JP2000241836A - Optical switch and production of optical switch - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide type optical switch in a small size with a small number of switches in which the optical path is switched by using optical deflection. SOLUTION: This optical switch is produced by laminating an optical waveguide layer 3 on a substrate 1 as a lower electrode. The optical waveguide formed in the optical waveguide layer 3 includes collimator lenses 9 to collimate the laser light entering from the entering part 12, prism-type upper electrodes 5 to deflect the collimated laser light by applying voltage between the electrodes 5 and lower electrodes 3 and a condensing lens 10 to condense the deflected laser light by the prism-type upper electrodes 5 onto an emitting part 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバー等の
光経路を切替える光スイッチおよびその製造方法に関
し、詳しくは、光ビームの偏向を利用して光経路を切替
える小型でスイッチ数の少ない光導波路型の光スイッチ
およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch for switching an optical path of an optical fiber or the like and a method for manufacturing the same. Optical switch and its manufacturing method.

【０００２】[0002]

【従来の技術】光通信ネットワークは個別にノード間を
結ぶポイント間の光通信から、ポイント間でAdd-Drop M
ultiplexingを行う光通信、さらに複数のノード間を電
気信号に変換することなく光信号のままで結ぶ光通信に
発展しようとしている。このため、これに必要な光分岐
結合器、光合分波器、光スイッチ等の各種光部品の開発
が重要になっているが、その中でも複数の光スイッチ
（または光ゲート）を用いたマトリクス光スイッチは複
数の光ファイバー間を需要に応じて切り替えたり、ネッ
トワークの故障の際の迂回路確保のために切り替えたり
と、各種光部品の中でも、最も重要な部品の一つであ
る。2. Description of the Related Art Optical communication networks are based on the point-to-point optical communication between individual nodes.
Optical communication that performs ultiplexing and optical communication that connects multiple nodes as they are without converting them into electrical signals are being developed. For this reason, it is important to develop various optical components such as an optical branching coupler, an optical multiplexer / demultiplexer, and an optical switch. Among them, a matrix optical device using a plurality of optical switches (or optical gates) is important. The switch is one of the most important optical components among various optical components, such as switching between a plurality of optical fibers according to demand and switching for securing a detour in the event of a network failure.

【０００３】光スイッチの形態としては、バルク型と光
導波路型等に分けることができる。バルク型は、プリズ
ム、ミラー、ファイバ等を機械的に可動させて光路を切
り換えるもので、波長依存性が少なく、比較的低損失と
いう利点があるが、スイッチング速度が遅く、小型化が
難しくマトリックス化に不適切であり、組立調整工程が
煩雑であり量産には適さず高価格であるという問題点が
ある。光導波路型は、スイッチング速度、小型化および
集積化、量産性等の面で非常に優れ、このため光導波路
型マトリックス光スイッチは非常に多く検討されてい
る。[0003] Optical switches can be classified into a bulk type and an optical waveguide type. The bulk type switches the optical path by mechanically moving prisms, mirrors, fibers, etc., and has the advantage of low wavelength dependence and relatively low loss.However, the switching speed is slow, miniaturization is difficult, and matrix formation is difficult. However, there is a problem that the assembly adjustment process is complicated, is not suitable for mass production, and is expensive. The optical waveguide type is very excellent in terms of switching speed, miniaturization and integration, mass productivity, and the like. For this reason, an optical waveguide type matrix optical switch is being studied very frequently.

【０００４】光導波路型光スイッチは形態的には大きく
２種類に分けることが可能である。第１の形態は、入力
ポートと出力ポートとを接続する分岐型チャンネル光導
波路を、ある原理の光スイッチまたは光ゲートを複数組
み合わせて切り替えるものである。第２の形態は、入力
ポートと出力ポートとの間に光偏向器を設けて入力ポー
トの光を出力ポートへ向けて偏向するものである。これ
らの中では、設計に対する柔軟性と光の損失の少なさ等
から、第１の形態の光導波路型光スイッチが最も多く検
討されている。The optical waveguide type optical switch can be roughly classified into two types in terms of form. In the first mode, a branch-type channel optical waveguide connecting an input port and an output port is switched by combining a plurality of optical switches or optical gates based on a certain principle. In the second embodiment, an optical deflector is provided between an input port and an output port to deflect light from the input port toward the output port. Among these, the optical waveguide type optical switch of the first embodiment is most often studied because of its flexibility in design and low loss of light.

【０００５】光導波路型光スイッチは、一般に、ＬｉＮ
ｂＯ₃、化合物半導体、石英、あるいはポリマーにチャ
ンネル光導波路を形成し、各経路の交差部などに電気的
に光の進行方向を制御するための光スイッチ、あるいは
電気的に光の進行を開閉して制御する光ゲートを設けた
ものである。An optical waveguide type optical switch is generally made of LiN
A channel optical waveguide is formed in bO ₃ , a compound semiconductor, quartz, or a polymer, and an optical switch for electrically controlling the traveling direction of light at the intersection of each path, or for electrically opening and closing the traveling of light. This is provided with an optical gate for controlling the pressure.

【０００６】最も代表的な光スイッチ材料であり酸化物
強誘電体の一つであるＬｉＮｂＯ₃の場合には、光スイ
ッチの電極に電圧を印加すると電気光学効果により屈析
率が変化することによって高速に光の状態が変わり、ど
の状態を設定するかによって光の進行方向が変化する。
これにより、各光スイッチでは二つの入力端からの光を
それぞれ二つの出力端へ選択的に出力することが可能で
ある。従って、各段で光の進行方向を適切に設定すれば
入力ポートからの光を所望の出力ポートヘ送ることがで
きる。In the case of LiNbO ₃ , which is the most typical optical switch material and one of oxide ferroelectrics, when a voltage is applied to the electrode of the optical switch, the refractive index changes due to the electro-optic effect. The state of light changes at high speed, and the traveling direction of light changes depending on which state is set.
Thus, each optical switch can selectively output light from two input terminals to two output terminals. Therefore, if the traveling direction of light is appropriately set in each stage, light from an input port can be sent to a desired output port.

【０００７】これら光スイッチの光経路の切り替え原理
としては、二本の光導波路を近接配置した方向性結合器
に電界を加えて光の経路を制御する方法、入力光を方向
性結合器にて二つに分離し、それぞれの経路を通る光の
間に電界により生じさせた屈折率で位相差をつけ出口側
の方向性結合器での干渉状態を制御して出力端を切り替
えるマッハツェンダー型の方法、Ｘ交差部での光モード
間の干渉を制御することで光の経路を切り替える方法、
Ｙ分岐部または非対称Ｘ交差部において、光モードの横
方向の分布を電界により生じさせた屈折率で制卸して光
の経路を切り替えるデジタル型と呼ばれる方法、Ｘ交差
部に電極を設けて屈折率を制御することによって全反射
またはブラッグ反射させて光の経路を切り替える方法な
どがある。The principle of switching the optical path of these optical switches is to control the optical path by applying an electric field to a directional coupler in which two optical waveguides are arranged close to each other. Mach-Zehnder type that separates into two and switches the output end by controlling the interference state at the directional coupler on the exit side by giving a phase difference with the refractive index created by the electric field between the light passing through each path A method, a method of switching light paths by controlling interference between optical modes at an X intersection,
A method called a digital type in which a lateral distribution of an optical mode is controlled by a refractive index generated by an electric field to switch a light path at a Y branch or an asymmetric X intersection, and an electrode is provided at the X intersection to provide a refractive index. , And the path of light is switched by total reflection or Bragg reflection.

【０００８】しかし、これらの複数の光スイッチ（また
は光ゲート）を用いたマトリクス光スイッチには、通
常、多数の光スイッチ素子とそれらを結ぶ分岐型チャン
ネルが必要であり、構成が複雑になるという問題があっ
た。例えば、入力ポート数×出力ポート数（Ｎ×Ｎ）が
８×８のクロスバー構成の光スイッチの場合、６４個以
上もの光スイッチ素子が必要であった。このため、特開
平５−８０３６１号公報には、入力ポートと出力ポート
の接続経路を工夫し、光スイッチ数を低減する方法が提
案されている。しかしながら、この方法によっても、光
スイッチ数は８×８の光スイッチの場合で光スイッチ数
を４０までしか低減することができず、また、それらを
結ぶ分岐型チャンネルも必要であり、大きな改善は困難
であった。However, a matrix optical switch using a plurality of optical switches (or optical gates) usually requires a large number of optical switch elements and a branch-type channel connecting them, which complicates the configuration. There was a problem. For example, in the case of an optical switch having a crossbar configuration in which the number of input ports × the number of output ports (N × N) is 8 × 8, 64 or more optical switch elements are required. For this reason, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-80361 proposes a method for reducing the number of optical switches by devising a connection path between an input port and an output port. However, even with this method, the number of optical switches can be reduced to only 40 in the case of 8 × 8 optical switches, and a branch type channel connecting them is also required. It was difficult.

【０００９】一方、A. Kar-Roy and C. S. Tsai, IEEE
Photonics Tech. Lett., vol. 4 (1992) 731.などに
は、ＬｉＮｂＯ₃などよりなる光導波路と、光導波路に
入射した光ビームを平行光とするための薄膜レンズと、
光導波路中の光ビームを音響光学効果により回折するた
めの表面弾性波を励起するくし形の電極とが備えられた
光導波路型の光偏向素子による光スイッチが提案されて
いる。この音響光学効果を利用した光スイッチは、偏向
部分でお互いに重なるようにＮ本の光ビームを配置して
も、それぞれの光ビームを独立に偏向できる。このた
め、Ｎ×Ｎマトリクス光スイッチを構成するためには、
Ｎ個のくし型電極を設ければ良く、また分岐型チャンネ
ルも必要ではないという利点がある。しかしながら、１
００％の回折効率または偏向効率を得ることは困難であ
り挿入損失やクロストークが大きくなるという問題や、
回折角度または偏向角度を大きくできないためポート間
の間隔を光ファイバー径よりもかなり小さくしなくては
ならないという問題があった。On the other hand, A. Kar-Roy and CS Tsai, IEEE
Photonics Tech. Lett., Vol. 4 (1992) 731., etc., include an optical waveguide made of LiNbO ₃ or the like, a thin film lens for converting a light beam incident on the optical waveguide into parallel light,
There has been proposed an optical switch using an optical waveguide type optical deflection element provided with a comb-shaped electrode for exciting a surface acoustic wave for diffracting a light beam in an optical waveguide by an acousto-optic effect. The optical switch using the acousto-optic effect can independently deflect each light beam even if N light beams are arranged so as to overlap each other at the deflection portion. Therefore, to configure an N × N matrix optical switch,
There is an advantage that N comb-shaped electrodes need to be provided, and a branched channel is not required. However, 1
It is difficult to obtain the diffraction efficiency or the deflection efficiency of 00%, and the insertion loss and the crosstalk increase.
Since the diffraction angle or the deflection angle cannot be increased, the distance between the ports must be considerably smaller than the diameter of the optical fiber.

【００１０】他の光偏向素子としては、電気光学効果を
有する酸化物強誘電体材料を用いたプリズム型光偏向素
子が知られている。プリズム型光偏向素子は、ほぼ１０
０％の偏向が可能であるため、クロストークに優れるこ
とが期待される。このような素子としてはセラミックや
単結晶を用いたバルク型素子があるが、素子のサイズを
小さくすることができず、また駆動電圧がかなり高いた
めに実用的な偏向角度を得ることができなかった。As another light deflection element, a prism type light deflection element using an oxide ferroelectric material having an electro-optic effect is known. The prism type optical deflection element has approximately 10
Since 0% deflection is possible, excellent crosstalk is expected. As such an element, there is a bulk element using a ceramic or a single crystal, but the size of the element cannot be reduced, and a practical deflection angle cannot be obtained due to a considerably high driving voltage. Was.

【００１１】また、Q. Chen, et al., J. Lightwave Te
ch. vol. 12 (1994) 1401.などには、Ｔｉ拡散型光導波
路やプロトン交換型光導波路を作製した酸化物強誘電体
材料であるＬｉＮｂＯ₃単結晶ウエハーを用いてカスケ
ード型にプリズムを配したプリズム型ドメイン反転光偏
向素子、またはプリズム型電極光偏向素子が提案されて
いる。しかしながら、ＬｉＮｂＯ₃単結晶ウエハーの厚
さである０．５ｍｍ程度の電極間隔が必要となるために
依然として駆動電圧が高く±６００Ｖの駆動電圧でもわ
ずか０．２度程度の偏向角度しか得られておらず、マト
リックス光スイッチを構成するのに必要な偏向角度を得
ることができなかった。In addition, Q. Chen, et al., J. Lightwave Te
In ch. vol. 12 (1994) 1401., a cascade-type prism is arranged using a LiNbO ₃ single crystal wafer, which is an oxide ferroelectric material, on which a Ti diffusion type optical waveguide and a proton exchange type optical waveguide are manufactured. There has been proposed a prism type domain inversion light deflection element or a prism type electrode light deflection element. However, since the electrode spacing of about 0.5 mm, which is the thickness of the LiNbO ₃ single crystal wafer, is required, the driving voltage is still high, and a deflection angle of only about 0.2 degrees can be obtained even with a driving voltage of ± 600 V. Therefore, it was not possible to obtain a deflection angle necessary for forming a matrix optical switch.

【００１２】一方、化合物半導体または量子井戸を用い
た光導波路型光スイッチの場合には、高速化が可能であ
り、光導波路コアの上下から電圧を印加できるために駆
動電圧の低下も期待できるが、小泉等、光学、24 (199
5) 324.にも示されているように、コア・サイズが小さ
く、光ファイバからの光結合効率が悪いために挿入損失
が大きくなるという問題があり、各種の努力がなされて
いる。その他にも、電場印加によるスイッチングと同時
に光吸収が生じるためにスイッチング特性が劣化しまう
という問題があった。On the other hand, in the case of an optical waveguide type optical switch using a compound semiconductor or a quantum well, it is possible to increase the speed and to apply a voltage from above and below the optical waveguide core. , Koizumi et al., Optics, 24 (199
5) As shown in 324., there is a problem that the insertion loss increases due to a small core size and poor optical coupling efficiency from an optical fiber, and various efforts have been made. In addition, there is a problem that switching characteristics are deteriorated because light absorption occurs simultaneously with switching by application of an electric field.

【００１３】また、有機非線形光学材料を用いた光導波
路型の光偏向素子もある。一般に、有機非線形光学材料
を光導波路とするためには、ポリマー中に有機非線形分
子をドープするか、あるいはポリマーの側鎖または主鎖
に非線形構造を付与し、電場印加によってポーリングを
行った電場配向ポリマーにして用いる。例えば、特開平
４−１８１２３１号公報には、この電場配向ポリマーな
どからなる光導波路を上下電極でサンドイッチ状に挟ん
だ構造によって低電圧で駆動可能としたプリズム型光偏
向素子、およびそれを用いたマトリックス光スイッチが
提案されている。一方、電場配向ポリマーを用いた場合
には無機材料では実現困難な積層構造の形成が可能であ
り、J. I. Thackara et al, Appl. Phys. Lett. 52 (19
88) 1031.などにも同様の構造が示されている。しかし
ながら、戒能, O plus E, 186 (1995) 98.などに示され
ているように、電場配向ポリマーは酸化物強誘電体材料
と比較して温度安定性に欠けるなどの問題があり、実用
に足る素子の開発は進んでいないのが現状である。ま
た、浅原,Optronics, 11 (1995) 147.などに示されてい
るように、ポリマーは屈折率などの選択幅が小さく、こ
のため薄膜レンズを設けても焦点距離が大きくなり、特
開平４−１８１２３１号公報に示されたようなマトリッ
クス光スイッチを構成した場合にはスイッチのサイズが
かなり大きくなる可能性があることも問題であった。There is also an optical waveguide type optical deflection element using an organic nonlinear optical material. In general, in order to use an organic nonlinear optical material as an optical waveguide, an organic nonlinear molecule is doped into a polymer, or a nonlinear structure is added to a side chain or a main chain of the polymer, and electric field orientation is performed by poling by applying an electric field. Used as a polymer. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-181231 discloses a prism type optical deflection element which can be driven at a low voltage by a structure in which an optical waveguide made of an electric field oriented polymer or the like is sandwiched between upper and lower electrodes. Matrix optical switches have been proposed. On the other hand, when an electric field oriented polymer is used, it is possible to form a laminated structure which is difficult to realize with an inorganic material. JI Thackara et al, Appl. Phys. Lett. 52 (19
88) 1031. etc. also shows a similar structure. However, as shown in Kainou, O plus E, 186 (1995) 98, etc., electric field oriented polymers have problems such as lack of temperature stability as compared with oxide ferroelectric materials, and they At present, the development of sufficient devices has not progressed. Also, as shown in Asahara, Optronics, 11 (1995) 147., polymers have a small selection range of refractive index and the like, so that even if a thin film lens is provided, the focal length becomes large. When a matrix optical switch as disclosed in Japanese Patent No. 181231 is configured, there is a problem that the size of the switch may be considerably increased.

【００１４】また、特開平４−１８１２３１号公報に示
されたマトリックス光スイッチは、光導波路に入射した
Ｎ本の光ビームを平行光とするためのＮ個の薄膜レンズ
と、平行光とされた光ビームを偏向するためのＮ個のプ
リズム電極を設け、さらに偏向された光ビームを再び偏
向するための対向するＮ個のプリズム電極と、光導波路
端へ集光するためのＮ個の薄膜レンズを設けている。し
かしながら、この光スイッチ構造では、Ｎ×Ｎの光スイ
ッチの場合で２Ｎ個の光スイッチが必要であり、また、
偏向角度が温度変化などによって変動すると対向するプ
リズム電極への光ビームの位置がずれてしまいクロスト
ークが悪化しやすいという問題があった。また、このよ
うに出射側と入射側とが対称となる構成の場合には、光
路中に二組のプリズム電極（光ビームを偏向するための
プリズム電極と、偏向された光ビームを再び偏向するた
めのプリズム電極）を設ける必要があり、マトリックス
光スイッチのサイズを小さくすれば、二組のプリズム電
極間の距離が狭くなり偏向角度が大きくなるため駆動電
圧が高くなり、一方、駆動電圧の増加を抑えようとすれ
ば、マトリックス光スイッチのサイズが大きくなるとい
う問題もあった。In the matrix optical switch disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-181231, N thin film lenses for converting N light beams incident on an optical waveguide into parallel light, and parallel light are used. N prism electrodes for deflecting the light beam are provided. Further, N prism electrodes facing each other for deflecting the deflected light beam again, and N thin film lenses for condensing the light beam at the end of the optical waveguide. Is provided. However, this optical switch structure requires 2N optical switches in the case of an N × N optical switch.
If the deflection angle fluctuates due to a change in temperature or the like, the position of the light beam to the opposing prism electrode is shifted, and there is a problem that crosstalk is likely to be deteriorated. Also, in the case of such a configuration in which the emission side and the incidence side are symmetric, two sets of prism electrodes (a prism electrode for deflecting the light beam and a prism electrode for deflecting the deflected light beam again) are provided in the optical path. If the size of the matrix optical switch is reduced, the distance between the two sets of prism electrodes is reduced and the deflection angle is increased, so that the driving voltage is increased, while the driving voltage is increased. However, there is a problem that the size of the matrix optical switch becomes large if it is attempted to reduce the size.

【００１５】[0015]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の問題点を解決すべくなされたものであり、本発明の
目的は、光偏向を利用して光経路を切替える小型でスイ
ッチ数の少ない光導波路型の光スイッチおよびその製造
方法を提供することにある。本発明の他の目的は、温度
安定性が高く、挿入損失やクロストークが小さく、適切
な間隔のポート間の切り替えを低駆動電圧で行える光導
波路型の光スイッチおよびその製造方法を提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a small-sized switch having a small number of switches for switching an optical path using optical deflection. An object of the present invention is to provide an optical switch of a small optical waveguide type and a method of manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide an optical waveguide type optical switch having high temperature stability, low insertion loss and crosstalk, and capable of switching between appropriately spaced ports with a low driving voltage, and a method of manufacturing the same. It is in.

【００１６】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明者は、光偏向型の
Ｎ×Ｍマトリクス光スイッチの各種構成を鋭意検討した
結果、下記手段により上記課題を解決できることを見出
した。すなわち、請求項１に記載の本発明の光スイッチ
は、下部電極となる基板上に光導波路層を積層してな
り、該光導波路層に形成された光導波路が入射用光経路
に接続する入射部と出射用光経路に接続する出射部とを
有し、該光導波路を介して入射用光経路を出射用光経路
へと切替える光スイッチであって、該光導波路は、前記
入射部に対応して設けられ、前記入射部から入射したレ
ーザ光を平行光にする複数のコリメート・レンズと、該
コリメート・レンズに対応して設けられ、該コリメート
・レンズにより平行にされたレーザ光を前記下部電極と
の間に電圧を印加して偏向するプリズム型上部電極と、
該プリズム型上部電極により偏向されたレーザ光を前記
出射部へ集光する集光レンズと、を有してなることを特
徴とする。As a result of diligent studies of various configurations of an optical deflection type N × M matrix optical switch, the present inventor has found that the above-mentioned object can be solved by the following means. That is, in the optical switch according to the first aspect of the present invention, an optical waveguide layer is laminated on a substrate serving as a lower electrode, and the optical waveguide formed on the optical waveguide layer is connected to an incident optical path. An optical switch having an output section connected to the output optical path, and switching the input optical path to the output optical path via the optical waveguide, wherein the optical waveguide corresponds to the input section. A plurality of collimating lenses that collimate the laser light incident from the incident portion, and a laser beam that is provided corresponding to the collimating lens and is collimated by the collimating lens into the lower portion. A prism type upper electrode for applying a voltage between the electrodes and deflecting the voltage,
And a condenser lens for condensing the laser beam deflected by the prism-type upper electrode to the emission section.

【００１７】この光スイッチでは、上部電極に電圧を印
加しない状態では各光ファイバー等の入射用光経路か
ら、これに接続する入射部を介して入射したレーザ光は
コリメート・レンズによって平行光された後、集光レン
ズによって出射用端面の一点へ集光される。一方、各レ
ーザ光が重ならない位置に設けられたプリズム型上部電
極と下部電極との間に電圧を印加すると、該コリメート
・レンズによって平行光とされた各レーザ光は独立に偏
向され、さらに集光レンズによって出射用端面に設けら
れた出射部へ集光されて、入射用光経路が出射用光経路
へと切替えられる。In this optical switch, when no voltage is applied to the upper electrode, laser light incident from an incident optical path such as each optical fiber through an incident portion connected thereto is collimated by a collimating lens. Then, the light is condensed by the condensing lens to one point of the exit end face. On the other hand, when a voltage is applied between the prism-type upper electrode and the lower electrode provided at positions where the respective laser beams do not overlap, the respective laser beams collimated by the collimating lens are independently deflected and further collected. The light is condensed by the optical lens on the emission section provided on the end face for emission, and the light path for incidence is switched to the light path for emission.

【００１８】このような構成とすることにより、光スイ
ッチの全長に対するプリズム型上部電極と出射用端面と
の距離を大きくとれるため、Ｎ×Ｍのマトリクス光スイ
ッチを構成するのに必要な光スイッチ素子の個数を、Ｎ
個と大幅に少なくできると同時に、スイッチ・サイズを
従来の光偏向型の光スイッチの半分程度とするか、駆動
電圧を半分程度にすることが可能となる。With such a configuration, the distance between the prism-shaped upper electrode and the emitting end face with respect to the entire length of the optical switch can be increased, so that the optical switch element necessary for forming an N × M matrix optical switch is provided. Is the number of N
At the same time, the number of switches can be greatly reduced, and at the same time, the switch size can be reduced to about half that of the conventional optical deflection type optical switch, or the drive voltage can be reduced to about half.

【００１９】請求項２に記載の本発明の光スイッチは、
請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記入射部およ
び／または出射部を複数有してなり、前記入射部から選
択されるいずれか一の入射部から入射したレーザ光を、
前記出射部から選択されるいずれか一の出射部から出射
させることを特徴とする。An optical switch according to a second aspect of the present invention comprises:
2. The optical switch according to claim 1, wherein the optical switch includes a plurality of the incident portions and / or the outgoing portions, and a laser beam incident from any one of the incident portions selected from the incident portions,
The light is emitted from any one of the emission units selected from the emission units.

【００２０】本発明の光スイッチは、光偏向型のＮ×Ｍ
マトリクス光スイッチとして構成した場合にも、所望の
入射用光ファイバーから所望の出射用光ファイバーへ光
経路を切り替えることができる。The optical switch of the present invention is an optical deflection type N × M
Even when configured as a matrix optical switch, the optical path can be switched from a desired input optical fiber to a desired output optical fiber.

【００２１】請求項３に記載の本発明の光スイッチは、
請求項１または２に記載の光スイッチにおいて、前記基
板が、導電性または半導電性の単結晶基板、または表面
に導電性または半導電性の薄膜が設けられた単結晶基板
であり、前記光導波路層が、エピタキシャルまたは単一
配向性の酸化物強誘電体からなる光導波路層であること
を特徴とする。The optical switch according to the third aspect of the present invention comprises:
The optical switch according to claim 1, wherein the substrate is a conductive or semiconductive single-crystal substrate, or a single-crystal substrate having a conductive or semiconductive thin film provided on a surface thereof. The waveguide layer is an optical waveguide layer made of an epitaxial or mono-oriented oxide ferroelectric.

【００２２】図７は、本発明の光スイッチにおける電界
分布の原理図である。図７において上部電極５をプリズ
ム形とし、バッファ層２、光導波路層３、および必要に
応じてクラッド層４を介して距離ｄの位置にある下部電
極である基板１との間に電圧Ｖが印加されると、屈折率
変化が生じ、プリズム電極の長さをＬ、幅をＷとすると θ＝−Δｎ×Ｌ／Ｗ＝１／２・ｒ・ｎ³・（Ｖ／ｄ）・
（Ｌ／Ｗ） の偏向が生じる。なお、二次の電気光学効果であるＫｅ
ｒｒ効果を有する強誘電体材料にプリズム型電極によっ
て電場を加えた場合の偏向は次式に従う。 θ＝１／２・ｒ・ｎ³・（Ｖ／ｄ）²・（Ｌ／Ｗ） このように、酸化物強誘電体からなる光導波路材料に対
して、上部電極としてプリズム型電極を設けると、低駆
動電圧で前記の光偏向型のマトリクス光スイッチを構成
するために必要な偏向角度が得られ、偏向状態での未偏
向成分は基本的になく、また、散乱光も極めて少ないこ
とより、挿入損失やクロストークの問題を解決すること
ができる。FIG. 7 is a principle diagram of the electric field distribution in the optical switch of the present invention. In FIG. 7, the upper electrode 5 has a prism shape, and a voltage V is applied between the buffer layer 2, the optical waveguide layer 3, and the substrate 1 which is a lower electrode at a distance d via the cladding layer 4 as necessary. When the voltage is applied, a change in the refractive index occurs. When the length of the prism electrode is L and the width is W, θ = −Δn × L / W = ｒ · r · n ³ · (V / d) ·
(L / W) deflection occurs. Note that Ke, which is a secondary electro-optic effect, is used.
When an electric field is applied to a ferroelectric material having an rr effect by a prism electrode, the deflection is in accordance with the following equation. θ = １ ／ · r · n ³ · (V / d) ² · (L / W) As described above, when an optical waveguide material made of an oxide ferroelectric material is provided with a prism electrode as an upper electrode. The deflection angle required to configure the optical deflection type matrix optical switch with a low driving voltage is obtained, and there is basically no undeflected component in the deflection state, and the scattered light is extremely small, The problems of insertion loss and crosstalk can be solved.

【００２３】以上の通り、酸化物強誘電体材料でも光導
波路を上下電極でサンドイッチ状に挟んだ積層構造を採
ることにより、上記プリズム型光偏向素子の駆動電圧の
問題を解決することができる。As described above, the problem of the driving voltage of the prism type optical deflection element can be solved by adopting a laminated structure in which the optical waveguide is sandwiched between the upper and lower electrodes even with the oxide ferroelectric material.

【００２４】請求項４に記載の本発明の光スイッチは、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光スイッチにお
いて、前記基板と前記光導波路層との間に、エピタキシ
ャルまたは単一配向性の酸化物からなり、前記光導波路
層より小さい屈折率を有するバッファ層を設けたことを
特徴とする。The optical switch according to the present invention described in claim 4 is:
The optical switch according to claim 1, wherein the optical switch is made of an epitaxial or mono-oriented oxide and has a lower refractive index than the optical waveguide layer between the substrate and the optical waveguide layer. A buffer layer having the same.

【００２５】一般に、基板１上に設けられた光導波路３
に光が導入されると、全光強度の一部が基板１へ染み出
し、導電性基板の透明性は低いために染みだした成分が
基板１へ吸収され、光伝搬にともない伝搬損失となる。
しかし、図７のように、この染みだしている領域の厚さ
分を吸収のないバッファ層２で置き換えれば導電性基板
１による吸収はなくなり、伝搬損失の低減が可能とな
る。バッファ層２がこのように光導波路層３と導電性基
板１との隔離層として機能するためには、バッファ層材
料の屈折率が光導波路層材料の屈折率よりも小さいこと
が必要である。また、光導波路表面や光導波路中の粒界
などによる散乱に起因する光伝播損失を実用レベルに低
減するためには、バッファ層材料は導電性基板材料と光
導波路材料とのエピタキシ関係を保持できることが不可
欠である。Generally, the optical waveguide 3 provided on the substrate 1
When light is introduced into the substrate, a part of the total light intensity leaks out to the substrate 1, and since the transparency of the conductive substrate is low, the component that seeps out is absorbed by the substrate 1, resulting in a propagation loss due to light propagation. .
However, as shown in FIG. 7, if the thickness of the exuded region is replaced by the buffer layer 2 having no absorption, the absorption by the conductive substrate 1 is eliminated, and the propagation loss can be reduced. In order for the buffer layer 2 to function as an isolation layer between the optical waveguide layer 3 and the conductive substrate 1 in this manner, the refractive index of the buffer layer material needs to be smaller than the refractive index of the optical waveguide layer material. In addition, in order to reduce the light propagation loss due to scattering due to the optical waveguide surface and grain boundaries in the optical waveguide to a practical level, the buffer layer material must be able to maintain the epitaxy relationship between the conductive substrate material and the optical waveguide material. Is essential.

【００２６】図８は、図７に示す光スイッチを等価回路
として表した概念図である。この等価回路は、光導波路
層３の容量Ｃ_wとバッファ層２の容量Ｃ_bからなる直列回
路で表される。全印加電圧をＶ₀、光導波路層３の比誘
電率をε_w、膜厚をｄ_w、バッファ層２の比誘電率を
ε_b、膜厚をｄ_b、ε₀を真空の誘電率で８．８５４×１
０^{- 14}（Ｆ／ｃｍ）、Ｓを電極面積とすると、光導波路
層３に印加される実効電圧Ｖ _wは次式のようになる。 Ｖ_w＝Ｃ_b／（Ｃ_w＋Ｃ_b）×Ｖ₀＝ε_bｄ_w／（ε_wｄ_b＋ε_b
ｄ_w）×Ｖ₀ この式からも分かるように、導電性基板１と光導波路層
３の間にバッファ層２が存在すると、上下電極間に印加
した電圧は光導波路層３とバッファ層２のそれぞれの容
量に従って分配され、光導波路層３に印加できる実効電
圧は低下する。しかし、一定の膜厚を有する高誘電率の
バッファ層２を用いることにより、高い実効電圧を光導
波路層３に印加することが可能となる。FIG. 8 shows an equivalent circuit of the optical switch shown in FIG.
FIG. This equivalent circuit is an optical waveguide
Layer 3 capacitance C_wAnd the capacitance C of the buffer layer 2_bSeries of
Expressed by road. All applied voltage is V₀Of the optical waveguide layer 3
The electric power is ε_wAnd the film thickness is d_w, The relative dielectric constant of the buffer layer 2
ε_bAnd the film thickness is d_b, Ε₀Is 8.854 × 1 in the dielectric constant of vacuum.
0^{- 14}(F / cm), where S is the electrode area, the optical waveguide
Effective voltage V applied to layer 3 _wIs as follows. V_w= C_b/ (C_w+ C_b) × V₀= Ε_bd_w/ (Ε_wd_b+ Ε_b
d_w) × V₀ As can be seen from this equation, the conductive substrate 1 and the optical waveguide layer
3, if the buffer layer 2 exists between the upper and lower electrodes
The applied voltage is the capacity of each of the optical waveguide layer 3 and the buffer layer 2.
Distributed according to the amount, and can be applied to the optical waveguide layer 3.
The pressure drops. However, a high dielectric constant
By using the buffer layer 2, a high effective voltage
It can be applied to the waveguide layer 3.

【００２７】請求項５に記載の本発明の光スイッチは、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光スイッチにお
いて、前記光導波路層と前記上部電極の間に、酸化物か
らなり、前記光導波路層よりも小さい屈折率を有するク
ラッド層を設けたことを特徴とする。The optical switch according to the present invention described in claim 5 is:
The optical switch according to any one of claims 1 to 4, wherein a cladding layer made of an oxide and having a smaller refractive index than the optical waveguide layer is provided between the optical waveguide layer and the upper electrode. It is characterized by the following.

【００２８】一般に、光導波路層３の上に上部金属電極
５が設けられた際、光導波路層中の光の振動数が金属電
極５のプラズマ振動数を越えると、光伝搬にともない金
属電極５中へ染みだした成分が金属中のキャリアによっ
て強く吸収され、伝搬損失となる。しかし、図７のよう
に、この染みだしの起こる領域を吸収の小さいクラッド
層４で置き換えれば上部金属電極５による吸収はなくな
り、伝搬損失の低減が可能となる。クラッド層４がこの
ように光導波路層３と金属電極５との隔離層として機能
するためには、一般に、クラッド層材料の屈折率が光導
波路層材料の屈折率よりも小さいことが必要である。Generally, when the upper metal electrode 5 is provided on the optical waveguide layer 3 and the light frequency in the optical waveguide layer exceeds the plasma frequency of the metal electrode 5, the metal electrode 5 Components that seep into the inside are strongly absorbed by carriers in the metal, resulting in propagation loss. However, as shown in FIG. 7, if the area where this seeping occurs is replaced by the cladding layer 4 having low absorption, the absorption by the upper metal electrode 5 is eliminated, and the propagation loss can be reduced. In order for the clad layer 4 to function as an isolation layer between the optical waveguide layer 3 and the metal electrode 5 as described above, it is generally necessary that the refractive index of the clad layer material be smaller than the refractive index of the optical waveguide layer material. .

【００２９】請求項６に記載の本発明の光スイッチは、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光スイッチにお
いて、前記エピタキシャルまたは単一配向性の酸化物
が、Ｐｂ_1-x Ｌａ_x（Ｚｒ_yＴｉ_1-y）_1-x/4Ｏ₃（０＜ｘ
＜０．３、０＜ｙ＜１．０）であることを特徴とする。The optical switch according to the present invention described in claim 6 is:
In the optical switch according to any one of claims 1 to 5, wherein the epitaxial or single orientation oxide _{is, Pb 1-x La x (} Zr y Ti 1-y) 1-x / 4 O 3 (0 <x
<0.3, 0 <y <1.0).

【００３０】請求項７に記載の本発明の光スイッチは、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光スイッチにお
いて、前記導電性または半導電性の単結晶基板が、不純
物元素をドープしたＳｒＴｉＯ₃であることを特徴とす
る。The optical switch according to the present invention according to claim 7 is:
In the optical switch according to any one of claims 1 to 6, wherein the conductive or semi-conductive single-crystal substrate, characterized in that it is a SrTiO ₃ doped with an impurity element.

【００３１】請求項８に記載の本発明の光スイッチは、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光スイッチにお
いて、前記単結晶基板上に設けられた導電性または半導
電性の薄膜が、エピタキシャルまたは単一配向性の薄膜
であることを特徴とする。The optical switch according to the present invention described in claim 8 is:
The optical switch according to claim 1, wherein the conductive or semiconductive thin film provided on the single crystal substrate is an epitaxial or unidirectional thin film. I do.

【００３２】請求項９に記載の本発明の光スイッチは、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光スイッチにお
いて、前記入射部および前記出射部にチャンネル光導波
路が設けられたことを特徴とする。入射用端面とコリメ
ート・レンズの間と、出射用端面と集光レンズとの間に
チャンネル導波路を設けるとクロストーク低減や、スラ
ブ型導波路部への発散角度の均一化、端面の加工精度要
求を緩和するために有効であることが分かった。[0032] The optical switch according to the ninth aspect of the present invention comprises:
The optical switch according to any one of claims 1 to 8, wherein a channel optical waveguide is provided in each of the incident part and the emission part. Providing a channel waveguide between the input end face and the collimating lens and between the output end face and the condensing lens reduces crosstalk, equalizes the divergence angle to the slab type waveguide, and processing accuracy of the end face. It has been found to be effective in relaxing demands.

【００３３】請求項１０に記載の本発明の光スイッチ
は、請求項９に記載の光スイッチにおいて、前記出射部
に設けられたチャンネル導波路がテーパ型チャンネル光
導波路であることを特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the optical switch according to the ninth aspect, wherein the channel waveguide provided in the emission section is a tapered channel optical waveguide.

【００３４】本発明の光スイッチは、対向するプリズム
電極間での光ビームの偏向が必要ない構造であるため、
出射用端面と集光レンズとの間のチャンネル導波路の集
光レンズ側にテーパ型チャンネル導波路を設けると、偏
向角度の変動が生じてもチャンネル導波路へ光ビームを
導けるため、クロストークの悪化を抑制できることが分
かった。The optical switch of the present invention has a structure that does not require deflection of the light beam between the opposing prism electrodes.
If a tapered channel waveguide is provided on the converging lens side of the channel waveguide between the exit end face and the converging lens, the light beam can be guided to the channel waveguide even if the deflection angle fluctuates. It was found that deterioration could be suppressed.

【００３５】請求項１１に記載の本発明の光スイッチの
製造方法は、導電性または半導電性の下部電極となる単
結晶基板上、または、表面に導電性または半導電性の薄
膜が設けられた下部電極となる単結晶基板上に、酸化物
よりなるエピタキシャル・バッファ層と、 エッチングに
より、コリメート・レンズと集光レンズとチャンネル光
導波路とが形成された酸化物強誘電体よりなるエピタキ
シャル光導波路層を形成し、該光導波路層上に、酸化物
よりなるクラッド層および/または上部電極を形成する
請求項４乃至１０のいずれか１項に記載の光スイッチの
製造方法であって、前記バッファ層、前記光導波路層、
および前記クラッド層が、アモルファス薄膜を形成した
後、該アモルファス薄膜を加熱により固相エピタキシャ
ル成長することによって形成されることを特徴とする。In the method for manufacturing an optical switch according to the present invention, a conductive or semiconductive thin film is provided on or on a single crystal substrate serving as a conductive or semiconductive lower electrode. An epitaxial optical waveguide composed of an oxide ferroelectric in which an epitaxial buffer layer composed of an oxide and a collimating lens, a condensing lens, and a channel optical waveguide are formed by etching on a single crystal substrate serving as a lower electrode. The method for manufacturing an optical switch according to any one of claims 4 to 10, wherein a layer is formed, and a cladding layer made of an oxide and / or an upper electrode is formed on the optical waveguide layer. Layer, the optical waveguide layer,
And the cladding layer is formed by forming an amorphous thin film and then subjecting the amorphous thin film to solid phase epitaxial growth by heating.

【００３６】請求項１２に記載の本発明の光スイッチの
製造方法は、請求項１１に記載の光スイッチの製造方法
において、前記コリメート・レンズと集光レンズとチャ
ンネル光導波路とは、前記エピタキシャルバッファ層上
に、光導波路層となるアモルファス薄膜を形成し、該ア
モルファス光導波路層の一部をエッチングにより除去し
た後、残部を加熱により固相エピタキシャル成長して、
エピタキシャル光導波路層とすることにより形成される
ことを特徴とする。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the optical switch manufacturing method according to the eleventh aspect, wherein the collimating lens, the condensing lens, and the channel optical waveguide are connected to the epitaxial buffer. On the layer, an amorphous thin film to be an optical waveguide layer is formed, a part of the amorphous optical waveguide layer is removed by etching, and the remaining portion is subjected to solid phase epitaxial growth by heating,
It is characterized by being formed by forming an epitaxial optical waveguide layer.

【００３７】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【００３８】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施形態にかかる２×２光スイッチの概略斜視図で
ある。図１に示すように、本発明の第１の実施形態にか
かる光スイッチは、下部電極となる基板１上に光導波路
層３を積層してなり、その入射側の入射用端面７には、
該光導波路層３に形成された光導波路を入射用光経路に
接続する２つのチャンネル光導波路１２ａ、１２ｂが２
５０μｍの間隔で設けられており、その出射側の出射用
端面８には、光導波路を出射用光経路に接続する２つの
チャンネル光導波路１４ａ、１４ｂが２５０μｍの間隔
で設けられている。光導波路には、入射側から出射側に
向かって、チャンネル光導波路１２ａ、１２ｂに対応す
るコリメート・レンズ９ａ、９ｂと、コリメート・レン
ズ９ａ、９ｂに対応する２組４個のプリズム型上部電極
５ａ、５ｂと、集光レンズ１０とが設けられている。チ
ャンネル光導波路１２ａ、１２ｂの端部からコリメート
・レンズ９ａ、９ｂまでの距離は４ｍｍであり、チャン
ネル光導波路１４ａ、１４ｂの端部から集光レンズ１０
までの距離は１７ｍｍである。２組４個のプリズム型上
部電極５ａ、５ｂとは、コリメート・レンズ９ａ、９ｂ
を通過した各レーザ光が重ならない位置に設けられてい
る。プリズム型上部電極５ａ、５ｂのプリズム形状は、
底辺が２００μｍであり、高さが４０００μｍである。(First Embodiment) FIG. 1 is a schematic perspective view of a 2 × 2 optical switch according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the optical switch according to the first embodiment of the present invention has an optical waveguide layer 3 laminated on a substrate 1 serving as a lower electrode, and an incident end face 7 on an incident side thereof has
The two channel optical waveguides 12a and 12b connecting the optical waveguide formed on the optical waveguide layer 3 to the incident optical path are two
Two channel optical waveguides 14a and 14b for connecting the optical waveguide to the output optical path are provided on the output end face 8 on the output side at an interval of 250 μm. From the incident side to the output side, the optical waveguide includes collimating lenses 9a and 9b corresponding to the channel optical waveguides 12a and 12b, and two sets of four prism-type upper electrodes 5a corresponding to the collimating lenses 9a and 9b. , 5b and a condenser lens 10 are provided. The distance from the ends of the channel optical waveguides 12a and 12b to the collimating lenses 9a and 9b is 4 mm, and the distance from the ends of the channel optical waveguides 14a and 14b
The distance to is 17 mm. The two sets of four prism type upper electrodes 5a and 5b are collimating lenses 9a and 9b.
Are provided at positions where the laser beams that have passed through do not overlap. The prism shape of the prism type upper electrodes 5a and 5b is as follows.
The bottom is 200 μm and the height is 4000 μm.

【００３９】チャンネル光導波路１２ａ、１２ｂを経て
各光ファイバーからそれぞれ平行に入射した各光ビーム
は光導波路層３内のスラブ型光導波路で発散し、コリメ
ート・レンズ９ａ、９ｂによってそれぞれ平行光とされ
た後、２組４個の上部電極５ａまたは５ｂ電圧を印加し
ない状態では、集光レンズ１０によって出射用端面８の
一点へ集光される。Each light beam incident on each of the optical fibers via the channel optical waveguides 12a and 12b in parallel from the optical fibers diverges in the slab type optical waveguide in the optical waveguide layer 3, and is collimated by the collimating lenses 9a and 9b. Thereafter, in a state where no voltage is applied to the two sets of four upper electrodes 5a or 5b, the light is condensed by the condensing lens 10 to one point of the exit end face 8.

【００４０】これに対し、例えば、チャンネル光導波路
１２ａから入射した光ビームは、コリメート・レンズ９
ａと集光レンズ１０との間で、１組のプリズム型上部電
極５ａの１つと下部電極である基板１との間に電圧を６
Ｖ印加することにより７ｍｒａｄ偏向され、図１の破線
で示すように、チャンネル光導波路１４へ光経路を切り
替えられる。同様に、チャンネル光導波路１２ｂから入
射した光ビームは、１組のプリズム型上部電極５ｂの１
つと下部電極である基板１との間に電圧を６Ｖ印加する
ことにより７ｍｒａｄ偏向され、チャンネル光導波路１
４ａあるいは１４ｂへ光経路を切り替えられる。On the other hand, for example, the light beam incident from the channel optical waveguide 12a is
a and a condenser lens 10, a voltage of 6 is applied between one of the set of prism type upper electrodes 5a and the substrate 1 as the lower electrode.
By applying V, the beam is deflected by 7 mrad, and the optical path is switched to the channel optical waveguide 14 as shown by the broken line in FIG. Similarly, the light beam incident from the channel optical waveguide 12b is applied to one of the prism type upper electrodes 5b.
When a voltage of 6 V is applied between the substrate and the substrate 1 serving as the lower electrode, the channel optical waveguide 1 is deflected by 7 mrad.
The optical path can be switched to 4a or 14b.

【００４１】このような基本構造によって、マトリクス
光スイッチを構成する場合には必要な光スイッチ素子の
個数を少なくでき、挿入損失やクロストークが小さく、
適切な間隔のポート間の切り替えを低駆動電圧で実現で
きる光スイッチまたはマトリックス光スイッチが得られ
る。また、入射用端面とコリメート・レンズの間と、出
射用端面と集光レンズとの間に設けたチャンネル導波路
は、クロストーク低減や、スラブ型導波路部への発散角
度の均一化、端面の加工精度要求を緩和するために有効
である。With such a basic structure, when configuring a matrix optical switch, the number of necessary optical switch elements can be reduced, and insertion loss and crosstalk are reduced.
An optical switch or matrix optical switch that can realize switching between ports at appropriate intervals with a low driving voltage is obtained. In addition, the channel waveguides provided between the input end face and the collimating lens and between the output end face and the condensing lens reduce crosstalk, uniformize the divergence angle to the slab type waveguide, and provide the end face. This is effective for alleviating the requirement for processing accuracy.

【００４２】この第１の実施の形態に係る光スイッチ
は、まず、ＮｂドープＳｒＴｉＯ₃（１００）単結晶半
導体の下部電極基板上へ、波長１．３μｍでの屈折率が
２．３９６の組成のＰＺＴバッファ層を膜厚１５００ｎ
ｍでエピタキシャル成長させた。コリメート・レンズお
よび集光レンズは、バッファ層を成長の後、光導波路層
の成長の前に、屈折率２．５１９の組成で膜厚１５００
ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ薄膜をレンズ状にパターン
ニングすることによってモード・インデックス型のレン
ズを作製した。その後、屈折率２．４２０の組成のＰＬ
ＺＴ光導波路層を２０００ｎｍの膜厚でエピタキシャル
成長させた。入射用端面とコリメート・レンズの間と、
出射用端面と集光レンズとの間のチャンネル導波路はＰ
ＬＺＴ光導波路層を幅５μｍ、深さ５００ｎｍエッチン
グすることによって作製した。In the optical switch according to the first embodiment, first, an Nb-doped SrTiO ₃ (100) single-crystal semiconductor lower electrode substrate having a composition having a refractive index of 2.396 at a wavelength of 1.3 μm is formed. PZT buffer layer with a thickness of 1500 n
m. The collimating lens and the condensing lens have a composition with a refractive index of 2.519 and a thickness of 1500 after the growth of the buffer layer and before the growth of the optical waveguide layer.
A mode index type lens was fabricated by patterning an epitaxial PZT thin film of nm in a lens shape. After that, PL having a composition with a refractive index of 2.420
A ZT optical waveguide layer was epitaxially grown to a thickness of 2000 nm. Between the incident end face and the collimating lens,
The channel waveguide between the exit end face and the condenser lens is P
The LZT optical waveguide layer was manufactured by etching a width of 5 μm and a depth of 500 nm.

【００４３】以下、第１の実施の形態に係る光スイッチ
の製造方法について、詳細に説明する。無水酢酸鉛Ｐｂ
（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂、ジルコニウム・イソプロポキシドＺ
ｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ₃Ｈ₇）₄、およびチタン・イソプロポキ
シドＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ₃Ｈ₇）₄を出発原料として、２−
メトキシエタノールに溶解し、蒸留と還流を行い、最終
的にＰｂ濃度で０．６Ｍであり、屈折率２．３９６の組
成のＰＺＴバッファ層用前駆体溶液を得た。このバッフ
ァ層用前駆体溶液を、洗浄、エッチング、乾燥を予め行
ったＮｂドープＳｒＴｉＯ₃（１００）単結晶基板上へ
スピンコーティングし、Ｏ₂雰囲気中で昇温して３５０
℃にて保持し、さらに６５０℃にて保持の後、冷却し
た。これを繰り返すことにより固相エピタキシャル成長
を行い、屈折率２．３９６の組成のＰＺＴエピタキシャ
ルバッファ層を１２００ｎｍの膜厚で形成した。Hereinafter, a method for manufacturing the optical switch according to the first embodiment will be described in detail. Anhydrous lead acetate Pb
(CH ₃ COO) ₂ , zirconium isopropoxide Z
Starting from r (OiC ₃ H ₇ ) ₄ and titanium isopropoxide Ti (OiC ₃ H ₇ ) ₄ ,
After dissolving in methoxyethanol, distillation and reflux were performed to obtain a PZT buffer layer precursor solution having a Pb concentration of 0.6 M and a refractive index of 2.396. This buffer layer precursor solution is spin-coated on an Nb-doped SrTiO ₃ (100) single crystal substrate which has been washed, etched and dried in advance, and heated to 350 ° C. in an O ₂ atmosphere.
After it was kept at 650 ° C., it was cooled. By repeating this, solid phase epitaxial growth was performed to form a PZT epitaxial buffer layer having a composition with a refractive index of 2.396 with a thickness of 1200 nm.

【００４４】次に、屈折率２．５１９の組成のＰＺＴバ
ッファ層用前駆体溶液を、ＰＺＴエピタキシャルバッフ
ァ層上へスピンコーティングし、Ｏ₂雰囲気中で昇温し
て３５０℃にて保持した後、冷却した。これを繰り返す
ことにより、ＰＺＴアモルファスバッファ層を２３０ｎ
ｍの膜厚で形成した。Next, a PZT buffer layer precursor solution having a composition having a refractive index of 2.519 is spin-coated on the PZT epitaxial buffer layer, heated in an O ₂ atmosphere and maintained at 350 ° C. Cool. By repeating this, the PZT amorphous buffer layer is
m.

【００４５】次に、フォトレジストをスピンコートし、
プリベークの後、レンズ形状に露光し、さらに現像を行
うことにより、レンズ形状のレジスト・パターンを形成
した。さらに、ポストベークの後、ＨＣｌ水溶液でアモ
ルファスＰＺＴ薄膜をエッチングすることによってレン
ズ形状のアモルファスＰＺＴ薄膜を形成した。リムーバ
によってレンズ形状のレジストを剥離した後、Ｏ₂雰囲
気中で昇温して３５０℃にて保持の後、６５０℃にて保
持することにより固相エピタキシャル成長を行い、レン
ズ形状のエピタキシャルＰＺＴ薄膜を形成した。Next, a photoresist is spin-coated,
After the pre-baking, a lens-shaped resist pattern was formed by exposing to a lens shape and further developing. After the post-baking, the amorphous PZT thin film was etched with an aqueous HCl solution to form a lens-shaped amorphous PZT thin film. After the lens-shaped resist is removed by the remover, the temperature is raised in an O ₂ atmosphere and the temperature is maintained at 350 ° C., and then the temperature is maintained at 650 ° C. to perform solid phase epitaxial growth to form a lens-shaped epitaxial PZT thin film. did.

【００４６】次に、無水酢酸鉛Ｐｂ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂、
ランタン・イソプロポキシド Ｌａ（Ｏ−ｉ−Ｃ₃Ｈ₇）
₃、ジルコニウム・イソプロポキシドＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ₃
Ｈ₇）₄、およびチタン・イソプロポキシドＴｉ（Ｏ−ｉ
−Ｃ₃Ｈ₇）₄を出発原料として、２−メトキシエタノー
ルに溶解し、蒸留と還流を行い、最終的にＰｂ濃度で
０．６ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液を円形レンズ形状のエ
ピタキシャルＰＺＴ薄膜を有するエピタキシャルＰＺＴ
バッファ層上へスピンコーティングを行った。さらに、
Ｏ₂雰囲気中で昇温して３５０℃にて保持、および７５
０℃に昇温して保持の後、電気炉の電源を切り冷却する
ことによる固相エピタキシャル成長を繰り返すことによ
りエピタキシャルＰＬＺＴ光導波路層を形成した。Next, anhydrous lead acetate Pb (CH ₃ COO) ₂ ,
Lanthanum isopropoxide _{La (O-i-C 3} H 7)
₃ , zirconium isopropoxide Zr (OiC ₃
H ₇ ) ₄ , and titanium isopropoxide Ti (O-i
-C ₃ H ₇ ) ₄ as a starting material, dissolved in 2-methoxyethanol, distilled and refluxed, and finally a precursor solution for PLZT having a Pb concentration of 0.6 M was used to form a circular lens-shaped epitaxial PZT thin film. Epitaxial PZT with
Spin coating was performed on the buffer layer. further,
The temperature is raised in an O ₂ atmosphere and maintained at 350 ° C .;
After the temperature was raised to 0 ° C. and held, the solid phase epitaxial growth was repeated by turning off the electric furnace and cooling to form an epitaxial PLZT optical waveguide layer.

【００４７】最後に、ＰＬＺＴ用前駆体溶液をスピンコ
ーティングを行い、Ｏ₂雰囲気中で昇温して３５０℃に
て保持の後、冷却することを繰り返すことによりアモル
ファスＰＬＺＴ薄膜を得た。次に、フォトレジストをス
ピンコートし、プリベークの後、露光し、さらに現像を
行うことにより、チャンネル・パターンを形成した。続
いて、ポストベークの後、ＨＣｌ水溶液でアモルファス
ＰＬＺＴ薄膜をエッチングすることによってチャンネル
を形成した。さらに、リムーバによってレジストを剥離
した後、Ｏ₂雰囲気中で昇温して３５０℃にて保持の
後、７５０℃にて保持することによりアモルファス部分
の薄膜の固相エピタキシャル成長を行い、エピタキシャ
ルＰＬＺＴ薄膜のチャンネル光導波路を形成した。Finally, the precursor solution for PLZT was spin-coated, the temperature was raised in an O ₂ atmosphere, the temperature was kept at 350 ° C., and the process of cooling was repeated to obtain an amorphous PLZT thin film. Next, a photoresist was spin-coated, pre-baked, exposed, and developed to form a channel pattern. Subsequently, after post-baking, a channel was formed by etching the amorphous PLZT thin film with an aqueous HCl solution. Further, after the resist is removed by a remover, the temperature is raised in an O ₂ atmosphere and the temperature is maintained at 350 ° C., and then the temperature is maintained at 750 ° C. to perform a solid phase epitaxial growth of the amorphous portion thin film. A channel optical waveguide was formed.

【００４８】入出射端面は研磨によって形成した。二つ
のプリズム型上部電極は、ＰＺＴ光導波路層上にスパッ
タリング法によって膜厚２００ｎｍのＡｌと膜厚２００
ｎｍのＩＴＯからなる積層薄膜を成膜した後、リフト・
オフ法によって底辺２００μｍ、高さ４０００μｍのプ
リズム形状に形成した。プリズム電極の形状は、図１の
ように鏡面対称とした。The input / output end face was formed by polishing. The two prism type upper electrodes are formed on the PZT optical waveguide layer by sputtering with a 200-nm thick Al and a 200-nm thick film.
After forming a laminated thin film consisting of ITO
It was formed into a prism shape with a base of 200 μm and a height of 4000 μm by an off method. The shape of the prism electrode was mirror-symmetrical as shown in FIG.

【００４９】ＰＬＺＴバッファ層、ＰＺＴ光導波路層、
およびＰＺＴ薄膜レンズ層の結晶学的関係は単一配向の
ＰＬＺＴ（１００）光導波路層／／ＰＺＴ（１００）薄
膜レンズ層／／ＰＺＴ（１００）バッファ層／／Ｎｂ−
ＳｒＴｉＯ₃（１００）基板、面内方位ＰＬＺＴ［００
１］光導波路層／／ＰＺＴ［００１］薄膜レンズ層／／
ＰＺＴ［００１］バッファ層／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ
₃［００１］基板の構造が得られ、ＰＬＺＴ光導波路層
の電気光学係数はｒ＝１２０ｐｍ／Ｖ程度が得られた。
ＰＬＺＴバッファ層の比誘電率１９００、ＰＺＴ光導波
路層の比誘電率９００、およびＰＬＺＴバッファ層の比
誘電率１９００より求められるＰＺＴ光導波路層の実効
電圧は３５％と、バッファ層を介しているにもかかわら
ず高い効率で電圧を印加可能である。A PLZT buffer layer, a PZT optical waveguide layer,
The crystallographic relationship between the PZT thin film lens layer and the PZT (100) optical waveguide layer // PZT (100) thin film lens layer // PZT (100) buffer layer // Nb−
SrTiO ₃ (100) substrate, in-plane orientation PLZT [00]
1] Optical waveguide layer // PZT [001] thin film lens layer //
PZT [001] buffer layer // Nb-SrTiO
₃ [001] The structure of the substrate was obtained, and the electro-optic coefficient of the PLZT optical waveguide layer was about r = 120 pm / V.
The effective voltage of the PZT optical waveguide layer obtained from the relative dielectric constant 1900 of the PLZT buffer layer, the relative dielectric constant 900 of the PZT optical waveguide layer, and the relative dielectric constant 1900 of the PLZT buffer layer is 35%. Nevertheless, voltage can be applied with high efficiency.

【００５０】第１の実施の形態に係る光スイッチは、こ
のような構成とすることにより、スイッチング電圧６
Ｖ、クロストークが２０ｄＢ以下、挿入損失が１０ｄＢ
以下と特性も良好であった。The optical switch according to the first embodiment has a switching voltage 6
V, crosstalk is 20dB or less, insertion loss is 10dB
The following characteristics were also good.

【００５１】（第２の実施の形態）図２は、本発明の第
２の実施形態にかかる４×５光スイッチの概略斜視図で
ある。第２の実施形態にかかる光スイッチは、基板にＬ
ａドープＳｒＴｉＯ₃（１００）単結晶半導体を用いる
以外は、バッファ層、光導波路、薄膜レンズに、波長
１．３μｍでの屈折率がそれぞれ２．３９６、２．４２
０、２．５１９と異なるエピタキシャルＰＺＴ薄膜およ
びＰＬＺＴ薄膜を用い、第１の実施形態にかかる光スイ
ッチと同様にして作製した。(Second Embodiment) FIG. 2 is a schematic perspective view of a 4 × 5 optical switch according to a second embodiment of the present invention. The optical switch according to the second embodiment has an L
Except for using an a-doped SrTiO ₃ (100) single crystal semiconductor, the buffer layer, the optical waveguide, and the thin film lens have refractive indices of 2.396 and 2.42 at a wavelength of 1.3 μm, respectively.
The optical switch according to the first embodiment was manufactured using an epitaxial PZT thin film and a PLZT thin film different from 0 and 2.519.

【００５２】図２に示すように、本発明の第２の実施形
態にかかる光スイッチは、入射用端面７に４つのチャン
ネル光導波路１２ａ〜１２ｄが２５０μｍの間隔で設け
られ、その出射用端面８に５つのチャンネル光導波路１
４ａ〜１４ｅが２５０μｍの間隔で設けられている。光
導波路には、入射側から出射側に向かって、チャンネル
光導波路１２ａ〜１２ｄに対応するコリメート・レンズ
９ａ〜９ｄと、コリメート・レンズ９ａ〜９ｄに対応す
る４組８個のプリズム型上部電極５ａ〜５ｄと、第１の
集光レンズ１０ａと第２の集光レンズ１０ｂとが設けら
れている。チャンネル光導波路１２ａ〜１２ｄの端部か
らコリメート・レンズ９ａ〜９ｄまでの距離は４ｍｍで
あり、チャンネル光導波路１４ａ〜１４ｅの端部から集
光レンズ１０ｂまでの距離は１７ｍｍである。４組８個
のプリズム型上部電極５ａ〜５ｄは、コリメート・レン
ズ９ａ〜９ｄを通過した各レーザ光が重ならない位置に
設けられている。プリズム型上部電極５ａ〜５ｄのプリ
ズム形状は、底辺が２００μｍであり、高さが８０００
μｍである。As shown in FIG. 2, in the optical switch according to the second embodiment of the present invention, four channel optical waveguides 12a to 12d are provided on the incident end face 7 at intervals of 250 μm, and the output end face 8 5 channel optical waveguide 1
4a to 14e are provided at intervals of 250 μm. In the optical waveguide, from the incident side to the output side, collimating lenses 9a to 9d corresponding to the channel optical waveguides 12a to 12d, and four sets of eight prism type upper electrodes 5a corresponding to the collimating lenses 9a to 9d. 5d, a first condenser lens 10a, and a second condenser lens 10b. The distance from the ends of the channel optical waveguides 12a to 12d to the collimating lenses 9a to 9d is 4 mm, and the distance from the ends of the channel optical waveguides 14a to 14e to the condenser lens 10b is 17 mm. The four sets of eight prism-type upper electrodes 5a to 5d are provided at positions where the laser beams passing through the collimating lenses 9a to 9d do not overlap. The prism shape of the prism type upper electrodes 5a to 5d has a base of 200 μm and a height of 8000.
μm.

【００５３】また、チャンネル光導波路１４ａ〜１４ｅ
は、図３に示すようなテーパ形状である。テーパは、開
口部の幅７０μｍから平行型のチャンネル光導波路の幅
５μｍへ長さ５０００μｍに渡って変化させたものであ
る。The channel optical waveguides 14a to 14e
Has a tapered shape as shown in FIG. The taper is changed from 70 μm in width of the opening to 5 μm in width of the parallel channel optical waveguide over 5000 μm in length.

【００５４】チャンネル光導波路１２ａ〜１２ｄを経て
各光ファイバーからそれぞれ平行に入射した各光ビーム
は光導波路層３内のスラブ型光導波路で発散し、コリメ
ート・レンズ９ａ〜９ｄによってそれぞれ平行光とされ
た後、２組４個の上部電極５ａ〜５ｄに電圧を印加しな
い状態では、第１の集光レンズ１０ａと第２の集光レン
ズ１０ｂとによって出射用端面８の中央に位置するチャ
ンネル光導波路１４ｃへ集光される。図４にＣＡＤによ
る光学系シミュレーションによって解析した電圧を印加
しない状態での光経路を示す。図４からチャンネル光導
波路１２ａを経て発散された光ビームがコリメート・レ
ンズ９ａによって平行光とされ、集光レンズ１０ａと１
０ｂとによって出射用端面８の中央に位置するチャンネ
ル光導波路１４ｃへ集光されることが分かる。Each of the light beams incident in parallel from each of the optical fibers via the channel optical waveguides 12a to 12d diverges in the slab type optical waveguide in the optical waveguide layer 3 and is made into parallel light by the collimating lenses 9a to 9d, respectively. Thereafter, in a state where no voltage is applied to the two sets of four upper electrodes 5a to 5d, the channel optical waveguide 14c positioned at the center of the emission end face 8 by the first condenser lens 10a and the second condenser lens 10b. Is collected. FIG. 4 shows an optical path when no voltage is applied, which is analyzed by an optical system simulation using CAD. From FIG. 4, the light beam diverged through the channel optical waveguide 12a is converted into parallel light by the collimating lens 9a,
0b indicates that the light is focused on the channel optical waveguide 14c located at the center of the emission end face 8.

【００５５】第２の実施形態にかかる光スイッチでは、
第１の集光レンズ１０ａと第２の集光レンズ１０ｂとい
うように、２つの薄膜レンズを設けることによって、１
つの薄膜レンズの場合と比較して薄膜レンズ１つ当たり
のＦ値を実質的に小さくでき、マトリックス光スイッチ
のサイズを小さくできる。また、出射部にテーパ型チャ
ンネル導波路を設けることにより、偏向角度の変動が生
じてもチャンネル導波路へ光ビームを導けるため、クロ
ストークが悪化を防止することができる。In the optical switch according to the second embodiment,
By providing two thin film lenses such as a first condenser lens 10a and a second condenser lens 10b,
As compared with the case of two thin film lenses, the F value per one thin film lens can be substantially reduced, and the size of the matrix optical switch can be reduced. In addition, by providing the tapered channel waveguide at the emission section, the light beam can be guided to the channel waveguide even if the deflection angle fluctuates, so that crosstalk can be prevented from deteriorating.

【００５６】これに対し、例えば、チャンネル光導波路
１２ａから入射した光ビームは、コリメート・レンズ９
ａと第１の集光レンズ１０ａとの間で、１組のプリズム
型上部電極５ａの１つと下部電極である基板１との間に
電圧を９Ｖ印加することにより２２ｍｒａｄ偏向され、
図２の破線で示すように、チャンネル光導波路１４ｅへ
光経路を切り替えられる。同様に、チャンネル光導波路
１２ｃから入射した光ビームは、１組のプリズム型上部
電極５ｃの１つと下部電極である基板１との間に電圧を
Ｖ印加することにより１１ｍｒａｄ偏向され、チャン
ネル光導波路１４ｂへ光経路を切り替えられる。図５に
ＣＡＤによる光学系シミュレーションによって解析した
電圧印加時の光経路の例を示す。図５から、コリメート
・レンズ９ａによって平行光とされた光ビームが、１組
のプリズム型上部電極５ａの１つと基板１との間に電圧
を印加することにより偏向された場合、チャンネル光導
波路１４ａへ集光レンズ１０ａと１０ｂとによって集光
されることが分かる。On the other hand, for example, the light beam incident from the channel optical waveguide 12a is
a and a first condensing lens 10a, a voltage of 9 V is applied between one of the pair of prism-type upper electrodes 5a and the substrate 1 as a lower electrode, thereby being deflected by 22 mrad,
As shown by a broken line in FIG. 2, the optical path can be switched to the channel optical waveguide 14e. Similarly, the light beam incident from the channel optical waveguide 12c is deflected by 11 mrad by applying a voltage V between one of the set of prism type upper electrodes 5c and the substrate 1 as the lower electrode, and the channel optical waveguide 14b The optical path can be switched. FIG. 5 shows an example of an optical path at the time of voltage application analyzed by an optical system simulation using CAD. From FIG. 5, when the light beam collimated by the collimating lens 9a is deflected by applying a voltage between one of the set of prismatic upper electrodes 5a and the substrate 1, the channel optical waveguide 14a It can be seen that light is condensed by the condenser lenses 10a and 10b.

【００５７】第２の実施の形態に係る光スイッチは、こ
のような構成とすることにより、完全非閉塞型の４×５
マトリクス光スイッチを構成するのに必要な光スイッチ
素子の個数を僅か４個と少なくすることができ、マトリ
ックス光スイッチの全長が３０ｍｍ程度とコンパクト
で、最大スイッチング電圧９Ｖ、クロストークが２０ｄ
Ｂ以下、挿入損失が１０ｄＢ以下と特性も良好であり、
適切な間隔のポート間の切り替えを低駆動電圧で実現す
ることができた。The optical switch according to the second embodiment has a completely non-blocking type 4 × 5
The number of optical switch elements required to configure the matrix optical switch can be reduced to only four, the total length of the matrix optical switch is as small as about 30 mm, the maximum switching voltage is 9 V, and the crosstalk is 20 d.
B or less, the insertion loss is 10 dB or less, and the characteristics are good.
Switching between ports at appropriate intervals could be realized with a low drive voltage.

【００５８】（第３の実施の形態）図６は、本発明の第
３の実施形態にかかる８×８光スイッチの概略斜視図で
ある。第３の実施形態にかかる光スイッチは、第１の実
施形態にかかる光スイッチと同様にして作製した。(Third Embodiment) FIG. 6 is a schematic perspective view of an 8 × 8 optical switch according to a third embodiment of the present invention. The optical switch according to the third embodiment was manufactured in the same manner as the optical switch according to the first embodiment.

【００５９】図６に示すように、本発明の第３の実施形
態にかかる光スイッチは、入射用端面７に８つのチャン
ネル光導波路１２ａ〜１２ｈが１２５μｍの間隔で設け
られ、その出射用端面８に８つのチャンネル光導波路１
４ａ〜１４ｈが１２５μｍの間隔で設けられている。光
導波路には、入射側から出射側に向かって、チャンネル
光導波路１２ａ〜１２ｈに対応するコリメート・レンズ
９ａ〜９ｈと、コリメート・レンズ９ａ〜９ｈに対応す
る８組１６個のプリズム型上部電極５ａ〜５ｈと、第１
の集光レンズ１０ａと第２の集光レンズ１０ｂとが設け
られている。チャンネル光導波路１２ａ〜１２ｈの端部
からコリメート・レンズ９ａ〜９ｈまでの距離は４ｍｍ
であり、チャンネル光導波路１４ａ〜１４ｈの端部から
集光レンズ１０ｂまでの距離は２７ｍｍである。８組１
６個のプリズム型上部電極５ａ〜５ｈは、コリメート・
レンズ９ａ〜９ｈを通過した各レーザ光が重ならない位
置に設けられている。プリズム型上部電極５ａ〜５ｈの
プリズム形状は、底辺が２００μｍであり、高さが８０
００μｍである。As shown in FIG. 6, in the optical switch according to the third embodiment of the present invention, eight channel optical waveguides 12a to 12h are provided on the incident end face 7 at intervals of 125 μm, and the output end face 8 8 channel optical waveguide 1
4a to 14h are provided at intervals of 125 μm. In the optical waveguide, from the input side to the output side, collimating lenses 9a to 9h corresponding to the channel optical waveguides 12a to 12h and eight sets of 16 prism type upper electrodes 5a corresponding to the collimating lenses 9a to 9h are provided. ~ 5h and the first
And a second condenser lens 10b. The distance from the ends of the channel optical waveguides 12a to 12h to the collimating lenses 9a to 9h is 4 mm.
The distance from the ends of the channel optical waveguides 14a to 14h to the condenser lens 10b is 27 mm. 8 sets 1
The six prism type upper electrodes 5a to 5h are collimated
The laser beams that have passed through the lenses 9a to 9h are provided at positions where they do not overlap. The prism shape of the prism type upper electrodes 5a to 5h has a base of 200 μm and a height of 80 μm.
00 μm.

【００６０】また、チャンネル光導波路１４ａ〜１４ｈ
は、図３に示すようなテーパ形状である。テーパは、開
口部の幅７０μｍから平行型のチャンネル光導波路の幅
５μｍへ長さ５０００μｍに渡って変化させたものであ
る。The channel optical waveguides 14a to 14h
Has a tapered shape as shown in FIG. The taper is changed from 70 μm in width of the opening to 5 μm in width of the parallel channel optical waveguide over 5000 μm in length.

【００６１】チャンネル光導波路１２ａ〜１２ｄを経て
各光ファイバーからそれぞれ平行に入射した各光ビーム
は光導波路層３内のスラブ型光導波路で発散し、コリメ
ート・レンズ９ａ〜９ｄによってそれぞれ平行光とされ
た後、２組４個の上部電極５ａ〜５ｄに電圧を印加しな
い状態では、第１の集光レンズ１０ａと第２の集光レン
ズ１０ｂとによって出射用端面８の一点へ集光される。Each light beam incident on each of the optical fibers via the channel optical waveguides 12a to 12d in parallel from each other diverges in the slab type optical waveguide in the optical waveguide layer 3, and is made into parallel light by the collimating lenses 9a to 9d, respectively. Thereafter, in a state where no voltage is applied to the two sets of four upper electrodes 5a to 5d, the light is condensed by the first condensing lens 10a and the second condensing lens 10b to one point of the emission end face 8.

【００６２】第３の実施形態にかかる光スイッチでは、
第１の集光レンズ１０ａと第２の集光レンズ１０ｂとい
うように、２つの薄膜レンズを設けることによって、１
つの薄膜レンズの場合と比較して薄膜レンズ１つ当たり
のＦ値を実質的に小さくでき、マトリックス光スイッチ
のサイズを小さくできる。また、出射部にテーパ型チャ
ンネル導波路を設けることにより、偏向角度の変動が生
じてもチャンネル導波路へ光ビームを導けるため、クロ
ストークが悪化を防止することができる。In the optical switch according to the third embodiment,
By providing two thin film lenses such as a first condenser lens 10a and a second condenser lens 10b,
As compared with the case of two thin film lenses, the F value per one thin film lens can be substantially reduced, and the size of the matrix optical switch can be reduced. In addition, by providing the tapered channel waveguide at the emission section, the light beam can be guided to the channel waveguide even if the deflection angle fluctuates, so that crosstalk can be prevented from deteriorating.

【００６３】これに対し、入射端面７のチャンネル光導
波路から入射した光ビームは、コリメート・レンズ９と
集光レンズ１０との間で各平行レーザ光が重ならない位
置に設けられた底辺２００μｍ、高さ８０００μｍのプ
リズム型上部電極５のひとつと下部電極である基板との
間に電圧を最大７Ｖ印加することにより最大１６ｍｒａ
ｄ偏向され、図６の破線で示すように出射端面８のテー
パ型チャンネル光導波路へ光経路を切り替えられる。On the other hand, the light beam incident from the channel optical waveguide on the incident end face 7 is 200 μm high at the base 200 μm provided between the collimating lens 9 and the condensing lens 10 at a position where the respective parallel laser beams do not overlap. By applying a voltage of 7 V at maximum between one of the 8000 μm prism-type upper electrodes 5 and the substrate serving as the lower electrode, a maximum of 16 mra is applied.
The optical path is switched to the tapered channel optical waveguide on the emission end face 8 as shown by the broken line in FIG.

【００６４】これに対し、例えば、チャンネル光導波路
１２ａから入射した光ビームは、コリメート・レンズ９
ａと第１の集光レンズ１０ａとの間で、１組のプリズム
型上部電極５ａの１つと下部電極である基板１との間に
電圧を７Ｖ印加することにより最大１６ｍｒａｄ偏向さ
れ、図６の破線で示すように、チャンネル光導波路１４
ａへ光経路を切り替えられる。同様に、チャンネル光導
波路１２ｃから入射した光ビームは、チャンネル光導波
路１４ｆへ光経路を切り替えられ、チャンネル光導波路
１２ｅから入射した光ビームは、チャンネル光導波路１
４ｈへ光経路を切り替えられ、チャンネル光導波路１２
ｈから入射した光ビームは、チャンネル光導波路１４ｂ
へ光経路を切り替えられる。On the other hand, for example, the light beam incident from the channel optical waveguide 12a is
When a voltage of 7 V is applied between one of the pair of prism-type upper electrodes 5a and the substrate 1 as the lower electrode between the first condenser lens 10a and the first condenser lens 10a, the first condenser lens 10a is deflected up to 16 mrad. As shown by the broken line, the channel optical waveguide 14
The optical path can be switched to a. Similarly, the optical path of the light beam incident from the channel optical waveguide 12c is switched to the channel optical waveguide 14f, and the light beam incident from the channel optical waveguide 12e is changed to the channel optical waveguide 1f.
4h, the optical path is switched to
h incident on the channel optical waveguide 14b.
The optical path can be switched.

【００６５】第３の実施の形態に係る光スイッチは、こ
のような構成とすることにより、完全非閉塞型の８×８
マトリクス光スイッチを構成するのに必要な光スイッチ
素子の個数を僅か８個と少なくすることができ、マトリ
ックス光スイッチの全長が４０ｍｍ程度とコンパクト
で、最大スイッチング電圧７Ｖ、クロストークが２０ｄ
Ｂ以下、挿入損失が１０ｄＢ以下と特性も良好であり、
適切な間隔のポート間の切り替えを低駆動電圧で実現す
ることができた。The optical switch according to the third embodiment has a completely non-blocking 8.times.8
The number of optical switch elements required to constitute a matrix optical switch can be reduced to only eight, the total length of the matrix optical switch is as small as about 40 mm, the maximum switching voltage is 7 V, and the crosstalk is 20 d.
B or less, the insertion loss is 10 dB or less, and the characteristics are good.
Switching between ports at appropriate intervals could be realized with a low drive voltage.

【００６６】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
形態にかかる８×８光スイッチは、基板にＳｒＲｕＯ₃
導電性薄膜をエピタキシャル成長したサファイアＲ面単
結晶を用いる以外は、バッファ層、光導波路、薄膜レン
ズに、波長１．３μｍでの屈折率がそれぞれ２．３９
６、２．４２０、２．５１９と異なるエピタキシャルＰ
ＺＴ薄膜およびＰＬＺＴ薄膜を用い、図６に示す第３の
実施形態にかかる光スイッチと同様の構造の８×８光ス
イッチであり、第３の実施形態にかかる光スイッチと同
様にして作製することができる。なお、上記のサファイ
ア基板を用いることによりＳｉデバイスとの集積化が容
易になる。(Fourth Embodiment) An 8 × 8 optical switch according to a fourth embodiment of the present invention has a SrRuO ₃
Except for using a sapphire R-plane single crystal epitaxially grown with a conductive thin film, the buffer layer, the optical waveguide, and the thin film lens each have a refractive index of 2.39 at a wavelength of 1.3 μm.
6, 2.420, epitaxial P different from 2.519
An 8 × 8 optical switch having the same structure as the optical switch according to the third embodiment shown in FIG. 6 using the ZT thin film and the PLZT thin film, and manufactured in the same manner as the optical switch according to the third embodiment. Can be. The use of the sapphire substrate facilitates integration with a Si device.

【００６７】第４の実施の形態に係る光スイッチは、こ
のような構成とすることにより、完全非閉塞型の８×８
マトリクス光スイッチを構成するのに必要な光スイッチ
素子の個数を僅か８個と少なくすることができ、マトリ
ックス光スイッチの全長が４０ｍｍ程度とコンパクト
で、最大スイッチング電圧７Ｖ、クロストークが２０ｄ
Ｂ以下、挿入損失が１０ｄＢ以下と特性も良好であり、
適切な間隔のポート間の切り替えを低駆動電圧で実現す
ることができる。The optical switch according to the fourth embodiment has a completely non-blocking 8.times.8
The number of optical switch elements required to constitute a matrix optical switch can be reduced to only eight, the total length of the matrix optical switch is as small as about 40 mm, the maximum switching voltage is 7 V, and the crosstalk is 20 d.
B or less, the insertion loss is 10 dB or less, and the characteristics are good.
Switching between ports at appropriate intervals can be realized with a low drive voltage.

【００６８】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
形態にかかる８×８光スイッチは、基板にＡｌドープＺ
ｎＯ導電性薄膜をエピタキシャル成長したサファイアＣ
面単結晶を用い、バッファ層、光導波路、薄膜レンズ
に、波長０．８５μｍでの屈折率がそれぞれ２．１５か
ら２．２５の範囲で異なるエピタキシャルＬｉ（Ｎｂ_x
Ｔａ_1-x）Ｏ₃薄膜を用いる以外は、図６に示す第３の実
施形態にかかる光スイッチと同様の構造の８×８光スイ
ッチであり、第３の実施形態にかかる光スイッチと同様
にして作製することができる。このようにＬｉ（Ｎｂ_x
Ｔａ_1-x）Ｏ₃薄膜を用いる場合には、ＰＬＺＴを用いた
場合よりも高速応答が可能となる。(Fifth Embodiment) An 8 × 8 optical switch according to a fifth embodiment of the present invention comprises an Al-doped Z
Sapphire C epitaxially grown with nO conductive thin film
Using a plane single crystal, epitaxial Li (Nb _x) having a refractive index at a wavelength of 0.85 μm different in a range of 2.15 to 2.25 each in a buffer layer, an optical waveguide, and a thin film lens.
An 8 × 8 optical switch having the same structure as that of the optical switch according to the third embodiment shown in FIG. 6 except that a Ta _1-x ) O ₃ thin film is used, and is similar to the optical switch according to the third embodiment. It can be manufactured. Thus, Li (Nb _x
When a Ta _1-x ) O ₃ thin film is used, a faster response is possible than when PLZT is used.

【００６９】第５の実施の形態に係る光スイッチは、こ
のような構成とすることにより、完全非閉塞型の８×８
マトリクス光スイッチを構成するのに必要な光スイッチ
素子の個数を僅か８個と少なくすることができ、マトリ
ックス光スイッチの全長が４０ｍｍ程度とコンパクト
で、最大スイッチング電圧９Ｖ、クロストークが２０ｄ
Ｂ以下、挿入損失が１０ｄＢ以下と特性も良好であり、
適切な間隔のポート間の切り替えを低駆動電圧で実現す
ることができる。The optical switch according to the fifth embodiment has a completely non-blocking 8.times.8
The number of optical switch elements required to configure the matrix optical switch can be reduced to only eight, the total length of the matrix optical switch is as small as about 40 mm, the maximum switching voltage is 9 V, and the crosstalk is 20 d.
B or less, the insertion loss is 10 dB or less, and the characteristics are good.
Switching between ports at appropriate intervals can be realized with a low drive voltage.

【００７０】以上、本発明の光スイッチの具体的な実施
の形態を示したが、本発明の光スイッチは、これら実施
の形態に限定されるものではなく、以下に述べる通り、
他の材料を用いて形成されていても良く、本発明の効果
を損なわない範囲で、その構造が適宜変更されていても
良い。The specific embodiments of the optical switch according to the present invention have been described above. However, the optical switch according to the present invention is not limited to these embodiments.
It may be formed using another material, and the structure thereof may be appropriately changed without impairing the effects of the present invention.

【００７１】本発明において下部電極として用いること
ができる基板は、導電性または半導電性の単結晶基板、
あるいはエピタキシャルまたは単一配向性の導電性また
は半導電性の薄膜を表面に設けた基板である。The substrate which can be used as the lower electrode in the present invention is a conductive or semiconductive single crystal substrate,
Alternatively, it is a substrate provided with an epitaxial or unidirectional conductive or semiconductive thin film on the surface.

【００７２】導電性または半導電性の基板材料として
は、ＮｂやＬａなどをドープしたＳｒＴｉＯ₃、Ａｌを
ドープしたＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＲｕＯ₂、ＢａＰｂＯ₃、
ＳｒＲｕＯ₃、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x、ＳｒＶＯ₃、ＬａＮ
ｉＯ₃、Ｌａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃、ＺｎＧａ₂Ｏ₄、ＣｄＧ
ａ₂Ｏ₄、ＣｄＧａ₂Ｏ₄、Ｍｇ₂ＴｉＯ₄、ＭｇＴｉ₂Ｏ₄な
どの酸化物、Ｓｉ，Ｇｅ，ダイアモンドなどの単体半導
体、ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＡｌＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳ
ｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ，ＡｌＧａＰ，ＡｌＬ
ｎＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＩｎＡｓ，ＡｌＡｓＳｂ，Ｇ
ａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＳｂ，ＧａＡｓＳｂ，ＩｎＡｓＳ
ｂなどのＩＩＩ−Ｖ族系の化合物半導体、ＺｎＳ，Ｚｎ
Ｓｅ，ＺｎＴｅ，ＣａＳｅ，Ｃｄｔｅ，ＨｇＳｅ，Ｈｇ
Ｔｅ，ＣｄＳなどのＩＩ−ＶＩ族系の化合物半導体、Ｐ
ｄ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇなどの金属等を用いること
ができる。この中でも、上部に配置する酸化物光導波路
層の膜質にとって有利であることから、基板材料には酸
化物を用いることが好ましい。Examples of the conductive or semiconductive substrate material include SrTiO ₃ doped with Nb or La, ZnO doped with Al, In ₂ O ₃ , RuO ₂ , BaPbO ₃ ,
SrRuO ₃ , YBa ₂ Cu ₃ O _7-x , SrVO ₃ , LaN
iO ₃ , La _0.5 Sr _0.5 CoO ₃ , ZnGa ₂ O ₄ , CdG
_{a 2 O 4, CdGa 2 O} 4, Mg 2 TiO 4, oxides such as _{MgTi 2 O 4, Si, Ge} , elemental semiconductors such as diamond, AlAs, AlSb, AlP, GaAs , GaS
b, InP, InAs, InSb, AlGaP, All
nP, AlGaAs, AlInAs, AlAsSb, G
aInAs, GaInSb, GaAsSb, InAsS
III-V compound semiconductors such as b, ZnS, Zn
Se, ZnTe, CaSe, Cdte, HgSe, Hg
II-VI compound semiconductors such as Te and CdS;
Metals such as d, Pt, Al, Au, and Ag can be used. Among them, it is preferable to use an oxide as the substrate material because it is advantageous for the film quality of the oxide optical waveguide layer disposed above.

【００７３】これらの導電性または半導電性の単結晶基
板、あるいは導電性または半導電性のエピタキシャルま
たは配向性の薄膜は、光導波路層を構成する強誘電体薄
膜の結晶構造、および偏向速度、スイッチング速度、ま
たは変調速度によって必要とされるキャリア・モビリテ
ィに応じて選ばれることが望ましい。The conductive or semiconductive single-crystal substrate or the conductive or semiconductive epitaxial or oriented thin film has a crystal structure of a ferroelectric thin film constituting an optical waveguide layer, a deflection speed, Preferably, it is selected according to the switching speed or the carrier mobility required by the modulation speed.

【００７４】また、強誘電体材料の比誘電率は数１０か
ら数１０００であるが、このような強誘電体材料からな
る光導波路素子でも１ｋＨｚ以上の応答を示すために
は、基板の抵抗率は、１０⁴Ω・ｃｍ以下が好ましく、
ＲＣ時定数、および電圧降下の点から１０²Ω・ｃｍ以
下がより好ましい。The relative dielectric constant of the ferroelectric material is several tens to several thousands. However, in order for an optical waveguide device made of such a ferroelectric material to exhibit a response of 1 kHz or more, the resistivity of the substrate is required. Is preferably 10 ⁴ Ω · cm or less,
From the viewpoint of the RC time constant and the voltage drop, it is more preferably not more than 10 ² Ω · cm.

【００７５】エピタキシャルまたは単一配向性の導電性
または半導電性の薄膜を表面に設ける場合、基板として
用いることが可能な材料としては、ＳｒＴｉＯ₃、Ｂａ
ＴｉＯ₃、ＢａＺｒＯ₃、ＬａＡｌＯ₃、ＺｒＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃
８％−ＺｒＯ₂、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＬｉＮｂＯ₃、
ＬｉＴａＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯなどの酸化物、Ｓｉ，
Ｇｅ，ダイアモンドなどの単体半導体、ＡｌＡｓ，Ａｌ
Ｓｂ，ＡｌＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡ
ｓ，ＩｎＳｂ，ＡｌＧａＰ，ＡｌＬｎＰ，ＡｌＧａＡ
ｓ，ＡｌＩｎＡｓ，ＡｌＡｓＳｂ，ＧａＩｎＡｓ，Ｇａ
ＩｎＳｂ，ＧａＡｓＳｂ，ＩｎＡｓＳｂなどのＩＩＩ−
Ｖ族系の化合物半導体、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，
ＣａＳｅ，Ｃｄｔｅ，ＨｇＳｅ，ＨｇＴｅ，ＣｄＳなど
のＩＩ−ＶＩ族系の化合物半導体などを用いることがで
きる。導電性または半導電性の薄膜を表面に設ける場合
でも、上部に配置する酸化物光導波路層の膜質にとって
有利であることから、基板材料には酸化物を用いること
が好ましい。When an epitaxial or unidirectional conductive or semiconductive thin film is provided on the surface, materials that can be used as the substrate include SrTiO ₃ and Ba.
TiO ₃ , BaZrO ₃ , LaAlO ₃ , ZrO ₂ , Y ₂ O _{3
8% -ZrO 2, MgO, MgAl} 2 O 4, LiNbO 3,
Oxides such as LiTaO ₃ , Al ₂ O ₃ , ZnO, Si,
Single semiconductors such as Ge and diamond, AlAs, Al
Sb, AlP, GaAs, GaSb, InP, InA
s, InSb, AlGaP, AlLnP, AlGaAs
s, AlInAs, AlAsSb, GaInAs, Ga
III- such as InSb, GaAsSb, InAsSb, etc.
Group V compound semiconductors, ZnS, ZnSe, ZnTe,
II-VI group compound semiconductors such as CaSe, Cdte, HgSe, HgTe, and CdS can be used. Even when a conductive or semiconductive thin film is provided on the surface, it is preferable to use an oxide as the substrate material because it is advantageous for the film quality of the oxide optical waveguide layer disposed thereon.

【００７６】本発明において、バッファ層は、前述の通
り光導波路層と導電性基板との隔離層として機能するた
めには、バッファ層材料の屈折率が光導波路層材料の屈
折率よりも小さいことが必要である。In the present invention, in order for the buffer layer to function as an isolation layer between the optical waveguide layer and the conductive substrate as described above, the buffer layer material must have a refractive index smaller than that of the optical waveguide layer material. is necessary.

【００７７】また、駆動電圧を大幅に低減する目的か
ら、バッファ層の比誘電率と光導波路の比誘電率との比
（ε_b／ε_w）は０．００２以上が好ましく、０．００６
以上がより好ましい。なお、ε_b／ε_wの上限としては、
バッファ層と光導波路層に用いることができる材料の組
合せで決まり、１０程度となる。バッファ層の比誘電率
は、光導波路の比誘電率として４０００近くの材料があ
るため、ε_b／ε_wとして０．００２以上を確保できる８
以上の値を有することが望ましい。For the purpose of greatly reducing the driving voltage, the ratio (ε _b / ε _w ) of the relative permittivity of the buffer layer to the relative permittivity of the optical waveguide is preferably 0.002 or more, and 0.006 or more.
The above is more preferable. The upper limit of ε _b / ε _w is
It is determined by the combination of materials that can be used for the buffer layer and the optical waveguide layer, and is about 10. Since the relative permittivity of the buffer layer is close to 4000 as the relative permittivity of the optical waveguide, 0.002 or more can be secured as ε _b / ε _w 8
It is desirable to have the above values.

【００７８】ε_b／ε_wの下限を限定する理由を、図８を
用いて説明する。この等価回路において、光導波路層３
の容量をＣ_w、バッファ層２の容量をＣ_b、全印加電圧を
Ｖ₀、光導波路層の比誘電率をε_w、膜厚をｄ_w、バッフ
ァ層の比誘電率をε_b、膜厚をｄ_b、ε₀を真空の誘電率
で８．８５４×１０^-14（Ｆ／ｃｍ）、Ｓを電極面積と
すると、光導波路層に印加される実効電圧Ｖ_wは次式で
表される。 Ｖ_w＝Ｃ_b／（Ｃ_w＋Ｃ_b）×Ｖ₀＝ε_bｄ_w／（ε_wｄ_b＋ε_b
ｄ_w）×Ｖ₀ The reason for limiting the lower limit of ε _b / ε _w will be described with reference to FIG. In this equivalent circuit, the optical waveguide layer 3
The capacity C _w, capacity C _b of the buffer layer 2, the total applied voltage V _0, the relative dielectric constant epsilon _w of the optical waveguide layer, the film thickness of d _w, the relative dielectric constant of the buffer layer epsilon _b, film Assuming that the thickness is d _b , ε ₀ is the dielectric constant of vacuum at 8.854 × 10 ⁻¹⁴ (F / cm), and S is the electrode area, the effective voltage V _w applied to the optical waveguide layer is expressed by the following equation. You. _{V w = C b / (C} w + C b) × V 0 = ε b d w / (ε w d b + ε b
d _w ) × V ₀

【００７９】実効電圧の印加電圧に対する割合が大きく
なると駆動電圧が小さくなる。例えば、実効電圧が印加
電圧の２％以上（Ｖ_w／Ｖ₀が０．０２以上）となる条件
では、バッファ層の膜厚と光導波路の膜厚との比（ｄ_b
／ｄ_w）を０．１以上とするとε_b／ε_wは０．００２以
上となり、実効電圧が印加電圧の１０％以上（Ｖ_w／Ｖ₀
が０．１以上）となる条件では、バッファ層の膜厚と光
導波路の膜厚との比（ｄ _b／ｄ_w）を０．１以上とすると
ε_b／ε_wは０．００６以上となる。The ratio of the effective voltage to the applied voltage is large.
Then, the driving voltage becomes smaller. For example, the effective voltage is applied
2% or more of voltage (V_w/ V₀Is 0.02 or more)
Then, the ratio of the thickness of the buffer layer to the thickness of the optical waveguide (d_b
/ D_w) Is 0.1 or more, ε_b/ Ε_wIs 0.002 or less
And the effective voltage is 10% or more of the applied voltage (V_w/ V₀
Is 0.1 or more), the thickness of the buffer layer and the light
The ratio to the thickness of the waveguide (d _b/ D_w) Is 0.1 or more
ε_b/ Ε_wIs 0.006 or more.

【００８０】また、バッファ層材料は導電性基板材料と
光導波路材料とのエピタキシ関係を保持できることが必
要である。このエピタキシ関係を保持できる条件として
は、バッファ層材料が導電性基板材料と光導波路材料の
結晶構造に類似で、格子定数の差が１０％以下であるこ
とが望ましいが、必ずしもこの関係に従わなくともエピ
タキシ関係を保持できれば良い。The material of the buffer layer needs to be able to maintain the epitaxy relationship between the conductive substrate material and the optical waveguide material. As a condition for maintaining the epitaxy relationship, it is desirable that the buffer layer material is similar to the crystal structure of the conductive substrate material and the optical waveguide material, and that the difference in lattice constant is 10% or less. It is only necessary that the epitaxy relationship be maintained.

【００８１】具体的には、ＡＢＯ₃型のペロブスカイト
型酸化物では、正方晶、三方晶、斜方晶または擬立方晶
系として例えばＳｒＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、（Ｓｒ_1-x
Ｂａ_x）ＴｉＯ₃（０＜ｘ＜１．０）、ＰｂＴｉＯ₃、Ｐ
ｂ_1-xＬａ_x（Ｚｒ_yＴｉ_1-y）_{1- x/4}Ｏ₃（０＜ｘ＜０．
３、０＜ｙ＜１．０、ｘおよびｙの値によりＰＺＴ、Ｐ
ＬＴ、ＰＬＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、ＫＮ
ｂＯ₃など、六方晶系として例えばＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴ
ａＯ₃などに代表される強誘電体、タングステンブロン
ズ型酸化物ではＳｒ_xＢａ_1-xＮｂ₂Ｏ₆、Ｐｂ_xＢａ_1-xＮ
ｂ₂Ｏ₆など、またこのほかに、Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂、Ｐｂ₂
ＫＮｂ₅Ｏ₁₅、Ｋ₃Ｌｉ₂Ｎｂ₅Ｏ₁₅、ＺｎＯ、さらに以上
の置換誘導体より選ばれる。バッファ層の膜厚と前記光
導波路の膜厚の比は、伝搬損失を１ｄＢ／ｃｍ以下に低
減するために０．１以上が好ましく、ＴＥ₀のシングル
モードでの動作を前提とするために０．５以上とするこ
とが適切である。また、バッファ層の膜厚が１０ｎｍ以
上とすることがより好ましい。Specifically, in the case of an ABO ₃ type perovskite type oxide, for example, SrTiO ₃ , BaTiO ₃ , (Sr _1-x) as tetragonal, trigonal, orthorhombic or pseudo-cubic system
Ba _x ) TiO ₃ (0 <x <1.0), PbTiO ₃ , P
_{b 1-x La x (Zr} y Ti 1-y) 1- x / 4 O 3 (0 <x <0.
3, 0 <y <1.0, PZT, P
LT, PLZT), Pb (Mg _1/3 Nb _2/3 ) O ₃ , KN
bO _3, such as LiNbO ₃ , LiT
Sr _x Ba _1-x Nb ₂ O ₆ and Pb _x Ba _1-x N are used for ferroelectrics such as aO ₃ and tungsten bronze type oxides.
b ₂ O ₆ etc., and also Bi ₄ Ti ₃ O ₁₂ , Pb ₂
It is selected from KNb ₅ O ₁₅ , K ₃ Li ₂ Nb ₅ O ₁₅ , ZnO, and further substituted derivatives. The ratio of the thickness of the optical waveguide and the film thickness of the buffer layer is preferably 0.1 or more in order to reduce the propagation loss below 1 dB / cm, in order to assume operation in single mode TE ₀ 0 It is appropriate to set it to .5 or more. Further, it is more preferable that the thickness of the buffer layer be 10 nm or more.

【００８２】光導波路層材料としてはバッファ層よりも
大きい屈折率を有する酸化物から選択され、具体的には
ＡＢＯ₃型のペロブスカイト型では正方晶、三方晶、方
晶または擬立方晶系として例えばＢａＴｉＯ₃、ＰｂＴ
ｉＯ₃、Ｐｂ_1-x Ｌａ_x（Ｚｒ_yＴｉ_1-y）_1-x/4Ｏ₃（ｘお
よびｙの値によりＰＺＴ、ＰＬＴ、ＰＬＺＴ）、Ｐｂ
（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、ＫＮｂＯ₃など、六方晶系とし
て例えばＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃などに代表される強
誘電体、タングステンブロンズ型ではＳｒ_xＢａ _1-xＮｂ
₂Ｏ₆、Ｐｂ_xＢａ_1-xＮｂ₂Ｏ₆など、またこのほかに、Ｂ
ｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂、Ｐｂ₂ＫＮｂ₅Ｏ₁₅、Ｋ₃Ｌｉ₂Ｎｂ
₅Ｏ₁₅、さらに以上の置換誘導体などより選ばれる。光
導波路層の膜厚は通常０．１μｍから１０μｍの間に設
定されるが、これは目的によって適当に選択することが
できる。The material of the optical waveguide layer is larger than that of the buffer layer.
Selected from oxides having a large refractive index, specifically
ABO_ThreeFor the perovskite type, tetragonal, trigonal,
BaTiO3 or pseudocubic_Three, PbT
iO_Three, Pb_1-xLa_x(Zr_yTi_1-y)_{1-x / 4}O_Three(X
PZT, PLT, PLZT), Pb
(Mg_1/3Nb_2/3) O_Three, KNbO_ThreeSuch as hexagonal
For example, LiNbO_Three, LiTaO_ThreeStrong represented by
Dielectric, Sr for tungsten bronze type_xBa _1-xNb
_TwoO₆, Pb_xBa_1-xNb_TwoO₆In addition, B
i_FourTi_ThreeO₁₂, Pb_TwoKNb_FiveO₁₅, K_ThreeLi_TwoNb
_FiveO₁₅And further substituted derivatives described above. light
The thickness of the waveguide layer is usually set between 0.1 μm and 10 μm.
However, this can be selected appropriately according to the purpose.
it can.

【００８３】クラッド層を設ける場合にはバッファ層と
同様のものを用いることができる。すなわち、光導波路
層材料よりも小さい屈折率を有し、かつクラッド層の比
誘電率と前記光導波路の比誘電率の比が０．００２以
上、望ましくはクラッド層の比誘電率と前記光導波路の
比誘電率の比が０．００６以上であり、かつクラッド層
の比誘電率が８以上である材料が選ばれる。クラッド層
材料については光導波路に対してエピタキシ関係を保持
できることは必ずしも必要ではなく多結晶薄膜でも良い
が、均一な界面を得る必要がある場合には光導波路材料
とのエピタキシ関係を保持できることが必要である。こ
のエピタキシ関係を保持できる条件としては、クラッド
層材料が光導波路層材料の結晶構造に類似で、格子常数
の差が１０％以下であることが望ましいが、必ずしもこ
の関係に従わなくともエピタキシ関係を保持できれば良
い。具体的には、ＡＢＯ₃型のペロブスカイト型酸化物
では、正方晶、三方晶、方晶または擬立方晶系として例
えばＳｒＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、（Ｓｒ_1-xＢａ_x）Ｔｉ
Ｏ₃、ＰｂＴｉＯ₃、Ｐｂ_1-xＬａ_x（Ｚｒ_yＴｉ_1-y）_1
-x/4Ｏ₃、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、ＫＮｂＯ₃な
ど、六方晶系として例えばＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃な
どに代表される強誘電体、タングステンブロンズ型酸化
物ではＳｒ_xＢａ_1-xＮｂ₂Ｏ₆、Ｐｂ_xＢａ_1-xＮｂ₂Ｏ₆な
ど、またこのほかに、Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂、Ｐｂ₂ＫＮｂ₅Ｏ
₁₅、Ｋ₃Ｌｉ₂Ｎｂ₅Ｏ₁₅、ＺｎＯさらに以上の置換誘導
体より選ばれる。クラッド層の膜厚と前記光導波路の膜
厚の比は０．１以上、望ましくは０．５以上であり、か
つクラッド層の膜厚が１０ｎｍ以上であることが有効で
ある。When a cladding layer is provided, the same one as the buffer layer can be used. That is, the material has a smaller refractive index than the material of the optical waveguide layer, and the ratio of the relative dielectric constant of the cladding layer to the relative dielectric constant of the optical waveguide is 0.002 or more. A material having a relative dielectric constant ratio of 0.006 or more and a relative dielectric constant of the cladding layer of 8 or more is selected. It is not always necessary for the cladding layer material to maintain the epitaxy relationship with the optical waveguide, and a polycrystalline thin film may be used. However, when it is necessary to obtain a uniform interface, it is necessary to maintain the epitaxy relationship with the optical waveguide material. It is. As a condition for maintaining the epitaxy relationship, it is desirable that the cladding layer material is similar to the crystal structure of the optical waveguide layer material and the difference in lattice constant is 10% or less. Just keep it. Specifically, in an ABO ₃ type perovskite type oxide, for example, SrTiO ₃ , BaTiO ₃ , (Sr _1-x Ba _x ) Ti as tetragonal, trigonal, tetragonal or pseudo-cubic system
_{O 3, PbTiO 3, Pb 1} -x La x (Zr y Ti 1-y) 1
_{-x / 4} O ₃ , Pb (Mg _1/3 Nb _2/3 ) O ₃ , KNbO _{3, and} other ferroelectrics represented by hexagonal systems such as LiNbO ₃ and LiTaO ₃ , and tungsten bronze type oxides Sr _x Ba _{1 -x} Nb ₂ O ₆ , Pb _x Ba _{1 -x} Nb ₂ O _6, etc. In addition, Bi ₄ Ti ₃ O ₁₂ , Pb ₂ KNb ₅ O
₁₅ , K ₃ Li ₂ Nb ₅ O ₁₅ , ZnO and further substituted derivatives thereof. It is effective that the ratio of the thickness of the cladding layer to the thickness of the optical waveguide is 0.1 or more, preferably 0.5 or more, and the thickness of the cladding layer is 10 nm or more.

【００８４】下部電極基板、バッファ層、薄膜光導波路
層、クラッド層の材料の組み合わせとしては上記の条件
を満たす各種のものが可能であるが、ドープしたＳｒＴ
ｉＯ ₃単結晶半導体基板またはドープしたＳｒＴｉＯ₃半
導体薄膜を下部電極基板とし、これに対して同様のペロ
ブスカイト構造を有し、格子常数の差も小さいために良
好なエピタキシャル成長が可能であり、これらの屈折率
２．３９９よりも屈折率が大きく、かつ高い電気光学係
数を有し、組成、すなわちＰｂ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｔｉの比
を変化させるだけで屈折率を大きく変化可能であるため
に、それぞれの層としてＰｂ_1-xＬａ_x（Ｚｒ_yＴｉ_1-y）
_1-x/4Ｏ₃を用いることが最も有効である。Lower electrode substrate, buffer layer, thin-film optical waveguide
The above conditions are used for the combination of the material of the layer and the cladding layer.
Are possible, but doped SrT
iO _ThreeSingle crystal semiconductor substrate or doped SrTiO_ThreeHalf
A conductive thin film is used as the lower electrode substrate,
Good because it has a bouskite structure and the difference between lattice constants is small.
Good epitaxial growth is possible and these refractive indices
2. An electro-optical member having a higher refractive index and a higher refractive index than 2.399
And the composition, ie the ratio of Pb, La, Zr, Ti
The refractive index can be greatly changed simply by changing
And Pb as each layer_1-xLa_x(Zr_yTi_1-y)
_{1-x / 4}O_ThreeIs most effective.

【００８５】プリズム型上部電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、
Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕなどの各種金属電極や合金、Ａｌドー
プＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＩＴＯ、ＲｕＯ₂、ＢａＰｂＯ₃、
ＳｒＲｕＯ₃、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_{7 -x}、ＳｒＶＯ₃、ＬａＮ
ｉＯ₃、Ｌａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃、ＺｎＧａ₂Ｏ₄、ＣｄＧ
ａ₂Ｏ₄、ＣｄＧａ₂Ｏ₄、Ｍｇ₂ＴｉＯ₄、ＭｇＴｉ₂Ｏ₄な
どの酸化物を用いることが可能である。クラッド層を用
いる場合には微細加工が容易な金属電極を用いることが
望ましく、クラッド層を用いない場合には酸化物電極、
望ましくは透明酸化物電極を用いることが有効である。
また、動作時間に伴って疲労やＤＣドリフトなどが生じ
る場合には酸化物を用いることが有効である。The prism type upper electrode is made of Al, Ti, C
r, Ni, Cu, Pd, Ag, In, Sn, Ta, W,
Various metal electrodes and alloys such as Ir, Pt and Au, Al-doped ZnO, In ₂ O ₃ , ITO, RuO ₂ , BaPbO ₃ ,
SrRuO ₃ , YBa ₂ Cu ₃ O _{7 -x} , SrVO ₃ , LaN
iO ₃ , La _0.5 Sr _0.5 CoO ₃ , ZnGa ₂ O ₄ , CdG
An oxide such as a ₂ O ₄ , CdGa ₂ O ₄ , Mg ₂ TiO ₄ , or MgTi ₂ O ₄ can be used. When using a cladding layer, it is desirable to use a metal electrode that can be easily micro-processed, and when not using a cladding layer, an oxide electrode,
Desirably, it is effective to use a transparent oxide electrode.
In addition, when fatigue, DC drift, and the like occur with the operation time, it is effective to use an oxide.

【００８６】プリズム型上部電極の形状、すなわち、そ
の幅と長さは、入射ポートから入りコリメートレンズに
よってコリメートされた分解点数を決めるレーザ光の幅
と、所望のマトリックス数を所定の大きさの基板に作製
するために必要な偏向角度によって設定される。プリズ
ム型上部電極の数は、入出力ポート間の接続形態によっ
て設定されるが、多くの場合は多対多で完全非閉塞型接
続を行うためにポート数と同等数あるいはポート数の２
倍の数のプリズム電極を配置する。The shape of the prism type upper electrode, that is, its width and length are determined by changing the width of the laser beam which determines the number of decomposition points collimated by the collimating lens entering from the entrance port and the desired number of matrices by a predetermined size of the substrate. Is set according to the deflection angle required to manufacture the light source. The number of prism type upper electrodes is set according to the connection form between the input and output ports.
Double the number of prism electrodes.

【００８７】コリメート・レンズおよび集光レンズとな
る薄膜レンズは、いずれもプレーナ・プロセスが利用で
きるモード・インデックス方式、フレネル方式、および
グレーティング方式より選択できるが、集光効率の点か
らモード・インデックス方式が望ましい。モード・イン
デックス方式は、導波路内にステップ状に実効屈折率が
異なる領域を形成したレンズであり、光導波路層上面か
ら見たレンズ形状によって、凹レンズと凸レンズとに分
類される。レンズ部の実効屈折率を薄膜光導波路部より
も大きくした場合には、円形や瞳形の凸レンズから選択
され、レンズ部の実効屈折率を薄膜光導波路部よりも小
さくした場合には、凹レンズから選択されるが、光導波
路素子としては、一般的には、円形や瞳形の凸レンズが
必要とされることが多い。Each of the collimating lens and the thin film lens serving as a condensing lens can be selected from a mode index method, a Fresnel method, and a grating method which can use a planar process. Is desirable. The mode index method is a lens in which regions having different effective refractive indexes are formed stepwise in a waveguide, and is classified into a concave lens and a convex lens according to the lens shape viewed from the upper surface of the optical waveguide layer. When the effective refractive index of the lens portion is larger than that of the thin-film optical waveguide portion, a circular or pupil-shaped convex lens is selected.When the effective refractive index of the lens portion is smaller than that of the thin-film optical waveguide portion, the concave lens is selected. As a matter of choice, a circular or pupil-shaped convex lens is generally required as the optical waveguide element in many cases.

【００８８】前記光導波路と同様の材料を用い、各金属
イオンの組成比を変化させることによって、屈折率を変
えることが可能であり、これらのエピタキシャルまたは
単一配向性の強誘電体を用いた薄膜レンズを光導波路素
子に設けることで、低い結合損失と小さい焦点距離とを
実現することができ、さらにコンパクトなサイズで光偏
向型のマトリクス光スイッチを実現することができる。It is possible to change the refractive index by using the same material as the optical waveguide and changing the composition ratio of each metal ion. These epitaxial or unidirectional ferroelectrics are used. By providing the thin film lens in the optical waveguide element, a low coupling loss and a small focal length can be realized, and furthermore, a compact and light-deflection type matrix optical switch can be realized.

【００８９】入射部および出射部には、クロストーク低
減、スラブ型導波路部への発散角度の均一化、および端
面形成位置精度の緩和の点から、幅が１μｍから１０μ
ｍ、望ましくは３μｍから７μｍ、長さが１００μｍか
ら１００００μｍ程度のチャンネル導波路を形成するこ
とが望ましい。The width of the input and output portions is 1 μm to 10 μm in order to reduce the crosstalk, make the divergence angle to the slab waveguide portion uniform, and relax the accuracy of the end face formation position.
m, desirably a channel waveguide having a length of about 3 μm to 7 μm and a length of about 100 μm to 10,000 μm.

【００９０】また、出射部となる出射用端面と薄膜レン
ズとの間のチャンネル導波路の薄膜レンズ側に、図３に
示すようなテーパ型チャンネル導波路を設けると、偏向
角度の変動が生じてもチャンネル導波路へ光ビームを導
けるため、クロストークが悪化することを抑制できる。
テーパは開口部の幅が２５０μｍから１０μｍの範囲と
し、上記平行型のチャンネル光導波路の幅へ長さが１０
００μｍから１００００μｍの範囲で変化するチャンネ
ル光導波路とすることによって、損失の少ないテーパと
することができる。Further, if a tapered channel waveguide as shown in FIG. 3 is provided on the thin film lens side of the channel waveguide between the light emitting end face serving as the light emitting portion and the thin film lens, the deflection angle fluctuates. Also, since the light beam can be guided to the channel waveguide, it is possible to suppress the deterioration of the crosstalk.
The taper has an opening width in the range of 250 μm to 10 μm, and a length of 10 to the width of the parallel channel optical waveguide.
By using a channel optical waveguide that changes in the range from 00 μm to 10000 μm, a taper with less loss can be obtained.

【００９１】チャンネル光導波路としては、埋め込み
型、リッジ型、リブ型のいずれかを用いることができで
きるが、本発明ではエピタキシャルまたは単一配向性の
バッファ層を設け、その上にバッファ層よりも大きい屈
折率を持ちエピタキシャルまたは単一配向性の電気光学
効果を有する酸化物光導波路層などを設ける薄膜の積層
によるため、光導波路層に凸を設けたチャンネル光導波
路構造、光導波路層に凸を設けた後にクラッド層を設け
るチャンネル光導波路構造、あるいはバッファ層に凹を
設けた後に光導波路層を設けたチャンネル光導波路構造
が容易に作製できることより望ましい。チャンネルの幅
と高さあるいは深さも薄膜の積層によるため、光スイッ
チのパラメータ、導波路の材料、および作製プロセスに
よって最適な値を選択することが容易である。As the channel optical waveguide, any of a buried type, a ridge type, and a rib type can be used. In the present invention, an epitaxial or unidirectional buffer layer is provided, and a buffer layer is formed on the buffer layer. Because of the lamination of thin films provided with an oxide optical waveguide layer having a large refractive index and an epitaxial or mono-oriented electro-optical effect, a channel optical waveguide structure with a convex optical waveguide layer, and a convex optical waveguide layer It is more preferable that a channel optical waveguide structure in which a cladding layer is provided after the provision or a channel optical waveguide structure in which a recess is provided in a buffer layer and an optical waveguide layer is provided can be easily manufactured. Since the width and height or depth of the channel are also formed by laminating the thin films, it is easy to select an optimum value depending on the parameters of the optical switch, the material of the waveguide, and the manufacturing process.

【００９２】前記のクラッド層、光導波路層、バッファ
層は、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、イオン・プレ
ーティング、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリング、イ
オン・ビーム・スパッタリング、レーザー・アブレーシ
ョン、ＭＢＥ、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤな
どより選ばれる気相エピタキシャル成長法、および上記
気相成長によってアモルファス薄膜を形成した後に加熱
することによる固相エピタキシャル成長、またはゾルゲ
ル法、ＭＯＤ法などのウエット・プロセスにより作製さ
れたアモルファス薄膜の加熱による固相エピタキシャル
成長法によって作製されるが、固相エピタキシャル成長
によって作製することが導波路品質および導波路パター
ンニングの点より望ましい。The clad layer, optical waveguide layer and buffer layer are formed by electron beam evaporation, flash evaporation, ion plating, Rf-magnetron sputtering, ion beam sputtering, laser ablation, MBE, CVD, and plasma CVD. , MOCVD, etc., and a solid-phase epitaxial growth by heating after forming an amorphous thin film by the vapor-phase growth, or heating of an amorphous thin film produced by a wet process such as a sol-gel method or a MOD method. The solid-state epitaxial growth method is preferred from the viewpoint of waveguide quality and waveguide patterning.

【００９３】このうちゾルゲル法やＭＯＤ法などのウエ
ット・プロセスにより金属アルコキシドや有機金属塩な
どの金属有機化合物の溶液を基板に塗布し、加熱による
アモルファス化工程と、加熱による結晶化工程より構成
される固相エピタキシャル成長は、各種気相成長法と比
較して設備コストが低く、基板面内での均一性が良いだ
けでなく、バッファ層、光導波路層、およびクラッド層
の構造制御にとって重要な屈折率の制御が、バッファ
層、光導波路層、およびクラッド層に必用な屈折率を有
する薄膜組成に応じて金属有機化合物前駆体の組成を配
合するだけで容易に、再現性良く実現でき、光伝搬損失
も低いバッファ層、光導波路層、およびクラッド層の成
長が可能であり、アモルファス薄膜を形成する工程を含
むためにパターンニングにも最も適している。Among these, a solution of a metal-organic compound such as a metal alkoxide or an organic metal salt is applied to a substrate by a wet process such as a sol-gel method or a MOD method, and the method comprises an amorphization step by heating and a crystallization step by heating. Solid-phase epitaxial growth has lower equipment costs and better uniformity on the substrate surface than various vapor-phase growth methods, as well as refraction, which is important for controlling the structure of the buffer layer, optical waveguide layer, and cladding layer. The control of the index can be realized easily and with good reproducibility simply by blending the composition of the metal organic compound precursor according to the composition of the thin film having the necessary refractive index for the buffer layer, the optical waveguide layer, and the cladding layer, and the light propagation It is possible to grow a buffer layer, an optical waveguide layer, and a cladding layer with low loss, and to include a step of forming an amorphous thin film, so that patterning is performed. It is most suitable for grayed.

【００９４】有機金属化合物は、各種の金属と、有機化
合物、望ましくは常圧での沸点が８０℃以上である有機
化合物との反応生成物である金属アルコキシドまたは金
属塩より選ばれるがこれに限られるわけではない。金属
アルコキシド化合物の有機配位子としては、Ｒ₁Ｏ−ま
たはＲ₂ＯＲ₃Ｏ−より選ばれる（式中、Ｒ₁およびＲ₂は
脂肪族炭化水素基を表し、Ｒ₃はエーテル結合を有して
もよい２価の脂肪族炭化水素基を表す）。これらの原料
は所定の組成にて望ましくは常圧での沸点が８０℃以上
であるアルコール類、ジケトン類、ケトン酸類、アルキ
ルエステル類、オキシ酸類、オキシケトン類、及び酢酸
などより選ばれた溶媒と反応され、または溶媒中に溶解
されたのち、基板への塗布をされる。これら有機金属化
合物は加水分解をした後に塗布をすることも可能である
が、エピタキシャル強誘電体薄膜を得るためには加水分
解をしないことが望ましい。さらに、これらの反応工程
は、乾燥した窒素やアルゴン雰囲気中にて行うことが得
られる薄膜の品質の点より望ましい。金属アルコキシド
化合物はＲ₁ＯＨまたはＲ₂ＯＲ₃ＯＨで表される有機溶
媒中で蒸留や還流によって合成することができ、 Ｒ₁
およびＲ₂の脂肪族炭化水素基としては、炭素数１〜４
のアルキル基が好ましく、Ｒ₃は、炭素数２〜４のアル
キレン基、炭素数２〜４のアルキレン基がエーテル結合
によって結合している全炭素数４〜８の２価の基が好ま
しい。The organometallic compound is selected from, but not limited to, metal alkoxides or metal salts which are reaction products of various metals and organic compounds, preferably organic compounds having a boiling point of 80 ° C. or higher at normal pressure. Not necessarily. The organic ligand of the metal alkoxide compound is selected from R ₁ O— or R ₂ OR ₃ O— (wherein R ₁ and R ₂ represent an aliphatic hydrocarbon group, and R ₃ has an ether bond. Represents a divalent aliphatic hydrocarbon group which may be used). These raw materials are preferably of a predetermined composition and a solvent selected from alcohols, diketones, ketone acids, alkyl esters, oxyacids, oxyketones, acetic acid and the like having a boiling point at normal pressure of 80 ° C. or higher. After being reacted or dissolved in a solvent, it is applied to a substrate. These organometallic compounds can be coated after being hydrolyzed, but it is desirable not to hydrolyze to obtain an epitaxial ferroelectric thin film. Furthermore, these reaction steps are desirable in terms of the quality of the obtained thin film, which can be performed in a dry nitrogen or argon atmosphere. Metal alkoxide compounds can be synthesized by distillation or refluxing in an organic solvent represented by R ₁ OH or R ₂ OR ₃ OH, R ₁
And the aliphatic hydrocarbon group represented by R ₂ has 1 to 4 carbon atoms.
R ₃ is preferably an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, or a divalent group having 4 to 8 carbon atoms in which the alkylene group having 2 to 4 carbon atoms is bonded by an ether bond.

【００９５】沸点が８０℃以上である溶媒としては具体
的には、金属アルコキシドのアルコール交換反応が容易
な例えば（ＣＨ₃）₂ＣＨＯＨ（沸点８２．３℃）、ＣＨ
₃（Ｃ₂Ｈ₅）ＣＨＯＨ（沸点９９．５℃）、（ＣＨ₃）₂
ＣＨＣＨ₂ＯＨ（沸点１０８℃）、Ｃ₄Ｈ₉ＯＨ（沸点１
１７．７℃）、（ＣＨ₃）₂ＣＨＣ₂Ｈ₄ＯＨ（沸点１３
０．５℃）、ＣＨ₃ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＯＨ（沸点１２４．５
℃）、Ｃ₂Ｈ₅ＯＣＨ₂ＣＨ ₂ＯＨ（沸点１３５℃）、Ｃ₄
Ｈ₉ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＯＨ（沸点１７１℃）などのアルコー
ル類が最も望ましが、これらに限定されるものではなく
Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ（沸点７８．３℃）なども使用可能である。Specific examples of the solvent having a boiling point of 80 ° C. or more include
In general, the alcohol exchange reaction of metal alkoxide is easy
For example (CH_Three)_TwoCHOH (boiling point 82.3 ° C), CH
_Three(C_TwoH_Five) CHOH (boiling point 99.5 ° C.), (CH_Three)_Two
CHCH_TwoOH (boiling point 108 ° C), C_FourH₉OH (boiling point 1
17.7 ° C), (CH_Three)_TwoCHC_TwoH_FourOH (boiling point 13
0.5 ° C), CH_ThreeOCH_TwoCH_TwoOH (boiling point 124.5
° C), C_TwoH_FiveOCH_TwoCH _TwoOH (boiling point 135 ° C), C_Four
H₉OCH_TwoCH_TwoAlcohol such as OH (boiling point 171 ° C)
Are most desirable, but not limited to
C_TwoH_FiveOH (boiling point 78.3 ° C.) can also be used.

【００９６】この溶液を単結晶基板上にスピンコート
法、ディッピング法、スプレー法、スクリーン印刷法、
インクジェット法より選ばれた方法にて塗布する。これ
らの塗布の工程は、乾燥した窒素やアルゴン雰囲気中に
て行うことが得られる薄膜の品質の点より望ましい。こ
の後、必要に応じて、前処理として酸素を含む雰囲気
中、望ましくは酸素中にて、０．１〜１０００℃／秒の
昇温速度、望ましくは１〜１００℃／秒の昇温速度で基
板を加熱し、１００℃〜５００℃、望ましくは２００℃
〜４００℃の結晶化の起こらない温度範囲で塗布層を熱
分解することによりアモルファス状の薄膜を形成する。
さらに、酸素を含む雰囲気中、望ましくは酸素中にて、
１〜５００℃／秒の昇温速度、望ましくは１０〜１００
℃／秒の昇温速度で高速加熱し、５００℃〜１２００
℃、望ましくは６００℃〜９００℃の温度範囲で強誘電
体薄膜を基板表面より固相エピタキシャル成長させる。
このエピタキシャル結晶化においては、上記の温度にて
１秒間から２４時間、望ましくは１０秒間から１２時間
の加熱を行う。これらの酸素雰囲気としては少なくとも
一定時間乾燥した酸素雰囲気を用いることが得られる薄
膜の品質の点より望ましいが、必要に応じて加湿するこ
とも可能である。これらのエピタキシャル結晶化工程に
おいて、一層の膜厚が１０ｎｍから１０００ｎｍ、望ま
しくは膜厚１０ｎｍから２００ｎｍの強誘電体薄膜層を
単結晶基板上に固相エピタキシャル成長することを一回
以上行う。それぞれのエピタキシャル成長の後には０．
０１〜１００Ｃ／秒の冷却速度で冷却を行なう。This solution was applied to a single crystal substrate by spin coating, dipping, spraying, screen printing,
It is applied by a method selected from the ink jet method. These coating steps are preferable in terms of the quality of the obtained thin film, which can be performed in a dry nitrogen or argon atmosphere. Thereafter, if necessary, a pretreatment is carried out in an atmosphere containing oxygen, preferably in oxygen, at a rate of 0.1 to 1000 ° C./sec, preferably at a rate of 1 to 100 ° C./sec. Heat the substrate, 100 ° C to 500 ° C, preferably 200 ° C
An amorphous thin film is formed by thermally decomposing the coating layer in a temperature range of ら な い 400 ° C. where crystallization does not occur.
Furthermore, in an atmosphere containing oxygen, preferably in oxygen,
Temperature rising rate of 1 to 500 ° C / sec, desirably 10 to 100
High-speed heating at a heating rate of 500 ° C./sec.
The ferroelectric thin film is grown by solid phase epitaxial growth from the substrate surface at a temperature of 600C, preferably 600C to 900C.
In this epitaxial crystallization, heating is performed at the above temperature for 1 second to 24 hours, preferably 10 seconds to 12 hours. As these oxygen atmospheres, it is desirable to use an oxygen atmosphere dried for at least a certain time from the viewpoint of the quality of the obtained thin film, but it is also possible to humidify as necessary. In these epitaxial crystallization steps, solid-phase epitaxial growth of a ferroelectric thin film layer having a thickness of 10 nm to 1000 nm, preferably 10 nm to 200 nm on a single crystal substrate is performed at least once. After each epitaxial growth.
Cooling is performed at a cooling rate of 01 to 100 C / sec.

【００９７】前記の上部電極は、電子ビーム蒸着、フラ
ッシュ蒸着、イオン・プレーティング、Ｒｆ−マグネト
ロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリン
グ、レーザー・アブレーション、ＭＢＥ、ＣＶＤ、プラ
ズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤなどより選ばれる気相成長法お
よびゾルゲル法、ＭＯＤ法などのウエット・プロセスに
より作製される。The upper electrode is selected from electron beam evaporation, flash evaporation, ion plating, Rf-magnetron sputtering, ion beam sputtering, laser ablation, MBE, CVD, plasma CVD, MOCVD and the like. It is manufactured by a wet process such as a phase growth method, a sol-gel method, and a MOD method.

【００９８】上部電極、薄膜レンズ、およびチャンネル
光導波路のパターンニングは、ウエット・エッチング、
ドライ・エッチング、およびリフトオフから選択される
方法によって行うことが可能である。固相エピタキシャ
ル成長法を利用してエピタキシャルまたは単一配向性の
結晶性の薄膜表面のアモルファス薄膜をエッチングする
場合においては各層の組成や結晶性を利用したエッチス
トップが容易であり、アモルファス薄膜表面にフォトレ
ジスト、あるいは電子線レジストを塗布した後、露光、
エッチングすることによる方法によってこのアモルファ
ス薄膜をパターンニングできる。エッチングはＨＣｌ、
ＨＮＯ₃、ＨＦ、Ｈ₂ＳＯ₄、Ｈ₃ＰＯ₄、Ｃ₂Ｈ₂Ｏ₂、ＮＨ
₄Ｆなどの水溶液やその混合水溶液によるウエット・エ
ッチング、ＣＣｌ₄、ＣＣｌ₂Ｆ₂、ＣＨＣｌＦＣＦ₃など
や、それらのＯ₂との混合ガスによるリアクティブ・イ
オン・エッチング、またはイオンビーム・エッチングな
どのドライ・エッチングなどが有効であるが、ウエット
・エッチングによって速いエッチング速度で、容易にエ
ッチングすることが可能である。The patterning of the upper electrode, the thin film lens, and the channel optical waveguide is performed by wet etching,
It can be performed by a method selected from dry etching and lift-off. In the case of etching an amorphous thin film on the surface of a crystalline thin film of epitaxial or mono-orientation using the solid phase epitaxial growth method, it is easy to perform an etch stop using the composition and crystallinity of each layer, and the photo-etching is performed on the surface of the amorphous thin film. After applying resist or electron beam resist, exposure,
This amorphous thin film can be patterned by a method by etching. Etching is HCl,
HNO ₃ , HF, H ₂ SO ₄ , H ₃ PO ₄ , C ₂ H ₂ O ₂ , NH
Wet etching with an aqueous solution or a mixture aqueous solution of ₄ F, and the like _{CCl 4, CCl 2 F 2,} CHClFCF 3, reactive ion etching using a mixed gas thereof with O ₂ or such as ion beam etching, Dry etching is effective, but wet etching can be easily performed at a high etching rate.

【００９９】この発明により、光ファイバーなどの光路
切換機能を有する導波路型光スイッチを構成するのに必
要な光スイッチ素子の個数を少なくでき、挿入損失やク
ロストークが小さく、適切な間隔のポート間の切り替え
を低駆動電圧で行え、サイズも小型の光スイッチまたは
マトリクス光スイッチを低駆動電圧で行え、サイズも小
型の光スイッチまたはマトリクス光スイッチを、温度安
定性の高い酸化物強誘電体薄膜によって提供可能とな
る。According to the present invention, it is possible to reduce the number of optical switch elements required to constitute a waveguide type optical switch having an optical path switching function such as an optical fiber, to reduce insertion loss and crosstalk, and to reduce the distance between ports at appropriate intervals. Switching can be performed with a low drive voltage, a small-sized optical switch or matrix optical switch can be performed with a low drive voltage, and a small-sized optical switch or matrix optical switch can be formed by using an oxide ferroelectric thin film with high temperature stability. It can be provided.

【０１００】[0100]

【発明の効果】本発明によれば、光偏向を利用して光経
路を切替える小型でスイッチ数の少ない光導波路型の光
スイッチおよびその製造方法が提供される。また、本発
明によれば、温度安定性が高く、挿入損失やクロストー
クが小さく、適切な間隔のポート間の切り替えを低駆動
電圧で行える光導波路型の光スイッチおよびその製造方
法が提供される。According to the present invention, there is provided a small-sized optical waveguide type optical switch for switching an optical path using optical deflection and a method for manufacturing the same. Further, according to the present invention, there is provided an optical waveguide type optical switch having high temperature stability, low insertion loss and crosstalk, and capable of switching between appropriately spaced ports with a low driving voltage, and a method of manufacturing the same. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 本発明の第１の実施形態にかかる２×２光ス
イッチの概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of a 2 × 2 optical switch according to a first embodiment of the present invention.

【図２】 本発明の第２の実施形態にかかる４×５光ス
イッチの概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of a 4 × 5 optical switch according to a second embodiment of the present invention.

【図３】 本発明の第２の実施形態にかかる光スイッチ
に設けられたテーパ型チャンネル導波路の拡大図であ
る。FIG. 3 is an enlarged view of a tapered channel waveguide provided in an optical switch according to a second embodiment of the present invention.

【図４】 本発明の第２の実施形態にかかる光スイッチ
の電極間に電圧を印加しない場合の光学シミュレーショ
ン結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an optical simulation result when a voltage is not applied between electrodes of an optical switch according to a second embodiment of the present invention.

【図５】 本発明の第２の実施形態にかかる光スイッチ
の電極間に電圧を印加する場合の光学シミュレーション
結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an optical simulation result when a voltage is applied between electrodes of an optical switch according to a second embodiment of the present invention.

【図６】 本発明の第３の実施形態にかかる８×８光ス
イッチの概略斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view of an 8 × 8 optical switch according to a third embodiment of the present invention.

【図７】 本発明の光スイッチにおける電界分布の原理
図である。FIG. 7 is a principle diagram of an electric field distribution in the optical switch of the present invention.

【図８】 図７に示す光スイッチを等価回路として表し
た概念図である。8 is a conceptual diagram showing the optical switch shown in FIG. 7 as an equivalent circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 導電性基板 ２ バッファ層 ３ 光導波路層 ４ クラッド層 ５ プリズム型上部電極 ７ 入射用端面 ８ 出射用端面 ９ コリメート・レンズ １０ 集光レンズ １２ 入射部（チャンネル光導波路） １４ 出射部（チャンネル光導波路） REFERENCE SIGNS LIST 1 conductive substrate 2 buffer layer 3 optical waveguide layer 4 cladding layer 5 prismatic upper electrode 7 incident end face 8 exit end face 9 collimating lens 10 condensing lens 12 incident part (channel optical waveguide) 14 emission part (channel optical waveguide) )

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下部電極となる基板上に光導波路層を積
層してなり、該光導波路層に形成された光導波路が入射
用光経路に接続する入射部と出射用光経路に接続する出
射部とを有し、該光導波路を介して入射用光経路を出射
用光経路へと切替える光スイッチであって、 該光導波路は、 前記入射部に対応して設けられ、前記入射部から入射し
たレーザ光を平行光にする複数のコリメート・レンズ
と、 該コリメート・レンズに対応して設けられ、該コリメー
ト・レンズにより平行にされたレーザ光を前記下部電極
との間に電圧を印加して偏向するプリズム型上部電極
と、 該プリズム型上部電極により偏向されたレーザ光を前記
出射部へ集光する集光レンズと、を有してなることを特
徴とする光スイッチ。An optical waveguide layer is laminated on a substrate serving as a lower electrode, and an optical waveguide formed in the optical waveguide layer is connected to an incident optical path and an output is connected to an output optical path. And an optical switch for switching an input optical path to an output optical path via the optical waveguide, wherein the optical waveguide is provided corresponding to the incident section, and is incident from the incident section. A plurality of collimating lenses for converting the collimated laser light into parallel light, and applying a voltage between the collimating lens and the lower electrode to the laser light collimated by the collimating lens. An optical switch, comprising: a prism-type upper electrode for deflecting light; and a condenser lens for condensing the laser light deflected by the prism-type upper electrode to the emission unit. 【請求項２】 前記入射部および／または出射部を複
数有してなり、 前記入射部から選択されるいずれか一の入射部から入射
したレーザ光を、前記出射部から選択されるいずれか一
の出射部から出射させることを特徴とする請求項１に記
載の光スイッチ。2. A laser beam having a plurality of the incident portions and / or the outgoing portions, and a laser beam incident from any one of the incident portions selected from the incident portions is selected from the one from the outgoing portions. The optical switch according to claim 1, wherein the light is emitted from an emission part of the optical switch. 【請求項３】 前記基板が、導電性または半導電性の単
結晶基板、または表面に導電性または半導電性の薄膜が
設けられた単結晶基板であり、 前記光導波路層が、エピタキシャルまたは単一配向性の
酸化物強誘電体からなる光導波路層であることを特徴と
する請求項１または２に記載の光スイッチ。3. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is a conductive or semiconductive single crystal substrate, or a single crystal substrate having a conductive or semiconductive thin film provided on a surface thereof. The optical switch according to claim 1, wherein the optical switch is an optical waveguide layer made of a mono-oriented oxide ferroelectric. 【請求項４】 前記基板と前記光導波路層との間に、エ
ピタキシャルまたは単一配向性の酸化物からなり、前記
光導波路層より小さい屈折率を有するバッファ層を設け
たことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記
載の光スイッチ。4. A buffer layer comprising an epitaxial or mono-oriented oxide and having a lower refractive index than the optical waveguide layer is provided between the substrate and the optical waveguide layer. Item 4. The optical switch according to any one of Items 1 to 3. 【請求項５】 前記光導波路層と前記上部電極の間に、
酸化物からなり、前記光導波路層よりも小さい屈折率を
有するクラッド層を設けたことを特徴とする請求項１乃
至４のいずれか１項に記載の光スイッチ。5. The method according to claim 1, further comprising:
The optical switch according to any one of claims 1 to 4, wherein a cladding layer made of an oxide and having a smaller refractive index than the optical waveguide layer is provided. 【請求項６】 前記エピタキシャルまたは単一配向性の
酸化物が、Ｐｂ_1-xＬａ_x（Ｚｒ_yＴｉ_1-y）_1-x/4Ｏ₃（０
＜ｘ＜０．３、０＜ｙ＜１．０） であることを特徴と
する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光スイッ
チ。Wherein said epitaxial or single orientation oxide _{is, Pb 1-x La x (} Zr y Ti 1-y) 1-x / 4 O 3 (0
<X <0.3, 0 <y <1.0) The optical switch according to any one of claims 1 to 5, wherein 【請求項７】 前記導電性または半導電性の単結晶基板
が、不純物元素をドープしたＳｒＴｉＯ₃であることを
特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ス
イッチ。7. The optical switch according to claim 1, wherein the conductive or semiconductive single crystal substrate is SrTiO ₃ doped with an impurity element. 【請求項８】 前記単結晶基板上に設けられた導電性ま
たは半導電性の薄膜が、エピタキシャルまたは単一配向
性の薄膜であることを特徴とする請求項１乃至７のいず
れか１項に記載の光スイッチ。8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive or semiconductive thin film provided on the single crystal substrate is an epitaxial or single-oriented thin film. An optical switch as described. 【請求項９】 前記入射部および前記出射部に、チャン
ネル光導波路が設けられたことを特徴とする請求項1乃
至８のいずれかに記載の光スイッチ。9. The optical switch according to claim 1, wherein a channel optical waveguide is provided in each of the input section and the output section. 【請求項１０】 前記出射部に設けられたチャンネル導
波路がテーパ型チャンネル光導波路であることを特徴と
する請求項９に記載の光スイッチ。10. The optical switch according to claim 9, wherein the channel waveguide provided in the emission section is a tapered channel optical waveguide. 【請求項１１】 導電性または半導電性の下部電極とな
る単結晶基板上、または、表面に導電性または半導電性
の薄膜が設けられた下部電極となる単結晶基板上に、 酸化物よりなるエピタキシャル・バッファ層と、エッチ
ングにより、コリメート・レンズと集光レンズとチャン
ネル光導波路とが形成された酸化物強誘電体よりなるエ
ピタキシャル光導波路層を形成し、 該光導波路層上に、酸化物よりなるクラッド層および/
または上部電極を形成する請求項４乃至１０のいずれか
１項に記載の光スイッチの製造方法であって、 前記バッファ層、前記光導波路層、および前記クラッド
層が、 アモルファス薄膜を形成した後、該アモルファス薄膜を
加熱により固相エピタキシャル成長することによって形
成されることを特徴とする光スイッチの製造方法。11. An oxide is formed on a single crystal substrate serving as a conductive or semiconductive lower electrode, or on a single crystal substrate serving as a lower electrode provided with a conductive or semiconductive thin film on its surface. Forming an epitaxial optical waveguide layer made of an oxide ferroelectric in which a collimating lens, a condensing lens, and a channel optical waveguide are formed by etching, and forming an oxide on the optical waveguide layer. Cladding layer and / or
11. The method for manufacturing an optical switch according to claim 4, wherein an upper electrode is formed, wherein the buffer layer, the optical waveguide layer, and the clad layer form an amorphous thin film. 12. A method of manufacturing an optical switch, wherein the method is formed by subjecting the amorphous thin film to solid phase epitaxial growth by heating. 【請求項１２】 前記コリメート・レンズと集光レンズ
とチャンネル光導波路とは、前記エピタキシャルバッフ
ァ層上または前記光導波路層上に、アモルファス薄膜を
形成し、該アモルファス光導波路層の一部をエッチング
により除去した後、残部を加熱により固相エピタキシャ
ル成長して、エピタキシャル光導波路層内またはエピタ
キシャル光導波路層上に形成されることを特徴とする請
求項１１に記載の光スイッチの製造方法。12. The collimating lens, the condensing lens, and the channel optical waveguide are formed by forming an amorphous thin film on the epitaxial buffer layer or the optical waveguide layer, and etching a part of the amorphous optical waveguide layer. 12. The method for manufacturing an optical switch according to claim 11, wherein after the removal, the remaining portion is subjected to solid-phase epitaxial growth by heating to be formed in the epitaxial optical waveguide layer or on the epitaxial optical waveguide layer.