JP2834844B2

JP2834844B2 - 光スイッチアレイ

Info

Publication number: JP2834844B2
Application number: JP11423490A
Authority: JP
Inventors: 正良加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1998-12-14
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JPH0411228A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光通信、光情報処理、光交換等の分野で用
いられる光スイッチアレイに関する。

従来の技術従来、この種の光スイッチとして特開昭58−90619号
公報に示されるものがある。第５図はその構成を示すも
ので、電気光学結晶１の一表面上にその深さ方向に電界
を発生させる電極対2a,2bを設け、電気光学結晶１の前
記一表面に直交する一端面に複数の光ファイバ3a,3b,3c
を結合させ、対向する他端綿に集光作用を示す凹面反射
鏡4a,4bを設けてなり、各光ファイバ3a,3b,3cはこれら
の凹面反射鏡4a,4bを介して光学的に結合されている。
５はコリメート用のセルフォックレンズである。

このような構成において、電極対2a,2b間に電源６に
より電圧印加することにより、電気光学結晶１の深さ方
向に電界分布を発生させ、その電気光学効果により内部
に屈折率分布を形成する。すると、光ファイバ3a〜3cの
何れかから電気光学結晶１中に出射された光は屈折しな
がら内部を伝搬する。よって、電気光学結晶１の屈折率
分布を電気的に制御し、凹面反射鏡4a,4bへの入射を切
換えることで、入出力間の光ファイバ3a〜3cの光学的結
合を切換え得るというものである。

発明が解決しようとする課題ところが、電気光学結晶の電気光学効果は一般に小さ
いため、第５図に示すような構成の場合、結合できる光
ファイバに限界がある。また、凹面反射鏡4a,4bについ
ても高精度に製作しなければならず、コスト高となる。
さらには、電極対2a,2bが光の伝搬方向に平行に形成さ
れているため、１次元若しくは２次元アレイ状に集積化
させること、即ち、アレイ化が困難である。また、入出
力光の伝搬方向が反対のため、積層光回路への応用が困
難であるという問題もある。

課題を解決するための手段透明材料による基板上の一部ないし全部に透明薄膜電
極と前記基板の屈折率より高屈折率の電気光学効果物質
層とを順次積層した基板部材を設け、この基板部材の電
気光学効果物質層上には１次元又は２次元アレイ状に配
列された入射側光導波路間に配設させて電極機能を持つ
単層又は複数層の入射側反射鏡を設け、基板上には入射
側光導波路に対応する１次元又は２次元アレイ状の出射
側光導波路用の出射窓を有する単層又は複数層の出射側
反射鏡を設け、かつ、これらの各入射側反射鏡と透明薄
膜電極とに対して選択的に電圧を印加する電圧印加手段
を設け、これらの選択的な電圧印加により前記電気光学
効果物質層内部の電界分布を制御しその電気光学効果に
より入・出射側光導波路間の結合を切換え制御するよう
にした。

作用電極機能を持つ反射鏡と透明薄膜電極とを等電位にし
た状態では電気光学物質層が電気光学効果を発揮しない
ため、入射光は基板部材を直進透過して対応する出射窓
の出射側光導波路に結合される。一方、注目するある入
射側光導波路に隣接したある入射側反射鏡と出射側反射
鏡及び透明薄膜電極との間に電圧を印加すると、電気光
学物質層内部に電界分布が生ずる。これにより、この部
分の電気光学物質層はその電気光学効果により屈折率が
変化して屈折率分布を持つため、電気光学物質層内部で
入力光を屈折させる。屈折された光は出射側反射鏡と入
射側反射鏡との間で複数回の反射を繰返しながら進路を
変えて伝搬し、隣接する別の出射側光導波路に切換え結
合される。これにより、確実かつ高速の光スイッチング
が可能となる。また、電気光学物質層を挾んで透明薄膜
電極と入射側反射鏡とがあり電圧印加により屈折率変化
を生じさせるともに、電気光学物質層と基板との間の屈
折率差による角度増幅及び反射鏡間の多重反射を利用す
るため、電気光学効果が小さくても切換え可能であり、
かつ、低電圧駆動が可能となる。また、全体的な構造
も、基板部材両面に対して所定の入射側、出射側反射鏡
の膜を形成すればよく、面内一括処理が可能で、小型デ
バイス化、アレイ化が可能となる。さらには、伝搬方向
として入射から出射までが同一方向であるので、積層光
回路への応用も容易である。

実施例本発明の第一の実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。本実施例の光スイッチアレイは、基板部材
11をベースとして構成される。この基板部材11は、使用
する波長光に対して透明な材料からなる基板12上に、IT
O薄膜などの透明薄膜電極13と透明な電気光学物質層14
とを順次積層形成した３層構造のものである。ここに、
基板12の屈折率をn₀、電気光学物質層14の屈折率をn₁と
すると、n₀＜n₁なる関係を満足するように設定されてい
る。このような関係を満たすものとして、例えば基板12
には石英ガラス等を用い、電気光学物質層14にはPLZTや
液晶を用いることができる（本実施例では、電気光学物
質層14としてPLZTを用いた）。

このような基板部材11の入射側一面、即ち、電気光学
物質層14上には電極機能を持つ入射側反射鏡15が単層又
は複数層構造で複数個個別に形成されている。本実施例
では、Au金属膜とされている。これらの入射側反射鏡15
は１次元アレイ状等間隔配列の入射側光導波路、ここで
は入射側光ファイバ16による入射位置Ｐ間を埋めるよう
に１次元に規則的に等間隔に配設されている。また、前
記基板部材11の出射側他面、即ち基板12表面には出射側
反射鏡17の膜が単層又は複数層構造で形成されている。
本実施例では、Au金属膜とされている。この出射側反射
鏡17には前記入射側光ファイバ16の入射位置Ｐに対応さ
せて１次元アレイ状に正しく配列させた円形の出射窓18
が形成されている。このような反射鏡15,17を含め、本
実施例の光スイッチアレイは、スパッタリング法、蒸着
法等の通常の薄膜形成技術や、フォトリソグラフィ法、
エッチング等の加工技術によって、高精度かつ簡単に作
製できる。

ここに、前記入射側反射鏡15は各々個別に電圧印加手
段（図示せず）により選択的に電圧印加されるものであ
る。透明薄膜電極13は共通電極的に作用し、入射側反射
鏡15の何れとも電気的に独立して電圧印加を受け得るよ
うに配線接続されている。また、前記光ファイバ16の入
射位置Ｐに対しては第１図に示すようにコリメートレン
ズ19が結合され、出射窓18に対しては集光レンズ20を介
して出射側光導波路としての出射側光ファイバ21が結合
されるものである。

このような構成において、本実施例の動作原理を第１
図により説明する。いま、ある入射側光ファイバ16aを
伝搬してきた入射光22a（ただし、アレイ方向に偏波面
を有する直線偏光）は、コリメートレンズ19aによりコ
リメートされて基板部材11に入射する場合を考える。こ
の時、入射側反射鏡15と透明薄膜電極13とを等電位（こ
の場合、接地＝0Vでよい）とすると、入射光22aは一点
鎖線で示すように基板部材11中を直進透過して、対応す
る出射窓18aの集光レンズ20aを通り、出射光23aとして
出射側光ファイバ21a中に出射される。一方、入射側光
ファイバ16aに隣接する入射側反射鏡15bに電圧Ｖを印加
し、他の入射側反射鏡15a,〜，及び透明薄膜電極13は接
地（0V）したままとすると、入射側反射鏡15bに対応す
る電気光学物質層14内部に破線で示すような電界分布が
生ずる。これにより、電気光学物質層14は電気光学効果
により屈折率が変化して屈折率分布が形成される。よっ
て、光ファイバ16aから入射した入射光22aは実線で示す
ように電気光学物質層14内部で屈折される。屈折された
入射光22aは、電気光学物質層14と基板12との間の屈折
率関係によりスネルの法則に従いその屈折角を増大させ
て出射側反射鏡17に伝搬する。よって、この後は、反射
鏡17,15b間で複数回の反射を繰返して伝搬し、隣接の出
射窓18bの集光レンズ20bに結合して対応する出射側光フ
ァイバ21b中に出射光23bとして出射される。

従って、一般論としては、第３図に示すように、入射
側のある１つの入射側光ファイバ16に注目した場合、そ
の両側の２つの入射側反射鏡を15b,15cとし、出射側に
おいて入射側光ファイバ16に対応する出射側光ファイバ
21a、その両側の出射側光ファイバを21b,21cとすると、
入射側反射鏡15b,15cに対する電圧印加の制御により、
出射側光ファイバ21a〜21cの任意のものに結合させるこ
とができる。即ち、入射側反射鏡15b,15cの何れにも電
圧印加しなければ出射側光ファイバ21aに結合し、入射
側反射鏡15bのみに電圧印加すれば出射側光ファイバ21b
に結合し、入射側反射鏡15cのみに電圧印加すれば出射
側光ファイバ21cに結合することになる。

なお、図示例に限らず、種々の変形構成が可能で、例
えば反射鏡15,17を誘電体多層膜構造とすれば吸収のな
い高反射率のものとなる。

つづいて、本発明の第二の実施例を第４図により説明
する。前記実施例では、１次元アレイ状に形成したが、
本実施例では２次元アレイ状に形成し、多チャネル化し
たものである。これにより、分岐入射される入射光22を
所望の出射位置から出射する出射光23となるように制御
できる。

発明の効果本発明では、上述したように電気光学物質層及び透明
薄膜電極を含む基板部材の両面に、電極機能を持つ入射
側反射鏡と出射側反射鏡とを形成し、入射側反射鏡の各
々に選択的に電圧印加することにより基板部材中の電気
光学物質層の電気光学効果を利用して入・出射側光導波
路間の結合を切換え制御するようにしたので、確実かつ
高速の光スイッチングが可能で、特に、電気光学物質層
を挾んで透明薄膜電極と入射側反射鏡とがあり電圧印加
により屈折率変化を生じさせるとともに、電気光学物質
層と基板との間の屈折率差による角度増幅及び反射鏡間
の多重反射を利用するため、電気光学効果が小さくても
切換え可能であり、かつ、低電圧駆動が可能となり、構
造的にも、基板部材両面に対して所定の入射側、出射側
反射鏡の膜を形成すればよく、面内一括処理が可能で、
小型デバイス化、アレイ化が可能となり、加えて、伝搬
方向が入射から出射まで同一方向であるので、積層光回
路への応用も容易なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第一の実施例を示すもの
で、第１図は動作原理を示す概略断面構造図、第２図は
スイッチアレイ単体の構造を示す斜視図、第３図は動作
原理の一般論を説明するための斜視図、第４図は本発明
の第二の実施例を示す斜視図、第５図は従来例を示す斜
視図である。 11……基板部材、12……基板、13……透明薄膜電極、14
……電気光学物質層、15……入射側反射鏡、16……入射
側光導波路、17……出射側反射鏡、18……出射窓、21…
…出射側光導波路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明材料による基板上の一部ないし全部に
透明薄膜電極と前記基板の屈折率より高屈折率の電気光
学効果物質層とを順次積層した基板部材と、１次元又は
２次元アレイ状に配列された入射側光導波路間に配設さ
せて前記基板部材の電気光学効果物質層上に形成された
電極機能を持つ単層又は複数層の入射側反射鏡と、前記
入射側光導波路に対応する１次元又は２次元アレイ状の
出射側光導波路用の出射窓を有して前記基板部材の基板
上に形成された単層又は複数層の出射側反射鏡と、前記
各入射側反射鏡と前記透明薄膜電極とに対して選択的に
電圧を印加する電圧印加手段とよりなり、これらの選択
的な電圧印加により前記電気光学効果物質層内部の電界
分布を制御しその電気光学効果により入・出射側光導波
路間の結合を切換え制御するようにしたことを特徴とす
る光スイッチアレイ。