(57)【要約】【課題】制御の自由度が高く、小型で、信頼性に富んだ光路制御素子を実現する。【解決手段】基板上に形成されたＰ（またはＮ）型からなるクラッド層と、このクラッド層上に積層されたＮ（またはＰ）からなるコア層を有する光導波路と、前記光導波路の一部を挟んで形成された電極と、からなり、前記電極間に電圧を印加して前記電極が形成された部分の光導波路の屈折率を変化させた。【選択図】      図１
2004325475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたＰ（またはＮ）型からなるクラッド層と、このクラッド層上に積層されたＮ（またはＰ）からなるコア層を有する光導波路と、前記光導波路の一部を挟んで形成された電極と、からなり、前記電極間に電圧を印加して前記電極が形成された部分の光導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする光路制御素子。
【請求項２】
前記光導波路を挟んで形成された複数の電極と、ｎ個の入射手段とｎ個の出射手段と、からなり、前記複数の電極は、前記ｎ個の入出射手段からの延長線がクロスする光導波路のクロスポイントに形成されており、任意の入射手段へ入射した光が、前記複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御することにより、前記電極が形成された部分の屈折率を変化させ任意の出射手段から光を出射するように構成したことを特徴とする光路制御素子。
【請求項３】
上部電極は３角形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光路制御素子。
【請求項４】
光導波路に入射させる光位置あるいは光ビームのスポット径を制御することによって、入射した光の行路を制御するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光路制御素子。
【請求項５】
任意の入射手段から任意の出射手段に選択的に光出射を得るために、最適制御を実現するためのアルゴリズム機能を用いたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載光路制御素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、将来の高速光通信の光ルータ等に用いて好適な光路制御素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の高速光通信の光ルータ等に用いられている光路制御素子（光スイッチ）の要部構成を示す平面図である。
図において、２０は正方形状に形成された例えばＳｉ基板であり、この基板の左辺には入力ポートが設けられ、光ファイバおよびコリメータレンズからなるｎ（図では７）個の入射手段２１ａ〜２１ｇがアレイ状に配置されている。
また、この基板の下辺には出力ポートが設けられ、同様の光ファイバおよびコリメータレンズからなるｎ（図では７）個の出射手段２２ａ〜２２ｇがアレイ状に配置されている。
【０００３】
２３ａ〜２３ｇは光軸に対して垂直に立てられたマイクロミラーで、入射手段２１ａ〜２１ｇから出射した光がこれらのマイクロミラーで反射して出力ポートに配置された出射手段２２ａ〜２０ｇに出射するように配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の従来の光スイッチでは、光の進行方向を変えるために、あらかじめ用意された入射側、および出射側に存在するｎ個の入出射手段（セルフォティックレンズ付光ファイバ−）に対して、ｎ×ｎ個の２次元ミラ−を構成する必要がある。しかしながら、このような構成においては次のような問題点があった。
【０００５】
１）２次元ミラ−にするためには、２次元平面状に作製されたミラ−を、ピンセット等である角度で立てる必要があり、かつこの作業をｎ×ｎ個のミラ−について実施するため、作製工数、及び素子としての信頼性にかける。
【０００６】
２）ミラ−角度が固定であることから、任意の位置の出射手段から光を出射できない
本発明は上記の問題点を同時に満足しうる光路制御素子を実現することを目的とする。
なお、半導体に光導波路を形成し半導体中にキャリアを注入して屈折率を変化させ光信号の伝送経路を切り換える先行技術文献としては以下のようなものがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−３２０２１９号公報
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光路制御素子においては、
基板上に形成されたＰ（またはＮ）型からなるクラッド層と、このクラッド層上に積層されたＮ（またはＰ）からなるコア層を有する光導波路と、前記光導波路の一部を挟んで形成された電極と、からなり、前記電極間に電圧を印加して前記電極が形成された部分の光導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２においては、
前記光導波路を挟んで形成された複数の電極と、ｎ個の入射手段とｎ個の出射手段と、からなり、前記複数の電極は、前記ｎ個の入出射手段からの延長線がクロスする光導波路のクロスポイントに形成されており、任意の入射手段へ入射した光が、前記複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御することにより、前記電極が形成された部分の屈折率を変化させ任意の出射手段から光を出射するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３においては、請求項１または２に記載の光路制御素子において、
上部電極は３角形状に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４においては、請求項１乃至３の何れかに記載の光路制御素子において、
光導波路に入射させる光位置あるいは光ビームのスポット径を制御することによって、入射した光の行路を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５においては、請求項２乃至４の何れかに記載の光路制御素子において、
任意の入射手段から任意の出射手段に選択的に光出射を得るために、最適制御を実現するためのアルゴリズム機能を用いたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る光路制御素子の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の光路制御素子の実施形態の一例を示す要部平面図、図２は図１の一部を拡大して示す断面図である。これらの図において、１はＰ＋＋ＧａＡｓ系化合物半導体基板、２はこの基板上の全面に形成された屈折率Ｎ１からなるＡｌＧａＡｓ層でＰ型の半導体となっており、光導波路のクラッドとして機能する。３はクラッド層の上部に積層されたＧａＡｓ層で屈折率Ｎ２でＮ型の半導体となっており光導波路のコアとして機能する。
【００１４】
４はコア層の上部に形成された屈折率Ｎ３からなるＳｉＯ２層である。なおクラッド層２とコア層３およびＳｉＯ２層４の屈折率の関係はＮ１＞Ｎ２，Ｎ２＞Ｎ３となっており、光導波路７を構成している。５はＳｉＯ２層の一部を３角形状に除去して形成された上部電極、６は基板１のＰ＋＋層上に形成された下部電極である。
【００１５】
上述の構成において、コア層に光を導入する。その場合、上部、下部電極間５，６に電圧が印加されていない場合は光はコア層を直進する。次に上部、下部電極間に電圧が印加されている場合は、３角形状の上部電極５が形成された部分の光導波路の屈折率が変化するので光は矢印Ｂ方向に屈折する。この屈折の方向は構成する３角形の形状、および電極間に印加する電圧の強さに応じて変化する。
【００１６】
図３は本発明の他の実施形態の一例を示す平面図である。図４に示す従来例と同一要素には同一符号を付している。１ａは図１に示す光導波路７と３角形状の電極５がアレイ状に複数（図では７×７）個形成されたＰ＋＋ＧａＡｓ系化合物半導体基板である。複数の上部電極５は、前記ｎ個の入出射手段からの延長線がクロスする光導波路のクロスポイントに一辺が入射手段２１に対して直角に向けて配置されている。なお、下部電極は図では省略している。
【００１７】
２次元平面内で光導波路内を通過する光の進行方向の制御は、電極５，６間に印加する電圧の大きさや３角形状の上部電極５の下部に位置する光導波路への光ビームの入射位置又は光の径を制御することによって行なう。
【００１８】
図３において、入射手段２１へ入った光は、２次元平面内の光導波路７内を直進するが、クロスポイントに存在する上部電極５に電圧を印加するとその部分の光導波路に屈折率の変化が生じる。その結果、２次元平面内で光の進行方向が変わる。この光の進行方向は加える電圧の大きさに応じて変化する。
【００１９】
図３では入射手段２１ａ，２１ｆから光導波路内に入射した光が１−６および６−４の電極に印加された電圧でその部分の光導波路の屈折率変化により進行方向が曲げられ出射手段２２ｂ，２２ｄに入射している状態を示している。
【００２０】
従って、ｎ個の入出射手段に対して、ｎ×ｎ個の電極を配置して、任意の位置の電極に対して適切なアルゴリズムを使って電圧を加えて屈折率を最適制御することで、入射手段からの光を、任意の出射手段に高速で、損失なく光を導くことができる。
【００２１】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば本実施例では電極の形状は三角として説明したが円形や楕円でもよい。また、本実施例ではクラッド層をＰ型、コア層をＮ型として説明したが、クラッド層をＮ型、コア層をＰ型としてもよい。
特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００２２】
【発明の効果】
以上実施例とともに具体的に説明した様に本発明によれば、
基板上に形成されたＰ（またはＮ）型からなるクラッド層と、このクラッド層上に積層されたＮ（またはＰ）からなるコア層を有する光導波路と、前記光導波路の一部を挟んで形成された電極と、からなり、前記電極間に電圧を印加して前記電極が形成された部分の光導波路の屈折率を変化させ、
【００２３】
また、前記光導波路を挟んで形成された複数の電極と、ｎ個の入射手段とｎ個の出射手段と、からなり、前記複数の電極は、前記ｎ個の入出射手段からの延長線がクロスする光導波路のクロスポイントに形成されており、任意の入射手段へ入射した光が、前記複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御して、前記電極が形成された部分の屈折率を変化させ任意の出射手段から光を出射するようにし、
【００２４】
また、３角形状の上部電極下部に存在する導波路への光の入射位置や光の径を制御することにより任意の出射手段から光を出射するように構成したので、制御の自由度が高く、小型で、稼動部がなく、信頼性に富んだ光スイッチが実現できる。
【００２５】
また、光スイッチの応答性や自由度を高めるために、アルゴリズムによる最適化処理機能を持たせれば、例えば通信量変動、通信障害に対応するフレキシビティに富んだ光スイッチを実現することができる。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光路制御素子の実施形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１の一部断面図である。
【図３】本発明の光路制御素子の他の実施例を示す平面図である。
【図４】従来例を示す平面図である。
【符号の説明】
１      基板
２      クラッド
３      コア
４      ＳｉＯ２
５      上部電極
６      下部電極
７      光導波路
２１    入射手段
２２    出射手段
【図１】
2004325475.tif 000003
【図２】
2004325475.tif 000004
【図３】
2004325475.tif 000005
【図４】
2004325475.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月19日(2004.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】基板上に形成されたＰ（またはＮ）型からなるクラッド層と、このクラッド層上に積層されたＮ（またはＰ）からなるコア層を有する光導波路と、前記光導波路の一部を挟んで形成された電極と、からなり、前記電極間に電圧を印加して前記電極が形成された部分の光導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする光路制御素子。
【請求項２】基板上に形成されたＰ（またはＮ）型からなるクラッド層と、このクラッド層上に積層されたＮ（またはＰ）からなるコア層を有する光導波路と、前記光導波路を挟んで形成された複数の電極と、前記基板の一端に設けた複数の入射手段と、他の一端に設けた複数の出射手段と、からなり、前記複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御することにより、前記電極が形成された部分の光導波路の屈折率を変化させ、任意の入射手段から光導波路へ入射した光が、任意の出射手段へ入射するように構成したことを特徴とする光路制御素子。
【請求項３】上部電極は３角形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光路制御素子。
【請求項４】光導波路に入射させる光位置あるいは光ビームのスポット径を制御することによって、入射した光の行路を制御するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光路制御素子。
【請求項５】任意の入射手段から任意の出射手段に選択的に光出射を得るために、最適制御を実現するためのアルゴリズム機能を用いたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載光路制御素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、将来の高速光通信の光ルータ等に用いて好適な光路制御素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の高速光通信の光ルータ等に用いられている光路制御素子（光スイッチ）の要部構成を示す平面図である。
図において、２０は正方形状に形成された例えばＳｉ基板であり、この基板の左辺には入力ポートが設けられ、光ファイバおよびコリメータレンズからなるｎ（図では７）個の入射手段２１ａ〜２１ｇがアレイ状に配置されている。
また、この基板の下辺には出力ポートが設けられ、同様の光ファイバおよびコリメータレンズからなるｎ（図では７）個の出射手段２２ａ〜２２ｇがアレイ状に配置されている。
【０００３】
２３ａ〜２３ｇは基板の表面に対して垂直に立てられたマイクロミラーで、入射手段２１ａ〜２１ｇから出射した光がこれらのマイクロミラーで反射して出力ポートに配置された出射手段２２ａ〜２０ｇに出射するように配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の従来の光スイッチでは、光の進行方向を変えるために、あらかじめ用意された入射側、および出射側に存在するｎ個の入出射手段（セルフォティックレンズ付光ファイバ−）に対して、ｎ×ｎ個の２次元ミラ-を構成する必要がある。しかしながら、このような構成においては次のような問題点があった。
【０００５】
１）２次元ミラ-にするためには、２次元平面状に作製されたミラ-を、ピンセット等である角度で立てる必要があり、かつこの作業をｎ×ｎ個のミラ-について実施するため、作製工数、及び素子としての信頼性にかける。
【０００６】
２）ミラ−角度が固定であることから、任意の位置の出射手段から光を出射できない
本発明は上記の問題点を同時に満足しうる光路制御素子を実現することを目的とする。
なお、半導体に光導波路を形成し半導体中にキャリアを注入して屈折率を変化させ光信号の伝送経路を切り換える先行技術文献としては以下のようなものがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−３２０２１９号公報
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光路制御素子においては、
基板上に形成されたＰ（またはＮ）型からなるクラッド層と、このクラッド層上に積層されたＮ（またはＰ）型からなるコア層を有する光導波路と、前記光導波路の一部を挟んで形成された電極と、からなり、前記電極間に電圧を印加して前記電極が形成された部分の光導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２においては、
基板上に形成されたＰ（またはＮ）型からなるクラッド層と、このクラッド層上に積層されたＮ（またはＰ）からなるコア層を有する光導波路と、前記光導波路を挟んで形成された複数の電極と、前記基板の一端に設けた複数の入射手段と、他の一端に設けた複数の出射手段と、からなり、前記複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御することにより、前記電極が形成された部分の光導波路の屈折率を変化させ、任意の入射手段から光導波路へ入射した光が、任意の出射手段へ入射するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３においては、請求項１または２に記載の光路制御素子において、
上部電極は３角形状に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４においては、請求項１乃至３の何れかに記載の光路制御素子において、
光導波路に入射させる光位置あるいは光ビームのスポット径を制御することによって、入射した光の行路を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５においては、請求項２乃至４の何れかに記載の光路制御素子において、
任意の入射手段から任意の出射手段に選択的に光出射を得るために、最適制御を実現するためのアルゴリズム機能を用いたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る光路制御素子の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の光路制御素子の実施形態の一例を示す要部平面図、図２は図１の一部を拡大して示す断面図である。これらの図において、１はＰ＋＋ＧａＡｓ系化合物半導体基板、２はこの基板上の全面に形成された屈折率Ｎ２からなるＡｌＧａＡｓ層でＰ型の半導体となっており、光導波路のクラッドとして機能する。３はクラッド層の上部に積層されたＧａＡｓ層で屈折率Ｎ１でＮ型の半導体となっており光導波路のコアとして機能する。
【００１４】
４はコア層の上部に形成された屈折率Ｎ３からなるＳｉＯ２層である。なおクラッド層２とコア層３およびＳｉＯ２層４の屈折率の関係はＮ１＞Ｎ２，Ｎ１＞Ｎ３となっており、光導波路７を構成している。５はＳｉＯ２層の一部を３角形状に除去して形成された上部電極、６は基板１のＰ＋＋層上に形成された下部電極である。８は電圧制御機能を有する電圧印加手段であり、上部電極５、下部電極６を介して光導波路７に電圧を印加する。
【００１５】
上述の構成において、基板の端部からコア層に光を導入する。その場合、３角形状の上部電極５の下を通る光は、上部電極５、下部電極間６間に電圧が印加されていない場合はコア層を直進する。次に上部電極５、下部電極６間に電圧が印加されている場合は、３角形状の上部電極５が形成された部分の光導波路の屈折率が変化する。その結果、光は矢印Ｂ方向に屈折する。この屈折の方向は３角形の形状、入射位置および電極間に印加する電圧の強さに応じて変化する。
【００１６】
図３は本発明の他の実施形態の一例を示す平面図である。図４に示す従来例と同一要素には同一符号を付している。１ａは図１に示す光導波路７と３角形状の電極５がアレイ状に複数（図では７×７）個形成されたＰ＋＋ＧａＡｓ系化合物半導体基板である。複数の上部電極５は、前記ｎ個の入出射手段からの延長線がクロスする光導波路のクロスポイントに一辺が入射手段２１に対して直角に向けて配置されている。なお、下部電極は図では省略している。電圧印加手段８ａは上部電極５、下部電極６の各電極間に電圧を印加するものであり、その電圧を制御する機能及びアルゴリズム機能を有している。
【００１７】
２次元平面内で光導波路内を通過する光の進行方向の制御は、上部電極５、下部電極６間に印加する電圧の大きさを制御したり、３角形状の上部電極５の下部に位置する光導波路７への入射光の入射位置又は入射光の径を制御することによって行なう。
【００１８】
図３において、入射手段２１へ入った光は、基板１ａのコア３（図２参照）に入射して２次元平面内の光導波路７内を直進するが、クロスポイントに存在する上部電極５に電圧を印加するとその部分の光導波路に屈折率の変化が生じる。その結果、２次元平面内で光の進行方向が変わる。この光の進行方向は加える電圧の大きさに応じて変化する。
【００１９】
図３では入射手段２１ａ，２１ｆから光導波路内に入射した光が電極１−６および電極６−４に印加された電圧でその部分の光導波路の屈折率変化により進行方向が曲げられ出射手段２２ｂ，２２ｄに入射している状態を示している。
【００２０】
従って、ｎ個の入出射手段に対して、ｎ×ｎ個の電極を配置して、任意の位置の電極に対して、電圧印加手段８ａにより適切なアルゴリズムを使って電圧を加えて屈折率を最適制御することで、入射手段からの光を、任意の出射手段に高速で、損失なく光を導くことができる。
【００２１】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば本実施例では電極の形状は三角として説明したが円形や楕円でもよい。また、本実施例ではクラッド層をＰ型、コア層をＮ型として説明したが、クラッド層をＮ型、コア層をＰ型としてもよい。
特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００２２】
【発明の効果】
以上実施例とともに具体的に説明した様に本発明によれば、
基板上に形成されたＰ（またはＮ）型からなるクラッド層と、このクラッド層上に積層されたＮ（またはＰ）からなるコア層を有する光導波路と、前記光導波路の一部を挟んで形成された電極と、からなり、前記電極間に電圧を印加して前記電極が形成された部分の光導波路の屈折率を変化させ、
【００２３】
また、基板上に形成されたＰ（またはＮ）型からなるクラッド層と、このクラッド層上に積層されたＮ（またはＰ）からなるコア層を有する光導波路と、前記光導波路を挟んで形成された複数の電極と、前記基板の一端に設けた複数の入射手段と、他の一端に設けた複数の出射手段と、からなり、前記複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御することにより、前記電極が形成された部分の光導波路の屈折率を変化させ、任意の入射手段から光導波路へ入射した光が、任意の出射手段へ入射するように構成し、
【００２４】
また、３角形状の上部電極下部に存在する導波路への光の入射位置や光の径を制御することにより任意の出射手段から光を出射するように構成したので、制御の自由度が高く、小型で、稼動部がなく、信頼性に富んだ光スイッチが実現できる。
【００２５】
また、光スイッチの応答性や自由度を高めるために、アルゴリズムによる最適化処理機能を持たせれば、例えば通信量変動、通信障害に対応するフレキシビティに富んだ光スイッチを実現することができる。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光路制御素子の実施形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１の一部断面図である。
【図３】本発明の光路制御素子の他の実施例を示す平面図である。
【図４】従来例を示す平面図である。
【符号の説明】
１      基板
２      クラッド
３      コア
４      ＳｉＯ２
５      上部電極
６      下部電極
７      光導波路
２１    入射手段
２２    出射手段


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2004325475.tif 000007
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004325475.tif 000008