JP2007316365A - 光偏向器 - Google Patents

Abstract

【課題】導波路型のレンズを使用することなく、かつ、構造が簡単な光偏向器を提供する。
【解決手段】光偏向部１６と、光偏向部に対して光を結合させるチャネル型導波路１４とを備え、光偏向部は、チャネル型導波路と光結合された結合面１６ｃと、光偏向部に結合された結合光Ｂ_２を平面導波路１２に出射する出射面１６ｂとを備える。そして、チャネル型導波路の延在方向に沿った第１直線Ｌ_１と、結合光の伝播方向に沿った第２直線Ｌ_２と、出射面の延在方向に沿った第３直線Ｌ_３とで囲まれる三角形Ｔｒ_１の、第２直線と第３直線とで挟まれた内角Θ_２が９０°以下の角度である。
【選択図】図１

Description

この発明は、光ビームを偏向させる光偏向器に関する。

光ビームを偏向する技術は、走査型電子顕微鏡や、レーザプリンタや、バーコードスキャナや、光クロスコネクトなどの幅広い分野で使用されている。

光ビームを偏向させる手法としては、回転ミラーや、音響光学効果や、電気光学効果などが利用されている。例えば、光通信分野で用いられる光クロスコネクトでは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術を利用した微小なミラーが用いられている。この光クロスコネクトは、ミラーの角度を機械的に制御することにより、数十〜一千チャネルの回線を取り扱うことができる。

しかし、ＭＥＭＳ技術を利用した光偏向器は、ミラーを機械的に駆動する必要がある。そのため、偏向角の切替え時間を、約１ｍ秒よりも短縮することができないという問題点があった。

この問題点を解決するために、電気光学効果を利用して高速に偏向角を切り替えることができる光偏向器が提案されている。この種の技術として、平面導波路に電気光学的に屈折率が制御可能なプリズムを設けた光偏向器が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、多数のチャネル型光導波路を平行に配置した導波路アレイに電極を設けた光偏向器が知られている（例えば、特許文献２参照）。
米国特許第６９４７６２５号明細書 米国特許第６４４９０８４号明細書

特許文献１に開示された技術では、プリズムに入射された平行光を集光するために、導波路型のレンズを設けていた。しかし、導波路型のレンズは製造が難しいという問題点があった。

また、特許文献２に開示された技術では、多数本のチャネル型導波路を集積する必要があり、光偏向器の構造が複雑になるという問題点があった。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものである。したがって、この発明の目的は、導波路型のレンズを使用せず、構造が簡単な光偏向器を提供することにある。

上述した目的の達成を図るために、この発明の光偏向器は、平面導波路の一領域である光偏向部と、光偏向部に対して光を結合させるチャネル型導波路とを備えている。そして、光偏向部は、チャネル型導波路と光結合された光結合面と、光結合面で光偏向部に結合された結合光を平面導波路に出射する出射面とを備えている。そして、チャネル型導波路の延在方向に沿った第１直線と、結合光の伝播方向に沿った第２直線と、出射面の延在方向に沿った第３直線とで囲まれる三角形の、第２直線と第３直線とで挟まれた内角が９０°以下の角度である。

このように構成することにより、チャネル型導波路を伝播する光は、チャネル型導波路と光偏向部との屈折率差に対応する角度で光偏向部に結合される。さらに、光偏向部を伝播する結合光は、出射面から平面導波路へと出射される際に、光偏向部と平面導波路との屈折率差に対応する角度で偏向される。

この光偏向器において、光結合面は、光偏向部の側面であり、チャネル型導波路の光伝播方向に沿った側面に光結合可能な間隔を空けて対向して配置されていることが好ましい。

このように構成することにより、チャネル型導波路の側面から染み出したエバネッセント波を、光結合面を介して光偏向部に結合させることができる。

この光偏向器において、出射面は、光偏向部の側面であり、平面導波路に接して配置されていることが好ましい。

このように構成することにより、光偏向部内を伝播する結合光を、出射面を介して平面導波路へと出射できる。

この光偏向器において、光偏向部には、屈折率を変更可能な屈折率変更手段がさらに設けられていることが好ましい。

このように構成することにより、光偏向部の屈折率を変更することで、光偏向部から平面導波路へと出射される光の偏向角を変化させることができる。

この光偏向器において、光偏向部の光結合面及び出射面以外の側面が、光偏向部内における結合光の伝播方向に平行に延在していることが好ましい。

このように構成することにより、光偏向部の面積を小さくすることができる。よって、光偏向部の全面に屈折率を変化させるための電極を設ける場合、その面積を小さくすることができる。結果として、電極の静電容量を小さくすることができ、電圧印加に対する屈折率変化の応答時間が短くなる。その結果、光を素早く偏向できる。

この光偏向器において、光偏向部は平面形状が鈍角三角形状であり、鈍角三角形の鈍角を挟む２つ辺のうち、一方の辺に対応する側面が光結合面であり、他方の辺に対応する側面が出射面であり、及び鈍角三角形の鈍角に対向する辺に対応する側面が結合光の伝播方向に平行に延在していることが好ましい。

この光偏向器において、光偏向部は平面形状が台形状であり、台形の上底及び下底に対応する側面が、結合光の伝播方向に平行に延在しており、上底と下底とを結ぶ２個の斜辺にそれぞれ対応する側面のうち、チャネル型導波路側に存在する一方の側面が光結合面であり、他方の側面が出射面であることが好ましい。

この光偏向器において、平面導波路内に、結合光の伝播方向に沿って直列に、光偏向部と並ぶ付加光偏向部をさらに備えることが好ましい。

このように構成することにより、光偏向部を単独で用いるよりも光の偏向角の変化範囲を大きくすることができる。

この光偏向器において、付加光偏向部は、１個以上の第１付加光偏向部、及び１個以上の第２付加光偏向部の双方又はいずれか一方を含むことが好ましい。

ここで、第１直線と第２直線との交点を回転中心として、第２直線を、第１直線と第３直線との交点まで最小の回転角で回転させる際の回転方向を正方向とし、正方向と逆の回転方向を逆方向とする。

また、第１付加光偏向部は、第１付加光偏向部に光が入射される第１付加入射面と、第１付加光偏向部を伝播する第１付加伝播光が出射される第１付加出射面とを備えることが好ましい。

そして、第１付加伝播光の伝播方向に沿った第４直線と、第１付加入射面の延在方向に沿った第５直線と、第１付加出射面の延在方向に沿った第６直線とで囲まれる三角形の、第４直線の両端部に形成される２つの内角が、それぞれ鋭角であるか、又は一方が直角で他方が鋭角であり、かつ、第４直線と第５直線との交点を回転中心として、第４直線を、第５直線と第６直線との交点まで最小の回転角で回転させる際の回転方向が正方向であることが好ましい。

また、第２付加光偏向部は、第２付加光偏向部に光が入射される第２付加入射面と、第２付加光偏向部を伝播する第２付加伝播光が出射される第２付加出射面とを備えることが好ましい。

そして、第２付加伝播光の伝播方向に沿った第７直線と、第２付加入射面の延在方向に沿った第８直線と、第２付加出射面の延在方向に沿った第９直線とで囲まれる三角形の、第７直線の両端部に形成される２つの内角が、それぞれ鋭角であるか、又は一方が直角で他方が鋭角であり、かつ、第７直線と第８直線との交点を回転中心として、第７直線を、第８直線と第９直線との交点まで最小の回転角で回転させる際の回転方向が逆方向であることが好ましい。

このように構成することにより、光偏向部を単独で用いるよりも光の偏向角の変化範囲を大きくすることができる。特に、第２付加光偏向部を設けた場合、光偏向部を単独で用いた場合とは逆の方向に光を偏向することができる。

この発明の光偏向器は、高速に偏向角を切り替えることができ、製造が容易である。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係を、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、種々変更できる。したがって、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。

（実施の形態１）
図１〜図４を参照して、この実施の形態の光偏向器について説明する。図１は、光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。

光偏向器１０は、チャネル型導波路１４と、平面導波路１２の一領域である光偏向部１６とを主な構成要素として備えている。また、光偏向器１０は、任意の構成要素としてクラッド層１８を備えている。

チャネル型導波路１４、平面導波路１２、光偏向部１６及びクラッド層１８は、共通の基板２０の第１主面２０ａの上側に集積されている。

基板２０は、第１主面２０ａ及び第２主面２０ｂを備えた平面形状が矩形の板状体、すなわち直方体である。第２主面２０ｂの全面には、後述する屈折率変更用電極２４と対をなす共通電極３０が設けられている。

チャネル型導波路１４は、基板２０の第１主面２０ａの上側に配置されている。

チャネル型導波路１４は、基板２０の一つの側面と同一平面内にある光入射端面１４ａを備えていて、外部から、この光入射端面１４ａを経て、チャネル型導波路１４へと入力光Ｂ_１が入射される。チャネル型導波路１４は、光入射端面１４ａから基板２０の長手方向に沿って延在している。ここで、チャネル型導波路１４を伝播する入力光Ｂ_１の伝播方向に沿った直線を第１直線Ｌ_１とする。また、チャネル型導波路１４の屈折率をｎ_ｗとする。

チャネル型導波路１４は、光偏向部１６と光結合されている。より詳細には、チャネル型導波路１４は、光入射端面１４ａ及び基板２０の第１主面２０ａと直交する２つの側面を有している。これらの２つの側面のうち、一方の側面１４ｂは、微小間隔２６を隔てて、後述する光結合面１６ｃに対して平行に延在している。チャネル型導波路１４を伝播する入力光Ｂ_１は、この側面１４ｂからエバネッセント波として染み出して光結合面１６ｃを経て光偏向部１６に結合される。ここで、入力光Ｂ_１が光偏向部１６に結合される際の角度を結合角Θ_１とする。つまり、結合角Θ_１を、入力光Ｂ_１と結合光Ｂ_２とがなす鋭角側の角度とする。

以降、側面１４ｂ、微小間隔２６及び光結合面１６ｃとからなる構造体を光結合部２８と称することもある。

なお、チャネル型導波路１４は、第１主面２０ａ上に形成された３層の積層構造体の中間層となっている。より詳細には、チャネル型導波路１４は、その下側に形成された下部クラッド層３８（図２）と、その上側に形成された上部クラッド層４０（図２）とに挟まれて存在している。したがって、第１主面２０ａの上方から見た場合（以下、「平面視」とも称する。）、チャネル型導波路１４を直接目視することはできない。なぜなら、視線が上部クラッド層４０で遮られるためである。そこで、図１において、チャネル型導波路１４の形状及び配置を明確に示すために、上部クラッド層４０のチャネル型導波路１４に対応する領域に、便宜的に斜線を施している。

平面導波路１２は、基板２０の第１主面２０ａ側に配置された平面形状が矩形状のプレーナ型導波路である。平面導波路１２は、平面形状が鈍角三角形状の光偏向部１６と、光偏向部１６以外の領域である非偏向部２２とに区画されている。非偏向部２２は、さらに光伝播領域２２ａと付帯領域２２ｂとに区画される。

この例では、平面導波路１２は、第１主面２０ａよりも小面積とする。また、平面視では、平面導波路１２の直角に交差する２辺は、基板２０の直角に交差する２辺に一致するように配置されている。

平面導波路１２は、光偏向部１６及び非偏向部２２の区分にかかわりなく同一の材料で形成されている。より詳細には、平面導波路１２は、電圧が印加されると、電気光学効果により屈折率が変化する材料（以下、電気光学材料と称する。）から形成されている。ここで、光偏向部１６の屈折率をｎ_ｐとする。また、非偏向部２２の屈折率をｎ_ｓとする。

なお、チャネル型導波路１４の場合と同様に、平面導波路１２は、その下側に形成された下部クラッド層３２と、その上側に形成された上部クラッド層３４とに挟まれて存在している。したがって、平面視では、平面導波路１２を直接目視することはできない。そこで、図１において、平面導波路１２の形状及び配置を明確に示すために、上部クラッド層３４の平面導波路１２に対応する領域に、便宜的に斜線を施している。

次に、平面導波路１２を構成する光偏向部１６及び非偏向部２２について説明する。

平面導波路１２を構成する光偏向部１６は、平面導波路１２内の鈍角三角形状の領域である。光偏向部１６には、チャネル型導波路１４を伝播する入力光Ｂ_１が結合される。そして、光偏向部１６は、この結合された光（結合光Ｂ_２）を伝播させ、偏向した上で、出射光Ｂ_３として光伝播領域２２ａへと出射する。

光偏向部１６には、屈折率変更手段としての屈折率変更用電極２４が設けられている。この屈折率変更用電極２４により、光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐを変更することができる。これにより、結合光Ｂ_２の結合角Θ_１、及び出射光Ｂ_３の出射角Θ_３を調整する。

屈折率変更用電極２４は、光偏向部１６に対応する上部クラッド層３４の上面に設けられている。この屈折率変更用電極２４に電圧を印加すると、電気光学効果により、平面導波路１２のうち光偏向部１６でのみ、屈折率が変化する。屈折率変更用電極２４に電圧が印加されていなければ、光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐは、ｎ_ｐ＝ｎ_ｓである。しかし、屈折率変更用電極２４に正の電圧を印加すると光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐは、ｎ_ｐ＞ｎ_ｓと変化する。

光偏向部１６は、側面１６ａ、１６ｂ及び１６ｃで囲まれている。

側面１６ａは、結合光Ｂ_２の伝播方向に沿った第２直線Ｌ_２に平行に延在している。側面１６ａは、鈍角三角形の鈍角に対向して延在している。

側面１６ｂは、結合光Ｂ_２が光伝播領域２２ａへと出射する面である。そこで、以降、側面１６ｂを出射面１６ｂとも称する。出射面１６ｂは、光偏向部１６と光伝播領域２２ａとの境界をなす。結合光Ｂ_２は、出射面１６ｂから出射された後、出射光Ｂ_３として光伝播領域２２ａ中を伝播する。

ここで、出射面１６ｂの延在方向に沿った直線を第３直線Ｌ_３とする。また、結合光Ｂ_２の出射面１６ｂに対する照角を照角Θ_２とする。また、照角Θ_２と対向する位置にある角度、すなわち、出射面１６ｂと出射光Ｂ_３とで形成される鋭角側の角度を出射角Θ_３とする。

既に説明したとおり、側面１６ｃは、側面１４ｂ及び微小間隔２６とで光結合部２８を構成している。そこで、この側面１６ｃを、光結合面１６ｃとも称する。光結合面１６ｃを介して、チャネル型導波路１４を伝播する入力光Ｂ_１が、光偏向部１６へと結合される。光結合面１６ｃは、平面導波路１２の側面１２ｄの一部分として構成されている。

平面導波路１２を構成する非偏向部２２は、光偏向部１６を除外した平面導波路１２の領域である。

非偏向部２２を構成する光伝播領域２２ａは、出射面１６ｂに接する平面導波路１２の領域であり、出射面１６ｂから出射された出射光Ｂ_３が伝播する。この例では、光伝播領域２２ａは、平面形状を直角三角形状とする。

非偏向部２２を構成する付帯領域２２ｂは、光偏向部１６の側面１６ａに接する領域である。付帯領域２２ｂは、光偏向器１０の任意の構成要素である。

光偏向器１０を構成するクラッド層１８は、平面導波路１２及びチャネル型導波路１４を除いた基板２０の第１主面２０ａ上に積層されている。

ここで、チャネル型導波路１４の屈折率ｎ_ｗと、光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐと、非偏向部２２の屈折率ｎ_ｓとの間には、（ｎ_ｐ＞ｎ_ｗ、かつ、ｎ_ｐ≧ｎ_ｓ）という関係が成り立つ。

また、第１直線Ｌ_１、第２直線Ｌ_２及び第３直線Ｌ_３とで囲まれる三角形をＴｒ_１とする。このとき、照角Θ_２は、三角形Ｔｒ_１において、第２直線Ｌ_２と第３直線Ｌ_３とのなす内角として規定される。この例では、照角Θ_２は鋭角（０°＜Θ_２＜９０°）とする。

同様に、結合角Θ_１は、三角形Ｔｒ_１において、第１直線Ｌ_１と第２直線Ｌ_２とのなす内角として規定される。後述のように、結合角Θ_１は鋭角（０°＜Θ_１＜９０°）となる。

さらに、出射角Θ_３は、第３直線Ｌ_３と出射光Ｂ_３の伝播方向に沿った直線とのなす鋭角側の角として規定される。後述のように、出射角Θ_３は鋭角（０°＜Θ_３＜９０°）となる。

次に、図２を参照して、光偏向器１０の断面構造について説明する。図２は、図１において、光偏向器１０をＩＩ−ＩＩ線に沿って、垂直に切断した断面切り口を概略的に示す図である。

基板２０は、好ましくは、例えば導電型がｎ型のＩｎＰを材料として形成されており、その厚みは、好ましくは、例えば約１００μｍとする。また、共通電極３０は、好ましくは、例えば、第２主面２０ｂ上に、この順序で積層されたＴｉとＡｕとを材料として形成されており、全体としての厚みは、好ましくは、例えば約３００ｎｍとする。

基板２０の第１主面２０ａ上には、下部クラッド層３２、平面導波路１２及び上部クラッド層３４が、この順序で積層されている。以下、下部クラッド層３２、平面導波路１２及び上部クラッド層３４からなる構造体を積層構造体３６と称する。

ここで、下部クラッド層３２は、好ましくは、例えば導電型がｎ型のＩｎＰを材料として形成されており、その厚みは、好ましくは、例えば約０．２μｍとする。平面導波路１２は、好ましくは、例えば電気光学材料であるＩｎＧａＡｓＰを材料として形成されており、その厚みは、好ましくは、例えば約０．４μｍとする。また、上部クラッド層３４は、好ましくは、例えば導電型がｐ型ＩｎＰを材料として形成されており、その厚みは、好ましくは、例えば約２μｍとする。

上述したように、平面導波路１２は、光偏向部１６と非偏向部２２とに区画される。光偏向部１６に対応する上部クラッド層３４上には、屈折率変更用電極２４が形成されている。一方、非偏向部２２に対応する上部クラッド層３４上には、電極は形成されていない。

ここで、屈折率変更用電極２４は、上部クラッド層３４上に、この順序で積層されたＴｉとＡｕとを材料として形成されており、全体としての厚みは、好ましくは、例えば約３００ｎｍとする。

第１主面２０ａ上には、下部クラッド層３８、チャネル型導波路１４及び上部クラッド層４０がこの順序で積層されている。以下、下部クラッド層３８、チャネル型導波路１４及び上部クラッド層４０からなる構造体を積層構造体４２と称する。

ここで、下部クラッド層３８は、好ましくは、例えば導電型がｎ型のＩｎＰを材料として形成されており、その厚みは、好ましくは、例えば約０．２μｍとする。チャネル型導波路１４は、好ましくは、例えばＩｎＧａＡｓＰを材料として形成されており、その厚みは、好ましくは、例えば０．４μｍとする。また、上部クラッド層４０は、好ましくは、例えば導電型がｐ型ＩｎＰを材料として形成されており、その厚みは、好ましくは、例えば２μｍとする。

また、積層構造体３６及び４２以外の第１主面２０ａの領域には、クラッド層１８が形成されている。クラッド層１８は、好ましくは、例えば電気的抵抗が高く、かつ屈折率が低いＦｅドープＩｎＰを材料として形成されている。クラッド層１８の厚みは、好ましくは、例えば積層構造体３６（４２）の合計膜厚と等しい値（２．６μｍ）とする。

これらの結果、光偏向部１６の光結合面１６ｃは、クラッド層１８が充填された微小間隔２６を隔ててチャネル型導波路１４の側面１４ｂと平行に対向する。ここで、光結合面１６ｃと側面１４ｂとの間の距離（微小間隔２６の幅）は、好ましくは、例えば約１μｍとする。また、図示の構成例では、基板２０上に、積層構造体３６，４２とクラッド層１８とを備えた構造体は直方体状に形成されている。

次に、図１及び図３を参照して、光偏向器１０の動作について説明する。図３は、光偏向器１０の主要構成要素を、伝播する光とともに模式的に示した図である。

はじめに、図１を参照して、光偏向器１０の動作について概説する。

光入射端面１４ａから入力され、チャネル型導波路１４を伝播する入力光Ｂ_１は、側面１４ｂから光結合面１６ｃへと、結合角Θ_１で結合される。この結合角Θ_１は、チャネル型導波路１４を伝播する入力光Ｂ_１と、光偏向部１６を伝播する結合光Ｂ_２との位相整合条件より、下記（１）式で与えられる。
ｎ_ｗ＝ｎ_ｐｃｏｓΘ_１・・・（１）
上述のようにｎ_ｗ＜ｎ_ｐであるので、（１）式から、結合角Θ_１は、０°＜Θ_１＜９０°の範囲の値をとる。

このようにして光偏向部１６に結合された結合光Ｂ_２は、光偏向部１６を直進して、照角Θ_２で出射面１６ｂへと入射する。

出射面１６ｂに入射した結合光Ｂ_２は、出射面１６ｂから、出射角Θ_３の出射光Ｂ_３として光伝播領域２２ａへと出射される。

ここで、照角Θ_２と出射角Θ_３との間には、スネルの法則より下記（２）式が成り立つ。
ｎ_ｐｃｏｓΘ_２＝ｎ_ｓｃｏｓΘ_３・・・（２）
上述のように、照角Θ_２が鋭角であり、かつ、ｎ_ｐ≧ｎ_ｓなので、Θ_３は０°＜Θ_３≦Θ_２の範囲の値をとる。

ここで、偏向角Θ_４を、出射光Ｂ_３と第１直線Ｌ_１とのなす角度と規定する。つまり、偏向角Θ_４は、入力光Ｂ_１と出射光Ｂ_３とがなす角度、すなわち、光偏向器１０による入力光Ｂ_１の最終的な偏向角を示している。偏向角Θ_４は、幾何学的関係から下記（３）式で与えられる。
Θ_４＝Θ_１＋（Θ_２−Θ_３）・・・（３）
次に、図３を参照して、光偏向器１０の動作について、より具体的に説明する。ここでは、光偏向器１０に関して、以下に列記する２種類の状態を考える。そして、それぞれの状態について、光偏向器１０内における光の伝播の様子を説明する。
（基準状態）：屈折率変更用電極２４に電圧を印加しない状態。
（偏向状態）：屈折率変更用電極２４に正の電圧を印加した状態。

なお、図３に、基準状態における光の伝播経路を破線で、及び偏向状態における光の伝播経路を実線でそれぞれ示した。さらに、両状態を添字“Ｓ”（基準状態）、及び“Ｃ”（偏向状態）で区別した。

すなわち、基準状態における結合角Θ_１をΘ_１Ｓと、照角Θ_２をΘ_２Ｓと、出射角Θ_３をΘ_３Ｓと、及び偏向角Θ_４をΘ_４Ｓとそれぞれ称する。また、基準状態における結合光Ｂ_２をＢ_２Ｓと、及び出射光Ｂ_３をＢ_３Ｓとそれぞれ称する。また、基準状態における光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐをｎ_ｐＳと称する。

同様に、偏向状態における結合角Θ_１をΘ_１Ｃと、照角Θ_２をΘ_２Ｃと、出射角Θ_３をΘ_３Ｃと、及び偏向角Θ_４をΘ_４Ｃとそれぞれ称する。また、偏向状態における結合光Ｂ_２をＢ_２Ｃと、及び出射光Ｂ_３をＢ_３Ｃとそれぞれ称する。また、偏向状態における光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐをｎ_ｐＣと称する。

なお、ｎ_ｐＳとｎ_ｐＣとの大小関係は、ｎ_ｐＳ＜ｎ_ｐＣである。

（基準状態）
基準状態においては、光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐＳと光伝播領域２２ａの屈折率ｎ_ｓとは等しくなる（ｎ_ｐＳ＝ｎ_ｓ）。その結果、（２）式よりΘ_２Ｓ＝Θ_３Ｓとなる。この関係を（３）式に用いると、Θ_４Ｓ＝Θ_１Ｓが得られる。つまり、基準状態では、出射面１６ｂで出射光Ｂ_３Ｓは偏向されない。すなわち、出射光Ｂ_３Ｓは、結合光Ｂ_２Ｓの伝播方向を延長した方向に伝播する。

（偏向状態）
偏向状態においては、光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐＣは、基準状態の屈折率ｎ_ｐＳよりも大きくなる（ｎ_ｐＣ＞ｎ_ｐＳ）。その結果、（１）式よりΘ_１Ｃ＞Θ_１Ｓが得られる。また、光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐＣは、光伝播領域２２ａの屈折率ｎ_ｓよりも大きくなる（ｎ_ｐＣ＞ｎ_ｓ）。その結果、（２）式よりΘ_２Ｃ＞Θ_３Ｃが得られる。

これらの関係を（３）式に用いることにより、Θ_４Ｃ＞Θ_４Ｓが得られる。つまり、偏向状態では、出射光Ｂ_３Ｃは、入力光Ｂ_１の伝播方向に対して、出射光Ｂ_３Ｓよりも大きな角度で偏向される。

すなわち、偏向状態においては、（１）光偏向部１６において、結合角Θ_１Ｃが増加する効果、及び、（２）出射角Θ_３Ｃが照角Θ_２Ｃよりも小さくなる効果の２つの効果が生じ、偏向角Θ_４Ｃが偏向角Θ_４Ｓよりも大きくなる。

次に、実施の形態１の光偏向器１０の奏する効果について説明する。

この光偏向器１０は、光を偏向するに当たり、導波路型レンズを使用する必要がない。したがって、容易に製造できる。

また、光偏向器１０は、チャネル型導波路１４と、平面導波路１２に設けられた光偏向部１６とを構成部品として備えており、構造が簡単である。

また、電気光学効果により光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐを変化させることにより光を偏向するので、屈折率変更用電極２４に対する電圧印加から光の偏向が生じるまでの応答時間が短い。

また、光偏向器１０では、光偏向部１６の側面１６ａを、基準状態の結合光Ｂ_２の伝播方向と平行に延在させている。これにより、光偏向部１６に設けられる屈折率変更用電極２４の面積を小さくすることができる。その結果、屈折率変更用電極２４の静電容量を小さくすることができ、電圧印加から光の偏向が生じるまでの応答時間を短くすることができる。

次に、実施の形態１の光偏向器１０の設計条件について説明する。

まず、図１及び図３を参照して、結合角Θ_１及び照角Θ_２の好適な大きさについて説明する。

図１より幾何学的関係から、下記（４）式が成り立つ。
ΔΘ_２＝−ΔΘ_１・・・（４）
ここでΔΘ_１は結合角Θ_１の変分を、及びΔΘ_２は照角Θ_２の変分をそれぞれ表す。

（１）式の両辺の変分をとることにより、下記（５）式が得られる。
Δｎ_ｐｃｏｓΘ_１Ｓ＝ｎ_ｐｓｉｎΘ_１ＳΔΘ_１・・・（５）
ここで、Δｎ_ｐは、光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐの変分を示す。

また、（２）式の両辺の変分をとることにより、下記（６）式が得られる。
Δｎ_ｐｃｏｓΘ_２Ｓ−ｎ_ｐΔΘ_２ｓｉｎΘ_２Ｓ＝ｎ_ｓ（−ｓｉｎΘ_３Ｓ）ΔΘ_３・・・（６）
ここで、ΔΘ_３は出射角Θ_３の変分を表す。

基準状態においてはΘ_３Ｓ＝Θ_２Ｓであることを利用して、（４）〜（６）式を整理すると、下記（７）式が得られる。
（Δｎ_ｐ／ｎ_ｐ）｛１／ｔａｎΘ_２Ｓ＋（ｎ_ｗ／ｎ_ｓ）／ｓｉｎΘ_１Ｓ｝＝−ΔΘ_３・・・（７）
（７）式は、光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐの微小変化Δｎ_ｐと、出射光Ｂ_３の出射角Θ_３の微小変化ΔΘ_３との関係を示している。（７）式より、光偏向部１６の屈折率変化Δｎ_ｐあたりの出射角変化ΔΘ_３を大きくするためには、Θ_１Ｓ及びΘ_２Ｓを小さくすればよいことがわかる。

なお、この説明はΘ_１Ｓ及びΘ_２Ｓの好適な範囲を一般的に説明したものであり、Θ_１Ｓ及びΘ_２Ｓを特定の値に限定する趣旨ではない。特に、照角Θ_２Ｓは９０°以下の角度であれば、設計に応じた任意好適な大きさとすることができる。たとえ照角Θ_２Ｓが９０°であったとしても、ｎ_ｐ＞ｎ_ｗとの関係より、（１）式からΘ_１Ｓ（＝Θ_４Ｓ）は有限の大きさとなる。つまり、光偏向器１０は、照角Θ_２Ｓが９０°の場合でも、入力光Ｂ_１を偏向することができる。

実用的な観点からは、照角Θ_２Ｓは、４５°以下の角度とすることが好ましい。このようにすることにより、光偏向部１６の屈折率変化Δｎ_ｐに対する出射角変化ΔΘ_３を実用上十分な大きさとすることができる。

光偏向器１０では、屈折率変更用電極２４を設けることにより、光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐを変更可能に構成していた。しかし、出射光Ｂ_３の偏向角Θ_４を固定する場合には、屈折率変更用電極２４は設ける必要がない。この場合には、（１）式及び（２）式を勘案して、結合角Θ_１及び出射角Θ_３が所望の値となるように、光偏向部１６の屈折率ｎ_ｐをあらかじめ調整しておけばよい。

光結合部２８において、チャネル型導波路１４の側面１４ｂと光偏向部１６の光結合面１６ｃとを平行に対向させる必要はない。例えば、入力光Ｂ_１の伝播方向に沿って、微小間隔２６の幅が狭くなるように、側面１４ｂと光結合面１６ｃとを配置してもよい。このようにすることにより、結合光Ｂ_２の光強度分布をガウス分布に従わせることができる。

また、光結合部２８の第１直線Ｌ_１に沿った長さは、入力光Ｂ_１が光結合部１６に十分に大きな結合効率で結合することができる長さとすることが好ましい。例えば、微小間隔２６の幅が約１μｍの場合、側面１４ｂと光結合面１６ｃとの対面する長さが約３００μｍであれば、入力光Ｂ_１の光結合部１６への結合効率をほぼ１００％とすることができる。

また、光結合部２８において、微小間隔２６の幅は１μｍには限定されない。微小間隔２６の幅を狭くすることにより、入力光Ｂ_１の光偏向部１６に対する結合効率は増大する。その結果、光結合部２８の長さが短くとも、ほぼ１００％の効率で入力光Ｂ_１を光偏向部１６に結合することができる。

電圧印加に対する屈折率変更用電極２４の応答速度が遅くなることを許容できるのであれば、光偏向部１６の側面１６ａは、結合光Ｂ_２の伝播方向に平行に設ける必要はない。

次に、図４を参照して、実施の形態１の光偏向器１０の変形例について説明する。図４は、光偏向器の変形例を模式的に示す平面図である。

図４に示す光偏向器３９は、光偏向部４１が平面視で台形状である点を除いて、光偏向器１０と同様の構造である。

つまり、光偏向器３９では、光偏向部４１は、４つの側面４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄで囲まれている。ここで、台形の一方の斜辺に対応する側面４１ｄは光結合面として機能する。また、台形の他方の斜辺に対応する側面４１ｂは出射面として機能する。台形の下底と上底とにそれぞれ対応する側面４１ａ及び４１ｃは、基準状態の結合光Ｂ_２の伝播方向と平行に延在している。

このように構成することによっても、入力光Ｂ_１を偏向して出射光Ｂ_３として出射させることができる。

また、光偏向部４１を台形状とすることにより、光偏向器１０の光偏向部１６に比べて、屈折率変更用電極４３の面積を小さくすることができる。その結果、屈折率変更用電極４３の静電容量を小さくすることができ、光偏向器１０よりも、電圧印加から光の偏向が生じるまでの応答時間を短くすることができる。

（実施の形態２）
図５〜図８を参照して、実施の形態２の光偏向器５０について説明する。なお、図５〜図８において、図１と同様の構成要素には同符号を付し、その説明を適宜省略する。

図５を参照して、光偏向器５０の構成について概説する。図５は、光偏向器５０の構造を概略的に示す平面図である。

光偏向器５０は、実施の形態１で説明した光偏向部１６にさらに、付加光偏向部５２が付加されている。

付加光偏向部５２は、１個の第１付加光偏向部５４と、２個の第２付加光偏向部５６及び５８を備えている。光偏向部１６、第２付加光偏向部５６、第１付加光偏向部５４及び第２付加光偏向部５８は、平面導波路１２に、結合光Ｂ_２の伝播方向に沿って、この順序で直列に配置されている。

図６を参照して、第１付加光偏向部５４について詳細に説明する。図６は、図５の要部を拡大した模式図であり、説明の便宜のために図５の第２付加光偏向部５６，５８の図示を省略している。

第１付加光偏向部５４は、配置されている位置が異なる以外は、光偏向部１６と同様の平面形状及び断面構造を有する。すなわち、第１付加光偏向部５４は、平面導波路１２の一領域として形成されている。第１付加光偏向部５４は、平面形状が光偏向部１６と合同な鈍角三角形である。第１付加光偏向部５４は、基板２０の第１主面２０ａに積層された積層構造体３６の中間層である（図２）。また、第１付加光偏向部５４に対応する上部クラッド３４の上面には、屈折率変更用電極５４ｄが形成されている（図２）。第１付加光偏向部５４は、光偏向部１６との重複を避けて、光偏向部１６を結合光Ｂ_２の伝播方向に沿って平行移動させた位置に配置されている。

屈折率変更用電極５４ｄは、光偏向部１６の屈折率制御用電極２４と共通の電源７２に接続されている。したがって、屈折率変更用電極５４ｄと屈折率制御用電極２４とに印加される電圧の大きさは等しい。

第１付加光偏向部５４は、３つの側面で囲まれている。すなわち、第１付加光偏向部５４は、第１付加入射面５４ａと、第１付加出射面５４ｂと、第１付加側面５４ｃとを備えている。

第１付加入射面５４ａには、平面導波路１２を伝播する光が入射される。第１付加出射面５４ｂからは、第１付加光偏向部５４内を伝播する第１付加伝播光Ｂ_５４が、平面導波路１２へと出射される。第１付加側面５４ｃは、第１付加入射面５４ａと第１付加出射面５４ｂとを接続しており、基準状態の結合光Ｂ_２の伝播方向に平行に延在している。

ここで、第１付加光偏向部５４の配置及び形状について、より詳細に説明する。

まず、光偏向部１６において、結合光Ｂ_２の伝播方向に沿った第２直線Ｌ_２と、入力光Ｂ_１の伝播方向に沿った第１直線Ｌ_１との交点を１６Ｐ_１とする。また、第１直線Ｌ_１と、出射面１６ｂの延在方向に沿った第３直線Ｌ_３との交点を１６Ｐ_２とする。そして、交点１６Ｐ_１を回転中心として、第２直線Ｌ_２を、交点１６Ｐ_２まで回転させたときの回転方向を正方向Ｒ_（＋）とする。また、正方向Ｒ_（＋）とは逆の回転方向を逆方向Ｒ_（−）とする。

さらに、第１付加光偏向部５４において、第１付加伝播光Ｂ_５４の伝播方向に沿った直線を第４直線Ｌ_４とする。また、第１付加入射面５４ａの延在方向に沿った直線を第５直線Ｌ_５とする。さらに、第１付加出射面５４ｂの延在方向に沿った直線を第６直線Ｌ_６とする。そして、第４直線Ｌ_４と第５直線Ｌ_５との交点を５４Ｐ_１とする。また、第５直線Ｌ_５と第６直線Ｌ_６との交点を５４Ｐ_２とする。さらに、第４直線Ｌ_４と第６直線Ｌ_６との交点を５４Ｐ_３とする。

このとき、交点５４Ｐ_１を中心として第４直線Ｌ_４を、交点５４Ｐ_２まで回転させたときの回転方向は、光偏向部１６の場合と同様に正方向Ｒ_（＋）となる。つまり、光偏向部１６における結合光Ｂ_２に対する交点１６Ｐ_２の位置関係と、第１付加光偏向部５４における第１付加伝播光Ｂ_５４に対する交点５４Ｐ_２の位置関係とは等しい。より具体的には、光偏向部１６では、交点１６Ｐ_２は、結合光Ｂ_２の伝播方向に対して右側に存在する。同様に、第１付加光偏向部５４においても、交点５４Ｐ_２は、第１付加伝播光Ｂ_５４の伝播方向に対して右側に存在している。

つまり、幾何学的な観点からは、第１付加光偏向部５４は、光偏向部１６に対して並進の対称操作のみを施すことにより得られる。

また、第１付加光偏向部５４において、第４〜６直線Ｌ_４〜Ｌ_６で囲まれた三角形を５４Ｔｒとする。このとき、第４直線Ｌ_４の両端に形成される２つの内角５４Θ_１及び５４Θ_３を考える。より詳細には、内角５４Θ_１は、第４直線Ｌ_４と第５直線Ｌ_５とで挟まれた角度であり、交点５４Ｐ_１に形成される。また、内角５４Θ_３は、第４直線Ｌ_４と第６直線Ｌ_６とで挟まれた角度であり、交点５４Ｐ_３に形成される。

このとき、内角５４Θ_１及び５４Θ_３は、それぞれ鋭角である。

次に、図７を参照して、第２付加光偏向部５６及び５８について詳細に説明する。図７は、図５の要部を拡大した模式図であり、説明の便宜のために第１付加光偏向部５４の図示を省略している。

なお、第２付加光偏向部５６及び５８は、配置位置が異なっている点を除いて同様の構成を有している。したがって、以下の記載では、第２付加光偏向部５６を例に挙げて説明を行う。

第２付加光偏向部５６は、配置されている位置が異なる以外は、光偏向部１６と同様の平面形状及び断面構造を有する。すなわち、第２付加光偏向部５６は、平面導波路１２の一領域として形成されている。第２付加光偏向部５６は、平面形状が光偏向部１６と合同な鈍角三角形である。第２付加光偏向部５６は、基板２０の第１主面２０ａに積層された積層構造体３６の中間層である（図２）。また、第２付加光偏向部５６に対応する上部クラッド３４の上面には、屈折率変更用電極５６ｄが形成されている（図２）。第２付加光偏向部５６は、光偏向部１６との重複を避けて、光偏向部１６を結合光Ｂ_２の伝播方向に沿って平行移動させ、かつ１８０°回転させた位置に配置されている。

屈折率変更用電極５６ｄは、光偏向部１６の屈折率制御用電極２４とは別系統の電源７４に接続されている。したがって、屈折率変更用電極５６ｄに印加される電圧の大きさを、光偏向部１６及び第１付加光偏向部５４とは独立して制御できる。

第２付加光偏向部５６は、３つの側面で囲まれている。すなわち、第２付加光偏向部５６は、第２付加入射面５６ａと、第２付加出射面５６ｂと、第２付加側面５６ｃとを備えている。

第２付加入射面５６ａには、平面導波路１２を伝播する光が入射される。第２付加出射面５６ｂからは、第２付加光偏向部５６内を伝播する第２付加伝播光Ｂ_５６が、平面導波路１２へと出射される。第２付加側面５６ｃは、第２付加入射面５６ａと第２付加出射面５６ｂとを接続しており、基準状態の結合光Ｂ_２の伝播方向に平行に延在している。

ここで、第２付加光偏向部５６の配置及び形状についてより詳細に説明する。

第２付加光偏向部５６において、第２付加伝播光Ｂ_５６の伝播方向に沿った直線を第７直線Ｌ_７とする。また、第２付加入射面５６ａの延在方向に沿った直線を第８直線Ｌ_８とする。さらに、第２付加出射面５６ｂの延在方向に沿った直線を第９直線Ｌ_９とする。そして、第７直線Ｌ_７と第８直線Ｌ_８との交点を５６Ｐ_１とする。また、第８直線Ｌ_８と第９直線Ｌ_９との交点を５６Ｐ_２とする。さらに、第７直線Ｌ_７と第９直線Ｌ_９との交点を５６Ｐ_３とする。

このとき、交点５６Ｐ_１を中心として第７直線Ｌ_７を、交点５６Ｐ_２まで回転させたときの回転方向は、光偏向部１６の場合とは逆に逆方向Ｒ_（−）となる。つまり、光偏向部１６における結合光Ｂ_２に対する交点１６Ｐ_２の位置関係と、第２付加光偏向部５６における第２付加伝播光Ｂ_５６に対する交点５６Ｐ_２の位置関係とは逆である。より具体的には、光偏向部１６では、交点１６Ｐ_２は、結合光Ｂ_２の伝播方向に対して右側に存在する。一方、第２付加光偏向部５６においては、交点５６Ｐ_２は、第２付加伝播光Ｂ_５６の伝播方向に対して左側に存在している。

つまり、幾何学的な観点からは、第２付加光偏向部５６は、光偏向部１６に対して並進及び回転の対称操作を施すことにより得ることができる。

また、第２付加光偏向部５６において、第７〜９直線Ｌ_７〜Ｌ_９で囲まれた三角形を５６Ｔｒとする。このとき、第７直線Ｌ_７の両端に形成される２つの内角５６Θ_１及び５６Θ_３を考える。より詳細には、内角５６Θ_１は、第７直線Ｌ_７と第８直線Ｌ_８とで挟まれた角度であり、交点５６Ｐ_１に形成される。また、内角５６Θ_３は、第７直線Ｌ_７と第９直線Ｌ_９とで挟まれた角度であり、交点５６Ｐ_３に形成される。

このとき、内角５６Θ_１及び５６Θ_３は、それぞれ鋭角である。

次に、光偏向器５０の動作について説明する。

ここで、付加光偏向部５２を通過して、平面導波路１２に出射される光を出射光Ｂ_ｏｕｔとする。

まず、図６を参照して、光偏向部１６及び第１付加光偏向部５４に正の電圧が印加され、かつ、第２付加光偏向部５６及び５８に電圧が印加されていない場合について説明する。

このとき光偏向部１６から出射した出射光Ｂ_３は、第２付加光偏向部５６（不図示）を横断し、第１付加光偏向部５４の第１付加入射面５４ａに入射する。上述のように第２付加光偏向部５６には電圧が印加されていないので、第２付加光偏向部５６の屈折率は、平面導波路１２の屈折率と等しくなる。その結果、出射光Ｂ_３は、第２付加光偏向部５６で偏向されることなく直進し、第１付加入射面５４ａに至る。

出射光Ｂ_３は、第１付加入射面５４ａを介して第１付加光偏向部５４内部に導入される。第１付加光偏向部５４に導入された光は、第１付加伝播光Ｂ_５４として第１付加光偏向部５４内部を直進する。

ところで、第１付加光偏向部５４には光偏向部１６と等しい電圧が印加されているので、その屈折率はｎ_ｐ（＞ｎ_ｓ）となる。ここで、出射光Ｂ_３の第１付加入射面５４ａに対する照角、すなわち、内角５４Θ_１と対向する角度を５４Θ_１’とする。このとき、内角５４Θ_１と照角５４Θ_１’との間には、スネルの法則より、下記（８）式が成り立つ。

ｎ_ｓｃｏｓ５４Θ_１’＝ｎ_ｐｃｏｓ５４Θ_１・・・（８）
ここで、ｎ_ｐ＞ｎ_ｓであるので、（８）式より５４Θ_１＞５４Θ_１’となる。つまり、第１付加伝播光Ｂ_５４は、出射光Ｂ_３に対して、Ｒ_（−）方向に偏向される。

このようにして第１付加光偏向部５４内に導入された第１付加伝播光Ｂ_５４は、第１付加出射面５４ｂに至る。そして、第１付加出射面５４ｂから、出射光Ｂ_ｏｕｔとして平面導波路１２へと出射される。ここで、出射光Ｂ_ｏｕｔの第１付加出射面５４ｂからの出射角、すなわち、内角５４Θ_３と対向する角度を５４Θ_３’とする。このとき内角５４Θ_３と出射角５４Θ_３’との間には、スネルの法則より、下記（９）式が成り立つ。

ｎ_ｓｃｏｓ５４Θ_３’＝ｎ_ｐｃｏｓ５４Θ_３・・・（９）
ここで、ｎ_ｐ＞ｎ_ｓであるので、（９）式より５４Θ_３＞５４Θ_３’となる。つまり、出射光Ｂ_ｏｕｔは、第１付加伝播光Ｂ_５４に対して、Ｒ_（−）方向に偏向される。

以上をまとめると、入力光Ｂ_１は、光偏向部１６でＲ_（−）方向に偏向され、さらに第１付加光偏向部５４により、Ｒ_（−）方向に偏向されて、出射光Ｂ_ｏｕｔとして平面導波路１２に出射される。

次に、図７を参照して、第２付加光偏向部５６及び５８に正の電圧が印加され、かつ、光偏向部１６及び第１付加光偏向部５４に電圧が印加されていない場合について説明する。

このとき光偏向部１６から出射した出射光Ｂ_３は、平面導波路１２を横断し、第２付加光偏向部５６の第２付加入射面５６ａに入射する。上述のように光偏向部１６には電圧が印加されていないので、光偏向部１６の屈折率は、平面導波路１２の屈折率と等しくなる。その結果、出射光Ｂ_３は、出射面１６ｂで偏向されることなく直進し、第２付加入射面５６ａに至る。

出射光Ｂ_３は、第２付加入射面５６ａを介して第２付加光偏向部５６内部に導入される。第２付加光偏向部５６に導入された光は、第２付加伝播光Ｂ_５６として第２付加光偏向部５６内部を直進する。

ところで、第２付加光偏向部５６には正の電圧が印加されているので、その屈折率はｎ_ｐ（＞ｎ_ｓ）となる。ここで、出射光Ｂ_３の第２付加入射面５６ａに対する照角、すなわち、内角５６Θ_１と対向する角度を５６Θ_１’とする。このとき、内角５６Θ_１と照角５６Θ_１’との間には、スネルの法則より、下記（１０）式が成り立つ。

ｎ_ｓｃｏｓ５６Θ_１’＝ｎ_ｐｃｏｓ５６Θ_１・・・（１０）
ここで、ｎ_ｐ＞ｎ_ｓであるので、（１０）式より５６Θ_１＞５６Θ_１’となる。つまり、第２付加伝播光Ｂ_５６は、出射光Ｂ_３に対して、Ｒ_（＋）方向に偏向される。

このようにして第２付加光偏向部５６内に導入された第２付加伝播光Ｂ_５６は、第２付加出射面５６ｂに至る。そして、第２付加出射面５６ｂから、出射光Ｂ_{５６ｏｕｔ}として平面導波路１２へと出射される。ここで、出射光Ｂ_{５６ｏｕｔ}の第２付加出射面５６ｂからの出射角、すなわち、内角５６Θ_３と対向する角度を５６Θ_３’とする。このとき内角５６Θ_３と出射角５６Θ_３’との間には、スネルの法則より、下記（１１）式が成り立つ。

ｎ_ｓｃｏｓ５６Θ_３’＝ｎ_ｐｃｏｓ５６Θ_３・・・（１１）
ここで、ｎ_ｐ＞ｎ_ｓであるので、（１１）式より５６Θ_３＞５６Θ_３’となる。つまり、出射光Ｂ_{５６ｏｕｔ}は、第２付加伝播光Ｂ_５６に対して、Ｒ_（＋）方向に偏向される。

出射光Ｂ_{５６ｏｕｔ}は、平面導波路１２を伝播して第２付加光偏向部５８に至り、第２付加光偏向部５８により、第２付加光偏向部５６の場合と同様に、Ｒ_（＋）方向に偏向される。そして、出射光Ｂ_ｏｕｔとして平面導波路１２に出射される。

以上をまとめると、入力光Ｂ_１は、第２付加光偏向部５６でＲ_（＋）方向に偏向され、さらに第２付加光偏向部５８により、Ｒ_（＋）方向に偏向されて、出射光Ｂ_ｏｕｔとして平面導波路１２に出射される。

次に、実施の形態２の光偏向器５０の奏する効果について説明する。

光偏向器５０は、光偏向部１６を単独で用いる光偏向器１０よりも出射光Ｂ_ｏｕｔの偏向角の変化範囲を大きくすることができる。つまり、光偏向部１６及び第１付加光偏向部５４に正の電圧を印加し、かつ、第２付加光偏向部５６及び５８に電圧を印加しない状態において、光は、光偏向部１６及び第１付加光偏向部５４の両者により、２度にわたってＲ_（−）方向に偏向される。

同様に、第２付加光偏向部５６及び５８に正の電圧を印加し、かつ、光偏向部１６及び第１付加光偏向部５４に電圧を印加しない状態において、光は、第２付加光偏向部５６及び５８により、２度にわたってＲ_（＋）方向に偏向される。

次に、実施の形態２の光偏向器５０の設計条件について説明する。

付加光偏向部５２は、第１付加光偏向部５４及び第２付加光偏向部５６，５８の両者を備える必要はない。第１付加光偏向部５４又は第２付加光偏向部５６，５８のいずれか一方を備えていてもよい。

また、第１付加光偏向部５４の個数は１個には限定されない。第１付加光偏向部の個数は、要求される出射光Ｂ_ｏｕｔの偏向角に応じた任意好適な個数とすることができる。

同様に、第２付加光偏向部５６，５８の個数も２個には限定されない。要求される出射光Ｂ_ｏｕｔの偏向角に応じた任意好適な個数とすることができる。

また、第１付加光偏向部５４の形状は、光偏向部１６と合同である必要はない。以下に示す２条件を満足するような形状であればよい。（条件１）：内角５４Θ_１及び５４Θ_３がそれぞれ鋭角であるか、又は一方が直角で他方が鋭角である。（条件２）：交点５４Ｐ_１を中心として第４直線Ｌ_４を、交点５４Ｐ_２まで回転させたときの回転方向が、光偏向部１６の場合と同方向となる。

同様に、第２付加光偏向部５６，５８の形状は、光偏向部１６と合同である必要はない。以下に示す２条件を満足するような形状であればよい。（条件１）：内角５６Θ_１及び５６Θ_３がそれぞれ鋭角であるか、又は一方が直角で他方が鋭角である。（条件２）：交点５６Ｐ_１を中心として第７直線Ｌ_７を、交点５６Ｐ_２まで回転させたときの回転方向が、光偏向部１６の場合と逆方向となる。

次に、図８を参照して、実施の形態２の光偏向器５０の変形例について説明する。図８は、光偏向器の変形例を模式的に示す平面図である。

光偏向器６０は、（１）光偏向部６２の形状が、光偏向部１６と異なっている点、（２）第２付加光偏向部が設けられていない点、（３）第１付加光偏向部６４が３個設けられている点、及び（４）第１付加光偏向部６４の形状が、第１付加光偏向部５４と異なっている点が実施の形態２の光偏向器５０とは異なっている。

より詳細には、光偏向器６０は、光偏向部６２と第１付加光偏向部６４とを備えている。

光偏向部６２は、平面形状が直角三角形状であり、側面６２ａと、出射面６２ｂと、光結合面６２ｃとで囲まれている。

側面６２ａは、光偏向部６２を伝播する結合光Ｂ_２の伝播方向に沿った第２直線Ｌ_２に平行に延在している。

出射面６２ｂは、光偏向部６２を伝播する結合光Ｂ_２が平面導波路１２へと出射される側面である。出射面６２ｂは、結合光Ｂ_２の照角Θ_２が９０°となるように配置されている。したがって、出射光Ｂ_３の出射角Θ_３も９０°である。結果として、結合光Ｂ_２は、出射面６２ｂでは偏向されずに直進する。

光結合面６２ｃは、チャネル型導波路１４と光結合しており、実施の形態１の光偏向部１６の光結合面１６ｃと同様に構成されている。その結果、チャネル型導波路１４を伝播する入力光Ｂ_１は、結合角Θ_１で光偏向部６２に結合される。

ここで、チャネル型導波路１４を伝播する入力光Ｂ_１の伝播方向に沿った直線を第１直線Ｌ_１とし、及び、出射面６２ｂの延在方向に沿った直線を第３直線Ｌ_３とする。

そして、第１直線Ｌ_１と第２直線Ｌ_２との交点を６２Ｐ_１とし、及び第１直線Ｌ_１と第３直線Ｌ_３との交点を６２Ｐ_２とする。さらに、交点６２Ｐ_１を回転中心として、第２直線Ｌ_２を交点６２Ｐ_２まで回転させたときの回転方向をＲ_（＋）とする。また、正方向Ｒ_（＋）とは逆の回転方向を逆方向Ｒ_（−）とする。

第１付加光偏向部６４は、３個のサブ偏向部６６，６８，７０を備えている。

これらのサブ偏向部６６，６８，７０は、それぞれ合同の鋭角２等辺三角形であり、２等辺三角形の底辺に対応する側面６６ａ，６８ａ，７０ａは、光偏向部６２の側面６２ａの延長線上に配置されている。つまり、サブ偏向部６６，６８，７０は、結合光Ｂ_２の伝播方向に沿って、この順序で直列に、光偏向部６２と並んで配置されている。

以下、３個のサブ偏向部６６，６８，７０の中から、サブ偏向部６６を例にとり、その構成の詳細を説明する。

サブ偏向部６６は、側面６６ａと、第１付加入射面６６ｂと、第１付加出射面６６ｃとで囲まれている。

第１付加入射面６６ｂには、出射面６２ｂから出射された出射光Ｂ_３が入射する。

第１付加出射面６６ｃからは、サブ偏向部６６内を伝播した第１付加伝播光Ｂ_６６が平面導波路１２へと出射される。

ここで、第１付加伝播光Ｂ_６６の伝播方向に沿った直線を第４直線Ｌ_４とする。また、第１付加入射面６６ｂの延在方向に沿った直線を第５直線Ｌ_５とする。さらに、第１付加出射面６６ｃの延在方向に沿った直線を第６直線Ｌ_６とする。そして、第４直線Ｌ_４と第５直線Ｌ_５との交点を６６Ｐ_１とする。また、第５直線Ｌ_５と第６直線Ｌ_６との交点を６６Ｐ_２とする。さらに、第４直線Ｌ_４と第６直線Ｌ_６との交点を６６Ｐ_３とする。

このとき、交点６６Ｐ_１を中心として第４直線Ｌ_４を、交点６６Ｐ_２まで回転させたときの回転方向は、光偏向部６２の場合と同様にＲ_（＋）となる。つまり、光偏向部６２における結合光Ｂ_２に対する交点６２Ｐ_２の位置関係と、サブ偏向部６６における第１付加伝播光Ｂ_６６に対する交点６６Ｐ_２の位置関係とは等しい。より具体的には、光偏向部６２では、交点６２Ｐ_２は、結合光Ｂ_２の伝播方向に対して右側に存在し、同様に、サブ偏向部６６においても、交点６６Ｐ_２は、第１付加伝播光Ｂ_６６の伝播方向に対して右側に存在している。

また、サブ偏向部６６において、第４〜６直線Ｌ_４〜Ｌ_６で囲まれた三角形を６６Ｔｒとする。このとき、第４直線Ｌ_４の両端に形成される２つの内角６６Θ_１及び６６Θ_３を考える。より詳細には、内角６６Θ_１は、第４直線Ｌ_４と第５直線Ｌ_５とで挟まれた角度であり、交点６６Ｐ_１に形成される。また、内角６６Θ_３は、第４直線Ｌ_４と第６直線Ｌ_６とで挟まれた角度であり、交点６６Ｐ_３に形成される。

このとき、内角６６Θ_１及び６６Θ_３は、それぞれ鋭角である。

このように構成された光偏向器６０を用いることにより、光偏向部６２から出射された出射光Ｂ_３は、サブ偏向部６６，６８及び７０を通過するたびに、Ｒ_（−）方向に偏向される。結果として、光偏向器６０による光の偏向角を大きくすることができる。

実施の形態１の光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。 図１において、光偏向器をＩＩ−ＩＩ線に沿って、垂直に切断した断面切り口を概略的に示す図である。 実施の形態１の光偏向器の主要構成要素を、伝播する光とともに模式的に示した図である。 実施の形態１の光偏向器の変形例を模式的に示す平面図である。 実施の形態２の光偏向器の構造を概略的に示す平面図である。 図５の要部を拡大した模式図である。 図５の要部を拡大した模式図である。 実施の形態２の光偏向器の変形例を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１０ 光偏向器
１２ 平面導波路
１４ チャネル型導波路
１４ａ 光入射端面
１４ｂ 側面
１６ 光偏向部
１６ａ 側面
１６ｂ 出射面（側面）
１６ｃ 光結合面（側面）
１６Ｐ_１，１６Ｐ_２ 交点
Ｔｒ_１ 三角形
１８ クラッド層
２０ 基板
２０ａ 第１主面
２０ｂ 第２主面
２２ 非偏向部
２２ａ 光伝播領域
２２ｂ 付帯領域
２４ 屈折率変更用電極
２６ 微小間隔
２８ 光結合部
３０ 共通電極
３２ 下部クラッド層
３４ 上部クラッド層
３６ 積層構造体
３８ 下部クラッド層
３９ 光偏向器
４０ 上部クラッド層
４１ 光偏向部
４２ 積層構造体
４３ 屈折率変更用電極
５０ 光偏向器
５２ 付加光偏向部
５４ 第１付加光偏向部
５４ａ 第１付加入射面
５４ｂ 第１付加出射面
５４ｃ 第１付加側面
５４ｄ 屈折率変更用電極
５４Ｐ_１，５４Ｐ_２，５４Ｐ_３ 交点
５４Ｔｒ 三角形
５６，５８ 第２付加光偏向部
５６ａ 第１付加入射面
５６ｂ 第１付加出射面
５６ｃ 第１付加側面
５６ｄ 屈折率制御用電極
５６Ｐ_１，５６Ｐ_２，５６Ｐ_３ 交点
６０ 光偏向器
６２ 光偏向部
６２ａ 側面
６２ｂ 出射面
６２ｃ 光結合面
６２Ｐ_１，６２Ｐ_２ 交点
６４ 第１付加光偏向部
６６，６８，７０ サブ偏向部
６６ａ 側面
６６ｂ 第１付加入射面
６６ｃ 第１付加出射面
６６Ｐ_１，６６Ｐ_２，６６Ｐ_３ 交点
６６Ｔｒ 三角形
７２，７４ 電源
Ｌ_１ 第１直線
Ｌ_２ 第２直線
Ｌ_３ 第３直線
Ｌ_４ 第４直線
Ｌ_５ 第５直線
Ｌ_６ 第６直線
Ｌ_７ 第７直線
Ｌ_８ 第８直線
Ｌ_９ 第９直線

Claims (9)

1. 平面導波路の一領域である光偏向部と、該光偏向部に対して光を結合させるチャネル型導波路とを備え、
   前記光偏向部は、前記チャネル型導波路と光結合された光結合面と、該光結合面で前記光偏向部に結合された結合光を前記平面導波路に出射する出射面とを備え、
   前記チャネル型導波路の延在方向に沿った第１直線と、前記結合光の伝播方向に沿った第２直線と、前記出射面の延在方向に沿った第３直線とで囲まれる三角形の、前記第２直線と前記第３直線とで挟まれた内角が９０°以下の角度であることを特徴とする光偏向器。
2. 前記光結合面は、前記光偏向部の側面であり、前記チャネル型導波路の光伝播方向に沿った側面に光結合可能な間隔を空けて対向して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
3. 前記出射面は、前記光偏向部の側面であり、前記平面導波路に接して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
4. 前記光偏向部には、屈折率を変更可能な屈折率変更手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光偏向器。
5. 前記光偏向部の前記光結合面及び前記出射面以外の側面が、当該光偏向部内における前記結合光の伝播方向に平行に延在していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光偏向器。
6. 前記光偏向部は平面形状が鈍角三角形状であり、該鈍角三角形の鈍角を挟む２つ辺のうち、一方の辺に対応する側面が前記光結合面であり、他方の辺に対応する側面が前記出射面であり、及び
   前記鈍角三角形の前記鈍角に対向する辺に対応する側面が前記結合光の伝播方向に平行に延在していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光偏向器。
7. 前記光偏向部は平面形状が台形状であり、該台形の上底及び下底に対応する側面が、前記結合光の伝播方向に平行に延在しており、
   前記上底と前記下底とを結ぶ２個の斜辺にそれぞれ対応する側面のうち、前記チャネル型導波路側に存在する一方の側面が前記光結合面であり、他方の側面が前記出射面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光偏向器。
8. 前記平面導波路内に、前記結合光の伝播方向に沿って直列に、前記光偏向部と並ぶ付加光偏向部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光偏向器。
9. 前記付加光偏向部は、１個以上の第１付加光偏向部、及び１個以上の第２付加光偏向部の双方又はいずれか一方を含み、
   前記第１直線と前記第２直線との交点を回転中心として、該第２直線を、前記第１直線と前記第３直線との交点まで最小の回転角で回転させる際の回転方向を正方向とし、該正方向と逆の回転方向を逆方向とするときに、
   前記第１付加光偏向部は、当該第１付加光偏向部に光が入射される第１付加入射面と、当該第１付加光偏向部を伝播する第１付加伝播光が出射される第１付加出射面とを備え、
   前記第１付加伝播光の伝播方向に沿った第４直線と、前記第１付加入射面の延在方向に沿った第５直線と、前記第１付加出射面の延在方向に沿った第６直線とで囲まれる三角形の、前記第４直線の両端部に形成される２つの内角が、それぞれ鋭角であるか、又は一方が直角で他方が鋭角であり、かつ、
   前記第４直線と前記第５直線との交点を回転中心として、前記第４直線を、前記第５直線と前記第６直線との交点まで最小の回転角で回転させる際の回転方向が前記正方向であり、
   前記第２付加光偏向部は、当該第２付加光偏向部に光が入射される第２付加入射面と、当該第２付加光偏向部を伝播する第２付加伝播光が出射される第２付加出射面とを備え、
   前記第２付加伝播光の伝播方向に沿った第７直線と、前記第２付加入射面の延在方向に沿った第８直線と、前記第２付加出射面の延在方向に沿った第９直線とで囲まれる三角形の、前記第７直線の両端部に形成される２つの内角が、それぞれ鋭角であるか、又は一方が直角で他方が鋭角であり、かつ、
   前記第７直線と前記第８直線との交点を回転中心として、前記第７直線を、前記第８直線と前記第９直線との交点まで最小の回転角で回転させる際の回転方向が前記逆方向であることを特徴とする請求項８に記載の光偏向器。

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