JP2848209B2 - 導波路型ｎ×ｎ光スイッチ - Google Patents
導波路型ｎ×ｎ光スイッチInfo
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- 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
- G02B2006/12133—Functions
- G02B2006/12145—Switch
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- G02B6/12007—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 forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
- G02B6/12009—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 forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
- G02B6/12011—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 forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the arrayed waveguides, e.g. comprising a filled groove in the array section
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は導波路型レンズおよび位
相シフト導波路を用いた多チャンネル化に好適な導波路
型Ｎ×Ｎ光スイッチに関するものである。
相シフト導波路を用いた多チャンネル化に好適な導波路
型Ｎ×Ｎ光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５には従来の導波路型光スイッチの構
成を示す。この光スイッチは、ＬｉＮｂＯ3 基板上にＴ
ｉを拡散させることによりチャネル導波路を形成した４
×４光スイッチであり、入力導波路１、３ｄＢカプラ
２、交差導波路３及び出力導波路４により構成されてい
る。各３ｄＢカプラ２の導波路には、同図に拡大して示
すように電極５が形成されており、これら４つの電極５
に印加する電圧を制御することにより、ポートｉから入
射してきた光を出力側のどちらか一方のポートに切り換
えることができる。これら３ｄＢカプラ２を４つ集積化
し、互いの導波路を接続することにより、４つの入力ポ
ートのうち任意の入力ポートに入射してきた光を所望の
出力ポートに切り換えることができる４×４光スイッチ
が得られる。図６には、図５と同一構造により８×８光
スイッチを構築した例を示す。
成を示す。この光スイッチは、ＬｉＮｂＯ3 基板上にＴ
ｉを拡散させることによりチャネル導波路を形成した４
×４光スイッチであり、入力導波路１、３ｄＢカプラ
２、交差導波路３及び出力導波路４により構成されてい
る。各３ｄＢカプラ２の導波路には、同図に拡大して示
すように電極５が形成されており、これら４つの電極５
に印加する電圧を制御することにより、ポートｉから入
射してきた光を出力側のどちらか一方のポートに切り換
えることができる。これら３ｄＢカプラ２を４つ集積化
し、互いの導波路を接続することにより、４つの入力ポ
ートのうち任意の入力ポートに入射してきた光を所望の
出力ポートに切り換えることができる４×４光スイッチ
が得られる。図６には、図５と同一構造により８×８光
スイッチを構築した例を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図５の４×４光スイッ
チと図６の８×８光スイッチとの比較からも分かるよう
に、従来の導波路型光スイッチでは、多チャネル化によ
り光回路は極めて複雑になるばかりでなく、光回路寸法
が非常に大きくなってしまう。これは、光導波路は小さ
い曲率で曲げると放射損失が大きくなるので、光回路を
コンパクトに構成できないからである。現状では、３〜
４インチのウェハを用いたとしても、３２×３２チャネ
ル程度の光スイッチが限界となっている。ところが、実
用化のためには、１０００×１０００チャネル程度の光
スイッチが必要であり、根本的な構造の見直しが不可欠
である。
チと図６の８×８光スイッチとの比較からも分かるよう
に、従来の導波路型光スイッチでは、多チャネル化によ
り光回路は極めて複雑になるばかりでなく、光回路寸法
が非常に大きくなってしまう。これは、光導波路は小さ
い曲率で曲げると放射損失が大きくなるので、光回路を
コンパクトに構成できないからである。現状では、３〜
４インチのウェハを用いたとしても、３２×３２チャネ
ル程度の光スイッチが限界となっている。ところが、実
用化のためには、１０００×１０００チャネル程度の光
スイッチが必要であり、根本的な構造の見直しが不可欠
である。
【０００４】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、チャネル数を大幅に増加できるコンパクトな
導波路型Ｎ×Ｎ光スイッチを提供することにある。
を解消し、チャネル数を大幅に増加できるコンパクトな
導波路型Ｎ×Ｎ光スイッチを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、ほぼ円
形状のスラブ導波路を形成する二つの導波路型レンズ
と、これら導波路型レンズの一方の面にそれぞれ放射状
に切り換えチャネル数Ｎの導波路が配列されて接続され
た入出力導波路と、上記二つの導波路型レンズの他方の
面の間を光学的に結合する多数本の位相シフト導波路
と、各位相シフト導波路に形成された位相制御用の電極
とを備え、上記位相シフト導波路は上記入出力導波路の
各チャネルに対応した数本の隣接した導波路群をチャネ
ル数Ｎだけ備え、上記導波路型レンズに接続されている
上記入出力導波路および上記位相シフト導波路の接続部
のコア幅が上記導波路型レンズ側に向って漸次縮小した
テーパ状に形成されていることにある。
形状のスラブ導波路を形成する二つの導波路型レンズ
と、これら導波路型レンズの一方の面にそれぞれ放射状
に切り換えチャネル数Ｎの導波路が配列されて接続され
た入出力導波路と、上記二つの導波路型レンズの他方の
面の間を光学的に結合する多数本の位相シフト導波路
と、各位相シフト導波路に形成された位相制御用の電極
とを備え、上記位相シフト導波路は上記入出力導波路の
各チャネルに対応した数本の隣接した導波路群をチャネ
ル数Ｎだけ備え、上記導波路型レンズに接続されている
上記入出力導波路および上記位相シフト導波路の接続部
のコア幅が上記導波路型レンズ側に向って漸次縮小した
テーパ状に形成されていることにある。
【０００６】
【０００７】
【作用】一方の入出力導波路の、あるチャネルポート
（あるいはチャネル）ｉから入射した光は、隣接の入出
力導波路のコアを伝搬する光とのモード結合により、ｓ
ｉｎｃ関数的なフィールド分布となって、導波路型レン
ズに射出される。射出された光は導波路型レンズを通過
して矩形関数的なフィールド分布となり、位相シフト導
波路のチャネルポートｉに対応した数本の隣接した導波
路群に入射する。数本の導波路群よりなるチャネルｉの
位相シフト導波路の各導波路に形成された電極に印加す
る電流・電圧等を制御することにより、位相シフト導波
路より射出される光の波面の傾きを自由に変えることが
できる。
（あるいはチャネル）ｉから入射した光は、隣接の入出
力導波路のコアを伝搬する光とのモード結合により、ｓ
ｉｎｃ関数的なフィールド分布となって、導波路型レン
ズに射出される。射出された光は導波路型レンズを通過
して矩形関数的なフィールド分布となり、位相シフト導
波路のチャネルポートｉに対応した数本の隣接した導波
路群に入射する。数本の導波路群よりなるチャネルｉの
位相シフト導波路の各導波路に形成された電極に印加す
る電流・電圧等を制御することにより、位相シフト導波
路より射出される光の波面の傾きを自由に変えることが
できる。
【０００８】位相シフト導波路から波面制御されて射出
された矩形関数的なフィールド分布の光は、もう一つの
導波路型レンズによりｓｉｎｃ関数的な光に集光されて
出力側の所望のチャネルｊの入出力導波路に結合され
る。
された矩形関数的なフィールド分布の光は、もう一つの
導波路型レンズによりｓｉｎｃ関数的な光に集光されて
出力側の所望のチャネルｊの入出力導波路に結合され
る。
【０００９】
【実施例】以下に本発明の導波路型Ｎ×Ｎ光スイッチの
一実施例を図面により説明する。
一実施例を図面により説明する。
【００１０】図１は本実施例の全体構成図を示す。この
実施例の導波路型光スイッチはＮ×Ｎ光スイッチであ
り、切り換えチャネル数Ｎの入力導波路６と出力導波路
１０とを有する。スラブ型レンズ７、９はほぼ円形状の
スラブ導波路を形成しており、入力側のスラブ型レンズ
７の左側面には入力導波路６が接続され、また出力側の
スラブ型レンズ９の右側面には出力導波路１０が接続さ
れている。
実施例の導波路型光スイッチはＮ×Ｎ光スイッチであ
り、切り換えチャネル数Ｎの入力導波路６と出力導波路
１０とを有する。スラブ型レンズ７、９はほぼ円形状の
スラブ導波路を形成しており、入力側のスラブ型レンズ
７の左側面には入力導波路６が接続され、また出力側の
スラブ型レンズ９の右側面には出力導波路１０が接続さ
れている。
【００１１】入力導波路６はスラブ型レンズ７の原点Ｏ
を中心として放射状に配置され（図２参照）、また出力
導波路１０もスラブ型レンズ９の原点Ｏを中心として放
射状に配置されて導波路アレイを構成している（図４参
照）。また、入力導波路６と出力導波路１０との両端側
には、後述のモード結合を保証するために、数本のダミ
ー導波路１２が導波路６、１０と同様の放射状配置で設
けられている。
を中心として放射状に配置され（図２参照）、また出力
導波路１０もスラブ型レンズ９の原点Ｏを中心として放
射状に配置されて導波路アレイを構成している（図４参
照）。また、入力導波路６と出力導波路１０との両端側
には、後述のモード結合を保証するために、数本のダミ
ー導波路１２が導波路６、１０と同様の放射状配置で設
けられている。
【００１２】入力側のスラブ型レンズ７の右側面と出力
側のスラブ型レンズ９の左側面との間には、これらの間
を光学的に結合する多数本の位相シフト導波路８が配設
されている。位相シフト導波路８は、入・出力導波路
６、１０の各チャネルに対応させた、４〜５本の隣接し
た導波路群をチャネル数Ｎだけ備えている。
側のスラブ型レンズ９の左側面との間には、これらの間
を光学的に結合する多数本の位相シフト導波路８が配設
されている。位相シフト導波路８は、入・出力導波路
６、１０の各チャネルに対応させた、４〜５本の隣接し
た導波路群をチャネル数Ｎだけ備えている。
【００１３】入・出力導波路６、１０とスラブ型レンズ
７、９と位相シフト導波路８とからなる光学系は、位相
シフト導波路８の中央を鏡面として左右が互に鏡像とな
るように配置されている。
７、９と位相シフト導波路８とからなる光学系は、位相
シフト導波路８の中央を鏡面として左右が互に鏡像とな
るように配置されている。
【００１４】導波路の材料としては、ＩｎＧａＡｓＰ等
の半導体、石英ガラスのようなアモルファス材料あるい
はＬｉＮｂＯ3 のような電気光学結晶が使用できる。導
波路は使用する波長で単一モード条件を満たしている。
の半導体、石英ガラスのようなアモルファス材料あるい
はＬｉＮｂＯ3 のような電気光学結晶が使用できる。導
波路は使用する波長で単一モード条件を満たしている。
【００１５】各位相シフト導波路８上には、位相制御用
の電極１１が形成されており、制御手段（図示せず）に
より各電極１１に印加される電流・電圧等が制御される
ようになっている。
の電極１１が形成されており、制御手段（図示せず）に
より各電極１１に印加される電流・電圧等が制御される
ようになっている。
【００１６】入力導波路６は、図２に拡大視するよう
に、スラブ型レンズ７の接続部において導波路のコア幅
およびコア間隔がスラブ型レンズ７に近づくにつれて小
さく形成されている（なお、位相シフト導波路８、出力
導波路１０にあっても同様である）。このような構造と
することにより、各入力導波路６を伝搬する光のモード
結合を的確に制御することができる。すなわち、入力導
波路６の、あるチャネルポートｉから入射した光は、そ
の周囲のコアを伝搬する光とモード結合を生じることに
よって、ｓｉｎｃ関数的な光のフィールド分布を実現で
きる。
に、スラブ型レンズ７の接続部において導波路のコア幅
およびコア間隔がスラブ型レンズ７に近づくにつれて小
さく形成されている（なお、位相シフト導波路８、出力
導波路１０にあっても同様である）。このような構造と
することにより、各入力導波路６を伝搬する光のモード
結合を的確に制御することができる。すなわち、入力導
波路６の、あるチャネルポートｉから入射した光は、そ
の周囲のコアを伝搬する光とモード結合を生じることに
よって、ｓｉｎｃ関数的な光のフィールド分布を実現で
きる。
【００１７】ところで、一般にｓｉｎｃ関数的な光の遠
方領域（光の波長よりかなり大きい距離の領域）でのフ
ィールド分布は矩形関数となることが知られている。こ
のため、入力導波路６からスラブ型レンズ７のスラブ導
波路に射出されたｓｉｎｃ関数的な分布の光は、スラブ
型レンズ７を通過して、図２に示すような矩形関数的な
フィールド分布となり、チャネルポートｉに対応した４
〜５本の隣接した位相シフト導波路８の導波路群に入射
する。入力導波路６のコア幅、コア間隔、コアの屈折率
及びスラブ型レンズ７の曲率半径を適正化することによ
り、他のチャネルの位相シフト導波路８に結合すること
なく、低損失かつ均一にチャネルｉの位相シフト導波路
８に入射できる。
方領域（光の波長よりかなり大きい距離の領域）でのフ
ィールド分布は矩形関数となることが知られている。こ
のため、入力導波路６からスラブ型レンズ７のスラブ導
波路に射出されたｓｉｎｃ関数的な分布の光は、スラブ
型レンズ７を通過して、図２に示すような矩形関数的な
フィールド分布となり、チャネルポートｉに対応した４
〜５本の隣接した位相シフト導波路８の導波路群に入射
する。入力導波路６のコア幅、コア間隔、コアの屈折率
及びスラブ型レンズ７の曲率半径を適正化することによ
り、他のチャネルの位相シフト導波路８に結合すること
なく、低損失かつ均一にチャネルｉの位相シフト導波路
８に入射できる。
【００１８】図３に示すように各位相シフト導波路８上
に形成された電極１１に印加する電流等を制御すること
により、各導波路のコアの屈折率を変えて伝搬する光の
位相速度を制御する。位相シフト導波路８がガラスのよ
うなアモルファス材料の場合には、電極１１に電流を流
して熱光学効果により導波路のコアの屈折率を変えるこ
とができる。また、位相シフト導波路８がＬｉＮｂＯ3
のような電気光学結晶からなる場合には、電極１１に電
界を印加することにより導波路のコアの屈折率を変化さ
せることができる。したがって、４〜５本の導波路群よ
りなるチャネルｉの位相シフト導波路８の各電極１１に
印加する電流・電圧等を制御して導波路のコアの屈折率
を変えることにより、位相シフト導波路８から出力され
る光の位相が一定である波面の傾きを、同図に示すよう
に自由に制御できる。こうして、位相シフト導波路８よ
り波面の傾きが制御され、したがって所定の進行方向で
もって出力側のスラブ型レンズ９に矩形関数的な光が入
射する。
に形成された電極１１に印加する電流等を制御すること
により、各導波路のコアの屈折率を変えて伝搬する光の
位相速度を制御する。位相シフト導波路８がガラスのよ
うなアモルファス材料の場合には、電極１１に電流を流
して熱光学効果により導波路のコアの屈折率を変えるこ
とができる。また、位相シフト導波路８がＬｉＮｂＯ3
のような電気光学結晶からなる場合には、電極１１に電
界を印加することにより導波路のコアの屈折率を変化さ
せることができる。したがって、４〜５本の導波路群よ
りなるチャネルｉの位相シフト導波路８の各電極１１に
印加する電流・電圧等を制御して導波路のコアの屈折率
を変えることにより、位相シフト導波路８から出力され
る光の位相が一定である波面の傾きを、同図に示すよう
に自由に制御できる。こうして、位相シフト導波路８よ
り波面の傾きが制御され、したがって所定の進行方向で
もって出力側のスラブ型レンズ９に矩形関数的な光が入
射する。
【００１９】出力側のスラブ型レンズ９は、入力側のス
ラブ型レンズ７とは逆の機能を果し、図４に示すよう
に、位相シフト導波路８から入射してきた矩形関数的な
光をｓｉｎｃ関数的なフィールド分布の光に集光して出
力導波路１０に導く。出力導波路１０に入射したｓｉｎ
ｃ関数的な光は、出力導波路１０を伝搬するにつれて、
所望のチャネルの出力導波路１０のみに結合してゆく。
位相シフト導波路８の電極１１に印加する電流等を制御
して出力側のスラブ型レンズ９に入射する光の波面の傾
き、すなわち光の進行方向を変えることにより、同図に
示すように、チャネルｉの出力導波路１０に入射してい
た光をチャネルｊの出力導波路１０に入射させることが
でき、これにより、出力導波路１０の任意のチャネルに
光を切り換えることが可能となる。
ラブ型レンズ７とは逆の機能を果し、図４に示すよう
に、位相シフト導波路８から入射してきた矩形関数的な
光をｓｉｎｃ関数的なフィールド分布の光に集光して出
力導波路１０に導く。出力導波路１０に入射したｓｉｎ
ｃ関数的な光は、出力導波路１０を伝搬するにつれて、
所望のチャネルの出力導波路１０のみに結合してゆく。
位相シフト導波路８の電極１１に印加する電流等を制御
して出力側のスラブ型レンズ９に入射する光の波面の傾
き、すなわち光の進行方向を変えることにより、同図に
示すように、チャネルｉの出力導波路１０に入射してい
た光をチャネルｊの出力導波路１０に入射させることが
でき、これにより、出力導波路１０の任意のチャネルに
光を切り換えることが可能となる。
【００２０】
(1) 請求項１に記載の発明によれば、スラブ導波路を形
成する二つの導波路型レンズと多数本の位相シフト導波
路とを用いて、それぞれ放射状に多数本が配列された入
出力導波路間のスイッチングを行うようにしているた
め、実用的な１０００×１０００チャネル程度の大規模
な、しかもコンパクトな光スイッチを実現できる。さら
に、所望のチャネル相互間のみに光を結合することが可
能であり、低損失、低ストロークの高速光スイッチを実
現できる。したがって、本発明の導波路型光スイッチを
用いて、実用的な光交換機を作製することが可能であ
る。
成する二つの導波路型レンズと多数本の位相シフト導波
路とを用いて、それぞれ放射状に多数本が配列された入
出力導波路間のスイッチングを行うようにしているた
め、実用的な１０００×１０００チャネル程度の大規模
な、しかもコンパクトな光スイッチを実現できる。さら
に、所望のチャネル相互間のみに光を結合することが可
能であり、低損失、低ストロークの高速光スイッチを実
現できる。したがって、本発明の導波路型光スイッチを
用いて、実用的な光交換機を作製することが可能であ
る。
【００２１】また、接続部を導波路型レンズ側に向って
漸次縮小したテーパ状にしているため、隣接する導波路
間のモード結合をより適正化できる。
漸次縮小したテーパ状にしているため、隣接する導波路
間のモード結合をより適正化できる。
【図１】本発明の導波路型光スイッチの一実施例を示す
Ｎ×Ｎ導波路型光スイッチ全体構成図。
Ｎ×Ｎ導波路型光スイッチ全体構成図。
【図２】図１の入力導波路及びスラブ型レンズの拡大
図。
図。
【図３】図１の位相シフト導波路の拡大図。
【図４】図１の出力導波路及びスラブ型レンズの拡大
図。
図。
【図５】従来の４×４導波路型光スイッチの構成図。
【図６】従来の８×８導波路型光スイッチの構成図。
６ 入力導波路 ７、９ スラブ型レンズ ８ 位相シフト導波路 １０ 出力導波路 １１ 電極 １２ ダミー導波路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/313 G02B 6/122
Claims (1)
- 【請求項１】ほぼ円形状のスラブ導波路を形成する二つ
の導波路型レンズと、これら導波路型レンズの一方の面
にそれぞれ放射状に切り換えチャネル数Ｎの導波路が配
列されて接続された入出力導波路と、上記二つの導波路
型レンズの他方の面の間を光学的に結合する多数本の位
相シフト導波路と、各位相シフト導波路に形成された位
相制御用の電極とを備え、上記位相シフト導波路は上記
入出力導波路の各チャネルに対応した数本の隣接した導
波路群をチャネル数Ｎだけ備え、上記導波路型レンズに
接続されている上記入出力導波路および上記位相シフト
導波路の接続部のコア幅が上記導波路型レンズ側に向っ
て漸次縮小したテーパ状に形成されていることを特徴と
する導波路型Ｎ×Ｎ光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23490793A JP2848209B2 (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 導波路型ｎ×ｎ光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23490793A JP2848209B2 (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 導波路型ｎ×ｎ光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0792506A JPH0792506A (ja) | 1995-04-07 |
| JP2848209B2 true JP2848209B2 (ja) | 1999-01-20 |
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ID=16978169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23490793A Expired - Fee Related JP2848209B2 (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 導波路型ｎ×ｎ光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2848209B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5713425B2 (ja) * | 2010-10-13 | 2015-05-07 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチ |
-
1993
- 1993-09-21 JP JP23490793A patent/JP2848209B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0792506A (ja) | 1995-04-07 |
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