断された一方の円周上にある入力側の１×Ｎ型光スイッチから他方の円周上にある出力側のＮ×１型光スイッチへと接続される光導波路となる。

例えば図１において、入力側の光スイッチＳＷ１３のポート１３ｃと、出力側の光スイッチＳＷ２４のポート２４ｂを接続する光導波路ＯＷで考えると、この光導波路で分断された右側の領域の（Ｎ／２）−１個の入力側の１×Ｎ型光スイッチから左側の領域の（Ｎ／２）個の出力側のＮ×１型光スイッチへ光導波路が各１本ずつ接続されるので、（（Ｎ／２）−１）×Ｎ／２本の光導波路が交差する。またこの光導波路で分断された右側の領域の（Ｎ／２）−１個の出力側のＮ×１型光スイッチへは左側の領域の（Ｎ／２）個の入力側の１×Ｎ型光スイッチから各１本ずつの光導波路が接続されるので、（（Ｎ／２）−１）×Ｎ／２本の光導波路が交差する。従って、合計すると（Ｎ−２）×（Ｎ／２）本の光導波路が交差することとなる。
したがって、光スイッチＳＷ１３のポート１３ｃと光スイッチＳＷ２４のポート２４ｂを接続する光導波路ＯＷは、（Ｎ−２）×（Ｎ／２）＝（４−２）×（４／２）＝４本の光導波路ＯＷと交差する。

これは前述した従来の光スイッチ装置１００（図５参照）での光導波路の交差数（Ｎ−１）×（Ｎ−１）本であることに比べて、光導波路の交差数がほぼ半減していることになる。
表１は光導波路の交差による損失を計算したものであるが、許容損失を１０ｄＢ以下とすると、従来型では８×８の光スイッチ装置までが限界だったのに対して、本発明を用いると１６×１６の光スイッチ装置まで可能となり、ポート数を倍増できることが分かる。これはスループットも倍増できることを意味しており、効果は非常に大きい。

［実施例２］
図２は本発明の実施例２に係る光スイッチ装置２０を示す。この光スイッチ装置２０では、入力側の８個の１×８型の光スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１８と、出力側の８個の８×１型の光スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２８が、交互に隣接して環状に並んで配置されている。

入力側の光スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１８の各ポートは、出力側の光スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２８の各ポートに、光導波路（平面光導波路）ＯＷにより接続されている。各光導波路ＯＷによる接続状態は、次のようになっている。

・接続状態Ａ： 入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポート（符号ｂ〜ｇを付したポート）は、それぞれ、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチに隣接しない出力側の互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポート（符号ｂ〜ｇを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの両端に位置しないポートと、出力側の光スイッチの両端に位置しないポートを接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差している。
・接続状態Ｂ： 入力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）は、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチの一端側に隣接する出力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｈを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の一端側のポート（符号ａを付したポート）と出力側の他端側のポート（符号ｈを付したポート）を接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差していない。
・接続状態Ｃ： 入力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｈを付したポート）は、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチの他端側に隣接する出力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の他端側のポート（符号ｈを付したポート）と出力側の一端側のポート（符号ａを付したポート）を接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差していない。

この光スイッチ装置２０においては、表１に示すように、光導波路の交差数が（Ｎ−２）×（Ｎ／２）＝（８−２）×（８／２）＝２４となり、光導波路の交差数を減少させて、導波路交差損失を低減することができる。

［実施例３］
図３は本発明の実施例３に係る光スイッチ装置３０を示す。この光スイッチ装置３０は、図１に示す光スイッチ装置１０における光スイッチの配置状態を変形したものである。

この光スイッチ装置３０では、入力側の光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２と出力側の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２が、交互に直線状に並んで配置されている。また、入力側の光スイッチＳＷ１３，ＳＷ１４と出力側の光スイッチＳＷ２３，ＳＷ２４が、交互に直線状に並んで配置されている。
つまり、直線状に配置した光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ１２，ＳＷ２２の並びと、直線状に配置した光スイッチＳＷ１３，ＳＷ２３，ＳＷ１４，ＳＷ２４の並びが、平行状態となって配置されている。

つまり、図１の光スイッチ１０では光スイッチを円形の環状に配置したが、図３の光スイッチ３０では光スイッチを四角形の環状に配置したことになる。
光スイッチ１０も光スイッチ３０も、光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ１２，ＳＷ２２，ＳＷ１３，ＳＷ２３，ＳＷ１４，ＳＷ２４を環状に配置した点では一致している。

光スイッチ３０における、入力側の光スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４のポートと、出力側の光スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４のポートとの接続状態は、光スイッチ１０と同じである。

即ち、入力側の光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４の各ポートは、出力側の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４の各ポートに、光導波路（平面光導波路）ＯＷにより接続されている。各光導波路ＯＷによる接続状態は、次のようになっている。

・接続状態Ａ： 入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポート（符号ｂまたはｃを付したポート）は、それぞれ、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチに隣接しない出力側の互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポート（符号ｂまたはｃを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの両端に位置しないポートと、出力側の光スイッチの両端に位置しないポートを接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差している。
・接続状態Ｂ： 入力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）は、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチの一端側に隣接する出力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）と出力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）を接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差していない。
・接続状態Ｃ： 入力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）は、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチの他端側に隣接する出力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）と出力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）を接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差していない。

［実施例４］
図４は本発明の実施例４に係る光スイッチ装置４０を示す。この光スイッチ装置４０では、入力側の光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４と、出力側の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４が交互に一直線状に並んで配置されている。即ち、光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ１２，ＳＷ２２，ＳＷ１３，ＳＷ２３，ＳＷ１４，ＳＷ２４が一直線状に並んで配置されている。

入力側の光スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４の各ポートは、出力側の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４の各ポートに、光導波路（平面光導波路）ＯＷにより接続されている。各光導波路ＯＷによる接続状態は、次のようになっている。

・接続状態Ａ： 入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポート（符号ｂまたはｃを付したポート）は、それぞれ、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチに隣接しない出力側の互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポート（符号ｂまたはｃを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの両端に位置しないポートと、出力側の光スイッチの両端に位置しないポートを接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差している。
・接続状態Ｂ１： 一直線状に並んだ光スイッチのうち両端に配置された光スイッチ以外の光スイッチでは、入力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）は、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチの一端側に隣接する出力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）と出力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）を接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差していない。
・接続状態Ｃ１： 一直線状に並んだ光スイッチのうち両端に配置された光スイッチ以外の光スイッチでは、入力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）は、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチの他端側に隣接する出力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）と出力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）を接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差していない。
・接続状態Ｂ２： 一直線状に並んだ光スイッチのうち一端側に配置された入力側の光スイッチでは、入力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）は、光導波路ＯＷにより、他端側に配置された出力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）と出力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）を接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差していない。
・接続状態Ｃ２： 一直線状に並んだ光スイッチのうち一端側に配置された入力側の光スイッチでは、入力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）は、光導波路ＯＷにより、当該入力側の光スイッチの他端側に隣接する出力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）に接続されている。
このとき、入力側の光スイッチの他端側のポート（符号ｄを付したポート）と出力側の光スイッチの一端側のポート（符号ａを付したポート）を接続する光導波路ＯＷは、他の光導波路ＯＷと交差していない。

光導波路ＯＷによる上記の接続状態Ａ，Ｂ１，Ｃ１の具体例を、入力側の光スイッチＳＷ１２について説明すると、次のとおりである。
・接続状態Ａ： 光スイッチＳＷ１２のポート１２ｂは、光スイッチＳＷ２４のポート２４ｃに接続され、光スイッチＳＷ１２のポート１２ｃは、光スイッチ２３のポート２３ｂに接続されている。
・接続状態Ｂ１： 光スイッチＳＷ１２の一端側のポート１２ａは、光スイッチＳＷ２１の他端側のポート２１ｄに接続されている。
・接続状態Ｃ１： 光スイッチＳＷ１２の他端側のポート１２ｄは、光スイッチＳＷ２２の一端側のポート２２ａに接続されている。

光導波路ＯＷによる上記の接続状態Ａ，Ｂ２，Ｃ２の具体例を、入力側の光スイッチＳＷ１１について説明すると、次のとおりである。
・接続状態Ａ ： 光スイッチＳＷ１１のポート１１ｂは、光スイッチＳＷ２３のポート２３ｃに接続され、光スイッチＳＷ１１のポート１１ｃは、光スイッチ２２のポート２２ｂに接続されている。
・接続状態Ｂ２： 光スイッチＳＷ１１の一端側のポート１１ａは、光スイッチＳＷ２４の他端側のポート２４ｄに接続されている。
・接続状態Ｃ２： 光スイッチＳＷ１１の他端側のポート１１ｄは、光スイッチＳＷ２１の一端側のポート２１ａに接続されている。

この光スイッチ装置４０においても、光スイッチ装置１０，２０と同様に、光導波路の交差数の最大値は（Ｎ−２）×（Ｎ／２）本となり、光導波路の交差数を減少させて、導波路交差損失を低減することができる。

なお、本発明の光スイッチ装置で用いることができる１×Ｎの光スイッチとしては、ツリー型の光スイッチに限らず、１×Ｎの光スイッチ動作を行うことができる他のタイプの１×Ｎの光スイッチであってもよい。
例えば、入力光をＮ本に分配してその中から所望の１本を選択する分配選択型の光スイッチや、入力光にフェーズドアレイ領域で所望の位相変調を与えて結像位置を空間的に選択して所望の出力ポートから光出力をするフェーズドアレイ型に光スイッチを採用することもできる。

本発明は、ツリー型や他のタイプの１×Ｎ型の光スイッチを基本としたＮ×Ｎ型の光スイッチ装置に適用することができる。

２０，３０，４０，５０，１００ 光スイッチ装置
ＳＷ１１〜ＳＷ１８ 入力側の光スイッチ
ＳＷ２１〜ＳＷ２８ 出力側の光スイッチ
ＯＷ 光導波路

Claims (6)

1. 入力側の１×Ｎ型のＮ個の光スイッチと、出力側のＮ×１型のＮ個の光スイッチと、Ｎ個のポートを有する前記入力側の光スイッチのポートとＮ個のポートを有する前記出力側の光スイッチのポートとを接続する平面光導波路とを備えるＮ×Ｎ型の光スイッチ装置において、
   前記入力側の光スイッチと前記出力側の光スイッチが交互に並んで配置され、
   前記入力側の光スイッチのポートのうち一端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、前記出力側の光スイッチの他端側のポートに接続され、
   前記入力側の光スイッチのポートのうち他端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、前記出力側の光スイッチの一端側のポートに接続されている、
   ことを特徴とする光スイッチ装置。
2. 請求項１において、
   前記入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートは、それぞれ、他の平面光導波路と交差する前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチに隣接しない前記出力側の光スイッチであって互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートに接続されている、
   ことを特徴とする光スイッチ装置。
3. 入力側の１×Ｎ型のＮ個の光スイッチと、出力側のＮ×１型のＮ個の光スイッチと、Ｎ個のポートを有する前記入力側の光スイッチのポートとＮ個のポートを有する前記出力側の光スイッチのポートとを接続する平面光導波路とを備えるＮ×Ｎ型の光スイッチ装置において、
   前記入力側の光スイッチと前記出力側の光スイッチは、交互に環状に並んで配置されており、
   前記入力側の光スイッチのポートのうち一端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチの一端側に隣接する前記出力側の光スイッチの他端側のポートに接続され、
   前記入力側の光スイッチのポートのうち他端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチの他端側に隣接する前記出力側の光スイッチの一端側のポートに接続され、
   前記入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートは、それぞれ、他の平面光導波路と交差する前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチに隣接しない前記出力側の光スイッチであって互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートに接続されている、
   ことを特徴とする光スイッチ装置。
4. 入力側の１×Ｎ型のＮ個の光スイッチと、出力側のＮ×１型のＮ個の光スイッチと、Ｎ個のポートを有する前記入力側の光スイッチのポートとＮ個のポートを有する前記出力側の光スイッチのポートとを接続する平面光導波路とを備えるＮ×Ｎ型の光スイッチ装置において、
   前記入力側の光スイッチと前記出力側の光スイッチは、交互に一直線状に並んで配置されており、
   一直線状に並んだ前記光スイッチのうち一端側に配置された入力側の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチの一端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、他端側に配置された出力側の光スイッチの他端側のポートに接続され、
   一直線状に並んだ前記光スイッチのうち一端側に配置された入力側の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチの他端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチの他端側に隣接する出力側の光スイッチの一端側のポートに接続され、
   一直線状に並んだ前記光スイッチのうち一端側に配置された入力側の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートは、それぞれ、他の平面光導波路と交差する前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチに隣接しない前記出力側の光スイッチであって互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートに接続されており、
   一直線状に並んだ前記光スイッチのうち両端に配置された光スイッチ以外の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチのポートのうち一端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチの一端側に隣接する前記出力側の光スイッチの他端側のポートに接続され、
   一直線状に並んだ前記光スイッチのうち両端に配置された光スイッチ以外の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチのポートのうち他端側のポートは、他の平面光導波路と交差しない前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチの他端側に隣接する前記出力側の光スイッチの一端側のポートに接続され、
   一直線状に並んだ前記光スイッチのうち両端に配置された光スイッチ以外の光スイッチでは、前記入力側の光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートは、それぞれ、他の平面光導波路と交差する前記平面光導波路により、当該入力側の光スイッチに隣接しない前記出力側の光スイッチであって互いに異なる光スイッチのポートのうち両端に位置しないポートに接続されている、
   ことを特徴とする光スイッチ装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項において、
   前記入力側の光スイッチと、前記出力側の光スイッチと、前記平面光導波路が、同一の半導体基板上にモノリシック集積して形成されている、
   ことを特徴とする光スイッチ装置。
6. 請求項１から請求項４のいずれか一項において、
   前記入力側の光スイッチと前記出力側の光スイッチが同一の半導体基板上にモノリシック集積して形成され、この光スイッチが形成された半導体基板が、前記平面光導波路が形成された平面光回路基板上にハイブリッド集積されている、
   ことを特徴とする光スイッチ装置。

Images