(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの入力チャネル導波路および複数の出力チャネル導波路と、
前記入力チャネル導波路に入力された光を偏向させる第１光偏向手段と、
前記第１光偏向手段で偏向された光が伝搬するスラブ型光導波手段と、
前記スラブ型光導波手段を通過した光を前記第１光偏向手段とは対称に偏向させ、前記複数の出力チャネル導波路のうちから選択された１つの出力チャネル導波路に導く第２光偏向手段と、を備えた光スイッチにおいて、
前記第１光偏向手段および前記第２光偏向手段は、それぞれ、
偏波依存性があり電気光学効果を有する材料を用いて形成されたスラブ型光導波路と、
前記スラブ型光導波路の上面の光入力側に位置する部分に少なくとも１つのプリズム型電極を形成した入力側上部電極部と、
前記スラブ型光導波路の上面の光出力側に位置する部分に少なくとも１つのプリズム型電極を形成した出力側上部電極部と、
前記スラブ型光導波路の下面に形成した下部電極と、
前記入力側上部電極部および前記出力側上部電極部に電圧を印加し、前記入力側上部電極部および前記下部電極の間と前記出力側上部電極部および前記下部電極の間とに実質的に等しい電界を発生させる駆動回路と、
前記入力側上部電極部および前記出力側上部電極部の間に位置する前記スラブ型光導波路内を伝搬する光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換素子と、を含むことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載の光スイッチであって、
前記モード変換素子は、光の偏波面を９０°回転させる１／２波長板であることを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項１に記載の光スイッチであって、
スラブ型光導波路は、ＳＢＮ（Ｓｒ0.75Ｂａ0.25Ｎｂ2Ｏ6）を用いて形成されたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項１に記載の光スイッチであって、
スラブ型光導波路は、ＢＳＴＮ（Ｂａ1-xＳｒxＴｉyＮｂ2-yＯ6）を用いて形成されたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
請求項１に記載の光スイッチであって、
スラブ型光導波路は、ＢＮＮ（Ｂａ2ＮａＮｂＯ5）を用いて形成されたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項１に記載の光スイッチであって、
前記スラブ型光導波手段は、前記第１光偏向手段から前記第２光偏向手段に向かう方向の中央部分に、当該部分を伝搬する光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換素子を含むことを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
請求項６に記載の光スイッチであって、
前記モード変換素子は、光の偏波面を９０°回転させる１／２波長板であることを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
請求項１に記載の光スイッチであって、
光学基板に複数の入力チャネル導波路を形成した光入力部と、
前記光入力部の各入力チャネル導波路から出力される光を平行光に変換して前記第１光偏向手段に与える複数のコリメートレンズを有するコリメート部と、
光学基板に複数の出力チャネル導波路を形成した光出力部と、
前記第２光偏向手段で偏向された光を１点に集光して前記光出力部の対応する出力チャネル導波路に与える複数の集光レンズを有する集光部と、を備えたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項９】
請求項８に記載の光スイッチであって、
前記コリメート部の各コリメートレンズは、前記光入力部の光学基板上に形成した薄膜レンズからなることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１０】
請求項８に記載の光スイッチであって、
前記集光部の各集光レンズは、前記光出力部の光学基板上に形成した薄膜レンズからな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、光ビームの偏向を利用して入力チャネル導波路と出力チャネル導波路の間の経路の切り替えを行う光スイッチに関し、特に、電気光学効果を利用して光を偏向させる光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
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）技術と相まって高速化および大容量化が進んでいる。基幹通信ネットワークにおける光ファイバ網のハードウェアのインフラを構築するためには、光信号の伝達先を切り替えるための光スイッチが必要である。
従来の光スイッチは、例えば、可動式のマイクロミラーを利用したものが知られている。また、光スイッチの高集積性および高速性をより向上させるために、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スイッチの開発も進められている。この電気光学効果を利用した光スイッチの１つとして、入力ポートと複数の出力ポートの間に光偏向素子を設けて、入力ポートに与えられた光の進行方向を光偏向素子により偏向させることで所望の出力ポートへ導く構成のものがある。具体例を挙げると、チタン（Ｔｉ）拡散型導波路またはプロトン交換型導波路を作成したニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）単結晶ウエハを用い、プリズム型ドメイン反転光偏向素子またはプリズム型電極光偏向素子により光を偏向させる光スイッチが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
上記のような電気光学効果を利用した光スイッチの具体的な構成としては、例えば図６に示すように、光入力部１１０、コリメート部１２０、第１光偏向部１３０、スラブ型光導波路部１４０、第２光偏向部１５０、集光部１６０および光出力部１７０を備えたものが公知である（例えば、特許文献１および非特許文献２参照）。この図６の光スイッチでは、光入力部１１０の各入力チャネル導波路Ｃｉｎ１〜Ｃｉｎ４に入力された光が、コリメート部１２０の対応するコリメートレンズ１２１で平行光に変換された後、プリズム型電極１３１を有する第１光偏向部１３０により所望の出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ１〜Ｃｏｕｔ４の位置に応じて偏向され、スラブ型光導波路部１４０を第２光偏向部１５０に向けて伝搬する。そして、プリズム型電極１５１を有する第２光偏向部１５０に入射した光は再び偏向された後に集光部１６０の対応する集光レンズ１６１で１点に集光され、光出力部１７０の対応する出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ１〜Ｃｏｕｔ４に導かれる。
【０００４】
また、一般に光ファイバ中を伝送する光信号はランダムな偏波面を持つため、光通信システムに用いる光スイッチは偏波無依存であることが要求される。この要求を満たすため、例えば図７に示すように、上記図６に示した従来の構成例におけるスラブ型光導波路部１４０の中央に１／２波長板１４１を設けるようにした光スイッチが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この図７の光スイッチでは、スラブ型光導波路部１４０を伝搬する光の偏波面が１／２波長板１４１で９０°回転される。その結果、１／２波長板１４１の前後でＴＥモードとＴＭモードが入れ替わり、スラブ型光導波路部１４０の前半部分で生じるＴＥモードとＴＭモードの時間軸上でのずれが、スラブ型光導波路部１４０の後半部分で相殺され、光スイッチ内で発生する偏波モード分散（ＰＭＤ：polarization mode dispersion）が補償される。
【非特許文献１】Q.Chen et al., “Guided-Wave Electro-Optic Beam Deflector Using Domain Reversal in LiTaO3”, Journal of Lightwave Tech., vol.12, p.1401-1404, 1994.
【特許文献１】特開２０００−１８０９０５号公報
【非特許文献２】A.Sugama et al., “Electro-Optic Beam Deflection Switch for Photonic Burst Switching”ECOC2004, Mo4.6.3(2004).
【特許文献２】特開２００３−２８００５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような従来の電気光学効果を利用した光スイッチについては、高い電気光学効果を有する材料を第１および第２光偏向部１３０，１５０に用いることで、各プリズム型電極１３１，１５１に印加する駆動電圧の低減および第１および第２光偏向部１３０，１５０における偏向角の増大を図ることが可能になる。しかしながら、高い電気光学効果を有する材料を用いた場合、偏向角の偏波依存性が顕著になるため、所望の出力チャネル導波路に導かれる光の損失が増加してしまうという問題点がある。
【０００６】
ここで、偏向角の偏波依存性について詳しく説明する。
電気光学効果を利用した光偏向素子の偏向角は、電気光学効果による屈折率の変化に依存する。具体的に、プリズム型電極によって生じる電界Ｅが電気光学効果を有する材料に加わると、該材料の屈折率ｎが変化する。この屈折率の変化Δｎは、１次の電気光学効果（ポッケルス効果）が働くとすると、次の（１）式で表すことができる。
【０００７】
Δｎ＝−１／２・ｎ3・ｒ・Ｅ…（１）
ただし、ｒは電気光学定数である。
強誘電体は一般的に、電気光学定数が大きな方位を利用した場合、各方位の電気光学定数ｒや屈折率ｎが偏波依存性を持つことが知られている。例えば、電気光学材料としてｚ−カットのＬｉＮｂＯ3を用いた場合には、ＴＭモードに対応した電気光学定数ｒ33が３０．８ｐｍ／Ｖ、ＴＥモードに対応した電気光学定数ｒ13が８．６ｐｍ／Ｖとなり、ＴＭモードに対する屈折率ｎTMが２．１４、ＴＥモードに対する屈折率ｎTEが２．２となる。
【０００８】
前述の図６に示したような構成の光スイッチにおいて、第１および第２光偏向部１３０，１５０の材料としてＬｉＮｂＯ3等の強誘電体を用いた場合、上記のような電気光学定数ｒや屈折率ｎの偏波依存性のために、例えば図８に示すように、ＴＥモードの光（実線）に対する偏向角とＴＭモードの光（破線）に対する偏向角との間にずれが発生する。この偏向角のずれにより、図８の一例では、入力チャネル導波路Ｃｉｎ１に与えられた光のうちのＴＭモードが所望の出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ３から外れた位置に到達するようになるため、入力チャネル導波路Ｃｉｎ１から出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ３に導かれる光の損失が増加してしまう。
【０００９】
また、前述の図７に示したようなスラブ型光導波路部１４０の中央に１／２波長板１４１を設けた光スイッチにおいて、第１および第２光偏向部１３０，１５０の材料として強誘電体を用いた場合には、１／２波長板１４１によって時間軸上の偏波依存性は解消できるものの、例えば図９に示すように、電気光学定数ｒや屈折率ｎの偏波依存性に基づいた偏向角のずれを補償することはできない。このため、上記図８に示した場合と同様に、所望の出力チャネル導波路に導かれる光の損失が増加してしまう。
【００１０】
なお、前述の図６や図７に示した従来の光スイッチにおいては、基本的に、第１および第２光偏向部１３０，１５０の材料として、偏波依存性がない電気光学材料が使用されていたので、上記のような偏向角の偏波依存性は特に問題とはならなかった。具体的には、エピタキシャル成長のＰＬＺＴ（Ｐｂ1-xＬａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3）が組成によっては偏波無依存になることが知られており（例えば、K.Nashimoto, “Epitaxial PLZT Waveguide Technologies for Integrated Photonics”, Integrated Photonics: Devices, Materials, and Technologies IX, Photonics West 2005(Invited paper). 参照）、このような偏波依存性のない電気光学材料が従来の光スイッチには適用されていた。しかし、上記エピタキシャル成長のＰＬＺＴのような偏波依存性のない材料は、その電気光学定数が偏波依存性を持つ電気光学材料（例えば、バルクのＳＢＮ（Ｓｒ0.75Ｂａ0.25Ｎｂ2Ｏ6）など）と比較して小さい。光スイッチの駆動電圧をより低くし、より大きな偏向角を実現するためには、上記のような偏波依存性を持つ電気光学材料を用いて第１および第２光偏向部１３０，１５０を構成することが望まれる。
【００１１】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、偏波依存性があり高い電気光学定数を有する材料を用いて光偏向素子を形成することで駆動電圧の低減および偏向角の増大を図り、かつ、偏向角の偏波依存性によって生じる損失を減少させることのできる光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明の光スイッチは、少なくとも１つの入力チャネル導波路および複数の出力チャネル導波路と、前記入力チャネル導波路に入力された光を偏向させる第１光偏向手段と、前記第１光偏向手段で偏向された光が伝搬するスラブ型光導波手段と、前記スラブ型光導波手段を通過した光を前記第１光偏向手段とは対称に偏向させ、前記複数の出力チャネル導波路のうちから選択された１つの出力チャネル導波路に導く第２光偏向手段と、を備える。この光スイッチの前記第１光偏向手段および前記第２光偏向手段は、それぞれ、偏波依存性があり電気光学効果を有する材料を用いて形成されたスラブ型光導波路と、前記スラブ型光導波路の上面の光入力側に位置する部分に少なくとも１つのプリズム型電極を形成した入力側上部電極部と、前記スラブ型光導波路の上面の光出力側に位置する部分に少なくとも１つのプリズム型電極を形成した出力側上部電極部と、前記スラブ型光導波路の下面に形成した下部電極と、前記入力側上部電極部および前記出力側上部電極部に電圧を印加し、前記入力側上部電極部および前記下部電極の間と前記出力側上部電極部および前記下部電極の間とに実質的に等しい電界を発生させる駆動回路と、前記入力側上部電極部および前記出力側上部電極部の間に位置する前記スラブ型光導波路内を伝搬する光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換素子と、を含む。
【００１３】
上記のような構成の光スイッチでは、入力チャネル導波路に入力された光が第１光偏向手段に与えられてスラブ型光導波路内を伝搬する。このスラブ型光導波路には上面に入力側上部電極部および出力側上部電極部が、下面に下部電極がそれぞれ設けられており、光が入力側上部電極部の下方を通過する際、駆動回路からの電圧の印加により入力側上部電極部と下部電極の間に生じた電界に基づく電気光学効果によって、ＴＥ／ＴＭモードの各光が異なる角度で偏向される。そして、この偏向された光はモード変換素子を通過することでＴＥ／ＴＭモードが相互変換され、さらに、出力側上部電極部の下方を通過する際にも入力側と同様にＴＥ／ＴＭモードの各光が異なる角度で偏向される。これにより、第１光偏向手段からスラブ型光導波手段に出力されるＴＥ／ＴＭモードの各光の進行方向は平行となる。スラブ型光導波手段を平行な状態を保って直進したＴＥ／ＴＭモードの各光は、第２光偏向手段に与えられてスラブ型光導波路内を伝搬し、入力側上部電極部の下方、モード変換素子、出力側上部電極部の下方を順に通過することで、第１光偏向手段の通過時とは対称に偏向される。これにより、ＴＥ／ＴＭモードの各光が略一致した位置を同方向に進行し、複数の出力チャネル導波路のうちから選択された１つの出力チャネル導波路に導かれるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
上記のような本発明の光スイッチによれば、偏波依存性があり高い電気光学効果を有する材料を用いて第１および第２光偏向手段を形成し、駆動電圧の低減および偏向角の増大を図る場合でも、第１および第２光偏向手段のそれぞれについて入力側上部電極部と出力側上部電極部の間にモード変換素子を配置したことで、各々における偏向角の偏波依存性を実質的になくすことができるため、入力チャネル導波路に与えられる光を低損失で所望の出力チャネル導波路に導くことが可能である。よって、低い駆動電圧でも大きな偏向角が得られる低損失な光スイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明による光スイッチの一実施形態の構成を示す上面図である。
図１において、本光スイッチは、例えば、光入力部１０と、コリメート部２０と、第１光偏向手段としての第１光偏向部３０と、スラブ型光導波手段としてのスラブ型光導波路部４０と、第２光偏向手段としての第２光偏向部５０と、集光部６０と、光出力部７０とを備えて構成される。
【００１６】
光入力部１０は、一般的な光学基板に複数（ここでは例えば４つとする）の入力チャネル導波路Ｃｉｎ１〜Ｃｉｎ４を形成したものである。各入力チャネル導波路Ｃｉｎ１〜Ｃｉｎ４の一端には、本光スイッチにおいて出力先の切り替えを実施する光がそれぞれ入射される。なお、各入力チャネル導波路Ｃｉｎ１〜Ｃｉｎ４への入射光は、単一の波長の光であっても複数の波長の光を含んだＷＤＭ光であってもよい。
【００１７】
コリメート部２０は、光入力部１０の各入力チャネル導波路Ｃｉｎ１〜Ｃｉｎ４にそれぞれ対応したコリメートレンズ２１を有し、各々の入力チャネル導波路Ｃｉｎ１〜Ｃｉｎ４の他端から放射される光を平行光に変換して第１光偏向部３０に与える。各コリメートレンズ２１は、例えば、各入力チャネル導波路１１が形成された光学基板上に薄膜レンズ等を形成することによって実現するようにしてもよい。このような構成では光入力部１０とコリメート部２０を一体化することが可能になる。
【００１８】
第１光偏向部３０は、例えば図２の拡大した上面図（上段）およびＡ−Ａ’断面図（下段）に示すように、偏波依存性があり高い電気光学定数を有する材料を用いて形成されたスラブ型光導波路３１と、コリメート部２０の各コリメートレンズ２１に対応させてスラブ型光導波路３１の表面に形成された、入力側上部電極部３２および出力側上部電極部３３と、スラブ型光導波路３１の裏面全体に形成された下部電極３４と、入力側上部電極部３２および出力側上部電極部３３の間に位置するスラブ型光導波路３１に挿入された１／２波長板３５と、を有する。
【００１９】
具体的に、スラブ型光導波路３１は、例えばバルクのＳＢＮ（Ｓｒ0.75Ｂａ0.25Ｎｂ2Ｏ6）に、クラッド層３１Ａによって上下面が覆われたコア層３１Ｂを形成して構成される（図２の下段参照）。このスラブ型光導波路３１では、コリメート部２０から出射される平行光が、コア層３１Ａ内を基板面に沿った２次元方向に自由に伝搬することが可能である。なお、ここではＳＢＮを用いる一例を示したが、本発明における光偏向部に適用可能な電気光学材料は上記の一例に限定されるものではない。例えば、ＢＳＴＮ（Ｂａ1-xＳｒxＴｉyＮｂ2-yＯ6）やＢＮＮ（Ｂａ2ＮａＮｂＯ5）などの材料も比較的高い電気光学定数を有しており、本発明の光偏向部に用いる電気光学材料として適用可能である。
【００２０】
４つのコリメートレンズ２１に対応した各入力側上部電極部３２は、例えば、１組のプリズム型電極３２Ａ，３２Ｂからなる。各プリズム型電極３２Ａ，３２Ｂには、図示しない駆動回路から供給される電圧が共通に印加される。また、４つのコリメートレンズ２１に対応した各出力側上部電極部３３も、上記の各入力側上部電極部３２と同様に、１組のプリズム型電極３３Ａ，３３Ｂからなり、駆動回路からの電圧が共通に印加される。下部電極３４は、駆動回路からの電圧が印加された各入力側上部電極部３２との間に位置するスラブ型光導波路３１内に電界Ｅ32を発生させると共に、駆動回路からの電圧が印加された各出力側上部電極部３３との間に位置するスラブ型光導波路３１内に電界Ｅ33を発生させる。
【００２１】
なお、ここでは入力側上部電極部３２および出力側上部電極部３３が１組のプリズム型電極３２Ａ，３２Ｂおよび３３Ａ，３３Ｂによって構成される一例を示したが、各上部電極部におけるプリズム型電極の数は任意に設定することが可能である。各上部電極部のプリズム型電極数が異なる場合には、各上部電極部に印加する駆動電圧を調整して電界Ｅ32およびＥ33が略一致するようにする。すなわち、第１および出力側上部電極部における偏向角が実質的に等しくなるように、各上部電極部のプリズム型電極数および駆動電圧がそれぞれ設定される。
【００２２】
１／２波長板３５は、例えば、入力側上部電極部３２と出力側上部電極部３３の間に位置するスラブ型光導波路３１を横断するように作製した溝に埋め込まれており（図２の下段参照）、スラブ型光導波路３１を伝搬する光の偏波面を９０°回転させてＴＥモードとＴＭモードを相互交換する。上記の溝と１／２波長板３５との隙間には、スラブ型光導波路３１を伝搬する光に対して透明な接着剤が充填されている。なお、ここでは１／２波長板３５によりＴＥ／ＴＭモードを変換するようにしているが、例えば、１／４波長板を２枚組み合わせたり、ファラデー回転子を使用したりするなどして、１／２波長板３５に相当する機能を実現するようにしてもよい。
【００２３】
スラブ型光導波路部４０（図１）は、一般的な光学基板（電気光学効果の有無は問わない）に、図示しないクラッド層によって上下面が覆われたコア層を形成して構成され、第１光偏向部３０で偏向された光が、コア層内を基板面に沿った２次元方向に自由に伝搬可能である。このスラブ型光導波路部４０の中央には１／２波長板４１が設けられており、スラブ型光導波路部４０内を第１光偏向部３０から第２光偏向部５０に向かって伝搬する光のＴＥモードとＴＭモードとが１／２波長板４１において相互変換される。この１／２波長板４１は、前述した第１光偏向部３０の１／２波長板３５と同様に、スラブ型光導波路部４０を横断するように作製した溝に埋め込まれ、該溝との隙間には透明な接着剤が充填されている。
【００２４】
第２光偏向部５０は、前述した第１光偏向部３０と同様に、スラブ型光導波路５１、入力側上部電極部５２、出力側上部電極部５３、下部電極５４および１／２波長板５５を有する。なお、上記の各構成要素は、第１光偏向部３０の対応する各構成要素と同一であるため、ここでの説明を省略する。
集光部６０は、光出力部７０の後述する各出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ１〜Ｃｏｕｔ４にそれぞれ対応した集光レンズ６１を有し、第２光偏向部５０から出力される光を各集光レンズ６１で１点に集光して光出力部７０に与える。各集光レンズ６１は、例えば、光出力部７０の光学基板上に薄膜レンズ等を形成することによって実現するようにしてもよい。このような構成では集光部６０と光出力部７０を一体化することが可能になる。
【００２５】
光出力部７０は、一般的な光学基板に複数（ここでは例えば４つとする）の出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ１〜Ｃｏｕｔ４を形成したものである。各チャネル導波路Ｃｏｕｔ１〜Ｃｏｕｔ４の一端には集光部６０の各集光レンズ６１で１点に集光された光が与えられる。
次に、上記のような構成を備えた光スイッチの動作について説明する。
【００２６】
ここでは、例えば図３に示すように、入力チャネル導波路Ｃｉｎ１に入力された光を出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ４に導く場合を想定して光スイッチの動作を具体的に説明する。なお、入力チャネル導波路Ｃｉｎ１に入力された光を他の出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ１〜Ｃｏｕｔ３のいずれかに導く場合や、他の入力チャネル導波路Ｃｉｎ２〜Ｃｉｎ４に入力された光を出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ１〜Ｃｏｕｔ４のいずれかに導く場合の光スイッチの動作は、以下の説明と同様にして考えることができるため、ここでの説明を省略する。
【００２７】
光入力部１０の入力チャネル導波路Ｃｉｎ１に入力された光は、コリメート部２０の対応するコリメートレンズ２１で平行光に変換された後に第１光偏向部３０に送られる。第１光偏向部３０に到達した光は、スラブ型光導波路３１内を直進して入力側上部電極部３２の下方を通過する。入力側上部電極部３２には、出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ４の位置に応じて設定された駆動電圧が印加されている。この入力側上部電極部３２への駆動電圧の印加により、入力側上部電極部３２と下部電極３４との間のスラブ型光導波路３１内に電界Ｅ32が発生し、該電界Ｅ32による電気光学効果によってスラブ型光導波路３１の屈折率が変化して、スラブ型光導波路３１内を伝搬する光が偏向される。
【００２８】
入力側上部電極部３２の電界Ｅ32による光の偏向角は、スラブ型光導波路３１に用いたＳＢＮの電気光学定数ｒや屈折率ｎが偏波依存性を持つため、ＴＥモードの光に対する偏向角とＴＭモードの光に対する偏向角とにずれが生じる。このため、入力側上部電極部３２の下方を通過した光は、図３に示したようにＴＥモード（実線）とＴＭモード（破線）とが異なる方向に伝搬するようになる。
【００２９】
そして、スラブ型光導波路３１内を異なる方向に伝搬するＴＥ／ＴＭモードの各光は、１／２波長板３５を通過する際にモード変換されて、ＴＥモードがＴＭモードとなり、ＴＭモードがＴＥモードとなる。１／２波長板３５を通過したＴＭ／ＴＥモードの各光は、出力側上部電極部３３の下方を通過する際に、前述した入力側上部電極部３２の下方を通過する場合と同様に偏向される。これにより、ＴＭモードの伝搬方向とＴＥモードの伝搬方向とが平行となり、スラブ型光導波路部４０に送られる。
【００３０】
スラブ型光導波路部４０に入射したＴＭ／ＴＥモードの各光は、平行な状態を保ちながら直進し、スラブ型光導波路部４０の中央に設けられた１／２波長板４１を通過する際にモード変換されて、ＴＭモードがＴＥモードとなり、ＴＥモードがＴＭモードとなる。これにより、スラブ型光導波路部４０の前半部分で生じるＴＭ／ＴＥモードの時間軸上でのずれが、スラブ型光導波路部４０の後半部分で相殺され、偏波モード分散（ＰＭＤ）が補償される。スラブ型光導波路部４０を伝搬したＴＥ／ＴＭモードの各光は、第２光偏向部５０に送られる。
【００３１】
第２光偏向部５０に到達したＴＥ／ＴＭモードの各光は、前述した第１光偏向部３０を伝搬したときとは対称的に、入力側上部電極部５２の下方を通過する際に偏向されて、ＴＥモードとＴＭモードが互いに近づく方向に伝搬するようになる。そして、ＴＥ／ＴＭモードの各光は、１／２波長板５５を通過する際にモード変換されて、ＴＥモードがＴＭモードとなり、ＴＭモードがＴＥモードとなる。１／２波長板５５を通過したＴＭ／ＴＥモードの各光は、出力側上部電極部５３の下方を通過する際にも偏向されて、同一の方向に直進する光となり集光部６０に送られる。集光部６０に到達した光は、出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ４に対応する集光レンズ６１で１点に集光され、出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ４の一端に導かれる。
【００３２】
上記のように本実施形態の光スイッチによれば、偏波依存性があり高い電気光学効果を有するバルクのＳＢＮ等の材料を用いて第１光偏向部３０および第２光偏向部５０を形成し、駆動電圧の低減および偏向角の増大を図る場合でも、入力側上部電極部３２，５２と出力側上部電極部３３，５３の間に１／２波長板３５，５５をそれぞれ配置するようにしたことで、第１光偏向部３０および第２光偏向部５０における偏向角の偏波依存性を実質的になくすことができるため、各入力チャネル導波路Ｃｉｎ１〜Ｃｉｎ４に与えられる光を低損失で所望の出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ１〜Ｃｏｕｔ４に導くことが可能である。また、スラブ型光導波路部４０の中央にも１／２波長板４１を設けたことで、スラブ型光導波路部４０を伝搬するＴＥ／ＴＭモードの時間軸上でのずれも補償することができる。よって、低い駆動電圧でも大きな偏向角が得られる低損失で偏波無依存の光スイッチを実現することが可能になる。
【００３３】
次の表１は、高い電気光学効果を有する材料を用いて光偏向部を形成したことによる駆動電圧の低減効果を、電気光学材料ごとに比較した一例である。
【００３４】
【表１】
0004573726.tif 000002
【００３５】
上記の表１には、偏波依存性のない電気光学材料であるエピタキシャル成長のＰＬＺＴを用いた従来の光スイッチにおける駆動電圧を基準として、ＳＢＮ、ＢＳＴＮまたはＢＮＮを用いた本発明の光スイッチにおける駆動電圧を相対的に示した数値が右端の欄に示してある。なお、各材料の偏波依存性を示すデータとして、電気光学定数ｒ33（ＴＭモード）および電気光学定数ｒ13（ＴＥモード）が中央の欄に示してある。また、一般的な電気光学材料であるＬｉＮｂＯ3についての対応するデータも併記してある。表１のデータより、高い電気光学効果を示すＳＢＮを用いた場合には、従来の光スイッチと比較して駆動電圧をおよそ１／１５に低減でき、駆動電圧の低減効果が大であることが分かる。また、ＢＳＴＮを用いた場合には、駆動電圧をおよそ１／３に低減できる。一方、ＢＮＮを用いた場合には、駆動電圧はエピタキシャル成長のＰＬＺＴを用いた従来の光スイッチと同程度となるが、エピタキシャル成長のＰＬＺＴよりも高い電気光学効果が得られるため、より大きな偏向角を実現することができる。また、ＬｉＮｂＯ3を用いた場合についても考えてみると、本発明の構成を適用することで偏向角の偏波依存性をなくすことが可能にはなるものの、エピタキシャル成長のＰＬＺＴと比較して電気光学効果が低くなるため駆動電圧は上昇してしまう。
【００３６】
なお、上記の実施形態では、４つの入力チャネル導波路Ｃｉｎ１〜Ｃｉｎ４と４つの出力チャネル導波路Ｃｏｕｔ１〜Ｃｏｕｔ４とを有する構成例を示したが、本発明における入出力チャネル導波路の数は上記の一例に限定されるものではなく、少なくとも１つの入力チャネル導波路と２つ以上の出力チャネル導波路を有する光スイッチについて本発明は有効である。多数の入出力チャネル導波路を有する場合、第１および第２光偏向部３０，５０における偏向角をより大きくすることが必要になるため、本発明の構成は特に有効である。
【００３７】
また、上記の実施形態では、スラブ型光導波路部４０の中央に１／２波長板４１を設けた一例を示したが、例えば図４に示すように１／２波長板４１を省略した構成を考えることも可能である。この構成では、例えば図５に示すように、第１光偏向部３０に対してＴＥモード（ＴＭモード）で入射した光が、第２光偏向部５０に対してはＴＭモード（ＴＥモード）で入射することになる。このため、第２光偏向部５０を通過したＴＥ／ＴＭモードの各光の出力位置が完全には一致しなくなり、数μｍ〜数十μｍのずれが生じるようになる。しかし、この程度の出力位置のずれは、従来の構成において本光スイッチと同様な高い電気光学効果を有する材料を用いた場合の出力位置のずれ（図８参照）と比較すると僅かなものであり、出力チャネル導波路に導かれる光の損失は図１の構成に比べて多少劣化するが光スイッチとして使用可能な範囲である。すなわち、図４に示した構成によっても、偏向角の偏波依存性を低減させるという効果を十分に得ることができる。なお、上記のような出力位置のずれによる損失の劣化は、例えば、光出力部７０の各チャネル導波路７１としてマルチモード光導波路を用いることで改善させることが可能である。
【００３８】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００３９】
（付記１）  少なくとも１つの入力チャネル導波路および複数の出力チャネル導波路と、
前記入力チャネル導波路に入力された光を偏向させる第１光偏向手段と、
前記第１光偏向手段で偏向された光が伝搬するスラブ型光導波手段と、
前記スラブ型光導波手段を通過した光を前記第１光偏向手段とは対称に偏向させ、前記複数の出力チャネル導波路のうちから選択された１つの出力チャネル導波路に導く第２光偏向手段と、を備えた光スイッチにおいて、
前記第１光偏向手段および前記第２光偏向手段は、それぞれ、
偏波依存性があり電気光学効果を有する材料を用いて形成されたスラブ型光導波路と、
前記スラブ型光導波路の上面の光入力側に位置する部分に少なくとも１つのプリズム型電極を形成した入力側上部電極部と、
前記スラブ型光導波路の上面の光出力側に位置する部分に少なくとも１つのプリズム型電極を形成した出力側上部電極部と、
前記スラブ型光導波路の下面に形成した下部電極と、
前記入力側上部電極部および前記出力側上部電極部に電圧を印加し、前記入力側上部電極部および前記下部電極の間と前記出力側上部電極部および前記下部電極の間とに実質的に等しい電界を発生させる駆動回路と、
前記入力側上部電極部および前記出力側上部電極部の間に位置する前記スラブ型光導波路内を伝搬する光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換素子と、を含むことを特徴とする光スイッチ。
【００４０】
（付記２）  付記１に記載の光スイッチであって、
前記モード変換素子は、光の偏波面を９０°回転させる１／２波長板であることを特徴とする光スイッチ。
【００４１】
（付記３）  付記２に記載の光スイッチであって、
前記１／２波長板は、前記スラブ型光導波路を横断するように作製した溝に埋め込まれていることを特徴とする光スイッチ。
【００４２】
（付記４）  付記１に記載の光スイッチであって、
スラブ型光導波路は、ＳＢＮ（Ｓｒ0.75Ｂａ0.25Ｎｂ2Ｏ6）を用いて形成されたことを特徴とする光スイッチ。
【００４３】
（付記５）  付記１に記載の光スイッチであって、
スラブ型光導波路は、ＢＳＴＮ（Ｂａ1-xＳｒxＴｉyＮｂ2-yＯ6）を用いて形成されたことを特徴とする光スイッチ。
【００４４】
（付記６）  付記１に記載の光スイッチであって、
スラブ型光導波路は、ＢＮＮ（Ｂａ2ＮａＮｂＯ5）を用いて形成されたことを特徴とする光スイッチ。
【００４５】
（付記７）  付記１に記載の光スイッチであって、
前記スラブ型光導波手段は、前記第１光偏向手段から前記第２光偏向手段に向かう方向の中央部分に、当該部分を伝搬する光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換素子を含むことを特徴とする光スイッチ。
【００４６】
（付記８）  付記７に記載の光スイッチであって、
前記モード変換素子は、光の偏波面を９０°回転させる１／２波長板であることを特徴とする光スイッチ。
【００４７】
（付記９）  付記８に記載の光スイッチであって、
前記１／２波長板は、前記スラブ型光導波手段を横断するように作製した溝に埋め込まれていることを特徴とする光スイッチ。
【００４８】
（付記１０）  付記１に記載の光スイッチであって、
光学基板に複数の入力チャネル導波路を形成した光入力部と、
前記光入力部の各入力チャネル導波路から出力される光を平行光に変換して前記第１光偏向手段に与える複数のコリメートレンズを有するコリメート部と、
光学基板に複数の出力チャネル導波路を形成した光出力部と、
前記第２光偏向手段で偏向された光を１点に集光して前記光出力部の対応する出力チャネル導波路に与える複数の集光レンズを有する集光部と、を備えたことを特徴とする光スイッチ。
【００４９】
（付記１１）  付記１０に記載の光スイッチであって、
前記コリメート部の各コリメートレンズは、前記光入力部の光学基板上に形成した薄膜レンズからなることを特徴とする光スイッチ。
【００５０】
（付記１２）  付記１０に記載の光スイッチであって、
前記集光部の各集光レンズは、前記光出力部の光学基板上に形成した薄膜レンズからなることを特徴とする光スイッチ。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による光スイッチの一実施形態の構成を示す上面図である。
【図２】上記実施形態における第１光偏向部の具体的な構成を示す上面図および断面図である。
【図３】上記実施形態の動作を説明する図である。
【図４】上記実施形態に関連した他の構成例を示す上面図である。
【図５】図４の構成例の動作を説明する図である。
【図６】従来の電気光学効果を利用した光スイッチの構成例を示す上面図である。
【図７】従来の電気光学効果を利用した光スイッチの他の構成例を示す上面図である。
【図８】図６の構成例について強誘電体を用いた場合の動作を説明する図である。
【図９】図７の構成例について強誘電体を用いた場合の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…光入力部
２０…コリメート部
２１…コリメートレンズ
３０…第１光偏向部
３１，５１…スラブ型光導波路
３２，５２…入力側上部電極部
３３，５３…出力側上部電極部
３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ…プリズム型電極
３４…下部電極
３５，４１，５５…１／２波長板
４０…スラブ型光導波路部
５０…第２光偏向部
６０…集光部
６１…集光レンズ
７０…光出力部
Ｃｉｎ１〜Ｃｉｎ４…入力チャネル導波路
Ｃｏｕｔ１〜Ｃｏｕｔ４…出力チャネル導波路
【図１】
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【図２】
0004573726.tif 000004
【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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