JP7364934B2 - １×ｎ光スイッチ - Google Patents
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Description
本開示は、大容量光通信ネットワークを支えるための重要な光部品である光スイッチ素子に関する発明である。
近年、多様なネットワークサービスの進展によって、通信トラフィックは急激に増大しており、波長多重化技術による伝送容量の拡張や帯域利用効率の高い位相変調、多値変調の検討が進み、高度化された多種多様な大容量光信号が光通信ネットワーク上で転送されている。
ネットワークは複数のリンク、ノードで構成されており、それぞれにおいて高速、大容量通信に向けた研究開発が行われている。リンクでは信号の高速化や波長の多重化などが進む一方で、ノードでは効率的なトラフィックを実現すべく、ノード間を接続する経路を柔軟に変更する技術が重要とされている。ノードの入力端で光／電気変換をして電気信号の状態でスイッチングして、ノードの出力端で再度、電気／光変換してリンクを伝送される一般的なネットワークの場合、光／電気変換を行うためのバッファリングに対して、遅延の発生や膨大な電力を消費するなど様々な問題がある。そこで、ノード技術としては様々な転送方法が検討されており、光／電気変換を必要としない光スイッチング技術は、ネットワーク機器の消費電力や遅延等の面において有効な技術であり、光スイッチング技術を主体とした光伝送方式が盛んに研究されている。
このような光スイッチは平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）上に構成した熱光学（Ｔｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃ：ＴＯ）スイッチ、ＩｎＰ系の電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）やマッハツェンダ干渉計（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＭＺＩ）や半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）を用いたスイッチ、ＬｉＮｂＯ３系の位相変調器型のスイッチなどが研究開発されている。ＰＬＣ上に構成した例として、非特許文献１に示す光スイッチが提案されている。図１に光スイッチ１００の主な構成例を示す。Ｎ×Ｎ光スイッチは、たとえばＮ個の１×Ｎ光スイッチ１０１Ｎ（Ｎは自然数）とＮ個のＮ×１光スイッチ１０２Ｎ（Ｎは自然数）を図１に示すように接続することで構成可能である。入力ポートＰＩＮ（Ｎは自然数）より入力された光信号は、１×Ｎ光スイッチ素子１０１Ｎにより、所望の出力ポートＰＯＮ（Nは自然数）に接続されたＮ×１光スイッチに向けて出力される。これによって他ポートの接続状態によらず任意の接続が可能な、ノンブロッキング型Ｎ×Ｎ光スイッチ１００を実現することができる。
化合物半導体材料を用いた光スイッチとして、図２のように２×２光スイッチ２０１Ｎ（Nは自然数）をツリー状に配置し、Ｎ個の各光出力には光ゲートを設ける手法が提案されている。光入力ポートＰＩＮ（Ｎは自然数）から入力される入力信号光は、２×２光スイッチの光路切り替えにより所望の光出力ポートＰＯＮ（Ｎは自然数）に導波され、一方で、それ以外のポートに漏れ出たクロストーク光は、光ゲートにより遮断され、スイッチングが実現される。上記の２×２光スイッチ２０１Ｎ（Ｎは自然数）には、ＭＺＩなどが用いられ、光ゲート２０２Ｎ（Ｎは自然数）にはＥＡＭやＳＯＡなどが用いられる。
通常、ルータ等の装置内で電界印加型の光デバイスを駆動する場合、図３に示すようにＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）３０１やＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、外部からの信号、たとえばＴＴＬ（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ－ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｌｏｇｉｃ）などのデジタル回路からの信号をデジタル-アナログ変換回路、オペアンプ等の電子回路を用いて所望の電圧振幅を持つアナログ信号を生成する。例えば、図３に示すように、ＦＰＧＡ３０１からの信号を、バッファ３０２N（Ｎは自然数）、ドライバ３０３N（Ｎは自然数）を用いて、所望の電圧振幅を持つアナログ信号を生成する。ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）上に上記Ｎ×Ｎ光スイッチと駆動回路とを実装する場合、独立に電圧制御が必要な端子は上記の数となり、電子回路規模は必然的に大きくなり、光スイッチと駆動回路との物理的な距離は少なくとも数～数十 ｃｍは必要となる。一方、１００ Ｇｂｉｔ/ｓといった高速なビットレートを有する光パケットをスイッチングするには、１ ｎｓ以下の高速なＯｎ/Ｏｆｆスイッチングが求められる。すなわち１ ＧＨｚ程度の帯域をもつスイッチング信号をＦＰＧＡ３０１から光スイッチ３０４まで伝送させる必要があるが、上記数十ｃｍといった距離ではもはや集中定数回路としての扱いが困難である。そのため、光スイッチ３０４までの伝送路の特性インピーダンス（例えば５０ Ω）を光スイッチのインピーダンスと整合させた分布定数回路として実装することが考えられる。
上記の従来技術として、たとえば特許文献１のような光スイッチが提案されている。図４に従来の光スイッチ駆動構造を示す。図４（ａ）は、信号光遮断時における、駆動回路の動作を説明する図である。図４（ｂ）は、信号光通過時における、駆動回路の動作を説明する図である。ＦＰＧＡからのＬＶＤＳ（ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）信号をＬＶＤＳ終端回路４０１で終端し、トランジスタＴ１１を用いたインバータ回路４０２によって光スイッチＤ１１を駆動している。ＬＶＤＳ伝送線路４０３は分布定数線路であり、ＬＶＤＳ終端回路４０１からトランジスタＴ１１を制御し、光スイッチＤ１１を駆動することができる。特許文献１では、光スイッチＤ１１と上記トランジスタＴ１１を含む駆動回路を集積しているため、駆動回路と光スイッチＤ１１の制御端子の距離が近く、集中定数として扱うことができるため、高速なスイッチングが可能である。
T. Watanabe他、"Silica-based PLC 1×128 thermo-optic switch" 27th European Conference on Optical Communication (ECOC) , 2001, Vol.2, pp.134-135.
図２に示した光スイッチにおいて、２×２光スイッチ２０１Ｎ（Ｎは自然数）にはＭＺＩを用い、光ゲート２０２Ｎ（Ｎは自然数）にはＥＡＭを用いた場合、ＭＺＩ及びＥＡＭは逆バイアスで動作するため、駆動回路（ドライバ）からは正負逆の信号を与える必要がある。上記のＭＺＩとＥＡＭは、同時に制御する必要があるため、制御信号の生成元であるＦＰＧＡ等は同一となるが、正負逆の信号を与えるドライバを個別に必要とするため、ドライバに必要な電源も含め、光スイッチ駆動に係る面積が大規模化する。図３に示すように、ドライバ３０４Ｎ（Ｎは自然数）から光スイッチ３０４の制御端子までの距離が長くなれば、電気波形の劣化によるスイッチング速度の低下が懸念される。また、個別の駆動ドライバとして、別の電源等を要した場合、消費電力が増大するため、好ましくない。
本開示では上記課題に鑑み、ＦＰＧＡからの分布定数線路を通して制御可能なＭＺＩとＥＡＭに対して、ドライバの高密度集積により高速かつ低消費電力な駆動が可能な光スイッチ技術を提供することを目的とする。
本開示に係る１×Ｎ光スイッチは、光スイッチに対して、前記光スイッチの駆動回路を前記光スイッチの制御電極の近傍に集積された構造を有する１×Ｎ光スイッチであって、前記光スイッチは、複数の２×２光スイッチとＮ個の光ゲートとを備え、前記２×２光スイッチと前記光ゲートとに異なるバイアス電圧（Ｖｂ）を設定し、前記駆動回路の２×２光スイッチ用のドライバと光ゲート用のドライバとが、前記２×２光スイッチと前記光ゲートとが排他的に動作するように構成された同一の回路を共有していることを特徴とする。
本開示に係る光スイッチにおいては、同一のＦＰＧＡおよび、同一の駆動回路構成により駆動制御が可能であるため、高速かつ低消費電力で駆動可能な光スイッチを提供する。また、小振幅で低消費電力なＬＶＤＳ信号を用いて光スイッチを直接駆動でき、ＭＺＩとＥＡＭに個別の電源等も必要としないため、低消費電力での駆動が可能である。
以下、本発明の実施形態における光スイッチを、図面を用いて詳細に説明する。
図５に本実施形態における光スイッチ駆動構造を示す。光スイッチ駆動ドライバとして、例えば高速な電圧増幅回路を実現可能な高電子移動度トランジスタ(Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ: ＨＥＭＴ)を用いた駆動回路を用いる。ドライバ一体型の光スイッチ５０２の形態としては、光スイッチに対して、その駆動回路を光スイッチの制御電極の近傍に高密度に集積された構造であり、同一のＩｎＰ基板上への集積、あるいは、光スイッチチップとドライバチップを個別作製しフリップチップ実装などによって一体型としてもよい。本実施形態では分布定数線路の一例として、２本の伝送路を使用した差動信号方式であるＬＶＤＳ伝送線路５０３を用い、ドライバ一体型の光スイッチ５０２を動作させる。この動作により数 ＧＨｚまでの高速信号伝送、低消費電力（３．５ ｍＡ駆動、信号振幅３５０ ｍＶ）、高ノイズ耐性（差動信号により同相ノイズをキャンセル）を可能としている。
本実施形態で用いるＨＥＭＴの層構造を図６に示す。半絶縁性（ｓｅｍｉ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ: ＳＩ）基板６０１上にバッファ層６０２として、例えば、ｉ－ＩｎＡｌＡｓを含む層と、ｉ－ＩｎＡｌＡｓを含む層上にｉ－ＩｎＧａＡｓを含む層とを形成し、チャネル層６０３として、例えば、下層から、ｉ－ＩｎＡｌＡｓを含む層、Ｓｉ δドープ層、ｉ－ＩｎＡｌＡｓを含む層、及びｉ－ＩｎＰを含む層を順に形成する。チャネル層６０３の上にゲート電極６０５ｇと、ｎ－ＩｎＡｌＡｓを含む層、ｎ－ＩｎＡｌＡｓを含む層上にｎ－ＩｎＧａＡｓを含む層が積層されたキャップ層６０４を介してソース電極６０５ｓ、ドレイン電極６０５ｄを形成した構造を作製する。本実施形態に係るＨＥＭＴにおいてはゲート長０．１μｍ、ゲート幅２５ μｍとする。これらの設計値は、ＨＥＭＴの特性を決める重要なパラメータとなる。ゲート長によってＨＥＭＴの応答速度が決まるが、本実施形態のゲート長０．１ μｍでは、ＧＨｚまでの高速信号に対応した動作を実現することがわかっている。また、ゲート幅の大小によってソース、ドレイン間に流れる電流値を決定できる。
光スイッチ構造は、図２に示したものと同様とする。ＭＺＩ等を用いた２×２光スイッチ２０１Ｎを多段で接続し、最終段に光ゲート２０２Ｎを設けた構造とする。
ＭＺＩの光スイッチの動作について説明する。入力光に対してマルチモード干渉（Ｍｕｌｔｉ－Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＭＩ）型光カプラを用いて、２つの光導波路を合波した後に２つの光導波路に分岐し、２分岐された入力光は２つの光導波路位相差を受けた後に再度、ＭＭＩ光カプラを用いて結合される。すると干渉効果により、２つの光導波路間の位相差が、±ｎπであれば光入力と反対側の光導波路から出力し、±（２ｎ＋１）π／２であれば、光入力と同じ側の光導波路から出力される。従って、片方の光導波路内に位相変調領域を配置して制御すれば、２×２のスイッチング動作が得られる。位相変調を得るには光導波路の屈折率を変化させれば良い。ＩｎＰ系の光導波路では、電圧印加によるＦＫ効果やＱＣＳＥ効果もしくは電流注入によるプラズマ効果を用いて光導波路の屈折率を変化させ、ＬＮ系では電圧印加によるポッケルス効果を用いて光導波路の屈折率を変化させれば、スイッチング動作を行うことができる。また、光強度を２等分するＭＭＩ光カプラは方向性結合器などを用いても良い。２つのアーム光導波路への注入電流が０ ｍＡの場合、入力信号光は２×２スイッチのクロスポート側に出力される。図７に示すように、どちらか一方の制御電極（ＭＺＩを構成する導波路上に設置される制御電極）に電流を注入すると、注入した方のアーム光導波路の屈折率が変化し、伝搬する光の位相が変化する。アーム光導波路への注入電流が５ｍＡ程度となったとき、光出力ポートＰＯ１からの出力は最小となり、光出力ポートＰＯ２への光出力が最大となる。このとき、光出力ポートＰＯ１への光出力と光出力ポートＰＯ２への光出力との比は２０ｄＢ以上が得られる。
光ゲート２０２Ｎの動作について説明する。２×２光スイッチ２０２Ｎの最終段に設けられた光ゲート２０２Ｎでは、出力を望まない漏れ光の遮断を行う。２×２光スイッチのスイッチングにおいて、大部分の光は所望のポートへと導かれるが、一部の光がその他のポートへと漏れる。漏れ光は、伝送信号の品質を劣化させるため、極力抑える必要がある。ＩｎＰのＥＡＭを用いた光ゲートの場合、ｐ型電極とｎ型電極の間に逆バイアス電圧を印加することでフランツケルディッシュ（Ｆｒａｎｚ－Ｋｅｌｄｙｓｈ：ＦＫ）効果により、導波路コアの吸収端がシフトし、光ゲートを伝搬する光の吸収係数を増加させることができる。図８に示すように、たとえば印加電圧－３Ｖで消光比２０ｄＢ以上、印加電圧－７Ｖで消光比４０ｄＢ以上を得ることができる。光ゲート２０２Ｎとしては、同じＩｎＰ材料により実現可能なＳＯＡなどを用いてもよい。
図９に導波路の断面構造を示す。光スイッチを構成する導波路はＩｎＧａＡｓＰを含むコア層９０４の下部までエッチングすることで作製し、ｐｉｎダブルヘテロ接合構造を有するハイメサ導波路とした。導波路の高さを４ μｍ、幅を１．４ μｍとした。従来の光スイッチは、通常ｎ基板上で作製されるが、本実施形態ではＳＩ基板上に光スイッチを作製することで、ＭＺＩとＥＡＭの基板電位を分離している。ｎ基板上の光スイッチでは基板裏面が共通の電極となっていたが、抵抗率の高いＳＩ基板上で作製することで、絶縁分離が可能となる。
本実施形態に係る光スイッチの作製方法について述べる。
まず、例えば、ＳＩ－ＩｎＰを含む半絶縁性基板９０１上に、ｎ+－ＩｎＧａＡｓＰを含むコンタクト層９０２、ｎ－ＩｎＰを含む下部クラッド層９０３と、１．４Ｑ組成０．３ μｍ膜厚のバルクｉ－ＩｎＧａＡｓＰを含むコア層９０４と、ｐ－ＩｎＰを含む上部クラッド層９０５と、ｐ+－ＩｎＧａＡｓＰを含むコンタクト層９０６とは、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ）により成長により形成される。次いで、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、ハイメサ導波路構造を一括形成し、ＭＺＩ領域とＥＡＭ領域の間にＳＩ基板まで到達する溝を形成する。その後局所領域への埋め込みが可能で平坦化に優れた有機材料であるベンゾシクロブテン（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ： ＢＣＢ）をスピンコートにより塗布し、Ｏ２/Ｃ２Ｆ６混合ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により基板表面が露出するまでエッチバックし、基板表面を平坦化する。そして、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、グランド電極用の電極形成のための井戸を作製し、ｎ型電極を形成する。最後に、光ゲート上に、ｐ型電極を形成する。以上説明したように、ＭＯＶＰＥ成長および光導波路構造の形成を一括に行えるようになる。
本実施形態では、膜厚０．３ μｍ、幅１．４ μｍの１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰを含む層を用いている。これらの設計値は、光スイッチ素子の光学的特性を決める重要なパラメータとなる。入力信号光波長がたとえば１．５３ μｍから１．５７ μmで動作し、低損失、高速、かつ低消費電力な動作を実現するためには、下記の条件が満たされることが好ましい。
第一に、ＩｎＧａＡｓＰを含むコア層９０４の厚さは、入力信号光に対してシングルモード導波条件で、かつＩｎＧａＡｓＰを含むコア層９０４への十分な光閉じ込めを有する条件であり、０．１ μｍ～０．４ μｍの範囲が望ましい。
第二に、ＩｎＧａＡｓＰを含むコア層９０４の幅は、入力信号光に対してシングルモード導波条件であり、０．８ μｍ～３ μｍの範囲が望ましい。
第三に、駆動回路の消費電力を低減する観点から、光ゲートへの印加電圧が７ Ｖ以下となる条件であり、ＩｎＧａＡｓＰを含むコア層９０４の組成は１．３Ｑ～１．５Ｑで、各電極長は１００ μｍ～２０００ μｍの範囲が望ましい。
本実施形態における光スイッチ素子では、光ゲート２０２ＮのＩｎＧａＡｓＰを含むコア層９０４としてバルク層を用いるように説明してきたが、多重量子井戸構造としてもよい。その場合は、量子閉じ込めシュタルク効果により光ゲートにおいて高効率に消光できるようになる。また、光導波路構造をリッジ導波路構造としているが、それ以外の構造、例えばハイメサ型光導波路構造として作製してもよい。あるいはＩｎＧａＡｓＰを含むコア層の両横が半導体で埋め込まれた埋め込み型光導波路構造やリブ型光導波路構造などであってもよい。
本実施形態では、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いて説明してきたが、ＧａＡｓ系の化合物半導体を用いてもよい。また、シリコン細線導波路などのナノ秒オーダの屈折率および吸収係数の変化が可能な材料系を用いても、同様に実現できる。
［実施例］
図１０に、本発明の実施例に係る光スイッチとその駆動回路の例を示す。
図１０に、本発明の実施例に係る光スイッチとその駆動回路の例を示す。
駆動回路の構成について図１０を用いて説明する。ＦＰＧＡ５０１は、第一のＬＶＤＳ伝送線路５０３ａと第二のＬＶＤＳ伝送線路５０３ｂとに接続する。第一のＬＶＤＳ伝送線路５０３ａは、トランジスタ１００３のゲートと終端抵抗の一方の端子とに接続する。トランジスタ１００３のドレインは、トランジスタ１００１のゲートと抵抗の一方の端子とに接続する。また、第二のＬＶＤＳ伝送線路５０３ｂは、トランジスタ１００４のゲートと終端抵抗の他方の端子とに接続する。トランジスタ１００４のドレインは、トランジスタ１００２のゲートと抵抗の一方の端子とに接続する。抵抗の他方の端子にＶｄｄ（２．２ｖ）を設け、トランジスタ１００３、トランジスタ１００４のソースにＶｓｓ（１．２ｖ）を設ける。トランジスタ１００１とトランジスタ１００２との間の中点をトーテム・ポール出力として、ＭＺＩ２０１ａとＥＡＭ２０２ａとに電圧を印加する。
駆動回路のＨＥＭＴにおけるドレイン電圧Ｖｄ、およびソース電圧Ｖｓは駆動回路毎に設定できるものである。ＭＺＩ２０１ａとＥＡＭ２０２ａとで共通した振幅を有するＦＰＧＡ５０１からの信号を、ＬＶＤＳ伝送線路５０３によってドライバ一体型の光スイッチ５０２に入力する。Ｖｂは光スイッチのＭＺＩとＥＡＭにおけるｎ型電極のバイアス電位を表す。図９に示した光スイッチの構造から、ＭＺＩとＥＡＭとを個別に作製し、ＭＺＩとＥＡＭとで異なるＶｂを設定可能とすることで共通のＦＰＧＡおよびドライバ回路での駆動が可能となる。
駆動回路の動作について図１０を用いて説明する。
ＬＶＤＳ信号は１．２ Ｖを中心とした３５０ ｍＶ振幅の差動信号であり、トランジスタ１００３のゲートに１．３７５ Ｖ印加されるとき、トランジスタ１００４のゲートには１．０２５ Ｖが印加される。このとき、トランジスタ１００１のゲートは開き、トランジスタ１００２のゲートが閉じた状態となる。トランジスタ１００１のソース、ドレイン間に電流が流れて、光スイッチにＶｄの電圧がかかる。一方、トランジスタ１００３のゲートに１．０２５ Ｖ印加されるとき、トランジスタ１００４のゲートに１．３７５ Ｖ印加される。このとき、トランジスタ１００１のゲートは閉じ、トランジスタ１００２のゲートが開いた状態となる。トランジスタ１００２のソース、ドレイン間に電流が流れて、光スイッチにＶｓの電圧がかかる。このように、ＬＶＤＳ差動信号を切り替えることで、トランジスタ１００１とトランジスタ１００２のゲートの開閉を行い、光スイッチに印加する電圧を切り替え、スイッチング動作を実現する。
例えば、ＭＺＩ２０１ａの駆動回路において、Ｖｄ＝３Ｖ、Ｖｓ＝１Ｖに設定し、Ｖｂ＝１Ｖをかけた場合、ＦＰＧＡ５０１からの信号によりトランジスタ１００１のゲートが開いたとき、ＭＺＩ２０１ａには正方向に２Ｖの電位差がかかり電流が流れる。トランジスタ１００２のゲートが開いたとき、ＭＺＩ２０１ａには電位差が発生しないため、電流は流れない。上述のトランジスタ１００１とトランジスタ１００２のゲートの開け閉めによってＭＺＩの電流を調整し、出力ポートのスイッチングが可能となる。
一方で、ＥＡＭ２０２ａの駆動回路において、Ｖｄ＝４．５Ｖ、Ｖｓ＝１Ｖに設定し、Ｖｂ＝４．５Ｖをかけた場合、ＦＰＧＡ５０２からの信号によりトランジスタ１００１のゲートが開いたとき、ＥＡＭ２０２ａには電位差が発生しないため光の消光は行われない。トランジスタ１００２のゲートが開いたとき、ＥＡＭ２０２ａに対して負方向に３．５Ｖの電位差が発生するため、消光が行われる。上述のトランジスタ１００１とトランジスタ１００２のゲートの開け閉めによってＥＡＭ２０２ａのゲートの開け閉めが可能となる。
本実施形態より、光スイッチに対して、光スイッチの駆動回路を光スイッチの制御電極の近傍に集積された構造を有する１×Ｎ光スイッチであって、光スイッチは、複数の２×２光スイッチとＮ個の光ゲートとを備え、光スイッチと光ゲートとに異なるバイアス電圧（Ｖｂ）を設定し、駆動回路の２×２光スイッチ用のドライバと光ゲート用のドライバとが同一の回路形式である１×Ｎ光スイッチが得られる。
また、本実施形態より、光スイッチに対して、光スイッチの駆動回路を光スイッチの制御電極の近傍に集積させた構造を有する１×Ｎ光スイッチであって、光スイッチは、複数の２×２光スイッチとＮ個の光ゲートとを備え、駆動回路の２×２光スイッチ用のドライバの電源電圧（Ｖｄ－Ｖｓ）と光ゲート用のドライバの電源電圧とが同一である１×Ｎ光スイッチが得られる。
上述の１×Ｎ光スイッチにおいて、ＭＺＩとＥＡＭとを個別に作製し、ＭＺＩとＥＡＭとで異なるＶｂを設定可能とすることで、同一のＦＰＧＡおよび、同一の駆動回路の構成を用いて制御が可能であるため、駆動回路の高密度集積が可能となり、光スイッチの高速動作が実現される。また、小振幅で低消費電力なＬＶＤＳ信号を用いて光スイッチを直接駆動でき、ＭＺＩとＥＡＭに個別の電源等も必要としないため、低消費電力での駆動が可能である。
本開示は、大容量光通信ネットワークを支えるための重要な光部品である光スイッチ素子の技術分野に適用できる。
Claims (7)
- 光スイッチに対して、前記光スイッチの駆動回路を前記光スイッチの制御電極の近傍に集積された構造を有する１×Ｎ光スイッチであって、
前記光スイッチは、複数の２×２光スイッチとＮ個の光ゲートとを備え、
前記２×２光スイッチと前記光ゲートとに異なるバイアス電圧（Ｖb）を設定し、
前記駆動回路の２×２光スイッチ用のドライバと光ゲート用のドライバとが、前記２×２光スイッチと前記光ゲートとが排他的に動作するように構成された同一の回路を共有していることを特徴とする１×Ｎ光スイッチ。 - 請求項１に記載の光スイッチにおいて、
前記２×２光スイッチには、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）が用いられ、
前記ＭＺＩの２本の導波路のそれぞれに電圧あるいは電流を付与するための電極を備えた複数の２×２ＭＺＩを多段に配設した構造を有し、前段の２×２ＭＺＩの２つの出力ポートのそれぞれに対して、後段の２×２ＭＺＩの２つの入力ポートの一方がツリー状に接続された構造を特徴とする１×Ｎ光スイッチ。 - 請求項１又は２に記載の光スイッチにおいて、
前記光ゲートは電界吸収型の光ゲートであることを特徴とする１×Ｎ光スイッチ。 - 請求項１乃至３いずれか一項に記載の光スイッチにおいて、
前記光スイッチと前記駆動回路が同一基板上に集積されていることを特徴とする１×Ｎ光スイッチ。 - 請求項１乃至４いずれか一項に記載の光スイッチにおいて、
前記光スイッチと前記駆動回路がフリップチップ実装によって集積されていることを特徴とする１×Ｎ光スイッチ。 - 請求項１乃至５いずれか一項に記載の光スイッチにおいて、さらに、
前記駆動回路と接続する分布定数線路と、
前記分布定数線路と接続するＦＰＧＡと、
を備え、
前記駆動回路に入力される前記光スイッチの制御信号として、ＦＰＧＡからのＬＶＤＳ信号を用いるように構成されていることを特徴とする1×Ｎ光スイッチ。 - 請求項１乃至５いずれか一項に記載の光スイッチにおいて、
ＦＰＧＡからのＬＶＤＳ信号を終端する終端回路と、ハイメサ導波路構造を有するトランジスタとを用いた前記駆動回路とにより、前記２×２光スイッチ及び前記光ゲートを駆動するように構成されていることを特徴とする1×Ｎ光スイッチ。
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