WO2023161977A1 - 電子部品、光方向性結合器、及び、光方向性結合器の制御方法 - Google Patents

電子部品、光方向性結合器、及び、光方向性結合器の制御方法 Download PDF

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WO2023161977A1
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electrode
insulating portion
waveguide
directional coupler
capacitor
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俊樹 岩井
義康 土肥
研一 河口
哲郎 石黒
哲也 宮武
信太郎 佐藤
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富士通株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier

Definitions

  • the present disclosure relates to an electronic component, an optical directional coupler, and a control method for the optical directional coupler.
  • an optomechanical device based on mode coupling is arranged so that two waveguides (horizontal input waveguide, vertical output waveguide) that intersect with each other and a movable coupler intersect.
  • a coupler is a curved, movable waveguide that can be switched between a connected and unconnected state connecting two waveguides.
  • An electrostatic actuator is used to move the movable waveguide (see Patent Document 1, for example).
  • An electronic component includes a first insulating portion, facing the first insulating portion, and relatively to the first insulating portion so that the distance between the first insulating portion changes.
  • a first capacitor having a movable second insulating portion; a first electrode provided on the first insulating portion; and a second electrode provided on the second insulating portion;
  • a second capacitor having an electrode and a fourth electrode provided on the second insulating portion, and an inductor connected to the second capacitor to construct a resonant circuit.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a beam splitter 30;
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of the quantum computer 1;
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of the configuration of an optical directional coupler 100;
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a first insulating portion 110, a second insulating portion 120, a spring 130, and a movable waveguide 150 of the optical directional coupler 100;
  • FIG. FIG. 5 is a diagram showing an example of a configuration of a section taken along line AA and a section taken along line BB in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the state in which the optical directional coupler 100 is on;
  • FIG. 4 is a diagram showing the state in which the optical directional coupler 100 is turned off;
  • 3 is a diagram showing an example of an equivalent circuit 160 of the optical directional coupler 100;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a drive control unit 180;
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of a configuration of an optical directional coupler 100M1 of a first modified example of the embodiment;
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of a configuration of an optical directional coupler 100M2 of a second modified example of the embodiment;
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of a configuration of an optical directional coupler 100M2 of a second modified example of the embodiment;
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of the configuration of an optical directional coupler 100M3 according to a third modified example of the embodiment;
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a planar configuration of a quantum computer 1 according to an embodiment.
  • An XYZ coordinate system will be defined and explained below.
  • a direction parallel to the X axis (X direction), a direction parallel to the Y axis (Y direction), and a direction parallel to the Z axis (Z direction) are orthogonal to each other.
  • planar viewing means viewing in the XY plane. Further, in the following description, the length, thickness, thickness, etc. of each part may be exaggerated to make the configuration easier to understand.
  • the quantum computer 1 includes waveguides 10 (10X, 10Y, 10S), movable waveguides 150 (150A, 150B), qubit elements 20, beam splitters 30, couplers 40, and photodetectors 50.
  • the waveguides 10 (10X, 10Y, 10S) are produced by, for example, microfabrication of a silicon substrate or the like.
  • the movable waveguides 150 (150A, 150B) are implemented by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), the details of which will be described later.
  • the qubit elements 20 are realized with Diamond Qubits using Diamond Color centers.
  • Quantum computer 1 is a Diamond Qubit quantum computer.
  • the waveguide 10 has waveguides 10X, 10Y, and 10S.
  • Waveguides 10X, 10Y, and 10S are waveguides through which light can propagate.
  • a plurality of waveguides 10X are provided extending in the X direction.
  • a plurality of waveguides 10Y are provided extending in the Y direction.
  • Waveguides 10X and 10Y intersect.
  • the distance G1 between the waveguide 10X located at the end in the -X direction and the waveguide 10S is, for example, about 500 ⁇ m. The same is true for the interval between .
  • the waveguide 10S is provided in a substantially rectangular annular shape so as to surround the waveguides 10X and 10Y.
  • the four corners of the waveguide 10S are curved in plan view. This is to allow light to propagate inside.
  • Both ends of the waveguides 10X and 10Y are not directly connected to the waveguide 10S, and the movable waveguide 150 forms an optical path through which light can propagate.
  • the waveguides 10X, 10Y, and 10S are simply referred to as waveguides 10 when they are not distinguished from each other.
  • the movable waveguide 150A is provided between the waveguides 10X and 10Y and the qubit element 20.
  • the movable waveguide 150A is moved in an optical directional coupler, which will be described later, to change the state of connection between the end of the waveguide 10X or 10Y and the waveguide 10S, and the state of connection between the end of the waveguide 10X or 10Y and the waveguide 10Y. It is switched to either a non-connected state in which it is not connected to the wave path 10S. In the following, being able to switch between the connected state and the non-connected state is referred to as being capable of connecting and disconnecting.
  • the movable waveguide 150B is provided between both ends of the waveguides 10X and 10Y and the waveguide 10S.
  • the movable waveguide 150B is moved in an optical directional coupler, which will be described later, to change the state of connection between the waveguides 10X and 10Y and the qubit element 20 and the state of connection between the waveguides 10X and 10Y and the qubit element 20. It can be switched to either a non-connected state or a non-connected state.
  • the movable waveguides 150A and 150B have similar configurations.
  • the movable waveguides 150A and 150B will simply be referred to as the movable waveguide 150 unless otherwise distinguished. Details of the movable waveguide 150 will be described later with reference to FIG. 4 and the like.
  • the qubit element 20 is provided along the waveguides 10X and 10Y.
  • the qubit element 20 is implemented in Diamond Qubits with Diamond Color centers to hold qubits.
  • a qubit is either an electron spin, a nuclear spin, a photon triple, or an electron spin and a photon.
  • the beam splitter 30 is connected around the waveguide 10S.
  • the beam splitter 30 will be explained using FIG. 2 in addition to FIG.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the beam splitter 30.
  • the beam splitter 30 has two waveguides 31 and 32 arranged in an X shape in plan view, and one coupler 40 is connected to one end of each of the waveguides 31 and 32 .
  • a movable waveguide 150 is provided at the other ends of the waveguides 31 and 32 so as to be able to come into contact with and separate therefrom. When one of the two movable waveguides 150 is in a connected state, it is connected to the waveguide 10S.
  • the width W1 of the beam splitter 30 is approximately 50 ⁇ m.
  • the coupler 40 is an optical coupler that couples between the beam splitter 30 and the photodetector 50 .
  • Photodetector 50 detects light input through coupler 40 .
  • the photodetector 50 for example, an avalanche photodiode (APD), a superconducting nanowire photon detector (SNSPD), or the like can be used.
  • APD avalanche photodiode
  • SNSPD superconducting nanowire photon detector
  • the coupler 40 may be omitted when the photons are directly detected from the waveguide 10S.
  • FIG. 3 is a diagram explaining an example of the operation of the quantum computer 1. As shown in FIG. Entangle is explained here. Entanglement is a state in which qubits cannot recognize each other when performing a quantum operation.
  • Select two qubit elements 20 (two qubit elements 20 indicated by arrows A and B) corresponding to two qubits to be entangled, and a beam splitter 30 (indicated by arrow C) for entangling the two qubits.
  • Select one beam splitter 30 A path from the qubit element 20 indicated by arrow A to the beam splitter 30 indicated by arrow C is indicated by a dashed line.
  • a path from the quantum bit element 20 indicated by arrow B to the beam splitter 30 indicated by arrow C is indicated by a dashed line.
  • the movable waveguide 150 (movable waveguide 150 indicated by arrows D and E) included in the path indicated by the dashed line and the movable waveguide 150 (movable waveguide 150 indicated by arrow F) in the path indicated by the dashed line.
  • the qubits of the two qubit elements 20 indicated by arrows A and B are input to the beam splitter 30 indicated by arrow C and entangled.
  • the movable waveguide 150 indicated by arrows D and E and the movable waveguide 150 indicated by arrow F are in a non-connected state, the quantum bits are transmitted from the two qubit elements 20 indicated by arrows A and B to the movable waveguide 150. It is not entangled because it is not output.
  • FIG. 4 is a plan view showing an example of the configuration of the optical directional coupler 100.
  • the optical directional coupler 100 includes a first insulating portion 110, a second insulating portion 120, a first electrode 115A, a second electrode 125A, a third electrode 115B, a fourth electrode 125B, a first capacitor 110C, a second capacitor 120C, It includes a spring (elastic member) 130 , a metal film 140 and a movable waveguide 150 .
  • the first capacitor 110C has a first electrode 115A and a second electrode 125A.
  • the second capacitor 120C has a third electrode 115B and a fourth electrode 125B.
  • the optical directional coupler 100 also includes a drive control unit that controls the drive of the movable waveguide 150. The drive control unit will be described later with reference to the drawings.
  • the optical directional coupler 100 excluding the movable waveguide 150 is the electronic component 100A of the embodiment.
  • the electronic component 100A includes a first insulating portion 110, a second insulating portion 120, a first electrode 115A, a second electrode 125A, a third electrode 115B, a fourth electrode 125B, a first capacitor 110C, a second capacitor 120C, spring 130, and metal membrane 140.
  • the optical directional coupler 100 and the electronic component 100A are realized by MEMS.
  • the first insulating portion 110, the second insulating portion 120, the spring 130 , and the movable waveguide 150 are made of, for example, silicon (Si), alumina ( Al2O3 ), silicon carbide (SiC), or other insulators. It is manufactured integrally by performing microfabrication for manufacturing MEMS.
  • waveguides 10A and 10B are shown in FIG.
  • the waveguide 10A is an example of a first waveguide
  • the waveguide 10B is an example of a second waveguide.
  • the optical directional coupler 100 is an optical switch having a movable waveguide 150 as a movable portion, and can be switched between a connected state in which the waveguides 10A and 10B are connected and a non-connected state in which the waveguides 10A and 10B are not connected.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the first insulating portion 110, the second insulating portion 120, the spring 130, and the movable waveguide 150 of the optical directional coupler 100.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a configuration of a section taken along line AA and a section taken along line BB in FIG. 4 to 6, an xyz coordinate system indicated by lower case letters is defined and explained.
  • planar view means viewing in the xy plane.
  • the first insulating portion 110 has a plate-like base portion 111 and a plurality of protrusions 112 projecting in the -y direction from the surface of the base portion 111 on the -y direction side.
  • the thickness of the base 111 in the z direction is constant throughout the base 111 .
  • the plurality of protrusions 112 protrude like teeth from the base 111 and are an example of first comb teeth.
  • the z-direction thickness of the plurality of protrusions 112 is equal to the z-direction thickness of the base 111 , and the z-direction positions of the plurality of protrusions 112 are equal to the z-direction position of the base 111 .
  • the plurality of protrusions 112 extend in the z direction between the surface of the base portion 111 on the +z direction side and the surface of the base portion 111 on the ⁇ z direction side.
  • a plate spring portion 132 of the spring 130 is connected to the side surface of the base portion 111 on the ⁇ x direction side.
  • the first insulating part 110 is fixedly provided by being fixed to a substrate (not shown) as an example.
  • the second insulating portion 120 faces the first insulating portion 110 and is provided movably with respect to the first insulating portion 110 so that the distance between the second insulating portion 110 and the first insulating portion 110 changes.
  • the second insulating portion 120 has a plate-like base portion 121 and a plurality of protrusions 122 projecting in the +y direction from the surface of the base portion 121 on the +y direction side.
  • a movable waveguide 150 is attached to the -y direction side of the base portion 121 of the second insulating portion 120 . Therefore, the second insulating portion 120 moves in the y-direction together with the movable waveguide 150 with respect to the first insulating portion 110 .
  • the thickness of the base 121 in the z-direction is constant throughout the base 121 .
  • the thickness of the base 121 in the z direction is equal to the thickness of the base 111 of the first insulating part 110 in the z direction
  • the position of the base 121 in the z direction is equal to the position of the base 111 in the z direction.
  • the plurality of protrusions 122 protrude like comb teeth from the base 121 and are an example of second comb teeth.
  • a plate spring portion 132 of the spring 130 is connected to the side surface of the base portion 121 in the ⁇ x direction.
  • the z-direction thickness of the plurality of protrusions 122 is equal to the z-direction thickness of the base 121 , and the z-direction positions of the plurality of protrusions 122 are equal to the z-direction position of the base 121 .
  • the plurality of protrusions 122 extend in the z direction between the +z direction side surface of the base portion 121 and the ⁇ z direction side surface of the base portion 121 .
  • the plurality of protrusions 122 face the plurality of protrusions 112 of the first insulating section 110 in the y direction, and the position of each protrusion 122 in the x direction is different from the position of each protrusion 112 in the x direction. are displaced.
  • the x-direction width and y-direction length of the plurality of protrusions 122 are equal to the x-direction width and y-direction length of the plurality of protrusions 112 .
  • the plurality of projections 122 are nested between the plurality of projections 112 when the second insulation portion 120 moves in the +y direction with respect to the first insulation portion 110 .
  • the plurality of protrusions 112 and the plurality of protrusions 122 do not contact each other.
  • the plurality of protrusions 122 are arranged to face the plurality of protrusions 112 in a nested manner.
  • the first insulating part 110 is fixed and the second insulating part 120 is provided movable with respect to the first insulating part 110.
  • the first insulating part 110 and the second insulating part Both insulators 120 may be moveable closer together in the y-direction.
  • the second insulating portion 120 faces the first insulating portion 110 and may be provided relatively movable with respect to the first insulating portion 110 so that the distance between the first insulating portion 110 and the second insulating portion 120 changes. .
  • the first electrode 115A includes the surface of the convex portion 112 (see FIGS. 5 and 6) on the +z direction side, the side surface of the convex portion 112 on the +x direction side, and the convex portion 115A. It is provided on the side surface of the portion 112 on the -x direction side.
  • the first electrode 115A further includes a ⁇ y direction side surface of the convex portion 112, a ⁇ y direction side surface of the base portion 111 (side surface parallel to the xz plane between the convex portions 112), and a +z direction side surface of the base portion 111. It is formed along the edge on the -y direction side of the surface on the direction side.
  • the first electrode 115A is formed on the rest of the convex portions 112 (see FIG. 5), excluding some of the convex portions 112 on the +x direction side. In FIG. 4, as an example, it is formed on the outer surface of six protrusions 112 on the -x direction side among the nine protrusions 112 .
  • the first electrode 115A may also be formed on the surface of the projection 112 on the -z direction side.
  • Such a first electrode 115A can be produced, for example, by forming wiring from a transparent conductor (such as indium tin oxide) on the surfaces of the base portion 111 and the convex portion 112 using a lift-off process.
  • a transparent conductor such as indium tin oxide
  • a terminal 115A1 is connected to the first electrode 115A.
  • the terminal 115A1 is provided on the surface of the base portion 111 on the +z direction side, as shown in FIG. 6B.
  • the terminal 115A1 extends from the +y direction end of the first electrode 115A to the +y direction end of the base portion 111 .
  • a voltage is applied to the first electrode 115A from the drive control unit.
  • the ground potential is applied to the first electrode 115A and a negative voltage is applied to the terminal 142, the second electrode 125A and the movable waveguide 150 move.
  • the second electrode 125A (see FIG. 4) includes the +z direction side surface of the protrusion 122 (see FIG. 5), the +x direction side surface of the protrusion 122, and the +x direction side surface of the protrusion 122. It is provided on the side surface on the ⁇ x direction side and the side surface on the +y direction side of the convex portion 122 .
  • the second electrode 125A is further formed on the side surface of the base portion 121 on the +y direction side (the side surface between the convex portions 122 parallel to the xz plane) and the surface of the base portion 121 on the +z direction side.
  • the second electrode 125A is held at the ground potential (0V).
  • the second electrode 125A is formed on the outer surfaces of the remaining convex portions 122 of the plurality of convex portions 122 (see FIG. 5), excluding some of the convex portions 122 on the +x direction side. In FIG. 4, as an example, it is formed on the outer surfaces of seven protrusions 122 on the ⁇ x direction side among the ten protrusions 122 . Further, the second electrode 125A may be formed on the surface of the projection 122 on the -z direction side. Such a second electrode 125A can be produced, for example, by forming wiring from a transparent conductor (such as indium tin oxide) on the surfaces of the base portion 121 and the convex portion 122 using a lift-off process.
  • a transparent conductor such as indium tin oxide
  • the third electrode 115B is provided on the surface of the convex portion 112 on the +z direction side, the side surface of the convex portion 112 on the +x direction side, and the side surface on the ⁇ x direction side of the convex portion 112. ing.
  • the third electrode 115B further includes a ⁇ y direction side surface of the convex portion 112, a ⁇ y direction side surface of the base portion 111 (a side surface parallel to the xz plane between the convex portions 112), and a +z direction side surface of the base portion 111. It is formed along the edge on the -y direction side of the surface on the direction side.
  • the third electrode 115B is formed on the remaining convex portions 112, excluding the convex portion 112 on which the first electrode 115A is formed, among the plurality of convex portions 112 (see FIG. 5). In FIG. 4, as an example, it is formed on the outer surfaces of the three convex portions 112 on the +x direction side among the nine convex portions 112 . Further, the third electrode 115B may also be formed on the surface of the projection 112 on the ⁇ z direction side. Such a third electrode 115B can be produced, for example, by forming a wiring of a transparent conductor (indium tin oxide or the like) on the surfaces of the base 111 and the projection 112 using a lift-off process.
  • a transparent conductor indium tin oxide or the like
  • the wiring 115B1 is provided on the surface of the first insulating portion 110 in the +z direction, similar to the terminal 115A1.
  • the wiring 115B1 is connected to the edge of the third electrode 115B on the +y direction side and extends to the edge of the first insulating portion 110 on the +y direction side.
  • the parasitic inductance of the wiring 115B1 is used as part of the inductance component of the resonant circuit including the second capacitor 120C. Since the parasitic inductance of the wiring 115B1 increases as the length of the wiring 115B1 increases, the wiring 115B1 may be, for example, a meandering wiring.
  • the wiring 115B1 can be produced by forming a wiring of a transparent conductor (indium tin oxide or the like) on the surface of the base 111 on the +z direction side using a lift-off process.
  • the fourth electrode 125B is formed on the surface of the convex portion 122 (see FIG. 5) on the +z direction side, the side surface of the convex portion 122 on the +x direction side, and the ⁇ x direction side of the convex portion 122. It is provided on the side surface and the side surface of the convex portion 122 on the +y direction side.
  • the fourth electrode 125B is further formed on the side surface of the base portion 121 on the +y direction side (the side surface between the convex portions 122 parallel to the xz plane) and the surface of the base portion 121 on the +z direction side.
  • the fourth electrode 125B is held at the ground potential (0V).
  • the fourth electrode 125B is formed on the outer surface of the remaining convex portions 122 of the plurality of convex portions 122 (see FIG. 5) excluding the convex portion 122 on which the second electrode 125A is formed. In FIG. 4, as an example, it is formed on the outer surfaces of three convex portions 122 on the +x direction side among the ten convex portions 122 . Further, the fourth electrode 125B may be formed on the surface of the projection 122 on the -z direction side. Such a fourth electrode 125B can be produced, for example, by forming wiring from a transparent conductor (indium tin oxide or the like) on the surfaces of the base 121 and the convex 122 using a lift-off process. Note that the first electrode 115A, the second electrode 125A, the third electrode 115B, and the fourth electrode 125B may not protrude in a comb shape, and may be flat electrodes, for example.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating dimensions of the third electrode 115B and the fourth electrode 125B.
  • the third electrode 115B and the fourth electrode 125B build a second capacitor 120C. 7 shows the third electrode 115B and the fourth electrode 125B in a state where the second insulating portion 120 (see FIGS. 4 and 5) is closest to the first insulating portion 110 (see FIGS. 4 and 5). show.
  • the y-direction length of the comb teeth of the third electrode 115B and the fourth electrode 125B is 2 ⁇ m, for example.
  • the distance (gap) in the x direction between the comb teeth of the third electrode 115B and the fourth electrode 125B is, for example, 0.5 ⁇ m.
  • the first capacitor 110C has a first electrode 115A and a second electrode 125A, as shown in FIG.
  • the first capacitor 110C detects the voltage (inter-electrode voltage) between the first electrode 115A and the second electrode 125A in position control when moving the movable waveguide 150 in the optical directional coupler 100. used for Details of this will be described later.
  • the first electrode 115A and the second electrode 125A are comb-shaped and have a large surface area. Note that the first electrode 115A and the second electrode 125A are not limited to comb-shaped electrodes, and may be two flat electrodes or may have other shapes.
  • the second capacitor 120C has a third electrode 115B and a fourth electrode 125B.
  • the second capacitor 120C corrects the voltage (inter-electrode voltage) between the first electrode 115A and the second electrode 125A in position control when moving the movable waveguide 150. used to detect the inter-electrode distance. Details of this will be described later.
  • the third electrode 115B and the fourth electrode 125B are comb-shaped and have a large surface area.
  • the third electrode 115B and the fourth electrode 125B are not limited to comb-shaped electrodes, and may be two flat electrodes or other shapes. It is preferable to have the same shape as the two electrodes 125A.
  • the shape of the comb teeth of the third electrode 115B and the fourth electrode 125B of the second capacitor 120C is the same as the shape of the comb teeth of the first electrode 115A and the second electrode 125A of the first capacitor 110C.
  • a first electrode 115A and a third electrode 115B are formed on the first insulating portion 110, and a second electrode 125A and a fourth electrode 125B are formed on the second insulating portion 120.
  • the distance between the first electrode 115A and the second electrode 125A of the first capacitor 110C is the distance between the third electrode 115B and the fourth electrode 125B of the second capacitor 120C.
  • the distance between the electrodes of the first capacitor 110C and the distance between the electrodes of the second capacitor 120C are always equal even when the second insulating portion 120 and the movable waveguide 150 move in the y direction with respect to the first insulating portion 110. .
  • the third electrode 115B and the fourth electrode 125B of the second capacitor 120C and the first electrode 115A and the second electrode 125A of the first capacitor 110C have the same comb tooth shape and the same distance between the electrodes.
  • it is not limited to such a form. Even if the second insulating portion 120 and the movable waveguide 150 move in the y direction with respect to the first insulating portion 110, the ratio of the inter-electrode distance of the first capacitor 110C to the inter-electrode distance of the second capacitor 120C is always
  • the shapes of the first electrode 115A, the second electrode 125A, the third electrode 115B, and the fourth electrode 125B may be any shape as long as they are constant.
  • One spring 130 is provided on each side of the first insulating portion 110 and the second insulating portion 120 in the x direction.
  • the spring 130 on the -X direction side is called a spring 130A
  • the spring 130 on the +X direction side is called a spring 130B.
  • the metal film 140 is not formed on the spring 130A
  • the metal film 140 is formed on the spring 130B.
  • the springs 130A and 130B are referred to as springs 130 when not distinguished.
  • the springs 130A and 130B have a base portion 131 and a plate spring portion 132.
  • Base 131 moves with movable waveguide 150 .
  • the leaf spring portion 132 of the spring 130A extends in the +x direction from both ends of the base portion 131 in the y direction, and the tip connected to the -X direction side surface of the first insulating portion 110 and the second insulating portion 120 is have.
  • the z-direction width of the leaf spring portion 132 is equal to the z-direction thickness of the first insulating portion 110 and the second insulating portion 120, and the y-direction thickness of the leaf spring portion 132 is as shown in FIGS. to very thin.
  • the leaf spring portion 132 of the spring 130B extends in the -x direction from both ends of the base portion 131 in the y direction, and the tip connected to the side surface of the first insulating portion 110 and the second insulating portion 120 in the +X direction. have.
  • the springs 130A and 130B are in a state in which the leaf spring portion 132 extends straight in the x direction with respect to the base portion 131 and is not deformed, and is in a natural state in which no external force is applied. .
  • a voltage is applied to the first electrode 115A
  • a force acts to attract the second electrode 125A (and the second insulating portion 120) to the first electrode 115A (and the first insulating portion 110) in the +y direction.
  • the plate spring portion 132 generates an elastic force (restoring force) that tries to return the second electrode 125A (and the second insulating portion 120) in the -y direction. 110) in the +y direction
  • the first electrode 115A (and the first insulating portion 110) moves in the +y direction.
  • the elastic force (restoring force) of the plate spring portion 132 restores the plate spring portion 132 to a state in which it extends straight in the x direction with respect to the base portion 131, and the second electrode 115A is restored.
  • 125A (and second insulation 120) return to the position shown in FIG.
  • the metal film 140 has wiring portions 141 and terminals 142 .
  • the wiring portion 141 is formed on the surface of the base portion 131 of the spring 130B and the surface of the plate spring portion 132 of the spring 130B.
  • the terminal 142 is formed at the +x-direction-side end of the +z-direction-side surface of the first insulating portion 110 .
  • One end of the wiring portion 141 is connected to the terminal 142, and the other end of the wiring portion 141 is connected to the fourth electrode 125B.
  • the parasitic inductance of the metal film 140 is used as part of the inductance component of the resonant circuit including the second capacitor 120C. Details of this will be described later. Since the film thickness of the metal film 140 is very thin and the widths of the wiring portion 141 in the y direction and the z direction are very narrow, the resistance value of the wiring portion 141 is relatively large. Therefore, the metal film 140 may be made of the same metal as the metal film of the fourth electrode 125B, but may be formed of a superconducting film.
  • the movable waveguide 150 is connected to the -y direction side of the second insulating portion 120 .
  • the movable waveguide 150 has a curved shape according to the step between the surfaces of the waveguides 10A and 10B on the +y direction side.
  • FIG. 8 is a diagram showing an ON state of the optical directional coupler 100
  • FIG. 9 is a diagram showing an OFF state of the optical directional coupler 100.
  • the plate spring portion 132 is not deformed as shown in FIG. It is in contact with the surfaces on the +y direction side of the wave paths 10A and 10B. Since the optical directional coupler 100 is in the ON state with no voltage applied to the first electrode 115A, the optical directional coupler 100 shown in FIGS. A combiner 100 is shown.
  • a state in which the optical directional coupler 100 is on is a connection state in which the movable waveguide 150 connects the waveguides 10A and 10B.
  • the light L1 propagating through the waveguide 10A propagates through the movable waveguide 150 to the waveguide 10B. Therefore, an optical path P1 through which the light L1 can propagate is generated in the waveguide 10A, the movable waveguide 150, and the waveguide 10B.
  • a state in which the optical directional coupler 100 is off is a state in which a voltage is applied to the first electrode 115A, the plate spring portion 132 is deformed as shown in FIG. It is in a state of not contacting the surfaces of 10A and 10B on the +y direction side.
  • a voltage is applied to the first electrode 115A so that the second electrode 125A (and the second insulating portion 120) is applied to the first electrode 115A (and the first insulating portion 110). It is attracted in the +y direction.
  • a state in which the optical directional coupler 100 is off is a non-connected state in which the movable waveguide 150 does not connect the waveguides 10A and 10B. In the unconnected state, the optical path P1 shown in FIG. 8 does not occur, and the light L1 propagating through the waveguide 10A does not propagate through the waveguide 10B.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of an equivalent circuit 160 of the optical directional coupler 100. As shown in FIG. In addition to the equivalent circuit 160, the measuring section 170 is shown in FIG.
  • the equivalent circuit 160 has a first capacitor 110C, a second capacitor 120C, terminals 161, 162, 163, an adjustment capacitor 164, and an inductor section 165.
  • FIG. The first capacitor 110C and the second capacitor 120C are represented by variable capacitor symbols because their electrostatic capacitances change as the distance between the electrodes changes.
  • the terminal 161 is connected to the second electrode 125A and the fourth electrode 125B. Therefore, the potential of the terminal 161 is 0V.
  • Terminal 162 is connected to first electrode 115A.
  • Terminal 163 is connected to second electrode 125A via adjustment capacitor 164 and inductor section 165 .
  • V1 is the voltage at terminal 162 relative to the voltage at terminal 161;
  • V2 is the voltage at terminal 163 relative to the voltage at terminal 161;
  • the adjustment capacitor 164 has a capacitance for adjusting the resonance frequency of the resonance circuit, which will be described later.
  • the adjustment capacitor 164 may be provided as required, and may be omitted if not required.
  • the adjustment capacitor 164 may be, for example, a chip capacitor or a capacitor obtained by patterning a metal film.
  • the inductor section 165 represents the total parasitic inductance of the wiring 115B1 and the metal film 140 as an electronic component.
  • the inductance of the inductor section 165 is equal to the total parasitic inductance of the wiring 115B1 and the metal film 140.
  • the resonant circuit of optical directional coupler 100 includes second capacitor 120C, tuning capacitor 164, and inductor section 165.
  • the measuring section 170 is connected to terminals 161 and 163 .
  • the measurement unit 170 sweeps the frequency to detect the resonance frequency and measures the inter-electrode distance D2 of the second capacitor 120C.
  • a network analyzer can be used as the measuring unit 170 .
  • the resonance frequency of the resonance circuit including the second capacitor 120C is, for example, 1.00 GHz, and when the optical directional coupler 100 is on, the second capacitor
  • the resonant frequency of the resonant circuit containing 120C was 1.0065 GHz as an example. Since the resonance frequency changes in this way, the inter-electrode distance D2 of the second capacitor 120C can be measured.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the drive control section 180. As shown in FIG. FIG. 11 shows the first capacitor 110C and the controller 190 in addition to the drive control section 180. As shown in FIG. The drive controller 180 has a voltage generator 181 and a displacement detector 182 .
  • the input terminal of the voltage generation section 181 is connected to the controller 190 and the output terminal of the displacement amount detection section 182, and the output terminal of the voltage generation section 181 is connected to the first electrode 115A of the first capacitor 110C and the displacement amount detection section 182. is connected to the input terminal of That is, the output terminal of the voltage generator 181 is connected to the terminal 162 in the equalization circuit of FIG.
  • the voltage generating section 181 generates and outputs a voltage to be applied to the first electrode 115A based on a command input from the controller 190 and the control amount FB input from the displacement amount detecting section 182.
  • the displacement amount detection unit 182 generates and outputs the control amount FB based on the inter-electrode distance D2 and the output of the voltage generation unit 181 .
  • the controller 190 outputs a target value according to whether the optical directional coupler 100 is turned on or off. Therefore, feedback control can be performed based on the target value corresponding to ON/OFF of the optical directional coupler 100 .
  • control amount FB generated using the inter-electrode distance D2 of the second capacitor 120C is input to the voltage generation section 181, and the voltage generation section 181 generates a corrected voltage based on the control amount FB, It is applied to one electrode 115A.
  • the parasitic inductance between the wiring 115B1 connected to the third electrode 115B and the metal film 140 formed on the spring 130 connected to the second insulating section 120 is an inductor section included in the resonant circuit. Therefore, a resonance circuit can be realized using the wiring 115B1 and the metal film 140, and high integration can be achieved. Either one of the wiring 115B1 and the metal film 140 may be used as the inductor portion.
  • the resistance of the wiring portion 141 of the metal film 140 can be greatly reduced, the Q value of the resonance circuit increases, and the resonance frequency can be easily measured. become.
  • the first insulating portion 110 has a convex portion 112 that constructs the first comb tooth portion, and the first electrode 115A and the third electrode 115B are provided on the first comb tooth portion.
  • the second insulating portion 120 has a convex portion 122 constructing a second comb tooth portion facing the first comb tooth portion in a nested manner. provided in the department. Therefore, the capacitance of the first capacitor 110C including the first electrode 115A and the third electrode 115B and the capacitance of the second capacitor 120C including the second electrode 125A and the fourth electrode 125B can be increased.
  • the normally-on optical directional coupler 100 has been described above as an example.
  • the optical directional coupler 100 may be a normally-off optical directional coupler 100 that is turned off when no voltage is applied to the first electrode 115A.
  • the electronic component 100A is used in the optical directional coupler 100 above, the electronic component 100A can detect the position of the second insulating portion 120 with high accuracy. may be used for
  • FIG. 12 is a plan view showing an example of the configuration of an optical directional coupler 100M1 of the first modified example of the embodiment.
  • differences from the optical directional coupler 100 shown in FIG. 4 will be described.
  • the same symbols are used for the same components as those of the optical directional coupler 100 shown in FIG. 4, and the description thereof is omitted.
  • the optical directional coupler 100M1 is obtained by integrating the second electrode 125A and the fourth electrode 125B of the optical directional coupler 100 shown in FIG. 4 as the electrode 125 and adding a metal film 140A.
  • the metal film 140A has a wiring portion 141 and a terminal 142 and is formed on the spring 130A.
  • the metal film 140B is similar to the metal film 140 shown in FIG.
  • the parasitic inductance of the metal film 140A is used as part of the inductance component of the resonant circuit including the second capacitor 120C, similarly to the metal film 140B.
  • the electrode 125 in FIG. 12 has a second electrode 125A and a fourth electrode 125B.
  • a second electrode 125A of the electrode 125 in FIG. 12 is a portion of the electrode 125 that constitutes the first electrode 115A and the first capacitor 110C.
  • a fourth electrode 125B of the electrode 125 in FIG. 12 is a portion of the electrode 125 that forms the third electrode 115B and the second capacitor 120C.
  • the optical directional coupler 100M1 of the first modified example can move the movable waveguide 150 with high precision, similarly to the optical directional coupler 100.
  • FIGSecond modification> 13 and 14 are plan views showing an example of the configuration of an optical directional coupler 100M2 of the second modified example of the embodiment.
  • the optical directional coupler 100M2 is a normally-off optical directional coupler.
  • FIG. 13 shows the optical directional coupler 100M2 in the OFF state
  • FIG. 14 shows the optical directional coupler 100M2 in the ON state.
  • differences from the optical directional coupler 100 shown in FIG. 4 will be described.
  • the same symbols are used for the same components as those of the optical directional coupler 100 shown in FIG. 4, and the description thereof is omitted.
  • the optical directional coupler 100M2 has a configuration in which the leaf spring portions 132 of the springs 130A and 130B are connected only to the second insulating portion 120, a normally-off type, and the -y direction side of the movable waveguide 150. 4 extends linearly in the x-direction, unlike the optical directional coupler 100 shown in FIG.
  • the -y direction end of the movable waveguide 150 extends linearly in the x direction because the waveguides 10A and 10B are at the same position in the y direction. Since the first insulating part 110 is fixed, it is turned off (unconnected state) as shown in FIG. 13 when no voltage is applied to the first electrode 115A.
  • the movable waveguide 150 moves in the -y direction and comes into contact with the waveguides 10A and 10B as shown in FIG. state). Since a voltage is applied to the first electrode 115A so that the second electrode 125A moves away from the first electrode 115A, the polarity of the applied voltage is opposite to that of the normally-on type.
  • the springs 130A and 130B are deformed to generate an elastic force (restoring force) to return the movable waveguide 150 in the +y direction.
  • the normally-off type and the normally-on type differ in the presence or absence of voltage application to the first electrode 115A and in the polarity, but the basic principle is the same.
  • the movement of the movable waveguide 150 in the y direction is the same as that of the optical directional coupler 100 shown in FIG. is.
  • the electronic component of the second modification has a configuration in which the movable waveguide 150 is omitted from the optical directional coupler 100M2.
  • FIG. 15 is a plan view showing an example of the configuration of an optical directional coupler 100M3 according to the third modified example of the embodiment.
  • the optical directional coupler 100M3 is a normally-off optical directional coupler.
  • the optical directional coupler 100M3 includes the first insulating portion 110, the first electrode 115A, and the third electrode 115B of the optical directional coupler 100M2 of the second modification shown in FIG.
  • the positions of the electrode 125A and the fourth electrode 125B in the y direction are exchanged, and the positional relationship between the first electrode 115A, the second electrode 125A and the spring 130A, and the third electrode 115B, the fourth electrode 125B and the spring 130B. are exchanged in the x direction.
  • the movable waveguide 150 is separated from the second insulating portion 120 and attached to the base portion 131 of the spring 130B.
  • the electronic component of the second modification has a configuration in which the movable waveguide 150 is omitted from the optical directional coupler 100M2.

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Abstract

可動導波路を精度良く移動させることができる電子部品、光方向性結合器、及び、光方向性結合器の制御方法を提供する。　電子部品は、第１絶縁部と、第１絶縁部に対向し、前記第１絶縁部との間の距離が変化するように前記第１絶縁部に対して相対的に可動な第２絶縁部と、前記第１絶縁部に設けられる第１電極と、前記第２絶縁部に設けられる第２電極とを有する第１キャパシタと、前記第１絶縁部に設けられる第３電極と、前記第２絶縁部に設けられる第４電極とを有する第２キャパシタと、前記第２キャパシタに接続されて共振回路を構築するインダクタとを含む。

Description

電子部品、光方向性結合器、及び、光方向性結合器の制御方法
　本開示は、電子部品、光方向性結合器、及び、光方向性結合器の制御方法に関する。
　従来より、互いに交わる２つの導波路（水平入力導波路、垂直出力導波路）と、可動するカプラとが交差するように配置された、モード結合に基づくオプトメカニカル装置（光方向性結合器）がある。カプラは２つの導波路を接続する接続状態と非接続状態とで切り換えられる、湾曲した可動導波路である。可動導波路の移動には、静電アクチュエータが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２００３／０１０８２７４号明細書
　ところで、光方向性結合器において、２つの導波路に対して可動導波路を移動させて接続状態と非接続状態とを切り換える際には、非常に高い位置精度が求められる。しかしながら、従来の光方向性結合器は、特段の工夫を行っていないため、可動導波路を精度良く移動させることが困難である。
　そこで、可動導波路を精度良く移動させることができる電子部品、光方向性結合器、及び、光方向性結合器の制御方法を提供することを目的とする。
　本開示の実施形態の電子部品は、第１絶縁部と、第１絶縁部に対向し、前記第１絶縁部との間の距離が変化するように前記第１絶縁部に対して相対的に可動な第２絶縁部と、前記第１絶縁部に設けられる第１電極と、前記第２絶縁部に設けられる第２電極とを有する第１キャパシタと、前記第１絶縁部に設けられる第３電極と、前記第２絶縁部に設けられる第４電極とを有する第２キャパシタと、前記第２キャパシタに接続されて共振回路を構築するインダクタとを含む。
　可動導波路を精度良く移動させることができる電子部品、光方向性結合器、及び、光方向性結合器の制御方法を提供することができる。
実施形態の量子コンピュータ１の平面構成の一例を示す図である。 ビームスプリッタ３０の構成の一例を示す図である。 量子コンピュータ１の動作の一例を説明する図である。 光方向性結合器１００の構成の一例を示す平面図である。 光方向性結合器１００の第１絶縁部１１０、第２絶縁部１２０、ばね１３０、及び可動導波路１５０の構成の一例を示す図である。 図４におけるＡ－Ａ矢視断面とＢ－Ｂ矢視断面の構成の一例を示す図である。 第３電極１１５Ｂ及び第４電極１２５Ｂに関する寸法を説明する図である。 光方向性結合器１００がオンの状態を示す図である。 光方向性結合器１００がオフの状態を示す図である。 光方向性結合器１００の等価回路１６０の一例を示す図である。 駆動制御部１８０の一例を示す図である。 実施形態の第１変形例の光方向性結合器１００Ｍ１の構成の一例を示す平面図である。 実施形態の第２変形例の光方向性結合器１００Ｍ２の構成の一例を示す平面図である。 実施形態の第２変形例の光方向性結合器１００Ｍ２の構成の一例を示す平面図である。 実施形態の第３変形例の光方向性結合器１００Ｍ３の構成の一例を示す平面図である。
　以下、本開示の電子部品、光方向性結合器、及び、光方向性結合器の制御方法を適用した実施形態について説明する。
　＜実施形態＞
　図１は、実施形態の量子コンピュータ１の平面構成の一例を示す図である。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。Ｘ軸に平行な方向（Ｘ方向）、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）、Ｚ軸に平行な方向（Ｚ方向）は、互いに直交する。また、平面視とはＸＹ面視することをいう。また、以下では構成が分かり易くなるように各部の長さ、太さ、厚さ等を誇張して示す場合がある。
　量子コンピュータ１は、導波路１０（１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｓ）、可動導波路１５０（１５０Ａ、１５０Ｂ）、量子ビット素子２０、ビームスプリッタ３０、カプラ４０、光検出器５０を含む。これらのうち、導波路１０（１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｓ）は、例えば、シリコン基板等を微細加工することによって作製される。また、可動導波路１５０（１５０Ａ、１５０Ｂ）は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems: 微小電子機械システム)によって実現されるが、詳細については後述する。量子ビット素子２０は、ダイヤモンドColor centerを用いたダイヤモンドQubitで実現される。量子コンピュータ１は、ダイヤモンドQubit量子コンピュータである。
　導波路１０は、導波路１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｓを有する。導波路１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｓは、光が伝搬可能な導波路である。導波路１０Ｘは、Ｘ方向に延在し、複数本設けられている。導波路１０Ｙは、Ｙ方向に延在し、複数本設けられている。導波路１０Ｘ及び１０Ｙは交差している。なお、－Ｘ方向側の端に位置する導波路１０Ｘと、導波路１０Ｓとの間の間隔Ｇ１は、一例として約５００μｍであり、隣り合う導波路１０Ｘ同士の間隔と、隣り合う導波路１０Ｙ同士の間隔とについても同等である。
　導波路１０Ｓは、導波路１０Ｘ及び１０Ｙの周囲を囲むように略矩形環状に設けられている。導波路１０Ｓの四隅は、平面視で曲線状に湾曲されている。内部を光が伝搬可能にするためである。導波路１０Ｘ及び１０Ｙの両端は、導波路１０Ｓには直接的には接続されておらず、可動導波路１５０によって光が伝搬可能な光路が形成される。なお、導波路１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｓを特に区別しない場合には、単に導波路１０と称す。
　可動導波路１５０Ａは、導波路１０Ｘ及び１０Ｙと量子ビット素子２０との間に設けられている。可動導波路１５０Ａは、後述する光方向性結合器において移動されることによって、導波路１０Ｘ又は１０Ｙの端部と導波路１０Ｓとを接続した接続状態と、導波路１０Ｘ又は１０Ｙの端部と導波路１０Ｓとを接続していない非接続状態とのどちらかに切り換えられる。以下では、接続状態と非接続状態とを切替可能なことを接離可能と称す。
　可動導波路１５０Ｂは、導波路１０Ｘ及び１０Ｙの両端と、導波路１０Ｓとの間に設けられている。可動導波路１５０Ｂは、後述する光方向性結合器において移動されることによって、導波路１０Ｘ及び１０Ｙと量子ビット素子２０とを接続した接続状態と、導波路１０Ｘ及び１０Ｙと量子ビット素子２０とを接続していない非接続状態とのどちらかに切り換えられる。
　可動導波路１５０Ａ及び１５０Ｂは、同様の構成を有する。以下では、可動導波路１５０Ａ及び１５０Ｂを特に区別しない場合には、単に可動導波路１５０と称す。可動導波路１５０の詳細については、図４等を用いて後述する。
　量子ビット素子２０は、導波路１０Ｘ及び１０Ｙに沿って設けられている。量子ビット素子２０は、ダイヤモンドColor centerを用いたダイヤモンドQubitで実現され、量子ビットを保持する。量子ビットは、電子スピン、核スピン、フォトンの３つ、又は、電子スピンとフォトンである。
　ビームスプリッタ３０は、導波路１０Ｓの周囲に接続されている。ビームスプリッタ３０については、図１に加えて図２を用いて説明する。図２は、ビームスプリッタ３０の構成の一例を示す図である。ビームスプリッタ３０は、平面視でＸ型に配置される２つの導波路３１、３２を有し、導波路３１、３２の一端には、それぞれ、カプラ４０が１つずつ接続される。また、導波路３１、３２の他端には、可動導波路１５０が接離可能に設けられている。２つの可動導波路１５０のいずれかが接続状態になることにより、導波路１０Ｓに接続される。なお、ビームスプリッタ３０の幅Ｗ１は、約５０μｍである。
　カプラ４０は、ビームスプリッタ３０と光検出器５０との間を結合する光結合器である。光検出器５０は、カプラ４０を介して入力される光を検出する。光検出器５０は、例えば、アバランシェフォトダイオード(APD)や超電導ナノワイヤフォトン検出器(SNSPD)等を用いることができる。なお、導波路１０Ｓから直接フォトンを検出する場合には、カプラ４０はなくてもよい。
　＜量子コンピュータ１の動作＞
　図３は、量子コンピュータ１の動作の一例を説明する図である。ここでは、エンタングルについて説明する。エンタングルとは、量子演算を行う際に量子ビット同士が認識不可能な状態にすることである。
　エンタングルしたい２つの量子ビットに対応する２つの量子ビット素子２０（矢印Ａ、Ｂで示す２つの量子ビット素子２０）を選択し、２つの量子ビットをエンタングルさせるためのビームスプリッタ３０（矢印Ｃで示すビームスプリッタ３０）を１つ選択する。矢印Ａで示す量子ビット素子２０から矢印Ｃで示すビームスプリッタ３０に至る経路は、破線で示す経路である。矢印Ｂで示す量子ビット素子２０から矢印Ｃで示すビームスプリッタ３０に至る経路は、一点鎖線で示す経路である。破線で示す経路に含まれる可動導波路１５０（矢印Ｄ、Ｅで示す可動導波路１５０）と、一点鎖線で示す経路とにある可動導波路１５０（矢印Ｆで示す可動導波路１５０）とを接続状態にすることで、矢印Ａ、Ｂで示す２つの量子ビット素子２０の量子ビットは、矢印Ｃで示すビームスプリッタ３０に入力され、エンタングルされる。矢印Ｄ、Ｅで示す可動導波路１５０と、矢印Ｆで示す可動導波路１５０とが非接続状態のときは、矢印Ａ、Ｂで示す２つの量子ビット素子２０から可動導波路１５０に量子ビットが出力されないため、エンタングルされない。
　＜光方向性結合器１００＞
　図４は、光方向性結合器１００の構成の一例を示す平面図である。光方向性結合器１００は、第１絶縁部１１０、第２絶縁部１２０、第１電極１１５Ａ、第２電極１２５Ａ、第３電極１１５Ｂ、第４電極１２５Ｂ、第１キャパシタ１１０Ｃ、第２キャパシタ１２０Ｃ、ばね（弾性部材）１３０、金属膜１４０、及び可動導波路１５０を含む。第１キャパシタ１１０Ｃは、第１電極１１５Ａと、第２電極１２５Ａとを有する。第２キャパシタ１２０Ｃは、第３電極１１５Ｂと、第４電極１２５Ｂとを有する。光方向性結合器１００は、これらの他に、可動導波路１５０の駆動制御を行う駆動制御部を含むが、駆動制御部については、図・を用いて後述する。
　光方向性結合器１００から可動導波路１５０を除いたものは、実施形態の電子部品１００Ａである。具体的には、電子部品１００Ａは、第１絶縁部１１０、第２絶縁部１２０、第１電極１１５Ａ、第２電極１２５Ａ、第３電極１１５Ｂ、第４電極１２５Ｂ、第１キャパシタ１１０Ｃ、第２キャパシタ１２０Ｃ、ばね１３０、及び金属膜１４０を含む。光方向性結合器１００及び電子部品１００Ａは、ＭＥＭＳによって実現される。
　第１絶縁部１１０、第２絶縁部１２０、ばね１３０、及び可動導波路１５０は、一例として、シリコン（Ｓｉ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、又は炭化珪素（ＳｉＣ）等の絶縁体に対して、ＭＥＭＳを作製するための微細加工を施すことによって一体的に作製される。
　図４には、光方向性結合器１００に加えて、導波路１０Ａ及び１０Ｂを示す。導波路１０Ａは第１導波路の一例であり、導波路１０Ｂは第２導波路の一例である。光方向性結合器１００は、可動導波路１５０を可動部として有する光スイッチであり、導波路１０Ａ及び１０Ｂを接続する接続状態と、導波路１０Ａ及び１０Ｂを接続しない非接続状態とに切り換えられる。
　ここでは、図４に加えて図５及び図６を用いて光方向性結合器１００について説明する。図５は、光方向性結合器１００の第１絶縁部１１０、第２絶縁部１２０、ばね１３０、及び可動導波路１５０の構成の一例を示す図である。図６は、図４におけるＡ－Ａ矢視断面とＢ－Ｂ矢視断面の構成の一例を示す図である。図４乃至図６では、小文字で示すｘｙｚ座標系を定義して説明する。ｘ軸に平行な方向（ｘ方向）、ｙ軸に平行な方向（ｙ方向）、ｚ軸に平行な方向（ｚ方向）は、互いに直交する。また、平面視とはｘｙ面視することをいう。
　第１絶縁部１１０は、図５に示すように、板状の基部１１１と、基部１１１の－ｙ方向側の表面から－ｙ方向に突出する複数の凸部１１２とを有する。基部１１１のｚ方向の厚さは、基部１１１の全体において一定である。複数の凸部１１２は、基部１１１から櫛歯状に突出しており、第１櫛歯部の一例である。
　複数の凸部１１２のｚ方向の厚さは、基部１１１のｚ方向の厚さと等しく、複数の凸部１１２のｚ方向の位置は、基部１１１のｚ方向の位置と等しい。複数の凸部１１２は、ｚ方向において、基部１１１の＋ｚ方向側の表面と、基部１１１の－ｚ方向側の表面との間の位置に延在している。
　基部１１１の±ｘ方向側の側面には、ばね１３０の板ばね部１３２が接続されている。第１絶縁部１１０は、一例として図示しない基板に固定されることによって固定的に設けられている。
　第２絶縁部１２０は、図５に示すように、第１絶縁部１１０に対向し、第１絶縁部１１０との間の距離が変化するように第１絶縁部１１０に対して可動に設けられている。図５に示すように、第２絶縁部１２０は、板状の基部１２１と、基部１２１の＋ｙ方向側の表面から＋ｙ方向に突出する複数の凸部１２２とを有する。また、第２絶縁部１２０の基部１２１の－ｙ方向側には、可動導波路１５０が取り付けられている。このため、第２絶縁部１２０は、第１絶縁部１１０に対して可動導波路１５０とともにｙ方向に移動する。
　基部１２１のｚ方向の厚さは、基部１２１の全体において一定である。基部１２１のｚ方向の厚さは、一例として第１絶縁部１１０の基部１１１のｚ方向の厚さと等しく、基部１２１のｚ方向における位置は、基部１１１のｚ方向における位置と等しい。
　複数の凸部１２２は、基部１２１から櫛歯状に突出しており、第２櫛歯部の一例である。基部１２１の±ｘ方向側の側面には、ばね１３０の板ばね部１３２が接続されている。
　複数の凸部１２２のｚ方向の厚さは、基部１２１のｚ方向の厚さと等しく、複数の凸部１２２のｚ方向の位置は、基部１２１のｚ方向の位置と等しい。複数の凸部１２２は、ｚ方向において、基部１２１の＋ｚ方向側の表面と、基部１２１の－ｚ方向側の表面との間の位置に延在している。
　複数の凸部１２２は、第１絶縁部１１０の複数の凸部１１２とｙ方向において対向しており、各凸部１２２のｘ方向における位置は、各凸部１１２のｘ方向における位置に対してずらされている。複数の凸部１２２のｘ方向の幅及びｙ方向の長さと、複数の凸部１１２のｘ方向の幅及びｙ方向の長さとは等しい。複数の凸部１２２は、第１絶縁部１１０に対して第２絶縁部１２０が＋ｙ方向に移動すると、複数の凸部１１２の間に入れ子式に収まる。このときに、複数の凸部１１２と、複数の凸部１２２とは接触しない。このように、複数の凸部１２２は、複数の凸部１１２に対して入れ子状に対向して配置されている。第１絶縁部１１０に対して第２絶縁部１２０が＋ｙ方向に移動すると、第１絶縁部１１０と第２絶縁部１２０との間の距離が縮まる。
　なお、ここでは、第１絶縁部１１０が固定されていて、第２絶縁部１２０が第１絶縁部１１０に対して可動に設けられている形態について説明するが、第１絶縁部１１０及び第２絶縁部１２０の両方が、ｙ方向において近づくように可動であってもよい。第２絶縁部１２０は、第１絶縁部１１０に対向し、第１絶縁部１１０との間の距離が変化するように第１絶縁部１１０に対して相対的に可動に設けられていればよい。
　第１電極１１５Ａは、図４及び図６（Ａ）に示すように、凸部１１２（図５及び図６参照）の＋ｚ方向側の表面と、凸部１１２の＋ｘ方向側の側面と、凸部１１２の－ｘ方向側の側面とに設けられている。第１電極１１５Ａは、さらに、凸部１１２の－ｙ方向側の側面と、基部１１１の－ｙ方向側の側面（凸部１１２同士の間のｘｚ平面に平行な側面）と、基部１１１の＋ｚ方向側の表面の－ｙ方向側の端辺に沿った部分とに形成されている。
　第１電極１１５Ａは、複数の凸部１１２（図５参照）のうちの＋ｘ方向側の一部の凸部１１２を除いた残りの凸部１１２に形成されている。図４には、一例として、９個の凸部１１２のうちの－ｘ方向側の６個の凸部１１２の外表面に形成されている。また、第１電極１１５Ａは、さらに、凸部１１２の－ｚ方向側の表面にも形成されていてもよい。このような第１電極１１５Ａは、一例として、基部１１１及び凸部１１２の表面にリフトオフプロセスを用いて透明導電体（酸化インジウムスズなど）による配線を形成することによって作製可能である。
　また、第１電極１１５Ａには、端子１１５Ａ１が接続されている。端子１１５Ａ１は、図６（Ｂ）に示すように、基部１１１の＋ｚ方向側の表面に設けられている。端子１１５Ａ１は、第１電極１１５Ａの＋ｙ方向側の端部から基部１１１の＋ｙ方向側の端部まで延在している。
　第１電極１１５Ａには、駆動制御部から電圧が印加される。第１電極１１５Ａにグランド電位にして、端子１４２に負電圧を印加すると第２電極１２５Ａ及び可動導波路１５０が移動する。
　第２電極１２５Ａ（図４参照）は、第１電極１１５Ａと同様に、凸部１２２（図５参照）の＋ｚ方向側の表面と、凸部１２２の＋ｘ方向側の側面と、凸部１２２の－ｘ方向側の側面と、凸部１２２の＋ｙ方向側の側面とに設けられている。第２電極１２５Ａは、さらに、基部１２１の＋ｙ方向側の側面（凸部１２２同士の間のｘｚ平面に平行な側面）と、基部１２１の＋ｚ方向側の表面とに形成されている。第２電極１２５Ａは、接地電位（０Ｖ）に保持される。
　第２電極１２５Ａは、複数の凸部１２２（図５参照）のうちの＋ｘ方向側の一部の凸部１２２を除いた残りの凸部１２２の外表面に形成されている。図４には、一例として、１０個の凸部１２２のうちの－ｘ方向側の７個の凸部１２２の外表面に形成されている。また、第２電極１２５Ａは、さらに、凸部１２２の－ｚ方向側の表面に形成されていてもよい。このような第２電極１２５Ａは、一例として、基部１２１及び凸部１２２の表面にリフトオフプロセスを用いて透明導電体（酸化インジウムスズなど）による配線を形成することによって作製可能である。
　第３電極１１５Ｂは、第１電極１１５Ａと同様に、凸部１１２の＋ｚ方向側の表面と、凸部１１２の＋ｘ方向側の側面と、凸部１１２の－ｘ方向側の側面とに設けられている。第３電極１１５Ｂは、さらに、凸部１１２の－ｙ方向側の側面と、基部１１１の－ｙ方向側の側面（凸部１１２同士の間のｘｚ平面に平行な側面）と、基部１１１の＋ｚ方向側の表面の－ｙ方向側の端辺に沿った部分とに形成されている。
　第３電極１１５Ｂは、複数の凸部１１２（図５参照）のうちの第１電極１１５Ａが形成される凸部１１２を除いた残りの凸部１１２に形成されている。図４には、一例として、９個の凸部１１２のうちの＋ｘ方向側の３個の凸部１１２の外表面に形成されている。また、第３電極１１５Ｂは、さらに、凸部１１２の－ｚ方向側の表面にも形成されていてもよい。このような第３電極１１５Ｂは、一例として、基部１１１及び凸部１１２の表面にリフトオフプロセスを用いて透明導電体（酸化インジウムスズなど）による配線を形成することによって作製可能である。
　配線１１５Ｂ１は、端子１１５Ａ１と同様に、第１絶縁部１１０の＋ｚ方向の表面に設けられている。配線１１５Ｂ１は、第３電極１１５Ｂの＋ｙ方向側の端辺に接続され、第１絶縁部１１０の＋ｙ方向側の端辺まで延在している。配線１１５Ｂ１の寄生インダクタンスは、第２キャパシタ１２０Ｃを含む共振回路のインダクタンス成分の一部として利用される。配線１１５Ｂ１の寄生インダクタンスは、配線１１５Ｂ１の長さが長いほど大きくなるため、配線１１５Ｂ１は、例えばミアンダ状の配線であってもよい。配線１１５Ｂ１は、基部１１１＋ｚ方向側の表面にリフトオフプロセスを用いて透明導電体（酸化インジウムスズなど）による配線を形成することによって作製可能である。
　第４電極１２５Ｂは、第２電極１２５Ａと同様に、凸部１２２（図５参照）の＋ｚ方向側の表面と、凸部１２２の＋ｘ方向側の側面と、凸部１２２の－ｘ方向側の側面と、凸部１２２の＋ｙ方向側の側面とに設けられている。第４電極１２５Ｂは、さらに、基部１２１の＋ｙ方向側の側面（凸部１２２同士の間のｘｚ平面に平行な側面）と、基部１２１の＋ｚ方向側の表面とに形成されている。第４電極１２５Ｂは、接地電位（０Ｖ）に保持される。
　第４電極１２５Ｂは、複数の凸部１２２（図５参照）のうちの第２電極１２５Ａが形成される凸部１２２を除いた残りの凸部１２２の外表面に形成されている。図４には、一例として、１０個の凸部１２２のうちの＋ｘ方向側の３個の凸部１２２の外表面に形成されている。また、第４電極１２５Ｂは、さらに、凸部１２２の－ｚ方向側の表面に形成されていてもよい。このような第４電極１２５Ｂは、一例として、基部１２１及び凸部１２２の表面にリフトオフプロセスを用いて透明導電体（酸化インジウムスズなど）による配線を形成することによって作製可能である。なお、第１電極１１５Ａ、第２電極１２５Ａ、第３電極１１５Ｂ、第４電極１２５Ｂは、櫛歯状に突出していなくてもよく、例えば、平坦な電極であってもよい。
　ここで、図７を用いて、第３電極１１５Ｂ及び第４電極１２５Ｂに含まれる櫛歯に関する寸法について説明する。図７は、第３電極１１５Ｂ及び第４電極１２５Ｂに関する寸法を説明する図である。第３電極１１５Ｂ及び第４電極１２５Ｂは、第２キャパシタ１２０Ｃを構築する。図７には、第１絶縁部１１０（図４及び図５参照）に対して第２絶縁部１２０（図４及び図５参照）が最も近づいた状態における第３電極１１５Ｂ及び第４電極１２５Ｂを示す。
　第３電極１１５Ｂ及び第４電極１２５Ｂの櫛歯のｙ方向の長さは、一例として２μｍである。また、第３電極１１５Ｂ及び第４電極１２５Ｂの櫛歯同士のｘ方向の間隔（ギャップ）は、一例として０．５μｍである。
　第１キャパシタ１１０Ｃは、図４に示すように、第１電極１１５Ａと、第２電極１２５Ａとを有する。第１キャパシタ１１０Ｃは、光方向性結合器１００において、可動導波路１５０を移動させる際の位置制御において、第１電極１１５Ａと第２電極１２５Ａとの間の電圧（電極間電圧）を検出するために用いられる。この詳細は後述する。
　第１キャパシタ１１０Ｃは、第１電極１１５Ａ及び第２電極１２５Ａが櫛歯状であって表面積が大きいため、平坦な２つの電極を有する構成に比べて、大きな静電容量が得られる。なお、第１電極１１５Ａ及び第２電極１２５Ａは、櫛歯状の電極に限られず、平坦な２つの電極であってもよいし、その他の形状であってもよい。
　第２キャパシタ１２０Ｃは、第３電極１１５Ｂと、第４電極１２５Ｂとを有する。第２キャパシタ１２０Ｃは、光方向性結合器１００において、可動導波路１５０を移動させる際の位置制御において、第１電極１１５Ａと第２電極１２５Ａとの間の電圧（電極間電圧）を補正する際に用いる電極間距離を検出するために用いられる。この詳細は後述する。
　第２キャパシタ１２０Ｃは、第３電極１１５Ｂ及び第４電極１２５Ｂが櫛歯状であって表面積が大きいため、平坦な２つの電極を有する構成に比べて、大きな静電容量が得られる。なお、第３電極１１５Ｂ及び第４電極１２５Ｂは、櫛歯状の電極に限られず、平坦な２つの電極であってもよいし、その他の形状であってもよいが、第１電極１１５Ａ及び第２電極１２５Ａと同一形状であることが好ましい。
　第２キャパシタ１２０Ｃの第３電極１１５Ｂ及び第４電極１２５Ｂの櫛歯の形状は、第１キャパシタ１１０Ｃの第１電極１１５Ａ及び第２電極１２５Ａの櫛歯の形状と等しい。また、第１電極１１５Ａ及び第３電極１１５Ｂは第１絶縁部１１０に形成されており、第２電極１２５Ａ及び第４電極１２５Ｂは第２絶縁部１２０に形成されている。このため、第１キャパシタ１１０Ｃの第１電極１１５Ａと第２電極１２５Ａとの電極間距離（第１キャパシタ１１０Ｃの電極間距離）は、第２キャパシタ１２０Ｃの第３電極１１５Ｂと第４電極１２５Ｂとの電極間距離（第２キャパシタ１２０Ｃの電極間距離）と等しい。第１キャパシタ１１０Ｃの電極間距離と、第２キャパシタ１２０Ｃの電極間距離とは、第１絶縁部１１０に対して第２絶縁部１２０及び可動導波路１５０がｙ方向に移動しても、常に等しい。
　なお、ここでは第２キャパシタ１２０Ｃの第３電極１１５Ｂ及び第４電極１２５Ｂと、第１キャパシタ１１０Ｃの第１電極１１５Ａ及び第２電極１２５Ａとの櫛歯の形状及び電極間距離が等しい形態について説明するが、このような形態に限られない。第１絶縁部１１０に対して第２絶縁部１２０及び可動導波路１５０がｙ方向に移動しても、第１キャパシタ１１０Ｃの電極間距離と、第２キャパシタ１２０Ｃの電極間距離との比率が常に一定であれば、第１電極１１５Ａ、第２電極１２５Ａ、第３電極１１５Ｂ、及び第４電極１２５Ｂの形状は、どのような形状であってもよい。
　ばね１３０は、第１絶縁部１１０と第２絶縁部１２０とのｘ方向における両側に１つずつ設けられている。ここでは、－Ｘ方向側のばね１３０をばね１３０Ａと称し、＋Ｘ方向側のばね１３０をばね１３０Ｂと称す。ばね１３０Ａには金属膜１４０は形成されておらず、ばね１３０Ｂには金属膜１４０が形成されている。以下では、ばね１３０Ａ、１３０Ｂを特に区別しない場合には、ばね１３０と称す。
　ばね１３０Ａ及び１３０Ｂは、基部１３１と、板ばね部１３２とを有する。基部１３１は、可動導波路１５０とともに移動する。ばね１３０Ａの板ばね部１３２は、基部１３１のｙ方向の両端から＋ｘ方向に延在しており、第１絶縁部１１０及び第２絶縁部１２０の－Ｘ方向側の側面に接続される先端を有する。板ばね部１３２のｚ方向の幅は、第１絶縁部１１０及び第２絶縁部１２０のｚ方向の厚さと等しく、板ばね部１３２のｙ方向の厚さは、図４及び図５に示すように非常に薄い。ばね１３０Ｂの板ばね部１３２は、基部１３１のｙ方向の両端から－ｘ方向に延在しており、第１絶縁部１１０及び第２絶縁部１２０の＋Ｘ方向側の側面に接続される先端を有する。
　ばね１３０Ａ及び１３０Ｂは、図４及び図５に示すように基部１３１に対して板ばね部１３２がｘ方向に真っ直ぐに伸びていて変形していない状態で、外力を受けていない自然な状態である。第１電極１１５Ａに電圧が印加されると、第２電極１２５Ａ（及び第２絶縁部１２０）を第１電極１１５Ａ（及び第１絶縁部１１０）に対して＋ｙ方向に引き寄せる力が働く。このとき、板ばね部１３２は第２電極１２５Ａ（及び第２絶縁部１２０）を－ｙ方向に戻そうとする弾性力（復元力）を発生するが、第１電極１１５Ａ（及び第１絶縁部１１０）に対して＋ｙ方向に引き寄せるクーロン力の方が大きいため、第１電極１１５Ａ（及び第１絶縁部１１０）は＋ｙ方向に移動する。
　第１電極１１５Ａに電圧が印加されなくなると、板ばね部１３２の弾性力（復元力）によって、板ばね部１３２は基部１３１に対してｘ方向に真っ直ぐに伸びている状態に戻り、第２電極１２５Ａ（及び第２絶縁部１２０）は図４に示す位置に戻る。
　金属膜１４０は、配線部１４１と端子１４２を有する。配線部１４１は、ばね１３０Ｂの基部１３１の表面と、ばね１３０Ｂの板ばね部１３２の表面とに形成される。端子１４２は、第１絶縁部１１０の＋ｚ方向側の表面の＋ｘ方向側の端部に形成される。配線部１４１の一端は端子１４２と接続され、配線部１４１の他端は第４電極１２５Ｂに接続されている。
　金属膜１４０の寄生インダクタンスは、第２キャパシタ１２０Ｃを含む共振回路のインダクタンス成分の一部として利用される。この詳細については後述する。金属膜１４０の膜厚は非常に薄く、配線部１４１のｙ方向及びｚ方向の幅は非常に狭いため、配線部１４１の抵抗値は比較的大きい。このため、金属膜１４０は、第４電極１２５Ｂの金属膜と同一の金属製であってもよいが、超伝導膜で形成してもよい。
　可動導波路１５０は、第２絶縁部１２０の－ｙ方向側に接続されている。ここでは、一例として、可動導波路１５０は、導波路１０Ａ及び１０Ｂの＋ｙ方向側の表面同士の段差に合わせて湾曲した形状を有する。
　ここでは、図８及び図９を用いて、可動導波路１５０の動作について説明する。図８は、光方向性結合器１００がオンの状態を示す図であり、図９は、光方向性結合器１００がオフの状態を示す図である。
　光方向性結合器１００がオンの状態は、第１電極１１５Ａに電圧が印加されておらず、図８に示すように板ばね部１３２が変形していない状態であり、可動導波路１５０が導波路１０Ａ及び１０Ｂの＋ｙ方向側の表面に接触している状態である。第１電極１１５Ａに電圧が印加されていない状態で光方向性結合器１００がオンの状態であるため、図８及び図９に示す光方向性結合器１００は、一例としてノーマリオンの光方向性結合器１００である。
　光方向性結合器１００がオンの状態は、可動導波路１５０が導波路１０Ａ及び１０Ｂを接続する接続状態である。接続状態では、導波路１０Ａを伝搬する光Ｌ１は、可動導波路１５０を経由して導波路１０Ｂに伝搬する。このため、導波路１０Ａ、可動導波路１５０、及び導波路１０Ｂには光Ｌ１が伝搬可能な光路Ｐ１が生じている。
　光方向性結合器１００がオフの状態は、第１電極１１５Ａに電圧が印加されており、図９に示すように板ばね部１３２が変形している状態であり、可動導波路１５０が導波路１０Ａ及び１０Ｂの＋ｙ方向側の表面に接触していない状態である。光方向性結合器１００がオフの状態では、第１電極１１５Ａに電圧が印加されて第１電極１１５Ａ（及び第１絶縁部１１０）に対して第２電極１２５Ａ（及び第２絶縁部１２０）が＋ｙ方向に引き寄せられている。光方向性結合器１００がオフの状態は、可動導波路１５０が導波路１０Ａ及び１０Ｂを接続しない非接続状態である。非接続状態では、図８に示す光路Ｐ１は生じず、導波路１０Ａを伝搬する光Ｌ１は、導波路１０Ｂに伝搬しない。
　＜共振回路＞
　図１０は、光方向性結合器１００の等価回路１６０の一例を示す図である。図１０には、等価回路１６０に加えて、測定部１７０を示す。等価回路１６０は、第１キャパシタ１１０Ｃ、第２キャパシタ１２０Ｃ、端子１６１、１６２、１６３、調整キャパシタ１６４、及びインダクタ部１６５を有する。第１キャパシタ１１０Ｃ及び第２キャパシタ１２０Ｃは、電極間距離の変化によって静電容量が変化するため、可変コンデンサの記号で示す。
　端子１６１は、第２電極１２５Ａ及び第４電極１２５Ｂに接続される。このため、端子１６１の電位は０Ｖである。端子１６２は第１電極１１５Ａに接続される。端子１６３は、調整キャパシタ１６４及びインダクタ部１６５を介して第２電極１２５Ａに接続される。Ｖ１は、端子１６１の電圧に対する端子１６２の電圧である。Ｖ２は、端子１６１の電圧に対する端子１６３の電圧である。
　調整キャパシタ１６４は、後述する共振回路の共振周波数を調整するための静電容量を有する。調整キャパシタ１６４は、必要に応じて設ければよく、不要な場合には設けなくてよい。調整キャパシタ１６４は、例えばチップコンデンサや、金属膜をパターニングして得るコンデンサであってよい。
　インダクタ部１６５は、配線１１５Ｂ１及び金属膜１４０の合計の寄生インダクタンスを電子部品として示したものである。インダクタ部１６５のインダクタンスは、配線１１５Ｂ１及び金属膜１４０の合計の寄生インダクタンスに等しい。
　光方向性結合器１００の共振回路は、第２キャパシタ１２０Ｃ、調整キャパシタ１６４、及びインダクタ部１６５を含む。第２キャパシタ１２０Ｃ及び調整キャパシタ１６４の合計の静電容量をＣ、インダクタ部１６５のインダクタンスをＬとすると、共振回路の共振周波数ｆは、ｆ＝１／｛２π×（ＬＣ）１／２｝である。
　測定部１７０は、端子１６１及び１６３に接続される。測定部１７０は、周波数を掃引して共振周波数を検出し、第２キャパシタ１２０Ｃの電極間距離Ｄ２を測定する。測定部１７０としては、ネットワークアナライザを用いることができる。
　なお、光方向性結合器１００がオフの状態では、第２キャパシタ１２０Ｃを含む共振回路の共振周波数は、一例として１．００ＧＨｚであり、光方向性結合器１００がオンの状態では、第２キャパシタ１２０Ｃを含む共振回路の共振周波数は、一例として１．００６５ＧＨｚであった。このように共振周波数が変化するため、第２キャパシタ１２０Ｃの電極間距離Ｄ２を測定することができる。
　＜駆動制御部１８０＞
　図１１は、駆動制御部１８０の一例を示す図である。図１１には、駆動制御部１８０に加えて、第１キャパシタ１１０Ｃとコントローラ１９０を示す。駆動制御部１８０は、電圧生成部１８１、及び、変位量検出部１８２を有する。
　電圧生成部１８１の入力端子は、コントローラ１９０と変位量検出部１８２の出力端子とに接続され、電圧生成部１８１の出力端子は、第１キャパシタ１１０Ｃの第１電極１１５Ａと、変位量検出部１８２の入力端子とに接続される。すなわち、電圧生成部１８１の出力端子は、図１０の等化回路における端子１６２に接続されていることになる。
　電圧生成部１８１は、コントローラ１９０から入力される指令と、変位量検出部１８２から入力される制御量ＦＢとに基づいて、第１電極１１５Ａに印加する電圧を生成し、出力する。
　変位量検出部１８２は、電極間距離Ｄ２と、電圧生成部１８１の出力とに基づいて、制御量ＦＢを生成し、出力する。
　コントローラ１９０は、光方向性結合器１００のオン／オフに応じた目標値を出す。このため、光方向性結合器１００のオン／オフに応じた目標値に基づいて、フィードバック制御できる。
　以上のように、第２キャパシタ１２０Ｃの電極間距離Ｄ２を用いて生成した制御量ＦＢを電圧生成部１８１に入力し、電圧生成部１８１が制御量ＦＢに基づいて補正した電圧を生成し、第１電極１１５Ａに印加する。
　したがって、可動導波路１５０を精度良く移動させることができる電子部品１００Ａ、光方向性結合器１００、及び、光方向性結合器１００の制御方法を提供することができる。
　また、第３電極１１５Ｂに接続される配線１１５Ｂ１と、第２絶縁部１２０に接続されるばね１３０に形成される金属膜１４０との寄生インダクタンスが共振回路に含まれるインダクタ部である。このため、配線１１５Ｂ１と金属膜１４０を利用して共振回路を実現でき、高集積化を図ることができる。なお、インダクタ部は、配線１１５Ｂ１と金属膜１４０のどちらか一方であってもよい。
　また、金属膜１４０が超伝導膜で形成される場合には、金属膜１４０の配線部１４１の抵抗を大幅に低減することができ、共振回路のＱ値が高くなり、共振周波数の測定が容易になる。
　また、第１絶縁部１１０は、第１櫛歯部を構築する凸部１１２を有し、第１電極１１５Ａ及び第３電極１１５Ｂは、第１櫛歯部に設けられる。また、第２絶縁部１２０は、第１櫛歯部と入れ子状に対向する第２櫛歯部を構築する凸部１２２を有し、第２電極１２５Ａ及び第４電極１２５Ｂは、第２櫛歯部に設けられる。このため、第１電極１１５Ａ及び第３電極１１５Ｂを含む第１キャパシタ１１０Ｃの静電容量と、第２電極１２５Ａ及び第４電極１２５Ｂを含む第２キャパシタ１２０Ｃの静電容量とを大容量化できる。
　なお、以上では、一例としてノーマリオンの光方向性結合器１００について説明した。しかしながら、光方向性結合器１００は、第１電極１１５Ａに電圧が印加されていない状態でオフの状態になる、ノーマリオフの光方向性結合器１００であってもよい。
　以上では、電子部品１００Ａを光方向性結合器１００に用いる形態について説明したが、電子部品１００Ａは、第２絶縁部１２０の位置を高い精度で検出できるため、光方向性結合器１００以外の装置に用いてもよい。
　＜第１変形例＞
　図１２は、実施形態の第１変形例の光方向性結合器１００Ｍ１の構成の一例を示す平面図である。ここでは、図４に示す光方向性結合器１００との相違点について説明する。ここでは、図４に示す光方向性結合器１００の構成要素と同様の構成要素については同一符号を用い、その説明を省略する。
　光方向性結合器１００Ｍ１は、図４に示す光方向性結合器１００の第２電極１２５Ａと第４電極１２５Ｂとを電極１２５として一体化するとともに、金属膜１４０Ａを追加したものである。
　金属膜１４０Ａは、配線部１４１と端子１４２を有し、ばね１３０Ａに形成されている。金属膜１４０Ｂは、図４に示す金属膜１４０と同様である。金属膜１４０Ａの寄生インダクタンスは、金属膜１４０Ｂと同様に、第２キャパシタ１２０Ｃを含む共振回路のインダクタンス成分の一部として利用される。
　図１２における電極１２５は、第２電極１２５Ａと第４電極１２５Ｂを有する。図１２における電極１２５の第２電極１２５Ａは、電極１２５のうち、第１電極１１５Ａと第１キャパシタ１１０Ｃを構築する部分である。図１２における電極１２５の第４電極１２５Ｂは、電極１２５のうち、第３電極１１５Ｂと第２キャパシタ１２０Ｃを構築する部分である。
　図４に示す光方向性結合器１００の第２電極１２５Ａ及び第４電極１２５Ｂは、ともに０Ｖに保持されるため、電極１２５として一体化しても同様に機能する。このため、第１変形例の光方向性結合器１００Ｍ１は、光方向性結合器１００と同様に、可動導波路１５０を精度良く移動させることができる。なお、光方向性結合器１００Ｍ１は、金属膜１４０Ａを含まない構成であってもよい。
　＜第２変形例＞
　図１３及び図１４は、実施形態の第２変形例の光方向性結合器１００Ｍ２の構成の一例を示す平面図である。光方向性結合器１００Ｍ２は、ノーマリオフの光方向性結合器である。図１３は、オフ状態の光方向性結合器１００Ｍ２を示し、図１４は、オン状態の光方向性結合器１００Ｍ２を示す。ここでは、図４に示す光方向性結合器１００との相違点について説明する。ここでは、図４に示す光方向性結合器１００の構成要素と同様の構成要素については同一符号を用い、その説明を省略する。
　光方向性結合器１００Ｍ２は、ばね１３０Ａ及び１３０Ｂの板ばね部１３２が第２絶縁部１２０にのみ接続される構成である点と、ノーマリオフ型である点と、可動導波路１５０の－ｙ方向側の端部がｘ方向に直線状に延在している点とが、図４に示す光方向性結合器１００と異なる。可動導波路１５０の－ｙ方向側の端部がｘ方向に直線状に延在しているのは、導波路１０Ａ及び１０Ｂのｙ方向の位置が等しいからである。第１絶縁部１１０は固定されているため、第１電極１１５Ａに電圧が印加されていない状態では図１３に示すようにオフ（非接続状態）になる。また、第１電極１１５Ａに電圧（負電圧）が印加されると、図１４に示すように可動導波路１５０が－ｙ方向に移動して導波路１０Ａ及び１０Ｂに接触することで、オン（接続状態）になる。第１電極１１５Ａから第２電極１２５Ａが離れる方向に移動するように第１電極１１５Ａに電圧を印加するため、ノーマリオン型とは印加する電圧の極性が逆になる。
　光方向性結合器１００Ｍ２がオンのときには、図１４に示すように、ばね１３０Ａ及び１３０Ｂが変形し、可動導波路１５０を＋ｙ方向に戻そうとする弾性力（復元力）を発生している状態である。このように、ノーマリオフ型とノーマリオン型とでは、第１電極１１５Ａへの電圧の印加の有無と極性が異なるが、基本的な原理は同様である。また、ばね１３０Ａ及び１３０Ｂの板ばね部１３２が第２絶縁部１２０にのみ接続される構成においても、可動導波路１５０がｙ方向に移動する動作は図４に示す光方向性結合器１００と同様である。
　したがって、可動導波路１５０を精度良く移動させることができる電子部品、光方向性結合器１００Ｍ２、及び、光方向性結合器１００Ｍ２の制御方法を提供することができる。なお、第２変形例の電子部品は、光方向性結合器１００Ｍ２から可動導波路１５０を省いた構成を有する。
　＜第３変形例＞
　図１５は、実施形態の第３変形例の光方向性結合器１００Ｍ３の構成の一例を示す平面図である。光方向性結合器１００Ｍ３は、ノーマリオフの光方向性結合器である。光方向性結合器１００Ｍ３は、図１３に示す第２変形例の光方向性結合器１００Ｍ２の第１絶縁部１１０、第１電極１１５Ａ、及び第３電極１１５Ｂと、第２絶縁部１２０、第２電極１２５Ａ、及び第４電極１２５Ｂとのｙ方向における位置を入れ替えるとともに、第１電極１１５Ａ、第２電極１２５Ａ、及びばね１３０Ａと、第３電極１１５Ｂ、第４電極１２５Ｂ、及びばね１３０Ｂとの位置関係をｘ方向において入れ替えた構成を有する。また、光方向性結合器１００Ｍ３では、可動導波路１５０が第２絶縁部１２０から離れて、ばね１３０Ｂの基部１３１に取り付けられている。
　第１電極１１５Ａに電圧が印加されていない状態では図１５に示すようにオフ（非接続状態）になる。また、第１電極１１５Ａに電圧（負電圧）が印加されると、可動導波路１５０が－ｙ方向に移動して導波路１０Ａ及び１０Ｂに接触することで、オン（接続状態）になる。
　したがって、可動導波路１５０を精度良く移動させることができる電子部品、光方向性結合器１００Ｍ３、及び、光方向性結合器１００Ｍ３の制御方法を提供することができる。なお、第２変形例の電子部品は、光方向性結合器１００Ｍ２から可動導波路１５０を省いた構成を有する。
　以上、本開示の例示的な実施形態の電子部品、光方向性結合器、及び、光方向性結合器の制御方法について説明したが、本開示は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
　１　量子コンピュータ
　１０、１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｓ　導波路
　２０　量子ビット素子
　３０　ビームスプリッタ
　４０　カプラ
　５０　光検出器
　１００、１００Ｍ１、１００Ｍ２、１００Ｍ３　光方向性結合器
　１１０　第１絶縁部
　１２０　第２絶縁部
　１１５Ａ　第１電極
　１２５Ａ　第２電極
　１１５Ｂ　第３電極
　１２５Ｂ　第４電極
　１２５　電極
　１１０Ｃ　第１キャパシタ
　１２０Ｃ　第２キャパシタ
　１３０　ばね
　１４０、１４０Ａ、１４０Ｂ　金属膜
　１５０　可動導波路

Claims (12)

  1. 　第１絶縁部と、
    　第１絶縁部に対向し、前記第１絶縁部との間の距離が変化するように前記第１絶縁部に対して相対的に可動な第２絶縁部と、
    　前記第１絶縁部に設けられる第１電極と、前記第２絶縁部に設けられる第２電極とを有する第１キャパシタと、
    　前記第１絶縁部に設けられる第３電極と、前記第２絶縁部に設けられる第４電極とを有する第２キャパシタと、
    　前記第２キャパシタに接続されて共振回路を構築するインダクタと
    　を含む、電子部品。
  2. 　前記インダクタは、前記第３電極に接続される配線、又は、前記第２絶縁部に接続される弾性部材に形成される金属部である、請求項１に記載の電子部品。
  3. 　前記インダクタは、超伝導体で形成されている、請求項１又は２に記載の電子部品。
  4. 　前記第１電極及び前記第３電極は櫛歯形状を有し、
    　前記第２電極及び前記第４電極は、前記第１電極及び前記第３電極とそれぞれ入れ子状に対向する櫛歯形状を有する、請求項１乃至３のいずれか１項の電子部品。
  5. 　前記第２電極と前記第４電極とは相互に接続されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子部品。
  6. 　第１絶縁部と、
    　第１絶縁部に対向し、前記第１絶縁部との間の距離が変化するように前記第１絶縁部に対して相対的に可動な第２絶縁部と、
    　前記第１絶縁部に設けられる第１電極と、前記第２絶縁部に設けられる第２電極とを有する第１キャパシタと、
    　前記第１絶縁部に設けられる第３電極と、前記第２絶縁部に設けられる第４電極とを有する第２キャパシタと、
    　前記第２キャパシタに接続されて共振回路を構築するインダクタと、
    　前記第２絶縁部に設けられる可動導波路であって、前記第２絶縁部の移動に伴って、第１導波路と第２導波路との間、又は、前記第１導波路又は前記第２導波路と量子ビット素子との間を光学的に接続する接続状態と、前記第１導波路と前記第２導波路との間を光学的に接続しない非接続状態とに切り換えられる、可動導波路と
    　を含む、光方向性結合器。
  7. 　前記インダクタは、前記第３電極に接続される配線、又は、前記第２絶縁部に接続されるばねに形成される金属部である、請求項６に記載の光方向性結合器。
  8. 　前記インダクタは、超伝導体で形成されている、請求項６又は７に記載の光方向性結合器。
  9. 　前記第１電極及び前記第３電極は櫛歯形状を有し、
    　前記第２電極及び前記第４電極は、前記第１電極及び前記第３電極とそれぞれ入れ子状に対向する櫛歯形状を有する、請求項６乃至８のいずれか１項の光方向性結合器。
  10. 　前記共振回路に印加する信号の周波数を掃引して得られる前記共振回路の共振周波数から前記第２キャパシタの電極間距離を算出し、算出した電極間距離を用いて、前記第１キャパシタに印加する電圧をフィードバック制御するフィードバック制御部をさらに含む、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の光方向性結合器。
  11. 　前記第２電極と前記第４電極とは互いに接続されている、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の光方向性結合器。
  12. 　第１絶縁部と、
    　第１絶縁部に対向し、前記第１絶縁部との間の距離が変化するように前記第１絶縁部に対して相対的に可動な第２絶縁部と、
    　前記第１絶縁部に設けられる第１電極と、前記第２絶縁部に設けられる第２電極とを有する第１キャパシタと、
    　前記第１絶縁部に設けられる第３電極と、前記第２絶縁部に設けられる第４電極とを有する第２キャパシタと、
    　前記第２キャパシタに接続されて共振回路を構築するインダクタと、
    　前記第２絶縁部に設けられる可動導波路であって、前記第２絶縁部の移動に伴って、第１導波路と第２導波路との間、又は、前記第１導波路又は前記第２導波路と量子ビット素子との間を光学的に接続する接続状態と、前記第１導波路と前記第２導波路との間を光学的に接続しない非接続状態とに切り換えられる、可動導波路と
    　を含む光方向性結合器の制御方法であって、
    前記共振回路に印加する信号の周波数を掃引して得られる前記共振回路の共振周波数から前記第２キャパシタの電極間距離を算出し、算出した電極間距離を用いて、前記第１キャパシタに印加する電圧をフィードバック制御する、光方向性結合器の制御方法。
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