WO2016157819A1 - 光回路、およびそれを用いた光スイッチ - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an optical circuit and an optical switch using the same, and more particularly to an optical circuit using a Mach-Zehnder type element and an optical switch using the same.
  • An optical fiber communication system is required to have a configuration capable of responding to demands such as prompt provision of new services, prompt response to unexpected traffic fluctuations, and efficient high-speed failure recovery in the optical layer.
  • a function that can flexibly set an optical path specified by a wavelength or fiber.
  • various optical circuits such as optical switches are required, and active development of optical circuits integrating various functional elements formed using optical waveguides is actively underway. It has been broken.
  • the core and clad are made of quartz
  • the development of silicon optical waveguides with a larger refractive index difference by making the core made of silicon and the clad made of quartz has become active. .
  • Patent Document 1 An example of an optical circuit using such an optical waveguide is described in Patent Document 1.
  • the optical switch described in Patent Literature 1 includes two 2 ⁇ 2 type directional couplers, and a Mach-Mach that includes two arm waveguides, a short arm side waveguide and a long arm side waveguide that connect the two 2 ⁇ 2 type directional couplers.
  • a basic configuration is a Zehnder interferometer (MZI).
  • MZI Zehnder interferometer
  • At least one of the connected waveguides is equipped with a phase shifter that changes the phase of the guided light by changing the refractive index of the waveguide.
  • An optical path length difference corresponding to a half wavelength of the operating wavelength is provided in the length of the two coupled waveguides.
  • the signal light input from one of the 2 ⁇ 2 type directional couplers is guided to the bar path by the interference principle when the phase shifter is not operating.
  • a phase shift amount ⁇ corresponding to a half wavelength is generated in the phase shifter to cancel the optical path length difference, the phase shifter is guided to the cross path.
  • the on / off ratio (transmittance ratio between off and on) of such an optical switch is theoretically infinite, but in fact, in the manufactured optical switch, manufacturing imperfections such as phase error, polarization conversion, etc. Due to scattered light, etc., it will not be infinite. Therefore, Patent Document 1 uses a double Mach-Zehnder interferometer (MZI) configuration in which two switch elements are cascade-connected to obtain a high OnOff ratio.
  • MZI Mach-Zehnder interferometer
  • This double MZI optical switch is a path (On path) from an input port to an output port, and includes a two-stage MZI including a front-stage MZI switch element and a rear-stage MZI switch element each having a short-side waveguide and a long-side waveguide.
  • the connection configuration is such that it passes through the switch element.
  • the leakage light from the first-stage element is blocked by the second-stage element in the On path, so that an OnOff ratio of approximately double in decibel notation can be obtained compared to a single-element switch. It is done.
  • the upper stage MZI switch has a short side waveguide on the upper side and the lower side has a long side waveguide
  • the rear stage MZI switch has a long side waveguide on the upper side and the lower side has a short side guide. Waves are arranged symmetrically with respect to the center line at the front stage / back stage.
  • a directional coupler or multimode interferometer (Multi Mode Interferometer: MMI) is used for the 2 ⁇ 2 type as a branching / merging device constituting the Mach-Zehnder type element, and an MMI or Y branch is used for the 1 ⁇ 2 type. It is done.
  • MMI Multi Mode Interferometer
  • the 2 ⁇ 2 type branching / merging device used in the optical switch described in Patent Document 1 exhibits a greater wavelength dependency than the 1 ⁇ 2 type branching / merging device.
  • the wavelength dependence is further increased in a structure having strong light confinement and a small size such as a silicon optical waveguide. For this reason, when characteristics with small wavelength dependency are required, it is desirable to use a 1 ⁇ 2 type branching / merging device.
  • the optical waveguide device described in Patent Document 2 has a Mach-Zehnder type optical modulator.
  • This Mach-Zehnder optical modulator has a 1 ⁇ 2 type optical demultiplexing unit that demultiplexes one input light into two output lights, and a 1 ⁇ 2 type that combines two input lights into one output light.
  • An optical multiplexing unit and an optical modulation unit are provided. One output light of the optical demultiplexing unit is input to the optical multiplexing unit via the waveguide having the optical modulation unit, and the other output light of the optical demultiplexing unit is optically coupled via the waveguide having no optical modulation unit.
  • the light modulation unit is a phase modulator, and when light propagated through the light modulation unit and light propagated through the light modulation unit are injected into the optical multiplexing unit with a predetermined phase difference The light combined by the optical combining unit is modulated according to the phase difference.
  • the integration degree of the optical circuit is improved by using the silicon optical waveguide, the size of each element constituting the optical circuit and the arrangement interval thereof are also reduced. Therefore, in order to obtain a high on / off ratio in the optical switch, it is important to design so that a high light blocking amount can be obtained in the off state.
  • the optical path is set to the off state by the first stage Mach-Zehnder type element, and the next stage is still slightly propagated through the optical waveguide and leaks.
  • the Mach-Zehnder element further reduces the light intensity.
  • the Mach-Zehnder elements in the next stage are arranged at short intervals, in addition to the light propagating in the fundamental mode, the higher-order mode light that cannot propagate in the optical waveguide for a long time is used. As a result, the light blocking amount is deteriorated.
  • the amount of light that is radiated from the optical waveguide but remains in the plane on which the optical circuit is formed is likely to be recombined with the next-stage element, so that the light blocking amount is deteriorated.
  • a configuration that suppresses the deterioration of the light blocking amount of the optical switch due to such non-propagating light is required.
  • a mode capable of mode separation is provided in the optical waveguide device using the 1 ⁇ 2 type branching / merging device described in Patent Document 2 described above.
  • the configuration includes a splitter.
  • the mode splitter has a main waveguide and a sub-waveguide provided away from the main waveguide, and is provided in the subsequent stage on the output side of the optical multiplexing unit of the Mach-Zehnder optical modulator.
  • the output light of an optical multiplexing part is inject
  • This configuration eliminates high-order mode light from the output light of the optical multiplexing unit by separating only the high-order mode light from the main waveguide to the sub-waveguide while suppressing the loss of the fundamental mode light. I can do it.
  • JP 2009-157114 A paragraphs [0003] to [0005], [0025]
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-041254 paragraphs [0017] to [0019]
  • the waveguide on the output side of the optical multiplexing unit is a TE (Transverse Electric) -like basic mode, and TM. (Transverse Magnetic)-Propagate like basic mode.
  • TE Transverse Electric
  • TM Transverse Magnetic
  • higher-order modes in which light spreads greatly on both sides of the waveguide can also propagate in a short section.
  • Mach-Zehnder type element using a 1 ⁇ 2 type branching / merging device on the output side these higher-order modes are likely to occur in the off state, so if the distance to the next-stage element is short, these It is necessary to provide a configuration for attenuating higher order modes.
  • the on-off ratio was affected. That is, in the 1 ⁇ 2 type branching / merging unit, when light enters the branching / merging unit from each of the two port sides, when the phase difference is 0, the light emitted from the one port side is intensified basic mode It propagates through the waveguide. On the other hand, when the phase difference is ⁇ , the light emitted from the 1 port side is weakened and most of the light intensity is radiated to the surroundings. Light propagates through the waveguide in the mode.
  • the light in the higher order mode becomes the fundamental mode of the optical waveguide having each end on the 2 port side. They can be coupled with a phase difference ⁇ . Therefore, when two stages of Mach-Zehnder elements are connected at a short interval to obtain a high light blocking amount in the off state, it is necessary to suppress the influence of such higher-order modes.
  • the optical waveguide device described in Patent Document 2 has a configuration in which a mode splitter including a main waveguide and a sub-waveguide is provided on the output side of the optical multiplexing unit, a certain length of section is required. Therefore, there is a problem that it is difficult to achieve high integration because it is necessary to lengthen the interval between elements.
  • the object of the present invention is to solve the above-mentioned problem that an optical circuit using a Mach-Zehnder type element is difficult to obtain an optical circuit with little wavelength dependency and suitable for high integration. It is an object to provide an optical circuit and an optical switch using the same.
  • the optical circuit of the present invention is connected to the first branching waveguide, the first branching / merging device connected to one end of the first branching waveguide, and the other end of the first branching waveguide, A first Mach-Zehnder element having a second branching / merging unit having a branching configuration different from that of the branching / merging unit, a second branching waveguide, and a third connected to one end of the second branching waveguide
  • a second Mach-Zehnder type device comprising: a branching / merging device of the second branching waveguide having a branching configuration different from that of the third branching / merging device;
  • the first branch waveguide and the second branch waveguide each include a phase difference adjusting unit, and the second branch merger and the third branch merger include the first branch merger and
  • the first Mach-Zehnder has less optical coupling between the two fundamental modes and the higher-order modes that are phase-inverted than the fourth branching / merging device.
  • an optical circuit using a Mach-Zehnder element and having a small wavelength dependency and suitable for high integration can be obtained.
  • 1 is a block diagram showing a configuration of an optical circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a perspective view showing a configuration of a Mach-Zehnder element included in an optical circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • It is a block diagram which shows the structure of the optical switch which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • It is a block diagram which shows the structure of the optical switch which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.
  • It is a block diagram which shows the structure of the optical switch which concerns on the 4th Embodiment of this invention.
  • It is a block diagram which shows the structure of the optical switch which concerns on the 5th Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical circuit 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical circuit 100 includes a first Mach-Zehnder type element 101 and a second Mach-Zehnder type element 102.
  • the first Mach-Zehnder element 101 is connected to the first branching waveguide, the first branching / merging device 105 connected to one end of the first branching waveguide, and the other end of the first branching waveguide.
  • a second branching / merging unit 106 having a branching configuration different from that of the first branching / merging unit.
  • the second Mach-Zehnder element 102 includes a second branching waveguide, a third branching / merging device 107 connected to one end of the second branching waveguide, and the other end of the second branching waveguide.
  • a fourth branching / merging unit 108 having a branching configuration different from that of the third branching / merging unit 107.
  • each of the first branch waveguide and the second branch waveguide includes a phase difference adjusting unit.
  • the second branching / merging unit 106 and the third branching / merging unit 107 have two fundamental modes and higher-order modes that are phase-inverted compared to the first branching / merging unit 105 and the fourth branching / merging unit 108.
  • the optical coupling is small.
  • the first Mach-Zehnder type element 101 and the second Mach-Zehnder type element 102 are connected via a second branching / merging device 106 and a third branching / merging device 107.
  • first branching / merging unit 105 and the fourth branching / merging unit 108 are 1 ⁇ 2 type branching / merging units
  • second branching / merging unit 106 and the third branching / merging unit 107 are 2 ⁇ It can be assumed that it is a type 2 branching / merging device.
  • optical circuit 100 having such a configuration will be described in more detail.
  • the optical circuit 100 includes a first Mach-Zehnder type element 101 and a second Mach-Zehnder type element 102, a port 110 of the first Mach-Zehnder type element 101 and a port of the second Mach-Zehnder type element 102. It is possible to adopt a configuration in which the connection is made via the line 112.
  • the first Mach-Zehnder type element 101 includes a 1 ⁇ 2 type branching / merging device 105 and a 2 ⁇ 2 type branching / merging device 106.
  • the second Mach-Zehnder element 102 includes a 2 ⁇ 2 type branching / merging device 107 and a 1 ⁇ 2 type branching / merging device 108. Light is input from the port 103 connected to the first Mach-Zehnder element 101 and output to the port 104 connected to the second Mach-Zehnder element 102.
  • One of the branch waveguides (arms) constituting the first Mach-Zehnder type element 101 and the second Mach-Zehnder type element 102 is provided with heaters 109 and 113 for generating a refractive index change by local heating, respectively. It has been.
  • the heaters 109 and 113 constitute phase difference adjusting means.
  • optical waveguides of the 2 ⁇ 2 type branching / merging devices 106 and 107 that connect the first Mach-Zehnder type element 101 and the second Mach-Zehnder type element 102 there are optical waveguides that are not connected to other elements. It is desirable to provide a termination structure.
  • FIG. 2 shows the structure of a Mach-Zehnder type element 200 that the first Mach-Zehnder type element 101 and the second Mach-Zehnder type element 102 have in common.
  • the Mach-Zehnder element 200 has an optical waveguide formed on a silicon substrate 201, which includes a core 202 using silicon and a clad 203 using quartz.
  • the Mach-Zehnder type element 200 includes an input port 207 and output ports 209 and 210.
  • the light once branched by the branching / merging unit 211 interferes with the branching / merging unit 212, and both arms (branch waveguides) at that time
  • the distribution of the light intensity to the two output ports is determined by the phase difference of the light.
  • a 1 ⁇ 2 type branching / merging device is used for the branching / merging device 211
  • a 2 ⁇ 2 type branching / merging device is used for the branching / merging device 212.
  • a heater 206 is provided above one arm, and local heating is performed by applying a current to the heater 206 through the electrodes 204 and 205 to cause a change in refractive index accompanying this temperature change.
  • the light input from the port 207 is in a state where the phase difference becomes 0 when the light interferes with the port 209 via both arms, and when the light interferes with the port 210.
  • the phase difference becomes ⁇ and is in a state of weakening. Accordingly, the optical path from the input port 207 to the output port 209 is turned on, and the optical path from the input port 207 to the output port 210 is turned off.
  • the light input from the port 207 weakens with a phase difference of ⁇ when the light interferes with the port 209 via both arms, At the time of interference, the phase difference becomes 0 and is in a state of strengthening each other. Therefore, the optical path from the input port 207 to the output port 210 is turned on, and the optical path from the input port 207 to the output port 209 is turned off.
  • the optical circuit 100 shown in FIG. 1 when the optical path from the port 103 to the port 104 is set to the on state, a predetermined current is applied to the heater 109 and the heater 113. On the other hand, when the optical path from the port 103 to the port 104 is set to the off state, no current is applied to the heater 109 and the heater 113.
  • the light blocking amount obtained in the off state is important for obtaining a high on / off ratio.
  • the light input from the port 103 is branched by the branching / merging unit 105 and then interfered by the branching / merging unit 106. Since the port 110 interferes and weakens with a phase difference of ⁇ , and the port 111 interferes and strengthens with a phase difference of 0, most of the light intensity is directed to the port 111. Further, the light of the fundamental mode leaks to the port 110, and a high order mode is slightly generated. However, since the branching / merging unit 106 is a 2 ⁇ 2 type branching / merging unit, the amount of higher-order mode generated is small. These lights are input to the second Mach-Zehnder element 102 in the next stage through the port 112.
  • the fundamental mode that has passed through the port 112 is caused to interfere with the branching / merging unit 108 after being branched by the branching / merging unit 107 of the second Mach-Zehnder type element 102, and at the port 104 to interfere and weaken with a phase difference ⁇ . In addition, it undergoes light attenuation.
  • the higher-order mode that has passed through the port 112 is coupled to the fundamental mode of both arms in the branching / merging device 107. At this time, the phase difference between the fundamental modes generated in both arms becomes 0, and the ports 104 connected to the branching / merging device 108 interfere with each other with the phase difference 0 and strengthen each other.
  • the branching / merging unit 107 is of a 2 ⁇ 2 type, it is possible to suppress the amount of coupling of the higher order mode incident from the port 112 to the fundamental mode of both arms.
  • the optical circuit 100 includes an output-side branching / merging device 106 of the first Mach-Zehnder type element 101 in the first stage and an input side of the second Mach-Zehnder type element 102 in the second stage.
  • Each of the branching / merging units 107 is a 2 ⁇ 2 type branching / merging unit.
  • the optical circuit 100 since the optical circuit 100 according to the present embodiment has a configuration in which the use of the 2 ⁇ 2 type branching / merging device is minimized by using the 1 ⁇ 2 type branching / merging device in combination, a flat wavelength characteristic is obtained in the ON state. It is done.
  • an optical circuit using a Mach-Zehnder element and having a small wavelength dependency and suitable for high integration can be obtained.
  • FIG. 3 shows a configuration of an optical switch 300 according to the second embodiment of the present invention.
  • the optical switch 300 of this embodiment is a 4 ⁇ 4 type optical switch having four input ports and four output ports.
  • the optical switch 300 has a configuration in which input ports 301a to 301d and output ports 302a to 302d are connected by 16 optical path switching units 303a to 303d, 304a to 304d, 305a to 305d, and 306a to 306d.
  • each optical path switching unit is configured with two Mach-Zehnder elements as a unit, and has the same configuration as the optical circuit 100 according to the first embodiment.
  • the optical path from the port 301a to the port 302c is set to the on state.
  • a current for local heating is applied to the heaters provided in the two Mach-Zehnder elements constituting the optical path switching unit 303a.
  • the optical signal input from the port 301a passes through the optical path switching unit 303a, then sequentially passes through the optical path switching units 304a, 305b, and 306c, and is guided to the port 302c.
  • the optical path from the port 301a to the port 302c is set to the OFF state, no current is applied to the heater included in the Mach-Zehnder element constituting the optical path switching unit 303a. Therefore, the optical signal input from the port 301a passes through two Mach-Zehnder elements in which no current is applied to the heater in the optical path switching unit 303a. Therefore, the light blocking amount in the OFF state in the optical path from the optical path switching unit 303a to 304a is determined by the optical attenuation received by the two Mach-Zehnder elements when passing through the optical path switching unit 303a. .
  • the optical path switching unit 303a includes a 1 ⁇ 2 type branching / merging device on the input side, a Mach-Zehnder type element having a 2 ⁇ 2 type branching / merging device on the output side, and 2 ⁇ on the input side.
  • This is a configuration having a second type Mach-Zehnder type element having a type 2 branching / merging device and a 1 ⁇ 2 type branching / merging device on the output side. Therefore, as in the optical circuit 100 according to the first embodiment, a high light blocking amount can be obtained.
  • a high on / off ratio is obtained in the optical path from the port 301a to the port 302c.
  • a high on / off ratio can be obtained for the optical paths between other input ports and output ports.
  • the optical switch 300 of the present embodiment a high on / off ratio can be obtained.
  • an optical circuit having a small wavelength dependency and suitable for high integration is used, an optical switch having a high on / off ratio and a low wavelength dependency can be obtained even in the case of high integration.
  • FIG. 4 shows a configuration of an optical switch 400 according to the third embodiment of the present invention.
  • the optical switch 400 of this embodiment is a 4 ⁇ 4 type optical switch having four input ports and four output ports.
  • the optical switch 400 In the optical switch 400, four input ports 401a to 401d and four output ports 402a to 402d are connected via a selector unit 403, a gate unit 404, and a selector unit 405 each formed of a Mach-Zehnder type element. It is a configuration.
  • the connection between the selector units 403 and 405 and the gate unit 404 is a configuration through two Mach-Zehnder elements, and this configuration is the same as the configuration of the optical circuit 100 according to the first embodiment.
  • the light blocking amount in the OFF state of the optical path is determined by the amount of light attenuation received by one of the Mach-Zehnder type elements of the selector units 403 and 405 and one of the Mach-Zehnder type elements of the gate unit 404.
  • the light blocking amount in the off state of the optical path from the port 401a to the port 402a of the optical switch 400 is determined by the light attenuation amount given by the Mach-Zehnder type element of the gate unit 404 and the Mach-Zehnder type element of the selector unit 405.
  • This connection consists of a first stage Mach-Zehnder type device having a 1 ⁇ 2 type branching / merging device on the input side and a 2 ⁇ 2 type branching / merging device on the output side, and a 2 ⁇ 2 type branching / merging device on the input side, It is composed of a second-stage Mach-Zehnder type element having a 1 ⁇ 2 type branching / merging device on the output side. Therefore, a high light blocking amount can be obtained. As a result, a high on / off ratio is obtained in the optical path from the port 401a to the port 402a. Similarly, a high on / off ratio can be obtained for the optical paths between other input ports and output ports.
  • the optical switch 400 of this embodiment a high on / off ratio can be obtained.
  • an optical circuit having a small wavelength dependency and suitable for high integration is used, an optical switch having a high on / off ratio and a low wavelength dependency can be obtained even in the case of high integration.
  • FIG. 5 shows a configuration of an optical switch 500 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the optical switch 500 of this embodiment is a 4 ⁇ 4 type optical switch having four input ports and four output ports.
  • the optical switch 500 four input ports 501a to 501d and four output ports 502a to 502d are connected via a splitter unit 503, a gate unit 504 composed of a Mach-Zehnder type element, and a selector unit 505. It is a configuration.
  • the connection between the gate unit 504 and the selector unit 505 and the connection in the gate unit 504 are configured through two Mach-Zehnder elements, and this configuration is the configuration of the optical circuit 100 according to the first embodiment. It is the same.
  • the light blocking amount in the OFF state of the optical path is one of the Mach-Zehnder type elements of the gate unit 504 and one of the Mach-Zehnder type elements of the selector unit 505, or two Mach-Zehnder units of the gate unit 504. It is determined by the amount of light attenuation received by the mold element.
  • the light blocking amount in the OFF state of the optical path from the port 501a to 502a of the optical switch 500 is determined by the amount of light attenuation given by the Mach-Zehnder type element of the gate unit 504 and the Mach-Zehnder type element of the selector unit 505.
  • This connection consists of a first stage Mach-Zehnder type device having a 1 ⁇ 2 type branching / merging device on the input side and a 2 ⁇ 2 type branching / merging device on the output side, and a 2 ⁇ 2 type branching / merging device on the input side, It is composed of a second-stage Mach-Zehnder type element having a 1 ⁇ 2 type branching / merging device on the output side. Therefore, a high light blocking amount can be obtained. As a result, a high on / off ratio is obtained in the optical path from the port 501a to 502a. Similarly, a high on / off ratio can be obtained for the optical paths between other input ports and output ports.
  • the optical switch 500 of this embodiment a high on / off ratio can be obtained.
  • an optical circuit having a small wavelength dependency and suitable for high integration is used, an optical switch having a high on / off ratio and a low wavelength dependency can be obtained even in the case of high integration.
  • FIG. 6 shows a configuration of an optical switch 600 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the optical switch 600 of the present embodiment is a 4 ⁇ 4 type optical switch having four input ports and four output ports.
  • the optical switch 600 four input ports 601a to 601d and four output ports 602a to 602d are connected via a splitter unit 603, a gate unit 604 composed of a Mach-Zehnder type element, and a selector unit 605. It is a configuration.
  • the connection between the gate unit 604 and the selector unit 605 is a configuration through two Mach-Zehnder type elements, and this configuration is the same as the configuration of the optical circuit 100 according to the first embodiment. That is, the light blocking amount in the OFF state of the optical path is determined by the amount of light attenuation received by one of the Mach-Zehnder type elements of the gate unit 604 and one of the Mach-Zehnder type elements of the selector unit 605.
  • the light blocking amount in the off state of the optical path from the port 601a to the port 602a of the optical switch 600 is determined by the light attenuation amount given by the Mach-Zehnder type element of the gate unit 604 and the Mach-Zehnder type element of the selector unit 605.
  • This connection consists of a first stage Mach-Zehnder type device having a 1 ⁇ 2 type branching / merging device on the input side and a 2 ⁇ 2 type branching / merging device on the output side, and a 2 ⁇ 2 type branching / merging device on the input side, It is composed of a second-stage Mach-Zehnder type element having a 1 ⁇ 2 type branching / merging device on the output side. Therefore, a high light blocking amount can be obtained. As a result, a high on / off ratio is obtained in the optical path from the port 601a to the port 602a. Similarly, a high on / off ratio can be obtained for the optical paths between other input ports and output ports.
  • the optical switch 500 of this embodiment a high on / off ratio can be obtained.
  • an optical circuit having a small wavelength dependency and suitable for high integration is used, an optical switch having a high on / off ratio and a low wavelength dependency can be obtained even in the case of high integration.
  • the optical circuit has been described as having a waveguide having silicon as a waveguide core and quartz glass as a cladding.
  • the configuration of the waveguide is not limited to this, and a waveguide in which a core and a cladding are formed of quartz glass, a waveguide in which a core and a cladding are formed of a compound semiconductor, and a waveguide in which a core and a cladding are formed of an organic material are used.
  • the configuration may be acceptable. That is, the same effect can be obtained regardless of the material constituting the waveguide.

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Abstract

　マッハ・ツェンダ型素子を用いた光回路においては、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を得ることが困難であるため、本発明の光回路は、第１の分岐導波路と、第１の分岐導波路の一端と接続する第１の分岐合流器と、第１の分岐導波路の他端と接続し、第１の分岐合流器と分岐構成が異なる第２の分岐合流器、とを備えた第１のマッハ・ツェンダ型素子と、第２の分岐導波路と、第２の分岐導波路の一端と接続する第３の分岐合流器と、第２の分岐導波路の他端と接続し、第３の分岐合流器と分岐構成が異なる第４の分岐合流器、とを備えた第２のマッハ・ツェンダ型素子、とを有し、第１の分岐導波路および第２の分岐導波路は、位相差調整手段をそれぞれ備え、第２の分岐合流器および第３の分岐合流器は、第１の分岐合流器および第４の分岐合流器よりも、位相反転した２本の基本モードと高次モードとの光結合が小さく、第１のマッハ・ツェンダ型素子と第２のマッハ・ツェンダ型素子が、第２の分岐合流器と第３の分岐合流器とを介して接続している。

Description

光回路、およびそれを用いた光スイッチ
　本発明は、光回路、およびそれを用いた光スイッチに関し、特に、マッハ・ツェンダ型素子を用いた光回路、およびそれを用いた光スイッチに関する。
　光ファイバ通信システムにおいては、新規サービスの迅速な提供、予期しないトラフィック変動への迅速な対応、および効率的な高速障害回復などの要求に対して、光レイヤで対応できる構成が求められている。特に、波長やファイバで指定される光パスを柔軟に設定できる機能が必要とされている。柔軟な光パスの設定を実現するためには、光スイッチ等の各種の光回路が必要であり、光導波路を用いて形成される各種の機能素子を集積化した光回路の開発が活発に行われている。光導波路としては、コアとクラッドを石英で構成した従来の組み合わせに加えて、コアをシリコン、クラッドを石英で構成することにより、屈折率差を大きくしたシリコン光導波路の開発も近年活発化している。
　このような光導波路を用いた光回路の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された光スイッチは、２個の２×２型方向性結合器と、これらを連結する短アーム側導波路と長アーム側導波路の２本のアーム導波路からなるマッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）を基本構成としている。そして、少なくとも一方の連結導波路には導波路の屈折率を変化させることで導波光の位相を変化させる移相器が装備されている。
　２本の連結導波路の長さには、動作波長の半波長分の光路長差が設けられている。２×２型方向性結合器の一方から入力された信号光は、干渉原理により、移相器が未動作時にはバー経路へ導かれる。一方、移相器において半波長分の移相量πを発生させて光路長差を打ち消したときにはクロス経路へ導かれる。
 このような光スイッチのＯｎＯｆｆ比（Ｏｆｆ時とＯｎ時の透過率比）は理論上無限大となるが、実際に、作製される光スイッチでは製造上の不完全性、例えば位相誤差、偏光変換、散乱光などに起因して、無限大にはならない。そのため特許文献１では、高いＯｎＯｆｆ比を得るためにスイッチ素子を２個従属接続した２重マッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）構成を使用している。
　この２重ＭＺＩ光スイッチは、入力ポートから出力ポートへの経路（Ｏｎ経路）で、短側導波路と長側導波路とをそれぞれ備える前段ＭＺＩスイッチ素子と後段ＭＺＩスイッチ素子との２段のＭＺＩスイッチ素子を通るという接続構成としている。２重ＭＺＩ光スイッチは、Ｏｎ経路においては、１段目素子からの漏れ光が２段目素子でも遮断されるため、単素子のスイッチと比較すると、デシベル表記で概ね２倍のＯｎＯｆｆ比が得られる。
　そして、特許文献１に記載された光スイッチは、前段ＭＺＩスイッチは上側が短側導波路で、下側が長側導波路であり、後段ＭＺＩスイッチは上側が長側導波路で下側が短側導波、前段／後段で導波路が中心線に対して対称に配置された構成としている。
　ところで、マッハ・ツェンダ型素子を構成する分岐合流器として、２×２型には方向性結合器または多モード干渉器（Ｍｕｌｔｉ　Ｍｏｄｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＭＭＩ）、１×２型にはＭＭＩまたはＹ分岐が用いられる。しかしながら、特許文献１に記載された光スイッチに用いられている２×２型分岐合流器は、１×２型分岐合流器に比べて大きな波長依存性を示す。特に、シリコン光導波路のように光閉じ込めが強くサイズが小さい構造では、波長依存性がさらに大きくなる。このため、波長依存性の小さい特性を必要とする場合には、１×２型分岐合流器を用いる方が望ましい。
　このような１×２型分岐合流器を用いた光導波路素子の一例が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載された光導波路素子は、マッハ・ツェンダ型光変調器を有する。このマッハ・ツェンダ型光変調器は、１つの入力光を２つの出力光に分波する１×２型光分波部と、２つの入力光を１つの出力光に合波する１×２型光合波部と、光変調部を備える。光分波部の１つの出力光は光変調部を有する導波路を介して光合波部に入力され、光分波部のもう１つの出力光は光変調部を有しない導波路を介して光合波部に入力される。光変調部は位相変調器であり、光変調部を介して伝播された光と光変調部を介さないで伝播された光とが所定の位相差を有して光合波部に注入されると、光合波部で合波された光は位相差に応じて変調される。
　上述したように、近年、光回路の集積度向上に向けて、コアをシリコン、クラッドを石英とする光導波路を用いるシリコンフォトニクス技術への注目が高まっている。このシリコン光導波路では、シリコンのコアと石英のクラッドとの間の高い比屈折率差と微細なコア構造を活用することで、強い光閉じ込め、急峻な曲がり光導波路が得られる。そのため、高い集積度を有する光回路の実現が期待されている。また、このような微細かつ高集積の光回路を、シリコン集積回路用に蓄積されてきたプロセス技術を活用して大口径ウェハ上に製造し得ることからも、シリコンフォトニクス技術への期待が高まっている。
　シリコン光導波路を用いて光回路の集積度の向上を図ることとすると、光回路を構成する各素子の大きさ、およびそれらの配置間隔も小さくなる。そのため、光スイッチにおける高いオンオフ比を得るためには、オフ状態で高い光遮断量が得られるように設計することが重要となる。
　特許文献１に記載された２重ＭＺＩ光スイッチにおいては、１段目のマッハ・ツェンダ型素子で光経路をオフ状態に設定し、それでもわずかに光導波路を伝搬して漏れる光に対し次段のマッハ・ツェンダ型素子でさらに光強度減衰を図っている。しかし、次段のマッハ・ツェンダ型素子が短い間隔で配置されている場合には、光導波路を基本モードで伝搬する光に加え、光導波路を長くは伝搬し得ない高次モードの光によっても、光遮断量の劣化が生じる。また、光導波路から放射されたものの光回路が形成される面内に残留する光が次段の素子に再結合しやすくなることによっても、光遮断量の劣化が発生する。このような非伝搬光による光スイッチの光遮断量の劣化を抑制する構成が必要となる。
　このような構成の一例として、上述した特許文献２に記載された１×２型分岐合流器を用いた光導波路素子においては、モード分離（基本モードと高次モードとの分離）が可能なモードスプリッタを備えた構成としている。モードスプリッタは、主導波路と、主導波路から離れて設けられた副導波路を有し、マッハ・ツェンダ型光変調器の光合波部の出力側である後段に設けられる。そして、光合波部の出力光は、出射側導波路を介してモードスプリッタに注入される。このような構成としたことにより、基本モード光の損失を抑えたまま、高次モード光のみを主導波路から副導波路に分離させることによって、光合波部の出力光から高次モード光を除去できるとしている。
　また、関連技術としては、特許文献３に記載された技術がある。
特開２００９－１５７１１４号公報（段落〔０００３〕～〔０００５〕、〔００２５〕） 特開２０１４－０４１２５４号公報（段落〔００１７〕～〔００１９〕） 特表平０８－５００６８３号公報
　上述した特許文献２に記載されたような１×２型分岐合流器を用いた光導波路素子においては、光合波部の出力側の導波路はＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）－ｌｉｋｅな基本モード、およびＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ）－ｌｉｋｅな基本モードを伝搬させる。しかし、導波路の両側に光が大きく広がる高次モードも短い区間であれば伝搬し得る。出力側の分岐合流器に１×２型を用いたマッハ・ツェンダ型素子においては、オフ状態でこれらの高次モードが発生しやすいため、次段の素子までの距離が短い場合には、これらの高次モードを減衰させる構成を設ける必要がある。
　一方、特許文献１に記載された２重ＭＺＩ光スイッチのように、スイッチ素子を２個従属接続することにより、高いＯｎＯｆｆ比を得ることが可能である。
　しかし、発明者は、１×２型分岐合流器を用いて接続する場合、１ポート側の高次モードと２ポート側の位相反転した基本モードとが比較的強く結合し、マッハ・ツェンダ型素子におけるオンオフ比に影響を与えることを解析結果から見出した。すなわち、１×２型分岐合流器においては、２ポート側のそれぞれから光が分岐合流器に入射した場合、その位相差が０である場合には１ポート側から出射する光は強め合い基本モードで導波路を伝搬していく。これに対して、位相差がπである場合には１ポート側から出射する光は弱め合い光強度の大部分は周囲に放射されるが、これと共に１ポート側の端部に向かって高次モードで導波路を伝搬していく光が発生する。
　逆に、１ポート側から高次モードで導波路を伝搬する光が分岐合流器に入射した場合、この高次モードの光は、２ポート側のそれぞれを端部とする光導波路の基本モードに位相差πで結合し得ることになる。したがって、マッハ・ツェンダ型素子を短い間隔で２段接続してオフ状態での高い光遮断量を得ようとする場合、このような高次モードの影響を抑制することが必要である。
　このような高次モードを分離するために、上述した特許文献２に記載された光導波路素子においては、主導波路に近接した副導波路に、光が大きく広がっている高次モードのみを結合させる構成としている。そして、光が主導波路に強く閉じ込められている基本モードは、副導波路に結合させない構成としている。これにより、主導波路を伝搬し次段の素子あるいは出射部の光導波路に再結合する光量を抑制し、光遮断量の劣化を防ぐこととしている。
　しかし、特許文献２に記載された光導波路素子は、主導波路と副導波路からなるモードスプリッタを光合波部の出力側に設けた構成としているので、一定区間の長さが必要となる。そのため、素子間の間隔を長くする必要があることから、高集積化することが困難であるという問題があった。
　このように、マッハ・ツェンダ型素子を用いた光回路においては、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を得ることが困難である、という問題があった。
　本発明の目的は、上述した課題である、マッハ・ツェンダ型素子を用いた光回路においては、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を得ることが困難である、という課題を解決する光回路、およびそれを用いた光スイッチを提供することにある。
　本発明の光回路は、第１の分岐導波路と、第１の分岐導波路の一端と接続する第１の分岐合流器と、第１の分岐導波路の他端と接続し、第１の分岐合流器と分岐構成が異なる第２の分岐合流器、とを備えた第１のマッハ・ツェンダ型素子と、第２の分岐導波路と、第２の分岐導波路の一端と接続する第３の分岐合流器と、第２の分岐導波路の他端と接続し、第３の分岐合流器と分岐構成が異なる第４の分岐合流器、とを備えた第２のマッハ・ツェンダ型素子、とを有し、第１の分岐導波路および第２の分岐導波路は、位相差調整手段をそれぞれ備え、第２の分岐合流器および第３の分岐合流器は、第１の分岐合流器および第４の分岐合流器よりも、位相反転した２本の基本モードと高次モードとの光結合が小さく、第１のマッハ・ツェンダ型素子と第２のマッハ・ツェンダ型素子が、第２の分岐合流器と第３の分岐合流器とを介して接続している。
　本発明の光回路、およびそれを用いた光スイッチによれば、マッハ・ツェンダ型素子を用いた光回路であって、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を得ることができる。
本発明の第１の実施形態に係る光回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光回路が備えるマッハ・ツェンダ型素子の構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。
　以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
　〔第１の実施形態〕
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る光回路１００の構成を示すブロック図である。
　光回路１００は、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２とを有する。第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１は、第１の分岐導波路と、第１の分岐導波路の一端と接続する第１の分岐合流器１０５と、第１の分岐導波路の他端と接続し、第１の分岐合流器と分岐構成が異なる第２の分岐合流器１０６を備える。また、第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２は、第２の分岐導波路と、第２の分岐導波路の一端と接続する第３の分岐合流器１０７と、第２の分岐導波路の他端と接続し、第３の分岐合流器１０７と分岐構成が異なる第４の分岐合流器１０８を備える。
　ここで、第１の分岐導波路および第２の分岐導波路は、位相差調整手段をそれぞれ備える。また、第２の分岐合流器１０６および第３の分岐合流器１０７は、第１の分岐合流器１０５および第４の分岐合流器１０８よりも、位相反転した２本の基本モードと高次モードとの光結合が小さく構成されている。そして、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２は、第２の分岐合流器１０６と第３の分岐合流器１０７とを介して接続している。
　ここで、第１の分岐合流器１０５および第４の分岐合流器１０８は、１×２型分岐合流器であるとし、第２の分岐合流器１０６および第３の分岐合流器１０７は、２×２型分岐合流器であるとすることができる。以下に、このような構成とした光回路１００について、さらに詳細に説明する。
　光回路１００は、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２が、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１のポート１１０と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２のポート１１２を介して接続された構成とすることができる。ここで、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１は、１×２型の分岐合流器１０５と２×２型の分岐合流器１０６を含んで構成される。また、第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２は、２×２型の分岐合流器１０７と１×２型の分岐合流器１０８を含んで構成される。そして、光は第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１に接続されたポート１０３から入力され、第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２に接続されたポート１０４へ出力される。
　第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１および第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２を構成する分岐導波路（アーム）の一方に、局所加熱により屈折率変化を発生させるためのヒータ１０９、１１３がそれぞれ設けられている。ヒータ１０９、１１３は位相差調整手段を構成する。
　なお、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２を接続する２×２型分岐合流器１０６、１０７の光導波路のうち、他の素子に接続されない光導波路には終端構造を設けることが望ましい。
　図２に、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１および第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２が共通に備えるマッハ・ツェンダ型素子２００の構造を示す。マッハ・ツェンダ型素子２００は、シリコン基板２０１上に形成された、シリコンを用いたコア２０２と石英を用いたクラッド２０３から成る光導波路を有する。
　マッハ・ツェンダ型素子２００は、入力ポート２０７および出力ポート２０９、２１０を備え、分岐合流器２１１で一旦分岐された光が分岐合流器２１２で干渉し、その際の両アーム（分岐導波路）の光の位相差で２本の出力ポートへの光の強度の分配が定まる。ここで、分岐合流器２１１には１×２型分岐合流器が、分岐合流器２１２には２×２型分岐合流器が用いられている。
　一方のアームの上方にヒータ２０６が設けられており、電極２０４、２０５を介してヒータ２０６への電流印加を行うことによって局所的な加熱を行い、この温度変化に伴う屈折率変化を生じさせる。ヒータ２０６への電流印加がない場合には、ポート２０７から入力された光が両アームを経由してポート２０９で干渉する際に位相差が０となり強め合う状態、ポート２１０で干渉する際に位相差がπとなり弱め合う状態となっている。したがって、入力ポート２０７から出力ポート２０９への光経路がオン状態、入力ポート２０７から出力ポート２１０への光経路がオフ状態となる。これに対し、ヒータ２０６に所定の電流を印加した場合には、ポート２０７から入力された光は両アームを経由してポート２０９で干渉する際に位相差がπとなり弱め合う状態、ポート２１０で干渉する際に位相差が０となり強め合う状態となっている。したがって、入力ポート２０７から出力ポート２１０への光経路がオン状態、入力ポート２０７から出力ポート２０９への光経路がオフ状態となる。
　図１に示した光回路１００において、ポート１０３からポート１０４への光経路をオン状態に設定する場合には、ヒータ１０９およびヒータ１１３に所定の電流を印加する。これに対し、ポート１０３からポート１０４への光経路をオフ状態に設定する場合には、ヒータ１０９およびヒータ１１３への電流印加は行わない。このオフ状態のときに得られる光遮断量が、高いオンオフ比を得る上で重要となる。
　オフ状態では、ポート１０３から入力された光は分岐合流器１０５で分岐された後、分岐合流器１０６で干渉する。ポート１１０では位相差πで干渉して弱め合い、ポート１１１では位相差０で干渉して強め合うので、光強度の大部分はポート１１１へ導かれる。また、ポート１１０には基本モードの光が漏れると共に、高次モードもわずかに発生する。ただし、分岐合流器１０６は２×２型分岐合流器であるので、高次モードの発生量は小さい。これらの光は、ポート１１２を通して次段の第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２に入力される。
　ポート１１２を通過した基本モードは、第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２の分岐合流器１０７で分岐された後に分岐合流器１０８で干渉し、ポート１０４では位相差πで干渉して弱め合うことにより、さらに光減衰を受ける。また、ポート１１２を通過した高次モードは、分岐合流器１０７において両アームの基本モードに結合する。このとき両アームに発生する基本モードの位相差は０となり、分岐合流器１０８に接続されるポート１０４では位相差０で干渉して強め合う。ただし、分岐合流器１０７は２×２型としているので、ポート１１２から入射してきた高次モードが両アームの基本モードに結合する量を抑制することができる。
　すなわち、本実施形態による光回路１００においては、１段目の第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１の出力ポート１１０から漏れ出た基本モードの光は、２段目の第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２の出力ポート１０４で弱め合い干渉によりさらに光減衰を受ける。さらに、本実施形態の光回路１００は、１段目の第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１の出力側の分岐合流器１０６および２段目の第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２の入力側の分岐合流器１０７のいずれも２×２型分岐合流器としている。そのため、１段目の第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１の出力ポート１１０から漏れる高次モードの発生量、および２段目の第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２における高次モードから基本モードへの再結合を抑制することができる。これにより、オフ状態で得られる光遮断量を増大させることができる。そのため、第１のマッハ・ツェンダ型素子１０１と第２のマッハ・ツェンダ型素子１０２を近接して配置し、高集積化した構成とした場合であっても、高いオンオフ比が得られる。
　また、本実施形態の光回路１００は、１×２型分岐合流器を併用して２×２型分岐合流器の使用を最小限にした構成としているので、オン状態において平坦な波長特性が得られる。
　以上説明したように、本実施形態の光回路１００によれば、マッハ・ツェンダ型素子を用いた光回路であって、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を得ることができる。
　〔第２の実施形態〕
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
　図３に、本発明の第２の実施形態に係る光スイッチ３００の構成を示す。本実施形態の光スイッチ３００は、４本の入力ポートと４本の出力ポートを有する４×４型の光スイッチである。
　光スイッチ３００は、入力ポート３０１ａ～３０１ｄと出力ポート３０２ａ～３０２ｄが、１６個の光経路切替単位３０３ａ～３０３ｄ、３０４ａ～３０４ｄ、３０５ａ～３０５ｄ、３０６ａ～３０６ｄによって接続された構成である。ここで、それぞれの光経路切替単位は、２個のマッハ・ツェンダ型素子を単位とする構成であり、第１の実施形態による光回路１００と同様の構成である。
　次に、本実施形態による光スイッチ３００の動作について説明する。
　まず、ポート３０１ａからポート３０２ｃに至る光経路をオン状態に設定する場合を例に説明する。光経路切替単位３０３ａを構成する２個のマッハ・ツェンダ型素子が備えるヒータに、局所加熱用の電流を印加する。これにより、ポート３０１ａから入力された光信号は、光経路切替単位３０３ａを通過した後、光経路切替単位３０４ａ、３０５ｂ、３０６ｃを順次通過し、ポート３０２ｃへと導かれる。
　逆に、ポート３０１ａからポート３０２ｃに至る光経路をオフ状態に設定する場合、光経路切替単位３０３ａを構成するマッハ・ツェンダ型素子が備えるヒータには電流を印加しない。そのため、ポート３０１ａから入力された光信号は、光経路切替単位３０３ａにおいてヒータへの電流印加が行われていないマッハ・ツェンダ型素子を２個通ることになる。したがって、光経路切替単位３０３ａから３０４ａへの光経路におけるオフ状態の光遮断量は、光経路切替単位３０３ａを通過する際に２個のマッハ・ツェンダ型素子によって受ける光減衰量で定まることになる。ここで、光経路切替単位３０３ａは、入力側に１×２型分岐合流器、出力側に２×２型分岐合流器を備えた１段目のマッハ・ツェンダ型素子と、入力側に２×２型分岐合流器、出力側に１×２型分岐合流器を備えた２段目のマッハ・ツェンダ型素子を有する構成である。そのため、第１の実施形態による光回路１００と同様に、高い光遮断量が得られる。その結果、ポート３０１ａからポート３０２ｃに至る光経路において、高いオンオフ比が得られる。また、他の入力ポートと出力ポートとの間の光経路についても同様に、高いオンオフ比が得られる。
　このように、本実施形態の光スイッチ３００によれば、高いオンオフ比を得ることができる。しかも、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を用いているので、高集積化した場合であっても高いオンオフ比を有する波長依存性が少ない光スイッチを得ることができる。
　〔第３の実施形態〕
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
　図４に、本発明の第３の実施形態に係る光スイッチ４００の構成を示す。本実施形態の光スイッチ４００は、４本の入力ポートと４本の出力ポートを有する４×４型の光スイッチである。
　光スイッチ４００は、４本の入力ポート４０１ａ～４０１ｄと４本の出力ポート４０２ａ～４０２ｄが、マッハ・ツェンダ型素子で構成されるセレクタ部４０３、ゲート部４０４、セレクタ部４０５を介して接続された構成である。ここで、セレクタ部４０３、４０５とゲート部４０４の接続は、２個のマッハ・ツェンダ型素子を介する構成であり、この構成は第１の実施形態による光回路１００の構成と同様である。すなわち、光経路のオフ状態の光遮断量は、セレクタ部４０３、４０５のマッハ・ツェンダ型素子の１つとゲート部４０４のマッハ・ツェンダ型素子の１つで受ける光減衰量で定まることになる。
　例えば、光スイッチ４００のポート４０１ａから４０２ａに至る光経路のオフ状態における光遮断量は、ゲート部４０４のマッハ・ツェンダ型素子とセレクタ部４０５のマッハ・ツェンダ型素子が与える光減衰量によって定まる。この接続は、入力側に１×２型分岐合流器、出力側に２×２型分岐合流器を備えた１段目のマッハ・ツェンダ型素子と、入力側に２×２型分岐合流器、出力側に１×２型分岐合流器を備えた２段目のマッハ・ツェンダ型素子とにより構成される。そのため、高い光遮断量が得られる。その結果、ポート４０１ａから４０２ａに至る光経路において、高いオンオフ比が得られる。また、他の入力ポートと出力ポートとの間の光経路についても同様に、高いオンオフ比が得られる。
　このように、本実施形態の光スイッチ４００によれば、高いオンオフ比を得ることができる。しかも、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を用いているので、高集積化した場合であっても高いオンオフ比を有する波長依存性が少ない光スイッチを得ることができる。
　〔第４の実施形態〕
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
　図５に、本発明の第４の実施形態に係る光スイッチ５００の構成を示す。本実施形態の光スイッチ５００は、４本の入力ポートと４本の出力ポートを有する４×４型の光スイッチである。
　光スイッチ５００は、４本の入力ポート５０１ａ～５０１ｄと４本の出力ポート５０２ａ～５０２ｄが、スプリッタ部５０３、およびマッハ・ツェンダ型素子で構成されるゲート部５０４、セレクタ部５０５を介して接続された構成である。ここで、ゲート部５０４とセレクタ部５０５の接続、およびゲート部５０４内の接続は、２個のマッハ・ツェンダ型素子を介する構成であり、この構成は第１の実施形態による光回路１００の構成と同様である。すなわち、光経路のオフ状態の光遮断量は、ゲート部５０４のマッハ・ツェンダ型素子の１つとセレクタ部５０５のマッハ・ツェンダ型素子の１つ、または、ゲート部５０４の２個のマッハ・ツェンダ型素子で受ける光減衰量で定まることになる。
　例えば、光スイッチ５００のポート５０１ａから５０２ａに至る光経路のオフ状態における光遮断量は、ゲート部５０４のマッハ・ツェンダ型素子とセレクタ部５０５のマッハ・ツェンダ型素子が与える光減衰量によって定まる。この接続は、入力側に１×２型分岐合流器、出力側に２×２型分岐合流器を備えた１段目のマッハ・ツェンダ型素子と、入力側に２×２型分岐合流器、出力側に１×２型分岐合流器を備えた２段目のマッハ・ツェンダ型素子とにより構成される。そのため、高い光遮断量が得られる。その結果、ポート５０１ａから５０２ａに至る光経路において、高いオンオフ比が得られる。また、他の入力ポートと出力ポートとの間の光経路についても同様に、高いオンオフ比が得られる。
　このように、本実施形態の光スイッチ５００によれば、高いオンオフ比を得ることができる。しかも、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を用いているので、高集積化した場合であっても高いオンオフ比を有する波長依存性が少ない光スイッチを得ることができる。
　〔第５の実施形態〕
　次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
　図６に、本発明の第５の実施形態に係る光スイッチ６００の構成を示す。本実施形態の光スイッチ６００は、４本の入力ポートと４本の出力ポートを有する４×４型の光スイッチである。
　光スイッチ６００は、４本の入力ポート６０１ａ～６０１ｄと４本の出力ポート６０２ａ～６０２ｄが、スプリッタ部６０３、およびマッハ・ツェンダ型素子で構成されるゲート部６０４、セレクタ部６０５を介して接続された構成である。ここで、ここで、ゲート部６０４とセレクタ部６０５の接続は、２個のマッハ・ツェンダ型素子を介する構成であり、この構成は第１の実施形態による光回路１００の構成と同様である。すなわち、光経路のオフ状態の光遮断量は、ゲート部６０４のマッハ・ツェンダ型素子の１つとセレクタ部６０５のマッハ・ツェンダ型素子の１つで受ける光減衰量で定まることになる。
　例えば、光スイッチ６００のポート６０１ａから６０２ａに至る光経路のオフ状態における光遮断量は、ゲート部６０４のマッハ・ツェンダ型素子とセレクタ部６０５のマッハ・ツェンダ型素子が与える光減衰量によって定まる。この接続は、入力側に１×２型分岐合流器、出力側に２×２型分岐合流器を備えた１段目のマッハ・ツェンダ型素子と、入力側に２×２型分岐合流器、出力側に１×２型分岐合流器を備えた２段目のマッハ・ツェンダ型素子とにより構成される。そのため、高い光遮断量が得られる。その結果、ポート６０１ａから６０２ａに至る光経路において、高いオンオフ比が得られる。また、他の入力ポートと出力ポートとの間の光経路についても同様に、高いオンオフ比が得られる。
　このように、本実施形態の光スイッチ５００によれば、高いオンオフ比を得ることができる。しかも、波長依存性が少なく高集積化に適した光回路を用いているので、高集積化した場合であっても高いオンオフ比を有する波長依存性が少ない光スイッチを得ることができる。
　上述した実施形態においては、光回路はシリコンを導波路コアとし石英ガラスをクラッドとした導波路を有する構成である場合について説明した。しかし、導波路の構成はこれに限らず、石英ガラスでコアとクラッドを形成した導波路、化合物半導体でコアとクラッドを形成した導波路、および有機材料でコアとクラッドを形成した導波路を用いた構成であってもよい。すなわち、導波路の構成材料によらず同様の効果を得ることができる。
　以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
　この出願は、２０１５年３月３０日に出願された日本出願特願２０１５－０６８４６０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１００　　光回路
　１０１　　第１のマッハ・ツェンダ型素子
　１０２　　第２のマッハ・ツェンダ型素子
　１０３～１０４、１１０～１１２　　ポート
　１０５　　第１の分岐合流器
　１０６　　第２の分岐合流器
　１０７　　第３の分岐合流器
　１０８　　第４の分岐合流器
　１０９、１１３　　ヒータ
　２００　　マッハ・ツェンダ型素子
　２０１　　シリコン基板
　２０２　　コア
　２０３　　クラッド
　２０４、２０５　　電極
　２０６　　ヒータ
　２０７、３０１ａ～３０１ｄ、４０１ａ～４０１ｄ、５０１ａ～５０１ｄ、６０１ａ～６０１ｄ　　入力ポート
　２０９、２１０、３０２ａ～３０２ｄ、４０２ａ～４０２ｄ、５０２ａ～５０２ｄ、６０２ａ～６０２ｄ　　出力ポート
　２１１　　１×２型分岐合流器
　２１２　　２×２型分岐合流器
　３００、４００、５００、６００　　光スイッチ
　３０３ａ～３０３ｄ、３０３ａ～３０３ｄ、３０３ａ～３０３ｄ、３０３ａ～３０３ｄ　　光経路切替器
　４０３、４０５、５０５、６０５　　セレクタ部
　４０４、５０４、６０４　　ゲート部
　５０３、６０３　　スプリッタ部

Claims (7)

  1. 　第１の分岐導波路と、前記第１の分岐導波路の一端と接続する第１の分岐合流器と、前記第１の分岐導波路の他端と接続し、前記第１の分岐合流器と分岐構成が異なる第２の分岐合流器、とを備えた第１のマッハ・ツェンダ型素子と、
    　第２の分岐導波路と、前記第２の分岐導波路の一端と接続する第３の分岐合流器と、前記第２の分岐導波路の他端と接続し、前記第３の分岐合流器と分岐構成が異なる第４の分岐合流器、とを備えた第２のマッハ・ツェンダ型素子、とを有し、
    　前記第１の分岐導波路および前記第２の分岐導波路は、位相差調整手段をそれぞれ備え、
    　前記第２の分岐合流器および前記第３の分岐合流器は、前記第１の分岐合流器および前記第４の分岐合流器よりも、位相反転した２本の基本モードと高次モードとの光結合が小さく、
    　前記第１のマッハ・ツェンダ型素子と前記第２のマッハ・ツェンダ型素子が、前記第２の分岐合流器と前記第３の分岐合流器とを介して接続している
    　光回路。
  2. 　請求項１に記載した光回路において、
    　前記第１の分岐合流器および前記第４の分岐合流器は、１×２型分岐合流器であり、
    　前記第２の分岐合流器および前記第３の分岐合流器は、２×２型分岐合流器である
    　光回路。
  3. 　請求項１または２に記載した光回路において、
    　前記第１の分岐導波路、前記第２の分岐導波路、前記第１の分岐合流器、前記第２の分岐合流器、前記第３の分岐合流器、および前記第４の分岐合流器をそれぞれ構成する光導波路は、コアの主成分がシリコン材料であり、クラッドの主成分が石英材料であるシリコン光導波路である
    　光回路。
  4. 　複数の入力ポートと、
    　複数の出力ポートと、
    　前記複数の入力ポートと前記複数の出力ポートを接続する複数の光経路切替単位、とを有し、
    　前記光経路切替単位は、請求項１から３のいずれか一項に記載した光回路を含む
    　光スイッチ。
  5. 　複数の入力ポートと、
    　複数の出力ポートと、
    　前記複数の入力ポートと前記複数の出力ポートを接続するセレクタ部と、ゲート部、とを有し、
    　前記セレクタ部と前記ゲート部が、請求項１から３のいずれか一項に記載した光回路によって接続された
    　光スイッチ。
  6. 　複数の入力ポートと、
    　複数の出力ポートと、
    　前記複数の入力ポートと前記複数の出力ポートを接続するスプリッタ部と、ゲート部と、セレクタ部、とを有し、
    　前記ゲート部と前記セレクタ部が、請求項１から３のいずれか一項に記載した光回路によって接続された
    　光スイッチ。
  7. 　請求項６に記載した光スイッチにおいて、
    　前記ゲート部が、前記光回路を備える
    　光スイッチ。
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