光スイッチ及び光スイッチの製造方法
【課題】従来と比較して応答速度が速い光スイッチを提供する。
【解決手段】第１の方向性結合器１０と、第１の方向性結合器１０に接続され、第１の分岐光を伝達する第１の導波路２０と、第１の方向性結合器１０に接続され、第1の導波路２０とは長さが異なり、かつ第２の分岐光を伝達する第２の導波路２０と、第１の導波路２０上に形成された第１の強誘電性液晶層２２と、第１の強誘電性液晶層２２に電圧を印加して、該第１の強誘電性液晶層２２の配向方向を制御する第１の電極２４と、第１及び第２の出力端子３，４を有しており、第１の導波路２０及び第２の導波路３０から第１及び第２の分岐光が入力される第２の方向性結合器４０とを具備する。
【解決手段】第１の方向性結合器１０と、第１の方向性結合器１０に接続され、第１の分岐光を伝達する第１の導波路２０と、第１の方向性結合器１０に接続され、第1の導波路２０とは長さが異なり、かつ第２の分岐光を伝達する第２の導波路２０と、第１の導波路２０上に形成された第１の強誘電性液晶層２２と、第１の強誘電性液晶層２２に電圧を印加して、該第１の強誘電性液晶層２２の配向方向を制御する第１の電極２４と、第１及び第２の出力端子３，４を有しており、第１の導波路２０及び第２の導波路３０から第１及び第２の分岐光が入力される第２の方向性結合器４０とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチ及び光スイッチの製造方法に関する。特に本発明は、従来と比較して応答速度が速い光スイッチ及び光スイッチの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ）ネットワークにおいて、光の経路を波長別に切り替える光スイッチが必須である。光スイッチの従来例としては、回折格子を用いたものがある（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の光スイッチの他の例として、印加電圧によって透過する光の偏光を制御する液晶偏光制御素子と、光の偏光方向によって光を透過又は反射する偏光ビームスプリッタを組み合わせるたものがある。液晶偏光制御素子にはネマティック液晶が用いられる。
【０００４】
また、従来の光スイッチの他の例として、導波路をヒータで加熱することによりこの導波路の屈折率を変更し、これによって光の出力先を波長別に切り替えるものがある。
【非特許文献１】鈴木扇太、「アレー導波路回折格子（ＡＷＧ）デバイス」、電気情報通信学会誌、１９９９年７月、Ｖｏｌ．８２、Ｎｏ７、ｐ．７４６−７５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した液晶偏光制御素子を用いた光スイッチは、ネマティック液晶の配向方向が切り替わることにより、光の経路が切り替わる。このため、応答速度は、ネマティック液晶の配向方向の切り替わり速度によって律速されている。従って、第１の例に係る光スイッチでは、十分な応答速度を得ることが難しい。
【０００６】
また、ヒータ加熱を用いた光スイッチは、導波路の温度によって光の経路が切り替わるが、導波路の温度が変化するまでにある程度の時間を要するため、十分な応答速度を得ることが難しい。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、従来と比較して応答速度が速い光スイッチ及び光スイッチの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る光スイッチは、入力光を第１の分岐光及び第２の分岐光に分岐する第１の方向性結合器と、
前記第１の方向性結合器に接続され、前記第１の分岐光を伝達する第１の導波路と、
前記第１の方向性結合器に接続され、前記第1の導波路とは長さが異なり、かつ前記第２の分岐光を伝達する第２の導波路と、
前記第１の導波路上に形成された第１の強誘電性液晶層と、
前記第１の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第１の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第１の電極と、
第１及び第２の出力端子を有しており、前記第１の導波路及び前記第２の導波路から前記第１及び第２の分岐光が入力され、前記第１の分岐光を第３の分岐光及び第４の分岐光に分岐するとともに、前記第２の分岐光を第５の分岐光及び第６の分岐光に分岐し、かつ前記第３の分岐光と前記第５の分岐光を合成して前記第１の出力端子から出力するとともに、前記第４の分岐光を前記第６の分岐光を合成して前記第２の出力端子から出力する第２の方向性結合器とを具備する。
【０００９】
この光スイッチにおいて、前記第１の強誘電性液晶の配向方向を変化させることにより、前記第１の強誘電体層の下に位置する前記第１の導波路の等価屈折率を変化させることができる。前記第１の導波路の等価屈折率が変化すると、前記第１の導波路によって伝達された光の位相が変化する。このため、前記電極に加える電圧を変化させることにより、光をスイッチングすることができる。
【００１０】
この光スイッチの応答性は、前記強誘電性液晶の配向方向の応答性によって律速されるが、前記強誘電性液晶の配向方向の応答性は、１００μ秒程度と速い。従って、従来と比較して光スイッチの応答速度が速くなる。
【００１１】
前記第２の導波路が前記第１の導波路より長くてもよいし、前記第１の導波路が前記第２の導波路より長くてもよい。
【００１２】
前記入力光は波長λ１の光と波長λ２の光を有している場合、前記第１の導波路と前記第２の導波路の長さの差は、λ１×（ｎ＋１／２）、かつλ２×ｍであるのが好ましい。ただし、ｎ、ｍはともに整数である。
【００１３】
前記第１の電極と前記強誘電性液晶の間に位置する配向膜を更に具備し、前記強誘電性液晶は前記第１の導波路と直接接していてもよい。
前記第２の導波路上に形成された第２の強誘電性液晶層と、前記第２の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第２の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第２の電極とを更に具備してもよい。
前記第１の導波路に導電性を持たせ、前記第１の電極とともに前記第１の強誘電性液晶の配向方向を制御させてもよい。
【００１４】
本発明に係る光スイッチの製造方法は、下地膜上に光を透過する透光膜を形成する工程と、
前記透光膜を選択的に除去することにより、前記下地膜上に位置する第１の導波路、及び前記第１の導波路とは長さが異なる第２の導波路を形成する工程と、
前記第１の導波路の一部上に強誘電性液晶層を形成する工程と、
前記第２の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第２の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第２の電極を形成する工程と、
を具備し、
前記第１及び第２の導波路を形成する工程において、前記第１の導波路のうち、前記強誘電体層が形成された部分の前及び後それぞれで前記第２の導波路に近接させることにより、前記強誘電体層が形成された部分の前及び後それぞれに位置する方向性結合器を形成する。
前記透光膜は、例えば半導体膜である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチの構成を説明する為の概略図である。この光スイッチにおいて、第１の方向性結合器１０が有する２つの出力ポートと、第２の方向性結合器４０が有する２つの入力ポートが、第１の導波路２０及び第２の導波路３０を用いて接続されている。第１の方向性結合器１０の入力ポート１，２は光スイッチの入力ポートとして機能し、第２の方向性結合器４０の出力ポート３，４は光スイッチの出力ポートとして機能する。なお、第１の導波路２０及び第２の導波路３０は、例えば不純物が導入されていて導電性を有する半導体膜によって形成されている。
【００１６】
第１の導波路２０上には強誘電性液晶２２が配置されている。強誘電性液晶２２は、強誘電性液晶２２上に設けられた上部電極２４と第１の導波路２０の間に印加される電圧によって、配向方向が制御される。また、第２の導波路３０上には強誘電性液晶３２が配置されている。強誘電性液晶３２は、強誘電性液晶３２上に設けられた上部電極３４と第２の導波路３０の間に印加される電圧によって、配向方向が制御される。なお、強誘電性液晶２２，３２の配向方向を制御する電圧は、電圧制御部５０によって制御されている。
【００１７】
入力ポート１には、波長λ１の光ａと、波長λ２の光ｂが入力される。第１の方向性結合器１０を通過する際に、光ａ，ｂは第１の導波路２０及び第２の導波路３０にそれぞれ分岐する。分岐した光の強度は略同じであるが、これらの間には位相差π／２が生じる。
【００１８】
第２の導波路３０は第１の導波路２０より長いが、その長さの差は、λ１×（ｎ１＋１／２）、かつλ２×ｍ１である。ただし、ｎ１、ｍ１はともに整数である。このため、第１の導波路２０を通過する光ａと第２の導波路３０を通過する光ａの間は、更にπほど位相がずれるが、第１の導波路２０を通過する光ｂと第２の導波路３０を通過する光ｂの間の位相差は変化しない。
【００１９】
また、強誘電性液晶２２の配向方向が変化すると、詳細を後述するように、第１の導波路２０のうち、強誘電性液晶２２の下方に位置する部分の屈折率が変化する。このため、強誘電性液晶２２の配向方向が変化すると、第１の導波路２０から出力される光の位相が変化する。同様の作用により、このため、強誘電性液晶３２の配向方向が変化すると、第２の導波路３０から出力される光の位相が変化する。
【００２０】
第１の導波路２０を通過した光ａ，ｂ、及び第２の導波路３０を通過した光ａ，ｂは、第２の方向性結合器４０でそれぞれ出力ポート３，４に略同じ強度に分岐される。分岐後の光が出力ポート３，４で合成されることにより、出力ポート３，４から出力される光が定まる。
【００２１】
出力ポート３，４からいずれの光が出力されるかは、上記した光の位相差の合計によって定まる。光の位相差の合計は、強誘電性液晶２２，３２の配向方向によって変化する。このため、詳細を後述するように、強誘電性液晶２２，３２の配向方向を制御することにより、出力ポート３，４から出力される光の種類を制御することができる。
【００２２】
図２のグラフは、導波路を透過している光のうちＴＥ基本モードの強度分布を示すシミュレーション結果を示している。本シミュレーションにおいて、導波路はＳｉ（厚さは０．５μｍ）で形成されており、下地膜はＳｉＯ２（厚さは∞）で形成されている。強誘電性液晶は、等価屈折率が１．６１５、厚さが∞として扱われている。本グラフから、導波路から強誘電性液晶に光の一部が染み出ていることが分かる。強誘電性液晶の配向方向が変化すると、強誘電性液晶の等価屈折率（誘電率）が変化する。この等価屈折率の変化は、導波路から強誘電性液晶に染み出た光の伝搬に影響を与える。この結果、導波路の等価屈折率が変化する。
【００２３】
従って、電圧制御部５０が上部電極２４と第１の導波路２０の間の電圧を制御することにより、強誘電性液晶２２の配向方向を変化させ、強誘電性液晶２２の下方に位置する第１の導波路２０の等価屈折率を変化させることができる。同様の作用により、上部電極３４と第２の導波路３０の間の電圧を変化させることにより、強誘電性液晶３２の下方に位置する第２の導波路３０の等価屈折率を変化させることができる。
【００２４】
図３のグラフは、導波路の等価屈折率の変化Δｎが導波路の厚さによってどのように変化するかシミュレーションした結果を示している。このシミュレーションでは、導波路がＳｉで形成されており、下地膜がＳｉＯ２で形成されており、かつ光の波長λ＝１５５０ｎｍとしている。本図に示すように、導波路の厚さが薄いほどΔｎが大きくなる。
【００２５】
図４のグラフは、位相差πを得るために必要な導波路長が、導波路の厚さによってどのように変化するかを計算したグラフである。本グラフは、図３のグラフを前提としている。このように、導波路の厚さが薄くなるにつれて、位相差πを得るために必要な導波路長が短くなる。
【００２６】
図５の各図は、強誘電性液晶２２，３２に印加される電圧によって出力ポート３，４から出力される光が切り替わる理由を説明する為の図である。図５において、強誘電性液晶２２の配向方向が切り替わると、第１の導波路２０を通過する光ａ，ｂの位相はπずれる。また、強誘電性液晶３２の配向方向が切り替わると、第２の導波路３０を通過する光ａ，ｂの位相はπずれる。このような状態は、第１の導波路２０及び第２の導波路３０のうち強誘電性液晶２２，３２の下方に位置する部分の長さ、及び第１の導波路２０及び第２の導波路３０の厚さを調節することにより実現できる。
【００２７】
図５（Ａ）は、強誘電性液晶２２，３２の下方を通過する際に光ａ，ｂの位相が変化しない方向に、強誘電性液晶２２，３２が配向している場合を示している。第１の方向性結合器１０を通過すると、光ａ，ｂは第１の導波路２０及び第２の導波路３０に同じ強度に分岐されるが、第２の導波路３０に分岐された光ａ，ｂは、それぞれ第１の導波路２０に分岐された光に対してπ／２ほど位相が遅れる。
【００２８】
その後、光ａ，ｂは強誘電性液晶２２，３２の下方を通り、第２の方向性結合器４０に入力される。上記したように、第１の導波路２０と第２の導波路３０の長さの差は、λ１×（ｎ＋１／２）、かつλ２×ｍである。このため、第１の導波路２０を伝送した光ａに対して第２の導波路３０を伝送した光ａは更にπほど位相が遅れるが、第１の導波路２０を伝送した光ｂと第２の導波路３０を伝送した光ｂの間には更なる位相差が生じない。
【００２９】
そして、第２の方向性結合器４０では、第１の導波路２０によって伝送された光ａ，ｂが略同じ強度で出力ポート３，４に分岐され、かつ第２の導波路３０によって伝送された光ａ，ｂが略同じ強度で出力ポート３，４に分岐される。第１の導波路２０から出力ポート４に分岐される光ａ，ｂは、第１の導波路２０から出力ポート３に分岐される光ａ，ｂに対してπ／２ほど位相が遅れ、かつ第２の導波路３０から出力ポート３に分岐される光ａ，ｂは、第２の導波路３０から出力ポート４に分岐される光ａ，ｂに対して位相がπ／２ほど位相が遅れる。
【００３０】
この結果、第１の導波路２０を経由して出力ポート３に伝達された光ａと、第２の導波路３０を経由して出力ポート３に伝達された光ａとの間には位相差が生じないが、第１の導波路２０を経由して出力ポート３に伝達された光ｂと、第２の導波路３０を経由して出力ポート３に伝達された光ｂとの間には位相差πが生じる。このため、出力ポート３からは光ａが出力されるが、光ｂは出力されない。
【００３１】
また、第１の導波路２０を経由して出力ポート４に伝達された光ａと、第２の導波路３０を経由して出力ポート４に伝達された光ａとの間には位相差πが生じるが、第１の導波路２０を経由して出力ポート４に伝達された光ｂと、第２の導波路３０を経由して出力ポート４に伝達された光ｂとの間には位相差が生じない。このため、出力ポート４からは光ｂが出力されるが、光ａは出力されない。
【００３２】
図５（Ｂ）は、強誘電性液晶２２の下方を通過する際に光ａ，ｂの位相がπほど遅れる方向に、強誘電性液晶２２が配向している場合を示している。このような状態は、強誘電性液晶２２に印加する電圧を図５（Ａ）に示した場合から変化させることにより、実現できる。
【００３３】
図５（Ａ）の場合と同様に、第１の方向性結合器１０によって光ａ，ｂは、略同じ強度で第１の導波路２０と第２の導波路３０に分岐される。そして、第２の導波路３０に分岐された光ａ，ｂは、それぞれ第１の導波路２０に分岐された光に対してπ／２ほど位相が遅れる。
【００３４】
そして、光ａ，ｂは強誘電性液晶２２，３２の下方を通る。この際に、第１の導波路２０に分岐された光ａ，ｂは、それぞれ入力時の状態と比較してπほど位相が遅れる。
【００３５】
その後、第１の導波路２０によって伝達された光ａ，ｂ、及び第２の導波路３０によって伝達された光ａ，ｂそれぞれは、第２の方向性結合器４０に入力される。図５（Ａ）の場合と同様に、第１の導波路２０を伝送した光ａに対して第２の導波路３０を伝送した光ａは更にπほど位相が遅れるが、第１の導波路２０を伝送した光ｂと第２の導波路３０を伝送した光ｂの間には更なる位相差が生じない。
【００３６】
そして、図５（Ａ）の場合と同様に、第２の方向性結合器４０では、第１の導波路２０によって伝送された光ａ，ｂ、及び２の導波路３０によって伝送された光ａ，ｂが略同じ強度で出力ポート３，４に分岐される。第１の導波路２０から出力ポート４に分岐される光ａ，ｂは、第１の導波路２０から出力ポート３に分岐される光ａ，ｂに対してπ／２ほど位相が遅れ、かつ第２の導波路３０から出力ポート３に分岐される光ａ，ｂは、第２の導波路３０から出力ポート４に分岐される光ａ，ｂに対して位相がπ／２ほど位相が遅れる。
【００３７】
この結果、第１の導波路２０を経由して出力ポート３に伝達された光ａと、第２の導波路３０を経由して出力ポート３に伝達された光ａとの間には位相差πが生じるが、第１の導波路２０を経由して出力ポート３に伝達された光ｂと、第２の導波路３０を経由して出力ポート３に伝達された光ｂとの間には位相差が生じない。このため、出力ポート３からは光ｂが出力されるが、光ａは出力されない。
【００３８】
また、第１の導波路２０を経由して出力ポート４に伝達された光ａと、第２の導波路３０を経由して出力ポート４に伝達された光ａとの間には位相差が生じないが、第１の導波路２０を経由して出力ポート４に伝達された光ｂと、第２の導波路３０を経由して出力ポート４に伝達された光ｂとの間には位相差πが生じる。このため、出力ポート４からは光ａが出力されるが、光ｂは出力されない。
【００３９】
なお、図５（Ｂ）のようにして光をスイッチングする場合、強誘電性液晶３２及び上部電極３４を設けなくても良い。
【００４０】
また、強誘電性液晶２２に印加する電圧を変化させる代わりに、強誘電性液晶３２に印加する電圧を図５（Ａ）に示した場合から変化させることで、第２の導波路３０に分岐された光ａ，ｂが、強誘電性液晶３２の下方を通過する際にπほど位相が遅れるようにしてもよい。このようにしても、出力ポート３から光ｂが出力され、出力ポート４から光ａが出力される。この場合は、強誘電性液晶２２及び上部電極２４を設けなくても良い。
【００４１】
以上、本発明の第１の実施形態によれば、強誘電性液晶２２又は強誘電性液晶３２の配向方向を制御することにより、出力ポート３から出力される光と、出力ポート４から出力される光を入れ替えることができる。強誘電性液晶２２の応答時間はネマティック液晶よりも一桁以上速い１００μ秒程度である。従って、光スイッチの応答速度は従来と比較して速くなる。
【００４２】
また、強誘電性液晶は双安定性（自己保持性）を有しており、印加電圧を切った後にも配向方向が保持される。従って、本実施形態に係る光スイッチの消費電力は低い。
【００４３】
また、強誘電性液晶２２，３２の等価屈折率変化は大きいため、第１の導波路２０及び第２の導波路３０のうち強誘電性液晶２２，３２の下方に位置する部分を短くしても、光スイッチの動作に必要な位相変化を得ることができる。従って、光スイッチを小型化することができる。
【００４４】
また、入力ポート１に光ａ，ｂを入力すると同時に入力ポート２から光ｃ，ｄを入力してもよい。この場合、光ｃの波長をλ３、光ｄの波長をλ４とすると、第２の導波路３０と第１の導波路２０の長さの差は、λ１×（ｎ１＋λ１／２）、かつλ２×ｍ１、かつλ３×（ｎ２＋λ３／２）、かつλ４×ｍ２である。ただし、ｎ１、ｍ１、ｎ２、ｍ２はともに整数である。
【００４５】
また、第１の導波路２０及び第２の導波路３０の厚さ、及びこれら導波路のうち強誘電性液晶２２，３２の下方に位置する部分の長さ等を調節することにより、強誘電性液晶２２，３２に印加する電圧によって光ａ〜ｄの位相がそれぞれπずれるようにする。
【００４６】
このようにすると、強誘電性液晶２２，３２に印加する電圧を変化させることにより、出力ポート３から光ａ，ｃが出力され、かつ出力ポート４から光ｂ，ｄが出力される状態と、出力ポート３から光ｂ、ｄが出力され、かつ出力ポート４から光ａ，ｃが出力される状態とが切り替わる光スイッチが実現される。
【００４７】
図６及び図７は、本発明の第２の実施形態に係る光スイッチの製造方法を説明する為の図である。各図において（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００４８】
まず、図６に示すように基板１００上に酸化シリコン膜１０２を形成し、さらに酸化シリコン膜１０２上に半導体膜１０４をＣＶＤ法により形成する。基板１００は、例えばシリコン基板である。半導体膜１０４は、例えば単結晶シリコン膜であるが、ポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜、ＧａＡｓ系の半導体膜、又はＧａＩｎＡｓＰ系の半導体膜であっても良い。その後、半導体膜１０４に不純物を導入し、導電性を持たせる。不純物は、ｎ型の不純物及びｐ型の不純物のいずれであってもよい。
【００４９】
次いで、半導体膜１０４上にクロム膜２００をスパッタリング法により形成し、さらにクロム膜２００上にフォトレジスト膜２１０を塗布する。次いで、フォトレジスト膜２１０を露光及び現像する。これにより、フォトレジスト膜２１０には開口パターンが形成される。
【００５０】
次いで、フォトレジスト膜２１０をマスクとしてクロム膜２００をエッチングし、クロム膜２００に開口パターンを形成する。次いで、クロム膜２００をマスクとして半導体膜１０４をドライエッチングする。これにより、半導体膜１０４は選択的に除去され、導波路１１０，１２０が形成される。導波路１１０，１２０は、２箇所で近接しているが、他の部分では離間している。
【００５１】
導波路１１０，１２０のうち相互に近接している部分は、それぞれ方向性結合器１３２，１３４として機能するが、これら方向性結合器１３２，１３４は第１の実施形態における方向性結合器１０，４０に相当する。また、導波路１１０，１２０の一方の端部１１０ａ，１２０ａは第１の実施形態における入力ポート１，２に相当し、他方の端部１１０ｂ，１２０ｂは第１の実施形態における出力ポート３，４に相当する。また、導波路１１０，１２０のうち方向性結合器１３２，１３４の相互間に位置する部分は、第１の実施形態における第１の導波路２０及び第２の導波路３０に相当し、互いの長さが異なる。
【００５２】
なお、半導体膜１０４は、下部電極として使用されるため、このドライエッチング工程において全面に薄く残される。
【００５３】
その後、図７に示すようにフォトレジスト膜２１０及びクロム膜２００を除去する。次いで、導波路１１０，１２０上及び半導体膜１０４上に酸化シリコン膜１４２を形成し、レジストパターンを用いたドライエッチングにより、導波路１１０，１２０上から酸化シリコン膜１４２を除去する。
【００５４】
次いで、基板１００の上方に、上部電極１５２、１５４及び配向膜１４６がこの順に積層された対向基板１６０を配置する。上部電極１５２，１５４は、第１の実施形態における上部電極２４，３４に相当する。
【００５５】
このとき、配向膜１４６が導波路１１０，１２０と向き合うようにする。なお、基板１００と対向基板１６０の間隔は、スペーサー１４４ａによって維持されているが、この間隔は０．２μm以上２．０μm以下であるのが好ましい。また、上部電極１５２，１５４は、例えばＩＴＯ膜を選択的に除去することにより同一工程で形成される。
【００５６】
次いで、基板１００と対向基板１６０の空間に強誘電性液晶１４４を注入する。強誘電性液晶１４４は、第１の実施形態における強誘電性液晶２２，３２に相当する。このようにして光スイッチが形成される。
【００５７】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、導波路１１０，１２０を、レジストパターンを用いたエッチングにより形成しているため、光スイッチの小型化及び高集積化を容易に行える。また、複数の光スイッチの相互間を接続する導波路の曲率を小さくすることができるため、高集積化に有利となる。
【００５８】
また、半導体膜１０４をエッチングすることにより導波路１１０，１２０を形成しているため、導波路１１０，１２０を形成する工程を、トランジスタ等の半導体素子を形成する工程の一部に含ませることができる。またこの場合、同一の基板１００上に光スイッチと半導体素子を形成することができるため、モノリシックな集積化が可能になる。
【００５９】
また、半導体膜１０４及び導波路１１０，１２０を下部電極として使用しており、かつ導波路１１０，１２０は直接強誘電性液晶１４４に接している。従って、導波路１１０，１２０と強誘電性液晶１４４の間に配向膜を配置する場合と比較して、導波路１１０，１２０の等価屈折率変化が大きくなり、光スイッチを高性能にすることができる。
【００６０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば第１の実施形態において、第１及び第２の方向性結合器１０，４０の代わりに多モード干渉結合器を用いても良い。また、基板１００はシリコン基板以外の半導体基板であってもよく、またガラス等他の材質で形成された基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施形態に係る光スイッチの構成を説明する為の概略図。
【図２】導波路を透過している光のうちＴＥ基本モードの強度分布を示すシミュレーション結果を示すグラフ。
【図３】導波路の等価屈折率の変化Δｎが導波路の厚さによってどのように変化するかシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図４】位相差πを得るために必要な導波路長が、導波路の厚さによってどのように変化するかを計算したグラフ。
【図５】強誘電性液晶２２，３２に印加される電圧によって出力ポート３，４から出力される光が切り替わる理由を説明する為の図。
【図６】第２の実施形態に係る光スイッチの製造方法を説明する為の図。
【図７】図６の次の工程を説明する為の図。
【符号の説明】
【００６２】
１，２…入力ポート、３，４…出力ポート、１０，２０，１１０，１２０…導波路、１０，４０，１３２，１３４…方向性結合器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチ及び光スイッチの製造方法に関する。特に本発明は、従来と比較して応答速度が速い光スイッチ及び光スイッチの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ）ネットワークにおいて、光の経路を波長別に切り替える光スイッチが必須である。光スイッチの従来例としては、回折格子を用いたものがある（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の光スイッチの他の例として、印加電圧によって透過する光の偏光を制御する液晶偏光制御素子と、光の偏光方向によって光を透過又は反射する偏光ビームスプリッタを組み合わせるたものがある。液晶偏光制御素子にはネマティック液晶が用いられる。
【０００４】
また、従来の光スイッチの他の例として、導波路をヒータで加熱することによりこの導波路の屈折率を変更し、これによって光の出力先を波長別に切り替えるものがある。
【非特許文献１】鈴木扇太、「アレー導波路回折格子（ＡＷＧ）デバイス」、電気情報通信学会誌、１９９９年７月、Ｖｏｌ．８２、Ｎｏ７、ｐ．７４６−７５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した液晶偏光制御素子を用いた光スイッチは、ネマティック液晶の配向方向が切り替わることにより、光の経路が切り替わる。このため、応答速度は、ネマティック液晶の配向方向の切り替わり速度によって律速されている。従って、第１の例に係る光スイッチでは、十分な応答速度を得ることが難しい。
【０００６】
また、ヒータ加熱を用いた光スイッチは、導波路の温度によって光の経路が切り替わるが、導波路の温度が変化するまでにある程度の時間を要するため、十分な応答速度を得ることが難しい。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、従来と比較して応答速度が速い光スイッチ及び光スイッチの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る光スイッチは、入力光を第１の分岐光及び第２の分岐光に分岐する第１の方向性結合器と、
前記第１の方向性結合器に接続され、前記第１の分岐光を伝達する第１の導波路と、
前記第１の方向性結合器に接続され、前記第1の導波路とは長さが異なり、かつ前記第２の分岐光を伝達する第２の導波路と、
前記第１の導波路上に形成された第１の強誘電性液晶層と、
前記第１の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第１の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第１の電極と、
第１及び第２の出力端子を有しており、前記第１の導波路及び前記第２の導波路から前記第１及び第２の分岐光が入力され、前記第１の分岐光を第３の分岐光及び第４の分岐光に分岐するとともに、前記第２の分岐光を第５の分岐光及び第６の分岐光に分岐し、かつ前記第３の分岐光と前記第５の分岐光を合成して前記第１の出力端子から出力するとともに、前記第４の分岐光を前記第６の分岐光を合成して前記第２の出力端子から出力する第２の方向性結合器とを具備する。
【０００９】
この光スイッチにおいて、前記第１の強誘電性液晶の配向方向を変化させることにより、前記第１の強誘電体層の下に位置する前記第１の導波路の等価屈折率を変化させることができる。前記第１の導波路の等価屈折率が変化すると、前記第１の導波路によって伝達された光の位相が変化する。このため、前記電極に加える電圧を変化させることにより、光をスイッチングすることができる。
【００１０】
この光スイッチの応答性は、前記強誘電性液晶の配向方向の応答性によって律速されるが、前記強誘電性液晶の配向方向の応答性は、１００μ秒程度と速い。従って、従来と比較して光スイッチの応答速度が速くなる。
【００１１】
前記第２の導波路が前記第１の導波路より長くてもよいし、前記第１の導波路が前記第２の導波路より長くてもよい。
【００１２】
前記入力光は波長λ１の光と波長λ２の光を有している場合、前記第１の導波路と前記第２の導波路の長さの差は、λ１×（ｎ＋１／２）、かつλ２×ｍであるのが好ましい。ただし、ｎ、ｍはともに整数である。
【００１３】
前記第１の電極と前記強誘電性液晶の間に位置する配向膜を更に具備し、前記強誘電性液晶は前記第１の導波路と直接接していてもよい。
前記第２の導波路上に形成された第２の強誘電性液晶層と、前記第２の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第２の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第２の電極とを更に具備してもよい。
前記第１の導波路に導電性を持たせ、前記第１の電極とともに前記第１の強誘電性液晶の配向方向を制御させてもよい。
【００１４】
本発明に係る光スイッチの製造方法は、下地膜上に光を透過する透光膜を形成する工程と、
前記透光膜を選択的に除去することにより、前記下地膜上に位置する第１の導波路、及び前記第１の導波路とは長さが異なる第２の導波路を形成する工程と、
前記第１の導波路の一部上に強誘電性液晶層を形成する工程と、
前記第２の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第２の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第２の電極を形成する工程と、
を具備し、
前記第１及び第２の導波路を形成する工程において、前記第１の導波路のうち、前記強誘電体層が形成された部分の前及び後それぞれで前記第２の導波路に近接させることにより、前記強誘電体層が形成された部分の前及び後それぞれに位置する方向性結合器を形成する。
前記透光膜は、例えば半導体膜である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチの構成を説明する為の概略図である。この光スイッチにおいて、第１の方向性結合器１０が有する２つの出力ポートと、第２の方向性結合器４０が有する２つの入力ポートが、第１の導波路２０及び第２の導波路３０を用いて接続されている。第１の方向性結合器１０の入力ポート１，２は光スイッチの入力ポートとして機能し、第２の方向性結合器４０の出力ポート３，４は光スイッチの出力ポートとして機能する。なお、第１の導波路２０及び第２の導波路３０は、例えば不純物が導入されていて導電性を有する半導体膜によって形成されている。
【００１６】
第１の導波路２０上には強誘電性液晶２２が配置されている。強誘電性液晶２２は、強誘電性液晶２２上に設けられた上部電極２４と第１の導波路２０の間に印加される電圧によって、配向方向が制御される。また、第２の導波路３０上には強誘電性液晶３２が配置されている。強誘電性液晶３２は、強誘電性液晶３２上に設けられた上部電極３４と第２の導波路３０の間に印加される電圧によって、配向方向が制御される。なお、強誘電性液晶２２，３２の配向方向を制御する電圧は、電圧制御部５０によって制御されている。
【００１７】
入力ポート１には、波長λ１の光ａと、波長λ２の光ｂが入力される。第１の方向性結合器１０を通過する際に、光ａ，ｂは第１の導波路２０及び第２の導波路３０にそれぞれ分岐する。分岐した光の強度は略同じであるが、これらの間には位相差π／２が生じる。
【００１８】
第２の導波路３０は第１の導波路２０より長いが、その長さの差は、λ１×（ｎ１＋１／２）、かつλ２×ｍ１である。ただし、ｎ１、ｍ１はともに整数である。このため、第１の導波路２０を通過する光ａと第２の導波路３０を通過する光ａの間は、更にπほど位相がずれるが、第１の導波路２０を通過する光ｂと第２の導波路３０を通過する光ｂの間の位相差は変化しない。
【００１９】
また、強誘電性液晶２２の配向方向が変化すると、詳細を後述するように、第１の導波路２０のうち、強誘電性液晶２２の下方に位置する部分の屈折率が変化する。このため、強誘電性液晶２２の配向方向が変化すると、第１の導波路２０から出力される光の位相が変化する。同様の作用により、このため、強誘電性液晶３２の配向方向が変化すると、第２の導波路３０から出力される光の位相が変化する。
【００２０】
第１の導波路２０を通過した光ａ，ｂ、及び第２の導波路３０を通過した光ａ，ｂは、第２の方向性結合器４０でそれぞれ出力ポート３，４に略同じ強度に分岐される。分岐後の光が出力ポート３，４で合成されることにより、出力ポート３，４から出力される光が定まる。
【００２１】
出力ポート３，４からいずれの光が出力されるかは、上記した光の位相差の合計によって定まる。光の位相差の合計は、強誘電性液晶２２，３２の配向方向によって変化する。このため、詳細を後述するように、強誘電性液晶２２，３２の配向方向を制御することにより、出力ポート３，４から出力される光の種類を制御することができる。
【００２２】
図２のグラフは、導波路を透過している光のうちＴＥ基本モードの強度分布を示すシミュレーション結果を示している。本シミュレーションにおいて、導波路はＳｉ（厚さは０．５μｍ）で形成されており、下地膜はＳｉＯ２（厚さは∞）で形成されている。強誘電性液晶は、等価屈折率が１．６１５、厚さが∞として扱われている。本グラフから、導波路から強誘電性液晶に光の一部が染み出ていることが分かる。強誘電性液晶の配向方向が変化すると、強誘電性液晶の等価屈折率（誘電率）が変化する。この等価屈折率の変化は、導波路から強誘電性液晶に染み出た光の伝搬に影響を与える。この結果、導波路の等価屈折率が変化する。
【００２３】
従って、電圧制御部５０が上部電極２４と第１の導波路２０の間の電圧を制御することにより、強誘電性液晶２２の配向方向を変化させ、強誘電性液晶２２の下方に位置する第１の導波路２０の等価屈折率を変化させることができる。同様の作用により、上部電極３４と第２の導波路３０の間の電圧を変化させることにより、強誘電性液晶３２の下方に位置する第２の導波路３０の等価屈折率を変化させることができる。
【００２４】
図３のグラフは、導波路の等価屈折率の変化Δｎが導波路の厚さによってどのように変化するかシミュレーションした結果を示している。このシミュレーションでは、導波路がＳｉで形成されており、下地膜がＳｉＯ２で形成されており、かつ光の波長λ＝１５５０ｎｍとしている。本図に示すように、導波路の厚さが薄いほどΔｎが大きくなる。
【００２５】
図４のグラフは、位相差πを得るために必要な導波路長が、導波路の厚さによってどのように変化するかを計算したグラフである。本グラフは、図３のグラフを前提としている。このように、導波路の厚さが薄くなるにつれて、位相差πを得るために必要な導波路長が短くなる。
【００２６】
図５の各図は、強誘電性液晶２２，３２に印加される電圧によって出力ポート３，４から出力される光が切り替わる理由を説明する為の図である。図５において、強誘電性液晶２２の配向方向が切り替わると、第１の導波路２０を通過する光ａ，ｂの位相はπずれる。また、強誘電性液晶３２の配向方向が切り替わると、第２の導波路３０を通過する光ａ，ｂの位相はπずれる。このような状態は、第１の導波路２０及び第２の導波路３０のうち強誘電性液晶２２，３２の下方に位置する部分の長さ、及び第１の導波路２０及び第２の導波路３０の厚さを調節することにより実現できる。
【００２７】
図５（Ａ）は、強誘電性液晶２２，３２の下方を通過する際に光ａ，ｂの位相が変化しない方向に、強誘電性液晶２２，３２が配向している場合を示している。第１の方向性結合器１０を通過すると、光ａ，ｂは第１の導波路２０及び第２の導波路３０に同じ強度に分岐されるが、第２の導波路３０に分岐された光ａ，ｂは、それぞれ第１の導波路２０に分岐された光に対してπ／２ほど位相が遅れる。
【００２８】
その後、光ａ，ｂは強誘電性液晶２２，３２の下方を通り、第２の方向性結合器４０に入力される。上記したように、第１の導波路２０と第２の導波路３０の長さの差は、λ１×（ｎ＋１／２）、かつλ２×ｍである。このため、第１の導波路２０を伝送した光ａに対して第２の導波路３０を伝送した光ａは更にπほど位相が遅れるが、第１の導波路２０を伝送した光ｂと第２の導波路３０を伝送した光ｂの間には更なる位相差が生じない。
【００２９】
そして、第２の方向性結合器４０では、第１の導波路２０によって伝送された光ａ，ｂが略同じ強度で出力ポート３，４に分岐され、かつ第２の導波路３０によって伝送された光ａ，ｂが略同じ強度で出力ポート３，４に分岐される。第１の導波路２０から出力ポート４に分岐される光ａ，ｂは、第１の導波路２０から出力ポート３に分岐される光ａ，ｂに対してπ／２ほど位相が遅れ、かつ第２の導波路３０から出力ポート３に分岐される光ａ，ｂは、第２の導波路３０から出力ポート４に分岐される光ａ，ｂに対して位相がπ／２ほど位相が遅れる。
【００３０】
この結果、第１の導波路２０を経由して出力ポート３に伝達された光ａと、第２の導波路３０を経由して出力ポート３に伝達された光ａとの間には位相差が生じないが、第１の導波路２０を経由して出力ポート３に伝達された光ｂと、第２の導波路３０を経由して出力ポート３に伝達された光ｂとの間には位相差πが生じる。このため、出力ポート３からは光ａが出力されるが、光ｂは出力されない。
【００３１】
また、第１の導波路２０を経由して出力ポート４に伝達された光ａと、第２の導波路３０を経由して出力ポート４に伝達された光ａとの間には位相差πが生じるが、第１の導波路２０を経由して出力ポート４に伝達された光ｂと、第２の導波路３０を経由して出力ポート４に伝達された光ｂとの間には位相差が生じない。このため、出力ポート４からは光ｂが出力されるが、光ａは出力されない。
【００３２】
図５（Ｂ）は、強誘電性液晶２２の下方を通過する際に光ａ，ｂの位相がπほど遅れる方向に、強誘電性液晶２２が配向している場合を示している。このような状態は、強誘電性液晶２２に印加する電圧を図５（Ａ）に示した場合から変化させることにより、実現できる。
【００３３】
図５（Ａ）の場合と同様に、第１の方向性結合器１０によって光ａ，ｂは、略同じ強度で第１の導波路２０と第２の導波路３０に分岐される。そして、第２の導波路３０に分岐された光ａ，ｂは、それぞれ第１の導波路２０に分岐された光に対してπ／２ほど位相が遅れる。
【００３４】
そして、光ａ，ｂは強誘電性液晶２２，３２の下方を通る。この際に、第１の導波路２０に分岐された光ａ，ｂは、それぞれ入力時の状態と比較してπほど位相が遅れる。
【００３５】
その後、第１の導波路２０によって伝達された光ａ，ｂ、及び第２の導波路３０によって伝達された光ａ，ｂそれぞれは、第２の方向性結合器４０に入力される。図５（Ａ）の場合と同様に、第１の導波路２０を伝送した光ａに対して第２の導波路３０を伝送した光ａは更にπほど位相が遅れるが、第１の導波路２０を伝送した光ｂと第２の導波路３０を伝送した光ｂの間には更なる位相差が生じない。
【００３６】
そして、図５（Ａ）の場合と同様に、第２の方向性結合器４０では、第１の導波路２０によって伝送された光ａ，ｂ、及び２の導波路３０によって伝送された光ａ，ｂが略同じ強度で出力ポート３，４に分岐される。第１の導波路２０から出力ポート４に分岐される光ａ，ｂは、第１の導波路２０から出力ポート３に分岐される光ａ，ｂに対してπ／２ほど位相が遅れ、かつ第２の導波路３０から出力ポート３に分岐される光ａ，ｂは、第２の導波路３０から出力ポート４に分岐される光ａ，ｂに対して位相がπ／２ほど位相が遅れる。
【００３７】
この結果、第１の導波路２０を経由して出力ポート３に伝達された光ａと、第２の導波路３０を経由して出力ポート３に伝達された光ａとの間には位相差πが生じるが、第１の導波路２０を経由して出力ポート３に伝達された光ｂと、第２の導波路３０を経由して出力ポート３に伝達された光ｂとの間には位相差が生じない。このため、出力ポート３からは光ｂが出力されるが、光ａは出力されない。
【００３８】
また、第１の導波路２０を経由して出力ポート４に伝達された光ａと、第２の導波路３０を経由して出力ポート４に伝達された光ａとの間には位相差が生じないが、第１の導波路２０を経由して出力ポート４に伝達された光ｂと、第２の導波路３０を経由して出力ポート４に伝達された光ｂとの間には位相差πが生じる。このため、出力ポート４からは光ａが出力されるが、光ｂは出力されない。
【００３９】
なお、図５（Ｂ）のようにして光をスイッチングする場合、強誘電性液晶３２及び上部電極３４を設けなくても良い。
【００４０】
また、強誘電性液晶２２に印加する電圧を変化させる代わりに、強誘電性液晶３２に印加する電圧を図５（Ａ）に示した場合から変化させることで、第２の導波路３０に分岐された光ａ，ｂが、強誘電性液晶３２の下方を通過する際にπほど位相が遅れるようにしてもよい。このようにしても、出力ポート３から光ｂが出力され、出力ポート４から光ａが出力される。この場合は、強誘電性液晶２２及び上部電極２４を設けなくても良い。
【００４１】
以上、本発明の第１の実施形態によれば、強誘電性液晶２２又は強誘電性液晶３２の配向方向を制御することにより、出力ポート３から出力される光と、出力ポート４から出力される光を入れ替えることができる。強誘電性液晶２２の応答時間はネマティック液晶よりも一桁以上速い１００μ秒程度である。従って、光スイッチの応答速度は従来と比較して速くなる。
【００４２】
また、強誘電性液晶は双安定性（自己保持性）を有しており、印加電圧を切った後にも配向方向が保持される。従って、本実施形態に係る光スイッチの消費電力は低い。
【００４３】
また、強誘電性液晶２２，３２の等価屈折率変化は大きいため、第１の導波路２０及び第２の導波路３０のうち強誘電性液晶２２，３２の下方に位置する部分を短くしても、光スイッチの動作に必要な位相変化を得ることができる。従って、光スイッチを小型化することができる。
【００４４】
また、入力ポート１に光ａ，ｂを入力すると同時に入力ポート２から光ｃ，ｄを入力してもよい。この場合、光ｃの波長をλ３、光ｄの波長をλ４とすると、第２の導波路３０と第１の導波路２０の長さの差は、λ１×（ｎ１＋λ１／２）、かつλ２×ｍ１、かつλ３×（ｎ２＋λ３／２）、かつλ４×ｍ２である。ただし、ｎ１、ｍ１、ｎ２、ｍ２はともに整数である。
【００４５】
また、第１の導波路２０及び第２の導波路３０の厚さ、及びこれら導波路のうち強誘電性液晶２２，３２の下方に位置する部分の長さ等を調節することにより、強誘電性液晶２２，３２に印加する電圧によって光ａ〜ｄの位相がそれぞれπずれるようにする。
【００４６】
このようにすると、強誘電性液晶２２，３２に印加する電圧を変化させることにより、出力ポート３から光ａ，ｃが出力され、かつ出力ポート４から光ｂ，ｄが出力される状態と、出力ポート３から光ｂ、ｄが出力され、かつ出力ポート４から光ａ，ｃが出力される状態とが切り替わる光スイッチが実現される。
【００４７】
図６及び図７は、本発明の第２の実施形態に係る光スイッチの製造方法を説明する為の図である。各図において（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００４８】
まず、図６に示すように基板１００上に酸化シリコン膜１０２を形成し、さらに酸化シリコン膜１０２上に半導体膜１０４をＣＶＤ法により形成する。基板１００は、例えばシリコン基板である。半導体膜１０４は、例えば単結晶シリコン膜であるが、ポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜、ＧａＡｓ系の半導体膜、又はＧａＩｎＡｓＰ系の半導体膜であっても良い。その後、半導体膜１０４に不純物を導入し、導電性を持たせる。不純物は、ｎ型の不純物及びｐ型の不純物のいずれであってもよい。
【００４９】
次いで、半導体膜１０４上にクロム膜２００をスパッタリング法により形成し、さらにクロム膜２００上にフォトレジスト膜２１０を塗布する。次いで、フォトレジスト膜２１０を露光及び現像する。これにより、フォトレジスト膜２１０には開口パターンが形成される。
【００５０】
次いで、フォトレジスト膜２１０をマスクとしてクロム膜２００をエッチングし、クロム膜２００に開口パターンを形成する。次いで、クロム膜２００をマスクとして半導体膜１０４をドライエッチングする。これにより、半導体膜１０４は選択的に除去され、導波路１１０，１２０が形成される。導波路１１０，１２０は、２箇所で近接しているが、他の部分では離間している。
【００５１】
導波路１１０，１２０のうち相互に近接している部分は、それぞれ方向性結合器１３２，１３４として機能するが、これら方向性結合器１３２，１３４は第１の実施形態における方向性結合器１０，４０に相当する。また、導波路１１０，１２０の一方の端部１１０ａ，１２０ａは第１の実施形態における入力ポート１，２に相当し、他方の端部１１０ｂ，１２０ｂは第１の実施形態における出力ポート３，４に相当する。また、導波路１１０，１２０のうち方向性結合器１３２，１３４の相互間に位置する部分は、第１の実施形態における第１の導波路２０及び第２の導波路３０に相当し、互いの長さが異なる。
【００５２】
なお、半導体膜１０４は、下部電極として使用されるため、このドライエッチング工程において全面に薄く残される。
【００５３】
その後、図７に示すようにフォトレジスト膜２１０及びクロム膜２００を除去する。次いで、導波路１１０，１２０上及び半導体膜１０４上に酸化シリコン膜１４２を形成し、レジストパターンを用いたドライエッチングにより、導波路１１０，１２０上から酸化シリコン膜１４２を除去する。
【００５４】
次いで、基板１００の上方に、上部電極１５２、１５４及び配向膜１４６がこの順に積層された対向基板１６０を配置する。上部電極１５２，１５４は、第１の実施形態における上部電極２４，３４に相当する。
【００５５】
このとき、配向膜１４６が導波路１１０，１２０と向き合うようにする。なお、基板１００と対向基板１６０の間隔は、スペーサー１４４ａによって維持されているが、この間隔は０．２μm以上２．０μm以下であるのが好ましい。また、上部電極１５２，１５４は、例えばＩＴＯ膜を選択的に除去することにより同一工程で形成される。
【００５６】
次いで、基板１００と対向基板１６０の空間に強誘電性液晶１４４を注入する。強誘電性液晶１４４は、第１の実施形態における強誘電性液晶２２，３２に相当する。このようにして光スイッチが形成される。
【００５７】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、導波路１１０，１２０を、レジストパターンを用いたエッチングにより形成しているため、光スイッチの小型化及び高集積化を容易に行える。また、複数の光スイッチの相互間を接続する導波路の曲率を小さくすることができるため、高集積化に有利となる。
【００５８】
また、半導体膜１０４をエッチングすることにより導波路１１０，１２０を形成しているため、導波路１１０，１２０を形成する工程を、トランジスタ等の半導体素子を形成する工程の一部に含ませることができる。またこの場合、同一の基板１００上に光スイッチと半導体素子を形成することができるため、モノリシックな集積化が可能になる。
【００５９】
また、半導体膜１０４及び導波路１１０，１２０を下部電極として使用しており、かつ導波路１１０，１２０は直接強誘電性液晶１４４に接している。従って、導波路１１０，１２０と強誘電性液晶１４４の間に配向膜を配置する場合と比較して、導波路１１０，１２０の等価屈折率変化が大きくなり、光スイッチを高性能にすることができる。
【００６０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば第１の実施形態において、第１及び第２の方向性結合器１０，４０の代わりに多モード干渉結合器を用いても良い。また、基板１００はシリコン基板以外の半導体基板であってもよく、またガラス等他の材質で形成された基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施形態に係る光スイッチの構成を説明する為の概略図。
【図２】導波路を透過している光のうちＴＥ基本モードの強度分布を示すシミュレーション結果を示すグラフ。
【図３】導波路の等価屈折率の変化Δｎが導波路の厚さによってどのように変化するかシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図４】位相差πを得るために必要な導波路長が、導波路の厚さによってどのように変化するかを計算したグラフ。
【図５】強誘電性液晶２２，３２に印加される電圧によって出力ポート３，４から出力される光が切り替わる理由を説明する為の図。
【図６】第２の実施形態に係る光スイッチの製造方法を説明する為の図。
【図７】図６の次の工程を説明する為の図。
【符号の説明】
【００６２】
１，２…入力ポート、３，４…出力ポート、１０，２０，１１０，１２０…導波路、１０，４０，１３２，１３４…方向性結合器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を第１の分岐光及び第２の分岐光に分岐する第１の方向性結合器と、
前記第１の方向性結合器に接続され、前記第１の分岐光を伝達する第１の導波路と、
前記第１の方向性結合器に接続され、前記第1の導波路とは長さが異なり、かつ前記第２の分岐光を伝達する第２の導波路と、
前記第１の導波路上に形成された第１の強誘電性液晶層と、
前記第１の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第１の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第１の電極と、
第１及び第２の出力端子を有しており、前記第１の導波路及び前記第２の導波路から前記第１及び第２の分岐光が入力され、前記第１の分岐光を第３の分岐光及び第４の分岐光に分岐するとともに、前記第２の分岐光を第５の分岐光及び第６の分岐光に分岐し、かつ前記第３の分岐光と前記第５の分岐光を合成して前記第１の出力端子から出力するとともに、前記第４の分岐光を前記第６の分岐光を合成して前記第２の出力端子から出力する第２の方向性結合器と、
を具備する光スイッチ。
【請求項２】
前記第２の導波路は前記第１の導波路より長い請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記第１の導波路は前記第２の導波路より長い請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記入力光は波長λ１の光と波長λ２の光を有しており、
前記第１の導波路と前記第２の導波路の長さの差は、λ１×（ｎ＋１／２）、かつλ２×ｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載の光スイッチ。ただし、ｎ、ｍはともに整数である。
【請求項５】
前記第１の電極と前記強誘電性液晶の間に位置する配向膜を更に具備し、
前記強誘電性液晶は前記第１の導波路と直接接している請求項１〜４のいずれか一項に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記第２の導波路上に形成された第２の強誘電性液晶層と、
前記第２の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第２の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第２の電極と、
を具備する請求項１〜５のいずれか一項に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記第１の導波路は導電性を有しており、前記第１の電極とともに前記第１の強誘電性液晶の配向方向を制御する請求項１〜６のいずれか一項に記載の光スイッチ。
【請求項８】
下地膜上に光を透過する透光膜を形成する工程と、
前記透光膜を選択的に除去することにより、前記下地膜上に位置する第１の導波路、及び前記第１の導波路とは長さが異なる第２の導波路を形成する工程と、
前記第１の導波路の一部上に強誘電性液晶層を形成する工程と、
前記第２の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第２の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第２の電極を形成する工程と、
を具備し、
前記第１及び第２の導波路を形成する工程において、前記第１の導波路のうち、前記強誘電体層が形成された部分の前及び後それぞれで前記第２の導波路に近接させることにより、前記強誘電体層が形成された部分の前及び後それぞれに位置する方向性結合器を形成する光スイッチの製造方法。
【請求項９】
前記透光膜は半導体膜である請求項８に記載の光スイッチの製造方法。
【請求項１】
入力光を第１の分岐光及び第２の分岐光に分岐する第１の方向性結合器と、
前記第１の方向性結合器に接続され、前記第１の分岐光を伝達する第１の導波路と、
前記第１の方向性結合器に接続され、前記第1の導波路とは長さが異なり、かつ前記第２の分岐光を伝達する第２の導波路と、
前記第１の導波路上に形成された第１の強誘電性液晶層と、
前記第１の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第１の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第１の電極と、
第１及び第２の出力端子を有しており、前記第１の導波路及び前記第２の導波路から前記第１及び第２の分岐光が入力され、前記第１の分岐光を第３の分岐光及び第４の分岐光に分岐するとともに、前記第２の分岐光を第５の分岐光及び第６の分岐光に分岐し、かつ前記第３の分岐光と前記第５の分岐光を合成して前記第１の出力端子から出力するとともに、前記第４の分岐光を前記第６の分岐光を合成して前記第２の出力端子から出力する第２の方向性結合器と、
を具備する光スイッチ。
【請求項２】
前記第２の導波路は前記第１の導波路より長い請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記第１の導波路は前記第２の導波路より長い請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記入力光は波長λ１の光と波長λ２の光を有しており、
前記第１の導波路と前記第２の導波路の長さの差は、λ１×（ｎ＋１／２）、かつλ２×ｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載の光スイッチ。ただし、ｎ、ｍはともに整数である。
【請求項５】
前記第１の電極と前記強誘電性液晶の間に位置する配向膜を更に具備し、
前記強誘電性液晶は前記第１の導波路と直接接している請求項１〜４のいずれか一項に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記第２の導波路上に形成された第２の強誘電性液晶層と、
前記第２の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第２の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第２の電極と、
を具備する請求項１〜５のいずれか一項に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記第１の導波路は導電性を有しており、前記第１の電極とともに前記第１の強誘電性液晶の配向方向を制御する請求項１〜６のいずれか一項に記載の光スイッチ。
【請求項８】
下地膜上に光を透過する透光膜を形成する工程と、
前記透光膜を選択的に除去することにより、前記下地膜上に位置する第１の導波路、及び前記第１の導波路とは長さが異なる第２の導波路を形成する工程と、
前記第１の導波路の一部上に強誘電性液晶層を形成する工程と、
前記第２の強誘電性液晶層に電圧を印加して、該第２の強誘電性液晶層の配向方向を制御する第２の電極を形成する工程と、
を具備し、
前記第１及び第２の導波路を形成する工程において、前記第１の導波路のうち、前記強誘電体層が形成された部分の前及び後それぞれで前記第２の導波路に近接させることにより、前記強誘電体層が形成された部分の前及び後それぞれに位置する方向性結合器を形成する光スイッチの製造方法。
【請求項９】
前記透光膜は半導体膜である請求項８に記載の光スイッチの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１７１７３３（Ｐ２００７−１７１７３３Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７１５１４（Ｐ２００５−３７１５１４）
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年９月７日にＣＤ−ＲＯＭにて発行の２００５年電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年９月７日にＣＤ−ＲＯＭにて発行の２００５年電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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