【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号の経路を切り換えるための光スイッチに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図４（ａ）には光スイッチの一例が斜視図により示され、図４（ｂ）には図４（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図が示されている。この光スイッチ４０は、ポリマー導波路フィルム４１と、このフィルム４１を挟み込み保持する押え板４２ａ，４２ｂと、フィルム駆動機構４３と、ポリマー導波路フィルム４１に形成されている４本の光導波路Ｐ１〜Ｐ４とを有して構成されている。
【０００３】
光導波路Ｐ１〜Ｐ４は、それぞれ、ポリマー導波路フィルム４１に形成されており、それら各光導波路Ｐ１〜Ｐ４の一端部分は共通に接続されて各光導波路Ｐ１〜Ｐ４の端部部分は略Ｘ形状となっている。押え板４２ａ，４２ｂには、それぞれ、そのポリマー導波路フィルム４１の略Ｘ字形状光導波路形成部分に対応する領域に、表面側からポリマー導波路フィルム４１に至る貫通孔４４ａ，４４ｂが形成されている。
【０００４】
ポリマー導波路フィルム４１には、それら貫通孔４４ａ，４４ｂから露出する部分に、光導波路Ｐ１〜Ｐ４の端部の接続部を通る切り込み４５が形成されている。フィルム駆動機構４３は、その切り込み４５の下方側に配置されている。このフィルム駆動機構４３は、図５（ｂ）に示されるように、ポリマー導波路フィルム４１を押し上げることが可能に構成されており、このポリマー導波路フィルム４１の押し上げにより、図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、切り込み４５が開く構成となっている。
【０００５】
このような光スイッチ４０においては、例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように切り込み４５が閉じて光導波路Ｐ１〜Ｐ４の端部が接続されている状態のときに、光信号が光導波路Ｐ１を伝搬してきたとすると、その入射光は、光導波路Ｐ１に対向する光導波路Ｐ３を通って出射される。また、光信号が光導波路Ｐ４を伝搬してきたとすると、その入射光は、光導波路Ｐ４に対向する光導波路Ｐ２を通って出射される。
【０００６】
また、図５（ａ）、（ｂ）に示されるようにフィルム駆動機構４３によるポリマー導波路フィルム４１の押し上げによって切り込み４５が開いたときには、光導波路Ｐ１の入射光は、光導波路Ｐ１の端面と切り込み４５の開動作による空隙との界面で反射して光導波路Ｐ２に入射し、当該光導波路Ｐ２を通って出射される。また、光導波路Ｐ４の入射光も同様に、光導波路Ｐ４の端面と切り込み４５の開動作による空隙との界面で反射して光導波路Ｐ３に入射し、当該光導波路Ｐ３を通って出射される。
【０００７】
このように、光スイッチ４０では、フィルム駆動機構４３による切り込み４５の開閉動作によって、光信号の経路を切り換えることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光スイッチ４０の製造工程において、ポリマー導波路フィルム４１に切り込み４５を形成する際には、カッター等の刃物を利用する。このような刃物を利用した加工の精度は、数百μｍから数十μｍ程度であり、光導波路を作製するＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術等の微細加工の精度に比べて、格段に劣る。この切り込み４５の加工精度の低さに起因して、光スイッチ４０の特性に大きなばらつきが生じるという問題がある。
【０００９】
この発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、特性ばらつきを抑制することが容易な光スイッチを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明は、基台と、この基台上に設けられている固定部と、この固定部に隣接し基台から浮いた状態で配置され固定部に対する遠近方向に可動自在な可動部と、この可動部を固定部に対する遠近方向に変位させる可動部駆動手段とを有し、固定部には、光ファイバに光接続する２本の光導波路が端部の一部分を接合させ少なくとも端部部分をＶ字形状にして形成され、可動部にも２本の光導波路が端部の一部分を接合させ少なくとも端部部分をＶ字形状にして形成されて、それら４本の光導波路の端部部分は略Ｘ字形状を形成しており、可動部駆動手段による可動部の変位制御により、可動部が固定部に近づく方向に変位したときには可動部に形成されている各光導波路の端面がそれぞれ対向する固定部の光導波路の端面に接触して可動部側と固定部側の互いに対向し合う光導波路同士が光接続し、また、可動部が固定部から離れる方向に変位して可動部側の光導波路と固定部側の光導波路が空隙を介して離間したときには可動部に形成されている光導波路同士および固定部に形成されている光導波路同士が、それぞれ、光導波路の端面と空隙の界面での反射により光接続する構成を有することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１（ａ）には、この実施形態例の光スイッチの主要構成部分が平面図により模式的に示され、図１（ｂ）には図１（ａ）のＡ−Ａ部分の模式的な断面図が示され、図１（ｃ）には図１（ａ）のＢ−Ｂ部分の模式的な断面図が示されている。この実施形態例の光スイッチ１は、ガラスから成る基台２と、この基台２上に例えば陽極接合手法により接合されるシリコン基板３との２層構造を有する。
【００１３】
そのシリコン基板３は例えばＭＥＭＳ技術等により加工されて、当該シリコン基板３には、固定部４〜７と可動部８と梁９（９ａ〜９ｄ）等が形成されている。すなわち、固定部４と固定部７は間隔を介して基台２上に固定配置され、これら固定部４，７に挟み込まれた領域には可動部８が形成されている。また、その固定部４，７に挟み込まれた領域には、固定部５（５ａ，５ｂ）が、それぞれ、固定部４，７の配置方向（つまり、図の上下方向）に略直交する方向（図の左右方向）に沿って、可動部８を挟み込むようにして、基台２に固定形成されている。
【００１４】
可動部８は基台２に対して浮いた状態に形成されており、当該可動部８は、梁９ａ，９ｂを介して固定部５ａに支持されると共に、梁９ｃ，９ｄを介して固定部５ｂに支持され、固定部４，７に対して遠近方向（図の上下方向）に可動が自在となっている。
【００１５】
固定部７は可動部８側に突出した部位１０を有し、この突出した部位１０を間隔を介して挟み込み、かつ、可動部８よりも固定部７側の領域に、固定部６ａ，６ｂが配置されている。これら各固定部６ａ，６ｂには、それぞれ、可動部８の固定部７側の面８αに間隔を介して対向する面６ａα，６ｂαが形成されている。
【００１６】
固定部４，７の上部には、それぞれ、溝１２が２本ずつ形成されている。これら各溝１２には、それぞれ、光ファイバ１３が配置される。また、可動部８の上部には２本の光導波路Ｌ１，Ｌ２が形成されている。これら光導波路Ｌ１，Ｌ２は、一端部がそれぞれ固定部４に配置される別々の光ファイバ１３に接続され、他端側の端部同士の一部分が接合されて略Ｖ字形状に形成されている。この略Ｖ字形状の光導波路Ｌ１，Ｌ２は、そのＶ字の頂部が、固定部７の突出部位１０の先端部に対向する可動部８の側縁部分Ｚに配置されている。光導波路Ｌ１，Ｌ２のＶ字頂部の端面は、可動部８の側面とほぼ同一平面上に形成されている。
【００１７】
さらに、固定部７の突出部位１０の上部にも、上記光導波路Ｌ１，Ｌ２と同様な光導波路Ｌ３，Ｌ４が形成されている。つまり、それら光導波路Ｌ３，Ｌ４は、一端部がそれぞれ固定部７に配置される光ファイバ１３に接続され、他端側の端部同士の一部が接合されて略Ｖ字形状に配置形成されている。この略Ｖ字形状の光導波路Ｌ３，Ｌ４は、そのＶ字の頂部が突出部位１０の先端部に配置されて、略Ｖ字形状の光導波路Ｌ１，Ｌ２のＶ字頂部と向き合うように形成されており、４本の光導波路Ｌ１〜Ｌ４は略Ｘ字形状を構成している。
【００１８】
さらにまた、この光スイッチ１には、図示されていないが、固定部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７（１０）を外部の回路に接続するための配線手段が設けられている。例えば、固定部６ａ，６ｂをそれぞれ配線手段により外部のグランドに接地し、また、固定部５ａ，５ｂ，７（１０）をそれぞれ配線手段により外部の電圧印加手段（図示せず）に接続して当該固定部５ａ，５ｂ，７（１０）にそれぞれ等電位の電圧を印加すると、可動部８と、固定部６ａ，６ｂとの間に電位差が生じる。これにより、互いに間隔を介して対向し合う可動部８の固定部７側の面８αと、固定部６ａ，６ｂの可動部８側の面６ａα，６ｂαとの間に静電引力が発生する。この静電引力によって、図２（ａ）に示すような状態から、図２（ｂ）に示されるように、可動部８が固定部７（固定部６）側に引き寄せられる。すなわち、この実施形態例では、固定部６ａ，６ｂは駆動用固定部として機能し、これら固定部６ａ，６ｂと可動部８との互いに対向し合う面８α，６ａα，６ｂαによって、静電引力により可動部８を固定部７側に変位させる可動部駆動手段が構成されている。
【００１９】
この実施形態例では、その可動部駆動手段による可動部８の変位により、可動部８が固定部７側に移動して、可動部８の光導波路Ｌ１，Ｌ２先端部形成領域Ｚと、固定部７の突出部位１０の先端部とが当接する構成となっている。この構成により、可動部８側の略Ｖ字形状の光導波路Ｌ１，Ｌ２の端面と、固定部７側の略Ｖ字形状の光導波路Ｌ３，Ｌ４の端面とを接触させることができる。
【００２０】
ところで、この実施形態例では、それら接触する可動部８と固定部７（１０）は同じ電位であることから、接触しても問題は生じないが、可動部８と、固定部６ａ，６ｂとが接触してショートしてしまうと、その可動部８と、固定部６ａ，６ｂとの電位差により、光スイッチ１の破損等の大きな問題を招いてしまう虞がある。このことから、この実施形態例では、可動部８において、光導波路Ｌ１，Ｌ２の先端部分が形成されている側縁部分Ｚよりも、固定部６ａ，６ｂに対向している側縁部分を引っ込んだ位置に形成している。このため、可動部８における光導波路Ｌ１，Ｌ２の先端部の形成部位Ｚが固定部７の突出部位１０の先端部分に接触した場合においても、固定部６ａ，６ｂと可動部８との間には間隙が形成され、固定部６ａ，６ｂと可動部８がショートしてしまうことを防止できる（図２（ｂ）参照）。
【００２１】
また、この実施形態例では、可動部８と固定部６ａ，６ｂ間に静電引力が発生していないときに、可動部８における光導波路Ｌ１，Ｌ２の先端部の形成部位Ｚと、固定部７の突出部位１０の先端部分との間隙が、約１μｍ〜数μｍ程度の範囲内の数値に設定されている。このため、可動部駆動手段は、可動部８をその約１μｍ〜数μｍ程度の長さ分を固定部７側に変位できればよく、大きな電圧印加を必要としない構成となっている。
【００２２】
この実施形態例の光スイッチ１は上記のように構成されている。以下に、この光スイッチ１における光信号の経路切り換え動作を簡単に説明する。例えば、可動部８と固定部６ａ，６ｂとの間に静電引力が発生しておらず、図２（ａ）に示すように、光導波路Ｌ１，Ｌ２と、光導波路Ｌ３，Ｌ４とが空隙を介して離間しているときには、例えば光ファイバ１３ａから光導波路Ｌ１に入射した光信号は、その空隙と光導波路Ｌ１の端面との界面で反射する。そして、その反射した光信号は、光導波路Ｌ２に入り込んで光ファイバ１３ｂを通って出射する。同様に、光ファイバ１３ｃから光導波路Ｌ３に入射した光信号は、光導波路Ｌ３の端面と空隙との界面で反射して、光導波路Ｌ４を介して光ファイバ１３ｄから出射する。
【００２３】
また、可動部８と固定部６ａ，６ｂとの間の静電引力によって、図２（ｂ）に示すように、可動部８が固定部７側に変位して、光導波路Ｌ１，Ｌ２と、光導波路Ｌ３，Ｌ４とが接触しているときには、可動部８側の光導波路Ｌ１と、この光導波路Ｌ１に対向する固定部７側の光導波路Ｌ４とが光接続する。また、同様に、可動部８側の光導波路Ｌ２と固定部７側の光導波路Ｌ３とが光接続する。このため、光ファイバ１３ａから光導波路Ｌ１に入射した光信号は、固定部７側の光導波路Ｌ４を介し光ファイバ１３ｄから出射する。また、光ファイバ１３ｃから固定部７側の光導波路Ｌ３に入射した光信号は、可動部８側の光導波路Ｌ２を介し光ファイバ１３ｂから出射する。
【００２４】
このように、この実施形態例の光スイッチ１は、可動部駆動手段による可動部８の変位制御によって、光信号の経路を切り換えることができる。
【００２５】
なお、この発明はこの実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、この実施形態例では、固定部６ａ，６ｂをグランドに接地し、固定部５ａ，５ｂ，７（１０）にはそれぞれ等電位の電圧を印加する例を示したが、反対に、固定部６ａ，６ｂにそれぞれ等電位の電圧を印加し、固定部５ａ，５ｂ，７（１０）をグランドに接地してもよい。
【００２６】
また、この実施形態例では、光ファイバ１３を配置する溝１２は、その断面形状が四角形状であったが、例えば溝１２をＶ溝に形成してもよい。さらに、この実施形態例では、可動部８と、固定部６ａ，６ｂとのショート防止のために、固定部６ａ，６ｂに対向する可動部８の側部の一部分を光導波路Ｌ１，Ｌ２先端部形成領域Ｚよりも引っ込めて形成していたが、例えば、そのように可動部８の側部を凸凹に形成するのではなく、固定部６ａ，６ｂの可動部８側の側面６ａα，６ｂαの形成位置を、突出部位１０の先端部よりも引っ込んだ位置として、可動部８と突出部位１０の先端部とが接触したときに固定部６ａ，６ｂと可動部８間に間隙を形成する構成としてもよい。
【００２７】
さらに、この実施形態例では、光導波路Ｌ１〜Ｌ４は直接的に光ファイバ１３に接続して光ファイバ１３に光結合する構成であったが、例えば、それら光導波路Ｌ１〜Ｌ４と、光ファイバ１３の端面との間に間隙を形成し、その間隙に光結合用のレンズ等を配置して、光導波路Ｌ１〜Ｌ４と光ファイバ１３とを光結合させる構成としてもよい。
【００２８】
さらに、この実施形態例では、基台２がガラスにより構成されている例を示したが、基台２は、ガラス以外の例えばシリコン等の材料により構成してもよい。また、固定部４〜７や可動部８や梁９を形成する材料として、シリコンを挙げたが、例えば、シリコン以外の半導体基板により、それら固定部４〜７や可動部８や梁９を形成してもよい。
【００２９】
さらに、この実施形態例では、可動部８と固定部７に挟まれる領域に、駆動用固定部としての固定部６ａ，６ｂを配置したが、例えば、図３に示されるように、可動部８よりも固定部４側に、駆動用固定部としての固定部１５を形成してもよい。この場合には、例えば、固定部１５と可動部８間の静電引力の発生により、可動部８は固定部７から離れる方向に変位する。このことから、例えば、固定部１５と可動部８間に静電引力を発生させていないときには、可動部８と固定部７が接触している状態として、光導波路Ｌ１，Ｌ４の端部同士、光導波路Ｌ２，Ｌ３の端部同士をそれぞれ光接続させる。また、固定部１５と可動部８間に静電引力を発生させたときには、その静電引力によって、可動部８を固定部７から離間させて、可動部８に形成されている光導波路Ｌ１，Ｌ２同士、固定部７側に形成されている光導波路Ｌ３，Ｌ４同士を光接続させる。
【００３０】
さらに、この実施形態例では、各光導波路Ｌ１〜Ｌ４は、それぞれ、直線状に形成されており、光導波路Ｌ１，Ｌ２全体が略Ｖ字形状を構成し、また同様に、光導波路Ｌ３，Ｌ４全体が略Ｖ字形状を構成していたが、光導波路Ｌ１，Ｌ２と、光導波路Ｌ３，Ｌ４とは、それぞれ、少なくとも先端部分が略Ｖ字形状となっていればよく、例えば、光導波路Ｌ１，Ｌ２の各光ファイバ側の部分が折り曲げられて当該光導波路Ｌ１，Ｌ２は間隔を介して平行となっている形状であるという如く、光導波路Ｌ１〜Ｌ４は適宜な形状を採り得るものである。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、基台に固定部を形成し、また、基台に対して浮いた状態の可動部を固定部に隣接させて設ける。さらに、それら固定部と可動部にはそれぞれ２本ずつ光導波路を形成し、４本の光導波路の端部部分は略Ｘ字形状と成す構成とし、可動部の変位による４本の光導波路の接続状態の差違を利用して光信号の経路切り換えを行う構成とした。基台上に設けられる固定部や可動部は例えばシリコン等の半導体基板を利用して形成することができるので、例えば固定部および可動部の構成材料を半導体基板とすることによって、その固定部および可動部は、光導波路と同様にＭＥＭＳ技術により作製することが可能となる。このＭＥＭＳ技術による加工精度は非常に高く、これにより、光スイッチの特性ばらつきを非常に小さく抑制することができる。
【００３２】
また、この発明では、可動部を固定部に対して遠近方向に変位させて４本の光導波路の接続状態を切り換える構成であり、その光導波路の接続状態の切り換えを行うために必要な可動部の変位量は少なくてよい。このため、可動部の変位に要する消費電力を非常に小さく抑制することができる。
【００３３】
また、可動部駆動手段が、静電引力を利用して可動部を変位させる構成を有するものにあっては、例えば、可動部に対向する駆動用固定部を前記光導波路形成領域の固定部と間隔を介して基台上に設けるだけで、その駆動用固定部と可動部間の静電引力を利用した可動部駆動手段を形成することができる。その駆動用固定部は、光導波路形成領域の固定部や可動部と同様にＭＥＭＳ技術により作製することができるので、精度良く形成することができる。
【００３４】
また、そのように、可動部駆動手段をもＭＥＭＳ技術により作製することが可能となることにより、光スイッチの製造工程の殆どがＭＥＭＳ技術の工程となる。このことから、例えば、従来例のような光導波路が形成されているポリマー導波路フィルムの下方側にフィルム駆動機構を取り付けるというようなＭＥＭＳ技術とは大きく異なる工法の工程が設けられる場合に比べて、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００３５】
また、例えば光導波路を形成する固定部や可動部や、可動部駆動手段を構成する駆動用固定部を半導体基板により形成する構成とすることにより、次に示すような製造工程が可能となり、大量生産が可能である。その製造工程とは、例えば、まず、複数の光スイッチを構成することができる半導体基板を用意する。そして、その半導体基板における複数の光スイッチ形成領域をＭＥＭＳ技術を利用し同時に加工して、各光スイッチ形成領域に、それぞれ、光導波路形成領域の固定部や可動部や、駆動部駆動手段の固定部等を形成する。その後、その加工された半導体基板と、基台とを接続し、この半導体基板と基台の接続体を光スイッチ形成領域の境界線に沿って切断する。これにより、複数の光スイッチを同時に作製することができる。この発明の光スイッチは、このような製造工程を採用して作製することが可能であるので、大量生産できる。この生産性の向上に起因して光スイッチの価格を低下させることができる。したがって、性能が良い上に安価な光スイッチを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光スイッチの一実施形態例を説明するための図である。
【図２】実施形態例の光スイッチにおける光信号の経路切り換え動作を説明するための図である。
【図３】その他の実施形態例を説明するための図である。
【図４】光スイッチの従来例を説明するための図である。
【図５】従来例の光スイッチにおける光信号の経路切り換え動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 光スイッチ
２ 基台
４，５，６，７ 固定部
８ 可動部
１３ 光ファイバ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ 光導波路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch for switching a path of an optical signal.
[0002]
[Background Art]
FIG. 4A is a perspective view illustrating an example of the optical switch, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG. 4A. The optical switch 40 includes a polymer waveguide film 41, holding plates 42 a and 42 b for sandwiching and holding the film 41, a film driving mechanism 43, and four optical waveguides P 1 to P 1 formed on the polymer waveguide film 41. P4.
[0003]
The optical waveguides P1 to P4 are formed on the polymer waveguide film 41, respectively. One end of each of the optical waveguides P1 to P4 is connected in common, and the end of each of the optical waveguides P1 to P4 has a substantially X shape. It has become. In the holding plates 42a and 42b, through holes 44a and 44b extending from the front surface side to the polymer waveguide film 41 are formed in regions corresponding to the substantially X-shaped optical waveguide forming portions of the polymer waveguide film 41, respectively. I have.
[0004]
In the polymer waveguide film 41, cuts 45 are formed in portions exposed from the through-holes 44a and 44b so as to pass through connection portions at ends of the optical waveguides P1 to P4. The film driving mechanism 43 is arranged below the cut 45. As shown in FIG. 5B, the film driving mechanism 43 is configured to be able to push up the polymer waveguide film 41, and by pushing up the polymer waveguide film 41, the film drive mechanism 43 shown in FIG. As shown in (b), the notch 45 is configured to open.
[0005]
In such an optical switch 40, for example, when the notch 45 is closed and the ends of the optical waveguides P1 to P4 are connected as shown in FIGS. Is transmitted through the optical waveguide P1, the incident light is emitted through the optical waveguide P3 facing the optical waveguide P1. Further, assuming that the optical signal has propagated through the optical waveguide P4, the incident light is emitted through the optical waveguide P2 facing the optical waveguide P4.
[0006]
Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, when the cut 45 is opened by pushing up the polymer waveguide film 41 by the film driving mechanism 43, the incident light of the optical waveguide P1 is in contact with the end face of the optical waveguide P1. The light is reflected at the interface with the gap due to the opening operation of the notch 45, enters the optical waveguide P2, and exits through the optical waveguide P2. Similarly, the incident light of the optical waveguide P4 is reflected at the interface between the end face of the optical waveguide P4 and the gap formed by the opening operation of the cut 45, enters the optical waveguide P3, and is emitted through the optical waveguide P3.
[0007]
As described above, in the optical switch 40, the path of the optical signal can be switched by the opening / closing operation of the notch 45 by the film driving mechanism 43.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in forming the cut 45 in the polymer waveguide film 41 in the manufacturing process of the optical switch 40, a blade such as a cutter is used. The precision of processing using such a blade is about several hundred μm to several tens μm, and is much lower than the precision of fine processing such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology for producing an optical waveguide. There is a problem that the characteristics of the optical switch 40 vary greatly due to the low processing accuracy of the cut 45.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical switch that can easily suppress variation in characteristics.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides means for solving the above problems with the following configuration. That is, the present invention provides a base, a fixed part provided on the base, and a movable part which is arranged adjacent to the fixed part and is floated from the base and is movable in the perspective direction with respect to the fixed part. A movable portion driving means for displacing the movable portion in a direction closer to and away from the fixed portion, wherein the fixed portion has two optical waveguides optically connected to an optical fiber, which are partially joined at their ends to at least the end portions. Are formed in a V-shape, and two optical waveguides are also formed in the movable part by joining a part of the end, and at least the end is formed in a V-shape, and the end parts of the four optical waveguides are formed. Has a substantially X-shape. When the movable portion is displaced in the direction approaching the fixed portion by the displacement control of the movable portion by the movable portion driving means, the end faces of the respective optical waveguides formed in the movable portion face each other. Touches the end face of the optical waveguide of the fixed part The optical waveguides facing each other on the movable part side and the fixed part side are optically connected to each other, and the movable part is displaced away from the fixed part so that the optical waveguide on the movable part side and the optical waveguide on the fixed part side have a gap. Optical waveguides formed on the movable portion and between the optical waveguides formed on the fixed portion are optically connected to each other by reflection at an interface between an end surface of the optical waveguide and a gap when the optical waveguides are separated from each other. It is characterized by.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1A is a plan view schematically showing main components of the optical switch according to the embodiment, and FIG. 1B is a schematic view of an AA portion in FIG. 1A. A cross-sectional view is shown, and FIG. 1C shows a schematic cross-sectional view taken along a line BB in FIG. 1A. The optical switch 1 of this embodiment has a two-layer structure of a base 2 made of glass and a silicon substrate 3 bonded on the base 2 by, for example, an anodic bonding method.
[0013]
The silicon substrate 3 is processed by, for example, a MEMS technique, and fixed portions 4 to 7, a movable portion 8, beams 9 (9a to 9d), and the like are formed on the silicon substrate 3. That is, the fixed part 4 and the fixed part 7 are fixedly arranged on the base 2 with an interval therebetween, and the movable part 8 is formed in a region sandwiched between the fixed parts 4 and 7. In the region sandwiched between the fixing portions 4 and 7, the fixing portions 5 (5a and 5b) are respectively arranged in a direction substantially orthogonal to the arrangement direction of the fixing portions 4 and 7 (that is, the vertical direction in the drawing) ( The movable section 8 is fixedly formed on the base 2 so as to sandwich the movable section 8 along the left-right direction in the drawing).
[0014]
The movable portion 8 is formed so as to float with respect to the base 2, and the movable portion 8 is supported by the fixed portion 5a via beams 9a and 9b, and is also fixed by beams 9c and 9d. 5b, it is movable in the near and far directions (up and down directions in the figure) with respect to the fixed portions 4 and 7.
[0015]
The fixed portion 7 has a portion 10 protruding toward the movable portion 8, the protruded portion 10 is sandwiched with an interval therebetween, and fixed portions 6 a and 6 b are provided in a region closer to the fixed portion 7 than the movable portion 8. Are located. The fixed portions 6a and 6b are respectively formed with surfaces 6aα and 6bα facing the surface 8α of the movable portion 8 on the fixed portion 7 side with an interval therebetween.
[0016]
Two grooves 12 are formed in the upper portions of the fixing portions 4 and 7, respectively. An optical fiber 13 is arranged in each of the grooves 12. Further, two optical waveguides L1 and L2 are formed above the movable portion 8. One end of each of the optical waveguides L1 and L2 is connected to a separate optical fiber 13 disposed on the fixed portion 4, and a part of the other end is joined to form a substantially V-shape. . The substantially V-shaped optical waveguides L1 and L2 are arranged such that the tops of the V-shaped optical waveguides L1 and L2 are located at the side edge portions Z of the movable portion 8 facing the tip of the projecting portion 10 of the fixed portion 7. The end surfaces of the V-shaped tops of the optical waveguides L1 and L2 are formed on substantially the same plane as the side surface of the movable portion 8.
[0017]
Further, optical waveguides L3 and L4 similar to the optical waveguides L1 and L2 are also formed above the projecting portion 10 of the fixing portion 7. That is, the optical waveguides L3 and L4 are connected to the optical fiber 13 disposed at one end of the fixed portion 7, and are partially formed at the other end to be arranged in a substantially V-shape. ing. The substantially V-shaped optical waveguides L3 and L4 are formed such that the V-shaped top is disposed at the tip of the protruding portion 10 and faces the V-shaped tops of the substantially V-shaped optical waveguides L1 and L2. The four optical waveguides L1 to L4 form a substantially X-shape.
[0018]
Further, although not shown, the optical switch 1 is provided with wiring means for connecting the fixing portions 5a, 5b, 6a, 6b, 7 (10) to an external circuit. For example, the fixing parts 6a and 6b are grounded to an external ground by wiring means, respectively, and the fixing parts 5a, 5b and 7 (10) are connected to external voltage applying means (not shown) by wiring means. When an equipotential voltage is applied to each of the fixed parts 5a, 5b, 7 (10), a potential difference occurs between the movable part 8 and the fixed parts 6a, 6b. As a result, an electrostatic attraction is generated between the surface 8α of the movable portion 8 facing the fixed portion 7 and the surfaces 6aα and 6bα of the fixed portions 6a and 6b on the movable portion 8 side. Due to this electrostatic attraction, the movable portion 8 is drawn from the state shown in FIG. 2A toward the fixed portion 7 (fixed portion 6), as shown in FIG. 2B. That is, in this embodiment, the fixed portions 6a and 6b function as driving fixed portions, and the surfaces 8α, 6aα and 6bα of the fixed portions 6a and 6b and the movable portion 8 facing each other generate electrostatic attraction. Movable section driving means for displacing the movable section 8 toward the fixed section 7 is configured.
[0019]
In this embodiment, the movable section 8 is moved to the fixed section 7 by the displacement of the movable section 8 by the movable section driving means, and the optical waveguides L1 and L2 tip forming area Z of the movable section 8 is fixed to the fixed section. 7 is in contact with the tip of the projecting portion 10. With this configuration, the end faces of the substantially V-shaped optical waveguides L1 and L2 on the movable section 8 side and the end faces of the substantially V-shaped optical waveguides L3 and L4 on the fixed section 7 side can be brought into contact.
[0020]
By the way, in this embodiment, since the movable portion 8 and the fixed portion 7 (10) that come into contact with each other have the same potential, there is no problem even if they come into contact with each other, but the movable portion 8 and the fixed portions 6a and 6b If the contact is short-circuited, there is a possibility that a large problem such as breakage of the optical switch 1 may be caused by a potential difference between the movable portion 8 and the fixed portions 6a and 6b. For this reason, in the embodiment, in the movable portion 8, the side edge portion facing the fixed portions 6a and 6b is retracted from the side edge portion Z where the tip portions of the optical waveguides L1 and L2 are formed. It is formed in the position. For this reason, even when the formation portion Z of the distal end portions of the optical waveguides L1 and L2 in the movable portion 8 comes into contact with the distal end portion of the protruding portion 10 of the fixed portion 7, there is a gap between the fixed portions 6a and 6b and the movable portion 8. A gap is formed, and it is possible to prevent the fixed portions 6a and 6b and the movable portion 8 from being short-circuited (see FIG. 2B).
[0021]
Further, in this embodiment, when no electrostatic attraction is generated between the movable portion 8 and the fixed portions 6a and 6b, the formation portion Z of the distal end portions of the optical waveguides L1 and L2 in the movable portion 8 and the fixed portion The gap with the tip of the protruding portion 10 is set to a numerical value in the range of about 1 μm to several μm. For this reason, the movable section driving means only needs to be able to displace the movable section 8 by a length of about 1 μm to several μm toward the fixed section 7, and does not require a large voltage application.
[0022]
The optical switch 1 of this embodiment is configured as described above. Hereinafter, the operation of switching the optical signal path in the optical switch 1 will be briefly described. For example, no electrostatic attraction is generated between the movable part 8 and the fixed parts 6a and 6b, and as shown in FIG. 2A, the optical waveguides L1 and L2 and the optical waveguides L3 and L4 have a gap. When the optical signal is incident on the optical waveguide L1 from the optical fiber 13a, for example, the optical signal is reflected at the interface between the gap and the end face of the optical waveguide L1. Then, the reflected optical signal enters the optical waveguide L2 and exits through the optical fiber 13b. Similarly, an optical signal that has entered the optical waveguide L3 from the optical fiber 13c is reflected at the interface between the end face of the optical waveguide L3 and the air gap, and exits from the optical fiber 13d via the optical waveguide L4.
[0023]
Further, as shown in FIG. 2B, the movable portion 8 is displaced toward the fixed portion 7 by the electrostatic attraction between the movable portion 8 and the fixed portions 6a and 6b, and the optical waveguides L1 and L2, When the optical waveguides L3 and L4 are in contact with each other, the optical waveguide L1 on the movable section 8 side and the optical waveguide L4 on the fixed section 7 facing the optical waveguide L1 are optically connected. Similarly, the optical waveguide L2 on the movable section 8 side is optically connected to the optical waveguide L3 on the fixed section 7 side. For this reason, the optical signal incident on the optical waveguide L1 from the optical fiber 13a exits from the optical fiber 13d via the optical waveguide L4 on the fixed part 7 side. The optical signal that has entered the optical waveguide L3 on the fixed portion 7 side from the optical fiber 13c exits from the optical fiber 13b via the optical waveguide L2 on the movable portion 8 side.
[0024]
As described above, the optical switch 1 of this embodiment can switch the path of the optical signal by controlling the displacement of the movable portion 8 by the movable portion driving means.
[0025]
It should be noted that the present invention is not limited to this embodiment, but can adopt various embodiments. For example, in this embodiment, the fixed parts 6a and 6b are grounded, and the fixed parts 5a, 5b and 7 (10) are applied with the same potential voltage, respectively. The equipotential voltages may be applied to 6a and 6b, respectively, and the fixed parts 5a, 5b and 7 (10) may be grounded.
[0026]
Further, in this embodiment, the groove 12 in which the optical fiber 13 is disposed has a square cross-sectional shape, but the groove 12 may be formed as a V-groove, for example. Further, in this embodiment, in order to prevent a short circuit between the movable part 8 and the fixed parts 6a and 6b, a part of the side part of the movable part 8 opposed to the fixed parts 6a and 6b is made a part of the optical waveguides L1 and L2. Although it was formed so as to be retracted from the formation region Z, for example, instead of forming the side portion of the movable portion 8 in such a way, the side surfaces 6aα and 6bα of the fixed portions 6a and 6b on the movable portion 8 side are formed. The position may be set to a position retracted from the distal end of the protruding portion 10 so that a gap is formed between the fixed portions 6a and 6b and the movable portion 8 when the movable portion 8 and the distal end of the protruding portion 10 come into contact with each other. Good.
[0027]
Further, in this embodiment, the optical waveguides L1 to L4 are configured to be directly connected to the optical fiber 13 and optically coupled to the optical fiber 13. For example, the optical waveguides L1 to L4 and the optical fiber May be formed between the optical waveguides L1 to L4 and the optical fiber 13 by forming a gap between the optical waveguides L1 to L4 and the like.
[0028]
Further, in this embodiment, an example is shown in which the base 2 is made of glass, but the base 2 may be made of a material other than glass, such as silicon. Silicon is used as a material for forming the fixed portions 4 to 7, the movable portion 8, and the beam 9. However, for example, the fixed portions 4 to 7, the movable portion 8, and the beam 9 are formed using a semiconductor substrate other than silicon. May be.
[0029]
Further, in this embodiment, the fixed portions 6a and 6b as driving fixed portions are arranged in a region sandwiched between the movable portion 8 and the fixed portion 7. For example, as shown in FIG. A fixing portion 15 as a driving fixing portion may be formed on the fixing portion 4 side. In this case, for example, the movable portion 8 is displaced in a direction away from the fixed portion 7 due to generation of an electrostatic attraction between the fixed portion 15 and the movable portion 8. For this reason, for example, when no electrostatic attraction is generated between the fixed part 15 and the movable part 8, the movable part 8 and the fixed part 7 are in contact with each other, and the ends of the optical waveguides L1 and L4 are The ends of the optical waveguides L2 and L3 are optically connected to each other. Further, when an electrostatic attractive force is generated between the fixed portion 15 and the movable portion 8, the movable portion 8 is separated from the fixed portion 7 by the electrostatic attractive force, and the optical waveguides L1 and L1 formed on the movable portion 8 are separated. The optical waveguides L3 and L4 formed on the fixed portion 7 side are optically connected to each other.
[0030]
Further, in this embodiment, each of the optical waveguides L1 to L4 is formed linearly, and the entire optical waveguides L1 and L2 form a substantially V-shape. Similarly, the optical waveguides L3 and L4 Although the entire structure has a substantially V-shape, the optical waveguides L1 and L2 and the optical waveguides L3 and L4 only need to have at least a substantially V-shaped tip at each end. , L2 can be formed in an appropriate shape such that the optical waveguides L1 and L2 are bent parallel to each other and the optical waveguides L1 and L2 are parallel with an interval therebetween. .
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, the fixed portion is formed on the base, and the movable portion floating with respect to the base is provided adjacent to the fixed portion. Further, two optical waveguides are formed in each of the fixed portion and the movable portion, and the end portions of the four optical waveguides are formed in a substantially X-shape, and the four optical waveguides are displaced by the movable portion. The configuration is such that the path of the optical signal is switched using the difference in the connection state. Since the fixed portion and the movable portion provided on the base can be formed by using a semiconductor substrate such as silicon, for example, the fixed portion and the movable portion are made of a semiconductor substrate, so that The movable section can be manufactured by the MEMS technique in the same manner as the optical waveguide. The processing accuracy by this MEMS technology is very high, and thus, the variation in the characteristics of the optical switch can be suppressed to a very small value.
[0032]
Further, according to the present invention, the connection state of the four optical waveguides is switched by displacing the movable section in the near-far direction with respect to the fixed section, and the movable section necessary for switching the connection state of the optical waveguides is provided. May be small. For this reason, the power consumption required for the displacement of the movable part can be extremely reduced.
[0033]
Further, when the movable portion driving means has a configuration in which the movable portion is displaced using electrostatic attraction, for example, the driving fixed portion facing the movable portion is fixed to the fixed portion of the optical waveguide forming region. The movable part driving means using the electrostatic attraction between the fixed part for driving and the movable part can be formed only by providing the base part with an interval. Since the driving fixing portion can be manufactured by the MEMS technology similarly to the fixing portion and the movable portion in the optical waveguide forming region, it can be formed with high accuracy.
[0034]
In addition, since the movable section driving means can be manufactured by the MEMS technology, most of the manufacturing processes of the optical switch become the processes of the MEMS technology. For this reason, for example, compared with the case where a process of a method significantly different from the MEMS technology in which a film drive mechanism is attached to the lower side of the polymer waveguide film on which the optical waveguide is formed as in the conventional example is provided. In addition, the manufacturing process can be simplified.
[0035]
Further, for example, by employing a configuration in which a fixed portion and a movable portion forming an optical waveguide, and a fixed portion for driving constituting a movable portion driving means are formed by a semiconductor substrate, the following manufacturing process becomes possible, and a large amount of Production is possible. In the manufacturing process, for example, first, a semiconductor substrate on which a plurality of optical switches can be formed is prepared. Then, the plurality of optical switch forming regions on the semiconductor substrate are simultaneously processed by using the MEMS technology, and the fixing portions and the movable portions of the optical waveguide forming region and the fixing of the driving unit driving means are respectively formed in the respective optical switch forming regions. Form a part or the like. Thereafter, the processed semiconductor substrate and the base are connected, and the connection body between the semiconductor substrate and the base is cut along the boundary of the optical switch formation region. Thereby, a plurality of optical switches can be manufactured simultaneously. The optical switch of the present invention can be manufactured by adopting such a manufacturing process, and can be mass-produced. Due to this improvement in productivity, the price of the optical switch can be reduced. Therefore, it is possible to provide an inexpensive optical switch with good performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of an optical switch according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an optical signal path switching operation in the optical switch according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining another embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional example of an optical switch.
FIG. 5 is a diagram for explaining a path switching operation of an optical signal in a conventional optical switch.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical switch 2 Bases 4, 5, 6, 7 Fixed part 8 Movable part 13 Optical fiber L1, L2, L3, L4 Optical waveguide
