(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する平面導波路型の経路切り替え機能を有する光スイッチであって、
前記複数の入力ポートに一端がそれぞれ接続された複数のサブスラブ導波路と、
前記複数のサブスラブ導波路の他端に、複数のアレイ光導波路を介して、対応する一端がそれぞれ接続されている、共通のメインスラブ導波路と、
を有し、
前記メインスラブ導波路の他端には前記複数の出力ポートが接続されており、
前記各アレイ光導波路に対応して、前記各アレイ光導波路の屈折率を可変制御するための電極が配置され、
前記メインスラブ導波路は、その平面形状として、前記複数のアレイ光導波路に接続する一側が弧状に拡開されて幅広とされ、前記複数の出力ポートに接続する他側が絞り込まれて幅狭とされた略扇型形状を有する、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記電極は、前記アレイ光導波路の上部に配設されている、ことを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
互いに離間している複数の入力光導波路に一側がそれぞれ接続された複数のサブスラブ導波路と、
前記複数のサブスラブ導波路の他側に一側がそれぞれ接続された複数のアレイ光導波路と、
前記複数のアレイ光導波路に対して共通に１つ設けられ、前記複数のアレイ光導波路に接続する一側が弧状に拡開され幅広とされた１つのメインスラブ導波路と、
前記メインスラブ導波路の幅狭とされた他側にそれぞれ接続され、互いに離間している複数の出力光導波路と、
前記複数のアレイ光導波路のそれぞれに対応して設けられ、前記アレイ光導波路の屈折率を可変制御するための電極と、
を備えている、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
前記入力光導波路の前記サブスラブ導波路に接続される側と反対側の端部が光を入射する入力ポートをなし、
前記出力光導波路の前記メインスラブ導波路に接続される側と反対側の端部が光を出射する出力ポートをなし、
前記メインスラブ導波路の幅狭とされた前記他側において相隣る前記出力光導波路間の間隔は、前記メインスラブ導波路の幅狭とされた前記他側に対応して設定され、前記複数の出力光導波路の少なくとも１つは、前記メインスラブ導波路に接続される側から一旦直線状に延在されたのち、前記出力ポートに到る前にその経路が曲げられて拡開され、相隣る出力ポート間の間隔は、前記メインスラブ導波路の幅狭とされた前記他側での相隣る前記出力光導波路間の間隔よりも大とされる、ことを特徴とする請求項３記載の光スイッチ。
【請求項５】
請求項１又は３記載の光スイッチにおいて、
前記アレイ光導波路の上部に、ヒータ電極が配置されており、
前記ヒータ電極の発熱による熱光学効果により、前記アレイ光導波路の隣接する導波路間の屈折率に差異を生じせしめる、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項１又は３記載の光スイッチにおいて、
前記アレイ光導波路が電気光学効果を有する材料で形成されており、
前記アレイ光導波路の上部に、電圧を印加するための電極が配置されており、
前記電極への電圧印加による電気光学効果により、前記アレイ光導波路の隣接する導波路間の屈折率に差異を生じせしめる、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
請求項１又は３記載の光スイッチにおいて、
前記アレイ光導波路の隣接する各光導波路の長さが一定の割合で変化している、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
請求項１又は３記載の光スイッチにおいて、
前記アレイ光導波路の隣接する各光導波路の長さが等しく設定されている、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項９】
請求項１又は３記載の光スイッチにおいて、
前記サブスラブ導波路及び前記メインスラブ導波路と前記アレイ光導波路が、同一平面上にモノリシック集積されている、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項１０】
請求項１又は３記載の光スイッチにおいて、
少なくとも前記アレイ光導波路が電気光学効果を有する半導体材料で形成されている、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項１１】
請求項１又は３記載の光スイッチにおいて、
少なくとも前記アレイ光導波路が電気光学効果を有する誘電体材料で形成されている、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項１２】
請求項１又は３記載の光スイッチにおいて、前記アレイ光導波路の前記電極により前記アレイ光導波路の屈折率の変化を制御することで、前記メインスラブ導波路での集光ポイントを可変させ、前記出力ポートの切り替えが行われる、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項１３】
請求項１又は３記載の光スイッチにおいて、
ある入力ポートから入力された光波は、前記入力ポートに接続されたサブスラブ導波路を伝播した後に、前記アレイ光導波路に分波され、前記アレイ光導波路では、前記電極により、アレイ状に隣接する光導波路間でその屈折率に所定の差異をもたせ、前記アレイ光導波路を伝播した光波の等位相面には、前記アレイ光導波路の終端である前記メインスラブ導波路端面で前記屈折率差に応じた傾きが生じ、前記傾きをもった光波は、前記メインスラブ導波路を伝播する過程で前記メインスラブ導波路端面に設けられた、ある出力ポート端に集光し、前記ある出力ポートを介して、前記光スイッチ外部へ出力される、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項１４】
複数の入力ポートに一端がそれぞれ接続された複数のサブスラブ導波路と、前記複数のサブスラブ導波路の他端に、複数のアレイ光導波路を介して、対応する一端がそれぞれ接続されている、共通のメインスラブ導波路と、を有し、前記メインスラブ導波路の他端には複数の出力ポートが接続されており、前記各アレイ光導波路に対応して、前記各光導波路の屈折率を可変制御させる制御電極が設けられ、前記共通のメインスラブ導波路は、前記複数のアレイ光導波路に接続する一側が弧状に拡開されて幅広とされ、前記複数の出力ポートに接続する他側が絞り込まれて幅狭とされた略扇型形状を有するスイッチの経路切り替え方法であって、
前記アレイ光導波路の屈折率の変化を制御することで、前記メインスラブ導波路での集光ポイントを可変させ、前記出力ポートの切り替えを行うステップを含む、ことを特徴とする光スイッチの経路切り替え方法。
【請求項１５】
ある入力ポートから入力された光波は、前記入力ポートに接続されたサブスラブ導波路を伝播した後に、前記アレイ光導波路に分波されるステップと、
前記アレイ光導波路では、前記制御電極により、アレイ状に隣接する光導波路間でその屈折率に所定の差異をもたせ、前記アレイ光導波路を伝播した光波の等位相面に、前記アレイ光導波路の終端である前記メインスラブ導波路端面で前記屈折率差に応じた傾きを生じさせるステップと、
前記傾きをもった光波は、前記メインスラブ導波路を伝播する過程で前記メインスラブ導波路端面に設けられた、ある出力ポート端に集光し、前記ある出力ポートを介して、前記光スイッチ外部へ出力されるステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項１４記載の光スイッチの経路切り替え方法。
【請求項１６】
複数の入力ポートに一側がそれぞれ接続された複数の入力光導波路と、
複数の出力ポートに一側がそれぞれ接続された複数の出力光導波路と、
複数の前記入力光導波路の他側に、それぞれ、中心側で光学的に接続される、複数の相対的に小さな扇型形状のサブスラブ導波路と、
複数の前記サブスラブ導波路の扇型の弧側に、一側が、それぞれ光学的に接続される複数のアレイ光導波路と、
複数の前記アレイ光導波路の他側に、幅広の弧側で光学的に接続され、幅狭の中心側で、複数の前記出力光導波路に光学的に接続される、相対的に大きな扇型形状のメインスラブ導波路と、
を備え、
複数の前記アレイ光導波路の各々は、
前記アレイ光導波路の一側と他側間に並設された複数の光導波路と、
複数の前記光導波路の屈折率を制御するための電極と、
を備え、前記電極により、複数の前記光導波路間での屈折率に差異をもたせる制御が行われ、前記メインスラブ導波路の前記中心側での集光ポイントを可変させることで前記出力光導波路の切替が行われ、複数の前記入力ポートと複数の前記出力ポート間でのＮＸＮスイッチを実現してなる、ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項１７】
複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する平面導波路型の経路切り替え機能を有する光スイッチであって、
各々が、複数の入力ポートの一つに接続された入力端と、複数のアレイ光導波路の一つに接続された出力端を有する複数のサブスラブ導波路と、
前記複数のサブスラブ導波路の出力端に前記複数のアレイ光導波路を介して接続された入力端と、複数の出力ポートに接続されている出力端を有し、前記複数のアレイ光導波路に接続する一側が弧状に拡開されて幅広とされ、前記複数の出力ポートに接続する他側が絞り込まれて幅狭とされた共通のメインスラブ導波路と、
前記複数のアレイ光導波路に対応する１つのグランド電極であって、前記アレイ光導波路の下部に形成されたグランド電極と、
前記複数のアレイ光導波路の上部にそれぞれ設けられた複数の制御電極と、
を備え、前記各アレイ光導波路の屈折率を、前記グランド電極と、前記各制御電極間に印加する電圧で可変制御する、ことを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信、光交換、光情報処理および光インターコネクション等に用いられる多入力多出力の光行路の切り替えに用いられる集積型光空間スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野のみならず光情報処理の分野においても、大容量の光信号情報を電気信号に変換せずに光信号のまま行路（経路）切り替えを行う光スイッチング技術の開発が重要になってきている。従来、石英ガラス、半導体、ニオブ酸リチウム、ポリマーなどの基板上に、平面光導波路を形成した例や、マイクロマシン等の微小な可動機構を有する大規模なスイッチまで様々なものが開発されている。【０００３】
しかしながら、マイクロマシンによるスイッチは、可動部を有する為に、製作工程が複雑であり、また、信頼性を確保することが容易でないこと、さらには、切り替え速度を上げることが困難であるという問題点がある。【０００４】
また、平面光回路による光スイッチの例として、１入力２出力及び２入力２出力の構成を基本要素としてマトリクス状に複数組み合わせた多入力多出力の光スイッチがある。例えば、４入力４出力のマトリクス光スイッチを例にとると、１Ｘ２のスイッチ要素８個と２Ｘ２のスイッチ要素４個が必要となる。この場合、各スイッチ要素における光行路の切り替えは、熱光学効果あるいは電気光学効果による屈折率の変化を利用することになる。【０００５】
しかしながら、この方式では、スイッチ規模が大きくなり、チャネル数が増加すると、全体の素子サイズが急速に増大すると共に、導波路交差の数も増大することから、光学損失の増大と素子コスト、歩留まりの低下など多くの問題が顕在化することになる。【０００６】
そこで、最近では、アレイ光導波路の屈折率を変化させることにより、伝播光ビームを偏向させて行路切り替えを行う方式が検討されている。【０００７】
図４は、アレイ光導波路型スイッチの一般的な構成である（特許文献１参照）。この例では、石英基板７１上に、平面光回路でアレイ光導波路型の経路切り替えスイッチが形成されている。アレイ光導波路部の各光導波路の長さは、等しく設定されており、各導波路毎に異なる電極長を有するヒータ電極７６への電圧印加により、各光導波路間の屈折率に対して一定の差異を生じさせることが可能となっている。【０００８】
入力光導波路７４に入力された信号光は、第一のスラブ光導波路７５で横方向に広がり、アレイ光導波路７７に分配される。【０００９】
ヒータ電極７６への印加電圧を変えることにより、アレイ光導波路７７では、各導波路間に熱光学効果により、一定の屈折率変化が生じるので、第二のスラブ光導波路７２の入力端７９おいて、光ビームの進行方向に偏向が発生する。これにより、第二のスラブ光導波路７２の出力端７８における集光点が変化して、信号光の出力光導波路（出力ポート）７３が変更される。【００１０】
図４に示した構成の場合、前述したマトリクススイッチのような導波路交差やチャネル数の増加に伴う著しいサイズの増大を生じないという利点がある。しかしながら、この構成は、１入力複数出力は可能であるが、複数入力・複数出力ができない、という問題を有する。【００１１】
なお、特許文献２には、複数の入力ポートと複数の出力ポート間を、スラブ光導波路中を伝播する２次元的な光ビームによって接続することによりＮＸＮスイッチを実現する光スイッチが記載されている。また、特許文献３には、第一光偏向器、平面光導波路、第二光偏向器を備え、第一光偏向器は入力ポートに順次接続したスターカプラ及び導波路アレイと電極を備え、第二光偏向器は出力ポートに順次接続したスターカプラ及び導波路アレイと電極を備え、二つのアレイを平面導波路を介し接続し、第一光偏向器のアレイの各導波光の位相を電極を介して制御して第二光偏向器の所望のアレイに入射させ、該アレイを導波する各導波光の位相を電極を介して制御することによりこれらの光を等位相としてカプラに入射させ、該カプラは等位相で入射した光のみを出射する光スイッチの構成が開示されている。【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２１２１２３号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００３−２０２６０６号公報（第９図）
【特許文献３】特開平５−２７３６０４（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
近年の光スイッチにおいては、通信分野のみならず光情報処理分野においても、１ＸＮだけでなく、ＮＸＮの入出力切り替え機能が求められている。【００１４】
前記したアレイ光導波路型の空間偏向スイッチでは、マトリクススイッチのように導波路交差を生じず、さらに、チャネル数の増大に伴うサイズの増大も比較的緩やかであり、今後の実用化が期待される方式ではあるものの、ＮＸＮの入出力切り替え機能が出来ない、という課題があった。【００１５】
したがって、本発明は、このような課題を解決するために為されたのものであり、その主たる目的は、チャネル数の増加に対して光学損失およびサイズの増大を抑止可能とし、ＮＸＮの入出力切り替えが可能な光スイッチを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の一つの側面（アスペクト）に係る光スイッチは、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する平面導波路型の経路切り替え機能を有する光スイッチであって、前記複数の入力ポートは、それぞれ異なるサブスラブ光導波路の一端に接続されており、前記複数のサブスラブ光導波路の他端は、それぞれ異なるアレイ型光導波路を介して、共通のメインスラブ光導波路の一端に光学的に接続されており、また、前記メインスラブ光導波路の他端には、複数の出力ポートが接続されており、さらに、前記アレイ型光導波路の上部には各光導波路の屈折率に差異を生じせしめる電極が配置されていること特徴としている。【００１７】
本発明において、前記メインスラブ光導波路は、前記複数の出力ポートに接続する他端の側で幅狭とされ、前記複数のアレイ型光導波路に接続する一端の側が弧状に幅広とされる略扇型の平面形状を有する構成としてもよい。【００１８】
また、本発明に係る光スイッチにおいて、アレイ光導波路の上部にヒータ電極が配置されており、このヒータ電極の発熱による熱光学効果により、前記アレイ光導波路の隣接する導波路間の屈折率に差異を生じせしめる構成としてもよい。【００１９】
また、本発明に係る光スイッチにおいて、前記アレイ光導波路が電気光学効果を有する材料で形成されており、前記アレイ光導波路の上部に電圧を印加するための電極が配置されており、前記電極への電圧印加による電気光学効果により、前記アレイ光導波路の隣接する導波路間の屈折率に差異を生じせしめる構成としてもよい。【００２０】
また、本発明に係る光スイッチにおいて、前記アレイ光導波路の隣接する各光導波路の長さが一定の割合で変化している構成としてもよい。【００２１】
あるいは、前述の光スイッチにおいて、前記アレイ光導波路の隣接する各光導波路の長さが等しく設定されているようにしてもよい。【００２２】
あるいは、前述の光スイッチにおいて、前記サブスラブ光導波路及び前記メインスラブ光導波路と前記アレイ光導波路が同一平面上にモノリシック集積されていることを特徴としている。【００２３】
あるいは、本発明に係る光スイッチにおいて、少なくとも前記アレイ光導波路が電気光学効果を有する半導体材料で形成されている構成としてもよい。【００２４】
また、本発明に係る光スイッチにおいて、少なくとも前記アレイ光導波路が電気光学効果を有する誘電体材料で形成されている構成としてもよい。【００２５】
本発明の他の側面（アスペクト）に係る方法は、複数の入力ポートに一端がそれぞれ接続された複数のサブスラブ光導波路と、前記複数のサブスラブ光導波路の他端に、複数のアレイ型光導波路を介して、対応する一端がそれぞれ接続されている、共通のメインスラブ光導波路と、を有し、前記メインスラブ光導波路の他端には複数の出力ポートが接続されており、前記各アレイ型光導波路に対応して、前記各光導波路の屈折率を可変制御させる制御電極が設けられた光スイッチの経路切り替え方法であって、前記アレイ光導波路の屈折率の変化を制御することで、前記メインスラブ光導波路での集光ポイントを可変させ、前記出力ポートの切り替えを行うステップを含む。【００２６】
本発明に係る方法において、ある入力ポートから入力された光波は、前記入力ポートに接続されたサブスラブ光導波路を伝播した後に、前記アレイ光導波路に分波されるステップと、
前記アレイ光導波路では、前記制御電極により、アレイ状に隣接する光導波路間でその屈折率に所定の差異をもたせ、前記アレイ光導波路を伝播した光波の等位相面に、前記アレイ光導波路の終端である前記メインスラブ光導波路端面で前記屈折率差に応じた傾きを生じさせるステップと、
前記傾きをもった光波は、前記メインスラブ光導波路を伝播する過程で前記メインスラブ光導波路端面に設けられた、ある出力ポート端に集光し、前記ある出力ポートを介して、前記光スイッチ外部へ出力されるステップと、を含むようにしてもよい。【００２７】
［本発明の概要・作用］
本発明に係る光スイッチによれば、複数入力で複数出力の経路切り替えが可能であり、かつ、入出力光の干渉を生じずに各ポートへの同時切り替えが可能な光スイッチである。複数ある入力ポートの中である特定の入力ポートから入力された光波は、このポートに接続されたサブスラブ光導波路を伝播した後に、アレイ光導波路に分波される。このアレイ光導波路では、近傍に設けられた制御電極により、アレイ状に隣接する光導波路間でその屈折率に一定の差異をもたせることが可能であり、アレイ光導波路を伝播した光波の等位相面には、アレイ光導波路の終端であるメインスラブ光導波路端面で、前記屈折率差に応じた傾きが生じることになる。ある傾きをもった光波は、メインスラブ光導波路を伝播する過程でメインスラブ光導波路端面に設けられた特定の出力ポート端に集光し、その出力ポートを介して、光スイッチ外部へ出力されることになる。また、上記アレイ光導波路の屈折率変化を適当に制御することにより、メインスラブ光導波路での集光ポイントを変化させることが可能であり、これにより、出力ポートの切り替えが可能となる。上記の光波行路（経路）の選択は、複数ポートの行路（経路）切り替えが同時に行われる場合であっても、特に別段の問題は生じない。【００２８】
また、本発明に係る光スイッチは、石英基板を用いた平面光回路で構成することが可能であり、アレイ光導波路の屈折率変化に石英の熱光学効果を用いることにより、石英材料単体で構成することができる。また、前記アレイ光導波路に半導体材料または強誘電体材料を用いることにより高速の経路切り替えも可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の光スイッチによれば、複数の入力ポートに接続されている複数のサブスラブ光導波路が一つの共通のメインスラブ光導波路に接続されていることによって、全体として、ＮＸＮスイッチの経路切り替えを実現することができる。アレイ光導波路を用いた経路切り替えスイッチは、通常２つのスラブ光導波路間を結ぶアレイ光導波路の屈折率を制御することにより、出力側のスラブ光導波路を伝播する光波の等位相面を変化させて、スラブ光導波路端面の集光点を移動させることにより、出力ポートを変えている。この場合、１ＸＮの経路切り替えスイッチの構成となり、これらの光スイッチをＮ個並べても、ＮＸＮスイッチの構成にはならない。【００３０】
また、本発明に係る光スイッチによれば、入力光導波路、サブスラブ光導波路、アレイ光導波路、出力光導波路の各要素を一つの基板上の平面光回路としてモノリシック集積できるので、小型化および実装コストの低減が可能となる。【００３１】
また、本発明に係る光スイッチによれば、複数の入力ポートへ入力された光波は、それぞれ独立にアレイ光導波路で経路切り替えが制御され、メインスラブ光導波路で空間的な切り替えが行われるので、同時に複数の光波経路の切り替えが可能となる。【００３２】
さらに、本発明に係る光スイッチによれば、アレイ光導波路部に半導体材料または強誘電体材料を用いることにより、電気光学効果による屈折率変化を利用することができ、高速の経路切り替えが可能となる。【００３３】
さらにまた、本発明に係る光スイッチによれば、アレイ光導波路を構成する光導波路の長さに一定の割合で変化をもたせることにより、波長ルーティングの機能を持たせることが可能となる。【００３４】
本発明によれば、メインスラブ光導波路を、出力光導波路が接続する端面側を絞り込んで、幅狭とし、アレイ光導波路に接続する側を幅広とする略扇型の平面形状とすることで、ＮＸＮの光スイッチの素子サイズの縮減に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態の光スイッチの構成を示す図である。
【図２】本発明の別の実施の形態の光スイッチの構成を示す図である。
【図３】図２の半導体アレイ光導波路集積部を部分的に拡大して示した斜視図である。
【図４】アレイ光導波路を用いた従来の光スイッチの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  入力ポート
１１  入力導波路
１２  サブスラブ光導波路
１３  楔形ヒータ制御電極
１４  アレイ光導波路
１５  メインスラブ光導波路
１６  出力光導波路
１７  出力ポート
１８  石英基板
１９  メインスラブ光導波路の入力端
２０  メインスラブ光導波路の出力端
３０  入力ポート
３１  入力導波路
３２  サブスラブ光導波路
３３  楔型制御電極
３４  半導体アレイ光導波路
３５  メインスラブ光導波路
３６  出力光導波路
３７  出力ポート
３８  石英基板
３９  メインスラブ光導波路の入力端
４０  メインスラブ光導波路の出力端
４１  グランド電極
４２  半導体アレイ光導波路部
５０  楔型電極
５２  石英導波路の第二クラッド層
５３  石英導波路の第一クラッド層
５４  石英導波路のコア層
５５  グランド電極
５６  ｎ型ＩｎＰ基板
５７  ＩｎＰ光導波路アレイ
５８  ｐ型ＩｎＰクラッド層
５９  ｎ型ＩｎＰクラッド層
６０  ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  多重量子井戸コア層
７１  石英基板
７２  第二スラブ光導波路
７３  出力光導波路
７４  入力光導波路
７５  第一スラブ光導波路
７６  ヒータ電極
７７  アレイ光導波路
７８  第二スラブ光導波路の出力端
７９  第二スラブ光導波路の入力端
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の光スイッチの一実施の形態の構成概略を示す模式図である。図１を参照すると、本発明の一実施の形態に係る光スイッチにおいては、石英基板１８上に、入力導波路１１とサブスラブ光導波路１２が接続されている。サブスラブ光導波路１２とメインスラブ光導波路１５との間は、アレイ光導波路１４にて光学的に接続されている（なお、「サブスラブ光導波路」、「メインスラブ光導波路」は、それぞれ、「サブスラブ導波路」、「メインスラブ導波路」とも略記される）。そして、アレイ光導波路１４の上部には、楔型のヒーター制御電極１３が形成されている。また、複数ある全てのサブスラブ光導波路は、共通のメインスラブ光導波路の一端１９に光学的に接続されている。そして、メインスラブ光導波路１５の他端２０には、出力光導波路１６が光学的に接続されている。本実施例において、メインスラブ光導波路１５の平面形状としては、複数の出力光導波路１６に接続する側で幅狭とされ（出力光導波路１６の間隔を狭めている）、複数のアレイ型光導波路１４に接続する側は幅広とされる。図１に示す例の場合、メインスラブ光導波路１５の複数のアレイ型光導波路１４に接続する側は弧状に拡げられ、略扇型の平面形状を有する。メインスラブ光導波路１５の幅狭とされた端面側（中心側）での相隣る出力光導波路１６間の間隔は、幅狭とされたメインスラブ光導波路１５に対応して相対的に小とされており、複数の出力光導波路１６の１部又は全ては、メインスラブ光導波路１５に接続される側から一旦直線状に延在された後、該直線の延長方向に対して、所定角度で開くように曲げられ、つづいて、該直線方向と並行に延在されて出力ポート１７に導かれており、相隣る出力ポート間の間隔は、メインスラブ光導波路１５の幅狭とされた端面での相隣る出力光導波路１６間の間隔よりも大とされる。このように、メインスラブ光導波路１５を略扇型の平面形状とすることで、ＮＸＮの光スイッチの素子サイズの縮減に貢献する。以下に、この実施の形態の動作・機能について詳細に説明する。【００３８】
入力ポート１０に入力された光波信号光は、サブスラブ光導波路１２を介して、複数本の光導波路がアレイ状に配設されたアレイ光導波路１４に分波され、メインスラブ光導波路の一端（入力端）１９に到達し、メインスラブ光導波路１５を伝播して、メインスラブ光導波路１５の他端（出力端）２０に設けられたある特定の出力ポートに集光し、出力光導波路１６を伝播して、出力ポート１７から出力されることになる。【００３９】
また、アレイ光導波路１４の上部に設けられた楔形のヒーター制御電極１３への投入電力を変化させることにより、熱光学効果により、アレイ光導波路１４の各光導波路成分に一定の屈折率差を生じせしめることができる。これにより、メインスラブ光導波路１５の一端（入力端）１９における光波信号の等位相面の法線方向を変化させることができるので、メインスラブ光導波路１５の出力端２０での集光位置を変えることができる。即ち、メインスラブ光導波路１５の出力端２０に複数設けられた出力光導波路１６に、集光位置を合わせることにより、出力ポート１７を任意に切り替えることが可能となる。【００４０】
複数ある入力ポート１０に接続されたサブスラブ光導波路１２及びアレイ光導波路１４は、互いに独立であり、その動作においても互いに影響しないので、複数同時の経路切り替えが可能となる。【００４１】
本発明の他の実施形態として、アレイ光導波路部に半導体光導波路を用いることにより、特に、高速の経路切り替えを可能にする光スイッチを以下に示す。図２は、特に高速化を図った本発明の光スイッチの構成概略を示す模式図である。【００４２】
図２を参照すると、この実施の形態の光スイッチにおいては、石英基板３８上に、入力導波路３１とサブスラブ光導波路３２が接続されており、サブスラブ光導波路３２とメインスラブ光導波路３５との間が半導体アレイ光導波路３４で光学的に接続されている。半導体アレイ光導波路３４の上部には、電圧印加の為の楔形制御電極３３が形成されている。また、複数ある全てのサブスラブ光導波路は、共通のメインスラブ光導波路の一端（入力端）３９に光学的に接続されている。そして、メインスラブ光導波路３５の一端（出力端）４０には、出力光導波路３６が光学的に接続されており、半導体アレイ光導波路３４の下部には、グランド電極４１が形成されている。【００４３】
図３は、図２の半導体アレイ光導波路部４２の部分を拡大して示した斜視図である。図３を参照すると、部分的に取り除かれた石英導波路の第一クラッド層５３の上部に、グランド電極５５が形成されており、グランド電極５５の上部に、半導体アレイ光導波路が設置されている。【００４４】
半導体アレイ光導波路は、ｎ型ＩｎＰ基板５６の上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層５９、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰで構成された多重量子井戸型コア層６０、ｐ−ＩｎＰクラッド層５８が順次積層されており、さらに、最上部に楔型電極５０が設けられている。また、多重量子井戸コア層６０の積層方向の中心高さと石英導波路のコア層５４の中心高さは、等しくなるように設定されている。【００４５】
楔型電極５０とグランド電極５５の間に電圧を印加すると、多重量子井戸型コア層６０に電界が印加されて、ＱＣＳＥ（量子閉じ込めシュタルク効果）により、多重量子井戸型コア層６０の屈折率が変化することになるが、楔形電極５０により、各アレイ光導波路上の電極長には、一定の差があるので、各アレイ光導波路の実効屈折率には、一定の差異が生じることになる。【００４６】
また、多重量子井戸型コア層６０で生じるＱＣＳＥ（量子閉じ込めシュタルク効果）は、高速性を有する物理現象であり、ナノ秒程度の経路切り替えが可能である。【００４７】
以上本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ限定されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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