(57)【要約】【課題】低い駆動電圧で光スイッチとして作動する導波路デバイスの提供。【解決手段】第１多モード導波路１と、第２多モード導波路２と、前記第１多モード導波路と第２多モード導波路とを接続する一対の中間単一モード導波路３ａ、３ｂと、前記第１モード導波路に接続された１または２の入力側単一モード導波路４と、第２多モード導波路２に接続された一対の出力側単一モード導波路５ａ、５ｂと、中間単一モード導波路３ａ、３ｂに重なるように設けられたスイッチング電極６ａ、６ｂと、スイッチング電極６ａ、６ｂが設けられた側とは反対側に設けられた接地電極７とを備える導波路デバイス。【選択図】図１
2009064011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１多モード導波路と、
第２多モード導波路と、
前記第１多モード導波路と第２多モード導波路とを接続する一対の中間単一モード導波路と、
前記第１モード導波路における前記中間単一モード導波路が接続された側とは反対側の端部に接続された１または２の入力側単一モード導波路と、
前記第２多モード導波路における前記中間単一モード導波路が接続された側とは反対側の端部に接続された一対の出力側単一モード導波路と、
前記一対の中間単一モード導波路に重なるように設けられた一対のスイッチング電極と、
前記スイッチング電極が設けられた側とは反対側に配設された接地電極と
を備え、
前記中間単一モード導波路は、前記スイッチング電極に印加した電圧によって屈折率が変化するような材料で構成され、
前記第１多モード導波路は、前記入力側単一モード導波路から導入された光信号を強度の等しい２つの信号に分割し、
前記第２多モード導波路は、前記スイッチング電極に電圧が印加されていないときは、前記中間単一モード導波路を伝搬した光信号を、前記光信号が伝搬される中間単一モード導波路に対して対角線上の位置に接続された出力側単一モード導波路から導出するように形成されている
導波路デバイス。
【請求項２】
前記第１多モード導波路と第２多モード導波路とは幅が等しく、長さは第２多モード導波路が第１多モード導波路の２倍であり、
１本の入力側単一モード導波路が前記第１多モード導波路の前記端部における中央部に接続されるとともに、
前記中間単一モード導波路および前記出力側単一モード導波路は、前記導波路デバイスの長さ方向に沿った中心軸に対して対称に配設されている
請求項１に記載の導波路デバイス。
【請求項３】
前記第１多モード導波路と第２多モード導波路とは長さ、幅とも等しく、
前記入力側単一モード導波路は２本設けられ、前記入力側単一モード導波路は夫々前記第１多モード導波路の長さ方向側縁部近傍に接続され、
前記中間単一モード導波路および前記出力側単一モード導波路は、前記導波路デバイスの長さ方向に沿った中心軸に対して対称に配設されている
請求項１に記載の導波路デバイス。
【請求項４】
前記入力側単一モード導波路、前記中間点何時モード導波路、および前記出力側単一モード導波路の幅をＷ１、前記第１および第２多モード導波路の幅をＷ２とすると、Ｗ２／Ｗ１＝２〜１００になるように、前記入力側単一モード導波路、前記中間点何時モード導波路、および前記出力側単一モード導波路の幅、および前記第１および第２多モード導波路の幅が設定されている請求項２または３に記載の導波路デバイス。
【請求項５】
コアと、前記コアを囲繞するクラッドとを備え、
前記第１多モード導波路、第２多モード導波路、中間単一モード導波路、入力側単一モード導波路、および出力側単一モード導波路は、何れも前記コアにより形成されている請求項１〜４の何れか１項に記載の導波路デバイス。
【請求項６】
前記コアは、上方に向かってリブ状に突出したリブ構造を有する請求項５に記載の導波路デバイス。
【請求項７】
前記コアは、下方に向かってリブ状に突出した逆リブ構造を有する請求項５に記載の導波路デバイス。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の導波路デバイスと、
前記導波路デバイスの入力側単一モード導波路に光信号を入射する発光部と、
前記導波路デバイスの出力側単一モード導波路からの光信号を受光する受光部と、
前記導波路デバイスの上部電極に電圧を印加する電圧印加回路と
を備える光ネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路デバイスおよびそれを用いた光ネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光分岐結合器は、光ネットワークを構成する上で重要な部品であるが、従来の光ネットワークにおいて用いられていた光分岐結合素子は受動素子であり、ある決まった比率でしか光信号を分岐させることができない。
【０００３】
より柔軟な光ネットワークを構築するためには、光を分岐する比率を大きく変更できる光分岐結合器が必要であると考えられている。
【０００４】
このような光分岐結合器として、Ｙ分岐スイッチ構造と称される光スイッチがあるが、この光スイッチは、構造は単純であるものの、許容される組立誤差が小さい故に、歩留まりが悪いという問題がある。
【０００５】
Ｙ分岐スイッチ構造の上記の問題を解決したものとして、多モード干渉導波路の一端に１本または２本の入射導波路を、他端に２本の出射導波路を接続し、多モード干渉導波路上に駆動用電極を設けた光制御回路が提案された（特許文献１）。前記光制御回路は、電極に印加する電圧を変化させることにより、多モード干渉導波路内に励起される光のモード分布を変化させることができるから光スイッチとして機能させることができる。
【特許文献１】特開平１１−８４４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記光制御回路は、光スイッチとして機能させるには非現実的なほど高い駆動電圧が必要であるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、低い駆動電圧でも光スイッチとして駆動させることのできる導波路デバイスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、第１多モード導波路と、第２多モード導波路と、前記第１多モード導波路と第２多モード導波路とを接続する一対の中間単一モード導波路と、前記第１モード導波路における前記中間単一モード導波路が接続された側とは反対側の端部に接続された１または２の入力側単一モード導波路と、前記第２多モード導波路における前記中間単一モード導波路が接続された側とは反対側の端部に接続された一対の出力側単一モード導波路と、前記一対の中間単一モード導波路に重なるように設けられた一対のスイッチング電極と、前記スイッチング電極が設けられた側とは反対側に配設された接地電極とを備え、前記中間単一モード導波路は、前記スイッチング電極に印加した電圧によって屈折率が変化するような材料で構成され、前記第１多モード導波路は、前記入力側単一モード導波路から導入された光信号を強度の等しい２つの光信号に分割して前記一対の中間単一モード導波路に伝達し、前記第２多モード導波路は、前記スイッチング電極に電圧が印加されていないときは、前記中間単一モード導波路を伝搬した光信号を、前記光信号が伝搬される中間単一モード導波路に対して対角線上の位置に接続された出力側単一モード導波路から導出するように形成されている導波路デバイスに関する。
【０００９】
前記導波路デバイスにおいては、上部電極に電圧を印加しないときは、前記入力側単一モード導波路を伝搬された光信号は、前記第１多モード導波路で強度の等しい２つの光信号に分割される。これらの光信号は、夫々中間単一モード導波路を通って第２多モード導波路に導入される。第２多モード導波路に導入された光信号は、これらの中間単一モード導波路に対して対角線上の位置に接続された出力側単一モード導波路から導出される。したがって、２本の出力側単一モード導波路から光信号が出力される。
【００１０】
これに対して、上部電極の一方に正の電圧を、他方に負の電圧を印加すると、一の中間単一モード導波路と他の単一モード導波路とは、互いに異なる屈折率を有するようになるから、第２多モード導波路に導入される光信号は、互いに異なる位相を有するようになる。したがって、前記光信号が第２多モード導波路内で互いに干渉して生じる輝点の位置が移動するから、一方の出力側単一モード導波路と他方の出力側単一モード導波路とで導出される光信号の強度が変化する。
【００１１】
したがって、前記導波路デバイスにおいては、上部電極に印加する電圧の大きさを変化させることにより、入力側単一モード導波路から導入された光信号を出力側単一モード導波路の一方から導出させたり、他方から導出させたりするスイッチングを行わせることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記第１多モード導波路と第２多モード導波路とは幅が等しく、長さは第２多モード導波路が第１多モード導波路の２倍であり、１本の入力側単一モード導波路が前記第１多モード導波路の前記端部における中央部に接続されるとともに、前記中間単一モード導波路および前記出力側単一モード導波路は、前記導波路デバイスの長さ方向に沿った中心軸に対して対称に配設されている請求項１に記載の導波路デバイスに関する。
【００１３】
前記導波路デバイスにおいては、上部電極に印加する電圧の大きさを変化させることにより、１本の入力側単一モード導波路から入射した光信号を、２本の出力側単一モード導波路の一方から導出させたり他方から導出させたりするスイッチング動作を行うことができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記第１多モード導波路と第２多モード導波路とは長さ、幅とも等しく、前記入力側単一モード導波路は２本設けられ、前記入力側単一モード導波路は夫々前記第１多モード導波路の長さ方向側縁部近傍に接続され、前記中間単一モード導波路および前記出力側単一モード導波路は、前記導波路デバイスの長さ方向に沿った中心軸に対して対称に配設されている請求項１に記載の導波路デバイスに関する。
【００１５】
前記導波路デバイスにおいては、２本の入力側単一モード導波路の一方から入射した光信号も、他方から入射した光信号も、同じように第１多モード導波路で２つの同一の光信号に分割され、中間単一モード導波路に導入される。したがって、上部電極に印加する電圧の大きさを変化させることにより、２本の入力側単一モード導波路から入射した光信号の夫々について２本の出力側単一モード導波路の何れから導出させるかというスイッチング動作を行わせることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記入力側単一モード導波路、前記中間点何時モード導波路、および前記出力側単一モード導波路の幅をＷ１、前記第１および第２多モード導波路の幅をＷ２とすると、Ｗ２／Ｗ１＝２〜１００になるように、前記入力側単一モード導波路、前記中間単一モード導波路、および前記出力側単一モード導波路の幅、および前記第１および第２多モード導波路の幅が設定されている請求項２または３に記載の導波路デバイスに関する。
【００１７】
前記入射側単一モード導波路、中間単一モード導波路、および出射側単一モード導波路に対する第１および第２多モード導波路の巾の比率Ｗ２／Ｗ１が前記範囲内であれば、前記入射側単一モード導波路および中間単一モード導波路を単一モードで伝搬された光は、第１および第２多モード導波路において安定に分散されて多モード光になり、出射側単一モード導波路において再び単一モードで安定に伝搬される。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、コアと、前記コアを囲繞するクラッドとを備え、前記第１多モード導波路、第２多モード導波路、中間単一モード導波路、入力側単一モード導波路、および出力側単一モード導波路は、何れも前記コアにより形成されている請求項１〜４の何れか１項に記載の導波路デバイスに関する。
【００１９】
前記導波路デバイスにおいては、前記第１多モード導波路、第２多モード導波路、中間単一モード導波路、入力側単一モード導波路、および出力側単一モード導波路は何れもコア層によって形成されている。そして、コア層を伝搬する光は、コア層とクラッド層との境界面で全反射しながら伝搬するから、光がコア層の外に漏洩することがない。
【００２０】
したがって、前記第１多モード導波路、第２多モード導波路、中間単一モード導波路、入力側単一モード導波路、および出力側単一モード導波路の何れからも光が漏洩することがない故に、上部電極に印加された電圧によって形成された電場はクラッド層を介してコア層における中間単一モード導波路に到達するから、確実なスイッチング動作を行うことができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、前記コアが、上方に向かってリブ状に突出したリブ構造を有する請求項５に記載の導波路デバイスに関する。
【００２２】
前記導波路デバイスにおいては、中間電極に印加した電場によってコア層により大きな電界が生じるから、より低い電圧でスイッチング動作を行わせることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、前記コアが、下方に向かってリブ状に突出した逆リブ構造を有する請求項５に記載の導波路デバイスに関する。
【００２４】
前記導波路デバイスにおいては、基板上に下側電極および下側クラッド層を形成したあと、下側クラッド層の表面を適宜の方法でエッチングし、コア層に形成しようとする入力側単一モード導波路、第１多モード導波路、中間単一モード導波層、第２多モード導波路、および出射側単一モード導波路に対応する凹陥部を形成し、次いでコア層を形成することにより、入力側単一モード導波路、第１多モード導波路、中間単一モード導波層、第２多モード導波路、および出射側単一モード導波路を形成できる。したがって、何らかの事情により、コア層の表面をエッチング処理できない場合に好適である。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか１項に記載の導波路デバイスと、前記導波路デバイスの入力側単一モード導波路に光信号を入射する光源と、前記導波路デバイスの出力側単一モード導波路からの光信号を受光する受光部と、前記導波路デバイスの上部電極に電圧を印加する電圧印加回路とを備える光ネットワークシステムに関する。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、低電圧で光スイッチとして作動させることのできる導波路デバイスが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
１．実施形態１
以下、本発明の導波路デバイスの一例について説明する。
（１）構成
【００２８】
実施形態１に係る導波路デバイス１００は、図１および図２に示すように、第１多モード導波路１と、第２多モード導波路２と、前記第１多モード導波路と第２多モード導波路とを接続する中間単一モード導波路３ａ、３ｂと、第１モード導波路１に光信号を入力する入力側単一モード導波路４と、第２多モード導波路２に導入された光信号が出射される一対の出力側単一モード導波路５ａ、５ｂと、中間単一モード導波路３ａ、３ｂに重なるように設けられたスイッチング電極６ａ、６ｂと、中間単一モード導波路３ａ、３ｂを挟んでスイッチング電極６ａ、６ｂの反対側に位置する接地電極７とを備える。なお、接地電極７は、基板８の上に形成されている。
【００２９】
入力側単一モード導波路４は、１本のみ設けられ、第１多モード導波路１の光信号が入力される側の端部である入力側端部の中央部に接続されている。
【００３０】
中間単一モード導波路３ａ、３ｂおよび出力側単一モード導波路５ａ、５ｂは、何れも図２および図４に示すように、導波路デバイス１００の長手方向に沿った中心軸ｌｎに対して略対称に形成、配設されている。
【００３１】
導波路デバイス１００は、コア１０とコア１０を囲繞するクラッド１２とから構成されたコア・クラッド構造を有し、第１多モード導波路１、第２多モード導波路２、中間単一モード導波路３ａ、３ｂ、入力側単一モード導波路４、および出力側単一モード導波路５ａ、５ｂは何れもコア１０によって一体的に形成されている。
【００３２】
コア１０は、図３において（Ａ）に示すように、上方に向かってリブ状に突出したリブ構造であってもよいし、同図の（Ｂ）に示すように、下方に向かってリブ状に突出した逆リブ構造であってもよい。
【００３３】
入力側単一モード導波路４、第１多モード導波路１、中間単一モード導波路３ａ、３ｂ、第２多モード導波路２、出力側単一モード導波路５ａ、５ｂを夫々リブ構造とすることにより、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加した電圧によってコア層１１、具体的には中間単一モード導波路３ａ、３ｂに、より大きな電界が生じるから、より低い駆動電圧でスイッチング動作を行うことができる。
【００３４】
なお、何らかの事情でコア１０をエッチングして入力側単一モード導波路４、第１多モード導波路１、中間単一モード導波路３ａ、３ｂ、第２多モード導波路２、出力側単一モード導波路５ａ、５ｂを形成できない場合は、クラッド１２のうちの下側の層である下側クラッド層９を所定の形状にエッチングした後にコア１０を形成するための形成溶液を流延し、加熱、硬化させることにより、これらの光路を逆リブ構造の導波路として形成することができる。
【００３５】
図４に示すように、入力側単一モード導波路４と中間単一モード導波路３ａ、３ｂと出力側単一モード導波路５ａ、５ｂとは同一の巾Ｗ１を有している。そして、第１多モード導波路１と第２多モード導波路２との巾Ｗ２は、以下の関係式：
２≦Ｗ２／Ｗ１≦１００
を満たすことが、第１多モード導波路１および第２多モード導波路２において安定に多モード伝送を行ううえで好ましい。
【００３６】
第１多モード導波路１および第２多モード導波路２は、夫々長さＬおよび２Ｌを有する。第１多モード導波路１の長さＬは、クラッド１２の屈折率ｎ２とコア１０の屈折率ｎ１との差Δｎと、入力側単一モード導波路４、中間単一モード導波路３ａ、３ｂ、および出力側単一モード導波路５ａ、５ｂの巾Ｗ１と、第１多モード導波路１および第２多モード導波路２の巾Ｗ２との関数として設定できる。具体的には、Ｌは、Ｗ２およびΔｎに反比例するとともに、Ｗ１の二乗に比例する。
【００３７】
図４に示すように、中間単一モード導波路３ａ、３ｂは、第１多モード導波路１および第２多モード導波路２に接続された両端部においては、各コアの中心線の間隔がＷ２／２であり、第１多モード導波路１２および第２多モード導波路２の側縁から前記中心線までの距離が夫々Ｗ２／４になるように配設されている。これは、出力側単一モード導波路５ａ、５ｂについても同様であり、第２多モード導波路２との接続部においては、各コアの中心線の間隔がＷ２／２であり、第２多モード導波路２の側縁から前記中心線までの距離が夫々Ｗ２／４になるように配設されている。そして、中間単一モード導波路３ａ、３ｂは、中央部が直線状に形成されているとともに、間隔が両端部の間隔に比較して広くなるように両端部近傍で湾曲している。これは、出力側単一モード導波路５ａ、５ｂについても同様であり、第２多モード導波路２から遠ざかるにつれて間隔が広がるように湾曲している。
【００３８】
図２に示すように、スイッチング電極６ａ、６ｂは、中間単一モード導波路３ａ、３ｂにおける直線状に形成された中央部に重なるように形成されている。接地電極７は接地され、スイッチング電極６ａ、６ｂの一方にはプラスの電圧が、他方にはマイナスの電圧が印加される。
【００３９】
コア１０およびクラッド１２の材質としては、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、弗素化ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリシロキサン樹脂などの透光性高分子材料、酸化ケイ素、各種ガラス、チタン酸ストロンチウム、ガリウム砒素、インジウム燐など、電場を印加すると屈折率が変化する電気光学効果を有するとともに、変調しようとする光に対して透明な材料であれば、どのようなものも使用できる。なお、前記透光性高分子を使用する場合には、非線形光学効果を発現させるため、電気光学効果を有する色素を分散させるか、または、主鎖や側鎖に非線形光学効果を有する基を結合させることが好ましい。
スイッチング電極６ａ、６ｂおよび接地電極７の材質としては、アルミニウム、チタン、金、銅、ＩＴＯなど、電極用材料として知られている各種金属材料や金属酸化物が挙げられる。
（２）作製手順
【００４０】
光変調器１００は、図１８に示す手順で作製することができる。
先ず、図１８において（Ａ）に示すように基板８を用意する。基板８としては、ガラス基板や石英基板、シリコン基板、ポリイミド基板など任意の材料からなる基板を用いることが可能である。基板８にシランカップリング剤などを塗布すれば、接地電極７との接着性を向上させることができる。
【００４１】
次に、同図において（Ｂ）に示すように、基板８の表面に接地電極７を形成する。接地電極７は、基板７の表面にアルミニウム、チタン、金、銅などの金属を蒸着または鍍金して形成してもよく、また、前記金属の箔を貼り合わせてもよい。
【００４２】
接地電極７が形成されたら、同図において（Ｃ）に示すように、接地電極７の表面に下側クラッド層９を形成する。先ず、接地電極７の表面に、下側クラッド層９を形成する透光性高分子の溶液を塗布する。前記溶液を接地電極７に塗布する方法としては、カーテンコーティング法、押出成形コーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、バーコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷コーティング法などが挙げられる。上記材料の溶液の溶液を第１の基板に塗布したら、加熱して溶媒を溜去し、必要に応じて反応、硬化させて下側クラッド層９を形成する。
【００４３】
次に、同図において（Ｄ）に示すように、下側クラッド層９の表面にコア１０の層を形成する。コア１０の層は、たとえば、コア１０を形成する透光性高分子の溶液を下側クラッド層９の表面に塗布し、加熱、硬化させて形成できる。前記溶液の塗布方法は、下側クラッド層９のところで述べたのと同様の方法が使用される。
【００４４】
コア１０の層が形成されたら、同図において（Ｅ）に示すように、コア１０に入射側単一モード導波路４、第１多モード導波路１、中間単一モード導波路３ａ、３ｂなどの導波路を形成する。導波路を形成する手段としては、エッチングなどの手段が挙げられる。また、下側クラッド層９に前記導波路に対応する形状の凹陥部を形成し、その上から透光性高分子の溶液を塗布して加熱、硬化させることにより、前記導波路を形成してもよい。
【００４５】
次に、同図において（Ｆ）に示すように、コア１０の層の上に上側クラッド層１１を形成し、コア１０の層に厚さ方向の電場を印加して分極配向処理する。下側クラッド層９と上側クラッド層１１とによってクラッド１２が形成される。
【００４６】
分極配向処理が終了したら、同図において（Ｇ）に示すように、上側クラッド層１１の表面にスイッチング電極６ａ、６ｂを形成する。このようにして光変調器１００を形成できる。
（３）作用
【００４７】
導波路デバイス１００の作用について以下に説明する。
図５に示すように、入射側単一モード導波路４から入射した強さＰの光信号は、第１多モード導波路１で強さＰ／２の２つの光信号に分割される。第１多モード導波路１で２つに分割された光信号は、夫々中間単一モード導波路３ａ、３ｂに入射する。そして、中間単一モード導波路３ａ、３ｂを伝搬して第２多モード導波路２に入射する。
【００４８】
スイッチング電極６ａ、６ｂに電圧を印加しないときは、中間単一モード導波路３ａ、３ｂの屈折率はコア１０の屈折率ｎ１に等しいから、前記２つの光信号は中間単一モード導波路３ａ、３ｂの夫々を同一の位相で伝搬する。そして、第２多モード導波路２は長さ２Ｌであり、第１多モード導波路は長さＬであるから、中間単一モード導波路３ａ、３ｂを伝搬してきた強さＰ／２の光信号は、第２多モード導波路２で強さＰの光信号に一旦再結合されてから再び強さＰ／２の２つの光信号に分割される。そして、前記光信号は、夫々出力側単一モード導波路５ａ、５ｂから出射する。したがって、この場合は、図６および図７に示すように、出力側単一モード導波路５ａすなわちチャンネル１から出射する光信号の強度Ｐ１、および出力側単一モード導波路５ｂすなわちチャンネル２から出射する光信号の強度Ｐ２は、何れもＰ／２で等しい。
【００４９】
次に、スイッチング電極６ａにプラスの電圧を、スイッチング電極６ｂにマイナスの電圧を印加すると、中間単一モード導波路３ａ、３ｂの一方は屈折率がｎ１よりも大きくなり、他方は屈折率がｎ１よりも小さくなる。したがって、中間単一モード導波路３ａを伝搬する光信号の位相と中間単一モード導波路３ｂを伝搬する光信号の位相とは何れも変化するから、前記光信号が第２単一モード導波路２内で干渉して形成される輝点の位置もスイッチング電極６ａ、６ｂに電圧を印加しない場合と比較して移動する。これにより、図６、図７に示すように、出力側単一モード導波路５ａすなわちチャンネル１から出射する光信号の強度Ｐ１は増大し、出力側単一モード導波路５ｂすなわちチャンネル２から出射する光信号の強度Ｐ２は減少する。そして、スイッチング電極６ａに印加する電圧が＋Ｖ０（Ｖ）になり、スイッチング電極６ｂに印加する電圧が−Ｖ０（Ｖ）になったときに、チャンネル２からの光信号の強度Ｐ２は殆ど０になり、チャンネル１からの光信号の強度Ｐ１は極大に達する。
【００５０】
そして、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧の絶対値をＶ０から更に増大させると、図６、図７に示すように、チャンネル２からの光信号の強度Ｐ２は０から増大し始め、チャンネル１からの光信号の強度Ｐ１は極大値から減少し始める。そして、スイッチング電極６ａに印加する電圧が＋Ｖ１（Ｖ）になり、スイッチング電極６ｂに印加する電圧が−Ｖ１（Ｖ）になったときに、チャンネル２からの光信号の強度Ｐ２は極大値に達し、反対にチャンネル１からの光信号の強度Ｐ１は殆ど０まで減少する。
【００５１】
このように、導波路デバイス１００においては、スイッチング電極６ａと６ｂとに互いに極性の逆な電圧を印加するとともに、前記電圧の絶対値を制御することにより、チャンネル１と２との何れから光信号を出射させるかを選択できるから、光スイッチとして機能する。
【００５２】
２．実施形態２
（１）構成および作製手順
【００５３】
本発明に係る導波路デバイスの別の例について以下に説明する。
図９〜図１１に示すように、実施形態２に係る導波路デバイス１０２は、入力側単一モード導波路４が２本設けられ、そのうちの１本が第１多モード導波路１の長手方向に沿った一対の側縁の一方の近傍に、もう１本が第１多モード導波路１の前記側縁の他方に接続されている。以下、入力側単一モード導波路４のうち、一方の側縁に接続されたものを入力側単一モード導波路４ａとし、他方の側縁に接続されたものを入力側単一モード導波路４ｂとする。
【００５４】
導波路デバイス１０２においては、更に、第１多モード導波路１と第２多モード導波路２とは、同一の幅Ｗ２を有しているだけでなく、同一の長さＬも有している。そして、中間単一モード導波路３ａ、３ｂ、および出力側単一モード導波路５ａ、５ｂの何れも、第１単一モード導波路１および第２単一モード導波路２の長手方向に沿った一対の側縁の近傍に接続されている。
【００５５】
第１多モード導波路１および第２多モード導波路２の長さＬは、クラッド１２の屈折率ｎ２とコア１０の屈折率ｎ１との差Δｎと、入力側単一モード導波路４、中間単一モード導波路３ａ、３ｂ、および出力側単一モード導波路５ａ、５ｂの巾Ｗ１と、第１多モード導波路１および第２多モード導波路２の巾Ｗ２との関数として設定できる。ＬとΔｎ、Ｗ１、Ｗ２との関係については実施形態１で述べたとおりである。
【００５６】
導波路デバイス１０２は、上記の点を除いては実施形態１に係る導波路デバイス１００と同様の構成を有している。
【００５７】
また作製手順も図１８に示す通りである。
（２）作用
【００５８】
入力側単一モード導波路４ａから入射した光信号Ｐ３は、第１多モード導波路１で同一の強度を有する２つの光信号に分割され、中間単一モード導波路３ａ、３ｂの夫々に入射する。第１多モード導波路１で分割された光信号Ｐ３は、中間単一モード導波路３ａ、３ｂを夫々伝搬し、第２多モード導波路２で再結合される。ここで、スイッチング電極６ａ、６ｂに電圧を印加しないときは、光信号Ｐ３は、中間単一モード導波路３ａ、３ｂを夫々同一の位相で伝搬するが、第２多モード導波路２の長さは第１多モード導波路１と等しいＬであるから、図１２〜図１４に示すように、第２多モード導波路２で再結合した光信号Ｐ３は、入力側単一モード導波路４ａに対して対角線上の位置にある出力側単一モード導波路５ｂ、即ちチャンネル２から出射する。
【００５９】
同様に、入力側単一モード導波路４ｂから入射した信号光Ｐ４は、対角線上の位置にある出力側単一モード導波路５ａ、即ちチャンネル１から出射する。
【００６０】
ここで、スイッチング電極６ａにプラスの電圧を、スイッチング電極６ｂにマイナスの電圧を印加すると、中間単一モード導波路３ａ、３ｂの一方は屈折率がｎ１よりも大きくなり、他方は屈折率がｎ１よりも小さくなる。したがって、中間単一モード導波路３ａを伝搬する光信号の位相と中間単一モード導波路３ｂを伝搬する光信号の位相とは何れも変化するから、前記光信号が第２単一モード導波路２内で干渉して形成される輝点の位置もスイッチング電極６ａ、６ｂに電圧を印加しない場合と比較して移動する。これにより、図１３、図１４に示すように、出力側単一モード導波路５ａすなわちチャンネル１から出射する光信号の強度は増大し、出力側単一モード導波路５ｂすなわちチャンネル２から出射する光信号の強度は減少する。そして、スイッチング電極６ａに印加する電圧が＋ＶＳ（Ｖ）に達し、スイッチング電極６ｂに印加する電圧が−ＶＳ（Ｖ）に達すると、チャンネル１からの光信号の強度は極大に達し、チャンネル２からの光信号の強度は殆どゼロになる。したがって、入力側単一モード導波路４ａから入射した信号光Ｐ３は、出力側単一モード導波路５ａすなわちチャンネル１から出射するようになる。
【００６１】
同様に、入力側単一モード導波路４ｂから入射した信号光Ｐ４は、出力側単一モード導波路５ｂすなわちチャンネル２から出射するようになる。
【００６２】
このように、導波路デバイス１０２においては、スイッチング電極６ａ、６ｂに電圧を印加することにより、入力側単一モード導波路４ａ、４ｂから入射した光信号の出力先を切り替えることができる。
【００６３】
３．実施形態３
【００６４】
実施形態１に係る導波路デバイス１００を用いた光ネットワークシステムについて以下に説明する。
【００６５】
実施形態３に係る光ネットワークシステム２００は、導波路デバイス１００と、導波路デバイス１００の入力側単一モード導波路４に接続されたスキャナ２０２と、導波路デバイス１００の出力側単一モード導波路５ａに接続されたプリンタ２０４と、出力側単一モード導波路５ｂに接続されたプリンタ２０６と、導波路デバイス１００のスイッチング電極６ａ、６ｂに電圧を印加する電圧印加回路（図示せず。）とから構成される。
【００６６】
光ネットワークシステム２００においては、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧を前記電圧印加回路において±Ｖ０（Ｖ）と±Ｖ１（Ｖ）との間で変化させることにより、スキャナ２０２からの出力を導波路デバイス１００の出力側単一モード導波路５ａから出射させたり、出力側単一モード導波路５ｂから出射させたりすることができるから、スキャナ２０２で読み取った画像をプリンタ２０４で印刷したり、プリンタ２０６で印刷したりすることができる。
【００６７】
４．実施形態４
実施形態２に係る導波路デバイス１０２を用いた光ネットワークシステムについて以下に説明する。
【００６８】
実施形態４に係る光ネットワークシステム２１０は、導波路デバイス１０２と、導波路デバイス１０２の入力側単一モード導波路４ａに接続されたスキャナ２１２と、入力側単一モード導波路４ｂに接続されたスキャナ２１４と、導波路デバイス１００の出力側単一モード導波路５ａに接続されたプリンタ２１６と、出力側単一モード導波路５ｂに接続されたプリンタ２１８と、導波路デバイス１０２のスイッチング電極６ａ、６ｂに電圧を印加する電圧印加回路（図示せず。）とから構成される。
【００６９】
光ネットワークシステム２１０においては、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧を０と±ＶＳ（Ｖ）との間で変化させることにより、スキャナ２１２、２１４からの出力を導波路デバイス１００の出力側単一モード導波路５ａから出射させたり、出力側単一モード導波路５ｂから出射させたりすることができるから、スキャナ２１２、２１４で読み取った画像をプリンタ２１６とプリンタ２１８との何れで印刷するかを選択できる。
【実施例】
【００７０】
１．実施例１
【００７１】
図１８に示す手順に従って実施形態１に係る導波路デバイス１００を作製した。
【００７２】
石英ガラス製の基板８上にＶＣＤ法によって金を蒸着して接地電極７を形成し、その上に、アクリル系樹脂をスピンコートして紫外線硬化させ、厚さ４μｍの下側クラッド層９を形成した。
【００７３】
そして、下側クラッド層９にＦＴＣ（２−ジシアノメチレン−３−シアノ−４−｛２−［トランス−（４−Ｎ，Ｎ−ジアセトキシエチル−アミノ）フェニレン−３，４−ジブチレン−５］ビニル｝−５，５−ジメチル−２，５−ジヒドロフラン）にＤｉｓｐｅｒｓｅ−Ｒｅｄ  １を分散させたものをスピンコートして加熱、硬化させ、厚さ３．３μｍのコア１０の層を形成した。
【００７４】
次いで、コア１０の層をエッチングして入射側単一モード導波路４、第１多モード導波路１、中間単一モード導波路３ａ、３ｂ、第２多モード導波路２、および出力側単一モード導波路５ａ、５ｂを形成した。入射側単一モード導波路４、中間単一モード導波路３ａ、３ｂ、出力側単一モード導波路５ａ、５ｂの巾Ｗ１を５μｍとし、第１多モード導波路１および第２多モード導波路２の巾Ｗ２を４０μｍとした。したがって、Ｗ２／Ｗ１＝８である。入射側単一モード導波路４、中間単一モード導波路３ａ、３ｂ、出力側単一モード導波路５ａ、５ｂは、何れも中心線間の間隔を１５μｍに設定した。
【００７５】
第１多モード導波路１については長さＬを１０３５μｍとし、第２多モード導波路２については長さ２Ｌを２０７０μｍとした。中間単一モード導波路３ａ、３ｂについては、第１多モード導波路１および第２多モード導波路２の近傍部分であってスイッチング電極６ａ。６ｂに覆われない部分の長さを２０００μｍとし、スイッチング電極６ａ、６ｂに覆われる中間部分の長さを０．０５ｃｍから２ｃｍまで変化させた。
【００７６】
コア層１０に入射導波路２と多モード導波路４と出力側単一モード導波路５ａ、５ｂとを形成したら、その上に下側クラッド層９を形成するのに使用したのと同様のアクリル樹脂を厚さ４μｍにスピンコートして紫外線で硬化させた。下側クラッド層９および上側クラッド層１１の屈折率は１．５４３７であり、コア１０の層の屈折率は１．６５６３であった。
【００７７】
上側クラッド層１１が形成されたら、その上に金を蒸着させて種電極を形成した。種電極が形成されたら、９０〜２５０℃の高温で接地電極７と種電極１２との間に４００〜２０００Ｖの電圧を印加し、前記電圧を印加した状態で常温まで放冷してコア１０を分極配向処理した。
【００７８】
分極配向処理が終了したら、種電極をエッチングして除去し、幅１０μｍのスイッチング電極６ａ、６ｂを金鍍金により形成して光変調器１００を作成した。スイッチング電極６ａ、６ｂは、中間単一モード導波路３ａ、３ｂの長さに応じて長さを０．０５ｃｍから２ｃｍまで変化させた。
【００７９】
作製した導波路デバイス１００について入力側単一モード導波路４に０ｄＢの強度の光信号を導入し、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧を夫々０から±５０Ｖまで増大させて出力側単一モード導波路５ａ、５ｂから出射される光信号の強度を測定した。その結果を図６および図７に示す。
【００８０】
中間単一モード導波路３ａ、３ｂにおけるスイッチング電極６ａ、６ｂで覆われる部分の長さＬｅが０．２５ｃｍの場合は、図６に示すように、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧が０（Ｖ）のときは、出力側単一モード導波路５ａ、５ｂから出射される光信号の強度は約−３ｄＢとほぼ等しかったが、スイッチング電極６ａに印加する電圧を＋１０Ｖに、６ｂに印加する電圧を−１０（Ｖ）に（以下、「スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧を±１０Ｖに」と称する。）増大させると、出力側単一モード導波路５ｂから出射される信号光の強度はほぼ０ｄＢまで増加したのに対し、出力側単一モード導波路５ａから出射される信号光の強度は−７．０ｄＢまで減少した。
【００８１】
更に、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧を増大させると、今度は、出力側単一モード導波路５ｂから出射される信号光の強度が０ｄＢから減少し始め、出力側単一モード導波路５ａから出射される信号光の強度が−７．０ｄＢから増加し始める。そして、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧が±３０Ｖに達すると、出力側単一モード導波路５ｂから出射される信号光の強度は−７．０ｄＢまで減少したのに対し、出力側単一モード導波路５ａから出射される信号光の強度は０ｄＢまで増加した。
【００８２】
したがって、中間単一モード導波路３ａ、３ｂの前記部分の長さＬｅが０．２５ｃｍの場合は、駆動電圧は３０−１０＝２０（Ｖ）であることが判る。
【００８３】
中間単一モード導波路３ａ、３ｂの前記部分の長さＬｅが０．５ｃｍの場合は、図７に示すように、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧が０（Ｖ）のときは、出力側単一モード導波路５ａ、５ｂから出射される光信号の強度は約−３ｄＢとほぼ等しかったが、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧を±５（Ｖ）まで増大させると、出力側単一モード導波路５ａから出射される信号光の強度はほぼ０ｄＢまで増加したのに対し、出力側単一モード導波路５ｂから出射される信号光の強度は−７．０ｄＢまで減少した。
【００８４】
更に、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧を増大させると、今度は、出力側単一モード導波路５ａから出射される信号光の強度が０ｄＢから減少し始め、出力側単一モード導波路５ｂから出射される信号光の強度が−７．０ｄＢから増加し始める。そして、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧が±１５Ｖに達すると、出力側単一モード導波路５ａから出射される信号光の強度は−７．０ｄＢまで減少したのに対し、出力側単一モード導波路５ｂから出射される信号光の強度は０ｄＢまで増加した。
【００８５】
したがって、中間単一モード導波路３ａ、３ｂの前記部分の長さＬｅが０．５ｃｍの場合は、駆動電圧は１５−５＝１０（Ｖ）であることが判る。
【００８６】
このように、導波路デバイス１００においては、中間単一モード導波路３ａ、３ｂにおけるスイッチング電極６ａ、６ｂで覆われる部分の長さＬｅが０．５ｃｍと長い方が、前記長さＬｅが０．２５ｃｍと短いものに比較して駆動電圧が低くなることが判る。前記長さＬｅを変化させた場合の駆動電圧の変化を図８に示す。図８から判るように、前記長さＬｅが長いほど、駆動電圧は低下する。具体的には、前記長さＬｅが２ｃｍのときは、駆動電圧は２Ｖに過ぎなかった。
【００８７】
２．実施例２
実施形態２に係る導波路デバイス１０２を作製した。手順、下側クラッド層９、コア１０の層、上側クラッド層１１の厚さおよび材質については実施例１で述べたとおりである。なお、実施例１と同様に、中間単一モード導波路３ａ、３ｂについては、第１多モード導波路１および第２多モード導波路２の近傍部分であってスイッチング電極６ａ。６ｂに覆われない部分の長さを２０００μｍとし、スイッチング電極６ａ、６ｂに覆われる中間部分の長さを０．０５ｃｍから２ｃｍまで変化させた。そして、スイッチング電極６ａ、６ｂの長さは、中間単一モード導波路３ａ、３ｂの長さに応じて０．０５ｃｍから２ｃｍまで変化させた。
【００８８】
作製した導波路デバイス１０２について入力側単一モード導波路４に０ｄＢの強度の光信号を導入し、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧を夫々０から±２５Ｖまで増大させて出力側単一モード導波路５ａ、５ｂから出射される光信号の強度を測定した。その結果を図１３および図１４に示す。
【００８９】
中間単一モード導波路３ａ、３ｂにおいて長さＬｅが０．２５ｃｍの場合は、図１３に示すように、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧が０（Ｖ）のときは、入力側単一モード導波路４ａから入射した光信号の殆どが出力側単一モード導波路５ａ、即ちチャンネル１から出射し、出力側単一モード導波路５ｂ、即ちチャンネル２からは殆ど出射しなかった。スイッチング電極６ａ、６ｂに印加される電圧を増大させると、チャンネル２から出射される光信号の強度は増加し、チャンネル１から出射される光信号の強度は減少した。
【００９０】
そして、電圧が±２０Ｖに達すると、入力側単一モード導波路４ａから入射した光信号の殆どがチャンネル１から出射した。電圧が±２０Ｖを超えると、チャンネル１から出射する光信号の強度は増加し始め、チャンネル２から出射する光信号の強度は減少しはじめた。この結果から、中間単一モード導波路３ａ、３ｂにおいて長さＬｅが０．２５ｃｍの場合は、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧を０Ｖから±２５Ｖに変化させることにより、入力側単一モード導波路４ａから入射した光信号の出射先を出力側単一モード導波路５ｂから出力側単一モード導波路５ａに切り替えることができ、動作電圧Ｖｓは２０Ｖであることが判る。
【００９１】
一方、中間単一モード導波路３ａ、３ｂにおいて長さＬｅが０．５ｃｍの場合は、図１４に示すように、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧が０（Ｖ）のときは、入力側単一モード導波路４ａから入射した光信号の殆どが出力側単一モード導波路５ａ、即ちチャンネル１から出射し、出力側単一モード導波路５ｂ、即ちチャンネル２からは殆ど出射しなかった。そして、前記電圧が±１０Ｖに達すると、入力側単一モード導波路４ａから入射した光信号の殆どがチャンネル２から出射した。
【００９２】
電圧が±１０Ｖを超えると、チャンネル１から出射する光信号の強度は増加し始め、チャンネル２から出射する光信号の強度は減少しはじめた。そして、前記電圧が±２１Ｖに達すると、再びチャンネル２から出射する光信号の強度が極小に、チャンネル１から出射する光信号の強度が極大になった。
【００９３】
この結果から、中間単一モード導波路３ａ、３ｂにおいて長さＬｅが０．５ｃｍの場合は、スイッチング電極６ａ、６ｂに印加する電圧を０Ｖから±１０Ｖに変化させることにより、入力側単一モード導波路４ａから入射した光信号の出射先を出力側単一モード導波路５ｂから出力側単一モード導波路５ａに切り替えることができ、動作電圧Ｖｓは１０Ｖであることが判る。
【００９４】
このように、導波路デバイス１０２においては、中間単一モード導波路３ａ、３ｂにおけるスイッチング電極６ａ、６ｂで覆われる部分の長さＬｅが０．５ｃｍと長い方が、前記長さＬｅが０．２５ｃｍと短いものに比較して駆動電圧Ｖｓが低くなることが判る。前記長さＬｅを変化させた場合の駆動電圧の変化を図１５に示す。図１５から判るように、前記長さＬｅが長いほど、駆動電圧は低下する。具体的には、前記長さＬｅが２ｃｍのときは、駆動電圧Ｖｓは２Ｖに過ぎなかった。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明の導波路デバイスは、電気信号によって光路を切り替える光スイッチとしても、電気信号によって内部を通過する光信号の強度を変化させる光変調デバイスとしても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】図１は、実施形態１に係る導波路デバイスの全体的な構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る導波路デバイスの全体的な構成を示す平面図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る導波路デバイスを幅方向に沿って裁断した断面を示す断面図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る導波路デバイスにおける各導波路の相対的な配置を示す説明図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る導波路デバイスにおける光信号の流れを示す概略説明図である。
【図６】図６は、実施例１におけるスイッチング電圧への印加電圧と、導波路デバイスの備える一対の出力側単一モード導波路の夫々における出射光の強度との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例１におけるスイッチング電圧への印加電圧と、導波路デバイスの備える一対の出力側単一モード導波路の夫々における出射光の強度との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例１において導波路デバイスにおいて中間単一モード導波路のスイッチング電圧に覆われた部分の長さを変化させたときの駆動電圧の変化を示すグラフである
【図９】図９は、実施形態２に係る導波路デバイスの全体的な構成を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、実施形態２に係る導波路デバイスの全体的な構成を示す平面図である。
【図１１】図１１は、実施形態２に係る導波路デバイスにおける各導波路の相対的な配置を示す説明図である。
【図１２】図１２は、実施形態２に係る導波路デバイスにおける光信号の流れを示す概略説明図である。
【図１３】図１３は、実施例２におけるスイッチング電圧への印加電圧と、導波路デバイスの備える一対の出力側単一モード導波路の夫々における出射光の強度との関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例２におけるスイッチング電圧への印加電圧と、導波路デバイスの備える一対の出力側単一モード導波路の夫々における出射光の強度との関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、実施例２において導波路デバイスにおいて中間単一モード導波路のスイッチング電圧に覆われた部分の長さを変化させたときの駆動電圧の変化を示すグラフである
【図１６】図１６は、実施形態１に係る導波路デバイスを用いた光ネットワークシステムの一例を示す概略図である。
【図１７】図１７は、実施形態２に係る導波路デバイスを用いた光ネットワークシステムの一例を示す概略図である。
【図１８】図１８は、実施形態１および２に係る導波路デバイスの作製手順を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 第１多モード導波路
２ 第２多モード導波路
３ａ 中間単一モード導波路
３ｂ 中間単一モード導波路
４ 入射側単一モード導波路
４ａ 入力側単一モード導波路
４ｂ 入力側単一モード導波路
５ａ 出力側単一モード導波路
５ｂ 出力側単一モード導波路
６ａ スイッチング電極
６ｂ スイッチング電極
７ 接地電極
８ 基板
９ 下側クラッド層
１０ コア
１１ 上側クラッド層
１２ クラッド
１００ 導波路デバイス
１０２ 導波路デバイス
２００ 光ネットワークシステム
２０２ スキャナ
２０４ プリンタ
２０６ プリンタ
２１０ 光ネットワークシステム
２１２ スキャナ
２１４ スキャナ
２１６ プリンタ
２１８ プリンタ
【図１】
2009064011.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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