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WO2019235392A1 - 光スイッチ装置 - Google Patents

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Publication number
WO2019235392A1
WO2019235392A1 PCT/JP2019/021829 JP2019021829W WO2019235392A1 WO 2019235392 A1 WO2019235392 A1 WO 2019235392A1 JP 2019021829 W JP2019021829 W JP 2019021829W WO 2019235392 A1 WO2019235392 A1 WO 2019235392A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
optical switch
switch
ports
signal
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/021829
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
勇介 村中
橋本　俊和
イブラヒム サラ
達志 中原
陽平 坂巻
Original Assignee
日本電信電話株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Publication of WO2019235392A1 publication Critical patent/WO2019235392A1/ja

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/27—Arrangements for networking
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q3/00—Selecting arrangements
    • H04Q3/42—Circuit arrangements for indirect selecting controlled by common circuits, e.g. register controller, marker
    • H04Q3/52—Circuit arrangements for indirect selecting controlled by common circuits, e.g. register controller, marker using static devices in switching stages, e.g. electronic switching arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an optical switch device for a node device, which is an important optical component for supporting a large-capacity optical communication network.
  • An optical communication network is composed of a plurality of links and node devices, and research and development for high-speed and large-capacity communication is being conducted in each of them. While the link speeds up signals and multiplexes the wavelength, the node device is required to have a technology for flexibly changing the path connecting the node devices in order to realize efficient traffic.
  • Various transmission systems have been studied as node technology, and optical switching technology that does not require optical / electrical conversion is effective in terms of power consumption and delay of network devices. Active optical transmission systems have been actively studied.
  • optical circuit switching Optical Circuit Switching: OCS
  • OPS optical packet switching
  • a link is established between specific node devices, and continuous data transmission is possible.
  • an optical path is generally set by occupying a specific wavelength band.
  • the link wavelength is occupied, transfer from other node devices is hindered.
  • the OCS system is suitable for cases where high reliability is required because there is little packet loss, and when large amounts of data are stably transmitted.
  • connectionless transmission is possible without establishing a link between node devices.
  • a label is given to an optical packet to be transmitted in advance, and the packet is transferred while considering collision avoidance in each node device based on the label.
  • the OPS method is suitable for data in which traffic fluctuation of transmission data is large or data that requires low delay.
  • Non-Patent Document 1 a flexible network based on a combination of these two methods is considered promising for future large-capacity optical communication networks, and research on node technologies for realizing them is underway.
  • Such an optical switch is a thermo-optic (TO) switch configured on a planar lightwave circuit (PLC), an InP-based electroabsorption modulator (EAM), or Mach-Zehnder interference.
  • a switch using a meter (Mach-Zehnder Interferometer: MZI), a semiconductor optical amplifier (SOA), a LiNbO 3 phase modulator type switch, and the like have been researched and developed.
  • MZI Machine-Zehnder Interferometer
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • LiNbO 3 phase modulator type switch and the like
  • FIG. 15 shows a perspective view of a conventional 2 ⁇ 2 optical switch element.
  • the 2 ⁇ 2 optical switch element shown in FIG. 15 is a directional coupler type optical switch element.
  • an optical input section (I in the figure) On the n-InP substrate, an optical input section (I in the figure), an optical switch section (II), and an optical output Part (same III) and light absorption part (same IV) are provided.
  • an i-MQW layer 5, an i-InP clad layer 4, and a p-InP clad layer 3 are laminated on an n-InP substrate 6 in order.
  • the InP cladding layer 3 has a structure as shown in FIG. 15 and is formed in a thin line shape. Further, on both the p-InP cladding layer 3 above p-InP cladding layer 3 of one of the optical switching unit II and the light absorbing portion IV is, p + -InGaAs capping layer 2 is formed, p + -InGaAs cap On the layer 2, p-type electrodes 1, 10, and 11 are formed. An n-type electrode 7 is formed on the back surface of the n-InP substrate 6. Reference numeral 9 denotes an electrical separation groove.
  • the input signal light is guided in a portion located in the lower part of the p-InP clad layer 3 formed in a thin line shape in the i-MQW layer 5.
  • the i-MQW layer 5 positioned below the p-InP cladding layer 3 provided in the light input part I, the light switch part II, the light output part III, and the light absorption part IV is respectively referred to as an input optical waveguide and an optical switch light. These are referred to as a waveguide, an output optical waveguide, and a light absorption optical waveguide.
  • the input signal light is input to one of the input optical waveguides (A or B in FIG. 15) and guided to the optical switch optical waveguide.
  • a desired voltage is applied between the p-type electrode 1 and the n-type electrode 7 provided in the optical switch unit II, for example, due to a multiple quantum well (MQW) structure.
  • MQW multiple quantum well
  • QCSE Quantum Confined Stark Effect
  • the light absorption part IV a desired electric field is applied between the p-type electrode 10 or 11 and the n-type electrode 7 provided in a light absorption optical waveguide different from the light absorption optical waveguide to which signal light is input.
  • the crosstalk light leaking from the optical switch optical waveguide is absorbed by the optical absorption optical waveguide, while the signal light output from the optical switch optical waveguide is directed to the output optical waveguide (C or D in FIG. 15).
  • an optical switch element capable of reducing the influence of leakage light from the optical switch optical waveguide is realized.
  • WSS Wavelength selective switches
  • the optical switch is required to have high speed.
  • a structure in which carriers are injected into a semiconductor such as InP or Si and switched by an electro-optic effect is generally used.
  • a semiconductor optical waveguide has a strong optical confinement, an optical fiber is used. Connection loss and the propagation loss tends to increase due to carrier absorption and the like.
  • the loss in the node device can be compensated by an amplifier such as an EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier), but it is not preferable because it deteriorates the signal quality, and low loss is important in the optical switch device.
  • EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a low-loss optical switch device that realizes a node device that transfers an optical signal of an optical circuit switching method and an optical signal of an optical packet switching method. .
  • An optical switch device for solving the above-mentioned problems is In an optical switch device provided in a node device constituting a network and having a plurality of optical input ports and a plurality of optical output ports,
  • the optical switch device includes a plurality of optical switches,
  • the optical switch has an optical waveguide structure made of a material whose refractive index or absorption coefficient changes in the order of nanoseconds, and an OCS optical signal which is an optical signal of an optical circuit switching system by changing the refractive index or the absorption coefficient.
  • OPS optical signal which is an optical packet switching type optical signal is switched.
  • the node device is a ROADM (Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer) node device having a wavelength selective switch
  • the optical switch device is An add / drop process between the OCS optical signal and the OPS optical signal is arranged after the wavelength selective switch and switches the OCS optical signal and the OPS optical signal to the preset optical output port.
  • a first optical switch unit comprising a plurality of the optical switches that perform the switching, and a plurality of the optical switches that perform the add / drop processing of the OPS optical signal by switching the OPS optical signal to the preset optical output port.
  • a second optical switch unit comprising a plurality of the optical switches that perform the switching, and a plurality of the optical switches that perform the add / drop processing of the OPS optical signal by switching the OPS optical signal to the preset optical output port.
  • An optical switch device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • a network controller that controls switching in the first optical switch unit, and a label table that controls switching in the second optical switch unit based on a label of the OPS optical signal.
  • the first optical switch unit includes an N ⁇ (K + L) optical switch having an N ⁇ (K + L) port configuration and an (K + L) ⁇ N optical switch having a (K + L) ⁇ N port configuration
  • the second optical switch unit includes an M ⁇ K optical switch having an M ⁇ K port configuration and a K ⁇ M optical switch having a K ⁇ M port configuration
  • the L ports on the output side of the N ⁇ (K + L) optical switch are connected to the L ports on the input side of the (K + L) ⁇ N optical switch, and K on the output side of the N ⁇ (K + L) optical switch.
  • the K ports on the output side of the M ⁇ K optical switch are connected to the K ports on the input side of the K ⁇ M optical switch.
  • An optical switch device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the N ⁇ (K + L) optical switch, the (K + L) ⁇ N optical switch, the M ⁇ K optical switch, and the K ⁇ M optical switch are each a 1 ⁇ J distribution selection type optical switch having a 1 ⁇ J port configuration.
  • the 1 ⁇ J distribution selection type optical switch includes a 1 ⁇ J optical coupler and J light absorption gates.
  • An optical switch device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • J is an integer greater than or equal to 2
  • the N ⁇ (K + L) optical switch, the (K + L) ⁇ N optical switch, the M ⁇ K optical switch, and the K ⁇ M optical switch are each a 1 ⁇ 2 Mach-Zehnder interferometer or a plurality of 2 ⁇ 2 Mach-Zehnder interferometers.
  • a 1 ⁇ J optical switch having a 1 ⁇ J port configuration consisting of: 1 ⁇ 2 Mach-Zehnder interferometer or at least one 1 ⁇ J optical switch,
  • the 1 ⁇ J optical switch connects one of two ports on the input side of the subsequent 2 ⁇ 2 Mach-Zehnder interferometer to each of the two ports on the output side of the previous 2 ⁇ 2 Mach-Zehnder interferometer,
  • a plurality of the 2 ⁇ 2 Mach-Zehnder interferometers are connected in multiple stages in a tree shape.
  • An optical switch device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • a light absorption gate is provided after the N ⁇ (K + L) optical switch.
  • An optical switch device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the optical switch device Between the N ⁇ (K + L) optical switch and the (K + L) ⁇ N optical switch, between the N ⁇ (K + L) optical switch and the K ⁇ M optical switch, and between the M ⁇ K optical switch and the (K + L) ⁇ N optical switches are connected to each other by an optical waveguide, and an optical waveguide having an intersection with another optical waveguide is used in some of the optical waveguides.
  • the N ⁇ (K + L) optical switch, the (K + L) ⁇ N optical switch, the M ⁇ K optical switch, the K ⁇ M optical switch, and the optical waveguide are monolithically integrated on the same chip.
  • An optical switch device for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the optical switch device Between the N ⁇ (K + L) optical switch and the (K + L) ⁇ N optical switch, between the N ⁇ (K + L) optical switch and the K ⁇ M optical switch, and between the M ⁇ K optical switch and the The (K + L) ⁇ N optical switch is connected to each other by an optical waveguide, and the N ⁇ (K + L) optical switch and the (K + L) ⁇ N optical switch are arranged so that all the optical waveguides do not cross each other.
  • the N ⁇ (K + L) optical switch, the (K + L) ⁇ N optical switch, the M ⁇ K optical switch, the K ⁇ M optical switch, and the optical waveguide are monolithically integrated on the same chip.
  • An optical switch device for solving the above-mentioned problems is In the optical switch device according to the eighth or ninth invention, All of the optical input port and the optical output port of the optical switch device are arranged at one end of the chip.
  • a low-loss optical switch device that realizes a node device that transfers an optical circuit switching type optical signal and an optical packet switching type optical signal.
  • FIG. 3 is a graph showing the transmittance with respect to an applied voltage in a light absorption gate of the distribution selection type optical switch shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a graph showing a transmittance with respect to an injection current in each optical output port of the MZI type optical switch shown in FIG. 2.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the optical waveguide of the optical switch shown in FIG.1 and FIG.2.
  • OPS optical signal A high-speed optical switch used for switching an OPS optical signal (hereinafter referred to as an OPS optical signal) will be described.
  • the switching mechanism the distribution selection type optical switch 20 shown in FIG. 1 or the MZI type optical switch 30 shown in FIG. 2 is used. These can also be used for switching of OCS optical signals (hereinafter referred to as OCS optical signals).
  • the input light input from the optical input port PI is divided into two light beams using a 1 ⁇ 2 optical coupler 21 which is a multi-mode interference (MMI) optical coupler.
  • the waveguides 22 1 and 22 2 are branched, and the two optical waveguides 22 1 and 22 2 are connected to the light absorption gates 23 1 and 23 2 of the respective optical output ports PO 1 and PO 2 .
  • the light absorption gates 23 1 and 23 2 each have an n-InP substrate, an n-InP lower cladding layer, an InGaAsP core layer, a p-InP upper cladding layer, and a p + -InGaAs cap layer.
  • the light of the optical waveguide 22 1 or 22 2 that does not require output is absorbed by the light absorption gate 23 1 or 23 2.
  • switching can be performed.
  • SOA or the like may be used for the EAM used as the light absorption gate.
  • a 1 ⁇ 2 optical coupler 31 which is an MMI optical coupler similar to FIG. 1 is used to input light input from the optical input port PI into two optical waveguides 32 1 and 32 2.
  • the input light branched into two is subjected to a phase difference due to phase modulation controlled by the control electrodes 33 1 and 33 2 in the two optical waveguides 32 1 and 32 2 , and then the MMI optical coupler. They are recombined using a certain 2 ⁇ 2 optical coupler 34.
  • n is an integer of 0 or more. Therefore, if a phase modulation region is arranged and controlled in one of the optical waveguides 32 1 or 32 2 , a 1 ⁇ 2 switching operation can be obtained.
  • the refractive indexes of the optical waveguides 32 1 and 32 2 may be changed.
  • the refractive index of the optical waveguide is changed using the FK effect or QCSE effect due to voltage application or the plasma effect due to current injection.
  • the optical waveguide is affected using the Pockels effect due to voltage application. If the refractive index is changed, a switching operation can be performed.
  • a directional coupler or the like may be used as the MMI optical coupler that divides the light intensity into two equal parts.
  • the extinction ratio is 20 dB or more and the applied voltage is ⁇ 7 V with respect to the light absorption gates 23 1 and 23 2 .
  • an extinction ratio of 40 dB or more can be obtained.
  • the input signal light is the light in FIG. Output to the output port PO 1 side.
  • the refractive index of the arm optical waveguide that is injected changes, and the phase of the propagating light changes.
  • the injection current into the arm optical waveguide is about 5 mA, the output from the optical output port PO 1 is minimum, and the optical output to the optical output port PO 2 is maximum. In this case, the ratio of the light output to the optical output and the optical output port PO 1 to the optical output port PO 1 are obtained at least 20 dB.
  • a 1 ⁇ J optical switch having a 1 ⁇ J port configuration includes a 1 ⁇ J optical coupler and J light absorption gates.
  • the MZI type optical switch not only the one-stage MZI type optical switch 30 but also a 2 ⁇ 2 MZI type optical switch 60 to be described later is connected in multiple stages in a tree shape, so that a large number of optical output ports can be connected. Switching is possible.
  • the input side of the rear 2 ⁇ 2 MZI optical switch 60 is connected to each of the two ports on the output side of the front 2 ⁇ 2 MZI optical switch 60. One of the two ports is connected.
  • an n-InP lower clad layer, a bulk i-InGaAsP core layer with a 1.4Q composition of 0.3 ⁇ m thickness, a p-InP upper clad layer, and a p + -InGaAs cap layer are formed on an n-InP substrate.
  • Grow by vapor phase growth method Metal Organic Vapor Phase Epitaxy: MOVPE.
  • an input optical waveguide having a high-mesa optical waveguide structure, a 1 ⁇ 2 optical coupler 21, optical waveguides 22 1 and 22 2 , light absorption gates 23 1 and 23 2 and an output optical waveguide are collectively formed by photolithography and dry etching.
  • BCB benzocyclobutene
  • O 2 / C 2 F 6 mixed gas is used.
  • Etching back is performed by RIE (Reactive Ion Etching) until the substrate surface before embedding (the uppermost surface of the substrate) is exposed, and the substrate surface is flattened.
  • a p-type electrode is formed on the light absorption gate 23 1, the light absorption gate 23 2 , and the p + -InGaAs cap layer of the 1 ⁇ 2 coupler 21, and the back surface of the n-InP substrate or the optical waveguide structure of the same substrate An n-type electrode is formed in a region where is not formed.
  • MOVPE growth and formation of an optical waveguide structure can be performed at once. Further, unlike the conventional optical switch element shown in FIG. 15, the n-InP upper cladding layer and the p + -InGaAs cap layer are removed between the 1 ⁇ 2 optical coupler 21 and the light absorption gates 23 1 and 23 2. The process to do becomes unnecessary. Therefore, it is possible to provide an optical switch that has a simple manufacturing method, does not deteriorate optical characteristics, and has extremely low optical crosstalk.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the optical waveguide structure.
  • reference numeral 41 denotes an n-InP substrate
  • reference numeral 42 denotes an n-InP lower cladding layer
  • reference numeral 43 denotes an InGaAsP core layer
  • reference numeral 44 denotes a p-InP upper cladding layer
  • reference numeral 45 denotes a p + -InGaAs cap layer.
  • an InGaAsP core layer 43 having a thickness of 0.3 ⁇ m and a width of 1.5 ⁇ m and a 1.4Q composition is used. These design values are important parameters that determine the optical characteristics of the optical switch.
  • the thickness of the InGaAsP core layer 43 is a single mode waveguide condition with respect to the input signal light, and a condition having sufficient light confinement in the InGaAsP core layer 43, and is 0.1 ⁇ m to 0. A range of 4 ⁇ m is desirable.
  • the width of the InGaAsP core layer 43 is a single mode waveguide condition for the input signal light, and is preferably in the range of 0.8 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • composition of the InGaAsP core layer 43 is 1.3Q to 1.5Q, and each electrode length is preferably in the range of 100 ⁇ m to 2000 ⁇ m in the case of EAM and 50 ⁇ m to 1000 ⁇ m in the case of MZI.
  • the bulk layer is used as the InGaAsP core layer 43 of the light absorption gates 23 1 and 23 2 , but an MQW structure may be used. In that case, quenching can be performed with high efficiency by the QCSE effect.
  • the optical waveguide structure is a high mesa optical waveguide structure, other structures such as a ridge type optical waveguide structure may be manufactured.
  • an embedded optical waveguide structure or a rib optical waveguide structure in which both sides of the InGaAsP core layer 43 are embedded with a semiconductor may be used.
  • optical switch in this embodiment has been described using an InP-based compound semiconductor
  • a GaAs-based compound semiconductor may be used.
  • the same can be realized by using a material system such as a silicon fine wire optical waveguide.
  • Optical waveguide structures using these materials can change the refractive index or absorption coefficient in the order of nanoseconds, and such high-speed changes enable high-speed switching of OCS optical signals and OPS optical signals.
  • the optical switch device according to the present invention is provided in a ROADM node device of a network that uses both an OCS optical signal and an OPS optical signal.
  • the ROADM node device has a WSS, and the optical switch device according to the present invention is arranged at a stage subsequent to the WSS of the node device.
  • FIG. 6 shows an optical switch device according to this embodiment.
  • an optical switch device having four optical input ports PI 1 to PI 4 and four optical output ports PO 1 to PO 4 is assumed to be capable of simultaneously transferring an OCS optical signal and an OPS optical signal. .
  • two 1 ⁇ 2 optical switches (hereinafter referred to as 1 ⁇ 2SW) 51 1 and 51 2 and a 2 ⁇ 1 optical switch (hereinafter referred to as 2 ⁇ 1SW) 52 1 , 52 2 (first optical switch unit), and for add / drop of an OPS optical signal, two 2 ⁇ 2 optical switches (hereinafter referred to as 2 ⁇ 2SW) 53 1 and 53 2 are used (first).
  • 2 optical switch section For add / drop between an OCS optical signal and an OPS optical signal, two 1 ⁇ 2SW) 51 1 and 51 2 and a 2 ⁇ 1 optical switch (hereinafter referred to as 2 ⁇ 1SW) 52 1 , 52 2 (first optical switch unit), and for add / drop of an OPS optical signal, two 2 ⁇ 2 optical switches (hereinafter referred to as 2 ⁇ 2SW) 53 1 and 53 2 are used (first). 2 optical switch section).
  • the optical input port PI 1 is connected to the input side of the 1 ⁇ 2 SW 51 1
  • the optical input port PI 2 is connected to the input side of the 1 ⁇ 2 SW 51 2
  • the optical input ports PI 3 and PI 4 are 2 ⁇ 2 SW 53 1. Is connected to the input side.
  • the optical output port PO 1 is connected to the output side of the 2 ⁇ 1 SW 52 1
  • the optical output port PO 2 is connected to the output side of the 2 ⁇ 1 SW 52 2
  • the optical output ports PO 3 and PO 4 are 2 ⁇ 2SW53 is connected to the second output side.
  • 1 one of the optical output port of ⁇ 2SW51 1 is the optical fiber 54 1 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 1 of one of the optical input port, 1 ⁇ 2SW51 1 of the other light output port, the optical fiber 54 2 is connected to one optical input port of the 2 ⁇ 2 SW 53 2 .
  • 1 ⁇ 2SW51 2 of one of the optical output port, the optical fiber 543 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 2 of one of the optical input port, 1 ⁇ 2SW51 2 of the other light output port, the optical fiber 54 4 is connected to the other optical input port of the 2 ⁇ 2 SW 53 2 .
  • the 2 ⁇ 2SW53 1 of one of the optical output port, the optical fiber 54 5 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 1 of the other optical input port
  • the 2 ⁇ 2SW53 1 of the other light output port, the optical fiber the 54 6, are connected to the 2 ⁇ 1SW52 2 of the other optical input port.
  • each switching element is an individual chip or module, and these are connected by the optical fibers 54 1 to 54 6 .
  • 1 ⁇ 2 SWs and 2 ⁇ 1 SWs may be the same chip or module.
  • the operation speed can be increased. It is possible to switch between the OCS optical signal and the OPS optical signal.
  • the above 2 ⁇ 2 SW 53 1 and 53 2 adopt the MZI type optical switch 60 as shown in FIG. 7 and the 2 ⁇ 2 SW 70 as shown in FIG. 8 to enable high-speed OPS optical signal processing.
  • the MZI type optical switch 60 shown in FIG. 7 and the 2 ⁇ 2 SW 70 shown in FIG. 8 will be described below.
  • the MZI type optical switch 60 shown in FIG. 7 has a configuration in which the MZI type optical switch 30 shown in FIG. 2 is expanded to 2 ⁇ 2.
  • the MZI type optical switch 60 is a 2 ⁇ 2 light which is an MMI optical coupler in which optical input ports PI 1 and PI 2 are connected to the input side and optical waveguides 62 1 and 62 2 are connected to the output side.
  • the 2 ⁇ 2 SW 70 shown in FIG. 8 has a configuration in which distribution selection type optical switches 71 1 to 71 4 having the same configuration as the distribution selection type optical switch 20 shown in FIG. Specifically, the optical input port PI 1 is connected to the input side of the distribution selection type optical switch 71 1 , and the optical input port PI 2 is connected to the input side of the distribution selection type optical switch 71 2 . Further, the optical output port PO 1 is connected to the output side of the distributor selection optical switch 71 3, optical output port PO 2 is connected to the output side of the distributor selection optical switch 71 4.
  • one of the optical output port of broadcast-and-select optical switch 71 1 the optical waveguide 72 1 is connected to one of the optical input port of broadcast-and-select optical switch 71 3, other one of the distribution selective optical switch 71 1 the optical output port, the optical waveguide 72 2 is connected to one of the optical input port of broadcast-and-select optical switch 71 4.
  • one of the optical output port of broadcast-and-select optical switch 71 2, the optical waveguide 72 3 is connected to the other optical input port of broadcast-and-select optical switch 71 3, broadcast-and-select optical switch 71 2 Nomou one optical output port, the optical waveguide 72 4 is connected to the other optical input port of broadcast-and-select optical switch 71 4.
  • high-speed switching of the OPS optical signal is performed by 2 ⁇ 2 SWs 53 1 and 53 2 .
  • the label of the OPS optical signal is read immediately before 2 ⁇ 2 SW 53 1 and 2 ⁇ 2 SW 53 2 , and switching to a preset optical output port is performed based on the label table.
  • the optical switch device in the WSS-based ROADM node device, includes 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 and 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 dedicated for add / drop between the OCS optical signal and the OPS optical signal.
  • the high-speed optical switch described above is used for these. With such a configuration, it is possible to handle both the OCS optical signal and the OPS optical signal without giving any disadvantage to the OCS optical signal. Furthermore, by optimizing the number of ports of each optical switch and the connection of optical fibers to the network configuration, it is possible to establish a node technology that suppresses loss, which is a drawback of high-speed optical switches.
  • FIG. 9 shows an optical switch device according to this embodiment.
  • the optical switch device similarly to the optical switch device shown in the first embodiment, the optical switch device has four optical input ports PI 1 to PI 4 and four optical output ports PO 1 to PO 4 , and the OCS optical signal and the OPS light are used. It is assumed that signals can be transferred simultaneously.
  • two of 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 and two of 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 are used, and for add / drop of the OPS optical signal, 2 ⁇ Two 2SWs 53 1 and 53 2 are used.
  • the optical input ports PI 1 to PI 4 the optical output ports PO 1 to PO 4 , 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 , 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are described in the first embodiment.
  • the configuration is the same as that of the illustrated optical switch device, and therefore, the same reference numerals are given in FIG.
  • 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are integrated on one chip as switching elements, and each switching element They are connected by an optical waveguide having a structure equivalent to that of the optical waveguide shown in FIG.
  • the optical waveguides 82 1 to 82 6 are monolithically integrated on the same chip substrate 81 together with 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 ,
  • the optical switches are connected by optical waveguides 82 1 to 82 6 .
  • the chip substrate 81 for example, the n-InP substrate shown in FIG. 5 may be adopted.
  • 1 one of the optical output port of ⁇ 2SW51 1 is the optical waveguide 82 1 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 1 of one of the optical input port, the 1 ⁇ 2SW51 1 of the other optical output port,
  • the optical waveguide 82 2 is connected to one optical input port of the 2 ⁇ 2 SW 53 2 .
  • 1 ⁇ 2SW51 2 of one of the optical output port, the optical waveguide 82 3 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 2 of one of the optical input port, 1 ⁇ 2SW51 2 of the other light output port, the optical waveguide 82 4 is connected to the other optical input port of the 2 ⁇ 2 SW 53 2 .
  • the 2 ⁇ 2SW53 1 of one of the optical output port, the optical waveguide 82 5, is connected to the 2 ⁇ 1SW52 1 of the other optical input port
  • the 2 ⁇ 2SW53 1 of the other light output port, the optical waveguide the 82 6, are connected to the 2 ⁇ 1SW52 2 of the other optical input port.
  • the distribution selection type optical switch 20 shown in FIG. 1 and the MZI type optical switch 30 shown in FIG. 2 for the above 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 and 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 as well, it is possible to increase the speed. It is possible to switch between the OCS optical signal and the OPS optical signal. Further, the above-described 2 ⁇ 2 SWs 53 1 and 53 2 also employ the MZI type optical switch 60 shown in FIG. 7 and the 2 ⁇ 2 SW 70 shown in FIG. 8 to enable high-speed OPS optical signal processing. .
  • the optical switches employed in the 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2, and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are the same in the third to fifth embodiments described later.
  • the add / drop of the OPS optical signal can be realized on the same chip in addition to the add / drop of the OCS optical signal and the OPS optical signal. Miniaturization is possible. Further, regarding the connection loss with the optical fiber that is the loss source of the optical switch device, it is not necessary to connect the switching elements with the optical fiber, so that a reduction in loss can be expected.
  • high-speed switching of the OPS optical signal is performed by 2 ⁇ 2 SWs 53 1 and 53 2 . Specifically, at 2 ⁇ 2SW53 1 and 2 ⁇ 2SW53 2 just before reading the label of the OPS optical signal, performs switching on the basis of the label table.
  • the optical switch device in the WSS-based ROADM node device, includes 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 and 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 dedicated for add / drop between the OCS optical signal and the OPS optical signal.
  • the high-speed optical switch described above is used for these.
  • label information needs to be added, it is possible to handle both the OCS optical signal and the OPS optical signal without giving a disadvantage to the OCS optical signal.
  • by optimizing the number of ports of each optical switch and the connection of optical waveguides to the network configuration it is possible to establish a node technology that suppresses the loss that is a disadvantage of the high-speed optical switch.
  • FIG. 11 shows an optical switch device according to this embodiment.
  • the optical switch device similarly to the optical switch device shown in the first embodiment, the optical switch device has four optical input ports PI 1 to PI 4 and four optical output ports PO 1 to PO 4 , and the OCS optical signal and the OPS light are used. It is assumed that signals can be transferred simultaneously.
  • two of 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 and two of 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 are used, and for add / drop of the OPS optical signal, 2 ⁇ Two 2SWs 53 1 and 53 2 are used.
  • the optical input ports PI 1 to PI 4 the optical output ports PO 1 to PO 4 , 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 , 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are arranged. Except for this, the configuration is the same as that of the optical switch device shown in the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are given in FIG.
  • 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are integrated on one chip as switching elements, and each switching element They are connected by an optical waveguide having a structure equivalent to that of the optical waveguide shown in FIG.
  • the optical waveguides 84 1 to 84 6 are monolithically integrated on the same chip substrate 81 together with 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 ,
  • the optical switches are connected by optical waveguides 84 1 to 84 6 .
  • 1 one of the optical output port of ⁇ 2SW51 1 is the optical waveguide 84 1 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 1 of one of the optical input port, the 1 ⁇ 2SW51 1 of the other optical output port,
  • the optical waveguide 84 2 is connected to one optical input port of the 2 ⁇ 2 SW 53 2 .
  • 1 ⁇ 2SW51 2 of one of the optical output port, the optical waveguide 84 3, is connected to the 2 ⁇ 1SW52 2 of one of the optical input port, 1 ⁇ 2SW51 2 of the other light output port, the optical waveguide 84 4 is connected to the other optical input port of the 2 ⁇ 2 SW 53 2 .
  • the 2 ⁇ 2SW53 1 of one of the optical output port, the optical waveguide 84 5 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 1 of the other optical input port
  • the 2 ⁇ 2SW53 1 of the other light output port, the optical waveguide the 84 6, are connected to the 2 ⁇ 1SW52 2 of the other optical input port.
  • the 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are connected to each other so that the optical waveguides 84 1 to 84 6 connecting them do not cross each other. Are arranged adjacent to each other.
  • 1 ⁇ 2SW51 1 and 2 ⁇ 2SW53 2 which are connected by the optical waveguide 84 2 are arranged adjacently
  • 2 ⁇ 2SW53 2 and 1 ⁇ 2SW51 2 which are connected by the optical waveguide 84 4 are arranged adjacent to each other
  • 2 ⁇ 1SW52 1 and 2 ⁇ 2SW53 1 connected by the optical waveguide 84 5 are arranged adjacent to each other
  • 2 ⁇ 2SW53 1 and 2 ⁇ 1SW52 2 connected by the optical waveguide 84 6 are arranged adjacent to each other.
  • the 1 ⁇ 2 SW 51 1 and the 2 ⁇ 1 SW 52 1 connected by the optical waveguide 84 1 are arranged at different ends, but it can be said that they are arranged adjacent to each other on the connection, and the optical waveguide 84 3. in even 1 ⁇ 2SW51 2 and 2 ⁇ 1SW52 2 to be connected are disposed on different ends from each other, connected on can be said to be disposed adjacent.
  • the arrangement of the optical input ports PI 1 to PI 4 and the optical output ports PO 1 to PO 4 is different from that of the second embodiment.
  • the optical input ports PI 1 to PI 4 are arranged at one end and the optical output ports PO 1 to PO 4 are arranged at the other end.
  • optical input ports PI 1 and PI 2 and optical output ports PO 3 and PO 4 are disposed at one end, and optical input ports PI 3 and PI 4 and optical are disposed at the other end.
  • Output ports PO 1 and PO 2 are arranged.
  • the add / drop of the OPS optical signal can be realized on the same chip. Miniaturization is possible. Further, regarding the connection loss with the optical fiber that is the loss source of the optical switch device, it is not necessary to connect the switching elements with the optical fiber, so that a reduction in loss can be expected.
  • the optical switch apparatus shown in Example 2 using the optical waveguide 82 1-82 6 on the chip substrate 81, for connecting the respective switching element, intersection is generated in a part of the optical waveguide
  • the intersection of the optical waveguides is eliminated by changing the arrangement of the optical input / output ports and the switching elements. In general, loss of light intensity and crosstalk to other ports occur at the intersections of the optical waveguides. Therefore, in this embodiment, it is possible to suppress deterioration of signal characteristics.
  • FIG. 12 shows an optical switch device according to this embodiment.
  • the optical switch device similarly to the optical switch device shown in the first embodiment, the optical switch device has four optical input ports PI 1 to PI 4 and four optical output ports PO 1 to PO 4 , and the OCS optical signal and the OPS light are used. It is assumed that signals can be transferred simultaneously.
  • two of 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 and two of 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 are used, and for add / drop of the OPS optical signal, 2 ⁇ Two 2SWs 53 1 and 53 2 are used.
  • the optical input ports PI 1 to PI 4 the optical output ports PO 1 to PO 4 , 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 , 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are arranged. Except for this, the configuration is the same as that of the optical switch device shown in the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are given in FIG.
  • 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are integrated on one chip as switching elements, and each switching element They are connected by an optical waveguide having a structure equivalent to that of the optical waveguide shown in FIG.
  • optical waveguides 85 1 to 85 6 are monolithically integrated on the same chip substrate 81 together with 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 ,
  • the optical switches are connected by optical waveguides 85 1 to 85 6 .
  • 1 one of the optical output port of ⁇ 2SW51 1 is the optical waveguide 85 1 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 1 of one of the optical input port, the 1 ⁇ 2SW51 1 of the other optical output port,
  • the optical waveguide 85 2 is connected to one optical input port of the 2 ⁇ 2 SW 53 2 .
  • the 1 ⁇ 2SW51 one optical output port of the 2, the optical waveguide 85 3, is connected to the 2 ⁇ 1SW52 2 of one of the optical input port, 1 ⁇ 2SW51 2 of the other light output port, the optical waveguide 85 4 is connected to the other optical input port of the 2 ⁇ 2 SW 53 2 .
  • the 2 ⁇ 2SW53 1 of one of the optical output port, the optical waveguide 85 5 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 1 of the other optical input port
  • the 2 ⁇ 2SW53 1 of the other light output port, the optical waveguide the 85 6, are connected to the 2 ⁇ 1SW52 2 of the other optical input port.
  • the 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 are arranged so that all of the optical input ports PI 1 to PI 4 and the optical output ports PO 1 to PO 4 are arranged at one end of the chip substrate 81. , 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are arranged.
  • the arrangement of the optical input ports PI 1 to PI 4 and the optical output ports PO 1 to PO 4 is different from those in the second and third embodiments.
  • the optical input ports PI 1 to PI 4 are arranged at one end, and the optical output ports PO 1 to PO 4 are arranged at the other end.
  • the optical input ports PI 1 and PI 2 and the optical output ports PO 3 and PO 4 are disposed at one end, and the optical input ports PI 3 and PI 4 and the optical output ports PO 1 and PO 2 are disposed at the other end.
  • the optical input ports PI 1 to PI 4 and the optical output ports PO 1 to PO 4 are all arranged at one end.
  • the add / drop of the OPS optical signal can be realized on the same chip. Miniaturization is possible. Further, regarding the connection loss with the optical fiber that is the loss source of the optical switch device, it is not necessary to connect the switching elements with the optical fiber, so that a reduction in loss can be expected.
  • the optical input / output port of the optical switch device is arranged on one side of the chip, so that it can be easily modularized.
  • FIG. 13 shows an optical switch device according to this embodiment.
  • the optical switch device similarly to the optical switch device shown in the first embodiment, the optical switch device has four optical input ports PI 1 to PI 4 and four optical output ports PO 1 to PO 4 , and the OCS optical signal and the OPS light are used. It is assumed that signals can be transferred simultaneously.
  • two of 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 and two of 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 are used, and for add / drop of the OPS optical signal, 2 ⁇ Two 2SWs 53 1 and 53 2 are used.
  • the optical input ports PI 1 to PI 4 the optical output ports PO 1 to PO 4 , 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 , 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are arranged. Except for this, the configuration is the same as that of the optical switch device shown in the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are given in FIG.
  • 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are integrated on one chip as switching elements, and each switching element They are connected by an optical waveguide having a structure equivalent to that of the optical waveguide shown in FIG.
  • the optical waveguides 86 1 to 86 6 are monolithically integrated on the same chip substrate 81 together with 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 ,
  • the optical switches are connected by optical waveguides 86 1 to 86 6 .
  • 1 one of the optical output port of ⁇ 2SW51 1 is the optical waveguide 86 1 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 1 of one of the optical input port, the 1 ⁇ 2SW51 1 of the other optical output port,
  • the optical waveguide 86 2 is connected to one optical input port of the 2 ⁇ 2 SW 53 2 .
  • 1 ⁇ 2SW51 2 of one of the optical output port, the optical waveguide 86 3 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 2 of one of the optical input port, 1 ⁇ 2SW51 2 of the other light output port, the optical waveguide 86 4 is connected to the other optical input port of the 2 ⁇ 2 SW 53 2 .
  • the 2 ⁇ 2SW53 1 of one of the optical output port, the optical waveguide 86 5 is connected to the 2 ⁇ 1SW52 1 of the other optical input port
  • the 2 ⁇ 2SW53 1 of the other light output port, the optical waveguide the 86 6, are connected to the 2 ⁇ 1SW52 2 of the other optical input port.
  • the 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 , 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are connected to each other so that the optical waveguides 84 1 to 84 6 connecting them do not cross each other. Are arranged adjacent to each other.
  • the 1 ⁇ 2 SW 51 1 , 51 2 , 2 ⁇ 1 SW 52 1 are arranged so that all of the optical input ports PI 1 to PI 4 and the optical output ports PO 1 to PO 4 are arranged at one end of the chip substrate 81.
  • 52 2 and 2 ⁇ 2 SW 53 1 , 53 2 are arranged.
  • the end of one side of the chip substrate 81, 1 ⁇ 2SW51 1 and 2 ⁇ 2SW53 2 which are connected by optical waveguides 862 are arranged adjacent, and 2 ⁇ 2SW53 2 which are connected by the optical waveguide 86 4 1 ⁇ 2SW51 2 are arranged adjacent, 1 ⁇ 2SW51 2 and 2 ⁇ 1SW52 2 are arranged adjacently, 2 ⁇ 1SW52 2 and 2 ⁇ connected by optical waveguides 86 6 connected by optical waveguides 86 3 2SW53 1 are arranged adjacently, 2 ⁇ 2SW53 1 and 2 ⁇ 1SW52 1 connected by optical waveguides 86 5 are arranged adjacent.
  • the 1 ⁇ 2 SW 51 1 and the 2 ⁇ 1 SW 52 2 connected by the optical waveguide 86 1 are arranged at both ends of one end portion of the chip substrate 81, but it can be said that they are arranged adjacent to each other on the connection. .
  • the arrangement of the optical input ports PI 1 to PI 4 and the optical output ports PO 1 to PO 4 is different from those in the second and third embodiments.
  • the optical input ports PI 1 to PI 4 are arranged at one end, and the optical output ports PO 1 to PO 4 are arranged at the other end.
  • the optical input ports PI 1 and PI 2 and the optical output ports PO 3 and PO 4 are disposed at one end, and the optical input ports PI 3 and PI 4 and the optical output ports PO 1 and PO 2 are disposed at the other end.
  • the optical input ports PI 1 to PI 4 and the optical output ports PO 1 to PO 4 are all arranged at one end.
  • the add / drop of the OPS optical signal can be realized on the same chip. Miniaturization is possible. Further, regarding the connection loss with the optical fiber that is the loss source of the optical switch device, it is not necessary to connect the switching elements with the optical fiber, so that a reduction in loss can be expected.
  • the optical input / output port of the optical switch device is arranged on one side of the chip, so that it can be easily modularized.
  • the switching elements are connected to each other using the optical waveguides 85 1 to 85 6 on the chip substrate 81, a crossing portion is generated in some of the optical waveguides.
  • the intersection of the optical waveguides is eliminated by changing the arrangement of the optical input / output ports and the switching elements. In general, loss of light intensity and crosstalk to other ports occur at the intersections of the optical waveguides. Therefore, in this embodiment, it is possible to suppress deterioration of signal characteristics.
  • Example 6 In the present embodiment, modified examples of the first to fifth embodiments will be described. In the first to fifth embodiments described above, a mode with a small number of optical input / output ports is shown for the sake of simplicity of description. is there. Therefore, the configuration of the optical switch device having a large number of optical input / output ports will be described with reference to FIG. 14, taking the optical switch device shown in FIG. 6 of Embodiment 1 as an example.
  • each of K, L, M, and N is an integer of 1 or more
  • the optical input / output port of the optical switch for adding / dropping the OCS optical signal and the OPS optical signal is an N port
  • the optical switch for adding / dropping the OPS optical signal The input / output port is M port
  • the optical input / output port between optical switches for cut-through of OCS optical signals is L port
  • the optical input / output port between optical switches for add / drop of OPS optical signals is K Port.
  • the optical switch for adding / dropping the OCS optical signal and the OPS optical signal includes N ⁇ (K + L) SW 91 and (K + L) ⁇ N port configurations having an N ⁇ (K + L) port configuration.
  • the optical switch for adding and dropping the OPS optical signal may be M ⁇ KSW 93 having an M ⁇ K port configuration and K ⁇ MSW 94 having a K ⁇ M port configuration.
  • the N ⁇ (K + L) SW 91 has optical input ports PI1 1 to PI1 N , optical output ports PMO1 1 to PMO1 L, and optical output ports PMO2 1 to PMO2 K
  • (K + L) ⁇ NSW 92 is an optical input port.
  • PMI1 1 to PMI1 L and optical input ports PMI2 1 to PMI2 K and optical output ports PO1 1 to PO1 N are included.
  • the M ⁇ KSW 93 includes optical input ports PI2 1 to PI2 M and optical output ports PMO3 1 to PMO3 K.
  • the K ⁇ MSW 94 has optical input ports PMI3 1 to PMI3 K and optical output ports PO2 1 to PO2 M.
  • the N ⁇ (K + L) SW91 optical output ports PMO1 1 ⁇ PMO1 L, (K + L) is connected to the optical input port PMI 1 1 ⁇ PMI 1 L of ⁇ NSW92, N ⁇ (K + L) SW91 optical output ports pMO2 1 ⁇ the pMO2 K, connects to the optical input port PMI3 1 ⁇ PMI3 K of K ⁇ MSW94, an optical output port pMO3 1 ⁇ pMO3 K of M ⁇ KSW93, connected to the (K + L) optical input port PMI2 1 ⁇ PMI2 K of ⁇ NSW92 doing.
  • Such N ⁇ (K + L) SW 91, (K + L) ⁇ NSW 92, M ⁇ KSW 93, and K ⁇ MSW 94 each have at least one 1 ⁇ J using the above-described 1 ⁇ J distribution selection type optical switch as a basic component. It consists of a distribution selection type optical switch. Alternatively, one 1 ⁇ 2 MZI optical switch 30 having the 1 ⁇ J MZI optical switch 30 described above or a 1 ⁇ J optical switch composed of a plurality of 2 ⁇ 2 MZI optical switches 60 as basic components. Alternatively, it is composed of at least one 1 ⁇ J optical switch.
  • N ⁇ (K + L) SW 91 and (K + L) ⁇ NSW 92 optical input / output ports for adding and dropping OCS optical signals and OPS optical signals are N ports.
  • N optical switches may be used with a single port.
  • the optical output port for add / drop of the OPS optical signal is set so that the total number of optical output ports for cut-through of the OCS optical signal becomes L port.
  • the OPS optical signal must be set so that the total number of optical input ports for cut-through of the OCS optical signal is L ports in the N optical switches on the output side. It is necessary to make the total number of add-drop optical input ports equal to K ports.
  • the optical switch device shown in the first embodiment can be applied to a form having a large number of optical input / output ports.
  • the configuration of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the configurations of the optical input / output ports and the switching elements are different from those of the third to fifth embodiments.
  • the configuration is the same as that of the first embodiment. Therefore, the modification described with reference to FIG. 14 is also applicable to the second to fifth embodiments.
  • the present invention is suitable for an optical switch device for a node device of a large-capacity optical communication network.

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Abstract

光回線交換方式の光信号と光パケット交換方式の光信号を転送するノード装置を実現する低損失な光スイッチ装置を提供する。ネットワークを構成するノード装置に設けられ、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4と光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4とを有する光スイッチ装置において、当該光スイッチ装置は、１×２光スイッチ５１1、５１2、２×１光スイッチ５２1、５２2及び２×２光スイッチ５３1、５３2からなり、これらの光スイッチは、屈折率又は吸収係数がナノ秒オーダで変化する材料の光導波路構造からなり、屈折率又は吸収係数を変化させることにより、光回線交換方式のＯＣＳ光信号及び光パケット交換方式のＯＰＳ光信号の両方のスイッチングを行う。

Description

光スイッチ装置
　本発明は、大容量光通信ネットワークを支えるための重要な光部品であるノード装置用の光スイッチ装置に関する。
　近年、通信トラフィックの急激な増大に対応すべく、光通信ネットワークの高速、大容量化が進められている。光通信ネットワークは複数のリンク、ノード装置で構成されており、それぞれにおいて高速、大容量通信に向けた研究開発が行われている。リンクでは信号の高速化や波長の多重化などが進む一方で、ノード装置では効率的なトラフィックを実現すべく、ノード装置間を接続する経路を柔軟に変更する技術が重要とされている。ノード技術としては様々な伝送方式が検討されており、光／電気変換を必要としない光スイッチング技術は、ネットワーク機器の消費電力や遅延等の面において有効な技術であり、光スイッチング技術を主体とした光伝送方式が盛んに研究されている。
　その中でも、光回線交換（Optical Circuit Switching：ＯＣＳ）方式と光パケット交換（Optical Packet Switching：ＯＰＳ）方式は相反する特徴を持ち、それぞれに適したデータや運用が考えられる。
　ＯＣＳ方式では、特定のノード装置間でリンクが確立され、連続したデータの伝送が可能である。リンクの確立には、特定の波長帯域を占有することによって光パスが設定されることが一般的であるが、リンクの波長を占有するため、他のノード装置からの転送の妨げとなる。ＯＣＳ方式では、パケットのロスが少ないため高い信頼性が求められる場合や安定して大容量のデータを伝送する場合に適している。
　その一方、ＯＰＳ方式では、ノード装置間のリンクを確立せず、コネクションレスな伝送が可能である。伝送される光パケットに予めラベルを付与し、そのラベルに基づいて各ノード装置での衝突回避を考慮しながら転送されることが一般的である。ＯＰＳ方式では、伝送データのトラフィック変動が大きな場合や低遅延性が要求されるデータに適している。非特許文献１に示すように、将来の大容量光通信ネットワークには、これら２つの方式の組み合わせによる柔軟なネットワークが有望視されており、それらを実現するノード技術の研究が進められている。
　光スイッチング技術としては、光／電気変換を必要とせず、光信号を光のまま高速にスイッチングすることが求められる。このような光スイッチは平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）上に構成した熱光学（Thermo-Optic：ＴＯ）スイッチ、ＩｎＰ系の電界吸収型光変調器（Electro Absorption Modulator：ＥＡＭ）やマッハツェンダ干渉計（Mach-Zehnder Interferometer：ＭＺＩ）や半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）を用いたスイッチ、ＬｉＮｂＯ3系の位相変調器型のスイッチなどが研究開発されている。１×Ｎ光スイッチを構成する従来技術として、例えば、特許文献１に示す２×２光スイッチ素子が提案されている。
　図１５に従来の２×２光スイッチ素子の斜視図を示す。図１５の２×２光スイッチ素子は、方向性結合器型の光スイッチ素子であり、ｎ－ＩｎＰ基板上に、光入力部（図中のI）、光スイッチ部（同II）、光出力部（同III）及び光吸収部（同IV）を設けた構成となっている。
　より詳細に説明すると、従来の２×２光スイッチ素子は、ｎ－ＩｎＰ基板６上に、ｉ－ＭＱＷ層５、ｉ－ＩｎＰクラッド層４、ｐ－ＩｎＰクラッド層３が順に積層され、ｐ－ＩｎＰクラッド層３は、図１５に示すような構造で、細線状に形成されている。更に、光スイッチ部IIの一方のｐ－ＩｎＰクラッド層３上及び光吸収部IVの両方のｐ－ＩｎＰクラッド層３上には、ｐ+－ＩｎＧａＡｓキャップ層２が形成され、ｐ+－ＩｎＧａＡｓキャップ層２上にはｐ型電極１、１０、１１が各々形成されている。ｎ－ＩｎＰ基板６の裏面にはｎ型電極７が形成されている。なお、符号９は、電気的分離溝である。
　入力信号光は、ｉ－ＭＱＷ層５内であって、細線状に形成されたｐ－ＩｎＰクラッド層３の下部に位置する部分を導波する。以下、光入力部I、光スイッチ部II、光出力部III及び光吸収部IVに設けたｐ－ＩｎＰクラッド層３の下部に位置するｉ－ＭＱＷ層５を、それぞれ入力光導波路、光スイッチ光導波路、出力光導波路及び光吸収光導波路と呼ぶこととする。
　入力信号光は、いずれか一方の入力光導波路（図１５中のＡ又はＢ）に入力され、光スイッチ光導波路に導かれる。光スイッチ光導波路では、光スイッチ部IIに設けたｐ型電極１とｎ型電極７との間に所望の電圧を印加することにより、例えば、多重量子井戸（Multiple Quantum Well：ＭＱＷ）構造に起因する量子井戸閉じ込め効果（Quantum Confined Stark Effect：ＱＣＳＥ）により、ｐ型電極１下方の光スイッチ光導波路の屈折率を変えることで、いずれか一方の光スイッチ光導波路からのみ信号光を出力する。すなわち、光路切り替えを行う。
　光吸収部IVでは、信号光が入力された光吸収光導波路と異なる光吸収光導波路に設けたｐ型電極１０又は１１とｎ型電極７との間に、所望の電界が印加される。これにより、前記光スイッチ光導波路から漏れ出たクロストーク光は光吸収光導波路で吸収される一方、光スイッチ光導波路から出力された信号光は出力光導波路（図１５中のＣ又はＤ）へ導かれる。このように、光吸収部IVを備えることにより、前記光スイッチ光導波路からの漏れ光の影響を低減可能な光スイッチ素子を実現している。
特開平６－５９２９４号公報
Hiroaki Harai et. al., "Optical Packet and Circuit Integrated Networks and Software Defined Networking Extension," Journal of Lightwave Technology, August 15, 2014, vol. 32, no. 16, pp. 2751-2759
　ＯＰＳ方式とＯＣＳ方式を統合させたネットワークの実現には、既存のＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）ネットワーク技術への適応が不可欠である。リングネットワークのＲＯＡＤＭにおける光スイッチには、波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch:ＷＳＳ）が用いられているが、ノード装置にはＷＳＳの機能と高速光スイッチの機能が求められる。ＷＳＳ単体では、ＯＰＳ方式とＯＣＳ方式両方の信号を扱うことができないため、それらを実現する新たなノード技術の実現が課題である。
　そこで、ＯＰＳ方式への対応を可能とする場合、光パケットと光パケットとの間でスイッチングする必要があるため、光スイッチには高速性が求められる。光スイッチの高速動作を可能とするためには、ＩｎＰやＳｉなどの半導体にキャリアを注入し、電気光学効果によってスイッチングする構造が一般的となるが、半導体光導波路は光閉じ込めが強いため光ファイバとの接続損失は大きく、また、キャリアの吸収などによって伝搬損失が大きくなる傾向がある。ノード装置における損失はＥＤＦＡ（Erbium-Doped Fiber Amplifier）などの増幅器によって補償も可能であるが、信号品質の劣化を招くため好ましくなく、光スイッチデバイスにおいては低損失性が重要となる。
　本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、光回線交換方式の光信号と光パケット交換方式の光信号を転送するノード装置を実現する低損失な光スイッチ装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決する第１の発明に係る光スイッチ装置は、
　ネットワークを構成するノード装置に設けられ、複数の光入力ポートと複数の光出力ポートとを有する光スイッチ装置において、
　当該光スイッチ装置は、複数の光スイッチからなり、
　前記光スイッチは、屈折率又は吸収係数がナノ秒オーダで変化する材料の光導波路構造からなり、前記屈折率又は前記吸収係数を変化させることにより、光回線交換方式の光信号であるＯＣＳ光信号及び光パケット交換方式の光信号であるＯＰＳ光信号の両方のスイッチングを行う
ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第２の発明に係る光スイッチ装置は、
　上記第１の発明に記載の光スイッチ装置において、
　前記ノード装置は、波長選択スイッチを有するＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）ノード装置であり、
　当該光スイッチ装置は、
　前記波長選択スイッチの後段に配置されると共に、前記ＯＣＳ光信号と前記ＯＰＳ光信号を予め設定した前記光出力ポートにスイッチングして、前記ＯＣＳ光信号と前記ＯＰＳ光信号との間のアドドロップ処理を行う複数の前記光スイッチからなる第１の光スイッチ部と、前記ＯＰＳ光信号を予め設定した前記光出力ポートにスイッチングして、前記ＯＰＳ光信号のアドドロップ処理を行う複数の前記光スイッチからなる第２の光スイッチ部とを有する
ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第３の発明に係る光スイッチ装置は、
　上記第２の発明に記載の光スイッチ装置において、
　前記第１の光スイッチ部でのスイッチングを制御するネットワークコントローラと、前記第２の光スイッチ部でのスイッチングを前記ＯＰＳ光信号のラベルに基づいて制御するラベルテーブルとを有する
ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第４の発明に係る光スイッチ装置は、
　上記第２又は第３の発明に記載の光スイッチ装置において、
　Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎをそれぞれ１以上の整数とすると、
　前記第１の光スイッチ部は、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）のポート構成のＮ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと（Ｋ＋Ｌ）×Ｎのポート構成の（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとを有し、
　前記第２の光スイッチ部は、Ｍ×Ｋのポート構成のＭ×Ｋ光スイッチとＫ×Ｍのポート構成のＫ×Ｍ光スイッチとを有し、
　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの出力側のＬ個のポートを前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチの入力側のＬ個のポートに接続し、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの出力側のＫ個のポートを前記Ｋ×Ｍ光スイッチの入力側のＫ個のポートに接続し、
　前記Ｍ×Ｋ光スイッチの出力側のＫ個のポートを前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチの入力側のＫ個のポートに接続した
ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第５の発明に係る光スイッチ装置は、
　上記第４の発明に記載の光スイッチ装置において、
　Ｊを２以上の整数とすると、
　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチは、各々、１×Ｊのポート構成の１×Ｊ分配選択型光スイッチを基本の構成要素として、少なくとも１つの前記１×Ｊ分配選択型光スイッチから構成され、
　前記１×Ｊ分配選択型光スイッチは、１×Ｊ光カプラとＪ個の光吸収ゲートからなる
ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第６の発明に係る光スイッチ装置は、
　上記第４の発明に記載の光スイッチ装置において、
　Ｊを２以上の整数とすると、
　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチは、各々、１×２マッハツェンダ干渉計又は複数の２×２マッハツェンダ干渉計からなる１×Ｊのポート構成の１×Ｊ光スイッチを基本の構成要素として、１つの前記１×２マッハツェンダ干渉計又は少なくとも１つの前記１×Ｊ光スイッチから構成され、
　前記１×Ｊ光スイッチは、前段の前記２×２マッハツェンダ干渉計の出力側の２つのポートの各々に後段の前記２×２マッハツェンダ干渉計の入力側の２つのポートの一方を接続して、複数の前記２×２マッハツェンダ干渉計をツリー状に多段に接続した構成であることを特徴とする。
　上記課題を解決する第７の発明に係る光スイッチ装置は、
　上記第４～第６の発明のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの後段に光吸収ゲートを設けた
ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第８の発明に係る光スイッチ装置は、
　上記第４～第７の発明のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記Ｋ×Ｍ光スイッチとの間、及び、前記Ｍ×Ｋ光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間を、各々、光導波路で接続すると共に、一部の前記光導波路に他の前記光導波路との交差部を有する光導波路を用い、
　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ、前記Ｋ×Ｍ光スイッチ及び前記光導波路を、同一チップ上にモノリシック集積した
ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第９の発明に係る光スイッチ装置は、
　上記第４～第７の発明のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記Ｋ×Ｍ光スイッチとの間、及び、前記Ｍ×Ｋ光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間を、各々、光導波路で接続すると共に、全ての前記光導波路が互いに交差しないように、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチを配置し、
　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ、前記Ｋ×Ｍ光スイッチ及び前記光導波路を、同一チップ上にモノリシック集積した
ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第１０の発明に係る光スイッチ装置は、
　上記第８又は第９の発明に記載の光スイッチ装置において、
　当該光スイッチ装置の前記光入力ポートと前記光出力ポートの全てを、前記チップの一方側の端部に配置した
ことを特徴とする。
　本発明によれば、光回線交換方式の光信号と光パケット交換方式の光信号を転送するノード装置を実現する低損失な光スイッチ装置を提供することができる。
本発明に係る光スイッチ装置に用いる分配選択型光スイッチからなる１×２光スイッチを示す構成図である。 本発明に係る光スイッチ装置に用いるＭＺＩ型光スイッチからなる１×２光スイッチを示す構成図である。 図１に示した分配選択型光スイッチの光吸収ゲートにおける印加電圧に対する透過率を示すグラフである。 図２に示したＭＺＩ型光スイッチの各光出力ポートおける注入電流に対する透過率を示すグラフである。 図１及び図２に示した光スイッチの光導波路の構造を示す断面図である。 本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の一例（実施例１）を示す構成図である。 本発明に係る光スイッチ装置に用いるＭＺＩ型光スイッチからなる２×２光スイッチを示す構成図である。 本発明に係る光スイッチ装置に用いる複数の分配選択型光スイッチからなる２×２光スイッチを示す構成図である。 本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の他の一例（実施例２）を示す構成図である。 図９に示した光スイッチ装置の変形例を示す構成図である。 本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の他の一例（実施例３）を示す構成図である。 本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の他の一例（実施例４）を示す構成図である。 本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の他の一例（実施例５）を示す構成図である。 本発明に係る光スイッチ装置の実施形態の他の一例（実施例６）を示す構成図である。 従来の２×２光スイッチ素子を示す斜視図である。
　ＯＰＳ方式の光信号（以降、ＯＰＳ光信号）のスイッチングに用いる高速光スイッチについて説明する。スイッチング機構には、図１に示す分配選択型光スイッチ２０や図２に示すＭＺＩ型光スイッチ３０を用いる。これらは、ＯＣＳ方式の光信号（以降、ＯＣＳ光信号）のスイッチングにも使用可能である。
　図１の分配選択型光スイッチ２０では、光入力ポートＰＩから入力された入力光を、マルチモード干渉（Multi-Mode Interference：ＭＭＩ）光カプラである１×２光カプラ２１を用いて２つの光導波路２２1、２２2に分岐しており、２つの光導波路２２1、２２2は、各光出力ポートＰＯ1、ＰＯ2の光吸収ゲート２３1、２３2に接続されている。
　光吸収ゲート２３1、２３2は、後述するように、ｎ－ＩｎＰ基板、ｎ－ＩｎＰ下部クラッド層、ＩｎＧａＡｓＰコア層、ｐ－ＩｎＰ上部クラッド層、ｐ+－ＩｎＧａＡｓキャップ層を有している。そして、光吸収ゲート２３1、２３2では、ｎ－ＩｎＰ基板に設けたｎ型電極を接地しており（電位＝０Ｖ）、各光吸収ゲート２３1、２３2に設けたｐ型電極にマイナス電圧を印加すると、フランツケルディッシュ（Franz-Keldysh：ＦＫ）効果により、ＩｎＧａＡｓＰコア層における吸収端がシフトし、光吸収ゲート２３1、２３2を伝搬する信号光波長での吸収係数が増加する。
　このようにして、光吸収ゲート２３1又は２３2への印加電圧を制御することにより、出力不要な方の光導波路２２1又は２２2の光を光吸収ゲート２３1又は２３2で吸収しており、これによりスイッチングすることができる。ここで、光吸収ゲートとして用いるＥＡＭにはＳＯＡ等を用いてもよい。
　図２のＭＺＩ型光スイッチ３０では、図１と同様のＭＭＩ光カプラである１×２光カプラ３１を用いて、光入力ポートＰＩから入力された入力光を２つの光導波路３２1、３２2に分岐しており、２分岐された入力光は、２つの光導波路３２1、３２2において、制御電極３３1、３３2により制御された位相変調よる位相差を受けた後に、ＭＭＩ光カプラである２×２光カプラ３４を用いて、再度結合されている。
　このようにすると、干渉効果により、２つの光導波路３２1、３２2間の位相差が、±ｎπであれば、光出力ポートＰＯ1又はＰＯ2の一方から出力し、±（２ｎ＋１）π／２であれば、光出力ポートＰＯ1又はＰＯ2の他方から出力される。なお、ｎは、０以上の整数である。従って、光導波路３２1又は３２2の片方の光導波路内に位相変調領域を配置して制御すれば、１×２のスイッチング動作が得られる。
　上述した位相変調を得るには光導波路３２1、３２2の屈折率を変化させればよい。ＩｎＰ系の光導波路では、電圧印加によるＦＫ効果やＱＣＳＥ効果もしくは電流注入によるプラズマ効果を用いて光導波路の屈折率を変化させ、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光導波路の屈折率を変化させれば、スイッチング動作を行うことができる。また、光強度を２等分するＭＭＩ光カプラは方向性結合器などを用いてもよい。
　そして、図１に示した分配選択型光スイッチ２０の場合は、図３に示すように、光吸収ゲート２３1、２３2に対して、印加電圧－３Ｖで消光比２０ｄＢ以上、印加電圧－７Ｖで消光比４０ｄＢ以上を得ることができる。
　また、図２に示したＭＺＩ型光スイッチ３０の場合は、図４に示すように、２つのアーム光導波路３２1、３２2への注入電流が０ｍＡの場合、入力信号光は図２における光出力ポートＰＯ1側に出力される。制御電極３３1、３３2のどちらか一方に電流を注入すると、注入した方のアーム光導波路の屈折率が変化し、伝搬する光の位相が変化する。このアーム光導波路への注入電流が５ｍＡ程度となったとき、光出力ポートＰＯ1からの出力は最小となり、光出力ポートＰＯ2への光出力が最大となる。このとき、光出力ポートＰＯ1への光出力と光出力ポートＰＯ1への光出力との比は２０ｄＢ以上が得られる。
　なお、分配選択型光スイッチの場合は、１×２の分配選択型光スイッチ２０だけでなく、分岐数を増やすことで、多数の光出力ポートへのスイッチングが可能である。この場合、Ｊを２以上の整数とすると、１×Ｊのポート構成の１×Ｊ光スイッチとする場合には、１×Ｊ光カプラとＪ個の光吸収ゲートから構成される。
　また、ＭＺＩ型光スイッチの場合は、１段のＭＺＩ型光スイッチ３０だけでなく、後述する２×２のＭＺＩ型光スイッチ６０をツリー状に多段に接続することで、多数の光出力ポートへのスイッチングが可能である。この場合、１×Ｊ光スイッチとする場合には、前段の２×２のＭＺＩ型光スイッチ６０の出力側の２つのポートの各々に、後段の２×２のＭＺＩ型光スイッチ６０の入力側の２つのポートの一方を接続した構成となる。
　次に、高速動作可能な光スイッチとなる分配選択型光スイッチ２０の作製方法について述べる。
　まず、ｎ－ＩｎＰ基板上に、ｎ－ＩｎＰ下部クラッド層、１．４Ｑ組成０．３μｍ膜厚のバルクｉ－ＩｎＧａＡｓＰコア層、ｐ－ＩｎＰ上部クラッド層、ｐ+－ＩｎＧａＡｓキャップ層を、有機金属気相成長法（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）により成長させる。
　次いで、フォトリソグラフィとドライエッチングとにより、ハイメサ光導波路構造を有する入力光導波路、１×２光カプラ２１、光導波路２２1、２２2、光吸収ゲート２３1、２３2及び出力光導波路を一括形成する。光導波路構造を形成後、局所領域への埋め込みが可能で平坦化に優れた有機材料であるベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene：ＢＣＢ）をスピンコートにより塗布し、Ｏ2／Ｃ2Ｆ6混合ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、埋め込み前の基板表面（基板最上面）が露出するまでエッチバックし、基板表面を平坦化する。
　最後に、光吸収ゲート２３1及び光吸収ゲート２３2、更に、１×２カプラ２１のｐ+－ＩｎＧａＡｓキャップ層上にｐ型電極を形成し、ｎ－ＩｎＰ基板裏面ないし同基板の光導波路構造が形成されていない領域にｎ型電極を形成する。
　上記の作製方法では、ＭＯＶＰＥ成長及び光導波路構造の形成を一括で行えるようになる。また、図１５に示した従来の光スイッチ素子と異なり、１×２光カプラ２１と光吸収ゲート２３1、２３2との間で、ｎ－ＩｎＰ上部クラッド層及びｐ+－ＩｎＧａＡｓキャップ層を除去するプロセスが不要となる。ゆえに、作製方法が簡便で、光学的特性を劣化させることなく、かつ、極めて低い光クロストークを有する光スイッチを提供することができるようになる。
　図５に上記の光導波路構造の断面図を示す。図５では、符号４１をｎ－ＩｎＰ基板、符号４２をｎ－ＩｎＰ下部クラッド層、符号４３をＩｎＧａＡｓＰコア層、符号４４をｐ－ＩｎＰ上部クラッド層、符号４５をｐ+－ＩｎＧａＡｓキャップ層としている。本形態では、図５に示すように、膜厚０．３μｍ、幅１．５μｍの１．４Ｑ組成のＩｎＧａＡｓＰコア層４３を用いている。これらの設計値は、光スイッチの光学的特性を決める重要なパラメータとなる。
　そして、入力信号光波長が、例えば、１．５３μｍから１．５７μｍで動作し、低損失、高速かつ低消費電力な動作を実現するためには、下記の条件が満たされることが好ましい。
（１）ＩｎＧａＡｓＰコア層４３の厚さは、入力信号光に対してシングルモード導波条件であり、かつ、ＩｎＧａＡｓＰコア層４３への十分な光閉じ込めを有する条件であり、０．１μｍ～０．４μｍの範囲が望ましい。
（２）ＩｎＧａＡｓＰコア層４３の幅は、入力信号光に対してシングルモード導波条件であり、０．８μｍ～３μｍの範囲が望ましい。
（３）ＩｎＧａＡｓＰコア層４３の組成は、１．３Ｑ～１．５Ｑであり、各電極長は、ＥＡＭの場合は１００μｍ～２０００μｍ、ＭＺＩの場合は５０μｍ～１０００μｍの範囲が望ましい。
　なお、本形態における光スイッチでは、光吸収ゲート２３1、２３2のＩｎＧａＡｓＰコア層４３としてバルク層を用いるように説明してきたが、ＭＱＷ構造としてもよい。その場合は、ＱＣＳＥ効果により高効率に消光できるようになる。また、光導波路構造をハイメサ光導波路構造としているが、それ以外の構造、例えば、リッジ型光導波路構造として作製してもよい。あるいは、ＩｎＧａＡｓＰコア層４３の両横が半導体で埋め込まれた埋め込み型光導波路構造やリブ型光導波路構造などであってもよい。
　また、本形態における光スイッチでは、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いて説明してきたが、ＧａＡｓ系の化合物半導体を用いてもよい。また、シリコン細線光導波路などの材料系を用いても、同様に実現できる。これらの材料を用いた光導波路構造では、ナノ秒オーダの屈折率又は吸収係数の変化が可能であり、このような高速変化により、ＯＣＳ光信号やＯＰＳ光信号の高速なスイッチングが可能となる。
　以降、上述した光スイッチを複数用いる本発明に係る光スイッチ装置について、その実施形態のいくつかを説明する。なお、本発明に係る光スイッチ装置は、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の両方を使用するネットワークのＲＯＡＤＭノード装置に設けられるものである。ＲＯＡＤＭノード装置は、ＷＳＳを有しており、本発明に係る光スイッチ装置は、当該ノード装置のＷＳＳの後段に配置されている。
［実施例１］
　図６に本実施例に係る光スイッチ装置を示す。ここでは、一例として、４つの光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4と４つの光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4を持つ光スイッチ装置とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号とが同時に転送可能なものとする。ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ用には、１×２光スイッチ（以降、１×２ＳＷ）５１1、５１2の２つと２×１光スイッチ（以降、２×１ＳＷ）５２1、５２2の２つを用い（第１の光スイッチ部）、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用には、２×２光スイッチ（以降、２×２ＳＷ）５３1、５３2の２つを用いる（第２の光スイッチ部）。
　光入力ポートＰＩ1は、１×２ＳＷ５１1の入力側に接続され、光入力ポートＰＩ2は、１×２ＳＷ５１2の入力側に接続され、光入力ポートＰＩ3、ＰＩ4は、２×２ＳＷ５３1の入力側に接続されている。また、光出力ポートＰＯ1は、２×１ＳＷ５２1の出力側に接続され、光出力ポートＰＯ2は、２×１ＳＷ５２2の出力側に接続され、光出力ポートＰＯ3、ＰＯ4は、２×２ＳＷ５３2の出力側に接続されている。
　そして、１×２ＳＷ５１1の一方の光出力ポートは、光ファイバ５４1により、２×１ＳＷ５２1の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１1のもう一方の光出力ポートは、光ファイバ５４2により、２×２ＳＷ５３2の一方の光入力ポートに接続される。また、１×２ＳＷ５１2の一方の光出力ポートは、光ファイバ５４3により、２×１ＳＷ５２2の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１2のもう一方の光出力ポートは、光ファイバ５４4により、２×２ＳＷ５３2のもう一方の光入力ポートに接続される。また、２×２ＳＷ５３1の一方の光出力ポートは、光ファイバ５４5により、２×１ＳＷ５２1のもう一方の光入力ポートに接続され、２×２ＳＷ５３1のもう一方の光出力ポートは、光ファイバ５４6により、２×１ＳＷ５２2のもう一方の光入力ポートに接続される。
　このように、本実施例の光スイッチ装置では、それぞれのスイッチング要素を個別のチップ又はモジュールとし、それらを光ファイバ５４1～５４6で接続している。なお、１×２ＳＷ同士、２×１ＳＷ同士は、同一のチップ又はモジュールとしてもよい。
　上記の１×２ＳＷ５１1、５１2や２×１ＳＷ５２1、５２2には、図１に示した分配選択型光スイッチ２０や図２に示したＭＺＩ型光スイッチ３０を採用することで、高速にＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の切換えを可能とする。また、上記の２×２ＳＷ５３1、５３2には、図７に示すようなＭＺＩ型光スイッチ６０や図８に示すような２×２ＳＷ７０を採用することで、高速なＯＰＳ光信号の処理を可能とする。図７に示すＭＺＩ型光スイッチ６０と図８に示す２×２ＳＷ７０について、以下に説明する。
　図７に示すＭＺＩ型光スイッチ６０は、図２に示したＭＺＩ型光スイッチ３０を２×２に拡張した構成である。具体的には、ＭＺＩ型光スイッチ６０は、入力側に光入力ポートＰＩ1、ＰＩ2が接続され、出力側に光導波路６２1、６２2が接続されたＭＭＩ光カプラである２×２光カプラ６１と、光導波路６２1、６２2内に各々設けられた制御電極６３1、６３2と、入力側に光導波路６２1、６２2が接続され、出力側に光出力ポートＰＯ1、ＰＯ2が接続されたＭＭＩ光カプラである２×２光カプラ６４とを有する構成である。
　また、図８に示す２×２ＳＷ７０は、図１に示した分配選択型光スイッチ２０と同じ構成の分配選択型光スイッチ７１1～７１4を２対２で向かい合わせて接続した構成である。
具体的には、光入力ポートＰＩ1は、分配選択型光スイッチ７１1の入力側に接続され、光入力ポートＰＩ2は、分配選択型光スイッチ７１2の入力側に接続されている。また、光出力ポートＰＯ1は、分配選択型光スイッチ７１3の出力側に接続され、光出力ポートＰＯ2は、分配選択型光スイッチ７１4の出力側に接続されている。
　そして、分配選択型光スイッチ７１1の一方の光出力ポートは、光導波路７２1により、分配選択型光スイッチ７１3の一方の光入力ポートに接続され、分配選択型光スイッチ７１1のもう一方の光出力ポートは、光導波路７２2により、分配選択型光スイッチ７１4の一方の光入力ポートに接続される。また、分配選択型光スイッチ７１2の一方の光出力ポートは、光導波路７２3により、分配選択型光スイッチ７１3のもう一方の光入力ポートに接続され、分配選択型光スイッチ７１2のもう一方の光出力ポートは、光導波路７２4により、分配選択型光スイッチ７１4のもう一方の光入力ポートに接続される。
　そして、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間の高速スイッチングは１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2で行う。具体的には、１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2は、図示省略したネットワークコントローラの制御に従って、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の振り分けを行って、予め設定した光出力ポートへのスイッチングを行う。ドロップしないＯＣＳ光信号はそのままカットスルーされて転送されるため、遅延や損失なく転送が可能である。
　また、ＯＰＳ光信号の高速スイッチングは２×２ＳＷ５３1、５３2で行う。具体的には、２×２ＳＷ５３1及び２×２ＳＷ５３2の直前で、ＯＰＳ光信号のラベルを読み取り、ラベルテーブルに基づいて、予め設定した光出力ポートへのスイッチングを行う。
　つまり、ＷＳＳベースのＲＯＡＤＭノード装置において、本実施例に係る光スイッチ装置には、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ専用の１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2を導入しており、これらに上述した高速な光スイッチを用いている。このような構成とすることで、ＯＣＳ光信号へのデメリットを与えず、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の両方を扱うことが可能となる。更に、各光スイッチのポート数及び光ファイバの接続をネットワーク形態に最適化することで、高速光スイッチの欠点である損失を抑えたノード技術の確立が可能である。
［実施例２］
　図９に本実施例に係る光スイッチ装置を示す。ここでも、実施例１に示した光スイッチ装置と同様に、４つの光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4と４つの光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4を持つ光スイッチ装置とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号とが同時に転送可能なものとする。
ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ用には、１×２ＳＷ５１1、５１2の２つと２×１ＳＷ５２1、５２2の２つを用い、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用には、２×２ＳＷ５３1、５３2の２つを用いる。つまり、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4、光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2、２×２ＳＷ５３1、５３2については、実施例１に示した光スイッチ装置と同じ構成であり、そのため、図９では、同じ符号を付している。
　そして、本実施例に係る光スイッチ装置においては、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2をスイッチング要素として１チップ上に集積し、各スイッチング要素間を図５に示した光導波路と同等の構造の光導波路で接続している。具体的には、同一のチップ基板８１上に、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2と共に光導波路８２1～８２6をモノリシック集積して、光スイッチ同士を光導波路８２1～８２6で接続している。なお、チップ基板８１としては、例えば、図５に示したｎ－ＩｎＰ基板を採用してもよい。
　具体的には、１×２ＳＷ５１1の一方の光出力ポートは、光導波路８２1により、２×１ＳＷ５２1の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８２2により、２×２ＳＷ５３2の一方の光入力ポートに接続される。また、１×２ＳＷ５１2の一方の光出力ポートは、光導波路８２3により、２×１ＳＷ５２2の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１2のもう一方の光出力ポートは、光導波路８２4により、２×２ＳＷ５３2のもう一方の光入力ポートに接続される。また、２×２ＳＷ５３1の一方の光出力ポートは、光導波路８２5により、２×１ＳＷ５２1のもう一方の光入力ポートに接続され、２×２ＳＷ５３1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８２6により、２×１ＳＷ５２2のもう一方の光入力ポートに接続される。
　上記の１×２ＳＷ５１1、５１2や２×１ＳＷ５２1、５２2にも、図１に示した分配選択型光スイッチ２０や図２に示したＭＺＩ型光スイッチ３０を採用することで、高速にＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の切換えを可能とする。また、上記の２×２ＳＷ５３1、５３2にも、図７に示したＭＺＩ型光スイッチ６０や図８に示した２×２ＳＷ７０を採用することで、高速なＯＰＳ光信号の処理を可能とする。１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2に採用する光スイッチについては、後述する実施例３～実施例５でも同様である。
　このようにして、本実施例に係る光スイッチ装置においては、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップに加え、ＯＰＳ光信号のアドドロップを同一チップ上で実現できるため、光スイッチ装置の大幅な小型化が可能である。また、光スイッチデバイスの損失源である光ファイバとの接続損失に関して、各スイッチング要素間を光ファイバで接続する必要がなくなるため、低損失化も期待できる。
　更に、図１０に示すように、アド側の１×２ＳＷ５１1、５１2の後段に光吸収ゲートとなるＥＡＭ８３1～８３4を追加することで、具体的には、１×２ＳＷ５１1、５１2の光出力ポートの各々にＥＡＭ８３1～８３4を追加することで、他ポートへのクロストークを抑制したスイッチングが可能となる。光吸収ゲート（例えば、上記のＥＡＭ８３1～８３4）については、後述する実施例３～実施例５でも同様である。
　そして、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間の高速スイッチングは１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2で行う。具体的には、１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2は、図示省略したネットワークコントローラの制御に従って、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の振り分けを行って、予め設定したポートへのスイッチングを行う。この際、ＯＣＳ光信号においても、ＯＰＳ光信号と同様にラベルを付与し、それに従って、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップを行う。ドロップしないＯＣＳ光信号はそのままカットスルーされて転送されるため、遅延や損失なく転送が可能である。
　また、ＯＰＳ光信号の高速スイッチングは２×２ＳＷ５３1、５３2で行う。具体的には、２×２ＳＷ５３1及び２×２ＳＷ５３2の直前で、ＯＰＳ光信号のラベルを読み取り、ラベルテーブルに基づいてスイッチングを行う。
　つまり、ＷＳＳベースのＲＯＡＤＭノード装置において、本実施例に係る光スイッチ装置には、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ専用の１×２ＳＷ５１1、５１2及び２×１ＳＷ５２1、５２2を導入しており、これらに上述した高速な光スイッチを用いている。このような構成とすることで、ラベル情報の追加が必要なものの、ＯＣＳ光信号へのデメリットを与えず、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号の両方を扱うことが可能となる。更に、各光スイッチのポート数及び光導波路の接続をネットワーク形態に最適化することで、高速光スイッチの欠点である損失を抑えたノード技術の確立が可能である。
［実施例３］
　図１１に本実施例に係る光スイッチ装置を示す。ここでも、実施例１に示した光スイッチ装置と同様に、４つの光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4と４つの光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4を持つ光スイッチ装置とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号とが同時に転送可能なものとする。ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ用には、１×２ＳＷ５１1、５１2の２つと２×１ＳＷ５２1、５２2の２つを用い、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用には、２×２ＳＷ５３1、５３2の２つを用いる。つまり、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4、光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2、２×２ＳＷ５３1、５３2については、それらの配置を除いて、実施例１に示した光スイッチ装置と同じ構成であり、そのため、図１１でも、同じ符号を付している。
　そして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2をスイッチング要素として１チップ上に集積し、各スイッチング要素間を図５に示した光導波路と同等の構造の光導波路で接続している。具体的には、同一のチップ基板８１上に、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2と共に光導波路８４1～８４6をモノリシック集積して、光スイッチ同士を光導波路８４1～８４6で接続している。
　具体的には、１×２ＳＷ５１1の一方の光出力ポートは、光導波路８４1により、２×１ＳＷ５２1の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８４2により、２×２ＳＷ５３2の一方の光入力ポートに接続される。また、１×２ＳＷ５１2の一方の光出力ポートは、光導波路８４3により、２×１ＳＷ５２2の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１2のもう一方の光出力ポートは、光導波路８４4により、２×２ＳＷ５３2のもう一方の光入力ポートに接続される。また、２×２ＳＷ５３1の一方の光出力ポートは、光導波路８４5により、２×１ＳＷ５２1のもう一方の光入力ポートに接続され、２×２ＳＷ５３1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８４6により、２×１ＳＷ５２2のもう一方の光入力ポートに接続される。
　そして、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2は、これらを接続する光導波路８４1～８４6が交差しないように、接続されるスイッチング要素同士が隣接するように配置されている。
　例えば、光導波路８４2で接続される１×２ＳＷ５１1と２×２ＳＷ５３2が隣接して配置され、光導波路８４4で接続される２×２ＳＷ５３2と１×２ＳＷ５１2が隣接して配置され、また、光導波路８４5で接続される２×１ＳＷ５２1と２×２ＳＷ５３1が隣接して配置され、光導波路８４6で接続される２×２ＳＷ５３1と２×１ＳＷ５２2が隣接して配置されている。光導波路８４1で接続される１×２ＳＷ５１1と２×１ＳＷ５２1は、互いに異なる端部に配置されているが、接続上は、隣接して配置されていると言え、また、光導波路８４3で接続される１×２ＳＷ５１2と２×１ＳＷ５２2も、互いに異なる端部に配置されているが、接続上は、隣接して配置されていると言える。
　上述した配置により、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4の配置が、実施例２とは相違している。具体的には、実施例２では、一方の端部に光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4が配置され、他方の端部に光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4が配置されているのに対して、本実施例では、一方の端部には、光入力ポートＰＩ1、ＰＩ2及び光出力ポートＰＯ3、ＰＯ4が配置され、他方の端部には、光入力ポートＰＩ3、ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1、ＰＯ2が配置されている。
　このようにして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップに加え、ＯＰＳ光信号のアドドロップを同一チップ上で実現できるため、光スイッチ装置の大幅な小型化が可能である。また、光スイッチデバイスの損失源である光ファイバとの接続損失に関して、各スイッチング要素間を光ファイバで接続する必要がなくなるため、低損失化も期待できる。
　また、実施例２に示した光スイッチ装置においては、チップ基板８１上で光導波路８２1～８２6を用いて、各スイッチング要素間を接続するため、一部の光導波路に交差部が発生していたが、本実施例に係る光スイッチ装置においては、光入出力ポート、スイッチング要素の配置を変更することで、光導波路の交差部を排除している。光導波路の交差部では、一般的に、光強度の損失と他ポートへのクロストークが発生するため、本実施例においては、信号特性の劣化を抑制することができる。
［実施例４］
　図１２に本実施例に係る光スイッチ装置を示す。ここでも、実施例１に示した光スイッチ装置と同様に、４つの光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4と４つの光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4を持つ光スイッチ装置とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号とが同時に転送可能なものとする。ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ用には、１×２ＳＷ５１1、５１2の２つと２×１ＳＷ５２1、５２2の２つを用い、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用には、２×２ＳＷ５３1、５３2の２つを用いる。つまり、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4、光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2、２×２ＳＷ５３1、５３2については、それらの配置を除いて、実施例１に示した光スイッチ装置と同じ構成であり、そのため、図１２でも、同じ符号を付している。
　そして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2をスイッチング要素として１チップ上に集積し、各スイッチング要素間を図５に示した光導波路と同等の構造の光導波路で接続している。具体的には、同一のチップ基板８１上に、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2と共に光導波路８５1～８５6をモノリシック集積して、光スイッチ同士を光導波路８５1～８５6で接続している。
　具体的には、１×２ＳＷ５１1の一方の光出力ポートは、光導波路８５1により、２×１ＳＷ５２1の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８５2により、２×２ＳＷ５３2の一方の光入力ポートに接続される。また、１×２ＳＷ５１2の一方の光出力ポートは、光導波路８５3により、２×１ＳＷ５２2の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１2のもう一方の光出力ポートは、光導波路８５4により、２×２ＳＷ５３2のもう一方の光入力ポートに接続される。また、２×２ＳＷ５３1の一方の光出力ポートは、光導波路８５5により、２×１ＳＷ５２1のもう一方の光入力ポートに接続され、２×２ＳＷ５３1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８５6により、２×１ＳＷ５２2のもう一方の光入力ポートに接続される。
　そして、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4の全てがチップ基板８１の一方側の端部に配置されるように、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2が配置されている。
　上述した配置により、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4の配置が、実施例２、実施例３とは相違している。具体的には、実施例２では、一方の端部に光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4が配置され、他方の端部に光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4が配置されており、実施例３では、一方の端部に光入力ポートＰＩ1、ＰＩ2及び光出力ポートＰＯ3、ＰＯ4が配置され、他方の端部に光入力ポートＰＩ3、ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1、ＰＯ2が配置されているのに対して、本実施例では、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4の全てが一方の端部に配置されている。
　このようにして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップに加え、ＯＰＳ光信号のアドドロップを同一チップ上で実現できるため、光スイッチ装置の大幅な小型化が可能である。また、光スイッチデバイスの損失源である光ファイバとの接続損失に関して、各スイッチング要素間を光ファイバで接続する必要がなくなるため、低損失化も期待できる。
　また、本実施例に係る光スイッチ装置においては、当該光スイッチ装置の光入出力ポートをチップの片側に揃えることで、容易にモジュール化を可能としている。
［実施例５］
　図１３に本実施例に係る光スイッチ装置を示す。ここでも、実施例１に示した光スイッチ装置と同様に、４つの光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4と４つの光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4を持つ光スイッチ装置とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号とが同時に転送可能なものとする。ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号間のアドドロップ用には、１×２ＳＷ５１1、５１2の２つと２×１ＳＷ５２1、５２2の２つを用い、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用には、２×２ＳＷ５３1、５３2の２つを用いる。つまり、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4、光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2、２×２ＳＷ５３1、５３2については、それらの配置を除いて、実施例１に示した光スイッチ装置と同じ構成であり、そのため、図１３でも、同じ符号を付している。
　そして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2をスイッチング要素として１チップ上に集積し、各スイッチング要素間を図５に示した光導波路と同等の構造の光導波路で接続している。具体的には、同一のチップ基板８１上に、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2と共に光導波路８６1～８６6をモノリシック集積して、光スイッチ同士を光導波路８６1～８６6で接続している。
　具体的には、１×２ＳＷ５１1の一方の光出力ポートは、光導波路８６1により、２×１ＳＷ５２1の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８６2により、２×２ＳＷ５３2の一方の光入力ポートに接続される。また、１×２ＳＷ５１2の一方の光出力ポートは、光導波路８６3により、２×１ＳＷ５２2の一方の光入力ポートに接続され、１×２ＳＷ５１2のもう一方の光出力ポートは、光導波路８６4により、２×２ＳＷ５３2のもう一方の光入力ポートに接続される。また、２×２ＳＷ５３1の一方の光出力ポートは、光導波路８６5により、２×１ＳＷ５２1のもう一方の光入力ポートに接続され、２×２ＳＷ５３1のもう一方の光出力ポートは、光導波路８６6により、２×１ＳＷ５２2のもう一方の光入力ポートに接続される。
　そして、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2は、これらを接続する光導波路８４1～８４6が交差しないように、接続されるスイッチング要素同士が隣接するように配置されている。また、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4の全てがチップ基板８１の一方側の端部に配置されるように、１×２ＳＷ５１1、５１2、２×１ＳＷ５２1、５２2及び２×２ＳＷ５３1、５３2が配置されている。
　例えば、チップ基板８１の一方側の端部において、光導波路８６2で接続される１×２ＳＷ５１1と２×２ＳＷ５３2が隣接して配置され、光導波路８６4で接続される２×２ＳＷ５３2と１×２ＳＷ５１2が隣接して配置され、光導波路８６3で接続される１×２ＳＷ５１2と２×１ＳＷ５２2が隣接して配置され、光導波路８６6で接続される２×１ＳＷ５２2と２×２ＳＷ５３1が隣接して配置され、光導波路８６5で接続される２×２ＳＷ５３1と２×１ＳＷ５２1が隣接して配置されている。光導波路８６1で接続される１×２ＳＷ５１1と２×１ＳＷ５２2は、チップ基板８１の一方側の端部の両端に配置されているが、接続上は、隣接して配置されていると言える。
　上述した配置により、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4の配置が、実施例２、実施例３とは相違している。具体的には、実施例２では、一方の端部に光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4が配置され、他方の端部に光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4が配置されており、実施例３では、一方の端部に光入力ポートＰＩ1、ＰＩ2及び光出力ポートＰＯ3、ＰＯ4が配置され、他方の端部に光入力ポートＰＩ3、ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1、ＰＯ2が配置されているのに対して、本実施例では、光入力ポートＰＩ1～ＰＩ4及び光出力ポートＰＯ1～ＰＯ4の全てが一方側の端部に配置されている。
　このようにして、本実施例に係る光スイッチ装置においても、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップに加え、ＯＰＳ光信号のアドドロップを同一チップ上で実現できるため、光スイッチ装置の大幅な小型化が可能である。また、光スイッチデバイスの損失源である光ファイバとの接続損失に関して、各スイッチング要素間を光ファイバで接続する必要がなくなるため、低損失化も期待できる。
　また、本実施例に係る光スイッチ装置においては、当該光スイッチ装置の光入出力ポートをチップの片側に揃えることで、容易にモジュール化を可能としている。
　また、実施例４に示した光スイッチ装置においては、チップ基板８１上で光導波路８５1～８５6を用いて、各スイッチング要素間を接続するため、一部の光導波路に交差部が発生していたが、本実施例に係る光スイッチ装置においては、光入出力ポート、スイッチング要素の配置を変更することで、光導波路の交差部を排除している。光導波路の交差部では、一般的に、光強度の損失と他ポートへのクロストークが発生するため、本実施例においては、信号特性の劣化を抑制することができる。
［実施例６］
　本実施例では、実施例１～５の変形例を説明する。上述した実施例１～５では、説明を簡単にするため、光入出力ポート数の少ない形態を示したが、実施例１～５は、光入出力ポート数が多い形態への適用も可能である。そこで、実施例１の図６に示した光スイッチ装置を例にとって、光入出力ポート数が多い光スイッチ装置の形態を、図１４を参照して説明する。
　Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎをそれぞれ１以上の整数とし、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光スイッチの光入出力ポートをＮポート、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光スイッチの光入出力ポートをＭポートとし、ＯＣＳ光信号のカットスルー用の光スイッチ同士の間の光入出力ポートをＬポート、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光スイッチ同士の間の光入出力ポートをＫポートとする。この場合、図１４に示すように、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光スイッチを、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）のポート構成のＮ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１、（Ｋ＋Ｌ）×Ｎのポート構成の（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２とし、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光スイッチを、Ｍ×Ｋのポート構成のＭ×ＫＳＷ９３、Ｋ×Ｍのポート構成のＫ×ＭＳＷ９４とすればよい。
　つまり、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１は、光入力ポートＰＩ１1～ＰＩ１N、光出力ポートＰＭＯ１1～ＰＭＯ１L及び光出力ポートＰＭＯ２1～ＰＭＯ２Kを有し、（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２は、光入力ポートＰＭＩ１1～ＰＭＩ１L及び光入力ポートＰＭＩ２1～ＰＭＩ２K、光出力ポートＰＯ１1～ＰＯ１Nを有し、Ｍ×ＫＳＷ９３は、光入力ポートＰＩ２1～ＰＩ２M及び光出力ポートＰＭＯ３1～ＰＭＯ３Kを有し、Ｋ×ＭＳＷ９４は、光入力ポートＰＭI３1～ＰＭＩ３K及び光出力ポートＰＯ２1～ＰＯ２Mを有している。
　そして、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１の光出力ポートＰＭＯ１1～ＰＭＯ１Lを、（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２の光入力ポートＰＭＩ１1～ＰＭＩ１Lに接続し、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１の光出力ポートＰＭＯ２1～ＰＭＯ２Kを、Ｋ×ＭＳＷ９４の光入力ポートＰＭI３1～ＰＭＩ３Kに接続し、Ｍ×ＫＳＷ９３の光出力ポートＰＭＯ３1～ＰＭＯ３Kを、（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２の光入力ポートＰＭＩ２1～ＰＭＩ２Kに接続している。
　このようなＮ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１、（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２、Ｍ×ＫＳＷ９３及びＫ×ＭＳＷ９４は、各々、上述した１×Ｊ分配選択型光スイッチを基本の構成要素として、少なくとも１つの１×Ｊ分配選択型光スイッチから構成する。又は、上述した１×２のＭＺＩ型光スイッチ３０又は複数の２×２のＭＺＩ型光スイッチ６０からなる１×Ｊ光スイッチを基本の構成要素として、１つの１×２のＭＺＩ型光スイッチ３０又は少なくとも１つの１×Ｊ光スイッチから構成される。
　なお、図１４では、ＯＣＳ光信号とＯＰＳ光信号のアドドロップ用のＮ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ９１及び（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ９２の光入出力ポートをＮポートとしたが、各光スイッチの光入出力ポートを１ポートとして、Ｎ個の光スイッチを用いるようにしてもよい。ただし、このような場合、入力側のＮ個の光スイッチにおいて、ＯＣＳ光信号のカットスルー用の光出力ポートの総数がＬポートとなるように、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光出力ポートの総数がＫポートとなるようにする必要があり、同様に、出力側のＮ個の光スイッチにおいて、ＯＣＳ光信号のカットスルー用の光入力ポートの総数がＬポートとなるように、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光入力ポートの総数がＫポートとなるようにする必要がある。
　これを、図６を参照して説明すると、図６に示した構成では、Ｎ＝２、Ｍ＝２、Ｌ＝２、Ｋ＝２であって、２個の１×２ＳＷ５１1、５１2と２×１ＳＷ５２1、５２2を用いている。そして、図６では、入力側の２個の１×２ＳＷ５１1、５１2において、ＯＣＳ光信号のカットスルー用の光出力ポートを各々１個、総数Ｌ＝２個のポートとし、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光出力ポートを各々１個、総数Ｋ＝２個のポートとしている。同様に、出力側の２個の２×１ＳＷ５２1、５２2において、ＯＣＳ光信号のカットスルー用の光入力ポートを各々１個、総数Ｌ＝２個のポートとし、ＯＰＳ光信号のアドドロップ用の光入力ポートを各々１個、総数Ｋ＝２個のポートとしている。
　以上説明したように、実施例１に示した光スイッチ装置は、光入出力ポート数が多い形態へ適用可能である。また、実施例２については、実施例１と実質的に同等の構成であり、実施例３～実施例５については、光入出力ポート、スイッチング要素の配置が異なるが、要素間の接続構成は同じであり、実施例１と実質的に同等の構成である。従って、図１４で説明した変形例は、実施例２～実施例５にも適用可能である。
　本発明は、大容量光通信ネットワークのノード装置用の光スイッチ装置に好適なものである。
　２０　分配選択型光スイッチ
　２１　１×２光カプラ
　２２1、２２2　光導波路
　２３1、２３2　光吸収ゲート
　３０　ＭＺＩ型光スイッチ
　３１　１×２光カプラ
　３２1、３２2　光導波路
　３３1、３３2　制御電極
　３４　２×２光カプラ
　５１1、５１2　１×２ＳＷ
　５２1、５２2　２×１ＳＷ
　５３1、５３2　２×２ＳＷ
　５４1～５４6　光ファイバ
　６０　ＭＺＩ型光スイッチ
　６１　２×２光カプラ
　６２1、６２2　光導波路
　６３1、６３2　制御電極
　６４　２×２光カプラ
　７０　２×２ＳＷ
　７１1～７１4　分配選択型光スイッチ
　７２1～７２4　光導波路
　８１　チップ基板
　８２1～８２6　光導波路
　８３1～８３4　ＥＡＭ
　８４1～８４6　光導波路
　８５1～８５6　光導波路
　８６1～８６6　光導波路
　９１　Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）ＳＷ
　９２　（Ｋ＋Ｌ）×ＮＳＷ
　９３　Ｍ×ＫＳＷ
　９４　Ｋ×ＭＳＷ

Claims (10)

  1. 　ネットワークを構成するノード装置に設けられ、複数の光入力ポートと複数の光出力ポートとを有する光スイッチ装置において、
    　当該光スイッチ装置は、複数の光スイッチからなり、
    　前記光スイッチは、屈折率又は吸収係数がナノ秒オーダで変化する材料の光導波路構造からなり、前記屈折率又は前記吸収係数を変化させることにより、光回線交換方式の光信号であるＯＣＳ光信号及び光パケット交換方式の光信号であるＯＰＳ光信号の両方のスイッチングを行う
    ことを特徴とする光スイッチ装置。
  2. 　請求項１に記載の光スイッチ装置において、
    　前記ノード装置は、波長選択スイッチを有するＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）ノード装置であり、
    　当該光スイッチ装置は、
    　前記波長選択スイッチの後段に配置されると共に、前記ＯＣＳ光信号と前記ＯＰＳ光信号を予め設定した前記光出力ポートにスイッチングして、前記ＯＣＳ光信号と前記ＯＰＳ光信号との間のアドドロップ処理を行う複数の前記光スイッチからなる第１の光スイッチ部と、前記ＯＰＳ光信号を予め設定した前記光出力ポートにスイッチングして、前記ＯＰＳ光信号のアドドロップ処理を行う複数の前記光スイッチからなる第２の光スイッチ部とを有する
    ことを特徴とする光スイッチ装置。
  3. 　請求項２に記載の光スイッチ装置において、
    　前記第１の光スイッチ部でのスイッチングを制御するネットワークコントローラと、前記第２の光スイッチ部でのスイッチングを前記ＯＰＳ光信号のラベルに基づいて制御するラベルテーブルとを有する
    ことを特徴とする光スイッチ装置。
  4. 　請求項２又は請求項３に記載の光スイッチ装置において、
    　Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎをそれぞれ１以上の整数とすると、
    　前記第１の光スイッチ部は、Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）のポート構成のＮ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと（Ｋ＋Ｌ）×Ｎのポート構成の（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとを有し、
    　前記第２の光スイッチ部は、Ｍ×Ｋのポート構成のＭ×Ｋ光スイッチとＫ×Ｍのポート構成のＫ×Ｍ光スイッチとを有し、
    　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの出力側のＬ個のポートを前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチの入力側のＬ個のポートに接続し、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの出力側のＫ個のポートを前記Ｋ×Ｍ光スイッチの入力側のＫ個のポートに接続し、
    　前記Ｍ×Ｋ光スイッチの出力側のＫ個のポートを前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチの入力側のＫ個のポートに接続した
    ことを特徴とする光スイッチ装置。
  5. 　請求項４に記載の光スイッチ装置において、
    　Ｊを２以上の整数とすると、
    　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチは、各々、１×Ｊのポート構成の１×Ｊ分配選択型光スイッチを基本の構成要素として、少なくとも１つの前記１×Ｊ分配選択型光スイッチから構成され、
    　前記１×Ｊ分配選択型光スイッチは、１×Ｊ光カプラとＪ個の光吸収ゲートからなる
    ことを特徴とする光スイッチ装置。
  6. 　請求項４に記載の光スイッチ装置において、
    　Ｊを２以上の整数とすると、
    　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチは、各々、１×２マッハツェンダ干渉計又は複数の２×２マッハツェンダ干渉計からなる１×Ｊのポート構成の１×Ｊ光スイッチを基本の構成要素として、１つの前記１×２マッハツェンダ干渉計又は少なくとも１つの前記１×Ｊ光スイッチから構成され、
    　前記１×Ｊ光スイッチは、前段の前記２×２マッハツェンダ干渉計の出力側の２つのポートの各々に後段の前記２×２マッハツェンダ干渉計の入力側の２つのポートの一方を接続して、複数の前記２×２マッハツェンダ干渉計をツリー状に多段に接続した構成であることを特徴とする光スイッチ装置。
  7. 　請求項４から請求項６のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
    　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチの後段に光吸収ゲートを設けた
    ことを特徴とする光スイッチ装置。
  8. 　請求項４から請求項７のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
    　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記Ｋ×Ｍ光スイッチとの間、及び、前記Ｍ×Ｋ光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間を、各々、光導波路で接続すると共に、一部の前記光導波路に他の前記光導波路との交差部を有する光導波路を用い、
    　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ、前記Ｋ×Ｍ光スイッチ及び前記光導波路を、同一チップ上にモノリシック集積した
    ことを特徴とする光スイッチ装置。
  9. 　請求項４から請求項７のいずれか１つに記載の光スイッチ装置において、
    　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチと前記Ｋ×Ｍ光スイッチとの間、及び、前記Ｍ×Ｋ光スイッチと前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチとの間を、各々、光導波路で接続すると共に、全ての前記光導波路が互いに交差しないように、前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ及び前記Ｋ×Ｍ光スイッチを配置し、
    　前記Ｎ×（Ｋ＋Ｌ）光スイッチ、前記（Ｋ＋Ｌ）×Ｎ光スイッチ、前記Ｍ×Ｋ光スイッチ、前記Ｋ×Ｍ光スイッチ及び前記光導波路を、同一チップ上にモノリシック集積した
    ことを特徴とする光スイッチ装置。
  10. 　請求項８又は請求項９に記載の光スイッチ装置において、
    　当該光スイッチ装置の前記光入力ポートと前記光出力ポートの全てを、前記チップの一方側の端部に配置した
    ことを特徴とする光スイッチ装置。
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