(57)【要約】【課題】従来の全光スイッチに関連する問題が少なく、かつシングルモード光信号を使用する高いデータ伝送速度用の切り替えを実現することができる電気光学スイッチを提供する。【解決手段】薄層強誘電体酸化膜を有し、シングルモードの光を伝播するシングルモード光導波路２１２と、シングルモード光導波路２１２に隣接し、シングルモードの光の一部分を光ファイバからシングルモード光導波路に結合する結合器２１４と、シングルモード光導波路２１２内に電気的に形成され、結合器２１４からのシングルモードの光を平行にするレンズ２２０と、シングルモード光導波路２１２内に、シングルモードの光を切り替えるもう１つの電気的に形成されたレンズを含むスイッチング・モジュール２２４とを含む。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄層強誘電体酸化膜を含み、シングルモードの光を伝播するシングルモード光プレーナ導波路と、
前記シングルモード光導波路に隣接しており、光ファイバからの前記シングルモードの光の一部分を、前記シングルモード光プレーナ導波路に結合する結合器と、
前記シングルモード光プレーナ導波路内にあり、前記結合器からの前記シングルモードの光を平行にする第１の電気的に形成されたレンズと、
前記シングルモード光プレーナ導波路内に、前記シングルモードの光を切り替える第２の電気的に形成されたプリズムを含むスイッチング・モジュールとを有することを特徴とするシングルモード光スイッチ。
【請求項２】
前記結合器が、格子結合器又はプリズム結合器を含むことを特徴とする請求項１に記載のシングルモード光スイッチ。
【請求項３】
前記切り替えられたシングルモードの光を集束する第３の電気的に形成されたレンズをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のシングルモード光スイッチ。
【請求項４】
前記シングルモード光プレーナ導波路と直接位置合せされ、前記切り替えられたシングルモードの光を受け取るもう１つの光ファイバをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のシングルモード光スイッチ。
【請求項５】
第１のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料を含み、シングルモードの光を伝播する薄膜コアと、前記コアに設けられ、第２のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料を含むクラッドとを備えた導波路と、
前記導波路に設けられた第１の電極と、
前記導波路に設けられ、前記第１の電極と反対側に位置決めされた第２の電極であって、前記第１と第２の電極とが、前記薄膜コア内に電気光学レンズを形成するために使用される前記第２の電極と、
前記第２の電極に設けられた基板とを有することを特徴とする薄膜光スイッチ。
【請求項６】
前記第１のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料が、ＰＬＺＴ（８／６５／３５）、ＰＬＺＴ（７／６２／３８）、ＰＬＺＴ（１２／４０／６０）、及びＰＬＺＴ（８／４０／６０）から選択されることを特徴とする請求項５に記載の薄膜光スイッチ。
【請求項７】
前記第２のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料が、ＰＬＺＴ（１２／６５／３５）、ＰＬＺＴ（１５／４０／６０）、及びＰＬＺＴ（１２／４０／６０）から選択されることを特徴とする請求項５に記載の薄膜光スイッチ。
【請求項８】
表面に第１のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料のスピン・コーティングとラピッド・サーマル・アニーリングとを繰り返し行って、下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に第２のＰＬＺＴ材料のスピン・コーティングとラピッド・サーマル・アニーリングとを繰り返し行ってコア層を形成する工程と、
前記コア層上に上部クラッド層を作成する工程とを有することを特徴とする、ゾルゲル法を使用するシングルモード光スイッチの製造方法。
【請求項９】
前記上部クラッド層上に金属膜を成膜して上部電極を形成する工程と、
フレキシブル基板内のビアを前記上部電極に接続する工程と、
前記コア層上に結合器を作成する工程とをさらに有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
薄層強誘電体酸化膜を含み、シングルモードの光を伝播するシングルモード光導波路と、
前記シングルモードの光の一部分を、光ファイバから前記シングルモード光導波路に移す手段と、
１対の電極を使用して、前記シングルモード光導波路内の前記シングルモードの光を平行にする手段と、
前記１対の電極の上部電極を外部電圧源に接続する手段とを有する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、一般に、光スイッチング装置の分野に関し、詳細には、薄形強誘電体酸化物導波路を有し、かつシングルモード光信号に作用する電気光学（ＥＯ：ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ）スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの普及に伴って、より高いデータ転送速度及びより広い帯域幅が要求されている。この要求を満たす１つの解決策は、光スイッチによって経路制御される光信号の形でデータを搬送する光ファイバ・ケーブルを有する全光ネットワーク（ａｌｌ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ）を使用することである。本明細書において使用されているように、光スイッチは、最初に光信号を電気信号に変換し、従来の電子ネットワーク・スイッチを使用して信号を経路制御し、次に切り替えられた電気信号を光信号に戻すのではなく、切り替えの際に光信号に直接作用する。
【０００３】
光ネットワークには、シングルモードとマルチモードの２種類の光ファイバ・ケーブルがある。シングルモード・ファイバは、１つの伝送モードを有する８〜１０ミクロン下の直径のガラス・ファイバであり、すなわちファイバ内に１つの光信号だけが伝播される。シングルモード・ファイバでは、最も低い次数のモードだけが、一般に１３００〜１３２０ナノメートル（ｎｍ）あるいは１５５０ｎｍ帯域の対象波長で伝播する。シングルモード・ファイバは、例えば１０ギガバイト／秒（Ｇｂ／ｓ）を超える高いデータ伝送速度と、より長い伝送距離を考慮しており、信号の歪みと減衰は、マルチモード・ファイバよりも小さい。
【０００４】
シングルモード光ファイバ・ケーブルは、容易に入手可能であるが、全光シングルモード・スイッチは、まだ開発中である。１つのタイプの全光シングルモード・スイッチは、スラブ型導波路を有するプレーナ電気光学（ＥＯ：ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ）スイッチである。導波路の両側に配置され、電圧差を有する電極によって電界が生成されるとき、導波路内を進む光を屈折させることができる。スラブ型導波路として使用するために研究された１つの材料は、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）、ニオブ酸ストロンチウム・バリウム（ＳＢＮ）などの透明な強誘電体酸化物である。透明な強誘電体酸化物に電界を印加すると、電界の強さによって屈折率が変化し、これにより、強誘電体酸化物材料中を伝播する光信号を屈折させることができる。
【０００５】
シングルモード光ファイバ・ケーブルのコアの直径（例えば、８〜１０μｍ）とほぼ同じ厚さを有する薄層強誘電体酸化物導波路コアを備えたＥＯスイッチは、全光ネットワークにおける光スイッチの要求を満たさなければならないが、この厚さを実現するには問題がある。これまで、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）及びゾルゲル法の３つのプロセスが研究されてきた。ゾルゲル法はかなり安価なので、薄膜コアをゾルゲル法で作成することが好ましい。従って、強誘電体材料にゾルゲル法を使用して厚さ約８〜１０μｍの導波路コアを作成する研究が多く行われてきた。しかしながら、ゾルゲル薄膜は、その臨界厚さに達すると薄膜にクラックが発生するので、大きいサイズの基板に厚さ約１ミクロンを超える薄形強誘電体酸化物導波路スラブを作成するのは困難である。
【０００６】
厚さが約１ミクロンを超える薄層強誘電体酸化物導波路コアを作成することができる場合でも、スイッチ内に薄いコアを使用するにはさらに他の問題がある。これは、光ファイバ・ケーブルとそれよりも薄い導波路との結合問題である。さらに、コリメーティング・レンズは、一般に導波路の外側に配置されるので、光信号のかなりの反射と結合損失とが生じる。
【０００７】
従って、高速光スイッチの要求が大きくなるにつれて、比較的安価なゾルゲル法によって作成された薄膜強誘電体酸化物導波路を有すると共に、従来の全光スイッチと関連した問題が少なく、かつシングルモード光信号を使用する高いデータ伝送速度用の切り替えを実現することができる電気光学スイッチが必要である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、薄層強誘電体酸化膜導波路を有する電気光学スイッチを提供する。強誘電体酸化膜導波路のコアの厚さは、シングルモード光信号の伝搬を可能にし、かつ処理を容易にするように選択される。
【０００９】
本発明の実施形態はシングルモード光スイッチを含む。この光スイッチは、薄層強誘電体酸化膜を含み、シングルモードの光を伝播するシングルモード・プレーナ光導波路と、シングルモード・プレーナ光導波路に隣接し、シングルモードの光の一部分を光ファイバからシングルモード光導波路に結合する結合器、例えば格子、プリズムと、シングルモード・プレーナ光導波路内にあり、結合器からのシングルモードの光を平行にする電気的に形成されたレンズと、シングルモード・プレーナ光導波路内にあり、シングルモードの光を切り替える電気的に形成されたプリズムを含むスイッチング・モジュールとを有する。
【００１０】
本発明の態様は薄膜光スイッチを含む。この光スイッチは、導波路と、導波路に設けられた第１の電極と、導波路に設けられ、第１の電極の反対側に位置決めされた第２の電極であって、第１と第２の電極が薄膜コア内の電気光学レンズを形成するために使用される前記第２の電極と、第２の電極に設けられた基板とを有する。導波路は、第１のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料を有し、１ミクロンから９ミクロンまでの厚さを有し、シングルモードの光を伝播する薄膜コアと、コアに付着され、第２のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料を含むクラッドとを含む。
【００１１】
本発明の他の実施形態は、ゾルゲル法を使用してシングルモード光スイッチを製造する方法を含む。下部電極の表面に、第１のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料を繰り返しスピン・コーティングし、ラピッド・サーマル・アニーリングすることによって、下部クラッド層が形成される。次に、下部クラッド層上に第２のＰＬＺＴ材料を繰り返しスピン・コーティングし、ラピッド・サーマル・アニーリングすることによって、厚さが約１ミクロンから１０ミクロンのコア層が形成される。最後に、コア層上に上部クラッド層が形成される。
【００１２】
本発明のもう１つの態様は、光スイッチを含む。光スイッチは、薄層強誘電体酸化膜を有し、シングルモードの光を伝播するシングルモード光導波路と、シングルモードの光の一部分を光ファイバからシングルモード光導波路に移す手段と、１対の電極を使用してシングルモード光導波路内のシングルモードの光を平行にする手段と、１対の電極の上部電極を外部電圧源に接続する手段とを含む。
【００１３】
本発明における以上の又はその他の実施形態、特徴、態様及び効果は、以下の説明、併記の特許請求の範囲、及び添付図面を参照してより良く理解される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下の説明では、本発明の具体的な実施形態をより完全に説明するために、多数の具体的な詳細を示す。しかしながら、以下に示す全ての具体的な詳細なしに本発明を実施することができることは、当業者には明らかである。他の例においては、本発明を不明瞭にしないように、周知の特徴は詳細に説明されていない。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態の薄膜電気光学スイッチの一部分の簡略化した側面図である。上部クラッド１１２、薄層強誘電体酸化物コア１１４及び下部クラッド１１６を有する光導波路が、アルミン酸ランタン（ＬａＡＩＯ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、又はチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）の基板１１８の上に形成される。薄層強誘電体酸化物コア１１４の一端の上に格子結合器１２０が配置されている。
【００１６】
格子結合器１２０は、光ファイバ（図示せず）からシングルモード光信号１２２を受け取り、そのシングルモード光信号１２２を薄層強誘電体酸化物コア１１４に送る。上部クラッド層１１２上の上部電極１２５、１２７及び１２９は、必要に応じて、下部クラッド層１１６の下にある対向するブランク下部電極１３０と共に働いて、薄層強誘電体酸化物コア１１４内の光信号を屈折させる。もう１つの実施形態においては、基板１１８としてシリコン（Ｓｉ）が使用される。
【００１７】
図１のシングルモード導波路のコア１１４は、コア１１４の屈折率、すなわちｎ１）と、クラッド（１１２，１１６）の屈折率、すなわちｎ２に依存する厚さを有する。シングルモード伝送のコアの理論的な最大厚さ、すなわち「ｄ」は、式１で与えられる。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
ここで、λは光源の波長である。厚さがｄと等しいかそれよりも大きい場合、導波路は、１つ又は複数のモードを搬送することができる。従って、シングルモードの光の伝送の場合は、コアの厚さが「ｄ」よりも大きくてもよいが、複数のモードの伝播を最小にするために、コアの厚さは、「ｄ」又はそれに近い値でなければならない。例えば、１３１０ｎｍの光源が、コアとしてチタン酸バリウム（屈折率２．４）と、クラッドとしてシリカ（屈折率１．５）と共に使用される場合、シングルモード波を伝播するチタン酸バリウムの最大厚さ「ｄ」は、約３５０ｎｍである。
【００２０】
これは、ゾルゲル法によって容易に製造することができる厚さである。しかしながら、この極めて薄いコアは薄すぎて使用できない。より実際的な厚さは、約１ミクロン以上の厚さのコアである。前述の数式１は、コアが厚くなるほど、コアとクラッドの屈折率の差が小さくなることを示す。従って、１ミクロンの厚さのコアの場合、コアとクラッドの屈折率の差は約０．１である。
【００２１】
表１は、クラッド（ｎ２）とコア（ｎ１＝２．４とｎ１＝２．５）との異なる屈折率の強誘電体酸化膜の厚さ（第３列と第４列）を示す。示したコア材料（すなわち、チタン酸バリウムとＰＬＺＴ）は、それぞれ屈折率ｎ１＝２．４とｎ１＝２．５を有する材料の例に過ぎず、そのような屈折率を有する他の材料も使用することができる。第１列は、第２列のクラッドの屈折率（ｎ２）を有するクラッドとして使用することができる材料の例を示す。例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）は、ｎ２＝２．３の場合に使用することができるクラッドの例である。この場合も、第１列内の例は、例示に過ぎず、ｎ２の同じ屈折率を有する他の材料を使用することができる。
【００２２】
【表１】
2004013155.tif 000004
【００２３】
表１は、クラッドとコアの屈折率の差が小さいほど、強誘電体薄膜が厚くなることを示す。クラッドとコアの屈折率の差（すなわち、ｎ１−ｎ２）が０．１のとき、シングルモード対称スラブ型導波路のコアの厚さは、チタン酸バリウム・コアとＰＬＺＴコアの両方とも、約１μｍ（すなわち１ミクロン）である。コアとクラッドとの屈折率の差（すなわち、ｎ１−ｎ２）が、わずか０．０１の場合、コアの厚さは３μｍである。９μｍのコアの場合、屈折率の差（すなわち、ｎ１−ｎ２）は、約０．００１である。９ミクロンのコアが望ましいが、屈折率の差が０．００１の点で製造上の問題がある。
【００２４】
この小さい差を得るためには、コアとクラッドに不純物をドープする必要がある。しかしながら、スラブ型導波路の場合は、導波路材料を付着させる前に不純物濃度を慎重に制御しない限り、上部クラッドと下部クラッドが同じ屈折率を有する必要のあるサンドイッチ構成で材料に不純物を拡散させることはきわめて困難である。従って、本発明の１つの実施形態において、スラブの厚さが約１ミクロンから約９ミクロンであることが好ましい。
【００２５】
好ましい実施形態においては、コア１１４は、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）（８／６５／３５）であり、上部クラッド１１２と下部クラッド１１６とは、ＰＬＺＴ（１２／６５／３５）である。もう１つの実施形態において、コア１１４は、ＰＬＺＴ（１２／４０／６０）であり、上部クラッド１１２と下部クラッド１１６は、ＰＬＺＴ（１５／４０／６０）である。さらにもう１つの実施形態において、コア１１４は、ＰＬＺＴ（８／４０／６０）であり、上部クラッド１１２と下部クラッド１１６とは、ＰＬＺＴ（１２／４０／６０）である。ＰＬＺＴ（ｘ／ｙ／１−ｙ）の式は、次の通りである。
【００２６】
【数２】
2004013155.tif 000005
【００２７】
例えば、ＰＬＺＴ（１２／６５／３５）は、ｘ＝０．１２、ｙ＝０．６５（ここで、１−ｙ＝０．３５）という意味である。同じ式は、ＰＬＺＴ（８／６５／３５）、（１２／４０／６０）、及び（１５／４０／６０）などにも当てはまる。
【００２８】
下の表２に、２つの光波長の場合のＰＬＺＴ（８／６５／３５）及び（１２／６５／３５）の屈折率を示す。１５５０ｎｍの光源の場合、コアとクラッドとの屈折率の差は、（２．０５−２．０４）＝０．０１であり、前述の式１により、コアの厚さは、約３．８ミクロンになる。６３５ｎｍの光源の場合は、コアとクラッドとの屈折率の差は、（２．１５４８−２．１４７８）＝０．００７であり、前述の数式１により、コアの厚さは、約１．８ミクロンになる。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
好ましい実施形態において、導波路のコアとクラッドとにＰＬＺＴが使用されているが、他の実施形態では、コア又はクラッド若しくはその両方に、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸ストロンチウム・バリウム、又はジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を含むことができる。
【００３１】
光信号は、直径約８〜１０ミクロンの光ファイバ・ケーブルから、例えば波長約１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍで入るので、導波路が光ファイバ・ケーブルよりも細いとき、例えば導波路が厚い約１〜７ミクロンのときに、格子結合器１２０は、光ファイバ・ケーブルを薄膜誘電体酸化物導波路に結合する。格子結合器は、約８０％の効率を持つが、スイッチの他端のレーザ・ポンプを使用して、切り替えられた光信号を再生することによって、かなりの結合損失を補償することができる。
【００３２】
図１において、シングルモード光信号１２２は、シングルモード光ファイバ（図示せず）から来て、格子結合器１２０を介して、シングルモード薄膜強誘電体酸化物導波路に入る。電極１２５及び１３０に電圧が印加され、電界によるコリメーティング・レンズが形成され、このコリメーティング・レンズは、格子結合器１２０から来る光信号を導波路内で平行にする。もう１つの実施形態において、電極対のうちの１つ、２つ又は３つ、すなわち（１２５，１３０）、（１２７，１３０）又は（１２９，１３０）あるいはこれらの任意の組み合わせを使用して、光を平行にすることができる。平行にされた光信号は、次に、薄膜強誘電体酸化物導波路内の他の電気光学プリズム（図示せず）を使用して、スイッチ・サブモジュール（図示せず）内で切り替えられる。代替の実施形態において、電極対（１２５，１３０）が、コリメーティング・レンズを構成するために使用され、他の２つの電極対（１２７，１３０）及び（１２９，１３０）が、平行にされた光信号をスイッチ・サブモジュール内で切り替えるために使用される。
【００３３】
図２は、本発明の実施形態の薄膜電気光学スイッチ２１０を簡略化した平面図である。第１のシングルモード光ファイバ・ケーブル（図示せず）からの第１の光信号は、格子結合器２１４を介して薄膜強誘電体酸化物導波路２１２に入る。次に、第１の光信号は、電気光学コリメーティング・レンズによって平行にされ、平行にされた光信号は、次にスイッチング・サブモジュール２２４に伝わる。第１の光信号は、スイッチング・サブモジュール２２４から出て、次に電気光学発散（凹）レンズ２３０又は２３２に進む。光信号が発散レンズ２３０に進む場合、光信号は、薄膜電気光学スイッチ２１０を出て、第２の光ファイバ・ケーブル（図示せず）に入る。
【００３４】
光信号が、発散レンズ２３２に進む場合は、光信号は、薄膜電気光学スイッチ２１０から出て、第３の光ファイバ・ケーブル（図示せず）に入る。格子結合器２１４は、図１の格子結合器１２０の平面図に示される。コリメーティング・レンズ２２０は、図１の電極対（１２５，１３０）によって構成することができる。スイッチング・サブモジュールは、平行にした光をコリメーティング・レンズ２２０から発散レンズ２３０又は２３２に切り替えることができる複数の電気的に構成されたレンズを有する。
【００３５】
これと同様に、第４のシングルモード光ファイバ・ケーブル（図示せず）が、格子結合器２１６を介して薄膜強誘電体酸化物導波路２１２に接続される。格子結合器２１６を介して導波路２１２に入る第２の光信号は、電気光学コリメーティング・レンズ２２２によって平行にされ、平行にされた光信号は、次に、スイッチング・モジュール２２４に伝わる。第２の光信号は、スイッチング・サブモジュール２２４から出て、次に発散（凹）レンズ２３０又は２３２に進む。光信号は、発散レンズ、例えばレンズ２３０又は２３２から、薄膜電気光学スイッチ２１０を出て、第２又は第３の光ファイバ・ケーブル（図示せず）に入る。
【００３６】
図３は本発明のもう１つの実施形態の薄層強誘電体酸化膜スイッチの構造的な側面図である。図３のスイッチには、図１と類似の部分がいくつかあり、それらの部分は、図１の表示と同じ番号が付けられている。コア３５２とクラッド３５０を有する光ファイバ・ケーブルは、スイッチの一部分ではないことに注意されたい。基板１１８の上にブランク下部電極３１４が形成されている。下部電極３１４の上に下部クラッド１１６が形成されている。下部クラッド１１６上に強誘電体酸化膜１１４が設けられて導波路のコア１１４が形成される。
【００３７】
次に、上部クラッド１１２がコア１１４上に形成され、格子結合器１２０が、コア１１４上に作成される。上部電極３２６−１〜３２６−５がクラッド１１２上に形成される。フレキシブル基板３３２には、複数のスルーホールが形成されている。各スルーホール内には、ビア、例えば３４０がある。このビア（例えば３４０）と上部金属コンタクト（例えば３４４）と下部金属コンタクト（例えば３４２）とを使用して、スルーホールコンタクトが形成される。ビアと金属コンタクトを有するフレキシブル基板３３２は、ｚ接続はんだ接合（ｚ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｓｏｌｄｅｒ　ｊｏｉｎｔ）、例えば３４６によって、上部電極３２６−１〜３２６−５に接続される。例えば、ビア３４０の下部コンタクト３４２は、ｚ接続はんだ接合３４６を使用して上部電極３２６−１にはんだ付けされる。上部金属コンタクト３４４は、外部電圧源に接続されて、上部電極３２６−１と同じ外部電圧源に接続された下部電極３１４との間に電界が生成される。上部金属コンタクト３４４、ビア３４０、下部接点３４２、ｚ接続はんだ接合３４６、及び上部電極３２６−１を有する構造３３０は、残りの上部電極３２６−２〜３２６−５のそれぞれに同様に再現されている。
【００３８】
図３において、シングルモード光信号３６０は、第１の円筒状シングルモード光ファイバ・ケーブル（図示せず）から入って、格子結合器１２０によって強誘電体酸化膜１１４に結合される。格子結合器１２０からの光信号は、例えば電極対（３２６−１と３１４）の電圧により生成される電気的に形成されたコリメータ・レンズ内を通る。平行にされた光信号３６２は、電極対、例えば、（３２６−２と３１４）、（３２６−３と３１４）、及び（３２６−４と３１４）を有するスイッチング・サブモジュールによって生成される強誘電体酸化膜１１４内の電界によって切り替えられる。平行にされた光信号３６２は、切り替えられた後で、電極対（例えば３２６−５，３１４）によって形成された集光レンズ、例えば図２のレンズ２３０内を通る。代替として、平行にされた光信号３６２は、切り替えられた後で、もう１つの電極対（図示せず）によって形成された集光レンズ、例えば図２の集光レンズ２３２内を通る。
【００３９】
次に、光信号３６４は、強誘電体酸化膜１１４から出て、コア３５２とクラッド３５０を有する第２の円筒状シングルモード光ファイバ・ケーブルに入る。光信号３６４が、薄いコア薄膜１１４から厚いコア薄膜３５２に進むので、光損失がほとんどない直接エッジ結合を使用することができる。
【００４０】
図３の薄膜電気光学スイッチのいくつかの効果としては、まず、格子結合器１２０を使用するので、中間レンズを介して第１の光ファイバ・ケーブルの太いコア（図示せず）をスイッチの薄い導波路コア１１４に位置合わせする複雑で厳密なプロセスが不要である。第２の効果としては、導波路コア１１４の内部に埋め込まれたコリメーティング・レンズによって、内部コリメーティング・レンズの代わりに外部コリメーティング・レンズが使用されるとき生じる反射と結合損失が大幅に減少することである。さらに、電気光学スイッチにシングルモード薄層強誘電体酸化物材料を使用することにより、１ギガビット／秒以上の光ネットワーク用の高速な応答時間を実現することができる。
【００４１】
図４（ａ）〜図５（ｄ）は、本発明の実施形態の図３と類似の光スイッチを作成するプロセスを示す。必要に応じて、図３の表示を使用する。ゾルゲル法が使用され、ゾルゲル法は、微粒子の懸濁液、すなわち「ゾル」を形成する工程と、例えばスピン・コーティングにより基板上に液体を付着させてゲルを形成する工程と、焼成して所望の薄膜を形成する工程との３つの基本的な工程がある。
【００４２】
プロセスは、３インチのアルミン酸ランタン基板１１８から始まる。他の実施形態では、基板１１８として、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）やチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）などの他の基板を使用することができる。図４（ａ）は、基板１１８上にランタン・ニッケル酸化物のゾルゲル前駆体をスピン・コーティングし、次にその薄膜を赤外線（ＩＲ）炉内で加熱、すなわちラピッド・サーマル・アニーリング（ＲＴＡ）することにより形成されたランタン・ニッケル酸化物のブランク下部電極層３１４を示す。
【００４３】
下部電極３１４を作成した後で、下部クラッド１１６、コア１１４及び上部クラッド１１２を有する光導波路を作成する。コアの屈折率は、例えば前述した表２のように、クラッド層の屈折率よりも少し大きい。図４（ｂ）は、ブランク下部電極層３１４上にスピン・コーティングとラピッド・サーマル・アニーリングを繰り返し使用することによって形成されたＰＬＺＴ（１２／６５／３５）の下部クラッド層１１６を示す。下部クラッド１１６の厚さが約１〜４ミクロンになるまで、スピン・アニーリング及びラピッド・サーマル・アニーリングの各サイクルによって、約０．３５〜０．５ミクロンの層が形成される。
【００４４】
図４（ｃ）は、下部クラッド層１１６の上にスピン・コーティングとラピッド・サーマル・アニーリングを繰り返し使用して形成された約２〜７ミクロンのＰＬＺＴ（８／６５／３５）コア層１１４を示す。次に、コア層１１４の上に、タングステン（Ｗ）又は金（Ａｕ）の金属層が形成される。フォトリソグラフィを使用して、領域４１２から金属をエッチングする。図４（ｄ）は、エッチングされた金属領域４１２と、残っている金属層部分４１０−１及び４１０−２を示す。
【００４５】
これらの金属層部分４１０−１及び４１０−２は、格子結合器（又は、プリズム結合器）の領域を覆う。図４（ｅ）では、コア１１４上のエッチングした金属領域４１２にスピン・コーティングとラピッド・サーマル・アニーリングを繰り返し使用して形成された上部クラッド層１１２を示す。他の実施形態においては、コアは、１ミクロンと等しいか又はそれよりも大きい任意の厚さ、例えば約１ミクロンから約９ミクロンある。さらに、クラッドは、１ミクロン以上の任意の値でよく、１〜４ミクロンの範囲に限定されない。
【００４６】
図５（ａ）は、金属領域４１０−１及び４１０−２をエッチングによって除去した後の図４（ｅ）の構造を示す。次に、シード金属の形成、フォトリソグラフィ及び金属電解めっきにより、上部クラッド層１１２の上に、上部電極（例えば３２６−１、３２６−２、３２６−３、３２６−４）が形成される。上部電極と下部ブランク電極は、電界によって、例えば偏向器（プリズムなど）、コリメータ、電気光学的な他のレンズを形成するために使用される。
【００４７】
好ましい実施形態においては、コア／クラッド対は、コア１１４用のＰＬＺＴ（８／６５／３５）とクラッド層１１２及び１１６用のＰＬＺＴ（１２／６５／３５）とを含む。もう１つの実施形態においては、コア／クラッド対は、コア用のＰＬＺＴ（１２／４０／６０）とクラッド層用のＰＬＺＴ（１５／４０／６０）とを含む。さらにもう１つの実施形態においては、コア／クラッド対は、コア用のＰＬＺＴ（８／４０／６０）とクラッド層用のＰＬＺＴ（１２／４０／６０）を含む。さらに他の実施形態において、コアにＰＬＺＴ（７／６２／３８）が使用される。
【００４８】
図５（ｃ）は、コア１１４上のそれぞれ領域４１４−１と４１４−２内の格子結合器４２０と４２２を示す。格子結合器は、領域４１４−１及び４１４−２の上にフォトエポキシなどの誘電体を被覆し結像することによって形成される。
【００４９】
図５（ｄ）は、ｚ接続はんだ接合（例えば３４６）、又は液相接合法（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｌｉｑｕｉｄ　ｂｏｎｄｉｎｇ）（図示せず）により、上部電極（例えば３２６−１、３２６−４）に接合されたフレキシブル回路４３０を示す。フレキシブル回路４３０は、フレキシブル基板３３２と、上部金属コンタクト（例えば３４４）と、スルーホール・ビア（例えば３４０）と、下部コンタクト（例えば３４２）とを含む。
【００５０】
図５（ｅ）は、格子結合器４２０及び４２２の代わりにそれぞれプリズム結合器４２４及び４２６を備えた図５（ｄ）の薄膜スイッチを示す。プリズムは、基板からさいの目に切り出され、次に領域４１４−１及び４１４−２に外部固定具によって固定される。
【００５１】
もう１つの実施形態において、構造４３０は、上部電極（例えば３２６−１、３２６−２、３２６−３及び３２６−４）上に直に積層されてもよい。このプロセスは、図５（ｂ）から始まる。図６（ａ）〜図６（ｄ）は、積層回路で薄膜スイッチを構築するプロセスの残りを示す。
【００５２】
図６（ａ）は、上部電極（例えば３２６−１、３２６−２、３２６−３、３２６−４）の上に誘電体構造３３２を形成する工程を示す。誘電体は、例えば写真処理が可能なエポキシ又はポリイミドであり、フォトリソグラフィ・プロセスによって上部電極上に形成される。通常の誘電体を使用するとき、上部電極（例えば３２６−１、３２６−２、３２６−３、３２６−４）の上に配置されるスルーホール（例えば４３８−１、４３８−２、４３８−３、４３８−４）は、それぞれ、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）プラズマ・プロセスによって形成される。図６（ｂ）は、金属が充填されたスルーホール（例えばビア３４０）と、誘電体３３２に追加された上部コンタクト（例えば３４４）を示す。従って、上部コンタクト３４４とビア３４０によって、外部電圧が上部電極（例えば３２６−１）に接続される。
【００５３】
図６（ｃ）は、コア１１４上のそれぞれ領域４１４−１及び４１４−２内の格子結合器４４０及び４４２を示す。格子結合器は、領域４１４−１及び４１４−２の上に、フォトエポキシなどの誘電体を被覆し結像することによって形成される。図６（ｄ）は、格子結合器４４０及び４４２の代わりに、プリズム結合器４４４及び４４６をそれぞれ備えた図６（ｃ）の薄膜スイッチを示す。プリズムは、基板からさいの目に切り出され、次に、領域４１４−１及び４１４−２の上に外部固定具によって固定される。
【００５４】
明細書及び図面は例示のために示されている。特許請求の範囲に示しているように、本発明のより広義な趣旨及び範囲から逸脱することなく、追加、除去、削除、他の修正及び変更を行うことができることは明らかである。
【００５５】
（付記１）　薄層強誘電体酸化膜を含み、シングルモードの光を伝播するシングルモード光プレーナ導波路と、
前記シングルモード光導波路に隣接しており、光ファイバからの前記シングルモードの光の一部分を、前記シングルモード光プレーナ導波路に結合する結合器と、
前記シングルモード光プレーナ導波路内にあり、前記結合器からの前記シングルモードの光を平行にする第１の電気的に形成されたレンズと、
前記シングルモード光プレーナ導波路内に、前記シングルモードの光を切り替える第２の電気的に形成されたプリズムを含むスイッチング・モジュールとを有することを特徴とするシングルモード光スイッチ。
【００５６】
（付記２）　前記結合器が、格子結合器又はプリズム結合器を含むことを特徴とする付記１に記載のシングルモード光スイッチ。
【００５７】
（付記３）　前記切り替えられたシングルモードの光を集束する第３の電気的に形成されたレンズをさらに有することを特徴とする付記１に記載のシングルモード光スイッチ。
【００５８】
（付記４）　前記シングルモード光プレーナ導波路と直接位置合せされ、前記切り替えられたシングルモードの光を受け取るもう１つの光ファイバをさらに有することを特徴とする付記１に記載のシングルモード光スイッチ。
【００５９】
（付記５）　前記薄層強誘電体酸化膜が、コアとクラッドとを含み、前記コアの屈折率と前記クラッドの屈折率との差が約０．１以下であることを特徴とする付記１に記載のシングルモード光スイッチ。
【００６０】
（付記６）　前記薄層強誘電体酸化物が、約１ミクロン（μｍ）以上の厚さを有し、ゾルゲル法によって作成されたことを特徴とする付記１に記載のシングルモード光スイッチ。
【００６１】
（付記７）　前記シングルモード・プレーナ光導波路と隣接し、外部電圧源に電気的に接続された下部電極を含む基板と、
前記第１の電気的に形成されたレンズの一部分を作成するために、前記シングルモード・プレーナ光導波路に設けられ、前記下部電極と反対側に配置された上部電極とをさらに有することを特徴とする付記１に記載のシングルモード光スイッチ。
【００６２】
（付記８）　前記シングルモード・プレーナ光導波路に設けられ、前記第１の電気的に形成されたレンズの電極と、
スルーホールコンタクトを含むフレキシブル基板と、
前記スルーホールコンタクトに設けられた上端と、前記電極に設けられた下端とを含むｚ接続はんだ接合とをさらに有することを特徴とする付記１に記載のシングルモード光スイッチ。
【００６３】
（付記９）　前記シングルモード光導波路に設けられ、前記第１の電気的に形成されたレンズの電極と、
前記電極に設けられたビアを含む積層基板とをさらに有することを特徴とする付記１に記載のシングルモード光スイッチ。
【００６４】
（付記１０）　前記薄層強誘電体酸化物が、約１乃至９μｍの厚さを有することを特徴とする付記１に記載のシングルモード光スイッチ。
【００６５】
（付記１１）　前記薄層強誘電体酸化膜が、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸ストロンチウム・バリウム（ＳＢＮ）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、及びジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）からなるグループから選択されることを特徴とする付記１に記載のシングルモード光スイッチ。
【００６６】
（付記１２）　前記基板が、シリコン（Ｓｉ）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなるグループから選択されることを特徴とする付記１に記載のシングルモード光スイッチ。
【００６７】
（付記１３）　第１のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料を含み、シングルモードの光を伝播する厚さが約１乃至９μｍの薄膜コアと、前記コアに設けられ、第２のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料を含むクラッドとを備えた導波路と、
前記導波路に設けられた第１の電極と、
前記導波路に設けられ、前記第１の電極と反対側に位置決めされた第２の電極であって、前記第１と第２の電極とが、前記薄膜コア内に電気光学レンズを形成するために使用される前記第２の電極と、
前記第２の電極に設けられた基板とを有することを特徴とする薄膜光スイッチ。
【００６８】
（付記１４）　前記第１のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料が、ＰＬＺＴ（８／６５／３５）、ＰＬＺＴ（７／６２／３８）、ＰＬＺＴ（１２／４０／６０）、及びＰＬＺＴ（８／４０／６０）から選択されることを特徴とする付記１３に記載の薄膜光スイッチ。
【００６９】
（付記１５）　前記第１のＰＬＺＴ材料がＰＬＺＴ（８／６５／３５）のときに、前記第２のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料がＰＬＺＴ（１２／６５／３５）であり、前記第１のＰＬＺＴ材料がＰＬＺＴ（１２／４０／６０）のときに、前記第２のＰＬＺＴ材料がＰＬＺＴ（１５／４０／６０）であり、前記第１のＰＬＺＴ材料がＰＬＺＴ（８／４０／６０）のときに、前記第２のＰＬＺＴ材料が、ＰＬＺＴ（１２／４０／６０）であることを特徴とする付記１４に記載の薄膜光スイッチ。
【００７０】
（付記１６）　前記第２のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料が、ＰＬＺＴ（１２／６５／３５）、ＰＬＺＴ（１５／４０／６０）、及びＰＬＺＴ（１２／４０／６０）から選択されることを特徴とする付記１３に記載の薄膜光スイッチ。
【００７１】
（付記１７）　前記基板が、アルミン酸ランタン（ＬＡＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなるグループから選択されることを特徴とする付記１３に記載の薄膜光スイッチ。
【００７２】
（付記１８）　表面に第１のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料のスピン・コーティングとラピッド・サーマル・アニーリングとを繰り返し行って、下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に第２のＰＬＺＴ材料のスピン・コーティングとラピッド・サーマル・アニーリングとを繰り返し行って、厚さが約１乃至９ミクロン（μｍ）のコア層を形成する工程と、
前記コア層上に上部クラッド層を作成する工程とを有することを特徴とする、ゾルゲル法を使用するシングルモード光スイッチの製造方法。
【００７３】
（付記１９）　前記表面が、アルミン酸ランタン（ＬＡＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）、又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む基板上に形成されたブランク下部電極の表面を含むことを特徴とする付記１８に記載の方法。
【００７４】
（付記２０）　前記第１のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）材料が、ＰＬＺＴ（８／６５／３５）、ＰＬＺＴ（１２／４０／６０）及びＰＬＺＴ（８／４０／６０）からなるグループから選択されることを特徴とする付記１８に記載の方法。
【００７５】
（付記２１）　前記上部クラッド層上に金属膜を成膜して上部電極を形成する工程と、
フレキシブル基板内のビアを前記上部電極に接続する工程と、
前記コア層上に結合器を作成する工程とをさらに有することを特徴とする付記１８に記載の方法。
【００７６】
（付記２２）　薄層強誘電体酸化膜を含み、シングルモードの光を伝播するシングルモード光導波路と、
前記シングルモードの光の一部分を、光ファイバから前記シングルモード光導波路に移す手段と、
１対の電極を使用して、前記シングルモード光導波路内の前記シングルモードの光を平行にする手段と、
前記１対の電極の上部電極を外部電圧源に接続する手段とを有することを特徴とする光スイッチ。
【００７７】
（付記２３）　前記シングルモード光導波路内の前記シングルモードの光を切り替える手段をさらに有することを特徴とする付記２２に記載の光スイッチ。
【００７８】
（付記２４）前記薄層強誘電体酸化膜は、厚さが約２乃至７ミクロン（μｍ）であることを特徴とする付記２２に記載の光スイッチ。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施形態の薄膜電気光学スイッチの一部分の簡略化された側面図である。
【図２】図２は本発明の実施形態の薄膜電気光学スイッチの簡略化された平面図である。
【図３】図３は本発明のもう１つの実施形態の薄形強誘電体酸化膜スイッチの構造的な側面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｅ）は本発明の実施形態の図３と類似した光スイッチを作成するプロセスを示す図（その１）である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｅ）は本発明の実施形態の図３と類似した光スイッチを作成するプロセスを示す図（その２）である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｄ）は本発明のもう１つの実施形態の積層回路により薄膜スイッチを作成するプロセスの一部分を示す図である。
【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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