JP2002072260A - 光スイッチ素子及び波長ルータ - Google Patents

光スイッチ素子及び波長ルータ

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JP2002072260A JP2000263923A JP2000263923A JP2002072260A JP 2002072260 A JP2002072260 A JP 2002072260A JP 2000263923 A JP2000263923 A JP 2000263923A JP 2000263923 A JP2000263923 A JP 2000263923A JP 2002072260 A JP2002072260 A JP 2002072260A
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秀彰 岡山
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光スイッチ素子における過剰損失を低減す
る。 【解決手段】 この光スイッチ素子１１は、互いに交差
する第１及び第２光導波路１７ａ及び１７ｂと、交差部
１９近傍に円筒形の光導波部材２１と、光導波部材の屈
折率を制御するためのヒータ２３とを具え、第１入射ポ
ート１７ａｉに入射した信号光を、第１出射ポート１７
ａｏ或いは第２出射ポート１７ｂｏから選択的に出射す
る。この光スイッチ素子においては、第１出射ポートか
ら出射させる場合に光導波部材及びクラッドの屈折率が
実質的に同一となるように、光導波部材、光導波路及び
クラッドを形成してある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光スイッチ素
子、及び波長ルータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光スイッチは、マトリクス状に配
置された複数のスイッチ素子で構成され、複数の入射ポ
ートから入射させた信号光を所定の出射ポートから出射
させる機能を有し、光通信システムの実現に不可欠なモ
ジュールとして実用化されている。
【０００３】文献Ｉ（「ＳＥＬＦ−ＬＡＴＣＨＩＮＧ
ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＷＩＴＣＨ
ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＴＨＥＲＭＯ−ＣＡＰＩＬＬＡＲＩ
ＴＹ」 ＥＣＯＣ９７，２２−２５ １９９７，Ｃｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．４４
８，ＩＥＥ，１９９７ ｐｐ．７３−７６）は、このよ
うなスイッチ素子の一例を開示する。文献Ｉには、互い
に直交するバスライン導波路の交点に設けられた可動型
の反射ミラーを用い、これにより信号光を直進か若しく
は反射させて、入射光を異なる出射ポートから出射させ
る素子が開示されている。
【０００４】このような光スイッチ素子によれば、１つ
の入射ポートから入射させた信号光を、選択した出射ポ
ートから出射させることができる。従って、これら光ス
イッチ素子を複数個組み合わせて多段入出力の光スイッ
チを実現することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文献Ｉ
の光スイッチには次のような欠点があった。文献Ｉの光
スイッチは、各スイッチ素子が、入射光の光路を変化さ
せるための可動型反射ミラーを有しており、これに起因
して各スイッチ素子における損失が生じる。その結果、
多数のスイッチ素子で構成される光スイッチのトータル
の損失は非常に大きくなる。具体的には、各スイッチ素
子の１つのミラーにおいては、約２ｄＢもの損失が生じ
ていた。この理由の一つは、各スイッチ素子が非常に小
型であることが挙げられる。
【０００６】即ち、反射光とは、散乱対象の存在により
後方散乱した複数の光の重ね合わせで与えられるもので
ある。そのため、対象自体が波長と同程度に小さくなる
と充分な反射光を得ることが困難となるためである。
【０００７】よって、文献Ｉの光スイッチ素子では、光
路中に設けられたミラーにおける損失が大きいため、集
積化された多段入出力光スイッチを構成する場合、その
損失が累積されて、非常に大きな損失が生じてしまう。
各スイッチ素子での損失を低減できない限り、実用に耐
え得る程度に低損失な大規模光スイッチを実現すること
はできなかった。
【０００８】従って、個々の光スイッチ素子における過
剰損失を低減でき、これにより、実用化に耐え得る程度
に低損失な大規模光スイッチを構成し得る光スイッチ素
子の出現が望まれていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明の光ス
イッチ素子は、次のような構成を具える。即ち、この発
明の光スイッチ素子は、基板と、この基板上のクラッド
に囲まれてかつ互いに交差する複数の光導波路（コアに
相当する。）と、これら交差する交差部の近傍に設けら
れて各光導波路と光結合し得る光導波部材と、この光導
波部材に、その屈折率を制御するための状態変化を与え
る制御手段とを具えている。そして、光導波部材の屈折
率が、第１の状態にて光導波路の屈折率と実質的に同じ
か若しくはより高くなり、かつ、第２の状態にてクラッ
ドの屈折率と実質的に同一になるように、光導波部材、
各光導波路及びクラッドを形成してある。
【００１０】この構成によれば、光スイッチ素子の一つ
の光導波路の端面に相当するポートに入射した信号光
は、光導波部材が第２の状態にある場合にはそのまま当
該一つの光導波路の他端面に相当するポートから出射す
る。一方、光導波部材が第１の状態にある場合には、一
つの導波路の端面に入射した信号光は、光導波路と実質
的に同じか若しくはより高い屈折率となる光導波部材に
移行し、その後、光導波部材から別の光導波路へ移行す
る。よって、制御手段により光導波部材を第１及び第２
の状態に制御することにより、光スイッチ素子に入射し
た信号光の光路を変化させることができ、従って、光ス
イッチ素子としての動作を実現できる。
【００１１】特に、この光スイッチ素子は、第２の状態
において、光導波部材の屈折率をクラッドの屈折率と実
質的に同一にしているので、その状態において、一つの
光導波路から入射した信号光は、光導波部材の存在に関
わらず均一な屈折分布中を伝搬する。よって、第２の状
態における光スイッチ素子の損失を低減でき、その結
果、この光スイッチ素子を用いて大規模光スイッチを構
成した場合に、その損失を飛躍的に低減させることがで
きる。又、低損失な光スイッチ素子を用いているので、
従来よりも大規模な光スイッチを実現することができ
る。
【００１２】又、この光スイッチ素子の発明の実施に当
たり、例えば、制御手段によって、光導波部材の屈折率
を制御する際に、光導波路及びクラッドの状態をも変化
させる構成としてあり、このとき、好ましくは、光導波
路及びクラッドと、光導波部材とは、状態変化が与えら
れたときに、互いに逆となる屈折率変化特性を示す材料
で形成されているのが良い。
【００１３】このようにすれば、より僅かな状態変化に
よって所定の屈折率の変化を実現できるため、光導波部
材の状態変化を実現するための制御手段の構成を簡素化
及び小型化でき、従って、光スイッチ素子の小型化及び
低コスト化が図れる。
【００１４】尚、典型的に言うと、互いに逆となる屈折
率特性とは、制御手段により付与される状態変化の範囲
内において、各屈折率が、その状態変化に対して単調増
加或いは単調減少のうち互いに異なる一方の特性すなわ
ち逆向きに変化する特性を示すことを意味する。
【００１５】又、この光スイッチ素子の発明の実施に当
たり、光導波部材の上側に制御手段が設けられており、
この制御手段及び光導波部材間に、当該光導波部材より
も低屈折率な層が設けられているのが良い。
【００１６】このようにすれば、光導波部材における光
の閉じ込め効果を向上させることができるので、光導波
部材を伝搬する信号光が制御手段側に漏れるのを抑制で
き、従って、光スイッチ素子の過剰損失を更に低減させ
ることができる。その結果、更に、光スイッチ全体とし
ての損失の低減を期待することができる。
【００１７】又、この光スイッチ素子の発明の実施に当
たり、例えば、制御手段を物理的な状態変化をもたらす
手段とするのが良い。特に、この制御手段を加熱手段、
例えば、光導波部材を均一に加熱するために光導波部材
の上側に設けられたヒータとし、及び、前述した状態変
化として温度変化を与えるのが好適である。
【００１８】このようにすれば、熱光学効果を利用する
ことにより、僅かな温度変化を与えるだけで広範囲な屈
折率変化を実現できる。従って、制御手段の構造を簡略
化でき、ゆえに光スイッチ素子を容易に実施することが
できる。
【００１９】尚、以上説明した光スイッチ素子の光導波
部材をリング型共振器として動作させることにより、波
長選択性を有する波長ルータを提供することが出来る。
従って、この発明の波長ルータは、次の構成を有する。
【００２０】この波長ルータは、基板と、この基板上の
クラッドに囲まれてかつ互いに交差する複数の光導波路
（コアに相当する。）と、この交差する交差部の近傍に
設けられて各光導波路と光結合し得るリング型共振器
と、このリング型共振器にその屈折率を制御するための
状態変化を与える制御手段とを具え、リング型共振器の
屈折率が、第１の状態にてクラッドの屈折率よりも高く
なり、かつ、第２の状態にてクラッドの屈折率と実質的
に同一になるように、リング型共振器及びクラッドを形
成してある。
【００２１】この構成において、リング型共振器が第１
の状態にあるとする。その場合に、波長ルータの一つの
光導波路の端面に相当するポートに入射するとする。こ
の入射した波長多重光のうちリング型共振器の共振波長
に一致する特定波長の光は、当該リング型共振器に移行
した後、別の光導波路へ移行して当該別の光導波路の端
面に相当するポートから出射する。又、特定波長以外の
波長多重光は、当該一つの光導波路の他端面に相当する
ポートから出射する。一方、リング型共振器が第２の状
態にあるとする。その場合に、一つの光導波路の端面に
相当するポートに入射した波長多重光は、そのまま、当
該一つの光導波路の他端面に相当するポートから出射す
る。即ち、この波長ルータは、分波及び非分波について
切替可能な波長ルータとして機能する。
【００２２】特に、この波長ルータは、第２の状態にお
いて、リング型共振器の屈折率をクラッドの屈折率と実
質的に同一にしているので、その状態において一つの光
導波路から入射した信号光は、リング型共振器の存在に
関わらず、均一な屈折分布中を伝搬する。よって、第２
の状態における波長ルータの損失を低減でき、その結
果、例えば、多くの特定波長の光を分波／合流させる大
規模なアド／ドロップ回路を構成する場合に、その損失
を飛躍的に低減させることができる。又、低損失な波長
ルータを用いているので、例えば大規模なアド／ドロッ
プ回路を容易に実現することができる。
【００２３】又、この発明の実施に当たり、好ましく
は、リング型共振器の屈折率は、第３の状態にてクラッ
ドの屈折率よりも高くなり、かつ、第１の状態における
リング型共振器の屈折率とは異なる値をとるのが良い。
【００２４】このようにすれば、リング型共振器の屈折
率を第１及び第３の状態にて互いに異なる値に制御する
ことができるため、リング型共振器の共振波長が可変と
なり、従って、分波する波長（特定波長）が可変である
波長ルータを実現することができる。
【００２５】又、この発明の実施に当たり、好ましく
は、制御手段は、リング型共振器の屈折率を制御する際
に、クラッドについても状態を変化させる構成であり、
このとき、クラッドと、リング型共振器とは、状態変化
が与えられたときに、互いに逆となる屈折率変化特性す
なわち逆向きに変化する特性を示す材料で形成されてい
るのが良い。
【００２６】このようにすれば、より僅かな状態変化に
よって所定の屈折率の変化を実現できるため、リング型
共振器の状態変化を実現するための制御手段の構成を簡
素化及び小型化でき、従って、波長ルータの小型化及び
低コスト化が図れる。
【００２７】又、この波長ルータの発明の実施に当た
り、リング型共振器の上側に制御手段が設けられてお
り、この制御手段及びリング型共振器間に、当該リング
型共振器よりも低屈折率な層が設けられているのが良
い。
【００２８】このようにすれば、リング型共振器におけ
る光の閉じ込め効果を向上させることができるので、リ
ング型共振器を伝搬する特定波長光が制御手段側に漏れ
るのを抑制でき、従って、波長ルータの過剰損失を更に
低減させることができる。その結果、更に、例えばアド
／ドロップ回路としての損失の低減を期待することがで
きる。
【００２９】又、この波長ルータの発明の実施に当た
り、例えば、制御手段を、物理的な状態変化をもたらす
手段とするのが良い。特に、この制御手段を加熱手段、
例えば、リング型共振器を均一に加熱するためにリング
型共振器の上側に設けられたヒータとし、及び、前述し
た状態変化として温度変化を与えるのが好適である。
【００３０】このようにすれば、熱光学効果を利用する
ことにより、僅かな温度変化を与えるだけで広範囲な屈
折率変化を実現できる。従って、制御手段の構造を簡略
化でき、ゆえに波長ルータを容易に実施することができ
る。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
光スイッチ素子の実施の形態、及びこの発明の波長ルー
タの実施の形態につき説明する。なお、この説明に用い
る各図は、これら発明を理解できる程度に各構成成分の
形状、大きさおよび配置関係を概略的に示してあるに過
ぎない。また、各図において同様な構成成分について
は、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略
することがある。尚、以下に示す使用材料や数値条件は
この発明の概念のうちの一形態を示すに過ぎず、この発
明をこれらに限定するものではない。
【００３２】（第１の実施の形態）図１は、第１の実施
の形態の光スイッチ素子の構造を概略的に示す斜視図で
ある。又、図２及び図３は、それぞれ第１の実施の形態
の光スイッチ素子の正面図及び側面図である。但し、図
２及び図３は、それぞれ図１中の矢印α及びβの方向か
ら見た図である。尚、図１〜図３では、図を見易くする
ため基板及びクラッドを透明なものとして破線で示して
ある。先ず、図１〜図３を参照して光スイッチ素子の構
成につき説明する。
【００３３】図１の光スイッチ素子１１は、基板１３
と、基板１３上のクラッド１５に囲まれて互いに交差す
る第１及び第２光導波路１７ａ及び１７ｂと、これら２
本の光導波路１７ａ及び１７ｂが交差する交差部１９の
近傍に設けられて各光導波路１７ａ及び１７ｂと光結合
し得る光導波部材２１と、光導波部材２１の屈折率を制
御するべく当該光導波部材２１の温度を変化させる制御
手段としてのヒータ２３とを具える。尚、この構成例で
は、直線状の第１及び第２光導波路１７ａ及び１７ｂは
直交させている。
【００３４】特に、この光スイッチ素子１１は、光導波
部材２１の屈折率が、変化され得る温度のうち、第１の
温度にて各光導波路１７ａ及び１７ｂ（コアに相当する
部分を意味する。）の屈折率と実質的に同じか若しくは
より高くなり、かつ、第２の温度にてクラッド１５の屈
折率と実質的に同一になるように構成してある。勿論、
第１及び第２の温度のいずれの温度においても、各光導
波路１７ａ及び１７ｂの屈折率はクラッド１５の屈折率
よりも高いとする。
【００３５】この光スイッチ素子１１では、各光導波路
１７ａ及び１７ｂと、光導波部材２１との間で信号光を
結合させることを目的として、第１の温度にて光導波部
材２１の屈折率を、各光導波路１７ａ及び１７ｂの屈折
率と実質的に同じか若しくは高くしている。換言する
と、光導波部材２１の屈折率は、第１の温度にて当該光
導波部材２１と、各光導波路１７ａ及び１７ｂとの間で
光結合によるパワー移行が生じる程度の屈折率となる。
但し、この実施の形態では、第１の温度にて光導波部材
２１の屈折率を、各光導波路１７ａ及び１７ｂの屈折率
よりも高くなるように設定する。
【００３６】又、ここでは、制御手段としてヒータ２３
を用いることにより、当該光導波部材２１の温度パラメ
ータを変化させる熱光学効果（ＴＯ効果）を利用して光
導波部材２１の屈折率を制御する形態につき説明する。
しかし、この発明はこれに限定されることなく、物理的
な状態変化を生じて屈折率を制御できる他の効果、例え
ば、電気光学効果（ＥＯ効果）等を利用してもよい。
【００３７】図１の例においては、この光スイッチ素子
１１の第１及び第２光導波路１７ａ及び１７ｂは、基板
１３及びクラッド１５に埋め込まれた埋込型導波路とし
て構成される。
【００３８】光スイッチ素子１１は、信号光を入射させ
る第１入射ポート１７ａｉ及び第２入射ポート１７ｂｉ
と、信号光をそれぞれ出射させる第１出射ポート１７ａ
ｏ及び第２出射ポート１７ｂｏとを有する。第１入射ポ
ート１７ａｉ及び第１出射ポート１７ａｏは、それぞれ
第１光導波路１７ａの両端面に形成され、第２入射ポー
ト１７ｂｉ及び第２出射ポート１７ｂｏは、第２光導波
路１７ｂの両端面に形成される。尚、図中の第２入射ポ
ート１７ｂｉは、光をそのまま第２出射ポート１７ｂｏ
へ透過させるスルーポートである。
【００３９】図１〜図３に示すように、この実施の形態
における光導波部材２１は、特に、２本の光導波路１７
ａ及び１７ｂの表面を含む平面に対して平行な面（円形
の底面）を有する、円筒形の構造体である。
【００４０】図１〜図３に示されるように、光導波部材
２１は、各光導波路１７ａ及び１７ｂと光結合し得る位
置、特に図２の平面パターンで示されるように、光導波
部材２１の外周の接線を２本の光導波路１７ａ及び１７
ｂの中心線に略一致させるような位置に設けられる。
又、図３に示されるように光導波部材２１の底面は、各
光導波路１７ａ及び１７ｂの上面に対して、高さ方向の
位置を互いに略一致させている。
【００４１】図１〜図３に示す光導波部材２１は、クラ
ッド１５中に設けられていて、クラッド１５を介して第
１及び第２光導波路１７ａ及び１７ｂに近接しており、
各光導波路１７ａ及び１７ｂと光結合し得るよう配置さ
れている。例えば、実際の光結合に寄与する光結合領域
は、第１光導波路１７ａ及び光導波部材２１が最近接す
る第１光結合領域２５ａと、第２光導波路１７ｂ及び光
導波部材２１が最近接する第２光結合領域２５ｂとで構
成される。この場合、第１及び第２光結合領域２５ａ及
び２５ｂは、互いに同一の結合長Ｌ／２を有し、二つの
光結合領域２５ａ及び２５ｂの両方で結合長がＬになる
とする。この結合長を、当該光スイッチ素子１１に入射
する信号光に対する完全結合長の偶数倍に一致させれ
ば、第１光導波路１７ａを伝搬する信号光を第２光導波
路１７ｂへ移行させることができる。
【００４２】ヒータ２３は、この円筒形の光導波部材２
１を均一に加熱するべく、その上面に設けられた環状の
電熱線で構成される。ヒータ２３は、図示せずもその電
熱線の両端を定電圧電源に接続される。実施の形態にお
いては、ヒータ２３は、ＯＮ／ＯＦＦの二値に制御さ
れ、光導波部材２１の温度を室温か若しくはこれよりも
高温な所定温度のいずれかに遷移させ、これを維持する
動作を行う。
【００４３】尚、図１〜図３に示すように、第１の実施
の形態では、光導波部材２１及び環状のヒータ２３の間
には、低屈折率層２７が設けられている。互いに異なる
二つの光導波路１７ａ及び１７ｂの間で効率よく信号光
のパワー移行を行わせるには、第１光導波路１７ａから
光導波部材２１へパワー移行した信号光が光導波部材２
１の上側に設けられたヒータ２３にまで光が達しないこ
とが好ましい。例えば、このような目的で、光導波部材
２１の上面には低屈折率層２７が設けられる。このよう
にすれば、光導波部材２１における損失を低減でき、従
って、当該低屈折率層２７を設けない場合に比べて光ス
イッチ素子１１での光損失を低減させることができる。
【００４４】図１〜図３に示すように、光導波部材２１
と、これに近接する各光導波路１７ａ及び１７ｂとの間
には熱伝導が生じる。即ち、この実施の形態におけるヒ
ータ２３は、光導波部材２１の屈折率を制御する際に、
光導波路１７ａ及び１７ｂ並びにクラッド１５について
も温度を変化させる構成である。そして、光導波路１７
ａ及び１７ｂ並びにクラッド１５と、光導波部材２１と
は、温度変化が与えられたときに、互いに逆となる屈折
率変化特性を示す材料で形成されている。
【００４５】このような互いに逆向きに変化する屈折率
変化特性を示す材料としては、例えば、有機材料と、石
英を含む材料との組合せを用いることができる。有機材
料は、単調減少を示す特性を有するものが多い。一方、
石英を含む材料は、添加材料にも依存するが、単調増加
を示す特性を容易に実現することができる点で好まし
い。尚、石英を含む材料は、添加材料によって単調増加
或いは単調減少のいずれの特性をも実現できる。
【００４６】具体的に言うと、有機材料の光学ポリマと
しては、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）
があり、石英を含む材料としてはＳｉＯ2（二酸化珪
素）がある。勿論、形成条件にも依存するが、屈折率の
温度係数は、おおよそ、ＰＭＭＡで∂ｎ／∂Ｔ＝−１０
ー4（Ｋ）、ＳｉＯ2で∂ｎ／∂Ｔ＝７×１０ー6（Ｋ）で
ある。
【００４７】第１の実施の形態では、例えば、各光導波
路１７ａ及び１７ｂ並びにクラッド１５をＰＭＭＡで形
成し、光導波部材２１をＳｉＯ2で形成する。
【００４８】ここでは、例えば、この光導波部材２１の
屈折率がクラッド１５の屈折率と一致する第２の温度
は、容易に温度設定できる点に鑑みて、特に、室温を選
択する。一方、光導波部材２１の屈折率が光導波路１７
ａ及び１７ｂの屈折率と実質的に同じか若しくはより高
くなる第１の温度としては、第２の温度より高温である
温度（所定温度と称する。）を設定する。
【００４９】図４は、第１の実施の形態の光導波路及び
クラッドの温度−屈折率変化特性と、光導波部材の温度
−屈折率変化特性とを示す概念図である。
【００５０】図４に示すように、温度を上昇させるに従
って、クラッド１５並びに各光導波路１７ａ及び１７ｂ
の屈折率は減少する。即ち、クラッド１５の屈折率ｎS
並びに各光導波路１７ａ及び１７ｂの屈折率ｎCは温度
の上昇変化に対して単調に減少する。一方、光導波部材
２１の屈折率ｎTは、その温度上昇に従って増加する。
これらの特性は、温度パラメータに対して正又は負の傾
きを有し、温度にほぼ線形に比例する。
【００５１】図４からも理解できるように、各光導波路
１７ａ及び１７ｂ、クラッド１５並びに光導波部材２１
の各屈折率変化特性の三つが１点で交わらない限り、光
導波部材２１の屈折率ｎTは、クラッド１５と、各光導
波路１７ａ及び１７ｂとの二つの屈折率ｎS、ｎCに対し
て、異なる温度で交わる。
【００５２】図４では、クラッド１５並びに各光導波路
１７ａ及び１７ｂの屈折率ｎS、ｎCは単調減少する。室
温Ｔ2における各光導波路１７ａ及び１７ｂの屈折率ｎ
C2は、温度の上昇（即ち、Ｔ2→Ｔ1の変化）と共に減少
し、所定温度Ｔ1における各光導波路１７ａ及び１７ｂ
の屈折率ｎC1（ｎC1＜ｎC2）に変化する。室温Ｔ2にお
けるクラッド１５の屈折率ｎS2は、温度の上昇（即ち、
Ｔ2→Ｔ1の変化）と共に減少し、所定温度Ｔ1における
クラッド１５の屈折率ｎS1（ｎS1＜ｎS2）に変化する。
【００５３】これに対して、光導波部材２１の屈折率ｎ
Tは単調増加する。即ち、室温Ｔ2における光導波部材２
１の屈折率ｎT2は、温度の上昇（即ち、Ｔ2→Ｔ1の変
化）と共に増加し、所定温度Ｔ1における光導波部材２
１の屈折率ｎT1（ｎT1＞ｎT2）に変化する。
【００５４】即ち、図４に示すように、室温（Ｔ2：第
２の温度）においては、光導波部材２１の屈折率ｎ
T2は、クラッド１５の屈折率ｎS2に等しく（ｎS2＝
ｎT2）なる。所定温度Ｔ1においては、光導波部材２１
の屈折率ｎT1は、光導波路１７ａ及び１７ｂの屈折率ｎ
C1よりも高く（ｎT1＞ｎC1）なる。
【００５５】図４に示すように、各光導波路１７ａ及び
１７ｂ並びにクラッド１５を同様の屈折率変化特性を示
す材料及び形成条件で形成することは、温度に依存しな
い屈折率差（ｎC−ｎS）を設定できる点で、好ましい。
【００５６】例えば、前述した温度係数を有するＰＭＭ
Ａ及びＳｉＯ2を用いた場合、図４に示されるように、
各温度における各光導波路１７ａ及び１７ｂ並びにクラ
ッド１５の屈折率差｜ｎC1,C2−ｎS1,S2｜がほぼ一定で
ある。例えば約５×１０-3程度の屈折率差があるとする
と、室温及び所定温度間の温度差を約５０℃変化させれ
ば、両者の屈折率は同程度となり、又、それ以上変化さ
せれば逆転することが分かる。このような材料で形成す
る場合、例えば、光導波部材２１の半径を約１ｍｍより
大きくすると、損失を低減できる。
【００５７】一般に、有機材料には温度耐性が低く、例
えば温度変化範囲が最大１００℃程度の範囲となる。し
かしながら、上述したように有機材料とは逆の屈折率特
性を有する材料を用いることにより、温度変化範囲は小
さくても良く、従って、光スイッチ素子１１の設計上、
有機材料の温度耐性を考慮する必要がなくなる。
【００５８】ここで、図１〜図３を参照して、第１の実
施の形態の光スイッチ素子１１の動作につき説明する。
この光スイッチ素子１１は、ヒータ２３に通電させる電
流をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、光導波部材２
１、各光導波路１７ａ及び１７ｂ、並びにクラッド１５
の温度を二値に変化させる。これらは、ヒータ２３に通
電させない場合に室温となり、一方、ヒータ２３に通電
させた場合に所定温度となる。
【００５９】図４に示すように、例えばヒータ２３に通
電しない場合、言い換えれば第２の温度Ｔ2、即ち室温
において、光導波部材２１及びクラッド１５の屈折率ｎ
T2及びｎS2は一致する。この場合、光スイッチ素子１１
の第１入射ポート１７ａｉに入射した信号光は、第２光
導波路１７ｂや光導波部材２１の存在に実質的に影響さ
れることなく、第１光導波路１７ａを伝搬し、第１出射
ポート１７ａｏから出射する。
【００６０】又、ヒータ２３に通電した場合、言い換え
れば第１の温度Ｔ1、即ち所定温度において、光導波部
材２１の屈折率ｎT1は、少なくとも交差部１９付近で、
クラッド１５並びに各光導波路１７ａ及び１７ｂの各屈
折率ｎS1及びｎC1よりも高くなる。この場合、光スイッ
チ素子１１の第１入射ポート１７ａｉに入射した信号光
は、交差部１９近傍において、第１光導波路１７ａや第
２光導波路１７ｂよりも屈折率が高い光導波部材２１に
移行し、その後、更に光導波部材２１から第２光導波路
１７ｂに移行する。従って、この場合、信号光は、第２
出射ポート１７ｂｏから出射する。
【００６１】以上のように、図１に示す第１の実施の形
態の光スイッチ素子１１によれば、第１入射ポート１７
ａｉに入射した信号光を、第１出射ポート１７ａｏ或い
は第２出射ポート１７ｂｏのいずれか一方から選択的に
出射させることができる。即ち、１入力２出力型の光ス
イッチ素子を実現することができる。
【００６２】尚、スルーポートである第２入射ポート１
７ｂｉは、ヒータ２３の制御状態によらず、第２出射ポ
ート１７ｂｏへ信号光を通過させる。
【００６３】以上説明したように、第１の実施の形態の
光スイッチ素子１１によれば、所定温度（第１の温度）
にて、光導波部材２１の屈折率を各光導波路１７ａ及び
１７ｂ並びにクラッド１５の屈折率よりも高くし、一
方、室温（第２の温度）にて、光導波部材２１の屈折率
をクラッド１５の屈折率と実質的に同一にする。このた
め、室温にて、第１光導波路１７ａを伝搬する信号光
は、光導波部材２１の存在に関わらず均一な屈折率分布
中を伝搬する。よって、信号光が直進するように光路が
選択されている場合に、光スイッチ素子１１の光損失を
低減でき、その結果、この光スイッチ素子１１を用いて
大規模光スイッチを構成した場合に、その損失を飛躍的
に低減させることができる。又、この光スイッチ素子
は、低損失であるので、従来よりも大規模な光スイッチ
を実現することができる。
【００６４】この第１の実施の形態では、特に、制御手
段としてのヒータ２３によるＴＯ効果を利用して光導波
部材２１等の屈折率を制御するので、僅かな温度変化を
与えるだけで広範囲な屈折率変化を実現できる。従っ
て、制御手段の構造を簡略化でき、ゆえに光スイッチ素
子１１を容易に実施することができる。
【００６５】特に、ここでは、光導波部材２１を有機材
料（ＰＭＭＡ）で形成すると共に、各光導波路１７ａ及
び１７ｂ並びにクラッド１５を石英系材料（ＳｉＯ2）
で形成している。この光スイッチ素子は、このような互
いに逆となる屈折率変化特性を有する材料を組み合わせ
て形成して用いるので、より僅かな温度変化によって、
スイッチングを行うための屈折率変化を実現できる。こ
のため、この光スイッチ素子のヒータ２３の構成を簡素
化及び小型化でき、従って、光スイッチ素子２１の小型
化及び低コスト化が図れる。
【００６６】尚、光導波部材２１、各光導波路１７ａ及
び１７ｂ並びにクラッド１５は、上述した材料以外の任
意の材料で形成することができ、例えば、それぞれ添加
材料を互いに異ならせた石英系材料で形成する場合があ
ってよい。この場合にも、各光導波路１７ａ及び１７ｂ
並びにクラッド１５と、光導波部材２１との間で互いに
逆となる屈折率変化特性を実現することができる。
【００６７】又、第１の実施の形態では、上述したよう
に、第１及び第２光導波路１７ａ及び１７ｂを互いに直
交させて配置してある。よって、一方の導波路から他方
の導波路への漏れを少なくでき、従って、光スイッチ素
子における損失の低減が図れる。しかも、素子を小型化
できる点で好ましい。
【００６８】ここでは、２本の光導波路１７ａ及び１７
ｂを用いた例を説明したが、３以上の複数本の光導波路
を用いて３以上の多値の温度変化を行う光スイッチ素子
を構成することもできる。
【００６９】尚、第１の実施の形態で説明した光導波部
材２１は円筒形の構造であったが、この光スイッチ素子
の発明の実施に当たっては、この形状に限られず、各導
波路間の光の受渡が可能な任意の形状の光導波部材を用
いることができる。又、この実施の形態では光導波部材
２１を各光導波路１７ａ及び１７ｂの上側に設けたが、
光導波部材２１と、各光導波路１７ａ及び１７ｂとを互
いに側面同士を隣接させて配置しても良い。
【００７０】（第２の実施の形態）図５は、第２の実施
の形態の波長ルータの構造を概略的に示す斜視図であ
る。又、図６及び図７は、それぞれ第２の実施の形態の
波長ルータの正面図及び側面図である。但し、図６及び
図７は、それぞれ図５中の矢印α及びβの方向から見た
図である。尚、図５〜図７では、図を見易くするため基
板及びクラッドを透明なものとして破線で示してある。
先ず、図５〜図７を参照して波長ルータの構成につき説
明する。図５〜図７は、それぞれ図１〜図３に対応して
おり、光導波部材をリング型共振器に置換した点以外は
ほぼ同様な構成成分を有する。
【００７１】図５に示すように、この波長ルータ５１
は、基板５３と、基板５３上のクラッド５５に囲まれて
互いに交差、例えば直交する第１及び第２光導波路５７
ａ及び５７ｂと、これら２本の光導波路５７ａ及び５７
ｂが交差する交差部５９の近傍に設けられて各光導波路
５７ａ及び５７ｂと光結合し得るリング型共振器６１
と、リング型共振器６１の屈折率を制御するべく当該リ
ング型共振器６１の温度を変化させる制御手段としての
ヒータ６３とを具える。この場合にも、第１及び第２光
導波路５７ａ及び５７ｂを直線導波路としている。
【００７２】特に、この波長ルータ５１は、リング型共
振器６１の屈折率が、変化され得る温度のうち、第１の
温度にてクラッド５５の屈折率よりも高くなり、かつ、
第２の温度にてクラッド５５の屈折率と実質的に同一に
なるように構成してある。ここでは、リング型共振器６
１と、各光導波路５７ａ及び５７ｂとの間の光結合を実
現すればよいので、第１の実施の形態の光スイッチ素子
の場合とは異なり、各光導波路５７ａ及び５７ｂと、リ
ング型共振器６１との間の屈折率の大小関係は特に考慮
する必要がない。
【００７３】又、ここでは、制御手段としてヒータ６３
を用いることにより、当該リング型共振器６１の温度パ
ラメータを変化させるＴＯ効果を利用してリング型共振
器６１の屈折率を制御する形態につき説明するが、この
発明はこれに限定されることなく、第１の実施の形態で
説明したと同様に、物理的な状態変化を生じて、例え
ば、屈折率を制御できる他の効果、即ちＥＯ効果等を利
用してもよい。
【００７４】図５の例においては、この波長ルータ５１
の第１及び第２光導波路５７ａ及び５７ｂは、基板５３
及びクラッド５５に覆われた埋込型導波路として構成さ
れる。
【００７５】波長ルータ５１は、波長多重化された信号
光（波長多重光と称する。）を入射させる第１入射ポー
ト５７ａｉと、分波状態において特定波長以外の波長多
重光を出射させる第１出射ポート５７ａｏと、分波状態
において波長多重光のうち特定波長光のみを出射させる
第２出射ポート５７ｂｏとを有する。第１入射ポート５
７ａｉ及び第１出射ポート５７ａｏは、それぞれ第１光
導波路１７ａの両端面に形成され、第２入射ポート５７
ｂｉ及び第２出射ポート５７ｂｏは、第２光導波路５７
ｂの両端面に形成される。尚、図中の第２入射ポート５
７ｂｉは、光をそのまま第２出射ポート５７ｂｏへ透過
させるスルーポートである。
【００７６】図５〜図７に示すように、この実施の形態
におけるリング型共振器６１は、特に、２本の光導波路
５７ａ及び５７ｂの表面を含む平面に対して平行な面
（円形の底面）を有する、円筒形の構造体である。
【００７７】図５〜図７に示されるように、リング型共
振器６１は、各光導波路５７ａ及び５７ｂと光結合し得
る位置、特に図６の平面パターンで示されるように、リ
ング型共振器６１の外周の接線を２本の光導波路５７ａ
及び５７ｂの中心線に略一致させるような位置に設けら
れる。又、図７に示すように、リング型共振器６１の底
面は、各光導波路５７ａ及び５７ｂの上面に対して、高
さ方向の位置を互いに略一致させている。
【００７８】図５〜図７に示すリング型共振器６１は、
クラッド５５中に設けられていて、クラッド５５を介し
て第１及び第２光導波路５７ａ及び５７ｂに近接してお
り、各光導波路５７ａ及び５７ｂと光結合し得るよう配
置されている。ここでは、実際の光結合に寄与する光結
合領域は、第１光導波路５７ａ及びリング型共振器６１
が最近接する第１光結合領域６５ａと、第２光導波路５
７ｂ及びリング型共振器６１が最近接する第２光結合領
域６５ｂとで構成される。この場合、第１及び第２光結
合領域６５ａ及び６５ｂは、互いに同一の結合長Ｌ／２
を有し、第１及び第２光結合領域６５ａ及び６５ｂの両
方で結合長がＬになるとする。この結合長を完全結合長
の偶数倍に一致させれば、第１光導波路５７ａを伝搬す
る波長多重光のうち特定波長光のみを第２光導波路５７
ｂへ移行させることができる。
【００７９】このように、ここでは、第１の実施の形態
にて説明した光導波部材を用いる代わりに、リング型共
振器６１を用いている。周知の如く、リング型共振器６
１は、波長多重光のうち当該リング型共振器６１の共振
波長に一致する特定波長光のみを伝搬させ得る。従っ
て、第１の実施の形態とは異なり、特定波長の光のみが
第１光導波路５７ａからリング型共振器６１に移行し、
その後、第２光導波路５７ｂに移行する。
【００８０】このようなリング型共振器６１の機能によ
り、この波長ルータ５１は、第１の実施の形態につき説
明したような光スイッチ素子として動作しない。この波
長ルータ５１は、分波及び非分波について切替可能であ
り、そして分波状態においては特定波長光及びそれ以外
の波長多重光を互いに異なるポートから出射させる波長
ルータとして動作させることができる。
【００８１】第２の実施の形態の波長ルータ５１では、
以下に示すように、ヒータ６３によりリング型共振器６
１を第１の温度や第２の温度又はそれ以外の温度に制御
することにより、共振波長を変化させることができ、従
って、この波長ルータ５１は、選択波長可変型の波長ル
ータとして動作させることができる。
【００８２】ヒータ６３は、このリング型共振器６１を
均一に加熱するべく、その上面に設けられた環状の電熱
線で構成される。ヒータ６３は、図示せずもその電熱線
の両端を定電圧電源に接続される。実施の形態において
は、ヒータ６３は、ＯＮ／ＯＦＦの二値に制御され、リ
ング型共振器６１の温度を室温か若しくはこれよりも高
温な所定温度に遷移させ、これを維持する動作を行う。
【００８３】尚、図５〜図７に示すように、この第２の
実施の形態では、リング型共振器６１及び環状のヒータ
６３の間には、低屈折率層６７が設けられている。互い
に異なる二つの光導波路５７ａ及び５７ｂの間で効率よ
く特定波長光のパワー移行を行わせるには、第１光導波
路５７ａからリング型共振器６１へパワー移行した特定
波長光がリング型共振器６１の上側に設けられたヒータ
６３にまで光が達しないことが好ましい。例えば、この
ような目的で、リング型共振器６１の上面には低屈折率
層６７が設けられる。このようにすれば、リング型共振
器６１における損失を低減でき、従って、当該低屈折率
層６７を設けない場合に比べて、波長ルータ５１の光損
失を低減させることができる。
【００８４】図５〜図７に示すように、リング型共振器
６１と、これに近接する各光導波路５７ａ及び５７ｂと
の間には熱伝導が生じる。即ち、この実施の形態におけ
るヒータ６３は、リング型共振器６１の屈折率を制御す
る際に、光導波路５７ａ及び５７ｂ並びにクラッド５５
についても温度を変化させる構成である。そして、光導
波路５７ａ及び５７ｂ並びにクラッド５５と、リング型
共振器６１とは、温度変化が与えられたときに、互いに
逆となる屈折率変化特性を示す材料で形成されている。
【００８５】このような互いに逆向きに変化する屈折率
変化特性を示す材料としては、例えば、有機材料と、石
英を含む材料との組合せを用いることができる。有機材
料は、単調減少を示す特性を有するものが多い。一方、
石英を含む材料は、添加材料にも依存するが、単調増加
を示す特性を容易に実現することができる点で好まし
い。
【００８６】第２の実施の形態では、例えば、第１の実
施の形態と同様に、各光導波路５７ａ及び５７ｂ並びに
クラッド５５をＰＭＭＡで形成し、光導波部材６１をＳ
ｉＯ 2で形成する。
【００８７】ここでは、例えば、このリング型共振器６
１の屈折率がクラッド５５の屈折率と一致する第２の温
度は、容易に温度設定できる点に鑑みて、特に、室温を
選択する。一方、リング型共振器６１の屈折率がクラッ
ド５５の各屈折率よりも高くなる第１の温度としては、
より高温である温度（所定温度という。）を設定する。
【００８８】図８は、第２の実施の形態の光導波路及び
クラッドの温度−屈折率変化特性と、リング型共振器の
温度−屈折率変化特性とを示す概念図である。
【００８９】図８に示すように、温度を上昇させるに従
って、クラッド５５並びに各光導波路５７ａ及び５７ｂ
の屈折率は減少する。即ち、クラッド５５の屈折率ｎS
並びに各光導波路５７ａ及び５７ｂの屈折率ｎCは温度
の上昇変化に対して単調減少する。一方、リング型共振
器６１の屈折率ｎRは、その温度上昇に従って増加す
る。これらの特性は、温度パラメータに対して正又は負
の傾きを有し、温度にほぼ線形に比例する。
【００９０】図８からも理解できるように、各光導波路
５７ａ及び５７ｂ、クラッド５５並びにリング型共振器
６１の各屈折率変化特性の三つが１点で交わらない限
り、リング型共振器６１の屈折率ｎRは、クラッド５５
と、各光導波路５７ａ及び５７ｂとの二つの屈折率
ｎS、ｎCに対して、異なる温度で交わる。
【００９１】図８では、クラッド５５並びに各光導波路
５７ａ及び５７ｂの屈折率ｎS、ｎCは単調減少する。室
温Ｔ2における各光導波路５７ａ及び５７ｂの屈折率ｎ
C2は、温度の上昇（即ち、Ｔ2→Ｔ1の変化）と共に減少
し、所定温度Ｔ1における各光導波路５７ａ及び５７ｂ
の屈折率ｎC1（ｎC1＜ｎC2）に変化する。室温Ｔ2にお
けるクラッド５５の屈折率ｎS2は、温度の上昇（即ち、
Ｔ2→Ｔ1の変化）と共に減少し、所定温度Ｔ1における
クラッド５５の屈折率ｎS1（ｎS1＜ｎS2）に変化する。
【００９２】これに対して、リング型共振器６１の屈折
率ｎRは単調増加する。即ち、室温Ｔ2におけるリング型
共振器６１の屈折率ｎR2は、温度の上昇（即ち、Ｔ2→
Ｔ1の変化）と共に増加し、所定温度Ｔ1におけるリング
型共振器６１の屈折率ｎR1（ｎR1＞ｎR2）に変化する。
【００９３】即ち、図８に示すように、室温（Ｔ2：第
２の温度）においては、リング型共振器６１の屈折率ｎ
R2は、クラッド５５の屈折率ｎS2に等しく（ｎR2＝
ｎS2）なる。所定温度Ｔ1においては、リング型共振器
６１の屈折率ｎR1は、クラッド５５の屈折率よりも高
く、かつ、各光導波路５７ａ及び５７ｂの屈折率ｎC1と
同程度（ｎR1≒ｎC1＞ｎS1）となる。
【００９４】図８に示すように、各光導波路５７ａ及び
５７ｂ並びにクラッド５５を同様の屈折率変化特性を示
す材料及び形成条件で形成することは、温度に依存しな
い屈折率差（ｎC−ｎS）を設定できる点で、好ましい。
【００９５】例えば、前述した温度係数を有するＰＭＭ
Ａ及びＳｉＯ2を用いた場合、図８に示されるように、
各温度における各光導波路５７ａ及び５７ｂ並びにクラ
ッド５５の屈折率差｜ｎC1,C2−ｎS1,S2｜がほぼ一定で
あり、例えば約５×１０-3程度の屈折率差があるとする
と、室温及び所定温度間の温度差を約５０℃変化させれ
ば、両者の屈折率は同程度になることが分かる。このよ
うな材料で形成する場合、例えば、リング型共振器６１
の半径を約１ｍｍより大きくすると、光損失を低減する
ことができる。
【００９６】一般に、有機材料には温度耐性が低く、例
えば温度変化範囲が最大１００℃程度の範囲となる。し
かしながら、上述したように有機材料とは逆の屈折率特
性を有する材料を用いることにより、温度変化範囲は小
さくても良く、従って、波長ルータ５１の設計上、有機
材料の温度耐性を考慮する必要がなくなる。
【００９７】ここで、図５〜図７を参照して、第２の実
施の形態の波長ルータ５１の動作につき説明する。この
波長ルータ５１は、ヒータ６３に通電させる電流をＯＮ
／ＯＦＦ制御することにより、リング型共振器６１、各
光導波路５７ａ及び５７ｂ、並びにクラッド５５の温度
を二値に変化させる。これらは、ヒータ６３に通電させ
ない場合に室温となり、一方、ヒータ６３に通電させた
場合に所定温度となる。
【００９８】図８に示すように、例えばヒータ６３に通
電しない場合、言い換えれば第２の温度Ｔ2、即ち室温
において、リング型共振器６１及びクラッド５５の屈折
率ｎR 2及びｎS2は一致する。この場合、波長ルータ５１
は非分波状態となるため、波長ルータ５１の第１入射ポ
ート５７ａｉに入射した波長多重光は、第２光導波路５
７ｂやリング型共振器６１の存在に実質的に影響される
ことなく、第１光導波路５７ａを伝搬し、第１出射ポー
ト５７ａｏから出射する。
【００９９】又、ヒータ６３に通電した場合、言い換え
れば第１の温度Ｔ1、即ち所定温度において、リング型
共振器６１の屈折率ｎR1は、少なくとも交差部５９付近
で、クラッド５５の屈折率ｎS1よりも高くなり、各光導
波路５７ａ及び５７ｂの屈折率ｎC1と同程度になる。こ
の場合、波長ルータ５１は分波状態となるため、波長ル
ータ５１の第１入射ポート５７ａｉに入射した波長多重
光のうち特定波長光は、交差部５９近傍において、リン
グ型共振器６１に移行し、その後、更にリング型共振器
６１から第２光導波路５７ｂに移行する。従って、この
場合、特定波長光は、第２出射ポート５７ｂｏから出射
する。
【０１００】以上のように、図５に示す第２の実施の形
態の波長ルータ５１によれば、分波状態及び非分波状態
の切替が可能であり、分波状態においては、第１入射ポ
ート５７ａｉに入射した波長多重光のうち、特定波長光
を第２出射ポート５７ｂｏから出射させ、特定波長以外
の波長多重光を第１出射ポート５７ａｏから出射させる
ことができる。
【０１０１】例えば、第１及び第２の温度Ｔ1及びＴ2と
は異なる第３の温度Ｔ3になるように、リング型共振器
６１の温度制御を行うことにより、分波する特定波長を
自在に変化させることができる。但し、この第３の温度
Ｔ3とは、図８に示すように、リング型共振器６１の屈
折率ｎR3が、クラッド５５の屈折率ｎS3よりも高くな
り、かつ、第１の温度（所定温度）Ｔ1におけるリング
型共振器６１の屈折率ｎR 1とは異なる値となる温度であ
る。このようにすれば、二つの分波状態が実現される。
即ち、リング型共振器６１の屈折率を第１及び第３の温
度にて互いに異なる値に制御することができるため、リ
ング型共振器６１の共振波長が可変となり、従って、分
波する波長が可変である波長ルータを実現することがで
きる。尚、ｎC3は、この第３の温度Ｔ3における第１及
び第２光導波路の屈折率である（ｎC 3＞ｎR3＞ｎS3）。
【０１０２】尚、スルーポートである第２入射ポート５
７ｂｉは、ヒータ６３の制御状態によらず、第２出射ポ
ート５７ｂｏへ信号光（波長多重光）を通過させる。
【０１０３】以上説明したように、第２の実施の形態の
波長ルータ５１によれば、所定温度（第１の温度）に
て、リング型共振器６１の屈折率をクラッド５５の屈折
率よりも高くして各光導波路５７ａ及び５７ｂの屈折率
と同程度にする一方、室温（第２の温度）にて、リング
型共振器６１の屈折率をクラッド５５の屈折率と実質的
に同一にする。このため、室温にて、第１光導波路５７
ａを伝搬する波長多重光は、リング型共振器６１の存在
に関わらず均一な屈折率分布中を伝搬する。よって、波
長多重光が直進するように光路が選択されている場合
に、波長ルータ５１の損失を低減でき、その結果、例え
ば、多くの特定波長の光を分波／合流させる大規模なア
ド／ドロップ回路を構成する場合に、その損失を飛躍的
に低減させることができる。又、低損失であるので、例
えば大規模なアド／ドロップ回路を容易に実現すること
ができる。
【０１０４】この第２の実施の形態では、特に、制御手
段としてのヒータ６３によるＴＯ効果を利用してリング
型共振器６１等の屈折率を制御するので、僅かな温度変
化を与えるだけで広範囲な屈折率変化を実現できる。従
って、制御手段の構造を簡略化でき、ゆえに波長ルータ
５１を容易に実施することができる。
【０１０５】特に、ここでは、リング型共振器６１を有
機材料（ＰＭＭＡ）で形成すると共に、各光導波路５７
ａ及び５７ｂ並びにクラッド５５を石英系材料（ＳｉＯ
2）で形成している。この波長ルータは、このような互
いに逆となる屈折率変化特性を有する材料を組み合わせ
て形成しているので、より僅かな温度変化によって、分
波／非分波の切替や波長選択を行うための屈折率変化を
実現できる。このため、この波長ルータは、ヒータ６３
の構成を簡素化及び小型化でき、従って、波長ルータ５
１の小型化及び低コスト化が図れる。
【０１０６】尚、リング型共振器６１、各光導波路５７
ａ及び５７ｂ並びにクラッド５５は、上述した材料以外
の任意の材料で形成することができ、例えば、それぞれ
添加材料を互いに異ならせた石英系材料で形成する場合
があってよい。この場合にも、各光導波路５７ａ及び５
７ｂ並びにクラッド５５と、リング型共振器６１との間
で互いに逆となる屈折率変化特性を実現することができ
る。
【０１０７】又、第２の実施の形態では、上述したよう
に、第１及び第２光導波路５７ａ及び５７ｂを互いに直
交させて配置してある。よって、一方の導波路から他方
の導波路への漏れを少なくでき、従って、波長ルータ５
１における損失の低減が図れる。しかも、波長ルータを
小型化できる点で好ましい。
【０１０８】ここでは、２本の光導波路５７ａ及び５７
ｂを用いた例を説明したが、３以上の複数本の光導波路
を用いて３以上の多値の温度変化を行う波長ルータを構
成することもできる。このようにした場合には、分波す
る波長が可変である波長ルータが実現される。
【０１０９】又、第２の実施の形態ではリング型共振器
６１を各光導波路５７ａ及び５７ｂの上側に設けたが、
リング型共振器６１と、各光導波路５７ａ及び５７ｂと
を互いに側面同士を隣接させて配置しても良い。
【０１１０】（シミュレーション結果）ここで、上述し
た光スイッチ素子及び波長ルータに関するＦＤＴＤ（Ｆ
ｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍ
ａｉｎ）法及びＢＰＭ法（Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔ
ｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）によるシミュレーション結果を
説明する。尚、以下のシミュレーションにおいては、主
に光スイッチ素子に信号光を入射した様子を説明する
が、これは波長ルータに特定波長光のみを入射した場合
にほぼ準ずる。
【０１１１】＜ＦＤＴＤ法＞図９は、ＦＤＴＤ法による
シミュレーション結果の説明に供する図である。図９
（Ａ）は、光スイッチ素子における円筒形の光導波部材
と、直交する２本の直線導波路とに関して平面パターン
でのレイアウト（但し、ヒータ等の制御手段は省略して
ある。）を示す。又、図９（Ｂ）は、この光スイッチ素
子の第１の状態における光路（第１直線導波路から第２
直線導波路へ移行する場合の光路）を示す。又、図９
（Ｃ）は、この光スイッチ素子の第２の状態における光
路（第１直線導波路をそのまま伝搬する場合の光路）を
示す。各図において、黒く塗った領域が光路に相当す
る。
【０１１２】ＦＤＴＤ法ではマクスウェル方程式におい
て時間及び空間を複数の格子状に分割して計算するが、
計算を簡略化する目的でその領域を狭くしてある。即
ち、ここでは、 ２本の直線導波路９１ａ及び９１ｂの幅 ：１μｍ ２本の直線導波路９１ａ及び９１ｂの交差角度：９０度 円筒形光導波部材９３の直径 ：６μｍ 直線導波路９１ａ及び９１ｂの屈折率 ：３ 円筒形光導波部材９３の屈折率 ：３ クラッド９５の屈折率 ：１ のように極端な値のパラメータを設定した。
【０１１３】図９（Ｂ）に示すように、第１の状態にお
いては信号光の光路（図中の太線）は、円筒形光導波部
材９３に最近接する第１直線導波路９１ａの部分９７ａ
近傍で、第１直線導波路９１ａから円筒形光導波部材９
３に移行する経路となる。その後、円筒形光導波部材９
３に移行した信号光は、円筒形光導波部材９３から円筒
形光導波部材９３に最近接する第２直線導波路９１ｂの
部分９７ｂ近傍で第２直線導波路９１ｂに移行する経路
に沿って伝搬する。
【０１１４】一方、図９（Ｃ）に示すように、第２の状
態においては信号光の光路（図中の太線）は、第１直線
導波路９１ａをそのまま伝搬する経路をとる。
【０１１５】このシミュレーション結果に示すように、
この光スイッチ素子によれば、円筒形光導波部材９３を
介して、直交する２本の直線導波路９１ａ及び９１ｂ間
において信号光の移行が可能であることが理解できる。
【０１１６】＜ＢＰＭ法＞図１０は、ＢＰＭ法に基づい
て計算した、光スイッチ素子の第１の状態における光路
（第１直線導波路から第２直線導波路に移行する場合の
光路）のシミュレーション結果を示す図である。尚、図
１０中の破線は、光導波部材及び２本の直線導波路の平
面パタンを示しており、太矢印が信号光の入射及び出射
方向を示している。又、図１１は、ＢＰＭ法に基づいて
計算した、円筒形光導波部材及びクラッド間の屈折率差
ｄｄを変化させたときの、第２の状態における光スイッ
チ素子の伝搬損失を示す図である。
【０１１７】ＢＰＭ法では直線導波路の交差角度が９０
度程度に大きくなると、厳密に計算できなくなるので、
両者の交差角度を比較的小さくしてある。即ち、ここで
は、 ２本の直線導波路１０１ａ及び１０１ｂの幅：６μｍ ２本の直線導波路１０１ａ及び１０１ｂの交差角度：６
０度 円筒形光導波部材１０３の直径：２００μｍ 直線導波路１０１ａ及び１０１ｂとクラッド１０５との
屈折率差：０．０１ のようにパラメータを設定した。
【０１１８】図１０に示すように、第１の状態における
信号光の光路（図中の光波分布）は、第１及び第２直線
導波路１０１ａ及び１０１ｂと、円筒形光導波部材１０
３との間にモード結合が生じるため、その光波波形のピ
ークが、円筒形光導波部材１０３に最近接する第１直線
導波路１０１ａの部分１０７ａの近傍で、第１直線導波
路１０１ａ側から光導波部材１０３側となるように移行
する。
【０１１９】図１０からも理解できるように、交差角度
が６０度程度であっても、充分な強度の信号光を第１直
線導波路１０１ａから第２直線導波路１０１ｂへ移行さ
せることができる。
【０１２０】図１１に示すように、第２の状態における
伝搬損失は、円筒形光導波部材１０３及びクラッド１０
５間の屈折率差ｄｄが０．００２から０．００７の間で
単調増加している。即ち、例えばｄｄが０付近におい
て、第１直線導波路１０１ａを伝搬する信号光は、光導
波部材１０３との屈折率差に起因する散乱を受けること
なくそのまま伝搬するので、伝搬損失は小さくなってお
り、例えば、ｄｄ＝０．００２のときに伝搬損失Ｌは約
０．０１ｄＢ程度になる。又、例えばｄｄが０．０１
（＝直線導波路及びクラッド間の屈折率差）付近で、第
１直線導波路１０１ａを伝搬する信号光のうち光導波部
材１０３に移行する信号光の割合が増えるため、相対的
に第１直線導波路１０１ａをそのまま伝搬する信号光の
強度は小さくなり、例えば、ｄｄ＝０．００７のときに
伝搬損失が約６ｄＢ程度になる。
【０１２１】図１１に示すように、ｄｄ＜０．００３の
範囲では、特に第１の状態における伝搬損失を効果的に
低減できると考えられる。
【０１２２】上述したシミュレーション結果から理解で
きるように、本願の光スイッチ素子によれば、伝搬損失
の低減が可能である。例えば、６４×６４の光スイッチ
素子を１５ｃｍ2内に収納でき、しかも光スイッチ素子
全体としてのロスを１０ｄＢ以内にすることが可能とな
る。
【０１２３】
【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
光スイッチ素子の発明によれば、第２の状態において、
光導波部材の屈折率をクラッドの屈折率と実質的に同一
にしているので、その状態において、一つの光導波路か
ら入射した信号光は、光導波部材の存在に関わらず均一
な屈折分布中を伝搬する。よって、第２の状態における
光スイッチ素子の損失を低減でき、その結果、この光ス
イッチ素子を用いて大規模光スイッチ素子を構成した場
合に、その損失を飛躍的に低減させることができる。
又、低損失な光スイッチ素子を用いているので、従来よ
りも大規模な光スイッチ素子を実現することができる。
【０１２４】又、この波長ルータの発明によれば、第２
の状態において、リング型共振器の屈折率をクラッドの
屈折率と実質的に同一にしているので、その状態におい
て一つの光導波路から入射した信号光はリング型共振器
の存在に関わらず、均一な屈折分布中を伝搬する。よっ
て、第２の状態における波長ルータの損失を低減でき、
その結果、例えば、多くの特定波長の光を分波／合流さ
せる大規模なアド／ドロップ回路を構成する場合に、そ
の損失を飛躍的に低減させることができる。又、低損失
な波長ルータを用いているので、例えば大規模なアド／
ドロップ回路を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の光スイッチ素子の構造を概
略的に示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の光スイッチ素子の正面図で
ある。
【図３】第１の実施の形態の光スイッチ素子の側面図で
ある。
【図４】第１の実施の形態の光導波路及びクラッドの温
度−屈折率変化特性と、光導波部材の温度−屈折率変化
特性とを示す概念図である。
【図５】第２の実施の形態の波長ルータの構造を概略的
に示す斜視図である。
【図６】第２の実施の形態の波長ルータの正面図であ
る。
【図７】第２の実施の形態の波長ルータの側面図であ
る。
【図８】第２の実施の形態の光導波路及びクラッドの温
度−屈折率変化特性と、リング型共振器の温度−屈折率
変化特性とを示す概念図である。
【図９】ＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果の説明
に供する図である。
【図１０】ＢＰＭ法に基づく、光スイッチ素子の第１の
状態における光路のシミュレーション結果を示す図であ
る。
【図１１】ＢＰＭ法により計算した、円筒形光導波部材
及びクラッド間の屈折率差ｄｄに対する光スイッチ素子
の第２の状態における伝搬損失を示す図である。
【符号の説明】
１１：光スイッチ素子 １３、５３：基板 １５、５５：クラッド １７ａ、５７ａ：第１光導波路 １７ｂ、５７ｂ：第２光導波路 １９、５９：交差部 ２１：光導波部材 ２３、６３：ヒータ ２７、６７：低屈折率層 ５１：波長ルータ ６１：リング型共振器

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と、該基板上のクラッドに囲まれて
    かつ互いに交差する複数の光導波路と、該交差する交差
    部の近傍に設けられて各前記光導波路と光結合し得る光
    導波部材と、該光導波部材に、その屈折率を制御するた
    めの状態変化を与える制御手段とを具え、 前記光導波部材の屈折率が、第１の前記状態にて前記光
    導波路の屈折率と実質的に同じか若しくはより高くな
    り、かつ、第２の前記状態にて前記クラッドの屈折率と
    実質的に同一となるように、該光導波部材、各前記光導
    波路及び前記クラッドを形成してあることを特徴とする
    光スイッチ素子。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の光スイッチ素子におい
    て、 前記制御手段による前記状態変化は、前記光導波路及び
    前記クラッドについても与えられる構成となっており、
    及び、 前記光導波路及び前記クラッドと、前記光導波部材と
    は、前記状態変化が与えられたときに、互いに逆となる
    屈折率変化特性を示す材料で形成されていることを特徴
    とする光スイッチ素子。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の光スイッチ素子におい
    て、 前記光導波路及び前記クラッドを有機材料で形成し、及
    び、前記光導波部材を石英を含む材料で形成してあるこ
    とを特徴とする光スイッチ素子。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３に記載の光スイッチ素子に
    おいて、 前記光導波部材の上側に前記制御手段が設けられてお
    り、該光導波部材及び該制御手段間に、当該光導波部材
    よりも低屈折率な層が設けられていることを特徴とする
    光スイッチ素子。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光
    スイッチ素子において、 前記制御手段を、前記光導波部材を均一に加熱するため
    に前記光導波部材の上側に設けられたヒータとし、及
    び、前記状態変化として温度変化を与えることを特徴と
    する光スイッチ素子。
  6. 【請求項６】 基板と、該基板上のクラッドに囲まれて
    かつ互いに交差する複数の光導波路と、該交差する交差
    部の近傍に設けられて各前記光導波路と光結合し得るリ
    ング型共振器と、該リング型共振器にその屈折率を制御
    するための状態変化を与える制御手段とを具え、 前記リング型共振器の屈折率が、第１の前記状態にて前
    記クラッドの屈折率よりも高くなり、かつ、第２の前記
    状態にて前記クラッドの屈折率と実質的に同一となるよ
    うに、該リング型共振器及び前記クラッドを形成してあ
    ることを特徴とする波長ルータ。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の波長ルータにおいて、 前記リング型共振器の屈折率は、第３の前記状態にて前
    記クラッドの屈折率よりも高くなり、かつ、前記第１の
    前記状態における前記リング型共振器の屈折率とは異な
    る値をとることを特徴とする波長ルータ。
  8. 【請求項８】 請求項６に記載の波長ルータにおいて、 前記制御手段により前記状態変化は、前記クラッドにつ
    いても与える構成となっており、及び、 前記クラッドと、前記リング型共振器とは、前記状態変
    化が与えられたときに、互いに逆特性となる屈折率変化
    特性を示す材料で形成されていることを特徴とする波長
    ルータ。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の波長ルータにおいて、 前記クラッドを有機材料で形成し、及び、前記リング型
    共振器を石英を含む材料で形成してあることを特徴とす
    る波長ルータ。
  10. 【請求項１０】 請求項６〜９に記載の波長ルータにお
    いて、 前記リング型共振器の上側に前記制御手段が設けられて
    おり、該リング型共振器及び該制御手段間に、当該リン
    グ型共振器よりも低屈折率な層が設けられていることを
    特徴とする波長ルータ。
  11. 【請求項１１】 請求項６〜１０のいずれか一項に記載
    の波長ルータにおいて、 前記制御手段を、前記リング型共振器を均一に加熱する
    ために前記リング型共振器の上側に設けられたヒータと
    し、及び、前記状態変化として温度変化を与えることを
    特徴とする波長ルータ。
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