JP3253007B2 - Waveguide-type optical switch pair and waveguide-type matrix optical switch - Google Patents

Waveguide-type optical switch pair and waveguide-type matrix optical switch

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JP3253007B2
JP3253007B2 JP13266996A JP13266996A JP3253007B2 JP 3253007 B2 JP3253007 B2 JP 3253007B2 JP 13266996 A JP13266996 A JP 13266996A JP 13266996 A JP13266996 A JP 13266996A JP 3253007 B2 JP3253007 B2 JP 3253007B2
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waveguide
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optical switch
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明 姫野
邦典 服部
将之 奥野
雅弘 柳澤
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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し、特に、作製誤差に強く
消光比に優れており、かつ、光路長(回路長)が短く、
単一基板上にコンパクトに集積し得る導波路型変形2×
2光スイッチ及びこれを用いた導波路型マトリクス光ス
イッチのレイアウト構成に適用して有効な技術に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type optical switch used in the field of optical communication and the like.
Waveguide type deformation 2 × that can be compactly integrated on a single substrate
Applied to the layout structure of a waveguide type matrix optical switch using 2 optical switch及 Bikore a technique effectively.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光ファイバー、受光素子及び発光
素子の高性能化、低価格化により通信網における光化の
普及が進みつつあり、中継網においてはすでに大半の通
信回線が光ファイバー通信に置き換わっている。さら
に、光通信網は個別にノード間を結ぶポイント−ポイン
トの光通信から、アクセス網を加えた複数のノード間を
電気信号に変換することなく光信号のままで結ぶ網構造
の光通信網に発展させる時期を迎えている。これに必要
な光分岐結合器、光合分波器、光スイッチ等の各種光部
品の開発が急務となっている。その中でも、光スイッチ
(特に厳密ノンブロッキングなスイッチが可能であるマ
トリクス光スイッチ)は、光ファイバー回線を需要に応
じて自在に切り替えたり、回線故障の際の迂回路確保の
ための切り替えで用いられる部品として必要性が高まっ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, optical fiber, light-receiving elements, and light-emitting elements have been increasingly used in communication networks due to their higher performance and lower cost. In relay networks, most communication lines have already been replaced by optical fiber communication. I have. Further, the optical communication network is changed from a point-to-point optical communication connecting individual nodes to an optical communication network having a network structure in which a plurality of nodes including an access network are connected as optical signals without being converted into electric signals. It is time to develop. There is an urgent need to develop various optical components such as optical branching couplers, optical multiplexers / demultiplexers, and optical switches required for this. Among them, optical switches (particularly matrix optical switches capable of strictly non-blocking switches) are used as components for switching optical fiber lines freely according to demand or for switching to secure a detour in case of line failure. The need is growing.

【0003】光スイッチの実現形態としては、バルク
型、導波路型等が提案されている。バルク型は、可動プ
リズムやレンズなどを構成要素として組み立られたもの
で、波長依存性が少なく、比較的低損失という利点があ
るが、しかし、組立調整工程が煩雑であり、量産には適
さず高価格であるという問題点があり、大きく普及する
に至っていない。導波路型は、フォトリソグラフィーや
各種エッチングなどを用いた微細加工技術を利用して作
製された平面基板上の光導波路を基本としており、量産
性、小型化等の面で優れており、将来型の光スイッチと
して期待されている。
[0003] Bulk type, waveguide type and the like have been proposed as a realization mode of the optical switch. The bulk type is assembled using movable prisms and lenses as components, and has the advantage of low wavelength dependence and relatively low loss.However, the assembly adjustment process is complicated and not suitable for mass production. There is a problem that it is expensive, and it has not been widely used. The waveguide type is based on an optical waveguide on a flat substrate manufactured using microfabrication technology using photolithography or various types of etching, and is excellent in terms of mass productivity, miniaturization, and the like. Is expected as an optical switch.

【0004】また、従来から、様々な材料系の光導波路
を用いてマトリクス光スイッチを作製する試みが成され
ているが、その中でも、シリコン基板上に作製される石
英系光導波路を用いて熱光学効果を活用した熱光学式マ
トリクス光スイッチは、安定性及び光ファイバーとの整
合性に優れており、実用的なマトリクス光スイッチの最
有力実現手段として期待されている。
[0004] Conventionally, attempts have been made to fabricate a matrix optical switch using optical waveguides of various materials. Among them, a thermal optical system using a quartz optical waveguide fabricated on a silicon substrate has been proposed. A thermo-optical matrix optical switch utilizing an optical effect is excellent in stability and matching with an optical fiber, and is expected as a promising means for realizing a practical matrix optical switch.

【0005】図9(a)は、本発明の対象とするN×N
マトリクス光スイッチの一例としての4×4マトリクス
光スイッチの構成概念図である。この4×4マトリクス
光スイッチは、4本の入力線光導波路1a-1d,2a-
2d,3a-3d,4a-4dと4本の出力線光導波路1
c-1b,2c-2b,3c-3b,4c-4bが4×4=
16箇所で交差する構成を持つ。この交差点には光スイ
ッチの最小単位としての2×2光スイッチ要素S11
S44が配置されている。これら各光スイッチ要素はオ
ン・オフ(ON/OFF)駆動により、図9(b)に示
すクロス状態から図9(c)に示すバー状態に切り替わ
る。この様なマトリクス光スイッチは、厳密ノンブロッ
キングな構成であり、かつ、任意の入力線光導波路と出
力線光導波路を接続するには、この入力線光導波路とこ
の出力線光導波路が交差しているただ一つの交差点を接
続すればよい。
FIG. 9 (a) shows an N × N image of the present invention.
FIG. 2 is a configuration conceptual diagram of a 4 × 4 matrix optical switch as an example of a matrix optical switch. This 4 × 4 matrix optical switch has four input line optical waveguides 1a-1d and 2a-
2d, 3a-3d, 4a-4d and four output line optical waveguides 1
c-1b, 2c-2b, 3c-3b, 4c-4b is 4 × 4 =
It has a configuration that intersects at 16 locations. At this intersection, 2 × 2 optical switch elements S11 to S11 as the minimum unit of the optical switch
S44 is arranged. Each of these optical switch elements is switched from a cross state shown in FIG. 9B to a bar state shown in FIG. 9C by ON / OFF driving. Such a matrix optical switch has a strictly non-blocking configuration, and in order to connect an arbitrary input line optical waveguide and an output line optical waveguide, the input line optical waveguide and the output line optical waveguide intersect. You only need to connect one intersection.

【0006】図10は、図9の4×4マトリクス光スイ
ッチに対応して、石英系単一モード導波路を用いて作製
された従来の熱光学式4×4導波路型マトリクス光スイ
ッチの全体平面配置図である。図11(a)は、各交
点の2×2スイッチ要素に用いた2重ゲート型2×2光
スイッチ要素(特開平6-51354号公報)の拡大平
面図であり、図11(b),(c)は図11(a)のC
-C’線,D-D’線に沿って切った断面図である。
FIG. 10 shows a conventional thermo-optical 4 × 4 waveguide matrix optical switch manufactured using a silica-based single mode waveguide corresponding to the 4 × 4 matrix optical switch of FIG. It is a plane arrangement view. 11 (a) is an enlarged plan view of a 2 × 2 switch elements double gate type 2 × 2 optical switch elements using each intersection difference <br/> point (JP-A-6-51354), FIGS. 11B and 11C show C in FIG. 11A.
It is sectional drawing cut | disconnected along the -C 'line and DD' line.

【0007】これらの導波路は、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み合わせ
により、シリコン基板上に作製されている。
[0007] These waveguides are fabricated on a silicon substrate by a known combination of a flame hydrolysis reaction deposition method and a reactive ion etching technique.

【0008】光スイッチ要素は、図11(a)に示した
ように、クロストークを無視できる角度θで互いに交差
する入力線光導波路11a-11bと出力線光導波路1
2a-12bにバイパス導波路13a-13bを加えた3
本の光導波路で構成され、2個のマッハツェンダー光干
渉計回路18a,18bを有している。
As shown in FIG. 11 (a), the optical switch element comprises an input line optical waveguide 11a-11b and an output line optical waveguide 1 which cross each other at an angle θ at which crosstalk can be ignored.
3 in which bypass waveguides 13a-13b are added to 2a-12b
It comprises two optical waveguides and has two Mach-Zehnder optical interferometer circuits 18a and 18b.

【0009】すなわち、入力線光導波路11a-11b
とバイパス導波路13a-13bの一部は2箇所で互い
に近接し、方向性結合器14a及び15aを形成し、第
1のマッハツェンダー光干渉計回路を構成し、バイパス
導波路13a-13bと出力線光導波路12a-12bの
一部は2箇所で互いに近接し、方向性結合器14b及び
15bを形成し、第2のマッハツェンダー光干渉計回路
を構成している。
That is, the input line optical waveguides 11a-11b
And a part of the bypass waveguides 13a to 13b are close to each other at two places to form directional couplers 14a and 15a to form a first Mach-Zehnder optical interferometer circuit. Portions of the linear optical waveguides 12a to 12b are close to each other at two locations to form directional couplers 14b and 15b, and constitute a second Mach-Zehnder optical interferometer circuit.

【0010】これら方向性結合器の光結合率は、信号光
波長において50%を目標に設定されている。これらマ
ッハツェンダー光干渉計回路において、2個の方向性結
合器を結んでいる2本の導波路の光路長の差は、オフ
(OFF)状において正確に信号波長の2分の1相当に
設定されており、この2本の導波路の少なくとも一方に
は、いわゆる熱光学効果を利用して光路長を変化させる
ための薄膜ヒータが装荷されている。
The optical coupling ratio of these directional couplers is set to be 50% at the wavelength of the signal light. In these Mach-Zehnder optical interferometer circuits, the difference between the optical path lengths of the two waveguides connecting the two directional couplers is set to exactly one half of the signal wavelength in the OFF state. At least one of the two waveguides is loaded with a thin-film heater for changing the optical path length using a so-called thermo-optic effect.

【0011】OFF状態(薄膜ヒータ無通電)の時、第
1のマッハツェンダー光干渉計回路では、2個の方向性
結合器間を連結する2本の光導波路に信号波長の2分の
1の光路長差がつけられているので、2個の方向性結合
器の結合率が同じでさえあればその結合率の絶対値によ
らず、公知の干渉原理により入力線光導波路11a-1
1bに伝わる信号光は見かけ上バイパス導波路13a-
13bに伝わることなく100%入力線光導波路11a
-11bだけを伝搬するので、2×2光スイッチ要素全
体として見た場合、信号光は100%クロス経路で光ス
イッチ要素を通過する。
In the OFF state (when the thin-film heater is not energized), the first Mach-Zehnder optical interferometer circuit uses a half of the signal wavelength to the two optical waveguides connecting the two directional couplers. Since the optical path length difference is provided, as long as the coupling rates of the two directional couplers are the same, regardless of the absolute value of the coupling rate, the input line optical waveguide 11a-1 is formed by a known interference principle.
The signal light transmitted to 1b is apparently a bypass waveguide 13a-
100% input line optical waveguide 11a without being transmitted to 13b
Since only −11b is propagated, when viewed as a whole 2 × 2 optical switch element, the signal light passes through the optical switch element with a 100% cross path.

【0012】仮に第1のマッハツェンダー光干渉計回路
でバイパス導波路13a-13bに信号光が漏れても、
この漏れ信号光は、第2のマッハツェンダー光干渉計回
路で第1のマッハツェンダー光干渉計回路同様の原理に
より、見かけ上バイパス導波路13a-13bだけを伝
搬し出力線光導波路12a-12bには伝わらないの
で、2×2光スイッチ要素全体として見た場合、バー経
路への光漏話は殆ど生じない。
Even if signal light leaks into the bypass waveguides 13a-13b in the first Mach-Zehnder optical interferometer circuit,
The leakage signal light apparently propagates only through the bypass waveguides 13a-13b in the second Mach-Zehnder optical interferometer circuit and on the output line optical waveguides 12a-12b according to the same principle as the first Mach-Zehnder optical interferometer circuit. Does not propagate, and when viewed as a whole 2 × 2 optical switch element, there is little light crosstalk to the bar path.

【0013】これら2つのマッハツェンダー光干渉計に
おいて、2つの方向性結合器を結ぶ導波路の上に設けた
熱光学位相シフタを動作(薄膜ヒータに通電)させ、前
記2分の1相当の光路長差を打ち消しON状態とする
と、第1のマッハツェンダー光干渉計回路で入力線光導
波路11aに伝わる信号光はバイパス導波路13a-1
3bへ導かれ、さらに第2のマッハツェンダー光干渉計
回路で出力線光導波路12bへ導かれ、光スイッチ要素
の状態をバー経路に切り替えることができる。
In these two Mach-Zehnder optical interferometers, a thermo-optic phase shifter provided on a waveguide connecting two directional couplers is operated (electric current is supplied to the thin film heater), and the optical path corresponding to the half is obtained. When the length difference is canceled and the ON state is set, the signal light transmitted to the input line optical waveguide 11a in the first Mach-Zehnder optical interferometer circuit is transmitted to the bypass waveguide 13a-1.
3b, and further guided by the second Mach-Zehnder optical interferometer circuit to the output line optical waveguide 12b, whereby the state of the optical switch element can be switched to the bar path.

【0014】このように2重ゲート型の2×2光スイッ
チ要素は、2段のマッハツェッンダー光干渉計回路18
a,18bからなる2重の関門で光漏話を制御している
ので、非常に高消光比の2×2光スイッチ要素を実現で
き、マトリクス光スイッチのシステムへの適用範囲を拡
げる観点から期待されている。
As described above, the double gate type 2 × 2 optical switch element is a two-stage Mach-Zehnder optical interferometer circuit 18.
Since light crosstalk is controlled by a double barrier composed of a and 18b, a 2 × 2 optical switch element with a very high extinction ratio can be realized, and this is expected from the viewpoint of expanding the application range of the matrix optical switch to the system. ing.

【0015】図14は、従来の他の2×2の導波路型光
スイッチを示す図であり、マッハツェンダー光干渉計回
路を1つしか用いない導波路型2×2光スイッチの例で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing another conventional 2.times.2 waveguide optical switch, which is an example of a waveguide 2.times.2 optical switch using only one Mach-Zehnder optical interferometer circuit. .

【0016】一方、N2個の2×2の導波路型光スイッ
チ要素を接続して構成されるN×Nの厳密ノンブロッキ
ングの導波路型光スイッチにおいて、前述の図10に示
すような接続による通常のマトリクス光スイッチに比べ
て、スイッチ段の段数が少なくなる構成として、図12
に示すような接続構成(パス無依存型構成)が知られて
いる(特公平6-66982号公報)。このパス無依存
型構成は、基本的には、第i行j列(ここでi,jは整
数、且つ1<i<N,j<N)の光スイッチ要素の、下
方の出力端子を第i+1行j+1列の光スイッチ要素の
上方の入力端子に接続し、上方の出力端子を第i-1行
j+1列の光スイッチ要素の下方の入力端子に接続して
マトリクス光スイッチが構成されている。
[0016] On the other hand, in strictly nonblocking waveguide type optical switch composed N × N by connecting a waveguide type optical switch element in the N 2 pieces of 2 × 2, by the connection as shown in FIG. 10 of the aforementioned As a configuration in which the number of switch stages is smaller than that of a normal matrix optical switch, FIG.
The following connection configuration (path-independent configuration) is known (Japanese Patent Publication No. 6-66982). This path-independent configuration basically connects the lower output terminal of the optical switch element at the i-th row and j-th column (where i and j are integers and 1 <i <N, j <N). A matrix optical switch is formed by connecting the upper input terminal of the optical switch element in the (i + 1) row and j + 1 column and connecting the upper output terminal to the lower input terminal of the optical switch element in the (i-1) th row and j + 1 column. .

【0017】このパス無依存型構成の光スイッチは、一
見すると通常のマトリクス構成の光スイッチと論理構成
が全く異なるように見えるが、任意の入力導波路と任意
の出力導波路を接続するにはただ1つの2×2の導波路
型光スイッチ要素を駆動すれば接続できるという論理構
成は通常のマトリクス光スイッチと同じである。
At first glance, the optical switch having the path-independent configuration has a completely different logical configuration from the optical switch having the ordinary matrix configuration. However, it is difficult to connect any input waveguide to any output waveguide. The logical configuration that can be connected by driving only one 2 × 2 waveguide type optical switch element is the same as that of a normal matrix optical switch.

【0018】以下にこの論理構成が従来と同じであるこ
とを説明する。図13(a)は、例えば、4×4のマト
リクススイッチにおける、いわゆる従来の接続構成を示
した図である。この接続構成は任意の入力線光導波路と
任意の出力線光導波路は必ず交差点を一つづつ持つ(例
えば1a-1dと1c-1bではS11を持つ)ので、厳
密ノンブロッキング動作が可能であり、かつ、任意の入
力線光導波路と出力線光導波路を接続するには、この入
力線光導波路とこの出力線光導波路が交差しているただ
一つの交差点を接続すれば良い。つまり、任意の入力線
光導波路と任意の出力線光導波路は必ず交差点を一つづ
つ持つという原則が守られれば、前記構成からスイッチ
要素の配置を変更しても論理構成は変わらない。
Hereinafter, it will be described that this logical configuration is the same as the conventional one. FIG. 13A is a diagram showing a so-called conventional connection configuration in a 4 × 4 matrix switch, for example. In this connection configuration, an arbitrary input line optical waveguide and an arbitrary output line optical waveguide always have one intersection (for example, 1a-1d and 1c-1b have S11), so that strict non-blocking operation is possible, and In order to connect an arbitrary input line optical waveguide and an output line optical waveguide, only one intersection where the input line optical waveguide intersects with the output line optical waveguide may be connected. In other words, as long as the principle that an arbitrary input line optical waveguide and an arbitrary output line optical waveguide always have one intersection, the logical configuration does not change even if the arrangement of switch elements is changed from the above configuration.

【0019】まず、入力線導波路をそれぞれ二つに分け
て(例えば1a-1dは1a-1eと1f-1dに分け
る)、図13(b)に示したように配置すると、入力線
光導波路と出力線光導波路の交差点が新たに生じるの
で、S12,S13,S14,S23,S24,S34
のスイッチ要素をこの新たな交差点に移動することがで
きる。そして、二つに分けた入力線導波路を接続するた
めに、図13(c)に示したような円筒を考え、この表
面にこれら導波路を張り付けるようにして回路を配置す
ると、この分けた入力線導波路はスムーズに接続するこ
とができる。
First, the input line waveguide is divided into two parts (for example, 1a-1d is divided into 1a-1e and 1f-1d) and arranged as shown in FIG. And a new intersection of the output line optical waveguide and S12, S13, S14, S23, S24, S34.
Can be moved to this new intersection. In order to connect the input line waveguides divided into two, a cylinder as shown in FIG. 13C is considered, and a circuit is arranged such that these waveguides are attached to the surface thereof. The input line waveguide can be connected smoothly.

【0020】実際には、円筒上に回路を作製するわけで
はないので、図13(d)に示したように、この円筒上
の配置を平面上に2次元投影した配置で、平面の回路を
実現する。この構成は、各スイッチ要素間を接続する導
波路に交差が生じ、見た目は図13(a)と全く異なる
ものの、任意の入力線光導波路と任意の出力線光導波路
は必ず交差点を一つづつ持つという原則は変わらず、従
来と同じである。
Actually, since a circuit is not formed on a cylinder, as shown in FIG. 13D, a planar circuit is formed by two-dimensionally projecting the arrangement on the cylinder onto a plane. Realize. In this configuration, crossings occur in the waveguides connecting the switch elements, and although the appearance is completely different from that of FIG. 13A, an arbitrary input line optical waveguide and an arbitrary output line optical waveguide always cross each intersection. The principle of having is the same as before.

【0021】ここでは、具体的に4×4のマトリクスス
イッチで説明を行なったが、同様の考えを適用すること
により、N×Nのマトリクススイッチでもこの構成は、
通常のマトリクス光スイッチと同じように、任意の入力
導波路と任意の出力導波路を接続するにはただ1つの2
×2の導波路型光スイッチ要素を駆動すれば接続できる
という論理構成になっていることが、容易に理解でき
る。
Here, a specific description has been given of a 4 × 4 matrix switch, but by applying the same idea, this configuration can be applied to an N × N matrix switch.
As with a conventional matrix optical switch, there is only one 2 to connect any input waveguide to any output waveguide.
It can be easily understood that the logical configuration is such that connection can be made by driving the × 2 waveguide type optical switch element.

【0022】N×Nの厳密ノンブロッキングな導波路型
光スイッチは、2×2の導波路型光スイッチをまとめた
スイッチ段の段数が、通常のマトリクス構成では2N-
1段必要なのに対し、パス無依存型構成ではN段だけ必
要である。よって、パス無依存型構成は、通常のマトリ
クス構成に比べて、スイッチ段の段数を約半数に減らす
ことができるので、回路長(光路長)を大幅に短縮する
ことが期待できる。また、回路長(光路長)の短縮によ
り損失の減少も期待できる。
In an N × N strictly non-blocking waveguide optical switch, the number of switch stages in which 2 × 2 waveguide optical switches are integrated is 2N− in a normal matrix configuration.
Whereas one stage is required, only N stages are required in the path-independent configuration. Therefore, in the path-independent configuration, the number of switch stages can be reduced to about half as compared with a normal matrix configuration, so that a significant reduction in circuit length (optical path length) can be expected. Further, a reduction in loss can be expected by shortening the circuit length (optical path length).

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
の技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventor has found the following problems as a result of studying the above conventional technology.

【0024】前記従来のパス無依存型構成では、スイッ
チ段段数間で各スイッチ要素を接続する導波路におい
て、マトリクス型構成ではなかった導波路間の交差が新
たに生じる。そこで、この交差点での損失及び導波路間
の漏話を抑えるために、ある程度の交差角でこの2本の
導波路を交差させる必要があり、そのため、この交差点
の前後に主として曲導波路で構成された導波路展開部5
1a,51b,51cを設ける必要があった。
In the above-described conventional path-independent configuration, in the waveguide connecting each switch element between the number of switch stages , a crossing between the waveguides which is not the matrix configuration newly occurs. Therefore, in order to suppress the loss at the intersection and the crosstalk between the waveguides, it is necessary to intersect the two waveguides at a certain intersection angle. Therefore, the waveguide is mainly composed of a curved waveguide before and after the intersection. Waveguide development part 5
It was necessary to provide 1a, 51b, and 51c.

【0025】従って、通常のマトリクス型構成からパス
無依存型構成にしてスイッチ段の段数を減らしても、逆
に回路長(光路長)の増大をもたらす導波路展開部が必
要になるので、スイッチ段段数の減少による回路長
(光路長)短縮化の効果が充分に得られないという問題
があった。
Therefore, even if the number of switch stages is reduced from a normal matrix type configuration to a path-independent type configuration, a waveguide expansion unit that increases the circuit length (optical path length) is required. There is a problem that the effect of shortening the circuit length (optical path length) by reducing the number of stages cannot be sufficiently obtained.

【0026】本発明の目的は、各光スイッチ要素に前述
の高消光比が得られる構成の光スイッチ要素を用い、か
つ、回路長(光路長)を大幅に短縮することができるパ
ス無依存型構成において、パス無依存型構成で生じる交
差導波路の導波路展開部がもたらす回路長(光路長)増
大の影響を抑える光導波路レイアウトとすることが可能
な技術を提供することにある。
An object of the present invention is to use an optical switch element having a configuration capable of obtaining the above-described high extinction ratio for each optical switch element, and to reduce the circuit length (optical path length) significantly. It is an object of the present invention to provide a technique capable of providing an optical waveguide layout that suppresses an effect of an increase in a circuit length (optical path length) caused by a waveguide expansion portion of a cross waveguide generated in a path-independent configuration.

【0027】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すると、以
下のとおりである。
The following is a brief description of an outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application.

【0029】本発明は、第1のバイパス光導波路と、前
記第1のバイパス光導波路について同じ側に配置される
第1の入力線光導波路および第1の出力線光導波路とか
ら構成され、入力部を前記第1の入力線光導波路とし、
出力部を前記第1の入力線光導波路と前記第1のバイパ
ス光導波路とする第1の1×2光スイッチと、入力部を
前記第1の出力線光導波路と前記第1のバイパス光導波
路とし、出力部を前記第1の出力線光導波路とする第1
の2×1光スイッチとを有し、前記第1の入力線光導波
路と前記第1の出力線光導波路とが第1の交差部で交差
する第1の導波路型光スイッチと、第2のバイパス光導
波路と、前記第2のバイパス光導波路について同じ側に
配置される第2の入力線光導波路および第2の出力線光
導波路とから構成され、入力部を前記第2の入力線光導
波路とし、出力部を前記第2の入力線光導波路と前記第
2のバイパス光導波路とする第2の1×2光スイッチ
と、入力部を前記第2の出力線光導波路と前記第2のバ
イパス光導波路とし、出力部を前記第2の出力線光導波
路とする第2の2×1光スイッチとを有し、前記第2の
入力線光導波路と前記第2の出力線光導波路とが第2の
交差部で交差する第2の導波路型光スイッチとを備える
導波路型光スイッチペアであって、前記第1の交差部お
よび前記第2の交差部は、前記第1または第2の入力線
光導波路、あるいは前記第1または第2の出力線光導波
路の直線部に平行な任意の線を挟んで対向するように配
置され、前記第1の入力線光導波路は、前記第1の1×
2光スイッチを構成した後に、前記第1の交差部で前記
第1の出力線光導波路と交差し、続いて第3の交差部で
前記第2の入力線光導波路と交差するように配置され、
前記第2の入力線光導波路は、前記第2の1×2光スイ
ッチを構成した後に、前記第2の交差部で前記第2の出
力線光導波路と交差し、続いて前記第3の交差部で前記
第1の入力線光導波路と交差するように配置され、前記
第1の出力線光導波路は、第4の交差部で前記第2の出
力線光導波路と交差し、続いて前記第1の交差部で前記
第1の入力線光導波路と交差した後に、前記第1の2×
1光スイッチを構成するように配置され、前記第2の出
力線光導波路は、前記第4の交差部で前記第1の出力線
光導波路と交差し、続いて前記第2の交差部で前記第2
の入力線光導波路と交差した後に、前記第2の2×1光
スイッチを構成するように配置 され、前記第1および第
2のバイパス光導波路は、前記平行な任意の線から最も
遠い位置に配置され、前記第1の1×2光スイッチ、前
記第1の2×1光スイッチ、前記第2の1×2光スイッ
チ、および前記第2の2×1光スイッチは、前記各交差
部を囲むように配置され、かつ、前記第1の1×2光ス
イッチと前記第2の1×2光スイッチ、および前記第1
の2×1光スイッチと前記第2の2×1光スイッチと
は、前記平行な任意の線を挟んで対向するように配置さ
れることを特徴とする。
The present invention provides a first bypass optical waveguide,
The first bypass optical waveguide is arranged on the same side.
Such as a first input line optical waveguide and a first output line optical waveguide
It is al structure, the input unit and the first input line optical waveguide,
A first 1 × 2 optical switch to the output unit and the first input line optical waveguide and the first bypass waveguide, an input unit
And the first output line optical waveguide of the first bypass waveguide, first to the output portion and the first output line waveguide
2 × 1 optical switch, and the first input line optical waveguide
Path and the first output line optical waveguide intersect at a first intersection
A first waveguide type optical switch, and a second bypass optical waveguide.
On the same side as the waveguide and the second bypass optical waveguide
A second input line optical waveguide and a second output line light arranged
A waveguide, and the input section is connected to the second input line optical waveguide.
A waveguide, and an output portion is provided between the second input line optical waveguide and the second input line optical waveguide.
Second 1 × 2 optical switch having two bypass optical waveguides
And an input unit connected to the second output line optical waveguide and the second bus.
An output optical waveguide, wherein the output portion is the second output line optical waveguide;
A second 2 × 1 optical switch as a path,
The input line optical waveguide and the second output line optical waveguide are connected to a second
A second waveguide type optical switch that intersects at the intersection
A waveguide-type optical switch pair, wherein the first intersection and the
And the second intersection is the first or second input line
An optical waveguide, or the first or second output line optical waveguide
Arrange so as to face each other with an arbitrary line parallel to the straight section of the road.
And the first input line optical waveguide is the first 1 ×.
After configuring the two-optical switch, the first intersection
Intersects the first output line optical waveguide, and then at a third intersection
Disposed so as to intersect with the second input line optical waveguide,
The second input line optical waveguide is connected to the second 1 × 2 optical switch.
After the switch has been configured, the second exit at the second intersection.
Intersects the field line optical waveguide, and then at said third intersection
The first input line optical waveguide is disposed so as to intersect with the first input line optical waveguide;
A first output line optical waveguide is coupled to the second output line at a fourth intersection.
Intersects the field line optical waveguide and then at said first intersection
After crossing the first input line optical waveguide, the first 2 ×
One optical switch, the second output
The power line optical waveguide is connected to the first output line at the fourth intersection.
Intersects the optical waveguide and then at the second intersection,
After crossing the input line optical waveguide of the second
A first switch and a second switch .
The two bypass optical waveguides are the most
Located in a distant position, the first 1 × 2 optical switch, front
The first 2 × 1 optical switch and the second 1 × 2 optical switch
And the second 2 × 1 optical switch is connected to each of the intersections.
Part, and the first 1 × 2 optical switch
Switch and the second 1 × 2 optical switch, and the first
2 × 1 optical switch and the second 2 × 1 optical switch
Are arranged so as to face each other with the parallel line interposed therebetween.
It is characterized by being performed.

【0030】また、本発明は、2M(Mは正の整数)本
の入力線光導波路及び2M本の出力線光導波路を少なく
とも含む導波路型マトリクス光スイッチであって、各々
1本の入力線光導波路と出力線光導波路よりなる導波路
型2×2光スイッチと、前記請求項1に記載の導波路型
光スイッチペアとを備え、前記請求項1に記載の導波路
型光スイッチペアをM個並列に配置して第(2k−1)
段(kは1以上M以下の整数)を構成し、前記導波路型
2×2光スイッチ、(M−1)個の前記請求項1に記載
の導波路型光スイッチペア、前記導波路型2×2光スイ
ッチをこの順に並列に配置して第2k段を構成し、前記
各段の間で前記2M本の入力線光導波路と前記2M本の
出力線光導波路の計4M本の光導波路を交差することな
く接続したことを特徴とする。
The present invention also provides a waveguide type matrix optical switch including at least 2M (M is a positive integer) input line optical waveguides and 2M output line optical waveguides, each having one input line. 2. A waveguide type 2.times.2 optical switch comprising an optical waveguide and an output line optical waveguide, and the waveguide type according to claim 1.
The waveguide according to claim 1 , further comprising an optical switch pair.
(2k-1) by arranging M optical switch pairs in parallel
Stage (k is an integer 1 or M) constitutes the said waveguide-type 2 × 2 optical switch, (M-1) pieces of the claim 1
A 2k-th stage is formed by arranging the waveguide type optical switch pair and the waveguide type 2 × 2 optical switch in this order in parallel, and the 2M input line optical waveguides and the 2M , And a total of 4M optical waveguides are connected without crossing .

【0031】また、本発明は、2M(Mは正の整数)本
の入力線光導波路及び2M本の出力線光導波路を少なく
とも含む導波路型マトリクス光スイッチであって、各々
1本の入力線光導波路と出力線光導波路よりなる導波路
型2×2光スイッチと、前記請求項1に記載の導波路型
光スイッチペアとを備え、前記請求項1に記載の導波路
型光スイッチペアをM個並列に配置して第2k段(kは
1以上M以下の整数)を構成し、前記導波路型2×2光
スイッチ、(M−1)個の前記請求項1に記載の導波路
型光スイッチペア、前記導波路型2×2光スイッチをこ
の順に並列に配置して第(2k−1)段を構成し、前記
各段の間で前記2M本の入力線光導波路と前記2M本の
出力線光導波路の計4M本の光導波路を交差することな
く接続したことを特徴とする。
The present invention is also a waveguide type matrix optical switch including at least 2M (M is a positive integer) input line optical waveguides and 2M output line optical waveguides, each having one input line. 2. A waveguide type 2.times.2 optical switch comprising an optical waveguide and an output line optical waveguide, and the waveguide type according to claim 1.
The waveguide according to claim 1 , further comprising an optical switch pair.
The M- type optical switch pairs are arranged in parallel to constitute a second k-th stage (k is an integer of 1 or more and M or less), and the waveguide type 2 × 2 optical switch and (M−1) the above-mentioned optical switch pairs. The waveguide described in
Type optical switch pair and the waveguide type 2 × 2 optical switch are arranged in parallel in this order to form a (2k-1) th stage, and the 2M input line optical waveguides and the 2M A total of 4M optical waveguides of the output line optical waveguides are connected without crossing each other.

【0032】また、本発明は、(2M−1)(Mは2以
上の正の整数)本の入力線光導波路及び(2M−1)本
の出力線光導波路を少なくとも含む導波路型マトリクス
光スイッチであって、各々1本の入力線光導波路と出力
線光導波路よりなる導波路型2×2光スイッチと、前記
請求項1に記載の導波路型光スイッチペアとを備えた
(2M−1)段のスイッチ段で構成され、奇数番目のス
イッチ段は、前記導波路型2×2光スイッチと(M−
1)個の前記請求項1に記載の導波路型光スイッチペア
をこの順に並列に配置して構成され、偶数番目のスイッ
チ段は、(M−1)個の前記請求項1に記載の導波路型
光スイッチペアと前記導波路型2×2光スイッチをこの
順に並列に配置して構成され、前記各段の間で前記(2
M−1)本の入力線光導波路と前記(2M−1)本の出
力線光導波路の計2(2M−1)本の光導波路を交差す
ることなく接続したことを特徴とする。
The present invention also provides a waveguide type matrix light including at least (2M-1) (M is a positive integer of 2 or more) input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides. A waveguide type 2 × 2 optical switch, comprising: one input line optical waveguide and one output line optical waveguide;
2. The optical switch according to claim 1, comprising (2M-1) switch stages each including the waveguide type optical switch pair according to claim 1. The odd-numbered switch stages include the waveguide type 2 × 2 optical switch and (M−2).
1) number of the constructed by arranging a waveguide type optical switch pairs <br/> described in parallel in this order in claim 1, the even-numbered switch stage, (M-1) pieces of the claims 1 Waveguide type described in
An optical switch pair and the waveguide type 2 × 2 optical switch are arranged in parallel in this order, and the (2)
M-1) input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides are connected without intersecting a total of 2 (2M-1) optical waveguides .

【0033】また、本発明は、(2M−1)(Mは2以
上の正の整数)本の入力線光導波路及び(2M−1)本
の出力線光導波路を少なくとも含む導波路型マトリクス
光スイッチであって、各々1本の入力線光導波路と出力
線光導波路よりなる導波路型2×2光スイッチと、前記
請求項1に記載の導波路型光スイッチペアとを備えた
(2M−1)段のスイッチ段で構成され、奇数番目のス
イッチ段は、(M−1)個の前記請求項1に記載の導波
路型光スイッチペアと、前記導波路型2×2光スイッチ
をこの順に並列に配置して構成され、偶数番目のスイッ
チ段は、前記導波路型2×2光スイッチと、(M−1)
個の前記請求項1に記載の導波路型光スイッチペアをこ
の順に並列に配置して構成され、前記各段の間で前記
(2M−1)本の入力線光導波路と前記(2M−1)本
の出力線光導波路の計2(2M−1)本の光導波路を交
差することなく接続したことを特徴とする。
Further , the present invention provides a waveguide type matrix light including at least (2M-1) (M is a positive integer of 2 or more) input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides. A waveguide type 2 × 2 optical switch, comprising: one input line optical waveguide and one output line optical waveguide;
The optical switch according to claim 1, comprising (2M−1) switch stages including the waveguide type optical switch pair according to claim 1, wherein the odd-numbered switch stages are (M−1) switch stages . Guided wave
A path-type optical switch pair and the waveguide type 2 × 2 optical switch are arranged in parallel in this order, and the even-numbered switch stages include the waveguide type 2 × 2 optical switch and (M−1)
2. A plurality of waveguide type optical switch pairs according to claim 1 are arranged in parallel in this order, and the (2M-1) input line optical waveguides and the (2M-1) 2) A total of 2 (2M-1) optical waveguides of the output line optical waveguides are connected without crossing each other.

【0034】本発明の好ましい実施の形態では、前記導
波路型2×2光スイッチは、1本の入力線光導波路と1
本の出力線光導波路と1本のバイパス光導波路よりな
り、入力部を前記入力線光導波路、出力部を前記入力線
光導波路及び前記バイパス光導波路とする第3の1×2
光スイッチと、入力部を前記出力線光導波路及び前記バ
イパス光導波路、出力部を前記出力線光導波路とする第
3の2×1光スイッチで構成され、前記第3の1×2光
スイッチと前記第3の2×1光スイッチの間で前記入力
線光導波路と前記出力線光導波路が交差している導波路
型2×2光スイッチであることを特徴とする。
In a preferred embodiment of the present invention, the
The waveguide type 2 × 2 optical switch has one input line optical waveguide and one input line optical waveguide.
One output line optical waveguide and one bypass optical waveguide.
The input unit is the input line optical waveguide, and the output unit is the input line.
Third 1 × 2 optical waveguide and said bypass optical waveguide
An optical switch, and an input unit connected to the output line optical waveguide and the bus.
An i-pass optical waveguide, and an
3 2 × 1 optical switches, and the third 1 × 2 optical switch
The input between a switch and the third 2 × 1 optical switch
Waveguide where line optical waveguide and output line optical waveguide intersect
It is a type 2 × 2 optical switch.

【0035】本発明の好ましい実施の形態では、前記第
1ないし第3の1×2光スイッチ、および前記第1ない
し第3の2×1光スイッチは、2本の光導波路が2箇所
で近接して2個の方向性結合器を構成し、かつ、スイッ
チ駆動端子を備えたマッハツェンダー干渉計回路である
ことを特徴とする。
In a preferred embodiment of the present invention, the first
First to third 1 × 2 optical switches, and said first
The third 2 × 1 optical switch has two optical waveguides at two locations.
To form two directional couplers in close proximity to each other, and
Mach-Zehnder interferometer circuit
It is characterized by the following.

【0036】本発明の好ましい実施の形態では、前記第
1ないし第3の1×2光スイッチ、および前記第1ない
し第3の2×1光スイッチは、スイッチ駆動端子を備え
たY分岐型スイッチであることを特徴とする。
In a preferred embodiment of the present invention, the first
First to third 1 × 2 optical switches, and said first
The third 2 × 1 optical switch has a switch drive terminal.
A Y-branch switch.

【0037】本発明の好ましい実施の形態では、前記第
1ないし第3の1×2光スイッチ、および前記第1ない
し第3の2×1光スイッチは、2本の光導波路が1箇所
で近接し、かつスイッチ駆動端子を備えた方向性結合器
であることを特徴とする。
In a preferred embodiment of the present invention, the first
First to third 1 × 2 optical switches, and said first
The third 2 × 1 optical switch has two optical waveguides at one location.
Directional coupler with proximity and switch drive terminals
It is characterized by being.

【0038】[0038]

【0039】現在多く用いている石英系ガラス等を用い
たガラス光導波路では、位相シフタとして薄膜ヒータを
用いた熱光学位相シフタを用い、導波路間の交差部では
交差角を20度以上とすることが好ましい。
Using quartz glass or the like, which is currently widely used,
In glass optical waveguides, thin film heaters are used as phase shifters.
Using the thermo-optic phase shifter used, at the intersection between the waveguides
Preferably, the intersection angle is 20 degrees or more.

【0040】すなわち、本発明は、図11(a)、図1
1(d)又は図11(e)の2×2光スイッチを基本に
交差部が空間的に近接するように配置したものである。
交差部はこれにより、例えば、図11(a)の光スイッ
チを2個並列配置するもの(図11(f))に比べて図
のw方向の小型化が可能である。
That is, according to the present invention, FIG.
1 (d) or 2 × 2 optical switch of FIG. 11 (e)
The intersections are arranged so as to be spatially close to each other.
As a result, for example, the intersection can be changed to the optical switch shown in FIG.
Fig. 11 (f) Compared to the case where two switches are arranged in parallel.
In the w direction can be reduced.

【0041】本願発明の導波路型光マトリクスは、前記
導波路型変形2×2光スイッチと図11(a)、図11
(d)又は図11(e)の2×2光スイッチを基本構成
として、前記手段のように配置したものである。
The waveguide type optical matrix according to the present invention is similar to the waveguide type modified 2 × 2 optical switch shown in FIGS.
(D) or FIG. 11 the 2 × 2 optical switch (e) as a basic structure, in which are arranged as said means.

【0042】パス無依存型構成では、各光スイッチ要素
が、入力線光導波路と出力線光導波路の配置が正の向き
の光スイッチ要素と上下反転下向きの光スイッチ要素
が、交互市松模様に配置される。そのため、本発明のよ
うに2×2光スイッチ要素として2重ゲート型光スイッ
チ要素を用いた場合、2重ゲート型光スイッチ要素内の
入力線光導波路と出力線光導波路の交差導波路が、前述
のようにペアにして構成した光スイッチ要素において近
接した位置に配置される。
In the path-independent configuration, each optical switch element has an input line optical waveguide and an output line optical waveguide arranged in a positive direction and an inverted optical switch element arranged in an inverted checkered pattern. Is done. Therefore, when a double gate type optical switch element is used as the 2 × 2 optical switch element as in the present invention, the cross waveguide of the input line optical waveguide and the output line optical waveguide in the double gate type optical switch element is: As described above, the optical switch elements are arranged at close positions in the paired optical switch elements.

【0043】そこで、スイッチ要素の出力端側のスイッ
チ段間で生じる入力線光導波路の交差導波路とスイッチ
要素の入力端側のスイッチ段間で生じる出力線光導波路
の交差導波路を、前述のペアにして構成した光スイッチ
要素に組み込んで構成することができる。さらに、前記
の光スイッチ要素内の入力線光導波路と出力線光導波路
の交差導波路の近傍にこれらスイッチ段間で生じる交差
導波路を配置することにより、これら4箇所の交差導波
路を一括して一つの導波路展開部で構成することができ
る。
Therefore, the cross waveguide of the input line optical waveguide generated between the switch stages on the output end side of the switch element and the cross waveguide of the output line optical waveguide generated between the switch stages on the input end side of the switch element are described above. It can be configured by being incorporated in an optical switch element configured as a pair. Furthermore, by arranging the cross waveguides generated between these switch stages near the cross waveguide of the input line optical waveguide and the output line optical waveguide in the optical switch element, these four cross waveguides are collectively arranged. One waveguide development part.

【0044】このように、パス無依存型で生じるスイッ
チ段間で生じている交差導波路の導波路展開部と、2重
ゲート型光スイッチ要素内の交差導波路の導波路展開部
を一括して同じ導波路展開部にレイアウトすることによ
り、スイッチ段間で生じている交差導波路の導波路展開
部を新たに設ける必要がなくなり、パス無依存型を取り
入れたことによる段数半減の効果を充分に引き出し、大
幅な回路長(光路長)短縮を行うことができ、高消光比
が得られる2重ゲート型光スイッチ要素を用いながらも
挿入損失の低減を図ることができる。
As described above, the waveguide expansion portion of the cross waveguide generated between the switch stages which is generated in a path-independent manner and the waveguide expansion portion of the cross waveguide in the double gate type optical switch element are collectively described. Layout in the same waveguide development section eliminates the need to provide a new waveguide development section for cross waveguides that occur between switch stages, and fully reduces the number of stages by half by adopting a path-independent type. , The circuit length (optical path length) can be greatly reduced, and the insertion loss can be reduced even though a double gate type optical switch element that can obtain a high extinction ratio can be used.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態(実施例)を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments (examples) of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0046】なお、実施形態を説明するための全図にお
いて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰
り返しの説明は省略する。
In all the drawings for describing the embodiments, parts having identical functions are given same symbols and their repeated explanation is omitted.

【0047】以下の実施形態では、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ー光
干渉計回路型2×2光スイッチを採用した導波路型マト
リクス光スイッチについて説明する。これはこの組み合
わせが単一モード光導波路との接続性に優れ、しかも偏
波依存性の無い導波路型マトリクス光スイッチを提供で
きるためである。しかし、本発明は前記組み合わせに限
定されるものではない。
In the following embodiments, a quartz single-mode optical waveguide formed on a silicon substrate is used as an optical waveguide, and a thermo-optic Mach-Zehnder optical interferometer circuit type 2 × 2 optical switch is used as an optical switch element. The waveguide type matrix optical switch described above will be described. This is because this combination can provide a waveguide type matrix optical switch having excellent connectivity with a single mode optical waveguide and having no polarization dependency. However, the present invention is not limited to the above combination.

【0048】(実施形態1) 図1及び図4は本発明によるN×Nマトリクス光スイッ
チの一実施例(特にN=2Mの一例、M:正の整数)と
しての実施形態1の4×4マトリクス光スイッチの概略
構成を示す図である。
(Embodiment 1) FIGS. 1 and 4 show 4 × 4 of Embodiment 1 as an embodiment of an N × N matrix optical switch according to the present invention (particularly an example of N = 2M, M: a positive integer). FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of a matrix optical switch.

【0049】図1(a),(b),(c)は本実施形態
1に用いた2×2光スイッチ要素が2つペアになって配
置された本発明による導波型変形2×2光スイッチを
明するための図であり、図1(a)は本実施形態1の2
×2マトリクス光スイッチ要素が2つペアになって配置
されている平面図、図1(b)は図1(a)に示すA-
A’線に沿って切った断面図、図1(c)は図1(a)
に示すB-B’線に沿って切った断面図である。
FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c) show a waveguide-type modified 2 × 2 according to the present invention in which two 2 × 2 optical switch elements used in the first embodiment are arranged in pairs. a diagram for Description <br/> bright light switch, FIG. 1 (a) 2 of the present embodiment 1
FIG. 1B is a plan view in which two × 2 matrix optical switch elements are arranged in pairs, and FIG.
FIG. 1C is a sectional view taken along the line A ′, and FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line BB ′ shown in FIG.

【0050】図1において、1はシリコン基板、2は石
英系ガラスクラッド層、11a-11b,21a-21b
は石英系入力線導波路コア、12a-12b,22a-2
2bは石英系出力線導波路コア、13a-13b,23
a-23bは石英系バイパス導波路コア、14a,14
b,15a,15b,24a,24b,25a,25b
は方向性結合器である。
In FIG. 1, 1 is a silicon substrate, 2 is a quartz glass clad layer, 11a-11b, 21a-21b.
Is a silica-based input line waveguide core, 12a-12b, 22a-2
2b is a silica-based output line waveguide core, 13a-13b, 23
a-23b is a silica-based bypass waveguide core, 14a, 14
b, 15a, 15b, 24a, 24b, 25a, 25b
Is a directional coupler.

【0051】16a,16b,17a,17b,26
a,26b,27a,27bは薄膜ヒータ(位相シフ
タ)、18a,28aは第1マッハツェンダー干渉計回
路、18b,28bは第2マッハツェンダー干渉計回
路、19,29は2重ゲート型光スイッチ要素内の入力
線光導波路と出力線光導波路の交差導波路、31aはス
イッチ要素の出力端側のスイッチ間で生じる入力線光
導波路の交差導波路、3bはスイッチ要素の入力端側
のスイッチ間で生じる出力線光導波路の交差導波路、
30は導波路展開部である。
16a, 16b, 17a, 17b, 26
a, 26b, 27a, and 27b are thin film heaters (phase shifters), 18a and 28a are first Mach-Zehnder interferometer circuits, 18b and 28b are second Mach-Zehnder interferometer circuits, and 19 and 29 are double-gate optical switch elements. cross waveguide input line optical waveguide and the output line optical waveguide of the inner, 31a are cross waveguide input line waveguide that occurs between the switch stage of the output end of the switching element, 3 2 b is the input end side of the switch elements Cross waveguides of output line optical waveguides generated between switch stages ,
Reference numeral 30 denotes a waveguide developing section.

【0052】本実施形態1に用いた導波路型変形2×2
光スイッチにおける2×2光スイッチペアは、2本の
入力線光導波路及び2本のバイバス光導波路よりなり、
入力部を第1の入力線光導波路とし出力部を当該第1の
入力線光導波路と第1のバイパス光導波路とする第1の
1×2光スイッチと、入力部を第2の入力線光導波路と
し出力部を当該第2の入力線光導波路と第2のバイパス
光導波路とする第2の1×2光スイッチと、入力部を前
記第1の出力線光導波路と前記第2のバイパス光導波路
とし出力部を前記第1の出力線光導波路とする第1の2
×1光スイッチと、入力部を前記第2の出力線光導波路
と前記第1のバイパス光導波路とし出力部を前記第2の
出力線光導波路とする第2の2×1光スイッチよりな
る。
The waveguide type deformation 2 × 2 used in the first embodiment
A pair of 2 × 2 optical switches in the optical switch includes two input line optical waveguides and two bypass optical waveguides,
A first 1 × 2 optical switch having an input section as a first input line optical waveguide, an output section as the first input line optical waveguide and a first bypass optical waveguide, and an input section as a second input line optical waveguide; A second 1 × 2 optical switch having a waveguide as an output section and an output section as the second input line optical waveguide and a second bypass optical waveguide, and an input section as the first output line optical waveguide and the second bypass optical waveguide; A first output line optical waveguide, and a first output line optical waveguide;
And a second 2 × 1 optical switch having an input section as the second output line optical waveguide and the first bypass optical waveguide and an output section as the second output line optical waveguide.

【0053】前記第1の入力線導波路は、前記第1の1
×2光スイッチを構成した後に、前記第2の出力線導波
路及び前記第2の入力線導波路とこの順で交差し、前記
第2の入力線導波路は、前記第2の1×2光スイッチを
構成した後に、前記第1の出力線導波路及び前記第1の
入力線導波路とこの順で交差し、前記第1の出力線導波
路は、前記第1の2×1光スイッチを構成する前に、前
記第2の出力線導波路及び前記第2の入力線導波路とこ
の順で交差し、前記第2の出力線導波路は、前記第2の
2×1光スイッチを構成する前に、前記第1の出力線導
波路及び前記第1の入力線導波路とこの順で交差し、こ
れら合計4つの交差は、前記第1の1×2光スイッチと
前記第2の1×2光スイッチと前記第1の2×1光スイ
ッチと前記第2の2×1光スイッチに囲まれる領域の中
心近傍に位置する。
The first input line waveguide is connected to the first input line waveguide.
After configuring the × 2 optical switch, the second output line waveguide and the second input line waveguide intersect in this order, and the second input line waveguide is connected to the second 1 × 2 optical switch. After configuring the optical switch, the first output line waveguide and the first input line waveguide intersect in this order, and the first output line waveguide is connected to the first 2 × 1 optical switch. And the second output line waveguide and the second input line waveguide intersect in this order before the second output line waveguide is connected to the second 2 × 1 optical switch. Prior to configuration, the first output line waveguide and the first input line waveguide intersect in this order, and a total of four intersections form the first 1 × 2 optical switch and the second It is located near the center of the area surrounded by the 1 × 2 optical switch, the first 2 × 1 optical switch, and the second 2 × 1 optical switch.

【0054】そして、本実形態1では、前述の1×2光
スイッチ及び2×1光スイッチには、石英系ガラス導波
路では実績のあるスイッチ素子である2本の導波路が2
箇所で近接して2個の方向性結合器を構成し、かつ、ス
イッチ駆動素子を備えたマッハツェンダー干渉計を用い
ている。
In the first embodiment, the above-mentioned 1 × 2 optical switch and 2 × 1 optical switch include two waveguides, which are switch elements that have been used in a silica glass waveguide.
A Mach-Zehnder interferometer having two directional couplers arranged close to each other and having a switch driving element is used.

【0055】前記導波路型変形2×2光スイッチは、1
×2光スイッチと2×1光スイッチを基本構成とするも
のであるが、1×2光スイッチと2×1光スイッチには
図1(a)に示すマッハツェンダー干渉計、図2
(a)に示すY分岐光導波路、図3(a)に示す方向
性結合器等を用いることが可能である。
[0055] The waveguide type deformation the 2 × 2 optical switch is 1
The basic configuration includes a × 2 optical switch and a 2 × 1 optical switch, and the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch include a Mach-Zehnder interferometer type shown in FIG.
It is possible to use a Y-branch optical waveguide type shown in FIG. 3A, a directional coupler type shown in FIG.

【0056】図4は本実施形態1の全体平面配置図であ
リ、SLUは図1の導波型変形2×2光スイッチが
置されている領域であり、S23及びS41は図11に
示す従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素上下同
じ向き(図11(a)の向きに対して)で配置されてい
る領域であり、S32及びS14は図11に示す従来の
2重ゲート型の2×2光スイッチ要素上下逆向き(図
(a)の向きに対して)で配置されている領域であ
る。1a-1d,2a-2d,3a-3d,4a-4dは入
力線光導波路、1c-1b,2c-2b,3c-3b,4
c-4bは出力線光導波路、S11,S12,…,S4
4は2×2光スイッチ要素、SLUは導波型変形2×
2光スイッチ、#1#4は光スイッチ段である。
[0056] Figure 4 is a region be overall plan layout of the embodiment 1, SLU is the waveguides shape modification 2 × 2 optical switch of FIG. 1 are distribution <br/> location, S23 and S41 is an area that is located in the 2 × 2 optical switch element vertically same directions of a conventional double gate type shown in FIG. 11 (in relative orientation of FIG. 11 (a)), the S32 and S14 11 The conventional double-gate type 2 × 2 optical switch element shown in FIG.
A region arranged with 1 (a) with respect to the direction of). 1a-1d, 2a-2d, 3a-3d, 4a-4d are input line optical waveguides, 1c-1b, 2c-2b, 3c-3b, 4
c-4b is an output line optical waveguide, S11, S12,..., S4
4 2 × 2 optical switch elements, SLU is waveguides shape modification 2 ×
2 optical switch, # 1 to # 4 is an optical switch stage.

【0057】本実施形態1は、図1及び図4に示すよう
に、2重ゲート型光スイッチ要素とパス無依存型構成を
組み合わせ、かつ、2重ゲート型光スイッチ要素におい
て、正方向に配置される光スイッチ要素と上下反転して
配置される光スイッチ要素をペアにして導波型変形2
×2光スイッチを構成している。すなわち、光スイッチ
段間で生じる導波路展開部の51a,51b,51cの
交差導波路31a,3bを、該導波型変形2×2光
スイッチに組み込んで構成し、更には、各スイッチ要素
内にある交差導波路を構成するための導波路展開部と同
一の導波路展開部30で一括して構成している点が、従
来の構成とは大きく異なる。
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, a double-gate optical switch element and a path-independent configuration are combined, and the double-gate optical switch element is arranged in the forward direction. and an optical switch element arranged upside down with the optical switch element which is paired waveguides shape modification 2
× constitute a second optical switch. That, 51 a of the waveguide deployment portion generated between the optical switch stage, 51 b, 51 c of the cross waveguide 31a, a 3 2 b, incorporating the conductor wave path shape modification 2 × 2 optical <br/> switch Further, the point that it is collectively constituted by the same waveguide developing unit 30 as the waveguide developing unit 30 for forming the cross waveguide in each switch element is significantly different from the conventional configuration. different.

【0058】パス無依存型構成は、各光スイッチ要素に
おいて、入力線光導波路11a-11bと出力線光導波
路12a-12bの配置が正の向きの光スイッチ要素と
上下反転下向きの光スイッチ要素が、交互市松模様に配
置される。そのため、2×2光スイッチ要素として2重
ゲート型光スイッチ要素を用いた場合、2重ゲート型光
スイッチ要素内の入力線光導波路11a-11b,21
a-21bと出力線光導波路12a-12b,22a-2
2bの交差導波路19,29が、前述のようにペアにし
て構成した導波型変形2×2光スイッチにおいて近接
した位置に配置される。そこで、スイッチ要素の出力端
側のスイッチ段間で生じる入力線光導波路11a-11
b,21a-21bの交差導波路31aとスイッチ要素
の入力端側のスイッチ段間で生じる出力線光導波路12
a-12b,22a-22bの交差導波路32bを、前述
導波型変形2×2光スイッチに組み込んで構成する
ことができ、更には、前述の導波型変形2×2光スイ
チ内の入力線光導波路11a-11b,21a-21b
と出力線光導波路12a-12b,22a-22bの交差
導波路19,29の近傍に配置することにより、これら
4箇所の交差導波路19,29,31a,32bを一括
して一つの導波路展開部30で構成することができる。
The path-independent configuration is such that, in each of the optical switch elements, the arrangement of the input line optical waveguides 11a-11b and the output line optical waveguides 12a-12b is a positive optical switch element and a vertically inverted optical switch element. , Arranged in an alternating checkered pattern. Therefore, when a double gate type optical switch element is used as the 2 × 2 optical switch element, the input line optical waveguides 11a-11b and 21 in the double gate type optical switch element are used.
a-21b and output line optical waveguides 12a-12b, 22a-2
2b of the cross waveguides 19 and 29 is disposed at a position Oite close to waveguides shape modification 2 × 2 optical switch configured by a pair as described above. Therefore, the input line optical waveguides 11a-11 generated between the switch stages on the output end side of the switch element.
b, the output line optical waveguide 12 generated between the cross waveguide 31a of 21a-21b and the switch stage on the input end side of the switch element.
The cross waveguide 32b of a-12b and 22a-22b is described above.
Of incorporated into waveguides shape modification 2 × 2 optical switch can be constituted, further, the above-mentioned waveguides shape modification 2 × 2 optical Sui <br/> Tsu input line optical waveguides in Ji 11a- 11b, 21a-21b
And the output line optical waveguides 12a-12b and 22a-22b are arranged in the vicinity of the crossing waveguides 19 and 29, so that these four crossing waveguides 19, 29, 31a and 32b are integrated into one waveguide. The unit 30 can be configured.

【0059】このように、パス無依存型で生じるスイッ
チ段間で生じている導波路展開部51a,51b,51
cの交差導波路31a,3bを、ペアにして構成した
導波型変形2×2光スイッチに組み込んで構成するこ
とにより、スイッチ段間で生じている交差導波路の導波
路展開部の51a,51b,51cを新たに設ける必要
がなくなり、パス無依存型を取り入れたことによるブロ
ック半減の効果を充分に引き出し、大幅な回路長短縮を
行うことができた。
As described above, the waveguide unfolding portions 51a, 51b, 51 generated between the switch stages which are generated in a path-independent manner.
c the cross waveguide 31a, 3 2 b of, by configuring incorporated in waveguides shape modification 2 × 2 optical switch configured by a pair waveguide deployment of cross waveguide occurring between the switching stage It is not necessary to newly provide the parts 51a, 51b, and 51c, and the effect of reducing the number of blocks by half by adopting the path-independent type can be sufficiently obtained, and the circuit length can be significantly reduced.

【0060】更に、このスイッチ段間で生じている交差
導波路31a,32bの導波路展開部と、2重ゲート型
光スイッチ要素内の交差導波路19,29の導波路展開
部を一括して同じ導波路展開部30にレイアウトするこ
とにより、導波路方向に垂直な横方向の大きさも含めた
回路サイズの縮小を行うことができた。
Further, the waveguide development portions of the cross waveguides 31a and 32b generated between the switch stages and the waveguide development portions of the cross waveguides 19 and 29 in the double gate type optical switch element are collectively described. By laying out on the same waveguide development section 30, the circuit size including the size in the horizontal direction perpendicular to the waveguide direction could be reduced.

【0061】本実施形態1の4×4マトリックス光スイ
ッチは、図1(b)及び図1(c)に示すように、厚さ
1mm直径6インチのシリコン基板1上に、石英系導波
路2をSiCl4やGeCl4などの原料ガスの加水分解
反応を利用した石英系ガラス膜の堆積技術と反応性イオ
ンエッチング技術の組み合わせにより作製し、薄膜ヒー
タを真空蒸着法および化学エッチングにより作製した。
As shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c), the 4 × 4 matrix optical switch according to the first embodiment comprises a quartz waveguide 2 on a silicon substrate 1 having a thickness of 1 mm and a diameter of 6 inches. Was fabricated by a combination of a quartz glass film deposition technique utilizing a hydrolysis reaction of a source gas such as SiCl 4 and GeCl 4 and a reactive ion etching technique, and a thin film heater was fabricated by a vacuum deposition method and chemical etching.

【0062】石英系入力線導波路コア11a-11b,
21a-21b、石英系出力線導波路コア12a-12
b,22a-22b石英系バイパス導波路コア13a-
13b,23a-23b等のコアの断面寸法は6μm角
であり、コアとクラッド間の比屈折率差は0.75%で
ある。薄膜ヒーターのサイズは、厚さ0.1μm、幅4
0μm、長さ3mmである。
The silica-based input line waveguide cores 11a-11b,
21a-21b, silica based output line waveguide core 12a-12
b, 22a-22b , quartz-based bypass waveguide core 13a-
The cross-sectional dimensions of cores such as 13b and 23a-23b are 6 μm square, and the relative refractive index difference between the core and the clad is 0.75%. The size of the thin film heater is 0.1 μm in thickness and 4 in width.
0 μm, length 3 mm.

【0063】本実施形態1で用いている2×2光スイッ
チ要素は、直線導波路と半径5mm前後の曲がり導波路
を基本に構成した。交差導波路31a,3b,19,
29の交差角θ,θ’は30度前後とした。マッハツェ
ンダー干渉計回路を構成している2個の方向性結合器1
4a,14b,15a,15b,24a,24b,25
a,25bを連結している2本の導波路の実効光路長差
は信号光波長1.55μmの半分である0.775μmに
正確に設定した。実際のマスクパターン上の導波路長差
は、石英系ガラスの屈折率が1.45であることを勘案
して、0.775μm/1.45=0.534μmに設定
した。
The 2 × 2 optical switch element used in the first embodiment is basically composed of a straight waveguide and a bent waveguide having a radius of about 5 mm. Cross waveguide 31a, 3 2 b, 19,
The crossing angles θ and θ ′ of 29 were around 30 degrees. Two directional couplers 1 forming a Mach-Zehnder interferometer circuit
4a, 14b, 15a, 15b, 24a, 24b, 25
The effective optical path length difference between the two waveguides connecting a and 25b was accurately set to 0.775 μm, which is half of the signal light wavelength of 1.55 μm. The actual waveguide length difference on the mask pattern was set to 0.775 μm / 1.45 = 0.534 μm in consideration of the fact that the refractive index of quartz glass was 1.45.

【0064】このときの2×2光スイッチ要素を2つ組
み合わせた導波型変形2×2光スイッチの大きさは、
W0.9mm×L16.3mmとなり、2×2光スイッチ
要素1つ当たりの大きさは、W0.45mm×L16.3
mmとなった。スイッチ段間の交差導波路をスイッチ要
素内の交差導波路を構成する導波路展開部と同じ導波路
展開部で構成しない場合、スイッチ段間の交差導波路の
導波路展開部を含めた2×2光スイッチ要素1つ当たり
の大きさは、W0.5mm×L20.1mmとなった。
[0064] 2 × 2 optical switch element combining two waveguides shape modification 2 × 2 optical switch size Ji at this time,
W0.9 mm × L16.3 mm, and the size per 2 × 2 optical switch element is W0.45 mm × L16.3.
mm. When the crossing waveguide between the switch stages is not formed by the same waveguide developing portion as the waveguide developing portion forming the crossing waveguide in the switch element, 2 × including the waveguide developing portion of the crossing waveguide between the switch stages is included. The size per two-optical switch element was W0.5 mm × L20.1 mm.

【0065】従って、本発明のレイアウト構造を採用し
たことによって約2割、回路長を短縮することができ
た。ヒーター駆動用電極等を含めた4×4マトリックス
光スイッチ全体としてのチップサイズは10×90mm
であった。
Therefore, by adopting the layout structure of the present invention, the circuit length could be shortened by about 20%. The chip size of the 4 × 4 matrix optical switch as a whole, including the heater driving electrodes, is 10 × 90 mm
Met.

【0066】この4×4マトリックス光スイッチを作製
したチップを、ダイシングにより切り出し、シリコン基
板下部には放熱板を設けて、また、入出力導波路にはシ
ングルモードファイバーアレイを接続し、薄膜ヒータに
は給電リードを接続し、4×4マトリックス光スイッチ
モジュールが完成した。
The chip on which the 4 × 4 matrix optical switch was fabricated was cut out by dicing, a heat sink was provided below the silicon substrate, a single mode fiber array was connected to the input / output waveguide, and a thin film heater was connected to the thin film heater. Connected the power supply leads to complete the 4 × 4 matrix optical switch module.

【0067】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の消費電力は0.45W程度であ
った。各光スイッチ要素は動作に2個の薄膜ヒータを駆
動し、同時にON状態として動作する光スイッチ要素の
数は最大4個であるので、全消費電力は最大0.45W
×2×4=3.6W程度であった。
The 4 × 4 switch operation was confirmed by appropriately selecting the thin film heater to be supplied with power. The power consumption of each thin film heater required for the switch operation was about 0.45 W. Each optical switch element drives two thin film heaters for operation, and the number of optical switch elements that operate simultaneously in the ON state is up to four, so that the total power consumption is up to 0.45 W.
× 2 × 4 = approximately 3.6W.

【0068】マトリ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
5%程度と非常に大きくずれても、50dB程度と非常
に優れた値が得られた。マトリクス光スイッチとしての
損失値は光ファイバー接続損失を含めて1〜2dBであ
り、非常に低損失な値が得られた。
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 with a very large deviation of about 5%, a very excellent value of about 50 dB was obtained. The loss value of the matrix optical switch was 1-2 dB including the connection loss of the optical fiber, and a very low loss value was obtained.

【0069】図5は前記4×4マトリックス光スイッチ
と同様な本発明の対象とするN×Nマトリクス光スイッ
チの実施形態1(特にN=2Mの一例、M:正の整数)
の他の実施例としての6×6マトリクス光スイッチの概
略構成を示す図である。
FIG. 5 shows a first embodiment of an N × N matrix optical switch to which the present invention is applied, similar to the 4 × 4 matrix optical switch (particularly, an example of N = 2M, M: a positive integer).
FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of a 6 × 6 matrix optical switch as another embodiment.

【0070】本実施例の光導波路緒言や作製方法など
は、基本的には前記の4×4マトリックス光スイッチと
同様であり、マトリクス光スイッチの規模Nが違うこと
だけが異なる。図5において、SLUは図1の導波路型
変形2×2光スイッチが配置されている領域であり、S
W1は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上
下同じ向きで配置されている領域であり、SW2は従来
の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上下逆向きで
配置されている領域である。
The introduction and the manufacturing method of the optical waveguide of this embodiment are basically the same as those of the above-mentioned 4 × 4 matrix optical switch, except that the scale N of the matrix optical switch is different. FIG at 5, SLU is an area where the waveguide type deformation the 2 × 2 optical switch of FIG. 1 is disposed, S
W1 is a region in which conventional double-gate type 2 × 2 optical switch elements are arranged in the same vertical direction, and SW2 is a conventional double-gate type 2 × 2 optical switch element arranged in the vertical direction. Area.

【0071】本実施例においても、4×4マトリックス
光スイッチと同様に、導波路方向に垂直な横方向の大き
さも含めた回路サイズの縮小を行なうことができ、ヒー
タ駆動用電極等を含めた4×4マトリックス光スイッチ
全体としてのチップサイズは12mm×120mmであ
った。素子特性は全消費電力は5.4W程度、消光比は
50dB程度、挿入損失値は光ファイバー接続損失を含
めて2dB程度であった。
Also in this embodiment, as in the case of the 4 × 4 matrix optical switch, the circuit size including the size in the horizontal direction perpendicular to the waveguide direction can be reduced, and the heater drive electrode and the like are included. The chip size of the entire 4 × 4 matrix optical switch was 12 mm × 120 mm. As for the device characteristics, the total power consumption was about 5.4 W, the extinction ratio was about 50 dB, and the insertion loss value was about 2 dB including the optical fiber connection loss.

【0072】(実施形態2) 図6は本発明によるN×Nマトリクス光スイッチの他の
実施例(特にN=2M−1の一例、M:正の整数)とし
ての実施形態2の5×5マトリクス光スイッチの概略構
成を示す図である。
(Embodiment 2) FIG. 6 shows a 5 × 5 of Embodiment 2 as another embodiment of the N × N matrix optical switch according to the present invention (particularly, N = 2M−1, M: positive integer). FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of a matrix optical switch.

【0073】本実施形体2の光導波路緒言や作製方法な
どは、基本的には前記実施形態1の4×4マトリックス
光スイッチと同様である。前記実施形態1ではマトリク
ス光スイッチの規模Nが偶数であったが、本実施形態2
ではマトリクス光スイッチの規模Nが奇数である点で異
なる。
The optical waveguide introduction and manufacturing method of the second embodiment are basically the same as those of the 4 × 4 matrix optical switch of the first embodiment. In the first embodiment, the scale N of the matrix optical switch is an even number.
Are different in that the scale N of the matrix optical switch is odd.

【0074】図6において、SLUは図1の導波路型変
形2×2光スイッチが配置されている領域であり、SW
1は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上下
同じ向きで配置されている領域であり、SW2は従来の
2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上下逆向きで配
置されている領域である。
[0074] In FIG. 6, SLU is an area where the waveguide type deformation the 2 × 2 optical switch of FIG. 1 is disposed, SW
Reference numeral 1 denotes an area in which conventional double-gate type 2 × 2 optical switch elements are arranged in the same vertical direction, and SW2 denotes a conventional double-gate type 2 × 2 optical switch element arranged in the vertical direction. Area.

【0075】このように、前記実施形態1では導波路
変形2×2光スイッチだけが配置されているスイッチ段
と、導波路変形2×2光スイッチと従来の2重ゲート
型の2×2光スイッチ要素2個(正方向配置と逆方向配
置)が配置されているスイッチ段の2種類の段でマトリ
ックス光スイッチが構成されているのに対し、本実施形
態2では導波路変形2×2光スイッチと正方向配置の
従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素1個(正方
向配置)が配置されているスイッチ段と、導波路変形
2×2光スイッチと逆方向配置の従来の2重ゲート型の
2×2光スイッチ要素1個(逆方向配置)が配置されて
いるスイッチ段の2種類の段でマトリクス光スイッチが
構成されている点が前記実施形態1とは異なる。
[0075] Thus, with the embodiment 1, a waveguide-type <br/> modification 2 × 2 optical switch switches stage switch I being injured disposed, the waveguide-type deformation the 2 × 2 optical switches and a conventional 2 The matrix optical switch is composed of two types of switch stages in which two double-gate type 2 × 2 optical switch elements (forward and reverse arrangement) are arranged. in a switch stage waveguide shape modification 2 × 2 2 × 1 or 2 optical switch element of a conventional double gate type optical switch and forward arrangement (forward arrangement) is located, a waveguide-type deformation 2 × 2 2 × 2 optical switch elements one conventional double gate type optical switch and reverse arrangement (reverse arrangement) is configured a matrix optical switch with two stages of switching stages being arranged that there are different from the first embodiment.

【0076】本実施形態2においても、前記実施形態1
と同様に、導波路方向に垂直な横方向の大きさも含めた
回路サイズの縮小を行なうことができ、ヒータ駆動用電
極等を含めた5×5マトリックス光スイッチ全体として
のチップサイズは11mm×105mmであった。素子
特性は全消費電力は4.5W程度、消光比は50dB程
度、挿入損失値は光ファイバー接続損失を含めて2dB
程度であった。
Also in the second embodiment, the first embodiment is used.
Similarly to the above, the circuit size including the size in the horizontal direction perpendicular to the waveguide direction can be reduced, and the chip size of the entire 5 × 5 matrix optical switch including the heater driving electrodes and the like is 11 mm × 105 mm. Met. The device characteristics are such that the total power consumption is about 4.5 W, the extinction ratio is about 50 dB, and the insertion loss value is 2 dB including the optical fiber connection loss.
It was about.

【0077】(実施形態3) 図7(a)は、本発明の実施形態3の8×8マトリクス
光スイッチの全体構成の配置をである。図7(a)にお
いて、70a〜70eは16本からなる導波路束であ
り、この導波路束70a〜70eの途上の8箇所に光ス
イッチ#1#8が配置されている。図7(a)に示
す実施形態の8×8マトリクス光スイッチの特徴は、
入力端子と光スイッチ段#1の間、光スイッチ段#2と
#3の間、#4と#5の間、#6と#7の間、及び光ス
イッチ段#8と出力端の間が、それぞれ90度乃至18
0度の曲がりを有する導波路束70b,70c,70d
で連結されている点である。言い換えれば、曲がり導波
路束70b,70c,70dをこの曲がり導波路束7
0b,70c,70dによる回路長の増加を抑えること
も念頭に入れ適宜用いて8個の光スイッチ段#1
#8限られた基板サイズ上に配置ていることが特徴
である。
(Embodiment 3) FIG. 7A shows the arrangement of the entire configuration of an 8 × 8 matrix optical switch according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 7A, reference numerals 70a to 70e denote 16 waveguide bundles, and optical switch stages # 1 to # 8 are arranged at eight positions on the way of the waveguide bundles 70a to 70e. The feature of the 8 × 8 matrix optical switch of the third embodiment shown in FIG.
Between the input terminal and the optical switch stage # 1, between the optical switch stages # 2 and # 3, between # 4 and # 5, between # 6 and # 7, and between the optical switch stage # 8 and the output terminal. , 90 degrees to 18 respectively
Waveguide bundles 70b, 70c, 70d having 0 degree bend
It is a point connected by. In other words, the bent waveguide bundles 70b, 70c, and 70d are referred to as (the bent waveguide bundles 7
0b, 70c, in mind also possible to suppress an increase in circuit length due 70d) using appropriate eight optical switching stages # 1 to
# It is a feature that is disposed on the substrate size is limited to 8.

【0078】図7(b),(c)は、前記各光スイッチ
段#1#8における、2×2光スイッチ要素の配置図
である。図7(b),(c)において、SLUは図1の
導波型変形2×2光スイッチが配置されている領域で
あり、SW1は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ
要素が上下同じ向きで配置されている領域であり、SW
2は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上下
逆向きで配置されている領域である。図7(a)におい
て、光スイッチ段#1,#3,#5,#7には図7
(b)に示す構成の光スイッチ段が配置されており、光
スイッチ#2,#4,#6,#8には図7(c)に示
す構成の光スイッチ段が配置されている。
FIGS. 7B and 7C are layout diagrams of 2 × 2 optical switch elements in each of the optical switch stages # 1 to # 8. In FIG. 7 (b), (c) , SLU is a region where waveguides shape modification 2 × 2 optical switch of FIG. 1 is disposed, SW1 is the 2 × 2 optical switch of a conventional double gate type This is the area where the elements are arranged in the same direction up and down.
Reference numeral 2 denotes a region where a conventional double gate type 2 × 2 optical switch element is arranged upside down. In FIG. 7A, optical switch stages # 1, # 3, # 5, and # 7 have
The optical switch stages having the configuration shown in FIG. 7B are arranged, and the optical switch stages having the configuration shown in FIG. 7C are arranged in the optical switch stages # 2, # 4, # 6, and # 8.

【0079】導波路の入力端子と出力端子が対向した配
置では、本実施形態3の光スイッチ段#1#8のレイ
アウトが回路長が最短(29cm)となるレイアウトで
あった。ちなみに、2重ゲート型の2×2光スイッチ要
素を用いて前述の従来図11に示すような接続による通
常のマトリクス光スイッチを4インチのシリコン基板上
に作製した場合(回路レイアウトは実施形態4に似たレ
イアウト)は回路長(光路長)は約60cm程度であっ
たので、本実施形態3のレイアウトは、これと比較して
回路長を2分の1以下にすることができた。
In the arrangement in which the input terminal and the output terminal of the waveguide face each other, the layout of the optical switch stages # 1 to # 8 of the third embodiment has the shortest circuit length (29 cm). Incidentally, in the case where a normal matrix optical switch by the connection as shown in FIG. 11 is formed on a 4-inch silicon substrate using a double gate type 2 × 2 optical switch element (the circuit layout is the fourth embodiment). Since the circuit length (optical path length) was about 60 cm, the layout of the third embodiment could reduce the circuit length to half or less.

【0080】本実施形態3の8×8マトリクス光スイッ
チは、厚さ1mm直径4インチのシリコン基板上に作製
した。チップサイズは68mm×68mmであった。そ
の他の回路緒言や回路・モジュール作製方法は実施形態
1のものと同じである。
The 8 × 8 matrix optical switch of the third embodiment was fabricated on a silicon substrate having a thickness of 1 mm and a diameter of 4 inches. The chip size was 68 mm × 68 mm. Other circuit introductions and circuit / module manufacturing methods are the same as those of the first embodiment.

【0081】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0.45W程度であ
った。各光スイッチ要素は動作に2個の薄膜ヒータを駆
動し、同時にオン(ON)状態として動作する光スイッ
チ要素の数は最大8個であるので、全消費電力は最大
0.45W×2×8=7.2W程度であった。
The operation of the 8 × 8 switch was confirmed by appropriately selecting the thin film heater to be supplied with electric power. The power consumption of each thin film heater required for the switch operation was about 0.45 W. Each optical switch element drives two thin-film heaters for operation, and the number of optical switch elements that operate simultaneously in the ON state is up to eight, so that the total power consumption is up to 0.45 W × 2 × 8. = 7.2W.

【0082】マトリクス光スイッチ全体としての消光比
は、50dB程度と非常に優れた値が得られた。マトリ
クス光スイッチ全体としての損失値は光ファイバー接続
損失を含めて4〜5dBであり、非常に低損失な値が得
られた。ちなみに、前述の従来例の場合は、損失値は光
ファイバー接続損失を含めて7〜8dBであったので、
本実施形態の回路では、損失値は4割以上減少した。
The extinction ratio of the matrix optical switch as a whole was as excellent as about 50 dB. The loss value of the entire matrix optical switch was 4 to 5 dB including the optical fiber connection loss, and a very low loss value was obtained. Incidentally, in the case of the above-mentioned conventional example, since the loss value was 7 to 8 dB including the optical fiber connection loss,
In the circuit of the third embodiment, the loss value has decreased by 40% or more.

【0083】本実施形態3では、入力端子と出力端子を
対向させるために、光スイッチ段#1と入力端子の間、
光スイッチ段#8と出力端子の間に曲がり導波路束を用
いたが、光スイッチ段#1と入力端子の間、光スイッチ
#8と出力端子の間に直線導波路束を用いて入力端を
同一のチップ辺上に設けても、もちろん構わない。
In the third embodiment, in order to make the input terminal and the output terminal face each other, the position between the optical switch stage # 1 and the input terminal is
Although a bent waveguide bundle is used between the optical switch stage # 8 and the output terminal, the optical switch stage
Of course, the input end may be provided on the same chip side using a linear waveguide bundle between the stage # 8 and the output terminal.

【0084】(実施形態4) 図8は、本発明のマトリクス光スイッチの実施形態4と
しての8×8マトリクス光スイッチの全体配置である。
本実施形態4は、光スイッチの全体的な配置が異なる
こと以外は、基本的には実施形態3と同様である。本実
施形態4は、曲がり導波路束を適宜用いてチップサイズ
が最小になることを最優先にして、8個の光スイッチ段
が限られた基板サイズ上に配置されていることが特徴で
あり、これが実施形態3と異なる。
(Embodiment 4) FIG. 8 shows the overall arrangement of an 8 × 8 matrix optical switch as Embodiment 4 of the matrix optical switch of the present invention.
Embodiment 4 is basically the same as Embodiment 3 except that the overall arrangement of the optical switch stages is different. The fourth embodiment is characterized in that eight optical switch stages are arranged on a limited substrate size with the priority given to minimizing the chip size by appropriately using a bent waveguide bundle. This is different from the third embodiment.

【0085】本実施形態4の8×8マトリクス光スイッ
チは、厚さ1mm直径4インチのシリコン基板上に作製
した。チップサイズは65×55mmであった。
The 8 × 8 matrix optical switch of the fourth embodiment was manufactured on a silicon substrate having a thickness of 1 mm and a diameter of 4 inches. The chip size was 65 × 55 mm.

【0086】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0.45W程度であ
った。各光スイッチ要素は動作に2個の薄膜ヒータを駆
動し、同時にON状態として動作する光スイッチ要素の
数は最大8個であるので、全消費電力は最大0.45W
×2×8=7.2W程度であった。
The operation of the 8 × 8 switch was confirmed by appropriately selecting the thin film heater to be supplied with electric power. The power consumption of each thin film heater required for the switch operation was about 0.45 W. Each optical switch element drives two thin-film heaters for operation, and the maximum number of optical switch elements that operate simultaneously in the ON state is eight, so that the total power consumption is 0.45 W at maximum.
× 2 × 8 = about 7.2 W.

【0087】マトリクス光スイッチ全体としての消光比
は、50dB程度と非常に優れた値が得られた。マトリ
クス光スイッチとしての損失値は光ファイバー接続損失
を含めて5〜6dBであり、非常に低損失な値が得られ
た。
The extinction ratio of the matrix optical switch as a whole was as excellent as about 50 dB. The loss value of the matrix optical switch was 5 to 6 dB including the connection loss of the optical fiber, and a very low loss value was obtained.

【0088】さて、本発明の実施形態1〜4では交差導
波路における交差角を30度としたが、次にこの交差角
の設定について考察する。
In the first to fourth embodiments of the present invention, the intersection angle in the intersection waveguide is set to 30 degrees. Next, the setting of the intersection angle will be considered.

【0089】用いる光導波路の比屈折率差や導波路のコ
アサイズによっても変化するが、一般に交差角が20度
以上であれば、2本の光導波路間のクロストークは、光
の直進性により実用上無視できる。前記実施形態で採用
した30度の交差角の場合、クロストークは−60dB
程度となり小さく、また、交差導波路での損失も0.1
dB程度と軽微である。一般に交差導波路のクロストー
クと損失は交差角が90度に近づく程改善されるが、交
差角を大きくとると交差導波路前後の導波路展開部の占
有面積が増し光スイッチ要素のサイズが大きくなる傾向
があるので、マトリクス光スイッチ所要性能や光導波路
の許容曲げ半径などを勘案して決定することが望まし
い。
The crosstalk between the two optical waveguides depends on the straightness of light, although it varies depending on the relative refractive index difference of the optical waveguide used and the core size of the waveguide. Practically negligible. In the case of the crossing angle of 30 degrees adopted in the above embodiment, the crosstalk is -60 dB.
And the loss in the cross waveguide is 0.1.
It is slight, on the order of dB. In general, the crosstalk and the loss of the crossed waveguide are improved as the crossing angle approaches 90 degrees, but if the crossing angle is increased, the area occupied by the waveguide development part before and after the crossed waveguide increases, and the size of the optical switch element increases. Therefore, it is desirable to determine in consideration of the required performance of the matrix optical switch, the allowable bending radius of the optical waveguide, and the like.

【0090】また、前記実施形態1〜4では信号光波長
が1.55μmの場合を扱ったが、本発明のレイアウト
は、他の波長、例えば、1.3μm波長等にも適用でき
る。
In the first to fourth embodiments, the signal light wavelength is 1.55 μm. However, the layout of the present invention can be applied to other wavelengths, for example, 1.3 μm wavelength.

【0091】また、前記実施形態1〜4ではシリコン基
板上の石英系ガラスを基本とするマトリクス光スイッチ
について説明したが、マッハツェンダー光干渉計回路型
の光スイッチ要素を構成し得る他材料、例えば、高分子
光導波路やイオン拡散型導波路、更には、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
導波路などにも、本発明を適用することができる。
In the first to fourth embodiments, a matrix optical switch based on quartz glass on a silicon substrate has been described. However, other materials that can constitute a Mach-Zehnder optical interferometer circuit type optical switch element, for example, The present invention can be applied to a polymer optical waveguide, an ion diffusion waveguide, and a lithium niobate-based optical waveguide provided with an optical phase shifter using an electro-optic effect.

【0092】特に、高分子光導波路は、熱光学効果が石
英系導波路と比べて10倍程度と大きいので、図2
(b),(c),(d)に示したようなY分岐導波路に
よる1×2光スイッチや2×1光スイッチを構成するこ
とが容易にできる。この場合、図1の導波型変形2×
2スイッチを、図2(a)に示したように前記1×2光
スイッチや2×1光スイッチで構成することができる。
In particular, since the polymer optical waveguide has a thermo-optic effect that is about 10 times as large as that of a quartz-based waveguide,
It is easy to configure a 1 × 2 optical switch or a 2 × 1 optical switch using a Y-branch waveguide as shown in (b), (c), and (d). In this case, waveguides shape modification 2 × in FIG. 1
2 switch can be constituted by the 1 × 2 optical switches and the 2 × 1 optical switch as shown in FIG. 2 (a).

【0093】図2(a)はY分岐光導波路を含む導波路
型変形2×2光スイッチの平面図、図2(b)はY分岐
光導波路の拡大平面図、図2(c)は図2(b)に示す
A-A’線に沿って切った断面図、図2(d)は図2
(b)に示すB-B’線に沿って切った断面図である。
図2において、1はシリコン基板、45は高分子クラッ
ド層、40はY分岐光導波路、41,42,43は高分
光導波路コア、44a,44bは薄膜ヒータ、30
は導波路展開部である。
[0093]FIG.(A) is a waveguide including a Y-branch optical waveguide
Mold deformation 2 × 2 light switchChi'sPlan view,FIG.(B) is Y branch
Enlarged plan view of an optical waveguide,FIG.(C)FIG.Shown in (b)
Sectional view taken along line A-A ',FIG.(D)FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected along the B-B 'line shown to (b).
In FIG. 2, 1HaRecon board, 45 is a polymer crack
Layer, 40 is a Y-branch optical waveguide, 41, 42, 43 are high
ChildsystemThe optical waveguide cores, 44a and 44b are thin film heaters, 30
Is a waveguide development part.

【0094】また、ニオブ酸リチウム系光導波路は、大
きな電気光学効果を持つため、一般的に良く知られてい
るように図3(b),(c),(d)に示したような方
向性結合器による1×2光スイッチや2×1光スイッチ
を構成することが容易にできる。この場合、図1の導波
型変形2×2スイッチを、図3(a)に示したように
前記1×2光スイッチや2×1光スイッチで構成するこ
とができる。
Further, since the lithium niobate-based optical waveguide has a large electro-optic effect, the direction shown in FIGS. 3B, 3C and 3D is generally well known. A 1 × 2 optical switch or 2 × 1 optical switch using a sex coupler can be easily configured. In this case, the waveguide shown in FIG.
The road shape modification 2 × 2 switches can be constituted by the 1 × 2 optical switches and the 2 × 1 optical switch as shown in FIG. 3 (a).

【0095】図3(a)は方向性結合器を含む導波路型
変形2×2光スイッチの平面図、図3(b)は方向性結
合器の拡大平面図、図3(c)は図3(b)に示すA-
A’線に沿って切った断面図、図3(d)は図3(b)
に示すB-B’線に沿って切った断面図である。図3に
おいて、60は方向性結合器、61,62はニオブ酸リ
チウム系光導波路コア、63a,63bは電圧加電
極、64は絶縁膜、65はニオブ酸リチウム基板、30
は導波路展開部である。
[0095] 3 (a) is a plan view of a waveguide-type deformation the 2 × 2 optical switch including a directional coupler, and FIG. 3 (b) is an enlarged plan view of a directional coupler, FIG. 3 (c) A- shown in FIG.
Section taken along A 'line, and FIG. 3 (d) FIG. 3 (b)
FIG. 3 is a sectional view taken along line BB ′ shown in FIG. 3, 60 is a directional coupler, 61 and 62 lithium niobate-based optical waveguide core, 63a, 63 b are voltage application pressure electrode, 64 denotes an insulating film, 65 is a lithium niobate board, 30
Is a waveguide development part.

【0096】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、
前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論で
ある。
As described above, the invention made by the present inventor is:
Although specifically described based on the embodiment, the present invention
It is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the scope of the invention.

【0097】[0097]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0098】(1)高消光比が得られる2重ゲート型光
スイッチ要素を用いながらも、従来の構成のマトリクス
スイッチと比べて、大幅な回路長(光路長)短縮を行う
ことができ、かつ、挿入損失の低減を図ることができ
る。
(1) The circuit length (optical path length) can be greatly reduced as compared with a matrix switch having a conventional configuration, even though a double gate type optical switch element capable of obtaining a high extinction ratio is used. In addition, the insertion loss can be reduced.

【0099】(2)本願発明の導光路型変形2×2光ス
イッチは、前記導光路型マトリクス光スイッチの基本構
成要素となるばかりでなく、2連の導光路型2×2光ス
イッチとして使用する場合も、従来の導光路型2×2光
スイッチの並列配置より小型化することができる。
(2) The light guide type modified 2 × 2 optical switch of the present invention is used not only as a basic component of the light guide type matrix optical switch but also as a double light guide type 2 × 2 optical switch. In this case, the size can be reduced as compared with the conventional light guide type 2 × 2 optical switch arranged in parallel.

【0100】(3)高消光比で、かつ、挿入損失である
マトリクス光スイッチを実用化する上できわめて効果的
である。
(3) It is extremely effective in putting a matrix optical switch having a high extinction ratio and an insertion loss into practical use.

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

【図1】本発明の実施形態1の導波路型変形2×2光ス
イッチをマッハツェンダー干渉計で構成した場合の拡大
平面配置図及び断面図である。
FIG. 1 is an enlarged plan layout view and a cross-sectional view when a waveguide-type modified 2 × 2 optical switch according to a first embodiment of the present invention is configured by a Mach-Zehnder interferometer.

【図2】本実施形態1の導波路型変形2×2光スイッチ
をY分岐光導波路で構成した場合の拡大平面配置図及び
断面図である。
FIGS. 2A and 2B are an enlarged plan layout view and a cross-sectional view when the waveguide-type modified 2 × 2 optical switch according to the first embodiment is configured by a Y-branch optical waveguide.

【図3】本実施形態1の導波路型変形2×2光スイッチ
を方向性結合器で構成した場合の拡大平面図及び断面図
である。
FIGS. 3A and 3B are an enlarged plan view and a cross-sectional view when the waveguide-type modified 2 × 2 optical switch according to the first embodiment is configured by a directional coupler.

【図4】本実施形態1の導波路型4×4マトリクス光ス
イッチの全体平面配置図である。
FIG. 4 is an overall plan layout view of the waveguide type 4 × 4 matrix optical switch of the first embodiment.

【図5】本実施形態1の導波路型6×6マトリクス光ス
イッチの全体平面配置図である。
FIG. 5 is an overall plan layout view of the waveguide type 6 × 6 matrix optical switch of the first embodiment.

【図6】本発明の実施形態2の導波路型5×5マトリク
ス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 6 is an overall plan view of a waveguide type 5 × 5 matrix optical switch according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態3の導波路型8×8マトリク
ス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 7 is an overall plan layout view of a waveguide type 8 × 8 matrix optical switch according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態4の導波路型8×8マトリク
ス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 8 is an overall plan layout view of a waveguide type 8 × 8 matrix optical switch according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】4×4マトリクス光スイッチの構成概念図であ
る。
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a 4 × 4 matrix optical switch.

【図10】従来の熱光学式4×4マトリクス光スイッチ
の全体平面配置図である。
FIG. 10 is an overall plan layout view of a conventional thermo-optical 4 × 4 matrix optical switch.

【図11】従来の2重ゲート形の2×2光スイッチ要素
の拡大平面図、その断面図及びこれを2個並列に配置し
た平面図である。
FIG. 11 is an enlarged plan view of a conventional double-gate type 2 × 2 optical switch element, a cross-sectional view thereof, and a plan view in which two of them are arranged in parallel.

【図12】従来のパス無依存型構成の4×4導波路型マ
トリクス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 12 is an overall plan layout view of a conventional 4 × 4 waveguide matrix optical switch having a path independent configuration.

【図13】本発明の対象の光スイッチがマトリクス構成
のスイッチになっていることを説明するための概念図で
ある。
FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating that an optical switch according to the present invention is a switch having a matrix configuration.

【図14】従来の2×2光スイッチの構成例を示す図で
ある。
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional 2 × 2 optical switch.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…石英系ガラスクラッド層、11
a-11b,21a-21b…石英系入力線導波路コア、
12a-12b,22a-22b…石英系出力線導波路コ
ア、13a-13b,23a-23b…石英系バイパス導
波路コア、14a,14b,15a,15b,24a,
24b,25a,25b…方向性結合器、16a,16
b,17a,17b,26a,26b,27a,27b
…薄膜ヒータ(位相シフタ)、18a,28a…第1マ
ッハツェンダー干渉計回路、18b,28b…第2マッ
ハツェンダー干渉計回路、19,29…2重ゲート型光
スイッチ要素内の入力線光導波路と出力線光導波路の交
差導波路、31a…スイッチ要素の出力端側のスイッチ
ブロック間で生じる入力線光導波路の交差導波路、32
b…スイッチ要素の入力端側のスイッチブロック間で生
じる出力線光導波路の交差導波路、30…導波路展開
部、40…Y分岐光導波路、41,42,43…高分子
系光導波路コア、44a,44b…薄膜ヒータ、1a-
1d,2a-2d〜4a-d…入力線光導波路、1c-
1b,2c-2b〜4c-b…出力線光導波路、S11
S44…2×2光スイッチ要素、SLU…導波路型変
形2×2光スイッチ、#1#8…光スイッチ段、51
a,51b,51c…スイッチ段間の交差導波路を構成
するための導波路展開部、SW1,SW2…従来の2重
ゲート型光スイッチ要素、60…方向性結合器、61,
62…ニオブ酸リチウム系光導波路コア、63a,63
b…電圧印加電極、64…絶縁膜、65…ニオブ酸リチ
ウム系基板、70a-70e,71a-71j…光導波路
束、70b70d,71b71i…曲がり導波路
束。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Quartz glass clad layer, 11
a-11b, 21a-21b ... quartz-based input line waveguide core,
12a-12b, 22a-22b: silica-based output line waveguide core; 13a-13b, 23a-23b: silica-based bypass waveguide core; 14a, 14b, 15a, 15b, 24a,
24b, 25a, 25b ... directional coupler, 16a, 16
b, 17a, 17b, 26a, 26b, 27a, 27b
... thin-film heaters (phase shifters), 18a, 28a ... first Mach-Zehnder interferometer circuits, 18b, 28b ... second Mach-Zehnder interferometer circuits, 19, 29 ... input line optical waveguides in a double gate type optical switch element Cross waveguides of output line optical waveguides, 31a... Cross waveguides of input line optical waveguides generated between switch blocks on the output end side of switch elements, 32
b: cross waveguide of the output line optical waveguide generated between the switch blocks on the input end side of the switch element, 30: waveguide development part, 40: Y branch optical waveguide, 41, 42, 43: polymer optical waveguide core , 44a, 44b ... thin film heater data, 1a-
1d, 2a-2d ~4 a- 4 d ... input line waveguide, 1C -
1b, 2c-2b ~4 c- 4 b ... output line optical waveguide, S11
~ S44 ... 2 × 2 optical switch elements, SLU ... waveguide modification 2 × 2 optical switch, # 1 to # 8 ... optical switch stage, 51
a, 51b, 51c: a waveguide developing section for forming a cross waveguide between switch stages; SW1, SW2: a conventional double-gate type optical switch element; 60, a directional coupler;
62: lithium niobate-based optical waveguide core, 63a, 63
b: voltage application electrode, 64: insulating film, 65: lithium niobate-based substrate, 70a-70e, 71a-71j: optical waveguide bundle, 70b - 70d, 71b - 71i: bent waveguide bundle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥野 将之 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 柳澤 雅弘 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 小野瀬 勝秀 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−51354(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/313 G02B 6/12 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masayuki Okuno 3-19-2 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Masahiro Yanagisawa 3-19 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. 2 Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Katsuhide Onose Inventor Nippon Telegraph and Telephone Corporation 3-9-1, Nishishinjuku 3-chome, Shinjuku-ku, Tokyo (56) References JP-A-6-51354 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/313 G02B 6/12 JICST file (JOIS)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1のバイパス光導波路と、前記第1の
バイパス光導波路について同じ側に配置される第1の入
力線光導波路および第1の出力線光導波路とから構成さ
れ、入力部を前記第1の入力線光導波路とし、出力部を
前記第1の入力線光導波路と前記第1のバイパス光導波
路とする第1の1×2光スイッチと、入力部を前記第1
の出力線光導波路と前記第1のバイパス光導波路とし、
出力部を前記第1の出力線光導波路とする第1の2×1
光スイッチとを有し、前記第1の入力線光導波路と前記
第1の出力線光導波路とが第1の交差部で交差する第1
の導波路型光スイッチと、 第2のバイパス光導波路と、前記第2のバイパス光導波
路について同じ側に配置される第2の入力線光導波路お
よび第2の出力線光導波路とから構成され、入力部を前
記第2の入力線光導波路とし、出力部を前記第2の入力
線光導波路と前記第2のバイパス光導波路とする第2の
1×2光スイッチと、入力部を前記第2の出力線光導波
路と前記第2のバイパス光導波路とし、出力部を前記第
2の出力線光導波路とする第2の2×1光スイッチとを
有し、前記第2の入力線光導波路と前記第2の出力線光
導波路とが第2の交差部で交差する第2の導波路型光ス
イッチとを備える導波路型光スイッチペアであって、 前記第1の交差部および前記第2の交差部は、前記第1
または第2の入力線光導波路、あるいは前記第1または
第2の出力線光導波路の直線部に平行な任意の線を挟ん
で対向するように配置され、 前記第1の入力線光導波路は、前記第1の1×2光スイ
ッチを構成した後に、前記第1の交差部で前記第1の出
力線光導波路と交差し、続いて第3の交差部で前記第2
の入力線光導波路と交差するように配置され、 前記第2の入力線光導波路は、前記第2の1×2光スイ
ッチを構成した後に、前記第2の交差部で前記第2の出
力線光導波路と交差し、続いて前記第3の交差部で前記
第1の入力線光導波路と交差するように配置され、 前記第1の出力線光導波路は、第4の交差部で前記第2
の出力線光導波路と交差し、続いて前記第1の交差部で
前記第1の入力線光導波路と交差した後に、前記第1の
2×1光スイッチを構成するように配置され、 前記第2の出力線光導波路は、前記第4の交差部で前記
第1の出力線光導波路と交差し、続いて前記第2の交差
部で前記第2の入力線光導波路と交差した後に、前記第
2の2×1光スイッチを構成するように配置され、 前記第1および第2のバイパス光導波路は、前記平行な
任意の線から最も遠い位置に配置され、 前記第1の1×2光スイッチ、前記第1の2×1光スイ
ッチ、前記第2の1×2光スイッチ、および前記第2の
2×1光スイッチは、前記各交差部を囲むように配置さ
れ、かつ、前記第1の1×2光スイッチと前記第2の1
×2光スイッチ、および前記第1の2×1光スイッチと
前記第2の2×1光スイッチとは、前記平行な任意の線
を挟んで対向するように配置されることを特徴とする導
波路型光スイッチペア。
A first bypass optical waveguide; a first bypass optical waveguide;
A first input disposed on the same side of the bypass optical waveguide;
A power line optical waveguide and a first output line optical waveguide.
Is, the input unit and the first input line optical waveguide, the output section
A first 1 × 2 optical switch according to claim 1 of the the input line optical waveguide first bypass waveguide, said first input unit
The output line optical waveguide and the first bypass optical waveguide,
A first 2 × 1 having an output section as the first output line optical waveguide;
An optical switch , wherein the first input line optical waveguide and the
A first output line optical waveguide intersects at a first intersection with a first output line optical waveguide;
Waveguide optical switch, a second bypass optical waveguide, and the second bypass optical waveguide.
A second input line optical waveguide and a second input line optical waveguide located on the same side of the path.
And a second output line optical waveguide, with the input section in front.
The second input line optical waveguide is used, and the output section is connected to the second input optical waveguide.
A second optical waveguide and a second bypass optical waveguide.
A 1 × 2 optical switch, and an input unit connected to the second output line optical waveguide.
Path and the second bypass optical waveguide, and the output section is the second bypass optical waveguide.
And a second 2 × 1 optical switch having two output line optical waveguides.
Having the second input line optical waveguide and the second output line light
A second waveguide type optical switch which intersects with the waveguide at a second intersection;
And a waveguide-type optical switch pair comprising a first switch and a second switch .
Or a second input line optical waveguide, or said first or
An arbitrary line parallel to the linear portion of the second output line optical waveguide is sandwiched.
, And the first input line optical waveguide is arranged to face the first 1 × 2 optical switch.
After the switch has been configured, the first intersection at the first intersection.
Intersects the field line optical waveguide, and then at the third intersection, the second
And the second input line optical waveguide is arranged to intersect with the second input line optical waveguide.
After the switch has been configured, the second exit at the second intersection.
Intersects the field line optical waveguide, and then at said third intersection
The first output line optical waveguide is disposed so as to intersect the first input line optical waveguide, and the second output line optical waveguide is disposed at a fourth intersection.
Intersects the output line optical waveguide of
After crossing the first input line optical waveguide, the first
Arranged to form a 2 × 1 optical switch, wherein the second output line optical waveguide is arranged at the fourth intersection.
Intersects a first output line optical waveguide followed by said second intersection
After intersecting the second input line optical waveguide at the section,
2 × 1 optical switches, wherein the first and second bypass optical waveguides are arranged in parallel.
The first 1 × 2 optical switch, the first 2 × 1 optical switch, disposed farthest from any line.
Switch, the second 1 × 2 optical switch, and the second
The 2 × 1 optical switch is arranged so as to surround each of the intersections.
And the first 1 × 2 optical switch and the second
× 2 optical switch, and the first 2 × 1 optical switch
The second 2 × 1 optical switch is any of the parallel arbitrary lines
Are arranged to face each other with the
Wave type optical switch pair.
【請求項2】 2M(Mは正の整数)本の入力線光導波
路及び2M本の出力線光導波路を少なくとも含む導波路
型マトリクス光スイッチであって、 各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路よりなる導
波路型2×2光スイッチと、前記請求項1に記載の導波
路型光スイッチペアとを備え、前記請求項1に記載の導波路型光スイッチペア をM個並
列に配置して第(2k−1)段(kは1以上M以下の整
数)を構成し、 前記導波路型2×2光スイッチ、(M−1)個の前記請
求項1に記載の導波路型光スイッチペア、前記導波路型
2×2光スイッチをこの順に並列に配置して第2k段を
構成し、 前記各段の間で前記2M本の入力線光導波路と前記2M
本の出力線光導波路の計4M本の光導波路を交差するこ
となく接続したことを特徴とする導波路型マトリクス光
スイッチ。
2. A waveguide type matrix optical switch including at least 2M (M is a positive integer) input line optical waveguides and 2M output line optical waveguides, each comprising one input line optical waveguide and an output. 2. A waveguide type 2 × 2 optical switch comprising a linear optical waveguide, and a waveguide according to claim 1.
And a M- type optical switch pair according to claim 1 arranged in parallel to form a (2k-1) -th stage (k is an integer of 1 or more and M or less). the waveguide-type 2 × 2 optical switch, (M-1) pieces of the請
2. The waveguide type optical switch pair according to claim 1, wherein said waveguide type 2 × 2 optical switch is arranged in parallel in this order to form a 2kth stage, and said 2M input line optical waveguides are provided between said stages. Wave path and the 2M
A waveguide type matrix optical switch, wherein a total of 4M optical waveguides of the output line optical waveguides are connected without crossing each other.
【請求項3】 2M(Mは正の整数)本の入力線光導波
路及び2M本の出力線光導波路を少なくとも含む導波路
型マトリクス光スイッチであって、 各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路よりなる導
波路型2×2光スイッチと、前記請求項1に記載の導波
路型光スイッチペアとを備え、前記請求項1に記載の導波路型光スイッチペア をM個並
列に配置して第2k段(kは1以上M以下の整数)を構
成し、 前記導波路型2×2光スイッチ、(M−1)個の前記請
求項1に記載の導波路型光スイッチペア、前記導波路型
2×2光スイッチをこの順に並列に配置して第(2k−
1)段を構成し、 前記各段の間で前記2M本の入力線光導波路と前記2M
本の出力線光導波路の計4M本の光導波路を交差するこ
となく接続したことを特徴とする導波路型マトリクス光
スイッチ。
3. A waveguide type matrix optical switch including at least 2M (M is a positive integer) input line optical waveguides and 2M output line optical waveguides, each comprising one input line optical waveguide and an output. 2. A waveguide type 2 × 2 optical switch comprising a linear optical waveguide, and a waveguide according to claim 1.
2. A waveguide type optical switch pair , wherein M waveguide type optical switch pairs according to claim 1 are arranged in parallel to form a 2k-th stage (k is an integer of 1 or more and M or less); type 2 × 2 optical switch, (M-1) pieces of the請
The waveguide type optical switch pair according to claim 1 and the waveguide type 2 × 2 optical switch are arranged in this order in parallel to form a (2k−
1) forming a stage, wherein the 2M input line optical waveguides and the 2M
A waveguide type matrix optical switch, wherein a total of 4M optical waveguides of the output line optical waveguides are connected without crossing each other.
【請求項4】 (2M−1)(Mは2以上の正の整数)
本の入力線光導波路及び(2M−1)本の出力線光導波
路を少なくとも含む導波路型マトリクス光スイッチであ
って、 各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路よりなる導
波路型2×2光スイッチと、前記請求項1に記載の導波
路型光スイッチペアとを備えた(2M−1)段のスイッ
チ段で構成され、 奇数番目のスイッチ段は、前記導波路型2×2光スイッ
チと(M−1)個の前記請求項1に記載の導波路型光ス
イッチペアをこの順に並列に配置して構成され、 偶数番目のスイッチ段は、(M−1)個の前記請求項1
に記載の導波路型光スイッチペアと前記導波路型2×2
光スイッチをこの順に並列に配置して構成され、 前記各段の間で前記(2M−1)本の入力線光導波路と
前記(2M−1)本の出力線光導波路の計2(2M−
1)本の光導波路を交差することなく接続したことを特
徴とする導波路型マトリクス光スイッチ。
4. (2M-1) (M is a positive integer of 2 or more)
A waveguide type matrix optical switch including at least one input line optical waveguide and (2M-1) output line optical waveguides, wherein each of the waveguide type matrix optical switch includes one input line optical waveguide and one output line optical waveguide. A × 2 optical switch and the waveguide according to claim 1.
And a road-type optical switch pair consists of (2M-1) stage switch stage, odd switch stage, the waveguide-type 2 × 2 optical switches and (M-1) pieces of the claims 1 The waveguide type optical switch described in
Itchipea a is configured by arranging in parallel in this order, the even-numbered switch stage, (M-1) pieces of the claims 1
And the waveguide type 2 × 2
Optical switches are arranged in this order in parallel, and a total of 2 (2M-1) input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides are provided between each stage.
1) A waveguide-type matrix optical switch, wherein the optical waveguides are connected without crossing each other.
【請求項5】 (2M−1)(Mは2以上の正の整数)
本の入力線光導波路及び(2M−1)本の出力線光導波
路を少なくとも含む導波路型マトリクス光スイッチであ
って、 各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路よりなる導
波路型2×2光スイッチと、前記請求項1に記載の導波
路型光スイッチペアとを備えた(2M−1)段のスイッ
チ段で構成され、 奇数番目のスイッチ段は、(M−1)個の前記請求項1
に記載の導波路型光スイッチペアと、前記導波路型2×
2光スイッチをこの順に並列に配置して構成され、 偶数番目のスイッチ段は、前記導波路型2×2光スイッ
チと、(M−1)個の前記請求項1に記載の導波路型光
スイッチペアをこの順に並列に配置して構成され、 前記各段の間で前記(2M−1)本の入力線光導波路と
前記(2M−1)本の出力線光導波路の計2(2M−
1)本の光導波路を交差することなく接続したことを特
徴とする導波路型マトリクス光スイッチ。
5. (2M-1) (M is a positive integer of 2 or more)
A waveguide type matrix optical switch including at least one input line optical waveguide and (2M-1) output line optical waveguides, wherein each of the waveguide type matrix optical switch includes one input line optical waveguide and one output line optical waveguide. A × 2 optical switch and the waveguide according to claim 1.
It consists of and a road type optical switch pairs (2M-1) stage switch stage, the odd-numbered switch stage, (M-1) pieces of the claims 1
And the waveguide type 2 ×
The two-optical switch is arranged in parallel in this order, and the even-numbered switch stages include the waveguide-type 2 × 2 optical switch and (M−1) waveguide-type optical switches according to claim 1.
A switch pair is arranged in this order in parallel, and a total of 2 (2M−1) of the (2M−1) input line optical waveguides and the (2M−1) output line optical waveguides is provided between the respective stages.
1) A waveguide-type matrix optical switch, wherein the optical waveguides are connected without crossing each other.
【請求項6】 前記導波路型2×2光スイッチは、1本
の入力線光導波路と1本の出力線光導波路と1本のバイ
パス光導波路よりなり、 入力部を前記入力線光導波路、出力部を前記入力線光導
波路及び前記バイパス光導波路とする第3の1×2光ス
イッチと、 入力部を前記出力線光導波路及び前記バイパス光導波
路、出力部を前記出力線光導波路とする第3の2×1光
スイッチで構成され、 前記第3の1×2光スイッチと前記第3の2×1光スイ
ッチの間で前記入力線光導波路と前記出力線光導波路が
交差している導波路型2×2光スイッチであることを特
徴とする請求項2ないし請求項5のいずれか1項に記載
導波路型マトリクス光スイッチ。
6. The waveguide type 2 × 2 optical switch comprises one switch.
Input line optical waveguide, one output line optical waveguide and one
A path optical waveguide, the input part being the input line optical waveguide, and the output part being the input line optical waveguide.
Waveguide and a third 1 × 2 optical waveguide as the bypass optical waveguide.
A switch, and an input unit, the output line optical waveguide and the bypass optical waveguide.
Third 2 × 1 light whose path and output section are the output line optical waveguide
And a third 1 × 2 optical switch and a third 2 × 1 optical switch.
Between the input line optical waveguide and the output line optical waveguide.
Specially, it is a crossed waveguide type 2 × 2 optical switch.
The method according to any one of claims 2 to 5, wherein
Waveguide type matrix optical switch.
【請求項7】 前記第1ないし第3の1×2光スイッ
チ、および前記第1ないし第3の2×1光スイッチは、
2本の光導波路が2箇所で近接して2個の方向性結合器
を構成し、かつ、スイッチ駆動端子を備えたマッハツェ
ンダー干渉計回路であることを特徴とする請求項6に記
載の導波路型マトリクス光スイッチ。
7. The first to third 1 × 2 optical switches.
H, and the first to third 2 × 1 optical switches are:
Two optical waveguides are close at two places and two directional couplers
And Machze with switch drive terminals
7. An interferometer circuit according to claim 6,
Placing waveguide type matrix optical switch.
【請求項8】 前記第1ないし第3の1×2光スイッ
チ、および前記第1ないし第3の2×1光スイッチは、
スイッチ駆動端子を備えたY分岐型スイッチであること
を特徴とする請求項6に記載の導波路型マトリクス光ス
イッチ。
8. The first to third 1 × 2 optical switches.
H, and the first to third 2 × 1 optical switches are:
Be a Y-branch switch with switch drive terminals
The waveguide type matrix optical switch according to claim 6, wherein:
【請求項9】 前記第1ないし第3の1×2光スイッ
チ、および前記第1ないし第3の2×1光スイッチは、
2本の光導波路が1箇所で近接し、かつスイッチ駆動端
子を備えた方向性結合器であることを特徴とする請求項
6に記載の導波路型マトリクス光スイッチ。
9. The first to third 1 × 2 optical switches.
H, and the first to third 2 × 1 optical switches are:
Two optical waveguides are close to each other at one location, and a switch driving end
A directional coupler having a directional coupler.
7. The waveguide type matrix optical switch according to item 6 .
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