(57)【要約】　　　（修正有）【課題】２次元フォトニック結晶を用いた光スイッチ、光通信用装置及びこれらを用いた光通信システムを提供する。【解決手段】光スイッチは、基板１０と、前記基板１０の上に積層される複数のスラブ層３１〜３３と、いずれか一つのスラブ層３１に対して設けられ、当該スラブ層３１内を通過する光信号の位相を制御可能な位相制御領域４０と、光信号を所定の電気信号に変換する受光部１５０と、を含み、前記スラブ層３１〜３３は、２次元フォトニック結晶構造を有し、その一部に形成され、導波路として機能する線状欠陥と、前記線状欠陥から特定の波長の光信号を捕獲して当該光信号を放出する光放出用の点状欠陥１０１と、特定の波長の光信号を捕獲して前記線状欠陥に当該光信号を導入する光導入用の点状欠陥１０２と、を含み、前記位相制御領域４０は、前記受光部１５０から与えられる電気信号に基づいて、光信号の位相を制御する。【選択図】　　　　図１
2004133233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に積層される複数のスラブ層と、
複数の前記スラブ層のうちいずれか一つのスラブ層に対して設けられ、当該スラブ層内を通過する光信号の位相を制御可能な位相制御領域と、
光信号を所定の電気信号に変換する受光部と、
を含み、
前記スラブ層は、
低屈折率領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、
前記２次元フォトニック結晶構造の一部に形成され、導波路として機能する線状欠陥と、
前記２次元フォトニック結晶構造内に形成され、前記線状欠陥から特定の波長の光信号を捕獲して当該光信号を放出する光放出用の点状欠陥と、
前記２次元フォトニック結晶構造内に形成され、特定の波長の光信号を捕獲して前記線状欠陥に当該光信号を導入する光導入用の点状欠陥と、を含み、
前記位相制御領域は、前記受光部から与えられる電気信号に基づいて、光信号の位相を制御する、光スイッチ。
【請求項２】
請求項１において、
複数の前記スラブ層は、第１のスラブ層と、第２のスラブ層と、第３のスラブ層と、を含み、
前記第２のスラブ層は、第１のスラブ層と、第３のスラブ層との間に配置され、
前記第２のスラブ層の光放出用の点状欠陥は、前記第１及び第３のスラブ層の光導入用の点状欠陥と対向する位置に配置され、
前記第２のスラブ層の光導入用の点状欠陥は、前記第１及び第３のスラブ層の光放出用の点状欠陥と対向する位置に配置され、
前記受光部は、前記第２のスラブ層の線状欠陥内に形成される、光スイッチ。
【請求項３】
請求項１において、
複数の前記スラブ層は、第１のスラブ層と、第２のスラブ層と、を含み、
前記第１のスラブ層の光放出用の点状欠陥は、前記第２のスラブ層の光導入用の点状欠陥と対向する位置に配置され、
前記第１のスラブ層の光導入用の点状欠陥は、前記第２のスラブ層の光放出用の点状欠陥と対向する位置に配置され、
前記受光部は、前記第１のスラブ層の光放出用の点状欠陥から放出される光を受光可能な位置に配置される、光スイッチ。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１のスラブ層と前記第２のスラブ層とは、前記低屈折率領域の形状が異なり、
前記第１及び第２のスラブ層の線状欠陥は、通過する光信号の群速度が異なる、光スイッチ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記位相制御領域は、前記線状欠陥の屈折率を変化させることにより、光の位相を制御可能に形成されている、光スイッチ。
【請求項６】
請求項５において、
前記位相制御領域は、一対の電極対を含み、当該電極対から加えられる電界により前記線状欠陥の屈折率を変化させる、光スイッチ。
【請求項７】
請求項５において、
前記位相制御領域は、加熱部を含み、当該加熱部により加えられる熱により前記線状欠陥の屈折率を変化させる、光スイッチ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記点状欠陥は、形状によって捕獲される光の波長が異なる、光スイッチ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記点状欠陥は、上下非対称の柱状構造である、光スイッチ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記スラブ層の面に対して前記点状欠陥の一方の側に前記特定の波長の光を反射する反射部材が配置される、光スイッチ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかにおいて、
各前記スラブ層の上下には、該スラブ層の材料より屈折率が低いクラッド層が存在する、光スイッチ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかにおいて、
前記線状欠陥の一方又は双方の端部が前記低屈折率領域の周期的な配列によって閉じられている、光スイッチ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかにおいて、
前記線状欠陥は、当該線状欠陥を含む前記スラブ層に対して少なくとも上下いずれか一方に配置される他の前記スラブ層の前記線状欠陥と重ならない位置に配置される、光スイッチ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかにおいて、
前記低屈折率領域の配列は、三角格子状または正方格子状の配列である、光スイッチ。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかにおいて、
前記低屈折率領域は、前記スラブ層に形成された溝および貫通孔の少なくとも一方である、光スイッチ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載された光スイッチを含む光通信用装置。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれかに記載された光スイッチを含む光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元フォトニック結晶を用いた光スイッチ、光通信用装置及び光通信システムに関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、通信システムの大容量化が要求されており、大量の情報を所定の光波長帯にのせた光信号を光ファイバによって伝送することができる光通信技術に用いられる光学部品の開発が活発に行われている。特に、光信号を所定の光送受信端末装置と接続された光ファイバなどの伝送路へ切換えるための制御用素子として用いられる光スイッチは、光通信技術において重要な部品の一つとされている。
【０００３】
この光スイッチは、接続の切換えを光によって行うことができるため、非常に高速な動作が可能で、電気のように伝送路の影響を受けにくいという特徴を有している。このような光スイッチとしては、マッハツェンダ型、方向性結合器型など種々の方式を用いたものが提案されているが、いずれも２次元平面内で光信号の処理を行うように形成されているため、大量の光信号を処理しようとすると平面形状が大きくなってしまう。そこで、システムの高集積化のための新たな技術が望まれている。
【０００４】
本発明の目的は、高集積化することができる２次元フォトニック結晶を用いた光スイッチ、光通信用装置及びこれらを用いた光通信システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る光スイッチは、
基板と、前記基板の上に積層される複数のスラブ層と、複数の前記スラブ層のうちいずれか一つのスラブ層に対して設けられ、当該スラブ層内を通過する光信号の位相を制御可能な位相制御領域と、光信号を所定の電気信号に変換する受光部と、を含み、
前記スラブ層は、低屈折率領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、前記２次元フォトニック結晶構造の一部に形成され、導波路として機能する線状欠陥と、前記２次元フォトニック結晶構造内に形成され、前記線状欠陥から特定の波長の光信号を捕獲して当該光信号を放出する光放出用の点状欠陥と、前記２次元フォトニック結晶構造内に形成され、特定の波長の光信号を捕獲して前記線状欠陥に当該光信号を導入する光導入用の点状欠陥と、を含み、
前記位相制御領域は、前記受光部から与えられる電気信号に基づいて、光信号の位相を制御する。
【０００６】
本明細書において、「〜の上に」とは、直接その上にという意味の他に、所定の層を介している場合も含まれる。
【０００７】
本発明に係る光スイッチは、入力された光信号を分波して複数のスラブ層に導入し、かかるスラブ層において光信号を通過させ、再び合波する際に光信号の位相差を制御して干渉させて光信号の選択出力を行うことができる。
【０００８】
複数のスラブ層は、いずれも低屈折率領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、この２次元フォトニック結晶構造内に形成される線状欠陥及び点状欠陥を用いて光信号の分波、合波を行うことができる。
【０００９】
各スラブ層において２次元フォトニック結晶構造内に形成される線状欠陥は、低屈折率領域の周期的な配列の一部を線状に抜き取ったような構造で光を伝搬する導波路として機能する。２次元フォトニック結晶構造では、低屈折率領域の周期的な配列によって形成されるフォトニックバンドギャップによって光の伝搬が規制されるため、各スラブ層内では、線状欠陥内に光が閉じ込められて伝搬する。
【００１０】
また、各スラブ層において２次元フォトニック結晶構造内に形成される点状欠陥は、低屈折率領域の周期的な配列の乱れを利用して特定の波長を捕獲する機能を有する。この点状欠陥は、例えば、線状欠陥の近傍に形成されると、線状欠陥を通過する特定の波長の光を捕獲して外部に放出する光放出用の点状欠陥として機能し、また、スラブ層の外部から特定の波長の光を捕獲して線状欠陥に当該光を導入する光導入用の点状欠陥として機能する。
【００１１】
さらに、各スラブ層のいずれか一つのスラブ層に対しては、当該スラブ層の線状欠陥を通過する光の位相を制御可能な位相制御領域が形成される。本発明に係る光スイッチでは、この位相制御領域において、線状欠陥を通過する光の位相を制御することにより、分波された特定の波長の光を合波した際の干渉条件を変化させ、光信号の選択出力を実現することができる。
【００１２】
そして、かかる光スイッチは、光信号を所定の電気信号に変換する受光部を有する。この電気信号は、上記位相制御領域において、光信号の位相を制御するための制御信号として用いられる。
【００１３】
かかる構成を有する光スイッチは、以下のようにして光信号の処理を行う。
【００１４】
まず、所定のスラブ層に光信号が入射（入力）されると、光信号は、光放出用の点状欠陥によって分波される。分波された光は、複数のスラブ層の所定のスラブ層内に光導入用の点状欠陥から線状欠陥内に導入されて、この線状欠陥内を通過する。
【００１５】
一方で、入射された光信号の一部は、受光部で所定の電気信号に変換される。そして、いずれか一つのスラブ層に対して設けられた位相制御領域は、かかる電気信号を制御信号としてスラブ層の線状欠陥内を通過する光信号の位相を変化させるなどして制御する。なお、ここでいう電気信号には、電流信号及び電圧信号が含まれる。
【００１６】
そして、所定の各スラブ層を通過した光信号は、光放出用の点状欠陥から再び放出され、所定のスラブ層の光導入用の点状欠陥から線状欠陥内に導入されて合波される。このとき、合波される各光信号において、いずれかの光信号が位相制御領において他の光信号を打ち消すように制御された場合は、光信号が合波の際に干渉して光信号は出力されない。また、位相制御領域において合波される各光信号の位相が合致するように制御された場合は、各光信号の合波されたものが出力される。
【００１７】
従って、本発明によれば、光信号の分波／合波を行う光放出用／光導入用の点状欠陥及び導波路として機能する線状欠陥を有するスラブ層の積層構造と、受光部からの電気信号を制御信号とする位相制御領域と、によって特定の波長の光信号を選択的に出力することができる新規な構造で、高集積化が可能な光スイッチを実現することができる。
【００１８】
本発明に係る光スイッチは、以下の態様を取り得る。
【００１９】
（Ａ）複数の前記スラブ層は、第１のスラブ層と、第２のスラブ層と、第３のスラブ層と、を含み、前記第２のスラブ層は、第１のスラブ層と、第３のスラブ層との間に配置され、前記第２のスラブ層の光放出用の点状欠陥は、前記第１及び第３のスラブ層の光導入用の点状欠陥と対向する位置に配置され、前記第２のスラブ層の光導入用の点状欠陥は、前記第１及び第３のスラブ層の光放出用の点状欠陥と対向する位置に配置され、前記受光部は、前記第２のスラブ層の線状欠陥内に形成することができる。
【００２０】
かかる態様によれば、第１及び第３のスラブ層をアームとし、第１及び第３のスラブ層の間に配置される第２のスラブ層の端部を光信号の入出射口としたマッハツェンダ型の光スイッチを構成することができる。
【００２１】
かかる態様の光スイッチでは、第２のスラブ層から入射された特定の波長の光信号が光放出用の点状欠陥によって分波され、分波された光信号は、第１及び第３のスラブ層の光導入用の点状欠陥から各層内の線状欠陥に導入される。
【００２２】
そして、第１及び第３のスラブ層内に導入された光信号は、かかる層内の線状欠陥を通過して光放出用の点状欠陥から放出される。
【００２３】
そして、第１及び第３のスラブ層から放出された光信号は、第２のスラブ層の光導入用の点状欠陥から再び第２のスラブ層内に導入され、かかるスラブ層内で放出光が合波される。
【００２４】
また、入射された光信号の一部は、第２のスラブ層を通過して、当該スラブ層の線状欠陥内に形成される受光部によって電気信号に変換される。かかる電気信号は、制御信号として用いられ、位相制御領域で第１及び第３のスラブ層を通過する光信号の位相が制御される。このとき、合波される各光信号において、いずれかの光信号が位相制御領において他の光信号を打ち消すように制御された場合は、光信号が合波の際に干渉して光信号は出力されない。また、位相制御領域において合波される各光信号の位相が合致するように制御された場合は、各光信号の合波されたものが出力される。
【００２５】
従って、かかる態様によれば、特定の波長の光信号を選択的に出力することができる新規な構造で、高集積化が可能な光スイッチを実現することができる。
【００２６】
なお、第２のスラブ層に対する第１のスラブ層及び第３のスラブ層の距離は、第１のスラブ層の線状欠陥を通過する光と、第３のスラブ層の線状欠陥を通過する光との位相差が生じないように形成してもよいし、第１のスラブ層の線状欠陥を通過する光と、第３のスラブ層の線状欠陥を通過する光との位相差が波長の１／２の長さとなるように形成してもよい。
【００２７】
（Ｂ）複数の前記スラブ層は、第１のスラブ層と、第２のスラブ層と、を含み、前記第１のスラブ層の光放出用の点状欠陥は、前記第２のスラブ層の光導入用の点状欠陥と対向する位置に配置され、前記第１のスラブ層の光導入用の点状欠陥は、前記第２のスラブ層の光放出用の点状欠陥と対向する位置に配置され、前記受光部は、前記第１のスラブ層の光放出用の点状欠陥から放出される光を受光可能な位置に配置されるように形成することができる。
【００２８】
かかる態様によれば、第１のスラブ層の端部を光信号の入出射口とした光スイッチとすることができる。すなわち、第１のスラブ層から入射された光信号は、当該スラブ層の光放出用の点状欠陥において分波されて、分波光の一部は、第２のスラブ層の光導入用の点状欠陥から当該スラブ層に導入されて、当該スラブ層の点状欠陥を通過する。また、残りの分波光については、第１のスラブ層を通過する光信号と、第１のスラブ層からの放出光を受光可能な位置に配置された受光部において電気信号に変換される光信号となる。
【００２９】
そして、第２のスラブ層の線状欠陥を通過した光信号は、当該スラブ層の光放出用の点状欠陥から放出され、第１のスラブ層の光導入用の点状欠陥から第１のスラブ層に導入される。このとき、第１のスラブ層を通過した光信号と、第２のスラブ層を通過した光信号とが合波される。このとき、合波される各光信号において、いずれかの光信号が位相制御領において、受光部からの電気信号に基づいて他の光信号を打ち消すように制御された場合は、光信号が合波の際に干渉して光信号は出力されない。また、位相制御領域において合波される各光信号の位相が合致するように制御された場合は、各スラブ層を通過した光信号の合波されたものが出力される。
【００３０】
従って、かかる態様によっても、特定の波長の光信号を選択的に出力することができる新規な構造で、高集積化が可能な光スイッチを実現することができる。
【００３１】
なお、かかる光スイッチにおいては、前記第１のスラブ層と前記第２のスラブ層とは、前記低屈折率領域の形状が異なり、前記第１及び第２のスラブ層の線状欠陥は、通過する光信号の群速度が異なるように形成することができる。
【００３２】
かかる構成によれば、第１のスラブ層を通過した光信号と、第２のスラブ層を通過した光信号との位相差を線状欠陥における群速度を変更することによって調整することができる。
【００３３】
（Ｃ）前記位相制御領域は、前記線状欠陥の屈折率を変化させることにより、光の位相を制御可能に形成することができる。
【００３４】
かかる構成によれば、線状欠陥の屈折率を変化させて、当該線状欠陥を通過する光信号の位相を早めたり、遅くしたりすることにより、光信号の位相を制御することができる。
【００３５】
（Ｄ）前記位相制御領域は、一対の電極対を含み、当該電極対から加えられる電界により前記線状欠陥の屈折率を変化させることができる。
【００３６】
かかる構成のよれば、一対の電極対に加えられた電圧により生ずる電界によって線状欠陥内に対して電気光学効果を誘起し、屈折率を変化させて線状欠陥を通過する光の位相を制御することができる。
【００３７】
（Ｅ）前記位相制御領域は、加熱部を含み、当該加熱部により加えられる熱により前記線状欠陥の屈折率を変化させることができる。
【００３８】
かかる構成によれば、例えば、電極層を設けて、この電極層に電流を加えることにより発生する熱を利用して線状欠陥に対して熱光学効果を誘起し、屈折率を変化させて線状欠陥を通過する光の位相を制御することができる。
【００３９】
（Ｆ）前記点状欠陥は、形状によって捕獲される光の波長が異なるものとすることができる。
【００４０】
かかる構成によれば、種々の形状の点状欠陥を各スラブ層に形成することによって所望の波長の光信号を処理することができる。
【００４１】
なお、本明細書において、点状欠陥について「異なる形状」という場合、点状欠陥の平面形状が異なる場合に限らず、点状欠陥の大きさが異なる場合を含む。
【００４２】
（Ｇ）前記点状欠陥は、上下非対称の柱状構造とすることができる。
【００４３】
かかる構成によれば、点状欠陥において捕獲された光が放出／導入時に外部へ漏れることにより生じる光信号の伝送損失を低減することができる。
【００４４】
（Ｈ）前記スラブ層の面に対して前記点状欠陥の一方の側に前記特定の波長の光を反射する反射部材を配置することができる。
【００４５】
かかる構成においても、点状欠陥において捕獲された光の放出／導入時における光信号の伝送損失を反射により低減することができる。
【００４６】
（Ｉ）各前記スラブ層の上下には、該スラブ層の材料より屈折率が低いクラッド層が存在することができる。
【００４７】
かかる構成によれば、クラッド層によって、スラブ層の面に垂直な方向に対しても確実に光信号を線状欠陥内に閉じ込めることができる。
【００４８】
（Ｊ）前記線状欠陥の一方又は双方の端部が前記低屈折率領域の周期的な配列によって閉じられた構造とすることができる。
【００４９】
かかる構成によれば、一方の端部を閉じた構造とすることにより光信号の出力方向を一方の端面側に制御することができ、また、双方の端部を閉じた構造とすることにより、層内に導入した光信号を端部から漏らすことなくスラブ層内に閉じ込めておくことができ、光信号の伝送損失を低減することができる。
【００５０】
（Ｋ）前記線状欠陥は、当該線状欠陥を含む前記スラブ層に対して少なくとも上下いずれか一方に配置される他の前記スラブ層の前記線状欠陥と重ならない位置に配置することができる。
【００５１】
かかる構成によれば、導波路として機能する線状欠陥どうしの積層方向における干渉を防止することができるとともに、スラブ層間の距離を縮小して装置を小型化することができる。
【００５２】
（Ｌ）前記低屈折率領域の配列は、三角格子状または正方格子状の配列とすることができる。
【００５３】
（Ｍ）前記低屈折率領域は、前記スラブ層に形成された溝および貫通孔の少なくとも一方により形成することができる。
【００５４】
（Ｎ）また、本発明に係る光スイッチは、上記いずれかの光スイッチを含む光通信用装置や光通信システムに適用することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００５６】
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチ１０００の構造について説明する。
【００５７】
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチ１０００を模式的に示す断面図である。
【００５８】
本実施形態に係る光スイッチ１０００は、基板１０上にクラッド層２１〜２４を介して積層される複数のスラブ層３１〜３３と、スラブ層３１に対して設けられる位相制御領域４０とを含んで構成される。
【００５９】
基板１０の材料は、例えば、Ｓｉ基板、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２層を有するＳＯＩ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板等の半導体基板、ガラス基板、樹脂基板などを用いることができる。
【００６０】
クラッド層２１〜２４は、スラブ層３１〜３３の材料よりも低屈折率の材料で形成され、スラブ層３１〜３３の面に垂直な方向において光を該スラブ層３１〜３３内に閉じ込める機能を有する。このようなクラッド層２１〜２４の材料は、スラブ層３１〜３３の材料の屈折率との関係で決定され、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐ、Ｎ、およびＯのいずれか一種またはこれらの任意の組合せによる無機材料、具体的にはＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＰなどが挙げられる。また、上記の他に例えば、空気等の気体や、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート、フェニルメタクリレート、フッ素系ポリマー等の有機材料などをクラッド層２１〜２４の材料として選択することができる。また、クラッド層２１〜２４は、例えば、スピンコート法など公知の成膜方法を用いて形成することができる。
【００６１】
また、本実施形態に係る光スイッチ１０００においては、スラブ層３２から入射された光がスラブ層３１、３３を介して再びスラブ層３２に戻った際の光の位相差が生じないように、スラブ層３１、３２間の距離と、スラブ層３２、３３の距離とを等距離とすることができる。より具体的には、クラッド層２２、２３の膜厚が等しくなるように形成することができる。
【００６２】
スラブ層３１〜３３は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すような、２次元フォトニック結晶構造を有するスラブ型導波路を構成する。ここで、２次元フォトニック結晶構造とは、屈折率を変化させた領域（以下、低屈折率領域という。）３００を周期的に配列することにより２次元平面内においてフォトニックバンドギャップを有する構造である。この低屈折領域３００は、スラブ層３１〜３３に貫通孔や溝を形成し、かかる貫通孔や溝の中にスラブ層３１〜３３よりも屈折率の低い例えば、空気などの媒質が充填されて構成される。なお、クラッド層２１〜２４の材料が貫通孔や溝に充填される場合もある。後述する点状欠陥１０１、１０２においても同様である。
【００６３】
ここで、２次元フォトニック結晶構造では、面内方向の光は、上記したフォトニックバンドギャップによって伝搬が禁制される。そして、スラブ層３１〜３３では、この２次元フォトニック結晶構造中の低屈折率領域３００の周期的配列において一部を線状に抜き取ったような構造の線状欠陥２００を導入することによって、この線状欠陥２００内においてのみ光が伝搬されるスラブ型導波路として機能する。なお、スラブ層３１〜３３の線状欠陥２００を通過する光は、スラブ層３１〜３３とクラッド層２１〜２４との屈折率差によってスラブ層３１〜３３の面に垂直な方向においても線状欠陥２００内に閉じ込められて伝搬する。この線状欠陥２００は、スラブ層３１、３３においてはマッハツェンダ型光スイッチのアームとして機能するため、スラブ層３１、３３を通過する光の光路長は、等しくなることが好ましい。そこで、スラブ層３１、３３に形成される線状欠陥２００は長さが等しくなるように形成することができる。
【００６４】
また、図２（Ｂ）に示すように、スラブ層３２には、ｐ型半導体部１５１、ノンドープ半導体部１５２、及びｎ型半導体部１５３を含むｐｉｎ構造のフォトダイオードから構成される受光部１５０が形成される。かかる受光部１５０は、スラブ層３２の材料を例えば、Ｓｉなどの半導体として、イオン注入法などにより、線状欠陥２００の所定の領域に不純物をドーピングすることにより形成することができる。また、受光部１５０は、異なる基板上に作製されたフォトダイオードをスラブ層３２に埋め込んで形成してもよい。なお、受光部１５０は、ｐｎ接合構造のフォトダイオードによって構成することもでき、かかる場合は、ノンドープ半導体部１５２は設ける必要がない。また、受光部１５０は、上記したものに限られず、種々の受光素子から形成することができる。
【００６５】
また、スラブ層３１〜３３では、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すような低屈折率領域３００の周期的な配列を採用することができる。
【００６６】
例えば、スラブ層３２では、一方の端部から受光部１５０まで、及び他方の端部から点状欠陥１０２までにおいて線状欠陥２００が形成されていればよいので、図３（Ａ）に示すように、受光部１５０と点状欠陥１０２との間の領域は、低屈折率領域３００の配列によって閉じられた構造とすることができる。このような構成によれば、入射光と出射光とが干渉することなく正確な光のスイッチング動作を行わせることができる。
【００６７】
また、例えば、スラブ層３１、３３では、光を端面から入出射する必要がないので、図３（Ｂ）に示すように、線状欠陥２００の双方の端部側を低屈折率領域３００の周期的な配列によって閉じた構造とすることができる。かかる構造によれば、スラブ層３１、３３において、線状欠陥２００の双方の端部から等方的に光が出射されることにより生ずる損失を低減しつつ光を伝搬することができる。また、このような構成により、スラブ層２００における光の入出射方向を制御する必要がある場合にも有用である。なお、スラブ層３１、３３の一方の端部側のみを低屈折率領域３００の周期的な配列で閉じた構造としてもよい。
【００６８】
また、スラブ層３１〜３３において、低屈折率領域３００の平面形状は、図２に示すような円形のものに限られず、四角形、六角形等の多角形状であってもよい。また、低屈折率領域３００は、図４（Ａ）または図４（Ｂ）に示すように、三角格子状または正方格子状で配列した周期的配列を採用することができる。
【００６９】
さらに、本実施形態に係る光スイッチでは、各スラブ層３１〜３３において、低屈折率領域３００の周期的な配列により形成される２次元フォトニック結晶構造内に、低屈折率領域３００と異なる形状を有する点状欠陥１０１、１０２を形成し、特定の波長λ１の光を外部から捕獲して当該光を層内に導入することや、層内において捕獲した光を外部に放出することができる。すなわち、点状欠陥１０１、１０２は、線状欠陥２００を通過する光を捕獲して外部に放出する機能と、外部の光を捕獲して線状欠陥２００に導入する機能とを有し、各スラブ層３１〜３３において、いずれかの機能を発揮することにより光放出用の点状欠陥又は光導入用の点状欠陥として機能する。ここで、本実施形態に係る光スイッチでは、点状欠陥１０１を光放出用の点状欠陥として用い、点状欠陥１０２を光導入用の点状欠陥として用いる。
【００７０】
ここで、スラブ層３１〜３３に形成される線状欠陥と点状欠陥とは、両者間の距離に応じて光の結合効率が決定される。具体的には、線状欠陥と点状欠陥とは、近接して配置されると光の結合効率が大きくなり捕獲される光の光量が多くなり、離隔して配置されると光の結合効率が小さくなり捕獲される光の光量が少なくなる。また、本実施形態に係る光スイッチ１０００では、スラブ層３２においては、スラブ層３１、３３に対して光を放出するのとともに、スラブ層３２の線状欠陥内に形成された受光部１５０で光を受光する必要がある。そこで、本実施形態に係る光スイッチ１０００では、光放出用の点状欠陥１０１と線状欠陥２００との間の距離は、受光部１５０の感度に応じた光量の光をスラブ層３２内に残留させることができる距離とすることができる。
【００７１】
この点状欠陥１０１、１０２は、上記低屈折率領域３００に対して例えば、大きさや平面形状などが異なるものを選択することにより、かかる形状に対応した特定の波長の光が捕獲されるように形成することができる。例えば、低屈折率領域３００の平面形状を円形とした場合には、点状欠陥１０１、１０２については半径（または直径）の異なる平面形状とすることができる。すなわち、本実施形態に係る光スイッチ１０００においては、かかる構成を採用することにより、種々の形状の点状欠陥１０１、１０２を各スラブ層３１〜３３に形成することによって各形状に対応した様々な波長の光をかかる点状欠陥１０１、１０２によって捕獲して光のスイッチング動作を行うことができる。
【００７２】
また、点状欠陥１０１、１０２は、内部に異なる屈折率の材料を充填することによっても異なる光の波長を捕獲可能に形成することができる。ここで、点状欠陥１０１、１０２において捕獲される光の波長は、上記したように点状欠陥１０１、１０２の大きさや平面形状によって変化する。そこで、点状欠陥１０１、１０２に充填する材料の屈折率が異なるものであれば、点状欠陥１００の実効的な形状が変化させて、異なる波長の光を捕獲させることができる。かかる場合においては、点状欠陥１０１、１０２内に充填する材料を例えば、温度により屈折率が変化しやすい材料とすれば、光スイッチ１０００を例えば、温調装置を用いて温度制御することによって、かかる温度制御に応じて点状欠陥１０１、１０２で捕獲される波長を光スイッチ１０００の使用時において変化させることもできる。なお、本実施形態に係る光スイッチ１０００では、スラブ層３１〜３３における点状欠陥１０１、１０２の形状の変更と、点状欠陥１０１、１０２の内部に充填する材料の変更とを組み合わせて所望の波長を捕獲する点状欠陥１０１、１０２を形成することができる。
【００７３】
また、かかる点状欠陥１０１、１０２の形状は、例えば、図５（Ａ）に示すように、柱状構造とすることができる。また、点状欠陥１０１、１０２は、例えば、図５（Ａ）に示すような上下対称の柱状構造とした場合、捕獲された光は、当該光を外部に放出する際、上下に等方向に放出される。このため、かかる形状を採用することにより、スラブ層３２の光放出用の点状欠陥１０１において分波した光を、スラブ層３２の上下に配置されるスラブ層３１、３３の光導入用の点状欠陥１０２において導入することができる。
【００７４】
また、光放出用の点状欠陥１０１からの放出光の方向を規制する場合には、図５（Ｂ）〜図５（Ｅ）に示すように上下非対称の形状を採用すると、光は、主として大きく開いた側から放出されるため、放出光の損失を低減させることができ、より正確な光のスイッチング動作が行えるようになる。
【００７５】
なお、点状欠陥１０１、１０２の形状を例えば、図５（Ａ）に示すような上下対称の柱状構造とした場合、いずれか一方の開口側に光反射部材を設けることによって（図示省略）、放出用の点状欠陥１０１においては等方的に放出される光を該反射部材による反射によって光が所望の方向以外へ漏れるのを防止することができ、光導入用の点状欠陥１０２においては一部の光が線状欠陥２００に導入されずに漏れることを防止することができる。従って、このような構成によれば、点状欠陥１０１、１０２において捕獲された光の放出／導入時における損失を反射により防ぐことができるので、捕獲した光を低損失で伝搬させることができる。
【００７６】
ここで、本実施形態に係る光スイッチ１０００では、図１（Ａ）に示すように、点状欠陥１０１、１０２が各スラブ層３１〜３３において対向する位置に配置される。より具体的には、スラブ層３２の光放出用の点状欠陥１０１とスラブ層３１、３３の光導入用の点状欠陥１０２とが対向する位置に配置され、スラブ層３２の光導入用の点状欠陥１０２とスラブ層３１、３３の光放出用の点状欠陥１０１とが対向する位置に配置される。
【００７７】
また、スラブ層３１〜３３の材料としては、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐ、Ｎ、およびＯのいずれか一種またはこれらの任意の組合せによる無機材料でクラッド層２１〜２４よりも屈折率の高いものを用いることができる。具体的には、Ｓｉ、ＳｉＯ２にＧｅ等を含む不純物を添加したもの、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰなどが例示できる。また、スラブ層３１〜３３の材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート、フェニルメタクリレート、フッ素系ポリマー等の有機材料でクラッド層２１〜２４の材料よりも屈折率の高いものを用いることができる。
【００７８】
そして、かかるスラブ層３１〜３３は、例えば、スピンコート法などの公知の成膜方法を用いて成膜した後に、低屈折領域３００および点状欠陥１０１、１０２を公知のフォトリソグラフィー技術、電子線描画法などを用いてパターニングすることにより形成することができる。
【００７９】
また、かかるスラブ層３１〜３３は、単独で個別に形成することもできる。具体的には、図６（Ａ）に示すように、例えば、Ｓｉの単結晶ウェハ５００を準備する。そして、図６（Ｂ）に示すように、ウェハ５００の所定の領域４００にＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ）を用いる電子線描画法や、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）等を用いたフォトリソグラフィー技術によって低屈折率領域３００、点状欠陥１０１、１０２のパターニングを行う。このとき、スラブ層３１〜３３の形状に合わせてスラブ層３１〜３３となる領域の周囲についても例えば、図６（Ｂ）に示すように、分離用パターン６０を形成しておくことができる。なお、スラブ層３１〜３３となる領域の周囲に分離用パターン６０を形成する場合には、スラブ層３１〜３３がパターニング中にウェハ５００から分離しないように支持する支持領域７０を残しておくことが望ましい。
【００８０】
次に、パターニングされたウェハ５００からスラブ層３１〜３３を支持領域７０において（図中の破線部分）、例えば、劈開等をすることにより分離してスラブ層３１〜３３を取り出す。なお、スラブ層３１〜３３は、上記したようにスラブ層３１〜３３となる領域の周囲に分離用パターン６０を形成しない場合には、ウェハ５００を公知の手法を用いてダイシングすることによりスラブ層３１〜３３を切り出すこともできる。
【００８１】
このように、スラブ層３１〜３３を個別に形成する場合には、クラッド層２１〜２４を例えば、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂など接着力の有する材料から形成して積層することにより、スラブ層３１〜３３と他の層とを固定することができる。
【００８２】
なお、スラブ層３１〜３３を単独で個別に形成する方法は、上記したような例えば、単結晶Ｓｉウェハなどの半導体基板を用いる場合に限らず、合成樹脂基板やガラス基板などを用いてもよい。
【００８３】
また、本実施形態に係る光スイッチ１０００には、スラブ層３１の線状欠陥を通過する光の位相を変化させて制御することができる位相制御領域４０が設けられている。なお、位相制御領域４０は、スラブ層３１に対して設ける場合に限られず、スラブ層３３に対して設けることもできる。
【００８４】
この位相制御領域４０は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すような構成により、スラブ層３１の線状欠陥２００の例えば、屈折率などを変化させ、例えば、スラブ層３１の線状欠陥２００を通過する光の位相を早くしたり、遅くしたりすることによって制御することができる。
【００８５】
この位相制御領域４０は、例えば、図７（Ａ）に示すように、線状欠陥２００の一部の領域の上下に対向するように電極５１、５２から成る電極対を配置した構成とすることができる。電極５１、５２は、例えば、金属、合金、酸化物導電体などを材料として例えば、スパッタ法により形成することができる。また、電極５１、５２は、受光部１５０と抵抗１６０と直列接続される。これらの他にアンプを用いた増幅器やＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）回路を用いた位相同期検出器など（図示省略）を必要に応じて接続することができる。
【００８６】
位相制御領域４０では、かかる構成により、受光部１５０において、光信号が電流信号に変換され、この電流信号が抵抗１６０によって電圧信号に変換される。そして、電極５１、５２には、抵抗１６０によって電圧信号に変換された制御信号が与えられて線状欠陥２００内に電界が生じ、電気光学効果により線状欠陥２００の電極対に挟まれた領域で屈折率の変化が生じる。すると、この屈折率の変化によって線状欠陥２００を通過する光の位相を変化させることができる。
【００８７】
また、位相制御領域４０は、例えば、図７（Ｂ）に示すように、線状欠陥２００の一部の領域の上又は下に電極５３からなる加熱部を配置して、この加熱部にから線状欠陥２００に与えられる熱によって生じる熱光学効果によって線状欠陥２００の屈折率を変化させることもできる。より具体的には、電極５３に電流源となる受光部１５０を接続して、この受光部１５０から電極５３に電流を与えることにより発生する熱を用いて上記熱光学効果を生じさせる。なお、この電極５３についても、例えば、金属、合金、酸化物導電体などを材料として例えば、スパッタ法により形成することができる。また、電極５３は、上記した受光部１５０の他にアンプを用いた増幅器やＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）回路を用いた位相同期検出器など（図示省略）を必要に応じて接続することができる。
【００８８】
そして、本実施形態においては、電極５３に流れる電流により発生する熱を利用して線状欠陥２００を加熱する構成を加熱部として採用したが、これに限定されるものではなく、例えば、半導体と金属を組み合わせてペルチェ効果により温度変化を与えることができる加熱部を形成して、より精密な温度制御をすることもできる。
【００８９】
次に、本実施形態に係る光スイッチ１０００の機能について説明する。
【００９０】
本実施形態に係る光スイッチ１０００は、スラブ層３１、３３からなる２つの光路を通過する光の位相差を制御して、所定の波長λ１の光信号を選択的に出力可能に形成されたマッハツェンダ型光スイッチの動作原理を応用したものである。
【００９１】
すなわち、本実施形態に係る光スイッチ１０００は、図１（Ａ）に示すように、スラブ層３２の端面から波長λ１の光信号Ｐｉｎが入射（入力）されると、波長λ１の光信号はスラブ層３２の光放出用の点状欠陥１０１によって捕獲され、スラブ層３２の上下に等方的に分波されて放出される。このとき、スラブ層３２の光放出用の点状欠陥１０１は、スラブ層３２の線状欠陥に対する光信号の結合効率が調整されて形成され、入射された光信号Ｐｉｎを所定の光量だけ捕獲して層外に放出し、一部の光信号がスラブ層３２内に残留する。このスラブ層３２に残留する光信号は、スラブ層３２内を進行して受光部１５０によって所定の電気信号に変換される。
【００９２】
ここで、本実施形態に係る光スイッチ１０００に入射される光信号は、例えば、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すようなフレーム構成を有する信号を用いることができる。まず、図１１（Ａ）に示すフレーム構成では、所定の端末から送信されたデータＤ１、Ｄ２に対してヘッダＨ１、Ｈ２が付加されており、かかるヘッダの情報に従った端末へのデータ伝送を行う。また、図１１（Ｂ）に示すフレーム構成では、所定の複数の端末から送信されたデータＤ１、Ｄ２、…、Ｄｎが多重化されて一つのフレームを構成し、かかるデータ列に対してヘッダＨｎが付加されており、かかるヘッダの情報に従ったデータの送受信を行う。これらのヘッダには、データの送信先、送信元などの情報を含んでおり、これにより指定された端末へのデータ伝送が行われる。すなわち、ヘッダは、データが例えば、基地局や中継局を経由してルーティングされる場合に基地局や中継局に設置された光スイッチにより読取られて、データを所定の伝送路を経由して各端末へ伝送する光信号のスイッチングのために用いられる。
【００９３】
本実施形態に係る光スイッチ１０００では、受光部１５０において、この光信号に含まれるヘッダに基づいて位相制御領域４０の制御信号となる電気信号を生成している。なお、ヘッダとデータからなるフレームが時系列で分割された状態で光信号が伝送されている場合には、例えば、ＰＬＬ回路等を含む位相同期検出器（図示省略）を受光部１５０に接続して、フレームの中からヘッダのみを読取ることができるように形成することが好ましい。
【００９４】
そして、スラブ層３２の点状欠陥１０１から放出された光信号は、スラブ層３１、３３の光導入用の点状欠陥１０２から各層内に導入される。続いて、スラブ層３１、３３に導入された光信号は、それぞれの層内に形成された線状欠陥内を通過する。このとき、スラブ層３１においては、スラブ層３２の受光部１５０から与えられる電気信号を制御信号として、位相制御領域４０によって当該スラブ層３１の線状欠陥を通過する光の位相が制御され、波長λ１の光信号を出力させる場合には、かかる光信号の位相は変化されずにスラブ層３１内を通過し、波長λ１の光信号を非出力とする場合には、スラブ層３１を通過する光信号は、図１（Ｂ）の破線で示すようにλ１／２分だけ位相を早く、又は遅くなるようにずらされてスラブ層３１内を通過する。そして、各スラブ層３１、３３内の線状欠陥を通過する光信号は、各層内に形成された光放出用の点状欠陥１０１によって捕獲されて、スラブ層３１、３３の外へ放出される。
【００９５】
最終的には、スラブ層３１、３３の光放出用の点状欠陥１０１から放出された光信号がスラブ層３２の光導入用の点状欠陥１０２からスラブ層３２内に導入されて合波される。
【００９６】
そして、スラブ層３１を介してスラブ層３２に導入された光信号と、スラブ層３３を介してスラブ層３２に導入された光信号との位相が一致する場合、スラブ層３１から放出された波長λ１の光信号の位相が、位相制御領域４０によって変化させられると、スラブ層３１から放出された光信号とスラブ層３３から放出された光信号とは互いに干渉しあって打ち消される。その結果、スラブ層３２の端面からは、波長λ１の光信号Ｐｏｕｔは出力されない。
【００９７】
また、スラブ層３１から放出された波長λ１の光の位相が、位相制御領域４０によって変化を受けていない場合には、スラブ層３１からの放出光とスラブ層３３からの放出光とは、位相が同じであるため合波されると、波長λ１の光信号Ｐｏｕｔとしてスラブ層３２の端面から出力される。
【００９８】
なお、スラブ層３１を介してスラブ層３２に導入された光信号と、スラブ層３３を介してスラブ層３２に導入された光信号との位相が異なる場合は、位相制御領域４０によってスラブ層３１を通過する光信号に変化を与えると、波長λ１の光信号Ｐｏｕｔがスラブ層３２の端面から出力され、スラブ層３１を通過する光信号が位相制御領域４０によって変化を受けていない場合は、スラブ層３１及びスラブ層３３を通過した光が互いに打ち消しあうように作用して、スラブ層３２の端面において光信号Ｐｏｕｔは非出力となる。
【００９９】
このように、本実施形態に係る光スイッチ１０００によれば、スラブ層３２に配置された光放出用の点状欠陥１０１による光信号の分波と、光導入用の点状欠陥１０２による光信号の合波と、受光部１５０からの電気信号に基づく、位相変化領域４０での光信号の位相制御との組合せによって、最終的に合波された特定の波長λ１の光信号を選択的に出力することにより、光のスイッチングを行うことができる。すなわち、本実施形態によれば、入力される光信号の一部を制御信号とする新規な光スイッチ１０００を実現することができる。そして、本実施形態に係る光スイッチ１０００によれば、複数のスラブ層３１〜３３を積層した新規な構造を採用することによって装置を小型化かつ高集積化することができる。
【０１００】
（変形例）
図８（Ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る光スイッチ１１００を模式的に示す断面図である。なお、かかる断面図は、光スイッチ１１００を光の入出射方向から見たものである。また、図１（Ａ）に示す部材と実質的に同一の機能を有する部材には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本変形例に係る光スイッチ１１００は、第１の実施形態に係る光スイッチ１０００と同様の材料、形成方法を用いることができる。
【０１０１】
本変形例に係る光スイッチ１１００は、基本的構成及び基本的機能が第１の実施形態に係る光スイッチ１０００と同様であるが、基板１０上に積層された各スラブ層３１〜３３における線状欠陥２００の配置関係が異なる。すなわち、本変形例に係る光スイッチでは、図１（Ａ）に示すように、各スラブ層３１〜３３の各線状欠陥２００が積層状態において、上下に配置されるスラブ層３１〜３３の各線状欠陥２００と重ならない位置に配置されている。より具体的には、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示すように、各スラブ層３１〜３３において、点状欠陥１０１、１０２は、積層状態においてそれぞれ対向する位置に配置されるが、スラブ層３２の線状欠陥２００に対して、スラブ層３１、３３の線状欠陥２００は、点状欠陥１０１、１０２を中心として反対側に配置される。
【０１０２】
なお、各スラブ層３１〜３３の線状欠陥２００は、それぞれ平行な位置に配置するほか、各線状欠陥２００を交叉するように配置することができる。例えば、スラブ層３１、３３の線状欠陥２００を平行に配置し、スラブ層３２の線状欠陥２００をスラブ層３１、３３の線状欠陥２００と交叉するように配置することができる。
【０１０３】
本変形例に係る光スイッチ１１００によれば、上述した構成を採用することにより、各スラブ層３１〜３３間において線状欠陥２００どうしの干渉が生じにくくなり、スラブ層３１〜３３間の距離を縮めることによって、さらなる小型化および高集積化を図ることができる。なお、後述する第２の実施形態においても線状欠陥の配置について同様の態様を取り得る。
【０１０４】
［第２の実施形態］
図９（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光スイッチ２０００を模式的に示す断面図である。上記第１の実施形態において説明したものと実質的に同一の機能を有する部材には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本実施形態に係る光スイッチ２０００は、第１の実施形態に係る光スイッチ１０００と同様の材料、形成方法を用いることができる。
【０１０５】
本実施形態に係る光スイッチ２０００は、基板１０上にクラッド層２１、２２を介してスラブ層３１、３２が積層されて構成される。各スラブ層３１、３２の構成は、第１の実施形態の場合と同様の構成を取り得るものとするが、受光部１５０の配置に関しては、以下のように本実施形態に特有の構成を取り得る。
【０１０６】
具体的には、スラブ層３２の光放出用の点状欠陥１０１の上には、クラッド層２３を介して光信号を電気信号に変換可能な受光部１５０が配置されている。受光部１５０は、例えば、図９（Ｂ）に示すように、ｐ型半導体層１５１、ノンドープ半導体層１５２、及びｎ型半導体層からなるｐｉｎ構造のフォトダイオードをバンプ９０を用いてクラッド層２３の上に形成され、スラブ層３１の光放出用の点状欠陥１０１の上部において開口部を有する電極８０にフリップチップ実装して形成することができる。受光部１５０は、第１の実施形態の場合と同様、ｐｎ接合構造のフォトダイオードを用いて形成してもよい。また、かかる受光部１５０は、ｐ型半導体層１５１が接続された電極８０とｎ型半導体層１５３とが位相制御領域４０に接続される。なお、受光部１５０は、光信号をスラブ層３１の端面から入射する構成とする場合には、基板１０側に配置することもできる。かかる場合においては、基板１０を半導体基板とすれば、結晶成長により受光部１５０を形成することができる。
【０１０７】
また、本実施形態に係る光スイッチ２０００において、スラブ層３１に対しては、スラブ層３１内を通過する光信号の位相を受光部１５０からの電気信号に基づいて制御可能な位相制御領域４０が設けられている。この位相制御領域４０における光信号の位相制御の手法は、上記第１の実施形態と同様の手法により行うことができる。また、かかる位相制御領域４０の構成は、第１の実施形態で説明した図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す構成を取り得る。
【０１０８】
スラブ層３１、３２は、第１の実施形態に係る光スイッチ１０００におけるものと同様の構成を有し、それぞれ光放出用の点状欠陥１０１と光導入用の点状欠陥１０２とを有する。また、各スラブ層３１、３２には、図示省略した線状欠陥が導波路として形成されている。光信号は、各スラブ層３１、３２において、この線状欠陥を通過する。
【０１０９】
また、スラブ層３１、３２においては、スラブ層３２の光放出用の点状欠陥１０１とスラブ層３１の光導入用の点状欠陥とが対向する位置に配置され、スラブ層３１の光放出用の点状欠陥１０１とスラブ層３２の光導入用の点状欠陥１０２とが対向する位置に配置される。また、スラブ層３１、３２においては、各層において光信号が漏れることを防止するために、波長λ１の光を反射する機能を有する光反射膜など（図示省略）を各層内の点状欠陥１０１、１０２の一方の側に設けることができる。また、点状欠陥１０１、１０２の断面形状を例えば、図５（Ｂ）〜図５（Ｅ）に示すように非対称とすることもできる。
【０１１０】
また、本実施形態に係る光スイッチ２０００では、スラブ層３２に入射（入力）された光信号が、スラブ層３２の光放出用の点状欠陥１０１において分波され、具体的には、スラブ層３２を通過する光信号と、スラブ層３１を通過する光信号と、受光部１５０で受光される光信号とに分波される。
【０１１１】
ここで、スラブ層３１、３２を通過する光信号は、再びスラブ層３２で合波される際に光量が等しくなることが望ましい。そこで、スラブ層３１、３２を通過する光信号の光量を等しくするための一つの手法として、スラブ層３２の線状欠陥と光放出用の点状欠陥１０１との間の距離を、少なくともスラブ層３２に残留する光信号と、スラブ層３１に放出される光信号との光量が等しくなるような結合効率となる距離に設定することができる。
【０１１２】
また、スラブ層３１、３２においては、低屈折率領域を互いに異なる形状で形成することにより、各スラブ層３１、３２の線状欠陥における光信号の進行速度、いわゆる群速度を変えて、光信号の非制御状態における位相差を調整することができる。すなわち、本実施形態では、スラブ層３２の線状欠陥における光信号の群速度を遅くするか、スラブ層３１の線状欠陥における光信号の群速度を早くするかによっても、スラブ層３１、３２を通過する光信号の位相差を変更することができる。また、かかる場合においても、各スラブ層３１、３２の線状欠陥における光信号の郡速度を異なるものとして、スラブ層３２で合波される光信号の位相を非制御状態で等しくしたり、λ１／２分だけずらすことができ、適用性が広い。
【０１１３】
本実施形態に係る光スイッチ２０００では、各スラブ層３１、３２の線状欠陥における光信号の群速度の調整によって、第１の実施形態に係る光スイッチ１０００と同様の光信号スイッチング動作を実現することができる。
【０１１４】
従って、本実施形態に係る光スイッチ２０００においても第１の実施形態の場合と同様に、入力される光信号の一部を制御信号とする新規な構造で装置を小型化かつ高集積化することができる光スイッチを実現することができる。
【０１１５】
［第３の実施形態］
上記第１の実施形態及びその各変形例に係る光スイッチ１０００、１１００や、第２の実施形態に係る光スイッチ２０００は、例えば、光ルーターや光スイッチャーなど（図示省略）の種々の光通信用装置に適用することができる。
【０１１６】
また、かかる光スイッチ１０００〜１１００、２０００は、図１０に示すような、光通信システム４０００に適用することができる。かかる光通信システム４０００は、複数の波長の光信号を多重化して情報を伝送する波長多重化方式（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いた光通信システムであり、例えば、基地局６１０、中継局６２０、および加入者端末６３０〜６５０を含んで構成される。基地局６１０、中継局６２０、および加入者端末６３０〜６５０は、光ファイバにより接続されている。
【０１１７】
基地局６１０では、複数の波長（λ１、λ２、λ３、・・・）を含む光信号を送受信することができる。中継局６２０では、基地局６２０から送られた光信号を分波して各加入者端末６３０〜６５０へ送信することができる。また、中継局６２０では、加入者端末６３０〜６５０から受信した光信号を合波して基地局６１０に送信することもできる。また、各加入者端末６３０〜６５０では、それぞれに割り当てられた波長帯の光信号を送受信することができるように構成されている。具体的には、加入者端末６３０では、波長λ１の光信号が送受信され、加入者端末６４０では、波長λ２の光信号が送受信され、加入者端末６５０では、波長λ３の光信号が送受信されることによりデータ通信が行われる。なお、これらの光信号は、例えば、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すようなフレーム構成を有し、ヘッダに含まれる情報により指定される加入者端末６３０〜６５０へ光信号が伝送される。
【０１１８】
ここで、上記光スイッチ１０００〜１１００、２０００は、基地局６１０や中継局６２０内に設置される光通信用装置（図示省略）内で用いられ、かかる光スイッチ１０００〜１１００、２０００のスイッチング機能によって光信号がルーティングされ、ヘッダにより指定される加入者端末６３０〜６５０へ所定の光ファイバを経由して光信号を伝送することができる。
【０１１９】
このように、かかる光通信システム４０００によれば、基地局６１０から加入者端末６３０〜６５０に至る通信経路を光ファイバで統一したいわゆる全光アクセス方式（ＦＴＴＨ：Ｆｉｂｅｒ　Ｔｏ　Ｔｈｅ　Ｈｏｍｅ）の比較的大規模な通信システムから光ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの比較的小規模な通信システムまで様々な光通信システムを構築することができる。
【０１２０】
なお、本発明に好適な実施の形態は、上述したものに限られず、本発明の要旨範囲内で各種態様を取り得る。また、上記各実施形態において、光信号の波長は、使用状態に適した任意のものを選択することができ、各実施形態に示した構成を一単位として複数の光スイッチを積層したものを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチを模式的に示す断面図である。図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチの機能を説明するための図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチのスラブ層を模式的に示す平面図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチのスラブ層を模式的に示す平面図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチにおける低屈折率領域の配列を説明するための図である。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチにおける点状欠陥の断面形状を模式的に示す図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態における光スイッチのスラブ層の形成方法を説明するための図である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチにおける位相制御領域を説明するための図である。
【図８】図８（Ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る光スイッチを模式的に示す断面図である。図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る光スイッチのスラブ層を模式的に示す平面図である。
【図９】図９（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光スイッチを模式的に示す断面図である。図９（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る光スイッチの受光部を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施形態に係る光通信システムを模式的に示す図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、本発明の各実施形態で用いられる光信号のフレーム構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０　基板、２１，２２，２３，２４　クラッド層、３１，３２，３３　スラブ層、４０　位相制御領域、５１，５２，５３　電極層、１０１，１０２　点状欠陥、１５０　受光部、２００　線状欠陥、３００　低屈折率領域、１０００，１１００，２０００　光スイッチ、４０００　光通信システム
【図１】
2004133233.tif 000003
【図２】
2004133233.tif 000004
【図３】
2004133233.tif 000005
【図４】
2004133233.tif 000006
【図５】
2004133233.tif 000007
【図６】
2004133233.tif 000008
【図７】
2004133233.tif 000009
【図８】
2004133233.tif 000010
【図９】
2004133233.tif 000011
【図１０】
2004133233.tif 000012
【図１１】
2004133233.tif 000013