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公開番号2025159756
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-22
出願番号2024062484
出願日2024-04-09
発明の名称光スイッチ回路
出願人国立研究開発法人産業技術総合研究所
代理人個人
主分類H04B 10/27 20130101AFI20251015BHJP(電気通信技術)
要約【課題】低損失で入力ポートと出力ポートが交互に隣り合う光スイッチ回路を提供する。
【解決手段】本光スイッチ回路は、単位光スイッチS11～S82を含む。これらの単位光スイッチは、単位光スイッチS11及びS12を含む第1のグループ、単位光スイッチS21及びS22を含む第2のグループ、単位光スイッチS31及びS32を含む第3のグループ、単位光スイッチS41及びS42を含む第4のグループ、単位光スイッチS51及びS52を含む第5のグループ、単位光スイッチS61及びS62を含む第6のグループ、単位光スイッチS71及びS72を含む第7のグループ、及び単位光スイッチS81及びS82を含む第8のグループに分けられる。各グループは、番号順に隣接するように配置されている。なお、第1のグループと第8のグループも隣接するように配置されている。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項１】
各々２入力ポート及び２出力ポートを有するＮ×Ｎ個の単位光スイッチを有し、
前記Ｎ×Ｎ個の単位光スイッチを各々同数の単位光スイッチを有する第１から第２×Ｎのグループに分け、
第ｐ（ｐは１以上２×Ｎ以下の整数）グループを第ｐ＋１グループ（ｐ＝２×Ｎである場合にｐ＋１は１とする）と第ｐ－１グループ（ｐ＝１である場合にｐ－１は２×Ｎとする）に隣接するように配置し、
各前記グループにおいては、内側から外側に第１列から第Ｎ／２列の単位光スイッチを配置し、
各前記単位光スイッチの入力ポートと出力ポートのいずれか一方が内側に向けて配置され、
前記第ｐグループの第１列の単位光スイッチの内側に向いたポートが、前記第ｐ－１及び第ｐ＋１グループにおける第１列の単位光スイッチの近い方のポートに接続され、
前記第ｐグループの第ｑ（ｑは２以上Ｎ／２以下の整数）列の単位光スイッチの内側に向いたポートが、前記第ｐ－１グループ及び第ｐ＋１グループにおける第ｑ－１列の単位光スイッチの外側に向いたポートのうち近い方のポートに接続される
光スイッチ回路。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第Ｎ／２列の単位光スイッチの各々について、外側に向いているポートのうち特定の一方が、隣接するグループとの間で、入力と出力とのいずれかである種別が異なるように用いられる
請求項１記載の光スイッチ回路。
【請求項３】
前記第１乃至第Ｎグループを左向きに配置し、前記第Ｎ＋１乃至第２×Ｎグループを右向きに配置した
請求項１記載の光スイッチ回路。
【請求項４】
各々２入力ポート及び２出力ポートを有するＮ×Ｎ個の単位光スイッチをそれぞれ含むＭ個の光スイッチ回路と、
各々２×Ｍ個の入出力ポートを有するＮ／２個の接続先のＮ×Ｍ個の入出力ポートと、前記Ｍ個の光スイッチ回路の合計２×Ｍ×Ｎ個の入出力ポートのうちＮ×Ｍ個の入出力ポートとを所望の接続関係を満たすように各々接続させる２個のシャッフル回路と、
を有し、
前記Ｍ個の光スイッチ回路は、一列に並べられており、
前記２個のシャッフル回路のうち一方が前記一列の左側に、他方が前記一列の右側に配置されており、
前記Ｍ個の光スイッチ回路の各々については、
前記Ｎ×Ｎ個の単位光スイッチを各々同数の単位光スイッチを有する第１から第２×Ｎのグループに分け、
第ｐ（ｐは１以上２×Ｎ以下の整数）グループを第ｐ＋１グループ（ｐ＝２×Ｎである場合にｐ＋１は１とする）と第ｐ－１グループ（ｐ＝１である場合にｐ－１は２×Ｎとする）に隣接するように配置し、
各前記グループにおいては、内側から外側に第１列から第Ｎ／２列の単位光スイッチを配置し、
各前記単位光スイッチの入力ポートと出力ポートのいずれか一方が内側に向けて配置され、
前記第ｐグループの第１列の単位光スイッチの内側に向いたポートが、前記第ｐ－１及び第ｐ＋１グループにおける第１列の単位光スイッチの近い方のポートに接続され、
前記第ｐグループの第ｑ（ｑは２以上Ｎ／２以下の整数）列の単位光スイッチの内側に向いたポートが、前記第ｐ－１グループ及び第ｐ＋１グループにおける第ｑ－１列の単位光スイッチの外側に向いたポートのうち近い方のポートに接続され、
前記第Ｎ／２列の単位光スイッチの各々について、外側に向いているポートのうち特定の一方が、隣接するグループとの間で、入力と出力とのいずれかである種別が異なるように用いられる
前記第１乃至第Ｎグループを左向きに配置し、前記第Ｎ＋１乃至第２×Ｎグループを右向きに配置するようになっており、
前記２個のシャッフル回路の各々は、
Ｍ×Ｎ本の第１の光導波路を形成した第１の光回路層と、
Ｍ×Ｎ本の第２の光導波路を形成した第２の光回路層と、
を含み、
前記所望の接続関係を満たすように、前記第１の光導波路のいずれかと前記第２の光導波路のいずれかとが１カ所の層間接続構造で接続されている
光スイッチ回路。
【請求項５】
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とが別材料で製作された請求項４記載の光スイッチ回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチ回路に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の典型的な光スイッチは、図１に示すように、左側に設けられた入力ポートアレイの任意の入力ポートから右側に設けられた出力ポートアレイの任意の出力ポートへ繋ぐような回路構成であった。入力ポートアレイ及び出力ポートアレイより外側のノードへの配線は、図２に模式的に示すように、光ファイバを用いることを想定しており、低損失に制限無く行えることを前提にしていた。なお、通信ネットワークでは、各ノードの入出力ポートの両方が必ずしも同一光スイッチに接続されるわけでは無い。
【０００３】
しかしながら、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、メモリなどの半導体チップのような小型デバイスを光スイッチを介して相互接続し、高度な計算を実行する目的では、半導体チップ、光電変換チップ、光スイッチチップなどを全て１つのボードやパッケージに集積化し、高効率化且つ高密度化することが求められている。その場合、光ファイバを使用することはできず、有機材料、ガラス、シリコンなどの光導波路で接続することになるが、光導波路の損失は光ファイバに比べて大きい上、経路を多数回交差させる場合には、大きな損失が発生してしまうという問題がある。
【０００４】
そのため、図３に模式的に示すように、光スイッチの両側に、入力ポートと出力ポートが交互に並んだ入出力ポートアレイが配置されることが好ましい。このようにすれば、図４に模式的に示すように、光スイッチの両側に複数個の半導体チップなどの小型デバイスを配置しても、光スイッチの入出力ポートと小型デバイスの入出力ポートの並びが一致するため、短距離で交差なく接続することが出来るようになる。
【０００５】
このように、光スイッチにおいて入力ポートと出力ポートを交互に配置するような構成については、例えば特許文献１に開示されている。しかしながら、本文献では漏話特性の劣化抑制を目的としており、ＰＩＬＯＳＳ（Path-Independent Insertion Loss）トポロジを採用しておらず、ＯＮにすべき単位光スイッチの数が多いため電力消費が多く、損失が経路に依存するという問題がある。
【０００６】
また、例えば特許文献２には、入出力を隣り合わせることで平面光導波路の交差数を減じ、光導波路交差損失を低減する技術が開示されている。しかしながら、トポロジはSwitch&Selectであり、ＯＮとすべきスイッチ数が多いため消費電力が多く、損失が経路に依存するという問題がある。
【０００７】
なお、例えば非特許文献１には、シャッフル配線に適用可能な技術が開示されている。具体的には、共にＳｉ光導波路が形成された２層のクロスポイントの光スイッチが開示されており、クロスポイントの層間接続は固定ではなく、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で光導波路を動かすことで可変にすることができるというものが開示されている。本文献開示の技術は、層間接続を可変にしている点が特徴となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１５－１４８６９７号公報
特開２０１６－１６１６０４号公報
特許第６５２１０７２号公報
特許第６７０８３３８号公報
【非特許文献】
【０００９】
A. Honardoost, J. Henriksson, K. Kwon, J. Luo, and M. C. Wu, “Low-Loss Wafer-Bonded Silicon Photonic MEMS Switches,” OFC 2022, paper M2D.8.
X. Xiaojun, et al.,"A review of Silicon-Based Integrated Optical Switches", Laser Photonics Rev. 2023, 17, 2200571
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のことから、本発明の目的は、一側面によれば、より低損失で、入力ポートと出力ポートが交互に隣り合うような光スイッチ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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