(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ本の光入力端子と、光接続切り替え部と、Ｍ本の光出力端子（Ｎ、Ｍは１以上の整数）とを備え、該光入力端子のいずれか一つから入力された光信号が、該光接続切り替え部を介して、選択された該光出力端子のいずれか一つに出力される、基板上に形成された光スイッチにおいて、
前記光接続切り替え部はメインスラブ光導波路、Ｎ個の入力側光ビーム変換部、およびＭ個の出力側光ビーム変換部からなり、
前記入力側光ビーム変換部は、前記光入力端子と前記メインスラブ光導波路を接続して、該光入力端子から入射した光を、前記基板と平行な面内に連続的に広がった２次元光ビームに変換するか、または、前記基板と平行な面内に広がり、位相分布が周期的な不連続点を含み、その不連続点に挟まれた領域では所望のビーム出射方向に応じて変化する連続的な位相波面を与える２次元光ビームに変換して該メインスラブ光導波路に出射し、
前記出力側光ビーム変換部は、前記メインスラブ光導波路と前記光出力端子を接続して、該メインスラブ光導波路から入射した前記２次元光ビームを、該光出力端子の導波モードに変換して該光出力端子に出射し、
前記入力側光ビーム変換部と前記出力側光ビーム変換部は、光ビームの送受信にあたって、前記メインスラブ光導波路内で両光ビーム変換部を結ぶ光ビーム経路上の等しい中間位置にビームウエストを持ち、かつ該ビームウエストにおけるスポットサイズが等しくなるように設計されており、
前記スポットサイズをω０、前記入力側光ビーム変換部から前記メインスラブ光導波路に出射するビームの幅および前記メインスラブ光導波路から前記出力側光ビーム変換部に入射するビームの幅をそれぞれω１としたとき、前記ω０は、前記メインスラブ光導波路の長さに応じて定まる、前記ω１の最小値を与える所定の値に設計されており、
前記メインスラブ光導波路の屈折率をｎ、その長さを２ｚ０、スイッチングされる光の波長をλとしたとき、前記入力側光ビーム変換部および前記出力側光ビーム変換部は、前記スポットサイズω０が
【数１】
0003936865.tif 000016
となるように設計され、
許容される隣接ポート間のクロストーク量をＸＴ（ｄＢ）としたとき、前記入力側光ビーム変換部および前記出力側光ビーム変換部はそれぞれ、前記メインスラブ光導波路との接続部において中心間隔が
【数２】
0003936865.tif 000017
で配置されている
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記光スイッチは、平面基板上に一括して形成された平面集積回路か、または、複数の平面光回路と光機能素子とが平面状に光接続されたハイブリッド光集積回路のいずれかであり、かつ、少なくとも前記メインスラブ光導波路は、石英系平面光導波路であり、
前記入力側光ビーム変換部と前記出力側光ビーム変換部は、それぞれ、
前記光入力端子または前記光出力端子におけるモードフィールドを、所望のビーム径に拡大する振幅分布変換部と、
前記振幅分布変換部から出た光ビームに所望の広がり角に対応した位相波面を与える波面変換部と、
前記振幅分布変換部の入力側または前記波面変換部の出力側に接続して光ビームに所望の偏向方向を与える偏向付与部と
を、光伝播経路上に少なくともひとつづつ備え、
前記振幅分布変換部の少なくとも一つが、２次元の自由伝播によって光ビーム径を拡大または縮小するスラブ光導波路であり、
前記波面変換部の少なくとも一つが、レンズであり、当該レンズが、光伝播経路上のＸ−Ｚ面内に設けた異なる屈折率を有する２つの領域の境界面からなり、かつ前記異なる屈折率を有する２つの領域のいずれか一方は、空隙である
ことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記偏向付与部の少なくとも一つは、前記波面変換部の前記空隙の内部に設けた、プリズム型の可変屈折率領域を有する電気光材料からなるスラブ光導波路である
ことを特徴とする請求項２のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記偏向付与部は、前記光入力端子または前記光出力端子と前記振幅分布変換部との間に接続した１×Ｌスイッチ（Ｌは１以上の整数）であることを特徴とする請求項２に記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記入力側光ビーム変換部と前記出力側光ビーム変換部は、それぞれ、２つの前記偏向付与部と１つの前記振幅分布変換部を備え、
第１の偏向付与部は、一端が前記光入力端子または前記光出力端子に接続され他端が複数の導波路を介して前記振幅分布変換部に接続され、
第２の偏向付与部は、前記振幅分布変換部と前記メインスラブ光導波路との間に、入力側と出力側それぞれに前記レンズを介して、配置されている
ことを特徴とする請求項２または３に記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光信号処理に用いる光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量の光通信ネットワークの構築に向けて、低損失、低クロストーク、高速スイッチング等の優れた性能を有し、かつ規模の拡張性に富んだ光スイッチの開発が急務となっている。以下、上記の観点から、従来の光スイッチ技術とその問題点について説明する。
【０００３】
従来、実用上実績のある光スイッチとしては、１本の入力光ファイバと２本の出力光ファイバとの接続を機械的に切り替える、いわゆるメカニカルスイッチが知られているが、メカニカルスイッチはスイッチング速度が遅く、また、大規模化にあたっては、極めて多数のスイッチ素子間を光ファイバ等で複雑に配線することとなるため、規模の拡張性に乏しい。
【０００４】
一方、従来、大規模Ｎ×Ｎスイッチを構成するいくつかの方法が提案され、検討が進められている。これらの主なものは、平面光導波路を用いたマトリクススイッチ型と、３次元フリースペーススイッチ型に大別できるが、いづれも課題があった。
【０００５】
すなわち、マトリクススイッチ型は、上述したメカニカルスイッチと比較して比較的少ないスイッチ素子数でＮ×Ｎスイッチを構成でき、かつ光スイッチ素子のクロス状態を利用することにより、交差を避けられることから集積回路化が容易となる利点がある。しかしながら、こうしたスイッチ素子を複数組み合わせる構成は、ポート数の増大に伴ってスイッチ素子数が爆発的に増大し、集積化が困難になるとともに、スイッチ素子の損失が累積する問題があった。
【０００６】
他方、フリースペース光スイッチは、ポート数の増大に対して損失が単純に累積しないため、規模拡大には適しているものの、基本的な個別部品の３次元実装構造となるため、実装工程が極めて難しくなる問題と、周囲温度の変化・振動等による特性変化などに対して安定性・信頼性に問題があった。
【０００７】
図９は、更に第３の従来例として、最近提案された平面ビームステア型光スイッチの構成を示す（文献［１］：C. R. Doerr, and C. Dragone,“ Proposed optical cross connect using a planar arrangement of beam steerers,”IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 11, pp. 197-199, 1999.参照）。ここで、複数の入力ポート９１は各々、所望の出射光ビームの位相波面を付与するための可変位相器（フェーズシフター）９２を備えたアレイ導波路からなる第１の２次元光ビーム偏向器（スターカプラ）９３を介してスラブ光導波路９４に接続され、スラブ光導波路９４の対向する端面には、第２の２次元光ビーム偏向器（ビームステア）９５を介して出力ポート９６が接続されている。本構成では、複数の入出力ポート９１、９６間を、スラブ光導波路９４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Ｎ×Ｎスイッチを実現する。すなわち、複数の入力信号光を、第１のビーム偏向器９３により、各々所望の偏向方向を有する２次元光ビームに変換し、スラブ光導波路９４中に出射するとともに、所望の偏向方向から到来する光ビームを受信するように出力側に設けた第２のビーム偏向器９５の受光波面を調整することにより、任意の入出力ポートを接続することができる。
【０００８】
本平面ビームステア型光スイッチの構成は前述のフリースペース光スイッチを２次元化するとともに、光ビームの送受信系としてアレイ導波路を用いた光フェーズドアレイ送受信系を適用したことに相当している。２次元化により平面集積回路化が可能となり、温度安定性・制御性も格段に向上するほか、信頼性の向上も期待できる。
【０００９】
しかしながら、上記の文献［１］にも記述されている通り、本構成では、１０チャネルを超える大規模スイッチを実現することは困難である。また、損失、クロストークともに十分な特性は期待できない。
【００１０】
この主たる原因は、アレイ導波路を用いた光フェーズドアレイを用いたことにある。すなわち、アレイ導波路を用いた光フェーズドアレイでは、
（１）光ビームの指向性が極めて小さい角度範囲に制限されること、および
（２）アレイ導波路本数によってビーム数が制限されるため回路サイズが大型化すること、
の２つが大きな原因である。
【００１１】
主たる原因の上記（１），（２）について、以下詳細に説明する。
【００１２】
（１）アレイ導波路により形成される光ビームの指向性Ｅ（θ）は、各導波路の出射光が無指向性（すなわち点波源）であると仮定した場合のフェーズドアレイ自身による指向性（以下、アレイファクタと呼ぶ）Ｆ（θ）と、各導波路の出射光の指向性Ｇ（θ）との積として、Ｅ（θ）＝Ｆ（θ）×Ｇ（θ）と表されることが知られている。
【００１３】
最初にアレイファクタＦ（θ）について考える。一般にフェーズドアレイでは、指向性はアレイ導波路間隔ｄに依存し、特に、このｄが半波長以上の場合には、メインローブのほかに高次の回折パターンであるグレーティングローブが、メインローブに対して±asin（λ／（ｎ×ｄ））の方向に発生することが知られている（ｎはスラブ導波路の屈折率）。
【００１４】
ところで、光導波路のモードフィールド直径は通常波長程度以上の大きな値となり、小さな角度領域にグレーティングローブが発生することとなる。図９の第３の従来例では、グレーティングローブが発生すると損失が増大するばかりでなく、クロストークが生じる結果となるため、すべての光ビームをグレーティングローブのない角度領域で形成しなければならない。このため、光ビームの指向性が制限され、結果として、入出力ポート数が制限される。例えば、コアとクラッドとの比屈折率差Δｎ＝０．８％程度の単一モード石英系光導波路（ｎ＝１．４６とする）では、モードフィールド直径は、波長１．５５μｍで４〜６波長程度となり、隣接導波路間のモード結合を抑えるためにアレイ導波路間隔を１５μｍに設定した場合には、メインローブの両側約±４度の方向に第一グレーティングローブが発生する。したがって、ビームを形成できる角度範囲は約±２度と極めて狭い範囲に制限されることとなる。
【００１５】
次に、各導波路の出射ビームの指向性Ｇ（θ）について考える。導波路のモードフィールド形状をガウス分布とすると、Ｇ（θ）もガウス分布であり、導波路出射端のスポットサイズω０とすると、電力が１／ｅ^２となる広がり角（半値）φは、概ねφ＝λ／（ｎ×π×ω０）と近似できる。形成される光ビームは、Ｇ（θ）のプロファイルにしたがって強度が決まり、±φで光強度は１／ｅ^２となる。したがって、損失を所望の値以下に抑えるためには、ビームを形成できる角度範囲は、導波路のモードフィールド径によっても制限されることとなる。例えば、前述のモードフィールド径が波長１．５５μｍの５倍程度、ｎ＝１．４６の光導波路の場合には、強度１／ｅ^２の広がり角φは±５度とやはり極めて狭い角度に制限され、この角度でも中央のビームに対して約９ｄＢの損失が加わることになる。なお、中央ビームに対する損失増加を３ｄＢまでに抑えるためには、約±３度となる。
【００１６】
（２）一方、形成できるビーム数はアレイ導波路数で制限される。すなわち、フェーズドアレイのビーム半値角は、概ねアレイ導波路数に反比例することが知られており、最も単純な場合として、アレイ導波路の振幅分布を一様励振と仮定した場合には、メインローブと第一グレーティングローブ間のビーム形成可能な角度領域に、概ねアレイ導波路数と同数のビームを、ビーム半値幅と同程度の間隔で形成できることがわかっている。ここで、一様励振の場合、第一サイドローブレベルは−１３ｄＢ程度であり、必ずしも必要なクロストーク性能を満足できないため、よりビーム間の間隔を広くとる必要があり、実際に形成できるビーム数はアレイ導波路数より小さくなる。また、さらにサイドローブレベルを下げるためには、励振分布にテーパーをつける等の工夫が必要になるが、その場合には、メインローブのビーム半値角は一様励振の場合よりも広くなるため、やはり、形成できるビーム数はアレイ導波路数より小さくなる。
【００１７】
このように、通常、アレイ導波路数と同等以下のビーム数しか形成できず、逆に、十分なクロストークを得るためには、所望のビーム数の２〜３倍のアレイ導波路数を設ける必要がある。しかしながら、前述した通り、アレイ導波路間隔はある程度以下には近接できないため、アレイ導波路出射端の開口長が大きくなる問題がある。例えば、１００ビームを形成するためには、２００〜３００本以上のアレイ導波路が必要であり、前述のアレイ導波路間隔１５μｍ、ｎ＝１．４６の石英系光導波路の場合には、３０００〜４５００μｍ以上の開口長となる。
【００１８】
ここで上記（１）の理由で述べたビームを形成可能な角度範囲が±２度程度であることと合わせて考えると、例えば６４×６４光スイッチを作製するためには、４５００μｍの出射端開口をもつアレイ導波路を６４組ずつ、スラブ導波路の両端に配置する必要があり、かつすべての入力ポートからすべての出力ポートを見込む角度が±２度以内に入る必要があるため、最低でも４ｍ以上と長大なスラブ導波路長が必要となる。同様に１６チャネル規模でも数１０ｃｍのスラブ導波路長が必要であり、一枚の基板に集積することは困難である。このように、図９の第３の従来例では１０チャネルを超える大規模化は困難であった。
【００１９】
なお、上記文献［１］では、より大きなビーム偏向角を得るために、ビーム偏向器をカスケード接続する構成が提案されているが、この提案の場合も、最終段のアレイ導波路でビーム偏向角の最大値は制限されるため、上記のポート数の限界はやはり改善されない。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
以上まとめると、従来、様々な光スイッチの構成が提案されているが、十分な性能と、ポート数の拡張性を兼ね備えたスイッチは存在していなかった。すなわち、マトリクススイッチは、小規模なスイッチは特性良く実現できるものの、スイッチ素子を複数組み合わせる構成のため、規模の拡張性に問題があった。また、フリースペース光スイッチでは、３次元立体構造の精密かつ安定・高信頼な実装が困難であった。さらに、アレイ導波路を用いた２次元光ビームステアリング型光スイッチでは、損失、クロストーク等の性能も、規模の拡張性も不十分であった。
【００２１】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来課題となっていた、高性能かつポート数の拡張性に富む光スイッチを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光スッチは、Ｎ本の光入力端子と、光接続切り替え部と、Ｍ本の光出力端子（Ｎ、Ｍは１以上の整数）とを備え、該光入力端子のいずれか一つから入力された光信号が、該光接続切り替え部を介して、選択された該光出力端子のいずれか一つに出力される、基板上に形成された光スイッチにおいて、前記光接続切り替え部はメインスラブ光導波路、Ｎ個の入力側光ビーム変換部、およびＭ個の出力側光ビーム変換部からなり、前記入力側光ビーム変換部は、前記光入力端子と前記メインスラブ光導波路を接続して、該光入力端子から入射した光を、前記基板と平行な面内に連続的に広がった２次元光ビームに変換するか、または、前記基板と平行な面内に広がり、位相分布が周期的な不連続点を含み、その不連続点に挟まれた領域では所望のビーム出射方向に応じて変化する連続的な位相波面を与える２次元光ビームに変換して該メインスラブ光導波路に出射し、前記出力側光ビーム変換部は、前記メインスラブ光導波路と前記光出力端子を接続して、該メインスラブ光導波路から入射した前記２次元光ビームを、該光出力端子の導波モードに変換して該光出力端子に出射し、前記入力側光ビーム変換部と前記出力側光ビーム変換部は、光ビームの送受信にあたって、前記メインスラブ光導波路内で両光ビーム変換部を結ぶ光ビーム経路上の等しい中間位置にビームウエストを持ち、かつ該ビームウエストにおけるスポットサイズが等しくなるように設計されており、前記スポットサイズをω０、前記入力側光ビーム変換部から前記メインスラブ光導波路に出射するビームの幅および前記メインスラブ光導波路から前記出力側光ビーム変換部に入射するビームの幅をそれぞれω１としたとき、前記ω０は、前記メインスラブ光導波路の長さに応じて定まる、前記ω１の最小値を与える所定の値に設計されており、前記メインスラブ光導波路の屈折率をｎ、その長さを２ｚ０、スイッチングされる光の波長をλとしたとき、前記入力側光ビーム変換部および前記出力側光ビーム変換部は、前記スポットサイズω０が
【数３】
0003936865.tif 000002
となるように設計され、許容される隣接ポート間のクロストーク量をＸＴ（ｄＢ）としたとき、前記入力側光ビーム変換部および前記出力側光ビーム変換部はそれぞれ、前記メインスラブ光導波路との接続部において中心間隔が
【数４】
0003936865.tif 000003
で配置されていることを特徴とする。
【００２７】
ここで、前記光スイッチは、平面基板上に一括して形成された平面集積回路か、または、複数の平面光回路と光機能素子とが平面状に光接続されたハイブリッド光集積回路のいずれかであり、かつ、少なくとも前記メインスラブ光導波路は、石英系平面光導波路であり、前記入力側光ビーム変換部と前記出力側光ビーム変換部は、それぞれ、前記光入力端子または前記光出力端子におけるモードフィールドを、所望のビーム径に拡大する振幅分布変換部と、前記振幅分布変換部から出た光ビームに所望の広がり角に対応した位相波面を与える波面変換部と、前記振幅分布変換部の入力側または前記波面変換部の出力側に接続して光ビームに所望の偏向方向を与える偏向付与部とを、光伝播経路上に少なくともひとつづつ備え、前記振幅分布変換部の少なくとも一つが、２次元の自由伝播によって光ビーム径を拡大または縮小するスラブ光導波路であり、前記波面変換部の少なくとも一つが、レンズであり、当該レンズが、光伝播経路上のＸ−Ｚ面内に設けた異なる屈折率を有する２つの領域の境界面からなり、かつ前記異なる屈折率を有する２つの領域のいずれか一方は、空隙であることが望ましい。
【００３１】
また、前記偏向付与部の少なくとも一つは、前記波面変換部の前記空隙の内部に設けた、プリズム型の可変屈折率領域を有する電気光材料からなるスラブ光導波路であってもよい。
【００３４】
また、前記偏向付与部は、前記光入力端子または前記光出力端子と前記振幅分布変換部との間に接続した１×Ｌスイッチ（Ｌは１以上の整数）であってもよい。
【００３５】
また、前記入力側光ビーム変換部と前記出力側光ビーム変換部は、それぞれ、２つの前記偏向付与部と１つの前記振幅分布変換部を備え、第１の偏向付与部は、一端が前記光入力端子または前記光出力端子に接続され他端が複数の導波路を介して前記振幅分布変換部に接続され、第２の偏向付与部は、前記振幅分布変換部と前記メインスラブ光導波路との間に、入力側と出力側それぞれに前記レンズを介して、配置されている構成であってもよい。
【００３７】
本発明は、スラブ光導波路中の光ビーム伝播を利用して、２次元的なフリースペース光スイッチを構成するものであり、この点では前述の第３の従来例と同様である。
【００３８】
しかしながら、本発明は、メインスラブ光導波路とのビーム入出射境界面で連続的な振幅・位相分布を持つ波源、いわゆる連続分布波源により、スラブ光導波路中を伝播する光ビームを形成することを最大の特徴としており、これが従来の課題を解決するための本質的な役割を担う点で、従来とは大きく異なる。
【００３９】
本発明に係わる２次元的なビームステア型光スイッチを実現するにあたっての最も重要な課題は、（１）大規模化に向けて、いかにビーム偏向角を大きくとり、かつビーム入出射部を小型にするか、（２）かつ同時に損失、クロストークなどの性能をいかに確保するか、である。ここで、（１），（２）の要求は一般にトレードオフの関係にあるため、いかに両立するかも問題となる。
【００４０】
しかしながら、前述したように、従来の検討では、ビーム偏向器としてアレイ導波路を用いるために、性能、規模の拡張性ともに不充分であった。これは、フェーズドアレイが本質的にビーム出射面において離散的な振幅・位相分布を与える離散波源であり、とりわけ光フェーズドアレイでは通常、アレイ間隔を半波長以下にできないため、不充分な離散化の結果として、損失、クロストーク性能の劣化とともに、規模拡張性の制限といった重大な問題が発生することに起因している。
【００４１】
本発明は、この点に着目し、連続分布波源を用いて光ビーム形成を行うことにより、従来の問題を解決する。すなわち連続分布波源を用いることにより、グレーティングローブの発生やサイドローブレベルの上昇といった問題を避けられ、結果として、損失、クロストークの劣化、ビームステアリング角度の制限といった本質的な問題を解決できる。さらに、ビーム送受信部が小型になり、ポート数を増大できるといった実用上重要な効果もある。また、連続分布波源を用いることにより、フェーズドアレイでは困難であったビーム結合系の最適化と回路の小型化の両立が図れる効果がある。本発明は、ガウスビーム結合系の原理的性質を応用することにより、性能と規模拡張性の２つの要求を両立するスイッチ構造を提供する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明による光スイッチの詳細な構造、原理とその作用、効果について本発明の具体的な実施の形態を用いて詳述する。
【００４３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における光スイッチの構成を示す平面図である。本実施形態では、１６×１６スイッチを石英系平面光回路によって一括集積したものであり、この回路構成としては、基板面に対して垂直方向にのみ光の閉じ込め構造を有するメインスラブ光導波路１を中央に配し、その両端に、連続的な振幅・位相分布を生成する光ビーム変換部２、２を介して、光入出力ポート３、４が接続されている。
【００４４】
上記光ビーム変換部２の詳細構成を図２に示す。光入出力ポート３、４は、各々１×１６光スイッチ２１に接続され、続いてスラブ光導波路２２に接続される。スラブ光導波路２２は、エッチングにより形成された概ね円弧形状の２つの導波路端面からなるレンズ２３に接続され、さらにメインスラブ光導波路１に接続されている。２４はエッチングによる空隙を示す。本実施形態では、１×１６光スイッチ２１、スラブ光導波路２２、エッチングによるレンズ２３が、各々、本発明で言う偏向付与部、振幅分布変換部、波面変換部に相当する。
【００４５】
光ビーム変換部２の機能を入力の場合について説明する。まず、入力ポート３から入力された光信号は、１×１６光スイッチ２１により１６個のいずれかのポートを選択され、スラブ導波路２２に所望の角度で入射される。これは、１６個のビーム偏向方向を選択できることに相当している。続いてスラブ光導波路２２内を２次元的に広がりながら自由伝播し、レンズ２３に入射される。ここでスラブ光導波路２２の長さを適切に設計することにより、所望の広がりをもつ光ビームを得ることができる。
【００４６】
光導波路端面からなるレンズ２３に入射した光は、波面変換され、メインスラブ光導波路１内の所定の位置にビームウエスト（beam waist：ビームのくびれ）を持つ、所定のスポットサイズの光ビームとして、メインスラブ光導波路１内に出射される。
【００４７】
以上の説明から分かる通り、本光ビーム変換部２は、メインスラブ光導波路１への光ビーム入出射端（すなわち、本例ではレンズ出射直後）において、空間的に概ね連続的な振幅・位相分布を有する連続分布波源となっている。これにより、ビーム偏向角の制限は実用上なくなり、従来例で前述したアレイ導波路では困難であった大規模化が可能となる。
【００４８】
次に、本実施形態の光スイッチ回路の設計指針の具体例を述べる。
【００４９】
まず、メインスラブ光導波路１の領域の設計について述べる。
【００５０】
入力側と出力側の両光ビーム変換部２、２は、両者を結ぶ光ビームのスポットサイズとビームウエスト位置を概ね一致させる、いわゆる共焦点系を構成する。これにより、ビーム結合系の原理損失をゼロにすることができるのと同時に、メインスラブ光導波路１の長さ（以下、メインスラブ導波路長と称する）を一定とした場合には、光ビーム変換部２の入出射端でのビーム径を最小にすることができるので、ポート数を増大することが可能となる。
【００５１】
さらに、本実施形態では、光ビームは概ねガウス型の振幅分布をもつように設計する。これは、光導波路の伝播モードが一般にガウス型で近似でき、振幅分布の変換が容易である利点に加えて、後述するように、ガウスビームの性質を応用することにより、クロストーク性能と小型化を両立した設計が可能となる効果があるためである。
【００５２】
続いて、メインスラブ光導波路１中のビーム結合系の特性と、設計指針について説明する。
【００５３】
メインスラブ光導波路１中を伝播するガウスビームのスポットサイズ（本明細書では、ビームウエストにおけるビーム半径をスポットサイズと呼ぶ）をω０とすると、ｚ０だけ離れた位置でのビーム半径ω１は、以下の（１）式で近似できる。
【００５４】
【数３】
0003936865.tif 000004
【００５５】
ここで、λは光の波長、ｎはメインスラブ光導波路１の屈折率である。あるｚ０に対して、ω０を変化させたときのω１は最小値を有し、最小のω１min は以下の（２）式で与えられる。
【００５６】
【数４】
0003936865.tif 000005
【００５７】
また、このときのスポットサイズω０minは、以下の（３）式で与えられる。
【００５８】
【数５】
0003936865.tif 000006
【００５９】
すなわち、ポート数など入出力の構造が対称の場合には、メインスラブ導波路長２＊Ｚ０を決めると、光ビーム変換部１の入出射端におけるビーム径を最小とするビームが決まる。つまり、ビームウエスト位置が入出射端からＺ０離れた、スポットサイズω０min の光ビームを形成することにより、光ビーム変換部２、２の入出射端でのビーム径を最小（ω１min ）とすることができる。
【００６０】
次に、光ビーム変換部２、２のピッチを決める。このピッチは所望のクロストークを得られる最小のピッチとすることが、最大のポート数を得る条件である。本発明の光スイッチにおいて、隣接クロストークが最大になるのは、次の２つの場合である。すなわち、隣接チャネル間の光ビームが並行である場合と、隣接チャネル間の光ビームが互いに交差する場合である。この２つの場合の隣接チャネル間クロストーク（ｄＢ表記）は、よく知られているガウスビームの光結合効率の近似公式から、以下のように表すことができる。
【００６１】
（平行な場合）
【００６２】
【数６】
0003936865.tif 000007
【００６３】
（交差する場合）
【００６４】
【数７】
0003936865.tif 000008
【００６５】
ここで、Ｐは隣接チャネル間ピッチである。これらの（４）式と（５）式から、逆に所望のクロストーク性能が得られる最小ピッチは、以下のように求められる。
【００６６】
（平行な場合）
【００６７】
【数８】
0003936865.tif 000009
【００６８】
（交差する場合）
【００６９】
【数９】
0003936865.tif 000010
【００７０】
これらの結果は、平行と交差の場合に対して必要な最小ピッチが、ω０に関して逆特性になっており、両者をともに満足する最小ピッチは、あるω０で最小値をとることを示している。このピッチ最小を与えるω０は、上記の（６）式と（７）式のＰmin が等しいことから、以下のとおり求められる。
【００７１】
【数１０】
0003936865.tif 000011
【００７２】
また、あるクロストークＸＴを得る最小ピッチは、以下のとおり求められる。
【００７３】
【数１１】
0003936865.tif 000012
【００７４】
すなわち、メインスラブ導波路長２＊ｚ０を決めると、ピッチを最小とするビームのスポットサイズω0minは決まる。また、所望のクロストークを得る最小ピッチＰminも決まることになる。付け加えると、上記の（３）式と（８）式を比較してわかるように、本光スイッチにおけるビーム結合系では、光ビーム変換部２、２を最小にする条件と、最小ピッチを与える条件が、どちらも同一のスポットサイズω０min を与えることである。すなわち、ω０min のスポットサイズをもつビームを形成することにより、所望のクロストークを得る条件のもとで、光ビーム変換部２、２のサイズ、ピッチをともに最小にすることができ、これにより最大ポート数を得ることができる。このような設計が可能となったのは、本発明が連続分布波源を用いることにより、光ビーム変換部２、２のサイズの設計の自由度が格段に向上した効果でもある。例えば、従来例のアレイ導波路の場合には、形成するビーム数と導波路間ピッチの条件から、光ビーム変換部のサイズは決まってしまうため、本発明のこのような最適設計は困難である。
【００７５】
一方、ある最大ビームステア角θdif を決めると、とりうるポート数の最大値Ｎmax は
【００７６】
【数１２】
0003936865.tif 000013
【００７７】
と決まる。（９）式と（１０）式から、
【００７８】
【数１３】
0003936865.tif 000014
【００７９】
であり、最大ポート数Ｎmaxはメインスラブ導波路長２＊ｚ０に対して平方根に比例し、ステア角θdifに対しては、正比例する。このことから、ポート数を増大するためには、ビーム偏向角をいかに大きくとるかが重要であることがわかる。
【００８０】
次に、光ビーム変換部２、２の設計について述べる。上述したとおり、メインスラブ導波路長２＊ｚ０を決めると、最大ポート数を得るビームの設計が決まり、光ビーム変換部２、２の入出射端での最小ビーム径ω１min が決まる。このビームを入出力導波路（入出力ポート）３、４に接続するため、前述したレンズ２３とスラブ導波路２２を用いて、波面、振幅分布の変換を行い、メインスラブ光導波路１中のビームを光導波路３、４の伝播モードに効率よく結合させる。ここで、光導波路３、４中の伝播モードの半径をωｇ、光ビーム変換部２のスラブ導波路２２の屈折率ｎｂ、スラブ長をｚｂとすると、（１）式と同様にレンズ面でのビーム半径ω１g は、
【００８１】
【数１４】
0003936865.tif 000015
【００８２】
と書ける。このω１g がメインスラブ光導波路１の設計から得られたω１min と整合する条件から、スラブ長ｚｂを決めることができる。なお、レンズ２３の設計に関しては、通常と同様であるので省略する。
【００８３】
さて、上述の設計指針に沿って、以下に具体的な設計例を示す。
【００８４】
まず、石英系光導波路の屈折率ｎは１．４６、光の波長λは１．５５μｍとする。石英系光導波路基板（図示しない）のサイズを４〜６インチ（約１０〜１５ｃｍ）程度と想定し、そのサイズで十分形成可能な値としてメインスラブ光導波路１のメインスラブ導波路長２＊ｚ０を５ｃｍとする。
【００８５】
上記の（３）式、または（８）式から、光ビーム変換部２、２のサイズおよび最小隣接光ビーム変換部ピッチを与えるビームとして、メインスラブ光導波路１の中央付近にビームウエストを有し、スポットサイズω０が〜９２μｍのガウスビームを形成すればよい。このとき、光ビーム変換部２、２の入出射端でのビーム半径ω１は〜１３０μｍとなる。また、クロストーク−５０ｄＢを得る最小光ビーム変換部ピッチＰmin は〜３１２μｍである。このとき得られる最大ポート数は、ビームステア角１０°(±５°）、２０°(±１０°）、４０°(±２０°）のとき、それぞれおよそ、２８、５６、１１２本と大きな値が得られる。また、このときのメインスラブ光導波路１の幅は、各々９ｍｍ、１７ｍｍ、３５ｍｍであり、十分小型に集積化できる。
【００８６】
本実施形態では、一例としてビームステア角１０°として、１６×１６スイッチを構成することを考える。光ビーム変換部２、２の設計は、導波路のモードフィールド半径を〜４μｍとすると、スラブ長ｚｂは〜１．５ｍｍである。ビームステア角１０°の場合に、必要なスラブ導波路２２の幅（１×１６スイッチに続く導波路との接続部のサイズ）は２６８μｍであり、この接続部に１８μｍ程度の間隔で１×１６スイッチ２１につながる１６本の導波路を接続することにより、約１０°の範囲に１６個のビームが形成でき、１６×１６スイッチ２１が実現できる。
【００８７】
以上述べたように、本実施形態により、従来は不可能であった１６×１６ビームステア型光スイッチが実現可能となった。また、本実施形態により、小型集積化のみならず、クロストーク性能も従来より格段に向上している。これは、本発明が、連続分布波源を適用することにより、従来の本質的な問題であった偏向角度の飛躍的な増大を可能にしたことと、高性能、小型化を両立するビーム結合径の最適化を行ったことの効果である。
【００８８】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態の光スイッチの構成を示す平面図である。本実施形態の特徴は、光ビーム変換部２の構成部分にあり、とりわけ偏向付与部として、メインスラブ光導波路１内に設けたプリズム型の可変屈折率変化領域３０からなる可変ビーム偏向器３４を用いる点が、上述の第１の実施の形態と大きく異なる点である。すなわち、この第２の実施の形態の光ビーム変換部２は、１本の入出力導波路３、４がスラブ導波路３２に接続され、続いてエッチングにより導波路端面形状を成形されてなるレンズ３３を介して可変ビーム偏向器３４に接続された構成である。
【００８９】
本光ビーム変換部２の動作を入力の場合について説明する。入力導波路３からの入力光はスラブ導波路３２中で２次元の自由伝播を行い、所望の広がりに達したところでレンズ３３に入射する。レンズ３３では、メインスラブ光導波路１中で所望のビームウエストまでの距離とスポットサイズを有するビームになるよう波面変換され、可変ビーム偏向器３４に入力される。可変ビーム偏向器３４はメインスラブ光導波路１内に設けたプリズム型の領域３０に所望の屈折率変化を生じさせる構成のものであり、光ビームはこの屈折により所望の偏向方向を与えられて出射される。
【００９０】
可変ビーム偏向器３４のこのような、ビーム偏向機能は、種々の材料および形態で実現できる。例えば、石英系光導波路や、熱光学効果をもつ有機導波路では、所望の領域上に三角形状の薄膜ヒータを設ければよい。また、電気光学効果を有する強誘電体材料（ＬｉＮｂＯ３、ＰＬＺＴ、ＫＴＰなど）や、Ｅ０ポリマー（ＡＡＮＰなど）、半導体材料などでは、同様に三角電極や櫛型電極によって所望の形状に電界を印加すればよい。
【００９１】
なお、熱光学効果などの屈折率が正負いずれか一方向に限られる場合には、後述の図６に示すように、正負逆向きの偏向角に対応する２つの三角電極を設けることが、大きなビーム偏向角を得るためには有効である。
【００９２】
以下、一例として可変ビーム偏向器３４に強誘電体材料のＰＬＺＴを用いた場合の偏向角と回路規模について見積もる。
【００９３】
一段の可変ビーム偏向器３４で大きな偏向角を得るためには、電気光学係数の大きな電気光学材料を用いるのが有効である。たとえば、ＰＬＺＴは数十〜数百という大きな電気光学係数が報告されており、偏波依存性の小さい薄膜光導波路や、ビーム偏向器の作製報告もなされている（文献［２］：梨本恵一、「ＰＬＺＴ薄膜導波路光スイッチ」、Optoronics, no. 2, pp. 118-123, 2001参照）。報告されている電気光学係数として５０ｐｍ／Ｖ〜６００ｐｍ／Ｖの値を用いた場合、導波路構造にもよるが、３０Ｖ程度の電界印加で−１０^-2程度から最大−１０^-1までの大きな屈折率変化が得られることになる。また、さらに２次の電気光学効果を用いれば、小さな電界の変化で大きな屈折率変化を生じることも期待できる。
【００９４】
上記ＰＬＺＴ導波路を用いた場合、ビーム偏向角は±４°〜±２０°と大きな値が得られる。このとき、前述の第１の実施の形態で説明した設計指針に従えば、メインスラブ導波路長を５ｃｍとした場合でも、２２〜１１２本と極めて大きなポート数が、１段の可変ビーム偏向器３４で達成できることになる。
【００９５】
以上のように、メインスラブ光導波路１中に設けたプリズム型可変屈折率領域３０からなる可変ビーム偏向器３４を用いることにより、極めて小型に光ビーム変換部を実現することが可能となる。
【００９６】
前述の第１の実施形態で示しように、本発明によれば、ビーム偏向器をカスケード接続する構成を、極めて効果的に利用できることから、必ずしも１段の可変ビーム偏向器３４ですべての偏向角を満足させる必要はない。しかしながら、極めて大きな偏向角を得る場合や、小型集積化、省電力化、および偏向角の微調整の観点からは、本実施形態の図３で示すような１段の可変ビーム偏向器構成が望ましい。
【００９７】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態の光スイッチの構成を示す平面図である。本実施形態が、上述の第２の実施の形態と異なる点は、第１に、石英系光導波路と電気光学材料とのハイブリッド集積構成である点、第２に、光ビーム変換部２が、２つの偏向付与部を有する点である。
【００９８】
まず第１の点について説明する。本実施の形態では、メインスラブ光導波路１をはじめとする多くの部分は石英系光導波路として基板５上に一括形成されている石英系平面光回路である。図５に示すように、２つの偏向付与部４１、４２には大きな屈折率変化を得るために、電気光学材料を用いたスラブ導波路型のビーム偏向器のチップ４３、４４を用いており、このビーム偏向器チップ４３、４４は、エッチングにより形成した石英系光導波路の所定の搭載部に、搭載、固定されている。
【００９９】
ポート数を増大するためには、メインスラブ光導波路１をはじめとして、回路全体が必然的に大型化するため、低損失な導波路が必要である。とりわけ、第１の実施の形態で述べた（１１）式からもわかるとおり、本発明の光スイッチで得られる最大ポート数は、メインスラブ導波路長と、屈折率のどちらに対しても、その平方根に比例する関係にある。つまり、ポート数を２倍にするにはメインスラブ導波路長は４倍必要になり、また、屈折率の２倍大きな材料系を用いてもポート数は√２倍しか増加できない。このことから、特にメインスラブ光導波路１に関しては、できる限り低損失で、かつ大面積の回路を作製できる材料を選ぶことが肝要である。
【０１００】
石英系光導波路は６〜８インチ基板を用いた大面積回路の作製が可能であり、かつ導波路損失も他の材料と比較して格段に小さい。その反面、石英系導波路のＴ０効果による屈折率変化は１×１０^-5程度であり、ビーム偏向器を構成するのは難しい。
【０１０１】
以上の理由から、本実施の形態のように、石英系光導波路をベースとして、ビーム偏向器４３、４４等の必要な部分のみ異なる材料で構成する、ハイブリッド集積構成が実用上極めて有効である。なお、この例のようにスラブ光導波路型のビーム偏向器を集積する場合には、スラブ光導波路面内方向には高精度な位置合わせは不要であり、光結合損失も小さく抑えられる利点がある。
【０１０２】
次に、第２の特徴である光ビーム変換部について説明する。その構造は図５に示すとおりである。本実施形態では、偏向付与部を４１と４２の２つ用いて、偏向角の増大を図っている。すなわち、第１の偏向付与部４１は、振幅分布変換部であるスラブ導波路４５への入射角度が異なる複数の導波路のいずれかを選択する。入射角度によってあらかじめ粗く偏向を付与された光ビームは、第２の偏向付与部４２のビーム偏向器チップ４４によってより微細な偏向を付与された後にメインスラブ光導波路１に出射される構成である。
【０１０３】
ここで、第１の偏向付与部４１は、入出力２つのスラブ導波路４６、４７と、その中間に配置したビーム偏向器チップ４３、さらにビーム偏向器チップ４３の両端に設けたレンズ部４８、４９によって構成される。また、第２の偏向付与部４２は、メインスラブ光導波路１の近くに設けたビーム偏向器チップ４４とその両端に設けたレンズ部５１、５２によって構成される。
【０１０４】
具体的な設計例について説明する。本例では、２つのビーム偏向器チップ４３、４４は、どちらも偏向角±２°を得られるものを用いる。第１の偏向付与部４１は、全幅２０°で２．９°間隔の８本の異なる偏向を与える。このビーム偏向器チップ４３の最大偏向角は±２°であるが、たとえば、導波路のモードフィールド径が〜２μｍ、入出力スラブ長が１ｍｍとすれば、８本の導波路５３にふりわけることが可能である。これらの導波路５３を、メインスラブ光導波路１への偏向角が２．９°間隔となるように、振幅分布変換部である後段のスラブ導波路４５に接続する。
【０１０５】
第２の偏向付与部４２は、その各々に±２°の範囲で、およそ０．４°間隔の偏向を付与する。このようにして、全体としては、全幅２４°の偏向角の中に６４本のビームが形成できることとなり、６４×６４光スイッチを構成できる。
【０１０６】
（第４の実施の形態）
図６は、上述した本発明の第２および第３の実施の形態に示した、プリズム型可変屈折率領域を有するスラブ導波路からなるビーム偏向器の一変形例を第４の実施形態として示しており、本例のビーム偏向器チップ６１は、上述したビーム偏向器４４を分割して、小さなプリズム形状を並べた構成により、小型化、省電力化を図っている。
【０１０７】
注意するべき点は、第２および第３の実施の形態のビーム偏向器３４、４４は、光ビームに完全に連続な位相波面を与えるのに対して、本第４の実施の形態のビーム偏向器６１で得られる位相波面は、周期的な不連続点を持つことである。このような周期的な不連続点を持つ位相波面を生成するビーム偏向器は、広い意味でのフェーズドアレイであり、フェーズドアレイの性質を持つこととなる。すなわち、構造的には波源（アレイ素子）の開口がアレイ間隔に等しい場合に相当し、不連続点の周期に応じてグレーティングローブが発生することになる。また、アレイファクタについては、グレーティングローブ周期的に不連続点数と等しい分解したビームを形成することになる。
【０１０８】
しかしながら、その動作は、従来技術で説明したアレイ導波路を用いた光フェーズドアレイとは全く異なり、実用上ビーム偏向角の大きな制約は発生しない。つまり、アレイ導波路を用いた光フェーズドアレイでは、アレイ素子となる光導波路の出射ビームは不変であり、アレイ間での位相波面によってビームの偏向を得るのに対して、本実施の形態で示す分割プリズム型のビーム偏向器６１の場合には、アレイ素子に相当する不連続点間の領域で連続的な可変の位相波面を形成し、逆にアレイ間（不連続周期間の対応する点間）においては、位相波面は固定となる。この結果、不連続点で形成するアレイファクタは常に一定であり、不連続点の周期によって決まる間隔で複数のグレーティングローブ（メインローブを含む）を形成することになる。一方、不連続点間の領域は可変で連続的な位相波面を形成し、所望の偏向をもつビームを形成する。ここにおいて、前述したように、全体としてのビーム偏向方向は、アレイ素子の指向性とアレイファクタとの積であり、この場合には、アレイ素子が形成するビームとグレーティングローブとの重なりとして所望のビームが形成できることになる。
【０１０９】
このように分割プリズム型のビーム偏向器６１は光ビーム変換部２の小型化に大変有効である。また、このような分割プリズム型のビーム偏向器６１は完全に連続な位相波面を形成するものではなく、いくつかの不連続点は含むものの、不連続点間の領域が可変で連続な位相波面を形成し、これがビームの振る舞いを決める重要な要素となっている点で、離散波源であるアレイ導波路を用いた光フェーズドアレイとは本質的に異なる。
【０１１０】
本発明では、光ビーム変換部２が、すなわちＸ−Ｚ面内で空間的に概ね連続な振幅・位相分布を与えて光ビームを出射または受光する、いわゆる連続分布波源であることを主要な特徴としているが、光ビーム変換部２が、上記のようにいくつかの不連続点を含む場合であってもそれが本質的な役割を担うものでない限りは、本発明の権利範囲の範疇であることを明記しておく。
【０１１１】
（第５の実施の形態）
図７は、本発明の第５の実施の形態の光スイッチの構成を示す平面図である。本実施形態の特徴は、メインスラブ光導波路１が、その光ビーム伝播経路上に複数の反射ミラー７１を備えている点である。この反射ミラー７１によって光ビーム伝播経路を折り返すことにより、長大なスラブ導波路をコンパクトに平面回路に形成することが可能となる。
【０１１２】
上述した通り、最大ビーム偏向角が一定の場合、ポート数を２倍増大するためには、４倍のメインスラブ導波路長が必要となる。例えば、上記第１の実施の形態の場合には、５ｃｍのメインスラブ導波路長で１６×１６スイッチを構成できることを示したが、図７に示すように３個の反射ミラー７１によりメインスラブ光導波路を折り返して構成することにより、メインスラブ導波路長を４倍にすれば、３２×３２スイッチが実現可能である。なお、この場合、メインスラブ光導波路１の幅（すなわち、片側の光ビーム変換部２の総数の占める幅）も４倍の概ね２ｃｍとなるが、４インチ程度の基板サイズで、十分一括形成可能な範囲である。また、このような反射ミラー７１は、いくつかの方法で容易に実現可能である。例えば、エッチングにより導波路薄膜の端面を形成し、この端面に金など反射率の高いメタル膜を蒸着等により形成すれば反射ミラー７１が得られる。
【０１１３】
以上のように、メインスラブ光導波路１中に複数の反射ミラー７１を設ける構成により、ポート数の増大が可能となる。なお、このような構成は、メインスラブ光導波路１の幅が基板サイズに比べて十分小さいときに有効であり、本発明の特徴である連続分布波源を用いた光ビーム変換部２の大幅な小型化と合わせて、より大きな効果が得られていることも注記しておく。
【０１１４】
（第６の実施の形態）
図８は、本発明の第６の実施の形態の光スイッチの構成を示す平面図である。本実施形態のものは、メインスラブ光導波路１が、その途中で分割され、複数の平面回路８１、８２、８３で構成されている点が特徴である。すなわち、ここでは、メインスラブ光導波路１が、その途中の２個所で分割され、３チップの石英系平面光回路８１、８２、８３で個別に形成され、これら３チップが端面同士を直接接続されている。符号８４はその２個所の分割・接続部を示す。このような平面回路端面間の直接接続は、従来報告されている通り、接着剤等により容易に実現できる。
【０１１５】
このような構成をとることにより、１枚の平面回路では形成困難な極めて大きなメインスラブ光導波路を有する光スイッチが容易に実現できる。例えば、前述の第３の実施の形態では、５ｃｍのメインスラブ導波路長で６４×６４スイッチを構成できることを示したが、図８に示すように第１のチップ８１には光ビーム変換部２と５ｃｍ長のスラブ導波路、第２のチップ８２には１０ｃｍ長のスラブ導波路、第３のチップ８３には５ｃｍ長のスラブ導波路と光ビーム変換部２を集積し、これら３チップ８１、８２、８３をその順で互いに接続することによって、４倍のスラブ長が得られる。したがって、この場合は、ポート数は２倍となり、１２８×１２８と極めて大規模なスイッチを実現できる。なお、メインスラブ光導波路１の幅は約８ｃｍと大きくなるが、３チップ各々は、すべて４インチ基板５上に形成できる程度であり、石英系光導波路やポリマー導波路では、８インチ程度の基板まで利用できることから、さらにポート数を拡大することも可能である。
【０１１６】
このように、メインスラブ光導波路１の途中で複数のチップ８１〜８３に分割し、それぞれ異なる回路で形成した後に、再び接続する構成を用いれば、極めて大きなポート数にも拡張が可能である。
【０１１７】
また、ここでは説明の簡単化のために例は示さなかったが、第５の実施の形態で述べた反射ミラー７１による折り返し構造との併用も、より効果があることは勿論である。なお、このような構成が効果的であるのは、本発明の光スイッチでは多くの面積をスラブ光導波路が占めていることと、スラブ光導波路途中での分断・接続では高い位置合わせ精度も不要であり、低損失な接続が可能であることの２つが大きな理由となっている。
【０１１８】
本例では、３チップ間を接着剤により直接張り合わせる構造としたが、例えば、基板面に垂直な方向のみ集光作用のあるロッドレンズ等により基板間を接続してもよい。本発明でいう直接接続された構造とは、基板間を光ファイバ等で接続するのではなく、一方のスラブ光導波路を伝播する光ビームが、もう一方のスラブ光導波路に一括して接続される構造一般に該当する。また、本例では、メインスラブ光導波路を概ねビーム伝播方向に対して垂直な方向に分割したが、これに限らない。すなわち、図８でメインスラブ光導波路１を水平に分断・接続してもよい。このような構造により、メインスラブ光導波路１の幅が基板サイズを超えた場合にも対応可能となる。
【０１１９】
（他の実施形態）
本発明の実施形態として、６例を例示したが、これらの実施形態の組み合わせも可能である。なお、図１等において、３を入力ポート、４を出力ポートとして説明したが、本発明の光スイッチは左右対称構造であるので、４から光を入れて３にスイッチングすることも勿論可能である。従って、この意味で、３、４は入出力ポートと呼んでもよい。
【０１２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、平面ビームステアリング型光スイッチの光ビーム変換部として、Ｘ−Ｚ面内で空間的に概ね連続な振幅・位相分布を与えて光ビームを出射または受光する、いわゆる連続分布波源を用いたので、以下の主要な効果が得られる。
（１）大きな偏向角を得ることが可能となる。
（２）ビーム結合系の最適化が可能となる。
【０１２１】
さらに、本発明において、メインスラブ光導波路内に反射ミラーを有する構造や、メインスラブ光導波路を複数の平面回路に分割して作成し、各々を直接接続する構造を用いれば、よりポート数の増大が可能となる効果も得られる。
【０１２２】
したがって、本発明によれば、従来課題となっていた、損失・クロストーク等の性能と、ポート数の拡張性を併せ持つ、光スイッチを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光スイッチの全体の構成を示す平面図である。
【図２】図１の光ビーム変換部の詳細構成を示す拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の光スイッチの全体の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の光スイッチの全体の構成を示す平面図である。
【図５】図４の光ビーム変換部の詳細構成を示す拡大図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態として、ビーム偏向器の他の構成例を示す拡大図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態の光スイッチの全体の構成を示す平面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態の光スイッチの全体の構成を示す平面図である。
【図９】従来のビームステアリング型光スイッチの構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  メインスラブ光導波路
２  光ビーム変換部
３、４  光入出力ポート（光入出力導波路）
５  基板（石英系平面光回路基板）
２１  １Ｘ１６スイッチ（偏向付与部）
２２  スラブ導波路（振幅分布変換部）
２３  レンズ（波面変換部）
２４  エッチングによる空隙
３０  プリズム型可変屈折率領域（偏向付与部）
３２  スラブ導波路
３３  レンズ
３４  可変ビーム偏向器（例えば、三角電極）
４１、４２  偏向器付与部
４３、４４  ビーム偏向器チップ（ハイブリット集積）
４５  スラブ導波路（振幅分布変換部）
４６、４７  スラブ導波路
４８、５１  レンズ部（第１波面変換部）
４９、５２  レンズ部（第２波面変換部）
５３  導波路
６１  ビーム偏向器チップ
７１  反射ミラー
９１  入力ポート
９２  可変位相器（フェーズシフター
９３  第１の２次元光ビーム偏向器（スターカプラ）
９４  スラブ光導波路
９５  第２の２次元光ビーム偏向器（ビームステア）
９６  出力ポート
【図１】
0003936865.tif 000018
【図２】
0003936865.tif 000019
【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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