JP2733421B2 - 光スイッチモジュール - Google Patents

光スイッチモジュール

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JP2733421B2 JP29946492A JP29946492A JP2733421B2 JP 2733421 B2 JP2733421 B2 JP 2733421B2 JP 29946492 A JP29946492 A JP 29946492A JP 29946492 A JP29946492 A JP 29946492A JP 2733421 B2 JP2733421 B2 JP 2733421B2
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明 姫野
健一 行松
将之 奥野
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを伝搬する
光信号の経路を切り換える光スイッチモジュールに関
し、特に複数の接続を任意の組み合せで実現する光マト
リクススイッチに適用して好適である。
【0002】
【従来の技術】光信号を複数の入力ポートから複数の出
力ポートへ任意の組み合わせの経路に切り換えることの
できるマトリクススイッチとしては、例えばM.Okunoら
による、1992年Optoelectronics Conference (O
EC"92 ),17A4-2,”Improved 8×8 Integrated
Optic Matrix Switch using Silica-Based Planar Lig
htwave Circuit" に記載されているTOスイッチと呼ば
れているものがある。このスイッチは、図2(a)に示
すような石英系光導波路によるマッハツェンダー干渉計
と薄膜ヒータにより構成された2入力2出力(2×2)
の単位スイッチを、図2(b)に示すような配列に64
個組み合わせ、図2(c)に示すように1枚の石英基板
上に集積して作製したものであり、8入力8出力のマト
リクススイッチを実現している。この原理による光スイ
ッチは、薄膜ヒータによる熱光学効果(thermo-optic e
ffect )により導波路を伝搬する光の位相を制御してス
イッチングを実現することからTOスイッチと呼ばれて
いる。TOスイッチは低損失、偏波依存性が少ないなど
多くの長所を有しており、光のマトリクススイッチとし
ては最も使いやすいものの1つである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】まず図2を用いてTO
スイッチの原理を説明する。TOスイッチは、図2
(a)に示すような2×2の光スイッチエレメントが基
本となり、この単位スイッチエレメントを組み合わせて
図2(b)に示すような光マトリクススイッチを構成す
ることができる。
【0004】2×2単位光スイッチは、図2(a)に示
すように2本の光導波路11a,11bにより縦列に接
続された2個の光カプラ14a,14bおよび一方の光
導波路11a上に形成された薄膜ヒータ15から構成さ
れる。図2(a)におけるポートP1より入力された光
信号は、第1の光カプラ14aによって2本の光導波路
11a,11bにパワーが等分され、第2の光カプラ1
4bによって再び合波される。2個の光カプラ14a,
14bは2本の光導波路11a,11bによってマッハ
ツェンダー干渉計を構成しているため、光導波路11
a,11bの光路長が等しい場合には、干渉によってポ
ートP1の光信号はポートP4へ出力される。同様にポ
ートP2に入力された光信号はポートP3へ出力され、
このときスイッチがクロス状態であると呼ぶ。
【0005】ここで、一方の光導波路11aの上に設け
られた薄膜ヒータ15によって光導波路11aを加熱す
ると、熱光学効果によって光導波路11aの屈折率が変
化し、等価的に光路長が長くなるため、丁度半波長だけ
変化させると、ポート1に入力された光信号はポート
P3へ、ポートP2に入力された光信号はポートP4へ
出力される。このときスイッチがバー状態であると呼
ぶ。
【0006】以上述べたように従来の光スイッチは薄膜
ヒータに電流を流して発熱させることによりクロス状態
とバー状態を切り替えることができるが、このとき片方
の導波路の光路長が正確に半波長だけ変化するようにヒ
ータに流す電流を調整してやらなければならない。ま
た、基本的には電流をOFFにした状態で光導波路11
aおよび11bの光路長が等しくなり、クロス状態にな
るはずであるが、実際には導波路を作製するときの微妙
な製造誤差等のために光路長が完全には等しくならな
い。そこで、通常はクロス状態のときもヒータに微小な
電流を流し、最もクロストークが良好になるように光ス
イッチを調整する。
【0007】図2(b)に示すように、図2(a)の2
×2光スイッチエレメントを1枚の光導波路基板の上に
多数個、例えば64個集積して作製し、8×8の光マト
リクススイッチを構成した場合、個々の光スイッチエレ
メントの特性を完璧に一致させることが不可能である。
そこで、それぞれの光スイッチエレメントに設けられた
薄膜ヒータに流す電流値は通常1個1個すべて異なるた
め、個別に調整する必要が生ずる。電流値を調整する最
も簡単な方法は半固定抵抗を用いる方法であるが、前記
8×8マトリクススイッチの場合には64個の単位スイ
ッチがあり、前述のようにそれぞれON時とOFF時の
電流を調整しようとすると全部で128個の半固定抵抗
が必要となる。
【0008】光マトリクススイッチを128個の半固定
抵抗とともにプリント基板に実装した例を図3に示す。
図3において21は8×8光マトリクススイッチ、22
はリボン光ファイバ、23はプリント基板、24は半固
定抵抗である。図3に示すように、光スイッチ素子その
ものは5cm角程度と非常にコンパクトであるにもかかわ
らず、実際にはスイッチを駆動する周辺回路が多くの体
積を占めることとなる。また、半固定抵抗のような、長
期信頼性が必ずしも優れていない部品を数多く用いるた
め、TOスイッチ素子自体の信頼性を確保したとして
も、回路全体の信頼性が低下してしまうという問題があ
った。
【0009】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、TOスイッチ素子と各スイッチエレメントの動作点
設定用の周辺回路を1個のモジュール上に集積し、モジ
ュール作製時に調整を終えてしまうことによって、実際
にスイッチを駆動する際の調整を不要とし、コンパクト
かつ信頼性の高いスイッチモジュールを実現することを
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の光スイッチモジュールは、光導波路によって
構成され、電圧あるいは電流により光経路の切り替え動
作を実現する2入力2出力の単位光スイッチから構成さ
れ、前記単位光スイッチを1個または複数個、1枚の光
導波路基板上に一括して作製して構成された多入力多出
力の光マトリクススイッチにおいて、前記光マトリクス
スイッチを構成する光導波路基板と、前記光マトリクス
スイッチ上の個々の単位光スイッチを駆動する電圧ある
いは電流を個別に設定可能なように、個々の単位光スイ
ッチの駆動特性に応じて予め抵抗値が調整された固定抵
抗を有している駆動回路とを、1枚の基板上に構成した
ことを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明による光スイッチモジュールは、光マト
リクススイッチを構成する光導波路基板と、前記光マト
リクススイッチを駆動する駆動回路と、前記光マトリク
ススイッチを駆動する電流値を始めに調整して設定する
ための調整回路とを1枚の基板上に搭載して1個のモジ
ュールとして取り扱えるようにしたので、使用時に個々
の単位光スイッチを調整する必要が無い上、光スイッチ
モジュールの外形寸法を小型にすることが可能である。
【0012】
【実施例】図1に基づいて光スイッチモジュールを説明
する。図1は本発明の一実施例に係る光スイッチモジュ
ールの構造を説明する斜視図であり、1は光導波路基
板、2は光導波路と駆動回路の共通基板、3は駆動回
路、4は光ファイバリボン、5はボンディングワイヤ、
6は端子ピンである。
【0013】光導波路基板1には、例えば図2(a)に
示すような2×2単位光スイッチ(原理は前述)を、図
2(b)に示すように64個接続し、図2(c)に示す
ように1枚の光導波路基板上に集積して作製し、8入力
8出力(8×8)光マトリクススイッチを構成したもの
である。共通基板2は、例えばセラミック多層基板等で
構成され、チップ型の電子部品あるいは圧膜抵抗等を直
接基板上に形成することも可能である。これらの電子部
品を基板2の表面あるいは裏面に搭載することにより、
少ない基板面積中に大規模な電子回路を搭載することが
可能である。駆動回路3は、最低限前記2×2単位光ス
イッチを駆動する電流値を予め調整する抵抗を含むもの
であり、トランジスタ等を合わせて搭載してスイッチン
グ回路を構成することにより、汎用のTTL−ICを用
いて光スイッチモジュールを駆動することも可能とな
る。光導波路基板1に設けられている薄膜ヒータ端子
(図示せず)との間はボンディングワイヤ5で接続され
ている。また、共通基板2の表面あるいは裏面には端子
ピン6が取り付けられているため、本光スイッチモジュ
ールをプリント基板上に容易に実装することができる。
図1には図示されていないが、共通基板2の表面あるい
は裏面にヒートシンクを取り付けることも可能である。
一方、光導波路基板に対する光信号の入出力は、光導波
路基板1に取り付けられたリボン型光ファイバ4によっ
てなされる。8×8光マトリクススイッチの場合には、
一般的に用いられている8心リボンファイバが適してい
る。
【0014】実際の調整や設定に当っては、以下に示す
2つの方法が可能である。第1の方法として、まず光マ
トリクススイッチに光信号を入力し、各ポートの出力光
信号をモニタしながらヒータに流れる電流を調整するこ
とにより個々の光スイッチエレメントのクロストークが
最小となる電流値を求める。次に所望の電流値が得られ
るように調整回路の抵抗値を計算し、駆動回路を作製す
る際に抵抗値を計算した値に合わせる。抵抗値を合わせ
るためには、例えば予め用意した多種類のチップ抵抗か
ら選別して共通基板に搭載するか、抵抗値を各々の設定
値に設計した厚膜抵抗を共通基板上に直接形成する。
【0015】第2の方法として、上述のように予め電流
値を求めることなく、厚膜抵抗等を用いて共通基板上に
形成した駆動回路と光導波路基板を接続した状態で光マ
トリクススイッチを動作させ、光信号をモニタしながら
個々の光スイッチエレメントのクロストークが最小とな
るように共通基板上の各々の厚膜抵抗等を削り取ってゆ
く方法がある。
【0016】これら基板上に直接形成された厚膜抵抗あ
るいはチップ抵抗は、抵抗値の経年変化はほとんど無
く、図3に示したような半固定抵抗に比べはるかに高い
信頼性を有する。また、個々の抵抗が占める面積は図3
に示したような半固定抵抗に比べはるかに小さいため、
共通基板2上に多数個の調整回路を搭載することが可能
であり、光導波路基板とその駆動回路および個別の調整
回路を含む電子回路とを1枚のセラミック多層基板上に
搭載し、1個の光スイッチモジュールとして構成するこ
とが可能となる。さらに、各スイッチエレメントの調整
は、光導波路基板を作製するときの寸法誤差を吸収する
目的で行われるものであるため、初期的に設定すれば再
度調整する必要はない。したがって、モジュール作製時
に設定を行えば、モジュール完成後は1個の部品とし
て、無調整で使用することが可能であり、従来に比べ極
めて使いやすい光マトリクススイッチを実現することが
可能である。
【0017】光導波路で構成され、このような光スイッ
チモジュールに適用可能な光スイッチとしては、前述の
TOスイッチの他、例えばH.Nishimotoらによる”Pola
rization Independent 8×8 LiNbO3 Optical Switch
Matrix ”,IEEE Photon. Technol. Lett.,2,p
634,1990に記載されているようなLiNbO3材料の
電気光学効果を利用したLNスイッチと呼ばれる物があ
る。LNスイッチの場合は、電圧をかけることにより2
×2単位光スイッチを制御するものであり、TOスイッ
チと同様に個々の単位光スイッチ毎に予め電圧値を調整
しておく必要があるため、本発明による光スイッチモジ
ュール構造を適用することにより、小型で信頼性が高
く、使いやすい光スイッチを実現することが可能とな
る。
【0018】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による光スイ
ッチモジュールは、光スイッチを構成する光導波路基板
と、光スイッチ上の個々の単位光スイッチを駆動する電
圧あるいは電流値を個別に設定可能なように、個々の単
位光スイッチの駆動特性に応じて予め抵抗値が調整され
た固定抵抗を有している調整回路を含む前記光スイッチ
の駆動回路とを、1枚の基板上に構成したので、無調整
で使用可能な小型の1個の部品として取り扱うことが可
能であり、使いやすさ、実装密度および信頼性の点で極
めて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る光スイッチモジュール
を示す斜視図である。
【図2】従来技術を示す説明図であり、図2(a)は単
位スイッチエレメントを示す説明図、図2(b)は単位
スイッチエレメントを組み合せて光マトリクススイッチ
を構成した例を示す説明図、図2(c)は光導波路基板
上に8×8光マトリクススイッチを構成した例を示す説
明図である。
【図3】光マトリクススイッチをプリント基板上に実装
した一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 光導波路基板 2 共通基板 3 駆動回路 4 光ファイバリボン 5 ボンディングワイヤ 6 端子ピン 11a,11b 光導波路 12 単位光スイッチを形成する領域 14a,14b 光カプラ 15 薄膜ヒータ 21 光マトリクススイッチ 22 リボン光ファイバ 23 プリント基板 24 半固定抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥野 将之 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 加藤 邦治 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光導波路によって構成され、電圧あるい
    は電流により光経路の切り替え動作を実現する2入力2
    出力の単位光スイッチから構成され、 前記単位光スイッチを1個または複数個、1枚の光導波
    路基板上に一括して作製して構成された多入力多出力の
    光マトリクススイッチにおいて、 前記光マトリクススイッチを構成する光導波路基板と、 前記光マトリクススイッチ上の個々の単位光スイッチを
    駆動する電圧あるいは電流を個別に設定可能なように、
    個々の単位光スイッチの駆動特性に応じて予め抵抗値が
    調整された固定抵抗を有している駆動回路とを、 1枚の基板上に構成したことを特徴とする光スイッチモ
    ジュール。
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