(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であり、Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタル、バリウム若しくはストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の元素を示す）よりなるスラブ導波路と、
前記スラブ導波路に光学的に結合され、前記スラブ導波路に信号光を入力する入力側導波路と、
前記スラブ導波路を挟むように設けられた対向する電極を有し、前記スラブ導波路に電界を印加して屈折率を変化することにより前記スラブ導波路内を伝搬する前記信号光の進行方向を制御する光偏向素子と、
前記スラブ導波路に光学的に結合され、前記スラブ導波路から信号光を出力する複数の出力側導波路とを少なくとも有し、
前記電極は、前記出力側導波路の数をｎとして、ｎ−１個の三角形形状の個別電極に分割されており、電圧を印加する前記個別電極の数によって前記出力側導波路を選択し、
前記入力側導波路から入力された信号光を任意の前記出力側導波路に出力する
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１記載の光スイッチにおいて、
前記光偏向素子は、頂角が互いに逆方向を向くように配置された三角形形状の前記電極を少なくとも２つ有し、前記スラブ導波路内にプリズムペアを形成する
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光スイッチにおいて、
前記光偏向素子は、前記入力側導波路側に設けられた第１の光偏向素子と、前記出力側導波路側に設けられた第２の光偏向素子とを含む
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、光偏向素子及び光スイッチに係り、特に、駆動電圧を切った後も駆動電圧印加時の偏向状態を維持しうる光偏向素子並びにこのような光偏向素子を有する光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光は高速なデータ送信が可能なことから、基幹通信システムのような長距離電送では光通信が主体となっている。近年、光通信の伝送帯域は増加の一途をたどり、波長多重化（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）技術の進展と相俟って高速且つ大容量化が進んでいる。光通信システムにおいてＷＤＭネットワークを１対１の接続から複数地点間への接続に広げるためには、光信号の伝達先を切り換えるための光偏向素子が必要である。
【０００３】
従来の光偏向素子としては、機械式のマイクロミラーを用いたものが知られている。また、より高集積、高速、低損失を実現するために、強誘電体の電気光学効果による屈折率の変化を利用した光偏向素子も開発されている。ＷＤＭネットワークを構築するうえでは後者の光偏向素子がきわめて有望である。なお、電気光学効果とは、電界の印加により物質の屈折率が変化する現象をいう。
【０００４】
強誘電体の電気光学効果による屈折率の変化を利用した光偏向素子は、例えば、Q.Chen等により或いは特開平９−５７９７号公報において提案されている。
【０００５】
Q.Chen等により提案されている光偏向素子は、単結晶ＬｉＮｂＯ3ウェーハにＴｉ拡散型導波路やプロトン交換型光導波路を形成したプリズム型ドメイン反転光偏向素子及びプリズム型電極光偏向素子である（例えば、Q.Chen et al., J. Lightwave Tech. Vol.12 (1994) 1401を参照）。しかしながら、これら光偏向素子ではＬｉＮｂＯ3ウェーハの厚さである０．５ｍｍ程度の電極間隔が必要となるため、駆動電圧が非常に高く、±６００Ｖの駆動電圧を印加した場合でもわずか０．５度程度の偏向角度しか得ることができなかった。
【０００６】
一方、特開平９−５７９７号公報に記載の光偏向素子は、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3導電性単結晶基板の（１００）面上に、エピタキシャルＰＬＺＴ膜からなる厚さ６００ｎｍの薄膜光導波路が形成されたものである。特開平９−５７９７号公報に記載の光偏向素子では、駆動電圧を−１２Ｖ〜＋１２Ｖの範囲で掃引することにより、１０．８度の偏向角度を達成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬｉＮｂＯ3やＰＬＺＴ等によって光導波路を構成する上記従来の光偏向素子では、印加電圧に比例した量だけ光導波路の屈折率が変化するため、光の偏向状態を維持するためには電圧を印加し続ける必要があった。また、駆動電圧印加時の偏向状態は記憶できないため、停電などで一度電源の供給が停止してしまった場合には、再度、各偏向素子の偏向状態を設定する必要があった。
【０００８】
本発明の目的は、駆動電圧を切った後も駆動電圧印加時の偏向状態を維持しうる光偏向素子並びにこのような光偏向素子を有する光スイッチを提供することにある。
【００１１】
上記目的は、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であり、Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタル、バリウム若しくはストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の元素を示す）よりなるスラブ導波路と、前記スラブ導波路に光学的に結合され、前記スラブ導波路に信号光を入力する入力側導波路と、前記スラブ導波路を挟むように設けられた対向する電極を有し、前記スラブ導波路に電界を印加して屈折率を変化することにより前記スラブ導波路内を伝搬する前記信号光の進行方向を制御する光偏向素子と、前記スラブ導波路に光学的に結合され、前記スラブ導波路から信号光を出力する複数の出力側導波路とを少なくとも有し、前記電極は、前記出力側導波路の数をｎとして、ｎ−１個の三角形形状の個別電極に分割されており、電圧を印加する前記個別電極の数によって前記出力側導波路を選択し、前記入力側導波路から入力された信号光を任意の前記出力側導波路に出力することを特徴とする光スイッチによって達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による光偏向素子について図１乃至図３を用いて説明する。
【００１３】
図１は本実施形態による光偏向素子の構造を示す平面図及び概略断面図、図２は本実施形態による光偏向素子及び従来の光偏向素子における屈折率変化特性を示すグラフ、図３は本実施形態による光偏向素子の製造方法を示す工程断面図である。
【００１４】
はじめに、本実施形態による光偏向素子の構造について図１を用いて説明する。なお、図１（ａ）は本実施形態による光偏向素子の構造を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ′線断面に沿った概略断面図である。
【００１５】
ＮｂドープＳｒＴｉＯ3よりなる基板１０上には、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3膜（以下、ＰＭＺＴＳ膜ともいう）よりなるスラブ導波路１２が形成されている。スラブ導波路１２上には、ＩＴＯよりなる三角形形状の電極１４が形成されている。基板１０と電極１４との間には電源１６が接続されており、電極１４が形成された領域のスラブ導波路１２に所定の駆動電圧を印加できるようになっている。
【００１６】
このように、本実施形態による光偏向素子は、スラブ導波路１２が、ＰＭＺＴＳ膜によって構成されていることに主たる特徴がある。以下、ＰＭＺＴＳ膜の物性について、従来の光偏向素子のスラブ導波路１２に用いられている材料の物性との比較を交えて説明する。
【００１７】
従来の光偏向素子では、光導波路としてＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、Ｐｂ1-xＬａx（ＺｒvＴｉ1-v）1-x/4Ｏ3などの電気光学効果を有する強誘電体薄膜が用いられていた。これら強誘電体膜は、図２（ａ）に示すような屈折率変化特性を有している。すなわち、これら強誘電体膜は、初期状態で自発歪みを有しており、印加電圧が０Ｖの状態でも所定の屈折率変化量を有している。印加電圧を０Ｖから徐々に増加すると、印加電圧の変化量に比例して屈折率も徐々に増加する。この後、印加電圧を徐々に減少すると、印加電圧の変化量に比例して屈折率変化量も徐々に減少する。印加電圧を０Ｖに戻すと、屈折率変化量は初期状態の値に戻る。強誘電体膜に逆方向の電界を印加した場合も、同様の変化を示す。
【００１８】
一方、本実施形態による光偏向素子では、光導波路としてＰＭＺＴＳ膜よりなる強誘電体膜を用いる。本実施形態による光偏向素子に用いるＰＭＺＴＳ膜は、図２（ｂ）に示すような屈折率変化特性を有している。ＰＭＺＴＳ膜は、組成比を適宜制御することにより、初期状態では自発分極を持たない反強誘電体となる。この場合、印加電圧を０Ｖから徐々に増加すると、ＰＭＺＴＳ膜は強誘電体となり、初期状態と比較して屈折率が変化する。しかしながら、この後に印加電圧を徐々に減少しても屈折率の値は電圧増加時と同じ道筋はたどらず、電圧を０Ｖに戻しても反強誘電体に戻ることはない。この結果、印加電圧が０Ｖにおいても、所定の屈折率変化量が残存することとなる。このように記憶された屈折率変化量は、ＰＭＺＴＳ膜に小さな逆バイアスを印加することにより、初期状態に戻すことができる。すなわち、結晶が逆方向に歪まない程度の逆バイアスを印加することにより、屈折率は初期状態の屈折率に戻る。この後、印加電圧を０Ｖに戻しても、屈折率は初期状態の屈折率のまま維持される。なお、ＰＭＺＴＳに逆方向の電界を印加した場合も、同様の変化を示す。
【００１９】
本実施形態による光偏向素子として好適なＰＭＺＴＳ膜は、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3膜として、組成ｗ，ｘ，ｙ，ｚが、それぞれ、０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であり、Ｍが、ランタン（Ｌａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、バリウム（Ｂａ）又はストロンチウム（Ｓｒ）のいずれか１種又は２種以上の元素により構成されるものである。係る組成及び元素を適用することにより、上述の屈折率変化特性を有するＰＭＺＴＳ膜を得ることができる。
【００２０】
このようなＰＭＺＴＳ膜によりスラブ導波路１２を構成することにより、電極１４下部のＰＭＺＴＳ膜の屈折率を、電極１４に印加する駆動電圧によって適宜変化することができる。したがって、電極１４下のスラブ導波路１２を通る信号光を、電極１４下部のＰＭＺＴＳ膜によるプリズム効果により、この領域の屈折率変化量に応じた偏向量によって偏向することができる。また、電極１４下のＰＭＺＴＳ膜の屈折率は、印加電圧を切ってもほとんど変化しないため、たとえ停電などによって電圧印加が途絶えても直前の偏向状態のまま維持することができる。換言すれば、電極１４に駆動電圧を常に印加しておく必要はなく、偏向状態を維持した状態で電源の供給を停止することもできるので、消費電力を低減することが可能である。
【００２１】
次に、本実施形態による光偏向素子の製造方法について図３を用いて説明する。
【００２２】
まず、例えば抵抗率が５〜５００ｍΩ・ｃｍ程度のＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3よりなる導電性単結晶基板１０の（１００）面上に、例えばＲＦマグネトロンスパッタ法により、例えば（Ｐｂ0.99Ｎｂ0.02）（Ｚｒ0.562Ｔｉ0.063Ｓｎ0.375）0.98Ｏ3の組成を有するＰＭＺＴＳ膜をエピタキシャル成長し、基板１０上にＰＭＺＴＳ膜よりなるスラブ導波路１２を形成する。例えば、５ｗｔ％のＰｂを過剰に添加したＰＭＺＴＳセラミックターゲットを用い、基板温度を６８０℃、ガス圧を３０ｍＴｏｒｒ、ガス流量比をＡｒ／Ｏ2＝８０／２０として、５時間スパッタリングを行い、膜厚６００ｎｍのＰＭＺＴＳ膜を形成する。なお、ＰＭＺＴＳ膜は、電子ビーム蒸着法、ＭＯＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＭＯＤ法などの他の成膜方法によって形成することもできる。
【００２３】
次いで、スラブ導波路１２上に、例えばスパッタ法により、例えば抵抗率が１ｍΩ・ｃｍ、膜厚が１００ｎｍのＩＴＯ膜１８を形成する。
【００２４】
次いで、リソグラフィー及びエッチングにより、ＩＴＯ膜１８をパターニングし、ＩＴＯ膜よりなり三角形形状を有する電極１４を形成する。
【００２５】
こうして、図１に示す本実施形態による光偏向素子を形成することができる。
【００２６】
上述の製造方法により、（Ｐｂ0.99Ｎｂ0.02）（Ｚｒ0.562Ｔｉ0.063Ｓｎ0.375）0.98Ｏ3の組成を有するＰＭＺＴＳ膜を用い、電極１４の幅が２ｍｍ、高さが１０ｍｍの光偏向素子を製造し、基板１０と電極１４との間に１０Ｖの駆動電圧を印加したところ、光の偏向角度θDは約３．７度となり、実用的な印加電圧で実用的な偏向角度を得ることができた。また、印加電圧を１０Ｖから０Ｖに戻した場合における偏向角度は約３．５度であり、電界を取り除いても駆動電圧印加時の偏向角度とほぼ等しい偏向角度を維持できることが判った。また、この素子に約−２．０Ｖの電圧を印加することにより偏向角度は約０度となり、電界を取り除いた後もこの偏向角度は変化しなかった。
【００２７】
このように、本実施形態によれば、所定の組成比を有するＰＭＺＴＳ膜を用いて光導波路を構成するので、停電などによって電圧印加が途絶えても直前の偏向状態を維持しうる屈折率記憶型の光偏向素子を構成することができる。
【００２８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による光スイッチについて図４及び図５を用いて説明する。
【００２９】
図４は本実施形態による光スイッチの構造を示す平面図及び概略断面図、図５は本実施形態による光スイッチの製造方法を示す工程断面図である。
【００３０】
はじめに、本実施形態による光スイッチの構造について図４を用いて説明する。なお、図４（ａ）は本実施形態による光スイッチの構造を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ′線断面に沿った概略断面図である。
【００３１】
ＮｂドープＳｒＴｉＯ3よりなる基板２０上には、ＰＭＺＴＳ膜よりなるスラブ導波路２２が形成されている。スラブ導波路２２に隣接する領域の基板２０上には、石英よりなるレンズ２４が形成されている。レンズ２４は、スラブ導波路２２の対向する端部にそれぞれ４つづつ設けられている。スラブ導波路２２の一方の端部（図面では左側）に隣接するレンズ２４には、信号光を入力するための入力側導波路２６がそれぞれ接続されている。スラブ導波路２２の他方の端部（図面では右側）に隣接するレンズ２４には、スラブ導波路２２内を伝搬した信号光を出力するための出力側導波路２８が設けられている。
【００３２】
スラブ導波路２２上には、ＩＴＯ膜よりなる三角形形状の電極３０が形成されている。電極３０は、互いに電気的に絶縁された電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃによって構成されており、電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、信号光の伝搬方向の高さがそれぞれほぼ等しくなっている。基板２０と電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃとの間には電源３２が接続されており、電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃが形成された領域のスラブ導波路２２に、それぞれ独立して所定の駆動電圧を印加できるようになっている。
【００３３】
このように、本実施形態による光スイッチは、４チャンネルの入出力を有する光スイッチにおいて、第１実施形態による光偏向素子を用いるとともに、第１実施形態による光偏向素子の電極１４に相当する電極３０を３分割していることに主たる特徴がある。このようにして光スイッチを構成することにより、ある入力側導波路２６に入力された信号光を任意の出力側導波路２８に出力することができる。また、第１実施形態による光偏向素子を用いることにより、停電などによって電圧印加が途絶えても、直前の接続状態のまま維持することができる。
【００３４】
次に、本実施形態による光スイッチの動作について詳述する。
【００３５】
入力側導波路２６に入力された信号光は、レンズ２４によって略平行光に成形され、スラブ導波路２２に入射する。このとき、電極３０が形成された領域のＰＭＺＴＳ膜が他の領域の屈折率と等しい屈折率を有する場合、スラブ導波路２２内を導波する信号光は偏向せずに直進し、対向するレンズ２４に達する。レンズ２４に入射した信号光は、レンズ２４によって出力側導波路２６の入力端に集光され、出力側導波路２６から出力される。
【００３６】
電極３０が形成された領域のＰＭＺＴＳ膜が他の領域の屈折率と異なる場合、プリズム効果により、スラブ導波路２２内を導波する信号光は偏向する。いずれの出力側導波路２８から出力するかは、電極３０への電圧印加方法により選択することができる。
【００３７】
第１実施形態による光偏向素子のようなプリズム型光偏向素子では、信号光の偏向角度は、信号光の伝搬方向のプリズムの高さに比例する。ここで、プリズムの高さは、電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃの高さに相当する。したがって、電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃへの電圧印加方法によって、信号光の偏向角度を任意に制御することができる。例えば、電極３０の幅を２ｍｍ、高さを１０ｍｍとし、高さ方向に３分割して電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃを形成すると、１つの電極に電圧を印加する毎に１．２３度の偏向角度を得ることができる。例えば、電極３０ａのみに１０Ｖの電圧を印加した場合には約１．２３度の偏向角度を、電極３０ａ，３０ｂに１０Ｖの電圧をそれぞれ印加した場合には約２．４６度の偏向角度を、電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃに１０Ｖの電圧をそれぞれ印加した場合には約３．７度の偏向角度を得ることができる。つまり、分割した電極のうちｎ個の電極に電圧を印加したとすると、１．２３×ｎ度の偏向角度を得ることができ、ビーム偏向角度をデジタル的に制御することが可能となる。
【００３８】
この偏向角度に応じて出力側のレンズ２４及び出力側導波路を設けることにより、ある入力側導波路２６に入力された信号光を任意の出力側導波路２８に出力することができる。
【００３９】
本実施形態による光スイッチに適用する光偏向素子は、第１実施形態に示すように屈折率記憶型の光偏向素子である。したがって、電極３０に印加する電圧を遮断した場合であっても、信号光の偏向方向をそのまま維持することができる。また、電極３０が形成された領域のＰＭＺＴＳ膜の屈折率は、例えば電極３０に−２Ｖの電圧を印加することにより初期値に戻すことができる。
【００４０】
次に、本実施形態による光スイッチの製造方法について図５を用いて説明する。
【００４１】
まず、例えば抵抗率が５〜５００ｍΩ・ｃｍ程度のＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ3よりなる導電性単結晶基板２０の（１００）面上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、膜厚０．６μｍの石英膜３４を形成する（図５（ａ））。
【００４２】
次いで、リソグラフィー及びドライエッチングにより、石英膜３４をパターニングし、石英膜３４よりなるレンズ２４を形成する（図５（ｂ））。
【００４３】
次いで、レンズ２４が形成された基板２０上に、例えばＲＦマグネトロンスパッタ法により、例えば（Ｐｂ0.99Ｎｂ0.02）（Ｚｒ0.562Ｔｉ0.063Ｓｎ0.375）0.98Ｏ3の組成を有するＰＭＺＴＳ膜３６をエピタキシャル成長する（図５（ｃ））。
【００４４】
次いで、リソグラフィー及びイオンミリングにより、ＰＭＺＴＳ膜３４をパターニングし、ＰＭＺＴＳ膜３６よりなるスラブ導波路２２を形成する（図５（ｄ））。
【００４５】
次いで、スラブ導波路２２上に、例えばスパッタ法により、例えば抵抗率が１ｍΩ・ｃｍ、膜厚が１００ｎｍのＩＴＯ膜を形成する。
【００４６】
次いで、リソグラフィー及びエッチングにより、ＩＴＯ膜をパターニングし、ＩＴＯ膜よりなる電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃを形成する（図５（ｅ））。
【００４７】
こうして、図４に示す本実施形態による光偏向素子を形成することができる。
【００４８】
このように、本実施形態によれば、第１実施形態による光偏向素子を用いて光スイッチを構成するので、停電などによって電圧印加が途絶えても、直前の接続状態のまま維持しうる光スイッチを構成することができる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、４チャンネルの入出力を有する光スイッチを構成したが、チャンネル数は適宜設定することができる。この場合、電極３０を、少なくとも（チャンネル数−１）個に分割するようにすればよい。
【００５０】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による光スイッチについて図６を用いて説明する。なお、図４及び図５に示す第２実施形態による光スイッチと同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００５１】
図６は本実施形態による光スイッチの構造を示す平面図である。
【００５２】
本実施形態による光スイッチは、スラブ導波路２２上に設けられた電極の配置が異なるほかは、第２実施形態による光スイッチと同様である。すなわち、図６に示すように、本実施形態による光スイッチでは、斜辺が対向するように配置された直角三角形形状の２つの電極３０Ａ及び電極３０Ｂ（以下、電極ペア４０ともいう）を基本単位として、スラブ導波路２２の入力側導波路２６の近傍及び出力側導波路２８の近傍のそれぞれに２つずつ電極ペア４０が配置されている。
【００５３】
電極ペア４０は、スラブ導波路２２内にいわゆるプリズムペアを形成するためのものであり、電極３０Ａ及び電極３０Ｂには大きさがほぼ等しい逆極性の電圧がそれぞれ印加される。このようにしてプリズムペアを形成することにより、電極３０Ａ又は電極３０Ｂによって１つのプリズムを形成する場合と比較して、より大きい偏向角度を得ることができる。信号光の伝搬方向に２つの電極ペア４０を配置しているのも、より大きい偏向角度を得るためである。
【００５４】
出力側導波路２８近傍に設けられた２つの電極ペア４０は、入力側導波路２６近傍のプリズムペアにより偏向を受けた信号光の伝搬方向を直進方向に戻すためのものである。出力側導波路２８近傍にプリズムペアを設けることにより、出力側導波路２８に伝搬される信号光の伝搬光率を向上することができる。
【００５５】
電極３０Ａ，３０Ｂは、信号光の伝搬方向の高さがほぼ等しくなるように、それぞれ３分割されている。電極３０Ａ及び電極３０Ｂをそれぞれ３分割しているのは、第２実施形態による光スイッチにおいて電極３０を電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ２分割しているのと同様の理由である。このようにして電極３０Ａ，３０Ｂを構成することにより、分割した電極のうちのいくつに駆動電圧を印加するかによって、入力側導波路２６に入力された信号光を任意の出力側導波路２８に出力することができる。
【００５６】
このように、本実施形態によれば、第１実施形態による光偏向素子を用いて光スイッチを構成するので、停電などによって電圧印加が途絶えても、直前の接続状態のまま維持しうる光スイッチを構成することができる。
【００５７】
なお、上記実施形態では、スラブ導波路２２の入力側導波路２６の近傍及び出力側導波路２８の近傍のそれぞれに２つずつの電極ペアを設けたが、電極ペアは１つだけ設けてもよいし、３つ以上設けてもよい。また、出力側導波路２８の近傍には必ずしも電極ペアを設ける必要はない。電極ペアの数やその配置は、必要とされる偏向角度や伝搬光率等に応じて適宜選択することができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、４チャンネルの入出力を有する光スイッチを構成したが、チャンネル数は適宜設定することができる。この場合、電極３０Ａ，３０Ｂを、少なくとも（チャンネル数−１）個に分割するようにすればよい。
【００５９】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６０】
例えば、上記第２及び第３実施形態では、電極３０、３０Ａ、３０Ｂを分割する際、信号光の伝搬方向の高さがほぼ等しくなるように分割するようにしているが、必ずしも分割した電極の高さを等しくする必要はない。電極の分割方法は、電極の位置から見た各出力側導波路２８への角度に応じて適宜設定することが望ましい。
【００６１】
また、上記第２及び第３実施形態では、第１実施形態による光偏向素子を用いて光スイッチを構成する例を示したが、第１実施形態による光偏向素子を用いて他の装置を構成してもよい。例えば、第１実施形態による光偏向素子において、所定の情報に基づいて出力信号光をオンオフするように構成することにより、或いは、入力信号光の波長を変化するように構成することにより、光変調素子を構成することができる。
【００６２】
また、上記第１乃至第３実施形態では、スラブ導波路の上面のみに電極を形成し基板を下部電極として用いたが、基板とスラブ導波路との間に下部電極を形成してもよい。この場合、上部電極及び下部電極の双方を三角形形状に成形するようにしてもよいし、一方のみを三角形形状にするようにしてもよい。
【００６３】
以上詳述したように、本発明による半導体装置及びその製造方法の特徴をまとめると以下の通りとなる。
【００６４】
（付記１）  電気光学効果を有する誘電体材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように設けられた対向する電極とを有し、前記対向する電極間に電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化することにより、前記光導波路内を伝搬する信号光の波長を制御する光変調素子であって、前記誘電体材料は、初期状態において第１の屈折率を有し、第１の極性の電界を印加することにより屈折率が変化して第２の屈折率となり、前記電界を取り除いた後の屈折率が第３の屈折率として保持され、前記第３の屈折率を有する前記誘電体材料は、前記第１の極性とは異なる第２の極性の電界を印加することにより屈折率が変化し、前記電界を取り除いた後の屈折率が前記第１の屈折率となることを特徴とする光変調素子。
【００６５】
（付記２）  電気光学効果を有する誘電体材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように設けられた対向する電極とを有し、前記対向する電極間に電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化することにより、前記光導波路内を伝搬する信号光の進行方向を制御する光偏向素子であって、前記誘電体材料は、初期状態において第１の屈折率を有し、第１の極性の電界を印加することにより屈折率が変化して第２の屈折率となり、前記電界を取り除いた後の屈折率が第３の屈折率として保持され、前記第３の屈折率を有する前記誘電体材料は、前記第１の極性とは異なる第２の極性の電界を印加することにより屈折率が変化し、前記電界を取り除いた後の屈折率が前記第１の屈折率となることを特徴とする光偏向素子。
【００６６】
（付記３）  電気光学効果を有する誘電体材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように設けられた対向する電極とを有し、前記対向する電極間に電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化することにより、前記光導波路内を伝搬する信号光の進行方向を制御する光偏向素子であって、初期状態において第１の偏向角度を有し、第１の極性の電界を印加することにより第２の偏向角度となり、前記電界を取り除いた後の偏向角度が第３の偏向角度として保持され、前記第３の偏向角度を有する状態で前記第１の極性とは異なる第２の極性の電界を印加することにより偏向角度が変化し、前記電界を取り除いた後の偏向角度が前記第１の偏向角度となることを特徴とする光偏向素子。
【００６７】
（付記４）  付記２又は３記載の光偏向素子において、前記誘電体材料は、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であり、Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタル、バリウム若しくはストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の元素を示す）であることを特徴とする光偏向素子。
【００６８】
（付記５）  基板上に形成され、（Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であり、Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタル、バリウム若しくはストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の元素を示す）よりなるスラブ導波路と、前記スラブ導波路上に形成された電極とを有し、前記電極により前記スラブ導波路に電界を印加して前記スラブ導波路の屈折率を変化することにより、前記スラブ導波路内を伝搬する信号光の進行方向を制御することを特徴とする光偏向素子。
【００６９】
（付記６）  付記２乃至５のいずれか１項に記載の光偏向素子において、前記電極はくさび形状に形成されており、前記光導波路に入射した光を電気光学プリズム効果によって偏向することを特徴とする光偏向素子。
【００７０】
（付記７）  付記２乃至６のいずれか１項に記載の光偏向素子において、前記電極はｎ個（ｎは２以上の整数）の個別電極に分割されており、前記光導波路に、前記信号光の偏向角度をｎ＋１通りに振り分けるプリズム群を形成することを特徴とする光偏向素子。
【００７１】
（付記８）  （Ｐｂ1-wＭw）（Ｚｒ1-x-yＴｉxＳｎy）zＯ3（但し、０≦ｗ≦０．５、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２であり、Ｍは、ランタン、ニオブ、タンタル、バリウム若しくはストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の元素を示す）よりなるスラブ導波路と、前記スラブ導波路に光学的に結合され、前記スラブ導波路に信号光を入力する入力側導波路と、前記スラブ導波路を挟むように設けられた対向する電極を有し、前記スラブ導波路の屈折率を変化することにより前記スラブ導波路内を伝搬する前記信号光の進行方向を制御する光偏向素子と、前記スラブ導波路に光学的に結合され、前記スラブ導波路から信号光を出力する複数の出力側導波路とを有し、前記入力側導波路から入力された信号光を任意の前記出力側導波路に出力することを特徴とする光スイッチ。
【００７２】
（付記９）  付記８記載の光スイッチにおいて、前記光偏向素子は、頂角が互いに逆方向を向くように配置された三角形形状の電極を少なくとも２つ有し、前記スラブ導波路内にプリズムペアを形成することを特徴とする光スイッチ。
【００７３】
（付記１０）  付記８又は９記載の光スイッチにおいて、前記電極は、三角形形状の個別電極を複数有し、電圧を印加する前記個別電極の数によって前記出力側導波路を選択することを特徴とする光スイッチ。
【００７４】
（付記１１）  付記１０記載の光スイッチにおいて、前記電極は、前記出力側導波路の数をｎとして、ｎ−１個の前記個別電極に分割されていることを特徴とする光スイッチ。
【００７５】
（付記１２）  付記８乃至１１のいずれか１項に記載の光スイッチにおいて、前記光偏向素子は、前記入力側導波路側に設けられた第１の光偏向素子と、前記出力側導波路側に設けられた第２の光偏向素子とを含むことを特徴とする光スイッチ。
【００７６】
（付記１３）  付記８乃至１２のいずれか１項に記載の光スイッチにおいて、前記入力側導波路と前記スラブ導波路との間に、前記入力側導波路から入力される前記信号光を略平行光に成形して前記スラブ導波路に入射するレンズを更に有することを特徴とする光スイッチ。
【００７７】
（付記１４）  付記５乃至９のいずれか１項に記載の光スイッチにおいて、前記前記スラブ導波路と前記出力側導波路との間に、前記スラブ導波路から出力される前記信号光を前記出力側導波路に集光するレンズを更に有することを特徴とする光スイッチ。
【００７８】
（付記１５）  電気光学効果を有する誘電体材料よりなる光導波路と、前記光導波路を挟むように設けられた一対の電極とを有し、前記一対の電極間に電界を印加して前記誘電体材料の屈折率を変化することにより前記光導波路内を伝搬する信号光の進行方向を制御する光偏向素子の偏向方向制御方法であって、初期状態において第１の屈折率を有する前記誘電体材料に、第１の極性の電界を印加した後に前記電界を取り除き、前記誘電体材料の屈折率を前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率とすることにより、前記信号光の偏向方向を変化することを特徴とする光偏向素子の偏向方向制御方法。
【００７９】
（付記１６）  付記１５記載の光偏向素子の偏向方向制御方法において、前記第２の屈折率を有する前記誘電体材料に、前記第１の極性とは異なる第２の極性の電界を印加した後に前記電界を取り除き、前記誘電体材料の屈折率を前記第１の屈折率とすることにより、前記信号光の偏向方向を変化することを特徴とする光偏向素子の偏向方向制御方法。
【００８０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、所定の組成比を有するＰＭＺＴＳ膜を用いて光導波路を構成するので、停電などによって電圧印加が途絶えても直前の偏向状態を維持しうる屈折率記憶型の光偏向素子を構成することができる。また、このような光偏向素子を用いて光スイッチを構成するので、停電などによって電圧印加が途絶えても、直前の接続状態のまま維持しうる光スイッチを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光偏向素子の構造を示す平面図及び概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光偏向素子及び従来の光偏向素子における屈折率変化特性を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態による光偏向素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による光スイッチの構造を示す平面図及び概略断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による光スイッチの製造方法を示す工程断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態による光スイッチの構造を示す平面図である。
【符号の説明】
１０…基板
１２…スラブ導波路
１４…電極
１６…電源
１８…ＩＴＯ膜
２０…基板
２２…スラブ導波路
２４…レンズ
２６…入力側導波路
２８…出力側導波路
３０…電極
３２…電源
３４…石英膜
３６…ＰＭＺＴＳ膜
４０…電極ペア
【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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