光スイッチ及び波長選択スイッチ
【課題】多光束干渉によって生じるサイドローブを抑圧し、消光比の高い光スイッチ及び波長選択スイッチを提供する。
【解決手段】入力ポート（１１０２）に入力された光波（光信号）を分岐する入力分岐部（１１０４，０００６）と、入力分岐部で分岐された光波の位相を変調する位相シフタ部（１１１０）と、位相シフタ部で変調された光波を合波してＭ個の出力ポート（１２０２）に出力する出力合波部（１２０６，１２０４）を備える。Ｍは２以上の整数、ＮはＭ以上かつ３以上の整数である。入力分岐部は、入力ポートから入力された光波を、Ｎ個に分岐する入力分岐手段と、入力分岐手段によりＮ個に分岐された光波がそれぞれ通過するＮ個の入力部出力導波路とを有し、ｉをＮ以下の整数とし、Ｎ個の入力部出力導波路のうちｉ番目の入力部出力導波路を通過して出力ポートに結合する光波の電界振幅の相対比が（Ｎ−１）！／［（Ｎ−ｉ）！（ｉ−１）！］となるように構成されている。
【解決手段】入力ポート（１１０２）に入力された光波（光信号）を分岐する入力分岐部（１１０４，０００６）と、入力分岐部で分岐された光波の位相を変調する位相シフタ部（１１１０）と、位相シフタ部で変調された光波を合波してＭ個の出力ポート（１２０２）に出力する出力合波部（１２０６，１２０４）を備える。Ｍは２以上の整数、ＮはＭ以上かつ３以上の整数である。入力分岐部は、入力ポートから入力された光波を、Ｎ個に分岐する入力分岐手段と、入力分岐手段によりＮ個に分岐された光波がそれぞれ通過するＮ個の入力部出力導波路とを有し、ｉをＮ以下の整数とし、Ｎ個の入力部出力導波路のうちｉ番目の入力部出力導波路を通過して出力ポートに結合する光波の電界振幅の相対比が（Ｎ−１）！／［（Ｎ−ｉ）！（ｉ−１）！］となるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信におけるルーティングデバイスなどとして使用される光スイッチ及び波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを伝送媒体とする光通信技術は、信号の伝送距離の拡大をもたらし、大規模な光通信網が構築されてきた。近年では、インターネット通信が広範に普及するのに伴って、通信トラフィックが急速に増大しており、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化の要求が高まっている。これまでに、波長の異なる複数の光信号を１本の伝送路で同時に伝送する波長分割多重通信技術の導入によって、二地点間の伝送容量を増大することが可能となった。しかし、通信網においては、複数の伝送路が集まるノードにおいて、信号の経路を設定（ルーティング）をしたり、切替（スイッチング）をしたりする必要があり、伝送容量の増大に伴って、これらの信号処理がボトルネックになってきている。これまでは、伝送されてきた光信号を一旦電気信号に変換した後に経路設定や経路切替を行ない、再び電気信号を光信号に変換して伝送路に送出する方式が用いられてきたが、今後は光信号を電気信号に変換することなく、信号経路の設定や切替処理を行なう方式を用いることによって、ノードのスループットを飛躍的に拡大することができるものと期待されている。
【０００３】
このような方式の一つとして、複数のノードをリング状またはバス状に接続した再構成可能光アドドロップ多重（ＲＯＡＤＭ：Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing）システムが知られている。ＲＯＡＤＭシステムの各ノードには、波長毎に接続を切り替える光スイッチが装備されており、波長多重光信号のうち任意の波長の光信号について、一方の光ファイバ伝送路から入力された光信号を、他方の光ファイバ伝送路へ出力するスルーモードと、光ファイバ伝送路側から入力された光信号をノードに接続された端局装置に出力する（ドロップ動作）とともに、端局装置から入力された光信号を光ファイバ伝送路に出力する（アド動作）アド／ドロップモードとの切り替えが可能である。
【０００４】
このようなＲＯＡＤＭシステムの光信号切替部には、これまで主として、波長合分波器と多連の光スイッチの組合せが用いられてきた。しかし、最近では、アド／ドロップポートも含め全ての入出力ポートを波長多重化した波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）が、広い通過帯域特性や、多ポート化への拡張性などの特徴から、注目されてきている。
【０００５】
従来、波長選択スイッチの構成として、種々の形式が知られているが、その一つとして、平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）上に作製された、多光束干渉のためのスラブ導波路と、それに接続された複数のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）と、集光レンズ系、及び位相変調器とで構成されたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
図１は特許文献１に記載の従来の１入力５出力の波長選択スイッチの概略図である。
図１に示す従来の光スイッチは、石英系光導波路１００と、１４個のシリンドリカルレンズ２００−１〜２００−１４と、１４個の集光レンズ３００−１〜３００−１４、および１４個の位相変調器４００−１〜４００−１４とを備える。図１において、石英系光導波路１００の基板における信号光の出射端面と水平な方向をｘ、垂直な方向をｙとし、光波の進行方向すなわち光軸をｚとする。
【０００７】
石英系光導波路１００は、石英系基板上に各々作製された、５個の入出力導波路１０２−１〜１０２−５に接続された第１スラブ導波路１０４と、１４個のアレイ導波路回折格子１１０−１〜１１０−１４と、第１スラブ導波路１０４とアレイ導波路回折格子１１０−１〜１１０−１４とを接続する１４個の接続導波路１０６−１〜１０６−１４とを備える。
【０００８】
アレイ導波路回折格子１１０は各々、接続導波路１０６と接続された第２スラブ導波路１１２と、第２スラブ導波路１１２に接続されたアレイ導波路１１４とを備える。
【０００９】
シリンドリカルレンズ２００−１〜２００−１４は各々、アレイ導波路１１４−１〜１１４−１４の第２スラブ導波路１１２−１〜１１２−１４と異なる端に配置され、アレイ導波路１１４−１〜１１４−１４から波長分離されて出射される各光信号を、石英基板面に垂直な方向（y方向）に拡がることなく、集光レンズ３００へ入射するように作用する。
【００１０】
集光レンズ３００−１〜３００−１４は各々、波長分離された各光信号を位相変調器４００−１〜４００−１４に集光する。
【００１１】
位相変調器４００−１〜４００−１４の各々は、波長分離された各光信号に対して任意の位相シフトを与え、集光レンズ３００−１〜３００−１４、シリンドリカルレンズ２００−１〜２００−１４を介してアレイ導波路１１４−１〜１１４−１４へ結合するように反射する位相制御素子を備える。
【００１２】
入出力導波路１０２、第１スラブ導波路１０４および接続導波路１０６は、スイッチング部を構成する。アレイ導波路格子１１０、シリンドリカルレンズ２００および集光レンズ３００は分光部を構成する。位相変調器４００は位相変調部を構成する。
【００１３】
次に、図１に示す従来の波長選択スイッチの動作を説明する。
複数の波長が多重された信号光は、入出力兼用の入出力導波路１０２−３を導波して第１スラブ導波路１０４の第１スラブ入出力面へ入射する。第１スラブ入出力面へ入射した信号光は、第１スラブ導波路１０４において、１４個の信号光に分岐され各々接続導波路１０６−１〜１０６−１４へ結合される。
【００１４】
各信号光は、接続導波路１０６−１〜１０６−１４を導波してアレイ導波路格子１１０−１〜１１０−１４へ入射する。接続導波路１０６−１を導波してアレイ導波路格子１１０−１へ入射した信号光は、アレイ導波路格子１１０−１の第２スラブ導波路１１２−１およびアレイ導波路１１４−１を導波することで、波長分離されて石英系光導波路１００から出射する。接続導波路１０６−２〜１０６−１４を導波した信号光も同様に、波長分離されて石英系光導波路１００から出射する。
【００１５】
アレイ導波路格子１１０−１において波長分離された複数の波長の光信号の各々は、シリンドリカルレンズ２００−１および集光レンズ３００−１を透過して、位相変調器４００−１に入射して、位相変調器４００−１において位相シフトを与えられて、反射により光路が反転する。アレイ導波路格子１１０−２〜１１０−１４において波長分離された複数の波長の光信号の各々も同様に、位相変調器４００−２〜４００−１４へ入射して、独立に位相シフトを与えられて、反射により光路が反転する。
【００１６】
位相変調器４００−１において位相シフトを与えられて、光路が反転した各波長の光信号は、集光レンズ３００−１およびシリンドリカルレンズ２００−１を透過して、アレイ導波路格子１１０−１に結合される。さらに、光路が反転した各波長の光信号は、アレイ導波路格子１１０−１において波長合成された後に、接続導波路１０６−１に結合されて、再び第１スラブ導波路１０４へ入射する。位相変調器４００−２〜４００−１４において位相シフトを与えられ、光路が反転した各波長の光信号も同様に、再び第１スラブ導波路１０４へ入射する。
【００１７】
再び第１スラブ導波路１０４へ入射した光信号のある波長成分は、多光束干渉により第１スラブ導波路入出力面Ｐに干渉縞を形成する。このとき、位相変調器４００−１〜４００−１４において付与する位相変調量を制御することで、干渉縞が形成される位置および干渉縞の光強度を制御することができる。したがって、波長選択スイッチに入射した光信号の所望の波長成分を、所望の光強度で所望の入出力導波路１０２−１〜１０２−５へ結合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００９−１９８８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、図１に示したような波長選択スイッチでは、従来、多光束干渉によって生じるサイドローブによって消光比が制限されるという問題があった。
【００２０】
表１に、特許文献１に記載されている光回路のパラメータを示す。このとき、各接続導波路を通過して、出力導波路に結合する電界振幅の相対比を計算すると、表２のようになる。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
図２に、上記のパラメータを用いた場合に、第１スラブ入出力面Ｐに形成される干渉縞の計算結果を示す。中央（ｘ＝０）の近傍でおよそ−３０ｄＢ程度のサイドローブが生じており、中央の干渉縞から離れるにしたがって回折の効果により強度が減少はしていくが、隣の干渉縞の位置（ｘ＝６５．４μｍ）との中間点近傍においても−４０ｄＢ程度のサイドローブが生じている。このようなサイドローブは、導波路の製造誤差や位相設定の誤差によってクロストークを発生し、遮断ポートの消光比を劣化させる要因となる。
【００２４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、多光束干渉によって生じるサイドローブを抑圧し、消光比の高い光スイッチ及び波長選択スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光スイッチであって、入力ポートと、Ｎを３以上の整数とし、前記入力ポートに入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐部と、前記分岐した光波の各々の位相を変調する位相シフタ部と、Ｍを２以上Ｎ以下の整数とし、前記位相が変調された光波を合波してＭ個の出力ポートに出力する出力合波部とを備え、前記入力分岐部は、平面光波回路上に形成された、前記入力ポートから入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐手段および分岐したＮ個の光波がそれぞれ導波するＮ個の入力部出力導波路を備え、前記入力分岐手段および前記入力部出力導波路は、前記Ｎ個の入力部出力導波路のうちｉ番目の入力部出力導波路を導波して前記出力ポートに結合する前記光波の電界振幅の相対比が
【００２６】
【数１】
【００２７】
となるように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、波長選択スイッチであって、入力ポートと、Ｎを３以上の整数とし、前記入力ポートに入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐部と、前記分岐した光波の各々の位相を変調する位相シフタ部と、Ｍを２以上Ｎ以下の整数とし、前記変調された光波を合波してＭ個の出力ポートに出力する出力合波部とを備え、前記入力分岐部は、平面光波回路上に形成された、前記入力ポートから入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐手段と、分岐したＮ個の光波がそれぞれ導波するＮ個の入力部出力導波路と、Ｎ個の前記入力部出力導波路のうちの１つに各々が接続された、入力された光波をＬ個の波長の光波に分離する少なくとも（Ｎ−１）個の波長分離手段とを備え、前記出力合波部は、平面光波回路上に形成された、前記Ｌ個の波長に分離され、位相が変調された光波を波長合波する少なくとも（Ｎ−１）個の波長合波手段と、位相が変調されたＮ個の光波が結合されるＮ個の出力部入力導波路と、前記出力部入力導波路に接続され、入力された光波を前記Ｍ個の出力ポートに出力する出力合分岐手段とを備え、前記入力分岐手段および前記入力部出力導波路ならびに前記出力合分岐手段および前記出力部入力導波路は、前記Ｎ個の入力部出力導波路および前記出力部入力導波路のうちｉ番目の前記入力部出力導波路および前記出力部入力導波路を通過して前記出力ポートに結合する前記光波の電界振幅の相対比が
【００２９】
【数２】
【００３０】
となるように構成されたことを特徴とする。
【００３１】
一実施形態では、前記位相シフタ部を反射型の位相変調器で構成し、前記入力分岐部と前記出力合波部とを同一の光回路で構成することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、多光束干渉により動作する光スイッチ及び波長選択スイッチにおいて、多光束干渉を生じる各光信号の電界振幅の相対比を
【００３３】
【数３】
【００３４】
となるように設定することで、多光束干渉により生じる干渉縞のサイドローブを抑圧し、高い消光比を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略図である。
【図２】従来の波長選択スイッチにおいて、第１スラブ入出力面に形成される干渉縞の計算結果を示す図である。
【図３】本発明に係る光スイッチの概略図である。
【図４】本発明に係る光スイッチにおいて、第２スラブ出力面に形成される干渉縞の計算結果を示す図である。
【図５】本発明に係る波長選択スイッチの概略図である。
【図６】本発明に係る波長選択スイッチにおいて、第１スラブ入出力面に形成される干渉縞の計算結果を示す図である。
【図７】図３に示した光スイッチの変形例である、反射型の光スイッチの概略図である。
【図８】図５に示した波長選択スイッチの変形である、透過型の波長選択スイッチの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明に係る光スイッチ及び波長選択スイッチは、入力ポートに入力された光波（光信号）を分岐する入力分岐部と、入力分岐部で分岐された光波の位相を変調する位相シフタ部と、位相シフタ部で変調された光波を合波してＭ個の出力ポートに出力する出力合波部を備える。Ｍは２以上の整数であり、ＮはＭ以上かつ３以上の整数である。
【００３７】
入力分岐部は、入力ポートから入力された光波を、Ｎ個に分岐する入力分岐手段と、入力分岐手段によりＮ個に分岐された光波がそれぞれ通過するＮ個の入力部出力導波路とを有する。入力分岐部は、ｉをＮ以下の整数とし、Ｎ個の入力部出力導波路のうちｉ番目の入力部出力導波路を通過して出力ポートに結合する光波の電界振幅の相対比が
【００３８】
【数４】
【００３９】
となるように構成または設定されている。
【００４０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００４１】
（第１の実施形態）
図３は、本実施形態の１入力５出力（入力ポートが１つと、出力ポートが５つ）の光スイッチの概略図である。すなわち、図３は、Ｍ＝５、Ｎ＝１４とした場合の光スイッチの概略図である。図３において、石英系光導波路１１００の基板における信号光の出射端面と水平な方向をｘ、垂直な方向をｙとし、光波の進行方向すなわち光軸をｚとする。
【００４２】
図３に示す光スイッチは、図１に示す従来の波長選択スイッチにおいて、分光部を削除し、かつ位相変調部を熱光学位相シフタにより構成するとともに、さらに光回路を透過型の構成として、スイッチング部および位相変調部をすべてＰＬＣ上に作製したものである。
【００４３】
図３に示す光スイッチは、石英系光導波路１１００上に各々作製された、１個の入力導波路１１０２に接続された第１スラブ導波路１１０４と、１４個の熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４と、第１スラブ導波路１１０４と熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４とを接続する１４個の接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４と、５個の出力導波路１２０２−１〜１２０２−５に接続された第２スラブ導波路１２０４と、第２スラブ導波路１２０４と熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４とを接続する１４個の接続導波路１２０６−１〜１２０６−１４とを備える。
【００４４】
入力導波路１１０２は、光スイッチの入力ポートである。第１スラブ導波路１１０４は、入力分岐手段を構成する。接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４は、入力部出力導波路を構成する。第１スラブ導波路１１０４および接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４は共に、入力分岐部を構成する。
【００４５】
入力分岐部は、１４個の接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４及び１２０６−１〜１２０６−１４のうちi番目の導波路を通過して出力導波路１２０２−１〜１２０２−５に結合する光電界振幅の相対比が
【００４６】
【数５】
【００４７】
となるように設定あるいは構成されている。具体的には、端の接続導波路１１０６−１及び１２０６−１、もしくは、１１０６−１４及び１２０６−１４を通過する光強度を１とした場合の強度比が表３−１になるように構成されている。表３−１の値を、中央の接続導波路１１０６−７及び１２０６−７、もしくは、１１０６−８及び１２０６−８を通過する光強度を１とした場合に換算すると表３−２に示すようになる。
【００４８】
【表３−１】
【００４９】
【表３−２】
【００５０】
表３−１および３−２に示すような光強度比は、表４−１に示すように、第１スラブ導波路１１０４の長さを３７５μｍ、接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４の隣接間隔をｄ２＝１０μｍとし、かつ、スラブ境界面における各接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４の導波路幅の相対値を表４−２に示す値に設定することで実現できる。
【００５１】
【表４−１】
【００５２】
【表４−２】
【００５３】
熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４は、位相シフタ部の一構成例である。熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４は、導波路と薄膜ヒータとを積層した位相シフタ導波路とすることができる。別の位相シフタ部の構成例は、導波路と薄膜電極とを積層した位相シフタ導波路とすることができる。
【００５４】
出力導波路１２０２−１〜１２０５−５は、光スイッチの出力ポートである。第２スラブ導波路１２０４および接続導波路１２０６−１〜１２０６−１４はそれぞれ、第１スラブ導波路１１０４および接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４と同様に構成される。第２スラブ導波路１２０４及び接続導波路１２０６−１〜１２０６−１４は共に、出力合波部を構成する。
【００５５】
次に、図３に示す光スイッチの動作を説明する。
入力導波路１１０２に入力された信号光は、第１スラブ導波路１１０４の第１スラブ入力面（入力導波路１１０２が接続された面）へ入射し、第１スラブ導波路１１０４において、１４個の信号光に分岐され各々接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４へ結合される。接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４を導波する光信号の光強度の相対比は
【００５６】
【数６】
【００５７】
である。
【００５８】
各信号光は、接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４を導波して熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４へ入射する。熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４により、独立に位相シフトを与えられた各信号光は、接続導波路１２０６−１〜１２０６−１４を導波して、第２スラブ導波路１２０４へ入射する。
【００５９】
第２スラブ導波路１２０４へ入射した各光信号は、多光束干渉により第２スラブ導波路出力面（出力導波路１２０２が接続された面）に干渉縞を形成する。このとき、熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４において付与する位相変調量を制御することで、干渉縞が形成される位置および干渉縞の光強度を制御することができる。したがって、光スイッチに入射した光信号を、所望の光強度で所望の出力導波路１２０２−１〜１２０２−５へ結合することができる。
【００６０】
例えば、１４個に分岐した光信号はそれぞれ熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４において独立に位相変調を受ける（位相がシフトされる）が、このとき、熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４による位相設定（位相分布）を０、α×２π／Ｎ、α×２×２π／Ｎ、α×３×２π／Ｎ、・・・α×（Ｎ−１）×２π／Ｎのように線形に設定する。このように位相分布を線形に設定することで、干渉縞の強度がピークとなる位置は、第２スラブ導波路の出力面上をほぼ線形に移動する。αは定数であり、光信号を出力したい出力ポートに対応する。
【００６１】
図４に、上記のパラメータを用いた場合に、第２スラブ出力面に形成される干渉縞の計算結果を示す。隣の干渉縞の位置（Ｘ＝６５．４μｍ）との間のサイドローブが効果的に抑圧されていることがわかる。
【００６２】
（実施例１）
コアとクラッドの比屈折率差Δ＝１．５％のシリカガラス系ＰＬＣを用いて、第１の実施形態に基づく１入力５出力の光スイッチを作製した。５個の出力ポートのうちの１個に光が出力されるように熱光学位相シフタの印加電力を調整したとき、残る４つの遮断出力ポートにおける消光比を測定した結果、いずれも４０ｄB以上であった。
【００６３】
以上、第１の実施形態では、入力ポート数を１、出力ポート数Ｍを５、Ｎ＝１４とした場合の光スイッチの構成例を説明した。しかしながら、本発明に係る光スイッチは、これに限定されるものではない。光スイッチの出力ポート数Ｍを２以上の任意の数とすることができる。また、入力ポート数を２以上とし、ＮをＭ以上かつ３以上として本発明を実施することができる。さらに、本発明は、図３に示す透過型の光スイッチの変形形態として以下に説明する反射型の光スイッチとしても実施することができる。
【００６４】
（変形形態）
図７に示す光スイッチは、図３に示す光スイッチと同様に、１入力５出力（入力ポートが１つと、出力ポートが５つ）の光スイッチの概略図である。すなわち、図７は、Ｍ＝５、Ｎ＝１４とした場合の反射型の光スイッチの概略図である。
【００６５】
図７に示す光スイッチは、石英系光導波路１１００上に各々作製された、５個の入出力導波路１３０２−１〜５に接続された第１スラブ導波路１１０４と、１４個の熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４と、第１スラブ導波路１１０４と熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４とを接続する１４個の接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４とを備える。石英系光導波路１１００の端（熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４の接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４が接続された端と異なる端側）に、ミラー１３０４が備えられている。
【００６６】
入出力導波路１３０２−１〜１３０２−５のうち、入出力導波路１３０２−３は、サーキュレータ（図示しない）が接続された入出力兼用の導波路であり、入力ポートおよび出力ポートを構成する。入出力導波路１３０２−１、１３０２−２、１３０２−４および１３０２−５は、出力ポートを構成する。
【００６７】
第１スラブ導波路１１０４および接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４は、図３に示す光スイッチと同様に、入力分岐部を構成する。また、第１スラブ導波路１１０４および接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４は、出力合波部を構成する。
【００６８】
図７の光スイッチにおいて、入出力導波路１３０２−３に入力された信号光は、図３に示す光スイッチと同様に、第１スラブ導波路１１０４の第１スラブ入力面（入出力導波路１３０２が接続された）へ入射し、第１スラブ導波路１１０４において１４個の信号光に分岐され、熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４により独立に位相シフトを与えられ、ミラー１３０４により反射され光路を反転し、熱光学位相シフタ１１１０、接続導波路１１０６を導波して再び第１スラブ導波路へ入射する。
【００６９】
第１スラブ導波路１２０４へ入射した各光信号は、多光束干渉により第１スラブ導波路出力面（すなわち、第１スラブ入力面と同じ面）に干渉縞を形成する。図３に示す光スイッチと同様に、位相変調量を制御することで、干渉縞が形成される位置および干渉縞の光強度を制御することができる。したがって、光スイッチに入射した光信号を、所望の光強度で所望の入出力導波路１３０２−１〜１２０２−５へ結合することができる。
【００７０】
（第２の実施形態）
図５は、本実施形態の１入力２出力（入力ポートが１つと、出力ポートが２つ（すなわちＭ＝２））の波長選択スイッチであり、Ｎ＝６とした場合の波長選択スイッチの概略図である。図５において、石英系光導波路２１００の基板における信号光の出射端面と水平な方向をｘ、垂直な方向をｙとし、光波（信号光）の進行方向すなわち光軸をｚとする。
【００７１】
図５に示す波長選択スイッチは、石英系光導波路２１００と、シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６と、集光レンズ２３００−１〜２３００−６と、位相変調器２４００−１〜２４００−６とを備える。
【００７２】
石英系光導波路２１００は、石英系基板上に各々作製された、２個の入出力導波路２１０２−１〜２１０２−２に接続された第１スラブ導波路２１０４と、６個のアレイ導波路回折格子２１１０−１〜２１１０−６と、第１スラブ導波路２１０４とアレイ導波路回折格子２１１０−１〜２１１０−６とを接続する６個の接続導波路２１０６−１〜２１０６−６とを備える。各アレイ導波路回折格子２１１０は、１個の接続導波路２１０６と接続された第２スラブ導波路２１１２と、第２スラブ導波路２１１２に接続されたアレイ導波路２１１４とを備える。
【００７３】
入出力導波路２１０２−１〜２１０２−２のうち、入出力導波路２１０２−１は、サーキュレータ（図示しない）が接続された入出力兼用の導波路であり、入力ポートおよび出力ポートを構成する。入出力導波路２１０２−２は、出力ポートを構成する。
【００７４】
第１スラブ導波路２１０４は、入力分岐手段を構成する。接続導波路２１０６−１〜２１０６−６は、入力部出力導波路を構成する。第１スラブ導波路２１０４および接続導波路２１０６−１〜２１０６−６は共に、入力分岐部を構成する。また、第１スラブ導波路２１０４は、出力合分岐手段を構成する。接続導波路２１０６−１〜２１０６−６は、出力部入力導波路を構成する。第１スラブ導波路２１０４および接続導波路２１０６−１〜２１０６−６は、出力合波部を構成する。
【００７５】
入力分岐部は、６個の接続導波路２１０６−１〜２１０６−６のうちｉ番目の導波路を通過して入出力導波路２１０２−１および出力導波路２１０２−２に結合する光電界振幅の相対比が
【００７６】
【数７】
【００７７】
となるように設定あるいは構成されている。具体的には、端の接続導波路２１０６−１、もしくは、２１０６−６を通過する光強度を１とした場合の強度比が表５−１になるようにする。表５−１の値を、中央の接続導波路２１０６−３、もしくは、２１０６−４を通過する光強度を１とした場合に換算すると表５−２に示すようになる。
【００７８】
【表５−１】
【００７９】
【表５−２】
【００８０】
表５−１および５−２に示すような光強度比は、表６−１に示すように、第１スラブ導波路２１０４の長さを３６２μｍ、接続導波路２１０６−１〜２１０６−６の隣接間隔をｄ２＝１５μｍとし、かつ、スラブ境界面における各接続導波路２１０６−１〜２１０６−６の導波路幅の相対値を表６−２に示す値に設定することで実現できる。
【００８１】
【表６−１】
【００８２】
【表６−２】
【００８３】
アレイ導波路回折格子２１１０−１〜２１１０−６は、入力された光波をＬ個の波長の光波に分離する波長分離手段を構成する。Ｌは、波長選択スイッチへ入力される波長多重光信号に多重された光信号（光波）の波長の数である。
【００８４】
シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６は、アレイ導波路２１１４−１〜２１１４−６の第２スラブ導波路２１１２と異なる端に配置され、アレイ導波路２１１４−１〜２１１４−６から波長分離されて出射される各光信号を、石英基板面に垂直な方向（y方向）に拡がることなく、集光レンズ２３００へ入射するように作用する。
【００８５】
集光レンズ２３００−１〜２３００−６は、波長分離された各光信号を位相変調器２４００−１〜２４００−６に集光する。
【００８６】
位相変調器２４００−１〜２４００−６は、波長分離された各光信号に対して任意の位相シフトを与え、集光レンズ２３００−１〜２３００−６、シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６を介してアレイ導波路２１１４−１〜２１１４−６へ結合するように反射する位相制御素子を備える。例えば、位相変調器２４００を、ｘ方向に配列された液晶などに代表される屈折率変調素子を用いたデバイス、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）と呼ばれるデバイスを用いて構成することができる。ＬＣＯＳは、シリコン基板の表面に少なくとも波長分離された光信号の数の液晶素子（セル）を配列した反射型のデバイスである。各液晶素子（セル）は位相制御素子として入射した光信号に位相差を与えるとともに、光路を反転するように作用する。例えば、波長多重された信号からＮ個に分岐されたある波長を有する光信号は、位相変調器２４００を構成する異なる位相制御素子（液晶素子（セル））に集光し位相変調を受けるが、このとき、位相変調器２４００を構成する位相制御素子による位相設定（位相分布）を０、α×２π／Ｎ、α×２×２π／Ｎ、α×３×２π／Ｎ、・・・α×（Ｎ−１）×２π／Ｎのように線形に設定する。このように位相分布を線形に設定することで、干渉縞の強度がピークとなる位置は、第１スラブ導波路の入出力面（入出力導波路２１０２側の面）上をほぼ線形に移動する。ここで、αは定数であり、当該ある波長の光信号を出力したい出力ポートに対応する。さらに、波長毎に別々の位相制御素子（液晶素子（セル））を対応させることで、波長毎のルーティング（波長選択）が可能となる。
【００８７】
入出力導波路２１０２、第１スラブ導波路２１０４および接続導波路２１０６は、スイッチング部を構成する。アレイ導波路格子２１１０、シリンドリカルレンズ２２００および集光レンズ２３００は分光部を構成する。位相変調器２４００は位相変調部を構成する。
【００８８】
図６に、上記のパラメータを用いた場合に、第１スラブ入出力面に形成される干渉縞の計算結果を示す。隣の干渉縞の位置（ｘ＝２６．３μｍ）との間のサイドローブが効果的に抑圧されていることがわかる。
【００８９】
次に、図５に示す本発明に係る波長選択スイッチの動作を説明する。
複数の波長が多重された信号光は、入出力兼用の入出力導波路２１０２−１を導波して第１スラブ導波路２１０４の第１スラブ入出力面（入出力導波路２１０２−１が接続された面）へ入射し、第１スラブ導波路２１０４において６個の信号光に分岐され各々接続導波路２１０６−１〜２１０６−６へ結合される。接続導波路２１０６−１〜２１０６−６を導波する光信号の光強度の相対比は
【００９０】
【数８】
【００９１】
である。
【００９２】
各信号光は、接続導波路２１０６−１〜２１０６−６を導波してアレイ導波路格子２１１０−１〜２１１０−６へ入射する。接続導波路２１０６−１を導波してアレイ導波路格子２１１０−１へ入射した信号光は、第２スラブ導波路２１１２−１およびアレイ導波路２１１４−１を導波することで、波長分離されて石英系光導波路２１００から所定の角度で出射する。接続導波路２１０６−２を導波した信号光も同様に波長分離されて、接続導波路２１０６−１を導波した信号光とは異なる角度で、石英系光導波路２１００から出射する。接続導波路２１０６−３〜２１０６−６を導波した信号光も同様に、波長分離されて、互いに異なる角度で石英系光導波路２１００から出射する。
【００９３】
アレイ導波路格子２１１０−１〜２１１０−６において波長分離された複数の波長の光信号の各々は、シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６および集光レンズ２３００−１〜２３００−６を透過して、位相変調器２４００−１〜２４００−６へ入射して、位相変調器２４００−１において位相シフトを与えられて、反射により光路が反転する。
【００９４】
位相変調器２４００において位相シフトを与えられて、光路が反転した各波長の光信号は、集光レンズ２３００およびシリンドリカルレンズ２２００を透過して、アレイ導波路格子２１１０に結合される。例えば、光路が反転する前に接続導波路２１０６−１を導波した各波長の光信号は、光路が反転した後、アレイ導波路格子２１１０−１において波長合成された後に、再び接続導波路２１０６−１に結合されて、第１スラブ導波路２１０４へ入射する。接続導波路２１０６−２〜６を導波した後、位相変調器２４００−２〜２４００−６において位相シフトを与えられ、光路が反転した各波長の光信号も同様に、再び接続導波路２１０６−２〜６に結合されて、第１スラブ導波路２１０４へ入射する。
【００９５】
再び第１スラブ導波路２１０４へ入射した光信号のある波長成分は、多光束干渉により第１スラブ導波路の入出力面に干渉縞を形成する。このとき、位相変調器２４００−１〜２４００−６において付与する位相変調量を制御することで、干渉縞が形成される位置および干渉縞の光強度を制御することができる。したがって、波長選択スイッチに入射した光信号の所望の波長成分を、所望の光強度で所望の入出力導波路２１０２−１〜２１０２−２へ結合することができる。
【００９６】
なお、本実施形態では、接続導波路２１０６−１〜２１０６−６のすべてをアレイ導波路格子２１１０と接続したが、そのうちのいずれか１個をアレイ導波路格子２１１０に接続しなくても良い。つまり、アレイ導波路格子２１１０に接続しない接続導波路２１０６の長さをアレイ導波路格子２１１０の導波路長と等しくし、さらに、アレイ導波路格子２１１０に接続しない接続導波路２１０６を導波する光信号を基準として、他のアレイ導波路格子２１１０を導波する光信号に対する位相変調量を決定するように構成しても良い。
【００９７】
（実施例２）
コアとクラッドの比屈折率差Δ＝１．５％のシリカガラス系ＰＬＣと、反射型の液晶位相変調器アレイを用いて、第２の実施形態に基づく１入力２出力の波長選択スイッチ（波長数Ｌ＝４０）を作製した。作製した波長選択スイッチの消光比を各波長について測定した結果、いずれも４０ｄＢ以上であった。
【００９８】
以上、第２の実施形態では、入力ポート数を１、出力ポート数Ｍを２、Ｎ＝６とした場合を説明した。しかしながら、本発明に係る波長選択スイッチは、これに限定されるものではない。波長選択スイッチの出力ポート数Ｍを２以上の任意の数とすることができる。また、入力ポート数を２以上とし、ＮをＭ以上かつ３以上として本発明を実施することができる。さらに、本発明は、図５に示す反射型の波長選択スイッチの変形形態として以下に説明する透過型の波長選択スイッチとしても実施することができる。
【００９９】
（変形形態）
図８に示す波長選択スイッチは、図５に示す光スイッチと同様に、１入力２出力（入力ポートが１つと、出力ポートが２つ）の光スイッチの概略図である。すなわち、図８は、Ｍ＝２、Ｎ＝６とした場合の反射型の波長選択スイッチの概略図である。
【０１００】
図８に示す波長選択スイッチは、石英系光導波路２１００と、シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６と、集光レンズ２３００−１〜２３００−６と、位相変調器２４００−１〜２４００−６と、集光レンズ３３００−１〜３３００−６と、シリンドリカルレンズ３２００−１〜３２００−６と、石英系光導波路３１００とを備える。
【０１０１】
石英系光導波路２１００は、入力ポートを構成する１個の入力導波路２１０２を備える点を除き、図５に示す石英系光導波路２１００と同様である。
【０１０２】
第１スラブ導波路２１０４および接続導波路２１０６−１〜２１０６−６は、入力分岐部を構成する。入力分岐部は、６個の接続導波路２１０６−１〜２１０６−６のうちｉ番目の導波路を通過して出力導波路３１０２−１と出力導波路３１０２−２に結合する光電界振幅の相対比が
【０１０３】
【数９】
【０１０４】
となるように設定あるいは構成されている。
【０１０５】
シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６および集光レンズ２３００−１〜２３００−６もまた、図５に示すシリンドリカルレンズ２２００および集光レンズ２３００と同様に作用する。
【０１０６】
位相変調器２４００は、波長分離された各光信号に対して任意の位相シフトを与え透過させる位相制御素子を備える。
【０１０７】
集光レンズ３３００−１〜３３００−６およびシリンドリカルレンズ３２００−１〜３２００−６は、位相変調器２４００−１〜２４００−６により位相シフトが与えられた各光信号を石英系光導波路３１００の第２アレイ導波路３１１４−１〜３１１４−６へ結合するように作用する。
【０１０８】
石英系光導波路３１００は、出力ポートを構成する２個の出力導波路３１０２−１および３１０２−２を備える点を除き、図５に示す石英系光導波路２１００と同様である。第３スラブ導波路３１１２−１〜３１１２−６は第２スラブ導波路２１１２−１〜２１１２−６にそれぞれ対応し、第４スラブ導波路３１０４は第１スラブ導波路２１０４に対応し、第２アレイ導波路３１１４−１〜３１１４−６はアレイ導波路２１１４−１〜２１１４−６にそれぞれ対応し、第２接続導波路３１０６−１〜３１０６−６は接続導波路２１０６−１〜２１０６−６にそれぞれ対応する。
【０１０９】
第２アレイ導波路３１１４−１〜３１１４−６および第３スラブ導波路３１１２−１〜３１１２−６は、第２アレイ導波路格子３１１０−１〜３１１０−６を構成し、入射した各波長の光信号を合波して、第２接続導波路３１０６−１〜３１０６−６へ結合する。
【０１１０】
第２接続導波路３１０６−１〜３１０６−６および第４スラブ導波路３１０４は、出力合波部を構成する。出力合波部は、６個の第２接続導波路３１０６−１〜３１０６−６のうちｉ番目の導波路を通過して出力導波路３１０２−１と出力導波路３１０２−２に結合する光電界振幅の相対比が
【０１１１】
【数１０】
【０１１２】
となるように設定あるいは構成されている。
【０１１３】
第４スラブ導波路３１０４へ入射した光信号のある波長成分は、多光束干渉により第４スラブ導波路３１０４の出力面（出力導波路３１０２−１および３１０２−２が接続された面）に干渉縞を形成する。このとき、位相変調器２４００−１〜２４００−６において付与する位相変調量を制御することで、干渉縞が形成される位置および干渉縞の光強度を制御することができる。したがって、波長選択スイッチに入射した光信号の所望の波長成分を、所望の光強度で所望の出力導波路３１０２−１〜３１０２−２へ結合することができる。
【０１１４】
出力導波路３１０２−１および３１０２−２は、出力ポートを構成し、第４スラブ導波路３１０４からの光信号を出力する。
【０１１５】
なお、以上で説明した各実施形態および変形形態において、入力ポートと出力ポートを逆にして、Ｍ入力１出力の光スイッチもしくは波長選択スイッチとして使用することも可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００ 石英系光導波路
２００−１〜２００−１４ シリンドリカルレンズ
３００−１〜３００−１４ 集光レンズ
４００−１〜４００−１４ 位相変調器
１０２−１〜１０２−５ 入出力導波路
１０４ 第１スラブ導波路
１１０−１〜１１０−１４ アレイ導波路回折格子
１０６−１〜１０６−１４ 接続導波路
１１２ 第２スラブ導波路
１１４−１〜１１４−１４ アレイ導波路
１１００、２１００、３１００ 石英系光導波路
１１０２ 入力導波路
１２０２−１〜１２０２−５ 出力導波路
１１０４ 第１スラブ導波路
１２０４ 第２スラブ導波路
１１０６−１〜１１０６−１４、１２０６−１〜１２０６−１４ 接続導波路
１１１０−１〜１１１０−１４ 熱光学位相シフタ
２１０２−１〜２１０２−２ 入出力導波路
２１０４ 第１スラブ導波路
２１１２−１〜２１１２−６ 第２スラブ導波路
２２００−１〜２２００−６、３２００−１〜３２００−６ シリンドリカルレンズ
２３００−１〜２３００−６、３３００−１〜３３００−６ 集光レンズ
２４００−１〜２４００−６ 位相変調器
１３０２−１〜１３０２−５ 入出力導波路
１３０４ ミラー
３１０２−１〜３１０２−２ 出力導波路
２１１０−１〜２１１０−６、３１１０−１〜３１１０−６ アレイ導波路回折格子
２１０６−１〜２１０６−６、３１０６−１〜３１０６−６ 接続導波路
３１１２−１〜３１１２−６ 第３スラブ導波路
３１０４ 第４スラブ導波路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信におけるルーティングデバイスなどとして使用される光スイッチ及び波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを伝送媒体とする光通信技術は、信号の伝送距離の拡大をもたらし、大規模な光通信網が構築されてきた。近年では、インターネット通信が広範に普及するのに伴って、通信トラフィックが急速に増大しており、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化の要求が高まっている。これまでに、波長の異なる複数の光信号を１本の伝送路で同時に伝送する波長分割多重通信技術の導入によって、二地点間の伝送容量を増大することが可能となった。しかし、通信網においては、複数の伝送路が集まるノードにおいて、信号の経路を設定（ルーティング）をしたり、切替（スイッチング）をしたりする必要があり、伝送容量の増大に伴って、これらの信号処理がボトルネックになってきている。これまでは、伝送されてきた光信号を一旦電気信号に変換した後に経路設定や経路切替を行ない、再び電気信号を光信号に変換して伝送路に送出する方式が用いられてきたが、今後は光信号を電気信号に変換することなく、信号経路の設定や切替処理を行なう方式を用いることによって、ノードのスループットを飛躍的に拡大することができるものと期待されている。
【０００３】
このような方式の一つとして、複数のノードをリング状またはバス状に接続した再構成可能光アドドロップ多重（ＲＯＡＤＭ：Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing）システムが知られている。ＲＯＡＤＭシステムの各ノードには、波長毎に接続を切り替える光スイッチが装備されており、波長多重光信号のうち任意の波長の光信号について、一方の光ファイバ伝送路から入力された光信号を、他方の光ファイバ伝送路へ出力するスルーモードと、光ファイバ伝送路側から入力された光信号をノードに接続された端局装置に出力する（ドロップ動作）とともに、端局装置から入力された光信号を光ファイバ伝送路に出力する（アド動作）アド／ドロップモードとの切り替えが可能である。
【０００４】
このようなＲＯＡＤＭシステムの光信号切替部には、これまで主として、波長合分波器と多連の光スイッチの組合せが用いられてきた。しかし、最近では、アド／ドロップポートも含め全ての入出力ポートを波長多重化した波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）が、広い通過帯域特性や、多ポート化への拡張性などの特徴から、注目されてきている。
【０００５】
従来、波長選択スイッチの構成として、種々の形式が知られているが、その一つとして、平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）上に作製された、多光束干渉のためのスラブ導波路と、それに接続された複数のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）と、集光レンズ系、及び位相変調器とで構成されたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
図１は特許文献１に記載の従来の１入力５出力の波長選択スイッチの概略図である。
図１に示す従来の光スイッチは、石英系光導波路１００と、１４個のシリンドリカルレンズ２００−１〜２００−１４と、１４個の集光レンズ３００−１〜３００−１４、および１４個の位相変調器４００−１〜４００−１４とを備える。図１において、石英系光導波路１００の基板における信号光の出射端面と水平な方向をｘ、垂直な方向をｙとし、光波の進行方向すなわち光軸をｚとする。
【０００７】
石英系光導波路１００は、石英系基板上に各々作製された、５個の入出力導波路１０２−１〜１０２−５に接続された第１スラブ導波路１０４と、１４個のアレイ導波路回折格子１１０−１〜１１０−１４と、第１スラブ導波路１０４とアレイ導波路回折格子１１０−１〜１１０−１４とを接続する１４個の接続導波路１０６−１〜１０６−１４とを備える。
【０００８】
アレイ導波路回折格子１１０は各々、接続導波路１０６と接続された第２スラブ導波路１１２と、第２スラブ導波路１１２に接続されたアレイ導波路１１４とを備える。
【０００９】
シリンドリカルレンズ２００−１〜２００−１４は各々、アレイ導波路１１４−１〜１１４−１４の第２スラブ導波路１１２−１〜１１２−１４と異なる端に配置され、アレイ導波路１１４−１〜１１４−１４から波長分離されて出射される各光信号を、石英基板面に垂直な方向（y方向）に拡がることなく、集光レンズ３００へ入射するように作用する。
【００１０】
集光レンズ３００−１〜３００−１４は各々、波長分離された各光信号を位相変調器４００−１〜４００−１４に集光する。
【００１１】
位相変調器４００−１〜４００−１４の各々は、波長分離された各光信号に対して任意の位相シフトを与え、集光レンズ３００−１〜３００−１４、シリンドリカルレンズ２００−１〜２００−１４を介してアレイ導波路１１４−１〜１１４−１４へ結合するように反射する位相制御素子を備える。
【００１２】
入出力導波路１０２、第１スラブ導波路１０４および接続導波路１０６は、スイッチング部を構成する。アレイ導波路格子１１０、シリンドリカルレンズ２００および集光レンズ３００は分光部を構成する。位相変調器４００は位相変調部を構成する。
【００１３】
次に、図１に示す従来の波長選択スイッチの動作を説明する。
複数の波長が多重された信号光は、入出力兼用の入出力導波路１０２−３を導波して第１スラブ導波路１０４の第１スラブ入出力面へ入射する。第１スラブ入出力面へ入射した信号光は、第１スラブ導波路１０４において、１４個の信号光に分岐され各々接続導波路１０６−１〜１０６−１４へ結合される。
【００１４】
各信号光は、接続導波路１０６−１〜１０６−１４を導波してアレイ導波路格子１１０−１〜１１０−１４へ入射する。接続導波路１０６−１を導波してアレイ導波路格子１１０−１へ入射した信号光は、アレイ導波路格子１１０−１の第２スラブ導波路１１２−１およびアレイ導波路１１４−１を導波することで、波長分離されて石英系光導波路１００から出射する。接続導波路１０６−２〜１０６−１４を導波した信号光も同様に、波長分離されて石英系光導波路１００から出射する。
【００１５】
アレイ導波路格子１１０−１において波長分離された複数の波長の光信号の各々は、シリンドリカルレンズ２００−１および集光レンズ３００−１を透過して、位相変調器４００−１に入射して、位相変調器４００−１において位相シフトを与えられて、反射により光路が反転する。アレイ導波路格子１１０−２〜１１０−１４において波長分離された複数の波長の光信号の各々も同様に、位相変調器４００−２〜４００−１４へ入射して、独立に位相シフトを与えられて、反射により光路が反転する。
【００１６】
位相変調器４００−１において位相シフトを与えられて、光路が反転した各波長の光信号は、集光レンズ３００−１およびシリンドリカルレンズ２００−１を透過して、アレイ導波路格子１１０−１に結合される。さらに、光路が反転した各波長の光信号は、アレイ導波路格子１１０−１において波長合成された後に、接続導波路１０６−１に結合されて、再び第１スラブ導波路１０４へ入射する。位相変調器４００−２〜４００−１４において位相シフトを与えられ、光路が反転した各波長の光信号も同様に、再び第１スラブ導波路１０４へ入射する。
【００１７】
再び第１スラブ導波路１０４へ入射した光信号のある波長成分は、多光束干渉により第１スラブ導波路入出力面Ｐに干渉縞を形成する。このとき、位相変調器４００−１〜４００−１４において付与する位相変調量を制御することで、干渉縞が形成される位置および干渉縞の光強度を制御することができる。したがって、波長選択スイッチに入射した光信号の所望の波長成分を、所望の光強度で所望の入出力導波路１０２−１〜１０２−５へ結合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００９−１９８８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、図１に示したような波長選択スイッチでは、従来、多光束干渉によって生じるサイドローブによって消光比が制限されるという問題があった。
【００２０】
表１に、特許文献１に記載されている光回路のパラメータを示す。このとき、各接続導波路を通過して、出力導波路に結合する電界振幅の相対比を計算すると、表２のようになる。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
図２に、上記のパラメータを用いた場合に、第１スラブ入出力面Ｐに形成される干渉縞の計算結果を示す。中央（ｘ＝０）の近傍でおよそ−３０ｄＢ程度のサイドローブが生じており、中央の干渉縞から離れるにしたがって回折の効果により強度が減少はしていくが、隣の干渉縞の位置（ｘ＝６５．４μｍ）との中間点近傍においても−４０ｄＢ程度のサイドローブが生じている。このようなサイドローブは、導波路の製造誤差や位相設定の誤差によってクロストークを発生し、遮断ポートの消光比を劣化させる要因となる。
【００２４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、多光束干渉によって生じるサイドローブを抑圧し、消光比の高い光スイッチ及び波長選択スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光スイッチであって、入力ポートと、Ｎを３以上の整数とし、前記入力ポートに入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐部と、前記分岐した光波の各々の位相を変調する位相シフタ部と、Ｍを２以上Ｎ以下の整数とし、前記位相が変調された光波を合波してＭ個の出力ポートに出力する出力合波部とを備え、前記入力分岐部は、平面光波回路上に形成された、前記入力ポートから入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐手段および分岐したＮ個の光波がそれぞれ導波するＮ個の入力部出力導波路を備え、前記入力分岐手段および前記入力部出力導波路は、前記Ｎ個の入力部出力導波路のうちｉ番目の入力部出力導波路を導波して前記出力ポートに結合する前記光波の電界振幅の相対比が
【００２６】
【数１】
【００２７】
となるように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、波長選択スイッチであって、入力ポートと、Ｎを３以上の整数とし、前記入力ポートに入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐部と、前記分岐した光波の各々の位相を変調する位相シフタ部と、Ｍを２以上Ｎ以下の整数とし、前記変調された光波を合波してＭ個の出力ポートに出力する出力合波部とを備え、前記入力分岐部は、平面光波回路上に形成された、前記入力ポートから入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐手段と、分岐したＮ個の光波がそれぞれ導波するＮ個の入力部出力導波路と、Ｎ個の前記入力部出力導波路のうちの１つに各々が接続された、入力された光波をＬ個の波長の光波に分離する少なくとも（Ｎ−１）個の波長分離手段とを備え、前記出力合波部は、平面光波回路上に形成された、前記Ｌ個の波長に分離され、位相が変調された光波を波長合波する少なくとも（Ｎ−１）個の波長合波手段と、位相が変調されたＮ個の光波が結合されるＮ個の出力部入力導波路と、前記出力部入力導波路に接続され、入力された光波を前記Ｍ個の出力ポートに出力する出力合分岐手段とを備え、前記入力分岐手段および前記入力部出力導波路ならびに前記出力合分岐手段および前記出力部入力導波路は、前記Ｎ個の入力部出力導波路および前記出力部入力導波路のうちｉ番目の前記入力部出力導波路および前記出力部入力導波路を通過して前記出力ポートに結合する前記光波の電界振幅の相対比が
【００２９】
【数２】
【００３０】
となるように構成されたことを特徴とする。
【００３１】
一実施形態では、前記位相シフタ部を反射型の位相変調器で構成し、前記入力分岐部と前記出力合波部とを同一の光回路で構成することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、多光束干渉により動作する光スイッチ及び波長選択スイッチにおいて、多光束干渉を生じる各光信号の電界振幅の相対比を
【００３３】
【数３】
【００３４】
となるように設定することで、多光束干渉により生じる干渉縞のサイドローブを抑圧し、高い消光比を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略図である。
【図２】従来の波長選択スイッチにおいて、第１スラブ入出力面に形成される干渉縞の計算結果を示す図である。
【図３】本発明に係る光スイッチの概略図である。
【図４】本発明に係る光スイッチにおいて、第２スラブ出力面に形成される干渉縞の計算結果を示す図である。
【図５】本発明に係る波長選択スイッチの概略図である。
【図６】本発明に係る波長選択スイッチにおいて、第１スラブ入出力面に形成される干渉縞の計算結果を示す図である。
【図７】図３に示した光スイッチの変形例である、反射型の光スイッチの概略図である。
【図８】図５に示した波長選択スイッチの変形である、透過型の波長選択スイッチの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明に係る光スイッチ及び波長選択スイッチは、入力ポートに入力された光波（光信号）を分岐する入力分岐部と、入力分岐部で分岐された光波の位相を変調する位相シフタ部と、位相シフタ部で変調された光波を合波してＭ個の出力ポートに出力する出力合波部を備える。Ｍは２以上の整数であり、ＮはＭ以上かつ３以上の整数である。
【００３７】
入力分岐部は、入力ポートから入力された光波を、Ｎ個に分岐する入力分岐手段と、入力分岐手段によりＮ個に分岐された光波がそれぞれ通過するＮ個の入力部出力導波路とを有する。入力分岐部は、ｉをＮ以下の整数とし、Ｎ個の入力部出力導波路のうちｉ番目の入力部出力導波路を通過して出力ポートに結合する光波の電界振幅の相対比が
【００３８】
【数４】
【００３９】
となるように構成または設定されている。
【００４０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００４１】
（第１の実施形態）
図３は、本実施形態の１入力５出力（入力ポートが１つと、出力ポートが５つ）の光スイッチの概略図である。すなわち、図３は、Ｍ＝５、Ｎ＝１４とした場合の光スイッチの概略図である。図３において、石英系光導波路１１００の基板における信号光の出射端面と水平な方向をｘ、垂直な方向をｙとし、光波の進行方向すなわち光軸をｚとする。
【００４２】
図３に示す光スイッチは、図１に示す従来の波長選択スイッチにおいて、分光部を削除し、かつ位相変調部を熱光学位相シフタにより構成するとともに、さらに光回路を透過型の構成として、スイッチング部および位相変調部をすべてＰＬＣ上に作製したものである。
【００４３】
図３に示す光スイッチは、石英系光導波路１１００上に各々作製された、１個の入力導波路１１０２に接続された第１スラブ導波路１１０４と、１４個の熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４と、第１スラブ導波路１１０４と熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４とを接続する１４個の接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４と、５個の出力導波路１２０２−１〜１２０２−５に接続された第２スラブ導波路１２０４と、第２スラブ導波路１２０４と熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４とを接続する１４個の接続導波路１２０６−１〜１２０６−１４とを備える。
【００４４】
入力導波路１１０２は、光スイッチの入力ポートである。第１スラブ導波路１１０４は、入力分岐手段を構成する。接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４は、入力部出力導波路を構成する。第１スラブ導波路１１０４および接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４は共に、入力分岐部を構成する。
【００４５】
入力分岐部は、１４個の接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４及び１２０６−１〜１２０６−１４のうちi番目の導波路を通過して出力導波路１２０２−１〜１２０２−５に結合する光電界振幅の相対比が
【００４６】
【数５】
【００４７】
となるように設定あるいは構成されている。具体的には、端の接続導波路１１０６−１及び１２０６−１、もしくは、１１０６−１４及び１２０６−１４を通過する光強度を１とした場合の強度比が表３−１になるように構成されている。表３−１の値を、中央の接続導波路１１０６−７及び１２０６−７、もしくは、１１０６−８及び１２０６−８を通過する光強度を１とした場合に換算すると表３−２に示すようになる。
【００４８】
【表３−１】
【００４９】
【表３−２】
【００５０】
表３−１および３−２に示すような光強度比は、表４−１に示すように、第１スラブ導波路１１０４の長さを３７５μｍ、接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４の隣接間隔をｄ２＝１０μｍとし、かつ、スラブ境界面における各接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４の導波路幅の相対値を表４−２に示す値に設定することで実現できる。
【００５１】
【表４−１】
【００５２】
【表４−２】
【００５３】
熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４は、位相シフタ部の一構成例である。熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４は、導波路と薄膜ヒータとを積層した位相シフタ導波路とすることができる。別の位相シフタ部の構成例は、導波路と薄膜電極とを積層した位相シフタ導波路とすることができる。
【００５４】
出力導波路１２０２−１〜１２０５−５は、光スイッチの出力ポートである。第２スラブ導波路１２０４および接続導波路１２０６−１〜１２０６−１４はそれぞれ、第１スラブ導波路１１０４および接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４と同様に構成される。第２スラブ導波路１２０４及び接続導波路１２０６−１〜１２０６−１４は共に、出力合波部を構成する。
【００５５】
次に、図３に示す光スイッチの動作を説明する。
入力導波路１１０２に入力された信号光は、第１スラブ導波路１１０４の第１スラブ入力面（入力導波路１１０２が接続された面）へ入射し、第１スラブ導波路１１０４において、１４個の信号光に分岐され各々接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４へ結合される。接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４を導波する光信号の光強度の相対比は
【００５６】
【数６】
【００５７】
である。
【００５８】
各信号光は、接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４を導波して熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４へ入射する。熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４により、独立に位相シフトを与えられた各信号光は、接続導波路１２０６−１〜１２０６−１４を導波して、第２スラブ導波路１２０４へ入射する。
【００５９】
第２スラブ導波路１２０４へ入射した各光信号は、多光束干渉により第２スラブ導波路出力面（出力導波路１２０２が接続された面）に干渉縞を形成する。このとき、熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４において付与する位相変調量を制御することで、干渉縞が形成される位置および干渉縞の光強度を制御することができる。したがって、光スイッチに入射した光信号を、所望の光強度で所望の出力導波路１２０２−１〜１２０２−５へ結合することができる。
【００６０】
例えば、１４個に分岐した光信号はそれぞれ熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４において独立に位相変調を受ける（位相がシフトされる）が、このとき、熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４による位相設定（位相分布）を０、α×２π／Ｎ、α×２×２π／Ｎ、α×３×２π／Ｎ、・・・α×（Ｎ−１）×２π／Ｎのように線形に設定する。このように位相分布を線形に設定することで、干渉縞の強度がピークとなる位置は、第２スラブ導波路の出力面上をほぼ線形に移動する。αは定数であり、光信号を出力したい出力ポートに対応する。
【００６１】
図４に、上記のパラメータを用いた場合に、第２スラブ出力面に形成される干渉縞の計算結果を示す。隣の干渉縞の位置（Ｘ＝６５．４μｍ）との間のサイドローブが効果的に抑圧されていることがわかる。
【００６２】
（実施例１）
コアとクラッドの比屈折率差Δ＝１．５％のシリカガラス系ＰＬＣを用いて、第１の実施形態に基づく１入力５出力の光スイッチを作製した。５個の出力ポートのうちの１個に光が出力されるように熱光学位相シフタの印加電力を調整したとき、残る４つの遮断出力ポートにおける消光比を測定した結果、いずれも４０ｄB以上であった。
【００６３】
以上、第１の実施形態では、入力ポート数を１、出力ポート数Ｍを５、Ｎ＝１４とした場合の光スイッチの構成例を説明した。しかしながら、本発明に係る光スイッチは、これに限定されるものではない。光スイッチの出力ポート数Ｍを２以上の任意の数とすることができる。また、入力ポート数を２以上とし、ＮをＭ以上かつ３以上として本発明を実施することができる。さらに、本発明は、図３に示す透過型の光スイッチの変形形態として以下に説明する反射型の光スイッチとしても実施することができる。
【００６４】
（変形形態）
図７に示す光スイッチは、図３に示す光スイッチと同様に、１入力５出力（入力ポートが１つと、出力ポートが５つ）の光スイッチの概略図である。すなわち、図７は、Ｍ＝５、Ｎ＝１４とした場合の反射型の光スイッチの概略図である。
【００６５】
図７に示す光スイッチは、石英系光導波路１１００上に各々作製された、５個の入出力導波路１３０２−１〜５に接続された第１スラブ導波路１１０４と、１４個の熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４と、第１スラブ導波路１１０４と熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４とを接続する１４個の接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４とを備える。石英系光導波路１１００の端（熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４の接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４が接続された端と異なる端側）に、ミラー１３０４が備えられている。
【００６６】
入出力導波路１３０２−１〜１３０２−５のうち、入出力導波路１３０２−３は、サーキュレータ（図示しない）が接続された入出力兼用の導波路であり、入力ポートおよび出力ポートを構成する。入出力導波路１３０２−１、１３０２−２、１３０２−４および１３０２−５は、出力ポートを構成する。
【００６７】
第１スラブ導波路１１０４および接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４は、図３に示す光スイッチと同様に、入力分岐部を構成する。また、第１スラブ導波路１１０４および接続導波路１１０６−１〜１１０６−１４は、出力合波部を構成する。
【００６８】
図７の光スイッチにおいて、入出力導波路１３０２−３に入力された信号光は、図３に示す光スイッチと同様に、第１スラブ導波路１１０４の第１スラブ入力面（入出力導波路１３０２が接続された）へ入射し、第１スラブ導波路１１０４において１４個の信号光に分岐され、熱光学位相シフタ１１１０−１〜１１１０−１４により独立に位相シフトを与えられ、ミラー１３０４により反射され光路を反転し、熱光学位相シフタ１１１０、接続導波路１１０６を導波して再び第１スラブ導波路へ入射する。
【００６９】
第１スラブ導波路１２０４へ入射した各光信号は、多光束干渉により第１スラブ導波路出力面（すなわち、第１スラブ入力面と同じ面）に干渉縞を形成する。図３に示す光スイッチと同様に、位相変調量を制御することで、干渉縞が形成される位置および干渉縞の光強度を制御することができる。したがって、光スイッチに入射した光信号を、所望の光強度で所望の入出力導波路１３０２−１〜１２０２−５へ結合することができる。
【００７０】
（第２の実施形態）
図５は、本実施形態の１入力２出力（入力ポートが１つと、出力ポートが２つ（すなわちＭ＝２））の波長選択スイッチであり、Ｎ＝６とした場合の波長選択スイッチの概略図である。図５において、石英系光導波路２１００の基板における信号光の出射端面と水平な方向をｘ、垂直な方向をｙとし、光波（信号光）の進行方向すなわち光軸をｚとする。
【００７１】
図５に示す波長選択スイッチは、石英系光導波路２１００と、シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６と、集光レンズ２３００−１〜２３００−６と、位相変調器２４００−１〜２４００−６とを備える。
【００７２】
石英系光導波路２１００は、石英系基板上に各々作製された、２個の入出力導波路２１０２−１〜２１０２−２に接続された第１スラブ導波路２１０４と、６個のアレイ導波路回折格子２１１０−１〜２１１０−６と、第１スラブ導波路２１０４とアレイ導波路回折格子２１１０−１〜２１１０−６とを接続する６個の接続導波路２１０６−１〜２１０６−６とを備える。各アレイ導波路回折格子２１１０は、１個の接続導波路２１０６と接続された第２スラブ導波路２１１２と、第２スラブ導波路２１１２に接続されたアレイ導波路２１１４とを備える。
【００７３】
入出力導波路２１０２−１〜２１０２−２のうち、入出力導波路２１０２−１は、サーキュレータ（図示しない）が接続された入出力兼用の導波路であり、入力ポートおよび出力ポートを構成する。入出力導波路２１０２−２は、出力ポートを構成する。
【００７４】
第１スラブ導波路２１０４は、入力分岐手段を構成する。接続導波路２１０６−１〜２１０６−６は、入力部出力導波路を構成する。第１スラブ導波路２１０４および接続導波路２１０６−１〜２１０６−６は共に、入力分岐部を構成する。また、第１スラブ導波路２１０４は、出力合分岐手段を構成する。接続導波路２１０６−１〜２１０６−６は、出力部入力導波路を構成する。第１スラブ導波路２１０４および接続導波路２１０６−１〜２１０６−６は、出力合波部を構成する。
【００７５】
入力分岐部は、６個の接続導波路２１０６−１〜２１０６−６のうちｉ番目の導波路を通過して入出力導波路２１０２−１および出力導波路２１０２−２に結合する光電界振幅の相対比が
【００７６】
【数７】
【００７７】
となるように設定あるいは構成されている。具体的には、端の接続導波路２１０６−１、もしくは、２１０６−６を通過する光強度を１とした場合の強度比が表５−１になるようにする。表５−１の値を、中央の接続導波路２１０６−３、もしくは、２１０６−４を通過する光強度を１とした場合に換算すると表５−２に示すようになる。
【００７８】
【表５−１】
【００７９】
【表５−２】
【００８０】
表５−１および５−２に示すような光強度比は、表６−１に示すように、第１スラブ導波路２１０４の長さを３６２μｍ、接続導波路２１０６−１〜２１０６−６の隣接間隔をｄ２＝１５μｍとし、かつ、スラブ境界面における各接続導波路２１０６−１〜２１０６−６の導波路幅の相対値を表６−２に示す値に設定することで実現できる。
【００８１】
【表６−１】
【００８２】
【表６−２】
【００８３】
アレイ導波路回折格子２１１０−１〜２１１０−６は、入力された光波をＬ個の波長の光波に分離する波長分離手段を構成する。Ｌは、波長選択スイッチへ入力される波長多重光信号に多重された光信号（光波）の波長の数である。
【００８４】
シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６は、アレイ導波路２１１４−１〜２１１４−６の第２スラブ導波路２１１２と異なる端に配置され、アレイ導波路２１１４−１〜２１１４−６から波長分離されて出射される各光信号を、石英基板面に垂直な方向（y方向）に拡がることなく、集光レンズ２３００へ入射するように作用する。
【００８５】
集光レンズ２３００−１〜２３００−６は、波長分離された各光信号を位相変調器２４００−１〜２４００−６に集光する。
【００８６】
位相変調器２４００−１〜２４００−６は、波長分離された各光信号に対して任意の位相シフトを与え、集光レンズ２３００−１〜２３００−６、シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６を介してアレイ導波路２１１４−１〜２１１４−６へ結合するように反射する位相制御素子を備える。例えば、位相変調器２４００を、ｘ方向に配列された液晶などに代表される屈折率変調素子を用いたデバイス、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）と呼ばれるデバイスを用いて構成することができる。ＬＣＯＳは、シリコン基板の表面に少なくとも波長分離された光信号の数の液晶素子（セル）を配列した反射型のデバイスである。各液晶素子（セル）は位相制御素子として入射した光信号に位相差を与えるとともに、光路を反転するように作用する。例えば、波長多重された信号からＮ個に分岐されたある波長を有する光信号は、位相変調器２４００を構成する異なる位相制御素子（液晶素子（セル））に集光し位相変調を受けるが、このとき、位相変調器２４００を構成する位相制御素子による位相設定（位相分布）を０、α×２π／Ｎ、α×２×２π／Ｎ、α×３×２π／Ｎ、・・・α×（Ｎ−１）×２π／Ｎのように線形に設定する。このように位相分布を線形に設定することで、干渉縞の強度がピークとなる位置は、第１スラブ導波路の入出力面（入出力導波路２１０２側の面）上をほぼ線形に移動する。ここで、αは定数であり、当該ある波長の光信号を出力したい出力ポートに対応する。さらに、波長毎に別々の位相制御素子（液晶素子（セル））を対応させることで、波長毎のルーティング（波長選択）が可能となる。
【００８７】
入出力導波路２１０２、第１スラブ導波路２１０４および接続導波路２１０６は、スイッチング部を構成する。アレイ導波路格子２１１０、シリンドリカルレンズ２２００および集光レンズ２３００は分光部を構成する。位相変調器２４００は位相変調部を構成する。
【００８８】
図６に、上記のパラメータを用いた場合に、第１スラブ入出力面に形成される干渉縞の計算結果を示す。隣の干渉縞の位置（ｘ＝２６．３μｍ）との間のサイドローブが効果的に抑圧されていることがわかる。
【００８９】
次に、図５に示す本発明に係る波長選択スイッチの動作を説明する。
複数の波長が多重された信号光は、入出力兼用の入出力導波路２１０２−１を導波して第１スラブ導波路２１０４の第１スラブ入出力面（入出力導波路２１０２−１が接続された面）へ入射し、第１スラブ導波路２１０４において６個の信号光に分岐され各々接続導波路２１０６−１〜２１０６−６へ結合される。接続導波路２１０６−１〜２１０６−６を導波する光信号の光強度の相対比は
【００９０】
【数８】
【００９１】
である。
【００９２】
各信号光は、接続導波路２１０６−１〜２１０６−６を導波してアレイ導波路格子２１１０−１〜２１１０−６へ入射する。接続導波路２１０６−１を導波してアレイ導波路格子２１１０−１へ入射した信号光は、第２スラブ導波路２１１２−１およびアレイ導波路２１１４−１を導波することで、波長分離されて石英系光導波路２１００から所定の角度で出射する。接続導波路２１０６−２を導波した信号光も同様に波長分離されて、接続導波路２１０６−１を導波した信号光とは異なる角度で、石英系光導波路２１００から出射する。接続導波路２１０６−３〜２１０６−６を導波した信号光も同様に、波長分離されて、互いに異なる角度で石英系光導波路２１００から出射する。
【００９３】
アレイ導波路格子２１１０−１〜２１１０−６において波長分離された複数の波長の光信号の各々は、シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６および集光レンズ２３００−１〜２３００−６を透過して、位相変調器２４００−１〜２４００−６へ入射して、位相変調器２４００−１において位相シフトを与えられて、反射により光路が反転する。
【００９４】
位相変調器２４００において位相シフトを与えられて、光路が反転した各波長の光信号は、集光レンズ２３００およびシリンドリカルレンズ２２００を透過して、アレイ導波路格子２１１０に結合される。例えば、光路が反転する前に接続導波路２１０６−１を導波した各波長の光信号は、光路が反転した後、アレイ導波路格子２１１０−１において波長合成された後に、再び接続導波路２１０６−１に結合されて、第１スラブ導波路２１０４へ入射する。接続導波路２１０６−２〜６を導波した後、位相変調器２４００−２〜２４００−６において位相シフトを与えられ、光路が反転した各波長の光信号も同様に、再び接続導波路２１０６−２〜６に結合されて、第１スラブ導波路２１０４へ入射する。
【００９５】
再び第１スラブ導波路２１０４へ入射した光信号のある波長成分は、多光束干渉により第１スラブ導波路の入出力面に干渉縞を形成する。このとき、位相変調器２４００−１〜２４００−６において付与する位相変調量を制御することで、干渉縞が形成される位置および干渉縞の光強度を制御することができる。したがって、波長選択スイッチに入射した光信号の所望の波長成分を、所望の光強度で所望の入出力導波路２１０２−１〜２１０２−２へ結合することができる。
【００９６】
なお、本実施形態では、接続導波路２１０６−１〜２１０６−６のすべてをアレイ導波路格子２１１０と接続したが、そのうちのいずれか１個をアレイ導波路格子２１１０に接続しなくても良い。つまり、アレイ導波路格子２１１０に接続しない接続導波路２１０６の長さをアレイ導波路格子２１１０の導波路長と等しくし、さらに、アレイ導波路格子２１１０に接続しない接続導波路２１０６を導波する光信号を基準として、他のアレイ導波路格子２１１０を導波する光信号に対する位相変調量を決定するように構成しても良い。
【００９７】
（実施例２）
コアとクラッドの比屈折率差Δ＝１．５％のシリカガラス系ＰＬＣと、反射型の液晶位相変調器アレイを用いて、第２の実施形態に基づく１入力２出力の波長選択スイッチ（波長数Ｌ＝４０）を作製した。作製した波長選択スイッチの消光比を各波長について測定した結果、いずれも４０ｄＢ以上であった。
【００９８】
以上、第２の実施形態では、入力ポート数を１、出力ポート数Ｍを２、Ｎ＝６とした場合を説明した。しかしながら、本発明に係る波長選択スイッチは、これに限定されるものではない。波長選択スイッチの出力ポート数Ｍを２以上の任意の数とすることができる。また、入力ポート数を２以上とし、ＮをＭ以上かつ３以上として本発明を実施することができる。さらに、本発明は、図５に示す反射型の波長選択スイッチの変形形態として以下に説明する透過型の波長選択スイッチとしても実施することができる。
【００９９】
（変形形態）
図８に示す波長選択スイッチは、図５に示す光スイッチと同様に、１入力２出力（入力ポートが１つと、出力ポートが２つ）の光スイッチの概略図である。すなわち、図８は、Ｍ＝２、Ｎ＝６とした場合の反射型の波長選択スイッチの概略図である。
【０１００】
図８に示す波長選択スイッチは、石英系光導波路２１００と、シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６と、集光レンズ２３００−１〜２３００−６と、位相変調器２４００−１〜２４００−６と、集光レンズ３３００−１〜３３００−６と、シリンドリカルレンズ３２００−１〜３２００−６と、石英系光導波路３１００とを備える。
【０１０１】
石英系光導波路２１００は、入力ポートを構成する１個の入力導波路２１０２を備える点を除き、図５に示す石英系光導波路２１００と同様である。
【０１０２】
第１スラブ導波路２１０４および接続導波路２１０６−１〜２１０６−６は、入力分岐部を構成する。入力分岐部は、６個の接続導波路２１０６−１〜２１０６−６のうちｉ番目の導波路を通過して出力導波路３１０２−１と出力導波路３１０２−２に結合する光電界振幅の相対比が
【０１０３】
【数９】
【０１０４】
となるように設定あるいは構成されている。
【０１０５】
シリンドリカルレンズ２２００−１〜２２００−６および集光レンズ２３００−１〜２３００−６もまた、図５に示すシリンドリカルレンズ２２００および集光レンズ２３００と同様に作用する。
【０１０６】
位相変調器２４００は、波長分離された各光信号に対して任意の位相シフトを与え透過させる位相制御素子を備える。
【０１０７】
集光レンズ３３００−１〜３３００−６およびシリンドリカルレンズ３２００−１〜３２００−６は、位相変調器２４００−１〜２４００−６により位相シフトが与えられた各光信号を石英系光導波路３１００の第２アレイ導波路３１１４−１〜３１１４−６へ結合するように作用する。
【０１０８】
石英系光導波路３１００は、出力ポートを構成する２個の出力導波路３１０２−１および３１０２−２を備える点を除き、図５に示す石英系光導波路２１００と同様である。第３スラブ導波路３１１２−１〜３１１２−６は第２スラブ導波路２１１２−１〜２１１２−６にそれぞれ対応し、第４スラブ導波路３１０４は第１スラブ導波路２１０４に対応し、第２アレイ導波路３１１４−１〜３１１４−６はアレイ導波路２１１４−１〜２１１４−６にそれぞれ対応し、第２接続導波路３１０６−１〜３１０６−６は接続導波路２１０６−１〜２１０６−６にそれぞれ対応する。
【０１０９】
第２アレイ導波路３１１４−１〜３１１４−６および第３スラブ導波路３１１２−１〜３１１２−６は、第２アレイ導波路格子３１１０−１〜３１１０−６を構成し、入射した各波長の光信号を合波して、第２接続導波路３１０６−１〜３１０６−６へ結合する。
【０１１０】
第２接続導波路３１０６−１〜３１０６−６および第４スラブ導波路３１０４は、出力合波部を構成する。出力合波部は、６個の第２接続導波路３１０６−１〜３１０６−６のうちｉ番目の導波路を通過して出力導波路３１０２−１と出力導波路３１０２−２に結合する光電界振幅の相対比が
【０１１１】
【数１０】
【０１１２】
となるように設定あるいは構成されている。
【０１１３】
第４スラブ導波路３１０４へ入射した光信号のある波長成分は、多光束干渉により第４スラブ導波路３１０４の出力面（出力導波路３１０２−１および３１０２−２が接続された面）に干渉縞を形成する。このとき、位相変調器２４００−１〜２４００−６において付与する位相変調量を制御することで、干渉縞が形成される位置および干渉縞の光強度を制御することができる。したがって、波長選択スイッチに入射した光信号の所望の波長成分を、所望の光強度で所望の出力導波路３１０２−１〜３１０２−２へ結合することができる。
【０１１４】
出力導波路３１０２−１および３１０２−２は、出力ポートを構成し、第４スラブ導波路３１０４からの光信号を出力する。
【０１１５】
なお、以上で説明した各実施形態および変形形態において、入力ポートと出力ポートを逆にして、Ｍ入力１出力の光スイッチもしくは波長選択スイッチとして使用することも可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００ 石英系光導波路
２００−１〜２００−１４ シリンドリカルレンズ
３００−１〜３００−１４ 集光レンズ
４００−１〜４００−１４ 位相変調器
１０２−１〜１０２−５ 入出力導波路
１０４ 第１スラブ導波路
１１０−１〜１１０−１４ アレイ導波路回折格子
１０６−１〜１０６−１４ 接続導波路
１１２ 第２スラブ導波路
１１４−１〜１１４−１４ アレイ導波路
１１００、２１００、３１００ 石英系光導波路
１１０２ 入力導波路
１２０２−１〜１２０２−５ 出力導波路
１１０４ 第１スラブ導波路
１２０４ 第２スラブ導波路
１１０６−１〜１１０６−１４、１２０６−１〜１２０６−１４ 接続導波路
１１１０−１〜１１１０−１４ 熱光学位相シフタ
２１０２−１〜２１０２−２ 入出力導波路
２１０４ 第１スラブ導波路
２１１２−１〜２１１２−６ 第２スラブ導波路
２２００−１〜２２００−６、３２００−１〜３２００−６ シリンドリカルレンズ
２３００−１〜２３００−６、３３００−１〜３３００−６ 集光レンズ
２４００−１〜２４００−６ 位相変調器
１３０２−１〜１３０２−５ 入出力導波路
１３０４ ミラー
３１０２−１〜３１０２−２ 出力導波路
２１１０−１〜２１１０−６、３１１０−１〜３１１０−６ アレイ導波路回折格子
２１０６−１〜２１０６−６、３１０６−１〜３１０６−６ 接続導波路
３１１２−１〜３１１２−６ 第３スラブ導波路
３１０４ 第４スラブ導波路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポートと、
Ｎを３以上の整数とし、前記入力ポートに入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐部と、
前記分岐した光波の各々の位相を変調する位相シフタ部と、
Ｍを２以上Ｎ以下の整数とし、前記位相が変調された光波を合波してＭ個の出力ポートに出力する出力合波部と
を備えた光スイッチであって、
前記入力分岐部は、平面光波回路上に形成された、前記入力ポートから入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐手段および分岐したＮ個の光波がそれぞれ導波するＮ個の入力部出力導波路を備え、
前記入力分岐手段および前記入力部出力導波路は、前記Ｎ個の入力部出力導波路のうちｉ番目の入力部出力導波路を導波して前記出力ポートに結合する前記光波の電界振幅の相対比が
【数１】
となるように構成されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記位相シフタ部が反射型の位相変調器で構成され、前記入力分岐部と前記出力合波部とが同一の光回路であることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
入力ポートと、
Ｎを３以上の整数とし、前記入力ポートに入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐部と、
前記分岐した光波の各々の位相を変調する位相シフタ部と、
Ｍを２以上Ｎ以下の整数とし、前記変調された光波を合波してＭ個の出力ポートに出力する出力合波部と
を備えた波長選択スイッチであって、
前記入力分岐部は、平面光波回路上に形成された、
前記入力ポートから入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐手段と、
分岐したＮ個の光波がそれぞれ導波するＮ個の入力部出力導波路と、
Ｎ個の前記入力部出力導波路のうちの１つに各々が接続された、入力された光波をＬ個の波長の光波に分離する少なくとも（Ｎ−１）個の波長分離手段と
を備え、
前記出力合波部は、平面光波回路上に形成された、
前記Ｌ個の波長に分離され、位相が変調された光波を波長合波する少なくとも（Ｎ−１）個の波長合波手段と、
位相が変調されたＮ個の光波が結合されるＮ個の出力部入力導波路と、
前記出力部入力導波路に接続され、入力された光波を前記Ｍ個の出力ポートに出力する出力合分岐手段と
を備え、
前記入力分岐手段および前記入力部出力導波路ならびに前記出力合分岐手段および前記出力部入力導波路は、前記Ｎ個の入力部出力導波路および前記出力部入力導波路のうちｉ番目の前記入力部出力導波路および前記出力部入力導波路を通過して前記出力ポートに結合する前記光波の電界振幅の相対比が
【数２】
となるように構成された
ことを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記位相シフタ部が反射型の位相変調器で構成され、前記入力分岐部と前記出力合波部とが同一の光回路であることを特徴とする請求項３記載の波長選択スイッチ。
【請求項１】
入力ポートと、
Ｎを３以上の整数とし、前記入力ポートに入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐部と、
前記分岐した光波の各々の位相を変調する位相シフタ部と、
Ｍを２以上Ｎ以下の整数とし、前記位相が変調された光波を合波してＭ個の出力ポートに出力する出力合波部と
を備えた光スイッチであって、
前記入力分岐部は、平面光波回路上に形成された、前記入力ポートから入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐手段および分岐したＮ個の光波がそれぞれ導波するＮ個の入力部出力導波路を備え、
前記入力分岐手段および前記入力部出力導波路は、前記Ｎ個の入力部出力導波路のうちｉ番目の入力部出力導波路を導波して前記出力ポートに結合する前記光波の電界振幅の相対比が
【数１】
となるように構成されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記位相シフタ部が反射型の位相変調器で構成され、前記入力分岐部と前記出力合波部とが同一の光回路であることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
入力ポートと、
Ｎを３以上の整数とし、前記入力ポートに入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐部と、
前記分岐した光波の各々の位相を変調する位相シフタ部と、
Ｍを２以上Ｎ以下の整数とし、前記変調された光波を合波してＭ個の出力ポートに出力する出力合波部と
を備えた波長選択スイッチであって、
前記入力分岐部は、平面光波回路上に形成された、
前記入力ポートから入力された光波をＮ個に分岐する入力分岐手段と、
分岐したＮ個の光波がそれぞれ導波するＮ個の入力部出力導波路と、
Ｎ個の前記入力部出力導波路のうちの１つに各々が接続された、入力された光波をＬ個の波長の光波に分離する少なくとも（Ｎ−１）個の波長分離手段と
を備え、
前記出力合波部は、平面光波回路上に形成された、
前記Ｌ個の波長に分離され、位相が変調された光波を波長合波する少なくとも（Ｎ−１）個の波長合波手段と、
位相が変調されたＮ個の光波が結合されるＮ個の出力部入力導波路と、
前記出力部入力導波路に接続され、入力された光波を前記Ｍ個の出力ポートに出力する出力合分岐手段と
を備え、
前記入力分岐手段および前記入力部出力導波路ならびに前記出力合分岐手段および前記出力部入力導波路は、前記Ｎ個の入力部出力導波路および前記出力部入力導波路のうちｉ番目の前記入力部出力導波路および前記出力部入力導波路を通過して前記出力ポートに結合する前記光波の電界振幅の相対比が
【数２】
となるように構成された
ことを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記位相シフタ部が反射型の位相変調器で構成され、前記入力分岐部と前記出力合波部とが同一の光回路であることを特徴とする請求項３記載の波長選択スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２２７１４９（Ｐ２０１１−２２７１４９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９４４０９（Ｐ２０１０−９４４０９）
【出願日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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