JPH0197925A - 光マトリクススイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、複数本の入力ポートと、複数本の出力ポー
トとの間を選択的に接続することが出来る光マトリクス
スイッチに間するものである。

（従来の技術） 光マトリクススイッチは、光交換機の重要な基本的要素
であり、このため、これに間する研冗が従来から精力的
になされでいる。

第３図（Ａ）及び（Ｂ）は、このような光マトリクス化
イ・ンチの代表例として知られている格子型の光マトリ
クススイッチを示した図である。そして、第３図（Ａ）
はその全体構成を模式的ｌこ示した図であり、第３図（
Ｂ）はこの光マトリクススイッチに設けられた多数の光
スイツチ部のうちの一つに着目して示した図である。

第３図（Ａ）においで、Ｉ　Ｉａ、　Ｉ　ｌｂ、　Ｉ　
ｌｃ及びＮｄは、入力導波路をそれぞれ示す。又、１３
ａ、　１３ｂ。

１３ｃ及び＋３ｄは、出力導波路をそれぞれ示す。この
光マトリクススイッチは、Ｉｌａ〜Ｉｌｄで示す入力導
波路と、１３ａ〜＋３ｄで示す出力導波路とを、ある一
定の角度で相交差させ図示の如く格子形状を構成し、こ
れら交点に１５で示す光スイツチ部を設けた構造になっ
ている。

ここで、１５で示した光スイツチ部は、第３図ＣＢ）に
示す如く、互いが平行な２１ａ及び２１ｂで示す二本の
導波路に電極（図中、斜線を付して示す部分）をそれぞ
れ設けて構成された２１で示す方向性結合型光スィッチ
と、これら導波路２１ａ、２１ｂの両端部に設けられた
２３ａ及び２３ｂで示す全反射コーナとで主に構成され
ている。ここで、２５ｂ及び２７ａで示す導波路が入力
導波路１１ａ〜Ｉｌｄに相当し、２５ａ及び２７ｂで示
す導波路が出力導波路１３ａ−１３ｄに相当する。

第３図（Ｂ）に示した光スイツチ部においては、導波路
２５ｂより入力された光は、全反射コーナ２３ａによっ
て全反射され方向が変えられ、方向性結合型光スィッチ
２１へ入力される。この方向性結合型光スィッチ２１か
らの出力光は、今度は２３ｂで示す全反射コーナによっ
て方向が変えられ、２７ａ又は２７ｂて示す出力導波路
のいづれかに出力される。

ここで、全反射コーナ２３ａ及び２３ｂ　を用いている
理由は、光マトリクススイッチの全体の大きざを小ざく
するためであった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、第３図に示したような従来の光マトリク
ススイッチの各光スイツチ部は、それぞれ二個づつの全
反射コーナを有していた。従って、光マトリクススイッ
チの規模が例えばｎｘｎであるとすると、これを介して
伝播する光信号は全反射コーナ！（２ｎ−１）ｘ２回通
過することになるから、全反射コーナによって生じる光
信号の損失（約２　ｄＢ）が累積され、その結果、光信
号は大きく減衰してしまうという問題点があった。

この発明は上述した点に鑑みなされたものであり、従っ
てこの発明の目的は、光信号の損失を小ざなものにする
ことが出来ると共に、小型で、作成が容易で、然も、ク
ロストーク特性に優れる光マトリクススイッチを提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の光マトリクスス
イッチによれば、 菓−導波路と第二導波路とを有するクロス状態が得られ
る第一の方向性結合器を、０段接続して構成した入力導
波路ｔｍ本、及び 第三導波路と第四導波路とを有するクロス状態が得られ
る第二の方向性結合器を、ｍ段接続して構成した出力導
波路１Ｆｒｎ本具えると共に、前述の第一導波路及び前
述の第四導波路を全反射コーナを介し接続し、かつ、前
述の第二導波路及び前述の第三導波路を交差させて前述
の各入出力導波路をマトリクス化して成ることを特徴と
する。

この発明の実施に当たり、前述の入出力導波路で構成さ
れる各々の伝搬経路における光損失を等しくするため、
当該光マトリクスイッチの入出力ポート間にダミー素子
を設けるのが好適である。

（作用） このような構成によれば、ｍ本の入力導波路及び０本の
出力導波路がマトリクス状に配Ｈされるようになる。ざ
らに、第一の方向性結合器及び第二の方向性結合器は、
互いに近接することになりこれらで光スイツチ部を構成
する。

又、この光スイツチ部に入力された光信号は、第一の方
向性結合器を制御することによって、第一導波路→第二
導波路から成る伝搬経路か、第一導波路→全反射コーナ
→第四導波路の伝搬経路かのいずれかの経路を通過する
ことになる。さらに、後者の伝搬経路を経た光信号は、
第二の方向性結合器の連続体である出力導波路内を次々
と伝搬するようになる。このように、光マトリクススイ
ッチの入出力ポート間のいづれの伝搬経路を用いる場合
でも、光信号が全反射コーナを通過する回数は一回のみ
で済むようになる。

さらに、光スイツチ部の構造から、クロストーク特性の
改善が図れる。

又、好適実施例においては、入出力ポート間にダミー素
子を設けたことによって、ある出力ポートから見て距離
的に近い位冒の入力ポートからの信号の出力も、距離的
に違い位雷の入力ポートからの信号の出力も共に同じ減
衰量で出力されるようになる。このことから、光出力の
均一化が図れ、ざらに、これによってもクロストーク特
性の改善を図ることが出来る。

（実施例） 以下、図面１Ｆｒ参照してこの発明の光マトリクススイ
ッチの実施例につき説明する。しかしながら以下の説明
に用いる各図は、この発明が理解出来る程度に概略的に
示してあるにすぎず、従って、各構成成分の寸法、形状
及び配置関係は図示例に限定されるものではない。

尚、以下の実施例を、入力導波路数ｍを４とし出力導波
路数ｎを４とした、４×４の光マトリクススイッチにこ
の発明を適用した例で説明するが、これは単なる一例に
すぎず、入出力導波路の数ｍ、ｎをそれぞれ異なる数に
した場合でも、又入出力導波路の数を同数の・まま他の
数に変更した場合でも、この発明を適用出来ること明ら
かである。

第１図は、実施例の光マトリクススイッチの説明に供す
る図であり、これの全体構成を模式的に示した図である
。尚、このような光マトリクススイッチを作製するため
の基板としては、電気光学効果を有するものを用いるが
、このようなもののとしては、ＧａＡｓ等種々のものを
を挙げることが出来る。

第１図において、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄは
、入力ポートをそれぞれ示す、又、３３ａ、３３ｂ、３
３ｃ及び３３ｄは、出力ポートをそれぞれ示す。

各入力ポート３１ａ〜３１ｄには、３５ａで示す第一導
波路と、３５ｂで示す第二導波路とを有する方向性結合
器であってクロス状態が得られる素子長をもった３５で
示す方向性結合器（以下、第一の方向性結合器３５と称
する）を、ｎ段（この場合４段）接続した構成の３７で
示す入力導波路がそれぞれ接続してある。

一方、各出力ポート３３ａ　〜３３ｄには、３９ａで示
す第三導波路と、３９ｂで示す第四導波路とを有する方
向性結合器であってクロス状態が得られる素子長をもっ
た３９で示す方向性結合器（以下、第二の方向性結合器
３９と称する）を、ｍ段（この場合４段）接続した構成
の４１で示す出力導波路がそれぞれ接続してある。

又、各入力導波路と、各出力導波路とは以下に説明する
ような関係をもたせて接続してある。　。

即ち、第一導波路３５ａの入力ポートとは反対側の端部
と、第四導波路３９ｂの出力ポートとは反対側の端部と
を、４３で示す全反射コーナで接続し、かつ、第二導波
路３５ｂのクロス状態を得る素子長以外の部分と、第三
導波路３９ａのクロス状態を得る素子長以外の部分とを
互いに交差させている。

このような接続を各入力導波路にそれぞれ備わる第−及
び第二導波路と、各出力導波路にそれぞれ備わる第三及
び第四導波路とを用いてそれぞれ行なうことによって、
各入出力導波路を第１図に示すように格子状に配百出来
る。尚、以下の説明の都合上、第一の方向性接合器３５
と、第二の方向性結合器３９とで主に構成される部分を
光スイツチ部と称し、図中、４５Ｐ８付してある。

ここで、入力ポート３１ａに接続してある入力導波路と
、出力ポート３３ｄに接続してある出力導波路との交点
、図中４７を付して示した部分には、全反射コーナのみ
を設けてあり第一の方向性結合器３５及び第二の方向性
結合器３９を設けていないが、これは、全反射コーナの
みでも、この部分が担当する機能を果すことが出来るた
めである。この部分に、第−及び第二方向性結合、器を
有する光スイ・ンチ部４５１Ｆｒ設けても勿論良い。

又、第１図中、４９はダミー素子を示す、これについて
の説明は、後述する。

次に、第２図（Ａ）〜（Ｃ）８参照して、第１図に示し
た、全反射コーナ４３（４７で示したものも同様なもの
である）と、光スイツチ部４５と、ダミー素子４９とに
つきそれぞれ説明する。

第２図（Ａ）は、全反射コーナの構造を概略的に示した
図である０図中、３７ａは入力導波路の一部を示し、４
１ａは出力導波路の一部を示し、４７は全反射コーナを
示す、この全反射コーナ４７は、光の伝搬方向を急激に
変えることが出来るものである。

第２図（Ｂ）は、光スイツチ部４５の構造を示した図で
ある。

既に説明したように、第一導波路３５ａ及び第二導波路
３５ｂで入力導波路の一部３７ａを構成する。

又、第一導波路３５ａ及び第二導波路３５ｂは、互いの
一部で第一の方向性結合器３５を構成している。

この方向性結合器３５は、これの素子長をクロス状態が
得られるようなものに、又、これの結合長を結合器３５
に電圧を印加しない場合に、光が第一導波路３５ａ→第
二導波路３５ｂの経路を伝播するようにそれぞれ設計し
てある。尚、図中斜線を付して示した部分は電極である
。

又、第三導波路３９ａ及び第四導波路３９ｂで出力導波
路の一部４１ａを構成する。又、第三導波路３９ａ及び
第四導波路３９ｂは、互いの一部で第二の方向性結合器
３９ヲ構成している。この方向性結合器３９は、これの
素子長をクロス状態が得られるようなものに、又、これ
の結合長を結合器３９に電圧を印加しない場合に、光が
第一導波路３９ａ→第四導波路３９ｂの経路を伝播する
ようにそれぞれ設計してある。尚、図中斜線を付して示
した部分は電極である。

既に説明したように、第二導波路３５ｂと、第三導波路
３９ａとは、方向性結合器以外の部分で交差していて、
これにより５１で示す交差点を形成している。又、第一
導波路３５ａと第四導波路３９ｂとは、菓−及び第二方
向性結合器側の互いの端部で全反射コーナ４３！介して
接合してある。

次に、第１図及び第２図（Ｂ）を参照して、光スイツチ
部４５の動作につき説明する。

第一の方向性結合器３５に電圧を印加しない場合には、
光は第一導波路３５ａ→第二導波路３５ｂの経路を伝搬
する。従って、例えば第１図に３１ｂで示す入力ポート
に光を入力すると、この光は入力導波路の他端（３１ｂ
で示す）へと次々と伝搬してゆく。

ここで、例えば３３ｃで示す出力ポートに光を出力した
い場合を考える。この場合には、図中４５ｂｃで示す光
スイッチ部ｔＯＮ状態にすれば良い。即ち、第２図（Ｂ
）を用いで説明した電極（斜線部分）に電圧を印加する
。この結果、第一導波路３５ａから入った光は、第二導
波路３５ｂ側に進むことは出来ず、第一導波路３５ａ　
ｌｆｔ直進し、全反射コーナ４３によって全反射され第
四導波路３９ｂ方向へと進行方向を変える。このように
進行方向を変えられた光は、光スイツチ部４５ｂｃと出
力ポート３３ｃとの間に設けた各第二の方向性結合器を
次々と図中Ｘ及びＹで示す如く伝搬し、出力ポート３３
ｃから出力される。

このように、この発明の光マトリクススイッチによれば
、入出力ポート間の光伝搬の際の全反射コーナによる進
行方向変換は、−回だけで済むことになる。

尚、この実施例の光マトリクススイッチは、入出力ポー
ト間に構成される各光伝搬経路の、経路毎での光損失を
均一なものとするために、ダミー素子を設けである。こ
のダミー素子は、例えば第２図（Ｃ）に示すようなもの
で構成することが出来る。

入力導波路３７又は出力導波路４１に交差させて、５３
で示す新たな導波路を設け５５で示す交差点を形成する
。さらに、交差点５５の近傍でかつ入力導波路３７（又
は出力導波路４１）の近傍にこの導波路と方向性結合器
を形成するような５７で示すダミー導波路を設け、さら
にこのダミー導波路５７の一端に全反射コーナを設け、
光スイツチ部４５が全反射状態にない場合の損失即ち第
一導波路から第二導波路に光が伝搬する場合の損失と同
じ損失が得られるダミー素子とする。

このような構成のダミー素子を、この実施例の場合、３
１ｂで示す入力ポートと、この入力ポート３１ｂに接続
される最初の光スイツチ部との間に１個、３１ｃで示す
入力ポートと、この入力ポート３１ｃに接続される最初
の光スイツチ部との間に２個、３１ｄで示す入力ポート
と、この入力ポート３１ｄに接続される最初の光スイツ
チ部との間に３偏設けである。ざらに、３３ｃで示す出
力ポートと、この出力ポート３３ｃ　ｋ：［続される最
初の光スイツチ部との間に１個、３３ｂで示す出力ポー
トと、この出力ポート３３ｂに接続される最初の光スイ
ツチ部との間に２個、３３ａで示す出力ポートと、この
出力ポート３３ａ　（こ接続される最初の光スイツチ部
との間に３何段けである。このようにすることによって
、入出力ポート間の各伝搬経路は、それぞれ６個づつの
方向性結合器を有することになる。これにより、出力光
の大きざの均一化が図れ、ざらに、クロストーク特性の
改善が図れる。

尚、ダミー素子の設は方や構造は実施例のものに限定さ
れるものではなく設計に応じ変更することが出来るが、
これらについては、この出願人に係る特願昭６１−３０
２２６０に提案されているので省略する。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の光マト
リクススイッチによれば、入出力ポート間のいずれの経
路を用いた場合でも、光信号が全反射コーナによって全
反射される回数は１回のみである。従来の光マトリクス
スイッチの反射回数は、ｎｘｎのものでは（２ｎ−１）
ｘ２回、ｎｘｎのものでは（ｍ＋ｎ−１）ｘ２回であっ
たことと比較すれば、本発明によって、全反射の回数が
著しく低減されることが分る。従って、全反射角を例え
ば９０度とした場合、この発明における全反射コーナに
起因する光信号損失は、２ｄＢ以下になる。

ざらにこの発明によれば、全反射角を９０度とし、光マ
トリクススイッチの規模！ｎｘｎとすると、光マトリク
ススイッチの大きさは、Ｃ（光スイッチ長さρ８）＋（
第一導波路及び第二導波路の合計長ＬＬ））Ｘｎ程度に
なる０例えば、β＄＝２ｍｍ、ＬＬ　＝２００ｘ５ｕｍ
としたときには、４Ｘ４規模のものの大きさは約１２ｍ
ｍ、８×８規模のものの大きさは約２４ｍｍ、１６Ｘ１
６規模のものの大きさは約４８ｍｍになり、これは小型
なものと云える。

ざらに、この発明によれば、光スイツチ部に２個の光ス
ィッチを設けである。従って、この発明の光マトリクス
スイッチのクロストーク特性は、光スィッチが１個の場
合のものに比し、２乗の割合で改善される０例えば、光
スイツチ単体のクロストークが１５ｄＢであるとすれば
、この発明においては３０ｄＢのクロストークが得られ
ることになり、この結果、光スィッチの作製条件を緩和
することが出来るようにもなる。

これがため、光信号の損失を小ざなものにすることが出
来ると共に、小型で、作成が容易で、然も、りＯストー
ク特性に優れる光マトリクススイッチを提供することが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例の光マトリクススイッチの
全体を模式的に示した図、 第２図（Ａ）は、第１図に示した光マトリクススイッチ
に備わる全反射コーナの説明ｌこ供する図、 第２図（Ｂ）は、第１図に示した光マトリクススイッチ
に備わる光スイツチ部の説明に供する図、 第２図（Ｃ）は、第１図に示した光マトリクススイッチ
に備わるダミー素子の説明に供する図、第３図（Ａ）は
、従来の光マトリクススイッチの全体を模式的に示した
図、 第３図（Ｂ）は、従来の光マトリクススイッチに備わる
従来の光スイツチ部を概略的に示した図である。 ３１ａ　〜３１ｄ　＝入力ポート ３３ａ　〜３３ｄ　・・−出力ポート ３５−・・第一の方向性結合器 ３５ａ　・・・第一導波路、　　３５ｂ・・・第二導波
路３７−・・入力導波路 ３９−・・第二の方向性結合器 ３９ａ　・・・第三導波路、　　３９ｂ・・・第四導波
路４１−・・出力導波路 ４３．４７−・・全反射コーナ ４９−・・ダミー素子、　　　５１．５５・・・交差点
５３−・・導波路、　　　　　５７・・・ダミー導波路
。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社誘い 代理人　弁理士　　　　大　垣　　孝 従来の光マトリクススイッチの説明に供する口笛３図 手豫売ネ甫正ｌ（ 昭和６３年１２月２９日 東京都港区虎）門１丁目７番１２号 名称（０２９）沖電気工業株式会社 代表者　小村　偏光 ４代理人　〒１７０　　　ｆｆｉ　（９８８）５５６３
住所　東京都豊島区東池袋１丁目２０番地５池袋ホワイ
トハウスビル９０５号 明細書の発明の詳細な説明の欄、明細書の図面の簡単な
説明の欄及び図面 ７補正の内容　　別紙の通り （１）、明細書、第８頁第６行目の「は、ＧａＡｓ等種
々のものをを」をｒは、ＬｉＮｂＯ３、ＧａＡｓ等種々
のものをＪと訂正する。 （２）、明細書、第１１頁第１行目の「る、」を、ｒる
。この全反射コーナ４７（４３）は、例えば以下に説明
するような従来公知のもので構成出来る。基板をＬｉＮ
ｂＯ３基板とし、導波路３７ａ等の各導波路をＴｉ拡散
による埋込み型導波路とした場合であれば、全反射コー
ナ４７（４３）は、ＬｉＮｂＯ３基板の全反射コーナと
したい部分を除去した構成のものである。また、第４図
に示すように、基板をＧａＡｓ基板６１とし、導波路３
７ａ等の各導波路をＧａＡｓ基板６１上に例えばＡ（ｌ
ＧａＡｓ下側クラッド層６３、ＧａＡｓ光ガイド層６５
ヲこの順に積層しこの光ガイド層６５上に／１ｌＧａＡ
ｓ上側クラ・ンド層６７をストリップ状に設けた所謂ス
トリップ装荷型導波路とした場合であれば、全反射コー
ナ４７（４３）は、光ガイド層６５の全反射コーナとし
たい部分を少なくとも下側クラッド層６３に至るまで除
去した構成のものである。いずれの場合も、ＬｉＮｂＯ
３を除去或いは光ガイド層を除去した部分に構成される
壁が、空気との屈折率差による反射面となる。Ａと訂正
する。 （３）、明細書、第１８頁第５行目〜同第６行目「示し
た図である。」を「示した図、Ｊと訂正する。 （４）、明細菖、第１８頁第６行目と第７行目との闇に
ｒ第４図は、全反射コーナの一例の説明に供する斜視図
である。Ａを挿入する。 （５）、明細書、第１８頁第１７行目の「５７・・・ダ
ミー導波路、　Ｊ　＠　Ｆ５７−・・ダミー導波路Ｊと
訂正する。 （６）、明細書、第１８頁第１７行目の後に、Ｆ６１・
・−ＧａＡｓ基板、６３＝ＪＩＧａＡｓ下側クラッド層
、６５−ＧａＡｓ光ガイド層、６７−・・ストリップ状
のＡ９ＧａＡｓ上側クラッド層、Ｊｌを挿入する。 （７）３図面の第２図ＣＢ）を別紙の訂正図の通り訂正
する。 （８）６図面に第４図を追加する。 ３７及 第２図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一導波路と第二導波路とを有するクロス状態が
   得られる第一の方向性結合器を、ｎ段接続して構成した
   入力導波路をｍ本、及び 第三導波路と第四導波路とを有するクロス状態が得られ
   る第二の方向性結合器を、ｍ段接続して構成した出力導
   波路をｎ本具えると共に、 前記第一導波路及び前記第四導波路を全反射コーナを介
   し接続し、かつ、前記第二導波路及び前記第三導波路を
   交差させて前記各入出力導波路をマトリクス化して成る
   こと を特徴とする光マトリクススイッチ。
2. （２）前記入出力導波路で構成される各々の伝搬経路に
   おける光損失を等しくするため、当該光マトリクスイッ
   チの入出力ポート間にダミー素子を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光マトリクススイッチ
   。