特許 7015717 マルチキャストスイッチ

(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】

(24)【登録日】2022-01-26

(45)【発行日】2022-02-03

(54)【発明の名称】マルチキャストスイッチ

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/313 20060101AFI20220127BHJP

   G02B 6/35 20060101ALI20220127BHJP

【ＦＩ】

G02F1/313

G02B6/35

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018065693

(22)【出願日】2018-03-29

(65)【公開番号】P2019174759

(43)【公開日】2019-10-10

【審査請求日】2020-10-06

(73)【特許権者】

【識別番号】591230295

【氏名又は名称】ＮＴＴエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永野 充

(72)【発明者】

【氏名】吉井 達也

(72)【発明者】

【氏名】柳澤 雅弘

(72)【発明者】

【氏名】中橋 樹紀

【審査官】野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０３８８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－００５２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５７２９６４２（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３３７７３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０９－２９７２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】Himeno et al.，Silica-based low loss and high extinction ratio 8X8 thermo-optic matrix switch with path-independent loss arrangement using double Mach-Zehnder interferometer switching units，Proceedings of 22nd European Conference on Optical Communication(ECOC96)，IEEE，1996年09月19日，ThD.2.2，pp.4. 149-4. 152

【文献】Nakamura et al.，Wavelength selective switching with one-chip silicon photonic circuit including 8 x 8 matrix switch，2011 Optical Fiber Communication Conference and Exposition and the National Fiber Optic Engineers Conference，IEEE，2011年03月06日，OTuM2，pp. 1-3

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

１／２１－７／００

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の番号１,…,Ｍのうちの異なるいずれかがそれぞれ関連付けられた、光信号を入力するＭ個の入力ポートと、
第２の番号１,…,Ｎのうちの異なるいずれかがそれぞれ関連付けられた、前記光信号が出力されるＮ個の出力ポートと、
それぞれ異なる番号の組［ｍ，ｎ］が関連付けられたＭ×Ｎ個の光スイッチユニットであって、前記ｍは１≦ｍ≦Ｍの整数であって前記第１の番号に対応し、前記ｎは１≦ｎ≦Ｎの整数であって前記第２の番号に対応する、光スイッチユニットと、
前記Ｍ個の入力ポート、前記Ｍ×Ｎ個の光スイッチユニット及び前記Ｎ個の出力ポート間を光接続する光導波路と、
前記光スイッチユニットをオンオフ制御するために前記Ｍ×Ｎ個の光スイッチユニットにそれぞれ接続された引き出し線と、
が高屈折率導波路基板上に形成されて構成され、前記Ｍ×Ｎ個の光スイッチユニットのうちの１の光スイッチユニットをオン状態にすることにより、前記オン状態の光スイッチユニットに関連付けられた前記第１の番号に関連付けられた前記入力ポートに入力された光信号が、前記オン状態の光スイッチユニットに関連付けられた前記第２の番号に関連付けられた前記出力ポートから出力されるマルチキャストスイッチであって、
前記Ｍ×Ｎ個の光スイッチユニットは、少なくとも、１×１スイッチであるゲートスイッチと、前記ゲートスイッチの後段に設けられた２×１スイッチであるメインスイッチとを含み、
個々の前記光スイッチユニットにおける前記ゲートスイッチ及び前記メインスイッチに接続される前記引き出し線は、共通であり、
前記光スイッチユニットは、前段に１×２スプリッタを備える第１の光スイッチユニットと前記１×２スプリッタを備えない第２の光スイッチユニットを含み、
前記出力ポートに接続される光スイッチユニットは、前記第２の光スイッチユニットであることを特徴とするマルチキャストスイッチ。

【請求項2】

複数の前記光スイッチユニットが少なくとも直線状に配列されることを特徴とする請求項１に記載のマルチキャストスイッチ。

【請求項3】

複数の前記光スイッチユニットは、格子状に配列されることを特徴とする請求項２に記載のマルチキャストスイッチ。

【請求項4】

前記引き出し線と並行に配列する複数の前記光スイッチユニットからなる光スイッチユニット列が構成され、
前記マルチキャストスイッチは、
複数の前記光スイッチユニット列の各々に並行するようにそれぞれ配置されたグランド線とさらに備え、
前記複数のグランド線の各々は、当該グランド線と並行する光スイッチユニット列の各光スイッチユニットに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチキャストスイッチ。

【請求項5】

前記Ｍ×Ｎ個の光スイッチユニットのいずれかの間の光導波路は、前記光導波路を折り返すことにより前記Ｍ個の入力ポートと前記Ｎ個の出力ポートとを同一側に配置するための折り返し導波路部分を有し、
前記折り返し導波路部分によって折り返される前の入力ポート側の第１の光スイッチユニット列と前記折り返し導波路部分によって折り返された後の出力ポート側の前記第１の光スイッチユニット列の少なくとも１つの組は、さらに縦列に重ねて配列されて、Ｍ＋Ｎ個の前記光スイッチユニットから構成される第２の光スイッチユニット列を構成し、
前記第２の光スイッチユニット列における各光スイッチユニットには、共通のグランド線が接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマルチキャストスイッチ。

【請求項6】

前記１×２スプリッタは、非対称スプリッタであることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のマルチキャストスイッチ。

【請求項7】

前記Ｍ×Ｎ個の光スイッチユニットにおいて、少なくとも１つの前記光スイッチユニットは複数の前記ゲートスイッチを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のマルチキャストスイッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マルチキャストスイッチに関し、より詳細には、従来の構成に比べて半分の引き出し線数で構成することができるマルチキャストスイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）は、光ファイバ伝送路中の波長多重光信号を、電気信号に変換することなく波長ごとに任意に経路選択することができるため、光ネットワークの構築には必須なデバイスである。ＲＯＡＤＭは、波長と入出力ポートとを自由に割り当てる光スイッチを必要とする。

【0003】

ＲＯＡＤＭでは、波長選択スイッチやマトリクス光スイッチに比べ、小型な光デバイスである光スプリッタ（光カップラ）及び光スイッチを組み合わせたマルチキャストスイッチ（ＭＣＳ）が一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照）。ＭＣＳを用いることにより、小型で経済的なＲＯＡＤＭを実現することができるという利点がある。今後は、さらなる波長数の増加が予測され、ＭＣＳの更なる小型化が求められている。

【0004】

ＭＣＳを用いたＲＯＡＤＭにおいて基本となる光スイッチの構成として、石英系導波路を利用したマッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチ（ＭＺＩ光スイッチ）がある。ＭＺＩ光スイッチは、２本のアーム導波路近傍に熱光学位相シフタ（薄膜ヒータ）を設け、薄膜ヒータのオン／オフを制御することによって、光信号が通る経路を変更することができる。

【0005】

図１に、従来のＭＺＩ光スイッチを例示する。図１のＭＺＩ光スイッチは、入力光導波路１１ａ及び１１ｂと、薄膜ヒータ１２と、方向性結合器１３と、２本のアーム導波路１４と、薄膜ヒータ１２に給電を行う駆動電気配線としての引き出し線１５と、出力光導波路１６ａ及び１６ｂと、を備えている。図１に示すＭＺＩ光スイッチを１×２光スイッチとして利用する場合は入力光導波路１１の一方が未接続導波路となり、２×１光スイッチとして利用する場合は出力光導波路１６ａ及び１６ｂの一方が未接続導波路となる。

【0006】

図１に示されるＭＺＩ光スイッチでは、通常、２本のアーム導波路１４は半波長の光路長差を有するように設計される。そのため、薄膜ヒータ１２を駆動（給電）せずに２本のアーム導波路１４間の半波長の光路長差を打ち消さない場合には光信号の経路はバー経路（入力光導波路１１ａ→出力光導波路１６ａ、入力光導波路１１ｂ→出力光導波路１６ｂ）となり、薄膜ヒータ１２を駆動して熱光学効果により当該半波長の光路長差を打ち消した場合には光信号の経路はクロス経路（入力光導波路１１ａ→出力光導波路１６ｂ、入力光導波路１１ｂ→出力光導波路１６ａ）となる。２本のアーム導波路１４間で半波長の光路長差を設けない場合、図１に示されるＭＺＩ光スイッチでは上記と逆動作がなされる。従って、引き出し線１５による給電を制御することにより、薄膜ヒータ１２の駆動のオンオフを介してＭＺＩ光スイッチのオンオフを制御することができる。

【0007】

なお、ＭＺＩには方向性がないため、入力ポートと出力ポートという呼び方は単に区別のためであり、いずれも入力および出力の両方に使用可能である。

【0008】

図２は、ＭＺＩ光スイッチを用いた従来の４入力４出力ＭＣＳ（以下、４×４ＭＣＳ）で構成されたＭＣＳを例示する。図２には、それぞれ光導波路に接続された４つの入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₄及び出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₄と、１×２スプリッタＳＰと、１×２スイッチであるゲートスイッチＧＳＷ_1,1乃至ＧＳＷ_4,4と、２×１スイッチであるメインスイッチＭＳＷ_1,1乃至ＭＳＷ_4,4と、ＧＳＷ及びＭＳＷのオンオフを制御するための引き出し線１５と、ＧＳＷ及びＭＳＷを接地するためのグランド線１７と、を備えたＭＣＳが示されている。ＧＳＷ及びＭＳＷとしては、図１に示されるようなＭＺＩ光スイッチが使用される。従来のＭＣＳでは光導波路の曲げ半径が大きく、小型化には、折り曲げる構造ではなく、長手方向を短くする構造が有利であったため、ＧＳＷとＭＳＷが縦方向に互い違いに、すき間を埋めるような配置（入れ子配置）の構成をとる必要があった。

【0009】

１×２スプリッタＳＰは、非対称スプリッタであり、１列目の１×２スプリッタＳＰから次の列へと順番に、分波比が３：１、２：１、１：１と設定されている。これは、各出力ポートの間での光出力の差が生じないようにするためである。

【0010】

図２に示す４×４ＭＣＳにおいては、特定の入力ポートに入力された光信号を特定の出力ポートから出力する際にオンオフ制御されるＧＳＷ及びＭＳＷの組があり、この組により光スイッチユニットＳＵが構成される。例えばＧＳＷ_1,1及びＭＳＷ_1,1をオンオフ制御することにより、入力ポートＩｎ₁に入力された光信号を出力ポートＯｕｔ₁から出力することができる。光スイッチユニットＳＵは、図３に例示されるＳＵａの構成と、図４に例示されるＳＵｂの構成とで分けられる。

【0011】

図３は、従来のＳＵａの構成を例示する。図３には、１×２スプリッタＳＰと、ＧＳＷと、ＭＳＷと、を含むＳＵａが示されている。図３に示されるように、ＳＵａは、第１及び第２の入力端ａ及びｂと、第１及び第２の出力端ｃ及びｄと、を有するスプリッタを組み合わせた１×２スイッチである。

【0012】

ＧＳＷ及びＭＳＷは、それぞれ異なる引き出し線１５及びグランド線１７に接続されており、一方の出力端が終端導波路ｅに接続されている。ＧＳＷ及びＭＳＷは、クロスバー型のスイッチ機能を有し、電圧が印加されていないオフ状態ではバー状態（終端導波路ｅに接続）となり、引き出し線１５を介して電圧が印加されたオン状態ではクロス状態（透過状態）となる。

【0013】

図３に示すように、ＳＵａの第１の入力端ａから入力した第１の光信号は、１×２スプリッタＳＰで２分岐され、分岐された一方の第１の光信号はＳＵａの第１の出力端ｃに結合され、他方の第１の光信号はＧＳＷの入力端に結合される。ＧＳＷは、オフ状態の場合にはバー状態となって第１の光信号を終端導波路ｅに出力し、オン状態の場合にはクロス状態となって光信号をＭＳＷに出力する。

【0014】

ＭＳＷは、ＳＵａの第１の入力端ａからＧＳＷを介して第１の光信号を入力し、ＳＵａの第２の入力端ｂから第２の光信号を入力する。ＭＳＷは、オフ状態の場合にはバー状態となって第２の光信号をＳＵａの第２の出力端ｄに出力し、オン状態の場合にはクロス状態となって第２の光信号を終端導波路ｅに出力するとともに第１の光信号をＳＵａの第２の出力端ｄに出力する。

【0015】

図４は、従来のＳＵｂの構成を例示する。図４には、ゲートスイッチＧＳＷと、メインスイッチＭＳＷと、引き出し線１５と、を含むＳＵｂが示されている。図４に示されるように、ＳＵｂは、第１及び第２の入力端ａ及びｂと、出力端ｄと、を有する２×１スイッチである。ＧＳＷ及びＭＳＷは、それぞれ異なる引き出し線１５及びグランド線１７に接続されている。

【0016】

図４に示すように、ＳＵｂの第１の入力端ａから入力した第１の光信号は、ＧＳＷの入力端に結合される。ＧＳＷは、オフ状態の場合にはバー状態となって第１の光信号を終端導波路ｅに出力し、オン状態の場合にはクロス状態となって光信号をＭＳＷに出力する。

【0017】

ＭＳＷは、ＳＵｂの第１の入力端ａからＧＳＷを介して第１の光信号を入力し、ＳＵｂの第２の入力端ｂから第２の光信号を入力する。ＭＳＷは、オフ状態の場合にはバー状態となって第２の光信号をＳＵｂの出力端ｄに出力し、オン状態の場合にはクロス状態となって第２の光信号を終端導波路ｅに出力するとともに第１の光信号をＳＵｂの出力端ｄに出力する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0018】

特許５９１３１３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

図２に示す従来の４×４ＭＣＳの場合、各ＧＳＷ及びＭＳＷにそれぞれ異なる引き出し線１５を接続する必要があるため、引き出し線１５だけでも（４×４）×２＝３２本必要となる。図２に示す従来の４×４ＭＣＳでは、引き出し線１５の引き出し方向は、引き出し線１５を基板上で交差することなくレイアウトする必要があることや作業・工程の容易さの関係で、信号光の入出力方向に対して垂直な方向となるため、３２本の引き出し線１５が列となって、３２本の引き出し線１５によって大面積が専有されているという問題があった。また、Ｍ×ＮＭＣＳの場合、引き出し線は（Ｍ×Ｎ）×２本必要となるため、入出力ポート数が増加するにつれて、引き出し線の本数も増加し、その専有面積がますます大きくなるという問題があった。

【0020】

また、図２に示す従来の４×４ＭＣＳでは、引き出し線１５が接続された各ＭＺＩ光スイッチの列毎に一本のグランド線１７が設けられているため、グランド線１７を含めると、さらに電気配線の専有面積は大きくなる。

【0021】

一方、引き出し線１５の線幅の細線化や引き出し線１５間の間隔の狭幅化によって電気配線の専有面積の増大を抑制することも考えられるが、薄膜ヒータ１２の駆動に必要な電流量を考慮すると、ヒータ駆動電流による断線やショートのリスクが増大するため限界があり、これ以上の細線化や狭幅化は困難である。

【0022】

以上のように、光回路の大規模化や多チャネル化に伴い、基板に占める引き出し線１５やグランド線１７などの電気配線の割合が増大し、光スイッチの小型化の障害となるという課題がある。

【0023】

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、引き出し線数を従来の構成に比べて半分にした小型のマルチキャスト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】

【0024】

本発明の一態様に係るマルチキャストスイッチは、第１の番号１,…,Ｍのうちの異なるいずれかがそれぞれ関連付けられた、光信号を入力するＭ個の入力ポートと、第２の番号１,…,Ｎのうちの異なるいずれかがそれぞれ関連付けられた、前記光信号が出力されるＮ個の出力ポートと、それぞれ異なる番号の組［ｍ，ｎ］が関連付けられたＭ×Ｎ個の光スイッチユニットであって、前記ｍは１≦ｍ≦Ｍの整数であって前記第１の番号に対応し、前記ｎは１≦ｎ≦Ｎの整数であって前記第２の番号に対応する、光スイッチユニットと、前記Ｍ個の入力ポート、前記Ｍ×Ｎ個の光スイッチユニット及び前記Ｎ個の出力ポート間を光接続する光導波路と、前記光スイッチユニットをオンオフ制御するために前記Ｍ×Ｎ個の光スイッチユニットにそれぞれ接続された引き出し線と、が高屈折率導波路基板上に形成されて構成され、前記Ｍ×Ｎ個の光スイッチユニットのうちの１の光スイッチユニットをオン状態にすることにより、前記オン状態の光スイッチユニットに関連付けられた前記第１の番号に関連付けられた前記入力ポートに入力された光信号が、前記オン状態の光スイッチユニットに関連付けられた前記第２の番号に関連付けられた前記出力ポートから出力されるマルチキャストスイッチであって、前記Ｍ×Ｎ個の光スイッチユニットは、少なくとも、１×１スイッチであるゲートスイッチと、前記ゲートスイッチの後段に設けられた２×１スイッチであるメインスイッチとを含み、個々の前記光スイッチユニットにおける前記ゲートスイッチ及び前記メインスイッチに接続される前記引き出し線は、共通であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0025】

本発明に係るマルチキャストスイッチによると、引き出し線数を従来の構成に比べて半分にすることができるため、ＭＣＳの小型化を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】従来のＭＺＩ光スイッチを例示する図である。

【図2】ＭＺＩ光スイッチを用いた従来の４×４光スイッチで構成されたＭＣＳを例示する図である。

【図3】従来のＳＵの構成を例示する図である。

【図4】従来のＳＵの構成を例示する図である。

【図5】４×４ＭＣＳの動作を説明する図である。

【図6】他の構成の４×４ＭＣＳの動作を説明する図である。

【図7】本発明の実施例１に係るＭ×ＮＭＣＳの構成を簡略化した例を示す図である。

【図8】本発明の実施例１に係るＳＵの構成を例示する図である。

【図9】本発明の実施例１に係るＳＵの構成を例示する図である。

【図10】本発明の実施例１に係るＳＵの構成の他の例を示す図である。

【図11】本発明の実施例１に係るＳＵの構成の他の例を示す図である。

【図12】本発明の実施例１に係るＳＵの構成のさらに他の例を示す図である。

【図13】本発明の実施例１に係るＳＵの構成のさらに他の例を示す図である。

【図14】本発明の実施例１に係るＳＵの構成のまたさらに他の例を示す図である。

【図15】本発明の実施例１に係るＳＵの構成のまたさらに他の例を示す図である。

【図16】本発明の実施例２に係るＭ×ＮＭＣＳを簡略化した例を示す図である。

【図17】本発明の実施例３に係る４×４ＭＣＳの構成を例示する図である。

【図18】本発明の実施例３に係る４×４ＭＣＳの構成を簡略化した例を示す図である。

【図19】本発明の実施例４に係る４×４ＭＣＳを例示する図である。

【図20】本発明の実施例５に係る８×１６ＭＣＳの構成を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本発明者らは、光スイッチの動作状態を注意深く考察したところ、オン状態となるＭＺＩ光スイッチは、全くランダムにＭ×Ｎマトリクス上に存在するのではなく、ある制約の下に存在することを見出した。すなわち、ＳＵにおけるＧＳＷ及びＭＳＷのうち、一方がオンの場合、他方も同時にオンになり、同様に一方がオフの場合、他方も同時にオフになることを見出した。このような制約条件から、ＳＵにおけるＧＳＷ及びＭＳＷの引き出し線を共有化し集約できれば、引き出し線が専有する面積の削減が可能となる。

【0028】

図５は、４×４ＭＣＳの動作を説明する図である。図５は、配線は省略し図示していない。図５には、１６個のＳＵ_1,1乃至ＳＵ_4,4が示されている。４×４ＭＣＳでは、出力ポートＯｕｔ１乃至Ｏｕｔ４にそれぞれ接続されたＳＵ_3,1、ＳＵ_4,2、ＳＵ_1,3、ＳＵ_2,4はＳＵｂとなり、それ以外はＳＵａとなる。ＳＵａから入力した光信号は、２つのＳＵａを経て出力側のＳＵｂから出力される。

【0029】

ＳＵのいずれにも電圧を印加しない場合、入力ポートＩｎ１乃至Ｉｎ４のすべての光信号は、終端導波路ｅに接続されるため、出力ポートＯｕｔ１乃至Ｏｕｔ４に出力されることはない。例えば、入力ポートＩｎ１の光信号は、ＳＵ_1,3で終端導波路ｅに接続されるため、出力ポートＯｕｔ１乃至Ｏｕｔ４に出力されない。同様に、入力ポートＩｎ２乃至Ｉｎ４はＳＵ_2,4、ＳＵ_3,1、ＳＵ_4,2でそれぞれ終端導波路ｅに接続されるため、出力ポートＯｕｔ１乃至Ｏｕｔ４に出力されない。

【0030】

例えば、入力ポートＩｎ２の光信号を出力ポートＯｕｔ３に出力する場合、ＳＵ_2,3に電圧を印加すればよい。このとき、入力ポートＩｎ２からの光信号は、バー状態のＳＵ_2,2及びＳＵ_2,1を経由し、オン状態でクロス状態となっているＳＵ_2,3からバー状態のＳＵ_1,3を経て出力ポートＯｕｔ３から出力される。

【0031】

ＳＵの機能を逆の設定とすると、すなわち電圧を印加していない通常状態ではクロス状態（終端導波路に接続）となり、電圧印加状態ではバー状態（透過状態）となる設定とすると、図６に示すレイアウト図となる。

【0032】

Ｍ×ＮＭＣＳの場合、ＳＵは、Ｍ×（Ｎ－１）個の光スイッチユニット（ＳＵａ）と、出力ポートに接続されたＭ個の光スイッチユニット（ＳＵｂ）と、で構成される。Ｉｎｍから入力された光信号をＯｕｔｎに出力する場合、ＳＵ_m,nのオンオフを制御すればよい。

【0033】

（実施例１）
図７は、本発明の実施例１に係るＭ×ＮＭＣＳ１００（Ｍ及びＮはそれぞれ２以上の整数）の構成を簡略化した例を示す。図７には、光信号を入力するＭ個の入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ_Mと、光信号が出力されるＮ個の出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ_Nと、Ｍ×Ｎ個の光スイッチユニットＳＵ１１０と、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ_M、ＳＵ１１０及び出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ_N間を光接続する光導波路１０１と、各ＳＵ１１０に給電を行うことにより各ＳＵ１１０のオンオフ制御をするように各ＳＵ１１０にそれぞれ接続されたＭ×Ｎ本の引き出し線１１５と、ＳＵ１１０を接地するためのグランド線１１７と、が高屈折率導波路基板上に形成されて構成されたＭ×ＮＭＣＳ１００が示されている。

【0034】

ＳＵ１１０［ｍ，ｎ］と、入力ポートＩｎ_m及び出力ポートＯｕｔ_nとはそれぞれ関連付けられており、ＳＵ１１０［ｍ，ｎ］をオン状態にすると、入力ポートＩｎ_mに入力した光信号は出力ポートＯｕｔ_nから出力される。ここで、ｍは１≦ｍ≦Ｍの整数であって入力ポートに係る第１の番号に対応し、ｎは１≦ｎ≦Ｎの整数であって出力ポートに係る第２の番号に対応する。

【0035】

図７に示されるように、実施例１に係るＭ×ＮＭＣＳ１００は、複数の光スイッチユニット列（以下、ＳＵ列）１４０から構成され、ＳＵ列１４０は縦列（引き出し線１１５、グランド１１７と並行）に配列された複数のＳＵ１１０を含む。各ＳＵ列１４０に並行するようにグランド線１１７が配置されて、当該並行して配置されたグランド線１１７と各ＳＵ列１４０の各ＳＵ１１０とがそれぞれ接続されている。

【0036】

また、各ＳＵ１１０は、１×１スイッチであるＧＳＷと、ＧＳＷの後段に設けられた２×１スイッチであるＭＳＷと、を含む。各ＳＵ列１４０では、各ＳＵ１１０に含まられる複数のＧＳＷと複数のＭＳＷとがそれぞれ縦列に並び、ＧＳＷ列１２０及びＭＳＷ列１３０を構成している。ＳＵ１１０に含まれるＧＳＷとＭＳＷとは同じ１本の引き出し線に接続している。実施例１に係るＭ×ＮＭＣＳ１００では、ＳＵ１１０は高屈折率導波路基板上で縦横に直線状に配列されて、格子状に配置されているが、共通化された引き出し線等の電気配線のレイアウトの許容範囲内であれば、各ＳＵ１１０はその位置をずらしても構わない。図７に示されるように、ＧＳＷ列１２０及びＭＳＷ列１３０は入力ポートから出力ポートにかけて交互に配列されており、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ_MにはＧＳＷが接続され、出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ_NにはＭＳＷが接続されている。

【0037】

図８及び図９は、本発明の実施例１に係るＳＵａ及びＳＵｂの構成をそれぞれ例示する。図８及び図９に示されるように、本実施例１に係るＳＵａ及びＳＵｂにおいては、ＧＳＷ及びＭＳＷが共通の引き出し線１１５及びグランド線１１７によって直列に接続されており、同時にオンオフ制御される。ＧＳＷ及びＭＳＷの配線は、交差せずにつながるようにレイアウトされている。本実施例１に係るＳＵａ及びＳＵｂは、この共通の引き出し線１１５及びグランド線１１７によって接続されている点以外は、図３及び図４で示したＳＵａ及びＳＵｂと同様である。

【0038】

図７に示す本実施例１に係るＭ×ＮＭＣＳ１００では、Ｍ×Ｎ個のＳＵのうち、Ｏｕｔ₁乃至Ｏｕｔ_Nに接続されたＳＵは図９に示すＳＵｂであり、それ以外のＳｕは図８に示すＳＵａである（ＳＵａの前段に接続される１×２スプリッタＳＰは簡略化のため省略している）。以下の実施例でも、ＳＵａ及びＳＵｂは図８及び図９で示したＳＵａ及びＳＵｂと同様の構成を有するものとする。

【0039】

本実施例１に係るＭ×ＮＭＣＳ１００では、Ｍ×Ｎ個のＳＵのうちの１をオン状態にすることにより、オン状態のＳＵに関連付けられた第１の番号に関連付けられた入力ポートに入力された光信号が、オン状態のＳＵに関連付けられた第２の番号に関連付けられた出力ポートから出力される。例えば、任意の番号［ｍ，ｎ］に関連付けられたＳＵをオン状態にすることにより、入力ポートＩｎ_mに入力された光信号を出力ポートＯｕｔ_nから出力することができる。

【0040】

図１０及び図１１は、本発明の実施例１に係るＳＵａ及びＳＵｂの構成の他の例をそれぞれ示す。図１０及び図１１に示されるように、ＳＵａ及びＳＵｂにおいて、ＧＳＷ及びＭＳＷを共通の引き出し線１１５及びグランド線１１７によって並列に接続してもよい。

【0041】

また、図１２及び図１３は、本発明の実施例１に係るＳＵａ及びＳＵｂの構成のさらに他の例をそれぞれ示す。図１２及び図１３には、２個以上のＧＳＷ₁乃至ＧＳＷ_Nを含むＳＵａ及びＳＵｂが示されている。図１２及び図１３に示す例においては、複数のＧＳＷ₁乃至ＧＳＷ_N及びＭＳＷが共通の引き出し線１１５及びグランド線１１７によって並列に接続されており、同時にオンオフ制御される。

【0042】

図１２及び図１３に示す例によると、ＧＳＷが２個以上の場合、第１段のＧＳＷ₁がオフ動作の際に漏れ出る光を後段のＧＳＷで遮断することができるため、ノイズを低減することが可能となる。また、図１２及び図１３に示す例によると、従来の引き出し線を共通化しない方法でＧＳＷを増やした場合に比べ、ＧＳＷの数Ｎに対して、配線数をＮ本減らすことが可能となる。

【0043】

図１４及び図１５は、本発明の実施例１に係るＳＵａ及びＳＵｂの構成のまたさらに他の例をそれぞれ示す。図１２及び図１３に示す例では、複数のＧＳＷ₁乃至ＧＳＷ_N及びＭＳＷを並列接続しているが、図１４及び図１５で示す例のように共通の引き出し線１１５及びグランド線１１７によって複数のＧＳＷ₁乃至ＧＳＷ_N及びＭＳＷを直列接続するように構成してもよい。

【0044】

本実施例１に係るＭＣＳによると、各光スイッチユニットのＧＳＷとＭＳＷの引き出し線とを共通化することにより、引き出し線数を従来の構成に比べて半分にすることができるため、ＭＣＳの小型化を実現することが可能となる。

【0045】

（実施例２）
図１６は、本発明の実施例２に係るＭ×ＮＭＣＳ２００の構成を簡略化した例を示す。図１６には、光信号を入力するＭ個の入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ_Mと、光信号が出力されるＮ個の出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ_Nと、Ｍ×Ｎ個のＳＵ２１０と、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ_M、ＳＵ２１０及び出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ_N間を光接続する光導波路２０１と、各ＳＵ２１０のオンオフ制御をするように各ＳＵ２１０にそれぞれ接続されたＭ×Ｎ本の引き出し線２１５と、ＳＵ２１０を接地するためのグランド線２１７と、が高屈折率導波路基板上に形成されて構成されたＭ×ＮＭＣＳ２００が示されている。

【0046】

図１６に示されるように、本実施例２に係るＭ×ＮＭＣＳ２００は、ＳＵ列２４０₁乃至２４０_xから成る複数のＳＵ列２４０を含み、それぞれのＳＵ列２４０は複数のＳＵ２１０が縦列に配列されて構成されている。

【0047】

本実施例２に係るＭ×ＮＭＣＳ２００は隣り合うＳＵ列２４０間の光導波路２０１が折り返されて形成される折り返し導波路部分２０２を有する。

【0048】

実施例２では、ＳＵ列２４０の列数であるｘは、２以上の偶数とする。さらに、本実施例２に係るＭ×ＮＭＣＳ２００は、折り返されることにより、２つのＳＵ列２４０が縦列に配列され、ＳＵ列２５０を構成する。ＳＵ列２５０は、折り返し導波路部分２０２をどこに配置するかに依るが、少なくともＭ＋Ｍ，Ｍ＋Ｎ，Ｎ＋Ｎのいずれかの数のＳＵ２１０を備える。ＭＣＳの小型化には、ＳＵ列２４０の中間付近で折り返すのが有利であるため、ＳＵ列２５０にＭ＋Ｎ個のＳＵ２１０が含まれる構成が望ましい。真中で折り返した場合は、ＳＵ列２５０の列数はｘ／２列となる。

【0049】

各ＳＵ２１０は、ＧＳＷと、ＧＳＷの後段に設けられたＭＳＷと、を含み、各ＳＵ列２４０₁乃至２４０_xでは、ＧＳＷ列２２０及びＭＳＷ列２３０がそれぞれ構成されている。ＧＳＷ列２２０及びＭＳＷ列２３０は入力ポートから出力ポートにかけて交互に配列されており、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ_MにはＧＳＷが接続され、出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ_NにはＭＳＷが接続されている。

【0050】

本実施例２に係るＭ×ＮＭＣＳ２００では、ｘ／２列目のＳＵ列２４０_x/2と（ｘ／２）＋１列目のＳＵ列２４０_(x/2)+1との間に光路を１８０°変換するための折り返し導波路部分２０２が設けられている。それにより、ＳＵ列２４０₁乃至２４０_xの半数の列が折り返され、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ_Mと出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ_Nとが同一側に配置された構成となっている。折り返し導波路部分２０２は、例えば、導波路に任意の曲げ半径を有する２つの９０°光路変換用の曲げ導波路部分を設けることによって光路を１８０°変換するように構成することができる。

【0051】

ここで、ｋを１≦ｋ≦ｘ／２の整数とすると、図１６に示されるように、出力ポート側が折り返されて、入力ポート側のＳＵ列２４０₁に対し出力ポート側のＳＵ列２４０_x、入力ポート側のＳＵ列２４０₂に対し出力ポート側のＳＵ列２４０_x-1、…、入力ポート側のＳＵ列２４０_kに対し出力ポート側のＳＵ列２４０_x-k+1、…、及び入力ポート側のＳＵ列２４０_x/2に対し出力ポート側のＳＵ列２４０_(x/2)+1は、さらに縦列に配列されてＳＵ列２５０を構成している。２つのＳＵ列２４０が上下に配列されてＳＵ列２５０となる。そして、各ＳＵ列２５０の各ＳＵ２１０について、１本の共通のグランド線２１７が接続されている。

【0052】

本実施例２に係るＭ×ＮＭＣＳ２００では、引き出し線２１５を共通化した構成に加え、ＳＵ列２４０₁乃至２４０_xを半数の列の箇所で光導波路２０１を折り返す構成を採用し、ＳＵ列２５０毎に１本の共通のグランド線２１７を使用している。そのため、本実施例２に係るＭ×ＮＭＣＳ２００によると、引き出し線２１５の共通化により引き出し線数を従来の半分にすることができる。また、当該折り返し構造により入出力ポート間のＳＵ列２４０の配列方向の長さはｘ列からｘ／２列となり、配列方向の長さは半分程度縮小できる。さらに、入力ポート側のＳＵ列と出力ポート側のＳＵ列とにおけるグランド線２１７の共通化によりグランド線の本数を削減することができる。従って、ＭＣＳの更なる小型化が実現可能となる。

【0053】

ここで、本実施例２では、ＳＵ列２４０が偶数列からなる例を示したが、ＳＵ２４０が奇数列からなる場合も同様に本実施例２に係る折り返し構造を適用可能である。この場合、ＳＵ列２４０の列数をｙ列（ｙは奇数）とすると、（ｙ±１）／２列目のＳＵ列２４０と｛（ｙ±１）／２｝＋１列目のＳＵ列２４０との間の光導波路に折り返し導波路部分２０２を設けることが好ましい。

【0054】

また、本実施例２では、ｘ／２列目のＳＵ列２４０_x/2と（ｘ／２）＋１列目のＳＵ列２４０_(x/2)+1との間に折り返し導波路部分２０２を設けた折り返し構造を示したが、これに限定されず、いずれのＳＵ列２４０間に折り返し導波路部分２０２を設けてもよい。さらに、当該折り返し構造により折り返される前の入力ポート側のＳＵ列２４０と当該折り返し構造により折り返された後の出力ポート側のＳＵ列２４０は、その少なくとも１つの組がＳＵ列２５０を構成してＳＵ列２５０の各ＳＵ２１０において共通のグランド線２１７を用いていれば、ＳＵ列２４０の配列方向の長さの縮小及びグランド線の本数を削減するという本実施例に係る効果を奏することができる。

【0055】

（実施例３）
図１７は、本発明の実施例３に係る４×４ＭＣＳの構成を示す。図１７には、４個の入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₄と、４個の出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₄と、１６個のＳＵ３１０と、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₄、ＳＵ３１０及び出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₄間を光接続する光導波路３０１と、各ＳＵ３１０にそれぞれ接続された１６本の引き出し線３１５と、４本のグランド線３１７と、が高屈折率導波路基板上に形成された４×４ＭＣＳ３００が示されている。

【0056】

図１７に示されるように、実施例３に係る４×４ＭＣＳ３００は、４つのＳＵ３１０が縦列に配列された４列のＳＵ列３４０₁乃至３４０₄を含む。各ＳＵ３１０は、ＧＳＷと、ＧＳＷの後段に設けられたＭＳＷと、を含み、各ＳＵ列３４０₁乃至３４０₄では、ＧＳＷ列３２０及びＭＳＷ列３３０がそれぞれ構成されている。ＧＳＷ列３２０及びＭＳＷ列３３０は入力ポートから出力ポートにかけて交互に配列されており、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₄にはＧＳＷが接続され、出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₄にはＭＳＷが接続されている。各ＳＵ３１０のＧＳＷ及びＭＳＷには、共通の引き出し線３１５が接続されている。

【0057】

また、１列目から３列目のＳＵ列３４０₁乃至３４０₃におけるＳＵ３１０は、ＧＳＷの前段に１×２スプリッタＳＰが設けられている。１×２スプリッタＳＰは、非対称スプリッタであり、１列目のＳＵ列３４０₁から２列目、３列目のＳＵ列３４０₃へと順番に、分波比が３：１、２：１、１：１と設定されている。

【0058】

図１８は、本実施例に係る実施例３に係る４×４ＭＣＳ３００の構成を簡略化した例を示す。図１８には、１６個のＳＵ_1,1乃至ＳＵ_4,4が示されている。実施例３に係る４×４ＭＣＳ３００では、出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₄にそれぞれ接続されたＳＵ_4,1、ＳＵ_2,2、ＳＵ_3,3、ＳＵ_1,4はＳＵｂとなり、それ以外はＳＵａとなる。

【0059】

実施例３に係る４×４ＭＣＳ３００において、例えば、入力ポートＩｎ₂の光信号を出力ポートＯｕｔ₃に出力する場合、ＳＵ_2,3に電圧を印加すればよい。このとき、入力ポートＩｎ₂からの光信号は、バー状態のＳＵ_2,4を経由し、オン状態でクロス状態となっているＳＵ_2,3からバー状態のＳＵ_4,3及びＳＵ_3,3を経て出力ポートＯｕｔ₃から出力される。

【0060】

本実施例３に係る４×４ＭＣＳ３００によると、図２に示す従来の４×４ＭＣＳと比較して、引き出し線数を従来の構成に比べて半分にすることができるため、引き出し線の専有面積を減少させることが可能となることから、ＭＣＳの小型化を実現することが可能となる。

【0061】

（実施例４）
図１９は、本発明の実施例４に係る４×４ＭＣＳの構成を示す。図１９には、４個の入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₄と、４個の出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₄と、１６個のＳＵ４１０と、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₄、ＳＵ４１０及び出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₄間を光接続する光導波路４０１と、ＳＵ４１０にそれぞれ接続された１６本の引き出し線４１５と、２本のグランド線４１７と、が高屈折率導波路基板上に形成された４×４ＭＣＳ４００が示されている。

【0062】

図１９に示されるように、本実施例４に係る４×４ＭＣＳ４００は、４列のＳＵ列４４０₁乃至４４０₄から構成され、各ＳＵ列４４０は４つのＳＵ４１０を含む。ＳＵ列４４０₁乃至４４０₄は、ＳＵ列４４０₂と４４０₃の間の光導波路４０１に折り返し導波路部分４０２を有し、コの字型の列を構成している。本実施例４に係る４×４ＭＣＳ４００は、ＳＵ列４４０₁乃至４４０₄の中心にあたるＳＵ列４４０₂と４４０₃の間に折り返し導波路部分４０２を有するため、２つのＳＵ列４４０が縦に配列でき、２列のＳＵ列４５０が構成されている。

【0063】

各ＳＵ４１０は、ＧＳＷと、ＧＳＷの後段に設けられたＭＳＷと、を含み、各ＳＵ列４４０₁乃至４４０₄では、ＧＳＷ列４２０及びＭＳＷ列４３０がそれぞれ構成されている。ＧＳＷ列４２０及びＭＳＷ列４３０は入力ポートから出力ポートにかけて交互に配列されており、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₄にはＧＳＷが接続され、出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₄にはＭＳＷが接続されている。

【0064】

また、ＳＵ列４４０₁乃至４４０₃におけるＳＵ４１０は、ＧＳＷの前段に１×２スプリッタＳＰが設けられている。１×２スプリッタＳＰは、非対称スプリッタであり、１列目のＳＵ列４４０₁からＳＵ列４４０₂、ＳＵ列４４０₃へと順番に、分波比が３：１、２：１、１：１と設定されている。

【0065】

本実施例４に係る４×４ＭＣＳ４００では、ＳＵ列４４０₂とＳＵ列４４０₃との間を接続する光導波路４０１に、折り返し導波路部分４０２が設けられている。それにより、２列目のＳＵ列４４０₂と３列目のＳＵ列４４０₃との間で光導波路４０１が折り返され、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₄と出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₄とが同一側に配置された構成となっている。

【0066】

図１９に示されるように、入力ポート側のＳＵ列４４０₁と出力ポート側のＳＵ列４４０₄、及び入力ポート側のＳＵ列４４０₂と出力ポート側のＳＵ列４４０₃は、折り返し導波路部分４０２の導入により縦列に配列されてＳＵ列４５０を構成している。そして、各ＳＵ列４５０に含まれる８つのＳＵ４１０は、１本の共通のグランド線４１７で接続されている。

【0067】

このように、本実施例４に係る４×４ＭＣＳ４００では、引き出し線４１５を共通化した構成に加え、ＳＵ列４４０₁乃至４４０₄の中心にあたるＳＵ列４４０₂とＳＵ列４４０₃との間に光導波路４０１を折り返す構成を採用し、ＳＵ列４５０毎に１本の共通のグランド線４１７を使用している。そのため、本実施例４に係る４×４ＭＣＳ４００によると、引き出し線４１５の共通化により引き出し線数を従来の半分にすることができるとともに、当該折り返し構造により入出力ポート間のＳＵ列４４０の配列方向の長さを縮小可能であり、ＳＵ列４４０₁とＳＵ列４４０₄、及びＳＵ列４４０₂とＳＵ列４４０₃におけるグランド線４１７の共通化によりグランド線の本数を削減することができる。従って、ＭＣＳの更なる小型化が実現可能となる。

【0068】

（実施例５）
図２０は、本発明の実施例５に係る８×１６ＭＣＳの構成を示す。図２０には、８個の入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₈と、１６個の出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₁₆と、１２８個のＳＵ５１０と、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₈、ＳＵ５１０及び出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₁₆間を光接続する光導波路５０１と、ＳＵ５１０にそれぞれ接続された１２８本の引き出し線５１５と、４本のグランド線５１７と、が高屈折率導波路基板上に形成された８×１６ＭＣＳ５００が示されている。

【0069】

図２０に示されるように、本実施例５に係る８×１６ＭＣＳ５００は、同一数の複数のＳＵ５１０が縦列に配列されて構成された８列のＳＵ列５４０₁乃至５４０₈を含む。ＳＵ列５４０₁乃至５４０₈は、折り返し導波路部分５０２によってＳＵ列間の光導波路５０１が折り返されることによってコの字型の列を構成している。さらに、本実施例５に係る８×１６ＭＣＳ５００は、折り返し導波路部分を導入することにより縦に配列させた２つのＳＵ列５４０から構成されるＳＵ列５５０が４つ形成されている。

【0070】

各ＳＵ５１０は、ＧＳＷと、ＧＳＷの後段に設けられたＭＳＷと、を含み、各ＳＵ列５４０₁乃至５４０₈では、ＧＳＷ列５２０及びＭＳＷ列５３０がそれぞれ構成されている。

【0071】

図２０に示されるように、本実施例５に係る８×１６ＭＣＳ５００では、入力ポート側からＳＵ列５４０₄とＳＵ列５４０₅との間を接続する光導波路５０１に、折り返し導波路部分５０２が設けられている。これは、小型化にはＳＵ列５４０₁乃至５４０₈の中心にあたる部分に折り返し導波路部分５０２を設けることが最適だからである。それにより、ＳＵ列５４０₄とＳＵ列５４０₅との間で光導波路５０１が折り返され、入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₈と出力ポートＯｕｔ₁乃至Ｏｕｔ₁₆とが同一側に配置された構成となっている。

【0072】

本実施例５では、入力数が８に対して出力数が１６であるため、入力光を分岐する必要が有り、各入力ポートＩｎ₁乃至Ｉｎ₈とＳＵ列５４０₁に含まれる各ＳＵ５１０との間に、それぞれ分波比が１：１に設定された１×２スプリッタＳＰが設けられている。また、各ＳＵにおける１×２スプリッタＳＰは、非対称スプリッタであり、ＳＵ列５４０₁からＳＵ列５４０₇へと順番に、分波比が７：１、６：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１と設定されている。

【0073】

図２０に示すように、８×１６ＭＣＳの場合であっても、本発明の原理を適用可能であり、従来の８×１６ＭＣＳよりも小型な８×１６ＭＣＳを実現することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】