(57)【要約】【課題】光スイッチモジュールに関し、光スイッチモジュールを小型化して、装置を省スペース化する。【解決手段】複数の光信号６をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部１、前記コリメート部１を通過した各光信号６の伝播方向を電気光学効果を利用して偏向する光偏向素子部２、及び、前記偏向された光信号６の伝播するスラブ型光導波路構造の共通導波路部３とを少なくとも基板上に一体化した光スイッチモジュールの共通導波路部３に偏向された光信号６の伝播する光路７を折り曲げる構造を設ける。【選択図】　　　　　図１
2004020718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用して偏向する光偏向素子部、及び、前記偏向された光信号の伝播するスラブ型光導波路構造の共通導波路部とを少なくとも基板上に一体化した光スイッチモジュールにおいて、前記共通導波路部が前記偏向された光信号の伝播する光路を折り曲げる構造を有することを特徴とする光スイッチモジュール。
【請求項２】
上記光路を折り曲げる構造により、上記基板の端面を利用して前記基板の主面と平行な面内において光信号の光路を曲げることを特徴とする請求項１記載の光スイッチモジュール。
【請求項３】
上記端面における全反射により光路を曲げることを特徴とする請求項２に記載の光スイッチモジュール。
【請求項４】
上記端面に金属反射膜を設け、金属反射により光路を曲げることを特徴とする請求項２に記載の光スイッチモジュール。
【請求項５】
上記偏向された光信号の伝播する光路内に１／２波長板を挿入したことを特徴とする請求項３または４に記載の光スイッチモジュール。
【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モジュールに関するものであり、特に、高速・大容量の信号を伝送する光通信システムにおいて複数の入力ポートと複数の出力ポートとの間で光信号の伝送先を切り替えるための光偏向素子を備えた光スイッチモジュールの小型化のための構成に特徴のある光スイッチモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化することで一本の光ファイバで伝送する波長多重化（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｔｉｐｌｅｘ）技術と相まって高速且つ大容量化が進んでいるが、基幹通信ネットワークにおける光ファイバ網のハードウエアのインフラを構築するために、伝播光を高速に切換える光スイッチの開発が求められている。
【０００３】
この様な光スイッチとしては、コリメートされた伝播光を電気光学効果または電気音響効果により偏向させることにより光路を切換える構造の光スイッチが用いられるが、この光スイッチはスラブ型の光導波路とハイブリッド的に組み合わされて光スイッチモジュールを構成する。
【０００４】
ここで、図７を参照して、従来の光スイッチモジュールを説明する。
図７参照
図７は、従来の光スイッチモジュールの概略的平面図であり、光入力側と光出力側とは対称的に構成されている。
まず、光偏向素子５１，５５としては、プリズム状電極５２，５３，５６，５７を多段に構成したものであり、図においては２段構成としており、且つ、夫々のプリズム状電極５２，５３，５６，５７を点対称的に組み合わせることによって偏向角の偏向方向を任意にしている。
【０００５】
この光入力側の光偏向素子５１と光出力側の光偏向素子５５とをスラブ導波路構造の共通導波路５４を介して対向させるとともに、光入力側の光偏向素子５１の入力側には入力側光ファイバ６０、個別導波路５９、及び、二次元レンズ５８が設けられ、一方、光出力側の光偏向素子５５の出力側には出力側光ファイバ６３、個別導波路６２、及び、二次元レンズ６１が配置された構成となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電気光学効果を用いた光偏向素子では、電気光学効果による光の偏向角が小さいため、６４チャンネル以上などチャンネル数の多い光偏向素子アレイを構築する場合には、共通導波路５４となるスラブ導波路の導波路長を１００ｍｍ以上としなければならず、光スイッチモジュールが大型になるという問題がある。
【０００７】
例えば、従来の光偏向素子においては、光偏向素子の駆動電圧を６００Ｖとした場合でも偏向角度θは僅かに０．５°程度が得られるに過ぎず、大きな変位を得るためには長い光路を必要とすることになる。
【０００８】
したがって、本発明は、光スイッチモジュールを小型化して、装置の省スペース化を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記の課題を解決するために、本発明は、複数の光信号６をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部１、前記コリメート部１を通過した各光信号６の伝播方向を電気光学効果を利用して偏向する光偏向素子部２、及び、前記偏向された光信号６の伝播するスラブ型光導波路構造の共通導波路部３とを少なくとも基板上に一体化した光スイッチモジュールにおいて、前記共通導波路部３が前記偏向された光信号６の伝播する光路７を折り曲げる構造を有することを特徴とする。
【００１０】
この様に、共通導波路部３に、偏向された光信号６の伝播する光路７を折り曲げる構造を設けて光信号６を折り曲げることによって、直線スラブ導波路に比べ導波路面積を小さくすることができ、それによって、光スイッチモジュールを小型化することができる。
また、外部に光信号６を取り出す際に光ファイバを用いる場合にも一方向から引き出すことが可能となり装置内の省スペース化を図ることができる。
【００１１】
この場合の光路７を折り曲げる構造は、基板の端面を利用して基板の主面と平行な面内において光信号６の光路７を曲げるものであっても、或いは、基板の主面と垂直な面内において光信号６の光路７を曲げるものであっても良い。
但し、現在の製造技術による製造容易性の観点からは、基板の主面と平行な面内において光信号６の光路７を曲げる構造が望ましい。
【００１２】
また、光路７を折り曲げる場合には、端面における全反射により光路７を曲げても良いし、或いは、端面に金属反射膜５を設け、金属反射により光路７を曲げても良いものである。
【００１３】
また、光路７内に１／２波長板４を挿入することが望ましく、それによって、反射面におけるＴＥモードとＴＭモードの反射率の違いにより生じた偏光方向による強度差を補償することができる。
特に、金属反射膜５により光路７を曲げる場合に有効となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュールを説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）参照
図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュールの概略的平面図であり、また、図２（ｂ）は、概略的断面図である。
この本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュール１０は、石英基板１１上に、下部クラッド層１２、コア層１３、及び、上部クラッド層１４からなるスラブ型導波路構造の共通導波路部１５及びコリメート部１６をモノリシックに形成するとともに、共通導波路部１５及びコリメート部１６との間に光偏向素子アレイ３４をハイブリッド的に集積化したものである。
【００１５】
この場合の共通導波路部１５の一端側には直角二等辺三角形からなる折り曲げ部が設けられており、この直角二等辺三角形の２つの端面が反射面１７となる。
また、コリメート部１６は、共通導波路部１５と同じスラブ型導波路構造からなる二次元レンズ部と個別導波路とからなる。
【００１６】
また、光偏向素子アレイ３４は、例えば、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３　基板（図示を省略）上に、パルス・レーザ堆積法を用いて（Ｐｂ０．９１Ｌａ０．０９）（Ｚｒ０．６５Ｔｉ０．３５）Ｏ３　からなるＰＬＺＴ下部クラッド層３１、及び、Ｐｂ（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３　からなるＰＺＴコア層３２、及び、（Ｐｂ０．９１Ｌａ０．０９）（Ｚｒ０．６５Ｔｉ０．３５）Ｏ３　からなるＰＬＺＴ上部クラッド層３３を順次堆積させたのち、ＰＬＺＴ上部クラッド層３３上に複数のプリズム状電極３５を設けたものである。
なお、図においては、図示を簡単にするために、プリズム状電極３５は一段しか設けていないが、多段構成としても良いものである。
【００１７】
この光スイッチモジュール１０において、光ファイバ（図示を省略）を介して光信号をコリメート部１６に入力し、入力側の光偏向素子アレイ３４において、各プリズム状電極３５に所定の電圧を印加することによって印加電圧に応じて光信号を偏光させる。
【００１８】
偏光した光信号は、共通導波路部１５を伝播し、反射面１７で全反射により二度反射されたのち、出力側の光偏向素子アレイ３４に入力して、各プリズム状電極３５によってコリメート部１６に垂直に入射するように再偏向され、コリメート部１６を介して光ファイバ（図示を省略）へ出力される。
【００１９】
次に、図３及び図４を参照して、本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュールの製造工程を説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）参照
図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った要部断面図である。
なお、図３（ａ）における五角形の光スイッチモジュール１０は実際に形成されているものではなく、最終的に形成される光スイッチモジュールの面付けを示す図である。
【００２０】
まず、石英基板１１上に、ＣＶＤ法を用いて、厚さが、例えば、１５μｍのＳｉＯ２　からなる下部クラッド層１２、厚さが、例えば、７μｍのＧｅドープＳｉＯ２　からなるコア層１３、及び、厚さが、例えば、８μｍのＳｉＯ２　からなる上部クラッド層１４を順次積層させてスラブ型導波路を形成する。
【００２１】
図４（ｃ）参照
次いで、全面にレジストを塗布したのち、露光・現像することによって、図２（ａ）示す五角形状の共通導波路部１５及び二次元レンズ及び個別導波路からなるコリメート部１６の形状を有するレジストパターン１８を形成する。
【００２２】
図４（ｄ）参照
次いで、レジストパターン１８をマスクとしてＣＦ４　＋Ｏ２　或いはＣ３　Ｈ８　を原料ガスとして用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって上部クラッド１４層乃至下部クラッド層１２をエッチングすることによって、共通導波路部１５及びコリメート部１６を形成する。
なお、図における符号１９は、隣接する２つの共通導波路部１５の端面を表す。
【００２３】
図４（ｅ）参照
次いで、レジストパターン１８を除去したのち、再び全面にレジストを塗布したのち、露光・現像することによって、図３（ａ）示す光スイッチモジュール１０に相当する五角形状のレジストパターン２０を形成する。
【００２４】
図４（ｆ）参照
次いで、再び、レジストパターン２０をマスクとして、フッ酸を用いてウェット・エッチングを行い、石英基板１１の露出部をエッチングして分離溝２１を形成することにより、各光スイッチモジュール１０に分割する。
【００２５】
以降は、レジストパターン２０を除去したのち、共通導波路部１５とコリメート部１６との間に設けた凹部に、上述の光偏向素子アレイ３４をマウントすることによって光スイッチモジュール１０の基本構成が完成する。
【００２６】
この様に、本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュールにおいては、共通導波路部１５に折り曲げ部を設けているので、直線共通導波路部とする場合に比べて導波路面積を小さくすることができ、それによって、光スイッチモジュール１０を小型化することができる。
また、光信号の入出力を行う光ファイバ群を、光スイッチモジュール１０の一方の端面側にのみ設ければ良いので、装置内の省スペース化を図ることができる。
【００２７】
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態の光スイッチモジュールを説明するが、基本的な導波路構成は上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、説明は簡単にする。
図５（ａ）及び（ｂ）参照
図５（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の光スイッチモジュールの概略的平面図であり、また、図５（ｂ）は、概略的断面図である。
【００２８】
この本発明の第２の実施の形態の光スイッチモジュールは、上述の第１の実施の形態における図４（ｆ）の工程による基板分割後に、下部クラッド層１２、コア層１３、及び、上部クラッド層１４からなるスラブ型導波路構造の共通導波路部１５の二等辺三角形の頂角を含む部分ににダイシングソーを用いて挿入溝２２を形成したのち、この挿入溝２３にλ／２波長板２３を挿入して接着剤で固定するとともに、共通導波路部１５の折り曲げ部の端面にＣｕからなる金属反射膜２４を設けたものである。
【００２９】
なお、このλ／２波長板２３は、λ／２波長板２３の偏光軸に対してθだけ傾いた偏光軸の偏光光を入射した場合、λ／２波長板２３の偏光軸に対し偏光軸が−θだけ回転した透過光が得られるものであり、ここでは、コリメート部１６に対して入射させる光信号の偏光軸に対してその偏光軸が４５°傾くようにλ／２波長板２３を挿入する。
したがって、λ／２波長板２３を透過した光は、偏光軸が２θ＝９０°回転されることなる。
【００３０】
この本発明の第２の実施の形態の光スイッチモジュールにおいては、光ファイバ（図示を省略）を介して入射した光信号は、光偏向素子アレイ３４によって所定角度だけ偏向されたのち、金属反射膜２４によって反射される。
【００３１】
この時、光信号の偏光軸は金属反射膜２４による反射に際して９０°回転されるが、金属反射膜２４における反射率はＴＥモードとＴＭモードで異なるため、そのまま他方の金属反射面２４で２度目の反射させた場合には、反射率の高い方のモードが９０°回転して反射率の低い方のモードとなって入射するので、モードにより光の強度差が大きくなる。
【００３２】
しかし、この第２の実施の形態の光スイッチモジュールにおいてはλ／２波長板２３を光路中に設けているので、反射光は更に９０°回転されることなり、他方の金属反射面２４には反射率の高い方のモードの状態で入射することになるので、モードによる光の強度差を補償することができ、効率の低下を抑制することができる。
【００３３】
なお、λ／２波長板２３の許容入射角は結晶石英製波長板で２．５〜４．５°であり、また、ポリマ製波長板で９°程度であり、光偏向素子による偏光角θに比べて十分大きいので、所定の偏向角でλ／２波長板２３に入射した場合にも、λ／２波長板として十分機能することになる。
【００３４】
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施の形態の光スイッチモジュールを説明するが、基本的な導波路構成は上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、説明は簡単にする。
図６（ａ）及び（ｂ）参照
図６（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の光スイッチモジュールの概略的平面図であり、また、図６（ｂ）は、概略的断面図である。
【００３５】
この本発明の第３の実施の形態の光スイッチモジュールは、上述の第１の実施の形態における図４（ｆ）の工程による基板分割後に、２つの光スイッチモジュール１０の石英基板１１を対向させ、対向面にλ／２波長板２５を挿入して接着剤で貼り合わせたのち、ダイシングブレードを用いて共通導波路部１５の端面を４５°の角度に研削し、次いで、研磨することによって反射面２６を形成して折り曲げ部としたものである。
【００３６】
この場合も、λ／２波長板２５を設けることによって、反射面２６におけるＴＥモードとＴＭモードの反射率の違いに起因する出力の低下を補償することが可能になる。
【００３７】
この本発明の第３の実施の形態の光スイッチモジュールにおいては、入力側ポートと出力側ポートを積層構造としているので、光スイッチモジュールの全体の面積をほぼ１／２に低減することができ、それによって、さらなる省スペース化が可能になる。
【００３８】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記各実施の形態の説明においては、光偏向素子アレイを構成する強誘電体として（Ｐｂ０．９１Ｌａ０．０９）（Ｚｒ０．６５Ｔｉ０．３５）Ｏ３　（ＰＬＺＴ）及びＰｂ（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３　（ＰＺＴ）を用いているが、組成比としては他の組成比のＰＬＺＴ及びＰＺＴを用いても良いものであり、さらには、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ２　Ｔａ２　Ｏ９　）等の他の公知の強誘電体を用いても良いものである。
【００３９】
また、上記各実施の形態においては、共通導波路を形成すスラブ型導波路をＳｉＯ２　／ＧｅドープＳｉＯ２　／ＳｉＯ２　で構成しているが他の誘電体の組み合わせて形成しても良いものであり、さらには、光偏向素子アレイと同様に強誘電体で構成しても良いものである。
【００４０】
また、上記の第１の実施の形態においては、λ／２波長板を設けていないが、上記の第２の実施の形態と同様に金属反射膜を設けない場合にもλ／２波長板を設けても良いものである。
【００４１】
また、上記の第３の実施の形態においては、反射面に金属反射膜を設けていないが、上記の第２の実施の形態と同様に金属反射膜を設けても良いものである。
【００４２】
また、上記の第３の実施の形態においては、反射面における全反射を用いているため、ＴＥモードとＴＭモードの反射率の差は小さいので、上記の第１の実施の形態と同様にλ／２波長板は省略しても良いものである。
【００４３】
また、上記の第２の実施の形態においては、金属反射膜として、光通信に用いる赤外線に対する反射率の高いＣｕを用いているが、Ｃｕに限られるものではなく、Ａｌ或いはＡｕ等の他の金属反射膜を用いても良いものであり、特に、Ａｕを用いた場合には酸化による反射率の低下を防止することができる。
【００４４】
ここで、再び図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び図１参照
（付記１）　複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部１、前記コリメート部１を通過した各光信号６の伝播方向を電気光学効果を利用して偏向する光偏向素子部２、及び、前記偏向された光信号６の伝播するスラブ型光導波路構造の共通導波路部３とを少なくとも基板上に一体化した光スイッチモジュールにおいて、前記共通導波路部３が前記偏向された光信号６の伝播する光路７を折り曲げる構造を有することを特徴とする光スイッチモジュール。
（付記２）　上記光路７を折り曲げる構造により、上記基板の端面を利用して前記基板の主面と平行な面内において光信号６の光路７を曲げることを特徴とする付記１記載の光スイッチモジュール。
（付記３）　上記光路７を折り曲げる構造により、上記基板の端面を利用して前記基板の主面と垂直な面内において光信号６の光路７を曲げることを特徴とする付記１記載の光スイッチモジュール。
（付記４）　上記端面における全反射により光路７を曲げることを特徴とする付記２または３に記載の光スイッチモジュール。
（付記５）　上記端面に金属反射膜５を設け、金属反射により光路７を曲げることを特徴とする付記２または３に記載の光スイッチモジュール。
（付記６）　上記偏向された光信号６の伝播する光路７内に１／２波長板４を挿入したことを特徴とする付記４または５に記載の光スイッチモジュール。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、共通導波路部に光信号を伝播する光路を折り曲げる構造を設けたので、直線スラブ型導波路に比べ導波路面積を小さくすることができ、それによって、光スイッチモジュールを小型化することができ、また、外部に光信号を取り出す際に光ファイバ群を用いる場合にも一方向から引き出すことが可能となり装置内の省スペース化が図れる。
【００４６】
また、光路内にλ／２波長板を設けることによって、光路を折り曲げる際の反射におけるＴＥモードとＴＭモードの反射率の違いにより影響を低減することができ、上記の省スペース化と相まって、波長多重化光通信の普及・発展に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュールの概略的構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュールの途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュールの図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の光スイッチモジュールの概略的構成図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の光スイッチモジュールの概略的構成図である。
【図７】従来の光スイッチモジュールの概略的平面図である。
【符号の説明】
１　コリメート部
２　光偏向素子部
３　共通導波路部
４　１／２波長板
５　金属反射膜
６　光信号
７　光路
１０　光スイッチモジュール
１１　石英基板
１２　下部クラッド層
１３　コア層
１４　上部クラッド層
１５　共通導波路部
１６　コリメート部
１７　反射面
１８　レジストパターン
１９　端面
２０　レジストパターン
２１　分離溝
２２　挿入溝
２３　λ／２波長板
２４　金属反射膜
２５　λ／２波長板
２６　反射面
３１　ＰＬＺＴ下部クラッド層
３２　ＰＺＴコア層
３３　ＰＬＺＴ上部クラッド層
３４　光偏向素子アレイ
３５　プリズム状電極
５１　光偏向素子
５２　プリズム状電極
５３　プリズム状電極
５４　共通導波路
５５　光偏向素子
５６　プリズム状電極
５７　プリズム状電極
５８　二次元レンズ
５９　個別導波路
６０　入力側光ファイバ
６１　二次元レンズ
６２　個別導波路
６３　出力側光ファイバ
【図１】
2004020718.tif 000003
【図２】
2004020718.tif 000004
【図３】
2004020718.tif 000005
【図４】
2004020718.tif 000006
【図５】
2004020718.tif 000007
【図６】
2004020718.tif 000008
【図７】
2004020718.tif 000009