JPH0749511A - 導波型光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光伝送路の切替えを行うための広い波長領域
において高い消光比を有しかつ製造歩留まりの高い導波
型光スイッチを提供すること。 【構成】 ２入力２出力のマッハツェンダ干渉計型構成
の光スイッチング回路２２，２３，２４を２段に従属接
続して基板２１上に形成し、１段目のマッハツェンダ干
渉計型構成の光スイッチング回路２２の光結合率が１０
０％となる波長を１．５２μｍに設定し、２段目のマッ
ハツェンダ干渉計型構成の光スイッチング回路２３，２
４の光結合率が１００％となる波長を１．５８μｍに設
定して、波長１．５５波長帯の導波型光スイッチを構成
し、位相シフタ２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ全ての動作、非
動作によって出力を切替える。ここで、入力ポート１ａ
を用いたときには出力ポート２ａ，２ｃを使用し、入力
ポート１ｂを用いたときには出力ポート２ｂ，２ｄを使
用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野等に用いら
れる導波型光スイッチに関するものであり、さらに詳細
には、光ファイバ伝送路あるいは送信装置等の障害時に
伝送路の切替えを行う導波型切替光スイッチに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光スイッチは、光ファイバ通信シ
ステムにおける伝送路の障害時の切替用或いは光交換シ
ステム用と多数の分野において使用されるようになって
きている。この光スイッチとしては、ミラー、プリズム
あるいは光ファイバを動かすことにより動作させる機械
式スイッチ、平面基板上にフォトリソグラフィやエッチ
ングの技術により形成される導波路によって構成された
導波型光スイッチが開発されている。伝送路切替用スイ
ッチとしては、高速スイッチングが必要とされないた
め、機械式スイッチを使うことが可能である。

【０００３】しかし、障害時切替用スイッチは、例えば
数年に一度というようにごく希にしか動作させることが
ないので、機械式スイッチを用いることは、その信頼性
が低下する点で問題がある。このため、機構部品をもた
ない高性能な導波型光スイッチの実現が期待されてい
る。

【０００４】図２は、光伝送路の切替えを行うための従
来の導波型光スイッチの一構成例を示す平面図である。
ここで、基板１上に形成された方向性光結合器２及び３
は、近接した２本の光導波路４及び５から構成され、そ
の結合率はこの光スイッチを使用する光の波長で５０％
になるように設定されている。さらに、方向制結合器２
と３の間を連結する２本の光導波路４及び５の各光路長
は、光導波路４の途中に位置する位相シフタ４ａを動作
させない状態で同一になるように、即ち光導波路４と５
が対称になるように設定されている。

【０００５】入力ポート１ａから入射された信号光は、
位相シフタ４ａを動作させない状態ではそのほとんどが
出力ポート２ｂに出射され、出力ポート２ａからはほと
んど出射されない。ところが、光導波路４と５の間に１
８０°の光位相に相当する光路長差、即ち約１／２波長
に相当する光路長差が生じるように位相シフタ４ａを動
作させると、入力ポート１ａから入力された信号光は出
力ポート２ａから出射されるように切り替わり、光スイ
ッチとしての動作が達成される。

【０００６】このタイプの導波型光スイッチは、マッハ
ツェンダ干渉計型とも呼ばれ、比較的簡単な位相シフタ
４ａによりスイッチング作用を実現できることから、ガ
ラス光導波路を初めとする種々の光導波路材料を用いて
構成することが試みられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のマッハツェンダ干渉計型の導波型光スイッチで
は、消光比が低くかつ使用可能な波長幅が狭い。さら
に、製造歩留まりも低いという問題点があった。

【０００８】これらの問題点の詳細を以下に述べる。図
３は前述した導波型光スイッチにおける消光比の波長依
存特性を示す図であり、横軸は光の波長を、また縦軸は
消光比をそれぞれ表している。図３に示す特性は１．５
５μｍ波長用に設計製作された光スイッチのもので、こ
の消光比の波長依存特性は光スイッチにおいて最も重要
な特性である。

【０００９】図２に示した光スイッチの出力ポート２ａ
及び２ｂにおける消光比ＥＲ_a 、ＥＲ_b は、それぞれ次
の(1)(2)式で定義される値である。

【００１０】 ＥＲ_a ＝−１０log （Ｐ_a-off ／Ｐ_a-on） …(1) ＥＲ_b ＝−１０log （Ｐ_b-on／Ｐ_a-off ） …(2) ここで、Ｐ_a-off ：位相シフタ非動作時の出力ポート２
ａからの出力 Ｐ_a-on ：位相シフタ動作時の出力ポート２ａからの出
力 Ｐ_b-off ：位相シフタ非道時の出力ポート２ｂからの出
力 Ｐ_b-on ：位相シフタ動作時の出力ポート２ｂからの出
力 である。

【００１１】また、図３において曲線ａは入力ポート１
ａから光を入射したときの出力ポート２ａにおける消光
比の波長特性を表し、曲線ｂは同様に入力ポート１ａか
ら光を入射したときの出力ポート２ｂにおける消光比の
波長特性を表している。出力ポート２ａ、出力ポート２
ｂにおける最大消光比は各々２９ｄＢ、２６ｄＢであ
り、また消光比が２５ｄＢ以上になる波長幅は各々９０
ｎｍ、２５ｎｍである。

【００１２】実際の光スイッチには３０ｄＢ以上の消光
比が求められることも多い。また１．５５μｍ波長帯の
光源も通常±３０ｎｍ程度の発振波長のバラツキがある
ので、その波長幅約６０ｎｍで高い消光比が必要とされ
る。

【００１３】このように、従来の導波型光スイッチで最
大消光比が３０ｄＢ以下になる原因としては、例えば次
の３つが挙げられる。第１の原因としては、偏波状態に
よって方向性光結合器の結合率及び位相シフタによる位
相シフト量が僅かに変化するため、第２の原因として
は、２つの方向性光結合器の結合率が僅かに異なるた
め、第３の原因としては、方向性光結合器の間を連結す
る２本の光導波路の光路長が厳密には等しくないためで
ある。

【００１４】前述した第１の原因は、導波路型光スイッ
チの本質的原因であり、また後者の２つの原因は制作精
度に起因するものであるが、これを解決するには光導波
路の寸法を０．０１μｍ以下にする等、種々のパラメー
タを従来の１／１０００の精度で製作する必要が有り、
現実的には不可能である。

【００１５】また、高い消光比を得られる波長幅が限ら
れるのは、方向性光結合器の結合率に大きな波長依存性
があり、また位相シフタによる位相シフト量にも波長依
存性があるため本質的なものである。

【００１６】さらに、図３に示すように最大消光比とな
る波長を使用波長１．５５μｍにするにも、方向性光結
合器の結合率が製作精度に敏感に影響されるため容易で
はないという問題も有していた。

【００１７】本発明の目的は上記の問題点に鑑み、光伝
送路の切替えを行うための広い波長領域において高い消
光比を有しかつ製造歩留まりの高い導波型光スイッチを
提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、平面基板上に形成された少なくとも１つ
の入力ポートと２つ以上の出力ポートとの間に接続さ
れ、２本の干渉計光導波路の少なくとも一方に設けられ
た位相シフタを有するマッハツェンダ干渉計型構成の光
スイッチング回路を備えた導波型光スイッチにおいて、
前記入力ポートと出力ポートとの間に前記光スイッチン
グ回路を２段以上従属して接続すると共に、１段目の前
記光スイッチング回路の光結合率が１００％となる波長
と、２段目以降の前記光スイッチング回路の光結合率が
１００％となる波長とを異なる波長に設定してなる導波
型光スイッチを提案する。

【００１９】

【作用】本発明によれば、入力ポートと出力ポートとの
間には前記マッハツェンダ干渉計型構成の光スイッチン
グ回路が２段以上従属して接続され、１段目の前記光ス
イッチング回路の光結合率が１００％となる波長と、２
段目以降の前記光スイッチング回路の光結合率が１００
％となる波長とが異なる波長に設定されている。これに
より、例えば前記１段目の光スイッチング回路の光結合
率が１００％となる波長を使用対象波長よりも長く設定
し、前記２段目以降の光スイッチング回路の光結合率が
１００％となる波長を前記使用対象波長よりも短く設定
すると、前記１段目の光スイッチング回路からは前記使
用対象波長を中心とした所定波長幅内の波長成分の光が
漏れる。該不要に漏れた光に対する前記２段目以降の光
スイッチング回路の結合率は前記使用対象波長に対する
結合率よりも低くなるが、前記２段目以降の光スイッチ
ング回路から不要に漏れる光の量は、前記１段目目及び
２段目以降の光結合率の相乗効果によりごく僅かな量と
なる。さらに、前記不要に漏れる光の量を低減可能な波
長幅は、前記１段目の光スイッチング回路と２段目以降
の光スイッチング回路における前記光結合率が１００％
となる波長の差に依存したものとなり、前記使用対象波
長を中心とした所定波長幅内において不要に漏れる光の
量は低減される。

【００２０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。以下の実施例では、光導波路としてシリコン基
板上に形成した石英系単一モード光導波路を使用し、位
相シフタとしてこの石英系光導波路上に装着した熱光学
位相シフタを用いている。これは、前述した組合わせが
単一モード光ファイバとの接続性に優れ低損失の光スイ
ッチを提供できるためである。しかし、本発明は、これ
らの組合わせに限定されるものではない。

【００２１】次に、本発明の第１の実施例を説明する。
図１は、本発明の導波型光スイッチの第１の実施例を示
す平面図であり、本第１の実施例は基本的な構成をなし
たものである。図において、２１はシリコン基板で、基
板上には入力ポート１ａ，１ｂ、出力ポート２ａ〜２
ｄ、及び３個のマッハツェンダ干渉計型の光スイッチン
グ回路（以下、マッハツェンダ干渉計回路と称する）２
２，２３，２４が形成されている。

【００２２】マッハツェンダ干渉計回路２２は、２つの
方向性光結合器２２ａ，２２ｂと、マッハツェンダ干渉
計回路２２を光スイッチング回路として動作させるため
に設けられた熱光学効果を利用した位相シフタ２２ｃと
から構成され、位相シフタ２２ｃは入力側の方向性光結
合器２２ａと出力側の方向性光結合器２２ｂとを接続す
る２つの干渉計光導波路（以下、光導波路と称する）２
２ｇ，２２ｈの内の一方光導波路２２ｈの途中に設けら
れている。

【００２３】マッハツェンダ干渉計回路２３，２４のそ
れぞれも同様に、方向性光結合器２３ａ，２３ｂ，２４
ａ，２４ｂ、位相シフタ２３ｃ，２４ｃ及び干渉計光導
波路２３ｇ，２３ｈ，２４ｇ，２４ｈによって構成され
ている。

【００２４】また、マッハツェンダ干渉計回路２２の２
つの入力端は入力ポート１ａ，１ｂに接続されると共
に、２つの出力端は光導波路１１ａ，１１ｂによってマ
ッハツェンダ干渉計回路２３，２４のそれぞれの一方の
入力端に接続されている。さらに、マッハツェンダ干渉
計回路２３，２４のそれぞれの２つの出力端は出力ポー
ト２ａ〜２ｄに接続されている。

【００２５】図４の(a)(b)は、図１に示す光スイッチの
ＡＡ’線矢視方向及びＢＢ’線矢視方向の断面を示す拡
大図である。図において、２２ｇ、２２ｈは前述した干
渉計光導波路で、シリコン基板２１上に石英系ガラス材
料により形成された石英系光導波路からなる。

【００２６】光導波路２２ｇ、２２ｈは、２箇所で互い
に近接して方向性光結合器２２ａ、２２ｂを形成し、こ
の２つの方向性光結合器２２ａ，２２ｂにより図１の平
面図に示されたマッハツェンダ干渉計回路２２が構成さ
れている。光導波路２２ｇ、２２ｈは、膜厚５０μｍ程
度のＳｉＯ₂ 系ガラス層２１ｂに埋設され、断面寸法８
μｍ×８μｍ程度であり、ガラス層２１ｂに比べて屈折
率が０．３％程度高いＳｉＯ₂ −ＧｅＯ₂ 系ガラスコア
部で形成されている。

【００２７】このような石英系光導波路は四塩化シリコ
ンや四塩化チタンの火炎加水分解反応を利用したガラス
膜堆積技術と反応性イオンエッチングによる微細加工技
術との公知の組合わせで形成することができる。

【００２８】方向性光結合器２２ａ、２２ｂは、各々２
本の光導波路２２ｇ，２２ｈを数μｍ間隔を保ち、若干
の距離にわたって平行に配置することにより構成されて
いる。方向性光結合器２２ａ、２２ｂを結ぶ光導波路２
２ｇ、２２ｈの長さは製作精度限界の範囲で等しくなる
ように設定されている。光導波路２２ｈの真上のガラス
層２１ｂ上には、熱光学効果を利用した位相シフタとし
てクロム金属膜製の薄膜ヒータ２２ｃが、５０μｍ幅、
４ｍｍ長程度にわたって配置されている。

【００２９】マッハツェンダ干渉計回路２２に光導波路
１１ａ、１１ｂを介して接続された他の２つのマッハツ
ェンダ干渉計回路２３，２４も、構成としてはマッハツ
ェンダ干渉計回路２２と全く同じである。

【００３０】本実施例の光スイッチは１．５５μｍ波長
帯で動作するよう設計されており、マッハツェンダ干渉
計回路２２を構成する方向性光結合器２２ａ、２２ｂは
波長１．５２μｍで結合率が５０％になるように、また
マッハツェンダ干渉計回路２３，２４を構成する方向性
光結合器２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂは波長１．５
８μｍで結合率が５０％になるようにそれぞれ設定され
ている。これにより、マッハツェンダ干渉計回路２２
は、波長１．５２μｍで１００％の光結合率を、また波
長１．５５μｍで約９９％の光結合率を有するものとな
る。また、マッハツェンダ干渉計回路２３，２４は、波
長１．５８μｍで１００％の光結合率を、また波長１．
５５μｍで約９９％の光結合率を有するものとなる。

【００３１】次に、前述の構成よりなる第１の実施例の
動作について説明する。第１の実施例における光スイッ
チで高い消光比を実現するには、入力ポートを１ａとし
た場合は出力ポートとしては２ａ、２ｃを、入力ポート
を１ｂとした場合は出力ポートとしては２ｂ、２ｄを選
ぶ必要がある。

【００３２】即ち、入力ポート１ａから１．５５μｍ帯
の光を入射させた時、全ての位相シフタに電力を印加し
ない場合は、ほとんどの光はマッハツェンダ干渉計回路
の原理からマッハツェンダ干渉計回路２３に伝搬されて
出力ポート２ａから出射される。

【００３３】しかし、方向性光結合器２２ａ，２２ｂの
結合率が正確に５０％でない波長においては、結合率の
５０％からのずれに応じてマッハツェンダ干渉計回路２
４にも一部の光が漏れて伝搬する。このように漏れてマ
ッハツェンダ干渉計回路２４に伝搬した光のほとんどは
出力ポート２ｄに出射されるが、その光のごく一部が方
向性光結合器２４ａ，２４ｂの結合率５０％の波長から
のずれに応じて出力ポート２ｃにも出射される。しか
し、これら２つの相乗効果により出力ポート２ｃから出
力される光は極めて僅かな量になる。また、方向性光結
合器２２ａ，２２ｂの結合率と方向性光結合器２４ａ，
２４ｂの結合率がそれぞれ５０％になる波長を、動作中
心波長１．５５μｍに対して各々反対方向に僅かにずれ
るよう設定したことにより出力ポート２ｃに漏れてくる
光が少量となる波長領域は広くなる。

【００３４】一方、入力ポート１ａから入射した光を出
力ポート２ｃに出射させるようにするには、位相シフタ
２２ｃ，２４ｃを動作させ、１．５５μｍ帯の半波長に
相当する光路長差を誘起するようにする。これにより、
ほとんどの光はマッハツェンダ干渉計回路２４に伝搬さ
れて出力ポート２ｃから出射される。このとき位相シフ
タ２２ｃの熱光学効果により誘起される光路長差にも波
長依存性があるため、正確に半波長の光路長差が設定さ
れた波長以外の光はマッハツェンダ干渉計回路２３に漏
れてしまう。

【００３５】しかし、マッハツェンダ干渉計回路２３の
位相シフタ２３ｃを１．５５μｍ帯の半波長の光路長差
を生ずるよう動作させることにより、マッハツェンダ干
渉計回路２３に漏れた光のほとんどが出力ポート２ｂか
ら出射され、出力ポート２ａに出射される光は前述と同
様に極めて僅かな量になり、高い消光比が実現できる。

【００３６】従って、前述したように位相シフタ２２ｃ
は波長１．５２μｍ、位相シフタ２３ｃ，２４ｃは波長
１．５８μｍに対して半波長の光路長差を誘起するよう
にそれぞれの位相シフタ２２ｃ，２３ｃ，２４ｃを動作
させることにより、３つの位相シフタを動作した時に出
力ポート２ａに漏れてくる光が非常に少なくなり且つ挿
入損失も低くなる波長領域を広げることができる。

【００３７】図５は、前述した第１の実施例の導波型光
スイッチについて出力ポート２ａ，２ｃにおける消光比
の波長特性を実測した結果を示す図である。図におい
て、横軸は光の波長を表し、縦軸は消光比を表してい
る。また、曲線ａは出力ポート２ａ、曲線ｃは出力ポー
ト２ｃに対する消光比の波長特性曲線である。

【００３８】この実測においては、出力ポート２ａから
出力ポート２ｃに光を切替えるため、前述したように、
マッハツェンダ干渉計回路２２の位相シフタ２２ｃは波
長１．５２μｍの半波長の光路長差が、またマッハツェ
ンダ干渉計回路２３，２４の位相シフタ２３ｃ，２４ｃ
には波長１．５８μｍの半波長の光路長差がそれぞれ生
ずるように、位相シフタ２２ｃの薄膜ヒータには０．４
７Ｗ、位相シフタ２３ｃ、２４ｃの薄膜ヒータには０．
４９Ｗのパワーを印加した。

【００３９】この結果、図５に示すように出力ポート２
ａ，２ｂにおける最大消光比は各々５５ｄＢ、４５ｄＢ
と高くなると共に、消光比４０ｄＢ以上となる波長幅が
出力ポート２ａ、２ｂで各々１８０ｎｍ、９０ｎｍと広
く、かつ中心波長１．５５μｍ近傍で波長に対して平坦
な特性を有するものとなった。尚、消光比の偏波による
変動は消光比４０ｄＢ以上となる波長域において約±１
ｄＢであり、実用上ほとんど問題ない程度であった。

【００４０】ここで、本実施例の光スイッチの寸法及び
挿入損失について述べておくと、寸法は長さ４５ｎｍ、
幅５ｍｍで、長さはマッハツェンダ干渉計回路を２段に
接続しているため、従来の光スイッチの約２倍になって
いるものの、挿入損失は約０．５ｄＢで石英系光導波路
の損失が小さいため十分に小さい値となっている。

【００４１】次に、本発明の第２の実施例を説明する。
図６は、本発明の導波型光スイッチの他の実施例を示す
平面図である。図において、前述した第１の実施例と同
一構成部分は同一符号を持って表す。即ち、２１はシリ
コン基板で、基板上には入力ポート１ａ、出力ポート２
ａ，２ｂ、及び３個のマッハツェンダ干渉計回路２
２’，２３’，２４’が形成されている。

【００４２】マッハツェンダ干渉計回路２２’は、入力
側に配置されたＹ分岐回路２２ｅ、出力側に配置された
方向性光結合器２２ｂ及びマッハツェンダ干渉計回路２
２’を光スイッチング回路として動作させるために設け
られた熱光学効果を利用した位相シフタ２２ｃとから構
成され、位相シフタ２２ｃはＹ分岐回路２２ｅと方向性
光結合器２２ｂとを接続する２つの光導波路２２ｇ’，
２２ｈの内の一方の光導波路２２ｈの途中に設けられて
いる。

【００４３】マッハツェンダ干渉計回路２３’は、２つ
のＹ分岐回路２３ｅ，２３ｆと、マッハツェンダ干渉計
回路２３’を光スイッチング回路として動作させるため
に設けられた熱光学効果を利用した位相シフタ２３ｃと
から構成され、位相シフタ２３ｃはＹ分岐回路２３ｅの
２つの出力端とＹ分岐回路２３ｆの２つの入力端とを接
続する２つの光導波路２３ｇ，２３ｈ’の内の一方の光
導波路２３ｇの途中に設けられている。

【００４４】また、マッハツェンダ干渉計回路２４’も
同様に、２つのＹ分岐回路２４ｅ，２４ｆと位相シフタ
２４ｃとから構成され、位相シフタ２４ｃはＹ分岐回路
２４ｅの２つの出力端とＹ分岐回路２４ｆの２つの入力
端とを接続する２つの光導波路２４ｇ，２４ｈの内の一
方の光導波路２４ｇの途中に設けられている。

【００４５】また、マッハツェンダ干渉計回路２２’の
入力端は入力ポート１ａに接続され、２つの出力端は光
導波路１１ａ，１１ｂによってマッハツェンダ干渉計回
路２３’，２４’のそれぞれの入力端に接続されてい
る。さらに、マッハツェンダ干渉計回路２３’，２４’
のそれぞれの出力端は出力ポート２ａ，２ｂに接続され
ている。

【００４６】前述した第１の実施例の光スイッチは、３
つのマッハツェンダ干渉計回路をすべて２つの方向性光
結合器からなる２入力２出力の光スイッチング回路によ
って構成すると共にこれらを組み合わせ、複数の入出力
ポートの中から実際に使用する入力ポート及び出力ポー
トを選択して高い消光比が実現できる１入力２出力の光
スイッチとして使用しているのに対し、第２の実施例の
光スイッチでは、初段のマッハツェンダ干渉計回路２
２’にＹ分岐回路２２ｅと方向性光結合器２２ｂとを備
えて１入力２出力の光スイッチング回路を構成すると共
に、２段目の２つのマッハツェンダ干渉計回路２３’，
２４’に２つのＹ分岐回路２３ｅ，２３ｆ，２４ｅ，２
４ｆを備えて１入力１出力のオンオフ光スイッチング回
路を構成し、全体として１入力２出力の光スイッチとし
ている。

【００４７】さらに、第２の実施例では、位相シフタ２
２ｃ，２３ｃ，２４ｃを全て動作させない場合、入力ポ
ート１ａに入射した波長１．５５μｍ帯の光がマッハツ
ェンダ干渉計回路２２’から全て光導波路１１ｂを介し
てマッハツェンダ干渉計回路２４’に伝搬するように、
Ｙ分岐回路２２ｅと方向性光結合器２２ｂを結ぶ光導波
路２２ｇ’と２２ｈの長さの差が半波長の光路長差がつ
くように設定されると共に、方向性光結合器２２ｂの波
長１．５５μｍにおける結合率が５０％になるように設
定されている。

【００４８】マッハツェンダ干渉計回路２４’は、入射
した光を全て出力ポート２ｂから出射させるために、Ｙ
分岐回路２４ｅ，２４ｆを結ぶ２本の光導波路２４ｇ，
２４ｈの長さは製作精度の限界内で等しくなるように設
定されている。このようにしても僅かに光導波路１１ａ
を介してマッハツェンダ干渉計回路２３’に漏れる光が
存在するが、この光が出力ポート２ａから出射せず外部
へ放射されるようにマッハツェンダ干渉計回路２３’で
は２本の光導波路２３ｇ、２３ｈ’の長さの差が半波長
の光路長差となるように設定されている。

【００４９】即ち、マッハツェンダ干渉計回路２２’，
２３’のそれぞれにおける２本の光導波路２２ｇ’，２
２ｈ，２３ｇ，２３ｈ’の長さの差は、広い波長範囲で
出力ポート２ａにおける消光比が高くなるように、マッ
ハツェンダ干渉計回路２２’では０．５２４μｍ（波長
１．５２μｍの半波長に相当）に、またマッハツェンダ
干渉計回路２３’では０．５４５μｍ（波長１．５８μ
ｍの半波長に相当）にそれぞれ設定されている。

【００５０】一方、入力ポート１ａから入射した光を出
力ポート２ａに切替えて出射するには、位相シフタ２２
ｃ，２３ｃ，２４ｃの全てを動作させる。これにより、
位相シフタ２２ｃは、光を導波路１１ａに伝搬させるよ
うに波長１．５２μｍの１波長に相当する位相シフト量
を与える（２本の光導波路間の光路長差は１．５波長に
なる）。また、位相シフタ２３ｃは、入射してきた１．
５５μｍ帯の光のほとんどが出力ポート２ａから出射す
るように、２本の光導波路２３ｇ，２３ｈ’間の光路長
差が波長１．５８μｍの１波長に相当するような位相シ
フト量を与える。さらに、位相シフタ２４ｃは、マッハ
ツェンダ干渉計回路２２’から漏れてきた光が出力ポー
ト２ｂから出射されず導波路外に放射されるように、２
本の光導波路２４ｇ，２４ｈ間の光路長差が波長１．５
８μｍの半波長に相当するような位相シフト量を与え
る。

【００５１】このようにして、設計・製作・動作させた
光スイッチは、出力ポート２ａ，２ｂにおける最大消光
比は各々４３ｄＢ，４７ｄＢ、消光比が４０ｄＢ以上と
なる波長幅は各々７０ｎｍ、９０ｎｍ、挿入損失０．７
ｄＢと優れた特性を有していた。

【００５２】尚、第１の実施例では２つの方向性光結合
器からなる２入力２出力のマッハツェンダ干渉計回路２
２，２３，２４を用い、これらを２段に従属接続して構
成した光スイッチを、また第２の実施例ではＹ分岐回路
を用いた１入力２出力のマッハツェンダ干渉計回路２
２’と１入力１出力のマッハツェンダ干渉計回路２
３’，２４’を従属接続して構成した光スイッチについ
て説明したが、本発明はこれらの構成に限定されるもの
ではない。少なくとも３つのマッハツェンダ干渉計回路
を用い、任意の組合わせにより全体として１入力２出力
の光スイッチを構成できれば、同様の効果を得ることが
できる。

【００５３】また、できるだけ広い波長域で消光比を高
くするように、第１の実施例では初段と２段目のマッハ
ツェンダ干渉計回路を構成する方向性光結合器の結合率
が５０％になる波長が、使用する波長帯の中心波長より
一方は長く、他方が短くなるように設定した光スイッチ
について説明し、また第２の実施例では初段と２段目の
マッハツェンダ干渉計回路における２本の光導波路の光
路長差が一方は使用する波長帯の中心波長より長い波長
の半波長に相当するように、また他方は短い波長の半波
長に相当するようにそれぞれ設定した光スイッチについ
て説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

【００５４】本発明の趣旨は、初段と２段目以降のマッ
ハツェンダ干渉計回路の消光比が最も良くなる波長を使
用中心波長より一方は長く、他方は短く設定することに
より全体として高い消光比の光スイッチを構成すること
にあり、方向性光結合器の結合率による設定と光導波路
の長さの差による設定が混在した形でもなんら変わりは
ない。

【００５５】さらに、第１及び第２の実施例では、３つ
のマッハツェンダ干渉計回路を用い、これらを２段に従
属接続した例について説明したが、３段以上接続して１
入力２出力の光スイッチを構成しても良いことは言うま
でもない。

【００５６】また、第１及び第２の実施例においては、
シリコン基板２１上の石英系光導波路により光スイッチ
を構成したが、基板２１はシリコンに限定されず、石英
ガラス基板を用いることも可能である。また、前述した
ように、本発明はこれら石英系光導波路に限定されるも
のではなく、他の導波路材料系、例えば多成分ガラス導
波路系やニオブ酸リチウム導波路系にも適用できること
は言うまでもないことである。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、平面
基板上に形成された複数のマッハツェンダ干渉計型構成
の光スイッチング回路を２段以上に従属接続し、１段目
の前記光スイッチング回路の光結合率が１００％となる
波長を、２段目以降の前記光スイッチング回路の光結合
率が１００％となる波長とは異なる波長に設定したた
め、前記１段目の光スイッチング回路から不要に漏れた
光の量は、前記２段目以降の光スイッチング回路におい
て低減されて出力されるので、高い消光比の導波型光ス
イッチを得ることができる。さらに、前記２段目以降の
光スイッチング回路から不要に漏れ出る光の量を低減で
きる波長幅は、前記１段目の光スイッチング回路と２段
目以降の光スイッチング回路における前記光結合率が１
００％となる波長の差に依存したものとなるので、これ
らの波長を適宜設定することにより広い波長領域で高い
消光比を得ることができる。また、従来とほぼ同様の精
度にて製作することができるので、製造歩留まりを高め
ることができ、低価格な導波路型光スイッチを提供する
ことができる。これにより、本発明の導波型光スイッチ
は光ファイバ伝送路或いは送信装置等の障害時における
伝送路の切替え用等として多くの需要が期待され、産業
上大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導波型光スイッチの第１の実施例の構
成を示す平面図

【図２】従来の導波型光スイッチの構成を示す平面図

【図３】従来の導波型光スイッチの消光比波長依存性を
示す特性図

【図４】図１のＡＡ´線矢視方向及びＢＢ´線矢視方向
の断面図

【図５】本発明の第１の実施例の消光比波長依存性を示
す特性図

【図６】本発明の導波型光スイッチの第２の実施例の構
成を示す平面図

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…入力ポート、２ａ〜２ｄ…出力ポート、１
１ａ，１１ｂ…光導波路、２１…基板、２１ｂ…ガラス
層、２２，２２’，２３，２３’，２４，２４’…マッ
ハツェンダ干渉計回路（マッハツェンダ干渉計型構成の
光スイッチング回路）、２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３
ｂ，２４ａ，２４ｂ…方向性光結合器、２２ｃ，２３
ｃ，２４ｃ…位相シフタ、２２ｅ，２３ｅ，２３ｆ，２
４ｅ，２４ｆ…Ｙ分岐回路、２２ｇ，２２ｇ’，２２
ｈ，２３ｇ，２３ｈ，２３ｈ’，２４ｇ，２４ｈ…干渉
計光導波路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面基板上に形成された少なくとも１つ
   の入力ポートと２つ以上の出力ポートとの間に接続さ
   れ、２本の干渉計光導波路の少なくとも一方に設けられ
   た位相シフタを有するマッハツェンダ干渉計型構成の光
   スイッチング回路を備えた導波型光スイッチにおいて、 前記入力ポートと出力ポートとの間に前記光スイッチン
   グ回路を２段以上従属して接続すると共に、 １段目の前記光スイッチング回路の光結合率が１００％
   となる波長と、２段目以降の前記光スイッチング回路の
   光結合率が１００％となる波長とを異なる波長に設定し
   てなることを特徴とする導波型光スイッチ。