JP2740674B2 - 光マトリクススイッチ - Google Patents
光マトリクススイッチInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高速度で動作する光マトリクススイッチに
関するものである。
関するものである。
（従来の技術） 従来、この種の光マトリクススイッチとしては、第２
図に示す構成を有するものが知られている（文献；電子
情報通信学会技術研究報告 OCS88−41 p1参照）。
図に示す構成を有するものが知られている（文献；電子
情報通信学会技術研究報告 OCS88−41 p1参照）。
第２図において、Ii（但し、ｉ＝1,2,3,4）は入力ポ
ート、Oiは出力ポート、１は入力導波路、２は出力導波
路、３は方向性結合型光スイッチ素子をそれぞれ示して
いる。
ート、Oiは出力ポート、１は入力導波路、２は出力導波
路、３は方向性結合型光スイッチ素子をそれぞれ示して
いる。
また、第３図は、第２図における光スイッチ素子３の
拡大図である。第３図において、3a,3bは導波路、４は
電極である。これら２本の導波路3a,3bは、光の伝搬方
向の一部において平行に近接して形成され、方向性結合
器における、いわゆる結合領域3cを構成している。
拡大図である。第３図において、3a,3bは導波路、４は
電極である。これら２本の導波路3a,3bは、光の伝搬方
向の一部において平行に近接して形成され、方向性結合
器における、いわゆる結合領域3cを構成している。
ここで、上記方向性結合型光スイッチ素子３の動作原
理について説明する。
理について説明する。
光スイッチ素子３を光が導波する場合、導波路3a,3b
が平行に近接している結合領域3cにおいては、互いに直
交する正規モードとして偶及び奇対称モードが存在し、
各々の伝搬定数はβe,βｏである。入力端ｚ＝０で導波
路3aから光が入力されると、この入力端ｚで電界振幅が
等しい偶・奇モードが同相で励起する。これらのモード
が結合領域3cを伝搬していくにつれて、二つのモード間
に位相差（βｅ−βｏ）ｚが生じ、伝搬距離が Ｌ＝π／（βｅ−βｏ） となったときに位相差がπになる。このとき、偶・奇モ
ードの合成電界分布は、結合領域3c外における導波路3b
の導波モードの電界分布と一致しており、結合領域3cの
長さ（結合長）がＬであれば、導波路3aへ入力された光
が損失なく100％導波路3bに移行することになる。この
ときのＬを完全結合長という。
が平行に近接している結合領域3cにおいては、互いに直
交する正規モードとして偶及び奇対称モードが存在し、
各々の伝搬定数はβe,βｏである。入力端ｚ＝０で導波
路3aから光が入力されると、この入力端ｚで電界振幅が
等しい偶・奇モードが同相で励起する。これらのモード
が結合領域3cを伝搬していくにつれて、二つのモード間
に位相差（βｅ−βｏ）ｚが生じ、伝搬距離が Ｌ＝π／（βｅ−βｏ） となったときに位相差がπになる。このとき、偶・奇モ
ードの合成電界分布は、結合領域3c外における導波路3b
の導波モードの電界分布と一致しており、結合領域3cの
長さ（結合長）がＬであれば、導波路3aへ入力された光
が損失なく100％導波路3bに移行することになる。この
ときのＬを完全結合長という。
また、光スイッチ素子３の結合長Lsは、 Ls＝（2n＋１）Ｌ （但し、ｎ＝0,1,2,3…） なる関係を満足している。このため、信号光は、２本の
導波路3a,3b間の移行を繰り返しながら伝搬され、最終
的には導波路3bから取り出される。
導波路3a,3b間の移行を繰り返しながら伝搬され、最終
的には導波路3bから取り出される。
いま電極４に電圧が印加されると、結合領域3cにおけ
る導波路の屈折率が変化し、伝搬定数が変化する。その
結果、完全結合長がＬ′となる。このとき、光スイッチ
素子３の結合長Lsは、 Ls＝2mL′ （但し、ｍ＝0,1,2,3…） なる関係を満足している。このため、信号光は、２本の
導波路3a,3b間の移行を繰り返しながら伝搬され、最終
的には導波路3aから取り出される。
る導波路の屈折率が変化し、伝搬定数が変化する。その
結果、完全結合長がＬ′となる。このとき、光スイッチ
素子３の結合長Lsは、 Ls＝2mL′ （但し、ｍ＝0,1,2,3…） なる関係を満足している。このため、信号光は、２本の
導波路3a,3b間の移行を繰り返しながら伝搬され、最終
的には導波路3aから取り出される。
以上のように、方向性結合型光スイッチ素子３は、電
極４への電圧印加の有無に応じて信号光の光路を切り換
えることができる。
極４への電圧印加の有無に応じて信号光の光路を切り換
えることができる。
従って、第２図の光マトリクススイッチにおいて、任
意の入力ポートIiから入力した信号光は、光スイッチ素
子３にて上記したスイッチング作用を受けた後、任意の
出力ポートOiから出力されることになる。
意の入力ポートIiから入力した信号光は、光スイッチ素
子３にて上記したスイッチング作用を受けた後、任意の
出力ポートOiから出力されることになる。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成による方向性結合型光スイッ
チ素子３は、原理的に100％のパワー移行を行なえると
いう利点を有する反面、結合領域3c全体の屈折率を変化
させなければならないため、素子の容量を大きくする必
要があり、高速動作に適さず、高速で動作する光マトリ
クススイッチの実現が困難であるという欠点があった。
また、光による制御にも適さないという欠点があった。
チ素子３は、原理的に100％のパワー移行を行なえると
いう利点を有する反面、結合領域3c全体の屈折率を変化
させなければならないため、素子の容量を大きくする必
要があり、高速動作に適さず、高速で動作する光マトリ
クススイッチの実現が困難であるという欠点があった。
また、光による制御にも適さないという欠点があった。
さらに、高周波特性を改善するために、例えば、50Ω
の抵抗を用いて終端した場合、消費電力が大きく、大規
模な光マトリクススイッチを構成する際の放熱等の問題
点も有している。
の抵抗を用いて終端した場合、消費電力が大きく、大規
模な光マトリクススイッチを構成する際の放熱等の問題
点も有している。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は、高速、かつ、低パワーにて動作し得る光マ
トリクススイッチを提供することにある。
その目的は、高速、かつ、低パワーにて動作し得る光マ
トリクススイッチを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、請求項（１）では、複数の
入力端子と、複数の出力端子と、前記複数の入力端子と
複数の出力端子を光学的に連結する１×２または２×２
の複数の基本光スイッチ素子とからなる光マトリクスス
イッチにおいて、前記基本光スイッチ素子は、平行に近
接した２本の導波路からなる方向性結合器の結合領域の
一部に光の透過・反射を切り替える切替部を備え、か
つ、前記切替部の長さを前記結合領域の長さよりも十分
に短く設定するとともに、光の入力側の結合領域の長さ
を完全結合長の（ｎ＋1/2）倍に設定し（但し、ｎ＝0,
1,2,3…）、光の出力側の結合領域の長さを完全結合長
の（ｍ＋1/2）倍に設定した（但し、ｍ＝0,1,2,3…）。
入力端子と、複数の出力端子と、前記複数の入力端子と
複数の出力端子を光学的に連結する１×２または２×２
の複数の基本光スイッチ素子とからなる光マトリクスス
イッチにおいて、前記基本光スイッチ素子は、平行に近
接した２本の導波路からなる方向性結合器の結合領域の
一部に光の透過・反射を切り替える切替部を備え、か
つ、前記切替部の長さを前記結合領域の長さよりも十分
に短く設定するとともに、光の入力側の結合領域の長さ
を完全結合長の（ｎ＋1/2）倍に設定し（但し、ｎ＝0,
1,2,3…）、光の出力側の結合領域の長さを完全結合長
の（ｍ＋1/2）倍に設定した（但し、ｍ＝0,1,2,3…）。
また、請求項（２）では、前記切替部をグレーティン
グまたはファブリペロエタロンにより構成した。
グまたはファブリペロエタロンにより構成した。
（作用） 請求項（１）によれば、一の入力端子から入力された
信号光は、初段の１×２あるいは２×２基本光スイッチ
素子の結合領域の入力側端部に到達する。信号光は、結
合領域の一方の導波路を伝搬する間に、少量の光が他方
の導波路に結合される。このようにして信号光は結合領
域を完全結合長の（ｎ＋1/2）倍の距離だけ伝搬して切
替部に到達する。
信号光は、初段の１×２あるいは２×２基本光スイッチ
素子の結合領域の入力側端部に到達する。信号光は、結
合領域の一方の導波路を伝搬する間に、少量の光が他方
の導波路に結合される。このようにして信号光は結合領
域を完全結合長の（ｎ＋1/2）倍の距離だけ伝搬して切
替部に到達する。
ここで、切替部が反射状態に切替えられていると、信
号光は反射されて、入力側の結合領域を逆方向に伝搬
し、完全結合長の（ｎ＋1/2）倍の距離を伝搬した時点
で、信号光は、他方の導波路に100％結合され、他方の
導波路を伝搬後、その一端から次段の１×２あるいは２
×２基本光スイッチ素子に出力される。
号光は反射されて、入力側の結合領域を逆方向に伝搬
し、完全結合長の（ｎ＋1/2）倍の距離を伝搬した時点
で、信号光は、他方の導波路に100％結合され、他方の
導波路を伝搬後、その一端から次段の１×２あるいは２
×２基本光スイッチ素子に出力される。
一方、切替部が透過状態に切替えられていると、信号
光は、切替部を透過して、結合領域をさらに直進し、完
全結合長の（ｍ＋1/2）倍の距離を伝搬した時点で、他
方の導波路に100％結合され、その他端から次段の１×
２あるいは２×２基本光スイッチ素子に出力される。
光は、切替部を透過して、結合領域をさらに直進し、完
全結合長の（ｍ＋1/2）倍の距離を伝搬した時点で、他
方の導波路に100％結合され、その他端から次段の１×
２あるいは２×２基本光スイッチ素子に出力される。
切替部の反射及び透過状態に応じてスイッチング作用
を受け、次段の１×２あるいは２×２光基本スイッチ素
子に入力した信号光は、上記と同様のスイッチング作用
を受ける。
を受け、次段の１×２あるいは２×２光基本スイッチ素
子に入力した信号光は、上記と同様のスイッチング作用
を受ける。
以上のようにして、スイッチング作用を受けた信号光
は、最終段の１×２あるいは２×２基本光スイッチ素子
においても同様のスイッチング作用を受けて、任意の出
力端子から出力される。
は、最終段の１×２あるいは２×２基本光スイッチ素子
においても同様のスイッチング作用を受けて、任意の出
力端子から出力される。
また、請求項（２）によれば、切替部がグレーティン
グまたはファブリペロエタロンにより構成され、透過及
び反射の切替制御が、制御光あるいは電界、電流、熱等
の入力条件に基づいて行なわれる。
グまたはファブリペロエタロンにより構成され、透過及
び反射の切替制御が、制御光あるいは電界、電流、熱等
の入力条件に基づいて行なわれる。
（実施例） 第１図は、本発明に係る４×４光マトリクススイッチ
の第１の実施例を示す構成図である。第１図において、
Ii（但し、ｉ＝1,2,3,4）は入力ポート、Oiは出力ポー
ト、10−PQ（Ｐ＝1,2、Ｑ＝1,2,3）は方向性結合型２×
２基本光スイッチ素子（以下、２×２光スイッチ素子と
いう）、11は入力導波路、12は出力導波路である。
の第１の実施例を示す構成図である。第１図において、
Ii（但し、ｉ＝1,2,3,4）は入力ポート、Oiは出力ポー
ト、10−PQ（Ｐ＝1,2、Ｑ＝1,2,3）は方向性結合型２×
２基本光スイッチ素子（以下、２×２光スイッチ素子と
いう）、11は入力導波路、12は出力導波路である。
第４図、第１図における２×２光スイッチ素子10−PQ
の構成を説明するための図で、第４図（ａ）は拡大図、
第４図（ｂ）は第４図（ａ）のＸ−Ｘ線矢視方向の拡大
断面図、第４図（ｃ）は第４図（ａ）のＹ−Ｙ線矢視方
向の拡大断面図並びに第４図（ｄ）は第４図（ａ）のＺ
−Ｚ線矢視方向の拡大断面図である。
の構成を説明するための図で、第４図（ａ）は拡大図、
第４図（ｂ）は第４図（ａ）のＸ−Ｘ線矢視方向の拡大
断面図、第４図（ｃ）は第４図（ａ）のＹ−Ｙ線矢視方
向の拡大断面図並びに第４図（ｄ）は第４図（ａ）のＺ
−Ｚ線矢視方向の拡大断面図である。
第４図において、11,12は信号光用導波路で、第４図
（ｂ）及び（ｃ）に示すように、幅約５μｍ、厚さが約
0.5μｍに設定されたIn0.72Ga0.28As0.59P0.41からなる
コア11a,12aと、これらコア11a,12aを被覆したInPより
なるクラッド13からそれぞれ構成されている。第１図の
構成においては、導波路11（111,112）は信号光入力
用、導波路12（121,122）は出力用となっている。
（ｂ）及び（ｃ）に示すように、幅約５μｍ、厚さが約
0.5μｍに設定されたIn0.72Ga0.28As0.59P0.41からなる
コア11a,12aと、これらコア11a,12aを被覆したInPより
なるクラッド13からそれぞれ構成されている。第１図の
構成においては、導波路11（111,112）は信号光入力
用、導波路12（121,122）は出力用となっている。
これら２本の信号光用導波路11と12の、光の伝搬方向
の一部において、コア11aと12aがクラッド13を介して平
行に近接して形成され、光方向性結合器における結合領
域14を構成している。さらに、結合領域14外の導波路11
及び12の両端は、結合領域14に対してほぼ直角となるよ
うに形成されており、その曲部には反射ミラー15がそれ
ぞれ形成されている。
の一部において、コア11aと12aがクラッド13を介して平
行に近接して形成され、光方向性結合器における結合領
域14を構成している。さらに、結合領域14外の導波路11
及び12の両端は、結合領域14に対してほぼ直角となるよ
うに形成されており、その曲部には反射ミラー15がそれ
ぞれ形成されている。
結合領域14は、完全結合長Ｌを約1mmに設定してあ
り、そのほぼ中央部には後記するように切替部20が配置
されている。また、切替部20を中心とした各導波路11及
び12の結合長、即ち、入出力側結合長lG1及びlG2はそれ
ぞれL/2に設定してある。
り、そのほぼ中央部には後記するように切替部20が配置
されている。また、切替部20を中心とした各導波路11及
び12の結合長、即ち、入出力側結合長lG1及びlG2はそれ
ぞれL/2に設定してある。
16は制御光用導波路で、第４図（ａ）及び（ｄ）に示
すように、結合領域14を構成する導波路11,12のコア11
a,12aのほぼ中央部の長手方向側面に直交するように形
成されている。その構造パラメータは、幅を約50μｍ、
厚さを約0.5μｍに設定してあり、例えば、波長1.50μ
ｍの制御光Ｃが導波される。
すように、結合領域14を構成する導波路11,12のコア11
a,12aのほぼ中央部の長手方向側面に直交するように形
成されている。その構造パラメータは、幅を約50μｍ、
厚さを約0.5μｍに設定してあり、例えば、波長1.50μ
ｍの制御光Ｃが導波される。
20は切替部で、第４図（ｃ）及び（ｄ）に示すよう
に、In0.47Ga0.53Asからなる50Å厚の井戸層211とInpか
らなる75Å厚の障壁層212を交互に約40層積層した多重
量子井戸構造の光非線形媒質により形成されたグレーテ
ィング21a,21bとから構成されている。
に、In0.47Ga0.53Asからなる50Å厚の井戸層211とInpか
らなる75Å厚の障壁層212を交互に約40層積層した多重
量子井戸構造の光非線形媒質により形成されたグレーテ
ィング21a,21bとから構成されている。
これらグレーティング21a,21bのうち、グレーティン
グ21aの光軸が導波路11のコア11aの光軸と、グレーティ
ング21bの光軸が導波路12のコア12aの光軸とそれぞれ一
致し、かつ、グレーティング21bの長さ方向外側面が導
波路16のコア16aの端面と直交して接合するように、結
合領域14の光伝搬方向のほぼ中央部に配置されている。
グ21aの光軸が導波路11のコア11aの光軸と、グレーティ
ング21bの光軸が導波路12のコア12aの光軸とそれぞれ一
致し、かつ、グレーティング21bの長さ方向外側面が導
波路16のコア16aの端面と直交して接合するように、結
合領域14の光伝搬方向のほぼ中央部に配置されている。
グレーティング21a,21bは、長さlgを50μｍ、最大反
射率を約98％に設定してある。また、そのピッチは、波
長1.55μｍの２次波長0.48μｍに一致している。従っ
て、ピッチＡは0.48μｍ、厚さｔは0.5μｍに設定して
ある。さらに、グレーティング21a,21bの多重量子井戸
構造部分及びクラッド13の各屈折率は、それぞれ約3.5
及び3.2である。このため、グレーティング21a,21bにお
ける反射結合係数Κは約0.05μｍ-1以上となっている。
射率を約98％に設定してある。また、そのピッチは、波
長1.55μｍの２次波長0.48μｍに一致している。従っ
て、ピッチＡは0.48μｍ、厚さｔは0.5μｍに設定して
ある。さらに、グレーティング21a,21bの多重量子井戸
構造部分及びクラッド13の各屈折率は、それぞれ約3.5
及び3.2である。このため、グレーティング21a,21bにお
ける反射結合係数Κは約0.05μｍ-1以上となっている。
第５図は、グレーティング21a,21bの波長（λ）に対
する反射率（Ｒ）の特性を示す図で、横軸が波長λ、縦
軸が反射率Ｒをそれぞれ表している。第５図において、
Ａで示す波形は、制御光Ｃが入射されていない、いわゆ
る初期状態（反射状態）を示し、Ｂで示す波形は、制御
光Ｃが入射された時の状態（透過状態）を示している。
する反射率（Ｒ）の特性を示す図で、横軸が波長λ、縦
軸が反射率Ｒをそれぞれ表している。第５図において、
Ａで示す波形は、制御光Ｃが入射されていない、いわゆ
る初期状態（反射状態）を示し、Ｂで示す波形は、制御
光Ｃが入射された時の状態（透過状態）を示している。
第５図から分かるように、反射率が最初零となる反射
帯域幅Δλは183Åとなる。従って、波長1.55μｍの信
号光のみがグレーティングに入射された場合には、グレ
ーティング21a,21bは反射状態となる。ここで、グレー
ティング21a,21bに制御光Ｃを入射して、多重量子井戸
構造部分の屈折率を変化させ、反射率の中心波長λｃを
Δλだけ変化させれば、グレーティング21a,21bは反射
状態から透過状態へとスイッチングされる。
帯域幅Δλは183Åとなる。従って、波長1.55μｍの信
号光のみがグレーティングに入射された場合には、グレ
ーティング21a,21bは反射状態となる。ここで、グレー
ティング21a,21bに制御光Ｃを入射して、多重量子井戸
構造部分の屈折率を変化させ、反射率の中心波長λｃを
Δλだけ変化させれば、グレーティング21a,21bは反射
状態から透過状態へとスイッチングされる。
なお、上記光非線形媒質からなるグレーティング21a,
21bは、室温において波長1.5μｍに、電子と重いホール
によって形成されるエキシトンのピークを有し、かつ、
これらの間には上記したように制御光用導波路16が形成
されている。
21bは、室温において波長1.5μｍに、電子と重いホール
によって形成されるエキシトンのピークを有し、かつ、
これらの間には上記したように制御光用導波路16が形成
されている。
第１図の光マトリクススイッチは、上記構成の２×２
光スイッチ素子10−PQを６個用い、２×２光スイッチ素
子10−11及び10−21の入力用導波路111,112を当該光マ
トリクススイッチの４本の入力導波路11とし、２×２光
スイッチ素子10−13及び10−23の出力用導波路121,122
を当該光マトリクススイッチの４本の出力導波路12とし
ている。
光スイッチ素子10−PQを６個用い、２×２光スイッチ素
子10−11及び10−21の入力用導波路111,112を当該光マ
トリクススイッチの４本の入力導波路11とし、２×２光
スイッチ素子10−13及び10−23の出力用導波路121,122
を当該光マトリクススイッチの４本の出力導波路12とし
ている。
２×２光スイッチ素子10−11の出力用導波路121は２
×２光スイッチ素子10−12の入力用導波路111と、ま
た、出力用導波路122は２×２光スイッチ素子10−22の
入力用導波路111とそれぞれ接続している。２×２光ス
イッチ素子10−21の出力用導波路121は２×２光スイッ
チ素子10−12の入力用導波路112と、また、出力用導波
路122は２×２光スイッチ素子10−22の入力用導波路112
とそれぞれ接続している。
×２光スイッチ素子10−12の入力用導波路111と、ま
た、出力用導波路122は２×２光スイッチ素子10−22の
入力用導波路111とそれぞれ接続している。２×２光ス
イッチ素子10−21の出力用導波路121は２×２光スイッ
チ素子10−12の入力用導波路112と、また、出力用導波
路122は２×２光スイッチ素子10−22の入力用導波路112
とそれぞれ接続している。
同様に、２×２光スイッチ素子10−12の出力用導波路
121は２×２光スイッチ素子10−13の入力用導波路111
と、また、出力用導波路122は２×２光スイッチ素子10
−23の入力用導波路111とそれぞれ接続している。さら
に、２×２光スイッチ素子10−22の出力用導波路121は
２×２光スイッチ素子10−13の入力用導波路112と、ま
た、出力用導波路122は２×２光スイッチ素子10−23の
入力用導波路112とそれぞれ接続している。
121は２×２光スイッチ素子10−13の入力用導波路111
と、また、出力用導波路122は２×２光スイッチ素子10
−23の入力用導波路111とそれぞれ接続している。さら
に、２×２光スイッチ素子10−22の出力用導波路121は
２×２光スイッチ素子10−13の入力用導波路112と、ま
た、出力用導波路122は２×２光スイッチ素子10−23の
入力用導波路112とそれぞれ接続している。
以上のように各光スイッチ素子10−PQを接続すること
によって、光路長及び通過する段数の等しい対称型の４
×４光マトリクススイッチが構成されている。
によって、光路長及び通過する段数の等しい対称型の４
×４光マトリクススイッチが構成されている。
次に、第１図の構成による動作を説明する。なお、こ
こでは入力ポートI1から入力された信号光に対するスイ
ッチング動作を例に説明することにする。
こでは入力ポートI1から入力された信号光に対するスイ
ッチング動作を例に説明することにする。
入力ポートI1から入力された信号光は、入力用導波路
111を伝搬して、反射ミラー15に到達し、ここで反射さ
れる。反射された信号光は、さらに結合領域14をl
G1（＝L/2）の距離だけ伝搬して、切替部20に入力す
る。
111を伝搬して、反射ミラー15に到達し、ここで反射さ
れる。反射された信号光は、さらに結合領域14をl
G1（＝L/2）の距離だけ伝搬して、切替部20に入力す
る。
このとき、導波路16を介して、切替部20のグレーティ
ング21a,21bに制御光Ｃが注入されていない場合には、
信号光は切替部20で反射されて、結合領域14を往復す
る。これにより、信号光は、結合領域14をlG1＋lG1＝Ｌ
だけ伝搬して、出力用導波路121に100％結合される。出
力用導波路121に結合した信号光は、反射ミラー15等を
介して、次段の２×２光スイッチ素子10−12に入力す
る。
ング21a,21bに制御光Ｃが注入されていない場合には、
信号光は切替部20で反射されて、結合領域14を往復す
る。これにより、信号光は、結合領域14をlG1＋lG1＝Ｌ
だけ伝搬して、出力用導波路121に100％結合される。出
力用導波路121に結合した信号光は、反射ミラー15等を
介して、次段の２×２光スイッチ素子10−12に入力す
る。
一方、入力信号光が、２×２光スイッチ素子10−11の
切替部20に到達したときに、切替部20のグレーティング
21a,21bに制御光Ｃが注入されていると、信号光は、切
替部20を透過して、入出力用導波路112,122を伝搬す
る。このようにして結合領域14をL/2だけ伝搬すると、
信号光は、lG1＋lG2＝Ｌだけ伝搬したことになり、これ
により、出力用導波路122に100％結合される。出力用導
波路122に結合した信号光は、反射ミラー15等を介し
て、次段の２×２光スイッチ素子10−22に入力する。
切替部20に到達したときに、切替部20のグレーティング
21a,21bに制御光Ｃが注入されていると、信号光は、切
替部20を透過して、入出力用導波路112,122を伝搬す
る。このようにして結合領域14をL/2だけ伝搬すると、
信号光は、lG1＋lG2＝Ｌだけ伝搬したことになり、これ
により、出力用導波路122に100％結合される。出力用導
波路122に結合した信号光は、反射ミラー15等を介し
て、次段の２×２光スイッチ素子10−22に入力する。
２×２光スイッチ素子10−12に入力した信号光は、上
記したように、制御光の有無に応じたスイッチイング作
用を受けて、次段の２×２光スイッチ素子10−13または
２×２光スイッチ素子10−23に入力する。これら２×２
光スイッチ素子10−13または２×２光スイッチ素子10−
23においても、信号光は上記した制御光の有無によるス
イッチング作用を受けて、出力ポートO1またはO2、ある
いは出力ポートO3またはO4から出力される。
記したように、制御光の有無に応じたスイッチイング作
用を受けて、次段の２×２光スイッチ素子10−13または
２×２光スイッチ素子10−23に入力する。これら２×２
光スイッチ素子10−13または２×２光スイッチ素子10−
23においても、信号光は上記した制御光の有無によるス
イッチング作用を受けて、出力ポートO1またはO2、ある
いは出力ポートO3またはO4から出力される。
同様にして、２×２光スイッチ素子10−22に入力した
信号光は、上記したように、制御光の有無に応じたスイ
ッチング作用を受けて、次段の２×２光スイッチ素子10
−13または２×２光スイッチ素子10−23に入力し、これ
ら２×２光スイッチ素子10−13または２×２光スイッチ
素子10−23においても、信号光は上記した制御光の有無
によるスイッチング作用を受けて、出力ポートO1または
O2、あるいは出力ポートO3またはO4から出力される。
信号光は、上記したように、制御光の有無に応じたスイ
ッチング作用を受けて、次段の２×２光スイッチ素子10
−13または２×２光スイッチ素子10−23に入力し、これ
ら２×２光スイッチ素子10−13または２×２光スイッチ
素子10−23においても、信号光は上記した制御光の有無
によるスイッチング作用を受けて、出力ポートO1または
O2、あるいは出力ポートO3またはO4から出力される。
なお、実際には、結合領域14における透過あるいは反
射した信号光の伝搬距離は、最大、切替部20の長さlg＝
50μｍ分、完全結合長Ｌ＝1mmからずれることになる
が、本第１の実施例においては、Ｌ≫lgなる関係を満足
しているため、実際上問題とはならず、上記ずれは無視
できる。
射した信号光の伝搬距離は、最大、切替部20の長さlg＝
50μｍ分、完全結合長Ｌ＝1mmからずれることになる
が、本第１の実施例においては、Ｌ≫lgなる関係を満足
しているため、実際上問題とはならず、上記ずれは無視
できる。
以上のように、本第１の実施例によれば、光マトリク
ススイッチの主構成要素である２×２光スイッチ素子10
−PQに、グレーティング21a,21bからなる切替部20を設
け、かつ、その長さlgが、２×２光スイッチ素子10−PQ
の完全結合長Ｌより十分に短く設定し、かつ、入力側結
合長lG1及び出力側結合長lG2を完全結合長Ｌの1/2に設
定したので、スイッチング制御を光（制御光Ｃ）によっ
て行なうことができ、しかも屈折率の制御も切替部20の
みでよいため、低パワーにてスイッチングを行なえると
ともに、低損失で、かつ、安定な高速動作の光マトリク
ススイッチを実現している。
ススイッチの主構成要素である２×２光スイッチ素子10
−PQに、グレーティング21a,21bからなる切替部20を設
け、かつ、その長さlgが、２×２光スイッチ素子10−PQ
の完全結合長Ｌより十分に短く設定し、かつ、入力側結
合長lG1及び出力側結合長lG2を完全結合長Ｌの1/2に設
定したので、スイッチング制御を光（制御光Ｃ）によっ
て行なうことができ、しかも屈折率の制御も切替部20の
みでよいため、低パワーにてスイッチングを行なえると
ともに、低損失で、かつ、安定な高速動作の光マトリク
ススイッチを実現している。
なお、本第１の実施例においては、結合領域14の入力
側及び出力側の結合長lG1及びlG2を、完全結合長Ｌの1/
2倍に設定したが、これに限定されるものではなく、結
合長lG1及びlG2を以下に示す条件を満足するように変化
させることにより、信号光を出力用導波路121または122
に結合させることも可能である。即ち、入力側結合長l
G1を、 lG1＝（ｎ＋1/2）Ｌ （但し、ｎ＝0,1,2,3…） なる関係を満足するように選択すると、例えば、入力用
導波路111（または112）へ入射され、切替部20で反射さ
れた信号光を、出力用導波路121（または122）に結合さ
せることができる。
側及び出力側の結合長lG1及びlG2を、完全結合長Ｌの1/
2倍に設定したが、これに限定されるものではなく、結
合長lG1及びlG2を以下に示す条件を満足するように変化
させることにより、信号光を出力用導波路121または122
に結合させることも可能である。即ち、入力側結合長l
G1を、 lG1＝（ｎ＋1/2）Ｌ （但し、ｎ＝0,1,2,3…） なる関係を満足するように選択すると、例えば、入力用
導波路111（または112）へ入射され、切替部20で反射さ
れた信号光を、出力用導波路121（または122）に結合さ
せることができる。
一方、切替部20を透過した信号光は、結合長lG2に応
じて出力用導波路122（または121）に結合させることが
できる。
じて出力用導波路122（または121）に結合させることが
できる。
即ち、入力側結合長lG1が上の条件を満たすとき、 lG2＝（ｎ＋1/2）Ｌ （但し、ｎ＝0,1,2,3…） なる関係を満足すれば、出力用導波路122（または121）
に結合する。
に結合する。
また、本第１の実施例では、制御光Ｃを導波路16を介
して注入するようにしたが、ビーム状にして注入して
も、同様の効果を得ることができる。さらに、グレーテ
ィングの屈折率の制御は、ここで示した光によるものの
他に、グレーティングにpn接合を設けて逆方向電界を印
加する方法、順方向電流を流す方法、あるいはグレーテ
ィングを加熱・冷却する方法でも可能である。
して注入するようにしたが、ビーム状にして注入して
も、同様の効果を得ることができる。さらに、グレーテ
ィングの屈折率の制御は、ここで示した光によるものの
他に、グレーティングにpn接合を設けて逆方向電界を印
加する方法、順方向電流を流す方法、あるいはグレーテ
ィングを加熱・冷却する方法でも可能である。
なお、本実施例においては、切替部をグレーティング
によって構成したが、これに限定されるものではなく、
ファブリペロエタロンを用いても、上記と同様の効果を
得ることができる。
によって構成したが、これに限定されるものではなく、
ファブリペロエタロンを用いても、上記と同様の効果を
得ることができる。
第６図は、本発明に係る光マトリクススイッチの第２
の実施例を示す構成図である。
の実施例を示す構成図である。
本第２の実施例は、前記第１の実施例に用いた２×２
光スイッチ素子10−PQの代わりに、２×２光スイッチ素
子10−PQの入力用導波路112を削除した１×２光スイッ
チ素子30−ST（Ｓ＝1,2,3,4、Ｔ＝1,2,3）を用い、か
つ、各出力ポートOi（ｉ＝1,2,3,4）の前段に、光合波
器31−ｊ（ｊ＝1,2,3,4）を配置して、４×４光マトリ
クススイッチを実現している。１×２光スイッチ素子30
−STの動作原理は、上記した２×２光スイッチ素子10−
PQと同様である。
光スイッチ素子10−PQの代わりに、２×２光スイッチ素
子10−PQの入力用導波路112を削除した１×２光スイッ
チ素子30−ST（Ｓ＝1,2,3,4、Ｔ＝1,2,3）を用い、か
つ、各出力ポートOi（ｉ＝1,2,3,4）の前段に、光合波
器31−ｊ（ｊ＝1,2,3,4）を配置して、４×４光マトリ
クススイッチを実現している。１×２光スイッチ素子30
−STの動作原理は、上記した２×２光スイッチ素子10−
PQと同様である。
このような構成にすると、停電時等に出力が互いに重
なることはなく、また前記第１に実施例と同様の効果も
得ることができる。
なることはなく、また前記第１に実施例と同様の効果も
得ることができる。
なお、２×２あるいは１×２光スイッチ素子を主構成
要素とし、これらを組み合わせることによって、任意の
ｎに対してｎ×ｎ光マトリクススイッチを構成すること
ができる。
要素とし、これらを組み合わせることによって、任意の
ｎに対してｎ×ｎ光マトリクススイッチを構成すること
ができる。
（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）または請求項
（２）によれば、以下のような利点がある。
（２）によれば、以下のような利点がある。
高速制御が可能である。
光マトリクススイッチを駆動するために要する制御パ
ワーが小さくてすむ。
ワーが小さくてすむ。
光による制御が可能である。
ｎ×ｎ光マトリクススイッチを制御可能である。
第１図は本発明に係る光マトリクススイッチの第１の実
施例を示す構成図、第２図は従来の光マトリクススイッ
チの構成図、第３図は第２図における方向性結合型光ス
イッチ素子の拡大図、第４図（ａ）は第１図における２
×２光スイッチ素子の拡大図、第４図（ｂ）は第４図
（ａ）のＸ−Ｘ線矢視方向の拡大断面図、第４図（ｃ）
は第４図（ａ）のＹ−Ｙ線矢視方向の拡大断面図、第４
図（ｄ）は第４図（ａ）のＺ−Ｚ線矢視方向の拡大断面
図、第５図はグレーティングの波長に対する反射率の特
性図、第６図は本発明に係る光マトリクススイッチの第
２の実施例を示す構成図である。 図中、10−PQ……２×２基本光スイッチ素子、11……入
力（信号光用）導波路、12……出力（信号光用）導波
路、11a,12a,16a……コア、13……クラッド、14……結
合領域、15……反射ミラー、16……制御光用導波路、20
……切替部、21a,21b……グレーティング、30−ST……
１×２光基本スイッチ素子、31−ｊ……光合波器。
施例を示す構成図、第２図は従来の光マトリクススイッ
チの構成図、第３図は第２図における方向性結合型光ス
イッチ素子の拡大図、第４図（ａ）は第１図における２
×２光スイッチ素子の拡大図、第４図（ｂ）は第４図
（ａ）のＸ−Ｘ線矢視方向の拡大断面図、第４図（ｃ）
は第４図（ａ）のＹ−Ｙ線矢視方向の拡大断面図、第４
図（ｄ）は第４図（ａ）のＺ−Ｚ線矢視方向の拡大断面
図、第５図はグレーティングの波長に対する反射率の特
性図、第６図は本発明に係る光マトリクススイッチの第
２の実施例を示す構成図である。 図中、10−PQ……２×２基本光スイッチ素子、11……入
力（信号光用）導波路、12……出力（信号光用）導波
路、11a,12a,16a……コア、13……クラッド、14……結
合領域、15……反射ミラー、16……制御光用導波路、20
……切替部、21a,21b……グレーティング、30−ST……
１×２光基本スイッチ素子、31−ｊ……光合波器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−50016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−234227（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−161707（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−168414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−76722（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−197130（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】複数の入力端子と、複数の出力端子と、前
記複数の入力端子と複数の出力端子を光学的に連結する
１×２または２×２の複数の基本光スイッチ素子とから
なる光マトリクススイッチにおいて、 前記基本光スイッチ素子は、平行に近接した２本の導波
路からなる方向性結合器の結合領域の一部に光の透過・
反射を切り替える切替部を備え、 かつ、前記切替部の長さを前記結合領域の長さよりも十
分に短く設定するとともに、 光の入力側の結合領域の長さを完全結合長の（ｎ＋1/
2）倍に設定し（但し、ｎ＝0,1,2,3…）、 光の出力側の結合領域の長さを完全結合長の（ｍ＋1/
2）倍に設定した（但し、ｍ＝0,1,2,3…） ことを特徴とする光マトリクススイッチ。 - 【請求項２】前記切替部をグレーティングまたはファブ
リペロエタロンにより構成した請求項（１）記載の光マ
トリクススイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1117256A JP2740674B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | 光マトリクススイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1117256A JP2740674B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | 光マトリクススイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02297525A JPH02297525A (ja) | 1990-12-10 |
| JP2740674B2 true JP2740674B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=14707261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1117256A Expired - Fee Related JP2740674B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | 光マトリクススイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2740674B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4433605A1 (de) * | 1994-09-21 | 1996-03-28 | Sel Alcatel Ag | Optischer Transceiver |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3108814A1 (de) * | 1981-03-09 | 1982-09-16 | Siemens Ag | 180(grad)-umlenker |
| JPS59168414A (ja) * | 1983-03-16 | 1984-09-22 | Nec Corp | 反射形多チヤンネル光スイツチ |
| JPS6076722A (ja) * | 1983-10-04 | 1985-05-01 | Nec Corp | マトリクス光スイツチ |
| JPS63197130A (ja) * | 1987-02-12 | 1988-08-16 | Hitachi Ltd | 光周波数選択受信方式 |
| JPS63234227A (ja) * | 1987-03-23 | 1988-09-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 方向性結合型光スイツチ |
| JPS6450016A (en) * | 1987-08-20 | 1989-02-27 | Nec Corp | Demultiplexing and photodetecting device |
-
1989
- 1989-05-12 JP JP1117256A patent/JP2740674B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02297525A (ja) | 1990-12-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |