JPH07168212A - 光スイッチと光スイッチング・アレイ - Google Patents
光スイッチと光スイッチング・アレイInfo
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- JPH07168212A JPH07168212A JP6260911A JP26091194A JPH07168212A JP H07168212 A JPH07168212 A JP H07168212A JP 6260911 A JP6260911 A JP 6260911A JP 26091194 A JP26091194 A JP 26091194A JP H07168212 A JPH07168212 A JP H07168212A
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- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
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- G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
- G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
- G02F2201/125—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode delta-beta
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低漏話レベルで一定のクロス状態電圧とバー
状態電圧により動作可能な方向性カプラを提供する。 【構成】 そのクロス状態スイッチング曲線とバー状態
スイッチング曲線が互いにほぼ平行にありかつ結合路長
数を規定するその縦軸にもほぼ平行にあるような対応ス
イッチング・ダイアグラムの領域、またはそのクロス状
態電圧曲線とバー状態電圧曲線の傾斜が両方ともゼロで
あるようなクロス状態とバー状態に対する対応プロセス
感受性プロットの領域、から選択した結合路長数（Ｌ／
ｌ）で動作するように設計した３セクション・リバース
Δβ方向性カプラであり、多数のこのカプラから光スイ
ッチング・アレイを形成し、この多数のアレイが光信号
を切換える光スイッチ・システムまたは光スイッチ・ネ
ットワークを形成する。
状態電圧により動作可能な方向性カプラを提供する。 【構成】 そのクロス状態スイッチング曲線とバー状態
スイッチング曲線が互いにほぼ平行にありかつ結合路長
数を規定するその縦軸にもほぼ平行にあるような対応ス
イッチング・ダイアグラムの領域、またはそのクロス状
態電圧曲線とバー状態電圧曲線の傾斜が両方ともゼロで
あるようなクロス状態とバー状態に対する対応プロセス
感受性プロットの領域、から選択した結合路長数（Ｌ／
ｌ）で動作するように設計した３セクション・リバース
Δβ方向性カプラであり、多数のこのカプラから光スイ
ッチング・アレイを形成し、この多数のアレイが光信号
を切換える光スイッチ・システムまたは光スイッチ・ネ
ットワークを形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路形スイッチに
係り、特に反転Δβ方向性カプラに関する。
係り、特に反転Δβ方向性カプラに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、通信用に多数（例えば、数十ない
し数百）のニオブ酸リチウム方向性カプラを用いてそれ
を一体化したアレイの光スイッチ・システムが実際にい
くつか示された。例えば、一例として、８×８再配置非
閉塞形拡張ベネス・ネットワークを形成するのに結合し
たのは、全部で４８のモノリシックで一体化した２×２
光導波路形スイッチで、これを含むシングル・パッケー
ジを製作した例で、例えば、下記の３件の報告を参照の
こと。ジー・ディ・バーグランド（Ｇ．Ｄ．Ｂｅｒｇｌ
ａｎｄ）、“光時分割スイッチング実験”、Photonics
in Switching Topical Meeting、ペーパＰＷＢ３、パー
ムスプリング、カリフォルニア、１９９３年３月、さら
に、イー・ジェイ・マーフィ（E.J.Murphy）ら、“一定
電圧による低漏話８×８ニオブ酸リチウム・スイッチ・
アレイ”、Optical Fiber Communication Conference、
サンノゼ、カリフォルニア、１９９２年２月、さらにま
た、ジェイ・イー・ワトソン（J.E.Watson）ら、“拡張
ベネス・アーキテクチャによる低電圧８×８Ｔｉ：Ｌｉ
ＮｂＯ3 スイッチ”、J.Lightwave Tech.、第８巻、７９
４頁、（１９９０年）である。
し数百）のニオブ酸リチウム方向性カプラを用いてそれ
を一体化したアレイの光スイッチ・システムが実際にい
くつか示された。例えば、一例として、８×８再配置非
閉塞形拡張ベネス・ネットワークを形成するのに結合し
たのは、全部で４８のモノリシックで一体化した２×２
光導波路形スイッチで、これを含むシングル・パッケー
ジを製作した例で、例えば、下記の３件の報告を参照の
こと。ジー・ディ・バーグランド（Ｇ．Ｄ．Ｂｅｒｇｌ
ａｎｄ）、“光時分割スイッチング実験”、Photonics
in Switching Topical Meeting、ペーパＰＷＢ３、パー
ムスプリング、カリフォルニア、１９９３年３月、さら
に、イー・ジェイ・マーフィ（E.J.Murphy）ら、“一定
電圧による低漏話８×８ニオブ酸リチウム・スイッチ・
アレイ”、Optical Fiber Communication Conference、
サンノゼ、カリフォルニア、１９９２年２月、さらにま
た、ジェイ・イー・ワトソン（J.E.Watson）ら、“拡張
ベネス・アーキテクチャによる低電圧８×８Ｔｉ：Ｌｉ
ＮｂＯ3 スイッチ”、J.Lightwave Tech.、第８巻、７９
４頁、（１９９０年）である。
【０００３】さらに別の例として、１６×１６厳密非閉
塞形拡張一般化シャッフル・ネットワークを形成するの
に、全部で４４８の２×２光導波路形スイッチを相互結
合してこれを含む２３パッケージの例で、下記の３件の
報告を参照のこと。エス・エス・バーグシュタイン（S.
S.Bergstein）ら、“全実施厳密非閉塞形１６×１６光
スイッチ・システム”、Optical Fiber Communication
Conference、ポストデッドライン・ペーパ、サンノゼ、
カリフォルニア、１９９３年２月、（“バーグシュタイ
ンの報告”と略す）、さらに、エイ・エフ・アンブロー
ズ（A.F.Ambrose）ら、“完全光スイッチ・システムの
設計と性能”、Photonics in SwitchingTopical Meetin
g、ポストデッドライン・ペーパ、パームスプリング、
カリフォルニア、１９９３年３月、（“アンブローズの
報告”と略す）、さらにまた、イー・ジェイ・マーフィ
とティ・オー・マーフィ（T.O.Murphy）、“光導波路形
光スイッチ・システム用２３Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ3 スイッ
チ・アレイの特性”、European Conference on Integra
ted Optics、ヌシャテル、スイス、１９９３年４月、
（“マーフィの報告”と略す）である。
塞形拡張一般化シャッフル・ネットワークを形成するの
に、全部で４４８の２×２光導波路形スイッチを相互結
合してこれを含む２３パッケージの例で、下記の３件の
報告を参照のこと。エス・エス・バーグシュタイン（S.
S.Bergstein）ら、“全実施厳密非閉塞形１６×１６光
スイッチ・システム”、Optical Fiber Communication
Conference、ポストデッドライン・ペーパ、サンノゼ、
カリフォルニア、１９９３年２月、（“バーグシュタイ
ンの報告”と略す）、さらに、エイ・エフ・アンブロー
ズ（A.F.Ambrose）ら、“完全光スイッチ・システムの
設計と性能”、Photonics in SwitchingTopical Meetin
g、ポストデッドライン・ペーパ、パームスプリング、
カリフォルニア、１９９３年３月、（“アンブローズの
報告”と略す）、さらにまた、イー・ジェイ・マーフィ
とティ・オー・マーフィ（T.O.Murphy）、“光導波路形
光スイッチ・システム用２３Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ3 スイッ
チ・アレイの特性”、European Conference on Integra
ted Optics、ヌシャテル、スイス、１９９３年４月、
（“マーフィの報告”と略す）である。
【０００４】この各例の場合、２セクション・反転Δβ
設計を用いてその方向性カプラを製作した。この２セク
ション・反転Δβ設計ではその光導波路をカバーする２
セクションのペアの制御電極を用いる。この設計の場
合、各光スイッチにおいてそのクロス状態を得るために
は負のＤＣバイアス電圧、Ｖハ゛イアスが必要であり、また
そのストレートつまりバー状態を得るためには正のスイ
ッチ電圧、Ｖスイッチが必要であるが、これはオン・オフの
切り換えをして行うものである。これらスイッチをパッ
ケージするのに、各カプラにバイアスとスイッチのピン
によるデュアルインライン配置でパッケージする。動作
で説明すると、Ｖハ゛イアスを各ペアの一方の電極に印加し
その一方で各ペアの他方の電極を接地保持してそのクロ
ス状態を得るかまたはＶスイッチに切り換えてそのバー状態
を得る。
設計を用いてその方向性カプラを製作した。この２セク
ション・反転Δβ設計ではその光導波路をカバーする２
セクションのペアの制御電極を用いる。この設計の場
合、各光スイッチにおいてそのクロス状態を得るために
は負のＤＣバイアス電圧、Ｖハ゛イアスが必要であり、また
そのストレートつまりバー状態を得るためには正のスイ
ッチ電圧、Ｖスイッチが必要であるが、これはオン・オフの
切り換えをして行うものである。これらスイッチをパッ
ケージするのに、各カプラにバイアスとスイッチのピン
によるデュアルインライン配置でパッケージする。動作
で説明すると、Ｖハ゛イアスを各ペアの一方の電極に印加し
その一方で各ペアの他方の電極を接地保持してそのクロ
ス状態を得るかまたはＶスイッチに切り換えてそのバー状態
を得る。
【０００５】電子制御機構により、この各方向性カプラ
にそのバイアス電圧とスイッチング電圧を印加する。漏
話を低レベルに保持するためには、各カプラに対しＶハ゛
イアスとＶスイッチの特注調整をする必要があるが、その理由
はこの２セクション設計は非常に鋭敏で特注調整の無い
場合にはその製作プロセスでの変動に対し制御ができず
漏話性能が大きく低下してしまうためである。Ｖハ゛イアス
とＶスイッチを特注調整するためには、高価で特注のプログ
ラマブル・ポテンショメータによる電圧ドライバを用い
る。ところが、大型スイッチ・アレイを含む実際の利用
の場合には次のような光導波路形スイッチが必要であ
る。
にそのバイアス電圧とスイッチング電圧を印加する。漏
話を低レベルに保持するためには、各カプラに対しＶハ゛
イアスとＶスイッチの特注調整をする必要があるが、その理由
はこの２セクション設計は非常に鋭敏で特注調整の無い
場合にはその製作プロセスでの変動に対し制御ができず
漏話性能が大きく低下してしまうためである。Ｖハ゛イアス
とＶスイッチを特注調整するためには、高価で特注のプログ
ラマブル・ポテンショメータによる電圧ドライバを用い
る。ところが、大型スイッチ・アレイを含む実際の利用
の場合には次のような光導波路形スイッチが必要であ
る。
【０００６】それは、容易に製造できる安価な一般的な
電圧ドライバで制御可能でさらにＶハ゛イアスとＶスイッチを一
定のまたは単一のプレセットした電圧で制御可能な光導
波路形スイッチが必要である。これを得るために次のよ
うな一方法があるが、ただしこれはあるいくつかのシス
テム・アーキテクチャに限られる。これは、その２セク
ション設計の漏話に対向して、このアーキテクチャを
“拡張”しその全システム漏話性能を向上するものであ
る。この方法の場合の問題点は、この光信号のパスから
漏話を除去すためにはそのアレイの各スイッチにカプラ
の追加が必要である。そのためにカプラ数が増加する
と、次にこのシステム設計は複雑さを増加しさらに追加
のおよび／またはより大型の基板が必要となりコストア
ップの設計となる。そのために次のことが求められてい
る。
電圧ドライバで制御可能でさらにＶハ゛イアスとＶスイッチを一
定のまたは単一のプレセットした電圧で制御可能な光導
波路形スイッチが必要である。これを得るために次のよ
うな一方法があるが、ただしこれはあるいくつかのシス
テム・アーキテクチャに限られる。これは、その２セク
ション設計の漏話に対向して、このアーキテクチャを
“拡張”しその全システム漏話性能を向上するものであ
る。この方法の場合の問題点は、この光信号のパスから
漏話を除去すためにはそのアレイの各スイッチにカプラ
の追加が必要である。そのためにカプラ数が増加する
と、次にこのシステム設計は複雑さを増加しさらに追加
のおよび／またはより大型の基板が必要となりコストア
ップの設計となる。そのために次のことが求められてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】クロス状態とバー状態
にするのに一定のまたは単一のプレセットした電圧を光
ネットワークまたは一体化アレイの各光スイッチに印加
できさらにそのアーキテクチャを“拡張”すること無く
漏話を低レベルを保持できれば、その光スイッチング・
アレイの製造と動作は非常に単純化できる。本発明の目
的の一つは、光スイッチの光スイッチ・ネットワークや
一体化アレイの製造と動作を大きく単純化することであ
り、それには漏話を低レベルに保持しつつネットワーク
または個々のアレイの各光スイッチに一定のまたは単一
のプレセットしたクロス状態電圧とバー状態電圧を印加
可能にするような製作プロセス許容性カプラを設計する
ことである。
にするのに一定のまたは単一のプレセットした電圧を光
ネットワークまたは一体化アレイの各光スイッチに印加
できさらにそのアーキテクチャを“拡張”すること無く
漏話を低レベルを保持できれば、その光スイッチング・
アレイの製造と動作は非常に単純化できる。本発明の目
的の一つは、光スイッチの光スイッチ・ネットワークや
一体化アレイの製造と動作を大きく単純化することであ
り、それには漏話を低レベルに保持しつつネットワーク
または個々のアレイの各光スイッチに一定のまたは単一
のプレセットしたクロス状態電圧とバー状態電圧を印加
可能にするような製作プロセス許容性カプラを設計する
ことである。
【０００８】さらに、本発明の目的の一つは、低漏話レ
ベルで一定のクロス状態電圧とバー状態電圧により動作
可能な方向性カプラ数を最小にして光ネットワークや個
々のスイッチング・アレイを製造することである。さら
にまた、本発明の目的の一つは、光ネットワークまたは
一体化アレイの各光スイッチのクロス状態電圧とバー状
態電圧を調整するためのプログラマブル・ポテンショメ
ータによる高価で特注の電圧ドライバの必要が無くさら
にそのアーキテクチャを“拡張”すること無く低漏話レ
ベルを保持できるようにすることである。さらにまた、
本発明の目的の一つは、製作プロセス変動に起因する選
択結合路長数、Ｌ／ｌの変化に比較的不感受性である光
スイッチを製作することである。
ベルで一定のクロス状態電圧とバー状態電圧により動作
可能な方向性カプラ数を最小にして光ネットワークや個
々のスイッチング・アレイを製造することである。さら
にまた、本発明の目的の一つは、光ネットワークまたは
一体化アレイの各光スイッチのクロス状態電圧とバー状
態電圧を調整するためのプログラマブル・ポテンショメ
ータによる高価で特注の電圧ドライバの必要が無くさら
にそのアーキテクチャを“拡張”すること無く低漏話レ
ベルを保持できるようにすることである。さらにまた、
本発明の目的の一つは、製作プロセス変動に起因する選
択結合路長数、Ｌ／ｌの変化に比較的不感受性である光
スイッチを製作することである。
【０００９】さらにまた、本発明の目的の一つは、光ス
イッチの一体化アレイの製作の許容範囲を大きく広げる
ことである。なおさらにまた、本発明の目的の一つは、
システム・ユーザがその光ネットワークまたは一体化ア
レイに加えなければならないＶハ゛イアスとＶスイッチの制御電
圧の許容範囲を緩和することである。
イッチの一体化アレイの製作の許容範囲を大きく広げる
ことである。なおさらにまた、本発明の目的の一つは、
システム・ユーザがその光ネットワークまたは一体化ア
レイに加えなければならないＶハ゛イアスとＶスイッチの制御電
圧の許容範囲を緩和することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記の
光スイッチからできている光ネットワークまたは一体化
アレイにより達成される。それは、複数の３以上セクシ
ョン・反転Δβ方向性カプラからできており、低漏話レ
ベルで一定のクロス状態電圧とバー状態電圧により駆動
可能な反転Δβ方向性カプラである。この各方向性カプ
ラには、例えば、ニオブ酸リチウムの基板にチタンの拡
散により形成されたペアの光導波路がある。各カプラの
この光導波路は互いに接近して配置され一般的にその結
合領域で平行（ただし、この光導波路間のギャップには
テーパの付与可能）に配置される。
光スイッチからできている光ネットワークまたは一体化
アレイにより達成される。それは、複数の３以上セクシ
ョン・反転Δβ方向性カプラからできており、低漏話レ
ベルで一定のクロス状態電圧とバー状態電圧により駆動
可能な反転Δβ方向性カプラである。この各方向性カプ
ラには、例えば、ニオブ酸リチウムの基板にチタンの拡
散により形成されたペアの光導波路がある。各カプラの
この光導波路は互いに接近して配置され一般的にその結
合領域で平行（ただし、この光導波路間のギャップには
テーパの付与可能）に配置される。
【００１１】各方向性カプラの結合領域は多数である結
合路長数、Ｌ／ｌにより規定され、このＬ／ｌは製作プ
ロセス依存性の比率であり、またクロス状態スイッチン
グ曲線とバー状態スイッチング曲線を持つ対応スイッチ
ング・ダイアグラムから選択する。このスイッチング・
ダイアグラムには、その縦軸に利用可能な結合路長数、
Ｌ／ｌをプロットし、またその横軸にこのカプラをその
クロス状態とバー状態に駆動するのに要する屈折率の対
応規格化変化量つまり位相変化量Δβ（その制御電圧の
Ｖハ゛イアスとＶスイッチに比例）をプロットする。３以上の反
転Δβ電極ペアの位置はその結合領域においてペアの導
波路の位置と整合される。この電極により光信号は、ク
ロス状態電圧に応答してこのペアの光導波路をクロスオ
ーバし、またはバー状態電圧に応答してこのペアの光導
波路をストレートに続進する。
合路長数、Ｌ／ｌにより規定され、このＬ／ｌは製作プ
ロセス依存性の比率であり、またクロス状態スイッチン
グ曲線とバー状態スイッチング曲線を持つ対応スイッチ
ング・ダイアグラムから選択する。このスイッチング・
ダイアグラムには、その縦軸に利用可能な結合路長数、
Ｌ／ｌをプロットし、またその横軸にこのカプラをその
クロス状態とバー状態に駆動するのに要する屈折率の対
応規格化変化量つまり位相変化量Δβ（その制御電圧の
Ｖハ゛イアスとＶスイッチに比例）をプロットする。３以上の反
転Δβ電極ペアの位置はその結合領域においてペアの導
波路の位置と整合される。この電極により光信号は、ク
ロス状態電圧に応答してこのペアの光導波路をクロスオ
ーバし、またはバー状態電圧に応答してこのペアの光導
波路をストレートに続進する。
【００１２】各方向性カプラの設計は、多数である結合
路長数がその対応スイッチング・ダイアグラムの次のよ
うな領域にあって動作するように行う。それは、そのク
ロス状態スイッチング曲線とバー状態スイッチング曲線
が互いに平行でかつこのスッチング・ダイアグラムの縦
軸にも平行であるようなスイッチング・ダイアグラムの
領域にあって動作するような結合路長数で設計を行う。
さらにまた、前記設計は、縦軸が規格化クロス状態電圧
または規格化バー状態電圧で横軸が対応結合路長数を持
つ対応するクロス状態とバー状態のプロセス感受性プロ
ットの次のような領域で行う。それは、そのクロス状態
電圧曲線とバー状態電圧曲線は傾斜が共にほぼゼロであ
るようなクロス状態とバー状態のプロセス感受性プロッ
トの領域にあって動作するように行う。
路長数がその対応スイッチング・ダイアグラムの次のよ
うな領域にあって動作するように行う。それは、そのク
ロス状態スイッチング曲線とバー状態スイッチング曲線
が互いに平行でかつこのスッチング・ダイアグラムの縦
軸にも平行であるようなスイッチング・ダイアグラムの
領域にあって動作するような結合路長数で設計を行う。
さらにまた、前記設計は、縦軸が規格化クロス状態電圧
または規格化バー状態電圧で横軸が対応結合路長数を持
つ対応するクロス状態とバー状態のプロセス感受性プロ
ットの次のような領域で行う。それは、そのクロス状態
電圧曲線とバー状態電圧曲線は傾斜が共にほぼゼロであ
るようなクロス状態とバー状態のプロセス感受性プロッ
トの領域にあって動作するように行う。
【００１３】本発明の３セクション・反転Δβ方向性カ
プラの動作点は、例えば、Ｌ／ｌ＝３である。従来技術
の２セクション・デバイスではなく、本発明の前記領域
の結合路長数、Ｌ／ｌで動作する３以上セクション・反
転Δβ方向性カプラを持つ光スイッチの光ネットワーク
または一体化アレイの設計を用いることにより次のよう
な結果を得ることができる。すなわち、本発明の光スイ
ッチの光ネットワークや一体化アレイは、そのシステム
・アーキテクチャを拡張することなく低漏話レベルで一
定のクロス状態電圧とバー状態電圧により一般的な電圧
ドライバで駆動することができ、そのためにその製造と
動作を単純化できる。
プラの動作点は、例えば、Ｌ／ｌ＝３である。従来技術
の２セクション・デバイスではなく、本発明の前記領域
の結合路長数、Ｌ／ｌで動作する３以上セクション・反
転Δβ方向性カプラを持つ光スイッチの光ネットワーク
または一体化アレイの設計を用いることにより次のよう
な結果を得ることができる。すなわち、本発明の光スイ
ッチの光ネットワークや一体化アレイは、そのシステム
・アーキテクチャを拡張することなく低漏話レベルで一
定のクロス状態電圧とバー状態電圧により一般的な電圧
ドライバで駆動することができ、そのためにその製造と
動作を単純化できる。
【００１４】
Ｉ．従来の２セクション・反転Δβカプラ 図１と図２に光スイッチ１を示すが、これは将来の全世
界の通信ネットワークにとって基本的な要素となるもの
である。図１と図２に示すように、この光スイッチは通
常の４ポート・デバイスであるが、２入力（Ｓ1イン とＳ
2イン ）と２出力（Ｓ1アウトとＳ2アウト）で、２スイッチ状態
がありストレート形の状態を図１に、クロス状態を図２
に示す。この光スイッチは２×２光導波路形スイッチと
通常呼ばれる。このストレート形の状態（以下バー状態
と呼ぶ）では、この上部の入力ポートＳ1イン に入力する
光信号つまり光波はその上部の出力ポートＳ1アウトから出
る。同様に、下部の入力ポートＳ2イン に入力する光信号
はその下部の出力ポートＳ2アウトから出る。
界の通信ネットワークにとって基本的な要素となるもの
である。図１と図２に示すように、この光スイッチは通
常の４ポート・デバイスであるが、２入力（Ｓ1イン とＳ
2イン ）と２出力（Ｓ1アウトとＳ2アウト）で、２スイッチ状態
がありストレート形の状態を図１に、クロス状態を図２
に示す。この光スイッチは２×２光導波路形スイッチと
通常呼ばれる。このストレート形の状態（以下バー状態
と呼ぶ）では、この上部の入力ポートＳ1イン に入力する
光信号つまり光波はその上部の出力ポートＳ1アウトから出
る。同様に、下部の入力ポートＳ2イン に入力する光信号
はその下部の出力ポートＳ2アウトから出る。
【００１５】また、クロスオーバ形の状態（以下クロス
状態と呼ぶ）では、この上部のポートＳ1イン に入力する
光信号はその下部の出力ポートＳ2アウトから出るがその一
方でこの下部のポートＳ2イン に入力する光信号はその上
部の出力ポートＳ1アウトを出る。方向性カプラは、光導波
路形スイッチで、これは例えば、図１と図２に、さらに
具体的には図３に示す光スイッチ１のような、平行なチ
ャネルの２光導波路を用いて形成される。この方向性カ
プラには次の４点の特徴を挙げることができる。 （１）インタラクション（または、フィジカル）路長Ｌ
で、これは光の導波路間結合が生ずる導波路領域（以下
“結合領域”と呼ぶ）を指す。（２）結合係数κで、こ
れはこの導波路間結合の強度を表す。
状態と呼ぶ）では、この上部のポートＳ1イン に入力する
光信号はその下部の出力ポートＳ2アウトから出るがその一
方でこの下部のポートＳ2イン に入力する光信号はその上
部の出力ポートＳ1アウトを出る。方向性カプラは、光導波
路形スイッチで、これは例えば、図１と図２に、さらに
具体的には図３に示す光スイッチ１のような、平行なチ
ャネルの２光導波路を用いて形成される。この方向性カ
プラには次の４点の特徴を挙げることができる。 （１）インタラクション（または、フィジカル）路長Ｌ
で、これは光の導波路間結合が生ずる導波路領域（以下
“結合領域”と呼ぶ）を指す。（２）結合係数κで、こ
れはこの導波路間結合の強度を表す。
【００１６】さらに、（３）変換（または移行）路長ｌ
＝π／２κ（以下“結合路長”と呼ぶ）で、これはその
結合領域で一方の導波路から他方の導波路への光信号の
完全なクロスオーバすなわち結合を得るのに要する最短
路長を指す。および、（４）この２導波路の伝搬定数の
β1 とβ2 間の不整合Δβ＝β1 −β2 で、これはその
導波路の屈折率の変化を指す、である。各スイッチの設
計には多数である結合路長数を盛り込むが、これは、Ｌ
／ｌの比率により規定する。Ｌ／ｌの各値に対し、対応
するΔβ値（この導波路の屈折率の変化を表す）がある
が、これはそのクロス状態とバー状態にこのスイッチを
駆動させるのに要する値である。
＝π／２κ（以下“結合路長”と呼ぶ）で、これはその
結合領域で一方の導波路から他方の導波路への光信号の
完全なクロスオーバすなわち結合を得るのに要する最短
路長を指す。および、（４）この２導波路の伝搬定数の
β1 とβ2 間の不整合Δβ＝β1 −β2 で、これはその
導波路の屈折率の変化を指す、である。各スイッチの設
計には多数である結合路長数を盛り込むが、これは、Ｌ
／ｌの比率により規定する。Ｌ／ｌの各値に対し、対応
するΔβ値（この導波路の屈折率の変化を表す）がある
が、これはそのクロス状態とバー状態にこのスイッチを
駆動させるのに要する値である。
【００１７】後に詳しく説明するが、図４と図５に、例
としての２セクション・反転ΔβカプラのＬ／ｌとΔβ
の値を表すスイッチング・ダイヤグラムを例示する。こ
の指向性カプラは、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂＯ3 ）のような電気光学物質の基板に通常作成する。
電圧をこの電気光学物質に印加すると、この物質の光学
的性質が変化する。これを電気光学効果と呼ぶが、この
変化によりその導波路の屈折率が変化する。この各導波
路上の電極構造により印加された電圧が、この導波路の
その所要の不整合Δβすなはち屈折率の変化を電気光学
効果により引起こすが、これがそのデバイスのＬ／ｌ値
に対応する。
としての２セクション・反転ΔβカプラのＬ／ｌとΔβ
の値を表すスイッチング・ダイヤグラムを例示する。こ
の指向性カプラは、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂＯ3 ）のような電気光学物質の基板に通常作成する。
電圧をこの電気光学物質に印加すると、この物質の光学
的性質が変化する。これを電気光学効果と呼ぶが、この
変化によりその導波路の屈折率が変化する。この各導波
路上の電極構造により印加された電圧が、この導波路の
その所要の不整合Δβすなはち屈折率の変化を電気光学
効果により引起こすが、これがそのデバイスのＬ／ｌ値
に対応する。
【００１８】具体的には、その印加電圧がこの導波路を
カバーする電極間に電場を生じ、これがその導波路の屈
折率の変化を引起こす。正しい電圧を選択することによ
りこのスイッチのクロス状態かまたはバー状態のいずれ
かを実現するのに要するその導波路の屈折率の変化を生
ずる。この光信号を完全にクロスオーバにさせ得る一方
の電圧（“クロス状態電圧”と呼ぶ）とこの光信号をス
トレートに直進させ得る他方の電圧（“バー状態電圧”
と呼ぶ）が通常ある。反転Δβ方向性カプラでは、その
スイッチのクロス状態とバー状態を実現する方法として
図３に示すインタラクション路長Ｌに次のような電極構
造を設ける。
カバーする電極間に電場を生じ、これがその導波路の屈
折率の変化を引起こす。正しい電圧を選択することによ
りこのスイッチのクロス状態かまたはバー状態のいずれ
かを実現するのに要するその導波路の屈折率の変化を生
ずる。この光信号を完全にクロスオーバにさせ得る一方
の電圧（“クロス状態電圧”と呼ぶ）とこの光信号をス
トレートに直進させ得る他方の電圧（“バー状態電圧”
と呼ぶ）が通常ある。反転Δβ方向性カプラでは、その
スイッチのクロス状態とバー状態を実現する方法として
図３に示すインタラクション路長Ｌに次のような電極構
造を設ける。
【００１９】それは、このインタラクション路長Ｌに電
極ペアの２以上のセクションを設けこの電極ペアに逆も
しくは交互の極性の電圧を印加して逆つまり交互符号の
不整合Δβを引起こす。各電極ペアの負極に印加する負
電圧、バイアス電圧（Ｖハ゛イアス）が一方の電圧で、各電
極ペアの正極に印加する正電圧、スイッチ電圧（Ｖスイッ
チ）が他方の電圧である。２セクション・デバイスの場
合、Ｖハ゛イアスがこのスイッチをそのクロス状態に駆動
し、Ｖスイッチがこのスイッチをそのバー状態に駆動する。
これを図４と図５に示す２セクション・デバイスのスイ
ッチング・ダイアグラムで説明する。
極ペアの２以上のセクションを設けこの電極ペアに逆も
しくは交互の極性の電圧を印加して逆つまり交互符号の
不整合Δβを引起こす。各電極ペアの負極に印加する負
電圧、バイアス電圧（Ｖハ゛イアス）が一方の電圧で、各電
極ペアの正極に印加する正電圧、スイッチ電圧（Ｖスイッ
チ）が他方の電圧である。２セクション・デバイスの場
合、Ｖハ゛イアスがこのスイッチをそのクロス状態に駆動
し、Ｖスイッチがこのスイッチをそのバー状態に駆動する。
これを図４と図５に示す２セクション・デバイスのスイ
ッチング・ダイアグラムで説明する。
【００２０】図３は、通常の２セクション・反転Δβ方
向性カプラつまり光スイッチで、平行な２光導波路２、
３があり、さらに反転Δβの制御電極４、５の２ペアが
その結合領域に沿って等間隔にある。前述のように、こ
の結合領域はそのインタラクションまたはフィジカル路
長Ｌにより規定する領域で、ここでは導波路間に光信号
の移行または結合ができるようにこの導波路を十分互に
接近させて配置する。また、図３に示すように、通常こ
の結合領域はその導波路が実質的に平行である領域であ
る。２セクション・反転Δβデバイスのスイッチング・
ダイアグラムを図４に示す。ここで、スイッチング・ダ
イアグラムは、この結合路長ｌに対するそのインタラク
ションまたはフィジカル路長Ｌの比（Ｌ／ｌ）対その規
格化位相変化（ΔβＬ／π）のプロットである。
向性カプラつまり光スイッチで、平行な２光導波路２、
３があり、さらに反転Δβの制御電極４、５の２ペアが
その結合領域に沿って等間隔にある。前述のように、こ
の結合領域はそのインタラクションまたはフィジカル路
長Ｌにより規定する領域で、ここでは導波路間に光信号
の移行または結合ができるようにこの導波路を十分互に
接近させて配置する。また、図３に示すように、通常こ
の結合領域はその導波路が実質的に平行である領域であ
る。２セクション・反転Δβデバイスのスイッチング・
ダイアグラムを図４に示す。ここで、スイッチング・ダ
イアグラムは、この結合路長ｌに対するそのインタラク
ションまたはフィジカル路長Ｌの比（Ｌ／ｌ）対その規
格化位相変化（ΔβＬ／π）のプロットである。
【００２１】このＬ／ｌ比（すなわち、結合路長数）
は、設計や製作に依存する変数で、例えば、カプラ・ギ
ャップｇ、結合路長ｌ、光導波路ストリップ幅、ドーパ
ント濃度または拡散条件の変化に左右される。また、こ
の光導波路のΔβ位相変化量または屈折率の変化量はこ
の２セクション・カプラをそのクロス状態またはバー状
態に切り換えるのに要する電圧、Ｖハ゛イアスとＶスイッチに正
比例する。図３のスイッチング・ダイアグラムは、利用
可能Ｌ／ｌ範囲と対応するその制御電圧を示し、この電
圧によりクロス状態かまたはバー状態かのいずれかを生
ずる。この制御電圧に比例するΔβＬ／π値を表す。こ
の図中の２種類の記号は、丸十字クロス印がクロス状態
曲線を示し、一方の丸横線バー印がバー状態曲線を示
す。
は、設計や製作に依存する変数で、例えば、カプラ・ギ
ャップｇ、結合路長ｌ、光導波路ストリップ幅、ドーパ
ント濃度または拡散条件の変化に左右される。また、こ
の光導波路のΔβ位相変化量または屈折率の変化量はこ
の２セクション・カプラをそのクロス状態またはバー状
態に切り換えるのに要する電圧、Ｖハ゛イアスとＶスイッチに正
比例する。図３のスイッチング・ダイアグラムは、利用
可能Ｌ／ｌ範囲と対応するその制御電圧を示し、この電
圧によりクロス状態かまたはバー状態かのいずれかを生
ずる。この制御電圧に比例するΔβＬ／π値を表す。こ
の図中の２種類の記号は、丸十字クロス印がクロス状態
曲線を示し、一方の丸横線バー印がバー状態曲線を示
す。
【００２２】図５に示すように、Ｖハ゛イアス値は、そのク
ロス状態曲線とこのスイッチング・ダイアグラムの縦軸
（Ｖハ゛イアス＝０）間の距離ｄ1 に比例する。また図５に
示すように、Ｖスイッチ値は、そのクロス状態曲線とバー状
態曲線間の距離ｄ2 に比例する。システムにおける各ス
イッチをＶハ゛イアスとＶスイッチの同じ組の電圧で制御するこ
とが理想である。ところが、アレイにおいてスイッチか
らスイッチへＬ／ｌに対する製作プロセスや設計のパラ
メタに固有の変化があり、そのためにΔβに変動を生
じ、またそのアレイの各２セクション・デバイスをその
クロス状態やバー状態に十分に駆動するのに要する制御
電圧に対応する変動を生ずる。
ロス状態曲線とこのスイッチング・ダイアグラムの縦軸
（Ｖハ゛イアス＝０）間の距離ｄ1 に比例する。また図５に
示すように、Ｖスイッチ値は、そのクロス状態曲線とバー状
態曲線間の距離ｄ2 に比例する。システムにおける各ス
イッチをＶハ゛イアスとＶスイッチの同じ組の電圧で制御するこ
とが理想である。ところが、アレイにおいてスイッチか
らスイッチへＬ／ｌに対する製作プロセスや設計のパラ
メタに固有の変化があり、そのためにΔβに変動を生
じ、またそのアレイの各２セクション・デバイスをその
クロス状態やバー状態に十分に駆動するのに要する制御
電圧に対応する変動を生ずる。
【００２３】Ｌ／ｌの変化と共にその必要とする制御電
圧の変動は、図４に示すそのスイッチング・ダイアグラ
ムの選択動作領域のクロス状態曲線とバー状態曲線の傾
斜の関数である。漏話の許容レベルはその電圧の許容変
動範囲を制約し、この電圧変動の制約が次に各スイッチ
の結合路長数、Ｌ／ｌの許容変動範囲を限定するが、こ
れはそのクロス・スイッチング曲線とバー・スイッチン
グ曲線の傾斜の関数である。このデバイスをそのクロス
状態とバー状態に十分に駆動するのに適切な電圧を印加
しない場合に漏話が生ずる。漏話は、例えば、次のよう
な光量である。それは、このスイッチがバー状態にある
場合に図３に示す光導波路３に結合する光量であり、こ
のスイッチがクロス状態にある場合に光導波路２に切り
換えされずにそのまま残る光量、つまり切換え無しに残
る信号である。
圧の変動は、図４に示すそのスイッチング・ダイアグラ
ムの選択動作領域のクロス状態曲線とバー状態曲線の傾
斜の関数である。漏話の許容レベルはその電圧の許容変
動範囲を制約し、この電圧変動の制約が次に各スイッチ
の結合路長数、Ｌ／ｌの許容変動範囲を限定するが、こ
れはそのクロス・スイッチング曲線とバー・スイッチン
グ曲線の傾斜の関数である。このデバイスをそのクロス
状態とバー状態に十分に駆動するのに適切な電圧を印加
しない場合に漏話が生ずる。漏話は、例えば、次のよう
な光量である。それは、このスイッチがバー状態にある
場合に図３に示す光導波路３に結合する光量であり、こ
のスイッチがクロス状態にある場合に光導波路２に切り
換えされずにそのまま残る光量、つまり切換え無しに残
る信号である。
【００２４】次の表１は、多種の漏話レベルの中の各漏
話レベルに対応する切り換えされずに残る光残量の百分
率を示す。
話レベルに対応する切り換えされずに残る光残量の百分
率を示す。
【表１】 漏話の許容レベルは、それに係る利用の場合に応じ変化
するが、通常−２０ｄＢ以下である。漏話が−２０ｄＢ
以下を必要とするような利用の場合にはその電圧の許容
変動範囲は通常±１０％以下であり、また漏話が−１０
ｄＢ以下を必要とするような利用の場合にはその電圧の
許容変動範囲は通常±２０％以下である。
するが、通常−２０ｄＢ以下である。漏話が−２０ｄＢ
以下を必要とするような利用の場合にはその電圧の許容
変動範囲は通常±１０％以下であり、また漏話が−１０
ｄＢ以下を必要とするような利用の場合にはその電圧の
許容変動範囲は通常±２０％以下である。
【００２５】光スイッチの一体化アレイを製作するその
製作時のＬ／ｌのプロセス制御はある範囲に限定され
る。この限定があるめに本発明の背景として説明してい
る一体化アレイの２セクション・反転Δβスイッチは、
例えば、−２０ｄＢ以下の低漏話レベルを保持しながら
一定のクロス状態電圧とバー状態電圧で動作することは
できず、その設計するスイッチ動作が２セクションのス
イッチング・ダイアグラムのどの領域にあってもそれと
は無関係にできない。例えば、Ｖスイッチを最小にするため
に、前記従来技術の一体化アレイに用いる光スイッチを
２．３５にほぼ等しいＬ／ｌで動作するように設計す
る。この設計の場合には、図５の分解図に示すようにク
ロス状態曲線とバー状態曲線の傾斜が同じような領域で
スイッチが動作する結果となる。
製作時のＬ／ｌのプロセス制御はある範囲に限定され
る。この限定があるめに本発明の背景として説明してい
る一体化アレイの２セクション・反転Δβスイッチは、
例えば、−２０ｄＢ以下の低漏話レベルを保持しながら
一定のクロス状態電圧とバー状態電圧で動作することは
できず、その設計するスイッチ動作が２セクションのス
イッチング・ダイアグラムのどの領域にあってもそれと
は無関係にできない。例えば、Ｖスイッチを最小にするため
に、前記従来技術の一体化アレイに用いる光スイッチを
２．３５にほぼ等しいＬ／ｌで動作するように設計す
る。この設計の場合には、図５の分解図に示すようにク
ロス状態曲線とバー状態曲線の傾斜が同じような領域で
スイッチが動作する結果となる。
【００２６】この２曲線の傾斜が同じような場合には、
２曲線間の距離は実質的に同じようになる。Ｖスイッチはク
ロス状態曲線とバー状態曲線間の距離ｄ2 に比例するの
で、ＶスイッチはＬ／ｌとＶハ゛イアスの変動に無関係に比較的
不変である。それに対して、このクロス状態曲線とバー
状態曲線のＬ／ｌ＝２．３５に対応する傾斜から示され
るように、Ｌ／ｌに影響を及ぼす製作プロセス・パラメ
タに小変化が起きてもそのクロス状態電圧（Ｖハ゛イアス）
の方にバー状態電圧（Ｖスイッチ）よりも大きい変化が生ず
る。通常その製作時には、Ｌ／ｌ＝２．３５からのＬ／
ｌの変動は、前記一体化アレイのスイッチからスイッチ
へ製作プロセス制御の良好な場合でも２．２５ないし
２．４５以上の範囲にあり、その結果Ｖハ゛イアスの変化は
±１０％より大きい。
２曲線間の距離は実質的に同じようになる。Ｖスイッチはク
ロス状態曲線とバー状態曲線間の距離ｄ2 に比例するの
で、ＶスイッチはＬ／ｌとＶハ゛イアスの変動に無関係に比較的
不変である。それに対して、このクロス状態曲線とバー
状態曲線のＬ／ｌ＝２．３５に対応する傾斜から示され
るように、Ｌ／ｌに影響を及ぼす製作プロセス・パラメ
タに小変化が起きてもそのクロス状態電圧（Ｖハ゛イアス）
の方にバー状態電圧（Ｖスイッチ）よりも大きい変化が生ず
る。通常その製作時には、Ｌ／ｌ＝２．３５からのＬ／
ｌの変動は、前記一体化アレイのスイッチからスイッチ
へ製作プロセス制御の良好な場合でも２．２５ないし
２．４５以上の範囲にあり、その結果Ｖハ゛イアスの変化は
±１０％より大きい。
【００２７】前記アレイのスイッチの漏話許容レベルは
通常−２０ｄＢ以下であり、この漏話許容レベルは±１
０％の制御電圧の許容変動範囲に対応し、一定または単
一にプリセットした電圧をＶハ゛イアスに適用することはで
きない。図６、図７および図８に、前記一体化アレイの
実験データのＶハ゛イアスとＶスイッチの変動を示す。図６は８
×８再配置非閉塞形拡張ベネス・ネットワークのＶハ゛イア
スとＶスイッチを示す柱状図である。図７は１６×１６厳密
非閉塞形拡張一般化シャッフル・ネットワークの入出力
ステージのＶハ゛イアスとＶスイッチを示す柱状図であり、図８
は１６×１６厳密非閉塞形拡張一般化シャッフル・ネッ
トワークのセンタ・ステージのＶハ゛イアスとＶスイッチを示す
柱状図である。
通常−２０ｄＢ以下であり、この漏話許容レベルは±１
０％の制御電圧の許容変動範囲に対応し、一定または単
一にプリセットした電圧をＶハ゛イアスに適用することはで
きない。図６、図７および図８に、前記一体化アレイの
実験データのＶハ゛イアスとＶスイッチの変動を示す。図６は８
×８再配置非閉塞形拡張ベネス・ネットワークのＶハ゛イア
スとＶスイッチを示す柱状図である。図７は１６×１６厳密
非閉塞形拡張一般化シャッフル・ネットワークの入出力
ステージのＶハ゛イアスとＶスイッチを示す柱状図であり、図８
は１６×１６厳密非閉塞形拡張一般化シャッフル・ネッ
トワークのセンタ・ステージのＶハ゛イアスとＶスイッチを示す
柱状図である。
【００２８】両光スイッチ・システムの柱状図は、Ｖスイ
ッチの方がＶハ゛イアスより狭い分布を示す。各例のＶスイッチで
得られた分布は十分狭く（±１０％以下）光スイッチの
全アレイを単一のスイッチング電圧で制御可能である
が、各例のＶハ゛イアスで得られた分布は非常に広く漏話劣
化を大きくさせずに単一のスイッチング電圧でその全部
のスイッチを動作させることは不可能である。したがっ
て、各スイッチを漏話の許容レベルで動作させるために
は各光スイッチのＶハ゛イアスを特注調整する必要がある。
したがってこのアレイの各光スイッチの電圧駆動回路に
は、例えば、プログラマブル・ポテンショメータを必要
とする。
ッチの方がＶハ゛イアスより狭い分布を示す。各例のＶスイッチで
得られた分布は十分狭く（±１０％以下）光スイッチの
全アレイを単一のスイッチング電圧で制御可能である
が、各例のＶハ゛イアスで得られた分布は非常に広く漏話劣
化を大きくさせずに単一のスイッチング電圧でその全部
のスイッチを動作させることは不可能である。したがっ
て、各スイッチを漏話の許容レベルで動作させるために
は各光スイッチのＶハ゛イアスを特注調整する必要がある。
したがってこのアレイの各光スイッチの電圧駆動回路に
は、例えば、プログラマブル・ポテンショメータを必要
とする。
【００２９】一定のクロス状態電圧とバー状態電圧によ
る拡張ネットワーク・アーキテクチャを用いて、例え
ば、光スイッチ・システムの全漏話を、例えば、−２０
ｄＢ以下の許容レベルに減少することはできるが、これ
は大型スイッチング・アレイに対しては実用的ではな
い。その理由は拡張アーキテクチャには多数の追加のカ
プラを必要とするが、これは標準的すなわち非拡張のア
ーキテクチャを実行するためである。例えば、８×８ベ
ネス・アーキテクチャは約２０個の方向性カプラを必要
とするのに対し８×８拡張ベネス・アーキテクチャは４
８個の方向性カプラを必要とする。この追加のカプラは
その他のスイッチング・パスからの漏話をその光信号の
信号パスから除去して送信する役割をする。
る拡張ネットワーク・アーキテクチャを用いて、例え
ば、光スイッチ・システムの全漏話を、例えば、−２０
ｄＢ以下の許容レベルに減少することはできるが、これ
は大型スイッチング・アレイに対しては実用的ではな
い。その理由は拡張アーキテクチャには多数の追加のカ
プラを必要とするが、これは標準的すなわち非拡張のア
ーキテクチャを実行するためである。例えば、８×８ベ
ネス・アーキテクチャは約２０個の方向性カプラを必要
とするのに対し８×８拡張ベネス・アーキテクチャは４
８個の方向性カプラを必要とする。この追加のカプラは
その他のスイッチング・パスからの漏話をその光信号の
信号パスから除去して送信する役割をする。
【００３０】アーキテクチャを拡張するのに要するカプ
ラ数の増加例として図９に２×２スイッチング・アレイ
を示す。拡張２×２スイッチを実施するために４スイッ
チＳＷ１ないしＳＷ４を用いる。このスイッチはすべて
バー状態にあると仮定し、入力Ｉ1 に入力する光信号は
出力Ｏ1 から出力し、入力Ｉ2 に入力する光信号は出力
Ｏ2 から出力する。その他の入出力を信号パスに用いて
いないが、むしろその漏話を除去して送信する役割をす
る。例えば、スイッチＳＷ１の光信号からの漏話は導波
路Ｂに流れ、この導波路Ｂがこの漏話をスイッチＳＷ４
の上部入力に送る。スイッチＳＷ４はバー状態にあるの
で、この漏話光はスイッチＳＷ４の不使用ポートに行
く。ところが、この漏話光の中のいくらかはそのスイッ
チの動作が完全ではないためクロスオーバして出力Ｏ2
から出力する。
ラ数の増加例として図９に２×２スイッチング・アレイ
を示す。拡張２×２スイッチを実施するために４スイッ
チＳＷ１ないしＳＷ４を用いる。このスイッチはすべて
バー状態にあると仮定し、入力Ｉ1 に入力する光信号は
出力Ｏ1 から出力し、入力Ｉ2 に入力する光信号は出力
Ｏ2 から出力する。その他の入出力を信号パスに用いて
いないが、むしろその漏話を除去して送信する役割をす
る。例えば、スイッチＳＷ１の光信号からの漏話は導波
路Ｂに流れ、この導波路Ｂがこの漏話をスイッチＳＷ４
の上部入力に送る。スイッチＳＷ４はバー状態にあるの
で、この漏話光はスイッチＳＷ４の不使用ポートに行
く。ところが、この漏話光の中のいくらかはそのスイッ
チの動作が完全ではないためクロスオーバして出力Ｏ2
から出力する。
【００３１】スイッチはすべて１０％の漏話を持つと仮
定すると、入力Ｉ1 に入力する光信号の１０％は導波路
Ｂに流れるが、この導波路Ｂの漏話光の１０％のみが出
力Ｏ2 に出力する。１０％の１０％は１％である。した
がって、この全システムの漏話は１０％（すなわち、−
１０ｄＢ）ではなくて１％（すなわち、−２０ｄＢ）で
ある。しかし、このアーキテクチャを拡張するのに要す
るカプラ数の追加からさらに必要となるものがあり、特
に基板のより大型化または基板の追加がさらに必要とな
り、そのために製造コストもかかりさらにそのマスク・
デザインやシステムの製造と動作が不必要に複雑にな
る。ここで本発明は、これらの問題を下記のように解決
し漏話を改善するものである。それは、このアーキテク
チャを拡張することなくその漏話の改善を各カプラに対
し、またその一体化アレイに対し、またはそのネットワ
ークに対し加えるもので、以下に説明する。
定すると、入力Ｉ1 に入力する光信号の１０％は導波路
Ｂに流れるが、この導波路Ｂの漏話光の１０％のみが出
力Ｏ2 に出力する。１０％の１０％は１％である。した
がって、この全システムの漏話は１０％（すなわち、−
１０ｄＢ）ではなくて１％（すなわち、−２０ｄＢ）で
ある。しかし、このアーキテクチャを拡張するのに要す
るカプラ数の追加からさらに必要となるものがあり、特
に基板のより大型化または基板の追加がさらに必要とな
り、そのために製造コストもかかりさらにそのマスク・
デザインやシステムの製造と動作が不必要に複雑にな
る。ここで本発明は、これらの問題を下記のように解決
し漏話を改善するものである。それは、このアーキテク
チャを拡張することなくその漏話の改善を各カプラに対
し、またその一体化アレイに対し、またはそのネットワ
ークに対し加えるもので、以下に説明する。
【００３２】ＩＩ．３以上セクション・反転Δβカプラ 次に、残りの図１０ないし図１７を参照し本発明を説明
する。図１０は本発明の３セクション・反転Δβ方向性
カプラを示す。このカプラ１０は、電気光学物質の基板
１１内またはその基板１１上に形成した電気光学デバイ
スである。方向性カプラ製作の通常の方法と物質につい
ての情報は、例えば、ここに引例とする文献を参照のこ
と。ミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）とカミノウ（Ｋａｍｉｎｏ
ｗ）、“オプティカル・ファイバ・テレコミュニケーシ
ョンＩＩ”（アカデミック・プレス、１９８８年）（以
下、単に“ミラーとカミノウ”と略す）の９章と１１
章、およびズッカー（Ｚｕｃｋｅｒ）ら、“量子井戸電
気屈折を用いるコンパクト方向性カプラ・スイッチ”、
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、第５５巻、２２８０
−２２８２頁、（１９８９年）である。
する。図１０は本発明の３セクション・反転Δβ方向性
カプラを示す。このカプラ１０は、電気光学物質の基板
１１内またはその基板１１上に形成した電気光学デバイ
スである。方向性カプラ製作の通常の方法と物質につい
ての情報は、例えば、ここに引例とする文献を参照のこ
と。ミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）とカミノウ（Ｋａｍｉｎｏ
ｗ）、“オプティカル・ファイバ・テレコミュニケーシ
ョンＩＩ”（アカデミック・プレス、１９８８年）（以
下、単に“ミラーとカミノウ”と略す）の９章と１１
章、およびズッカー（Ｚｕｃｋｅｒ）ら、“量子井戸電
気屈折を用いるコンパクト方向性カプラ・スイッチ”、
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、第５５巻、２２８０
−２２８２頁、（１９８９年）である。
【００３３】ここに用いる電気光学物質はニオブ酸リチ
ウムが好ましいが、他の物質も使用可能で、例えば、Ｉ
ｎＰ、ＬｉＴａＯ3 、ＩｎＧａＡｓＰおよびＧａＡｌＡ
ｓを挙げることができ、これらは前記ミラーとアミノウ
の９章と１１章に記載されている。２光導波路１２、１
３を、この電気光学物質内またはその上にチタン拡散ま
たは他の適当なドーピング・プロセスにより形成する。
代表的なこの光導波路は、深さと幅が１ないし１０ミク
ロンの大きさである。この光導波路１２、１３は、その
結合領域において平行に配置されているが、この結合領
域はそのインタラクション路長、Ｌ、によりその範囲が
規定されるが、それは通常０．２ないし４０ｍｍの範囲
で、この結合領域に距離ｇ（すなわち、結合ギャップ）
だけ間隔をおいて互いに離して配置されている。
ウムが好ましいが、他の物質も使用可能で、例えば、Ｉ
ｎＰ、ＬｉＴａＯ3 、ＩｎＧａＡｓＰおよびＧａＡｌＡ
ｓを挙げることができ、これらは前記ミラーとアミノウ
の９章と１１章に記載されている。２光導波路１２、１
３を、この電気光学物質内またはその上にチタン拡散ま
たは他の適当なドーピング・プロセスにより形成する。
代表的なこの光導波路は、深さと幅が１ないし１０ミク
ロンの大きさである。この光導波路１２、１３は、その
結合領域において平行に配置されているが、この結合領
域はそのインタラクション路長、Ｌ、によりその範囲が
規定されるが、それは通常０．２ないし４０ｍｍの範囲
で、この結合領域に距離ｇ（すなわち、結合ギャップ）
だけ間隔をおいて互いに離して配置されている。
【００３４】この光導波路１１、１２の配置は平行に限
るものではなく、要はこの光導波路間に光が移行（つま
り結合）可能なように十分に接近していることが必要で
ある。通常この距離ｇは１ないし１５ミクロンである。
この基板１１の上面上の平行な導波路１２、１３上の結
合領域に、例えば、ＳｉＯ2 のような絶縁層を堆積し、
また周知の薄膜堆積法とフォトリソグラフィを用いて電
極構造を形成する。この電極構造には、３セクションの
電極ペア１４、１５、１６があって、それにＶハ゛イアスと
Ｖスイッチを印加してこのスイッチをそのクロス状態とバー
状態に動作させる。この電極ペア１４、１５、１６の電
極端部近くの＋と−の表示は隣接セクション間の電場が
逆であることを示している。この３セクション・デバイ
スの場合、Ｖハ゛イアスがこのスイッチをそのバー状態に駆
動し、ただしこれは２セクション・デバイスの場合のク
ロス状態に対するもの、またＶスイッチはこのデバイスをそ
のクロス状態に駆動する。
るものではなく、要はこの光導波路間に光が移行（つま
り結合）可能なように十分に接近していることが必要で
ある。通常この距離ｇは１ないし１５ミクロンである。
この基板１１の上面上の平行な導波路１２、１３上の結
合領域に、例えば、ＳｉＯ2 のような絶縁層を堆積し、
また周知の薄膜堆積法とフォトリソグラフィを用いて電
極構造を形成する。この電極構造には、３セクションの
電極ペア１４、１５、１６があって、それにＶハ゛イアスと
Ｖスイッチを印加してこのスイッチをそのクロス状態とバー
状態に動作させる。この電極ペア１４、１５、１６の電
極端部近くの＋と−の表示は隣接セクション間の電場が
逆であることを示している。この３セクション・デバイ
スの場合、Ｖハ゛イアスがこのスイッチをそのバー状態に駆
動し、ただしこれは２セクション・デバイスの場合のク
ロス状態に対するもの、またＶスイッチはこのデバイスをそ
のクロス状態に駆動する。
【００３５】この電極は、互いに離して同じ長さに図示
しているが、それに限定するものではない。または、例
えば、図１１に別の３セクション・反転Δβ電極構造を
示す。これには中央電極１９があって、これは部分１９
ａ、１９ｂ、１９ｃからできいて、このカプラの中央部
の一方側から他方側へこの導波路の縦に沿って移動す
る。図１１のこの３電極ペア、１８ａと１９ａ、１８ｂ
と１９ｂ、１８ｃと１９ｃ、は、図１０の３電極ペア、
１４、１５、１６に対応する。動作で説明すると、Ｖハ゛
イアスを電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃに印加し、Ｖスイッチを
中央電極１９に印加する。この中央電極の部分１９ａ、
１９ｃが光導波路１３をカバーし、またこの中央電極の
部分１９ｂが光導波路１２をカバーする。
しているが、それに限定するものではない。または、例
えば、図１１に別の３セクション・反転Δβ電極構造を
示す。これには中央電極１９があって、これは部分１９
ａ、１９ｂ、１９ｃからできいて、このカプラの中央部
の一方側から他方側へこの導波路の縦に沿って移動す
る。図１１のこの３電極ペア、１８ａと１９ａ、１８ｂ
と１９ｂ、１８ｃと１９ｃ、は、図１０の３電極ペア、
１４、１５、１６に対応する。動作で説明すると、Ｖハ゛
イアスを電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃに印加し、Ｖスイッチを
中央電極１９に印加する。この中央電極の部分１９ａ、
１９ｃが光導波路１３をカバーし、またこの中央電極の
部分１９ｂが光導波路１２をカバーする。
【００３６】この配置が印加電場の符号を逆にする効果
を持つ。この図１１に示す電極構造が現時点で好ましい
電極構造である。さらにまた、この好ましい電極構造は
図示のような同じ長さの電極に限定するものではない。
図１２と図１３は、図１０と図１１に示したような電極
配置を用いる３セクション・反転Δβ方向性カプラに対
する理論的スイッチング曲線を示す。この図１３の分解
図に示すようなスイッチング・ダイアグラムにおいて、
本発明の動作する領域は次の通りである。それは、その
クロス状態曲線とバー状態曲線が互いにほぼ平行にあり
かつこのスイッチング・ダイアグラムの縦軸とほぼ平行
にある領域であり、例えば、Ｌ／ｌ＝３に見られるが、
Ｖハ゛イアスとＶスイッチの両者はＬ／ｌの変動に不感受性であ
り、例えば、−２０ｄＢ以下のような低漏話レベルが得
られる。
を持つ。この図１１に示す電極構造が現時点で好ましい
電極構造である。さらにまた、この好ましい電極構造は
図示のような同じ長さの電極に限定するものではない。
図１２と図１３は、図１０と図１１に示したような電極
配置を用いる３セクション・反転Δβ方向性カプラに対
する理論的スイッチング曲線を示す。この図１３の分解
図に示すようなスイッチング・ダイアグラムにおいて、
本発明の動作する領域は次の通りである。それは、その
クロス状態曲線とバー状態曲線が互いにほぼ平行にあり
かつこのスイッチング・ダイアグラムの縦軸とほぼ平行
にある領域であり、例えば、Ｌ／ｌ＝３に見られるが、
Ｖハ゛イアスとＶスイッチの両者はＬ／ｌの変動に不感受性であ
り、例えば、−２０ｄＢ以下のような低漏話レベルが得
られる。
【００３７】この領域においては、ｄ1 とｄ2 は両者と
もあるＬ／ｌの値の範囲で比較的一定である。また、こ
の不感受性を図１５と図１７で説明する。図１５と図１
７は、３セクション・反転Δβ設計について規格化した
クロス状態電圧とバー状態電圧、ＶスイッチとＶハ゛イアスをＬ
／ｌの関数で（以下、“クロス状態電圧曲線とバー状態
電圧曲線”と呼ぶ）示す。この３セクション・デバイス
についてＬ／ｌの変化による図１５に示すＶスイッチの変動
は、その動作点において図１７に示すＶハ゛イアスのそれと
同じである、つまり、このクロス状態電圧曲線とバー状
態電圧曲線は両者ともその傾斜がほぼゼロであるので、
このクロス状態電圧とバー状態電圧は分布が十分に狭い
（±１０％以下）ことが考えられ、そのためにアレイに
おいてスイッチからスイッチへＬ／ｌの製作変動がある
にもかかわらず漏話を低レベルに保持することが可能で
ある。
もあるＬ／ｌの値の範囲で比較的一定である。また、こ
の不感受性を図１５と図１７で説明する。図１５と図１
７は、３セクション・反転Δβ設計について規格化した
クロス状態電圧とバー状態電圧、ＶスイッチとＶハ゛イアスをＬ
／ｌの関数で（以下、“クロス状態電圧曲線とバー状態
電圧曲線”と呼ぶ）示す。この３セクション・デバイス
についてＬ／ｌの変化による図１５に示すＶスイッチの変動
は、その動作点において図１７に示すＶハ゛イアスのそれと
同じである、つまり、このクロス状態電圧曲線とバー状
態電圧曲線は両者ともその傾斜がほぼゼロであるので、
このクロス状態電圧とバー状態電圧は分布が十分に狭い
（±１０％以下）ことが考えられ、そのためにアレイに
おいてスイッチからスイッチへＬ／ｌの製作変動がある
にもかかわらず漏話を低レベルに保持することが可能で
ある。
【００３８】それに対し、図１４と図１６に２セクショ
ンの従来の設計を示す。図１６に示すＶスイッチはＬ／ｌの
変動に比較的不感性であるのに対し図１４に示すＶハ゛イア
スはそうではない。ここで説明を図５に示す２セクショ
ン・デバイスのスイッチング・ダイアグラムに戻る。こ
の２セクション・反転Δβの動作点をＬ／ｌ＝２に変え
ると、プロセスの変化に対するそのクロス状態電圧Ｖハ゛
イアスの感受性を減らすことが可能であるが、それには犠
牲として、スイッチング電圧が高くなりすなわちｄ1 が
増加するが、それよりももっと重要なことは、プロセス
の変動に対するスイッチング電圧Ｖスイッチの感受性が増
加、すなわちＬ／ｌの変化に対するｄ2 の変化が増加
し、このバー状態に対し漏話が許容できぬレベルにな
る。
ンの従来の設計を示す。図１６に示すＶスイッチはＬ／ｌの
変動に比較的不感性であるのに対し図１４に示すＶハ゛イア
スはそうではない。ここで説明を図５に示す２セクショ
ン・デバイスのスイッチング・ダイアグラムに戻る。こ
の２セクション・反転Δβの動作点をＬ／ｌ＝２に変え
ると、プロセスの変化に対するそのクロス状態電圧Ｖハ゛
イアスの感受性を減らすことが可能であるが、それには犠
牲として、スイッチング電圧が高くなりすなわちｄ1 が
増加するが、それよりももっと重要なことは、プロセス
の変動に対するスイッチング電圧Ｖスイッチの感受性が増
加、すなわちＬ／ｌの変化に対するｄ2 の変化が増加
し、このバー状態に対し漏話が許容できぬレベルにな
る。
【００３９】この理由は、この２セクション・反転Δβ
カプラの場合次のような領域を持たないためである。そ
れは、図５に示すように、スイッチング・ダイアグラム
においてこのクロス状態曲線とバー状態曲線が両者とも
互いにほぼ平行でありかつその縦軸にもほぼ平行である
ような領域を持たないためであり、さらにまた図１４と
図１６に示すように、プロセス感受性プロットにおいて
そのクロス状態電圧曲線とバー状態電圧曲線が動作点で
傾斜がほぼゼロであるような領域を持たないためであ
る。下記表２は本発明による動作設計の３セクション・
デバイスによりその許容範囲の向上を次の点から示す。
すなわち、表２は２セクション設計と３セクション設計
においてクロス状態とバー状態で漏話レベルが−１０ｄ
Ｂ以下と−２０ｄＢ以下に対応する場合の制御電圧の許
容全変動に対するＬ／ｌの理論的許容範囲を示す。
カプラの場合次のような領域を持たないためである。そ
れは、図５に示すように、スイッチング・ダイアグラム
においてこのクロス状態曲線とバー状態曲線が両者とも
互いにほぼ平行でありかつその縦軸にもほぼ平行である
ような領域を持たないためであり、さらにまた図１４と
図１６に示すように、プロセス感受性プロットにおいて
そのクロス状態電圧曲線とバー状態電圧曲線が動作点で
傾斜がほぼゼロであるような領域を持たないためであ
る。下記表２は本発明による動作設計の３セクション・
デバイスによりその許容範囲の向上を次の点から示す。
すなわち、表２は２セクション設計と３セクション設計
においてクロス状態とバー状態で漏話レベルが−１０ｄ
Ｂ以下と−２０ｄＢ以下に対応する場合の制御電圧の許
容全変動に対するＬ／ｌの理論的許容範囲を示す。
【表２】
【００４０】上記表２は単なる一例である。図６、図７
および図８に示す２セクション・デバイスに対する本実
験データは前記理論的計算に一致する。ただし、細かい
値は、利用の場合に応じまたはスイッチ設計の場合に応
じそれぞれ変わり得る。さらにまた、これらの理論値と
一致していることであるが、Ｌ／ｌ＝３の動作点からＬ
／ｌを意図的に変動させた場合による３セクション・反
転Δβデバイスに対する実験結果は、最大±０．４のＬ
／ｌの変動、すなわち２．６ないし３．４のＬ／ｌの範
囲に対し±１０％以下の電圧変動を示す。２セクション
・反転Δβデバイスに対しては、Ｌ／ｌ＝２．３５の動
作点から同じく±０．４のＬ／ｌを変動させた結果は、
最大＋１２％と−３５％のクロス状態電圧（Ｖハ゛イアス）
の変化を生じ、これは漏話が許容できないレベルである
ことを示す。
および図８に示す２セクション・デバイスに対する本実
験データは前記理論的計算に一致する。ただし、細かい
値は、利用の場合に応じまたはスイッチ設計の場合に応
じそれぞれ変わり得る。さらにまた、これらの理論値と
一致していることであるが、Ｌ／ｌ＝３の動作点からＬ
／ｌを意図的に変動させた場合による３セクション・反
転Δβデバイスに対する実験結果は、最大±０．４のＬ
／ｌの変動、すなわち２．６ないし３．４のＬ／ｌの範
囲に対し±１０％以下の電圧変動を示す。２セクション
・反転Δβデバイスに対しては、Ｌ／ｌ＝２．３５の動
作点から同じく±０．４のＬ／ｌを変動させた結果は、
最大＋１２％と−３５％のクロス状態電圧（Ｖハ゛イアス）
の変化を生じ、これは漏話が許容できないレベルである
ことを示す。
【００４１】２セクション・デバイスの場合には、その
アレイの製作時に２．２５ないし２／４５を超える範囲
にＬ／ｌが変動するために一定の電圧をそのクロス電圧
に対し用いることができない。３セクション・デバイス
の場合には、製作時に２．６ないし３．４だけしかＬ／
ｌが変動しないために一定の電圧をそのクロス状態電圧
とバー状態電圧に用いることができる。このように、本
発明の動作設計の場合の３セクション・反転Δβ方向性
カプラにはプロセス許容性があり、したがってそのクロ
ス状態とバー状態の両者に一定または単一のプレセット
した電圧で動作可能であり、そして次にこれは製造容易
な、高価でない一般的な電圧ドライバにより制御可能で
あり、同時に一方では、そのアーキテクチャを拡張する
こと無く、漏話を低レベルに保持可能である。
アレイの製作時に２．２５ないし２／４５を超える範囲
にＬ／ｌが変動するために一定の電圧をそのクロス電圧
に対し用いることができない。３セクション・デバイス
の場合には、製作時に２．６ないし３．４だけしかＬ／
ｌが変動しないために一定の電圧をそのクロス状態電圧
とバー状態電圧に用いることができる。このように、本
発明の動作設計の場合の３セクション・反転Δβ方向性
カプラにはプロセス許容性があり、したがってそのクロ
ス状態とバー状態の両者に一定または単一のプレセット
した電圧で動作可能であり、そして次にこれは製造容易
な、高価でない一般的な電圧ドライバにより制御可能で
あり、同時に一方では、そのアーキテクチャを拡張する
こと無く、漏話を低レベルに保持可能である。
【００４２】また、そのアレイの各スイッチを特注調整
するための電圧駆動回路にプログラマブル・ポテンショ
メータを必要とすることはもうない。さらに本発明の３
セクション・反転Δβ設計には他に下記の二利点を挙げ
ることができる。第一点は、そのスイッチング電圧Ｖスイ
ッチは、２セクションの場合に得られるスイッチング電圧
よりも約８％低い。このためにさらに低スイッチング・
エネルギーとなり、スイッチング・スピードもさらに高
速になることが可能である。第二点は、同じインタラク
ション路長Ｌのカプラに対し、この３セクションの場合
のカプラの方が結合路長すなわち移行路長ｌはより短
い。さらに以下に具体的に説明する。（下記に説明の）
コーゲルニック（Ｋｏｇｅｌｎｉｃｋ）の文献の（６）
式、ｌ＝ｌ0 ｅｘｐ（ｇ／γ）、ただし式中のｌ0 とγ
はプロセス依存のパラメタである、はその導波路間の間
隔ｇの結合路長ｌを示す。
するための電圧駆動回路にプログラマブル・ポテンショ
メータを必要とすることはもうない。さらに本発明の３
セクション・反転Δβ設計には他に下記の二利点を挙げ
ることができる。第一点は、そのスイッチング電圧Ｖスイ
ッチは、２セクションの場合に得られるスイッチング電圧
よりも約８％低い。このためにさらに低スイッチング・
エネルギーとなり、スイッチング・スピードもさらに高
速になることが可能である。第二点は、同じインタラク
ション路長Ｌのカプラに対し、この３セクションの場合
のカプラの方が結合路長すなわち移行路長ｌはより短
い。さらに以下に具体的に説明する。（下記に説明の）
コーゲルニック（Ｋｏｇｅｌｎｉｃｋ）の文献の（６）
式、ｌ＝ｌ0 ｅｘｐ（ｇ／γ）、ただし式中のｌ0 とγ
はプロセス依存のパラメタである、はその導波路間の間
隔ｇの結合路長ｌを示す。
【００４３】結合路長を短くするには導波路間間隔を狭
くしなければならない。上式を微分すると式、ｄｌ／ｄ
ｇ＝（ｌ0 ／γ）ｅｘｐ（ｇ／γ）が得られ、この式か
ら次のことが明らかである。つまり、この間隔が狭いほ
ど製作時にこのカプラ・ギャップ、ｇの変動に起因する
その結合路長ｌの変動は小さくなる。ところで、本発明
の適用範囲は、前記説明の特定領域で動作する３セクシ
ョン・反転Δβ方向性カプラに限定するものではなく次
のようなカプラにも適用可能である。それは、いずれか
複数の３以上セクションの反転Δβ方向性カプラで、そ
の動作が次のような領域にある場合である。それは、そ
のクロス状態電圧曲線とバー状態電圧曲線が互いにほぼ
平行でかつその縦軸にもほぼ平行であるようなその対応
スイッチング・ダイアグラムの領域にあるか、またはそ
のクロス状態電圧曲線とバー状態電圧曲線の傾斜がとも
にほぼゼロであるようなその対応プロセス感受性プロッ
トの領域にある場合である。
くしなければならない。上式を微分すると式、ｄｌ／ｄ
ｇ＝（ｌ0 ／γ）ｅｘｐ（ｇ／γ）が得られ、この式か
ら次のことが明らかである。つまり、この間隔が狭いほ
ど製作時にこのカプラ・ギャップ、ｇの変動に起因する
その結合路長ｌの変動は小さくなる。ところで、本発明
の適用範囲は、前記説明の特定領域で動作する３セクシ
ョン・反転Δβ方向性カプラに限定するものではなく次
のようなカプラにも適用可能である。それは、いずれか
複数の３以上セクションの反転Δβ方向性カプラで、そ
の動作が次のような領域にある場合である。それは、そ
のクロス状態電圧曲線とバー状態電圧曲線が互いにほぼ
平行でかつその縦軸にもほぼ平行であるようなその対応
スイッチング・ダイアグラムの領域にあるか、またはそ
のクロス状態電圧曲線とバー状態電圧曲線の傾斜がとも
にほぼゼロであるようなその対応プロセス感受性プロッ
トの領域にある場合である。
【００４４】４以上セクション・反転Δβカプラの構造
とスイッチング・ダイアグラムに関する情報はここに引
例とする下記の文献にあり、これを参照のこと。エッチ
・コーゲルニック（H.Kogelnick）とアール・ヴィ・シ
ュミット（R.V.Schmidt）、“交互Δβによるスイッチ
方向性カプラ”、ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌ
ｅｃ．、ＱＥ−第１２巻、３９６頁、（１９７６年）
（“コーゲルニックの文献”と略す）、およびアール・
ヴィ・シュミットとアール・シー・アルファーネス
（Ｒ．Ｃ．Ａｌｆｅｒｎｅｓｓ）、“交互Δβ法を用い
る方向性カプラ・スイッチ、モジュレータおよびフィル
タ”、ＩＥＥＥ Trans.on Circuits and Systems、Ｃ
ＡＳ−第２６巻、１０９９頁、（１９７９年）（“アル
ファーネスの報告”と略す）である。
とスイッチング・ダイアグラムに関する情報はここに引
例とする下記の文献にあり、これを参照のこと。エッチ
・コーゲルニック（H.Kogelnick）とアール・ヴィ・シ
ュミット（R.V.Schmidt）、“交互Δβによるスイッチ
方向性カプラ”、ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌ
ｅｃ．、ＱＥ−第１２巻、３９６頁、（１９７６年）
（“コーゲルニックの文献”と略す）、およびアール・
ヴィ・シュミットとアール・シー・アルファーネス
（Ｒ．Ｃ．Ａｌｆｅｒｎｅｓｓ）、“交互Δβ法を用い
る方向性カプラ・スイッチ、モジュレータおよびフィル
タ”、ＩＥＥＥ Trans.on Circuits and Systems、Ｃ
ＡＳ−第２６巻、１０９９頁、（１９７９年）（“アル
ファーネスの報告”と略す）である。
【００４５】例えば、このコーゲルニックの文献の図８
は、４セクションの反転Δβを用いる方向性カプラのス
イッチング・ダイアグラムを示し、またこのアルファー
ネスの報告の図１３は６セクション・反転Δβデバイス
のスイッチング・ダイアグラムを示す。いずれか一方の
デバイスを用いるスイッチ・アレイは、Ｌ／ｌを次のよ
うな領域から選択する場合には一定のクロス状態電圧と
バー状態電圧で制御可能である。つまり、そのクロス状
態曲線とバー状態曲線が互いにほぼ平行でかつその縦軸
にもほぼ平行であるような領域である。さらに、本発明
の適用範囲は２アクティブ入力と２アクティブ出力を持
つ光スイッチの場合に限るものではなく、その他のスイ
ッチ構成にも適用可能で、例えば、米国特許第４、７６
３、９７４号、サニヤバーン（Ｔｈａｎｉｙａｖａｒ
ｎ）、に記載の結合導波路形干渉計を挙げることがで
き、これは１アクティブ入力と１アクティブ出力を持つ
結合導波路形干渉計の場合である。
は、４セクションの反転Δβを用いる方向性カプラのス
イッチング・ダイアグラムを示し、またこのアルファー
ネスの報告の図１３は６セクション・反転Δβデバイス
のスイッチング・ダイアグラムを示す。いずれか一方の
デバイスを用いるスイッチ・アレイは、Ｌ／ｌを次のよ
うな領域から選択する場合には一定のクロス状態電圧と
バー状態電圧で制御可能である。つまり、そのクロス状
態曲線とバー状態曲線が互いにほぼ平行でかつその縦軸
にもほぼ平行であるような領域である。さらに、本発明
の適用範囲は２アクティブ入力と２アクティブ出力を持
つ光スイッチの場合に限るものではなく、その他のスイ
ッチ構成にも適用可能で、例えば、米国特許第４、７６
３、９７４号、サニヤバーン（Ｔｈａｎｉｙａｖａｒ
ｎ）、に記載の結合導波路形干渉計を挙げることがで
き、これは１アクティブ入力と１アクティブ出力を持つ
結合導波路形干渉計の場合である。
【００４６】以上はシングル偏波のデバイスで説明した
が、それに加えて本発明は偏波独立またはデュアル偏波
の方向性カプラにも適用可能であり、その場合には、適
当な製作条件を選択しまたその電気光学物質を適当に配
向させて両偏波に対して同一のＬ／ｌ値と屈折率の電圧
誘導変化が生ずるように行う。以上の説明は、本発明の
一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれ
ば、本発明の種々の変形例が考え得るが、これらはいず
れも本発明の技術範囲に包含される。
が、それに加えて本発明は偏波独立またはデュアル偏波
の方向性カプラにも適用可能であり、その場合には、適
当な製作条件を選択しまたその電気光学物質を適当に配
向させて両偏波に対して同一のＬ／ｌ値と屈折率の電圧
誘導変化が生ずるように行う。以上の説明は、本発明の
一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれ
ば、本発明の種々の変形例が考え得るが、これらはいず
れも本発明の技術範囲に包含される。
【００４７】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の光スイッチ
のアレイの光スイッチ・システムや光スイッチ・ネット
ワークを用いることにより、そのシステム・アーキテク
チャを拡張することなく低漏話レベルが達成できそのレ
ベルで一定のクロス状態電圧とバー状態電圧により特注
でも高価でもない一般的な電圧ドライバで駆動すること
ができ、その結果その製造も動作も単純で容易になりま
たその許容範囲も緩和され経済的にも優れている。
のアレイの光スイッチ・システムや光スイッチ・ネット
ワークを用いることにより、そのシステム・アーキテク
チャを拡張することなく低漏話レベルが達成できそのレ
ベルで一定のクロス状態電圧とバー状態電圧により特注
でも高価でもない一般的な電圧ドライバで駆動すること
ができ、その結果その製造も動作も単純で容易になりま
たその許容範囲も緩和され経済的にも優れている。
【図１】従来の２×２光導波路形スイッチの機能的動作
を示す図である。
を示す図である。
【図２】従来の２×２光導波路形スイッチの機能的動作
を示す図である。
を示す図である。
【図３】従来の２セクション・反転Δβ方向性カプラの
平面図である。
平面図である。
【図４】従来の２セクション・反転Δβ方向性カプラ・
スイッチのスイッチング曲線を示す図である。
スイッチのスイッチング曲線を示す図である。
【図５】従来の２セクション・反転Δβ方向性カプラに
用いる動作領域を示す分解図である。
用いる動作領域を示す分解図である。
【図６】８×８再配置非閉塞形拡張ベネス・ネットワー
クに形成した従来の２セクションΔβスイッチング・ア
レイのバイアス電圧とスイッチング電圧を示す柱状図で
ある。
クに形成した従来の２セクションΔβスイッチング・ア
レイのバイアス電圧とスイッチング電圧を示す柱状図で
ある。
【図７】１６×１６厳密非閉塞形拡張一般化シャッフル
・ネットワークに形成した従来の２セクション・反転Δ
βスイッチング・アレイの入出力ステージのバイアス電
圧とスイッチング電圧を示す柱状図である。
・ネットワークに形成した従来の２セクション・反転Δ
βスイッチング・アレイの入出力ステージのバイアス電
圧とスイッチング電圧を示す柱状図である。
【図８】１６×１６厳密非閉塞形拡張一般化シャッフル
・ネットワークに形成した従来の２セクション・反転Δ
βスイッチング・アレイのセンタ・ステージのバイアス
電圧とスイッチング電圧を示す柱状図である。
・ネットワークに形成した従来の２セクション・反転Δ
βスイッチング・アレイのセンタ・ステージのバイアス
電圧とスイッチング電圧を示す柱状図である。
【図９】従来の“拡張”２×２光導波路形スイッチを示
す図である。
す図である。
【図１０】本発明の３セクション・反転Δβ方向性カプ
ラを示す斜視略図である。
ラを示す斜視略図である。
【図１１】図１０の方向性カプラの別の形の３セクショ
ンΔβ電極構造を示す平面図である。
ンΔβ電極構造を示す平面図である。
【図１２】本発明の３セクション・反転Δβ方向性カプ
ラ・スイッチのスイッチング曲線を示す図である。
ラ・スイッチのスイッチング曲線を示す図である。
【図１３】本発明の３セクション・デバイスの動作領域
を示す分解図である。
を示す分解図である。
【図１４】従来の２セクション・反転Δβカプラのプロ
セス感受性プロットを示し、このプロットは各デバイス
のクロス状態とバー状態の規格化電圧の変化をＬ／ｌの
変化の関数として示す図である。
セス感受性プロットを示し、このプロットは各デバイス
のクロス状態とバー状態の規格化電圧の変化をＬ／ｌの
変化の関数として示す図である。
【図１５】本発明の３セクション・反転Δβカプラのプ
ロセス感受性プロットを示し、このプロットは各デバイ
スのクロス状態とバー状態の規格化電圧の変化をＬ／ｌ
の変化の関数として示す図である。
ロセス感受性プロットを示し、このプロットは各デバイ
スのクロス状態とバー状態の規格化電圧の変化をＬ／ｌ
の変化の関数として示す図である。
【図１６】従来の２セクション・反転Δβカプラのプロ
セス感受性プロットを示し、このプロットは各デバイス
のクロス状態とバー状態の規格化電圧の変化をＬ／ｌの
変化の関数として示す図である。
セス感受性プロットを示し、このプロットは各デバイス
のクロス状態とバー状態の規格化電圧の変化をＬ／ｌの
変化の関数として示す図である。
【図１７】本発明の３セクション・反転Δβカプラのプ
ロセス感受性プロットを示し、このプロットは各デバイ
スのクロス状態とバー状態の規格化電圧の変化をＬ／ｌ
の変化の関数として示す図である。
ロセス感受性プロットを示し、このプロットは各デバイ
スのクロス状態とバー状態の規格化電圧の変化をＬ／ｌ
の変化の関数として示す図である。
１ 光スイッチ ２ 光導波路 ３ 光導波路 ４ 制御電極 ５ 制御電極 １０ カプラ １１ 基板 １２ 光導波路 １３ 光導波路 １４ 電極ペア １５ 電極ペア １６ 電極ペア １８ａ 電極 １８ｂ 電極 １８ｃ 電極 １９ （中央）電極 １９ａ （中央）電極 １９ｂ （中央）電極 １９ｃ （中央）電極 ＳＷ１ スイッチ ＳＷ２ スイッチ ＳＷ３ スイッチ ＳＷ４ スイッチ
Claims (14)
- 【請求項１】 （Ａ）電気光学物質の基板（１１）内ま
たはこの基板上に形成した第１の光導波路（１２）と第
２の光導波路（１３）で、前記第１と前記第２の光導波
路を結合領域において互いに接近して配置し、この結合
領域はクロス状態スイッチング曲線とバー状態スイッチ
ング曲線を有する対応スイッチング・ダイアグラムから
選択した多数の結合路長を持ち、前記スイッチング・ダ
イアグラムは結合路長数に対応する第１の軸ならびにク
ロス状態電圧およびバー状態電圧に比例する第２の軸を
有し、前記結合路長数はそのクロス状態スイッチング曲
線とバー状態スイッチング曲線が互いにほぼ平行でかつ
その結合路長数に対応するこのスイッチング・ダイアグ
ラムの第１の軸にもほぼ平行であるようなこのスイッチ
ング・ダイアグラムの領域から選択した結合路長数であ
る前記第１と前記第２の光導波路と、 （Ｂ）クロス状態電圧に応答してクロス状態にまたバー
状態電圧に応答してバー状態に前記第１と前記第２の光
導波路を切り換えるためのこの結合領域における少なく
とも３ペアの反転Δβ電極（１４、１５、１６）とを有
することを特徴とする光導波路形光スイッチ（１０）。 - 【請求項２】 前記基板をニオブ酸リチウムから形成す
ることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。 - 【請求項３】 前記光導波路をチタン拡散によりその基
板に形成することを特徴とする請求項２に記載の光スイ
ッチ。 - 【請求項４】 前記光導波路をその結合領域において平
行に配置することを特徴とする請求項１に記載の光スイ
ッチ。 - 【請求項５】 前記電極をその基板の上面上に適当な薄
膜堆積法とフォトリソグラフィを用いて形成することを
特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。 - 【請求項６】 前記電極をその基板の上の絶縁膜上に適
当な薄膜堆積法とフォトリソグラフィを用いて形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。 - 【請求項７】 前記絶縁膜はＳｉＯ2 であることを特徴
とする請求項６に記載の光スイッチ。 - 【請求項８】 前記電極は、長さが等しく、等間隔に配
置され、およびその結合領域の光導波路に整合する電極
であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。 - 【請求項９】 前記光スイッチは３セクション・反転Δ
β方向性カプラであることを特徴とする請求項１に記載
の光スイッチ。 - 【請求項１０】 前記結合路長数はほぼ３であることを
特徴とする請求項９に記載の光スイッチ。 - 【請求項１１】 第１のペアと第２のペアと第３のペア
の３ペアの反転Δβ電極があり、各ペアは第１の電極と
第２の電極を有し、各ペアの第２の電極を中央電極（１
９ａ、１９ｂ、１９ｃ）として一体形成し、前記中央電
極は前記第２の光導波路（１３）をカバーしかつ前記第
１のペアの前記第１の電極（１８ａ）と動作可能な整合
位置関係にある位置（１９ａ）から前記第１の光導波路
〓（１２）をカバーしかつ前記第２のペアの第１の電極
（１８ｂ）と動作可能な整合位置関係にある第２の位置
（１９ｂ）に移動しさらに前記第２の光導波路（１３）
をカバーしかつ前記第３のペアの第１の電極（１８ｃ）
と動作可能な整合位置関係にある位置（１９ｃ）に移動
するような前記反転Δβ電極を有することを特徴とする
請求項１０に記載の光スイッチ。 - 【請求項１２】 前記光スイッチは１入力／１出力結合
光導波路形干渉計であることを特徴とする請求項１に記
載の光スイッチ。 - 【請求項１３】 前記光スイッチは偏波独立方向性カプ
ラであることを特徴とする請求項１に記載の光スイッ
チ。 - 【請求項１４】 複数の方向性カプラを有し低漏話レベ
ルにあって一定のクロス状態電圧とバー状態電圧で動作
可能な光スイッチング・アレイにおいて、 前記各方向性カプラ（１０）は、 （Ａ）電気光学物質の基板（１１）内またはこの基板上
に形成した第１の光導波路（１２）と第２の光導波路
（１３）で、前記第１と前記第２の光導波路を結合領域
において互いに接近して配置し、この結合領域はクロス
状態スイッチング曲線とバー状態スイッチング曲線を有
する対応スイッチング・ダイアグラムから選択した多数
の結合路長を持ち、前記スイッチング・ダイアグラムは
結合路長数に対応する第１の軸ならびにクロス状態電圧
およびバー状態電圧に比例する第２の軸を有し、前記結
合路長数はそのクロス状態スイッチング曲線とバー状態
スイッチング曲線が互いにほぼ平行でかつその結合路長
数に対応するこのスイッチング・ダイアグラムの第１の
軸にもほぼ平行であるようなこのスイッチング・ダイグ
ラムの領域から選択した結合路長数である前記第１と前
記第２の光導波路と、 （Ｂ）クロス状態電圧に応答してクロス状態にまたバー
状態電圧に応答してバー状態に前記第１と前記第２の光
導波路を切り換えるためのこの結合領域における少なく
とも３ペアの反転Δβ電極（１４、１５、１６）とを有
することを特徴とする光スイッチング・アレイ。
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