JP2002090668A - 液体駆動型光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光路切換用溝内の屈折率整合液の量にばらつ
きの無い液体駆動型光スイッチを提供する。 【解決手段】 注入溝１１の途中にコブ状に膨らんだ空
間１２が形成されているので、光路切換用溝５内に一定
量の屈折率整合液を注入した後、外部から封止用の樹脂
１３を注入すると、樹脂１３はコブ状の空間１２まで入
り込んで封止するので、屈折率整合液の液量のばらつき
が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信用
光スイッチに関し、特に液体の熱毛細管力を利用した液
体駆動型光スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、交差する光導波路の交差部
に、光導波路と所定の角度をなす光路切換用溝を形成
し、光を反射あるいは透過させる方法が提案されている
（例えば、Ｂｉｓｔａｔａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓ
ｗｉｔｃｈｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ
ｍｉｃａｌｌｙ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｕｂｂｌｅ
ｓ，Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ／Ｖｏｌ．１５，Ｎ
ｏ２４／Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １５，１９９０）。

【０００３】また、光導波路の交差部に形成された光路
切換用溝内の液体（屈折率整合液）を液体の熱毛細管力
によって移動させ、光を反射あるいは透過させる「光ス
イッチ」も提案されている（特開平９−１３３９３２号
公報）。

【０００４】さらに、上記光スイッチの基本的な製造方
法も提案されている（特開平１０−７３７７５号公
報）。

【０００５】図３は従来の液体駆動型光スイッチの透視
図である。

【０００６】同図において、図示しない基板上に、下部
クラッド１が形成され、その下部クラッド１の上に形成
されたコア２ａ、２ｂとコア３ａ、３ｂとが互いに交差
している。両コア２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ及び下部クラ
ッド１は上部クラッド４で覆われている。これら下部ク
ラッド１、コア２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ及び上部クラッ
ド４で光導波路素子が構成されている。

【０００７】光導波路素子の両コア２ａ、２ｂ、３ａ、
３ｂの交差部には両コア２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂと交差
するように光路切換用溝５が形成されている。光路切換
用溝５の深さは下部クラッド１に到達する深さになって
いる。光路切換用溝５内にはコア２ａ、２ｂ、３ａ、３
ｂと略等しい屈折率の屈折率整合液が一定量注入されて
いる。光路切換用溝５の近傍には一対のヒータ膜６ａ、
６ｂが形成されており、両ヒータ膜６ａ、６ｂの一端に
は配線用の電極膜７ａ、７ｂが接続され、両ヒータ膜６
ａ、６ｂの他端には共通電極膜７ｃが接続されている。
ヒータ膜６ａ、６ｂ、電極膜７ａ、７ｂ、７ｃ及び上部
クラッド４は絶縁膜８で覆われている。

【０００８】絶縁膜８には蓋１０が陽極接合されてい
る。光導波路素子（若しくは蓋１０）には蓋１０が接合
された状態で外部から光路切換用溝５に屈折率整合液を
注入するための注入溝１１が形成されている。蓋１０が
接合された状態で注入溝１１より光路切換用溝５に図示
しない屈折率整合液が注入された後、注入溝１１の開口
部及び注入溝１１内の一部に入り込んだ樹脂１３で屈折
率整合液が封止されている。

【０００９】これら、光導波路素子、光路切換用溝５、
屈折率整合液、ヒータ膜６ａ、６ｂ、電極膜７ａ、７
ｂ、７ｃ、絶縁膜８、蓋１０、注入溝１１及び樹脂１３
で光スイッチが構成されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術には以下のような問題があった。

【００１１】(1) 樹脂の注入溝への入り込み量は、注入
溝の壁面に対する濡れ性により、その量が異なり、その
濡れ性の違いにより光路切換用溝内の液量がばらついて
しまう。

【００１２】(2) 特に、Ｍ×Ｎ（ｍ入力ｎ出力）のマト
リクス形態を液体駆動型光スイッチで構成する場合、樹
脂の塗布を全ての注入溝に対して同時に行うことが困難
であるため、注入溝入り込み中に粘度が変化してしま
い、光路切換用溝内の液量がばらつくおそれがある。

【００１３】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、光路切換用溝内の屈折率整合液の量にばらつきの無
い液体駆動型光スイッチを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の液体駆動型光スイッチは、互いに交差しない
ｍ本の光導波路及び互いに交差しないｎ本の光導波路が
互いに交差する光導波路素子と、光導波路の各交差部に
形成され、光導波路の光軸と所定の角度をなす壁面を有
する光路切換用溝と、光路切換用溝の近傍に配置された
発熱手段と、光導波路素子上に接合され、光路切換用溝
を覆う蓋と、蓋と光導波路素子との間に形成され光路切
換用溝から外部へ通じる注入溝と、注入溝を介して外部
から光路切換用溝内に一定の量だけ注入されると共に、
光導波路の屈折率に略等しい屈折率を有する屈折率整合
液と、注入溝の開口部を封止する樹脂とを備えた液体駆
動型光スイッチにおいて、注入溝の途中にコブ状に膨ら
んだ空間が形成されているものである。

【００１５】一定量の屈折率整合液を注入溝から注入し
た後、注入溝の開口部を樹脂封止すると、樹脂は毛細管
力により注入溝内に入り込む。その際、光路切換用溝内
の空気は樹脂が入り込んだ量だけ圧縮される。この毛細
管力による管内（溝内）の圧力と空気の圧縮による圧力
との釣り合いにより、樹脂の入り込み量が決定される。

【００１６】毛細管力は樹脂の注入溝の壁面に対する濡
れ性により異なり、また、注入溝の断面積により変化す
る。毛細管力ｆは数１式で表される。

【００１７】

【数１】ｆ＝Ｃ_o γｃｏｓθ 但し、Ｃ_o は注入溝の横断面を囲む辺の長さ（幅×２＋
高さ×２）、γは樹脂の表面張力、θは樹脂の壁面に対
する接触角であり濡れ性に相当する。濡れ性及び注入溝
の断面積等を全て均一に作製することが難しいため、毛
細管力に多少のばらつきが生じることが懸念される。

【００１８】そこで、断面を囲む辺の長さがＣ_o であ
り、断面積がＡ₀ である注入溝において、外部からの距
離Ｌの位置に断面を囲む辺の長さがＣ₁ 、断面積Ａ₁ の
部分をコブ状に膨らんだ空間を形成する。但し、数２式
を満足する。

【００１９】

【数２】Ｃ_o ／Ａ₀ ＞Ｃ₁ ／Ａ₁ この結果、注入溝の外部からの距離Ｌにおいて、毛細管
力による圧力がＣ₁ Ａ_o ／Ｃ₀ Ａ₁ 倍になって下がる。
このとき、毛細管力による圧力が、樹脂が入り込んだ量
だけ空気が圧縮したことによる圧力よりも小さくなれば
樹脂の入り込む長さはＬとなる。

【００２０】また、長さＬを最適に設定することによ
り、樹脂の塗布される時間に対しても注入溝に入り込む
樹脂量は左右されず、液量の制御に支障はない。

【００２１】すなわち、本発明によれば、注入溝の途中
にコブ状に膨らんだ空間が形成されているので、光路切
換用溝内に一定量の屈折率整合液を注入した後、外部か
ら封止用の樹脂を注入すると、樹脂はコブ状の空間まで
入り込んで封止するので、屈折率整合液の液量のばらつ
きが防止される。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００２３】図１は本発明の液体駆動型光スイッチの一
実施の形態を示す透視図であり、図２は図１に示した液
体駆動型光スイッチの蓋を除去した状態を示す図であ
る。なお、従来例と同様の部材には共通の符号を用い
た。

【００２４】図１及び図２において、図示しない基板上
に下部クラッド１が形成され、その下部クラッド１上に
形成されたコア２ａ、２ｂとコア３ａ、３ｂとが互いに
交差している。両コア２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ及び下部
クラッド１は上部クラッド４で覆われている。これら下
部クラッド１、コア２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ及び上部ク
ラッド４で光導波路素子が構成されている。

【００２５】光導波路素子の両コア２ａ、２ｂ、３ａ、
３ｂの交差部には両コア２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂと交差
するように光路切換用溝５が形成されている。光路切換
用溝５の深さは下部クラッド１に到達する深さになって
いる。光路切換用溝５内にはコア２ａ、２ｂ、３ａ、３
ｂと略等しい屈折率の屈折率整合液が一定量注入されて
いる。光路切換用溝５の近傍には一対のヒータ膜６ａ、
６ｂが形成されており、両ヒータ膜６ａ、６ｂの一端に
は配線用の電極膜７ａ、７ｂが接続され、両ヒータ膜６
ａ、６ｂの他端には共通電極膜７ｃが接続されている。
ヒータ膜６ａ、６ｂ、電極膜７ａ、７ｂ、７ｃ及び上部
クラッド４は絶縁膜８で覆われている。

【００２６】絶縁膜８には蓋１０が陽極接合されてい
る。光導波路素子（若しくは蓋１０）には蓋１０が接合
された状態で外部から光路切換用溝５に屈折率整合液を
注入するための注入溝１１が形成されている。

【００２７】この注入溝１１は横断面を囲む辺の長さが
Ｃ₀ であり、断面積がＡ₀ である。注入溝１１の外部か
ら距離Ｌの位置には横断面を囲む辺の長さがＣ₁ 、断面
積がＡ₁ であるコブ状に膨らんだ空間１２が形成されて
いる。但し、Ｃ₀ 、Ｃ₁ 、Ａ₀ 、Ａ₁ には数２式の関係
があるものとする。また、蓋１０が接合された状態で注
入溝１１より光路切換用溝５に、図示しない屈折率整合
液が注入された後、注入溝１１の開口部及び光路切換用
溝５の一部は樹脂（例えばシリコーン樹脂、フッ素系樹
脂）１３が入り込み、屈折率整合液が封止される。

【００２８】これら光導波路素子、光路切換用溝５、屈
折率整合液、ヒータ膜６ａ、６ｂ、電極膜７ａ、７ｂ、
７ｃ、絶縁膜８、蓋１０、注入溝１１、空間１２及び樹
脂１３で光スイッチが構成されている。

【００２９】従来の横断面を囲む辺の長さ及び断面積が
一定である注入溝１１を用いた液体駆動型光スイッチで
は、注入溝１１に入り込む樹脂１３の量がばらつくた
め、液量制御が困難であった。

【００３０】これに対して本発明では、樹脂１３の入り
込む量が一定とすることができ、屈折率整合液のばらつ
きによる歩留まり向上が実現できる。特に、Ｍ×Ｎのマ
トリクス形態を本液体駆動型光スイッチで実施する場合
に有効である。

【００３１】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００３２】光路切換用溝内の屈折率整合液の量にばら
つきの無い液体駆動型光スイッチの提供を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体駆動型光スイッチの一実施の形態
を示す透視図である。

【図２】図１に示した液体駆動型光スイッチの蓋を除去
した状態を示す図である。

【図３】従来の液体駆動型光スイッチの透視図である。

【符号の説明】

１ 下部クラッド ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ コア ４ 上部クラッド ５ 光路切換用溝 ６ａ、６ｂ ヒータ膜 ７ａ、７ｂ、７ｃ 電極膜 １０ 蓋 １１ 注入溝 １２ 空間 １３ 樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 健一 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 村上 和也 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 石神 良明 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 牧原 光宏 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 下川 房男 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 阪田 知巳 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 都甲 浩芳 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 佐藤 誠 東京都渋谷区道玄坂１丁目12番１号 エヌ ティティエレクトロニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H041 AA11 AB32 AB40 AC07 AZ08

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに交差しないｍ本の光導波路及び互
   いに交差しないｎ本の光導波路が互いに交差する光導波
   路素子と、上記光導波路の各交差部に形成され、上記光
   導波路の光軸と所定の角度をなす壁面を有する光路切換
   用溝と、上記光路切換用溝の近傍に配置された発熱手段
   と、上記光導波路素子上に接合され、上記光路切換用溝
   を覆う蓋と、該蓋と上記光導波路素子との間に形成され
   上記光路切換用溝から外部へ通じる注入溝と、該注入溝
   を介して外部から上記光路切換用溝内に一定の量だけ注
   入されると共に、上記光導波路の屈折率に略等しい屈折
   率を有する屈折率整合液と、上記注入溝の開口部を封止
   する樹脂とを備えた液体駆動型光スイッチにおいて、上
   記注入溝の途中にコブ状に膨らんだ空間が形成されてい
   ることを特徴とする液体駆動型光スイッチ。