JP5222083B2 - 多方路光スイッチ - Google Patents

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Description

本発明は、多方路光スイッチに関し、より詳細には、複数のスイッチ素子より構成された多方路光スイッチにおいて、方路の切り替えの簡易化を可能とする多方路光スイッチに関する。
近年のネットワークの通信容量の増大に対応するため、複数の異なる波長の光を、１本の光ファイバに多重化して伝送する波長分割多重（ＷＤＭ）伝送などの光伝送技術の研究開発が行われている。当初、ＷＤＭ伝送は、ノード間を結ぶポイント・トゥー・ポイントに用いられるのみで、ノード内では、電気信号に変換されてから信号処理が行われていた。しかし、最近では、電気信号に変換することなく、光のまま信号処理ができる光アド・ドロップシステム（ＯＡＤＭ）や、光クロスコネクトシステム（ＯＸＣ）（非特許文献１参照）などの伝送システムが求められている。そのような伝送システムを実現するには、光のまま光信号の方路を切り替えることのできる、多方路光スイッチが不可欠である。
図１に、従来の多方路光スイッチの構成を示す。この多方路光スイッチは、７つの２分岐素子９１１〜９１７を３段、ツリー状に接続して形成したものであり、一つの入力／出力ポート９００と、８つ（＝２３）の入力／出力ポート９０１〜９０８を有する。さらに、３段目の２分岐素子９１４〜９１７の２つの出力ポートに、それぞれゲート素子９２１〜９２８を接続し、各ポートの消光特性を向上させている。
ここで、図２を参照して多方路光スイッチを構成するスイッチ素子について説明する。２分岐素子やゲート素子として、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型素子が用いられている。ＭＺＩ型素子は、２つの光カプラ９０９、９１０と、これら光カプラに挟まれた第１と第２の２本の光導波路９９４、９９５と、第１の光導波路９９４に形成された位相シフタ９３１と、光カプラ９０９につながる入力ポート９９０、９９１と、光カプラ９１０につながる出力ポート９９２、９９３より構成されている。位相シフタ９３１として薄膜ヒータなどが用いられ、薄膜ヒータに接続された電極に電力を与えることにより、薄膜ヒータが加熱され、熱光学効果により、光導波路の光学的光路長差を変化させることができる。
２分岐素子９１１〜９１７として用いる図２（ａ）のＭＺＩ型素子は、位相シフタを駆動しない初期状態で、２本の光導波路の光学的光路長差が０に設定されており、光はクロスポート（入力９９０→出力９９３、もしくは、入力９９１→出力９９２）より出力される。ここで位相シフタを用いて半波長の光学的光路長差を与えると、光が出力されるポートが切り替わり、光はスルーポート（入力９９０→出力９９２、もしくは、入力９９１→出力９９３）より出力される。このように、位相シフタの駆動により、２つの出力ポート間で、光が出力されるポートを切り替えることができる。
一方、ゲート素子９２１〜９２８として用いる図２（ｂ）のＭＺＩ型素子は、位相シフタを駆動しない初期状態で、２本の光導波路の光学的光路長差が予め半波長に設定されており、光はクロスポートから出力されない。ここで位相シフタを用いて半波長の光学的光路長差を与え、２本の光導波路の光学的光路長差を０にすると、光はクロスポートから出力される。このように、位相シフタの駆動により、クロスポートの光を遮断または透過させることができる。
さて、図１に戻ると、各スイッチ素子には、位相シフタに接続された２本の電極があり、図に示すように配線されている。詳細には、２分岐素子９１１の一方の電極９５５を給電線、他方の電極９５１をグラウンド線とした。また、２分岐素子９１２と９１３の一方の電極９５７、９５６を給電線とし、他方の電極を共通化してグラウンド線９５２とした。また、２分岐素子９１４〜９１７の一方の電極９６１〜９５８を給電線とし、他方の電極を共通化してグラウンド線９５３とした。また、ゲート素子９２１〜９２８の一方の電極９６９〜９６２を給電線とし、他方の電極を共通化してグラウンド線９５４とした。特許文献１の図１に示すように、配線をグループごとに共通化することにより、電極の数を削減している。なお、特許文献１の図１では、一方の電極が省略されているが、電極を描くと図１のようになる。また、ここでは電極９５１、９５２、９５３、９５４をグラウンド線（制御線）、他方の９５５〜９６９を給電線としていが、特許文献１のように、電極９５１、９５２、９５３、９５４を給電線、他方の９５５〜９６９を制御線としても良い。
次に、方路の切り替えについて説明する。図３に、給電線、グラウンド線、及び、位相シフタ（薄膜ヒータ）の配線接続図を示す。ここでは説明を簡単にするため、図１の一点鎖線で囲った部分のみを取り上げる。この一点鎖線で囲った部分は４方路光スイッチであり、図１の８方路光スイッチは、２つの４方路光スイッチと、２分岐スイッチ素子９１１で構成された光スイッチと見ることができる。
図３（ａ）において、位相シフタ９３２、９３４、９３５、９４１、９４２、９４３、９４４は、それぞれ、ＭＺＩ型素子９１２、９１４、９１５、９２１、９２２、９２３、９２４に形成された位相シフタであり、電極９５７、９６１、９６０、９６９、９６８、９６７、９６６につながっている。電気スイッチ９７１〜９７３を用いて電源を供給する電極を選択し、位相シフタを駆動することで、方路を切り替えることができる。２段の２分岐スイッチ素子と１段のゲートスイッチ素子からなる４方路光スイッチの場合、最大で３種類の電源が必要となる（図３（ｂ）参照）。出力ポート９０１〜９０４に対する駆動電極を下記に示す。
１．光を出力ポート９０１より出力するには、電気デジタルスイッチ９７３で電極９６９を選択し、ゲート素子９２１に形成された位相シフタ９４１に給電する。
２．光を出力ポート９０２より出力するには、電気デジタルスイッチ９７２で電極９６１を、電気デジタルスイッチ９７３で電極９６８を選択し、２分岐素子９１４及びゲート素子９２２に形成された位相シフタ９３４及び９４１に給電する。
３．光を出力ポート９０３より出力するには、電気デジタルスイッチ９７１で電極９５７を、電気デジタルスイッチ９７２で電極９６０を、電気デジタルスイッチ９７３で電極９６７を選択し、２分岐素子９１２、９１５、及び、ゲート素子９２３に形成された位相シフタ９３２、９３５、及び、９４３に給電する。
４．光を出力ポート９０４より出力するには、電気デジタルスイッチ９７１で電極９５７を、電気デジタルスイッチ９７３で電極９６６を選択し、２分岐素子９１２及びゲート素子９２４に形成された位相シフタ９３２及び９４４に給電する。
上記駆動では、出力するポートごとに給電する電極の数が異なるため、消費電力が異なる。そこで、特許文献２に示すように、多方路光スイッチが形成された基板上に擬似薄膜ヒータを形成し、電力を印加することで、基板の温度を一定にする方法が報告されている。
特開第２００４−１７７５１５号公報 特開第２００５−２５０３２０号公報 M. Okuno, "Highly integrated PLC-type optical switches for OADM and OXC systems," Optical Fiber Communications Conference (OFC) 2003, Vol.1, pp. 169-170, 2003年3月23−28日
従来技術では、グラウンド線か給電線の一方を共有化することで、駆動電源の数を削減することができたが、光の方路の切り替えを行うには、方路ごとに適切なスイッチ素子の位相シフタを選択し、駆動する必要があり、複雑な電気スイッチの切り替え動作が必要であった。例えば、ツリー型の１×２ＮスイッチとＭ段ゲート型スイッチ（ＮとＭは１以上の整数）から構成された多方路光スイッチの場合、（Ｎ＋Ｍ）グループの位相シフタがあり、方路の切り替えには、（Ｎ＋Ｍ）グループそれぞれにつき、給電する位相シフタを適切に選択する必要があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、電極スイッチの切り替えの煩雑さを解消した多方路光スイッチを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、１方路当たり１つの駆動電極で切り替え動作が可能な多方路光スイッチを提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、複数のスイッチ素子より構成された多方路光スイッチにおいて、前記複数のスイッチ素子のそれぞれは、光路の切り替え、または、光の透過もしくは遮断を行う駆動手段を備え、前記複数のスイッチ素子のうちの第１のスイッチ素子において電力を印加しない初期状態から光を遮断する状態まで変化させるのに要する第１のパワーＰ１と、前記複数のスイッチ素子のうちの第２のスイッチ素子において電力を印加しない初期状態から光を遮断する状態まで変化させるのに要する第２のパワーＰ２が異なり、前記第１のスイッチ素子に配分されるパワーと前記第２のスイッチ素子に配分されるパワーの比率がＰ１／Ｐ２になるように、前記第１のスイッチ素子の駆動手段及び前記第２のスイッチ素子の駆動手段は、共通の電源によって駆動されることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多方路光スイッチにおいて、前記第１のスイッチ素子の駆動手段と前記第２のスイッチ素子の駆動手段とが、並列に接続されていることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の多方路光スイッチにおいて、前記複数のスイッチ素子のうちの第３のスイッチ素子の駆動手段が、前記第１のスイッチ素子の駆動手段と直列に接続されていることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の多方路光スイッチにおいて、前記第１から第３のスイッチ素子の駆動手段が抵抗発熱体であり、前記抵抗発熱体の抵抗値を夫々Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３としたとき、Ｒ１とＲ３は夫々Ｒ２の半分に設定されていることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の多方路光スイッチにおいて、抵抗体が、前記第１のスイッチ素子の駆動手段と直列に接続されていることを特徴とする。
また、請求項６の記載の発明は、請求項５に記載の多方路光スイッチにおいて、前記第１および第２のスイッチ素子の駆動手段が抵抗発熱体であり、前記第３の駆動手段が抵抗値Ｒ３の抵抗体であり、前記第１および第２のスイッチ素子の発熱抵抗体の抵抗値を夫々Ｒ１、Ｒ２としたとき、Ｒ１とＲ３の和がＲ２に設定されていることを特徴とする。
また、請求項７の記載の発明は、請求項１に記載の多方路光スイッチにおいて、前記第１のスイッチ素子の駆動手段と前記第２のスイッチ素子の駆動手段が、直列に接続されていることを特徴とする。
また、請求項８の記載の発明は、請求項７に記載の多方路光スイッチにおいて、前記第１および第２のスイッチ素子の駆動手段が抵抗発熱体であり、前記第１のスイッチ素子の駆動手段の抵抗値をＲ１、前記第２のスイッチ素子の抵抗値をＲ２としたとき、Ｒ１／Ｒ２がＰ１／Ｐ２に等しいことを特徴とする。
また、請求項９の記載の発明は、請求項３または４に記載の多方路光スイッチにおいて、前記複数のスイッチ素子のそれぞれは、入力光を２分波する光分波器と、前記光分波器に接続された第１の光導波路および第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を合波する光合波器と、前記光合波器に接続された１つ又は２つの出力ポートと、前記第１および第２の光導波路に形成された駆動手段とを備えるマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型素子であり、前記ＭＺＩ型素子のスイッチングパワーをＰπとすると、前記第１および前記第３のスイッチ素子は、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有し、前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートに光を出力するのに要するパワーがそれぞれＰπ／２である２分岐スイッチであり、前記第２のスイッチ素子は、電力を印加しない状態で、単一の出力ポートを有する場合には、前記単一の出力ポートの出力光が遮断されるように、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有する場合には、前記ＭＺＩ型素子の前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートのいずれかの出力光が遮断されるように、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との光学的光路長差が設定されているゲートスイッチ素子であることを特徴とする。
また、請求項１０の記載の発明は、請求項５または６に記載の多方路光スイッチにおいて、前記複数のスイッチ素子のそれぞれは、入力光を２分波する光分波器と、前記光分波器に接続された第１の光導波路および第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を合波する光合波器と、前記光合波器に接続された１つ又は２つの出力ポートと、前記第１および第２の光導波路に形成された駆動手段とを備えるマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型素子であり、前記ＭＺＩ型素子のスイッチングパワーをＰπとすると、前記第１のスイッチ素子は、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有し、前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートに光を出力するのに要するパワーがそれぞれＰπ／２である２分岐スイッチであり、前記第２のスイッチ素子は、電力を印加しない状態で、単一の出力ポートを有する場合には、前記単一の出力ポートの出力光が遮断されるように、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有する場合には、前記ＭＺＩ型素子の前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートのいずれかの出力光が遮断されるように前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との光学的光路長差が設定されているゲートスイッチ素子であることを特徴とする。
また、請求項１１の記載の発明は、請求項８に記載の多方路光スイッチにおいて、前記複数のスイッチ素子のそれぞれは、入力光を２分波する光分波器と、前記光分波器に接続された第１の光導波路および第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を合波する光合波器と、前記光合波器に接続された１つ又は２つの出力ポートと、前記光導波路に形成された駆動手段とからなるマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型素子であり、前記ＭＺＩ型素子のスイッチングパワーをＰπとすると、前記第１のスイッチ素子は、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有し、前記ＭＺＩ型素子の前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートに光を出力するのに要するパワーがそれぞれＰπ／２である２分岐スイッチであり、前記第２のスイッチ素子は、電力を印加しない状態で、単一の出力ポートを有する場合には、前記単一の出力ポートの出力光が遮断されるように、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有する場合には、前記ＭＺＩ型素子の前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートのいずれかの出力光が遮断されるように前記第１の光導波路と第２の光導波路との光学的光路長差が設定されているゲートスイッチ素子であり、Ｒ１がＲ２の半分に設定されていることを特徴とする。
また、請求項１２の記載の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の多方路光スイッチにおいて、前記スイッチ素子の駆動手段と前記電源との間、または前記スイッチ素子の駆動手段間にダイオードを備えることを特徴とする。
また、請求項１３の記載の発明は、請求項１２に記載の多方路光スイッチにおいて、前記複数のスイッチ素子の駆動手段は、電気スイッチを介して前記電源に接続されていることを特徴とする。
また、請求項１４の記載の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の多方路光スイッチにおいて、前記スイッチ素子の一部を、光強度可変にしたことを特徴とする。
また、請求項１５の記載の発明は、請求項１〜１４のいずれかに記載の多方路光スイッチにおいて、前記第１のスイッチ素子は２分岐スイッチ素子であり、前記第２のスイッチ素子はゲートスイッチ素子であり、前記多方路光スイッチは、Ｎ段（Ｎは１以上の整数）の前記２分岐スイッチ素子で構成される１×２Ｎツリー型スイッチと、前記ゲートスイッチ素子がＭ段（Ｍは１以上の整数）従属に接続された、２Ｎ個のＭ段ゲート型スイッチとを備え、前記１×２Ｎツリー型スイッチの２Ｎ個の出力と前記２Ｎ個のＭ段ゲート型スイッチの入力とが夫々導波路で接続されて、前記２Ｎ個のＭ段ゲート型スイッチに２Ｎ個の出力ポートが接続されていることを特徴とする。
また、請求項１６の記載の発明は、請求項１〜１４のいずれかに記載の多方路光スイッチにおいて、前記第１のスイッチ素子は２分岐スイッチ素子であり、前記第２のスイッチ素子はタップスイッチ素子であり、前記多方路光スイッチは、前記２分岐スイッチ素子で構成される１×２Ｎ（Ｎは１以上の整数）ツリー型スイッチと、前記タップスイッチ素子がＭ段（Ｍは２以上の整数）従属に接続された、２Ｎ個のＭ段タップ型スイッチとを備え、前記１×２Ｎツリー型スイッチの２Ｎ個の出力に夫々Ｍ段タップ型スイッチが接続されて、前記２Ｎ個のＭ段タップ型スイッチに（２Ｎ×Ｍ）個の出力ポートが接続されているか、または１段以上従属接続されたゲートスイッチ素子を通して（２Ｎ×Ｍ）個の出力ポートが接続されていることを特徴とする。
また、請求項１７の記載の発明は、請求項１〜１６のいずれかに記載の多方路光スイッチにおいて、前記多方路光スイッチは、平面基板上に形成された石英系光導波路で構成され、前記駆動手段は、前記石英系光導波路の近傍に形成された薄膜ヒータであることを特徴とする。
また、請求項１８の記載の発明は、請求項１７に記載の多方路光スイッチにおいて、前記多方路光スイッチは、複数、平面基板上に形成されていることを特徴とする。
本発明を適用することにより、多方路光スイッチの方路の選択に必要な駆動を容易にすることができる。
１方路１駆動となる実施形態を適用すれば、１つの方路当たり１つの駆動で切り替え動作ができるので、駆動に必要な部品や制御が減り、コストを低減できる。
また、どの方路に切り替えるにも、駆動手段に印加するパワーが同じになる実施形態を適用すれば、方路によらず発生する熱を均一にすることができ、特性のばらつきを抑えることができる。
以下、図面を用いて本発明の実施形態を具体的に説明する。
（第１の実施形態）
図４（ａ）に、本発明の第１の実施形態における多方路光スイッチの配線設計、図４（ｂ）に、多方路光スイッチの回路構成を示す。
この多方路光スイッチは、図５に示す２種類のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型素子より構成されている。ＭＺＩ型素子は、二つの光カプラ１１１、１１２と、これら光カプラに挟まれた第１と第２の２本の光導波路１４５、１４６と、第１と第２の光導波路にそれぞれ形成された薄膜ヒータ２０１、３０１と、光カプラ１１１につながる入力ポート１４１、１４２と、光カプラ１１２につながる出力ポート１４３、１４４より構成されている。薄膜ヒータに接続された電極５０１、５０８、または、電極５０４、５０７に給電することにより、薄膜ヒータが加熱され、熱光学効果により、第１の光導波路１４５と第２の光導波路１４６との光学的光路長差を変化させることができる。ここで用いる薄膜ヒータは、スイッチ素子の光路の切り替え、または、光の透過もしくは遮断を行う駆動手段の一例であり、その他の手段を用いても良い。
２分岐素子４０１〜４０７として用いる図５（ａ）のＭＺＩ型素子は、位相シフタ（駆動手段に対応）を駆動しない初期状態で、２本の光導波路の光学的光路長差はλｃ／４（λｃは波長）に設定されている。薄膜ヒータ２０１に給電した時の光学的光路長差を正、薄膜ヒータ３０１に給電した時の光学的光路長差を負とし、薄膜ヒータに印加するパワーを変化させた時のＭＺＩ型素子の出力光強度の変化の様子を図６（ａ）に示す。横軸は、光を透過から遮断まで変化させるのに要するスイッチングパワーＰπで規格化した印加電力である。スルーは、１４１と１４３を通したパス、もしくは、１４２と１４４を通したパス、クロスは、１４１と１４４を通したパス、もしくは、１４２と１４３を通したパスである。電力を印加しない初期状態では、入力光は２本の出力ポートより５０％ずつ出力される。ここで、＋Ｐπ／２の電力を印加すると、光はスルーポートのみから出力され、クロスポートは遮断される。一方、−Ｐπ／２の電力を印加すると、光はクロスポートのみから出力され、スルーポートは遮断される。
ゲートスイッチ素子４１１〜４１８として用いる図５（ｂ）のＭＺＩ型素子は、位相シフタを駆動しない初期状態で、２本の光導波路の光学的光路長差はλｃ／２（λｃは波長）に設定されている。薄膜ヒータ２１１に給電した時の光学的光路長差を正、薄膜ヒータ３１１に給電した時の光学的光路長差を負とし、薄膜ヒータに印加するスイッチングパワーを変化させた時のＭＺＩ型素子の出力光強度の変化の様子を図６（ｂ）に示す。電力を印加しない初期状態では、光はスルーポートのみから出力され、クロスポートは遮断される。ここで、＋Ｐπの電力を印加すると、光はクロスポートのみから出力され、スルーポートは遮断される。
上記ＭＺＩ型素子の駆動を下記表にまとめる。
Figure 0005222083
上記で説明したように、２分岐スイッチ素子とゲートスイッチ素子では、駆動に要するパワーが異なる。本発明は、複数のスイッチ素子からなり、少なくとも１つのスイッチ素子（第２のスイッチ素子）は駆動に要するパワーが他のスイッチ素子（第１のスイッチ素子）とは異なる多方路光スイッチにおいて、駆動手段の配線設計を工夫し、簡単に共通駆動できるようにしたものである。
図４（ｂ）において、本回路は、３段の２分岐スイッチ素子４０１（１段目）、４０２〜４０３（２段目）、４０４〜４０７（３段目）と、１段目と２段目の２分岐スイッチ素子を接続する光導波路１２１、１２２と、２段目と３段目の２分岐スイッチ素子を接続する光導波路１２３〜１２６で構成される１×２Ｎ（＝１×８）ツリー型スイッチと、２Ｎ（＝８）個の１段ゲート型スイッチ４１１〜４１８とからなり、１×８ツリー型スイッチの２Ｎ（＝８）個の出力と、２Ｎ（＝８）個の１段ゲート型スイッチの入力が、導波路１２７〜１３４で接続され、２Ｎ（＝８）個の１段ゲート型スイッチ４１１〜４１８に８個の出力ポート１０１〜１０８が接続されている。説明を簡単にするため、図４（ａ）の一点鎖線で囲った部分（４方路光スイッチ）を取り出し、その詳細な設計図を図７に示す。
本実施形態では、１×２Ｎ（＝１×８）ツリー型スイッチのｉ段目とｊ段目（ｉとｊは１≦ｉ＜ｊ≦Ｎを満たす整数）のスイッチ素子の駆動手段を直列に接続した。より詳細には、ツリー型スイッチのｉ（＝２）段目の２分岐スイッチ素子４０２の第１の光導波路に形成された薄膜ヒータ２０２と、ツリー型スイッチのｊ（＝３）段目の２分岐スイッチ素子４０４の第１の光導波路に形成された薄膜ヒータ２０４が、電極５２５により直列に接続され、ツリー型スイッチのｉ（＝２）段目の２分岐スイッチ素子４０２の第１の光導波路に形成された薄膜ヒータ２０２と、ツリー型スイッチのｊ（＝３）段目の２分岐スイッチ素子４０４の第２の光導波路に形成された薄膜ヒータ３０４が、電極５２６により直列に接続されている。また、ツリー型スイッチのｉ（＝２）段目の２分岐スイッチ素子４０２の第２の光導波路に形成された薄膜ヒータ３０２と、ツリー型スイッチのｊ（＝３）段目の２分岐スイッチ素子４０５の第１の光導波路に形成された薄膜ヒータ２０５が、電極５２７により直列に接続され、ツリー型スイッチのｉ（＝２）段目の２分岐スイッチ素子４０２の第２の光導波路に形成された薄膜ヒータ３０２と、ツリー型スイッチのｊ（＝３）段目の２分岐スイッチ素子４０５の第２の光導波路に形成された薄膜ヒータ３０５が、電極５２８により直列に接続されている。
図８（ａ）に、電極と薄膜ヒータの接続関係を示す。本配線の特徴を、出力ポート１０１から出力される場合で説明する。電極５０３と電極５０２は、多方路光スイッチの外部で、電気的に接続され、グラウンドに接続されている。電極５１６と電極５２４は駆動電極チャネル１であり、多方路光スイッチの外部で、電源に接続されている。駆動電極チャネル１に給電すると、２分岐スイッチ素子４０２を第１のスイッチ素子、ゲートスイッチ素子４１１を第１のスイッチ素子とした時、第１のスイッチ素子の駆動手段２０２と、第２のスイッチ素子の駆動手段３１１が並列に共通駆動される。また、２分岐スイッチ素子４０４を第３のスイッチ素子とした時、第３のスイッチ素子の駆動手段２０４が、第１のスイッチ素子の駆動手段２０２と直列に駆動される。
図８（ｂ）にこの時の電気回路図を示す。駆動手段２０２、２０４、３１１の抵抗値Ｒａ、Ｒｂ、ＲｃをそれぞれＲ、α・Ｒ、β・Ｒと置く。直列に接続された駆動手段２０２、２０４に電流Ｉａ，ｂ＝Ｖ／［（１＋α）・Ｒ］を流すと、駆動手段２０２、２０４に印加されるパワーは、それぞれ、Ｐａ＝Ｖ２／［（１＋α）２・Ｒ］、Ｐｂ＝α・Ｖ２／［（１＋α）２・Ｒ］となる。駆動手段３１１に電流Ｉｃ＝Ｖ／（β・Ｒ）を流すと、印加されるパワーは、Ｐｃ＝Ｖ２／（β・Ｒ）となる。したがって、印加されるパワーの比率は、Ｐａ：Ｐｂ：Ｐｃ＝β：（α・β）：（１＋α）２である。
図５のスイッチ素子を駆動するのに要するパワーは、それぞれＰπ／２、Ｐπなので、第１および第３のスイッチ素子の駆動に要するパワーはＰ１＝Ｐπ／２、第２のスイッチ素子の駆動に要するパワーはＰ２＝Ｐπである。第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子の駆動手段を共通駆動した時に、配分されるパワーの比率がＰ１／Ｐ２＝１／２になるようにすれば、本発明の目的とする多方路光スイッチとなる。ここで第１および第３のスイッチ素子が、同じ設計の２分岐素子であるとすると、α＝１である。したがって、Ｐ１／Ｐ２＝１／２＝Ｐａ／Ｐｃより、β＝２となるよう設計すれば良い。この時、第１から第３のスイッチ素子の駆動手段の抵抗値はそれぞれ、Ｒａ＝Ｒ、Ｒｂ＝Ｒ、Ｒｃ＝２Ｒで、ＲａとＲｂは夫々Ｒｃの半分である。
以上、説明したように共通駆動することで、駆動電極チャネル１を駆動するだけで、光を出力ポート１０１より出力させることができた。同様に、駆動電極チャネル２〜４を共通駆動することで、光をそれぞれ出力ポート１０２〜１０４より出力させることができた。このように、光の方路ごとに１つの駆動電極に給電するだけで容易に切り替えができ、従来の煩雑な駆動を解消した。
なお、駆動手段には抵抗発熱体を用いることができる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、１×８光スイッチを構成する１×４光スイッチに本発明を適用した。本実施形態では、１×８光スイッチに本発明を適用した場合を説明する。図９の多方路光スイッチは、第１の実施形態と同じように、１×８ツリー型スイッチと１段ゲート型スイッチからなり、２方路光スイッチに２つの４方路光スイッチが接続された光スイッチとみることもできる。
２方路光スイッチ４３１は、図１０に示すＭＺＩ型素子より構成されている。位相シフタを駆動しない初期状態で、２本の光導波路の光学的光路長差は０に設定されている。薄膜ヒータに印加するパワーを変化させた時のＭＺＩ型素子の出力光強度の変化の様子を図１０（ｃ）に示す。電力を印加しない初期状態では、光はクロスポートのみから出力され、スルーポートは遮断される。ここで、±Ｐπの電力を印加すると、光はスルーポートのみから出力され、クロスポートは遮断される。
４方路光スイッチ部の駆動は第１の実施形態で説明したので省略する。薄膜ヒータにパワーを印加しない状態で、光は２方路光スイッチ４３１のクロスポートから出力される。そのため、図９の１×８光スイッチの出力ポート１０１〜１０４に出力する場合は、図１１（ａ）に示すように４方路光スイッチ部の駆動に加えて２方路光スイッチ４３１の薄膜ヒータ２０１を並列に接続して共通駆動する。出力ポート１０５〜１０８に出力する場合は、図１１（ｂ）に示すように４方路光スイッチ部の駆動のみでよい。
１×２Ｎツリー型スイッチと、Ｍ段ゲート型スイッチとからなる多方路光スイッチにおいて、Ｎが偶数の時は、ｉ段目とｊ段目（ｉとｊは１≦ｉ＜ｊ≦Ｎを満たす整数）のスイッチ素子の駆動手段を直列に接続し、Ｎ／２個の直列に接続した駆動手段を、第２のスイッチ素子の駆動手段と並列接続して、共通駆動してもよい。一方、本実施形態のように、Ｎが奇数の時は、ｉ段目とｊ段目のスイッチ素子の駆動手段を直列に接続していくと、１段だけ駆動手段が余る。その場合、本実施形態のように駆動すればよい。
（第３の実施形態）
１×２Ｎツリー型スイッチからなる多方路光スイッチにおいて、Ｎが３以上の整数で奇数である時、第１と第２の実施形態で説明したように、ｉ段目とｊ段目（ｉとｊは１≦ｉ＜ｊ≦Ｎを満たす整数）のスイッチ素子の駆動手段を直列に接続し（Ｎ−１）／２組の直列接続のペアを作ると、Ｎ段目のうちの１つのスイッチ素子の駆動手段が余る。そこで、本実施形態では、図１２（ａ）に示すように、多方路光スイッチを構成するスイッチ素子の駆動手段とは別に設けた第３の駆動手段６１１を、第１のスイッチ素子の駆動手段２０１に直列に接続する。
図１３に、電極と駆動手段の接続関係を示す。本実施形態では、Ｎが３の場合を説明する。１×８ツリー型スイッチの２段目と３段目のスイッチ素子の駆動手段３０２と２０５を電極５２７で直列に接続し、駆動手段３０２のもう一方の電極５０２をグラウンド線、駆動手段２０５のもう一方の電極５１４を給電線とした（符号は図７（ａ）を参照）。１×８ツリー型スイッチの１段目のスイッチ素子を第１のスイッチ素子４０１とし、第１のスイッチ素子４０１の駆動手段２０１につながる一方の電極５０１はグラウンド線、他方の電極５０８は、第３の駆動手段６１１の一方の電極５３３に接続した。第３の駆動手段６１１の他方の電極５３４は、給電線とした。そして、電極５１４と電極５３４は並列に接続し、電源に接続した。
また、第１と第２の実施形態の多方路光スイッチのように、１×８ツリー型スイッチの後段に、ゲート型スイッチを接続しても良い。図４（ｂ）の入力ポート１００から光を入力し、出力ポート１０３から光を出力する場合を説明する。図１３に示すように、直列に接続された２分岐素子４０１の駆動手段２０１と第３の駆動手段６１１と、直列に接続された２分岐素子４０２の駆動手段３０２と２分岐素子４０５の駆動手段２０５と、ゲート素子４１３の駆動手段３１３が、並列接続されるよう、電極５３４、５１４、５２２をつなぎ、電源に接続した。第１の実施形態と同様に、駆動手段３０２と２０５は、抵抗値Ｒの抵抗発熱体を用い、駆動手段３１３は、抵抗値２・Ｒの抵抗発熱体を用いた。ここで、第１のスイッチ素子４０１の駆動手段２０１の抵抗値をＲ１、第２のスイッチ素子４１３の駆動手段３１３の抵抗値をＲ２とすると、第３の駆動手段６１１として、抵抗体Ｒ３＝Ｒ２−Ｒ１の抵抗体を用いた。すなわち、第３の駆動手段６１１として、Ｒ１とＲ３の和が、Ｒ２と等しくなるような抵抗体を用いれば、第１のスイッチ素子に配分されるパワーと第２のスイッチ素子に配分されるパワーの比率がＰ１／Ｐ２になるよう共通駆動できる。
以上のような構成にすることにより、１×２Ｎツリー型スイッチからなる多方路光スイッチにおいて、Ｎが３以上の整数で奇数であるときでも、１方路につき１チャネルの駆動で切り替えのできる多方路光スイッチを実現した。
（第４の実施形態）
第１から第３の実施形態では、多方路光スイッチ上で、一部の駆動手段の電極が互いに接続されていたが、図１４に示す本発明の第４の実施形態における多方路光スイッチのように、電極を多方路光スイッチ外部に取り出し、図１５に示すように、外部で電気的に接続し、共通駆動しても良い。
また、図１４（ｂ）に示すように、ＭＺＩ型素子の第１の導波路に形成された薄膜ヒータ２１１、２１２を駆動し、光の遮断と透過を切り替えても良いし、ＭＺＩ型素子の第２の導波路に形成された薄膜ヒータ３１３、３１４を駆動し、光の遮断と透過を切り替えても良い。
（第５の実施形態）
第１の実施形態で示した図８（ａ）では、駆動するチャネルを切り替える時に、電極を２本ずつ電源に接続した。このとき、例えば駆動電極チャネル１を駆動する場合は、電極５１６と５２４は接続されるが、電極５１５と５２３が接続されていないように注意する必要がある。そうでなければ、駆動電極チャネル１に流した電流が、薄膜ヒータ３０４と３１２を通して流れてしまう。
そこで、図１６に示すように、第３のスイッチ素子の駆動手段と電源の間、または、図示しないが、第３のスイッチ素子の駆動手段と第１のスイッチ素子の駆動手段の間に、それぞれダイオードを挿入した。このようにスイッチ素子の駆動経路にダイオードを挿入すれば、電流の逆流が防止され、電極５２４と５１６、電極５１５と５２３、電極５２２と５１４、電極５１３と５２１を電気的に接続しても、電流の逆流を防ぐことができる。
（第６の実施形態）
図１７に示すように、２×１の電気スイッチ６３１を用い、駆動電極チャネル１〜４の駆動時に、それぞれ電極５２４と５１６、電極５１５と５２３、電極５２２と５１４、電極５１３と５２１を電源６０１に電気的に接続すれば、１つの電源のみで共通駆動でき、駆動経路を切り替えることができる。
（第７の実施形態）
図１８に、本発明の第７の実施形態における多方路光スイッチを示す。本実施形態の多方路光スイッチの回路構成は、図４（ｂ）において、２分岐スイッチ素子４０１の出力の導波路１２１と１２２につながる二つの４方路光スイッチのうち、導波路１２２につながる４方路光スイッチと同じ導波路構成である。異なるのは、駆動手段の接続設計である。
本実施形態では、多段に接続された多方路光スイッチにおいて、ｉ段目の第１のスイッチ素子とｊ段目の第２のスイッチ素子の駆動手段を直接に接続した。
１×２Ｎツリー型スイッチとＭ段ゲート型スイッチからなる多方路光スイッチの場合を詳細に説明する。１×２Ｎツリー型スイッチのｉ段目（１≦ｉ≦Ｎ−１）の２分岐スイッチ素子４０３の第１の導波路に形成された駆動手段２０３と、１×２Ｎツリー型スイッチのｉ＋１段目の２分岐スイッチ素子４０６の第１と第２の導波路に形成された駆動手段２０６と３０６が、電極５２９、５３０により直接に接続されており、１×２Ｎツリー型スイッチのｉ段目の２分岐スイッチ素子４０３の第２の導波路に形成された駆動手段３０３と、１×２Ｎツリー型スイッチのｉ＋１段目の２分岐スイッチ素子４０７の第１と第２の導波路に形成された駆動手段２０７と３０７が、電極５３１、５３２により直列に接続されている。図１８はＮ＝２の場合であるが、Ｎ＝３以上の場合も同様の接続を行えばよい。続いて、１×２Ｎツリー型スイッチのＮ段目にある、２N-1個の２分岐素子の第１と第２の導波路に形成された駆動手段２０６と３０６、２０７と３０７が、２N-1個の２分岐素子の出力につながる２Ｎ個のＭ段ゲート型スイッチの１段目のゲートスイッチ素子４１５〜４１８の駆動手段３１５、３１６、２１７、２１８に、電極５１２、５１１、５１０、５０９により直列に接続されている。図１８はＭ＝１の場合であるが、Ｍが２以上の場合、Ｍ段ゲート型スイッチのｊ段目（１≦ｊ≦Ｍ−１）のゲートスイッチ素子の駆動手段とｊ＋１段目のゲートスイッチ素子の駆動手段を直列に接続すればよい。
図１９（ａ）に、電極と駆動手段として薄膜ヒータの接続関係、図１９（ｂ）に電気回路図を示す。１２２から入力した光を１０７に出力する場合を説明する。駆動手段３０３、２０７、２１７の抵抗値Ｒａ、Ｒｂ、ＲｃをそれぞれＲ、α・Ｒ、β・Ｒと置く。直列に接続された駆動手段３０３、２０７、２１７に電流Ｉ＝Ｖ／［（１＋α＋β）・Ｒ］を流すと、駆動手段３０３、２０７、２１７に印加されるパワーは、それぞれ、Ｐａ＝Ｉ２・Ｒ、Ｐｂ＝Ｉ２・α・Ｒ、Ｐｃ＝Ｉ２・β・Ｒとなる。ただし、電圧源で電圧Ｖをかけた時に流れる電流をＩ、もしくは、電流源で電流Ｉを流した時にかかる電圧をＶとした。したがって、印加されるパワーの比率は、Ｐａ：Ｐｂ：Ｐｃ＝１：α：βである。すなわち、Ｐａ／Ｐｃ＝Ｒａ／Ｒｃ＝１／βである。
ここで、αとβは任意であるが、どの方路に切り替えるにも消費されるパワーが一定となる多方路光スイッチを実現するには、第１のスイッチ素子として図５（ａ）に示すＭＺＩ型２分岐スイッチ素子、第２のスイッチ素子として図５（ｂ）に示すＭＺＩ型ゲートスイッチ素子を用い、α＝１、β＝２に設定すれば良い。この時、Ｒａ／Ｒｃ＝１／２である。消費パワーは、光を出力するポートに寄らず、Ｐ＝４・Ｉ２・Ｒである。
以上、説明したように共通駆動することで、電源チャネル３を駆動するだけで、光を出力ポート１０７より出力させることができた。同様に、電源チャネル１、２、４を共通駆動することで、光をそれぞれ出力ポート１０５、１０６、１０８より出力させることができた。このように、１つの駆動のみで１方路の選択ができる多方路光スイッチを実現した。
（第８の実施形態）
図２０に、本発明の第８の実施形態における多方路光スイッチを示す。回路構成は１×２Ｎ（Ｎ＝２）ツリー型スイッチとＭ段（Ｍ＝２）ゲート型スイッチからなる多方路光スイッチである。これまでの実施形態と異なるのは、スイッチ素子の一部を、遮断から透過まで光強度を連続的に可変にした可変光アッテネータとして用いたことである。
どのスイッチ素子を用いても良いが、Ｍ段ゲート型スイッチのｊ段目（１≦ｊ≦Ｍ）のゲートスイッチ素子を可変光アッテネータとして機能させた。図６（ｂ）に示すように、初期状態では、クロスポートの光は遮断され、光強度は０であるが、駆動手段にパワーをかけると、光強度は０から１まで連続的に変化し、Ｐπのパワーで光は透過する。
また、例えば、図２１に示すように、１×２Ｎ（Ｎ＝２）ツリー型スイッチとＭ段ゲート型スイッチのＭ−１段目までの駆動手段を、方路切り替え用として共通駆動し、Ｍ段ゲート型スイッチのＭ段目の駆動手段を、光強度調整用として駆動させても良い。さらに、第１の実施形態で説明したように、方路の切り替えごとに、使用する電極を共通化し、電源を接続しても良いし、第５の実施形態で説明したように、ダイオードを備えても良いし、第６の実施形態で説明したように、共通化した電極を電気スイッチで切り替え、駆動しても良い。図２１では、４チャネルの２×１電気スイッチ６３１と、４チャネルの１×１電気スイッチ６３２を用いた。
本実施形態では、Ｍ段ゲート型スイッチの、Ｍ段目のゲートスイッチ素子の駆動手段のみを独立させ、方路切り替えの駆動手段とは独立させて、光強度を調整したが、どのスイッチ素子を可変光アッテネータとしても良いし、１段目からＭ段目までの複数のスイッチ素子を同時に駆動し、光強度可変にしても良い。
（第９の実施形態）
図２２に示す本発明の第９の実施形態における多方路光スイッチは、平面基板上に形成され、２分岐スイッチ素子で構成される１×２Ｎ（Ｎ＝１）ツリー型スイッチ４３４と、タップスイッチ（４１１と４１２）がＭ段（Ｍ＝２）従属に接続された、２Ｎ（＝２）個のＭ段タップ型スイッチ（４３６）とからなり、１×２ツリー型スイッチの２個の出力に、それぞれ２段タップ型スイッチが接続されている。そして、２個の２段タップ型スイッチを構成するタップスイッチ素子４１１、４１２、４１３、４１４に、それぞれゲートスイッチ素子４１９、４２０、４２１、４２２が接続され、これらゲートスイッチ素子に２Ｎ×Ｍ（＝４）個の出力ポート１０１〜１０４が接続されている。
本実施形態では、第３の実施形態で説明したように、２分岐素子４３４の駆動手段に、第３の駆動手段を直列に接続している。本実施形態では、駆動手段として平面基板上に形成された薄膜ヒータを用いた。
また、第３の駆動手段は、スイッチ素子から離した位置に形成した。第３の駆動手段の熱により、スイッチ素子の駆動に影響が無いようにするためである。また、薄膜ヒータの近傍に断熱溝を形成し、熱クロストークの抑制、消費電力の低減を行っても良い。
さらに、本実施形態では、グラウンド線を平面基板上で共通化し、電極数を減らすことで、多方路光スイッチを小型にした。
さらにまた、本実施形態では、第４の実施形態で説明したように、電極を多方路光スイッチ外部に取り出し、外部で電気的に接続した。電極を外部に取り出すため、平面基板上に電極端子を形成し、電極端子５５１、５５４、５５７、５６０をグラウンド線、電極端
子５５２、５５３、５５５、５５６、５５８、５５９、５６１〜５６４を給電線とした。
本実施形態では、２Ｎ（＝２）個のＭ（＝２）段タップ型スイッチに２Ｎ×Ｍ（＝４）個のゲートスイッチ素子４１９、４２０、４２１、４２２を通して出力したが、ゲートスイッチ素子を用いず、タップ型スイッチから直接出力してもよい。
（第１０の実施形態）
図２３に示す本発明の第１０の実施形態における多方路光スイッチは、平面基板上に形成され、２分岐スイッチ素子で構成される１×２Ｎ（Ｎ＝２）ツリー型スイッチ４３４と、タップスイッチ素子（４１１と４１２）がＭ段（Ｍ＝２）従属に接続された、２Ｎ（＝４）個のＭ段タップ型スイッチ（４３６）とからなり、１×２ツリー型スイッチの４個の出力に、それぞれ２段タップ型スイッチが接続されている。そして、４個の２段タップ型スイッチを構成するタップスイッチ素子４１１〜４１８に、それぞれゲートスイッチ素子４１９〜４２６が接続され、これらゲートスイッチ素子に２Ｎ×Ｍ（＝８）個の出力ポートが接続されている。
（第１１の実施形態）
図２４に示す本発明の第１１の実施形態における多方路光スイッチは、多方路光スイッチが複数、平面基板上に形成されている。
多方路光スイッチ４３１、４３２、４３３は、Ｎ段（Ｎ＝１）の２分岐スイッチ素子で構成される１×２ツリー型スイッチ４３４と、ゲートスイッチ素子がＭ段（Ｍ＝２）従属に接続された、２Ｎ（＝２）個の２段ゲート型スイッチ４３５とからなり、１×２ツリー型スイッチの２個の出力と、２個の２段ゲート型スイッチの入力とがそれぞれ導波路で接続され、２個の２段ゲート型スイッチに、２個の出力ポートが接続されている。
本実施形態では、同じ構成の多方路光スイッチを複数、平面基板上に並べたが、異なる構成の多方路光スイッチを平面基板上に集積しても良いし、同一回路構成の多方路光スイッチを複数形成し、互いに電極設計が異なるようにしても良い。また、多方路光スイッチとは異なる光回路を平面基板上に集積しても良い。
（第１２の実施形態）
第９〜１１の実施形態で述べた平面型光回路は、図２５に示すように作製した。平面基板１６１上に火炎堆積法でＳｉＯ２を主体にした下部クラッドガラススート１６２、ＳｉＯ２にＧｅＯ２を添加したコアガラススート１６３を堆積した。（（ａ））。その後、１０００℃以上の高温でガラス透明化を行った。この時に、下部クラッドガラス層１６４、コアガラス１６５は設計した厚さとなるように、ガラスの堆積を行った（（ｂ））。引き続き、フォトリソグラフィ技術を用いてコアガラス１６５上にエッチングマスク１６６を形成し（（ｃ））、反応性イオンエッチングによってコアガラス１６５のパターン化を行った（（ｄ））。エッチングマスク１６６を除去した後、上部クラッドガラス１６７を再度火炎堆積法で形成した。上部クラッドガラス１６７にはＢ２Ｏ３やＰ２Ｏ５などのドーパントを添加してガラス転移温度を下げ、それぞれのコアガラス１６５とコアガラス１６５の狭い隙間にも上部クラッドガラス１６７が入り込むようにした（（ｅ））。続いて、上部クラッド１６７の上面にＡｕの電気配線と電極端子、及び窒化タンタルの薄膜ヒータを形成し、電極端子の開口部を除く領域を石英の絶縁膜で覆った。電気配線と電極端子はＡｕで、薄膜ヒータは窒化タンタルで形成したが、その他の材料を用いても良い。また、窒化タンタル上にＡｕを形成するなど、２種類以上の材料を用いて電気配線や電極端子を作製しても良い。電気配線層を作製した後、薄膜ヒータ近傍に断熱溝（図示せず）を形成した。
上記で述べた平面型光回路は、主にシリコン基板上の石英系ガラス導波路を用いた例を示したが、その導波路材料がポリイミド、シリコン、半導体、ＬｉＮｂＯ３などであってもよい。また、例えばその製造方法が、スピンコート法、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法、イオン拡散法、イオンビーム直接描画法などであっても本発明は適用可能である。また、基板もシリコンに限定するものではなく、石英などその他の材料を用いても良い。また、駆動手段として、薄膜ヒータを用いた熱光学効果を利用したが、電気光学効果、磁気光学効果など、その他の手段を用いても良い。
各実施形態では、多方路光スイッチを構成するスイッチ素子として、ＭＺＩ型素子を用いる場合を説明したが、任意のスイッチ素子を用いることができる。また、ＭＺＩ型素子のそれぞれは、２入力２出力の光分波器と、２入力２出力の光合波器と、これら光分波器と光合波器に挟まれた第１および第２の光導波路と、第１および第２の光導波路に形成された駆動手段により形成したが、ＭＺＩ型素子の構成はこれに限定されない。例えば、光分波器と光合波器は、異なる種類のものを用いることができる。また、例えば、入力光を２分波する光分波器として、２入力２出力の光分波器の代わりにＹ分岐型の光分波器を用いたＭＺＩ型素子でも、２分岐素子として同様に駆動させることができる。また、光分波器として１入力２出力のＹ分岐、光合波器として２入力１出力のＹ分岐を用いたＭＺＩ型素子をゲートスイッチ素子として用いることができる。
従来技術における多方路スイッチの構成を示す図である。 （ａ）は、従来技術における多方路スイッチを構成する２分岐スイッチを、（ｂ）は、ゲートスイッチ素子を示す図である。 （ａ）は、従来技術における薄膜ヒータの配線接続設計図を、（ｂ）は、概念図を示す図である。 （ａ）は、第１の実施形態における多方路スイッチの電気配線設計図を、（ｂ）は、光スイッチ構成を示す図である。 （ａ）は、第１の実施形態における多方路スイッチを構成する２分岐スイッチを、（ｂ）は、ゲートスイッチ素子を示す図である。 （ａ）は、第１の実施形態における多方路スイッチを構成する２分岐スイッチの光強度を、（ｂ）は、ゲートスイッチ素子の光強度を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態における多方路スイッチの配線の詳細を示す図である。 （ａ）は、第１の実施形態における薄膜ヒータの配線接続設計図を、（ｂ）は、概念図を示す図である。 第２の実施形態における多方路スイッチを示す図である。 （ａ）は、第２の実施形態における多方路スイッチを構成する２分岐スイッチ素子の拡大図を、（ｂ）は、２分岐スイッチ素子の概略図を、（ｃ）は、２分岐スイッチ素子の光強度を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態における薄膜ヒータの配線接続設計図である。 （ａ）および（ｂ）は、第３の実施形態における電気配線設計図である。 第３の実施形態における薄膜ヒータの配線接続設計図である。 第４の実施形態における多方路スイッチの配線の詳細を示す図である。 第４の実施形態における配線接続を示す図である。 第５の実施形態における配線接続を示す図である。 第６の実施形態における配線接続を示す図である。 第７の実施形態における多方路スイッチを示す図である。 （ａ）は、第７の実施形態における薄膜ヒータの配線接続設計図であり、（ｂ）は、概念図を示す図である。 第８の実施形態における電気配線設計図を示す図である。 第８の実施形態における配線接続を示す図である。 第９の実施形態における多方路スイッチを示す図である。 第１０の実施形態における多方路スイッチを示す図である。 第１１の実施形態における多方路スイッチを示す図である。 平面基板上に形成された多方路スイッチの製造工程を示す図である。
符号の説明
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８ 入力／出力ポート
１１１、１１２ 光カプラ
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９、１３０、１３１、１３２、１３３、１３４ 導波路
１４１、１４２、１４３、１４４ 入力／出力ポート
１４５、１４６ 導波路
１６１ 平面基板
１６２ 下部クラッドガラススート
１６３ コアガラススート
１６４下部クラッドガラス
１６５ コアガラス
１６６ エッチングマスク
１６７ 上部クラッドガラス
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７ ２分岐スイッチのヒータ１
２１１、２１２、２１７、２１８ ゲートスイッチのヒータ１
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７ ２分岐スイッチのヒータ２
３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６ ゲートスイッチのヒータ２
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７ ２分岐素子
４１１、４１２、４１３、４１４、４１５、４１６、４１７、４１８、４１９、４２０、４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６ ゲート素子、または、タップスイッチ素子
４３０ ４方路光スイッチ
４３１ ４３２、４３３ ２方路光スイッチ
４３４ ツリー型スイッチ
４３５ ゲート型スイッチ
４３６ タップ型スイッチ
５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６、５０７、５０８、５０９、５１０、５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、５１６、５１７、５１８、５１９、５２０、５２１、５２２、５２３、５２４、５２５、５２６、５２７、５２８、５２９、５３０、５３１、５３２、５３３、５３４、５３５、５３６、５３７、５３８、６３９、５４０、５４１、５４２ 電極
５５１、５５２、５５３、５５４、５５５、５５６、５５７、５５８、５５９、５６０、５６１、５６２、５６３、５６４ 電極端子
６０１、６０２、６０３、６０４ 電源
６１１、６１２ 外部抵抗
６２１、６２２、６２３、６２４ ダイオード
６３１、６３２ 電気スイッチ
９００、９０１、９０２、９０３、９０４、９０５、９０６、９０７、９０８ 入力／出力ポート
９０９、９１０ 光カプラ
９９０、９９１、９９２、９９３ 入力／出力ポート
９９４ 第１の導波路
９９５ 第２の導波路
９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６、９１７ ２分岐素子
９２１、９２２、９２３、９２４、９２５、９２６、９２７、９２８ ゲート素子
９５１、９５２、９５３、９５４、９５５、９５６、９５７、９５８、９５９、９６０、９６１、９６２、９６３、９６４、９６５、９６６、９６７、９６８、９６９ 電極
９３１、９３２、９３４、９３５、９４１、９４２、９４３、９４４ ヒータ
９７１、９７２、９７３ 電気デジタルスイッチ

Claims (18)

  1. 複数のスイッチ素子より構成された多方路光スイッチにおいて、
    前記複数のスイッチ素子のそれぞれは、光路の切り替え、または、光の透過もしくは遮断を行う駆動手段を備え、
    前記複数のスイッチ素子のうちの第１のスイッチ素子において電力を印加しない初期状態から光を遮断する状態まで変化させるのに要する第１のパワーＰ１と、前記複数のスイッチ素子のうちの第２のスイッチ素子において電力を印加しない初期状態から光を遮断する状態まで変化させるのに要する第２のパワーＰ２が異なり、
    前記第１のスイッチ素子に配分されるパワーと前記第２のスイッチ素子に配分されるパワーの比率がＰ１／Ｐ２になるように、前記第１のスイッチ素子の駆動手段及び前記第２のスイッチ素子の駆動手段は、共通の電源によって駆動されることを特徴とする多方路光スイッチ。
  2. 請求項１に記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記第１のスイッチ素子の駆動手段と前記第２のスイッチ素子の駆動手段とが、並列に接続されていることを特徴とする多方路光スイッチ。
  3. 請求項２に記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記複数のスイッチ素子のうちの第３のスイッチ素子の駆動手段が、前記第１のスイッチ素子の駆動手段と直列に接続されていることを特徴とする多方路光スイッチ。
  4. 請求項３に記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記第１から第３のスイッチ素子の駆動手段が抵抗発熱体であり、
    前記抵抗発熱体の抵抗値を夫々Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３としたとき、Ｒ１とＲ３は夫々Ｒ２の半分に設定されていることを特徴とする多方路光スイッチ。
  5. 請求項２に記載の多方路光スイッチにおいて、
    抵抗体が、前記第１のスイッチ素子の駆動手段と直列に接続されていることを特徴とする多方路光スイッチ。
  6. 請求項５に記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記第１および第２のスイッチ素子の駆動手段が抵抗発熱体であり、
    前記第３の駆動手段が抵抗値Ｒ３の抵抗体であり、
    前記第１および第２のスイッチ素子の発熱抵抗体の抵抗値を夫々Ｒ１、Ｒ２としたとき、Ｒ１とＲ３の和がＲ２に設定されていることを特徴とする多方路光スイッチ。
  7. 請求項１に記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記第１のスイッチ素子の駆動手段と前記第２のスイッチ素子の駆動手段が、直列に接続されていることを特徴とする多方路光スイッチ。
  8. 請求項７に記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記第１および第２のスイッチ素子の駆動手段が抵抗発熱体であり、
    前記第１のスイッチ素子の駆動手段の抵抗値をＲ１、前記第２のスイッチ素子の抵抗値をＲ２としたとき、Ｒ１／Ｒ２がＰ１／Ｐ２に等しいことを特徴とする多方路光スイッチ。
  9. 請求項３または４に記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記複数のスイッチ素子のそれぞれは、
    入力光を２分波する光分波器と、
    前記光分波器に接続された第１の光導波路および第２の光導波路と、
    前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を合波する光合波器と、
    前記光合波器に接続された１つ又は２つの出力ポートと、
    前記第１および第２の光導波路に形成された駆動手段と
    を備えるマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型素子であり、
    前記ＭＺＩ型素子のスイッチングパワーをＰπとすると、
    前記第１および前記第３のスイッチ素子は、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有し、前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートに光を出力するのに要するパワーがそれぞれＰπ／２である２分岐スイッチであり、
    前記第２のスイッチ素子は、電力を印加しない状態で、単一の出力ポートを有する場合には、前記単一の出力ポートの出力光が遮断されるように、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有する場合には、前記ＭＺＩ型素子の前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートのいずれかの出力光が遮断されるように、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との光学的光路長差が設定されているゲートスイッチ素子であることを特徴とする多方路光スイッチ。
  10. 請求項５または６に記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記複数のスイッチ素子のそれぞれは、
    入力光を２分波する光分波器と、
    前記光分波器に接続された第１の光導波路および第２の光導波路と、
    前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を合波する光合波器と、
    前記光合波器に接続された１つ又は２つの出力ポートと、
    前記第１および第２の光導波路に形成された駆動手段と
    を備えるマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型素子であり、
    前記ＭＺＩ型素子のスイッチングパワーをＰπとすると、
    前記第１のスイッチ素子は、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有し、前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートに光を出力するのに要するパワーがそれぞれＰπ／２である２分岐スイッチであり、
    前記第２のスイッチ素子は、電力を印加しない状態で、単一の出力ポートを有する場合には、前記単一の出力ポートの出力光が遮断されるように、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有する場合には、前記ＭＺＩ型素子の前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートのいずれかの出力光が遮断されるように前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との光学的光路長差が設定されているゲートスイッチ素子であることを特徴とする多方路光スイッチ。
  11. 請求項８に記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記複数のスイッチ素子のそれぞれは、
    入力光を２分波する光分波器と、
    前記光分波器に接続された第１の光導波路および第２の光導波路と、
    前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を合波する光合波器と、
    前記光合波器に接続された１つ又は２つの出力ポートと、
    前記光導波路に形成された駆動手段とからなるマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型素子であり、
    前記ＭＺＩ型素子のスイッチングパワーをＰπとすると、
    前記第１のスイッチ素子は、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有し、前記ＭＺＩ型素子の前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートに光を出力するのに要するパワーがそれぞれＰπ／２である２分岐スイッチであり、
    前記第２のスイッチ素子は、電力を印加しない状態で、単一の出力ポートを有する場合には、前記単一の出力ポートの出力光が遮断されるように、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートを有する場合には、前記ＭＺＩ型素子の前記第１の出力ポートおよび前記第２の出力ポートのいずれかの出力光が遮断されるように前記第１の光導波路と第２の光導波路との光学的光路長差が設定されているゲートスイッチ素子であり、
    Ｒ１がＲ２の半分に設定されていることを特徴とする多方路光スイッチ。
  12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記スイッチ素子の駆動手段と前記電源との間、または前記スイッチ素子の駆動手段間にダイオードを備えることを特徴とする多方路光スイッチ。
  13. 請求項１２に記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記複数のスイッチ素子の駆動手段は、電気スイッチを介して前記電源に接続されていることを特徴とする多方路光スイッチ。
  14. 請求項１〜１１のいずれかに記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記スイッチ素子の一部を、光強度可変にしたことを特徴とする多方路光スイッチ。
  15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記第１のスイッチ素子は２分岐スイッチ素子であり、
    前記第２のスイッチ素子はゲートスイッチ素子であり、
    前記多方路光スイッチは、
    Ｎ段（Ｎは１以上の整数）の前記２分岐スイッチ素子で構成される１×２Ｎツリー型スイッチと、
    前記ゲートスイッチ素子がＭ段（Ｍは１以上の整数）従属に接続された、２Ｎ個のＭ段ゲート型スイッチと
    を備え、
    前記１×２Ｎツリー型スイッチの２Ｎ個の出力と前記２Ｎ個のＭ段ゲート型スイッチの入力とが夫々導波路で接続されて、前記２Ｎ個のＭ段ゲート型スイッチに２Ｎ個の出力ポートが接続されていることを特徴とする多方路光スイッチ。
  16. 請求項１〜１４のいずれかに記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記第１のスイッチ素子は２分岐スイッチ素子であり、
    前記第２のスイッチ素子はタップスイッチ素子であり、
    前記多方路光スイッチは、
    前記２分岐スイッチ素子で構成される１×２Ｎ（Ｎは１以上の整数）ツリー型スイッチと、
    前記タップスイッチ素子がＭ段（Ｍは２以上の整数）従属に接続された、２Ｎ個のＭ段タップ型スイッチと
    を備え、
    前記１×２Ｎツリー型スイッチの２Ｎ個の出力に夫々Ｍ段タップ型スイッチが接続されて、前記２Ｎ個のＭ段タップ型スイッチに（２Ｎ×Ｍ）個の出力ポートが接続されているか、または１段以上従属接続されたゲートスイッチ素子を通して（２Ｎ×Ｍ）個の出力ポートが接続されていることを特徴とする多方路光スイッチ。
  17. 請求項１〜１６のいずれかに記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記多方路光スイッチは、平面基板上に形成された石英系光導波路で構成され、前記駆動手段は、前記石英系光導波路の近傍に形成された薄膜ヒータであることを特徴とする多方路光スイッチ。
  18. 請求項１７に記載の多方路光スイッチにおいて、
    前記多方路光スイッチは、複数、平面基板上に形成されていることを特徴とする多方路光スイッチ。
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