(57)【要約】　　　（修正有）【課題】１つの入力信号光をＮ個の出力先にスイッチングする、高速かつ損失の少ない光スイッチ素子を得る。【解決手段】光スイッチは基板と、基板上かつ入力信号光の光路上に酸化物からなる非線形光学薄膜３を有し、光，熱，電気などのエネルギーにより非線形光学薄膜の屈折率が変化する現象をスイッチングに応用する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの入力ポートと、Ｎ個の出力ポートを有する光スイッチにおいて、該光スイッチは入力信号光の光路上に形成された酸化物を含む非線形光学薄膜を有し、入力ポートより入力され非線形光学薄膜を透過した信号光をＮカ所の出力ポートに分類して出力することを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載された光スイッチにおいて、
該非線形光学薄膜にエネルギーを印加するエネルギー印加機構を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項２に記載された光スイッチにおいて、入力信号光が該非線形光学薄膜を通過する際に、該非線形光学薄膜にエネルギーを印加し、薄膜を通過した信号光をＮ個の出力先に分類することを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項２または３に記載された光スイッチにおいて、該印加されるエネルギーは光，電気または熱であることを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載された光スイッチにおいて、該光スイッチは入力ポートから出力ポートに至る全ての光路を導波路により固定したバルク状のガラスまたは有機樹脂を有し、該導波路のサイズが１０μｍ以下であることを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載された光スイッチにおいて、該非線形光学薄膜材料がＦｅの酸化物を含むことを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光スイッチに関し、１つの入力された信号光をＮ個の出力先にスイッチングする、高速で損失の少ない光スイッチ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信を用いた情報化社会の発展により、大容量の情報を高速で通信できる波長多重通信（ＷＤＭ）の通信システムが構築されている。情報が光ファイバを介して流通する場合、基幹ファイバの断線事故に備えて並列に予備ファイバを設けている。この際、情報発信源から発信される光情報の入力先を基幹ファイバから予備ファイバに切り替える必要があり、このような光スイッチとして、ファイバを接続／切断するメカニカル型光スイッチ，鏡の角度を調節することにより光路を切り替えるミラー型光スイッチ，高屈折率液体中で気泡を移動させることにより光路を切り替えるバブル型スイッチ、その他平面光導波路型光スイッチ等の機械駆動方式の光スイッチが知られている（非特許文献１）。
【０００３】
ＷＤＭ技術により、ネットワーク容量が飛躍的に大きくなり、２００５年には少なくとも１００Ｔｂｐｓレベルの伝送容量が必要である。そのため光情報単位の粒度はより小さくなり、２０１０年には光情報単位は１μｓ以下になると言われている。このような小さな粒度の光情報の切替は、ナノ秒単位で光をスイッチングできる光スイッチが必要とされる。しかし機械駆動方式では切り替え速度は数
ｍｓから数μｓ程度である。
【０００４】
【非特許文献１】
日経エレクトロニクスＮｏ．８、２０００年１月２９日号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術による機械駆動方式の光スイッチでは、高速光スイッチへの展開は困難である。
【０００６】
本発明の目的は、高速に１つの入力信号光をＮ個の出力先にスイッチングする、損失の少ない光スイッチ素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、少なくとも１つの入力ポートと、Ｎ個の出力ポートを有する光スイッチであって、入力信号光の光路上に非線形光学薄膜を有し、入力ポートより入力された信号光を薄膜中を透過させてＮカ所の出力ポートのいずれかにルーティングすることを特徴とする光スイッチである。
【０００８】
信号光そのものによってスイッチングを行うことが可能であるが、何らかの外場の印加により非線形光学薄膜の光学的性質が変化する現象をスイッチングに応用する場合には、該非線形光学薄膜にエネルギーを与える機構を有することを特徴とする光スイッチとする。
【０００９】
発明者らは上記のような非線形光学薄膜の光学的性質を検討した結果、外場の印加により屈折率が連続的、単調に大幅に変化することを見いだした。この現象を利用した光スイッチは、非線形光学薄膜に光信号が入射する際、該薄膜に外場を印加することにより屈折率を多段階に変化させ、薄膜を透過する光信号の屈折角を制御することが可能である。
【００１０】
つまり該非線形光学薄膜にエネルギーを付与する機構を有する光スイッチであって、入力信号光が非線形光学薄膜を通過する際に、適宜非線形光学薄膜にエネルギーを印加し、印加エネルギーに応じて定まる信号光の屈折角の違いを利用して、薄膜を通過した信号光をＮ個の出力先に分類することを特徴とする光スイッチが実現可能である。
【００１１】
印加エネルギーに関して検討した結果、該非線形光学薄膜に印加するエネルギーは電気，光，熱のいずれでもよく、薄膜のドラスティックな光学物性の変化は、印加エネルギーがおおむね０．１　から１０ＧＷ／ｍ２　の範囲にて得られることを見いだした。本発明の光スイッチにおいて、印加エネルギーを光とした場合には非常に高速な光スイッチが得られる。また、印加エネルギーを電気または熱にした場合には安価な光スイッチが得られる。
【００１２】
本発明の光スイッチとして好ましい形態は、入力ポートから出力ポートに至る全ての光路を導波路により固定したバルク状のガラスまたは有機樹脂とし、該導波路のサイズが１０μｍ以下とする。この形状は、小型で量産に向いているため実用上優れる。
【００１３】
非線形光学特性を有する材料であれば、本発明の光スイッチの薄膜に適用することが可能である。薄膜材料の構成元素に関して鋭意検討した結果、該薄膜が酸化物を原料として作製された酸化物系非線形光学材料であり、中でもＦｅを含む場合に最も透明度が高く、また外場の印加により屈折率等の光学物性が大きく変化することを見いだした。よって本発明の光スイッチに用いる非線形光学薄膜は、Ｆｅ含有酸化物系の薄膜が望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の原理と光スイッチの構造例により本発明の実施の形態を詳細に説明する。但し光スイッチの導波路構造は無数の形態が考えられるため、本発明による光スイッチ構造は図示した構造に限られるものではない。
【００１５】
図１は、導波路１より光学ガラス基板２へ信号光を導入し、非線形光学薄膜３へ入射し、非線形光学薄膜に信号光を透過させて出力用導波路５より出力光を取り出すしくみの光スイッチデバイスである。透明電極４にて非線形光学薄膜３に電気エネルギーを印加し、屈折条件を変化させて所望の出力用導波路５から出力光をとりだすことが可能である。
【００１６】
上記の光スイッチデバイスは以下のように作製した。石英系光学ガラス基板の上に導波路パターンに応じてフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィで導波路パターンを形成し、レジストを除去することにより導波路を形成した。次いでスパッタリング法により透明電極及び非線形光学薄膜を成膜し、光スイッチとした。導波路１および５の幅は１μｍ、非線形光学薄膜３の厚みは通信光波長１５５０ｎｍの半分の７７５ｎｍ、導波路１から非線形光学薄膜３に対する入射角は３０°とした。スパッタリング条件は、雰囲気ガスをアルゴン＋２０％酸素混合ガスとし、ガス圧０．６７Ｐａ　，基板温度３００℃とし、ターゲットには酸化物であるＦｅ２Ｏ３、及び、ガラス成分であるＳｉＯ２＋ＴｉＯ２複合焼結体を用いた。
【００１７】
図２は、上記光スイッチの非線形光学薄膜への入射角を変化させたそれぞれの場合について、薄膜の屈折率と、信号光光路の変位の関係を計算したものである。薄膜の厚みは７７５ｎｍとして計算している。計算によれば、薄膜の屈折率が変化し小さくなるに従い、信号光光路の変位は大きくなる。また、信号光光路の変位は、信号光の入射角が小さいほど大きく変化する。従って本実施例では信号光の入射角３０°とした。
【００１８】
本発明の光スイッチは、薄膜を透過させて異なる出力口から出射光を得ている。透過させて信号を得る場合、反射させる場合と比較すると信号光の薄膜への入射角を小さくすることができ透過率を高くすることができるので、信号光の減衰が少なく望ましい。信号光を反射させる機構を有する光スイッチでは、反射率を大きくするために信号光の入射角を大きくする必要があり、透過率が下がる要因となる。
【００１９】
図３に示す実験系を用い、光源６より信号光を入射し、印加電気エネルギーを変化させつつ、１０個の検出器１，２，３，・・・，１０のそれぞれが示す強度を測定した。図４は、印加電気エネルギーおよび、検出器１，２，３，・・・，１０のそれぞれが示す強度をグラフにしたものである。印加電気エネルギーが０から１ＧＷ／ｍ２　の範囲では、検出器１が示す強度が最も大きく、電気エネルギーが１ＧＷ／ｍ２を超えた時点で急激に低下する。電気エネルギーが１ＧＷ／ｍ２以上２ＧＷ／ｍ２　の時には、検出器２が示す強度が最も大きく、以下同様に、印加電気エネルギーが増加するに伴い、検出器３，４，５・・・１０のそれぞれが示す強度が順次高くなることが示された。これは印加された電気エネルギーによって光が１０個の出口にスイッチングされたことを意味する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、１つの入力信号光をＮ個の出力先にスイッチングする、高速かつ損失の少ない光スイッチ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光スイッチ原理図。
【図２】薄膜の屈折率に応じた、透過光の変位。
【図３】１×Ｎ光スイッチング実験系。
【図４】光スイッチから出力された信号光の強度と印加電気エネルギーの関係。
【符号の説明】
１，５…導波路、２…光学ガラス基板、３…非線形光学薄膜、４…透明電極、６…信号光光源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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