光合分岐回路及び光スイッチ
【課題】任意の隣接する２個の出力ポートに対して、２個の出力ポートへの光分岐を担う単位光合分岐回路から、出力ポートに至る２つの経路において、経路の途中で付加される位相が等しい光合分岐回路を提供すること。
【解決手段】第１段方向性結合器１１１の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２１、１２２を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の片方の入力に接続されている。また、第１段方向性結合器１１２の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２３、１２４を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の他方の入力に接続されている。
入力ポート１１に入力された光波は、第１段方向性結合器１１２によって、第２段方向性結合器１３１、１３２へ分岐される。分岐された光波の一方は、第２段方向性結合器１３１によって出力ポート２１、２２へ、また他方は第２段方向性結合器１３２によって出力ポート２３、２４へ分岐される。
【解決手段】第１段方向性結合器１１１の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２１、１２２を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の片方の入力に接続されている。また、第１段方向性結合器１１２の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２３、１２４を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の他方の入力に接続されている。
入力ポート１１に入力された光波は、第１段方向性結合器１１２によって、第２段方向性結合器１３１、１３２へ分岐される。分岐された光波の一方は、第２段方向性結合器１３１によって出力ポート２１、２２へ、また他方は第２段方向性結合器１３２によって出力ポート２３、２４へ分岐される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合分岐回路及び光スイッチに関し、より詳細には、光ファイバ通信等において使用される光合分岐回路光及びスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信において、平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）を用いた様々な光回路が用いられている。最も基本的な光回路は、２入力２出力の合分岐回路であり、入力された１つの光波を２つに分岐して出力したり、あるいは逆に、入力された２つの光波を１つに合流して出力したりするために使用される。ＰＬＣは、シリコン等の基板上に形成されたシリカ系ガラス光導波路で構成され、伝搬損失が低く、光ファイバとの接続性に優れ、単一の基板上に多数の回路を集積化できるなどの特長がある。
【０００３】
ＰＬＣ上に、２入力２出力の単位光合分岐回路を多段に接続することによって、多入力多出力の光合分岐回路を作製することができる。単位光合分岐回路としては、方向性結合器または、マルチモード干渉カプラを用いることができる。従来、２入力２出力の方向性結合器４個を多段接続して、４入力４出力の光合分岐回路を構成した例が知られている（非特許文献１参照）。
【０００４】
図１は従来の４入力４出力の光合分岐回路の概略図である。図１に示す従来の光合分岐回路１は、ＰＬＣ上に形成され、入力ポート１１〜１４に接続された入力導波路１０１〜１０４と、第１段方向性結合器１１１、１１２と、接続導波路１２１〜１２４と、第２段方向性結合器１３１、１３２、および出力ポート２１〜２４に接続された出力導波路１６１〜１６４により構成される。
【０００５】
入力導波路１０１、１０２は第１段方向性結合器１１１の２つの入力に、また、入力導波路１０３、１０４は第１段方向性結合器１１２の２つの入力に接続されている。
【０００６】
第１段方向性結合器１１１の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２１、１２２を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の一方の入力に接続されている。また、第１段方向性結合器１１２の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２３、１２４を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の他方の入力に接続されている。
【０００７】
入力ポート１１に入力された光波は、第１段方向性結合器１１１によって、第２段方向性結合器１３１、１３２へ分岐される。分岐された光波の一方は、第２段方向性結合器１３１によって出力ポート２１、２２へ、また他方は第２段方向性結合器１３２によって出力ポート２３、２４へ分岐される。従って、方向性結合器の結合率がいずれも５０％である場合には、出力ポート２１〜２４から等パワーの光波が出力されることになる。
【０００８】
また、光波が入力ポート１２〜１４に入力された場合も、同様に光波は４分岐されて、出力ポート２１〜２４から出力される。
【０００９】
上記の光合分岐回路１において、出力ポート２１〜２４のうち任意の隣接する２つの出力ポートに対して、２つの出力ポートへの光分岐を担う方向性結合器から、出力ポートに至る２つの経路の光路長を等しく設計することで、出力ポート２１〜２４から出力される４つの光波が、特定の位相差を有するようにすることができる。ここで、隣接する２つの出力ポートへの光分岐を担う単位光合分岐回路とは、例えば、出力ポート２１と２２に対しては方向性結合器１３１、出力ポート２２と２３に対しては方向性結合器１１１、出力ポート２３と２４に対しては方向性結合器１３２である。
【００１０】
上記の光合分岐回路１の出力ポート２１〜２４に、４個の位相シフタを有する反射型位相変調器２を接続することで、１入力４出力の光スイッチを構成することができる。位相変調器としては、熱光学効果や電気光学効果などによって動作する導波路型の位相変調器を用いることもできるし、もしくは液晶などを利用したバルク型の位相変調器を用いて、集光レンズを用いた空間光学系で光結合することもできる。
【００１１】
図２は従来の１入力４出力の光スイッチの概略図である。図２に示す従来の光スイッチにおいて、光合分岐回路１の入力ポート１１に入力された光波は、４分岐されて、かつ特定の位相差をもって各出力ポート２１〜２４から出力される。出力ポート２１〜２４から出力した光波は、それぞれ位相シフタ２１１〜２１４で位相を変調されるとともに、ミラー２２２で反射されて再び出力ポート２１〜２４に戻される。光合分岐回路１の出力ポート２１〜２４に入力された光波は、それぞれ４分岐されて入力ポート１１〜１４に到達する。このとき、各ポートから出力される光波のパワーは４つの光波の位相関係によって決まり、位相シフタ２１１〜２１４で付与される位相差に応じて、光が出力されるポートが定まる。
【００１２】
さらに、出力ポート２１〜２４と反射型位相変調器２との間に波長合分波器を配置することで、入力ポート１１に入力された波長分割多重信号のうち、任意の波長の光信号の方路を、入力ポート１１〜１４のうち任意のポートに切替えて出力する光スイッチを構成することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】H. Arai et al., Technical Digest of OECC'96, Paper 19C2-3
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図１の従来の光合分岐回路では、隣接する出力ポート２２と２３から出力される２つの光波の位相差を考えた場合、方向性結合器１３１、１３２によって異なる位相が付加されてしまうという問題があった。そのため、図２の従来の光スイッチでは、位相変調器２の各位相シフタ２１２、２１３間の位相を精密に調整するのが困難であるという問題があった。
【００１５】
光合分岐回路１の出力ポート２１〜２４から出力される光波の位相差は、入力ポート１１〜１４から出力ポート２１〜２４に至る各経路の光路長と、経路中に配置された各単位合分岐回路で付加される位相差によって決まる。ここで、単位合分岐回路で付加される位相差とは、分岐された２つの光波間の位相差のことであり、理想的な方向性結合器の場合はπ／２である。
【００１６】
例えば、入力ポート１１に入力された光波は、方向性結合器１１１で２分岐されて、接続導波路１２１と１２２に出力されるが、接続導波路１２２（方向性結合器のクロスポート）に出力される光波は、接続導波路１２１（方向性結合器のスルーポート）に出力される光波に対して、位相がπ／２進んでいる。同様に、方向性結合器１３１で２分岐された光波のうち、出力導波路１６２（クロスポート）に出力される光波は、接続導波路１６１（スルーポート）に出力される光波に対して、位相がπ／２進んでいる。また、方向性結合器１３２で２分岐された光波のうち、出力導波路１６４（クロスポート）に出力される光波は、接続導波路１６３（スルーポート）に出力される光波に対して、位相がπ／２進んでいる。この単位合分岐回路で付加される位相差は、製造誤差等の影響により変動する可能性があり、特にマルチモード干渉カプラの場合には、変動が大きい傾向がある。
【００１７】
出力ポート２２と２３から出力される２つの光波の位相差を考えた場合、出力ポート２２から出力される光波は、方向性結合器１３１のクロスポートを経由しているのに対して、出力ポート２３から出力される光波は、方向性結合器１３２のスルーポートを経由しているので、方向性結合器１３１と１３２とによって付加される位相差が異なることになる。
【００１８】
このような位相差は、特に、図２に示す光スイッチにおいて、位相変調器２の位相シフタ２１２、２１３間の位相差を精密に調整しようとしたときに問題となる。
【００１９】
ここで、位相変調器２の各位相シフタ２１１〜２１４間の位相差の調整方法について説明する。位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整する場合、まず、それ以外の位相シフタを通過し、反射ミラー２２２により反射する光波を遮断する。これは、例えば、反射ミラー２２２の前にスリットを挿入するなどの方法により実施できる。そうしておいて、入力ポート１１から光波を入力し、位相変調器２の位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整しながら、各入力ポート１１〜１４に反射されて出力される光パワーを観測する。
【００２０】
このとき、出力ポート２１、２２への光分岐を担う方向性結合器１３１を分岐点として、マッハ‐ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）が構成されるので、位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整すると、ＭＺＩのスルーポートに相当する入力ポート１１、１２からの出力の和と、クロスポートに相当する入力ポート１３、１４からの出力の和とが変化する。入力ポート１３、１４からの出力の和が最大になるときが位相差０に相当し、入力ポート１１、１２からの出力の和が最大になるときが位相差πに相当することから、位相シフタ２１１、２１２間の位相差の設定を決定することができる。
【００２１】
同様に、位相シフタ２１３、２１４間の位相差については、位相シフタ２１１、２１２を通過し、反射ミラー２２２により反射する光波を遮断した後、入力ポート１１から光波を入力し、出力ポート２３、２４への光分岐を担う方向性結合器１３２を分岐点として構成されるＭＺＩのスルーポートに相当する入力ポート１１、１２からの出力の和と、クロスポートに相当する入力ポート１３、１４からの出力の和を観測することによって、位相差の設定を決定することができる。
【００２２】
しかしながら、位相シフタ２１２、２１３間の位相差は、この方法により調整することは困難である。この場合は、位相シフタ２１１、２１４を通過し、反射ミラー２２２により反射する光波を遮断した後、入力ポート１１から光波を入力し、出力ポート２２、２３への光分岐を担う方向性結合器１１１を分岐点として構成されるＭＺＩのスルーポートに相当する入力ポート１１からの出力と、クロスポートに相当する入力ポート１２からの出力を観測することになる。
【００２３】
しかし、方向性結合器１１１から出力ポート２２、２３に至る経路のうち、出力ポート２２に至る経路は方向性結合器１３１のクロスポートを通過するが、出力ポート２３に至る経路は方向性結合器１３２のスルーポートを通過するので、方向性結合器１３１と１３２とによって付加される位相差が異なることになる。さらに、実際には、その付加される位相差は、製造誤差の影響により変動する可能性があるため、入力ポート１１と１２から出力される光パワーの測定から、位相シフタ２１２、２１３間の位相差を精密に求めることは困難であった。
【００２４】
したがって、図２の従来の光スイッチでは、全ての位相シフタ２１１〜２１４間の位相差を精密に調整することが困難であり、その結果、光スイッチの消光比の劣化を招く要因となっていた。
【００２５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、任意の隣接する２個の出力ポートに対して、２個の出力ポートへの光分岐を担う単位光合分岐回路から、出力ポートに至る２つの経路において、経路の途中で付加される位相が等しい光合分岐回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光合分岐回路であって、平面光波回路上に形成されたN個の入力ポートとN個の出力ポートを有する光合分岐回路であって（N：４以上の２のべき乗で表される整数）、N個の前記入力ポートのうち任意の１つに入力された光波を、N個の出力ポートの全てに分岐して出力するために、２入力２出力の単位光合分岐回路が多段に接続して構成されてなり、N個の前記出力ポートのうち任意の隣接する２つの出力ポートに対して、前記隣接する２つの出力ポートへの光分岐を担う単位光合分岐回路から、前記出力ポートに至る２つの経路の光路長が等しく設計され、かつ、前記経路の途中に配置された単位光合分岐回路の入出力位置関係が全て同一であることを特徴とする。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光合分岐回路であって、Ｎが２n（ｎ：２以上の整数）であるとすると、２(n-1)個の前記単位光合分岐回路を単位とする光合分岐回路ユニットがｎ段接続されており、前記各光合分岐ユニットの各単位光合分岐回路に接続された同一の前記光合分岐回路ユニットに属する２つの単位光合分岐回路の入出力関係は同じであり、第１段目の前記光合分岐回路ユニットの出力は前記出力ポートに接続され、第ｎ段目の前記光合分岐回路ユニットの入力は入力ポートに接続されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項３に記載された発明は、光スイッチであって、請求項１又は２に記載の光合分岐回路と、前記光合分岐回路のN個の出力ポートに接続されたN個の位相シフタを有する反射型位相変調器と、を備え、前記光合分岐回路のＮ個の入力ポートのうち任意の１つに入力された光波は、前記Ｎ個の出力ポートから出された後、位相が前記反射型位相変換器により調整され、再度前記出力ポートから入力することにより、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つの入力ポートから出力することを特徴とする。
【００２９】
請求項４に記載された発明は、光スイッチであって、請求項１又は２に記載の光合分岐回路と、前記光合分岐回路のN個の出力ポートの各々に接続された１入力M出力の波長合分波器（M：２以上の整数）と、前記波長合分波器の出力に接続されたM×N個の位相シフタを有する反射型位相変調器とを備え、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つに入力された波長分割多重光信号のうちの任意の波長の光信号は、前記Ｎ個の出力ポートから出力された後、前記波長合分波器により波長毎に分波され、その後、位相が前記反射型位相変調器により調整され、再度前記出力ポートから入力することにより、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つの入力ポートから出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、任意の隣接する２個の出力ポートに対して、２個の出力ポートへの光分岐を担う単位光合分岐回路から、出力ポートに至る２つの経路において、経路の途中で付加される位相が等しい光合分岐回路を提供することができる。
【００３１】
このような光合分岐回路と反射型光変調器を用いて構成した光スイッチは、位相シフタ間の位相差を精密に調整することができるので、消光比の高い光スイッチを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の光合分岐回路の概略図である。
【図２】従来の光スイッチの概略図である。
【図３】本発明に係る４入力４出力の光合分岐回路の概略図である。
【図４】本発明に係る８入力８出力の光スイッチの概略図である。
【図５】本発明に係る１入力４出力、波長数Ｍの光スイッチの概略図である
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（第１の実施形態）
図３は本発明に係る４入力４出力の光分岐回路の概略図である。なお、以下の図において、図１と同一の機能を持つものは同一の符号を付するものとする。
【００３４】
図３に示す光合分岐回路３は、ＰＬＣ上に形成され、入力導波路１０２、１０３が第１段方向性結合器１１１の２つの入力に接続され、また、入力導波路１０１、１０４が第１段方向性結合器１１２の２つの入力に接続されている。
【００３５】
第１段方向性結合器１１１の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２１、１２２を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の片方の入力に接続されている。また、第１段方向性結合器１１２の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２３、１２４を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の他方の入力に接続されている。
【００３６】
入力ポート１１に入力された光波は、第１段方向性結合器１１２によって、第２段方向性結合器１３１、１３２へ分岐される。分岐された光波の一方は、第２段方向性結合器１３１によって出力ポート２１、２２へ、また他方は第２段方向性結合器１３２によって出力ポート２３、２４へ分岐される。方向性結合器の結合率がいずれも５０％である場合には、出力ポート２１〜２４から等パワーの光波が出力されることになる。
【００３７】
また、光波が入力ポート１２〜１４に入力された場合も、同様に光波は４分岐されて、出力ポート２１〜２４から出力されることになる。
【００３８】
図３の光合分岐回路３において、出力ポート２１〜２４のうち任意の隣接する２つの出力ポートに対して、２つの出力ポートへの光分岐を担う方向性結合器から、出力ポートに至る２つの経路の光路長は等しくなるように設計される。
【００３９】
ここで、入力ポート１１から入力され、出力ポート２２と２３から出力される２つの光波の位相差を考えた場合、出力ポート２２、２３から出力される光波は、方向性結合器１１２で分岐された後、それぞれ方向性結合器１３１、１３２のスルーポートを経由しているので、方向性結合器１３１と１３２とによって付加される位相差は等しくなる。
【００４０】
（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光分岐回路を作製した。出力ポート端面に隣接する２ポートのみを反射するミラーを貼り付けて、入力ポート１１から光波を入力したとき、各入力ポート１１〜１４に反射して出力される光パワーを観測した。入力ポート１１からの出力は、光サーキュレータを介して、入力光と出力光を分離することによって観測した。
【００４１】
出力ポート２２と２３からの出力のみを反射したとき、入力ポート１３、１４からの光出力の和は入力光に対して-2dB、入力ポート１１、１２からの光出力の和は-20dBであった。方向性結合器１１２を分岐点として構成されるＭＺＩのクロスポートから光波が出力され、スルーポートへの出力は遮断されていることから、方向性結合器１３１、１３２で付与される位相差は等しく、設計どおりの光回路が実現されていることを確認した。
【００４２】
（第２の実施形態）
図４は本発明に係る１入力８出力の光スイッチの概略図である。図４に示す光合分岐回路４は、ＰＬＣ上に形成され、入力導波路１０４、１０５が第１段方向性結合器１１１の２つの入力に、入力導波路１０３、１０６が第１段方向性結合器１１２の２つの入力に、入力導波路１０２、１０７が第１段方向性結合器１１３の２つの入力に、入力導波路１０１、１０８が第１段方向性結合器１１４の２つの入力に、それぞれ接続されている。
【００４３】
第１段方向性結合器１１１の２つの出力は、それぞれ第２段方向性結合器１３３、１３４の片方の入力に接続され、第１段方向性結合器１１４の２つの出力は、それぞれ第２段方向性結合器１３３、１３４の他方の入力に接続されている。第１段方向性結合器１１２の２つの出力は、それぞれ第２段方向性結合器１３１、１３２の片方の入力に接続され、第１段方向性結合器１１３の２つの出力は、それぞれ第２段方向性結合器１３１、１３２の他方の入力に接続されている。
【００４４】
第２段方向性結合器１３１の２つの出力は、それぞれ第３段方向性結合器１５１、１５２の片方の入力に接続され、第２段方向性結合器１３３の２つの出力は、それぞれ第２段方向性結合器１５１、１５２の他方の入力に接続されている。第２段方向性結合器１３２の２つの出力は、それぞれ第３段方向性結合器１５３、１５４の片方の入力に接続され、第２段方向性結合器１３４の２つの出力は、それぞれ第３段方向性結合器１５３、１５４の他方の入力に接続されている。
【００４５】
入力ポート１１に入力された光波は、第１段方向性結合器１１４によって、第２段方向性結合器１３３、１３４へ分岐される。分岐された光波の一方は、第２段方向性結合器１３３によって第３段方向性結合器１５１、１５２へ、また他方は第２段方向性結合器１３４によって第３段方向性結合器１５３、１５４へ分岐される。第３段方向性結合器１５１〜１５４は、それぞれ光波を出力ポート２１と２２、２３と２４、２５と２６、２７と２８へ分岐する。方向性結合器の結合率がいずれも５０％である場合には、出力ポート２１〜２８から等パワーの光波が出力されることになる。
【００４６】
また、光波が入力ポート１２〜１８に入力された場合も、同様に光波は８分岐されて、出力ポート２１〜２８から出力されることになる。
【００４７】
図４の光合分岐回路１において、出力ポート２１〜２８のうち任意の隣接する２つの出力ポートに対して、２つの出力ポートへの光分岐を担う方向性結合器から、出力ポートに至る２つの経路の光路長は等しくなるように設計される。
【００４８】
ここで、入力ポート１１から入力され、出力ポート２２と２３から出力される２つの光波の位相差を考えた場合、出力ポート２２、２３から出力される光波は、方向性結合器１３３で分岐された後、それぞれ方向性結合器１５１、１５２のスルーポートを経由しているので、方向性結合器１３３から出力ポート２２、２３それぞれまでの２つの経路において、方向性結合器１５１、１５２によって付加される位相差は等しくなる。同様に、出力ポート２６と２７から出力される２つの光波の位相差についても、方向性結合器１３４から出力ポート２６、２７それぞれまでの２つの経路において、方向性結合器１５３、１５４によって付加される位相差は等しくなる。
【００４９】
さらに、出力ポート２４と２５から出力される２つの光波の位相差についても、方向性結合器１１４で分岐された後、それぞれ方向性結合器１３３のスルーポートと方向性結合器１５２のクロスポート、方向性結合器１３４のスルーポートと方向性結合器１５３のクロスポートを経由しているので、方向性結合器１１４から出力ポート２４、２５それぞれまでの２つの経路において、各方向性結合器によって付加される位相差は等しくなる。
【００５０】
図４の光合分岐回路４の出力ポート２１〜２８には、８個の位相シフタ２１１〜２１８と反射ミラー２２２を含む反射型位相変調器２２２１が接続されている。
【００５１】
光合分岐回路４の入力ポート１１に入力された光波は、８分岐されて、かつ特定の位相差をもって各出力ポート２１〜２８から出力される。出力ポート２１〜２８から出力した光波は、それぞれ位相シフタ２１１〜２１８で位相を変調されるとともに、反射ミラー２２２で反射されて再び出力ポート２１〜２８に戻される。光合分岐回路４の出力ポート２１〜２８に入力された光波は、それぞれ８分岐されて入力ポート１１〜１８に到達する。このとき、各ポートから出力される光波のパワーは８つの光波の位相関係によって決まり、位相シフタ２１１〜２１８で付与される位相差に応じて、本実施形態に係る１入力８出力の光スイッチにおいて光が出力されるポートが定まる。
【００５２】
ここで、位相変調器２の各位相シフタ２１１〜２１８間の位相差は、以下のようにして調整することができる。
【００５３】
位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整する場合、まず、それ以外の位相シフタを通過し、反射ミラー２２２により反射する光波を遮断する。これは、例えば、反射ミラー２２２の前にスリットを挿入するなどの方法により実施できる。そうしておいて、入力ポート１１から光波を入力し、位相変調器２の位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整しながら、各入力ポート１１〜１８に反射されて出力される光パワーを観測する。このとき、出力ポート２１、２２への光分岐を担う方向性結合器１５１を分岐点として、ＭＺＩが構成されるので、位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整すると、ＭＺＩのスルーポートに相当する入力ポート１１、１４、１５、１８からの出力の和と、クロスポートに相当する入力ポート１２、１３、１６、１７からの出力の和とが変化する。入力ポート１２、１３、１６、１７からの出力の和が最大になるときが位相差０に相当し、入力ポート１１、１４、１５、１８からの出力が最大になるときが位相差πに相当することから、位相シフタ２１１、２１２間の位相差の設定を決定することができる。
【００５４】
本発明の構成では、隣接する２つの出力ポートへの光分岐を担う方向性結合器を分岐点とするＭＺＩの２つのアームにおいて方向性結合器によって付加される位相差は等しいので、位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整する場合と同様に、全ての隣接する２つの位相シフタ間について、位相差の設定を決定することができる。
【００５５】
（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を用いて、第２の実施形態に基づく光スイッチを作製した。第２の実施形態に述べた位相調整方法によって、全ての隣接する２つの位相シフタ間の位相差の設定を求めた。８つの出力ポートにおける消光比を測定した結果、いずれも２５ｄＢ以上であった。
【００５６】
本発明は、１入力Ｎ出力の光合分波回路（N：４以上の２のべき乗で表される整数）が可能であるが、Ｎが２n（ｎ：２以上の整数）であるとすると、２(n-1)個の前記単位光合分岐回路を単位とする光合分岐回路ユニットがｎ段接続された構成となる。また、各光合分岐ユニットの各単位光合分岐回路に接続された同一の前記光合分岐回路ユニットに属する２つの単位光合分岐回路の入出力関係は同じになるように構成される。また、第１段目の前記光合分岐回路ユニットの出力は前記出力ポートに接続され、第ｎ段目の前記光合分岐回路ユニットの入力は入力ポートに接続される構成をとる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図５は本発明に係る１入力４出力、波長数Ｍの光スイッチの概略図である。
【００５８】
図５に示す光スイッチは、入力された波長多重光を出力導波路１６１〜１６４へ４つに分岐した後、それぞれの光波をＭ波長に分離する波長合分波器４個と、分離された４Ｍの光波を位相変調した後反射する反射型位相変調器２２２１とを有する。光合分岐回路と波長合分波器は同一のＰＬＣ上に形成されており、反射型位相変調器２２２１と集光レンズ２３４を用いた空間光学系で結合される。反射型位相変調器２２２１で位相変調されるとともに反射された４Ｍの光波は、再び波長合分波器１７１〜１７４へ入力されて、再び４つに波長多重された後、光合分岐回路により合分岐されて、入力ポート１１〜１４から出力される。
【００５９】
図５に示す光スイッチにおいては、各波長に対して光波の位相を調節することが可能であるから、波長ごとに出力ポートを任意に設定することができる。
【００６０】
（実施例３）
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、反射型液晶光位相変調器を用いて、第３の実施形態に基づく光スイッチ（波長数Ｍ＝４０）を作製した。第２の実施形態に述べた位相調整方法と同様に、全ての隣接する２つの位相シフタ間の位相差の設定を求めた。４つの出力ポートにおける各波長の消光比を測定した結果、いずれも２５ｄＢ以上であった。
【００６１】
尚、以上で説明した各実施形態において、入力ポートと出力ポートを逆にして、N入力１出力の光スイッチとして使用することも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１、３、４、５ 光合分岐回路
１１〜１４ 入力ポート
１０１〜１０４ 入力導波路
１１１、１１２ 第１段方向性結合器
１２１〜１２４ 接続導波路
１３１、１３２ 第２段方向性結合器
１６１〜１６４ 出力導波路
２１〜２４ 入力ポート
２１１〜２１４ 位相シフタ
２２２ 反射ミラー
２３４ 集光レンズ
２２２１ 反射型位相変調器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合分岐回路及び光スイッチに関し、より詳細には、光ファイバ通信等において使用される光合分岐回路光及びスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信において、平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）を用いた様々な光回路が用いられている。最も基本的な光回路は、２入力２出力の合分岐回路であり、入力された１つの光波を２つに分岐して出力したり、あるいは逆に、入力された２つの光波を１つに合流して出力したりするために使用される。ＰＬＣは、シリコン等の基板上に形成されたシリカ系ガラス光導波路で構成され、伝搬損失が低く、光ファイバとの接続性に優れ、単一の基板上に多数の回路を集積化できるなどの特長がある。
【０００３】
ＰＬＣ上に、２入力２出力の単位光合分岐回路を多段に接続することによって、多入力多出力の光合分岐回路を作製することができる。単位光合分岐回路としては、方向性結合器または、マルチモード干渉カプラを用いることができる。従来、２入力２出力の方向性結合器４個を多段接続して、４入力４出力の光合分岐回路を構成した例が知られている（非特許文献１参照）。
【０００４】
図１は従来の４入力４出力の光合分岐回路の概略図である。図１に示す従来の光合分岐回路１は、ＰＬＣ上に形成され、入力ポート１１〜１４に接続された入力導波路１０１〜１０４と、第１段方向性結合器１１１、１１２と、接続導波路１２１〜１２４と、第２段方向性結合器１３１、１３２、および出力ポート２１〜２４に接続された出力導波路１６１〜１６４により構成される。
【０００５】
入力導波路１０１、１０２は第１段方向性結合器１１１の２つの入力に、また、入力導波路１０３、１０４は第１段方向性結合器１１２の２つの入力に接続されている。
【０００６】
第１段方向性結合器１１１の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２１、１２２を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の一方の入力に接続されている。また、第１段方向性結合器１１２の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２３、１２４を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の他方の入力に接続されている。
【０００７】
入力ポート１１に入力された光波は、第１段方向性結合器１１１によって、第２段方向性結合器１３１、１３２へ分岐される。分岐された光波の一方は、第２段方向性結合器１３１によって出力ポート２１、２２へ、また他方は第２段方向性結合器１３２によって出力ポート２３、２４へ分岐される。従って、方向性結合器の結合率がいずれも５０％である場合には、出力ポート２１〜２４から等パワーの光波が出力されることになる。
【０００８】
また、光波が入力ポート１２〜１４に入力された場合も、同様に光波は４分岐されて、出力ポート２１〜２４から出力される。
【０００９】
上記の光合分岐回路１において、出力ポート２１〜２４のうち任意の隣接する２つの出力ポートに対して、２つの出力ポートへの光分岐を担う方向性結合器から、出力ポートに至る２つの経路の光路長を等しく設計することで、出力ポート２１〜２４から出力される４つの光波が、特定の位相差を有するようにすることができる。ここで、隣接する２つの出力ポートへの光分岐を担う単位光合分岐回路とは、例えば、出力ポート２１と２２に対しては方向性結合器１３１、出力ポート２２と２３に対しては方向性結合器１１１、出力ポート２３と２４に対しては方向性結合器１３２である。
【００１０】
上記の光合分岐回路１の出力ポート２１〜２４に、４個の位相シフタを有する反射型位相変調器２を接続することで、１入力４出力の光スイッチを構成することができる。位相変調器としては、熱光学効果や電気光学効果などによって動作する導波路型の位相変調器を用いることもできるし、もしくは液晶などを利用したバルク型の位相変調器を用いて、集光レンズを用いた空間光学系で光結合することもできる。
【００１１】
図２は従来の１入力４出力の光スイッチの概略図である。図２に示す従来の光スイッチにおいて、光合分岐回路１の入力ポート１１に入力された光波は、４分岐されて、かつ特定の位相差をもって各出力ポート２１〜２４から出力される。出力ポート２１〜２４から出力した光波は、それぞれ位相シフタ２１１〜２１４で位相を変調されるとともに、ミラー２２２で反射されて再び出力ポート２１〜２４に戻される。光合分岐回路１の出力ポート２１〜２４に入力された光波は、それぞれ４分岐されて入力ポート１１〜１４に到達する。このとき、各ポートから出力される光波のパワーは４つの光波の位相関係によって決まり、位相シフタ２１１〜２１４で付与される位相差に応じて、光が出力されるポートが定まる。
【００１２】
さらに、出力ポート２１〜２４と反射型位相変調器２との間に波長合分波器を配置することで、入力ポート１１に入力された波長分割多重信号のうち、任意の波長の光信号の方路を、入力ポート１１〜１４のうち任意のポートに切替えて出力する光スイッチを構成することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】H. Arai et al., Technical Digest of OECC'96, Paper 19C2-3
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図１の従来の光合分岐回路では、隣接する出力ポート２２と２３から出力される２つの光波の位相差を考えた場合、方向性結合器１３１、１３２によって異なる位相が付加されてしまうという問題があった。そのため、図２の従来の光スイッチでは、位相変調器２の各位相シフタ２１２、２１３間の位相を精密に調整するのが困難であるという問題があった。
【００１５】
光合分岐回路１の出力ポート２１〜２４から出力される光波の位相差は、入力ポート１１〜１４から出力ポート２１〜２４に至る各経路の光路長と、経路中に配置された各単位合分岐回路で付加される位相差によって決まる。ここで、単位合分岐回路で付加される位相差とは、分岐された２つの光波間の位相差のことであり、理想的な方向性結合器の場合はπ／２である。
【００１６】
例えば、入力ポート１１に入力された光波は、方向性結合器１１１で２分岐されて、接続導波路１２１と１２２に出力されるが、接続導波路１２２（方向性結合器のクロスポート）に出力される光波は、接続導波路１２１（方向性結合器のスルーポート）に出力される光波に対して、位相がπ／２進んでいる。同様に、方向性結合器１３１で２分岐された光波のうち、出力導波路１６２（クロスポート）に出力される光波は、接続導波路１６１（スルーポート）に出力される光波に対して、位相がπ／２進んでいる。また、方向性結合器１３２で２分岐された光波のうち、出力導波路１６４（クロスポート）に出力される光波は、接続導波路１６３（スルーポート）に出力される光波に対して、位相がπ／２進んでいる。この単位合分岐回路で付加される位相差は、製造誤差等の影響により変動する可能性があり、特にマルチモード干渉カプラの場合には、変動が大きい傾向がある。
【００１７】
出力ポート２２と２３から出力される２つの光波の位相差を考えた場合、出力ポート２２から出力される光波は、方向性結合器１３１のクロスポートを経由しているのに対して、出力ポート２３から出力される光波は、方向性結合器１３２のスルーポートを経由しているので、方向性結合器１３１と１３２とによって付加される位相差が異なることになる。
【００１８】
このような位相差は、特に、図２に示す光スイッチにおいて、位相変調器２の位相シフタ２１２、２１３間の位相差を精密に調整しようとしたときに問題となる。
【００１９】
ここで、位相変調器２の各位相シフタ２１１〜２１４間の位相差の調整方法について説明する。位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整する場合、まず、それ以外の位相シフタを通過し、反射ミラー２２２により反射する光波を遮断する。これは、例えば、反射ミラー２２２の前にスリットを挿入するなどの方法により実施できる。そうしておいて、入力ポート１１から光波を入力し、位相変調器２の位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整しながら、各入力ポート１１〜１４に反射されて出力される光パワーを観測する。
【００２０】
このとき、出力ポート２１、２２への光分岐を担う方向性結合器１３１を分岐点として、マッハ‐ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）が構成されるので、位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整すると、ＭＺＩのスルーポートに相当する入力ポート１１、１２からの出力の和と、クロスポートに相当する入力ポート１３、１４からの出力の和とが変化する。入力ポート１３、１４からの出力の和が最大になるときが位相差０に相当し、入力ポート１１、１２からの出力の和が最大になるときが位相差πに相当することから、位相シフタ２１１、２１２間の位相差の設定を決定することができる。
【００２１】
同様に、位相シフタ２１３、２１４間の位相差については、位相シフタ２１１、２１２を通過し、反射ミラー２２２により反射する光波を遮断した後、入力ポート１１から光波を入力し、出力ポート２３、２４への光分岐を担う方向性結合器１３２を分岐点として構成されるＭＺＩのスルーポートに相当する入力ポート１１、１２からの出力の和と、クロスポートに相当する入力ポート１３、１４からの出力の和を観測することによって、位相差の設定を決定することができる。
【００２２】
しかしながら、位相シフタ２１２、２１３間の位相差は、この方法により調整することは困難である。この場合は、位相シフタ２１１、２１４を通過し、反射ミラー２２２により反射する光波を遮断した後、入力ポート１１から光波を入力し、出力ポート２２、２３への光分岐を担う方向性結合器１１１を分岐点として構成されるＭＺＩのスルーポートに相当する入力ポート１１からの出力と、クロスポートに相当する入力ポート１２からの出力を観測することになる。
【００２３】
しかし、方向性結合器１１１から出力ポート２２、２３に至る経路のうち、出力ポート２２に至る経路は方向性結合器１３１のクロスポートを通過するが、出力ポート２３に至る経路は方向性結合器１３２のスルーポートを通過するので、方向性結合器１３１と１３２とによって付加される位相差が異なることになる。さらに、実際には、その付加される位相差は、製造誤差の影響により変動する可能性があるため、入力ポート１１と１２から出力される光パワーの測定から、位相シフタ２１２、２１３間の位相差を精密に求めることは困難であった。
【００２４】
したがって、図２の従来の光スイッチでは、全ての位相シフタ２１１〜２１４間の位相差を精密に調整することが困難であり、その結果、光スイッチの消光比の劣化を招く要因となっていた。
【００２５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、任意の隣接する２個の出力ポートに対して、２個の出力ポートへの光分岐を担う単位光合分岐回路から、出力ポートに至る２つの経路において、経路の途中で付加される位相が等しい光合分岐回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光合分岐回路であって、平面光波回路上に形成されたN個の入力ポートとN個の出力ポートを有する光合分岐回路であって（N：４以上の２のべき乗で表される整数）、N個の前記入力ポートのうち任意の１つに入力された光波を、N個の出力ポートの全てに分岐して出力するために、２入力２出力の単位光合分岐回路が多段に接続して構成されてなり、N個の前記出力ポートのうち任意の隣接する２つの出力ポートに対して、前記隣接する２つの出力ポートへの光分岐を担う単位光合分岐回路から、前記出力ポートに至る２つの経路の光路長が等しく設計され、かつ、前記経路の途中に配置された単位光合分岐回路の入出力位置関係が全て同一であることを特徴とする。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光合分岐回路であって、Ｎが２n（ｎ：２以上の整数）であるとすると、２(n-1)個の前記単位光合分岐回路を単位とする光合分岐回路ユニットがｎ段接続されており、前記各光合分岐ユニットの各単位光合分岐回路に接続された同一の前記光合分岐回路ユニットに属する２つの単位光合分岐回路の入出力関係は同じであり、第１段目の前記光合分岐回路ユニットの出力は前記出力ポートに接続され、第ｎ段目の前記光合分岐回路ユニットの入力は入力ポートに接続されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項３に記載された発明は、光スイッチであって、請求項１又は２に記載の光合分岐回路と、前記光合分岐回路のN個の出力ポートに接続されたN個の位相シフタを有する反射型位相変調器と、を備え、前記光合分岐回路のＮ個の入力ポートのうち任意の１つに入力された光波は、前記Ｎ個の出力ポートから出された後、位相が前記反射型位相変換器により調整され、再度前記出力ポートから入力することにより、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つの入力ポートから出力することを特徴とする。
【００２９】
請求項４に記載された発明は、光スイッチであって、請求項１又は２に記載の光合分岐回路と、前記光合分岐回路のN個の出力ポートの各々に接続された１入力M出力の波長合分波器（M：２以上の整数）と、前記波長合分波器の出力に接続されたM×N個の位相シフタを有する反射型位相変調器とを備え、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つに入力された波長分割多重光信号のうちの任意の波長の光信号は、前記Ｎ個の出力ポートから出力された後、前記波長合分波器により波長毎に分波され、その後、位相が前記反射型位相変調器により調整され、再度前記出力ポートから入力することにより、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つの入力ポートから出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、任意の隣接する２個の出力ポートに対して、２個の出力ポートへの光分岐を担う単位光合分岐回路から、出力ポートに至る２つの経路において、経路の途中で付加される位相が等しい光合分岐回路を提供することができる。
【００３１】
このような光合分岐回路と反射型光変調器を用いて構成した光スイッチは、位相シフタ間の位相差を精密に調整することができるので、消光比の高い光スイッチを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の光合分岐回路の概略図である。
【図２】従来の光スイッチの概略図である。
【図３】本発明に係る４入力４出力の光合分岐回路の概略図である。
【図４】本発明に係る８入力８出力の光スイッチの概略図である。
【図５】本発明に係る１入力４出力、波長数Ｍの光スイッチの概略図である
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（第１の実施形態）
図３は本発明に係る４入力４出力の光分岐回路の概略図である。なお、以下の図において、図１と同一の機能を持つものは同一の符号を付するものとする。
【００３４】
図３に示す光合分岐回路３は、ＰＬＣ上に形成され、入力導波路１０２、１０３が第１段方向性結合器１１１の２つの入力に接続され、また、入力導波路１０１、１０４が第１段方向性結合器１１２の２つの入力に接続されている。
【００３５】
第１段方向性結合器１１１の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２１、１２２を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の片方の入力に接続されている。また、第１段方向性結合器１１２の２つの出力は、それぞれ接続導波路１２３、１２４を介して、第２段方向性結合器１３１、１３２の他方の入力に接続されている。
【００３６】
入力ポート１１に入力された光波は、第１段方向性結合器１１２によって、第２段方向性結合器１３１、１３２へ分岐される。分岐された光波の一方は、第２段方向性結合器１３１によって出力ポート２１、２２へ、また他方は第２段方向性結合器１３２によって出力ポート２３、２４へ分岐される。方向性結合器の結合率がいずれも５０％である場合には、出力ポート２１〜２４から等パワーの光波が出力されることになる。
【００３７】
また、光波が入力ポート１２〜１４に入力された場合も、同様に光波は４分岐されて、出力ポート２１〜２４から出力されることになる。
【００３８】
図３の光合分岐回路３において、出力ポート２１〜２４のうち任意の隣接する２つの出力ポートに対して、２つの出力ポートへの光分岐を担う方向性結合器から、出力ポートに至る２つの経路の光路長は等しくなるように設計される。
【００３９】
ここで、入力ポート１１から入力され、出力ポート２２と２３から出力される２つの光波の位相差を考えた場合、出力ポート２２、２３から出力される光波は、方向性結合器１１２で分岐された後、それぞれ方向性結合器１３１、１３２のスルーポートを経由しているので、方向性結合器１３１と１３２とによって付加される位相差は等しくなる。
【００４０】
（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光分岐回路を作製した。出力ポート端面に隣接する２ポートのみを反射するミラーを貼り付けて、入力ポート１１から光波を入力したとき、各入力ポート１１〜１４に反射して出力される光パワーを観測した。入力ポート１１からの出力は、光サーキュレータを介して、入力光と出力光を分離することによって観測した。
【００４１】
出力ポート２２と２３からの出力のみを反射したとき、入力ポート１３、１４からの光出力の和は入力光に対して-2dB、入力ポート１１、１２からの光出力の和は-20dBであった。方向性結合器１１２を分岐点として構成されるＭＺＩのクロスポートから光波が出力され、スルーポートへの出力は遮断されていることから、方向性結合器１３１、１３２で付与される位相差は等しく、設計どおりの光回路が実現されていることを確認した。
【００４２】
（第２の実施形態）
図４は本発明に係る１入力８出力の光スイッチの概略図である。図４に示す光合分岐回路４は、ＰＬＣ上に形成され、入力導波路１０４、１０５が第１段方向性結合器１１１の２つの入力に、入力導波路１０３、１０６が第１段方向性結合器１１２の２つの入力に、入力導波路１０２、１０７が第１段方向性結合器１１３の２つの入力に、入力導波路１０１、１０８が第１段方向性結合器１１４の２つの入力に、それぞれ接続されている。
【００４３】
第１段方向性結合器１１１の２つの出力は、それぞれ第２段方向性結合器１３３、１３４の片方の入力に接続され、第１段方向性結合器１１４の２つの出力は、それぞれ第２段方向性結合器１３３、１３４の他方の入力に接続されている。第１段方向性結合器１１２の２つの出力は、それぞれ第２段方向性結合器１３１、１３２の片方の入力に接続され、第１段方向性結合器１１３の２つの出力は、それぞれ第２段方向性結合器１３１、１３２の他方の入力に接続されている。
【００４４】
第２段方向性結合器１３１の２つの出力は、それぞれ第３段方向性結合器１５１、１５２の片方の入力に接続され、第２段方向性結合器１３３の２つの出力は、それぞれ第２段方向性結合器１５１、１５２の他方の入力に接続されている。第２段方向性結合器１３２の２つの出力は、それぞれ第３段方向性結合器１５３、１５４の片方の入力に接続され、第２段方向性結合器１３４の２つの出力は、それぞれ第３段方向性結合器１５３、１５４の他方の入力に接続されている。
【００４５】
入力ポート１１に入力された光波は、第１段方向性結合器１１４によって、第２段方向性結合器１３３、１３４へ分岐される。分岐された光波の一方は、第２段方向性結合器１３３によって第３段方向性結合器１５１、１５２へ、また他方は第２段方向性結合器１３４によって第３段方向性結合器１５３、１５４へ分岐される。第３段方向性結合器１５１〜１５４は、それぞれ光波を出力ポート２１と２２、２３と２４、２５と２６、２７と２８へ分岐する。方向性結合器の結合率がいずれも５０％である場合には、出力ポート２１〜２８から等パワーの光波が出力されることになる。
【００４６】
また、光波が入力ポート１２〜１８に入力された場合も、同様に光波は８分岐されて、出力ポート２１〜２８から出力されることになる。
【００４７】
図４の光合分岐回路１において、出力ポート２１〜２８のうち任意の隣接する２つの出力ポートに対して、２つの出力ポートへの光分岐を担う方向性結合器から、出力ポートに至る２つの経路の光路長は等しくなるように設計される。
【００４８】
ここで、入力ポート１１から入力され、出力ポート２２と２３から出力される２つの光波の位相差を考えた場合、出力ポート２２、２３から出力される光波は、方向性結合器１３３で分岐された後、それぞれ方向性結合器１５１、１５２のスルーポートを経由しているので、方向性結合器１３３から出力ポート２２、２３それぞれまでの２つの経路において、方向性結合器１５１、１５２によって付加される位相差は等しくなる。同様に、出力ポート２６と２７から出力される２つの光波の位相差についても、方向性結合器１３４から出力ポート２６、２７それぞれまでの２つの経路において、方向性結合器１５３、１５４によって付加される位相差は等しくなる。
【００４９】
さらに、出力ポート２４と２５から出力される２つの光波の位相差についても、方向性結合器１１４で分岐された後、それぞれ方向性結合器１３３のスルーポートと方向性結合器１５２のクロスポート、方向性結合器１３４のスルーポートと方向性結合器１５３のクロスポートを経由しているので、方向性結合器１１４から出力ポート２４、２５それぞれまでの２つの経路において、各方向性結合器によって付加される位相差は等しくなる。
【００５０】
図４の光合分岐回路４の出力ポート２１〜２８には、８個の位相シフタ２１１〜２１８と反射ミラー２２２を含む反射型位相変調器２２２１が接続されている。
【００５１】
光合分岐回路４の入力ポート１１に入力された光波は、８分岐されて、かつ特定の位相差をもって各出力ポート２１〜２８から出力される。出力ポート２１〜２８から出力した光波は、それぞれ位相シフタ２１１〜２１８で位相を変調されるとともに、反射ミラー２２２で反射されて再び出力ポート２１〜２８に戻される。光合分岐回路４の出力ポート２１〜２８に入力された光波は、それぞれ８分岐されて入力ポート１１〜１８に到達する。このとき、各ポートから出力される光波のパワーは８つの光波の位相関係によって決まり、位相シフタ２１１〜２１８で付与される位相差に応じて、本実施形態に係る１入力８出力の光スイッチにおいて光が出力されるポートが定まる。
【００５２】
ここで、位相変調器２の各位相シフタ２１１〜２１８間の位相差は、以下のようにして調整することができる。
【００５３】
位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整する場合、まず、それ以外の位相シフタを通過し、反射ミラー２２２により反射する光波を遮断する。これは、例えば、反射ミラー２２２の前にスリットを挿入するなどの方法により実施できる。そうしておいて、入力ポート１１から光波を入力し、位相変調器２の位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整しながら、各入力ポート１１〜１８に反射されて出力される光パワーを観測する。このとき、出力ポート２１、２２への光分岐を担う方向性結合器１５１を分岐点として、ＭＺＩが構成されるので、位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整すると、ＭＺＩのスルーポートに相当する入力ポート１１、１４、１５、１８からの出力の和と、クロスポートに相当する入力ポート１２、１３、１６、１７からの出力の和とが変化する。入力ポート１２、１３、１６、１７からの出力の和が最大になるときが位相差０に相当し、入力ポート１１、１４、１５、１８からの出力が最大になるときが位相差πに相当することから、位相シフタ２１１、２１２間の位相差の設定を決定することができる。
【００５４】
本発明の構成では、隣接する２つの出力ポートへの光分岐を担う方向性結合器を分岐点とするＭＺＩの２つのアームにおいて方向性結合器によって付加される位相差は等しいので、位相シフタ２１１、２１２間の位相差を調整する場合と同様に、全ての隣接する２つの位相シフタ間について、位相差の設定を決定することができる。
【００５５】
（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を用いて、第２の実施形態に基づく光スイッチを作製した。第２の実施形態に述べた位相調整方法によって、全ての隣接する２つの位相シフタ間の位相差の設定を求めた。８つの出力ポートにおける消光比を測定した結果、いずれも２５ｄＢ以上であった。
【００５６】
本発明は、１入力Ｎ出力の光合分波回路（N：４以上の２のべき乗で表される整数）が可能であるが、Ｎが２n（ｎ：２以上の整数）であるとすると、２(n-1)個の前記単位光合分岐回路を単位とする光合分岐回路ユニットがｎ段接続された構成となる。また、各光合分岐ユニットの各単位光合分岐回路に接続された同一の前記光合分岐回路ユニットに属する２つの単位光合分岐回路の入出力関係は同じになるように構成される。また、第１段目の前記光合分岐回路ユニットの出力は前記出力ポートに接続され、第ｎ段目の前記光合分岐回路ユニットの入力は入力ポートに接続される構成をとる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図５は本発明に係る１入力４出力、波長数Ｍの光スイッチの概略図である。
【００５８】
図５に示す光スイッチは、入力された波長多重光を出力導波路１６１〜１６４へ４つに分岐した後、それぞれの光波をＭ波長に分離する波長合分波器４個と、分離された４Ｍの光波を位相変調した後反射する反射型位相変調器２２２１とを有する。光合分岐回路と波長合分波器は同一のＰＬＣ上に形成されており、反射型位相変調器２２２１と集光レンズ２３４を用いた空間光学系で結合される。反射型位相変調器２２２１で位相変調されるとともに反射された４Ｍの光波は、再び波長合分波器１７１〜１７４へ入力されて、再び４つに波長多重された後、光合分岐回路により合分岐されて、入力ポート１１〜１４から出力される。
【００５９】
図５に示す光スイッチにおいては、各波長に対して光波の位相を調節することが可能であるから、波長ごとに出力ポートを任意に設定することができる。
【００６０】
（実施例３）
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、反射型液晶光位相変調器を用いて、第３の実施形態に基づく光スイッチ（波長数Ｍ＝４０）を作製した。第２の実施形態に述べた位相調整方法と同様に、全ての隣接する２つの位相シフタ間の位相差の設定を求めた。４つの出力ポートにおける各波長の消光比を測定した結果、いずれも２５ｄＢ以上であった。
【００６１】
尚、以上で説明した各実施形態において、入力ポートと出力ポートを逆にして、N入力１出力の光スイッチとして使用することも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１、３、４、５ 光合分岐回路
１１〜１４ 入力ポート
１０１〜１０４ 入力導波路
１１１、１１２ 第１段方向性結合器
１２１〜１２４ 接続導波路
１３１、１３２ 第２段方向性結合器
１６１〜１６４ 出力導波路
２１〜２４ 入力ポート
２１１〜２１４ 位相シフタ
２２２ 反射ミラー
２３４ 集光レンズ
２２２１ 反射型位相変調器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面光波回路上に形成されたN個の入力ポートとN個の出力ポートを有する光合分岐回路であって（N：４以上の２のべき乗で表される整数）、
N個の前記入力ポートのうち任意の１つに入力された光波を、N個の出力ポートの全てに分岐して出力するために、２入力２出力の単位光合分岐回路が多段に接続して構成されてなり、
N個の前記出力ポートのうち任意の隣接する２つの出力ポートに対して、前記隣接する２つの出力ポートへの光分岐を担う単位光合分岐回路から、前記出力ポートに至る２つの経路の光路長が等しく設計され、かつ、前記経路の途中に配置された単位光合分岐回路の入出力位置関係が全て同一であることを特徴とする光合分岐回路。
【請求項２】
Ｎが２n（ｎ：２以上の整数）であるとすると、２(n-1)個の前記単位光合分岐回路を単位とする光合分岐回路ユニットがｎ段接続されており、
前記各光合分岐ユニットの各単位光合分岐回路に接続された同一の前記光合分岐回路ユニットに属する２つの単位光合分岐回路の入出力関係は同じであり、
第１段目の前記光合分岐回路ユニットの出力は前記出力ポートに接続され、第ｎ段目の前記光合分岐回路ユニットの入力は入力ポートに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光合分岐回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光合分岐回路と、
前記光合分岐回路のN個の出力ポートに接続されたN個の位相シフタを有する反射型位相変調器と、
を備え、前記光合分岐回路のＮ個の入力ポートのうち任意の１つに入力された光波は、前記Ｎ個の出力ポートから出された後、位相が前記反射型位相変換器により調整され、再度前記出力ポートから入力することにより、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つの入力ポートから出力することを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光合分岐回路と、
前記光合分岐回路のN個の出力ポートの各々に接続された１入力M出力の波長合分波器（M：２以上の整数）と、
前記波長合分波器の出力に接続されたM×N個の位相シフタを有する反射型位相変調器と
を備え、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つに入力された波長分割多重光信号のうちの任意の波長の光信号は、前記Ｎ個の出力ポートから出力された後、前記波長合分波器により波長毎に分波され、その後、位相が前記反射型位相変調器により調整され、再度前記出力ポートから入力することにより、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つの入力ポートから出力することを特徴とする光スイッチ。
【請求項１】
平面光波回路上に形成されたN個の入力ポートとN個の出力ポートを有する光合分岐回路であって（N：４以上の２のべき乗で表される整数）、
N個の前記入力ポートのうち任意の１つに入力された光波を、N個の出力ポートの全てに分岐して出力するために、２入力２出力の単位光合分岐回路が多段に接続して構成されてなり、
N個の前記出力ポートのうち任意の隣接する２つの出力ポートに対して、前記隣接する２つの出力ポートへの光分岐を担う単位光合分岐回路から、前記出力ポートに至る２つの経路の光路長が等しく設計され、かつ、前記経路の途中に配置された単位光合分岐回路の入出力位置関係が全て同一であることを特徴とする光合分岐回路。
【請求項２】
Ｎが２n（ｎ：２以上の整数）であるとすると、２(n-1)個の前記単位光合分岐回路を単位とする光合分岐回路ユニットがｎ段接続されており、
前記各光合分岐ユニットの各単位光合分岐回路に接続された同一の前記光合分岐回路ユニットに属する２つの単位光合分岐回路の入出力関係は同じであり、
第１段目の前記光合分岐回路ユニットの出力は前記出力ポートに接続され、第ｎ段目の前記光合分岐回路ユニットの入力は入力ポートに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光合分岐回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光合分岐回路と、
前記光合分岐回路のN個の出力ポートに接続されたN個の位相シフタを有する反射型位相変調器と、
を備え、前記光合分岐回路のＮ個の入力ポートのうち任意の１つに入力された光波は、前記Ｎ個の出力ポートから出された後、位相が前記反射型位相変換器により調整され、再度前記出力ポートから入力することにより、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つの入力ポートから出力することを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光合分岐回路と、
前記光合分岐回路のN個の出力ポートの各々に接続された１入力M出力の波長合分波器（M：２以上の整数）と、
前記波長合分波器の出力に接続されたM×N個の位相シフタを有する反射型位相変調器と
を備え、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つに入力された波長分割多重光信号のうちの任意の波長の光信号は、前記Ｎ個の出力ポートから出力された後、前記波長合分波器により波長毎に分波され、その後、位相が前記反射型位相変調器により調整され、再度前記出力ポートから入力することにより、前記光合分岐回路のN個の入力ポートのうち任意の１つの入力ポートから出力することを特徴とする光スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１５４３３２（Ｐ２０１１−１５４３３２Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７４６５（Ｐ２０１０−１７４６５）
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【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８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【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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