光学素子及び光スイッチ
【課題】 電気光学効果膜における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光学素子を実現する。
【解決手段】 光導波路４のコア層１２において、反強誘電体相転移点に対応した所定電圧を境界としてディジタル的に屈折率が大きく変化し、当該所定電圧の前後で屈折率がほぼ一定値となることを利用して、電圧制御手段６は、当該所定電圧の前後における第１の電圧と第２の電圧との２値で光導波路４における光の屈折率を制御する。
【解決手段】 光導波路４のコア層１２において、反強誘電体相転移点に対応した所定電圧を境界としてディジタル的に屈折率が大きく変化し、当該所定電圧の前後で屈折率がほぼ一定値となることを利用して、電圧制御手段６は、当該所定電圧の前後における第１の電圧と第２の電圧との２値で光導波路４における光の屈折率を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信及び光信号処理等の技術分野において用いられる光学素子及び光スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信における伝送帯域は増大の一途を辿り、波長多重化技術の進展と相俟って、高速化・大容量化が進行している。基幹通信ネットワークにおける光ファイバ網のハードウェア・インフラを構築するためには、光信号の送信先を切り替える、光スイッチが必要とされている。この光スイッチとしては、単一モードの光ファイバで利用可能であるものが必要とされている。そのためには、光の分極方向であるＴＥモード及びＴＭモードの偏光に依らずに光を交換することを要する。この要求に応えるべく、微少な鏡を動かして光を切り替える、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等の機械駆動方式や、熱を加えることにより屈折率を変化させて光の進行方向を切り替える熱光学方式等が開発されてきた。
【０００３】
しかしながら、これらの機械駆動方式や熱駆動方式では、光信号の送信先の切り替えに要する時間がミリ秒（ｍｓｅｃ）オーダーと比較的長く、切り替えの限界速度が遅いという問題がある。ネットワークにおける高速化は更に進んでおり、高速な光スイッチが切望されていた。
【０００４】
そこで、高速に屈折率を変化させる方法として、電気光学効果を利用した方式（電気光学効果方式）がある。この電気光学効果方式を利用すれば、ナノ秒（ｎｓｅｃ）〜マイクロ秒（μｓｅｃ）オーダーの極短時間で屈折率を変化させることができるため、極めて高速に駆動する光スイッチが実現される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７７２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気光学効果方式の光スイッチにおいて屈折率を変化させるには、光が通過する電気光学効果膜に可変の電圧を印加し、この電圧値を調節することにより屈折率を制御する。
しかしながら、光スイッチを構成する光学素子の材料、要素部分の寸法誤差、実装時の寄生容量などに起因して、電気光学効果膜への印加電圧と屈折率変化量との関係を一意に決定することができず、装置ごとに厳格な調整が必要となり、製品の歩留まり低下を惹起し、装置の更なる小型化の要請を阻害する主原因の１つとなっている。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、電気光学効果膜における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光学素子及びこの光学素子を適用した光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学素子は、基板と、前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段とを含み、前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御する。
【０００９】
本発明の光学素子は、基板と、前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段とを含み、印加電圧に対して略一定の屈折率となる第１の電圧領域と、印加電圧に対して屈折率が急激に変化する第２の電圧領域とを有する。
【００１０】
本発明の光スイッチは、少なくとも１層の前記電気光学効果膜を有して構成された光導波路と、前記光導波路上の一端に並列して形成されており、光信号を入力する複数の入力チャネルと、前記光導波路上の他端に並列して形成されており、光信号を出力する複数の出力チャネルと、前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して、前記入力チャネルに入力した光の屈折率を制御する電圧制御手段とを含み、前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電気光学効果膜における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光学素子及びこの光学素子を適用した光スイッチが実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
−本発明の基本骨子−
本発明の基本骨子を説明するにあたり、先ず、本発明の比較例について説明する。この比較例は、言わばアナログ的性質を有する電気光学効果膜による屈折率の制御方法である。この場合、図１（ａ）に示すように、電気光学効果膜を有する光導波路の上下に設けられた一対の電極（図示の便宜上、上部電極のみ示す）に印加する電圧を調節する。このとき、図１（ｂ）に示すように、連続的に変化する印加電圧に対応して連続的に変化し、各屈折率に対応した所望の出力チャネルへ出力する。このように、印加電圧に対して屈折率がアナログ的に変化し、印加電圧の微小な変化が屈折率に影響するため、光学素子の材料、要素部分の寸法誤差、実装時の寄生容量などに起因して、電気光学効果膜への印加電圧と屈折率変化量との関係を一意に決定することができない。
【００１３】
そこで、印加電圧をフィードバック制御することも考えられる。
図２に示すように、上部電極を一対のプリズム電極で構成し、プリズム電極１０１ａの電圧を高くすることにより負方向へ光を偏光し、プリズム型電極１０１ｂの電圧を高くすることでにより正方向へ光を偏光する。このように、プリズム型電極１０１ａ，１０１ｂに印加する電圧を微調整して出力位置を調節する。しかしながら、上記のようなトラッキング制御においては、２つのプリズム電極をそれぞれ制御することが必要であり、制御が複雑となることや、トラッキング制御のための微調整機構を設ける必要がある等の問題がある。
【００１４】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を積み重ねた結果、電気光学効果膜の材料を反強誘電体とし、この電気光学効果膜の言わばディジタル的性質を利用して、極めて簡素な構成で電気光学効果膜における屈折率を確実に制御とする手法を案出し、装置ごとの微調整や微調整機構のような煩雑な作業や複雑な付加部材を必要としない光学素子及びこの光学素子を適用した光スイッチに想到した。
【００１５】
反強誘電体として代表的なＰｂＺｒＴｉＯ3を材料に用いて、Ｎｂ１％ドープのＳｒＴｉＯ3基板上に形成した電気光学効果膜における光の屈折率変化を調べた。結果を図３に示す。ここでは、光の伝搬方向に電界成分を持たないＴＥモードと、光の伝搬方向に磁界成分を持たないＴＭモードとについて屈折率変化が図示されている。横軸が印加電場（Ｖ／μｍ）、縦軸が負方向の屈折率変化（Δｎ（×１０-3））をそれぞれ示す。
【００１６】
印加電場を大きくしてゆくと、３０Ｖ／μｍ程度までは屈折率にさほど変化が見られず略一定の値を示す。ところが、３０Ｖ／μｍ程度以上の電場を印加すると屈折率は急激に減少し、４０Ｖ／μｍ程度以上では略一定の値となる。これは、反強誘電体に見られる常誘電状態から強誘電状態への相転移に伴う変化であり、３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の範囲内に反強誘電体相転移点が存在すると考えられる（実際には、反強誘電体相転移点は、ある程度の拡がりを持つ反強誘電体相転移範囲として存在すると考えられる。）。印加電場を０Ｖ／μｍにすると、ほぼ電場印加前の屈折率へと戻る。
【００１７】
本発明では、反強誘電体の示す上記の振る舞いをディジタル的に捉え、上記の例では３０Ｖ／μｍ程度を境界値とした屈折率が略一定の２つの領域を利用する。図４は、本発明による制御方法を示す概念図である。ここで、横軸が印加電圧、縦軸が光偏向に対応した出力チャネルをそれぞれ表す。図４では便宜上、３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の範囲を反強誘電体相転移点に対応した一点として理想化した場合を図示する。このように、印加電圧の連続的な変化に対し、反強誘電体相転移点に対応した所定電圧近傍でディジタル的に屈折率が大きく変化する。図４と共に図３を用いて説明すれば、印加電場が３０Ｖ／μｍ程度以下（第１の電圧領域）である場合には屈折率は殆ど変化せず、ほぼ直進光となる。印加電場が３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の範囲（第２の電圧領域）で屈折率は急激に変化する。そして、印加電場が４０Ｖ／μｍ程度以上である場合には殆ど一定の屈折率を示し、ほぼ一定に偏向する。即ち、反強誘電体相転移点を含む３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の範囲を言わば境界領域として、当該境界領域の前後で屈折率がディジタル的に大きく変化する。本発明では、屈折率が殆ど変化しない３０Ｖ／μｍ程度以下の印加電場に対応した電圧を第１の電圧（具体的には０Ｖ）、一定の屈折率を示す４０Ｖ／μｍ程度以上の印加電場に対応した電圧を第２の電圧とし、この２値の電圧で光を出力する出力チャネル（この例では２つの出力チャネル）を適宜選択する。
【００１８】
上記の例で３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の幅を境界領域とした３０Ｖ／μｍ程度以下の領域（領域Ａ）と４０Ｖ／μｍ程度以上の領域（領域Ｂ）との２つ領域では、それぞれ屈折率が相異なるほぼ一定値となるため、当該２つの領域Ａ，Ｂでは印加電圧の変化が屈折率に影響しない。従って、領域Ａ内で任意に第１の電圧（具体的には０Ｖ）を、領域Ｂ内で任意に第２の電圧をそれぞれ設定することができ、印加電圧が第１の電圧及び第２の電圧から多少変動しても屈折率には影響しない。そのため、光学素子の材料、要素部分の寸法誤差、実装時の寄生容量などに起因することなく、電気光学効果膜への印加電圧と屈折率変化量との関係を一意に決定することができる。このように、屈折率変化をディジタル的に制御できることが可能であるため、装置ごとの微調整や印加電場のトラッキング制御機構等が不要となり、極めて簡素な構成で確実に所期の屈折率変化が得られる光学素子が実現する。この技術を光スイッチに適用することにより、光信号を出力する（上記の例では２つの）出力チャネルを自在に正確に選択することが可能となり、装置の更なる小型化にも対応することができる。
【００１９】
なお、特許文献１には、光導波路のコア層の材料として、強誘電体または反強誘電体を用いる旨が開示されているが、反強誘電体からなるコア層の動作原理については何等の記載もなく、従って本発明を示唆するものではない。
【００２０】
−本発明を適用した具体的な諸実施形態−
以下、本発明を適用した具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
本実施形態では、本発明を光学素子である光偏向素子に適用した例を開示する。光偏向素子とは、入射光を所望の角度で偏向させて出力する光学素子である。
【００２２】
図５は、第１の実施形態による光偏向素子の主要構成を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）の線分Ｉ−Ｉに沿った断面図である。
この光偏向素子は、基板１上に形成された応力緩和層２と、応力緩和層２上に形成された下部電極３と、下部電極３上に積層された電気光学材料からなる光導波路４と、光導波路４を介して下部電極３と対向するように光導波路４上に設けられた上部電極５と、下部電極３と上部電極５との間に可変の電圧を印加する電圧制御手段６とを備えて構成されている。
【００２３】
基板１は、絶縁材料、ここではＳｒＴｉＯ3（ＳＴＯ）を主成分としており、例えばＮｂを１％含有するＳＴＯを材料として主成長面の結晶方位が（１００）となるように構成されている。
【００２４】
応力緩和層２は、ＰｂＭｇ0.5Ｗ0.5Ｏ3等の材料からなり、基板１に起因する光導波路４への応力を緩和する機能を有する。
下部電極３は、例えばＳｒＲｕＯ3、ＣａＲｕＯ3、ＬａＮｉＯ3、（ＬａxＳｒ1-x）ＣｏＯ3(０≦ｘ≦１)、及び（ＬａxＳｒ1-x）ＭｎＯ3(０≦ｘ≦１)から選ばれた少なくとも１種を主成分とする膜が少なくとも１層形成されてなるものであり、電圧制御手段６の一端と接続されている。
【００２５】
光導波路４は、いわゆるスラブ型導波路であり、電気光学効果膜が２層以上、ここでは３層積層されてなるものであり、具体的には、下部クラッド層１１と上部クラッド層１３との間に光路が形成されるコア層１２が挟持されて構成されている。本実施形態では、特にコア層１２が反強誘電体を材料として形成されている。具体的には、単純ペロブスカイト構造として、ＮａＮｂＯ3、ＰｂＺｒＯ3、Ｐｂ（Ｍｇ1/2Ｗ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｃｄ1/2Ｗ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｍｎ1/2Ｒｅ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｌｕ1/2Ｎｂ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｌａ1/2Ｔａ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｍｎ2/3Ｗ1/3）xＯ3、（１−ｘ）ＮａＴａＯ3・ｘＫＮｂＯ3(０．４≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3・ｘＫＴａＯ3(０≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘＮａＮｂＯ3(０≦ｘ≦０．１，０．８≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3・ｘ（１／２ＰｂＮｂ2Ｏ6）(０≦ｘ≦０．１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘＰｂＴｉＯ3(０≦ｘ≦０．１)、（１−ｘ）ＰｂＨｆＯ3・ｘＣａＨｆＯ3(０≦ｘ≦０．２)、（１−ｘ）（Ｎａ1/2Ｂｉ1/2）ＴｉＯ3・ｘＰｂＺｒＯ3(０．９≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘ（Ｋ1/2Ｂｉ1/2）ＺｒＯ3(０．４≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＴａＯ3・ｘＫＮｂＯ3(０．４≦ｘ≦１，０≦ｘ≦０．５)、ｘＰｂ（Ｆｅ2/3Ｕ1/3）Ｏ3・（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3(０≦ｘ≦０．１)、（Ｐｂ1-xＳｒx）（Ｔｉ1-yＺｒy）Ｏ3(０≦ｘ≦０．４，０．７≦ｙ≦１)、（１−ｘ）Ｐｂ（Ｔｉ1-yＺｒy）Ｏ3・ｘＬａＦｅＯ3(０≦ｘ≦０．２，０．７≦ｙ≦１)、（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）（Ｔｉ1/2（Ｚｒ1-xＳｎx）1/2）Ｏ3(０≦ｘ≦０．５)、０．９（Ｐｂ0.99（Ｔｉ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3・０．１（ｘＰｂ0.99（Ｓｎ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3・（１−ｘ）Ｐｂ0.99（Ｚｒ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3(０．５≦ｘ≦１)、Ｐｂ0.987（ＴｉxＺｒ0.975-xＮｂ0.025）Ｏ3(０．５≦ｘ≦１)、及び（Ｐｂ1-xＬａ(3/2)x）（Ｚｒ1-yＴｉy）(０≦ｘ≦０．３，０．８≦ｙ≦１)のうちから選ばれた少なくとも１種を含む材料からコア層１２が形成される。
【００２６】
コア層１２の反強誘電体材料としては、タングステンブロンズ構造のものでも良い。具体的には、（Ｐｂ1-xＢａx）Ｎｂ2Ｏ6（０≦ｘ≦０．４）、（１−ｘ）（ＰｂＮｂ2Ｏ6）・２ｘＰｂＴｉＯ3（０≦ｘ≦０．１）、及びＢａ1-xＣａxＮｂ2Ｏ6（０≦ｘ≦０．６）のうちから選ばれた少なくとも１種を含む材料からコア層１２を形成しても好適である。
【００２７】
下部及び下層クラッド層１１，１３は、例えば（ＰｂＬａ）ＺｒＯ3を材料として形成される。ここで、（ＰｂＬａ）ＺｒＯ3は、組成により、反強誘電体としての性質を帯びることもある。
【００２８】
上部電極５は、光導波路３上に例えば三角形状に形成されており、電圧制御手段６の他端と接続されている。
電圧制御手段６は、下部電極３と上部電極５との間に可変の電圧を印加し、光導波路４における光の屈折率を変化させて制御するものである。ここで、光導波路４のコア層１２において、反強誘電体相転移点に対応した所定電圧を境界（としてディジタル的に屈折率が大きく変化し、当該所定電圧の前後で屈折率がほぼ一定値となることを利用して、電圧制御手段６は、当該所定電圧の前後における第１の電圧と第２の電圧との２値で光導波路４における光の屈折率を制御する。なおこの場合、実際には、反強誘電体相転移点は、ある程度の幅（上記したＰｂＺｒＴｉＯ3の例では３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の範囲）のある境界領域内に存在するため、第１の電圧を当該境界領域の最小値以下の値、第２の電圧を当該幅の最大値以上の値とする。
【００２９】
ここで、本実施形態による光偏向素子の製造方法について説明する。
図６は、第１の実施形態による光偏向素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図６（ａ）に示すように、基板１上に応力緩和層２及び下部電極３を順次形成する。
具体的には、主成長面の結晶方位が（１００）であるＮｂ１％−ＳｒＴｉＯ3からなる基板１上に、例えばＰｂＭｇ0.5Ｗ0.5Ｏ3を材料としてスパッタ法により堆積し、膜厚１００ｎｍ程度の応力緩和層２を形成する。
次に、応力緩和層２上に、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＲｕＯ3、ＬａＮｉＯ3、（ＬａxＳｒ1-x）ＣｏＯ3(０≦ｘ≦１)、及び（ＬａxＳｒ1-x）ＭｎＯ3(０≦ｘ≦１)から選ばれた少なくとも１種を主材料とした少なくとも１層の膜を成膜し、これに所定の加工を施すことにより、下部電極３を形成する。
【００３０】
続いて、図６（ｂ）に示すように、下部電極３上に下部クラッド層１１、コア層１２、及び上部クラッド層１２を順次堆積し、光導波路３を形成する。
下部及び上部クラッド層１１，１３としては、材料を（ＰｂＬａ）ＺｒＯ3とし、ゾル−ゲル法により形成する。（ＰｂＬａ）ＺｒＯ3用のゾル−ゲル溶液としては、構成金属元素の有機化合物であるＰｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏ〔酢酸鉛〕、Ｌａ（ｉ−ＯＣ3Ｈ7）3〔ランタンイソプロポキシド〕、Ｚｒ（ＯＣ3Ｈ7）4〔ジルコニウムプロポキシド〕、及び安定剤としてのＣＨ3ＣＯＣＨ2ＣＯＣＨ3〔(２，４−ペンタンジオン)を溶剤であるＣＨ3Ｃ2Ｈ4ＯＨ〔２−メトキシエタノール〕で還流により合成する。
【００３１】
具体的に、（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）ＺｒＯ3組成を作製する場合には、Ｐｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏ／Ｌａ（ｉ−ＯＣ3Ｈ7）3のモル比を１０１／３とし、Ｚｒ（ＯＣ3Ｈ7）4のモル比を１００とすれば良い。
【００３２】
コア層１２としては、材料を反強誘電体のＰｂＺｒＯ3とし、ゾル−ゲル法により形成する。ＰｂＺｒＯ3用のゾル−ゲル溶液としては、構成金属元素の有機化合物であるＰｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏ〔酢酸鉛〕、Ｚｒ（ＯＣ3Ｈ7）4〔ジルコニウムプロポキシド〕、及び安定剤としてのＣＨ3ＣＯＣＨ2ＣＯＣＨ3〔(２，４−ペンタンジオン)を溶剤であるＣＨ3Ｃ2Ｈ4ＯＨ〔２−メトキシエタノール〕で還流により合成する。
【００３３】
以上の方法で作製したゾル−ゲル溶液を用いて、下部クラッド層１１、コア層１２及び上部クラッド層１２を順次積層し、光導波路４を形成する。
先ず、主成長面の結晶方位が（１００）であるＮｂ１％−ＳｒＴｉＯ3からなる基板１上に、（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）ＺｒＯ3組成のゾル−ゲル前駆体をスピンコート法で塗布する。次に、塗布されたゾル−ゲル前駆体をホットプレート上において例えば１４０℃で５分間、３５０℃で５分間のベークを行う。次に、赤外線炉を使用して、酸素雰囲気中において基板１を７００℃で焼成する。以上の工程により形成される膜は１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚となる。膜厚が例えば３μｍ程度となるまで上記の工程を繰り返し行い、（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）ＺｒＯ3組成の下部クラッド層１１を形成する。
【００３４】
続いて、下部クラッド層１１上にＰｂＺｒＯ3のゾル−ゲル前駆体をスピンコート法で塗布する。次に、塗布されたゾル−ゲル前駆体をホットプレート上において例えば１４０℃で５分間、３５０℃で５分間のベークを行う。次に、赤外線炉を使用して、酸素雰囲気中において基板１を７００℃で焼成する。以上の工程により形成される膜は１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚となる。膜厚が例えば４μｍ程度となるまで上記の工程を繰り返し行い、ＰｂＺｒＯ3からなるコア層１２を形成する。
【００３５】
続いて、コア層１２上に（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）ＺｒＯ3組成のゾル−ゲル前駆体をスピンコート法で塗布し、下部クラッド層１１と同様にして膜厚が４μｍ程度の上部クラッド層１２を形成する。
【００３６】
以上の工程を経て、下部クラッド層１１、コア層１２及び上部クラッド層１２からなる光導波路４が形成される。この光導波路４では、下部及び上部クラッド層１１，１３の屈折率が１．５５μｍの波長の光に対して２．１３となり、コア層１２の屈折率が１．５５μｍの波長の光に対して２．１６となり、下部及び上部クラッド層１１，１３とコア層１２との屈折率が異なる構造とされている。このように、下部及び上部クラッド層１１，１３よりもコア層１２の方が屈折率の高い構成とすることにより、コア層１２に導波光を集中させることができ、電極損失が小さくなるという利点がある。
【００３７】
続いて、上部クラッド層１３上に偏向電極４を形成する。
具体的には、図６（ｃ）に示すように、上部クラッド層１３上に、例えばＣｕ／Ｗ膜を三角形状にマスク蒸着することにより、上部電極５を形成する。
そして、下部電極３と上部電極５とに電圧制御手段６を接続し、本実施形態の光偏向素子を完成させる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、光導波路４における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光偏向素子が実現する。
【００３９】
（変形例）
ここで、第１の実施形態の変形例について説明する。
この変形例では、第１の実施形態と同様に光偏向素子を開示するが、上部電極が異なる点で相違する。なお、第１の実施形態による光偏向素子の構成部材と同一のものについては同符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図７は、第１の実施形態の変形例による光偏向素子の主要構成を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）の線分Ｉ−Ｉに沿った断面図である。
この光偏向素子は、基板１上に形成された応力緩和層２と、応力緩和層２上に積層された電気光学材料からなる光導波路４と、光導波路４上に設けられた上部電極７と、上部電極７に可変の電圧を印加する電圧制御手段６とを備えて構成されている。
【００４１】
本変形例の光偏向素子では、下部電極が設けられておらず、また基板１が非導電材料からなる。本変形例では、基板には絶縁材料を用いることが好ましいが、基板１は絶縁材料であるＳｒＴｉＯ3を主成分としており、問題はない。上部電極７は、図７（ｂ）に示すように、互いに平行な一対の帯状電極７ａ，７ｂから構成されており、帯状電極７ａ，７ｂが光の進行方向に対して傾斜する位置に配されている。この場合、電圧制御手段６の各接続端子は帯状電極７ａ，７ｂに接続される。電圧制御手段６により帯状電極７ａ，７ｂ間に電圧（上記したように２値の電圧）を印加すると、光導波路４の面内方向に電場が加わり、ＴＥモードとＴＭモードとで電場に対する変化量が等しくなり、屈折率に偏光依存のない光偏向素子が実現する。
【００４２】
以上説明したように、本変形例によれば、光導波路４における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光偏向素子が実現する。しかも、屈折率に偏光依存がないため、利便性に優れた光偏向素子である。
【００４３】
（第２の実施形態）
本実施形態では、本発明を適用した光スイッチの具体的構成を開示する。
図８は、第２の実施形態による光スイッチの概略構成を示す模式図であり、（ａ）が光スイッチの主要構成部のみの概略平面図、（ｂ）が（ａ）中の一点鎖線Ｉ−Ｉに沿った光スイッチの概略断面図である。なお、第１の実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明は省略する。また、図示の便宜上、図８（ｂ）では電圧制御手段６の記載を省略する。
【００４４】
本実施形態の光スイッチは、第１の実施形態による光偏向素子１０を入力部位及び出力部位にそれぞれ２つずつ並列に配設した構成を採る。
この光スイッチは、２×２配列の光スイッチであり、光偏向機構を備えた主要構成部２１と、主要構成部２１が配設されるチャネル形成部２２とを備えて構成されている。
【００４５】
チャネル形成部２２は、チャネル基板３１上にチャネル導波路３２が設けられて構成されている。
チャネル導波路３２は、下部クラッド層４１と上部クラッド層４３との間に、光路が形成されるコア層４２が挟持されており、光信号の入力チャネルＩ1，Ｉ2及び出力チャネルＯ1，Ｏ2を備えている。入力チャネルＩ1，Ｉ2は、それぞれ先端部位に信号光をコリメートするマイクロレンズ４４が設けられており、各々等間隔に並設されている。出力チャネルＯ1，Ｏ2も同様に、それぞれ後端部位にマイクロレンズ４４が設けられており、各々等間隔に並設されている。このチャネル導波路３２には、主要構成部２１が実装される溝４５が形成されており、チャネル基板３１表面の溝４５の底部に露出する部位には、各種配線層４６がパターン形成されている。
【００４６】
チャネル形成部２２においては、例えばＳｉからなるチャネル基板３１の表面を熱酸化して膜厚５μｍ程度のＳｉＯ2膜を形成した後、ＳｉＯ2膜の表面から３μｍ程度の深さまで例えばＧａをドープして、膜厚２μｍ程度の下部クラッド層４１及び膜厚２μｍ程度のコア層４２を形成する。その後、ゾル−ゲル法又はスパッタ法等により、コア層４２上に膜厚２μｍ程度のＳｉＯ2膜を形成し、上部クラッド層４３を形成する。そして、例えばＣＦ4系ガスをエッチングガスとして上部クラッド層４３、コア層４２及び下部クラッド層４１をドライエッチングし、溝４５をパターン形成する。
【００４７】
光スイッチ２０の主要構成部２１は、実質的に見れば、各入力チャネルＩ1，Ｉ2及び各出力チャネルＯ1，Ｏ2に対応して第１の実施形態による光偏向素子１０が光導波路３を共通としてそれぞれ配設された形に構成されている。
【００４８】
各光偏向素子１０は、素子基板１上に応力緩和層２及び下部電極３を介して光導波路４が設けられ、この光導波路４上に上部電極５が設けられて構成されている。即ち、光導波路３上に各入力チャネルＩ1，Ｉ2及び各出力チャネルＯ1，Ｏ2に対応してそれぞれ上部電極５が形成され、下部電極３と各上部電極５との間に可変の電圧（上記したように２値の電圧）を印加する電圧制御手段６が設けられて主要構成部２１が構成されている。ここで、入力チャネルの上部電極５は当該入力チャネルの光進行方向の前方に、出力チャネルの上部電極５は当該出力チャネルの光進行方向の後方にそれぞれ配されており、入力チャネル側と出力チャネル側とで上部電極５のプリズム形状が逆に設定されており、電圧制御手段６からの印加電圧による光の偏向方向の正負が入力チャネル側と出力チャネル側とで逆になる。
【００４９】
本実施形態の光スイッチにおける信号光の制御方法について図９を用いて説明する。図９では、図示の便宜上、電圧制御手段６の記載を省略する。
ここでは、入力チャネルＩ1から出力チャネルＯ1へ、入力チャネルＩ1から出力チャネルＯ2へ信号光を送る場合をそれぞれ例示する。
【００５０】
入力チャネルＩ1から出力チャネルＯ1へ信号光を送る場合には、電圧制御手段６から下部電極３と各上部電極５との間に電圧を印加せず（換言すれば、０Ｖの第１の電圧を印加することと同義）、これにより図中Ｌ1で示すように出力チャネルＯ1へ向かって信号光が直進する。
【００５１】
入力チャネルＩ1から出力チャネルＯ2へ信号光を送る場合には、電圧制御手段６から、下部電極３と入力チャネルＩ1の上部電極５との間に第２の電圧を印加するとともに、下部電極３と出力チャネルＩ2の上部電極５との間に第２の電圧を印加する。この電圧印加により、図中Ｌ2で示すように、入力チャネルＩ1の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が偏向し、出力チャネルＯ2へ向かうとともに、出力チャネルＯ2の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が逆方向へ偏向し、出力チャネルＯ2へ向かって信号光が直進する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、光導波路４における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光スイッチが実現する。
【００５３】
（変形例）
ここで、第２の実施形態の変形例について説明する。
この変形例では、第２の実施形態と同様に光スイッチを開示するが、複数の主要構成部を直列に接続してなる点で相違する。本変形例の光スイッチは、ｎを１以上の整数として、ｎ個の主要構成部が直列に接続されており、１段目の主要構成部には２個の入力チャネルが、ｎ段目の主要構成部には２ｎ個の出力チャネルがそれぞれ配されてなるものである。なお、第２の実施形態による光スイッチの構成部材と同一のものについては同符号を付して説明を省略する。
【００５４】
図９は、第２の実施形態の変形例による光スイッチの主要構成を示す概略平面図である。
ここでは、ｋ＝２の場合を例示する。即ちこの光スイッチは、第２の実施形態で開示した入力チャネル及び出力チャネルがそれぞれ２個ずつ設けられた２×２配列の主要構成部２１と、入力チャネル及び出力チャネルがそれぞれ４個ずつ設けられた４×４配列の主要構成部５１とが直列に接続されて構成されている。
【００５５】
主要構成部５１は、実質的に見れば、各入力チャネルＩ'1，Ｉ'2，Ｉ'3，Ｉ'4及び各出力チャネルＯ'1，Ｏ'2，Ｏ'3，Ｏ'4に対応して第１の実施形態による光偏向素子１０が光導波路３を共通としてそれぞれ配設された形に構成されている。
【００５６】
各光偏向素子１０は、素子基板１上に応力緩和層２及び下部電極３を介して光導波路４が設けられ、この光導波路４上に上部電極５が設けられて構成されている。即ち、光導波路３上に各入力チャネルＩ'1〜Ｉ'4及び各出力チャネルＯ'1〜Ｏ'4に対応してそれぞれ上部電極５が形成され、下部電極３と各上部電極５との間に可変の電圧（上記したように２値の電圧）を印加する電圧制御手段６が設けられて主要構成部５１が構成されている。ここで、入力チャネルの上部電極５は当該入力チャネルの光進行方向の前方に、出力チャネルの上部電極５は当該出力チャネルの光進行方向の後方にそれぞれ配されており、入力チャネル側と出力チャネル側とで上部電極５のプリズム形状が逆に設定されており、電圧制御手段６からの印加電圧による光の偏向方向の正負が入力チャネル側と出力チャネル側とで逆になる。
【００５７】
そして、主要構成部２１の出力チャネルＯ1，Ｏ2が主要構成部５１の入力チャネルＩ'2，Ｉ'3と一致するように、主要構成部２１と主要構成部５１とが接続されて光スイッチが構成される。
【００５８】
本変形例の光スイッチにおける信号光の制御方法について図１１を用いて説明する。図１１では、図示の便宜上、電圧制御手段６の記載を省略する。
ここでは、主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'2へ、主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'3へ、主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'4へ信号光を送る場合をそれぞれ例示する。
【００５９】
主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'2へ信号光を送る場合には、電圧制御手段６から下部電極３と主要構成部２１，５１の各上部電極５との間に電圧を印加せず（換言すれば、０Ｖの第１の電圧を印加することと同義）、これにより図中Ｌ1で示すように出力チャネルＯ'2へ向かって信号光が直進する。
【００６０】
主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'3へ信号光を送る場合には、主要構成部２１側については、電圧制御手段６から、下部電極３と入力チャネルＩ1の上部電極５との間に第２の電圧を印加するとともに、下部電極３と出力チャネルＯ2に対応する上部電極５との間に第２の電圧を印加する。この電圧印加により、図中Ｌ2で示すように、入力チャネルＩ1の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が偏向し、出力チャネルＯ2へ向かうとともに、出力チャネルＯ2に対応する上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が逆方向へ偏向し、出力チャネルＯ2、即ち主要構成部５１の入力チャネルＩ'2へ向かって信号光が直進する。
【００６１】
続いて、主要構成部５１側については、電圧制御手段６から下部電極３と各上部電極５との間に電圧を印加せず（換言すれば、０Ｖの第１の電圧を印加することと同義）、これにより図中Ｌ2で示すように出力チャネルＯ'3へ向かって信号光が直進する。
【００６２】
主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'4へ信号光を送る場合には、主要構成部２１側については、電圧制御手段６から、下部電極３と入力チャネルＩ1の上部電極５との間に第２の電圧を印加するとともに、下部電極３と出力チャネルＯ2に対応する上部電極５との間に第２の電圧を印加する。この電圧印加により、図中Ｌ3で示すように、入力チャネルＩ1の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が偏向し、出力チャネルＯ2へ向かうとともに、出力チャネルＯ2に対応する上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が逆方向へ偏向し、出力チャネルＯ2、即ち主要構成部５１の入力チャネルＩ'2へ向かって信号光が直進する。
【００６３】
続いて、主要構成部５１側については、電圧制御手段６から、下部電極３と入力チャネルＩ'2の上部電極５との間に第２の電圧を印加するとともに、下部電極３と出力チャネルＯ'4の上部電極５との間に第２の電圧を印加する。この電圧印加により、信号光Ｌ3は、入力チャネルＩ'2の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が偏向し、出力チャネルＯ'4へ向かうとともに、出力チャネルＯ'4の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が逆方向へ偏向し、出力チャネルＯ'4へ向かって直進する。
【００６４】
このように、主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'4へ信号光を送る場合には、光スイッチ全体としてみれば、電圧制御手段６により２値の電圧を制御するのみで、入力チャネルＩ1から出力チャネルＯ'4へ、１つの主要構成部で第２の電圧を印加した場合の２倍に相当する光偏向を得ることができ、実質的には４×４配列の光スイッチが実現することになる。
【００６５】
以上説明したように、本変形例によれば、光導波路４における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光スイッチが実現する。しかもこの場合、主要構成部の接続数に応じて大きな光偏向が得られ、２値の電圧を制御するのみで２ｋ×２ｋ配列の光スイッチが実現する。
【００６６】
なお、本変形例において、主要構成部２１と主要構成部５１とで反強誘電体相転移点となる電圧が異なる反強誘電体材料から各コア層１２を形成しても良い。この構成により、更に大きな光偏向を得たり、きめ細かい光偏向制御を得ることができる光スイッチが実現する。
【００６７】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００６８】
（付記１）基板と、
前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御することを特徴とする光学素子。
【００６９】
（付記２）基板と、
前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
印加電圧に対して略一定の屈折率となる第１の電圧領域と、印加電圧に対して屈折率が急激に変化する第２の電圧領域とを有することを特徴とする光学素子。
【００７０】
（付記３）前記基板は、ＳｒＴｉＯ3を主成分とする材料からなることを特徴とする付記１又は２に記載の光学素子。
【００７１】
（付記４）前記電気光学効果膜は、前記基板の結晶方位にエピタキシャル成長されてなることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７２】
（付記５）少なくとも１層の前記電気光学効果膜を含む光導波路が構成されていることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７３】
（付記６）前記光導波路は、前記電気光学効果膜からなるコア層を強誘電体材料からなる下部及び上部クラッド層により挟持してなり、前記コア層と前記クラッド層との屈折率が異なることを特徴とする付記５に記載の光学素子。
【００７４】
（付記７）前記基板と前記電気光学効果膜との間に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための下部電極が設けられていることを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７５】
（付記８）前記下部電極は、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＲｕＯ3、ＬａＮｉＯ3、（ＬａxＳｒ1-x）ＣｏＯ3(０≦ｘ≦１)、及び（ＬａxＳｒ1-x）ＭｎＯ3(０≦ｘ≦１)から選ばれた少なくとも１種を主成分とする膜が少なくとも１層形成されてなるものであることを特徴とする付記７に記載の光学素子。
【００７６】
（付記９）前記電気光学効果膜上に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための上部電極が設けられていることを特徴とする付記１〜８のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７７】
（付記１０）前記電気光学効果膜上に、前記電圧制御手段により電圧が印加される一対の電極が設けられていることを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７８】
（付記１１）前記電気光学効果膜は、単純ペロブスカイト構造を有することを特徴とする付記１〜１０のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７９】
（付記１２）前記単純ペロブスカイト構造は、ＮａＮｂＯ3、ＰｂＺｒＯ3、Ｐｂ（Ｍｇ1/2Ｗ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｃｄ1/2Ｗ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｍｎ1/2Ｒｅ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｌｕ1/2Ｎｂ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｌａ1/2Ｔａ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｍｎ2/3Ｗ1/3）xＯ3、（１−ｘ）ＮａＴａＯ3・ｘＫＮｂＯ3(０．４≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3・ｘＫＴａＯ3(０≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘＮａＮｂＯ3(０≦ｘ≦０．１，０．８≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3・ｘ（１／２ＰｂＮｂ2Ｏ6）(０≦ｘ≦０．１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘＰｂＴｉＯ3(０≦ｘ≦０．１)、（１−ｘ）ＰｂＨｆＯ3・ｘＣａＨｆＯ3(０≦ｘ≦０．２)、（１−ｘ）（Ｎａ1/2Ｂｉ1/2）ＴｉＯ3・ｘＰｂＺｒＯ3(０．９≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘ（Ｋ1/2Ｂｉ1/2）ＺｒＯ3(０．４≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＴａＯ3・ｘＫＮｂＯ3(０．４≦ｘ≦１，０≦ｘ≦０．５)、ｘＰｂ（Ｆｅ2/3Ｕ1/3）Ｏ3・（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3(０≦ｘ≦０．１)、（Ｐｂ1-xＳｒx）（Ｔｉ1-yＺｒy）Ｏ3(０≦ｘ≦０．４，０．７≦ｙ≦１)、（１−ｘ）Ｐｂ（Ｔｉ1-yＺｒy）Ｏ3・ｘＬａＦｅＯ3(０≦ｘ≦０．２，０．７≦ｙ≦１)、（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）（Ｔｉ1/2（Ｚｒ1-xＳｎx）1/2）Ｏ3(０≦ｘ≦０．５)、０．９（Ｐｂ0.99（Ｔｉ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3・０．１（ｘＰｂ0.99（Ｓｎ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3・（１−ｘ）Ｐｂ0.99（Ｚｒ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3(０．５≦ｘ≦１)、Ｐｂ0.987（ＴｉxＺｒ0.975-xＮｂ0.025）Ｏ3(０．５≦ｘ≦１)、及び（Ｐｂ1-xＬａ(3/2)x）（Ｚｒ1-yＴｉy）(０≦ｘ≦０．３，０．８≦ｙ≦１)のうちから選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする付記１１に記載の光学素子。
【００８０】
（付記１３）前記電気光学効果膜は、少なくとも１層がタングステンブロンズ構造を有することを特徴とする付記１〜１０のいずれか１項に記載の光学素子。
【００８１】
（付記１４）前記タングステンブロンズ構造は、（Ｐｂ1-xＢａx）Ｎｂ2Ｏ6（０≦ｘ≦０．４）、（１−ｘ）（ＰｂＮｂ2Ｏ6）・２ｘＰｂＴｉＯ3（０≦ｘ≦０．１）、及びＢａ1-xＣａxＮｂ2Ｏ6（０≦ｘ≦０．６）のうちから選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする付記１３に記載の光学素子。
【００８２】
（付記１５）少なくとも１層の前記電気光学効果膜を有して構成された光導波路と、
前記光導波路上の一端に並列して形成されており、光信号を入力する複数の入力チャネルと、
前記光導波路上の他端に並列して形成されており、光信号を出力する複数の出力チャネルと、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して、前記入力チャネルに入力した光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御することを特徴とする光スイッチ。
【００８３】
（付記１６）前記基板と前記光導波路との間に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための下部電極が設けられていることを特徴とする付記１５に記載の光スイッチ。
【００８４】
（付記１７）前記光導波路上に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための上部電極が設けられていることを特徴とする付記１５又は１６に記載の光スイッチ。
【００８５】
（付記１８）前記光導波路上に、前記電圧制御手段により電圧が印加される一対の電極が設けられていることを特徴とする付記１５に記載の光スイッチ。
【００８６】
（付記１９）ｎを１以上の整数として、
ｎ個の前記光導波路が直列に接続されており、１段目の前記光導波路には２個の前記入力チャネルが、ｎ段目の前記光導波路には２ｎ個の前記出力チャネルがそれぞれ配されてなることを特徴とする付記１５〜１８のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の比較例による制御方法を示す特性図である。
【図２】印加電圧をフィードバック制御する様子を示す模式図である。
【図３】反強誘電体の電気光学効果膜に電場（電圧）を印加した際の光の屈折率変化を示す特性図である。
【図４】本発明による制御方法を示す概念図である。
【図５】第１の実施形態による光偏向素子の主要構成を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態による光偏向素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図７】第１の実施形態の変形例による光偏向素子の主要構成を示す模式図である。
【図８】第２の実施形態による光スイッチの概略構成を示す模式図である。
【図９】第２の実施形態による光スイッチを用いた信号光の制御方法を説明するための概略平面図である。
【図１０】第２の実施形態の変形例による光スイッチの主要構成を示す概略平面図である。
【図１１】第２の実施形態の変形例による光スイッチを用いた信号光の制御方法を説明するための概略平面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１ 基板
２ 応力緩和層
３ 下部電極
４ 光導波路
５，７ 上部電極
６ 電圧制御手段
１１，４１ 下部クラッド層
１２，４２ コア層
１３，４３ 上部クラッド層
２０ 光スイッチ
２１，５１ 主要構成部
２２ チャネル形成部
３１ チャネル基板
３２ チャネル導波路
４４ マイクロレンズ
４５ 溝
４６ 配線層
４７ 半田ボール
Ｉ1，Ｉ2，Ｉ'1〜'4 入力チャネル
Ｏ1〜Ｏ4 出力チャネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信及び光信号処理等の技術分野において用いられる光学素子及び光スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信における伝送帯域は増大の一途を辿り、波長多重化技術の進展と相俟って、高速化・大容量化が進行している。基幹通信ネットワークにおける光ファイバ網のハードウェア・インフラを構築するためには、光信号の送信先を切り替える、光スイッチが必要とされている。この光スイッチとしては、単一モードの光ファイバで利用可能であるものが必要とされている。そのためには、光の分極方向であるＴＥモード及びＴＭモードの偏光に依らずに光を交換することを要する。この要求に応えるべく、微少な鏡を動かして光を切り替える、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等の機械駆動方式や、熱を加えることにより屈折率を変化させて光の進行方向を切り替える熱光学方式等が開発されてきた。
【０００３】
しかしながら、これらの機械駆動方式や熱駆動方式では、光信号の送信先の切り替えに要する時間がミリ秒（ｍｓｅｃ）オーダーと比較的長く、切り替えの限界速度が遅いという問題がある。ネットワークにおける高速化は更に進んでおり、高速な光スイッチが切望されていた。
【０００４】
そこで、高速に屈折率を変化させる方法として、電気光学効果を利用した方式（電気光学効果方式）がある。この電気光学効果方式を利用すれば、ナノ秒（ｎｓｅｃ）〜マイクロ秒（μｓｅｃ）オーダーの極短時間で屈折率を変化させることができるため、極めて高速に駆動する光スイッチが実現される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７７２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気光学効果方式の光スイッチにおいて屈折率を変化させるには、光が通過する電気光学効果膜に可変の電圧を印加し、この電圧値を調節することにより屈折率を制御する。
しかしながら、光スイッチを構成する光学素子の材料、要素部分の寸法誤差、実装時の寄生容量などに起因して、電気光学効果膜への印加電圧と屈折率変化量との関係を一意に決定することができず、装置ごとに厳格な調整が必要となり、製品の歩留まり低下を惹起し、装置の更なる小型化の要請を阻害する主原因の１つとなっている。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、電気光学効果膜における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光学素子及びこの光学素子を適用した光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学素子は、基板と、前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段とを含み、前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御する。
【０００９】
本発明の光学素子は、基板と、前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段とを含み、印加電圧に対して略一定の屈折率となる第１の電圧領域と、印加電圧に対して屈折率が急激に変化する第２の電圧領域とを有する。
【００１０】
本発明の光スイッチは、少なくとも１層の前記電気光学効果膜を有して構成された光導波路と、前記光導波路上の一端に並列して形成されており、光信号を入力する複数の入力チャネルと、前記光導波路上の他端に並列して形成されており、光信号を出力する複数の出力チャネルと、前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して、前記入力チャネルに入力した光の屈折率を制御する電圧制御手段とを含み、前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電気光学効果膜における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光学素子及びこの光学素子を適用した光スイッチが実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
−本発明の基本骨子−
本発明の基本骨子を説明するにあたり、先ず、本発明の比較例について説明する。この比較例は、言わばアナログ的性質を有する電気光学効果膜による屈折率の制御方法である。この場合、図１（ａ）に示すように、電気光学効果膜を有する光導波路の上下に設けられた一対の電極（図示の便宜上、上部電極のみ示す）に印加する電圧を調節する。このとき、図１（ｂ）に示すように、連続的に変化する印加電圧に対応して連続的に変化し、各屈折率に対応した所望の出力チャネルへ出力する。このように、印加電圧に対して屈折率がアナログ的に変化し、印加電圧の微小な変化が屈折率に影響するため、光学素子の材料、要素部分の寸法誤差、実装時の寄生容量などに起因して、電気光学効果膜への印加電圧と屈折率変化量との関係を一意に決定することができない。
【００１３】
そこで、印加電圧をフィードバック制御することも考えられる。
図２に示すように、上部電極を一対のプリズム電極で構成し、プリズム電極１０１ａの電圧を高くすることにより負方向へ光を偏光し、プリズム型電極１０１ｂの電圧を高くすることでにより正方向へ光を偏光する。このように、プリズム型電極１０１ａ，１０１ｂに印加する電圧を微調整して出力位置を調節する。しかしながら、上記のようなトラッキング制御においては、２つのプリズム電極をそれぞれ制御することが必要であり、制御が複雑となることや、トラッキング制御のための微調整機構を設ける必要がある等の問題がある。
【００１４】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を積み重ねた結果、電気光学効果膜の材料を反強誘電体とし、この電気光学効果膜の言わばディジタル的性質を利用して、極めて簡素な構成で電気光学効果膜における屈折率を確実に制御とする手法を案出し、装置ごとの微調整や微調整機構のような煩雑な作業や複雑な付加部材を必要としない光学素子及びこの光学素子を適用した光スイッチに想到した。
【００１５】
反強誘電体として代表的なＰｂＺｒＴｉＯ3を材料に用いて、Ｎｂ１％ドープのＳｒＴｉＯ3基板上に形成した電気光学効果膜における光の屈折率変化を調べた。結果を図３に示す。ここでは、光の伝搬方向に電界成分を持たないＴＥモードと、光の伝搬方向に磁界成分を持たないＴＭモードとについて屈折率変化が図示されている。横軸が印加電場（Ｖ／μｍ）、縦軸が負方向の屈折率変化（Δｎ（×１０-3））をそれぞれ示す。
【００１６】
印加電場を大きくしてゆくと、３０Ｖ／μｍ程度までは屈折率にさほど変化が見られず略一定の値を示す。ところが、３０Ｖ／μｍ程度以上の電場を印加すると屈折率は急激に減少し、４０Ｖ／μｍ程度以上では略一定の値となる。これは、反強誘電体に見られる常誘電状態から強誘電状態への相転移に伴う変化であり、３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の範囲内に反強誘電体相転移点が存在すると考えられる（実際には、反強誘電体相転移点は、ある程度の拡がりを持つ反強誘電体相転移範囲として存在すると考えられる。）。印加電場を０Ｖ／μｍにすると、ほぼ電場印加前の屈折率へと戻る。
【００１７】
本発明では、反強誘電体の示す上記の振る舞いをディジタル的に捉え、上記の例では３０Ｖ／μｍ程度を境界値とした屈折率が略一定の２つの領域を利用する。図４は、本発明による制御方法を示す概念図である。ここで、横軸が印加電圧、縦軸が光偏向に対応した出力チャネルをそれぞれ表す。図４では便宜上、３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の範囲を反強誘電体相転移点に対応した一点として理想化した場合を図示する。このように、印加電圧の連続的な変化に対し、反強誘電体相転移点に対応した所定電圧近傍でディジタル的に屈折率が大きく変化する。図４と共に図３を用いて説明すれば、印加電場が３０Ｖ／μｍ程度以下（第１の電圧領域）である場合には屈折率は殆ど変化せず、ほぼ直進光となる。印加電場が３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の範囲（第２の電圧領域）で屈折率は急激に変化する。そして、印加電場が４０Ｖ／μｍ程度以上である場合には殆ど一定の屈折率を示し、ほぼ一定に偏向する。即ち、反強誘電体相転移点を含む３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の範囲を言わば境界領域として、当該境界領域の前後で屈折率がディジタル的に大きく変化する。本発明では、屈折率が殆ど変化しない３０Ｖ／μｍ程度以下の印加電場に対応した電圧を第１の電圧（具体的には０Ｖ）、一定の屈折率を示す４０Ｖ／μｍ程度以上の印加電場に対応した電圧を第２の電圧とし、この２値の電圧で光を出力する出力チャネル（この例では２つの出力チャネル）を適宜選択する。
【００１８】
上記の例で３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の幅を境界領域とした３０Ｖ／μｍ程度以下の領域（領域Ａ）と４０Ｖ／μｍ程度以上の領域（領域Ｂ）との２つ領域では、それぞれ屈折率が相異なるほぼ一定値となるため、当該２つの領域Ａ，Ｂでは印加電圧の変化が屈折率に影響しない。従って、領域Ａ内で任意に第１の電圧（具体的には０Ｖ）を、領域Ｂ内で任意に第２の電圧をそれぞれ設定することができ、印加電圧が第１の電圧及び第２の電圧から多少変動しても屈折率には影響しない。そのため、光学素子の材料、要素部分の寸法誤差、実装時の寄生容量などに起因することなく、電気光学効果膜への印加電圧と屈折率変化量との関係を一意に決定することができる。このように、屈折率変化をディジタル的に制御できることが可能であるため、装置ごとの微調整や印加電場のトラッキング制御機構等が不要となり、極めて簡素な構成で確実に所期の屈折率変化が得られる光学素子が実現する。この技術を光スイッチに適用することにより、光信号を出力する（上記の例では２つの）出力チャネルを自在に正確に選択することが可能となり、装置の更なる小型化にも対応することができる。
【００１９】
なお、特許文献１には、光導波路のコア層の材料として、強誘電体または反強誘電体を用いる旨が開示されているが、反強誘電体からなるコア層の動作原理については何等の記載もなく、従って本発明を示唆するものではない。
【００２０】
−本発明を適用した具体的な諸実施形態−
以下、本発明を適用した具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
本実施形態では、本発明を光学素子である光偏向素子に適用した例を開示する。光偏向素子とは、入射光を所望の角度で偏向させて出力する光学素子である。
【００２２】
図５は、第１の実施形態による光偏向素子の主要構成を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）の線分Ｉ−Ｉに沿った断面図である。
この光偏向素子は、基板１上に形成された応力緩和層２と、応力緩和層２上に形成された下部電極３と、下部電極３上に積層された電気光学材料からなる光導波路４と、光導波路４を介して下部電極３と対向するように光導波路４上に設けられた上部電極５と、下部電極３と上部電極５との間に可変の電圧を印加する電圧制御手段６とを備えて構成されている。
【００２３】
基板１は、絶縁材料、ここではＳｒＴｉＯ3（ＳＴＯ）を主成分としており、例えばＮｂを１％含有するＳＴＯを材料として主成長面の結晶方位が（１００）となるように構成されている。
【００２４】
応力緩和層２は、ＰｂＭｇ0.5Ｗ0.5Ｏ3等の材料からなり、基板１に起因する光導波路４への応力を緩和する機能を有する。
下部電極３は、例えばＳｒＲｕＯ3、ＣａＲｕＯ3、ＬａＮｉＯ3、（ＬａxＳｒ1-x）ＣｏＯ3(０≦ｘ≦１)、及び（ＬａxＳｒ1-x）ＭｎＯ3(０≦ｘ≦１)から選ばれた少なくとも１種を主成分とする膜が少なくとも１層形成されてなるものであり、電圧制御手段６の一端と接続されている。
【００２５】
光導波路４は、いわゆるスラブ型導波路であり、電気光学効果膜が２層以上、ここでは３層積層されてなるものであり、具体的には、下部クラッド層１１と上部クラッド層１３との間に光路が形成されるコア層１２が挟持されて構成されている。本実施形態では、特にコア層１２が反強誘電体を材料として形成されている。具体的には、単純ペロブスカイト構造として、ＮａＮｂＯ3、ＰｂＺｒＯ3、Ｐｂ（Ｍｇ1/2Ｗ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｃｄ1/2Ｗ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｍｎ1/2Ｒｅ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｌｕ1/2Ｎｂ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｌａ1/2Ｔａ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｍｎ2/3Ｗ1/3）xＯ3、（１−ｘ）ＮａＴａＯ3・ｘＫＮｂＯ3(０．４≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3・ｘＫＴａＯ3(０≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘＮａＮｂＯ3(０≦ｘ≦０．１，０．８≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3・ｘ（１／２ＰｂＮｂ2Ｏ6）(０≦ｘ≦０．１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘＰｂＴｉＯ3(０≦ｘ≦０．１)、（１−ｘ）ＰｂＨｆＯ3・ｘＣａＨｆＯ3(０≦ｘ≦０．２)、（１−ｘ）（Ｎａ1/2Ｂｉ1/2）ＴｉＯ3・ｘＰｂＺｒＯ3(０．９≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘ（Ｋ1/2Ｂｉ1/2）ＺｒＯ3(０．４≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＴａＯ3・ｘＫＮｂＯ3(０．４≦ｘ≦１，０≦ｘ≦０．５)、ｘＰｂ（Ｆｅ2/3Ｕ1/3）Ｏ3・（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3(０≦ｘ≦０．１)、（Ｐｂ1-xＳｒx）（Ｔｉ1-yＺｒy）Ｏ3(０≦ｘ≦０．４，０．７≦ｙ≦１)、（１−ｘ）Ｐｂ（Ｔｉ1-yＺｒy）Ｏ3・ｘＬａＦｅＯ3(０≦ｘ≦０．２，０．７≦ｙ≦１)、（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）（Ｔｉ1/2（Ｚｒ1-xＳｎx）1/2）Ｏ3(０≦ｘ≦０．５)、０．９（Ｐｂ0.99（Ｔｉ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3・０．１（ｘＰｂ0.99（Ｓｎ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3・（１−ｘ）Ｐｂ0.99（Ｚｒ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3(０．５≦ｘ≦１)、Ｐｂ0.987（ＴｉxＺｒ0.975-xＮｂ0.025）Ｏ3(０．５≦ｘ≦１)、及び（Ｐｂ1-xＬａ(3/2)x）（Ｚｒ1-yＴｉy）(０≦ｘ≦０．３，０．８≦ｙ≦１)のうちから選ばれた少なくとも１種を含む材料からコア層１２が形成される。
【００２６】
コア層１２の反強誘電体材料としては、タングステンブロンズ構造のものでも良い。具体的には、（Ｐｂ1-xＢａx）Ｎｂ2Ｏ6（０≦ｘ≦０．４）、（１−ｘ）（ＰｂＮｂ2Ｏ6）・２ｘＰｂＴｉＯ3（０≦ｘ≦０．１）、及びＢａ1-xＣａxＮｂ2Ｏ6（０≦ｘ≦０．６）のうちから選ばれた少なくとも１種を含む材料からコア層１２を形成しても好適である。
【００２７】
下部及び下層クラッド層１１，１３は、例えば（ＰｂＬａ）ＺｒＯ3を材料として形成される。ここで、（ＰｂＬａ）ＺｒＯ3は、組成により、反強誘電体としての性質を帯びることもある。
【００２８】
上部電極５は、光導波路３上に例えば三角形状に形成されており、電圧制御手段６の他端と接続されている。
電圧制御手段６は、下部電極３と上部電極５との間に可変の電圧を印加し、光導波路４における光の屈折率を変化させて制御するものである。ここで、光導波路４のコア層１２において、反強誘電体相転移点に対応した所定電圧を境界（としてディジタル的に屈折率が大きく変化し、当該所定電圧の前後で屈折率がほぼ一定値となることを利用して、電圧制御手段６は、当該所定電圧の前後における第１の電圧と第２の電圧との２値で光導波路４における光の屈折率を制御する。なおこの場合、実際には、反強誘電体相転移点は、ある程度の幅（上記したＰｂＺｒＴｉＯ3の例では３０Ｖ／μｍ程度〜４０Ｖ／μｍ程度の範囲）のある境界領域内に存在するため、第１の電圧を当該境界領域の最小値以下の値、第２の電圧を当該幅の最大値以上の値とする。
【００２９】
ここで、本実施形態による光偏向素子の製造方法について説明する。
図６は、第１の実施形態による光偏向素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図６（ａ）に示すように、基板１上に応力緩和層２及び下部電極３を順次形成する。
具体的には、主成長面の結晶方位が（１００）であるＮｂ１％−ＳｒＴｉＯ3からなる基板１上に、例えばＰｂＭｇ0.5Ｗ0.5Ｏ3を材料としてスパッタ法により堆積し、膜厚１００ｎｍ程度の応力緩和層２を形成する。
次に、応力緩和層２上に、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＲｕＯ3、ＬａＮｉＯ3、（ＬａxＳｒ1-x）ＣｏＯ3(０≦ｘ≦１)、及び（ＬａxＳｒ1-x）ＭｎＯ3(０≦ｘ≦１)から選ばれた少なくとも１種を主材料とした少なくとも１層の膜を成膜し、これに所定の加工を施すことにより、下部電極３を形成する。
【００３０】
続いて、図６（ｂ）に示すように、下部電極３上に下部クラッド層１１、コア層１２、及び上部クラッド層１２を順次堆積し、光導波路３を形成する。
下部及び上部クラッド層１１，１３としては、材料を（ＰｂＬａ）ＺｒＯ3とし、ゾル−ゲル法により形成する。（ＰｂＬａ）ＺｒＯ3用のゾル−ゲル溶液としては、構成金属元素の有機化合物であるＰｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏ〔酢酸鉛〕、Ｌａ（ｉ−ＯＣ3Ｈ7）3〔ランタンイソプロポキシド〕、Ｚｒ（ＯＣ3Ｈ7）4〔ジルコニウムプロポキシド〕、及び安定剤としてのＣＨ3ＣＯＣＨ2ＣＯＣＨ3〔(２，４−ペンタンジオン)を溶剤であるＣＨ3Ｃ2Ｈ4ＯＨ〔２−メトキシエタノール〕で還流により合成する。
【００３１】
具体的に、（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）ＺｒＯ3組成を作製する場合には、Ｐｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏ／Ｌａ（ｉ−ＯＣ3Ｈ7）3のモル比を１０１／３とし、Ｚｒ（ＯＣ3Ｈ7）4のモル比を１００とすれば良い。
【００３２】
コア層１２としては、材料を反強誘電体のＰｂＺｒＯ3とし、ゾル−ゲル法により形成する。ＰｂＺｒＯ3用のゾル−ゲル溶液としては、構成金属元素の有機化合物であるＰｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏ〔酢酸鉛〕、Ｚｒ（ＯＣ3Ｈ7）4〔ジルコニウムプロポキシド〕、及び安定剤としてのＣＨ3ＣＯＣＨ2ＣＯＣＨ3〔(２，４−ペンタンジオン)を溶剤であるＣＨ3Ｃ2Ｈ4ＯＨ〔２−メトキシエタノール〕で還流により合成する。
【００３３】
以上の方法で作製したゾル−ゲル溶液を用いて、下部クラッド層１１、コア層１２及び上部クラッド層１２を順次積層し、光導波路４を形成する。
先ず、主成長面の結晶方位が（１００）であるＮｂ１％−ＳｒＴｉＯ3からなる基板１上に、（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）ＺｒＯ3組成のゾル−ゲル前駆体をスピンコート法で塗布する。次に、塗布されたゾル−ゲル前駆体をホットプレート上において例えば１４０℃で５分間、３５０℃で５分間のベークを行う。次に、赤外線炉を使用して、酸素雰囲気中において基板１を７００℃で焼成する。以上の工程により形成される膜は１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚となる。膜厚が例えば３μｍ程度となるまで上記の工程を繰り返し行い、（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）ＺｒＯ3組成の下部クラッド層１１を形成する。
【００３４】
続いて、下部クラッド層１１上にＰｂＺｒＯ3のゾル−ゲル前駆体をスピンコート法で塗布する。次に、塗布されたゾル−ゲル前駆体をホットプレート上において例えば１４０℃で５分間、３５０℃で５分間のベークを行う。次に、赤外線炉を使用して、酸素雰囲気中において基板１を７００℃で焼成する。以上の工程により形成される膜は１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚となる。膜厚が例えば４μｍ程度となるまで上記の工程を繰り返し行い、ＰｂＺｒＯ3からなるコア層１２を形成する。
【００３５】
続いて、コア層１２上に（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）ＺｒＯ3組成のゾル−ゲル前駆体をスピンコート法で塗布し、下部クラッド層１１と同様にして膜厚が４μｍ程度の上部クラッド層１２を形成する。
【００３６】
以上の工程を経て、下部クラッド層１１、コア層１２及び上部クラッド層１２からなる光導波路４が形成される。この光導波路４では、下部及び上部クラッド層１１，１３の屈折率が１．５５μｍの波長の光に対して２．１３となり、コア層１２の屈折率が１．５５μｍの波長の光に対して２．１６となり、下部及び上部クラッド層１１，１３とコア層１２との屈折率が異なる構造とされている。このように、下部及び上部クラッド層１１，１３よりもコア層１２の方が屈折率の高い構成とすることにより、コア層１２に導波光を集中させることができ、電極損失が小さくなるという利点がある。
【００３７】
続いて、上部クラッド層１３上に偏向電極４を形成する。
具体的には、図６（ｃ）に示すように、上部クラッド層１３上に、例えばＣｕ／Ｗ膜を三角形状にマスク蒸着することにより、上部電極５を形成する。
そして、下部電極３と上部電極５とに電圧制御手段６を接続し、本実施形態の光偏向素子を完成させる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、光導波路４における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光偏向素子が実現する。
【００３９】
（変形例）
ここで、第１の実施形態の変形例について説明する。
この変形例では、第１の実施形態と同様に光偏向素子を開示するが、上部電極が異なる点で相違する。なお、第１の実施形態による光偏向素子の構成部材と同一のものについては同符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図７は、第１の実施形態の変形例による光偏向素子の主要構成を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）の線分Ｉ−Ｉに沿った断面図である。
この光偏向素子は、基板１上に形成された応力緩和層２と、応力緩和層２上に積層された電気光学材料からなる光導波路４と、光導波路４上に設けられた上部電極７と、上部電極７に可変の電圧を印加する電圧制御手段６とを備えて構成されている。
【００４１】
本変形例の光偏向素子では、下部電極が設けられておらず、また基板１が非導電材料からなる。本変形例では、基板には絶縁材料を用いることが好ましいが、基板１は絶縁材料であるＳｒＴｉＯ3を主成分としており、問題はない。上部電極７は、図７（ｂ）に示すように、互いに平行な一対の帯状電極７ａ，７ｂから構成されており、帯状電極７ａ，７ｂが光の進行方向に対して傾斜する位置に配されている。この場合、電圧制御手段６の各接続端子は帯状電極７ａ，７ｂに接続される。電圧制御手段６により帯状電極７ａ，７ｂ間に電圧（上記したように２値の電圧）を印加すると、光導波路４の面内方向に電場が加わり、ＴＥモードとＴＭモードとで電場に対する変化量が等しくなり、屈折率に偏光依存のない光偏向素子が実現する。
【００４２】
以上説明したように、本変形例によれば、光導波路４における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光偏向素子が実現する。しかも、屈折率に偏光依存がないため、利便性に優れた光偏向素子である。
【００４３】
（第２の実施形態）
本実施形態では、本発明を適用した光スイッチの具体的構成を開示する。
図８は、第２の実施形態による光スイッチの概略構成を示す模式図であり、（ａ）が光スイッチの主要構成部のみの概略平面図、（ｂ）が（ａ）中の一点鎖線Ｉ−Ｉに沿った光スイッチの概略断面図である。なお、第１の実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明は省略する。また、図示の便宜上、図８（ｂ）では電圧制御手段６の記載を省略する。
【００４４】
本実施形態の光スイッチは、第１の実施形態による光偏向素子１０を入力部位及び出力部位にそれぞれ２つずつ並列に配設した構成を採る。
この光スイッチは、２×２配列の光スイッチであり、光偏向機構を備えた主要構成部２１と、主要構成部２１が配設されるチャネル形成部２２とを備えて構成されている。
【００４５】
チャネル形成部２２は、チャネル基板３１上にチャネル導波路３２が設けられて構成されている。
チャネル導波路３２は、下部クラッド層４１と上部クラッド層４３との間に、光路が形成されるコア層４２が挟持されており、光信号の入力チャネルＩ1，Ｉ2及び出力チャネルＯ1，Ｏ2を備えている。入力チャネルＩ1，Ｉ2は、それぞれ先端部位に信号光をコリメートするマイクロレンズ４４が設けられており、各々等間隔に並設されている。出力チャネルＯ1，Ｏ2も同様に、それぞれ後端部位にマイクロレンズ４４が設けられており、各々等間隔に並設されている。このチャネル導波路３２には、主要構成部２１が実装される溝４５が形成されており、チャネル基板３１表面の溝４５の底部に露出する部位には、各種配線層４６がパターン形成されている。
【００４６】
チャネル形成部２２においては、例えばＳｉからなるチャネル基板３１の表面を熱酸化して膜厚５μｍ程度のＳｉＯ2膜を形成した後、ＳｉＯ2膜の表面から３μｍ程度の深さまで例えばＧａをドープして、膜厚２μｍ程度の下部クラッド層４１及び膜厚２μｍ程度のコア層４２を形成する。その後、ゾル−ゲル法又はスパッタ法等により、コア層４２上に膜厚２μｍ程度のＳｉＯ2膜を形成し、上部クラッド層４３を形成する。そして、例えばＣＦ4系ガスをエッチングガスとして上部クラッド層４３、コア層４２及び下部クラッド層４１をドライエッチングし、溝４５をパターン形成する。
【００４７】
光スイッチ２０の主要構成部２１は、実質的に見れば、各入力チャネルＩ1，Ｉ2及び各出力チャネルＯ1，Ｏ2に対応して第１の実施形態による光偏向素子１０が光導波路３を共通としてそれぞれ配設された形に構成されている。
【００４８】
各光偏向素子１０は、素子基板１上に応力緩和層２及び下部電極３を介して光導波路４が設けられ、この光導波路４上に上部電極５が設けられて構成されている。即ち、光導波路３上に各入力チャネルＩ1，Ｉ2及び各出力チャネルＯ1，Ｏ2に対応してそれぞれ上部電極５が形成され、下部電極３と各上部電極５との間に可変の電圧（上記したように２値の電圧）を印加する電圧制御手段６が設けられて主要構成部２１が構成されている。ここで、入力チャネルの上部電極５は当該入力チャネルの光進行方向の前方に、出力チャネルの上部電極５は当該出力チャネルの光進行方向の後方にそれぞれ配されており、入力チャネル側と出力チャネル側とで上部電極５のプリズム形状が逆に設定されており、電圧制御手段６からの印加電圧による光の偏向方向の正負が入力チャネル側と出力チャネル側とで逆になる。
【００４９】
本実施形態の光スイッチにおける信号光の制御方法について図９を用いて説明する。図９では、図示の便宜上、電圧制御手段６の記載を省略する。
ここでは、入力チャネルＩ1から出力チャネルＯ1へ、入力チャネルＩ1から出力チャネルＯ2へ信号光を送る場合をそれぞれ例示する。
【００５０】
入力チャネルＩ1から出力チャネルＯ1へ信号光を送る場合には、電圧制御手段６から下部電極３と各上部電極５との間に電圧を印加せず（換言すれば、０Ｖの第１の電圧を印加することと同義）、これにより図中Ｌ1で示すように出力チャネルＯ1へ向かって信号光が直進する。
【００５１】
入力チャネルＩ1から出力チャネルＯ2へ信号光を送る場合には、電圧制御手段６から、下部電極３と入力チャネルＩ1の上部電極５との間に第２の電圧を印加するとともに、下部電極３と出力チャネルＩ2の上部電極５との間に第２の電圧を印加する。この電圧印加により、図中Ｌ2で示すように、入力チャネルＩ1の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が偏向し、出力チャネルＯ2へ向かうとともに、出力チャネルＯ2の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が逆方向へ偏向し、出力チャネルＯ2へ向かって信号光が直進する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、光導波路４における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光スイッチが実現する。
【００５３】
（変形例）
ここで、第２の実施形態の変形例について説明する。
この変形例では、第２の実施形態と同様に光スイッチを開示するが、複数の主要構成部を直列に接続してなる点で相違する。本変形例の光スイッチは、ｎを１以上の整数として、ｎ個の主要構成部が直列に接続されており、１段目の主要構成部には２個の入力チャネルが、ｎ段目の主要構成部には２ｎ個の出力チャネルがそれぞれ配されてなるものである。なお、第２の実施形態による光スイッチの構成部材と同一のものについては同符号を付して説明を省略する。
【００５４】
図９は、第２の実施形態の変形例による光スイッチの主要構成を示す概略平面図である。
ここでは、ｋ＝２の場合を例示する。即ちこの光スイッチは、第２の実施形態で開示した入力チャネル及び出力チャネルがそれぞれ２個ずつ設けられた２×２配列の主要構成部２１と、入力チャネル及び出力チャネルがそれぞれ４個ずつ設けられた４×４配列の主要構成部５１とが直列に接続されて構成されている。
【００５５】
主要構成部５１は、実質的に見れば、各入力チャネルＩ'1，Ｉ'2，Ｉ'3，Ｉ'4及び各出力チャネルＯ'1，Ｏ'2，Ｏ'3，Ｏ'4に対応して第１の実施形態による光偏向素子１０が光導波路３を共通としてそれぞれ配設された形に構成されている。
【００５６】
各光偏向素子１０は、素子基板１上に応力緩和層２及び下部電極３を介して光導波路４が設けられ、この光導波路４上に上部電極５が設けられて構成されている。即ち、光導波路３上に各入力チャネルＩ'1〜Ｉ'4及び各出力チャネルＯ'1〜Ｏ'4に対応してそれぞれ上部電極５が形成され、下部電極３と各上部電極５との間に可変の電圧（上記したように２値の電圧）を印加する電圧制御手段６が設けられて主要構成部５１が構成されている。ここで、入力チャネルの上部電極５は当該入力チャネルの光進行方向の前方に、出力チャネルの上部電極５は当該出力チャネルの光進行方向の後方にそれぞれ配されており、入力チャネル側と出力チャネル側とで上部電極５のプリズム形状が逆に設定されており、電圧制御手段６からの印加電圧による光の偏向方向の正負が入力チャネル側と出力チャネル側とで逆になる。
【００５７】
そして、主要構成部２１の出力チャネルＯ1，Ｏ2が主要構成部５１の入力チャネルＩ'2，Ｉ'3と一致するように、主要構成部２１と主要構成部５１とが接続されて光スイッチが構成される。
【００５８】
本変形例の光スイッチにおける信号光の制御方法について図１１を用いて説明する。図１１では、図示の便宜上、電圧制御手段６の記載を省略する。
ここでは、主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'2へ、主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'3へ、主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'4へ信号光を送る場合をそれぞれ例示する。
【００５９】
主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'2へ信号光を送る場合には、電圧制御手段６から下部電極３と主要構成部２１，５１の各上部電極５との間に電圧を印加せず（換言すれば、０Ｖの第１の電圧を印加することと同義）、これにより図中Ｌ1で示すように出力チャネルＯ'2へ向かって信号光が直進する。
【００６０】
主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'3へ信号光を送る場合には、主要構成部２１側については、電圧制御手段６から、下部電極３と入力チャネルＩ1の上部電極５との間に第２の電圧を印加するとともに、下部電極３と出力チャネルＯ2に対応する上部電極５との間に第２の電圧を印加する。この電圧印加により、図中Ｌ2で示すように、入力チャネルＩ1の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が偏向し、出力チャネルＯ2へ向かうとともに、出力チャネルＯ2に対応する上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が逆方向へ偏向し、出力チャネルＯ2、即ち主要構成部５１の入力チャネルＩ'2へ向かって信号光が直進する。
【００６１】
続いて、主要構成部５１側については、電圧制御手段６から下部電極３と各上部電極５との間に電圧を印加せず（換言すれば、０Ｖの第１の電圧を印加することと同義）、これにより図中Ｌ2で示すように出力チャネルＯ'3へ向かって信号光が直進する。
【００６２】
主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'4へ信号光を送る場合には、主要構成部２１側については、電圧制御手段６から、下部電極３と入力チャネルＩ1の上部電極５との間に第２の電圧を印加するとともに、下部電極３と出力チャネルＯ2に対応する上部電極５との間に第２の電圧を印加する。この電圧印加により、図中Ｌ3で示すように、入力チャネルＩ1の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が偏向し、出力チャネルＯ2へ向かうとともに、出力チャネルＯ2に対応する上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が逆方向へ偏向し、出力チャネルＯ2、即ち主要構成部５１の入力チャネルＩ'2へ向かって信号光が直進する。
【００６３】
続いて、主要構成部５１側については、電圧制御手段６から、下部電極３と入力チャネルＩ'2の上部電極５との間に第２の電圧を印加するとともに、下部電極３と出力チャネルＯ'4の上部電極５との間に第２の電圧を印加する。この電圧印加により、信号光Ｌ3は、入力チャネルＩ'2の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が偏向し、出力チャネルＯ'4へ向かうとともに、出力チャネルＯ'4の上部電極５下で光導波路４の屈折率が変化して信号光が逆方向へ偏向し、出力チャネルＯ'4へ向かって直進する。
【００６４】
このように、主要構成部２１の入力チャネルＩ1から主要構成部５１の出力チャネルＯ'4へ信号光を送る場合には、光スイッチ全体としてみれば、電圧制御手段６により２値の電圧を制御するのみで、入力チャネルＩ1から出力チャネルＯ'4へ、１つの主要構成部で第２の電圧を印加した場合の２倍に相当する光偏向を得ることができ、実質的には４×４配列の光スイッチが実現することになる。
【００６５】
以上説明したように、本変形例によれば、光導波路４における屈折率を容易且つ正確に制御し、装置の更なる小型化にも対応可能な光スイッチが実現する。しかもこの場合、主要構成部の接続数に応じて大きな光偏向が得られ、２値の電圧を制御するのみで２ｋ×２ｋ配列の光スイッチが実現する。
【００６６】
なお、本変形例において、主要構成部２１と主要構成部５１とで反強誘電体相転移点となる電圧が異なる反強誘電体材料から各コア層１２を形成しても良い。この構成により、更に大きな光偏向を得たり、きめ細かい光偏向制御を得ることができる光スイッチが実現する。
【００６７】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００６８】
（付記１）基板と、
前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御することを特徴とする光学素子。
【００６９】
（付記２）基板と、
前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
印加電圧に対して略一定の屈折率となる第１の電圧領域と、印加電圧に対して屈折率が急激に変化する第２の電圧領域とを有することを特徴とする光学素子。
【００７０】
（付記３）前記基板は、ＳｒＴｉＯ3を主成分とする材料からなることを特徴とする付記１又は２に記載の光学素子。
【００７１】
（付記４）前記電気光学効果膜は、前記基板の結晶方位にエピタキシャル成長されてなることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７２】
（付記５）少なくとも１層の前記電気光学効果膜を含む光導波路が構成されていることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７３】
（付記６）前記光導波路は、前記電気光学効果膜からなるコア層を強誘電体材料からなる下部及び上部クラッド層により挟持してなり、前記コア層と前記クラッド層との屈折率が異なることを特徴とする付記５に記載の光学素子。
【００７４】
（付記７）前記基板と前記電気光学効果膜との間に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための下部電極が設けられていることを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７５】
（付記８）前記下部電極は、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＲｕＯ3、ＬａＮｉＯ3、（ＬａxＳｒ1-x）ＣｏＯ3(０≦ｘ≦１)、及び（ＬａxＳｒ1-x）ＭｎＯ3(０≦ｘ≦１)から選ばれた少なくとも１種を主成分とする膜が少なくとも１層形成されてなるものであることを特徴とする付記７に記載の光学素子。
【００７６】
（付記９）前記電気光学効果膜上に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための上部電極が設けられていることを特徴とする付記１〜８のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７７】
（付記１０）前記電気光学効果膜上に、前記電圧制御手段により電圧が印加される一対の電極が設けられていることを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７８】
（付記１１）前記電気光学効果膜は、単純ペロブスカイト構造を有することを特徴とする付記１〜１０のいずれか１項に記載の光学素子。
【００７９】
（付記１２）前記単純ペロブスカイト構造は、ＮａＮｂＯ3、ＰｂＺｒＯ3、Ｐｂ（Ｍｇ1/2Ｗ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｃｄ1/2Ｗ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｍｎ1/2Ｒｅ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｌｕ1/2Ｎｂ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｌａ1/2Ｔａ1/2）xＯ3、Ｐｂ（Ｍｎ2/3Ｗ1/3）xＯ3、（１−ｘ）ＮａＴａＯ3・ｘＫＮｂＯ3(０．４≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3・ｘＫＴａＯ3(０≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘＮａＮｂＯ3(０≦ｘ≦０．１，０．８≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3・ｘ（１／２ＰｂＮｂ2Ｏ6）(０≦ｘ≦０．１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘＰｂＴｉＯ3(０≦ｘ≦０．１)、（１−ｘ）ＰｂＨｆＯ3・ｘＣａＨｆＯ3(０≦ｘ≦０．２)、（１−ｘ）（Ｎａ1/2Ｂｉ1/2）ＴｉＯ3・ｘＰｂＺｒＯ3(０．９≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3・ｘ（Ｋ1/2Ｂｉ1/2）ＺｒＯ3(０．４≦ｘ≦１)、（１−ｘ）ＮａＴａＯ3・ｘＫＮｂＯ3(０．４≦ｘ≦１，０≦ｘ≦０．５)、ｘＰｂ（Ｆｅ2/3Ｕ1/3）Ｏ3・（１−ｘ）ＰｂＺｒＯ3(０≦ｘ≦０．１)、（Ｐｂ1-xＳｒx）（Ｔｉ1-yＺｒy）Ｏ3(０≦ｘ≦０．４，０．７≦ｙ≦１)、（１−ｘ）Ｐｂ（Ｔｉ1-yＺｒy）Ｏ3・ｘＬａＦｅＯ3(０≦ｘ≦０．２，０．７≦ｙ≦１)、（Ｐｂ0.97Ｌａ0.02）（Ｔｉ1/2（Ｚｒ1-xＳｎx）1/2）Ｏ3(０≦ｘ≦０．５)、０．９（Ｐｂ0.99（Ｔｉ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3・０．１（ｘＰｂ0.99（Ｓｎ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3・（１−ｘ）Ｐｂ0.99（Ｚｒ0.98Ｎｂ0.02）Ｏ3(０．５≦ｘ≦１)、Ｐｂ0.987（ＴｉxＺｒ0.975-xＮｂ0.025）Ｏ3(０．５≦ｘ≦１)、及び（Ｐｂ1-xＬａ(3/2)x）（Ｚｒ1-yＴｉy）(０≦ｘ≦０．３，０．８≦ｙ≦１)のうちから選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする付記１１に記載の光学素子。
【００８０】
（付記１３）前記電気光学効果膜は、少なくとも１層がタングステンブロンズ構造を有することを特徴とする付記１〜１０のいずれか１項に記載の光学素子。
【００８１】
（付記１４）前記タングステンブロンズ構造は、（Ｐｂ1-xＢａx）Ｎｂ2Ｏ6（０≦ｘ≦０．４）、（１−ｘ）（ＰｂＮｂ2Ｏ6）・２ｘＰｂＴｉＯ3（０≦ｘ≦０．１）、及びＢａ1-xＣａxＮｂ2Ｏ6（０≦ｘ≦０．６）のうちから選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする付記１３に記載の光学素子。
【００８２】
（付記１５）少なくとも１層の前記電気光学効果膜を有して構成された光導波路と、
前記光導波路上の一端に並列して形成されており、光信号を入力する複数の入力チャネルと、
前記光導波路上の他端に並列して形成されており、光信号を出力する複数の出力チャネルと、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して、前記入力チャネルに入力した光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御することを特徴とする光スイッチ。
【００８３】
（付記１６）前記基板と前記光導波路との間に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための下部電極が設けられていることを特徴とする付記１５に記載の光スイッチ。
【００８４】
（付記１７）前記光導波路上に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための上部電極が設けられていることを特徴とする付記１５又は１６に記載の光スイッチ。
【００８５】
（付記１８）前記光導波路上に、前記電圧制御手段により電圧が印加される一対の電極が設けられていることを特徴とする付記１５に記載の光スイッチ。
【００８６】
（付記１９）ｎを１以上の整数として、
ｎ個の前記光導波路が直列に接続されており、１段目の前記光導波路には２個の前記入力チャネルが、ｎ段目の前記光導波路には２ｎ個の前記出力チャネルがそれぞれ配されてなることを特徴とする付記１５〜１８のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の比較例による制御方法を示す特性図である。
【図２】印加電圧をフィードバック制御する様子を示す模式図である。
【図３】反強誘電体の電気光学効果膜に電場（電圧）を印加した際の光の屈折率変化を示す特性図である。
【図４】本発明による制御方法を示す概念図である。
【図５】第１の実施形態による光偏向素子の主要構成を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態による光偏向素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図７】第１の実施形態の変形例による光偏向素子の主要構成を示す模式図である。
【図８】第２の実施形態による光スイッチの概略構成を示す模式図である。
【図９】第２の実施形態による光スイッチを用いた信号光の制御方法を説明するための概略平面図である。
【図１０】第２の実施形態の変形例による光スイッチの主要構成を示す概略平面図である。
【図１１】第２の実施形態の変形例による光スイッチを用いた信号光の制御方法を説明するための概略平面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１ 基板
２ 応力緩和層
３ 下部電極
４ 光導波路
５，７ 上部電極
６ 電圧制御手段
１１，４１ 下部クラッド層
１２，４２ コア層
１３，４３ 上部クラッド層
２０ 光スイッチ
２１，５１ 主要構成部
２２ チャネル形成部
３１ チャネル基板
３２ チャネル導波路
４４ マイクロレンズ
４５ 溝
４６ 配線層
４７ 半田ボール
Ｉ1，Ｉ2，Ｉ'1〜'4 入力チャネル
Ｏ1〜Ｏ4 出力チャネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
基板と、
前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
印加電圧に対して略一定の屈折率となる第１の電圧領域と、印加電圧に対して屈折率が急激に変化する第２の電圧領域とを有することを特徴とする光学素子。
【請求項３】
少なくとも１層の前記電気光学効果膜を含む光導波路が構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記光導波路は、前記電気光学効果膜からなるコア層を強誘電体材料からなる下部及び上部クラッド層により挟持してなり、前記コア層と前記クラッド層との屈折率が異なることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記基板と前記電気光学効果膜との間に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための下部電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記電気光学効果膜上に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための上部電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
少なくとも１層の前記電気光学効果膜を有して構成された光導波路と、
前記光導波路上の一端に並列して形成されており、光信号を入力する複数の入力チャネルと、
前記光導波路上の他端に並列して形成されており、光信号を出力する複数の出力チャネルと、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して、前記入力チャネルに入力した光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御することを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
前記基板と前記光導波路との間に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための下部電極が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記光導波路上に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための上部電極が設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の光スイッチ。
【請求項１０】
ｎを１以上の整数として、
ｎ個の前記光導波路が直列に接続されており、１段目の前記光導波路には２個の前記入力チャネルが、ｎ段目の前記光導波路には２ｎ個の前記出力チャネルがそれぞれ配されてなることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
基板と、
前記基板の上方に形成されており、電気光学効果を有する少なくとも１層の反強誘電体材料からなる電気光学効果膜と、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して前記電気光学効果膜を通過する光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
印加電圧に対して略一定の屈折率となる第１の電圧領域と、印加電圧に対して屈折率が急激に変化する第２の電圧領域とを有することを特徴とする光学素子。
【請求項３】
少なくとも１層の前記電気光学効果膜を含む光導波路が構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記光導波路は、前記電気光学効果膜からなるコア層を強誘電体材料からなる下部及び上部クラッド層により挟持してなり、前記コア層と前記クラッド層との屈折率が異なることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記基板と前記電気光学効果膜との間に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための下部電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記電気光学効果膜上に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための上部電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
少なくとも１層の前記電気光学効果膜を有して構成された光導波路と、
前記光導波路上の一端に並列して形成されており、光信号を入力する複数の入力チャネルと、
前記光導波路上の他端に並列して形成されており、光信号を出力する複数の出力チャネルと、
前記電気光学効果膜に可変の電圧を印加して、前記入力チャネルに入力した光の屈折率を制御する電圧制御手段と
を含み、
前記電圧制御手段は、前記電気光学効果膜における反強誘電体相転移点となる電圧を基準値として、前記基準値よりも小さい第１の電圧と、前記基準値よりも大きい第２の電圧との２値により前記屈折率を制御することを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
前記基板と前記光導波路との間に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための下部電極が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記光導波路上に、前記電圧制御手段により電圧を印加するための上部電極が設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の光スイッチ。
【請求項１０】
ｎを１以上の整数として、
ｎ個の前記光導波路が直列に接続されており、１段目の前記光導波路には２個の前記入力チャネルが、ｎ段目の前記光導波路には２ｎ個の前記出力チャネルがそれぞれ配されてなることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１９４９９３（Ｐ２００６−１９４９９３Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４２５２（Ｐ２００５−４２５２）
【出願日】平成１７年１月１１日（２００５．１．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１６年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「フォトニックネットワーク技術の開発事業」委託研究、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１１日（２００５．１．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１６年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「フォトニックネットワーク技術の開発事業」委託研究、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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