WO2019172176A1 - 光スイッチアレイおよびマルチキャストスイッチ - Google Patents

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WO2019172176A1
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optical switch
optical
longitudinal direction
light modulation
electrical wiring
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和則 妹尾
慶太 山口
鈴木　賢哉
郷　隆司
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日本電信電話株式会社
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure

Definitions

  • the present invention relates to a small-sized and highly manufacturable waveguide-type optical switch array and multicast switch.
  • Transparent network systems such as ROADM (Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer), which performs signal processing of optical signals without going through electrical switching, in response to a rapid increase in demand for large capacity optical communication networks, From the viewpoints of communication speed, power consumption, signal processing load at the node, etc., it is highly advantageous and is increasing in importance.
  • ROADM Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer
  • FIG. 1 shows a configuration example of a conventional ROADM system.
  • the ROADM node in this configuration example connects the optical amplitude amplification function unit group 101 that amplifies the signal light from the previous node for each route, and connects the signal from each route to a desired subsequent node, or deploys to the own node.
  • Wavelength selection function unit group that performs switching in units of wavelength so that an optical signal having a desired wavelength is received (Drop) by the desired receiver via the wavelength demultiplexing function unit group 103 and the receiver group 104. 102. Further, wavelength units are used so that an optical signal having a desired wavelength is transmitted (Add) toward a desired path via the wavelength selection function unit group 102, or the transmitter group 105 and the wavelength multiplexing function unit group 106.
  • a wavelength selection function unit group 107 that performs switching and an optical amplitude amplification function unit group 108 that amplifies the intensity of the optical signal before being transmitted to the subsequent node.
  • FIG. 1 In the case of the ROADM system configured as shown in FIG. 1, the flexibility of the entire system varies greatly depending on the devices constituting the wavelength demultiplexing function unit group 103 and the wavelength multiplexing function unit group 106 and combinations thereof.
  • 2A to 2E show configuration examples of the wavelength demultiplexing function unit group 103.
  • FIG. 2A shows a configuration example in which an arrayed waveguide diffraction grating 201 (AWG: Arrayed-Waveguide Grating), which is most commonly used for the wavelength demultiplexing function unit group 103, is applied.
  • AWG arrayed waveguide diffraction grating
  • Wavelength multiplexed optical signals input to the AWG are separated and output from a plurality of output ports that are determined for each wavelength. That is, since only a predetermined wavelength is output for each output port, such a system configuration is called “Colored”.
  • FIG. 2B shows a configuration example in which a wavelength selective switch 202 (WSS: Wavelength Selective Switch) is applied to the wavelength demultiplexing function unit group 103 instead of the AWG 201.
  • WSS Wavelength Selective Switch
  • the configuration is such that the AWG 201 in FIG. 2A is simply replaced with the WSS 202, the WSS 202 has a function of switching an arbitrary wavelength to an arbitrary output port, and therefore a receiver group connected downstream from the wavelength demultiplexing function unit group 103
  • Each 104 can freely change the wavelength to be received. Since the relationship between the output port and the wavelength can be arbitrarily changed, it is called a “Colorless” system.
  • FIG. 2 (c) develops the configuration of FIG. 2 (b), arranges the first WSS 202-1 that receives signals from each route collectively, and further outputs the output of the first WSS 202-1.
  • This is a configuration example in which the second WSS 202-2 distributed toward the receiver group 104 is arranged downstream, and those connected in series are applied to the wavelength demultiplexing function unit group 103.
  • the path connected to the WSS cannot be changed even if the wavelength setting can be freely changed for each output port.
  • FIG. 2C an optical signal transmitted from any route can be output to any receiver, and a “Colorless / Directionless (CD)” system can be realized.
  • FIG. 2 (d) shows one of the configurations for realizing the CDC.
  • the WSS 202 is arranged for each route, and one of the output ports of each WSS 202 is arranged downstream.
  • This is a configuration example in which a plurality of optical switches 203 to be connected are provided.
  • FIG. 2E is also one configuration for realizing CDC, and is a configuration example in which an optical splitter 204 is used instead of the WSS 202 in FIG.
  • an optical splitter 204 is used instead of the WSS 202 in FIG.
  • a plurality of wavelengths are mixed in the same output port. For this reason, it is necessary to provide a wavelength filter array separately before being transmitted to the downstream receiver group 104 or to have a filter function capable of receiving only a specific wavelength in the receiver group 104 itself.
  • CDC can also be realized by this method.
  • the optical splitter and optical switch which are the component of FIG.2 (e) are conventionally used widely as a waveguide device, can be integrated on one chip
  • MCS Multicast Switch
  • the basic platform of optical switches is generally a waveguide type optical circuit. Since the optical confinement can be strengthened by increasing the refractive index difference between the core and the cladding, the amount of dopant in the core glass is controlled.
  • the miniaturization of optical circuits has been greatly advanced by using a method of changing the substrate material from a glass system having a low refractive index to a semiconductor system such as silicon or indium phosphide.
  • the redundancy of the electrical wiring to supply the drive energy for switching due to the increase in the number of optical switches and the increase in the number of ports is a factor in reducing the yield. Can be.
  • FIGS. 3A to 3D are diagrams for explaining this problem.
  • FIG. 3A is a diagram showing an optical switch of the minimum unit.
  • the optical switch shown in FIG. 3A is an example in which the simplest optical switch circuit 303 having two inputs and two outputs is formed on one optical waveguide substrate 301.
  • the optical signal input from the input waveguide 302 is output to one of the output waveguides 304.
  • the optical switch circuit 303 is generally based on a Mach-Zehnder interferometer (MZI) and drives a thin film heater 305 disposed in one branched waveguide to perform refractive index modulation by a thermo-optic effect. Switching is performed by changing the interference condition. For this reason, electric wiring 306 is required to supply power to the heater 305, and electrode pads 307 are provided for electrical connection from the outside of the optical waveguide substrate 301 by wire bonding or the like.
  • MZI Mach-Zehnder interferometer
  • FIGS. 3A to 3D show the simplest optical switch circuit having a heater on one arm, but an MZI arm with heaters and an optical circuit other than MZI.
  • the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 3A, and the following problems may occur in the same manner as long as the circuit configuration includes electrodes.
  • FIGS. 3A to 3D it is assumed that circuits are arranged in parallel in the x-axis direction, the longitudinal direction of the heater is the y-axis, and the z-axis is perpendicular to the optical circuit board.
  • FIG. 3B shows a conventional optical switch array in which three 1 ⁇ 4 switches having a high extinction ratio, each of which is a combination of a plurality of MZI-based optical switch circuits 303 shown in FIG. .
  • the 1 ⁇ 4 switch is exemplified by a configuration in which MZIs are connected in a tree shape.
  • an MZI-based optical switch uses a method of passing through a plurality of MZIs in order to achieve a high extinction ratio, and this time, a design that passes through two stages of MZIs is assumed to simplify the explanation. .
  • FIG. 3C shows a diagram in which the optical circuit elements are omitted from FIG. 3B and only the portion corresponding to the heater 305 is shown.
  • FIG. 3D shows the heater 305 in FIG. The figure which described the electrical wiring which connects both ends to the one long side of the optical waveguide board
  • each circuit when arraying is performed, it is common to arrange each circuit to be arranged in an array for simplification of design and miniaturization so that coordinate positions in the y-axis direction coincide with each other.
  • the electrical wiring the voltage for driving each heater varies depending on the switching situation, but since all the grounds can be shared, in this description, all the ground electrodes of the heaters present on the same y coordinate are used. It is illustrated as a collection of common electrical wiring.
  • the length of the electric wiring with respect to the ground in the y-axis direction is very short, while the electric wiring for individually setting the voltage of each heater is mutually connected.
  • FIG. 4 shows wiring to N heaters arranged on the same y coordinate.
  • N heaters are arranged in the x-axis direction
  • the distance to the Nth heater is determined by the arrangement on the optical circuit side (interval between heaters, etc.), and the distance is set to x (N).
  • the arrangement interval between the electrical wirings in the y-axis direction is dy
  • the Nth heater needs to have a length of Ndy in the y-axis direction. From these things, the total length L of the electric wiring which gives a voltage separately can be represented by the following formula
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to optimize the arrangement of optical circuit portions in an optical switch array in which optical switches that require individual electrical wiring are integrated. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical switch array and a multicast switch in which electrical wiring is shortened.
  • an embodiment of the present invention is an optical switch array including a plurality of optical switch circuits that switch a traveling direction of an optical signal by applying a voltage to an optical modulation unit via an electrical wiring.
  • the electrical wiring is capable of independently applying a voltage to each of the light modulation units, is connected to both ends in the longitudinal direction of the light modulation unit, and a plurality of the optical switch circuits includes the light modulation unit.
  • the optical switch circuits are arranged in parallel in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the optical switch circuit, and the optical switch circuit includes the optical switch circuit that is adjacent to each other at positions at both ends in the longitudinal direction of the optical modulation unit included in the optical switch circuit. It is characterized by being arranged so as not to coincide with the positions of both ends in the longitudinal direction of the modulation section in the longitudinal direction.
  • the optical switch circuit is located between two adjacent optical switch circuits in the longitudinal direction when there are two adjacent optical switch circuits.
  • the two adjacent optical switch circuits when two adjacent optical switch circuits exist, the two adjacent optical switch circuits are positioned in the same longitudinal direction.
  • Another embodiment of the present invention is an optical switch array including a plurality of optical switch circuits that switch a traveling direction of an optical signal by applying a voltage to an optical modulation unit via an electrical wiring, and the electrical wiring is A voltage can be independently applied to each of the light modulators, connected to both ends in the longitudinal direction of the light modulators, and the plurality of optical switch circuits are perpendicular to the longitudinal direction of the light modulators Among the light modulation units that are arranged in parallel in the direction and overlap in the direction perpendicular to the longitudinal direction, the positions of both ends in the longitudinal direction of the adjacent light modulation units are arranged so as not to coincide with each other in the longitudinal direction. It is characterized by being.
  • the positions of both ends in the longitudinal direction of the light modulation section are located between two adjacent light modulation sections in the longitudinal direction when there are two adjacent light modulation sections. It is characterized by.
  • the positions of both ends of the light modulation unit in the longitudinal direction are such that when two adjacent light modulation units are present, two adjacent light modulation units are positioned in the same longitudinal direction. It is characterized by that.
  • the electrical wiring connected to one end of the light modulation unit is a shared electrical wiring that applies a common voltage to all the light modulation units, and is connected to the other end of the light modulation unit.
  • the width is wider than the connected electrical wiring.
  • an optical splitter connected to a plurality of the optical switch circuits and branching the optical signal is further provided, and the plurality of the optical switch circuits and the optical splitter are formed on the same substrate. It is characterized by.
  • the present invention prevents the reduction in yield during circuit manufacturing by shortening the electric wiring length by optimizing the arrangement of the optical circuit portion. be able to.
  • AWG array waveguide diffraction grating
  • WSS switch
  • FIG. 1 It is a figure which shows the example of a structure which deployed multiple optical switches connected with one each of the output ports of each WSS on the upper side, (e) is an optical splitter instead of WSS in (d). It is a figure which shows the structural example used.
  • (A) is a figure which shows the optical switch of the minimum unit,
  • (b) is a circuit for three 1 ⁇ 4 switches having a high extinction ratio obtained by combining a plurality of MZI-based optical switch circuits shown in (a) as unit elements.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of an optical switch array according to Embodiment 4 of the present invention in which 1 ⁇ 4 optical switch circuits are arranged in parallel for two arrays to form a 1 ⁇ 8 optical switch circuit. It is a figure in which the optical circuit element is omitted and only a portion corresponding to the heater is described.
  • (D) is an electrical wiring for connecting both ends of the heater to one long side of the optical waveguide substrate in (c).
  • a 1 ⁇ 4 switch is configured using a tree-type MZI configuration, and a 1 ⁇ 4 optical switch is arranged in an array of three circuits.
  • the array size is not limited to this example.
  • FIGS. 5A to 5D are diagrams showing the configuration of the optical signal processing device according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical switch array of the present invention enables simplification and shortening of electrical wiring by shifting the y coordinate of each optical switch by Dy in an optical switch array having a similar optical circuit configuration.
  • FIGS. 5A to 5D it is assumed that circuits are arranged in parallel in the x-axis direction, the longitudinal direction of the heater is the y-axis, and the z-axis is perpendicular to the optical circuit board.
  • FIG. 5A is a diagram showing an optical switch of the minimum unit
  • FIG. 5B is a diagram of a 1 ⁇ 4 switch circuit in which a plurality of MZI-based optical switches as shown in FIG. 5A are combined as unit elements.
  • FIG. 5B shows the structural example of the optical switch array based on Embodiment 1 of this invention arrange
  • the configurations of the 1 ⁇ 4 optical switches are the same in design, but the positions of the optical switches are shifted by Dy in the y-axis direction. That is, when there are adjacent 1 ⁇ 4 optical switch circuits on both sides, the 1 ⁇ 4 optical switch circuit positioned between them is positioned between two adjacent 1 ⁇ 4 optical switch circuits in the y-axis direction.
  • FIG. 5C is a diagram in which the optical circuit elements are omitted from FIG. 5B and only the portion corresponding to the heater 305 is described.
  • FIG. 5D is a diagram showing a configuration in which electrical wiring is connected to one long side of the optical switch array from the heater 305 in FIG.
  • three 1x4 optical switch circuits arranged in an array are Dy-shifted in the y-axis direction with respect to the adjacent 1x4 optical switch circuit according to the arrangement coordinates in the x-axis direction.
  • the electrical wiring on the ground side is shared for each optical switch circuit while shifting by Dy in the ⁇ y axis direction.
  • the optical switch circuits arranged in parallel are shifted in the longitudinal direction of the heater, and the electric wiring that can be shared is increased by the amount that is shifted in the longitudinal direction of the heater, and the heater of the electric wiring that cannot be shared It is a feature of the present invention that the length in the longitudinal direction is shortened.
  • the total length L of the electric wirings for individually applying voltages is expressed by the following equation using the number A of optical switch circuits and the number H of heaters arranged in parallel in the x-axis direction in one optical switch circuit. (2).
  • the design can be further shortened.
  • FIGS. 6A to 6D are diagrams showing the configuration of the optical switch array according to the second embodiment of the present invention.
  • the design method of shifting all the optical switch circuits by Dy in the y-axis direction is used.
  • the optical switch of the present invention is arranged by shifting the y-coordinate of even-numbered optical switch circuits by Dy. By doing so, the electrical wiring is shortened.
  • FIGS. 6A to 6D it is assumed that circuits are arranged in parallel in the x-axis direction, the longitudinal direction of the heater is the y-axis, and the z-axis is perpendicular to the optical circuit board.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating an optical switch of the minimum unit
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a 1 ⁇ 4 switch circuit in which a plurality of MZI-based optical switches as illustrated in FIG. 6A are combined as unit elements.
  • FIG. 6B shows the structural example of the optical switch array which concerns on Embodiment 2 of this invention arrange
  • the configuration of the 1 ⁇ 4 optical switch is the same in design, but only the 1 ⁇ 4 optical switch circuit arranged at the center of the three 1 ⁇ 4 switch circuits is arranged with a shift of Dy in the y-axis direction. Therefore, when there are adjacent 1 ⁇ 4 optical switch circuits on both sides, two adjacent 1 ⁇ 4 optical switch circuits are positioned in the same direction in the y-axis direction in the 1 ⁇ 4 optical switch circuit positioned between them.
  • FIG. 6C is a diagram in which the optical circuit elements are omitted from FIG. 6B and only the portion corresponding to the heater 305 is described.
  • FIG. 6D is a diagram showing a configuration in which electrical wiring is connected to one long side of the optical switch array from the heater 305 in FIG.
  • the total length L of the electric wiring that individually applies the voltage is the number B of the even-numbered optical switch circuits to be shifted, and the heaters arranged in parallel in the x-axis direction within one optical switch circuit.
  • the number H it can be expressed by the following formula (4).
  • the effect of shortening is suppressed as compared with the first embodiment, but the electrical wiring can be performed without substantially changing the length of the optical waveguide substrate 301 in the y-axis direction. The shortening effect can be obtained.
  • the 1 ⁇ 4 optical switch circuit that shifts in the y-axis direction is not limited to an even number, and may be an odd number, and an optical switch circuit that randomly shifts in the y-axis direction and an optical switch circuit that does not shift are arranged. It is added that there is no problem even if it is done. Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, the shift in the y-axis direction is not performed for each 1 ⁇ 4 optical switch circuit, but the y-coordinate positions before the shift arrangement match, and the x-axis direction is arranged in parallel. All of the heaters that are arranged may be Dy shifted in the y-axis direction with respect to the adjacent heaters, and the adjacent heaters may be arranged alternately.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the optical switch array according to the third embodiment of the present invention.
  • the invention in which the reliability and yield are improved by shortening the electrical wiring capable of individually controlling the voltage has been described.
  • the ground Reliability is improved by enlarging the area of the electrode. 7A and 7B, it is assumed that circuits are arranged in parallel in the x-axis direction, the longitudinal direction of the heater is the y-axis, and the z-axis is perpendicular to the optical circuit board.
  • FIG. 7A is a diagram showing an example in which the enlarged ground electrode according to the present embodiment is further applied to the electrical wiring method shown in the first embodiment.
  • FIG. 7B is a diagram showing an example in which the enlarged ground electrode according to the present embodiment is further applied to the electrical wiring method shown in the second embodiment.
  • the portion should be as wide as possible in the y-axis direction.
  • the electrical wiring formed on the optical waveguide substrate is not formed by drawing each wiring, but the electrical wiring material is formed on the entire optical waveguide substrate by sputtering or the like, and other than the necessary portion by the mask Use a technique to remove. Therefore, it is possible to increase the width of the ground electrode without adding any additional manufacturing steps to the first and second embodiments.
  • the ground electrode should be formed as wide as possible in the vacant space. Thus, even if fine dust adheres, conduction is possible through the remaining area of the electrical wiring where no dust adheres, so that the failure rate on the ground side can be further reduced.
  • FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the optical switch array according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the description has been given of the configuration in which the circuit configuration is three 1 ⁇ 4 optical switch circuits in which the circuit configuration is arrayed.
  • the fourth embodiment in the preceding stage of the two 1 ⁇ 4 optical switch circuits in the array configuration.
  • a configuration example of a 1 ⁇ 8 optical switch circuit in which a 1 ⁇ 2 optical switch circuit is further connected is shown.
  • the 1 ⁇ 2 optical switch circuit is connected in parallel with two arrayed 1 ⁇ 4 optical switch circuits via a folded optical waveguide.
  • the two 1 ⁇ 4 optical switch circuits are arranged so that the configuration other than the electrodes is vertically and horizontally reversed with respect to the corresponding circuit portion in FIG.
  • the number of electrodes is reduced by replacing one 1 ⁇ 4 optical switch circuit with one 1 ⁇ 2 optical switch circuit, but the arrangement of the remaining electrodes is the same as the electrode arrangement in FIG. 8A and 8B, it is assumed that circuits are arranged in parallel in the x-axis direction, the longitudinal direction of the heater is the y-axis, and the z-axis is perpendicular to the optical circuit board.
  • FIG. 8A is a diagram showing an optical switch of the minimum unit
  • FIG. 8B is a 1 ⁇ 2 switch circuit in which a plurality of MZI-based optical switches as shown in FIG. 8A are combined as unit elements.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of an optical switch array according to a fourth embodiment of the present invention in which 1 ⁇ 4 optical switch circuits are arranged in parallel to the 1 ⁇ 2 switch circuit to form a 1 ⁇ 8 optical switch circuit.
  • the two 1 ⁇ 4 optical switch circuits have the same design, but are arranged with a Dy shift in the y-axis direction.
  • the 1 ⁇ 2 switch circuit is also arranged so that the position of the optical switch, which is a unit element, is shifted by Dy in the y-axis direction.
  • FIG. 8C is a diagram in which the optical circuit elements are omitted in FIG. 8B and only the portion corresponding to the heater 305 is described.
  • FIG. 8D is a diagram showing a configuration in which electrical wiring is connected to one long side of the optical switch array from the heater 305 in FIG.
  • a 1 ⁇ 8 optical switch circuit is illustrated, but in an MZI-based optical switch, the number of optical switches connected in series increases as the number of branches increases, so the length in the y-axis direction becomes longer. End up. For this reason, in order to reduce the size of the optical switch chip, the optical circuit is generally folded and arranged.
  • FIG. 8B the light input from the upper left part of the figure is propagated in the x-axis direction and connected to the 1 ⁇ 2 optical switch circuit.
  • a 1 ⁇ 8 optical switch circuit is realized by connecting to 2 arrays of 1 ⁇ 4 optical switch circuits arranged so that light propagates in the ⁇ y-axis direction through a folding circuit.
  • the electrode positions in FIG. 8D are the same as the corresponding electrodes in FIG. 5 in the first embodiment. Therefore, even in a single optical switch circuit, the electrodes and the electric electrodes are the same as in the first embodiment. Wiring can be arranged, and shortening of the wiring is still effective.
  • the folding configuration in which the present invention is effective is not limited to the combination of the optical switch circuits shown in FIGS. 8B to 8D. For example, a multi-input / multi-output matrix switch may be connected via a folding circuit. Good.
  • a multicast switch with a shortened electrical wiring can be configured, and the optical switch array and the optical splitter are the same. By forming it on the optical waveguide substrate, a multicast switch can be manufactured more easily.
  • SYMBOLS 101 Optical amplitude amplification function part group 102 Wavelength selection function part group 103 Wavelength demultiplexing function part group 104 Receiver group 105 Transmitter group 106 Wavelength multiplexing function part group 107 Wavelength selection function part group 108 Optical amplitude amplification function part group 201 AWG 202 WSS DESCRIPTION OF SYMBOLS 203 Optical switch 204 Optical splitter 301 Optical waveguide board 302 Input waveguide 303 Optical switch circuit 304 Output waveguide 305 Heater 306 Electric wiring 307 Electrode pad

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Abstract

個別の電気配線を必要とする光スイッチを集積した光スイッチアレイにおいて、光回路部分の配置を最適化することによって電気配線を短尺化した光スイッチアレイおよびマルチキャストスイッチを提供すること。１ｘ４スイッチ回路を３アレイ分並列に配置した光スイッチアレイにおいて、各光スイッチの配置される位置をｙ軸方向にＤｙずつずらす。すなわち、両側に隣接する１ｘ４光スイッチ回路がある場合、それらの間に位置する１ｘ４光スイッチ回路は、ｙ軸方向に関して２つの隣接する１ｘ４光スイッチ回路の中間に配置する。アレイ化された３つの１ｘ４光スイッチ回路が、ｘ軸方向の配置座標に応じて隣接する１ｘ４光スイッチ回路に対してｙ軸方向にＤｙシフト配置され、グランド側の電気配線は光スイッチ回路ごとに－ｙ軸方向にＤｙずつシフトしながら共有化される。

Description

光スイッチアレイおよびマルチキャストスイッチ
　本発明は、小型かつ製造性の高い導波路型の光スイッチアレイおよびマルチキャストスイッチに関する。
　光通信ネットワークの大容量化に対する急激なニーズ増加に対して、電気スイッチングを介さず光信号のまま信号処理を行うＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）に代表されるようなトランスペアレントなネットワークシステムは、通信速度、消費電力、ノードにおける信号処理負荷などの観点から優位性が高く、重要度が増している。
　図１に、従来のＲＯＡＤＭシステムの構成例を示す。本構成例におけるＲＯＡＤＭノードは、前段ノードからの信号光を、方路ごとに増幅する光振幅増幅機能部群１０１と、各方路からの信号を所望の後段ノードへ接続、もしくは自ノードに配備された波長分波機能部群１０３および受信機群１０４を介して所望の波長を有する光信号が所望の受信機にて受信される（Ｄｒｏｐ）ように波長単位で切り替えを行う波長選択機能部群１０２とを備える。また、波長選択機能部群１０２、もしくは送信機群１０５および波長合波機能部群１０６を介して所望の波長を有する光信号が所望の方路に向けて送信（Ａｄｄ）されるように波長単位で切り替えを行う波長選択機能部群１０７と、後段ノードに向けて送信される前に光信号を強度増幅する光振幅増幅機能部群１０８とを備える。
　図１に示すような構成のＲＯＡＤＭシステムの場合、波長分波機能部群１０３および波長合波機能部群１０６を構成するデバイスやその組み合わせにより、システム全体の柔軟性が大きく変化する。図２（a）～（ｅ）に、波長分波機能部群１０３の構成例を示す。
　図２（ａ）は、波長分波機能部群１０３に最も一般的に用いられているアレイ導波路回折格子２０１（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ－Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ）を適用した構成例である。ＡＷＧに入力された波長多重光信号は複数存在する出力ポートのうち、波長ごとに定められたポートから分離出力される。すなわち、出力ポートごとに予め決まった波長のみが出力されるために、このようなシステム構成は「Ｃｏｌｏｒｅｄ」と呼ばれる。
　図２（ｂ）は、ＡＷＧ２０１の代わりに波長選択スイッチ２０２（ＷＳＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｓｗｉｔｃｈ）を波長分波機能部群１０３に適用した構成例である。図２（ａ）のＡＷＧ２０１をＷＳＳ２０２に置き換えただけの構成だが、ＷＳＳ２０２は任意の波長を任意の出力ポートへ切り替える機能を有するため、波長分波機能部群１０３より下流に接続される受信機群１０４はそれぞれ受信する波長を自在に変更することが可能となる。出力ポートと波長の関係が任意に変更可能になることから「Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ」システムと呼ばれる。
　図２（ｃ）は、図２（ｂ）の構成を発展させ、各方路からの信号をまとめて受ける第１のＷＳＳ２０２－１を上流に配置し、第１のＷＳＳ２０２－１の出力をさらに受信機群１０４に向けて分配する第２のＷＳＳ２０２－２を下流に配置し、それらを直列接続したものを波長分波機能部群１０３に適用した構成例である。図２（ｂ）のＣｏｌｏｒｌｅｓｓシステムでは、出力ポートごとに波長設定は自在に変更できても、ＷＳＳに接続された方路の変更は不可能であった。しかし、図２（ｃ）はどの方路から伝送された光信号であっても任意の受信機に出力可能であり、「Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ／Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ（ＣＤ）」なシステムの実現が可能となる。
　しかしこの方式も完全な柔軟性は有してはいない。例えば複数の方路から伝送された光信号が、互いに同一の波長であった場合、２台のＷＳＳ間で波長衝突が発生してしまうことから、どちらか１つの方路からの信号しか下流の受信機群に伝送することができない。この波長衝突を回避可能である非常に柔軟性の高い「Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ／Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ／Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｌｅｓｓ（ＣＤＣ）」システムの実現に向けては、波長分波機能部群１０３の構成をさらに工夫する必要がある。
　図２（ｄ）は、ＣＤＣを実現する構成の１つであり、図２（ｂ）と同様にＷＳＳ２０２を方路ごとに配置した上で、下流に各ＷＳＳ２０２の出力ポートのうち１つずつと接続される光スイッチ２０３を複数配備した構成例である。
　また図２（ｅ）もＣＤＣを実現する構成の１つであり、図２（ｄ）においてＷＳＳ２０２の代わりに、光スプリッタ２０４を用いた構成例である。この場合はＷＳＳ２０２が担っていた波長フィルタ機能を排除していることから、同じ出力ポートに複数の波長が混在することとなっている。このため、下流の受信機群１０４に伝送される前に別途波長フィルタアレイを配備するか、受信機群１０４そのものに特定の波長のみを受信できるフィルタ機能を具備させる必要があるが、このような方式でもＣＤＣは実現できる。
　なお図２（ｅ）の構成要素である光スプリッタや光スイッチは従来から導波路デバイスとして広く用いられており、一枚のチップに集積可能であり、マルチキャストスイッチ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　Ｓｗｉｔｃｈ（ＭＣＳ））と呼ばれる。上記２つの方式はいずれもＣＤＣシステムを実現できるが、前者は信号光の透過損失が少ないため伝送品質が良好であり、後者は比較的安価な光部品で構成されることから導入コストを抑えることが可能というそれぞれ違ったメリットを有する。
　ここまで述べたように、ＣＤＣシステムを実現する上ではいずれの方式を用いた場合でも光スイッチを大量に配備する必要があることから、光スイッチの多連化および多ポート化への要望は大きい。光スイッチの基本的なプラットフォームは導波路型光回路が一般的であり、コア/クラッドの屈折率差を大きくすることで光の閉じ込めを強くできることから、コアとなるガラスのドーパント量を制御するほか、基板材料を屈折率の低いガラス系からシリコンやインジウムリン等の半導体系へ変更する手法などを用いて光回路の小型化は大きく進展しつつある。
　しかし、いかに光回路部分を小さくできたとしても、光スイッチの多連化および多ポート化に伴う、切替を実施するための駆動エネルギーを供給するための電気配線の冗長化が、歩留り低下の要因となり得る。
　図３（ａ）～（ｄ）は、この課題について説明する図である。図３（ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図である。図３（ａ）に示す光スイッチは、一枚の光導波路基板３０１上に、２入力２出力の最も単純な光スイッチ回路３０３を形成した例である。光スイッチ回路３０３では、入力導波路３０２から入力された光信号が出力導波路３０４のいずれかに出力される。光スイッチ回路３０３は一般的にマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ：Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）ベースであり、分岐した片方の導波路に配備された薄膜型のヒータ３０５を駆動させて熱光学効果による屈折率変調を発生させ、干渉条件を変えることでスイッチングが実施される。このためヒータ３０５へ電力を供給するために電気配線３０６が必要であり、さらに光導波路基板３０１の外部からワイヤボンディング等による電気的接続のために電極パッド３０７が配備される。
　尚、図３（ａ）～（ｄ）には光スイッチ回路として最も単純な片アームにヒータを具備した構成を示すが、ＭＺＩの両アームにヒータを具備したものや、ＭＺＩ以外の光回路を利用したものなどでもよく、図３（ａ）に示す構成に限らず電極を有する回路構成であれば以下の課題は同様に発生しうる。尚、図３（ａ）～（ｄ）では、ｘ軸方向に回路が並列に配置され、ヒータの長手方向をｙ軸とし、ｚ軸が光回路基板に対して垂直であるものとする。
　ここで、光スイッチ回路３０３を複数組み合わせて光スイッチアレイとした場合を考える。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したＭＺＩベースの光スイッチ回路３０３を単位要素として複数組み合わせた高消光比な１ｘ４スイッチを３回路分アレイ配置した、従来の光スイッチアレイである。１ｘ４スイッチについてはツリー型にＭＺＩを連結させる構成にて例示している。
　また通常、ＭＺＩベースの光スイッチでは高消光比化するために複数のＭＺＩを通過する手法を用いることから、今回は説明の簡便化のために２段のＭＺＩを通過する設計を想定している。
　図３（ｃ）に、図３（ｂ）から光回路要素を省略し、ヒータ３０５に相当する部分だけを記載した図を示し、図３（ｄ）に、図３（ｃ）にヒータ３０５の両端を光導波路基板３０１の一方の長辺側に接続する電気配線を記載した図を示す。
　通常、アレイ化を実施する際は、設計の簡便化、また小型化のためにアレイ配置する各回路を、ｙ軸方向の座標位置が一致するように配置することが一般的である。また電気配線に関しては、各ヒータを駆動するための電圧はスイッチング状況により異なるが、グランドは全て共通化することが可能なため、本説明においては同じｙ座標上に存在するヒータのグランド電極は全て共通の電気配線にまとめるものとして図示している。
　この図においては、図３（ｄ）に示す通り、グランドに関する電気配線のｙ軸方向の長さは非常に短距離となる一方で、各ヒータの電圧を個別に設定する電気配線に関しては、互いに重ならないようにするため異なるｙ座標へと配線する必要がある。すなわち、取り回しのために本来は不要な電気配線を設けなければならない。
　図４に、同一ｙ座標上に配置されたＮ個のヒータへの配線を示す。ｘ軸方向に配列するヒータをＮ個としたとき、Ｎ番目のヒータまでの距離は光回路側の配置（ヒータ間の間隔など）によって決定され、その距離をｘ（Ｎ）とおく。またｙ軸方向に関する電気配線同士の配置間隔をｄｙとするとき、Ｎ番目のヒータはｙ軸方向にＮｄｙの長さが必要となる。これらのことから、個別に電圧を与える電気配線の総長Ｌは、以下の式にて表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
式（１）において、光スイッチのアレイ数が増加してＮが大きくなると、個別に電圧を与える電気配線の総長Ｌは劇的に増大する。もちろん、光スイッチの出力ポート数についても同様に増加する。
　ここで、実際に回路を製造することを考えると、光導波路基板製造時にはある一定の確率でダスト等が回路上に付着することにより電気配線の電気抵抗の上昇や、最悪のケースでは断線が発生する懸念がある。すなわち、電気配線の冗長化はその総長に応じてダストが付着する確率が上昇することを意味し、歩留り低下の要因になり得る。
　従って、大規模な光スイッチを構成しようとすると電気配線が増大し、急激に歩留りが悪化する可能性がある。そのため、回路製造時の歩留まり低下を防ぐためには、可能な限り電気配線を短く抑えることが望ましい。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、個別の電気配線を必要とする光スイッチを集積した光スイッチアレイにおいて、光回路部分の配置を最適化することによって電気配線を短尺化した光スイッチアレイおよびマルチキャストスイッチを提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態は、光変調部に電気配線を介して電圧を印加することで光信号の進行方向を切り替える光スイッチ回路を複数備えた光スイッチアレイであって、前記電気配線は、前記光変調部の各々に独立して電圧を印加可能であり、前記光変調部の長手方向の両端に接続され、複数の前記光スイッチ回路は、前記光変調部の長手方向に対して垂直方向に並列に配置され、前記光スイッチ回路は、各前記光スイッチ回路が備える前記光変調部の長手方向の両端の位置が、隣接する前記光スイッチ回路が備える前記光変調部の長手方向の両端の位置と前記長手方向において一致しないように配置されていることを特徴とする。
　別の実施形態では、前記光スイッチ回路は、隣接する前記光スイッチ回路が２つ存在する場合、前記長手方向において２つの隣接する前記光スイッチ回路の間に位置することを特徴とする。
　別の実施形態では、前記光スイッチ回路は、隣接する前記光スイッチ回路が２つ存在する場合、前記長手方向の同一方向に２つの隣接する前記光スイッチ回路が位置することを特徴とする。
　本発明の別の一実施形態は、光変調部に電気配線を介して電圧を印加することで光信号の進行方向を切り替える光スイッチ回路を複数備えた光スイッチアレイであって、前記電気配線は、前記光変調部の各々に独立して電圧を印加可能であり、前記光変調部の長手方向の両端に接続され、複数の前記光スイッチ回路は、前記光変調部の長手方向に対して垂直方向に並列に配置され、前記長手方向に垂直な方向に重なりを有する前記光変調部のうち、隣接する前記光変調部の長手方向の両端の位置が前記長手方向において一致しないように配置されていることを特徴とする。
　別の実施形態では、前記光変調部の長手方向の両端の位置は、隣接する前記光変調部が２つ存在する場合、前記長手方向において２つの隣接する前記光変調部の間に位置することを特徴とする。
　別の実施形態では、前記光変調部の長手方向の両端の位置は、隣接する前記光変調部が２つ存在する場合、前記長手方向の同一方向に２つの隣接する前記光変調部が位置することを特徴とする。
　別の実施形態では、前記光変調部の一端に接続された前記電気配線は、全ての前記光変調部に対して共通の電圧を印加する共有電気配線であり、前記光変調部の他端に接続された前記電気配線よりも幅が広いことを特徴とする。
　別の実施形態では、複数の前記光スイッチ回路に接続された、前記光信号を分岐する光スプリッタをさらに備え、複数の前記光スイッチ回路と前記光スプリッタとが同一基板上に形成されていることを特徴とする。
　本発明は、個別の電気配線を必要とする光スイッチを集積した光スイッチアレイにおいて、光回路部分の配置を最適化することによって電気配線を短尺化することで、回路製造時の歩留まり低下を防ぐことができる。
従来のＲＯＡＤＭシステムの構成例を示す図である。 （ａ）は、波長分波機能部群に最も一般的に用いられているアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を適用した構成例を示す図であり、（ｂ）は、ＡＷＧの代わりに波長選択スイッチ（ＷＳＳ）を波長分波機能部群に適用した構成例を示す図であり、（ｃ）は、第１のＷＳＳを上流に配置し、第１のＷＳＳの出力をさらに受信機群に向けて分配する第２のＷＳＳを下流に配置し、それらを直列接続したものを波長分波機能部群に適用した構成例を示す図であり、（ｄ）は、ＷＳＳを方路ごとに配置した上で、下流に各ＷＳＳの出力ポートのうち１つずつと接続される光スイッチを複数配備した構成例を示す図であり、（ｅ）は、（ｄ）においてＷＳＳの代わりに、光スプリッタを用いた構成例を示す図である。 （ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したＭＺＩベースの光スイッチ回路を単位要素として複数組み合わせた高消光比な１ｘ４スイッチを３回路分アレイ配置した、従来の光スイッチアレイを示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）から光回路要素を省略し、ヒータに相当する部分だけを記載した図であり、（ｄ）は、（ｃ）にヒータの両端を光導波路基板の一方の長辺側に接続する電気配線を記載した図である。 同一ｙ座標上に配置されたＮ個のヒータへの配線を示す図である。 （ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したＭＺＩベースの光スイッチ回路を単位要素として複数組み合わせた高消光比な１ｘ４スイッチを３回路分アレイ配置した、本発明の実施形態１に係る光スイッチアレイの構成例を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）から光回路要素を省略し、ヒータに相当する部分だけを記載した図であり、（ｄ）は、（ｃ）にヒータの両端を光導波路基板の一方の長辺側に接続する電気配線を記載した図である。 （ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したＭＺＩベースの光スイッチ回路を単位要素として複数組み合わせた高消光比な１ｘ４スイッチを３回路分アレイ配置した、本発明の実施形態２に係る光スイッチアレイの構成例を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）から光回路要素を省略し、ヒータに相当する部分だけを記載した図であり、（ｄ）は、（ｃ）にヒータの両端を光導波路基板の一方の長辺側に接続する電気配線を記載した図である。 本発明の実施形態３に係る光スイッチアレイの構成を示す図である。 （ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したＭＺＩベースの光スイッチを単位要素として複数組み合わせた１ｘ２スイッチ回路と、その１ｘ２スイッチ回路に対して１ｘ４光スイッチ回路を２アレイ分並列に配置して１ｘ８光スイッチ回路とした、本発明の実施形態４に係る光スイッチアレイの構成例を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）から光回路要素を省略し、ヒータに相当する部分だけを記載した図であり、（ｄ）は、（ｃ）にヒータの両端を光導波路基板の一方の長辺側に接続する電気配線を記載した図である。
　以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
　また、説明を簡単にするため、ツリー型のＭＺＩ構成を用いて１ｘ４のスイッチを構成し、さらに１ｘ４光スイッチを３回路分アレイ化した構成にて記載しているが、光スイッチの規模、ならびにアレイ規模はこの例に限定するものではない。
　（実施形態１）
　図５（ａ）～（ｄ）は、本発明の実施形態１に係る光信号処理装置の構成を示す図である。本発明の光スイッチアレイは、同様の光回路構成を有する光スイッチアレイにおいて、各光スイッチのｙ座標をＤｙずつシフトして配置することで電気配線の簡略化・短尺化を可能にする。尚、図５（ａ）～（ｄ）では、ｘ軸方向に回路が並列に配置され、ヒータの長手方向をｙ軸とし、ｚ軸が光回路基板に対して垂直であるものとする。
　図５（ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すようなＭＺＩベースの光スイッチを単位要素として複数組み合わせた１ｘ４スイッチ回路を３アレイ分並列に配置した、本発明の実施形態１に係る光スイッチアレイの構成例を示す図である。前述のとおり、１ｘ４光スイッチの構成はいずれも同一の設計であるが、各光スイッチの配置される位置はｙ軸方向にＤｙずつずれている。すなわち、両側に隣接する１ｘ４光スイッチ回路がある場合、それらの間に位置する１ｘ４光スイッチ回路は、ｙ軸方向に関して２つの隣接する１ｘ４光スイッチ回路の中間に位置する。
　図５（ｃ）は、図５（ｂ）の中で光回路要素を省略し、ヒータ３０５に相当する部分だけを記載した図である。図５（ｄ）は、図５（ｃ）のヒータ３０５から電気配線を光スイッチアレイの一方の長辺側に接続した構成を示す図である。
　図５（ｄ）の配線例においては、アレイ化された３つの１ｘ４光スイッチ回路が、ｘ軸方向の配置座標に応じて隣接する１ｘ４光スイッチ回路に対してｙ軸方向にＤｙシフト配置され、グランド側の電気配線は光スイッチ回路ごとに－ｙ軸方向にＤｙずつシフトしながら共有化される。このように、並列に配置する光スイッチ回路をヒータの長手方向にずらして配置し、共有化可能な電気配線をヒータの長手方向にずらして配置した分だけ長し、共有化できない電気配線のヒータの長手方向の長さを短くする点が本発明の特徴である。
　この構成では、個別に電圧を与える電気配線の総長Ｌは、光スイッチ回路のアレイ数Ａおよび１つの光スイッチ回路内においてｘ軸方向に並列配置されているヒータの数Ｈを用いると以下の式（２）にて表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
式（２）において、光スイッチ回路のアレイ数Ａ、ヒータ数Ｈが大きく、大規模な光スイッチアレイになるほど電気配線の短尺化効果は顕著となる。これにより、チップ全体で考えた場合の信頼性、および歩留りは劇的に改善することとなる。
　図５（ｂ）～（ｄ）での光スイッチ回路のアレイ化においては、ある１つの１ｘ４光スイッチ回路を設計した上で、その１ｘ４光スイッチ回路単位でＤｙずつｙ軸方向にシフト配置させたが、これは光学設計の簡便性という点で有利となり、類似の設計の実施や微修正などの時間を大幅に短縮可能な手法である。
　一方で、電気配線のさらなる短尺化を図る上では、シフト配置する前のｙ座標位置が一致し、ｘ軸方向に並列配置されているヒータ全てが、隣接するヒータに対してｙ軸方向にＤｙシフトしているような設計でもよい。この場合の個別に電圧を与える電気配線の総長Ｌは以下の式（３）にて表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
光スイッチ回路のスイッチ数よりヒータの並列配置数の方が通常２倍以上大きいことから、この場合はさらなる短尺化が見込める設計となる。
　（実施形態２）
　図６（ａ）～（ｄ）は、本発明の実施形態２に係る光スイッチアレイの構成を示す図である。実施形態１においては、光スイッチ回路ごとに全てｙ軸方向にＤｙずつシフトする設計手法を用いていたが、本発明の光スイッチは偶数番目の光スイッチ回路のｙ座標をＤｙずつシフトして配置することで電気配線の短尺化を実施している。尚、図６（ａ）～（ｄ）では、ｘ軸方向に回路が並列に配置され、ヒータの長手方向をｙ軸とし、ｚ軸が光回路基板に対して垂直であるものとする。
　図６（ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すようなＭＺＩベースの光スイッチを単位要素として複数組み合わせた１ｘ４スイッチ回路を３アレイ分並列に配置した、本発明の実施形態２に係る光スイッチアレイの構成例を示す図である。前述のとおり、１ｘ４光スイッチの構成はいずれも同一の設計であるが、３つの１ｘ４スイッチ回路のうち中央に配置された１ｘ４光スイッチ回路のみがｙ軸方向にＤｙずつずれて配置されている。そのため、両側に隣接する１ｘ４光スイッチ回路がある場合、それらの間に位置する１ｘ４光スイッチ回路は、ｙ軸方向の同一方向に２つの隣接する１ｘ４光スイッチ回路が位置する。
　図６（ｃ）は、図６（ｂ）の中で光回路要素を省略し、ヒータ３０５に相当する部分だけを記載した図である。図６（ｄ）は、図６（ｃ）のヒータ３０５から電気配線を光スイッチアレイの一方の長辺側に接続した構成示す図である。
　実施形態１においては電気配線の短尺化に効果がある一方で、光導波路基板３０１のｙ軸方向の長さが長くなる課題があった。このため図６（ｄ）の配線例においては、アレイ化された光スイッチ回路がｘ軸方向に光回路を数えていった場合に偶数番目のみの回路をｙ軸方向にシフトさせることで全体の光導波路基板３０１のｙ軸方向の長尺化を抑える設計である。
　この構成を取った場合の個別に電圧を与える電気配線の総長Ｌは、シフトさせる偶数番の光スイッチ回路のアレイ数Ｂおよび１つの光スイッチ回路内においてｘ軸方向に並列配置されているヒータの数Ｈを用いると以下の式（４）にて表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
シフトさせる光スイッチアレイの数が制限されるため、実施形態１と比較して短尺化の効果は押さえられているが、光導波路基板３０１のｙ軸方向の長さをほぼ変えることなく、電気配線の短尺化効果を得ることができる。
　ここで、ｙ軸方向にシフトさせる１ｘ４光スイッチ回路は偶数番目に限られることはなく、奇数番目でももちろん構わないし、不規則にｙ軸方向にシフトする光スイッチ回路とシフトしない光スイッチ回路が配置されていても問題はないことを付記する。さらに本実施形態においても、実施形態１と同様に１ｘ４光スイッチ回路ごとにｙ軸方向へのシフトを実施するのではなく、シフト配置する前のｙ座標位置が一致し、ｘ軸方向に並列配置されているヒータ全てが、隣接するヒータに対してｙ軸方向にＤｙシフトし、隣接するヒータ同士で互い違いの配置としてもよい。
　（実施形態３）
　図７は、本発明の実施形態３に係る光スイッチアレイの構成を示す図である。実施形態１、２においては、個別に電圧を制御できる電気配線を短尺化することで信頼性および歩留りが向上する発明を説明したが、実施形態３においては実施形態１乃至２に加えて、グランド電極の面積を拡大させることで信頼性の向上を実現するものである。尚、図７（ａ）、（ｂ）では、ｘ軸方向に回路が並列に配置され、ヒータの長手方向をｙ軸とし、ｚ軸が光回路基板に対して垂直であるものとする。
　図７（ａ）は、実施形態１にて示した電気配線手法にさらに本実施形態による拡大グランド電極を適用した例を示す図である。図７（ｂ）は、実施形態２にて示した電気配線手法にさらに本実施形態による拡大グランド電極を適用した例を示す図である。
　実施形態１、２においてｙ軸方向に光スイッチ回路をシフトさせることで、グランド電極を配置する領域には広いスペースができるため、その部分を可能な限りｙ軸方向に広いグランド電極とするように設計されている。通常、光導波路基板上に形成される電気配線は、配線それぞれを描画して形成するのではなく、スパッタ等にて光導波路基板全体に電気配線材料を成膜し、マスクにて必要な部分以外を除去する手法を用いる。そのことから、実施形態１、２に対して製造上の追加工程を一切増やすことなく、グランド電極の幅の拡大は達成可能である。
　電気配線における故障や劣化の大半は電気配線の幅と同程度のスケールのダストが付着して配線を破壊するようなケースであることから、空いたスペースにグランド電極を可能な限り幅広く形成することで、微細なダストが付着したとしても、電気配線のダストの付着していない残りの領域を介して導通が可能となるため、グランド側の故障率をさらに低下させることが可能である。
　（実施形態４）
　図８は、本発明の実施形態４に係る光スイッチアレイの構成を示す図である。本実施形態１乃至３においては、回路構成がアレイ化された３つの１ｘ４光スイッチ回路である構成にて説明したが、実施形態４においては、アレイ化された２つの１ｘ４光スイッチ回路の前段に、さらに１ｘ２光スイッチ回路を接続させた１ｘ８光スイッチ回路の構成例を示す。１ｘ２光スイッチ回路は、アレイ化された２つの１ｘ４光スイッチ回路と、折り返し光導波路を介して並列に接続されている。２つの１ｘ４光スイッチ回路は、実施形態１における図５（ｂ）の対応する回路部分に対して、電極以外の構成が上下左右反転した配置とされている。電極は、１ｘ４光スイッチ回路を１つ１ｘ２光スイッチ回路に置き換えたことに伴い数が減っているが、残った電極の配置は図５における電極配置と同じである。尚、図８（ａ）、（ｂ）では、ｘ軸方向に回路が並列に配置され、ヒータの長手方向をｙ軸とし、ｚ軸が光回路基板に対して垂直であるものとする。
　図８（ａ）は、最小単位の光スイッチを示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すようなＭＺＩベースの光スイッチを単位要素として複数組み合わせた１ｘ２スイッチ回路と、その１ｘ２スイッチ回路に対して１ｘ４光スイッチ回路を２アレイ分並列に配置して１ｘ８光スイッチ回路とした、本発明の実施形態４に係る光スイッチアレイの構成例を示す図である。２つの１ｘ４光スイッチ回路の構成はいずれも同一の設計であるが、ｙ軸方向にＤｙずれて配置されている。１ｘ２スイッチ回路も単位要素である光スイッチの位置がｙ軸方向にＤｙずれるように配置されている。
　図８（ｃ）は、図８（ｂ）の中で光回路要素を省略し、ヒータ３０５に相当する部分だけを記載した図である。図８（ｄ）は、図８（ｃ）のヒータ３０５から電気配線を光スイッチアレイの一方の長辺側に接続した構成示す図である。
　本実施形態においては、１ｘ８光スイッチ回路を例示しているが、ＭＺＩベースの光スイッチでは分岐数が多くなるほど直列に連結する光スイッチが増加することから、ｙ軸方向の長さが長くなってしまう。このため光スイッチチップの小型化にあたっては光回路を折り返して配置することが一般的である。図８（ｂ）では図の左上の部分から入力された光がｘ軸方向に伝搬され、１ｘ２光スイッチ回路に接続される。ここから折り返し回路を経て、－ｙ軸方向に光が伝搬されるように配置された２アレイの１ｘ４光スイッチ回路に接続されることで１ｘ８光スイッチ回路が実現される。
　前述のように図８（ｄ）の電極位置は、実施形態１における図５の対応する電極と同一であることから、単一の光スイッチ回路であっても実施形態１と同様に電極および電気配線を配置することができ、配線の短尺化は依然として有効である。本発明が有効な折り返し構成としては、図８（ｂ）～（ｄ）に示す光スイッチ回路の組合せによらず、例えば多入力多出力のマトリクススイッチ同士が折り返し回路を介して接続されたものでもよい。
　また、実施形態１～４に係る光スイッチアレイと光信号を分岐する光スプリッタとを組み合わせることで、電気配線を短尺化したマルチキャストスイッチを構成することができ、光スイッチアレイと光スプリッタとを同一の光導波路基板上に形成することで、より容易にマルチキャストスイッチを製造することができる。
　１０１　光振幅増幅機能部群
　１０２　波長選択機能部群
　１０３　波長分波機能部群
　１０４　受信機群
　１０５　送信機群
　１０６　波長合波機能部群
　１０７　波長選択機能部群
　１０８　光振幅増幅機能部群
　２０１　ＡＷＧ
　２０２　ＷＳＳ
　２０３　光スイッチ
　２０４　光スプリッタ
　３０１　光導波路基板
　３０２　入力導波路
　３０３　光スイッチ回路
　３０４　出力導波路
　３０５　ヒータ
　３０６　電気配線
　３０７　電極パッド

Claims (8)

  1. 　光変調部に電気配線を介して電圧を印加することで光信号の進行方向を切り替える光スイッチ回路を複数備えた光スイッチアレイであって、
    　前記電気配線は、前記光変調部の各々に独立して電圧を印加可能であり、前記光変調部の長手方向の両端に接続され、
    　複数の前記光スイッチ回路は、前記光変調部の長手方向に対して垂直方向に並列に配置され、前記光スイッチ回路は、各前記光スイッチ回路が備える前記光変調部の長手方向の両端の位置が、隣接する前記光スイッチ回路が備える前記光変調部の長手方向の両端の位置と前記長手方向において一致しないように配置されていることを特徴とする光スイッチアレイ。
  2. 　前記光スイッチ回路は、隣接する前記光スイッチ回路が２つ存在する場合、前記長手方向において２つの隣接する前記光スイッチ回路の間に位置することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチアレイ。
  3. 　前記光スイッチ回路は、隣接する前記光スイッチ回路が２つ存在する場合、前記長手方向の同一方向に２つの隣接する前記光スイッチ回路が位置することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチアレイ。
  4. 　光変調部に電気配線を介して電圧を印加することで光信号の進行方向を切り替える光スイッチ回路を複数備えた光スイッチアレイであって、
    　前記電気配線は、前記光変調部の各々に独立して電圧を印加可能であり、前記光変調部の長手方向の両端に接続され、
    　複数の前記光スイッチ回路は、前記光変調部の長手方向に対して垂直方向に並列に配置され、
    　前記長手方向に対して垂直方向に重なりを有する前記光変調部のうち、隣接する前記光変調部の長手方向の両端の位置が前記長手方向において一致しないように配置されていることを特徴とする光スイッチアレイ。
  5. 　前記光変調部の長手方向の両端の位置は、隣接する前記光変調部が２つ存在する場合、前記長手方向において２つの隣接する前記光変調部の間に位置することを特徴とする請求項４に記載の光スイッチアレイ。
  6. 　前記光変調部の長手方向の両端の位置は、隣接する前記光変調部が２つ存在する場合、前記長手方向の同一方向に２つの隣接する前記光変調部が位置することを特徴とする請求項４に記載の光スイッチアレイ。
  7. 　前記光変調部の一端に接続された前記電気配線は、全ての前記光変調部に対して共通の電圧を印加する共有電気配線であり、前記光変調部の他端に接続された前記電気配線よりも幅が広いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載された光スイッチアレイ。
  8. 　請求項１乃至７のいずれかに記載の光スイッチアレイと、
    　前記光スイッチアレイに接続された、前記光信号を分岐する光スプリッタと、
    　を備え、前記光スイッチアレイおよび前記光スプリッタが同一基板上に形成されていることを特徴とするマルチキャストスイッチ。
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