光スイッチは、光路の切り替えやオン・オフを行う。光路の切り替えは、1×2光スイッチや多入力多出力の光マトリックススイッチなどがある。オン・オフを行うものは、1×1光スイッチと呼ばれる。
スイッチング方式には、機械型、電子型、全光型がある。それぞれについて簡単にまとめた。

機械型

プリズム、ミラーや光ファイバーを機械的に移動するタイプ。スイッチング速度は数ms以上で低速であるが、構造は簡単である。特徴として、低損失、低ストロークである。
MEMSと呼ばれる半導体微細加工技術を用いるスイッチもある。MEMSを使ったスイッチでは、光ファイバー断面と同等のサイズの微小ミラーを可動させることで光路を変更する。

電子型

電子型には、電気光学効果、磁気光学効果、音響光学効果、熱光学効果または半導体ゲートを利用するもので分類できる。

電気光学効果型

2×2光スイッチは、EO変調(LN変調)の強度変調を利用したもので、電界により光のオン・オフする光ゲートである。電気光学効果により光導波路カップラの結合長が変わる。その結果、スイッチングを行うことができる。
切り替え動作が非常に高速である。

磁気光学効果型

ファラデー回転子を利用したもので、磁界のオン・オフで切り替える。動作は低速である。

音響光学効果型

音響光学変調器(AO変調器)を利用したもので、超音波を発生するトランデューサのオン・オフによって、1次回折光をオン・オフすることができる。
動作は遅いが、低ストロークである。

熱光学効果型

熱光学効果は、熱により屈折率が変化する現象である。
平面光波路(PLC)上にマッハツェンダ干渉計を作成し、その経路に薄膜ヒータを載せることで、熱光学効果によるスイッチングを行う。PLCは集積化ができるため、2×2光スイッチを基本構造とした光マトリックススイッチが作成できる。
熱光学効果による光スイッチの切り替え速度は速くはない。

半導体ゲート

半導体ゲートは、半導体光増幅器(SOA)が用いられる。SOAへの注入電流をオン・オフすることで、光をオン・オフすることができる。
SOAは、スイッチング速度が1ns以下と速い、消光比が高い、利得があるため低損失であるという特徴を持っている。

全光型

光ファイバーの非線形屈折率変化(カー効果)を利用したものである。


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Reference and Links

[1] 山下真司, 「イラスト・図解 光ファイバー通信のしくみがわかる本」, pp.209-218, 技術評論社 (2002).