JP2625312B2 - Waveguide type matrix optical switch - Google Patents

Waveguide type matrix optical switch

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JP2625312B2
JP2625312B2 JP5845892A JP5845892A JP2625312B2 JP 2625312 B2 JP2625312 B2 JP 2625312B2 JP 5845892 A JP5845892 A JP 5845892A JP 5845892 A JP5845892 A JP 5845892A JP 2625312 B2 JP2625312 B2 JP 2625312B2
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waveguide
optical switch
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waveguides
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邦治 加藤
勝己 加藤
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野等で用いる
導波路型マトリックス光スイッチに係り、さらに詳しく
は、作製誤差に強く消光比の優れた導波路型マトリック
ス光スイッチ構成に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide-type matrix optical switch used in the field of optical communication and the like, and more particularly to a waveguide-type matrix optical switch having a high extinction ratio which is resistant to fabrication errors. .

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバ通信の一層の普及のために
は、光ファイバと受・発光素子の高性能化,低価格化に
加えて、光分岐結合器,光合分波器,光スイッチ等の各
種光回路部品の開発が不可欠な段階にきている。なかで
も、光スイッチは、光ファイバ回線を需要に応じて自在
に切り替えたり、回線故障の際の迂回路の確保のため
に、近い将来、重要な役割を占めると考えられる。
2. Description of the Related Art In order to spread optical fiber communication more widely, in addition to increasing the performance and cost of optical fibers and light receiving / emitting elements, in addition to optical branching couplers, optical multiplexer / demultiplexers, optical switches, and the like. The development of various optical circuit components has reached an essential stage. In particular, optical switches are expected to play an important role in the near future in order to freely switch optical fiber lines according to demand and to secure detours in case of line failure.

【0003】光スイッチの構成形態としては、従来か
ら、1)バルク型、2)導波路型が提案されている。バ
ルク型は、可動プリズムやレンズ等を構成要素として組
み立てられたもので、波長依存性が少なく、比較的低損
失という利点があるものの、組立調整工程が煩雑で量産
に適さず、高価格という欠点があり、広く普及するに至
っていない。導波路型は、平面基板上の光導波路を基本
として、フォトリソグラフィや微細加工技術を利用し
て、いわゆる集積型の光スイッチを一括大量生産しよう
とするもので、将来型の光スイッチ形態として期待され
ている。特にM本の入力ポートとN本の出力ポートを持
つ比較的規模の大きい(M×N)マトリックス光スイッ
チを現実的に構成可能な形態は、導波路型をおいて他に
ないと期待されている。
Conventionally, as the configuration of the optical switch, 1) bulk type and 2) waveguide type have been proposed. The bulk type is assembled using movable prisms and lenses as components, and has the advantages of low wavelength dependence and relatively low loss, but the assembly adjustment process is complicated, not suitable for mass production, and the disadvantage of high price And has not yet become widely used. The waveguide type is based on an optical waveguide on a flat substrate and uses photolithography and microfabrication technology to mass produce so-called integrated optical switches in a batch, and is expected as a future type of optical switch. Have been. In particular, it is expected that there is no other form in which a relatively large-scale (M × N) matrix optical switch having M input ports and N output ports can be practically constituted by a waveguide type. I have.

【0004】図1は本発明が対象とする(M×N)マト
リックス光スイッチの1例としての(4×4)光スイッ
チの構成概念図である。この(4×4)スイッチは見か
け上、4本の入力導波路1a,1b,1c,1dと4本
の出力光導波路2a,2b,2c,2dが4×4=16
箇所で交差する構成を持ち、16箇所の交差部には光ス
イッチの最小単位としての(2×2)光スイッチ要素S
00,…,S33が配置されている。このようなマトリ
ックス光スイッチ構成は「厳密にノンブロッキングなマ
トリックス光スイッチ」と呼ばれ、入力光導波路1a,
1b,1c,1dに入力する4チャンネルの信号光の光
路を4本の出力光導波路2a,2b,2c,2dに振り
分けることができる。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a (4 × 4) optical switch as an example of an (M × N) matrix optical switch to which the present invention is applied. This (4 × 4) switch apparently has four input waveguides 1a, 1b, 1c, 1d and four output optical waveguides 2a, 2b, 2c, 2d of 4 × 4 = 16.
The optical switch element S has a configuration in which it intersects at 16 points, and the (2 × 2) optical switch element S as a minimum unit of the optical switch
, S33 are arranged. Such a matrix optical switch configuration is called “strictly non-blocking matrix optical switch”, and the input optical waveguides 1 a,
The optical paths of the four-channel signal light input to 1b, 1c and 1d can be distributed to the four output optical waveguides 2a, 2b, 2c and 2d.

【0005】たとえば、入力光導波路1aへ入射した光
信号を出力光導波路2bから出力する場合は、光スイッ
チ要素S03,S02,S01,S11,S21,S3
1を通る光路を形成する。このとき、光スイッチ要素S
01では、左下の導波路から入った光が右下の導波路か
ら出ていくバー経路が形成され、それ以外の光スイッチ
要素では、左下(または左上)の導波路から入った光が
右上(または右下)の導波路から出ていくクロス経路が
形成される。駆動スイッチ数を最小とするにはクロス経
路は光スイッチ要素がオフのときに形成され、バー経路
はスイッチがオンのときに形成されることが必要であ
り、この場合、1つのスイッチS01だけがオンとな
り、他のスイッチはオフとなる。このことは、他の任意
の光路について当てはまることである。たとえば、入力
導波路1aから出力導波路2aへの光路は、光スイッチ
要素S00のみをオンにし、他の6個の光スイッチ要素
S03,S02,S01,S10,S20,S30をオ
フにして形成される。このように、オンとされてバー経
路を形成する光スイッチ要素数は常に1であり、オフで
クロス経路を形成する光スイッチ要素数は0から6の範
囲で変化する。すなわち、この(4×4)マトリックス
光スイッチにおいて、光信号が通過する光スイッチ要素
数は、最小1で最大7となる。
For example, when an optical signal incident on the input optical waveguide 1a is output from the output optical waveguide 2b, the optical switch elements S03, S02, S01, S11, S21, S3
1 is formed. At this time, the optical switch element S
01, a bar path is formed in which light entering from the lower left waveguide exits from the lower right waveguide. In other optical switch elements, light entering from the lower left (or upper left) waveguide is shifted to the upper right (or upper left). Or a cross path exiting from the lower right waveguide is formed. To minimize the number of drive switches, the cross path needs to be formed when the optical switch element is off, and the bar path needs to be formed when the switch is on. In this case, only one switch S01 is used. It turns on and the other switches turn off. This is true for any other optical path. For example, an optical path from the input waveguide 1a to the output waveguide 2a is formed by turning on only the optical switch element S00 and turning off the other six optical switch elements S03, S02, S01, S10, S20, and S30. You. Thus, the number of optical switch elements that are turned on to form a bar path is always one, and the number of optical switch elements that form a cross path when turned off varies from 0 to 6. That is, in this (4 × 4) matrix optical switch, the number of optical switch elements through which an optical signal passes is a minimum of one and a maximum of seven.

【0006】従来から様々な材料系の光導波路を用い
て、上記のマトリックス光スイッチを構成する試みがな
されているが、なかでもシリコン基板上の石英系光導波
路の熱光学効果を活用した熱光学式マトリックス光スイ
ッチは、不都合な偏波依存性が無く、光ファイバとの接
続性にも優れているので、実用的なマトリックス光スイ
ッチの最有力候補として期待されている。
Conventionally, attempts have been made to construct the above matrix optical switch using optical waveguides of various materials. Among them, thermo-optics utilizing the thermo-optical effect of a quartz optical waveguide on a silicon substrate has been proposed. The matrix optical switch is expected to be the leading candidate for a practical matrix optical switch because it has no inconvenient polarization dependence and excellent connectivity with optical fibers.

【0007】図2(A),(B)は図1に例示した(4
×4)マトリックス光スイッチ構成概念図に対応してシ
リコン基板上に作製された従来の熱光学式(4×4)マ
トリックス光スイッチの構成図であり、図2(A)は全
体平面配置図、図2(B)は光スイッチ要素の拡大平面
図である。図2(A),(B)においては、4本の入力
光導波路1a,1b,1c,1dを含む8本の光導波路
が入力側導波路束4aを構成し、4本の出力光導波路2
a,2b,2c,2dを含む8本の光導波路が出力側導
波路束4bを構成しているが、図2(A)の実配置が図
1の構成概念図とトポロジー的に等価であることは容易
に理解される。
FIGS. 2 (A) and 2 (B) show examples of (4) in FIG.
× 4) is a configuration diagram of a conventional thermo-optical (4 × 4) matrix optical switch fabricated on a silicon substrate corresponding to the configuration diagram of the matrix optical switch, FIG. FIG. 2B is an enlarged plan view of the optical switch element. In FIGS. 2A and 2B, eight optical waveguides including four input optical waveguides 1a, 1b, 1c, and 1d constitute an input-side waveguide bundle 4a, and four output optical waveguides 2a.
Eight optical waveguides including a, 2b, 2c, and 2d constitute the output-side waveguide bundle 4b, but the actual arrangement in FIG. 2A is topologically equivalent to the configuration conceptual diagram in FIG. That is easy to understand.

【0008】これらの導波路束4a−4bは、火炎加水
分解反応堆積法と反応性イオンエッチング技術との公知
の組合せにより、基板3上に形成された石英系単一モー
ド光導波路列である。16箇所に配置された光スイッチ
要素S00,…,S33のそれぞれは、図2(B)に示
したように、いわゆるマッハツェンダ光干渉計回路型の
(2×2)光スイッチ構成を有している。すなわち、2
本の光導波路61a−61bおよび62a−62bの一
部は、2箇所で互いに近接し、方向性結合器63aおよ
び63bを構成している。それらの光結合率は、信号光
波長において50%になるように設定されている。方向
性結合器63a,63bの間を連結する2本の光導波路
61a−61bおよび62a−62bの光路長は、該2
本の光導波路途上に位置する薄膜ヒータからなる熱光学
位相シフタ64aおよび64bを動作させない状態(オ
フ状態)で同一(対称)になるように設定されている。
[0008] These waveguide bundles 4a-4b are a series of silica-based single-mode optical waveguides formed on the substrate 3 by a known combination of a flame hydrolysis reaction deposition method and a reactive ion etching technique. Each of the 16 optical switch elements S00,..., S33 has a so-called Mach-Zehnder optical interferometer circuit type (2 × 2) optical switch configuration, as shown in FIG. 2B. . That is, 2
Portions of the optical waveguides 61a-61b and 62a-62b are close to each other at two locations to form directional couplers 63a and 63b. Their optical coupling rates are set to be 50% at the signal light wavelength. The optical path lengths of the two optical waveguides 61a-61b and 62a-62b connecting between the directional couplers 63a and 63b are equal to the length of the two optical waveguides.
The thermo-optical phase shifters 64a and 64b, which are composed of thin film heaters located on the optical waveguide, are set to be identical (symmetric) in a state where the thermo-optical phase shifters 64a and 64b are not operated (off state).

【0009】このマッハツェンダ光干渉計回路型の(2
×2)光スイッチのスイッチングの入出力特性は、各方
向性結合器のパワー結合率をk、一方の光導波路への入
力信号光のパワーをP10、バー経路とクロス経路の出力
信号光のパワーをそれぞれP1 ,P2 、2つの方向性結
合器を連結する2本の導波路間で生ずる位相差をΔφと
すれば、次の式で表される。
The Mach-Zehnder optical interferometer circuit type (2)
× 2) The switching input / output characteristics of the optical switch are as follows: the power coupling ratio of each directional coupler is k, the power of the input signal light to one optical waveguide is P 10 , and the output signal light of the bar path and the cross path is If the powers are P 1 and P 2 , respectively, and the phase difference between the two waveguides connecting the two directional couplers is Δφ, it is expressed by the following equation.

【0010】[0010]

【数1】 P1/P10=(1−2k)2 cos2(Δφ/2) + sin2(Δφ/2) (1)P 1 / P 10 = (1−2k) 2 cos 2 (Δφ / 2) + sin 2 (Δφ / 2) (1)

【0011】[0011]

【数2】 P2/P10=4k(1−k)cos2 (Δφ/2) (2) 結合率k=1/2のとき、いいかえれば、方向性結合器
が3dB結合器の場合の入出力特性は次のようになる。
まず、オフ状態(薄膜ヒータ無通電状態)では、位相差
Δφ=0であるから、信号光は光スイッチ要素をクロス
経路(61a→62b,62a→61b)で通過する。
一方、方向性結合器63aおよび63bの間の導波路に
180度(πラディアン)の光位相に相当する1/2波
長近傍の光路長差が生じるように、位相シフタ64a,
64bの少なくとも一方を作動(薄膜ヒータに通電)さ
せてオン状態、つまり位相差Δφ=πとすると、信号光
は光スイッチ要素をバー経路(61a→61b,62a
→62b)で通過するように切り換わる。こうして、
(2×2)光スイッチ要素としてのクロス/バー切り替
え動作が達成される。しかし、このような(2×2)光
スイッチ要素を基本単位とする従来の導波路型マトリッ
クス光スイッチには、次のような製作上の大きな問題点
があった。
P 2 / P 10 = 4k (1−k) cos 2 (Δφ / 2) (2) When the coupling ratio k = 1 /, in other words, when the directional coupler is a 3 dB coupler The input / output characteristics are as follows.
First, in the off state (the thin film heater is not energized), since the phase difference Δφ = 0, the signal light passes through the optical switch element in a cross path (61a → 62b, 62a → 61b).
On the other hand, the phase shifters 64a, 64a, and 63b are arranged such that an optical path length difference near 1/2 wavelength corresponding to an optical phase of 180 degrees (π radian) is generated in the waveguide between the directional couplers 63a and 63b.
Assuming that at least one of the switches 64b is turned on (power is supplied to the thin-film heater) and is in the ON state, that is, the phase difference is Δφ = π, the signal light passes through the optical switch element through the bar path (61a → 61b, 62a
→ It switches so as to pass at 62b). Thus,
A cross / bar switching operation as a (2 × 2) optical switch element is achieved. However, the conventional waveguide type matrix optical switch having such a (2 × 2) optical switch element as a basic unit has the following major problems in manufacturing.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】前述した図2(B)の
マッハツェンダ光干渉計回路型光スイッチ要素が理想的
に動作するためには、構成要素である方向性結合器63
aと63bの結合率が信号光波長において正確に50%
であることが必須条件であるが、実際の光導波路作製プ
ロセスは多少の誤差を含み、結合率を正確に50%に設
定することが困難という製作上の事情があった。これ
は、方向性結合器が、極めて構造敏感な光素子であり、
光導波路幅や光導波路間隔、さらには光導波路のコア・
クラッド間の比屈折率差等の僅かのプロセス誤差により
結合率が変動し易いためであった。
In order for the Mach-Zehnder optical interferometer circuit type optical switch element shown in FIG. 2B to operate ideally, the directional coupler 63, which is a constituent element, is required.
The coupling ratio between a and 63b is exactly 50% at the signal light wavelength.
Is an indispensable condition, but there are some manufacturing errors in the actual optical waveguide manufacturing process, and it is difficult to accurately set the coupling ratio to 50%. This is because the directional coupler is a very structure-sensitive optical element,
The optical waveguide width and the optical waveguide interval, and the core of the optical waveguide
This is because the coupling ratio is likely to fluctuate due to a slight process error such as a relative refractive index difference between the claddings.

【0013】方向性結合器の結合率が50%からずれた
場合には、オフ状態において、信号光はクロス経路(6
1a→62b,62a→61b)を100%通過せず、
バー経路(61a→61b,62a→62b)に漏れ出
すことになり、このいわゆる光漏話の存在が導波路型マ
トリックス光スイッチ作製上の大きな問題点となってい
たのである。
When the coupling ratio of the directional coupler deviates from 50%, in the off state, the signal light passes through the cross path (6).
1a → 62b, 62a → 61b) does not pass 100%,
It leaks into the bar path (61a → 61b, 62a → 62b), and the existence of this so-called light crosstalk has been a major problem in the fabrication of the waveguide type matrix optical switch.

【0014】例えば、結合率が50%から大きい方に5
%程度、あるいは小さい方に5%程度ずれると、各光ス
イッチ要素においては、オフ状態でバー経路(61a→
61b,62a→62b)に、信号光強度の1%が漏れ
出して、図2(A)の(4×4)マトリックス光スイッ
チ構成では、最終的に15dB程度の消光比しか得られ
なかった。この事情は、マトリックス規模が大きくなる
ほど深刻になり、例えば(8×8)マトリックス光スイ
ッチでは、最終的に11dB程度の消光比にまで、漏話
特性が劣化してしまうのであった。
For example, when the coupling ratio is from 50% to 5%,
When the optical switch element is off by about 5% or about 5% to the smaller side, the bar path (61a →
61b, 62a → 62b), 1% of the signal light intensity leaked out, and in the (4 × 4) matrix optical switch configuration of FIG. 2A, an extinction ratio of only about 15 dB was finally obtained. This situation becomes more serious as the matrix scale becomes larger. For example, in an (8 × 8) matrix optical switch, the crosstalk characteristic eventually deteriorates to an extinction ratio of about 11 dB.

【0015】方向性結合器の結合率設定が、実際の光導
波路製造プロセスにおいて、50%±5%程度、場合に
よっては50%±10%程度もの誤差を伴うことは、し
ばしばあり、導波路型マトリックス光スイッチの前述の
結合率敏感性は、歩留り良く光スイッチを製作する上で
の最大の障害となっていた。
The setting of the coupling ratio of the directional coupler often involves an error of about 50% ± 5%, and in some cases, about 50% ± 10% in an actual optical waveguide manufacturing process. The above-described coupling rate sensitivity of the matrix optical switch has been the biggest obstacle in manufacturing an optical switch with high yield.

【0016】そこで本発明の目的は、前記の欠点を解決
し、方向性結合器の結合率設定誤差に強く、消光比の優
れた導波路型マトリックス光スイッチを提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a waveguide type matrix optical switch which solves the above-mentioned drawbacks, is resistant to a setting error of a directional coupler, and has an excellent extinction ratio.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、複数の入力端と、複数の出力端とを備
え、入力された信号光を切り替え出力する導波路型マト
リックス光スイッチにおいて、前記入力端にそれぞれ接
続された複数の入力光導波路と、前記出力端にそれぞれ
接続された複数の出力光導波路と、前記入力光導波路と
前記出力導波路との各交点位置に配置された複数の光ス
イッチ要素とを具備し、前記各光スイッチ要素は、基板
上で2本の光導波路を2箇所で互いに近接させ、該2箇
所の間の前記2本の光導波路が前記信号光の半波長分の
実効光路長差を有するように構成された結合率の等しい
2個の方向性結合器と、該2個の方向性結合器間の前記
2本の光導波路の少なくとも一方に配設され、前記実効
光路長差を前記信号光の波長の整数倍に切り替える光路
長差切り替え手段と、前記2本の光導波路を交差させた
交差部とを具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a waveguide type matrix optical switch having a plurality of input terminals and a plurality of output terminals for switching and outputting input signal light. , A plurality of input optical waveguides respectively connected to the input end, a plurality of output optical waveguides respectively connected to the output end, and arranged at respective intersections of the input optical waveguide and the output waveguide. A plurality of optical switch elements, wherein each of the optical switch elements makes two optical waveguides close to each other at two locations on a substrate, and the two optical waveguides between the two locations are used for the signal light. Two directional couplers configured to have an effective optical path length difference of a half wavelength and having the same coupling rate, and are disposed on at least one of the two optical waveguides between the two directional couplers. And the effective optical path length difference Characterized by comprising an optical path length difference switching means for switching to an integral multiple of the wavelength of light, and a cross section which crossed the two optical waveguides.

【0018】[0018]

【作用】本発明では、光スイッチ要素を構成するマッハ
ツェンダ光干渉計回路の2個の方向性結合器間に、オフ
状態で2分の1波長の光路長差が設定されている。した
がって、オフ状態においては、信号光は、他の光導波路
に移行することなく、光導波路に入力されたままの状態
(スルー状態)でマッハツェンダ光干渉計回路を通過す
る。さらに本発明では、光スイッチ要素内で2本の光導
波路がクロストークを無視できる角度で互いに交差して
いるので、信号光は、クロス経路で光スイッチ要素を通
過することになる。これらの動作は、2個の方向性結合
器の結合率が同一でありさえすれば、その値によらず成
り立つ。
According to the present invention, a half-wavelength optical path difference is set between the two directional couplers of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit constituting the optical switch element in the off state. Therefore, in the off state, the signal light passes through the Mach-Zehnder optical interferometer circuit as it is input to the optical waveguide (through state) without shifting to another optical waveguide. Further, in the present invention, since the two optical waveguides cross each other at an angle where the crosstalk can be ignored in the optical switch element, the signal light passes through the optical switch element in a cross path. These operations are valid regardless of the values of the two directional couplers, as long as the coupling ratio is the same.

【0019】一方、オン状態においては、マッハツェン
ダ光干渉計回路を構成する光導波路上に設けた光位相シ
フタを駆動し、前記の2分の1波長相当の光路長差を打
ち消す。これによって、交差部を含む光スイッチ要素の
状態をバー経路へと切り替えることができる。
On the other hand, in the ON state, the optical phase shifter provided on the optical waveguide constituting the Mach-Zehnder optical interferometer circuit is driven to cancel the optical path length difference corresponding to the half wavelength. Thereby, the state of the optical switch element including the intersection can be switched to the bar path.

【0020】[0020]

【実施例】以下、図面により本発明の実施例を詳細に説
明する。以下の実施例では、光導波路としてシリコン基
板上に形成した石英系単一モード光導波路を使用し、光
スイッチ要素として熱光学式マッハツェンダ光干渉計回
路型(2×2)光スイッチを採用したマトリックス光ス
イッチについて説明する。これは、この組合せが、単一
モード光ファイバとの接続性に優れ、しかも偏波依存性
の無いマトリックス光スイッチを提供できるためであ
る。しかしながら、本発明は、これらの組合せに限定さ
れるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, a matrix using a quartz-based single-mode optical waveguide formed on a silicon substrate as an optical waveguide and a thermo-optic Mach-Zehnder optical interferometer circuit type (2 × 2) optical switch as an optical switch element is used. The optical switch will be described. This is because this combination can provide a matrix optical switch having excellent connectivity with a single mode optical fiber and having no polarization dependence. However, the invention is not limited to these combinations.

【0021】実施例1 図3(A)〜(C)は、本発明の導波路型マトリックス
光スイッチの第1実施例としての(4×4)マトリック
ス光スイッチを構成する光スイッチ要素の構成図であ
り、図3(A)は平面図、図3(B)および(C)は、
それぞれ図3(A)の線分AA′およびBB′における
拡大断面図である。(4×4)マトリックス光スイッチ
の全体平面図は、図1と同一であるので図示を省略し
た。シリコン基板11の上の石英系ガラス光導波路31
a−31bと32a−32bとは、互いに2箇所で間隔
数μmにまで近接して2個の方向性結合器33a,33
bを構成している(図3(B)参照)。方向性結合器3
3a,33bの結合率は、結合部の導波路間隔や長さの
調節により50%を目標に設定されている。2個の方向
性結合器33a,33bの間における光導波路31a−
31b,32a−32bの実効光路長は、光導波路32
a−32b側が31a−31bに比べて信号光の波長
(ここでは1.3μm)の2分の1相当、すなわち0.
65μm程度長くなるように設定されており、光導波路
31a−31bに対応する部分のクラッド層14の上部
には、光位相シフタとしての薄膜ヒータ34aが設置さ
れている(図3(C))。光導波路31a−31bと3
2a−32bとは、交差部35においてクロストークを
無視できる交差角度θで交差している。
Embodiment 1 FIGS. 3A to 3C are configuration diagrams of an optical switch element constituting a (4 × 4) matrix optical switch as a first embodiment of a waveguide type matrix optical switch according to the present invention. 3A is a plan view, and FIGS. 3B and 3C are
3A and 3B are enlarged cross-sectional views taken along line segments AA ′ and BB ′ in FIG. The overall plan view of the (4 × 4) matrix optical switch is the same as that of FIG. Silica glass optical waveguide 31 on silicon substrate 11
The two directional couplers 33a and 33a are located close to each other at a distance of several μm at two places.
b (see FIG. 3B). Directional coupler 3
The coupling ratio of 3a and 33b is set at a target of 50% by adjusting the waveguide interval and length of the coupling portion. An optical waveguide 31a- between two directional couplers 33a and 33b.
The effective optical path lengths of the optical waveguides 31b and 32a-32b are
The a-32b side is equivalent to one half of the wavelength of the signal light (1.3 μm in this case) as compared with 31a-31b;
It is set to be about 65 μm longer, and a thin film heater 34a as an optical phase shifter is provided above the clad layer 14 at a portion corresponding to the optical waveguides 31a to 31b (FIG. 3C). Optical waveguides 31a-31b and 3
2a-32b intersect at the intersection 35 at an intersection angle θ at which crosstalk can be ignored.

【0022】方向性結合器33aと33bとの間の領域
は、光路長差2分の1波長の弱非対称マッハツェンダ光
干渉計回路を構成しており、薄膜ヒータ34aに通電し
ないオフ状態では、光導波路31a端から入力した信号
光は、方向性結合器33a,33bを通過した後、光導
波路31a−31bに留まった状態で出力され、光導波
路32a端から入力した信号光は、光導波路32a−3
2bに留まったまま出力される。光干渉計回路領域を通
過した信号光は、交差部35で交差するので、光スイッ
チ要素全体としては、マトリックス光スイッチのオフ状
態としてのクロス経路を実現できることになる。
The region between the directional couplers 33a and 33b constitutes a weakly asymmetric Mach-Zehnder optical interferometer circuit having a half-wavelength optical path difference. After passing through the directional couplers 33a and 33b, the signal light input from the end of the waveguide 31a is output while remaining in the optical waveguides 31a-31b, and the signal light input from the end of the optical waveguide 32a is output from the optical waveguide 32a-31b. 3
It is output while staying at 2b. Since the signal lights that have passed through the optical interferometer circuit area intersect at the intersection 35, a cross path in which the matrix optical switch is turned off can be realized as the entire optical switch element.

【0023】ここで、マッハツェンダ干渉計の導波路ア
ームに零とλ/2の光路長差を与えた場合の出力状態
を、モードの干渉を通して視覚的に見てみる。
Here, the output state when an optical path length difference between zero and λ / 2 is given to the waveguide arm of the Mach-Zehnder interferometer will be visually observed through mode interference.

【0024】方向性結合器部分での光パワーの移行は、
偶モードと奇モードという2つのモードの干渉、つまり
重ね合わせで表現することができる。それぞれのモード
は、位相状態を表現するために虚実空間上に表されてい
る。
The transition of the optical power at the directional coupler is as follows.
It can be expressed by interference of two modes, an even mode and an odd mode, that is, superposition. Each mode is represented on the imaginary space to represent a phase state.

【0025】図4に光路長差ΔL=0の場合(すなわ
ち、従来例の場合)のスイッチ素子の各部におけるモー
ドの状態を示す。ここでは、入射光はE10とし、両導波
路中心上の合成電界をベクトル表記した。図4に示す各
位置(1)〜(4)での状態は以下の通りである。
FIG. 4 shows the state of the mode in each part of the switch element when the optical path length difference ΔL = 0 (that is, in the case of the conventional example). Here, the incident light is set to E 10, and vector notation the composite electric field on both waveguides center. The state at each of the positions (1) to (4) shown in FIG. 4 is as follows.

【0026】(1)導波路I側に光が存在する状態と
は、偶モードと奇モードが図のような状態にあり、導波
路I側では両モードが同位相のため強めあい、導波路I
Iでは逆位相のため打ち消しあっていると考えることが
できる。
(1) The state where light is present on the waveguide I side means that the even mode and the odd mode are in the state shown in the figure, and the waveguide I side is intensified because both modes have the same phase. I
In I, it can be considered that they cancel each other because of the opposite phase.

【0027】(2)奇モードは偶モードに比べ伝搬定数
(位相速度)が遅いため、伝搬するにつれて(偶モード
が実軸上に有るとすると)虚軸側へ回転する。位相差が
90度になると両導波路の電界の強さは同じとなる。こ
れが3dB方向性結合器を通過した状態である。ここで
注目すべきことは、電界の強さは同じであるが、導波路
II側の方が90度位相が進んでいることである。
(2) The odd mode has a slower propagation constant (phase velocity) than the even mode, and therefore rotates toward the imaginary axis as it propagates (assuming the even mode is on the real axis). When the phase difference becomes 90 degrees, the electric field strength of both waveguides becomes the same. This is the state after passing through the 3 dB directional coupler. It should be noted here that the electric field strength is the same, but the phase on the waveguide II side is advanced by 90 degrees.

【0028】(3)導波路アームに光路長差が無いため
(2)の状態が維持されている。
(3) The state of (2) is maintained because there is no optical path length difference in the waveguide arm.

【0029】(4)3dB方向性結合器をもう一度通過
することにより、両モードの位相差はさらに90度つ
き、今度は(1)の状態とは逆に、導波路I側では両モ
ードが逆位相のため打ち消しあい、導波路IIでは同位
相のため強めあい、導波路IIにのみ光が存在する。つ
まり、光が導波路Iから導波路IIへ全て移ったわけで
ある。
(4) By passing through the 3 dB directional coupler again, the phase difference between the two modes is further increased by 90 degrees, and this mode is reversed on the waveguide I side, contrary to the state of (1). The phases cancel each other out, and in the waveguide II, they are intensified due to the same phase, so that light exists only in the waveguide II. That is, the light has all been transferred from the waveguide I to the waveguide II.

【0030】以上のことから、光路長差ΔL=0の場
合、偶モードと奇モードの位相差は方向性結合器部分の
みで起こり、その位相差が正確にπでなければ100%
のパワー移行は起こらず、一部の光がスルー側へ漏れ込
むことになる。
From the above, when the optical path length difference ΔL = 0, the phase difference between the even mode and the odd mode occurs only in the directional coupler, and if the phase difference is not exactly π, 100%
Does not occur, and some light leaks to the through side.

【0031】図5に光路長差ΔL=λ/2の場合(すな
わち、本発明の場合)の状態を示す。図5に示す各位置
(1)〜(4)での状態は以下の通りである。
FIG. 5 shows the state when the optical path length difference ΔL = λ / 2 (that is, in the case of the present invention). The state at each position (1) to (4) shown in FIG. 5 is as follows.

【0032】(1)および(2)光路長差ΔL=0の場
合と同じ (3)片アーム(ここでは導波路II)側のみ位相がπ
遅れるため、(2)における導波路II側の電界が18
0度回転した状態となる。この電界は、図にあるような
偶モードと奇モードの合成と考えることができる。
(1) and (2) Same as when optical path length difference ΔL = 0 (3) Only one arm (here, waveguide II) has a phase of π
Because of the delay, the electric field on the waveguide II side in (2) becomes 18
It will be in a state rotated by 0 degrees. This electric field can be considered as a combination of the even mode and the odd mode as shown in the figure.

【0033】(4)3dB方向性結合器を通過すること
で、両モードの位相差はさらに90度つき、導波路I側
に全ての光が戻ることになる。
(4) By passing through the 3-dB directional coupler, the phase difference between the two modes is further increased by 90 degrees, and all the light returns to the waveguide I side.

【0034】これは、干渉計を構成している2個の方向
性結合器の結合率が同じでさえあれば、結合率の値にか
かわらず必ず起こる現象である。これは、(3)にある
ように、πの光路長差を与えたために、奇モードは偶モ
ードよりも結合率に相当する角度θだけ進んだ状態とな
るが、2段目の方向性結合器でθだけ遅れるために両モ
ードの相対的関係は元の状態((1)の状態)に戻るか
らである。
This is a phenomenon that always occurs regardless of the value of the coupling ratio as long as the coupling ratio of the two directional couplers constituting the interferometer is the same. This is because the odd mode is advanced from the even mode by an angle θ corresponding to the coupling ratio because the optical path length difference of π is given as shown in (3). This is because the relative relationship between the two modes returns to the original state (state of (1)) because of the delay by θ in the container.

【0035】これを数式で表してみよう。マッハツェン
ダ干渉計のパラメータを図6のようにする。すなわち、
各方向性結合器の結合係数をδ、結合長をd、波数をk
(=2πneff /λ0 )とすると、方向性結合器単体の
特性マトリックスは
This will be represented by a mathematical formula. The parameters of the Mach-Zehnder interferometer are as shown in FIG. That is,
The coupling coefficient of each directional coupler is δ, the coupling length is d, and the wave number is k.
(= 2πn eff / λ 0 ), the characteristic matrix of the directional coupler alone is

【0036】[0036]

【数3】 (Equation 3)

【0037】となる。δdは前述のモードで言えば、偶
・奇の両モードの位相差を表している。従って、3dB
方向性結合器においては
Is as follows. δd represents the phase difference between the even and odd modes in the aforementioned mode. Therefore, 3 dB
In a directional coupler

【0038】[0038]

【数4】δd =π/4 である。## EQU4 ## δd = π / 4.

【0039】干渉計の導波路アーム間によって生ずる位
相差は
The phase difference between the waveguide arms of the interferometer is

【0040】[0040]

【数5】 (Equation 5)

【0041】となる。干渉計全体の電界におけるマトリ
ックス表記は
## EQU1 ## The matrix notation for the electric field across the interferometer is

【0042】[0042]

【数6】 (Equation 6)

【0043】であり、これを計算し、パワーで表すと、
出力特性は
When this is calculated and expressed by power,
The output characteristics are

【0044】[0044]

【数7】 P1=P10[cos2(2δd)cos2(kΔL/2)+sin2(kΔL/2)] +P20[sin2(2δd)cos2(kΔL/2)] (6) P2=P10[sin2(2δd)cos2(kΔL/2)] +P20[cos2(2δd)cos2(kΔL/2)+sin2(kΔL/2)] (7) となる。P10のみ入力された場合、光路長差ΔL=0、
すなわち従来例に相当する場合は、次のようになる。
P 1 = P 10 [cos 2 (2δd) cos 2 (kΔL / 2) + sin 2 (kΔL / 2)] + P 20 [sin 2 (2δd) cos 2 (kΔL / 2)] (6) P 2 = P 10 [sin 2 (2δd) cos 2 (kΔL / 2)] + P 20 [cos 2 (2δd) cos 2 (kΔL / 2) + sin 2 (kΔL / 2)] (7) If only P 10 is input, the optical path length difference [Delta] L = 0,
That is, the case corresponding to the conventional example is as follows.

【0045】[0045]

【数8】 P1=P10 cos2(2δd) (8) P2=P10 sin2(2δd) (9) また、光路長差ΔL=λ/2(kΔL/2=π/2)、
すなわち本発明の場合は、
P 1 = P 10 cos 2 (2δd) (8) P 2 = P 10 sin 2 (2δd) (9) Also, the optical path length difference ΔL = λ / 2 (kΔL / 2 = π / 2),
That is, in the case of the present invention,

【0046】[0046]

【数9】 P1=P10 (10) P2=0 (11) となる。従来のように光路長差ΔL=0では、δd=π
/4(3dB方向性結合器)でなければ、P1 から漏れ
光が生じてしまう。一方、本発明のように光路長差ΔL
=λ/2では、方向性結合器の結合率によらずP2 には
漏れ光が原理的に生じないことを表しており、前述のモ
ードの重ね合わせの場合と一致している。
P 1 = P 10 (10) P 2 = 0 (11) When the optical path length difference ΔL = 0 as in the related art, δd = π
/ 4 unless (3 dB directional coupler), leakage light occurs from P 1. On the other hand, as in the present invention, the optical path length difference ΔL
= Λ / 2 indicates that leak light does not occur in principle at P 2 irrespective of the coupling ratio of the directional coupler, which is consistent with the case of the above-described mode superposition.

【0047】以上の結果から、ΔL=λ/2の状態をオ
フ状態とすれば、作製誤差等で方向性結合器の結合率が
理想的な値である50%からずれても、2つの方向性結
合器の結合率が同一でありさえすれば、その値に依存せ
ず高い消光比が実現でき、マトリックススイッチとして
もクロストークを大幅に小さくすることができる。ただ
し、マトリックススイッチを構成する場合、駆動スイッ
チ数を最小にするためには、オフ状態でクロス側に光が
出力するように構成しなければならないため、出力ポー
トを入れ替える必要がある。本発明では、スイッチ要素
内で、交差部35において2本の導波路の間に干渉が発
生しない角度で、2本の導波路31a−31bと32a
−32bとを交差させることにより、これを達成してい
る。
From the above results, if the state of ΔL = λ / 2 is set to the off state, even if the coupling ratio of the directional coupler deviates from the ideal value of 50% due to a manufacturing error or the like, the two directions are not changed. As long as the coupling ratios of the sex couplers are the same, a high extinction ratio can be realized irrespective of the value, and crosstalk can be significantly reduced even as a matrix switch. However, in the case of configuring a matrix switch, in order to minimize the number of drive switches, it is necessary to configure so that light is output to the cross side in an off state, and therefore, it is necessary to exchange output ports. In the present invention, the two waveguides 31a-31b and 32a are formed within the switch element at an angle where no interference occurs between the two waveguides at the intersection 35.
This is achieved by crossing -32b.

【0048】一方、薄膜ヒータ34aに通電し、その下
部の光導波路31a−31bの屈折率値を熱光学効果に
より僅かに増加させ、光干渉計回路の実効光路長差が零
になるように調節すると、2個の方向性結合器33a,
33bの結合率は、図4に示すように相加するように作
用する。よって、仮に理想的な結合率50%に設定され
ていた場合には、光干渉計回路全体としては見かけ上1
00%の結合率状態となり、信号光は光干渉計回路を通
過する際に、光導波路を入れ換わって通過する。ひき続
いて交差部35を経由することにより、光スイッチ要素
としてはオン状態として必要なバー経路に切り換わる。
方向性結合器33a,33bの結合率が理想的な50%
値からずれている場合には、100%バー経路に切り換
えることができず、クロス状態に留まる信号光成分が現
れるが、この残留信号光は最終的には出力ポート2a,
2b,2c,2d以外(図2(A)参照)の不用の出力
側導波路から出射されるので、損失増を伴うものの、マ
トリックス光スイッチとしての消光比劣化には結びつか
ない。
On the other hand, the thin-film heater 34a is energized to slightly increase the refractive index value of the optical waveguides 31a-31b under the thin-film heater 34a by the thermo-optic effect so that the effective optical path difference of the optical interferometer circuit becomes zero. Then, the two directional couplers 33a,
The coupling rate of 33b acts additively as shown in FIG. Therefore, if the ideal coupling rate is set to 50%, the optical interferometer circuit as a whole appears to be 1%.
When the signal light passes through the optical interferometer circuit, the signal light exchanges with the optical waveguide and passes therethrough. Subsequently, by passing through the intersection 35, the optical switch element is switched to a necessary bar path as an ON state.
Ideal coupling ratio of the directional couplers 33a and 33b is 50%
If the value deviates from the value, the signal path cannot be switched to the 100% bar path, and a signal light component that remains in the cross state appears. However, this residual signal light eventually ends up in the output port 2a,
Since the light is emitted from unnecessary output side waveguides other than 2b, 2c, and 2d (see FIG. 2A), loss is increased, but it does not lead to deterioration of the extinction ratio as a matrix optical switch.

【0049】図7は、(4×4)マトリックス光スイッ
チにおける光漏話により生ずる過剰損失特性の説明図で
あり、7個のスイッチ要素を経由する経路での値を示し
ている。ここで、実線曲線は本実施例の光スイッチの特
性、破線曲線は従来の光スイッチの特性である。方向性
結合器の結合率が大きい方に5%、または小さい方に5
%と、理想的な結合率50%から5%ずれた場合では、
従来の光スイッチの損失増加が0.25dBであるのに
対し、本実施例の光スイッチでは0.05dBと極僅か
であり、また、方向性結合器の結合率が35%または6
5%と、理想的な結合率から15%もずれた場合でも、
従来の光スイッチの損失増加が2.5dBにも達するの
に対し、本実施例の光スイッチでは0.4dBと損失増
加が極めて小さい。
FIG. 7 is an explanatory diagram of an excess loss characteristic caused by light crosstalk in a (4 × 4) matrix optical switch, and shows values on a path passing through seven switch elements. Here, the solid curve is the characteristic of the optical switch of this embodiment, and the broken curve is the characteristic of the conventional optical switch. 5% for the higher directional coupler coupling ratio or 5% for the smaller directional coupler coupling ratio
% And 5% from the ideal coupling rate of 50%,
While the loss increase of the conventional optical switch is 0.25 dB, the optical switch according to the present embodiment has an extremely small loss of 0.05 dB, and the coupling ratio of the directional coupler is 35% or 6%.
Even if the coupling rate deviates from the ideal coupling rate by 5% to 5%,
While the loss increase of the conventional optical switch reaches as high as 2.5 dB, the loss increase of the optical switch of this embodiment is extremely small at 0.4 dB.

【0050】ここで特記すべき点は、マトリックス光ス
イッチの規模が大きくなるに従って、従来の光スイッチ
では損失増加傾向が顕著になるのに対し、本発明のマト
リックス光スイッチでは、損失増加の値(図7の実線曲
線)は常に同じであることである。マトリックス光スイ
ッチ構成では、各入力信号光は、いくつかのスイッチ要
素を通過し出力されるが、通過するスイッチ要素のうち
オン状態のスイッチ要素は一つだけであり、残りはオフ
状態のスイッチ要素である。従来のマトリックス光スイ
ッチでは、方向性結合器の結合率が50%からずれた場
合、オフ状態のスイッチ要素から漏れ光が発生するた
め、マトリックスの規模が大きくなり通過するオフ状態
のスイッチ要素数が多くなるに従って、過剰損失が増加
する。それに対し、本発明のマトリックス光スイッチで
は、オフ状態のスイッチ要素から漏れ光が発生しないた
め、各入力信号光においてオン状態のスイッチ要素1個
からの漏れ光だけが過剰損失となる。従って、マトリッ
クスの規模がいかに大きくなっても、過剰損失の値は常
に同じとなる。
Here, it should be noted that as the size of the matrix optical switch increases, the tendency of the loss increase in the conventional optical switch becomes remarkable, whereas in the matrix optical switch of the present invention, the value of the loss increase ( 7 (solid curve in FIG. 7) is always the same. In the matrix optical switch configuration, each input signal light is output after passing through several switch elements, but only one of the passed switch elements is in the ON state, and the rest are in the OFF state. It is. In the conventional matrix optical switch, when the coupling ratio of the directional coupler deviates from 50%, light leaks from the switch elements in the off state, so that the size of the matrix increases and the number of switch elements in the off state passes. As the number increases, the excess loss increases. On the other hand, in the matrix optical switch of the present invention, since no leakage light is generated from the switch element in the off state, only the leakage light from one switch element in the on state in each input signal light becomes excessive loss. Thus, no matter how large the size of the matrix, the value of excess loss is always the same.

【0051】次に、クロストークの波長依存性について
説明する。
Next, the wavelength dependence of crosstalk will be described.

【0052】図8(A),(B)は、本発明のスイッチ
素子と従来型のスイッチ素子のオン状態,オフ状態での
光路長差ΔLを示している。両者は逆の関係にあるのが
分かる。
FIGS. 8A and 8B show the optical path length difference ΔL between the ON state and the OFF state of the switch element of the present invention and the conventional switch element. It can be seen that the two have the opposite relationship.

【0053】図9(A),(B)は、光スイッチ要素の
クロス経路の透過率波長特性の説明図であり、は本実施
例で用いている光スイッチ要素の特性図、図9(B)は
図2(B)に示す従来の光スイッチ要素の特性図であ
る。図9(A),(B)において2本の実線曲線はオフ
状態とオン状態のクロス経路光透過特性であり、破線曲
線は光干渉計回路を構成する方向性結合器の結合率であ
る。方向性結合器は波長1.3μmにおいて理想的な結
合率50%に設定されているものとしている。ここで注
目されるのは本発明に対応する図9(A)では、オフ状
態の波長依存性が小さく、オン状態の波長依存性が大き
いのに対し、従来例に対応する図9(B)においては、
逆にオフ状態の波長依存性が大きく、オン状態の波長依
存性が小さいことにある。実際の(4×4)マトリック
ス光スイッチにおいては、信号光は最大7個の光スイッ
チ要素を経由するが、そのうちの1個のオン状態を除い
て6個はオフ状態にあるので、オフ状態の波長依存性が
小さい図9(A)の光スイッチ要素の方が、マトリック
ス光スイッチ全体としての波長依存性を緩和する上で有
利であることが理解される。
FIGS. 9A and 9B are explanatory diagrams of the transmittance-wavelength characteristic of the cross path of the optical switch element. FIG. 9B is a characteristic diagram of the optical switch element used in this embodiment. 2) is a characteristic diagram of the conventional optical switch element shown in FIG. In FIGS. 9A and 9B, the two solid curves show the cross-path light transmission characteristics in the off state and the on state, and the broken curves show the coupling ratio of the directional coupler constituting the optical interferometer circuit. The directional coupler has an ideal coupling ratio of 50% at a wavelength of 1.3 μm. It should be noted here that in FIG. 9A corresponding to the present invention, the wavelength dependence in the off state is small and the wavelength dependence in the on state is large, whereas in FIG. 9B corresponding to the conventional example. In
Conversely, the wavelength dependence of the OFF state is large, and the wavelength dependence of the ON state is small. In an actual (4 × 4) matrix optical switch, signal light passes through a maximum of seven optical switch elements, but six of them are in an off state except for one of them, so that the signal is in an off state. It is understood that the optical switch element of FIG. 9A having a small wavelength dependence is more advantageous in reducing the wavelength dependence of the matrix optical switch as a whole.

【0054】次に、クロス経路での波長依存性について
数式を用いて説明する。
Next, the wavelength dependence in the cross path will be described using mathematical expressions.

【0055】まず、従来型のスイッチ素子のクロス経路
での波長依存性をみてみる。
First, the wavelength dependence of a conventional switch element in a cross path will be examined.

【0056】従来型のスイッチ素子では、オフ状態にお
いては、光路長差ΔL=0である。よって、出力特性は
式(9)から
In the conventional switch element, the optical path length difference ΔL = 0 in the off state. Therefore, the output characteristic is obtained from the equation (9).

【0057】[0057]

【数10】 P2=P10 sin2(2δd) (12) となり、方向性結合器の結合率の波長依存性に従って図
9(B)のような波長特性を持つ。
P 2 = P 10 sin 2 (2δd) (12), and has a wavelength characteristic as shown in FIG. 9B according to the wavelength dependence of the coupling rate of the directional coupler.

【0058】一方、オン状態においては、方向性結合器
の波長依存性に加え、導波路アーム間の光路長差にも波
長依存性が生ずる。その出力特性は、式(7)より、
On the other hand, in the ON state, in addition to the wavelength dependence of the directional coupler, the wavelength dependence also occurs in the optical path length difference between the waveguide arms. The output characteristic is given by equation (7).

【0059】[0059]

【数11】 P2=P10[sin2(2δd)cos2(kΔL/2)] (13) と表される。光路長差ΔLの波長依存性は、例えば波長
λ=1.2〜1.4μmでは8%以内であり、cos2
(kΔL/2)は0に近い値となる。従って、方向性結
合器の波長依存性にあまり影響されず、出力特性として
も0に近く、波長依存性は小さい。
P 2 = P 10 [sin 2 (2δd) cos 2 (kΔL / 2)] (13) Wavelength dependence of the optical path length difference ΔL is within 8% in a wavelength λ = 1.2~1.4μm, cos 2
(KΔL / 2) is a value close to 0. Therefore, the output characteristics are not so affected by the wavelength dependency of the directional coupler, and the output characteristics are close to 0, and the wavelength dependency is small.

【0060】次に、本発明のスイッチ素子のクロス経路
出力は、図8(A),(B)に示すように、前記従来型
のスイッチ素子におけるON,OFFと光路長差ΔLと
の関係が逆で、かつ出力ポートの関係も逆である。従っ
て、出力特性は、図9(B)でのON,OFFの表記を
逆にして、また、透過率50%の線で対称に折り返した
特性、つまり図9(A)となる。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, the cross-path output of the switch element of the present invention has a relationship between ON / OFF and the optical path length difference ΔL in the conventional switch element. On the contrary, the relation of the output ports is also reversed. Therefore, the output characteristics are the characteristics obtained by reversing the notation of ON and OFF in FIG. 9B and symmetrically folded at a line with a transmittance of 50%, that is, FIG. 9A.

【0061】これらの特性から分かるように、従来型の
スイッチ素子では、オフ状態での波長依存性がかなり強
いのに対し、本発明で用いるスイッチ素子では、オフ状
態での波長依存性はほとんど無い。
As can be seen from these characteristics, the conventional switching element has a very strong wavelength dependence in the off state, whereas the switching element used in the present invention has almost no wavelength dependence in the off state. .

【0062】図10は、4×4マトリックススイッチに
おいて、7個のスイッチ素子を通過する経路での光クロ
ストーク(メインの信号光に対する他の3つの入射ポー
トからの漏れ光の総和量)の計算結果であり、上述した
スイッチ素子の波長依存性から求めたものである。従来
型が波長依存性の強いオフ状態のスイッチ素子を6個通
過するのに対し、本発明では、波長依存性が強いのはオ
ン状態の素子1個だけであるため、波長依存性が小さく
なっている。
FIG. 10 shows calculation of optical crosstalk (total amount of leakage light from the other three incident ports with respect to main signal light) in a path passing through seven switch elements in a 4 × 4 matrix switch. The results are obtained from the wavelength dependence of the switch element described above. In contrast to the conventional type, which passes through six off-state switching elements having a strong wavelength dependence, in the present invention, only one on-state element has a strong wavelength dependence. ing.

【0063】例えば、15dB以上のクロストークが得
られる波長範囲は、従来のマトリックス光スイッチが5
0nmであるのに対し、本実施例では170nmにまで
拡大している。
For example, the wavelength range in which a crosstalk of 15 dB or more is obtained is 5
In contrast to 0 nm, in the present embodiment, it is expanded to 170 nm.

【0064】本発明のマトリックス光スイッチの波長依
存性が小さいことは、本発明のマトリックス光スイッチ
が製造誤差に強いことも密接に関係している。
The small wavelength dependence of the matrix optical switch of the present invention is closely related to the fact that the matrix optical switch of the present invention is resistant to manufacturing errors.

【0065】次に、この実施例のより具体的な製作手順
について説明する。
Next, a more specific manufacturing procedure of this embodiment will be described.

【0066】この実施例の(4×4)マトリックス光ス
イッチは厚さ1mm,直径6インチのシリコン基板11
上に作製した。
The (4 × 4) matrix optical switch of this embodiment is a silicon substrate 11 having a thickness of 1 mm and a diameter of 6 inches.
Made above.

【0067】図11(A)〜(F)は、シリコン基板上
に図3(B)や図3(C)に示した断面構造を有する石
英系ガラス単一モード光導波路をもつ光スイッチ要素を
図2(A)に示したレイアウトで計16個一括形成する
工程を説明する図である。
FIGS. 11A to 11F show an optical switch element having a silica glass single mode optical waveguide having a cross-sectional structure shown in FIGS. 3B and 3C on a silicon substrate. FIG. 3 is a diagram illustrating a process of forming a total of 16 pieces in the layout shown in FIG.

【0068】まず、シリコン基板11上に、四塩化シリ
コン(SiCl4)を主成分とし、三塩化ボロン(BC
3 ),三塩化リン(PCl3 )を僅かに含む混合ガス
を原料とする火炎加水分解反応で、石英(SiO2 )を
主成分とする下部クラッド用ガラス微粒子層12aを堆
積し、続いて適量の四塩化ゲルマニュウム(GeCl
4 )ガス等を追加した混合ガスに切り替えてSiO2
GeO2 を主成分とするコア用ガラス微粒子層13aを
堆積する(図11(A))。続いて、2層のガラス微粒
子層12a,13aを堆積させたシリコン基板11を電
気炉中で1350℃程度の高温に加熱してガラス微粒子
を透明ガラス化し、下部クラッド層12とコア層13を
形成する(図11(B))。続いて、フォトリソグラフ
ィ工程と反応性イオンエッチング(RIE)によりコア
層13のうち不要な部分を除去して、コア部31および
32を形成する(図11(C))。次に、再びSiCl
4 −BCl3 −PCl3 混合ガスを原料とする火炎加水
分解反応を利用してコア部31および32を埋め込むよ
うに上部クラッド用ガラス微粒子層14aを堆積する
(図11(D))。続いて、再度、基板11を電気炉中
で加熱して、上部クラッド用ガラス微粒子層14aを透
明ガラス化して上部クラッド層14として、所望の単一
モード光導波路が製造される(図11(E))。さら
に、上記の工程でシリコン基板上に作製した光導波路上
の各光スイッチ要素の所定部分に、光位相シフタとして
の薄膜ヒータ34aを設置する(図11(F))。
First, silicon trichloride (SiCl 4 ) as a main component and boron trichloride (BC
l 3 ), a glass hydrolyzing reaction using a mixed gas containing a small amount of phosphorus trichloride (PCl 3 ) as a raw material to deposit a glass particle layer 12 a for lower cladding mainly composed of quartz (SiO 2 ). An appropriate amount of germanium tetrachloride (GeCl
4) is switched to a mixed gas obtained by adding a gas such as SiO 2 -
A core glass particle layer 13a mainly composed of GeO 2 is deposited (FIG. 11A). Subsequently, the silicon substrate 11 on which the two glass fine particle layers 12a and 13a are deposited is heated to a high temperature of about 1350 ° C. in an electric furnace to make the glass fine particles transparent and vitrified, thereby forming the lower clad layer 12 and the core layer 13. (FIG. 11B). Subsequently, unnecessary portions of the core layer 13 are removed by a photolithography process and reactive ion etching (RIE) to form core portions 31 and 32 (FIG. 11C). Next, SiCl is again
4 -BCl 3 -PCl 3 gas mixture to deposit the upper cladding glass fine particle layer 14a as by utilizing a flame hydrolysis reaction of raw material embedding the core portion 31 and 32 (FIG. 11 (D)). Subsequently, the substrate 11 is heated again in an electric furnace, and the glass fine particle layer 14a for upper cladding is made transparent and vitrified to form the desired single mode optical waveguide as the upper cladding layer 14 (FIG. 11E )). Further, a thin-film heater 34a as an optical phase shifter is installed at a predetermined portion of each optical switch element on the optical waveguide formed on the silicon substrate in the above process (FIG. 11 (F)).

【0069】作製した光導波路のコア寸法は6μm×6
μmであり、クラッド層12および14との比屈折率差
Δは0.75%とした。本実施例の(4×4)マトリッ
クス光スイッチは、この石英系ガラス光導波路を250
μmピッチに8本並設した構造を基本としている。光ス
イッチ要素は、直線光導波路と曲がり半径4mm前後の
曲がり光導波路とを基本に構成した。
The core size of the manufactured optical waveguide is 6 μm × 6.
μm, and the relative refractive index difference Δ between the cladding layers 12 and 14 was 0.75%. The (4 × 4) matrix optical switch of the present embodiment uses this silica glass optical waveguide for 250 times.
It is based on a structure in which eight pieces are arranged side by side at a pitch of μm. The optical switch element was basically composed of a straight optical waveguide and a bent optical waveguide having a bending radius of about 4 mm.

【0070】図12は、曲がり導波路の曲率半径を適正
に設定する設計指針を示す図であり、石英系ガラス単一
モード光導波路の90度曲がり損失の曲率半径依存性を
プロット(実験値)したものである。この実施例で採用
したΔ=0.75%の光導波路では、許容最小曲率半径
は4mm程度であり、限られた面積の基板上にマトリッ
クス光スイッチ全体を収めるため、曲率半径は、用いた
光導波路の許容最小曲率半径に設定した。
FIG. 12 is a diagram showing a design guideline for properly setting the radius of curvature of a curved waveguide, and plots the dependence of the 90-degree bending loss on the radius of curvature of a silica-based glass single-mode optical waveguide (experimental value). It was done. In the optical waveguide of .DELTA. = 0.75% employed in this embodiment, the allowable minimum radius of curvature is about 4 mm, and the entire radius of the matrix optical switch is accommodated on a substrate having a limited area. The allowable minimum radius of curvature of the wave path was set.

【0071】また、交差部の交差角度θは30度とし
た。2個の方向性結合器の間の実効光路長差は、フォト
リソグラフィ工程により信号光波長1.3μmの半分の
0.65μmに正確に設定した。石英系ガラスの屈折率
値が1.45程度であることを勘案し、実際のマスクパ
ターン上の導波路長差は0.65μm/1.45=0.
45μmに設定した。薄膜ヒータ34aは、金属クロム
を蒸着源とする真空蒸着法により、厚さ0.3μm,幅
50μm,長さ4mmに渡ってクロム薄膜を各々の光ス
イッチ要素上に蒸着することにより行った。2個の方向
性結合器33a,33bと薄膜ヒータ34aおよび交差
部35を含む光スイッチ要素の全長は、約15mmとし
た。
The intersection angle θ at the intersection is 30 degrees. The effective optical path length difference between the two directional couplers was accurately set to 0.65 μm, which is half the signal light wavelength of 1.3 μm, by a photolithography process. Considering that the refractive index value of the silica glass is about 1.45, the actual waveguide length difference on the mask pattern is 0.65 μm / 1.45 = 0.45.
It was set to 45 μm. The thin film heater 34a was formed by evaporating a chromium thin film over each optical switch element over a thickness of 0.3 μm, a width of 50 μm, and a length of 4 mm by a vacuum evaporation method using metal chromium as an evaporation source. The total length of the optical switch element including the two directional couplers 33a and 33b, the thin film heater 34a, and the intersection 35 was about 15 mm.

【0072】前記の工程を経てシリコンウエハ上に作製
されたマトリックス光スイッチを、10mm×110m
mの長方形状にダイシングソーにより切り出し、シリコ
ン基板下部には放熱板を設け、また、入出力光導波路に
は光ファイバアレイを接続し、薄膜ヒータ34aには給
電リードを接続することにより、目的とするマトリック
ス光スイッチが完成した。給電すべき薄膜ヒータを適宜
選択することにより、(4×4)スイッチ動作が確認さ
れた。スイッチ動作に必要な各薄膜ヒータ34aの消費
電力は、0.5ワット程度であった。同時に動作する薄
膜ヒータの数は最大4個であるので、全消費電力は最大
2ワット程度であった。マトリックス光スイッチとして
の損失値は、光ファイバ接続損失を含めて3〜4dBで
あり、またマトリックス光スイッチ全体としての消光比
は、製造誤差により方向性結合器の結合率が50%±1
0%程度と大きくずれても、20dB程度より優れてい
た。
The matrix optical switch manufactured on the silicon wafer through the above-described process was replaced with a 10 mm × 110 m
m by a dicing saw, a heat sink is provided below the silicon substrate, an optical fiber array is connected to the input and output optical waveguides, and a power supply lead is connected to the thin film heater 34a. Matrix optical switch is completed. By appropriately selecting a thin film heater to be supplied with power, a (4 × 4) switch operation was confirmed. The power consumption of each thin film heater 34a required for the switch operation was about 0.5 watt. Since the number of simultaneously operating thin film heaters is up to four, the total power consumption is up to about 2 watts. The loss value of the matrix optical switch is 3 to 4 dB including the connection loss of the optical fiber, and the extinction ratio of the entire matrix optical switch is such that the coupling ratio of the directional coupler is 50% ± 1 due to a manufacturing error.
Even if the deviation was as large as about 0%, it was better than about 20 dB.

【0073】実施例2 図13は、本発明のマトリックス光スイッチの第2実施
例としての(8×8)マトリックス光スイッチの全体配
置図である。11はシリコン(Si)基板、21a−2
1bは8+8=16本の石英系ガラス光導波路からなる
導波路束である。導波路束21a−21bの途上には、
15箇所の光スイッチ群(#1,#2,…,#15)が
配置されている。これらのスイッチ群は、順次、1個,
2個,…,7個,8個,7個,…,2個,1個、の光ス
イッチ要素を含んでいる。この配置図で特徴的なこと
は、光スイッチ群#2と#3の間、#4と#5の間、#
6と#7の間、#7と#8の間、#8と#9の間、#9
と#10の間、#11と#12の間、#13と#14の
間が、それぞれ、90度ないし180度曲がりを有する
導波路束22a,22b,22c,22d,22e,2
2f,22g,22hで連結されている点である。換言
すれば、曲がり導波路束を適宜用いて15個の光スイッ
チ群が限られた基板サイズ上につづら折りに配置されて
いることが特徴的である。
Embodiment 2 FIG. 13 is an overall layout diagram of an (8 × 8) matrix optical switch as a matrix optical switch according to a second embodiment of the present invention. 11 is a silicon (Si) substrate, 21a-2
1b is a waveguide bundle composed of 8 + 8 = 16 silica glass optical waveguides. On the way of the waveguide bundles 21a-21b,
Fifteen optical switch groups (# 1, # 2,..., # 15) are arranged. These switch groups are sequentially one,
, 7, 8, 7, ..., 2, 1 optical switch elements. What is characteristic in this arrangement is that between the optical switch groups # 2 and # 3, between # 4 and # 5,
Between # 6 and # 7, between # 7 and # 8, between # 8 and # 9, # 9
Between # 10 and # 10, between # 11 and # 12, and between # 13 and # 14, the waveguide bundles 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 2 having a 90-degree to 180-degree bend, respectively.
2f, 22g, and 22h. In other words, it is characteristic that the fifteen optical switch groups are arranged in a zigzag pattern on a limited substrate size by appropriately using the bent waveguide bundle.

【0074】図14は、図13の光スイッチ群(#1,
#2,…,#15)の配置説明図であり、導波路束21
a−21bの途上にどのように光スイッチ要素が配置さ
れているかを示したものである。これらのスイッチ群
は、順次、1個,2個,…,7個,8個,7個,…,2
個,1個、の光スイッチ要素(図14において楕円印で
象徴)を含んでいる。光スイッチ群#1の左端は、8本
の入力光導波路1a,1b,1c,1d,1e,1f,
1g,1hを含む導波路束21a−21bの入口に連な
っている。光スイッチ群#1と#2との間は直結されて
いる、光スイッチ群#2と#3との間は曲がり導波路束
22aで連結されている、等々であり、最後に光スイッ
チ群#15の右端は8本の出力光導波路2a,2b,2
c,2d,2e,2f,2g,2hを含む導波路束21
a−21bの出口に導かれているのである。
FIG. 14 shows the optical switch group (# 1, # 1) of FIG.
# 2,..., # 15).
It shows how the optical switch elements are arranged on the way of a-21b. These switch groups are sequentially 1, 2,..., 7, 8, 7,.
And one optical switch element (symbolized by an elliptical mark in FIG. 14). The left end of the optical switch group # 1 has eight input optical waveguides 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f,
It is connected to the entrance of the waveguide bundle 21a-21b including 1g and 1h. The optical switch groups # 1 and # 2 are directly connected, the optical switch groups # 2 and # 3 are connected by a bent waveguide bundle 22a, and so on. Reference numeral 15 denotes eight output optical waveguides 2a, 2b, 2
Waveguide bundle 21 including c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h
It is led to the outlet of a-21b.

【0075】図15は、図13,図14のマトリックス
光スイッチを構成する光スイッチ要素の平面図であり、
シリコン基板上の石英系ガラス光導波路31a−31b
と32a−32bとは互いに2箇所で間隔数μmにまで
近接し、2個の方向性結合器33a,33bを構成して
いる。この実施例では、交差部35が2個の方向性結合
器33a,33bの間に設けられている。方向性結合器
33a,33bの結合率は、結合部の導波路間隔や長さ
の調節により50%を目標に設定されている。2個の方
向性結合器33a,33bの間における光導波路31a
−31b,32a−32bの実効光路長差は、光導波路
32a−32b側が光導波路31a−31bに比べて信
号光の波長(ここでは1.3μm)の2分の1、すなわ
ち0.65μm程度長くなるように設定されており、光
導波路31a−31bおよび32a−32bに対応する
部分のクラッド層上部には、光位相シフタとしての薄膜
ヒータ34aと34bが設置されている。光導波路31
a−31bと32a−32bとは、交差部35において
クロストークを無視できる角度θ(ここでは30度)で
交差している。図15に示した光スイッチ要素の長さ
は、約12mmとした。この実施例の光スイッチ要素で
は、交差部35を方向性結合器33a,33bの間に設
けているので、2本の光導波路31a−31bおよび3
2a−32bの間隔が大きく離れる箇所を1箇所にまと
めることができる。このため、光スイッチ要素長を第1
実施例の場合(15mm)に比べてやや短くできる利点
がある。
FIG. 15 is a plan view of an optical switch element constituting the matrix optical switch of FIGS. 13 and 14.
Silica-based glass optical waveguides 31a-31b on silicon substrate
And 32a-32b are close to each other at a distance of several μm at two locations to constitute two directional couplers 33a and 33b. In this embodiment, an intersection 35 is provided between the two directional couplers 33a and 33b. The coupling ratio of the directional couplers 33a and 33b is set at a target of 50% by adjusting the waveguide interval and length of the coupling portion. Optical waveguide 31a between two directional couplers 33a, 33b
The effective optical path length difference between −31b and 32a-32b is that the optical waveguide 32a-32b side is longer than the optical waveguide 31a-31b by half the wavelength of the signal light (1.3 μm in this case), that is, about 0.65 μm. The thin-film heaters 34a and 34b as optical phase shifters are provided above the clad layer in portions corresponding to the optical waveguides 31a-31b and 32a-32b. Optical waveguide 31
The a-31b and 32a-32b intersect at an angle θ (here, 30 degrees) at which the crosstalk can be ignored at the intersection 35. The length of the optical switch element shown in FIG. 15 was about 12 mm. In the optical switch element of this embodiment, since the intersection 35 is provided between the directional couplers 33a and 33b, the two optical waveguides 31a-31b and 3
A place where the interval between 2a and 32b is largely apart can be combined into one place. For this reason, the optical switch element length is set to the first
There is an advantage that it can be made slightly shorter than in the case of the embodiment (15 mm).

【0076】シリコンウエハ上に作製された(8×8)
マトリックス光スイッチは55mm×55mmの四角状
にダイシングソーにより切り出し、シリコン基板下部に
は放熱板を設け、また、入出力光導波路には光ファイバ
アレイを接続し、薄膜ヒータ34a,34bには給電リ
ードを接続することにより、目的とするマトリックス光
スイッチが完成した。給電すべき薄膜ヒータを適宜選択
することにより、(8×8)スイッチ動作が確認され
た。スイッチ動作に必要な各薄膜ヒータの消費電力は
0.5ワット程度であった。同時に動作する薄膜ヒータ
の数は最大8個であるので、全消費電力は最大4ワット
程度であった。マトリックス光スイッチとしての損失値
は、光ファイバ接続損失を含めて5〜7dBであり、ま
たマトリックス光スイッチ全体としての消光比は製造誤
差により方向性結合器の結合率が50%±10%程度と
大きくずれても、15〜20dB程度以上と良好であっ
た。
(8 × 8) fabricated on a silicon wafer
The matrix optical switch is cut out into a 55 mm × 55 mm square by a dicing saw, a heat sink is provided below the silicon substrate, an optical fiber array is connected to the input / output optical waveguides, and power supply leads are connected to the thin film heaters 34 a and 34 b. Are completed, the target matrix optical switch is completed. By appropriately selecting a thin film heater to be supplied with power, an (8 × 8) switch operation was confirmed. The power consumption of each thin-film heater required for the switch operation was about 0.5 watt. Since the number of simultaneously operating thin film heaters is up to eight, the total power consumption is up to about 4 watts. The loss value of the matrix optical switch is 5 to 7 dB including the connection loss of the optical fiber, and the extinction ratio of the entire matrix optical switch is about 50% ± 10% due to a manufacturing error. Even if there was a large deviation, it was as good as about 15 to 20 dB or more.

【0077】ところで、本実施例での光スイッチ要素
(図15)には、2個の薄膜ヒータ34aと34bが設
けられている。通常は短い光路長をもつ側に設けられた
薄膜ヒータ34aのみで足りるが、対の薄膜ヒータを保
有していると、万が一、光路長差が製造上の事故でずれ
ても薄膜ヒータのいずれか一方に軽く通電することによ
り補償できるメリットがある。
The optical switch element (FIG. 15) in this embodiment is provided with two thin film heaters 34a and 34b. Normally, only the thin film heater 34a provided on the side having the short optical path length is sufficient. However, if a pair of thin film heaters is provided, even if the optical path length difference is shifted due to a manufacturing accident, any one of the thin film heaters may be used. On the other hand, there is an advantage that compensation can be made by applying a light current.

【0078】さて、第2実施例のマトリックス光スイッ
チの配置では、入力光導波路1hから入力した信号光を
出力光導波路2hから取り出す場合には、信号光は光ス
イッチ要素を1回しか通過しないのに対し、入力光導波
路1aから入力した信号光を出力光導波路2aから取り
出す場合には15回も光スイッチ要素を通過することに
なり、各光スイッチ要素が一定の通過損失を発生する場
合には、出力信号光レベルが経路によって変動すること
により、場合によっては不都合が発生する。このような
場合には、下記実施例の改善策をとることができる。
In the arrangement of the matrix optical switch according to the second embodiment, when the signal light input from the input optical waveguide 1h is extracted from the output optical waveguide 2h, the signal light passes through the optical switch element only once. On the other hand, when the signal light input from the input optical waveguide 1a is taken out from the output optical waveguide 2a, the signal light passes through the optical switch element 15 times, and when each optical switch element generates a constant passage loss, In some cases, the output signal light level fluctuates depending on the path, causing inconvenience. In such a case, the improvement measures of the following embodiment can be taken.

【0079】実施例3 図16は、本発明の第3の実施例で採用した光スイッチ
群の構成図である。第3実施例には、図13,図14で
説明した第2実施例と基本構造は同一であるが、光スイ
ッチ群に光スイッチ要素Sに加えてダミー光スイッチ要
素SD を配置している点が異なっている。ダミー光スイ
ッチ要素SD としては、図15の光スイッチ要素から薄
膜ヒータ34aおよび34bを省略したもので、2つの
方向性結合器の結合率が同一である(0%も含む)もの
が用いられる。このようなダミー光スイッチ要素SD
加えると、マトリックス光スイッチの経路差に起因する
光出力レベルの変動が緩和され、マトリックス光スイッ
チ全体としての損失値は、6.5〜7dBであり、消光
比は、製造誤差により方向性結合器の結合率が50%±
10%程度ずれても、20dB以上が達成された。
Embodiment 3 FIG. 16 is a configuration diagram of an optical switch group employed in a third embodiment of the present invention. The third embodiment has the same basic structure as the second embodiment described with reference to FIGS. 13 and 14, except that a dummy optical switch element SD is arranged in addition to the optical switch element S in the optical switch group. The points are different. As the dummy optical switch element SD , one in which the thin film heaters 34a and 34b are omitted from the optical switch element in FIG. 15 and in which the coupling ratio of the two directional couplers is the same (including 0%) is used. . When such a dummy optical switch element SD is added, the fluctuation of the optical output level caused by the path difference of the matrix optical switch is reduced, and the loss value of the entire matrix optical switch is 6.5 to 7 dB. The ratio indicates that the coupling ratio of the directional coupler is 50% ± due to a manufacturing error.
Even with a shift of about 10%, 20 dB or more was achieved.

【0080】以上の実施例では、2本の導波路の交差角
θを30度としたが、次にこの交差角θの設定につい
て、光クロストークと交差損失の観点から考察する。
In the above embodiment, the intersection angle θ between the two waveguides is set to 30 degrees. Next, the setting of the intersection angle θ will be considered from the viewpoint of optical crosstalk and cross loss.

【0081】図17は、1個の交差部において、交差し
ている相手側の光導波路へ信号光が漏れ込む量、いわゆ
る光クロストークの交差角依存性を説明する図である。
ここで用いた光導波路は、前記実施例と同じく、コア・
クラッド比屈折率差Δは0.75%、コア寸法は6μm
×6μmである。交差角が大きくなるに従って光クロス
トークは減少している。本発明では、光スイッチ要素内
で2本の光導波路は光クロストークを無視できる角度で
交差する必要があるが、この適正角度は、導波路間の交
差による光クロストークが−30dB以下になる角度と
見なしてよい。用いる光導波路のコア・クラッド間比屈
折率差によっても左右されるが、交差角が15度程度以
上であれば、2本の光導波路間の光クロストークは、光
の直進性に助けられ、実用上無視できる。上記実施例で
採用した30度の交差角では光クロストークは−60d
B程度と小さい。
FIG. 17 is a view for explaining the amount of signal light leaking into the optical waveguide on the other side where one signal crosses, that is, the so-called cross angle dependence of optical crosstalk.
The optical waveguide used here was the same as the core in the previous embodiment.
Clad relative refractive index difference Δ is 0.75%, core size is 6 μm
× 6 μm. Optical crosstalk decreases as the intersection angle increases. In the present invention, the two optical waveguides in the optical switch element need to intersect at an angle at which the optical crosstalk can be ignored, and the appropriate angle is such that the optical crosstalk due to the intersection between the waveguides is -30 dB or less. It may be regarded as an angle. Although it depends on the relative refractive index difference between the core and the clad of the optical waveguide used, if the crossing angle is about 15 degrees or more, the optical crosstalk between the two optical waveguides is helped by the straightness of light, Practically negligible. At the intersection angle of 30 degrees employed in the above embodiment, the optical crosstalk is -60d
It is as small as B.

【0082】図18は交差損失の交差角度依存性を説明
する図である。用いた光導波路は、ここでも、コア・ク
ラッド比屈折率差Δは0.75%、コア寸法は6μm×
6μmである。交差損失は交差角が大きくなるに従って
小さくなり、交差1段当たりの交差損失は、光クロスト
ークが無視できる交差角15度程度以上であれば0.2
dB以下が実現できる。前記実施例で採用した交差角3
0度の場合では0.06dBと微小であり、(8×8)
マトリックス光スイッチ全体においても損失の増加量は
1dB以下と小さい。
FIG. 18 is a diagram for explaining the dependence of the crossing loss on the crossing angle. Again, the optical waveguide used had a core / cladding relative refractive index difference Δ of 0.75% and a core size of 6 μm ×
6 μm. The crossing loss decreases as the crossing angle increases, and the crossing loss per crossing is 0.2 if the crossing angle is about 15 degrees or more where optical crosstalk can be ignored.
dB or less can be realized. Intersection angle 3 adopted in the above embodiment
In the case of 0 degree, it is as small as 0.06 dB, and (8 × 8)
In the entire matrix optical switch, the amount of increase in loss is as small as 1 dB or less.

【0083】前記2つの結果から解るように、一般に交
差部の損失と光クロストークは、交差角が90度に近づ
くほど改善される。従って、交差角は15度以上で、で
きるだけ90度に近いことが特性的には望ましい。しか
し、交差角を大きくとると曲線部の占有面積が増え光ス
イッチ要素のサイズが大きくなる傾向にあるので、マト
リックス光スイッチ所要性能や光導波路の許容曲げ半径
等を勘案して決定することになる。
As can be seen from the above two results, the loss at the intersection and the optical crosstalk generally improve as the intersection angle approaches 90 degrees. Therefore, it is characteristically desirable that the crossing angle be 15 degrees or more and be as close to 90 degrees as possible. However, if the crossing angle is increased, the area occupied by the curved portion increases and the size of the optical switch element tends to increase. Therefore, the matrix switch is determined in consideration of the required performance, the allowable bending radius of the optical waveguide, and the like. .

【0084】次に、交差部分の光導波路形状について考
察する。
Next, the shape of the optical waveguide at the intersection will be considered.

【0085】図19(A)〜(E)は交差部の形状を説
明する図である。上記実施例では、光導波路の幅が回路
全体で一様としていたが(図19(A))、交差部にお
ける交差損失を低減するためには、交差部の形状を変え
ることも有効である。
FIGS. 19A to 19E are views for explaining the shape of the intersection. In the above embodiment, the width of the optical waveguide is uniform throughout the circuit (FIG. 19A), but it is also effective to change the shape of the intersection in order to reduce the intersection loss at the intersection.

【0086】その一つは、図19(B)および(C)の
ように、交差部の前後で、交差部以外の部分を構成して
いる通常幅の光導波路41a,41b,42a,42b
を、テーパー形状を持つ導波路幅変換用テーパー状光導
波路43a,43b,44a,44bに接続して光導波
路幅を変換し、交差損失が小さくなるような幅を持つ光
導波路45,46とし、それらを交差させるという方法
である。コア・クラッド比屈折率差Δ=0.75%、光
導波路幅および厚さ6μmという通常用いられる光導波
路同士では、光導波路の交差角度30度の場合、交差損
失は0.06dBであるのに対し、交差部の光導波路幅
を4μmおよび10μmとした場合、交差損失は0.0
5dBに改善しており、光導波路幅を最適にすることで
交差損失を低減できることがわかる。ただし、交差部の
前後に配置された導波路幅変換用テーパー状光導波路4
3a,43b,44a,44bのテーパー形状は、放射
損失等が生じない程度にゆるやかにする必要があること
は言うまでもない。
One of them is the normal width optical waveguides 41a, 41b, 42a, and 42b constituting portions other than the intersection before and after the intersection as shown in FIGS. 19B and 19C.
Are connected to the tapered optical waveguides 43a, 43b, 44a, 44b for converting the waveguide width having a tapered shape to convert the optical waveguide width into optical waveguides 45, 46 having widths such that the cross loss is reduced. It is a method of crossing them. In a commonly used optical waveguide having a core / cladding relative refractive index difference Δ = 0.75%, an optical waveguide width and a thickness of 6 μm, the crossing loss is 0.06 dB when the crossing angle of the optical waveguide is 30 degrees. On the other hand, when the width of the optical waveguide at the intersection is 4 μm and 10 μm, the intersection loss is 0.0
It is improved to 5 dB, and it can be seen that the crossing loss can be reduced by optimizing the optical waveguide width. However, the tapered optical waveguides 4 for waveguide width conversion disposed before and after the intersection.
Needless to say, it is necessary to make the tapered shapes of 3a, 43b, 44a, and 44b gentle enough to prevent radiation loss and the like.

【0087】また、もう一つの方法は、図19(D)お
よび(E)にあるように、交差部まで光導波路幅が減
少、もしくは増加しているテーパー状光導波路47a−
47b,48a−48b同士を交差させる場合である。
前記の例と同様に、コア・クラッド比屈折率差Δ=0.
75%、交差角30°、光導波路幅および厚さ6μmの
場合、交差損失が0.06dBであるのに対し、例え
ば、図19(D)に示した交差で、テーパー長が50μ
m、光導波路幅が6μmから5μmへと交差部分まで細
くなったもの同士の交差では、交差損失は0.03dB
まで減少しており、この方法が交差損失の低減に有効で
あることがわかる。
Another method is as shown in FIGS. 19D and 19E, where the width of the optical waveguide is reduced or increased up to the intersection, and the tapered optical waveguide 47a-
47b, 48a-48b cross each other.
Similarly to the above example, the core / clad relative refractive index difference Δ = 0.
In the case of 75%, a crossing angle of 30 °, an optical waveguide width and a thickness of 6 μm, the crossing loss is 0.06 dB, for example, the crossing shown in FIG.
m, the crossing loss is 0.03 dB at the intersection between the narrowed optical waveguide widths from 6 μm to 5 μm.
This indicates that this method is effective in reducing the crossing loss.

【0088】以上の実施例では、光導波路は全て滑らか
につながっていた。しかし、光導波路が持つ固有電界分
布を考えると、直線光導波路と曲線光導波路、また曲線
光導波路同士でも曲率半径の異なるもの等では、その形
状も電界分布の中心位置もそれぞれ異なっている。従っ
て、形状の異なる光導波路同士を導波路中心を合わせて
つないだ場合、光導波路の持つ固有電界分布の不一致か
ら、放射損失が生じる上、方向性結合器やマッハツェン
ダ光干渉計の特性を不安定とする光の蛇行現象が発生す
る。そこで、直線光導波路と曲線光導波路、曲線光導波
路同士で曲率半径の異なるものや曲がり方向が異なるも
の等の接続部では、「オフセット」と呼ばれる、光導波
路の中心軸同士を軸折れが無い状態でずらしてつなぎ、
つなぎ合わされた2つの光導波路の固有な光の電界分布
を、つなぎ部分で極力一致させる方法が、損失の低減や
蛇行現象の抑制のために有効であることも付記する。
In the above embodiments, all the optical waveguides are smoothly connected. However, considering the intrinsic electric field distribution of the optical waveguide, the shape and the center position of the electric field distribution of the linear optical waveguide, the curved optical waveguide, and those having different radii of curvature between the curved optical waveguides are different from each other. Therefore, when optical waveguides of different shapes are connected together with their waveguide centers aligned, radiation loss occurs due to the mismatch of the intrinsic electric field distribution of the optical waveguide, and the characteristics of the directional coupler and the Mach-Zehnder optical interferometer are unstable. The light meandering phenomenon occurs. Therefore, at the connection portion such as a straight optical waveguide, a curved optical waveguide, and a curved optical waveguide having different radii of curvature or different bending directions, there is no state where the center axes of the optical waveguides are broken, which is called "offset". Stitched together,
It is also noted that a method of matching the electric field distribution of light unique to two joined optical waveguides as much as possible at the joint portion is effective for reducing loss and suppressing meandering.

【0089】図20にその一例として、オフセット構造
部を持つ方向性結合器の構成を示す。ここにあるよう
に、直線と曲線のつなぎ部分53a,53b,53c,
53d,54a,54b,54c,54dおよび曲線同
士で曲がり方向が異なる部分53e,53f,54e,
54fで、オフセット構造が適用される。オフセットの
量は、コア・クラッド比屈折率差や光導波路形状、そし
て信号光波長によっても異なるが、一般的にはサブミク
ロン程度である。
FIG. 20 shows the configuration of a directional coupler having an offset structure as an example. As shown here, the connecting portions 53a, 53b, 53c,
53d, 54a, 54b, 54c, 54d and portions 53e, 53f, 54e, in which the bending directions are different between the curves.
At 54f, an offset structure is applied. The amount of the offset varies depending on the relative refractive index difference between the core and the clad, the shape of the optical waveguide, and the wavelength of the signal light, but is generally about submicron.

【0090】以上の実施例では、光位相シフタ(薄膜ヒ
ータ)を1/2波長短い方の導波路に設けて、1/2光
路長差を打ち消すように位相制御して、スイッチ要素を
オン状態に切り替えたが、場合によっては、逆に、光路
長差を1波長分増加させることによって、オン状態とす
ることも可能であることを付記する。ただしこの場合に
は、オン状態の波長依存性はより強くなる短所を伴う。
In the above embodiment, an optical phase shifter (thin film heater) is provided in a waveguide having a wavelength shorter than a half wavelength, and the phase is controlled so as to cancel out a difference in a half optical path length. However, in some cases, conversely, it is also possible to turn on the state by increasing the optical path length difference by one wavelength. However, in this case, there is a disadvantage that the wavelength dependence of the ON state becomes stronger.

【0091】また、前記実施例では信号光波長が1.3
μmの場合を扱ったが、本発明の構成は、他波長、例え
ば1.55μm波長等にも適用できることはもちろんで
ある。
In the above embodiment, the signal light wavelength is 1.3.
Although the case of μm was dealt with, the configuration of the present invention can of course be applied to other wavelengths, for example, 1.55 μm wavelength.

【0092】以上、本発明のマトリックス光スイッチが
方向性結合器の製造誤差に対して強いことを説明してき
たが、その副次効果として、方向性結合器の偏波依存性
に対しても強いことも指摘しておきたい。
As described above, the matrix optical switch of the present invention is strong against the manufacturing error of the directional coupler. As a secondary effect thereof, it is also strong against the polarization dependence of the directional coupler. I also want to point out that.

【0093】また前記の実施例では、シリコン基板上の
石英系ガラス光導波路を基本とするマトリックス光スイ
ッチについて構成、作用等を説明したが、マッハツェン
ダ光干渉計回路型の光スイッチ要素を構成し得る他の材
料、例えば、プラスチック光導波路やイオン拡散型ガラ
ス光導波路、さらには電気光学効果を用いた光位相シフ
タを設置したニオブ酸リチウム系光導波路等にも、本発
明を適用できることを付記する。
In the above embodiment, the configuration, operation, and the like of the matrix optical switch based on the silica-based glass optical waveguide on the silicon substrate have been described. However, a Mach-Zehnder optical interferometer circuit type optical switch element can be configured. It should be noted that the present invention can be applied to other materials, for example, a plastic optical waveguide, an ion diffusion type glass optical waveguide, and a lithium niobate optical waveguide in which an optical phase shifter using an electro-optic effect is installed.

【0094】[0094]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の導波路型
マトリックス光スイッチは、オフ状態で2分の1波長相
当の光路長差を有するマッハツェンダ光干渉計回路構造
を光スイッチ要素として採用し、しかも光スイッチ要素
内で光導波路の交差部を含んでいる。したがって2個の
方向性結合器の結合率が等しければ、その値が50%か
らずれても、オフ状態ではバー経路への光漏話は発生し
ない。50%からずれた場合には、オン状態ですべての
信号光をバー経路に切り替えることができず、クロス経
路に信号光が僅かに残留する。しかしながら、この残留
光は出力側導波路束内の不用の導波路端へと導かれるの
で、マトリックス光スイッチとしての消光比劣化には結
びつかない。また、2個の方向性結合器を連結する途上
に交差部を設けることにより、2本の光導波路の間隔を
大きくとらなければならない箇所を1箇所にまとめるこ
とができるため、光スイッチ要素の占有長さを最小にで
きる。よって、多数個の光スイッチ要素を基板上に集積
したマトリックス光スイッチのサイズを小さくすること
ができる。さらに、本発明の導波路型マトリックス光ス
イッチでは、スイッチ要素内の方向成結合器2個の結合
率が同一でさえあれば、50%からずれたとしても、オ
フ状態において信号光はスイッチ要素を100%クロス
経路で通過することになる。したがって方向性結合器の
製作精度が大幅に緩和され、消光比の優れたマトリック
ス光スイッチを容易に提供することができる。また、前
記光スイッチ要素からなる本発明マトリックス光スイッ
チでは、信号光波長の設定精度も緩和され、波長精度の
低い安価な信号光源を導入することもできる利点もあ
る。このようなマトリックス光スイッチは、複数の信号
光が行き交う光ファイバ通信網の構築などに多大の貢献
をなすと期待される。
As described above, the waveguide type matrix optical switch of the present invention employs a Mach-Zehnder optical interferometer circuit structure having an optical path difference corresponding to a half wavelength in an off state as an optical switch element. In addition, it includes the intersection of the optical waveguides in the optical switch element. Therefore, if the coupling ratio of the two directional couplers is equal, even if the value deviates from 50%, no light crosstalk to the bar path occurs in the off state. If it deviates from 50%, all the signal light cannot be switched to the bar path in the ON state, and the signal light slightly remains in the cross path. However, since this residual light is guided to an unnecessary waveguide end in the output side waveguide bundle, it does not lead to deterioration of the extinction ratio as a matrix optical switch. In addition, by providing an intersection on the way of connecting the two directional couplers, it is possible to combine the places where the distance between the two optical waveguides needs to be large into one place, so that the optical switch element is occupied. The length can be minimized. Therefore, the size of a matrix optical switch in which a large number of optical switch elements are integrated on a substrate can be reduced. Further, in the waveguide type matrix optical switch of the present invention, as long as the coupling ratio of the two directional couplers in the switch element is the same, even if the coupling rate deviates from 50%, the signal light in the off state causes the switch element to pass through the switch element. It will pass through a 100% cross route. Therefore, the manufacturing accuracy of the directional coupler is greatly reduced, and a matrix optical switch having an excellent extinction ratio can be easily provided. Further, in the matrix optical switch of the present invention comprising the optical switch element, there is an advantage that the setting accuracy of the signal light wavelength is eased and an inexpensive signal light source with low wavelength accuracy can be introduced. Such a matrix optical switch is expected to make a great contribution to the construction of an optical fiber communication network in which a plurality of signal lights are exchanged.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の導波路型マトリックス光スイッチの構成
を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a conventional waveguide type matrix optical switch.

【図2】(A)は(4×4)導波路型マトリックス光ス
イッチの構成例を示す全体平面図、(B)は(A)に示
す光スイッチ要素の拡大平面図である。
2A is an overall plan view showing a configuration example of a (4 × 4) waveguide matrix optical switch, and FIG. 2B is an enlarged plan view of the optical switch element shown in FIG.

【図3】(A)は本発明による導波路型マトリックス光
スイッチの第1実施例としての(4×4)マトリックス
光スイッチを構成する光スイッチ要素の構成を示す平面
図、(B)は(A)のA−A′における拡大断面図、
(C)は(A)のB−B′における拡大断面図である。
FIG. 3A is a plan view showing the configuration of an optical switch element constituting a (4 × 4) matrix optical switch as a first embodiment of a waveguide type matrix optical switch according to the present invention, and FIG. A) is an enlarged cross-sectional view along AA ′ of FIG.
(C) is an enlarged sectional view along BB 'of (A).

【図4】従来のマッハツェンダ光干渉計回路型の光スイ
ッチ要素の各箇所における電界の状態を示す概念図であ
る。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a state of an electric field in each portion of a conventional Mach-Zehnder optical interferometer circuit type optical switch element.

【図5】本発明によるマッハツェンダ光干渉計回路型の
光スイッチ要素の各箇所における電界の状態を示す概念
図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state of an electric field at each position of a Mach-Zehnder optical interferometer circuit type optical switch element according to the present invention.

【図6】本発明によるマッハツェンダ光干渉計回路型の
光スイッチ要素の各パラメータを示す概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing each parameter of an optical switch element of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit type according to the present invention.

【図7】本発明の第1実施例および従来型の(4×4)
マトリックス光スイッチの方向性結合器の結合率に対す
る光漏話により生ずる過剰損失特性の説明図である。
FIG. 7 shows a first embodiment of the present invention and a conventional (4 × 4)
FIG. 4 is an explanatory diagram of an excess loss characteristic caused by light crosstalk with respect to a coupling ratio of a directional coupler of a matrix optical switch.

【図8】(A),(B)は、本発明によるマッハツェン
ダ光干渉計回路型の光スイッチ要素と、従来のマッハツ
ェンダ光干渉計回路型の光スイッチ要素のオン、オフ状
態を示す概念図である。
FIGS. 8A and 8B are conceptual diagrams showing ON / OFF states of a Mach-Zehnder optical interferometer circuit type optical switch element according to the present invention and a conventional Mach-Zehnder optical interferometer circuit type optical switch element. is there.

【図9】(A)は本発明の第1実施例に対応する光スイ
ッチ要素の波長特性の説明図、(B)は従来の光スイッ
チ要素の波長特性の説明図である。
FIG. 9A is an explanatory diagram of a wavelength characteristic of an optical switch element corresponding to the first embodiment of the present invention, and FIG. 9B is an explanatory diagram of a wavelength characteristic of a conventional optical switch element.

【図10】本発明の第1実施例および従来型の(4×
4)マトリックス光スイッチの光クロストークの波長特
性の説明図である。
FIG. 10 shows a first embodiment of the present invention and a conventional (4 ×
4) It is an explanatory diagram of a wavelength characteristic of optical crosstalk of the matrix optical switch.

【図11】(A)〜(F)は本発明で用いた石英系ガラ
ス導波路によって構成されるマトリックス光スイッチの
作成工程の説明図である。
FIGS. 11A to 11F are explanatory views of a process for producing a matrix optical switch constituted by a silica glass waveguide used in the present invention.

【図12】本発明で用いた石英系単一モード光導波路の
曲がり損失特性の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a bending loss characteristic of the silica-based single mode optical waveguide used in the present invention.

【図13】本発明の導波路型マトリックス光スイッチの
第2実施例としての(8×8)マトリックス光スイッチ
の全体配置図である。
FIG. 13 is an overall layout view of an (8 × 8) matrix optical switch as a second embodiment of the waveguide type matrix optical switch of the present invention.

【図14】図13に示すマトリックス光スイッチにおけ
る各光スイッチ群の構成を示す図である。
14 is a diagram showing a configuration of each optical switch group in the matrix optical switch shown in FIG.

【図15】図13に示すマトリックス光スイッチを構成
する光スイッチ要素の構成を示す平面図である。
FIG. 15 is a plan view showing a configuration of an optical switch element included in the matrix optical switch shown in FIG.

【図16】本発明の第3実施例における光スイッチ群の
構成を示す図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of an optical switch group according to a third embodiment of the present invention.

【図17】本発明によるマッハツェンダ光干渉計回路型
の光スイッチ要素の交差部1段における光クロストーク
の交差角度依存性の説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of the crossing angle dependence of optical crosstalk at one crossing portion of an optical switch element of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit type according to the present invention.

【図18】本発明によるマッハツェンダ光干渉計回路型
の光スイッチ要素の交差部1段における交差損失の交差
角度依存性の説明図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram of the crossing angle dependence of crossing loss at one crossing portion of an optical switch element of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit type according to the present invention.

【図19】(A)〜(E)は交差損失を低減させること
を目的とした交差部分の形状例の説明図である。
FIGS. 19A to 19E are explanatory diagrams of examples of the shape of an intersection portion for the purpose of reducing the intersection loss.

【図20】本発明によるマッハツェンダ光干渉計回路型
の光スイッチ要素のオフセットを説明するための方向性
結合器の構成を示す図である。
FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of a directional coupler for explaining an offset of an optical switch element of a Mach-Zehnder optical interferometer circuit type according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g,1h 入
力光導波路 2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g,2h 出
力光導波路 3 シリコン基板 4a−4b 光導波路束 11 シリコン基板 21a−21b 光導波路束 22a,22b,22c,22d,22e,22f,2
2g,22h 90度 ないし180度曲がり導波路束 31,31a−31b,61a−61b 光導波路 32,32a−32b,62a−62b 光導波路 33a,33b,63a,63b 方向性結合器 34a,34b,64a,64b 薄膜ヒータ(光位相
シフタ) 35 交差部 41,42,41a,41b,42a,42b 通常幅
の導波路 43a,43b,44a,44b 交差部前後のテーパ
形状の導波路 45,46 交差部を形成する特殊幅の導波路 47a,47b,48a,48b 交差部を形成するテ
ーパ形状の導波路 51a−51b,52a−52b 光導波路 53a,53b 方向性結合器 54a,54b 薄膜ヒータ(光位相シフタ) #1,#2,…,#15 光スイッチ群 S 光スイッチ要素 SD ダミー光スイッチ要素 S00,…,S33 光スイッチ要素
1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h Input optical waveguides 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h Output optical waveguides 3 Silicon substrate 4a-4b Optical waveguide bundle 11 Silicon substrate 21a- 21b Optical waveguide bundles 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 2
2g, 22h 90 to 180 degree bent waveguide bundle 31, 31a-31b, 61a-61b Optical waveguide 32, 32a-32b, 62a-62b Optical waveguide 33a, 33b, 63a, 63b Directional coupler 34a, 34b, 64a , 64b Thin film heater (optical phase shifter) 35 Intersection 41, 42, 41a, 41b, 42a, 42b Waveguides 43a, 43b, 44a, 44b of normal width Tapered waveguides 45, 46 before and after the intersection Special-width waveguides 47a, 47b, 48a, 48b Tapered waveguides 51a-51b, 52a-52b forming intersections Optical waveguides 53a, 53b Directional couplers 54a, 54b Thin-film heaters (optical phase shifters) # 1, # 2,..., # 15 Optical switch group S Optical switch element S D Dummy optical switch element S00 , ..., S33 Optical switch element

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の入力端と、複数の出力端とを備
え、入力された信号光を切り替え出力する導波路型マト
リックス光スイッチにおいて、 前記入力端にそれぞれ接続された複数の入力光導波路
と、 前記出力端にそれぞれ接続された複数の出力光導波路
と、 前記入力光導波路と前記出力導波路との各交点位置に配
置された複数の光スイッチ要素とを具備し、 前記各光スイッチ要素は、 基板上で2本の光導波路を2箇所で互いに近接させ、該
2箇所の間の前記2本の光導波路が前記信号光の半波長
分の実効光路長差を有するように構成された結合率の等
しい2個の方向性結合器と、 該2個の方向性結合器間の前記2本の光導波路の少なく
とも一方に配設され、前記実効光路長差を前記信号光の
波長の整数倍に切り替える光路長差切り替え手段と、 前記2本の光導波路を交差させた交差部とを具備するこ
とを特徴とする導波路型マトリックス光スイッチ。
1. A waveguide type matrix optical switch having a plurality of input terminals and a plurality of output terminals for switching and outputting input signal light, wherein a plurality of input optical waveguides respectively connected to the input terminals are provided. A plurality of output optical waveguides respectively connected to the output end, and a plurality of optical switch elements arranged at respective intersections of the input optical waveguide and the output waveguide. A coupling configured such that two optical waveguides are brought close to each other at two locations on a substrate, and the two optical waveguides between the two locations have an effective optical path length difference of a half wavelength of the signal light. Two directional couplers having the same ratio; and at least one of the two optical waveguides between the two directional couplers, wherein the effective optical path length difference is an integral multiple of the wavelength of the signal light. Path length difference switching means for switching to And a crossing portion where the two optical waveguides cross each other.
【請求項2】 前記光路長差切り替え手段は、光位相シ
フタであることを特徴とする請求項1記載の導波路型マ
トリックス光スイッチ。
2. The waveguide type matrix optical switch according to claim 1, wherein said optical path length difference switching means is an optical phase shifter.
【請求項3】 前記光位相シフタは、薄膜ヒータからな
る熱光学効果位相シフタであることを特徴とする請求項
2記載の導波路型マトリックス光スイッチ。
3. The waveguide type matrix optical switch according to claim 2, wherein said optical phase shifter is a thermo-optic effect phase shifter comprising a thin film heater.
【請求項4】 前記光路長差切り替え手段は、前記2個
の方向性結合器の間において前記2本の導波路にそれぞ
れ設けられていることを特徴とする請求項1記載の導波
路型マトリックス光スイッチ。
4. The waveguide matrix according to claim 1, wherein said optical path length difference switching means is provided in each of said two waveguides between said two directional couplers. Light switch.
【請求項5】 前記交差部は、前記2個の方向性結合器
の間に配設されたことを特徴とする請求項1記載の導波
路型マトリックス光スイッチ。
5. The waveguide type matrix optical switch according to claim 1, wherein said crossing portion is disposed between said two directional couplers.
【請求項6】 前記交差部において、前記2本の光導波
路は、15°以上の交差角をもって交差していることを
特徴とする請求項1記載の導波路型マトリックス光スイ
ッチ。
6. The waveguide matrix optical switch according to claim 1, wherein said two optical waveguides intersect at an intersection angle of 15 ° or more at said intersection.
【請求項7】 前記光スイッチ要素は、つづら折り状に
曲折する導波路束によって接続されたことを特徴とする
請求項1記載の導波路型マトリックス光スイッチ。
7. The waveguide-type matrix optical switch according to claim 1, wherein said optical switch elements are connected by a waveguide bundle which is bent in a zigzag manner.
【請求項8】 前記光スイッチ要素を接続する導波路途
上おいて、前記光スイッチ要素に対応する位置に、ダミ
ースイッチを設けたことを特徴とする請求項1記載の導
波路型マトリックス光スイッチ。
8. The waveguide type matrix optical switch according to claim 1, wherein a dummy switch is provided at a position corresponding to the optical switch element on a waveguide connecting the optical switch element.
【請求項9】 前記ダミースイッチは、基板上で2本の
光導波路を2箇所で互いに近接させ、該2箇所の間の前
記2本の光導波路が前記信号光の半波長分の実効光路長
差を有するように構成された結合率の等しい2個の方向
性結合器と、前記2本の光導波路を交差させた交差部と
を具備することを特徴とする請求項8記載の導波路型マ
トリックス光スイッチ。
9. The dummy switch, wherein two optical waveguides are brought close to each other at two locations on a substrate, and the two optical waveguides between the two locations are arranged such that the two optical waveguides have an effective optical path length corresponding to a half wavelength of the signal light. 9. The waveguide type according to claim 8, further comprising: two directional couplers configured to have a difference in coupling ratio and having an intersection portion where the two optical waveguides intersect. Matrix light switch.
【請求項10】 前記導波路が直線から曲線に移行する
部分、および曲線部で曲率半径が変化する部分、あるい
は曲線部の方向が変化する部分で、導波路中心をオフセ
ットさせて接続したことを特徴とする請求項7記載の導
波路型マトリックス光スイッチ。
10. A connection in which the waveguide center is offset at a portion where the waveguide transitions from a straight line to a curve, at a portion where the radius of curvature changes at the curve portion, or at a portion where the direction of the curve portion changes. The waveguide type matrix optical switch according to claim 7, wherein
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