JP2004317886A - Optical switch and magnetooptical circuit using same, and method for manufacturing magnetooptical circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチとそれを用いた光磁気回路、ならびに光磁気回路の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光信号は、電気信号に比べて情報容量が大きく、低損失性に優れるなどの特長を有している。このため、光信号による情報伝送は、主に長距離のバックボーンネットワーク通信などに用いられてきた。しかし、現在、上記特長を利用して、集積回路内においてこれまで電気信号によって行われていた伝送を、光信号による伝送に置き換えることが考えられている。このとき、大容量、低損失といった光信号の特長を最大限に生かした光回路を形成するためには、光−電気変換を介する必要がない光スイッチが必要である。
【0003】
現在、従来用いられている電気スイッチに代わって、マイクロエレクトロニクス技術により形成されるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の1種である反射鏡スイッチなどが、次世代の光スイッチとして注目されている(例えば、特許文献1、参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−296486号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、MEMSによる光スイッチは、機械的に動作する光スイッチであり、その動作原理からスイッチングの速度に限界があると考えられる。例えば、MEMSによる一般的な光スイッチの応答速度は、数msecのオーダーである。また、動作部分に摩耗が発生するなどにより、長期の使用の間に応答速度がさらに低下する可能性がある。そのため、よりスイッチングの速度が高速で、耐久性に優れる光スイッチが求められている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スイッチは、誘電体からなる光伝達路と、磁性体と、前記磁性体に磁界を印加することによって前記磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含み、前記磁性体は、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように、前記光伝達路の近傍に配置されている。
【0007】
次に、本発明の光磁気回路は、上記光スイッチと、前記光スイッチの光伝達路への光の入力および前記光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含んでいる。
【0008】
また、本発明の光磁気回路は、誘電体からなる光伝達路と、前記光伝達路への光の入力および前記光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含む光回路と、
磁性体と、前記磁性体に磁界を印加することによって前記磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路とを含み、
前記光回路および前記磁気回路が、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように配置されていてもよい。
【0009】
次に、本発明の光磁気回路の製造方法は、(i)誘電体からなる光伝達路と、前記光伝達路への光の入力および前記光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含む光回路を形成する工程と、
(ii)磁性体と、前記磁性体に磁界を印加することによって前記磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路を形成する工程と、
(iii)前記光回路と前記磁気回路とを、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように配置する工程とを含んでいる。
【0010】
また、本発明の光磁気回路の製造方法は、(I)誘電体と磁性体とを含む積層体を形成する工程と、
(II)前記積層体を所定の形状に加工することによって、前記誘電体からなる光伝達路を形成し、前記光伝達路と前記磁性体とが積層された光磁気回路を形成する工程とを含んでいてもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態において、同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。
【0012】
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の光スイッチおよび光磁気回路について説明する。
【0013】
図1は、本発明の光スイッチの一例を示す断面図である。図1に示す光スイッチ1は、誘電体からなる光伝達路2と、磁性体3と、磁性体3に磁界を印加することによって磁性体3の磁化状態(例えば、磁化方向)を変化させる磁界印加部4とを含んでいる。また、磁性体3は、光伝達路2を進行する光11が磁性体3の表面12で反射するように、光伝達路2の近傍に配置されている。このような光スイッチでは、磁界印加部4により磁性体3の磁化状態を変化させることによって、光伝達路2を進行する光11の偏光の状態を制御することができる。
【0014】
磁性体の表面に光を入射したとき、その表面で反射した光の偏光の状態は、磁性体の磁化状態によって異なる。このような現象を、カー効果(Kerr Effect:光磁気効果の1種)という。図1に示す光スイッチ1に光を入力した場合(例えば、レーザ光を光伝達路2に入射した場合)、入力された光(入力光)は光伝達路2を進行する。その際、入力光の一部または全部が磁性体3の表面で反射する。反射した光の偏光の状態は、上記カー効果により、磁性体3の磁化状態に応じて異なっている。このため、磁性体3の磁化状態を変化させることによって、光スイッチ1から出力される光(出力光)の偏光の状態を制御することができる。なお、入力光が光伝達路2を全反射の条件で進行している場合(即ち、光伝達路を進行する光が、臨界角以上の角度で磁性体と光伝達路との界面に入射する場合)は、磁性体3と光伝達路である誘電体との界面において、入力光の一部がエバネッセント光として磁性体3側に染み出していると考えられる。よって、このような条件下においても、光スイッチ1から出力される光の偏光の状態を制御することができる。
【0015】
また、図1に示す光スイッチ1において、出力光の偏光の状態が変化する速度は、磁性体3の磁化状態が変化する速度に依存していると考えられる。磁性体3の磁化状態が変化する速度は、数百psec〜数nsecのオーダーとすることができる。このため、光スイッチ1は、MEMSなどを用いた従来の光スイッチに比べて、よりスイッチング速度が高速な光スイッチとすることができる。また、光スイッチ1は、MEMSを用いた光スイッチとは異なり、機械的に動作する部分を備えていない。このため、より耐久性に優れる光スイッチとすることができる。
【0016】
本発明の光スイッチにおいて、磁性体3が配置される位置は、光伝達路2を進行する光の一部または全部が磁性体3の表面で反射できる限り、特に限定されない。例えば、磁性体3と光伝達路2との間に空隙が設けられていてもよい。この場合、空隙の大きさは、例えば、0.01μm以下である。空隙の大きさが大きくなりすぎると、光伝達路2を進行する光が磁性体3の表面で反射できなくなる可能性がある。また、図1に示す例のように、磁性体3が光伝達路2に接して配置されていてもよい。この場合、光伝達路2を進行する光のうち、より多くの光が磁性体3の表面で反射できるため、より損失の少ない光スイッチとすることができる。
【0017】
また、磁性体3の形状は、光伝達路2を進行する光の一部または全部が磁性体3の表面で反射できる限り、特に限定されない。より具体的には、磁性体3のうち、光伝達路2を進行する光が反射する領域の長さ(磁性体が光伝達路と接している場合においては、例えば、両者が接している距離)および面積は、特に限定されない。光伝達路2の断面積や光伝達路2を進行する光の波長、光スイッチとして必要な特性などに応じて、任意に設定すればよい。一例を挙げれば、光路方向に垂直な面における光伝達路2の断面積が0.01μm2〜100μm2の範囲、光伝達路2に入力される光の波長が200nm〜2000nmの範囲である場合、上記領域の長さを、例えば、0.05μm〜2μmの範囲とすればよい。また、例えば、上記領域の面積を0.0025μm2〜4μm2の範囲としてもよい。なお、上記領域の長さとは、光伝達路2の光路方向に対する長さである。また、光路方向とは、光伝達路2を光が全体として進行している方向であり、図1における矢印Aに相当する方向である。以降の図においても、光スイッチにおける光路方向を矢印Aとして示す場合がある。
【0018】
また、光伝達路2の近傍に配置される磁性体3の数は、特に限定されない。1つであってもよいし複数であってもよい。複数の磁性体3が配置される場合、互いの相対位置は特に限定されない。光スイッチとして必要な特性に応じて、任意に設定すればよい。
【0019】
磁性体3に用いる材料は、特に限定されず、例えば、強磁性材料を用いればよい。強磁性材料を用いた場合、磁界印加部による磁性体の磁化状態の変化をより容易に行うことができる。
【0020】
磁性体に用いる強磁性材料は、特に限定されない。なかでも、PtMnSb、NiMnSbなどのホイスラー合金や、Tb−Co−Fe系、Ho−Co−Fe系のアモルファス材、Fe−Co−Pt系などの不規則合金材、Mn−Pt系などの規則合金材などを用いれば、後述する極カー効果をより強めることができ、光伝達路を進行する光の偏光の状態をより大きく変化させることができる。
【0021】
本発明の光スイッチにおいて、磁性体3の磁化方向が、光伝達路2を進行する光が反射する表面(図1の例における表面12)に垂直な方向であってもよい。即ち、磁性体3の磁化方向が、光伝達路2の光路方向に対して垂直な方向であってもよい(以下、このような磁性体3を、垂直磁化を有する磁性体、ともいう)。この場合、磁性体3の表面で反射した光は極カー効果と呼ばれる光磁気効果を受ける。このため、光伝達路2を進行する光の偏光の状態をより大きく変化させることができ、より損失の少ない光スイッチとすることができる。
【0022】
光伝達路2に用いる誘電体は、入力光を透過することができる限り、特に限定されない。例えば、光学的に透明な材料である、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)やタンタル酸リチウム(LiTaO3)などからなる光学結晶を用いればよい。この場合、上記光学結晶にTiなどを拡散させることによってプロトン交換を施した光学結晶を用いてもよい。また、光閉じこめ効果が大きいため、大きな屈折率を有する強誘電材料、例えば、チタン酸鉛(PT)、チタン酸ランタン鉛(PLT)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)およびチタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)を含むPLZT系材料(より具体的には、例えば、式Pb1−pLap(ZrqTi1−q)1−p/4O3で示される組成を有する材料であればよい。p、qは、例えば、0<p<0.28、0<q<1.0)などを用いてもよい。上記光学結晶、強誘電材料は、既存の半導体製造プロセスなどにより、任意の形状、サイズに形成することができる。また、上記光学結晶、強誘電材料を用いて光伝達路2を形成した場合、光伝達路2を導波路としてモードを設定することも可能である。
【0023】
光伝達路2に入力される光は、特に限定されない。単波長の光であってもよいし、複数の波長の光が混合した光であってもよい。このような光の光源には、例えば、GaInAsP/InPのような長波長半導体レーザや、200nm程度の波長を有する真空紫外短波長レーザなどを用いればよい。
【0024】
磁界印加部の構造および配置される位置などは、磁性体3の磁化状態を変化させることができる限り、特に限定されない。光スイッチとして必要な特性に応じて、任意に設定すればよい。例えば、磁界印加部4と磁性体3との間に空隙が設けられていてもよいし、両者が接していてもよい。また、必要に応じて、磁界印加部4と磁性体3との間に絶縁体などが配置されていてもよい。
【0025】
本発明の光スイッチの別の一例について図2に示す。図2に示す光スイッチ1は、磁界印加部4が、磁界を誘起する配線41を備えている。また、配線41は、配線41と光伝達路2とによって磁性体3を狭持するように配置されている。このような光スイッチでは、配線41に電流を流すことによって磁界を発生させ、磁性体3の磁化状態を変化させることができる。このとき、配線41に流す電流の方向を反転させれば、磁性体3の磁化方向を容易に反転させることも可能である。また、配線41に流れる電流は、数百psecのオーダーで変化させることができるため、スイッチング速度がより高速な光スイッチとすることができる。
【0026】
配線41に用いる材料は、導電性材料である限り、特に限定されない。例えば、Al、Cu、Au、Ag、Ptなどを含む材料を用いればよい。SrRuO3などの導電性酸化物を用いてもよい。また、配線41の太さ、形状などは特に限定されない。光スイッチとして必要な特性に応じて、任意に設定すればよい。
【0027】
配線41と磁性体3との距離は、磁性体3の磁化状態を変化させることができる限り、特に限定されない。光スイッチとして必要な特性に応じて、任意に設定すればよい。例えば、配線41と磁性体3との間に空隙が設けられていてもよい。この場合、空隙の大きさは、例えば、0.01μm以下である。また、配線41と磁性体3とが接していてもよい。この場合、配線41において発生した磁界をより効率よく磁性体3に印加することができる。このため、スイッチング速度がより高速な光スイッチとすることができる。なお、配線41と磁性体3とが直接接することによって、電気的な短絡などの問題が発生する場合には、配線41と磁性体3との間に絶縁体などの別の材料を配置してもよい。
【0028】
本発明の光スイッチの別の一例を図3に示す。図3に示す光スイッチ1は、図2に示す例と同様に、磁界印加部4が磁界を誘起する配線41を備えている。また、配線41は、磁性体3の側方、光伝達路2の上方に配置されている。このように、磁性体3に対する配線41の相対位置は、磁性体3の磁化状態を変化させることができる限り、特に限定されない。例えば、図3において、配線41は磁性体3の1つの側面に面して配置されているが、磁性体3のその他の側面に面して配置されていてもよい。このとき、配線41が面する磁性体3の側面は1つとは限らない。
【0029】
また、図3に示すように、配線41が磁性体3の側方に配置されている場合、光スイッチ1をより小型化することができる。さらに、磁性体3が垂直磁化を有する磁性体である場合、配線41において発生した磁界をより効率よく磁性体3に印加することができる。
【0030】
本発明の光スイッチの別の一例を図4に示す。図4に示す光スイッチ1は、図2に示す例と同様に、磁界印加部4が磁界を誘起する配線41を備えている。また、配線41は、磁性体3を中心に対向する位置に配置されている。この場合、一対の配線41に互いに反位相の電流を印加すれば、磁性体3に印加する磁界をより強くすることができ、配線41において発生した磁界をより効率よく磁性体3に印加することができる。また、図3に示す例と同様に、配線41は磁性体3の側方に配置されているため、光スイッチ1をより小型化することができる。
【0031】
また、図4に示す例は、図5に示すように、1つの配線41により形成することもできる。図5に示す配線41に電流42を流せば、図4に示す一対の配線41に対して互いに反位相の電流を流していることになり、磁性体3に印加する磁界をより強くすることができる。なお、図5は、図4に示す光スイッチ1を上方(矢印Bの方向)から見た模式図である。
【0032】
本発明の光スイッチの別の一例を図6に示す。図6に示す光スイッチ1は、図2に示す例と同様に、磁界印加部4が磁界を誘起する配線41を備えている。配線41に電流42を流すことによって磁界43を発生させ、磁性体3の磁化状態を変化させることができる。即ち、光伝達路2を進行する偏光の状態を制御することができる。また、図6に示す例では、誘電体からなる光伝達路2および磁性体3は基板13上に形成されている。なお、図6は模式図であり、構造を分かりやすくするために、部分に応じて縮尺を変更している。例えば、配線41と磁性体3との距離は他の部分よりも大きく描かれている。また、電流42の方向は、特に限定されない。
【0033】
基板13の材料は、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)やタンタル酸リチウム(LiTaO3)などの酸化物結晶や、遷移金属(例えば、NbやCrなど)をドープしたSrTiO3を用いればよい。化合物半導体(例えば、GaAs系など)を用いてもよい。化合物半導体を用いた場合、光源となる半導体レーザをオンチップで配置することができる。また、Siを基板13に用いてもよい。SrTiO3− δなどをSi基板上のバッファーに用いることによって、GaAs系、SiGe系、InP系などの半導体(レーザ)をエピタキシャル成長などにより形成することができる。その他、光伝達路を基板13上に形成する際には、基板13上にバッファー層としてCeO2− δやPtなどを配置してもよい。なお、δは、材料中の酸素の欠損を反映する値である。
【0034】
本発明の光スイッチにおいて、磁界印加部4が、配線41によって誘起された磁界を集束する磁束ガイドをさらに備えていてもよい。このような光スイッチの一例を図7(a)および図7(b)に示す。
【0035】
図7(a)および図7(b)に示す光スイッチ1は、磁界印加部4として、配線41と、配線41によって誘起された磁界を集束する磁束ガイド44とを備えている。この場合、配線41において発生した磁界をより効率よく磁性体3に印加することができる。このため、スイッチング速度がより高速な光スイッチとすることができる。
【0036】
磁束ガイド44の形状は、配線41において発生した磁界を集束することができる限り、特に限定されない。光スイッチとして必要な特性、製造プロセス上の要求などに応じて、任意に設定すればよい。例えば、配線41と組み合わせた場合の断面が、図7(a)に示すように矩形状であってもよいし、図7(b)に示すように台形状であってもよい。図7(b)に示す例のように台形状である場合、磁界を印加する対象である磁性体により近い位置でより多くの電流を流すことができるため、より効率よく磁性体に磁界を印加することができる。なお、図7(a)および図7(b)に示す例では、配線41と磁束ガイド44とが密着した形状となっているが、必ずしも両者は密着している必要はない。ただし、両者が密着している場合、より効率よく磁性体に磁界を印加することができる。
【0037】
磁束ガイド44に用いる材料は、配線41において発生した磁界を集束することができる限り、特に限定されず、例えば、強磁性材料を用いればよい。
【0038】
磁束ガイド44に用いる強磁性材料は、特に限定されず、例えば、Ni、CoおよびFeから選ばれる少なくとも1種の元素を含む軟磁性合金膜を用いればよい。なかでも、原子組成比を示す式NixCoyFezにおいて、0.6≦x≦0.9、0≦y≦0.4および0≦z≦0.3で示されるNiリッチな軟磁性合金膜、または、0≦x≦0.4、0.2≦y≦0.95および0≦z≦0.5で示されるCoリッチな軟磁性合金膜を用いることが好ましい。このような軟磁性材料は、保磁力が小さく、また、容易に形成することができる。
【0039】
また、磁束ガイド44に用いる強磁性材料は、過度に大きな保磁力を有していないことが好ましい。過度に大きい保磁力を有する強磁性材料を磁束ガイドとして用いた場合、磁束ガイド44自身の磁化保持によって磁性体3の磁化状態の制御性が低下したり、磁束ガイド44自身の磁化方向を変化させるためにエネルギーが余分に必要となり光スイッチとしての効率が低下したりする可能性がある。また、磁束ガイド44に用いる強磁性材料の飽和磁界の値が大きいほど、および/または、磁束ガイド44に用いる強磁性材料の透磁率が大きいほど、磁束ガイド44としての厚さをより薄くすることができる。
【0040】
本発明の光スイッチの別の一例を図8(a)および図8(b)に示す。図8(a)および図8(b)は、図5と同様に、光スイッチ1をその上方から見た模式図である。図8(a)および図8(b)に示す光スイッチ1は、磁界印加部4として、配線41と、配線41によって誘起された磁界を集束する磁束ガイド44を備えている。また、磁束ガイド44は、磁界を印加する対象である磁性体3近傍にのみ配置されている。この場合、磁束ガイド44が有する保磁力を不必要に増大させることなく、より効率よく磁性体3に磁界を印加することができる。なお、図8(b)は、図8(a)に示す光スイッチ1をC−C’方向に切断した断面図である。
【0041】
また、磁性体3近傍に磁束ガイド44を配置するにあたっては、図9に示すように、磁束ガイド44を分割して配置してもよい。この場合、磁束ガイド44が有する保磁力の増大をより抑制し、かつ、より効率よく磁性体3に磁界を印加することができる。なお、図9に示す例は、磁束ガイド44以外は図8に示す例と同様である。
【0042】
次に、本発明の光磁気回路について説明する。
【0043】
本発明の光磁気回路は、上述した本発明の光スイッチと、光スイッチの光伝達路への光の入力および光スイッチの光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含んでいる。
【0044】
言い換えれば、本発明の光磁気回路は、誘電体からなる光伝達路と、光スイッチの光伝達路への光の入力および光スイッチの光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含む光回路を含み、かつ、磁性体と、磁性体に磁界を印加することによって磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路を含んでいる。また、光回路および磁気回路が、光伝達路を進行する光が磁性体の表面で反射するように互いに配置されている。
【0045】
このような光磁気回路では、磁性体の磁化状態を磁界印加部によって変化させることによって、光伝達路に入力した光の偏光の状態を光磁気効果の1種であるカー効果によって制御することができる。このため、スイッチング速度が高速、かつ、耐久性に優れる光磁気回路とすることができる。
【0046】
本発明の光磁気回路の一例を図10および図11に示す。なお、図11は、図10に示す光磁気回路6を面Dにおいて切断した断面の一部を示す断面図である。
【0047】
図10および図11に示す光磁気回路6は、誘電体からなる光伝達路2と、光伝達路2に光を入力し、かつ、光伝達路2から光を出力する光接続部5(即ち、光接続部5は光入出力部ともいえる)とを含む光回路61を含んでいる。また、光磁気回路6は、磁性体3と、磁性体3に磁界を印加することによって磁性体3の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路62を含んでいる。このとき、光回路61と磁気回路62とは、光伝達路2を進行する光17が磁性体3の表面で反射するように、基板13上に積層されている。図10および図11に示す例では、磁界印加部として配線41が配置されている。
【0048】
また、光接続部5は偏光フィルター51を備えており、光接続部5上には、電気信号と光信号とを相互に変換する光電変換素子の1種である受発光素子15が配置されている。受発光素子15は、光接続部5に入力する光の(即ち、光伝達路2に入力する光の)光源であり、光接続部5から出力された(即ち、光伝達路2から出力された)光を受光する受光素子でもある。光接続部5上に配置された複数の受発光素子15は、受発光素子15を制御するLSI16に接続されている。なお、磁気回路62のうち、磁性体3および配線41以外の部分は、絶縁体18によって充填されており、配線41同士、あるいは、配線41と磁性体3とは電気的に絶縁されている。また、光接続部5のうち、偏光フィルター51以外の部分は、光を透過しない絶縁体19によって充填されている。
【0049】
磁気回路62に充填される絶縁体18は、絶縁性の材料あるいは半導体材料であれば、特に限定されない。例えば、IIa族〜VIa族の元素(Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Crなど)、ランタノイド(La、Ceなど)およびIIb族〜IVb族の元素(Zn、B、Al、Ga、Siなど)から選ばれる少なくとも1種の元素と、F、O、C、NおよびBから選ばれる少なくとも元素との化合物を用いればよい。絶縁体18は、光回路61における光伝達路2以外の部分に充填されていてもよい。また、光接続部5に充填される絶縁体19についても絶縁性の材料あるいは半導体材料であれば、特に限定されない。例えば、IIa族〜VIa族の元素(Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Crなど)、ランタノイド(La、Ceなど)およびIIb族〜IVb族の元素(Zn、B、Al、Ga、Siなど)から選ばれる少なくとも1種の元素と、F、O、C、NおよびBから選ばれる少なくとも元素との化合物を用いてもよい。なお、上記それぞれの絶縁体は、光回路61、磁気回路62、光接続部5の全体に充填されていても、必要な部分のみに充填されていてもよい。また、必要のない場合は、各部分に上記それぞれの絶縁体を充填しなくてもよい。
【0050】
このような光磁気回路では、電気信号を受発光素子15に入力することによって、受発光素子15において発生させた光を直線偏光からなる光信号として光伝達路2に入力することができる。光伝達路2に入力された光信号は、光伝達路2を進行しながら磁性体3の表面で反射することによって、その偏光の状態が制御される。即ち、光伝達路2に入力された光信号の進路上にあるそれぞれの磁性体3の磁化状態を制御すれば、その進路上の特定の偏光フィルター51から光信号を出力することができる。出力された光信号は、例えば、受発光素子15によって再び電気信号に変換することができる。
【0051】
本発明の光磁気回路では、光接続部5は、光伝達路2に光を入力および/または光伝達路2から光を出力できる限り、その構造、材料などは特に限定されない。図10および図11の例に示すような構造以外にも、例えば、光伝達路2の一方の端に光伝達路2に光を入力する光接続部5(光入力部)を配置し、光伝達路2の他方の端に光伝達路2から光を出力する光接続部5(光出力部)を配置してもよい。このとき、光入力部と光出力部のいずれか一方のみを配置してもよい。
【0052】
また、本発明の光磁気回路では、光源をさらに含んでいてもよい。この場合、より小型の光磁気回路とすることができる。光源には、例えば、図10および図11の例に示す受発光素子や半導体レーザなどを用いればよい。半導体レーザを用いる場合、光磁気回路と一体化してもよい。
【0053】
本発明の光磁気回路では、光伝達路と磁性体とが接していてもよい。光スイッチの説明において上述したように、より損失の少ない光磁気回路とすることができる。
【0054】
以上のような光磁気回路は、例えば、実施の形態2に示す光磁気回路の製造方法によって得ることができる。また、本発明の光磁気回路は、例えば、通信用光スイッチなど、光キャリア制御の基本素子としての用途に用いることができる。
【0055】
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の光磁気回路の製造方法について説明する。
【0056】
図12に本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す。まず、図12(a)に示すように、誘電体からなる光伝達路2と、光伝達路2への光の入力および/または光伝達路2からの光の出力を行う光接続部とを含む光回路61を形成する。なお、図12(a)に示す例において、光接続部は、光伝達路2に光を入力する光入力部52と、光伝達路2から光を出力する光出力部53とからなる(工程(i))。
【0057】
次に、図12(b)に示すように、磁性体3と配線41とを含む磁気回路62を形成する(工程(ii))。配線41は、磁性体3に磁界を印加することによって磁性体3の磁化状態を変化させる磁界印加部として働く。なお、上記工程(i)および上記工程(ii)を実施する順序は特に限定されない。例えば、工程(ii)を先に行ってもよいし、工程(i)と工程(ii)とを同時に行ってもよい。
【0058】
次に、図12(c)に示すように、光回路61と磁気回路62とを、光伝達路2を進行する光が磁性体3の表面で反射するように積層し(工程(iii))、光磁気回路6を得る。
【0059】
このような製造方法とすることによって、スイッチング速度が高速、かつ、耐久性に優れる光磁気回路を製造することができる。また、予め光回路と磁気回路とを別々に作製した場合、両者を最適な位置関係で積層したり、光回路と磁気回路とを自由に組み合わせたりすることができる。なお、光接続部は、光入力部および光出力部のいずれか一方のみであってもよいし、図10および図11の例で示したように、光の入力と光の出力との双方を行う光接続部であってもよい。
【0060】
上記工程(i)において、光回路61を形成する方法は、特に限定されない。例えば、基板上に光伝達路2を形成した後に、その一部にプロトンなどの注入を行い、注入した領域を光入力部52および/または光出力部53として光回路61を形成してもよい。また、化合物半導体からなる基板を用い、この基板上に、埋め込み型の送受信系(Light Emitting and Detecting Diode:LEAD)を形成することによって光回路61を形成してもよい。この場合、光入力部52は、例えば、InGaAsP系の光ICとして実現されているDFBデバイスや、Fabry−Perotデバイスなどであってもよい(参考文献:H.Inoueら:Applied Physics Letters vol.51 pp.1577 (1987))。光出力部53は、例えば、アバランシュ型デバイスやFranz−Keldysh型デバイスなどであってもよい。
【0061】
このような光回路61の一例を、図13に示す。図13に示す光回路61は、基板13上に光伝達路2が形成され、その一方の端に光入力部としてレーザ52が形成されている。また、光伝達路2の他方の端に光出力部として光検出器55が形成されている。このような光回路61は、電流駆動を行うことができる。なお、レーザ52および/または光検出器55は、基板13上に実装されていてもよい。また、必要に応じ、レーザ54と光伝達路2との間、および/または、光伝達路2と光検出器55との間にレンズなどの光学系を配置してもよい。
【0062】
また、上記工程(ii)において、磁気回路62を形成する方法は、特に限定されない。例えば、パルスレーザデポジション(PLD)、イオンビームデポジション(IBD)、クラスターイオンビーム、RF、DC、ECR、ヘリコン、ICP、対向ターゲットなどのスパッタリング法、分子線エピタキシー(MBE)、イオンプレーティングなどのPVD法、その他、CVD法、メッキ法あるいはゾルゲル法などの手法を用いて、基板上に磁性体3および配線41を積層すればよい。その際、必要に応じて、半導体プロセスなどで用いられるイオンミリング、RIE、FIBなどの物理的あるいは化学的エッチング法や、ステッパー、EB法などを用いたフォトリソグラフィー技術を組み合わせて微細加工を行ってもよい。また、CMPやクラスターイオンビームエッチングなどによって表面の平坦化を行ってもよい。具体的な例は実施例に後述する。なお、磁界印加部としては、図12の例に示す配線41に限らず、磁性体3に磁界を印加することができれば、その構造などは特に限定されない。
【0063】
また、上記工程(iii)において、光回路61および磁気回路62は、例えば、レジストや紫外線硬化型のエポキシ樹脂材などで両回路を接着することによって積層すればよい。また、積層する際には、両回路にマーカーなどを予め配置することによって位置合わせを行ってもよい。また、両回路を積層する際には、それぞれの相対位置などは特に限定されない。光磁気回路6として必要な特性に応じて任意に設定すればよい。光伝達路2と磁性体3との相対位置については、上述の光スイッチの場合と同様であればよい。なかでも、光伝達路2と磁性体3とが接するように光回路61と磁気回路62とを積層した場合、より損失の少ない光磁気回路6とすることができる。
【0064】
また、上記工程(iii)において、光回路61と磁気回路62とを積層する際には、予め少なくとも一方の回路にマーカーを設定しておき、そのマーカーに併せて両回路を積層してもよい。このような製造方法では、より精度よく光磁気回路を製造することができる。
【0065】
図14に、本発明の光磁気回路の製造方法の別の一例を示す。まず、図14(a)に示すように、誘電体71と磁性体72とを含む積層体7を形成する(工程(I))。なお、図14(a)に示す積層体7は、誘電体71および磁性体72の他に、導電体74と、導電体74および磁性体72を電気的に絶縁するための絶縁体73とを含んでいる。
【0066】
次に、図14(b)に示すように、積層体7を所定の形状に加工することによって、誘電体からなる光伝達路などを形成し、光伝達路2と磁性体3とが積層された光磁気回路6を形成する(工程(II))。なお、図14(b)に示す光磁気回路6では、図14(a)に示す誘電体71から光伝達路2が、図14(a)に示す磁性体72から磁性体3が、図14(a)に示す導電体74から磁界印加部である配線41が、図14(a)に示す絶縁体73から、配線41と磁性体3との絶縁を保つための絶縁体18が形成されている。なお、光伝達路2の両端には、光接続部である光入力部52と光出力部53とが配置されているが、両者の配置は、上記工程(I)と上記工程(II)との間に行ってもよいし、上記工程(II)の後に行ってもよい。また、積層体7に導電体74が含まれない場合、磁界印加部である配線41の配置を、上記工程(I)と上記工程(II)との間に行ってもよいし、上記工程(II)の後に行ってもよい。
【0067】
このような製造方法とすることによって、スイッチング速度が高速、かつ、耐久性に優れる光磁気回路を製造することができる。
【0068】
また、図14に示す製造方法では、上記工程(II)が、(a)前記積層体から前記磁性体の一部を除去する工程を含んでいる。このような製造方法とすることによって、光磁気回路内における光スイッチの配置を微細に調整することができる。また、光磁気回路自体の小型化もより容易に行うことができる。
【0069】
上記工程(I)において、積層体7を形成する方法は、特に限定されない。例えば、パルスレーザデポジション(PLD)、イオンビームデポジション(IBD)、クラスターイオンビーム、RF、DC、ECR、ヘリコン、ICP、対向ターゲットなどのスパッタリング法、分子線エピタキシー(MBE)、イオンプレーティングなどのPVD法、その他、CVD法、メッキ法あるいはゾルゲル法などの手法を用いて形成すればよい。また、積層体7を形成する際には、誘電体71が光伝達路となった際に、上記光伝達路を進行する光が磁性体の表面で反射することができるように、誘電体71と磁性体72とを積層すればよい。また、実施例に後述するが、誘電体71を予め光伝達路の形状(例えば、リブ形状)に加工していてもよい。
【0070】
上記工程(II)において、積層体を所定の形状に加工する方法は、特に限定されない。また、上記工程(a)において、積層体から磁性体の一部を除去する方法は、特に限定されない。それぞれ、例えば、半導体プロセスなどで用いられるイオンミリング、RIE、FIBなどの物理的あるいは化学的エッチング法や、ステッパー、EB法などを用いたフォトリソグラフィー技術を用いればよい。また、これらを組み合わせたり、CMPやクラスターイオンビームエッチングなどを用いて表面の平坦化を行ったりしてもよい。なお、積層体を所定の形状に加工する際には、例えば、光磁気回路として必要な形状に加工すればよい。
【0071】
図14に示す例では、積層体7の一部として、光磁気回路の形成時に磁界印加部となる導電体74を配置しているが、磁界印加部(あるいは、磁界印加部となる導電体)を配置する時期は、特に限定されない。例えば、上記工程(I)と上記工程(II)との間に行ってもよいし、上記工程(II)の後に行ってもよい。
【0072】
なお、本実施の形態における光伝達路、磁性体、配線、光接続部などについては、実施の形態1に示した光伝達路、磁性体、配線、光接続部などと同様であればよい。
【0073】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。
【0074】
(実施例1)
本実施例では、図6に示すような光スイッチを作製し、磁性体に磁界を印加して実際の動作を確認した。
【0075】
最初に、本実施例における光スイッチの作製方法について説明する。
【0076】
まず、MgOからなる基板上に、LiNbO3からなる光伝達路をマグネトロンスパッタ法により形成した。光路方向に垂直かつ基板に垂直な方向における光伝達路の長さは1μmとし、光路方向に垂直かつ基板に平行な方向における光伝達路の長さは10μmとした(即ち、光路方向に垂直な方向における光伝達路の断面積は、10μm2)。また、光伝達路の光路方向の長さは、10mmとした。
【0077】
次に、光伝達路の上に、ポジレジストを用いたリフトオフ工程により磁性体を積層した。磁性体は、TbCoFeアモルファス合金磁性膜を用いた。磁性体の厚さは400nm、また光路方向に対する磁性体の長さは10μmとした。なお、磁性体の積層は、磁性体が垂直磁化を有するように行った。
【0078】
次に、磁性体および光伝達路上にAl2O3からなる絶縁体(厚さ0.5μm)を積層し、さらにその上にCuを主成分とする配線(断面積2.5μm2(0.5μm×5μm))を積層して、図6に示すような光スイッチを作製した。なお、絶縁膜および配線の積層には、マグネトロンスパッタ法を用いた。
【0079】
このような光スイッチでは、磁性体と、磁性体に磁界を印加する配線との距離は約0.5μm程度であり、配線に電流を印加することによって磁性体の磁化状態を変化させられると考えられる。
【0080】
上記のように準備した光スイッチに対し、レーザ(波長488nm)および偏光光学系を用いて、光伝達路の一方の端から直線偏光を入射した。その際、磁性体の磁化状態を変化させ、光伝達路の他方の端から出射される光の出力強度を測定することによって、光スイッチとしての応答を評価した。以下にその評価方法を示す。
【0081】
まず、配線に30mAの電流を印加し、その際の光の出力強度(Pout +30)を測定した。出力強度の測定は、光伝達路に入射した直線偏光と直交ニコルの関係にある偏光フィルターを光伝達路の出射端に配置し、偏光フィルターを透過した光の強度を測定することによって行った。光の強度の測定には、フォトダイオードを用いた。次に、配線に印加する電流をパルス状に変化させて先ほどとは逆の方向に印加し(電流の大きさは30mA)、その際の光の出力強度(Pout −30)を測定した。最後に、測定した光の出力強度と、光伝達路に入射した直線偏光の強度(Pin)との比Mpを求め、光スイッチとしての応答を評価した。なお、Mpは、以下の式で与えられる値である。
【0082】
Mp=(|Pout +30−Pout −30|/Pin)×100(%)
評価の結果、Mp値は30%〜60%程度となり、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。光磁気回路とする際には、例えば、光伝達路の両端に偏光フィルターなどを含む光接続部を配置すればよい。その後、上記Mp値程度の閾値を設定し、例えば、閾値以上の出力強度であればON、閾値以下の出力強度であればOFFと設定すれば、光信号のスイッチングを行うことができる。
【0083】
本実施例の光スイッチにおいて、Mp値の変化は、磁性体の磁化状態によって光伝達路に入射された光の偏光の状態が変化することに起因している。また、磁性体が垂直磁化を有しているため、光が磁性体の表面において反射する際には極カー効果が働くと考えられる。
【0084】
なお、配線に印加する電流パルスに対する出力光の応答速度を同時に評価したところ、数百ps幅の立ち上がり/立ち下がり時間を有する電流パルスに対し、数百ps〜数nsオーダーでの出力光の変化が観測できた。よって、本発明の光スイッチによって、従来のMEMSスイッチに対して3桁以上速いスイッチング速度が実現できることがわかる。
【0085】
(実施例2)
本実施例では、図9に示すような光スイッチを作製し、磁性体に磁界を印加して実際の動作を確認した。なお、光スイッチの評価は実施例1と同様の手法を用いて行った。ただし、配線に印加する電流の大きさは18mAとした。
【0086】
まず、MgOからなる基板上に、LiNbO3からなる光伝達路をマグネトロンスパッタ法により形成した。光伝達路の光路方向に垂直かつ基板に垂直な方向における長さは1μmとし、光路方向に垂直かつ基板に平行な方向における長さは10μmとした。また、光伝達路の光路方向の長さは、10mmとした。
【0087】
次に、光伝達路の上に、ポジレジストを用いたリフトオフ工程により磁性体を積層した。磁性体は、TbCoFeアモルファス合金磁性膜を用いた。磁性体の厚さは400nm、また光路方向に対する磁性体の長さは10μmとした。なお、磁性体の積層は、磁性体が垂直磁化を有するように行った。
【0088】
次に、磁性体および光伝達路上にAl2O3からなる絶縁体(厚さ0.5μm)を配置し、さらにその上にCuを主成分とする配線(断面積2.5μm2(0.5μm×5μm))を配置した。なお、絶縁膜および配線の配置には、マグネトロンスパッタ法を用いた。このような光スイッチでは、磁性体と、磁性体に磁界を印加する配線との距離は約0.5μm程度であり、配線に電流を印加することによって磁性体の磁化状態を変化させられると考えられる。
【0089】
次に、配線上にNiFe(パーマロイ)からなる磁束ガイドを配置し、図9に示すような光スイッチを作製した。個別の磁束ガイドは上記配線を覆うように配置し、隣り合う磁束ガイド間の間隔(ピッチ)は1μmとした。磁束ガイドの厚さは、100nmとした。磁束ガイドは、ポジレジストを用いたリフトオフ工程により配置した。なお、磁束ガイドを設けない光スイッチも同時に作製した(その他の構成は、磁束ガイドを配置した光スイッチと全く同一である)。
【0090】
このようにして準備した光スイッチの評価を行ったところ、磁束ガイドを設けない場合、50%〜60%のMp値が得られ、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。また、実施例1に比べて低い電流値で同等のMp値が得られているが、これは磁性体に磁界を印加する配線の形状が異なるためと考えられる。即ち、実施例1の光スイッチよりも本実施例における光スイッチの方が、より効率よく磁性体に磁界を印加できることがわかった。
【0091】
また、磁束ガイドを設けた場合、さらに少ない電流(±14mA)で同等のMp値を得ることができた。即ち、磁束ガイドを設けた光スイッチの方が、より効率よく磁性体に磁界を印加できることがわかった。
【0092】
(実施例3)
本実施例では、図6に示すような光スイッチを作製し、磁性体に磁界を印加して実際の動作を確認した。なお、光スイッチの評価は実施例1と同様の手法を用いて行った。
【0093】
まず、MgOからなる基板上に、LiNbO3からなるリブ形状の光伝達路をマグネトロンスパッタ法により形成した。光伝達路の光路方向に垂直かつ基板に垂直な方向における長さは1μmとし、光路方向に垂直かつ基板に平行な方向における長さは10μmとした。また、光伝達路の光路方向の長さは、10mmとした。
【0094】
次に、光伝達路の上に、ポジレジストを用いたリフトオフ工程により磁性体を積層した。磁性体は、PtMnSb磁性膜を用いた。磁性体の厚さは400μm、また光路方向に対する磁性体の長さは10μmとした。なお、磁性体の積層は、磁性体が垂直磁化を有するように行った。
【0095】
次に、磁性体および光伝達路上にAl2O3からなる絶縁体(厚さ0.5μm)を配置し、さらにその上にCuを主成分とする配線(断面積2.5μm2(0.5μm×5μm)を配置し、図6に示すような光スイッチを作製した。なお、絶縁膜および配線の配置には、マグネトロンスパッタ法を用いた。このような光スイッチでは、磁性体と、磁性体に磁界を印加する配線との距離は約0.5μm程度であり、配線に電流を印加することによって磁性体の磁化状態を変化させられると考えられる。
【0096】
このようにして準備した光スイッチの評価を行ったところ、40%〜70%のMp値が得られ、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。
【0097】
また、配線上にNiFe(パーマロイ)からなる磁束ガイドを配置して図7(a)に示すような光スイッチとした場合、配線に±20mA程度の電流を印加すれば、同等のMp値を得ることができた。即ち、磁束ガイドの配置によって、より効率よく磁性体に磁界を印加できることがわかった。また、配線および磁束ガイドの形状を図7(b)に示すように台形状とした場合、より少ない電流で同様のMp値を得ることができた。
【0098】
また、配線の形状を図5で示すような形状とし、さらに磁束ガイドを設けた場合、配線に印加する電流を磁束ガイド無しの場合に比べて10%〜40%低減しても40%〜70%のMp値を得ることができた。
【0099】
(実施例4)
本実施例では、図15に示す方法を用いて光スイッチを作製し、その評価を行った。まず、光スイッチの作製方法について、図15を参照しながら説明する。
【0100】
最初に、基板13、誘電体71、磁性体72、絶縁体73および導電体74が順に積層された積層体を形成する(図15(a))。次に、導電体74上に、光スイッチとして必要な光伝達路の形状にレジスト20を配置し、Arイオンを照射する(図15(b))。Arイオンの照射によって、レジスト20が配置された以外の部分は基板13を残して除去され、基板13上に光伝達路2が形成される(図15(c))。次に、導電体74上に、光スイッチとして必要な磁性体の形状にレジスト20を配置し、Arイオンを照射する(図15(d))。Arイオンの照射によって、レジスト20が配置された以外の部分は基板13を残して除去され、光伝達路2上に磁性体3が形成される(図15(e))。次に、全体に絶縁体18を積層する(図15(f))。次に、リフトオフを行い、導電体74を露出させる(図15(g))。次に、絶縁体18の全面に、さらに導電体74を積層する(図15(h))。次に、導電体74上に、光スイッチとして必要な配線の形状にレジスト20を配置し、Arイオンを照射する(図15(i))。Arイオンの照射によって、レジスト20が配置された部分以外の導電体74は除去され、配線41が形成される(図15(j))。このようにして光スイッチを得ることができる。
【0101】
本実施例では、基板13としてMgO基板を用いた。また、誘電体71にはTiを拡散ドープしたLiNbO3を用い、磁性体72にはTbCoFe磁性膜を、絶縁体73および絶縁体18にはAl2O3を、導電体74にはTa/Cu/Pt/Taからなる多層膜を用いた。また、基板13上に誘電体71を積層する際には、LPE(Liquid Phase Epitaxy)法を用い、その他の材料の積層にはマグネトロンスパッタ法を用いた。なお、各部分の大きさなどは実施例1と同一とした。
【0102】
このように準備した光スイッチに対し、実施例1と同様の評価を行ったところ、30%〜60%のMp値が得られ、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。
【0103】
また、図16〜図19に示すように、誘電体を予めリブ形状に加工して光伝達路とした場合においても、ほぼ同様のMp値を示す光スイッチを得ることができた。なお、図16〜図19において、図15と同じ材料を用いた部分には、同一の符号を記し、詳細な説明を省略する。図19(i)に示す工程において導電体74上に積層される導電体75(導電体75は、図19(j)に示す工程において、磁束ガイド44となる)には、Ni−Fe(パーマロイ)を用いた。各部分の大きさなどは実施例1と同一とし、各層の積層は、マグネトロンスパッタ法などを用いて行った。また、図16(d)から図16(e)に至る工程、図18(g)から図18(h)に至る工程、図19(i)から図19(h)に至る工程ではリフトオフが行われている。
【0104】
図18に示す方法を用いた場合、図4(b)や図5に示すような構造を有する光スイッチを容易に得ることができる。また、図19に示す方法を用いた場合、図8に示すような構造を有する光スイッチを容易に得ることができる。
【0105】
また、図16〜図19に示す例において、誘電体を予めリブ形状に加工することによって形成した光伝達路2を用いる代わりに、LiNbO3からなる膜状の誘電体を準備し、上記誘電体に選択的にTiを拡散ドープすることで光伝達路の形成を行った場合においても、ほぼ同様の結果を示す光スイッチを得ることができた。
【0106】
また、光伝達路となる誘電体として、プロトン交換したLiNbO3や、Nbを拡散ドープしたSrTiO3、PZT膜(PZT:(Pb、Zr)TiO3)などを用いた場合などにおいても、ほぼ同様の結果を示す光スイッチを得ることができた。
【0107】
なお、図15〜図19に示す各方法において、照射するイオンとしてはArイオンに限定されない。例えば、Krイオン、Xeイオンなどを用いてもよい。
【0108】
(実施例5)
本実施例では、図12に示す工程によって図6に示すような光スイッチを作製し、磁性体に磁界を印加して実際の動作を確認した。なお、光スイッチの評価は実施例1と同様の手法を用いて行った。
【0109】
本実施例では、基板としてMgO基板を、誘電体(厚さ1μm)にはNbを拡散ドープしたSrTiO3(透明性を確保するため、Nbの含有量は0.05at.%〜0.5at.%程度とした)を、磁性体(厚さ0.4μm)にはPtMnSb磁性膜を用いた。なお、磁性体の積層は磁性体が垂直磁化を有するように行い、その際、基板の温度を500℃とした。また、絶縁体(厚さ0.5μm)にはAl2O3を、導電体(厚さ0.5μm)にはTa/Cu/Pt/Taからなる多層膜を用いた。なお、各層の積層にはマグネトロンスパッタ法を用いた。このような光スイッチでは、磁性体と、磁性体に磁界を印加する配線との距離は約0.5μm程度であり、配線に電流を印加することによって磁性体の磁化状態を変化させられると考えられる。
【0110】
このようにして準備した光スイッチの評価を行ったところ、30%〜60%のMp値が得られ、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。
【0111】
(実施例6)
本実施例では、図20に示すような光回路と磁気回路とを用いて図6に示すような光スイッチを作製し、磁性体に磁界を印加して実際の動作を確認した。なお、光スイッチの評価は実施例1と同様の手法を用いて行った。
【0112】
図20(a)に示す光回路61は、MgOからなる基板13上に、Tiを拡散ドープしたLiNbO3からなる光伝達路2が積層されている。また、基板13上には、マーカー21が配置されている。
【0113】
図20(b)に示す磁気回路62は、MgOからなる基板13上にTbCoFeからなる磁性体3と、Cuからなる配線41とが積層されている。また、基板13上には、図20(a)に示す光回路61に設けられたマーカー21に対応した凹部が形成されている。
【0114】
このような光回路61と磁気回路62とを、マーカー21と凹部とを合わせながら積層して、図11に示すような光磁気回路を作製した。なお、各部分の大きさは、実施例1と同様とした。
【0115】
また、マーカー21としてはレジストあるいはポリイミドを用い、光回路61と磁気回路62との積層は、リソグラフィー時に用いたレジストや、紫外線硬化型のエポキシ樹脂材などを用いて両回路を接着することによって行った。
【0116】
このようにして準備した光スイッチの評価を行ったところ、30%〜60%のMp値が得られ、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。
【0117】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、スイッチング速度が高速で、耐久性に優れる光スイッチおよび光磁気回路を得ることができる。また、上記光磁気回路を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光スイッチの一例を示す断面模式図である。
【図2】本発明の光スイッチの一例を示す断面模式図である。
【図3】本発明の光スイッチの一例を示す断面模式図である。
【図4】本発明の光スイッチの一例を示す断面模式図である。
【図5】本発明の光スイッチの一例を示す模式図である。
【図6】本発明の光スイッチの一例を示す模式図である。
【図7】図7(a)および図7(b)は、本発明の光スイッチの一例を示す断面模式図である。
【図8】図8(a)は、本発明の光スイッチの一例を示す模式図である。図8(b)は、図8(a)に示す光スイッチの断面を示す断面模式図である。
【図9】本発明の光スイッチの一例を示す模式図である。
【図10】本発明の光磁気回路の一例を示す模式図である。
【図11】図10に示す光磁気回路の断面の一部を示す断面模式図である。
【図12】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す断面模式図である。
【図13】本発明の光磁気回路に用いられる光回路の一例を示す断面模式図である。
【図14】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す断面模式図である。
【図15】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す模式図である。
【図16】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す模式図である。
【図17】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す模式図である。
【図18】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す模式図である。
【図19】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す模式図である。
【図20】図20(a)は、本発明の光磁気回路に用いられる光回路の一例を示す模式図である。図20(b)は、本発明の光磁気回路に用いられる磁気回路の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
1 光スイッチ
2 光伝達路
3 磁性体
4 磁化印加部
5 光接続部
6 光磁気回路
7 積層体
11、17 光
12 表面
13 基板
14、18、19、73 絶縁体
15 受発光素子
16 LSI
20 レジスト
21 マーカー
41 配線
42 電流
43 磁界
44 磁束ガイド
51 偏光フィルター
52 光入力部
53 光出力部
54 レーザ
55 光検出器
61 光回路
62 磁気回路
71 誘電体
72 磁性体
74、75 導電体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch, a magneto-optical circuit using the same, and a method for manufacturing a magneto-optical circuit.
[0002]
[Prior art]
An optical signal has features such as a larger information capacity and an excellent low-loss property than an electric signal. For this reason, information transmission using optical signals has been mainly used for long-distance backbone network communication and the like. However, at present, it has been considered to use the above-mentioned features to replace transmission that has been performed by electric signals in an integrated circuit until now with transmission by optical signals. At this time, in order to form an optical circuit that makes full use of the characteristics of the optical signal such as large capacity and low loss, an optical switch that does not need to perform optical-electrical conversion is required.
[0003]
At present, instead of a conventionally used electric switch, a reflector switch, which is a kind of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) formed by microelectronics technology, has been attracting attention as a next-generation optical switch (for example, ,
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-296486 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, an optical switch based on MEMS is an optical switch that operates mechanically, and it is considered that there is a limit to the switching speed due to its operation principle. For example, the response speed of a general optical switch using MEMS is on the order of several msec. In addition, the response speed may be further reduced during long-term use due to, for example, wear of the operating portion. Therefore, there is a demand for an optical switch having a higher switching speed and excellent durability.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The optical switch of the present invention includes a light transmission path made of a dielectric, a magnetic body, and a magnetic field applying unit that changes a magnetization state of the magnetic body by applying a magnetic field to the magnetic body, wherein the magnetic body is The light transmission path is disposed near the light transmission path such that light traveling through the light transmission path is reflected on the surface of the magnetic body.
[0007]
Next, the magneto-optical circuit of the present invention includes the optical switch and an optical connection unit that performs at least one selected from input of light to an optical transmission path of the optical switch and output of light from the optical transmission path. Contains.
[0008]
Further, the magneto-optical circuit of the present invention includes a light transmission path made of a dielectric, and an optical connection unit that performs at least one selected from input of light to the light transmission path and output of light from the light transmission path. Including an optical circuit,
A magnetic circuit including a magnetic body and a magnetic field applying unit that changes a magnetization state of the magnetic body by applying a magnetic field to the magnetic body,
The optical circuit and the magnetic circuit may be arranged such that light traveling in the light transmission path is reflected on a surface of the magnetic body.
[0009]
Next, the method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention includes: (i) at least one selected from a light transmission path made of a dielectric, and light input to the light transmission path and light output from the light transmission path. Forming an optical circuit including an optical connection portion,
(Ii) forming a magnetic circuit including a magnetic body and a magnetic field applying unit that changes a magnetization state of the magnetic body by applying a magnetic field to the magnetic body;
(Iii) arranging the optical circuit and the magnetic circuit such that light traveling in the light transmission path is reflected on the surface of the magnetic body.
[0010]
Also, the method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention includes: (I) a step of forming a laminate including a dielectric and a magnetic material;
(II) forming a light transmission path made of the dielectric by processing the laminate into a predetermined shape, and forming a magneto-optical circuit in which the light transmission path and the magnetic substance are laminated. May be included.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
[0012]
(Embodiment 1)
In this embodiment, an optical switch and a magneto-optical circuit according to the present invention will be described.
[0013]
FIG. 1 is a sectional view showing an example of the optical switch of the present invention. The
[0014]
When light is incident on the surface of a magnetic body, the state of polarization of the light reflected on the surface differs depending on the magnetization state of the magnetic body. Such a phenomenon is called a Kerr effect (Kerr Effect: a kind of magneto-optical effect). When light is input to the
[0015]
Further, in the
[0016]
In the optical switch of the present invention, the position where the
[0017]
The shape of the
[0018]
Further, the number of
[0019]
The material used for the
[0020]
The ferromagnetic material used for the magnetic material is not particularly limited. Above all, Heusler alloys such as PtMnSb and NiMnSb, amorphous alloys such as Tb-Co-Fe-based, Ho-Co-Fe-based, irregular alloys such as Fe-Co-Pt-based, and ordered alloys such as Mn-Pt-based If a material or the like is used, the polar Kerr effect, which will be described later, can be further enhanced, and the state of polarization of light traveling in the light transmission path can be changed more greatly.
[0021]
In the optical switch of the present invention, the magnetization direction of the
[0022]
The dielectric used for the
[0023]
The light input to the
[0024]
The structure and the position of the magnetic field application unit are not particularly limited as long as the magnetization state of the
[0025]
FIG. 2 shows another example of the optical switch of the present invention. In the
[0026]
The material used for the
[0027]
The distance between the
[0028]
FIG. 3 shows another example of the optical switch of the present invention. The
[0029]
In addition, as shown in FIG. 3, when the
[0030]
FIG. 4 shows another example of the optical switch of the present invention. The
[0031]
Further, the example shown in FIG. 4 can be formed by one
[0032]
FIG. 6 shows another example of the optical switch of the present invention. The
[0033]
The material of the
[0034]
In the optical switch according to the present invention, the magnetic
[0035]
The
[0036]
The shape of the
[0037]
The material used for the
[0038]
The ferromagnetic material used for the
[0039]
Further, the ferromagnetic material used for the
[0040]
FIGS. 8A and 8B show another example of the optical switch of the present invention. FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams of the
[0041]
When arranging the
[0042]
Next, the magneto-optical circuit of the present invention will be described.
[0043]
The magneto-optical circuit according to the present invention includes the above-described optical switch according to the present invention and an optical connection unit that performs at least one selected from input of light to the optical transmission path of the optical switch and output of light from the optical transmission path of the optical switch. And
[0044]
In other words, the magneto-optical circuit of the present invention performs at least one selected from a light transmission path made of a dielectric material and light input to the light transmission path of the optical switch and light output from the light transmission path of the optical switch. The optical circuit includes an optical circuit including an optical connection unit, and includes a magnetic circuit including a magnetic body and a magnetic field application unit that changes a magnetization state of the magnetic body by applying a magnetic field to the magnetic body. Further, the optical circuit and the magnetic circuit are arranged so that light traveling in the light transmission path is reflected on the surface of the magnetic body.
[0045]
In such a magneto-optical circuit, the state of polarization of light input to the light transmission path can be controlled by the Kerr effect, which is a type of magneto-optical effect, by changing the magnetization state of the magnetic material by the magnetic field application unit. it can. Therefore, a magneto-optical circuit having a high switching speed and excellent durability can be obtained.
[0046]
An example of the magneto-optical circuit of the present invention is shown in FIGS. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a part of a cross section of the magneto-
[0047]
The magneto-
[0048]
The
[0049]
The
[0050]
In such a magneto-optical circuit, by inputting an electric signal to the light receiving and emitting
[0051]
In the magneto-optical circuit of the present invention, the structure and material of the
[0052]
Further, the magneto-optical circuit of the present invention may further include a light source. In this case, a smaller magneto-optical circuit can be obtained. As the light source, for example, a light emitting / receiving element or a semiconductor laser shown in the examples of FIGS. 10 and 11 may be used. When a semiconductor laser is used, it may be integrated with a magneto-optical circuit.
[0053]
In the magneto-optical circuit of the present invention, the light transmission path may be in contact with the magnetic body. As described above in the description of the optical switch, a magneto-optical circuit with less loss can be provided.
[0054]
The magneto-optical circuit as described above can be obtained, for example, by the method for manufacturing a magneto-optical circuit described in the second embodiment. Further, the magneto-optical circuit of the present invention can be used, for example, as a basic element for controlling an optical carrier, such as a communication optical switch.
[0055]
(Embodiment 2)
In the present embodiment, a method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention will be described.
[0056]
FIG. 12 shows an example of a method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention. First, as shown in FIG. 12A, a
[0057]
Next, as shown in FIG. 12B, a
[0058]
Next, as shown in FIG. 12C, the
[0059]
With this manufacturing method, a magneto-optical circuit having a high switching speed and excellent durability can be manufactured. Further, when an optical circuit and a magnetic circuit are separately manufactured in advance, the two can be stacked in an optimum positional relationship, or the optical circuit and the magnetic circuit can be freely combined. Note that the optical connection unit may be only one of the light input unit and the light output unit, or as shown in the examples of FIGS. 10 and 11, both the light input and the light output. It may be an optical connection part.
[0060]
In the step (i), a method for forming the
[0061]
An example of such an
[0062]
In the step (ii), a method for forming the
[0063]
Further, in the above step (iii), the
[0064]
When the
[0065]
FIG. 14 shows another example of the method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention. First, as shown in FIG. 14A, a
[0066]
Next, as shown in FIG. 14B, a light transmission path made of a dielectric is formed by processing the
[0067]
With this manufacturing method, a magneto-optical circuit having a high switching speed and excellent durability can be manufactured.
[0068]
Further, in the manufacturing method shown in FIG. 14, the step (II) includes a step (a) of removing a part of the magnetic body from the laminate. With such a manufacturing method, the arrangement of the optical switches in the magneto-optical circuit can be finely adjusted. Further, the size of the magneto-optical circuit itself can be reduced more easily.
[0069]
In the step (I), the method for forming the
[0070]
In the step (II), the method of processing the laminate into a predetermined shape is not particularly limited. In the step (a), the method of removing a part of the magnetic material from the laminate is not particularly limited. For example, a physical or chemical etching method such as ion milling, RIE, or FIB used in a semiconductor process or the like, or a photolithography technique using a stepper, an EB method, or the like may be used. Further, these may be combined, or the surface may be planarized by using CMP, cluster ion beam etching, or the like. When the laminate is processed into a predetermined shape, for example, it may be processed into a shape required for a magneto-optical circuit.
[0071]
In the example shown in FIG. 14, the
[0072]
Note that the light transmission path, the magnetic body, the wiring, the optical connection section, and the like in this embodiment may be the same as the light transmission path, the magnetic body, the wiring, the optical connection section, and the like described in the first embodiment.
[0073]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.
[0074]
(Example 1)
In this example, an optical switch as shown in FIG. 6 was manufactured, and a magnetic field was applied to a magnetic body to check the actual operation.
[0075]
First, a method for manufacturing an optical switch according to the present embodiment will be described.
[0076]
First, LiNbO is placed on a substrate made of MgO.3Was formed by magnetron sputtering. The length of the light transmission path in the direction perpendicular to the optical path direction and perpendicular to the substrate was 1 μm, and the length of the light transmission path in the direction perpendicular to the optical path direction and parallel to the substrate was 10 μm (ie, perpendicular to the optical path direction). The cross-sectional area of the light transmission path in the direction is 10 μm2). The length of the light transmission path in the light path direction was 10 mm.
[0077]
Next, a magnetic material was laminated on the light transmission path by a lift-off process using a positive resist. As the magnetic material, a TbCoFe amorphous alloy magnetic film was used. The thickness of the magnetic body was 400 nm, and the length of the magnetic body with respect to the optical path direction was 10 μm. The lamination of the magnetic material was performed so that the magnetic material had perpendicular magnetization.
[0078]
Next, the magnetic material and the Al2O3An insulator (thickness: 0.5 μm) made of Cu is laminated, and a wiring containing Cu as a main component (cross-sectional area: 2.5 μm)2(0.5 μm × 5 μm)) to produce an optical switch as shown in FIG. Note that a magnetron sputtering method was used for laminating the insulating film and the wiring.
[0079]
In such an optical switch, the distance between the magnetic body and the wiring for applying a magnetic field to the magnetic body is about 0.5 μm, and it is considered that the magnetization state of the magnetic body can be changed by applying a current to the wiring. Can be
[0080]
Linear polarized light was incident on the optical switch prepared as described above from one end of the light transmission path using a laser (wavelength 488 nm) and a polarizing optical system. At that time, the response as an optical switch was evaluated by changing the magnetization state of the magnetic material and measuring the output intensity of light emitted from the other end of the light transmission path. The evaluation method is described below.
[0081]
First, a current of 30 mA is applied to the wiring, and the output intensity of light (Pout +30) Was measured. The output intensity was measured by arranging a polarizing filter having a relationship of linear Nicols with the linearly polarized light incident on the light transmission path at the output end of the light transmission path, and measuring the intensity of light transmitted through the polarization filter. A photodiode was used for measuring the light intensity. Next, the current applied to the wiring is changed in a pulse shape and applied in a direction opposite to the previous direction (the magnitude of the current is 30 mA), and the light output intensity (Pout -30) Was measured. Finally, the measured output intensity of light and the intensity of linearly polarized light (Pin) And the ratio MpAnd the response as an optical switch was evaluated. Note that MpIs a value given by the following equation.
[0082]
Mp= (| Pout +30-Pout -30| / Pin) × 100 (%)
As a result of the evaluation, MpThe value was about 30% to 60%, and it was found that the optical switch of the present example can switch an optical signal. In the case of a magneto-optical circuit, for example, an optical connection section including a polarizing filter or the like may be arranged at both ends of the light transmission path. Then, the MpBy setting a threshold of about a value, for example, setting ON when the output intensity is equal to or higher than the threshold, and setting OFF when the output intensity is equal to or lower than the threshold, the optical signal can be switched.
[0083]
In the optical switch of the present embodiment, MpThe change in the value is due to the change in the polarization state of the light incident on the light transmission path depending on the magnetization state of the magnetic material. Further, since the magnetic material has perpendicular magnetization, it is considered that the polar Kerr effect works when light is reflected on the surface of the magnetic material.
[0084]
When the response speed of the output light with respect to the current pulse applied to the wiring was simultaneously evaluated, the change in the output light in the order of several hundred ps to several ns with respect to the current pulse having a rise / fall time of several hundred ps width. Was observed. Therefore, it is understood that the optical switch of the present invention can realize a switching speed three orders of magnitude or more faster than that of the conventional MEMS switch.
[0085]
(Example 2)
In this example, an optical switch as shown in FIG. 9 was manufactured, and a magnetic field was applied to a magnetic body to check the actual operation. The evaluation of the optical switch was performed using the same method as in the first embodiment. However, the magnitude of the current applied to the wiring was 18 mA.
[0086]
First, LiNbO is placed on a substrate made of MgO.3Was formed by magnetron sputtering. The length of the light transmission path in the direction perpendicular to the optical path direction and perpendicular to the substrate was 1 μm, and the length in the direction perpendicular to the optical path direction and parallel to the substrate was 10 μm. The length of the light transmission path in the light path direction was 10 mm.
[0087]
Next, a magnetic material was laminated on the light transmission path by a lift-off process using a positive resist. As the magnetic material, a TbCoFe amorphous alloy magnetic film was used. The thickness of the magnetic body was 400 nm, and the length of the magnetic body with respect to the optical path direction was 10 μm. The lamination of the magnetic material was performed so that the magnetic material had perpendicular magnetization.
[0088]
Next, the magnetic material and the Al2O3An insulator (thickness: 0.5 μm) made of Cu is arranged, and a wiring mainly composed of Cu (cross-sectional area: 2.5 μm)2(0.5 μm × 5 μm)). Note that a magnetron sputtering method was used for the arrangement of the insulating film and the wiring. In such an optical switch, the distance between the magnetic body and the wiring for applying a magnetic field to the magnetic body is about 0.5 μm, and it is considered that the magnetization state of the magnetic body can be changed by applying a current to the wiring. Can be
[0089]
Next, a magnetic flux guide made of NiFe (permalloy) was arranged on the wiring, and an optical switch as shown in FIG. 9 was manufactured. The individual magnetic flux guides were arranged so as to cover the wiring, and the interval (pitch) between adjacent magnetic flux guides was 1 μm. The thickness of the magnetic flux guide was 100 nm. The magnetic flux guide was arranged by a lift-off process using a positive resist. An optical switch without a magnetic flux guide was also manufactured at the same time (the other configuration is exactly the same as the optical switch with the magnetic flux guide).
[0090]
When the optical switch prepared as described above was evaluated, when the magnetic flux guide was not provided, 50% to 60% of MpThe value was obtained, and it was found that the optical switch of the present example can switch an optical signal. In addition, the same M at a lower current value than that of the first embodiment.pThe value was obtained, presumably because the shape of the wiring for applying the magnetic field to the magnetic material was different. That is, it was found that the optical switch according to the present embodiment can more efficiently apply a magnetic field to a magnetic body than the optical switch according to the first embodiment.
[0091]
In addition, when a magnetic flux guide is provided, the equivalent MpValue was obtained. That is, it was found that the optical switch provided with the magnetic flux guide can more efficiently apply the magnetic field to the magnetic body.
[0092]
(Example 3)
In this example, an optical switch as shown in FIG. 6 was manufactured, and a magnetic field was applied to a magnetic body to check the actual operation. The evaluation of the optical switch was performed using the same method as in the first embodiment.
[0093]
First, LiNbO is placed on a substrate made of MgO.3Was formed by magnetron sputtering. The length of the light transmission path in the direction perpendicular to the optical path direction and perpendicular to the substrate was 1 μm, and the length in the direction perpendicular to the optical path direction and parallel to the substrate was 10 μm. The length of the light transmission path in the light path direction was 10 mm.
[0094]
Next, a magnetic material was laminated on the light transmission path by a lift-off process using a positive resist. The magnetic material used was a PtMnSb magnetic film. The thickness of the magnetic body was 400 μm, and the length of the magnetic body with respect to the optical path direction was 10 μm. The lamination of the magnetic material was performed so that the magnetic material had perpendicular magnetization.
[0095]
Next, the magnetic material and the Al2O3An insulator (thickness: 0.5 μm) made of Cu is arranged, and a wiring mainly composed of Cu (cross-sectional area: 2.5 μm)2(0.5 μm × 5 μm), and an optical switch as shown in FIG. 6 was manufactured. Note that a magnetron sputtering method was used for the arrangement of the insulating film and the wiring. In such an optical switch, the distance between the magnetic body and the wiring for applying a magnetic field to the magnetic body is about 0.5 μm, and it is considered that the magnetization state of the magnetic body can be changed by applying a current to the wiring. Can be
[0096]
When the optical switch prepared in this way was evaluated, the M of 40% to 70% was evaluated.pThe value was obtained, and it was found that the optical switch of the present example can switch an optical signal.
[0097]
Further, when a magnetic flux guide made of NiFe (permalloy) is arranged on the wiring to form an optical switch as shown in FIG. 7A, when a current of about ± 20 mA is applied to the wiring, the equivalent M is obtained.pValue was obtained. That is, it was found that the magnetic field can be more efficiently applied to the magnetic body by the arrangement of the magnetic flux guide. When the shape of the wiring and the magnetic flux guide is trapezoidal as shown in FIG.pValue was obtained.
[0098]
In addition, when the wiring is shaped as shown in FIG. 5 and a magnetic flux guide is provided, the current applied to the wiring is reduced by 10% to 40% as compared with the case without the magnetic flux guide, but is reduced by 40% to 70% % MpValue was obtained.
[0099]
(Example 4)
In this example, an optical switch was manufactured using the method shown in FIG. 15 and its evaluation was performed. First, a method for manufacturing an optical switch will be described with reference to FIGS.
[0100]
First, a laminate in which the
[0101]
In this embodiment, an MgO substrate was used as the
[0102]
When the same evaluation as in Example 1 was performed on the optical switch prepared in this way, the M of 30% to 60% was obtained.pThe value was obtained, and it was found that the optical switch of the present example can switch an optical signal.
[0103]
Also, as shown in FIGS. 16 to 19, substantially the same MpAn optical switch showing a value was obtained. In FIGS. 16 to 19, the same reference numerals are given to portions using the same material as in FIG. 15, and detailed description is omitted. A
[0104]
When the method shown in FIG. 18 is used, an optical switch having a structure as shown in FIGS. 4B and 5 can be easily obtained. When the method shown in FIG. 19 is used, an optical switch having a structure as shown in FIG. 8 can be easily obtained.
[0105]
In addition, in the example shown in FIGS. 16 to 19, instead of using the
[0106]
Further, proton-exchanged LiNbO is used as a dielectric material serving as an optical transmission path.3Or SrTiO doped with Nb3, PZT film (PZT: (Pb, Zr) TiO3The optical switch showing almost the same result can be obtained even when (1) is used.
[0107]
In each of the methods shown in FIGS. 15 to 19, the ions to be irradiated are not limited to Ar ions. For example, Kr ions, Xe ions, or the like may be used.
[0108]
(Example 5)
In the present example, an optical switch as shown in FIG. 6 was manufactured by the process shown in FIG. 12, and a magnetic field was applied to the magnetic material to check the actual operation. The evaluation of the optical switch was performed using the same method as in the first embodiment.
[0109]
In this embodiment, an MgO substrate is used as a substrate, and a dielectric (1 μm thick) is SrTiO doped with Nb by diffusion.3(To ensure transparency, the Nb content was set to about 0.05 at.% To 0.5 at.%), And a PtMnSb magnetic film was used for the magnetic material (0.4 μm in thickness). The lamination of the magnetic material was performed so that the magnetic material had perpendicular magnetization, and the temperature of the substrate was set to 500 ° C. In addition, the insulator (thickness 0.5 μm) is made of Al2O3A multilayer film made of Ta / Cu / Pt / Ta was used for the conductor (thickness: 0.5 μm). Note that a magnetron sputtering method was used for laminating each layer. In such an optical switch, the distance between the magnetic body and the wiring for applying a magnetic field to the magnetic body is about 0.5 μm, and it is considered that the magnetization state of the magnetic body can be changed by applying a current to the wiring. Can be
[0110]
When the optical switch prepared as described above was evaluated, the M of 30% to 60% was measured.pThe value was obtained, and it was found that the optical switch of the present example can switch an optical signal.
[0111]
(Example 6)
In this example, an optical switch as shown in FIG. 6 was manufactured using an optical circuit and a magnetic circuit as shown in FIG. 20, and an actual operation was confirmed by applying a magnetic field to a magnetic body. The evaluation of the optical switch was performed using the same method as in the first embodiment.
[0112]
An
[0113]
In the
[0114]
Such an
[0115]
Also, a resist or polyimide is used as the
[0116]
When the optical switch prepared as described above was evaluated, the M of 30% to 60% was measured.pThe value was obtained, and it was found that the optical switch of the present example can switch an optical signal.
[0117]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an optical switch and a magneto-optical circuit having a high switching speed and excellent durability can be obtained. Further, it is possible to provide a method for manufacturing the magneto-optical circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an optical switch according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the optical switch of the present invention.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of the optical switch of the present invention.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of the optical switch of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing an example of the optical switch according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the optical switch of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are schematic cross-sectional views showing an example of the optical switch of the present invention.
FIG. 8A is a schematic diagram showing an example of the optical switch of the present invention. FIG. 8B is a schematic cross-sectional view showing a cross section of the optical switch shown in FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the optical switch of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a magneto-optical circuit according to the present invention.
11 is a schematic sectional view showing a part of a section of the magneto-optical circuit shown in FIG. 10;
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention.
FIG. 13 is a schematic sectional view showing an example of an optical circuit used for the magneto-optical circuit of the present invention.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention.
FIG. 15 is a schematic view illustrating an example of a method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention.
FIG. 16 is a schematic view illustrating an example of a method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention.
FIG. 17 is a schematic view illustrating an example of a method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention.
FIG. 18 is a schematic view illustrating an example of a method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention.
FIG. 19 is a schematic view illustrating an example of a method for manufacturing a magneto-optical circuit according to the present invention.
FIG. 20A is a schematic diagram illustrating an example of an optical circuit used in the magneto-optical circuit according to the present invention. FIG. 20B is a schematic diagram illustrating an example of a magnetic circuit used in the magneto-optical circuit of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Optical switch
2 Light transmission path
3 Magnetic material
4 Magnetization applying part
5 Optical connection
6. Magneto-optical circuit
7 laminate
11, 17 light
12 Surface
13 Substrate
14, 18, 19, 73 Insulator
15 Light receiving and emitting element
16 LSI
20 Resist
21 Marker
41 Wiring
42 current
43 Magnetic field
44 Magnetic flux guide
51 Polarizing filter
52 Optical input section
53 Light output section
54 laser
55 Photodetector
61 Optical Circuit
62 magnetic circuit
71 Dielectric
72 Magnetic material
74, 75 conductor
Claims (21)
前記磁性体は、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように、前記光伝達路の近傍に配置されている光スイッチ。A light transmission path made of a dielectric, a magnetic body, and a magnetic field applying unit that changes a magnetization state of the magnetic body by applying a magnetic field to the magnetic body,
An optical switch, wherein the magnetic body is disposed near the light transmission path such that light traveling in the light transmission path is reflected by a surface of the magnetic body.
磁性体と、前記磁性体に磁界を印加することによって前記磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路とを含み、
前記光回路および前記磁気回路が、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように配置されている光磁気回路。A light transmission path made of a dielectric, and an optical circuit including an optical connection unit that performs at least one selected from input of light to the light transmission path and output of light from the light transmission path,
A magnetic circuit including a magnetic body and a magnetic field applying unit that changes a magnetization state of the magnetic body by applying a magnetic field to the magnetic body,
A magneto-optical circuit, wherein the optical circuit and the magnetic circuit are arranged such that light traveling in the light transmission path is reflected on a surface of the magnetic body.
(ii)磁性体と、前記磁性体に磁界を印加することによって前記磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路を形成する工程と、
(iii)前記光回路と前記磁気回路とを、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように配置する工程とを含む光磁気回路の製造方法。(I) A step of forming an optical circuit including a light transmission path made of a dielectric and an optical connection portion that performs at least one of light input to the light transmission path and light output from the light transmission path When,
(Ii) forming a magnetic circuit including a magnetic body and a magnetic field applying unit that changes a magnetization state of the magnetic body by applying a magnetic field to the magnetic body;
(Iii) arranging the optical circuit and the magnetic circuit so that light traveling in the light transmission path is reflected on the surface of the magnetic body.
(II)前記積層体を所定の形状に加工することによって、前記誘電体からなる光伝達路を形成し、前記光伝達路と前記磁性体とが積層された光磁気回路を形成する工程とを含む光磁気回路の製造方法。(I) forming a laminate including a dielectric and a magnetic material;
(II) forming a light transmission path made of the dielectric by processing the laminate into a predetermined shape, and forming a magneto-optical circuit in which the light transmission path and the magnetic substance are laminated. A method for manufacturing a magneto-optical circuit including:
(a)前記積層体から前記磁性体の一部を除去する工程を含む光磁気回路の製造方法。The step (II) includes:
(A) A method for manufacturing a magneto-optical circuit, comprising a step of removing a part of the magnetic material from the laminate.
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