波長選択スイッチ
【課題】従来は３つ必要であったＡＷＧを２つないし１つに統合し、かつ交差導波路を一切含まない１×２波長選択スイッチを提供する。
【解決手段】Ｎ波長分割多重信号を入力信号とする１入力２出力の波長選択スイッチであって、入力された信号を波長分割してＮ個の出力導波路へと出力する第１のアレイ導波路回折格子と、Ｎ個の出力光が並列に入力される１入力２出力の光スイッチをＮ個有する光スイッチアレイと、２つの光スイッチからの出力光が並列に入力される２入力１出力の波長カプラをＮ−１個有する波長カプラアレイと、入力光を２つの出力ポートの少なくとも１方から出力する第２のアレイ導波路回折格子とを備え、第２のアレイ導波路回折格子の第１番目の入力ポートに第１番目の光スイッチの出力が入力され、第ｋ＋１番目の入力ポートに第ｋ番目の波長カプラの出力が入力され、第Ｎ＋１番目の入力ポートに第Ｎ番目の光スイッチの出力が入力される。
【解決手段】Ｎ波長分割多重信号を入力信号とする１入力２出力の波長選択スイッチであって、入力された信号を波長分割してＮ個の出力導波路へと出力する第１のアレイ導波路回折格子と、Ｎ個の出力光が並列に入力される１入力２出力の光スイッチをＮ個有する光スイッチアレイと、２つの光スイッチからの出力光が並列に入力される２入力１出力の波長カプラをＮ−１個有する波長カプラアレイと、入力光を２つの出力ポートの少なくとも１方から出力する第２のアレイ導波路回折格子とを備え、第２のアレイ導波路回折格子の第１番目の入力ポートに第１番目の光スイッチの出力が入力され、第ｋ＋１番目の入力ポートに第ｋ番目の波長カプラの出力が入力され、第Ｎ＋１番目の入力ポートに第Ｎ番目の光スイッチの出力が入力される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）に関し、詳細には、光通信ネットワークノードにおいて光スイッチを実現する導波路型光干渉計回路を用いた波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に、従来の光回路型１×２波長選択スイッチの模式図を示す。この回路は、分光器８０１、１×２スイッチアレイ８０２、第１の合波器８０３、第２の合波器８０４から構成されている。この回路に、まず波長多重信号が８０１に入射し、波長分割多重（ＷＤＭ）信号の各チャネルに分解される。その後各チャネルはそれぞれ異なる１×２スイッチに入力される。１×２スイッチアレイ８０２の各スイッチの選択的な２つの出力のうちの一方（図１において上側に示される出力）にスイッチされた信号は、波長ごとに定められた第１の合波器８０３の入力ポートへ入射し、合波されることでＯｕｔｐｕｔ＃１へ出力される。
【０００３】
一方で、１×２スイッチアレイ８０２の各スイッチの選択的な２つの出力のうちの他の一方（図１において下側に示される出力）にスイッチされたチャネルは波長ごとに定められた第２の合波器８０４の入力ポートへ入射し、Ｏｕｔｐｕｔ＃２へ出力される。このようにして、任意の波長チャネルの出力ポートをＯｕｔｐｕｔ＃１またはＯｕｔｐｕｔ＃２のどちらかに選ぶことが可能となり、波長選択スイッチとして動作する。分光器・合波器としては公知技術であるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）が用いられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】S. Suzuki, A. Himeno, M. Ishii, ”Integrated Multichannel Optical Wavelength Selective Switches Incorporating an Arrayed-Waveguide Grating Multiplexer and Thermooptic Switches,” J. Lightw. Technol., vol. 16, no. 4, april, 1998.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１に示す従来の波長選択スイッチでは、以下のような欠点があった。第１に、３つのＡＷＧを含んでいるため回路サイズが大きくなり、波長チャネル数の増加が困難である。第２に、ＡＷＧの中心波長を一致させる必要があるが、一致させることは困難であり、製造後補償などプロセスが複雑化する。第３に、交差導波路を多数含んでいるが、導波路交差で交差方向へのクロストークを十分低減するために交差角が浅くならないよう設計する必要があり、コンパクトなレイアウトが阻害される。特に高いコア・クラッド間の屈折率コントラストの導波路で交差クロストークが大きくなる傾向があり、困難が大きい。
【０００６】
上記のうち第２の欠点を克服するため、ループバック導波路を採用し、ＡＷＧを１つだけ用いた２×２波長選択スイッチが提案された（非特許文献１参照）。この従来例では、ＡＷＧのポート数が１×Ｎから（２Ｎ＋２）×（２Ｎ＋２）となっているため、ＡＷＧ自体のサイズは大型化しており、第１の欠点の解消に劇的な効果はない。また、第３の欠点は依然残っている。
【０００７】
以上を鑑み、本発明の課題は、ＡＷＧの規模をほとんど拡大させずに、従来は３つ必要であったＡＷＧを２つないし１つに統合し、なおかつ交差導波路を一切含まない１×２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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、Ｎ個の異なる波長（λ1＜λ2＜・・・＜λN）を多重したＮ波長分割多重信号を入力信号とする１入力２出力の波長選択スイッチであって、１つの入力導波路から入力されたＮ波長分割多重信号を波長分割して、Ｎ個の出力導波路へと出力する第１のアレイ導波路回折格子と、前記Ｎ個の出力導波路からの出力光が並列に入力される１入力２出力の光スイッチをＮ個有する光スイッチアレイであって、該光スイッチアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ）番目の光スイッチは、前記Ｎ個の出力導波路のうちの１つの出力導波路からｋ番目に短い波長λkの光が入力され、該波長λkの光を２つの出力のうちの少なくとも一方から出力する、光スイッチアレイと、前記Ｎ個の光スイッチのうちで隣接する波長の光を出力する２つの光スイッチからの出力光が並列に入力される２入力１出力の波長カプラをＮ−１個有する波長カプラアレイであって、該波長カプラアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ-１）番目の波長カプラは、波長λkの光を出力するｋ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、波長λk+1の光を出力するｋ＋１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該２つの入力を合波して１つの出力から出力する、波長カプラアレイと、前記Ｎ−１個の前記波長カプラのＮ−１個の出力と、前記光スイッチのうち最も短波長λ1の光を出力する第１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、前記光スイッチのうち最も長波長λNの光を出力する第Ｎ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力されるＮ＋１個の入力ポートを有し、該Ｎ＋１個の入力ポートから入力された光を２つの出力ポートの少なくとも１方から出力する第２のアレイ導波路回折格子とを備え、前記第２のアレイ導波路回折格子の入力ポートは、第１番目から第Ｎ＋１番目の入力ポートが最も長いアレイ導波路に近い側から順次隣接して設けられており、第１番目の入力ポートに前記第１番目の光スイッチの出力が入力され、第ｋ＋１番目の入力ポートに第ｋ番目の波長カプラの出力が入力され、第Ｎ＋１番目の入力ポートに前記第Ｎ番目の光スイッチの出力が入力されるよう接続されていることを特徴とする波長選択スイッチである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、Ｎ個の異なる波長（λ1＜λ2＜・・・＜λN）を多重したＮ波長分割多重信号を入力信号とする１入力２出力の波長選択スイッチであって、Ｎ＋２個の入力ポートと、Ｎ＋２個の出力ポートを有するアレイ導波路回折格子であって、第１の入力ポートから入力されたＮ波長分割多重信号を波長分割して、第３から第Ｎ＋２の出力ポートに接続されたＮ個の出力導波路へと出力するアレイ導波路回折格子と、前記Ｎ個の出力導波路からの出力光が並列に入力される１入力２出力の光スイッチをＮ個有する光スイッチアレイであって、該光スイッチアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ）番目の光スイッチは、前記Ｎ個の出力導波路のうちの１つの出力導波路からｋ番目に短い波長λkの光が入力され、該波長λkの光を２つの出力のうちの少なくとも一方から出力する、光スイッチアレイと、前記Ｎ個の光スイッチのうちで隣接する波長の光を出力する２つの光スイッチからの出力光が並列に入力される２入力１出力の波長カプラをＮ−１個有する波長カプラアレイであって、該波長カプラアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ-１）番目の波長カプラは、波長λkの光を出力するｋ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、波長λk+1の光を出力するｋ＋１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該２つの入力を合波して１つの出力から出力する、波長カプラアレイとを備え、前記アレイ導波路回折格子は、第２の入力ポートから第Ｎ＋２の入力ポートであるＮ＋１個の入力ポートから、前記Ｎ−１個の前記波長カプラのＮ−１個の出力と、前記光スイッチのうち最も短波長λ1の光を出力する第１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、前記光スイッチのうち最も長波長λNの光を出力する第Ｎ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該Ｎ＋１個の入力ポートから入力された光を、第１および第２の２つの出力ポートの少なくとも１方から出力し、前記Ｎ＋１個の入力ポートには、第２番目の入力ポートに前記第１番目の光スイッチの出力が入力され、第ｋ＋２番目の入力ポートに第ｋ番目の波長カプラの出力が入力され、第Ｎ＋２番目の入力ポートに前記第Ｎ番目の光スイッチの出力が入力されるよう接続されていることを特徴とする波長選択スイッチである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の波長選択スイッチの概略構成を示す図である。
【図３】第２のＡＷＧの構成を示す図である。
【図４】光スイッチを構成するマッハツェンダ干渉器の一例を示す図である。
【図５】波長カプラを構成するマッハツェンダ干渉器の一例を示す図である。
【図６】２つの出力ポートＡ、Ｂでの透過率の変化を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の波長選択スイッチの概略構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態で用いられるＡＷＧの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態の波長選択スイッチの概略構成を示している。図２（ａ）は波長選択スイッチの上面図であり、図２（ｂ）は波長選択スイッチの側方断面図である。波長選択スイッチは、図２（ｂ）に示すように、石英またはシリコンからなる基板１０７上に、ともに石英からなるコア１０５およびクラッド１０６が積層されて構成される。
【００１３】
図２（ａ）に示すように波長選択スイッチは、第１のＡＷＧ１０１と、光スイッチアレイ１０２と、波長カプラアレイ１０３と、第２のＡＷＧ１０４とが縦続接続されて構成されている。波長選択スイッチは、波長がλ1〜λNであるＮ個の波長チャネルの光を処理することができるが、図２では、Ｎ＝８である場合を例示している。波長選択スイッチは、必要に応じてチャネル数Ｎを増減することによって、小型化あるいは大規模化が容易に可能である。
【００１４】
第１のＡＷＧ１０１は、波長選択スイッチの入力側に設けられたＡＷＧであり、Ｎ波長多重された入力光をλ1〜λN（λ1＜λ2＜λ3・・・＜λN）に分解する。第１のＡＷＧ１０１には、１つの入力ポートとＮ個の出力ポートを有するＡＷＧを用いることができる。図２では、ＡＷＧのアレイ導波路は最も長い導波路が図示上方に位置していることとして示しており、図示上方の出力ポートに最も短波長の光が出力され、次に短い波長の光が隣接する出力ポートから出力され、図示下側の出力ポートから最も長波長の光が出力されるように構成されている。
【００１５】
第２のＡＷＧ１０４は、波長選択スイッチの出力側に設けられたＡＷＧであり、Ｎ＋１個の入力光を合波して２つのポートから出力する。第２のＡＷＧ１０４には、Ｎ＋１個の入力ポートと２つの出力ポートとを有するＡＷＧを用いることができる。
【００１６】
図３は第２のＡＷＧ１０４の構成を示す図である。第２のＡＷＧ１０４は、図３に示すように、Ｎ＋１個の入力ポートを有する第１のスラブ導波路４２と、アレイ導波路４３と、２つの出力ポートを有する第２のスラブ導波路４４とを備えている。第１のスラブ導波路４２の出力側には、各導波路の設置間隔がｄ1となるようにアレイ導波路４３が接続されており、第２のスラブ導波路４４の入力側には、各導波路の設置間隔がｄ2となるようにアレイ導波路４３の接続されている。また、第１のスラブ導波路４２の入力側には、入力されるＮ＋１個の導波路４１の導波路設置間隔がＤ1となるように入力ポートが配設され、第２のスラブ導波路４４の出力側には、出力される２つの導波路４５の導波路設置間隔がＤ2となるように出力ポートが配設されている。ｆ1、ｆ2はそれぞれ第１スラブ導波路・第２スラブ導波路の長さである。このとき第２のＡＷＧ１０４は、次式（１）が満たされるように構成される。
【００１７】
【数１】
【００１８】
第２のスラブ導波路４４の２つの出力ポート４５を最も短いアレイ導波路に近い側（図２において下側）からポートＡ、ポートＢとすると、上式（１）が成り立っているとき、ＡＷＧの基本的特性から、ある波長の出力をポートＡからポートＢに変更するには、図２（ａ）の第２のＡＷＧにおいて入力側のポートを最も短いアレイ導波路に近い側（図２において下側）に１ポートずらせばよい。この特性をもとに、第２のＡＷＧ１０４において波長λ1〜λNがポートＡに出力されるための入力側の波長割り当てを波長対応Ａで、ポートＢに出力されるための波長割り当てを波長対応Ｂでそれぞれ破線で囲って図２内に示している。
【００１９】
本発明の波長選択スイッチでは、第１のＡＷＧにおいてＮ個の異なる波長に分離した光を第２のＡＷＧの入力に接続されたＮ＋１本の導波路のうちのいずれかに選択的に入力することによって、任意の波長の光を、第２のＡＷＧ１０４の出力ポートにおいて波長対応ＡまたはＢに導波することができる。したがって、光スイッチアレイ１０２および波長カプラアレイ１０３によって、第２のＡＷＧへの入力導波路を選択的に切り替えて入力することによって、第２のＡＷＧ１０４の２つの出力ポートのうちの所望の出力ポートから出力している。
【００２０】
光スイッチアレイ１０２は、Ｎ個の１入力２出力の光スイッチ１０２ａ、１０２ｂ、・・・で構成されている。図２では、各光スイッチ１０２ａ、１０２ｂ、・・・の出力側に接続された２つの導波路の組を短波長側から１、２、３・・・で示し、各２つの導波路のうち図示上側の導波路をａ、下をｂで示している。それぞれの光スイッチ１０２ａ、１０２ｂ、・・・は波長λkの光を、導波路ｋａ、ｋｂのどちらかあるいはその両方に導波する（ｋ：１〜Ｎ）。
【００２１】
光スイッチ１０２ａ、１０２ｂ、・・・は、図４に示す対称型マッハツェンダ干渉器を用いて構成することができる。ここで図４を用いて、光スイッチ１０２ａの構成について説明する。なお、他の光スイッチ１０２ｂ、１０２ｃ・・・も光スイッチ１０２ａと同様に構成することができる。光スイッチ１０２ａは、２つの１：１カプラ３０１とその間をつなぐ等長の２本のアーム３０２からなり、片方のアームに位相を制御することができる位相シフタ３０３が装備されている。位相シフタ３０３は、回路上に集積されたヒータであり、過熱することによって導波路の熱光学効果を誘起して、導波路内で生じる位相変化量を制御することができる。図４に示すように、上側の入力ポートから入力された場合、既知の干渉原理により、アーム間に位相差がない場合はクロスポート３０４に光が導かれ、位相差がπである場合はバーポート３０５に光が導かれる。位相差がそれ以外の値であるときには、クロスポート３０４およびバーポート３０５の両方のポートから光が位相差に応じた比で取り出される。本実施形態では２本のアームの長さを完全に等長としたが、位相シフタ３０３を駆動しない状態でのスイッチ状態を変えるために、λ／２、λ／４など、波長オーダーの長さの差をつけてもよい。
【００２２】
波長カプラアレイ１０３は、Ｎ−１個の２入力１出力の波長カプラ１０３ａ、１０３ｂ、・・・から構成される。各波長カプラ１０３ａ、１０３ｂ、・・・は、隣り合う２つの光スイッチの出力導波路ｋｂ、（ｋ＋１）ａに接続され、導波された隣り合うチャネルの波長を合波する。ここで下付き１〜Ｎ−１の番号は、ａ、ｂ、・・・ｇに対応している。図２の上側から１０３1〜１０３N-1と名付けると、波長カプラ１０３kは出力導波路ｋｂ、（ｋ＋１）ａに接続され、波長λkの光とλk+1の光を合波する。
【００２３】
各波長カプラ１０３ａ、１０３ｂ・・・は、図５に示すような非対称型のマッハツェンダ干渉器を用いて構成することができる。ここで図５を用いて、波長カプラ１０３ａの構成について説明する。なお、他の波長カプラ１０３ｂ、１０３ｃ・・・も波長カプラ１０３ａと同様に構成することができる。波長カプラ１０３ａは、これは２つの１：１のカプラ３０１とこれら２つのカプラ３０１の間を接続する長さの異なる２つのアーム４０１からなる非対称型マッハツェンダ干渉器により構成することができる。この波長カプラ１０３ａは、既知の干渉原理により、インターリーバとして動作する。
【００２４】
波長カプラ１０３ａは、波長λｋの光を導波する導波路ｋｂと接続される第１の入力ポート４０２と、波長λｋの光を導波する導波路（ｋ＋１）ａと接続される第２の入力ポート４０３とを備えている。波長カプラ１０３ａの２つの出力ポート（クロスポート、バーポート）への出力が切り替わる周波数間隔は長いアームと短いアームの長さの差ΔＬによって定まる。なお、図５の波長カプラ１０３ａでは１出力としてクロスポートに光が出力されている。波長選択スイッチのチャネル間隔、すなわち波長カプラ１０３ａが合波する２つの波長の差を周波数単位で表したものをΔｖ、真空中の光速をｃ、導波路の群屈折率をｎgとする。出力ポートが切り替わる周波数間隔がΔｖとなるためのΔＬは、次式（２）で与えられる。
【００２５】
【数２】
【００２６】
ただし、上式（２）で表されるΔＬをそのまま用いると、一般的には透過帯域が合波する波長に一致しておらず、波長軸方向にオフセットがある。したがって、わずかにΔＬを上式（２）から増減させ、波長軸方向に透過スペクトルをシフトさせ、補正した値を用いる必要がある。この増減分の長さをＬsとする。図５に示されるように、波長λkがクロスポートに透過するようにするには、ｍを正整数として、次式（３）を満たすようなΔＬ’を用いて構成する。このＬsは最大でも１波長以下にすることができ、△ｖに与える影響は十分小さい。
【００２７】
【数３】
【００２８】
本実施形態では、ΔｖをＡＷＧのチャネル間隔に一致させ、Ｌsが上式（３）を満たしかつその絶対値が最小となるよう構成する。
【００２９】
次に、図２の波長選択スイッチにおけるスイッチ動作を説明する。まず、入力光が第１のＡＷＧ１０１によってλ1〜λNに分解される。次に、各波長チャネルの光は光スイッチアレイ１０２によってスイッチされる。波長λkが１００％導波路ｋａに導波された場合、波長対応Ａに従って第２のＡＷＧ１０４に入射するため、そのチャネルの光は出力ポートＡから出力される。逆に、波長λkが１００％導波路ｋｂに導波された場合、波長対応Ｂに従って第２のＡＷＧ１０４に入射するため、出力ポートＢから出力される。また、波長λkの５０％が導波路ｋａに、残りの５０％が導波路ｋｂに導波された場合、出力ポートＡ、出力ポートＢのそれぞれから５０％ずつ出力されるため、２つの出力導波路に同じ波長チャネルの信号を等分に出力する動作モードであるマルチキャスト動作となる。
【００３０】
図６に、数値計算によりシミュレートした各ポートからの透過率を示す。図６（ａ）は、８チャネルすべてをポートＡから出力した場合の透過率を示し、図６（ｂ）は８チャネルすべてをポートＢから出力した場合の透過率を示し、図６（ｃ）は、短波長側から２チャネルをポートＡ、次の４チャネルをマルチキャスト、次の２チャネルをポートＢに出力した場合の透過率を示している。図６（ｃ）のマルチキャストチャネルでは、パワーを２ポートに分岐しているので透過率がどちらの出力ポートでも３ｄＢ減少している。この計算において、挿入損は最大で４．２ｄＢであった。
【００３１】
このように、本実施形態の波長選択スイッチによれば、ＡＷＧの規模をほとんど拡大させずに、従来は３つ必要であったＡＷＧを２つに統合し、なおかつ交差導波路を一切含まない１×２波長選択スイッチを提供できる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の波長選択スイッチの概略構成を示す図である。本実施形態の波長選択スイッチは、１つのＡＷＧが第１のＡＷＧおよび第２のＡＷＧの機能を兼ねる構成である以外は、第１の実施形態の波長選択スイッチと同様の構成である。このＡＷＧ６０１はＮ＋２個の入力ポートとＮ＋２個の出力ポートを備えている。
【００３３】
ＡＷＧ６０１の詳細を図８に示す。ＡＷＧ６０１は、入力側には、最も長いアレイ導波路に近い側から順に、入力ポートＦ1、Ｆ2、…、ＦN+2を有しており、出力側には、最も長いアレイ導波路に近い側から順に、出力ポートＧ1、Ｇ2、…、ＧN+2を有している。これらの入力ポートＦkと出力ポートＧkは互いに対称の位置にある。入力ポートＦ1が、波長選択スイッチの入力ポートとして機能する。出力ポートＧ1、Ｇ2がそれぞれ出力ポートＢへの出力導波路６０３、出力ポートＡへの出力導波路６０４として機能する。
【００３４】
入力光が入力導波路６０２を介して入力ポートＦ1に入力されたとき、波長分割された互いに波長の異なる光λk（λ1＜λ2＜・・・＜λN）が、出力ポートＧ3〜ＧN+2に出力される。この波長が、波長選択スイッチが対象とする波長チャネルである。ＡＷＧの基本的性質から、出力ポートＧN+2に中心波長が出力されることになるから、λNがＡＷＧ６０１の中心波長に対応する。したがって、ＡＷＧ６０１は、対象とする波長チャネルのうち、最も長波長のものを中心波長として設定する。ＡＷＧの対称性から、Ｆ3〜ＦN+2にそれぞれ波長λ1〜λNが入射したとすると、それらはすべて出力ポートＧ1を介して出力導波路６０３からポートＢに出力される。これを波長対応Ｂとする。また、この波長対応ＢとＡＷＧの基本的性質から理解されるように、入力ポートＦ2〜ＦN+1にそれぞれ波長λ1〜λNが入射したとすると、それらはすべて出力ポートＧ2に接続された出力導波路６０４からポートＡに出力される。これを波長対応Ａとする。
【００３５】
この波長選択スイッチの動作について説明する。この波長選択スイッチの入力導波路６０２に接続された入力ポートＦ1から入力された光λ1〜λNが多重されたＮ波長多重信号は、出力ポートＧ3〜ＧN+2に分解された後、該出力ポートＧ3〜ＧN+2に接続されたＮ本の光導波路６０５を介して光スイッチアレイ１０２に入力される。光スイッチアレイ１０２によるスイッチング、波長カプラアレイ１０３による波長合波動作は第１の実施形態と同一である。なお、図７においては、光スイッチアレイ１０２、波長カプラアレイ１０３および導波路１ａ、１ｂ、・・・は、図２とは上下逆の配置で図示されている。波長カプラアレイ１０３の後段のＮ＋１本の導波路６０６を導波した光は、ＡＷＧ６０１の入力側（第１スラブ導波路側）の入力ポートＦ2〜ＦN+2へ接続される。例えば、出力ポートＧk+2に出力された波長λkが光スイッチアレイ１０２においてｂ側（図示上側のポート）にスイッチされたとすると、波長対応Ｂに従ってＡＷＧ６０１に再入力されるから、ポートＢから出力される。一方、ａ側（図示下側のポート）にスイッチされたとすると、波長対応Ａに従って６０１に再入力されるから、ポートＡから出力される。
【００３６】
このように、本実施形態の波長選択スイッチによれば、ＡＷＧの規模をほとんど拡大させずに、従来は３つ必要であったＡＷＧを１つに統合し、なおかつ交差導波路を一切含まない１×２波長選択スイッチを提供できる。
【符号の説明】
【００３７】
１０１ 第１のアレイ導波路回折格子
１０２ １入力・２出力光スイッチ
１０３ ２入力・１出力波長カプラ
１０４ 第２のアレイ導波路回折格子
１０５ コア
１０６ クラッド
１０７ 基板
３０１ １：１カプラ
３０２ 等長導波路
３０３ 位相シフタ
３０４ クロスポート
３０５ バーポート
４０１ 非等長導波路
４０２ 入力ポート
４０３ 入力ポート
６０１ アレイ導波路回折格子
６０２ 入力導波路
６０３ 出力ポートＢ
６０４ 出力ポートＡ
８０１ 分光器
８０２ １入力２出力光スイッチ
８０３ 第１の合波器
８０４ 第２の合波器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）に関し、詳細には、光通信ネットワークノードにおいて光スイッチを実現する導波路型光干渉計回路を用いた波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に、従来の光回路型１×２波長選択スイッチの模式図を示す。この回路は、分光器８０１、１×２スイッチアレイ８０２、第１の合波器８０３、第２の合波器８０４から構成されている。この回路に、まず波長多重信号が８０１に入射し、波長分割多重（ＷＤＭ）信号の各チャネルに分解される。その後各チャネルはそれぞれ異なる１×２スイッチに入力される。１×２スイッチアレイ８０２の各スイッチの選択的な２つの出力のうちの一方（図１において上側に示される出力）にスイッチされた信号は、波長ごとに定められた第１の合波器８０３の入力ポートへ入射し、合波されることでＯｕｔｐｕｔ＃１へ出力される。
【０００３】
一方で、１×２スイッチアレイ８０２の各スイッチの選択的な２つの出力のうちの他の一方（図１において下側に示される出力）にスイッチされたチャネルは波長ごとに定められた第２の合波器８０４の入力ポートへ入射し、Ｏｕｔｐｕｔ＃２へ出力される。このようにして、任意の波長チャネルの出力ポートをＯｕｔｐｕｔ＃１またはＯｕｔｐｕｔ＃２のどちらかに選ぶことが可能となり、波長選択スイッチとして動作する。分光器・合波器としては公知技術であるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）が用いられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】S. Suzuki, A. Himeno, M. Ishii, ”Integrated Multichannel Optical Wavelength Selective Switches Incorporating an Arrayed-Waveguide Grating Multiplexer and Thermooptic Switches,” J. Lightw. Technol., vol. 16, no. 4, april, 1998.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１に示す従来の波長選択スイッチでは、以下のような欠点があった。第１に、３つのＡＷＧを含んでいるため回路サイズが大きくなり、波長チャネル数の増加が困難である。第２に、ＡＷＧの中心波長を一致させる必要があるが、一致させることは困難であり、製造後補償などプロセスが複雑化する。第３に、交差導波路を多数含んでいるが、導波路交差で交差方向へのクロストークを十分低減するために交差角が浅くならないよう設計する必要があり、コンパクトなレイアウトが阻害される。特に高いコア・クラッド間の屈折率コントラストの導波路で交差クロストークが大きくなる傾向があり、困難が大きい。
【０００６】
上記のうち第２の欠点を克服するため、ループバック導波路を採用し、ＡＷＧを１つだけ用いた２×２波長選択スイッチが提案された（非特許文献１参照）。この従来例では、ＡＷＧのポート数が１×Ｎから（２Ｎ＋２）×（２Ｎ＋２）となっているため、ＡＷＧ自体のサイズは大型化しており、第１の欠点の解消に劇的な効果はない。また、第３の欠点は依然残っている。
【０００７】
以上を鑑み、本発明の課題は、ＡＷＧの規模をほとんど拡大させずに、従来は３つ必要であったＡＷＧを２つないし１つに統合し、なおかつ交差導波路を一切含まない１×２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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、Ｎ個の異なる波長（λ1＜λ2＜・・・＜λN）を多重したＮ波長分割多重信号を入力信号とする１入力２出力の波長選択スイッチであって、１つの入力導波路から入力されたＮ波長分割多重信号を波長分割して、Ｎ個の出力導波路へと出力する第１のアレイ導波路回折格子と、前記Ｎ個の出力導波路からの出力光が並列に入力される１入力２出力の光スイッチをＮ個有する光スイッチアレイであって、該光スイッチアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ）番目の光スイッチは、前記Ｎ個の出力導波路のうちの１つの出力導波路からｋ番目に短い波長λkの光が入力され、該波長λkの光を２つの出力のうちの少なくとも一方から出力する、光スイッチアレイと、前記Ｎ個の光スイッチのうちで隣接する波長の光を出力する２つの光スイッチからの出力光が並列に入力される２入力１出力の波長カプラをＮ−１個有する波長カプラアレイであって、該波長カプラアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ-１）番目の波長カプラは、波長λkの光を出力するｋ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、波長λk+1の光を出力するｋ＋１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該２つの入力を合波して１つの出力から出力する、波長カプラアレイと、前記Ｎ−１個の前記波長カプラのＮ−１個の出力と、前記光スイッチのうち最も短波長λ1の光を出力する第１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、前記光スイッチのうち最も長波長λNの光を出力する第Ｎ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力されるＮ＋１個の入力ポートを有し、該Ｎ＋１個の入力ポートから入力された光を２つの出力ポートの少なくとも１方から出力する第２のアレイ導波路回折格子とを備え、前記第２のアレイ導波路回折格子の入力ポートは、第１番目から第Ｎ＋１番目の入力ポートが最も長いアレイ導波路に近い側から順次隣接して設けられており、第１番目の入力ポートに前記第１番目の光スイッチの出力が入力され、第ｋ＋１番目の入力ポートに第ｋ番目の波長カプラの出力が入力され、第Ｎ＋１番目の入力ポートに前記第Ｎ番目の光スイッチの出力が入力されるよう接続されていることを特徴とする波長選択スイッチである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、Ｎ個の異なる波長（λ1＜λ2＜・・・＜λN）を多重したＮ波長分割多重信号を入力信号とする１入力２出力の波長選択スイッチであって、Ｎ＋２個の入力ポートと、Ｎ＋２個の出力ポートを有するアレイ導波路回折格子であって、第１の入力ポートから入力されたＮ波長分割多重信号を波長分割して、第３から第Ｎ＋２の出力ポートに接続されたＮ個の出力導波路へと出力するアレイ導波路回折格子と、前記Ｎ個の出力導波路からの出力光が並列に入力される１入力２出力の光スイッチをＮ個有する光スイッチアレイであって、該光スイッチアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ）番目の光スイッチは、前記Ｎ個の出力導波路のうちの１つの出力導波路からｋ番目に短い波長λkの光が入力され、該波長λkの光を２つの出力のうちの少なくとも一方から出力する、光スイッチアレイと、前記Ｎ個の光スイッチのうちで隣接する波長の光を出力する２つの光スイッチからの出力光が並列に入力される２入力１出力の波長カプラをＮ−１個有する波長カプラアレイであって、該波長カプラアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ-１）番目の波長カプラは、波長λkの光を出力するｋ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、波長λk+1の光を出力するｋ＋１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該２つの入力を合波して１つの出力から出力する、波長カプラアレイとを備え、前記アレイ導波路回折格子は、第２の入力ポートから第Ｎ＋２の入力ポートであるＮ＋１個の入力ポートから、前記Ｎ−１個の前記波長カプラのＮ−１個の出力と、前記光スイッチのうち最も短波長λ1の光を出力する第１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、前記光スイッチのうち最も長波長λNの光を出力する第Ｎ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該Ｎ＋１個の入力ポートから入力された光を、第１および第２の２つの出力ポートの少なくとも１方から出力し、前記Ｎ＋１個の入力ポートには、第２番目の入力ポートに前記第１番目の光スイッチの出力が入力され、第ｋ＋２番目の入力ポートに第ｋ番目の波長カプラの出力が入力され、第Ｎ＋２番目の入力ポートに前記第Ｎ番目の光スイッチの出力が入力されるよう接続されていることを特徴とする波長選択スイッチである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の波長選択スイッチの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の波長選択スイッチの概略構成を示す図である。
【図３】第２のＡＷＧの構成を示す図である。
【図４】光スイッチを構成するマッハツェンダ干渉器の一例を示す図である。
【図５】波長カプラを構成するマッハツェンダ干渉器の一例を示す図である。
【図６】２つの出力ポートＡ、Ｂでの透過率の変化を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の波長選択スイッチの概略構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態で用いられるＡＷＧの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態の波長選択スイッチの概略構成を示している。図２（ａ）は波長選択スイッチの上面図であり、図２（ｂ）は波長選択スイッチの側方断面図である。波長選択スイッチは、図２（ｂ）に示すように、石英またはシリコンからなる基板１０７上に、ともに石英からなるコア１０５およびクラッド１０６が積層されて構成される。
【００１３】
図２（ａ）に示すように波長選択スイッチは、第１のＡＷＧ１０１と、光スイッチアレイ１０２と、波長カプラアレイ１０３と、第２のＡＷＧ１０４とが縦続接続されて構成されている。波長選択スイッチは、波長がλ1〜λNであるＮ個の波長チャネルの光を処理することができるが、図２では、Ｎ＝８である場合を例示している。波長選択スイッチは、必要に応じてチャネル数Ｎを増減することによって、小型化あるいは大規模化が容易に可能である。
【００１４】
第１のＡＷＧ１０１は、波長選択スイッチの入力側に設けられたＡＷＧであり、Ｎ波長多重された入力光をλ1〜λN（λ1＜λ2＜λ3・・・＜λN）に分解する。第１のＡＷＧ１０１には、１つの入力ポートとＮ個の出力ポートを有するＡＷＧを用いることができる。図２では、ＡＷＧのアレイ導波路は最も長い導波路が図示上方に位置していることとして示しており、図示上方の出力ポートに最も短波長の光が出力され、次に短い波長の光が隣接する出力ポートから出力され、図示下側の出力ポートから最も長波長の光が出力されるように構成されている。
【００１５】
第２のＡＷＧ１０４は、波長選択スイッチの出力側に設けられたＡＷＧであり、Ｎ＋１個の入力光を合波して２つのポートから出力する。第２のＡＷＧ１０４には、Ｎ＋１個の入力ポートと２つの出力ポートとを有するＡＷＧを用いることができる。
【００１６】
図３は第２のＡＷＧ１０４の構成を示す図である。第２のＡＷＧ１０４は、図３に示すように、Ｎ＋１個の入力ポートを有する第１のスラブ導波路４２と、アレイ導波路４３と、２つの出力ポートを有する第２のスラブ導波路４４とを備えている。第１のスラブ導波路４２の出力側には、各導波路の設置間隔がｄ1となるようにアレイ導波路４３が接続されており、第２のスラブ導波路４４の入力側には、各導波路の設置間隔がｄ2となるようにアレイ導波路４３の接続されている。また、第１のスラブ導波路４２の入力側には、入力されるＮ＋１個の導波路４１の導波路設置間隔がＤ1となるように入力ポートが配設され、第２のスラブ導波路４４の出力側には、出力される２つの導波路４５の導波路設置間隔がＤ2となるように出力ポートが配設されている。ｆ1、ｆ2はそれぞれ第１スラブ導波路・第２スラブ導波路の長さである。このとき第２のＡＷＧ１０４は、次式（１）が満たされるように構成される。
【００１７】
【数１】
【００１８】
第２のスラブ導波路４４の２つの出力ポート４５を最も短いアレイ導波路に近い側（図２において下側）からポートＡ、ポートＢとすると、上式（１）が成り立っているとき、ＡＷＧの基本的特性から、ある波長の出力をポートＡからポートＢに変更するには、図２（ａ）の第２のＡＷＧにおいて入力側のポートを最も短いアレイ導波路に近い側（図２において下側）に１ポートずらせばよい。この特性をもとに、第２のＡＷＧ１０４において波長λ1〜λNがポートＡに出力されるための入力側の波長割り当てを波長対応Ａで、ポートＢに出力されるための波長割り当てを波長対応Ｂでそれぞれ破線で囲って図２内に示している。
【００１９】
本発明の波長選択スイッチでは、第１のＡＷＧにおいてＮ個の異なる波長に分離した光を第２のＡＷＧの入力に接続されたＮ＋１本の導波路のうちのいずれかに選択的に入力することによって、任意の波長の光を、第２のＡＷＧ１０４の出力ポートにおいて波長対応ＡまたはＢに導波することができる。したがって、光スイッチアレイ１０２および波長カプラアレイ１０３によって、第２のＡＷＧへの入力導波路を選択的に切り替えて入力することによって、第２のＡＷＧ１０４の２つの出力ポートのうちの所望の出力ポートから出力している。
【００２０】
光スイッチアレイ１０２は、Ｎ個の１入力２出力の光スイッチ１０２ａ、１０２ｂ、・・・で構成されている。図２では、各光スイッチ１０２ａ、１０２ｂ、・・・の出力側に接続された２つの導波路の組を短波長側から１、２、３・・・で示し、各２つの導波路のうち図示上側の導波路をａ、下をｂで示している。それぞれの光スイッチ１０２ａ、１０２ｂ、・・・は波長λkの光を、導波路ｋａ、ｋｂのどちらかあるいはその両方に導波する（ｋ：１〜Ｎ）。
【００２１】
光スイッチ１０２ａ、１０２ｂ、・・・は、図４に示す対称型マッハツェンダ干渉器を用いて構成することができる。ここで図４を用いて、光スイッチ１０２ａの構成について説明する。なお、他の光スイッチ１０２ｂ、１０２ｃ・・・も光スイッチ１０２ａと同様に構成することができる。光スイッチ１０２ａは、２つの１：１カプラ３０１とその間をつなぐ等長の２本のアーム３０２からなり、片方のアームに位相を制御することができる位相シフタ３０３が装備されている。位相シフタ３０３は、回路上に集積されたヒータであり、過熱することによって導波路の熱光学効果を誘起して、導波路内で生じる位相変化量を制御することができる。図４に示すように、上側の入力ポートから入力された場合、既知の干渉原理により、アーム間に位相差がない場合はクロスポート３０４に光が導かれ、位相差がπである場合はバーポート３０５に光が導かれる。位相差がそれ以外の値であるときには、クロスポート３０４およびバーポート３０５の両方のポートから光が位相差に応じた比で取り出される。本実施形態では２本のアームの長さを完全に等長としたが、位相シフタ３０３を駆動しない状態でのスイッチ状態を変えるために、λ／２、λ／４など、波長オーダーの長さの差をつけてもよい。
【００２２】
波長カプラアレイ１０３は、Ｎ−１個の２入力１出力の波長カプラ１０３ａ、１０３ｂ、・・・から構成される。各波長カプラ１０３ａ、１０３ｂ、・・・は、隣り合う２つの光スイッチの出力導波路ｋｂ、（ｋ＋１）ａに接続され、導波された隣り合うチャネルの波長を合波する。ここで下付き１〜Ｎ−１の番号は、ａ、ｂ、・・・ｇに対応している。図２の上側から１０３1〜１０３N-1と名付けると、波長カプラ１０３kは出力導波路ｋｂ、（ｋ＋１）ａに接続され、波長λkの光とλk+1の光を合波する。
【００２３】
各波長カプラ１０３ａ、１０３ｂ・・・は、図５に示すような非対称型のマッハツェンダ干渉器を用いて構成することができる。ここで図５を用いて、波長カプラ１０３ａの構成について説明する。なお、他の波長カプラ１０３ｂ、１０３ｃ・・・も波長カプラ１０３ａと同様に構成することができる。波長カプラ１０３ａは、これは２つの１：１のカプラ３０１とこれら２つのカプラ３０１の間を接続する長さの異なる２つのアーム４０１からなる非対称型マッハツェンダ干渉器により構成することができる。この波長カプラ１０３ａは、既知の干渉原理により、インターリーバとして動作する。
【００２４】
波長カプラ１０３ａは、波長λｋの光を導波する導波路ｋｂと接続される第１の入力ポート４０２と、波長λｋの光を導波する導波路（ｋ＋１）ａと接続される第２の入力ポート４０３とを備えている。波長カプラ１０３ａの２つの出力ポート（クロスポート、バーポート）への出力が切り替わる周波数間隔は長いアームと短いアームの長さの差ΔＬによって定まる。なお、図５の波長カプラ１０３ａでは１出力としてクロスポートに光が出力されている。波長選択スイッチのチャネル間隔、すなわち波長カプラ１０３ａが合波する２つの波長の差を周波数単位で表したものをΔｖ、真空中の光速をｃ、導波路の群屈折率をｎgとする。出力ポートが切り替わる周波数間隔がΔｖとなるためのΔＬは、次式（２）で与えられる。
【００２５】
【数２】
【００２６】
ただし、上式（２）で表されるΔＬをそのまま用いると、一般的には透過帯域が合波する波長に一致しておらず、波長軸方向にオフセットがある。したがって、わずかにΔＬを上式（２）から増減させ、波長軸方向に透過スペクトルをシフトさせ、補正した値を用いる必要がある。この増減分の長さをＬsとする。図５に示されるように、波長λkがクロスポートに透過するようにするには、ｍを正整数として、次式（３）を満たすようなΔＬ’を用いて構成する。このＬsは最大でも１波長以下にすることができ、△ｖに与える影響は十分小さい。
【００２７】
【数３】
【００２８】
本実施形態では、ΔｖをＡＷＧのチャネル間隔に一致させ、Ｌsが上式（３）を満たしかつその絶対値が最小となるよう構成する。
【００２９】
次に、図２の波長選択スイッチにおけるスイッチ動作を説明する。まず、入力光が第１のＡＷＧ１０１によってλ1〜λNに分解される。次に、各波長チャネルの光は光スイッチアレイ１０２によってスイッチされる。波長λkが１００％導波路ｋａに導波された場合、波長対応Ａに従って第２のＡＷＧ１０４に入射するため、そのチャネルの光は出力ポートＡから出力される。逆に、波長λkが１００％導波路ｋｂに導波された場合、波長対応Ｂに従って第２のＡＷＧ１０４に入射するため、出力ポートＢから出力される。また、波長λkの５０％が導波路ｋａに、残りの５０％が導波路ｋｂに導波された場合、出力ポートＡ、出力ポートＢのそれぞれから５０％ずつ出力されるため、２つの出力導波路に同じ波長チャネルの信号を等分に出力する動作モードであるマルチキャスト動作となる。
【００３０】
図６に、数値計算によりシミュレートした各ポートからの透過率を示す。図６（ａ）は、８チャネルすべてをポートＡから出力した場合の透過率を示し、図６（ｂ）は８チャネルすべてをポートＢから出力した場合の透過率を示し、図６（ｃ）は、短波長側から２チャネルをポートＡ、次の４チャネルをマルチキャスト、次の２チャネルをポートＢに出力した場合の透過率を示している。図６（ｃ）のマルチキャストチャネルでは、パワーを２ポートに分岐しているので透過率がどちらの出力ポートでも３ｄＢ減少している。この計算において、挿入損は最大で４．２ｄＢであった。
【００３１】
このように、本実施形態の波長選択スイッチによれば、ＡＷＧの規模をほとんど拡大させずに、従来は３つ必要であったＡＷＧを２つに統合し、なおかつ交差導波路を一切含まない１×２波長選択スイッチを提供できる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の波長選択スイッチの概略構成を示す図である。本実施形態の波長選択スイッチは、１つのＡＷＧが第１のＡＷＧおよび第２のＡＷＧの機能を兼ねる構成である以外は、第１の実施形態の波長選択スイッチと同様の構成である。このＡＷＧ６０１はＮ＋２個の入力ポートとＮ＋２個の出力ポートを備えている。
【００３３】
ＡＷＧ６０１の詳細を図８に示す。ＡＷＧ６０１は、入力側には、最も長いアレイ導波路に近い側から順に、入力ポートＦ1、Ｆ2、…、ＦN+2を有しており、出力側には、最も長いアレイ導波路に近い側から順に、出力ポートＧ1、Ｇ2、…、ＧN+2を有している。これらの入力ポートＦkと出力ポートＧkは互いに対称の位置にある。入力ポートＦ1が、波長選択スイッチの入力ポートとして機能する。出力ポートＧ1、Ｇ2がそれぞれ出力ポートＢへの出力導波路６０３、出力ポートＡへの出力導波路６０４として機能する。
【００３４】
入力光が入力導波路６０２を介して入力ポートＦ1に入力されたとき、波長分割された互いに波長の異なる光λk（λ1＜λ2＜・・・＜λN）が、出力ポートＧ3〜ＧN+2に出力される。この波長が、波長選択スイッチが対象とする波長チャネルである。ＡＷＧの基本的性質から、出力ポートＧN+2に中心波長が出力されることになるから、λNがＡＷＧ６０１の中心波長に対応する。したがって、ＡＷＧ６０１は、対象とする波長チャネルのうち、最も長波長のものを中心波長として設定する。ＡＷＧの対称性から、Ｆ3〜ＦN+2にそれぞれ波長λ1〜λNが入射したとすると、それらはすべて出力ポートＧ1を介して出力導波路６０３からポートＢに出力される。これを波長対応Ｂとする。また、この波長対応ＢとＡＷＧの基本的性質から理解されるように、入力ポートＦ2〜ＦN+1にそれぞれ波長λ1〜λNが入射したとすると、それらはすべて出力ポートＧ2に接続された出力導波路６０４からポートＡに出力される。これを波長対応Ａとする。
【００３５】
この波長選択スイッチの動作について説明する。この波長選択スイッチの入力導波路６０２に接続された入力ポートＦ1から入力された光λ1〜λNが多重されたＮ波長多重信号は、出力ポートＧ3〜ＧN+2に分解された後、該出力ポートＧ3〜ＧN+2に接続されたＮ本の光導波路６０５を介して光スイッチアレイ１０２に入力される。光スイッチアレイ１０２によるスイッチング、波長カプラアレイ１０３による波長合波動作は第１の実施形態と同一である。なお、図７においては、光スイッチアレイ１０２、波長カプラアレイ１０３および導波路１ａ、１ｂ、・・・は、図２とは上下逆の配置で図示されている。波長カプラアレイ１０３の後段のＮ＋１本の導波路６０６を導波した光は、ＡＷＧ６０１の入力側（第１スラブ導波路側）の入力ポートＦ2〜ＦN+2へ接続される。例えば、出力ポートＧk+2に出力された波長λkが光スイッチアレイ１０２においてｂ側（図示上側のポート）にスイッチされたとすると、波長対応Ｂに従ってＡＷＧ６０１に再入力されるから、ポートＢから出力される。一方、ａ側（図示下側のポート）にスイッチされたとすると、波長対応Ａに従って６０１に再入力されるから、ポートＡから出力される。
【００３６】
このように、本実施形態の波長選択スイッチによれば、ＡＷＧの規模をほとんど拡大させずに、従来は３つ必要であったＡＷＧを１つに統合し、なおかつ交差導波路を一切含まない１×２波長選択スイッチを提供できる。
【符号の説明】
【００３７】
１０１ 第１のアレイ導波路回折格子
１０２ １入力・２出力光スイッチ
１０３ ２入力・１出力波長カプラ
１０４ 第２のアレイ導波路回折格子
１０５ コア
１０６ クラッド
１０７ 基板
３０１ １：１カプラ
３０２ 等長導波路
３０３ 位相シフタ
３０４ クロスポート
３０５ バーポート
４０１ 非等長導波路
４０２ 入力ポート
４０３ 入力ポート
６０１ アレイ導波路回折格子
６０２ 入力導波路
６０３ 出力ポートＢ
６０４ 出力ポートＡ
８０１ 分光器
８０２ １入力２出力光スイッチ
８０３ 第１の合波器
８０４ 第２の合波器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個の異なる波長（λ1＜λ2＜・・・＜λN）を多重したＮ波長分割多重信号を入力信号とする１入力２出力の波長選択スイッチであって、
１つの入力導波路から入力されたＮ波長分割多重信号を波長分割して、Ｎ個の出力導波路へと出力する第１のアレイ導波路回折格子と、
前記Ｎ個の出力導波路からの出力光が並列に入力される１入力２出力の光スイッチをＮ個有する光スイッチアレイであって、該光スイッチアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ）番目の光スイッチは、前記Ｎ個の出力導波路のうちの１つの出力導波路からｋ番目に短い波長λkの光が入力され、該波長λkの光を２つの出力のうちの少なくとも一方から出力する、光スイッチアレイと、
前記Ｎ個の光スイッチのうちで隣接する波長の光を出力する２つの光スイッチからの出力光が並列に入力される２入力１出力の波長カプラをＮ−１個有する波長カプラアレイであって、該波長カプラアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ-１）番目の波長カプラは、波長λkの光を出力するｋ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、波長λk+1の光を出力するｋ＋１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該２つの入力を合波して１つの出力から出力する、波長カプラアレイと、
前記Ｎ−１個の前記波長カプラのＮ−１個の出力と、前記光スイッチのうち最も短波長λ1の光を出力する第１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、前記光スイッチのうち最も長波長λNの光を出力する第Ｎ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力されるＮ＋１個の入力ポートを有し、該Ｎ＋１個の入力ポートから入力された光を２つの出力ポートの少なくとも１方から出力する第２のアレイ導波路回折格子とを備え、
前記第２のアレイ導波路回折格子の入力ポートは、第１番目から第Ｎ＋１番目の入力ポートが最も長いアレイ導波路に近い側から順次隣接して設けられており、第１番目の入力ポートに前記第１番目の光スイッチの出力が入力され、第ｋ＋１番目の入力ポートに第ｋ番目の波長カプラの出力が入力され、第Ｎ＋１番目の入力ポートに前記第Ｎ番目の光スイッチの出力が入力されるよう接続されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
Ｎ個の異なる波長（λ1＜λ2＜・・・＜λN）を多重したＮ波長分割多重信号を入力信号とする１入力２出力の波長選択スイッチであって、
Ｎ＋２個の入力ポートと、Ｎ＋２個の出力ポートを有するアレイ導波路回折格子であって、第１の入力ポートから入力されたＮ波長分割多重信号を波長分割して、第３から第Ｎ＋２の出力ポートに接続されたＮ個の出力導波路へと出力するアレイ導波路回折格子と、
前記Ｎ個の出力導波路からの出力光が並列に入力される１入力２出力の光スイッチをＮ個有する光スイッチアレイであって、該光スイッチアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ）番目の光スイッチは、前記Ｎ個の出力導波路のうちの１つの出力導波路からｋ番目に短い波長λkの光が入力され、該波長λkの光を２つの出力のうちの少なくとも一方から出力する、光スイッチアレイと、
前記Ｎ個の光スイッチのうちで隣接する波長の光を出力する２つの光スイッチからの出力光が並列に入力される２入力１出力の波長カプラをＮ−１個有する波長カプラアレイであって、該波長カプラアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ-１）番目の波長カプラは、波長λkの光を出力するｋ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、波長λk+1の光を出力するｋ＋１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該２つの入力を合波して１つの出力から出力する、波長カプラアレイとを備え、
前記アレイ導波路回折格子は、第２の入力ポートから第Ｎ＋２の入力ポートであるＮ＋１個の入力ポートから、前記Ｎ−１個の前記波長カプラのＮ−１個の出力と、前記光スイッチのうち最も短波長λ1の光を出力する第１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、前記光スイッチのうち最も長波長λNの光を出力する第Ｎ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該Ｎ＋１個の入力ポートから入力された光を、第１および第２の２つの出力ポートの少なくとも１方から出力し、
前記Ｎ＋１個の入力ポートには、第２番目の入力ポートに前記第１番目の光スイッチの出力が入力され、第ｋ＋２番目の入力ポートに第ｋ番目の波長カプラの出力が入力され、第Ｎ＋２番目の入力ポートに前記第Ｎ番目の光スイッチの出力が入力されるよう接続されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項１】
Ｎ個の異なる波長（λ1＜λ2＜・・・＜λN）を多重したＮ波長分割多重信号を入力信号とする１入力２出力の波長選択スイッチであって、
１つの入力導波路から入力されたＮ波長分割多重信号を波長分割して、Ｎ個の出力導波路へと出力する第１のアレイ導波路回折格子と、
前記Ｎ個の出力導波路からの出力光が並列に入力される１入力２出力の光スイッチをＮ個有する光スイッチアレイであって、該光スイッチアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ）番目の光スイッチは、前記Ｎ個の出力導波路のうちの１つの出力導波路からｋ番目に短い波長λkの光が入力され、該波長λkの光を２つの出力のうちの少なくとも一方から出力する、光スイッチアレイと、
前記Ｎ個の光スイッチのうちで隣接する波長の光を出力する２つの光スイッチからの出力光が並列に入力される２入力１出力の波長カプラをＮ−１個有する波長カプラアレイであって、該波長カプラアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ-１）番目の波長カプラは、波長λkの光を出力するｋ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、波長λk+1の光を出力するｋ＋１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該２つの入力を合波して１つの出力から出力する、波長カプラアレイと、
前記Ｎ−１個の前記波長カプラのＮ−１個の出力と、前記光スイッチのうち最も短波長λ1の光を出力する第１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、前記光スイッチのうち最も長波長λNの光を出力する第Ｎ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力されるＮ＋１個の入力ポートを有し、該Ｎ＋１個の入力ポートから入力された光を２つの出力ポートの少なくとも１方から出力する第２のアレイ導波路回折格子とを備え、
前記第２のアレイ導波路回折格子の入力ポートは、第１番目から第Ｎ＋１番目の入力ポートが最も長いアレイ導波路に近い側から順次隣接して設けられており、第１番目の入力ポートに前記第１番目の光スイッチの出力が入力され、第ｋ＋１番目の入力ポートに第ｋ番目の波長カプラの出力が入力され、第Ｎ＋１番目の入力ポートに前記第Ｎ番目の光スイッチの出力が入力されるよう接続されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
Ｎ個の異なる波長（λ1＜λ2＜・・・＜λN）を多重したＮ波長分割多重信号を入力信号とする１入力２出力の波長選択スイッチであって、
Ｎ＋２個の入力ポートと、Ｎ＋２個の出力ポートを有するアレイ導波路回折格子であって、第１の入力ポートから入力されたＮ波長分割多重信号を波長分割して、第３から第Ｎ＋２の出力ポートに接続されたＮ個の出力導波路へと出力するアレイ導波路回折格子と、
前記Ｎ個の出力導波路からの出力光が並列に入力される１入力２出力の光スイッチをＮ個有する光スイッチアレイであって、該光スイッチアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ）番目の光スイッチは、前記Ｎ個の出力導波路のうちの１つの出力導波路からｋ番目に短い波長λkの光が入力され、該波長λkの光を２つの出力のうちの少なくとも一方から出力する、光スイッチアレイと、
前記Ｎ個の光スイッチのうちで隣接する波長の光を出力する２つの光スイッチからの出力光が並列に入力される２入力１出力の波長カプラをＮ−１個有する波長カプラアレイであって、該波長カプラアレイのうちの第ｋ（ｋ＝１、２、・・・Ｎ-１）番目の波長カプラは、波長λkの光を出力するｋ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、波長λk+1の光を出力するｋ＋１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該２つの入力を合波して１つの出力から出力する、波長カプラアレイとを備え、
前記アレイ導波路回折格子は、第２の入力ポートから第Ｎ＋２の入力ポートであるＮ＋１個の入力ポートから、前記Ｎ−１個の前記波長カプラのＮ−１個の出力と、前記光スイッチのうち最も短波長λ1の光を出力する第１番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力と、前記光スイッチのうち最も長波長λNの光を出力する第Ｎ番目の光スイッチの２つの出力のうちの１つの出力とが入力され、該Ｎ＋１個の入力ポートから入力された光を、第１および第２の２つの出力ポートの少なくとも１方から出力し、
前記Ｎ＋１個の入力ポートには、第２番目の入力ポートに前記第１番目の光スイッチの出力が入力され、第ｋ＋２番目の入力ポートに第ｋ番目の波長カプラの出力が入力され、第Ｎ＋２番目の入力ポートに前記第Ｎ番目の光スイッチの出力が入力されるよう接続されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【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２０１３−９７１０７（Ｐ２０１３−９７１０７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８７０２（Ｐ２０１１−２３８７０２）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
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