JP2003098559A - 光偏向素子及び光スイッチ - Google Patents
光偏向素子及び光スイッチInfo
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- G02F1/05—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 ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect with ferro-electric properties
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 駆動電圧を切った後も駆動電圧印加時の偏向
状態を維持しうる光偏向素子並びにこのような光偏向素
子を有する光スイッチを提供する。 【解決手段】 電気光学効果を有する誘電体材料よりな
る光導波路１２と、光導波路１２を挟むように設けられ
た一対の電極１０，１４とを有し、一対の電極１０，１
４間に電界を印加して誘電体材料の屈折率を変化するこ
とにより光導波路１２内を伝搬する信号光の進行方向を
制御する光偏向素子において、誘電体材料は、初期状態
において第１の屈折率を有し、第１の極性の電界を印加
することにより屈折率が変化して第２の屈折率となり、
電界を取り除いた後の屈折率が第３の屈折率として保持
され、第３の屈折率を有する誘電体材料は、第１の極性
とは異なる第２の極性の電界を印加することにより屈折
率が変化し、電界を取り除いた後の屈折率が第１の屈折
率となる。
状態を維持しうる光偏向素子並びにこのような光偏向素
子を有する光スイッチを提供する。 【解決手段】 電気光学効果を有する誘電体材料よりな
る光導波路１２と、光導波路１２を挟むように設けられ
た一対の電極１０，１４とを有し、一対の電極１０，１
４間に電界を印加して誘電体材料の屈折率を変化するこ
とにより光導波路１２内を伝搬する信号光の進行方向を
制御する光偏向素子において、誘電体材料は、初期状態
において第１の屈折率を有し、第１の極性の電界を印加
することにより屈折率が変化して第２の屈折率となり、
電界を取り除いた後の屈折率が第３の屈折率として保持
され、第３の屈折率を有する誘電体材料は、第１の極性
とは異なる第２の極性の電界を印加することにより屈折
率が変化し、電界を取り除いた後の屈折率が第１の屈折
率となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光偏向素子及び光
スイッチに係り、特に、駆動電圧を切った後も駆動電圧
印加時の偏向状態を維持しうる光偏向素子並びにこのよ
うな光偏向素子を有する光スイッチに関する。
スイッチに係り、特に、駆動電圧を切った後も駆動電圧
印加時の偏向状態を維持しうる光偏向素子並びにこのよ
うな光偏向素子を有する光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】光は高速なデータ送信が可能なことか
ら、基幹通信システムのような長距離電送では光通信が
主体となっている。近年、光通信の伝送帯域は増加の一
途をたどり、波長多重化（ＷＤＭ：Wavelength Divisio
n Multiplex）技術の進展と相俟って高速且つ大容量化
が進んでいる。光通信システムにおいてＷＤＭネットワ
ークを１対１の接続から複数地点間への接続に広げるた
めには、光信号の伝達先を切り換えるための光偏向素子
が必要である。
ら、基幹通信システムのような長距離電送では光通信が
主体となっている。近年、光通信の伝送帯域は増加の一
途をたどり、波長多重化（ＷＤＭ：Wavelength Divisio
n Multiplex）技術の進展と相俟って高速且つ大容量化
が進んでいる。光通信システムにおいてＷＤＭネットワ
ークを１対１の接続から複数地点間への接続に広げるた
めには、光信号の伝達先を切り換えるための光偏向素子
が必要である。
【０００３】従来の光偏向素子としては、機械式のマイ
クロミラーを用いたものが知られている。また、より高
集積、高速、低損失を実現するために、強誘電体の電気
光学効果による屈折率の変化を利用した光偏向素子も開
発されている。ＷＤＭネットワークを構築するうえでは
後者の光偏向素子がきわめて有望である。なお、電気光
学効果とは、電界の印加により物質の屈折率が変化する
現象をいう。
クロミラーを用いたものが知られている。また、より高
集積、高速、低損失を実現するために、強誘電体の電気
光学効果による屈折率の変化を利用した光偏向素子も開
発されている。ＷＤＭネットワークを構築するうえでは
後者の光偏向素子がきわめて有望である。なお、電気光
学効果とは、電界の印加により物質の屈折率が変化する
現象をいう。
【０００４】強誘電体の電気光学効果による屈折率の変
化を利用した光偏向素子は、例えば、Q.Chen等により或
いは特開平９−５７９７号公報において提案されてい
る。
化を利用した光偏向素子は、例えば、Q.Chen等により或
いは特開平９−５７９７号公報において提案されてい
る。
【０００５】Q.Chen等により提案されている光偏向素子
は、単結晶ＬｉＮｂＯ3ウェーハにＴｉ拡散型導波路や
プロトン交換型光導波路を形成したプリズム型ドメイン
反転光偏向素子及びプリズム型電極光偏向素子である
（例えば、Q.Chen et al., J.Lightwave Tech. Vol.12
(1994) 1401を参照）。しかしながら、これら光偏向素
子ではＬｉＮｂＯ3ウェーハの厚さである０．５ｍｍ程
度の電極間隔が必要となるため、駆動電圧が非常に高
く、±６００Ｖの駆動電圧を印加した場合でもわずか
０．５度程度の偏向角度しか得ることができなかった。
は、単結晶ＬｉＮｂＯ3ウェーハにＴｉ拡散型導波路や
プロトン交換型光導波路を形成したプリズム型ドメイン
反転光偏向素子及びプリズム型電極光偏向素子である
（例えば、Q.Chen et al., J.Lightwave Tech. Vol.12
(1994) 1401を参照）。しかしながら、これら光偏向素
子ではＬｉＮｂＯ3ウェーハの厚さである０．５ｍｍ程
度の電極間隔が必要となるため、駆動電圧が非常に高
く、±６００Ｖの駆動電圧を印加した場合でもわずか
０．５度程度の偏向角度しか得ることができなかった。
【０００６】一方、特開平９−５７９７号公報に記載の
光偏向素子は、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3導電性単結晶基
板の（１００）面上に、エピタキシャルＰＬＺＴ膜から
なる厚さ６００ｎｍの薄膜光導波路が形成されたもので
ある。特開平９−５７９７号公報に記載の光偏向素子で
は、駆動電圧を−１２Ｖ〜＋１２Ｖの範囲で掃引するこ
とにより、１０．８度の偏向角度を達成している。
光偏向素子は、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3導電性単結晶基
板の（１００）面上に、エピタキシャルＰＬＺＴ膜から
なる厚さ６００ｎｍの薄膜光導波路が形成されたもので
ある。特開平９−５７９７号公報に記載の光偏向素子で
は、駆動電圧を−１２Ｖ〜＋１２Ｖの範囲で掃引するこ
とにより、１０．８度の偏向角度を達成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＬｉＮ
ｂＯ3やＰＬＺＴ等によって光導波路を構成する上記従
来の光偏向素子では、印加電圧に比例した量だけ光導波
路の屈折率が変化するため、光の偏向状態を維持するた
めには電圧を印加し続ける必要があった。また、駆動電
圧印加時の偏向状態は記憶できないため、停電などで一
度電源の供給が停止してしまった場合には、再度、各偏
向素子の偏向状態を設定する必要があった。
ｂＯ3やＰＬＺＴ等によって光導波路を構成する上記従
来の光偏向素子では、印加電圧に比例した量だけ光導波
路の屈折率が変化するため、光の偏向状態を維持するた
めには電圧を印加し続ける必要があった。また、駆動電
圧印加時の偏向状態は記憶できないため、停電などで一
度電源の供給が停止してしまった場合には、再度、各偏
向素子の偏向状態を設定する必要があった。
【０００８】本発明の目的は、駆動電圧を切った後も駆
動電圧印加時の偏向状態を維持しうる光偏向素子並びに
このような光偏向素子を有する光スイッチを提供するこ
とにある。
動電圧印加時の偏向状態を維持しうる光偏向素子並びに
このような光偏向素子を有する光スイッチを提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、電気光学効
果を有する誘電体材料よりなる光導波路と、前記光導波
路を挟むように設けられた対向する電極とを有し、前記
対向する電極間に電界を印加して前記誘電体材料の屈折
率を変化することにより、前記光導波路内を伝搬する信
号光の進行方向を制御する光偏向素子であって、前記誘
電体材料は、初期状態において第１の屈折率を有し、第
１の極性の電界を印加することにより屈折率が変化して
第２の屈折率となり、前記電界を取り除いた後の屈折率
が第３の屈折率として保持され、前記第３の屈折率を有
する前記誘電体材料は、前記第１の極性とは異なる第２
の極性の電界を印加することにより屈折率が変化し、前
記電界を取り除いた後の屈折率が前記第１の屈折率とな
ることを特徴とする光偏向素子によって達成される。
果を有する誘電体材料よりなる光導波路と、前記光導波
路を挟むように設けられた対向する電極とを有し、前記
対向する電極間に電界を印加して前記誘電体材料の屈折
率を変化することにより、前記光導波路内を伝搬する信
号光の進行方向を制御する光偏向素子であって、前記誘
電体材料は、初期状態において第１の屈折率を有し、第
１の極性の電界を印加することにより屈折率が変化して
第２の屈折率となり、前記電界を取り除いた後の屈折率
が第３の屈折率として保持され、前記第３の屈折率を有
する前記誘電体材料は、前記第１の極性とは異なる第２
の極性の電界を印加することにより屈折率が変化し、前
記電界を取り除いた後の屈折率が前記第１の屈折率とな
ることを特徴とする光偏向素子によって達成される。
【００１０】また、上記目的は、電気光学効果を有する
誘電体材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むよ
うに設けられた対向する電極とを有し、前記対向する電
極間に電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化す
ることにより、前記光導波路内を伝搬する信号光の進行
方向を制御する光偏向素子であって、初期状態において
第１の偏向角度を有し、第１の極性の電界を印加するこ
とにより第２の偏向角度となり、前記電界を取り除いた
後の偏向角度が第３の偏向角度として保持され、前記第
３の偏向角度を有する状態で前記第１の極性とは異なる
第２の極性の電界を印加することにより偏向角度が変化
し、前記電界を取り除いた後の偏向角度が前記第１の偏
向角度となることを特徴とする光偏向素子によっても達
成される。
誘電体材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むよ
うに設けられた対向する電極とを有し、前記対向する電
極間に電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化す
ることにより、前記光導波路内を伝搬する信号光の進行
方向を制御する光偏向素子であって、初期状態において
第１の偏向角度を有し、第１の極性の電界を印加するこ
とにより第２の偏向角度となり、前記電界を取り除いた
後の偏向角度が第３の偏向角度として保持され、前記第
３の偏向角度を有する状態で前記第１の極性とは異なる
第２の極性の電界を印加することにより偏向角度が変化
し、前記電界を取り除いた後の偏向角度が前記第１の偏
向角度となることを特徴とする光偏向素子によっても達
成される。
【００１１】また、上記目的は、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ
1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜
ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であ
り、Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタル、バリウム若し
くはストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の元素
を示す）よりなるスラブ導波路と、前記スラブ導波路に
光学的に結合され、前記スラブ導波路に信号光を入力す
る入力側導波路と、前記スラブ導波路を挟むように設け
られた対向する電極を有し、前記スラブ導波路に電界を
印加して屈折率を変化することにより前記スラブ導波路
内を伝搬する前記信号光の進行方向を制御する光偏向素
子と、前記スラブ導波路に光学的に結合され、前記スラ
ブ導波路から信号光を出力する複数の出力側導波路とを
少なくとも有し、前記入力側導波路から入力された信号
光を任意の前記出力側導波路に出力することを特徴とす
る光スイッチによっても達成される。
1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜
ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であ
り、Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタル、バリウム若し
くはストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の元素
を示す）よりなるスラブ導波路と、前記スラブ導波路に
光学的に結合され、前記スラブ導波路に信号光を入力す
る入力側導波路と、前記スラブ導波路を挟むように設け
られた対向する電極を有し、前記スラブ導波路に電界を
印加して屈折率を変化することにより前記スラブ導波路
内を伝搬する前記信号光の進行方向を制御する光偏向素
子と、前記スラブ導波路に光学的に結合され、前記スラ
ブ導波路から信号光を出力する複数の出力側導波路とを
少なくとも有し、前記入力側導波路から入力された信号
光を任意の前記出力側導波路に出力することを特徴とす
る光スイッチによっても達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】［第１実施形態］本発明の第１実
施形態による光偏向素子について図１乃至図３を用いて
説明する。
施形態による光偏向素子について図１乃至図３を用いて
説明する。
【００１３】図１は本実施形態による光偏向素子の構造
を示す平面図及び概略断面図、図２は本実施形態による
光偏向素子及び従来の光偏向素子における屈折率変化特
性を示すグラフ、図３は本実施形態による光偏向素子の
製造方法を示す工程断面図である。
を示す平面図及び概略断面図、図２は本実施形態による
光偏向素子及び従来の光偏向素子における屈折率変化特
性を示すグラフ、図３は本実施形態による光偏向素子の
製造方法を示す工程断面図である。
【００１４】はじめに、本実施形態による光偏向素子の
構造について図１を用いて説明する。なお、図１（ａ）
は本実施形態による光偏向素子の構造を示す平面図、図
１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ′線断面に沿った概略断
面図である。
構造について図１を用いて説明する。なお、図１（ａ）
は本実施形態による光偏向素子の構造を示す平面図、図
１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ′線断面に沿った概略断
面図である。
【００１５】ＮｂドープＳｒＴｉＯ3よりなる基板１０
上には、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3
膜（以下、ＰＭＺＴＳ膜ともいう）よりなるスラブ導波
路１２が形成されている。スラブ導波路１２上には、Ｉ
ＴＯよりなる三角形形状の電極１４が形成されている。
基板１０と電極１４との間には電源１６が接続されてお
り、電極１４が形成された領域のスラブ導波路１２に所
定の駆動電圧を印加できるようになっている。
上には、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3
膜（以下、ＰＭＺＴＳ膜ともいう）よりなるスラブ導波
路１２が形成されている。スラブ導波路１２上には、Ｉ
ＴＯよりなる三角形形状の電極１４が形成されている。
基板１０と電極１４との間には電源１６が接続されてお
り、電極１４が形成された領域のスラブ導波路１２に所
定の駆動電圧を印加できるようになっている。
【００１６】このように、本実施形態による光偏向素子
は、スラブ導波路１２が、ＰＭＺＴＳ膜によって構成さ
れていることに主たる特徴がある。以下、ＰＭＺＴＳ膜
の物性について、従来の光偏向素子のスラブ導波路１２
に用いられている材料の物性との比較を交えて説明す
る。
は、スラブ導波路１２が、ＰＭＺＴＳ膜によって構成さ
れていることに主たる特徴がある。以下、ＰＭＺＴＳ膜
の物性について、従来の光偏向素子のスラブ導波路１２
に用いられている材料の物性との比較を交えて説明す
る。
【００１７】従来の光偏向素子では、光導波路としてＢ
ａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、Ｐｂ1-xＬａx（ＺｒvＴ
ｉ1-v）1-x/4Ｏ3などの電気光学効果を有する強誘電体
薄膜が用いられていた。これら強誘電体膜は、図２
（ａ）に示すような屈折率変化特性を有している。すな
わち、これら強誘電体膜は、初期状態で自発歪みを有し
ており、印加電圧が０Ｖの状態でも所定の屈折率変化量
を有している。印加電圧を０Ｖから徐々に増加すると、
印加電圧の変化量に比例して屈折率も徐々に増加する。
この後、印加電圧を徐々に減少すると、印加電圧の変化
量に比例して屈折率変化量も徐々に減少する。印加電圧
を０Ｖに戻すと、屈折率変化量は初期状態の値に戻る。
強誘電体膜に逆方向の電界を印加した場合も、同様の変
化を示す。
ａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、Ｐｂ1-xＬａx（ＺｒvＴ
ｉ1-v）1-x/4Ｏ3などの電気光学効果を有する強誘電体
薄膜が用いられていた。これら強誘電体膜は、図２
（ａ）に示すような屈折率変化特性を有している。すな
わち、これら強誘電体膜は、初期状態で自発歪みを有し
ており、印加電圧が０Ｖの状態でも所定の屈折率変化量
を有している。印加電圧を０Ｖから徐々に増加すると、
印加電圧の変化量に比例して屈折率も徐々に増加する。
この後、印加電圧を徐々に減少すると、印加電圧の変化
量に比例して屈折率変化量も徐々に減少する。印加電圧
を０Ｖに戻すと、屈折率変化量は初期状態の値に戻る。
強誘電体膜に逆方向の電界を印加した場合も、同様の変
化を示す。
【００１８】一方、本実施形態による光偏向素子では、
光導波路としてＰＭＺＴＳ膜よりなる強誘電体膜を用い
る。本実施形態による光偏向素子に用いるＰＭＺＴＳ膜
は、図２（ｂ）に示すような屈折率変化特性を有してい
る。ＰＭＺＴＳ膜は、組成比を適宜制御することによ
り、初期状態では自発分極を持たない反強誘電体とな
る。この場合、印加電圧を０Ｖから徐々に増加すると、
ＰＭＺＴＳ膜は強誘電体となり、初期状態と比較して屈
折率が変化する。しかしながら、この後に印加電圧を徐
々に減少しても屈折率の値は電圧増加時と同じ道筋はた
どらず、電圧を０Ｖに戻しても反強誘電体に戻ることは
ない。この結果、印加電圧が０Ｖにおいても、所定の屈
折率変化量が残存することとなる。このように記憶され
た屈折率変化量は、ＰＭＺＴＳ膜に小さな逆バイアスを
印加することにより、初期状態に戻すことができる。す
なわち、結晶が逆方向に歪まない程度の逆バイアスを印
加することにより、屈折率は初期状態の屈折率に戻る。
この後、印加電圧を０Ｖに戻しても、屈折率は初期状態
の屈折率のまま維持される。なお、ＰＭＺＴＳに逆方向
の電界を印加した場合も、同様の変化を示す。
光導波路としてＰＭＺＴＳ膜よりなる強誘電体膜を用い
る。本実施形態による光偏向素子に用いるＰＭＺＴＳ膜
は、図２（ｂ）に示すような屈折率変化特性を有してい
る。ＰＭＺＴＳ膜は、組成比を適宜制御することによ
り、初期状態では自発分極を持たない反強誘電体とな
る。この場合、印加電圧を０Ｖから徐々に増加すると、
ＰＭＺＴＳ膜は強誘電体となり、初期状態と比較して屈
折率が変化する。しかしながら、この後に印加電圧を徐
々に減少しても屈折率の値は電圧増加時と同じ道筋はた
どらず、電圧を０Ｖに戻しても反強誘電体に戻ることは
ない。この結果、印加電圧が０Ｖにおいても、所定の屈
折率変化量が残存することとなる。このように記憶され
た屈折率変化量は、ＰＭＺＴＳ膜に小さな逆バイアスを
印加することにより、初期状態に戻すことができる。す
なわち、結晶が逆方向に歪まない程度の逆バイアスを印
加することにより、屈折率は初期状態の屈折率に戻る。
この後、印加電圧を０Ｖに戻しても、屈折率は初期状態
の屈折率のまま維持される。なお、ＰＭＺＴＳに逆方向
の電界を印加した場合も、同様の変化を示す。
【００１９】本実施形態による光偏向素子として好適な
ＰＭＺＴＳ膜は、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎ
y）zＯ3膜として、組成ｗ，ｘ，ｙ，ｚが、それぞれ、
０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、
０．８≦ｚ≦１．２であり、Ｍが、ランタン（Ｌａ）、
ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、バリウム（Ｂａ）
又はストロンチウム（Ｓｒ）のいずれか１種又は２種以
上の元素により構成されるものである。係る組成及び元
素を適用することにより、上述の屈折率変化特性を有す
るＰＭＺＴＳ膜を得ることができる。
ＰＭＺＴＳ膜は、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎ
y）zＯ3膜として、組成ｗ，ｘ，ｙ，ｚが、それぞれ、
０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、
０．８≦ｚ≦１．２であり、Ｍが、ランタン（Ｌａ）、
ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、バリウム（Ｂａ）
又はストロンチウム（Ｓｒ）のいずれか１種又は２種以
上の元素により構成されるものである。係る組成及び元
素を適用することにより、上述の屈折率変化特性を有す
るＰＭＺＴＳ膜を得ることができる。
【００２０】このようなＰＭＺＴＳ膜によりスラブ導波
路１２を構成することにより、電極１４下部のＰＭＺＴ
Ｓ膜の屈折率を、電極１４に印加する駆動電圧によって
適宜変化することができる。したがって、電極１４下の
スラブ導波路１２を通る信号光を、電極１４下部のＰＭ
ＺＴＳ膜によるプリズム効果により、この領域の屈折率
変化量に応じた偏向量によって偏向することができる。
また、電極１４下のＰＭＺＴＳ膜の屈折率は、印加電圧
を切ってもほとんど変化しないため、たとえ停電などに
よって電圧印加が途絶えても直前の偏向状態のまま維持
することができる。換言すれば、電極１４に駆動電圧を
常に印加しておく必要はなく、偏向状態を維持した状態
で電源の供給を停止することもできるので、消費電力を
低減することが可能である。
路１２を構成することにより、電極１４下部のＰＭＺＴ
Ｓ膜の屈折率を、電極１４に印加する駆動電圧によって
適宜変化することができる。したがって、電極１４下の
スラブ導波路１２を通る信号光を、電極１４下部のＰＭ
ＺＴＳ膜によるプリズム効果により、この領域の屈折率
変化量に応じた偏向量によって偏向することができる。
また、電極１４下のＰＭＺＴＳ膜の屈折率は、印加電圧
を切ってもほとんど変化しないため、たとえ停電などに
よって電圧印加が途絶えても直前の偏向状態のまま維持
することができる。換言すれば、電極１４に駆動電圧を
常に印加しておく必要はなく、偏向状態を維持した状態
で電源の供給を停止することもできるので、消費電力を
低減することが可能である。
【００２１】次に、本実施形態による光偏向素子の製造
方法について図３を用いて説明する。
方法について図３を用いて説明する。
【００２２】まず、例えば抵抗率が５〜５００ｍΩ・ｃ
ｍ程度のＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3よりなる導電性
単結晶基板１０の（１００）面上に、例えばＲＦマグネ
トロンスパッタ法により、例えば（Ｐｂ0.99Ｎｂ0.02）
（Ｚｒ0.562Ｔｉ0.063Ｓｎ0. 375）0.98Ｏ3の組成を有す
るＰＭＺＴＳ膜をエピタキシャル成長し、基板１０上に
ＰＭＺＴＳ膜よりなるスラブ導波路１２を形成する。例
えば、５ｗｔ％のＰｂを過剰に添加したＰＭＺＴＳセラ
ミックターゲットを用い、基板温度を６８０℃、ガス圧
を３０ｍＴｏｒｒ、ガス流量比をＡｒ／Ｏ2＝８０／２
０として、５時間スパッタリングを行い、膜厚６００ｎ
ｍのＰＭＺＴＳ膜を形成する。なお、ＰＭＺＴＳ膜は、
電子ビーム蒸着法、ＭＯＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＭＯＤ
法などの他の成膜方法によって形成することもできる。
ｍ程度のＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3よりなる導電性
単結晶基板１０の（１００）面上に、例えばＲＦマグネ
トロンスパッタ法により、例えば（Ｐｂ0.99Ｎｂ0.02）
（Ｚｒ0.562Ｔｉ0.063Ｓｎ0. 375）0.98Ｏ3の組成を有す
るＰＭＺＴＳ膜をエピタキシャル成長し、基板１０上に
ＰＭＺＴＳ膜よりなるスラブ導波路１２を形成する。例
えば、５ｗｔ％のＰｂを過剰に添加したＰＭＺＴＳセラ
ミックターゲットを用い、基板温度を６８０℃、ガス圧
を３０ｍＴｏｒｒ、ガス流量比をＡｒ／Ｏ2＝８０／２
０として、５時間スパッタリングを行い、膜厚６００ｎ
ｍのＰＭＺＴＳ膜を形成する。なお、ＰＭＺＴＳ膜は、
電子ビーム蒸着法、ＭＯＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＭＯＤ
法などの他の成膜方法によって形成することもできる。
【００２３】次いで、スラブ導波路１２上に、例えばス
パッタ法により、例えば抵抗率が１ｍΩ・ｃｍ、膜厚が
１００ｎｍのＩＴＯ膜１８を形成する。
パッタ法により、例えば抵抗率が１ｍΩ・ｃｍ、膜厚が
１００ｎｍのＩＴＯ膜１８を形成する。
【００２４】次いで、リソグラフィー及びエッチングに
より、ＩＴＯ膜１８をパターニングし、ＩＴＯ膜よりな
り三角形形状を有する電極１４を形成する。
より、ＩＴＯ膜１８をパターニングし、ＩＴＯ膜よりな
り三角形形状を有する電極１４を形成する。
【００２５】こうして、図１に示す本実施形態による光
偏向素子を形成することができる。
偏向素子を形成することができる。
【００２６】上述の製造方法により、（Ｐｂ0.99Ｎｂ
0.02）（Ｚｒ0.562Ｔｉ0.063Ｓｎ0.37 5）0.98Ｏ3の組成
を有するＰＭＺＴＳ膜を用い、電極１４の幅が２ｍｍ、
高さが１０ｍｍの光偏向素子を製造し、基板１０と電極
１４との間に１０Ｖの駆動電圧を印加したところ、光の
偏向角度θDは約３．７度となり、実用的な印加電圧で
実用的な偏向角度を得ることができた。また、印加電圧
を１０Ｖから０Ｖに戻した場合における偏向角度は約
３．５度であり、電界を取り除いても駆動電圧印加時の
偏向角度とほぼ等しい偏向角度を維持できることが判っ
た。また、この素子に約−２．０Ｖの電圧を印加するこ
とにより偏向角度は約０度となり、電界を取り除いた後
もこの偏向角度は変化しなかった。
0.02）（Ｚｒ0.562Ｔｉ0.063Ｓｎ0.37 5）0.98Ｏ3の組成
を有するＰＭＺＴＳ膜を用い、電極１４の幅が２ｍｍ、
高さが１０ｍｍの光偏向素子を製造し、基板１０と電極
１４との間に１０Ｖの駆動電圧を印加したところ、光の
偏向角度θDは約３．７度となり、実用的な印加電圧で
実用的な偏向角度を得ることができた。また、印加電圧
を１０Ｖから０Ｖに戻した場合における偏向角度は約
３．５度であり、電界を取り除いても駆動電圧印加時の
偏向角度とほぼ等しい偏向角度を維持できることが判っ
た。また、この素子に約−２．０Ｖの電圧を印加するこ
とにより偏向角度は約０度となり、電界を取り除いた後
もこの偏向角度は変化しなかった。
【００２７】このように、本実施形態によれば、所定の
組成比を有するＰＭＺＴＳ膜を用いて光導波路を構成す
るので、停電などによって電圧印加が途絶えても直前の
偏向状態を維持しうる屈折率記憶型の光偏向素子を構成
することができる。
組成比を有するＰＭＺＴＳ膜を用いて光導波路を構成す
るので、停電などによって電圧印加が途絶えても直前の
偏向状態を維持しうる屈折率記憶型の光偏向素子を構成
することができる。
【００２８】［第２実施形態］本発明の第２実施形態に
よる光スイッチについて図４及び図５を用いて説明す
る。
よる光スイッチについて図４及び図５を用いて説明す
る。
【００２９】図４は本実施形態による光スイッチの構造
を示す平面図及び概略断面図、図５は本実施形態による
光スイッチの製造方法を示す工程断面図である。
を示す平面図及び概略断面図、図５は本実施形態による
光スイッチの製造方法を示す工程断面図である。
【００３０】はじめに、本実施形態による光スイッチの
構造について図４を用いて説明する。なお、図４（ａ）
は本実施形態による光スイッチの構造を示す平面図、図
４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ′線断面に沿った概略断
面図である。
構造について図４を用いて説明する。なお、図４（ａ）
は本実施形態による光スイッチの構造を示す平面図、図
４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ′線断面に沿った概略断
面図である。
【００３１】ＮｂドープＳｒＴｉＯ3よりなる基板２０
上には、ＰＭＺＴＳ膜よりなるスラブ導波路２２が形成
されている。スラブ導波路２２に隣接する領域の基板２
０上には、石英よりなるレンズ２４が形成されている。
レンズ２４は、スラブ導波路２２の対向する端部にそれ
ぞれ４つづつ設けられている。スラブ導波路２２の一方
の端部（図面では左側）に隣接するレンズ２４には、信
号光を入力するための入力側導波路２６がそれぞれ接続
されている。スラブ導波路２２の他方の端部（図面では
右側）に隣接するレンズ２４には、スラブ導波路２２内
を伝搬した信号光を出力するための出力側導波路２８が
設けられている。
上には、ＰＭＺＴＳ膜よりなるスラブ導波路２２が形成
されている。スラブ導波路２２に隣接する領域の基板２
０上には、石英よりなるレンズ２４が形成されている。
レンズ２４は、スラブ導波路２２の対向する端部にそれ
ぞれ４つづつ設けられている。スラブ導波路２２の一方
の端部（図面では左側）に隣接するレンズ２４には、信
号光を入力するための入力側導波路２６がそれぞれ接続
されている。スラブ導波路２２の他方の端部（図面では
右側）に隣接するレンズ２４には、スラブ導波路２２内
を伝搬した信号光を出力するための出力側導波路２８が
設けられている。
【００３２】スラブ導波路２２上には、ＩＴＯ膜よりな
る三角形形状の電極３０が形成されている。電極３０
は、互いに電気的に絶縁された電極３０ａ，３０ｂ，３
０ｃによって構成されており、電極３０ａ，３０ｂ，３
０ｃは、信号光の伝搬方向の高さがそれぞれほぼ等しく
なっている。基板２０と電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃと
の間には電源３２が接続されており、電極３０ａ，３０
ｂ，３０ｃが形成された領域のスラブ導波路２２に、そ
れぞれ独立して所定の駆動電圧を印加できるようになっ
ている。
る三角形形状の電極３０が形成されている。電極３０
は、互いに電気的に絶縁された電極３０ａ，３０ｂ，３
０ｃによって構成されており、電極３０ａ，３０ｂ，３
０ｃは、信号光の伝搬方向の高さがそれぞれほぼ等しく
なっている。基板２０と電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃと
の間には電源３２が接続されており、電極３０ａ，３０
ｂ，３０ｃが形成された領域のスラブ導波路２２に、そ
れぞれ独立して所定の駆動電圧を印加できるようになっ
ている。
【００３３】このように、本実施形態による光スイッチ
は、４チャンネルの入出力を有する光スイッチにおい
て、第１実施形態による光偏向素子を用いるとともに、
第１実施形態による光偏向素子の電極１４に相当する電
極３０を３分割していることに主たる特徴がある。この
ようにして光スイッチを構成することにより、ある入力
側導波路２６に入力された信号光を任意の出力側導波路
２８に出力することができる。また、第１実施形態によ
る光偏向素子を用いることにより、停電などによって電
圧印加が途絶えても、直前の接続状態のまま維持するこ
とができる。
は、４チャンネルの入出力を有する光スイッチにおい
て、第１実施形態による光偏向素子を用いるとともに、
第１実施形態による光偏向素子の電極１４に相当する電
極３０を３分割していることに主たる特徴がある。この
ようにして光スイッチを構成することにより、ある入力
側導波路２６に入力された信号光を任意の出力側導波路
２８に出力することができる。また、第１実施形態によ
る光偏向素子を用いることにより、停電などによって電
圧印加が途絶えても、直前の接続状態のまま維持するこ
とができる。
【００３４】次に、本実施形態による光スイッチの動作
について詳述する。
について詳述する。
【００３５】入力側導波路２６に入力された信号光は、
レンズ２４によって略平行光に成形され、スラブ導波路
２２に入射する。このとき、電極３０が形成された領域
のＰＭＺＴＳ膜が他の領域の屈折率と等しい屈折率を有
する場合、スラブ導波路２２内を導波する信号光は偏向
せずに直進し、対向するレンズ２４に達する。レンズ２
４に入射した信号光は、レンズ２４によって出力側導波
路２６の入力端に集光され、出力側導波路２６から出力
される。
レンズ２４によって略平行光に成形され、スラブ導波路
２２に入射する。このとき、電極３０が形成された領域
のＰＭＺＴＳ膜が他の領域の屈折率と等しい屈折率を有
する場合、スラブ導波路２２内を導波する信号光は偏向
せずに直進し、対向するレンズ２４に達する。レンズ２
４に入射した信号光は、レンズ２４によって出力側導波
路２６の入力端に集光され、出力側導波路２６から出力
される。
【００３６】電極３０が形成された領域のＰＭＺＴＳ膜
が他の領域の屈折率と異なる場合、プリズム効果によ
り、スラブ導波路２２内を導波する信号光は偏向する。
いずれの出力側導波路２８から出力するかは、電極３０
への電圧印加方法により選択することができる。
が他の領域の屈折率と異なる場合、プリズム効果によ
り、スラブ導波路２２内を導波する信号光は偏向する。
いずれの出力側導波路２８から出力するかは、電極３０
への電圧印加方法により選択することができる。
【００３７】第１実施形態による光偏向素子のようなプ
リズム型光偏向素子では、信号光の偏向角度は、信号光
の伝搬方向のプリズムの高さに比例する。ここで、プリ
ズムの高さは、電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃの高さに相
当する。したがって、電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃへの
電圧印加方法によって、信号光の偏向角度を任意に制御
することができる。例えば、電極３０の幅を２ｍｍ、高
さを１０ｍｍとし、高さ方向に３分割して電極３０ａ，
３０ｂ，３０ｃを形成すると、１つの電極に電圧を印加
する毎に１．２３度の偏向角度を得ることができる。例
えば、電極３０ａのみに１０Ｖの電圧を印加した場合に
は約１．２３度の偏向角度を、電極３０ａ，３０ｂに１
０Ｖの電圧をそれぞれ印加した場合には約２．４６度の
偏向角度を、電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃに１０Ｖの電
圧をそれぞれ印加した場合には約３．７度の偏向角度を
得ることができる。つまり、分割した電極のうちｎ個の
電極に電圧を印加したとすると、１．２３×ｎ度の偏向
角度を得ることができ、ビーム偏向角度をデジタル的に
制御することが可能となる。
リズム型光偏向素子では、信号光の偏向角度は、信号光
の伝搬方向のプリズムの高さに比例する。ここで、プリ
ズムの高さは、電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃの高さに相
当する。したがって、電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃへの
電圧印加方法によって、信号光の偏向角度を任意に制御
することができる。例えば、電極３０の幅を２ｍｍ、高
さを１０ｍｍとし、高さ方向に３分割して電極３０ａ，
３０ｂ，３０ｃを形成すると、１つの電極に電圧を印加
する毎に１．２３度の偏向角度を得ることができる。例
えば、電極３０ａのみに１０Ｖの電圧を印加した場合に
は約１．２３度の偏向角度を、電極３０ａ，３０ｂに１
０Ｖの電圧をそれぞれ印加した場合には約２．４６度の
偏向角度を、電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃに１０Ｖの電
圧をそれぞれ印加した場合には約３．７度の偏向角度を
得ることができる。つまり、分割した電極のうちｎ個の
電極に電圧を印加したとすると、１．２３×ｎ度の偏向
角度を得ることができ、ビーム偏向角度をデジタル的に
制御することが可能となる。
【００３８】この偏向角度に応じて出力側のレンズ２４
及び出力側導波路を設けることにより、ある入力側導波
路２６に入力された信号光を任意の出力側導波路２８に
出力することができる。
及び出力側導波路を設けることにより、ある入力側導波
路２６に入力された信号光を任意の出力側導波路２８に
出力することができる。
【００３９】本実施形態による光スイッチに適用する光
偏向素子は、第１実施形態に示すように屈折率記憶型の
光偏向素子である。したがって、電極３０に印加する電
圧を遮断した場合であっても、信号光の偏向方向をその
まま維持することができる。また、電極３０が形成され
た領域のＰＭＺＴＳ膜の屈折率は、例えば電極３０に−
２Ｖの電圧を印加することにより初期値に戻すことがで
きる。
偏向素子は、第１実施形態に示すように屈折率記憶型の
光偏向素子である。したがって、電極３０に印加する電
圧を遮断した場合であっても、信号光の偏向方向をその
まま維持することができる。また、電極３０が形成され
た領域のＰＭＺＴＳ膜の屈折率は、例えば電極３０に−
２Ｖの電圧を印加することにより初期値に戻すことがで
きる。
【００４０】次に、本実施形態による光スイッチの製造
方法について図５を用いて説明する。
方法について図５を用いて説明する。
【００４１】まず、例えば抵抗率が５〜５００ｍΩ・ｃ
ｍ程度のＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3よりなる導電性
単結晶基板２０の（１００）面上に、例えばプラズマＣ
ＶＤ法により、膜厚０．６μｍの石英膜３４を形成する
（図５（ａ））。
ｍ程度のＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3よりなる導電性
単結晶基板２０の（１００）面上に、例えばプラズマＣ
ＶＤ法により、膜厚０．６μｍの石英膜３４を形成する
（図５（ａ））。
【００４２】次いで、リソグラフィー及びドライエッチ
ングにより、石英膜３４をパターニングし、石英膜３２
よりなるレンズ２４を形成する（図５（ｂ））。
ングにより、石英膜３４をパターニングし、石英膜３２
よりなるレンズ２４を形成する（図５（ｂ））。
【００４３】次いで、レンズ２４が形成された基板２０
上に、例えばＲＦマグネトロンスパッタ法により、例え
ば（Ｐｂ0.99Ｎｂ0.02）（Ｚｒ0.562Ｔｉ0.063Ｓｎ
0.375）0 .98Ｏ3の組成を有するＰＭＺＴＳ膜３６をエピ
タキシャル成長する（図５（ｃ））。
上に、例えばＲＦマグネトロンスパッタ法により、例え
ば（Ｐｂ0.99Ｎｂ0.02）（Ｚｒ0.562Ｔｉ0.063Ｓｎ
0.375）0 .98Ｏ3の組成を有するＰＭＺＴＳ膜３６をエピ
タキシャル成長する（図５（ｃ））。
【００４４】次いで、リソグラフィー及びイオンミリン
グにより、ＰＭＺＴＳ膜３４をパターニングし、ＰＭＺ
ＴＳ膜３６よりなるスラブ導波路２２を形成する（図５
（ｄ））。
グにより、ＰＭＺＴＳ膜３４をパターニングし、ＰＭＺ
ＴＳ膜３６よりなるスラブ導波路２２を形成する（図５
（ｄ））。
【００４５】次いで、スラブ導波路２２上に、例えばス
パッタ法により、例えば抵抗率が１ｍΩ・ｃｍ、膜厚が
１００ｎｍのＩＴＯ膜を形成する。
パッタ法により、例えば抵抗率が１ｍΩ・ｃｍ、膜厚が
１００ｎｍのＩＴＯ膜を形成する。
【００４６】次いで、リソグラフィー及びエッチングに
より、ＩＴＯ膜をパターニングし、ＩＴＯ膜よりなる電
極３０ａ，３０ｂ，３０ｃを形成する（図５（ｅ））。
より、ＩＴＯ膜をパターニングし、ＩＴＯ膜よりなる電
極３０ａ，３０ｂ，３０ｃを形成する（図５（ｅ））。
【００４７】こうして、図４に示す本実施形態による光
偏向素子を形成することができる。
偏向素子を形成することができる。
【００４８】このように、本実施形態によれば、第１実
施形態による光偏向素子を用いて光スイッチを構成する
ので、停電などによって電圧印加が途絶えても、直前の
接続状態のまま維持しうる光スイッチを構成することが
できる。
施形態による光偏向素子を用いて光スイッチを構成する
ので、停電などによって電圧印加が途絶えても、直前の
接続状態のまま維持しうる光スイッチを構成することが
できる。
【００４９】なお、上記実施形態では、４チャンネルの
入出力を有する光スイッチを構成したが、チャンネル数
は適宜設定することができる。この場合、電極３０を、
少なくとも（チャンネル数−１）個に分割するようにす
ればよい。
入出力を有する光スイッチを構成したが、チャンネル数
は適宜設定することができる。この場合、電極３０を、
少なくとも（チャンネル数−１）個に分割するようにす
ればよい。
【００５０】［第３実施形態］本発明の第３実施形態に
よる光スイッチについて図６を用いて説明する。なお、
図４及び図５に示す第２実施形態による光スイッチと同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは
簡略にする。
よる光スイッチについて図６を用いて説明する。なお、
図４及び図５に示す第２実施形態による光スイッチと同
一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは
簡略にする。
【００５１】図６は本実施形態による光スイッチの構造
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【００５２】本実施形態による光スイッチは、スラブ導
波路２２上に設けられた電極の配置が異なるほかは、第
２実施形態による光スイッチと同様である。すなわち、
図６に示すように、本実施形態による光スイッチでは、
斜辺が対向するように配置された直角三角形形状の２つ
の電極３０Ａ及び電極３０Ｂ（以下、電極ペア４０とも
いう）を基本単位として、スラブ導波路２２の入力側導
波路２６の近傍及び出力側導波路２８の近傍のそれぞれ
に２つずつ電極ペア４０が配置されている。
波路２２上に設けられた電極の配置が異なるほかは、第
２実施形態による光スイッチと同様である。すなわち、
図６に示すように、本実施形態による光スイッチでは、
斜辺が対向するように配置された直角三角形形状の２つ
の電極３０Ａ及び電極３０Ｂ（以下、電極ペア４０とも
いう）を基本単位として、スラブ導波路２２の入力側導
波路２６の近傍及び出力側導波路２８の近傍のそれぞれ
に２つずつ電極ペア４０が配置されている。
【００５３】電極ペア４０は、スラブ導波路２２内にい
わゆるプリズムペアを形成するためのものであり、電極
３０Ａ及び電極３０Ｂには大きさがほぼ等しい逆極性の
電圧がそれぞれ印加される。このようにしてプリズムペ
アを形成することにより、電極３０Ａ又は電極３０Ｂに
よって１つのプリズムを形成する場合と比較して、より
大きい偏向角度を得ることができる。信号光の伝搬方向
に２つの電極ペア４０を配置しているのも、より大きい
偏向角度を得るためである。
わゆるプリズムペアを形成するためのものであり、電極
３０Ａ及び電極３０Ｂには大きさがほぼ等しい逆極性の
電圧がそれぞれ印加される。このようにしてプリズムペ
アを形成することにより、電極３０Ａ又は電極３０Ｂに
よって１つのプリズムを形成する場合と比較して、より
大きい偏向角度を得ることができる。信号光の伝搬方向
に２つの電極ペア４０を配置しているのも、より大きい
偏向角度を得るためである。
【００５４】出力側導波路２８近傍に設けられた２つの
電極ペア４０は、入力側導波路２６近傍のプリズムペア
により偏向を受けた信号光の伝搬方向を直進方向に戻す
ためのものである。出力側導波路２８近傍にプリズムペ
アを設けることにより、出力側導波路２８に伝搬される
信号光の伝搬光率を向上することができる。
電極ペア４０は、入力側導波路２６近傍のプリズムペア
により偏向を受けた信号光の伝搬方向を直進方向に戻す
ためのものである。出力側導波路２８近傍にプリズムペ
アを設けることにより、出力側導波路２８に伝搬される
信号光の伝搬光率を向上することができる。
【００５５】電極３０Ａ，３０Ｂは、信号光の伝搬方向
の高さがほぼ等しくなるように、それぞれ３分割されて
いる。電極３０Ａ及び電極３０Ｂをそれぞれ３分割して
いるのは、第２実施形態による光スイッチにおいて電極
３０を電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ２分割しているのと
同様の理由である。このようにして電極３０Ａ，３０Ｂ
を構成することにより、分割した電極のうちのいくつに
駆動電圧を印加するかによって、入力側導波路２６に入
力された信号光を任意の出力側導波路２８に出力するこ
とができる。
の高さがほぼ等しくなるように、それぞれ３分割されて
いる。電極３０Ａ及び電極３０Ｂをそれぞれ３分割して
いるのは、第２実施形態による光スイッチにおいて電極
３０を電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ２分割しているのと
同様の理由である。このようにして電極３０Ａ，３０Ｂ
を構成することにより、分割した電極のうちのいくつに
駆動電圧を印加するかによって、入力側導波路２６に入
力された信号光を任意の出力側導波路２８に出力するこ
とができる。
【００５６】このように、本実施形態によれば、第１実
施形態による光偏向素子を用いて光スイッチを構成する
ので、停電などによって電圧印加が途絶えても、直前の
接続状態のまま維持しうる光スイッチを構成することが
できる。
施形態による光偏向素子を用いて光スイッチを構成する
ので、停電などによって電圧印加が途絶えても、直前の
接続状態のまま維持しうる光スイッチを構成することが
できる。
【００５７】なお、上記実施形態では、スラブ導波路２
２の入力側導波路２６の近傍及び出力側導波路２８の近
傍のそれぞれに２つずつの電極ペアを設けたが、電極ペ
アは１つだけ設けてもよいし、３つ以上設けてもよい。
また、出力側導波路２８の近傍には必ずしも電極ペアを
設ける必要はない。電極ペアの数やその配置は、必要と
される偏向角度や伝搬光率等に応じて適宜選択すること
ができる。
２の入力側導波路２６の近傍及び出力側導波路２８の近
傍のそれぞれに２つずつの電極ペアを設けたが、電極ペ
アは１つだけ設けてもよいし、３つ以上設けてもよい。
また、出力側導波路２８の近傍には必ずしも電極ペアを
設ける必要はない。電極ペアの数やその配置は、必要と
される偏向角度や伝搬光率等に応じて適宜選択すること
ができる。
【００５８】また、上記実施形態では、４チャンネルの
入出力を有する光スイッチを構成したが、チャンネル数
は適宜設定することができる。この場合、電極３０Ａ，
３０Ｂを、少なくとも（チャンネル数−１）個に分割す
るようにすればよい。
入出力を有する光スイッチを構成したが、チャンネル数
は適宜設定することができる。この場合、電極３０Ａ，
３０Ｂを、少なくとも（チャンネル数−１）個に分割す
るようにすればよい。
【００５９】［変形実施形態］本発明は上記実施形態に
限らず種々の変形が可能である。
限らず種々の変形が可能である。
【００６０】例えば、上記第２及び第３実施形態では、
電極３０、３０Ａ、３０Ｂを分割する際、信号光の伝搬
方向の高さがほぼ等しくなるように分割するようにして
いるが、必ずしも分割した電極の高さを等しくする必要
はない。電極の分割方法は、電極の位置から見た各出力
側導波路２８への角度に応じて適宜設定することが望ま
しい。
電極３０、３０Ａ、３０Ｂを分割する際、信号光の伝搬
方向の高さがほぼ等しくなるように分割するようにして
いるが、必ずしも分割した電極の高さを等しくする必要
はない。電極の分割方法は、電極の位置から見た各出力
側導波路２８への角度に応じて適宜設定することが望ま
しい。
【００６１】また、上記第２及び第３実施形態では、第
１実施形態による光偏向素子を用いて光スイッチを構成
する例を示したが、第１実施形態による光偏向素子を用
いて他の装置を構成してもよい。例えば、第１実施形態
による光偏向素子において、所定の情報に基づいて出力
信号光をオンオフするように構成することにより、或い
は、入力信号光の波長を変化するように構成することに
より、光変調素子を構成することができる。
１実施形態による光偏向素子を用いて光スイッチを構成
する例を示したが、第１実施形態による光偏向素子を用
いて他の装置を構成してもよい。例えば、第１実施形態
による光偏向素子において、所定の情報に基づいて出力
信号光をオンオフするように構成することにより、或い
は、入力信号光の波長を変化するように構成することに
より、光変調素子を構成することができる。
【００６２】また、上記第１乃至第３実施形態では、ス
ラブ導波路の上面のみに電極を形成し基板を下部電極と
して用いたが、基板とスラブ導波路との間に下部電極を
形成してもよい。この場合、上部電極及び下部電極の双
方を三角形形状に成形するようにしてもよいし、一方の
みを三角形形状にするようにしてもよい。
ラブ導波路の上面のみに電極を形成し基板を下部電極と
して用いたが、基板とスラブ導波路との間に下部電極を
形成してもよい。この場合、上部電極及び下部電極の双
方を三角形形状に成形するようにしてもよいし、一方の
みを三角形形状にするようにしてもよい。
【００６３】以上詳述したように、本発明による半導体
装置及びその製造方法の特徴をまとめると以下の通りと
なる。
装置及びその製造方法の特徴をまとめると以下の通りと
なる。
【００６４】（付記１） 電気光学効果を有する誘電体
材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように設
けられた対向する電極とを有し、前記対向する電極間に
電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化すること
により、前記光導波路内を伝搬する信号光の波長を制御
する光変調素子であって、前記誘電体材料は、初期状態
において第１の屈折率を有し、第１の極性の電界を印加
することにより屈折率が変化して第２の屈折率となり、
前記電界を取り除いた後の屈折率が第３の屈折率として
保持され、前記第３の屈折率を有する前記誘電体材料
は、前記第１の極性とは異なる第２の極性の電界を印加
することにより屈折率が変化し、前記電界を取り除いた
後の屈折率が前記第１の屈折率となることを特徴とする
光変調素子。
材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように設
けられた対向する電極とを有し、前記対向する電極間に
電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化すること
により、前記光導波路内を伝搬する信号光の波長を制御
する光変調素子であって、前記誘電体材料は、初期状態
において第１の屈折率を有し、第１の極性の電界を印加
することにより屈折率が変化して第２の屈折率となり、
前記電界を取り除いた後の屈折率が第３の屈折率として
保持され、前記第３の屈折率を有する前記誘電体材料
は、前記第１の極性とは異なる第２の極性の電界を印加
することにより屈折率が変化し、前記電界を取り除いた
後の屈折率が前記第１の屈折率となることを特徴とする
光変調素子。
【００６５】（付記２） 電気光学効果を有する誘電体
材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように設
けられた対向する電極とを有し、前記対向する電極間に
電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化すること
により、前記光導波路内を伝搬する信号光の進行方向を
制御する光偏向素子であって、前記誘電体材料は、初期
状態において第１の屈折率を有し、第１の極性の電界を
印加することにより屈折率が変化して第２の屈折率とな
り、前記電界を取り除いた後の屈折率が第３の屈折率と
して保持され、前記第３の屈折率を有する前記誘電体材
料は、前記第１の極性とは異なる第２の極性の電界を印
加することにより屈折率が変化し、前記電界を取り除い
た後の屈折率が前記第１の屈折率となることを特徴とす
る光偏向素子。
材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように設
けられた対向する電極とを有し、前記対向する電極間に
電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化すること
により、前記光導波路内を伝搬する信号光の進行方向を
制御する光偏向素子であって、前記誘電体材料は、初期
状態において第１の屈折率を有し、第１の極性の電界を
印加することにより屈折率が変化して第２の屈折率とな
り、前記電界を取り除いた後の屈折率が第３の屈折率と
して保持され、前記第３の屈折率を有する前記誘電体材
料は、前記第１の極性とは異なる第２の極性の電界を印
加することにより屈折率が変化し、前記電界を取り除い
た後の屈折率が前記第１の屈折率となることを特徴とす
る光偏向素子。
【００６６】（付記３） 電気光学効果を有する誘電体
材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように設
けられた対向する電極とを有し、前記対向する電極間に
電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化すること
により、前記光導波路内を伝搬する信号光の進行方向を
制御する光偏向素子であって、初期状態において第１の
偏向角度を有し、第１の極性の電界を印加することによ
り第２の偏向角度となり、前記電界を取り除いた後の偏
向角度が第３の偏向角度として保持され、前記第３の偏
向角度を有する状態で前記第１の極性とは異なる第２の
極性の電界を印加することにより偏向角度が変化し、前
記電界を取り除いた後の偏向角度が前記第１の偏向角度
となることを特徴とする光偏向素子。
材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように設
けられた対向する電極とを有し、前記対向する電極間に
電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化すること
により、前記光導波路内を伝搬する信号光の進行方向を
制御する光偏向素子であって、初期状態において第１の
偏向角度を有し、第１の極性の電界を印加することによ
り第２の偏向角度となり、前記電界を取り除いた後の偏
向角度が第３の偏向角度として保持され、前記第３の偏
向角度を有する状態で前記第１の極性とは異なる第２の
極性の電界を印加することにより偏向角度が変化し、前
記電界を取り除いた後の偏向角度が前記第１の偏向角度
となることを特徴とする光偏向素子。
【００６７】（付記４） 付記２又は３記載の光偏向素
子において、前記誘電体材料は、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ
1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜
ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であ
り、Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタル、バリウム若し
くはストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の元素
を示す）であることを特徴とする光偏向素子。
子において、前記誘電体材料は、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ
1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜
ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であ
り、Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタル、バリウム若し
くはストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の元素
を示す）であることを特徴とする光偏向素子。
【００６８】（付記５） 基板上に形成され、（Ｐｂ
1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ 3（但し、０≦ｗ
≦０．５、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦
ｚ≦１．２であり、Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタ
ル、バリウム若しくはストロンチウムのいずれか１種又
は２種以上の元素を示す）よりなるスラブ導波路と、前
記スラブ導波路上に形成された電極とを有し、前記電極
により前記スラブ導波路に電界を印加して前記スラブ導
波路の屈折率を変化することにより、前記スラブ導波路
内を伝搬する信号光の進行方向を制御することを特徴と
する光偏向素子。
1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ 3（但し、０≦ｗ
≦０．５、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦
ｚ≦１．２であり、Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタ
ル、バリウム若しくはストロンチウムのいずれか１種又
は２種以上の元素を示す）よりなるスラブ導波路と、前
記スラブ導波路上に形成された電極とを有し、前記電極
により前記スラブ導波路に電界を印加して前記スラブ導
波路の屈折率を変化することにより、前記スラブ導波路
内を伝搬する信号光の進行方向を制御することを特徴と
する光偏向素子。
【００６９】（付記６） 付記２乃至５のいずれか１項
に記載の光偏向素子において、前記電極はくさび形状に
形成されており、前記光導波路に入射した光を電気光学
プリズム効果によって偏向することを特徴とする光偏向
素子。
に記載の光偏向素子において、前記電極はくさび形状に
形成されており、前記光導波路に入射した光を電気光学
プリズム効果によって偏向することを特徴とする光偏向
素子。
【００７０】（付記７） 付記２乃至６のいずれか１項
に記載の光偏向素子において、前記電極はｎ個（ｎは２
以上の整数）の個別電極に分割されており、前記光導波
路に、前記信号光の偏向角度をｎ＋１通りに振り分ける
プリズム群を形成することを特徴とする光偏向素子。
に記載の光偏向素子において、前記電極はｎ個（ｎは２
以上の整数）の個別電極に分割されており、前記光導波
路に、前記信号光の偏向角度をｎ＋１通りに振り分ける
プリズム群を形成することを特徴とする光偏向素子。
【００７１】（付記８） （Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-y
ＴｉxＳｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦
０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であり、
Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタル、バリウム若しくは
ストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の元素を示
す）よりなるスラブ導波路と、前記スラブ導波路に光学
的に結合され、前記スラブ導波路に信号光を入力する入
力側導波路と、前記スラブ導波路を挟むように設けられ
た対向する電極を有し、前記スラブ導波路の屈折率を変
化することにより前記スラブ導波路内を伝搬する前記信
号光の進行方向を制御する光偏向素子と、前記スラブ導
波路に光学的に結合され、前記スラブ導波路から信号光
を出力する複数の出力側導波路とを有し、前記入力側導
波路から入力された信号光を任意の前記出力側導波路に
出力することを特徴とする光スイッチ。
ＴｉxＳｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦
０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であり、
Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタル、バリウム若しくは
ストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の元素を示
す）よりなるスラブ導波路と、前記スラブ導波路に光学
的に結合され、前記スラブ導波路に信号光を入力する入
力側導波路と、前記スラブ導波路を挟むように設けられ
た対向する電極を有し、前記スラブ導波路の屈折率を変
化することにより前記スラブ導波路内を伝搬する前記信
号光の進行方向を制御する光偏向素子と、前記スラブ導
波路に光学的に結合され、前記スラブ導波路から信号光
を出力する複数の出力側導波路とを有し、前記入力側導
波路から入力された信号光を任意の前記出力側導波路に
出力することを特徴とする光スイッチ。
【００７２】（付記９） 付記８記載の光スイッチにお
いて、前記光偏向素子は、頂角が互いに逆方向を向くよ
うに配置された三角形形状の電極を少なくとも２つ有
し、前記スラブ導波路内にプリズムペアを形成すること
を特徴とする光スイッチ。
いて、前記光偏向素子は、頂角が互いに逆方向を向くよ
うに配置された三角形形状の電極を少なくとも２つ有
し、前記スラブ導波路内にプリズムペアを形成すること
を特徴とする光スイッチ。
【００７３】（付記１０） 付記８又は９記載の光スイ
ッチにおいて、前記電極は、三角形形状の個別電極を複
数有し、電圧を印加する前記個別電極の数によって前記
出力側導波路を選択することを特徴とする光スイッチ。
ッチにおいて、前記電極は、三角形形状の個別電極を複
数有し、電圧を印加する前記個別電極の数によって前記
出力側導波路を選択することを特徴とする光スイッチ。
【００７４】（付記１１） 付記１０記載の光スイッチ
において、前記電極は、前記出力側導波路の数をｎとし
て、ｎ−１個の前記個別電極に分割されていることを特
徴とする光スイッチ。
において、前記電極は、前記出力側導波路の数をｎとし
て、ｎ−１個の前記個別電極に分割されていることを特
徴とする光スイッチ。
【００７５】（付記１２） 付記８乃至１１のいずれか
１項に記載の光スイッチにおいて、前記光偏向素子は、
前記入力側導波路側に設けられた第１の光偏向素子と、
前記出力側導波路側に設けられた第２の光偏向素子とを
含むことを特徴とする光スイッチ。
１項に記載の光スイッチにおいて、前記光偏向素子は、
前記入力側導波路側に設けられた第１の光偏向素子と、
前記出力側導波路側に設けられた第２の光偏向素子とを
含むことを特徴とする光スイッチ。
【００７６】（付記１３） 付記８乃至１２のいずれか
１項に記載の光スイッチにおいて、前記入力側導波路と
前記スラブ導波路との間に、前記入力側導波路から入力
される前記信号光を略平行光に成形して前記スラブ導波
路に入射するレンズを更に有することを特徴とする光ス
イッチ。
１項に記載の光スイッチにおいて、前記入力側導波路と
前記スラブ導波路との間に、前記入力側導波路から入力
される前記信号光を略平行光に成形して前記スラブ導波
路に入射するレンズを更に有することを特徴とする光ス
イッチ。
【００７７】（付記１４） 付記５乃至９のいずれか１
項に記載の光スイッチにおいて、前記前記スラブ導波路
と前記出力側導波路との間に、前記スラブ導波路から出
力される前記信号光を前記出力側導波路に集光するレン
ズを更に有することを特徴とする光スイッチ。
項に記載の光スイッチにおいて、前記前記スラブ導波路
と前記出力側導波路との間に、前記スラブ導波路から出
力される前記信号光を前記出力側導波路に集光するレン
ズを更に有することを特徴とする光スイッチ。
【００７８】（付記１５） 電気光学効果を有する誘電
体材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように
設けられた一対の電極とを有し、前記一対の電極間に電
界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化することに
より前記光導波路内を伝搬する信号光の進行方向を制御
する光偏向素子の偏向方向制御方法であって、初期状態
において第１の屈折率を有する前記誘電体材料に、第１
の極性の電界を印加した後に前記電界を取り除き、前記
誘電体材料の屈折率を前記第１の屈折率とは異なる第２
の屈折率とすることにより、前記信号光の偏向方向を変
化することを特徴とする光偏向素子の偏向方向制御方
法。
体材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように
設けられた一対の電極とを有し、前記一対の電極間に電
界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化することに
より前記光導波路内を伝搬する信号光の進行方向を制御
する光偏向素子の偏向方向制御方法であって、初期状態
において第１の屈折率を有する前記誘電体材料に、第１
の極性の電界を印加した後に前記電界を取り除き、前記
誘電体材料の屈折率を前記第１の屈折率とは異なる第２
の屈折率とすることにより、前記信号光の偏向方向を変
化することを特徴とする光偏向素子の偏向方向制御方
法。
【００７９】（付記１６） 付記１５記載の光偏向素子
の偏向方向制御方法において、前記第２の屈折率を有す
る前記誘電体材料に、前記第１の極性とは異なる第２の
極性の電界を印加した後に前記電界を取り除き、前記誘
電体材料の屈折率を前記第１の屈折率とすることによ
り、前記信号光の偏向方向を変化することを特徴とする
光偏向素子の偏向方向制御方法。
の偏向方向制御方法において、前記第２の屈折率を有す
る前記誘電体材料に、前記第１の極性とは異なる第２の
極性の電界を印加した後に前記電界を取り除き、前記誘
電体材料の屈折率を前記第１の屈折率とすることによ
り、前記信号光の偏向方向を変化することを特徴とする
光偏向素子の偏向方向制御方法。
【００８０】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、所定の組
成比を有するＰＭＺＴＳ膜を用いて光導波路を構成する
ので、停電などによって電圧印加が途絶えても直前の偏
向状態を維持しうる屈折率記憶型の光偏向素子を構成す
ることができる。また、このような光偏向素子を用いて
光スイッチを構成するので、停電などによって電圧印加
が途絶えても、直前の接続状態のまま維持しうる光スイ
ッチを構成することができる。
成比を有するＰＭＺＴＳ膜を用いて光導波路を構成する
ので、停電などによって電圧印加が途絶えても直前の偏
向状態を維持しうる屈折率記憶型の光偏向素子を構成す
ることができる。また、このような光偏向素子を用いて
光スイッチを構成するので、停電などによって電圧印加
が途絶えても、直前の接続状態のまま維持しうる光スイ
ッチを構成することができる。
【図１】本発明の第１実施形態による光偏向素子の構造
を示す平面図及び概略断面図である。
を示す平面図及び概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光偏向素子及び従
来の光偏向素子における屈折率変化特性を示すグラフで
ある。
来の光偏向素子における屈折率変化特性を示すグラフで
ある。
【図３】本発明の第１実施形態による光偏向素子の製造
方法を示す工程断面図である。
方法を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による光スイッチの構造
を示す平面図及び概略断面図である。
を示す平面図及び概略断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による光スイッチの製造
方法を示す工程断面図である。
方法を示す工程断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態による光スイッチの構造
を示す平面図である。
を示す平面図である。
１０…基板
１２…スラブ導波路
１４…電極
１６…電源
１８…ＩＴＯ膜
２０…基板
２２…スラブ導波路
２４…レンズ
２６…入力側導波路
２８…出力側導波路
３０…電極
３２…電源
３４…石英膜
３６…ＰＭＺＴＳ膜
４０…電極ペア
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 山岸 康男
神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番
１号 富士通株式会社内
Ｆターム(参考） 2K002 AB05 AB06 BA06 CA02 DA05
DA09 EA10 EB08 EB09 FA07
HA01 HA03
Claims (10)
- 【請求項１】 電気光学効果を有する誘電体材料よりな
る光導波路と、前記光導波路を挟むように設けられた対
向する電極とを有し、前記対向する電極間に電界を印加
して前記誘電体材料の屈折率を変化することにより、前
記光導波路内を伝搬する信号光の進行方向を制御する光
偏向素子であって、 前記誘電体材料は、初期状態において第１の屈折率を有
し、第１の極性の電界を印加することにより屈折率が変
化して第２の屈折率となり、前記電界を取り除いた後の
屈折率が第３の屈折率として保持され、 前記第３の屈折率を有する前記誘電体材料は、前記第１
の極性とは異なる第２の極性の電界を印加することによ
り屈折率が変化し、前記電界を取り除いた後の屈折率が
前記第１の屈折率となることを特徴とする光偏向素子。 - 【請求項２】 電気光学効果を有する誘電体材料よりな
る光導波路と、前記光導波路を挟むように設けられた対
向する電極とを有し、前記対向する電極間に電界を印加
して前記誘電体材料の屈折率を変化することにより、前
記光導波路内を伝搬する信号光の進行方向を制御する光
偏向素子であって、 初期状態において第１の偏向角度を有し、第１の極性の
電界を印加することにより第２の偏向角度となり、前記
電界を取り除いた後の偏向角度が第３の偏向角度として
保持され、 前記第３の偏向角度を有する状態で前記第１の極性とは
異なる第２の極性の電界を印加することにより偏向角度
が変化し、前記電界を取り除いた後の偏向角度が前記第
１の偏向角度となることを特徴とする光偏向素子。 - 【請求項３】 請求項２又は３記載の光偏向素子におい
て、 前記誘電体材料は、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳ
ｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦０．５、
０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であり、Ｍは、ラ
ンタン、ニオブ、タンタル、バリウム若しくはストロン
チウムのいずれか１種又は２種以上の元素を示す）であ
ることを特徴とする光偏向素子。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
光偏向素子において、 前記電極はくさび形状に形成されており、前記光導波路
に入射した光を電気光学プリズム効果によって偏向する
ことを特徴とする光偏向素子。 - 【請求項５】 請求項４記載の光偏向素子において、 前記電極はｎ個（ｎは２以上の整数）の個別電極に分割
されており、前記光導波路に、前記信号光の偏向角度を
ｎ＋１通りに振り分けるプリズム群を形成することを特
徴とする光偏向素子。 - 【請求項６】 （Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳ
ｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦０．５、
０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であり、Ｍは、ラ
ンタン、ニオブ、タンタル、バリウム若しくはストロン
チウムのいずれか１種又は２種以上の元素を示す）より
なるスラブ導波路と、 前記スラブ導波路に光学的に結合され、前記スラブ導波
路に信号光を入力する入力側導波路と、 前記スラブ導波路を挟むように設けられた対向する電極
を有し、前記スラブ導波路に電界を印加して屈折率を変
化することにより前記スラブ導波路内を伝搬する前記信
号光の進行方向を制御する光偏向素子と、 前記スラブ導波路に光学的に結合され、前記スラブ導波
路から信号光を出力する複数の出力側導波路とを少なく
とも有し、 前記入力側導波路から入力された信号光を任意の前記出
力側導波路に出力することを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項７】 請求項６記載の光スイッチにおいて、 前記光偏向素子は、頂角が互いに逆方向を向くように配
置された三角形形状の前記電極を少なくとも２つ有し、
前記スラブ導波路内にプリズムペアを形成することを特
徴とする光スイッチ。 - 【請求項８】 請求項６又は７記載の光スイッチにおい
て、 前記電極は、三角形形状の個別電極を複数有し、電圧を
印加する前記個別電極の数によって前記出力側導波路を
選択することを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項９】 請求項８記載の光スイッチにおいて、 前記電極は、前記出力側導波路の数をｎとして、ｎ−１
個の前記個別電極に分割されていることを特徴とする光
スイッチ。 - 【請求項１０】 請求項６乃至９のいずれか１項に記載
の光スイッチにおいて、 前記光偏向素子は、前記入力側導波路側に設けられた第
１の光偏向素子と、前記出力側導波路側に設けられた第
２の光偏向素子とを含むことを特徴とする光スイッチ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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