JPH06301070A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力光を偏向器を用いて複数の出力ポートの
いずれかに選択的に送ってスイッチング動作を行う型の
光スイッチにおいて、従来より小さな偏向角でより大規
模な光スイッチの実現を可能にする。 【構成】 偏向器として、入力光Ｌを２以上の分岐光で
あって隣接する分岐光間での分岐角がθとなる２以上の
分岐光に分岐でき、かつ、これら分岐光を同時に偏向し
得る偏向器３１を用いる。複数の出力ポート３３ａ〜３
３ｅそれぞれは、偏向器３１の出力端ｐから離れた放射
状の位置であって、偏向器の出力端Ｐと各出力ポート３
３ａ〜３３ｅとをそれぞれ結ぶ各線分における隣接する
線分同士でなす角度が前記分岐角θと異なる角度θ₁ と
なるような位置に、それぞれ配置してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光の進行方向を電気
的に制御する光スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の光スイッチの一種として、
入力光を偏向器を用いて複数の出力ポートのいずれかに
選択的に送ってスイッチング動作を行う型のものがあっ
た。その一例は、例えば、この出願の出願人に係る文献
Ｉ（エレクトロニクス レターズ（ELECTRONICS LETTER
S)，Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．７（１９９２．３），ｐｐ．６
３８−６３９）に開示されている。以下、この文献Ｉか
ら引用した図９を参照してこの文献Ｉに開示の光スイッ
チについて簡単に説明する。

【０００３】この光スイッチは、ＺカットのＬｉＮｂＯ
₃ 基板１１に、複数個（図示例では４個）の入力ポート
１３と、各入力ポート１３の後段にそれぞれ接続されて
いる入力側の偏向器１５と、平面導波路１７と、複数個
の出力側の偏向器１９と、これら出力側の偏向器１９に
それぞれ接続されている出力ポート２１とを具えた構成
となっていた。ここで、入力側の偏向器１５各々は、入
力ポート１３より入力された入力光を分配するための光
分配器１５ａと、光分配器１５ａで分配された光を導波
するための導波路アレイ１５ｂと、導波路アレイ１５ｂ
を導波する分配光の位相を電気光学効果により可変制御
するための電極１５ｃとをそれぞれ有していた。ただ
し、導波路アレイ１５ｂの各導波路上に設ける電極１５
ｃの長さは各導波路毎で異なる長さとされていた。一
方、出力側の偏向器１９各々は、導波路アレイ１９ａ
と、この導波路アレイ１９ｂを導波する光の位相を電気
光学効果により可変制御するための電極１９ｂと、導波
路アレイ１９ａを導波してきた各光を合波するための光
合波器１９ｃとをそれぞれ有していた。ただし、導波路
アレイ１９ａの各導波路上に設ける電極１９ｂの長さは
導波路毎で異なる長さとされていた。

【０００４】この文献Ｉに開示の光スイッチでは、入力
側の複数個の偏向器１５のうちの選択された偏向器１５
の電極１５ｃに印加する電圧を制御することにより、こ
の偏向器１５の導波路アレイ１５ｂを導波する分配光間
に任意好適な位相差を与えることができた。このため、
この入力側の偏向器１５では、平面導波路１７側に所望
の偏向角θ_A で分配光を出射できるので、入力光（分配
光）を、出力側の複数個の偏向器１９のうちの所望とす
る偏向器１９に入射させることができた。また、出力側
の各偏向器１９のうちの選択された偏向器１９では、電
極１９ｂに印加する電圧を制御することにより、入力側
の偏向器１５から送られてきた分配光が等位相で導波路
アレイ１９ａに入るようにできた。そして、導波路アレ
イ１９ａに入った分配光を光合波器１９ｃによって合波
して出力ポート２１に送る。このような原理でスイッチ
ング動作が行われていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図９を参照
して説明した従来の光スイッチでは、上述のごとく分配
光を利用していることから、入力側の偏向器より平面導
波路１７側に出射される光は必ずしも１本のビーム状の
ものではなく、出射方向が異なる複数のビーム状のもの
となることが多い。しかし、この従来の光スイッチでは
これら複数のビームを積極的に使用しようとはしておら
ず、１本のビームに着目していたので、入力側の偏向器
と出力側のすべての偏向器とを選択的にスイッチングす
るためには、入力側の偏向器１５各々は、出力側の偏向
器列の両端をカバーできる偏向角（図９中θ_X で示
す。）が得られるものである必要があった。したがっ
て、光スイッチのチャネル数が増加する程上記偏向角θ
_X が大きくなり、それに伴って動作電圧が増加するの
で、結局、チャネル数を増加させるにもおのずと限界が
あるという問題点があった。

【０００６】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの発明の目的は、偏向器を用い光の
経路を切り換える型の光スイッチであって、偏向角を小
さくでき、かつ、従来に比べチャネル数の増加が可能な
光スイッチを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、入力光を偏向器を用いて複数の
出力ポートのいずれかに選択的に送ってスイッチング動
作を行う型の光スイッチにおいて、偏向器を、入力光を
２以上の分岐光であって隣接する分岐光間での分岐角が
θとなる２以上の分岐光に分岐でき、かつ、これら分岐
光を同時に偏向し得る偏向器で構成してあり、前述の複
数の出力ポートを、前述の偏向器の出力端から離れた放
射状の位置であって、前記偏向器の出力端と各出力ポー
トとをそれぞれ結ぶ各線分における隣接する線分同士で
なす角度が前記分岐角θと異なる角度（以下、この角度
を「出力ポートの配置角度」と称することもある。）と
なるような位置に、配置してあることを特徴とする。な
お、ここで、上記分岐光の分岐角と各出力ポートの配置
角度とを、ある１本の分岐光がある出力ポートに至るよ
う各分岐光を同時に偏向させたときに他の分岐光が他の
出力ポートに至ることがないようにそれぞれ選ぶ。

【０００８】この発明の実施に当たり、前述の偏向器を
複数個設けてＮ×Ｍ規模の光スイッチを構成する場合は
（ただしＮ及びＭは各々２以上の任意の整数。）、各偏
向器を、それぞれの出力端が前述の複数の出力ポートが
形成された領域の中央辺りに向くように、配置するのが
好適である。

【０００９】さらにこの発明の実施に当たり、特にＮ×
Ｍ規模の光スイッチを構成する場合、前述の複数の出力
ポート各々の前述の偏向器側に出力側の偏向器をそれぞ
れ接続し、これら出力側の偏向器を、それと接続されて
いる出力ポートが選択された場合に、当該出力側の偏向
器の波面が入力側の偏向器のうちの現在選択されている
偏向器側に向くように偏向される偏向器で構成するのが
好適である。

【００１０】

【作用】この発明の構成によれば、入力側の偏向器と複
数の出力ポートとのスイッチングは、偏向器から出力ポ
ート側に出力される２以上の分岐光で分担しておこなえ
る。このため、所望のスイッチング動作を行うには、各
分岐光をそれが担当するいくつかの出力ポートをカバー
できる範囲で偏向できればよいことになるので、１本の
光を全出力ポートをカバーできる範囲で偏向させる必要
があった従来の光スイッチに比べ、偏向器に必要とされ
る偏向角は小さくて済む。また、分岐光の分岐角と各出
力ポートの配置角度とを所定関係としてあるので、各分
岐光を同時に偏向させても、選択したくない出力ポート
に他の分岐光が至ることは生じない。

【００１１】また、入力側の偏向器を複数個設けてＮ×
Ｍ規模の光スイッチを構成する場合に、各偏向器を、そ
れぞれの出力端が前述の複数の出力ポートが形成された
領域の中央辺りに向くように、配置すると、そうしない
場合に比べ、それぞれの偏向器でのスイッチングに必要
な偏向角を小さくできる。

【００１２】また、出力側の偏向器を設ける構成では、
そうしない場合に比べ、スイッチング時のクロストーク
及び損失を低減できる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の光スイッチ
の実施例について説明する。しかしながら、説明に用い
る各図はこの発明を理解できる程度に各構成成分の寸
法、形状及び配置関係を概略的に示してあるにすぎな
い。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分
については同一の符号を付して示しその重複説明を省略
する。

【００１４】１．第１実施例 図１〜図６はこの発明の光スイッチの基本的な構成（第
１実施例）の説明に供する図である。特に図１は第１実
施例の光スイッチを示した平面図、図２はこの発明の光
スイッチで用いる偏向器の一具体例を説明するための平
面図、図３は図１に対応する平面図による動作説明図、
図４（Ａ）及び（Ｂ）はこの光スイッチの動作説明の便
宜のために用意した図、図５及び図６は第１実施例の構
成を拡張した場合の光スイッチでの動作を説明する図で
ある。

【００１５】この第１実施例の光スイッチは、入力光Ｌ
が入力されそれを複数の出力ポートのいずれかに選択的
に送る偏向器として、入力光Ｌを２以上の分岐光（この
図示例ではａ，ｂ及びｃの３つの分岐光）であって隣接
する分岐光間での分岐角がθとなる２以上の分岐光に分
岐でき、かつ、これら分岐光を同時に偏向し得る偏向器
３１を具える（具体例は後述する。）。また、複数（図
示例では３３ａ〜３３ｅの５個）の出力ポートは、偏向
器３１の出力端Ｐから離れた放射状の位置であって、偏
向器３１の出力端Ｐと各出力ポート３３ａ〜３３ｅとを
それぞれ結ぶ各線分における隣接線分同士でなす角度が
分岐角θと異なる角度θ₁ となるような位置に、配置し
てある。

【００１６】この第１実施例の光スイッチは、実用的に
は、電気光学効果を有する基板例えばＬｉＮｂＯ₃ 基板
等（図示せず）に偏向器３１及び出力ポート３３ａ〜３
３ｅをそれぞれ形成し、さらに、この基板の偏向器３１
及び出力ポート３３ａ〜３３ｅ間の領域に平面導波路３
５を設ける構成とするのが良い。なお、図１において、
３７は入力ポートを示す。また、３９ａ〜３９ｅは、各
々の出力ポートの偏向器３１側にそれぞれ設けた出力側
の偏向器である。これら出力側の偏向器３９ａ〜３９ｅ
は、それと接続されている出力ポートが選択された場合
に、当該出力側の偏向器の波面が入力側の偏向器３１に
向くように偏向される偏向器で構成する。この出力側の
偏向器は、例えば、入力側の偏向器３１と同様なもの、
若しくはプリズム等で構成できる。ただし、図１の構成
においては、出力ポート３３ａ〜３３ｅを、隣接する出
力ポートとの間でのクロストークを小さくでき、かつ、
分岐光に対する損失を少なくできる位置に配置すること
も可能であるので、出力側の偏向器３９ａ〜３９ｅは必
ずしも設けなくても良い。

【００１７】ここで入力側に設ける偏向器３１は例えば
次のようなもので構成できる。図２はその説明図であ
る。この偏向器３１は入力ポート３７が接続される平面
導波路３１ａと、この平面導波路３１ａに接続され複数
の導波路で構成してある導波路アレイ３１ｂと、導波路
アレイ３１ｂの各導波路上にそれぞれ設けた電極３１ｃ
とで構成してある。この図２に示した偏向器３１の構成
の場合、入力ポート３７から入力された入力光Ｌは平面
導波路３１ａで平面波となった後に導波路アレイ３１ｂ
の各導波路にそれぞれ入る。導波路アレイ３１ｂの各導
波路では上記平面波は球面波に変換され出力ポート側に
出力されるが、導波路アレイ３１ｂの各導波路に設けて
ある電極３１ｃに印加する電圧を制御することで各導波
路を導波する光の位相を制御しておくと、各導波路から
出力された各光は平面導波路３５において干渉していく
つかの分岐光になる。分岐光の数をいくつにするかは、
導波路アレイ３１ｂの各導波路の幅と導波路間隔で決め
ることができる。また、分岐光をそれぞれ偏向させるこ
とは、導波路アレイ３１ｂの各導波路に設けた電極に印
加する電圧によって制御できる。

【００１８】この図１に示した構成の光スイッチにおい
ては、偏向器３１と各出力ポート３３ａ〜３３ｅとの選
択的なスイッチングは、分岐光ａ〜ｃに分担させておこ
なえる。例えば、分岐光ａによって偏向器３１と例えば
出力ポート３３ａまたは３３ｂとの光交換を分担でき、
分岐光ｂによって偏向器３１と例えば出力ポート３３ｃ
との光交換を分担でき、分岐光ｃによって偏向器３１と
例えば出力ポート３３ｄまたは３３ｅとの光交換を分担
できる。図１の例では、入力光Ｌは分岐光ｂの状態で出
力ポート３３ｃに出力される。この図１の構成でもし入
力光Ｌを出力ポート３３ａに出力したい場合は、偏向器
３１を動作させて分岐光ａ，ｂ及びｃを角度θ₀ だけ反
時計方向に偏向させる。こうすることで、図３に示した
ように、入力光Ｌは分岐光ａの状態で出力ポート３３ａ
に出力される。この図３の例の場合の偏向角度θ₀ は２
θ₁ −θである。また、この図１（図３）の構成におい
て分岐光ａを出力ポート３３ｂに至らせる場合、また、
分岐光ｃを出力ポート３３ｄ若しくは３３ｅに至らせる
場合いずれの場合も、必要な分岐角はおおよそθ₀程度
で済む。偏向器及び出力ポートが図１の配置の場合で偏
向器が図９を用いて説明した従来構成のものの場合（分
岐光ｂに相当する位置に１本のビームしか出射されない
ものの場合）であると、出力ポート３３ａ若しくは３３
ｅを選択的にスイッチングするためには、２θ₁ の偏向
角が必要であったことを考えると、この発明の光スイッ
チでのスイッチングに要する偏向角が従来より小さいこ
とがわかる。

【００１９】なお、図４（Ａ）は、図１のスイッチング
状態を、各出力ポート３３ａ〜３３ｅと各分岐光ａ〜ｃ
との重なり具合が分かるよう模式的に示した図、図４
（Ｂ）は、図３のスイッチング状態を、各出力ポート３
３ａ〜３３ｅと各分岐光ａ〜ｃとの重なり具合が分かる
よう模式的に示した図である。なお、図４（Ａ）及び
（Ｂ）において矢印を付した個所（出力ポート）が光交
換されている出力ポートである。

【００２０】また、この発明の光スイッチでは分岐光の
数、分岐角θ及び出力ポートの配置角度θ₁ を適宜変更
することにより、スイッチングに必要な偏向角を小さく
おさえつつチャネル数を増加できる。その具体例とし
て、上記第１実施例の構成において分岐角及び出力ポー
トの配置角はそれぞれ第１実施例同様θ及びθ₁ とし、
出力ポート数は１１に増加させた場合で、かつ、分岐光
の数を第１実施例同様に３本とした場合、また５本に増
加させた場合各々のスイッチング状態を、図４と同様な
表記方法によりそれぞれ図５及び図６に示した。図５に
示した場合に比べ図６に示した場合の方が分岐光が担当
する出力ポート数が少ないのでスイッチングに必要な分
岐角も小さくでき、従って大規模化に有利なことが分か
る。分岐光の本数をｎ本とした場合の偏向角は、入力側
の偏向器が１本のビームのみ出力する場合の偏向角の約
１／ｎにできる。

【００２１】２．第２実施例 図７は第２実施例の光スイッチを示した図である。この
第２実施例の光スイッチは、ちょうど、図１に示した第
１実施例の光スイッチの平面導波路３５の適所に反射ミ
ラー４１を設けそこから出力ポート側部分を入力側の偏
向器３１側に折り返した構造としたものである。この場
合も、各出力ポートは、反射ミラー４１を経由してはい
るものの、入力側の偏向器からみて放射状の位置に配置
された状態といえる。ただし、この第２実施例の光スイ
ッチでは、双方向動作ができる。このため、入力側の偏
向器や出力側の偏向器、入力ポートや出力ポートは、入
出力が逆の状態でも使用されることもある。また、第１
実施例で説明した入力ポート３７及び入力側の偏向器３
１と、出力ポート３３ｃ及び出力側の偏向器３９ｃは重
複するので、出力ポート３３ｃ及び出力側の偏向器３９
ｃの設置は省略できる。この第２実施例の構造によれ
ば、第１実施例に比べ素子長の短縮が図れる。なお、反
射ミラー４１は、例えば、基板の一部を除去し基板と空
気との境界面を生じさせこの境界面で構成される反射面
を利用する等、公知の種々の技術で実現できる。

【００２２】３．第３実施例 図８は第３実施例の光スイッチを示した平面図である。
この第３実施例の光スイッチは入力ポートをＮ個（Ｎ＞
２の任意の整数。図示例では６個）有し、出力ポートを
Ｍ個（Ｎ＞２の任意の整数。図示例では６個）有した、
Ｍ×Ｎ規模の例である。この場合、入力側のＮ個の偏向
器３１ａ〜３１ｆの各出力端Ｐが、Ｍ個の出力ポート３
３ａ〜３３ｆが形成された領域の中央辺りに向くよう
に、この実施例では、出力側の偏向器３９ａ〜３９ｆの
各入力端を結ぶ線分のほぼ中点Ｑに向くように、入力側
の各偏向器３１ａ〜３１ｆを配置してある。また、出力
側の偏向器３９ａ〜３９ｆは、各入力端が入力側の偏向
器３１ａ〜３１ｆの各出力端を結ぶ線分のほぼ中点Ｒを
向くように、それぞれ配置してある。ただし、ここでは
説明の都合上、入力側、出力側と表示しているが、この
図８の光スイッチは出力ポート側から入力光を入れて動
作させることも勿論できる。

【００２３】なお、Ｎ×Ｍ規模の光スイッチを構成した
場合、入力側の偏向器群及び出力側の偏向器群それぞれ
において端の偏向器になる程、他方の偏向器群の各偏向
器それぞれ対する配置角度は厳密には等間隔ではなくな
る。具体例でいえば、図８の入力側の偏向器３１ａから
出力側の偏向器３９ａ及び３９ｂみたときの配置角度を
αとし、また、入力側の偏向器３１ａから出力側の偏向
器３９ｅ及び３９ｆみたときの配置角度をβとしたと
き、厳密にはα＞βとなるのである。しかし、この光ス
イッチでの入出力ポート間の寸法をＸとし、これと直交
する寸法をＹとしたとき（図８参照）、Ｙ／Ｘで示され
る比は小さいので（例えば３２×３２規模の光スイッチ
であると１／４０程度であるので）、配置角度はほぼ等
間隔とみなせる。

【００２４】上述においてはこの発明の光スイッチの実
施例について説明したが、この発明は上述の実施例に限
られない。例えば、偏向器３１の具体的構成は図２を用
いて説明したものに限られず他の好適なものとしても良
い。

【００２５】

【発明の効果】上述した説明から明らかなようにこの発
明の光スイッチによれば、入力光を複数の出力ポートに
選択的に送る入力側の偏向器として、入力光を複数の分
岐光に分岐できかつこれらを偏向できる所定の偏向器を
用い、然も、この偏向器に対し複数の出力ポートを所定
関係で配置したので、入力側の偏向器と複数の出力ポー
トとのスイッチングは、偏向器から出力ポート側に出力
される２以上の分岐光で分担しておこなえる。このた
め、所望のスイッチング動作を行うには、各分岐光をそ
れが担当するいくつかの出力ポートをカバーできる範囲
で偏向できればよいことになるので、１本の光を全出力
ポートをカバーできる範囲で偏向させる必要があった従
来の光スイッチに比べ、偏向器に必要とされる偏向角は
小さくて済む。したがって、偏向に必要な動作電圧を高
めることなく光スイッチのチャネル数を従来より増加で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の光スイッチの説明に供する平面図
である。

【図２】この発明で用いる得る偏向器の一具体例の説明
に供する図である。

【図３】第１実施例の光スイッチの説明に供する平面図
であり、特に動作説明に供する図である。

【図４】第１実施例の光スイッチの動作説明に供する図
であり、特に（Ａ）は図１の状態の光スイッチの動作説
明図、（Ｂ）は図３の状態の光スイッチの動作説明図で
ある。

【図５】第１実施例を拡張した場合の説明図であり、出
力ポートが１１個でかつ分岐光が３本の場合の動作説明
図である。

【図６】第１実施例を拡張した場合の説明図であり、出
力ポートが１１個でかつ分岐光が５本の場合の動作説明
図である。

【図７】第２実施例の光スイッチの説明に供する図であ
る。

【図８】第３実施例の光スイッチの説明に供する図であ
る。

【図９】従来技術の説明に供する図である。

【符号の説明】

３１：偏向器（入力側の偏向器） ３１ａ：平面導
波路 ３１ｂ：導波路アレイ ３１ｃ：電極 ３３ａ〜３３ｋ：出力ポート ３５：平面導波
路 ３７、３７ａ〜３７ｆ：入力ポート ３９ａ〜３９
ｆ：出力側の偏向器 ４１：反射ミラー Ｌ：入力光 ａ〜ｅ：入力光の分岐光 θ：分岐光の分
岐角 θ₁ ：出力ポートの配置に係る角度（配置角度。θ₁ ≠
θ） Ｐ：偏向器の出力端

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力光を偏向器を用いて複数の出力ポー
   トのいずれかに選択的に送ってスイッチング動作を行う
   型の光スイッチにおいて、 偏向器を、入力光を２以上の分岐光であって隣接する分
   岐光間での分岐角がθとなる２以上の分岐光に分岐で
   き、かつ、これら分岐光を同時に偏向し得る偏向器で構
   成してあり、 前記複数の出力ポートを、前記偏向器の出力端から離れ
   た放射状の位置であって、前記偏向器の出力端と各出力
   ポートとをそれぞれ結ぶ各線分における隣接する線分同
   士でなす角度が前記分岐角θと異なる角度となるような
   位置に、配置してあることを特徴とする光スイッチ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光スイッチにおいて、 前記偏向器を複数個設けてＮ×Ｍ規模の光スイッチを構
   成する場合は（ただしＮ及びＭは各々２以上の任意の整
   数。）、 各偏向器は、それぞれの出力端が前記複数の出力ポート
   が形成された領域の中央辺りに向くように、配置してあ
   ることを特徴とする光スイッチ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の光スイッチにおいて、 前記複数の出力ポート各々の前記偏向器側に、出力側の
   偏向器をそれぞれ接続してあり、 これら出力側の偏向器を、それと接続されている出力ポ
   ートが選択された場合に当該出力側の偏向器の波面が入
   力側の偏向器のうちの現在選択されている偏向器側に向
   くように偏向される偏向器で構成してあることを特徴と
   する光スイッチ。