JP2007271762A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】光スイッチのスイッチングを高速且つ効率良く行う。
【解決手段】光スイッチ本体１２を、入力用信号光導波路２１と、第１出力用信号光導波路２２と、第２出力用信号光導波路２３とから、Ｙ分岐型に構成する。第１出力用信号光導波路２２の入力端に、フォトクロミック材２７を配置する。フォトクロミック材２７に短波長制御光または長波長制御光を通過させ、異性化反応によりその屈折率をｎ１，ｎ２に変化させる。第２出力用信号光導波路２３の屈折率ｎｂを、フォトクロミック材２７の最大屈折率ｎ１と入力用信号光導波路２１の屈折率ｎａとの略中間の屈折率ｎｂにする。入力用信号光導波路２１に、Ｙ型カプラ１３，１４により短波長制御光及び長波長制御光を選択的に入射させる。各制御光を入力用信号光導波路２１を用いてフォトクロミック材に入射させるため、少量の光パワーで効率よく異性化反応を生じさせることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信、光情報処理、各種制御システムにおいて、マルチモード光リンクで使用される光スイッチに関する。

近年の光ブロードバンド化の波は情報家電などにも及び、例えばマルチモード伝送路による家庭内高速光リンクネットワーク網の構築実現が予想されている。また、今後複雑な光リンクが構築されるに伴い、マルチモード光リンク対応の光スイッチが必要となる。この場合の光リンク通信方式はＮＺ、ＮＺＲ方式とされているため、光スイッチの応答速度は、１００Ｍbps以上のデータ転送速度に対応したものでなければならない。マルチモード光リンクで使用される光スイッチの原理を大別すると、光路を機械式に切り替えるタイプと、光導波路の屈折率を変化させるタイプとがある。機械式としては、光信号が入力された光ファイバを電磁アクチュエータで駆動し、入力側の光ファイバの出射端を別の光ファイバ端に付き合わせて光路を切り替える方式が実用化されている。この機械式のものは、光通信ネットワーク伝送路の故障時の予備線への光路切り替えに用いられている。しかしながら、機械式のものは可動部分を含むため、スイッチ速度はミリ秒レベルであり、１００Ｍbps以上のパルス信号スイッチングが必要とされる高速マルチモード光リンクの光スイッチには対応することができない。

一方、光導波路の屈折率を変化させるタイプの光スイッチの導波路構造としては、マッハツェンダー型とＹ分岐型が一般的である。前者は、光の「干渉」を利用し、信号光を通過させたい導波路へ光を導くものである。一方、Ｙ分岐型は、屈折率の高い方向へ光が進むという性質を利用し、信号光を通過させたい導波路の屈折率を大きくさせて、信号光を通過させたい導波路へ光を導くものである。ところで、マッハツェンダー型光スイッチはシングルモード用であり、様々な伝搬モードが存在するマルチモード導波路では、スイッチ効率（クロストーク）が低く適切ではない。

マルチモード用光導波路型光スイッチにおいて、導波路の屈折率を変化させる方法としては、熱光学効果を利用するのが一般的である。この方法では、導波路材料の屈折率の温度依存性を利用し、分岐導波路部分にヒーターを配置し、分岐部分の温度を上下させることによって屈折率を変化させている。

これに対して、例えば特許文献１に示されるように、フォトクロミック材料を用いた光スイッチが提案されている。この光スイッチは、シングルモード用であり、制御光の照射装置は導波路の上に配置されている。
特開平５−１９６９７３号公報

上記のように機械式や熱光学効果型の光スイッチのスイッチング速度は、共にミリ秒台であり、さらなる高速化が要求される場合には限界がある。さらに、機械式光スイッチは可動部分があり、信頼性に乏しいという問題がある。また、熱光学効果型光スイッチは、ヒーターを使用するため消費エネルギが高くなるという問題がある。

１０μｍ以上の大口径のマルチモード導波路を有する光スイッチとして、特許文献１に示されるようなフォトクロミック材料の異性化反応を用いた光スイッチとする場合には、光照射による導波路の屈折率変化を均一にするためには、照射時間を少なくともミリ秒以上とする必要があり、これがスイッチング速度の律速となっていた。このため、マルチモード用の高速な光スイッチに対応することができないという問題がある。また、特許文献１のものでは、空間を介した制御光照射光学系であるために、照射光量のごく一部がフォトクロミック材料の異性化反応に消費される結果、エネルギに無駄があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、スイッチング速度を上げて高速化に対応することができ、しかもスイッチングのための消費エネルギを抑えるようにした光スイッチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光スイッチは、屈折率ｎａを有する一つの入力用信号光導波路と、前記入力用信号光導波路の光出射端に接続され、第１波長域の第１制御光の通過により第１の屈折率ｎ１となり、前記第１波長域と異なる波長域の第２制御光の通過により第１屈折率ｎ１よりも低く前記屈折率ｎａよりも高い第２屈折率ｎ２となるフォトクロミック材料を含む媒質を有する第１の出力用信号光導波路と、前記入射導波路の光射出端に接続され、前記第１屈折率ｎ１と前記入力用信号光導波路の屈折率ｎａとの間の値であって且つ前記第２屈折率ｎ２よりも高い屈折率ｎｂを有する第２の出力用信号光導波路と、前記第１制御光を前記入力用信号光導波路に入射するための第１制御光導波路と、前記第２制御光を前記入力用信号光導波路に入射するための第２制御光導波路とを備えることを特徴とする。また、本発明は、前記第２の出力用信号光導波路の屈折率ｎｂが、前記第１屈折率ｎ１と前記入力用信号光導波路の屈折率ｎａとの略中間値であることを特徴とする。また、本発明は、前記第１制御光導波路は、第１制御光の光入射端及び光射出端を有する第１制御光導波路本体と、前記第１制御光の光射出端を前記入力用信号光導波路に光結合させるＹ型カプラまたは方向性結合器とを備えることを特徴とする。さらに、前記第２制御光導波路は、第２制御光の光入射端及び光射出端を有する第２制御光導波路本体と、前記第２制御光の光射出端を前記入力用信号光導波路に光結合させるＹ型カプラまたは方向性結合器とを備えることを特徴とする。また、本発明は、前記媒質が、マルチモード光リンク系で使用される８５０ｎｍの波長帯において、制御光照射前後で１×１０^-4以上の屈折率変化を生じ、上記波長帯での吸収が実質的に無いものであることを特徴とする。実質的に無いとは、０．０５ｄB/cm以下であり、０．０１dB/cm以下が好ましく、理想的には０である。また、前記媒質は、高分子中に前記フォトクロミック材料を分散または結合したものであることを特徴とする。

本発明の光スイッチによれば、屈折率ｎａを有する一つの入力用信号光導波路と、前記入力用信号光導波路の光出射端に接続され、第１波長域の第１制御光の通過により第１の屈折率ｎ１となり、前記第１波長域と異なる波長域の第２制御光の通過により第１屈折率ｎ１よりも低く前記屈折率ｎａよりも高い第２屈折率ｎ２となるフォトクロミック材料を含む媒質を有する第１の出力用信号光導波路と、前記入射導波路の光射出端に接続され、前記第１屈折率ｎ１と前記入力用信号光導波路の屈折率ｎａとの間の値であって且つ前記第２屈折率ｎ２よりも高い屈折率ｎｂを有する第２の出力用信号光導波路と、前記第１制御光を前記入力用信号光導波路に入射するための第１制御光導波路と、前記第２制御光を前記入力用信号光導波路に入射するための第２制御光導波路とを備えることにより、制御光もスイッチ光回路を構成する導波路中を信号光と一緒に伝搬させることによって、制御光をコアに閉じ込めパワー密度を高くすることができる。これにより、均一にかつ少量の光パワーでも効率よくフォトクロミック材料の異性化反応を生じさせることができる。したがって、比較的にパワーが低い例えばＬＥＤ（発光ダイオード）光源、またはＬＤ（レーザーダイオード）光源などを制御光の光源として使用することが可能となり、コストの低減が図れる。

導波路を介して制御光を入射させるため、フォトクロミック材料の異性化反応は、均一にかつ高速に終了することができる。したがって、スイッチング速度が数百マイクロ秒から数マイクロ秒（媒質の材料に依存）と従来の手法に対し、１／１０〜１／１０００程度のスイッチング速度を達成することができる。また、フォトクロミック材料の光照射前後の屈折率変化は、波長８５０ｎｍで１０^-4以上が好ましく、１０^−２以上がより好ましい。屈折率変化の上限は特に限定されないが、１０⁻¹程度である。これらは、Ｙ分岐型光スイッチにおいて信号光を所望のポートに導くのに十分な屈折率変化である。なお、フォトクロミック材料の波長８５０ｎｍにおける吸収は実質的に無いことが好ましい。実質的に無いとは、０．０５ｄＢ／ｃｍ以下の意味であり、０．０１ｄＢ／ｃｍ以下が好ましく、理想的には０ｄＢ／ｃｍ以下である。

上記の異性化反応速度は、過渡吸収スペクトル法によって確認することができる。過渡吸収スペクトル法とは、フォトクロミック材料に異性化反応を生じさせる光を照射し、異性化反応に伴う光吸収波長での吸光度変化速度を測定するものである。図３に、過渡吸収スペクトル法の概略を示す。試料１００として、ガラス基板１０１上に厚さ５μｍのフォトクロミック材料１０２をスピンコーターで塗布したものを用いた。異性化反応を生じさせる光の波長を発する異性化光源１０３、および異性化反応によってフォトクロミック材料１０２が吸収する光の波長をモニタするためのモニタ用光源１０４を用い、それぞれの光源１０３，１０４および分光器１０５を図３に示すように配置する。異性化光源１０３としては、１００Ｍbpsのパルス発生回路を付加したパルスレーザーあるいは連続光を出力するＬＤ光源が用いられる。また、モニタ用光源１０４は連続光を発するものでよく、例えば白色光源に回折格子を取り付けたものによって、所望の波長が発せられるように構成する。異性化光源１０３からパルス光をフォトクロミック材料１０２に照射すると、フォトクロミック材料１０２の異性化反応によって、モニタ光の波長に対して、吸光度が時間経過と共に増加する。このときの吸光度の立ち上がり時間を測定することによって、フォトクロミック材料１０２の異性化速度、すなわち屈折率変化速度がわかる。

薄膜の屈折率変化量はプリズムカプラ法を用いて確認することができる。図４に示すように、プリズムカプラ法とは、プリズム１０９を介して導波路としてのフォトクロミック材料１１３に光を結合させる際、結合光の入射角度を可変した場合に発生する導波モードの数との関係から膜の屈折率を計算する方法である。この方法は、薄膜の屈折率測定方法としては一般的な手法として認知されており、例えば「薄膜・光デバイス第１１章」（吉田・矢嶋共著、東京大学出版会(1994)）などに紹介されている。本発明では、Sairon社製のプリズムカプラ装置１１０を用いて屈折率変化を測定した。測定試料１１１としてスラブ導波路型形状のものを用いた。この測定試料１１１は、Ｓｉ基板１１２上に膜厚５μｍのフォトクロミック材料１１３をスピンコーターで塗布することにより得られる。装置の概要は、以下の通りである。１００Ｍbpsのパルス発生回路を付加した発信波長４０５ｎｍと６６０ｎｍのＬＤ（出力０．５ｍＷ）をそれぞれ光源１１５，１１６とした。それぞれの光源光は、光切り替え部１１７の光路を切り替えることで、４０５ｎｍと６６０ｎｍのＬＤ出射光を、任意（交互に）にプリズム１０９に入射することができる。試料１１１とプリズム１０９のカップリングは、固定されたプリズム１０９と昇降する支持棒１１８とにより試料１１１を挟むことによって行われる。支持棒１１８は、圧縮空気によって上下に移動させることが可能である。試料１１１の屈折率変化量は、まず、波長４０５ｎｍの光を１パルス、測定試料１１１に入射させた後、プリズムカプラ装置１１０にて測定試料１１１の屈折率をフォトダイオード１１９，１２０の出力信号に基づき測定する。その後、測定試料１１１の同じ場所に６６０ｎｍの光を入射し、プリズムカプラ装置１１０にて測定試料１１１の屈折率を同様にして測定する。得られたそれぞれの屈折率値の差が試料の屈折率変化量となる。上記の操作をＮ回繰り返し行うことで、フォトクロミック材料のＮ回の開環・閉環反応に伴う屈折率変化量を測定することができる。

また、図５に示すように、波長８５０ｎｍにおける薄膜の吸収もプリズムカプラ装置１３０を用いて測定した。図５に測定法の概略を示す。試料１１１は図４のものと同じである。試料１１１の一部は、屈折率１．７（＠８５０ｎｍ）の屈折液１３１に浸されている。屈折液１３１は液槽１３３に入れられており、この液槽１３３は、リニアステージ１３４に固定されている。そして、リニアステージ１３４を駆動することにより、液槽１３３を斜め方向にシフトし、屈折液１３１に浸した試料１１１の光導波路距離を変更する。この状態でプリズム１３２を介して８５０ｎｍの光を試料１１１に結合させる。試料１１１を導波した光は屈折液１３１の中を透過し、フォトダイオード１３５に結合する。この時の試料１１１中の光導波距離をＡ１（ｃｍ）、光量をａ１（ｄＢｍ）とする。次に、屈折液１３１の中に浸す試料１１１の長さを変えて試料１１１中の光導波距離をＢ１（ｃｍ）とし、そのときフォトダイオード１３５に結合する光量をｂ１（ｄＢｍ）とする。光吸収量（ｄＢ／ｃｍ）は、（ａ１−ｂ１）／（Ａ１−Ｂ１）から求める。本発明の光吸収測定では、試料１１１中の光導波距離を連続的に変化させて、フォトダイオード１３５に結合する光量を測定することが可能であり、０．０１（ｄＢ／ｃｍ）の精度で測定が可能である。

図１は本発明の光スイッチを示す概略図である。この光スイッチ１０は、基板１１上に３次元で配置される光スイッチ本体１２、Ｙ型カプラ１３，１４、各導波路２１〜２６から構成されている。基板１１は、ガラスなどの無機物やアートンフィルムのような表面平滑性の高い有機フィルムが使用される。各導波路２１〜２６は３次元埋め込み型とされているが、これ以外にリッジ型としてもよい。

光スイッチ本体１２は、入力用信号光導波路２１と、この入力用信号光導波路２１の出力端に接続される第１出力用信号光導波路２２，第２出力用信号光導波路２３とから、Ｙ分岐型に構成されている。第１出力用信号光導波路２２の入力端には、フォトクロミック材料を含む媒質（以下、単にフォトクロミック材という）２７が配置されている。このフォトクロミック材２７は、その異性化波長が、短波長では４０５ｎｍ（青）、長波長では６６０ｎｍ（緑）である材料が用いられる。第２出力用信号光導波路２３は、フォトクロミック材２７の最大屈折率ｎ１と入力用信号光導波路２１の屈折率ｎａとの略中間の屈折率ｎｂを持つ材料により構成されている。なお、第２出力用信号光導波路２３の屈折率ｎｂは、第１屈折率ｎ１と入力用信号光導波路の屈折率ｎａとの間の値であって且つ第２屈折率ｎ２よりも高ければよい。

図２は、第１出力用信号光導波路２２のフォトクロミック材２７の屈折率ｎ１，ｎ２の変化と、第２出力用信号光導波路２３の屈折率ｎｂとを示している。第１出力用信号光導波路２２は、フォトクロミック材２７の異性化反応によって、屈折率がｎ１とｎ２との間で変化する。なお、領域Ａ１は異性化反応による屈折率の変化範囲を示しており、矢印Ｂは短波長制御光の通過による異性化反応によって屈折率がｎ２からｎ１へ増加することを示し、矢印Ｃは長波長制御光の通過による異性化反応によって屈折率がｎ１からｎ２へ減少することを示している。また、第２出力用信号光導波路２３はｎｂとされており、且つこれら屈折率ｎ１，ｎ２，ｎａ，ｎｂの関係は、ｎａ＜ｎ２＜ｎｂ＜ｎ１となるように、フォトクロミック材２７の材料が選択されている。

したがって、短波長制御光が入力用信号光導波路２１から入射されると、矢印Ｂに示すように、フォトクロミック材２７の屈折率がｎ２からｎ１へと上がり、信号光は入力用信号光導波路２１から第１出力用信号光導波路２２に進む。また、長波長制御光が入力用信号光導波路２１から入射されると、矢印Ｃに示すように、フォトクロミック材２７の屈折率がｎ１からｎ２と下がり、第１出力用信号光導波路２２より第２出力用信号光導波路２３の屈折率ｎｂの方が高くなるので、信号光は入力用信号光導波路２１から第２出力用信号光導波路２３に進み、導波路が切り替えられる。このように制御光によって信号光を任意の出射ポート２２ａ，２３ａへ切り替えることができる。

Ｙ分岐型光スイッチ本体１２の入力用信号光導波路２１には、Ｙ型カプラ１３，１４を介して、第１制御光導波路２４、第２制御光導波路２５が接続されている。Ｙ型カプラ１３の出力側には第１制御光または第２制御光を通過させる制御光導波路２６が接続されており、この出力端がＹ型カプラ１４を介して入力用信号光導波路２１に接続されている。なお、Ｙ型カプラ１３，１４を用いる代わりに、方向性結合器を用いてもよい。

各制御光の波長は、フォトクロミック材２７の異性化反応が生じる波長に合わせる。制御光光源としては、低コストで高速変調が可能なＬＤを用いることが好ましい。

第１制御光導波路２４の入射ポート２４ａには、短波長制御光光源３１が接続されている。この光源３１は発振波長が４０５ｎｍのＬＤが使用され、図示しないレンズ光学系を介して入射ポート２４ａから第１制御光導波路２４に第１制御光としての短波長制御光が入射される。また、第２制御光導波路２５の入射ポート２５ａには、長波長制御光光源３２が接続されている。この光源３２は発振波長が６６０ｎｍのＬＤが使用され、図示しないレンズ光学系を介して入射ポート２５ａから第２制御光導波路２５に第２制御光としての長波長制御光が入射される。これら光源３１，３２は、連続光を例えば１００Ｍbpsのパルス信号に強度変調可能な電気回路を有している。信号光光源３３として、例えば波長８５０ｎｍのマルチモードＶＣＳＥＬ光源が用いられる。この信号光光源３３は、１００Ｍbpsのパルス光を発生させることが可能な電気回路を有している。

次に、本実施形態の作用について説明する。信号光光源３３からの光はレンズ光学系を介して入射ポート２５ａから入力用信号光導波路２１に入射される。信号光光源３３は、信号光のパルス間隔をマイクロ秒で発振させる。また、短波長制御光光源３１及び長波長制御光光源３２は、短波長制御光または長波長制御光を第１または第２制御光導波路２４，２５へ入射し、前記信号光の１パルスの発振前後に、短波長制御光または長波長制御光のパルスを入れる。

制御光が無い場合には、信号光は屈折率ｎ４がｎ２よりも高い第２出力用信号光導波路２３へ流れ、この出射ポート２３ａから出力される。短波長制御光によってフォトクロミック材２７の屈折率をｎ２からｎ１と増加させて第２出力用信号光導波路２３の屈折率ｎｂよりも高くすると、信号光は第１出力用信号光導波路２２へと流れて、第１出力用信号光導波路２２の出射ポート２２ａから出射される。また、長波長制御光によってフォトクロミック材２７の屈折率をｎ１からｎ２と減少させて第２出力用信号光導波路２３の屈折率ｎｂよりも低くすると、信号光は第２出力用信号光導波路２３へと流れて、第２出力用信号光導波路２３の出射ポート２３ａから信号光が出射される。

本実施形態では、フォトクロミック材２７へ信号光導波路２１を介して制御光を入射させるようにしているので、従来のように、空間を介してフォトクロミック材へ制御光を入射させるものと比べて、制御光を導波路２１内に閉じ込めてパワー密度を高くすることができるので、少量の光パワーであっても効率よく且つ均一にフォトクロミック材２７の異性化反応を生じさせることができる。したがって、比較的に低いパワーのＬＥＤやＬＤなどの光源を使用することができ、システム全体のコストを低減することができる。また、制御光を導波路２１内に閉じ込めてフォトクロミック材２７へ入射させるため、フォトクロミック材２７の異性化反応を均一に且つ高速に終了することができ、スイッチング速度が数百マイクロ秒から数マイクロ秒となり、従来手法に対して１／１０〜１／１０００のスイッチング速度を達成することができる。

なお、フォトクロミック材料としては、例えば、フルギド系、スピロピラン系、スピロオキサジン系、ジアリールエテン系などのフォトクロミズムを示す化合物はすべて使用可能であるが、本発明の光スイッチでは小型で安価な光源（例えばＬＥＤ、ＬＤ）を使用することが望ましいため、青、赤の波長によって異性化反応を起こすフォトクロミック材料を使用することが好ましい。例えば、フルギド系やジアリールエテン系などのフォトクロミック材料が望ましい。

また、フォトクロミック材料が入れられるマトリックス高分子としては、例えば、ＰＭＭＡ、ポリスチレン、ポリカーボネート、フッ素化アクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン、シリコン樹脂等があげられる。フォトクロミック材料は、上記高分子に分散または結合により入れられる。分子マトリックス中のフォトクロミック材料濃度は５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下が一般的であり、１５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下が、分散安定性の観点から望ましい。

以下、本発明に関する実施例を示し、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。

代表的な試料として、ＰＭＭＡにフルギドを２１ｗｔ％分散させた試料を用いた。フォトクロミック材料の異性化反応速度（屈折率変化速度）は、[００１３]で述べた過渡吸収スペクトル法から、４０５ｎｍの光照射(開環反応)で約２０ｎｓｅｃ、６６０ｎｍの光照射(閉環反応)で約１００ｎｓｅｃと求まり、閉環反応が屈折率変化速度の律速ではあるが、１００Ｍbpsのパルス光スイッチングには有効であることが示された。また、フォトクロミック材料の光照射前後の屈折率変化量は、[００１３]で述べたプリズムカプラ法から波長８５０ｎｍで１０^-2台であった。また、フォトクロミック材料の波長８５０ｎｍにおける吸収は、[００１４]で述べた測定法から、０．０５ｄＢ／ｃｍ以下であった。これにより、本材料がＹ分岐型マルチモード光スイッチにおいて、信号光を所望のポートに高速で導くのに十分な屈折率変化速度、屈折率変化量、および吸収特性があることが確認された。

上記試料を用いて、図１に示す構造の光スイッチ１０を作製した。非屈折率差が０．６５％になるように調整した２種類のアクリル系ＵＶ硬化樹脂をクラッド材、コア材として、ガラス基板１１上に埋め込み型のポリマ製光導波路２１〜２６を作成した。コアの断面サイズは５０×５０μｍで、短波長および長波長制御光の合波部分、並びに制御光と信号光の合波部分はＹ型カプラ１３，１４によって結合されている。光スイッチ本体１２は、Ｙ分岐型導波路によって作製されており、第１出力用信号光導波路２２の分岐部分（入射端部分）には、コア材として、フルギド系フォトクロミック材２７が埋め込まれている。一方、第２出力用信号光導波路２３のコア材として、入力用信号光導波路２１のコア材との非屈折率差が０．３％となるように調整したアクリル系ＵＶ硬化樹脂が埋め込まれている。

短波長制御光光源３１として、発振波長４０５ｎｍのＬＤが使用され、レンズ光学系を介して第１制御光導波路２４へ結合されている。長波長制御光光源３２として、発振波長６６０ｎｍのＬＤが使用され、レンズ光学系を介して第２制御光導波路２５へ結合されている。各光源３１，３２は連続光を１００Ｍbpsのパルス光へ変調可能な電気回路を有している。また、信号光光源３３として、発振波長８５０ｎｍのマルチモードＶＣＳＥＬ光源３３を用い、連続光を１００Ｍbpsのパルス光へ変調可能な電気回路を付与した。この光源３３はレンズ光学系を介して入力用信号光導波路２１へ結合される。

信号光のパルス間隔をマイクロ秒で発振させ、１パルス発振前後に制御光を第１出力用信号光導波路２２及び第２出力用信号光導波路２３に送った。制御光が無い場合には、信号光は第２出力用信号光導波路２３から出力される。このときの、第１出力用信号光導波路２２の漏れ光量比（クロストーク）は２０ｄＢであった。また、短波長制御光によってフォトクロミック材２７の屈折率をｎ２からｎ１へと増加させた場合（開環反応）、信号光は第１出力用信号光導波路２２から出力されることが確認された。このときの第２出力用信号光導波路２３のクロストークは２０ｄＢであった。また、スイッチング速度は、２０ｎ秒と高速であること、および[００２５]で述べた材料そのものの異性化反応速度に一致することを確認した。上記クロストークの値は、分岐部分の角度の調整により改善が可能である。

長波長制御光によってフォトクロミック材２７の屈折率をｎ１からｎ２へと元に戻した場合（閉環反応）、信号光は再び第２出力用信号光導波路２３から出力されることが確認された。このときの第１出力用信号光導波路２２のクロストークは２０ｄＢであった。また、スイッチング速度は１００ナノ秒台であること、および[００２５]で述べた材料そのものの異性化反応速度に一致することを確認した。ここで得られたクロストークの値は、分岐部分の角度の調整により改善が可能である。上記スイッチ動作を１００００回繰り返したが、スイッチ速度およびクロストーク値に劣化が見られないことを確認した。以上のことから、本発明の光スイッチ１０が高速マルチモード用光スイッチとして十分に使用することができることが確認された。

本発明の光スイッチ１０の挿入損失はカットバック法から約０．１６ｄＢ／ｃｍであった。この損失値は、[００２５]に述べた材料による損失が０．０５ｄＢ／ｃｍと小さいことから、約０．１ｄＢ／ｃｍの挿入損失は導波路コアの側面の凸凹に起因した散乱損失に起因したものと考えられ、コア層の作製方法の改善によって、デバイスの挿入損失の改善が可能である。

本発明の光スイッチの構成を示す概略図である。 第１出力用信号光導波路のフォトクロミック材の屈折率の変化と、第２出力用信号光導波路２３の屈折率とを示す説明図である。 過度吸収スペクトル法を示す概略図である。 薄膜の屈折率測定方法としてのプリズムカプラ法を示す概略図である。 薄膜の光吸収測定方法としてのプリズムカプラ法を示す概略図である。

符号の説明

１０ 光スイッチ
１１ 基板
１２ 光スイッチ本体
１３，１４ Ｙ型カプラ
２１ 入力用信号光導波路
２２ 第１出力用信号光導波路
２３ 第２出力用信号光導波路
２４ 第１制御光導波路
２５ 第２制御光導波路
２７ フォトクロミック材
３０〜３３ 光源

Claims (5)

1. 屈折率ｎａを有する一つの入力用信号光導波路と、
   前記入力用信号光導波路の光出射端に接続され、第１波長域の第１制御光の通過により第１の屈折率ｎ１となり、前記第１波長域と異なる波長域の第２制御光の通過により第１屈折率ｎ１よりも低く前記屈折率ｎａよりも高い第２屈折率ｎ２となるフォトクロミック材料を含む媒質を有する第１の出力用信号光導波路と、
   前記入射導波路の光射出端に接続され、前記第１屈折率ｎ１と前記入力用信号光導波路の屈折率ｎａとの間の値であって且つ前記第２屈折率ｎ２よりも高い屈折率ｎｂを有する第２の出力用信号光導波路と、
   前記第１制御光を前記入力用信号光導波路に入射するための第１制御光導波路と、
   前記第２制御光を前記入力用信号光導波路に入射するための第２制御光導波路とを備えることを特徴とする光スイッチ。
2. 前記第２の出力用信号光導波路の屈折率ｎｂが、前記第１屈折率ｎ１と前記入力用信号光導波路の屈折率ｎａに対し、ｎ１<ｎｂ<ｎａなる関係であることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
3. 前記第１制御光導波路は、第１制御光の光入射端及び光射出端を有する第１制御光導波路本体と、前記第１制御光の光射出端を前記入力用信号光導波路に光結合させるＹ型カプラまたは方向性結合器とを備えることを特徴とする請求項１または２記載の光スイッチ。
4. 前記第２制御光導波路は、第２制御光の光入射端及び光射出端を有する第２制御光導波路本体と、前記第２制御光の光射出端を前記入力用信号光導波路に光結合させるＹ型カプラまたは方向性結合器とを備えることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の光スイッチ。
5. 前記媒質が、マルチモード光リンク系で使用される８５０ｎｍ帯において、制御光照射前後で１×１０^-4以上の屈折率変化を生じ、前記波長帯での吸収が実質的に無いものであることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の光スイッチ

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