特許 6247172 ツリー型光スイッチ構成

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6247172

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】ツリー型光スイッチ構成

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/313 20060101AFI20171204BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/313

【請求項の数】3

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-155828(P2014-155828)

(22)【出願日】2014年7月31日

(65)【公開番号】特開2016-33546(P2016-33546A)

(43)【公開日】2016年3月10日

【審査請求日】2016年9月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078499

【弁理士】

【氏名又は名称】光石 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】100120673

【弁理士】

【氏名又は名称】松元 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100182224

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲三

(72)【発明者】

【氏名】須崎 泰正

【審査官】 下村 一石

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０７９０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４８８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５２２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１９６１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５０６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６５０１８６９（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ１／００−１／１２５

Ｇ０２Ｆ１／２１−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２^M−１個（但しＭは２以上の整数）のマッハツェンダー型の光スイッチをＭ段に接続した、２^M個の出力ポートを有するツリー型光スイッチ構成であって、
各前記光スイッチの一方のアーム光導波路に形成されており、電圧または電流が入力されることにより位相変調動作して、信号光に対して＋位相の位相差を付与する位相変調領域と、
各前記光スイッチの一方のアーム光導波路に形成されており、信号光に対して−位相の位相差を付与する位相調整領域と、
前記位相変調領域上に配置された電極端子と、
１つの制御端子と、
前記制御端子と各前記電極端子とを接続しており、前記制御端子に入力される電圧または電流を前記電極端子に送る電気配線と、
を有しており、
前記光スイッチのうち第１段目の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さは、予め設定した長さになっており、第２段目以降の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さは、当該段の光スイッチに対して１段だけ上段側の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さの半分になっており、
第１段目では、前記光スイッチの位相調整領域が付与する位相差は０であり、
第２段目以降では、前記光スイッチの位相調整領域が付与する位相差は、−（２π／２^M）×Ｑ（但しＱは、０から１ずつ増加する数であり、最大値は２^(M-1)−１である）のうちのいずれか一つである
ことを特徴とするツリー型光スイッチ構成。

【請求項2】

請求項１において、
前記制御端子には、前記位相変調領域において位相変調動作を起こす制御電圧が入力され、
前記制御電圧は、電圧値の異なる２^M種類の制御電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖ２^M−１であり、制御電圧Ｖ０の電圧値は０であり、制御電圧Ｖ１の電圧値は第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して＋πの位相差を付与できる値であり、以降、制御電圧Ｖ２，・・・Ｖ２^M−１となるに従い、第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して付与する位相差が＋πに順次＋πずつ増加していく値である
ことを特徴とするツリー型光スイッチ構成。

【請求項3】

請求項１において、
前記制御端子には、前記位相変調領域において位相変調動作を起こす制御電流が入力され、
前記制御電流は、電流値の異なる２^M種類の制御電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，・・・Ｉ２^M−１であり、制御電流Ｉ０の電流値は０であり、制御電流Ｉ１の電流値は第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して＋πの位相差を付与できる値であり、以降、制御電流Ｉ２，・・・Ｉ２^M−１となるに従い、第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して付与する位相差が＋πに順次＋πずつ増加していく値である
ことを特徴とするツリー型光スイッチ構成。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光情報通信で用いられるツリー型光スイッチ構成において、制御端子の数を少なくしつつ、多数の出力ポートへのスイッチング動作を行うことができるように工夫したものである。

【背景技術】

【0002】

光通信は大容量、超高速性という特長があり、近年では多くの情報通信網で実用化されている。このようなネットワークでは、大容量化に向けた方策として、伝送速度の高速化や複数の波長を重畳する波長多重化の研究開発が行われている。

【0003】

一方、各ネットワークノードは、複数のノードと光ファイバによってリンク接続されており、効率的なトラフィックを実現するにはノード間を接続する経路を柔軟に変更することが必要になる。

【0004】

ここで、ポイントトゥポイントで光接続された場合には、ノードの入力端で光／電気変換をして電気スイッチでスイッチングし、ノードの出力端で再度、電気／光変換して信号が伝送される。この場合は、光／電気変換をする際や、電気スイッチで高速スイッチングをする際に多くの電力を消費する。

【0005】

これに対して、ノード内に光スイッチを配置してスイッチングすることが研究開発されている。この場合には、光スイッチで光信号の経路自体をスイッチングして光信号のまま経路変更させるため、光／電気変換や電気スイッチでの高速スイッチングが不要となり、高速な光信号を低消費電力でスイッチングすることができる。

【0006】

このような光スイッチとしては、ガラス系の平面光導波路（ＰＬＣ：Planar Light wave Circuit）上に構成した熱光学スイッチ（ＴＯＳＷ：Thermo-Optic Switch）、ＩｎＰ系の光変調器や半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）を用いたスイッチ、ＬｉＮｂＯ₃系の光変調器を用いたスイッチなどが研究開発されている。

【0007】

主な光スイッチ構成としては、用途により、Ｎ×Ｎの光スイッチングが行えるクロスバー型光スイッチ構成や、１×Ｎの光スイッチングが行えるツリー型光スイッチ構成などが研究開発されている。
また、１×Ｎのツリー型光スイッチ構成を入力側にＮ個用い、Ｎ×１のツリー型光スイッチ構成を出力側にＮ個用い、入力側のツリー型光スイッチ構成と出力側のツリー型光スイッチ構成とを結線することで、ノンブロッキングのＮ×Ｎ光スイッチを実現することもできる（例えば非特許文献１参照）。

【0008】

ここで、従来技術に係る１×Ｎ（１入力、N出力）のツリー型光スイッチ構成１０を、図５を参照して説明する。
なお、以下の説明において、光スイッチを総称するときには符号「ＳＷ」を用い、個々の光スイッチを区別する場合には符号「ＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２・・・」等を用いる。

【0009】

図５に示す従来のツリー型光スイッチ構成１０は、１×２（１入力、２出力）の光スイッチＳＷを基本構成要素としており、合計で７つの光スイッチＳＷを、３段、ツリー状に接続して構成したものである。これにより、ツリー型光スイッチ構成１０は、１×８の光スイッチとして機能する。

【0010】

更に詳述すると、ツリー型光スイッチ構成１０では、１段目（最上段）に１つの光スイッチＳＷ１１を配置し、２段目に２つの光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を配置し、３段目（最下段）に４つの光スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４を配置している。
各光スイッチＳＷは、上段側に１本の入力ポートＩが位置し、下段側に２本の出力ポートＯが位置する向きに配列されており、上段側の光スイッチの各出力ポートＯに、下段側の光スイッチの入力ポートＩが接続されるように、上段側と下段側の光スイッチＳＷが光導波路ＬＬにより接続されている。

【0011】

１×２の光スイッチＳＷの代表的なものとしては、マッハツェンダー（ＭＺ：Mach-Zehnder）型の光位相変調器が用いられている。

【0012】

ＭＺ型の光位相変調器は、図６に示すように、入力側の方向性結合器Ｙ１と、出力側の方向性結合器Ｙ２と、入力側と出力側の方向性結合器Ｙ１，Ｙ２を接続する２つのアーム光導波路Ａ１，Ａ２と、入力側の方向性結合器Ｙ１に接続された１つの入力ポートＩと、出力側の方向性結合器Ｙ２に接続された２つの出力ポートＯを有している。
入力側の方向性結合器Ｙ１は光強度を２等分する特性を有し、出力側の方向性結合器Ｙ２は光を結合する特性を有している。また、２つのアーム光導波路Ａ１，Ａ２の光導波路長は等しくなっている。そして、一方のアーム光導波路Ａ１には位相変調領域ＰＭが形成され、この位相変調領域ＰＭ上には電極端子ＥＴが配置されている。

【0013】

このようなＭＺ型の光位相変調器による光スイッチＳＷでは、入力ポートＩに信号光Ｐを入力したときに、電極端子ＥＴに電圧または電流を供給して位相変調領域ＰＭにおいて位相変調することにより、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差を、０またはπに変化させることによって、出力側の２つの出力ポートＯのいずれか一方から信号光Ｐを出力すること、即ちスイッチングをすることができる。
つまり、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差を０にすれば、クロスポート（図６では右側の出力ポートＯ）から信号光Ｐが出力され、光アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差をπにすれば、スルーポート（図６では左側の出力ポートＯ）から信号光Ｐが出力されるようにしている。

【0014】

図５に戻り説明を続けると、ツリー型光スイッチ構成１０は、光スイッチＳＷの配置数（７個）と同数（７個）の制御端子ＣＴ１〜ＣＴ７を備えている。各光スイッチＳＷの各電極端子ＥＴには、制御電子回路Ｃ１〜Ｃ７から、制御端子ＣＴ１〜ＣＴ７及び電気配線ＬＥを介して、電圧または電流が個別に供給されるようになっている。

【0015】

電極端子ＥＴに電圧または電流が供給されることにより、光スイッチ（ＭＺ型の光位相変調器）ＳＷの位相変調領域ＰＭの屈折率が変化して、位相が変調され、スイッチング動作が行なわれる。

【0016】

各制御電子回路Ｃ１〜Ｃ７は、電圧値が０ボルトとなっている制御電圧Ｖ₀と、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差をπとする電圧値となっている制御電圧Ｖπを出力する。したがって、各制御電子回路Ｃ１〜Ｃ７から各光スイッチＳＷの電極端子ＥＴに制御電圧Ｖ₀を入力すると、クロスポートから信号光が出力され、各制御電子回路Ｃ１〜Ｃ７から各光スイッチＳＷの電極端子ＥＴに制御電圧Ｖπを入力すると、スルーポートから信号光が出力されて、スイッチング動作を行うことができる。
なお図７は、１×２光スイッチＳＷの電圧印加による位相変動状態を示すものである。

【0017】

図５に示すツリー型光スイッチ構成１０では、各段の光スイッチＳＷをスイッチング動作させることにより、最終的には、３段目の光スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４に形成された合計８個の出力ポートＯのうちのいずれか１つの出力ポートＯから光信号Ｐを出力することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0018】

【非特許文献1】T. Watanabe他、「Silica-based PLC 1×128 thermo-optic switch」27th European Conference on Optical Communication (ECOC), vol.2, pp. 134-135, 2001.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

一般的に言うと、１×２^M（１入力、２^M出力）のツリー型光スイッチ構成を実現するには、下記の式で示す個数の１×２光スイッチをＭ段に配置する必要がある（但しＭは２以上の整数である。）。

【数1】

【0020】

つまり、２^M個の出力ポートを有するツリー型光スイッチ構成は、２^M−１個の光スイッチ（基本構成要素）を、Ｍ段に接続して構成される。

【0021】

具体例で説明すると、図５に示すツリー型光スイッチ構成１０では、Ｍ＝３であり、合計７個（＝２⁰＋２¹＋２²個＝２³−１個）の光スイッチＳＷを、３段に配置した、１×２³の光スイッチ構成である。
図５の例では、光スイッチＳＷ１１のスルーポートから信号光Ｐが出力され、光スイッチＳＷ２２のクロスポートから信号光Ｐが出力され、光スイッチＳＷ３３のクロスポートから信号光Ｐが出力されるように、光スイッチＳＷ１１には制御電圧Ｖπを入力し、光スイッチＳＷ２２，ＳＷ３３に制御電圧Ｖ₀を入力することにより、光スイッチＳＷ３３のクロスポート（右側の出力ポートＯ）から信号光Ｐが出力される。
このときには、残りの他の光スイッチＳＷには、信号光がそもそも入力されないので、制御電圧Ｖ₀または制御電圧Ｖπのいずれを入力してもよい。

【0022】

また、図８に示すツリー型光スイッチ構成１０Ａは、Ｍ＝２としたものであり、合計３個（＝２⁰＋２¹個＝２²−１個）の光スイッチＳＷを、２段に配置した、１×２²の光スイッチ構成である。
図８の例では、光スイッチＳＷ１１のスルーポートから信号光が出力され、光スイッチＳＷ２２のスルーポートから信号光が出力されるように、光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２２に制御電圧Ｖπを入力することにより、光スイッチＳＷ２２のスルーポート（左側の出力ポートＯ）から信号光Ｐが出力される。
このときには、残りの他の光スイッチＳＷ２１には、信号光がそもそも入力されないので、制御電圧Ｖ₀または制御電圧Ｖπのいずれを入力してもよい。

【0023】

このようなツリー型光スイッチ構成を制御（スイッチング動作）するためには、従来では、１つの１×２光スイッチに対して１つの制御端子ＣＴを具備する必要がある。
例えば、図８に示す１×４のツリー型光スイッチ構成の場合には、制御端子ＣＴは３個必要となり、図５に示す１×８のツリー型光スイッチ構成の場合には、制御端子ＣＴは７個必要となり、１×１６のツリー型光スイッチ構成の場合には、制御端子ＣＴは１５個必要となる。つまり、ツリー型光スイッチ構成では、出力ポート数の増加とともに制御端子ＣＴの数が増加する。

【0024】

このように制御端子ＣＴの数が増加してくると、電気配線ＬＥが複雑になり、ツリー型光スイッチ構成が大型化する。さらに制御端子ＣＴの数に対応して、制御電子回路Ｃの必要数も増加し、ツリー型光スイッチ構成と制御電子回路Ｃから成る光スイッチ装置の大型化、消費電力の増加が引き起こされる。
上記の課題は、ツリー型光スイッチ構成や光スイッチ装置の高コスト化も引き起こすことは自明である。

【0025】

従って、従来のツリー型光スイッチ構成では、スイッチングするポート数減少や特性劣化を起こすことなく、制御端子を削減できないことが課題となっていた。

【0026】

本発明は、上記従来技術に鑑み、出力ポート数が多数であっても制御端子の数を１つにすることができる、ツリー型光スイッチ構成を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0027】

上記課題を解決する本発明は、
２^M−１個（但しＭは２以上の整数）のマッハツェンダー型の光スイッチをＭ段に接続した、２^M個の出力ポートを有するツリー型光スイッチ構成であって、
各前記光スイッチの一方のアーム光導波路に形成されており、電圧または電流が入力されることにより位相変調動作して、信号光に対して＋位相の位相差を付与する位相変調領域と、
各前記光スイッチの一方のアーム光導波路に形成されており、信号光に対して−位相の位相差を付与する位相調整領域と、
前記位相変調領域上に配置された電極端子と、
１つの制御端子と、
前記制御端子と各前記電極端子とを接続しており、前記制御端子に入力される電圧または電流を前記電極端子に送る電気配線と、
を有しており、
前記光スイッチのうち第１段目の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さは、予め設定した長さになっており、第２段目以降の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さは、当該段の光スイッチに対して１段だけ上段側の光スイッチに形成した前記位相変調領域の長さの半分になっており、
第１段目では、前記光スイッチの位相調整領域が付与する位相差は０であり、
第２段目以降では、前記光スイッチの位相調整領域が付与する位相差は、−（２π／２^M）×Ｑ（但しＱは、０から１ずつ増加する数であり、最大値は２^(M-1)−１である）のうちのいずれか一つであることを特徴とする。

【0028】

また本発明は、
前記制御端子には、前記位相変調領域において位相変調動作を起こす制御電圧が入力され、
前記制御電圧は、電圧値の異なる２^M種類の制御電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖ２^M−１であり、制御電圧Ｖ０の電圧値は０であり、制御電圧Ｖ１の電圧値は第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して＋πの位相差を付与できる値であり、以降、制御電圧Ｖ２，・・・Ｖ２^M−１となるに従い、第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して付与する位相差が＋πに順次＋πずつ増加していく値であることを特徴とする。

【0029】

また本発明は、
前記制御端子には、前記位相変調領域において位相変調動作を起こす制御電流が入力され、
前記制御電流は、電流値の異なる２^M種類の制御電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，・・・Ｉ２^M−１であり、制御電流Ｉ０の電流値は０であり、制御電流Ｉ１の電流値は第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して＋πの位相差を付与できる値であり、以降、制御電流Ｉ２，・・・Ｉ２^M−１となるに従い、第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して付与する位相差が＋πに順次＋πずつ増加していく値であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0030】

本発明のツリー型光スイッチ構成では、信号光を出力する出力ポート数の減少や、特性劣化を起こすことなく、ツリー型光スイッチ構成の制御端子の数を削減できる。
この結果、ツリー型光スイッチ構成（素子）の小型化、電極配線の簡略化、制御電子回路数の低減、ひいてはツリー型光構成と制御電子回路から成る光スイッチ装置の小型化、低消費電力化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の実施例１に係るツリー型光スイッチ構成及び制御電子回路を示す構成図。

【図2】実施例に用いる光スイッチを示す構成図。

【図3】実施例１における、各光スイッチの動作状態を示す特性図。

【図4】本発明の実施例２に係るツリー型光スイッチ構成及び制御電子回路を示す構成図。

【図5】従来技術に係るツリー型光スイッチ構成及び制御電子回路を示す構成図。

【図6】従来技術に用いる光スイッチを示す構成図。

【図7】従来技術における、光スイッチの動作状態を示す斜視図。

【図8】従来技術に係る他のツリー型光スイッチ構成及び制御電子回路を示す構成図。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明に係るツリー型光スイッチ構成を、実施例に基づき詳細に説明する。

【0033】

［実施例１］
図１は本発明の実施例１に係る、ツリー型光スイッチ構成２０を示す構成図である。
実施例１に係るツリー型光スイッチ構成２０は、１×２の光スイッチＳＷを基本構成要素としており、合計で３つの光スイッチＳＷを、２段、ツリー状に接続して構成したものである。

【0034】

更に詳述すると、ツリー型光スイッチ構成２０では、１段目（最上段）に１つの光スイッチＳＷ１１を配置し、２段目（最下段）に２つの光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を配置している。
各光スイッチＳＷは、上段側に１本の入力ポートＩが位置し、下段側に２本の出力ポートＯが位置する向きに配列されており、上段側の光スイッチの各出力ポートＯに、下段側の光スイッチの入力ポートＩが接続されるように、上段側と下段側の光スイッチＳＷが光導波路ＬＬにより接続されている。

【0035】

各光スイッチＳＷとしては、マッハツェンダー（ＭＺ：Mach-Zehnder）型の光位相変調器を用いている。

【0036】

ＭＺ型の光位相変調器は、図２に示すように、入力側の方向性結合器Ｙ１と、出力側の方向性結合器Ｙ２と、入力側と出力側の方向性結合器Ｙ１，Ｙ２を接続する２つのアーム光導波路Ａ１，Ａ２と、入力側の方向性結合器Ｙ１に接続された１つの入力ポートＩと、出力側の方向性結合器Ｙ２に接続された２つの出力ポートＯを有している。
入力側の方向性結合器Ｙ１は光強度を２等分する特性を有し、出力側の方向性結合器Ｙ２は光を結合する特性を有している。また、２つのアーム光導波路Ａ１，Ａ２の長さは等しくなっている。

【0037】

アーム光導波路Ａ１，Ａ２のうち、一方のアーム光導波路Ａ１には、位相変調領域ＰＭが形成され、この位相変調領域ＰＭ上には、電極端子ＥＴが配置されている。光の伝送方向に沿う、位相変調領域ＰＭの長さについては後述する。
更に、一方のアーム光導波路Ａ１には、位相調整領域ＰＡが形成されている。位相調整領域ＰＡによる位相調整量については後述する。
結局、アーム光導波路Ａ１，Ａ２のうち一方のアーム光導波路Ａ１には、位相変調領域ＰＭと位相調整領域ＰＡが直列状態になって配置されている。

【0038】

位相変調領域ＰＭにおいて位相変調を得るには光導波路の屈折率を変化させれば良い。ガラス系の光導波路では、ヒータ（この場合には、電極端子がヒータになる）へ電流を通電することで温度制御し、ＴＯ（Thermo-Optic）効果を用いて屈折率を変化させる。ＩｎＰ系の光導波路では、電圧印加によるフランツケルディッシュ（ＦＫ：Franz-Keldysh）効果や量子閉じ込めシュタルク（ＱＣＳＥ：Quantum Confined Stark Effect）効果もしくは電流注入によるプラズマ効果を用いて屈折率を変化させる。ＬＮ系の光導波路では、電圧印加によるポッケルス効果を用いて屈折率を変化させる。

【0039】

ここではＩｎＰ系の光導波路で電圧印加によるＦＫ効果を用いて説明する。
ＭＺ型の光変調器の一方のアーム光導波路Ａ１の一部にp-i-n構造で電圧印加できる位相変調領域ＰＭを作製する。この部分に逆バイアスで電圧を印加すると、ＦＫ効果による吸収変化とともに位相変動が生じる。位相変動量は、印加電圧による単位長さ当たりの屈折率変化量と位相変調領域ＰＭの長さの積で決まる。

【0040】

このようなＭＺ型の光位相変調器による光スイッチＳＷでは、入力ポートＩに信号光Ｐを入力したときに、電極端子ＥＴに電圧を供給して位相変調領域ＰＭにおいて位相変調すると共に、位相調整領域ＰＡにおいて位相調整することにより、出力側の２つの出力ポートＯのいずれか一方から信号光Ｐを出力すること、即ちスイッチングをすることができる。
つまり、２つのアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が±２ｎπであれば入力したのと反対の光導波路（クロスポート）から光出力し、２つのアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が±（２ｎ＋１）πであれば光入力したのと同じ光導波路（スルーポート）から光出力される（但し、ｎは整数）。

【0041】

図１に戻りツリー型光スイッチ構成２０について説明を続ける。
前述したように、光スイッチ（ＭＺ型の光位相変調器）ＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２の一方のアーム光導波路Ａ１には、それぞれ、位相変調領域ＰＭと位相調整領域ＰＡが形成されている。

【0042】

位相変調領域ＰＭは、従来のツリー型光スイッチ構成でも存在していた構成要素ではあるが、従来の位相変調領域ＰＭの長さは、光スイッチＳＷが配置される段が異なっていても、同一であった。
これに対して実施例１では、位相変調領域ＰＭの長さ（光の伝送方向に沿う長さ）は光スイッチの配置段によって異ならせている。具体的には次のように設定している。
・１段目の第１の光スイッチＳＷ１１の位相変調領域ＰＭの長さは予め設定した所定の長さＬである。
・２段目の第１，第２の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の位相変調領域ＰＭの長さは、Ｌ／２である。

【0043】

位相調整領域ＰＡは、従来のツリー型光スイッチ構成では存在していなかった構成要素である。実施例１では、位相調整領域ＰＡにおいて位相調整することにより付与することができる位相差ΔΦを、次のように設定している。
なお位相差ΔΦとは、位相調整領域ＰＡに入力される信号光Ｐに対する、位相調整領域ＰＡを通過してきた信号光Ｐの位相差を意味する。
・１段目の光スイッチＳＷ１１の位相調整領域ＰＡにより付与することができる位相差ΔΦは０である。
・２段目の第１の光スイッチＳＷ２１の位相調整領域ＰＡにより付与することができる位相差ΔΦは０である。
・２段目の第２の光スイッチＳＷ２２の位相調整領域ＰＡにより付与することができる位相差ΔΦは−π／２である。

【0044】

実施例１のツリー型光スイッチ構成２０は、光スイッチＳＷの配置数に関係なく、１つの制御端子ＣＴ１を備えている。各光スイッチＳＷの各電極端子ＥＴには、１つの制御電子回路Ｃ１から制御端子ＣＴ１及び電気配線ＬＥを介して、電圧が供給されるようになっている。

【0045】

制御電子回路Ｃ１は、制御電圧Ｖ₀，Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃のうちのいずれかを選択的に出力し、出力した制御電圧が光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２の各電極端子ＥＴに共通に入力される。このことにより、位相変調領域ＰＭにおいて位相変調することにより位相差を付与することができる。
各制御電圧Ｖ₀，Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃の電圧値は、次のように設定されている。

【0046】

（１）制御電圧Ｖ₀の電圧値は、０ボルトである。このため、制御電圧Ｖ₀を位相変調領域ＰＭに入力しても、位相変調領域ＰＭにおいて位相変調は生じない（位相変調領域ＰＭにおいて位相差は付与されない）。

【0047】

（２）制御電圧Ｖ₁の電圧値は、長さがＬとなっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、位相変調領域ＰＭにおいて、＋πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧Ｖ₁が、長さがＬ／２となっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋π／２の位相差を付与することができる。

【0048】

（３）制御電圧Ｖ₂の電圧値は、長さがＬとなっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、位相変調領域ＰＭにおいて、＋２πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧Ｖ₂が、長さがＬ／２となっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋πの位相差を付与することができる。

【0049】

（４）制御電圧Ｖ₃の電圧値は、長さがＬとなっている位相変調領域ＰＭに印加されると、位相変調領域ＰＭにおいて、＋３πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧Ｖ₃が、長さがＬ／２となっている位相変調領域ＰＭに印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋３π／２の位相差を付与することができる。

【0050】

このような複数の電圧を生成する制御電子回路Ｃ１としては、一般的なデジタル／アナログ変換回路（ＤＡＣ：Digital to Analog Converter）を用いればよい。この電子回路（デジタル／アナログ変換回路）は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＩＣ回路から論理的に生成された複数ビットのデジタル信号ｄを、アナログ信号に変換する回路である。
上記の場合には、少なくとも２ビットのデジタル信号を、４階調のアナログ信号に変換することで、容易に実現することができる。

【0051】

次に、上述した構成になっているツリー型光スイッチ構成２０のスイッチング動作を説明する。

【0052】

１段目の光スイッチＳＷ１１の位相変調領域ＰＭに、制御電子回路Ｃ１から制御電圧Ｖ₀を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が０となり、制御電圧Ｖ₂を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋２πとなり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ１１の位相変調領域ＰＭに、制御電子回路Ｃ１から制御電圧Ｖ₁を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋πとなり、制御電圧Ｖ₃を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋３πとなり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
なお、光スイッチＳＷ１１では、位相調整領域ＰＡおいて位相差は付与されない。
結局、１×２光スイッチＳＷ１１での電圧印加による位相変動は図３（ａ）のようになる。

【0053】

２段目の第１の光スイッチＳＷ２１では、制御電圧Ｖ＝Ｖ₁，Ｖ₃のときは、光スイッチＳＷ２１に信号光Ｐが入力されないので、どちらの出力ポートＯからも信号光Ｐは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチＳＷ２１の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₀を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が０となり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ２１の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₂を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋πとなり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
なお、光スイッチＳＷ２１では、位相調整領域ＰＡにおいて位相差は付与されない。
結局、１×２光スイッチＳＷ２１での電圧印加による位相変動は図３（ｂ）のようになる。

【0054】

２段目の第２の光スイッチＳＷ２２では、制御電圧Ｖ＝Ｖ₀，Ｖ₂のときは、光スイッチＳＷ２２に信号光が入力されないので、どちらの出力ポートＯからも信号光Ｐは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチＳＷ２２の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₁を印加すると、位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋π／２の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−π／２の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が０（＝＋π／２−π／２）となり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ２２の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₃を印加すると位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋３π／２の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−π／２の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋π（＝＋３π／２−π／２）となり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
結局、１×２光スイッチＳＷ２２での電圧印加による位相変動は図３（ｃ）のようになる。

【0055】

以上を整理すると、表１のようになる。

【表1】

【0056】

したがって、ツリー型光スイッチ構成２０は、次のようなスイッチング動作を行うことができる。
（１）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₀を入力したときには、２段目の第１の光スイッチＳＷ２１のクロスポートから信号光Ｐを出力する。
（２）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₁を入力したときには、２段目の第２の光スイッチＳＷ２２のクロスポートから信号光Ｐを出力する。
（３）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₂を入力したときには、２段目の第１の光スイッチＳＷ２１のスルーポートから信号光Ｐを出力する。
（４）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₃を入力したときには、２段目の第２の光スイッチＳＷ２２のスルーポートから信号光Ｐを出力する。

【0057】

このように、ツリー型光スイッチ構成２０の最終段の出力ポートＯは４つあるが、ツリー型光スイッチ構成２０には１つの制御端子Ｃ１を備えるだけで済む。このため、ツリー型光スイッチ構成２０は、電気配線ＬＥを簡略化でき、小型化を図ることができる。
またツリー型光スイッチ構成２０には１つの制御電子回路Ｃ１を接続するだけで済むため、ツリー型光スイッチ構成２０と制御電子回路Ｃ１から成る光スイッチ装置では、小型化や省電力化を図ることができる。

【0058】

［実施例２］
図４は本発明の実施例２に係る、ツリー型光スイッチ構成２０Ａを示す構成図である。
実施例２に係るツリー型光スイッチ構成２０Ａは、１×２の光スイッチＳＷを基本構成要素としており、合計で７つの光スイッチＳＷを、３段、ツリー状に接続して構成したものである。

【0059】

更に詳述すると、ツリー型光スイッチ構成２０Ａでは、１段目（最上段）に１つの光スイッチＳＷ１１を配置し、２段目に２つの光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を配置し、３段目（最下段）に４つの光スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４を配置している。
各光スイッチＳＷは、上段側に１本の入力ポートＩが位置し、下段側に２本の出力ポートＯが位置する向きに配列されており、上段側の光スイッチの各出力ポートＯに、下段側の光スイッチの入力ポートＩが接続されるように、上段側と下段側の光スイッチＳＷが光導波路ＬＬにより接続されている。

【0060】

各光スイッチＳＷとしては、マッハツェンダー（ＭＺ：Mach-Zehnder）型の光位相変調器を用いている。
ＭＺ型の光位相変調器は、図２に示す構成のものである。つまり、長さの等しいアーム光導波路Ａ１，Ａ２のうち一方のアーム光導波路Ａ１には、位相変調領域ＰＭと位相調整領域ＰＡが直列状態になって配置されており、位相変調領域ＰＭ上には、電極端子ＥＴが配置されている。
位相変調領域ＰＭは、ＩｎＰ系の光導波路であるアーム光導波路Ａ１，Ａ２のうち、一方のアーム光導波路Ａ１の一部にp-i-n構造で電圧印加できる領域として作製しており、この部分に逆バイアスで電圧を印加すると、ＦＫ効果による吸収変化とともに位相変動が生じる。

【0061】

このようなＭＺ型の光位相変調器による光スイッチＳＷでは、入力ポートＩに信号光Ｐを入力したときに、電極端子ＥＴに電圧を供給して位相変調領域ＰＭにおいて位相変調すると共に、位相調整領域ＰＡにおいて位相調整することにより、出力側の２つの出力ポートＯのいずれか一方から信号光Ｐを出力すること、即ちスイッチングをすることができる。
つまり、２つのアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が±２ｎπであれば入力したのと反対の光導波路（クロスポート）から光出力し、２つのアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が±（２ｎ＋１）πであれば光入力したのと同じ光導波路（スルーポート）から光出力される（但し、ｎは整数）。

【0062】

図４に戻りツリー型光スイッチ構成２０Ａについて説明を続ける。
前述したように、光スイッチ（ＭＺ型の光位相変調器）ＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４の一方のアーム光導波路Ａ１には、それぞれ、位相変調領域ＰＭと位相調整領域ＰＡが形成されている。

【0063】

実施例２では、位相変調領域ＰＭの長さ（光の伝送方向に沿う長さ）は光スイッチの配置段によって異ならせている。具体的には次のように設定している。
・１段目の第１の光スイッチＳＷ１１の位相変調領域ＰＭの長さは予め設定した所定の長さＬである。
・２段目の第１，第２の光スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の位相変調領域ＰＭの長さは、Ｌ／２である。
・３段目の第１，第２，第３，第４の光スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４の位相変調領域ＰＭの長さは、Ｌ／４である。

【0064】

実施例２では、位相調整領域ＰＡにおいて位相調整することにより付与することができる位相差ΔΦを、次のように設定している。
・１段目の光スイッチＳＷ１１の位相調整領域ＰＡにより付与することができる位相差ΔΦは０である。
・２段目の第１の光スイッチＳＷ２１の位相調整領域ＰＡにより付与することができる位相差ΔΦは０である。
・２段目の第２の光スイッチＳＷ２２の位相調整領域ＰＡにより付与することができる位相差ΔΦは−π／２である。
・３段目の第１の光スイッチＳＷ３１の位相調整領域ＰＡにより付与することができる位相差ΔΦは０である。
・３段目の第２の光スイッチＳＷ３２の位相調整領域ＰＡにより付与することができる位相差ΔΦは−２π／４である。
・３段目の第３の光スイッチＳＷ３３の位相調整領域ＰＡにより付与することができる位相差ΔΦは−π／４である。
・３段目の第４の光スイッチＳＷ３４の位相調整領域ＰＡにより付与することができる位相差ΔΦは−３π／４である。

【0065】

実施例２のツリー型光スイッチ構成２０Ａは、光スイッチＳＷの配置数に関係なく、１つの制御端子ＣＴ１を備えている。各光スイッチＳＷの各電極端子ＥＴには、１つの制御電子回路Ｃ１から制御端子ＣＴ１及び電気配線ＬＥを介して、電圧が供給されるようになっている。

【0066】

制御電子回路Ｃ１は、制御電圧Ｖ₀，Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄，Ｖ₅，Ｖ₆，Ｖ₇のうちのいずれかを選択的に出力し、出力した制御電圧が光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４の電極端子ＥＴに共通に入力される。このことにより、位相変調領域ＰＭにおいて位相変調することにより位相差を付与することができる。
各制御電圧Ｖ₀，Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄，Ｖ₅，Ｖ₆，Ｖ₇の電圧値は、次のように設定されている。

【0067】

（１）制御電圧Ｖ₀の電圧値は、０ボルトである。このため、制御電圧Ｖ₀を位相変調領域ＰＭに入力しても、位相変調領域ＰＭにおいて位相変調は生じない（位相変調領域ＰＭにおいて位相差は付与されない）。

【0068】

（２）制御電圧Ｖ₁の電圧値は、長さがＬとなっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、位相変調領域ＰＭにおいて、＋πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧Ｖ₁が、長さがＬ／２となっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋π／２の位相差を付与することができる。
また、制御電圧Ｖ₁が、長さがＬ／４となっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋π／４の位相差を付与することができる。

【0069】

（３）制御電圧Ｖ₂の電圧値は、長さがＬとなっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、位相変調領域ＰＭにおいて、＋２πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧Ｖ₂が、長さがＬ／２となっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋πの位相差を付与することができる。
また、制御電圧Ｖ₂が、長さがＬ／４となっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋π／２の位相差を付与することができる。

【0070】

（４）制御電圧Ｖ₃の電圧値は、長さがＬとなっている位相変調領域ＰＭに印加されると、位相変調領域ＰＭにおいて、＋３πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧Ｖ₃が、長さがＬ／２となっている位相変調領域ＰＭに印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋３π／２の位相差を付与することができる。
また、制御電圧Ｖ₃が、長さがＬ／４となっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋３π／４の位相差を付与することができる。

【0071】

（５）制御電圧Ｖ₄の電圧値は、長さがＬとなっている位相変調領域ＰＭに印加されると、位相変調領域ＰＭにおいて、＋４πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧Ｖ₄が、長さがＬ／２となっている位相変調領域ＰＭに印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋２πの位相差を付与することができる。
また、制御電圧Ｖ₄が、長さがＬ／４となっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋πの位相差を付与することができる。

【0072】

（６）制御電圧Ｖ₅の電圧値は、長さがＬとなっている位相変調領域ＰＭに印加されると、位相変調領域ＰＭにおいて、＋５πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧Ｖ₅が、長さがＬ／２となっている位相変調領域ＰＭに印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋５π／２の位相差を付与することができる。
また、制御電圧Ｖ₅が、長さがＬ／４となっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋５π／４の位相差を付与することができる。

【0073】

（７）制御電圧Ｖ₆の電圧値は、長さがＬとなっている位相変調領域ＰＭに印加されると、位相変調領域ＰＭにおいて、＋６πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧Ｖ₆が、長さがＬ／２となっている位相変調領域ＰＭに印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋６π／２の位相差を付与することができる。
また、制御電圧Ｖ₆が、長さがＬ／４となっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋６π／４の位相差を付与することができる。

【0074】

（８）制御電圧Ｖ₇の電圧値は、長さがＬとなっている位相変調領域ＰＭに印加されると、位相変調領域ＰＭにおいて、＋７πの位相差を付与することができる値に設定されている。
したがって、制御電圧Ｖ₇が、長さがＬ／２となっている位相変調領域ＰＭに印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋７π／２の位相差を付与することができる。
また、制御電圧Ｖ₇が、長さがＬ／４となっている位相変調領域ＰＭに電圧印加されると、この位相変調領域ＰＭにおいては、＋７π／４の位相差を付与することができる。

【0075】

このような複数の電圧を生成する制御電子回路Ｃ１としては、一般的なデジタル／アナログ変換回路（ＤＡＣ：Digital to Analog Converter）を用いればよい。この電子回路（デジタル／アナログ変換回路）は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＩＣ回路から論理的に生成された複数ビットのデジタル信号ｄを、アナログ信号に変換する回路である。
上記の場合には、少なくとも２ビットのデジタル信号を、８階調のアナログ信号に変換することで、容易に実現することができる。

【0076】

次に、上述した構成になっているツリー型光スイッチ構成２０Ａのスイッチング動作を説明する。

【0077】

１段目の光スイッチＳＷ１１の位相変調領域ＰＭに、制御電子回路Ｃ１から制御電圧Ｖ₀を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が０となり、制御電圧Ｖ₂を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋２πとなり、制御電圧Ｖ₄を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋４πとなり、制御電圧Ｖ₆を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋６πとなり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ１１の位相変調領域ＰＭに、制御電子回路Ｃ１から制御電圧Ｖ₁を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋πとなり、制御電圧Ｖ₃を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋３πとなり、制御電圧Ｖ₅を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋５πとなり、制御電圧Ｖ₇を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋７πとなり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
なお、光スイッチＳＷ１１では、位相調整領域ＰＡにおいて位相差は付与されない。

【0078】

２段目の第１の光スイッチＳＷ２１では、制御電圧Ｖ＝Ｖ₁，Ｖ₃，Ｖ₅，Ｖ₇のときは、光スイッチＳＷ２１に信号光Ｐが入力されないので、どちらの出力ポートＯからも信号光Ｐは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチＳＷ２１の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₀を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が０となり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ２１の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₂を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋πとなり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ２１の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₄を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋２πとなり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ２１の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₆を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋３πとなり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
なお、光スイッチＳＷ２１では、位相調整領域ＰＡにおいて位相差は付与されない。

【0079】

２段目の第２の光スイッチＳＷ２２では、制御電圧Ｖ＝Ｖ₀，Ｖ₂，Ｖ₄，Ｖ₆のときは、光スイッチＳＷ２２に信号光が入力されないので、どちらの出力ポートＯからも信号光Ｐは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチＳＷ２２の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₁を印加すると、位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋π／２の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−π／２の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が０（＝＋π／２−π／２）となり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ２２の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₃を印加すると位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋３π／２の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−π／２の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋π（＝＋３π／２−π／２）となり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ２２の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₅を印加すると、位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋５π／２の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−π／２の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が２π（＝＋５π／２−π／２）となり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ２２の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₇を印加すると位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋７π／２の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−π／２の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋３π（＝＋７π／２−π／２）となり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。

【0080】

３段目の第１の光スイッチＳＷ３１では、制御電圧Ｖ＝Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₅，Ｖ₆，Ｖ₇のときは、光スイッチＳＷ３１に信号光Ｐが入力されないので、どちらの出力ポートＯからも信号光Ｐは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチＳＷ３１の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₀を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が０となり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ３１の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₄を印加するとアーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋πとなり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。

【0081】

３段目の第２の光スイッチＳＷ３２では、制御電圧Ｖ＝Ｖ₀，Ｖ₁，Ｖ₃，Ｖ₄，Ｖ₅，Ｖ₇のときは、光スイッチＳＷ３２に信号光が入力されないので、どちらの出力ポートＯからも信号光Ｐは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチＳＷ３２の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₂を印加すると、位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋２π／４の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−２π／４の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が０（＝＋２π／４−２π／４）となり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ３２の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₆を印加すると位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋６π／４の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−２π／４の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋π（＝＋６π／４−２π／４）となり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。

【0082】

３段目の第３の光スイッチＳＷ３３では、制御電圧Ｖ＝Ｖ₀，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄，Ｖ₆，Ｖ₇のときは、光スイッチＳＷ３３に信号光が入力されないので、どちらの出力ポートＯからも信号光Ｐは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチＳＷ３３の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₁を印加すると、位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋π／４の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−π／４の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が０（＝＋π／４−π／４）となり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ３３の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₅を印加すると位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋５π／４の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−π／４の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋π（＝＋５π／４−π／４）となり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。

【0083】

３段目の第４の光スイッチＳＷ３４では、制御電圧Ｖ＝Ｖ₀，Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₄，Ｖ₅，Ｖ₆，のときは、光スイッチＳＷ３４に信号光が入力されないので、どちらの出力ポートＯからも信号光Ｐは出力されず、特に考慮する必要がない。
光スイッチＳＷ３４の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₃を印加すると、位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋３π／４の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−３π／４の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が０（＝＋３π／４−３π／４）となり、右側の出力ポート（クロスポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。
光スイッチＳＷ３４の位相変調領域ＰＭに、制御電圧Ｖ₇を印加すると位相変調領域ＰＭにおいて信号光Ｐに＋７π／４の位相差を付与することができる。また、位相調整領域ＰＡにおいて信号光Ｐに−３π／４の位相差が付与される。この結果、アーム光導波路Ａ１，Ａ２間の位相差が＋π（＝＋７π／４−３π／４）となり、左側の出力ポート（スルーポート）Ｏから信号光Ｐが出力される。

【0084】

以上を整理すると、表２のようになる。なお表２において、空白の欄は、信号光が入力されない光スイッチを表している。

【表2】

【0085】

したがって、ツリー型光スイッチ構成２０Ａは、次のようなスイッチング動作を行うことができる。
（１）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₀を入力したときには、３段目の第１の光スイッチＳＷ３１のクロスポートから信号光Ｐを出力する。
（２）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₁を入力したときには、３段目の第３の光スイッチＳＷ３３のクロスポートから信号光Ｐを出力する。
（３）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₂を入力したときには、３段目の第２の光スイッチＳＷ３１のクロスポートから信号光Ｐを出力する。
（４）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₃を入力したときには、３段目の第４の光スイッチＳＷ３４のクロスポートから信号光Ｐを出力する。
（５）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₄を入力したときには、３段目の第１の光スイッチＳＷ３１のスルーポートから信号光Ｐを出力する。
（６）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₅を入力したときには、３段目の第３の光スイッチＳＷ３３のスルーポートから信号光Ｐを出力する。
（７）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₆を入力したときには、３段目の第２の光スイッチＳＷ３１のスルーポートから信号光Ｐを出力する。
（８）光スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４の電極端子ＥＴに、制御電圧Ｖ₇を入力したときには、３段目の第４の光スイッチＳＷ３４のスルーポートから信号光Ｐを出力する。

【0086】

このように、ツリー型光スイッチ構成２０Ａの最終段の出力ポートＯは８つあるが、ツリー型光スイッチ構成２０Ａには１つの制御端子Ｃ１を備えるだけで済む。このため、ツリー型光スイッチ構成２０Ａは、電気配線ＬＥを簡略化でき、小型化を図ることができる。
またツリー型光スイッチ構成２０Ａには１つの制御電子回路Ｃ１を接続するだけで済むため、ツリー型光スイッチ構成２０Ａと制御電子回路Ｃ１から成る光スイッチ装置では、小型化や省電力化を図ることができる。

【0087】

［変形例等］
本発明は、上述した１×４のツリー型光スイッチ構成（実施例１）や、１×８のツリー型光スイッチ構成（実施例２）のみならず、１×１６や１×３２や１×２^Mのツリー型光スイッチ構成などの多ポート化にも対応できる（但しＭは２以上の整数）。

【0088】

１×２^Mのツリー型光スイッチ構成においては、次のように設定する。
（１）光スイッチＳＷのうち第１段目の光スイッチＳＷに形成した位相変調領域ＰＭの長さは、予め設定した長さＬになっており、第２段目以降の光スイッチＳＷに形成した位相変調領域ＰＭの長さは、当該段の光スイッチＳＷに対して１段だけ上段側の光スイッチに形成した位相変調領域ＰＭの長さの半分になっている。
（２）第１段目では、光スイッチＳＷの位相調整領域ＰＡが付与する位相差は０である。
（３）第２段目以降では、光スイッチＳＷの位相調整領域ＰＡが付与する位相差は、−（２π／２^M）×Ｑ（但しＱは、０から１ずつ増加する数であり、最大値は２^(M-1)−１である）のうちのいずれか一つである。

【0089】

上記の設定条件のうち（３）に記載した「光スイッチＳＷの位相調整領域ＰＡが付与する位相差は、−（２π／２^M）×Ｑ（但しＱは、０から１ずつ増加する数であり、最大値は２^(M-1)−１である）のうちのいずれか一つである。」について、具体的に説明する。
Ｍ＝２である場合には、Ｑは１である。このため位相差Δφは、−（２π／２²）×１＝−π／２となる。
Ｍ＝３である場合には、Ｑは、１，２，３である。このため位相差Δφは、−（２π／２³）×１＝−π／４、−（２π／２³）×２＝−２π／４、−（２π／２³）×３＝−３π／４となる。

【0090】

制御電圧は、電圧値の異なる２^M種類の制御電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖ２^M−１である。制御電圧の値は次のように設定する。
制御電圧Ｖ０の電流値は０であり、制御電圧Ｖ１の電流値は第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して＋πの位相差を付与できる値であり、以降、制御電圧Ｖ２，Ｖ３・・・Ｖ２^M−１となるに従い、第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して付与する位相差が＋πに順次＋πずつ増加していく値であるようにする。

【0091】

なお多ポート化することにより必要となる位相変調量が大きくなるが、この場合には印加電圧の増加は抑え、その代わりに位相変調領域を長尺化することで、対処することができる。
また多値の制御電圧を精度よく供給する必要があるが、一般的なデジタル／アナログ変換回路（ＤＡＣ）のビット数（８−１６ビット）を勘案すると、１×１２８程度までは大きな問題とはならない。

【0092】

また上記のようにＤＡＣの制御電圧を多値化して基本構成のポート数を増加させる手法だけでなく、基本構成のポート数は作製が簡便な１×４や１×８を用いて、これらを多段構成にしてポート数を増加してもよい。
この場合にはＤＡＣの必要個数は増加するものの、従来例と比べると制御端子数および制御電気回路数を大幅に削減できる。例えば、１×６４の光スイッチは２１個の１×４の光スイッチで構成でき、制御端子数は２１個となる。
それに対して、従来例の構成では制御端子が６３個必要なので１／３まで削減することができる。また７個の１×８の光スイッチでも構成でき、制御端子数は７個となって１／９まで削減できる。

【0093】

更に上記の実施例１，２では、制御電子回路Ｃからツリー型光スイッチ構成へ制御電圧を入力していたが、電流注入によるプラズマ効果を用いて屈折率を変化させるＩｎＰ系の光導波路に形成した位相変調領域ＰＭや、ヒータ（電極端子）へ電流を通電することでＴＯ（Thermo-Optic）効果を用いて屈折率を変化させるガラス系の光導波路に形成した位相変調領域ＰＭを採用した場合には、制御電圧の代わりに制御電流を入力する。

【0094】

制御電流は、電流値の異なる２^M種類の制御電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，・・・Ｉ２^M−１である。制御電流の値は次のように設定する。
制御電流Ｉ０の電流値は０であり、制御電流Ｉ１の電流値は第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して＋πの位相差を付与できる値であり、以降、制御電流Ｉ２，Ｉ３・・・Ｉ２^M−１となるに従い、第１段目の位相変調領域に入力されたときに信号光に対して付与する位相差が＋πに順次＋πずつ増加していく値であるようにする。

【産業上の利用可能性】

【0095】

本発明は、電圧印加や電流入力によりスイッチングをするマッハッェンダ型光変調器を基本構成要素とした、１×２^Mのツリー型光スイッチ構成に利用可能である。

【符号の説明】

【0096】

１０，１０Ａ，２０，２０Ａ ツリー型光スイッチ構成
ＳＷ，ＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３４ 光スイッチ
Ｉ 入力ポート
Ｏ 出力ポート
Ｙ１，Ｙ２ 方向性結合器
Ａ１，Ａ２ アーム光導波路
ＰＭ 位相変調領域
ＰＡ 位相調整領域
ＥＴ 電極端子
ＣＴ，ＣＴ１〜ＣＴ７ 制御端子
ＬＬ 光導波路
ＬＥ 電気配線
Ｃ，Ｃ１〜Ｃ７ 制御電子回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】