JP4748514B2

JP4748514B2 - 波長選択スイッチ

Info

Publication number: JP4748514B2
Application number: JP2005221235A
Authority: JP
Inventors: 一孝奈良; 礼高松原; 功紀佐藤
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: JP2007034202A

Description

本発明は、例えば光通信分野において、フォトニックネットワークに適用される波長選択スイッチに関するものである。

近年、各種光スイッチへの要求が高まってきている。中でも、任意の波長を選択して入力したり出力したりすることが可能な波長選択スイッチは、今後の波長ルーティングを用いた次世代超高速フォトニックネットワーク構築の上では欠かせない光デバイスである。

波長選択スイッチの例として、例えば、図７に示すように、基板２１上に、石英ガラスで構成される光導波回路を形成してなるアドドロップマルチプレクサが報告されている（例えば、非特許文献１、参照。）。

このアドドロップマルチプレクサは、１つの光入力ポート７に接続された１本の光入力側の導波路１２と、１つの光出力ポート８に接続された１本の光出力側の導波路１６と、２つのアレイ導波路回折格子１１（１１ａ，１１ｂ）と、半波長板１８と、波長数分の２×２光スイッチ１３と、波長数分の光ドロップポート９と、波長数分の光アドポート１０とから形成されている。

なお、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）１１の光導波回路は、例えば図６に示すように、入力光の数以上の光入力導波路２２と、該光入力導波路２２の出力側に接続された第１スラブ導波路２３と、該第１スラブ導波路２３の出力側に接続されたアレイ導波路２４と、該アレイ導波路２４の出力側に接続された第２スラブ導波路２５と、該第２スラブ導波路２５の出力側に接続された出力光の数以上の光出力導波路２６とを有している。

前記アレイ導波路２４は、第１のスラブ導波路２３から導出された光を伝搬するものであり、複数のチャンネル導波路４０を並設して形成されている。隣り合うチャンネル導波路４０の長さは互いに設定量（ΔＬ）異なっており、アレイ導波路回折格子１１における位相部分を形成している。

なお、アレイ導波路２４を構成するチャンネル導波路４０は、通常、例えば１００本といったように多数設けられるが、同図においては、図の簡略化のために、これらのチャンネル導波路４０の本数を簡略的に示してある。

アレイ導波路回折格子１１は、例えば、１本の光入力導波路２２に、波長λ１、λ２、λ３、・・・λｎを持った波長多重光を導入すると、この波長多重光は、光入力導波路２２を通って第１のスラブ導波路２３に導入され、その回折効果によって広がってアレイ導波路２４に入射し、アレイ導波路２４を伝搬する。

このアレイ導波路２４を伝搬した光は、第２のスラブ導波路２５に達し、さらに、光出力導波路２６に集光されて出力されるが、アレイ導波路２４の全てのチャンネル導波路４０の長さが互いに異なることから、アレイ導波路２４を伝搬した後に個々の光の位相にずれが生じ、このずれ量に応じて集束光の波面が傾き、この傾き角度により集光する位置が決まる。

そのため、波長の異なった光の集光位置は互いに異なることになり、その位置に光出力導波路２６を形成することによって、波長の異なった光を波長ごとに異なる光出力導波路２６から出力する波長分波機能を有する。

また、アレイ導波路回折格子は、光回路の相反性（可逆性）の原理を利用しているため、波長分波機能と共に、波長合波機能も有している。すなわち、上記とは逆に、各光出力導波路２６から互いに波長が異なる例えば波長λ１、λ２、λ３、・・・λｎの複数の光を入射させると、これらの光は、上記と逆の伝搬経路を通り、第２のスラブ導波路２５とアレイ導波路２４と第１のスラブ導波路２３とによって合波され、１本の光入力波路２２から出射される。

図７に示したアドドロップマルチプレクサは、アレイ導波路回折格子１１ａ，１１ｂの光入力導波路２２をそれぞれ１本として、アレイ導波路回折格子１１ａの光入力導波路２２を前記光入力側の導波路１２と兼用し、アレイ導波路回折格子１１ｂは光出力導波路２６側から光が入力されるように接続して、光入力導波路２２を前記光出力側の導波路１６と兼用している。また、前記光スイッチ１３は、光導波路３８とヒータ３９とを有し、ヒータ３９に電流を流してヒータ３９が介設されている光導波路３８の温度を局所的に可変制御し、光の経路を可変するスイッチである。なお、図７においても、アレイ導波路回折格子１１は簡略化して示している。

図７に示すアドドロップマルチプレクサは、光入力ポート７から入力された光を、入力側のアレイ導波路回折格子１１ａで波長ごとに（例えば１６波に）分波した後、それぞれの分波波長光の光進行経路を、２×２光スイッチ１３により光ドロップポート９もしくは光出力ポート８へ切り替えて伝搬させる。また、アドポート１０から加えられる光も同様に、前記２×２光スイッチ１３による光進行経路の切り替えによって、出力側のアレイ導波路回折格子１１ｂの対応する光入力導波路２６端に入力され、アレイ導波路回折格子１１ｂで合波されて光出力ポート８から出力される。

また、別の例として、例えば図８に示すように、複数のマッハツェンダ光干渉計回路１７と複数のアレイ導波路回折格子１１とを組み合わせた波長選択スイッチが報告されており、この波長選択スイッチも、基板２１上に石英ガラスで構成される光導波回路を用いて実現されている。（例えば、非特許文献２、参照。）。

なお、同図において、アレイ導波路回折格子１１とマッハツェンダ光干渉計回路１７のそれぞれの構成を省略して示しているが、マッハツェンダ光干渉計回路１７は、周知の如く、２本の並設された光導波路を近接してなる方向性結合器を光導波路の長手方向に互いに間隔を介して複数配置して形成されており、アレイ導波路回折格子１１は、図６に示したような構成において、入力側のアレイ導波路回折格子１１ａは光入力導波路２２を１本有し、出力側のアレイ導波路回折格子１１ｂは光出力導波路２６を１本有している。

図８に示す波長選択スイッチは、アレイ導波路回折格子１１とマッハツェンダ光干渉計回路１７の位相部分の設定を適切に選択することにより、１つの光入力ポート７から例えば５波長λ１，λ２、λ３、λ４，λ５を入力したときに、これらの波長の光のうち、任意の波長の光（それぞれの光出力ポート８に予め定めた設定波長光）を４つの光出力ポート８から、それぞれ出力することができる。

才田他、「アサーマル型１６チャンネル光アドドロップマルチプレクサ」電子情報通信学会ソサエティ大会Ｃ−１１１，１９９９．鈴木他、「トランスバーサル構成による空間・波長選択スイッチ」電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−６６，２００４．

しかしながら、図７に示したアドドロップマルチプレクサは、１つの光ドロップポート９から出力できる光の波長は、アレイ導波路回折格子１１ａで分波した１つの分波波長光のみであり、また、１つのアドポート１０から入力できる光の波長も１つの波長のみであり、ドロップ（抽出）したりアド（追加）したりする波長の選択の自由度が非常に小さいといった問題があった。

また、図８に示したマッハツェンダ光干渉計回路１７とアレイ導波路回折格子１１とを組み合わせた波長選択スイッチは、任意の１ポートに対し、任意の複数波長が選択できるが、その光回路の構成上、波長を外部から追加することができないといった問題がある。

次世代のフォトニクスネットワーク構築の上で、光アドポートや光ドロップポートの数および、これらのポートを用いての合波や分波の波長数の任意性はシステムの柔軟性を向上させる上で非常に重要である。

本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、任意波長の光を必要に応じ、所望のポートから、入力したり、追加（追加入力）したり、抽出（抽出出力）したり、出力したりすることができる波長選択スイッチを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、１つの光入力ポートと、１つの光出力ポートと、ｎ（ｎは１以上の整数）個の光アドポートと、ｍ（ｍは１以上の整数）個の光ドロップポートとを有し、前記光入力ポート側と前記光アドポート側にはそれぞれ、互いに異なる複数波長を持った光波を互いに異なる波長のｊ（ｊは２以上の整数）個の光波に分波する機能を備えた１×ｊ波長分波器が設けられ、前記光出力ポート側と前記光ドロップポート側にはそれぞれ、互いに異なる波長を持ったｊ個の光波を１つの光波に合波する機能を備えたｊ×１波長合波器が設けられており、前記光入力ポート側に設けられた１×ｊ波長分波器の出力部側にはそれぞれ該１×ｊ波長分波器が分波して出力する分波波長光の光進行経路を前記ｍ個の光ドロップポートと前記光出力ポートとのうちの予め波長ごとに設定される設定ポート側に導く１×（ｍ＋１）光スイッチが設けられ、前記光出力ポート側に設けられたｊ×１波長合波器の入力部側にはそれぞれ前記光入力ポート側と前記アドポート側の前記１×ｊ波長分波器でそれぞれ分波されて出力される分波波長光のうち予め設定される設定波長光の光進行経路を前記光出力ポート側に導く（ｎ＋１）×１光スイッチが設けられており、前記１×（ｍ＋１）光スイッチは、並設された（ｍ＋１）本の光導波路を有し、該（ｍ＋１）本の光導波路の互いに隣接する２本毎にそれぞれ隣接する光導波路同士を近接して形成された２個の方向性結合器が互いに光導波路の長手方向に位相部分を介在させて配置され、前記（ｎ＋１）×１光スイッチは、並設された（ｎ＋１）本の光導波路を有し、該（ｎ＋１）本の光導波路の互いに隣接する２本毎にそれぞれ隣接する光導波路同士を近接して形成された２個の方向性結合器が互いに光導波路の長手方向に位相部分を介在させて配置され、前記１×（ｍ＋１）光スイッチと（ｎ＋１）×１光スイッチは、それぞれ前記各位相部分に熱を加え光導波路の屈折率の上昇による位相変化により光進行経路の切り替え制御を行う制御手段を有し、前記光入力ポート側の１×ｊ波長分波器のｊ個の各光出力端毎に１対１に対応させてそれぞれ１×（ｍ＋１）光スイッチの光入力端が接続され、前記各１×（ｍ＋１）光スイッチ毎にその互いに異なる各光出力端がｍ個の各光ドロップポート側に設けられている前記ｊ×１波長合波器の互いに異なる各光入力端に１対１に対応させて接続され、また、光出力ポート側のｊ×１波長合波器のｊ個の各光入力端に１対１に対応させてｊ個の前記（ｎ＋１）×１光スイッチの各光出力端が接続され、各（ｎ＋１）×１光スイッチ毎にその互いに異なる各光入力端がｎ個の各光アドポート側にそれぞれ設けられている各１×ｊ波長分波器の互いに異なる各光出力端に１対１に対応させて接続されており、さらに、前記ｊ個の１×（ｍ＋１）光スイッチと前記ｊ個の（ｎ＋１）×１光スイッチは互いに異なる１対１の組み合わせで、前記１×（ｍ＋１）光スイッチの光出力端の１つが前記（ｎ＋１）×１光スイッチの１つの光入力端に１対１に対応させて接続されている構成をもって課題を解決する手段としている。

さらに、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記１×ｊ波長分波器とｊ×１波長合波器はそれぞれ、入力光の数以上の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１スラブ導波路と、該第１スラブ導波路の出力側に接続されて互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２スラブ導波路と、該第２スラブ導波路の出力側に接続された出力光の数以上の光出力導波路とを有するアレイ導波路回折格子の光導波回路を基板上に形成してなることを特徴とする。

さらに、第３の発明は、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記１×（ｍ＋１）光スイッチと（ｎ＋１）×１光スイッチと１×ｊ波長分波器とｊ×１波長合波器はそれぞれ光導波回路を有して、該光導波回路が１つの基板上に集積形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、光入力ポートと光アドポートには、それぞれ、互いに異なる複数波長を持った光波を互いに異なる波長のｊ（ｊは２以上の整数）個の光波に分波する機能を備えた１×ｊ波長分波器が設けられているので、光入力ポートや光アドポートに波長多重光が入力されると、この波長多重光を１×ｊ波長分波器によって互いに異なる波長のｊ個の光波に分波できる。

そして、本発明は、光入力ポート側に設けられた１×ｊ波長分波器の分波波長光の光進行経路を、１×ｊ波長分波器の出力部側にそれぞれ設けられた１×（ｍ＋１）光スイッチによって、ｍ個の光ドロップポートと光出力ポートとのうちの予め波長ごとに設定される設定ポート側に導くことができる。

また、光出力ポート側と光ドロップポート側にはそれぞれ、互いに異なる波長を持ったｊ個の光波を１つの光波に合波する機能を備えたｊ×１波長合波器が設けられているので、光ドロップポート側に導かれた前記分波波長光を、光ドロップポート側に設けられたｊ×１波長合波器によって合波して出力できる。

一方、光出力ポート側に設けられたｊ×１波長合波器の入力部側にはそれぞれ（ｎ＋１）×１光スイッチが設けられているので、光入力ポート側と光アドポート側の１×ｊ波長分波器でそれぞれ分波されて出力される分波波長光のうち予め設定される設定波長光の光進行経路を前記光出力ポート側に導き、該光出力ポート側に設けられたｊ×１波長合波器によって合波して出力できる。

つまり、本発明によれば、光ドロップポートの個数ｎ、光アドポートの個数ｍ、波長分波器の分波数ｊおよび波長合波器の合波数ｊを適宜設定し、また、波長分波器による分波波長や波長合波器による合波波長を適宜設定することにより、光入力ポートや光アドポートから、例えば波長多重光等の複数波長をもった光を入力すると、これらの波長光のうち、所望の波長の光を、それぞれ、１つ以上、光ドロップポートと光出力ポートのうちの所望のポートに導き、選択的に出力することができる。

つまり、本発明は、光アドポートや光ドロップポートの数および、これらのポートを用いての合波や分波の波長を適宜決定して、任意波長の１つ以上の光を、必要に応じて、入力したり、追加したり、抽出したり、出力したりすることができる波長選択スイッチを実現できる。

また、本発明において、１×（ｍ＋１）光スイッチと（ｎ＋１）×１光スイッチは、基板上に形成された光導波回路と該光導波回路に熱変動を加えて光進行経路の切り替え制御を行う制御手段を有しているので、１×（ｍ＋１）光スイッチと（ｎ＋１）×１光スイッチを非常に簡単な構成で、かつ、的確に動作可能な光スイッチとすることができる。そのため、任意波長の光の入力、追加、抽出、出力が可能な優れた波長選択スイッチを容易に低コストで実現できる。

さらに、本発明において、１×ｊ波長分波器とｊ×１波長合波器はそれぞれアレイ導波路回折格子の光導波回路を基板上に形成してなる構成によれば、アレイ導波路回折格子は優れた波長合分波機能（波長分波機能と波長合波機能）を有するので、波長分波特性が優れた１×ｊ波長分波器や波長合波特性が優れたｊ×１波長合波器を、アレイ導波路回折格子によって容易に、かつ、的確に実現でき、任意波長の光の入力、追加、抽出、出力が可能な優れた波長選択スイッチをより一層容易に、かつ、低コストで実現できる。

さらに、本発明において、１×（ｍ＋１）光スイッチと（ｎ＋１）×１光スイッチと１×ｊ波長分波器とｊ×１波長合波器はそれぞれ光導波回路を有して、該光導波回路が１つの基板上に集積形成されている構成によれば、１つの基板上に光導波回路を形成して、１×（ｍ＋１）光スイッチと（ｎ＋１）×１光スイッチと１×ｊ波長分波器とｊ×１波長合波器を集積することにより、より一層容易に、かつ、低損失で波長合分波機能を果たせる波長選択スイッチを実現できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１には、本発明に係る波長選択スイッチの一実施形態例の要部構成が模式的に示されており、図２には、この実施形態例の動作を分かりやすく説明するための模式的な回路構成図が示されている。

図１に示すように、本実施形態例は、基板２１上に、同図に示す構成の光導波回路を形成してなる。また、本実施形態例は、図１、図２に示すように、１つの光入力ポート７と、１つの光出力ポート８と、ｎ（ｎは１以上の整数であり、ここではｎ＝２）個の光アドポート１０（１０ａ，１０ｂ）と、ｍ（ｍは１以上の整数であり、ここではｍ＝２）個の光ドロップポート９（９ａ，９ｂ）とを有している。

光入力ポート７側と光アドポート１０側にはそれぞれ、互いに異なる複数波長を持った光波を互いに異なる波長のｊ（ｊは２以上の整数であり、ここではｊ＝１６）個の光波に分波する機能を備えた１×ｊ波長分波器２が設けられている。また、光出力ポート８側と光ドロップポート９側にはそれぞれ、互いに異なる波長を持ったｊ個の光波を１つの光波に合波する機能を備えたｊ×１波長合波器３が設けられている。

前記光入力ポート７側に設けられた１×ｊ波長分波器２の出力部側にはそれぞれ、該１×ｊ波長分波器２が分波して出力する分波波長光の光進行経路を前記ｍ個（ここでは、ｍ＝２）の光ドロップポート９ａ，９ｂと前記光出力ポート８とのうちの、予め波長ごとに設定される設定ポート側に導く１×（ｍ＋１）光スイッチ４が設けられている。

また、前記光出力ポート８側に設けられたｊ×１波長合波器３の入力部側にはそれぞれ、前記光入力ポート７側と前記ｎ個（ここでは、ｎ＝２）のアドポート１０ａ，１０ｂ側の前記１×ｊ波長分波器２でそれぞれ分波されて出力される分波波長光のうち、予め設定される設定波長光の光進行経路を前記光出力ポート側に導く（ｎ＋１）×１光スイッチ５が設けられている。

これらの１×（ｍ＋１）光スイッチ４と（ｎ＋１）×１光スイッチ５および、前記１×ｊ波長分波器２、ｊ×１波長合波器３を形成するそれぞれの光導波回路は、１つの基板２１上に集積形成されている。

１×ｊ波長分波器２とｊ×１波長合波器３はそれぞれ、アレイ導波路回折格子１１により形成されており、これらのアレイ導波路回折格子１１は、それぞれ、互いに異なる１６波長（λ_１、λ_２、λ_３、λ_４、λ_５、λ_６、λ_７、λ_８、λ_９、λ_１０、λ_１１、λ_１２、λ_１３、λ_１４、λ_１５、λ_１６）の光の合分波機能を有している。

１×ｊ波長分波器２とｊ×１波長合波器３はそれぞれ、アレイ導波路回折格子１１の光入力導波路２２を１本とし、光出力導波路２６を１６本としており、ｊ×１波長合波器３として機能させるアレイ導波路回折格子１１は、それぞれの光出力導波路２６側が光の入力側、光入力導波路２２側が光の出力側となるように配設されている。

また、図１、図２においては、１×（ｍ＋１）光スイッチ４の回路構成を簡略化して示してあるが、それぞれの１×（ｍ＋１）光スイッチ４は、図３に示すような並設された３本の光導波路２７〜２９を有している。また、光導波路２７と光導波路２８とを近接してなる方向性結合器６ａと、光導波路２８と光導波路２９とを近接してなる方向性結合器６ｂを、それぞれ互いに光導波路長手方向に間隔を介して配置し、方向性結合器６ａ同士に挟まれた位相部分３６ａと、方向性結合器６ｂ同士に挟まれた位相部分３６ｂとを有している。

これらの位相部分３６ａ，３６ｂには、それぞれ、一方側の光導波路（位相部分３６ａ側においては光導波路２７側、位相部分３６ｂ側においては光導波路２８側）に、薄膜ヒータ１９と該薄膜ヒータ１９への給電用の電極２０とを有する温度制御手段１８を設けて形成されており、薄膜ヒータ１９はＴａＮ等により形成され、電極２０はＡｕ等により形成される。温度制御手段１８は、それぞれ対応する光導波回路２７，２８に熱を加え、光導波路の屈折率の上昇による位相変化により、光進行経路の切り替え制御を行う制御手段である。

この温度制御手段１８により、対応する光導波路２７，２８の温度を局所的に可変制御すると、この可変制御が行われた光導波路２７，２８の屈折率が変化し、変化させた部分の光導波路２７，２８（コア）の実効屈折率が変化する。このことは、石英系ガラス等の屈折率が温度により変化する現象である熱光学効果を利用するものであり、上記効果によって、屈折率が変化したコアを伝搬する光の位相に変化を生じさせ、方向性結合器６ａ，６ｂにおける光分岐比を可変できる。

したがって、１×３光スイッチ４は、その一端側３０から入力された光の進行経路を可変制御でき、その制御に応じて、光を、他端側３１，３２，３３のうちのいずれかから出力することができる。

それぞれの１×３光スイッチ４の一端側３０は、光入力ポート７側に設けられた１×ｊ波長分波器２の各出力端（アレイ導波路回折格子１１ａの各光出力導波路２６の出力端）に接続されている。

また、それぞれの１×３光スイッチ４の他端側３２は、光ドロップポート９ａ側に設けられた１×ｊ波長分波器２の各出力端（アレイ導波路回折格子１１ｃの各光出力導波路２６の出力端）に接続され、それぞれの１×３光スイッチ４の他端側３３は、光ドロップポート９ｂ側に設けられた１×ｊ波長分波器２の各出力端（アレイ導波路回折格子１１ｄの各光出力導波路２６の出力端）に接続されている。

一方、それぞれの３×１光スイッチ５は、図３に示す構成の回路を１８０度回転させた状態で、他端側３１，３２，３３を光入力側とし、一端側３０を光出力側としている。光の可逆性の原理から、３×１光スイッチ５は、１×３光スイッチ４における温度制御手段１８による光進行経路制御と同様に、他端側３１，３２，３３のうちのいずれか（予め設定される端側）から入力される光を、一端側３０から出力できる。

そして、それぞれの３×１光スイッチ５の一端側３０は光出力ポート８側に設けられたｊ×１波長合波器３の各入力端（アレイ導波路回折格子１１ｂの各光出力導波路２６の入力端）に接続され、他端側３１は、対応する１×３光スイッチ４の他端側３１に接続されている。

また、それぞれの３×１光スイッチ５の他端側３３は、光アドポート１０ａ側に設けられた１×ｊ波長分波器２の各出力端（アレイ導波路回折格子１１ｅの各光出力導波路２６の出力端）に接続され、それぞれの３×１光スイッチ５の他端側３２は、光アドポート１０ｂ側に設けられた１×ｊ波長分波器２の各出力端（アレイ導波路回折格子１１ｆの光出力導波路２６の出力端）に接続されている。

本実施形態例は以上のように構成されており、図２に示すように、例えば、光入力ポート７から、互いに異なる波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４、λ_５、λ_６、λ_７、λ_８、λ_９、λ_１０、λ_１１、λ_１２、λ_１３、λ_１４、λ_１５、λ_１６を持った波長多重光を入力すると、この波長多重光は、アレイ導波路回折格子１１ａの１×ｊ光分波器２（ここでは、ｊ＝１６）によって波長ごとに分波され、アレイ導波路回折格子１１ａのそれぞれの光出力導波路２６から出力される。

そして、それぞれの光出力導波路２６に接続されている１×３光スイッチ４により、前記アレイ導波路回折格子１１ａのそれぞれの光出力導波路２６から出力された分波波長光の光進行経路を、前記２個の光ドロップポート９ａ，９ｂと前記光出力ポート８とのうちの予め波長ごとに設定される設定ポート側に導かれる。

例えば、１×（ｍ＋１）光スイッチ（１×３光スイッチ）４を、図２の上から順に、１×３光スイッチ４ａ，４ｂ，４ｃ，・・・４ｊとし、波長λ_１〜λ_１６の光を、光出力ポート８、光ドロップポート９ａ、光ドロップポート９ｂ側に順次進ませるとすると、波長λ_１の光は、１×３光スイッチ４ａの他端側３１から出力されて、光出力ポート８側に進む。

また、波長λ_２の光は、１×３光スイッチ４ｂの他端側３２から出力されて、光ドロップポート９ａ側に進み、波長λ_３の光は、１×３光スイッチ４ｃの他端側３３から出力されて、光ドロップポート９ｂ側に進むといった如く、それぞれの波長ごとに、光出力ポート８と２個の光ドロップポート９ａ，９ｂのうちのいずれか（予め設定された設定ポート）側に進む。

そして、光ドロップポート９ａ，９ｂ側に進んだ光は、光ドロップポート９ａ，９ｂ側にそれぞれ設けられたｊ×１光合波器３（アレイ導波路回折格子１１ｃ，１１ｄ）によって合波され、出力される。

なお、上記のように、波長λ_１〜λ_１６の光を、光出力ポート８、光ドロップポート９ａ、光ドロップポート９ｂ側に順次進ませた場合、光ドロップポート９ａからは、波長λ_２、λ_５、λ_８、λ_１１、λ_１４の光が出力され、光ドロップポート９ｂからは、λ_３、λ_６、λ_９、λ_１２、λ_１５、の光が出力される。

また、光出力ポート８側に進んだ光は、対応する３×１光スイッチ５の他端側３１から３×１光スイッチ５に入力されて一端側３０から出力され、光出力ポート８側に進む。例えば、３×１光スイッチ５を、図２の上から順に、３×１光スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃ，・・・５ｊとすると、前記１×３光スイッチ４ａの他端側３１から出力された波長λ_１の光は、３×１光スイッチ５ａの他端側３１から入力されて一端側３０から出力され、光出力ポート８側に進む。

そして、光出力ポート８側に設けられたｊ×１光合波器３（アレイ導波路回折格子１１ｂ）によって合波されて、光出力ポート８から出力される。

また、光アドポート１０ａ，１０ｂから入力された光は、それぞれの光アドポート１０ａ，１０ｂ側に設けられた１×ｊ光分波器２によって分波されて３×１光スイッチ５側に進み、その光進行経路を３×１光スイッチ５によって光出力ポート８側のｊ×１光合波器３側に導かれる。そして、前記光入力ポート７から入力されて光出力ポート８側に進んだ光と合波され、光出力ポート８から出力される。

例えば、図２に示すように、光アドポート１０ａから波長λ_２、λ_６の光を入力すると、これらの光は、光アドポート１０ａ側に設けられた１×ｊ光分波器２によって分波され、それぞれ、３×１光スイッチ５ｂ、３×１光スイッチ５ｆを介して、光出力ポート８側に設けられたｊ×１光合波器３側に進む。また、光アドポート１０ｂから波長λ_５、λ_８の光を入力すると、これらの光は、光アドポート１０ｂ側に設けられた１×ｊ光分波器２によって分波され、それぞれ、３×１光スイッチ５ｅ、３×１光スイッチ５ｈを介して、光出力ポート８側に設けられたｊ×１光合波器３側に進む。

そして、これらの、光アドポート１０ａ，１０ｂから入力されたそれぞれの波長λ_２、λ_５、λ_６、λ_８の光は、前記光入力ポート７から入力されて光出力ポート８側に進んだ波長λ_１、λ_４、λ_７、λ_１０、λ_１３、λ_１６の光と合波され、光出力ポート８から出力されるので、光出力ポート８からは、波長λ_１、λ_２、λ_４、λ_５、λ_６、λ_７、λ_８、λ_１０、λ_１３、λ_１６の光が出力される。

本実施形態例によれば、上記のように、光入力ポート７に波長多重光が入力されると、この波長多重光を、それぞれの光入力ポート７側に設けられた１×ｊ波長分波器２によって互いに異なる波長のｊ個の光波に分波し、１×３光スイッチ４によって、２個の光ドロップポート９ａ，９ｂと光出力ポート８とのうちの予め波長ごとに設定される設定ポート側に導くことができる。

また、３×１光スイッチ５が、光入力ポート７側と光アドポート１０ａ，１０ｂ側の１×ｊ波長分波器２でそれぞれ分波されて出力される分波波長光のうち予め設定される設定波長光の光進行経路を前記光出力ポート８側に導くことができる。

そして、光ドロップポート９ａ，９ｂ側に導かれた光は、光ドロップポート９ａ，９ｂに設けられたｊ×１波長合波器３で合波して出力し、光出力ポート８側に導かれた光は、光出力ポート８側に設けられたｊ×１波長合波器３によって合波して出力できるので、光入力ポート７と光アドポート１０ａ，１０ｂから、所望の波長の光を１つ以上入力し、これらの波長光のうち、所望の波長の光を１つ以上、それぞれ、光ドロップポート９ａ，９ｂと光出力ポート８のうちの所望のポートに導き、選択的に出力することができる。

また、本実施形態例によれば、１×３光スイッチ４と３×１光スイッチ５は、基板２１上に形成された光導波回路と該光導波回路に熱変動を加えて光進行経路の切り替え制御を行う制御手段とを有するので、これらの光スイッチ４，５を非常に簡単な構成で、かつ、的確に動作可能な光スイッチとすることができる。

さらに、本実施形態例によれば、１×ｊ波長分波器２とｊ×１波長合波器３はそれぞれアレイ導波路回折格子１１の光導波回路を基板上に形成してなるので、波長分波特性が優れた１×ｊ波長分波器２や波長合波特性が優れたｊ×１波長合波器３を、アレイ導波路回折格子１１によって容易に、かつ、的確に実現できる。

さらに、本実施形態例によれば、１×３光スイッチ４と３×１光スイッチ５と１×ｊ波長分波器２とｊ×１波長合波器３はそれぞれ光導波回路を有して、該光導波回路が１つの基板２１上に集積形成されているので、より一層容易に、かつ、低損失で波長合分波機能を果たせる波長選択スイッチを実現できる。

つまり、本実施形態例は、任意波長の光の入力、追加、抽出、出力を低損失で実現できる優れた波長選択スイッチを、容易に低コストで実現できる。

（実施例）
以下のようにして波長選択スイッチを作製した。つまり、まず、火炎加水分解堆積法を用いて、シリコン基板２１上に、アンダークラッド膜とこのクラッド膜より屈折率が高いコア膜を形成した。このとき、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ=１．５%とし、コア膜厚を５．０μmとした。

続いて、図１で示した波長選択スイッチの回路が描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコアに光回路パターンを転写し、１００Ｈｚ間隔で１６波の波長光の入力、追加、抽出、出力の可能なコア幅５．０μｍの光導波回路を形成した。その後、再度、火炎加水分解堆積法を用いてオーバークラッド膜を形成し、図１の回路構成をコアの光導波路により形成した。続いて、スパッタ法にて、ＴａＮのヒータ１９とＡｕの電極２０を形成し、波長選択スイッチを作製した。

この波長選択スイッチについて、光源から光ファイバを介し、光入力ポート７に波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４、λ_５、λ_６、λ_７、λ_８、λ_９、λ_１０、λ_１１、λ_１２、λ_１３、λ_１４、λ_１５、λ_１６の光（光信号）を入力した。そして、電極２０を介して薄膜ヒータ１９に電流を流して１×（ｍ＋１）光スイッチ４と（ｎ＋１）×１光スイッチ５とを動作させ、光ドロップポート９ａから波長λ_１、λ_４、λ_５、λ_７の光信号を、光ドロップポート９ｂから波長λ_６、λ_１１、λ_１４の光信号を、光出力ポート８からその他の波長の光信号を出力させた。

その結果が、図４（ａ）〜（ｃ）に示されている。なお、図４（ａ）は、ドロップポート９ａから出力される光の光透過損失を示し、図４（ｂ）は、ドロップポート９ｂから出力される光の光透過損失を示し、図４（ｃ）は、光出力ポート８から出力される光の光透過損失（光透過率）を示している。

これらの図から明らかなように、本実施例の波長選択スイッチは、設定した各光ドロップポート９ａ，９ｂに所望の波長の光波をドロップし、残りを全て光出力ポート８から出力することができ、しかも、波長選択スイッチと光ファイバとの接続損失を除く挿入損失は約３．５ｄＢ、各チャンネル間の消光比は約３０ｄＢと、良好な波長分離特性を有する波長選択スイッチを実現できた。

次に、この波長選択スイッチについて、光源から光ファイバを介し、光入力ポート７に波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４、λ_５、λ_６、λ_７、λ_８、λ_９、λ_１０、λ_１１、λ_１２、λ_１３、λ_１４、λ_１５、λ_１６の光（光信号）を入力した。また、同様に、光アドポート１０ａに波長λ_２、λ_１４を、光アドポート１０ｂに、波長λ_４、λ_６、λ_８、λ_１２の光を入力した。

そして、電極２０を介して薄膜ヒータ１９に電流を流して１×（ｍ＋１）光スイッチ４と（ｎ＋１）×１光スイッチ５とを動作させ、光ドロップポート９ａから波長λ_２、λ_４、λ_６、λ_８の光信号を、光ドロップポート９ｂから波長λ_１２、λ_１４の光信号を、光出力ポート８からその他の波長の光信号を出力させた。

その結果が、図５（ａ）〜（ｃ）に示されている。なお、図５（ａ）は、ドロップポート９ａから出力される光の光透過損失を示し、図５（ｂ）は、ドロップポート９ｂから出力される光の光透過損失を示し、図５（ｃ）は、光出力ポート８から出力される光の光透過損失を示しており、図５（ｃ）においては、波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４、λ_５、λ_６、λ_７、λ_８、λ_９、λ_１０、λ_１１、λ_１２、λ_１３、λ_１４、λ_１５、λ_１６の光が、全て同程度の光透過損失で（殆ど損失無く）出力されている。

これらの図から明らかなように、本実施例の波長選択スイッチは、設定した各光ドロップポート９ａ，９ｂに所望の波長の光波をドロップし、光入力ポート７に入力した他の波長の光と光アドポート１０ａ，１０ｂに入力した波長光を全て光出力ポート８から出力することができ、しかも、波長選択スイッチと光ファイバとの接続損失を除く挿入損失は約３．５ｄＢ、各チャンネル間の消光比は約３０ｄＢと、良好な波長分離特性を有する波長選択スイッチを実現できた。

なお、本発明は、上記実施形態例および実施例に限定されることはなく、様々な態様を採り得る。コアのクラッドに対する比屈折率差やコア膜厚、コア幅等は特に限定されるものでなく適宜設定されるものである。

また、上記実施形態例では、光アドポート１０の数ｎ、光ドロップポート９の数ｍをいずれも２としたが、これらの数は特に限定されるものでなく、１以上の整数に適宜設定されるものであり、ｍとｎとが同じ数でもよいし、異なる数でもよい。

さらに、１×（ｍ＋１）光スイッチ４や（ｎ＋１）×１光スイッチ５の構成も上記実施形態例で示したような構成に限定されるものではなく、ｍやｎの設定数に応じて適宜設定されるものであり、例えば温度制御手段１８を位相部分３６ａ，３６ｂを形成する両方の光導波路に設けることもできる。なお、１×（ｍ＋１）光スイッチ４や（ｎ＋１）×１光スイッチ５の構成を光導波路の回路と光導波回路に熱変動を加えて光進行経路の切り替え制御を行う制御手段とを有する構成とすると、簡単で、的確に制御可能な光スイッチ４，５を形成しやすく、好ましい。

さらに、上記実施形態例では、波長分波器２の分波数ｊおよび波長合波器３の合波数ｊは１６としたが、ｊは２以上の適宜の整数に設定されるものである。

さらに、上記実施形態例では、１×ｊ光分波器２とｊ×１光合波器３とをそれぞれアレイ導波路回折格子１１の回路を基板２１上に形成したものとしたが、１×ｊ光分波器２やｊ×１光合波器３の構成は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。

さらに、上記実施形態例では、１×（ｍ＋１）光スイッチ４と（ｎ＋１）×１光スイッチ５および、１×ｊ波長分波器２、ｊ×１波長合波器３を形成するそれぞれの光導波回路は、１つの基板２１上に集積形成されていたが、例えば互いに異なる基板上に光導波回路を形成した１×（ｍ＋１）光スイッチ４と（ｎ＋１）×１光スイッチ５と１×ｊ波長分波器２、ｊ×１波長合波器３を適宜の接続手段により接続してもよい。

本発明に係る波長選択スイッチの一実施形態例の回路構成を模式的に示す要部構成図である。本発明に係る波長選択スイッチの動作を説明するための模式的な回路構成を示す説明図である。本発明に係る波長選択スイッチに設けられる１×（ｍ＋１）光スイッチと（ｎ＋１）×１光スイッチの構成例を模式的に示す説明図である。本発明に係る波長選択スイッチの一実施例の光ドロップポートと光出力ポートからそれぞれ出力される光波長特性例を示すグラフである。本発明に係る波長選択スイッチの一実施例の光ドロップポートと光出力ポートからそれぞれ出力される光波長特性の別の例を示すグラフである。アレイ導波路回折格子の回路構成例を示す説明図である。従来提案されている波長選択スイッチの一例を模式的に示す説明図である。従来提案されている波長選択スイッチの別の例を模式的に示す説明図である。

符号の説明

２１×ｊ波長分波器
３ｊ×１波長合波器
４１×（ｍ＋１）光スイッチ
５（ｎ＋１）×１光スイッチ
６ａ，６ｂ方向性結合器
７光入力ポート
８光出力ポート
９，９ａ，９ｂ光ドロップポート
１０，１０ａ，１０ｂ光アドポート
１１アレイ導波路回折格子
１８温度制御手段
１９薄膜ヒータ
２０電極
２１基板
２２光入力導波路
２３第１のスラブ導波路
２４アレイ導波路
２５第２のスラブ導波路
２６光出力導波路
２７，２８，２９光導波路
３６ａ，３６ｂ位相部分

Claims

１つの光入力ポートと、１つの光出力ポートと、ｎ（ｎは１以上の整数）個の光アドポートと、ｍ（ｍは１以上の整数）個の光ドロップポートとを有し、前記光入力ポート側と前記光アドポート側にはそれぞれ、互いに異なる複数波長を持った光波を互いに異なる波長のｊ（ｊは２以上の整数）個の光波に分波する機能を備えた１×ｊ波長分波器が設けられ、前記光出力ポート側と前記光ドロップポート側にはそれぞれ、互いに異なる波長を持ったｊ個の光波を１つの光波に合波する機能を備えたｊ×１波長合波器が設けられており、前記光入力ポート側に設けられた１×ｊ波長分波器の出力部側にはそれぞれ該１×ｊ波長分波器が分波して出力する分波波長光の光進行経路を前記ｍ個の光ドロップポートと前記光出力ポートとのうちの予め波長ごとに設定される設定ポート側に導く１×（ｍ＋１）光スイッチが設けられ、前記光出力ポート側に設けられたｊ×１波長合波器の入力部側にはそれぞれ前記光入力ポート側と前記アドポート側の前記１×ｊ波長分波器でそれぞれ分波されて出力される分波波長光のうち予め設定される設定波長光の光進行経路を前記光出力ポート側に導く（ｎ＋１）×１光スイッチが設けられており、前記１×（ｍ＋１）光スイッチは、並設された（ｍ＋１）本の光導波路を有し、該（ｍ＋１）本の光導波路の互いに隣接する２本毎にそれぞれ隣接する光導波路同士を近接して形成された２個の方向性結合器が互いに光導波路の長手方向に位相部分を介在させて配置され、前記（ｎ＋１）×１光スイッチは、並設された（ｎ＋１）本の光導波路を有し、該（ｎ＋１）本の光導波路の互いに隣接する２本毎にそれぞれ隣接する光導波路同士を近接して形成された２個の方向性結合器が互いに光導波路の長手方向に位相部分を介在させて配置され、前記１×（ｍ＋１）光スイッチと（ｎ＋１）×１光スイッチは、それぞれ前記各位相部分に熱を加え光導波路の屈折率の上昇による位相変化により光進行経路の切り替え制御を行う制御手段を有し、前記光入力ポート側の１×ｊ波長分波器のｊ個の各光出力端毎に１対１に対応させてそれぞれ１×（ｍ＋１）光スイッチの光入力端が接続され、前記各１×（ｍ＋１）光スイッチ毎にその互いに異なる各光出力端がｍ個の各光ドロップポート側に設けられている前記ｊ×１波長合波器の互いに異なる各光入力端に１対１に対応させて接続され、また、光出力ポート側のｊ×１波長合波器のｊ個の各光入力端に１対１に対応させてｊ個の前記（ｎ＋１）×１光スイッチの各光出力端が接続され、各（ｎ＋１）×１光スイッチ毎にその互いに異なる各光入力端がｎ個の各光アドポート側にそれぞれ設けられている各１×ｊ波長分波器の互いに異なる各光出力端に１対１に対応させて接続されており、さらに、前記ｊ個の１×（ｍ＋１）光スイッチと前記ｊ個の（ｎ＋１）×１光スイッチは互いに異なる１対１の組み合わせで、前記１×（ｍ＋１）光スイッチの光出力端の１つが前記（ｎ＋１）×１光スイッチの１つの光入力端に１対１に対応させて接続されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
１×ｊ波長分波器とｊ×１波長合波器はそれぞれ、入力光の数以上の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１スラブ導波路と、該第１スラブ導波路の出力側に接続されて互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２スラブ導波路と、該第２スラブ導波路の出力側に接続された出力光の数以上の光出力導波路とを有するアレイ導波路回折格子の光導波回路を基板上に形成してなることを特徴とする請求項１記載の波長選択スイッチ。
１×（ｍ＋１）光スイッチと（ｎ＋１）×１光スイッチと１×ｊ波長分波器とｊ×１波長合波器はそれぞれ光導波回路を有して、該光導波回路が１つの基板上に集積形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の波長選択スイッチ。