(57)【要約】  【課題】高いスイッチング応答性を有し、小型化が容易で、しかも光信号の入射角依存性のないフォトニック結晶を用いた光スイッチを提供する。  【解決手段】この光スイッチは、第１光路と、第１光路から所定角度で分岐する第２光路と、第１光路上の第２光路の分岐部に配置されるフォトニック結晶と、フォトニック結晶の入射側の光路に配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器と、ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するための制御手段とを含み、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる光信号が第１光路に入力される時、ＴＥ−ＴＭモード変換器の制御に基づいて、フォトニック結晶を透過して第１光路を進行する出力と、光信号がフォトニック結晶で全反射して第２光路に進行する出力のいずれかを選択的に提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の入力端を有する直線状光路と、前記直線状光路から所定角度で分岐する分岐光路と、前記直線状光路上における分岐光路の分岐部に配置されるフォトニック結晶と、前記直線状光路の入力端とフォトニック結晶との間に配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器と、前記ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するための制御手段とを含む光スイッチであって、前記光スイッチは、前記入力端を介して直線状光路にＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる光信号が入力される時、前記ＴＥ−ＴＭモード変換器の制御に基づいて、フォトニック結晶を透過して前記直線状光路内を進行する第１出力と、前記光信号がフォトニック結晶で反射して前記分岐光路内を進行する第２出力のいずれかを選択的に提供することを特徴とするフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項２】
ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる上記光信号が上記ＴＥ−ＴＭモード変換器によってＴＥ偏波およびＴＭ偏波の他方にモード変換される時、上記光信号はフォトニック結晶によって反射され上記分岐光路に進行し、モード変換されない時、上記光信号はフォトニック結晶を透過して上記直線状光路を進行することを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項３】
上記フォトニック結晶によって反射され、分岐光路に進行した光信号を再度モード変換するため、上記分岐光路上に配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項４】
上記光信号とは別の光信号の入力端を有するとともに、ＴＥ−ＴＭモード変換器が配置された追加光路を含み、前記追加光路は上記分岐光路と一直線をなすように前記分岐部で連結され、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる前記別の光信号が前記追加光路に入力される時、上記制御手段による前記追加光路上のＴＥ−ＴＭモード変換器の制御に基づいて、上記光スイッチは上記フォトニック結晶を透過して分岐光路に進行する第３出力と、フォトニック結晶で反射して上記直線状光路に進行する第４出力のいずれかを選択的に提供することを特徴とする請求項１乃至３に記載のフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項５】
ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる上記別の光信号が上記ＴＥ−ＴＭモード変換器によってＴＥ偏波およびＴＭ偏波の他方にモード変換される時、上記別の光信号はフォトニック結晶によって反射されて上記直線状光路に進行し、モード変換されない時、上記別の光信号はフォトニック結晶を透過して上記分岐光路に進行することを特徴とする請求項４に記載のフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項６】
上記フォトニック結晶によって反射され、直線状光路に進行した上記別の光信号を再度モード変換するため、上記直線状光路上に配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項７】
交差する１対の直線状光路と、前記一対の直線状光路の交差部に配置されるフォトニック結晶と、前記直線状光路の少なくとも一方において前記フォトニック結晶の両側に配置される一対のＴＥ−ＴＭモード変換器と、前記ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するための制御手段とを具備することを特徴とするフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項８】
ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方を透過し、他方を反射するように設計された複数のフォトニック結晶を所望の光路上に配置してなるフォトニック結晶配列と、前記フォトニック結晶の各々に光学的に隣接するように配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器と、前記ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するための制御手段とを具備する光スイッチであって、前記複数のフォトニック結晶から選択される所望の一つに隣接する前記ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御することにより前記光スイッチに入力された光信号が前記フォトニック結晶の所望の一つによってスイッチングされることを特徴とするフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項９】
ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる第１成分を透過し、他方でなる第２成分を反射するように設計された複数の第１フォトニック結晶を所望の光路上に配置してなる第１フォトニック結晶配列体と、前記第１成分を反射し、第２成分を透過するように設計された複数の第２フォトニック結晶を所望の光路上に配置してなる第２フォトニック結晶配列体と、前記第１フォトニック結晶および第２フォトニック結晶の各々に光学的に隣接するように配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器と、前記ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するための制御手段とを具備する光スイッチであって、前記複数の第１フォトニック結晶から選択される所望の一つに隣接する前記ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するとともに、前記複数の第２フォトニック結晶から選択される所望の一つに隣接する前記ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御することにより、前記光スイッチに入力された光信号のＴＥ偏波成分およびＴＭ偏波成分が前記第１フォトニック結晶の所望の一つおよび前記第２フォトニック結晶の所望の一つによってそれぞれスイッチングされることを特徴とするフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項１０】
上記光スイッチに入力される光信号をＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分とに分離するための分波器とを含むことを特徴とする請求項９に記載のフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項１１】
上記分波器により分離されたＴＥ偏波成分およびＴＭ偏波成分を上記第１フォトニック結晶および上記第２フォトニック結晶によってそれぞれスイッチングした後、これらの偏波成分を合流させて単一の光信号とするための合波器を含むことを特徴とする請求項１０に記載のフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項１２】
ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の両方を含む光信号が入力される入力端を有する第１光路と、前記第１光路から所定角度で分岐する第２光路と、前記第１光路上における第２光路の分岐部に配置され、前記光信号をＴＥ偏波およびＴＭ偏波に分離するための分波器と、前記第１光路から所定角度で分岐する第３光路と、前記第１光路上における第３光路の分岐部に配置され、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる第１成分を透過し、他方でなる第２成分を反射するように設計された第１フォトニック結晶と、前記第１フォトニック結晶と分波器との間に配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器と、前記第２光路から所定角度で分岐する第４光路と、前記第２光路上における第４光路の分岐部に配置され、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる前記第１成分を反射し、他方でなる前記第２成分を透過するように設計された第２フォトニック結晶と、前記第２フォトニック結晶と分波器との間に配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器と、前記第３光路と第４光路の交差部に配置される合波器とを具備してなることを特徴とするフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項１３】
前記分波器と合波器の少なくとも一方は、上記第１フォトニック結晶および第２フォトニック結晶のいずれかであることを特徴とする請求項１２に記載のフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【請求項１４】
上記直線状光路および分岐光路は、光学導波路によって提供されることを特徴とする請求項１乃至１３に記載のフォトニック結晶を用いた光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信ネットワークに好適に使用され、小型で高速応答性を有するフォトニック結晶を用いた光スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の光ファイバーの間で目的に応じて光路を切り替える光スイッチは、光クロスコネクター(ＯＸＣ：optical cross connector)とも呼ばれ、光通信ネットワークを構成する最も重要な光学部品の一つである。光スイッチとしては、例えば、ＭＥＭＳ(micro-electrical-mechanical system)方式や電磁バルブ(electrical-magnetic valve)方式により可動ミラーを駆動させて光路を切り替えるバルク型光スイッチがある（例えば、特許文献１参照）。この光スイッチ１００は、図１１に示すように、交差部１０２で十字に連結される４つの光路（１１０ａ〜１１０ｄ）と、ミラー駆動手段（図示せず）により交差部内に出し入れ可能な可動ミラー１２０とで主として構成される。
【０００３】
この光スイッチによれば、交差部１０２に可動ミラー１２０が挿入されていない場合、光路１１０ａに入力された第１光信号は、交差部を介して１直線上に延出する光路１１０ｃに直進する。同様に、光路１１０ｂに入力された第２光信号は、交差部を介して１直線上に延出する光路１１０ｄに直進する。一方、交差部１０２に可動ミラー１２０が挿入されると、光路１１０ａに入力された第１光信号は、可動ミラーによって反射され光路１１０ｄに進行する。同様に、光路１１０ｂに入力された第２光信号は、可動ミラーによって反射され光路１１０ｃに進行する。このように、可動ミラー１２０の出し入れにより光路を切り替えることができる。
【０００４】
また、光学材料にチャネル光導波路を形成し、導波路の交差部に電気的に光の進行方向を制御する手段を設けた光導波路型光スイッチが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この光スイッチ２００は、図１２に示すように、化合物半導体、石英、ＰＬＺＴあるいはポリマー等でなる光導波路層２３０に形成される直線型チャネル光導波路２１０と直線型チャネル光導波路にＹ分岐部２２０を介して接続する一対のＳ字型チャネル光導波路（２４０ａ、２４０ｂ）、およびＹ分岐部２２０に電圧を印加するため光導波路層上に形成される一対の電極（２５０ａ、２５０ｂ）とで主に構成される。
【０００５】
この光スイッチ２００によれば、一方の電極に電圧を印加した場合、電圧を印加した電極に対応する光導波路の屈折率が低下するため、直線型チャネル光導波路２１０に入力された光信号はＹ分岐部２２０で電圧が印加されておらず屈折率が低下していないＳ字型チャネル光導波路の方に進行する。このようにして、光路をスイッチングすることができる。
【０００６】
さらに、互いに直交する２つの偏波成分、即ち、ＴＥ(TE：Transverse Electric)偏波とＴＭ(TM：Transverse Magnetic)偏波のうちの一方がビーム反射器によって反射され、他方が透過される原理を用いた光スイッチが提案されている（例えば、特許文献３参照）。この光スイッチ３００は、図１３に示すように、基板上に形成される平坦な光学被膜３３０に形成され、交差部３２０で交差する光路（３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ）と、光路上に配置される一対のＴＥ−ＴＭ変換器（３４０ａ、３４０ｂ）と、ビーム反射器として交差部に設けられる回折格子３５０とで主に構成される。
【０００７】
この光スイッチ３００によれば、例えば、光路３１０ａに入力された光信号がＴＥ偏波でなり、これが光路３１０ａ上のＴＥ−ＴＭモード変換器３４０ａによってＴＭ偏波に変換されると、回折格子３５０によって反射されて光路３１０ｃに向かって進行する。光路３１０ｃに反射されたＴＭ偏波は、光路３１０ｃ上のＴＥ−ＴＭモード変換器３４０ｂによって再びＴＥ偏波に変換される。一方、ＴＥ−ＴＭモード変換器３４０ａによってＴＭ偏波に変換されなければ、回折格子３５０を透過して光路３１０ｂに向かって直進する。このようにして、光路をスイッチングすることができる。
【特許文献１】米国特許第６、３１５、４６２号明細書（図１、図７、第２コラム、第６コラム）
【特許文献２】特開２００２−２４４１６８号公報（図１、段落「０００５」、発明の実施の形態）
【特許文献３】米国特許第４，１５３、３２９号明細書（図３、第３および第４コラム）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記したバルク型光スイッチは、波長依存性が少ないという利点があるものの、ミラーを機械的に移動させるため、応答スピードには自ずと限界がある。例えば、その応答速度はミリ秒の範囲である。また、交差部周囲にミラー駆動手段の形成を必要とするので、複数の光スイッチをマトリックス状に配列させた場合には小型化し難いという問題もある。
【０００９】
また、上記した光導波路型光スイッチによれば、スイッチング応答性は改善されるものの、光路の交差角が小さく（一般に３°以下）、出射側に光ファイバーを配置するには少なくとも光ファイバーの直径以上の距離で一対のＳ字型チャネル光導波路の出力端どうしを互いから離さなければならない。このため、チャネル光導波路の延出方向に比較的長い構造となり、光スイッチの小型化を困難にしている。特に、この種の光スイッチを複数個並べてマトリックス化する場合にはその小型化が重要な課題となる。
【００１０】
さらに、上記した偏波成分を利用した光スイッチにおいては、ビーム反射器として回折格子３５０を使用しており、この回折格子の反射率はビームの入射角に強い依存性を有するので、略直角で交差する光路において全入射光を反射してスイッチングすることは不可能である。すなわち、光学導波路に入射した光は一般に光学導波路内をジグザグに進み、回折格子への入射角がある狭い範囲内であれば全反射されるが、この範囲外であると全反射されなくなる。このような強い入射角依存性は、ビーム反射器として多層膜ミラーを使用した場合にも同様に認められる。このように、ビーム反射器として回折格子や多層膜ミラーを用いた光スイッチにおいては、入射光の全エネルギーを交差する光路に効率よく反射できないという問題がある。換言すれば、強い入射角依存性を有するこの種の光スイッチには、信頼性の高いスイッチング動作を提供する観点から依然として改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型化が容易で、スイッチングに関して高速応答性を有し、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の一方に対して透過性を示し、他方に対しては入射角依存性のない全反射を示すフォトニック結晶を用いた光スイッチを提供することにある。
【００１２】
すなわち、本発明のフォトニック結晶を用いた光スイッチは、光信号の入力端を有する直線状光路と、直線状光路から所定角度で分岐する分岐光路と、直線状光路上における分岐光路の分岐部に配置されるフォトニック結晶と、直線状光路の入力端とフォトニック結晶との間に配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器と、ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するための制御手段とを含み、入力端を介して直線状光路にＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる光信号が入力される時、ＴＥ−ＴＭモード変換器の制御に基づいて、フォトニック結晶を透過して直線状光路内を進行する第１出力と、光信号がフォトニック結晶で反射して分岐光路内を進行する第２出力のいずれかを選択的に提供することを特徴とする。
【００１３】
本発明の光スイッチは、上記光信号とは別の光信号の入力端を有するとともに、ＴＥ−ＴＭモード変換器が配置された追加光路を含むことが好ましい。この追加光路は、分岐光路と一直線をなすように分岐部で連結され、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる前記別の光信号が追加光路に入力される時、制御手段による追加光路上のＴＥ−ＴＭモード変換器の制御に基づいて、光スイッチはフォトニック結晶を透過して分岐光路に進行する第３出力と、フォトニック結晶で反射して直線状光路に進行する第４出力のいずれかを選択的に提供する。
【００１４】
より具体的には、直線状光路および追加光路にそれぞれ入力されたＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる光信号およびこの光信号とは別の光信号が、ＴＥ−ＴＭモード変換器によってＴＥ偏波およびＴＭ偏波の他方にそれぞれモード変換される時、前記光信号はフォトニック結晶によって反射され分岐光路に進行するとともに、前記別の光信号はフォトニック結晶によって反射され直線状光路に進行し、モード変換されない時、前記光信号はフォトニック結晶を透過して直線状光路を進行するとともに、前記別の光信号はフォトニック結晶を透過して分岐光路を進行するように光スイッチを構成することが好ましい。
【００１５】
また、本発明のさらなる目的は、フォトニック結晶を複数個、所定パターン、例えば、一列(アレイ)配置したり、行列(マトリックス)配置することにより、所望のフォトニック結晶によるスイッチング動作を選択的に実現できる光スイッチを提供することにある。
【００１６】
すなわち、この光スッチは、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方を透過し、他方を反射するように設計された複数のフォトニック結晶を所望の光路上に配置してなるフォトニック結晶配列と、フォトニック結晶の各々に光学的に隣接するように配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器と、ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するための制御手段とを具備し、複数のフォトニック結晶から選択される所望の一つに隣接する前記ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御することにより前記光スイッチに入力された光信号が前記フォトニック結晶の所望の一つによってスイッチングされることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の別の目的は、上記した長所に加えて入力される光信号の偏波状態に依存しない光スイッチを提供することにある。
【００１８】
すなわち、この光スイッチは、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる第１成分を透過し、他方でなる第２成分を反射するように設計された複数の第１フォトニック結晶を所望の光路上に配置してなる第１フォトニック結晶配列体と、前記第１成分を反射し、第２成分を透過するように設計された複数の第２フォトニック結晶を所望の光路上に配置してなる第２フォトニック結晶配列体と、前記第１フォトニック結晶および第２フォトニック結晶の各々に光学的に隣接するように配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器と、前記ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するための制御手段とを具備する。複数の第１フォトニック結晶から選択される所望の一つに隣接するＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するとともに、複数の第２フォトニック結晶から選択される所望の一つに隣接するＴＥ−ＴＭモード変換器を制御することにより、光スイッチに入力された光信号のＴＥ偏波成分およびＴＭ偏波成分が前記複数の第１フォトニック結晶の所望の一つおよび前記複数の第２フォトニック結晶の所望の一つによってそれぞれスイッチングされることを特徴とする。
【００１９】
より具体的には、本発明の光スイッチは、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の両方を含む光信号が入力される入力端を有する第１光路と、前記第１光路から所定角度で分岐する第２光路と、前記第１光路上における第２光路の分岐部に配置され、前記光信号をＴＥ偏波およびＴＭ偏波に分離するための分波器と、前記第１光路から所定角度で分岐する第３光路と、前記第１光路上における第３光路の分岐部に配置され、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる第１成分を透過し、他方でなる第２成分を反射するように設計された第１フォトニック結晶と、前記第１フォトニック結晶と分波器との間に配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器と、前記第２光路から所定角度で分岐する第４光路と、前記第２光路上における第４光路の分岐部に配置され、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる前記第１成分を反射し、他方でなる前記第２成分を透過するように設計された第２フォトニック結晶と、前記第２フォトニック結晶と分波器との間に配置されるＴＥ−ＴＭモード変換器と、前記第３光路と第４光路の交差部に配置される合波器とを具備してなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、誘電率の異なる２種類もしくはそれ以上の材料を光の波長程度の間隔で周期的に配列させてなる多次元周期構造であるフォトニック結晶をビーム反射器として用いているので、ミラー等を機械的に駆動させて光路をスイッチングする場合に比して、格段に早い応答速度でスイッチング動作を実現できる。また、光スイッチを複数個配置してマトリックス化する場合にも全体の構造が複雑化することなく容易に小型化することができる。さらに、本発明のフォトニック結晶は、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の一方に対して透過性を示し、他方に対しては入射角依存性のない全反射を示すように設計されているので、略直角で交差する光路に入射角に依存することなく全入射光を切り替えることができる。
【００２１】
また、光スイッチに入力された光信号をＴＥ偏波成分およびＴＭ偏波成分に分離し、それぞれを異なる反射−透過特性を有する２種類のフォトニック結晶によりスイッチングした後、再び合成して出力する構成とした場合は、入力される光信号の偏波状態に依存しない光スイッチを提供することができる。
【００２２】
さらに、複数のフォトニック結晶をマトリックス状に配置してなるマトリックス型光スイッチとした場合は、従来よりも小型化できるとともに、複数の光ファイバー間を目的に応じて高速スイッチングでき、迂回経路を確保するためのスイッチング動作も可能になるので、信頼性の高いより柔軟な光通信ネットワークシステムの実現が期待される。
【００２３】
本発明のさらなる目的および長所は、添付の図面を参照しながら、以下の発明を実施するための最良の形態からより明確に理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の光スイッチを以下の好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態にかかる光スイッチ１は、光信号の入力端１１を有する直線状光路１０と、この直線状光路から大きな角度、例えば、略９０度で分岐する分岐光路２０と、直線状光路１０における分岐光路２０の分岐部１２に配置されるフォトニック結晶ＰＣと、直線状光路１０の入力端１２とフォトニック結晶ＰＣとの間、および分岐光路２０に配置される一対のＴＥ−ＴＭモード変換器（４０、４１）と、ＴＥ−ＴＭモード変換器への電圧印加を制御するための制御手段（図示せず）とを含む。
【００２５】
直線状光路１０および分岐光路２０は、光学導波路によって形成されることが好ましい。例えば、光学導波路を構成する材料としては、ＰＬＺＴ、ＬｉＮｂＯ３、ＳｒＢａＮｂＯ３のような強誘電体材料、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２のような希土類イオン酸化物でなる磁気光学材料、ＰＭＭＡやポリイミドのようなポリマー材料、あるいはシリカや窒化珪素のようなアモルファス無機材料を使用することができる。このように、光学導波路は、電気光学効果(electro-optical effect)および偏光回転効果(polarization rotation effect)を有する機能性材料で形成され、特に後述するフォトニック結晶と同じ材料で形成することが好ましい。
【００２６】
フォトニック結晶ＰＣは、誘電率の異なる２種類もしくはそれ以上の材料を光の波長程度の間隔で周期的に配列させてなる多次元周期構造を有する。例えば、フォトニック結晶ＰＣは、パターンを構成する最小ユニットが３角形、正方形、長方形およびそれらの混在パターンのいずれかとなるように基材内に複数の空気孔あるいは円柱を周期的に配列してなる２次元周期構造を有することが好ましい。
【００２７】
図２を参照しながら、本発明に使用されるフォトニック結晶の構造についてより具体的に説明する。図２（ａ）のフォトニック結晶ＰＣは、第１材料でなる円柱体７０を所定周期で配列させた２次元周期構造体である。隣接する円柱体７０の間の空間には、第１材料とは誘電率が異なる第２材料（空気でも良い）が充填されている。図２（ｂ）のフォトニック結晶ＰＣは、固体の第２材料でなる直方体と、この直方体中に所定周期で設けた複数の円柱状空隙７１とで構成される。また、図２（ｃ）のフォトニック結晶１は、六角形凹部（図示せず）が所定間隔で周期的に形成されているハニカム表面を有する基板（例えば、シリコン基板）７５と、このハニカム表面に積層される所定数の薄膜とでなる人工積層構造であり、薄膜は、第１材料（例えば、アモルファスＳｉ）からなる下層７７と、第２材料（例えば、ＳｉＯ２）からなる上層７９とが互い違い配列されてなる。後述するように、本発明に使用されるフォトニック結晶は偏光依存性を有する必要があり、これは構造的なものであって、図２（ａ）や図２（ｂ）に示されるような２次元フォトニック結晶に固有の特徴である。尚、図２（ｃ）のフォトニック結晶は３次元構造であるが、対称ではないので、擬２次元構造と考えられ、偏光依存性が存在する。フォトニック結晶を構成する材料としては、例えば、ＳｉやＧａＡｓのような半導体材料、ＰＬＺＴ、ＬｉＮｂＯ３やＳｒＢａＮｂＯ３のような強誘電性材料、あるいはＹ３Ｆｅ５Ｏ１２のような透光性磁性材料等を使用することができる。
【００２８】
ＴＥ−ＴＭモード変換器４０は、電場や磁場のような外部場を印加することにより、光の直交する２つの偏波成分であるＴＥ（TE：Transverse Electric）偏波とＴＭ（TM：Transverse Magnetic）偏波の一方を他方にモード変換する機能を有する。本実施形態では、制御手段によって印加される所定電圧に基づいて、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の間のモード変換が行われる。また、ＴＥ−ＴＭモード変換器４０の各々は、一対の櫛歯状電極を含み、一方の櫛歯状電極の櫛歯が他方の櫛歯状電極の隣接する櫛歯の間に位置するように光路上に配置される。あるいは、ＴＥ−ＴＭモード変換器の電極をジグザグパターンを有する単一の電極で構成しても良い。要するに、本発明に使用されるＴＥ−ＴＭモード変換器の電極は、電極に沿って電流が流れる際に光路内に磁場が生成されるような形状に形成されればよいのである。ＴＥ−ＴＭモード変換器４０を構成する材料としては、例えば、ＰＬＺＴ、ＬｉＮｂＯ３あるいはＳｒＢａＮｂＯ３のような電気光学強誘電体材料、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２のような磁気光学材料、酵素ドープしたＰＭＭＡのような電気光学ポリマー材料を用いることができる。また、ＴＥ−ＴＭモード変換器の電極材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔのような金属材料、ＹＢＣＯ、ＬＳＣＯ、ＩｒＯ２のような金属−酸化物導電性材料を用いることができる。尚、ＴＥ−ＴＭモード変換器４０はバッファ層を介して光路上に配置しても良い。バッファ層の材料としては、例えば、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ５および酵素ドーピングなしのＰＭＭＡのような電気絶縁材料を用いることができる。
【００２９】
このような構成でなる光スイッチにおいて、例えば、直線状光路１０の入力端１１にＴＥ偏波が入力される場合、制御手段により電圧がＴＥ−ＴＭモード変換器４０に印加されないと（Ｖ＝０）、ＴＥ偏波はＴＥ−ＴＭモード変換器４０によってモード変換されること無く通過してフォトニック結晶ＰＣに向かって進行する。本実施形態のフォトニック結晶は、ＴＥ偏波を透過するように設計されているので、ＴＥ偏波は図１（ａ）に示すようにフォトニック結晶を貫通して直線光路１０をそのまま直進する。
【００３０】
一方、制御手段により所定電圧がＴＥ−ＴＭモード変換器４０に印加されると（Ｖ≠０）、入力されたＴＥ偏波はＴＥ−ＴＭモード変換器４０によりＴＭ偏波にモード変換される。本実施形態のフォトニック結晶はＴＭ偏波をその入射角に依存することなく、換言すればあらゆる入射角に対して全反射するように設計されているので、ＴＭ偏波は図１（ｂ）に示すようにフォトニック結晶で全反射して分岐光路２０に進行する。分岐光路２０に進行したＴＭ偏波は、分岐光路上のＴＥ−ＴＭモード変換器４１によって再びＴＥ偏波に変換されるので、分岐光路２０の出力端からは入力時と同じＴＥ偏波が出力されることになる。つまり、制御手段により所定電圧（Ｖ≠０）が一対のＴＥ−ＴＭ変換器（４０、４１）に印加されるので、ＴＥ−ＴＭ変換器４０からフォトニック結晶ＰＣを介して他方のＴＥ−ＴＭ変換器４１に至るまでの光路においてはＴＭ偏波として進行するのである。
【００３１】
フォトニック結晶による光信号の透過および全反射についてさらに詳しく説明する。図３（ａ）は、空気孔７４を空気とは誘電率の異なる固体（例えば、ＰＬＺＴ）でなる第２材料内に周期的に配列させてなる２次元フォトニック結晶に入射した光が全反射される様子を模式的に示したものである。このような構造を有するフォトニック結晶は、屈折率、配列パターン、隣接する空気孔のピッチ、空気孔の直径等のパラメータを適切に設定することにより、偏光状態の一つ、例えばＴＥ偏波に対して禁止帯域（forbidden bandgap）を形成することができる。また、図３（ｂ）は、ＰＬＺＴでなる第２材料中に図３（ａ）に示すような正方形格子パターンに空気孔を設けてなるフォトニック結晶に関して計算により求めたフォトニックバンド構造を示しており、図３（ｂ）中の水平の点線によって示されるバンドギャップにある周波数のＴＥ偏波は、いかなる角度で入射した光も全反射される。さらに、図３（ｃ）は、フォトニック結晶の透過率に関してＦＤＴＤシミュレーションにより得られたプロファイルであり、矢印で示すバンドギャップにおいて透過率がゼロ、すなわち全反射することを示している。このように、本発明に使用されるフォトニック結晶は、例えばＴＥ偏波に対してその入射角度に依存することなく全反射する性質を有している。
【００３２】
一方、図４（ａ）は、図３（ａ）と全く同じ構造でなるフォトニック結晶であるが、ＴＥ偏波に対しては全く異なる特性を示す。すなわち、図４（ｂ）のフォトニックバンド構造に示されるように、ＴＭ偏波の場合は点線によって示される部位にバンドギャップが存在しない。また、図４（ｃ）のＦＤＴＤシミュレーション結果は、ＴＥ偏波と同じ周波数であってもＴＭ偏波であればフォトニック結晶を通過できることを示している。このように、適切に設計されたフォトニック結晶は、ＴＭ偏波とＴＥ偏波との間に透過と全反射の高い選択性を有すると共に、入射角に依存しない高い反射率を提供するビーム反射器(beam reflector)として利用することができる。
【００３３】
このように、本発明の光スイッチによれば、ＴＥ−ＴＭモード変換器の制御に基づいて、フォトニック結晶を透過して直線状光路１０内を進行する第１出力と、光信号がフォトニック結晶で反射して分岐光路２０内を進行する第２出力のいずれかを選択的に提供することができるのである。
【００３４】
尚、直線状光路の入力端にＴＭ偏波を入力する場合は、ＴＭ偏波を透過するようにフォトニック結晶を設計すればよい。制御手段により電圧がＴＥ−ＴＭモード変換器４０に印加されない時（Ｖ＝０）、ＴＭ偏波はＴＥ−ＴＭモード変換器４０でモード変換されることなく通過し、フォトニック結晶を貫通して直線状光路をそのまま直進する。一方、制御手段により所定電圧がＴＥ−ＴＭモード変換器４０に印加される時（Ｖ≠０）、入力されたＴＭ偏波はＴＥ−ＴＭモード変換器４０によりＴＥ偏波に変換され、フォトニック結晶ＰＣで全反射して分岐光路２０に向かって進行する。分岐光路２０に進行したＴＥ偏波は、分岐光路上のＴＥ−ＴＭモード変換器４１によって再びＴＭ偏波に変換されるので、分岐光路の出力端からは入力時と同じＴＭ偏波が出力されることになる。
【００３５】
上記した光スイッチの複数個を直線状光路１０に配置すれば、１入力端に対して複数の出力端を有する光スイッチアレイを提供することができる。すなわち、図５に示すように、入力端１１を介して直線状光路１０に光信号が入力され、複数個のフォトニック結晶（ＰＣｉ、ｉ＝1,2,3…)のいずれかに対応するＴＥ−ＴＭモード変換器４０に電圧を印加すれば、複数の分岐光路の一つから上記した原理に基づいて光信号を出力することができる。図５の実施形態では、直線状光路１０を直進する場合と、３つの分岐光路（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）に進行する場合の計４つの異なる出力のいずれかを選択的に提供することができる。尚、図５には、３つのフォトニック結晶（ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３）のうちフォトニック結晶ＰＣ２に対応するＴＥ−ＴＭモード変換器４０に所定電圧（Ｖ≠０）が制御手段によって印加され、フォトニック結晶ＰＣ２によって全反射されたＴＭ偏波が分岐光路２０ｂに進行する場合が図示されている。
【００３６】
図５の光スイッチアレイを分岐光路２０の延長方向に複数個配置してマトリックス化すれば、複数の入力端の各々に対して複数の出力端を有するマトリックス型光スイッチを提供することができる。このマトリックス型光スイッチにおいては、複数個のフォトニック結晶（ＰＣｉｊ、ｉ＝1,2,3…，ｊ＝1,2,3…..)のいずれかに対応するＴＥ−ＴＭモード変換器４０に電圧を印加することにより所望の分岐光路から上記した原理に基づいて光出力を選択的に提供することができる。
【００３７】
例えば、図６の実施形態では、入力端（１１ａ、１１、１１ｃ）を有する３つの直線状光路（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）の各々において、直線状光路を貫通する場合と、３つの分岐光路（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）に進行する場合の４つの異なる信号経路が提供される。尚、図６には、９つのフォトニック結晶（ＰＣ１１、ＰＣ２１、ＰＣ３１、ＰＣ１２、ＰＣ２２、ＰＣ３２、ＰＣ１３、ＰＣ２３、ＰＣ３３)のうちフォトニック結晶ＰＣ22に対応するＴＥ−ＴＭモード変換器４０に所定電圧（Ｖ≠０）が制御手段によって印加され、フォトニック結晶ＰＣ22によって全反射されたＴＭ偏波が分岐光路２０ｂに進行する場合が図示されている。この場合、フォトニック結晶ＰＣ22によって全反射されたＴＭ偏波は分岐光路上の対応するＴＥ−ＴＭモード変換器４１によってＴＥ偏波に再度変換された後、直下のフォトニック結晶ＰＣ23に向かうので、このＴＥ偏波はフォトニック結晶ＰＣ23を貫通して分岐光路を直進することができる。
（第２実施形態）
本実施形態では、クロス型光スイッチについて説明する。このクロス型光スイッチ１は、図７に示すように、光信号の入力端１１を有する直線状光路１０と、この直線状光路から９０度で分岐する分岐光路２０と、直線状光路における分岐光路の分岐部１２に配置されるフォトニック結晶ＰＣと、直線状光路１０の入力端１１とフォトニック結晶ＰＣとの間および分岐光路２０に配置される一対のＴＥ−ＴＭモード変換器（４０、４１）と、別の光信号の入力端３１を有し、分岐光路２０と一直線をなすように分岐部１２に連結される追加光路３０と、追加光路上および直線状光路のフォトニック結晶の出射側に配置される一対のＴＥ−ＴＭモード変換器（４２，４３）と、これらのＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するための制御手段（図示せず）とを含む。換言すれば、本発明のクロス型光スイッチ１は、交差する１対の直線状光路と、直線状光路の交差部１２に配置されるフォトニック結晶ＰＣと、各直線状光路においてフォトニック結晶の両側に配置される合計４個のＴＥ−ＴＭモード変換器（４０〜４３）と、ＴＥ−ＴＭモード変換器を制御するための制御手段とを含むことを特徴とする。
【００３８】
このクロス型光スイッチ１によれば、例えば、ＴＥ偏波でなる光信号が直線状光路１０の入力端１１に入力されるとともに、ＴＥ偏波でなる別の光信号が追加光路３０の入力端３１に入力される場合、制御手段により４つのＴＥ−ＴＭモード変換器（４１〜４３）に電圧が印加されない時（Ｖ＝０）、ＴＥ偏波はＴＥ−ＴＭモード変換器４０および４２でモード変換されることなく通過してフォトニック結晶ＰＣに向かって進行する。本実施形態においては、フォトニック結晶ＰＣがＴＥ偏波を透過するように設計されているので、図７（ａ）に示すように、直線状光路１０の入力端１１に入力されたＴＥ偏波はフォトニック結晶ＰＣを貫通して直線状光路１０を直進し、追加光路３０の入力端３１に入力されたＴＥ偏波はフォトニック結晶ＰＣを貫通して分岐光路２０に向かって直進する。
【００３９】
一方、制御手段により４つのＴＥ−ＴＭモード変換器（４０〜４３）に電圧が印加される時（Ｖ≠０）、入力端１１を介して直線状光路１０に入力されたＴＥ偏波および入力端３１を介して追加光路３０に入力されたＴＥ偏波はそれぞれＴＥ−ＴＭモード変換器４０および４２によってＴＭ偏波にモード変換される。本実施形態においては、フォトニック結晶ＰＣがＴＭ偏波を全反射するように設計されているので、図７（ｂ）に示すように、直線状光路１０の入力端１１に入力され、ＴＭ偏波にモード変換された光信号はフォトニック結晶ＰＣで全反射されて分岐光路２０に進行する。分岐光路に進行したＴＭ偏波は、分岐光路上のＴＥ−ＴＭモード変換器４１によって再びＴＥ偏波に変換されるので、分岐光路２０の出力端からは入力時と同じＴＥ偏波が出力される。同様に、追加光路３０の入力端３１に入力され、ＴＭ偏波にモード変換された光信号はフォトニック結晶ＰＣで全反射されて直線状光路１０の入力端とは反対側、すなわち直線状光路１０の出力端に向かって進行する。直線状光路１０に進行したＴＭ偏波は、ＴＥ−ＴＭモード変換器４３によって再びＴＥ偏波に変換されるので、直線状光路１０の出力端からは入力時と同じＴＥ偏波が出力される。
【００４０】
このように、本発明のクロス型光スイッチによれば、ＴＥ−ＴＭモード変換器の制御に基づいて、２つの光信号が単一のフォトニック結晶を透過するモードと、単一のフォトニック結晶の対向する２面で反射させるモードとの間を切り替えることにより、入力端１１を介して直線状光路１０に入力された光信号に関しては、フォトニック結晶を透過して直線状光路内を進行する第１出力と、フォトニック結晶で全反射して分岐光路内を進行する第２出力のいずれかを選択的に提供することができ、入力端３１を介して追加光路３０に入力された光信号に関しては、フォトニック結晶を透過して分岐光路に進行する第３出力と、フォトニック結晶で全反射して直線状光路の出力端側に進行する第４出力のいずれかを選択的に提供することができるのである。
【００４１】
図８に、上記したクロス型光スイッチを複数個マトリックス状に配置した実施形態を示す。この図では、複数の直線状光路（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…）のうちの一つ（１０ｂ）の入力端を介して入力された光信号（例えば、ＴＥ偏波）と、複数の追加光路（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…）のうちの一つ（３０ｂ）の入力端を介して入力された別の光信号（例えば、ＴＥ偏波）とが、制御手段により所定電圧（Ｖ≠０）が印加されたフォトニック結晶ＰＣ２２に対応するＴＥ−ＴＭ変換器（４０、４２）によってそれぞれＴＭ偏波にモード変換され、このフォトニック結晶ＰＣ２２によって全反射される様子が図示されている。全反射されたＴＭ偏波の各々は、電圧（Ｖ≠０）が印加されたＴＥ−ＴＭ変換器（４１、４３）によってＴＥ偏波に再度モード変換され、それぞれ分岐光路（２０ｂ）および直線状光路（１０ｂ）の出力端に向かって進行する。
（第３実施形態）
上記実施形態においては、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の一方でなる光信号を全反射、他方を透過させることでスイッチング動作が実現されているが、本実施形態は、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の両方を含む光信号をそれぞれＴＥ偏波成分およびＴＭ偏波成分に一旦分離してスイッチングし、スイッチング後に再度両成分を合成して出力する入力される光信号の偏波状態に依存しない光スイッチを提供する。
【００４２】
すなわち、図９に示すように、入力端１１を介して第１光路１０に入力された光信号は、フォトニック結晶でなる分波器６０によってＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分とに分離される。すなわち、光信号のＴＥ偏波成分は分波器６０を透過して第１光路１０を直進する。第１光路１０上には、所定間隔離して複数個の第１フォトニック結晶（ＰＣｉ、ｉ＝1,2,3…)が配置されており、各フォトニック結晶の配置されている箇所で第１光路１０から略直角方向に第２光路（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が分岐している。一方、光信号のＴＭ偏波成分は分波器６０によって全反射され、分波器の配置されている箇所で第１光路１０から略直角で分岐する第３光路５０に向かって進む。
【００４３】
第１光路上に配置された第１フォトニック結晶（ＰＣｉ）の各々は、ＴＥ偏波成分を透過し、ＴＭ偏波成分を全反射するように設計されている。また、各第１フォトニック結晶（ＰＣｉ）毎に一対のＴＥ−ＴＭモード変換器（４０、４１）が光路上に配置されている。すなわち、一方のＴＥ−ＴＭモード変換器４０は、各フォトニック結晶（ＰＣｉ）の入射側の第１光路１０上に配置され、他方のＴＥ−ＴＭモード変換器４１は、各フォトニック結晶（ＰＣｉ）の位置から分岐する第２光路（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）上に配置される。各第１フォトニック結晶（ＰＣｉ）の一対のＴＥ−ＴＭモード変換器（４０、４１）には制御手段により電圧を印加することができる。
【００４４】
従って、スイッチング動作を行いたい所望のフォトニック結晶に対応する一対のＴＥ−ＴＭモード変換器（４０、４１）に所定電圧（Ｖ≠０）が印加されると、その第１フォトニック結晶の入射側に配置されたＴＥ−ＴＭモード変換器４０によってＴＥ偏波成分はＴＭ偏波成分にモード変換され、これにより、第１フォトニック結晶に入射したＴＭ偏波成分は全反射されて所定の第２光路に進路変更させられる。第２光路に進行したＴＭ偏波成分は、続いて出射側のＴＥ−ＴＭモード変換器４１によって再びＴＥ偏波成分にモード変換される。モード変換後、ＴＥ偏波成分は第２光路上に配置されたフォトニック結晶でなる合波器８１を透過して第２光路の出力端に向かって直進する。
【００４５】
さて、分波器６０によって全反射され、第３光路５０に送られた光信号のＴＭ偏波成分は、例えば、フォトニック結晶でなる反射器６１によって第１光路と略平行に延出する第４光路に全反射される。第４光路５１上には、所定間隔離して複数個の第２フォトニック結晶（ＰＣｉ’、ｉ＝1,2,3…)が配置されており、各第２フォトニック結晶の配置されている箇所で第４光路５１から略直角方向に第５光路（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）が分岐している。
【００４６】
第４光路上に配置された第２フォトニック結晶（ＰＣｉ’）の各々は、第１フォトニック結晶とは反対の光学的性質、すなわちＴＭ偏波成分を透過し、ＴＥ偏波成分を全反射するように設計されている。また、各第２フォトニック結晶（ＰＣｉ’）毎に一対のＴＥ−ＴＭモード変換器（４４、４５）が光路上に配置されている。すなわち、一方のＴＥ−ＴＭモード変換器４４は、各第２フォトニック結晶（ＰＣｉ’）の入射側の第４光路上に配置され、他方のＴＥ−ＴＭモード変換器４５は各第２フォトニック結晶（ＰＣｉ’)の配置されている箇所から分岐する第５光路（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）上に配置される。各第２フォトニック結晶（ＰＣｉ’）の一対のＴＥ−ＴＭモード変換器（４４、４５）には制御手段により電圧を印加することができる。
【００４７】
ここで、上記したように、第１光路１０上のスイッチング動作を行いたい所望の第１フォトニック結晶（ＰＣｉ）に対応する一対のＴＥ−ＴＭモード変換器（４０、４１）に所定電圧（Ｖ≠０）が印加されると、第４光路５１上のスイッチング動作が行われるべき第２フォトニック結晶（ＰＣｉ’）に対応する一対のＴＥ−ＴＭモード変換器（４４、４５）にも所定電圧（Ｖ≠０）が印加される。これにより、その第２フォトニック結晶の入射側に配置されたＴＥ−ＴＭモード変換器４４によってＴＭ偏波成分はＴＥ偏波成分にモード変換され、第２フォトニック結晶に入射したＴＥ偏波成分は全反射されて所望の第５光路（例えば、５２ｂ）に進路変更させられる。第５光路５２ｂに進行したＴＥ偏波成分は、続いて出射側のＴＥ−ＴＭモード変換器４５によって再びＴＭ偏波成分にモード変換される。モード変換後、ＴＭ偏波成分は第５光路上の端部に配置された、例えば、フォトニック結晶でなる反射器８０により第６光路５３に全反射される。第６光路５３は合波器８１の配置されている箇所で第２光路２０ｂに合流し、第６光路から供給されるＴＭ偏波成分は合波器８１によって全反射され、第２光路をその出力端に向かって進行する。
【００４８】
ここに、前記した合波器８１を透過して第２光路２０ｂの出力端に向かって直進するＴＥ偏波成分が、合波器８１により全反射されて第２光路２０ｂ内に進入してきたＴＭ偏波成分と合流するので、スイッチングされて所望の出力端から出力される光信号は、入力端１１への入力時と同様にＴＥ偏波成分およびＴＭ偏波成分の両方で構成されることになる。このように、本実施形態によれば、入力される光信号の偏波状態に依存しない高速スイッチング性能を有する光スイッチを提供することができ、また両方の偏波状態を含む光信号をスイッチングできることから、ＴＥ偏波もしくはＴＭ偏波のいずれか一方でなる光信号をスイッチングする場合に比べて、より高い強度の光信号を出力することができる。
【００４９】
また、第１光路１０上のいずれの第１フォトニック結晶（ＰＣｉ）によっても反射されなかったＴＥ偏波成分は、すべての第１フォトニック結晶（ＰＣｉ）を透過して第１光路の出力端に向かう。一方、第４光路５１上のいずれの第２フォトニック結晶（ＰＣｉ’）によっても反射されなかったＴＭ偏波成分は、すべてのフォトニック結晶（ＰＣｉ’）を透過して第４光路の末端に進行する。第４光路５１の末端には、例えば、フォトニック結晶でなる反射器６２が配置されており、ＴＭ偏波成分はこの反射器で全反射されて第１光路１０上に配置されたフォトニック結晶でなる合波器６３に送られる。この合波器を構成するフォトニック結晶は、第１光路を進んできたＴＥ偏波成分を透過し、第４光路を進んできたＴＭ偏波成分を全反射するので、結果的にこれら２つの偏波成分は合波器で合流し、第１光路の出力端から出力される光信号は、入力端１１への入力時と同様にＴＥ偏波成分およびＴＭ偏波成分の両方で構成されることになる。
【００５０】
尚、図９では、第１光路１０上の複数個の第１フォトニック結晶（ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ3）のうちの一つ（ＰＣ２）に対応するＴＥ−ＴＭ変換器４０によってＴＥ偏波成分がＴＭ偏波成分にモード変換され、第１フォトニック結晶（ＰＣ２）によって全反射されると共に（図９中、太線矢印）、第４光路５１上の複数個の第２フォトニック結晶（ＰＣ1’、ＰＣ２’、ＰＣ３’）のうちの一つ（ＰＣ２’）に対応するＴＥ−ＴＭ変換器４４によってＴＭ偏波成分がＴＥ偏波成分にモード変換され、第２フォトニック結晶（ＰＣ２’）によって全反射される（図９中、点線矢印）。その後、全反射されたそれぞれの偏波成分はＴＥ−ＴＭ変換器（４１、４５）によってそれぞれ再度モード変換された後、合波器８１で合流してＴＥ偏波成分およびＴＭ偏波成分の両方で構成される光信号が複数の第２光路（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）のうちの所望の一つ（２０ｂ）の出力端から提供される様子が描かれている。
【００５１】
上記した第３実施形態の光スイッチは、１入力端に対して複数の出力端を有するアレイ型であるが、この光スイッチを第２光路の延長方向に複数個配置してマトリックス化し、複数の入力端の各々に対して複数の出力端を有するマトリックス型光スイッチとしてもよい。例えば、図１０はそのようなマトリックス型光スイッチの一例を示している。基本構成は上記説明と同じであるので省略するが、この図においては、入力端（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を有する複数の第１光路（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…）の一つ（１０ｂ）の入力端１１ｂを介して入力された光信号が、分波器６０によってＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分に分離された後、第１光路上を進むＴＥ偏波成分は、複数個の第１フォトニック結晶（ＰＣｉｊ、ｉ＝1,2,3…，ｊ＝1,2,3…..)の一つ（ＰＣ３２）に対応するＴＥ−ＴＭモード変換器４０によってＴＭ偏波成分にモード変換され、この第１フォトニック結晶（ＰＣ３２）によって全反射されて第２光路２０ｃに進路変更させられている（図１０中、太線矢印）。
【００５２】
一方、入力端１１ｂを介して第１光路１０ｂに入力された光信号から分波器６０によって分離されたＴＭ偏波成分は、第４光路５１ｂに送られ、そこで複数個の第２フォトニック結晶（ＰＣｉｊ’、ｉ＝1,2,3…，ｊ＝1,2,3…..)の一つ（ＰＣ３２’）に対応するＴＥ−ＴＭモード変換器４４によってＴＥ偏波成分にモード変換される。次いで、ＴＥ偏波成分は第２フォトニック結晶（ＰＣ３２’）によって全反射されて第５光路５２ｃに進路変更させられている（図１０中、点線矢印）。
【００５３】
モード変換後、それぞれの偏波成分は、対応するＴＥ−ＴＭ変換器（４１、４５）によって再度モード変換され、合波器８１で合流し、それらの両方で構成される光信号が第２光路（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）の所望の一つ（２０ｃ）から出力される。
【００５４】
以上、本発明のかかる光スイッチを好ましい実施形態に基づいて説明してきたが、これらは本発明の技術思想を理解するためのものであって、本発明を限定する意味に解釈されるべきでない。また、本発明の技術思想を逸脱しない限りにおいて、本発明の構成を適宜変更してもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
上記したように、本発明の光スイッチによれば、ＴＥ偏波とＴＭ偏波のいずれか一方を透過し、他方をその入射角に依存することなく全反射するフォトニック結晶を採用したことにより、スイッチング速度を顕著に改善することができる。また、２種類の異なる反射ー透過特性を有するフォトニック結晶を採用する場合は、入力される光信号の偏波状態に依存することなく、より高い信号強度の光信号を出力することができる。このような効果を備えた本発明の光スイッチは、光通信ネットワークや次世代の光通信機器に利用される光学部品として広くその応用が期待されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１実施形態に基づく光スイッチの動作を示す概略図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の光スイッチに使用可能な種々のフォトニック結晶を示す斜視図である。
【図３】（ａ）はＴＥ偏波がフォトニック結晶を全反射する様子を示す概略図である、（ｂ）は、全反射時におけるフォトニックバンド構造を示す図であり、（ｃ）全反射時におけるＴＥ偏波の周波数−吸収強度の関係を示すプロファイルである。
【図４】（ａ）はＴＭ偏波がフォトニック結晶を透過する様子を示す概略図である、（ｂ）は、透過時におけるフォトニックバンド構造を示す図であり、（ｃ）透過時におけるＴＭ偏波の波長−吸収強度の関係を示すプロファイルである。
【図５】複数のフォトニック結晶を一列配置してなる光スイッチアレイを示す概略図である。
【図６】図５の光スイッチアレイを複数個配置してなる本発明のマトリックス型光スイッチを示す概略図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２実施形態に基づくクロス型光スイッチの動作を示す概略図である。
【図８】図７のクロス型光スイッチを複数個マトリックス配置した実施形態を示す概略図である。
【図９】本発明の第３実施形態に基づく、ＴＭ偏波とＴＥ偏波の両方を含む光信号用の光スイッチを示す概略図である。
【図１０】第３実施形態の光スイッチをマトリックス配置した実施形態を示す概略図である。
【図１１】従来のバルク型光スイッチを示す部分上面図である。
【図１２】従来の光導波路型光スイッチを示す概略上面図である。
【図１３】ＴＥ偏波とＴＭ偏波の間のモード変換を利用した従来の光スイッチの要部概略図である。
【符号の説明】
【００５７】
１                    光スイッチ
１０                  直線状光路
１１                  入力端
１２                  分岐部
２０                  分岐光路
４０、４１            ＴＥ−ＴＭ変換器
【図１】
2005128080.tif 000003
【図２】
2005128080.tif 000004
【図３】
2005128080.tif 000005
【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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【図１２】
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【図１３】
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