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1. WO2020110628 - OPTICAL SWITCH

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明 細 書

発明の名称 光スイッチ 0001  

技術分野

0002  

背景技術

0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

0005  

図面の簡単な説明

0006  

発明を実施するための形態

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068  

符号の説明

0069  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

図面

1   2   3   4  

明 細 書

発明の名称 : 光スイッチ

関連出願の相互参照

[0001]
 本出願は、2018年11月28日に日本国に特許出願された特願2018-222732の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。

技術分野

[0002]
 本発明は、光スイッチに関するものである。

背景技術

[0003]
 シリコンフォトニクスによる光スイッチでは、挿入損失を低減すべく、伝播長の短縮のためのサイズの小型化が求められている。特許文献1には、コアに沿って設けた相変化材料を用いることにより、サイズを小型化可能な光スイッチが記載されている。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2006-184345号公報

発明の概要

[0005]
 第1の観点による光スイッチは、
 電磁波が入出力されるポートである第1端および第2端を有する第1導波路と、
 電磁波が入出力されるポートである第3端および第4端を有し、該第3端および該第4端がそれぞれ前記第1導波路の中心から見た前記第1端側および前記第2端側に位置する第2導波路と、
 前記第1導波路に沿って位置して該第1導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む少なくとも1つの第1導波路部分と、前記第2導波路に沿って位置して該第2導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む少なくとも1つの第2導波路部分とを有し、前記第1端から入力されていずれかの前記第1導波路部分から出力される電磁波をいずれかの前記第2導波路部分の第3端側に入力し、前記第3端から入力されていずれかの前記第2導波路部分から出力される電磁波をいずれかの前記第1導波路部分の第2端側に入力する交換部と、を備える。

図面の簡単な説明

[0006]
[図1] 第1の実施形態に係る光スイッチの上面図である。
[図2] 第2の実施形態に係る光スイッチの上面図である。
[図3] 第3の実施形態に係る光スイッチの上面図である。
[図4] 第4の実施形態に係る光スイッチの上面図である。

発明を実施するための形態

[0007]
 以下、本発明を適用した光スイッチの実施形態について、図面を参照して説明する。
[0008]
 図1に示すように、本開示の第1の実施形態に係る光スイッチ10は、第1導波路11、第2導波路12、および交換部13を含んで構成されている。第1導波路11、第2導波路12、および交換部13は、例えば基板14上に設けられている。少なくとも第1導波路11および第2導波路12は、基板14上の同一平面上に位置していてよい。
[0009]
 基板14は、例えば、金属などの導体、シリコンなどの半導体、ガラス、または樹脂などによって形成されていてよい。本実施形態では、基板14上の互いに垂直な任意の2方向をx方向およびy方向とする。
[0010]
 第1導波路11は、例えば、第1端部15、第2端部16、および第1直線状部17を含む。第1直線状部17は、y方向に延在する直線状である。第1直線状部17は、y方向の逆側の端において第1端部15に連結する。第1直線状部17は、y方向側の端において第2端部16に連結する。第1端部15の、y方向の逆側の端は、第1導波路11全体の一方の端である第1端E1である。第2端部16の、y方向側の端は、第1導波路11全体の他方の端である第2端E2である。第1端E1および第2端E2は、電磁波が入出力されるポートである。
[0011]
 第2導波路12は、例えば、第3端部18、第4端部19、および第2直線状部20を含む。第2直線状部20は、y方向に延在する直線状である。第2直線状部20は、y方向の逆側の端において第3端部18に連結する。第2直線状部20は、y方向側の端において第4端部19に連結する。第3端部18の、y方向の逆側の端は、第2導波路12全体の一方の端である第3端E3である。第4端部19のy方向側の端は、第2導波路12全体の一方の端である第4端E4である。したがって、第3端E3は、第1導波路11の長手方向の中心から見た第1端E1側に位置する。また、第4端E4は、第1導波路11の長手方向の中心から見た第2端E2側に位置する。第3端E3および第4端E4は、電磁波が入出力されるポートである。
[0012]
 交換部13は、少なくとも1つの第1導波路部分21および少なくとも1つの第2導波路部分22を有する。
[0013]
 第1導波路部分21は、第1導波路11に沿って位置する。第1導波路部分21は、当該第1導波路11とともに2×2の方向性結合器を構成する。第1導波路部分21は、第1相変化材料23を有する。第1導波路部分21は、y方向に延在する直線状の部分を含んでよい。
[0014]
 第2導波路部分22は、第2導波路12に沿って位置する。第2導波路部分22は、当該第2導波路12とともに2×2の方向性結合器を構成する。第2導波路部分22は、第2相変化材料24を有する。第2導波路部分22は、y方向に延在する直線状の部分を含んでよい。
[0015]
 第1導波路11、第2導波路12、第1導波路部分21、および第2導波路部分22は、コアおよびクラッドによって構成されている。第1導波路11、第2導波路12、第1導波路部分21、および第2導波路部分22のコアは、例えば、シリコンなどの電磁波を伝搬させる同じ誘電体で形成されていてよい。また、クラッドは、例えば、石英ガラスなどの、コアよりも屈折率の小さな誘電体で形成されていてよい。
[0016]
 第1直線状部17の少なくとも一部と、第1導波路部分21の直線状の部分の少なくとも一部とは、対向している。対抗している部分の長さは、第1相変化材料23をアモルファス相に変化させた状態における、結合長であってよい。結合長とは、対向している部分の始点から結合係数が極大値となる位置までの長さである。結合係数とは、2本の直線状の導波路が沿って並ぶ平行導波路において、一方の導波路から他方の導波路へ移る電磁波の割合を示すパラメータである。一方の導波路から他方の導波路に電磁波がまったく移らない構成において、結合係数は0である。一方の導波路から他方の導波路にすべての電磁波が移る構成において、結合係数は1である。結合係数は0以上1以下の範囲に含まれる。結合係数は、各導波路の形状、各導波路間の距離、または導波路が対向する長さなどに基づいて定まる。
[0017]
 第2直線状部20の少なくとも一部と、第2導波路部分22の直線状の部分の少なくとも一部とは、対向している。対抗している部分の長さは、第2相変化材料24をアモルファス相に変化させた状態における、結合長であってよい。
[0018]
 第1相変化材料23および第2相変化材料24は、第1導波路11および第2導波路12が位置する同一平面に垂直な方向において、当該同一平面から変位していてよい。例えば、第1相変化材料23および第2相変化材料24はそれぞれ、基板14の主面、すなわち基板14の最も広い面に垂直な方向において、第1導波路部分21および第2導波路部分22の、基板14とは逆側に位置してよい。
[0019]
 第1相変化材料23および第2相変化材料24は、アモルファス相または結晶相に相変化し得る。第1相変化材料23および第2相変化材料24は、レーザ光源から照射するレーザ光、または抵抗体による発熱によって、相変化してよい。
[0020]
 第1相変化材料23がアモルファス相である場合、第1導波路部分21における電磁波の損失は、比較的小さい。それゆえ、当該場合、第1直線状部17および第1導波路部分21の実効屈折率が略一致し且つ長さが結合長でもあることから、第1直線状部17および第1導波路部分21の第1端E1側から入力される電磁波はそれぞれ第1導波路部分21および第1直線状部17の第2端E2側から出力される。同様に、第2相変化材料24がアモルファス相である場合、第2直線状部20および第2導波路部分22の第3端E3側から入力される電磁波はそれぞれ第2導波路部分22および第2直線状部20の第4端E4側から出力される。
[0021]
 第1相変化材料23が結晶相である場合、第1導波路部分21における電磁波の損失は、比較的大きい。それゆえ、当該場合、第1直線状部17および第1導波路部分21の実効屈折率が大きく異なるため、第1直線状部17の第1端E1側から入力される電磁波は第1導波路部分21に移らず、すなわち損失の大きな第1導波路部分21を伝搬すること無く、第1直線状部17の第2端E2側から出力される。同様に、第2相変化材料24が結晶相である場合、第2直線状部20の第3端E3側から入力される電磁波は第2導波路部分22に移らず、第2直線状部20の第4端E4側から出力される。
[0022]
 第1相変化材料23および第2相変化材料24には、例えば、アモルファスシリコン、アモルファスゲルマニウム、アモルファスガリウムアンチモン、アモルファスガリウムヒ素、アモルファスインジウムセレン、アモルファスガリウムセレンなどのテトラヘドラル系材料、Ge 2Sb 2Te 5、Ge 6Sb 2Te 9等のGe-Sb-Te系カルコゲナイド系材料、Sb-Te系カルコゲナイド系材料、または、As 2Se 3、As 23などのカルコゲナイド材料が用いられる。
[0023]
 交換部13は、第1導波路11の第1端E1から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第1導波路部分21から出力される電磁波を、いずれかの第2導波路部分22の第3端E3側に入力する。また、交換部13は、第2導波路12の第3端E3から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第2導波路部分22から出力される電磁波を、いずれかの第1導波路部分21の第1端E1側に入力する。
[0024]
 第1導波路11、第2導波路12、および交換部13は、シングルモードでの導波条件を満たしてよい。したがって、第1端E1および第3端E3の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬されてよい。
[0025]
 第1の実施形態における、上述のような交換部13の詳細な構成について、以下に説明する。
[0026]
 第1の実施形態において、交換部13は、環状の第3導波路25および環状の第4導波路26を有する。第3導波路25および第4導波路26は、例えば、第1導波路11および第2導波路12の間に位置する。また、第3導波路25および第4導波路26は、例えば、x方向に沿って並ぶように配置されている。
[0027]
 第3導波路25は、第1導波路部分21を一部に含んで環状である。第3導波路25は、x方向において第1導波路部分21の反対側に、y方向に延在する直線状の第1部分27を有している。
[0028]
 第4導波路26は、第2導波路部分22を一部に含んで環状である。第4導波路26は、x方向において第2導波路部分22の反対側に、y方向に延在する直線状の第2部分28を有している。第4導波路26の一部である第2部分28は、第3導波路25の一部である第1部分27に対向しており、2×2の方向性結合器を構成する。第1部分27および第2部分28の長さは、結合長である。したがって、第1部分27および第2部分28にそれぞれ入力される電磁波は、第2部分28および第1部分27から他方の部分より高い強度で出力され得る。
[0029]
 以上のような構成の第1の実施形態の光スイッチ10は、第1導波路11とともに方向性結合器を構成し且つ第1相変化材料23を含む少なくとも1つの第1導波路部分21と、第2導波路12とともに方向性結合器を構成し且つ第2相変化材料24を含む少なくとも1つの第2導波路部分22とを有し、第1端E1から入力されていずれかの第1導波路部分21から出力される電磁波をいずれかの第2導波路部分22の第3端E3側に入力し、第3端E3から入力されていずれかの第2導波路部分22から出力される電磁波をいずれかの第1導波路部分21の第2端E2側に入力する交換部13とを有している。このような構成において、光スイッチ10は、第1相変化材料23および第2相変化材料24を結晶相に相変化させた場合、第1端E1および第3端E3に入力した電磁波を、第1導波路部分21および第2導波路部分22を伝搬させること無く、それぞれ第2端E2および第4端E4から出力させ得る。また、光スイッチ10は、第1相変化材料23および第2相変化材料24をアモルファス相に相変化させた場合、第1端E1および第3端E3に入力した電磁波を、損失の比較的小さい状態における第1導波路部分21および第2導波路部分22を伝搬させて、それぞれ第4端E4および第2端E2から出力させ得る。それゆえ、光スイッチ10は、第1導波路部分21および第2導波路部分22における電磁波の損失を比較的大きくする第1相変化材料23および第2相変化材料24の結晶相においては、第1導波路部分21および第2導波路部分22に電磁波を伝搬させること無く、電磁波の出力先を切替得る。したがって、光スイッチ10は、第1相変化材料23および第2相変化材料24を用いながら、挿入損失を低減し得る。
[0030]
 また、第1の実施形態の光スイッチ10では、第1端E1および第3端E3の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬される。このような構成により、光スイッチ10は、伝搬する信号の波形が崩しにくく、光通信に好適に使用され得る。
[0031]
 また、第1の実施形態の光スイッチ10では、第1導波路11および第2導波路12は同一平面上に位置している。第1導波路11および第2導波路12に同一の材料を適用する構成において、上述の構成により、光スイッチ10は、基板14上において、主面に垂直な方向において両者を変位させた構成に比べて、簡易に製造され得る。
[0032]
 また、第1の実施形態の光スイッチ10では、第1相変化材料23および第2相変化材料24は、第1導波路11および第2導波路12が位置する同一平面に垂直な方向において、当該平面から変位している。このような構成により、光スイッチ10は、第1導波路11、第2導波路12、および交換部13を構成する導波路を形成した後に、第1相変化材料23および第2相変化材料24を別層に形成し得る。第1導波路11、第2導波路12、および交換部13を構成する導波路は同一の材料であって、第1相変化材料23および第2相変化材料24とは異なる材料によって形成されうる。したがって、上述のような構成の光スイッチ10は、同一の材料毎に層を形成するように製造する製造方法において、簡易に製造され得る。
[0033]
 次に、本開示の第2の実施形態に係る光スイッチについて説明する。第2の実施形態では、交換部の構成が第1の実施形態と異なっている。以下に、第1の実施形態と異なる点を中心に第2の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同じ構成を有する部位には同じ符号を付す。
[0034]
 図2に示すように、第2の実施形態に係る光スイッチ100は、第1の実施形態と類似して、第1導波路11、第2導波路12、および交換部130を含んで構成されている。第2の実施形態において、第1導波路11および第2導波路12の構成及び機能は、第1の実施形態と同じである。
[0035]
 交換部130は、第1の実施形態と同じく、少なくとも1つの第1導波路部分21および少なくとも1つの第2導波路部分22を有する。第1導波路部分21および第2導波路部分22の構成および機能は、第1の実施形態と同じである。
[0036]
 交換部130は、第1の実施形態と同じく、第1導波路11の第1端E1から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第1導波路部分21から出力される電磁波を、いずれかの第2導波路部分22の第3端E3側に入力する。また、交換部130は、第1の実施形態と同じく、第2導波路12の第3端E3から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第2導波路部分22から出力される電磁波を、いずれかの第1導波路部分21の第1端E1側に入力する。
[0037]
 第2の実施形態における、上述のような交換部130の詳細な構成について、以下に説明する。
[0038]
 第2の実施形態において、交換部130は、環状の第5導波路290を有する。第5導波路290は、例えば、第1導波路11および第2導波路12の間に位置する。第5導波路290は、第1導波路部分21および第2導波路部分22を一部に含んで環状である。
[0039]
 第5導波路290では、第1導波路部分21の第2端E2側と第2導波路部分22の第3端E3側とが連結されている。また、第5導波路290では、第2導波路部分22の第4端E4側と第1導波路部分21の第1端E1側とが連結されている。第5導波路290は、例えば、円環を180度捩った形状である。
[0040]
 また、第5導波路290において、第1導波路部分21の第2端E2側と第2導波路部分22の第3端E3側とを連結する部分の直線状の一部、および第2導波路部分22の第4端E4側と第1導波路部分21の第1端E1側とを連結している直線状の一部は垂直であってよい。さらに、第1導波路部分21の第2端E2側と第2導波路部分22の第3端E3側とを連結する部分の直線状の一部、および第2導波路部分22の第4端E4側と第1導波路部分21の第1端E1側とを連結している直線状の一部は、交差してよいし、基板14の主面に垂直な方向に変位していてよい。
[0041]
 以上のような構成の第2の実施形態の光スイッチ100は、第1の実施形態と同じく、第1導波路11とともに方向性結合器を構成し且つ第1相変化材料23を含む少なくとも1つの第1導波路部分21と、第2導波路12とともに方向性結合器を構成し且つ第2相変化材料24を含む少なくとも1つの第2導波路部分22とを有し、第1端E1から入力されていずれかの第1導波路部分21から出力される電磁波をいずれかの第2導波路部分22の第3端E3側に入力し、第3端E3から入力されていずれかの第2導波路部分22から出力される電磁波をいずれかの第1導波路部分21の第2端E2側に入力する交換部130とを有している。したがって、第2の実施形態の光スイッチ100も、第1相変化材料23および第2相変化材料24を用いながら、挿入損失を低減し得る。また、第2の実施形態の光スイッチ100では、第1の実施形態と同じく、第1端E1および第3端E3の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬される。したがって、第2の実施形態の光スイッチ100も、伝搬する信号の波形が崩しにくく、光通信に好適に使用され得る。また、第2の実施形態の光スイッチ100では、第1の実施形態と同じく、第1導波路11および第2導波路12は同一平面上に位置している。第1導波路11および第2導波路12に同一の材料を適用する構成において、上述の構成により、第2の実施形態の光スイッチ100も、基板14上において、主面に垂直な方向において両者を変位させた構成に比べて、簡易に製造され得る。また、第2の実施形態の光スイッチ100では、第1の実施形態と同じく、第1相変化材料23および第2相変化材料24は、第1導波路11および第2導波路12が位置する同一平面に垂直な方向において、当該平面から変位している。したがって、第2の実施形態の光スイッチ100も、同一の材料毎に層を形成するように製造する製造方法において、簡易に製造され得る。
[0042]
 また、第2の実施形態の光スイッチ100では、第1導波路部分21の第2端E2側と第2導波路部分22の第3端E3側とを連結する部分の直線状の一部、および第2導波路部分22の第4端E4側と第1導波路部分21の第1端E1側とを連結している直線状の一部は垂直である。このような構成により、光スイッチ100では、第1導波路部分21の第2端E2側と第2導波路部分22の第3端E3側とを連結する部分の直線状の一部を伝搬する電磁波の、第2導波路部分22の第4端E4側と第1導波路部分21の第1端E1側とを連結している直線状の一部への移動を最小限に抑え得る。
[0043]
 次に、本開示の第3の実施形態に係る光スイッチについて説明する。第3の実施形態では、交換部の構成が第1の実施形態と異なっている。以下に、第1の実施形態と異なる点を中心に第3の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同じ構成を有する部位には同じ符号を付す。
[0044]
 図3に示すように、第3の実施形態に係る光スイッチ101は、第1の実施形態と類似して、第1導波路11、第2導波路12、および交換部131を含んで構成されている。第3の実施形態において、第1導波路11および第2導波路12の構成及び機能は、第1の実施形態と同じである。
[0045]
 交換部131は、第1の実施形態と同じく、少なくとも1つの第1導波路部分21および少なくとも1つの第2導波路部分22を有する。第1導波路部分21および第2導波路部分22の構成および機能は、第1の実施形態と同じである。
[0046]
 交換部131は、第1の実施形態と同じく、第1導波路11の第1端E1から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第1導波路部分21から出力される電磁波を、いずれかの第2導波路部分22の第3端E3側に入力する。また、交換部131は、第1の実施形態と同じく、第2導波路12の第3端E3から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第2導波路部分22から出力される電磁波を、いずれかの第1導波路部分21の第1端E1側に入力する。
[0047]
 第3の実施形態における、上述のような交換部131の詳細な構成について、以下に説明する。
[0048]
 第3の実施形態において、交換部131は、第6導波路301および第7導波路311を有する。第6導波路301および第7導波路311は、例えば、第1導波路11および第2導波路12の間に位置する。また、第6導波路301および第7導波路311は、y方向に沿って並ぶように配置されている。第6導波路301は、y方向の逆側、すなわち第1端E1または第3端E3側に位置する。また、第7導波路311は、y方向側、すなわち第2端E2または第4端E4側に位置する。
[0049]
 交換部131は、2つの第1導波路部分21および2つの第2導波路部分22を有する。
[0050]
 第6導波路301は、第1端E1側の第1導波路部分21、および第3端E3側の第2導波路部分22を有する。第6導波路301において、第1端E1側の第1導波路部分21の第2端E2側と、第3端E3側の第2導波路部分22の第4端E4側とが連結されている。第6導波路301は、第1導波路部分21および第2導波路部分22の間に、x方向に延在する直線状の第3部分321を有している。
[0051]
 第7導波路311は、第2端E2側の第1導波路部分21、および第4端E4側の第2導波路部分22を有する。第7導波路311において、第2端E2側の第1導波路部分21の第1端E1側と、第4端E4側の第2導波路部分22の第2端E2側とが連結されている。第7導波路311は、第1導波路部分21および第2導波路部分22の間に、x方向に延在する直線状の第4部分331を有している。第7導波路311の一部である第4部分331は、第6導波路301の一部である第3部分321に対向しており、2×2の方向性結合器を構成する。第3部分321および第4部分331の長さは、結合長である。したがって、第3部分321および第4部分331にそれぞれ入力される電磁波は、第4部分331および第3部分321から他方の部分より高い強度で出力され得る。
[0052]
 以上のような構成の第3の実施形態の光スイッチ101は、第1の実施形態と同じく、第1導波路11とともに方向性結合器を構成し且つ第1相変化材料23を含む少なくとも1つの第1導波路部分21と、第2導波路12とともに方向性結合器を構成し且つ第2相変化材料24を含む少なくとも1つの第2導波路部分22とを有し、第1端E1から入力されていずれかの第1導波路部分21から出力される電磁波をいずれかの第2導波路部分22の第3端E3側に入力し、第3端E3から入力されていずれかの第2導波路部分22から出力される電磁波をいずれかの第1導波路部分21の第2端E2側に入力する交換部131とを有している。したがって、第3の実施形態の光スイッチ101も、第1相変化材料23および第2相変化材料24を用いながら、挿入損失を低減し得る。また、第3の実施形態の光スイッチ101では、第1の実施形態と同じく、第1端E1および第3端E3の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬される。したがって、第3の実施形態の光スイッチ101も、伝搬する信号の波形が崩しにくく、光通信に好適に使用され得る。また、第3の実施形態の光スイッチ101では、第1の実施形態と同じく、第1導波路11および第2導波路12は同一平面上に位置している。第1導波路11および第2導波路12に同一の材料を適用する構成において、上述の構成により、第3の実施形態の光スイッチ101も、基板14上において、主面に垂直な方向において両者を変位させた構成に比べて、簡易に製造され得る。また、第3の実施形態の光スイッチ101では、第1の実施形態と同じく、第1相変化材料23および第2相変化材料24は、第1導波路11および第2導波路12が位置する同一平面に垂直な方向において、当該平面から変位している。したがって、第3の実施形態の光スイッチ101も、同一の材料毎に層を形成するように製造する製造方法において、簡易に製造され得る。
[0053]
 次に、本開示の第4の実施形態に係る光スイッチについて説明する。第4の実施形態では、交換部の構成が第1の実施形態と異なっている。以下に、第1の実施形態と異なる点を中心に第4の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同じ構成を有する部位には同じ符号を付す。
[0054]
 図4に示すように、第4の実施形態に係る光スイッチ102は、第1の実施形態と類似して、第1導波路11、第2導波路12、および交換部132を含んで構成されている。第4の実施形態において、第1導波路11および第2導波路12の構成及び機能は、第1の実施形態と同じである。
[0055]
 交換部132は、第1の実施形態と同じく、少なくとも1つの第1導波路部分21および少なくとも1つの第2導波路部分22を有する。第1導波路部分21および第2導波路部分22の構成および機能は、第1の実施形態と同じである。
[0056]
 交換部132は、第1の実施形態と同じく、第1導波路11の第1端E1から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第1導波路部分21から出力される電磁波を、いずれかの第2導波路部分22の第3端E3側に入力する。また、交換部13は、第1の実施形態と同じく、第2導波路12の第3端E3から入力されて、方向性結合器を介して、いずれかの第2導波路部分22から出力される電磁波を、いずれかの第1導波路部分21の第1端E1側に入力する。
[0057]
 第4の実施形態における、上述のような交換部132の詳細な構成について、以下に説明する。
[0058]
 第4の実施形態において、交換部132は、第8導波路342および第9導波路352を有する。第8導波路342および第9導波路352は、例えば、第1導波路11および第2導波路12の間に位置する。
[0059]
 交換部132は、2つの第1導波路部分21および2つの第2導波路部分22を有する。
[0060]
 第8導波路342は、第1端E1側の第1導波路部分21、および第4端E4側の第2導波路部分22を有する。第8導波路342において、第1端E1側の第1導波路部分21の第2端E2側と、第4端E4側の第2導波路部分22の第3端E3側とが連結されている。
[0061]
 第9導波路352は、第2端E2側の第1導波路部分21、および第3端E3側の第2導波路部分22を有する。第9導波路352において、第2端E2側の第1導波路部分21の第1端E1側と、第3端E3側の第2導波路部分22の第4端E4側とが連結されている。
[0062]
 第8導波路342における第1導波路部分21の第2端E2側と第2導波路部分22の第3端E3側とを連結する部分の直線状の一部、および第9導波路352における第1導波路部分21の第1端E1側と第2導波路部分22の第4端E4側とを連結する部分の直線状の一部は、基板14の主面に垂直な方向から見て交差している。また、第8導波路342および第9導波路352の、基板14の主面に垂直な方向から見て交差している部分は、垂直であってよい。第8導波路342および第9導波路352の、基板14の主面に垂直な方向から見て交差している部分は、交差してよいし、基板14の主面に垂直な方向に変位していてよい。
[0063]
 以上のような構成の第4の実施形態の光スイッチ102は、第1の実施形態と同じく、第1導波路11とともに方向性結合器を構成し且つ第1相変化材料23を含む少なくとも1つの第1導波路部分21と、第2導波路12とともに方向性結合器を構成し且つ第2相変化材料24を含む少なくとも1つの第2導波路部分22とを有し、第1端E1から入力されていずれかの第1導波路部分21から出力される電磁波をいずれかの第2導波路部分22の第3端E3側に入力し、第3端E3から入力されていずれかの第2導波路部分22から出力される電磁波をいずれかの第1導波路部分21の第2端E2側に入力する交換部132とを有している。したがって、第4の実施形態の光スイッチ102も、第1相変化材料23および第2相変化材料24を用いながら、挿入損失を低減し得る。また、第4の実施形態の光スイッチ102では、第1の実施形態と同じく、第1端E1および第3端E3の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬される。したがって、第4の実施形態の光スイッチ102も、伝搬する信号の波形が崩しにくく、光通信に好適に使用され得る。また、第4の実施形態の光スイッチ102では、第1の実施形態と同じく、第1導波路11および第2導波路12は同一平面上に位置している。第1導波路11よび第2導波路12に同一の材料を適用する構成において、上述の構成により、第4の実施形態の光スイッチ102も、基板14上において、主面に垂直な方向において両者を変位させた構成に比べて、簡易に製造され得る。また、第4の実施形態の光スイッチ102では、第1の実施形態と同じく、第1相変化材料23および第2相変化材料24は、第1導波路11および第2導波路12が位置する同一平面に垂直な方向において、当該平面から変位している。したがって、第4の実施形態の光スイッチ102も、同一の材料毎に層を形成するように製造する製造方法において、簡易に製造され得る。
[0064]
 また、第4の実施形態の光スイッチ102では、第8導波路342における第1導波路部分21の第2端E2側と第2導波路部分22の第3端E3側とを連結する部分の直線状の一部、および第9導波路352における第1導波路部分21の第1端E1側と第2導波路部分22の第4端E4側とを連結する部分の直線状の一部は垂直である。このような構成により、第4の実施形態の光スイッチ102では、第1導波路部分21の第2端E2側と第2導波路部分22の第3端E3側とを連結する部分の直線状の一部を伝搬する電磁波の、第2導波路部分22の第4端E4側と第1導波路部分21の第1端E1側とを連結している直線状の一部への移動を最小限に抑え得る。
[0065]
 本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
[0066]
 例えば、第1の実施形態から第4の実施形態において、光スイッチ10、100、101、102は、単一の交換部13、130、131、132を含む構成であるが、複数の交換部13、130、131、132がy方向に沿って設けられていてもよい。
[0067]
 また、第1の実施形態において、交換部13は、第3導波路25および第4導波路26の2つの円環状の導波路を有する構成である。しかし、交換部13は、偶数個の円環状の導波路が第3導波路25および第4導波路26の間においてx方向に隣接する導波路同士で2×2方向性結合器を構成させるように形成しても、第1の実施形態と同じ効果が得られる。
[0068]
 また、第3の実施形態および第4の実施形態において、交換部131、132は、2つの第1導波路部分21および2つの第2導波路部分22を有する。しかし、交換部131、132は、3以上の第1導波路部分21および3以上の第2導波路部分22を有してよい。第3の実施形態においては、第6導波路301は、複数の第1導波路部分21の中で最も第2端E2側以外の第1導波路部分21、および複数の第2導波路部分22の中で最も第4端E4側以外の第2導波路部分22を含んでよい。第4の実施形態においては、第8導波路342は、複数の第1導波路部分21の中で最も第2端E2側以外の第1導波路部分21、および複数の第2導波路部分22の中で最も第3端E3側以外の第2導波路部分22を含んでよい。

符号の説明

[0069]
 10、100、101、102 光スイッチ
 11 第1導波路
 12 第2導波路
 13、130、131、132 交換部
 14 基板
 15 第1端部
 16 第2端部
 17 第1直線状部
 18 第3端部
 19 第4端部
 20 第2直線部
 21 第1導波路部分
 22 第2導波路部分
 23 第1相変化材料
 24 第2相変化材料
 25 第3導波路
 26 第4導波路
 27 第1部分
 28 第2部分
 290 第5導波路
 301 第6導波路
 311 第7導波路
 321 第3部分
 331 第4部分
 342 第8導波路
 352 第9導波路
 E1、E2、E3、E4 第1端、第2端、第3端、第4端

請求の範囲

[請求項1]
 電磁波が入出力されるポートである第1端および第2端を有する第1導波路と、
 電磁波が入出力されるポートである第3端および第4端を有し、該第3端および該第4端がそれぞれ前記第1導波路の中心から見た前記第1端側および前記第2端側に位置する第2導波路と、
 前記第1導波路に沿って位置して該第1導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む少なくとも1つの第1導波路部分と、前記第2導波路に沿って位置して該第2導波路とともに方向性結合器を構成し、相変化材料を含む少なくとも1つの第2導波路部分とを有し、前記第1端から入力されていずれかの前記第1導波路部分から出力される電磁波をいずれかの前記第2導波路部分の第3端側に入力し、前記第3端から入力されていずれかの前記第2導波路部分から出力される電磁波をいずれかの前記第1導波路部分の第2端側に入力する交換部と、を備える
 光スイッチ。
[請求項2]
 請求項1に記載の光スイッチにおいて、
 前記交換部は、前記第1導波路部分を含む環状の第3導波路と、該第3導波路の一部とともに方向性結合器を構成し且つ前記第2導波路部分を含む環状の第4導波路とを有する
 光スイッチ。
[請求項3]
 請求項1に記載の光スイッチにおいて、
 前記交換部は、前記第1導波路部分および第2導波路部分を含み、前記第1導波路部分の前記第2端側と前記第2導波路部分の前記第3端側とが連結され、且つ前記第2導波路部分の前記第4端側と前記第1導波路部分の前記第1端側とが連結されている環状の第5導波路を有する
 光スイッチ。
[請求項4]
 請求項3に記載の光スイッチにおいて、
 前記第5導波路において、前記第1導波路部分の前記第2端側と前記第2導波路部分の前記第3端側とを連結する部分の直線状の一部、および前記第2導波路部分の前記第4端側と前記第1導波路部分の前記第1端側とを連結する部分の直線状の一部は垂直である
 光スイッチ。
[請求項5]
 請求項1に記載の光スイッチにおいて、
 前記交換部は、
 複数の第1導波路部分の中の任意の前記第1導波路部分、および該第1導波路部分の前記第2端側と前記第4端側において連結されている、複数の第2導波路部分の中の任意の前記第2導波路部分を含む第6導波路と、
 前記第6導波路よりも前記第2端側に位置し、該第6導波路の一部とともに方向性結合器を構成し、且つ前記第1導波路部分より前記第2端側の前記第1導波路部分、および該第1導波路部分の前記第1端側と前記第3端側において連結されている、前記第2導波路部分より第4端側の前記第2導波路部分を含む第7導波路と、を有する
 光スイッチ。
[請求項6]
 請求項1に記載の光スイッチにおいて、
 前記交換部は、
 複数の前記第1導波路部分の中の任意の前記第1導波路部分、および該第1導波路部分の前記第2端側と前記第3端側において連結されている、複数の前記第2導波路部分の中の任意の前記第2導波路部分を含む前記第8導波路と、
 前記第1導波路部分より第2端側の前記第1導波路部分、および該第1導波路部分の前記第1端側と前記第4端側において連結されている、前記第2導波路部分より第3端側の前記第2導波路部分を含む第9導波路と、を有する
 光スイッチ。
[請求項7]
 請求項6に記載の光スイッチにおいて、
 前記第8導波路における前記第1導波路部分の前記第2端側と前記第2導波路部分の前記第3端側とを連結する部分の直線状の一部と、前記第9導波路における前記第1導波路部分の前記第1端側と前記第2導波路部分の前記第4端側とを連結する部分の直線状の一部とは垂直である
 光スイッチ。
[請求項8]
 請求項1から7のいずれか1項に記載の光スイッチにおいて、
 前記相変化材料の相変化に、レーザ光が用いられる
 光スイッチ。
[請求項9]
 請求項1から7のいずれか1項に記載の光スイッチにおいて、
 前記相変化材料の相変化に、抵抗体による発熱が用いられる
 光スイッチ。
[請求項10]
 請求項1から9のいずれか1項に記載の光スイッチにおいて、
 前記第1端および前記第3端の少なくとも一方に入力される電磁波は、シングルモードで伝搬される
 光スイッチ。
[請求項11]
 請求項1から10のいずれか1項に記載の光スイッチにおいて、
 前記第1導波路および前記第2導波路は、同一平面上に位置している
 光スイッチ。
[請求項12]
 請求項11に記載の光スイッチにおいて、
 前記相変化材料は、前記同一平面に垂直な方向において、該平面から変位している
 光スイッチ。
 

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]