JP2659293B2

JP2659293B2 - 導波路型光スイッチ

Info

Publication number: JP2659293B2
Application number: JP21977191A
Authority: JP
Inventors: 要神宮寺; 範夫高戸; 正夫河内
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-08-30
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JPH0561077A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野等で用いる
導波路型光スイッチに関するものであり、さらに詳細に
は、波長依存性が少なく、広い波長域の信号光を同時切
り替え可能な導波路型光スイッチに関するものである。

【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必要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てい
る。

【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が、
それぞれに問題点を残している。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
あって、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、大き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あ
って、将来型の光スイッチ形態として期待されている。

【０００４】図８は、従来の導波路型光スイッチの構成
の一例を示す平面図である。ここで、基板１上に形成さ
れた３ｄＢ光結合器２および３は、近接した２本の光導
波路４および５からなる方向性結合器構成を有し、その
結合率は信号光波長において５０％（完全結合長の１／
２）になるように設定されている。３ｄＢ光結合器２と
３の間を連結する２本の光導波路４および５の各光路長
は、当該２本の光導波路の途上に位置する位相シフタ４
ａおよび５ａを動作させない状態で同一となし、すなわ
ち、光導波路４と５とが対称になるように設定されてい
る。

【０００５】入力ポート１ａから入射された信号光は、
上記の状態では出力ポート２ｂから出射され、出力ポー
ト１ｂからは出射されない。ところが、光導波路４と５
との間に１８０°（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４
ａおよび５ａの少なくとも一方を作動させると、入力ポ
ート１ａからの信号光は出力ポート１ｂから出射される
ように切り替わり、光スイッチとしての動作が達成され
る。

【０００６】このタイプの導波路型光スイッチは、マッ
ハツェンダ光干渉計回路型とも呼ばれ、比較的簡単な位
相シフタによりスイッチング作用を実現できることか
ら、ガラス光導波路を初めとする種々の光導波路材料を
用いて構成することが試みられているが、次のような問
題点があった。

【０００７】図９は、１．３μｍ波長用に設計製作され
た前記光スイッチの波長特性図（入力ポート１ａから出
力ポート２ｂへの結合率を示す）である。ここで、曲線
（ａ）は、位相シフタ４ａおよび５ａがオフの際の結合
特性であり、曲線（ｂ）はいずれか一方の位相シフタが
オンの時の結合特性である。曲線（ｃ）は、参考のため
に、構成要素である３ｄＢ光結合器の結合率波長特性を
示したものである。いずれか一方の位相シフタがオンの
状態（曲線（ｂ））では、１．３μｍを中心として±
０．２μｍ程度の比較的広い波長域で、（１ａ→２ｂ）
結合率は、ほぼ零（５％以下）であって、信号光は波長
依存性少なく（１ａ→１ｂ）の経路を通過することが可
能である。

【０００８】これに対し、オフ状態（曲線（ａ））で
は、９０％以上の（１ａ→２ｂ）結合率は、１．３μｍ
±０．１μｍ程度の狭い領域に限定され、例えば波長
１．５５μｍでは、結合率は５０％程度にしか達せず、
スイッチング状態が中途半端になってしまうという大き
な問題点があった。

【０００９】このように、図８の従来例の導波路型光ス
イッチが大きな波長依存性をもつ最大の原因は、構成要
素である３ｄＢ光結合器（方向性結合器）が、図９の曲
線（ｃ）に示したように大きな波長依存性を有し、同図
のように波長１．３μｍにて５０％結合率となるように
設定した場合、波長１．５μｍでは、結合率は５０％か
ら大きくはずれ、３ｄＢ光結合器として作用しなくなっ
てしまう点にあった。

【００１０】光スイッチを光ファイバ回線切り替え等の
分野に使用する場合、回線中には、１．３μｍ波長光と
１．５５μｍ波長光とが同時に伝搬している状況が多々
あり、光スイッチが波長依存性をもつことは、実用上の
大きな問題点であった。

【００１１】図１０は上記従来例のこのような欠点を解
決するために提案された光スイッチ（特願平１−５２８
６６号）の構成を示す平面図である。この光スイッチ
は、等光路長を有する２本の光導波路２４および２５を
有し、その両端に、光路長差の異なる２本の光導波路２
２ｃと２２ｄおよび２３ｃと２３ｄと２つの方向性結合
器２２ａと２２ｂおよび２３ａと２３ｂより構成され、
全体として非対称マッハツェンダ干渉計を構成する３ｄ
Ｂ光結合部２２および２３を配置している。この両端に
ある２つの非対称マッハツェンダ干渉計２２および２３
は回路中心に対して点対称の位置に配置されている。つ
まり、マッハツェンダ干渉計の２本の光導波路２２ｃと
２２ｄおよび２３ｃと２３ｄのうち、光路長の短い方の
光導波路２２ｄおよび２３ｃが回路の中心に対して反対
側にくるように配置されている。そして、スイッチング
を行うための位相シフタ２４ａおよび２５ａが２つの非
対称マッハツェンダ干渉計の間にある２本の等光路長差
を有する光導波路２４および２５上に配置された構成を
有している。

【００１２】この光スイッチでは、前記従来例で最大の
欠点であった３ｄＢ光結合器が大きな波長依存性を有す
るという問題を解決するために、前記従来例では１個の
方向性結合器で構成していた３ｄＢ光結合器を非対称マ
ッハツェンダ干渉計で構成している。

【００１３】図１１は、図１２に示す非対称マッハツェ
ンダ干渉計で構成された３ｄＢ光結合器２２の結合率の
波長依存性を表している。ここで、光路長差λ₀ は通常
１μｍ近傍に設定される。この場合、波長λがλ₀ 付近
の場合には、光路長差λ₀ が信号光の波長と同一である
ので、方向性結合器２２ａと２２ｂとの間に光路長差が
あるにもかかわらず、非対称マッハツェンダ光干渉計構
成の３ｄＢ光結合器２２全体の結合率は、結合部長（Ｌ
１＋Ｌ２）の方向性結合器と同等となる。これは、マッ
ハツェンダ光干渉計回路の光路長差が波長の整数倍の場
合には、光路長差が零の場合と区別がつかないという光
波の干渉原理による。

【００１４】信号光波長がλ₀ を越えて１．３μｍから
さらには１．５５μｍに至ると、光路長差は波長の整数
倍（ここでは１倍）の関係から次第にずれて、端数倍に
なる。すなわち、この状態では、マッハツェンダ光干渉
計構成の３ｄＢ光結合器２２を構成する２個の方向性結
合器２２ａと２２ｂとの間に有意な位相差、即ち、２π
の整数倍からずれた位相差が現れる。この位相差によ
り、３ｄＢ光結合器２２全体の等価的結合長は、Ｌ１と
Ｌ２との単純和からずれて、次第に減少する。

【００１５】ここで、波長増加による単純方向性結合器
（結合長＝Ｌ１＋Ｌ２）の結合率増加が、上記位相差に
よる等価的結合長の減少により抑制されるように、光路
長差λ₀ や個々の方向性結合器２２ａおよび２２ｂの各
結合長Ｌ１およびＬ２が適正設定されていれば、３ｄＢ
光結合器２２は、所望波長域、例えば、１．３〜１．５
５μｍ域において、５０％付近の結合率を維持すること
が可能である。

【００１６】この非対称マッハツェンダ光干渉計構成の
３ｄＢ光結合器２２を、回路中心に対して点対称に組み
合せることにより、全体として、１００％光結合器が構
成され、スイッチングＯＦＦの時に広い波長域で１００
％の光結合率を有する光スイッチが構成される。この光
スイッチでは、位相シフタ２４ａおよび２５ａを制御す
ることによりスイッチングがおこなわれる。位相シフタ
ＯＦＦの時に１００％結合、つまり、対角ポートに光が
通り、ＯＮの時に０％結合、つまり、同側ポートに光が
通る。

【００１７】図１３は、上記の構成を用いて、１．５５
μｍ帯でスイッチング特性の波長依存性を優先して設計
された光スイッチの入力ポート１ａから出力ポート２ｂ
への結合率の波長特性である。スイッチングＯＦＦの場
合（曲線（ａ））、波長無依存性は第一の従来例に比べ
て、大幅に改善されており、１．２〜１．６μｍの波長
領域で０．０１％の精度で１００％結合が実現されてい
る。しかし、スイッチングＯＮの場合（曲線（ｂ））、
なるほど、１．５５μｍ波長域では１％以下の結合率で
あるが、１．３μｍ波長域での結合率は７％程度に達し
ており、消光がまだまだ不十分である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】波長１．３〜１．５５
μｍの波長領域内の適当な波長で、位相シフタの位相差
がπ（スイッチングＯＮ）になるようにスイッチングし
た時、その波長付近では光スイッチからの光の出力は対
角ポートから同側ポートに移る。これは、光スイッチが
全体として、２つの３ｄＢ結合部と位相シフタを含む２
本の光導波路からなるマッハツェンダ干渉計を構成して
おり、位相シフタの位相を０，πと変化させることによ
り、マッハツェンダ干渉計の出力が入れ替わるためであ
る。

【００１９】このように従来例では、光スイッチの構成
要素である２個の３ｄＢ光結合器、それ自体に非対称マ
ッハツェンダ光干渉計の回路構成を与え、このマッハツ
ェンダ光干渉計回路の光路長差を使用波長域の短波長端
よりやや短め（１μｍ近傍）に設定し、３ｄＢ光結合器
の間の２本の光導波路上の位相シフタによりスイッチン
グ特性の波長依存性の軽減するようにしている。

【００２０】しかし、このように主位相シフタを用い
て、光導波路の位相差がπになる波長付近で０％の光結
合率を有する光スイッチを構成しても、位相シフタの位
相シフト量は２πｎΔＬ／λ（ｎ：導波路の屈折率、Δ
Ｌ：導波路間の導波路長差、λ：波長）と表されるた
め、明らかな波長依存性を有している。

【００２１】このため、位相シフタの位相差が正確にπ
になるのは設計された波長のみで、他の波長において
は、光導波路の位相差がπよりずれてくる。これが、従
来の光スイッチにおいてスイッチＯＮにした時、波長
１．３μｍ、あるいは１．５μｍにおいて結合率を同時
に０％にすることができない原因であった。

【００２２】そこで、本発明の目的は、上記の欠点を解
決し、所望の波長域、例えば１．３μｍ〜１．５５μｍ
域において、波長依存性の極めて少ない動作をするマッ
ハツェンダ光干渉計回路型の導波路型光スイッチを提供
することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明は、基板と、該基板上に設け
られた２本の光導波路と、該２本の光導波路をそれぞれ
光導波路の異なる位置で結合する２つの３ｄＢ光結合部
と、該２つの３ｄＢ光結合部の間の前記光導波路上に配
設されて光路長を微調する光位相シフタとを有する導波
路型光スイッチにおいて、前記２つの３ｄＢ光結合部の
各々は、前記２本の光導波路をそれぞれ光導波路の異な
る位置で結合するよう設けられた２つの方向性結合器
と、該２つの方向性結合器の間の２本の光導波路上に配
設されて光路長を微調する副光位相シフタとを備え、前
記２つの方向性結合器の間の２本の光導波路の光路長差
を動作波長域の短波長端値よりもやや小さく設定し、お
よび光路長の長い側の光導波路を、前記２つの３ｄＢ光
結合部で互いに反対側に配置したことを特徴とする。

【００２４】請求項２の発明は、動作波長域が、１．３
μｍ〜１．５５μｍの範囲を含み、前記３ｄＢ光結合器
内での前記光路長差をほぼ１μｍに設定して、前記３ｄ
Ｂ光結合器の結合率の波長依存性が波長１．３μｍ〜
１．５５μｍの範囲において緩和されるようにしたこと
を特徴とする。

【００２５】請求項３の発明は、前記光導波路がガラス
光導波路であり、前記主および副位相シフタが当該ガラ
ス光導波路上に設けられた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。

【００２６】請求項４の発明は、前記主および副位相シ
フタを連動して制御するようにしたことを特徴とする。

【００２７】本発明では、３ｄＢ光結合器の間の２本の
光導波路上の位相シフタ（主位相シフタ）だけでなく、
さらに、新たに設けた３ｄＢ光結合器を構成する非対称
マッハツェンダ光干渉計上の位相シフタ（副位相シフ
タ）も同時に調整することにより波長依存性の軽減効果
を増大させる。すなわち、３ｄＢ光結合器自体を、２個
の方向性結合器を位相シフタを備えた２本の光導波路に
て連結した構成とし、その連結光導波路に１μｍ近傍の
光路長差を与え、これら２個の３ｄＢ光結合器を位相シ
フタを備えた２本の光導波路で連結し、全体として、主
位相シフタおよび副位相シフタを同時に制御することに
より所望の光スイッチ構成とする。

【００２８】すなわち、本発明における副位相シフタの
作用は、スイッチＯＮの時の上述した０％結合率からの
ずれを補正することにある。上述したように、主位相シ
フタの位相シフト量には波長依存性があるので、ある波
長で主位相シフタをπに設定しても、実際にはその波長
の短波長側ではπより大きめの位相変化となり、反対
に、長波長側ではπより小さめの位相変化になる。よっ
て、この位相の波長変化を相殺するには、３ｄＢ結合部
の結合率にも若干の波長依存性を与える必要がある。

【００２９】前述したように、３ｄＢ結合部は構成する
非対称マッハツェンダ干渉計にある光路長差を与えるこ
とにより広い波長にわたり３ｄＢ結合率を持つように設
計されている。副位相シフタはこの非対称マッハツェン
ダ干渉計を構成する２本の光導波路の光路長差を３ｄＢ
結合時の設計値よりわずかにずらし、３ｄＢ結合部に波
長依存性をもたらす。この副位相シフタの補正効果は実
施例の中で具体的に説明される。

【００３０】

【実施例】以下、実施例によって本発明を詳細に説明す
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、位相シ
フタとしてこの石英系光導波路上に装着した熱光学効果
位相シフタを用いているが、これは、この組合わせが、
単一モード光ファイバとの接続性に優れ、しかも偏波依
存性の無い光スイッチを提供できるためであるが、本発
明は、これらの組合わせに限定されるものではない。

【００３１】図１は、本発明の光スイッチの一実施例と
して、１．３μｍ波長域と１．５５μｍ波長域とで同時
に動作可能となるよう設計した光スイッチの構成を示す
平面図であり、図２の（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、
それぞれ、図１の線ＡＡ′，ＢＢ′およびＣＣ′に沿っ
た断面を示す断面拡大図である。

【００３２】ここで、２１はシリコン基板、２４および
２５はシリコン基板２１上に配置された２本の石英系単
一モード光導波路、２２および２３は３ｄＢ光結合器、
２２ｅおよび２２ｆは光導波路２２ｃおよび２２ｄ上に
それぞれ設けた熱光学効果を利用した副位相シフタ、２
３ｅおよび２３ｆは光導波路２３ｃおよび２３ｄ上にそ
れぞれ設けた熱光学効果を利用した副位相シフタ、２４
ａおよび２５ａは光導波路２４および２５上にそれぞれ
設けた熱光学効果を利用した主位相シフタ、１ａおよび
１ｂは入射ポート、１ｂおよび２ｂは出射ポートであ
る。

【００３３】図８に示した第１の従来例とは、３ｄＢ光
結合器２２および２３が、それぞれ２個の方向性結合器
２２ａと２２ｂおよび２３ａと２３ｂからなるマッハツ
ェンダ光干渉計回路構成を有している点で異なる。ま
た、図１０に示した第２の従来例とは、３ｄＢ結合部２
２および２３に副位相シフタ２２ｅと２２ｆおよび２３
ｅと２３ｆを有している点で異なる。３ｄＢ光結合器２
２および２３を構成しているマッハツェンダ光干渉計回
路には、光路長差λ₀ が設定されている。

【００３４】図２（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）に示した
ように、光導波路２４および２５はコア部寸法が８μｍ
×８μｍ程度であり、厚さ５０μｍ程度のクラッド層２
１ｂ中に埋設されている。

【００３５】方向性結合器２２ａと２２ｂおよび２３ａ
と２３ｂは、図２の（Ａ）に例示したように、２本の光
導波路を、数μｍの間隔で数１００μｍ長にわたって平
行に走らせることによって構成されている。線ＢＢ′の
断面部分（図２の（Ｂ））においては、方向性結合器２
２ａと２２ｂとの間に光路長差λ₀を設定するために、
光導波路２５側がゆるやかな円弧を描いている。方向性
結合器２３ａと２３ｂとの間においては、逆に光導波路
２４側が円弧を描いている。

【００３６】３ｄＢ光結合器２２と２３とを連結する部
分の光導波路２４および２５の光路長は、０．１μｍ以
下の精度で等しく設定されており、クラッド層２１ｂ上
には、熱光学効果を利用した副位相シフタ２２ｅと２２
ｆおよび２３ｅと２３ｆとして薄膜ヒータ（クロム金属
膜）が、５０μｍ幅、４ｍｍ長程度にわたって配置され
ている（図２の（Ｂ））。また、熱光学効果を利用した
主位相シフタ２４ａおよび２５ａとして薄膜ヒータ（ク
ロム金属膜）が、５０μｍ幅、４ｍｍ長程度にわたって
配置されている（図２の（Ｃ））。それぞれの薄膜ヒー
タへの加熱温度の設定はそれぞれの薄膜ヒータへの装荷
電圧により制御している。

【００３７】本実施例における光導波路円弧部の曲率半
径は５０ｍｍに設計した。光スイッチのチップサイズは
４０ｍｍ×２．５ｍｍであった。作製は、火炎加水分解
反応によるガラス膜堆積技術と反応性イオンエッチング
による微細加工技術との公知の組合わせにより行った。
本発明では、３ｄＢ光結合器を構成する２つの方向性結
合器間に正確な光路長差λ₀ を設定することがキーポイ
ントである。作製実験およびシミュレーションの結果、
λ₀ の設定誤差は±０．１μｍ以内に抑えることが望ま
しいと言えるが、これはフォトリソグラフィ技術を利用
すると容易に達成できる範囲である。

【００３８】図３は、３ｄＢ光結合器２２および２３と
して図１１の曲線（ｂ）に示した特性の光結合器を配
し、最終的に図１の構成で作製した本発明第１実施例の
光スイッチの結合率（１ａ→２ｂ）波長特性の実測結果
を示したものである。

【００３９】光スイッチ構成上留意した点は、光結合器
２２内部においては、光導波路２５の方が光導波路２４
に比べてλ₀ ＝０．９５μｍ長いのに対し、逆に光結合
器２３内部においては、光導波路２４の方が、光導波路
２５よりもλ₀ ＝０．９５μｍ長く設定した点である。

【００４０】図３における曲線（Ａ）は、光スイッチが
オフの状態、すなわち、主位相シフタ２４ａおよび２５
ａ、および副位相シフタ２２ｅと２２ｆおよび２３ｅと
２３ｆがオフの状態での光結合率（１ａ→２ｂ）の波長
依存性特性を示している。図９の曲線（ａ）に示した第
１の従来例についての波長特性において９０％以上の結
合率をもつ波長域が１．２０〜１．４０μｍに限定され
ているのに対し、図３の（Ａ）では、９０％以上の結合
率をもつ波長域が、１．２０〜１．６１μｍと広く、
１．３μｍ帯のみならず１．５５μｍ帯をもカバーして
いる点が特徴的である。

【００４１】図３における曲線（Ｂ）は、いずれか一方
の主位相シフタ（薄膜ヒータ）に通電して、オン状態
（薄膜ヒータ消費電力は０．５ワット程度）にした時の
結合率（１ａ→２ｂ）の波長依存特性を示している。結
合率が５％以下になっている波長域は１．２４〜１．７
０μｍである。この状態で信号光は、（１ａ→１ｂ）の
経路を通過することになる。すなわち、本実施例の光ス
イッチは、１．３μｍ帯と１．５５μｍ帯、いずれの波
長帯においても、９０％以上結合率状態と５％以下結合
率状態とを同時に切り替えることが可能であり、従来の
光スイッチの欠点（図３の（Ｂ）の破線参照）が解決さ
れている。

【００４２】以上、実施例について、本発明の構成およ
び作用を説明したが、本発明はこれらの構成に限定され
るものではない。

【００４３】図４〜図７は、本発明光スイッチの構成の
種々の変形例を考察するための説明図である。ここで、
方向性結合器としては第２従来例で用いた結合長Ｌ１お
よびＬ２の２種類を使用し、方向性結合器間の光路長差
がλ₀ ＝０．９５μｍに設定されているものとする。

【００４４】図４は、図１に示した実施例の構成そのも
のであり、本発明光スイッチとして望ましい動作をす
る。

【００４５】図５は、右側の３ｄＢ光結合器２３内の光
路長差を図４の場合とは逆に導波路２５側を長く設定し
た例であるが、このような配置では波長依存性の少ない
スイッチ動作は得られなかった。

【００４６】図６は、右側の３ｄＢ光結合器２３の方向
性結合器２３ａおよび２３ｂの順序を図３の場合から入
れ替えた例であり、この構成も不適であった。

【００４７】図７は左側の３ｄＢ結合器２２および右側
の３ｄＢ光結合器２３ともに方向性結合器２２ａと２２
ｂおよび２３ａと２３ｂの順序を入れ替えた例であり、
この場合は、図４と同一の適性動作が得られた。

【００４８】以上の実験から、本発明の光スイッチは、
中心点に関して光学的にほぼ点対称となるように構成要
素を配置する必要があると推察される。詳細は波動結合
理論に従って個々にシミュレーションして判断すること
が必要である。

【００４９】以上の実施例においては、２個の３ｄＢ光
結合器２２と２３との間の２本の光導波路２４および２
５の光路長は、主位相シフタ２４ａおよび２５ａがオフ
の状態で同一であったが、場合によっては、あらかじめ
０．７１μｍ程度の光路長差を設定しておき、主位相シ
フタ２４ａおよび２５ａをオンにすることによって光路
長差を逆に解消し、図３におけるオン・オフ状態を逆に
することも可能であり、そのような光スイッチも本発明
の範囲に含まれることを指摘しておく。

【００５０】本実施例では、主位相シフタ２４ａおよび
２５ａと副位相シフタ２２ｅと２２ｆおよび２３ｅと２
３ｆを同時にオン、オフしたが、実施例での副位相シフ
タのオンの時の効果が与えられるように３ｄＢ結合部の
光路長差を予め若干量変化しておき、主位相シフタをオ
ン，副位相シフタをオフにした時に０％結合が得られ、
主位相シフタをオフ，副位相シフタをオンにした時に１
００％結合が得られるように光スイッチ回路を構成する
こともできる。このように、光導波路の光路長差を予め
変化させることにより、スイッチのオン・オフ特性を逆
転させることができることから、本発明は主位相シフタ
と副位相シフタの特定のオン、オフの関係に限定されな
いことを指摘しておく。

【００５１】また、本実施例では、３ｄＢ結合部間の２
本の光導波路上にそれぞれ主位相シフタを設けている
が、どちらか一方の光導波路上だけに主位相シフタを配
設しててもスイッチングをおこなわせることが可能であ
る。また、副位相シフタも非対称な２本の光導波路上に
それぞれに配置されているが、どちらか一方の光導波路
上だけに副位相シフタを設けても、同様のスイッチング
特性が得られる。位相シフタをどちら側の光導波路に置
くかにより、導波路間の光路長差の設計値は若干異なる
が、波長依存性の極めて少ないスイッチング特性が得ら
れることに違いはなく、単にパラメータの設計だけの問
題であり、本発明が主位相シフタおよび副位相シフタの
特定の配置に限定されないことを強調しておく。

【００５２】以上、本発明光スイッチの光路切り替え機
能について説明したが、本発明光スイッチの動作は必ず
しもスイッチ機能のみに限定されず、主位相シフタによ
り例えば０．２μｍ程度の光路長変化を与えて、本発明
光スイッチを可変光結合器として動作させることもでき
る点も指摘しておきたい。

【００５３】以上、シリコン基板の石英系光導波路の場
合を例にとって本発明の構成作用等を説明してきたが、
最初にも述べたように、本発明はこれらの材料系に限定
されるものではなく、方向性結合器と位相シフタさえ構
成できれば、他の材料系にも適用でき、本発明の範囲に
包含されることを強調したい。たとえば、光導波路とし
て、ＬｉＮｂＯ₃ 系光導波路を用い、位相シフタとして
電気光学効果位相シフタを用いることができる。

【００５４】また、上記実施例で述べた個々の方向性結
合器の結合長等は、作製プロセスの“くせ”によっても
微妙に変化するので、本実施例の数値は単に一設計例に
すぎないことを強調しておく。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、２個
の方向性結合器をわずかに長さの異なる光導波路で連結
し、これら光導波路に副位相シフタを設けてマッハツェ
ンダ光干渉計型３ｄＢ光結合器を構成し、さらにこれら
光結合器間の光導波路に主位相シフタを設けてマッハツ
ェンダ光干渉計回路型光スイッチを構成し、主位相シフ
タだけでなく副位相シフタをも同時に制御することによ
り、波長依存性の極めて少ない導波路型光スイッチを提
供することができる。このような光スイッチは、複数波
長の信号光が多重されて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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明導波路型光スイッチの一実施例の構成を
示す平面図である。

【図２】図１のＡＡ′線，ＢＢ′線およびＣＣ′線断面
図である。

【図３】本発明第１実施例のスイッチング特性図であ
る。

【図４】本発明光スイッチの変形構成可能性考察図であ
る。

【図５】本発明光スイッチの変形構成可能性考察図であ
る。

【図６】本発明光スイッチの変形構成可能性考察図であ
る。

【図７】本発明光スイッチの変形構成可能性考察図であ
る。

【図８】導波路型光スイッチの第１の従来例の構成を示
す平面図である。

【図９】導波路型光スイッチの第１の従来例のスイッチ
ング特性図である。

【図１０】導波路型光スイッチの第２の従来例の構成を
示す平面図である。

【図１１】導波路型光スイッチの第２の従来例を構成す
る３ｄＢ光結合器の結合特性図である。

【図１２】導波路型光スイッチの第２の従来例を構成す
る３ｄＢ光結合器の構成の説明図である。

【図１３】導波路型光スイッチの第２の従来例の結合率
の波長特性図である。

【符号の説明】

１基板２，３３ｄＢ光結合器４，５光導波路４ａ，５ａ位相シフタ１ａ，２ａ，１ｂ，２ｂ入出力ポート２１シリコン基板２２，２３マッハツェンダ光干渉計回路構成３ｄＢ光
結合器２４，２５石英系光導波路２２ｅ，２２ｆ，２３ｅ，２３ｆ副位相シフタ（薄膜
ヒータ）２４ａ，２５ａ主位相シフタ（薄膜ヒータ）２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ方向性結合器２１ｂ石英系クラッド層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に設けられた２本の光
導波路と、該２本の光導波路をそれぞれ光導波路の異な
る位置で結合する２つの３ｄＢ光結合部と、該２つの３
ｄＢ光結合部の間の前記光導波路上に配設されて光路長
を微調する光位相シフタとを有する導波路型光スイッチ
において、前記２つの３ｄＢ光結合部の各々は、前記２本の光導波
路をそれぞれ光導波路の異なる位置で結合するよう設け
られた２つの方向性結合器と、該２つの方向性結合器の
間の２本の光導波路上に配設されて光路長を微調する副
光位相シフタとを備え、前記２つの方向性結合器の間の
２本の光導波路の光路長差を動作波長域の短波長端値よ
りもやや小さく設定し、および光路長の長い側の光導波
路を、前記２つの３ｄＢ光結合部で互いに反対側に配置
したことを特徴とする導波路型光スイッチ。
【請求項２】動作波長域が、１．３μｍ〜１．５５μ
ｍの範囲を含み、前記３ｄＢ光結合器内での前記光路長
差をほぼ１μｍに設定して、前記３ｄＢ光結合器の結合
率の波長依存性が波長１．３μｍ〜１．５５μｍの範囲
において緩和されるようにしたことを特徴とする請求項
１記載の導波路型光スイッチ。
【請求項３】前記光導波路がガラス光導波路であり、
前記主および副位相シフタが当該ガラス光導波路上に設
けられた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１または２記載の導波路型光
スイッチ。
【請求項４】前記主および副位相シフタを連動して制
御するようにしたことを特徴とする請求項１ないし３の
いずれかの項に記載の導波路型光スイッチ。