JP6740272B2 - 光スイッチアレイおよびマルチキャストスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、小型かつ製造性の高い導波路型の光スイッチアレイおよびマルチキャストスイッチに関する。

光通信ネットワークの大容量化に対する急激なニーズ増加に対して、電気スイッチングを介さず光信号のまま信号処理を行うＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）に代表されるようなトランスペアレントなネットワークシステムは、通信速度、消費電力、ノードにおける信号処理負荷などの観点から優位性が高く、重要度が増している。

図１に、従来のＲＯＡＤＭシステムの構成例を示す。本構成例におけるＲＯＡＤＭノードは、前段ノードからの信号光を、方路ごとに増幅する光振幅増幅機能部群１０１と、各方路からの信号を所望の後段ノードへ接続、もしくは自ノードに配備された波長分波機能部群１０３および受信機群１０４を介して所望の波長を有する光信号が所望の受信機にて受信される（Ｄｒｏｐ）ように波長単位で切り替えを行う波長選択機能部群１０２とを備える。また、波長選択機能部群１０２、もしくは送信機群１０５および波長合波機能部群１０６を介して所望の波長を有する光信号が所望の方路に向けて送信（Ａｄｄ）されるように波長単位で切り替えを行う波長選択機能部群１０７と、後段ノードに向けて送信される前に光信号を強度増幅する光振幅増幅機能部群１０８とを備える。

図１に示すような構成のＲＯＡＤＭシステムの場合、波長分波機能部群１０３および波長合波機能部群１０６を構成するデバイスやその組み合わせにより、システム全体の柔軟性が大きく変化する。図２（a）〜（ｅ）に、波長分波機能部群１０３の構成例を示す。

図２（ａ）は、波長分波機能部群１０３に最も一般的に用いられているアレイ導波路回折格子２０１（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）を適用した構成例である。ＡＷＧに入力された波長多重光信号は複数存在する出力ポートのうち、波長ごとに定められたポートから分離出力される。すなわち、出力ポートごとに予め決まった波長のみが出力されるために、このようなシステム構成は「Ｃｏｌｏｒｅｄ」と呼ばれる。

図２（ｂ）は、ＡＷＧ２０１の代わりに波長選択スイッチ２０２（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ）を波長分波機能部群１０３に適用した構成例である。図２（ａ）のＡＷＧ２０１をＷＳＳ２０２に置き換えただけの構成だが、ＷＳＳ２０２は任意の波長を任意の出力ポートへ切り替える機能を有するため、波長分波機能部群１０３より下流に接続される受信機群１０４はそれぞれ受信する波長を自在に変更することが可能となる。出力ポートと波長の関係が任意に変更可能になることから「Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ」システムと呼ばれる。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）の構成を発展させ、各方路からの信号をまとめて受ける第１のＷＳＳ２０２−１を上流に配置し、第１のＷＳＳ２０２−１の出力をさらに受信機群１０４に向けて分配する第２のＷＳＳ２０２−２を下流に配置し、それらを直列接続したものを波長分波機能部群１０３に適用した構成例である。図２（ｂ）のＣｏｌｏｒｌｅｓｓシステムでは、出力ポートごとに波長設定は自在に変更できても、ＷＳＳに接続された方路の変更は不可能であった。しかし、図２（ｃ）はどの方路から伝送された光信号であっても任意の受信機に出力可能であり、「Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ／Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ（ＣＤ）」なシステムの実現が可能となる。

しかしこの方式も完全な柔軟性は有してはいない。例えば複数の方路から伝送された光信号が、互いに同一の波長であった場合、２台のＷＳＳ間で波長衝突が発生してしまうことから、どちらか１つの方路からの信号しか下流の受信機群に伝送することができない。この波長衝突を回避可能である非常に柔軟性の高い「Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ／Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ／Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｌｅｓｓ（ＣＤＣ）」システムの実現に向けては、波長分波機能部群１０３の構成をさらに工夫する必要がある。

図２（ｄ）は、ＣＤＣを実現する構成の１つであり、図２（ｂ）と同様にＷＳＳ２０２を方路ごとに配置した上で、下流に各ＷＳＳ２０２の出力ポートのうち１つずつと接続される光スイッチ２０３を複数配備した構成例である。

また図２（ｅ）もＣＤＣを実現する構成の１つであり、図２（ｄ）においてＷＳＳ２０２の代わりに、光スプリッタ２０４を用いた構成例である。この場合はＷＳＳ２０２が担っていた波長フィルタ機能を排除していることから、同じ出力ポートに複数の波長が混在することとなっている。このため、下流の受信機群１０４に伝送される前に別途波長フィルタアレイを配備するか、受信機群１０４そのものに特定の波長のみを受信できるフィルタ機能を具備させる必要があるが、このような方式でもＣＤＣは実現できる。

なお図２（ｅ）の構成要素である光スプリッタや光スイッチは従来から導波路デバイスとして広く用いられており、一枚のチップに集積可能であり、マルチキャストスイッチ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｓｗｉｔｃｈ（ＭＣＳ））と呼ばれる。上記２つの方式はいずれもＣＤＣシステムを実現できるが、前者は信号光の透過損失が少ないため伝送品質が良好であり、後者は比較的安価な光部品で構成されることから導入コストを抑えることが可能というそれぞれ違ったメリットを有する。

T. Watanabe et al., "Silica-based PLC Transponder Aggregators for Colorless, Directionless, and Contentionless ROADM," OTh3D.1, OFC 2012, (2012).

ここまで述べたように、ＣＤＣシステムを実現する上ではいずれの方式を用いた場合でも光スイッチを大量に配備する必要があることから、光スイッチの多連化および多ポート化への要望は大きい。光スイッチの基本的なプラットフォームは導波路型光回路が一般的であり、コア/クラッドの屈折率差を大きくすることで光の閉じ込めを強くできることから、コアとなるガラスのドーパント量を制御するほか、基板材料を屈折率の低いガラス系からシリコンやインジウムリン等の半導体系へ変更する手法などを用いて光回路の小型化は大きく進展しつつある。

しかし、いかに光回路部分を小さくできたとしても、光スイッチの多連化および多ポート化に伴う、切替を実施するための駆動エネルギーを供給するための電気配線の冗長化が、歩留り低下の要因となり得る。

図３（ａ）〜（ｄ）は、この課題について説明する図である。図３（ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図である。図３（ａ）に示す光スイッチは、一枚の光導波路基板３０１上に、２入力２出力の最も単純な光スイッチ回路３０３を形成した例である。光スイッチ回路３０３では、入力導波路３０２から入力された光信号が出力導波路３０４のいずれかに出力される。光スイッチ回路３０３は一般的にマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）ベースであり、分岐した片方の導波路に配備された薄膜型のヒータ３０５を駆動させて熱光学効果による屈折率変調を発生させ、干渉条件を変えることでスイッチングが実施される。このためヒータ３０５へ電力を供給するために電気配線３０６が必要であり、さらに光導波路基板３０１の外部からワイヤボンディング等による電気的接続のために電極パッド３０７が配備される。

尚、図３（ａ）〜（ｄ）には光スイッチ回路として最も単純な片アームにヒータを具備した構成を示すが、ＭＺＩの両アームにヒータを具備したものや、ＭＺＩ以外の光回路を利用したものなどでもよく、図３（ａ）に示す構成に限らず電極を有する回路構成であれば以下の課題は同様に発生しうる。尚、図３（ａ）〜（ｄ）では、ｘ軸方向に回路が並列に配置され、ヒータの長手方向をｙ軸とし、ｚ軸が光回路基板に対して垂直であるものとする。

ここで、光スイッチ回路３０３を複数組み合わせて光スイッチアレイとした場合を考える。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したＭＺＩベースの光スイッチ回路３０３を単位要素として複数組み合わせた高消光比な１ｘ４スイッチを３回路分アレイ配置した、従来の光スイッチアレイである。１ｘ４スイッチについてはツリー型にＭＺＩを連結させる構成にて例示している。

また通常、ＭＺＩベースの光スイッチでは高消光比化するために複数のＭＺＩを通過する手法を用いることから、今回は説明の簡便化のために２段のＭＺＩを通過する設計を想定している。

図３（ｃ）に、図３（ｂ）から光回路要素を省略し、ヒータ３０５に相当する部分だけを記載した図を示し、図３（ｄ）に、図３（ｃ）にヒータ３０５の両端を光導波路基板３０１の一方の長辺側に接続する電気配線を記載した図を示す。

通常、アレイ化を実施する際は、設計の簡便化、また小型化のためにアレイ配置する各回路を、ｙ軸方向の座標位置が一致するように配置することが一般的である。また電気配線に関しては、各ヒータを駆動するための電圧はスイッチング状況により異なるが、グランドは全て共通化することが可能なため、本説明においては同じｙ座標上に存在するヒータのグランド電極は全て共通の電気配線にまとめるものとして図示している。

この図においては、図３（ｄ）に示す通り、グランドに関する電気配線のｙ軸方向の長さは非常に短距離となる一方で、各ヒータの電圧を個別に設定する電気配線に関しては、互いに重ならないようにするため異なるｙ座標へと配線する必要がある。すなわち、取り回しのために本来は不要な電気配線を設けなければならない。

図４に、同一ｙ座標上に配置されたＮ個のヒータへの配線を示す。ｘ軸方向に配列するヒータをＮ個としたとき、Ｎ番目のヒータまでの距離は光回路側の配置（ヒータ間の間隔など）によって決定され、その距離をｘ（Ｎ）とおく。またｙ軸方向に関する電気配線同士の配置間隔をｄｙとするとき、Ｎ番目のヒータはｙ軸方向にＮｄｙの長さが必要となる。これらのことから、個別に電圧を与える電気配線の総長Ｌは、以下の式にて表すことができる。

式（１）において、光スイッチのアレイ数が増加してＮが大きくなると、個別に電圧を与える電気配線の総長Ｌは劇的に増大する。もちろん、光スイッチの出力ポート数についても同様に増加する。

ここで、実際に回路を製造することを考えると、光導波路基板製造時にはある一定の確率でダスト等が回路上に付着することにより電気配線の電気抵抗の上昇や、最悪のケースでは断線が発生する懸念がある。すなわち、電気配線の冗長化はその総長に応じてダストが付着する確率が上昇することを意味し、歩留り低下の要因になり得る。

従って、大規模な光スイッチを構成しようとすると電気配線が増大し、急激に歩留りが悪化する可能性がある。そのため、回路製造時の歩留まり低下を防ぐためには、可能な限り電気配線を短く抑えることが望ましい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、個別の電気配線を必要とする光スイッチを集積した光スイッチアレイにおいて、光回路部分の配置を最適化することによって電気配線を短尺化した光スイッチアレイおよびマルチキャストスイッチを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態は、光変調部に電気配線を介して電圧を印加することで光信号の進行方向を切り替える光スイッチ回路を複数備えた光スイッチアレイであって、前記電気配線は、前記光変調部の各々に独立して電圧を印加可能であり、前記光変調部の長手方向の両端に接続され、複数の前記光スイッチ回路は、前記光変調部の長手方向に対して垂直方向に並列に配置され、前記光スイッチ回路は、各前記光スイッチ回路が備える前記光変調部の長手方向の両端の位置が、前記光変調部の前記長手方向に対して垂直方向に隣接する前記光スイッチ回路が備える前記光変調部の長手方向の両端の位置と前記長手方向において一致しないように配置されていることを特徴とする。

別の実施形態では、前記光スイッチ回路は、隣接する前記光スイッチ回路が２つ存在する場合、前記長手方向において２つの隣接する前記光スイッチ回路の間に位置することを特徴とする。

別の実施形態では、前記光スイッチ回路は、隣接する前記光スイッチ回路が２つ存在する場合、前記長手方向の同一方向に２つの隣接する前記光スイッチ回路が位置することを特徴とする。

本発明の別の一実施形態は、光変調部に電気配線を介して電圧を印加することで光信号の進行方向を切り替える光スイッチ回路を複数備えた光スイッチアレイであって、前記電気配線は、前記光変調部の各々に独立して電圧を印加可能であり、前記光変調部の長手方向の両端に接続され、複数の前記光スイッチ回路は、前記光変調部の長手方向に対して垂直方向に並列に配置され、前記長手方向に垂直な方向に重なりを有する前記光変調部のうち、隣接する前記光変調部の長手方向の両端の位置が前記長手方向において一致しないように配置されていることを特徴とする。

別の実施形態では、前記光変調部の長手方向の両端の位置は、隣接する前記光変調部が２つ存在する場合、前記長手方向において２つの隣接する前記光変調部の間に位置することを特徴とする。

別の実施形態では、前記光変調部の長手方向の両端の位置は、隣接する前記光変調部が２つ存在する場合、前記長手方向の同一方向に２つの隣接する前記光変調部が位置することを特徴とする。

別の実施形態では、上記いずれか一つの光スイッチアレイにおける前記光変調部の一端に接続された前記電気配線は、全ての前記光変調部に対して共通の電圧を印加する共有電気配線であり、前記光変調部の他端に接続された前記電気配線よりも幅が広いことを特徴とする。

さらに、別の実施形態のマルチキャストスイッチでは、上記いずれか一つの光スイッチアレイと、前記光スイッチアレイに接続された、前記光信号を分岐する光スプリッタと、を備え、前記光スイッチアレイおよび前記光スプリッタが同一基板上に形成されていることを特徴とする。

本発明は、個別の電気配線を必要とする光スイッチを集積した光スイッチアレイにおいて、光回路部分の配置を最適化することによって電気配線を短尺化することで、回路製造時の歩留まり低下を防ぐことができる。

従来のＲＯＡＤＭシステムの構成例を示す図である。 （ａ）は、波長分波機能部群に最も一般的に用いられているアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を適用した構成例を示す図であり、（ｂ）は、ＡＷＧの代わりに波長選択スイッチ（ＷＳＳ）を波長分波機能部群に適用した構成例を示す図であり、（ｃ）は、第１のＷＳＳを上流に配置し、第１のＷＳＳの出力をさらに受信機群に向けて分配する第２のＷＳＳを下流に配置し、それらを直列接続したものを波長分波機能部群に適用した構成例を示す図であり、（ｄ）は、ＷＳＳを方路ごとに配置した上で、下流に各ＷＳＳの出力ポートのうち１つずつと接続される光スイッチを複数配備した構成例を示す図であり、（ｅ）は、（ｄ）においてＷＳＳの代わりに、光スプリッタを用いた構成例を示す図である。 （ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したＭＺＩベースの光スイッチ回路を単位要素として複数組み合わせた高消光比な１ｘ４スイッチを３回路分アレイ配置した、従来の光スイッチアレイを示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）から光回路要素を省略し、ヒータに相当する部分だけを記載した図であり、（ｄ）は、（ｃ）にヒータの両端を光導波路基板の一方の長辺側に接続する電気配線を記載した図である。 同一ｙ座標上に配置されたＮ個のヒータへの配線を示す図である。 （ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したＭＺＩベースの光スイッチ回路を単位要素として複数組み合わせた高消光比な１ｘ４スイッチを３回路分アレイ配置した、本発明の実施形態１に係る光スイッチアレイの構成例を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）から光回路要素を省略し、ヒータに相当する部分だけを記載した図であり、（ｄ）は、（ｃ）にヒータの両端を光導波路基板の一方の長辺側に接続する電気配線を記載した図である。 （ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したＭＺＩベースの光スイッチ回路を単位要素として複数組み合わせた高消光比な１ｘ４スイッチを３回路分アレイ配置した、本発明の実施形態２に係る光スイッチアレイの構成例を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）から光回路要素を省略し、ヒータに相当する部分だけを記載した図であり、（ｄ）は、（ｃ）にヒータの両端を光導波路基板の一方の長辺側に接続する電気配線を記載した図である。 本発明の実施形態３に係る光スイッチアレイの構成を示す図である。 （ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したＭＺＩベースの光スイッチを単位要素として複数組み合わせた１ｘ２スイッチ回路と、その１ｘ２スイッチ回路に対して１ｘ４光スイッチ回路を２アレイ分並列に配置して１ｘ８光スイッチ回路とした、本発明の実施形態４に係る光スイッチアレイの構成例を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）から光回路要素を省略し、ヒータに相当する部分だけを記載した図であり、（ｄ）は、（ｃ）にヒータの両端を光導波路基板の一方の長辺側に接続する電気配線を記載した図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。

また、説明を簡単にするため、ツリー型のＭＺＩ構成を用いて１ｘ４のスイッチを構成し、さらに１ｘ４光スイッチを３回路分アレイ化した構成にて記載しているが、光スイッチの規模、ならびにアレイ規模はこの例に限定するものではない。

（実施形態１）
図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態１に係る光信号処理装置の構成を示す図である。本発明の光スイッチアレイは、同様の光回路構成を有する光スイッチアレイにおいて、各光スイッチのｙ座標をＤｙずつシフトして配置することで電気配線の簡略化・短尺化を可能にする。尚、図５（ａ）〜（ｄ）では、ｘ軸方向に回路が並列に配置され、ヒータの長手方向をｙ軸とし、ｚ軸が光回路基板に対して垂直であるものとする。

図５（ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すようなＭＺＩベースの光スイッチを単位要素として複数組み合わせた１ｘ４スイッチ回路を３アレイ分並列に配置した、本発明の実施形態１に係る光スイッチアレイの構成例を示す図である。前述のとおり、１ｘ４光スイッチの構成はいずれも同一の設計であるが、各光スイッチの配置される位置はｙ軸方向にＤｙずつずれている。すなわち、両側に隣接する１ｘ４光スイッチ回路がある場合、それらの間に位置する１ｘ４光スイッチ回路は、ｙ軸方向に関して２つの隣接する１ｘ４光スイッチ回路の中間に位置する。

図５（ｃ）は、図５（ｂ）の中で光回路要素を省略し、ヒータ３０５に相当する部分だけを記載した図である。図５（ｄ）は、図５（ｃ）のヒータ３０５から電気配線を光スイッチアレイの一方の長辺側に接続した構成を示す図である。

図５（ｄ）の配線例においては、アレイ化された３つの１ｘ４光スイッチ回路が、ｘ軸方向の配置座標に応じて隣接する１ｘ４光スイッチ回路に対してｙ軸方向にＤｙシフト配置され、グランド側の電気配線は光スイッチ回路ごとに−ｙ軸方向にＤｙずつシフトしながら共有化される。このように、並列に配置する光スイッチ回路をヒータの長手方向にずらして配置し、共有化可能な電気配線をヒータの長手方向にずらして配置した分だけ長し、共有化できない電気配線のヒータの長手方向の長さを短くする点が本発明の特徴である。

この構成では、個別に電圧を与える電気配線の総長Ｌは、光スイッチ回路のアレイ数Ａおよび１つの光スイッチ回路内においてｘ軸方向に並列配置されているヒータの数Ｈを用いると以下の式（２）にて表すことができる。

式（２）において、光スイッチ回路のアレイ数Ａ、ヒータ数Ｈが大きく、大規模な光スイッチアレイになるほど電気配線の短尺化効果は顕著となる。これにより、チップ全体で考えた場合の信頼性、および歩留りは劇的に改善することとなる。

図５（ｂ）〜（ｄ）での光スイッチ回路のアレイ化においては、ある１つの１ｘ４光スイッチ回路を設計した上で、その１ｘ４光スイッチ回路単位でＤｙずつｙ軸方向にシフト配置させたが、これは光学設計の簡便性という点で有利となり、類似の設計の実施や微修正などの時間を大幅に短縮可能な手法である。

一方で、電気配線のさらなる短尺化を図る上では、シフト配置する前のｙ座標位置が一致し、ｘ軸方向に並列配置されているヒータ全てが、隣接するヒータに対してｙ軸方向にＤｙシフトしているような設計でもよい。この場合の個別に電圧を与える電気配線の総長Ｌは以下の式（３）にて表すことができる。

光スイッチ回路のスイッチ数よりヒータの並列配置数の方が通常２倍以上大きいことから、この場合はさらなる短尺化が見込める設計となる。

（実施形態２）
図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態２に係る光スイッチアレイの構成を示す図である。実施形態１においては、光スイッチ回路ごとに全てｙ軸方向にＤｙずつシフトする設計手法を用いていたが、本発明の光スイッチは偶数番目の光スイッチ回路のｙ座標をＤｙずつシフトして配置することで電気配線の短尺化を実施している。尚、図６（ａ）〜（ｄ）では、ｘ軸方向に回路が並列に配置され、ヒータの長手方向をｙ軸とし、ｚ軸が光回路基板に対して垂直であるものとする。

図６（ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すようなＭＺＩベースの光スイッチを単位要素として複数組み合わせた１ｘ４スイッチ回路を３アレイ分並列に配置した、本発明の実施形態２に係る光スイッチアレイの構成例を示す図である。前述のとおり、１ｘ４光スイッチの構成はいずれも同一の設計であるが、３つの１ｘ４スイッチ回路のうち中央に配置された１ｘ４光スイッチ回路のみがｙ軸方向にＤｙずつずれて配置されている。そのため、両側に隣接する１ｘ４光スイッチ回路がある場合、それらの間に位置する１ｘ４光スイッチ回路は、ｙ軸方向の同一方向に２つの隣接する１ｘ４光スイッチ回路が位置する。

図６（ｃ）は、図６（ｂ）の中で光回路要素を省略し、ヒータ３０５に相当する部分だけを記載した図である。図６（ｄ）は、図６（ｃ）のヒータ３０５から電気配線を光スイッチアレイの一方の長辺側に接続した構成示す図である。

実施形態１においては電気配線の短尺化に効果がある一方で、光導波路基板３０１のｙ軸方向の長さが長くなる課題があった。このため図６（ｄ）の配線例においては、アレイ化された光スイッチ回路がｘ軸方向に光回路を数えていった場合に偶数番目のみの回路をｙ軸方向にシフトさせることで全体の光導波路基板３０１のｙ軸方向の長尺化を抑える設計である。

この構成を取った場合の個別に電圧を与える電気配線の総長Ｌは、シフトさせる偶数番の光スイッチ回路のアレイ数Ｂおよび１つの光スイッチ回路内においてｘ軸方向に並列配置されているヒータの数Ｈを用いると以下の式（４）にて表すことができる。

シフトさせる光スイッチアレイの数が制限されるため、実施形態１と比較して短尺化の効果は押さえられているが、光導波路基板３０１のｙ軸方向の長さをほぼ変えることなく、電気配線の短尺化効果を得ることができる。

ここで、ｙ軸方向にシフトさせる１ｘ４光スイッチ回路は偶数番目に限られることはなく、奇数番目でももちろん構わないし、不規則にｙ軸方向にシフトする光スイッチ回路とシフトしない光スイッチ回路が配置されていても問題はないことを付記する。さらに本実施形態においても、実施形態１と同様に１ｘ４光スイッチ回路ごとにｙ軸方向へのシフトを実施するのではなく、シフト配置する前のｙ座標位置が一致し、ｘ軸方向に並列配置されているヒータ全てが、隣接するヒータに対してｙ軸方向にＤｙシフトし、隣接するヒータ同士で互い違いの配置としてもよい。

（実施形態３）
図７は、本発明の実施形態３に係る光スイッチアレイの構成を示す図である。実施形態１、２においては、個別に電圧を制御できる電気配線を短尺化することで信頼性および歩留りが向上する発明を説明したが、実施形態３においては実施形態１乃至２に加えて、グランド電極の面積を拡大させることで信頼性の向上を実現するものである。尚、図７（ａ）、（ｂ）では、ｘ軸方向に回路が並列に配置され、ヒータの長手方向をｙ軸とし、ｚ軸が光回路基板に対して垂直であるものとする。

図７（ａ）は、実施形態１にて示した電気配線手法にさらに本実施形態による拡大グランド電極を適用した例を示す図である。図７（ｂ）は、実施形態２にて示した電気配線手法にさらに本実施形態による拡大グランド電極を適用した例を示す図である。

実施形態１、２においてｙ軸方向に光スイッチ回路をシフトさせることで、グランド電極を配置する領域には広いスペースができるため、その部分を可能な限りｙ軸方向に広いグランド電極とするように設計されている。通常、光導波路基板上に形成される電気配線は、配線それぞれを描画して形成するのではなく、スパッタ等にて光導波路基板全体に電気配線材料を成膜し、マスクにて必要な部分以外を除去する手法を用いる。そのことから、実施形態１、２に対して製造上の追加工程を一切増やすことなく、グランド電極の幅の拡大は達成可能である。

電気配線における故障や劣化の大半は電気配線の幅と同程度のスケールのダストが付着して配線を破壊するようなケースであることから、空いたスペースにグランド電極を可能な限り幅広く形成することで、微細なダストが付着したとしても、電気配線のダストの付着していない残りの領域を介して導通が可能となるため、グランド側の故障率をさらに低下させることが可能である。

（実施形態４）
図８は、本発明の実施形態４に係る光スイッチアレイの構成を示す図である。本実施形態１乃至３においては、回路構成がアレイ化された３つの１ｘ４光スイッチ回路である構成にて説明したが、実施形態４においては、アレイ化された２つの１ｘ４光スイッチ回路の前段に、さらに１ｘ２光スイッチ回路を接続させた１ｘ８光スイッチ回路の構成例を示す。１ｘ２光スイッチ回路は、アレイ化された２つの１ｘ４光スイッチ回路と、折り返し光導波路を介して並列に接続されている。２つの１ｘ４光スイッチ回路は、実施形態１における図５（ｂ）の対応する回路部分に対して、電極以外の構成が上下左右反転した配置とされている。電極は、１ｘ４光スイッチ回路を１つ１ｘ２光スイッチ回路に置き換えたことに伴い数が減っているが、残った電極の配置は図５における電極配置と同じである。尚、図８（ａ）、（ｂ）では、ｘ軸方向に回路が並列に配置され、ヒータの長手方向をｙ軸とし、ｚ軸が光回路基板に対して垂直であるものとする。

図８（ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すようなＭＺＩベースの光スイッチを単位要素として複数組み合わせた１ｘ２スイッチ回路と、その１ｘ２スイッチ回路に対して１ｘ４光スイッチ回路を２アレイ分並列に配置して１ｘ８光スイッチ回路とした、本発明の実施形態４に係る光スイッチアレイの構成例を示す図である。２つの１ｘ４光スイッチ回路の構成はいずれも同一の設計であるが、ｙ軸方向にＤｙずれて配置されている。１ｘ２スイッチ回路も単位要素である光スイッチの位置がｙ軸方向にＤｙずれるように配置されている。

図８（ｃ）は、図８（ｂ）の中で光回路要素を省略し、ヒータ３０５に相当する部分だけを記載した図である。図８（ｄ）は、図８（ｃ）のヒータ３０５から電気配線を光スイッチアレイの一方の長辺側に接続した構成示す図である。

本実施形態においては、１ｘ８光スイッチ回路を例示しているが、ＭＺＩベースの光スイッチでは分岐数が多くなるほど直列に連結する光スイッチが増加することから、ｙ軸方向の長さが長くなってしまう。このため光スイッチチップの小型化にあたっては光回路を折り返して配置することが一般的である。図８（ｂ）では図の左上の部分から入力された光がｘ軸方向に伝搬され、１ｘ２光スイッチ回路に接続される。ここから折り返し回路を経て、−ｙ軸方向に光が伝搬されるように配置された２アレイの１ｘ４光スイッチ回路に接続されることで１ｘ８光スイッチ回路が実現される。

前述のように図８（ｄ）の電極位置は、実施形態１における図５の対応する電極と同一であることから、単一の光スイッチ回路であっても実施形態１と同様に電極および電気配線を配置することができ、配線の短尺化は依然として有効である。本発明が有効な折り返し構成としては、図８（ｂ）〜（ｄ）に示す光スイッチ回路の組合せによらず、例えば多入力多出力のマトリクススイッチ同士が折り返し回路を介して接続されたものでもよい。

また、実施形態１〜４に係る光スイッチアレイと光信号を分岐する光スプリッタとを組み合わせることで、電気配線を短尺化したマルチキャストスイッチを構成することができ、光スイッチアレイと光スプリッタとを同一の光導波路基板上に形成することで、より容易にマルチキャストスイッチを製造することができる。

１０１ 光振幅増幅機能部群
１０２ 波長選択機能部群
１０３ 波長分波機能部群
１０４ 受信機群
１０５ 送信機群
１０６ 波長合波機能部群
１０７ 波長選択機能部群
１０８ 光振幅増幅機能部群
２０１ ＡＷＧ
２０２ ＷＳＳ
２０３ 光スイッチ
２０４ 光スプリッタ
３０１ 光導波路基板
３０２ 入力導波路
３０３ 光スイッチ回路
３０４ 出力導波路
３０５ ヒータ
３０６ 電気配線
３０７ 電極パッド

Claims (8)

1. 光変調部に電気配線を介して電圧を印加することで光信号の進行方向を切り替える光スイッチ回路を複数備えた光スイッチアレイであって、
   前記電気配線は、前記光変調部の各々に独立して電圧を印加可能であり、前記光変調部の長手方向の両端に接続され、
   複数の前記光スイッチ回路は、前記光変調部の長手方向に対して垂直方向に並列に配置され、前記光スイッチ回路は、各前記光スイッチ回路が備える前記光変調部の長手方向の両端の位置が、前記光変調部の前記長手方向に対して垂直方向に隣接する前記光スイッチ回路が備える前記光変調部の長手方向の両端の位置と前記長手方向において一致しないように配置されている
   ことを特徴とする光スイッチアレイ。
2. 前記光スイッチ回路は、隣接する前記光スイッチ回路が２つ存在する場合、前記長手方向において２つの隣接する前記光スイッチ回路の間に位置する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチアレイ。
3. 前記光スイッチ回路は、隣接する前記光スイッチ回路が２つ存在する場合、前記長手方向の同一方向に２つの隣接する前記光スイッチ回路が位置する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチアレイ。
4. 光変調部に電気配線を介して電圧を印加することで光信号の進行方向を切り替える光スイッチ回路を複数備えた光スイッチアレイであって、
   前記電気配線は、前記光変調部の各々に独立して電圧を印加可能であり、前記光変調部の長手方向の両端に接続され、
   複数の前記光スイッチ回路は、前記光変調部の長手方向に対して垂直方向に並列に配置され、
   前記長手方向に対して垂直方向に重なりを有する前記光変調部のうち、隣接する前記光変調部の長手方向の両端の位置が前記長手方向において一致しないように配置されている
   ことを特徴とする光スイッチアレイ。
5. 前記光変調部の長手方向の両端の位置は、隣接する前記光変調部が２つ存在する場合、前記長手方向において２つの隣接する前記光変調部の間に位置する
   ことを特徴とする請求項４に記載の光スイッチアレイ。
6. 前記光変調部の長手方向の両端の位置は、隣接する前記光変調部が２つ存在する場合、前記長手方向の同一方向に２つの隣接する前記光変調部が位置する
   ことを特徴とする請求項４に記載の光スイッチアレイ。
7. 前記光変調部の一端に接続された前記電気配線は、全ての前記光変調部に対して共通の電圧を印加する共有電気配線であり、前記光変調部の他端に接続された前記電気配線よりも幅が広い
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載された光スイッチアレイ。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の光スイッチアレイと、
   前記光スイッチアレイに接続された、前記光信号を分岐する光スプリッタと、
   を備え、
   前記光スイッチアレイおよび前記光スプリッタが同一基板上に形成されている
   ことを特徴とするマルチキャストスイッチ。

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