JP6702307B2 - 光回路、およびそれを用いた光スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、光回路、およびそれを用いた光スイッチに関し、特に、マッハ・ツェンダ型素子を用いた光回路、およびそれを用いた光スイッチに関する。

光ファイバ通信システムにおいては、新規サービスの迅速な提供、予期しないトラフィック変動への迅速な対応、および効率的な高速障害回復などの要求に対して、光レイヤで対応できる構成が求められている。特に、波長やファイバで指定される光パスを柔軟に設定できる機能が必要とされている。柔軟な光パスの設定を実現するためには、光スイッチ等の各種の光回路が必要であり、光導波路を用いて形成される各種の機能素子を集積化した光回路の開発が活発に行われている。光導波路としては、コアとクラッドを石英で構成した従来の組み合わせに加えて、コアをシリコン、クラッドを石英で構成することにより、屈折率差を大きくしたシリコン光導波路の開発も近年活発化している。

このような光導波路を用いた光回路の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された光スイッチは、２個の２×２型方向性結合器と、これらを連結する短アーム側導波路と長アーム側導波路の２本のアーム導波路からなるマッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）を基本構成としている。そして、少なくとも一方の連結導波路には導波路の屈折率を変化させることで導波光の位相を変化させる移相器が装備されている。

２本の連結導波路の長さには、動作波長の半波長分の光路長差が設けられている。２×２型方向性結合器の一方から入力された信号光は、干渉原理により、移相器が未動作時にはバー経路へ導かれる。一方、移相器において半波長分の移相量πを発生させて光路長差を打ち消したときにはクロス経路へ導かれる。
このような光スイッチのＯｎＯｆｆ比（Ｏｆｆ時とＯｎ時の透過率比）は理論上無限大となるが、実際に、作製される光スイッチでは製造上の不完全性、例えば位相誤差、偏光変換、散乱光などに起因して、無限大にはならない。そのため特許文献１では、高いＯｎＯｆｆ比を得るためにスイッチ素子を２個縦属接続した２重マッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）構成を使用している。

この２重ＭＺＩ光スイッチは、入力ポートから出力ポートへの経路（Ｏｎ経路）で、短側導波路と長側導波路とをそれぞれ備える前段ＭＺＩスイッチ素子と後段ＭＺＩスイッチ素子との２段のＭＺＩスイッチ素子を通るという接続構成としている。２重ＭＺＩ光スイッチは、Ｏｎ経路においては、１段目素子からの漏れ光が２段目素子でも遮断されるため、単素子のスイッチと比較すると、デシベル表記で概ね２倍のＯｎＯｆｆ比が得られる。

そして、特許文献１に記載された光スイッチは、前段ＭＺＩスイッチは上側が短側導波路で、下側が長側導波路であり、後段ＭＺＩスイッチは上側が長側導波路で下側が短側導波路、前段／後段で導波路が中心線に対して対称に配置された構成としている。

ところで、マッハ・ツェンダ型素子を構成する分岐合流器として、２×２型には方向性結合器または多モード干渉器（Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＭＭＩ）、１×２型にはＭＭＩまたはＹ分岐が用いられる。しかしながら、特許文献１に記載された光スイッチに用いられている２×２型分岐合流器は、１×２型分岐合流器に比べて大きな波長依存性を示す。特に、シリコン光導波路のように光閉じ込めが強くサイズが小さい構造では、波長依存性がさらに大きくなる。このため、波長依存性の小さい特性を必要とする場合には、１×２型分岐合流器を用いる方が望ましい。

このような１×２型分岐合流器を用いた光導波路素子の一例が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載された光導波路素子は、マッハ・ツェンダ型光変調器を有する。このマッハ・ツェンダ型光変調器は、１つの入力光を２つの出力光に分波する１×２型光分波部と、２つの入力光を１つの出力光に合波する１×２型光合波部と、光変調部を備える。光分波部の１つの出力光は光変調部を有する導波路を介して光合波部に入力され、光分波部のもう１つの出力光は光変調部を有しない導波路を介して光合波部に入力される。光変調部は位相変調器であり、光変調部を介して伝播された光と光変調部を介さないで伝播された光とが所定の位相差を有して光合波部に注入されると、光合波部で合波された光は位相差に応じて変調される。

上述したように、近年、光回路の集積度向上に向けて、コアをシリコン、クラッドを石英とする光導波路を用いるシリコンフォトニクス技術への注目が高まっている。このシリコン光導波路では、シリコンのコアと石英のクラッドとの間の高い比屈折率差と微細なコア構造を活用することで、強い光閉じ込め、急峻な曲がり光導波路が得られる。そのため、高い集積度を有する光回路の実現が期待されている。また、このような微細かつ高集積の光回路を、シリコン集積回路用に蓄積されてきたプロセス技術を活用して大口径ウェハ上に製造し得ることからも、シリコンフォトニクス技術への期待が高まっている。

シリコン光導波路を用いて光回路の集積度の向上を図ることとすると、光回路を構成する各素子の大きさ、およびそれらの配置間隔も小さくなる。そのため、光スイッチにおける高いオンオフ比を得るためには、オフ状態で高い光遮断量が得られるように設計することが重要となる。

特許文献１に記載された２重ＭＺＩ光スイッチにおいては、１段目のマッハ・ツェンダ型素子で光経路をオフ状態に設定し、それでもわずかに光導波路を伝搬して漏れる光に対し次段のマッハ・ツェンダ型素子でさらに光強度減衰を図っている。しかし、次段のマッハ・ツェンダ型素子が短い間隔で配置されている場合には、光導波路を基本モードで伝搬する光に加え、光導波路を長くは伝搬し得ない高次モードの光によっても、光遮断量の劣化が生じる。また、光導波路から放射されたものの光回路が形成される面内に残留する光が次段の素子に再結合しやすくなることによっても、光遮断量の劣化が発生する。このような非伝搬光による光スイッチの光遮断量の劣化を抑制する構成が必要となる。

このような構成の一例として、上述した特許文献２に記載された１×２型分岐合流器を用いた光導波路素子においては、モード分離（基本モードと高次モードとの分離）が可能なモードスプリッタを備えた構成としている。モードスプリッタは、主導波路と、主導波路から離れて設けられた副導波路を有し、マッハ・ツェンダ型光変調器の光合波部の出力側である後段に設けられる。そして、光合波部の出力光は、出射側導波路を介してモードスプリッタに注入される。このような構成としたことにより、基本モード光の損失を抑えたまま、高次モード光のみを主導波路から副導波路に分離させることによって、光合波部の出力光から高次モード光を除去できるとしている。

また、関連技術としては、特許文献３に記載された技術がある。

特開２００９−１５７１１４号公報（段落〔０００３〕〜〔０００５〕、〔００２５〕） 特開２０１４−０４１２５４号公報（段落〔００１７〕〜〔００１９〕） 特表平０８−５００６８３号公報

上述した特許文献２に記載されたような１×２型分岐合流器を用いた光導波路素子においては、光合波部の出力側の導波路はＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）−ｌｉｋｅな基本モード、およびＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）−ｌｉｋｅな基本モードを伝搬させる。しかし、導波路の両側に光が大きく広がる高次モードも短い区間であれば伝搬し得る。出力側の分岐合流器に１×２型を用いたマッハ・ツェンダ型素子においては、オフ状態でこれらの高次モードが発生しやすいため、次段の素子までの距離が短い場合には、これらの高次モードを減衰させる構成を設ける必要がある。

一方、特許文献１に記載された２重ＭＺＩ光スイッチのように、スイッチ素子を２個縦続接続することにより、高いＯｎＯｆｆ比を得ることが可能である。

しかし、発明者は、１×２型分岐合流器を用いて接続する場合、１ポート側の高次モードと２ポート側の位相反転した基本モードとが比較的強く結合し、マッハ・ツェンダ型素子におけるオンオフ比に影響を与えることを解析結果から見出した。すなわち、１×２型分岐合流器においては、２ポート側のそれぞれから光が分岐合流器に入射した場合、その位相差が０である場合には１ポート側から出射する光は強め合い基本モードで導波路を伝搬していく。これに対して、位相差がπである場合には１ポート側から出射する光は弱め合い光強度の大部分は周囲に放射されるが、これと共に１ポート側の端部に向かって高次モードで導波路を伝搬していく光が発生する。

逆に、１ポート側から高次モードで導波路を伝搬する光が分岐合流器に入射した場合、この高次モードの光は、２ポート側のそれぞれを端部とする光導波路の基本モードに位相差πで結合し得ることになる。したがって、マッハ・ツェンダ型素子を短い間隔で２段接続してオフ状態での高い光遮断量を得ようとする場合、このような高次モードの影響を抑制することが必要である。

このような高次モードを分離するために、上述した特許文献２に記載された光導波路素子においては、主導波路に近接した副導波路に、光が大きく広がっている高次モードのみを結合させる構成としている。そして、光が主導波路に強く閉じ込められている基本モードは、副導波路に結合させない構成としている。これにより、主導波路を伝搬し次段の素子あるいは出射部の光導波路に再結合する光量を抑制し、光遮断量の劣化を防ぐこととしている。

しかし、特許文献２に記載された光導波路素子は、主導波路と副導波路からなるモードスプリッタを光合波部の出力側に設けた構成としているので、一定区間の長さが必要となる。そのため、素子間の間隔を長くする必要があることから、高集積化することが困難であるという問題があった。

このように、マッハ・ツェンダ型素子を用いた光回路においては、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を得ることが困難である、という問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、マッハ・ツェンダ型素子を用いた光回路においては、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を得ることが困難である、という課題を解決する光回路、およびそれを用いた光スイッチを提供することにある。

本発明の光回路は、第１の分岐導波路と、第１の分岐導波路の一端と接続する第１の分岐合流器と、第１の分岐導波路の他端と接続し、第１の分岐合流器と分岐構成が異なる第２の分岐合流器、とを備えた第１のマッハ・ツェンダ型素子と、第２の分岐導波路と、第２の分岐導波路の一端と接続する第３の分岐合流器と、第２の分岐導波路の他端と接続し、第３の分岐合流器と分岐構成が異なる第４の分岐合流器、とを備えた第２のマッハ・ツェンダ型素子、とを有し、第１の分岐導波路および第２の分岐導波路は、位相差調整手段をそれぞれ備え、第２の分岐合流器および第３の分岐合流器は、第１の分岐合流器および第４の分岐合流器よりも、位相反転した２本の基本モードと高次モードとの光結合が小さく、第１のマッハ・ツェンダ型素子と第２のマッハ・ツェンダ型素子が、第２の分岐合流器と第３の分岐合流器とを介して接続している。

本発明の光回路、およびそれを用いた光スイッチによれば、マッハ・ツェンダ型素子を用いた光回路であって、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る光回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光回路が備えるマッハ・ツェンダ型素子の構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光回路１００の構成を示すブロック図である。

光回路１００は、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２とを有する。第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１は、第１の分岐導波路と、第１の分岐導波路の一端と接続する第１の分岐合流器１０５と、第１の分岐導波路の他端と接続し、第１の分岐合流器と分岐構成が異なる第２の分岐合流器１０６を備える。また、第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２は、第２の分岐導波路と、第２の分岐導波路の一端と接続する第３の分岐合流器１０７と、第２の分岐導波路の他端と接続し、第３の分岐合流器１０７と分岐構成が異なる第４の分岐合流器１０８を備える。

ここで、第１の分岐導波路および第２の分岐導波路は、位相差調整手段をそれぞれ備える。また、第２の分岐合流器１０６および第３の分岐合流器１０７は、第１の分岐合流器１０５および第４の分岐合流器１０８よりも、位相反転した２本の基本モードと高次モードとの光結合が小さく構成されている。そして、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２は、第２の分岐合流器１０６と第３の分岐合流器１０７とを介して接続している。

ここで、第１の分岐合流器１０５および第４の分岐合流器１０８は、１×２型分岐合流器であるとし、第２の分岐合流器１０６および第３の分岐合流器１０７は、２×２型分岐合流器であるとすることができる。以下に、このような構成とした光回路１００について、さらに詳細に説明する。

光回路１００は、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２が、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１のポート１１０と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２のポート１１２を介して接続された構成とすることができる。ここで、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１は、１×２型の分岐合流器１０５と２×２型の分岐合流器１０６を含んで構成される。また、第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２は、２×２型の分岐合流器１０７と１×２型の分岐合流器１０８を含んで構成される。そして、光は第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１に接続されたポート１０３から入力され、第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２に接続されたポート１０４へ出力される。

第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１および第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２を構成する分岐導波路（アーム）の一方に、局所加熱により屈折率変化を発生させるためのヒータ１０９、１１３がそれぞれ設けられている。ヒータ１０９、１１３は位相差調整手段を構成する。

なお、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２を接続する２×２型分岐合流器１０６、１０７の光導波路のうち、他の素子に接続されない光導波路には終端構造を設けることが望ましい。

図２に、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１および第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２が共通に備えるマッハ・ツェンダ型素子２００の構造を示す。マッハ・ツェンダ型素子２００は、シリコン基板２０１上に形成された、シリコンを用いたコア２０２と石英を用いたクラッド２０３から成る光導波路を有する。

マッハ・ツェンダ型素子２００は、入力ポート２０７および出力ポート２０９、２１０を備え、分岐合流器２１１で一旦分岐された光が分岐合流器２１２で干渉し、その際の両アーム（分岐導波路）の光の位相差で２本の出力ポートへの光の強度の分配が定まる。ここで、分岐合流器２１１には１×２型分岐合流器が、分岐合流器２１２には２×２型分岐合流器が用いられている。

一方のアームの上方にヒータ２０６が設けられており、電極２０４、２０５を介してヒータ２０６への電流印加を行うことによって局所的な加熱を行い、この温度変化に伴う屈折率変化を生じさせる。ヒータ２０６への電流印加がない場合には、ポート２０７から入力された光が両アームを経由してポート２０９で干渉する際に位相差が０となり強め合う状態、ポート２１０で干渉する際に位相差がπとなり弱め合う状態となっている。したがって、入力ポート２０７から出力ポート２０９への光経路がオン状態、入力ポート２０７から出力ポート２１０への光経路がオフ状態となる。これに対し、ヒータ２０６に所定の電流を印加した場合には、ポート２０７から入力された光は両アームを経由してポート２０９で干渉する際に位相差がπとなり弱め合う状態、ポート２１０で干渉する際に位相差が０となり強め合う状態となっている。したがって、入力ポート２０７から出力ポート２１０への光経路がオン状態、入力ポート２０７から出力ポート２０９への光経路がオフ状態となる。

図１に示した光回路１００において、ポート１０３からポート１０４への光経路をオン状態に設定する場合には、ヒータ１０９およびヒータ１１３に所定の電流を印加する。これに対し、ポート１０３からポート１０４への光経路をオフ状態に設定する場合には、ヒータ１０９およびヒータ１１３への電流印加は行わない。このオフ状態のときに得られる光遮断量が、高いオンオフ比を得る上で重要となる。

オフ状態では、ポート１０３から入力された光は分岐合流器１０５で分岐された後、分岐合流器１０６で干渉する。ポート１１０では位相差πで干渉して弱め合い、ポート１１１では位相差０で干渉して強め合うので、光強度の大部分はポート１１１へ導かれる。また、ポート１１０には基本モードの光が漏れると共に、高次モードもわずかに発生する。ただし、分岐合流器１０６は２×２型分岐合流器であるので、高次モードの発生量は小さい。これらの光は、ポート１１２を通して次段の第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２に入力される。

ポート１１２を通過した基本モードは、第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２の分岐合流器１０７で分岐された後に分岐合流器１０８で干渉し、ポート１０４では位相差πで干渉して弱め合うことにより、さらに光減衰を受ける。また、ポート１１２を通過した高次モードは、分岐合流器１０７において両アームの基本モードに結合する。このとき両アームに発生する基本モードの位相差は０となり、分岐合流器１０８に接続されるポート１０４では位相差０で干渉して強め合う。ただし、分岐合流器１０７は２×２型としているので、ポート１１２から入射してきた高次モードが両アームの基本モードに結合する量を抑制することができる。

すなわち、本実施形態による光回路１００においては、１段目の第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１の出力ポート１１０から漏れ出た基本モードの光は、２段目の第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２の出力ポート１０４で弱め合い干渉によりさらに光減衰を受ける。さらに、本実施形態の光回路１００は、１段目の第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１の出力側の分岐合流器１０６および２段目の第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２の入力側の分岐合流器１０７のいずれも２×２型分岐合流器としている。そのため、１段目の第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１の出力ポート１１０から漏れる高次モードの発生量、および２段目の第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２における高次モードから基本モードへの再結合を抑制することができる。これにより、オフ状態で得られる光遮断量を増大させることができる。そのため、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２を近接して配置し、高集積化した構成とした場合であっても、高いオンオフ比が得られる。

また、本実施形態の光回路１００は、１×２型分岐合流器を併用して２×２型分岐合流器の使用を最小限にした構成としているので、オン状態において平坦な波長特性が得られる。

以上説明したように、本実施形態の光回路１００によれば、マッハ・ツェンダ型素子を用いた光回路であって、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を得ることができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図３に、本発明の第２の実施形態に係る光スイッチ３００の構成を示す。本実施形態の光スイッチ３００は、４本の入力ポートと４本の出力ポートを有する４×４型の光スイッチである。

光スイッチ３００は、入力ポート３０１ａ〜３０１ｄと出力ポート３０２ａ〜３０２ｄが、１６個の光経路切替単位３０３ａ〜３０３ｄ、３０４ａ〜３０４ｄ、３０５ａ〜３０５ｄ、３０６ａ〜３０６ｄによって接続された構成である。ここで、それぞれの光経路切替単位は、２個のマッハ・ツェンダ型素子を単位とする構成であり、第１の実施形態による光回路１００と同様の構成である。

次に、本実施形態による光スイッチ３００の動作について説明する。

まず、ポート３０１ａからポート３０２ｃに至る光経路をオン状態に設定する場合を例に説明する。光経路切替単位３０３ａを構成する２個のマッハ・ツェンダ型素子が備えるヒータに、局所加熱用の電流を印加する。これにより、ポート３０１ａから入力された光信号は、光経路切替単位３０３ａを通過した後、光経路切替単位３０４ａ、３０５ｂ、３０６ｃを順次通過し、ポート３０２ｃへと導かれる。

逆に、ポート３０１ａからポート３０２ｃに至る光経路をオフ状態に設定する場合、光経路切替単位３０３ａを構成するマッハ・ツェンダ型素子が備えるヒータには電流を印加しない。そのため、ポート３０１ａから入力された光信号は、光経路切替単位３０３ａにおいてヒータへの電流印加が行われていないマッハ・ツェンダ型素子を２個通ることになる。したがって、光経路切替単位３０３ａから３０４ａへの光経路におけるオフ状態の光遮断量は、光経路切替単位３０３ａを通過する際に２個のマッハ・ツェンダ型素子によって受ける光減衰量で定まることになる。ここで、光経路切替単位３０３ａは、入力側に１×２型分岐合流器、出力側に２×２型分岐合流器を備えた１段目のマッハ・ツェンダ型素子と、入力側に２×２型分岐合流器、出力側に１×２型分岐合流器を備えた２段目のマッハ・ツェンダ型素子を有する構成である。そのため、第１の実施形態による光回路１００と同様に、高い光遮断量が得られる。その結果、ポート３０１ａからポート３０２ｃに至る光経路において、高いオンオフ比が得られる。また、他の入力ポートと出力ポートとの間の光経路についても同様に、高いオンオフ比が得られる。

このように、本実施形態の光スイッチ３００によれば、高いオンオフ比を得ることができる。しかも、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を用いているので、高集積化した場合であっても高いオンオフ比を有する波長依存性が少ない光スイッチを得ることができる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

図４に、本発明の第３の実施形態に係る光スイッチ４００の構成を示す。本実施形態の光スイッチ４００は、４本の入力ポートと４本の出力ポートを有する４×４型の光スイッチである。

光スイッチ４００は、４本の入力ポート４０１ａ〜４０１ｄと４本の出力ポート４０２ａ〜４０２ｄが、マッハ・ツェンダ型素子で構成されるセレクタ部４０３、ゲート部４０４、セレクタ部４０５を介して接続された構成である。ここで、セレクタ部４０３、４０５とゲート部４０４の接続は、２個のマッハ・ツェンダ型素子を介する構成であり、この構成は第１の実施形態による光回路１００の構成と同様である。すなわち、光経路のオフ状態の光遮断量は、セレクタ部４０３、４０５のマッハ・ツェンダ型素子の１つとゲート部４０４のマッハ・ツェンダ型素子の１つで受ける光減衰量で定まることになる。

例えば、光スイッチ４００のポート４０１ａから４０２ａに至る光経路のオフ状態における光遮断量は、ゲート部４０４のマッハ・ツェンダ型素子とセレクタ部４０５のマッハ・ツェンダ型素子が与える光減衰量によって定まる。この接続は、入力側に１×２型分岐合流器、出力側に２×２型分岐合流器を備えた１段目のマッハ・ツェンダ型素子と、入力側に２×２型分岐合流器、出力側に１×２型分岐合流器を備えた２段目のマッハ・ツェンダ型素子とにより構成される。そのため、高い光遮断量が得られる。その結果、ポート４０１ａから４０２ａに至る光経路において、高いオンオフ比が得られる。また、他の入力ポートと出力ポートとの間の光経路についても同様に、高いオンオフ比が得られる。

このように、本実施形態の光スイッチ４００によれば、高いオンオフ比を得ることができる。しかも、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を用いているので、高集積化した場合であっても高いオンオフ比を有する波長依存性が少ない光スイッチを得ることができる。

〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

図５に、本発明の第４の実施形態に係る光スイッチ５００の構成を示す。本実施形態の光スイッチ５００は、４本の入力ポートと４本の出力ポートを有する４×４型の光スイッチである。

光スイッチ５００は、４本の入力ポート５０１ａ〜５０１ｄと４本の出力ポート５０２ａ〜５０２ｄが、スプリッタ部５０３、およびマッハ・ツェンダ型素子で構成されるゲート部５０４、セレクタ部５０５を介して接続された構成である。ここで、ゲート部５０４とセレクタ部５０５の接続、およびゲート部５０４内の接続は、２個のマッハ・ツェンダ型素子を介する構成であり、この構成は第１の実施形態による光回路１００の構成と同様である。すなわち、光経路のオフ状態の光遮断量は、ゲート部５０４のマッハ・ツェンダ型素子の１つとセレクタ部５０５のマッハ・ツェンダ型素子の１つ、または、ゲート部５０４の２個のマッハ・ツェンダ型素子で受ける光減衰量で定まることになる。

例えば、光スイッチ５００のポート５０１ａから５０２ａに至る光経路のオフ状態における光遮断量は、ゲート部５０４のマッハ・ツェンダ型素子とセレクタ部５０５のマッハ・ツェンダ型素子が与える光減衰量によって定まる。この接続は、入力側に１×２型分岐合流器、出力側に２×２型分岐合流器を備えた１段目のマッハ・ツェンダ型素子と、入力側に２×２型分岐合流器、出力側に１×２型分岐合流器を備えた２段目のマッハ・ツェンダ型素子とにより構成される。そのため、高い光遮断量が得られる。その結果、ポート５０１ａから５０２ａに至る光経路において、高いオンオフ比が得られる。また、他の入力ポートと出力ポートとの間の光経路についても同様に、高いオンオフ比が得られる。

このように、本実施形態の光スイッチ５００によれば、高いオンオフ比を得ることができる。しかも、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を用いているので、高集積化した場合であっても高いオンオフ比を有する波長依存性が少ない光スイッチを得ることができる。

〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。

図６に、本発明の第５の実施形態に係る光スイッチ６００の構成を示す。本実施形態の光スイッチ６００は、４本の入力ポートと４本の出力ポートを有する４×４型の光スイッチである。

光スイッチ６００は、４本の入力ポート６０１ａ〜６０１ｄと４本の出力ポート６０２ａ〜６０２ｄが、スプリッタ部６０３、およびマッハ・ツェンダ型素子で構成されるゲート部６０４、セレクタ部６０５を介して接続された構成である。ここで、ここで、ゲート部６０４とセレクタ部６０５の接続は、２個のマッハ・ツェンダ型素子を介する構成であり、この構成は第１の実施形態による光回路１００の構成と同様である。すなわち、光経路のオフ状態の光遮断量は、ゲート部６０４のマッハ・ツェンダ型素子の１つとセレクタ部６０５のマッハ・ツェンダ型素子の１つで受ける光減衰量で定まることになる。

例えば、光スイッチ６００のポート６０１ａから６０２ａに至る光経路のオフ状態における光遮断量は、ゲート部６０４のマッハ・ツェンダ型素子とセレクタ部６０５のマッハ・ツェンダ型素子が与える光減衰量によって定まる。この接続は、入力側に１×２型分岐合流器、出力側に２×２型分岐合流器を備えた１段目のマッハ・ツェンダ型素子と、入力側に２×２型分岐合流器、出力側に１×２型分岐合流器を備えた２段目のマッハ・ツェンダ型素子とにより構成される。そのため、高い光遮断量が得られる。その結果、ポート６０１ａから６０２ａに至る光経路において、高いオンオフ比が得られる。また、他の入力ポートと出力ポートとの間の光経路についても同様に、高いオンオフ比が得られる。

このように、本実施形態の光スイッチ５００によれば、高いオンオフ比を得ることができる。しかも、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を用いているので、高集積化した場合であっても高いオンオフ比を有する波長依存性が少ない光スイッチを得ることができる。

上述した実施形態においては、光回路はシリコンを導波路コアとし石英ガラスをクラッドとした導波路を有する構成である場合について説明した。しかし、導波路の構成はこれに限らず、石英ガラスでコアとクラッドを形成した導波路、化合物半導体でコアとクラッドを形成した導波路、および有機材料でコアとクラッドを形成した導波路を用いた構成であってもよい。すなわち、導波路の構成材料によらず同様の効果を得ることができる。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

この出願は、２０１５年３月３０日に出願された日本出願特願２０１５−０６８４６０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１００ 光回路
１０１ 第１のマッハ・ツェンダ型素子
１０２ 第２のマッハ・ツェンダ型素子
１０３〜１０４、１１０〜１１２ ポート
１０５ 第１の分岐合流器
１０６ 第２の分岐合流器
１０７ 第３の分岐合流器
１０８ 第４の分岐合流器
１０９、１１３ ヒータ
２００ マッハ・ツェンダ型素子
２０１ シリコン基板
２０２ コア
２０３ クラッド
２０４、２０５ 電極
２０６ ヒータ
２０７、３０１ａ〜３０１ｄ、４０１ａ〜４０１ｄ、５０１ａ〜５０１ｄ、６０１ａ〜６０１ｄ 入力ポート
２０９、２１０、３０２ａ〜３０２ｄ、４０２ａ〜４０２ｄ、５０２ａ〜５０２ｄ、６０２ａ〜６０２ｄ 出力ポート
２１１ １×２型分岐合流器
２１２ ２×２型分岐合流器
３００、４００、５００、６００ 光スイッチ
３０３ａ〜３０３ｄ、３０４ａ〜３０４ｄ、３０５ａ〜３０５ｄ、３０６ａ〜３０６ｄ 光経路切替単位
４０３、４０５、５０５、６０５ セレクタ部
４０４、５０４、６０４ ゲート部
５０３、６０３ スプリッタ部

Claims (5)

1. 第１の分岐導波路と、前記第１の分岐導波路の一端と接続する第１の分岐合流器と、前記第１の分岐導波路の他端と接続し、前記第１の分岐合流器と分岐構成が異なる第２の分岐合流器、とを備えた第１のマッハ・ツェンダ型素子と、
   第２の分岐導波路と、前記第２の分岐導波路の一端と接続する第３の分岐合流器と、前記第２の分岐導波路の他端と接続し、前記第３の分岐合流器と分岐構成が異なる第４の分岐合流器、とを備えた第２のマッハ・ツェンダ型素子、とを有し、
   前記第１の分岐導波路および前記第２の分岐導波路は、位相差調整手段をそれぞれ備え、
   前記第２の分岐合流器および前記第３の分岐合流器は、前記第１の分岐合流器および前記第４の分岐合流器よりも、位相反転した２本の基本モードと高次モードとの光結合が小さく、
   前記第１のマッハ・ツェンダ型素子と前記第２のマッハ・ツェンダ型素子が、前記第２の分岐合流器と前記第３の分岐合流器とを介して接続している光回路であって、
   前記第１の分岐合流器および前記第４の分岐合流器は、１×２型分岐合流器であり、
   前記第２の分岐合流器および前記第３の分岐合流器は、２×２型分岐合流器であり、
   前記第１の分岐導波路、前記第２の分岐導波路、前記第１の分岐合流器、前記第２の分岐合流器、前記第３の分岐合流器、および前記第４の分岐合流器をそれぞれ構成する光導波路は、コアの主成分がシリコン材料であり、クラッドの主成分が石英材料であるシリコン光導波路である
   光回路。
2. 複数の入力ポートと、
   複数の出力ポートと、
   前記複数の入力ポートと前記複数の出力ポートを接続する複数の光経路切替単位、とを有し、
   前記光経路切替単位は、請求項１に記載した光回路を含む
   光スイッチ。
3. 複数の入力ポートと、
   複数の出力ポートと、
   前記複数の入力ポートと前記複数の出力ポートを接続するセレクタ部と、ゲート部、と
   を有し、
   前記セレクタ部と前記ゲート部が、請求項１に記載した光回路に
   よって接続された
   光スイッチ。
4. 複数の入力ポートと、
   複数の出力ポートと、
   前記複数の入力ポートと前記複数の出力ポートを接続するスプリッタ部と、ゲート部と、セレクタ部、とを有し、
   前記ゲート部と前記セレクタ部が、請求項１に記載した光回路によって接続された
   光スイッチ。
5. 前記ゲート部が、前記光回路を備える
   請求項４に記載した光スイッチ。

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