JP6462564B2

JP6462564B2 - スイッチ装置

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Publication number: JP6462564B2
Application number: JP2015511091A
Authority: JP
Inventors: 長谷川　淳一; 淳一長谷川; 礼高松原; 奈良　一孝; 一孝奈良
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2019-01-30
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Description

本発明は、光信号のスイッチ装置、特に波長多重伝送において光信号の分岐および挿入に用いられるスイッチ装置に関する。

近年、光通信の高速化および大容量化のために、ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）技術が考案された。ＲＯＡＤＭによる光ネットワークでは、波長多重伝送方式が用いられており、任意の波長の光信号を電気信号に変換せずに分岐および挿入することができる。また、ＲＯＡＤＭによる光ネットワークでは、それぞれの波長の光信号の通るべき経路を変更、新設、又は廃止する際に、接続工事等の作業を行わずに経路を変更、すなわち、再構成することが可能である（Reconfigurable）。

ＲＯＡＤＭを実現するためには、複数の波長の入出力が可能であり、かつ経路を変更可能なスイッチ装置（マルチキャストスイッチともいう）が必要となる。すなわち、ＲＯＡＤＭで用いられるスイッチ装置は、クライアント機器から光信号の入力を受けてＲＯＡＤＭネットワークの方路に挿入する機能と、ＲＯＡＤＭネットワークの方路から分岐された光信号をクライアント機器に出力する機能とを有しており、光信号の通る経路は、動的に変更可能である。

図９は、ＲＯＡＤＭで用いられるスイッチ装置９００の一例の上面図である。スイッチ装置９００は、ＲＯＡＤＭネットワーク側の経路数（方路数）が８であり、クライアント機器側の経路数（波長数）が１６である構成を２組有する。スイッチ装置９００は、筐体９６０中に、２のスプリッタ部９２０と、８のスイッチ部９３０とを備える。それぞれのスプリッタ部９２０は所定の数の光スプリッタを有しており、それぞれのスイッチ部９３０は所定の数の光スイッチを有している。スプリッタ部９２０の一端はネットワーク側ファイバ９４０を介してＲＯＡＤＭネットワークに接続されており、他端は分岐されてスイッチ部９３０の一端に接続されている。さらに、スイッチ部９３０の他端はクライアント側ファイバ９５０を介してクライアント機器に接続されている。なお、図１においては、簡略化のためスプリッタ部９２０、スイッチ部９３０、ネットワーク側ファイバ９４０およびクライアント側ファイバ９５０の間の配線を表示していない。このような構成により、ＲＯＡＤＭネットワークとクライアント機器との間で光信号の分岐および挿入を行うことができる。

スイッチ装置９００に含まれるスプリッタ部９２０およびスイッチ部９３０の数、ならびにスプリッタ部９２０に含まれる光スプリッタおよびスイッチ部９３０に含まれる光スイッチの分岐数を変更することで、所望の方路数および波長数を得ることができる。

図９に記載のスイッチ装置９００において、対応する波長数を多くするためには、スイッチ部９３０の数を増やす必要がある。そうすると、スイッチ装置９００の配置に必要な面積が増加し、また製造に必要な材料の増加により製造コストが増大する。より大きな波長数に対応するために、スイッチ装置の小型化、低コスト化が求められている。

本発明は、上述の問題に鑑みて行われたものであって、配置に必要な面積の低減し、製造コストを低減することが可能なスイッチ部およびそれを含むスイッチ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、入力された光信号の経路選択を行って出力するためのスイッチ部であって、基板と、前記光信号の入出力を行うための１つの共通ポートと、前記光信号の入出力を行うための複数の分岐ポートと、該共通ポートと該分岐ポートとを接続する複数の導波路と、該導波路上に備えられた複数のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）とを有しており、前記基板の表面に沿って延在する光スイッチをそれぞれ備える第１および第２の光スイッチアレイと、を備え、前記第１および第２の光スイッチアレイは、前記分岐ポート側から前記共通ポート側に向けて先細り形状の形を有しており、前記第１の光スイッチアレイに含まれる前記光スイッチの前記分岐ポートと前記第２の光スイッチアレイに含まれる前記光スイッチの前記共通ポートとが近接するように、前記第１の光スイッチアレイと前記第２の光スイッチアレイとが配置されていることを特徴とするスイッチ部を備える。

本発明によれば、スイッチ部において２の光スイッチアレイが互いに逆向きかつ並列に配置されているため、該スイッチ部の面積を低減し、製造コストを低減することができる。

本発明の一実施形態に係るスイッチ装置の概略構成図である。本発明の一実施形態に係るスイッチ装置の模式図である。本発明の一実施形態に係る光スイッチの模式図である。本発明の一実施形態に係るスイッチ部の上面図である。本発明の一実施形態に係るスイッチ部の上面図である。本発明の一実施形態に係るスイッチ部の上面図である。本発明の一実施形態に係るスイッチ部の上面図である。本発明の一実施形態に係るスイッチ部の上面図である。本発明の一実施形態に係る光スイッチの模式図である。本発明の一実施形態に係るＭＺＩ同士の隣接部分を示す図である。本発明の一実施形態に係るＭＺＩ同士の隣接部分を示す図である。本発明の一実施形態に係るＭＺＩ同士の隣接部分を示す図である。従来のスイッチ装置の上面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同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こともある。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るスイッチ装置１０の概略構成図である。スイッチ装置１０は、複数の方路を有するＲＯＡＤＭネットワークと複数のクライアント機器との間に接続可能である。これにより、スイッチ装置１０は、ＲＯＡＤＭネットワークの方路から所望のクライアント機器に光信号を分岐し、又はクライアント機器からＲＯＡＤＭネットワークの所望の方路に信号を挿入することができる。

スイッチ装置１０は、２のスプリッタ部２０と、４のスイッチ部３０とを備える。スプリッタ部２０およびスイッチ部３０は、筐体６０に収納されている。スプリッタ部２０の一端はネットワーク側ファイバ４０を介してＲＯＡＤＭネットワークに接続されており、他端は分岐されて複数のスイッチ部３０の一端に接続されている。さらに、スイッチ部３０の他端はクライアント側ファイバ５０を介してクライアント機器に接続されている。なお、図１においては、簡略化のため、スプリッタ部２０、スイッチ部３０、ネットワーク側ファイバ４０およびクライアント側ファイバ５０の間の配線を表示していない。

図２は、スイッチ装置１０の配線方式を示す模式図である。スプリッタ部２０は、１枚のチップ（基板）上に、８の光スプリッタ２１を備える。本実施形態で用いられる光スプリッタ２１は１×１６光スプリッタであり、一端に１の共通ポート２１ａと他端に１６の分岐ポート２１ｂとを有する。共通ポート２１ａから入力された光信号は、各分岐ポート２１ｂに分割されて出力される。又は、各分岐ポート２１ｂから入力された光信号は、共通ポート２１ａに合流されて出力される。スプリッタ部２０は、例えば石英基板上に形成されたＰＬＣを用いて作製されており、コアとクラッドの比屈折率差Δは０．４％程度である。このように低い比屈折率差Δを用いることにより、接続損失を低減できる。

スイッチ部３０は、１枚のチップ（基板）上にそれぞれ設けられた、８の光スイッチ３１と、それぞれの光スイッチ３１に接続されたタップカプラ３２とを備える。後述するように光スイッチ３１は４つずつ逆向きに配置されるが、図２においては便宜上同じ向きに表している。本実施形態で用いられる光スイッチ３１は１×８光スイッチであり、一端に１の共通ポート３１ａと他端に８の分岐ポート３１ｂとを有する。共通ポート３１ａから入力された光信号は、制御に応じていずれかの分岐ポート３１ｂに出力される。又は、各分岐ポート３１ｂから入力された光信号は、制御に応じて共通ポート３１ａに出力される又は出力されずに廃棄される。スイッチ部３０は、例えばシリコン基板上に形成されたＰＬＣを用いて作製されており、コアとクラッドの比屈折率差Δは１．５％程度である。このように高い比屈折率差Δを用いることにより、小型化が可能である。スイッチ装置１０が対応する波長数を多くするためには、各スイッチ部３０が含む光スイッチ３１の数を多くする又はスイッチ部３０自体の数を多くする必要がある。そのため、スイッチ装置１０の配置スペースを低減するために、スイッチ部３０を高い比屈折率差Δに調整することによって、スイッチ部３０を小型化している。
なお、コアの屈折率を高めるドーパントとして、一般的にはＧｅが用いられるが、これに替えてＺｒ等のより大きく屈折率を高めることができるドーパントを用いてもよい。これによりコアとクラッドの比屈折率差Δを５％程度（２．５％〜１２％）まで高めることができ、スイッチ部３０のよりいっそうの小型化が可能となる。

タップカプラ３２は、一端に１の共通ポートと、他端に２の分岐ポートとを有する。タップカプラ３２の共通ポートは光スイッチ３１の共通ポート３１ａに接続されており、タップカプラ３２の２の分岐ポートの一方はクライアント側ファイバ５０に接続されており、他方はＰＤ（不図示）に接続されている。ＰＤを用いて、光スイッチ３１における光出力をモニタすることができる。タップカプラ３２の分岐比率は任意であるが、本実施形態では５％がＰＤ側に分岐される。

光スプリッタ２１の分岐ポート２１ｂと、光スイッチ３１の分岐ポート３１ｂとは、立体的に交差された複数の光ファイバと、該光ファイバの両端に形成されたファイバアレイとを有するシャッフルファイバアレイ７０を介して接続されている。図２においては、簡略化のため、シャッフルファイバアレイ７０に含まれる光ファイバの一部のみを模式的に表している。

図３は、光スイッチ３１の構成を示す模式図である。光スイッチ３１は、一端に１の共通ポート３１ａと、他端に８の分岐ポート３１ｂとを有する。光スイッチ３１は、カスケード状に接続された複数のマッハツェンダ型干渉計（ＭＺＩ）３３を有する。

ＭＺＩ３３は、一端に１又は２の入力ポートと、他端に１又は２の出力ポートを有する。なお、ＭＺＩ３３には方向性がないため、入力ポートと出力ポートという呼び方は単に区別のためであり、いずれも入力および出力の両方に使用可能である。ＭＺＩ３３の入力ポートと出力ポートとの間には２のカプラ（本実施形態では、方向性結合器）３３ａ、３３ｄと、該２のカプラに挟まれた２本の導波路３３ｂ、３３ｃとが設けられている。また、２本の導波路３３ｂのうち少なくとも一方の近傍には加熱手段としてのヒータ３３ｅが設けられている。ＭＺＩ３３が有するカプラとしては、ＤＣ（方向性結合器）だけでなく、ＷＩＮＣ（波長無依存カプラ）やＹ分岐等を特性に応じて用いてもよい。

ヒータ３３ｅによる加熱を行わない状態においては、ＭＺＩ３３の２の入力ポートのいずれかから入力された光信号は、２の出力ポートの一方から出力されるように調整されている。ヒータ３３ｅによって２本の導波路３３ｂ、３３ｃのいずれかを加熱すると、該導波路における光の伝搬速度が低下し、光信号が２の出力ポートの他方から出力されるように変化する。そのため、ヒータ３３ｅの加熱のオン、オフを制御することにより、入力ポートから入力された信号を２の出力ポートのどちらから出力するかを選択することができる。各ヒータ３３ｅは後述する電極パッド３５ａ、３５ｂに任意の配線方法により接続されており、不図示の制御部から電極パッド３５ａ、３５ｂを介してヒータ３３ｅへの電力供給の有無を制御することによって、ヒータ３３ｅの加熱の有無を切り替えることができる。このような構成によって、光スイッチ３１内において光信号の通る経路を動的に変更することができる。

上述したように、光スイッチ３１はカスケード状に接続された複数のＭＺＩ３３を備えている。共通ポート３１ａ側から見て光スイッチ３１の一段目３１ｃには、１のＭＺＩ３３が設けられている。このＭＺＩ３３の２の入力ポートの一方にはタップカプラ３２が接続されており、２の出力ポートには二段目３１ｄの２のＭＺＩ３３の入力ポートがそれぞれ接続されている。二段目３１ｄの２のＭＺＩ３３の出力ポート（合計４）は、三段目３１ｅの４のＭＺＩ３３の入力ポートにそれぞれ接続されている。三段目３１ｅの４のＭＺＩ３３の出力ポート（合計８）は、ゲートスイッチ部３１ｆに接続されている。ゲートスイッチ部３１ｆにおいては、三段目３１ｅの各ＭＺＩ３３の２の出力ポートの一方に１のＭＺＩ３３が接続されており、他方に２のＭＺＩ３３が直列に接続されている。ゲートスイッチ部３１ｆにより、無通電時にも消光比を高めることができる。

図４Ａは、本実施形態に係るスイッチ部３０の上面図である。スイッチ部３０は、１枚のチップ（基板）上に、逆向きかつ並列に配置された２の光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂを備える。光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂは、チップの表面に沿って延在しており、それぞれ並列に配置された４の光スイッチ３１を有している。すなわち、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂに含まれる４の光スイッチ３１は、一方に全ての共通ポート３１ａが配列し、他方に全ての分岐ポート３１ｂが配列するように配置されている。各光スイッチ３１の共通ポート３１ａは光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの一端に設けられた共通端子３４ｃに接続されており、各光スイッチ３１の分岐ポート３１ｂは光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの他端に設けられた分岐端子３４ｄに接続されている。第１の光スイッチアレイ３４ａの共通端子３４ｃと、第２の光スイッチアレイ３４ｂの分岐端子３４ｄとはスイッチ部３０の側面３ｃに設けられ、第１の光スイッチアレイ３４ａの分岐端子３４ｄと、第２の光スイッチアレイ３４ｂの共通端子３４ｃとは側面３ｃに対向するスイッチ部３０の側面３ｄに設けられている。

なお、１の光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂに含まれる光スイッチ３１の数は４に限られず、１以上の任意の数でよい。また、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂに含まれる光スイッチ３１は全て同一の構成でなくともよく、互いに異なる構成を有してもよい。さらに、第１の光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂは互いに異なる構成を有してもよい。

ここで、第１の光スイッチアレイ３４ａと第２の光スイッチアレイ３４ｂとが逆向きかつ並列に配置されていることを具体的に説明する。第１の光スイッチアレイ３４ａの共通端子３４ｃから分岐端子３４ｄに向かう方向と、第２の光スイッチアレイ３４ｂの共通端子３４ｃから分岐端子３４ｄに向かう方向とが逆向きになるように、第１の光スイッチアレイ３４ａおよび第２の光スイッチアレイ３４ｂは配置されている。すなわち、第１の光スイッチアレイ３４ａに含まれる各光スイッチ３１の共通ポート３１ａから分岐ポート３１ｂに向かう方向と、第２の光スイッチアレイ３４ｂに含まれる各光スイッチ３１の共通ポート３１ａから分岐ポート３１ｂに向かう方向とは、逆向きである。

光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの分岐端子３４ｄ側（すなわち、光スイッチ３１の分岐ポート３１ｂ側）には、多くの数の導波路およびＭＺＩ３３が配置される。あるＭＺＩ３３のヒータ３３ｅにより発生された熱が他のＭＺＩ３３の作動に影響を与えることを避けるため、ＭＺＩ３３同士を所定の距離離して配置する必要がある。一方、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの共通端子３４ｃ側（すなわち、光スイッチ３１の共通ポート３１ａ側）には、少ない数の導波路およびＭＺＩ３３が配置される。そのため、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの共通端子３４ｃ側には、導波路およびＭＺＩ３３が配置されていない余分な領域が発生する。

本実施形態に係るスイッチ部３０では、図４Ａのように、分岐端子３４ｄから共通端子３４ｃに向けて先細り形状の形を有しており、その先端部を両側から挟むように余分な領域が存在している。そこで、第１の光スイッチアレイ３４ａと第２の光スイッチアレイ３４ｂとを逆向きに配置し、先端部同士を近接させることによって、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂのそれぞれの共通端子３４ｃ側に発生する余分な領域同士が重なるようにしている。その結果、第１の光スイッチアレイ３４ａの共通端子３４ｃ側の余分な領域に第２の光スイッチアレイ３４ｂが配置され、第２の光スイッチアレイ３４ｂの共通端子３４ｃ側の余分な領域に第１の光スイッチアレイ３４ａが配置されることになる。このような構成により、従来では余分な領域となっていた部分にスイッチアレイ３４ａ、３４ｂを配置することによって、スイッチ部３０のサイズを低減することができ、製造コストを低減することができる。

さらに、本実施形態に係るスイッチ部３０においては、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂが逆向きに配置されているため、ＭＺＩ３３に含まれるヒータ３３ｅがチップの一部分に集中せずに分散している。そのため、スイッチ部３０の作動時に発生する熱がチップ全体に分散するため、熱が一部分に集中する場合よりも効率的に放熱フィン等を用いて放熱することができる。

スイッチ部３０は、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの長手方向（共通端子３４ｃと分岐端子３４ｄとを結ぶ方向）に沿って光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂを挟むように配置された２の電極パッド３５ａ、３５ｂをさらに備える。第１の光スイッチアレイ３４ａ側の第１の電極パッド３５ａは第１の光スイッチアレイ３４ａに電気的に接続されており、第２の光スイッチアレイ３４ｂ側の第２の電極パッド３５ｂは第２の光スイッチアレイ３４ｂに電気的に接続されている。各電極パッド３５ａ、３５ｂは、各光スイッチ３１に含まれる各ヒータ３３ｅに電気的に接続されており、ヒータ３３ｅに対する電力供給経路となっている。さらに、各電極パッド３５ａ、３５ｂは、スイッチ部３０の外部の電極に接続される。

従来のスイッチ部では１の光スイッチアレイの両側に電極パッドを設けており、それぞれの電極パッドがスイッチ部の両側に設けられる外部電極に接続されていた。そのため、スイッチ部の両側に設けられる外部電極もスイッチ部の配置に必要な面積を増加させる要因となっていた。それに対して、本実施形態に係るスイッチ部３０では２の光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの両側に電極パッド３５ａ、３５ｂを設けており、それぞれの電極パッド３５ａ、３５ｂが外部電極に接続される。すなわち、１の光スイッチアレイについて片側の外部電極しか必要としない。したがって、光スイッチアレイの１つあたりに必要な外部電極の数を従来よりも半減させることができるため、スイッチ部の配置に必要な面積をさらに低減することができる。

第１の電極パッド３５ａは第１の光スイッチアレイ３４ａにのみ接続され、第２の電極パッド３５ｂは第２の光スイッチアレイ３４ｂにのみ接続されているため、スイッチ部３０を第１の光スイッチアレイ３４ａと第２の光スイッチアレイ３４ｂとの間で分割することができる。図４Ｂは、スイッチ部３０を２つに分割してなる分割スイッチ部３０ａの上面図である。分割スイッチ部３０ａは、図４Ａのスイッチ部３０を２の光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの間の切断面３ｂで切断することにより形成されたものである。なお、図４Ｂでは第１の光スイッチアレイ３４ａ側の構成のみを示しているが、第２の光スイッチアレイ３４ｂ側の構成も同様である。このような構成の分割スイッチ部３０ａを２つ組み合わせて逆向きに配置することによって、１のスイッチ部３０として利用することができる。なお、必ずしもスイッチ部３０を切断して分割スイッチ部３０ａを形成する必要はなく、当初から分割スイッチ部３０ａを作製してもよい。

図４Ａに示すスイッチ部３０は光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂを１枚のチップ上に含んでいるため、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂのどちらかに製造上の不具合が発生した場合に、不具合のない方まで無駄になってしまう。それに対して、図４Ｂに示す分割スイッチ部３０ａは１の光スイッチアレイ３４ａ（又は３４ｂ）のみを１枚のチップ上に含んでいるため、不具合が発生した光スイッチアレイ３４ａ（又は３４ｂ）のみを廃棄でき、歩留まりを向上させることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの共通端子３４ｃ側に発生する余分な領域を利用して互いに逆向きに配置することによって、スイッチ部３０のサイズを低減している。しかしながら、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂが配置されない側（電極パッド３５ａ、３５ｂ側）の余分な領域は利用されずに残ってしまう。本実施形態では、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの形状を変更することによって余分な領域をより効率的に利用し、スイッチ部３０の面積をさらに低減する。

図５Ａは、本実施形態に係るスイッチ部３０の上面図である。本実施形態に係るスイッチ部３０は、第１の実施形態と同様の構成を有するが、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの形状が異なる。本実施形態に係る光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂは、略直角三角形状の形を有する。すなわち、図５Ｂに示すように、直角三角形Ａの底辺Ｂに沿って光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂに含まれる４の光スイッチ３１の分岐ポート３１ｂ（合計３２個）が配列しており、垂辺Ｃと斜辺Ｄとの間の領域に光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの導波路が延在しており、垂辺Ｃと斜辺Ｄとにより形成される頂点近傍に４の光スイッチ３１の共通ポート３１ａ（合計４個）が位置している。また、第１の実施形態と同様に、第１の光スイッチアレイ３４ａと第２の光スイッチアレイ３４ｂとは逆向きに配置されている。

本実施形態に係る光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂにおいては、導波路およびＭＺＩ３３は直角三角形Ａの垂辺Ｃ側（電極パッド３５ａ、３５ｂ側が設けられている側）に寄せられている。そのため、導波路およびＭＺＩ３３が配置されていない余分な領域は、直角三角形Ａの斜辺Ｄ側に集められることになり、電極パッド３５ａ、３５ｂが設けられている側にはあまり発生しない。このような構成を有する第１の光スイッチアレイ３４ａと第２の光スイッチアレイ３４ｂとを互いの余分な領域に位置するよう逆向きかつ並列に配置することによって、スイッチ部３０において導波路およびＭＺＩが配置されていない余分な領域を低減し、スイッチ部３０の面積を第１の実施形態よりもさらに低減することができる。

本実施形態に係るスイッチ部３０を、図４Ｂに示すように、第１の光スイッチアレイ３４ａと第２の光スイッチアレイ３４ｂとの間で分割し、分割スイッチ部３０ａとしてもよい。

（第３の実施形態）
図３に記載の光スイッチ３１において、分岐ポート３１ｂから入力された光信号が共通ポート３１ａに出力されないものである場合に、制御装置はいずれかのＭＺＩ３３のヒータ３３ｅを制御し、入力された光信号を共通ポート３１ａに接続されない出力ポート３３ｆ（ダミー出力ポートという）に出力させる。図３には記載していないが、共通ポート３１ａに出力されない光信号をダミー出力ポート３３ｆからスイッチ部３０の外部に導くための導波路（ダミー導波路という）を設けることが望ましい。本実施形態では、ダミー導波路の好ましい形態を規定する。

図６は、本実施形態に係るスイッチ部３０の上面図である。本実施形態に係る光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂは、各ＭＺＩ３３のダミー出力ポート３３ｆから延びる導波路の集まりであるダミー導波路３６を有している。光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂのダミー導波路３６以外の部分、すなわち分岐ポート３１ｂと共通ポート３１ａとを接続する導波路の集まりである信号導波路３７は、第２の実施形態と同様に略直角三角形状の形となっている。ダミー導波路３６は、共通端子３４ｃおよび分岐端子３４ｄが設けられている側面３ｃおよび側面３ｄに隣接する側面３ｅに設けられているダミー端子３６ａに接続されている。

スイッチ部３０の長手方向（共通端子３４ｃと分岐端子３４ｄとを結ぶ方向）に直交する方向の幅は、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの共通端子３４ｃ近傍の幅と分岐端子３４ｄ近傍の幅との和に拘束される。仮にダミー導波路３６を共通端子３４ｃに接続する場合には、共通端子３４ｃ近傍に多くの導波路が配置されるため、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの共通端子３４ｃ近傍の幅が大きくなり、その結果スイッチ部３０全体の幅が大きくなってしまう。それに対して、本実施形態に係るスイッチ部３０では、ダミー導波路３６を共通端子３４ｃが設けられている側面３ｃ、３ｄとは異なる側面３ｅに設けられているダミー端子３６ａに接続することによって、光スイッチアレイ３４ａ、３４ｂの共通端子３４ｃ近傍の幅を小さくし、スイッチ部３０全体のサイズを低減することができる。

（第４の実施形態）
図３に示す光スイッチ３１において光信号の経路選択を行う際には、光スイッチ３１に含まれるいずれかのＭＺＩ３３のヒータ３３ｅから熱を発生させることにより、該ＭＺＩ３３における光信号の分岐比率を変化させる。このとき、該ＭＺＩ３３に隣接するＭＺＩ３３にも熱が伝播し、本来は駆動されるべきではないＭＺＩ３３の分岐比率も変化してしまう場合がある。この現象を熱干渉という。熱干渉を防ぐためにはＭＺＩ３３同士を十分に離せばよいが、それにより光スイッチ３１のサイズが大きくなってしまうという問題が生じる。それに対して、本実施形態ではＭＺＩ３３の配置を工夫することによって、熱干渉を抑制するとともに光スイッチ３１のサイズを低減する。

図７は、本実施形態に係る互いに隣接する光スイッチ３１ｇ、３１ｈの構成を示す模式図である。光スイッチ３１ｇ、３１ｈは、それぞれ図３に示す光スイッチ３１と同様の構成を有するが、ＭＺＩ３３の配置が異なる。ここでは互いに隣接する光スイッチ３１ｇ、３１ｈについて説明するが、これらにさらに隣接する光スイッチも同様の構成および配置を有してよい。

本実施形態では、光スイッチ３１ｇ、３１ｈに含まれる複数のＭＺＩ３３のうち、最も分岐ポート３１ｂ側に配列されたＭＺＩ３３’の配置を規定する。光スイッチ３１ｇ、３１ｈの分岐ポート３１ｂ側にはＭＺＩ３３が密集しており、熱干渉の影響を受けやすいためである。各ＭＺＩ３３’において、カプラ３３ａ、３３ｄに挟まれた２本の導波路のうち、ヒータ３３ｅが設けられていない方を第１の導波路３３ｂとし、ヒータ３３ｅが設けられている方を第２の導波路３３ｃとする。なお、第１の導波路３３ｂおよび第２の導波路３３ｃの両方にヒータ３３ｅを設け、第２の導波路３３ｃに設けられているヒータ３３ｅのみを駆動（加熱）し、第１の導波路３３ｂに設けられているヒータ３３ｅを駆動（加熱）しない構成でもよい。そのような構成においては、本実施形態で問題とするのは熱の発生であるため、第１の導波路３３ｂには加熱手段（ヒータ３３ｅ）が設けられておらず、第２の導波路３３ｃには加熱手段（ヒータ３３ｅ）が設けられているとみなす。

光スイッチ３１ｇ、３１ｈのそれぞれにおいて、互いに隣接するＭＺＩ３３’の第１の導波路３３ｂと第２の導波路３３ｃとは、交互に配置されるように構成されている。すなわち、あるＭＺＩ３３’においてある方向に第１の導波路３３ｂ、第２の導波路３３ｃの順に配置されている場合に、該ＭＺＩ３３’に隣接するＭＺＩ３３’においては該方向に第２の導波路３３ｃ、第１の導波路３３ｂの順に配置されている。また、光スイッチ３１ｇの光スイッチ３１ｈに最も近いＭＺＩ３３’と、光スイッチ３１ｈの光スイッチ３１ｇに最も近いＭＺＩ３３’とにおいて、ヒータ３３ｅが設けられていない第１の導波路３３ｂ同士が隣接するように構成されている。

図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは、それぞれ図７のＥ、ＦおよびＧの部分を拡大したものであり、ＭＺＩ３３’同士の隣接部分を示す図である。図８Ａ〜８Ｃにおいて、ＭＺＩ３３’内の第１の導波路３３ｂと第２の導波路３３ｃとはＬ０離れている。Ｌ０は２の導波路に所定の光路長差をもたせることによってＭＺＩによる経路選択を行うために必要な距離である。具体的なＬ０の値は、実験やコンピュータシミュレーションにより求めることができる。

図８Ａは光スイッチ３１ｇ（３１ｈでも同様）内で互いに隣接する２のＭＺＩ３３’においてヒータ３３ｅが設けられていない第１の導波路３３ｂ同士が隣接する部分を示しており、第１の導波路３３ｂ同士はＬ１離れている。一方、図８Ｂは光スイッチ３１ｇ（３１ｈでも同様）内で互いに隣接する２のＭＺＩ３３’においてヒータ３３ｅが設けられている第２の導波路３３ｃ同士が隣接する部分を示しており、第２の導波路３３ｃ同士はＬ２離れている。図８Ａにおいてはヒータ３３ｅ同士が離間しているため、一方のＭＺＩ３３’のヒータ３３ｅにより発生された熱が、他方のＭＺＩ３３’に熱干渉を起こしづらい。それに対して図８Ｂにおいてはヒータ３３ｅ同士が近接しているため、一方のＭＺＩ３３’のヒータ３３ｅにより発生された熱が、他方のＭＺＩ３３’に熱干渉を起こしやすい。本実施形態において、Ｌ２は、互いに隣接するヒータ３３ｅのどちらか一方が加熱されても熱干渉が起きない又は少ない距離に調整されており、例えばＬ０の８０％から同程度の値である。具体的なＬ２の値は、実験やコンピュータシミュレーションにより求めることができる。Ｌ１は、Ｌ２より小さく、導波路同士の結合が起こらない所定の距離（例えば１５μｍ）以上の値である。なお、１つの光スイッチ３１ｇ（３１ｈでも同様）内では複数の経路が同時に透過されることはないため、互いに隣接するＭＺＩ３３’のヒータｅが同時に駆動されることはない。したがって、Ｌ１を小さくすることによりヒータ３３ｅが駆動されているＭＺＩ３３’により隣接するＭＺＩ３３’に多少の熱干渉が発生しても、ヒータ３３ｅが駆動されていないＭＺＩ３３’は光信号を消光させるものにすぎないため、消光特性への影響は小さい。

図８Ｃは光スイッチ３１ｇ、３１ｈが互いに隣接する部分を示しており、第１の導波路３３ｂ同士はＬ３離れている。上述のように、図８Ａにおいては１つの光スイッチ内で隣接するＭＺＩ３３’のヒータ３３ｅが同時に駆動されることはないため、第１の導波路３３ｂ同士を近づけることができる。それに対して、図８Ｃは独立して作動する光スイッチ３１ｇと光スイッチ３１ｈとの間で隣接する部分であるため、光スイッチ３１ｇのＭＺＩ３３’のヒータ３３ｅと、光スイッチ３１ｈのＭＺＩ３３’のヒータ３３ｅとが同時に加熱される場合がある。そのため、図８Ａのように近づけてしまうと、２のヒータ３３ｅが同時に発生させる熱により大きな熱干渉が発生する可能性がある。さらに、ヒータ３３ｅが加熱されているＭＺＩ３３’は光信号を透過させるように制御されており、わずかな熱干渉でも透過特性への影響は重大となる。本実施形態において、Ｌ３は、２のＭＺＩ３３’のヒータ３３ｅが同時に加熱されても熱干渉が起きない又は少ない距離に調整されており、例えばＬ０の８０％から同程度である。また、Ｌ３はＬ１よりも大きい。具体的なＬ３の値は、実験やコンピュータシミュレーションにより求めることができる。

このように、本実施形態に係る光スイッチ３１ｇ、３１ｈのそれぞれにおいて、互いに隣接しているヒータ３３ｅが設けられている導波路３３ｃ同士の距離を熱干渉が抑えられる第１の距離にしているため、熱干渉を抑制することができる。それと同時に、互いに隣接しているヒータ３３ｅが設けられていない導波路３３ｂ同士の距離を該第１の距離よりも小さい第２の距離にしているため、光スイッチ３１ｇ、３１ｈのサイズを低減することができる。さらに、光スイッチ３１ｇと光スイッチ３１ｈとが隣接する部分の導波路３３ｂ同士の距離を熱干渉が抑えられる第３の距離にしているため、互いに隣接する光スイッチ３１ｇ、３１ｈ間の熱干渉も抑制することができる。

本実施形態に係る光スイッチ３１ｇ、３１ｈは、第１〜第３の実施形態に係るいずれのスイッチ部３０および分割スイッチ部３０ａにも利用可能である。

本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、上述の各実施形態では１×１６光スプリッタを１６、８×１光スイッチを３２備えるスイッチ装置を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、１チップ上の光スプリッタ、光スイッチの数も任意である。当業者は、スイッチ装置が対応すべき方路数および波長数に応じて、必要な分岐数を有する光スプリッタおよび光スイッチを用い、それらを必要な数だけ上述の実施形態のように配置すればよい。

Claims

入力された光信号の経路選択を行って出力するためのスイッチ部であって、
基板と、
前記光信号の入出力を行うための１つの共通ポートと、前記光信号の入出力を行うための複数の分岐ポートと、該共通ポートと該分岐ポートとを接続する複数の導波路と、該導波路上に備えられた複数のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）とを有しており、前記基板の表面に沿って延在する光スイッチをそれぞれ備える第１および第２の光スイッチアレイと、
を備え、
前記第１および第２の光スイッチアレイは、前記分岐ポート側から前記共通ポート側に向けて先細り形状の形を有しており、
前記第１の光スイッチアレイに含まれる前記光スイッチの前記分岐ポートと前記第２の光スイッチアレイに含まれる前記光スイッチの前記共通ポートとが近接するように、前記第１の光スイッチアレイと前記第２の光スイッチアレイとが配置されていることを特徴とするスイッチ部。
前記第１の光スイッチアレイに含まれる前記光スイッチの前記共通ポートと前記第２の光スイッチアレイに含まれる前記光スイッチの前記分岐ポートとが前記基板の第１の側面に接続され、前記第１の光スイッチアレイに含まれる前記光スイッチの前記分岐ポートと前記第２の光スイッチアレイに含まれる前記光スイッチの前記共通ポートとが前記第１の側面に対向する前記基板の第２の側面に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ部。
前記光スイッチは、前記分岐ポートに接続され、かつ前記共通ポートに接続されないダミー導波路をさらに備え、
前記ダミー導波路は、前記第１の側面と前記第２の側面とは異なる前記基板の第３の側面に接続されていることを特徴とする請求項２に記載のスイッチ部。
前記第１の光スイッチアレイは、それぞれの前記共通ポートが並列に配置されており、かつそれぞれの前記分岐ポートが並列に配置されている複数の前記光スイッチを備え、
前記第２の光スイッチアレイは、それぞれの前記共通ポートが並列に配置されており、かつそれぞれの前記分岐ポートが並列に配置されている複数の前記光スイッチを備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のスイッチ部。
前記第１および第２の光スイッチアレイは、前記分岐ポート側に底辺を有し、前記分岐ポート側から前記共通ポート側に向けて斜辺と垂辺とに挟まれている略直角三角形状の形を有しており、
前記第１の光スイッチアレイの前記斜辺と前記第２の光スイッチアレイの前記斜辺とが近接するように、前記第１の光スイッチアレイと前記第２の光スイッチアレイとが配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のスイッチ部。
前記基板は、前記第１の光スイッチアレイを含む第１の基板と、前記第２の光スイッチアレイを含む第２の基板とに分割されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のスイッチ部。
前記第１の光スイッチアレイに関して前記第２の光スイッチアレイとは反対側に設けられ、前記第１の光スイッチアレイに含まれる前記光スイッチに接続されている第１の電極パッドと、
前記第２の光スイッチアレイに関して前記第１の光スイッチアレイとは反対側に設けられ、前記第２の光スイッチアレイに含まれる前記光スイッチに接続されている第２の電極パッドと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載のスイッチ部。
前記ＭＺＩは、加熱されない第１の導波路と、加熱される第２の導波路とを有し、
前記第１および第２の光スイッチアレイのそれぞれに含まれる前記光スイッチにおいて、互いに隣接する前記第１の導波路同士の第１の距離は、互いに隣接する前記第２の導波路同士の第２の距離よりも小さいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載のスイッチ部。
前記第１の光スイッチアレイの前記第２の光スイッチアレイに最も近い前記第１の導波路と、前記第２の光スイッチアレイの前記第１の光スイッチアレイに最も近い前記第１の導波路との間の第３の距離は、前記第１の距離よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載のスイッチ部。
請求項１〜９のいずれか１に記載のスイッチ部と、
前記光信号の分割又は合流を行うためのスプリッタ部と、
前記スイッチ部と前記スプリッタ部とを接続する光ファイバと、
を備えることを特徴とするスイッチ装置。