JPH0440428A - 光スイッチアレイ - 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】 産業上の利用分野 本発明は、光通信、光情報処理、光交換等の分野で用い
られる光スイツチアレイに関する。

従来の技術 従来、この種の光スィッチとして特開昭５８−９０６１
９号公報に示されるものがある。第５図はその構成を示
すもので、電気光学結晶１の一表面上にその深さ方向に
電界を発生させる電極対２ａ、２ｂを設け、電気光学結
晶１の前記−表面に直交する一端面に複数の光ファイバ
３ａ、３ｂ。

３ｃを結合させ、対向する他端面に集光作用を示す凹面
反射鏡４ａ、４ｂを設けてなり、各光ファイバ３ａ、３
ｂ、３ｃはこれらの凹面反射鏡４ａ。

４ｂを介して光学的に結合されている。５はコリメート
用のセルフォックレンズである。

このような構成において、電極対２ａ、２ｂ間に電源６
により電圧印加することにより、電気光学結晶１の深さ
方向に電界分布を発生させ、その電気光学効果により内
部に屈折率分布を形成する。

すると、光ファイバ３ａ〜３ｃの何れかから電気光学結
晶ｌ中に出射された光は屈折しながら内部を伝搬する。

よって、電気光学結晶ｌの屈折率分布を電気的に制御し
、凹面反射鏡４ａ、４ｂへの入射を切換えることで、入
出力間の光ファイバ３８〜３ｃの光学的結合を切換え得
るというものである。

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

課題を解決するための手段 透明材料による基板の両面に、第１．２透明博膜電極と
、基板の屈折率より高屈折率の第１，２電気光学効果物
質層とを順次積層形成し、さらに、１次元又は２次元ア
レイ状に配列された入・出射側各々の先導波路間に配設
させてこれらの第１゜２透明薄膜電極表面に電極機能を
持つ第１，２反射鏡を各々形成し、これらの第１反射鏡
と第１透明薄膜電極又は第２透明薄膜電極と第２反射鏡
とに対して選択的に電圧を印加する電圧印加手段を設け
、これらの選択的な電圧印加により前記第１電気光学効
果物質層又は第２電気光学効果物質層内部の電界分布を
制御しその電気光学効果による偏向と第１，２反射鏡間
の多重反射とにより入・出射光導波路間の結合を切換え
制御するようにした。

作用 電極機能を持つ反射鏡と透明薄膜電極とを等電位にした
状態では電気光学物質層が電気光学効果を発揮しないた
め、入射光は基板を直進透過して対応する出射側の先導
波路に結合される。一方、第１反射鏡の内で注目するあ
る入射側先導波路に隣接した反射鏡と第１透明薄膜電極
との間に電圧を印加すると、第１電気光学効果物質層内
部に電界分布が生ずる。これにより、この部分の電気光
学効果物質層はその電気光学効果により屈折率が変化し
て屈折率分布を持つため、電気光学効果物質層内部で入
力光を屈折させる。屈折された光は第２反射鏡と第１反
射鏡との間で複数回の反射を繰返しながら進路を変えて
伝搬し、隣接する別の出射側光導波路に切換え結合され
る。これにより、確実かつ高速の光スイッチングが可能
となる。ここに、基板を挾んで対称構造であり、入出射
側を逆とし、第２反射鏡と第２透明薄膜電極との間の電
圧印加を選択的に行うことにより、逆方向のスイッチン
グも可能となり、双方向スイッチングができる。また、
電気光学効果物質層を挾んで透明薄膜電極と反射鏡とが
あり電圧印加により屈折率変化を生じさせるとともに、
電気光学効果物質層と基板との間の屈折率差による角度
増幅及び反射鏡間の多重反射を利用するため、電気光学
効果が小さくても切換え可能であり、かつ、低電圧駆動
が可能となる。また、全体的な構造も、基板両面に対し
て所定の第１，２反射鏡の膜を形成すればよく、面内−
括処理が可能で、小型デバイス化、アレイ化が可能とな
る。さらには、伝搬方向として入射から出射までが同一
方向であるので、積層光回路への応用も容易である。

実施例 本発明の第一の実施例を第１図ないし第３図に基づいて
説明する。本実施例の光スイツチアレイは、使用する波
長光に対して透明な材料からなる基板１１をベースとし
て構成される。この基板１１両面にＩＴＯ薄膜などによ
る第１．２透明薄膜電極１２．１３を積層形成し、さら
に、これらの第１，２透明ｆ＃膜電極１２．１３の表面
に透明な第１，２電気光学効果物質層１４．１５を積層
形成した基板対称５層構造とされている。ここに、基板
１１の屈折率をｎ。、電気光学効果物質層１４．１５の
屈折率を貼　とすると、ｎ　ｏ　＜　ｎ　＋なる関係を
満足するように設定されている。このような関係を満た
すものとして、例えば基板１１には石英ガラス等を用い
、電気光学効果物質層１４゜１５にはＰＬＺＴや液晶を
用いることができる（本実施例では、電気光学効果物質
層１４．１５としてＰＬＺＴを用いた）。

ついで、第１の電気光学効果物質層１４表面上には電極
機能を持つ第１反射鏡１６が単層（又は複数層）構造で
複数個個別に形成されている。また、他方の第２電気光
学効果物質層１５表面上にも同様に電極機能を持つ第２
反射鏡１７が単層（又は複数層）構造で複数個個別に形
成されている。これらの反射鏡１６．１７はＡｕ金属薄
膜とされている。ここに、第１反射鏡１６は１次元アレ
イ状等間隔配列の例えば入射側先導波路、ここでは入射
側光ファイバ１８による入射位置２間を埋めるように１
次元に規則的に等間隔に配設されている。第２反射鏡１
７も同様に、１次元アレイ状等間隔配列の例えば出射側
光導波路、ここでは出射側光ファイバ１９への出射位置
間を埋めるように１次元に規則的に等間隔に配設されて
いる。

このような第１，２反射鏡１６．１７を含め、本実施例
の光スイツチアレイは、スパッタリング法、蒸着法等の
通常の薄膜形成技術や、フオトリソグラフィ法、エツチ
ング等の加工技術によって、高精度かつ簡単に作製でき
る。

ここに、前記第１反射鏡１６は各々個別に電圧印加手段
（図示せず）により選択的に電圧印加されるものである
。この場合、第１透明薄膜電極１２は共通電極的に作用
し、第１反射鏡１６は何れも電気的に独立して電圧印加
を受は得るように配線接続されている。これは、第２反
射鏡１７側でも同様であり、第２透明薄膜電極１３を共
通電極として、第２反射鏡１７は各々個別に電圧印加手
段（図示せず）により選択的に電圧印加されるものであ
る。第２反射鏡１７は何れも電気的に独立して電圧印加
を受は得るように配線接続されている。また、前記入射
光ファイバ１８の入射位置Ｐに対しては第１図に示すよ
うにコリメートレンズ２ｏが結合され、出射位置に対し
ては集光レンズ２１を介して出射側光ファイバ１９が結
合されるものである。

このような構成において、本実施例の動作原理を第１図
により説明する。いま、ある入射側光ファイバ１８ａを
伝搬してきた入射光２２ａ（ただし、アレイ方向に偏波
面を有する直線偏光）は、コリメートレンズ２０ａによ
りコリメートされて基板１１に入射する場合を考える。

この時、第１反射鏡１６と第１透明薄膜電極１２を等電
位（この場合、接地−ＯＶでよい）とし、同様に、第２
反射鏡１７と第２透明薄膜電極１３を等電位とすると、
入射光２２ａは一点鎖線で示すように基板１１中を直進
透過して、対応する出射側の集光レンズ２１ａを通り、
出射光２３ａとして出射側光フアイバ１９ａ中に出射さ
れる。一方、入射側光ファイバ１８ａに隣接する第１反
射鏡１６ｂに電圧Ｖを印加し、他の第１反射鏡１６ａ、
〜、第１゜２透明薄膜電極１２．１３及び第２反射鏡１
７は接地（ＯＶ）したままとすると、第１反射鏡１６ｂ
に対応する第１電気光学効果物質層１４内部に破線で示
すような電界分布が生ずる。これにより、第１電気光学
効果物質層１４は電気光学効果により屈折率が変化して
屈折率分布が形成される。よって、光ファイバ１８ａか
ら入射した入射光２２ａは実線で示すように第１電気光
学効果物質層１４内部で屈折される。屈折された入射光
２２ａは、第１電気光学効果物質層１４と基板１１との
間の屈折率関係によりスネルの法則に従いその屈折角を
増大させて第２反射鏡１７ａに伝搬する。よって、この
後は、反射鏡１７ａ、１６ｃ間で複数回の反射を繰返し
て伝搬し、隣接の集光レンズ２１ｂに結合して対応する
出射側光フアイバ１９ｂ中に出射光２３ｂとして出射さ
れる。

従って、−股部としては、第３図に示すように、入射側
のある１つの入射側光ファイバ１８に注目した場合、そ
の両側の２つの入射側反射鏡を１６ｂ、１６ｃとし、出
射側において入射側光ファイバ１８に対応する出射側光
ファイバを１９ａ、その両側の出射側光ファイバを１９
ｂ、１９ｃとすると、第１反射鏡１６ｂ、１６ｃに対す
る電圧印加の制御により、出射側光ファイバ１９ａ〜１
９Ｃの任意のものに結合させることができる。即ち、第
１反射鏡１６　ｂ、　　１６　ｃの何れにも電圧印加し
なければ出射側光ファイバ１９ａに結合し、第１反射鏡
１６ｂのみに電圧印加すれば出射側光ファイバ１９ｂに
結合し、第１反射鏡１６ｃのみに電圧印加すれば出射側
光ファイバ１９ｃに結合することになる。ここに、本実
施例は、基板ＩＩ中心に人出側が対称に形成されており
、第２反射鏡１７側を入射側とし、第１反射鏡１６側を
出射側とする場合には同様に適用できる（第３図中の入
射光２２′、出射光２３′はこの使用例を示す）。

なお、図示例に限らず、種々の変形構成が可能で、例え
ば第１．２反射鏡１６．１７を誘電体多層膜構造とすれ
ば吸収のない高反射率のものとなる。

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

発明の効果 本発明は、上述したように第１．２透明薄膜電極、第１
．２電気光学効果物質層を両面に形成した基板に、電極
機能を持つ第１．２反射鏡を各々形成し、第１反射鏡又
は第２反射鏡の各々に選択的に電圧印加することにより
第１電気光学効果物質層又は第２電気光学効果物質層の
電気光学効果を利用して入・出射側光導波路間の結合を
切換え制御するようにしたので、確実かつ高速の光スイ
ッチングが可能で、特に、各々の電気光学効果物質層を
挾んで透明薄膜電極と反射鏡とがあり電圧印加により屈
折率変化を生じさせるとともに、電気光学効果物質層と
基板との間の屈折率差による角度増幅及び反射鏡間の多
重反射を利用するため、電気光学効果が小さくても切換
え可能であり、かつ、低電圧駆動が可能となり、構造的
にも、基板両面に対して所定の第１，２反射鏡の膜を形
成すればよく、面内−括処理が可能で、小型デバイス化
、アレイ化が可能となり、加えて、伝搬方向が入射から
出射まで同一方向であるので、積層光回路への応用も容
易であり、特に基板中心に積層方向に対称構造であるの
で、双方向スイッチング機能を持たせることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第一の実施例を示すもの
で、第１図は動作原理を示す概略断面構造図、第２図は
スイッチアレイ単体の構造を示す斜視図、第３図は動作
原理の一般論を説明するための斜視図、第４図は本発明
の第二の実施例を示す斜視図、第５図は従来例を示す斜
視図である。 １１・・・基板、１２・・・第１透明薄膜電極、１３・
・・第２透明薄膜電極、１４・・・第１電気光学効果物
質層、Ｉ５・・・第２電気光学効果物質層、Ｉ６・・第
１反射鏡、１７・・・第２反射鏡、１８．１９・・・光
導波路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　透明材料による基板と、この基板の両面に形成した第
   １，２透明薄膜電極と、これらの第１，２透明薄膜電極
   表面に各々形成した前記基板の屈折率より高屈折率の第
   １，２電気光学効果物質層と、１次元又は２次元アレイ
   状に配列された入・出射側各々の光導波路間に配設させ
   てこれらの第１，２透明薄膜電極表面に各々形成した電
   極機能を持つ第１，２反射鏡と、これらの第１反射鏡と
   第１透明薄膜電極又は第２透明薄膜電極と第２反射鏡と
   に対して選択的に電圧を印加する電圧印加手段とよりな
   り、これらの選択的な電圧印加により前記第１電気光学
   効果物質層又は第２電気光学効果物質層内部の電界分布
   を制御しその電気光学効果による偏向と第１、２反射鏡
   間の多重反射とにより入・出射光導波路間の結合を切換
   え制御するようにしたことを特徴とする光スイッチアレ
   イ。