光スイッチ装置およびそれを備えた光集積回路装置
【課題】温度が変化しても共振波長を一定に保つことが可能な光スイッチ装置を提供する。
【解決手段】交流電源５６は、光共振器の共振波長の元の共振波長からの波長シフトを検出するための交流電圧を電極４１を介して光共振器３に印加する。光検出器５１は、交流電圧が光共振器３に印加されたときの光導波路２の出力光の強度を検出する。交流アンプ５２は、光検出器５１から受けた出力光の強度を増幅する。同期検波回路５３は、交流アンプ５２によって増幅された出力光の強度を整流し、積分器５５は、整流された出力光の強度を積分し、その積分した積分値に相当する直流電圧を光共振器３に印加する。積分器５５は、光共振器３における波長シフトがなくなるまで直流電圧を繰返し印加し、波長シフトがなくなったときにキャパシタ５５２に蓄積された電荷によって生じる直流電圧を光共振器３に印加する。
【解決手段】交流電源５６は、光共振器の共振波長の元の共振波長からの波長シフトを検出するための交流電圧を電極４１を介して光共振器３に印加する。光検出器５１は、交流電圧が光共振器３に印加されたときの光導波路２の出力光の強度を検出する。交流アンプ５２は、光検出器５１から受けた出力光の強度を増幅する。同期検波回路５３は、交流アンプ５２によって増幅された出力光の強度を整流し、積分器５５は、整流された出力光の強度を積分し、その積分した積分値に相当する直流電圧を光共振器３に印加する。積分器５５は、光共振器３における波長シフトがなくなるまで直流電圧を繰返し印加し、波長シフトがなくなったときにキャパシタ５５２に蓄積された電荷によって生じる直流電圧を光共振器３に印加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光スイッチ装置およびそれを備えた光集積回路装置に関し、特に、リング形状の光共振器を用いた光スイッチ装置およびそれを備えた光集積回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、リング形状からなる光共振器が知られている（特許文献１）。この光共振器は、芯部と、光導波部とからなる。芯部は、球形状を有し、たとえば、金、銀、銅、アルミニウム、およびニッケルのいずれかからなる。そして、芯部は、光導波部の内周部に配置される。
【０００３】
光導波部は、リング形状からなり、内周面が芯部の表面に接するように配置される。そして、光導波部は、たとえば、ガラス、石英、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、シリコン（Ｓｉ）およびシリコンカーバイド（ＳｉＣ）のいずれかからなる。また、光導波部は、０．１〜１μｍの厚みを有する。
【０００４】
この光共振器は、光導波部の厚み方向に垂直な方向における光導波部の側面から光を入射し、その入射した光を時計回りおよび反時計回りに伝搬させることにより光共振する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９８８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の光共振器は、シリコン等の半導体材料からなる光導波部を備えているため、温度変動によって共振波長がシフトするという問題がある。シリコンを光導波部に用いた場合、温度が５℃変化すれば、共振波長は、０．３ｎｍだけ長波長側へシフトする（図１１参照）。共振器の性能指数であるＱ値が４８００である場合、この０．３ｎｍの共振波長のシフトは、約８５％の光出力強度の減少に相当する（図１１参照）。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、温度が変化しても共振波長を一定に保つことが可能な光スイッチ装置を提供することである。
【０００８】
また、この発明の別の目的は、温度が変化しても共振波長を一定に保つことが可能な光スイッチ装置を備えた光集積回路装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によれば、光スイッチ装置は、基板と、第１および第２の光導波路と、光共振器と、電極と、共振保障回路と、切換電圧印加回路とを備える。第１の光導波路は、入力光が伝搬させる。光共振器は、第１の光導波路に近接して基板上に配置され、リング形状からなる。第２の光導波路は、光共振器に近接して配置され、光共振器中を伝搬する光と同じ波長の出力光を伝搬させる。電極は、基板の面内方向における光共振器の両側面に接して配置される。共振保障回路は、光共振器の温度変動による光共振器の共振波長のシフトを検出し、その検出したシフトを相殺するための相殺電圧を電極に印加する。切換電圧印加回路は、光共振器を介した第１の光導波路から第２の光導波路への導波光の伝搬と不伝搬とを切換える切換電圧を電極に印加する。
【００１０】
好ましくは、共振保障回路は、シフト検出回路と、相殺電圧印加回路とを含む。シフト検出回路は、光共振器の温度変動による光共振器の共振波長の温度変化前の値からのシフトを検出する。相殺電圧印加回路は、シフト検出回路によって検出されたシフトを抑制するための直流電圧からなる抑制電圧をシフトがなくなるまで電極に繰返し印加し、シフトがなくなったときの抑制電圧を相殺電圧として電極に印加する。
【００１１】
好ましくは、シフト検出回路は、検出電圧印加回路と、光検出器と、整流回路とを含む。検出電圧印加回路は、光共振器の温度変動による共振波長のシフトを検出するための交流電圧からなるシフト検出電圧を電極に印加する。光検出器は、シフト検出電圧および抑制電圧が電極に印加されたときに第２の光導波路中を伝搬する出力光を検出し、その検出した出力光の強度を出力する。整流回路は、出力光の強度を整流する。そして、相殺電圧印加回路は、整流回路によって整流された出力光の強度を積分し、その積分した積分値からなる抑制電圧を電極に印加する。
【００１２】
好ましくは、整流回路は、検出電圧印加回路が印加する交流電圧に同期して出力光の強度を整流する。
【００１３】
好ましくは、電極は、第１および第２の電極を含む。第１の電極は、光共振器の内周壁面に接して配置される。第２の電極は、光共振器の外周壁面に接して配置される。そして、検出電圧印加回路は、シフト検出電圧を第１の電極に印加する。相殺電圧印加回路は、抑制電圧を第２の電極に繰り返し印加するとともに、シフトがなくなったときの抑制電圧を相殺電圧として第２の電極に印加する。切換電圧印加回路は、切換電圧を第１の電極に印加する。
【００１４】
好ましくは、第２の電極は、光共振器の略半周分の外周壁面に接して配置される。
【００１５】
好ましくは、切換電圧印加回路は、検出電圧印加回路がシフト検出電圧を第１の電極に印加するための導線と同じ導線を用いて切換電圧を第１の電極に印加する。
【００１６】
好ましくは、光共振器は、光導波路と、第１および第２のクラッドとを含む。光導波路は、リング形状を有する。第１のクラッドは、基板の面内方向における光導波路の内周面に接して形成され、光導波路の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる。第２のクラッドは、基板の面内方向における光導波路の外周面に接して形成され、光導波路の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる第２のクラッドとを含む。
【００１７】
好ましくは、光導波路は、シリコンからなる。第１および第２のクラッドの各々は、酸化シリコンの比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる。
【００１８】
好ましくは、第１および第２のクラッドの各々は、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなる。
【００１９】
好ましくは、第１および第２のクラッドの各々は、屈折率の温度依存性が光導波路を構成する材料の屈折率の温度依存性と逆極性である材料からなる。
【００２０】
好ましくは、第１および第２のクラッドの各々は、透明ナノ粒子シリカを含むポリイミドからなる。
【００２１】
好ましくは、切換電圧印加回路は、光共振器を介して第１の光導波路から第２の光導波路へ導波光を伝搬させるとき、０Ｖからなる切換電圧を電極に印加し、光共振器を介して第１の光導波路から第２の光導波路へ導波光を伝搬させないとき、０Ｖ以外の電圧からなる切換電圧を電極に印加する。
【００２２】
また、この発明によれば、光集積回路装置は、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の光スイッチ装置を備える。
【発明の効果】
【００２３】
この発明による光スイッチ装置においては、温度変動による光共振器の共振波長のシフトを検出し、その検出したシフトを相殺するための相殺電圧を光共振器に印加する。
【００２４】
したがって、この発明によれば、温度が変動しても共振波長を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態による光スイッチ装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す光スイッチ装置の構造を示す斜視図である。
【図３】図１に示す共振保障回路のうち、交流電源を除く部分の回路図である。
【図４】図１に示す交流電源の回路図である。
【図５】図１に示す切換電圧印加回路の回路図である。
【図６】図３に示すオペアンプの回路図である。
【図７】図６に示す定電流源の回路図である。
【図８】印加電圧を変えたときの光共振器の出力光強度と波長との関係を示す図である。
【図９】印加電圧の極性を変えたときの光共振器の出力光強度と波長との関係を示す図である。
【図１０】波長シフトと印加電圧との関係を示す図である。
【図１１】出力光強度の温度依存性を示す図である。
【図１２】光共振器の出力光強度と印加電圧との関係を示す図である。
【図１３】光共振器の共振波長のずれを検出する方法を説明するための図である。
【図１４】交流電圧、出力光および脈流のタイミングチャートである。
【図１５】光共振器の共振波長の他のずれを検出する方法を説明するための図である。
【図１６】交流電圧、出力光および脈流の他のタイミングチャートである。
【図１７】光共振器の出力と波長との関係を示す概念図である。
【図１８】図１に示す光スイッチ装置を用いた光集積回路装置の斜視図である。
【図１９】図１８に示す半導体基板、光導波路および光送受信部の斜視図である。
【図２０】図１９に示す光送受信部１１１の構成を示す斜視図である。
【図２１】図２０に示す２つの光スイッチ装置の２つの光共振器の平面図である。
【図２２】図１８に示す線ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ間における光集積回路装置の断面図である。
【図２３】図１８に示す光源の構成図である。
【図２４】図１８に示す光源の他の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２７】
図１は、この発明の実施の形態による光スイッチ装置の構成を示す概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による光スイッチ装置１０は、光導波路１，２と、光共振器３と、電極４と、共振保障回路５と、切換電圧印加回路６と、導線７とを備える。
【００２８】
光導波路１，２の各々は、シリコン（Ｓｉ）からなり、直線状の形状を有する。そして、光導波路１，２の各々は、０．４〜１μｍの幅および０．３μｍの厚みを有する。
【００２９】
光導波路１は、方向ＤＲ１に沿ってＳｉ基板の表面に配置され、光導波路２は、方向ＤＲ１に直交する方向ＤＲ２に沿ってＳｉ基板の表面に配置される。
【００３０】
光共振器３は、光導波路３１と、クラッド３２，３３とを含む。光導波路３１は、リング形状のＳｉからなり、０．４μｍの幅、０．３μｍの厚みおよび１５μｍの直径を有する。
【００３１】
クラッド３２は、リング形状を有し、光導波路３１の内周面に接して光導波路３１の内側に配置される。そして、クラッド３２は、たとえば、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなり、１．５μｍの幅および０．３μｍの厚みを有する。
【００３２】
クラッド３３は、半円形の平面形状を有し、光導波路３１の外周面に接して光導波路３１の外側に配置される。そして、クラッド３３は、たとえば、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなり、１．５μｍの幅および０．３μｍの厚みを有する。
【００３３】
このように、光共振器３は、リング形状のＳｉからなる光導波路３１を（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなるクラッド３２，３３によって挟み込んだ構造からなる。
【００３４】
そして、光共振器３は、光導波路３１が光導波路１，２に近接するようにＳｉ基板の表面に配置される。この場合、光導波路１，２と光導波路３１との間隔は、０．１〜０．３μｍである。
【００３５】
電極４は、電極４１，４２からなる。電極４１，４２の各々は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなる。
【００３６】
電極４１は、リング形状を有し、光共振器３のクラッド３２の内周面に接してクラッドの内側に配置される。
【００３７】
電極４２は、半円状の平面形状を有し、光共振器３のクラッド３３の外周面に接してクラッド３３の外側に配置される。
【００３８】
共振保障回路５は、光検出器５１と、交流アンプ５２と、同期検波回路５３と、積分器５５と、交流電源５６とを含む。
【００３９】
光検出器５１は、たとえば、ｐｉｎ構造のゲルマニウムダイオードからなり、光導波路２の一方端に近接して配置される。交流アンプ５２は、光検出器５１と、同期検波回路５３との間に接続される。
【００４０】
同期検波回路５３は、交流アンプ５２、抵抗５４および交流電源５６に接続される。
【００４１】
抵抗５４は、同期検波回路５３に接続される。積分器５５は、オペアンプ５５１と、キャパシタ５５２と抵抗５４とからなる。オペアンプ５５１は、反転入力端子が抵抗５４およびキャパシタ５５２に接続され、非反転入力端子が接地ノードに接続され、出力端子が電極４（＝電極４２）に接続される。キャパシタ５５２は、オペアンプ５５１の反転入力端子とオペアンプ５５１の出力端子との間に接続される。
【００４２】
交流電源５６は、発振回路からなり、導線７を介して電極４（＝電極４１）と接地ノードとの間に接続される。また、交流電源５６は、同期検波回路５３に接続される。
【００４３】
切換電圧印加回路６は、導線７を介して電極４（＝電極４１）と接地ノードとの間に交流電源５６に並列に接続される。
【００４４】
光導波路１は、入力光を伝搬させるとともに、その入力光の一部を光結合によって光共振器３の光導波路３１へ出射する。
【００４５】
光導波路２は、光共振器３の光導波路３１中を共振波長で伝搬する導波光の一部を受け、その受けた一部の導波光を出力光として伝搬させる。
【００４６】
光共振器３は、共振保障回路５によって、光導波路３１中を伝搬する導波光の共振波長における共振が保障される。そして、光共振器３は、切換電圧印加回路６から電極４（＝電極４１）を介して切換電圧ＶＥＸ１（＝０Ｖ）を受けると、共振波長で共振した導波光の一部を光導波路３１から光導波路２へ伝搬させる。また、光共振器３は、切換電圧印加回路６から電極４（＝電極４１）を介して切換電圧ＶＥＸ２（≠０Ｖ）を受けると、光導波路１中を伝搬する導波光と共振せず、光導波路１から光導波路２への光導波光の伝搬を遮断する。
【００４７】
共振保障回路５において、光検出器５１は、光導波路２から出力される出力光の強度を検出し、その検出した出力光の強度を交流アンプ５２へ出力する。
【００４８】
交流アンプ５２は、光検出器５１から出力光の強度を受け、その受けた出力光の強度を増幅して同期検波回路５３へ出力する。
【００４９】
同期検波回路５３は、交流電源５６からの交流電圧に同期して交流アンプ５２からの出力を検波し、その検波した出力を抵抗５４を介してオペアンプ５５１の反転入力端子へ出力する。
【００５０】
積分器５５は、同期検波回路５３の出力を積分し、その積分値に相当する直流電圧からなる抑制電圧Ｖｃｔｌを電極４（＝電極４２）に印加する。
【００５１】
交流電源５６は、光共振器３の共振波長のシフトを検出するための交流電圧を生成し、その生成した交流電圧を同期検波回路５３へ出力するとともに、その生成した交流電圧を電極４（＝電極４１）に印加する。
【００５２】
切換電圧印加回路６は、切換電圧ＶＥＸ１またはＶＥＸ２を生成し、その生成した切換電圧ＶＥＸ１またはＶＥＸ２を導線７を介して電極４（＝電極４１）に印加する。
【００５３】
図２は、図１に示す光スイッチ装置１０の構造を示す斜視図である。図２を参照して、光スイッチ装置１０は、基板１１をさらに備える。基板１１は、Ｓｉ基板１１Ａと、ＳｉＯ２膜１１Ｂとからなる。
【００５４】
光導波路１，２、光共振器３、共振保障回路５（光検出器５１、交流アンプ５２、同期検波回路５３、抵抗５４、積分器５５および交流電源５６）および切換電圧印加回路６は、基板１１のＳｉＯ２膜１１Ｂ上に配置される。そして、交流電源５６および切換電圧印加回路６は、ＳｉＯ２膜１１Ｂに穴を開け、光導波路２の下側のＳｉ基板１１Ａに低抵抗領域を形成することにより電極４１に接続される。または、交流電源５６および切換電圧印加回路６は、光導波路１，２、光共振器３、共振保障回路５（光検出器５１、交流アンプ５２、同期検波回路５３、抵抗５４、積分器５５および交流電源５６）および切換電圧印加回路６の全体に被着される層間絶縁膜（一般的には、ＳｉＯ２膜）に穴を開け、金属（たとえば、Ａｌ）によって電極４１に接続される。
【００５５】
また、光検出器５１は、金属膜（たとえば、Ａｌ）からなる導体ＣＤＴ１をＳｉＯ２膜１１Ｂ上に形成することにより交流アンプ５２に接続され、交流アンプ５２は、金属膜（たとえば、Ａｌ）からなる導体ＣＤＴ２をＳｉＯ２膜１１Ｂ上に形成することにより同期検波回路５３に接続される。また、同期検波回路５３は、金属膜（たとえば、Ａｌ）からなる導体ＣＤＴ３をＳｉＯ２膜１１Ｂ上に形成することにより交流電源５６に接続される。抵抗５４は、所定の抵抗値からなる多結晶シリコンをＳｉＯ２膜１１Ｂ上に形成することにより作製される。さらに、積分器５５は、金属膜（たとえば、Ａｌ）からなる導体ＣＤＴ４をＳｉＯ２膜１１Ｂ上に形成することにより電極４２に接続される。
【００５６】
このように、光スイッチ装置１０は、基板１１（＝半導体基板）上に形成された集積回路からなる。
【００５７】
図３は、図１に示す共振保障回路５のうち、交流電源５６を除く部分の回路図である。図３を参照して、光検出器５１は、フォトダイオード５１１，５１４と、抵抗５１２，５１３とからなる。フォトダイオード５１１，５１４の各々は、たとえば、ｐｉｎ構造のゲルマニウムからなる。
【００５８】
フォトダイオード５１１および抵抗５１２は、電源ノードＶＤＤと、接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。この場合、フォトダイオード５１１は、接地ノードＶＳＳから抵抗５１２の方向へ電流が流れるように接続される。
【００５９】
また、抵抗５１３およびフォトダイオード５１４は、電源ノードＶＤＤと、接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。この場合、フォトダイオード５１４は、接地ノードＶＳＳから抵抗５１３の方向へ電流が流れるように接続される。
【００６０】
そして、直列に接続されたフォトダイオード５１１および抵抗５１２は、直列に接続された抵抗５１３およびフォトダイオード５１４と電源ノードＶＤＤと、接地ノードＶＳＳとの間で並列に接続される。
【００６１】
光検出器５１においては、フォトダイオード５１４は、暗電流を消去する機能を果たす。
【００６２】
交流アンプ５２は、抵抗５２１〜５２３，５２５，５２７と、オペアンプ５２４と、キャパシタ５２６，５２８とを含む。抵抗５２１は、光検出器５１中のノードＮ１と、オペアンプ５２４の反転入力端子との間に接続される。抵抗５２２は、光検出器５１中のノードＮ２と、オペアンプ５２４の非反転入力端子との間に接続される。抵抗５２３は、オペアンプ５２４の非反転入力端子と接地ノードＶＳＳとの間に接続される。
【００６３】
オペアンプ５２４は、抵抗５２１，５２２とキャパシタ５２６との間に接続される。抵抗５２５は、オペアンプ５２４の反転入力端子と、オペアンプ５２４の出力端子との間に接続される。
【００６４】
キャパシタ５２６は、オペアンプ５２４の出力端子と抵抗５２７との間に接続される。抵抗５２７は、キャパシタ５２６と同期検波回路５３との間に接続される。キャパシタ５２８は、ノードＮ３と接地ノードＶＳＳとの間に接続される。
【００６５】
オペアンプ５２４は、フォトダイオード５１１が検出した交流成分および直流成分からなる光出力を増幅し、その増幅した光出力を端子ＴＭ１から外部へ出力する。この端子ＴＭ１から出力された光出力は、光スイッチ装置１０を用いた光集積回路装置において、同期信号またはバスラインの信号を生成するために用いられる。
【００６６】
そして、キャパシタ５２６は、オペアンプ５２４の出力信号から交流成分のみを抽出し、抵抗５２７およびキャパシタ５２８は、スイッチングの超高周波成分を除去する。
【００６７】
同期検波回路５３は、ｐ型ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ５３１と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２と、インバータ５３３とを含む。ｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１は、ソースがノードＮ３およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２のソースに接続され、ドレインが抵抗５４およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２のドレインに接続され、ゲートが端子ＴＭ２に接続される。この端子ＴＭ２は、交流電源５６に接続され、交流電源５６から出力された交流電圧を受ける。
【００６８】
ｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２は、ソースがノードＮ３およびｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１のソースに接続され、ドレインが抵抗５４およびｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１のドレインに接続され、ゲートがインバータ５３３の出力端子に接続される。
【００６９】
インバータ５３３は、端子ＴＭ２とｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２のゲートとの間に接続される。
【００７０】
同期検波回路５３は、交流電源５６から正の電圧を受けると、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２の両方がオフされ、積分器５５へ電流を出力せず、交流電源５６から負の電圧またはゼロの電圧を受けると、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２の両方がオンされ、交流アンプ５２によって増幅された電流を積分器５５へ出力する。
【００７１】
抵抗５４は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２のドレインとオペアンプ５５１の反転入力端子との間に接続される。
【００７２】
光検出器５１のフォトダイオード５１１は、光導波路２の出力光の強度を検出し、その検出した出力光の強度を示す交流電流を抵抗５２１を介してオペアンプ５２４へ出力する。
【００７３】
そして、オペアンプ５２４は、フォトダイオード５１１からの交流電流を増幅し、その増幅した交流電流をキャパシタ５２６，５２８および抵抗５２７を介して同期検波回路５３へ出力する。この場合、キャパシタ５２６は、交流電流成分のみを抽出する。
【００７４】
そうすると、同期検波回路５３は、交流電源５６からの交流電圧が負またはゼロになった期間だけ交流アンプ５２によって増幅された電流を抵抗５４を介して積分器５５へ出力し、交流電源５６の交流電圧が正になった期間、交流アンプ５２によって増幅された電流の積分器５５への出力を停止する。すなわち、同期検波回路５３は、交流アンプ５２によって増幅された交流電流を整流し、その整流した電流（＝脈流）を積分器５５へ出力する。
【００７５】
そして、積分器５５は、同期検波回路５３によって同期検波された脈流を積分し、その積分値に等しい直流電圧を電極４（＝電極４２）に印加する。
【００７６】
図４は、図１に示す交流電源５６の回路図である。図４を参照して、交流電源５６は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１，５６７と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２，５６８と、抵抗５６３，５６５，５６９，５７０，５７２と、キャパシタ５６４，５６６と、ダイオード５７１とを含む。
【００７７】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続され、インバータを構成する。この場合、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２のソースは、接地ノードＶＳＳに接続され、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１のソースは、電源ノードＶＤＤに接続され、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１のドレインは、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２のドレインに接続される。
【００７８】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６７およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６８は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続され、インバータを構成する。この場合、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６８のソースは、接地ノードＶＳＳに接続され、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６７のソースは、電源ノードＶＤＤに接続され、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６７のドレインは、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６８のドレインに接続される。
【００７９】
キャパシタ５６４は、ノードＮ４と、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６７およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６８のゲートとの間に接続される。キャパシタ５６６は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２のゲートと、ノードＮ５との間に接続される。
【００８０】
抵抗５６３は、電源ノードＶＤＤと、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６７およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６８のゲートとの間に接続される。抵抗５６５は、電源ノードＶＤＤと、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２のゲートとの間に接続される。
【００８１】
抵抗５６９，５７０は、ノードＮ５と接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。ダイオード５７１は、抵抗５６９，５７０間のノードと出力端子ＯＵＴ２との間に接続される。抵抗５７２は、出力端子ＯＵＴ２と接地ノードＶＳＳとの間に接続される。
【００８２】
交流電源５６は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１，５６７、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２，５６８、抵抗５６３，５６５およびキャパシタ５６４，５６６によって発振して交流電圧（正確には、方形波交流電圧と直流との重畳された正の繰返し方形波電圧）を発生し、その発生した交流電圧を出力端子ＯＵＴ１から同期検波回路５３へ出力するとともに、その発生した交流電圧を出力端子ＯＵＴ２から電極４１に印加する。
【００８３】
なお、ダイオード５７１は、切換電圧印加回路６と、交流電源５６との干渉を防止するために設けられる。抵抗５７２は、出力端子ＯＵＴ２の正電圧を放電する時定数を短くするために用いられる。
【００８４】
図５は、図１に示す切換電圧印加回路６の回路図である。図５を参照して、切換電圧印加回路６は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ６２と、ダイオード６３と、抵抗６４とを含む。
【００８５】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ６２は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続され、インバータを構成する。この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ６２のドレインに接続される。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ６２のソースは、接地ノードＶＳＳに接続される。そして、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ６２のゲートは、入力端子ＩＮに接続される。
【００８６】
ダイオード６３は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ６２のドレインと、出力端子ＯＵＴとの間に接続される。抵抗６４は、出力端子ＯＵＴと接地ノードＶＳＳとの間に接続される。
【００８７】
切換電圧印加回路６は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ６２によって構成されるインバータのしきい値電圧よりも高い電圧からなる入力信号を受けると、０Ｖからなる切換電圧ＶＥＸ１を出力し、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ６２によって構成されるインバータのしきい値電圧よりも低い電圧からなる入力信号を受けると、電源電圧ＶＤからなる切換電圧ＶＥＸ２を出力する。
【００８８】
なお、ダイオード６３は、交流電源５６との干渉を防止するために設けられる。抵抗６４は、出力端子ＯＵＴの正電圧を放電する時定数を短くするために用いられる。
【００８９】
図６は、図３に示すオペアンプ５２４の回路図である。図６を参照して、オペアンプ５２４は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４１，５２４３〜５２４５，５２４９と、定電流源５２４２と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６，５２４７，５２５０と、キャパシタ５２４８とを含む。
【００９０】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４１および定電流源５２４２は、電源ノードＶＤＤと、接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４１は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインが定電流源５２４２に接続され、ゲートが定電流源５２４２およびｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４３，５２４９のゲートに接続される。
【００９１】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４３は、電源ノードＶＤＤとノードＮ６との間に接続される。この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４３は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがノードＮ６に接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４１，５２４９のゲートに接続される。
【００９２】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４４およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６は、ノードＮ６と接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４４は、ソースがノードＮ６に接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６のドレインに接続され、入力電圧Ｖｉｎをゲートに受ける。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４４のドレインに接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４４とｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６との間のノードＮ７と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４７のゲートとに接続される。
【００９３】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４５およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４７は、ノードＮ６と接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４５は、ソースがノードＮ６に接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４７のドレインに接続され、基準電圧Ｖｒｅｆをゲートに受ける。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４７は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４５のドレインに接続され、ゲートがノードＮ７とｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６のゲートとに接続される。
【００９４】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４４，５２４５およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６，５２４７は、ミラー型の差動増幅器を構成し、Ｖｉｎ＞Ｖｒｅｆであるとき、電圧Ｖ１をノードＮ８から出力し、Ｖｉｎ≦Ｖｒｅｆであるとき、電圧Ｖ２（＞Ｖ１）をノードＮ８から出力する。
【００９５】
キャパシタ５２４８は、ノードＮ８とノードＮ９の間に接続され、発振を防止するための位相補償の役割を果たす。ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４９およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２５０は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。
【００９６】
この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４９は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがノードＮ９に接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４１，５２４３のゲートに接続される。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２５０は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがノードＮ９に接続され、ゲートがノードＮ８に接続される。
【００９７】
キャパシタ５２５１は、ノードＮ９と接地ノードとの間の負荷寄生容量を表す。
【００９８】
オペアンプ５２４は、入力電圧Ｖｉｎを基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、Ｖｉｎ＞Ｖｒｅｆであるとき、ノードＮ８上の電圧Ｖ１を増幅して出力し、Ｖｉｎ≦Ｖｒｅｆであるとき、ノードＮ８上の電圧Ｖ２（＞Ｖ１）を増幅して出力する。
【００９９】
なお、図３に示すオペアンプ５５１も、図６に示すオペアンプ５２４の回路図と同じ回路図からなる。
【０１００】
図７は、図６に示す定電流源５２４２の回路図である。図７を参照して、定電流源５２４２は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６１〜５２６４と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５〜５２６９と、抵抗５２７０とを含む。
【０１０１】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６６は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。
【０１０２】
この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６１は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６６のドレインに接続され、ゲートがノードＮ１１に接続される。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６６は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６１のドレインに接続され、ゲートがノードＮ１１に接続される。
【０１０３】
ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２〜５２６４のゲートと接地ノードＶＳＳとの間に接続される。
【０１０４】
この場合、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２〜５２６４のゲートに接続され、ゲートがノードＮ１０に接続される。
【０１０５】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６７は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。
【０１０６】
この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６７のドレインに接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６３のゲートとｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５のドレインとに接続される。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６７は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２のドレインおよびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６８のゲートに接続され、ゲートがノードＮ１１に接続される。
【０１０７】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６３およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６８は、電源ノードＶＤＤとノードＮ１１との間に直列に接続される。
【０１０８】
この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６３は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６８のドレインに接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２，５２６４のゲートとｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５のドレインとに接続される。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６８は、ソースがノードＮ１１に接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６３，５２６５のドレインおよびｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６４のゲートに接続され、ゲートがノードＮ１２に接続される。
【０１０９】
抵抗５２７０は、ノードＮ１１と接地ノードとの間に接続される。ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６４は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２のゲートと、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６３のゲートおよびドレインと、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５のドレインとに接続される。ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６９は、ソースが接地ノードに接続され、ゲートがノードＮ１１に接続される。
【０１１０】
上述したように、光スイッチ装置１０は、半導体基板１１Ａ上に作製され、共振保障回路５および切換電圧印加回路６は、ＭＯＳトランジスタ、抵抗およびキャパシタによって構成されるので、半導体プロセスを用いることにより光スイッチ装置１０を容易に製造できる。
【０１１１】
図８は、印加電圧を変えたときの光共振器３の出力光強度と波長との関係を示す図である。
【０１１２】
図８において、縦軸は、ピーク値で規格化された出力光強度を表し、横軸は、波長を表す。また、曲線ｋ１は、光共振器３に印加する電圧が０Ｖであるときの出力光強度と波長との関係を示し、曲線ｋ２は、１Ｖの電圧を光共振器３に印加したときの出力光強度と波長との関係を示し、曲線ｋ３は、２Ｖの電圧を光共振器３に印加したときの出力光強度と波長との関係を示す。
【０１１３】
図８を参照して、光共振器３に印加する電圧を高くすると、出力光強度が最大になるピーク波長（＝共振波長）は、短波長側へシフトする。
【０１１４】
図９は、印加電圧の極性を変えたときの光共振器３の出力光強度と波長との関係を示す図である。
【０１１５】
図９において、縦軸は、ピーク値で規格化された出力光強度を表し、横軸は、波長を表す。また、曲線ｋ４は、光共振器３に印加する電圧が０Ｖであるときの出力光強度と波長との関係を示し、曲線ｋ５は、＋２Ｖの電圧を光共振器３に印加したときの出力光強度と波長との関係を示し、曲線ｋ６は、−２Ｖの電圧を光共振器３に印加したときの出力光強度と波長との関係を示す。
【０１１６】
図９を参照して、光共振器３に印加する電圧の極性が正および負のいずれであっても、出力光強度が最大になるピーク波長（＝共振波長）は、短波長側へシフトする。これは、正の電圧が光共振器３に印加されると、Ｓｉからなる光導波路３１の表面に電子が誘起され、負の電圧が光共振器３に印加されると、Ｓｉからなる光導波路３１の表面に正孔が誘起される。
【０１１７】
電子および正孔のいずれが誘起されても、Ｓｉの屈折率が低下するので、光導波路３１の共振波長は、短波長側へシフトする。
【０１１８】
図１０は、波長シフトと印加電圧との関係を示す図である。図１０において、縦軸は、波長シフトを表し、横軸は、印加電圧を表す。
【０１１９】
図１０を参照して、波長シフトは、印加電圧の増加に伴って直線的に大きくなる。そして、波長シフトは、１Ｖの印加電圧の変化に対して０．１ｎｍだけ変化する。このように、光共振器３に印加する印加電圧を増加すれば、１Ｖの電圧増加に対して０．１ｎｍの波長シフトが生じる。
【０１２０】
この発明の実施の形態においては、光共振器３の波長シフトは、１Ｖの電圧変化に対して０．１ｎｍだけ生じるが、これは、クラッド３２，３３に比誘電率が３９０である（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３を用いているからであり、比誘電率が３．９のＳｉＯ２をクラッド３２，３３に用いた場合には、０．１ｎｍの波長シフトを生じさせるためには、１００Ｖの電圧を印加する必要がある。
【０１２１】
したがって、光共振器３のクラッド３２，３３を（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３によって構成することにより、光共振器３への印加電圧を低くできる。
【０１２２】
図１１は、出力光強度の温度依存性を示す図である。図１１において、縦軸は、出力光強度を表し、横軸は、波長を表す。
【０１２３】
図１１を参照して、温度が１５℃上昇すると、共振波長は、約１ｎｍだけ長波長側へシフトする（２０℃から３５℃への変化参照）。これは、光共振器３の光導波路３１を構成するＳｉの屈折率は、室温付近において、１．７７７×１０−４［／Ｋ］の温度係数を有し、温度上昇によって大きくなるからである。
【０１２４】
このように、Ｓｉからなる光共振器３は、温度変動によって共振波長が変化する。
【０１２５】
図１２は、光共振器３の出力光強度と印加電圧との関係を示す図である。図１２において、縦軸は、出力光強度を表し、横軸は、電極４２への印加電圧を表す。
【０１２６】
図１２を参照して、最適な印加電圧Ｖｏｐｔが光共振器３に印加された場合、光共振器３の共振波長は、導波光の波長に等しくなり、光共振器３は、共振波長で共振する。その結果、光共振器３の出力光強度は、最適な印加電圧Ｖｏｐｔで最大になる。
【０１２７】
印加電圧が最適な印加電圧Ｖｏｐｔよりも高い側および低い側のいずれへシフトしても、光共振器３の共振波長は、導波光の波長からずれる。その結果、光共振器３の出力光強度は、低下する。
【０１２８】
図１３は、光共振器３の共振波長のずれを検出する方法を説明するための図である。図１３において、縦軸は、出力光強度を表し、横軸は、電極４２への印加電圧を表す。
【０１２９】
図１３を参照して、標準動作温度において光共振器３は、共振波長で光共振しているものとし、この場合、共振保障回路５は、たとえば、１０Ｖの直流電圧を光共振器３に印加しているものとする。そして、光共振器３は、最大値Ｉｍａｘの出力光強度を有する出力光を出射する。
【０１３０】
その後、動作温度が標準動作温度よりも上昇し、光共振器３の共振波長が、導波光の波長λＯＳＣから長波長側へシフトして波長λ１（＞λＯＳＣ）になったとする。その結果、光共振器３は、最大値Ｉｍａｘよりも低い出力光強度Ｉ１を有する出力光を出射する。
【０１３１】
この場合、共振波長のシフトを検出するために、光スイッチ装置１０の交流電源５６は、交流電圧ＶＡＣ（正確には、交流電圧と直流との重畳された繰返し方形波電圧）を電極４１に印加する。
【０１３２】
その結果、光共振器３は、１０Ｖの直流電圧と交流電圧ＶＡＣとが印加され、交流電圧ＶＡＣに応じて、出力光Ｉｏｕｔ１を出力する。
【０１３３】
図１４は、交流電圧、出力光および脈流のタイミングチャートである。光検出器５１は、出力光Ｉｏｕｔ１を検出し、その検出した出力光Ｉｏｕｔ１を交流アンプ５２へ出力する。交流アンプ５２は、出力光Ｉｏｕｔ１を増幅し、その増幅した出力光Ｉｏｕｔ１を同期検波回路５３へ出力する。
【０１３４】
同期検波回路５３は、出力光Ｉｏｕｔ１を交流電源５６からの交流電圧ＶＡＣに同期して検波する。すなわち、同期検波回路５３は、交流電圧ＶＡＣがゼロ電圧のときのみ、交流アンプ５２からの出力光Ｉｏｕｔ１を積分器５５へ出力するので、出力光Ｉｏｕｔ１のうち、負の成分のみからなる脈流ＰＦＬ１を積分器５５へ出力する。
【０１３５】
そうすると、積分器５５は、脈流ＰＦＬ１を積分し、その積分した積分値に相当する直流電圧ＶＤＣ１を電極４２に印加する。
【０１３６】
この場合、脈流ＰＦＬ１は、負の成分のみからなり、積分器５５は符号反転積分するので、直流電圧ＶＤＣ１は、最初に電極４２に印加されていた直流電圧（＝１０Ｖ）よりも高くなる。その結果、光共振器３に印加される電圧は、１０Ｖよりも増加するので、上述したように、光共振器３の共振波長は、波長λ１よりも短波長側へシフトして波長λ２（＜λ１）になる。したがって、光共振器３の共振波長は、元の共振波長λＯＳＣ側へシフトする。
【０１３７】
図１５は、光共振器３の共振波長の他のずれを検出する方法を説明するための図である。また、図１６は、交流電圧、出力光および脈流の他のタイミングチャートである。図１５において、縦軸は、出力光強度を表し、横軸は、電極４２への印加電圧を表す。
【０１３８】
図１５を参照して、直流電圧ＶＤＣ１が光共振器３に印加され、光共振器３の共振波長が波長λ２になったとき、光共振器３は、出力光強度Ｉ２を有する出力光を出射するものとする。
【０１３９】
この状態で、交流電源５６は、交流電圧ＶＡＣを電極４１に印加する。これによって、光共振器３は、直流電圧ＶＤＣ１および交流電圧ＶＡＣが印加される。そうすると、光共振器３は、交流電圧ＶＡＣに応じて、出力光Ｉｏｕｔ２を出力する。
【０１４０】
図１６を参照して、光検出器５１は、出力光Ｉｏｕｔ２を検出し、その検出した出力光Ｉｏｕｔ２を交流アンプ５２へ出力する。交流アンプ５２は、出力光Ｉｏｕｔ２を増幅し、その増幅した出力光Ｉｏｕｔ２を同期検波回路５３へ出力する。
【０１４１】
同期検波回路５３は、出力光Ｉｏｕｔ２を交流電源５６からの交流電圧ＶＡＣに同期して検波する。すなわち、同期検波回路５３は、交流電圧ＶＡＣがゼロ電圧のときのみ、交流アンプ５２からの出力光Ｉｏｕｔ２を積分器５５へ出力するので、出力光Ｉｏｕｔ２のうち、正の成分のみからなる脈流ＰＦＬ２を積分器５５へ出力する。
【０１４２】
そうすると、積分器５５は、脈流ＰＦＬ２を積分し、その積分した積分値に相当する直流電圧ＶＤＣ２を電極４２に印加する。
【０１４３】
この場合、脈流ＰＦＬ２は、正の成分のみからなり、積分器５５は符号反転積分するので、直流電圧ＶＤＣ２は、直流電圧ＶＤＣ１よりも低くなる。その結果、光共振器３に印加される電圧は、直流電圧ＶＤＣ１よりも減少するので、上述したように、光共振器３の共振波長は、波長λ２よりも長波長側へシフトして波長λ３（＞λ２）になる。したがって、光共振器３の共振波長は、元の共振波長λＯＳＣ側へシフトする。
【０１４４】
その結果、光共振器３の共振波長は、光共振器３中の導波光の強度が図１２に示す出力光強度と印加電圧との関係に沿って最大値Ｉｍａｘに近づくように、徐々に元の共振波長λＯＳＣに近づく。
【０１４５】
そして、光共振器３中の導波光の強度が最大値Ｉｍａｘになると、光共振器３は、交流電圧ＶＡＣに応じて、交流成分からなる出力光Ｉｏｕｔを出力しないので、共振保障回路５において、積分器５５は、積分動作を停止し、出力光強度が最大値Ｉｍａｘになったとき（＝すなわち、光共振器３の共振波長と導波光の波長が等しくなったとき）にキャパシタ５５２に蓄積された電荷によって生じる直流電圧を電極４２に印加し続ける。
【０１４６】
これによって、光共振器３は、動作温度が標準動作温度からずれても、常に共振状態を保持できる。
【０１４７】
なお、上記においては、光共振器３の温度上昇によって光共振器３の共振波長が元の共振波長λＯＳＣから長波長側へシフトした場合の波長シフトを相殺する方法について説明したが、光共振器３の温度が低くなり、光共振器３の共振波長が元の共振波長λＯＳＣから短波長側へシフトした場合にも、同様にして波長シフトが相殺される。この場合、光導波路３１に印加される電圧を低くして光共振器３の共振波長を長波長側へシフトさせることにより、温度変動（＝温度降下）による波長シフトが相殺される。
【０１４８】
このように、共振保障回路５は、光共振器３の共振波長が温度変動によって元の共振波長λＯＳＣからシフトしたときの波長シフト分を光共振器３に印加する直流電圧によって相殺することを特徴とする。
【０１４９】
上述した直流電圧ＶＤＣ１は、光共振器の共振波長が元の共振波長λＯＳＣからずれたときの波長λ１を元の共振波長λＯＳＣに近づけるために印加される直流電圧であり、直流電圧ＶＤＣ２は、共振波長λＯＳＣからずれたときの波長λ２を元の共振波長λＯＳＣに近づけるために印加される直流電圧である。
【０１５０】
したがって、直流電圧ＶＤＣ１，ＶＤＣ２の各々は、光共振器３の共振波長の元の共振波長λＯＳＣからの波長シフトを抑制する「抑制電圧」を構成する。
【０１５１】
また、最終的に出力光強度が最大値Ｉｍａｘになったときに電極４２に印加されている直流電圧は、温度変動によってシフトした共振波長λＯＳＣからの波長シフトを相殺する電圧であるので、「相殺電圧」を構成する。
【０１５２】
光スイッチ装置１０における光導波路１から光導波路２への導波光のスイッチング動作について説明する。
【０１５３】
光共振器３の光導波路３１の直径をｒとし、光導波路３１の屈折率をｎとし、共振波長をλＯＳＣとすると、次式が成立する。
【０１５４】
２πｒ＝ｓλＯＳＣ／ｎ（ｓは正の整数）・・・（１）
【０１５５】
そして、共振保障回路５は、光共振器３の共振波長が温度変動によって元の共振波長からシフトした場合、光共振器３の光導波路３１中を伝搬する導波光の波長が式（１）を満たす共振波長λＯＳＣになるように、上述した方法によって、共振波長の波長シフトを相殺するための相殺電圧を光導波路３１に印加する。
【０１５６】
したがって、相殺電圧が光導波路３１に印加され、かつ、切換電圧印加回路６が０Ｖの切換電圧ＶＥＸ１を電極４１に印加した場合、光導波路３１中を伝搬する導波光の波長は、共振波長λＯＳＣになっているため、波長λＯＳＣを有する光が共振光として光導波路３１中を伝搬するとともに、一部が光導波路２中へ出射される。すなわち、光導波路１中の導波光は、光共振器３を介して光導波路２中へスイッチングされる。
【０１５７】
一方、相殺電圧が光導波路３１に印加された状態で、切換電圧印加回路６が０Ｖ以外の電圧からなる切換信号ＶＥＸ２を電極４１に印加すると、光導波路３１中を伝搬する導波光は、光導波路１中の光と共振せず、光導波路１中の導波光は、光共振器３を介して光導波路２中へスイッチングされない。
【０１５８】
したがって、この発明の実施の形態においては、光導波路１から光導波路２へ導波光をスイッチングする場合、０Ｖからなる切換電圧ＶＥＸ１を電極４１に印加し、光導波路１から光導波路２へ導波光をスイッチングしない場合、切換電圧ＶＥＸ２（≠０Ｖ）を電極４１に印加する。
【０１５９】
図１７は、光共振器３の出力と波長との関係を示す概念図である。図１７を参照して、光共振器３の光導波路３１は、電圧が印加されていない場合（Ｖ＝０）、共振波長λＯＳＣの光と共振し、共振波長λＯＳＣをピーク波長とする光を出力する。一方、光共振器３の光導波路３１は、電圧Ｖｋが印加されると、波長λｋをピーク波長とする光を出力する。
【０１６０】
したがって、光共振器３の光導波路３１は、電圧が印加されていない場合（すなわち、切換電圧ＶＥＸ１＝０Ｖ）、光導波路１中を伝搬する導波光と共振する。その結果、光共振器３は、光導波路２中へ光を出射する。
【０１６１】
一方、光共振器３は、切換電圧印加回路６から切換電圧ＶＥＸ２＝Ｖｋが印加されると、光導波路１中を伝搬する導波光と共振せず、その導波光を光導波路２中へ出射しない。
【０１６２】
クラッド３２，３３の各々が１．５μｍ幅の（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなる場合、１５℃の温度変化によってシフトする１ｎｍの波長シフトを光導波路３１に印加する電圧によって相殺するには、１００Ｖの電圧を（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３に印加する必要がある。この場合、６．７×１０５Ｖ／ｃｍの電界が（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３に印加される。
【０１６３】
一方、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３の絶縁破壊電界は、７×１０５Ｖ／ｃｍである。したがって、温度変化が１５℃までの範囲においては、クラッド３２，３３の各々を（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３によって構成しても、温度変動による波長シフトを光導波路３１への電圧印加によって相殺することができる。
【０１６４】
しかし、クラッド３２，３３の各々を酸化シリコン（ＳｉＯ２）の比誘電率（＝３．９）よりも大きい３９０の比誘電率を有する（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３によって構成した場合、１５℃以上の温度変動による波長シフトを光導波路３１に印加する電圧によって相殺することが困難である。
【０１６５】
そこで、この発明の実施の形態においては、好ましくは、光導波路３１を構成する材料（＝Ｓｉ）の屈折率の温度依存性と逆極性の屈折率の温度依存性を有する材料によってクラッド３２，３３の各々を構成する。
【０１６６】
より具体的には、クラッド３２，３３の各々を透明ナノ粒子シリカを含むポリイミドによって構成する。
【０１６７】
これによって、光導波路３１を構成するシリコンの共振波長の温度依存性が小さくなり、１５℃以上の温度変化が生じても、光導波路３１への電圧印加によって波長シフトを相殺できる。
【０１６８】
図１８は、図１に示す光スイッチ装置１０を用いた光集積回路装置の斜視図である。図１８を参照して、光集積回路装置１００は、光伝送部材１１０と、半導体基板１２０と、光源１３０と、光導波路１０１〜１０ｉ（ｉは正の整数）と、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊ（ｊは２以上の整数）とを備える。なお、光集積回路装置１００は、１ｃｍ角〜２ｃｍ角のサイズを有する。
【０１６９】
光伝送部材１１０は、平板形状を有し、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）、ＳｉＯ２、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、レジストおよびプラスチック等の空気よりも大きい屈折率を有する透明材料からなる。
【０１７０】
半導体基板１２０は、たとえば、ｎ型Ｓｉからなり、光伝送部材１１０の１つの平面に近接して配置される。光源１３０は、半導体基板１２０の１つの端面に配置される。
【０１７１】
光導波路１０１〜１０ｉの各々は、光伝送部材１１０と同じ材料からなり、方向ＤＲ４において、半導体基板１２０の長さと同じ長さを有し、０．３mｍから５mｍの幅を有する。そして、光導波路１０１〜１０ｉは、方向ＤＲ３において、半導体基板１２０の一主面上に所定の間隔で配置される。
【０１７２】
光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、半導体基板１２０上に２次元的に配置される。より具体的には、光送受信部１１１〜１１ｊは、光導波路１０１に対応して設けられ、方向ＤＲ４において所定の間隔で配置される。また、光送受信部１２１〜１２ｊは、光導波路１０２に対応して設けられ、方向ＤＲ４において所定の間隔で配置される。以下、同様にして光送受信部１ｉ１〜１ｉｊは、光導波路１０ｉに対応して設けられ、方向ＤＲ４において所定の間隔で配置される。
【０１７３】
光伝送部材１１０は、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊから入射された光を伝送する。光導波路１０１〜１０ｉは、光源１３０から出射された光を方向ＤＲ４へ伝搬させる。光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの各々は、後述する方法によって、光導波路１０１〜１０ｉ中を伝搬する光の一部を光伝送部材１１０中へ導くとともに、光伝送部材１１０中を伝送する光を検出する。光源１３０は、それぞれ、波長λ１，λ２，・・・，λｍ（ｍは正の整数）の離散的な波長を有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍまたは所定の波長範囲を有する連続光Ｌｇｃを発生し、その発生した光Ｌｇ１〜ＬｇｍまたはＬｇｃを光導波路１〜ｉ中へ出射する。
【０１７４】
図１９は、図１８に示す半導体基板１２０、光導波路１０１〜１０ｉおよび光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの斜視図である。図１９を参照して、光送受信部１１１は、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０と、光検出部１７０と、信号処理回路１９０とを含む。
【０１７５】
光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の各々は、上述した光スイッチ装置１０からなる。そして、図１９においては、図面を見易くするために光スイッチ装置１０の光共振器３の部分だけを図示している。
【０１７６】
光スイッチ装置１４０は、光送受信部１１１が対応する光導波路１０１に近接して配置される。光スイッチ装置１５０，１６０は、光スイッチ装置１４０から離れた位置に配置される。光検出部１７０は、たとえば、フォトダイオードからなり、光スイッチ装置１５０の下側に配置される。なお、図１９においては、図示されていないが、光スイッチ装置１６０の下側にも、光検出部が配置されている。
【０１７７】
信号処理回路１９０は、光送受信部１１１が対応する光導波路１０１と光検出部１７０との間に配置される。
【０１７８】
なお、光送受信部１１２〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの各々は、光送受信部１１１と同じ構成からなる。
【０１７９】
図２０は、図１９に示す光送受信部１１１の構成を示す斜視図である。なお、図２０においても、図面を見易くするために、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３の部分だけを図示している。
【０１８０】
図２０を参照して、光送受信部１１１は、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０、光検出部１７０および信号処理回路１９０に加えて、光検出部１８０をさらに含む。
【０１８１】
光検出部１８０は、フォトダイオードからなり、光スイッチ装置１６０の下側に配置される。光スイッチ装置１４０は、光出射窓１４１を有する。光出射窓１４１は、リング形状からなり、光スイッチ装置１４０の光共振器３の光導波路３１と同じ直径および幅を有する。そして、光出射窓１４１は、光スイッチ装置１４０の光導波路３１に接して光導波路３１上に配置される。
【０１８２】
光スイッチ装置１５０は、光入射窓１５１を有し、光スイッチ装置１６０は、光入射窓１６１を有する。光入射窓１５１，１６１は、略四角形からなり、それぞれ、光スイッチ装置１５０，１６０の光導波路３１に接して光導波路３１上に配置される。
【０１８３】
なお、光送受信部１１２〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの各々は、図２０に示す光送受信部１１１と同じ構成からなる。
【０１８４】
図２１は、図２０に示す２つの光スイッチ装置１５０，１６０の２つの光共振器３の平面図である。図２１を参照して、光スイッチ装置１５０，１６０の光共振器３は、光入射窓１５１と光入射窓１６１との配置位置が相互に９０度ずれるように配置される。
【０１８５】
その結果、光１は、光入射窓１６１によって光スイッチ装置１６０の光共振器３中へ入射し、光スイッチ装置１６０の光共振器３中を矢印ＡＲＷ２の方向へ伝搬する。また、光２は、光入射窓１５１によって光スイッチ装置１５０の光共振器３中へ入射し、光スイッチ装置１５０の光共振器３中を矢印ＡＲＷ１の方向に伝搬する。さらに、光３は、光入射窓１５１，１６１によってそれぞれ光スイッチ装置１５０，１６０の光共振器３中へ入射し、光スイッチ装置１５０，１６０の光共振器３中をそれぞれ矢印ＡＲＷ１，ＡＲＷ２の方向へ伝搬する。
【０１８６】
このように、光スイッチ装置１５０に設けられた光入射窓１５１と、光スイッチ装置１６０に設けられた光入射窓１６１とを相互に９０度ずらせて配置することによって、光伝送部材１１０中をあらゆる方向へ伝搬する光を光スイッチ装置１５０の光共振器３および／または光スイッチ装置１６０の光共振器３中へ入射させることができる。
【０１８７】
図２２は、図１８に示す線ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ間における光集積回路装置１００の断面図である。図２２を参照して、光伝送部材１１０は、光吸収部材１１０１を周囲に有する。光吸収部材１１０１は、光伝送部材１１０中を周囲へ伝搬して来た光を吸収する。これによって、光伝送部材１１０の周囲による光の反射が防止される。その結果、光伝送部材１１０中における光の干渉を防止して光通信を正確に行なうことができる。
【０１８８】
光導波路１０１〜１０ｉは、半導体基板１２０の一主面に形成される。この場合、光導波路１０１〜１０ｉの各々は、シリコン酸化膜１１１０によって囲まれており、１つの面が半導体基板１２０の一主面に略一致するように半導体基板１２０中に埋め込まれて半導体基板１２０の一主面に形成される。そして、シリコン酸化膜１１１０の膜厚は、１．５μｍである。
【０１８９】
このように、光導波路１０１〜１０ｉの周囲をシリコン酸化膜１１１０によって囲むことにより、光損失を低減して光を光導波路１０１〜１０ｉ中で伝搬させることができる。
【０１９０】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、光結合窓１４２，１５２をさらに含む。
【０１９１】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光結合窓１４２は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊが対応する光導波路１０１〜１０ｉ上に光導波路１０１〜１０ｉに接して形成される。
【０１９２】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光スイッチ装置１４０は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光出射窓１４１および光結合窓１４２に接して光出射窓１４１と光結合窓１４２との間に形成される。
【０１９３】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光出射窓１４１は、光伝送部材１１０および光スイッチ装置１４０の光共振器３に接して、光伝送部材１１０と光スイッチ装置１４０の光共振器３との間に形成される。そして、光出射窓１４１は、光伝送部材１１０および光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３の屈折率よりも小さく、周囲の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料からなる。
【０１９４】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光入射窓１５１は、光伝送部材１１０および光スイッチ装置１５０の光共振器３に接して、光伝送部材１１０と光スイッチ装置１５０の光共振器３との間に形成される。そして、光入射窓１５１は、光伝送部材１１０および光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３の屈折率よりも小さく、周囲の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料からなる。
【０１９５】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光スイッチ装置１５０は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光入射窓１５１および光結合窓１５２に接して光入射窓１５１と光結合窓１５２との間に形成される。
【０１９６】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光結合窓１５２は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光スイッチ装置１５０の光共振器３および光検出部１７０に接して光スイッチ装置１５０の光共振器３と光検出部１７０との間に形成される。
【０１９７】
なお、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、光結合窓１６２をさらに含み、光スイッチ装置１６０、光入射窓１６１、光結合窓１６２および光検出部１８０は、図２２に示す光スイッチ装置１５０、光入射窓１５１、光結合窓１５２および光検出部１７０と同じように配置される。
【０１９８】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光検出部１７０は、光導波路１０１〜１０ｉと同じように、半導体基板１２０に埋め込まれて半導体基板１２０の一主面に形成される。
【０１９９】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる信号処理回路１９０は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊが対応する光導波路１０１〜１０ｉと、光検出部１７０との間において、半導体基板１２０の一主面に形成される。
【０２００】
そして、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光出射窓１４１および光入射窓１５１，１６１と、光伝送部材１１０との間隔が０．２μｍになるように、半導体基板１２０は、光伝送部材１１０に近接して配置される。
【０２０１】
光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３の光導波路３１に電圧を印加しない場合、波長λＯＳＣを有する光が共振光として光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光導波路３１中を伝搬するとともに、一部が光伝送部材１１０中へ出射され、または光検出部１７０，１８０へ出射される。
【０２０２】
より具体的には、光スイッチ装置１４０の光導波路３１に切換電圧印加回路６によって電圧を印加しない場合、波長λＯＳＣを有する光が光結合窓１４２を介して共振光として光スイッチ装置１４０の光導波路３１中を伝搬するとともに、一部が光出射窓１４１を介して光伝送部材１１０中へ出射される。また、光スイッチ装置１５０，１６０の光導波路３１に切換電圧印加回路６によって電圧を印加しない場合、波長λＯＳＣを有する光が光入射窓１５１，１６１を介して光スイッチ装置１５０，１６０の光導波路３１中を伝搬するとともに、一部が光結合窓１５２，１６２を介して光検出部１７０，１８０へ出射される。
【０２０３】
光導波路１０１〜１０ｉは、波長λ１〜λｍの離散的な波長を有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを伝搬させ、またはλ１〜λｍの範囲の連続的な波長範囲の光を伝搬させるので、波長λ１〜λｍのうちの１つの波長λｋ（ｋ＝１〜ｍ）が共振波長λＯＳＣになるように光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光導波路３１に印加する電圧を決定する。
【０２０４】
図２３は、図１８に示す光源３０の構成図である。図２３を参照して、光源３０は、レーザＬＳ１〜ＬＳｍと、導波路３００とを含む。導波路３００は、レーザＬＳ１〜ＬＳｍに接続されるとともに、光導波路１〜ｉに接続される。
【０２０５】
レーザＬＳ１〜ＬＳｍは、それぞれ、波長λ１〜λｍを有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを発振し、その発振した光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを導波路３００へ出射する。導波路３００は、レーザＬＳ１〜ＬＳｍから受けた光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを伝搬させ、光導波路１〜ｉへ導く。
【０２０６】
このように、光源３０は、波長λ１〜λｍを有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを発生するとともに、その発生した光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを光導波路１〜ｉへ導く。
【０２０７】
図２４は、図１８に示す光源３０の他の構成図である。図２４を参照して、光源３０は、発光素子ＬＳと、導波路３１０と、フィルタ３２０とを含む。導波路３１０は、導波路１〜ｉおよびフィルタ３２０に接続される。フィルタ３２０は、発光素子ＬＳおよび導波路３１０に接続される。
【０２０８】
発光素子ＬＳは、たとえば、紫外線励起蛍光発光素子からなり、連続波長の光を出射する。フィルタ３２０は、発光素子ＬＳから出射された連続波長の光のうち、所定の波長範囲の光だけを導波路３１０へ通過させる。導波路３１０は、フィルタ３２０から受けた連続波長の光を導波路１０１〜１０ｉに導く。
【０２０９】
この発明においては、光源３０は、図２３に示す構成および図２４に示す構成のいずれかからなっていればよい。
【０２１０】
光集積回路装置１００は、光導波路１０１〜１０ｉ、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０、光検出器１７０，１８０および信号処理回路１９０を半導体プロセスを用いて半導体基板１２０の一主面に作製し、光導波路１０１〜１０ｉ、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０、光検出器１７０，１８０および信号処理回路１９０を一主面に含む半導体基板１２０を光スイッチ装置１４０，１５０，１６０が接するように光伝送部材１１０と接触させることによって製造される。
【０２１１】
上記においては、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３は、電気光学材料からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３は、磁気光学材料、熱光学材料、または電気・磁気または温度によって光学的屈折率が変化する材料からなっていてもよい。そして、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３は、好ましくは、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＬｉＴａＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３、ＺｎＯ、ＡＤＰ（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、ＫＤＰ（ＫＨ２ＰＯ４）、ＹＩＧ（Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２）、ＢＩＧ（Ｂｉ３Ｆ５Ｏ１２）、ＧｄＰｒ２Ｆ５Ｏ１２、ＭｎＢｉ、ＧａＡｓ、ＧeおよびＳｉのいずれかからなる。
【０２１２】
光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３が磁気光学材料からなる場合、磁気が印加されていないときには、光共振波長は、光源の有するいずれの波長でもない波長に一致するように設計される。即ち、光共振波長は、光源波長が離散的な場合には、その離散的な波長のいずれでもない波長に設定され、また、ある一定範囲の連続的な波長を有する光を光源とする場合には、その波長範囲以外の波長に設定される。
【０２１３】
また、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３が熱光学材料からなる場合、熱が印加されていないときには、光共振波長は、光源の有するいずれの波長でもない波長に一致するように設計される。即ち、光共振波長は、光源波長が離散的な場合には、その離散的な波長のいずれでもない波長に設定され、また、ある一定範囲の連続的な波長を有する光を光源とする場合には、その波長範囲以外の波長に設定される。
【０２１４】
上述したように、光集積回路装置１００においては、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、光伝送部材１１０を共用の光伝送路として用いて信号の送受信を行う。
【０２１５】
したがって、この発明によれば、任意の２つの光送受信部が通信を行うことができる。また、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊを光伝送部材を介して任意に接続可能である。
【０２１６】
この発明においては、光検出器５１、同期検波回路５３および交流電源５６は、「シフト検出回路」を構成する。
【０２１７】
また、この発明においては、積分器５５は、「相殺電圧印加回路」を構成する。
【０２１８】
さらに、この発明においては、交流電源５６は、「検出電圧印加回路」を構成し、同期検波回路５３は、「整流回路」を構成する。
【０２１９】
さらに、この発明においては、電極４１は、「第１の電極」を構成し、電極４２は、「第２の電極」を構成する。
【０２２０】
さらに、この発明においては、光スイッチ装置１４０は、「第１の光スイッチ装置」を構成し、光スイッチ装置１５０，１６０は、「第２の光スイッチ装置」を構成する。
【０２２１】
さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置１４０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置１４０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置４０は、「ｉ個の第１の光スイッチ装置群」を構成する。
【０２２２】
さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置１５０，１６０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置１５０，１６０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置１５０，１６０は、「ｉ個の第２の光スイッチ装置群」を構成する。
【０２２３】
さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の光検出部１７０，１８０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の光検出部１７０，１８０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の光検出部１７０，１８０は、「ｉ個の光検出部群」を構成する。
【０２２４】
さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の信号処理回路１９０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の信号処理回路１９０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の信号処理回路１９０は、「ｉ個の信号処理回路群」を構成する。
【０２２５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２２６】
この発明は、温度が変化しても共振波長を一定に保つことが可能な光スイッチ装置に適用される。また、この発明は、温度が変化しても共振波長を一定に保つことが可能な光スイッチ装置を備えた光集積回路装置に適用される。
【符号の説明】
【０２２７】
２ 光導波路、３ 光共振器、４１ 電極、５１ 光検出器、５２ 交流アンプ、５３ 同期検波回路、５５ 積分器、５６ 交流電源、５５２ キャパシタ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光スイッチ装置およびそれを備えた光集積回路装置に関し、特に、リング形状の光共振器を用いた光スイッチ装置およびそれを備えた光集積回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、リング形状からなる光共振器が知られている（特許文献１）。この光共振器は、芯部と、光導波部とからなる。芯部は、球形状を有し、たとえば、金、銀、銅、アルミニウム、およびニッケルのいずれかからなる。そして、芯部は、光導波部の内周部に配置される。
【０００３】
光導波部は、リング形状からなり、内周面が芯部の表面に接するように配置される。そして、光導波部は、たとえば、ガラス、石英、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、シリコン（Ｓｉ）およびシリコンカーバイド（ＳｉＣ）のいずれかからなる。また、光導波部は、０．１〜１μｍの厚みを有する。
【０００４】
この光共振器は、光導波部の厚み方向に垂直な方向における光導波部の側面から光を入射し、その入射した光を時計回りおよび反時計回りに伝搬させることにより光共振する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９８８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の光共振器は、シリコン等の半導体材料からなる光導波部を備えているため、温度変動によって共振波長がシフトするという問題がある。シリコンを光導波部に用いた場合、温度が５℃変化すれば、共振波長は、０．３ｎｍだけ長波長側へシフトする（図１１参照）。共振器の性能指数であるＱ値が４８００である場合、この０．３ｎｍの共振波長のシフトは、約８５％の光出力強度の減少に相当する（図１１参照）。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、温度が変化しても共振波長を一定に保つことが可能な光スイッチ装置を提供することである。
【０００８】
また、この発明の別の目的は、温度が変化しても共振波長を一定に保つことが可能な光スイッチ装置を備えた光集積回路装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によれば、光スイッチ装置は、基板と、第１および第２の光導波路と、光共振器と、電極と、共振保障回路と、切換電圧印加回路とを備える。第１の光導波路は、入力光が伝搬させる。光共振器は、第１の光導波路に近接して基板上に配置され、リング形状からなる。第２の光導波路は、光共振器に近接して配置され、光共振器中を伝搬する光と同じ波長の出力光を伝搬させる。電極は、基板の面内方向における光共振器の両側面に接して配置される。共振保障回路は、光共振器の温度変動による光共振器の共振波長のシフトを検出し、その検出したシフトを相殺するための相殺電圧を電極に印加する。切換電圧印加回路は、光共振器を介した第１の光導波路から第２の光導波路への導波光の伝搬と不伝搬とを切換える切換電圧を電極に印加する。
【００１０】
好ましくは、共振保障回路は、シフト検出回路と、相殺電圧印加回路とを含む。シフト検出回路は、光共振器の温度変動による光共振器の共振波長の温度変化前の値からのシフトを検出する。相殺電圧印加回路は、シフト検出回路によって検出されたシフトを抑制するための直流電圧からなる抑制電圧をシフトがなくなるまで電極に繰返し印加し、シフトがなくなったときの抑制電圧を相殺電圧として電極に印加する。
【００１１】
好ましくは、シフト検出回路は、検出電圧印加回路と、光検出器と、整流回路とを含む。検出電圧印加回路は、光共振器の温度変動による共振波長のシフトを検出するための交流電圧からなるシフト検出電圧を電極に印加する。光検出器は、シフト検出電圧および抑制電圧が電極に印加されたときに第２の光導波路中を伝搬する出力光を検出し、その検出した出力光の強度を出力する。整流回路は、出力光の強度を整流する。そして、相殺電圧印加回路は、整流回路によって整流された出力光の強度を積分し、その積分した積分値からなる抑制電圧を電極に印加する。
【００１２】
好ましくは、整流回路は、検出電圧印加回路が印加する交流電圧に同期して出力光の強度を整流する。
【００１３】
好ましくは、電極は、第１および第２の電極を含む。第１の電極は、光共振器の内周壁面に接して配置される。第２の電極は、光共振器の外周壁面に接して配置される。そして、検出電圧印加回路は、シフト検出電圧を第１の電極に印加する。相殺電圧印加回路は、抑制電圧を第２の電極に繰り返し印加するとともに、シフトがなくなったときの抑制電圧を相殺電圧として第２の電極に印加する。切換電圧印加回路は、切換電圧を第１の電極に印加する。
【００１４】
好ましくは、第２の電極は、光共振器の略半周分の外周壁面に接して配置される。
【００１５】
好ましくは、切換電圧印加回路は、検出電圧印加回路がシフト検出電圧を第１の電極に印加するための導線と同じ導線を用いて切換電圧を第１の電極に印加する。
【００１６】
好ましくは、光共振器は、光導波路と、第１および第２のクラッドとを含む。光導波路は、リング形状を有する。第１のクラッドは、基板の面内方向における光導波路の内周面に接して形成され、光導波路の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる。第２のクラッドは、基板の面内方向における光導波路の外周面に接して形成され、光導波路の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる第２のクラッドとを含む。
【００１７】
好ましくは、光導波路は、シリコンからなる。第１および第２のクラッドの各々は、酸化シリコンの比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる。
【００１８】
好ましくは、第１および第２のクラッドの各々は、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなる。
【００１９】
好ましくは、第１および第２のクラッドの各々は、屈折率の温度依存性が光導波路を構成する材料の屈折率の温度依存性と逆極性である材料からなる。
【００２０】
好ましくは、第１および第２のクラッドの各々は、透明ナノ粒子シリカを含むポリイミドからなる。
【００２１】
好ましくは、切換電圧印加回路は、光共振器を介して第１の光導波路から第２の光導波路へ導波光を伝搬させるとき、０Ｖからなる切換電圧を電極に印加し、光共振器を介して第１の光導波路から第２の光導波路へ導波光を伝搬させないとき、０Ｖ以外の電圧からなる切換電圧を電極に印加する。
【００２２】
また、この発明によれば、光集積回路装置は、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の光スイッチ装置を備える。
【発明の効果】
【００２３】
この発明による光スイッチ装置においては、温度変動による光共振器の共振波長のシフトを検出し、その検出したシフトを相殺するための相殺電圧を光共振器に印加する。
【００２４】
したがって、この発明によれば、温度が変動しても共振波長を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態による光スイッチ装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す光スイッチ装置の構造を示す斜視図である。
【図３】図１に示す共振保障回路のうち、交流電源を除く部分の回路図である。
【図４】図１に示す交流電源の回路図である。
【図５】図１に示す切換電圧印加回路の回路図である。
【図６】図３に示すオペアンプの回路図である。
【図７】図６に示す定電流源の回路図である。
【図８】印加電圧を変えたときの光共振器の出力光強度と波長との関係を示す図である。
【図９】印加電圧の極性を変えたときの光共振器の出力光強度と波長との関係を示す図である。
【図１０】波長シフトと印加電圧との関係を示す図である。
【図１１】出力光強度の温度依存性を示す図である。
【図１２】光共振器の出力光強度と印加電圧との関係を示す図である。
【図１３】光共振器の共振波長のずれを検出する方法を説明するための図である。
【図１４】交流電圧、出力光および脈流のタイミングチャートである。
【図１５】光共振器の共振波長の他のずれを検出する方法を説明するための図である。
【図１６】交流電圧、出力光および脈流の他のタイミングチャートである。
【図１７】光共振器の出力と波長との関係を示す概念図である。
【図１８】図１に示す光スイッチ装置を用いた光集積回路装置の斜視図である。
【図１９】図１８に示す半導体基板、光導波路および光送受信部の斜視図である。
【図２０】図１９に示す光送受信部１１１の構成を示す斜視図である。
【図２１】図２０に示す２つの光スイッチ装置の２つの光共振器の平面図である。
【図２２】図１８に示す線ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ間における光集積回路装置の断面図である。
【図２３】図１８に示す光源の構成図である。
【図２４】図１８に示す光源の他の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２７】
図１は、この発明の実施の形態による光スイッチ装置の構成を示す概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による光スイッチ装置１０は、光導波路１，２と、光共振器３と、電極４と、共振保障回路５と、切換電圧印加回路６と、導線７とを備える。
【００２８】
光導波路１，２の各々は、シリコン（Ｓｉ）からなり、直線状の形状を有する。そして、光導波路１，２の各々は、０．４〜１μｍの幅および０．３μｍの厚みを有する。
【００２９】
光導波路１は、方向ＤＲ１に沿ってＳｉ基板の表面に配置され、光導波路２は、方向ＤＲ１に直交する方向ＤＲ２に沿ってＳｉ基板の表面に配置される。
【００３０】
光共振器３は、光導波路３１と、クラッド３２，３３とを含む。光導波路３１は、リング形状のＳｉからなり、０．４μｍの幅、０．３μｍの厚みおよび１５μｍの直径を有する。
【００３１】
クラッド３２は、リング形状を有し、光導波路３１の内周面に接して光導波路３１の内側に配置される。そして、クラッド３２は、たとえば、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなり、１．５μｍの幅および０．３μｍの厚みを有する。
【００３２】
クラッド３３は、半円形の平面形状を有し、光導波路３１の外周面に接して光導波路３１の外側に配置される。そして、クラッド３３は、たとえば、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなり、１．５μｍの幅および０．３μｍの厚みを有する。
【００３３】
このように、光共振器３は、リング形状のＳｉからなる光導波路３１を（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなるクラッド３２，３３によって挟み込んだ構造からなる。
【００３４】
そして、光共振器３は、光導波路３１が光導波路１，２に近接するようにＳｉ基板の表面に配置される。この場合、光導波路１，２と光導波路３１との間隔は、０．１〜０．３μｍである。
【００３５】
電極４は、電極４１，４２からなる。電極４１，４２の各々は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなる。
【００３６】
電極４１は、リング形状を有し、光共振器３のクラッド３２の内周面に接してクラッドの内側に配置される。
【００３７】
電極４２は、半円状の平面形状を有し、光共振器３のクラッド３３の外周面に接してクラッド３３の外側に配置される。
【００３８】
共振保障回路５は、光検出器５１と、交流アンプ５２と、同期検波回路５３と、積分器５５と、交流電源５６とを含む。
【００３９】
光検出器５１は、たとえば、ｐｉｎ構造のゲルマニウムダイオードからなり、光導波路２の一方端に近接して配置される。交流アンプ５２は、光検出器５１と、同期検波回路５３との間に接続される。
【００４０】
同期検波回路５３は、交流アンプ５２、抵抗５４および交流電源５６に接続される。
【００４１】
抵抗５４は、同期検波回路５３に接続される。積分器５５は、オペアンプ５５１と、キャパシタ５５２と抵抗５４とからなる。オペアンプ５５１は、反転入力端子が抵抗５４およびキャパシタ５５２に接続され、非反転入力端子が接地ノードに接続され、出力端子が電極４（＝電極４２）に接続される。キャパシタ５５２は、オペアンプ５５１の反転入力端子とオペアンプ５５１の出力端子との間に接続される。
【００４２】
交流電源５６は、発振回路からなり、導線７を介して電極４（＝電極４１）と接地ノードとの間に接続される。また、交流電源５６は、同期検波回路５３に接続される。
【００４３】
切換電圧印加回路６は、導線７を介して電極４（＝電極４１）と接地ノードとの間に交流電源５６に並列に接続される。
【００４４】
光導波路１は、入力光を伝搬させるとともに、その入力光の一部を光結合によって光共振器３の光導波路３１へ出射する。
【００４５】
光導波路２は、光共振器３の光導波路３１中を共振波長で伝搬する導波光の一部を受け、その受けた一部の導波光を出力光として伝搬させる。
【００４６】
光共振器３は、共振保障回路５によって、光導波路３１中を伝搬する導波光の共振波長における共振が保障される。そして、光共振器３は、切換電圧印加回路６から電極４（＝電極４１）を介して切換電圧ＶＥＸ１（＝０Ｖ）を受けると、共振波長で共振した導波光の一部を光導波路３１から光導波路２へ伝搬させる。また、光共振器３は、切換電圧印加回路６から電極４（＝電極４１）を介して切換電圧ＶＥＸ２（≠０Ｖ）を受けると、光導波路１中を伝搬する導波光と共振せず、光導波路１から光導波路２への光導波光の伝搬を遮断する。
【００４７】
共振保障回路５において、光検出器５１は、光導波路２から出力される出力光の強度を検出し、その検出した出力光の強度を交流アンプ５２へ出力する。
【００４８】
交流アンプ５２は、光検出器５１から出力光の強度を受け、その受けた出力光の強度を増幅して同期検波回路５３へ出力する。
【００４９】
同期検波回路５３は、交流電源５６からの交流電圧に同期して交流アンプ５２からの出力を検波し、その検波した出力を抵抗５４を介してオペアンプ５５１の反転入力端子へ出力する。
【００５０】
積分器５５は、同期検波回路５３の出力を積分し、その積分値に相当する直流電圧からなる抑制電圧Ｖｃｔｌを電極４（＝電極４２）に印加する。
【００５１】
交流電源５６は、光共振器３の共振波長のシフトを検出するための交流電圧を生成し、その生成した交流電圧を同期検波回路５３へ出力するとともに、その生成した交流電圧を電極４（＝電極４１）に印加する。
【００５２】
切換電圧印加回路６は、切換電圧ＶＥＸ１またはＶＥＸ２を生成し、その生成した切換電圧ＶＥＸ１またはＶＥＸ２を導線７を介して電極４（＝電極４１）に印加する。
【００５３】
図２は、図１に示す光スイッチ装置１０の構造を示す斜視図である。図２を参照して、光スイッチ装置１０は、基板１１をさらに備える。基板１１は、Ｓｉ基板１１Ａと、ＳｉＯ２膜１１Ｂとからなる。
【００５４】
光導波路１，２、光共振器３、共振保障回路５（光検出器５１、交流アンプ５２、同期検波回路５３、抵抗５４、積分器５５および交流電源５６）および切換電圧印加回路６は、基板１１のＳｉＯ２膜１１Ｂ上に配置される。そして、交流電源５６および切換電圧印加回路６は、ＳｉＯ２膜１１Ｂに穴を開け、光導波路２の下側のＳｉ基板１１Ａに低抵抗領域を形成することにより電極４１に接続される。または、交流電源５６および切換電圧印加回路６は、光導波路１，２、光共振器３、共振保障回路５（光検出器５１、交流アンプ５２、同期検波回路５３、抵抗５４、積分器５５および交流電源５６）および切換電圧印加回路６の全体に被着される層間絶縁膜（一般的には、ＳｉＯ２膜）に穴を開け、金属（たとえば、Ａｌ）によって電極４１に接続される。
【００５５】
また、光検出器５１は、金属膜（たとえば、Ａｌ）からなる導体ＣＤＴ１をＳｉＯ２膜１１Ｂ上に形成することにより交流アンプ５２に接続され、交流アンプ５２は、金属膜（たとえば、Ａｌ）からなる導体ＣＤＴ２をＳｉＯ２膜１１Ｂ上に形成することにより同期検波回路５３に接続される。また、同期検波回路５３は、金属膜（たとえば、Ａｌ）からなる導体ＣＤＴ３をＳｉＯ２膜１１Ｂ上に形成することにより交流電源５６に接続される。抵抗５４は、所定の抵抗値からなる多結晶シリコンをＳｉＯ２膜１１Ｂ上に形成することにより作製される。さらに、積分器５５は、金属膜（たとえば、Ａｌ）からなる導体ＣＤＴ４をＳｉＯ２膜１１Ｂ上に形成することにより電極４２に接続される。
【００５６】
このように、光スイッチ装置１０は、基板１１（＝半導体基板）上に形成された集積回路からなる。
【００５７】
図３は、図１に示す共振保障回路５のうち、交流電源５６を除く部分の回路図である。図３を参照して、光検出器５１は、フォトダイオード５１１，５１４と、抵抗５１２，５１３とからなる。フォトダイオード５１１，５１４の各々は、たとえば、ｐｉｎ構造のゲルマニウムからなる。
【００５８】
フォトダイオード５１１および抵抗５１２は、電源ノードＶＤＤと、接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。この場合、フォトダイオード５１１は、接地ノードＶＳＳから抵抗５１２の方向へ電流が流れるように接続される。
【００５９】
また、抵抗５１３およびフォトダイオード５１４は、電源ノードＶＤＤと、接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。この場合、フォトダイオード５１４は、接地ノードＶＳＳから抵抗５１３の方向へ電流が流れるように接続される。
【００６０】
そして、直列に接続されたフォトダイオード５１１および抵抗５１２は、直列に接続された抵抗５１３およびフォトダイオード５１４と電源ノードＶＤＤと、接地ノードＶＳＳとの間で並列に接続される。
【００６１】
光検出器５１においては、フォトダイオード５１４は、暗電流を消去する機能を果たす。
【００６２】
交流アンプ５２は、抵抗５２１〜５２３，５２５，５２７と、オペアンプ５２４と、キャパシタ５２６，５２８とを含む。抵抗５２１は、光検出器５１中のノードＮ１と、オペアンプ５２４の反転入力端子との間に接続される。抵抗５２２は、光検出器５１中のノードＮ２と、オペアンプ５２４の非反転入力端子との間に接続される。抵抗５２３は、オペアンプ５２４の非反転入力端子と接地ノードＶＳＳとの間に接続される。
【００６３】
オペアンプ５２４は、抵抗５２１，５２２とキャパシタ５２６との間に接続される。抵抗５２５は、オペアンプ５２４の反転入力端子と、オペアンプ５２４の出力端子との間に接続される。
【００６４】
キャパシタ５２６は、オペアンプ５２４の出力端子と抵抗５２７との間に接続される。抵抗５２７は、キャパシタ５２６と同期検波回路５３との間に接続される。キャパシタ５２８は、ノードＮ３と接地ノードＶＳＳとの間に接続される。
【００６５】
オペアンプ５２４は、フォトダイオード５１１が検出した交流成分および直流成分からなる光出力を増幅し、その増幅した光出力を端子ＴＭ１から外部へ出力する。この端子ＴＭ１から出力された光出力は、光スイッチ装置１０を用いた光集積回路装置において、同期信号またはバスラインの信号を生成するために用いられる。
【００６６】
そして、キャパシタ５２６は、オペアンプ５２４の出力信号から交流成分のみを抽出し、抵抗５２７およびキャパシタ５２８は、スイッチングの超高周波成分を除去する。
【００６７】
同期検波回路５３は、ｐ型ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ５３１と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２と、インバータ５３３とを含む。ｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１は、ソースがノードＮ３およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２のソースに接続され、ドレインが抵抗５４およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２のドレインに接続され、ゲートが端子ＴＭ２に接続される。この端子ＴＭ２は、交流電源５６に接続され、交流電源５６から出力された交流電圧を受ける。
【００６８】
ｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２は、ソースがノードＮ３およびｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１のソースに接続され、ドレインが抵抗５４およびｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１のドレインに接続され、ゲートがインバータ５３３の出力端子に接続される。
【００６９】
インバータ５３３は、端子ＴＭ２とｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２のゲートとの間に接続される。
【００７０】
同期検波回路５３は、交流電源５６から正の電圧を受けると、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２の両方がオフされ、積分器５５へ電流を出力せず、交流電源５６から負の電圧またはゼロの電圧を受けると、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２の両方がオンされ、交流アンプ５２によって増幅された電流を積分器５５へ出力する。
【００７１】
抵抗５４は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５３１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５３２のドレインとオペアンプ５５１の反転入力端子との間に接続される。
【００７２】
光検出器５１のフォトダイオード５１１は、光導波路２の出力光の強度を検出し、その検出した出力光の強度を示す交流電流を抵抗５２１を介してオペアンプ５２４へ出力する。
【００７３】
そして、オペアンプ５２４は、フォトダイオード５１１からの交流電流を増幅し、その増幅した交流電流をキャパシタ５２６，５２８および抵抗５２７を介して同期検波回路５３へ出力する。この場合、キャパシタ５２６は、交流電流成分のみを抽出する。
【００７４】
そうすると、同期検波回路５３は、交流電源５６からの交流電圧が負またはゼロになった期間だけ交流アンプ５２によって増幅された電流を抵抗５４を介して積分器５５へ出力し、交流電源５６の交流電圧が正になった期間、交流アンプ５２によって増幅された電流の積分器５５への出力を停止する。すなわち、同期検波回路５３は、交流アンプ５２によって増幅された交流電流を整流し、その整流した電流（＝脈流）を積分器５５へ出力する。
【００７５】
そして、積分器５５は、同期検波回路５３によって同期検波された脈流を積分し、その積分値に等しい直流電圧を電極４（＝電極４２）に印加する。
【００７６】
図４は、図１に示す交流電源５６の回路図である。図４を参照して、交流電源５６は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１，５６７と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２，５６８と、抵抗５６３，５６５，５６９，５７０，５７２と、キャパシタ５６４，５６６と、ダイオード５７１とを含む。
【００７７】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続され、インバータを構成する。この場合、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２のソースは、接地ノードＶＳＳに接続され、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１のソースは、電源ノードＶＤＤに接続され、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１のドレインは、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２のドレインに接続される。
【００７８】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６７およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６８は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続され、インバータを構成する。この場合、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６８のソースは、接地ノードＶＳＳに接続され、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６７のソースは、電源ノードＶＤＤに接続され、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６７のドレインは、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６８のドレインに接続される。
【００７９】
キャパシタ５６４は、ノードＮ４と、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６７およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６８のゲートとの間に接続される。キャパシタ５６６は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２のゲートと、ノードＮ５との間に接続される。
【００８０】
抵抗５６３は、電源ノードＶＤＤと、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６７およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６８のゲートとの間に接続される。抵抗５６５は、電源ノードＶＤＤと、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２のゲートとの間に接続される。
【００８１】
抵抗５６９，５７０は、ノードＮ５と接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。ダイオード５７１は、抵抗５６９，５７０間のノードと出力端子ＯＵＴ２との間に接続される。抵抗５７２は、出力端子ＯＵＴ２と接地ノードＶＳＳとの間に接続される。
【００８２】
交流電源５６は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６１，５６７、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５６２，５６８、抵抗５６３，５６５およびキャパシタ５６４，５６６によって発振して交流電圧（正確には、方形波交流電圧と直流との重畳された正の繰返し方形波電圧）を発生し、その発生した交流電圧を出力端子ＯＵＴ１から同期検波回路５３へ出力するとともに、その発生した交流電圧を出力端子ＯＵＴ２から電極４１に印加する。
【００８３】
なお、ダイオード５７１は、切換電圧印加回路６と、交流電源５６との干渉を防止するために設けられる。抵抗５７２は、出力端子ＯＵＴ２の正電圧を放電する時定数を短くするために用いられる。
【００８４】
図５は、図１に示す切換電圧印加回路６の回路図である。図５を参照して、切換電圧印加回路６は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ６２と、ダイオード６３と、抵抗６４とを含む。
【００８５】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ６２は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続され、インバータを構成する。この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ６２のドレインに接続される。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ６２のソースは、接地ノードＶＳＳに接続される。そして、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ６２のゲートは、入力端子ＩＮに接続される。
【００８６】
ダイオード６３は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ６２のドレインと、出力端子ＯＵＴとの間に接続される。抵抗６４は、出力端子ＯＵＴと接地ノードＶＳＳとの間に接続される。
【００８７】
切換電圧印加回路６は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ６２によって構成されるインバータのしきい値電圧よりも高い電圧からなる入力信号を受けると、０Ｖからなる切換電圧ＶＥＸ１を出力し、ｐ型ＭＯＳトランジスタ６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ６２によって構成されるインバータのしきい値電圧よりも低い電圧からなる入力信号を受けると、電源電圧ＶＤからなる切換電圧ＶＥＸ２を出力する。
【００８８】
なお、ダイオード６３は、交流電源５６との干渉を防止するために設けられる。抵抗６４は、出力端子ＯＵＴの正電圧を放電する時定数を短くするために用いられる。
【００８９】
図６は、図３に示すオペアンプ５２４の回路図である。図６を参照して、オペアンプ５２４は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４１，５２４３〜５２４５，５２４９と、定電流源５２４２と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６，５２４７，５２５０と、キャパシタ５２４８とを含む。
【００９０】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４１および定電流源５２４２は、電源ノードＶＤＤと、接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４１は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインが定電流源５２４２に接続され、ゲートが定電流源５２４２およびｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４３，５２４９のゲートに接続される。
【００９１】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４３は、電源ノードＶＤＤとノードＮ６との間に接続される。この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４３は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがノードＮ６に接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４１，５２４９のゲートに接続される。
【００９２】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４４およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６は、ノードＮ６と接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４４は、ソースがノードＮ６に接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６のドレインに接続され、入力電圧Ｖｉｎをゲートに受ける。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４４のドレインに接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４４とｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６との間のノードＮ７と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４７のゲートとに接続される。
【００９３】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４５およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４７は、ノードＮ６と接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４５は、ソースがノードＮ６に接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４７のドレインに接続され、基準電圧Ｖｒｅｆをゲートに受ける。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４７は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４５のドレインに接続され、ゲートがノードＮ７とｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６のゲートとに接続される。
【００９４】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４４，５２４５およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２４６，５２４７は、ミラー型の差動増幅器を構成し、Ｖｉｎ＞Ｖｒｅｆであるとき、電圧Ｖ１をノードＮ８から出力し、Ｖｉｎ≦Ｖｒｅｆであるとき、電圧Ｖ２（＞Ｖ１）をノードＮ８から出力する。
【００９５】
キャパシタ５２４８は、ノードＮ８とノードＮ９の間に接続され、発振を防止するための位相補償の役割を果たす。ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４９およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２５０は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。
【００９６】
この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４９は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがノードＮ９に接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２４１，５２４３のゲートに接続される。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２５０は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがノードＮ９に接続され、ゲートがノードＮ８に接続される。
【００９７】
キャパシタ５２５１は、ノードＮ９と接地ノードとの間の負荷寄生容量を表す。
【００９８】
オペアンプ５２４は、入力電圧Ｖｉｎを基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、Ｖｉｎ＞Ｖｒｅｆであるとき、ノードＮ８上の電圧Ｖ１を増幅して出力し、Ｖｉｎ≦Ｖｒｅｆであるとき、ノードＮ８上の電圧Ｖ２（＞Ｖ１）を増幅して出力する。
【００９９】
なお、図３に示すオペアンプ５５１も、図６に示すオペアンプ５２４の回路図と同じ回路図からなる。
【０１００】
図７は、図６に示す定電流源５２４２の回路図である。図７を参照して、定電流源５２４２は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６１〜５２６４と、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５〜５２６９と、抵抗５２７０とを含む。
【０１０１】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６１およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６６は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。
【０１０２】
この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６１は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６６のドレインに接続され、ゲートがノードＮ１１に接続される。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６６は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６１のドレインに接続され、ゲートがノードＮ１１に接続される。
【０１０３】
ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２〜５２６４のゲートと接地ノードＶＳＳとの間に接続される。
【０１０４】
この場合、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２〜５２６４のゲートに接続され、ゲートがノードＮ１０に接続される。
【０１０５】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６７は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＶＳＳとの間に直列に接続される。
【０１０６】
この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６７のドレインに接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６３のゲートとｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５のドレインとに接続される。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６７は、ソースが接地ノードＶＳＳに接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２のドレインおよびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６８のゲートに接続され、ゲートがノードＮ１１に接続される。
【０１０７】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６３およびｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６８は、電源ノードＶＤＤとノードＮ１１との間に直列に接続される。
【０１０８】
この場合、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６３は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ドレインがｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６８のドレインに接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２，５２６４のゲートとｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５のドレインとに接続される。また、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６８は、ソースがノードＮ１１に接続され、ドレインがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６３，５２６５のドレインおよびｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６４のゲートに接続され、ゲートがノードＮ１２に接続される。
【０１０９】
抵抗５２７０は、ノードＮ１１と接地ノードとの間に接続される。ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６４は、ソースが電源ノードＶＤＤに接続され、ゲートがｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６２のゲートと、ｐ型ＭＯＳトランジスタ５２６３のゲートおよびドレインと、ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６５のドレインとに接続される。ｎ型ＭＯＳトランジスタ５２６９は、ソースが接地ノードに接続され、ゲートがノードＮ１１に接続される。
【０１１０】
上述したように、光スイッチ装置１０は、半導体基板１１Ａ上に作製され、共振保障回路５および切換電圧印加回路６は、ＭＯＳトランジスタ、抵抗およびキャパシタによって構成されるので、半導体プロセスを用いることにより光スイッチ装置１０を容易に製造できる。
【０１１１】
図８は、印加電圧を変えたときの光共振器３の出力光強度と波長との関係を示す図である。
【０１１２】
図８において、縦軸は、ピーク値で規格化された出力光強度を表し、横軸は、波長を表す。また、曲線ｋ１は、光共振器３に印加する電圧が０Ｖであるときの出力光強度と波長との関係を示し、曲線ｋ２は、１Ｖの電圧を光共振器３に印加したときの出力光強度と波長との関係を示し、曲線ｋ３は、２Ｖの電圧を光共振器３に印加したときの出力光強度と波長との関係を示す。
【０１１３】
図８を参照して、光共振器３に印加する電圧を高くすると、出力光強度が最大になるピーク波長（＝共振波長）は、短波長側へシフトする。
【０１１４】
図９は、印加電圧の極性を変えたときの光共振器３の出力光強度と波長との関係を示す図である。
【０１１５】
図９において、縦軸は、ピーク値で規格化された出力光強度を表し、横軸は、波長を表す。また、曲線ｋ４は、光共振器３に印加する電圧が０Ｖであるときの出力光強度と波長との関係を示し、曲線ｋ５は、＋２Ｖの電圧を光共振器３に印加したときの出力光強度と波長との関係を示し、曲線ｋ６は、−２Ｖの電圧を光共振器３に印加したときの出力光強度と波長との関係を示す。
【０１１６】
図９を参照して、光共振器３に印加する電圧の極性が正および負のいずれであっても、出力光強度が最大になるピーク波長（＝共振波長）は、短波長側へシフトする。これは、正の電圧が光共振器３に印加されると、Ｓｉからなる光導波路３１の表面に電子が誘起され、負の電圧が光共振器３に印加されると、Ｓｉからなる光導波路３１の表面に正孔が誘起される。
【０１１７】
電子および正孔のいずれが誘起されても、Ｓｉの屈折率が低下するので、光導波路３１の共振波長は、短波長側へシフトする。
【０１１８】
図１０は、波長シフトと印加電圧との関係を示す図である。図１０において、縦軸は、波長シフトを表し、横軸は、印加電圧を表す。
【０１１９】
図１０を参照して、波長シフトは、印加電圧の増加に伴って直線的に大きくなる。そして、波長シフトは、１Ｖの印加電圧の変化に対して０．１ｎｍだけ変化する。このように、光共振器３に印加する印加電圧を増加すれば、１Ｖの電圧増加に対して０．１ｎｍの波長シフトが生じる。
【０１２０】
この発明の実施の形態においては、光共振器３の波長シフトは、１Ｖの電圧変化に対して０．１ｎｍだけ生じるが、これは、クラッド３２，３３に比誘電率が３９０である（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３を用いているからであり、比誘電率が３．９のＳｉＯ２をクラッド３２，３３に用いた場合には、０．１ｎｍの波長シフトを生じさせるためには、１００Ｖの電圧を印加する必要がある。
【０１２１】
したがって、光共振器３のクラッド３２，３３を（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３によって構成することにより、光共振器３への印加電圧を低くできる。
【０１２２】
図１１は、出力光強度の温度依存性を示す図である。図１１において、縦軸は、出力光強度を表し、横軸は、波長を表す。
【０１２３】
図１１を参照して、温度が１５℃上昇すると、共振波長は、約１ｎｍだけ長波長側へシフトする（２０℃から３５℃への変化参照）。これは、光共振器３の光導波路３１を構成するＳｉの屈折率は、室温付近において、１．７７７×１０−４［／Ｋ］の温度係数を有し、温度上昇によって大きくなるからである。
【０１２４】
このように、Ｓｉからなる光共振器３は、温度変動によって共振波長が変化する。
【０１２５】
図１２は、光共振器３の出力光強度と印加電圧との関係を示す図である。図１２において、縦軸は、出力光強度を表し、横軸は、電極４２への印加電圧を表す。
【０１２６】
図１２を参照して、最適な印加電圧Ｖｏｐｔが光共振器３に印加された場合、光共振器３の共振波長は、導波光の波長に等しくなり、光共振器３は、共振波長で共振する。その結果、光共振器３の出力光強度は、最適な印加電圧Ｖｏｐｔで最大になる。
【０１２７】
印加電圧が最適な印加電圧Ｖｏｐｔよりも高い側および低い側のいずれへシフトしても、光共振器３の共振波長は、導波光の波長からずれる。その結果、光共振器３の出力光強度は、低下する。
【０１２８】
図１３は、光共振器３の共振波長のずれを検出する方法を説明するための図である。図１３において、縦軸は、出力光強度を表し、横軸は、電極４２への印加電圧を表す。
【０１２９】
図１３を参照して、標準動作温度において光共振器３は、共振波長で光共振しているものとし、この場合、共振保障回路５は、たとえば、１０Ｖの直流電圧を光共振器３に印加しているものとする。そして、光共振器３は、最大値Ｉｍａｘの出力光強度を有する出力光を出射する。
【０１３０】
その後、動作温度が標準動作温度よりも上昇し、光共振器３の共振波長が、導波光の波長λＯＳＣから長波長側へシフトして波長λ１（＞λＯＳＣ）になったとする。その結果、光共振器３は、最大値Ｉｍａｘよりも低い出力光強度Ｉ１を有する出力光を出射する。
【０１３１】
この場合、共振波長のシフトを検出するために、光スイッチ装置１０の交流電源５６は、交流電圧ＶＡＣ（正確には、交流電圧と直流との重畳された繰返し方形波電圧）を電極４１に印加する。
【０１３２】
その結果、光共振器３は、１０Ｖの直流電圧と交流電圧ＶＡＣとが印加され、交流電圧ＶＡＣに応じて、出力光Ｉｏｕｔ１を出力する。
【０１３３】
図１４は、交流電圧、出力光および脈流のタイミングチャートである。光検出器５１は、出力光Ｉｏｕｔ１を検出し、その検出した出力光Ｉｏｕｔ１を交流アンプ５２へ出力する。交流アンプ５２は、出力光Ｉｏｕｔ１を増幅し、その増幅した出力光Ｉｏｕｔ１を同期検波回路５３へ出力する。
【０１３４】
同期検波回路５３は、出力光Ｉｏｕｔ１を交流電源５６からの交流電圧ＶＡＣに同期して検波する。すなわち、同期検波回路５３は、交流電圧ＶＡＣがゼロ電圧のときのみ、交流アンプ５２からの出力光Ｉｏｕｔ１を積分器５５へ出力するので、出力光Ｉｏｕｔ１のうち、負の成分のみからなる脈流ＰＦＬ１を積分器５５へ出力する。
【０１３５】
そうすると、積分器５５は、脈流ＰＦＬ１を積分し、その積分した積分値に相当する直流電圧ＶＤＣ１を電極４２に印加する。
【０１３６】
この場合、脈流ＰＦＬ１は、負の成分のみからなり、積分器５５は符号反転積分するので、直流電圧ＶＤＣ１は、最初に電極４２に印加されていた直流電圧（＝１０Ｖ）よりも高くなる。その結果、光共振器３に印加される電圧は、１０Ｖよりも増加するので、上述したように、光共振器３の共振波長は、波長λ１よりも短波長側へシフトして波長λ２（＜λ１）になる。したがって、光共振器３の共振波長は、元の共振波長λＯＳＣ側へシフトする。
【０１３７】
図１５は、光共振器３の共振波長の他のずれを検出する方法を説明するための図である。また、図１６は、交流電圧、出力光および脈流の他のタイミングチャートである。図１５において、縦軸は、出力光強度を表し、横軸は、電極４２への印加電圧を表す。
【０１３８】
図１５を参照して、直流電圧ＶＤＣ１が光共振器３に印加され、光共振器３の共振波長が波長λ２になったとき、光共振器３は、出力光強度Ｉ２を有する出力光を出射するものとする。
【０１３９】
この状態で、交流電源５６は、交流電圧ＶＡＣを電極４１に印加する。これによって、光共振器３は、直流電圧ＶＤＣ１および交流電圧ＶＡＣが印加される。そうすると、光共振器３は、交流電圧ＶＡＣに応じて、出力光Ｉｏｕｔ２を出力する。
【０１４０】
図１６を参照して、光検出器５１は、出力光Ｉｏｕｔ２を検出し、その検出した出力光Ｉｏｕｔ２を交流アンプ５２へ出力する。交流アンプ５２は、出力光Ｉｏｕｔ２を増幅し、その増幅した出力光Ｉｏｕｔ２を同期検波回路５３へ出力する。
【０１４１】
同期検波回路５３は、出力光Ｉｏｕｔ２を交流電源５６からの交流電圧ＶＡＣに同期して検波する。すなわち、同期検波回路５３は、交流電圧ＶＡＣがゼロ電圧のときのみ、交流アンプ５２からの出力光Ｉｏｕｔ２を積分器５５へ出力するので、出力光Ｉｏｕｔ２のうち、正の成分のみからなる脈流ＰＦＬ２を積分器５５へ出力する。
【０１４２】
そうすると、積分器５５は、脈流ＰＦＬ２を積分し、その積分した積分値に相当する直流電圧ＶＤＣ２を電極４２に印加する。
【０１４３】
この場合、脈流ＰＦＬ２は、正の成分のみからなり、積分器５５は符号反転積分するので、直流電圧ＶＤＣ２は、直流電圧ＶＤＣ１よりも低くなる。その結果、光共振器３に印加される電圧は、直流電圧ＶＤＣ１よりも減少するので、上述したように、光共振器３の共振波長は、波長λ２よりも長波長側へシフトして波長λ３（＞λ２）になる。したがって、光共振器３の共振波長は、元の共振波長λＯＳＣ側へシフトする。
【０１４４】
その結果、光共振器３の共振波長は、光共振器３中の導波光の強度が図１２に示す出力光強度と印加電圧との関係に沿って最大値Ｉｍａｘに近づくように、徐々に元の共振波長λＯＳＣに近づく。
【０１４５】
そして、光共振器３中の導波光の強度が最大値Ｉｍａｘになると、光共振器３は、交流電圧ＶＡＣに応じて、交流成分からなる出力光Ｉｏｕｔを出力しないので、共振保障回路５において、積分器５５は、積分動作を停止し、出力光強度が最大値Ｉｍａｘになったとき（＝すなわち、光共振器３の共振波長と導波光の波長が等しくなったとき）にキャパシタ５５２に蓄積された電荷によって生じる直流電圧を電極４２に印加し続ける。
【０１４６】
これによって、光共振器３は、動作温度が標準動作温度からずれても、常に共振状態を保持できる。
【０１４７】
なお、上記においては、光共振器３の温度上昇によって光共振器３の共振波長が元の共振波長λＯＳＣから長波長側へシフトした場合の波長シフトを相殺する方法について説明したが、光共振器３の温度が低くなり、光共振器３の共振波長が元の共振波長λＯＳＣから短波長側へシフトした場合にも、同様にして波長シフトが相殺される。この場合、光導波路３１に印加される電圧を低くして光共振器３の共振波長を長波長側へシフトさせることにより、温度変動（＝温度降下）による波長シフトが相殺される。
【０１４８】
このように、共振保障回路５は、光共振器３の共振波長が温度変動によって元の共振波長λＯＳＣからシフトしたときの波長シフト分を光共振器３に印加する直流電圧によって相殺することを特徴とする。
【０１４９】
上述した直流電圧ＶＤＣ１は、光共振器の共振波長が元の共振波長λＯＳＣからずれたときの波長λ１を元の共振波長λＯＳＣに近づけるために印加される直流電圧であり、直流電圧ＶＤＣ２は、共振波長λＯＳＣからずれたときの波長λ２を元の共振波長λＯＳＣに近づけるために印加される直流電圧である。
【０１５０】
したがって、直流電圧ＶＤＣ１，ＶＤＣ２の各々は、光共振器３の共振波長の元の共振波長λＯＳＣからの波長シフトを抑制する「抑制電圧」を構成する。
【０１５１】
また、最終的に出力光強度が最大値Ｉｍａｘになったときに電極４２に印加されている直流電圧は、温度変動によってシフトした共振波長λＯＳＣからの波長シフトを相殺する電圧であるので、「相殺電圧」を構成する。
【０１５２】
光スイッチ装置１０における光導波路１から光導波路２への導波光のスイッチング動作について説明する。
【０１５３】
光共振器３の光導波路３１の直径をｒとし、光導波路３１の屈折率をｎとし、共振波長をλＯＳＣとすると、次式が成立する。
【０１５４】
２πｒ＝ｓλＯＳＣ／ｎ（ｓは正の整数）・・・（１）
【０１５５】
そして、共振保障回路５は、光共振器３の共振波長が温度変動によって元の共振波長からシフトした場合、光共振器３の光導波路３１中を伝搬する導波光の波長が式（１）を満たす共振波長λＯＳＣになるように、上述した方法によって、共振波長の波長シフトを相殺するための相殺電圧を光導波路３１に印加する。
【０１５６】
したがって、相殺電圧が光導波路３１に印加され、かつ、切換電圧印加回路６が０Ｖの切換電圧ＶＥＸ１を電極４１に印加した場合、光導波路３１中を伝搬する導波光の波長は、共振波長λＯＳＣになっているため、波長λＯＳＣを有する光が共振光として光導波路３１中を伝搬するとともに、一部が光導波路２中へ出射される。すなわち、光導波路１中の導波光は、光共振器３を介して光導波路２中へスイッチングされる。
【０１５７】
一方、相殺電圧が光導波路３１に印加された状態で、切換電圧印加回路６が０Ｖ以外の電圧からなる切換信号ＶＥＸ２を電極４１に印加すると、光導波路３１中を伝搬する導波光は、光導波路１中の光と共振せず、光導波路１中の導波光は、光共振器３を介して光導波路２中へスイッチングされない。
【０１５８】
したがって、この発明の実施の形態においては、光導波路１から光導波路２へ導波光をスイッチングする場合、０Ｖからなる切換電圧ＶＥＸ１を電極４１に印加し、光導波路１から光導波路２へ導波光をスイッチングしない場合、切換電圧ＶＥＸ２（≠０Ｖ）を電極４１に印加する。
【０１５９】
図１７は、光共振器３の出力と波長との関係を示す概念図である。図１７を参照して、光共振器３の光導波路３１は、電圧が印加されていない場合（Ｖ＝０）、共振波長λＯＳＣの光と共振し、共振波長λＯＳＣをピーク波長とする光を出力する。一方、光共振器３の光導波路３１は、電圧Ｖｋが印加されると、波長λｋをピーク波長とする光を出力する。
【０１６０】
したがって、光共振器３の光導波路３１は、電圧が印加されていない場合（すなわち、切換電圧ＶＥＸ１＝０Ｖ）、光導波路１中を伝搬する導波光と共振する。その結果、光共振器３は、光導波路２中へ光を出射する。
【０１６１】
一方、光共振器３は、切換電圧印加回路６から切換電圧ＶＥＸ２＝Ｖｋが印加されると、光導波路１中を伝搬する導波光と共振せず、その導波光を光導波路２中へ出射しない。
【０１６２】
クラッド３２，３３の各々が１．５μｍ幅の（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなる場合、１５℃の温度変化によってシフトする１ｎｍの波長シフトを光導波路３１に印加する電圧によって相殺するには、１００Ｖの電圧を（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３に印加する必要がある。この場合、６．７×１０５Ｖ／ｃｍの電界が（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３に印加される。
【０１６３】
一方、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３の絶縁破壊電界は、７×１０５Ｖ／ｃｍである。したがって、温度変化が１５℃までの範囲においては、クラッド３２，３３の各々を（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３によって構成しても、温度変動による波長シフトを光導波路３１への電圧印加によって相殺することができる。
【０１６４】
しかし、クラッド３２，３３の各々を酸化シリコン（ＳｉＯ２）の比誘電率（＝３．９）よりも大きい３９０の比誘電率を有する（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３によって構成した場合、１５℃以上の温度変動による波長シフトを光導波路３１に印加する電圧によって相殺することが困難である。
【０１６５】
そこで、この発明の実施の形態においては、好ましくは、光導波路３１を構成する材料（＝Ｓｉ）の屈折率の温度依存性と逆極性の屈折率の温度依存性を有する材料によってクラッド３２，３３の各々を構成する。
【０１６６】
より具体的には、クラッド３２，３３の各々を透明ナノ粒子シリカを含むポリイミドによって構成する。
【０１６７】
これによって、光導波路３１を構成するシリコンの共振波長の温度依存性が小さくなり、１５℃以上の温度変化が生じても、光導波路３１への電圧印加によって波長シフトを相殺できる。
【０１６８】
図１８は、図１に示す光スイッチ装置１０を用いた光集積回路装置の斜視図である。図１８を参照して、光集積回路装置１００は、光伝送部材１１０と、半導体基板１２０と、光源１３０と、光導波路１０１〜１０ｉ（ｉは正の整数）と、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊ（ｊは２以上の整数）とを備える。なお、光集積回路装置１００は、１ｃｍ角〜２ｃｍ角のサイズを有する。
【０１６９】
光伝送部材１１０は、平板形状を有し、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）、ＳｉＯ２、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、レジストおよびプラスチック等の空気よりも大きい屈折率を有する透明材料からなる。
【０１７０】
半導体基板１２０は、たとえば、ｎ型Ｓｉからなり、光伝送部材１１０の１つの平面に近接して配置される。光源１３０は、半導体基板１２０の１つの端面に配置される。
【０１７１】
光導波路１０１〜１０ｉの各々は、光伝送部材１１０と同じ材料からなり、方向ＤＲ４において、半導体基板１２０の長さと同じ長さを有し、０．３mｍから５mｍの幅を有する。そして、光導波路１０１〜１０ｉは、方向ＤＲ３において、半導体基板１２０の一主面上に所定の間隔で配置される。
【０１７２】
光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、半導体基板１２０上に２次元的に配置される。より具体的には、光送受信部１１１〜１１ｊは、光導波路１０１に対応して設けられ、方向ＤＲ４において所定の間隔で配置される。また、光送受信部１２１〜１２ｊは、光導波路１０２に対応して設けられ、方向ＤＲ４において所定の間隔で配置される。以下、同様にして光送受信部１ｉ１〜１ｉｊは、光導波路１０ｉに対応して設けられ、方向ＤＲ４において所定の間隔で配置される。
【０１７３】
光伝送部材１１０は、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊから入射された光を伝送する。光導波路１０１〜１０ｉは、光源１３０から出射された光を方向ＤＲ４へ伝搬させる。光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの各々は、後述する方法によって、光導波路１０１〜１０ｉ中を伝搬する光の一部を光伝送部材１１０中へ導くとともに、光伝送部材１１０中を伝送する光を検出する。光源１３０は、それぞれ、波長λ１，λ２，・・・，λｍ（ｍは正の整数）の離散的な波長を有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍまたは所定の波長範囲を有する連続光Ｌｇｃを発生し、その発生した光Ｌｇ１〜ＬｇｍまたはＬｇｃを光導波路１〜ｉ中へ出射する。
【０１７４】
図１９は、図１８に示す半導体基板１２０、光導波路１０１〜１０ｉおよび光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの斜視図である。図１９を参照して、光送受信部１１１は、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０と、光検出部１７０と、信号処理回路１９０とを含む。
【０１７５】
光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の各々は、上述した光スイッチ装置１０からなる。そして、図１９においては、図面を見易くするために光スイッチ装置１０の光共振器３の部分だけを図示している。
【０１７６】
光スイッチ装置１４０は、光送受信部１１１が対応する光導波路１０１に近接して配置される。光スイッチ装置１５０，１６０は、光スイッチ装置１４０から離れた位置に配置される。光検出部１７０は、たとえば、フォトダイオードからなり、光スイッチ装置１５０の下側に配置される。なお、図１９においては、図示されていないが、光スイッチ装置１６０の下側にも、光検出部が配置されている。
【０１７７】
信号処理回路１９０は、光送受信部１１１が対応する光導波路１０１と光検出部１７０との間に配置される。
【０１７８】
なお、光送受信部１１２〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの各々は、光送受信部１１１と同じ構成からなる。
【０１７９】
図２０は、図１９に示す光送受信部１１１の構成を示す斜視図である。なお、図２０においても、図面を見易くするために、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３の部分だけを図示している。
【０１８０】
図２０を参照して、光送受信部１１１は、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０、光検出部１７０および信号処理回路１９０に加えて、光検出部１８０をさらに含む。
【０１８１】
光検出部１８０は、フォトダイオードからなり、光スイッチ装置１６０の下側に配置される。光スイッチ装置１４０は、光出射窓１４１を有する。光出射窓１４１は、リング形状からなり、光スイッチ装置１４０の光共振器３の光導波路３１と同じ直径および幅を有する。そして、光出射窓１４１は、光スイッチ装置１４０の光導波路３１に接して光導波路３１上に配置される。
【０１８２】
光スイッチ装置１５０は、光入射窓１５１を有し、光スイッチ装置１６０は、光入射窓１６１を有する。光入射窓１５１，１６１は、略四角形からなり、それぞれ、光スイッチ装置１５０，１６０の光導波路３１に接して光導波路３１上に配置される。
【０１８３】
なお、光送受信部１１２〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊの各々は、図２０に示す光送受信部１１１と同じ構成からなる。
【０１８４】
図２１は、図２０に示す２つの光スイッチ装置１５０，１６０の２つの光共振器３の平面図である。図２１を参照して、光スイッチ装置１５０，１６０の光共振器３は、光入射窓１５１と光入射窓１６１との配置位置が相互に９０度ずれるように配置される。
【０１８５】
その結果、光１は、光入射窓１６１によって光スイッチ装置１６０の光共振器３中へ入射し、光スイッチ装置１６０の光共振器３中を矢印ＡＲＷ２の方向へ伝搬する。また、光２は、光入射窓１５１によって光スイッチ装置１５０の光共振器３中へ入射し、光スイッチ装置１５０の光共振器３中を矢印ＡＲＷ１の方向に伝搬する。さらに、光３は、光入射窓１５１，１６１によってそれぞれ光スイッチ装置１５０，１６０の光共振器３中へ入射し、光スイッチ装置１５０，１６０の光共振器３中をそれぞれ矢印ＡＲＷ１，ＡＲＷ２の方向へ伝搬する。
【０１８６】
このように、光スイッチ装置１５０に設けられた光入射窓１５１と、光スイッチ装置１６０に設けられた光入射窓１６１とを相互に９０度ずらせて配置することによって、光伝送部材１１０中をあらゆる方向へ伝搬する光を光スイッチ装置１５０の光共振器３および／または光スイッチ装置１６０の光共振器３中へ入射させることができる。
【０１８７】
図２２は、図１８に示す線ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ間における光集積回路装置１００の断面図である。図２２を参照して、光伝送部材１１０は、光吸収部材１１０１を周囲に有する。光吸収部材１１０１は、光伝送部材１１０中を周囲へ伝搬して来た光を吸収する。これによって、光伝送部材１１０の周囲による光の反射が防止される。その結果、光伝送部材１１０中における光の干渉を防止して光通信を正確に行なうことができる。
【０１８８】
光導波路１０１〜１０ｉは、半導体基板１２０の一主面に形成される。この場合、光導波路１０１〜１０ｉの各々は、シリコン酸化膜１１１０によって囲まれており、１つの面が半導体基板１２０の一主面に略一致するように半導体基板１２０中に埋め込まれて半導体基板１２０の一主面に形成される。そして、シリコン酸化膜１１１０の膜厚は、１．５μｍである。
【０１８９】
このように、光導波路１０１〜１０ｉの周囲をシリコン酸化膜１１１０によって囲むことにより、光損失を低減して光を光導波路１０１〜１０ｉ中で伝搬させることができる。
【０１９０】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、光結合窓１４２，１５２をさらに含む。
【０１９１】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光結合窓１４２は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊが対応する光導波路１０１〜１０ｉ上に光導波路１０１〜１０ｉに接して形成される。
【０１９２】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光スイッチ装置１４０は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光出射窓１４１および光結合窓１４２に接して光出射窓１４１と光結合窓１４２との間に形成される。
【０１９３】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光出射窓１４１は、光伝送部材１１０および光スイッチ装置１４０の光共振器３に接して、光伝送部材１１０と光スイッチ装置１４０の光共振器３との間に形成される。そして、光出射窓１４１は、光伝送部材１１０および光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３の屈折率よりも小さく、周囲の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料からなる。
【０１９４】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光入射窓１５１は、光伝送部材１１０および光スイッチ装置１５０の光共振器３に接して、光伝送部材１１０と光スイッチ装置１５０の光共振器３との間に形成される。そして、光入射窓１５１は、光伝送部材１１０および光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３の屈折率よりも小さく、周囲の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料からなる。
【０１９５】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光スイッチ装置１５０は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光入射窓１５１および光結合窓１５２に接して光入射窓１５１と光結合窓１５２との間に形成される。
【０１９６】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光結合窓１５２は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光スイッチ装置１５０の光共振器３および光検出部１７０に接して光スイッチ装置１５０の光共振器３と光検出部１７０との間に形成される。
【０１９７】
なお、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、光結合窓１６２をさらに含み、光スイッチ装置１６０、光入射窓１６１、光結合窓１６２および光検出部１８０は、図２２に示す光スイッチ装置１５０、光入射窓１５１、光結合窓１５２および光検出部１７０と同じように配置される。
【０１９８】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光検出部１７０は、光導波路１０１〜１０ｉと同じように、半導体基板１２０に埋め込まれて半導体基板１２０の一主面に形成される。
【０１９９】
各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる信号処理回路１９０は、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊが対応する光導波路１０１〜１０ｉと、光検出部１７０との間において、半導体基板１２０の一主面に形成される。
【０２００】
そして、各光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊに含まれる光出射窓１４１および光入射窓１５１，１６１と、光伝送部材１１０との間隔が０．２μｍになるように、半導体基板１２０は、光伝送部材１１０に近接して配置される。
【０２０１】
光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３の光導波路３１に電圧を印加しない場合、波長λＯＳＣを有する光が共振光として光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光導波路３１中を伝搬するとともに、一部が光伝送部材１１０中へ出射され、または光検出部１７０，１８０へ出射される。
【０２０２】
より具体的には、光スイッチ装置１４０の光導波路３１に切換電圧印加回路６によって電圧を印加しない場合、波長λＯＳＣを有する光が光結合窓１４２を介して共振光として光スイッチ装置１４０の光導波路３１中を伝搬するとともに、一部が光出射窓１４１を介して光伝送部材１１０中へ出射される。また、光スイッチ装置１５０，１６０の光導波路３１に切換電圧印加回路６によって電圧を印加しない場合、波長λＯＳＣを有する光が光入射窓１５１，１６１を介して光スイッチ装置１５０，１６０の光導波路３１中を伝搬するとともに、一部が光結合窓１５２，１６２を介して光検出部１７０，１８０へ出射される。
【０２０３】
光導波路１０１〜１０ｉは、波長λ１〜λｍの離散的な波長を有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを伝搬させ、またはλ１〜λｍの範囲の連続的な波長範囲の光を伝搬させるので、波長λ１〜λｍのうちの１つの波長λｋ（ｋ＝１〜ｍ）が共振波長λＯＳＣになるように光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光導波路３１に印加する電圧を決定する。
【０２０４】
図２３は、図１８に示す光源３０の構成図である。図２３を参照して、光源３０は、レーザＬＳ１〜ＬＳｍと、導波路３００とを含む。導波路３００は、レーザＬＳ１〜ＬＳｍに接続されるとともに、光導波路１〜ｉに接続される。
【０２０５】
レーザＬＳ１〜ＬＳｍは、それぞれ、波長λ１〜λｍを有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを発振し、その発振した光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを導波路３００へ出射する。導波路３００は、レーザＬＳ１〜ＬＳｍから受けた光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを伝搬させ、光導波路１〜ｉへ導く。
【０２０６】
このように、光源３０は、波長λ１〜λｍを有する光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを発生するとともに、その発生した光Ｌｇ１〜Ｌｇｍを光導波路１〜ｉへ導く。
【０２０７】
図２４は、図１８に示す光源３０の他の構成図である。図２４を参照して、光源３０は、発光素子ＬＳと、導波路３１０と、フィルタ３２０とを含む。導波路３１０は、導波路１〜ｉおよびフィルタ３２０に接続される。フィルタ３２０は、発光素子ＬＳおよび導波路３１０に接続される。
【０２０８】
発光素子ＬＳは、たとえば、紫外線励起蛍光発光素子からなり、連続波長の光を出射する。フィルタ３２０は、発光素子ＬＳから出射された連続波長の光のうち、所定の波長範囲の光だけを導波路３１０へ通過させる。導波路３１０は、フィルタ３２０から受けた連続波長の光を導波路１０１〜１０ｉに導く。
【０２０９】
この発明においては、光源３０は、図２３に示す構成および図２４に示す構成のいずれかからなっていればよい。
【０２１０】
光集積回路装置１００は、光導波路１０１〜１０ｉ、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０、光検出器１７０，１８０および信号処理回路１９０を半導体プロセスを用いて半導体基板１２０の一主面に作製し、光導波路１０１〜１０ｉ、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０、光検出器１７０，１８０および信号処理回路１９０を一主面に含む半導体基板１２０を光スイッチ装置１４０，１５０，１６０が接するように光伝送部材１１０と接触させることによって製造される。
【０２１１】
上記においては、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３は、電気光学材料からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３は、磁気光学材料、熱光学材料、または電気・磁気または温度によって光学的屈折率が変化する材料からなっていてもよい。そして、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３は、好ましくは、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＬｉＴａＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３、ＺｎＯ、ＡＤＰ（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、ＫＤＰ（ＫＨ２ＰＯ４）、ＹＩＧ（Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２）、ＢＩＧ（Ｂｉ３Ｆ５Ｏ１２）、ＧｄＰｒ２Ｆ５Ｏ１２、ＭｎＢｉ、ＧａＡｓ、ＧeおよびＳｉのいずれかからなる。
【０２１２】
光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３が磁気光学材料からなる場合、磁気が印加されていないときには、光共振波長は、光源の有するいずれの波長でもない波長に一致するように設計される。即ち、光共振波長は、光源波長が離散的な場合には、その離散的な波長のいずれでもない波長に設定され、また、ある一定範囲の連続的な波長を有する光を光源とする場合には、その波長範囲以外の波長に設定される。
【０２１３】
また、光スイッチ装置１４０，１５０，１６０の光共振器３が熱光学材料からなる場合、熱が印加されていないときには、光共振波長は、光源の有するいずれの波長でもない波長に一致するように設計される。即ち、光共振波長は、光源波長が離散的な場合には、その離散的な波長のいずれでもない波長に設定され、また、ある一定範囲の連続的な波長を有する光を光源とする場合には、その波長範囲以外の波長に設定される。
【０２１４】
上述したように、光集積回路装置１００においては、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊは、光伝送部材１１０を共用の光伝送路として用いて信号の送受信を行う。
【０２１５】
したがって、この発明によれば、任意の２つの光送受信部が通信を行うことができる。また、光送受信部１１１〜１１ｊ，１２１〜１２ｊ，・・・，１ｉ１〜１ｉｊを光伝送部材を介して任意に接続可能である。
【０２１６】
この発明においては、光検出器５１、同期検波回路５３および交流電源５６は、「シフト検出回路」を構成する。
【０２１７】
また、この発明においては、積分器５５は、「相殺電圧印加回路」を構成する。
【０２１８】
さらに、この発明においては、交流電源５６は、「検出電圧印加回路」を構成し、同期検波回路５３は、「整流回路」を構成する。
【０２１９】
さらに、この発明においては、電極４１は、「第１の電極」を構成し、電極４２は、「第２の電極」を構成する。
【０２２０】
さらに、この発明においては、光スイッチ装置１４０は、「第１の光スイッチ装置」を構成し、光スイッチ装置１５０，１６０は、「第２の光スイッチ装置」を構成する。
【０２２１】
さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置１４０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置１４０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置４０は、「ｉ個の第１の光スイッチ装置群」を構成する。
【０２２２】
さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置１５０，１６０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置１５０，１６０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の光スイッチ装置１５０，１６０は、「ｉ個の第２の光スイッチ装置群」を構成する。
【０２２３】
さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の光検出部１７０，１８０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の光検出部１７０，１８０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の光検出部１７０，１８０は、「ｉ個の光検出部群」を構成する。
【０２２４】
さらに、この発明においては、光送受信部１１１〜１１ｊに含まれるｊ個の信号処理回路１９０、光送受信部１２１〜１２ｊに含まれるｊ個の信号処理回路１９０、・・・、および光送受信部１ｉ１〜１ｉｊに含まれるｊ個の信号処理回路１９０は、「ｉ個の信号処理回路群」を構成する。
【０２２５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２２６】
この発明は、温度が変化しても共振波長を一定に保つことが可能な光スイッチ装置に適用される。また、この発明は、温度が変化しても共振波長を一定に保つことが可能な光スイッチ装置を備えた光集積回路装置に適用される。
【符号の説明】
【０２２７】
２ 光導波路、３ 光共振器、４１ 電極、５１ 光検出器、５２ 交流アンプ、５３ 同期検波回路、５５ 積分器、５６ 交流電源、５５２ キャパシタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
入力光が伝搬させる第１の光導波路と、
前記第１の光導波路に近接して前記基板上に配置され、リング形状からなる光共振器と、
前記光共振器に近接して配置され、前記光共振器中を伝搬する光と同じ波長の出力光を伝搬させる第２の光導波路と、
前記基板の面内方向における前記光共振器の両側面に接して配置された電極と、
前記光共振器の温度変動による前記光共振器の共振波長の元の共振波長からのシフトを検出し、その検出したシフトを相殺するための相殺電圧を前記電極に印加する共振保障回路と、
前記光共振器を介した前記第１の光導波路から前記第２の光導波路への導波光の伝搬と不伝搬とを切換える切換電圧を前記電極に印加する切換電圧印加回路とを備える光スイッチ装置。
【請求項２】
前記共振保障回路は、
前記シフトを検出するシフト検出回路と、
前記シフト検出回路によって検出されたシフトを抑制するための直流電圧からなる抑制電圧を前記シフトがなくなるまで前記電極に繰返し印加し、前記シフトがなくなったときの抑制電圧を前記相殺電圧として前記電極に印加する相殺電圧印加回路とを含む、請求項１に記載の光スイッチ装置。
【請求項３】
前記シフト検出回路は、
前記シフトを検出するための交流電圧からなるシフト検出電圧を前記電極に印加する検出電圧印加回路と、
前記シフト検出電圧および前記抑制電圧が前記電極に印加されたときに前記第２の光導波路中を伝搬する前記出力光を検出し、その検出した出力光の強度を出力する光検出器と、
前記出力光の強度を整流する整流回路とを含み、
前記相殺電圧印加回路は、前記整流回路によって整流された前記出力光の強度を積分し、その積分した積分値からなる前記抑制電圧を前記電極に印加する、請求項２に記載の光スイッチ装置。
【請求項４】
前記整流回路は、前記検出電圧印加回路が印加する交流電圧に同期して前記出力光の強度を整流する、請求項３に記載の光スイッチ装置。
【請求項５】
前記電極は、
前記光共振器の内周壁面に接して配置された第１の電極と、
前記光共振器の外周壁面に接して配置された第２の電極とを含み、
前記検出電圧印加回路は、前記シフト検出電圧を前記第１の電極に印加し、
前記相殺電圧印加回路は、前記抑制電圧を前記第２の電極に繰り返し印加するとともに、前記シフトがなくなったときの抑制電圧を前記相殺電圧として前記第２の電極に印加し、
前記切換電圧印加回路は、前記切換電圧を前記第１の電極に印加する、請求項３に記載の光スイッチ装置。
【請求項６】
前記第２の電極は、前記光共振器の略半周分の外周壁面に接して配置される、請求項５に記載の光スイッチ装置。
【請求項７】
前記切換電圧印加回路は、前記検出電圧印加回路が前記シフト検出電圧を前記第１の電極に印加するための導線と同じ導線を用いて前記切換電圧を前記第１の電極に印加する、請求項５に記載の光スイッチ装置。
【請求項８】
前記光共振器は、
前記リング形状を有する光導波路と、
前記基板の面内方向における前記光導波路の内周面に接して形成され、前記光導波路の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる第１のクラッドと、
前記基板の面内方向における前記光導波路の外周面に接して形成され、前記光導波路の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる第２のクラッドとを含む、請求項７に記載の光スイッチ装置。
【請求項９】
前記光導波路は、シリコンからなり、
前記第１および第２のクラッドの各々は、酸化シリコンの比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる、請求項８に記載の光スイッチ装置。
【請求項１０】
前記第１および第２のクラッドの各々は、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなる、請求項９に記載の光スイッチ装置。
【請求項１１】
前記第１および第２のクラッドの各々は、屈折率の温度依存性が前記光導波路を構成する材料の屈折率の温度依存性と逆極性である材料からなる、請求項９に記載の光スイッチ装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のクラッドの各々は、透明ナノ粒子シリカを含むポリイミドからなる、請求項１１に記載の光スイッチ装置。
【請求項１３】
前記切換電圧印加回路は、前記光共振器を介して前記第１の光導波路から前記第２の光導波路へ前記導波光を伝搬させるとき、０Ｖからなる切換電圧を前記電極に印加し、前記光共振器を介して前記第１の光導波路から前記第２の光導波路へ前記導波光を伝搬させないとき、０Ｖ以外の電圧からなる切換電圧を前記電極に印加する、請求項１に記載の光スイッチ装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の光スイッチ装置を備える、光集積回路装置。
【請求項１】
基板と、
入力光が伝搬させる第１の光導波路と、
前記第１の光導波路に近接して前記基板上に配置され、リング形状からなる光共振器と、
前記光共振器に近接して配置され、前記光共振器中を伝搬する光と同じ波長の出力光を伝搬させる第２の光導波路と、
前記基板の面内方向における前記光共振器の両側面に接して配置された電極と、
前記光共振器の温度変動による前記光共振器の共振波長の元の共振波長からのシフトを検出し、その検出したシフトを相殺するための相殺電圧を前記電極に印加する共振保障回路と、
前記光共振器を介した前記第１の光導波路から前記第２の光導波路への導波光の伝搬と不伝搬とを切換える切換電圧を前記電極に印加する切換電圧印加回路とを備える光スイッチ装置。
【請求項２】
前記共振保障回路は、
前記シフトを検出するシフト検出回路と、
前記シフト検出回路によって検出されたシフトを抑制するための直流電圧からなる抑制電圧を前記シフトがなくなるまで前記電極に繰返し印加し、前記シフトがなくなったときの抑制電圧を前記相殺電圧として前記電極に印加する相殺電圧印加回路とを含む、請求項１に記載の光スイッチ装置。
【請求項３】
前記シフト検出回路は、
前記シフトを検出するための交流電圧からなるシフト検出電圧を前記電極に印加する検出電圧印加回路と、
前記シフト検出電圧および前記抑制電圧が前記電極に印加されたときに前記第２の光導波路中を伝搬する前記出力光を検出し、その検出した出力光の強度を出力する光検出器と、
前記出力光の強度を整流する整流回路とを含み、
前記相殺電圧印加回路は、前記整流回路によって整流された前記出力光の強度を積分し、その積分した積分値からなる前記抑制電圧を前記電極に印加する、請求項２に記載の光スイッチ装置。
【請求項４】
前記整流回路は、前記検出電圧印加回路が印加する交流電圧に同期して前記出力光の強度を整流する、請求項３に記載の光スイッチ装置。
【請求項５】
前記電極は、
前記光共振器の内周壁面に接して配置された第１の電極と、
前記光共振器の外周壁面に接して配置された第２の電極とを含み、
前記検出電圧印加回路は、前記シフト検出電圧を前記第１の電極に印加し、
前記相殺電圧印加回路は、前記抑制電圧を前記第２の電極に繰り返し印加するとともに、前記シフトがなくなったときの抑制電圧を前記相殺電圧として前記第２の電極に印加し、
前記切換電圧印加回路は、前記切換電圧を前記第１の電極に印加する、請求項３に記載の光スイッチ装置。
【請求項６】
前記第２の電極は、前記光共振器の略半周分の外周壁面に接して配置される、請求項５に記載の光スイッチ装置。
【請求項７】
前記切換電圧印加回路は、前記検出電圧印加回路が前記シフト検出電圧を前記第１の電極に印加するための導線と同じ導線を用いて前記切換電圧を前記第１の電極に印加する、請求項５に記載の光スイッチ装置。
【請求項８】
前記光共振器は、
前記リング形状を有する光導波路と、
前記基板の面内方向における前記光導波路の内周面に接して形成され、前記光導波路の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる第１のクラッドと、
前記基板の面内方向における前記光導波路の外周面に接して形成され、前記光導波路の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる第２のクラッドとを含む、請求項７に記載の光スイッチ装置。
【請求項９】
前記光導波路は、シリコンからなり、
前記第１および第２のクラッドの各々は、酸化シリコンの比誘電率よりも大きい比誘電率を有する材料からなる、請求項８に記載の光スイッチ装置。
【請求項１０】
前記第１および第２のクラッドの各々は、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３からなる、請求項９に記載の光スイッチ装置。
【請求項１１】
前記第１および第２のクラッドの各々は、屈折率の温度依存性が前記光導波路を構成する材料の屈折率の温度依存性と逆極性である材料からなる、請求項９に記載の光スイッチ装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のクラッドの各々は、透明ナノ粒子シリカを含むポリイミドからなる、請求項１１に記載の光スイッチ装置。
【請求項１３】
前記切換電圧印加回路は、前記光共振器を介して前記第１の光導波路から前記第２の光導波路へ前記導波光を伝搬させるとき、０Ｖからなる切換電圧を前記電極に印加し、前記光共振器を介して前記第１の光導波路から前記第２の光導波路へ前記導波光を伝搬させないとき、０Ｖ以外の電圧からなる切換電圧を前記電極に印加する、請求項１に記載の光スイッチ装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の光スイッチ装置を備える、光集積回路装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
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【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１０−１７５７４３（Ｐ２０１０−１７５７４３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７２３５（Ｐ２００９−１７２３５）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
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