(57)【要約】【課題】高速な応答が可能で、光の利用効率が高い光スイッチング素子、及び光信号の分岐又は合成を任意に行うことができる光回路を提供すること。【解決手段】コア部である複数の第２部材１０２を備える光導波路ＬＧを有する光導波路基板１０３と、複数の第２部材１０２に接触又は近接させる透明層１０４と、透明層１０４を駆動させる透明層駆動部１０５とを有するアクチュエータ部１０６とからなる。そして、透明層駆動部１０５により透明層１０４を複数の第２部材１０２に接触させたときに、一の前記第２部材１０２ａを伝播している光は、エバネセント光により他の前記第２部材１０２ｂへ伝播し、透明層１０４と複数の第２部材１０２とが所定間隔ｄだけ離れているときは、一の前記第２部材１０２ａを伝播している光は、他の前記第２部材１０２ｂへの伝播を遮断される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の屈折率を有する第１部材と、前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する複数の第２部材とを含んだ光導波路と、
前記複数の第２部材に接触又は近接させる透明層と、前記透明層を駆動させる透明層駆動部と、を備えた光スイッチング素子であって、
前記透明層駆動部により前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させたときに、一の前記第２部材を伝播している光は、前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播し、
前記透明層駆動部により前記透明層と前記複数の第２部材とが所定間隔だけ離れているときは、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断されることを特徴とする光スイッチング素子。
【請求項２】
前記透明層駆動部は、静電力による前記透明層駆動部の撓み又は圧電素子による前記透明層駆動部の伸縮又は撓みにより前記透明層を駆動させることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチング素子。
【請求項３】
前記光導波路を有する光導波路基板と、前記透明層および前記透明層駆動部を有するアクチュエータ部と、をさらに備えた光スイッチング素子であって、
前記アクチュエータ部は、電極部が形成されているベース部を有し、前記透明層駆動部は前記電極部との間で発生する静電力により撓む可撓性部であり、
前記透明層は前記可撓性部の前記ベース部から遠い側の面に設けられ、
前記光導波路基板と前記アクチュエータ部とは、前記透明層と前記光導波路とが対向するように配置され、
前記電極部に電圧が印加されていないときは、前記可撓性部は基準状態となることで、前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させて、一の前記第２部材を伝播している光は、エバネセント光により前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播し、
前記電極部に電圧が印加されているときは、前記可撓性部は前記基準状態から静電力により撓むことで前記透明層と前記複数の第２部材とを前記所定間隔だけ離し、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断されることを特徴とする請求項２に記載の光スイッチング素子。
【請求項４】
前記光導波路を有する光導波路基板と、前記透明層および前記透明層駆動部を有するアクチュエータ部と、をさらに備えた光スイッチング素子であって、
前記光導波路基板は、さらに電極部を有し、
前記透明層駆動部は前記電極部との間で発生する静電力により撓む可撓性部であり、
前記透明層は前記可撓性部の前記光導波路基板に近い側の面に設けられ、
前記光導波路基板と前記アクチュエータ部とは、前記透明層と前記光導波路とが対向するように配置され、
前記電極部に電圧が印加されていないときは、前記可撓性部は基準状態となることで、前記透明層と前記複数の第２部材とを前記所定間隔だけ離し、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断され、
前記電極部に電圧が印加されているときは、前記可撓性部は前記基準状態から静電力により撓むことで前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させて、一の前記第２部材を伝播している光は、エバネセント光により前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播することを特徴とする請求項２に記載の光スイッチング素子。
【請求項５】
前記光導波路を有する光導波路基板と、前記透明層および前記透明層駆動部を有するアクチュエータ部と、をさらに備えた光スイッチング素子であって、
前記アクチュエータ部は、ベース部と、前記ベース部上に形成されている圧電素子部と、前記圧電素子部上に形成されている前記透明層とからなり、
前記光導波路基板と前記アクチュエータ部とは、前記透明層と前記光導波路とが対向するように配置され、
前記圧電素子部に電圧が印加されていないときは、前記圧電素子部が基準状態となることで、前記透明層と前記複数の第２部材とを前記所定間隔だけ離し、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断され、
前記圧電素子部に電圧が印加されているときは、前記圧電素子部が前記基準状態から伸びることで前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させて、一の前記第２部材を伝播している光は、エバネセント光により前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播されることを特徴とする請求項２に記載の光スイッチング素子。
【請求項６】
前記光導波路を有する光導波路基板と、前記透明層および前記透明層駆動部を有するアクチュエータ部と、をさらに備えた光スイッチング素子であって、
前記アクチュエータ部は、圧電素子部と、前記圧電素子部上に形成されている前記透明層からなり、
前記圧電素子部は、前記光導波路基板に固着され、
前記圧電素子部に電圧が印加されているときは、前記圧電素子部は基準状態から伸びることで、前記透明層と前記複数の第２部材とを前記所定間隔だけ離し、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断され、
前記圧電素子部に電圧が印加されていないときは、前記圧電素子部は前記基準状態となることで前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させて、一の前記第２部材を伝播している光は、エバネセント光により前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播されることを特徴とする請求項２に記載の光スイッチング素子。
【請求項７】
前記光導波路を有する光導波路基板と、前記透明層および前記透明層駆動部を有するアクチュエータ部と、をさらに備えた光スイッチング素子であって、
前記アクチュエータ部は、ベース部と、前記ベース部上に支持部を介して形成されたバイモルフ型圧電素子部と、前記バイモルフ型圧電素子部上に形成されている前記透明層からなり、
前記バイモルフ型圧電素子部に電圧が印加されているときは、前記バイモルフ型圧電素子部は基準状態から撓むことで、前記透明層と前記複数の第２部材とを前記所定間隔だけ離し、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断され、
前記バイモルフ型圧電素子部に電圧が印加されていないときは、前記バイモルフ型圧電素子部は前記基準状態となることで前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させて、一の前記第２部材を伝播している光は、エバネセント光により前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播されることを特徴とする請求項２に記載の光スイッチング素子。
【請求項８】
分岐部により複数の光導波路に分岐する光導波路を有する光回路であって、
前記分岐された複数の前記光導波路は、それぞれ所定間隔離れている離間部を有し、
前記離間部近傍に請求項１から７のいずれか一項に記載の光スイッチング素子が設けられていることを特徴とする光回路。
【請求項９】
第１の入力端と、分岐部により分岐され第１の出力端を有する第１の光導波路と、第２の出力端を有する第２の光導波路と、
第２の入力端と、分岐部により分岐され前記第２の出力端へ接続される第３の光導波路と、前記第１の出力端へ接続される第４の光導波路とを有し、
前記第１の光導波路、前記第２の光導波路、前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路は、それぞれ前記離間部を有していることを特徴とする請求項８に記載の光回路。
【請求項１０】
複数の請求項９に記載の光回路からなり、
前記第１の出力端と隣接する前記光回路の前記第１の入力端とを接続し、前記第２の出力端と隣接する他の光回路の前記第２の入力端とを接続するように前記光回路をマトリックス状に配列することを特徴とする光回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチング素子及び光回路、特に光通信、光演算、光記憶装置、光プリンター、画像表示装置等に好適な光スイッチング素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光スイッチング素子は液晶やマイクロミラーを用いたものが知られている。例えば、液晶を用いる光スイッチング素子は、偏光板と、ガラス板と、透明電極と、液晶とより構成され、透明電極間に電圧を印加することにより液晶分子の方向を変えて偏光面を回転させ光スイッチングを行うものである。また、このような光スイッチング素子を用いる光回路も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶は高速応答特性が悪く、数ミリ秒程度の応答速度でしか動作しない。光通信、光演算、ホログラムメモリー等の光記憶装置、光プリンター等は高速応答性を要求されるため、液晶を用いた光スイッチング素子を適用することは困難である。また、液晶を用いた光スイッチング素子では、偏光板により光の利用効率が低下してしまうという問題もある。
また、マイクロミラーを用いる光スイッチング素子では、マイクロミラーの可動範囲が大きいこと、応答速度が遅いこと、駆動電圧が高いことという問題を有している。
さらに、従来の光回路は、単一の光信号が入力された場合、単一の光信号を出力する構成である。このため、入力された光信号を任意に分岐、分配又は合成することは困難なため問題である。
【０００４】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、高速な応答が可能で、光の利用効率が高い光スイッチング素子、及び光信号の分岐又は合成を任意に行うことができる光回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、第１の屈折率を有する第１部材と、前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する複数の第２部材とを含んだ光導波路と、前記複数の第２部材に接触又は近接させる透明層と、前記透明層を駆動させる透明層駆動部とを備えた光スイッチング素子であって、前記透明層駆動部により前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させたときに、一の前記第２部材を伝播している光は、前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播し、前記透明層駆動部により前記透明層と前記複数の第２部材とが所定間隔だけ離れているときは、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断されることを特徴とする光スイッチング素子を提供できる。
これにより、スイッチングに液晶やマイクロミラーを用いることなく、高速な応答性を有し、光の利用効率が高い光スイッチング素子を提供できる。
【０００６】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記透明層駆動部は、静電力による前記透明層駆動部の撓み、又は圧電素子による前記透明層駆動部の伸縮又は撓みにより前記透明層を駆動させることが望ましい。これにより、少ない駆動電圧で光スイッチングを行うことができる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光導波路を有する光導波路基板と、前記透明層及び前記透明層駆動部を有するアクチュエータ部と、をさらに備えた光スイッチング素子であって、前記アクチュエータ部は、電極部が形成されているベース部を有し、前記透明層駆動部は前記電極部との間で発生する静電力により撓む可撓性部であり、前記透明層は前記可撓性部の前記ベース部から遠い側の面に設けられ、前記光導波路基板と前記アクチュエータ部とは、前記透明層と前記光導波路とが対向するように配置され、前記電極部に電圧が印加されていないときは、前記可撓性部は基準状態となることで、前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させて、一の前記第２部材を伝播している光は、エバネセント光により前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播し、前記電極部に電圧が印加されているときは、前記可撓性部は前記基準状態から静電力で撓むことで前記透明層と前記複数の第２部材とを前記所定間隔だけ離し、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断されることが望ましい。これにより、所定間隔はエバネセント光を伝達しない程度の微小距離で良いため高速な応答性を有する光スイッチング素子を提供できる。また、アクチュエータ部と光導波路基板とが別体のため、製造が容易である。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光導波路を有する光導波路基板と、前記透明層及び前記透明層駆動部を有するアクチュエータ部と、をさらに備えた光スイッチング素子であって、前記光導波路基板は、さらに電極部を有し、前記透明層駆動部は前記電極部との間で発生する静電力により撓む可撓性部であり、前記透明層は前記可撓性部の前記光導波路基板に近い側の面に設けられ、前記光導波路基板と前記アクチュエータ部とは、前記透明層と前記光導波路とが対向するように配置され、前記電極部に電圧が印加されていないときは、前記可撓性部は基準状態となることで、前記透明層と前記複数の第２部材とを前記所定間隔だけ離し、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断され、前記電極部に電圧が印加されているときには、前記可撓性部は前記基準状態から静電力で撓むことで前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させて、一の前記第２部材を伝播している光は、エバネセント光により前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播することが望ましい。これにより、所定間隔はエバネセント光を伝達しない程度の微小距離で良いため高速な応答性を有する光スイッチング素子を提供できる。また、サーフェスマイクロマシン技術を用いて製造できるため、貼り合せの工程が不要で、半導体と同様の製造設備で製造できる。このため、製造コストの低減が可能である。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光導波路を有する光導波路基板と、前記透明層及び前記透明層駆動部を有するアクチュエータ部と、をさらに備えた光スイッチング素子であって、前記アクチュエータ部は、ベース部と、前記ベース部上に形成されている圧電素子部と、前記圧電素子部上に形成されている前記透明層とからなり、前記光導波路基板と前記アクチュエータ部とは、前記透明層と前記光導波路とが対向するように配置され、前記圧電素子部に電圧が印加されていないときは、前記圧電素子部が基準状態となることで、前記透明層と前記複数の第２部材とを前記所定間隔だけ離し、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断され、前記圧電素子部に電圧が印加されているときは、前記圧電素子部が基準状態から伸びることで前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させて、一の前記第２部材を伝播している光は、エバネセント光により前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播されることが望ましい。これにより、所定間隔はエバネセント光を伝達しない程度の微小距離で良いため高速な応答性を有する光スイッチング素子を提供できる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光導波路を有する光導波路基板と、前記透明層及び前記透明層駆動部を有するアクチュエータ部と、をさらに備えた光スイッチング素子であって、前記アクチュエータ部は、圧電素子部と、前記圧電素子部上に形成されている前記透明層からなり、前記圧電素子部は、前記光導波路基板に固着され、前記圧電素子部に電圧が印加されているときは、前記圧電素子部は基準状態から伸びることで、前記透明層と前記複数の第２部材とを前記所定間隔だけ離し、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断され、前記圧電素子部に電圧が印加されていないときは、前記圧電素子部は基準状態となることで前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させて、一の前記第２部材を伝播している光は、エバネセント光により前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播されることが望ましい。これにより、所定間隔はエバネセント光を伝達しない程度の微小距離で良いため高速な応答性を有する光スイッチング素子を提供できる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光導波路を有する光導波路基板と、前記透明層及び前記透明層駆動部を有するアクチュエータ部と、をさらに備えた光スイッチング素子であって、前記アクチュエータ部は、ベース部と、前記ベース部上に支持部を介して形成されたバイモルフ型圧電素子部と、前記バイモルフ型圧電素子部上に形成されている前記透明層からなり、前記バイモルフ型圧電素子部に電圧が印加されているときは、前記バイモルフ型圧電素子部は基準状態から撓むことで、前記透明層と前記複数の第２部材とを前記所定間隔だけ離し、一の前記第２部材を伝播している光は、他の前記第２部材への伝播を遮断され、前記バイモルフ圧電素子部に電圧が印加されていないときは、前記バイモルフ型圧電素子部は基準状態となることで前記透明層を前記複数の第２部材に接触又は近接させて、一の前記第２部材を伝播している光は、エバネセント光により前記透明層を介して、他の前記第２部材へ伝播されることが望ましい。これにより、所定間隔はエバネセント光を伝達しない程度の微小距離で良いため高速な応答性を有する光スイッチング素子を提供できる。
【００１２】
また、本発明によれば、分岐部により複数の光導波路に分岐する光導波路を有する光回路であって、前記分岐された複数の前記光導波路は、それぞれ所定間隔離れている離間部を有し、前記離間部近傍に上述の光スイッチング素子が設けられている光回路を提供できる。これにより、光信号の分岐を任意に行うことができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の入力端と、分岐部により分岐され第１の出力端を有する第１の光導波路と、第２の出力端を有する第２の光導波路と、第２の入力端と、分岐部により分岐され前記第２の出力端へ接続される第３の光導波路と、前記第２の出力端へ接続される第４の光導波路とを有し、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路、前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路は、それぞれ前記離間部を有していることが望ましい。これにより、光信号の分岐又は合成を容易に行うことができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、上述の光回路からなり、前記第１の出力端と隣接する前記光回路の前記第１の入力端とを接続し、前記第２の出力端と隣接する他の光回路の前記第２の入力端とを接続するように前記光回路をマトリックス状に配列することが望ましい。これにより、さらに多様な光信号の分岐又は合成を行うことができる。また、平面的に配列した光回路をさらに立体的に積層することで、より一層多様な分岐又は合成ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る光スイッチング素子１００の概略構成を示す図である。光スイッチング素子１００は、硝子基板である光導波路基板１０３とアクチュエータ部１０６とから構成される。光導波路基板１０３は、第１の屈折率ｎ１を有する第１部材１０１と、第１の屈折率ｎ１と異なる第２の屈折率ｎ２を有し、ＳｉＯ２で構成される複数の第２部材１０２とからなる光導波路ＬＧを有する。ここで、ｎ１＜ｎ２である。第１部材１０１はクラッド部、第２部材１０２はコア部をそれぞれ構成する。コア部である第２部材１０２内を光信号が伝播する。また、第２部材１０２は、ＳｉＯ２に限られず透明樹脂でも良い。
【００１６】
アクチュエータ部１０６は、複数の第２部材１０２に接触又は近接させる透明層１０４と、透明層１０４を駆動させる透明層駆動部１０５とを有する。透明層１０４は、例えばＳｉＯ２で形成される。また、アクチュエータ部１０６は、電極部１０７が形成されているベース部１０８を有する。電極部１０７はアルミニューム（Ａｌ）、ベース部１０８はシリコン（Ｓｉ）で構成される。透明層駆動部１０５は電極部１０７との間で発生する静電力により撓む可撓性部１０５である。可撓性部１０５は、例えば、Ａｌからなるばね部材で構成できる。また、光スイッチング素子１００を製造する際の犠牲層としてアモルフォスシリコンや有機物を用いることができる。また、本実施形態の構成では、アクチュエータ部１０６と、光導波路基板１０３とを別々に製造できるため、製造工程が簡素化できる。さらに、後述する光導波路ＬＧの立体的な交差部を容易に形成できる。
透明層１０４は可撓性部１０５のベース部１０８から遠い側の面１０５ａに設けられている。そして、光導波路基板１０３とアクチュエータ部１０６とは、透明層１０４と光導波路ＬＧとが対向するように配置されている。
【００１７】
次に、スイッチングする動作を説明する。図１（ａ）は、スイッチング素子１００がＯＦＦの状態、即ちコア部である複数の第２部材１０２間において光の伝播を遮断する状態を示す図である。電極部１０７に電圧が印加されているときは、電極部１０７と可撓性部１０５との間に静電力が引力として発生する。可撓性部１０５は図１（ｂ）で示す基準状態ＳＴＤから静電力により撓むことで透明層１０４と複数の第２部材１０２とを所定間隔ｄだけ離す。これにより、一の第２部材１０２ａを伝播している光は、他の第２部材１０２ｂへの伝播を遮断される。
【００１８】
図１（ｂ）は、スイッチング素子１００がＯＮの状態、即ちコア部である複数の第２部材１０２間において光を伝播させる状態を示す図である。電極部１０７に電圧が印加されていないときは、可撓性部１０５は基準状態ＳＴＤとなることで、透明層１０４を複数の第２部材１０２に接触又は近接させる。これにより、一の第２部材１０２ａを伝播している光は、エバネセント光により透明層１０４を介して、他の第２部材１０２ｂへ伝播する。
上述したように、電極部１０７に電圧を印加することでＯＮの状態、電圧を印加しないことでＯＦＦの状態のスイッチングを高速に行うことができる。
【００１９】
図２は、透明層１０４と第２部材１０２との間隔ｄとエバネセント光の伝達率の関係を示す図である。光導波路ＬＧを伝播する光の波長を単位とする場合、間隔ｄが大きくなると、エバネセント光の伝達率が急激に低下することがわかる。このことから、透明層１０４と第２部材１０２との間隔ｄを１波長程度にすれば、エバネセント光は生ぜずＯＦＦの状態にできる。また、透明層１０４と第２部材１０２とを接触させる場合は、透明層１０４と第２部材１０２とを十分に密着させる状態（オプティカル・コンタクトの状態）が最も望ましい。さらに、接触に限られず、透明層１０４と第２部材１０２とを近接させる場合は、間隔ｄが０．１波長程度の場合でも、エバネセント光による光の伝播を行うことができる。このように、ＯＮ又はＯＦＦの状態を切替えるために必要な透明層１０４の可動距離である間隔ｄは１波長程度と非常に小さい。このため、高速なスイッチングが可能となる。
【００２０】
（第２実施形態）
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る光スイッチング素子３００の概略構成を示す図である。上記第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。光導波路基板３０３は、さらに電極部３０７を有する。電極部３０７との間で発生する静電力により撓む透明層駆動部である可撓性部３０５の一部分３０５ｃは、光導波路基板３０３に固着されている。また、透明層１０４は可撓性部３０５の光導波路基板３０３に近い側の面３０５ｂに設けられている。そして、光導波路基板３０３とアクチュエータ部３０６とは、透明層１０４と光導波路ＬＧとが対向するように配置されている。
【００２１】
本実施形態に係る光スイッチング素子３００は公知のサーフェスマイクロマシン技術で製造できるため、半導体と同様の設備技術を利用できる。ここで、犠牲層としてアモルフォスシリコンを用いた場合はエッチングは弗化キセノン、犠牲層として有機物を用いた場合はエッチングはＯ２プラズマを用いることができる。
【００２２】
次に、スイッチングする動作を説明する。図３（ａ）は、スイッチング素子３００がＯＦＦの状態、即ちコア部である複数の第２部材１０２間において光の伝播を遮断する状態を示す図である。電極部３０７に電圧が印加されていないときは、可撓性部３０５は基準状態ＳＴＤとなることで、透明層１０４と複数の第２部材１０２とを所定間隔ｄａだけ離し、一の第２部材１０２ａを伝播している光は、他の第２部材１０２ｂへの伝播を遮断される。
【００２３】
図３（ｂ）は、スイッチング素子３００がＯＮの状態、即ちコア部である複数の第２部材１０２間において光を伝播させる状態を示す図である。電極部３０７に電圧が印加されているときには、可撓性部３０５は基準状態ＳＴＤから静電力で撓むことで透明層１０４を複数の第２部材１０２に接触又は近接させる。これにより、一の第２部材１０２ａを伝播している光は、エバネセント光により透明層１０４を介して、他の第２部材１０２ｂへ伝播する。ここで、電極部３０７と可撓性部３０５との間隔ｄｂ（図３（ａ））は、第２部材１０２と透明層１０４との間隔ｄａよりも大きいことが望ましい。間隔ｄｂが間隔ｄａよりも大きい場合、透明層１０４と第２部材１０２とが接触した状態において、可撓性部３０５が透明層１０４を第２部材１０２に付勢する力が生ずる。これにより、さらに確実に透明層１０４と第２部材１０２とを接触させてエバネセント光の伝達を確実にすることができる。
上述したように、電極部３０７に電圧を印加することでＯＮの状態、電圧を印加しないことでＯＦＦの状態のスイッチングを行うことができる。そして、間隔ｄａは１波長程度で良いため高速なスイッチングが可能である。
【００２４】
（第３実施形態）
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る光スイッチング素子４００の概略構成を示す図である。上記第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。アクチュエータ部４０６は、ベース部４０８と、ベース部４０８上に形成されている透明層駆動部である圧電素子部４０５と、圧電素子部４０５上に形成されている透明層１０４とからなる。光導波路基板１０３とアクチュエータ部４０６とは、透明層１０４と第２部材１０２とが対向するように配置されている。
【００２５】
次に、スイッチングする動作を説明する。図４（ａ）は、スイッチング素子４００がＯＦＦの状態、即ちコア部である複数の第２部材１０２間において光の伝播を遮断する状態を示す図である。圧電素子部４０５に電圧が印加されていないときは、圧電素子部４０５が基準状態ＳＴＤとなることで、透明層１０４と複数の第２部材１０２とを所定間隔ｄだけ離す。これにより、一の第２部材１０２ａを伝播している光は、他の第２部材１０２ｂへの伝播を遮断される。間隔ｄは、図２を用いて説明したように、１波長程度以下であることが望ましい。
【００２６】
図４（ｂ）は、スイッチング素子４００がＯＮの状態、即ちコア部である複数の第２部材１０２間において光を伝播させる状態を示す図である。圧電素子部４０５に電圧が印加されているときは、圧電素子部４０５が基準状態ＳＴＤから積層方向Ａに伸びることで透明層１０４を複数の第２部材１０２に接触又は近接させる。これにより、一の第２部材１０２ａを伝播している光は、エバネセント光により透明層１０４を介して、他の第２部材１０２ｂへ伝播される。
圧電素子部４０５に電圧を印加することでＯＮの状態、電圧を印加しないことでＯＦＦの状態のスイッチングを行うことができる。また、間隔ｄは、１波長程度で良いため高速なスイッチングが可能である。
【００２７】
（第４実施形態）
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る光スイッチング素子５００の概略構成を示す図である。光スイッチング素子５００は、光導波路基板５０３とアクチュエータ部５０６とから構成される。光導波路基板５０３は、第１の屈折率ｎ１を有する第１部材５０１と、第１の屈折率ｎ１と異なる第２の屈折率ｎ２を有する複数の第２部材５０２とからなる光導波路ＬＧを有する。ここで、ｎ１＜ｎ２である。第１部材５０１はクラッド部、第２部材５０２はコア部をそれぞれ構成する。コア部である第２部材５０２内を光信号が伝播する。アクチュエータ部５０６は、圧電素子部５０５と、圧電素子部５０５上に形成されている透明層５０４からなる。圧電素子部５０５は、光導波路基板５０３に固着されている。
【００２８】
次に、スイッチングする動作を説明する。図５（ａ）は、スイッチング素子５００がＯＦＦの状態、即ちコア部である複数の第２部材５０２間において光の伝播を遮断する状態を示す図である。圧電素子部５０５に電圧が印加されているときは、圧電素子部５０５は図５（ｂ）に示す基準状態ＳＴＤから積層方向Ａに伸びることで、透明層５０４と複数の第２部材５０２とを所定間隔ｄだけ離す。これにより、一の第２部材５０２ａを伝播している光は、他の第２部材５０２ｂへの伝播を遮断される。
【００２９】
図５（ｂ）は、スイッチング素子５００がＯＮの状態、即ちコア部である複数の第２部材５０２間において光を伝播させる状態を示す図である。圧電素子部５０５に電圧が印加されていないときは、圧電素子部５０５は基準状態ＳＴＤとなることで透明層５０４を複数の第２部材５０２に接触又は近接させる。これにより、一の第２部材５０２ａを伝播している光は、エバネセント光により透明層５０４を介して、他の第２部材５０２ｂへ伝播される。これにより、圧電素子部５０５に電圧を印加することでＯＮの状態、電圧を印加しないことでＯＦＦの状態のスイッチングを行うことができる。また、間隔ｄは、１波長程度で良いため高速なスイッチングが可能である。
【００３０】
上記第３実施形態及び第４実施形態においては、圧電素子部に電圧を印加することで基準状態から伸びる場合について説明している。しかし、これに限られず、電圧を印加することで基準状態よりも縮むように圧電素子部を構成することもできる。この場合、電圧の印加と、ＯＮ又はＯＦＦの状態との関係は上記説明とは反対となる。即ち、例えば、上記第３実施形態において、圧電素子部４０５に電圧を印加すると圧電素子部４０５が基準状態よりも縮む場合は、電圧を印加しない場合にＯＮの状態、電圧を印加する場合にＯＦＦの状態となる。
【００３１】
（第５実施形態）
図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第５実施形態に係る光スイッチング素子６００の概略構成を示す図である。上記第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。アクチュエータ部６０６は、ベース部６０８と、ベース部６０８上に形成されたバイモルフ型圧電素子部６０５と、バイモルフ型圧電素子部６０５上に形成されている透明層１０４からなる。バイモルフ型圧電素子部６０４の一方の端部は支持部６１０によりベース部６０８に固着されている。
【００３２】
次に、スイッチングする動作を説明する。図６（ａ）は、スイッチング素子６００がＯＦＦの状態、即ちコア部である複数の第２部材１０２間において光の伝播を遮断する状態を示す図である。バイモルフ型圧電素子部６０５に電圧が印加されているときは、バイモルフ型圧電素子部６０５は図６（ｂ）に示す基準状態ＳＴＤからベース部６０８の方向へ撓むことで、透明層１０４と複数の第２部材１０２とを所定間隔ｄだけ離す。これにより、一の第２部材１０２ａを伝播している光は、他の第２部材１０２ｂへの伝播を遮断される。
【００３３】
図６（ｂ）は、スイッチング素子６００がＯＮの状態、即ちコア部である複数の第２部材１０２間において光を伝播させる状態を示す図である。バイモルフ型圧電素子部６０４に電圧が印加されていないときは、バイモルフ型圧電素子部６０５は基準状態ＳＴＤとなることで透明層１０４を複数の第２部材１０２に接触又は近接させる。これにより、一の第２部材１０２ａを伝播している光は、エバネセント光により透明層１０４を介して、他の第２部材１０２ｂへ伝播される。これにより、バイモルフ型圧電素子部６０５に電圧を印加することでＯＦＦの状態、電圧を印加することでＯＮの状態のスイッチングを行うことができる。また、間隔ｄは、１波長程度で良いため高速なスイッチングが可能である。
【００３４】
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態に係る光回路７００の概略構成を示す図である。光回路７００は、分岐部７０２により複数の光導波路７０１ａ、７０１ｂに分岐する光導波路７０１を有する。分岐された複数の光導波路７０１ａ、７０１ｂは、それぞれ所定間隔Ｌだけ離れている離間部７０３ａ、７０３ｂを有する。間隔Ｌは例えば１μｍ以上とすることができる。そして、離間部７０３ａ、７０３ｂ近傍に上記各実施形態で述べた光スイッチング素子１００等が設けられている。これにより、入力された単一の光信号を２つの光信号に分岐し、高速にＯＮ、ＯＦＦのスイッチングを行うことができる。
なお、分岐部７０２は２つの光導波路７０１ａ、７０１ｂに分岐しているが、これに限られず、３つ以上の光導波路に分岐しても良い。
【００３５】
（第７実施形態）
図８は、本発明の第７実施形態に係る光回路８００の概略構成を示す図である。光回路８００は、光導波路８０１の第１の入力端ＩＮ１と、分岐部８０２により分岐され第１の出力端ＯＵＴ１を有する第１の光導波路８０１ａと、第２の出力端ＯＵＴ２を有する第２の光導波路８０１ｂとを有する。さらに、光回路８００は、光導波路８１０の第２の入力端ＩＮ２と、分岐部８１２により分岐され第２の出力端ＯＵＴ２へ接続される第３の光導波路８１０ａと、第１の出力端ＯＵＴ１へ接続される第４の光導波路８１０ｂとを有する。
【００３６】
第２の光導波路８０１ｂと第３の光導波路８１０ａとは合成部８１４で合流する。また、第１の光導波路８０１ａと第４の光導波路８１０ｂとは合成部８１５で合流する。さらに、第１の光導波路８０１ａと第３の光導波路８１０ａとは交差部８５０で交差する。交差部８５０の構成は後述する。
第１の光導波路８０１ａ、第２の光導波路８０１ｂ、第３の光導波路８１０ａ及び第４の光導波路８１０ｂは、それぞれ離間部８０３ａ、８０３ｂ、８１３ａ、８１３ｂを有している。各離間部８０３ａ、８０３ｂ、８１３ａ、８１３ｂには、上述の光スイッチング素子１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄが設けられている。
【００３７】
本実施形態のスイッチングの手順を説明する。例えば、光スイッチング素子１００ＡをＯＮ状態、他の光スイッチング素子１００Ｂ、１００Ｃ、１００ＤをＯＦＦ状態にすると、第１の入力端ＩＮ１からの光信号は第１の出力端ＯＵＴ１に出力される。光スイッチング素子１００ＢをＯＮ状態、他の光スイッチング素子１００Ａ、１００Ｃ、１００ＤをＯＦＦ状態にすると、第１の入力端ＩＮ１からの光信号は第２の出力端ＯＵＴ２に出力される。光スイッチング素子１００Ａ、１００ＢをＯＮ状態、他の光スイッチング素子１００Ｃ、１００ＤをＯＦＦ状態にすると、第１の入力端ＩＮ１からの光信号は第１の出力端ＯＵＴ１及び第２の出力端ＯＵＴ２に出力される。光スイッチング素子１００Ａ、１００ＤをＯＮ状態、他の光スイッチング素子１００Ｂ、１００ＣをＯＦＦ状態にすると、第１の入力端ＩＮ１からの光信号と第２の入力端ＩＮ２からの光信号は合成された後、第１の出力端ＯＵＴ１に出力される。このように、光信号の分岐、合成を任意に行うことができる。
【００３８】
図９（ａ）は交差部８５０の概略構成を示す図である。第１の基板９０１に第１の光導波路８０１ａが形成されている。また、第２の基板９０２には、第３の光導波路８１０ａが第１の光導波路８０１ａをブリッジするように形成されている。図１０は交差部８５０の他の構成を示す図である。基板１００１の表面に第３の光導波路８１０ａが形成されている。また、第１の光導波路８０１ａは基板１００１内に埋め込まれるように形成されている。埋め込むためには、基板１００１に予め孔部を形成し、孔部に第１の光導波路８０１ａを形成する。そして、この孔部を埋める工程をおこなう。これにより、基板１００１に埋め込まれた第１の光導波路８０１ａを形成できる。
【００３９】
（第８実施形態）
図１１は、本発明の第８実施形態に係る光回路１１００の概略構成を示す図である。本実施形態の光回路１１００は、上記第７実施形態の光回路８００を複数組み合わせたものである。光回路８００ａの第１の出力端ＯＵＴ１と隣接する光回路８００ｃの第１の入力端ＩＮ１とを接続する。さらに、光回路８００ａの第２の出力端ＯＵＴ２と隣接する他の光回路８００ｂの第２の入力端ＩＮ２とを接続する。そして、同様に繰り返して接続することで光回路をマトリックス状に配列する。これにより、光信号のさらに多様な分岐、合成、クロスコネクションを実現できる。また、光回路を平面的に配列する場合に限られず、平面的に配列した光回路をさらに立体的に積層することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の光スイッチング素子の概略構成を示す図。
【図２】エバネセント光の伝達率を示す図。
【図３】第２実施形態の光スイッチング素子の概略構成を示す図。
【図４】第３実施形態の光スイッチング素子の概略構成を示す図。
【図５】第４実施形態の光スイッチング素子の概略構成を示す図。
【図６】第５実施形態の光スイッチング素子の概略構成を示す図。
【図７】第６実施形態の光回路の概略構成を示す図。
【図８】第７実施形態の光回路の概略構成を示す図。
【図９】交差部の概略構成を示す図。
【図１０】交差部の概略構成を示す図。
【図１１】第８実施形態の光回路の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１００  光スイッチング素子、１０１  第１部材、１０２、１０２ａ、１０２ｂ第２部材、ＬＧ  光導波路、１０３  光導波路基板、１０４  透明層、１０５可撓性部（透明層駆動部）、１０６  アクチュエータ部、１０７  電極部、１０８  ベース部、ＳＴＤ  基準状態、３００  光スイッチング素子、３０３  光導波路基板、３０５  可撓性部、３０６  アクチュエータ部、３０７  電極部、４００  光スイッチング素子、４０５  圧電素子部、４０６  アクチュエータ部、５００  光スイッチング素子、５０１  第１部材、５０２、５０２ａ、５０２ｂ  第２部材、５０３  光導波路基板、５０４  透明層、５０５  圧電素子部、５０６  アクチュエータ部、６００  光スイッチング素子、６０５  バイモルフ型圧電素子部、６０６  アクチュエータ部、６１０  支持部、７００  光回路、７０１、７０１ａ、７０１ｂ  光導波路、７０３ａ、７０３ｂ  離間部、８００光回路、８０１、８０１ａ、８０１ｂ、８１０、８１０ａ、８１０ｂ  光導波路、８０３ａ、８０３ｂ、８１３ａ、８１３ｂ  離間部、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ  光スイッチング素子、８５０  交差部、８１４、８１５  合流部、ＩＮ１  第１の入力端、ＩＮ２  第２の入力端、ＯＵＴ１  第１の出力端、ＯＵＴ２  第２の出力端、９０１、９０２、１００１  基板、８００ａ、８００ｂ、８００ｃ  光回路、１１００  光回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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