(57)【要約】【課題】  低コスト化が可能なマルチモード光導波路を用いることができ、波長依存性が少なく、小型化や低消費電力化に有利で、例えば１×Ｎチャンネル光スイッチとして機能する光情報処理装置、及びその製造に好適に用いられる光導波路装置及び光路切り替え装置を提供すること。【解決手段】  光導波路層２に光入射路コア３と光出射路コア４〜８を設け、光入射路コア３には、これを分断するように、鏡を選択的に出し入れできる間隙９〜１２を設ける。この上に、４つの鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄからなる光路切り替え装置を、各鏡駆動装置の鏡が、それぞれ、間隙９〜１２の真上に配置されるように固定して、１×５チャンネルの光スイッチを形成する。鏡駆動装置４０では、表面にコイル４４が形成されたシーソー板４３が支持棒４２によって回動可能なように支持され、コイル４４に流す電流の有無と方向により、鏡５０を間隙９〜１２に出し入れすることができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射路が１つ以上の間隙で分断されて設けられ、
前記間隙は、反射面を有する光方向変換手段が選択的に出し入れ可能であるように設  けられ、
前記間隙の光入射側に、前記光入射路と前記反射面で交わるように光出射路が設けら  れ、
前記光方向変換手段の動作によって、前記光入射路を伝播してきた光が、前記間隙の  先の前記光入射路へ進むか、又は、前記光出射路へ反射されるかが選択されるように構  成されている、
光導波路装置。
【請求項２】
前記光入射路が反射部で方向転換されている、請求項１に記載した光導波路装置。
【請求項３】
前記反射部で方向転換された光の光路が、前記間隙の前記光入射路側において前記光  方向変換手段に設けられた第２の反射面で第２の光出射路と交わり、
前記光方向変換手段の動作によって、前記光路を伝播してきた光が、前記間隙の先の  光路へ進むか、又は前記第２の光出射路へ反射されるか、又はこの反射光が他の前記間  隙内に存在する前記第２の反射面で更に反射されるかが、前記間隙毎に選択されるよう  に構成されている、
請求項２に記載した光導波路装置。
【請求項４】
コアとクラッドとの接合体からなり、前記コアによって前記光入射路及び前記光出射路が形成されている、請求項１に記載した光導波路装置。
【請求項５】
前記接合体によって光導波路層が形成され、この光導波路層の少なくとも前記コアを分断するように、前記間隙が設けられている、請求項３記載した光導波路装置
【請求項６】
前記接合体が部分的に欠除され、この欠除部によって前記間隙が形成されている、請求項４記載した光導波路装置。
【請求項７】
光導波路層がコアとクラッドとの接合体によって形成され、前記接合体が部分的に欠除され、この欠除部の壁面に前記反射部が存在する、請求項２に記載した光導波路装置。
【請求項８】
前記接合体が樹脂によって形成されている、請求項４に記載した光導波路装置。
【請求項９】
光入射路を分断するように構成され、
反射面を有する光方向変換手段が前記光入射路の分断箇所に選択的に出し入れ可能で  あるように設けられ、
前記光入射路を伝播してきた光が、先の前記光入射路へ進むか、又は、前記光入射路  と前記反射面で交わるように設けられた光出射路へ反射されるかが選択されるように構  成されている、
光路切り替え装置。
【請求項１０】
反射面を有する光方向変換手段の複数個が、前記光入射路の前記分断箇所に前記反射面が選択的に出し入れ可能であるように相前後して設けられ、前記光入射路に挿入された前記反射面によって反射された反射光が、複数の前記反射面ごとに互いに異なる光出射路に出射されるように構成されている、請求項９に記載した光路切り替え装置。
【請求項１１】
前記光入射路側において前記光方向変換手段に第２の反射面が設けられ、
前記光方向変換手段の動作によって、光路を伝播してきた光が、その先の光路へ進む  か、又は第２の光出射路へ反射されるか、又はこの反射光が他の前記光方向変換手段の  前記第２の反射面で更に反射されるかが、前記光方向変換手段毎に選択されるように構  成されている、
請求項１０に記載した光路切り替え装置。
【請求項１２】
前記光方向変換手段が支持体に固定され、複数の前記支持体が長さ方向を略平行にして幅方向に並置され、前記光入射路が前記長さ方向と斜めに交差する方向に配置されている、請求項１０に記載した光路切り替え装置。
【請求項１３】
前記支持体の複数個が前記長さ方向の位置をずらせて並置されている、請求項１２に記載した光路切り替え装置。
【請求項１４】
前記長さ方向の位置を揃えて並置されている複数の前記支持体において、前記光方向変換手段が固定されている位置が、前記支持体間で互いに前記長さ方向にずれている、請求項１２に記載した光路切り替え装置。
【請求項１５】
前記光方向変換手段が支持体に固定され、複数の前記支持体が長さ方向を略平行にして幅方向に並置され、前記光入射路が前記長さ方向と略直交する方向に設定され、光入射方向に対して傾斜した状態で前記反射面が前記光入射路の前記分断箇所に挿入される、請求項１０に記載した光路切り替え装置。
【請求項１６】
前記支持体が支軸の回りに回動可能な回動体であり、前記光方向変換手段が前記支軸の少なくとも一端側に設けられ、前記回動体を所定方向に回動させるための駆動手段を有する、請求項９〜１５のいずれか１項に記載した光路切り替え装置。
【請求項１７】
前記回動体に設けられた通電用のコイルと、前記回動体の両端近傍に配置された磁石とによって前記駆動手段が構成されている、請求項１６に記載した光路切り替え装置。
【請求項１８】
請求項１〜８のいずれか１項に記載した光導波路装置と、請求項９〜１７のいずれか１項に記載した光路切り替え装置とからなり、前記間隙に選択的に出し入れ可能な前記光方向変換手段を設けた、光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光配線用の各種装置等に好適に用いられる光導波路装置及び光路切り替え装置、並びに光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を更に向上されるためには、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となる。しかし、電気信号配線においては、配線の時定数による信号遅延や、ノイズ発生等の問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。
【０００３】
こうした問題を解決する光配線（光インターコネクション）が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能であり、例えばチップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、この光導波路を信号変調されたレーザ光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。
【０００４】
このような光配線システムにおいては、電気回路におけるスイッチに相当して、複数の光路の中から適切な光路を選択する装置（以下、簡単に光スイッチということがある。）が必要であり、その１つに、１チャンネルの入力ポートに入射された光信号をＮチャンネルの出力ポートのいずれか１つに出射する１×Ｎチャンネルの多チャンネル光スイッチがある。
【０００５】
従来、光導波路を用いた光配線システムの光スイッチは、石英系材料を用いたものでは、例えば後述の特許文献１に示されているように、方向性結合器やマッハツェンダ干渉器などを用いた多段接続分岐により構成され、ポリマー系材料を用いたものでは、例えば後述の特許文献２に示されているように、熱光学（Thermo-Optic：ＴＯ）効果を用いたＹ分岐光導波路スイッチの多段構成により構成されてきた。
【０００６】
図９は、特許文献１に開示されている、Ｍチャンネルの入力ポートとＮチャンネルの出力ポートからなるＭ×Ｎマトリックス光スイッチを構成するのに用いられる２×２チャンネルの光スイッチを示す説明図である。この装置は、シリコン基板上に形成された石英系ガラス光導波路１０１と１０２とからなり、両者は、クロスト−クを無視できる角度θで交差部１０５において交差し、また、２本の光導波路を近接させることによって、各々結合率５０％の方向性結合器１０３と１０４とが形成されている。これらの方向性結合器によって挟まれた領域において、光導波路１０２の実効光路長は、光導波路１０１の実効光路長より、信号光の波長の半分程度長く作られ、光導波路１０１にはヒータ１０６が備えられている。
【０００７】
この装置は、ヒータ１０６に通電していない状態では、２つの光導波路間で生ずる位相差は、スイッチ全体では打ち消され、入力ポート１０１ａに入力された光信号は出力ポート１０１ｂから出力され、入力ポート１０２ａに入力された光信号は出力ポート１０２ｂから出力される。一方、ヒータ１０６に通電して、２つの方向性結合器によって挟まれた領域における光導波路１０１を加温して、熱光学効果による屈折率の増加により、２つの光導波路の実効光学長を等しくすると、２つの方向性結合器の作用で、入力ポート１０１ａに入力された光信号は出力ポート１０２ｂから出力され、入力ポート１０２ａに入力された光信号は出力ポート１０１ｂから出力される。
【０００８】
図１０は、特許文献２に開示されている、Ｙ分岐光導波路の熱光学効果を用いた１×２チャンネル光スイッチ１１０の構成を示す説明図である。この装置では、対称なＹ分岐光導波路１１１に２つのヒータ１１４−１と１１４−２とが配置されており、入力ポート１１２に入力された光信号が入力ポート１１３−１または１１３−２に出力される。光ゲートスイッチ１２０と１３０とは、１×２光スイッチ１１０と同様の構造と機能を有し、１×２光スイッチ１１０と組み合わせて、光スイッチのオン／オフ比を高めるのに用いられる。
【０００９】
１×２チャンネル光スイッチ１１０の動作は、下記の通りである。電圧を印加していない状態では、Ｙ分岐光導波路１１１は対称であり、入力ポート１１２に入力された光信号は、出力ポート１１３−１および１１３−２に等しい強さで出力される。これに対し、電圧をヒータ１１４−２に印加すると、その下部にある出力ポート１１３−２側の光導波路は温められて屈折率が低くなる。小さくなった屈折率がコアのまわりのクラッドの屈折率と同じになると、このコアに入射しようとする光は大部分が反射され、加温されていない、屈折率が高いままの、出力ポート１１３−１側の光導波路の方へ伝播していくから、入力ポート１１２に入力された光信号は、出力ポート１１３−１に出力される。逆に、電圧をヒータ１１４−１に印加した場合には、この逆になり、光信号は出力ポート１１３−２に出力される。
【００１０】
【特許文献１】特許第２６２５３１２号公報（第３−６頁、図３）
【特許文献２】特開平９−３０４７９７号公報（第２及び３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、光路を切り替える手段として方向性結合器やマッハツェンダ干渉器を用いるには、その動作原理上、光導波路が単一モード導波路であることが必要になり、この条件を満たすために、光導波路コアの断面の大きさがおおよそ６〜１０μｍ以下に制限される。このような細い光導波路コアを用いて光配線を形成すると、高い工作精度が必要になり、コスト高の原因となる。従って、大きな光導波路コアサイズが許容され、低コストで作製可能な光配線を形成するためには、モード数の多いマルチモード光導波路でも使用可能な、方向性結合器に代わる光路切り替え手段が必要である。
【００１２】
また、方向性結合器やマッハツェンダ干渉器からなる光路切り替え手段では、図９に示されているように、光導波路の方向転換が必要になる箇所が多数存在し、曲線形光導波路が多用される。コアとクラッドの屈折率の差が小さい材料からなる光導波路では、曲率半径の小さい曲線形光導波路を形成すると、クラッドへの光漏れによる光損失が大きくなる。従って、光漏れによる光損失を抑えるためは、曲率半径の大きな光導波路を多数用いる必要があり、光配線が大型化して、装置を小型化することが難しくなる。
【００１３】
また、屈折率は波長によって変化するため、方向性結合器やマッハツェンダ干渉器で生じる位相差には波長依存性がある。このため、光の位相差に基づいて光の進路を切り替える光スイッチでは、波長が変わると光の進路が変化してしまう不都合が生じる可能性がある。
【００１４】
更に、光路の切り替えに、熱光学効果を用いたＹ分岐光導波路スイッチや熱光学スイッチ（ＴＯスイッチ）を用いる場合には、ヒータ加熱による消費電力が大きくなるという問題もある。また、上記した波長依存性に対応するために複数箇所に設けたヒータで光導波路を加熱する方式があるが、この場合は、消費電力がさらに大きくなり、また、装置が大型化するのは避けられない。
【００１５】
本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、低コスト化が可能なマルチモード光導波路を用いることができ、波長依存性が少なく、小型化や低消費電力化に有利で、例えば１×Ｎチャンネル光スイッチとして機能する光情報処理装置、及びその製造に好適に用いられる光導波路装置及び光路切り替え装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
即ち、本発明は、
光入射路が１つ以上の間隙で分断されて設けられ、
前記間隙は、反射面を有する光方向変換手段が選択的に出し入れ可能であるように設  けられ、
前記間隙の光入射側に、前記光入射路と前記反射面で交わるように光出射路が設けら  れ、
前記光方向変換手段の動作によって、前記光入射路を伝播してきた光が、前記間隙の  先の前記光入射路へ進むか、又は、前記光出射路へ反射されるかが選択されるように構  成されている、
光導波路装置に係わり、また、
光入射路を分断するように構成され、
反射面を有する光方向変換手段を有し、この光方向変換手段が前記光入射路の分断箇  所に選択的に出し入れ可能であるように設けられ、
前記光入射路を伝播してきた光が、前記間隙の先の前記光入射路へ進むか、又は、前  記光入射路と前記反射面で交わるように設けられた光出射路へ反射されるかが選択され  るように構成されている、
光路切り替え装置に係わるものである。
【００１７】
そして、前記光導波路装置と前記光路切り替え装置とからなり、前記間隙に選択的に出し入れ可能な前記光方向変換手段を設けた、光情報処理装置に係わるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光情報処理装置によれば、前記光導波路装置の前記光入射路が１つ以上の前記間隙で分断されて設けられ、この間隙は、前記光路切り替え装置の、前記反射面を有する前記光方向変換手段が選択的に出し入れ可能であるように形成されている。そして、前記光導波路装置の前記間隙の光入射側には、前記光入射路と前記反射面で交わるように前記光出射路が設けられ、前記光方向変換手段の動作によって、前記光入射路を伝播してきた光が、前記間隙の先の前記光入射路へ進むか、又は、前記光出射路へ反射されるかが、選択されるように構成されている。
【００１９】
従って、前記光導波路装置の前記光入射路に入射された信号光は、前記間隙に前記光方向変換手段が挿入されている場合には、前記反射面で反射されて前記光導波路装置の前記光出射路へ取り出され、前記光方向変換手段が挿入されていない場合には、前記間隙の先の前記光入射路へ導かれる。このように、信号光が出射される光路の切り替えが確実に行われ、本発明の光情報処理装置は、光導波路を用いた光配線システムの１×２チャンネル光スイッチとして機能する。また、前記間隙とそこに配される前記光方向変換手段を複数設けることで、出力先を多チャンネル化することも容易である。
【００２０】
この際、前記光信号が進む光路の切り替えは、前記反射面における反射の有無のみで行われるから、光の干渉を用いる場合と異なり、光導波路が単一モード光導波路に制限されることはなく、光信号が進む光路の選択に波長依存性が生じることは少ない。
【００２１】
また、本発明の光情報処理装置は、従来の方向性結合器やマッハツェンダ干渉器を用いる光スイッチなどの光情報処理装置と異なり、光導波路の方向を変えるための曲がり箇所がなく、また、光の干渉領域のような長い距離を必要とする光導波路部分がないため、光配線を小型化でき、その結果として光情報処理装置全体を小型化することができる。
【００２２】
また、光路の切り替えに必要な操作は、前記方向変換手段を前記間隙に出し入れするのみであるから、Ｙ分岐光導波路スイッチや熱光学スイッチ（ＴＯスイッチ）などのヒータ加熱を必要とする方式に比べ、低消費電力化に有利である。
【００２３】
本発明の光導波路装置及び本発明の光路切り替え装置は、本発明の光情報処理装置を構成する上で不可欠の部材である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の光情報処理装置に入射される光は、特に限定されるものではないが、例えば、半導体レーザ光等のレーザ光を挙げることができる。
【００２５】
本発明において、前記信号光を出射する前記光出射路を３チャンネル以上に多チャンネル化するには、前記光入射路に複数の前記間隙が設けられ、これらの間隙を前記分断箇所として、これらに選択的に出し入れ可能であるように、前記反射面を有する前記光方向変換手段の複数個が相前後して配置され、前記間隙において前記光入射路に挿入された前記反射面によって前記信号光が反射され、この反射された信号光が、複数の前記反射面ごとに互いに異なる前記光出射路に出射されるように構成されているのがよい。
【００２６】
また、前記光入射路が反射部で方向転換されているのがよい。そして、前記反射部で方向転換された光の光路が、前記間隙の前記光入射路側において前記光方向変換手段に設けられた第２の反射面で第２の光出射路と交わり、前記光方向変換手段の動作によって、前記光路を伝播してきた光が、前記間隙の先の光路へ進むか、又は前記第２の光出射路へ反射されるか、又はこの反射光が他の前記間隙内に存在する前記第２の反射面で更に反射されるかが、前記間隙毎に選択されるように構成されているのがよい。このように、前記光情報処理装置の内部で前記光入射路を方向転換させ、その先の光路にも前記間隙と前記光方向変換手段を設けることで、前記光情報処理装置のサイズをコンパクトに保ったまま、出力チャンネル数を増加させることができる。
【００２７】
また、前記光入射路に複数の前記光方向変換手段を挿入可能にする方式を、光路切り替え装置の側からより具体的に検討すると、装置をよりコンパクトにするためには、前記光方向変換手段が固定されている複数の支持体が、長さ方向を略平行にして幅方向に並置されるのがよい。
【００２８】
この際、複数の前記光方向変換手段の前記反射面で反射された信号光が互いに重ならないためには、前記信号光が前記反射面に正面から垂直に入射しないこと、言い換えると、前記光入射路と前記反射面が斜めに交わることが必要である。
【００２９】
これを実現する好ましい方式は、長さ方向を略平行にして幅方向に並置された各支持体に、前記反射面が前記長さ方向と略平行になるように前記光方向変換手段を固定し、前記光入射路に対してこの長さ方向が斜めに交差するように前記光路切り替え装置を配置する方式である。
【００３０】
この場合、前記光入射路に前記反射面を挿入できるように、各前記光方向変換手段が前記支持体の同じ位置に固定されている場合には、複数個の前記支持体の前記長さ方向の位置を前記光入射路に合わせてずらせるようにし（実施の形態１を参照のこと。）、複数個の前記支持体が前記長さ方向の位置を揃えて並置されている場合には、前記支持体に前記光方向変換手段を固定する位置を前記光入射路に合わせてずらせるようにする（実施の形態３を参照のこと。）のがよい。
【００３１】
また、何らかの理由で前記光入射路が前記長さ方向と略直交する方向に設定される場合には、前記反射面が光入射方向に対して傾斜した状態で前記光入射路の前記間隙に挿入されるように、前記支持体に前記光方向変換手段を固定するのがよい。
【００３２】
また、本発明の光導波路装置が、コアとクラッドとの接合体からなり、前記コアによって前記光入射路と前記光出射路とが形成されているのがよい。この際、前記接合体によって光導波路層が形成され、この光導波路層の少なくとも前記コアを分断するように、前記第１の間隙及び前記第２の間隙が設けられているのがよく、加えて、前記接合体が部分的に欠除され、この欠除部によって前記間隙が形成されているのがよい。このようにすると、前記光導波路装置を半導体製造技術を用いて一括して効率よく作製することができる。
【００３３】
ここで、光導波路層がコアとクラッドとの接合体によって形成されており、前記接合体が部分的に欠除され、この欠除部の壁面に前記反射部が存在するのがよい。このようにすると、半導体製造技術を用いて容易に前記反射部を形成することができるとともに、前記欠除部は空気で占められ、屈折率が小さいので、信号光を前記反射面で全反射させることができる。
【００３４】
また、前記接合体が樹脂によって形成されているのがよい。光導波路の材料として有機材料系の樹脂を用いることで、従来の石英系光導波路を用いる場合に比べて、光導波路作製プロセスを簡易化できる。例えば、ＵＶ（紫外線）硬化型有機材料を用いると、スピンコート等による成膜や、フォトリソグラフィーによるコア加工が可能であり、石英系光導波路のようなＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長法）またはＦＨＤ（Flame Hydrolysis Deposition；火炎堆積法）等による成膜や、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング法）によるコア加工が必要ではなくなり、安価な設備投資と低い製造コストで、前記光導波路を作製することが可能になる。
【００３５】
また、本発明の光路切り替え装置において、前記支持体が支軸の回りに回動可能な回動体であり、前記光方向変換手段が前記支軸の少なくとも一端側に設けられ、前記回動体を所定方向に回動させるための駆動手段を有するのがよい。
【００３６】
また、前記回動体に設けられた通電用のコイルと、前記回動体の両端近傍に配置された磁石とによって前記駆動手段が構成されているのがよい。
【００３７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に詳細に説明するが、本発明は下記の例に何ら限定されるものではない。
【００３８】
実施の形態１
実施の形態１は、本発明の光情報処理装置の１例として１×５チャンネル光スイッチを構成した例である。この多チャンネル光スイッチは、図２に示す光導波路装置の上に、図５に示す光路切り替え装置を、図１に示すように実装して形成される。
【００３９】
図２は、実施の形態１に基づく光導波路装置の斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。この光導波路装置では、例えばシリコンなどの基板１の上にコアとクラッドの接合体からなる光導波路層２が形成されており、下部クラッドと上部クラッドの間に導光路であるコアが埋め込まれている。コアは、前記光入射路として光入射路コア３が設けられ、前記光出射路として光出射路コア４〜８が設けられている。
【００４０】
光導波路層２は、例えば、アクリル系有機溶剤を用いて作製され、コアとクラッドとの比屈折率差Δｎ＝０．８％であり、コア３〜８は、断面が４０μｍ×４０μｍの正方形のマルチモード光導波路である。
【００４１】
光入射路コア３には、これを分断するように間隙９〜１２が設けられている。これらの間隙は、前記反射面を有する前記光方向変換手段である鏡を選択的に出し入れできるように形成され、具体的には、接合体を欠除することによって光導波路層２に凹部として形成され、大きさは、例えば、幅２００μｍ、奥行き８０μｍ、深さ１００μｍである。この凹部の底面はコアの下方に位置し、凹部に挿入される前記鏡の反射面が互いに分断されたコア３の間を完全に遮断するように作られている。
【００４２】
間隙９〜１２の各間隙の光入射側には、それぞれ、光出射路コア４〜７が設けられている。各光出射路コア４〜７は、その幅方向中心線が光入射路コア３の幅方向中心線と前記反射面で交わるように設けられるのが望ましい。
【００４３】
間隙９〜１２の各間隙では、次に述べる鏡駆動装置によって駆動される前記光方向変換手段である鏡の動作によって、光入射路コア３をその間隙まで伝播してきた光が、さらにその先の光入射路コア３へ進むのか、又は、前記光出射路コアへ反射されるかが選択されるように構成されている。
【００４４】
この際、本質的に重要なことは、間隙９〜１２の面が光入射路コア３と斜めに交差していることである。間隙９〜１２に挿入される鏡の反射面は、この間隙の面とほぼ平行に挿入されるから、このようにすると、光入射路コア３を伝播してくる信号光は反射面に斜めに入射することになり、その後、反射の法則で左右対称に反射される。この場合、図２からも明らかなように、複数の反射面で反射された信号光は、図の上下方向にも、左右方向にも位置ずれして反射されるので、互いに重なることがなく、反射された信号光を別々の光路に取り出すことができる。
【００４５】
図３は、実施の形態１に基づく鏡駆動装置の斜視図（ａ）と上面図（ｂ）である。この鏡駆動装置４０は、前記光方向変換手段である鏡５０を前記支持体であるシーソー板４３に固定し、例えば光導波路層２の凹部として設けられた間隙に選択的に出し入れする働きをする。以下、この鏡駆動装置４０について詳述する。
【００４６】
図３に示す鏡駆動装置４０は、主要部が、例えばシリコンからなる鏡駆動装置形成用基板４１から形成されており、前記支軸である支持棒４２によって前記回動体であるシーソー板４３が回動可能なように支持されている。シーソー板４３の形状は、例えば１２００μｍ×２００μｍの長方形で、シーソー板４３の上には、例えばアルミ配線でコイル４４が形成されており、このコイル４４へは第１の配線電極４５および第２の配線電極４６から通電できるように形成されている。なお、シーソー板４３は、例えば基板４１をエッチングすることによって作製する。
【００４７】
シーソー板４３の長手方向両端部の近傍の鏡駆動装置形成用基板４１の上には、第１の磁石４７と第２の磁石４８とが実装されている。第１の磁石４７と第２の磁石４８とによる磁界は、シーソー板４３の短辺に直交する方向に形成されている。このため、コイル４４に電流を流すと、図４を用いて後述するように、磁界と電流の相互作用による力がコイル４４に作用し、コイル４４に流す電流の方向に応じて時計方向又は反時計方向に、支持棒４２を軸としてシーソー板４３を回動させようとする。この結果、シーソー板４３は支持棒４２を軸として右下がり又は左下がりに傾くことになる。
【００４８】
シーソー板４３の一方の長辺側の側面両端部下部には、支持棒４２から等距離の位置に、同じ大きさの鏡５０と第２の鏡５２とが設けられ、その表面にそれぞれ反射面５１と第２反射面５３が形成されている。例えば、各鏡の大きさは、高さ２８０μｍ、幅１００μｍ、厚み５０μｍであり、その表面には金の反射面が形成されている。鏡は１つしか用いない場合でも、支持棒４２を支点とするシーソー板４３の左右のバランスをとるために、２つ設けるのが好ましい。
【００４９】
図４は、鏡駆動装置４０がコイル４４に流す電流の有無と方向とにより選択的に行う、３つの動作モードを示す説明図である。ここでは、図２の間隙（凹部）９に鏡５０を前記光方向変換手段として挿入する場合を例として説明する。
【００５０】
鏡駆動装置４０のコイル４４に電流を流していないときには、シーソー板４３は水平に保たれており、鏡５０は間隙（凹部）９に挿入されていない。この場合には、図４（ａ）に示すように、光入射路コア３を伝播してきた光信号は、間隙９を素通りして、その先の光入射路コア３へ進む。
【００５１】
コイル４４に電流を流すと、シーソー板４３の短辺に直交する方向に形成されている磁界と、短辺に平行な方向に流れる電流とに対し直交する方向に、両者の積で決まる強さの力が作用する。
【００５２】
従って、図４（ｂ）に示すように、コイル４４に反時計回り方向に電流を流すと、シーソー板４３の長手方向両端部に、それぞれ、左側で上向きおよび右側で下向きの力が発生する。このため、シーソー板４３が支持棒４２を中心軸として回動して右下がりに傾き、押し下げられた鏡５０が間隙（凹部）９に挿入される。この場合には、光入射路コア３を伝播してきた光信号は、間隙９で鏡５０の反射面５１で反射されて、光出射路コア４へ送り出される。
【００５３】
電流の向きを逆にすると、力の向きが逆になる。即ち、図４（ｃ）に示すように、コイル４４に時計回り方向に電流を流すと、磁界と電流の向きで決まる力が磁界から電流に作用して、シーソー板４３の長手方向両端部に、それぞれ、左側で下向きおよび右側で上向きの力が発生する。このため、シーソー板４３が支持棒４２を中心軸として回動して左下がりに傾く。鏡５０は、上方に押し上げられ、間隙（凹部）９に挿入されることはない。
【００５４】
この場合、図４（ｃ）に補足して示したように、第２の鏡５２の側にも第２の鏡５２に対応した別の光入射路コア１４、別の光出射路コア１５、および別の間隙（凹部）が形成されていれば、押し下げられた第２の鏡５２がこの間隙（凹部）に挿入され、光入射路コア１４を伝播してきた信号光を第２の反射面５３で反射し、光出射路コア１５に送り出す別のスイッチ動作が、鏡５０によるスイッチ動作と連携して可能である。この機能は実施の形態１では用いられないが、実施の形態２で用いられる。
【００５５】
図５は、図２に示した光導波路装置に対応させて、４つの鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄからなる光路切り替え装置を形成した例である。この光路切り替え装置は、光導波路装置の光導波路層２の上に鏡駆動装置形成用基板４１が接するように積み重ねられ、光導波路層２の凹部である間隙９〜１２の真上に、各鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄの鏡５０Ａ〜５０Ｄがそれぞれ配置されるように位置決めされ、互いに固定される（図１参照のこと。）。
【００５６】
ここで、４つの鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄは、長さ方向を平行にして幅方向にコンパクトに並置される。そして、鏡５０Ａ〜５０Ｄの反射面が間隙９〜１２の面と平行に挿入されるように、この長さ方向は、間隙９〜１２の面と平行になる向きにとる。この状態で、光入射路コア３は鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄの長さ方向に対し斜めに交差しているから、光入射路コア３にそって設けられた間隙９〜１２の真上に各鏡駆動装置の鏡がそれぞれ配置されるようにするには、各鏡駆動装置の長さ方向の位置を少しずつずらす必要がある。例えば、図５に示した装置では、４つの鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄは、１００μｍずつ長さ方向に位置ずれして配置されている。なお、シーソー板４３の両端近傍の基板４１の上には、４つの鏡駆動装置で共用される第１の磁石４７と第２の磁石４８とが配されている。
【００５７】
図１は、実施の形態１に基づく光情報処理装置である１×５チャンネル光スイッチの斜視図（ａ）と上面図（ｂ）である。この光情報処理装置では、前述したように、図２に示した光導波路装置の光導波路層２の上に、図５に示した光路切り替え装置が実装されている。この際、上下方向には、光導波路層２の上に鏡駆動装置形成用基板４１が積み重ねられ、水平方向には、間隙９〜１２の真上に、各鏡駆動装置４０Ａ〜Ｄの鏡５０Ａ〜Ｄがそれぞれ配置されるように位置決めされ、互いに固定される。
【００５８】
この光情報処理装置は、鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄのコイル４４Ａ〜４４Ｄに流す電流の有無と方向とにより、間隙９〜１２に鏡５０Ａ〜５０Ｄをそれぞれ選択的に出し入れすることで、１×５チャンネルの光スイッチとして機能させることができる。
【００５９】
鏡駆動装置４０Ａのコイル４４Ａに電圧が印加されると、間隙９に鏡５０Ａが挿入され、光入射路コア３を伝播してきた光信号は、鏡５０Ａの反射面５１Ａで反射され、光出射路コア４に送り出される。光出射路コア５〜７についても同様で、コイル４４Ｂ〜４４Ｄのいずれか１つに電圧が印加されると、対応する間隙に鏡が挿入され、対応する光出射路コア５〜７に光信号が送り出される。どのコイルにも電圧の印加がない場合、光入射路コア３を伝播してきた光信号は、間隙９〜１２を素通りして、光出射路コア５Ａにおくりだされる。本実施の形態の光情報処理装置は、１つのチャンネルの信号光を５つの光出射路のいずれか１つに出射する１×５チャンネルの光スイッチとして機能する。シーソー板の数を増やすことで任意のチャンネルの光スイッチを実現できる。
【００６０】
このように、本実施の形態の光情報処理装置は、コイル４４Ａ〜４４Ｄに流す電流の有無と方向とにより３つの動作モードを選択する１×５チャンネルの光スイッチとして機能する。この場合、光の干渉ではなく、光の反射の有無によって光の進路を切り替えるので、適用する光導波路に制限はなく、低コストで製造可能な高次のマルチモード光導波路であっても適用できる。且つ、反射による光路の切り替えには、波長依存性がないので、波長ごとに異なる設計とする必要はない。
【００６１】
また、従来の方向性結合器やマッハツェンダ干渉器を用いる光スイッチなどの光情報処理装置に比べて、曲線形の光導波路を使う部分が激減し、かつ、光の干渉領域のような長い距離を必要とする光導波路部分がないため、光配線を小型化でき、その結果として光情報処理装置全体を小型化することができる。
【００６２】
また、さらには、何れか一つのコイルに電圧を印加するだけで所望の出力ポートへと出力できるため、従来型スイッチに比べて消費電力を抑えることができる。また、ヒータ加熱による熱光学効果を用いた光スイッチに比べると、コイル４４に電流を流すのみであるので、消費電力も抑えられる。
【００６３】
実施の形態２
実施の形態２は、本発明の光情報処理装置の１例として１×９チャンネル光スイッチを構成した例である。この多チャンネル光スイッチは、図６に示す光導波路装置の上に、図５に示した光路切り替え装置を、図７に示すように実装して形成される。
【００６４】
図６は、実施の形態２に基づく光導波路装置の斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。この光導波路装置では、例えばシリコンなどの基板１の上にコアとクラッドの接合体からなる光導波路層２が形成されており、下部クラッドと上部クラッドの間に導光路であるコアが埋め込まれている。コアは、前記光入射路として光入射路コア３が設けられ、前記光出射路として光出射路コア４〜８が設けられ、光入射路コア３が反射部２０で折り返された後、中間コア２１と２２が設けられ、更に前記第２の光出射路として光出射路コア２３〜２７が設けられている。
【００６５】
反射部２０では、光入射路コア３と中間コア２１が交わるところに例えば金の反射鏡が設けられている。反射部２０の反射面を形成する方法としては、接合体を部分的に除去し、この欠除部の壁面を反射面としてもよい。欠除部を占める空気の屈折率はほぼ１と小さいから、比較的大きな角度で方向転換する場合には、光はこの反射面で全反射する。
【００６６】
光導波路層２は、例えば、アクリル系有機溶剤を用いて作製され、コアとクラッドとの比屈折率差Δｎ＝０．８％であり、コア３〜８および２１〜２７は、断面が４０μｍ×４０μｍの正方形のマルチモード光導波路である。
【００６７】
実施の形態１と同様に、光入射路コア３には、これを分断するように間隙９〜１２が設けられている。これらの間隙は、前記反射面を有する前記光方向変換手段である鏡を選択的に出し入れできるように形成され、具体的には、接合体を欠除することによって光導波路層２に凹部として形成され、大きさは、例えば、幅２００μｍ、奥行き８０μｍ、深さ１００μｍである。この凹部の底面はコアの下方に位置し、凹部に挿入される前記鏡の反射面が互いに分断されたコア３の間を完全に遮断するように作られている。
【００６８】
間隙９〜１２の各間隙の光入射側には、それぞれ、光出射路コア４〜７が設けられている。各光出射路コア４〜７は、その幅方向中心線が光入射路コア３の幅方向中心線と前記反射面で交わるように設けられるのが望ましい。
【００６９】
間隙９〜１２の各間隙では、前述した鏡駆動装置４０によって駆動される前記光方向変換手段である鏡の動作によって、光入射路コア３をその間隙まで伝播してきた光が、さらにその先の光入射路コア３へ進むのか、又は、前記光出射路コアへ反射されるかが選択されるように構成されている。
【００７０】
以上に加えて、実施の形態２では、中間コア２１と２２に、これを分断するように間隙２８〜３１が設けられている。これらの間隙は、鏡駆動装置４０の第２の鏡５２に対応する位置に形成され、鏡駆動装置４０によって駆動される第２の鏡５２を選択的に出し入れできるように形成される。具体的には、接合体を欠除することによって光導波路層２に凹部として形成され、大きさは、例えば、幅２００μｍ、奥行き８０μｍ、深さ１００μｍである。この凹部の底面はコアの下方に位置し、凹部に挿入される前記鏡の反射面が互いに分断されたコア２１または２２の間を完全に遮断するように作られている。
【００７１】
間隙２８〜３１の各間隙には、それぞれ、光出射路コア２３〜２６が設けられている。中間コア２１と２２、および光出射路コア２４〜２６と中間コア２２は、互いの幅方向中心線が前記反射面で交わるように設けられるのが望ましい。
【００７２】
間隙２８〜３１の各間隙では、前記第２の反射面を有し、鏡駆動装置４０によって駆動される第２の鏡５２の動作によって、中間コア２１または２２をその間隙まで伝播してきた光が、さらにその先へ進むのか、又は、反射されるのかが選択されるように構成されている。
【００７３】
この際、実施の形態１と同様に、間隙９〜１２の面が光入射路コア３と斜めに交差していることが重要である。また、間隙２８〜３１の面も中間コア２１または２２と斜めに交差していることが重要である。このようにすると、複数の反射面で反射された信号光を別々の光路に取り出すことができる。
【００７４】
図７は、実施の形態２に基づく光情報処理装置である１×９チャンネル光スイッチの斜視図（ａ）と上面図（ｂ）である。この光情報処理装置では、図６に示した光導波路装置の光導波路層２の上に、図５に示した光路切り替え装置が実装されている。この際、上下方向には、光導波路層２の上に鏡駆動装置形成用基板４１が積み重ねられ、水平方向には、間隙９〜１２の真上に、光路切り替え装置を構成する鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄの鏡５０Ａ〜５０Ｄがそれぞれ配置されるように、そして間隙２８〜３１の真上に、鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄの鏡５２Ａ〜５２Ｄがそれぞれ配置されるように位置決めされ、互いに固定される。
【００７５】
実施の形態１と同様に、４つの鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄは、長さ方向に、例えば１００μｍずつずれた位置に配置されている。シーソー板４３の両端近傍の基板４１の上には、第１の磁石４７及び第２の磁石４８が配されている。
【００７６】
この光情報処理装置は、鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄのコイル４４Ａ〜４４Ｄに流す電流の有無と方向とにより、間隙９〜１２に鏡５０Ａ〜５０Ｄをそれぞれ選択的に出し入れすることで、１×９チャンネルの光スイッチとして機能させることができる。
【００７７】
例えば、鏡駆動装置４０Ａのコイル４４Ａに反時計回り方向に電流を流すと、間隙９に鏡５０Ａが挿入され、光入射路コア３を伝播してきた光信号は、鏡５０Ａの反射面５１Ａで反射され、光出射路コア４に送り出される。光出射路コア５〜７についても同様で、コイル４４Ｂ〜４４Ｄのいずれか１つに反時計回り方向に電流を流すと、対応する間隙に鏡が挿入され、対応する光出射路コア５〜７に光信号が送り出される。
【００７８】
どのコイルにも電圧の印加がない場合、光入射路コア３を伝播してきた光信号は、間隙９〜１２を素通りして、反射部２０で反射され、中間コア２１を通過後、間隙２８も素通りして、光出射路コア２３へ送り出される。
【００７９】
鏡駆動装置４０Ａのコイル４４Ａにのみ時計回り方向に電流を流すと、間隙２８にのみ鏡５２Ａが挿入された状態になる（図４（ｃ）参照のこと。）。この場合、光入射路コア３を伝播してきた光信号は、間隙９〜１２を素通りして、反射部２０で反射され、中間コア２１を通過後、間隙２８で鏡５２Ａの（裏面側の）反射面で反射されて中間コア２２に入り、その後、間隙２９〜３１を素通りして、光出射路コア２７へ送り出される。
【００８０】
鏡駆動装置４０Ａのコイル４４Ａ以外に、鏡駆動装置４０Ｂ〜４０Ｄのいずれか１つのコイルにも時計回り方向に電流を流すと、その鏡駆動装置に対応した光出射路コア２４〜２６のいずれかへ光信号が送り出される。例えば、鏡駆動装置４０Ａと鏡駆動装置４０Ｂとのコイルに時計回り方向に電流を流すと、間隙２８と２９とに、それぞれ、鏡５２Ａと５２Ｂとが挿入された状態になる。この場合、光入射路コア３を伝播してきた光信号は、間隙９〜１２を素通りして、反射部２０で反射され、中間コア２１を通過後、間隙２８で鏡５２Ａの反射面で反射されて中間コア２２に入り、その後、間隙２９で鏡５２Ｂの反射面で反射され、光出射路コア２４へ送り出される。
【００８１】
このように、本実施の形態の光情報処理装置は、コイル４４Ａ〜４４Ｄに流す電流の有無と方向とによって制御される、１×９チャンネルの光スイッチとして機能する。この場合、光の干渉ではなく、光の反射の有無によって光の進路を切り替えるので、適用する光導波路に制限はなく、低コストで製造可能な高次のマルチモード光導波路であっても適用できる。且つ、反射による光路の切り替えには、波長依存性がないので、波長ごとに異なる設計とする必要はない。
【００８２】
また、従来の方向性結合器やマッハツェンダ干渉器を用いる光スイッチなどの光情報処理装置に比べて、曲線形の光導波路を使う部分が激減し、かつ、光の干渉領域のような長い距離を必要とする光導波路部分がないため、光配線を小型化でき、その結果として光情報処理装置全体を小型化することができる。
【００８３】
また、さらには、何れか一つのコイルに電圧を印加するだけで所望の出力ポートへと出力できるため、従来型スイッチに比べて消費電力を抑えることができる。また、ヒータ加熱による熱光学効果を用いた光スイッチに比べると、コイル４４に電流を流すのみであるので、消費電力も抑えられる。
【００８４】
また、本実施の形態は、実施の形態１と比べると、わずかな部材の追加のみで出力チャンネル数をほぼ倍増でき、小型化及び低コスト化に有利である。
【００８５】
実施の形態３
実施の形態３は、本発明の光情報処理装置の１例として１×５チャンネル光スイッチを構成した例である。この多チャンネル光スイッチは、実施の形態１と同様に、図２に示した光導波路装置の上に、図１と同様に光路切り替え装置を実装して形成されるが、図５に示した光路切り替え装置の代わりに、図８に示す光路切り替え装置を用いることのみが異なっている。
【００８６】
図８に示す光路切り替え装置は、図２に示した光導波路装置に対応させて、４つの鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄからなる光路切り替え装置を形成し、光導波路装置の光導波路層２の上に鏡駆動装置形成用基板４１が接するように積み重ねられ、光導波路層２の凹部である間隙９〜１２の真上に、各鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄの鏡５０Ａ〜５０Ｄがそれぞれ配置されるように位置決めされ、互いに固定される点では、図５に示した光路切り替え装置と同じである。また、実際には用いなくても、支持棒４２を支点とするシーソー板４３の左右のバランスをとるために、鏡５０と同じ大きさの第２の鏡５２を支持棒４２に関して反対側の等距離の位置に設けるのが好ましいことも同じである。
【００８７】
また、４つの鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄが、長さ方向を平行にして幅方向にコンパクトに並置され、鏡５０Ａ〜５０Ｄの反射面が間隙９〜１２の面と平行に挿入されるように、上記長さ方向を間隙９〜１２の面と平行になる向きにとるのも同じである。異なっている点は、鏡駆動装置４０Ａ〜４０Ｄの長さ方向に対し斜めに交差している光入射路コア３にそって設けられた間隙９〜１２の真上に、各鏡駆動装置の鏡がそれぞれ配置されるようにする方法である。実施の形態１では、各鏡駆動装置の長さ方向の位置を少しずつずらせる方法を用いたが、本実施の形態では、各鏡駆動装置の長さ方向の位置は同じにして、各鏡駆動装置に鏡を取り付ける位置を長さ方向に少しずつずらせている。
【００８８】
その他は実施の形態１と同じであるから、実施の形態１と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００８９】
即ち、光の干渉ではなく、光の反射の有無によって光の進路を切り替えるので、適用する光導波路に制限はなく、低コストで製造可能な高次のマルチモード光導波路であっても適用できる。且つ、反射による光路の切り替えには、波長依存性がないので、波長ごとに異なる設計とする必要はない。
【００９０】
また、従来の方向性結合器やマッハツェンダ干渉器を用いる光スイッチなどの光情報処理装置に比べて、曲線形の光導波路を使う部分が激減し、かつ、光の干渉領域のような長い距離を必要とする光導波路部分がないため、光配線を小型化でき、その結果として光情報処理装置全体を小型化することができる。
【００９１】
また、さらには、何れか一つのコイルに電圧を印加するだけで所望の出力ポートへと出力できるため、従来型スイッチに比べて消費電力を抑えることができる。また、ヒータ加熱による熱光学効果を用いた光スイッチに比べると、コイル４４に電流を流すのみであるので、消費電力も抑えられる。
【００９２】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の光導波路装置及び光路切り替え装置、並びに光情報処理装置は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能な光配線において、複数の光路の中から適切な光路を選択する装置（１×Ｎチャンネルの多チャンネル光スイッチなど）等に好適に用いられ、低コスト化が可能なマルチモード光導波路を用いることができ、波長依存性が少なく、小型で、低消費電力の光伝送・通信システムの構築に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の形態１に基づく、１×５チャンネルの光スイッチの斜視図（ａ）と上面図（ｂ）とである。
【図２】同、光導波路装置の斜視図（ａ）と平面図（ｂ）とである。
【図３】同、鏡駆動装置の斜視図（ａ）と上面図（ｂ）とである。
【図４】同、鏡駆動装置の動作の説明図である。
【図５】同、光路切り替え装置の斜視図（ａ）と平面図（ｂ）とである。
【図６】本発明の実施の形態２に基づく、光導波路装置の斜視図（ａ）と平面図（ｂ）とである。
【図７】同、１×９チャンネルの光スイッチの斜視図（ａ）と平面図（ｂ）とである。
【図８】本発明の実施の形態３に基づく、光路切り替え装置の平面図である。
【図９】特許文献１に示されている２×２チャンネルの光スイッチの構成を示す説明図である。
【図１０】特許文献２に示されている１×２チャンネルの光スイッチの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
１…基板、２…光導波路層、３…光入射路コア、４〜８…光出射路コア、
９〜１２…間隙、１３…光路切り替え装置実装位置、１４…別の光入射路コア、
１５…別の光反射路コア、２０…反射部、２１、２２…中間コア、
２３〜２７…光出射路コア、２８〜３１…間隙、４０…鏡駆動装置、
４１…鏡駆動装置形成用基板、４２…支持棒、４３…シーソー板、４４…コイル、
４５…第１の配線電極、４６…第２の配線電極、４７…第１の磁石、
４８…第２の磁石、４９…鏡駆動装置形成用基板除去部、５０…鏡、５１…反射面、
５２…第２の鏡、５３…第２反射面、５４…光導波路層の光入射路コアの位置、
１０１、１０２…石英系ガラス光導波路、１０１ａ、１０２ａ…入力ポート、
１０１ｂ、１０２ｂ…出力ポート、１０３、１０４…方向性結合器、１０５…交差部、
１０６…ヒータ、１０９…マッハツェンダ干渉器、
１１０…１×２チャンネル光スイッチ、１１１…Ｙ分岐導波路、１１２…入力ポート、
１１３−１、１１３−２…出力ポート、１１４−１、１１４−２…ヒータ抵抗、１２０、
１３０…光ゲートスイッチ
【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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