JPH09297230A - Waveguide type modified 2x2 optical switch and waveguide type matrix optical switch - Google Patents

Waveguide type modified 2x2 optical switch and waveguide type matrix optical switch

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JPH09297230A
JPH09297230A JP8132669A JP13266996A JPH09297230A JP H09297230 A JPH09297230 A JP H09297230A JP 8132669 A JP8132669 A JP 8132669A JP 13266996 A JP13266996 A JP 13266996A JP H09297230 A JPH09297230 A JP H09297230A
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waveguide
optical
optical switch
switch
waveguides
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隆司 郷
Akira Himeno
明 姫野
Kuninori Hattori
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Masayuki Okuno
将之 奥野
Masahiro Yanagisawa
雅弘 柳澤
Katsuhide Onose
勝秀 小野瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the increasing of a circuit length caused by wave-guide extension parts of cross waveguides to be generated in a bus-non-dependent type constitution by laying out the waveguide extension part of cross waveguides being generated in-between and the waveguide extension part of cross waveguides in double gate type optical switch elements to be generated in a bus non-independent type in the same waveguide extension part en bloc. SOLUTION: When double gate type optical switch elements are used as a 2×2 optical switch element, cross waveguides 19, 29 of input line optical waveguides and output line optical waveguides in the double gate type optical switch elements are arranged at proximate positions in optical switch elements constituted by being paired. Moreover, when cross waveguides 31a, 32b to be generated in-between switch stages are arranged in the vicinity of the cross waveguides 19, 29 of input line optical waveguides and output line optical waveguides in the optical switch elements and then cross waveguides 19, 29, 31a, 32b of four places are constituted en bloc in one waveguide extension part 30.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野等で用
いる導波路型光スイッチに関し、特に、作製誤差に強く
消光比に優れており、かつ、光路長(回路長)が短く、
単一基板上にコンパクトに集積し得る導波路型変形2×
2光スイッチペア及びこれを用いた導波路型マトリクス
光スイッチのレイアウト構成に適用して有効な技術に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type optical switch used in the field of optical communication and the like, and in particular, it is resistant to fabrication errors and has an excellent extinction ratio, and has a short optical path length (circuit length).
Waveguide type deformation that can be compactly integrated on a single substrate 2 ×
The present invention relates to a technique effectively applied to a layout configuration of a two-optical switch pair and a waveguide type matrix optical switch using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光ファイバー、受光素子及び発光
素子の高性能化、低価格化により通信網における光化の
普及が進みつつあり、中継網においてはすでに大半の通
信回線が光ファイバー通信に置き換わっている。さら
に、光通信網は個別にノード間を結ぶポイント−ポイン
トの光通信から、アクセス網を加えた複数のノード間を
電気信号に変換することなく光信号のままで結ぶ網構造
の光通信網に発展させる時期を迎えている。これに必要
な光分岐結合器、光合分波器、光スイッチ等の各種光部
品の開発が急務となっている。その中でも、光スイッチ
(特に厳密ノンブロッキングなスイッチが可能であるマ
トリクス光スイッチ)は、光ファイバー回線を需要に応
じて自在に切り替えたり、回線故障の際の迂回路確保の
ための切り替えで用いられる部品として必要性が高まっ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, optical fiber, light-receiving elements and light-emitting elements have become more and more popular due to cost reduction and optical communication in communication networks is becoming widespread. Almost all communication lines in relay networks have been replaced by optical fiber communication. There is. Further, the optical communication network is changed from point-to-point optical communication that individually connects nodes to optical communication network of a network structure in which a plurality of nodes including an access network are connected as optical signals without being converted into electric signals. It is time to develop. There is an urgent need to develop various optical components such as optical branching / coupling devices, optical multiplexer / demultiplexers, and optical switches. Among them, optical switches (especially matrix optical switches that can be strictly non-blocking switches) are used as components used for switching optical fiber lines freely according to demand, and for switching to secure detours in the event of line failure. The need is growing.

【0003】光スイッチの実現形態としては、バルク
型、導波路型等が提案されている。バルク型は、可動プ
リズムやレンズなどを構成要素として組み立られたもの
で、波長依存性が少なく、比較的低損失という利点があ
るが、しかし、組立調整工程が煩雑であり、量産には適
さず高価格であるという問題点があり、大きく普及する
に至っていない。導波路型は、フォトリソグラフィーや
各種エッチングなどを用いた微細加工技術を利用して作
製された平面基板上の光導波路を基本としており、量産
性、小型化等の面で優れており、将来型の光スイッチと
して期待されている。
A bulk type, a waveguide type, etc. have been proposed as an implementation form of the optical switch. The bulk type is composed of movable prisms and lenses as constituent elements, and has the advantage of less wavelength dependence and relatively low loss, but it is not suitable for mass production because the assembly adjustment process is complicated. There is a problem that it is expensive, and it has not spread widely. The waveguide type is based on an optical waveguide on a flat substrate that is manufactured using microfabrication technology using photolithography and various etchings, and is excellent in terms of mass productivity and miniaturization. Is expected as the optical switch of.

【0004】また、従来から、様々な材料系の光導波路
を用いてマトリクス光スイッチを作製する試みが成され
ているが、その中でも、シリコン基板上に作製される石
英系光導波路を用いて熱光学効果を活用した熱光学式マ
トリクス光スイッチは、安定性及び光ファイバーとの整
合性に優れており、実用的なマトリクス光スイッチの最
有力実現手段として期待されている。
[0004] Further, conventionally, attempts have been made to fabricate a matrix optical switch by using optical waveguides of various materials. Among them, a silica optical waveguide fabricated on a silicon substrate is used for heat generation. The thermo-optical matrix optical switch utilizing the optical effect is excellent in stability and compatibility with optical fibers, and is expected as the most promising means for realizing a practical matrix optical switch.

【0005】図9(a)は、本発明の対象とするN×N
マトリクス光スイッチの一例としての4×4マトリクス
光スイッチの構成概念図である。この4×4マトリクス
光スイッチは、4本の入力線光導波路1a-1d,2a-
2d,3a-3d,4a-4dと4本の出力線光導波路1
b-1c,2b-2c,3b-3c,4b-4cが4×4=
16箇所で交差する構成を持つ。この交差点には光スイ
ッチの最小単位としての2×2光スイッチ要素S11,
S12,…,S44が配置されている。これら各光スイ
ッチ要素はオン・オフ(ON/OFF)駆動により、図
9(b)に示すクロス状態から図9(c)に示すバー状
態に切り替わる。この様なマトリクス光スイッチは、厳
密ノンブロッキングな構成であり、かつ、任意の入力線
光導波路と出力線光導波路を接続するには、この入力線
光導波路とこの出力線光導波路が交差しているただ一つ
の交差点を接続すればよい。
FIG. 9A shows N × N which is the object of the present invention.
It is a structure conceptual diagram of a 4x4 matrix optical switch as an example of a matrix optical switch. This 4 × 4 matrix optical switch has four input line optical waveguides 1a-1d and 2a-
2d, 3a-3d, 4a-4d and four output line optical waveguides 1
b-1c, 2b-2c, 3b-3c, 4b-4c is 4 × 4 =
It has a structure that intersects at 16 points. At this intersection, a 2 × 2 optical switch element S11, which is the minimum unit of the optical switch,
S12, ..., S44 are arranged. Each of these optical switch elements is switched on / off (ON / OFF) to switch from the cross state shown in FIG. 9B to the bar state shown in FIG. 9C. Such a matrix optical switch has a strictly non-blocking configuration, and in order to connect an arbitrary input line optical waveguide and output line optical waveguide, this input line optical waveguide and this output line optical waveguide intersect. You only have to connect one intersection.

【0006】図10は、図9の4×4マトリクス光スイ
ッチに対応して、石英系単一モード導波路を用いて作製
された従来の熱光学式4×4導波路型マトリクス光スイ
ッチの全体平面配置図である。図11(a)は、各交点
の2×2スイッチ要素に用いた2重ゲート型2×2光ス
イッチ要素(特開平6-51354号公報)の拡大平面
図であり、図11(b),(c)は図11(a)のC-
C’線,D-D’線に沿って切った断面図である。
FIG. 10 shows an entire conventional thermo-optical 4 × 4 waveguide type matrix optical switch which is manufactured by using a silica single mode waveguide corresponding to the 4 × 4 matrix optical switch of FIG. FIG. FIG. 11 (a) is an enlarged plan view of a double gate type 2 × 2 optical switch element (Japanese Patent Laid-Open No. 6-51354) used for the 2 × 2 switch element at each intersection, and FIG. (C) is C- in FIG. 11 (a)
It is sectional drawing cut | disconnected along the C'line and the DD 'line.

【0007】これらの導波路は、火炎加水分解反応堆積
法と反応性イオンエッチング技術との公知の組み合わせ
により、シリコン基板上に作製されている。
These waveguides are formed on a silicon substrate by a known combination of the flame hydrolysis reaction deposition method and the reactive ion etching technique.

【0008】光スイッチ要素は、図11(a)に示した
ように、クロストークを無視できる角度θで互いに交差
する入力線光導波路11a-11bと出力線光導波路1
2a-12bにバイパス導波路13a-13bを加えた3
本の光導波路で構成され、2個のマッハツェンダー光干
渉計回路18a,18bを有している。
As shown in FIG. 11 (a), the optical switch element includes the input line optical waveguides 11a-11b and the output line optical waveguide 1 which intersect each other at an angle θ where crosstalk can be ignored.
2a-12b plus bypass waveguides 13a-13b 3
It is composed of a book optical waveguide and has two Mach-Zehnder interferometer circuits 18a and 18b.

【0009】すなわち、入力線光導波路11a-11b
とバイパス導波路13a-13bの一部は2箇所で互い
に近接し、方向性結合器14a及び15aを形成し、第
1のマッハツェンダー光干渉計回路を構成し、バイパス
導波路13a-13bと出力線光導波路12a-12bの
一部は2箇所で互いに近接し、方向性結合器14b及び
15bを形成し、第2のマッハツェンダー光干渉計回路
を構成している。
That is, the input line optical waveguides 11a-11b
And a part of the bypass waveguides 13a-13b are close to each other at two locations, form directional couplers 14a and 15a, constitute a first Mach-Zehnder interferometer circuit, and output the bypass waveguides 13a-13b. Part of the line optical waveguides 12a-12b are close to each other at two locations to form the directional couplers 14b and 15b, and form a second Mach-Zehnder interferometer circuit.

【0010】これら方向性結合器の光結合率は、信号光
波長において50%を目標に設定されている。これらマ
ッハツェンダー光干渉計回路において、2個の方向性結
合器を結んでいる2本の導波路の光路長の差は、オフ
(OFF)状において正確に信号波長の2分の1相当に
設定されており、この2本の導波路の少なくとも一方に
は、いわゆる熱光学効果を利用して光路長を変化させる
ための薄膜ヒータが装荷されている。
The optical coupling rate of these directional couplers is set to 50% at the signal light wavelength. In these Mach-Zehnder interferometer circuits, the difference in the optical path lengths of the two waveguides connecting the two directional couplers is accurately set to one-half the signal wavelength in the OFF state. At least one of the two waveguides is loaded with a thin film heater for changing the optical path length by utilizing the so-called thermo-optic effect.

【0011】OFF状態(薄膜ヒータ無通電)の時、第
1のマッハツェンダー光干渉計回路では、2個の方向性
結合器間を連結する2本の光導波路に信号波長の2分の
1の光路長差がつけられているので、2個の方向性結合
器の結合率が同じでさえあればその結合率の絶対値によ
らず、公知の干渉原理により入力線光導波路11a-1
1bに伝わる信号光は見かけ上バイパス導波路13a-
13bに伝わることなく100%入力線光導波路11a
-11bだけを伝搬するので、2×2光スイッチ要素全
体として見た場合、信号光は100%クロス経路で光ス
イッチ要素を通過する。
In the OFF state (non-energization of the thin film heater), in the first Mach-Zehnder interferometer circuit, the two optical waveguides that connect the two directional couplers are halved of the signal wavelength. Since the optical path lengths are different, if the coupling ratios of the two directional couplers are the same, regardless of the absolute value of the coupling ratios, the input line optical waveguide 11a-1 can be produced by the known interference principle.
The signal light transmitted to 1b is apparently the bypass waveguide 13a-
100% input line optical waveguide 11a without being transmitted to 13b
Since only -11b is propagated, when viewed as a 2 × 2 optical switch element as a whole, the signal light passes through the optical switch element with a 100% cross path.

【0012】仮に第1のマッハツェンダー光干渉計回路
でバイパス導波路13a-13bに信号光が漏れても、
この漏れ信号光は、第2のマッハツェンダー光干渉計回
路で第1のマッハツェンダー光干渉計回路同様の原理に
より、見かけ上バイパス導波路13a-13bだけを伝
搬し出力線光導波路12a-12bには伝わらないの
で、2×2光スイッチ要素全体として見た場合、バー経
路への光漏話は殆ど生じない。
Even if the first Mach-Zehnder interferometer circuit leaks signal light into the bypass waveguides 13a-13b,
This leakage signal light apparently propagates only through the bypass waveguides 13a-13b in the second Mach-Zehnder interferometer circuit and the same principle as the first Mach-Zehnder interferometer circuit, and then propagates to the output line optical waveguides 12a-12b. Is not transmitted, there is almost no optical crosstalk into the bar path when viewed as a 2 × 2 optical switch element as a whole.

【0013】これら2つのマッハツェンダー光干渉計に
おいて、2つの方向性結合器を結ぶ導波路の上に設けた
熱光学位相シフタを動作(薄膜ヒータに通電)させ、前
記2分の1相当の光路長差を打ち消しON状態とする
と、第1のマッハツェンダー光干渉計回路で入力線光導
波路11aに伝わる信号光はバイパス導波路13a-1
3bへ導かれ、さらに第2のマッハツェンダー光干渉計
回路で出力線光導波路12bへ導かれ、光スイッチ要素
の状態をバー経路に切り替えることができる。
In these two Mach-Zehnder interferometers, the thermo-optical phase shifter provided on the waveguide connecting the two directional couplers is operated (the thin film heater is energized), and the optical path equivalent to the half is obtained. When the length difference is canceled and the state is turned on, the signal light transmitted to the input line optical waveguide 11a in the first Mach-Zehnder interferometer circuit is bypassed by the bypass waveguide 13a-1.
3b, and further to the output line optical waveguide 12b by the second Mach-Zehnder interferometer circuit, the state of the optical switch element can be switched to the bar path.

【0014】このように2重ゲート型の2×2光スイッ
チ要素は、2段のマッハツェッンダー光干渉計回路18
a,18bからなる2重の関門で光漏話を制御している
ので、非常に高消光比の2×2光スイッチ要素を実現で
き、マトリクス光スイッチのシステムへの適用範囲を拡
げる観点から期待されている。
As described above, the double gate type 2 × 2 optical switch element is a two-stage Mach-Zehnder interferometer circuit 18
Since the optical crosstalk is controlled by the double barrier consisting of a and 18b, it is possible to realize a 2x2 optical switch element with an extremely high extinction ratio, and it is expected from the viewpoint of expanding the range of application of the matrix optical switch to the system. ing.

【0015】図14は、従来の他の2×2の導波路型光
スイッチを示す図であり、マッハツェンダー光干渉計回
路を1つしか用いない導波路型2×2光スイッチの例で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing another conventional 2 × 2 waveguide type optical switch, which is an example of the waveguide type 2 × 2 optical switch using only one Mach-Zehnder interferometer circuit. .

【0016】一方、N2個の2×2の導波路型光スイッ
チ要素を接続して構成されるN×Nの厳密ノンブロッキ
ングの導波路型光スイッチにおいて、前述の図10に示
すような接続による通常のマトリクス光スイッチに比べ
て、スイッチブロック段数が少なくなる構成として、図
12に示すような接続構成(パス無依存型構成)が知ら
れている(特公平6-66982号公報)。このパス無
依存型構成は、基本的には、第i行j列(ここでi,j
は整数、且つ1<i<N,j<N)の光スイッチ要素
の、下方の出力端子を第i+1行j+1列の光スイッチ
要素の上方の入力端子に接続し、上方の出力端子を第i
-1行j+1列の光スイッチ要素の下方の入力端子に接
続してマトリクス光スイッチが構成されている。
On the other hand, in an N × N strictly non-blocking waveguide type optical switch constructed by connecting N 2 2 × 2 waveguide type optical switch elements, the connection as shown in FIG. As a configuration in which the number of switch block stages is smaller than that of a normal matrix optical switch, a connection configuration (path independent type configuration) as shown in FIG. 12 is known (Japanese Patent Publication No. 6-66982). This path-independent configuration is basically the i-th row and j-th column (where i, j
Is an integer, and connects the lower output terminal of the optical switch element of 1 <i <N, j <N) to the upper input terminal of the optical switch element in the (i + 1) th row and the (j + 1) th column, and the upper output terminal of the i-th row.
A matrix optical switch is constructed by connecting to the input terminal below the optical switch element at row 1 and column j + 1.

【0017】このパス無依存型構成の光スイッチは、一
見すると通常のマトリクス構成の光スイッチと論理構成
が全く異なるように見えるが、任意の入力導波路と任意
の出力導波路を接続するにはただ1つの2×2の導波路
型光スイッチ要素を駆動すれば接続できるという論理構
成は通常のマトリクス光スイッチと同じである。
At first glance, this path-independent type optical switch seems to be completely different in logic configuration from the ordinary matrix type optical switch, but in order to connect an arbitrary input waveguide and an arbitrary output waveguide, The logical structure that can be connected by driving only one 2 × 2 waveguide type optical switch element is the same as a normal matrix optical switch.

【0018】以下にこの論理構成が従来と同じであるこ
とを説明する。図13(a)は、例えば、4×4のマト
リクススイッチにおける、いわゆる従来の接続構成を示
した図である。この接続構成は任意の入力線光導波路と
任意の出力線光導波路は必ず交差点を一つづつ持つ(例
えば1a-1dと1c-1bではS11を持つ)ので、厳
密ノンブロッキング動作が可能であり、かつ、任意の入
力線光導波路と出力線光導波路を接続するには、この入
力線光導波路とこの出力線光導波路が交差しているただ
一つの交差点を接続すれば良い。つまり、任意の入力線
光導波路と任意の出力線光導波路は必ず交差点を一つづ
つ持つという原則が守られれば、前記構成からスイッチ
要素の配置を変更しても論理構成は変わらない。
It will be described below that this logical configuration is the same as the conventional one. FIG. 13A is a diagram showing a so-called conventional connection configuration in, for example, a 4 × 4 matrix switch. In this connection configuration, an arbitrary input line optical waveguide and an arbitrary output line optical waveguide always have one intersection (for example, 1a-1d and 1c-1b have S11), so strict non-blocking operation is possible, and In order to connect an arbitrary input line optical waveguide and output line optical waveguide, it is sufficient to connect only one intersection where this input line optical waveguide and this output line optical waveguide intersect. That is, if the principle that an arbitrary input line optical waveguide and an arbitrary output line optical waveguide always have one intersection, the logical configuration does not change even if the arrangement of switch elements is changed from the above configuration.

【0019】まず、入力線導波路をそれぞれ二つに分け
て(例えば1a-1dは1a-1eと1f-1dに分け
る)、図13(b)に示したように配置すると、入力線
光導波路と出力線光導波路の交差点が新たに生じるの
で、S12,S13,S14,S23,S24,S34
のスイッチ要素をこの新たな交差点に移動することがで
きる。そして、二つに分けた入力線導波路を接続するた
めに、図13(c)に示したような円筒を考え、この表
面にこれら導波路を張り付けるようにして回路を配置す
ると、この分けた入力線導波路はスムーズに接続するこ
とができる。
First, the input line optical waveguide is divided into two parts (for example, 1a-1d is divided into 1a-1e and 1f-1d) and arranged as shown in FIG. 13B. And an output line optical waveguide are newly crossed, S12, S13, S14, S23, S24, S34
The switch elements of can be moved to this new intersection. Then, in order to connect the two divided input line waveguides, a cylinder as shown in FIG. 13C is considered, and when the circuits are arranged so that these waveguides are attached to this surface, this division is performed. The input line waveguide can be connected smoothly.

【0020】実際には、円筒上に回路を作製するわけで
はないので、図13(d)に示したように、この円筒上
の配置を平面上に2次元投影した配置で、平面の回路を
実現する。この構成は、各スイッチ要素間を接続する導
波路に交差が生じ、見た目は図13(a)と全く異なる
ものの、任意の入力線光導波路と任意の出力線光導波路
は必ず交差点を一つづつ持つという原則は変わらず、従
来と同じである。
Actually, since the circuit is not manufactured on the cylinder, as shown in FIG. 13D, the circuit on the plane is arranged by two-dimensionally projecting the arrangement on the cylinder onto the plane. To be realized. In this configuration, the waveguides connecting the respective switch elements intersect each other, and although the appearance is completely different from that of FIG. 13A, the arbitrary input line optical waveguide and the arbitrary output line optical waveguide always have one intersection. The principle of possessing has not changed and is the same as before.

【0021】ここでは、具体的に4×4のマトリクスス
イッチで説明を行なったが、同様の考えを適用すること
により、N×Nのマトリクススイッチでもこの構成は、
通常のマトリクス光スイッチと同じように、任意の入力
導波路と任意の出力導波路を接続するにはただ1つの2
×2の導波路型光スイッチ要素を駆動すれば接続できる
という論理構成になっていることが、容易に理解でき
る。
Here, although the description has been made specifically for the 4 × 4 matrix switch, by applying the same idea, this configuration can be applied to the N × N matrix switch.
Just like a normal matrix optical switch, you can connect any input waveguide to any output waveguide by using only one 2
It can be easily understood that the logical configuration is such that the waveguide optical switch element of × 2 can be connected by driving.

【0022】N×Nの厳密ノンブロッキングな導波路型
光スイッチは、2×2の導波路型光スイッチをまとめた
スイッチ段の段数が、通常のマトリクス構成では2N-
1段必要なのに対し、パス無依存型構成ではN段だけ必
要である。よって、パス無依存型構成は、通常のマトリ
クス構成に比べて、スイッチ段の段数を約半数に減らす
ことができるので、回路長(光路長)を大幅に短縮する
ことが期待できる。また、回路長(光路長)の短縮によ
り損失の減少も期待できる。
In the N × N strictly non-blocking waveguide type optical switch, the number of switch stages in which 2 × 2 waveguide type optical switches are combined is 2N− in a normal matrix configuration.
While one stage is required, only N stages are required in the path-independent configuration. Therefore, in the path-independent configuration, the number of switch stages can be reduced to about half as compared with the normal matrix configuration, and thus the circuit length (optical path length) can be expected to be significantly reduced. In addition, reduction in loss can be expected by shortening the circuit length (optical path length).

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
の技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventor has found the following problems as a result of studying the above conventional technology.

【0024】前記従来のパス無依存型構成では、スイッ
チ段段数間で各スイッチ要素を接続する導波路におい
て、マトリクス型構成ではなかった導波路間の交差が新
たに生じる。そこで、この交差点での損失及び導波路間
の漏話を抑えるために、ある程度の交差角でこの2本の
導波路を交差させる必要があり、そのため、この交差点
の前後に主として曲導波路で構成された導波路展開部5
1a,51b,51cを設ける必要があった。
In the conventional path-independent type structure, in the waveguide connecting each switch element between the number of switch stages, an intersection between the waveguides, which is not the matrix type structure, is newly generated. Therefore, in order to suppress the loss at this intersection and the crosstalk between the waveguides, it is necessary to intersect these two waveguides at a certain crossing angle. Therefore, it is mainly composed of curved waveguides before and after this intersection. Waveguide expansion part 5
It was necessary to provide 1a, 51b, 51c.

【0025】従って、通常のマトリクス型構成からパス
無依存型構成にしてスイッチブロック段数を減らして
も、逆に回路長(光路長)の増大をもたらす導波路展開
部が必要になるので、スイッチ段段数の減少による回路
長(光路長)短縮化の効果が充分に得られないという問
題があった。
Therefore, even if the number of switch block stages is reduced from the normal matrix type configuration to the path-independent type configuration, a waveguide expanding section that increases the circuit length (optical path length) is required on the contrary. There is a problem that the effect of shortening the circuit length (optical path length) due to the decrease in the number cannot be sufficiently obtained.

【0026】本発明の目的は、各光スイッチ要素に前述
の高消光比が得られる構成の光スイッチ要素を用い、か
つ、回路長(光路長)を大幅に短縮することができるパ
ス無依存型構成において、パス無依存型構成で生じる交
差導波路の導波路展開部がもたらす回路長(光路長)増
大の影響を抑える光導波路レイアウトとすることが可能
な技術を提供することにある。
An object of the present invention is to use an optical switch element having a constitution capable of obtaining the above-mentioned high extinction ratio for each optical switch element, and to reduce the circuit length (optical path length) significantly. An object of the present invention is to provide a technique capable of providing an optical waveguide layout that suppresses the influence of the increase in the circuit length (optical path length) caused by the waveguide expansion portion of the crossed waveguide that occurs in the path-independent configuration.

【0027】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すると、以
下のとおりである。
The outline of the representative one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0029】(1)2本の入力線光導波路及び2本の出
力線光導波路及び2本のバイパス光導波路よりなる導波
路型変形2×2光スイッチペアであって、入力部を第1
の入力線光導波路とし出力部を当該第1の入力線光導波
路と第1のバイパス光導波路とする第1の1×2光スイ
ッチと、入力部を第2の入力線光導波路とし出力部を当
該第2の入力線光導波路と第2のバイパス光導波路とす
る第2の1×2光スイッチと、入力部を前記第1の出力
線光導波路と前記第2のバイパス光導波路とし出力部を
前記第1の出力線光導波路とする第1の2×1光スイッ
チと、入力部を前記第2の出力線光導波路と前記第1の
バイパス光導波路とし出力部を前記第2の出力線光導波
路とする第2の2×1光スイッチで構成され、前記第1
の入力線導波路は、前記第1の1×2光スイッチを構成
した後に、前記第2の出力線導波路及び前記第2の入力
線導波路とこの順で交差し、前記第2の入力線導波路
は、前記第2の1×2光スイッチを構成した後に、前記
第1の出力線導波路及び前記第1の入力線導波路とこの
順で交差し、前記第1の出力線導波路は、前記第1の2
×1光スイッチを構成する前に、前記第2の出力線導波
路及び前記第2の入力線導波路とこの順で交差し、前記
第2の出力線導波路は、前記第2の2×1光スイッチを
構成した後に、前記第1の出力線導波路及び前記第1の
入力線導波路とこの順で交差し、これら合計4つの交差
は、前記第1の1×2光スイッチと前記第2の1×2光
スイッチと前記第1の2×1光スイッチと前記第2の2
×1光スイッチに囲まれる領域の中心近傍に位置する導
波路型変形2×2光スイッチである。
(1) A waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair consisting of two input line optical waveguides, two output line optical waveguides and two bypass optical waveguides, the input section of which is the first
And a first 1 × 2 optical switch having the input line optical waveguide as the output section and the output section as the first input line optical waveguide and the first bypass optical waveguide, and the input section as the second input line optical waveguide and the output section. A second 1 × 2 optical switch serving as the second input line optical waveguide and a second bypass optical waveguide; and an input section using the first output line optical waveguide and the second bypass optical waveguide as output sections. A first 2 × 1 optical switch that serves as the first output line optical waveguide; an input unit that serves as the second output line optical waveguide and the first bypass optical waveguide; and an output unit that serves as the second output line optical waveguide A second 2 × 1 optical switch as a waveguide,
Input line waveguide crosses the second output line waveguide and the second input line waveguide in this order after forming the first 1 × 2 optical switch, and the second input line waveguide The line waveguide intersects with the first output line waveguide and the first input line waveguide in this order after forming the second 1 × 2 optical switch, and The waveguide is the first 2
Before forming a × 1 optical switch, the second output line waveguide and the second input line waveguide are crossed in this order, and the second output line waveguide is connected to the second 2 × After constructing one optical switch, the first output line waveguide and the first input line waveguide are crossed in this order, and a total of four crossings are the same as those of the first 1 × 2 optical switch. A second 1 × 2 optical switch, the first 2 × 1 optical switch, and the second 2
It is a waveguide type modified 2 × 2 optical switch located near the center of the region surrounded by the × 1 optical switch.

【0030】(2)2M(Mは正の整数)本の入力線光
導波路及び2M本の出力線光導波路を少なくとも含む導
波路型マトリクス光スイッチであって、各々1本の入力
線光導波路と出力線光導波路よりなる導波路型2×2光
スイッチと、導波路型変形2×2光スイッチとを備え、
前記導波路型変形2×2光スイッチをM個並列に配置し
て第(2k−1)段を構成し(kは1以上M以下の整
数)、前記導波路型2×2光スイッチ、(M−1)個の
前記導波路型変形2×2光スイッチ、前記導波路型2×
2光スイッチをこの順に並列に配置して第2k段を構成
し、前記各段の間で前記2M本の入力線光導波路と前記
2M本の出力線光導波路の計4M本の光導波路を交差す
ることなく接続した導波路型マトリクス光スイッチであ
る。
(2) A waveguide type matrix optical switch including at least 2M (M is a positive integer) input line optical waveguides and 2M output line optical waveguides, each having one input line optical waveguide. A waveguide type 2 × 2 optical switch comprising an output line optical waveguide and a waveguide type modified 2 × 2 optical switch,
M pieces of the waveguide type modified 2 × 2 optical switches are arranged in parallel to form a (2k−1) th stage (k is an integer of 1 or more and M or less), and the waveguide type 2 × 2 optical switch, ( M-1) number of the waveguide type modified 2 × 2 optical switches, the waveguide type 2 ×
Two optical switches are arranged in parallel in this order to form a 2k-th stage, and a total of 4M optical waveguides of the 2M input-line optical waveguides and the 2M output-line optical waveguides are crossed between the respective stages. It is a waveguide type matrix optical switch that is connected without performing the above.

【0031】(3)(2M−1)(Mは2以上の正の整
数)本の入力線光導波路及び(2M−1)本の出力線光
導波路を少なくとも含む導波路型マトリクス光スイッチ
であって、各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路
よりなる導波路型2×2光スイッチと前記導波路型変形
2×2光スイッチペアを備えた(2M−1)段のスイッ
チ段で構成され、奇数番目のスイッチ段は前記導波路型
2×2光スイッチと(M−1)個の導波路型変形2×2
光スイッチペアをこの順に並列に配置して、構成され、
偶数番目のスイッチ段は(M−1)個の前記導波路型変
形2×2光スイッチペアと前記導波路型2×2光スイッ
チをこの順に並列に配置して構成され、前記各段の間で
前記(2M−1)本の入力線光導波路と前記(2M−
1)本の出力線光導波路の計2(2M−1)本の光導波
路を交差することなく接続した導波路型マトリクス光ス
イッチである。
(3) A waveguide type matrix optical switch including at least (2M-1) (M is a positive integer of 2 or more) input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides. And (2M-1) switch stages each including a waveguide type 2 × 2 optical switch consisting of one input line optical waveguide and one output line optical waveguide and the waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair. The odd-numbered switch stages are constituted by the waveguide type 2 × 2 optical switch and (M−1) waveguide type modified 2 × 2.
Optical switch pairs are arranged in parallel in this order to configure
The even-numbered switch stages are configured by arranging (M-1) pieces of the waveguide type modified 2 × 2 optical switch pairs and the waveguide type 2 × 2 optical switches in parallel in this order, and between the stages. And the (2M-1) input line optical waveguides and the (2M-)
1) A waveguide type matrix optical switch in which a total of 2 (2M-1) optical waveguides of output line optical waveguides are connected without crossing each other.

【0032】(4)(2M−1)(Mは2以上の正の整
数)本の入力線光導波路及び(2M−1)本の出力線光
導波路を少なくとも含む導波路型マトリクス光スイッチ
であって、各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路
よりなる導波路型2×2光スイッチと前記導波路型変形
2×2光スイッチペアを備えた(2M−1)段のスイッ
チ段で構成され、奇数番目のスイッチ段は、(M−1)
個の前記導波路型変形2×2光スイッチと前記導波路型
変形2×2光スイッチをこの順に並列に配置して構成さ
れ、偶数番目のスイッチ段は前記導波路型2×2光スイ
ッチと(M−1)個の前記導波路型変形2×2光スイッ
チペアをこの順に並列に配置して構成され、前記各段の
間で前記(2M−1)本の入力線光導波路と前記(2M
−1)本の出力線光導波路の計2(2M−1)本の光導
波路を交差することなく接続した導波路型マトリクス光
スイッチである。
(4) A waveguide type matrix optical switch including at least (2M-1) (M is a positive integer of 2 or more) input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides. And (2M-1) switch stages each including a waveguide type 2 × 2 optical switch consisting of one input line optical waveguide and one output line optical waveguide and the waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair. The odd-numbered switch stages are configured to be (M-1)
This waveguide-type modified 2 × 2 optical switch and the waveguide-type modified 2 × 2 optical switch are arranged in parallel in this order, and an even-numbered switch stage is the waveguide-type 2 × 2 optical switch. The (M-1) waveguide-type modified 2 × 2 optical switch pairs are arranged in parallel in this order, and the (2M-1) input line optical waveguides and the ( 2M
-1) A waveguide type matrix optical switch in which a total of 2 (2M-1) optical waveguides of output line optical waveguides are connected without crossing each other.

【0033】(5)前記(2)乃至(4)のうちいずれ
か1つの導波路型マトリクス光スイッチにおいて、前記
導波路型変形2×2光スイッチは、前記請求項1に記載
される導波路型変形光スイッチである。
(5) In the waveguide type matrix optical switch according to any one of (2) to (4), the waveguide type modified 2 × 2 optical switch is the waveguide according to claim 1. It is a modified optical switch.

【0034】(6)前記(2)乃至(5)のうちいずれ
か1つの導波路型マトリクス光スイッチにおいて、前記
導波路型2×2光スイッチは、1本の入力線光導波路と
1本の出力線光導波路と1本のバイパス光導波路よりな
り、入力部を前記入力線光導波路、出力部を前記入力線
光導波路及び前記バイパス光導波路とする1×2光スイ
ッチと、入力部を前記出力線光導波路及び前記バイパス
光導波路、出力部を前記出力線光導波路とする2×1光
スイッチを含み、前記1×2光スイッチと前記2×1光
スイッチの間で前記入力線光導波路と前記出力線光導波
路が交差している導波路型2×2光スイッチである。
(6) In the waveguide type matrix optical switch according to any one of (2) to (5), the waveguide type 2 × 2 optical switch includes one input line optical waveguide and one input line optical waveguide. A 1 × 2 optical switch including an output line optical waveguide and one bypass optical waveguide, the input section being the input line optical waveguide, the output section being the input line optical waveguide and the bypass optical waveguide, and the input section being the output A line optical waveguide, the bypass optical waveguide, and a 2 × 1 optical switch having an output unit as the output line optical waveguide are included, and the input line optical waveguide and the input line optical waveguide are provided between the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch. It is a waveguide type 2 × 2 optical switch in which output line optical waveguides intersect.

【0035】(7)前記(6)の導波路型マトリクス光
スイッチにおいて、前記1×2光スイッチ及び2×1光
スイッチは、2本の光導波路が2箇所で近接して2個の
方向性結合器を構成し、かつスイッチ駆動端子を備えた
マッハツェンダー干渉計回路である。
(7) In the waveguide type matrix optical switch of the above (6), in the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch, two optical waveguides are close to each other at two locations, and two directional characteristics are provided. It is a Mach-Zehnder interferometer circuit that constitutes a coupler and has a switch drive terminal.

【0036】(8)前記(6)の導波路型マトリクス光
スイッチにおいて、前記1×2光スイッチ及び2×1光
スイッチは、スイッチ駆動端子を備えたY分岐型スイッ
チである。
(8) In the waveguide type matrix optical switch of (6), the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch are Y-branch type switches having switch drive terminals.

【0037】(9)前記(6)の導波路型マトリクス光
スイッチにおいて、前記1×2光スイッチ及び2×1光
スイッチは、2本の光導波路が1箇所で近接し、かつス
イッチ駆動端子を備えた方向性結合器である。
(9) In the waveguide type matrix optical switch of the above (6), in the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch, two optical waveguides are close to each other at one place, and a switch drive terminal is provided. It is a directional coupler provided.

【0038】すなわち、本発明は、図11(a)、図1
1(d)又は図11(e)の2×2光スイッチを基本に
交差部が空間的に近接するように配置したものである。
交差部はこれにより、例えば、図11(a)の光スイッ
チを2個並列配置するもの(図11(f))に比べて図
のw方向の小型化が可能である。
That is, the present invention is shown in FIGS.
1 (d) or the 2 × 2 optical switch of FIG. 11 (e) is basically arranged so that the intersections are spatially close to each other.
As a result, for example, the crossing portion can be downsized in the w direction in the figure as compared with, for example, one in which two optical switches in FIG.

【0039】本願発明の導波路型光マトリクスは、前記
導波路型変形2×2光スイッチペアと図11(a)、図
11(d)又は図11(e)の2×2光スイッチを基本
構成として、前記の手段(2)乃至(9)のように配置
したものである。
The waveguide type optical matrix of the present invention is based on the waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair and the 2 × 2 optical switch of FIG. 11 (a), FIG. 11 (d) or FIG. 11 (e). As a constitution, it is arranged like the above-mentioned means (2) to (9).

【0040】現在多く用いている石英系ガラス等を用い
たガラス光導波路では、位相シフタとして薄膜ヒータを
用いた熱光学位相シフタを用い、導波路間の交差部では
交差角を20度以上とすることが好ましい。
In the glass optical waveguide using quartz glass or the like which is widely used at present, a thermo-optical phase shifter using a thin film heater is used as a phase shifter, and the crossing angle is 20 degrees or more at the intersection between the waveguides. It is preferable.

【0041】パス無依存型構成では、各光スイッチ要素
が、入力線光導波路と出力線光導波路の配置が正の向き
の光スイッチ要素と上下反転下向きの光スイッチ要素
が、交互市松模様に配置される。そのため、本発明のよ
うに2×2光スイッチ要素として2重ゲート型光スイッ
チ要素を用いた場合、2重ゲート型光スイッチ要素内の
入力線光導波路と出力線光導波路の交差導波路が、前述
のようにペアにして構成した光スイッチ要素において近
接した位置に配置される。
In the path-independent structure, the optical switch elements are arranged in a checkerboard pattern in which the optical switch elements in which the arrangement of the input line optical waveguide and the output line optical waveguide is in the positive direction and the optical switch elements in the vertically inverted downward direction are arranged. To be done. Therefore, when the double gate type optical switch element is used as the 2 × 2 optical switch element as in the present invention, the cross waveguide of the input line optical waveguide and the output line optical waveguide in the double gate type optical switch element is The optical switch elements configured as a pair as described above are arranged in close proximity.

【0042】そこで、スイッチ要素の出力端側のスイッ
チ段間で生じる入力線光導波路の交差導波路とスイッチ
要素の入力端側のスイッチ段間で生じる出力線光導波路
の交差導波路を、前述のペアにして構成した光スイッチ
要素に組み込んで構成することができる。さらに、前記
の光スイッチ要素内の入力線光導波路と出力線光導波路
の交差導波路の近傍にこれらスイッチ段間で生じる交差
導波路を配置することにより、これら4箇所の交差導波
路を一括して一つの導波路展開部で構成することができ
る。
Therefore, the cross waveguide of the input line optical waveguide generated between the switch stages on the output end side of the switch element and the cross waveguide of the output line optical waveguide generated between the switch stages on the input end side of the switch element are described above. It can be incorporated into an optical switch element configured as a pair. Further, by arranging the cross waveguide generated between these switch stages in the vicinity of the cross waveguide of the input line optical waveguide and the output line optical waveguide in the optical switch element, these four cross waveguides are integrated. It can be configured with one waveguide expanding section.

【0043】このように、パス無依存型で生じるスイッ
チ段間で生じている交差導波路の導波路展開部と、2重
ゲート型光スイッチ要素内の交差導波路の導波路展開部
を一括して同じ導波路展開部にレイアウトすることによ
り、スイッチ段間で生じている交差導波路の導波路展開
部を新たに設ける必要がなくなり、パス無依存型を取り
入れたことによる段数半減の効果を充分に引き出し、大
幅な回路長(光路長)短縮を行うことができ、高消光比
が得られる2重ゲート型光スイッチ要素を用いながらも
挿入損失の低減を図ることができる。
As described above, the waveguide development part of the cross waveguides generated between the switch stages which is generated in a path independent type and the waveguide development part of the cross waveguides in the double gate type optical switch element are collectively described. By laying out in the same waveguide expansion part, it is not necessary to newly provide the waveguide expansion part of the crossed waveguide generated between the switch stages, and the effect of reducing the number of stages by half by adopting the path independent type is sufficient. It is possible to drastically reduce the circuit length (optical path length), and it is possible to reduce the insertion loss while using the double gate type optical switch element that can obtain a high extinction ratio.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態(実施例)を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments (examples) of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0045】なお、実施形態を説明するための全図にお
いて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰
り返しの説明は省略する。
In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same functions are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0046】以下の実施形態では、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、光スイッチ要素として熱光学式マッハツェンダー光
干渉計回路型2×2光スイッチを採用した導波路型マト
リクス光スイッチについて説明する。これはこの組み合
わせが単一モード光導波路との接続性に優れ、しかも偏
波依存性の無い導波路型マトリクス光スイッチを提供で
きるためである。しかし、本発明は前記組み合わせに限
定されるものではない。
In the following embodiments, a silica single mode optical waveguide formed on a silicon substrate is used as an optical waveguide, and a thermo-optical Mach-Zehnder interferometer circuit type 2 × 2 optical switch is used as an optical switch element. The waveguide type matrix optical switch described above will be described. This is because this combination can provide a waveguide-type matrix optical switch having excellent connectivity with a single-mode optical waveguide and having no polarization dependence. However, the present invention is not limited to the above combination.

【0047】(実施形態1)図1及び図4は本発明によ
るN×Nマトリクス光スイッチの一実施例(特にN=2
Mの一例、M:正の整数)としての実施形態1の4×4
マトリクス光スイッチの概略構成を示す図である。
(Embodiment 1) FIGS. 1 and 4 show an embodiment of an N × N matrix optical switch according to the present invention (particularly N = 2).
4 × 4 of Embodiment 1 as an example of M, M: positive integer)
It is a figure which shows schematic structure of a matrix optical switch.

【0048】図1(a),(b),(c)は本実施形態
1に用いた2×2光スイッチ要素が2つペアになって配
置された本発明による導波型変形2×2光スイッチペア
を説明するための図であり、図1(a)は本実施形態1
の2×2マトリクス光スイッチ要素が2つペアになって
配置されている平面図、図1(b)は図1(a)に示す
A-A’線に沿って切った断面図、図1(c)は図1
(a)に示すB-B’線に沿って切った断面図である。
1 (a), 1 (b) and 1 (c) show the waveguide type deformation 2 × 2 according to the present invention in which two 2 × 2 optical switch elements used in the first embodiment are arranged in pairs. FIG. 1A is a diagram for explaining an optical switch pair, and FIG. 1A shows the first embodiment.
2 is a plan view in which two 2 × 2 matrix optical switch elements are arranged in pairs, FIG. 1B is a sectional view taken along line AA ′ shown in FIG. Figure 1 (c) is
It is sectional drawing cut | disconnected along the BB 'line shown to (a).

【0049】図1において、1はシリコン基板、2は石
英系ガラスクラッド層、11a-11b,21a-21b
は石英系入力線導波路コア、12a-12b,22a-2
2bは石英系出力線導波路コア、13a-13b,23
a-23bは石英系バイパス導波路コア、14a,14
b,15a,15b,24a,24b,25a,25b
は方向性結合器である。
In FIG. 1, 1 is a silicon substrate, 2 is a quartz glass clad layer, and 11a-11b and 21a-21b.
Is a silica-based input line waveguide core, 12a-12b, 22a-2
2b is a silica-based output line waveguide core, 13a-13b, 23
a-23b is a silica-based bypass waveguide core, 14a, 14
b, 15a, 15b, 24a, 24b, 25a, 25b
Is a directional coupler.

【0050】16a,16b,17a,17b,26
a,26b,27a,27bは薄膜ヒータ(位相シフ
タ)、18a,28aは第1マッハツェンダー干渉計回
路、18b,28bは第2マッハツェンダー干渉計回
路、19,29は2重ゲート型光スイッチ要素内の入力
線光導波路と出力線光導波路の交差導波路、31aはス
イッチ要素の出力端側のスイッチブロック間で生じる入
力線光導波路の交差導波路、31bはスイッチ要素の入
力端側のスイッチブロック間で生じる出力線光導波路の
交差導波路、30は導波路展開部である。
16a, 16b, 17a, 17b, 26
a, 26b, 27a and 27b are thin film heaters (phase shifters), 18a and 28a are first Mach-Zehnder interferometer circuits, 18b and 28b are second Mach-Zehnder interferometer circuits, and 19 and 29 are double gate type optical switch elements. , A cross waveguide of the input line optical waveguide and the output line optical waveguide, 31a is a cross waveguide of the input line optical waveguide generated between the switch blocks on the output end side of the switch element, 31b is a switch block on the input end side of the switch element A crossed waveguide of the output line optical waveguides generated between 30 and 30 is a waveguide development portion.

【0051】本実施形態1に用いた導波路型変形2×2
光スイッチにおける2×2光スイッチペアは、2本の入
力線光導波路及び2本のバイバス光導波路よりなり、入
力部を第1の入力線光導波路とし出力部を当該第1の入
力線光導波路と第1のバイパス光導波路とする第1の1
×2光スイッチと、入力部を第2の入力線光導波路とし
出力部を当該第2の入力線光導波路と第2のバイパス光
導波路とする第2の1×2光スイッチと、入力部を前記
第1の出力線光導波路と前記第2のバイパス光導波路と
し出力部を前記第1の出力線光導波路とする第1の2×
1光スイッチと、入力部を前記第2の出力線光導波路と
前記第1のバイパス光導波路とし出力部を前記第2の出
力線光導波路とする第2の2×1光スイッチよりなる。
Waveguide type deformation 2 × 2 used in the first embodiment
A 2 × 2 optical switch pair in an optical switch is composed of two input line optical waveguides and two bypass optical waveguides, the input section is a first input line optical waveguide, and the output section is the first input line optical waveguide. And a first bypass optical waveguide which is a first one
A × 2 optical switch, a second 1 × 2 optical switch having an input section as a second input line optical waveguide and an output section as the second input line optical waveguide and a second bypass optical waveguide, and an input section. A first 2 × in which the first output line optical waveguide and the second bypass optical waveguide are used and the output section is the first output line optical waveguide
And a second 2 × 1 optical switch in which the input section is the second output line optical waveguide and the first bypass optical waveguide and the output section is the second output line optical waveguide.

【0052】前記第1の入力線導波路は、前記第1の1
×2光スイッチを構成した後に、前記第2の出力線導波
路及び前記第2の入力線導波路とこの順で交差し、前記
第2の入力線導波路は、前記第2の1×2光スイッチを
構成した後に、前記第1の出力線導波路及び前記第1の
入力線導波路とこの順で交差し、前記第1の出力線導波
路は、前記第1の2×1光スイッチを構成する前に、前
記第2の出力線導波路及び前記第2の入力線導波路とこ
の順で交差し、前記第2の出力線導波路は、前記第2の
2×1光スイッチを構成した後に、前記第1の出力線導
波路及び前記第1の入力線導波路とこの順で交差し、こ
れら合計4つの交差は、前記第1の1×2光スイッチと
前記第2の1×2光スイッチと前記第1の2×1光スイ
ッチと前記第2の2×1光スイッチに囲まれる領域の中
心近傍に位置する。
The first input line waveguide is the first input line waveguide.
After constructing a × 2 optical switch, it intersects with the second output line waveguide and the second input line waveguide in this order, and the second input line waveguide is the second 1 × 2 After configuring an optical switch, the optical switch intersects with the first output line waveguide and the first input line waveguide in this order, and the first output line waveguide is the first 2 × 1 optical switch. Before configuring the second output line waveguide and the second input line waveguide in this order, the second output line waveguide includes the second 2 × 1 optical switch. After being configured, the first output line waveguide and the first input line waveguide are crossed in this order, and these four crossings in total are the first 1 × 2 optical switch and the second 1 It is located near the center of the area surrounded by the × 2 optical switch, the first 2 × 1 optical switch, and the second 2 × 1 optical switch.

【0053】そして、本実形態1では、前述の1×2光
スイッチ及び2×1光スイッチには、石英系ガラス導波
路では実績のあるスイッチ素子である2本の導波路が2
箇所で近接して2個の方向性結合器を構成し、かつ、ス
イッチ駆動素子を備えたマッハツェンダー干渉計を用い
ている。
In addition, in the present Embodiment 1, in the above-mentioned 1 × 2 optical switch and 2 × 1 optical switch, two waveguides, which are switch elements that have a proven track record in silica glass waveguides, are used.
A Mach-Zehnder interferometer having two directional couplers arranged close to each other and having a switch driving element is used.

【0054】前記導波路型変形2×2光スイッチペア
は、1×2光スイッチと2×1光スイッチを基本構成と
するものであるが、1×2光スイッチと2×1光スイッ
チには図1(a)に示すマッハツェンダー干渉計、図2
(a)に示すY分岐光導波路、図3(a)に示す方向性
結合器等を用いることが可能である。
The waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair has a basic structure of a 1 × 2 optical switch and a 2 × 1 optical switch. The Mach-Zehnder interferometer shown in FIG.
It is possible to use the Y-branch optical waveguide shown in (a), the directional coupler shown in FIG.

【0055】図4は本実施形態1の全体平面配置図であ
リ、SLUは図1の導波型変形2×2光スイッチペアが
配置されている領域であり、S23及びS41は図11
に示す従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素上下
同じ向き(「図11の向きに対して」という意味であ
る)で配置されている領域であり、S32及びS14は
図11に示す従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要
素上下逆向き(「図11の向きに対して」という意味で
ある)で配置されている領域である。1a-1d,2a-
2d,3a-3d,4a-4dは入力線光導波路、1c-
1b,2c-2b,3c-3b,4c-4bは出力線光導
波路、S11,S12,…,S44は2×2光スイッチ
要素、SLUは導波型変形2×2光スイッチペア、#
1,#2,…,#4は光スイッチ段である。
FIG. 4 is an overall plan layout of the first embodiment, SLU is a region where the waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair of FIG. 1 is arranged, and S23 and S41 are shown in FIG.
The conventional double-gate type 2 × 2 optical switch element shown in FIG. 11 is a region arranged in the same direction vertically (meaning “with respect to the direction of FIG. 11”), and S 32 and S 14 are shown in FIG. 11. This is a region in which the conventional double gate type 2 × 2 optical switch elements are arranged upside down (meaning “with respect to the direction of FIG. 11”). 1a-1d, 2a-
2d, 3a-3d, 4a-4d are input line optical waveguides, 1c-
1b, 2c-2b, 3c-3b, 4c-4b are output line optical waveguides, S11, S12, ..., S44 are 2 × 2 optical switch elements, SLU is a waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair, #
1, # 2, ..., # 4 are optical switch stages.

【0056】本実施形態1は、図1及び図4に示すよう
に、2重ゲート型光スイッチ要素とパス無依存型構成を
組み合わせ、かつ、2重ゲート型光スイッチ要素におい
て、正方向に配置される光スイッチ要素と上下反転して
配置される光スイッチ要素をペアにして導波型変形2×
2光スイッチペアを構成している。すなわち、光スイッ
チ段間で生じる導波路展開部の15a,15b,15c
の交差導波路31a,31bを、該導波型変形2×2光
スイッチペアに組み込んで構成し、更には、各スイッチ
要素内にある交差導波路を構成するための導波路展開部
と同一の導波路展開部30で一括して構成している点
が、従来の構成とは大きく異なる。
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, a double gate type optical switch element and a path independent structure are combined, and the double gate type optical switch element is arranged in the forward direction. Guided type deformation 2 ×
Two optical switch pairs are configured. That is, 15a, 15b, 15c of the waveguide expansion part generated between the optical switch stages
The crossed waveguides 31a and 31b are incorporated in the waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair, and further the same as the waveguide expansion section for constructing the crossed waveguides in each switch element. The point that the waveguide expansion unit 30 is collectively configured is significantly different from the conventional configuration.

【0057】パス無依存型構成は、各光スイッチ要素に
おいて、入力線光導波路11a-11bと出力線光導波
路12a-12bの配置が正の向きの光スイッチ要素と
上下反転下向きの光スイッチ要素が、交互市松模様に配
置される。そのため、2×2光スイッチ要素として2重
ゲート型光スイッチ要素を用いた場合、2重ゲート型光
スイッチ要素内の入力線光導波路11a-11b,21
a-21bと出力線光導波路12a-12b,22a-2
2bの交差導波路19,29が、前述のようにペアにし
て構成した導波型変形2×2光スイッチペアにおいて近
接した位置に配置される。そこで、スイッチ要素の出力
端側のスイッチ段間で生じる入力線光導波路11a-1
1b,21a-21bの交差導波路31aとスイッチ要
素の入力端側のスイッチ段間で生じる出力線光導波路1
2a-12b,22a-22bの交差導波路32bを、導
波型変形2×2光スイッチペアに組み込んで構成するこ
とができ、更には、前述の導波型変形2×2光スイッチ
ペア内の入力線光導波路11a-11b,21a-21b
と出力線光導波路12a-12b,22a-22bの交差
導波路19,29の近傍に配置することにより、これら
4箇所の交差導波路19,29,31a,32bを一括
して一つの導波路展開部30で構成することができる。
In the path-independent configuration, in each optical switch element, the optical switch element in which the arrangement of the input line optical waveguides 11a-11b and the output line optical waveguides 12a-12b is positive and the optical switch element in the upside-down inverted downward direction is arranged. , Arranged in an alternating checkered pattern. Therefore, when the double gate type optical switch element is used as the 2 × 2 optical switch element, the input line optical waveguides 11a-11b, 21 in the double gate type optical switch element are used.
a-21b and output line optical waveguides 12a-12b, 22a-2
The crossed waveguides 19 and 29 of 2b are arranged at positions close to each other in the waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair configured as a pair as described above. Therefore, the input line optical waveguide 11a-1 generated between the switch stages on the output end side of the switch element
Output line optical waveguide 1 generated between the cross waveguide 31a of 1b and 21a-21b and the switch stage on the input end side of the switch element
The crossed waveguides 32b of 2a-12b and 22a-22b can be incorporated into a waveguide-type modified 2 × 2 optical switch pair, and further, in the above-mentioned waveguide-type modified 2 × 2 optical switch pair. Input line optical waveguides 11a-11b, 21a-21b
And the output line optical waveguides 12a-12b, 22a-22b are arranged in the vicinity of the crossed waveguides 19, 29, so that these four crossed waveguides 19, 29, 31a, 32b are collectively expanded into one waveguide. The unit 30 can be used.

【0058】このように、パス無依存型で生じるスイッ
チ段間で生じている導波路展開部の51a,51b,5
1cの交差導波路31a,31bを、ペアにして構成し
た導波型変形2×2光スイッチペアに組み込んで構成す
ることにより、スイッチ段間で生じている交差導波路の
導波路展開部の51a,51b,51cを新たに設ける
必要がなくなり、パス無依存型を取り入れたことによる
ブロック半減の効果を充分に引き出し、大幅な回路長短
縮を行うことができた。
As described above, the waveguide expansion parts 51a, 51b, 5 generated between the switch stages which are generated in a path-independent manner.
By constructing the 1c crossed waveguides 31a and 31b in a paired waveguide-type modified 2 × 2 optical switch pair, the crossed waveguides 51a of the crossed waveguides are formed between the switch stages. , 51b and 51c are not required to be newly provided, the effect of halving the block due to the introduction of the path-independent type is sufficiently brought out, and the circuit length can be greatly shortened.

【0059】更に、このスイッチ段間で生じている交差
導波路31a,32bの導波路展開部と、2重ゲート型
光スイッチ要素内の交差導波路19,29の導波路展開
部を一括して同じ導波路展開部30にレイアウトするこ
とにより、導波路方向に垂直な横方向の大きさも含めた
回路サイズの縮小を行うことができた。
Further, the waveguide development portions of the cross waveguides 31a and 32b generated between the switch stages and the waveguide development portions of the cross waveguides 19 and 29 in the double gate type optical switch element are collectively described. By laying out the waveguides in the same waveguide expansion portion 30, the circuit size including the size in the lateral direction perpendicular to the waveguide direction can be reduced.

【0060】本実施形態1の4×4マトリックス光スイ
ッチは、図1(b)及び図1(c)に示すように、厚さ
1mm直径6インチのシリコン基板1上に、石英系導波
路2をSiCl4やGeCl4などの原料ガスの加水分解
反応を利用した石英系ガラス膜の堆積技術と反応性イオ
ンエッチング技術の組み合わせにより作製し、薄膜ヒー
タを真空蒸着法および化学エッチングにより作製した。
As shown in FIGS. 1B and 1C, the 4 × 4 matrix optical switch of Embodiment 1 has a silica-based waveguide 2 on a silicon substrate 1 having a thickness of 1 mm and a diameter of 6 inches. Was manufactured by a combination of a deposition technique of a silica-based glass film utilizing a hydrolysis reaction of a raw material gas such as SiCl 4 and GeCl 4 and a reactive ion etching technique, and a thin film heater was manufactured by a vacuum vapor deposition method and a chemical etching.

【0061】石英系入力線導波路コア11a-11b,
21a-21b、石英系出力線導波路コア12a-12
b,22a-22bは石英系バイパス導波路コア13a-
13b,23a-23b等のコアの断面寸法は6μm角
であり、コアとクラッド間の比屈折率差は0.75%で
ある。薄膜ヒーターのサイズは、厚さ0.1μm、幅4
0μm、長さ3mmである。
Silica-based input line waveguide cores 11a-11b,
21a-21b, silica-based output line waveguide core 12a-12
b, 22a-22b are silica-based bypass waveguide cores 13a-
The cross-sectional dimensions of the cores such as 13b and 23a-23b are 6 μm square, and the relative refractive index difference between the core and the clad is 0.75%. The thin film heater has a thickness of 0.1 μm and a width of 4
The length is 0 μm and the length is 3 mm.

【0062】本実施形態1で用いている2×2光スイッ
チ要素は、直線導波路と半径5mm前後の曲がり導波路
を基本に構成した。交差導波路31a,31b,19,
29の交差角θ,θ’は30度前後とした。マッハツェ
ンダー干渉計回路を構成している2個の方向性結合器1
4a,14b,15a,15b,24a,24b,25
a,25bを連結している2本の導波路の実効光路長差
は信号光波長1.55μmの半分である0.775μmに
正確に設定した。実際のマスクパターン上の導波路長差
は、石英系ガラスの屈折率が1.45であることを勘案
して、0.775μm/1.45=0.534μmに設定
した。
The 2 × 2 optical switch element used in the first embodiment is basically composed of a straight waveguide and a curved waveguide having a radius of about 5 mm. Crossed waveguides 31a, 31b, 19,
The crossing angles θ and θ ′ of 29 were around 30 degrees. Two directional couplers 1 forming a Mach-Zehnder interferometer circuit
4a, 14b, 15a, 15b, 24a, 24b, 25
The effective optical path length difference between the two waveguides connecting a and 25b was accurately set to 0.775 μm, which is half the signal light wavelength of 1.55 μm. The actual waveguide length difference on the mask pattern was set to 0.775 μm / 1.45 = 0.534 μm in consideration of the refractive index of silica glass being 1.45.

【0063】このときの2×2光スイッチ要素を2つ組
み合わせた導波型変形2×2光スイッチペアの大きさ
は、W0.9mm×L16.3mmとなり、2×2光スイ
ッチ要素1つ当たりの大きさは、W0.45mm×L1
6.3mmとなった。スイッチ段間の交差導波路をスイ
ッチ要素内の交差導波路を構成する導波路展開部と同じ
導波路展開部で構成しない場合、スイッチ段間の交差導
波路の導波路展開部を含めた2×2光スイッチ要素1つ
当たりの大きさは、W0.5mm×L20.1mmとなっ
た。
At this time, the size of the waveguide-type modified 2 × 2 optical switch pair in which two 2 × 2 optical switch elements are combined is W 0.9 mm × L 16.3 mm, and each 2 × 2 optical switch element is Size is W 0.45mm × L1
It became 6.3 mm. When the crossed waveguides between the switch stages are not formed by the same waveguide development part as the crossed waveguides in the switch element, 2 × including the waveguide development part of the crossed waveguides between the switch stages is included. The size of one two-optical switch element was W0.5 mm × L20.1 mm.

【0064】従って、本発明のレイアウト構造を採用し
たことによって約2割、回路長を短縮することができ
た。ヒーター駆動用電極等を含めた4×4マトリックス
光スイッチ全体としてのチップサイズは10×90mm
であった。
Therefore, by adopting the layout structure of the present invention, the circuit length could be shortened by about 20%. The chip size of the entire 4x4 matrix optical switch including the heater driving electrodes is 10x90mm.
Met.

【0065】この4×4マトリックス光スイッチを作製
したチップを、ダイシングにより切り出し、シリコン基
板下部には放熱板を設けて、また、入出力導波路にはシ
ングルモードファイバーアレイを接続し、薄膜ヒータに
は給電リードを接続し、4×4マトリックス光スイッチ
モジュールが完成した。
The chip in which this 4 × 4 matrix optical switch is manufactured is cut out by dicing, a heat dissipation plate is provided under the silicon substrate, and a single mode fiber array is connected to the input / output waveguide to form a thin film heater. Was connected to the power supply lead, and a 4 × 4 matrix optical switch module was completed.

【0066】給電すべき薄膜ヒータを適宜選択すること
により4×4スイッチ動作が確認された。スイッチ動作
に必要な各薄膜ヒータの消費電力は0.45W程度であ
った。各光スイッチ要素は動作に2個の薄膜ヒータを駆
動し、同時にON状態として動作する光スイッチ要素の
数は最大4個であるので、全消費電力は最大0.45W
×2×4=3.6W程度であった。
The 4 × 4 switch operation was confirmed by appropriately selecting the thin film heater to be supplied with power. The power consumption of each thin film heater required for the switch operation was about 0.45 W. Each optical switch element drives two thin film heaters for operation, and the maximum number of optical switch elements operating at the same time is 4 so total power consumption is 0.45W maximum.
It was about × 2 × 4 = 3.6W.

【0067】マトリクス光スイッチ全体としての消光比
は、製造誤差により方向性結合器の結合率が50%±1
5%程度と非常に大きくずれても、50dB程度と非常
に優れた値が得られた。マトリクス光スイッチとしての
損失値は光ファイバー接続損失を含めて1〜2dBであ
り、非常に低損失な値が得られた。
The extinction ratio of the matrix optical switch as a whole is such that the coupling ratio of the directional coupler is 50% ± 1 due to manufacturing error.
Even with a very large deviation of about 5%, a very excellent value of about 50 dB was obtained. The loss value as a matrix optical switch was 1 to 2 dB including the optical fiber connection loss, and a very low loss value was obtained.

【0068】図5は前記4×4マトリックス光スイッチ
と同様な本発明の対象とするN×Nマトリクス光スイッ
チの実施形態1(特にN=2Mの一例、M:正の整数)
の他の実施例としての6×6マトリクス光スイッチの概
略構成を示す図である。
FIG. 5 shows a first embodiment of an N × N matrix optical switch which is the same as the 4 × 4 matrix optical switch and is the object of the present invention (particularly, one example of N = 2M, M: a positive integer).
It is a figure which shows schematic structure of the 6x6 matrix optical switch as another Example.

【0069】本実施例の光導波路緒言や作製方法など
は、基本的には前記の4×4マトリックス光スイッチと
同様であり、マトリクス光スイッチの規模Nが違うこと
だけが異なる。図5において、SLUは図1の導波路型
変形2×2光スイッチペアが配置されている領域であ
り、SW1は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要
素が上下同じ向きで配置されている領域であり、SW2
は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上下逆
向きで配置されている領域である。
The introduction of the optical waveguide and the manufacturing method of this embodiment are basically the same as those of the above-mentioned 4 × 4 matrix optical switch, except that the scale N of the matrix optical switch is different. In FIG. 5, SLU is an area in which the waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair of FIG. 1 is arranged, and SW1 is a conventional double gate type 2 × 2 optical switch element arranged in the same direction vertically. Area, SW2
Is an area where the conventional double gate type 2 × 2 optical switch elements are arranged upside down.

【0070】本実施例においても、4×4マトリックス
光スイッチと同様に、導波路方向に垂直な横方向の大き
さも含めた回路サイズの縮小を行なうことができ、ヒー
タ駆動用電極等を含めた4×4マトリックス光スイッチ
全体としてのチップサイズは12mm×120mmであ
った。素子特性は全消費電力は5.4W程度、消光比は
50dB程度、挿入損失値は光ファイバー接続損失を含
めて2dB程度であった。
Also in this embodiment, the circuit size including the size in the lateral direction perpendicular to the waveguide direction can be reduced as in the 4 × 4 matrix optical switch, and the heater driving electrodes and the like are included. The chip size of the entire 4 × 4 matrix optical switch was 12 mm × 120 mm. As for the device characteristics, the total power consumption was about 5.4 W, the extinction ratio was about 50 dB, and the insertion loss value was about 2 dB including the optical fiber connection loss.

【0071】(実施形態2)図6は本発明によるN×N
マトリクス光スイッチの他の実施例(特にN=2M−1
の一例、M:正の整数)としての実施形態2の5×5マ
トリクス光スイッチの概略構成を示す図である。
(Second Embodiment) FIG. 6 shows N × N according to the present invention.
Another embodiment of the matrix optical switch (particularly N = 2M-1)
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a 5 × 5 matrix optical switch of Embodiment 2 as an example (M: positive integer).

【0072】本実施形体2の光導波路緒言や作製方法な
どは、基本的には前記実施形態1の4×4マトリックス
光スイッチと同様である。前記実施形態1ではマトリク
ス光スイッチの規模Nが偶数であったが、本実施形態2
ではマトリクス光スイッチの規模Nが奇数である点で異
なる。
The outline of the optical waveguide and the manufacturing method of the second embodiment are basically the same as those of the 4 × 4 matrix optical switch of the first embodiment. In the first embodiment, the scale N of the matrix optical switch is an even number, but in the second embodiment
The difference is that the scale N of the matrix optical switch is odd.

【0073】図6において、SLUは図1の導波路型変
形2×2光スイッチペアが配置されている領域であり、
SW1は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が
上下同じ向きで配置されている領域であり、SW2は従
来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上下逆向き
で配置されている領域である。
In FIG. 6, SLU is an area in which the waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair of FIG. 1 is arranged,
SW1 is a region in which the conventional double-gate type 2 × 2 optical switch elements are arranged in the same direction up and down, and SW2 is a region in which the conventional double-gate type 2 × 2 optical switch elements are arranged upside down. It is the area where

【0074】このように、前記実施形態1では導波路変
形2×2光スイッチペアだけが配置されているスイッチ
段と、導波路変形2×2光スイッチペアと従来の2重ゲ
ート型の2×2光スイッチ要素2個(正方向配置と逆方
向配置)が配置されているスイッチ段の2種類の段でマ
トリックス光スイッチが構成されているのに対し、本実
施形態2では導波路変形2×2光スイッチペアと正方向
配置の従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素1個
(正方向配置)が配置されているスイッチ段と、導波路
変形2×2光スイッチペアと逆方向配置の従来の2重ゲ
ート型の2×2光スイッチ要素1個(逆方向配置)が配
置されているスイッチ段の2種類の段でマトリクス光ス
イッチが構成点が前記実施形態1とは異なる。
As described above, in the first embodiment, the switch stage in which only the waveguide modified 2 × 2 optical switch pair is arranged, the waveguide modified 2 × 2 optical switch pair and the conventional double gate type 2 × While the matrix optical switch is configured by two types of switch stages in which two two optical switch elements (a forward direction arrangement and a reverse direction arrangement) are arranged, in the second embodiment, the waveguide deformation 2 × Two optical switch pairs and a switch stage in which one conventional double-gate type 2 × 2 optical switch element (forward direction arrangement) is arranged, and a waveguide modified 2 × 2 optical switch pair and a reverse direction The matrix optical switch is different from that of the first embodiment in the configuration of two types of switch stages, in which one conventional double-gate type 2 × 2 optical switch element (reverse direction arrangement) is arranged.

【0075】本実施形態2においても、前記実施形態1
と同様に、導波路方向に垂直な横方向の大きさも含めた
回路サイズの縮小を行なうことができ、ヒータ駆動用電
極等を含めた5×5マトリックス光スイッチ全体として
のチップサイズは11mm×105mmであった。素子
特性は全消費電力は4.5W程度、消光比は50dB程
度、挿入損失値は光ファイバー接続損失を含めて2dB
程度であった。
Also in the second embodiment, the first embodiment
Similarly, the circuit size can be reduced including the size in the lateral direction perpendicular to the waveguide direction, and the chip size of the entire 5 × 5 matrix optical switch including the heater driving electrodes and the like is 11 mm × 105 mm. Met. The device characteristics are total power consumption of about 4.5 W, extinction ratio of about 50 dB, and insertion loss of 2 dB including optical fiber connection loss.
It was about.

【0076】(実施形態3)図7(a)は、本発明の実
施形態3の8×8マトリクス光スイッチの全体構成の配
置をである。図7(a)において、70a〜70eは1
6本からなる導波路束であり、この導波路束70a〜7
0eの途上の8箇所に光スイッチブロック#1,#2,
…,#8が配置されている。図7(a)に示す実施形態
2の8×8マトリクス光スイッチの特徴は、入力端子と
光スイッチ段#1の間、光スイッチ段#2と#3の間、
#4と#5の間、#6と#7の間、及び光スイッチ段#
8と出力端の間が、それぞれ90度乃至180度の曲が
りを有する導波路束70b,70c,70dで連結され
ている点である。言い換えれば、曲がり導波路束70
b,70c,70dを、この曲がり導波路束70b,7
0c,70dによる回路長の増加を抑えることも念頭に
入れ、適宜用いて8個の光スイッチ段#1,#2,…,
#8が限られた基板サイズ上に配置されていることが特
徴である。
(Embodiment 3) FIG. 7A shows an arrangement of the entire configuration of an 8 × 8 matrix optical switch according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 7A, 70a to 70e are 1
This is a waveguide bundle consisting of six waveguide bundles 70a to 7
Optical switch blocks # 1, # 2, and 8 at 8 points on the way of 0e
..., # 8 is arranged. The characteristic of the 8 × 8 matrix optical switch of the second embodiment shown in FIG. 7A is that it is between the input terminal and the optical switch stage # 1, between the optical switch stages # 2 and # 3,
Between # 4 and # 5, between # 6 and # 7, and optical switch stage #
8 and the output end are connected by waveguide bundles 70b, 70c, 70d each having a bend of 90 to 180 degrees. In other words, the curved waveguide bundle 70
b, 70c, 70d to the curved waveguide bundles 70b, 7
In consideration of suppressing the increase in circuit length due to 0c and 70d, eight optical switch stages # 1, # 2, ...
The feature is that # 8 is arranged on a limited substrate size.

【0077】図7(b),(c)は、前記各光スイッチ
段1,#2,…,#8における、2×2光スイッチ要素
の配置図である。図7(b),(c)において、SLU
は図1の導波型変形2×2光スイッチペアが配置されて
いる領域であり、SW1は従来の2重ゲート型の2×2
光スイッチ要素が上下同じ向きで配置されている領域で
あり、SW2は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ
要素が上下逆向きで配置されている領域である。図7
(a)において、光スイッチ段#1,#3,#5,#7
には図7(b)に示す構成の光スイッチ段が配置されて
おり、光スイッチブロック#2,#4,#6,#8には
図7(c)に示す構成の光スイッチ段が配置されてい
る。
FIGS. 7B and 7C are layout diagrams of 2 × 2 optical switch elements in each of the optical switch stages 1, # 2, ..., # 8. In FIGS. 7B and 7C, the SLU
Is a region where the waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair of FIG. 1 is arranged, and SW1 is a conventional double gate type 2 × 2.
The optical switch elements are arranged in the same direction up and down, and SW2 is the area in which the conventional double gate type 2 × 2 optical switch elements are arranged upside down. Figure 7
In (a), optical switch stages # 1, # 3, # 5, # 7.
Are arranged in the optical switch blocks # 2, # 4, # 6, and # 8, and the optical switch stages having the structure shown in FIG. 7C are arranged in the optical switch blocks # 2, # 4, # 6, and # 8. Has been done.

【0078】入力端子と出力端子が対向した配置では、
本実施形態3の光スイッチ段1,#2,…,#8のレイ
アウトが回路長が最短(29cm)となるレイアウトで
あった。ちなみに、2重ゲート型の2×2光スイッチ要
素を用いて前述の従来図11に示すような接続による通
常のマトリクス光スイッチを4インチのシリコン基板上
に作製した場合(回路レイアウトは実施形態4に似たレ
イアウト)は回路長(光路長)は約60cm程度であっ
たので、本実施形態3のレイアウトは、これと比較して
回路長を2分の1以下にすることができた。
In the arrangement where the input terminal and the output terminal face each other,
The layout of the optical switch stages 1, # 2, ..., # 8 of the third embodiment has the shortest circuit length (29 cm). By the way, when a normal matrix optical switch by the connection as shown in FIG. 11 of the related art is manufactured on a 4-inch silicon substrate by using the double gate type 2 × 2 optical switch element (the circuit layout is the same as that of the fourth embodiment). The circuit length (optical path length) of the layout similar to (1) was about 60 cm. Therefore, the layout of the third embodiment was able to reduce the circuit length to half or less.

【0079】本実施形態3の8×8マトリクス光スイッ
チは、厚さ1mm直径4インチのシリコン基板上に作製
した。チップサイズは68mm×68mmであった。そ
の他の回路緒言や回路・モジュール作製方法は実施形態
1のものと同じである。
The 8 × 8 matrix optical switch of the third embodiment was manufactured on a silicon substrate having a thickness of 1 mm and a diameter of 4 inches. The chip size was 68 mm × 68 mm. Other circuit concepts and circuit / module manufacturing methods are the same as those in the first embodiment.

【0080】給電すべき薄膜ヒータを適宜選択すること
により8×8スイッチ動作が確認された。スイッチ動作
に必要な各薄膜ヒータの消費電力は0.45W程度であ
った。各光スイッチ要素は動作に2個の薄膜ヒータを駆
動し、同時にオン(ON)状態として動作する光スイッ
チ要素の数は最大8個であるので、全消費電力は最大
0.45W×2×8=7.2W程度であった。
8 × 8 switch operation was confirmed by appropriately selecting the thin film heater to be supplied with power. The power consumption of each thin film heater required for the switch operation was about 0.45 W. Each optical switch element drives two thin film heaters for operation, and the maximum number of optical switch elements that operate at the same time (ON) is 8. Therefore, the total power consumption is 0.45W × 2 × 8 maximum. = About 7.2W.

【0081】マトリクス光スイッチ全体としての消光比
は、50dB程度と非常に優れた値が得られた。マトリ
クス光スイッチ全体としての損失値は光ファイバー接続
損失を含めて4〜5dBであり、非常に低損失な値が得
られた。ちなみに、前述の従来例の場合は、損失値は光
ファイバー接続損失を含めて7〜8dBであったので、
本実施形態2の回路では、損失値は4割以上減少した。
The extinction ratio of the matrix optical switch as a whole was about 50 dB, which was a very excellent value. The loss value of the matrix optical switch as a whole was 4 to 5 dB including the optical fiber connection loss, and a very low loss value was obtained. By the way, in the case of the above-mentioned conventional example, the loss value was 7 to 8 dB including the optical fiber connection loss.
In the circuit of Embodiment 2, the loss value is reduced by 40% or more.

【0082】本実施形態3では、入力端子と出力端子を
対向させるために、光スイッチ段#1と入力端子の間、
光スイッチ段#8と出力端子の間に曲がり導波路束を用
いたが、光スイッチ段#1と入力端子の間、光スイッチ
ブロック#8と出力端子の間に直線導波路束を用いて入
力端を同一のチップ辺上に設けても、もちろん構わな
い。
In the third embodiment, in order to make the input terminal and the output terminal face each other, between the optical switch stage # 1 and the input terminal,
A curved waveguide bundle is used between the optical switch stage # 8 and the output terminal, but a linear waveguide bundle is used between the optical switch stage # 1 and the input terminal and between the optical switch block # 8 and the output terminal. Of course, it does not matter if the ends are provided on the same chip side.

【0083】(実施形態4)図8は、本発明のマトリク
ス光スイッチの実施形態4としての8×8マトリクス光
スイッチの全体配置である。本実施形態4は、光スイッ
チブロックの全体的な配置が異なること以外は、基本的
には実施形態3と同様である。本実施形態4は、曲がり
導波路束を適宜用いてチップサイズが最小になることを
最優先にして、8個の光スイッチ段が限られた基板サイ
ズ上に配置されていることが特徴であり、これが実施形
態3と異なる。
(Fourth Embodiment) FIG. 8 shows the overall arrangement of an 8 × 8 matrix optical switch as a fourth embodiment of the matrix optical switch of the present invention. The fourth embodiment is basically the same as the third embodiment except that the overall arrangement of the optical switch block is different. The fourth embodiment is characterized in that eight optical switch stages are arranged on a limited substrate size, giving the highest priority to minimizing the chip size by appropriately using a bent waveguide bundle. This is different from the third embodiment.

【0084】本実施形態4の8×8マトリクス光スイッ
チは、厚さ1mm直径4インチのシリコン基板上に作製
した。チップサイズは65×55mmであった。
The 8 × 8 matrix optical switch of Embodiment 4 was manufactured on a silicon substrate having a thickness of 1 mm and a diameter of 4 inches. The chip size was 65 × 55 mm.

【0085】給電すべき薄膜ヒータを適宜選択すること
により8×8スイッチ動作が確認された。スイッチ動作
に必要な各薄膜ヒータの消費電力は0.45W程度であ
った。各光スイッチ要素は動作に2個の薄膜ヒータを駆
動し、同時にON状態として動作する光スイッチ要素の
数は最大8個であるので、全消費電力は最大0.45W
×2×8=7.2W程度であった。
8 × 8 switch operation was confirmed by appropriately selecting the thin film heater to be supplied with power. The power consumption of each thin film heater required for the switch operation was about 0.45 W. Each optical switch element drives two thin film heaters for operation, and the maximum number of optical switch elements that operate at the same time is 8 so total power consumption is 0.45W maximum.
It was about × 2 × 8 = 7.2W.

【0086】マトリクス光スイッチ全体としての消光比
は、50dB程度と非常に優れた値が得られた。マトリ
クス光スイッチとしての損失値は光ファイバー接続損失
を含めて5〜6dBであり、非常に低損失な値が得られ
た。
The extinction ratio of the matrix optical switch as a whole was about 50 dB, which was a very excellent value. The loss value as a matrix optical switch was 5 to 6 dB including the optical fiber connection loss, and a very low loss value was obtained.

【0087】さて、本発明の実施形態1〜4では交差導
波路における交差角を30度としたが、次にこの交差角
の設定について考察する。
In the first to fourth embodiments of the present invention, the crossing angle in the crossing waveguide is set to 30 degrees. Next, the setting of this crossing angle will be considered.

【0088】用いる光導波路の比屈折率差や導波路のコ
アサイズによっても変化するが、一般に交差角が20度
以上であれば、2本の光導波路間のクロストークは、光
の直進性により実用上無視できる。前記実施形態で採用
した30度の交差角の場合、クロストークは−60dB
程度となり小さく、また、交差導波路での損失も0.1
dB程度と軽微である。一般に交差導波路のクロストー
クと損失は交差角が90度に近づく程改善されるが、交
差角を大きくとると交差導波路前後の導波路展開部の占
有面積が増し光スイッチ要素のサイズが大きくなる傾向
があるので、マトリクス光スイッチ所要性能や光導波路
の許容曲げ半径などを勘案して決定することが望まし
い。
Although it varies depending on the relative refractive index difference of the optical waveguides used and the core size of the waveguides, in general, if the crossing angle is 20 degrees or more, the crosstalk between the two optical waveguides depends on the straightness of light. It can be ignored for practical purposes. In the case of the crossing angle of 30 degrees adopted in the above embodiment, the crosstalk is −60 dB.
The loss in the cross waveguide is 0.1.
It is as low as dB. Generally, the crosstalk and the loss of the crossed waveguides are improved as the crossing angle approaches 90 degrees. However, when the crossing angle is increased, the occupied area of the waveguide expansion portion before and after the crossing waveguides increases and the size of the optical switch element increases. Therefore, it is desirable to make the determination in consideration of the required performance of the matrix optical switch and the allowable bending radius of the optical waveguide.

【0089】また、前記実施形態1〜4では信号光波長
が1.55μmの場合を扱ったが、本発明のレイアウト
は、他の波長、例えば、1.3μm波長等にも適用でき
る。
In the first to fourth embodiments, the case where the signal light wavelength is 1.55 μm is dealt with, but the layout of the present invention can be applied to other wavelengths such as 1.3 μm wavelength.

【0090】また、前記実施形態1〜4ではシリコン基
板上の石英系ガラスを基本とするマトリクス光スイッチ
について説明したが、マッハツェンダー光干渉計回路型
の光スイッチ要素を構成し得る他材料、例えば、高分子
光導波路やイオン拡散型導波路、更には、電気光学効果
を用いた光位相シフタを設置したニオブ酸リチウム系光
導波路などにも、本発明を適用することができる。
Although the matrix optical switches based on silica glass on the silicon substrate are described in the first to fourth embodiments, other materials such as Mach-Zehnder interferometer circuit type optical switch elements can be used. The present invention can also be applied to polymer optical waveguides, ion diffusion waveguides, and lithium niobate optical waveguides provided with an optical phase shifter using the electro-optic effect.

【0091】特に、高分子光導波路は、熱光学効果が石
英系導波路と比べて10倍程度と大きいので、図2
(b),(c),(d)に示したようなY分岐導波路に
よる1×2光スイッチや2×1光スイッチを構成するこ
とが容易にできる。この場合、図1の導波型変形2×2
スイッチペアを、図2(a)に示したように前記1×2
光スイッチや2×1光スイッチで構成することができ
る。
In particular, the polymer optical waveguide has a thermo-optical effect which is about 10 times as large as that of the silica-based waveguide.
It is possible to easily construct a 1 × 2 optical switch or a 2 × 1 optical switch by the Y branch waveguide as shown in (b), (c), and (d). In this case, the waveguide type deformation 2 × 2 of FIG.
As shown in FIG. 2 (a), the switch pair is set to 1 × 2 described above.
It can be configured by an optical switch or a 2 × 1 optical switch.

【0092】(a)はY分岐光導波路を含む導波路型変
形2×2光スイッチペアの平面図、(b)はY分岐光導
波路の拡大平面図、(c)は(b)に示すA-A’線に
沿って切った断面図、(d)は(b)に示すB-B’線
に沿って切った断面図である。図2において、1は1は
シリコン基板、45は高分子クラッド層、40はY分岐
光導波路、41,42,43は高分子光導波路コア、4
4a,44bは薄膜ヒータ、30は導波路展開部であ
る。
(A) is a plan view of a waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair including a Y-branch optical waveguide, (b) is an enlarged plan view of the Y-branch optical waveguide, and (c) is A shown in (b). -A 'is a sectional view taken along the line, and (d) is a sectional view taken along the line BB' shown in (b). In FIG. 2, 1 is a silicon substrate, 45 is a polymer clad layer, 40 is a Y-branch optical waveguide, 41, 42 and 43 are polymer optical waveguide cores, 4
Reference numerals 4a and 44b are thin film heaters, and 30 is a waveguide development portion.

【0093】また、ニオブ酸リチウム系光導波路は、大
きな電気光学効果を持つため、一般的に良く知られてい
るように図3(b),(c),(d)に示したような方
向性結合器による1×2光スイッチや2×1光スイッチ
を構成することが容易にできる。この場合、図1の導波
型変形2×2スイッチペアを、図3(a)に示したよう
に前記1×2光スイッチや2×1光スイッチで構成する
ことができる。
Further, since the lithium niobate optical waveguide has a large electro-optic effect, it is well known that the directions shown in FIGS. 3 (b), 3 (c) and 3 (d) are obtained. The 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch can be easily configured by the sex coupler. In this case, the waveguide type modified 2 × 2 switch pair of FIG. 1 can be configured by the 1 × 2 optical switch or the 2 × 1 optical switch as shown in FIG.

【0094】(a)は方向性結合器を含む導波路型変形
2×2光スイッチペアの平面図、(b)は方向性結合器
の拡大平面図、(c)は(b)に示すA-A’線に沿っ
て切った断面図、(d)は(b)に示すB-B’線に沿
って切った断面図である。図3において、60は方向性
結合器、61,62はニオブ酸リチウム系光導波路コ
ア、63a,63bは電圧加電極、64は絶縁膜、65
はニオブ酸リチウム基板版、30は導波路展開部であ
る。
(A) is a plan view of a waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair including a directional coupler, (b) is an enlarged plan view of the directional coupler, and (c) is A shown in (b). -A 'is a sectional view taken along the line, and (d) is a sectional view taken along the line BB' shown in (b). In FIG. 3, 60 is a directional coupler, 61 and 62 are lithium niobate optical waveguide cores, 63a and 63b are voltage applying electrodes, 64 is an insulating film, and 65
Is a lithium niobate substrate plate, and 30 is a waveguide development part.

【0095】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、
前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論で
ある。
The inventions made by the present inventor are as follows.
Although specifically described based on the embodiment, the present invention
It is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the invention.

【0096】[0096]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0097】(1)高消光比が得られる2重ゲート型光
スイッチ要素を用いながらも、従来の構成のマトリクス
スイッチと比べて、大幅な回路長(光路長)短縮を行う
ことができ、かつ、挿入損失の低減を図ることができ
る。
(1) The circuit length (optical path length) can be significantly reduced as compared with the matrix switch having the conventional structure, while using the double-gate type optical switch element capable of obtaining a high extinction ratio, and Therefore, the insertion loss can be reduced.

【0098】(2)本願発明の導光路型変形2×2光ス
イッチは、前記導光路型マトリクス光スイッチの基本構
成要素となるばかりでなく、2連の導光路型2×2光ス
イッチとして使用する場合も、従来の導光路型2×2光
スイッチの並列配置より小型化することができる。
(2) The light guide type modified 2 × 2 optical switch of the present invention is not only a basic constituent element of the light guide type matrix optical switch, but also used as two continuous light guide type 2 × 2 optical switches. Also in this case, the size can be made smaller than the conventional parallel arrangement of the light guide type 2 × 2 optical switches.

【0099】(3)高消光比で、かつ、挿入損失である
マトリクス光スイッチを実用化する上できわめて効果的
である。
(3) It is extremely effective in putting a matrix optical switch with high extinction ratio and insertion loss into practical use.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態1の導波路型変形2×2光ス
イッチをマッハツェンダー干渉計で構成した場合の拡大
平面配置図及び断面図である。
1A and 1B are an enlarged plan layout view and a cross-sectional view when a waveguide type modified 2 × 2 optical switch according to a first embodiment of the present invention is configured by a Mach-Zehnder interferometer.

【図2】本実施形態1の導波路型変形2×2光スイッチ
をY分岐光導波路で構成した場合の拡大平面配置図及び
断面図である。
2A and 2B are an enlarged plan layout view and a cross-sectional view when the waveguide type modified 2 × 2 optical switch of the first embodiment is configured with a Y-branch optical waveguide.

【図3】本実施形態1の導波路型変形2×2光スイッチ
を方向性結合器で構成した場合の拡大平面図及び断面図
である。
3A and 3B are an enlarged plan view and a cross-sectional view in the case where the waveguide type modified 2 × 2 optical switch of the first embodiment is configured by a directional coupler.

【図4】本実施形態1の導波路型4×4マトリクス光ス
イッチの全体平面配置図である。
FIG. 4 is an overall plan layout view of the waveguide type 4 × 4 matrix optical switch of the first embodiment.

【図5】本実施形態1の導波路型6×6マトリクス光ス
イッチの全体平面配置図である。
FIG. 5 is an overall plan layout view of the waveguide type 6 × 6 matrix optical switch of the first embodiment.

【図6】本発明の実施形態2の導波路型5×5マトリク
ス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 6 is an overall plan layout view of a waveguide type 5 × 5 matrix optical switch according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態3の導波路型8×8マトリク
ス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 7 is an overall plan layout view of a waveguide type 8 × 8 matrix optical switch according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態4の導波路型8×8マトリク
ス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 8 is an overall plan layout view of a waveguide type 8 × 8 matrix optical switch according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】4×4マトリクス光スイッチの構成概念図であ
る。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing the configuration of a 4 × 4 matrix optical switch.

【図10】従来の熱光学式4×4マトリクス光スイッチ
の全体平面配置図である。
FIG. 10 is an overall plan layout view of a conventional thermo-optical 4 × 4 matrix optical switch.

【図11】従来の2重ゲート形の2×2光スイッチ要素
の拡大平面図、その断面図及びこれを2個並列に配置し
た平面図である。
FIG. 11 is an enlarged plan view of a conventional double-gate type 2 × 2 optical switch element, its cross-sectional view, and a plan view in which two of them are arranged in parallel.

【図12】従来のパス無依存型構成の4×4導波路型マ
トリクス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 12 is an overall plan layout view of a conventional 4 × 4 waveguide type matrix optical switch having a path-independent structure.

【図13】本発明の対象の光スイッチがマトリクス構成
のスイッチになっていることを説明するための概念図で
ある。
FIG. 13 is a conceptual diagram for explaining that the target optical switch of the present invention is a switch having a matrix configuration.

【図14】従来の2×2光スイッチの構成例を示す図で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of a conventional 2 × 2 optical switch.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…石英系ガラスクラッド層、11
a-11b,21a-21b…石英系入力線導波路コア、
12a-12b,22a-22b…石英系出力線導波路コ
ア、13a-13b,23a-23b…石英系バイパス導
波路コア、14a,14b,15a,15b,24a,
24b,25a,25b…方向性結合器、16a,16
b,17a,17b,26a,26b,27a,27b
…薄膜ヒータ(位相シフタ)、18a,28a…第1マ
ッハツェンダー干渉計回路、18b,28b…第2マッ
ハツェンダー干渉計回路、19,29…2重ゲート型光
スイッチ要素内の入力線光導波路と出力線光導波路の交
差導波路、31a…スイッチ要素の出力端側のスイッチ
ブロック間で生じる入力線光導波路の交差導波路、32
b…スイッチ要素の入力端側のスイッチブロック間で生
じる出力線光導波路の交差導波路、30…導波路展開
部、40…Y分岐光導波路、41,42,43…高分子
系光導波路、44a,44b…薄膜ヒータ(位相シフ
タ)、1a-1d,2a-2d,…,3a-3d…入力線
光導波路、1c-1b,2c-2b,…,3c-3b…出
力線光導波路、S11,S12,…,S44…2×2光
スイッチ要素、SLU…導波路型変形2×2光スイッチ
ペア、#1,#2,…,#8…光スイッチ段、51a,
51b,51c…スイッチ段間の交差導波路を構成する
ための導波路展開部、SW1,SW2…従来の2重ゲー
ト型光スイッチ要素、60…方向性結合器、61,62
…ニオブ酸リチウム系光導波路コア、63a,63b…
電圧印加電極、64…絶縁膜、65…ニオブ酸リチウム
系基板、70a-70e,71a-71j…光導波路束、
70b,…,70d,71b,…,71i…曲がり導波
路束。
1 ... Silicon substrate, 2 ... Quartz glass clad layer, 11
a-11b, 21a-21b ... Silica-based input line waveguide core,
12a-12b, 22a-22b ... Silica-based output line waveguide core, 13a-13b, 23a-23b ... Silica-based bypass waveguide core, 14a, 14b, 15a, 15b, 24a,
24b, 25a, 25b ... Directional coupler, 16a, 16
b, 17a, 17b, 26a, 26b, 27a, 27b
... thin-film heater (phase shifter), 18a, 28a ... first Mach-Zehnder interferometer circuit, 18b, 28b ... second Mach-Zehnder interferometer circuit, 19, 29 ... Input line optical waveguide in double-gate optical switch element Cross waveguide of output line optical waveguide, 31a ... Cross waveguide of input line optical waveguide generated between switch blocks on the output end side of the switch element, 32
b ... Crossed waveguides of output line optical waveguides generated between the switch blocks on the input end side of the switch element, 30 ... Waveguide expanding portion, 40 ... Y branch optical waveguide, 41, 42, 43 ... Polymer optical waveguide, 44a , 44b ... Thin film heater (phase shifter), 1a-1d, 2a-2d, ..., 3a-3d ... Input line optical waveguide, 1c-1b, 2c-2b, ..., 3c-3b ... Output line optical waveguide, S11, , S44 ... 2 × 2 optical switch element, SLU ... Waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair, # 1, # 2, ..., # 8 ... Optical switch stage, 51a,
51b, 51c ... Waveguide expanding portions for forming crossed waveguides between switch stages, SW1, SW2 ... Conventional double gate type optical switch element, 60 ... Directional coupler, 61, 62
... Lithium niobate optical waveguide core, 63a, 63b ...
Voltage applying electrodes, 64 ... Insulating film, 65 ... Lithium niobate substrate, 70a-70e, 71a-71j ... Optical waveguide bundle,
70b, ..., 70d, 71b, ..., 71i ... Curved waveguide bundle.

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成8年8月6日[Submission date] August 6, 1996

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【書類名】 明細書[Document Name] Statement

【発明の名称】 導波路型変形2×2光スイッチ及び導
波路型マトリクス光スイッチ
Title: Modified waveguide 2 × 2 optical switch and waveguide matrix optical switch

【特許請求の範囲】[Claims]

【請求項】 (2M−1)(Mは2以上の正の整数)
本の入力線光導波路及び(2M−1)本の出力線光導波
路を少なくとも含む導波路型マトリクス光スイッチであ
って、各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路より
なる導波路型2×2光スイッチと導波路型変形2×2光
スイッチを備えた(2M−1)段のスイッチ段で構成さ
れ、奇数番目のスイッチ段は前記導波路型2×2光スイ
ッチと(M−1)個の前記導波路型変形2×2光スイッ
チをこの順に並列に配置して構成され、偶数番目のスイ
ッチ段は(M−1)個の前記導波路型変形2×2光スイ
チと前記導波路型2×2光スイッチをこの順に並列に
配置して構成され、前記各段の間で前記(2M−1)本
の入力線光導波路と前記(2M−1)本の出力線光導波
路の計2(2M−1)本の光導波路を交差することなく
接続したことを特徴とする導波路型マトリクス光スイッ
チ。
4. (2M-1) (M is a positive integer of 2 or more)
A waveguide-type matrix optical switch including at least two input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides, wherein the waveguide type 2 includes one input line optical waveguide and one output line optical waveguide. × with 2 optical switches and waveguide shape modification 2 × 2 optical <br/> switch (2M-1) is a switch stage of the stage, the odd-numbered switching stage the waveguide 2 × 2 optical switch and (M-1) pieces of the waveguide-type deformation the 2 × 2 optical switch
Is constructed by arranging in parallel the switch in this order, the even-numbered switch stage (M-1) pieces of the waveguide-type deformation the 2 × 2 optical Sui <br/> pitch and the waveguide 2 × 2 optical The switches are arranged in parallel in this order, and a total of 2 (2M-1) input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides are provided between the stages. ) A waveguide-type matrix optical switch characterized by connecting two optical waveguides without crossing each other.

【請求項】 (2M−1)(Mは2以上の正の整数)
本の入力線光導波路及び(2M−1)本の出力線光導波
路を少なくとも含む導波路型マトリクス光スイッチであ
って、各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路より
なる導波路型2×2光スイッチと導波路型変形2×2光
スイッチを備えた(2M−1)段のスイッチ段で構成さ
れ、奇数番目のスイッチ段は(M−1)個の前記導波路
型変形2×2光スイッチと前記導波路型2×2光スイッ
チをこの順に並列に配置して構成され、偶数番目のスイ
ッチ段は前記導波路型2×2光スイッチと(M−1)個
の前記導波路型変形2×2光スイッチをこの順に並列に
配置して構成され、前記各段の間で前記(2M−1)本
の入力線光導波路と前記(2M−1)本の出力線光導波
路の計2(2M−1)本の光導波路を交差することなく
接続したことを特徴とする導波路型マトリクス光スイッ
チ。
5. (2M-1) (M is a positive integer of 2 or more)
A waveguide-type matrix optical switch including at least two input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides, wherein the waveguide type 2 includes one input line optical waveguide and one output line optical waveguide. × with 2 optical switches and waveguide shape modification 2 × 2 optical <br/> switch (2M-1) is a switch stage of the stage, the odd-numbered switch stage (M-1) pieces of the electrically The waveguide type modified 2 × 2 optical switch and the waveguide type 2 × 2 optical switch are arranged in parallel in this order, and the even-numbered switch stages are the waveguide type 2 × 2 optical switch and (M-1). It is constructed by arranging a number of said waveguide modification 2 × 2 optical switch in parallel in this order, wherein said the (2M-1) present in the input line waveguide between the respective stages (2M-1) present A total of 2 (2M-1) optical waveguides of the output line optical waveguide are connected without crossing. Waveguide type matrix optical switch to.

【請求項】 前記導波路型変形2×2光スイッチは、
前記請求項1に記載される導波路型変形光スイッチであ
ることを特徴とする請求項2乃至4のうちいずれか1項
に記載される導波路型マトリクス光スイッチ。
Wherein said waveguide-type deformation the 2 × 2 optical switch,
The waveguide-type modified optical switch according to claim 1, wherein the waveguide-type matrix optical switch according to any one of claims 2 to 4.

【請求項】 前記導波路型2×2光スイッチは、1本
の入力線光導波路と1本の出力線光導波路と1本のバイ
パス光導波路よりなり、入力部を前記入力線光導波路、
出力部を前記入力線光導波路及び前記バイパス光導波路
とする1×2光スイッチと、入力部を前記出力線光導波
路及び前記バイパス光導波路、出力部を前記出力線光導
波路とする2×1光スイッチで構成され、前記1×2光
スイッチと前記2×1光スイッチの間で前記入力線光導
波路と前記出力線光導波路が交差している導波路型2×
2光スイッチであることを特徴とする請求項2乃至5の
うちいずれか1項に記載される導波路型マトリクス光ス
イッチ。
7. The waveguide type 2 × 2 optical switch is composed of one input line optical waveguide, one output line optical waveguide and one bypass optical waveguide, and an input portion is the input line optical waveguide.
A 1 × 2 optical switch having an output section as the input line optical waveguide and the bypass optical waveguide, and a 2 × 1 optical switch having an input section as the output line optical waveguide and the bypass optical waveguide and an output section as the output line optical waveguide is a switch, the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 waveguide 2 × said output line optical waveguide and the input line waveguide between the optical switch intersect
The waveguide type matrix optical switch according to any one of claims 2 to 5, which is a two-optical switch.

【請求項】 前記1×2光スイッチ及び2×1光スイ
ッチは、2本の光導波路が2箇所で近接して2個の方向
性結合器を構成し、かつ、スイッチ駆動端子を備えたマ
ッハツェンダー干渉計回路であることを特徴とする請求
項6に記載される導波路型マトリクス光スイッチ。
Wherein said 1 × 2 optical switches and the 2 × 1 optical switch, the two optical waveguides in close proximity in two places constitute the two directional couplers, and, with the switch driving terminal The waveguide type matrix optical switch according to claim 6, which is a Mach-Zehnder interferometer circuit.

【請求項】 前記1×2光スイッチ及び2×1光スイ
ッチは、スイッチ駆動端子を備えたY分岐型スイッチで
あることを特徴とする請求項6に記載される導波路型マ
トリクス光スイッチ。
Wherein said 1 × 2 optical switches and the 2 × 1 optical switch, a waveguide-type matrix optical switch as set forth in claim 6, characterized in that the Y-branch switch having a switch driving terminal.

【請求項10】 前記1×2光スイッチ及び2×1光ス
イッチは、2本の光導波路が1箇所で近接し、かつスイ
ッチ駆動端子を備えた方向性結合器であることを特徴と
する請求項6に記載される導波路型マトリクス光スイッ
チ。
Wherein said 1 × 2 optical switches and the 2 × 1 optical switch, wherein the two optical waveguides are close at one position, and characterized in that it is a directional coupler having a switch driving terminal Item 6. A waveguide type matrix optical switch according to item 6.

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野等で用
いる導波路型光スイッチに関し、特に、作製誤差に強く
消光比に優れており、かつ、光路長(回路長)が短く、
単一基板上にコンパクトに集積し得る導波路型変形2×
2光スイッチ及びこれを用いた導波路型マトリクス光ス
イッチのレイアウト構成に適用して有効な技術に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type optical switch used in the field of optical communication and the like, and in particular, it is resistant to fabrication errors and has an excellent extinction ratio, and has a short optical path length (circuit length).
Waveguide type deformation that can be compactly integrated on a single substrate 2 ×
Applied to the layout structure of a waveguide type matrix optical switch using 2 optical switch及 Bikore a technique effectively.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光ファイバー、受光素子及び発光
素子の高性能化、低価格化により通信網における光化の
普及が進みつつあり、中継網においてはすでに大半の通
信回線が光ファイバー通信に置き換わっている。さら
に、光通信網は個別にノード間を結ぶポイント−ポイン
トの光通信から、アクセス網を加えた複数のノード間を
電気信号に変換することなく光信号のままで結ぶ網構造
の光通信網に発展させる時期を迎えている。これに必要
な光分岐結合器、光合分波器、光スイッチ等の各種光部
品の開発が急務となっている。その中でも、光スイッチ
(特に厳密ノンブロッキングなスイッチが可能であるマ
トリクス光スイッチ)は、光ファイバー回線を需要に応
じて自在に切り替えたり、回線故障の際の迂回路確保の
ための切り替えで用いられる部品として必要性が高まっ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, optical fiber, light-receiving elements and light-emitting elements have become more and more popular due to cost reduction and optical communication in communication networks is becoming widespread. Almost all communication lines in relay networks have been replaced by optical fiber communication. There is. Further, the optical communication network is changed from point-to-point optical communication that individually connects nodes to optical communication network of a network structure in which a plurality of nodes including an access network are connected as optical signals without being converted into electric signals. It is time to develop. There is an urgent need to develop various optical components such as optical branching / coupling devices, optical multiplexer / demultiplexers, and optical switches. Among them, optical switches (especially matrix optical switches that can be strictly non-blocking switches) are used as components used for switching optical fiber lines freely according to demand, and for switching to secure detours in the event of line failure. The need is growing.

【0003】光スイッチの実現形態としては、バルク
型、導波路型等が提案されている。バルク型は、可動プ
リズムやレンズなどを構成要素として組み立られたもの
で、波長依存性が少なく、比較的低損失という利点があ
るが、しかし、組立調整工程が煩雑であり、量産には適
さず高価格であるという問題点があり、大きく普及する
に至っていない。導波路型は、フォトリソグラフィーや
各種エッチングなどを用いた微細加工技術を利用して作
製された平面基板上の光導波路を基本としており、量産
性、小型化等の面で優れており、将来型の光スイッチと
して期待されている。
A bulk type, a waveguide type, etc. have been proposed as an implementation form of the optical switch. The bulk type is composed of movable prisms and lenses as constituent elements, and has the advantage of less wavelength dependence and relatively low loss, but it is not suitable for mass production because the assembly adjustment process is complicated. There is a problem that it is expensive, and it has not spread widely. The waveguide type is based on an optical waveguide on a flat substrate that is manufactured using microfabrication technology using photolithography and various etchings, and is excellent in terms of mass productivity and miniaturization. Is expected as the optical switch of.

【0004】また、従来から、様々な材料系の光導波路
を用いてマトリクス光スイッチを作製する試みが成され
ているが、その中でも、シリコン基板上に作製される石
英系光導波路を用いて熱光学効果を活用した熱光学式マ
トリクス光スイッチは、安定性及び光ファイバーとの整
合性に優れており、実用的なマトリクス光スイッチの最
有力実現手段として期待されている。
[0004] Further, conventionally, attempts have been made to fabricate a matrix optical switch by using optical waveguides of various materials. Among them, a silica optical waveguide fabricated on a silicon substrate is used for heat generation. The thermo-optical matrix optical switch utilizing the optical effect is excellent in stability and compatibility with optical fibers, and is expected as the most promising means for realizing a practical matrix optical switch.

【0005】図9(a)は、本発明の対象とするN×N
マトリクス光スイッチの一例としての4×4マトリクス
光スイッチの構成概念図である。この4×4マトリクス
光スイッチは、4本の入力線光導波路1a-1d,2a-
2d,3a-3d,4a-4dと4本の出力線光導波路1
c-1b,2c-2b,3c-3b,4c-4bが4×4=
16箇所で交差する構成を持つ。この交差点には光スイ
ッチの最小単位としての2×2光スイッチ要素S11
S44が配置されている。これら各光スイッチ要素はオ
ン・オフ(ON/OFF)駆動により、図9(b)に示
すクロス状態から図9(c)に示すバー状態に切り替わ
る。この様なマトリクス光スイッチは、厳密ノンブロッ
キングな構成であり、かつ、任意の入力線光導波路と出
力線光導波路を接続するには、この入力線光導波路とこ
の出力線光導波路が交差しているただ一つの交差点を接
続すればよい。
FIG. 9A shows N × N which is the object of the present invention.
It is a structure conceptual diagram of a 4x4 matrix optical switch as an example of a matrix optical switch. This 4 × 4 matrix optical switch has four input line optical waveguides 1a-1d and 2a-
2d, 3a-3d, 4a-4d and four output line optical waveguides 1
c-1b, 2c-2b, 3c-3b, 4c-4b is 4 × 4 =
It has a structure that intersects at 16 points. This intersection 2 × 2 optical switch elements S11 ~ as the minimum unit of the optical switch
S44 is arranged. Each of these optical switch elements is switched on / off (ON / OFF) to switch from the cross state shown in FIG. 9B to the bar state shown in FIG. 9C. Such a matrix optical switch has a strictly non-blocking configuration, and in order to connect an arbitrary input line optical waveguide and output line optical waveguide, this input line optical waveguide and this output line optical waveguide intersect. You only have to connect one intersection.

【0006】図10は、図9の4×4マトリクス光スイ
ッチに対応して、石英系単一モード導波路を用いて作製
された従来の熱光学式4×4導波路型マトリクス光スイ
ッチの全体平面配置図である。図11(a)は、各交
点の2×2スイッチ要素に用いた2重ゲート型2×2光
スイッチ要素(特開平6-51354号公報)の拡大平
面図であり、図11(b),(c)は図11(a)のC
-C’線,D-D’線に沿って切った断面図である。
FIG. 10 shows an entire conventional thermo-optical 4 × 4 waveguide type matrix optical switch which is manufactured by using a silica single mode waveguide corresponding to the 4 × 4 matrix optical switch of FIG. FIG. 11 (a) is an enlarged plan view of a 2 × 2 switch elements double gate type 2 × 2 optical switch elements using each intersection difference <br/> point (JP-A-6-51354), 11 (b) and 11 (c) are C of FIG. 11 (a).
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line C ′ and the line DD ′.

【0007】これらの導波路は、火炎加水分解反応堆積
法と反応性イオンエッチング技術との公知の組み合わせ
により、シリコン基板上に作製されている。
These waveguides are formed on a silicon substrate by a known combination of the flame hydrolysis reaction deposition method and the reactive ion etching technique.

【0008】光スイッチ要素は、図11(a)に示した
ように、クロストークを無視できる角度θで互いに交差
する入力線光導波路11a-11bと出力線光導波路1
2a-12bにバイパス導波路13a-13bを加えた3
本の光導波路で構成され、2個のマッハツェンダー光干
渉計回路18a,18bを有している。
As shown in FIG. 11 (a), the optical switch element includes the input line optical waveguides 11a-11b and the output line optical waveguide 1 which intersect each other at an angle θ where crosstalk can be ignored.
2a-12b plus bypass waveguides 13a-13b 3
It is composed of a book optical waveguide and has two Mach-Zehnder interferometer circuits 18a and 18b.

【0009】すなわち、入力線光導波路11a-11b
とバイパス導波路13a-13bの一部は2箇所で互い
に近接し、方向性結合器14a及び15aを形成し、第
1のマッハツェンダー光干渉計回路を構成し、バイパス
導波路13a-13bと出力線光導波路12a-12bの
一部は2箇所で互いに近接し、方向性結合器14b及び
15bを形成し、第2のマッハツェンダー光干渉計回路
を構成している。
That is, the input line optical waveguides 11a-11b
And a part of the bypass waveguides 13a-13b are close to each other at two locations, form directional couplers 14a and 15a, constitute a first Mach-Zehnder interferometer circuit, and output the bypass waveguides 13a-13b. Part of the line optical waveguides 12a-12b are close to each other at two locations to form the directional couplers 14b and 15b, and form a second Mach-Zehnder interferometer circuit.

【0010】これら方向性結合器の光結合率は、信号光
波長において50%を目標に設定されている。これらマ
ッハツェンダー光干渉計回路において、2個の方向性結
合器を結んでいる2本の導波路の光路長の差は、オフ
(OFF)状において正確に信号波長の2分の1相当に
設定されており、この2本の導波路の少なくとも一方に
は、いわゆる熱光学効果を利用して光路長を変化させる
ための薄膜ヒータが装荷されている。
The optical coupling rate of these directional couplers is set to 50% at the signal light wavelength. In these Mach-Zehnder interferometer circuits, the difference in the optical path lengths of the two waveguides connecting the two directional couplers is accurately set to one-half the signal wavelength in the OFF state. At least one of the two waveguides is loaded with a thin film heater for changing the optical path length by utilizing the so-called thermo-optic effect.

【0011】OFF状態(薄膜ヒータ無通電)の時、第
1のマッハツェンダー光干渉計回路では、2個の方向性
結合器間を連結する2本の光導波路に信号波長の2分の
1の光路長差がつけられているので、2個の方向性結合
器の結合率が同じでさえあればその結合率の絶対値によ
らず、公知の干渉原理により入力線光導波路11a-1
1bに伝わる信号光は見かけ上バイパス導波路13a-
13bに伝わることなく100%入力線光導波路11a
-11bだけを伝搬するので、2×2光スイッチ要素全
体として見た場合、信号光は100%クロス経路で光ス
イッチ要素を通過する。
In the OFF state (non-energization of the thin film heater), in the first Mach-Zehnder interferometer circuit, the two optical waveguides that connect the two directional couplers are halved of the signal wavelength. Since the optical path lengths are different, if the coupling ratios of the two directional couplers are the same, regardless of the absolute value of the coupling ratios, the input line optical waveguide 11a-1 can be produced by the known interference principle.
The signal light transmitted to 1b is apparently the bypass waveguide 13a-
100% input line optical waveguide 11a without being transmitted to 13b
Since only -11b is propagated, when viewed as a 2 × 2 optical switch element as a whole, the signal light passes through the optical switch element with a 100% cross path.

【0012】仮に第1のマッハツェンダー光干渉計回路
でバイパス導波路13a-13bに信号光が漏れても、
この漏れ信号光は、第2のマッハツェンダー光干渉計回
路で第1のマッハツェンダー光干渉計回路同様の原理に
より、見かけ上バイパス導波路13a-13bだけを伝
搬し出力線光導波路12a-12bには伝わらないの
で、2×2光スイッチ要素全体として見た場合、バー経
路への光漏話は殆ど生じない。
Even if the first Mach-Zehnder interferometer circuit leaks signal light into the bypass waveguides 13a-13b,
This leakage signal light apparently propagates only through the bypass waveguides 13a-13b in the second Mach-Zehnder interferometer circuit and the same principle as the first Mach-Zehnder interferometer circuit, and then propagates to the output line optical waveguides 12a-12b. Is not transmitted, there is almost no optical crosstalk into the bar path when viewed as a 2 × 2 optical switch element as a whole.

【0013】これら2つのマッハツェンダー光干渉計に
おいて、2つの方向性結合器を結ぶ導波路の上に設けた
熱光学位相シフタを動作(薄膜ヒータに通電)させ、前
記2分の1相当の光路長差を打ち消しON状態とする
と、第1のマッハツェンダー光干渉計回路で入力線光導
波路11aに伝わる信号光はバイパス導波路13a-1
3bへ導かれ、さらに第2のマッハツェンダー光干渉計
回路で出力線光導波路12bへ導かれ、光スイッチ要素
の状態をバー経路に切り替えることができる。
In these two Mach-Zehnder interferometers, the thermo-optical phase shifter provided on the waveguide connecting the two directional couplers is operated (the thin film heater is energized), and the optical path equivalent to the half is obtained. When the length difference is canceled and the state is turned on, the signal light transmitted to the input line optical waveguide 11a in the first Mach-Zehnder interferometer circuit is bypassed by the bypass waveguide 13a-1.
3b, and further to the output line optical waveguide 12b by the second Mach-Zehnder interferometer circuit, the state of the optical switch element can be switched to the bar path.

【0014】このように2重ゲート型の2×2光スイッ
チ要素は、2段のマッハツェッンダー光干渉計回路18
a,18bからなる2重の関門で光漏話を制御している
ので、非常に高消光比の2×2光スイッチ要素を実現で
き、マトリクス光スイッチのシステムへの適用範囲を拡
げる観点から期待されている。
As described above, the double gate type 2 × 2 optical switch element is a two-stage Mach-Zehnder interferometer circuit 18
Since the optical crosstalk is controlled by the double barrier consisting of a and 18b, it is possible to realize a 2x2 optical switch element with an extremely high extinction ratio, and it is expected from the viewpoint of expanding the range of application of the matrix optical switch to the system. ing.

【0015】図14は、従来の他の2×2の導波路型光
スイッチを示す図であり、マッハツェンダー光干渉計回
路を1つしか用いない導波路型2×2光スイッチの例で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing another conventional 2 × 2 waveguide type optical switch, which is an example of the waveguide type 2 × 2 optical switch using only one Mach-Zehnder interferometer circuit. .

【0016】一方、N2個の2×2の導波路型光スイッ
チ要素を接続して構成されるN×Nの厳密ノンブロッキ
ングの導波路型光スイッチにおいて、前述の図10に示
すような接続による通常のマトリクス光スイッチに比べ
て、スイッチ段の段数が少なくなる構成として、図12
に示すような接続構成(パス無依存型構成)が知られて
いる(特公平6-66982号公報)。このパス無依存
型構成は、基本的には、第i行j列(ここでi,jは整
数、且つ1<i<N,j<N)の光スイッチ要素の、下
方の出力端子を第i+1行j+1列の光スイッチ要素の
上方の入力端子に接続し、上方の出力端子を第i-1行
j+1列の光スイッチ要素の下方の入力端子に接続して
マトリクス光スイッチが構成されている。
On the other hand, in an N × N strictly non-blocking waveguide type optical switch constructed by connecting N 2 2 × 2 waveguide type optical switch elements, the connection as shown in FIG. As a configuration in which the number of switch stages is smaller than that of a normal matrix optical switch, FIG.
There is known a connection configuration (path independent configuration) as shown in (Japanese Patent Publication No. 6-66982). This path-independent type configuration basically has the lower output terminal of the optical switch element of the i-th row and the j-th column (where i and j are integers and 1 <i <N, j <N) A matrix optical switch is configured by connecting the upper input terminal of the optical switch element at i + 1th row and j + 1th column and connecting the upper output terminal to the lower input terminal of the optical switch element at i−1th row and j + 1th column. .

【0017】このパス無依存型構成の光スイッチは、一
見すると通常のマトリクス構成の光スイッチと論理構成
が全く異なるように見えるが、任意の入力導波路と任意
の出力導波路を接続するにはただ1つの2×2の導波路
型光スイッチ要素を駆動すれば接続できるという論理構
成は通常のマトリクス光スイッチと同じである。
At first glance, this path-independent type optical switch seems to be completely different in logic configuration from the ordinary matrix type optical switch, but in order to connect an arbitrary input waveguide and an arbitrary output waveguide, The logical structure that can be connected by driving only one 2 × 2 waveguide type optical switch element is the same as a normal matrix optical switch.

【0018】以下にこの論理構成が従来と同じであるこ
とを説明する。図13(a)は、例えば、4×4のマト
リクススイッチにおける、いわゆる従来の接続構成を示
した図である。この接続構成は任意の入力線光導波路と
任意の出力線光導波路は必ず交差点を一つづつ持つ(例
えば1a-1dと1c-1bではS11を持つ)ので、厳
密ノンブロッキング動作が可能であり、かつ、任意の入
力線光導波路と出力線光導波路を接続するには、この入
力線光導波路とこの出力線光導波路が交差しているただ
一つの交差点を接続すれば良い。つまり、任意の入力線
光導波路と任意の出力線光導波路は必ず交差点を一つづ
つ持つという原則が守られれば、前記構成からスイッチ
要素の配置を変更しても論理構成は変わらない。
It will be described below that this logical configuration is the same as the conventional one. FIG. 13A is a diagram showing a so-called conventional connection configuration in, for example, a 4 × 4 matrix switch. In this connection configuration, an arbitrary input line optical waveguide and an arbitrary output line optical waveguide always have one intersection (for example, 1a-1d and 1c-1b have S11), so strict non-blocking operation is possible, and In order to connect an arbitrary input line optical waveguide and output line optical waveguide, it is sufficient to connect only one intersection where this input line optical waveguide and this output line optical waveguide intersect. That is, if the principle that an arbitrary input line optical waveguide and an arbitrary output line optical waveguide always have one intersection, the logical configuration does not change even if the arrangement of switch elements is changed from the above configuration.

【0019】まず、入力線導波路をそれぞれ二つに分け
て(例えば1a-1dは1a-1eと1f-1dに分け
る)、図13(b)に示したように配置すると、入力線
光導波路と出力線光導波路の交差点が新たに生じるの
で、S12,S13,S14,S23,S24,S34
のスイッチ要素をこの新たな交差点に移動することがで
きる。そして、二つに分けた入力線導波路を接続するた
めに、図13(c)に示したような円筒を考え、この表
面にこれら導波路を張り付けるようにして回路を配置す
ると、この分けた入力線導波路はスムーズに接続するこ
とができる。
First, the input line optical waveguide is divided into two parts (for example, 1a-1d is divided into 1a-1e and 1f-1d) and arranged as shown in FIG. 13B. And an output line optical waveguide are newly crossed, S12, S13, S14, S23, S24, S34
The switch elements of can be moved to this new intersection. Then, in order to connect the two divided input line waveguides, a cylinder as shown in FIG. 13C is considered, and when the circuits are arranged so that these waveguides are attached to this surface, this division is performed. The input line waveguide can be connected smoothly.

【0020】実際には、円筒上に回路を作製するわけで
はないので、図13(d)に示したように、この円筒上
の配置を平面上に2次元投影した配置で、平面の回路を
実現する。この構成は、各スイッチ要素間を接続する導
波路に交差が生じ、見た目は図13(a)と全く異なる
ものの、任意の入力線光導波路と任意の出力線光導波路
は必ず交差点を一つづつ持つという原則は変わらず、従
来と同じである。
Actually, since the circuit is not manufactured on the cylinder, as shown in FIG. 13D, the circuit on the plane is arranged by two-dimensionally projecting the arrangement on the cylinder onto the plane. To be realized. In this configuration, the waveguides connecting the respective switch elements intersect each other, and although the appearance is completely different from that of FIG. 13A, the arbitrary input line optical waveguide and the arbitrary output line optical waveguide always have one intersection. The principle of possessing has not changed and is the same as before.

【0021】ここでは、具体的に4×4のマトリクスス
イッチで説明を行なったが、同様の考えを適用すること
により、N×Nのマトリクススイッチでもこの構成は、
通常のマトリクス光スイッチと同じように、任意の入力
導波路と任意の出力導波路を接続するにはただ1つの2
×2の導波路型光スイッチ要素を駆動すれば接続できる
という論理構成になっていることが、容易に理解でき
る。
Here, although the description has been made specifically for the 4 × 4 matrix switch, by applying the same idea, this configuration can be applied to the N × N matrix switch.
Just like a normal matrix optical switch, you can connect any input waveguide to any output waveguide by using only one 2
It can be easily understood that the logical configuration is such that the waveguide optical switch element of × 2 can be connected by driving.

【0022】N×Nの厳密ノンブロッキングな導波路型
光スイッチは、2×2の導波路型光スイッチをまとめた
スイッチ段の段数が、通常のマトリクス構成では2N-
1段必要なのに対し、パス無依存型構成ではN段だけ必
要である。よって、パス無依存型構成は、通常のマトリ
クス構成に比べて、スイッチ段の段数を約半数に減らす
ことができるので、回路長(光路長)を大幅に短縮する
ことが期待できる。また、回路長(光路長)の短縮によ
り損失の減少も期待できる。
In the N × N strictly non-blocking waveguide type optical switch, the number of switch stages in which 2 × 2 waveguide type optical switches are combined is 2N− in a normal matrix configuration.
While one stage is required, only N stages are required in the path-independent configuration. Therefore, in the path-independent configuration, the number of switch stages can be reduced to about half as compared with the normal matrix configuration, and thus the circuit length (optical path length) can be expected to be significantly reduced. In addition, reduction in loss can be expected by shortening the circuit length (optical path length).

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
の技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventor has found the following problems as a result of studying the above conventional technology.

【0024】前記従来のパス無依存型構成では、スイッ
チ段段数間で各スイッチ要素を接続する導波路におい
て、マトリクス型構成ではなかった導波路間の交差が新
たに生じる。そこで、この交差点での損失及び導波路間
の漏話を抑えるために、ある程度の交差角でこの2本の
導波路を交差させる必要があり、そのため、この交差点
の前後に主として曲導波路で構成された導波路展開部5
1a,51b,51cを設ける必要があった。
In the conventional path-independent structure, in the waveguide connecting the switch elements among the number of switch stages , an intersection between the waveguides, which is not the matrix structure, is newly generated. Therefore, in order to suppress the loss at this intersection and the crosstalk between the waveguides, it is necessary to intersect these two waveguides at a certain crossing angle. Therefore, it is mainly composed of curved waveguides before and after this intersection. Waveguide expansion part 5
It was necessary to provide 1a, 51b, 51c.

【0025】従って、通常のマトリクス型構成からパス
無依存型構成にしてスイッチ段の段数を減らしても、逆
に回路長(光路長)の増大をもたらす導波路展開部が必
要になるので、スイッチ段段数の減少による回路長
(光路長)短縮化の効果が充分に得られないという問題
があった。
Therefore, even if the number of switch stages is reduced from the normal matrix type configuration to the path-independent type configuration, the waveguide expanding section which increases the circuit length (optical path length) is required, and therefore the switch is required. There is a problem in that the effect of shortening the circuit length (optical path length) by reducing the number of stages cannot be sufficiently obtained.

【0026】本発明の目的は、各光スイッチ要素に前述
の高消光比が得られる構成の光スイッチ要素を用い、か
つ、回路長(光路長)を大幅に短縮することができるパ
ス無依存型構成において、パス無依存型構成で生じる交
差導波路の導波路展開部がもたらす回路長(光路長)増
大の影響を抑える光導波路レイアウトとすることが可能
な技術を提供することにある。
An object of the present invention is to use an optical switch element having a constitution capable of obtaining the above-mentioned high extinction ratio for each optical switch element, and to reduce the circuit length (optical path length) significantly. An object of the present invention is to provide a technique capable of providing an optical waveguide layout that suppresses the influence of the increase in the circuit length (optical path length) caused by the waveguide expansion portion of the crossed waveguide that occurs in the path-independent configuration.

【0027】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すると、以
下のとおりである。
The outline of the representative one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0029】(1)2本の入力線光導波路2本の出力
線光導波路及び2本のバイパス光導波路よりなる導波路
型変形2×2光スイッチであって、入力部を第1の入力
線光導波路とし出力部を当該第1の入力線光導波路と第
1のバイパス光導波路とする第1の1×2光スイッチ
と、入力部を第2の入力線光導波路とし出力部を当該第
2の入力線光導波路と第2のバイパス光導波路とする第
2の1×2光スイッチと、入力部を第1の出力線光導波
路と第2のバイパス光導波路とし出力部を前記第1の出
力線光導波路とする第1の2×1光スイッチと、入力部
を前記第2の出力線光導波路と前記第1のバイパス光導
波路とし出力部を前記第2の出力線光導波路とする第2
の2×1光スイッチで構成され、前記第1の入力線導波
路は、前記第1の1×2光スイッチを構成した後に、前
記第2の出力線導波路及び前記第2の入力線導波路とこ
の順で交差し、前記第2の入力線導波路は、前記第2の
1×2光スイッチを構成した後に、前記第1の出力線導
波路及び前記第1の入力線導波路とこの順で交差し、前
記第1の出力線導波路は、前記第1の2×1光スイッチ
を構成する前に、前記第2の出力線導波路及び前記第2
の入力線導波路とこの順で交差し、前記第2の出力線導
波路は、前記第2の2×1光スイッチを構成する前に
前記第1の出力線導波路及び前記第1の入力線導波路と
この順で交差し、これら合計4つの交差は、前記第1の
1×2光スイッチと前記第2の1×2光スイッチと前記
第1の2×1光スイッチと前記第2の2×1光スイッチ
に囲まれる領域の中心近傍に位置する導波路型変形2×
2光スイッチである。
[0029] (1) two input lines waveguide, a two output lines optical waveguide and two bypass waveguide waveguide type deformation the 2 × 2 optical switch consisting of an input first A first 1 × 2 optical switch having an input line optical waveguide and an output unit as the first input line optical waveguide and a first bypass optical waveguide, and an input unit as a second input line optical waveguide and an output unit A second 1 × 2 optical switch that serves as a second input line optical waveguide and a second bypass optical waveguide, and a first output line optical waveguide and a second bypass optical waveguide as an input section and the output section as the first section. A second 2 × 1 optical switch as an output line optical waveguide, and an input unit as the second output line optical waveguide and the first bypass optical waveguide, and an output unit as the second output line optical waveguide. Second
The second input line waveguide and the second input line waveguide after the first 1 × 2 optical switch is configured. The second input line waveguide intersects with the waveguide in this order, and after the second input line waveguide constitutes the second 1 × 2 optical switch, it is connected to the first output line waveguide and the first input line waveguide. Crossing in this order, the first output line waveguide and the second output line waveguide and the second output line waveguide are formed before forming the first 2 × 1 optical switch.
Crossing the input line waveguide in this order, and the second output line waveguide before forming the second 2 × 1 optical switch,
The first output line waveguide and the first input line waveguide are crossed in this order, and a total of these four crossings are the first 1 × 2 optical switch and the second 1 × 2 optical switch. And a waveguide type modification 2 × located near the center of a region surrounded by the first 2 × 1 optical switch and the second 2 × 1 optical switch.
It is a two-optical switch.

【0030】(2)2M(Mは正の整数)本の入力線光
導波路及び2M本の出力線光導波路を少なくとも含む導
波路型マトリクス光スイッチであって、各々1本の入力
線光導波路と出力線光導波路よりなる導波路型2×2光
スイッチと、導波路型変形2×2光スイッチとを備え、
前記導波路型変形2×2光スイッチをM個並列に配置し
て第(2k−1)段を構成し(kは1以上M以下の整
数)、前記導波路型2×2光スイッチ、(M−1)個の
前記導波路型変形2×2光スイッチ、前記導波路型2×
2光スイッチをこの順に並列に配置して第2k段を構成
し、前記各段の間で前記2M本の入力線光導波路と前記
2M本の出力線光導波路の計4M本の光導波路を交差す
ることなく接続した導波路型マトリクス光スイッチであ
る。
(2) A waveguide type matrix optical switch including at least 2M (M is a positive integer) input line optical waveguides and 2M output line optical waveguides, each having one input line optical waveguide. A waveguide type 2 × 2 optical switch comprising an output line optical waveguide and a waveguide type modified 2 × 2 optical switch,
M pieces of the waveguide type modified 2 × 2 optical switches are arranged in parallel to form a (2k−1) th stage (k is an integer of 1 or more and M or less), and the waveguide type 2 × 2 optical switch, ( M-1) number of the waveguide type modified 2 × 2 optical switches, the waveguide type 2 ×
Two optical switches are arranged in parallel in this order to form a 2k-th stage, and a total of 4M optical waveguides of the 2M input-line optical waveguides and the 2M output-line optical waveguides are crossed between the respective stages. It is a waveguide type matrix optical switch that is connected without performing the above.

【0031】(3)2M(Mは正の整数)本の入力線光
導波路及び2M本の出力線光導波路を少なくとも含む導
波路型マトリクス光スイッチであって、各々1本の入力
線光導波路と出力線光導波路よりなる導波路型2×2光
スイッチと、導波路型変形2×2光スイッチとを備え、
前記導波路型変形2×2光スイッチをM個並列に配置し
て第2k段(kは1以上M以下の整数)を構成し、前記
導波路型2×2光スイッチ、(M−1)個の前記導波路
型変形2×2光スイッチ、前記導波路型2×2光スイッ
チをこの順に並列に配置して第(2k−1)段を構成
し、前記各段の間で前記2M本の入力線光導波路と前記
2M本の出力線光導波路の計4M本の光導波路を交差す
ることなく接続したことを特徴とする導波路型マトリク
ス光スイッチである。
(3) 2M (M is a positive integer) input light beams
Conductor including at least a waveguide and 2M output line optical waveguides
Waveguide-type matrix optical switch with one input each
Waveguide type 2 × 2 light consisting of line optical waveguide and output line optical waveguide
A switch and a waveguide-type modified 2 × 2 optical switch,
M pieces of the waveguide type modified 2 × 2 optical switches are arranged in parallel.
The second k-th stage (k is an integer of 1 or more and M or less), and
Waveguide type 2 × 2 optical switch, (M-1) waveguides
Mold modification 2 × 2 optical switch, said waveguide type 2 × 2 optical switch
Chi are arranged in parallel in this order to form the (2k-1) th stage.
The 2M input line optical waveguides and the
2M output lines Optical waveguides 4M optical waveguides are crossed
Waveguide type matrix characterized by being connected without
It is an optical switch.

【0032】(4)(2M−1)(Mは2以上の正の整
数)本の入力線光導波路及び(2M−1)本の出力線光
導波路を少なくとも含む導波路型マトリクス光スイッチ
であって、各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路
よりなる導波路型2×2光スイッチと導波路型変形2×
2光スイッチを備えた(2M−1)段のスイッチ段で構
成され、奇数番目のスイッチ段は前記導波路型2×2光
スイッチと(M−1)個の前記導波路型変形2×2光ス
イッチをこの順に並列に配置して、構成され、偶数番目
のスイッチ段は(M−1)個の前記導波路型変形2×2
光スイッチと前記導波路型2×2光スイッチをこの順に
並列に配置して構成され、前記各段の間で前記(2M−
1)本の入力線光導波路と前記(2M−1)本の出力線
光導波路の計2(2M−1)本の光導波路を交差するこ
となく接続した導波路型マトリクス光スイッチである。
(4) A waveguide-type matrix optical switch including at least (2M-1) (M is a positive integer of 2 or more) input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides. A waveguide type 2 × 2 optical switch and a waveguide type modification 2 × each consisting of an input line optical waveguide and an output line optical waveguide.
It consists of (2M-1) stage switch stage having a second optical switch, the odd-numbered switch stage and the waveguide 2 × 2 optical switches (M-1) pieces of the waveguide-type deformation 2 × 2 Hikarisu <br/> acme switch arranged in parallel in this order, is constructed, the even-numbered switch stage (M-1) pieces of the waveguide shape modification 2 × 2
It is constituted by the waveguide-type 2 × 2 optical switch and optical switch arranged in parallel in this order, wherein between the respective stages (2M-
1) A waveguide type matrix optical switch in which a total of 2 (2M-1) optical waveguides of the input optical waveguides and the (2M-1) output optical waveguides are connected without crossing each other.

【0033】(5)(2M−1)(Mは2以上の正の整
数)本の入力線光導波路及び(2M−1)本の出力線光
導波路を少なくとも含む導波路型マトリクス光スイッチ
であって、各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路
よりなる導波路型2×2光スイッチと導波路型変形2×
2光スイッチを備えた(2M−1)段のスイッチ段で構
成され、奇数番目のスイッチ段は、(M−1)個の前記
導波路型変形2×2光スイッチと前記導波路型2×2光
スイッチをこの順に並列に配置して構成され、偶数番目
のスイッチ段は前記導波路型2×2光スイッチと(M−
1)個の前記導波路型変形2×2光スイッチをこの順に
並列に配置して構成され、前記各段の間で前記(2M−
1)本の入力線光導波路と前記(2M−1)本の出力線
光導波路の計2(2M−1)本の光導波路を交差するこ
となく接続した導波路型マトリクス光スイッチである。
(5) A waveguide-type matrix optical switch including at least (2M−1) (M is a positive integer of 2 or more) input line optical waveguides and (2M−1) output line optical waveguides. A waveguide type 2 × 2 optical switch and a waveguide type modification 2 × each consisting of an input line optical waveguide and an output line optical waveguide.
With 2 light switch is composed of a (2M-1) stage switch stage, the odd-numbered switch stage, (M-1) pieces of the waveguide-type deformation the 2 × 2 optical switch and the waveguide 2 X2 optical switches are arranged in parallel in this order, and the even-numbered switch stages are the waveguide type 2x2 optical switch and (M-
1) is constructed by arranging pieces of the waveguide type deformation the 2 × 2 optical switch in parallel in this order, wherein between the respective stages (2M-
1) A waveguide type matrix optical switch in which a total of 2 (2M-1) optical waveguides of the input optical waveguides and the (2M-1) output optical waveguides are connected without crossing each other.

【0034】(6)前記(2)乃至(5)のうちいずれ
か1つの導波路型マトリクス光スイッチにおいて、前記
導波路型変形2×2光スイッチは、前記請求項1に記載
される導波路型変形光スイッチである。
(6) In the waveguide type matrix optical switch according to any one of (2) to (5) , the waveguide type modified 2 × 2 optical switch is the waveguide according to claim 1. It is a modified optical switch.

【0035】(7)前記(2)乃至(6)のうちいずれ
か1つの導波路型マトリクス光スイッチにおいて、前記
導波路型2×2光スイッチは、1本の入力線光導波路と
1本の出力線光導波路と1本のバイパス光導波路よりな
り、入力部を前記入力線光導波路、出力部を前記入力線
光導波路及び前記バイパス光導波路とする1×2光スイ
ッチと、入力部を前記出力線光導波路及び前記バイパス
光導波路、出力部を前記出力線光導波路とする2×1光
スイッチで構成され、前記1×2光スイッチと前記2×
1光スイッチの間で前記入力線光導波路と前記出力線光
導波路が交差している導波路型2×2光スイッチであ
る。
(7) In the waveguide type matrix optical switch according to any one of (2) to (6) , the waveguide type 2 × 2 optical switch includes one input line optical waveguide and one input line optical waveguide. A 1 × 2 optical switch including an output line optical waveguide and one bypass optical waveguide, the input section being the input line optical waveguide, the output section being the input line optical waveguide and the bypass optical waveguide, and the input section being the output A line optical waveguide, the bypass optical waveguide, and a 2 × 1 optical switch having an output section as the output line optical waveguide, and the 1 × 2 optical switch and the 2 ×
It is a waveguide type 2 × 2 optical switch in which the input line optical waveguide and the output line optical waveguide intersect each other in one optical switch.

【0036】(8)前記(7)の導波路型マトリクス光
スイッチにおいて、前記1×2光スイッチ及び2×1光
スイッチは、2本の光導波路が2箇所で近接して2個の
方向性結合器を構成し、かつスイッチ駆動端子を備えた
マッハツェンダー干渉計回路である。
(8) In the waveguide type matrix optical switch of the above (7) , in the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch, two optical waveguides are close to each other at two places and two directionalities are provided. It is a Mach-Zehnder interferometer circuit that constitutes a coupler and has a switch drive terminal.

【0037】(9)前記(7)の導波路型マトリクス光
スイッチにおいて、前記1×2光スイッチ及び2×1光
スイッチは、スイッチ駆動端子を備えたY分岐型スイッ
チである。
(9) In the waveguide type matrix optical switch of (7) , the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch are Y-branch type switches having switch drive terminals.

【0038】(10)前記(7)の導波路型マトリクス
光スイッチにおいて、前記1×2光スイッチ及び2×1
光スイッチは、2本の光導波路が1箇所で近接し、かつ
スイッチ駆動端子を備えた方向性結合器である。
(10) In the waveguide type matrix optical switch of (7) , the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch are used.
An optical switch is a directional coupler in which two optical waveguides are close to each other at one place and a switch drive terminal is provided.

【0039】現在多く用いている石英系ガラス等を用い
たガラス光導波路では、位相シフタとして薄膜ヒータを
用いた熱光学位相シフタを用い、導波路間の交差部では
交差角を20度以上とすることが好ましい。
Quartz glass or the like, which is widely used at present, is used.
In a glass optical waveguide, a thin film heater is used as a phase shifter.
Using the thermo-optic phase shifter used, at the intersection between the waveguides
The intersection angle is preferably 20 degrees or more.

【0040】すなわち、本発明は、図11(a)、図1
1(d)又は図11(e)の2×2光スイッチを基本に
交差部が空間的に近接するように配置したものである。
交差部はこれにより、例えば、図11(a)の光スイッ
チを2個並列配置するもの(図11(f))に比べて図
のw方向の小型化が可能である。
That is, the present invention is shown in FIGS.
Based on the 2 × 2 optical switch of 1 (d) or FIG. 11 (e)
The intersections are arranged spatially close to each other.
As a result, the crossing portion is, for example, a light switch shown in FIG.
Compared to the one in which two chi are arranged in parallel (Fig. 11 (f))
Can be miniaturized in the w direction.

【0041】本願発明の導波路型光マトリクスは、前記
導波路型変形2×2光スイッチと図11(a)、図11
(d)又は図11(e)の2×2光スイッチを基本構成
として、前記の手段(2)乃至(10)のように配置し
たものである。
The waveguide type optical matrix of the present invention has the above-mentioned structure.
Waveguide-type modified 2 × 2 optical switch and FIGS. 11A and 11B
(D) or 2 × 2 optical switch of FIG. 11 (e) has a basic configuration
As the above means (2) to (10)
It is a thing.

【0042】パス無依存型構成では、各光スイッチ要素
が、入力線光導波路と出力線光導波路の配置が正の向き
の光スイッチ要素と上下反転下向きの光スイッチ要素
が、交互市松模様に配置される。そのため、本発明のよ
うに2×2光スイッチ要素として2重ゲート型光スイッ
チ要素を用いた場合、2重ゲート型光スイッチ要素内の
入力線光導波路と出力線光導波路の交差導波路が、前述
のようにペアにして構成した光スイッチ要素において近
接した位置に配置される。
In the path-independent configuration, the optical switch elements are arranged such that the input line optical waveguides and the output line optical waveguides are arranged in a positive direction and the optical switch elements are turned upside down and in a downward check pattern. To be done. Therefore, when the double gate type optical switch element is used as the 2 × 2 optical switch element as in the present invention, the cross waveguide of the input line optical waveguide and the output line optical waveguide in the double gate type optical switch element is The optical switch elements configured as a pair as described above are arranged in close proximity.

【0043】そこで、スイッチ要素の出力端側のスイッ
チ段間で生じる入力線光導波路の交差導波路とスイッチ
要素の入力端側のスイッチ段間で生じる出力線光導波路
の交差導波路を、前述のペアにして構成した光スイッチ
要素に組み込んで構成することができる。さらに、前記
の光スイッチ要素内の入力線光導波路と出力線光導波路
の交差導波路の近傍にこれらスイッチ段間で生じる交差
導波路を配置することにより、これら4箇所の交差導波
路を一括して一つの導波路展開部で構成することができ
る。
Therefore, the cross waveguide of the input line optical waveguide generated between the switch stages on the output end side of the switch element and the cross waveguide of the output line optical waveguide generated between the switch stages on the input end side of the switch element are described above. It can be incorporated into an optical switch element configured as a pair. Further, by arranging the cross waveguide generated between these switch stages in the vicinity of the cross waveguide of the input line optical waveguide and the output line optical waveguide in the optical switch element, these four cross waveguides are integrated. It can be configured with one waveguide expanding section.

【0044】このように、パス無依存型で生じるスイッ
チ段間で生じている交差導波路の導波路展開部と、2重
ゲート型光スイッチ要素内の交差導波路の導波路展開部
を一括して同じ導波路展開部にレイアウトすることによ
り、スイッチ段間で生じている交差導波路の導波路展開
部を新たに設ける必要がなくなり、パス無依存型を取り
入れたことによる段数半減の効果を充分に引き出し、大
幅な回路長(光路長)短縮を行うことができ、高消光比
が得られる2重ゲート型光スイッチ要素を用いながらも
挿入損失の低減を図ることができる。
As described above, the waveguide development portion of the cross waveguides generated between the switch stages which is generated in a path independent type and the waveguide development portion of the cross waveguides in the double gate type optical switch element are collectively described. By laying out in the same waveguide expansion part, it is not necessary to newly provide the waveguide expansion part of the crossed waveguide generated between the switch stages, and the effect of reducing the number of stages by half by adopting the path independent type is sufficient. It is possible to drastically reduce the circuit length (optical path length), and it is possible to reduce the insertion loss while using the double gate type optical switch element that can obtain a high extinction ratio.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態(実施例)を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments (examples) of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0046】なお、実施形態を説明するための全図にお
いて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰
り返しの説明は省略する。
In all the drawings for explaining the embodiments, those having the same function are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0047】以下の実施形態では、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、光スイッチ要素として熱光学式マッハツェンダー光
干渉計回路型2×2光スイッチを採用した導波路型マト
リクス光スイッチについて説明する。これはこの組み合
わせが単一モード光導波路との接続性に優れ、しかも偏
波依存性の無い導波路型マトリクス光スイッチを提供で
きるためである。しかし、本発明は前記組み合わせに限
定されるものではない。
In the following embodiments, a silica single mode optical waveguide formed on a silicon substrate is used as an optical waveguide, and a thermo-optical Mach-Zehnder interferometer circuit type 2 × 2 optical switch is used as an optical switch element. The waveguide type matrix optical switch described above will be described. This is because this combination can provide a waveguide-type matrix optical switch having excellent connectivity with a single-mode optical waveguide and having no polarization dependence. However, the present invention is not limited to the above combination.

【0048】(実施形態1)図1及び図4は本発明によ
るN×Nマトリクス光スイッチの一実施例(特にN=2
Mの一例、M:正の整数)としての実施形態1の4×4
マトリクス光スイッチの概略構成を示す図である。
(Embodiment 1) FIGS. 1 and 4 show an embodiment of an N × N matrix optical switch according to the present invention (particularly N = 2).
4 × 4 of Embodiment 1 as an example of M, M: positive integer)
It is a figure which shows schematic structure of a matrix optical switch.

【0049】図1(a),(b),(c)は本実施形態
1に用いた2×2光スイッチ要素が2つペアになって配
置された本発明による導波型変形2×2光スイッチを
明するための図であり、図1(a)は本実施形態1の2
×2マトリクス光スイッチ要素が2つペアになって配置
されている平面図、図1(b)は図1(a)に示すA-
A’線に沿って切った断面図、図1(c)は図1(a)
に示すB-B’線に沿って切った断面図である。
1 (a), 1 (b) and 1 (c) show the waveguide type deformation 2 × 2 according to the present invention in which two 2 × 2 optical switch elements used in the first embodiment are arranged in pairs. a diagram for Description <br/> bright light switch, FIG. 1 (a) 2 of the present embodiment 1
A plan view in which two × 2 matrix optical switch elements are arranged in pairs, and FIG. 1B is an A-shown in FIG.
A cross-sectional view taken along the line A ', FIG. 1C is FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line BB ′ shown in FIG.

【0050】図1において、1はシリコン基板、2は石
英系ガラスクラッド層、11a-11b,21a-21b
は石英系入力線導波路コア、12a-12b,22a-2
2bは石英系出力線導波路コア、13a-13b,23
a-23bは石英系バイパス導波路コア、14a,14
b,15a,15b,24a,24b,25a,25b
は方向性結合器である。
In FIG. 1, 1 is a silicon substrate, 2 is a quartz glass clad layer, and 11a-11b and 21a-21b.
Is a silica-based input line waveguide core, 12a-12b, 22a-2
2b is a silica-based output line waveguide core, 13a-13b, 23
a-23b is a silica-based bypass waveguide core, 14a, 14
b, 15a, 15b, 24a, 24b, 25a, 25b
Is a directional coupler.

【0051】16a,16b,17a,17b,26
a,26b,27a,27bは薄膜ヒータ(位相シフ
タ)、18a,28aは第1マッハツェンダー干渉計回
路、18b,28bは第2マッハツェンダー干渉計回
路、19,29は2重ゲート型光スイッチ要素内の入力
線光導波路と出力線光導波路の交差導波路、31aはス
イッチ要素の出力端側のスイッチ間で生じる入力線光
導波路の交差導波路、3bはスイッチ要素の入力端側
のスイッチ間で生じる出力線光導波路の交差導波路、
30は導波路展開部である。
16a, 16b, 17a, 17b, 26
a, 26b, 27a and 27b are thin film heaters (phase shifters), 18a and 28a are first Mach-Zehnder interferometer circuits, 18b and 28b are second Mach-Zehnder interferometer circuits, and 19 and 29 are double gate type optical switch elements. cross waveguide input line optical waveguide and the output line optical waveguide of the inner, 31a are cross waveguide input line waveguide that occurs between the switch stage of the output end of the switching element, 3 2 b is the input end side of the switch elements Crossing waveguides of output line optical waveguides generated between switch stages ,
Reference numeral 30 is a waveguide development unit.

【0052】本実施形態1に用いた導波路型変形2×2
光スイッチにおける2×2光スイッチペアは、2本の
入力線光導波路及び2本のバイバス光導波路よりなり、
入力部を第1の入力線光導波路とし出力部を当該第1の
入力線光導波路と第1のバイパス光導波路とする第1の
1×2光スイッチと、入力部を第2の入力線光導波路と
し出力部を当該第2の入力線光導波路と第2のバイパス
光導波路とする第2の1×2光スイッチと、入力部を前
記第1の出力線光導波路と前記第2のバイパス光導波路
とし出力部を前記第1の出力線光導波路とする第1の2
×1光スイッチと、入力部を前記第2の出力線光導波路
と前記第1のバイパス光導波路とし出力部を前記第2の
出力線光導波路とする第2の2×1光スイッチよりな
る。
Waveguide type deformation 2 × 2 used in the first embodiment
A pair of 2 × 2 optical switches in the optical switch consists of two input line optical waveguides and two bypass optical waveguides,
A first 1 × 2 optical switch having an input section as a first input line optical waveguide and an output section as the first input line optical waveguide and a first bypass optical waveguide; and an input section for a second input line optical waveguide. A second 1 × 2 optical switch having a waveguide as an output section and the second input line optical waveguide and a second bypass optical waveguide, and an input section as the first output line optical waveguide and the second bypass optical waveguide. A first waveguide having a waveguide and an output section serving as the first output line optical waveguide
It comprises a x1 optical switch and a second 2x1 optical switch in which the input part is the second output line optical waveguide and the first bypass optical waveguide and the output part is the second output line optical waveguide.

【0053】前記第1の入力線導波路は、前記第1の1
×2光スイッチを構成した後に、前記第2の出力線導波
路及び前記第2の入力線導波路とこの順で交差し、前記
第2の入力線導波路は、前記第2の1×2光スイッチを
構成した後に、前記第1の出力線導波路及び前記第1の
入力線導波路とこの順で交差し、前記第1の出力線導波
路は、前記第1の2×1光スイッチを構成する前に、前
記第2の出力線導波路及び前記第2の入力線導波路とこ
の順で交差し、前記第2の出力線導波路は、前記第2の
2×1光スイッチを構成する前に、前記第1の出力線導
波路及び前記第1の入力線導波路とこの順で交差し、こ
れら合計4つの交差は、前記第1の1×2光スイッチと
前記第2の1×2光スイッチと前記第1の2×1光スイ
ッチと前記第2の2×1光スイッチに囲まれる領域の中
心近傍に位置する。
The first input line waveguide is the first input line waveguide.
After constructing a × 2 optical switch, it intersects with the second output line waveguide and the second input line waveguide in this order, and the second input line waveguide is the second 1 × 2 After configuring an optical switch, the optical switch intersects with the first output line waveguide and the first input line waveguide in this order, and the first output line waveguide is the first 2 × 1 optical switch. Before configuring the second output line waveguide and the second input line waveguide in this order, the second output line waveguide includes the second 2 × 1 optical switch. Before the configuration, the first output line waveguide and the first input line waveguide are crossed in this order, and these four crossings in total are the first 1 × 2 optical switch and the second It is located near the center of a region surrounded by the 1 × 2 optical switch, the first 2 × 1 optical switch, and the second 2 × 1 optical switch.

【0054】そして、本実形態1では、前述の1×2光
スイッチ及び2×1光スイッチには、石英系ガラス導波
路では実績のあるスイッチ素子である2本の導波路が2
箇所で近接して2個の方向性結合器を構成し、かつ、ス
イッチ駆動素子を備えたマッハツェンダー干渉計を用い
ている。
In addition, in the present Embodiment 1, in the above-mentioned 1 × 2 optical switch and 2 × 1 optical switch, two waveguides, which are switch elements that have proven themselves in silica-based glass waveguides, are used.
A Mach-Zehnder interferometer having two directional couplers arranged close to each other and having a switch driving element is used.

【0055】前記導波路型変形2×2光スイッチは、1
×2光スイッチと2×1光スイッチを基本構成とするも
のであるが、1×2光スイッチと2×1光スイッチには
図1(a)に示すマッハツェンダー干渉計、図2
(a)に示すY分岐光導波路、図3(a)に示す方向
性結合器等を用いることが可能である。
[0055] The waveguide type deformation the 2 × 2 optical switch is 1
The basic configuration is a × 2 optical switch and a 2 × 1 optical switch. The 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch have a Mach-Zehnder interferometer type shown in FIG.
It is possible to use the Y-branch optical waveguide type shown in FIG. 3A, the directional coupler type shown in FIG.

【0056】図4は本実施形態1の全体平面配置図であ
リ、SLUは図1の導波型変形2×2光スイッチが
置されている領域であり、S23及びS41は図11に
示す従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素上下同
じ向き(図11(a)の向きに対して)で配置されてい
る領域であり、S32及びS14は図11に示す従来の
2重ゲート型の2×2光スイッチ要素上下逆向き(図
(a)の向きに対して)で配置されている領域であ
る。1a-1d,2a-2d,3a-3d,4a-4dは入
力線光導波路、1c-1b,2c-2b,3c-3b,4
c-4bは出力線光導波路、S11,S12,…,S4
4は2×2光スイッチ要素、SLUは導波型変形2×
2光スイッチ、#1#4は光スイッチ段である。
[0056] Figure 4 is a region be overall plan layout of the embodiment 1, SLU is the waveguides shape modification 2 × 2 optical switch of FIG. 1 are distribution <br/> location, S23 and S41 is an area that is located in the 2 × 2 optical switch element vertically same directions of a conventional double gate type shown in FIG. 11 (in relative orientation of FIG. 11 (a)), the S32 and S14 11 The conventional double gate type 2 × 2 optical switch element shown in FIG.
A region arranged with 1 (a) with respect to the direction of). 1a-1d, 2a-2d, 3a-3d, 4a-4d are input line optical waveguides, 1c-1b, 2c-2b, 3c-3b, 4
c-4b is an output line optical waveguide, S11, S12, ..., S4
4 2 × 2 optical switch elements, SLU is waveguides shape modification 2 ×
2 optical switch, # 1 to # 4 is an optical switch stage.

【0057】本実施形態1は、図1及び図4に示すよう
に、2重ゲート型光スイッチ要素とパス無依存型構成を
組み合わせ、かつ、2重ゲート型光スイッチ要素におい
て、正方向に配置される光スイッチ要素と上下反転して
配置される光スイッチ要素をペアにして導波型変形2
×2光スイッチを構成している。すなわち、光スイッチ
段間で生じる導波路展開部の51a,51b,51cの
交差導波路31a,3bを、該導波型変形2×2光
スイッチに組み込んで構成し、更には、各スイッチ要素
内にある交差導波路を構成するための導波路展開部と同
一の導波路展開部30で一括して構成している点が、従
来の構成とは大きく異なる。
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, the double gate type optical switch element and the path independent structure are combined, and the double gate type optical switch element is arranged in the forward direction. and an optical switch element arranged upside down with the optical switch element which is paired waveguides shape modification 2
× constitute a second optical switch. That, 51 a of the waveguide deployment portion generated between the optical switch stage, 51 b, 51 c of the cross waveguide 31a, a 3 2 b, incorporating the conductor wave path shape modification 2 × 2 optical <br/> switch In addition, it is largely different from the conventional configuration in that it is collectively configured by the same waveguide expansion unit 30 as the waveguide expansion unit for forming the crossed waveguides in each switch element. different.

【0058】パス無依存型構成は、各光スイッチ要素に
おいて、入力線光導波路11a-11bと出力線光導波
路12a-12bの配置が正の向きの光スイッチ要素と
上下反転下向きの光スイッチ要素が、交互市松模様に配
置される。そのため、2×2光スイッチ要素として2重
ゲート型光スイッチ要素を用いた場合、2重ゲート型光
スイッチ要素内の入力線光導波路11a-11b,21
a-21bと出力線光導波路12a-12b,22a-2
2bの交差導波路19,29が、前述のようにペアにし
て構成した導波型変形2×2光スイッチにおいて近接
した位置に配置される。そこで、スイッチ要素の出力端
側のスイッチ段間で生じる入力線光導波路11a-11
b,21a-21bの交差導波路31aとスイッチ要素
の入力端側のスイッチ段間で生じる出力線光導波路12
a-12b,22a-22bの交差導波路32bを、前述
導波型変形2×2光スイッチに組み込んで構成する
ことができ、更には、前述の導波型変形2×2光スイ
チ内の入力線光導波路11a-11b,21a-21b
と出力線光導波路12a-12b,22a-22bの交差
導波路19,29の近傍に配置することにより、これら
4箇所の交差導波路19,29,31a,32bを一括
して一つの導波路展開部30で構成することができる。
In the path-independent configuration, in each optical switch element, the optical switch element in which the arrangement of the input line optical waveguides 11a-11b and the output line optical waveguides 12a-12b is positive and the vertically inverted downward optical switch element is arranged. , Arranged in an alternating checkered pattern. Therefore, when the double gate type optical switch element is used as the 2 × 2 optical switch element, the input line optical waveguides 11a-11b, 21 in the double gate type optical switch element are used.
a-21b and output line optical waveguides 12a-12b, 22a-2
2b of the cross waveguides 19 and 29 is disposed at a position Oite close to waveguides shape modification 2 × 2 optical switch configured by a pair as described above. Therefore, the input line optical waveguides 11a-11 generated between the switch stages on the output end side of the switch element
b, 21a-21b, an output line optical waveguide 12 generated between the cross waveguide 31a and the switch stage on the input end side of the switch element.
The cross waveguide 32b of a-12b and 22a-22b is described above.
Of incorporated into waveguides shape modification 2 × 2 optical switch can be constituted, further, the above-mentioned waveguides shape modification 2 × 2 optical Sui <br/> Tsu input line optical waveguides in Ji 11a- 11b, 21a-21b
And the output line optical waveguides 12a-12b, 22a-22b are arranged in the vicinity of the crossed waveguides 19, 29, so that these four crossed waveguides 19, 29, 31a, 32b are collectively expanded into one waveguide. The unit 30 can be used.

【0059】このように、パス無依存型で生じるスイッ
チ段間で生じている導波路展開部51a,51b,51
cの交差導波路31a,3bを、ペアにして構成した
導波型変形2×2光スイッチに組み込んで構成するこ
とにより、スイッチ段間で生じている交差導波路の導波
路展開部の51a,51b,51cを新たに設ける必要
がなくなり、パス無依存型を取り入れたことによるブロ
ック半減の効果を充分に引き出し、大幅な回路長短縮を
行うことができた。
As described above, the waveguide expansion portions 51a, 51b, 51 generated between the switch stages that are path-independent.
c the cross waveguide 31a, 3 2 b of, by configuring incorporated in waveguides shape modification 2 × 2 optical switch configured by a pair waveguide deployment of cross waveguide occurring between the switching stage It is no longer necessary to newly provide the parts 51a, 51b, and 51c, and the effect of halving the block due to the introduction of the path-independent type is sufficiently brought out, and the circuit length can be shortened significantly.

【0060】更に、このスイッチ段間で生じている交差
導波路31a,32bの導波路展開部と、2重ゲート型
光スイッチ要素内の交差導波路19,29の導波路展開
部を一括して同じ導波路展開部30にレイアウトするこ
とにより、導波路方向に垂直な横方向の大きさも含めた
回路サイズの縮小を行うことができた。
Furthermore, the waveguide development portions of the cross waveguides 31a and 32b generated between the switch stages and the waveguide development portions of the cross waveguides 19 and 29 in the double gate type optical switch element are collectively described. By laying out the waveguides in the same waveguide expansion portion 30, the circuit size including the size in the lateral direction perpendicular to the waveguide direction can be reduced.

【0061】本実施形態1の4×4マトリックス光スイ
ッチは、図1(b)及び図1(c)に示すように、厚さ
1mm直径6インチのシリコン基板1上に、石英系導波
路2をSiCl4やGeCl4などの原料ガスの加水分解
反応を利用した石英系ガラス膜の堆積技術と反応性イオ
ンエッチング技術の組み合わせにより作製し、薄膜ヒー
タを真空蒸着法および化学エッチングにより作製した。
As shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c), the 4 × 4 matrix optical switch of Embodiment 1 has a silica-based waveguide 2 on a silicon substrate 1 having a thickness of 1 mm and a diameter of 6 inches. Was manufactured by a combination of a deposition technique of a silica-based glass film utilizing a hydrolysis reaction of a raw material gas such as SiCl 4 and GeCl 4 and a reactive ion etching technique, and a thin film heater was manufactured by a vacuum vapor deposition method and a chemical etching.

【0062】石英系入力線導波路コア11a-11b,
21a-21b、石英系出力線導波路コア12a-12
b,22a-22b石英系バイパス導波路コア13a-
13b,23a-23b等のコアの断面寸法は6μm角
であり、コアとクラッド間の比屈折率差は0.75%で
ある。薄膜ヒーターのサイズは、厚さ0.1μm、幅4
0μm、長さ3mmである。
Silica-based input line waveguide cores 11a-11b,
21a-21b, silica-based output line waveguide core 12a-12
b, 22a-22b , silica-based bypass waveguide core 13a-
The cross-sectional dimensions of the cores such as 13b and 23a-23b are 6 μm square, and the relative refractive index difference between the core and the clad is 0.75%. The thin film heater has a thickness of 0.1 μm and a width of 4
The length is 0 μm and the length is 3 mm.

【0063】本実施形態1で用いている2×2光スイッ
チ要素は、直線導波路と半径5mm前後の曲がり導波路
を基本に構成した。交差導波路31a,3b,19,
29の交差角θ,θ’は30度前後とした。マッハツェ
ンダー干渉計回路を構成している2個の方向性結合器1
4a,14b,15a,15b,24a,24b,25
a,25bを連結している2本の導波路の実効光路長差
は信号光波長1.55μmの半分である0.775μmに
正確に設定した。実際のマスクパターン上の導波路長差
は、石英系ガラスの屈折率が1.45であることを勘案
して、0.775μm/1.45=0.534μmに設定
した。
The 2 × 2 optical switch element used in the first embodiment is basically composed of a straight waveguide and a curved waveguide having a radius of about 5 mm. Cross waveguide 31a, 3 2 b, 19,
The crossing angles θ and θ ′ of 29 were around 30 degrees. Two directional couplers 1 forming a Mach-Zehnder interferometer circuit
4a, 14b, 15a, 15b, 24a, 24b, 25
The effective optical path length difference between the two waveguides connecting a and 25b was accurately set to 0.775 μm, which is half the signal light wavelength of 1.55 μm. The actual waveguide length difference on the mask pattern was set to 0.775 μm / 1.45 = 0.534 μm in consideration of the refractive index of silica glass being 1.45.

【0064】このときの2×2光スイッチ要素を2つ組
み合わせた導波型変形2×2光スイッチの大きさは、
W0.9mm×L16.3mmとなり、2×2光スイッチ
要素1つ当たりの大きさは、W0.45mm×L16.3
mmとなった。スイッチ段間の交差導波路をスイッチ要
素内の交差導波路を構成する導波路展開部と同じ導波路
展開部で構成しない場合、スイッチ段間の交差導波路の
導波路展開部を含めた2×2光スイッチ要素1つ当たり
の大きさは、W0.5mm×L20.1mmとなった。
[0064] 2 × 2 optical switch element combining two waveguides shape modification 2 × 2 optical switch size Ji at this time,
W0.9 mm x L16.3 mm, and the size of one 2 x 2 optical switch element is W 0.45 mm x L16.3.
It became mm. When the crossed waveguides between the switch stages are not formed by the same waveguide development part as the crossed waveguides in the switch element, 2 × including the waveguide development part of the crossed waveguides between the switch stages is included. The size of one two-optical switch element was W0.5 mm × L20.1 mm.

【0065】従って、本発明のレイアウト構造を採用し
たことによって約2割、回路長を短縮することができ
た。ヒーター駆動用電極等を含めた4×4マトリックス
光スイッチ全体としてのチップサイズは10×90mm
であった。
Therefore, by adopting the layout structure of the present invention, the circuit length can be shortened by about 20%. The chip size of the entire 4x4 matrix optical switch including the heater driving electrodes is 10x90mm.
Met.

【0066】この4×4マトリックス光スイッチを作製
したチップを、ダイシングにより切り出し、シリコン基
板下部には放熱板を設けて、また、入出力導波路にはシ
ングルモードファイバーアレイを接続し、薄膜ヒータに
は給電リードを接続し、4×4マトリックス光スイッチ
モジュールが完成した。
The chip in which this 4 × 4 matrix optical switch is manufactured is cut out by dicing, a heat dissipation plate is provided below the silicon substrate, and a single mode fiber array is connected to the input / output waveguide to be used as a thin film heater. Was connected to the power supply lead, and a 4 × 4 matrix optical switch module was completed.

【0067】給電すべき薄膜ヒータを適宜選択すること
により4×4スイッチ動作が確認された。スイッチ動作
に必要な各薄膜ヒータの消費電力は0.45W程度であ
った。各光スイッチ要素は動作に2個の薄膜ヒータを駆
動し、同時にON状態として動作する光スイッチ要素の
数は最大4個であるので、全消費電力は最大0.45W
×2×4=3.6W程度であった。
The 4 × 4 switch operation was confirmed by appropriately selecting the thin film heater to be supplied with power. The power consumption of each thin film heater required for the switch operation was about 0.45 W. Each optical switch element drives two thin film heaters for operation, and the maximum number of optical switch elements operating at the same time is 4 so total power consumption is 0.45W maximum.
It was about × 2 × 4 = 3.6W.

【0068】マトリクス光スイッチ全体としての消光比
は、製造誤差により方向性結合器の結合率が50%±1
5%程度と非常に大きくずれても、50dB程度と非常
に優れた値が得られた。マトリクス光スイッチとしての
損失値は光ファイバー接続損失を含めて1〜2dBであ
り、非常に低損失な値が得られた。
The extinction ratio of the matrix optical switch as a whole is such that the coupling ratio of the directional coupler is 50% ± 1 due to a manufacturing error.
Even with a very large deviation of about 5%, a very excellent value of about 50 dB was obtained. The loss value as a matrix optical switch was 1 to 2 dB including the optical fiber connection loss, and a very low loss value was obtained.

【0069】図5は前記4×4マトリックス光スイッチ
と同様な本発明の対象とするN×Nマトリクス光スイッ
チの実施形態1(特にN=2Mの一例、M:正の整数)
の他の実施例としての6×6マトリクス光スイッチの概
略構成を示す図である。
FIG. 5 shows a first embodiment of an N × N matrix optical switch which is the same as the 4 × 4 matrix optical switch and is the object of the present invention (particularly N = 2M, M: a positive integer).
It is a figure which shows schematic structure of the 6x6 matrix optical switch as another Example.

【0070】本実施例の光導波路緒言や作製方法など
は、基本的には前記の4×4マトリックス光スイッチと
同様であり、マトリクス光スイッチの規模Nが違うこと
だけが異なる。図5において、SLUは図1の導波路型
変形2×2光スイッチが配置されている領域であり、S
W1は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上
下同じ向きで配置されている領域であり、SW2は従来
の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上下逆向きで
配置されている領域である。
The introduction of the optical waveguide and the manufacturing method of this embodiment are basically the same as those of the above-mentioned 4 × 4 matrix optical switch, except that the scale N of the matrix optical switch is different. FIG at 5, SLU is an area where the waveguide type deformation the 2 × 2 optical switch of FIG. 1 is disposed, S
W1 is a region in which the conventional double-gate type 2 × 2 optical switch elements are arranged in the same vertical direction, and SW2 is a conventional double-gate type 2 × 2 optical switch element is arranged in the opposite vertical direction. It is the area where

【0071】本実施例においても、4×4マトリックス
光スイッチと同様に、導波路方向に垂直な横方向の大き
さも含めた回路サイズの縮小を行なうことができ、ヒー
タ駆動用電極等を含めた4×4マトリックス光スイッチ
全体としてのチップサイズは12mm×120mmであ
った。素子特性は全消費電力は5.4W程度、消光比は
50dB程度、挿入損失値は光ファイバー接続損失を含
めて2dB程度であった。
Also in this embodiment, the circuit size including the size in the lateral direction perpendicular to the waveguide direction can be reduced as in the case of the 4 × 4 matrix optical switch, and the heater driving electrodes and the like are included. The chip size of the entire 4 × 4 matrix optical switch was 12 mm × 120 mm. As for the device characteristics, the total power consumption was about 5.4 W, the extinction ratio was about 50 dB, and the insertion loss value was about 2 dB including the optical fiber connection loss.

【0072】(実施形態2)図6は本発明によるN×N
マトリクス光スイッチの他の実施例(特にN=2M−1
の一例、M:正の整数)としての実施形態2の5×5マ
トリクス光スイッチの概略構成を示す図である。
(Embodiment 2) FIG. 6 shows N × N according to the present invention.
Another embodiment of the matrix optical switch (particularly N = 2M-1)
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a 5 × 5 matrix optical switch of Embodiment 2 as an example (M: positive integer).

【0073】本実施形体2の光導波路緒言や作製方法な
どは、基本的には前記実施形態1の4×4マトリックス
光スイッチと同様である。前記実施形態1ではマトリク
ス光スイッチの規模Nが偶数であったが、本実施形態2
ではマトリクス光スイッチの規模Nが奇数である点で異
なる。
The outline of the optical waveguide and the manufacturing method of the second embodiment are basically the same as those of the 4 × 4 matrix optical switch of the first embodiment. In the first embodiment, the scale N of the matrix optical switch is an even number, but in the second embodiment
The difference is that the scale N of the matrix optical switch is odd.

【0074】図6において、SLUは図1の導波路型変
形2×2光スイッチが配置されている領域であり、SW
1は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上下
同じ向きで配置されている領域であり、SW2は従来の
2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上下逆向きで配
置されている領域である。
[0074] In FIG. 6, SLU is an area where the waveguide type deformation the 2 × 2 optical switch of FIG. 1 is disposed, SW
Reference numeral 1 denotes a region in which the conventional double-gate type 2 × 2 optical switch elements are arranged in the same vertical direction, and SW2 is a conventional double-gate type 2 × 2 optical switch element arranged in the opposite vertical direction. It is the area where

【0075】このように、前記実施形態1では導波路
変形2×2光スイッチだけが配置されているスイッチ段
と、導波路変形2×2光スイッチと従来の2重ゲート
型の2×2光スイッチ要素2個(正方向配置と逆方向配
置)が配置されているスイッチ段の2種類の段でマトリ
ックス光スイッチが構成されているのに対し、本実施形
態2では導波路変形2×2光スイッチと正方向配置の
従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素1個(正方
向配置)が配置されているスイッチ段と、導波路変形
2×2光スイッチと逆方向配置の従来の2重ゲート型の
2×2光スイッチ要素1個(逆方向配置)が配置されて
いるスイッチ段の2種類の段でマトリクス光スイッチが
構成されている点が前記実施形態1とは異なる。
[0075] Thus, with the embodiment 1, a waveguide-type <br/> modification 2 × 2 optical switch switches stage switch I being injured disposed, the waveguide-type deformation the 2 × 2 optical switches and a conventional 2 While the matrix optical switch is composed of two types of switch stages, in which two double-gate type 2 × 2 optical switch elements (forward direction arrangement and reverse direction arrangement) are arranged, the present embodiment 2 is different. in a switch stage waveguide shape modification 2 × 2 2 × 1 or 2 optical switch element of a conventional double gate type optical switch and forward arrangement (forward arrangement) is located, a waveguide-type deformation 2 × 2 2 × 2 optical switch elements one conventional double gate type optical switch and reverse arrangement (reverse arrangement) is configured a matrix optical switch with two stages of switching stages being arranged that there are different from the first embodiment.

【0076】本実施形態2においても、前記実施形態1
と同様に、導波路方向に垂直な横方向の大きさも含めた
回路サイズの縮小を行なうことができ、ヒータ駆動用電
極等を含めた5×5マトリックス光スイッチ全体として
のチップサイズは11mm×105mmであった。素子
特性は全消費電力は4.5W程度、消光比は50dB程
度、挿入損失値は光ファイバー接続損失を含めて2dB
程度であった。
Also in the second embodiment, the first embodiment
Similarly, the circuit size can be reduced including the size in the lateral direction perpendicular to the waveguide direction, and the chip size of the entire 5 × 5 matrix optical switch including the heater driving electrodes and the like is 11 mm × 105 mm. Met. The device characteristics are total power consumption of about 4.5 W, extinction ratio of about 50 dB, and insertion loss of 2 dB including optical fiber connection loss.
It was about.

【0077】(実施形態3)図7(a)は、本発明の実
施形態3の8×8マトリクス光スイッチの全体構成の配
置をである。図7(a)において、70a〜70eは1
6本からなる導波路束であり、この導波路束70a〜7
0eの途上の8箇所に光スイッチ#1#8が配置さ
れている。図7(a)に示す実施形態の8×8マトリ
クス光スイッチの特徴は、入力端子と光スイッチ段#1
の間、光スイッチ段#2と#3の間、#4と#5の間、
#6と#7の間、及び光スイッチ段#8と出力端の間
が、それぞれ90度乃至180度の曲がりを有する導波
路束70b,70c,70dで連結されている点であ
る。言い換えれば、曲がり導波路束70b,70c,7
0dをこの曲がり導波路束70b,70c,70dに
よる回路長の増加を抑えることも念頭に入れ適宜用い
8個の光スイッチ段#1#8限られた基板サイ
ズ上に配置ていることが特徴である。
(Embodiment 3) FIG. 7A shows an arrangement of the entire configuration of an 8 × 8 matrix optical switch according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 7A, 70a to 70e are 1
This is a waveguide bundle consisting of six waveguide bundles 70a to 7
Optical switch stages # 1 to # 8 are arranged at eight positions on the way of 0e. The feature of the 8 × 8 matrix optical switch of the third embodiment shown in FIG. 7A is that the input terminal and the optical switch stage # 1 are
Between optical switch stages # 2 and # 3, between # 4 and # 5,
The points # 6 and # 7, and the optical switch stage # 8 and the output end are connected by waveguide bundles 70b, 70c and 70d each having a bend of 90 to 180 degrees. In other words, the curved waveguide bundles 70b, 70c, 7
0d ( taking into account that the increase in the circuit length due to the curved waveguide bundles 70b, 70c, 70d is also kept in mind ) , eight optical switch stages # 1 to # 8 are arranged on a limited substrate size. It is characterized by doing.

【0078】図7(b),(c)は、前記各光スイッチ
段#1#8における、2×2光スイッチ要素の配置図
である。図7(b),(c)において、SLUは図1の
導波型変形2×2光スイッチが配置されている領域で
あり、SW1は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ
要素が上下同じ向きで配置されている領域であり、SW
2は従来の2重ゲート型の2×2光スイッチ要素が上下
逆向きで配置されている領域である。図7(a)におい
て、光スイッチ段#1,#3,#5,#7には図7
(b)に示す構成の光スイッチ段が配置されており、光
スイッチ#2,#4,#6,#8には図7(c)に示
す構成の光スイッチ段が配置されている。
FIGS. 7B and 7C are layout diagrams of the 2 × 2 optical switch elements in each of the optical switch stages # 1 to # 8. In FIG. 7 (b), (c) , SLU is a region where waveguides shape modification 2 × 2 optical switch of FIG. 1 is disposed, SW1 is the 2 × 2 optical switch of a conventional double gate type SW is an area where elements are arranged in the same direction up and down.
Reference numeral 2 is an area in which the conventional double gate type 2 × 2 optical switch elements are arranged upside down. In FIG. 7A, the optical switch stages # 1, # 3, # 5, and # 7 have the same configuration as in FIG.
The optical switch stages having the configuration shown in (b) are arranged, and the optical switch stages # 2, # 4, # 6, and # 8 have the optical switch stages having the configuration shown in FIG. 7C.

【0079】導波路の入力端子と出力端子が対向した配
置では、本実施形態3の光スイッチ段#1#8のレイ
アウトが回路長が最短(29cm)となるレイアウトで
あった。ちなみに、2重ゲート型の2×2光スイッチ要
素を用いて前述の従来図11に示すような接続による通
常のマトリクス光スイッチを4インチのシリコン基板上
に作製した場合(回路レイアウトは実施形態4に似たレ
イアウト)は回路長(光路長)は約60cm程度であっ
たので、本実施形態3のレイアウトは、これと比較して
回路長を2分の1以下にすることができた。
In the arrangement in which the input terminal and the output terminal of the waveguide are opposed to each other, the layout of the optical switch stages # 1 to # 8 of the third embodiment has the shortest circuit length (29 cm). By the way, when a normal matrix optical switch by the connection as shown in FIG. 11 of the related art is manufactured on a 4-inch silicon substrate by using the double gate type 2 × 2 optical switch element (the circuit layout is the same as that of the fourth embodiment). The circuit length (optical path length) of the layout similar to (1) was about 60 cm. Therefore, the layout of the third embodiment was able to reduce the circuit length to half or less.

【0080】本実施形態3の8×8マトリクス光スイッ
チは、厚さ1mm直径4インチのシリコン基板上に作製
した。チップサイズは68mm×68mmであった。そ
の他の回路緒言や回路・モジュール作製方法は実施形態
1のものと同じである。
The 8 × 8 matrix optical switch of the third embodiment was manufactured on a silicon substrate having a thickness of 1 mm and a diameter of 4 inches. The chip size was 68 mm × 68 mm. Other circuit concepts and circuit / module manufacturing methods are the same as those in the first embodiment.

【0081】給電すべき薄膜ヒータを適宜選択すること
により8×8スイッチ動作が確認された。スイッチ動作
に必要な各薄膜ヒータの消費電力は0.45W程度であ
った。各光スイッチ要素は動作に2個の薄膜ヒータを駆
動し、同時にオン(ON)状態として動作する光スイッ
チ要素の数は最大8個であるので、全消費電力は最大
0.45W×2×8=7.2W程度であった。
8 × 8 switch operation was confirmed by appropriately selecting the thin film heater to be supplied with power. The power consumption of each thin film heater required for the switch operation was about 0.45 W. Each optical switch element drives two thin film heaters for operation, and the maximum number of optical switch elements that operate at the same time (ON) is 8. Therefore, the total power consumption is 0.45W × 2 × 8 maximum. = About 7.2W.

【0082】マトリクス光スイッチ全体としての消光比
は、50dB程度と非常に優れた値が得られた。マトリ
クス光スイッチ全体としての損失値は光ファイバー接続
損失を含めて4〜5dBであり、非常に低損失な値が得
られた。ちなみに、前述の従来例の場合は、損失値は光
ファイバー接続損失を含めて7〜8dBであったので、
本実施形態の回路では、損失値は4割以上減少した。
The extinction ratio of the matrix optical switch as a whole was about 50 dB, which was a very excellent value. The loss value of the matrix optical switch as a whole was 4 to 5 dB including the optical fiber connection loss, and a very low loss value was obtained. By the way, in the case of the above-mentioned conventional example, the loss value was 7 to 8 dB including the optical fiber connection loss.
In the circuit of Embodiment 3 , the loss value is reduced by 40% or more.

【0083】本実施形態3では、入力端子と出力端子を
対向させるために、光スイッチ段#1と入力端子の間、
光スイッチ段#8と出力端子の間に曲がり導波路束を用
いたが、光スイッチ段#1と入力端子の間、光スイッチ
#8と出力端子の間に直線導波路束を用いて入力端を
同一のチップ辺上に設けても、もちろん構わない。
In the third embodiment, in order to make the input terminal and the output terminal face each other, between the optical switch stage # 1 and the input terminal,
Although a bent waveguide bundle is used between the optical switch stage # 8 and the output terminal, the optical switch is disposed between the optical switch stage # 1 and the input terminal.
It goes without saying that the input end may be provided on the same chip side by using a linear waveguide bundle between the stage # 8 and the output terminal.

【0084】(実施形態4)図8は、本発明のマトリク
ス光スイッチの実施形態4としての8×8マトリクス光
スイッチの全体配置である。本実施形態4は、光スイッ
の全体的な配置が異なること以外は、基本的には実
施形態3と同様である。本実施形態4は、曲がり導波路
束を適宜用いてチップサイズが最小になることを最優先
にして、8個の光スイッチ段が限られた基板サイズ上に
配置されていることが特徴であり、これが実施形態3と
異なる。
(Fourth Embodiment) FIG. 8 shows the overall arrangement of an 8 × 8 matrix optical switch as a fourth embodiment of the matrix optical switch of the present invention. The fourth embodiment is basically the same as the third embodiment except that the overall arrangement of the optical switch stages is different. The fourth embodiment is characterized in that eight optical switch stages are arranged on a limited substrate size, giving the highest priority to minimizing the chip size by appropriately using a bent waveguide bundle. This is different from the third embodiment.

【0085】本実施形態4の8×8マトリクス光スイッ
チは、厚さ1mm直径4インチのシリコン基板上に作製
した。チップサイズは65×55mmであった。
The 8 × 8 matrix optical switch of the fourth embodiment was manufactured on a silicon substrate having a thickness of 1 mm and a diameter of 4 inches. The chip size was 65 × 55 mm.

【0086】給電すべき薄膜ヒータを適宜選択すること
により8×8スイッチ動作が確認された。スイッチ動作
に必要な各薄膜ヒータの消費電力は0.45W程度であ
った。各光スイッチ要素は動作に2個の薄膜ヒータを駆
動し、同時にON状態として動作する光スイッチ要素の
数は最大8個であるので、全消費電力は最大0.45W
×2×8=7.2W程度であった。
The 8 × 8 switch operation was confirmed by appropriately selecting the thin film heater to be supplied with power. The power consumption of each thin film heater required for the switch operation was about 0.45 W. Each optical switch element drives two thin film heaters for operation, and the maximum number of optical switch elements that operate at the same time is 8 so total power consumption is 0.45W maximum.
It was about × 2 × 8 = 7.2W.

【0087】マトリクス光スイッチ全体としての消光比
は、50dB程度と非常に優れた値が得られた。マトリ
クス光スイッチとしての損失値は光ファイバー接続損失
を含めて5〜6dBであり、非常に低損失な値が得られ
た。
The extinction ratio of the matrix optical switch as a whole was about 50 dB, which was a very excellent value. The loss value as a matrix optical switch was 5 to 6 dB including the optical fiber connection loss, and a very low loss value was obtained.

【0088】さて、本発明の実施形態1〜4では交差導
波路における交差角を30度としたが、次にこの交差角
の設定について考察する。
In the first to fourth embodiments of the present invention, the crossing angle in the crossing waveguide is set to 30 degrees. Next, the setting of this crossing angle will be considered.

【0089】用いる光導波路の比屈折率差や導波路のコ
アサイズによっても変化するが、一般に交差角が20度
以上であれば、2本の光導波路間のクロストークは、光
の直進性により実用上無視できる。前記実施形態で採用
した30度の交差角の場合、クロストークは−60dB
程度となり小さく、また、交差導波路での損失も0.1
dB程度と軽微である。一般に交差導波路のクロストー
クと損失は交差角が90度に近づく程改善されるが、交
差角を大きくとると交差導波路前後の導波路展開部の占
有面積が増し光スイッチ要素のサイズが大きくなる傾向
があるので、マトリクス光スイッチ所要性能や光導波路
の許容曲げ半径などを勘案して決定することが望まし
い。
Although it varies depending on the relative refractive index difference of the optical waveguides used and the core size of the waveguides, generally, if the crossing angle is 20 degrees or more, the crosstalk between the two optical waveguides depends on the straightness of light. It can be ignored for practical purposes. In the case of the crossing angle of 30 degrees adopted in the above embodiment, the crosstalk is −60 dB.
The loss in the cross waveguide is 0.1.
It is as low as dB. Generally, the crosstalk and the loss of the crossed waveguides are improved as the crossing angle approaches 90 degrees. However, when the crossing angle is increased, the occupied area of the waveguide expansion portion before and after the crossing waveguides increases and the size of the optical switch element increases. Therefore, it is desirable to make the determination in consideration of the required performance of the matrix optical switch and the allowable bending radius of the optical waveguide.

【0090】また、前記実施形態1〜4では信号光波長
が1.55μmの場合を扱ったが、本発明のレイアウト
は、他の波長、例えば、1.3μm波長等にも適用でき
る。
In the first to fourth embodiments, the case where the signal light wavelength is 1.55 μm is dealt with, but the layout of the present invention can be applied to other wavelengths such as 1.3 μm wavelength.

【0091】また、前記実施形態1〜4ではシリコン基
板上の石英系ガラスを基本とするマトリクス光スイッチ
について説明したが、マッハツェンダー光干渉計回路型
の光スイッチ要素を構成し得る他材料、例えば、高分子
光導波路やイオン拡散型導波路、更には、電気光学効果
を用いた光位相シフタを設置したニオブ酸リチウム系光
導波路などにも、本発明を適用することができる。
In the first to fourth embodiments, a matrix optical switch based on silica glass on a silicon substrate has been described. However, other materials such as Mach-Zehnder interferometer circuit type optical switch elements can be used. The present invention can also be applied to polymer optical waveguides, ion diffusion waveguides, and lithium niobate optical waveguides provided with an optical phase shifter using the electro-optic effect.

【0092】特に、高分子光導波路は、熱光学効果が石
英系導波路と比べて10倍程度と大きいので、図2
(b),(c),(d)に示したようなY分岐導波路に
よる1×2光スイッチや2×1光スイッチを構成するこ
とが容易にできる。この場合、図1の導波型変形2×
2スイッチを、図2(a)に示したように前記1×2光
スイッチや2×1光スイッチで構成することができる。
In particular, the polymer optical waveguide has a thermo-optic effect which is about 10 times as large as that of the silica-based waveguide.
It is possible to easily construct a 1 × 2 optical switch or a 2 × 1 optical switch by the Y branch waveguide as shown in (b), (c), and (d). In this case, waveguides shape modification 2 × in FIG. 1
2 switch can be constituted by the 1 × 2 optical switches and the 2 × 1 optical switch as shown in FIG. 2 (a).

【0093】図2(a)はY分岐光導波路を含む導波路
型変形2×2光スイッチの平面図、図2(b)はY分岐
光導波路の拡大平面図、図2(c)は図2(b)に示す
A-A’線に沿って切った断面図、図2(d)は図2
(b)に示すB-B’線に沿って切った断面図である。
図2において、1はシリコン基板、45は高分子クラッ
ド層、40はY分岐光導波路、41,42,43は高分
光導波路コア、44a,44bは薄膜ヒータ、30
は導波路展開部である。
[0093]FIG.(A) is a waveguide including a Y-branch optical waveguide
Mold deformation 2 × 2 light switchChi'sPlan view,FIG.(B) Y branch
An enlarged plan view of the optical waveguide,FIG.(C) isFIG.Shown in (b)
A sectional view taken along the line A-A ',FIG.(D)FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected along the B-B 'line shown to (b).
In FIG. 2, 1IsRecon substrate, 45 is polymer
Layer 40, Y-branch optical waveguide, 41, 42, 43
ChildsystemOptical waveguide cores, 44a and 44b are thin film heaters, 30
Is a waveguide development unit.

【0094】また、ニオブ酸リチウム系光導波路は、大
きな電気光学効果を持つため、一般的に良く知られてい
るように図3(b),(c),(d)に示したような方
向性結合器による1×2光スイッチや2×1光スイッチ
を構成することが容易にできる。この場合、図1の導波
型変形2×2スイッチを、図3(a)に示したように
前記1×2光スイッチや2×1光スイッチで構成するこ
とができる。
Further, since the lithium niobate optical waveguide has a large electro-optical effect, the directions shown in FIGS. 3 (b), 3 (c) and 3 (d) are generally known. The 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch can be easily configured by the sex coupler. In this case, the waveguide of FIG.
The road shape modification 2 × 2 switches can be constituted by the 1 × 2 optical switches and the 2 × 1 optical switch as shown in FIG. 3 (a).

【0095】図3(a)は方向性結合器を含む導波路型
変形2×2光スイッチの平面図、図3(b)は方向性結
合器の拡大平面図、図3(c)は図3(b)に示すA-
A’線に沿って切った断面図、図3(d)は図3(b)
に示すB-B’線に沿って切った断面図である。図3に
おいて、60は方向性結合器、61,62はニオブ酸リ
チウム系光導波路コア、63a,63bは電圧加電
極、64は絶縁膜、65はニオブ酸リチウム基板、30
は導波路展開部である。
[0095] 3 (a) is a plan view of a waveguide-type deformation the 2 × 2 optical switch including a directional coupler, and FIG. 3 (b) is an enlarged plan view of a directional coupler, FIG. 3 (c) A- shown in FIG.
A sectional view taken along the line A ', FIG. 3 (d) is shown in FIG. 3 (b).
4 is a cross-sectional view taken along line BB ′ shown in FIG. 3, 60 is a directional coupler, 61 and 62 lithium niobate-based optical waveguide core, 63a, 63 b are voltage application pressure electrode, 64 denotes an insulating film, 65 is a lithium niobate board, 30
Is a waveguide development unit.

【0096】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、
前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論で
ある。
The inventions made by the present inventors are as follows.
Although specifically described based on the embodiment, the present invention
It is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the invention.

【0097】[0097]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0098】(1)高消光比が得られる2重ゲート型光
スイッチ要素を用いながらも、従来の構成のマトリクス
スイッチと比べて、大幅な回路長(光路長)短縮を行う
ことができ、かつ、挿入損失の低減を図ることができ
る。
(1) The circuit length (optical path length) can be significantly shortened as compared with the matrix switch having the conventional structure, while using the double gate type optical switch element capable of obtaining a high extinction ratio, and Therefore, the insertion loss can be reduced.

【0099】(2)本願発明の導光路型変形2×2光ス
イッチは、前記導光路型マトリクス光スイッチの基本構
成要素となるばかりでなく、2連の導光路型2×2光ス
イッチとして使用する場合も、従来の導光路型2×2光
スイッチの並列配置より小型化することができる。
(2) The light guide type modified 2 × 2 optical switch of the present invention is not only a basic constituent element of the light guide type matrix optical switch but also used as a double light guide type 2 × 2 optical switch. Also in this case, the size can be made smaller than the conventional parallel arrangement of the light guide type 2 × 2 optical switches.

【0100】(3)高消光比で、かつ、挿入損失である
マトリクス光スイッチを実用化する上できわめて効果的
である。
(3) It is extremely effective in putting a matrix optical switch with a high extinction ratio and insertion loss into practical use.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態1の導波路型変形2×2光ス
イッチをマッハツェンダー干渉計で構成した場合の拡大
平面配置図及び断面図である。
1A and 1B are an enlarged plan layout view and a cross-sectional view when a waveguide type modified 2 × 2 optical switch according to a first embodiment of the present invention is configured by a Mach-Zehnder interferometer.

【図2】本実施形態1の導波路型変形2×2光スイッチ
をY分岐光導波路で構成した場合の拡大平面配置図及び
断面図である。
2A and 2B are an enlarged plan layout view and a cross-sectional view when the waveguide type modified 2 × 2 optical switch of the first embodiment is configured with a Y-branch optical waveguide.

【図3】本実施形態1の導波路型変形2×2光スイッチ
を方向性結合器で構成した場合の拡大平面図及び断面図
である。
3A and 3B are an enlarged plan view and a cross-sectional view in the case where the waveguide type modified 2 × 2 optical switch of the first embodiment is configured by a directional coupler.

【図4】本実施形態1の導波路型4×4マトリクス光ス
イッチの全体平面配置図である。
FIG. 4 is an overall plan layout view of the waveguide type 4 × 4 matrix optical switch of the first embodiment.

【図5】本実施形態1の導波路型6×6マトリクス光ス
イッチの全体平面配置図である。
FIG. 5 is an overall plan layout view of the waveguide type 6 × 6 matrix optical switch of the first embodiment.

【図6】本発明の実施形態2の導波路型5×5マトリク
ス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 6 is an overall plan layout view of a waveguide type 5 × 5 matrix optical switch according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態3の導波路型8×8マトリク
ス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 7 is an overall plan layout view of a waveguide type 8 × 8 matrix optical switch according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態4の導波路型8×8マトリク
ス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 8 is an overall plan layout view of a waveguide type 8 × 8 matrix optical switch according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】4×4マトリクス光スイッチの構成概念図であ
る。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing the configuration of a 4 × 4 matrix optical switch.

【図10】従来の熱光学式4×4マトリクス光スイッチ
の全体平面配置図である。
FIG. 10 is an overall plan layout view of a conventional thermo-optical 4 × 4 matrix optical switch.

【図11】従来の2重ゲート形の2×2光スイッチ要素
の拡大平面図、その断面図及びこれを2個並列に配置し
た平面図である。
FIG. 11 is an enlarged plan view of a conventional double-gate type 2 × 2 optical switch element, its cross-sectional view, and a plan view in which two of them are arranged in parallel.

【図12】従来のパス無依存型構成の4×4導波路型マ
トリクス光スイッチの全体平面配置図である。
FIG. 12 is an overall plan layout view of a conventional 4 × 4 waveguide type matrix optical switch having a path-independent structure.

【図13】本発明の対象の光スイッチがマトリクス構成
のスイッチになっていることを説明するための概念図で
ある。
FIG. 13 is a conceptual diagram for explaining that the target optical switch of the present invention is a switch having a matrix configuration.

【図14】従来の2×2光スイッチの構成例を示す図で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of a conventional 2 × 2 optical switch.

【符号の説明】 1…シリコン基板、2…石英系ガラスクラッド層、11
a-11b,21a-21b…石英系入力線導波路コア、
12a-12b,22a-22b…石英系出力線導波路コ
ア、13a-13b,23a-23b…石英系バイパス導
波路コア、14a,14b,15a,15b,24a,
24b,25a,25b…方向性結合器、16a,16
b,17a,17b,26a,26b,27a,27b
…薄膜ヒータ(位相シフタ)、18a,28a…第1マ
ッハツェンダー干渉計回路、18b,28b…第2マッ
ハツェンダー干渉計回路、19,29…2重ゲート型光
スイッチ要素内の入力線光導波路と出力線光導波路の交
差導波路、31a…スイッチ要素の出力端側のスイッチ
ブロック間で生じる入力線光導波路の交差導波路、32
b…スイッチ要素の入力端側のスイッチブロック間で生
じる出力線光導波路の交差導波路、30…導波路展開
部、40…Y分岐光導波路、41,42,43…高分子
系光導波路コア、44a,44b…薄膜ヒータ、1a-
1d,2a-2d〜4a-d…入力線光導波路、1c-
1b,2c-2b〜4c-b…出力線光導波路、S11
S44…2×2光スイッチ要素、SLU…導波路型変
形2×2光スイッチ、#1#8…光スイッチ段、51
a,51b,51c…スイッチ段間の交差導波路を構成
するための導波路展開部、SW1,SW2…従来の2重
ゲート型光スイッチ要素、60…方向性結合器、61,
62…ニオブ酸リチウム系光導波路コア、63a,63
b…電圧印加電極、64…絶縁膜、65…ニオブ酸リチ
ウム系基板、70a-70e,71a-71j…光導波路
束、70b70d,71b71i…曲がり導波路
束。
[Explanation of Codes] 1 ... Silicon substrate, 2 ... Quartz glass clad layer, 11
a-11b, 21a-21b ... Silica-based input line waveguide core,
12a-12b, 22a-22b ... Silica-based output line waveguide core, 13a-13b, 23a-23b ... Silica-based bypass waveguide core, 14a, 14b, 15a, 15b, 24a,
24b, 25a, 25b ... Directional coupler, 16a, 16
b, 17a, 17b, 26a, 26b, 27a, 27b
... thin-film heater (phase shifter), 18a, 28a ... first Mach-Zehnder interferometer circuit, 18b, 28b ... second Mach-Zehnder interferometer circuit, 19, 29 ... Input line optical waveguide in double-gate optical switch element Cross waveguide of output line optical waveguide, 31a ... Cross waveguide of input line optical waveguide generated between switch blocks on the output end side of the switch element, 32
b ... Crossed waveguides of output line optical waveguides generated between the switch blocks on the input end side of the switch element, 30 ... Waveguide expanding portion, 40 ... Y branch optical waveguide, 41, 42, 43 ... Polymer optical waveguide core , 44a, 44b ... thin film heater data, 1a-
1d, 2a-2d ~4 a- 4 d ... input line waveguide, 1C -
1b, 2c-2b ~4 c- 4 b ... output line optical waveguide, S11
~ S44 ... 2 × 2 optical switch elements, SLU ... waveguide modification 2 × 2 optical switch, # 1 to # 8 ... optical switch stage, 51
a, 51b, 51c ... Waveguide expanding section for constructing crossed waveguides between switch stages, SW1, SW2 ... Conventional double gate type optical switch element, 60 ... Directional coupler, 61,
62 ... Lithium niobate optical waveguide core, 63a, 63
b ... Voltage applying electrode, 64 ... Insulating film, 65 ... Lithium niobate substrate, 70a-70e, 71a-71j ... Optical waveguide bundle, 70b - 70d, 71b - 71i ... Bending waveguide bundle.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図3[Correction target item name] Figure 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図3】 [Figure 3]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥野 将之 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 柳澤 雅弘 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 小野瀬 勝秀 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Masayuki Okuno 3-19-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Masahiro Yanagisawa 3-19-3 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. 2 inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Katsuhide Onose 3-19-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2本の入力線光導波路及び2本の出力線
光導波路及び2本のバイパス光導波路よりなる導波路型
変形2×2光スイッチペアであって、入力部を第1の入
力線光導波路とし出力部を当該第1の入力線光導波路と
第1のバイパス光導波路とする第1の1×2光スイッチ
と、入力部を第2の入力線光導波路とし出力部を当該第
2の入力線光導波路と第2のバイパス光導波路とする第
2の1×2光スイッチと、入力部を前記第1の出力線光
導波路と前記第2のバイパス光導波路とし出力部を前記
第1の出力線光導波路とする第1の2×1光スイッチ
と、入力部を前記第2の出力線光導波路と前記第1のバ
イパス光導波路とし出力部を前記第2の出力線光導波路
とする第2の2×1光スイッチで構成され、前記第1の
入力線導波路は、前記第1の1×2光スイッチを構成し
た後に、前記第2の出力線導波路及び前記第2の入力線
導波路とこの順で交差し、前記第2の入力線導波路は、
前記第2の1×2光スイッチを構成した後に、前記第1
の出力線導波路及び前記第1の入力線導波路とこの順で
交差し、前記第1の出力線導波路は、前記第1の2×1
光スイッチを構成する前に、前記第2の出力線導波路及
び前記第2の入力線導波路とこの順で交差し、前記第2
の出力線導波路は、前記第2の2×1光スイッチを構成
した後に、前記第1の出力線導波路及び前記第1の入力
線導波路とこの順で交差し、これら合計4つの交差は、
前記第1の1×2光スイッチと前記第2の1×2光スイ
ッチと前記第1の2×1光スイッチと前記第2の2×1
光スイッチに囲まれる領域の中心近傍に位置することを
特徴とする導波路型変形光2×2スイッチ。
1. A waveguide type modified 2 × 2 optical switch pair consisting of two input line optical waveguides, two output line optical waveguides, and two bypass optical waveguides, wherein an input section has a first input. A first 1 × 2 optical switch having a line optical waveguide and an output unit of the first input line optical waveguide and a first bypass optical waveguide, and an input unit of a second input line optical waveguide and an output unit of the first Second input line optical waveguide and a second 1 × 2 optical switch serving as a second bypass optical waveguide; and an input section using the first output line optical waveguide and the second bypass optical waveguide as the output section. A first 2 × 1 optical switch serving as a first output line optical waveguide; an input unit serving as the second output line optical waveguide and the first bypass optical waveguide; and an output unit serving as the second output line optical waveguide. And a second 2 × 1 optical switch, wherein the first input line waveguide is After configuring the 1 × 2 optical switch, the second output line waveguide and the second input line waveguide and intersect in this order, said second input line waveguide,
After configuring the second 1 × 2 optical switch, the first
The output line waveguide and the first input line waveguide in this order, and the first output line waveguide is the first 2 × 1
Before forming the optical switch, the second output line waveguide and the second input line waveguide are crossed in this order, and the second output line waveguide and the second input line waveguide are crossed in this order.
Of the second output line waveguide crosses the first output line waveguide and the first input line waveguide in this order after forming the second 2 × 1 optical switch, and a total of four crossings. Is
The first 1 × 2 optical switch, the second 1 × 2 optical switch, the first 2 × 1 optical switch, and the second 2 × 1
A waveguide-type modified optical 2 × 2 switch, which is located near the center of a region surrounded by optical switches.
【請求項2】 2M(Mは正の整数)本の入力線光導波
路及び2M本の出力線光導波路を少なくとも含む導波路
型マトリクス光スイッチであって、各々1本の入力線光
導波路と出力線光導波路よりなる導波路型2×2光スイ
ッチと、導波路型変形2×2光スイッチとを備え、前記
導波路型変形2×2光スイッチをM個並列に配置して第
(2k−1)段(kは1以上M以下の整数)を構成し、
前記導波路型2×2光スイッチ、(M−1)個の前記導
波路型変形2×2光スイッチ、前記導波路型2×2光ス
イッチをこの順に並列に配置して第2k段を構成し、前
記各段の間で前記2M本の入力線光導波路と前記2M本
の出力線光導波路の計4M本の光導波路を交差すること
なく接続したことを特徴とする導波路型マトリクス光ス
イッチ。
2. A waveguide type matrix optical switch including at least 2M (M is a positive integer) input line optical waveguides and 2M output line optical waveguides, one input line optical waveguide and one output line optical waveguide, respectively. A waveguide type 2 × 2 optical switch composed of a line optical waveguide and a waveguide type modified 2 × 2 optical switch are provided, and the M number of the waveguide type modified 2 × 2 optical switches are arranged in parallel (2k− 1) stages (k is an integer of 1 or more and M or less),
The waveguide type 2 × 2 optical switch, (M−1) pieces of the waveguide type modified 2 × 2 optical switch, and the waveguide type 2 × 2 optical switch are arranged in parallel in this order to form a 2k-th stage. And a total of 4M optical waveguides of the 2M input line optical waveguides and the 2M output line optical waveguides are connected between the respective stages without crossing each other, and a waveguide type matrix optical switch. .
【請求項3】 (2M−1)(Mは2以上の正の整数)
本の入力線光導波路及び(2M−1)本の出力線光導波
路を少なくとも含む導波路型マトリクス光スイッチであ
って、各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路より
なる導波路型2×2光スイッチと前記導波路型変形2×
2光スイッチペアを備えた(2M−1)段のスイッチ段
で構成され、奇数番目のスイッチ段は前記導波路型2×
2光スイッチと(M−1)個の導波路型変形2×2光ス
イッチペアをこの順に並列に配置して構成され、偶数番
目のスイッチ段は(M−1)個の前記導波路型変形2×
2光スイッチペアと前記導波路型2×2光スイッチをこ
の順に並列に配置して構成され、前記各段の間で前記
(2M−1)本の入力線光導波路と前記(2M−1)本
の出力線光導波路の計2(2M−1)本の光導波路を交
差することなく接続したことを特徴とする導波路型マト
リクス光スイッチ。
3. (2M-1) (M is a positive integer of 2 or more)
A waveguide-type matrix optical switch including at least two input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides, wherein the waveguide type 2 includes one input line optical waveguide and one output line optical waveguide. × 2 optical switch and waveguide type modification 2 ×
It is composed of (2M-1) switch stages including two optical switch pairs, and the odd-numbered switch stages are the waveguide type 2 ×.
Two optical switches and (M-1) waveguide type deformation 2 × 2 optical switch pairs are arranged in parallel in this order, and an even-numbered switch stage is (M-1) waveguide type deformations. 2x
Two optical switch pairs and the waveguide type 2 × 2 optical switch are arranged in parallel in this order, and the (2M-1) input line optical waveguides and the (2M-1) are provided between the respective stages. A total of 2 (2M-1) optical waveguides of two output line optical waveguides are connected without crossing each other, and a waveguide type matrix optical switch.
【請求項4】 (2M−1)(Mは2以上の正の整数)
本の入力線光導波路及び(2M−1)本の出力線光導波
路を少なくとも含む導波路型マトリクス光スイッチであ
って、各々1本の入力線光導波路と出力線光導波路より
なる導波路型2×2光スイッチと前記導波路型変形2×
2光スイッチペアを備えた(2M−1)段のスイッチ段
で構成され、奇数番目のスイッチ段は(M−1)個の前
記導波路型変形2×2光スイッチと前記導波路型2×2
光スイッチをこの順に並列に配置して構成され、偶数番
目のスイッチ段は前記導波路型2×2光スイッチと(M
−1)個の前記導波路型変形2×2光スイッチペアをこ
の順に並列に配置して構成され、前記各段の間で前記
(2M−1)本の入力線光導波路と前記(2M−1)本
の出力線光導波路の計2(2M−1)本の光導波路を交
差することなく接続したことを特徴とする導波路型マト
リクス光スイッチ。
4. (2M-1) (M is a positive integer of 2 or more)
A waveguide-type matrix optical switch including at least two input line optical waveguides and (2M-1) output line optical waveguides, wherein the waveguide type 2 includes one input line optical waveguide and one output line optical waveguide. × 2 optical switch and waveguide type modification 2 ×
It is composed of (2M-1) switch stages including two optical switch pairs, and the odd-numbered switch stages are (M-1) number of the waveguide type modified 2x2 optical switches and the waveguide type 2x. Two
Optical switches are arranged in parallel in this order, and the even-numbered switch stages are the waveguide type 2 × 2 optical switch and (M
-1) The waveguide-type modified 2 × 2 optical switch pairs are arranged in parallel in this order, and the (2M-1) input line optical waveguides and the (2M- 1) A total of 2 (2M-1) optical waveguides of output line optical waveguides are connected without crossing, and a waveguide type matrix optical switch.
【請求項5】 前記導波路型変形2×2光スイッチは、
前記請求項1に記載される導波路型変形光スイッチであ
ることを特徴とする請求項2乃至4のうちいずれか1項
に記載される導波路型マトリクス光スイッチ。
5. The waveguide type modified 2 × 2 optical switch comprises:
The waveguide-type modified optical switch according to claim 1, wherein the waveguide-type matrix optical switch according to any one of claims 2 to 4.
【請求項6】 前記導波路型2×2光スイッチは、1本
の入力線光導波路と1本の出力線光導波路と1本のバイ
パス光導波路よりなり、入力部を前記入力線光導波路、
出力部を前記入力線光導波路及び前記バイパス光導波路
とする1×2光スイッチと、入力部を前記出力線光導波
路及び前記バイパス光導波路、出力部を前記出力線光導
波路とする2×1光スイッチを含み、前記1×2光スイ
ッチと前記2×1光スイッチの間で前記入力線光導波路
と前記出力線光導波路が交差している導波路型2×2光
スイッチであることを特徴とする請求項2乃至5のうち
いずれか1項に記載される導波路型マトリクス光スイッ
チ。
6. The waveguide type 2 × 2 optical switch is composed of one input line optical waveguide, one output line optical waveguide and one bypass optical waveguide, and an input portion is the input line optical waveguide.
A 1 × 2 optical switch having an output section as the input line optical waveguide and the bypass optical waveguide, and a 2 × 1 optical switch having an input section as the output line optical waveguide and the bypass optical waveguide and an output section as the output line optical waveguide A waveguide type 2 × 2 optical switch including a switch, wherein the input line optical waveguide and the output line optical waveguide intersect each other between the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch. The waveguide type matrix optical switch according to any one of claims 2 to 5.
【請求項7】 前記1×2光スイッチ及び2×1光スイ
ッチは、2本の光導波路が2箇所で近接して2個の方向
性結合器を構成し、かつ、スイッチ駆動端子を備えたマ
ッハツェンダー干渉計回路であることを特徴とする請求
項6に記載される導波路型マトリクス光スイッチ。
7. The 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch have two optical waveguides that are close to each other at two locations to form two directional couplers and have switch drive terminals. The waveguide type matrix optical switch according to claim 6, which is a Mach-Zehnder interferometer circuit.
【請求項8】 前記1×2光スイッチ及び2×1光スイ
ッチは、スイッチ駆動端子を備えたY分岐型スイッチで
あることを特徴とする請求項6に記載される導波路型マ
トリクス光スイッチ。
8. The waveguide type matrix optical switch according to claim 6, wherein each of the 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch is a Y-branch type switch having a switch driving terminal.
【請求項9】 前記1×2光スイッチ及び2×1光スイ
ッチは、2本の光導波路が1箇所で近接し、かつスイッ
チ駆動端子を備えた方向性結合器であることを特徴とす
る請求項6に記載される導波路型マトリクス光スイッ
チ。
9. The 1 × 2 optical switch and the 2 × 1 optical switch are directional couplers in which two optical waveguides are close to each other at one location and have a switch driving terminal. Item 6. A waveguide type matrix optical switch according to item 6.
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