JP7123769B2 - 光スイッチ - Google Patents

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Description

本発明は、光スイッチに関するものである。
シリコンフォトニクスによる光スイッチでは、挿入損失を低減すべく、伝播長の短縮のためのサイズの小型化が求められている。特許文献１には、コアに沿って設けた相変化材料を用いることにより、サイズを小型化可能な光スイッチが記載されている。
特開２００６－１８４３４５号公報
しかし、特許文献１に記載の光スイッチでは、相変化材料を結晶状態に変化させた状態で当該相変化材料に沿ったコアを光が伝播しているので、相変化材料による挿入損失が発生する。
従って、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされた本開示の目的は、相変化材料を用いながら挿入損失を低減する光スイッチを提供することにある。
上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による光スイッチは、
第１端および第２端を有する第１導波路と、
第３端および第４端を有し、該第３端および該第４端がそれぞれ前記第１導波路の中心から見た前記第１端側および前記第２端側に位置する第２導波路と、
前記第１導波路に沿って位置して該第１導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む第１導波路部分と、前記第２導波路に沿って位置して該第２導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む第２導波路部分と、前記第１導波路部分の前記第２端側と前記第２導波路部分の前記第３端側とが連結され、且つ前記第２導波路部分の前記第４端側と前記第１導波路部分の前記第１端側とが連結されている環状の第５導波路とを有する交換部と、を備える。
第１の観点による光スイッチは、
第１端および第２端を有する第１導波路と、
第３端および第４端を有し、該第３端および該第４端がそれぞれ前記第１導波路の中心から見た前記第１端側および前記第２端側に位置する第２導波路と、
前記第１導波路に沿って位置して該第１導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む少なくとも１つの第１導波路部分と、前記第２導波路に沿って位置して該第２導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む少なくとも１つの第２導波路部分と、複数の第１導波路部分の中の任意の前記第１導波路部分、および該第１導波路部分の前記第２端側と前記第４端側において連結されている、複数の第２導波路部分の中の任意の前記第２導波路部分を含む第６導波路と、前記第６導波路よりも前記第２端側に位置し、該第６導波路の一部とともに方向性結合器を構成し、且つ前記第１導波路部分より前記第２端側の前記第１導波路部分、および該第１導波路部分の前記第１端側と前記第３端側において連結されている、前記第２導波路部分より第４端側の前記第２導波路部分を含む第７導波路とを有する交換部と、を備える。
上記のように構成された本開示によれば、相変化材料を用いながら挿入損失が低減され得る。
第１の実施形態に係る光スイッチの上面図である。 第２の実施形態に係る光スイッチの上面図である。 第３の実施形態に係る光スイッチの上面図である。 第４の実施形態に係る光スイッチの上面図である。
以下、本発明を適用した光スイッチの実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本開示の第１の実施形態に係る光スイッチ１０は、第１導波路１１、第２導波路１２、および交換部１３を含んで構成されている。第１導波路１１、第２導波路１２、および交換部１３は、例えば基板１４上に設けられている。少なくとも第１導波路１１および第２導波路１２は、基板１４上の同一平面上に位置していてよい。
基板１４は、例えば、金属などの導体、シリコンなどの半導体、ガラス、または樹脂などによって形成されていてよい。本実施形態では、基板１４上の互いに垂直な任意の２方向をｘ方向およびｙ方向とする。
第１導波路１１は、例えば、第１端部１５、第２端部１６、および第１直線状部１７を含む。第１直線状部１７は、ｙ方向に延在する直線状である。第１直線状部１７は、ｙ方向の逆側の端において第１端部１５に連結する。第１直線状部１７は、ｙ方向側の端において第２端部１６に連結する。第１端部１５の、ｙ方向の逆側の端は、第１導波路１１全体の一方の端である第１端Ｅ１である。第２端部１６の、ｙ方向側の端は、第１導波路１１全体の他方の端である第２端Ｅ２である。第１端Ｅ１および第２端Ｅ２は、電磁波が入出力されるポートである。
第２導波路１２は、例えば、第３端部１８、第４端部１９、および第２直線状部２０を含む。第２直線状部２０は、ｙ方向に延在する直線状である。第２直線状部２０は、ｙ方向の逆側の端において第３端部１８に連結する。第２直線状部２０は、ｙ方向側の端において第４端部１９に連結する。第３端部１８の、ｙ方向の逆側の端は、第２導波路１２全体の一方の端である第３端Ｅ３である。第４端部１９のｙ方向側の端は、第２導波路１２全体の一方の端である第４端Ｅ４である。したがって、第３端Ｅ３は、第１導波路１１の長手方向の中心から見た第１端Ｅ１側に位置する。また、第４端Ｅ４は、第１導波路１１の長手方向の中心から見た第２端Ｅ２側に位置する。第３端Ｅ３および第４端Ｅ４は、電磁波が入出力されるポートである。
交換部１３は、少なくとも１つの第１導波路部分２１および少なくとも１つの第２導波路部分２２を有する。
第１導波路部分２１は、第１導波路１１に沿って位置する。第１導波路部分２１は、当該第１導波路１１とともに２×２の方向性結合器を構成する。第１導波路部分２１は、第１相変化材料２３を有する。第１導波路部分２１は、ｙ方向に延在する直線状の部分を含んでよい。
第２導波路部分２２は、第２導波路１２に沿って位置する。第２導波路部分２２は、当該第２導波路１２とともに２×２の方向性結合器を構成する。第２導波路部分２２は、第２相変化材料２４を有する。第２導波路部分２２は、ｙ方向に延在する直線状の部分を含んでよい。
第１導波路１１、第２導波路１２、第１導波路部分２１、および第２導波路部分２２は、コアおよびクラッドによって構成されている。第１導波路１１、第２導波路１２、第１導波路部分２１、および第２導波路部分２２のコアは、例えば、シリコンなどの電磁波を伝搬させる同じ誘電体で形成されていてよい。また、クラッドは、例えば、石英ガラスなどの、コアよりも屈折率の小さな誘電体で形成されていてよい。
第１直線状部１７の少なくとも一部と、第１導波路部分２１の直線状の部分の少なくとも一部とは、対向している。対抗している部分の長さは、第１相変化材料２３をアモルファス相に変化させた状態における、結合長であってよい。結合長とは、対向している部分の始点から結合係数が極大値となる位置までの長さである。結合係数とは、２本の直線状の導波路が沿って並ぶ平行導波路において、一方の導波路から他方の導波路へ移る電磁波の割合を示すパラメータである。一方の導波路から他方の導波路に電磁波がまったく移らない構成において、結合係数は０である。一方の導波路から他方の導波路にすべての電磁波が移る構成において、結合係数は１である。結合係数は０以上１以下の範囲に含まれる。結合係数は、各導波路の形状、各導波路間の距離、または導波路が対向する長さなどに基づいて定まる。
第２直線状部２０の少なくとも一部と、第２導波路部分２２の直線状の部分の少なくとも一部とは、対向している。対抗している部分の長さは、第２相変化材料２４をアモルファス相に変化させた状態における、結合長であってよい。
第１相変化材料２３および第２相変化材料２４は、第１導波路１１および第２導波路１２が位置する同一平面に垂直な方向において、当該同一平面から変位していてよい。例えば、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４はそれぞれ、基板１４の主面、すなわち基板１４の最も広い面に垂直な方向において、第１導波路部分２１および第２導波路部分２２の、基板１４とは逆側に位置してよい。
第１相変化材料２３および第２相変化材料２４は、アモルファス相または結晶相に相変化し得る。第１相変化材料２３および第２相変化材料２４は、レーザ光源から照射するレーザ光、または抵抗体による発熱によって、相変化してよい。
第１相変化材料２３がアモルファス相である場合、第１導波路部分２１における電磁波の損失は、比較的小さい。それゆえ、当該場合、第１直線状部１７および第１導波路部分２１の実効屈折率が略一致し且つ長さが結合長でもあることから、第１直線状部１７および第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側から入力される電磁波はそれぞれ第１導波路部分２１および第１直線状部１７の第２端Ｅ２側から出力される。同様に、第２相変化材料２４がアモルファス相である場合、第２直線状部２０および第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側から入力される電磁波はそれぞれ第２導波路部分２２および第２直線状部２０の第４端Ｅ４側から出力される。
第１相変化材料２３が結晶相である場合、第１導波路部分２１における電磁波の損失は、比較的大きい。それゆえ、当該場合、第１直線状部１７および第１導波路部分２１の実効屈折率が大きく異なるため、第１直線状部１７の第１端Ｅ１側から入力される電磁波は第１導波路部分２１に移らず、すなわち損失の大きな第１導波路部分２１を伝搬すること無く、第１直線状部１７の第２端Ｅ２側から出力される。同様に、第２相変化材料２４が結晶相である場合、第２直線状部２０の第３端Ｅ３側から入力される電磁波は第２導波路部分２２に移らず、第２直線状部２０の第４端Ｅ４側から出力される。
第１相変化材料２３および第２相変化材料２４には、例えば、アモルファスシリコン、アモルファスゲルマニウム、アモルファスガリウムアンチモン、アモルファスガリウムヒ素、アモルファスインジウムセレン、アモルファスガリウムセレンなどのテトラヘドラル系材料、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５、Ｇｅ６Ｓｂ２Ｔｅ９等のＧｅ－Ｓｂ－Ｔｅ系カルコゲナイド系材料、Ｓｂ－Ｔｅ系カルコゲナイド系材料、または、Ａｓ２Ｓｅ３、Ａｓ２Ｓ３などのカルコゲナイド材料が用いられる。
交換部１３は、第１導波路１１の第１端Ｅ１から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第１導波路部分２１から出力される電磁波を、いずれかの第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側に入力する。また、交換部１３は、第２導波路１２の第３端Ｅ３から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第２導波路部分２２から出力される電磁波を、いずれかの第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側に入力する。
第１導波路１１、第２導波路１２、および交換部１３は、シングルモードでの導波条件を満たしてよい。したがって、第１端Ｅ１および第３端Ｅ３の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬されてよい。
第１の実施形態における、上述のような交換部１３の詳細な構成について、以下に説明する。
第１の実施形態において、交換部１３は、環状の第３導波路２５および環状の第４導波路２６を有する。第３導波路２５および第４導波路２６は、例えば、第１導波路１１および第２導波路１２の間に位置する。また、第３導波路２５および第４導波路２６は、例えば、ｘ方向に沿って並ぶように配置されている。
第３導波路２５は、第１導波路部分２１を一部に含んで環状である。第３導波路２５は、ｘ方向において第１導波路部分２１の反対側に、ｙ方向に延在する直線状の第１部分２７を有している。
第４導波路２６は、第２導波路部分２２を一部に含んで環状である。第４導波路２６は、ｘ方向において第２導波路部分２２の反対側に、ｙ方向に延在する直線状の第２部分２８を有している。第４導波路２６の一部である第２部分２８は、第３導波路２５の一部である第１部分２７に対向しており、２×２の方向性結合器を構成する。第１部分２７および第２部分２８の長さは、結合長である。したがって、第１部分２７および第２部分２８にそれぞれ入力される電磁波は、第２部分２８および第１部分２７から他方の部分より高い強度で出力され得る。
以上のような構成の第１の実施形態の光スイッチ１０は、第１導波路１１とともに方向性結合器を構成し且つ第１相変化材料２３を含む少なくとも１つの第１導波路部分２１と、第２導波路１２とともに方向性結合器を構成し且つ第２相変化材料２４を含む少なくとも１つの第２導波路部分２２とを有し、第１端Ｅ１から入力されていずれかの第１導波路部分２１から出力される電磁波をいずれかの第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側に入力し、第３端Ｅ３から入力されていずれかの第２導波路部分２２から出力される電磁波をいずれかの第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側に入力する交換部１３とを有している。このような構成において、光スイッチ１０は、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４を結晶相に相変化させた場合、第１端Ｅ１および第３端Ｅ３に入力した電磁波を、第１導波路部分２１および第２導波路部分２２を伝搬させること無く、それぞれ第２端Ｅ２および第４端Ｅ４から出力させ得る。また、光スイッチ１０は、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４をアモルファス相に相変化させた場合、第１端Ｅ１および第３端Ｅ３に入力した電磁波を、損失の比較的小さい状態における第１導波路部分２１および第２導波路部分２２を伝搬させて、それぞれ第４端Ｅ４および第２端Ｅ２から出力させ得る。それゆえ、光スイッチ１０は、第１導波路部分２１および第２導波路部分２２における電磁波の損失を比較的大きくする第１相変化材料２３および第２相変化材料２４の結晶相においては、第１導波路部分２１および第２導波路部分２２に電磁波を伝搬させること無く、電磁波の出力先を切替得る。したがって、光スイッチ１０は、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４を用いながら、挿入損失を低減し得る。
また、第１の実施形態の光スイッチ１０では、第１端Ｅ１および第３端Ｅ３の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬される。このような構成により、光スイッチ１０は、伝搬する信号の波形が崩しにくく、光通信に好適に使用され得る。
また、第１の実施形態の光スイッチ１０では、第１導波路１１および第２導波路１２は同一平面上に位置している。第１導波路１１および第２導波路１２に同一の材料を適用する構成において、上述の構成により、光スイッチ１０は、基板１４上において、主面に垂直な方向において両者を変位させた構成に比べて、簡易に製造され得る。
また、第１の実施形態の光スイッチ１０では、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４は、第１導波路１１および第２導波路１２が位置する同一平面に垂直な方向において、当該平面から変位している。このような構成により、光スイッチ１０は、第１導波路１１、第２導波路１２、および交換部１３を構成する導波路を形成した後に、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４を別層に形成し得る。第１導波路１１、第２導波路１２、および交換部１３を構成する導波路は同一の材料であって、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４とは異なる材料によって形成されうる。したがって、上述のような構成の光スイッチ１０は、同一の材料毎に層を形成するように製造する製造方法において、簡易に製造され得る。
次に、本開示の第２の実施形態に係る光スイッチについて説明する。第２の実施形態では、交換部の構成が第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成を有する部位には同じ符号を付す。
図２に示すように、第２の実施形態に係る光スイッチ１００は、第１の実施形態と類似して、第１導波路１１、第２導波路１２、および交換部１３０を含んで構成されている。第２の実施形態において、第１導波路１１および第２導波路１２の構成及び機能は、第１の実施形態と同じである。
交換部１３０は、第１の実施形態と同じく、少なくとも１つの第１導波路部分２１および少なくとも１つの第２導波路部分２２を有する。第１導波路部分２１および第２導波路部分２２の構成および機能は、第１の実施形態と同じである。
交換部１３０は、第１の実施形態と同じく、第１導波路１１の第１端Ｅ１から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第１導波路部分２１から出力される電磁波を、いずれかの第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側に入力する。また、交換部１３０は、第１の実施形態と同じく、第２導波路１２の第３端Ｅ３から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第２導波路部分２２から出力される電磁波を、いずれかの第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側に入力する。
第２の実施形態における、上述のような交換部１３０の詳細な構成について、以下に説明する。
第２の実施形態において、交換部１３０は、環状の第５導波路２９０を有する。第５導波路２９０は、例えば、第１導波路１１および第２導波路１２の間に位置する。第５導波路２９０は、第１導波路部分２１および第２導波路部分２２を一部に含んで環状である。
第５導波路２９０では、第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側と第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側とが連結されている。また、第５導波路２９０では、第２導波路部分２２の第４端Ｅ４側と第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側とが連結されている。第５導波路２９０は、例えば、円環を１８０度捩った形状である。
また、第５導波路２９０において、第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側と第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側とを連結する部分の直線状の一部、および第２導波路部分２２の第４端Ｅ４側と第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側とを連結している直線状の一部は垂直であってよい。さらに、第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側と第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側とを連結する部分の直線状の一部、および第２導波路部分２２の第４端Ｅ４側と第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側とを連結している直線状の一部は、交差してよいし、基板１４の主面に垂直な方向に変位していてよい。
以上のような構成の第２の実施形態の光スイッチ１００は、第１の実施形態と同じく、第１導波路１１とともに方向性結合器を構成し且つ第１相変化材料２３を含む少なくとも１つの第１導波路部分２１と、第２導波路１２とともに方向性結合器を構成し且つ第２相変化材料２４を含む少なくとも１つの第２導波路部分２２とを有し、第１端Ｅ１から入力されていずれかの第１導波路部分２１から出力される電磁波をいずれかの第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側に入力し、第３端Ｅ３から入力されていずれかの第２導波路部分２２から出力される電磁波をいずれかの第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側に入力する交換部１３０とを有している。したがって、第２の実施形態の光スイッチ１００も、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４を用いながら、挿入損失を低減し得る。また、第２の実施形態の光スイッチ１００では、第１の実施形態と同じく、第１端Ｅ１および第３端Ｅ３の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬される。したがって、第２の実施形態の光スイッチ１００も、伝搬する信号の波形が崩しにくく、光通信に好適に使用され得る。また、第２の実施形態の光スイッチ１００では、第１の実施形態と同じく、第１導波路１１および第２導波路１２は同一平面上に位置している。第１導波路１１および第２導波路１２に同一の材料を適用する構成において、上述の構成により、第２の実施形態の光スイッチ１００も、基板１４上において、主面に垂直な方向において両者を変位させた構成に比べて、簡易に製造され得る。また、第２の実施形態の光スイッチ１００では、第１の実施形態と同じく、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４は、第１導波路１１および第２導波路１２が位置する同一平面に垂直な方向において、当該平面から変位している。したがって、第２の実施形態の光スイッチ１００も、同一の材料毎に層を形成するように製造する製造方法において、簡易に製造され得る。
また、第２の実施形態の光スイッチ１００では、第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側と第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側とを連結する部分の直線状の一部、および第２導波路部分２２の第４端Ｅ４側と第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側とを連結している直線状の一部は垂直である。このような構成により、光スイッチ１００では、第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側と第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側とを連結する部分の直線状の一部を伝搬する電磁波の、第２導波路部分２２の第４端Ｅ４側と第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側とを連結している直線状の一部への移動を最小限に抑え得る。
次に、本開示の第３の実施形態に係る光スイッチについて説明する。第３の実施形態では、交換部の構成が第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第３の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成を有する部位には同じ符号を付す。
図３に示すように、第３の実施形態に係る光スイッチ１０１は、第１の実施形態と類似して、第１導波路１１、第２導波路１２、および交換部１３１を含んで構成されている。第３の実施形態において、第１導波路１１および第２導波路１２の構成及び機能は、第１の実施形態と同じである。
交換部１３１は、第１の実施形態と同じく、少なくとも１つの第１導波路部分２１および少なくとも１つの第２導波路部分２２を有する。第１導波路部分２１および第２導波路部分２２の構成および機能は、第１の実施形態と同じである。
交換部１３１は、第１の実施形態と同じく、第１導波路１１の第１端Ｅ１から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第１導波路部分２１から出力される電磁波を、いずれかの第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側に入力する。また、交換部１３１は、第１の実施形態と同じく、第２導波路１２の第３端Ｅ３から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第２導波路部分２２から出力される電磁波を、いずれかの第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側に入力する。
第３の実施形態における、上述のような交換部１３１の詳細な構成について、以下に説明する。
第３の実施形態において、交換部１３１は、第６導波路３０１および第７導波路３１１を有する。第６導波路３０１および第７導波路３１１は、例えば、第１導波路１１および第２導波路１２の間に位置する。また、第６導波路３０１および第７導波路３１１は、ｙ方向に沿って並ぶように配置されている。第６導波路３０１は、ｙ方向の逆側、すなわち第１端Ｅ１または第３端Ｅ３側に位置する。また、第７導波路３１１は、ｙ方向側、すなわち第２端Ｅ２または第４端Ｅ４側に位置する。
交換部１３１は、２つの第１導波路部分２１および２つの第２導波路部分２２を有する。
第６導波路３０１は、第１端Ｅ１側の第１導波路部分２１、および第３端Ｅ３側の第２導波路部分２２を有する。第６導波路３０１において、第１端Ｅ１側の第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側と、第３端Ｅ３側の第２導波路部分２２の第４端Ｅ４側とが連結されている。第６導波路３０１は、第１導波路部分２１および第２導波路部分２２の間に、ｘ方向に延在する直線状の第３部分３２１を有している。
第７導波路３１１は、第２端Ｅ２側の第１導波路部分２１、および第４端Ｅ４側の第２導波路部分２２を有する。第７導波路３１１において、第２端Ｅ２側の第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側と、第４端Ｅ４側の第２導波路部分２２の第２端Ｅ２側とが連結されている。第７導波路３１１は、第１導波路部分２１および第２導波路部分２２の間に、ｘ方向に延在する直線状の第４部分３３１を有している。第７導波路３１１の一部である第４部分３３１は、第６導波路３０１の一部である第３部分３２１に対向しており、２×２の方向性結合器を構成する。第３部分３２１および第４部分３３１の長さは、結合長である。したがって、第３部分３２１および第４部分３３１にそれぞれ入力される電磁波は、第４部分３３１および第３部分３２１から他方の部分より高い強度で出力され得る。
以上のような構成の第３の実施形態の光スイッチ１０１は、第１の実施形態と同じく、第１導波路１１とともに方向性結合器を構成し且つ第１相変化材料２３を含む少なくとも１つの第１導波路部分２１と、第２導波路１２とともに方向性結合器を構成し且つ第２相変化材料２４を含む少なくとも１つの第２導波路部分２２とを有し、第１端Ｅ１から入力されていずれかの第１導波路部分２１から出力される電磁波をいずれかの第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側に入力し、第３端Ｅ３から入力されていずれかの第２導波路部分２２から出力される電磁波をいずれかの第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側に入力する交換部１３１とを有している。したがって、第３の実施形態の光スイッチ１０１も、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４を用いながら、挿入損失を低減し得る。また、第３の実施形態の光スイッチ１０１では、第１の実施形態と同じく、第１端Ｅ１および第３端Ｅ３の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬される。したがって、第３の実施形態の光スイッチ１０１も、伝搬する信号の波形が崩しにくく、光通信に好適に使用され得る。また、第３の実施形態の光スイッチ１０１では、第１の実施形態と同じく、第１導波路１１および第２導波路１２は同一平面上に位置している。第１導波路１１および第２導波路１２に同一の材料を適用する構成において、上述の構成により、第３の実施形態の光スイッチ１０１も、基板１４上において、主面に垂直な方向において両者を変位させた構成に比べて、簡易に製造され得る。また、第３の実施形態の光スイッチ１０１では、第１の実施形態と同じく、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４は、第１導波路１１および第２導波路１２が位置する同一平面に垂直な方向において、当該平面から変位している。したがって、第３の実施形態の光スイッチ１０１も、同一の材料毎に層を形成するように製造する製造方法において、簡易に製造され得る。
次に、本開示の第４の実施形態に係る光スイッチについて説明する。第４の実施形態では、交換部の構成が第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第４の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成を有する部位には同じ符号を付す。
図４に示すように、第４の実施形態に係る光スイッチ１０２は、第１の実施形態と類似して、第１導波路１１、第２導波路１２、および交換部１３２を含んで構成されている。第４の実施形態において、第１導波路１１および第２導波路１２の構成及び機能は、第１の実施形態と同じである。
交換部１３２は、第１の実施形態と同じく、少なくとも１つの第１導波路部分２１および少なくとも１つの第２導波路部分２２を有する。第１導波路部分２１および第２導波路部分２２の構成および機能は、第１の実施形態と同じである。
交換部１３２は、第１の実施形態と同じく、第１導波路１１の第１端Ｅ１から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第１導波路部分２１から出力される電磁波を、いずれかの第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側に入力する。また、交換部１３は、第１の実施形態と同じく、第２導波路１２の第３端Ｅ３から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第２導波路部分２２から出力される電磁波を、いずれかの第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側に入力する。
第４の実施形態における、上述のような交換部１３２の詳細な構成について、以下に説明する。
第４の実施形態において、交換部１３２は、第８導波路３４２および第９導波路３５２を有する。第８導波路３４２および第９導波路３５２は、例えば、第１導波路１１および第２導波路１２の間に位置する。
交換部１３２は、２つの第１導波路部分２１および２つの第２導波路部分２２を有する。
第８導波路３４２は、第１端Ｅ１側の第１導波路部分２１、および第４端Ｅ４側の第２導波路部分２２を有する。第８導波路３４２において、第１端Ｅ１側の第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側と、第４端Ｅ４側の第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側とが連結されている。
第９導波路３５２は、第２端Ｅ２側の第１導波路部分２１、および第３端Ｅ３側の第２導波路部分２２を有する。第９導波路３５２において、第２端Ｅ２側の第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側と、第３端Ｅ３側の第２導波路部分２２の第４端Ｅ４側とが連結されている。
第８導波路３４２における第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側と第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側とを連結する部分の直線状の一部、および第９導波路３５２における第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側と第２導波路部分２２の第４端Ｅ４側とを連結する部分の直線状の一部は、基板１４の主面に垂直な方向から見て交差している。また、第８導波路３４２および第９導波路３５２の、基板１４の主面に垂直な方向から見て交差している部分は、垂直であってよい。第８導波路３４２および第９導波路３５２の、基板１４の主面に垂直な方向から見て交差している部分は、交差してよいし、基板１４の主面に垂直な方向に変位していてよい。
以上のような構成の第４の実施形態の光スイッチ１０２は、第１の実施形態と同じく、第１導波路１１とともに方向性結合器を構成し且つ第１相変化材料２３を含む少なくとも１つの第１導波路部分２１と、第２導波路１２とともに方向性結合器を構成し且つ第２相変化材料２４を含む少なくとも１つの第２導波路部分２２とを有し、第１端Ｅ１から入力されていずれかの第１導波路部分２１から出力される電磁波をいずれかの第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側に入力し、第３端Ｅ３から入力されていずれかの第２導波路部分２２から出力される電磁波をいずれかの第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側に入力する交換部１３２とを有している。したがって、第４の実施形態の光スイッチ１０２も、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４を用いながら、挿入損失を低減し得る。また、第４の実施形態の光スイッチ１０２では、第１の実施形態と同じく、第１端Ｅ１および第３端Ｅ３の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬される。したがって、第４の実施形態の光スイッチ１０２も、伝搬する信号の波形が崩しにくく、光通信に好適に使用され得る。また、第４の実施形態の光スイッチ１０２では、第１の実施形態と同じく、第１導波路１１および第２導波路１２は同一平面上に位置している。第１導波路１１よび第２導波路１２に同一の材料を適用する構成において、上述の構成により、第４の実施形態の光スイッチ１０２も、基板１４上において、主面に垂直な方向において両者を変位させた構成に比べて、簡易に製造され得る。また、第４の実施形態の光スイッチ１０２では、第１の実施形態と同じく、第１相変化材料２３および第２相変化材料２４は、第１導波路１１および第２導波路１２が位置する同一平面に垂直な方向において、当該平面から変位している。したがって、第４の実施形態の光スイッチ１０２も、同一の材料毎に層を形成するように製造する製造方法において、簡易に製造され得る。
また、第４の実施形態の光スイッチ１０２では、第８導波路３４２における第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側と第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側とを連結する部分の直線状の一部、および第９導波路３５２における第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側と第２導波路部分２２の第４端Ｅ４側とを連結する部分の直線状の一部は垂直である。このような構成により、第４の実施形態の光スイッチ１０２では、第１導波路部分２１の第２端Ｅ２側と第２導波路部分２２の第３端Ｅ３側とを連結する部分の直線状の一部を伝搬する電磁波の、第２導波路部分２２の第４端Ｅ４側と第１導波路部分２１の第１端Ｅ１側とを連結している直線状の一部への移動を最小限に抑え得る。
本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
例えば、第１の実施形態から第４の実施形態において、光スイッチ１０、１００、１０１、１０２は、単一の交換部１３、１３０、１３１、１３２を含む構成であるが、複数の交換部１３、１３０、１３１、１３２がｙ方向に沿って設けられていてもよい。
また、第１の実施形態において、交換部１３は、第３導波路２５および第４導波路２６の２つの円環状の導波路を有する構成である。しかし、交換部１３は、偶数個の円環状の導波路が第３導波路２５および第４導波路２６の間においてｘ方向に隣接する導波路同士で２×２方向性結合器を構成させるように形成しても、第１の実施形態と同じ効果が得られる。
また、第３の実施形態および第４の実施形態において、交換部１３１、１３２は、２つの第１導波路部分２１および２つの第２導波路部分２２を有する。しかし、交換部１３１、１３２は、３以上の第１導波路部分２１および３以上の第２導波路部分２２を有してよい。第３の実施形態においては、第６導波路３０１は、複数の第１導波路部分２１の中で最も第２端Ｅ２側以外の第１導波路部分２１、および複数の第２導波路部分２２の中で最も第４端Ｅ４側以外の第２導波路部分２２を含んでよい。第４の実施形態においては、第８導波路３４２は、複数の第１導波路部分２１の中で最も第２端Ｅ２側以外の第１導波路部分２１、および複数の第２導波路部分２２の中で最も第３端Ｅ３側以外の第２導波路部分２２を含んでよい。
１０、１００、１０１、１０２ 光スイッチ
１１ 第１導波路
１２ 第２導波路
１３、１３０、１３１、１３２ 交換部
１４ 基板
１５ 第１端部
１６ 第２端部
１７ 第１直線状部
１８ 第３端部
１９ 第４端部
２０ 第２直線部
２１ 第１導波路部分
２２ 第２導波路部分
２３ 第１相変化材料
２４ 第２相変化材料
２５ 第３導波路
２６ 第４導波路
２７ 第１部分
２８ 第２部分
２９０ 第５導波路
３０１ 第６導波路
３１１ 第７導波路
３２１ 第３部分
３３１ 第４部分
３４２ 第８導波路
３５２ 第９導波路
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４ 第１端、第２端、第３端、第４端

Claims (8)

  1. 第１端および第２端を有する第１導波路と、
    第３端および第４端を有し、該第３端および該第４端がそれぞれ前記第１導波路の中心から見た前記第１端側および前記第２端側に位置する第２導波路と、
    前記第１導波路に沿って位置して該第１導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む第１導波路部分と、前記第２導波路に沿って位置して該第２導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む第２導波路部分と、前記第１導波路部分の前記第２端側と前記第２導波路部分の前記第３端側とが連結され、且つ前記第２導波路部分の前記第４端側と前記第１導波路部分の前記第１端側とが連結されている環状の第５導波路とを有する交換部と、を備える
    光スイッチ。
  2. 第１端および第２端を有する第１導波路と、
    第３端および第４端を有し、該第３端および該第４端がそれぞれ前記第１導波路の中心から見た前記第１端側および前記第２端側に位置する第２導波路と、
    前記第１導波路に沿って位置して該第１導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む少なくとも１つの第１導波路部分と、前記第２導波路に沿って位置して該第２導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む少なくとも１つの第２導波路部分と、複数の第１導波路部分の中の任意の前記第１導波路部分、および該第１導波路部分の前記第２端側と前記第４端側において連結されている、複数の第２導波路部分の中の任意の前記第２導波路部分を含む第６導波路と、前記第６導波路よりも前記第２端側に位置し、該第６導波路の一部とともに方向性結合器を構成し、且つ前記第１導波路部分より前記第２端側の前記第１導波路部分、および該第１導波路部分の前記第１端側と前記第３端側において連結されている、前記第２導波路部分より第４端側の前記第２導波路部分を含む第７導波路とを有する交換部と、を備える
    光スイッチ。
  3. 請求項１に記載の光スイッチにおいて、
    前記第５導波路において、前記第１導波路部分の前記第２端側と前記第２導波路部分の前記第３端側とを連結する部分の直線状の一部、および前記第２導波路部分の前記第４端側と前記第１導波路部分の前記第１端側とを連結する部分の直線状の一部は垂直である
    光スイッチ。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光スイッチにおいて、
    前記相変化材料の相変化に、レーザ光が用いられる
    光スイッチ。
  5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光スイッチにおいて、
    前記相変化材料の相変化に、抵抗体による発熱が用いられる
    光スイッチ。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の光スイッチにおいて、
    前記第１端および前記第３端の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬される
    光スイッチ。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の光スイッチにおいて、
    前記第１導波路および前記第２導波路は、同一平面上に位置している
    光スイッチ。
  8. 請求項７に記載の光スイッチにおいて、
    前記相変化材料は、前記同一平面に垂直な方向において、該平面から変位している
    光スイッチ。
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