JP3862995B2 - 光スイッチモジュール - Google Patents
光スイッチモジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP3862995B2 JP3862995B2 JP2001332169A JP2001332169A JP3862995B2 JP 3862995 B2 JP3862995 B2 JP 3862995B2 JP 2001332169 A JP2001332169 A JP 2001332169A JP 2001332169 A JP2001332169 A JP 2001332169A JP 3862995 B2 JP3862995 B2 JP 3862995B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- electrode
- switch module
- light
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/295—Analog deflection from or in an optical waveguide structure]
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/125—Bends, branchings or intersections
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12083—Constructional arrangements
- G02B2006/12104—Mirror; Reflectors or the like
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12083—Constructional arrangements
- G02B2006/12114—Prism
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12133—Functions
- G02B2006/12145—Switch
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を偏向する光偏向素子、複数の入力ポートと複数の出力ポートとの間で光信号の伝播先を切換える光スイッチモジュール、その光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置、及び光信号の伝播方向を変更するミラーを備えた光配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信の伝送帯域は増加の一途をたどり、波長多重化（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex ）技術の進展と相俟って高速かつ大容量化が進んでいる。基幹通信ネットワークにおける光ファイバー網のハードウェアインフラを構築するためには、光信号の伝達先を切換える光信号切換え装置が必要である。
【０００３】
従来、光信号切換え装置としては、光信号を一旦電気信号に変換して信号の伝達先をクロスバースイッチで切換え、その後再び光信号に変換する光クロスコネクト装置が主流である。しかし、データ転送速度が１０Ｇｂ／ｓを超えると、従来のように電気的なスイッチイング素子で切換え装置を構成することが困難になってくる。
【０００４】
電気的なスイッチング素子の替わりに光学的なスイッチング素子を用いて光伝播パスを切換えるようにすると、光と電気との間の変換が不要になり、光信号の速度（周波数）に依存しない光クロスコネクト装置を構成することができる。現在、入力ポート数が３２、出力ポート数が３２（３２×３２チャネル）の光スイッチモジュールが実現されており、このような光スイッチモジュールを多段接続して非閉塞のスイッチ網（光信号切換え装置）を構築した例もある。
【０００５】
従来の光スイッチモジュールでは、一般的に、光学的スイッチイング素子として可動式のマイクロミラーが用いられている。すなわち、電気信号によりマイクロミラーの向きを制御して、光信号の伝播する方向を切換えている。マイクロミラーはＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステムズ）技術を使用して形成される。光スイッチモジュールは、多数のマイクロミラーを２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に配列して構成されている。
【０００６】
また、電気光学効果を利用したスイッチング素子（光偏向素子）も開発されている。図４１（ａ）は従来の光偏向素子を示す平面図、図４１（ｂ）は同じくその断面図である（特開平９−５７９７号）。この図４１（ａ），（ｂ）に示すように、従来の光偏向素子は、導電性又は半導電性の単結晶基板１０の上に電気光学効果を有する光導波路１１が形成され、更にその上に上部電極１２が形成されている。上部電極１２は、入射光の光軸に対し直交する辺（底辺という）と斜めに交差する辺（斜辺という）とを有するくさび形状（直角三角形状）に形成されている。
【０００７】
このように構成された光偏向素子において、光は、図４１（ａ）に示すように、上部電極１２の底辺側から光導波路１１に入射し、上部電極１２の斜辺側から出射する。基板１０を下部電極とし、上部電極１２との間に電圧を印加することにより、光導波路１１のうち上部電極１２の下方の部分の屈折率が変化し、周囲との間に屈折率の差が生じる。光導波路１１を通る光は、屈折率が変化する部分で屈折して進行方向が変化する。すなわち、上部電極１２と基板１０との間に印加する電圧を変化させで、光の出射方向を制御することができる。
【０００８】
ところで、光デバイス間に光信号を伝送する場合、配線（光配線）数が少なければ光デバイス間を光ファイバーで接続することが可能である。しかし、配線数が数百〜数千本以上になると、接続作業のしやすさやスペースの点から、光ファイバーで接続するよりも基板上に形成した光導波路で光デバイス間を接続するほうが有利である。
【０００９】
光デバイス間を接続する光導波路を全て直線で形成できることは極めてまれであり、通常、光導波路は、基板上に実装されている電気部品、電気配線、コネクタ及び他の光導波路を迂回するようにして形成される。この場合、光は直進性が高いため、曲率の大きな曲線に沿って光導波路を形成するか、又は反射ミラーで光の伝播方向を急峻に変える必要がある。
【００１０】
曲率の大きな曲線に沿って光導波路を形成すると、光導波路のレイアウトスペースが大きくなってしまうため、多数の光導波路を形成することが困難になってしまうという欠点があるのに対し、反射ミラーを用いた場合は光導波路を高密度に集積化することができるという利点がある。反射ミラーには、屈折率の差により光を全反射する全反射ミラーと、金属膜からなる金属ミラーとがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者らは、上述した従来の光スイッチモジュールには以下に示す問題点があると考える。
【００１２】
マイクロミラーを集積して構成された光スイッチモジュールでは、例えば３２×３２チャネルのものでも光の入出力ポート（ファイバーコネクタ）を含めたモジュールサイズが数十ｃｍ角となる。市場で要求されている１０００×１０００チャネル規模の非閉塞光クロスコネクト装置を実現するためには、例えば１９２個の光スイッチモジュールを使用して、それらの光スイッチモジュールを３段構成にする必要がある。
【００１３】
また、データ伝送のスループットを向上するため、前述したように波長多重（ＷＤＭ）技術が用いられており、１本の光ファイバーに複数の波長の光信号を一括して伝送している。従って、多重化された光信号を光スイッチモジュールに入力する前に、個々の波長に分解するための光分波器を通すことが必要である。光分波器には、干渉フィルタを用いた光分波器や、導波路技術をベースとしたＡＷＧ（Arroyed Waveguide Grating ：導波路型回折格子）光分波器などがある。
【００１４】
更に、光信号切換え装置で光信号の伝播パスを切換えた後は、光信号を再び波長多重して伝送するための光合波器が必要である。光合波器は、光分波器と逆の原理で光信号の多重を行う。
【００１５】
これらの光分波器及び光合波器はいずれもモジュール化されており、光スイッチモジュールと光ファイバーで接続されるようになっている。従来の光スイッチモジュールを使用して１０００×１０００チャネル規模の光信号切換え装置を構成しようとすると、光スイッチモジュール間、光スイッチモジュールと光分波器との間、及び光スイッチモジュールと光合波器との間を接続するための光ファイバーの本数は６０００本にもなる。このため、上述した従来の光スイッチモジュールを使用して１０００×１０００チャネル規模の光信号切換え装置を構成することは現実的ではない。
【００１６】
なお、特開２０００−１８０９０５号には、入射側光導波路、コリメートレンズ、スラブ型導波路の上下に電極を配置して構成された光偏向素子、集光レンズ及び出射側光導波路を有する光スイッチ（光スイッチモジュール）が記載されている。しかし、特開２０００−１８０９０５号の光スイッチでは、導電性又は半導電性の単結晶基板を、全ての光偏向素子に共通の下部電極とし、全ての上部電極の向きを同じにしている。このため、光偏向素子１つ当りの偏向角度が小さく、入出力ポートの数を多くするためには、入力側光偏向素子と出力側光偏向素子との間隔を大きくすることが必要になる。従って、特開２０００−１８０９０５号の光スイッチでは、装置の小型化が十分ではない。
【００１７】
図４１（ａ），（ｂ）に示す光偏向素子には、以下に示す問題点があると考える。
【００１８】
図４１（ａ），（ｂ）に示す光偏向素子では、基板１０が導電性又は半導電性であることが必要であるが、光偏向素子に必要な大きさの導電性又は半導電性の単結晶基板を形成することは容易ではなく、製造歩留まりが低い。
【００１９】
また、単結晶基板に金属と同程度の導電性を付与することは難しく、基板の電気抵抗が信号遅延の原因となり、高速動作が困難になる。
【００２０】
更に、電極が基板の下側と上側とにあるので、光偏向素子を他の基板上に搭載する場合に、一方の電極ははんだ等により基板に直接接続することができるが、他方の電極は配線等により基板上の電極に個別に接続する必要があり、実装工程が複雑になるという欠点がある。
【００２１】
反射ミラーを備えた従来の光配線基板には、以下に示す問題点があると考える。
【００２２】
すなわち、光配線に使用される反射ミラーには、前述したように、全反射ミラーと金属ミラーとがある。金属ミラーは、金属の種類及び膜厚を適切に設定すれば光の透過をほぼ完全に回避できるが、金属膜で光の一部が吸収されてしまうため、損失をゼロとすることはできない。また、光配線回路では基板面に垂直に反射ミラーを形成することが必要となる場合があるが、基板面に垂直な面に金属膜を形成することが困難であるという問題点もある。
【００２３】
全反射ミラーは、光が屈折率の高い層と屈折率の低い層との界面に臨界角よりも大きな角度で入射すると全反射することを利用している。しかし、光は光導波路内をある角度幅をもって伝搬しているため、一部の光が全反射条件を満たさずに全反射ミラーを透過してしまうことがあり、損失の原因となっている。
【００２５】
本発明の目的は、導電性又は半導電性の基板を必要とせず、高速な動作が可能な光偏向素子を使用して形成された光スイッチモジュールを提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スイッチモジュールは、複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を使用してそれぞれ個別に切換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号が伝播する共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第２の光偏向素子と、前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部と、前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子及び前記集光部を支持する第１の基板とを有し、前記第１及び第２の光偏向素子の少なくとも一方が、第２の基板と、前記第２の基板の前記第１の基板側の面上に形成された第１の電極と、前記第１の電極の前記第１の基板側の面上に形成された電気光学効果を有する光導波路と、前記光導波路の前記第１の基板側の面上に前記第１の電極と対向して形成されたくさび形状の第２の電極と、前記光導波路の前記第１の基板側の面上に形成されて前記第１の電極と電気的に接続された引出電極とにより構成され、前記第２の電極及び前記引出電極が前記第１の基板の電極と接合されていることを特徴とする。
【００３９】
本発明の光スイッチモジュールは、光偏向素子が形成された第２の基板を、コリメート部、共通光導波路及び集光部を有する第１の基板に接合して形成されている。従って、第１の基板は電気光学効果を有するものでなくてもよく、光スイッチモジュール全体を電気光学効果を有する基板で形成する場合に比べて、光の損失を低減することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００４１】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュールの構成を示す模式図である。この光スイッチモジュールは、入射側光導波路部１０１、コリメート部１０２、入射側光偏向素子部１０３、共通光導波路１０４、出射側光偏向素子部１０５、集光部１０６及び出射側光導波路部１０７により構成されている。これらの入射側光導波路部１０１、コリメート部１０２、入射側光偏向素子部１０３、共通光導波路１０４、出射側光偏向素子部１０５、集光部１０６及び出射側光導波路部１０７は、基板上に一体的に形成されている。
【００４２】
入射側光導波路部１０１は、複数本の光導波路（コア）１０１ａと、これらの光導波路１０１ａを被覆して屈折率の差により光を光導波路１０１ａ内に閉じ込めるクラッド層１０１ｂとにより構成されている。出射側光導波路部１０７も、これと同様に、複数本の光導波路（コア）１０７ａと、これらの光導波路１０７ａを被覆して屈折率の差により光を光導波路１０７ａ内に閉じ込めるクラッド層１０７ｂとにより構成されている。
【００４３】
本実施の形態では、入射側光導波路部１０１の光導波路１０１ａの数と、出射側光導波路部１０７の光導波路１０７ａの数が同じであるとする。以下、光導波路１０１ａの数（＝光導波路１０７ａの数）をｎ（ｎは２以上の整数）とする。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、入射側光導波路の数と出射側光導波路の数とが異なっていてもよい。
【００４４】
コリメート部１０２はｎ個のコリメートレンズ１０２ａにより構成されている。各コリメートレンズ１０２ａは、それぞれ光導波路１０１ａの端部から若干離れた位置に配置されている。光導波路１０１ａから出射された光は放射状に広がるが、コリメートレンズ１０２ａによって平行光となる。
【００４５】
入射側光偏向素子部１０３にはｎ個の光偏向素子１０３ａが設けられている。各光偏向素子１０３ａはそれぞれコリメートレンズ１０２ａからその光軸方向に若干離れた位置に配置されている。光偏向素子１０３ａの詳細な説明は後述するが、光偏向素子１０３ａは、ポッケルス効果（電気光学効果）を利用して光信号の伝播方向を変更する。
【００４６】
共通光導波路１０４は、スラブ（slab）型導波路で構成されている。この共通光導波路１０４は、入射側光偏向素子部１０３を通過した光を出射側光偏向素子部１０５に伝達する。共通光導波路１０４には複数の光信号が同時に通るが、これらの光信号は共通光導波路１０４内を決められた方向に直進するので、他の光信号と干渉することなく伝達される。
【００４７】
出射側光偏向素子部１０５にはｎ個の光偏向素子１０５ａが設けられている。これらの光偏向素子１０５ａは、共通光導波路１０４を通って光偏向素子１０５ａに到達した光を、光導波路１０７ａに平行な方向に偏向する。なお、光偏向素子１０３ａ，１０５ａは基本的に同じ構造である。
【００４８】
集光部１０６は、ｎ個の集光レンズ１０６ａにより構成されている。これらの集光レンズ１０６ａは、光偏向素子１０５ａを通過した光を集光して光導波路１０７ａに導くという働きがある。
【００４９】
図２，３を参照して、コリメート部１０２、入射側光偏向素子部１０３、出射側光偏向素子部１０５及び集光部１０６の詳細を説明する。
【００５０】
コリメート部１０２を構成するコリメートレンズ１０２ａは、図２，３に示すように、屈折率が異なる２つの部分１０２ｃ，１０２ｄからなる２次元レンズである。屈折率の高い部分（凸レンズ部分）１０２ｃは光導波路（コア）１０１ａ、１０７ａと同じ材料により形成され、屈折率の低い部分１０２ｄは屈折率の高い部分１０２との屈折率の差により光をコリメート可能な材料で形成されている。
【００５１】
集光部１０６の集光レンズ１０６ａも、コリメートレンズ１０２ａと同様に、屈折率の高い部分（凸レンズ部分）１０６ｃと屈折率の低い部分１０６ｄとにより構成されている。但し、集光レンズ１０６ａでは、レンズの向きがコリメートレンズ１０２ａと逆である。
【００５２】
入射側光偏向子部１０３を構成する光偏向素子１０３ａは、１又は複数のプリズムペア１０３ｐにより構成されている。１個のプリズムペア１０３ｐは、図３に示すように、電気光学効果を有する材料で形成されたスラブ型導波路１０３ｂと、そのスラブ型導波路１０３ｂの上側に形成された第１及び第２の上部電極１０３ｃ，１０３ｄと、スラブ型導波路１０３ｂの下側に形成された第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０３ｆとにより構成されている。これらの第１及び第２の上部電極１０３ｃ，１０３ｄと第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０３ｆはいずれも直角三角形の形状（くさび形状）に形成されている。
【００５３】
第１の上部電極１０３ｃと第１の下部電極１０３ｅとはスラブ型導波路１０３ｂを挟んで相互に対向している。第１の上部電極１０３ｃと第２の上部電極１０３ｄは相互に斜辺を対向させ、且つ近接して配置されており、第２の上部電極１０３ｄと第２の下部電極１０３ｅとはスラブ型導波路１０３ｂを挟んで相互に対向している。なお、スラブ型導波路１０３ｂは、各プリズムペア１０３ｐで共通である。
【００５４】
出射側光偏向部１０５の光偏向素子１０５ａも、入射側光偏向素子１０３ａと同様に、電気光学効果を有する材料で形成されたスラブ型導波路と、１又は複数のプリズムペア１０５ｐで構成されている。各プリズムペア１０５ｐは、一対の第１の電極（第１の上部電極及び第２の下部電極）と、一対の第２の電極（第２の上部電極及び第２の下部電極）とにより構成されている。
【００５５】
図４（ａ），（ｂ）はプリズムペア１０３ｐによる光の偏向を示す模式図である。なお、図中白矢印はスラブ型導波路１０３ｂの結晶軸の方向を示し、黒矢印Ｅは電界の方向を示している。
【００５６】
図４（ａ）に示すように、第１の下部電極１０３ｅを接地ライン（Ｇ）に接続し、第１の上部電極１０３ｃに制御電圧（＋Ｖ）を印加すると、上部電極１０３ｄと下部電極１０３ｅとの間のスラブ型導波路１０３ｂの屈折率が、ｎからｎ＋Δｎに変化する。これにより、光信号の伝播方向が左方向に角度θだけ偏向される。一方、図４（ｂ）に示すように、第２の上部電極１０３ｄを接地ライン（Ｇ）に接続し、第２の下部電極１０３ｅに制御電圧（＋Ｖ）を印加すると、上部電極１０３ｄと下部電極１０３ｆとの間のスラブ型導波路１０３ｂの屈折率が、ｎからｎ−Δｎに変化する。これにより、光信号の伝播方向が更に左方向に角度θだけ偏向される。以下、制御電圧が印加される電極（第１の上部電極及び第２の下部電極）を制御電極ともいう。
【００５７】
すなわち、本実施の形態では、１つのプリズムペアにより、光を２θ偏向させることができる。図５に示すように、１チャネル毎にｍ（ｍは２以上の整数）個のプリズムペア１０３ｐを直列に配置したとすると、光信号の伝播方向を２θ×ｍだけ偏向することができる。
【００５８】
なお、電気光学効果を有する材料で構成されたスラブ導波路を挟む電極は、直接スラブ型導波路（コア層）に接触させて形成してもよい。しかし、これらの電極とスラブ型導波路（コア層）との間にクラッド層を介在させることによって、金属界面の伝播による光損失を回避できる。
【００５９】
また、本実施の形態では、第１の上部電極１０３ｃ及び第２の上部電極１０３ｄはそれらの斜辺を対向させ、且つ相互に近接して配置され、同様に第１の下部電極１０３ｅ及び第２の下部電極１０３ｆはそれらの斜辺を対向させ、且つ相互に近接して配置されているので、プリズムペア１０３ｐのサイズが小さくてすむ。
【００６０】
図６は本発明を２×２チャネル光スイッチモジュールに適用した例を示す。この光スイッチモジュールは、入力ポート１に入力された第１の光信号を出力ポート１又は出力ポート２のいずれか一方に伝達し、入力ポート２に入力された第２の光信号を出力ポート１又は出力ポート２のいずれか他方に伝達する。例えば、入力ポート１に入力された光信号を出力ポート１に伝達し、入力ポート２に入力された光信号を出力ポート２に伝達する場合、光偏向素子１１３ａ，１１３ｂ，１１５ａ，１１５ｂにいずれも電圧を印加しなければ、光信号は光偏向素子１１３ａ，１１３ｂ，１１５ａ，１１５ｂで偏向されない。従って、チャネル導波１１１ａに入力された光信号は光導波路１１７ａに、光導波路１１１ｂに入力された光信号は光導波路部１１７ｂにそれぞれ伝達される。
【００６１】
入力ポート１に入力された光信号を出力ポート２に伝達し、入力ポート２に入力された光信号を出力ポート１に伝達する場合は、光偏向素子１１３ａ，１１５ｂの制御電極に正の電圧Ｖを印加し、光偏向素子１１３ｂ，１１５ａの制御電極に負の電圧Ｖを印加する。これにより、入力ポート１に入力された光信号は、光偏向素子１１３ａで右方向に偏向されて光偏向素子１１５ｂに到達し、光偏向素子１１５ｂで光導波路１０７ｂに平行な方向に偏向され、集光レンズ１０６ａで集光されて、光導波路１０７ｂに入り、出力ポート２に伝達される。同様に、入力ポート２に入力された光信号は、光偏向素子１１３ｂにより左方向に偏向されて光偏向素子１１５ａに到達し、光偏向素子１１５ａで光導波路１０７ａに平行な方向に偏向され、集光レンズ１０６ａ及び光導波路１０７ａを通って、出力ポート１に伝達される。
【００６２】
図７は４×４チャネル光スイッチモジュールの平面図である。この場合も、光信号を出力する側の光偏向素子の制御電極と、光信号を受ける側の光偏向素子の制御電極とに同じ電圧を供給する。共通光導波路１０４には多数の光信号が同時に通るが、共通光導波路１０４内では光信号はそれぞれ決められた方向に直進するので、それぞれの光信号が干渉することはない。
【００６３】
以下、本実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法について、図８，９の断面図、及び図１０〜図１２の平面図を参照して説明する。なお、ここでは４×４チャネルの光スイッチモジュールの製造方法について説明する。また、図８，９は図７のＩ−Ｉ線の位置における断面を示している。更に、図１３は、１個の入力ポートを示す側面図である。
【００６４】
まず、図８（ａ），図１０に示すように、シリコン基板１２０の上に、スパッタ法によりＡｕ（金）膜を約２０００Åの厚さに形成し、このＡｕ膜をパターニングして、入射側光偏向素子１０３ａの第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０３ｆと、出射側光偏向素子１０５ａの第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０３ｆと、信号ライン１２１並びに接地ライン１２２とを形成する。この場合、図１０に示すように、第１の下部電極１０３ｅ，１０５ｅは接地ライン１２２に共通接続し、第２の下部電極１０３ｆ，１０５ｆは各光偏向素子毎に個別の信号ライン１２１に接続する。第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０５ｅ，１０３ｆ，１０５ｆの形状は例えば直角三角形であり、光ビームの幅方向の長さを例えば２００〜５００μｍとする。また、第１の下部電極１０３ｅ及び第２の下部電極１０３ｆはそれらの斜辺が対向するように近接して形成する。同様に、第１の下部電極１０５ｅ及び第２の下部電極１０５ｆはそれらの斜辺が対向するように近接して形成する。
【００６５】
次に、図８（ｂ）に示すように基板１２０の上側全面に、屈折率が例えば１．５〜１．６程度のエポキシ樹脂（例えば、ＵＶＲ６１２８（屈折率１．５０５）：ユニオンカーバイト社製）を塗布して、厚さが例えば５μｍ以下の下部クラッド層１２３を形成する。第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０５ｅ，１０３ｆ，１０５ｆは、この下部クラッド層１２３に覆われる。なお、クラッド層１２３の材料は上記のエポキシ樹脂に限定されるものではなく、種々の材料を使用することができる。例えば、フッ素化ポリイミド樹脂（ＯＰＩ−Ｎ３２０５（屈折率１．５２）日立化成社製）を下部クラッド層１２３の材料としてもよい。
【００６６】
次に、図８（ｃ）に示すように、光偏向素子部１０３，１０５に、スラブ型導波路１０３ｂ，１０５ｂとなる電気光学薄膜１２４を形成する。この電気光学薄膜１２４は、例えばパラニトロアニリンなどの有機非線形光学材料を約５μｍの厚さに塗布して形成する。
【００６７】
なお、電気光学薄膜１２４の材料は上記の有機非線形光学材料以外にも、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）やＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）などを使用することができる。これらの電気光学薄膜の成膜方法としては、スパッタ法、ゾル−ゲル法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相蒸着）法などがある。作製した光学結晶（電気光学薄膜）は、例えば薄く研磨して下部クラッド層１２３の上に貼り付ける。
【００６８】
次に、図９（ａ），図１１に示すように、基板１２０上に、屈折率が下部クラッド層１２３よりも高い樹脂（例えば、ビスフェニールＡジグリシジルを主成分として屈折率を１．５２０に調整したもの）を塗布して樹脂膜を形成した後、この樹脂膜をパターニングして、光導波路（コア）１０１ａ，１０７ａ、コリメートレンズ１０２ａ、集光レンズ１０６ａ、及び共通光導波路１０４を形成する。なお、これらの光導波路１０１ａ，１０７ａ、コリメートレンズ１０２ａ、集光レンズ１０６ａ、及び共通光導波路１０４の材料は上記のエポキシ樹脂に限定されるものではなく、種々の材料を使用することができる。例えば、フッ素化ポリイミド樹脂（ＯＰＩ−Ｎ３２０５（屈折率１．５２）日立化成社製）を光導波路（コア）１０１ａ，１０７ａと、コリメートレンズ１０２ａ、集光レンズ１０６ａ、及び共通光導波路１０４の材料としてもよい。
【００６９】
次に、図９（ｂ）に示すように、下部クラッド層１２３と同じ樹脂を使用して、上部クラッド層１２５を５μｍ以下の厚さに形成する。この場合、コリメート部１０２及び集光部１０６の高屈折率樹脂の隙間（図２の１０２ｄ，１０６ｄの部分）を埋めるように低屈折率の樹脂を充填する。但し、高屈折率樹脂の隙間が空気で満たされているようにしてもよい。
【００７０】
次いで、図９（ｃ），図１２に示すように、上部クラッド層１２５の上に、第１の上部電極１０３ｃ，１０５ｃ及び第２の上部電極１０３ｄ，１０５ｄを形成する。第１の上部電極１０３ｃ，１０５ｃは各光偏向素子毎に個別の信号ライン１２６に接続し、第２の上部電極１０３ｄ，１０５ｄは接地ライン１２７に共通接続する。このようにして、本実施の形態の光スイッチモジュールを製造することができる。
【００７１】
以上は導波路材料としてポリマーを用いた場合について説明したが、導波路材料として石英などの無機材料を用いると、光損失を更に低減することが可能である。
【００７２】
ポッケルス効果による電気光学材料の屈折率の変化量Δｎは、Δｎ＝−（１／２）ｒｎ3 Ｅである。ここで、ｒは電気光学定数、ｎは屈折率、Ｅは電界強度である。
【００７３】
図１４はスラブ型導波路としてＬｉＮｂＯ3 、ＰＺＴ及びＰＬＺＴを用いた場合のプリズムペア１個当りの偏向角θの値を示す。但し、電極の先端部の角度αは４５°、ＬｉＮｂＯ3 、ＰＺＴ及びＰＬＺＴの屈折率ｎをそれぞれ２．２、２．４及び２．４、ＬｉＮｂＯ3 の電気光学定数ｒを３０ｐｍ／Ｖ、ゾル−ゲル法により形成したＰＺＴ膜の電気光学定数ｒを５０ｐｍ／Ｖ、ＰＬＺＴの焼結膜の電気光学定数ｒを６１２ｐｍ／Ｖ、ＬｉＮｂＯ3 にかかる電界強度Ｅを１０Ｖ／μｍ、ゾル−ゲル法によるＰＺＴ膜にかかる電界強度Ｅを１００Ｖ／μｍ、ＰＬＺＴの焼結膜にかかる電界強度Ｅを８．２Ｖ／μｍとして計算している。
【００７４】
この図１４からわかるように、ＬｉＮｂＯ3 を用いた場合は、偏向角を±５°以上とするために、プリズムペア数を６３以上とする必要があり、ＰＺＴ，ＰＬＺＴの場合はプリズムペア数を４以上とする必要がある。また、ＬｉＮｂＯ3 を使用したときの光損失は１ｄＢ／ｃｍ、ＰＺＴを使用したときの光損失は１．７ｄＢ／ｃｍ、ＰＬＺＴを使用したときの光損失は０．７ｄＢ／ｃｍである。
【００７５】
例えば、ＰＬＺＴを用いて光偏向素子のプリズムペアを形成した場合、コリメートレンズを通過した光のビーム径を２４０μｍとすると、図１５に示すように、第１のプリズムペアのサイズを３００μｍ、第２のプリズムペアのサイズを３３４μｍ、第３のプリズムペアのサイズを４０８μｍ、第４のプリズムペアのサイズを５３６μｍとすることで、１２．８°（±６．４°）の角度範囲内で光を偏向することができる。３２×３２チャネルの光スイッチモジュールの場合、図１６に示すように、光導波路ピッチを６００μｍ、光偏向素子による最大偏向角度θmax を１０．７°（概略±５．４°）とすると、スラブ型導波路の幅は１９ｍｍ、長さは１００ｍｍとなる。入射側光導波路、出射側光導波路、コリメータレンズ及び集光レンズを含めた光スイッチモジュール全体の大きさは１４０×４０ｍｍ程度となる。このように、本実施の形態によれば、従来に比べて小型の光スイッチモジュールを実現することができる。
【００７６】
なお、図１６では入射側光導波路及び出射側光導波路をいずれも平行に示しているが、入射側側光導波路をいずれも出射側光導波路のうち中央に配置された光導波路に向けて相互に若干傾けて配置し、出射側光導波路をいずれも入射側光導波路のうち中央に配置された光導波路に向けて相互に若干傾けて配置してもよい。これにより、各光偏向素子の最大偏向角度θmax を同じ（±５．４°）にすることができる。
【００７７】
図１７は上述した光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置を示す模式図、図１８は同じくそのブロック図である。この光信号切換え装置は、４０Ｇｂ／ｓで６４波長分の光信号が多重化されたＷＤＭ信号を６４系統入力して、これらの光信号の伝送先を切換えるものである。
【００７８】
この光信号切換え装置は、垂直方向に並んだ３２個のＡＷＧ光分波器１３１と、光スイッチモジュール群１３０と、３２個の光合波器１３３と、３２個の光増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）１３４とにより構成される。光スイッチモジュール群１３０は３段構成になっており、１段目の光スイッチモジュール群は垂直方向に並んだ３２個の３２×６４チャネル光スイッチモジュール１３２により構成され、２段目の光スイッチモジュール群は水平方向に並んだ６４個の３２×３２チャネル光スイッチモジュール１３２ｂにより構成され、３段目の光スイッチモジュール群は垂直方向に並んだ３２個の６４×３２チャネルの光スイッチモジュール１３２ｃにより構成されている。なお、２段目の光スイッチモジュール群は、１段目及び３段目の光スイッチモジュール群に対し９０°回転させた状態で配置されている。
【００７９】
また、光分波器１３１と１段目の各光スイッチモジュール１３２ａとの間、１段目の光スイッチモジュール１３２ａと２段目の光スイッチモジュール１３２ｂとの間、２段目の光スイッチモジュール１３２ｂと３段目の光スイッチモジュール１３２ｃとの間、３段目の光スイッチモジュール１３２ｃと光合波器１３３と間は、それぞれ光コネクタ１３５，１３６により接続されている。光コネクタ１３６は、図１９（ａ）に平面図、図１９（ｂ）に図１９（ａ）のII−II線による断面図を示すように、基板１４０と、この基板１４０の厚さ方向に光を通す多数の微小なレンズ１４１とにより構成されている。光コネクタ１３６ではレンズ１４１が図１９（ａ）に示すように二次元方向に配列されており、光コネクタ１３５ではレンズ１４１が一次元方向に配列されている。なお、レンズ１４１の配列ピッチは、光スイッチモジュール１３２の入出力ポートの配列ピッチと同じに設定される。
【００８０】
これらの光コネクタ１３５，１３６のレンズ１４１は、前段の光デバイスから出力された光を集光し、後段の光デバイスに伝達するものであり、伝達損失の低減に役立つ。
【００８１】
この光信号切換え装置では、多重化された光信号を光分波器１３１で個々の光信号に分解する。そして、光スイッチモジュール群１３０により、各光信号の伝播先を切換える。ここでは、３２個の３２×６４チャネル光スイッチモジュール１３２ａ、６４個の３２×３２チャネル光スイッチモジュール１３２ｂ、及び３２個の６４×３２チャネル光スイッチモジュール１３２ｃによりそれぞれ光スイッチモジュール群を構成し、これらの３組の光スイッチモジュール群を９０°づつ回転させて３段構成（カスケード接続）としているので、任意の入力ポートに入力された光信号を、１０２４個の出力ポートのうちの任意のポートに出力することができる。光信号切換え装置で伝達先を切換えられた光信号は、行き先毎に光合波器１３３で多重化され、光増幅器１３４で増幅されて出力される。
【００８２】
本実施の形態の光信号切換え装置は、光分波器１３１と光スイッチモジュール群１３０との間、光スイッチモジュール群１３０と光合波器１３３との間、及び光スイッチモジュール群１３０内の光スイッチモジュール１３２ａ〜１３２ｃ間を、図１９（ａ），（ｂ）に示すような光コネクタで接続しているので、損失が少ない。また、これらの光デバイス間を光ファイバーで接続する場合に比べて、接続作業が極めて容易であり、装置サイズも飛躍的に縮小される。
【００８３】
なお、図２０の模式図に示すように、第１及び第３の光スイッチモジュール群１４５，１４７を、１２８個の光スイッチモジュール１３２を幅方向に２列、高さ方向に６４列並べて構成し、第２の光スイッチモジュール群１４６を、第１及び第３の光スイッチモジュール群１４５，１４７の光スイッチモジュール１３２に対し９０°回転させた方向に配列させた１２８個の６４×６４チャネル光スイッチモジュール１３２で構成してもよい。
【００８４】
図２１は、６４行６４列に並んだ入力ポートを有する光スイッチモジュール群１６０に、光分波器群１５０から１２８波長の光信号が多重化された３２系統の光信号を入力する場合の光コネクタ１５５の例を示す模式図である。この光コネクタ１５５は、基板の一方の面側の光導波路層から他方の面側の光導波路層、又は基板上の光導波路層から他の基板上の光導波路層への光信号の伝達を行う層間シフト部１５５ａと、同一の光導波路層内で光の進行方向を変更する層内屈曲部１５５ｂとにより構成される。すなわち、層間シフト部１５５ａでは、光分波器で分波された１２８の光信号のうち、偶数番目の光信号を図２２（ａ）に示すような反射ミラーを用いて、基板面に垂直な方向にシフトする。そして、層内屈曲部１５５ｂでは、図２２（ｂ）に示すような反射ミラーを用いて光信号の進む方向を基板と平行な面内で屈曲させて、出力側光導波路の位置を光スイッチモジュール群の入力ポートに合わせて整列させる。
【００８５】
このようにして、各光信号を光スイッチモジュールの各入力ポートにそれぞれ入力させることができる。
【００８６】
なお、上述した実施の形態では、各プリズムペアの制御電極に印加する電圧を変化させて光信号の偏向角を制御する場合について説明したが、制御電圧を一定とし、制御電圧を印加するプリズムペアの数を変化させて光信号の偏向角を制御するようにしてもよい。
【００８７】
（第２の実施の形態）
図２３は本発明の第２の実施の形態の光配線基板を示す上面図である。なお、本実施の形態では直角に屈曲された光導波路２１１の屈曲部に誘電体多層膜ミラー２１２を配置した光配線基板について説明する。
【００８８】
本実施の形態の光配線基板では、光導波路２１１の屈曲部に誘電体多層膜ミラー２１２が、光導波路２１１の中心線（図中一点鎖線で示す）に対し４５°の角度で配置されている。この誘電体多層膜ミラー２１２は、光導波路２１１の一部に複数本の相互に平行なスリット２０５を設けることにより形成されている。すなわち、光導波路２１１の一部を誘電体多層膜ミラー２１２の高屈折率層とし、スリット２０５内の空気を誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層として構成されている。
【００８９】
また、誘電体多層膜ミラー２１２は、最初の高屈折率層と低屈折率層との界面が光導波路２１１の中心線の交点が含まれる理論上の反射面（図２３中に二点鎖線で示す）よりも前側に配置されている。すなわち、本実施の形態の光配線では、理論上の反射面が誘電体多層膜ミラー２１２内に含まれる。
【００９０】
図２４は、本実施の形態の光配線基板の効果を示す模式図である。本実施の形態のように、誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層として空気を用いた場合、高屈折率層の屈折率が１．４１以上で光導波路（コア）２１１の中心線に平行に光が伝播するのであれば、光は誘電体多層膜ミラー２１２の最初の高屈折率層と低屈折率層との界面で全反射し、反射ミラー２１２を多層構造にする必要はない。例えば、図２６に示すように、光導波路２１１と空気（クラッド層）との界面２１１ｃを反射ミラーとして用いることも可能である。しかし、実際には、図２４に矢印ｃで示すように光導波路２１１の中心線に平行に伝播する光だけではなく、光導波路２１１とその周囲の低屈折率層（本実施の形態では空気）との界面を反射しながら光導波路２１１内を伝播する光（図２４に矢印ａ，ｂ，ｄで示す）もある。
【００９１】
図２４中に矢印ａ，ｂで示すように、誘電体多層膜ミラー２１２の高屈折率層と低屈折率層との界面に、その界面の法線に対し小さい角度で入射する光は全反射条件から外れる可能性が高い。従って、図２６に示す光導波路では、屈折部での損失が大きくなる。このため、全反射条件から外れる光に対して最適となるように誘電体多層膜ミラー２１２の誘電体多層膜の周期構造を設定することで、誘電体多層膜ミラー２１２を透過する光をより一層低減でき、従来に比べて光導波路の屈曲部での損失が少なくなる。
【００９２】
この場合、図２５に示すように、誘電体多層膜ミラー２１２の最初の低屈折率層と高屈折率層との界面に対し臨界角となる光線Ｌ1 の角度θ1 と、光導波路２１１の壁面で反射されながら伝播する光のうち誘電体多層膜ミラー２１２の法線（図２５に二点鎖線で示す）に対する角度が最も小さい光線Ｌ2 の角度θ2 との和を２等分する角度（（θ1 ＋θ2 ）／２）で誘電体多層膜ミラー２１２に入射する光に対し誘電体多層膜ミラー２１２の層構造を最適化することが好ましい。
【００９３】
本実施の形態では、誘電体多層膜ミラー２１２の反射面に対し平行であって光導波路の屈曲部の中心線の交点を含む面が、誘電体多層膜ミラー２１２内に含まれるように周期構造を設定し、これにより図２６に示す光導波路の反射面では全反射条件から外れる光を光導波路内に戻している。従って、光導波路の屈曲部における損失が小さい。
【００９４】
図２７，２８は本実施の形態の光配線基板の製造方法を示す斜視図である。
【００９５】
まず、図２７（ａ）に示すように、シリコン基板２０１の上に屈折率が低い樹脂、例えば屈折率が１．５２のフッ素化ポリイミド樹脂ＯＰＩ−Ｎ３２０５（日立化成社製）を約５〜１０μｍの厚さにスピンコートし、その後加熱により樹脂を硬化させて下部クラッド層２０２を形成する。
【００９６】
次に、図２７（ｂ）に示すように、下部クラッド層２０２よりも屈折率が高い樹脂、例えば屈折率が１．５３のフッ素化ポリイミド樹脂ＯＰＩ−Ｎ３４０５（日立化成社製）を約１０μｍの厚さにスピンコートし、その後加熱により樹脂を硬化させてコア層２０３を形成する。
【００９７】
次に、図２７（ｃ）に示すように、コア層２０３の上にフォトレジストを塗布し、フォトレジスト膜２０４を形成する。フォトレジストには、紫外線及び電子ビームによる露光が可能であり、酸素プラズマによるドライエッチングに対する耐性があるものを使用する。そして、フォトレジスト膜２０４のうち、誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層（スリット）を形成する部分に電子ビームを露光する。このとき、図２３に示すように、誘電体多層膜ミラー２１２の反射面と平行であって光導波路２１１の中心線の交点を含む面が、誘電体多層膜ミラー２１２の内部に含まれるように、低屈折率層のパターンを描画する。
【００９８】
例えば、誘電体多層膜ミラー２１２に４５°の角度で光が入射し、屈折率が１．５３のフッ素化ポリイミド樹脂で光導波路２１１を形成する場合、光導波路２１１を通る光の波長が１．３μｍとすると、高屈折率層の厚さを約０．１５μｍ、低屈折率層の厚さ（スリット２０５の幅）を０．１９μｍとし、低屈折率層の層数を３層以上とすることが必要である。
【００９９】
次に、フォトレジスト膜２０４のうち光導波路形成領域（誘電体多層膜ミラー形成領域を含む）をマスクし、その他の部分を紫外線（ＵＶ）で露光する。その後、現像処理することによって、フォトレジスト膜２０４を図２８（ａ）に示すようにパターニングする。
【０１００】
次に、図２８（ｂ）に示すように、コア層２０３の上に残存しているフォトレジスト膜２０４をマスクとし、酸素プラズマ（３００Ｗ）によりコア層２０３をドライエッチングして、光導波路２１１を形成する。このとき、図２９に示すように、誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層となるスリット２０５の下端が下部クラッド層２０２に到達するまでエッチングする。その後、図２８（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜２０４を除去する。このようにして、本実施の形態の光配線基板が完成する。
【０１０１】
本実施の形態では、光導波路２１１に複数のスリット２０５を形成して誘電体多層膜ミラー２１２としているので、基板２０１に対し垂直な反射面を有するミラーを容易に作製することができる。また、誘電体多層膜ミラー２１２の反射面に平行であって光導波路２１１の中心線の交点を含む面が誘電体多層膜ミラー２１２内にあるので、光導波路２１１の屈曲部における損失の少ない光配線基板の製造が可能になる。
【０１０２】
なお、上述した光配線基板では光導波路２１１の周囲が空気であるが、図３０に示すように、光導波路（コア）２１１よりも屈折率が低い物質（例えば、エポキシ樹脂）で被覆して上部クラッド層２１３を形成してもよい。この場合に、誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層として、上記のようにして形成したスリット２０５の内部に、上部クラッド層２１３と同じ低屈折率物質を充填することが好ましい。このスリット２０５内への低屈折率物質の充填は、スリット２０５内に空気が残らないように、真空中で行うことが好ましい。
【０１０３】
また、スリット２０５内に充填する低屈折率物質の屈折率が低いほど、誘電体多層膜ミラー２１２の反射効率が高くなる。スリット２０５内に充填する樹脂として、上述した下部クラッド層２０２と同じ材料を使用してもよいが、より屈折率が低い物質、例えば、フッ素樹脂サイトップＣＴＬ−８１３Ａ（屈折率１．３４：旭硝子社製）を使用することが好ましい。
【０１０４】
例えば、図２８（ｃ）に示すようにスリット２０５を有する光導波路（コア）２１１を形成した後、真空中で基板２０１上にフッ素樹脂サイトップＣＴＬ−８１３Ａをスピンコート法により塗布し、１８０℃の温度で１時間加熱して硬化させる。このようにして光導波路（コア）２１１の周囲が低屈折率樹脂（上部クラッド層）で囲まれた光配線基板を製造することができる。但し、この場合は、樹脂の屈折率が空気に比べて高いため、誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層（スリット２０５）の層数は２０以上とすることが必要になる。
【０１０５】
図３１に、本実施の形態の変形例を示す。光は誘電体多層膜の各層で多重反射する。これらの光が導波路内部に入らなければ損失となってしまう。このため、図３１に示すように、光導波路２１１の屈曲部全体にスリット２０５を形成すれば、誘電体多層膜ミラー２１２での損失を最小限に抑えることができる。
【０１０６】
（第３の実施の形態）
図３２（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光偏向素子の構造を示す平面図、図３２（ｂ）は同じくその断面図である。
【０１０７】
単結晶基板３００の上には、金属等の導電材料からなる下部電極（第１の電極）３０１が形成されており、この下部電極３０１の上には電気光学効果を有する結晶により構成された光導波路３０２が配置されている。光導波路３０２は、例えば、図３３に示すように、コア層３０２ａを上下からクラッド層３０２ｂで挟み、コア層３０２ａとクラッド層３０２ｂとの屈折率の差によりコア層３０２ａ内に光を閉じ込める構造を有している。また、光導波路３０２は、屈折率を連続的に変化させて光導波路３０２の中心部に光を閉じ込める構造としてもよい。
【０１０８】
なお、光導波路３０２のコア層３０２ａは電気光学効果を有する結晶からなることが必要であるが、クラッド層３０２ｂは電気光学効果を有していなくてもよい。
【０１０９】
光導波路３０２の上には、上部電極（第２の電極）３０３及び引出電極３０５が形成されている。上部電極３０３は、入射光の光軸に対し直交する辺（底辺）と斜めに交差する辺（斜辺）とを有するくさび形状（直角三角形状）に形成されている。また、引出電極３０５は、光偏向素子の側面に形成された導電膜３０４を介して下部電極３０１に電気的に接続されている。
【０１１０】
このように構成された光偏向素子において、光は、図３２（ａ）に示すように、上部電極３０３の底辺側から光導波路３０２に入射し、斜辺側から出射する。上部電極３０３と引出電極３０５との間に電圧を印加すると、光導波路３０２のうち上部電極３０３の下方の部分の屈折率が変化し、その周囲との間で屈折率の差が生じる。光導波路３０２を通る光は、屈折率が変化する部分で屈折して進行方向が変化する。すなわち、上部電極３０３と引出電極３０５との間に印加する電圧を変化させて、光の出射方向を制御することができる。
【０１１１】
本実施の形態の光偏向素子は、単結晶基板３００の上に下部電極３０１を形成し、この下部電極３０１の上に光導波路３０２を形成しているので、単結晶基板３００は導電性又は半導電性である必要がない。従って、基板３００の製造が容易であり、製造コストを低減することができる。
【０１１２】
また、本実施の形態の光偏向素子は、上部電極３０３が配置された面に、下部電極３０１と電気的に接続した引出電極３０５が配置されているので、他の基板（光スイッチモジュール基板という）への実装が容易である。すなわち、光偏向素子を光スイッチモジュール基板に搭載するときには、はんだ等により上部電極３０３及び引出電極３０５を光スイッチモジュール基板に接続するだけでよく、光偏向素子を光スイッチモジュール基板に搭載した後に下部電極と光スイッチモジュール基板とを電気的に接続する工程が不要である。
【０１１３】
図３４（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の光偏向素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【０１１４】
本実施の形態では、電気光学効果を有する結晶材料としてＰＺＴ系材料を用いた例を説明する。この場合、基板３００としては、ＰＺＴ系の結晶成長に適したものを選択することが好ましい。本実施の形態では、基板３００として、結晶定数がＰＺＴに近いことから、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3 ）単結晶基板を使用する。
【０１１５】
まず、図３４（ａ）に示すように、ＳＴＯ単結晶基板３００の上に、ゾル−ゲル法、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition ）法、スパッタ法又はＣＶＤ法等の公知の成膜方法により、ＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ3 ）又はＰｔ（白金）をエピタキシャル成長させて、厚さが約２０００Åの下部電極３０１を形成する。
【０１１６】
なお、下部電極３０１の厚さが１０００Å未満の場合は抵抗値が高くなり、好ましくない。下部電極３０１の厚さが厚いほど抵抗値は低くなるが、厚過ぎるとその上に形成する光導波路３０２の結晶性が劣化する。このため、下部電極３０１の厚さは、上述したように２０００Å程度とすることが好ましい。
【０１１７】
更に、図３４（ｂ）に示すように、下部電極３０１の上に、ＰＬＺＴ（クラッド層）／ＰＺＴ（コア層）／ＰＬＺＴ（クラッド層）を順次エピタキシャル成長させて、光導波路３０２を構成する。光導波路３０２の厚さは、例えば１〜１０μｍ程度とする。
【０１１８】
その後、この基板３００、下部電極３０１及び光導波路３０２からなる構造物の側面（光入射面、光出射面及びその他の面）を研磨して十分に平坦化するとともに、下部電極３０１を側面に露出させる。
【０１１９】
次に、図３４（ｃ）に示すように、例えばスパッタ法等により、構造物の一側面（但し、光入射面及び光出射面を除く）にＰｔを堆積して、約２０００Å又はそれ以上の厚さの導電膜３０４を形成する。下部電極３０１は、側面に露出した部分でこの導電膜３０４と電気的に接続する。
【０１２０】
次いで、図３４（ｄ）に示すように、例えばスパッタ法により、光導波路３０２の上にＰｔ等からなる導電膜を２０００Å又はそれ以上の厚さに形成し、この導電膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、くさび形状（直角三角形状）の上部電極３０３と、導電膜３０４を介して下部電極３０１に電気的に接続した引出電極３０５とを形成する。これにより、本実施の形態の光偏向素子が完成する。
【０１２１】
本実施の形態では、基板３００の上に下部電極３０１を形成するので、基板３００が導電性である必要がない。従って、基板３００には、導電性の有無に拘わらず光導波路３０２の形成に適したものを選択することが可能である。これにより、結晶性が優れ、光の損失が少なく、光学的特性が良好な光偏向素子が得られる。
【０１２２】
また、本実施の形態の光偏向素子は、下部電極３０１として電気抵抗が低い金属等の導電性材料を使用するので、高速な動作が可能である。
【０１２３】
更に、本実施の形態の光偏向素子は、上部電極３０３及び引出電極３０５が同じ面に形成されているので、他の基板への搭載が容易である。
【０１２４】
（第４の実施の形態）
図３５（ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る光偏向素子の構造を示す平面図、図３５（ｂ）は同じくその断面図である。
【０１２５】
単結晶基板３１０の上には金属等の導電材料からなる下部電極３１１が形成されており、この下部電極３１１の上には例えば図３３に示すようなクラッド層／コア層／クラッド層の積層構造を有する光導波路３１２が形成されている。また、光導波路３１２の上には、入射光の光軸に対し直交する辺（底辺）と斜めに交差する辺（斜辺）とを有するくさび形状（直角三角形状）の上部電極３１４と、円状の引出電極３１５とが形成されている。引出電極３１５は、光導波路３１２を上下方向に貫通する柱状導電体３１３を介して下部電極３１１に電気的に接続されている。
【０１２６】
光は、図３５（ａ）に示すように上部電極３１４の底辺側から光導波路に入射し、斜辺側から出射する。上部電極３１４と引出電極３１５との間に電圧を印加すると、光導波路３１２のうち上部電極３１４の下方の部分の屈折率が変化し、その周囲との間で屈折率の差が生じる。光導波路３１２を通る光は、屈折率が変化する部分で屈折して進行方向が変化する。すなわち、上部電極３１４と引出電極３１５との間に印加する電圧を変化させで、光の出射方向を制御することができる。
【０１２７】
図３６（ａ）〜（ｅ）は、本実施の形態の光偏向素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【０１２８】
まず、図３６（ａ）に示すように、ＳＴＯ単結晶基板３１０の上に、ＳＲＯ又はＰｔをエピタキシャル成長させて、厚さが約２０００Åの下部電極３１１を形成する。
【０１２９】
次に、図３６（ｂ）に示すように、スパッタ法により、下部電極３１１の上に例えばＣｕ（銅）膜を形成し、フォトレジスト法によりＣｕ膜をパターニングして、柱状導電体３１３を形成する。この柱状導電体３１３の高さ（Ｃｕ膜の厚さ）は、次に形成する光導波路３１２の厚さ以上とすることが必要である。
【０１３０】
次に、図３６（ｃ）に示すように、下部電極３１１の上にＰＬＺＴ（クラッド層）／ＰＺＴ（コア層）／ＰＬＺＴ（クラッド層）を順次エピタキシャル成長させて、厚さが１〜１０μｍ程度の光導波路３１２を形成する。この場合に、柱状導電体３１３の近傍では結晶構造の乱れが生じることが考えられるが、柱状導電体３１３の近傍は実際に光が通る部分ではないので、光偏向素子の動作に支障が出るおそれはない。
【０１３１】
次に、図３６（ｄ）に示すように、光導波路３１２の表面を研磨して平坦化するとともに、柱状導電体３１３を露出させる。
【０１３２】
次いで、図３６（ｅ）に示すように、光導波路３１２の上に、例えばＰｔを堆積して厚さが約２０００Åの導電膜を形成し、この導電膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、くさび形状の上部電極３１４と、柱状導電体３１３を介して下部電極３１１に電気的に接続した引出電極３１５とを形成する。これにより、本実施の形態の光偏向素子が完成する。
【０１３３】
本実施の形態の光偏向素子は、第３の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、量産性が優れているという効果がある。すなわち、図３２及び図３５に示すような光偏向素子を製造する場合に、１枚の基板上に多数の光偏向素子を同時に形成してゆき、最終工程近くで基板を分割して個々の光偏向素子とすることが考えられる。しかしながら、図３２に示す光偏向素子では、側面に形成した導電膜３０４を介して下部電極３０１と引出電極３０５とを電気的に接続する都合上、基板を分割した後でなければ導電膜３０４を形成することができない。
【０１３４】
一方、本実施の形態の光偏向素子では、下部電極３１１の上側全面にＣｕ膜を形成し、このＣｕ膜をフォトリソグラフィ法でパターニングすることにより下部電極３１１と引出電極３１５とを接続する柱状導電体３１３を形成する。従って、基板を分割する前に柱状導電体３１３を形成することができ、製造効率を上げることができる。
【０１３５】
なお、第３及び第４の実施の形態では１個の基板上に下部電極及び上部電極をそれぞれ１個づつ形成した場合について説明したが、１個の基板上に第１の実施の形態で説明したような１又は複数個のプリズムペアを形成してもよい。
【０１３６】
（第５の実施の形態）
図３７（ａ）は本発明の第５の実施の形態に係る光スイッチモジュールを示す平面図、図３７（ｂ）は同じくその断面図である。
【０１３７】
この光スイッチモジュールは、入射側光導波路部４０１、コリメート部４０２、入射側光偏向素子部４０３、共通光導波路４０４、出射側光偏向素子部４０５、集光部４０６及び出射側光導波路部４０７により構成されている。
【０１３８】
入射側光導波路部４０１、コリメート部４０２、共通光導波路４０４、集光部４０６及び出射側光導波路部４０７は光スイッチモジュール基板（第１の基板）４００の上に一体的に形成されている。一方、入射側光偏向素子部４０３及び出射側光偏向素子部４０５では、入射側光導波路部４０１、コリメート部４０２、共通光導波路４０４、集光部４０６及び出射側光導波路部４０７とは個別に形成された光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂを光スイッチモジュール基板４００に接合している。
【０１３９】
入射側光偏向素子ユニット４０３ｂとコリメート部４０２及び共通光導波路４０４との間、並びに出射側光偏向素子ユニット４０５ｂと共通光導波路４０４及び集光部４０６との間には、端面での反射による光の損失を低減するために、屈折媒体（例えば、樹脂）４０８が充填されている。この屈折媒体４０８には、コリメート部４０３、共通光導波路４０４及び集光部４０６のコア層の屈折率と、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂのコア層の屈折率との中間の屈折率を有するものを使用する。屈折媒体４０８を充填しても端面での反射による光の損失が大きい場合は、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂの端面に多層構造の反射防止膜を形成しておくことで対処できる。反射防止膜は種々の光学部品に使用されており、公知の技術であるので、ここでは説明を省略する。
【０１４０】
入射側光導波路部４０１は、４本の光導波路（コア）４０１ａと、これらの光導波路４０１ａを被覆して屈折率の差により光を光導波路４０１ａ内に閉じ込めるクラッド層４０１ｂとにより構成されている。出射側光導波路部４０７も、これと同様に、４本の光導波路（コア）４０７ａと、これらの光導波路４０７ａを被覆して屈折率の差により光を光導波路部４０７ａに閉じ込めるクラッド層４０７ｂとにより構成されている。
【０１４１】
コリメート部４０２は４組のコリメートレンズ群により構成され、各コリメートレンズ群は一対の凸レンズ４０２ａにより構成される。これの凸レンズ４０２ａは、コア層と、コア層を上下から挟むクラッド層とからなる２次元レンズである。これらの凸レンズ４０２ａ間には屈折率を調整するための屈折媒体４０９が充填されている。各コリメートレンズ群は、それぞれ光導波路４０１ａに対応する位置に配置されている。
【０１４２】
入射側光偏向素子ユニット４０３ｂは、同一基板（第２の基板）に一体的に形成された４個の光偏向素子４０３ａにより構成されている。これらの光偏向素子４０３ａは、基本的に第３又は第４の実施の形態の光偏向素子と同様の構造を有している。出射側光偏向素子ユニット４０５ｂも、同一基板（第２の基板）に一体的に形成された４個の光偏向素子４０５ａにより構成されており、各光偏向素子４０３ａは基本的に第３又は第４の実施の形態の光偏向素子と同様の構造を有している。
【０１４３】
共通光導波路４０４は、スラブ型導波路で構成されている。入射側光偏向素子部４０３を通過した光は共通光導波路４０４を直進し、出射側光偏向素子部４０５に到達する。
【０１４４】
集光部４０６は４組の集光レンズ群により構成され、各集光レンズ群は一対の凸レンズ４０６ａにより構成される。これらの凸レンズ４０６ａは、コア層と、コア層を上下から挟むクラッド層とからなる２次元レンズである。これらの凸レンズ４０６ａ間には屈折率を調整するための屈折媒体４０９が充填されている。各集光レンズ群は、それぞれ光偏向素子４０５ａに対応する位置に配置されている。
【０１４５】
図３８（ａ），（ｂ）は光偏向素子ユニット４０３ｂと光スイッチモジュール基板４００との接続方法を示す模式断面図である。但し、図３８（ａ），（ｂ）では、光偏向素子ユニット４０３の基板４１０を上側、上部電極４１４を下側にして示している。
【０１４６】
光偏向素子ユニット４０３ｂの基板４１０の面上（図３８では下側）には、金属等の導電材料からなる下部電極４１１が形成されており、下部電極４１１の面上（図３８では下側）に、コア層とクラッド層とからなる光導波路４１２が形成されている。光導波路４１２の面上（図３８では下側）には、くさび形状（直角三角形状）の上部電極４１４と、光導波路４１２を貫通する柱状導電体４１３を介して下部電極４１１に接続された引出電極４１５と、ダミー電極４１６とが形成されている。ダミー電極４１６は光偏向素子部４０３を基板４００に水平に且つ強固に接続するためのものであり、電気信号が与えられるものではない。
【０１４７】
また、これらの電極４１４，４１５，４１６の表面には、はんだによる接合性を考慮して、銅の薄膜を形成しておくことが好ましい。
【０１４８】
一方、光スイッチモジュール基板４００上にも、光偏向素子４０３ａの上部電極４１４、引出電極４１５及びダミー電極４１６にそれぞれ対応する位置に電極４２０が形成されている。上部電極４１４及び引出電極４１５に接合される電極４２０は、光偏向素子４０３ａを駆動する信号が供給される配線（図示せず）に接続している。
【０１４９】
光スイッチモジュール基板４００側の電極４２０上には、はんだ４２１としてＩｎ（インジウム）が付着している。光偏向素子ユニット４０３ｂは、半導体装置（ＩＣ：Integrated Circuit）の搭載に一般的に使用されているフリップチップボンダ等の装置を使用して、基板４００に搭載することができる。この場合、光偏向素子ユニット４０３ｂは上部電極４１４、引出電極４１５及びダミー電極４１６が形成された面を光スイッチモジュール基板４００に向けて配置し、基板４００の電極４２０と光偏向素子ユニット４０３ｂの電極４１４，４１５，４１６とをはんだ４２１で接合することにより基板４００上に搭載するので、光偏向素子ユニット４０３と基板４００との電気的な接続も同時に行われる。出射側光偏向素子ユニット４０５ｂも、これと同様にして、光スイッチモジュール基板４００に搭載される。
【０１５０】
光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂを光スイッチモジュール基板４００に搭載する場合、図３７（ｂ）に示すように、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂの光導波路のコア層と、コリメート部４０２、共通光導波路４０４及び集光部４０６のコア層との位置を整合させることが必要である。そのためには、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂのコア層及びクラッド層の厚さを正確に管理する必要がある。
【０１５１】
以下、本実施の形態の光スイッチモジュールの動作について説明する。
【０１５２】
入射側光導波路部４０１のいずれか１つの光導波路４０１ａに入射された光は、コアとクラッド層との界面で反射されながら光導波路４０１ａ内を進み、光導波路４０１ａの端部から放射状に拡がって出射される。この光は、コリメート部４０２により平行光となり、光偏向素子４０３ａで印加電圧に応じた所定の方向に屈折される。光偏向素子４０３ａから出力された光は、共通光導波路４０４を直進して出射側光偏向素子部４０５のいずれか１つの光偏向素子４０５ａに到達し、その光偏向素子４０５ａで印加電圧に応じて屈折される。
【０１５３】
この光偏向素子４０５ａで屈折された光は、集光部４０６で集光されて出射側光導波路４０７ａに入り、光導波路４０７ａの端部から外部に出射される。
【０１５４】
入射側光偏向素子４０３ａ及び出射側光偏向素子４０５ａに印加する電圧を調整することにより、４本の入射側光導波路４０１ａのうちの任意の光導波路に入射した光を、４本の出射側光導波路４０７ａのうちの任意の光導波路に伝達することができる。
【０１５５】
本実施の形態では、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂのみを電気光学効果を有する材料で製造すればよく、入力側光導波路部４０１、コリメート部４０２、共通光導波路４０４、集光部４０６及び出射側光導波路４０７は電気光学効果を有しない材料で形成することができる。一般的に、電気光学効果を有する結晶材料を使用すると光損失が小さい結晶を作成することが困難であるので、光スイッチモジュール全体を電気光学効果を有する結晶材料で形成することは好ましくない。
【０１５６】
しかし、本実施の形態では、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂのみを電気光学効果を有する結晶材料で形成すればよく、他の部分は光損失の小さい結晶材料で形成することができるので、光損失の少ない光スイッチモジュールを得ることができる。
【０１５７】
また、本実施の形態では、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂの上部電極形成面にダミー電極４１６を形成し、このダミー電極４１６と光スイッチモジュール基板４００側の電極４２０とを接続するので、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂを強固に接続することができる。また、ダミー電極４１６の形成位置を適切に選択することにより、光偏向素子ユニット４１３ｂ，４１５ｂを基板４００の面に対し平行に維持した状態で接合することができる。
【０１５８】
（変形例）
図３９は第５の実施の形態の変形例の光スイッチモジュールを示す平面図である。図３９において、図３７と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【０１５９】
この例では、基板４００上に、８組の入射側光導波路４０１ａ、８組のコリメートレンズ群からなるコリメート部４０２、８組の集光レンズ群からなる集光部４０６、８組の出射側光導波路４０７ａが形成されている。そして、入射側光偏向素子部４０３には、４個の光偏向素子４０３ａが一体的に形成されてなる光偏向素子ユニット４０３ｂが２個並列に配置されている。これと同様に、出射側光偏向素子部４０５には、４個の光偏向素子４０５ａが一体的に形成されてなる光偏向素子ユニット４０５ｂが２個並列に配置されている。
【０１６０】
チャネル数が多くなり、光スイッチモジュールの規模が大きくなると、入射側光偏向素子部及び出射側光偏向素子部では、光スイッチモジュールの規模に応じた数の光偏向素子が必要になる。これらの光偏向素子を１つの基板上に形成しようとすると、光偏向素子ユニットの欠陥や反りにより、光スイッチモジュールの歩留りが低下する。
【０１６１】
そこで、この例に示すように、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂをそれぞれ数個（この例では４個）の光偏向素子で構成し、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂをそれぞれ複数個づつ並列に配置することにより、歩留りの低下を回避することができる。
【０１６２】
なお、光偏向素子部４０３，４０５を複数のユニット４０３ｂ，４０５ｂに分割することにより、光スイッチモジュール基板に形成する共通電極の数が増えるが、光スイッチモジュール基板上でこれらの共通電極を相互に接続できるため、光スイッチモジュール基板の外に取り出す配線数は変わらない。
【０１６３】
また、共通光導波路４０４を分割することはできないが、入力側光導波路部４０１、コリメート部４０２、集光部４０６及び出射側光導波路部４０７についても、複数のユニットに分割して形成してもよい。
【０１６４】
（第６の実施の形態）
図４０は本発明の第６の実施の形態に係る光スイッチモジュールを示す断面図である。本実施の形態は、石英導波路技術を用いて、光偏向素子ユニット以外を同一の材料で形成した例である。
【０１６５】
まず、石英基板４３０を用意する。この石英基板４３０は、光導波路の下部クラッド層となる。この石英基板４３０の上に、公知のＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）技術によりコア層４３１及び上部クラッド層４３２を形成する。
【０１６６】
次に、コリメート部４０２、入射側光偏向素子部４０３、出射側光偏向素子部４０５及び集光部４０６をエッチングしてそれぞれ所定の形状の溝を形成する。
【０１６７】
その後、入射側光偏向素子部４０３及び出射側光偏向素子部４０５には第５の実施の形態と同様に光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂを搭載し、隙間に屈折媒体４０８を充填する。また、コリメート部４０２及び集光部４０６の溝には屈折媒体４０９を充填する。
【０１６８】
このようにして、本実施の形態の光スイッチモジュールを形成することができる。
【０１６９】
（付記１）複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号が伝播する共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第２の光偏向素子と、前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部とを有し、前記第１及び第２の光偏向素子は、いずれも１又は複数のプリズムペアにより構成され、前記プリズムペアは、電気光学効果を有する材料で形成されたスラブ型導波路と、くさび形状に形成され、くさび先端方向が相互に逆となるように前記スラブ型導波路の光信号通過域上に配置された第１及び第２の上部電極と、前記スラブ型導波路の下に前記第１及び第２の上部電極に対向して配置された第１及び第２の下部電極とにより構成されることを特徴とする光スイッチモジュール。
【０１７０】
（付記２）前記プリズムペアの前記第１の上部電極及び前記第２の下部電極に第１の電位が共通に印加され、前記第２の上部電極及び前記第１の下部電極に第２の電位が共通に印加されることを特徴とする付記１に記載の光スイッチモジュール。
【０１７１】
（付記３）前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子及び前記集光部が一体的に形成されていることを特徴とする付記１に記載の光スイッチモジュール。
【０１７２】
（付記４）前記第１の光偏向素子と前記第２の光偏向素子とを連動させて光伝播パスを切換えることを特徴とする付記に記載の光スイッチモジュール。
【０１７３】
（付記５）複数の第１の光スイッチモジュールを配列して構成された第１の光スイッチモジュール群と、複数の第２の光モジュールを配列して構成され前記第１の光スイッチモジュール群と光学的に接続された第２の光スイッチモジュール群と、複数の第３の光スイッチモジュールを配列して構成され前記第２の光スイッチモジュール群と光学的に接続された第３の光スイッチモジュール群とを有し、前記第１、第２及び第３の光スイッチモジュールはいずれも、（１）複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、（２）前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第１の光偏向素子と、（３）前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号が伝播する共通光導波路と、（４）前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第２の光偏向素子と、（５）前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部とを有し、前記第１及び第２の光偏向素子は、いずれも１又は複数のプリズムペアにより構成され、前記プリズムペアは、スラブ型導波路と、くさび形状に形成され、くさび先端方向が相互に逆となるように前記スラブ型導波路の光信号通過域上に配置された第１及び第２の上部電極と、前記スラブ型導波路の下に前記第１及び第２の上部電極に対向して配置された第１及び第２の下部電極とにより構成されていることを特徴とする光信号切換え装置。
【０１７４】
（付記６）前記第２の光スイッチモジュール群は、前記第１の光スイッチモジュール群及び前記第３の光スイッチモジュール群に対し９０°回転した状態で配置されていることを特徴とする付記５に記載の光信号切換え装置。
【０１７５】
（付記７）前記第１、第２及び第３の光スイッチモジュールはいずれも入力ポート数がｎ（但し、ｎは２以上の整数）、出力ポート数がｎであり、前記第１、第２及び第３の光スイッチモジュール群はいずれもｎ個の光スイッチモジュールにより構成されていることを特徴とする付記５に記載の光信号切換え装置。
【０１７６】
（付記８）前記プリズムペアの前記第１の上部電極及び前記第２の下部電極に第１の電位が共通に印加され、前記第２の上部電極及び前記第１の下部電極に第２の電位が共通に印加されることを特徴とする付記５に記載の光信号切換え装置。
【０１７７】
（付記９）第１の光スイッチモジュール群と前記第２の光スイッチモジュール群との間、及び前記第２の光スイッチモジュール群と前記第３の光スイッチモジュール群との間が、いずれも１次元又は２次元方向に配列した複数のレンズを有する光コネクタにより光接続されていることを特徴とする付記５に記載の光信号切換え装置。
【０１７８】
（付記１０）前記第１の光スイッチモジュール群の入力側に波長多重された光信号を波長毎に分配する光分波器が接続され、前記第３の光スイッチモジュール群の出力側に光合波器が接続されていることを特徴とする付記５に記載の光信号切換え装置。
【０１７９】
（付記１１）前記光合波器の出力側に光増幅器が接続されていることを特徴とする付記１０に記載の光信号切換え装置。
【０１８０】
（付記１２）前記光分波器と前記第１の光スイッチモジュール群との間及び前記第３の光スイッチモジュール群と前記光合波器との間の少なくとの一方が、光を層間シフトする層間シフトミラーと、光を面内でシフトする面内シフトミラーとを有する光コネクタで接続されていることを特徴とする付記１０に記載の光信号切換え装置。
【０１８１】
（付記１３）屈曲した形状の光導波路と、前記光導波路の屈曲部に設けられた複数のスリットを多層構造の一部とする誘電体多層膜ミラーとを有することを特徴とする光配線基板。
【０１８２】
（付記１４） 前記誘電体多層膜ミラーの反射面と平行であって前記屈曲部における前記光導波路の中心線の交点を含む面が、前記誘電体多層膜ミラーの内部にあることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８３】
（付記１５）前記スリットは、前記光導波路の上面から下面に至る深さに形成されていることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８４】
（付記１６）前記誘電体多層膜ミラーは、その反射面へ入射する光のうち、前記光導波路の中心線よりも前記反射面の法線とのなす角度が小さい光に対し誘電体層の周期構造を設定したことを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８５】
（付記１７）前記誘電体多層膜ミラーの反射面に対し臨界角となる角度をθ1 、前記光導波路を通る光のうち、反射面の法線に対する角度が最も小さい光の前記反射面に対する入射角度をθ2 としたときに、前記誘電体多層膜ミラーが、（θ1 ＋θ2 ）／２の角度で入射する光に対し最適化されていることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８６】
（付記１８）前記スリットが、前記光導波路の屈曲部全体に形成されていることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８７】
（付記１９）前記スリット内に、前記光導波路よりも屈折率が小さい物質が充填されていることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８８】
（付記２０）前記スリット内に空気が充填されていることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８９】
（付記２１）基板と、前記基板上に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に形成された電気光学効果を有する光導波路と、前記光導波路上の前記第１の電極と対向する位置に形成されたくさび形状の第２の電極と、前記光導波路上に形成されて前記第１の電極と電気的に接続された引出電極とを有することを特徴とする光偏向素子。
【０１９０】
（付記２２）前記第１の電極と前記引出電極とが、前記光導波路の側面に形成された導電膜を介して電気的に接続されていることを特徴とする付記２１に記載の光偏向素子。
【０１９１】
（付記２３）前記第１の電極と前記引出電極とが、前記光導波路を貫通する柱状導電体を介して電気的に接続されていることを特徴とする付記２１に記載の光偏向素子。
【０１９２】
（付記２４）前記光導波路が、電気光学効果を有するコア層と、前記コア層よりも屈折率が小さく前記コア層の上下に配置されたクラッド層とにより構成されていることを特徴とする付記２１に記載の光偏向素子。
【０１９３】
（付記２５）複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を使用してそれぞれ個別に切換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号が伝播する共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第２の光偏向素子と、前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部と、前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子及び前記集光部を支持する第１の基板とを有し、前記第１及び第２の光偏向素子の少なくとも一方が、第２の基板と、前記第２の基板の前記第１の基板側の面上に形成された第１の電極と、前記第１の電極の前記第１の基板側の面上に形成された電気光学効果を有する光導波路と、前記光導波路の前記第１の基板側の面上に前記第１の電極と対向して形成されたくさび形状の第２の電極と、前記光導波路の前記第１の基板側の面上に形成されて前記第１の電極と電気的に接続された引出電極とにより構成され、前記第２の電極及び前記引出電極が前記第１の基板の電極と接合されていることを特徴とする光スイッチモジュール。
【０１９４】
（付記２６）前記第１及び第２の偏向素子の少なくとも一方は、前記第１の電極及び前記第２の電極と独立したダミー電極を有し、前記第１の基板には前記ダミー電極と接続する電極が設けられていることを特徴とする請求項２５に記載の光スイッチモジュール。
【０１９５】
（付記２７）前記コリメート部、前記共通光導波路及び前記集光部が、前記第１の基板と一体的に形成されていることを特徴とする付記２５に記載の光スイッチモジュール。
【０１９６】
（付記２８）１個の前記第２の基板に、複数個の前記第１の光偏向素子が一体的に形成されていることを特徴とする付記２５に記載の光スイッチモジュール。
【０１９７】
（付記２９）前記第２の基板を複数個有することを特徴とする付記２８に記載の光スイッチモジュール。
【０１９８】
（付記３０）１個の前記第２の基板に、複数個の前記第２の光偏向素子が一体的に形成されていることを特徴とする付記２５に記載の光スイッチモジュール。
【０１９９】
（付記３１）前記第２の基板を複数個有することを特徴とする付記３０に記載の光スイッチモジュール。
【０２００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スラブ導波路と、該スラブ導波路の上側に形成された第１及び第２の上部電極と、スラブ導波路の下側に形成された第１及び第２の下部電極とにより構成されたプリズムペアにより光の伝播方向を切換えるので、従来に比べて小型の光スイッチモジュールを形成することができる。
【０２０１】
また、本発明によれば、上記の光スイッチモジュールを複数使用して光信号切換え装置を構成する。光信号切換え装置は、各光スイッチモジュール群間、光分波器と第１の光スイッチモジュールとの間、第３の光スイッチモジュールと光合波器との間を、複数のレンズを１次元又は２次元方向に配列してなる光コネクタにより接続することが可能であり、これらの間を光ファイバーで接続した従来の光信号切換え装置に比べて、装置サイズを大幅に縮小することができる。
【０２０２】
更に、本発明の光配線基板には、光導波路の屈曲部に、光導波路に設けられた複数のスリットを多層構造の一部とする誘電体多層膜ミラーが配置されている。そして、誘電体多層膜ミラーの反射面と平行であって屈曲部における光導波路の中心線の交点を含む面が、誘電体多層膜ミラーの内部にある。これにより、反射面での損失が少なく、基板に垂直な誘電体多層膜ミラーを容易に形成することができる。
【０２０３】
更にまた、本発明の光偏向素子は、基板の上に第１の電極が形成されているため、基板には導電性の有無に拘わりなく、光導波路の形成に適したものを使用することができる。これにより、光導波路での損失が少ない光偏向素子が得られる。また、第２の電極及び引出電極が同じ面にあり、これらの電極間に電圧を印加することで光を偏向するので、光偏向素子を他の基板に搭載するときには、はんだ等を使用して、これらの電極を他の基板に同時に接合することができる。
【０２０４】
更にまた、本発明の光スイッチモジュールは、光偏向素子が形成された第２の基板を、コリメート部、共通光導波路及び集光部を有する第１の基板に接合して形成されているので、第１の基板は電気光学効果を有するものでなくてもよい。従って、光スイッチモジュール全体を電気光学効果を有する基板で形成する場合に比べて、光の損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュールの構成を示す模式図である。
【図２】図２は光スイッチモジュールのコリメート部、入射側光偏向素子部、出射側光偏向素子部及び集光部の詳細を示す模式図である。
【図３】図３は光スイッチモジュールのコリメートレンズ及びプリズムペアを示す模式図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）はプリズムペアによる光の偏向を示す模式図（その１）である。
【図５】図５はプリズムペアによる光の偏向を示す模式図（その２）である。
【図６】図６は本発明を２×２チャネル光スイッチモジュールに適用した例を示す模式図である。
【図７】図７は本発明を４×４チャネル光スイッチモジュールに適用した例を示す模式図である。
【図８】図８は第１の実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図９】図９は第１の実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１０】図１０は第１の実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法を示す平面図（その１）である。
【図１１】図１１は第１の実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法を示す平面図（その２）である。
【図１２】図１２は第１の実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法を示す平面図（その３）である。
【図１３】図１３は１個の入力ポートを示す側面図である。
【図１４】図１４はスラブ型導波路としてＬｉＮｂＯ3 、ＰＺＴ及びＰＬＺＴを用いた場合のプリズムペア１個当りの偏向角θを理論的に求めた値を示す図である。
【図１５】図１５はコリメートレンズを通過した光のビーム径が２４０μｍの場合の各プリズムペアのサイズを示す模式図である。
【図１６】図１６は本発明の光スイッチモジュールのサイズの一例を示す模式図である。
【図１７】図１７は本発明の光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置を示す模式図である。
【図１８】図１８は同じくそのブロック図である。
【図１９】図１９（ａ）は光コネクタの一例を示す平面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のII−II線による断面図である。
【図２０】図２０は本発明の光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置の他の例を示す模式図である
【図２１】図２１は６４行６４列に並んだ入力ポートを有する光スイッチモジュール群に、光分波器群から１２８波長の光信号が多重化された３２系統の光信号を入力する場合の光コネクタの例を示す模式図である。
【図２２】図２２（ａ）は光コネクタの層間シフト部を示す模式図、図２２（ｂ）は層内屈曲部を示す模式図である。
【図２３】図２３は本発明の第２の実施の形態の光配線基板を示す上面図である。
【図２４】図２４は本発明の光配線基板の効果を示す模式図である。
【図２５】図２５は本発明の光配線基板における誘電体多層膜ミラーの最適化方法の例を示す模式図である。
【図２６】図２６は光導波路と空気（又はクラッド層）との界面を反射面とした光配線基板を示す模式図である。
【図２７】図２７は第２の実施の形態の光配線基板の製造方法を示す斜視図（その１）である。
【図２８】図２８は第２の実施の形態の光配線基板の製造方法を示す斜視図（その２）である。
【図２９】図２９はスリット形成時のコア層の断面図である。
【図３０】図３０は光導波路の周囲に低屈折率樹脂を塗布した例を示す断面図である。
【図３１】図３１は第２の実施の形態の光配線基板の変形例を示す上面図である。
【図３２】図３２（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光偏向素子の構造を示す平面図、図３２（ｂ）は同じくその断面図である。
【図３３】図３３は光導波路の構造を示す断面図である。
【図３４】図３４（ａ）〜図３４（ｄ）は、第３の実施の形態の光偏向素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３５】図３５（ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る光偏向素子の構造を示す平面図、図３５（ｂ）は同じくその断面図である。
【図３６】図３６（ａ）〜図３６（ｅ）は、第４の実施の形態の光偏向素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３７】図３７（ａ）は本発明の第５の実施の形態に係る光スイッチモジュールを示す平面図、図３７（ｂ）は同じくその断面図である。
【図３８】図３８（ａ），（ｂ）は光偏向素子ユニットと光スイッチモジュール基板との接続方法を示す模式断面図である。
【図３９】図３９は第５の実施の形態の変形例の光スイッチモジュールを示す平面図である。
【図４０】図４０は本発明の第６の実施の形態に係る光スイッチモジュールを示す断面図である。
【図４１】図４１（ａ）は従来の光偏向素子を示す平面図、図４１（ｂ）は同じくその断面図である。
【符号の説明】
１０１，４０１…入射側光導波路部、
１０１ａ…入射側光導波路、
１０１ｂ…入射側クラッド層、
１０２，４０２…コリメート部、
１０２ａ…コリメートレンズ、
１０３…入射側光偏向素子部、
１０３ａ…入射側光偏向素子、
１０３ｂ…スラブ導波路、
１０３ｃ，１０３ｄ，３０３，３１４，４１４…上部電極、
１０３ｅ，１０３ｆ，３０１，３１１，４１１…下部電極、
１０３ｐ…プリズムペア、
１０４，４０４…共通光導波路、
１０５，４０５…出射側光偏向素子部、
１０５ａ…出射側光偏向素子、
１０６，４０６…集光部、
１０６ａ…集光レンズ、
１０７，４０７…出射側光導波路部、
１０７ａ…出射側光導波路、
１０７ｂ…出射側クラッド層、
１２０…シリコン基板、
１２１…信号ライン、
１２２…接地ライン、
１２３…下部クラッド層、
１２４…電気光学薄膜、
１３０，１６０…光スイッチモジュール群、
１３１…光分波器、
１３２…光スイッチモジュール、
１３３…光合波器、
１３４…光増幅器、
１３５，１３６，１５５…光コネクタ、
１４０…光コネクタの基板、
１４１…光コネクタのレンズ、
１５０…光分波器群、
１５５ａ…層間シフト部、
１５５ｂ…層内屈曲部、
２０１…シリコン基板、
２０２…下部クラッド層、
２０３…コア層、
２０４…フォトレジスト膜、
２０５…スリット、
２１１…光導波路、
２１２…誘電体多層膜ミラー、
２１３…上部クラッド層、
３００，３１０…光偏向素子の単結晶基板、
３０２，３１２…光偏向素子の光導波路、
３０５，３１５…引出電極、
３０４…導電膜、
３１３，４１３…柱状導電体、
４００…光スイッチモジュール基板、
４０３ｂ，４０５ｂ…光偏向素子ユニット、
４０８，４０９…屈折媒体、
４３０…石英基板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を偏向する光偏向素子、複数の入力ポートと複数の出力ポートとの間で光信号の伝播先を切換える光スイッチモジュール、その光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置、及び光信号の伝播方向を変更するミラーを備えた光配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信の伝送帯域は増加の一途をたどり、波長多重化（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex ）技術の進展と相俟って高速かつ大容量化が進んでいる。基幹通信ネットワークにおける光ファイバー網のハードウェアインフラを構築するためには、光信号の伝達先を切換える光信号切換え装置が必要である。
【０００３】
従来、光信号切換え装置としては、光信号を一旦電気信号に変換して信号の伝達先をクロスバースイッチで切換え、その後再び光信号に変換する光クロスコネクト装置が主流である。しかし、データ転送速度が１０Ｇｂ／ｓを超えると、従来のように電気的なスイッチイング素子で切換え装置を構成することが困難になってくる。
【０００４】
電気的なスイッチング素子の替わりに光学的なスイッチング素子を用いて光伝播パスを切換えるようにすると、光と電気との間の変換が不要になり、光信号の速度（周波数）に依存しない光クロスコネクト装置を構成することができる。現在、入力ポート数が３２、出力ポート数が３２（３２×３２チャネル）の光スイッチモジュールが実現されており、このような光スイッチモジュールを多段接続して非閉塞のスイッチ網（光信号切換え装置）を構築した例もある。
【０００５】
従来の光スイッチモジュールでは、一般的に、光学的スイッチイング素子として可動式のマイクロミラーが用いられている。すなわち、電気信号によりマイクロミラーの向きを制御して、光信号の伝播する方向を切換えている。マイクロミラーはＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステムズ）技術を使用して形成される。光スイッチモジュールは、多数のマイクロミラーを２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に配列して構成されている。
【０００６】
また、電気光学効果を利用したスイッチング素子（光偏向素子）も開発されている。図４１（ａ）は従来の光偏向素子を示す平面図、図４１（ｂ）は同じくその断面図である（特開平９−５７９７号）。この図４１（ａ），（ｂ）に示すように、従来の光偏向素子は、導電性又は半導電性の単結晶基板１０の上に電気光学効果を有する光導波路１１が形成され、更にその上に上部電極１２が形成されている。上部電極１２は、入射光の光軸に対し直交する辺（底辺という）と斜めに交差する辺（斜辺という）とを有するくさび形状（直角三角形状）に形成されている。
【０００７】
このように構成された光偏向素子において、光は、図４１（ａ）に示すように、上部電極１２の底辺側から光導波路１１に入射し、上部電極１２の斜辺側から出射する。基板１０を下部電極とし、上部電極１２との間に電圧を印加することにより、光導波路１１のうち上部電極１２の下方の部分の屈折率が変化し、周囲との間に屈折率の差が生じる。光導波路１１を通る光は、屈折率が変化する部分で屈折して進行方向が変化する。すなわち、上部電極１２と基板１０との間に印加する電圧を変化させで、光の出射方向を制御することができる。
【０００８】
ところで、光デバイス間に光信号を伝送する場合、配線（光配線）数が少なければ光デバイス間を光ファイバーで接続することが可能である。しかし、配線数が数百〜数千本以上になると、接続作業のしやすさやスペースの点から、光ファイバーで接続するよりも基板上に形成した光導波路で光デバイス間を接続するほうが有利である。
【０００９】
光デバイス間を接続する光導波路を全て直線で形成できることは極めてまれであり、通常、光導波路は、基板上に実装されている電気部品、電気配線、コネクタ及び他の光導波路を迂回するようにして形成される。この場合、光は直進性が高いため、曲率の大きな曲線に沿って光導波路を形成するか、又は反射ミラーで光の伝播方向を急峻に変える必要がある。
【００１０】
曲率の大きな曲線に沿って光導波路を形成すると、光導波路のレイアウトスペースが大きくなってしまうため、多数の光導波路を形成することが困難になってしまうという欠点があるのに対し、反射ミラーを用いた場合は光導波路を高密度に集積化することができるという利点がある。反射ミラーには、屈折率の差により光を全反射する全反射ミラーと、金属膜からなる金属ミラーとがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者らは、上述した従来の光スイッチモジュールには以下に示す問題点があると考える。
【００１２】
マイクロミラーを集積して構成された光スイッチモジュールでは、例えば３２×３２チャネルのものでも光の入出力ポート（ファイバーコネクタ）を含めたモジュールサイズが数十ｃｍ角となる。市場で要求されている１０００×１０００チャネル規模の非閉塞光クロスコネクト装置を実現するためには、例えば１９２個の光スイッチモジュールを使用して、それらの光スイッチモジュールを３段構成にする必要がある。
【００１３】
また、データ伝送のスループットを向上するため、前述したように波長多重（ＷＤＭ）技術が用いられており、１本の光ファイバーに複数の波長の光信号を一括して伝送している。従って、多重化された光信号を光スイッチモジュールに入力する前に、個々の波長に分解するための光分波器を通すことが必要である。光分波器には、干渉フィルタを用いた光分波器や、導波路技術をベースとしたＡＷＧ（Arroyed Waveguide Grating ：導波路型回折格子）光分波器などがある。
【００１４】
更に、光信号切換え装置で光信号の伝播パスを切換えた後は、光信号を再び波長多重して伝送するための光合波器が必要である。光合波器は、光分波器と逆の原理で光信号の多重を行う。
【００１５】
これらの光分波器及び光合波器はいずれもモジュール化されており、光スイッチモジュールと光ファイバーで接続されるようになっている。従来の光スイッチモジュールを使用して１０００×１０００チャネル規模の光信号切換え装置を構成しようとすると、光スイッチモジュール間、光スイッチモジュールと光分波器との間、及び光スイッチモジュールと光合波器との間を接続するための光ファイバーの本数は６０００本にもなる。このため、上述した従来の光スイッチモジュールを使用して１０００×１０００チャネル規模の光信号切換え装置を構成することは現実的ではない。
【００１６】
なお、特開２０００−１８０９０５号には、入射側光導波路、コリメートレンズ、スラブ型導波路の上下に電極を配置して構成された光偏向素子、集光レンズ及び出射側光導波路を有する光スイッチ（光スイッチモジュール）が記載されている。しかし、特開２０００−１８０９０５号の光スイッチでは、導電性又は半導電性の単結晶基板を、全ての光偏向素子に共通の下部電極とし、全ての上部電極の向きを同じにしている。このため、光偏向素子１つ当りの偏向角度が小さく、入出力ポートの数を多くするためには、入力側光偏向素子と出力側光偏向素子との間隔を大きくすることが必要になる。従って、特開２０００−１８０９０５号の光スイッチでは、装置の小型化が十分ではない。
【００１７】
図４１（ａ），（ｂ）に示す光偏向素子には、以下に示す問題点があると考える。
【００１８】
図４１（ａ），（ｂ）に示す光偏向素子では、基板１０が導電性又は半導電性であることが必要であるが、光偏向素子に必要な大きさの導電性又は半導電性の単結晶基板を形成することは容易ではなく、製造歩留まりが低い。
【００１９】
また、単結晶基板に金属と同程度の導電性を付与することは難しく、基板の電気抵抗が信号遅延の原因となり、高速動作が困難になる。
【００２０】
更に、電極が基板の下側と上側とにあるので、光偏向素子を他の基板上に搭載する場合に、一方の電極ははんだ等により基板に直接接続することができるが、他方の電極は配線等により基板上の電極に個別に接続する必要があり、実装工程が複雑になるという欠点がある。
【００２１】
反射ミラーを備えた従来の光配線基板には、以下に示す問題点があると考える。
【００２２】
すなわち、光配線に使用される反射ミラーには、前述したように、全反射ミラーと金属ミラーとがある。金属ミラーは、金属の種類及び膜厚を適切に設定すれば光の透過をほぼ完全に回避できるが、金属膜で光の一部が吸収されてしまうため、損失をゼロとすることはできない。また、光配線回路では基板面に垂直に反射ミラーを形成することが必要となる場合があるが、基板面に垂直な面に金属膜を形成することが困難であるという問題点もある。
【００２３】
全反射ミラーは、光が屈折率の高い層と屈折率の低い層との界面に臨界角よりも大きな角度で入射すると全反射することを利用している。しかし、光は光導波路内をある角度幅をもって伝搬しているため、一部の光が全反射条件を満たさずに全反射ミラーを透過してしまうことがあり、損失の原因となっている。
【００２５】
本発明の目的は、導電性又は半導電性の基板を必要とせず、高速な動作が可能な光偏向素子を使用して形成された光スイッチモジュールを提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スイッチモジュールは、複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を使用してそれぞれ個別に切換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号が伝播する共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第２の光偏向素子と、前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部と、前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子及び前記集光部を支持する第１の基板とを有し、前記第１及び第２の光偏向素子の少なくとも一方が、第２の基板と、前記第２の基板の前記第１の基板側の面上に形成された第１の電極と、前記第１の電極の前記第１の基板側の面上に形成された電気光学効果を有する光導波路と、前記光導波路の前記第１の基板側の面上に前記第１の電極と対向して形成されたくさび形状の第２の電極と、前記光導波路の前記第１の基板側の面上に形成されて前記第１の電極と電気的に接続された引出電極とにより構成され、前記第２の電極及び前記引出電極が前記第１の基板の電極と接合されていることを特徴とする。
【００３９】
本発明の光スイッチモジュールは、光偏向素子が形成された第２の基板を、コリメート部、共通光導波路及び集光部を有する第１の基板に接合して形成されている。従って、第１の基板は電気光学効果を有するものでなくてもよく、光スイッチモジュール全体を電気光学効果を有する基板で形成する場合に比べて、光の損失を低減することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００４１】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュールの構成を示す模式図である。この光スイッチモジュールは、入射側光導波路部１０１、コリメート部１０２、入射側光偏向素子部１０３、共通光導波路１０４、出射側光偏向素子部１０５、集光部１０６及び出射側光導波路部１０７により構成されている。これらの入射側光導波路部１０１、コリメート部１０２、入射側光偏向素子部１０３、共通光導波路１０４、出射側光偏向素子部１０５、集光部１０６及び出射側光導波路部１０７は、基板上に一体的に形成されている。
【００４２】
入射側光導波路部１０１は、複数本の光導波路（コア）１０１ａと、これらの光導波路１０１ａを被覆して屈折率の差により光を光導波路１０１ａ内に閉じ込めるクラッド層１０１ｂとにより構成されている。出射側光導波路部１０７も、これと同様に、複数本の光導波路（コア）１０７ａと、これらの光導波路１０７ａを被覆して屈折率の差により光を光導波路１０７ａ内に閉じ込めるクラッド層１０７ｂとにより構成されている。
【００４３】
本実施の形態では、入射側光導波路部１０１の光導波路１０１ａの数と、出射側光導波路部１０７の光導波路１０７ａの数が同じであるとする。以下、光導波路１０１ａの数（＝光導波路１０７ａの数）をｎ（ｎは２以上の整数）とする。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、入射側光導波路の数と出射側光導波路の数とが異なっていてもよい。
【００４４】
コリメート部１０２はｎ個のコリメートレンズ１０２ａにより構成されている。各コリメートレンズ１０２ａは、それぞれ光導波路１０１ａの端部から若干離れた位置に配置されている。光導波路１０１ａから出射された光は放射状に広がるが、コリメートレンズ１０２ａによって平行光となる。
【００４５】
入射側光偏向素子部１０３にはｎ個の光偏向素子１０３ａが設けられている。各光偏向素子１０３ａはそれぞれコリメートレンズ１０２ａからその光軸方向に若干離れた位置に配置されている。光偏向素子１０３ａの詳細な説明は後述するが、光偏向素子１０３ａは、ポッケルス効果（電気光学効果）を利用して光信号の伝播方向を変更する。
【００４６】
共通光導波路１０４は、スラブ（slab）型導波路で構成されている。この共通光導波路１０４は、入射側光偏向素子部１０３を通過した光を出射側光偏向素子部１０５に伝達する。共通光導波路１０４には複数の光信号が同時に通るが、これらの光信号は共通光導波路１０４内を決められた方向に直進するので、他の光信号と干渉することなく伝達される。
【００４７】
出射側光偏向素子部１０５にはｎ個の光偏向素子１０５ａが設けられている。これらの光偏向素子１０５ａは、共通光導波路１０４を通って光偏向素子１０５ａに到達した光を、光導波路１０７ａに平行な方向に偏向する。なお、光偏向素子１０３ａ，１０５ａは基本的に同じ構造である。
【００４８】
集光部１０６は、ｎ個の集光レンズ１０６ａにより構成されている。これらの集光レンズ１０６ａは、光偏向素子１０５ａを通過した光を集光して光導波路１０７ａに導くという働きがある。
【００４９】
図２，３を参照して、コリメート部１０２、入射側光偏向素子部１０３、出射側光偏向素子部１０５及び集光部１０６の詳細を説明する。
【００５０】
コリメート部１０２を構成するコリメートレンズ１０２ａは、図２，３に示すように、屈折率が異なる２つの部分１０２ｃ，１０２ｄからなる２次元レンズである。屈折率の高い部分（凸レンズ部分）１０２ｃは光導波路（コア）１０１ａ、１０７ａと同じ材料により形成され、屈折率の低い部分１０２ｄは屈折率の高い部分１０２との屈折率の差により光をコリメート可能な材料で形成されている。
【００５１】
集光部１０６の集光レンズ１０６ａも、コリメートレンズ１０２ａと同様に、屈折率の高い部分（凸レンズ部分）１０６ｃと屈折率の低い部分１０６ｄとにより構成されている。但し、集光レンズ１０６ａでは、レンズの向きがコリメートレンズ１０２ａと逆である。
【００５２】
入射側光偏向子部１０３を構成する光偏向素子１０３ａは、１又は複数のプリズムペア１０３ｐにより構成されている。１個のプリズムペア１０３ｐは、図３に示すように、電気光学効果を有する材料で形成されたスラブ型導波路１０３ｂと、そのスラブ型導波路１０３ｂの上側に形成された第１及び第２の上部電極１０３ｃ，１０３ｄと、スラブ型導波路１０３ｂの下側に形成された第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０３ｆとにより構成されている。これらの第１及び第２の上部電極１０３ｃ，１０３ｄと第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０３ｆはいずれも直角三角形の形状（くさび形状）に形成されている。
【００５３】
第１の上部電極１０３ｃと第１の下部電極１０３ｅとはスラブ型導波路１０３ｂを挟んで相互に対向している。第１の上部電極１０３ｃと第２の上部電極１０３ｄは相互に斜辺を対向させ、且つ近接して配置されており、第２の上部電極１０３ｄと第２の下部電極１０３ｅとはスラブ型導波路１０３ｂを挟んで相互に対向している。なお、スラブ型導波路１０３ｂは、各プリズムペア１０３ｐで共通である。
【００５４】
出射側光偏向部１０５の光偏向素子１０５ａも、入射側光偏向素子１０３ａと同様に、電気光学効果を有する材料で形成されたスラブ型導波路と、１又は複数のプリズムペア１０５ｐで構成されている。各プリズムペア１０５ｐは、一対の第１の電極（第１の上部電極及び第２の下部電極）と、一対の第２の電極（第２の上部電極及び第２の下部電極）とにより構成されている。
【００５５】
図４（ａ），（ｂ）はプリズムペア１０３ｐによる光の偏向を示す模式図である。なお、図中白矢印はスラブ型導波路１０３ｂの結晶軸の方向を示し、黒矢印Ｅは電界の方向を示している。
【００５６】
図４（ａ）に示すように、第１の下部電極１０３ｅを接地ライン（Ｇ）に接続し、第１の上部電極１０３ｃに制御電圧（＋Ｖ）を印加すると、上部電極１０３ｄと下部電極１０３ｅとの間のスラブ型導波路１０３ｂの屈折率が、ｎからｎ＋Δｎに変化する。これにより、光信号の伝播方向が左方向に角度θだけ偏向される。一方、図４（ｂ）に示すように、第２の上部電極１０３ｄを接地ライン（Ｇ）に接続し、第２の下部電極１０３ｅに制御電圧（＋Ｖ）を印加すると、上部電極１０３ｄと下部電極１０３ｆとの間のスラブ型導波路１０３ｂの屈折率が、ｎからｎ−Δｎに変化する。これにより、光信号の伝播方向が更に左方向に角度θだけ偏向される。以下、制御電圧が印加される電極（第１の上部電極及び第２の下部電極）を制御電極ともいう。
【００５７】
すなわち、本実施の形態では、１つのプリズムペアにより、光を２θ偏向させることができる。図５に示すように、１チャネル毎にｍ（ｍは２以上の整数）個のプリズムペア１０３ｐを直列に配置したとすると、光信号の伝播方向を２θ×ｍだけ偏向することができる。
【００５８】
なお、電気光学効果を有する材料で構成されたスラブ導波路を挟む電極は、直接スラブ型導波路（コア層）に接触させて形成してもよい。しかし、これらの電極とスラブ型導波路（コア層）との間にクラッド層を介在させることによって、金属界面の伝播による光損失を回避できる。
【００５９】
また、本実施の形態では、第１の上部電極１０３ｃ及び第２の上部電極１０３ｄはそれらの斜辺を対向させ、且つ相互に近接して配置され、同様に第１の下部電極１０３ｅ及び第２の下部電極１０３ｆはそれらの斜辺を対向させ、且つ相互に近接して配置されているので、プリズムペア１０３ｐのサイズが小さくてすむ。
【００６０】
図６は本発明を２×２チャネル光スイッチモジュールに適用した例を示す。この光スイッチモジュールは、入力ポート１に入力された第１の光信号を出力ポート１又は出力ポート２のいずれか一方に伝達し、入力ポート２に入力された第２の光信号を出力ポート１又は出力ポート２のいずれか他方に伝達する。例えば、入力ポート１に入力された光信号を出力ポート１に伝達し、入力ポート２に入力された光信号を出力ポート２に伝達する場合、光偏向素子１１３ａ，１１３ｂ，１１５ａ，１１５ｂにいずれも電圧を印加しなければ、光信号は光偏向素子１１３ａ，１１３ｂ，１１５ａ，１１５ｂで偏向されない。従って、チャネル導波１１１ａに入力された光信号は光導波路１１７ａに、光導波路１１１ｂに入力された光信号は光導波路部１１７ｂにそれぞれ伝達される。
【００６１】
入力ポート１に入力された光信号を出力ポート２に伝達し、入力ポート２に入力された光信号を出力ポート１に伝達する場合は、光偏向素子１１３ａ，１１５ｂの制御電極に正の電圧Ｖを印加し、光偏向素子１１３ｂ，１１５ａの制御電極に負の電圧Ｖを印加する。これにより、入力ポート１に入力された光信号は、光偏向素子１１３ａで右方向に偏向されて光偏向素子１１５ｂに到達し、光偏向素子１１５ｂで光導波路１０７ｂに平行な方向に偏向され、集光レンズ１０６ａで集光されて、光導波路１０７ｂに入り、出力ポート２に伝達される。同様に、入力ポート２に入力された光信号は、光偏向素子１１３ｂにより左方向に偏向されて光偏向素子１１５ａに到達し、光偏向素子１１５ａで光導波路１０７ａに平行な方向に偏向され、集光レンズ１０６ａ及び光導波路１０７ａを通って、出力ポート１に伝達される。
【００６２】
図７は４×４チャネル光スイッチモジュールの平面図である。この場合も、光信号を出力する側の光偏向素子の制御電極と、光信号を受ける側の光偏向素子の制御電極とに同じ電圧を供給する。共通光導波路１０４には多数の光信号が同時に通るが、共通光導波路１０４内では光信号はそれぞれ決められた方向に直進するので、それぞれの光信号が干渉することはない。
【００６３】
以下、本実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法について、図８，９の断面図、及び図１０〜図１２の平面図を参照して説明する。なお、ここでは４×４チャネルの光スイッチモジュールの製造方法について説明する。また、図８，９は図７のＩ−Ｉ線の位置における断面を示している。更に、図１３は、１個の入力ポートを示す側面図である。
【００６４】
まず、図８（ａ），図１０に示すように、シリコン基板１２０の上に、スパッタ法によりＡｕ（金）膜を約２０００Åの厚さに形成し、このＡｕ膜をパターニングして、入射側光偏向素子１０３ａの第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０３ｆと、出射側光偏向素子１０５ａの第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０３ｆと、信号ライン１２１並びに接地ライン１２２とを形成する。この場合、図１０に示すように、第１の下部電極１０３ｅ，１０５ｅは接地ライン１２２に共通接続し、第２の下部電極１０３ｆ，１０５ｆは各光偏向素子毎に個別の信号ライン１２１に接続する。第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０５ｅ，１０３ｆ，１０５ｆの形状は例えば直角三角形であり、光ビームの幅方向の長さを例えば２００〜５００μｍとする。また、第１の下部電極１０３ｅ及び第２の下部電極１０３ｆはそれらの斜辺が対向するように近接して形成する。同様に、第１の下部電極１０５ｅ及び第２の下部電極１０５ｆはそれらの斜辺が対向するように近接して形成する。
【００６５】
次に、図８（ｂ）に示すように基板１２０の上側全面に、屈折率が例えば１．５〜１．６程度のエポキシ樹脂（例えば、ＵＶＲ６１２８（屈折率１．５０５）：ユニオンカーバイト社製）を塗布して、厚さが例えば５μｍ以下の下部クラッド層１２３を形成する。第１及び第２の下部電極１０３ｅ，１０５ｅ，１０３ｆ，１０５ｆは、この下部クラッド層１２３に覆われる。なお、クラッド層１２３の材料は上記のエポキシ樹脂に限定されるものではなく、種々の材料を使用することができる。例えば、フッ素化ポリイミド樹脂（ＯＰＩ−Ｎ３２０５（屈折率１．５２）日立化成社製）を下部クラッド層１２３の材料としてもよい。
【００６６】
次に、図８（ｃ）に示すように、光偏向素子部１０３，１０５に、スラブ型導波路１０３ｂ，１０５ｂとなる電気光学薄膜１２４を形成する。この電気光学薄膜１２４は、例えばパラニトロアニリンなどの有機非線形光学材料を約５μｍの厚さに塗布して形成する。
【００６７】
なお、電気光学薄膜１２４の材料は上記の有機非線形光学材料以外にも、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）やＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）などを使用することができる。これらの電気光学薄膜の成膜方法としては、スパッタ法、ゾル−ゲル法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相蒸着）法などがある。作製した光学結晶（電気光学薄膜）は、例えば薄く研磨して下部クラッド層１２３の上に貼り付ける。
【００６８】
次に、図９（ａ），図１１に示すように、基板１２０上に、屈折率が下部クラッド層１２３よりも高い樹脂（例えば、ビスフェニールＡジグリシジルを主成分として屈折率を１．５２０に調整したもの）を塗布して樹脂膜を形成した後、この樹脂膜をパターニングして、光導波路（コア）１０１ａ，１０７ａ、コリメートレンズ１０２ａ、集光レンズ１０６ａ、及び共通光導波路１０４を形成する。なお、これらの光導波路１０１ａ，１０７ａ、コリメートレンズ１０２ａ、集光レンズ１０６ａ、及び共通光導波路１０４の材料は上記のエポキシ樹脂に限定されるものではなく、種々の材料を使用することができる。例えば、フッ素化ポリイミド樹脂（ＯＰＩ−Ｎ３２０５（屈折率１．５２）日立化成社製）を光導波路（コア）１０１ａ，１０７ａと、コリメートレンズ１０２ａ、集光レンズ１０６ａ、及び共通光導波路１０４の材料としてもよい。
【００６９】
次に、図９（ｂ）に示すように、下部クラッド層１２３と同じ樹脂を使用して、上部クラッド層１２５を５μｍ以下の厚さに形成する。この場合、コリメート部１０２及び集光部１０６の高屈折率樹脂の隙間（図２の１０２ｄ，１０６ｄの部分）を埋めるように低屈折率の樹脂を充填する。但し、高屈折率樹脂の隙間が空気で満たされているようにしてもよい。
【００７０】
次いで、図９（ｃ），図１２に示すように、上部クラッド層１２５の上に、第１の上部電極１０３ｃ，１０５ｃ及び第２の上部電極１０３ｄ，１０５ｄを形成する。第１の上部電極１０３ｃ，１０５ｃは各光偏向素子毎に個別の信号ライン１２６に接続し、第２の上部電極１０３ｄ，１０５ｄは接地ライン１２７に共通接続する。このようにして、本実施の形態の光スイッチモジュールを製造することができる。
【００７１】
以上は導波路材料としてポリマーを用いた場合について説明したが、導波路材料として石英などの無機材料を用いると、光損失を更に低減することが可能である。
【００７２】
ポッケルス効果による電気光学材料の屈折率の変化量Δｎは、Δｎ＝−（１／２）ｒｎ3 Ｅである。ここで、ｒは電気光学定数、ｎは屈折率、Ｅは電界強度である。
【００７３】
図１４はスラブ型導波路としてＬｉＮｂＯ3 、ＰＺＴ及びＰＬＺＴを用いた場合のプリズムペア１個当りの偏向角θの値を示す。但し、電極の先端部の角度αは４５°、ＬｉＮｂＯ3 、ＰＺＴ及びＰＬＺＴの屈折率ｎをそれぞれ２．２、２．４及び２．４、ＬｉＮｂＯ3 の電気光学定数ｒを３０ｐｍ／Ｖ、ゾル−ゲル法により形成したＰＺＴ膜の電気光学定数ｒを５０ｐｍ／Ｖ、ＰＬＺＴの焼結膜の電気光学定数ｒを６１２ｐｍ／Ｖ、ＬｉＮｂＯ3 にかかる電界強度Ｅを１０Ｖ／μｍ、ゾル−ゲル法によるＰＺＴ膜にかかる電界強度Ｅを１００Ｖ／μｍ、ＰＬＺＴの焼結膜にかかる電界強度Ｅを８．２Ｖ／μｍとして計算している。
【００７４】
この図１４からわかるように、ＬｉＮｂＯ3 を用いた場合は、偏向角を±５°以上とするために、プリズムペア数を６３以上とする必要があり、ＰＺＴ，ＰＬＺＴの場合はプリズムペア数を４以上とする必要がある。また、ＬｉＮｂＯ3 を使用したときの光損失は１ｄＢ／ｃｍ、ＰＺＴを使用したときの光損失は１．７ｄＢ／ｃｍ、ＰＬＺＴを使用したときの光損失は０．７ｄＢ／ｃｍである。
【００７５】
例えば、ＰＬＺＴを用いて光偏向素子のプリズムペアを形成した場合、コリメートレンズを通過した光のビーム径を２４０μｍとすると、図１５に示すように、第１のプリズムペアのサイズを３００μｍ、第２のプリズムペアのサイズを３３４μｍ、第３のプリズムペアのサイズを４０８μｍ、第４のプリズムペアのサイズを５３６μｍとすることで、１２．８°（±６．４°）の角度範囲内で光を偏向することができる。３２×３２チャネルの光スイッチモジュールの場合、図１６に示すように、光導波路ピッチを６００μｍ、光偏向素子による最大偏向角度θmax を１０．７°（概略±５．４°）とすると、スラブ型導波路の幅は１９ｍｍ、長さは１００ｍｍとなる。入射側光導波路、出射側光導波路、コリメータレンズ及び集光レンズを含めた光スイッチモジュール全体の大きさは１４０×４０ｍｍ程度となる。このように、本実施の形態によれば、従来に比べて小型の光スイッチモジュールを実現することができる。
【００７６】
なお、図１６では入射側光導波路及び出射側光導波路をいずれも平行に示しているが、入射側側光導波路をいずれも出射側光導波路のうち中央に配置された光導波路に向けて相互に若干傾けて配置し、出射側光導波路をいずれも入射側光導波路のうち中央に配置された光導波路に向けて相互に若干傾けて配置してもよい。これにより、各光偏向素子の最大偏向角度θmax を同じ（±５．４°）にすることができる。
【００７７】
図１７は上述した光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置を示す模式図、図１８は同じくそのブロック図である。この光信号切換え装置は、４０Ｇｂ／ｓで６４波長分の光信号が多重化されたＷＤＭ信号を６４系統入力して、これらの光信号の伝送先を切換えるものである。
【００７８】
この光信号切換え装置は、垂直方向に並んだ３２個のＡＷＧ光分波器１３１と、光スイッチモジュール群１３０と、３２個の光合波器１３３と、３２個の光増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）１３４とにより構成される。光スイッチモジュール群１３０は３段構成になっており、１段目の光スイッチモジュール群は垂直方向に並んだ３２個の３２×６４チャネル光スイッチモジュール１３２により構成され、２段目の光スイッチモジュール群は水平方向に並んだ６４個の３２×３２チャネル光スイッチモジュール１３２ｂにより構成され、３段目の光スイッチモジュール群は垂直方向に並んだ３２個の６４×３２チャネルの光スイッチモジュール１３２ｃにより構成されている。なお、２段目の光スイッチモジュール群は、１段目及び３段目の光スイッチモジュール群に対し９０°回転させた状態で配置されている。
【００７９】
また、光分波器１３１と１段目の各光スイッチモジュール１３２ａとの間、１段目の光スイッチモジュール１３２ａと２段目の光スイッチモジュール１３２ｂとの間、２段目の光スイッチモジュール１３２ｂと３段目の光スイッチモジュール１３２ｃとの間、３段目の光スイッチモジュール１３２ｃと光合波器１３３と間は、それぞれ光コネクタ１３５，１３６により接続されている。光コネクタ１３６は、図１９（ａ）に平面図、図１９（ｂ）に図１９（ａ）のII−II線による断面図を示すように、基板１４０と、この基板１４０の厚さ方向に光を通す多数の微小なレンズ１４１とにより構成されている。光コネクタ１３６ではレンズ１４１が図１９（ａ）に示すように二次元方向に配列されており、光コネクタ１３５ではレンズ１４１が一次元方向に配列されている。なお、レンズ１４１の配列ピッチは、光スイッチモジュール１３２の入出力ポートの配列ピッチと同じに設定される。
【００８０】
これらの光コネクタ１３５，１３６のレンズ１４１は、前段の光デバイスから出力された光を集光し、後段の光デバイスに伝達するものであり、伝達損失の低減に役立つ。
【００８１】
この光信号切換え装置では、多重化された光信号を光分波器１３１で個々の光信号に分解する。そして、光スイッチモジュール群１３０により、各光信号の伝播先を切換える。ここでは、３２個の３２×６４チャネル光スイッチモジュール１３２ａ、６４個の３２×３２チャネル光スイッチモジュール１３２ｂ、及び３２個の６４×３２チャネル光スイッチモジュール１３２ｃによりそれぞれ光スイッチモジュール群を構成し、これらの３組の光スイッチモジュール群を９０°づつ回転させて３段構成（カスケード接続）としているので、任意の入力ポートに入力された光信号を、１０２４個の出力ポートのうちの任意のポートに出力することができる。光信号切換え装置で伝達先を切換えられた光信号は、行き先毎に光合波器１３３で多重化され、光増幅器１３４で増幅されて出力される。
【００８２】
本実施の形態の光信号切換え装置は、光分波器１３１と光スイッチモジュール群１３０との間、光スイッチモジュール群１３０と光合波器１３３との間、及び光スイッチモジュール群１３０内の光スイッチモジュール１３２ａ〜１３２ｃ間を、図１９（ａ），（ｂ）に示すような光コネクタで接続しているので、損失が少ない。また、これらの光デバイス間を光ファイバーで接続する場合に比べて、接続作業が極めて容易であり、装置サイズも飛躍的に縮小される。
【００８３】
なお、図２０の模式図に示すように、第１及び第３の光スイッチモジュール群１４５，１４７を、１２８個の光スイッチモジュール１３２を幅方向に２列、高さ方向に６４列並べて構成し、第２の光スイッチモジュール群１４６を、第１及び第３の光スイッチモジュール群１４５，１４７の光スイッチモジュール１３２に対し９０°回転させた方向に配列させた１２８個の６４×６４チャネル光スイッチモジュール１３２で構成してもよい。
【００８４】
図２１は、６４行６４列に並んだ入力ポートを有する光スイッチモジュール群１６０に、光分波器群１５０から１２８波長の光信号が多重化された３２系統の光信号を入力する場合の光コネクタ１５５の例を示す模式図である。この光コネクタ１５５は、基板の一方の面側の光導波路層から他方の面側の光導波路層、又は基板上の光導波路層から他の基板上の光導波路層への光信号の伝達を行う層間シフト部１５５ａと、同一の光導波路層内で光の進行方向を変更する層内屈曲部１５５ｂとにより構成される。すなわち、層間シフト部１５５ａでは、光分波器で分波された１２８の光信号のうち、偶数番目の光信号を図２２（ａ）に示すような反射ミラーを用いて、基板面に垂直な方向にシフトする。そして、層内屈曲部１５５ｂでは、図２２（ｂ）に示すような反射ミラーを用いて光信号の進む方向を基板と平行な面内で屈曲させて、出力側光導波路の位置を光スイッチモジュール群の入力ポートに合わせて整列させる。
【００８５】
このようにして、各光信号を光スイッチモジュールの各入力ポートにそれぞれ入力させることができる。
【００８６】
なお、上述した実施の形態では、各プリズムペアの制御電極に印加する電圧を変化させて光信号の偏向角を制御する場合について説明したが、制御電圧を一定とし、制御電圧を印加するプリズムペアの数を変化させて光信号の偏向角を制御するようにしてもよい。
【００８７】
（第２の実施の形態）
図２３は本発明の第２の実施の形態の光配線基板を示す上面図である。なお、本実施の形態では直角に屈曲された光導波路２１１の屈曲部に誘電体多層膜ミラー２１２を配置した光配線基板について説明する。
【００８８】
本実施の形態の光配線基板では、光導波路２１１の屈曲部に誘電体多層膜ミラー２１２が、光導波路２１１の中心線（図中一点鎖線で示す）に対し４５°の角度で配置されている。この誘電体多層膜ミラー２１２は、光導波路２１１の一部に複数本の相互に平行なスリット２０５を設けることにより形成されている。すなわち、光導波路２１１の一部を誘電体多層膜ミラー２１２の高屈折率層とし、スリット２０５内の空気を誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層として構成されている。
【００８９】
また、誘電体多層膜ミラー２１２は、最初の高屈折率層と低屈折率層との界面が光導波路２１１の中心線の交点が含まれる理論上の反射面（図２３中に二点鎖線で示す）よりも前側に配置されている。すなわち、本実施の形態の光配線では、理論上の反射面が誘電体多層膜ミラー２１２内に含まれる。
【００９０】
図２４は、本実施の形態の光配線基板の効果を示す模式図である。本実施の形態のように、誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層として空気を用いた場合、高屈折率層の屈折率が１．４１以上で光導波路（コア）２１１の中心線に平行に光が伝播するのであれば、光は誘電体多層膜ミラー２１２の最初の高屈折率層と低屈折率層との界面で全反射し、反射ミラー２１２を多層構造にする必要はない。例えば、図２６に示すように、光導波路２１１と空気（クラッド層）との界面２１１ｃを反射ミラーとして用いることも可能である。しかし、実際には、図２４に矢印ｃで示すように光導波路２１１の中心線に平行に伝播する光だけではなく、光導波路２１１とその周囲の低屈折率層（本実施の形態では空気）との界面を反射しながら光導波路２１１内を伝播する光（図２４に矢印ａ，ｂ，ｄで示す）もある。
【００９１】
図２４中に矢印ａ，ｂで示すように、誘電体多層膜ミラー２１２の高屈折率層と低屈折率層との界面に、その界面の法線に対し小さい角度で入射する光は全反射条件から外れる可能性が高い。従って、図２６に示す光導波路では、屈折部での損失が大きくなる。このため、全反射条件から外れる光に対して最適となるように誘電体多層膜ミラー２１２の誘電体多層膜の周期構造を設定することで、誘電体多層膜ミラー２１２を透過する光をより一層低減でき、従来に比べて光導波路の屈曲部での損失が少なくなる。
【００９２】
この場合、図２５に示すように、誘電体多層膜ミラー２１２の最初の低屈折率層と高屈折率層との界面に対し臨界角となる光線Ｌ1 の角度θ1 と、光導波路２１１の壁面で反射されながら伝播する光のうち誘電体多層膜ミラー２１２の法線（図２５に二点鎖線で示す）に対する角度が最も小さい光線Ｌ2 の角度θ2 との和を２等分する角度（（θ1 ＋θ2 ）／２）で誘電体多層膜ミラー２１２に入射する光に対し誘電体多層膜ミラー２１２の層構造を最適化することが好ましい。
【００９３】
本実施の形態では、誘電体多層膜ミラー２１２の反射面に対し平行であって光導波路の屈曲部の中心線の交点を含む面が、誘電体多層膜ミラー２１２内に含まれるように周期構造を設定し、これにより図２６に示す光導波路の反射面では全反射条件から外れる光を光導波路内に戻している。従って、光導波路の屈曲部における損失が小さい。
【００９４】
図２７，２８は本実施の形態の光配線基板の製造方法を示す斜視図である。
【００９５】
まず、図２７（ａ）に示すように、シリコン基板２０１の上に屈折率が低い樹脂、例えば屈折率が１．５２のフッ素化ポリイミド樹脂ＯＰＩ−Ｎ３２０５（日立化成社製）を約５〜１０μｍの厚さにスピンコートし、その後加熱により樹脂を硬化させて下部クラッド層２０２を形成する。
【００９６】
次に、図２７（ｂ）に示すように、下部クラッド層２０２よりも屈折率が高い樹脂、例えば屈折率が１．５３のフッ素化ポリイミド樹脂ＯＰＩ−Ｎ３４０５（日立化成社製）を約１０μｍの厚さにスピンコートし、その後加熱により樹脂を硬化させてコア層２０３を形成する。
【００９７】
次に、図２７（ｃ）に示すように、コア層２０３の上にフォトレジストを塗布し、フォトレジスト膜２０４を形成する。フォトレジストには、紫外線及び電子ビームによる露光が可能であり、酸素プラズマによるドライエッチングに対する耐性があるものを使用する。そして、フォトレジスト膜２０４のうち、誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層（スリット）を形成する部分に電子ビームを露光する。このとき、図２３に示すように、誘電体多層膜ミラー２１２の反射面と平行であって光導波路２１１の中心線の交点を含む面が、誘電体多層膜ミラー２１２の内部に含まれるように、低屈折率層のパターンを描画する。
【００９８】
例えば、誘電体多層膜ミラー２１２に４５°の角度で光が入射し、屈折率が１．５３のフッ素化ポリイミド樹脂で光導波路２１１を形成する場合、光導波路２１１を通る光の波長が１．３μｍとすると、高屈折率層の厚さを約０．１５μｍ、低屈折率層の厚さ（スリット２０５の幅）を０．１９μｍとし、低屈折率層の層数を３層以上とすることが必要である。
【００９９】
次に、フォトレジスト膜２０４のうち光導波路形成領域（誘電体多層膜ミラー形成領域を含む）をマスクし、その他の部分を紫外線（ＵＶ）で露光する。その後、現像処理することによって、フォトレジスト膜２０４を図２８（ａ）に示すようにパターニングする。
【０１００】
次に、図２８（ｂ）に示すように、コア層２０３の上に残存しているフォトレジスト膜２０４をマスクとし、酸素プラズマ（３００Ｗ）によりコア層２０３をドライエッチングして、光導波路２１１を形成する。このとき、図２９に示すように、誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層となるスリット２０５の下端が下部クラッド層２０２に到達するまでエッチングする。その後、図２８（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜２０４を除去する。このようにして、本実施の形態の光配線基板が完成する。
【０１０１】
本実施の形態では、光導波路２１１に複数のスリット２０５を形成して誘電体多層膜ミラー２１２としているので、基板２０１に対し垂直な反射面を有するミラーを容易に作製することができる。また、誘電体多層膜ミラー２１２の反射面に平行であって光導波路２１１の中心線の交点を含む面が誘電体多層膜ミラー２１２内にあるので、光導波路２１１の屈曲部における損失の少ない光配線基板の製造が可能になる。
【０１０２】
なお、上述した光配線基板では光導波路２１１の周囲が空気であるが、図３０に示すように、光導波路（コア）２１１よりも屈折率が低い物質（例えば、エポキシ樹脂）で被覆して上部クラッド層２１３を形成してもよい。この場合に、誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層として、上記のようにして形成したスリット２０５の内部に、上部クラッド層２１３と同じ低屈折率物質を充填することが好ましい。このスリット２０５内への低屈折率物質の充填は、スリット２０５内に空気が残らないように、真空中で行うことが好ましい。
【０１０３】
また、スリット２０５内に充填する低屈折率物質の屈折率が低いほど、誘電体多層膜ミラー２１２の反射効率が高くなる。スリット２０５内に充填する樹脂として、上述した下部クラッド層２０２と同じ材料を使用してもよいが、より屈折率が低い物質、例えば、フッ素樹脂サイトップＣＴＬ−８１３Ａ（屈折率１．３４：旭硝子社製）を使用することが好ましい。
【０１０４】
例えば、図２８（ｃ）に示すようにスリット２０５を有する光導波路（コア）２１１を形成した後、真空中で基板２０１上にフッ素樹脂サイトップＣＴＬ−８１３Ａをスピンコート法により塗布し、１８０℃の温度で１時間加熱して硬化させる。このようにして光導波路（コア）２１１の周囲が低屈折率樹脂（上部クラッド層）で囲まれた光配線基板を製造することができる。但し、この場合は、樹脂の屈折率が空気に比べて高いため、誘電体多層膜ミラー２１２の低屈折率層（スリット２０５）の層数は２０以上とすることが必要になる。
【０１０５】
図３１に、本実施の形態の変形例を示す。光は誘電体多層膜の各層で多重反射する。これらの光が導波路内部に入らなければ損失となってしまう。このため、図３１に示すように、光導波路２１１の屈曲部全体にスリット２０５を形成すれば、誘電体多層膜ミラー２１２での損失を最小限に抑えることができる。
【０１０６】
（第３の実施の形態）
図３２（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光偏向素子の構造を示す平面図、図３２（ｂ）は同じくその断面図である。
【０１０７】
単結晶基板３００の上には、金属等の導電材料からなる下部電極（第１の電極）３０１が形成されており、この下部電極３０１の上には電気光学効果を有する結晶により構成された光導波路３０２が配置されている。光導波路３０２は、例えば、図３３に示すように、コア層３０２ａを上下からクラッド層３０２ｂで挟み、コア層３０２ａとクラッド層３０２ｂとの屈折率の差によりコア層３０２ａ内に光を閉じ込める構造を有している。また、光導波路３０２は、屈折率を連続的に変化させて光導波路３０２の中心部に光を閉じ込める構造としてもよい。
【０１０８】
なお、光導波路３０２のコア層３０２ａは電気光学効果を有する結晶からなることが必要であるが、クラッド層３０２ｂは電気光学効果を有していなくてもよい。
【０１０９】
光導波路３０２の上には、上部電極（第２の電極）３０３及び引出電極３０５が形成されている。上部電極３０３は、入射光の光軸に対し直交する辺（底辺）と斜めに交差する辺（斜辺）とを有するくさび形状（直角三角形状）に形成されている。また、引出電極３０５は、光偏向素子の側面に形成された導電膜３０４を介して下部電極３０１に電気的に接続されている。
【０１１０】
このように構成された光偏向素子において、光は、図３２（ａ）に示すように、上部電極３０３の底辺側から光導波路３０２に入射し、斜辺側から出射する。上部電極３０３と引出電極３０５との間に電圧を印加すると、光導波路３０２のうち上部電極３０３の下方の部分の屈折率が変化し、その周囲との間で屈折率の差が生じる。光導波路３０２を通る光は、屈折率が変化する部分で屈折して進行方向が変化する。すなわち、上部電極３０３と引出電極３０５との間に印加する電圧を変化させて、光の出射方向を制御することができる。
【０１１１】
本実施の形態の光偏向素子は、単結晶基板３００の上に下部電極３０１を形成し、この下部電極３０１の上に光導波路３０２を形成しているので、単結晶基板３００は導電性又は半導電性である必要がない。従って、基板３００の製造が容易であり、製造コストを低減することができる。
【０１１２】
また、本実施の形態の光偏向素子は、上部電極３０３が配置された面に、下部電極３０１と電気的に接続した引出電極３０５が配置されているので、他の基板（光スイッチモジュール基板という）への実装が容易である。すなわち、光偏向素子を光スイッチモジュール基板に搭載するときには、はんだ等により上部電極３０３及び引出電極３０５を光スイッチモジュール基板に接続するだけでよく、光偏向素子を光スイッチモジュール基板に搭載した後に下部電極と光スイッチモジュール基板とを電気的に接続する工程が不要である。
【０１１３】
図３４（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の光偏向素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【０１１４】
本実施の形態では、電気光学効果を有する結晶材料としてＰＺＴ系材料を用いた例を説明する。この場合、基板３００としては、ＰＺＴ系の結晶成長に適したものを選択することが好ましい。本実施の形態では、基板３００として、結晶定数がＰＺＴに近いことから、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3 ）単結晶基板を使用する。
【０１１５】
まず、図３４（ａ）に示すように、ＳＴＯ単結晶基板３００の上に、ゾル−ゲル法、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition ）法、スパッタ法又はＣＶＤ法等の公知の成膜方法により、ＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ3 ）又はＰｔ（白金）をエピタキシャル成長させて、厚さが約２０００Åの下部電極３０１を形成する。
【０１１６】
なお、下部電極３０１の厚さが１０００Å未満の場合は抵抗値が高くなり、好ましくない。下部電極３０１の厚さが厚いほど抵抗値は低くなるが、厚過ぎるとその上に形成する光導波路３０２の結晶性が劣化する。このため、下部電極３０１の厚さは、上述したように２０００Å程度とすることが好ましい。
【０１１７】
更に、図３４（ｂ）に示すように、下部電極３０１の上に、ＰＬＺＴ（クラッド層）／ＰＺＴ（コア層）／ＰＬＺＴ（クラッド層）を順次エピタキシャル成長させて、光導波路３０２を構成する。光導波路３０２の厚さは、例えば１〜１０μｍ程度とする。
【０１１８】
その後、この基板３００、下部電極３０１及び光導波路３０２からなる構造物の側面（光入射面、光出射面及びその他の面）を研磨して十分に平坦化するとともに、下部電極３０１を側面に露出させる。
【０１１９】
次に、図３４（ｃ）に示すように、例えばスパッタ法等により、構造物の一側面（但し、光入射面及び光出射面を除く）にＰｔを堆積して、約２０００Å又はそれ以上の厚さの導電膜３０４を形成する。下部電極３０１は、側面に露出した部分でこの導電膜３０４と電気的に接続する。
【０１２０】
次いで、図３４（ｄ）に示すように、例えばスパッタ法により、光導波路３０２の上にＰｔ等からなる導電膜を２０００Å又はそれ以上の厚さに形成し、この導電膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、くさび形状（直角三角形状）の上部電極３０３と、導電膜３０４を介して下部電極３０１に電気的に接続した引出電極３０５とを形成する。これにより、本実施の形態の光偏向素子が完成する。
【０１２１】
本実施の形態では、基板３００の上に下部電極３０１を形成するので、基板３００が導電性である必要がない。従って、基板３００には、導電性の有無に拘わらず光導波路３０２の形成に適したものを選択することが可能である。これにより、結晶性が優れ、光の損失が少なく、光学的特性が良好な光偏向素子が得られる。
【０１２２】
また、本実施の形態の光偏向素子は、下部電極３０１として電気抵抗が低い金属等の導電性材料を使用するので、高速な動作が可能である。
【０１２３】
更に、本実施の形態の光偏向素子は、上部電極３０３及び引出電極３０５が同じ面に形成されているので、他の基板への搭載が容易である。
【０１２４】
（第４の実施の形態）
図３５（ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る光偏向素子の構造を示す平面図、図３５（ｂ）は同じくその断面図である。
【０１２５】
単結晶基板３１０の上には金属等の導電材料からなる下部電極３１１が形成されており、この下部電極３１１の上には例えば図３３に示すようなクラッド層／コア層／クラッド層の積層構造を有する光導波路３１２が形成されている。また、光導波路３１２の上には、入射光の光軸に対し直交する辺（底辺）と斜めに交差する辺（斜辺）とを有するくさび形状（直角三角形状）の上部電極３１４と、円状の引出電極３１５とが形成されている。引出電極３１５は、光導波路３１２を上下方向に貫通する柱状導電体３１３を介して下部電極３１１に電気的に接続されている。
【０１２６】
光は、図３５（ａ）に示すように上部電極３１４の底辺側から光導波路に入射し、斜辺側から出射する。上部電極３１４と引出電極３１５との間に電圧を印加すると、光導波路３１２のうち上部電極３１４の下方の部分の屈折率が変化し、その周囲との間で屈折率の差が生じる。光導波路３１２を通る光は、屈折率が変化する部分で屈折して進行方向が変化する。すなわち、上部電極３１４と引出電極３１５との間に印加する電圧を変化させで、光の出射方向を制御することができる。
【０１２７】
図３６（ａ）〜（ｅ）は、本実施の形態の光偏向素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【０１２８】
まず、図３６（ａ）に示すように、ＳＴＯ単結晶基板３１０の上に、ＳＲＯ又はＰｔをエピタキシャル成長させて、厚さが約２０００Åの下部電極３１１を形成する。
【０１２９】
次に、図３６（ｂ）に示すように、スパッタ法により、下部電極３１１の上に例えばＣｕ（銅）膜を形成し、フォトレジスト法によりＣｕ膜をパターニングして、柱状導電体３１３を形成する。この柱状導電体３１３の高さ（Ｃｕ膜の厚さ）は、次に形成する光導波路３１２の厚さ以上とすることが必要である。
【０１３０】
次に、図３６（ｃ）に示すように、下部電極３１１の上にＰＬＺＴ（クラッド層）／ＰＺＴ（コア層）／ＰＬＺＴ（クラッド層）を順次エピタキシャル成長させて、厚さが１〜１０μｍ程度の光導波路３１２を形成する。この場合に、柱状導電体３１３の近傍では結晶構造の乱れが生じることが考えられるが、柱状導電体３１３の近傍は実際に光が通る部分ではないので、光偏向素子の動作に支障が出るおそれはない。
【０１３１】
次に、図３６（ｄ）に示すように、光導波路３１２の表面を研磨して平坦化するとともに、柱状導電体３１３を露出させる。
【０１３２】
次いで、図３６（ｅ）に示すように、光導波路３１２の上に、例えばＰｔを堆積して厚さが約２０００Åの導電膜を形成し、この導電膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、くさび形状の上部電極３１４と、柱状導電体３１３を介して下部電極３１１に電気的に接続した引出電極３１５とを形成する。これにより、本実施の形態の光偏向素子が完成する。
【０１３３】
本実施の形態の光偏向素子は、第３の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、量産性が優れているという効果がある。すなわち、図３２及び図３５に示すような光偏向素子を製造する場合に、１枚の基板上に多数の光偏向素子を同時に形成してゆき、最終工程近くで基板を分割して個々の光偏向素子とすることが考えられる。しかしながら、図３２に示す光偏向素子では、側面に形成した導電膜３０４を介して下部電極３０１と引出電極３０５とを電気的に接続する都合上、基板を分割した後でなければ導電膜３０４を形成することができない。
【０１３４】
一方、本実施の形態の光偏向素子では、下部電極３１１の上側全面にＣｕ膜を形成し、このＣｕ膜をフォトリソグラフィ法でパターニングすることにより下部電極３１１と引出電極３１５とを接続する柱状導電体３１３を形成する。従って、基板を分割する前に柱状導電体３１３を形成することができ、製造効率を上げることができる。
【０１３５】
なお、第３及び第４の実施の形態では１個の基板上に下部電極及び上部電極をそれぞれ１個づつ形成した場合について説明したが、１個の基板上に第１の実施の形態で説明したような１又は複数個のプリズムペアを形成してもよい。
【０１３６】
（第５の実施の形態）
図３７（ａ）は本発明の第５の実施の形態に係る光スイッチモジュールを示す平面図、図３７（ｂ）は同じくその断面図である。
【０１３７】
この光スイッチモジュールは、入射側光導波路部４０１、コリメート部４０２、入射側光偏向素子部４０３、共通光導波路４０４、出射側光偏向素子部４０５、集光部４０６及び出射側光導波路部４０７により構成されている。
【０１３８】
入射側光導波路部４０１、コリメート部４０２、共通光導波路４０４、集光部４０６及び出射側光導波路部４０７は光スイッチモジュール基板（第１の基板）４００の上に一体的に形成されている。一方、入射側光偏向素子部４０３及び出射側光偏向素子部４０５では、入射側光導波路部４０１、コリメート部４０２、共通光導波路４０４、集光部４０６及び出射側光導波路部４０７とは個別に形成された光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂを光スイッチモジュール基板４００に接合している。
【０１３９】
入射側光偏向素子ユニット４０３ｂとコリメート部４０２及び共通光導波路４０４との間、並びに出射側光偏向素子ユニット４０５ｂと共通光導波路４０４及び集光部４０６との間には、端面での反射による光の損失を低減するために、屈折媒体（例えば、樹脂）４０８が充填されている。この屈折媒体４０８には、コリメート部４０３、共通光導波路４０４及び集光部４０６のコア層の屈折率と、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂのコア層の屈折率との中間の屈折率を有するものを使用する。屈折媒体４０８を充填しても端面での反射による光の損失が大きい場合は、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂの端面に多層構造の反射防止膜を形成しておくことで対処できる。反射防止膜は種々の光学部品に使用されており、公知の技術であるので、ここでは説明を省略する。
【０１４０】
入射側光導波路部４０１は、４本の光導波路（コア）４０１ａと、これらの光導波路４０１ａを被覆して屈折率の差により光を光導波路４０１ａ内に閉じ込めるクラッド層４０１ｂとにより構成されている。出射側光導波路部４０７も、これと同様に、４本の光導波路（コア）４０７ａと、これらの光導波路４０７ａを被覆して屈折率の差により光を光導波路部４０７ａに閉じ込めるクラッド層４０７ｂとにより構成されている。
【０１４１】
コリメート部４０２は４組のコリメートレンズ群により構成され、各コリメートレンズ群は一対の凸レンズ４０２ａにより構成される。これの凸レンズ４０２ａは、コア層と、コア層を上下から挟むクラッド層とからなる２次元レンズである。これらの凸レンズ４０２ａ間には屈折率を調整するための屈折媒体４０９が充填されている。各コリメートレンズ群は、それぞれ光導波路４０１ａに対応する位置に配置されている。
【０１４２】
入射側光偏向素子ユニット４０３ｂは、同一基板（第２の基板）に一体的に形成された４個の光偏向素子４０３ａにより構成されている。これらの光偏向素子４０３ａは、基本的に第３又は第４の実施の形態の光偏向素子と同様の構造を有している。出射側光偏向素子ユニット４０５ｂも、同一基板（第２の基板）に一体的に形成された４個の光偏向素子４０５ａにより構成されており、各光偏向素子４０３ａは基本的に第３又は第４の実施の形態の光偏向素子と同様の構造を有している。
【０１４３】
共通光導波路４０４は、スラブ型導波路で構成されている。入射側光偏向素子部４０３を通過した光は共通光導波路４０４を直進し、出射側光偏向素子部４０５に到達する。
【０１４４】
集光部４０６は４組の集光レンズ群により構成され、各集光レンズ群は一対の凸レンズ４０６ａにより構成される。これらの凸レンズ４０６ａは、コア層と、コア層を上下から挟むクラッド層とからなる２次元レンズである。これらの凸レンズ４０６ａ間には屈折率を調整するための屈折媒体４０９が充填されている。各集光レンズ群は、それぞれ光偏向素子４０５ａに対応する位置に配置されている。
【０１４５】
図３８（ａ），（ｂ）は光偏向素子ユニット４０３ｂと光スイッチモジュール基板４００との接続方法を示す模式断面図である。但し、図３８（ａ），（ｂ）では、光偏向素子ユニット４０３の基板４１０を上側、上部電極４１４を下側にして示している。
【０１４６】
光偏向素子ユニット４０３ｂの基板４１０の面上（図３８では下側）には、金属等の導電材料からなる下部電極４１１が形成されており、下部電極４１１の面上（図３８では下側）に、コア層とクラッド層とからなる光導波路４１２が形成されている。光導波路４１２の面上（図３８では下側）には、くさび形状（直角三角形状）の上部電極４１４と、光導波路４１２を貫通する柱状導電体４１３を介して下部電極４１１に接続された引出電極４１５と、ダミー電極４１６とが形成されている。ダミー電極４１６は光偏向素子部４０３を基板４００に水平に且つ強固に接続するためのものであり、電気信号が与えられるものではない。
【０１４７】
また、これらの電極４１４，４１５，４１６の表面には、はんだによる接合性を考慮して、銅の薄膜を形成しておくことが好ましい。
【０１４８】
一方、光スイッチモジュール基板４００上にも、光偏向素子４０３ａの上部電極４１４、引出電極４１５及びダミー電極４１６にそれぞれ対応する位置に電極４２０が形成されている。上部電極４１４及び引出電極４１５に接合される電極４２０は、光偏向素子４０３ａを駆動する信号が供給される配線（図示せず）に接続している。
【０１４９】
光スイッチモジュール基板４００側の電極４２０上には、はんだ４２１としてＩｎ（インジウム）が付着している。光偏向素子ユニット４０３ｂは、半導体装置（ＩＣ：Integrated Circuit）の搭載に一般的に使用されているフリップチップボンダ等の装置を使用して、基板４００に搭載することができる。この場合、光偏向素子ユニット４０３ｂは上部電極４１４、引出電極４１５及びダミー電極４１６が形成された面を光スイッチモジュール基板４００に向けて配置し、基板４００の電極４２０と光偏向素子ユニット４０３ｂの電極４１４，４１５，４１６とをはんだ４２１で接合することにより基板４００上に搭載するので、光偏向素子ユニット４０３と基板４００との電気的な接続も同時に行われる。出射側光偏向素子ユニット４０５ｂも、これと同様にして、光スイッチモジュール基板４００に搭載される。
【０１５０】
光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂを光スイッチモジュール基板４００に搭載する場合、図３７（ｂ）に示すように、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂの光導波路のコア層と、コリメート部４０２、共通光導波路４０４及び集光部４０６のコア層との位置を整合させることが必要である。そのためには、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂのコア層及びクラッド層の厚さを正確に管理する必要がある。
【０１５１】
以下、本実施の形態の光スイッチモジュールの動作について説明する。
【０１５２】
入射側光導波路部４０１のいずれか１つの光導波路４０１ａに入射された光は、コアとクラッド層との界面で反射されながら光導波路４０１ａ内を進み、光導波路４０１ａの端部から放射状に拡がって出射される。この光は、コリメート部４０２により平行光となり、光偏向素子４０３ａで印加電圧に応じた所定の方向に屈折される。光偏向素子４０３ａから出力された光は、共通光導波路４０４を直進して出射側光偏向素子部４０５のいずれか１つの光偏向素子４０５ａに到達し、その光偏向素子４０５ａで印加電圧に応じて屈折される。
【０１５３】
この光偏向素子４０５ａで屈折された光は、集光部４０６で集光されて出射側光導波路４０７ａに入り、光導波路４０７ａの端部から外部に出射される。
【０１５４】
入射側光偏向素子４０３ａ及び出射側光偏向素子４０５ａに印加する電圧を調整することにより、４本の入射側光導波路４０１ａのうちの任意の光導波路に入射した光を、４本の出射側光導波路４０７ａのうちの任意の光導波路に伝達することができる。
【０１５５】
本実施の形態では、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂのみを電気光学効果を有する材料で製造すればよく、入力側光導波路部４０１、コリメート部４０２、共通光導波路４０４、集光部４０６及び出射側光導波路４０７は電気光学効果を有しない材料で形成することができる。一般的に、電気光学効果を有する結晶材料を使用すると光損失が小さい結晶を作成することが困難であるので、光スイッチモジュール全体を電気光学効果を有する結晶材料で形成することは好ましくない。
【０１５６】
しかし、本実施の形態では、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂのみを電気光学効果を有する結晶材料で形成すればよく、他の部分は光損失の小さい結晶材料で形成することができるので、光損失の少ない光スイッチモジュールを得ることができる。
【０１５７】
また、本実施の形態では、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂの上部電極形成面にダミー電極４１６を形成し、このダミー電極４１６と光スイッチモジュール基板４００側の電極４２０とを接続するので、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂを強固に接続することができる。また、ダミー電極４１６の形成位置を適切に選択することにより、光偏向素子ユニット４１３ｂ，４１５ｂを基板４００の面に対し平行に維持した状態で接合することができる。
【０１５８】
（変形例）
図３９は第５の実施の形態の変形例の光スイッチモジュールを示す平面図である。図３９において、図３７と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【０１５９】
この例では、基板４００上に、８組の入射側光導波路４０１ａ、８組のコリメートレンズ群からなるコリメート部４０２、８組の集光レンズ群からなる集光部４０６、８組の出射側光導波路４０７ａが形成されている。そして、入射側光偏向素子部４０３には、４個の光偏向素子４０３ａが一体的に形成されてなる光偏向素子ユニット４０３ｂが２個並列に配置されている。これと同様に、出射側光偏向素子部４０５には、４個の光偏向素子４０５ａが一体的に形成されてなる光偏向素子ユニット４０５ｂが２個並列に配置されている。
【０１６０】
チャネル数が多くなり、光スイッチモジュールの規模が大きくなると、入射側光偏向素子部及び出射側光偏向素子部では、光スイッチモジュールの規模に応じた数の光偏向素子が必要になる。これらの光偏向素子を１つの基板上に形成しようとすると、光偏向素子ユニットの欠陥や反りにより、光スイッチモジュールの歩留りが低下する。
【０１６１】
そこで、この例に示すように、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂをそれぞれ数個（この例では４個）の光偏向素子で構成し、光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂをそれぞれ複数個づつ並列に配置することにより、歩留りの低下を回避することができる。
【０１６２】
なお、光偏向素子部４０３，４０５を複数のユニット４０３ｂ，４０５ｂに分割することにより、光スイッチモジュール基板に形成する共通電極の数が増えるが、光スイッチモジュール基板上でこれらの共通電極を相互に接続できるため、光スイッチモジュール基板の外に取り出す配線数は変わらない。
【０１６３】
また、共通光導波路４０４を分割することはできないが、入力側光導波路部４０１、コリメート部４０２、集光部４０６及び出射側光導波路部４０７についても、複数のユニットに分割して形成してもよい。
【０１６４】
（第６の実施の形態）
図４０は本発明の第６の実施の形態に係る光スイッチモジュールを示す断面図である。本実施の形態は、石英導波路技術を用いて、光偏向素子ユニット以外を同一の材料で形成した例である。
【０１６５】
まず、石英基板４３０を用意する。この石英基板４３０は、光導波路の下部クラッド層となる。この石英基板４３０の上に、公知のＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）技術によりコア層４３１及び上部クラッド層４３２を形成する。
【０１６６】
次に、コリメート部４０２、入射側光偏向素子部４０３、出射側光偏向素子部４０５及び集光部４０６をエッチングしてそれぞれ所定の形状の溝を形成する。
【０１６７】
その後、入射側光偏向素子部４０３及び出射側光偏向素子部４０５には第５の実施の形態と同様に光偏向素子ユニット４０３ｂ，４０５ｂを搭載し、隙間に屈折媒体４０８を充填する。また、コリメート部４０２及び集光部４０６の溝には屈折媒体４０９を充填する。
【０１６８】
このようにして、本実施の形態の光スイッチモジュールを形成することができる。
【０１６９】
（付記１）複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号が伝播する共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第２の光偏向素子と、前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部とを有し、前記第１及び第２の光偏向素子は、いずれも１又は複数のプリズムペアにより構成され、前記プリズムペアは、電気光学効果を有する材料で形成されたスラブ型導波路と、くさび形状に形成され、くさび先端方向が相互に逆となるように前記スラブ型導波路の光信号通過域上に配置された第１及び第２の上部電極と、前記スラブ型導波路の下に前記第１及び第２の上部電極に対向して配置された第１及び第２の下部電極とにより構成されることを特徴とする光スイッチモジュール。
【０１７０】
（付記２）前記プリズムペアの前記第１の上部電極及び前記第２の下部電極に第１の電位が共通に印加され、前記第２の上部電極及び前記第１の下部電極に第２の電位が共通に印加されることを特徴とする付記１に記載の光スイッチモジュール。
【０１７１】
（付記３）前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子及び前記集光部が一体的に形成されていることを特徴とする付記１に記載の光スイッチモジュール。
【０１７２】
（付記４）前記第１の光偏向素子と前記第２の光偏向素子とを連動させて光伝播パスを切換えることを特徴とする付記に記載の光スイッチモジュール。
【０１７３】
（付記５）複数の第１の光スイッチモジュールを配列して構成された第１の光スイッチモジュール群と、複数の第２の光モジュールを配列して構成され前記第１の光スイッチモジュール群と光学的に接続された第２の光スイッチモジュール群と、複数の第３の光スイッチモジュールを配列して構成され前記第２の光スイッチモジュール群と光学的に接続された第３の光スイッチモジュール群とを有し、前記第１、第２及び第３の光スイッチモジュールはいずれも、（１）複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、（２）前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第１の光偏向素子と、（３）前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号が伝播する共通光導波路と、（４）前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第２の光偏向素子と、（５）前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部とを有し、前記第１及び第２の光偏向素子は、いずれも１又は複数のプリズムペアにより構成され、前記プリズムペアは、スラブ型導波路と、くさび形状に形成され、くさび先端方向が相互に逆となるように前記スラブ型導波路の光信号通過域上に配置された第１及び第２の上部電極と、前記スラブ型導波路の下に前記第１及び第２の上部電極に対向して配置された第１及び第２の下部電極とにより構成されていることを特徴とする光信号切換え装置。
【０１７４】
（付記６）前記第２の光スイッチモジュール群は、前記第１の光スイッチモジュール群及び前記第３の光スイッチモジュール群に対し９０°回転した状態で配置されていることを特徴とする付記５に記載の光信号切換え装置。
【０１７５】
（付記７）前記第１、第２及び第３の光スイッチモジュールはいずれも入力ポート数がｎ（但し、ｎは２以上の整数）、出力ポート数がｎであり、前記第１、第２及び第３の光スイッチモジュール群はいずれもｎ個の光スイッチモジュールにより構成されていることを特徴とする付記５に記載の光信号切換え装置。
【０１７６】
（付記８）前記プリズムペアの前記第１の上部電極及び前記第２の下部電極に第１の電位が共通に印加され、前記第２の上部電極及び前記第１の下部電極に第２の電位が共通に印加されることを特徴とする付記５に記載の光信号切換え装置。
【０１７７】
（付記９）第１の光スイッチモジュール群と前記第２の光スイッチモジュール群との間、及び前記第２の光スイッチモジュール群と前記第３の光スイッチモジュール群との間が、いずれも１次元又は２次元方向に配列した複数のレンズを有する光コネクタにより光接続されていることを特徴とする付記５に記載の光信号切換え装置。
【０１７８】
（付記１０）前記第１の光スイッチモジュール群の入力側に波長多重された光信号を波長毎に分配する光分波器が接続され、前記第３の光スイッチモジュール群の出力側に光合波器が接続されていることを特徴とする付記５に記載の光信号切換え装置。
【０１７９】
（付記１１）前記光合波器の出力側に光増幅器が接続されていることを特徴とする付記１０に記載の光信号切換え装置。
【０１８０】
（付記１２）前記光分波器と前記第１の光スイッチモジュール群との間及び前記第３の光スイッチモジュール群と前記光合波器との間の少なくとの一方が、光を層間シフトする層間シフトミラーと、光を面内でシフトする面内シフトミラーとを有する光コネクタで接続されていることを特徴とする付記１０に記載の光信号切換え装置。
【０１８１】
（付記１３）屈曲した形状の光導波路と、前記光導波路の屈曲部に設けられた複数のスリットを多層構造の一部とする誘電体多層膜ミラーとを有することを特徴とする光配線基板。
【０１８２】
（付記１４） 前記誘電体多層膜ミラーの反射面と平行であって前記屈曲部における前記光導波路の中心線の交点を含む面が、前記誘電体多層膜ミラーの内部にあることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８３】
（付記１５）前記スリットは、前記光導波路の上面から下面に至る深さに形成されていることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８４】
（付記１６）前記誘電体多層膜ミラーは、その反射面へ入射する光のうち、前記光導波路の中心線よりも前記反射面の法線とのなす角度が小さい光に対し誘電体層の周期構造を設定したことを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８５】
（付記１７）前記誘電体多層膜ミラーの反射面に対し臨界角となる角度をθ1 、前記光導波路を通る光のうち、反射面の法線に対する角度が最も小さい光の前記反射面に対する入射角度をθ2 としたときに、前記誘電体多層膜ミラーが、（θ1 ＋θ2 ）／２の角度で入射する光に対し最適化されていることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８６】
（付記１８）前記スリットが、前記光導波路の屈曲部全体に形成されていることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８７】
（付記１９）前記スリット内に、前記光導波路よりも屈折率が小さい物質が充填されていることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８８】
（付記２０）前記スリット内に空気が充填されていることを特徴とする付記１３に記載の光配線基板。
【０１８９】
（付記２１）基板と、前記基板上に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に形成された電気光学効果を有する光導波路と、前記光導波路上の前記第１の電極と対向する位置に形成されたくさび形状の第２の電極と、前記光導波路上に形成されて前記第１の電極と電気的に接続された引出電極とを有することを特徴とする光偏向素子。
【０１９０】
（付記２２）前記第１の電極と前記引出電極とが、前記光導波路の側面に形成された導電膜を介して電気的に接続されていることを特徴とする付記２１に記載の光偏向素子。
【０１９１】
（付記２３）前記第１の電極と前記引出電極とが、前記光導波路を貫通する柱状導電体を介して電気的に接続されていることを特徴とする付記２１に記載の光偏向素子。
【０１９２】
（付記２４）前記光導波路が、電気光学効果を有するコア層と、前記コア層よりも屈折率が小さく前記コア層の上下に配置されたクラッド層とにより構成されていることを特徴とする付記２１に記載の光偏向素子。
【０１９３】
（付記２５）複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を使用してそれぞれ個別に切換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号が伝播する共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第２の光偏向素子と、前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部と、前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子及び前記集光部を支持する第１の基板とを有し、前記第１及び第２の光偏向素子の少なくとも一方が、第２の基板と、前記第２の基板の前記第１の基板側の面上に形成された第１の電極と、前記第１の電極の前記第１の基板側の面上に形成された電気光学効果を有する光導波路と、前記光導波路の前記第１の基板側の面上に前記第１の電極と対向して形成されたくさび形状の第２の電極と、前記光導波路の前記第１の基板側の面上に形成されて前記第１の電極と電気的に接続された引出電極とにより構成され、前記第２の電極及び前記引出電極が前記第１の基板の電極と接合されていることを特徴とする光スイッチモジュール。
【０１９４】
（付記２６）前記第１及び第２の偏向素子の少なくとも一方は、前記第１の電極及び前記第２の電極と独立したダミー電極を有し、前記第１の基板には前記ダミー電極と接続する電極が設けられていることを特徴とする請求項２５に記載の光スイッチモジュール。
【０１９５】
（付記２７）前記コリメート部、前記共通光導波路及び前記集光部が、前記第１の基板と一体的に形成されていることを特徴とする付記２５に記載の光スイッチモジュール。
【０１９６】
（付記２８）１個の前記第２の基板に、複数個の前記第１の光偏向素子が一体的に形成されていることを特徴とする付記２５に記載の光スイッチモジュール。
【０１９７】
（付記２９）前記第２の基板を複数個有することを特徴とする付記２８に記載の光スイッチモジュール。
【０１９８】
（付記３０）１個の前記第２の基板に、複数個の前記第２の光偏向素子が一体的に形成されていることを特徴とする付記２５に記載の光スイッチモジュール。
【０１９９】
（付記３１）前記第２の基板を複数個有することを特徴とする付記３０に記載の光スイッチモジュール。
【０２００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スラブ導波路と、該スラブ導波路の上側に形成された第１及び第２の上部電極と、スラブ導波路の下側に形成された第１及び第２の下部電極とにより構成されたプリズムペアにより光の伝播方向を切換えるので、従来に比べて小型の光スイッチモジュールを形成することができる。
【０２０１】
また、本発明によれば、上記の光スイッチモジュールを複数使用して光信号切換え装置を構成する。光信号切換え装置は、各光スイッチモジュール群間、光分波器と第１の光スイッチモジュールとの間、第３の光スイッチモジュールと光合波器との間を、複数のレンズを１次元又は２次元方向に配列してなる光コネクタにより接続することが可能であり、これらの間を光ファイバーで接続した従来の光信号切換え装置に比べて、装置サイズを大幅に縮小することができる。
【０２０２】
更に、本発明の光配線基板には、光導波路の屈曲部に、光導波路に設けられた複数のスリットを多層構造の一部とする誘電体多層膜ミラーが配置されている。そして、誘電体多層膜ミラーの反射面と平行であって屈曲部における光導波路の中心線の交点を含む面が、誘電体多層膜ミラーの内部にある。これにより、反射面での損失が少なく、基板に垂直な誘電体多層膜ミラーを容易に形成することができる。
【０２０３】
更にまた、本発明の光偏向素子は、基板の上に第１の電極が形成されているため、基板には導電性の有無に拘わりなく、光導波路の形成に適したものを使用することができる。これにより、光導波路での損失が少ない光偏向素子が得られる。また、第２の電極及び引出電極が同じ面にあり、これらの電極間に電圧を印加することで光を偏向するので、光偏向素子を他の基板に搭載するときには、はんだ等を使用して、これらの電極を他の基板に同時に接合することができる。
【０２０４】
更にまた、本発明の光スイッチモジュールは、光偏向素子が形成された第２の基板を、コリメート部、共通光導波路及び集光部を有する第１の基板に接合して形成されているので、第１の基板は電気光学効果を有するものでなくてもよい。従って、光スイッチモジュール全体を電気光学効果を有する基板で形成する場合に比べて、光の損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュールの構成を示す模式図である。
【図２】図２は光スイッチモジュールのコリメート部、入射側光偏向素子部、出射側光偏向素子部及び集光部の詳細を示す模式図である。
【図３】図３は光スイッチモジュールのコリメートレンズ及びプリズムペアを示す模式図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）はプリズムペアによる光の偏向を示す模式図（その１）である。
【図５】図５はプリズムペアによる光の偏向を示す模式図（その２）である。
【図６】図６は本発明を２×２チャネル光スイッチモジュールに適用した例を示す模式図である。
【図７】図７は本発明を４×４チャネル光スイッチモジュールに適用した例を示す模式図である。
【図８】図８は第１の実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図９】図９は第１の実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１０】図１０は第１の実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法を示す平面図（その１）である。
【図１１】図１１は第１の実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法を示す平面図（その２）である。
【図１２】図１２は第１の実施の形態の光スイッチモジュールの製造方法を示す平面図（その３）である。
【図１３】図１３は１個の入力ポートを示す側面図である。
【図１４】図１４はスラブ型導波路としてＬｉＮｂＯ3 、ＰＺＴ及びＰＬＺＴを用いた場合のプリズムペア１個当りの偏向角θを理論的に求めた値を示す図である。
【図１５】図１５はコリメートレンズを通過した光のビーム径が２４０μｍの場合の各プリズムペアのサイズを示す模式図である。
【図１６】図１６は本発明の光スイッチモジュールのサイズの一例を示す模式図である。
【図１７】図１７は本発明の光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置を示す模式図である。
【図１８】図１８は同じくそのブロック図である。
【図１９】図１９（ａ）は光コネクタの一例を示す平面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のII−II線による断面図である。
【図２０】図２０は本発明の光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置の他の例を示す模式図である
【図２１】図２１は６４行６４列に並んだ入力ポートを有する光スイッチモジュール群に、光分波器群から１２８波長の光信号が多重化された３２系統の光信号を入力する場合の光コネクタの例を示す模式図である。
【図２２】図２２（ａ）は光コネクタの層間シフト部を示す模式図、図２２（ｂ）は層内屈曲部を示す模式図である。
【図２３】図２３は本発明の第２の実施の形態の光配線基板を示す上面図である。
【図２４】図２４は本発明の光配線基板の効果を示す模式図である。
【図２５】図２５は本発明の光配線基板における誘電体多層膜ミラーの最適化方法の例を示す模式図である。
【図２６】図２６は光導波路と空気（又はクラッド層）との界面を反射面とした光配線基板を示す模式図である。
【図２７】図２７は第２の実施の形態の光配線基板の製造方法を示す斜視図（その１）である。
【図２８】図２８は第２の実施の形態の光配線基板の製造方法を示す斜視図（その２）である。
【図２９】図２９はスリット形成時のコア層の断面図である。
【図３０】図３０は光導波路の周囲に低屈折率樹脂を塗布した例を示す断面図である。
【図３１】図３１は第２の実施の形態の光配線基板の変形例を示す上面図である。
【図３２】図３２（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光偏向素子の構造を示す平面図、図３２（ｂ）は同じくその断面図である。
【図３３】図３３は光導波路の構造を示す断面図である。
【図３４】図３４（ａ）〜図３４（ｄ）は、第３の実施の形態の光偏向素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３５】図３５（ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る光偏向素子の構造を示す平面図、図３５（ｂ）は同じくその断面図である。
【図３６】図３６（ａ）〜図３６（ｅ）は、第４の実施の形態の光偏向素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３７】図３７（ａ）は本発明の第５の実施の形態に係る光スイッチモジュールを示す平面図、図３７（ｂ）は同じくその断面図である。
【図３８】図３８（ａ），（ｂ）は光偏向素子ユニットと光スイッチモジュール基板との接続方法を示す模式断面図である。
【図３９】図３９は第５の実施の形態の変形例の光スイッチモジュールを示す平面図である。
【図４０】図４０は本発明の第６の実施の形態に係る光スイッチモジュールを示す断面図である。
【図４１】図４１（ａ）は従来の光偏向素子を示す平面図、図４１（ｂ）は同じくその断面図である。
【符号の説明】
１０１，４０１…入射側光導波路部、
１０１ａ…入射側光導波路、
１０１ｂ…入射側クラッド層、
１０２，４０２…コリメート部、
１０２ａ…コリメートレンズ、
１０３…入射側光偏向素子部、
１０３ａ…入射側光偏向素子、
１０３ｂ…スラブ導波路、
１０３ｃ，１０３ｄ，３０３，３１４，４１４…上部電極、
１０３ｅ，１０３ｆ，３０１，３１１，４１１…下部電極、
１０３ｐ…プリズムペア、
１０４，４０４…共通光導波路、
１０５，４０５…出射側光偏向素子部、
１０５ａ…出射側光偏向素子、
１０６，４０６…集光部、
１０６ａ…集光レンズ、
１０７，４０７…出射側光導波路部、
１０７ａ…出射側光導波路、
１０７ｂ…出射側クラッド層、
１２０…シリコン基板、
１２１…信号ライン、
１２２…接地ライン、
１２３…下部クラッド層、
１２４…電気光学薄膜、
１３０，１６０…光スイッチモジュール群、
１３１…光分波器、
１３２…光スイッチモジュール、
１３３…光合波器、
１３４…光増幅器、
１３５，１３６，１５５…光コネクタ、
１４０…光コネクタの基板、
１４１…光コネクタのレンズ、
１５０…光分波器群、
１５５ａ…層間シフト部、
１５５ｂ…層内屈曲部、
２０１…シリコン基板、
２０２…下部クラッド層、
２０３…コア層、
２０４…フォトレジスト膜、
２０５…スリット、
２１１…光導波路、
２１２…誘電体多層膜ミラー、
２１３…上部クラッド層、
３００，３１０…光偏向素子の単結晶基板、
３０２，３１２…光偏向素子の光導波路、
３０５，３１５…引出電極、
３０４…導電膜、
３１３，４１３…柱状導電体、
４００…光スイッチモジュール基板、
４０３ｂ，４０５ｂ…光偏向素子ユニット、
４０８，４０９…屈折媒体、
４３０…石英基板。
Claims (7)
- 複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、
前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を使用してそれぞれ個別に切換える複数の第１の光偏向素子と、
前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号が伝播する共通光導波路と、
前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切換える複数の第２の光偏向素子と、
前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部と、
前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子及び前記集光部を支持する第１の基板とを有し、
前記第１及び第２の光偏向素子の少なくとも一方が、第２の基板と、前記第２の基板の前記第１の基板側の面上に形成された第１の電極と、前記第１の電極の前記第１の基板側の面上に形成された電気光学効果を有する光導波路と、前記光導波路の前記第１の基板側の面上に前記第１の電極と対向して形成されたくさび形状の第２の電極と、前記光導波路の前記第１の基板側の面上に形成されて前記第１の電極と電気的に接続された引出電極とにより構成され、
前記第２の電極及び前記引出電極が前記第１の基板の電極と接合されていることを特徴とする光スイッチモジュール。 - 前記第１及び第２の偏向素子の少なくとも一方は、前記第１の電極及び前記第２の電極と独立したダミー電極を有し、
前記第１の基板には前記ダミー電極と接続する電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチモジュール。 - 前記コリメート部、前記共通光導波路及び前記集光部が、前記第１の基板と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチモジュール。
- １個の前記第２の基板に、複数個の前記第１の光偏向素子が一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチモジュール。
- 前記第２の基板を複数個有することを特徴とする請求項４に記載の光スイッチモジュール。
- １個の前記第２の基板に、複数個の前記第２の光偏向素子が一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチモジュール。
- 前記第２の基板を複数個有することを特徴とする請求項６に記載の光スイッチモジュール。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001332169A JP3862995B2 (ja) | 2001-02-16 | 2001-10-30 | 光スイッチモジュール |
| DE60227586T DE60227586D1 (de) | 2001-02-16 | 2002-02-14 | Integrierte optische Bauelemente |
| EP02251028A EP1237040B1 (en) | 2001-02-16 | 2002-02-14 | Integrated optical elements |
| US10/077,342 US6504966B2 (en) | 2001-02-16 | 2002-02-15 | Optical deflecting element, optical switch module, light signal switching device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-40006 | 2001-02-16 | ||
| JP2001040006 | 2001-02-16 | ||
| JP2001332169A JP3862995B2 (ja) | 2001-02-16 | 2001-10-30 | 光スイッチモジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002318398A JP2002318398A (ja) | 2002-10-31 |
| JP3862995B2 true JP3862995B2 (ja) | 2006-12-27 |
Family
ID=26609531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001332169A Expired - Fee Related JP3862995B2 (ja) | 2001-02-16 | 2001-10-30 | 光スイッチモジュール |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6504966B2 (ja) |
| EP (1) | EP1237040B1 (ja) |
| JP (1) | JP3862995B2 (ja) |
| DE (1) | DE60227586D1 (ja) |
Families Citing this family (48)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003044913A2 (en) * | 2001-11-06 | 2003-05-30 | Infinera Corporation | Optical communication module with photonic integrated circuit chip (pic) and external booster optical amplifier |
| US6819819B2 (en) * | 2002-01-08 | 2004-11-16 | Ping Zhou | Method and apparatus for optical communication |
| US6859574B2 (en) * | 2002-04-03 | 2005-02-22 | Lucent Technologies Inc. | N×N switching arrangement of two planar arrays without waveguide crossings |
| US6980718B2 (en) * | 2002-05-31 | 2005-12-27 | Fujitsu Limited | Optical parts coupling structure, method of manufacturing the same, optical switch, two-dimensional lens array, and method of manufacturing the same |
| US6885789B2 (en) * | 2002-06-07 | 2005-04-26 | Fujitsu Limited | Optical switch fabricated by a thin film process |
| US6842556B2 (en) * | 2002-09-10 | 2005-01-11 | Analog Devices, Inc. | Two input, two output optical switch using two movable mirrors |
| JP3969263B2 (ja) * | 2002-09-20 | 2007-09-05 | 富士ゼロックス株式会社 | 高分子光導波路の製造方法 |
| JP2004109927A (ja) * | 2002-09-20 | 2004-04-08 | Fuji Xerox Co Ltd | 高分子光導波路の製造方法 |
| US7248759B2 (en) | 2002-12-03 | 2007-07-24 | Fujitsu Limited | Optical signal switching apparatus, and controller and method for control of optical switch |
| WO2004051359A1 (ja) * | 2002-12-03 | 2004-06-17 | Fujitsu Limited | 光信号交換装置並びに光スイッチの制御装置及び制御方法 |
| JP4560273B2 (ja) * | 2003-03-18 | 2010-10-13 | 富士通株式会社 | 光偏向素子及びそれを用いた光デバイス |
| JP4175183B2 (ja) * | 2003-06-04 | 2008-11-05 | 富士ゼロックス株式会社 | 高分子光導波路の製造方法 |
| KR100497841B1 (ko) * | 2003-07-12 | 2005-06-29 | 한국전자통신연구원 | 광 편향기가 집적된 광소자 및 이를 이용한 외부 공진형파장 가변 레이저 |
| US7027670B2 (en) * | 2003-10-17 | 2006-04-11 | Fujitsu Limited | Cascaded deflectors for multi-channel optical switches, and optical switching modules and methods having cascaded deflectors |
| US6999238B2 (en) * | 2003-12-01 | 2006-02-14 | Fujitsu Limited | Tunable micro-lens array |
| JP4225207B2 (ja) * | 2004-01-23 | 2009-02-18 | 富士ゼロックス株式会社 | 高分子光導波路の製造方法 |
| US7329481B2 (en) * | 2004-01-23 | 2008-02-12 | Fujitsu Limited | Substrate optical waveguides having fiber-like shape and methods of making the same |
| US7171083B2 (en) | 2004-02-04 | 2007-01-30 | Fujitsu Limited | One-by-N optical switch |
| US7283220B2 (en) * | 2004-03-24 | 2007-10-16 | Fujitsu Limited | Methods and apparatuses for measuring the refractive index and other optical properties of liquids, gels, and solids |
| US7209621B2 (en) * | 2004-07-09 | 2007-04-24 | Fujitsu Ltd. | Optical apparatuses providing optical interconnections among a plurality of electronic components |
| US7229219B2 (en) * | 2004-09-17 | 2007-06-12 | Fujitsu Limited | Apparatuses and methods for integrating opto-electric components into the optical pathways of routing substrates with precision optical coupling and compact electrical interconnection |
| US7257295B2 (en) | 2004-09-20 | 2007-08-14 | Fujitsu Limited | Attachment-type optical coupler apparatuses |
| US7376295B2 (en) * | 2004-09-20 | 2008-05-20 | Fujitsu Limited | Opto-electronic processors with reconfigurable chip-to-chip optical interconnections |
| JP2006133437A (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Fujitsu Ltd | 光偏向素子 |
| US20060140569A1 (en) * | 2004-12-28 | 2006-06-29 | Intel Corporation | Planar waveguides with air thin films used as anti-reflective layers, beam splitters and mirrors |
| JP4695424B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2011-06-08 | 富士通株式会社 | 光スイッチ装置およびその制御情報更新方法 |
| JP5002903B2 (ja) | 2005-03-31 | 2012-08-15 | 富士通株式会社 | 光スイッチ装置およびその駆動電圧制御方法 |
| JP4683976B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2011-05-18 | 富士通株式会社 | 光スイッチ装置および光スイッチングシステム |
| JP4573726B2 (ja) * | 2005-08-09 | 2010-11-04 | 富士通株式会社 | 光スイッチ |
| JP4537934B2 (ja) * | 2005-10-20 | 2010-09-08 | 富士通株式会社 | 光偏光素子及びそれを用いた光スイッチ |
| JP4540620B2 (ja) | 2006-02-17 | 2010-09-08 | 富士通株式会社 | 光スイッチ装置 |
| JP2007279515A (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Fuji Xerox Co Ltd | レンズ内蔵光導波路及びその製造方法 |
| US7522783B2 (en) * | 2006-06-05 | 2009-04-21 | Fujitsu Limited | Optical interconnect apparatuses and electro-optic modulators for processing systems |
| JP2008170528A (ja) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Fujitsu Ltd | 光モジュール及びその製造方法 |
| JP4427554B2 (ja) | 2007-02-20 | 2010-03-10 | 富士通株式会社 | 光モジュール及びその製造方法 |
| KR100896522B1 (ko) * | 2007-09-13 | 2009-05-08 | 삼성전기주식회사 | 광도파로 제조방법 및 패키지 기판 제조방법 |
| US7949217B2 (en) * | 2008-05-01 | 2011-05-24 | Fujitsu Limited | Selectively enhancing angular beam deflection |
| US20100054655A1 (en) * | 2008-08-28 | 2010-03-04 | Fujitsu Limited | Dynamic Reconfigurable Optical Interconnect System |
| US9366938B1 (en) | 2009-02-17 | 2016-06-14 | Vescent Photonics, Inc. | Electro-optic beam deflector device |
| US8483523B2 (en) * | 2009-09-14 | 2013-07-09 | Ricoh Company, Ltd. | Optical waveguide electro-optic device and process of manufacturing optical waveguide electro-optic device |
| JP5686015B2 (ja) * | 2011-03-26 | 2015-03-18 | 富士通株式会社 | 光コネクタ及び光コネクタの製造方法 |
| US9594216B1 (en) * | 2011-06-08 | 2017-03-14 | Alliance Fiber Optic Products, Inc. | Fiber optical switches |
| JP5613712B2 (ja) * | 2012-03-27 | 2014-10-29 | 株式会社東芝 | 光偏向素子 |
| CN104750316A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-01 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种触摸屏及触摸显示装置 |
| US10120261B2 (en) | 2017-04-05 | 2018-11-06 | Analog Devices, Inc. | Array of sub-aperture refractive elements for steering a light beam |
| US10133083B1 (en) | 2017-08-16 | 2018-11-20 | Analog Devices, Inc. | Hybrid beamsteerer for steering a light beam with both sub-aperture and full-aperture beam steering portions |
| US10976579B2 (en) | 2018-08-09 | 2021-04-13 | Analog Devices, Inc. | Liquid crystal waveguide with active incoupling |
| US10684531B1 (en) * | 2019-02-22 | 2020-06-16 | Analog Devices, Inc. | Hybrid optical beam steering |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0548440A1 (en) * | 1991-12-23 | 1993-06-30 | International Business Machines Corporation | Bilithic composite for optoelectronic integration |
| US5394490A (en) * | 1992-08-11 | 1995-02-28 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device having an optical waveguide interposed in the space between electrode members |
| US5317446A (en) * | 1992-09-29 | 1994-05-31 | Eastman Kodak Company | Electrooptic device for scanning using domain reversed regions |
| JPH06332019A (ja) * | 1993-05-26 | 1994-12-02 | Fujitsu Ltd | 空間光スイッチのスイッチモジュール間接続回路 |
| JP3751052B2 (ja) * | 1994-12-28 | 2006-03-01 | シャープ株式会社 | 集積型光制御素子およびその作製方法、並びにそれを備えた光集積回路素子および光集積回路装置 |
| JP3144270B2 (ja) * | 1995-06-21 | 2001-03-12 | 富士ゼロックス株式会社 | 光偏向素子 |
| JP3943615B2 (ja) * | 1995-11-06 | 2007-07-11 | シャープ株式会社 | 光回路素子およびそれを用いた集積型光回路装置 |
| JP3705710B2 (ja) * | 1998-12-08 | 2005-10-12 | 沖電気工業株式会社 | 光クロスコネクト装置及びスイッチング装置 |
| JP2000180904A (ja) | 1998-12-17 | 2000-06-30 | Fuji Xerox Co Ltd | 光スイッチ |
| JP2000180905A (ja) * | 1998-12-17 | 2000-06-30 | Fuji Xerox Co Ltd | 光スイッチ |
| DE19936187A1 (de) * | 1999-07-31 | 2001-02-01 | Daimler Chrysler Ag | Vorrichtung zur Umlenkung optischer Signale in Wellenleitern |
-
2001
- 2001-10-30 JP JP2001332169A patent/JP3862995B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-02-14 EP EP02251028A patent/EP1237040B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-02-14 DE DE60227586T patent/DE60227586D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-02-15 US US10/077,342 patent/US6504966B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE60227586D1 (de) | 2008-08-28 |
| JP2002318398A (ja) | 2002-10-31 |
| US20020114556A1 (en) | 2002-08-22 |
| US6504966B2 (en) | 2003-01-07 |
| EP1237040B1 (en) | 2008-07-16 |
| EP1237040A3 (en) | 2003-09-17 |
| EP1237040A2 (en) | 2002-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3862995B2 (ja) | 光スイッチモジュール | |
| US6922508B2 (en) | Optical switching apparatus with adiabatic coupling to optical fiber | |
| JP3883901B2 (ja) | 光路変換デバイスおよびその製造方法 | |
| JP4458494B2 (ja) | 導波路型波長選択スイッチ | |
| US7043111B2 (en) | Optical parts coupling structure, method of manufacturing the same, optical switch, two-dimensional lens array, and method of manufacturing the same | |
| JP2003004960A (ja) | 光伝送装置 | |
| US6823097B2 (en) | Optical switching apparatus with divergence correction | |
| JP3784701B2 (ja) | 光回路部材および光トランシーバ | |
| JP2019101152A (ja) | 光ファイバ接続構造 | |
| US6865310B2 (en) | Multi-layer thin film optical waveguide switch | |
| US6898343B2 (en) | Optical switching apparatus and method for fabricating | |
| US6885789B2 (en) | Optical switch fabricated by a thin film process | |
| WO2021227545A1 (zh) | 一种光选择开关、节点装置 | |
| JP4090286B2 (ja) | 光スイッチ | |
| US7171083B2 (en) | One-by-N optical switch | |
| US6711315B1 (en) | 3-D electro optical switch | |
| US6317532B1 (en) | Method and apparatus for low loss via geometrical optimization in free-space micro-machined optical switches | |
| US6968105B2 (en) | Waveguide-type optical device and optical switch | |
| JP4090295B2 (ja) | 光スイッチモジュールおよびその製造方法 | |
| JP4335542B2 (ja) | 光偏向素子、それを用いた光スイッチ、及び光偏向素子の製造方法 | |
| JP4112287B2 (ja) | 光部品の結合構造体、その製造方法及び光スイッチモジュール | |
| JP4795790B2 (ja) | 光デバイス及び光結合方法 | |
| JP2004004756A (ja) | 光スイッチモジュール及び光スイッチモジュールを製造する方法 | |
| JP2003098371A (ja) | 平坦化電気配線を有する光配線基板 | |
| JP2000329954A (ja) | アレイ導波路格子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041006 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051227 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060613 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060809 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060926 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060927 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091006 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101006 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101006 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111006 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111006 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121006 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121006 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131006 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |