JP2000121969A - Optical switch - Google Patents

Optical switch

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JP2000121969A
JP2000121969A JP29063298A JP29063298A JP2000121969A JP 2000121969 A JP2000121969 A JP 2000121969A JP 29063298 A JP29063298 A JP 29063298A JP 29063298 A JP29063298 A JP 29063298A JP 2000121969 A JP2000121969 A JP 2000121969A
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JP
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groove
width
liquid
refractive index
index matching
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Application number
JP29063298A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Sato
Fusao Shimokawa
房男 下川
佐藤  誠
Original Assignee
Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt>
日本電信電話株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel groove shape which prevents the lifting of liquid by narrowing the width of a groove bottom by the perpendicular working tolerance of the groove which is the cause for the deterioration of a reflection characteristic and does not substantially increase the groove length as compared with heretofore in spite of a design allowing for a margin for dealing with the error in the controlled variable of liquid injection. SOLUTION: The groove 2 having a depth to shield the optical waveguides 1 intersecting with each other is formed at the intersecting part of the optical waveguides 1. The liquid 3 having the refractive index equal to the refractive index of the optical waveguides 1 moves at the width of such groove 2, by which this optical switch is actuated. In such a case, both ends of the groove are provided with points w0 of the narrow width. The width w1 in the central part of the groove is wide and the intersecting part of the optical waveguides 1 exists in the central part of the broad width.

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、光通信システム等における光路設定・切替に用いられる光スイッチの構造に関するものである。 The present invention relates to relates to a structure of an optical switch used in optical path setting and switching in an optical communication system or the like.

【0002】 [0002]

【従来の技術】熱毛細管現象を利用した交差導波路形光スイッチが提案されている(特開平8−626456号公報:「表面張力熱制御型導波路光スイッチ及びマトリクス型光スイッチ」)。 BACKGROUND OF THE INVENTION cross waveguide type optical switch using thermal capillary phenomenon has been proposed (JP-A 8-626456 discloses: "surface tension thermal control waveguide optical switches and optical matrix switch"). この光スイッチの素子構造を図5に示す。 It shows an element structure of the optical switch in Fig. 同図に示すように、光導波路基板5に互いに交差する光導波路1が形成され、その交差部にこの光導波路1を遮るのに充分な深さを有する溝2が形成されている。 As shown in the figure, the light guide 1 is formed crossing each other on the optical waveguide substrate 5, a groove 2 having a depth sufficient to block the optical waveguide 1 in its cross-section is formed. この溝2は上から上部基板6で気密に蓋がされている。 This groove 2 is a lid hermetically from above the upper substrate 6.

【0003】この溝2には光導波路1と等しい屈折率を有する液体(以下、屈折率整合液という)3が部分的に満たされており、この屈折率整合液3が溝2の光導波路交差部側に存在すると、光導波路1を伝搬する光信号は溝2を横切って直進し、また、屈折率整合液3が溝2の反対側に存在すると、光信号は溝2の側壁で反射して交差する一方の光導波路1へ進む。 [0003] The liquid in the groove 2 having an optical waveguide 1 with equal refractive index (hereinafter, the refractive index matching liquid hereinafter) is 3 is partially filled, the optical waveguide crossing of the refractive index matching liquid 3 grooves 2 When present in the parts side, the optical signal propagating through the optical waveguide 1 is straight across the groove 2, and when the refractive index matching liquid 3 are on opposite sides of the groove 2, the optical signal is reflected by the side walls of the groove 2 proceed to one of the optical waveguide 1 intersecting Te.

【0004】当然ながら、溝側壁の一方の面は、光導波路1の交差部の交点を含む平面で、なおかつ、それぞれの光導波路1とは同じ角度をなしている。 [0004] Of course, one side of the groove side wall, a plane including the intersection point of the intersection of the optical waveguide 1, yet forms a same angle with each of the optical waveguide 1. しかもその角度は全反射条件を満足するように臨界角より低い角度である。 Moreover the angle is less than the critical angle so as to satisfy the total reflection condition. 屈折率整合液3の移動は、溝2の両端付近に形成してあるヒータ4による加熱で行われる。 Movement of the refractive index matching liquid 3 is performed by heating by the heater 4 which is formed in the vicinity of both ends of the groove 2. 一方のヒータ4を加熱すると、溝2の長手方向に温度の勾配を生じる。 Heating the one heater 4 results in a gradient of temperature in the longitudinal direction of the groove 2. 溝2の中の屈折率整合液3にも温度勾配が生じ、屈折率整合液3の前後のメニスカス部の表面張力に差が発生する。 Temperature gradient is generated in the refractive index matching liquid 3 in the groove 2, a difference in surface tension of the meniscus portion of the front and rear of the refractive index matching liquid 3 is generated. この表面張力の差で発生する力により屈折率整合液3は移動する。 Refractive index matching liquid 3 by the force generated by the difference in the surface tension moves.

【0005】一般に温度の上昇に伴い屈折率整合液3の表面張力は減少するため、屈折率整合液3は温度の低い方向に移動する。 [0005] Generally, the surface tension of the index matching liquid 3 with increasing temperature to decrease the refractive index matching liquid 3 is moved to low temperatures direction. なお、屈折率整合液3の移動に伴い、 Note that with the movement of the refractive index matching liquid 3,
屈折率整合液3の前後の気体に圧力差が生じて屈折率整合液3の移動を妨げることを防止するため、上部基板6 To prevent interfering with the movement of the index matching liquid 3 a pressure difference in the gas before and after the refractive index matching liquid 3 is generated, the upper substrate 6
に溝2の両端をつなぐ気体の迂回路用溝が設けられている。 Detour groove of gas connecting both ends of the groove 2 is provided.

【0006】さて、この光スイッチでは光導波路1の交差部に接している溝2に屈折率整合液3が存在するか、 [0006] Well, this optical switch is present refractive index matching liquid 3 in the groove 2 in contact with the intersection of the optical waveguide 1,
存在しないかで光路の切替を行っているので、屈折率整合液3がその溝2を満たした状態と、完全に屈折率整合液3が除去された状態を確実に実現しなければならない。 Since performing switching of optical path does not exist, the state in which the refractive index matching liquid 3 satisfying that groove 2 must be definitely realized completely state in which the refractive index matching liquid 3 has been removed. さもないと、屈折率整合液3のメニスカスが光路の一部に接して、溝2を本来透過すべき光の一部が反射されたり、散乱されて、挿入損失が高くなるといった不都合を生じる。 Otherwise, the meniscus of index matching liquid 3 is in contact with the part of the optical path, or partially reflected light to be transmitted through the original grooves 2, is scattered, resulting in inconvenience insertion loss is increased. あるいは、反射切替されるべき光が一部透過してしまい、挿入損失が高くなるだけでなく、クロストークを発生させてしまう。 Alternatively, will the light to be reflected switched is transmitted partially, not only the insertion loss is increased, thereby to generate crosstalk.

【0007】これを防ぐため、従来の光スイッチでは、 [0007] In order to prevent this, in the conventional optical switch,
光導波路交差部と接する部分の溝2を他の部分より狭くして、屈折率整合液3がそこに捕獲される工夫が施されていた。 The grooves 2 of the portion in contact with the optical waveguide crossing portion is narrower than the other portion, contrivance that the refractive index matching liquid 3 is trapped therein has been subjected. また、溝2の反対側にも同じ狭い部分を設け、 Further, on the opposite side of the groove 2 provided the same narrow portion,
導波路側を空にする際の、屈折率整合液3の待避捕獲部としている。 When the waveguide side empty, and a retracted capturing portion of the refractive index matching liquid 3. 従来の溝形状には、図6に示す2種類があった。 Conventional groove shape, there are two types shown in FIG. その一つは図6(a)に示すように、屈折率整合液3が完全に溝の狭い部分に捕獲されるものである。 One is as shown in FIG. 6 (a), in which the refractive index matching liquid 3 is completely trapped in the narrow portion of the groove. 以下、これを溝形状タイプAと呼ぶ。 Hereinafter, this is referred to as groove shape type A. この溝形状タイプA This groove shape type A
では中央部に短い距離の幅の広い部分があり、これが屈折率整合液3の戻りを防ぐ働きをする。 In there are wide portion of the short distance to the central portion, which serves to prevent the refractive index matching liquid 3 return.

【0008】もう一つの種類は、図6(b)に示す溝中央部の幅の広い部分が長く、屈折率整合液3のメニスカスの一方がその幅の広い部分に必ず存在するものである。 [0008] Another type is what is wide portion of the groove center portion shown in FIG. 6 (b) long, one of the meniscus of the refractive index matching liquid 3 is always present in the wide portion of its width. これを、以下、溝形状タイプBと呼ぶことにする。 This, hereinafter, will be referred to as a groove shape type B.
この溝形状タイプBでは、もう一方のメニスカスが幅の狭い場所に存在するため、常に屈折率整合液3は溝の端に押しやられた状態で保持される。 This groove shape type B, since the other of the meniscus are present in a narrow space width, always refractive index matching liquid 3 is maintained in a state of being pushed to the edge of the groove. 屈折率整合液注入の際の注入液量の制御が正確に行えるならば溝の長さは光学的特性と、液保持に必要な長さを確保して最短に設計できる。 The length of the groove if the control of the injection amount of liquid during the index-matching liquid injected accurately performed can be designed in the shortest to ensure the optical properties, the length required for the liquid retention. その場合は上記2つの種類に長さの差は無く、 If this is not the difference in length to the two types,
ほとんど同じ構造で設計される。 It is designed in much the same structure.

【0009】しかし、実際には液量の注入には、数10 [0009] However, in practice the injection of the liquid volume, number 10
%程度の誤差は避けられないので、液量のマージンを見込んで溝を設計する必要がある。 Since% of errors can not be avoided, it is necessary to design the groove by a margin of liquid volume. その場合、溝形状タイプAは左右の幅の狭い部分にそれぞれマージンを見込まねばならず、中央部の幅広部分の長さもあり、溝形状タイプBに比べ、液注入量のマージンと中央部の幅広部分の長さを加えた長さ分長くならざるを得ない。 In that case, the groove shape type A is not must expect a margin each narrow portion of the left and right width, also the length of the wide portion of the central portion, compared to the groove shape types B, wide margin and the central portion of the liquid injection volume inevitably length fraction plus the length of the portion long.

【0010】そのため、溝の設計では溝形状タイプBが通常採用される。 [0010] Therefore, the groove shape type B is a groove design is usually employed. ここでは溝形状として溝の平面形状をもとに議論しているが、これで十分である。 Here is discussed based on the plane shape of the groove as the groove shape, this is sufficient. なぜなら、 This is because,
溝の形成はRIEなどのエッチングにより行われるので、もともと深さ方向には溝幅を変えるなどの細工はできない。 Since formation of the grooves is performed by etching such as RIE, it can not be crafted such varying the groove width is originally depth direction. なお、図に記載してある溝幅w 0 ,w 1 ,w Incidentally, the groove width are set forth in FIG w 0, w 1, w
2は、液保持機能を実現するため、w 0 <w 1 <w 2の条件を満たしている必要がある。 2, in order to realize a liquid holding function, it is necessary to meet the condition of w 0 <w 1 <w 2 .

【0011】 [0011]

【発明が解決しようとする課題】溝加工が理想的に行えるならば、溝幅は深さに関わり無く開口部の形状をそのままに転写されたものになるが、実際には深さ方向に多少幅が狭くなる。 If grooving [0006] can be performed ideally, becomes what groove width that is transferred without the shape of the opening involves depth intact, actually somewhat in the depth direction width is narrowed. 屈折率整合液3の圧力はメニスカス部の曲率できまり、溝形状タイプBの場合中央の幅の広い箇所にメニスカスが存在するので、溝幅と深さそれぞれの1/2の逆数の和と表面張力の積として表すことができる。 The pressure of the refractive index matching fluid 3 is determined by the curvature of the meniscus portion, the groove because the meniscus in a wide portion of the center in the width for the shape type B is present, the sum of 1/2 of the reciprocal of each groove width and depth and surface it can be expressed as a product of tension.

【0012】光導波路1に接している狭い部分は反射状態では空の状態を維持しなければならないが、底の幅がある幅より狭いと、屈折率整合液3の圧力のバランスを維持するために、屈折率整合液が底から持ち上がってメニスカスが光導波路1にかかり光学特性を損なうことがある。 [0012] a narrow portion which is in contact with the optical waveguide 1 is not necessary to maintain the empty state in the reflective state, the narrower than the width that the width of the bottom, in order to maintain the balance of the pressure of the refractive index matching liquid 3 the meniscus refractive index matching liquid is lifted from the bottom may impair the optical properties relates to optical waveguide 1. つまり、溝幅が充分広ければ、メニスカスは底に留まり、底のコーナー部のみが曲率半径が溝幅の1/2 That is, the groove width is sufficiently wide, the meniscus remains in the bottom, only the corner portion of the bottom curvature radius of the groove width 1/2
以下のメニスカスで濡れた状態になる。 It becomes wet with the following meniscus. このときは、光学的特性を損なうことはない。 At this time, it does not impair the optical properties.

【0013】ところが、溝幅が狭く、コーナーのメニスカスの曲率半径が溝幅の1/2でも圧力バランスを維持できないときは、底からメニスカスが鞍形に持ち上がることでバランスがとられる。 [0013] However, narrow groove width, radius of curvature of the meniscus of the corner when it is not possible to maintain the pressure balance even half the groove width, the meniscus from bottom is balanced by lifting the saddle. 従来の溝形状では、エッチング加工の不完全さ、すなわち垂直な加工からの加工公差のために、このような屈折率整合液の持ち上がりが発生し、反射特性の劣化を生じることがあった。 In a conventional groove configuration, imperfections in the etching process, i.e. for the machining tolerance from vertical processing, lift is generated in such a refractive index matching liquid, there may occur the deterioration of reflection characteristics.

【0014】これを以下に定量的に説明する。 [0014] This is quantitatively described below. 説明を簡単にするため、溝は垂直に加工されているとして、溝幅の違いによる液面上昇を説明する。 To simplify the description, the groove as being machined vertically, illustrating the liquid level rise due to the difference in groove width. この結果は、溝の底が狭まるように加工された溝に対しても、底の部分のみが幅が狭いと仮定することで容易に類推して適用することができる。 This result can be to the grooves which are machined to the bottom of the groove is narrowed, only the portion of the bottom width is easily applied analogy to be to assume that narrow. 図7は溝形状タイプBの溝の一部を断面で表した図である。 Figure 7 is a view showing a part of the groove of the groove-shaped type B in cross-section. 正面図は溝の側方から見た図で、溝の開口側すなわち上から見た平面図に示すA−A'の平面で切断した断面を示す。 Front view is a view seen from the side of the groove, shows a cross section taken along a plane of A-A 'shown in the plan view seen from the groove opening side or above.

【0015】同じく、平面図は正面図に示すB−B'の平面で切断した断面図であり、側面図は正面図のC− [0015] Similarly, a plan view is a sectional view taken along a plane of B-B 'shown in the front view, side view of a front view C-
C'平面で切断した断面図である。 C 'is a cross-sectional view taken along a plane. 正面図中央部は、溝幅が狭くなった部分で、ここに光導波路の交差部が位置する。 Front view the central portion is a portion where the groove width is narrowed, wherein the intersection of the optical waveguide is located. 右側は注入液量の誤差を吸収するための溝中央に設けた溝幅の広い部分である。 Right is wide portion of groove width provided on the groove center to absorb errors of the infusate volume. したがって、図には溝の左半分が描かれている。 Thus, it is drawn left half of the groove in FIG. 屈折率整合液3は、図の右側に捕獲され、屈折率整合液3の左側のメニスカスは右側に凹んだ形となる。 Refractive index matching liquid 3 is captured on the right side of the figure, the left side of the meniscus of index matching liquid 3 is in the form recessed right.

【0016】溝は光導波路層に形成されているので溝内壁は光導波路の材料である石英ガラスが露出している。 The groove is a groove inner wall because it is formed in the optical waveguide layer is exposed quartz glass which is the material of the optical waveguide.
屈折率整合液3としてはシリコンオイルが用いられ、ガラスはシリコンオイルに極めて良く濡れる性質を持っている。 The refractive index matching liquid 3 used is silicone oil, glass has a very good wetting properties to the silicone oil. すなわち濡れの接触角は0度である。 That the contact angle of the wetting is 0 degrees. そのため、 for that reason,
溝内のメニスカスは図に示すように各溝幅方向で溝幅を直径とする半円形となる。 Meniscus in the groove is semi-circular to the groove width and diameter each groove width direction as shown in FIG.

【0017】屈折率整合液の圧力は接している気体の圧力よりも、次式で表される圧力分低くなる。 [0017] than the pressure of the gas in contact pressure of the refractive index matching liquid, lower pressure component represented by the following formula. ΔP=2σ(1/w 1 +1/D) …(1) 屈折率整合液の塊がない溝の部分もコーナー部は屈折率整合液に濡れた状態である。 ΔP = 2σ (1 / w 1 + 1 / D) ... (1) also corner portion of the groove is no lumps of the refractive index matching liquid is wet with the refractive index matching liquid. そのコーナー部の屈折率整合液の圧力も、屈折率整合液の塊と等しく、したがって、曲率半径をrとすると、次の関係が成り立つ。 The pressure of the refractive index matching liquid of the corner portion is also equal to the mass of the refractive index matching liquid, therefore, the radius of curvature when the r, the following relationship holds. 2(1/w 1 +1/D)=1/r …(2) 2 (1 / w 1 + 1 / D) = 1 / r ... (2)

【0018】この曲率半径rが、溝幅の1/2より小さければ、溝のコーナーが濡れるだけだが、式(3)のようになると、溝幅の狭い部分で液面が持ち上がることになる。 [0018] The radius of curvature r is smaller than half the groove width, but just wet corner of the groove, becomes as shown in Equation (3), so that the liquid level in the narrow portion of the groove width is lifted. 1/w 1 +1/D<1/w 0 …(3) これは、コーナー部の液面の曲率半径が溝幅の1/2より大きくなれないためである。 1 / w 1 + 1 / D <1 / w 0 ... (3) which is the radius of curvature of the liquid surface of the corner portion is because not become greater than half the groove width. そのため、正面図に示すように液面が凸に競り上がるように鞍形のメニスカスを形成して圧力のバランスがとられる。 Therefore, the balance of the pressure is taken the liquid surface as shown in the front view is formed a meniscus saddle as up auction convexly.

【0019】その曲率半径をRとすると、次の関係式が成り立つ。 [0019] When the radius of curvature R, holds the following relationship. 2(1/w 1 +1/D)=2/w 0 +1/R …(4) したがって、曲率半径Rは、式(5)を満たす。 2 (1 / w 1 + 1 / D) = 2 / w 0 + 1 / R ... (4) Therefore, the radius R of curvature, satisfies the formula (5). R=−(1/2)(1/w 0 −1/w 1 −1/D) -1 …(5) このとき、液面の持ち上がりhは、溝幅の狭い部分の長さL 0として、次のように表される。 R = - (1/2) (1 / w 0 -1 / w 1 -1 / D) -1 ... (5) In this case, lifting h of the liquid surface, as the length L 0 of the narrow portion of the groove width , it is expressed as follows. h=R[1−cos{sin -1 (L 0 /2R)}] …(6) h = R [1-cos { sin -1 (L 0 / 2R)}] ... (6)

【0020】この液面の持ち上がりは溝の底だけでなく、上部でも同じことが起きるはずである。 The lifting of the liquid surface is not only the bottom of the groove, it should same happens in the top. 図7の正面図に表すように上下から屈折率整合液が張り出してくる形になる。 It takes the form come overhanging refractive index matching liquid from the top and bottom as depicted in the front view of FIG. 7. この屈折率整合液のメニスカスが光導波路の近傍にまで達すると、本来全反射して光路が切り替わるところが、一部の光が屈折率整合液へ漏れだして意図しない方向へ散乱されることになる。 When the meniscus of the refractive index matching liquid reaches the vicinity of the optical waveguide, is where originally totally reflected by the optical path switching, a part of the light is scattered direction unintended leaks to the refractive index matching liquid . あるいは、液の持ち上がりが強い場合は、反射状態であるべきところが透過状態となり、光スイッチとして全く機能しなくなる。 Alternatively, if the lifting of the liquid is high, where it should be reflecting state is a transmission state, will not function at all as an optical switch.

【0021】次に、どのような寸法の条件で液の持ち上りが発生するか、具体的な数値で確認する。 [0021] Next, any size conditions in the liquid has either uplink occurs in, be confirmed by specific numerical values. 通常、溝幅は10μm前後であり、w 1を12μm、w 0を10μ Typically, the groove width is around 10μm, 12μm the w 1, 10μ the w 0
m、溝の深さを45μm、溝幅の狭い部分の長さL 0を70μmとする。 m, 45 [mu] m depth of the groove, the length L 0 of the narrow portion of the groove width is 70 [mu] m. 屈折率整合液の表面張力σは約20m The surface tension σ of about 20m of the refractive index matching liquid
N/mである。 A N / m. この場合、式(2)からrを見積もると、r=47μmとなり、これはw 0 /2の5μmより小さな値なので液面の持ち上がりは発生しない。 In this case, the estimate r from equation (2), r = 47 [mu] m, and the because this is w 0/2 of smaller than 5μm lifting of the liquid level does not occur. ただし、メニスカスの縁は4.7μmほど持ち上がっている。 However, the edge of the meniscus is raised about 4.7μm. 光導波路の位置は溝の深さのほぼ中央付近にあり、 Position of the optical waveguide located near the center of the depth of the grooves,
メニスカスが導波路の中央部から15μm以上離れていれば光学的に影響は無い。 Meniscus is not influenced optically if further than 15μm from the center of the waveguide. この場合は18μm離れているので問題ない。 This is no problem because it away 18μm in the case.

【0022】ところが、w 0を9μmと先ほどより1μ [0022] However, 1μ the w 0 from 9μm and earlier
m狭く設定すると、式(3)が成立する状況となる。 When m narrowly set, a situation where the equation (3) is satisfied. 式(5)により持ち上がりの半径Rを算出すると、−90 Calculating the radius R of the lift by the formula (5), -90
μmとなる。 μm it becomes. Rが負の値であるのは、曲率の方向が逆になっていることを意味し、メニスカスが鞍型であることを意味する。 The R is a negative value, means that the direction of the curvature is reversed, meaning that the meniscus is saddle-shaped. この値をもとに式(6)により持ち上がる高さhを算出すると、h=7.1μmとなる。 After calculating the height h of lifting by equation (6) based on this value, the h = 7.1 [mu] m. この値にメニスカスの縁の持ち上がり4.5μmを加えて、1 Adding lifting 4.5μm meniscus edge to this value, 1
1.6μmほど液面が持ち上がることになる。 Liquid surface is to be lifted as 1.6μm.

【0023】この場合は、光導波路の中心から、10. [0023] In this case, from the center of the optical waveguide, 10.
9μmのところまでメニスカスが接近することになる。 Meniscus far 9μm is to be approached.
このくらい近づくと反射損失の増加として光学特性の劣化が観測されるようになる。 As this increase in much closer and reflection loss becomes as deterioration of the optical properties is observed. さらに溝幅を狭くしてw 0 In addition to narrowing the groove width w 0
=8μmに設定すると、R=−25μmとなり、持ち上がる屈折率整合液の直径は、幅の狭い部分の長さより短くなるので、もはや、図7の正面図に表すように上下から迫り出した形で留まることができず、この幅の狭い部分は屈折率整合液で満たされてしまうことになる。 = If set to 8μm, R = -25μm, and the diameter of the refractive index matching liquid lifting, since shorter than the length of the narrow portion, longer, in the form of protruding from the top and bottom as depicted in the front view of FIG. 7 It can not remain, a narrow portion of the width will be thus filled with the refractive index matching liquid.

【0024】このような状況になると光スイッチとしては全く機能しなくなる。 [0024] completely ceases to function as an optical switch When this kind of situation. 液保持構造として設けられた溝幅の段差は大きいほどその保持力がおおきくなるのではあるが、液を捕獲するための幅の狭い部分の幅を狭くしすぎると、空にすべき状況で液が逆戻りして光スイッチとしての機能を損なうことになる。 Although the step of the groove width, which is provided as a liquid retaining structure is more than the holding force increases greater, too narrow a width of the narrow portion for trapping liquid, liquid in situation to empty There will be impairing the function as an optical switch and back. そのため、溝形状の設計では、このような問題が起きないよう、例えば、上記説明で用いた最初の条件、すなわちw 1を12μm、 Therefore, the design of the groove shape, so that such a problem does not occur, for example, the first condition used in the above description, i.e. 12μm to w 1,
0を10μm、溝の深さを45μm、溝幅の狭い部分の長さL 0を70μmといった、液面の上昇が起きないような条件を採用することになる。 10μm and w 0, 45 [mu] m depth of the groove, the length L 0 of the narrow portion of groove width such 70 [mu] m, will employ such conditions as not to cause increase of the liquid level.

【0025】しかし、実際の溝加工では、エッチング加工の性質上、先にも説明したように底部の幅が狭く加工されるのが普通である。 [0025] However, in the actual grooving, the nature of the etching process, it is common for the width of the bottom, as also described above is processed narrowed. 開口部の幅が10μmのとき、 When the width of the opening of 10 [mu] m,
45μmの溝深さで、底部の幅は2μm程度狭くなる。 In the groove depth of 45 [mu] m, the width of the bottom becomes narrower about 2 [mu] m.
そのため、上記に説明したような液面の上昇が底部側で発生し、光スイッチの反射特性が劣化することが起きる。 Therefore, increase of the liquid surface as described above is generated in the bottom side, it happens that the reflection characteristic of the optical switch degrades.

【0026】溝形状タイプBの溝形状では、捕獲された液のメニスカスの一方が幅の広い部分に位置するので、 [0026] In the groove shape of the groove-shaped type B, since one of the meniscus of the captured liquid is located in the wide portion of,
溝の底部が狭く加工されると上記の説明のように液面の上昇が避けられない。 When the bottom of the groove is machined narrow elevated liquid level as in the above description can not be avoided. これに対して溝形状タイプAの溝形状では、液は幅の狭い部分に完全に捕獲され、メニスカスは幅の狭い場所に位置する。 The groove shape of the groove-shaped type A contrast, the liquid is fully trapped in the narrow portion, the meniscus is located in a narrow space width. そのため、同じ幅を持っている反対側の幅の狭い部分での液の上昇は起こりにくい。 Therefore, rise of the liquid in the narrow portion of the opposite side of the width has the same width hardly occurs.

【0027】しかし、溝形状タイプAの溝形状は、溝形状タイプBに比べ長くなるといった欠点を持っている。 [0027] However, the groove shape of the groove-shaped type A, has a disadvantage becomes longer than the groove shape type B.
以上、説明したように、本発明が解決しようとする課題は、反射特性の劣化の原因となる溝の垂直加工公差による溝底の幅の狭まりによる液の持ち上がりを防止し、かつ、液注入の制御量誤差に対処するためのマージンを見込んだ設計をしても従来と比べて実質的に溝長さを増やすことのない新規な溝形状を提供することである。 As described above, an object of the present invention is to provide, in a groove which causes degradation of the reflection characteristic prevents lifting of the liquid by narrowing the width of the groove bottom by a vertical machining tolerances, and the liquid injection to provide a substantially novel groove configuration without increasing the groove length than for a margin to deal with the control amount error even when the design and conventional.

【0028】 [0028]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明では、互いに交差する光導波路の交差部に、 In order to solve the above problems SUMMARY OF THE INVENTION In the present invention, the intersection of the optical waveguides which intersect each other,
光導波路を遮る深さを有する溝が形成され、その溝の中を光導波路と等しい屈折率を有する屈折率整合液が移動することにより動作する光スイッチにおいて、その溝の両端に幅の狭い箇所が設けられ、溝の中央部の幅が広く、この幅の広い中央部に上記光導波路の交差部が位置することを特徴としている。 Is formed a groove having a depth which blocks an optical waveguide, an optical switch that operates by refractive index matching liquid having a refractive index equal to the optical waveguide within the groove moves, narrow space width on both ends of the groove is provided, wide width of the central portion of the groove, the intersection of the optical waveguide is characterized in that positioned in a wide central portion of this width.

【0029】〔作用〕本発明の光スイッチにおける溝形状は、図1に示すように、液のメニスカスの位置する溝幅と光導波路が存在する溝部分の幅が同じなので液の上昇は起こりにくい。 Groove shape in the optical switch of the [0029] [Operation] The present invention, as shown in FIG. 1, the increase in the width is the same liquid of the groove portions exist groove width and the optical waveguide to the position of the meniscus of the liquid hardly occurs . また、最小液量の長さをL、液注入の誤差マージンをL mとして、溝の長さ(気体の迂回路用溝と接続するための溝両端の幅広部の長さは除外) Further, the length of the minimum liquid amount L, and the error margin of the liquid injected as L m, the length of the groove (excluding the length of the wide portion of the groove ends for connection with the bypass groove of gas)
は、2L+L It is, 2L + L m +2L 0である。 m is a + 2L 0.

【0030】ここで液量を長さで表現しているのは、溝の深さは場所にかかわらず一定で、溝幅の変化もわずかであるため、平面図で見られる屈折率整合液の長さで液量を表現するのが便利なためである。 [0030] What represented here the liquid volume in length, with a constant depth of the groove irrespective of the location, because the change in the groove width is small, the refractive index matching liquid seen in plan view This is because convenient to express the liquid amount in length. 従来の溝形状、図6(a)(b)の溝形状タイプAと溝形状タイプBでは、この溝の長さは、それぞれ、2L+2L m +L 1と2 Conventional groove shape, the groove shape types A and groove shape types B of FIG. 6 (a) (b), the length of the groove, respectively, 2L + 2L m + L 1 and 2
L+L mになる。 Become L + L m.

【0031】従来の溝形状タイプBが3種類の中で最も短いが、L 0は数μmと短く設計できるので実質的には、本発明の溝形状は従来の溝形状タイプBと長さに差はほとんどない。 [0031] While conventional groove-shaped type B is the shortest among the three, L 0 is essentially because it shortened design and several [mu] m, the groove shape of the present invention with conventional groove-shaped type B and length the difference is little. ちなみに、典型的なLの値は溝幅10 Incidentally, the typical value for L groove width 10
μm、光導波路の交差角70度として、70μm程度である。 [mu] m, as the crossing angle 70 ° of the optical waveguide, is approximately 70 [mu] m.

【0032】液量の注入誤差は±10%程度なのでL= [0032] Since the injection error of the liquid amount is a about ± 10% L =
70μmとしてマージンはL m =15μmと見積もられる。 Margin is estimated at L m = 15 [mu] m as 70 [mu] m. 実際の設計ではLの値を数割増し、マージンL mをこの数倍見込んで設計するので、両脇の液保持用の構造の長さ2L 0は全体の長さからはほとんど無視できる。 The actual number value of L in the design premium, since the design anticipates this several times a margin L m, the length 2L 0 structure for both sides of the liquid holding can almost ignored from the total length of the.

【0033】 [0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明について、実施例を参照して具体的に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. (実施例1)本発明の第1の実施例に係る光スイッチを図2に示す。 The optical switch according to a first embodiment (Embodiment 1) The present invention is shown in FIG. 図2は、光スイッチにおける溝形状を表し、溝の開口の形状を表す。 Figure 2 represents a groove shape in the optical switch, representing the shape of the groove of the opening. 屈折率整合液を保持するための幅の狭い部分の溝幅w 0 =9μm、中央の幅の広い部分の溝幅w 1 =10μmとする。 The groove width w 0 = 9 .mu.m of narrow portion for holding the refractive index matching liquid, the groove width w 1 = 10 [mu] m wide portion of the center in the width. それぞれの長さをL 0 Each of the length L 0
=5μm、L 1 =240μmとする。 = 5 [mu] m, and L 1 = 240 .mu.m.

【0034】最小の液量を長さでL=80μmとし、屈折率整合液の長さのマージンを同じくL m =80μmに設定する。 [0034] and L = 80 [mu] m to a length minimum liquid amount, also set to L m = 80 [mu] m the margin of the length of the refractive index matching liquid. 導波路の交差部は幅w 1の部分の端から40 Intersection of the waveguide from an end portion of the width w 1 40
μmとする。 μm to. この液量と溝形状の関係であれば、屈折率整合液が右に捕獲された状態では反射状態、屈折率整合液が左に捕獲された状態では透過状態になる。 If the relationship of the liquid amount and the groove shape, the refractive index matching liquid is in a transmissive state is a state in which the reflective state while being trapped in the right, the refractive index matching liquid is trapped in the left. 屈折率整合液が右側に捕獲された状態で、空の部分の屈折率整合液の上昇を考えることにする。 In a state in which the refractive index matching liquid is trapped in the right side, to be considered an increase in the refractive index matching liquid of empty part. 溝の深さを45μmとして、式(2)からコーナーの濡れのメニスカスの曲率半径は、r=4.1μmとなる。 The depth of the groove as a 45 [mu] m, the radius of curvature of the meniscus of the wetting of the corner from the equation (2) becomes r = 4.1 .mu.m.

【0035】捕獲された屈折率整合液のメニスカスの位置する溝幅と導波路の位置する溝幅は同じなので、この半径は溝幅より必ず小さくなる。 [0035] Since the captured position groove width of the groove width and the waveguides position of the meniscus of the refractive index matching liquid are the same, the radius is necessarily smaller than the groove width. したがって、液面が上昇することはあり得ない。 Therefore, there is no such the liquid level rises. これは溝が垂直に理想的に形成された場合であるが、溝の底が狭まって形成されたとしても、メニスカスの曲率半径がr=4.1μmと算出されるので幅8.2μmまでは液面の上昇は抑制される。 Although this is a case where grooves are formed perpendicularly ideally, even formed narrowed bottom of the groove, up to a width 8.2μm since the radius of curvature of the meniscus is calculated as r = 4.1 .mu.m is rise of the liquid level is suppressed.

【0036】このように従来の溝形状に比べ液面の上昇は少なくなる。 [0036] Thus elevated than liquid level in the conventional groove shape is reduced. また、溝の長さについても、従来の溝形状タイプBの溝形状と比べほとんど差はない。 As for the length of the groove, there is little difference compared to the groove shape of a conventional channel-shaped type B. 同じ条件すなわち、最小の液量を長さで80μm、屈折率整合液の長さのマージンを80μmとして、従来の溝形状では溝形状タイプAの長さは、325μm、溝形状タイプB Same conditions i.e., 80 [mu] m at a minimum liquid volume length, as 80 [mu] m a margin of the length of the refractive index matching liquid, the length of the groove-shaped type A in the conventional groove configuration, 325Myuemu, groove shape type B
では、240μmとなる。 In, the 240μm.

【0037】ただし、溝形状タイプAでの中央の溝幅の広い部分の長さを5μmとした。 [0037] However, the length of the wide portion of the center of the groove width at the groove-shaped type A was 5 [mu] m. 本発明の溝では、長さは、250μmとなり、従来の溝形状タイプBの240 The grooves of the present invention, length, 250 [mu] m, and the conventional groove-shaped type B 240
μmと比較して大きな差はない。 There is no significant difference as compared to the μm. 以上のように、本発明によれば、反射特性の劣化の原因となる溝の垂直加工公差による溝底の幅の狭まりによる屈折率整合液の持ち上がりを防止し、かつ、液注入の制御量誤差に対処するためのマージンを見込んだ設計をしても従来と比べて実質的に溝長さを増やすことのない溝形状を提供することができる。 As described above, according to the present invention, to prevent the lifting of the refractive index matching liquid by narrowing the width of the groove bottom by a vertical machining tolerances of the groove which causes degradation of the reflection characteristic, and the control amount error of the liquid injection it is possible to provide that no groove shape to increase substantially the groove length as compared with the conventional even if the anticipation they design margin to deal with.

【0038】(実施例2)本発明の第2の実施例に係る光スイッチを図3に示す。 [0038] The optical switch according to a second embodiment (Embodiment 2) The present invention is shown in FIG. 本実施例は、上記溝形状と類似の形状を表したものである。 This embodiment illustrates a similar shape as the groove shape. 図3(a)は光導波路の交差部が位置する側の溝形状は実施例1と同じで、反対側が図6(a)に示す従来の溝形状タイプAと同じ構造の溝である。 3 (a) shows a groove shape on the side where the intersection of the optical waveguides are located is the same as in Example 1, the opposite side is the groove of the same structure as the conventional groove-shaped type A shown in Figure 6 (a). この溝形状では、反射状態(すなわち図の左側が空の状態)の時、屈折率整合液は右側の幅の狭い部分に完全に捕獲され、メニスカスの位置する溝幅は、 This groove shape, when the reflective state (i.e. left empty in the figure), the refractive index matching liquid was completely trapped in the narrow portion of the right side of the width, groove width of the meniscus position is
確実に導波路の位置する溝幅より狭いので、屈折率整合液の上昇は抑制される。 Since narrower than the groove width position of reliably waveguide, increase of the refractive index matching liquid is suppressed.

【0039】この溝パターンのように、左右で非対称の場合も、屈折率整合液のメニスカス部の溝幅が導波路のある溝幅と比べて同じか、あるいはそれより狭ければ、 [0039] As the groove pattern, even if the left and right asymmetric, the same as or than the groove width groove width of the meniscus portion of the refractive index matching liquid with a waveguide, or if narrower than,
液面の上昇は抑制され、実施例1で説明したと同様の効果が期待される。 Rise of the liquid level is suppressed, the same effect as that described in Example 1 can be expected. 図3(a)の溝形状の変形として、図3(b)のように左側の中央部に近い箇所に屈折率整合液を保持するための幅の狭い箇所を設けた溝形状でも同様の効果が期待される。 As a modification of the groove shape of FIG. 3 (a), FIG. 3 (b) left the central portion to the advantages in a groove shape having a narrow portion for holding the refractive index matching fluid in the near portion as There is expected. この場合は、透過状態での液保持が溝の左側の幅の狭い箇所の2つのうちどちらかで行われる。 In this case, the liquid held in the transmission state is performed in either of the two narrow space width of the left groove.

【0040】図3(c)は、図3(a)の右平分が図6 [0040] FIG. 3 (c), the right plaintext shown in FIG. 3 (a) 6
(b)に示す従来の溝形状タイプBと同じ形状である溝形状である。 A groove shape is the same shape as the conventional groove-shaped type B shown in (b). これの変形として図3(d)は、図3 3 as this modification (d) is 3
(c)の左半分が図3(b)と同じ溝形状である。 The left half of (c) is the same groove shape as in FIG. 3 (b). 図3 Figure 3
(c)(d)は、反射状態の時の屈折率整合液のメニスカス位置が中央部の幅の広い部分になるが、導波路の位置する部分の溝幅はこれと同じなので、液面上昇が抑制される。 (C) (d) is comprised in a wide portion meniscus position of the width of the central portion of the refractive index matching liquid when the reflective state, since the groove width of the position part of the waveguide is the same as this, the liquid level rises There is suppressed.

【0041】ここで説明した4つの溝形状は、従来の溝形状と実施例1で説明した新規な溝形状との折衷形状なので、溝の長さに関しては、溝形状タイプBや実施例1 The four groove shape described here, so compromise shape with conventional groove-shaped and novel groove shape as described in Example 1, with respect to the length of the groove, the groove shape types B and Example 1
の溝形状より長くなる。 Longer than the groove shape of. また、屈折率整合液の保持構造が左右で非対称なので、液保持の特性も非対称になり、 Further, since the holding structure of the refractive index matching liquid is lateralized, also it becomes asymmetric characteristics of the liquid holding,
光スイッチの切替特性も透過、反射の切替で速度や必要な加熱電力、時間に差を生じる。 Switching characteristics of the optical switch is also transparent, speed and the required heating power by switching the reflection, resulting in a difference in time. したがって、実際のスイッチとして使用する場合は駆動に注意が必要である。 Therefore, when used as a real switch it is necessary to pay attention to the driving.

【0042】(実施例3)上記説明及び実施例1、実施例2では、溝内の一部に屈折率整合液が存在し、これが溝内を動くことにより光路の切り替わる光スイッチに限定して議論してきた。 [0042] (Example 3) In the above description and embodiment 1. In the embodiment 2, there is a refractive index matching liquid in a part of the groove, which is limited to an optical switch for switching the optical path by moving in the groove It has been discussed. 実施例3では、溝、迂回路用溝のほとんどが屈折率整合液で満たされて溝の中を気泡が動くことで光路の切替を行う光スイッチについて溝形状を示す。 In Example 3, the grooves, showing the groove shape for the light switch for switching the optical path by nearly move bubbles through the groove is filled with a refractive index matching liquid groove detour. 熱毛細管現象を利用した交差導波路形光スイッチには、屈折率整合液を溝内で移動させるタイプと気泡を移動させるタイプの2種類がある。 The cross waveguide type optical switch using thermal capillary phenomenon, there are two types of moving the type and bubble moving in the groove of the refractive index matching liquid.

【0043】後者は、前者の屈折率整合液と気体の量的関係を逆にしただけで、動作原理などは全く同じである。 The latter, only the former refractive index quantitative relationship between the matching liquid and gas Conversely, etc. The operating principle is exactly the same. ただし、気泡を所定の位置に捕獲するための溝構造は、屈折率整合液を捕獲する場合と逆に溝幅を広くすることで実現され、そのため溝形状は、屈折率整合液を移動させるタイプと溝幅の大小関係が逆になる。 However, groove structure for capturing air bubbles in place, is achieved by widening the groove width in the opposite to the case of capturing an index matching fluid, therefore groove shape moves the index-matching liquid type magnitude relationship between the groove width is reversed with. すなわち、図に記載してある溝幅w 0 ,w 1 ,w 2は、液保持機能を実現するため、w 0 >w 1 >w 2の条件を満たしている必要がある。 That is, the groove width w 0 which is set forth in FIG., W 1, w 2, in order to realize a liquid holding function, it is necessary to meet the condition of w 0> w 1> w 2 .

【0044】本発明の第3の実施例に係る光スイッチを図4に示す。 [0044] The optical switch according to a third embodiment of the present invention shown in FIG. 図4に示す溝形状は、気泡を移動させるタイプの光スイッチである。 Groove shape shown in FIG. 4 is an optical switch of the type moving the bubbles. 図4(a)と図4(b)はそれぞれ図6(a)(b)に示す屈折率整合液を移動する従来の溝形状タイプA、溝形状タイプBに対応する溝形状である。 FIGS. 4 (a) and 4 (b) is a conventional groove shape types A, a groove shape corresponding to the groove shape type B to move the index-matching liquid shown in FIGS 6 (a) (b). 図4(c)の溝形状は、実施例1で説明した溝形状に対応する気泡移動タイプの溝形状である。 Groove shape of FIG. 4 (c) is a groove shape of the bubble movement type corresponding to the groove shape described in the first embodiment. これらは、気泡が存在する場所が空の状態で、気泡が導波路の交差部側にあるとき反射状態となる。 It is places where bubbles exist in the empty state and a reflective state when air bubbles are in the intersection portion of the waveguide.

【0045】これら3種類とも、図4(a)に示すようにメニスカスの存在する位置の溝幅に対して気泡の中央部が位置する溝の幅は同じか、図4(b)(c)に示すように広いので、液面の持ち上がりに関しては、もともと抑制効果があることが分かる。 [0045] These three also, FIGS. 4 (a) to indicate do width of the groove center of the bubble with respect to the groove width of the position at which the meniscus position are the same, FIG. 4 (b) (c) since large as shown in, for lifting the liquid surface, it can be seen that there is a naturally inhibiting effect. 図4(c)は実施例1 FIG. 4 (c) Example 1
の溝形状をもとに、気泡を移動するタイプの光スイッチに変更したものなので、基本的に本発明に関わる溝形状の一つである。 The groove shape to the original, so that by changing the optical switch of the type that move the bubbles, which is one of the groove shape involving essentially present invention.

【0046】 [0046]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の光スイッチでは、反射特性の劣化の原因となる溝の垂直加工公差による溝底の幅の狭まりによる屈折率整合液の持ち上がりが防止され、かつ、液注入の制御量誤差に対処するためのマージンを見込んだ設計をしても従来と比べて実質的に溝長さを増やすことがない新規な溝形状を有しているので、光スイッチの製造性を向上するのに有効である。 Effect of the Invention] As described above, in the optical switch of the present invention, lifting of the refractive index matching liquid by narrowing the width of the groove bottom by a vertical machining tolerances of the groove which causes degradation of the reflection characteristic can be prevented, and, because it has a novel groove shape does not increase substantially the groove length as compared with the conventional even when a design for a margin to deal with the control amount error of the liquid injection, the optical switch it is effective to improve the manufacturability.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の光スイッチの溝形状の平面図である。 1 is a plan view of the groove shape of the optical switch of the present invention.

【図2】本発明に関わる実施例1の光スイッチの溝形状の平面図である。 2 is a plan view of the groove shape of the optical switch of the first embodiment according to the present invention.

【図3】本発明に関わる実施例2の光スイッチの溝形状の平面図である。 3 is a plan view of the groove shape of the optical switch of the second embodiment according to the present invention.

【図4】本発明に関わる実施例3の気泡を移動するタイプの光スイッチの溝形状を表す平面図である。 4 is a plan view showing the groove shape of the type of the optical switch to move the bubbles of Example 3 according to the present invention.

【図5】光スイッチの構造を表す斜視図である。 5 is a perspective view showing a structure of an optical switch.

【図6】従来の光スイッチにおける溝形状を表す平面図である。 6 is a plan view showing the groove shape of the conventional optical switch.

【図7】従来の光スイッチにおける溝内部の液面上昇を説明する断面図である。 7 is a cross-sectional view illustrating a groove inside the liquid level rises in the conventional optical switch.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 光導波路 2 溝 3 屈折率整合液 4 ヒータ 5 光導波路基板 6 上部基板 1 waveguide 2 grooves 3 refractive index matching liquid 4 heater 5 optical waveguide substrate 6 upper substrate

───────────────────────────────────────────────────── ────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】 [Procedure amendment]

【提出日】平成11年12月24日(1999.12. [Filing date] 1999 December 24, (1999.12.
24) 24)

【手続補正1】 [Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書 [Correction target document name] specification

【補正対象項目名】特許請求の範囲 [Correction target item name] the scope of the appended claims

【補正方法】変更 [Correction method] change

【補正内容】 [Correction contents]

【特許請求の範囲】 [The claims]

【手続補正2】 [Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書 [Correction target document name] specification

【補正対象項目名】0028 [Correction target item name] 0028

【補正方法】変更 [Correction method] change

【補正内容】 [Correction contents]

【0028】 [0028]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明では、互いに交差する光導波路の交差部に、 In order to solve the above problems SUMMARY OF THE INVENTION In the present invention, the intersection of the optical waveguides which intersect each other,
光導波路を遮る深さを有する溝が形成され、その溝の中を光導波路と等しい屈折率を有する屈折率整合液が移動することにより動作する光スイッチにおいて、その溝の両端に幅の狭い箇所が設けられ、溝の中央部の幅が広く、この幅の広い中央部に上記光導波路の交差部が位置 Is formed a groove having a depth which blocks an optical waveguide, an optical switch that operates by refractive index matching liquid having a refractive index equal to the optical waveguide within the groove moves, narrow space width on both ends of the groove is provided, wide width of the central portion of the groove, the intersection of the optical waveguide in the wide middle portion of this width, the position
し、前記幅の狭い箇所の幅w 1と前記溝の深さDとから And, from the width w 1 of the narrow portion of the width and the depth D of the groove
2(1/w 1 +1/D)=1/rで表される前記液体の 2 (1 / w 1 + 1 / D) wherein the liquid = represented by 1 / r
メニスカスの曲率半径rが前記中央部の幅w 0の二分の Half the radius of curvature r of the meniscus is the width w 0 of the central portion
一より小さいことを特徴としている。 It is characterized one less that.

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 互いに交差する光導波路の交差部に、光導波路を遮る深さを有する溝が形成され、その溝の巾を光導波路と等しい屈折率を有する液体が移動することにより動作する光スイッチにおいて、その溝の両端に幅の狭い箇所が設けられ、溝の中央部の幅が広く、この幅の広い中央部に上記光導波路の交差部が位置することを特徴とする光スイッチ。 To 1. A cross section of the optical waveguide crossing each other, are formed a groove having a depth which block the optical waveguide, light that operates by a liquid having a refractive index equal to an optical waveguide the width of the groove is moved in the switch, narrow space width is provided at both ends of the groove, wide width of the central portion of the groove, an optical switch, wherein the intersection of the optical waveguide is positioned in a wide central portion of this width.
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