JP2003177438A - Optical switch and driving method of the switch - Google Patents

Optical switch and driving method of the switch

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JP2003177438A
JP2003177438A JP2001378358A JP2001378358A JP2003177438A JP 2003177438 A JP2003177438 A JP 2003177438A JP 2001378358 A JP2001378358 A JP 2001378358A JP 2001378358 A JP2001378358 A JP 2001378358A JP 2003177438 A JP2003177438 A JP 2003177438A
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JP
Japan
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light
input
optical switch
state
thin film
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Application number
JP2001378358A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Kijima
公一朗 木島
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical switch in which switching time is reduced, manufacturing is made easy and the cost is reduced and to provide a driving method of the switch in which reliability is secured. <P>SOLUTION: When a phase varying film of an optical path switching means 25 of an optical switch 20 becomes a crystal state i.e. a first switching state, light beams L1 being inputted into a first input connector section 21 are led to a first output connector section 23 and light beams L2 inputted into a second input connector section 22 are led to a second output connector section 24. When the phase varying film of the means 25 becomes an amorphous state i.e. a second switching state, the light beams L1 being inputted into the section 21 are led to the section 24 and the light beams L2 being inputted into the section 22 are led to the section 23. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光スイッチおよび
光スイッチの駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch and a method for driving the optical switch.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、国と国とを結ぶ幹線への利用がほ
とんどであった光ファイバーを用いた光通信は、近年の
インターネットの普及とともに、幹線だけでなく、一般
家庭にも普及がなされるようになってきている。そし
て、光ファイバーの敷設が進むとともに、光ファイバー
単体も含め、光通信に用いる各部品などには高性能化が
要求されるだけでなく、低コスト化も要求されるように
なっている。とりわけ、光ファイバー網における分岐点
においては、従来は光信号を電気信号に置き換えた後に
再度電気信号を光に変換することにより行っていた信号
の切り替えを、光スイッチを用いることにより高転送レ
ートに対応させることなどが検討されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, optical communication using optical fibers, which has been mostly used for trunk lines connecting countries, is spreading not only to trunk lines but also to general households with the spread of the Internet in recent years. Is starting to appear. As the laying of optical fibers progresses, not only high performance is required for each component used for optical communication, including a single optical fiber, but also cost reduction is required. Above all, at the branch point in the optical fiber network, the optical switch is used to switch the signal, which was conventionally performed by replacing the optical signal with an electrical signal and then converting the electrical signal into light again. It is being studied to make it happen.

【0003】次に説明するように、光スイッチの構成と
しては、プリズムなどの光学部品を光路中に配置するこ
とにより光の伝搬方向を空間的に切り替えるものが検討
されている。図15(a)、(b)はクロスコネクト形
式の光スイッチの一例を示す説明図である。光スイッチ
10は、2つの光ファイバー(図中fiberと示す)
I1、I2の端部が結合されてこれら各光ファイバーI
1、I2から光が入力されるように構成されるととも
に、2つの光ファイバーO1、O2の端部が結合されて
これら各光ファイバーO1、O2に光を出力するように
構成されている。光スイッチ10は、図略の電磁アクチ
ュエーターなどから構成されたリニアアクチュエータ上
にプリズム12を搭載することにより、光ファイバーI
1からの光L1を光ファイバーO1に導波させるととも
に、光ファイバーI2からの光L2を光ファイバーO2
に導波させる場合には、プリズム12が光路から外れた
位置に退避されるようになっている。一方、光ファイバ
ーI1からの光を光ファイバーO2に導波させ、光ファ
イバーI2からの光を光ファイバーO1に導波させる場
合には、その光路内の位置にプリズム12を挿入するこ
とにより、それぞれの光ファイバーI1、I2から出力
した光を屈折させる構成となっている。
As described below, as a configuration of an optical switch, a configuration is considered in which an optical component such as a prism is arranged in the optical path to spatially switch the propagation direction of light. FIGS. 15A and 15B are explanatory views showing an example of a cross-connect type optical switch. The optical switch 10 has two optical fibers (shown as fiber in the figure).
The ends of I1 and I2 are combined to form each of these optical fibers I.
Light is input from the optical fibers O1 and I2, and the ends of the two optical fibers O1 and O2 are coupled to output light to the optical fibers O1 and O2. The optical switch 10 includes an optical fiber I by mounting a prism 12 on a linear actuator composed of an electromagnetic actuator (not shown).
The light L1 from the optical fiber O1 is guided to the optical fiber O1, and the light L2 from the optical fiber I2 is guided to the optical fiber O2.
When the light is guided to, the prism 12 is retracted to a position deviated from the optical path. On the other hand, when the light from the optical fiber I1 is guided to the optical fiber O2 and the light from the optical fiber I2 is guided to the optical fiber O1, the prism 12 is inserted at the position in the optical path, so that each optical fiber I1, The light output from I2 is refracted.

【0004】また、他の構成の光スイッチの例として
は、Lucent社が検討を行っているアクティブミラ
ーを用いた方式などがあり、近年発展のめざましいマイ
クロマシン技術を用いた光スイッチなども導入検討がな
されている。前記アクティブミラーを用いた光スイッチ
は、シリコン基板上に形成されたミラーが電気信号によ
り動くことによりその反射角が変化し、光の伝搬方向が
変化するものである。このミラーはとても微細であるこ
とから、その切り替え時間は20μsec程度に大きく
短縮される。
As an example of an optical switch having another structure, there is a system using an active mirror which is being studied by Lucent, and the introduction of an optical switch using a micromachine technology, which has been remarkably developed in recent years, is also considered. Has been done. The optical switch using the active mirror is one in which a mirror formed on a silicon substrate moves in response to an electric signal to change its reflection angle, thereby changing the propagation direction of light. Since this mirror is very fine, the switching time is greatly shortened to about 20 μsec.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たプリズムを用いた方式による光スイッチは、プリズム
という重量のある光学部品をmmオーダーの距離を実際
に動かさなくてはならないことから、切り替えに要する
時間として、数10msecを要してしまっている。さ
らには、プリズムなど光の進行方向を変更することので
きる光学部品およびその光学部品を搭載しているアクチ
ュエーターを、光ファイバーの径レベルに小型化するこ
とが容易でないことから、光ファイバーの配列ピッチに
配列することが困難であるという欠点が存在することか
ら、結果的に装置の大型化を招くという欠点がある。ま
た、上述したアクティブミラーを用いた方式による光ス
イッチは、切替時間を短縮することができるものの、そ
の構成およびそのミラーを作製するための工程が複雑で
あることから、安定して駆動することのできる複数のミ
ラーを配列することは容易ではない。さらにそのことが
容易でないことにより、高コストが懸念される。また、
このような光スイッチを長期間にわたって使用した場
合、あるいは、使用される環境が大きく変化する場合に
信頼性を高めることが要求されている。本発明は上述の
事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、切替時
間を短縮することができ、かつ、製作が容易で低コスト
な光スイッチを提供することにある。また、本発明の目
的は、信頼性を確保する上で有利な光スイッチの駆動方
法を提供することにある。
However, in the optical switch using the prism described above, the time required for switching is large because the heavy optical component called the prism must be actually moved by a distance on the order of mm. As a result, it takes several tens of msec. Furthermore, because it is not easy to downsize the optical components such as prisms that can change the traveling direction of light and the actuators equipped with those optical components to the optical fiber diameter level, array them at the array pitch of the optical fibers. Since there is a drawback that it is difficult to do so, there is a drawback that the size of the device is eventually increased. Further, although the optical switch using the method using the active mirror described above can shorten the switching time, it is stable in driving because the configuration and the process for manufacturing the mirror are complicated. Arranging multiple mirrors is not easy. Further, since it is not easy to do so, high cost is a concern. Also,
It is required to improve reliability when such an optical switch is used for a long period of time or when the environment in which it is used changes greatly. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical switch that can shorten the switching time, is easy to manufacture, and is low in cost. Another object of the present invention is to provide a method of driving an optical switch, which is advantageous in ensuring reliability.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、光が入力される第1の入力コネクタ部と、
前記第1の入力コネクタ部に入力された光が出力される
第1および第2の出力コネクタ部と、前記第1の入力コ
ネクタ部に入力された光を前記第1および第2の出力コ
ネクタ部のいずれか一方に切り替えて導く光路切替手段
とを備えた光スイッチにおいて、前記光路切替手段は、
光を透過する第1の状態と光を反射する第2の状態との
2つの状態に切替可能に構成された多層膜を有し、前記
多層膜が第1の状態となったときに前記第1の入力コネ
クタ部から入力された光が前記多層膜を透過して前記第
1の出力コネクタ部に導かれるように、かつ、前記多層
膜が第2の状態となったときに前記第1の入力コネクタ
部から入力された光が前記多層膜で反射されて前記第2
の出力コネクタ部に導かれるように構成されていること
を特徴とする。そのため本発明によれば、光路切替手段
の多層膜を第1、第2の状態に切り替えることによっ
て、前記第1の入力コネクタ部に入力された光が前記第
1および第2の出力コネクタ部のいずれか一方に切り替
えて出力される。
In order to achieve the above object, the present invention provides a first input connector section to which light is input,
First and second output connector sections that output the light input to the first input connector section, and the first and second output connector sections that output the light input to the first input connector section In an optical switch provided with an optical path switching means for switching and guiding to either one of the
A multilayer film configured to be switchable between two states, a first state of transmitting light and a second state of reflecting light, is provided when the multilayer film is in the first state. The light input from the first input connector unit is transmitted through the multilayer film and guided to the first output connector unit, and the first film is formed when the multilayer film is in the second state. The light input from the input connector unit is reflected by the multilayer film and the second
It is characterized in that it is configured so as to be guided to the output connector section of. Therefore, according to the present invention, by switching the multi-layer film of the optical path switching means to the first and second states, the light input to the first input connector section can be transmitted to the first and second output connector sections. The output is switched to either one.

【0007】また、本発明は、光が入力される第1の入
力コネクタ部と、前記第1の入力コネクタに入力された
光が出力される第1および第2の出力コネクタ部と、前
記第1の入力コネクタ部に入力された光を前記第1およ
び第2の出力コネクタ部のいずれか一方に切り替えて導
く光路切替手段とを備え、前記光路切替手段は、光を透
過する第1の状態と光を反射する第2の状態との2つの
状態に切替可能に構成された多層膜を有し、前記多層膜
が第1の状態となったときに前記第1の入力コネクタ部
から入力された光が前記多層膜を透過して前記第1の出
力コネクタ部に導かれるように、かつ、前記多層膜が第
2の状態となったときに前記第1の入力コネクタ部から
入力された光が前記多層膜で反射されて前記第2の出力
コネクタ部に導かれるように構成され、前記多層膜は、
前記第1の状態において透過率が高くかつ反射率が低く
なる第1の屈折率となり、前記第2の状態において透過
率が低く反射率が高い状態となる第2の屈折率となるよ
うに構成された薄膜を有して構成された光スイッチの駆
動方法であって、前記薄膜の厚さ方向の両側に導電材料
からなる第1、第2の導電性層をそれぞれ設け、前記第
1、第2の導電性層の間に発生する静電容量を測定し、
前記測定された静電容量に基づいて前記多層膜の第1、
第2の状態をモニタすることを特徴とする。そのため、
本発明によれば、光スイッチに設けられた前記第1、第
2の導電性層の間に発生する静電容量に基づいて前記多
層膜の第1、第2の状態をモニタすることにより、多層
膜における屈折率の状態を監視することができる。
According to the present invention, there is provided a first input connector section for receiving light, first and second output connector sections for outputting the light input to the first input connector, and the first and second output connector sections. An optical path switching unit that guides light input to one input connector unit by switching to one of the first and second output connector units, the optical path switching unit being in a first state of transmitting light. And a second state in which light is reflected, the multilayer film is configured to be switchable between two states, and when the multilayer film is in the first state, an input is made from the first input connector unit. Light transmitted through the multilayer film to be guided to the first output connector section, and the light input from the first input connector section when the multilayer film is in the second state. Is reflected by the multilayer film and guided to the second output connector section. It is configured so that, the multilayer film,
In the first state, the first refractive index has a high transmittance and a low reflectance, and in the second state, the second refractive index has a low transmittance and a high reflectance. And a second conductive layer made of a conductive material on both sides in the thickness direction of the thin film, respectively. The capacitance generated between the two conductive layers is measured,
A first layer of the multilayer film based on the measured capacitance,
It is characterized in that the second state is monitored. for that reason,
According to the present invention, by monitoring the first and second states of the multilayer film based on the capacitance generated between the first and second conductive layers provided in the optical switch, The state of the refractive index in the multilayer film can be monitored.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明による光スイッチお
よびその駆動方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に
説明する。図1(a)、(b)は第1の実施の形態の光
スイッチの構成を示す説明図である。図1に示すよう
に、光スイッチ20は、2つの光ファイバーI1、I2
の端部が結合される第1の入力コネクタ部21、第2の
入力コネクタ部22と、光ファイバーO1、O2の端部
が結合される第1の出力コネクタ部23、第2の出力コ
ネクタ部24と、前記第1、第2の入力コネクタ部22
に導入された光L1、L2を前記第1、第2の出力コネ
クタ部に切り替えて導く光路切替手段25とを備えてい
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of an optical switch and a driving method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1A and 1B are explanatory views showing the configuration of the optical switch according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the optical switch 20 includes two optical fibers I1 and I2.
Of the first input connector portion 21 and the second input connector portion 22 to which the ends of the optical fibers O1 and O2 are coupled, and the second output connector portion 24 and the first output connector portion 23 to which the ends of the optical fibers O1 and O2 are coupled. And the first and second input connector portions 22
And an optical path switching means 25 for switching and guiding the lights L1 and L2 introduced to the first and second output connector sections.

【0009】2つの光ファイバーI1、I2は、前記第
1、第2の入力コネクタ部21、22に光L1、L2を
それぞれ入力するものであり、2つの光ファイバーO
1、O2は、前記第1、第2の出力コネクタ部23、2
4から出力される光L1、L2が出力されるものであ
る。前記第1の入力コネクタ部21および第1の出力コ
ネクタ部23と、前記第2の入力コネクタ部22および
第2の出力コネクタ部24とは、前記光路切替手段25
を挟んで配設されている。そして、光スイッチ20は、
第1の入力コネクタ部21から入力された光L1が前記
光路切替手段25によって前記第1の出力コネクタ部2
3または第2の出力コネクタ部24に切り替えて導かれ
るように構成されるとともに、第2の入力コネクタ部2
2から入力された光L2が前記光路切替手段25によっ
て前記第1の出力コネクタ部23または第2の出力コネ
クタ部24に切り替えて導かれるように構成されてい
る。
The two optical fibers I1 and I2 are for inputting the lights L1 and L2 to the first and second input connector portions 21 and 22, respectively.
1, O2 are the first and second output connector portions 23, 2
Lights L1 and L2 output from the optical fiber 4 are output. The first input connector portion 21 and the first output connector portion 23, and the second input connector portion 22 and the second output connector portion 24 are the optical path switching means 25.
Are sandwiched between. And the optical switch 20
The light L1 input from the first input connector section 21 is transferred to the first output connector section 2 by the optical path switching means 25.
3 or the second input connector section 24 and the second input connector section 24.
The light L2 inputted from 2 is switched and guided by the optical path switching means 25 to the first output connector section 23 or the second output connector section 24.

【0010】図2は光路切替手段25の構成を示す断面
図、図3は光路切替手段25の平面図である。光路切替
手段25は、多層膜26と、この多層膜26を挟む2つ
のガラス基板27、28と、前記多層膜26の部分に接
続される2つの導体パターン29とを備えている。図
2、図3に示すように、多層膜26は平面視矩形板状に
形成されている。前記多層膜26は、シリコン層260
2と、前記シリコン層2602の両面にそれぞれ形成さ
れた酸化シリコン層2604、2606と、前記酸化シ
リコン層2604、2606の外側面にそれぞれ形成さ
れた相変化材料からなる相変化膜2608、2610
(特許請求の範囲の薄膜に相当)と、前記相変化膜26
08、2610の外側面にそれぞれ形成された窒化シリ
コン層2612、2614と、前記窒化シリコン層26
12、2614の外側面にそれぞれ形成され前記ガラス
基板27、28に面したシリコン層2616、2618
とを備えている。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the optical path switching means 25, and FIG. 3 is a plan view of the optical path switching means 25. The optical path switching means 25 includes a multilayer film 26, two glass substrates 27 and 28 sandwiching the multilayer film 26, and two conductor patterns 29 connected to the portion of the multilayer film 26. As shown in FIGS. 2 and 3, the multilayer film 26 is formed in a rectangular plate shape in plan view. The multilayer film 26 includes a silicon layer 260.
2, and silicon oxide layers 2604 and 2606 formed on both surfaces of the silicon layer 2602, respectively, and phase change films 2608 and 2610 formed of a phase change material formed on outer surfaces of the silicon oxide layers 2604 and 2606, respectively.
(Corresponding to a thin film in claims) and the phase change film 26
08 and 2610, and silicon nitride layers 2612 and 2614 formed on the outer surfaces of the silicon nitride layers 26 and 26, respectively.
Silicon layers 2616 and 2618 formed on the outer surfaces of the glass substrates 12 and 2614 and facing the glass substrates 27 and 28, respectively.
It has and.

【0011】本例における屈折率nおよび厚さ方向の寸
法tは下記の通りである。 ガラス基板27、28:n=1.5 シリコン層2602:n=3.5、t=240nm 酸化シリコン層2604、2606:n=1.47、t
=100nm 相変化膜2608、2610:t=25nm 窒化シリコン層2612、2614:n=2.0、t=
230nm シリコン層2616、2618:n=3.5、t=24
0nm
The refractive index n and the dimension t in the thickness direction in this example are as follows. Glass substrate 27, 28: n = 1.5 Silicon layer 2602: n = 3.5, t = 240 nm Silicon oxide layer 2604, 2606: n = 1.47, t
= 100 nm Phase change films 2608 and 2610: t = 25 nm Silicon nitride layers 2612 and 2614: n = 2.0, t =
230 nm silicon layers 2616, 2618: n = 3.5, t = 24
0 nm

【0012】ここで、前記相変化膜2608、2610
を構成する相変化材料について説明する。本例では、相
変化膜をGe2Sb2Te5よりなる相変化材料で構成
する。Ge2Sb2Te5よりなる相変化材料は、加熱
処理温度および加熱後の冷却速度の違いにより結晶化状
態およびアモルファス状態など複数の状態をとり得る材
料であり、光ディスク装置の記録材料にも用いられてい
る材料である。図4(a)は、相変化膜2608、26
10を構成する相変化材料がアモルファス状態にある場
合において波長を変化(350nm〜1700nm)さ
せたときの屈折率(n,k)の測定結果を示す特性線
図、図4(b)は、相変化膜2608、2610を構成
する相変化材料が結晶状態にある場合において波長を変
化(350nm〜1700nm)させたときの屈折率
(n,k)の測定結果を示す特性線図である。前記相変
化膜の屈折率は複素数の形態、すなわちn−ikとして
表現される。虚数部分kの数値が大きいほど膜における
光の吸収が大きくなり、虚数部分のkの数値が小さいほ
ど膜における光の吸収が小さくなることを示している。
Here, the phase change films 2608 and 2610 are used.
The phase change material constituting the will be described. In this example, the phase change film is made of a phase change material made of Ge2Sb2Te5. The phase change material made of Ge2Sb2Te5 is a material that can be in a plurality of states such as a crystallized state and an amorphous state depending on the difference in heat treatment temperature and the cooling rate after heating, and is also used as a recording material for optical disk devices. is there. FIG. 4A shows the phase change films 2608 and 26.
10 is a characteristic diagram showing the measurement results of the refractive index (n, k) when the wavelength is changed (350 nm to 1700 nm) in the case where the phase change material constituting 10 is in an amorphous state, FIG. It is a characteristic diagram which shows the measurement result of the refractive index (n, k) when changing a wavelength (350 nm-1700 nm) in the case where the phase-change material which comprises the change films 2608 and 2610 is in a crystalline state. The refractive index of the phase change film is expressed as a complex number, that is, n-ik. It is shown that the larger the value of the imaginary part k, the larger the light absorption in the film, and the smaller the value of k in the imaginary part, the smaller the light absorption in the film.

【0013】そして、前記相変化膜2608、2610
の屈折率は、アモルファス状態においてn=5.622
4−0.9461i(特許請求の範囲の第1の屈折率に
相当)とし、結晶状態においてn=7.8361−2.
7961i(特許請求の範囲の第2の屈折率に相当)と
した(ただし波長は1550nm)。また、前記ガラス
基板27、28、シリコン層2602、酸化シリコン層
2604、2606、相変化膜2608、2610、窒
化シリコン層2612、2614、シリコン層261
6、2618は、前記相変化膜2608、2610の屈
折率の変化を強調(エンハンス)する機能を果たす構成
となっている。
Then, the phase change films 2608 and 2610 are used.
Has a refractive index of n = 5.622 in the amorphous state.
4-0.9461i (corresponding to the first refractive index in the claims), and n = 7.8361-2.
7961i (corresponding to the second refractive index in the claims) (however, the wavelength is 1550 nm). Further, the glass substrates 27 and 28, the silicon layer 2602, the silicon oxide layers 2604 and 2606, the phase change films 2608 and 2610, the silicon nitride layers 2612 and 2614, and the silicon layer 261.
Reference numerals 6 and 2618 have a function of enhancing (enhancing) the change in the refractive index of the phase change films 2608 and 2610.

【0014】次に、前記多層膜26の反射率と透過率が
前記相変化膜2608、2610の状態(アモルファス
状態および結晶状態)によりどのように変化するかにつ
いて説明する。図5は、相変化膜2608、2610の
厚さに対して多層膜26の反射率がどのように変化する
かを示した特性図、図6は、相変化膜2608、261
0の厚さに対して多層膜26の透過率がどのように変化
するかを示した特性図である。ここで、各相変化膜26
08、2610の厚さは等しいものとして、その厚さを
パラメータとして計算を行った。また波長は1550n
mであり、入力角度(ガラス基板27、28に対する各
光ファイバーI1、I2、O1、O2の軸線方向がなす
角度は10degであり、光はP偏光とする。そして、
上述した構成例(それぞれの相変化膜の厚さが25n
m)においては、アモルファス状態における反射率が
0.9%、アモルファス状態における透過率が26.5
%となり、結晶状態における反射率が33%、結晶状態
における透過率が1.4%となっており、それぞれ10
倍以上の消光比がとれている。
Next, how the reflectance and transmittance of the multilayer film 26 change depending on the states (amorphous state and crystalline state) of the phase change films 2608 and 2610 will be described. FIG. 5 is a characteristic diagram showing how the reflectance of the multilayer film 26 changes with the thickness of the phase change films 2608 and 2610. FIG. 6 shows the phase change films 2608 and 261.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing how the transmittance of the multilayer film 26 changes with respect to the thickness of 0. Here, each phase change film 26
The thicknesses of 08 and 2610 were assumed to be equal, and calculation was performed using the thicknesses as parameters. The wavelength is 1550n
m, the input angle (the angle formed by the axial directions of the optical fibers I1, I2, O1 and O2 with respect to the glass substrates 27 and 28 is 10 deg, and the light is P-polarized).
The configuration example described above (the thickness of each phase change film is 25 n
m), the reflectance in the amorphous state is 0.9% and the transmittance in the amorphous state is 26.5.
%, The reflectance in the crystalline state is 33%, and the transmittance in the crystalline state is 1.4%.
The extinction ratio is more than double.

【0015】前記多層膜26のシリコン層2602は例
えばボロンなどが添加されて構成されおり、このシリコ
ン層2602に電流が供給されたときに発熱して前記相
変化膜2608、2610を加熱する加熱手段を構成し
ている。図3に示すように、前記各導体パターン29の
一端は、前記多層膜26のシリコン層2602の対向す
る2つの辺の端部のそれぞれに接続されており、各導体
パターン26の他端は図略の電流供給回路に接続され、
後述する電流パルスを前記シリコン層2602に供給す
るように構成されている。また、前記各導体パターン2
9は、各光ファイバーI1、I2から出力した光がかか
らない部分に形成することが望ましい。各導体パターン
29には、光学特性は要求されないことから、アルミニ
ウムなどの金属材料を用いることも可能である。
The silicon layer 2602 of the multi-layer film 26 is formed by adding, for example, boron or the like, and when the current is supplied to the silicon layer 2602, heat is generated to heat the phase change films 2608 and 2610. Are configured. As shown in FIG. 3, one end of each conductor pattern 29 is connected to each end of two opposite sides of the silicon layer 2602 of the multilayer film 26, and the other end of each conductor pattern 26 is Connected to the current supply circuit of the abbreviation,
It is configured to supply a current pulse described later to the silicon layer 2602. In addition, each of the conductor patterns 2
9 is preferably formed in a portion where the light output from each of the optical fibers I1 and I2 is not applied. Since each conductor pattern 29 is not required to have optical characteristics, a metal material such as aluminum can be used.

【0016】次に、前記相変化膜2608、2610を
結晶状態およびアモルファス状態に切り替える方法につ
いて説明する。相変化材料は、それが加熱された後の冷
却速度の違いによりその後の状態が、結晶状態あるいは
アモルファス状態と切り替えられる。相変化材料をアモ
ルファス状態とするためには、加熱後に急冷すればよ
い。すなわち、相変化膜は高温まで急昇温することによ
りその後急冷却されやすいので、相変化膜を急昇温する
ことでアモルファス状態とすることができる。相変化材
料を結晶状態とするためには、加熱後に結晶核が形成さ
れ、結晶が成長するだけの時間が必要となる。すなわ
ち、アモルファス状態にする場合よりも低い温度に相変
化膜を加熱した後、ゆっくりと冷却させることにより結
晶状態とすることができる。したがって加熱する温度の
違い、すなわち、相変化膜に供給する熱量の違いによ
り、相変化膜の状態を切り替えることが可能となる。
Next, a method of switching the phase change films 2608 and 2610 between the crystalline state and the amorphous state will be described. The subsequent state of the phase change material is switched to the crystalline state or the amorphous state due to the difference in the cooling rate after it is heated. In order to bring the phase change material into an amorphous state, it may be cooled rapidly after heating. That is, the phase change film is likely to be rapidly cooled to a high temperature and then rapidly cooled, so that the phase change film can be brought into an amorphous state by rapidly increasing the temperature. In order to bring the phase change material into a crystalline state, it takes time for the crystal nuclei to be formed after heating and for the crystal to grow. That is, the crystalline state can be obtained by heating the phase change film to a temperature lower than that in the case of making it in an amorphous state and then slowly cooling it. Therefore, the state of the phase change film can be switched depending on the difference in the heating temperature, that is, the difference in the amount of heat supplied to the phase change film.

【0017】図7は前記電流供給回路から相変化膜に与
える供給エネルギーの波形図である。横軸は時間、縦軸
は相変化膜に与える供給エネルギーである。この供給エ
ネルギーは前記シリコン層2602に供給する電流量に
相当する。図7において、P1は冷却後に相変化膜がア
モルファス状態となるような温度に加熱するために必要
なエネルギーの範囲、P2は冷却後に相変化膜が結晶状
態となるような温度に加熱するために必要なエネルギー
の範囲を示す。ただし、P1>P2である。
FIG. 7 is a waveform diagram of the energy supplied from the current supply circuit to the phase change film. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the energy supplied to the phase change film. This supplied energy corresponds to the amount of current supplied to the silicon layer 2602. In FIG. 7, P1 is a range of energy required to heat the phase change film to an amorphous state after cooling, and P2 is a temperature to heat the phase change film to a crystalline state after cooling. Indicates the required energy range. However, P1> P2.

【0018】図7(a)に示すように、相変化膜をアモ
ルファス状態とするためには、前記エネルギー範囲P1
のエネルギーを与え、図7(b)に示すように相変化膜
をアモルファス状態とするためには、前記エネルギー範
囲P2のエネルギーを与えればよい。本例では、複数の
短パルス状のエネルギー、換言すれば複数の短パルス状
の電流を前記シリコン層2602に供給することによ
り、前記シリコン層2602の面内方向における熱分布
を均一として相変化膜を均一に加熱している。これによ
り、相変化膜の面内における屈折率の変化のばらつきが
抑制されるようになっている。
As shown in FIG. 7A, in order to make the phase change film amorphous, the energy range P1
In order to apply the energy of 2 to make the phase change film into an amorphous state as shown in FIG. 7B, the energy in the energy range P2 may be applied. In this example, by supplying a plurality of short pulse energy, that is, a plurality of short pulse currents to the silicon layer 2602, the heat distribution in the in-plane direction of the silicon layer 2602 is made uniform and the phase change film. Is heated evenly. As a result, the variation in the change of the refractive index within the plane of the phase change film is suppressed.

【0019】次に上述のように構成された第1の実施の
形態における光スイッチの動作について説明する。図1
(a)に示すように、光ファイバーI1から第1の入力
コネクタ部21に光L1が入力されるとともに、光ファ
イバーI2から第2の入力コネクタ部22に光L2が入
力されているものとする。そして、初期状態において、
前記光路切替手段25の多層膜26の相変化膜260
8、2610が結晶状態であるとする。第1の入力コネ
クタ部21に入力された光L1は、光路切替手段25の
ガラス基板27を通過して多層膜26に進入し、第2の
入力コネクタ部22に入力された光L2は、光路切替手
段25のガラス基板28を通過して多層膜26に進入す
る。図5、図6に示すように、結晶状態状態の相変化膜
2608、2610は結晶状態における反射率が33
%、透過率が1.4%であるため、光L1、L2はこれ
ら相変化膜2608、2610で反射され、それぞれ第
1の出力コネクタ部23、第2の出力コネクタ部24に
導かれる。
Next, the operation of the optical switch according to the first embodiment configured as described above will be described. Figure 1
As shown in (a), it is assumed that the light L1 is input from the optical fiber I1 to the first input connector section 21 and the light L2 is input from the optical fiber I2 to the second input connector section 22. And in the initial state,
Phase change film 260 of the multilayer film 26 of the optical path switching means 25
8, 2610 is in a crystalline state. The light L1 input to the first input connector unit 21 passes through the glass substrate 27 of the optical path switching unit 25 and enters the multilayer film 26, and the light L2 input to the second input connector unit 22 is an optical path. It passes through the glass substrate 28 of the switching means 25 and enters the multilayer film 26. As shown in FIGS. 5 and 6, the phase change films 2608 and 2610 in the crystalline state have a reflectance of 33 in the crystalline state.
%, And the transmittance is 1.4%, the lights L1 and L2 are reflected by the phase change films 2608 and 2610 and guided to the first output connector unit 23 and the second output connector unit 24, respectively.

【0020】次に、前記電流駆動回路によって前記多層
膜26のシリコン層2602に対して図7(a)に示す
ような短パルス状の電流(エネルギー)が供給される
と、各相変化膜2608、2610はエネルギー範囲P
1までエネルギーが与えられて加熱され次いで急冷却さ
れることにより、結晶状態からアモルファス状態とな
る。第1の入力コネクタ部21に入力された光L1は、
光路切替手段25のガラス基板27を通過して多層膜2
6に進入し、第2の入力コネクタ部22に入力された光
L2は、光路切替手段25のガラス基板28を通過して
多層膜26に進入する。図5、図6に示すように、結晶
状態状態の相変化膜2608、2610はアモルファス
状態の反射率が0.9%、透過率が26.5%となって
いるため、光L1、L2はこれら相変化膜2608、2
610を通過し、ガラス基板28、27を介してそれぞ
れ第2の出力コネクタ部24、第1の出力コネクタ部2
3に導かれる。
Next, when a short pulse current (energy) as shown in FIG. 7A is supplied to the silicon layer 2602 of the multilayer film 26 by the current driving circuit, each phase change film 2608. , 2610 is the energy range P
By applying energy up to 1, heating, and then rapid cooling, the crystalline state is changed to the amorphous state. The light L1 input to the first input connector unit 21 is
The multilayer film 2 is passed through the glass substrate 27 of the optical path switching means 25.
The light L2 that enters 6 and enters the second input connector unit 22 passes through the glass substrate 28 of the optical path switching unit 25 and enters the multilayer film 26. As shown in FIGS. 5 and 6, the phase-change films 2608 and 2610 in the crystalline state have a reflectance of 0.9% and a transmittance of 26.5% in the amorphous state. These phase change films 2608, 2
610, and the second output connector section 24 and the first output connector section 2 via the glass substrates 28 and 27, respectively.
Guided by 3.

【0021】次に、前記電流駆動回路によって前記多層
膜26のシリコン層2602に対して図7(b)に示す
ような短パルス状の電流(エネルギー)が供給される
と、各相変化膜2608、2610はエネルギー範囲P
2までエネルギーが与えられて加熱され次いでゆっくり
冷却されることにより、アモルファス状態から結晶状態
となる。この結果、前述した初期状態に戻ることにな
る。
Next, when a short pulse current (energy) as shown in FIG. 7B is supplied to the silicon layer 2602 of the multilayer film 26 by the current driving circuit, each phase change film 2608. , 2610 is the energy range P
By applying energy up to 2, heating and then slowly cooling, the amorphous state is changed to the crystalline state. As a result, the initial state described above is restored.

【0022】したがって、光スイッチ20は、前記光路
切替手段25の相変化膜2608、2610が結晶状態
となったときには、第1の入力コネクタ部21に入力さ
れる光L1を第1の出力コネクタ部23に導くととも
に、第2の入力コネクタ部22に入力される光L2を第
2の出力コネクタ部24に導く第1の切替状態となり、
前記光路切替手段25の相変化膜2608、2610が
アモルファス状態となったときには、第1の入力コネク
タ部21に入力される光L1を第2の出力コネクタ部2
4に導くとともに、第2の入力コネクタ部22に入力さ
れる光L2を第1の出力コネクタ部23に導く第2の切
替状態となる。したがって、本実施の形態の光スイッチ
によれば、第1、第2の切替状態にようする切替時間
は、相変化膜2608、2610を結晶状態またはアモ
ルファス状態に変化させるため相変化膜を加熱するに要
する短い時間で済むため、切替時間を短縮化する上で有
利である。また、前記光路切替手段25は、プリズムや
該プリズムを移動させるアクチュエータが不要であり、
アクティブミラーと違って製作が容易であるため、光ス
イッチの小型化および低コスト化を図る上で有利であ
る。
Therefore, when the phase change films 2608 and 2610 of the optical path switching means 25 are in a crystalline state, the optical switch 20 outputs the light L1 input to the first input connector section 21 to the first output connector section. In the first switching state, the light L2 input to the second input connector section 22 is guided to the second output connector section 24 while being guided to the second input connector section 23.
When the phase change films 2608 and 2610 of the optical path switching means 25 are in an amorphous state, the light L1 input to the first input connector section 21 is transmitted to the second output connector section 2
The second switching state in which the light L2 input to the second input connector unit 22 is guided to the first output connector unit 23 while being guided to the first input connector unit 23. Therefore, according to the optical switch of the present embodiment, the phase change films 2608 and 2610 are heated to heat the phase change films 2608 and 2610 during the switching time for switching the first and second switch states. This is advantageous in shortening the switching time because it requires only a short time. Further, the optical path switching means 25 does not require a prism or an actuator for moving the prism,
Since it is easy to manufacture unlike an active mirror, it is advantageous in reducing the size and cost of the optical switch.

【0023】また、第1の実施の形態においては、前記
多層膜26がシリコン膜2602を中心にして該シリコ
ン膜2602の両側で対称的な層によって構成されてい
るので、図1に示すように多層膜26の両側にそれぞれ
位置する2つの入力コネクタ部から光を入力させること
により1つの多層膜26でこれら2つの入力コネクタ部
から入力される光を2つの出力コネクタ部に切り替えて
出力するクロスコネクト形式の光スイッチを構成するこ
とができる。
Further, in the first embodiment, since the multilayer film 26 is composed of symmetrical layers on both sides of the silicon film 2602 with respect to the silicon film 2602, as shown in FIG. By inputting light from two input connector portions respectively located on both sides of the multilayer film 26, one multilayer film 26 switches the light input from these two input connector portions to two output connector portions and outputs the cross. A connect type optical switch can be constructed.

【0024】また、上述した第1の実施の形態では、光
ファイバーI1、I2から切替手段25に入力される光
が直接、多層膜26に導かれるものとして説明したが、
実際には、多層膜26に導かれる光は、光学レンズを用
いてコリメート状態とすること、あるいは、低NAの光
学レンズにより多層膜26上に集光することにより、多
層膜26部分に照射される光が平面波に近い状態である
ことが望ましい。その理由は、さまざまな角度成分を持
つ光が多層膜26部分に入力する場合には、反射率ある
いは透過率を揃えることが容易でないためである。ま
た、多層膜26を構成する各層の数を図2に示した例よ
りも多くすることにより、多層膜26部分に照射される
光が平面波でなくても反射率あるいは透過率を揃えるよ
うに構成することも可能である。
In the first embodiment described above, the light input from the optical fibers I1 and I2 to the switching means 25 is directly guided to the multilayer film 26.
In practice, the light guided to the multilayer film 26 is applied to the multilayer film 26 portion by making it into a collimated state by using an optical lens or condensing the light on the multilayer film 26 by an optical lens having a low NA. It is desirable that the emitted light be in a state close to a plane wave. The reason is that it is not easy to equalize the reflectance or the transmittance when light having various angle components is input to the multilayer film 26. Further, by making the number of layers constituting the multilayer film 26 larger than that in the example shown in FIG. 2, the reflectance or the transmittance is made uniform even if the light irradiated to the portion of the multilayer film 26 is not a plane wave. It is also possible to do so.

【0025】また、図2において示した光路切替手段2
5を構成する各部分の材質は一例に過ぎず、これらの材
質に限定する必要がないことはもちろんである。例え
ば、図2におけるガラス基板27、28を一方または双
方をUV硬化樹脂に置き換えることも可能である。
Further, the optical path switching means 2 shown in FIG.
It is needless to say that the material of each part constituting 5 is merely an example, and it is not necessary to limit to these materials. For example, it is possible to replace one or both of the glass substrates 27 and 28 in FIG. 2 with a UV curable resin.

【0026】次に、第2の実施の形態について説明す
る。第2の実施の形態が第1の実施の形態と異なる点
は、前記相変化膜を加熱する加熱手段の構成である。図
8に示すように、加熱手段30は、半導体レーザ32、
コリメートレンズ34、集光レンズ36を備えて構成さ
れている。前記半導体レーザ32から出射されたレーザ
光38は、コリメートレンズ34でコリメートされ、集
光レンズ36で収束されて、多層膜26の部分に照射さ
れる。前記収束されたレーザ光38によって前記相変化
膜2608、2610を加熱することができる。相変化
膜2608、2610に照射するエネルギーは、図7
(a)、(b)で示したような短パルス状のエネルギー
と同様のものを採用することができる。図8に示すよう
に、前記多層膜26のうち、レーザ光に対する吸収率を
有する部分(層または膜)は相変化膜のみであるため、
相変化膜のみを有効に加熱することができることから、
相変化膜をアモルファス状態とする際の急冷却が容易に
できる。
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the heating means for heating the phase change film. As shown in FIG. 8, the heating means 30 includes a semiconductor laser 32,
The collimator lens 34 and the condenser lens 36 are provided. The laser light 38 emitted from the semiconductor laser 32 is collimated by the collimator lens 34, converged by the condenser lens 36, and applied to the portion of the multilayer film 26. The phase change films 2608 and 2610 may be heated by the focused laser light 38. The energy applied to the phase change films 2608 and 2610 is as shown in FIG.
The same energy as the short pulse energy as shown in (a) and (b) can be adopted. As shown in FIG. 8, since the portion (layer or film) having the absorptance of the laser beam in the multilayer film 26 is only the phase change film,
Since only the phase change film can be effectively heated,
Rapid cooling can be easily performed when the phase change film is made amorphous.

【0027】なお、図8に示した例において用いている
半導体レーザ32から出射される光は、データの伝搬を
行っている光ファイバーを導波してきた光よりも短波長
の光を用いることが可能である。そして、具体的には、
650nm付近の波長を出力する半導体レーザ32を用
いることにより、光源を低コストに入手できるという利
点に加えて、図4(a)、(b)に示した相変化材料の
屈折率特性からわかるように、相変化材料の吸収率が6
50nm付近の波長域で高いことから、エネルギーの利
用の観点においても有効である。
The light emitted from the semiconductor laser 32 used in the example shown in FIG. 8 can be light having a shorter wavelength than the light guided through the optical fiber which propagates data. Is. And specifically,
By using the semiconductor laser 32 that outputs a wavelength near 650 nm, in addition to the advantage that the light source can be obtained at low cost, it can be seen from the refractive index characteristics of the phase change material shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). And the absorption rate of the phase change material is 6
Since it is high in the wavelength range around 50 nm, it is effective from the viewpoint of energy utilization.

【0028】なお、図8に示すように、第2の実施の形
態では、光ファイバーから導波してくる光を用いず、別
の光源(半導体レーザ32)および別の光学部品(コリ
メータレンズ34、集光レンズ36など)を用いた例を
示しているが、光ファイバーより相変化材料の状態をか
えるパワーを導波させて前記相変化膜に照射して加熱す
ることにより相変化膜の状態を切り替えるように構成す
ることも可能である。
As shown in FIG. 8, in the second embodiment, the light guided from the optical fiber is not used, and another light source (semiconductor laser 32) and another optical component (collimator lens 34, An example using a condenser lens 36) is shown, but the state of the phase change film is switched by guiding the power for changing the state of the phase change material from an optical fiber and irradiating and heating the phase change film. It can also be configured as follows.

【0029】次に第3の実施の形態について説明する。
相変化材料はその状態の違いにより、屈折率の変化とと
もに、その電気特性(具体的には誘電率)も変化する。
したがって、相変化膜2608、2610の光学的状
態、すなわち屈折率の状態は、前記相変化膜の電気特性
である誘電率、すなわち静電容量を測定することにより
モニターできる。前記相変化膜の静電容量を測定する手
段としては、相変化膜を挟むように導電性の膜を配置
し、その膜の間の静電容量を測定すればよい。これによ
り相変化膜の屈折率を高精度にモニターすることができ
る。このような構成によれば、光スイッチの動作のモニ
ターも電気的に行うこととなるので、光スイッチの切り
替えに失敗した場合にその失敗を容易に検出することが
できる。また、切り替えに失敗した場合には、光ファイ
バーから光スイッチに光を入力する前にその失敗を検出
できるので、光スイッチへの光の入力を行なう前に再
度、光スイッチの切り替え動作を実行することもでき
る。したがって、光スイッチの動作の信頼性を向上する
上で有利である。
Next, a third embodiment will be described.
Due to the difference in the state of the phase change material, the electrical characteristics (specifically, the dielectric constant) of the phase change material change along with the change of the refractive index.
Therefore, the optical state of the phase change films 2608 and 2610, that is, the state of the refractive index, can be monitored by measuring the dielectric constant, that is, the capacitance, which is the electrical characteristic of the phase change film. As a means for measuring the capacitance of the phase change film, a conductive film may be arranged so as to sandwich the phase change film, and the capacitance between the films may be measured. Thereby, the refractive index of the phase change film can be monitored with high accuracy. With such a configuration, since the operation of the optical switch is also electrically monitored, when the switching of the optical switch fails, the failure can be easily detected. If the switching fails, the failure can be detected before the light is input from the optical fiber to the optical switch.Therefore, switch the optical switch again before inputting the light to the optical switch. You can also Therefore, it is advantageous in improving the reliability of the operation of the optical switch.

【0030】また、相変化膜を結晶状態およびアモルフ
ァス状態に切り替えるために必要なエネルギーに関する
光学的評価を行うことなく、相変化膜の切替状態を電気
的に検出することができる。したがって、長期に光スイ
ッチを使用する場合、あるいは、環境温度が異なる環境
で光スイッチを使用する場合にあたって、前記相変化膜
の状態を確実に切り替えるために必要な条件を調整する
上で有利となる。
Further, the switching state of the phase change film can be electrically detected without performing an optical evaluation of the energy required to switch the phase change film between the crystalline state and the amorphous state. Therefore, when the optical switch is used for a long period of time, or when the optical switch is used in an environment where the ambient temperature is different, it is advantageous in adjusting the conditions necessary for reliably switching the state of the phase change film. .

【0031】具体的には、相変化膜を結晶化するために
必要な投入エネルギー量、あるいはアモルファス状態す
るために必要な投入エネルギー量が外部環境の影響を受
けて変化したり、長期使用によって変化したりした場合
においても、前記相変化膜の屈折率の変化の状態を電気
的に評価することができる。したがって、相変化膜を結
晶状態とするための投入エネルギー量、あるいはアモル
ファス状態とするための投入エネルギー量を容易に調整
することができる。また、図2に示した光スイッチの多
層膜の構成においては、前記相変化膜2608、261
0を挟むようにシリコン層2602、2616、261
8が設けられてる。このため、これらシリコン層を導電
性材料とすることによりこれらシリコン層の間の容量
(誘電率)を検出して相変化膜の状態を検出することが
できる。
Specifically, the amount of input energy required to crystallize the phase change film or the amount of input energy required to bring it into an amorphous state changes due to the influence of the external environment or changes due to long-term use. Even in such a case, the state of change in the refractive index of the phase change film can be electrically evaluated. Therefore, it is possible to easily adjust the amount of input energy for bringing the phase change film into the crystalline state or the amount of input energy for bringing the phase change film into the amorphous state. Further, in the structure of the multilayer film of the optical switch shown in FIG. 2, the phase change films 2608 and 261 are used.
Silicon layers 2602, 2616, 261 so as to sandwich 0
8 is provided. Therefore, when these silicon layers are made of a conductive material, the capacitance (dielectric constant) between these silicon layers can be detected to detect the state of the phase change film.

【0032】次に第4の実施の形態について説明する。
図9は複数個の光スイッチを一体的に設けた構成を示す
説明図である。図9に示すように、光スイッチ30は、
4個の光ファイバーI11乃至I14が結合される4個
の第1の入力コネクタ部(図略)と、4個の光ファイバ
ーO11乃至O14が結合される4個の第1の出力コネ
クタ部(図略)と、4個の光ファイバーI21乃至I2
4が結合される4個の第2の入力コネクタ部(図略)
と、4個の光ファイバーO21乃至O24が結合される
4個の第2の出力コネクタ部(図略)と、4個の光路切
替手段20とを設けることにより互いに独立した4個の
光スイッチを一体的に構成している。
Next, a fourth embodiment will be described.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration in which a plurality of optical switches are integrally provided. As shown in FIG. 9, the optical switch 30 is
Four first input connector parts (not shown) to which the four optical fibers I11 to I14 are coupled, and four first output connector parts (not shown) to which the four optical fibers O11 to O14 are coupled. And four optical fibers I21 to I2
4 second input connector parts (not shown) to which 4 is connected
By providing four second output connector parts (not shown) to which the four optical fibers O21 to O24 are coupled and four optical path switching means 20, four independent optical switches are integrated. Are configured as

【0033】前記光路切替手段20は、単一の基板32
上に設けられた4個の光路切替手段によって構成されて
いる。前記基板32は、図2におけるガラス基板27、
28に相当するものである。この光スイッチ30におい
てパターン化が必要な部分は、前記相変化膜を加熱する
加熱手段としてのシリコン層と、この加熱手段としての
シリコン層に電流を供給する配線部分と、前記相変化膜
の容量をモニターするための電気配線部分などであり、
その構成が簡素である。このため、その作製がとても容
易であり、動作を安定させることも困難ではなく、これ
により光スイッチをマルチ配列化して形成することが容
易である。したがって、本発明の光スイッチは、多数の
光スイッチを一体化して構成する上で有利である。
The optical path switching means 20 comprises a single substrate 32.
It is composed of four optical path switching means provided above. The substrate 32 is the glass substrate 27 in FIG.
It corresponds to 28. The part of the optical switch 30 that needs to be patterned is a silicon layer as a heating means for heating the phase change film, a wiring part for supplying a current to the silicon layer as the heating means, and a capacitance of the phase change film. Such as the electrical wiring part for monitoring
Its configuration is simple. Therefore, the fabrication thereof is very easy, and it is not difficult to stabilize the operation, and thus it is easy to form the optical switches in multiple arrays. Therefore, the optical switch of the present invention is advantageous in integrating a large number of optical switches.

【0034】次に、第5の実施の形態について説明す
る。図10は第5の実施の形態の光スイッチの構成を示
す説明図である。第5の実施の形態が第1の実施の形態
と異なる点は、光スイッチへの光の入力が多層膜の片側
からのみ行なわれており、光が入力される多層膜を出力
コネクタ部の数と同じ数設けた構成とした点である。ず
なわち、図10(a)に示すように、光スイッチ40
は、2つの光ファイバーI1、I2の端部が結合される
第1の入力コネクタ部41、第2の入力コネクタ部42
と、光ファイバーO1、O2の端部が結合される第1の
出力コネクタ部43、第2の出力コネクタ部44と、前
記第1の入力コネクタ部41に入力された光L1を前記
第1、第2の出力コネクタ部43、44に切り替えて導
く光路切替手段45Aと、前記第2の入力コネクタ部4
2に入力された光L2を前記第1、第2の出力コネクタ
部43、44に切り替えて導く光路切替手段45Bとを
備えている。
Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the configuration of the optical switch according to the fifth embodiment. The fifth embodiment is different from the first embodiment in that light is input to the optical switch from only one side of the multilayer film, and the multilayer film to which light is input is connected to the number of output connector units. The same number is provided. That is, as shown in FIG. 10A, the optical switch 40
Is a first input connector section 41 and a second input connector section 42 to which the ends of the two optical fibers I1 and I2 are coupled.
And a first output connector section 43 and a second output connector section 44 to which the ends of the optical fibers O1 and O2 are coupled, and the light L1 input to the first input connector section 41 to the first and second output connector sections 43 and 44, respectively. Optical path switching means 45A for switching and guiding to the second output connector portions 43 and 44, and the second input connector portion 4
The optical path switching means 45B is provided for switching and guiding the light L2 input to the first and second output connector portions 43 and 44.

【0035】図11に示すように、前記光路切替手段4
5A、45Bは、多層膜46と、この多層膜46を挟む
2つのガラス基板47、48とを備えている。多層膜4
6は平面視矩形板状に形成されている。前記多層膜46
は、ガラス基板47側に形成された窒化シリコン層46
02と、この窒化シリコン層4602上に形成されたシ
リコン層4604と、このシリコン層4604上に形成
された窒化シリコン層4606と、この窒化シリコン層
4606上に形成された相変化膜4608(特許請求の
範囲の薄膜に相当)と、この相変化膜4608とガラス
基板48との間に形成された窒化シリコン層4610と
を備えている。本例における屈折率nおよび厚さ方向の
寸法tは下記の通りである。 ガラス基板47、48:n=1.47 窒化シリコン層4602:n=2.0、t=140nm シリコン層4604:n=3.5、t=250nm 窒化シリコン層4606:n=2.0、t=50nm 相変化膜4608:t=150nm 窒化シリコン層4610:n=2.0、t=400nm 相変化膜4608の屈折率と対象となる光の波長は第1
の実施の形態と同様である。
As shown in FIG. 11, the optical path switching means 4
5A and 45B include a multilayer film 46 and two glass substrates 47 and 48 sandwiching the multilayer film 46. Multilayer film 4
6 is formed in a rectangular plate shape in a plan view. The multilayer film 46
Is a silicon nitride layer 46 formed on the glass substrate 47 side.
02, a silicon layer 4604 formed on the silicon nitride layer 4602, a silicon nitride layer 4606 formed on the silicon layer 4604, and a phase change film 4608 formed on the silicon nitride layer 4606. And a silicon nitride layer 4610 formed between the phase change film 4608 and the glass substrate 48. The refractive index n and the dimension t in the thickness direction in this example are as follows. Glass substrate 47, 48: n = 1.47 Silicon nitride layer 4602: n = 2.0, t = 140 nm Silicon layer 4604: n = 3.5, t = 250 nm Silicon nitride layer 4606: n = 2.0, t = 50 nm Phase change film 4608: t = 150 nm Silicon nitride layer 4610: n = 2.0, t = 400 nm The refractive index of the phase change film 4608 and the wavelength of the target light are the first.
This is the same as the embodiment.

【0036】次に、前記多層膜46の反射率と透過率が
前記相変化膜4608の状態(アモルファス状態および
結晶状態)によりどのように変化するかについて説明す
る。図12は、相変化膜4608の厚さに対して多層膜
46の反射率がどのように変化するかを示した特性図、
図13は、相変化膜4608の厚さに対して多層膜46
の透過率がどのように変化するかを示した特性図であ
る。ここで、各相変化膜4608の厚さをパラメータと
して計算を行った。また波長は1550nmであり、入
力角度(ガラス基板47、48に対する各光ファイバー
I1、I2、O1、O2の軸線方向がなす角度は10d
egであり、光はP偏光とする。そして、上述した構成
例(相変化膜の厚さが15nm)においては、アモルフ
ァス状態における反射率が0.3%、アモルファス状態
における透過率が21%となり、結晶状態における反射
率が19.5%、結晶状態における透過率が1.5%と
なっており、それぞれ10倍以上の消光比がとれてい
る。
Next, how the reflectance and transmittance of the multilayer film 46 change depending on the state (amorphous state and crystalline state) of the phase change film 4608 will be described. FIG. 12 is a characteristic diagram showing how the reflectance of the multilayer film 46 changes with respect to the thickness of the phase change film 4608.
FIG. 13 shows that the thickness of the phase change film 4608 is different from that of the multilayer film 46.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing how the transmittance of γ changes. Here, calculation was performed using the thickness of each phase change film 4608 as a parameter. The wavelength is 1550 nm, and the input angle (the angle formed by the axial directions of the optical fibers I1, I2, O1 and O2 with respect to the glass substrates 47 and 48 is 10d).
and the light is P-polarized. In the above-described configuration example (thickness of the phase change film is 15 nm), the reflectance in the amorphous state is 0.3%, the transmittance in the amorphous state is 21%, and the reflectance in the crystalline state is 19.5%. The transmittance in the crystalline state is 1.5%, and the extinction ratio is 10 times or more.

【0037】次に上述のように構成された第5の実施の
形態における光スイッチの動作について説明する。図1
0(a)に示すように、光ファイバーI1から第1の入
力コネクタ部41に光L1が入力されるとともに、光フ
ァイバーI2から第2の入力コネクタ部42に光L2が
入力されているものとする。そして、初期状態におい
て、前記光路切替手段45Aの多層膜46の相変化膜が
アモルファス状態であり、前記光路切替手段45Bの多
層膜46の相変化膜が結晶状態状態であるとする。
Next, the operation of the optical switch according to the fifth embodiment configured as described above will be described. Figure 1
As shown in 0 (a), it is assumed that the light L1 is input from the optical fiber I1 to the first input connector unit 41 and the light L2 is input from the optical fiber I2 to the second input connector unit 42. Then, in the initial state, the phase change film of the multilayer film 46 of the optical path switching unit 45A is in an amorphous state, and the phase change film of the multilayer film 46 of the optical path switching unit 45B is in a crystalline state.

【0038】第1の入力コネクタ部41に入力された光
L1は、光路切替手段45Aのガラス基板47を通過し
て多層膜46に進入する。第2の入力コネクタ部42に
入力された光L2は、光路切替手段45Bのガラス基板
47を通過して多層膜46に進入する。図12、図13
に示すように、アモルファス状態における反射率が0.
3%、アモルファス状態における透過率が21%、結晶
状態における反射率が19.5%、結晶状態における透
過率が1.5%であるため、光L1は相変化膜4608
を通過し、光L2は相変化膜4608で反射され、それ
ぞれ第2の出力コネクタ部44、第1の出力コネクタ部
43に導かれる。
The light L1 input to the first input connector section 41 passes through the glass substrate 47 of the optical path switching means 45A and enters the multilayer film 46. The light L2 input to the second input connector unit 42 passes through the glass substrate 47 of the optical path switching unit 45B and enters the multilayer film 46. 12 and 13
As shown in FIG.
The light L1 is 3%, the transmittance in the amorphous state is 21%, the reflectance in the crystalline state is 19.5%, and the transmittance in the crystalline state is 1.5%.
After passing through, the light L2 is reflected by the phase change film 4608 and guided to the second output connector section 44 and the first output connector section 43, respectively.

【0039】次に、第1の実施の形態と同様の加熱手段
によって光路切替手段45A、45Bの相変化膜460
8のそれぞれが結晶状態およびアモルファス状態となる
ように加熱される。すると、図10(b)に示すよう
に、第1の入力コネクタ部41に入力された光L1は、
光路切替手段45Aのガラス基板47を通過して多層膜
46に進入する。第2の入力コネクタ部42に入力され
た光L2は、光路切替手段45Bのガラス基板47を通
過して多層膜46に進入する。図12、図13に示すよ
うに、アモルファス状態における反射率が0.3%、ア
モルファス状態における透過率が21%、結晶状態にお
ける反射率が19.5%、結晶状態における透過率が
1.5%であるため、光L1は相変化膜4608で反射
され、光L2は相変化膜4608を通過して、それぞれ
第1の出力コネクタ部43、第2の出力コネクタ部44
に導かれる。
Next, the phase change film 460 of the optical path switching means 45A and 45B is heated by the same heating means as in the first embodiment.
Each of 8 is heated to a crystalline state and an amorphous state. Then, as shown in FIG. 10B, the light L1 input to the first input connector unit 41 is
It passes through the glass substrate 47 of the optical path switching means 45A and enters the multilayer film 46. The light L2 input to the second input connector unit 42 passes through the glass substrate 47 of the optical path switching unit 45B and enters the multilayer film 46. As shown in FIGS. 12 and 13, the reflectance in the amorphous state is 0.3%, the transmittance in the amorphous state is 21%, the reflectance in the crystalline state is 19.5%, and the transmittance in the crystalline state is 1.5%. %, The light L1 is reflected by the phase change film 4608, the light L2 passes through the phase change film 4608, and the first output connector unit 43 and the second output connector unit 44 respectively.
Be led to.

【0040】したがって、光スイッチ40は、前記光路
切替手段45A、45Bの相変化膜がそれぞれアモルフ
ァス状態および結晶状態となったときには、第1の入力
コネクタ部41に入力される光L1を第2の出力コネク
タ部44に導くとともに、第2の入力コネクタ部22に
入力される光L2を第1の出力コネクタ部43に導く第
1の切替状態となり、前記光路切替手段45A、45B
の相変化膜がそれぞれ結晶状態およびアモルファス状態
となったときには、第1の入力コネクタ部41に入力さ
れる光L1を第1の出力コネクタ部43に導くととも
に、第2の入力コネクタ部42に入力される光L2を第
2の出力コネクタ部44に導く第2の切替状態となる。
したがって、本実施の形態の光スイッチにおいても第1
の実施の形態と同様にクロスコネクト形式の光スイッチ
を構成することができる。また、本実施の形態の光スイ
ッチにおいても第1の実施の形態と同様の作用効果を奏
することができる。
Therefore, when the phase change films of the optical path switching means 45A and 45B are in the amorphous state and the crystalline state, the optical switch 40 outputs the light L1 input to the first input connector section 41 to the second state. While being guided to the output connector section 44, the light L2 input to the second input connector section 22 is guided to the first output connector section 43 in the first switching state, and the optical path switching means 45A, 45B.
When the phase change film of (1) becomes a crystalline state and an amorphous state, respectively, the light L1 input to the first input connector section 41 is guided to the first output connector section 43 and input to the second input connector section 42. The second switching state is introduced in which the generated light L2 is guided to the second output connector section 44.
Therefore, even in the optical switch of the present embodiment, the first
A cross-connect type optical switch can be configured as in the above embodiment. Further, the optical switch of this embodiment can also achieve the same effects as those of the first embodiment.

【0041】次に、第6の実施の形態について説明す
る。第6の実施の形態が第5の実施の形態と異なる点
は、2つの入力コネクタ部に入力された2つの光を1つ
の出力コネクタ部へ出力させる点である。ずなわち、図
14(a)に示すように、光スイッチ50は、2つの光
ファイバーI1、I2の端部が結合される第1の入力コ
ネクタ部51、第2の入力コネクタ部52と、光ファイ
バーO1、O2の端部が結合される第1の出力コネクタ
部53、第2の出力コネクタ部54と、前記第1の入力
コネクタ部51に入力された光L1を前記第1、第2の
出力コネクタ部53、54に切り替えて導く光路切替手
段55Aと、前記第2の入力コネクタ部52に入力され
た光L2を前記第1、第2の出力コネクタ部53、54
に切り替えて導く光路切替手段55Bとを備えている。
各光路切替手段55A、55Bは図10の各光路切替手
段45A、45Bと同様であるため説明を割愛する。
Next, a sixth embodiment will be described. The sixth embodiment differs from the fifth embodiment in that the two lights input to the two input connector units are output to one output connector unit. That is, as shown in FIG. 14 (a), the optical switch 50 includes a first input connector section 51, a second input connector section 52 to which the ends of two optical fibers I1 and I2 are coupled, and an optical fiber. The first output connector section 53 and the second output connector section 54, to which the ends of O1 and O2 are coupled, and the light L1 input to the first input connector section 51, are output to the first and second outputs. An optical path switching unit 55A that switches and guides to the connector portions 53 and 54, and the light L2 input to the second input connector portion 52 is the first and second output connector portions 53 and 54.
And an optical path switching means 55B for switching and guiding the optical path.
The optical path switching means 55A and 55B are the same as the optical path switching means 45A and 45B in FIG.

【0042】次に上述のように構成された第6の実施の
形態における光スイッチの動作について説明する。図1
4(a)に示すように、光ファイバーI1から第1の入
力コネクタ部41に光L1が入力されるとともに、光フ
ァイバーI2から第2の入力コネクタ部42に光L2が
入力されているものとする。そして、初期状態におい
て、前記光路切替手段55A、55Bの多層膜の相変化
膜が共にアモルファス状態であるとする。第1の入力コ
ネクタ部41に入力された光L1は、光路切替手段55
Aに進入する。第2の入力コネクタ部42に入力された
光L2は、光路切替手段55Bに進入する。図12、図
13に示すように、アモルファス状態における反射率が
0.3%、アモルファス状態における透過率が21%で
あるため、光L1、L2は相変化膜4608を通過し、
1つの第2の出力コネクタ部44に導かれる。すなわ
ち、第2の出力コネクタ部44から2つの光L1、L2
が混合されたものが出力される。
Next, the operation of the optical switch according to the sixth embodiment having the above structure will be described. Figure 1
As shown in FIG. 4A, it is assumed that the light L1 is input from the optical fiber I1 to the first input connector unit 41 and the light L2 is input from the optical fiber I2 to the second input connector unit 42. Then, in the initial state, it is assumed that the phase change films of the multilayer films of the optical path switching means 55A and 55B are both in an amorphous state. The light L1 input to the first input connector unit 41 receives the light path switching unit 55.
Enter A. The light L2 input to the second input connector unit 42 enters the optical path switching unit 55B. As shown in FIGS. 12 and 13, since the reflectance in the amorphous state is 0.3% and the transmittance in the amorphous state is 21%, the lights L1 and L2 pass through the phase change film 4608,
It is guided to one second output connector section 44. That is, the two lights L1 and L2 are emitted from the second output connector section 44.
Are mixed and output.

【0043】次に、第1の実施の形態と同様の加熱手段
によって光路切替手段55A、55Bの相変化膜460
8が共に結晶状態となるように加熱される。すると、図
14(b)に示すように、第1の入力コネクタ部51に
入力された光L1は、光路切替手段55Aに進入する。
第2の入力コネクタ部52に入力された光L2は、光路
切替手段55Bに進入する。図12、図13に示すよう
に、結晶状態における反射率が19.5%、結晶状態に
おける透過率が1.5%であるため、光L1、L2は相
変化膜で反射され、それぞれ第1の出力コネクタ部43
に導かれる。すなわち、第1の出力コネクタ部53から
2つの光L1、L2が混合されたものが出力される。
Next, the phase change film 460 of the optical path switching means 55A and 55B is heated by the same heating means as in the first embodiment.
Both 8 are heated so as to be in a crystalline state. Then, as shown in FIG. 14B, the light L1 input to the first input connector unit 51 enters the optical path switching unit 55A.
The light L2 input to the second input connector unit 52 enters the optical path switching unit 55B. As shown in FIG. 12 and FIG. 13, since the reflectance in the crystalline state is 19.5% and the transmittance in the crystalline state is 1.5%, the lights L1 and L2 are reflected by the phase change film, respectively, Output connector section 43
Be led to. That is, a mixture of the two lights L1 and L2 is output from the first output connector unit 53.

【0044】したがって、光スイッチ50は、前記光路
切替手段55A、55Bの相変化膜が共にアモルファス
状態となったときには、第1の入力コネクタ部51に入
力される光L1と第2の入力コネクタ部52に入力され
る光L2を共に第2の出力コネクタ部54に導く第1の
切替状態となる。前記光路切替手段55A、55Bの相
変化膜がそれぞれ結晶状態となったときには、第1の入
力コネクタ部51に入力される光L1と第2の入力コネ
クタ部52に入力される光L2を共に第1の出力コネク
タ部53に導く第2の切替状態となる。したがって、本
実施の形態の光スイッチにおいては、2つの入力コネク
タ部に入力された光を1つの出力コネクタ部から出力さ
せることができる。また、本実施の形態の光スイッチに
おいても第1の実施の形態と同様の作用効果を奏するこ
とができる。
Therefore, in the optical switch 50, when both the phase change films of the optical path switching means 55A and 55B are in the amorphous state, the light L1 input to the first input connector portion 51 and the second input connector portion are input. The first switching state is in which both the light L2 input to 52 is guided to the second output connector section 54. When the phase change films of the optical path switching means 55A and 55B are in a crystalline state, respectively, the light L1 input to the first input connector section 51 and the light L2 input to the second input connector section 52 are both changed to the first state. The second switching state is introduced to the first output connector section 53. Therefore, in the optical switch of the present embodiment, the light input to the two input connector units can be output from one output connector unit. Further, the optical switch of this embodiment can also achieve the same effects as those of the first embodiment.

【0045】また、第6の実施の形態と同等の機能を実
現するために、従来のようにプリズムを移動する構成と
した場合には、他に分波器・混合器などが必要となり、
その構成が極めて複雑となってしまう。これに対して、
第6の実施の形態では、極めて簡単な構成で容易に実現
することができ、この点で従来技術に比較して有利であ
る。なお、第5、第6の実施の形態では、多層膜の片側
のみからしか光が入力していないので、多層膜の膜構成
を対称にする必要がない。
Further, in order to realize the same function as that of the sixth embodiment, when the prism is moved as in the conventional case, a demultiplexer, a mixer, etc. are additionally required,
Its configuration becomes extremely complicated. On the contrary,
The sixth embodiment can be easily realized with an extremely simple structure, which is advantageous in comparison with the conventional art in this respect. In the fifth and sixth embodiments, since light is input only from one side of the multilayer film, it is not necessary to make the multilayer film structure symmetrical.

【0046】なお、第5、第6の実施の形態において
も、前述した加熱手段を任意に採用できる。また、光路
切替手段を構成する相変化膜の容量を測定することによ
り、相変化膜の屈折率の状態をモニターできることは前
述した実施の形態と同様である。さらに、光スイッチを
複数配列してマルチ配列の光スイッチを構成することが
できることも前述した実施の形態と同様である。
In the fifth and sixth embodiments as well, the above-mentioned heating means can be arbitrarily adopted. Also, the state of the refractive index of the phase change film can be monitored by measuring the capacitance of the phase change film that constitutes the optical path switching means, as in the above-described embodiment. Further, a plurality of optical switches can be arranged to form a multi-array optical switch, as in the above-described embodiment.

【0047】また、各実施の形態において、相変化材料
としてGe2Sb2Te5を例に用いて説明を行った
が、本発明の光スイッチおよび光スイッチの駆動方法に
おいては、相変化材料をGe2Sb2Te5に限定しな
くても、多層膜の透過率・反射率を最適設計を行うこと
ができるので、相変化材料の材質はGe2Sb2Te5
に限定されない。さらに、各実施の形態では、波長とし
て1550nmを例にとって説明したが、本発明の光ス
イッチにおける波長の適用範囲は、1550nmの波長
域に限定されることはなく、例えば多層膜の透過率・反
射率を最適設計を1300nm帯に関して行うことによ
り1300nm帯での使用も可能である。
In each of the embodiments, Ge2Sb2Te5 is used as an example of the phase change material, but the optical switch and the method for driving the optical switch of the present invention are not limited to Ge2Sb2Te5 as the phase change material. However, since the transmittance and reflectance of the multilayer film can be optimally designed, the material of the phase change material is Ge2Sb2Te5.
Not limited to. Furthermore, in each of the embodiments, the wavelength of 1550 nm has been described as an example, but the applicable range of the wavelength in the optical switch of the present invention is not limited to the wavelength range of 1550 nm. It is also possible to use in the 1300 nm band by performing the optimum design for the 1300 nm band.

【0048】また、上述した第1乃至第5実施の形態で
は、第1、第2の入力コネクタ部と、第1、第2の出力
コネクタ部とを有し、第1、第2の入力コネクタ部に入
力した光を第1、第2の出力コネクタ部から切り替えて
出力するクロスコネクト形式の光スイッチを例にとって
説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の光スイッチは、少なくとも1つの第1の入力コ
ネクタ部と、第1、第2の出力コネクタ部とを有し、第
1の入力コネクタ部に入力した光を出力コネクタ部から
切り替えて出力する光スイッチに広く適用可能である。
Further, in the above-described first to fifth embodiments, the first and second input connector sections have the first and second input connector sections and the first and second output connector sections. The optical switch of the cross-connect type has been described as an example, in which the light input to the unit is switched from the first and second output connector units and output, but the present invention is not limited to this.
The optical switch of the present invention has at least one first input connector section and first and second output connector sections, and switches the light input to the first input connector section from the output connector section to output the light. It is widely applicable to optical switches.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように本発明の光スイッチ
によれば、光路切替手段の多層膜によって光路を切り替
える構成としたので、切替時間を短縮することができ、
かつ、製作が容易で低コストな光スイッチを提供するこ
とができる。また、本発明の光スイッチの駆動方法によ
れば、光スイッチに設けられた前記第1、第2の導電性
層の間に発生する静電容量に基づいて前記多層膜の第
1、第2の状態をモニタすることにより、多層膜におけ
る屈折率の状態を監視することができるので、光スイッ
チの動作状態を常に監視することによって信頼性を確保
することができる。
As described above, according to the optical switch of the present invention, since the optical path is switched by the multilayer film of the optical path switching means, the switching time can be shortened.
In addition, it is possible to provide an optical switch that is easy to manufacture and low in cost. Further, according to the optical switch driving method of the present invention, the first and second multilayer films are formed based on the capacitance generated between the first and second conductive layers provided in the optical switch. Since the state of the refractive index in the multilayer film can be monitored by monitoring the state of, the reliability can be ensured by constantly monitoring the operating state of the optical switch.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)、(b)は第1の実施の形態の光スイッ
チの構成を示す説明図である。
1A and 1B are explanatory diagrams showing a configuration of an optical switch according to a first embodiment.

【図2】光路切替手段の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of an optical path switching unit.

【図3】光路切替手段の平面図である。FIG. 3 is a plan view of an optical path switching unit.

【図4】(a)は、相変化膜を構成する相変化材料がア
モルファス状態にある場合において波長を変化させたと
きの屈折率の測定結果を示す特性線図、(b)は、相変
化膜を構成する相変化材料が結晶状態にある場合におい
て波長を変化させたときの屈折率の測定結果を示す特性
線図である。
FIG. 4A is a characteristic diagram showing the measurement results of the refractive index when the wavelength is changed when the phase change material forming the phase change film is in an amorphous state, and FIG. 4B is the phase change. It is a characteristic diagram which shows the measurement result of the refractive index when changing the wavelength when the phase change material which comprises a film | membrane is in a crystalline state.

【図5】相変化膜の厚さに対して多層膜の反射率がどの
ように変化するかを示した特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing how the reflectance of the multilayer film changes with respect to the thickness of the phase change film.

【図6】相変化膜の厚さに対して多層膜の透過率がどの
ように変化するかを示した特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing how the transmittance of the multilayer film changes with respect to the thickness of the phase change film.

【図7】(a)は相変化膜をアモルファス状態にする際
に電流供給回路から相変化膜に与える供給エネルギーの
波形図、(b)は相変化膜を結晶状態にする際に電流供
給回路から相変化膜に与える供給エネルギーの波形図で
ある。
FIG. 7A is a waveform diagram of energy supplied from the current supply circuit to the phase change film when the phase change film is in an amorphous state, and FIG. 7B is a current supply circuit when the phase change film is in a crystalline state. It is a wave form diagram of the energy supplied from the to the phase change film.

【図8】加熱手段の構成を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of heating means.

【図9】複数個の光スイッチを一体的に設けた構成を示
す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration in which a plurality of optical switches are integrally provided.

【図10】(a)、(b)は第5の実施の形態の光スイ
ッチの構成を示す説明図である。
10A and 10B are explanatory diagrams showing a configuration of an optical switch according to a fifth embodiment.

【図11】光路切替手段の構成を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical path switching unit.

【図12】相変化膜の厚さに対して多層膜の反射率がど
のように変化するかを示した特性図である。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing how the reflectance of the multilayer film changes with respect to the thickness of the phase change film.

【図13】相変化膜の厚さに対して多層膜の透過率がど
のように変化するかを示した特性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing how the transmittance of the multilayer film changes with respect to the thickness of the phase change film.

【図14】(a)、(b)は第6の実施の形態の光スイ
ッチの構成を示す説明図である。
14A and 14B are explanatory views showing the configuration of the optical switch according to the sixth embodiment.

【図15】(a)、(b)は従来の光スイッチの構成を
示す構成図である。
15A and 15B are configuration diagrams showing a configuration of a conventional optical switch.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20、30、40、50……光スイッチ、21、41、
51……第1の入力コネクタ部、22、42、52……
第2の入力コネクタ部、23、43、53……第1の出
力コネクタ部、24、44、54……第2の出力コネク
タ部、25、45A、45B、55A、55B……光路
切替手段、26、46……多層膜、L1、L2……光。
20, 30, 40, 50 ... Optical switch, 21, 41,
51 ... First input connector section 22, 42, 52 ...
2nd input connector part, 23, 43, 53 ... 1st output connector part, 24, 44, 54 ... 2nd output connector part, 25, 45A, 45B, 55A, 55B ... Optical path switching means, 26, 46 ... Multilayer film, L1, L2 ... Light.

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光が入力される第1の入力コネクタ部
と、 前記第1の入力コネクタ部に入力された光が出力される
第1および第2の出力コネクタ部と、 前記第1の入力コネクタ部に入力された光を前記第1お
よび第2の出力コネクタ部のいずれか一方に切り替えて
導く光路切替手段とを備えた光スイッチにおいて、 前記光路切替手段は、光を透過する第1の状態と光を反
射する第2の状態との2つの状態に切替可能に構成され
た多層膜を有し、前記多層膜が第1の状態となったとき
に前記第1の入力コネクタ部から入力された光が前記多
層膜を透過して前記第1の出力コネクタ部に導かれるよ
うに、かつ、前記多層膜が第2の状態となったときに前
記第1の入力コネクタ部から入力された光が前記多層膜
で反射されて前記第2の出力コネクタ部に導かれるよう
に構成されている、 ことを特徴とする光スイッチ。
1. A first input connector section for inputting light, first and second output connector sections for outputting light input to the first input connector section, and the first input. An optical switch comprising: an optical path switching unit that switches and guides light input to a connector unit to either one of the first and second output connector units, wherein the optical path switching unit is a first unit that transmits light. Has a multilayer film configured to be switchable between two states, a second state that reflects light and a second state that reflects light, and inputs from the first input connector unit when the multilayer film is in the first state. Light is transmitted through the multilayer film and guided to the first output connector unit, and is input from the first input connector unit when the multilayer film is in the second state. Light is reflected by the multilayer film and the second output connector is provided. The optical switch is characterized in that it is configured so as to be guided to a section.
【請求項2】 前記多層膜は、前記第1の状態において
透過率が高くかつ反射率が低くなる第1の屈折率とな
り、前記第2の状態において透過率が低く反射率が高い
状態となる第2の屈折率となるように構成された薄膜を
有して構成されていることを特徴とする請求項1記載の
光スイッチ。
2. The multilayer film has a first refractive index with high transmittance and low reflectance in the first state, and has a low transmittance and high reflectance in the second state. The optical switch according to claim 1, wherein the optical switch has a thin film configured to have a second refractive index.
【請求項3】 前記薄膜は、アモルファス状態と結晶状
態とに遷移する相変化材料により構成され、前記薄膜は
アモルファス状態となったときに前記第1の屈折率とな
り、結晶状態となったときに前記第2の屈折率となるこ
とを特徴とする請求項2記載の光スイッチ。
3. The thin film is made of a phase change material that transitions between an amorphous state and a crystalline state, and the thin film has the first refractive index when in the amorphous state and when in the crystalline state. The optical switch according to claim 2, wherein the optical index has the second refractive index.
【請求項4】 前記光路切替手段は前記薄膜を加熱する
加熱手段を有し、前記薄膜の結晶状態からアモルファス
状態への遷移は、前記加熱手段が前記薄膜を第1の温度
まで加熱することによりなされ、前記薄膜のアモルファ
ス状態から結晶状態への遷移は、前記加熱手段が前記薄
膜を前記第1の温度よりも低い第2の温度まで加熱する
ことによりなされるように構成されていることを特徴と
する請求項3記載の光スイッチ。
4. The optical path switching means includes heating means for heating the thin film, and the transition from the crystalline state to the amorphous state of the thin film is performed by the heating means heating the thin film to a first temperature. The transition from the amorphous state to the crystalline state of the thin film is performed by the heating means heating the thin film to a second temperature lower than the first temperature. The optical switch according to claim 3, wherein
【請求項5】 前記多層膜は、前記薄膜と、前記薄膜上
に形成されたヒータ層とを有し、前記ヒータ層は電流が
供給されることで発熱するように構成され、前記加熱手
段は前記ヒータ層によって構成されていることを特徴と
する請求項4記載の光スイッチ。
5. The multilayer film includes the thin film and a heater layer formed on the thin film, the heater layer is configured to generate heat when supplied with an electric current, and the heating unit includes: The optical switch according to claim 4, wherein the optical switch is configured by the heater layer.
【請求項6】 前記多層膜は、導電材料からなる導電部
に接続され、前記ヒータ層に対する電流の供給は前記導
電部を介して行なわれることを特徴とする請求項5記載
の光スイッチ。
6. The optical switch according to claim 5, wherein the multilayer film is connected to a conductive portion made of a conductive material, and a current is supplied to the heater layer through the conductive portion.
【請求項7】 前記加熱手段による前記薄膜の加熱は加
熱用光ビームが前記薄膜に照射されることによって行な
われることを特徴とする請求項4記載の光スイッチ。
7. The optical switch according to claim 4, wherein the heating of the thin film by the heating means is performed by irradiating the thin film with a heating light beam.
【請求項8】 前記加熱用光ビームは、前記第1の入力
コネクタ部に入力され前記第1または第2の出力コネク
タ部から出力される光とは異なる光源によって生成され
た光によって構成されていることを特徴とする請求項7
記載の光スイッチ。
8. The heating light beam is composed of light generated by a light source different from the light input to the first input connector section and output from the first or second output connector section. 7. The method according to claim 7, wherein
Optical switch described.
【請求項9】 前記加熱用光ビームは、前記第1の入力
コネクタ部に入力され前記第1または第2の出力コネク
タ部から出力される光によって構成されていることを特
徴とする請求項7記載の光スイッチ。
9. The heating light beam is configured by light that is input to the first input connector section and is output from the first or second output connector section. Optical switch described.
【請求項10】 前記多層膜は前記薄膜による屈折率の
変化を強調、すなわちエンハンスするように構成されて
いることを特徴とする請求項2記載の光スイッチ。
10. The optical switch according to claim 2, wherein the multilayer film is configured to emphasize, that is, enhance, a change in the refractive index due to the thin film.
【請求項11】 前記薄膜の厚さ方向の両側に導電材料
からなる第1、第2の導電性層をそれぞれ設けることに
より、前記第1、第2の導電性層の間に発生する静電容
量を測定可能に構成したことを特徴とする請求項2記載
の光スイッチ。
11. Electrostatic generated between the first and second conductive layers by providing first and second conductive layers made of a conductive material on both sides of the thin film in the thickness direction. The optical switch according to claim 2, wherein the capacity is measurable.
【請求項12】 前記第1の入力コネクタ部、第1の出
力コネクタ部、第2の出力コネクタ部、光路切替手段を
それぞれN個(Nは2以上の自然数)ずつ設けることに
より、互いに独立したN個の光スイッチを一体的に構成
するとともに、前記N個の光路切替手段を単一の基板上
に設けることを特徴とする請求項1記載の光スイッチ。
12. The first input connector section, the first output connector section, the second output connector section and the optical path switching means are provided in N units (N is a natural number of 2 or more), respectively, so that they are independent of each other. The optical switch according to claim 1, wherein the N optical switches are integrally configured, and the N optical path switching means are provided on a single substrate.
【請求項13】 光が入力される第1の入力コネクタ部
と、前記第1の入力コネクタに入力された光が出力され
る第1および第2の出力コネクタ部と、前記第1の入力
コネクタ部に入力された光を前記第1および第2の出力
コネクタ部のいずれか一方に切り替えて導く光路切替手
段とを備え、前記光路切替手段は、光を透過する第1の
状態と光を反射する第2の状態との2つの状態に切替可
能に構成された多層膜を有し、前記多層膜が第1の状態
となったときに前記第1の入力コネクタ部から入力され
た光が前記多層膜を透過して前記第1の出力コネクタ部
に導かれるように、かつ、前記多層膜が第2の状態とな
ったときに前記第1の入力コネクタ部から入力された光
が前記多層膜で反射されて前記第2の出力コネクタ部に
導かれるように構成され、前記多層膜は、前記第1の状
態において透過率が高くかつ反射率が低くなる第1の屈
折率となり、前記第2の状態において透過率が低く反射
率が高い状態となる第2の屈折率となるように構成され
た薄膜を有して構成された光スイッチの駆動方法であっ
て、 前記薄膜の厚さ方向の両側に導電材料からなる第1、第
2の導電性層をそれぞれ設け、 前記第1、第2の導電性層の間に発生する静電容量を測
定し、 前記測定された静電容量に基づいて前記多層膜の第1、
第2の状態をモニタする、 ことを特徴とする光スイッチの駆動方法。
13. A first input connector section for inputting light, first and second output connector sections for outputting light input to the first input connector, and the first input connector. An optical path switching unit that guides the light input to the optical unit by switching to one of the first and second output connector units, the optical path switching unit reflecting the first state of transmitting light and the light. A multi-layer film configured to be switchable between two states, that is, a second state and a second state. When the multi-layer film is in the first state, the light input from the first input connector unit is Light input from the first input connector unit when the multilayer film is in the second state is transmitted through the multilayer film and is guided to the first output connector unit. Is reflected by and is guided to the second output connector section. The multilayer film has a first refractive index with high transmittance and low reflectance in the first state, and has a second refractive index with low transmittance and high reflectance in the second state. A method of driving an optical switch having a thin film configured to have a refractive index, wherein first and second conductive layers made of a conductive material are provided on both sides of the thin film in a thickness direction. The capacitance of the multilayer film is provided between the first and second conductive layers, and the capacitance of the multilayer film is measured based on the measured capacitance.
A method of driving an optical switch, comprising: monitoring a second state.
【請求項14】 前記多層膜の第1、第2の状態のモニ
タ結果に基づいて前記多層膜の切替制御を行なうことを
特徴とする請求項13記載の光スイッチの駆動方法。
14. The method of driving an optical switch according to claim 13, wherein switching control of the multilayer film is performed based on a monitoring result of the first and second states of the multilayer film.
【請求項15】 前記多層膜の第1、第2の状態のモニ
タ結果に基づいて前記多層膜の切替が正常になされたか
否かを判定することを特徴とする請求項13記載の光ス
イッチの駆動方法。
15. The optical switch according to claim 13, wherein it is determined whether or not the switching of the multilayer film is normally performed based on a monitoring result of the first and second states of the multilayer film. Driving method.
【請求項16】 前記薄膜は、アモルファス状態と結晶
状態とに遷移する相変化材料により構成され、前記薄膜
はアモルファス状態となったときに前記第1の屈折率と
なり、結晶状態となったときに前記第2の屈折率となる
ように構成され、前記光路切替手段は前記薄膜を加熱す
る加熱手段を有し、前記薄膜の結晶状態からアモルファ
ス状態への遷移は、前記加熱手段が前記薄膜を第1の温
度まで加熱することによりなされ、前記薄膜のアモルフ
ァス状態から結晶状態への遷移は、前記加熱手段が前記
薄膜を前記第1の温度よりも低い第2の温度まで加熱す
ることによりなされるように構成されていることを特徴
とする請求項13記載の光スイッチの駆動方法。
16. The thin film is made of a phase change material that transitions between an amorphous state and a crystalline state, and the thin film has the first refractive index when in the amorphous state and when in the crystalline state. The optical path switching means is configured to have the second refractive index, and the optical path switching means has heating means for heating the thin film. And a transition from an amorphous state to a crystalline state of the thin film is performed by the heating means heating the thin film to a second temperature lower than the first temperature. 14. The method for driving an optical switch according to claim 13, wherein the optical switch is configured as described above.
【請求項17】 前記多層膜の第1、第2の状態のモニ
タ結果に基づいて前記加熱手段による薄膜の加熱を制御
することを特徴とする請求項16記載の光スイッチの駆
動方法。
17. The method of driving an optical switch according to claim 16, wherein heating of the thin film by the heating means is controlled based on the monitoring results of the first and second states of the multilayer film.
【請求項18】 前記多層膜は、前記薄膜と、前記薄膜
上に形成されたヒータ層とを有し、前記ヒータ層は電流
が供給されることで発熱するように構成され、前記加熱
手段は前記ヒータ層によって構成され、前記加熱手段に
よる薄膜の加熱の制御は前記ヒータ層に供給する電流量
を制御することによって行なわれることを特徴とする請
求項17記載の光スイッチの駆動方法。
18. The multilayer film includes the thin film and a heater layer formed on the thin film, and the heater layer is configured to generate heat when supplied with an electric current, and the heating unit includes: 18. The method of driving an optical switch according to claim 17, wherein the heating of the thin film constituted by the heater layer is controlled by controlling the amount of current supplied to the heater layer.
【請求項19】 前記加熱手段による前記薄膜の加熱は
加熱用光ビームが前記薄膜に照射されることによって行
なわれ、前記加熱手段による薄膜の加熱の制御は前記薄
膜に照射される加熱用光ビームの光量を制御することに
よって行なわれることを特徴とする請求項17記載の光
スイッチの駆動方法。
19. The heating of the thin film by the heating means is carried out by irradiating the thin film with a heating light beam, and the heating of the thin film by the heating means is controlled by the heating light beam irradiated onto the thin film. 18. The method of driving an optical switch according to claim 17, wherein the method is performed by controlling the amount of light.
【請求項20】 前記加熱用光ビームは、前記第1の入
力コネクタ部に入力され前記第1または第2の出力コネ
クタ部から出力される光とは異なる光源によって生成さ
れた光によって構成されていることを特徴とする請求項
19記載の光スイッチの駆動方法。
20. The light beam for heating is composed of light generated by a light source different from the light input to the first input connector section and output from the first or second output connector section. 20. The method for driving an optical switch according to claim 19, further comprising:
【請求項21】 前記加熱用光ビームは、前記第1の入
力コネクタ部に入力され前記第1または第2の出力コネ
クタ部から出力される光によって構成されていることを
特徴とする請求項19記載の光スイッチの駆動方法。
21. The heating light beam is configured by light that is input to the first input connector section and output from the first or second output connector section. A method for driving the described optical switch.
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