JP3431841B2 - 干渉型光スイッチ - Google Patents

干渉型光スイッチ

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を切り替え
る干渉型光スイッチに関する。 【0002】 【従来の技術】波長多重(WDM) 光通信技術や光ファイバ
を用いたアクセス系においては、光信号を光のまま切り
替える光スイッチが望まれている。中でも、導波型光デ
バイスを基本としたデバイスは、量産性、低価格、安定
性が高いことなどから有望である。これまで、導波型光
スイッチとしては、石英系のガラス導波路を用いて、熱
光学を利用してスイッチングを行う熱光学スイッチや、
交差導波路中の交差部に溝を形成し、全反射の原理によ
って光を直進または偏向させるスイッチ等が開発されて
いる。 【0003】図3に基づいて熱光学を利用してスイッチ
ングを行う熱光学スイッチを説明する。図3には従来の
熱光学スイッチの概略構成を示してある。図3に示した
熱光学スイッチの全体構成は、マッハ・ツェンダー干渉
計となっている。 【0004】図において、1、2は入力端子、3、4は
出力端子、5、6はカプラ、7、8はアーム導波路、9
は薄膜ヒータである。このような構成のスイッチで、カ
プラ5、6が方向性結合器型3dBカプラである場合の
動作を説明する。アーム導波路7、8の長さが等しい場
合、入力端子1の光信号は出力端子4へ出力され、入力
端子2の光信号は出力端子3へ出力され、クロス状態が
得られる。今、アーム導波路の上のクラッディング上に
形成された薄膜ヒータ9に電流を流すと、一方のアーム
導波路のみ加熱されそのアーム導波路の屈折率が熱光学
効果により変化する。この変化量が光路波長換算で1/2
波長に等しくなった場合、信号出力は反転しバー状態と
なる。 【0005】図4に基づいて全反射の原理によって光を
直進または偏向させるスイッチを説明する。図4には従
来の全反射の原理によるスイッチの概略構成を示してあ
る。 【0006】図に示すように、2本の導波路10、11
が適切な角度で交差し、交差部には液体注入溝12が形
成されている。液体注入溝12には屈折率整合オイル1
3が部分的に満たされている。 【0007】図4(a) に示すように、屈折率整合オイル
13が交差部を充填している場合、導波路10へ入力し
た光信号はそのまま直進する。交差角度を30度以上に
とれば導波路11へ漏れ込むクロストーク光は極めて少
ない。一方、図4(b) に示すように、屈折率整合オイル
13が交差部になく溝が空気等の気体もしくは真空状態
となっている場合、全反射の原理により、例えば石英導
波路の等価屈折率が1.45の場合、交差角約87度以下で
全反射し、導波路10へ入力した光信号は導波路11に
出力する。屈折率整合オイル13の出し入れとして、密
閉された液体注入溝12に屈折率整合オイル13を部分
充填し、熱による表面張力変化を用いて必要部分に屈折
率整合オイル13をを出し入れする方法が提案されてい
る(文献:Optical Fiber Communication Conferenc,19
98年2月、米国サンノゼ、ペーパーWM16)。この場合、
スイッチング電力は少なく且つスイッチ動作時のみ一時
的に電力を供給すればよく、自己保持性も実現できる。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】図3に示した熱光学ス
イッチにおいては、スイッチングに必要な電力が概ね一
素子あたり1/2 Wとかなり大きくしかも自己保持性がな
い問題があった。また、図4に示したスイッチは、自己
保持特性を有しているが、液体注入溝12の位置制度が
極めて厳しく且つ表面の平滑性も問題であり、低損失の
スイッチを歩留まりよく構成することが困難であった。 【0009】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、低損失の自己保持型のスイッチを歩留まりよく構成
することができる干渉型光スイッチを提供することを目
的とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は、2個のカプラとカプラ間を接続する
複数のアーム導波路よりなる干渉型光スイッチにおい
て、複数のアーム導波路を横断し屈折率整合オイルが注
入される溝と、該屈折率整合オイルを溝内に出し入れす
る手段とを備え、アーム導波路を横断する溝の幅をそれ
ぞれ異ならせたことを特徴とする。 【0011】 【発明の実施の形態】図1、図2には本発明の一実施形
態例に係る干渉型光スイッチの概略構成を示してあり、
図1は光信号がクロス状態の場合、図2は光信号がバー
状態の場合である。 【0012】図において、14、15は入力端子、1
6、17は出力端子、18、19はカプラ、20、21
はアーム導波路である。アーム導波路20、21を横断
して楔状の溝22が設けられ、溝22には液体としての
屈折率整合オイル23が注入されている。屈折率整合オ
イル23は部分的に溝22に封入され、溝22の上部は
蓋等により密封されている。溝22の両端部近傍には液
体を溝内に出し入れする手段としてのヒータ電極24、
25が設けられ、ヒータ電極24、25を用いて屈折率
整合オイル23をアーム導波路20、21に出し入れす
ることでスイッチングが行われる。 【0013】溝22によるアーム導波路20、21の欠
落部分長をそれぞれL1,L2 とする。図示のスイッチを作
動させる場合、 (L1-L2)*(n1-n0)=±1/2 波長 とすれば、スイッチ動作が可能となる。ここで、n0は屈
折率整合オイル23が入っていない時の溝22の屈折率
である。また、屈折率整合オイル23の屈折率と光導波
路の等価的な屈折率は等しくn1とする。 【0014】また、溝22が形成されていない時のアー
ム導波路20、21の長さは等しく、カプラ20、21
は1:1(3dBカプラ)とする。また、溝22がアー
ム導波路20、21に対して角度θで斜めに形成されて
いるのは、屈折率整合オイル23がないときの光導波路
/溝境界からの反射光を入力側に戻さないための対策で
ある。このとき、溝22とアーム導波路20、21との
なす角θは、8度乃至10度以上に設計されている。た
だし、θが大きくなり過ぎると反射等によって光損失が
増加するため、8度乃至10度に設定するのがより好ま
しい。 【0015】図1に示すように、溝22のアーム導波路
20、21の部分が屈折率整合オイル23で充填されて
いる場合、アーム導波路20、21は等長となり、クロ
ス状態が実現される。即ち、入力ポート14へ入射した
光は出力ポート17に出力される。一方、ヒータ電極2
4またはヒータ電極25に適切な電流を流し、図2に示
すように、溝22のアーム導波路20、21の部分から
屈折率整合オイル23を排除すると、アーム導波路2
0、21の間には前述の式より1/2 波長の光路長差が付
与されるので、バー状態が実現される。即ち、入力ポー
ト14へ入射した光は出力ポート16に出力される。 【0016】製造誤差に対するトレランスを考えると、
楔状の溝22の位置は、アーム導波路20、21の部位
が同時に屈折率整合オイル23で充填される状態または
排除される状態になるスイッチング条件を満たし、且
つ、溝22の楔の形状が直線的であるならば、アーム導
波路20、21の直線部のどこにあってもスイッチ動作
が可能である。 【0017】この場合、簡単な幾何学を用いれば、アー
ム導波路20、21の水平位置間隔Wに対し楔状の溝2
2のアーム導波路20、21を横切る位置は、溝22が
多少上下に移動しても常に一定となることが示される。
また、水平位置の誤差に対しても溝22がアーム導波路
20、21の直線部をはみでない限り関係無く、形状位
置の許容誤差は極めて大きい。また、光線が溝22を略
垂直に近い角度で横切る本実施形態例の構造において
は、溝22に凹凸が多少あってもそれに伴う損失は極め
て少ない。 【0018】従って、歩留まりのよい低損失自己保持ス
イッチとすることができる。 【0019】上述した干渉型光スイッチは、2つのアー
ム導波路20、21を横断する楔状の溝22を形成し、
溝22に屈折率整合オイル23を出し入れすることによ
ってスイッチングを実現するようにしたので、熱光学効
果に比べてスイッチング電力が極めて少なく、また、全
反射を利用せず液体の出し入れにより干渉計の位相差を
調整しており、溝22の形成位置のトレランスが大き
く、且つ、溝22の平滑性も厳しく要求されない効果を
有している。また、自己保持性も実現できる。 【0020】 【発明の効果】本発明の干渉型光スイッチは、複数のア
ーム導波路を横断し屈折率整合オイルが注入される溝
と、この屈折率整合オイルを出し入れする手段とを備
え、アーム導波路を横断する溝の幅をそれぞれ異なら
せ、屈折率整合オイルを溝内に出し入れすることによっ
てスイッチングを実現するようにしたので、全反射を利
用することなくスイッチング電力をきわめて少なくする
ことができ、自己保持性も実現できる。この結果、低損
失の自己保持型のスイッチを歩留まりよく構成すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施形態例に係る干渉型光スイッチ
の概略構成図。 【図2】本発明の一実施形態例に係る干渉型光スイッチ
の概略構成図。 【図3】従来の熱光学スイッチの概略構成図。 【図4】従来の全反射の原理によるスイッチの概略構成
図。 【符号の説明】 14、15 入力端子 16、17 出力端子 18、19 カプラ 20、21 アーム導波路 22 楔状の溝 23 屈折率整合オイル 24、25 ヒータ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−63615(JP,A) 特表 平6−503902(JP,A) 欧州特許出願公開756184(EP,A 2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 26/08 G02F 1/01

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 2個のカプラとカプラ間を接続する複数
    のアーム導波路よりなる干渉型光スイッチにおいて、複
    数のアーム導波路を横断し屈折率整合オイルが注入され
    る溝と、該屈折率整合オイルを溝内に出し入れする手段
    とを備え アーム導波路を横断する溝の幅をそれぞれ異ならせた
    とを特徴とする干渉型光スイッチ。
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