JPH04273218A - 光スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路間の光結合を
制御する光スイッチ装置に係り、例えば、光集積回路に
形成して、光通信、光情報処理等の分野において利用で
きるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】隣り合う光導波路間の光結合をオン・オ
フして光スイッチ作用を行う光スイッチ装置としては、
図２ないし図４に示されたものが知られている。

【０００３】図２に示される例は、結晶や半導体等の圧
電性物質からなる基板１０１の表面部に２つの光導波路
１０２，１０３を平行に形成し、この光導波路１０２，
１０３の表面に電極１０４，１０５をそれぞれ形成した
ものである。この構成で、基板１０１をアースし、電極
１０４，１０５に印加する電圧Ｖ１　，Ｖ２　を変える
と、電気光学効果（ＥＯ効果）により、光導波路１０２
．１０３中に形成される電界の変化に応じて屈折率が変
化し、光導波路１０２．１０３中を伝搬する光の伝搬モ
ードも変化する。ここで、光導波路１０２．１０３中を
伝搬する光の伝搬モード相互の関係が光結合条件を満た
せば光結合し、そうでない場合は光結合しない。そこで
、２つの光導波路１０２，１０３の大きさ、位置関係、
屈折率、基板の物性その他の条件を適切に選定すること
により、電圧Ｖ１　，Ｖ２　がある範囲のときに、２つ
の光導波路１０２，１０３が光結合し、他の範囲のとき
は２つの光導波路１０２．１０３中を光が互いに独立に
伝搬するように設定できる。これを利用し、電圧Ｖ１　
，Ｖ２　を制御することにより２つの光導波路間の光結
合をオン・オフする光スイッチ作用を得ることができる
。

【０００４】図３に示される例は、図２に示される例と
原理的に同じであるが、光導波路をいわゆるプレーナ型
とし、電極２０４，２０５，２０６で挾まれる領域の屈
折率をＥＯ効果によって制御することによりこれらの間
で囲まれる領域に形成される光導波路２０２，２０３間
の光結合を制御して光スイッチを行うものである。

【０００５】図４に示される例は、レーザダイオード３
０７から射出されたレーザ光を光導波路３０２に導入し
、この光導波路３０２の両側に平行に配置された２つの
光導波路３０３との間の光結合を電極３０４，３０４に
印加する電圧を変えることにより制御して光スイッチ作
用を行わせる。同様にして、光導波路３０３と３１３と
の間及び光導波路３１３と３２３との間の光結合をそれ
ぞれ電極３１４及び３２４によって制御し、次々に光結
合の制御を行うようにし、光導波路３０２に導入された
レーザ光を多数の出射部３３３のいずれか所望の箇所か
ら外部に射出できるようにした方向性結合器を構成した
ものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の従来
の光スイッチ装置は、いずれも、隣り合う２つの光導波
路の伝搬モードを変化させ、２つの光導波路間のモード
結合を直接オン・オフすることにより光スイッチ作用を
得るようにしている。それゆえ、２つの光導波路どうし
をこのモード結合がオン・オフ可能になるまでに接近さ
せる必要がある。一方、これら光導波路の屈折率を変化
させてモードを変化させる電圧を印加する電極について
いえば、これらの間の浮游容量をできるだけ小さく押さ
えて高速応答性を確保するために、できるだけ離間させ
る必要がある。従来の光スイッチは、モード結合がオン
・オフ可能になるまでに２つの光導波路どうしを接近さ
せると、浮游容量が大きくなって、高速応答性が損なわ
れるおそれの高いものであった。　　また、従来の光ス
イッチでは、１つの光導波路を伝搬する光を他の多数の
光導波路のうちの所望の光導波路に移行させるいわゆる
多チャンネル光スイッチ回路を構成するためには、図４
に示されるように、段階的に移行する回路を形成するよ
り外なく、多数の光導波路を横一線に平行にならべてこ
れらの間の光結合を直接制御してこれらの光導波路間を
直接移行させることはできなかった。その理由は以下の
通りである。

【０００７】すなわち、光スイッチの単位として、例え
ば、図２に示される方式のものを用いた場合には、図２
に示されるように、光導波路１０２，１０３の上に形成
する電極１０４，１０５は、これら光導波路どうしの距
離を必要なまで接近させつつ電極をできるだけ離間させ
、同時に、これら電極によって必要な屈折率変化を起こ
すことが可能な電界分布を形成させるために、互いに対
向する辺どうしは光導波路の辺に一致させ、一方、これ
と反対側の辺が光導波路からはみだした位置になるよう
に形成させることが必要である。それゆえ、このような
単位光スイッチの横にさらに同じ単位光スイッチをなら
べた場合、単位光スイッチどうしの間ではみだした電極
どうしが対向することになり、これらの間で相互に光結
合ができるような配置をすることは不可能である。

【０００８】また、図３の方式のものでは、このような
単位光スイッチの横にさらに同じ構成の単位スイッチを
ならべた場合、単位光スイッチの外側電極どうしがとな
り合うことになるが、この電極配置ではこれらの電極の
間に形成される光導波路間の光結合の制御を行うことは
できない。

【０００９】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、高速応答性にすぐれると共に、極めて簡単な
構成により多チャンネル光スイッチ装置を得ることを可
能とした光スイッチ装置を提供することを目的としたも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の各構成
とすることにより上述の課題を解決している。

【００１１】（１）　　隣り合う光導波路間の光結合を
制御する光スイッチ装置において、少なくとも前記隣り
合う光導波路の間に形成される中間領域の一部を電気光
学効果を有する物質で構成し、この中間領域に印加する
電界を制御してこの領域の屈折率分布を変えることによ
り前記隣り合う光導波路間の光結合を制御することを特
徴とした構成。

【００１２】（２）　　隣り合う光導波路間の光結合を
制御する光スイッチ装置において、基板上に少なくとも
一部が略平行になるように複数の光導波路を形成し、こ
れら光導波路間に形成される中間領域の少なくとも一部
を電気光学効果を有する物質で構成し、この領域におけ
る基板表面と基板内部とに対向する電極を設け、これら
電極に所定の電圧を印加する印加電圧制御装置を設けた
ことを特徴とする構成。

【００１３】（３）　　請求項２に記載の光スイッチ装
置において、前記光導波路が３以上備えたことを特徴と
する構成。

【００１４】

【作用】上述の構成１によれば、中間領域に印加する電
界を制御して中間領域の屈折率の絶対値及びその分布を
制御することにより、光導波路間の光結合を制御できる
。すなわち、いま、一方の光導波路を伝搬する光を他方
の光導波路に移行する場合、まず、中間領域に印加する
電界を所定の値にしてこの中間領域の屈折率を一方の光
導波路と同等以上の値にする。そうすると、一方の光導
波路を伝搬する光はこの中間領域に移行する。次に、こ
の中間領域に形成する電界に所定の分布を形成しつつ電
界を所定の値に下げ、この中間領域の屈折率を全体とし
て他方の光導波路の屈折率よりも小さくする。これによ
り、中間領域に移行した光を他方の光導波路に移行させ
ることができる。

【００１５】構成２によれば、比較的単純な構成により
、構成１の光スイッチ装置を得ることができ、また、構
成３によれば、いわゆる多チャンネル光スイッチ装置を
得ることができる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例にかかる光スイッチ
装置の断面図、図５は一実施例の光スイッチ装置の全体
構成を示す図、図６は一実施例の変形例の断面図である
。以下、これら図面を参照しながら本発明の一実施例を
詳述する。

【００１７】図において、符号１は基板、符号１１は圧
電性物質層、符号２１，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３
ｂ，２４は制御電極、符号３はコモン電極、符号４１，
４２，４３は光導波路、符号５１，５２，５３は中間導
波路領域、符号６は印加電圧制御装置である。

【００１８】基板１は、ガラスで構成され、また、圧電
性物質層１１はＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＰ系等の化
合物半導体、あるいは、ＬｉＮｂＯ３　結晶等の誘電体
等の圧電性物質であって、電気光学効果を有する物質か
ら構成されている。この圧電性物質層１１を、例えば、
ＺｎＯで構成すると、波長λ＝６３３ｎｍに対する屈折
率ｎ１　は、ｎ１　＝１．９９である。この基板１と圧
電性物質層１１との間にはアルミニウムその他の金属膜
からなる凹凸溝状のコモン電極３が形成されている。さ
らに、この圧電性物質層１１の表面部には、３本の光導
波路４１，４２，４３が８μｍ程度の間隔をおいて略平
行になるように形成され、これら光導波路４１，４２，
４３の間にはアルミニウムその他の金属膜からなる制御
電極２１，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４が形
成されている。また、制御電極２１，２２ａ，２２ｂ，
２３ａ，２３ｂ，２４とコモン電極との間の領域には中
間導波路領域５１，５２，５３がそれぞれ形成されてい
る。

【００１９】光導波路４１，４２，４３は、圧電性物質
層１１に高屈折率物質を注入し、高屈折率領域を形成し
て得たものである。例えば、ＺｎＯからなる圧電性物質
層１１にＴｉを注入して形成した場合には、波長λ＝６
３３ｎｍの光に対する屈折率ｎ２　は、ｎ２　＝２．０
４である。また、中間導波路領域５１，５２，５３，５
４は、高屈折率物質の注入量を光導波路４１，４２，４
３より少なくして形成したもので、電界の印加具合によ
り、光導波路４１，４２，４３の屈折率より高い屈折率
を有したり低い屈折率（屈折率；ｎ）を有したりする性
質を備えた領域である。光導波路４１，４２，４３及び
中間導波路領域５１，５２，５３，５４の厚さは、数千
オングストローム〜２μｍ程度である。

【００２０】なお、制御電極２１，２２ａ，２２ｂ，２
３ａ，２３ｂ，２４には、印加電圧制御装置６によって
それぞれ適宜の電圧が加えられるようになっている。

【００２１】さて、上述の構成の光スイッチ装置は、次
のようにして製造される。

【００２２】まず、ガラス板の表面にフォトリソグラフ
ィー法等によって凹凸溝を形成して基板１を得、これに
蒸着法等によって金属膜を形成してコモン電極３を得る
。次に、この上に圧電性物質をスパッタ法等によって積
層し、平坦化処理を施して表面を平らにする。次いで、
イオン注入法又はプロトン交換法等によって光導波路４
１，４２，４３及び中間導波路領域５１，５２，５３，
５４を形成し、しかる後、スパッタ法等により制御電極
２１，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４を形成し
、これら電極にボンディングパットを形成して所定の配
線処理をすることにより光スイッチ装置が得られる。

【００２３】次に、上述の一実施例の光スイッチ装置に
おいて、いま、光導波路４１からレーザ光Ｌを入射させ
、これを光導波路４３に移行して射出する場合の作用を
説明する。

【００２４】まず、制御電極２２ａ，２２ｂに適宜に電
圧を印加して中間導波路領域５２に電界を形成し、この
領域の屈折率ｎを光導波路４１の屈折率ｎ１よりも高く
なるようにする。そうすると、光導波路４１を伝搬して
いた光Ｌは、中間導波路領域５２に移行する。

【００２５】次に、制御電極２２ａと２２ｂの電圧を低
くすると共に、両者の電圧が異なるようにし、屈折率が
全体としては光導波路４２より低く、その中で比較的高
い屈折率を有する領域が光導波路４２側寄りになるよう
に、屈折率分布を形成するようにする。そうすると、中
間導波路領域５２を伝搬していた光Ｌは、光導波路４１
に戻ることなく、光導波路４２に移行する。同様にして
、光導波路４２から４３への移行を行うことができる。 これにより、光導波路４１から光導波路４２を介して光
導波路４３に光Ｌを移行することができる。

【００２６】この場合、従来の光スイッチ装置に比較し
て、隣り合う制御電極２１，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，
２３ｂ，２４どうしの距離を十分大きくとることができ
、これら電極間の浮游容量を十分小さくできるから、極
めて高い応答性を確保できる。　　また、光導波路を横
一線に平行にならべた光導波路４１，４２，４３の間の
光結合を直接制御してこれらの光導波路間を直接移行さ
せることができるものであるから、光導波路をさらに多
数ならべて多チャンネルの光スイッチ装置を極めて簡単
に構成することができる。

【００２７】なお、隣り合う光導波路の間に形成される
中間領域の一部を構成する電気光学効果を備えた領域と
しては、図６に示されるように埋込型の中間導波路領域
５５１，５５２，５５３，５５４としてもよい。この場
合、上述の一実施例におけるコモン電極に相当するコモ
ン電極３１は、凹凸溝の形成を前記一実施例と丁度逆に
したようなものとすればよい。

【００２８】また、図示しないが、上述のコモン電極と
しては、必ずしも基板全面を覆うようなものでなくとも
よく、少なくとも制御電極に対向する部分に電極部があ
るものであればよい。

【００２９】さらには、上述の一実施例では、一方の光
導波路から移行して光が伝送している中間領域に屈折率
分布を形成することにより、他方の光導波路にのみこの
光を移行させ、元の（一方の）光導波路には戻らないよ
うにしているが、これは、元の光導波路の屈折率を制御
できるようにしてその屈折率を適宜制御することによっ
ても実現することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明は、少な
くとも隣り合う光導波路の間に形成される中間領域の一
部を電気光学効果を有する物質で構成し、この中間領域
に印加する電界を制御してこの領域の屈折率分布を制御
することにより前記隣り合う光導波路間の光結合を制御
するようにしたもので、これにより、高速応答性にすぐ
れ、かつ、極めて単純な構成により、多チャンネル光ス
イッチを構成することを可能とする光スイッチ装置を得
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる光スイッチ装置の断
面図である。

【図２】従来例の構成を示す図である。

【図３】従来例の構成を示す図である。

【図４】従来例の構成を示す図である。

【図５】一実施例の光スイッチ装置の全体構成を示す図
である。

【図６】一実施例の変形例の断面図である。

【符号の説明】

１…基板、２１，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２
４２…制御電極、３…コモン電極、４１，４２，４３…
光導波路、５１，５２，５３，５４…中間導波路領域、
６…印加電圧制御装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　隣り合う光導波路間の光結合を制御す
   る光スイッチ装置において、少なくとも前記隣り合う光
   導波路の間に形成される中間領域の一部を電気光学効果
   を有する物質で構成し、この中間領域に印加する電界を
   制御してこの領域の屈折率分布を制御することにより前
   記隣り合う光導波路間の光結合を制御することを特徴と
   した光スイッチ装置。
2. 【請求項２】　　隣り合う光導波路間の光結合を制御す
   る光スイッチ装置であって、基板上に少なくとも一部が
   略平行になるように複数の光導波路を形成し、少なくと
   もこ前記光導波路間に形成される中間領域の一部を電気
   光学効果を有する物質で構成し、この領域における基板
   表面と基板内部とに互いに対向する２対以上の電極を設
   け、これら電極に所定の電圧を印加する印加電圧制御装
   置を設けたことを特徴とする光スイッチ装置。
3. 【請求項３】　　請求項２に記載の光スイッチ装置にお
   いて、前記光導波路が３以上備えたことを特徴とする光
   スイッチ装置。