JPH10232414A - 多チャンネル光スイッチ及びその駆動方法 - Google Patents

多チャンネル光スイッチ及びその駆動方法

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JPH10232414A
JPH10232414A JP14217697A JP14217697A JPH10232414A JP H10232414 A JPH10232414 A JP H10232414A JP 14217697 A JP14217697 A JP 14217697A JP 14217697 A JP14217697 A JP 14217697A JP H10232414 A JPH10232414 A JP H10232414A
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JP
Japan
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optical
optical waveguide
waveguide
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optical switch
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JP14217697A
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Mitsukazu Kondo
充和 近藤
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 0Vと1電圧値の間でスイッチングを行うこ
とが可能で、低クロストークが容易に得られ、低電圧動
作を可能とする。 【解決手段】 基板1上に入力光導波路52と出力光導
波路53,54,55,56が設置され、入力光導波路
52に入射光が、順次各々の出力光導波路と競合するよ
うに光方向性結合器60,61,62,63が設置され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は基板上に設置された
光導波路を用いて光路の切換えを行う導波形の光スイッ
チに関し特に1つの光導波路への入射光を複数の光導波
路へ切換えて出力したり、複数の光導波路からの入射光
を任意に選択して1つの光導波路へ導く機能を有する多
チャンネル光スイッチに関する。
【0002】
【従来の技術】光通信システムや光情報処理システムの
実用化が急速に進められつつあり、それらのシステムで
は情報量の増大やシステム機能の拡大が求められてい
る。
【0003】光伝送路網の交換機能、光データバスにお
ける端末間の接続、切換え、さらにシステムの信頼性向
上のための予備光源とファイバ間の切換え等を可能にす
る光スイッチの必要性が高まっている。現在、電磁石等
による機械的移動を用いた光スイッチが実用化されてい
るが、高速性、多点間の切換え、信頼性に関しては十分
な特性は得られない。上記の条件を全て満たし、さらに
高効率、小形で単一モードファイバ系への適応性を有す
る光スイッチとして基板上に設置した光導波路を用いて
構成される導波形の光スイッチの開発が進められてい
る。特に導波形の光スイッチでは1つの基板上に複数の
光スイッチエレメントを集積化できるという特徴がある
ので比較的容易に多チャンネル光スイッチが得られる。
【0004】複数の端末から送られた光信号を時系列に
切換えて1つの光ファイバ伝送路で多重化して伝送した
り、逆に1つのファイバから送られる複数の光信号を時
分割で複数端末に振り分けたりする場合(1×N)(N
は2以上の整数)やN×1の多チャンネルスイッチが必
要とされる。また、1×N多チャンネル光スイッチを任
意に組合せてN×Nのマトリックススイッチを構成する
ことも可能であるので、先に述べた光通信、情報処理シ
ステム機能を拡大する上で先ず1×N多チャンネル光ス
イッチを実現することが重要である。導波形の光スイッ
チには方向性結合形、全反射形、分岐干渉形、バランス
トブリッジ形、Y分岐形等の方式があるが、光スイッチ
において特に重要なパラメータであるクロストークを比
較的容易に低くでき、また構成が簡単で多チャンネル化
し易いものは方向性結合形と全反射形の光スイッチであ
る。方向性結合形光スイッチは幅数μm〜数十μmの光
導波路2本を数μmの間隔で互いに近接させて、光方向
性結合器を構成し光導波路近傍に設けた制御電極に電圧
を印加することにより上記2本の光導波路間の結合度を
制御するものである。一方、全反射形光スイッチは2本
の光導波路を数度の角度で交差させ、その交差部に制御
電極を設置して交差部における光の反射率を制御するも
のである。
【0005】全反射形光スイッチでは低クロストークを
得るためには前記の交差角を大きくする必要があるがこ
の場合印加電圧は逆に増加してしまうという欠点があ
る。通常高電圧の高速駆動回路を得るのは困難であるの
で全反射形スイッチは高速スイッチングには不向きであ
る。一方、方向性結合形光スイッチは低電圧で動作し、
しかも低クロストークを得るのも他の光スイッチに比べ
容易である。
【0006】従来の方向性結合形光スイッチを用いた1
×Nの多チャンネル光スイッチの構成の代表的な一例を
図4(平面図)に示す。
【0007】図4においてニオブ酸リチウム等の誘電体
又はGaAs等の半導体基板1の上に不純物の拡散や結
晶成長等によって入力光導波路2と出力光導波路3,
4,5,6が形成され、入出力光導波路間に3つの方向
性結合形光スイッチ10,11,12が挿入されて全体
で1×4の多チャンネル光スイッチを構成している。即
ち、図4の構成では1つの方向性結合形光スイッチは1
×2光スイッチとしての機能をもち、それが2段に接続
されて1×4光スイッチを構成している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のこのような構成
ではN−1個の1×2光スイッチ即ち方向性結合形光ス
イッチを多段に接続することにより1×Nの多チャンネ
ル光スイッチを構成することができる。ここで、図4の
構成では方向性結合形光スイッチ10,11,12はそ
れぞれ結合度が0の状態と結合度が100%の状態の両
状態を制御電極20,21,22への印加電圧によって
選択できる必要がある。通常、上記目的を達成するため
に制御電極20,21,22は図4に示すように光透過
方向に2分割され、それぞれの電極によって互いに逆向
きの電界を基板中に誘起するように駆動される。図5は
上記電極への印加電圧と、方向性結合形光スイッチの1
つの入力ポートから光が入射した場合の2つの出力ポー
トからの出力光レベルの関係を示す一例である。すなわ
ち、図4において入力光導波路2から光が入射した場
合、光導波路7へ出力される光レベルが図5の曲線30
で、光導波路8へ出力される光レベルが曲線31で示さ
れている。
【0009】図5において電圧V1 のとき結合量100
%電圧V2 のとき結合度0となる。そこで従来の構成の
多チャンネル光スイッチでは、上記のようにV1 ,V2
の2値の電圧値が必要であり、しかも通常それらの電圧
は光スイッチのエレメントによって少しづつ異なるので
複雑な駆動回路が必要であった。
【0010】また、方向性結合形光スイッチのクロスト
ークは光導波路や電極の不完全性や2つの光導波路間の
非対称性によって劣化を招くが、従来の構成では100
%結合及び結合0の両状態で通常のシステムで必要とさ
れる−20dB以下の低クロストーク特性をもつ必要が
あったので要求される製作精度が高く(非対称性が±
0.1μm以内)、製作歩留まりは低い値(数分の1程
度)であった。従来の構成及び駆動方式においても10
0%結合か結合0の状態の一方を0ボルトで得ることも
設計上は可能であるが、0ボルトで−20dB以下の低
クロストークを得るのは非常に高精度の製作を要求され
るので実際にはかなり困難である。また多チャンネル光
スイッチを高速に駆動するためにはより低い電圧値が要
求されている。
【0011】本発明の目的は0ボルトと1電圧値の間で
スイッチングを行うことが可能で、低クロストークが容
易に得られ、さらに従来よりも低電圧で動作可能な1×
N多チャンネル光スイッチ及びその駆動方法を提供する
ことにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の多チャンネル光
スイッチは、n本の光導波路を備え、光方向性結合器を
介して各光導波路が他の光導波路に結合している構造を
具備した光スイッチにおいて、i番目(i=2、3、
…、n)の光導波路が(i−1)番目の光導波路に結合
していることを特徴としている。
【0013】また本発明の多チャンネル光スイッチの駆
動方法は、n本の光導波路を備え、光方向性結合器を介
して各光導波路が他の光導波路に結合している構造を具
備し、i番目(i=2、3、…、n)の光導波路が光方
向性結合器を介して(i−1)番目の光導波路に結合し
ている多チャンネル光スイッチにおいて、接続すべき光
導波路に接続している光方向性結合器の制御電極への印
加電圧を0とし、他の光導波路に接続している光方向性
結合器の制御電極への印加電圧をV(V≠0)としたこ
とを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を詳細
に説明する。
【0015】図1は本発明の一実施例である1×4の多
チャンネル光スイッチの平面図を示す。誘電体又は半導
体装置1上に1本の入力光導波路32と4本の出力光導
波路33,34,35,36が設置され、入力光導波路
32と上記4本の出力光導波路33,34,35,36
の間を光透過方向に順次互いに近接させて光方向性結合
器40,41,42,43が構成され、それらの光方向
性結合器上に制御電極44,45,46,47がそれぞ
れ設置されている。本実施例においては、基板1の一例
としてニオブ酸リチウム結晶を用い、光導波路32,3
3,34,35,36はチタンを熱拡散して形成した。
また、上記光導波路の幅は数μm〜数十μmであり、光
方向性結合器を構成する2本の光導波路間隔は数μm程
度、光方向性結合器の長さは数mm〜十数mmである。
【0016】図2は本実施例の多チャンネル光スイッチ
の動作を説明するための図であり、光方向性結合器の制
御電極への印加電圧と出力光レベルの関係を示すもので
ある。すなわち、図1において入力光導波路32に光5
0を入射した場合、光導波路33に結合されて出力され
る光レベルが曲線48、結合されないで光導波路32に
残っている出力光レベルが曲線49である。
【0017】本実施例においては電圧V1 のとき結合量
が0であり、電圧0のとき結合量が80〜100%とな
るように設計されている。
【0018】本実施例では接続すべき入出力光導波路間
で構成される光方向性結合器の制御電極のみが電圧0で
あり、他の制御電極には電圧V1 ′が印加される。例え
ば制御電極46の電圧を0とし。他の制御電極の印加電
圧をv1 ′とすると入力光導波路32への入射光50の
80〜100%は出力光導波路35へ結合し残りの光量
は全て光導波路32中を通って出射光51となり他の出
力光導波路には結合しない。通常結合量が0となる状態
は光導波路の非対称性の影響を受けなく、また、結合量
100%の状態に比べて低クロストークが容易に得られ
るので上記の例では他の出力光導波路33,34,35
へのもれ光は非常に小さい。同様に、いずれの出力光導
波路へ切換える場合でも非常に小さいクロストークが得
られる。また、印加電圧0のとき、完全に100%の結
合量を得るのは先に述べたように困難であるが、90〜
97%程度の結合量はかなり容易に得られるので、本実
施例の多チャンネル光スイッチの損失となる出射光51
の光量は数%以下にすることができる。また同じ形状の
光方向性結合器を考えた場合、本実施例のV1 ′の値は
図5のV2 よりもかなり低い値である。
【0019】図3は本発明の他の実施例である1×4の
多チャンネル光スイッチの平面図である。図3において
1は図1の実施例と同様な誘電体又は半導体基板であ
り、基板1上に入力光導波路52と出力光導波路53,
54,55,56が設置され、入力光導波路42に入射
光が順次上記の各々の出力光導波路と結合するように光
方向性結合器60,61,62,63が設置されてい
る。
【0020】本実施例の光方向性結合器の制御電極及び
印加電圧特性は図4及び図5に示した例と同じであり電
圧V1 において結合量100%である。但し本実施例に
おいては結合すべき出力光導波路端の光方向性結合器の
制御電極の電圧は0であり、他の制御電極の印加電圧は
1 となっている。また電圧0のときの結合量は0〜2
0%となるように設計されている。
【0021】図1の実施例と同様本実施例においても任
意の1つの出力光導波路へ出力したときの出力光導波路
へのもれは非常に小さい。
【0022】図4の従来例と比べると電圧V2 は不要で
あるので低電圧動作が可能である。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば0ボル
トと1電圧値の間でスイッチングが可能であるので従来
よりも駆動回路が簡単であり、また容易に低クロストー
ク特性が得られ従来よりも低電圧で動作する多チャンネ
ル光スイッチが得られる。
【0024】なお、本発明の多チャンネル光スイッチは
可逆であるのでN×1光スイッチとして使用することも
可能である。また、基板材料、光導波路及び光スイッチ
形状は上記実施例に限定されない。例えばタンタル酸リ
チウム、InP等の化合物半導体等を用いること、光導
波路としてリブ形光導波路や埋込み光導波路等を用いる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多チャンネル光スイッチの実施例を示
す平面図である。
【図2】多チャンネル光スイッチの駆動方法を説明する
ための図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す平面図である。
【図4】従来の多チャンネル光スイッチを説明するため
の平面図である。
【図5】多チャンネル光スイッチの駆動方法を説明する
ための図である。
【符号の説明】
1 基板 2 入力光導波路 3 出力光導波路 4 出力光導波路 5 出力光導波路 6 出力光導波路 32 入力光導波路 33 出力光導波路 34 出力光導波路 35 出力光導波路 36 出力光導波路 52 入力光導波路 53 出力光導波路 54 出力光導波路 55 出力光導波路 56 出力光導波路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n本の光導波路を備え、光方向性結合器を
    介して各光導波路が他の光導波路に結合している構造を
    具備した光スイッチにおいて、i番目(i=2、3、
    …、n)の光導波路が(i−1)番目の光導波路に結合
    していることを特徴としている多チャンネル光スイッ
    チ。
  2. 【請求項2】n本の光導波路を備え、光方向性結合器を
    介して各光導波路が他の光導波路に結合している構造を
    具備し、i番目(i=2、3、…、n)の光導波路が光
    方向性結合器を介して(i−1)番目の光導波路に結合
    している多チャンネル光スイッチにおいて、接続すべき
    光導波路に接続している光方向性結合器の制御電極への
    印加電圧を0とし、多の光導波路に接続している光方向
    性結合器の制御電極への印加電圧をV(V≠0)とした
    ことを特徴とする多チャンネル光スイッチの駆動方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100310086B1 (ko) * 1998-11-17 2002-11-27 삼성전자 주식회사 광결합기및그제작방법
JP2008299238A (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 導波路型光スイッチ
WO2013042344A1 (ja) * 2011-09-22 2013-03-28 日本電気株式会社 光制御装置及び光素子

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