JP7689342B2 - Optical Switch - Google Patents
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Description
本発明は、光通信ネットワークで利用される光スイッチに関する。 The present invention relates to an optical switch used in optical communication networks.
光スイッチは、光通信ネットワークのキーデバイスである。近年急激に増加している通信トラフィックを処理するために、より大規模な光スイッチが求められている。光スイッチの重要な性能指数は、1つのスイッチによって制御可能な入力数と出力数、すなわち入力ポートと出力ポートの数である。ポート数の多い大規模な光スイッチでは、同時に、多くの光信号の経路を切り替えることが可能となる。 Optical switches are key devices in optical communication networks. In order to process the rapidly increasing communication traffic in recent years, larger-scale optical switches are required. An important performance index of an optical switch is the number of inputs and outputs that can be controlled by one switch, i.e., the number of input ports and output ports. A large-scale optical switch with a large number of ports makes it possible to switch the paths of many optical signals at the same time.
光スイッチの大規模化については、導波路を用いた多入力多出力光スイッチが有望とされている。光スイッチは、2入力2出力(2×2)の多くの要素スイッチ回路(以下、要素SW回路)を組み合わせて構成される。石英(SiO2)系導波路は光信号の伝搬損失が小さいため、石英系導波路を用いた光スイッチは、信号光が多くの要素SW回路を通過しても良好な特性が得られる(非特許文献1)。 In order to increase the scale of optical switches, a multi-input, multi-output optical switch using a waveguide is considered to be promising. An optical switch is composed of many element switch circuits (hereinafter referred to as element SW circuits) with two inputs and two outputs (2x2). Since a silica ( SiO2 )-based waveguide has a small propagation loss of optical signals, an optical switch using a silica-based waveguide can obtain good characteristics even if the signal light passes through many element SW circuits (Non-Patent Document 1).
光スイッチに求められる重要な機能の1つは、大規模化して多入力多出力となってもノンブロッキングの状態を維持することである。ノンブロッキングとは、任意の入力ポートからの信号光を、未使用の出力ポートに切り替える際、既に接続済みの入力ポートと出力ポートの間のパスおよびこのパスを通過する光信号に影響を与えないことを言う。 One of the important functions required for optical switches is to maintain a non-blocking state even when they become large-scale and have multiple inputs and multiple outputs. Non-blocking means that when signal light from an arbitrary input port is switched to an unused output port, there is no effect on the path between the already connected input port and output port, or on the optical signal passing through this path.
実際の光スイッチの製造工程において、1枚のウェファ上に設置できる要素SW回路の数には限度がある。より大規模な光スイッチを実現するためには、上述のノンブロッキング機能を担保しながら、より少ない要素SW回路でより大規模な多入力多出力光スイッチを実現する、新たな回路トポロジーや実装構成が重要である。 In the actual manufacturing process of optical switches, there is a limit to the number of element SW circuits that can be placed on one wafer. In order to realize larger-scale optical switches, it is important to develop new circuit topologies and implementation configurations that realize larger-scale multi-input multi-output optical switches with fewer element SW circuits while maintaining the non-blocking function described above.
本発明は、ウェファ内の要素SW回路の数を減らしながら、ノンブロッキングで大規模な光スイッチを、効率的な製造工程で実現する回路トポロジーと実装形態を提供する。 The present invention provides a circuit topology and implementation that realizes a non-blocking, large-scale optical switch with an efficient manufacturing process while reducing the number of element SW circuits in a wafer.
本発明の1つの実施態様は、M個の入力ポートおよびN個の出力ポートを有する3段Clos型の光スイッチであって、複数のサブスイッチからなる1段目であって、m個の入力ポートを有する第1の構成のサブスイッチと、mとは異なる数の入力ポートを有する第2の構成のサブスイッチとを含む、1段目と、前記1段目の前記複数のサブスイッチの出力ポートが接続され、複数のサブスイッチを含む2段目と、前記2段目の前記複数のサブスイッチの出力ポートが接続され、複数のサブスイッチからなる3段目であって、n個の出力ポートを有する第3の構成のサブスイッチと、nとは異なる数の出力ポートを有する第4の構成のサブスイッチとを含む、3段目とを備え、前記サブスイッチの各々は、複数の要素スイッチ回路を含み、前記要素スイッチ回路は、縦続接続された2以上のマッハツッンダ干渉計と、各々のマッハツッンダ干渉計の一方のアーム導波路上に形成されたヒータとを含み、前記1段目、前記2段目および前記3段目のすべてのサブスイッチが単一のウェファに配置されており、前記要素スイッチ回路が、各段において1つ以上のスイッチ領域に分けて形成され、隣接するスイッチ領域を接続する導波路のみで構成される導波路領域が、前記スイッチ領域と交互に配置され、前記スイッチ領域および前記導波路領域が、当該光スイッチの入力側から前記1段目、前記2段目、前記3段目の順に出力側に向かってジグザグ状に配置されており、前記ヒータを駆動する電気配線を集線して外部と接続をするコネクタが、異なる段にある前記スイッチ領域にまたがって配置されていることを特徴とする光スイッチである。 One embodiment of the present invention is a three-stage Clos-type optical switch having M input ports and N output ports, comprising: a first stage consisting of a plurality of sub-switches, the first stage including a sub-switch of a first configuration having m input ports and a sub-switch of a second configuration having a number of input ports different from m; a second stage including a plurality of sub-switches to which output ports of the plurality of sub-switches of the first stage are connected; and a third stage consisting of a plurality of sub-switches to which output ports of the plurality of sub-switches of the second stage are connected, the third stage including a sub-switch of a third configuration having n output ports and a sub-switch of a fourth configuration having a number of output ports different from n, each of the sub-switches including a plurality of element switch circuits, the element switch circuits being cascaded. The optical switch includes two or more connected Mach-Zehnder interferometers and a heater formed on one arm waveguide of each Mach-Zehnder interferometer, all of the sub-switches in the first stage, the second stage, and the third stage are arranged on a single wafer, the element switch circuit is formed in one or more switch regions in each stage, a waveguide region consisting only of a waveguide connecting adjacent switch regions is arranged alternately with the switch region, the switch region and the waveguide region are arranged in a zigzag pattern from the input side of the optical switch to the output side in the order of the first stage, the second stage, and the third stage, and a connector that collects the electrical wiring that drives the heater and connects it to the outside is arranged across the switch regions in different stages.
ウェファ内の要素SW回路の数を減らし、ノンブロッキングで大規模な光スイッチを、効率的に実現する。 By reducing the number of elemental SW circuits on a wafer, it is possible to efficiently realize large-scale non-blocking optical switches.
本開示の光スイッチは、従来技術の光スイッチと比べて、より少ない要素SW回路で、ノンブロッキングで大規模な光スイッチを実現する回路トポロジーと実装形態を提供する。回路トポロジーの点では、3段Clos型光スイッチの1段目および3段目ブロックにおいて、異なる構成のサブスイッチ(サブSW)を混在させている。実装形態の点では、光スイッチの全要素SW回路を1つのウェファ上に作製し、複数のスイッチ領域と複数の導波路領域を交互に、ジグザグ状に配置し、各要素SW回路のヒータへの電気配線をウェファ面の内部側に配置したコネクタへ集線する。ウェファの利用効率を高めて、製造コストを減らすこともできる。以下、従来技術の光スイッチと対比をしながら、本開示の光スイッチの構成を説明する。 The optical switch disclosed herein provides a circuit topology and implementation form that realizes a large-scale non-blocking optical switch with fewer element SW circuits compared to conventional optical switches. In terms of circuit topology, sub-switches (sub-SWs) of different configurations are mixed in the first and third stage blocks of a three-stage Clos type optical switch. In terms of implementation form, all element SW circuits of the optical switch are fabricated on one wafer, multiple switch regions and multiple waveguide regions are alternately arranged in a zigzag pattern, and electrical wiring to the heaters of each element SW circuit is concentrated to a connector arranged on the inner side of the wafer surface. It is also possible to reduce manufacturing costs by increasing the utilization efficiency of the wafer. Below, the configuration of the optical switch disclosed herein will be explained in comparison with the optical switch of the conventional technology.
既に述べたように、石英基板を使用した導波路デバイスでは優良な光学特性を得ることができる。一方で、Si基板上に導波路を形成するSiフォトニクスを使用した導波路デバイスと比較すると、要素SW回路を小型化するのが難しい。後述する要素SW回路をマッハツェンダー干渉計(MZI:Mach-Zehnder Interferometer)によって作成する場合、非特許文献2にあるように石英基板上では、1チップで32×32程度のスイッチ規模のものが最大である。
As already mentioned, excellent optical characteristics can be obtained with a waveguide device using a quartz substrate. On the other hand, it is difficult to miniaturize the element SW circuit compared to a waveguide device using Si photonics that forms a waveguide on a Si substrate. When the element SW circuit described later is created using a Mach-Zehnder Interferometer (MZI), as described in Non-Patent
非特許文献3は、光スイッチを3段Clos型にすることにより、大規模なスイッチを構成する要素スイッチ回路数を減らすことができると報告されている。この3段Clos型光スイッチでは、大規模な多入力多出力光スイッチは、より小規模な多入力多出力光スイッチに分割して構成される。大規模な光スイッチを構成する最小単位の小規模な多入力多出力スイッチをサブスイッチ(以下、サブSW)と呼ぶ。
Non-Patent
図1は、従来技術の3段Clos型光スイッチの回路構成を示した図である。光スイッチ100は、M個の入力ポートとN個の出力ポートを有し、1段目ブロック101、2段目ブロック102、3段目ブロック103で構成される。図1の光スイッチ100において、1段目ブロック101は、p個のm×kサイズのサブSW104-1で、2段目ブロック102は、k個のp×qサイズのサブSW104-2で、3段目ブロック103は、q個のk×nサイズのサブSW104-3でそれぞれ構成される。図1の3段Clos型光スイッチ100で、ノンブロッキングとなる条件は下の式となることが知られている。
k≧m+n+1 式(1)
Fig. 1 is a diagram showing the circuit configuration of a three-stage Clos type optical switch of the prior art. The
k≧m+n+1 Formula (1)
サブSWは、その(入力ポート数)×(出力ポート数)の数の要素SW回路を含んでいる。光スイッチのポート数M、N、各段のサブSWの数p、k、qおよびサブSWのポート数m、nと、必要な要素SW回路数Sとの関係は、次式で計算される。 The sub-SW contains element SW circuits whose number is (number of input ports) x (number of output ports). The relationship between the number of ports M, N of the optical switch, the number of sub-SWs in each stage p, k, q, and the number of ports m, n of the sub-SW, and the required number of element SW circuits S is calculated using the following formula.
ここで光スイッチの入力ポートと出力ポートが同数、すなわちM=Nとして、さらにm=n、p=qとすると、要素SW回路数Sは次式となる。 If the number of input ports and output ports of the optical switch is the same, that is, M = N, and furthermore, m = n and p = q, then the number of element SW circuits S is given by the following formula.
例えば石英系導波路では、MZIが要素SW回路として使用されることが多く、光スイッチにおけるクロストーク特性を改善するダブルゲート構成も用いられる。ダブルゲート構成では、1つの要素SW回路を2つの2×2SW(または1×2SW、2×1SW)で構成し、必要な要素SW回路数は、式(3)のSをさらに2倍して、2Sとなる。 For example, in silica-based waveguides, MZIs are often used as element SW circuits, and a double-gate configuration is also used to improve crosstalk characteristics in optical switches. In a double-gate configuration, one element SW circuit is composed of two 2x2 SWs (or 1x2 SWs, 2x1 SWs), and the number of element SW circuits required is 2S, which is obtained by further doubling S in equation (3).
図2は、3段Clos型光スイッチにおけるサブSWのポート数と所要要素SW回路数Sとの関係を示すグラフである。図1に示した3段Clos型光スイッチにおいて、入力ポートと出力ポートの数が等しく、光スイッチが対称構造、すなわちM=N、m=n、p=qの場合を考える。必要な要素SW回路数Sは、式(2)に示した通りである。 Figure 2 is a graph showing the relationship between the number of ports of the sub-SW in a three-stage Clos type optical switch and the number S of required element SW circuits. In the three-stage Clos type optical switch shown in Figure 1, consider the case where the number of input ports and output ports are equal and the optical switch has a symmetrical structure, i.e., M = N, m = n, p = q. The number S of required element SW circuits is as shown in formula (2).
図2の(a)は、サブSWのポート数nが光スイッチのポート数Nの約数である場合の、サブSWのポート数nと要素SW回路数Sとの関係を示している。図2の(b)は、サブSWのポート数nと指標S/N2との関係を示している。いずれも、光スイッチの全体規模をパラメータ(N×N、N=16,32,64,128)として示している。(b)における指標S/N2は、要素SW回路数Sと、光スイッチ全体のポート数Nの2乗の比を表しており、光スイッチの全体規模に対する要素SW回路数の比に対応する。指標S/N2が小さければ、相対的により少ない数の要素SW回路で効率的に光スイッチを構成できることになる。光スイッチを複数段のブロックに分けるClos型ではなく、通常のPILOSS構成の光スイッチなどでは、指標S/N2は1となる。 FIG. 2A shows the relationship between the number of ports n of the sub-SW and the number of element SW circuits S when the number of ports n of the sub-SW is a divisor of the number of ports N of the optical switch. FIG. 2B shows the relationship between the number of ports n of the sub-SW and the index S/ N2 . In both cases, the overall scale of the optical switch is shown as a parameter (N×N, N=16, 32, 64, 128). The index S/N2 in FIG. 2B represents the ratio between the number of element SW circuits S and the square of the number of ports N of the entire optical switch, and corresponds to the ratio of the number of element SW circuits to the overall scale of the optical switch. If the index S/ N2 is small, the optical switch can be efficiently configured with a relatively smaller number of element SW circuits. In an optical switch having a normal PILOSS configuration, rather than a Clos type in which the optical switch is divided into multiple blocks, the index S/ N2 is 1.
図2の(a)を参照すれば、光スイッチのポート数Nを固定した場合、必要な要素SW回路数Sは、サブSWのポート数nのある値で最小となる。例えば128×128の光スイッチ構成では、サブSWのポート数nは8で最小となる。16×16の光スイッチでは、3段Clos型構成を採用しても要素スイッチ回路数Sは減らず、32×32の光スイッチでも要素SW回路数Sの減少の効果は限定的であることが分かる。 Referring to FIG. 2(a), when the number of ports N of the optical switch is fixed, the required number of element SW circuits S is minimized at a certain value of the number of ports n of the sub-SW. For example, in a 128 x 128 optical switch configuration, the number of ports n of the sub-SW is minimal at 8. In a 16 x 16 optical switch, the number of element switch circuits S does not decrease even if a three-stage Clos type configuration is adopted, and even in a 32 x 32 optical switch, the effect of reducing the number of element SW circuits S is limited.
また図2の(b)を参照すると、指標S/N2の減少は32×32よりも大きい規模の光スイッチで確認できる。通常のPILOSS構成に代えて3段Clos型構成を採用するためには、指標S/N2が少なくとも1を下回ることが必要である。大規模な光スイッチ回路を収めるためには、ウェファ径は大きい方が良く、例えば6インチ以上であることが望ましい。このような大口径なウェファで、同時に、現実的な光集積回路の製造プロセス考慮した例として、図1に示した64×64規模の3段Clos型光スイッチの全要素SW回路を収める場合について以下述べる。 Also, referring to FIG. 2B, a decrease in the index S/ N2 can be confirmed in optical switches larger than 32×32. In order to adopt a three-stage Clos type configuration instead of a normal PILOSS configuration, it is necessary that the index S/ N2 is at least below 1. In order to accommodate a large-scale optical switch circuit, the wafer diameter should be large, for example, 6 inches or more. As an example of accommodating all element SW circuits of a 64×64 three-stage Clos type optical switch shown in FIG. 1 on such a large-diameter wafer, while taking into consideration a realistic manufacturing process for optical integrated circuits, the following will describe the case where all element SW circuits are accommodated on such a large-diameter wafer.
図3は、64×64サイズの光スイッチで要素SW回路数Sの内訳をサブSWのポート数nを変えた構成パターンを比較した表を示す。図1で入力ポートと出力ポートの数が等しく(M=N=64)、光スイッチが対称構造の場合で、サブSWのポート数n(2,4,8,16,32)を変えたときの各段における要素SW回路数を示している。図3の表に示した構成は、図2で示した64×64の曲線のプロット点に対応している。n=4のとき、N2=4096 に対して S/N2=0.6563 となって、PILOSS構成の光スイッチに対して要素SW回路数を35%程度減らす効果がある。 Fig. 3 shows a table comparing the number of element SW circuits S in a 64x64 size optical switch with different configuration patterns for different sub-SW port numbers n. In Fig. 1, the number of input and output ports is equal (M=N=64) and the optical switch has a symmetrical structure, and shows the number of element SW circuits in each stage when the number of ports n of the sub-SW (2, 4, 8, 16, 32) is changed. The configurations shown in the table in Fig. 3 correspond to the plot points of the 64x64 curve shown in Fig. 2. When n=4, S/ N2 =0.6563 for N2 =4096, which has the effect of reducing the number of element SW circuits by about 35% compared to an optical switch with a PILOSS configuration.
発明者らは、64×64光スイッチにおける上述の最適化によって、PILOSS構成と比べ要素SW回路数を35%減らした構成に対して、さらに要素SW回路の数を減らす光スイッチの構成を検討した。実装形態上の新規な構成も組み合わせることによって、光スイッチの大規模化を効率的な製造工程で実現する。着目したのは、第1に回路トポロジーにおける要素SW回路数の改善であり、第2に実装形態における電気配線の占有面積の改善である。 The inventors have investigated an optical switch configuration that further reduces the number of element SW circuits, compared to the PILOSS configuration, by reducing the number of element SW circuits by 35% through the above-mentioned optimization of the 64 x 64 optical switch. By combining this with a new implementation configuration, a large-scale optical switch can be realized with an efficient manufacturing process. The inventors focused first on improving the number of element SW circuits in the circuit topology, and second on improving the area occupied by electrical wiring in the implementation.
上述の図1~図3に示した3段Clos型光スイッチの最適化では、光スイッチの構成を入力側および出力側で同数のポートを有するN×Nの対称構造に限定していた。また、1段目ブロックおよび3段目ブロックのサブSWのポート数nを、光スイッチのポート数Nの約数として、すべてのサブSWを同一構成としていた。図3の表において、要素SW回路数および指標S/N2が最小となるn=4の場合でも、要素SW回路の総数は2688にもなる。後述するように、多数の要素SW回路の各々に対しては、それぞれのヒータを制御するための電気配線が必要である。ヒータと、光スイッチチップの外部の制御信号源との効率的な接続を行うため、要素SW回路の数の多くの電気配線を集線する多ピンコネクタが必須となる。要素SW回路数を減らすのと同時に、コネクタの数を減らすことができれば、光スイッチの製造コストを減らすこともできる。 In the optimization of the three-stage Clos type optical switch shown in Figs. 1 to 3, the configuration of the optical switch was limited to an N x N symmetrical structure having the same number of ports on the input side and the output side. In addition, the number of ports n of the sub-SWs in the first stage block and the third stage block was set as a divisor of the number of ports N of the optical switch, and all the sub-SWs were made to have the same configuration. In the table of Fig. 3, even in the case of n = 4 where the number of element SW circuits and the index S/ N2 are the smallest, the total number of element SW circuits is 2688. As will be described later, each of the many element SW circuits requires electrical wiring to control the respective heaters. In order to efficiently connect the heaters to the external control signal source of the optical switch chip, a multi-pin connector that collects electrical wiring for the number of element SW circuits is essential. If the number of element SW circuits can be reduced while the number of connectors can be reduced, the manufacturing cost of the optical switch can also be reduced.
そこで64×64の光スイッチで、1段目および3段目ブロックのそれぞれにおいて、ポート数nが4のサブSWと、4とは異なるポート数n´のサブSWを混在させる検討を行った。1段目および3段目ブロックのそれぞれで構成の異なるサブSWを組み合わせた場合と、図3に示した各段において同一構成のサブSWを使用した従来技術の構成との比較を行った。簡単のため、1段目ブロックおよび3段目ブロックとの間では、サブSWが光スイッチの回路トポロジーが対称な構造を持つものとして検討した。例えば1段目のサブSWがn×pの構成ならば、対応する3段目のサブSWをp×nの構成とした。 Therefore, we investigated a 64x64 optical switch that mixed a sub-SW with a port number n of 4 and a sub-SW with a port number n' different from 4 in each of the first and third stage blocks. We compared the combination of sub-SWs with different configurations in each of the first and third stage blocks with the configuration of the conventional technology that used sub-SWs with the same configuration in each stage shown in Figure 3. For simplicity, we considered that the sub-SWs in the first and third stage blocks have a symmetrical optical switch circuit topology. For example, if the first stage sub-SW has an nxp configuration, the corresponding third stage sub-SW has a pxn configuration.
図4は、1段目および3段目ブロックで、それぞれ異なる構成のサブSWが混在した光スイッチの構成例を示す。入力ポート数Mと出力ポートNを64としたとき、3段Clos型の1段目ブロックで、入力ポート数n=4の1個のサブSW(第1の構成)と、入力ポート数n´=5の12個のサブSW(第2の構成)を混在させている。また3段Clos型の3段目ブロックで、出力ポート数n=4の1個のサブSW(第3の構成)と、出力ポート数n´=5の12個のサブSW(第4の構成)を混在させている。 Figure 4 shows an example of an optical switch configuration in which sub-SWs of different configurations are mixed in the first and third stage blocks. When the number of input ports M and output ports N are 64, the first stage block of a three-stage Clos type mixes one sub-SW with the number of input ports n=4 (first configuration) with 12 sub-SWs with the number of input ports n'=5 (second configuration). The third stage block of a three-stage Clos type mixes one sub-SW with the number of output ports n=4 (third configuration) with 12 sub-SWs with the number of output ports n'=5 (fourth configuration).
ポート数nのサブSWと、異なる構成のポート数n´のサブSWが混在した光スイッチにおいて、ノンブロッキングとなる条件は下の式となる。ここでMAX(n)は、nとn´の大きいほうの値である。
k≧n+MAX(n)-1 式(4)
In an optical switch that has a sub-SW with n ports and a sub-SW with n' ports of a different configuration, the condition for non-blocking is given by the following formula: Here, MAX(n) is the larger value of n and n'.
k≧n+MAX(n)-1 Formula (4)
サブSWのポート数は、図1を参照すれば1段目ブロック101のサブSWについては、光スイッチ入力側にあるポート数(図1のmに相当)、3段目ブロックのサブSW103については、光スイッチ出力側のポート数(図1のnに相当)である。1段目ブロックのサブSWと3段目ブロックのサブSWは、対称な構造を持つものとしている。
Referring to Figure 1, the number of ports of the sub-SW is the number of ports on the input side of the optical switch for the sub-SW of the first stage block 101 (corresponding to m in Figure 1), and the number of ports on the output side of the optical switch for the
図4に示したように、1段目および3段目ブロックで、それぞれ異なる構成のサブSWが混在した構成によって、要素SW回路の総数はS=2640となる。図3の表で示した、1段目および3段目ブロックの全サブSWがポート数n=4の同一構成(4×7、7×4)の場合と比べ、要素SW回路の総数を48減らすことができる。1段目および3段目ブロックにおいて、異なる構成のサブSWを混在させる効果は、サブSWが混在した他の構成パターンにおいても確認できる。 As shown in FIG. 4, the total number of element SW circuits is S=2640 due to the configuration in which sub-SWs of different configurations are mixed in the first and third stage blocks. Compared to the case in which all sub-SWs in the first and third stage blocks have the same configuration with port number n=4 (4×7, 7×4) as shown in the table in FIG. 3, the total number of element SW circuits can be reduced by 48. The effect of mixing sub-SWs of different configurations in the first and third stage blocks can also be confirmed in other configuration patterns in which sub-SWs are mixed.
図5は、M=N=64の対称構成の場合であって、1段目および3段目ブロックでそれぞれ異なる構成のサブSWが混在した光スイッチの別の構成パターン例を示す。図5の表の各パラメータは、M=Nとして、後述する図8の定義の通りである。図5に示した表において、1段目ブロックに、m1×k1、m2×k2の2種類のサブSWが混在し、3段目ブロックに、k1×n1、k2×n2の2種類のサブSWが混在する場合の構成パターンを示している。図3のm=n=4でk=7の同一構成(4×7、7×4)のサブSWのみを備えた場合と、要素SW回路の数を比較している。要素SW回路の総数を減らすことのできる、異なる構成のサブSWが混在した様々な構成パターンが存在していることがわかる。 FIG. 5 shows another example of a configuration pattern of an optical switch in which sub-SWs of different configurations are mixed in the first and third stage blocks in a symmetrical configuration of M=N=64. Each parameter in the table of FIG. 5 is as defined in FIG. 8 described later, with M=N. The table shown in FIG. 5 shows a configuration pattern in which two types of sub-SWs, m1 × k1 and m2 × k2, are mixed in the first stage block, and two types of sub-SWs, k1 × n1 and k2 × n2, are mixed in the third stage block. The number of element SW circuits is compared with the case in FIG. 3 where m=n=4 and k=7 are provided with only sub-SWs of the same configuration (4×7, 7×4). It can be seen that there are various configuration patterns in which sub-SWs of different configurations are mixed, which can reduce the total number of element SW circuits.
図6は、M=64、N=128の非対称構成の場合であって、1段目および3段目ブロックでそれぞれ異なる構成のサブSWが混在した光スイッチの構成パターン例を示す。図の表の各パラメータも、後述する図8の定義の通りである。上述の図4および図5では、M=N=64であって入力ポートと出力ポートが同数の、対称構造の光スイッチについて、サブSWを混在させることによる効果を示した。図6では、入力ポート数M=64の1段目ブロックに、p1個のm1×k1、p2個のm2×k2の2種類の構成のサブSWが混在している(ただしm1>m2)。また出力ポート数N=128の3段目ブロックに、q1個のk1×n1、q2個のk2×n2の2種類の構成のサブSWが混在している(ただしn1>n2)。入力ポートと出力ポートの数が異なる非対称構成の光スイッチでも、要素SW回路の総数を減らすことのできる、異なる構成のサブSWが混在した様々な構成パターンが存在していることがわかる。 FIG. 6 shows an example of an optical switch configuration pattern in which sub-SWs of different configurations are mixed in the first and third stage blocks in the case of an asymmetric configuration with M=64 and N=128. The parameters in the table in the figure are as defined in FIG. 8 described later. In the above-mentioned FIG. 4 and FIG. 5, the effect of mixing sub-SWs in an optical switch with a symmetric structure with M = N=64 and the same number of input ports and output ports is shown. In FIG. 6, two types of sub-SWs, p1 m1 × k1 and p2 m2 × k2 , are mixed in the first stage block with the number of input ports M=64 (where m1 > m2 ). Also, two types of sub-SWs, q1 k1 × n1 and q2 k2 × n2 , are mixed in the third stage block with the number of output ports N=128 (where n1 > n2 ). It can be seen that even in an asymmetric optical switch having a different number of input ports and output ports, there are various configuration patterns in which sub-SWs of different configurations are mixed, which can reduce the total number of element SW circuits.
図7は、本開示の異なる構成のサブSWが混在した3段Clos型光スイッチの回路構成を示す図である。光スイッチ10は、M個の入力ポートとN個の出力ポートを有し、1段目ブロック11、2段目ブロック12、3段目ブロック13で構成される。図1に示した従来技術の光スイッチとの構成の相違点は、1段目および3段目のそれぞれにおいて、異なる構成のサブSWが混在していることである。1段目ブロックでは、m1×k1の構成のサブSW11-1と、m2×k2の構成のサブSW11-2の2種類を含む。3段目ブロック13では、k1×n1の構成のサブSW13-1と、k2×n2の構成のサブSW13-2の2種類を含む。入力ポート数Mはm1×p1+m2×p2となり、出力ポート数Nはn1×q1+n2×q2となる。サブSWのポート数k1、k2は、ポート数m1、m2、n1、n2との間で次式を満たすものとする。
FIG. 7 is a diagram showing the circuit configuration of a three-stage Clos type optical switch in which sub-SWs of different configurations are mixed according to the present disclosure. The
尚、2段目ブロック12においても、1段目および3段目の異なる構成のサブSWが混在した構成に適合するため、異なる構成のサブSWが含まれることになる。
The second-
図4~図6に示した各構成の光スイッチにおける要素SW回路数の減少により、以下に述べる本開示の光スイッチの実装形態の特徴とあいまって、光スイッチの大規模化と製造コストの低減の効果を発揮することが理解されるだろう。以下、図7に示した本開示の異なる構造のサブSWが混在した光スイッチの実装形態の様々な特徴について説明する。 It will be understood that the reduction in the number of element SW circuits in the optical switches of each configuration shown in Figures 4 to 6, combined with the features of the implementation form of the optical switch disclosed herein described below, has the effect of increasing the scale of the optical switch and reducing manufacturing costs. Below, various features of the implementation form of the optical switch disclosed herein shown in Figure 7, in which sub-SWs of different structures are mixed, are described.
図8は、本開示の光スイッチのウェファ上での配置構成を示す図である。一例を挙げれば石英基板によるウェファ200上における光スイッチの要素SW回路の大まかな配置が示されている。本開示の光スイッチは、図1に示した従来技術の3段Clos型光スイッチ100において、1段目ブロック101、3段目ブロック103のそれぞれにおいて、異なる構成のサブSWを混在させている点のみ相違している。3段Clos型の光スイッチの3段構成のブロックの大まかな配置の点では差異は無い。
Figure 8 is a diagram showing the layout configuration of the optical switch of the present disclosure on a wafer. As an example, the rough layout of the element SW circuits of the optical switch on a
本開示の光スイッチでは、64×64の光スイッチの全要素SW回路は、図8の上方の矢印で示した入力点221-1から下方の出力点221-2の間で、複数の領域が連なってジグザグ状(つづら折り状)に配置されている。斜線でハッチングされた6つのスイッチ(SW)領域211-1、211-2、212-1、212-2、213-1、213-2には、サブSWを構成する複数の要素SW回路が、概ねマトリックス状に配置されている。詳細は図11とともに後述するが、要素SW回路は、少なくともMZI、MZI間を接続する導波路およびヒータを含む。各SW領域の入力側または出力側にある、曲げ部分を含む7つの導波路領域214a~14gは、隣接するSW領域のそれぞれの端部にある要素SW回路の間を接続する導波路のみで構成されている。したがって本開示の光スイッチは、Clos型光スイッチの要素SW回路が構成段(1段目、2段目、3段目)の順に複数のSW領域に分けて形成されている。隣接するSW領域を接続する導波路のみで構成される導波路領域が、SW領域と交互に配置され、これらのSW領域および導波路領域が入力側から出力側に向かってジグザグ状に配置されている。
In the optical switch disclosed herein, all element SW circuits of the 64x64 optical switch are arranged in a zigzag pattern (a zigzag pattern) between the input point 221-1 indicated by the arrow at the top of FIG. 8 and the output point 221-2 indicated at the bottom. In the six switch (SW) regions 211-1, 211-2, 212-1, 212-2, 213-1, and 213-2 hatched with diagonal lines, multiple element SW circuits constituting the sub-SW are arranged in a roughly matrix pattern. Details will be described later with reference to FIG. 11, but the element SW circuits include at least MZIs, waveguides connecting the MZIs, and heaters. The seven
再び図8を参照してジグザグ状の配置の詳細について述べれば、コの字状に折り返す導波路領域214bを挟んだ2つのSW領域211-1、211-2には、3段Clos型光スイッチの1段目ブロックの、異なる構成が混在したサブSWが配置される。SW領域211-2に続いて、コの字状に折り返す形状で、1段目と2段目ブロックの間を接続する導波路領域214cが配置される。同様に導波路領域214dを挟んだ2つのSW領域212-1、212-2には、2段目ブロックのサブSWが配置される。SW領域212-2に続いて、コの字状に折り返す形状で、2段目と3段目ブロックの間を接続する導波路領域214eが配置される。同様に、導波路領域214fを挟んだ2つのSW領域213-1、213-2には、3段目ブロックの、異なる構成が混在したサブSWが配置される。
Referring again to FIG. 8, the details of the zigzag arrangement are as follows: in the two SW regions 211-1 and 211-2 sandwiching the U-shaped folded
図8のウェファ上の構成では、各段のサブSWが、それぞれ2つのSW領域に分けて配置されているが、これは光回路配置の一例であって、図8のSW領域の分け方に限定はされない。各段でのSW領域の数を1つまたは3つ以上にすることもできるし、SW領域の数が段によって異なっていても良い。 In the wafer configuration of Figure 8, the sub-SWs of each stage are arranged in two separate SW regions, but this is one example of an optical circuit arrangement, and the division of the SW regions is not limited to that shown in Figure 8. The number of SW regions in each stage can be one or three or more, and the number of SW regions can differ depending on the stage.
本開示の光スイッチは、さらにジグザグ状に配置されたSW領域の間を接続する、折り返し構造の導波路領域を備えることで、信号のクロストークを抑える構成を実現できる。3段Clos型光スイッチの構成では、図1に示したように各段の間で経路に交差が発生する。この経路の交差をウェファ面上の2次元の導波路で実現する場合、導波路が交差することになり、経路間で信号光が漏れ出すことでクロストークが発生する。交差部でのクロストークを抑えるためには2つの導波路の交差角をできるだけ大きくする必要がある(非特許文献6)。 The optical switch disclosed herein further includes a waveguide region with a folded structure that connects between SW regions arranged in a zigzag pattern, thereby realizing a configuration that suppresses signal crosstalk. In a three-stage Clos-type optical switch configuration, as shown in FIG. 1, paths cross between each stage. If this path crossing is realized with a two-dimensional waveguide on the wafer surface, the waveguides will cross, and crosstalk will occur due to signal light leaking between the paths. In order to suppress crosstalk at the crossing, it is necessary to make the crossing angle of the two waveguides as large as possible (Non-Patent Document 6).
図9は、本開示の光スイッチの導波路領域を拡大した構成を示す図である。図8に示したウェファ200の一部のみを示しており、2つのSW領域230-1、230-2を接続する導波路領域231を、右側に拡大して示している。2つのSW領域を接続する複数の導波路は、いずれもコの字状に折り返す構造を持っている。一般に、光導波路では光信号を低損失に伝搬させるために、所定の値以上の曲げ半径を持たせる必要があり、交差角を大きく取るためには交差のために使用するウェファ内の領域が広くなる。本開示の光スイッチの配置によれば、導波路領域231が本来的に持っているにおける折り返しによって、必要な大きな角度の曲げ角度を実現できる。そして、導波路領域231に交差部232を配置することでクロストーク低減のために回路面積を増やすことなく、交差角を最大にすることができる。図9の拡大図から明らかなように、すべて交差部において2つの導波路が90度で直交するように配置が可能であって、本開示の光スイッチでは経路間で信号光のクロストークがほとんど生じない。
Figure 9 is a diagram showing an enlarged configuration of the waveguide region of the optical switch of the present disclosure. Only a part of the
さらに本開示の光スイッチは、電気配線およびその取り出し構成においても、特徴を持っている。再び図8を参照すれば、光スイッチを含むウェファ200は、ダイシング線223-1、223-2において切断され、装置の別の基板上に実装される。装置上では、入力点221-1、出力点221-2で、ダイシング線で切断した端面において、64本の光ファイバの束が接続されることになる。図8には示していないが、ウェファにおける要素SW回路のMZIの導波路とは別の層で、各要素SW回路のヒータに対して制御用の電気配線が構成される。
The optical switch of the present disclosure also has features in its electrical wiring and extraction configuration. Referring again to FIG. 8, the
光スイッチにおいて、各要素スイッチ回路は独立して制御する必要がある。そのためには、各要素SW回路に対して、ウェファ上の電気配線およびケーブルもしくはフレキシブルプリント回路基板(FPC)等を介した、制御信号を送出する制御装置との電気接続が必要である。ウェファ上の電気配線への接続は、チップの周辺部に設けられたパッドへのワイヤーボンディングを用いた方法が一般的である。しかしながらこの方法では、各要素スイッチ回路からチップ周辺部まで電気配線を延ばす必要があり、電気配線のためにチップ上で大きな面積を使用してしまう。光スイッチが大規模化して要素スイッチ回路の数Sが増えれば、電気配線のためだけに使われる面積も増える(非特許文献4)。電気配線は、ウェファの利用効率を下げ、チップサイズ、ウェファ径を大きくしてしまう。ウェファのコストや製造工程のコストを上げる要因ともなる。 In an optical switch, each element switch circuit must be controlled independently. To achieve this, each element SW circuit must be electrically connected to a control device that sends out a control signal via electrical wiring on the wafer and a cable or flexible printed circuit board (FPC). The connection to the electrical wiring on the wafer is generally made by wire bonding to pads provided on the periphery of the chip. However, this method requires that the electrical wiring be extended from each element switch circuit to the periphery of the chip, and a large area on the chip is used for the electrical wiring. If the optical switch becomes larger and the number S of element switch circuits increases, the area used just for electrical wiring also increases (Non-Patent Document 4). Electrical wiring reduces the utilization efficiency of the wafer and increases the chip size and wafer diameter. It also increases the cost of the wafer and the cost of the manufacturing process.
図8に示した本開示の光スイッチでは、要素SW回路が作製される6つのSW領域211-1、211-2、212-1、212-2、213-1、213-2の上に表面実装(SMT)タイプの電気コネクタを実装し、電気コネクタを介して各要素スイッチ回路との外部の制御装置などとの電気接続を行う。この実装方法によって、電気配線によるチップサイズ、ウェファ径の増大や、ウェファの利用効率の無駄を解消・軽減することができる。
図10は、本開示の光スイッチのウェファ上の電気コネクタ配置を説明する図である。ウェファ220上における6つのSW領域および7つの導波路領域は、図8に示したもの同一である。各要素SW回路への電気配線を集線するために、SMT型のコネクタがウェファの面上に配置され、コネクタの外形を9つの点線領域2301-~230-9で示している。コネクタの実装は、ウェファ200に対してリフロー半田付けなどの工程を実施して行われる。図10のコネクタの外形を示す点線の近くに、ウェファ面上に作成された電極パッドとコネクタのピンが半田接続される。図10のようにSMT型コネクタを配置する場合、嵌合するFPCケーブル側のコネクタとの挿抜がウェファ面に対して垂直に可能なコネクタを利用できる。FPCケーブル側のコネクタ形状がL型であれば、ウェファ面に平行に挿抜する形態であっても良い。
In the optical switch of the present disclosure shown in Fig. 8, surface mount (SMT) type electrical connectors are mounted on the six SW regions 211-1, 211-2, 212-1, 212-2, 213-1, and 213-2 in which element SW circuits are fabricated, and electrical connections are made between each element switch circuit and an external control device, etc. This mounting method can eliminate or reduce the increase in chip size and wafer diameter due to electrical wiring, and the waste of wafer utilization efficiency.
FIG. 10 is a diagram for explaining the electrical connector arrangement on the wafer of the optical switch of the present disclosure. The six SW regions and seven waveguide regions on the wafer 220 are the same as those shown in FIG. 8. In order to collect the electrical wiring to each element SW circuit, an SMT type connector is arranged on the surface of the wafer, and the outer shape of the connector is shown by nine dotted line regions 2301- to 230-9. The connector is mounted by carrying out a process such as reflow soldering on the
本開示の光スイッチは、1つのウェファ上に光スイッチのすべての要素SW回路を搭載し、さらに1つの段にある要素SW回路を複数のSW領域に分けて配置している。図8で説明したように、複数のSW領域211-1~213-2が、導波路領域214a~214gと交互に、ジグザグ状に配置されることで、1つのSW領域は、同じ段内または隣の段にある別のSW領域と近接して配置される。3段Clos型の光スイッチのすべての要素SW回路は、ウェファ面内でまとまって配置されている。ウェファ面の内部側において、隣り合う段のSW領域の上にまたがって複数のSMT型コネクタを配置することによって、集約的な電気配線を実現できる。複数のSMT型コネクタの各々が、少なくとも2つのSW領域を横断するように配置されることで、同一段内でまたは異なる段にまたがってコネクタを共有することができる。
In the optical switch disclosed herein, all element SW circuits of the optical switch are mounted on one wafer, and the element SW circuits in one stage are arranged in multiple SW regions. As described in FIG. 8, multiple SW regions 211-1 to 213-2 are arranged in a zigzag pattern alternately with the
ウェファの周辺部にコネクタを配置する従来技術の構成に比べて、電気配線もコンパクトに配置することが可能となる。ウェファ周辺部への電気配線の引き回しが不要となり、電気配線のための領域を備える必要もない。円形のウェファの面積を無駄なく使用することができるため、ウェファの利用率を非常に高くできる。ウェファを大口径化する必要が無く、むしろ小径のウェファを利用可能となるため、光集積回路の製造プロセスの点でも、十分に安定した実績のある工程を利用することができる。1段目および3段目ブロックにおいて異なる構成のサブSWを混在させて、要素SW回路数を減らすとともに、上述のコネクタ配置を採用することで、光スイッチ全体の製造コストを抑えることができる。 Compared to the conventional technology in which connectors are arranged around the periphery of the wafer, electrical wiring can be arranged more compactly. There is no need to route electrical wiring around the periphery of the wafer, and no need to provide an area for electrical wiring. The area of the circular wafer can be used without waste, resulting in a very high utilization rate of the wafer. There is no need to increase the diameter of the wafer, and small-diameter wafers can be used, so a sufficiently stable and proven process can be used in the manufacturing process of optical integrated circuits. By mixing sub-SWs with different configurations in the first and third stage blocks to reduce the number of element SW circuits and adopting the connector arrangement described above, the manufacturing cost of the entire optical switch can be reduced.
図11は、本開示の光スイッチにおける要素SW回路の構成を示す図である。図11は、3段Clos型の光スイッチを、マトリックススイッチで構成する場合の、要素SW回路を示している。光スイッチとして高い消光比を得るためには、マトリックススイッチの各交差点に対応する要素SW回路で、消光比を高くする必要がある。高い消光比を実現する要素SW回路は、複数のMZIを並列または縦列に接続することで実現することができる(非特許文献5)。図11の(a)および(b)は、いずれも縦列接続した2つのMZIによるダブルゲート構成の要素SW回路である。 Figure 11 is a diagram showing the configuration of an element SW circuit in the optical switch disclosed herein. Figure 11 shows an element SW circuit when a three-stage Clos-type optical switch is configured with a matrix switch. To obtain a high extinction ratio as an optical switch, it is necessary to increase the extinction ratio in the element SW circuits corresponding to each intersection of the matrix switch. An element SW circuit that achieves a high extinction ratio can be realized by connecting multiple MZIs in parallel or in cascade (Non-Patent Document 5). Figures 11 (a) and (b) both show element SW circuits with a double-gate configuration using two MZIs connected in cascade.
図11を参照すれば、ダブルゲートの要素SW回路300a、300bは、いずれも2つのMZI301、302を含む。1つのMZI301は、入力カプラ307a、2本のアーム導波路、出力カプラ307bから構成される。各MZIの一方のアーム導波路上にはヒータ304-1、304-2が形成されている。図11の(a)および(b)は、要素SW回路の2つのヒータへの電気配線の異なる例を示している。図11の(a)はヒータを並列接続で駆動する電気配線305-1、305-2を示し、(b)はヒータを直接接続で駆動する電気配線306を示している。いずれの電気配線の場合も、電気配線の両端に制御電圧303を印可することで、ヒータにより一方の導波路の光路長を変えて、出力ポートを切り替えることができる。縦列接続された複数のMZIは、常に同時にON/OFFされる。ヒータを電気的に直列接続することにより、要素SW回路当たりで取り出す電極を少なくすることが可能である。このような電気接続は、ウェファ上で電気配線が占める領域面積を抑え、光スイッチのチップ小型化にも寄与する。
Referring to FIG. 11, each of the double-gate
図11に示した要素SW回路の制御には、2つの電気配線が必要だが、一方の端子を接地してヒータを駆動する場合には、要素SW回路当たり1つの電気配線で済む。図8に示した64×64の規模の光スイッチでは、1段目および3段目において、構成の異なるサブSWを組み合わせた場合、図4で示したように要素SW回路の総数Sは2640個である。ここで、ピン数が80個のSMT型コネクタを使用し、ヒータの電気配線の一方を接地して各SMTコネクタの1つのピンを接地に利用した場合、コネクタの総数は34となる。これは、図3に示した従来技術構成のように1段目および3段目のサブSWを同一構成のもので構成した場合の総数35と比べて、コネクタの数を減らすこともできる。 Two electrical wiring is required to control the element SW circuit shown in FIG. 11, but if one terminal is grounded to drive the heater, only one electrical wiring is required per element SW circuit. In the 64 x 64 optical switch shown in FIG. 8, when sub-SWs with different configurations are combined in the first and third stages, the total number S of element SW circuits is 2640 as shown in FIG. 4. Here, if an SMT connector with 80 pins is used, and one of the heater electrical wirings is grounded and one pin of each SMT connector is used for grounding, the total number of connectors is 34. This allows the number of connectors to be reduced compared to the total number of 35 when the first and third stages of sub-SWs are configured with the same configuration as in the conventional technology configuration shown in FIG. 3.
上述の実装形態の説明では、3段Clos型の光スイッチを例に説明をしたが、3段以外の段数の異なるClos型の光スイッチにおいて、1段目(入力側)および最終段(出力側)で、異なる構成のサブSWを混在させても良い。また、要素SW回路の数を減らす効果は、入力側または出力側の一方だけで異なる構成のサブSWを混在させても良い。また、上述の3段Clos型の光スイッチの実装構造例は、入力ポートMと出力ポートNを同数の場合で説明したが、図6で説明したようにMとNが異なる非対称構成の光スイッチの場合であっても同様に適用できる。 In the above description of the implementation form, a three-stage Clos type optical switch has been used as an example, but in a Clos type optical switch with a different number of stages other than three, sub-SWs with different configurations may be mixed in the first stage (input side) and the final stage (output side). The effect of reducing the number of element SW circuits may also be achieved by mixing sub-SWs with different configurations only on either the input side or the output side. In addition, the above-mentioned implementation structure example of a three-stage Clos type optical switch has been described in the case where the input ports M and output ports N are the same number, but it can also be applied to an asymmetric optical switch with different M and N configurations as described in Figure 6.
以上詳細に説明したように、本開示の光スイッチによって、従来技術と比べより少ない要素SW回路で、ノンブロッキングで大規模な光スイッチを実現する回路トポロジーと実装形態を提供する。 As described in detail above, the optical switch disclosed herein provides a circuit topology and implementation form that realizes a non-blocking, large-scale optical switch with fewer element SW circuits compared to conventional technology.
本発明は、光通信に使用される光スイッチに利用できる。 The present invention can be used in optical switches used in optical communications.
Claims (5)
複数のサブスイッチからなる1段目であって、m個の入力ポートを有する第1の構成のサブスイッチと、mとは異なる数の入力ポートを有する第2の構成のサブスイッチとを含む、1段目と、
前記1段目の前記複数のサブスイッチの出力ポートが接続され、複数のサブスイッチを含む2段目と、
前記2段目の前記複数のサブスイッチの出力ポートが接続され、複数のサブスイッチからなる3段目であって、n個の出力ポートを有する第3の構成のサブスイッチと、nとは異なる数の出力ポートを有する第4の構成のサブスイッチとを含む、3段目と
を備え、
前記サブスイッチの各々は、複数の要素スイッチ回路を含み、前記要素スイッチ回路は、縦続接続された2以上のマッハツッンダ干渉計と、各々のマッハツッンダ干渉計の一方のアーム導波路上に形成されたヒータとを含み、
前記1段目、前記2段目および前記3段目のすべてのサブスイッチが単一のウェファに配置されており、
前記要素スイッチ回路が、各段において1つ以上のスイッチ領域に分けて形成され、隣接するスイッチ領域を接続する導波路のみで構成される導波路領域が、前記スイッチ領域と交互に配置され、前記スイッチ領域および前記導波路領域が、当該光スイッチの入力側から前記1段目、前記2段目、前記3段目の順に出力側に向かってジグザグ状に配置されており、
前記ヒータを駆動する電気配線を集線して外部と接続をするコネクタが、異なる段にある前記スイッチ領域にまたがって配置されている
ことを特徴とする光スイッチ。 A three-stage Clos-type optical switch having M input ports and N output ports,
a first stage of sub-switches, the first stage including a first configuration of sub-switches having m input ports and a second configuration of sub-switches having a number of input ports different from m;
a second stage including a plurality of sub-switches to which output ports of the plurality of sub-switches of the first stage are connected;
a third stage comprising a plurality of sub-switches to which output ports of the plurality of sub-switches of the second stage are connected, the third stage including a sub-switch of a third configuration having n output ports and a sub-switch of a fourth configuration having a number of output ports different from n;
Each of the sub-switches includes a plurality of element switch circuits, and the element switch circuits include two or more cascaded Mach-Zehnder interferometers and a heater formed on one arm waveguide of each of the Mach-Zehnder interferometers;
all of the sub-switches in the first stage, the second stage and the third stage are disposed on a single wafer;
the element switch circuits are divided into one or more switch regions in each stage, and waveguide regions each consisting of only a waveguide connecting adjacent switch regions are arranged alternately with the switch regions, and the switch regions and the waveguide regions are arranged in a zigzag pattern from the input side of the optical switch toward the output side in the order of the first stage, the second stage, and the third stage,
an electrical wiring connector for connecting the electrical wiring for driving the heater to an external device, the electrical wiring connector being disposed across the switch regions in different stages;
前記第1の構成のサブスイッチの入力ポート数mと、前記第3の構成のサブスイッチの出力ポート数nが等しく、かつ、前記第2の構成のサブスイッチの入力ポート数と、前記第4の構成のサブスイッチの出力ポート数が等しいことを特徴とする請求項1に記載の光スイッチ。 the number of input ports M and the number of output ports N are equal;
The optical switch described in claim 1, characterized in that the number m of input ports of the sub-switch of the first configuration is equal to the number n of output ports of the sub-switch of the third configuration, and the number of input ports of the sub-switch of the second configuration is equal to the number of output ports of the sub-switch of the fourth configuration.
前記1段目は、1つの4×8スイッチおよび12の5×9スイッチを含み、
前記2段目は、8の13×13スイッチおよび1つの12×12スイッチを含み、
前記3段目は、1つの8×4スイッチおよび12の9×5スイッチを含むことを特徴とする請求項2に記載の光スイッチ。 M=N=64,
the first stage includes one 4×8 switch and twelve 5×9 switches;
the second stage includes eight 13×13 switches and one 12×12 switch;
The optical switch of claim 2, wherein the third stage includes one 8x4 switch and twelve 9x5 switches.
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|---|---|---|---|---|
| JP2002101432A (en) | 2000-07-21 | 2002-04-05 | Fujitsu Ltd | Optical switch network, optical cross-connect device, and optical add / drop device |
| JP2003098371A (en) | 2001-09-20 | 2003-04-03 | Fujitsu Ltd | Optical wiring board having flattened electrical wiring |
| JP2006292872A (en) | 2005-04-07 | 2006-10-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Matrix optical switch |
| WO2016157819A1 (en) | 2015-03-30 | 2016-10-06 | 日本電気株式会社 | Optical circuit, and optical switch using same |
| US20170171646A1 (en) | 2015-12-11 | 2017-06-15 | Hamid Mehrvar | Modular Photonic Switch Architecture |
| WO2019107571A1 (en) | 2017-12-01 | 2019-06-06 | 日本電信電話株式会社 | Planar-lightwave-type optical device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3163590B2 (en) * | 1992-10-21 | 2001-05-08 | 日本電信電話株式会社 | Light switch |
| JP3253007B2 (en) * | 1996-04-30 | 2002-02-04 | 日本電信電話株式会社 | Waveguide-type optical switch pair and waveguide-type matrix optical switch |
-
2022
- 2022-04-15 JP JP2022067592A patent/JP7689342B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002101432A (en) | 2000-07-21 | 2002-04-05 | Fujitsu Ltd | Optical switch network, optical cross-connect device, and optical add / drop device |
| JP2003098371A (en) | 2001-09-20 | 2003-04-03 | Fujitsu Ltd | Optical wiring board having flattened electrical wiring |
| JP2006292872A (en) | 2005-04-07 | 2006-10-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Matrix optical switch |
| WO2016157819A1 (en) | 2015-03-30 | 2016-10-06 | 日本電気株式会社 | Optical circuit, and optical switch using same |
| US20170171646A1 (en) | 2015-12-11 | 2017-06-15 | Hamid Mehrvar | Modular Photonic Switch Architecture |
| WO2019107571A1 (en) | 2017-12-01 | 2019-06-06 | 日本電信電話株式会社 | Planar-lightwave-type optical device |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| DANILEWICZ, G. et al.,The Architecture and Strict-Sense Nonblocking Conditions of a New Baseline-Based Optical Switching Network Composed of Symmetrical and Asymmetrical Switching Elements,IEEE Transactions on Communications,Vol. 62, No. 3,2014年03月,p.1058-1069,DOI: 10.1109/TCOMM.2013.112313.120661 |
| SOUMA, S. et al.,Silica-based PLC Type 32 x 32 Optical Matrix Switch,2006 European Conference on Optical Communications,2006年09月,p.1-2 |
| VARMA, Anujan et al.,Asymmetrical Multiconnection Three-Stage Clos Networks,Proceedings Sixth International Parallel Processing Symposium,1992年,pp.411-414,10.1109/IPPS.1992.223010 |
| YANAGIHARA, Ai et al.,Surface Mount Technology for Silica-Based Planar Lightwave Circuit and Its Application to Compact 1616 Multicast Switch,IEICE Transactions on Electronics,2020年11月01日,Vol. E103.C, No. 11,p.679-684,DOI: 10.1587/transele.2019ocp0008 |
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| Publication number | Publication date |
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