【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチ、光可変減衰素子として利用されるマッハ・ツェンダー型光干渉計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ）ネットワークには、光クロスコネクト（ＯＸＣ）装置や光挿入・分岐・多重（ＯＡＤＭ）装置が多数用いられている。
上記光クロスコネクト（ＯＸＣ）装置や光挿入・分岐・多重（ＯＡＤＭ）装置には光信号を電気信号に変換することなくそのまま光路を切り替える光スイッチや光可変減衰素子が組み込まれている。
【０００３】
光スイッチや光可変減衰素子には各種方式があるが、マッハ・ツェンダー型光干渉計を用いたものが知られている。（例えば、特許文献１、特許文献２）
ここで、マッハ・ツェンダー型光干渉計とは２つの方向性結合器と、それを連結する二つの光路より構成されるものである。図７はその構成を示す。入力ポート１より入射した光信号は３ｄＢの結合率をもつ方向性結合器３により、２つの光路１２、１３に分岐され、再び、３ｄＢの結合率をもつ方向性結合器７を通過する。このとき２つの光路間の位相差がない場合、光信号は９に出力さる。光路１２、には位相シフタ１１が取り付けられており、位相シフタを動作させ光路１２，１３間に１８０度の位相差を生じた場合は光信号は８に出力される。また位相差を０度から１８０度の間で変化させることにより、出力ポート８、９への出力比を可変することができる。
【０００４】
そして、２つの光路１２，１３間に位相差を生じさせるために、特許文献１、においては、ＬｉＮｂＯ３導波路とマイクロ波を用いた電気光効果を使用しており、特許文献２においては、石英系光導波路とヒーター加熱を用いた熱光効果を使用している。
【０００５】
【特許文献１】
特許２６５１１８３号公報
【特許文献２】
特公平６−７２９６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１においては、電気光効果を用いているため、高速に位相差を生じえるが、ＬｉＮｂＯ３は光の損失が大きいく、この方法で素子を形成した場合３〜６ｄＢ以上の損失が避けられないという問題があった。この問題を解決するため、石英系光導波路に位相シフタとしてヒータを組み合わせた熱光効果を用いた光スイッチ（特許文献２）が提案されている。この方法では石英系光導波路により形成された、マッハ・ツェンダー型光干渉計の３ｄＢ方向性結合器により分岐された導波路部分にヒーターを内蔵し、その温度変化により導波路の屈折率を変化せせることにより、分岐された二つの導波路間に位相差を生じさせる、いわゆる、熱光効果によりスイッチングが行われている。この方式においては、挿入損失は改善されるものの、ヒーターが発熱し導波路が昇温するまで、熱伝導による遅れが生じ、高速なスイッチングを行うことができない。また、切り替えチャンネル数の増加に伴い上記、マッハ・ツェンダー型光干渉計を高密度に基板上に集積した場合、放熱が難しい、あるいは、基板上に成型されたマッハ・ツェンダー型光干渉計の温度制御は、周辺温度の影響が大きく、多チャンネルのスイッチを精度よく制御するには高度な制御回路が要求される、などの多くの問題があった。さらに、十分な屈折率変化を得るためには、屈折率温度依存性の高いＴｉＳｉＯ２ガラスなどを用いる必要があり、製造工程を複雑にしていた。また、石英系導波路ではＬｉＮｂＯ３系導波路に比べ挿入損失は小さいもの、依然として、コアが矩形断面を持つ光導波路と光ファイバーの接続は接続損失が大きく１〜２ｄＢの挿入損失は避けられないという問題があった。
【０００７】
光ファイバーにより、同様の熱光効果スイッチを作製した場合、光ファイバーとの接続性は改善され、挿入損失を低く抑えられるが、通常の石英光ファイバーでは屈折率変化の温度依存性が低いため、十分な特性を得ることができない。Ｔｉドープを行った特殊ファイバーによりマッハ・ツェンダー型光干渉計光スイッチを実現することも可能であるが、特殊ファイバーは高価である。また、石英系導波路の場合と同様に熱伝導によるスイッチング速度の制限は改善されない。
【０００８】
特に多チャンネルの光クロスコネクト（ＯＸＣ）装置等に組み込む場合には、スイッチング速度、スイッチング特性の安定性が要求されるため要求特性を達成できない。
【０００９】
機械的に光ファイバーを伸縮させ、熱伝達にかかわる諸問題を解決し、応答性を高めることは可能であるが、装置が大型化し、高集積化には不向きである。
【００１０】
小型で、応答性の高いマッハ・ツェンダー型光干渉計を得るには、ＣＶＤなどの蒸着法によって光ファイバーの一部に直接圧電体層などを形成することは可能であるが、１〜２μｍ程度の極めて薄い膜しか形成することができず、十分な駆動力を得ることができない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明に係る光スイッチあるいは光可変減衰素子は、位相シフトにより光路を変更せしめる、または減衰量を可変せしめる、光ファイバーにより構成されたマッハ・ツェンダ−型光干渉計の２つの３ｄＢ結合器を結ぶ光ファイバー部に、エアロゾルデポジション法によって位相シフトを発生させるのに十分な駆動力を発揮する駆動層を直接形成した。
【００１２】
即ち、本発明に係る光スイッチにおいて、前記光ファイバー表面には、電極層、圧電体層、電極層を順次積層した駆動層が直接形成され、この駆動層に通電することで光ファイバーを伸縮せしめる構成とした。また、本発明に係る光可変減衰素子も光スイッチ同様に、光ファイバー表面に駆動層が直接形成された構成とした。光ファイバー表面に形成された駆動層を伸縮させることにより、ファイバー長あるいはファイバー屈折率を変化させ、伝送信号に操作を生じることが可能である。したがって、これまでの熱光効果を用いた素子に見られる、熱伝導による遅れ、放熱、高度な温度制御などの問題を生じない。また通常用いられる、安価なシングルモード光ファイバーを用いて十分な特性を得ることができる。
【００１３】
光ファイバーを伸縮させるための駆動層としては、５μｍ以上の厚さが必要であり、これ以下では駆動力が不足するおそれがある。このためには、後述するエアロゾルデポジション法によって少なくとも圧電体層を形成することが望ましい。この圧電体層の形成に際しては、エアロゾルデポジション法の加工時間をあまり長くしないために２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下とする。
【００１４】
また、本発明に係るマッハ・ツェンダ−型光干渉計を構成する光ファイバーの作製方法は、光ファイバー表面に電極層を形成し、次いで、圧電体微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを前記電極層に向けて吹き付けて、圧電体微粒子が接合してなる圧電体層を形成し、次いで、この圧電体層の表面に電極層を形成する。
尚、電極層の形成は、エアロゾルデポジション法に限らず、蒸着や塗布でもよいが、エアロゾルデポジション法は焼成工程がないため焼成に起因する寸法誤差や光ファイバーの劣化がないので好ましい。
【００１５】
ここで、上記のセラミック微粒子をガス中に分散したエアロゾルを基板に吹き付けて、基板上にセラミックの構造物を形成する方法はエアロゾルデポジション法と呼ばれる。特許第３２６５４８１号、国際出願特許ＷＯ ０１／２７３４８Ａ１に開示されるものが知られている。このエアロゾルデポジション法は常温で実施する。ここで常温とは、セラミックスの焼成温度に対して十分低い室温付近の温度のことであり、実質的に２００℃以下の温度を言う
【００１６】
また、エアロゾルデポジション法により作製される構造物（圧電体層）は多結晶であり、前記構造物を構成する結晶は実質的に結晶配向性がなく、また前記結晶同士の界面にはガラス層からなる粒界層が実質的に存在しないものとすることができ、硬さ、耐摩耗性、耐食性などの機械的・化学的特性に優れた圧電素子となる。また、エアロゾルデポジション法による直接接合部はアンカー部を形成し、接着剤を用いることなく強固な接合が達成される。
前記圧電体材料としては強誘電性を示すチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸鉛系材料、チタン酸ジルコン系材料、チタン酸ジルコン酸鉛系材料、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどを用いることができるがこれらに限定されるものではない。
【００１７】
なお、本明細書では上記多結晶等については以下のように定義する。
（多結晶）
本件では結晶子が接合・集積してなる構造体を指す。結晶子は実質的にそれひとつで結晶を構成しその径は通常５ｎｍ以上である。ただし、微粒子が破砕されずに構造物中に取り込まれるなどの場合がまれに生じるが、実質的には多結晶である。
（結晶配向性）
本件では多結晶である構造物中での結晶軸の配向具合を指し、配向性があるかないかは、一般には実質的に配向性のないと考えられる原料粉体微粒子を測定したデータあるいは粉末Ｘ線回折などによって標準データとされたＪＣＰＤＳ（ＡＳＴＭ）データ、を指標として判断する。
構造物中の脆性材料結晶を構成する物質を挙げたこの指標における主要な回折３ピークのピーク強度を１００％として、構造物の同物質測定データ中、最も主要なピークのピーク強度をこれに揃えた場合に、他の２つのピークのピーク強度が指標の値と比較して３０％以内にそのずれが収まっている状態を，本件では実質的に配向性がないと称する。
（界面）
本件では結晶子同士の境界を構成する領域を指す。
（粒界層）
界面あるいは焼結体でいう粒界に位置するある厚み（通常数ｎｍ〜数μｍ）を持つ層で、通常結晶粒内の結晶構造とは異なるアモルファス構造をとり、また場合によっては不純物の偏析を伴う。
（アンカー部）
本件においてアンカー部とは、基材と構造物の界面に形成された凹凸を指し、特に、予め基材に凹凸を形成させるのではなく、構造物形成時に、元の基材の表面精度を変化させて形成される凹凸のことを指す。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。図１は光ファイバーにより構成されたマッハ・ツェンダ−型光干渉計を用いた光スイッチを示す。入力ポート１，２、３ｄＢ方向性結合器３，７、２つの結合器をつなぐ光ファイバー５、６、駆動層４、出力ポート８，９より構成される。ポート１より入力された光信号は、駆動層４に電位をかけない状態では出力ポート９に出力される。駆動層４の伸縮により１８０度の位相差が生じた場合、光信号は出力ポート８に出力される。同様の構成で、位相を０度から１８０度の間の任意の値で変化させた場合、光可変減衰素子となる。
【００１９】
駆動層４を光ファイバー５、６の両方に設け、逆位相の動作をすることで駆動電圧を低減することも可能である。
【００２０】
また同様の光スイッチを複数連結することにより、マトリックススイッチの構成が可能となる。
【００２１】
図２は前記光スイッチの駆動層４の拡大図であり、光ファイバーの全周にＰＺＴなどの圧電体層が形成されている。この駆動層は同などの電極層４ａ、ＰＺＴなどの圧電体層４ｂ、銅などの電極層４ｃを順次積層した構成となっている。
【００２２】
駆動層４の作用は、電極層４ａ、４ｃを介して圧電体層４ｂに通電することで圧電体４ｂが伸縮し、光ファイバーの光路長が変化することにより、光信号の位相シフトが起きる。
【００２３】
図３は光ファイバー表面に駆動層を作製する装置の概略図、図４（ａ）〜（ｄ）は光ファイバー表面に駆動層を作製する手順を説明した図であり、図３において、作製装置４０は窒素ガスボンベ４０１がガス搬送管４０２を介して、サブミクロン粒径の誘電体セラミックス微粒子又は金属微粒子を内蔵するエアロゾル発生器４０３に接続し、エアロゾル搬送管４０４を介して形成室４０５内に設置された、縦０．４ｍｍ横５ｍｍの開口を持つノズル４０６に接続されている。ノズル４０６の先には光ファイバー１０を回転させる機構をもつステージ４０７が設置され、光ファイバー１０が配置される。形成室４０５は真空ポンプ４０９に接続されている。光ファイバー１０の表面または表面から若干離れた位置には、形成する駆動層７のサイズに応じた貫通孔があけられたマスク４１０が設けられている。
【００２４】
以上の構成からなる作製装置４０による駆動層４の作製手順を述べる。窒素ガスボンベ４０１を開栓し、窒素ガスを搬送管４０２を通じてエアロゾル発生器４０３に導入させ、金属微粒子を含むエアロゾルを発生させる。エアロゾルは搬送管４０４を通じてノズル４０６へと送られ、ノズル４０６の開口より高速で回転する光ファイバー１０の表面に噴出される。このとき真空ポンプの作動により、形成室４０５内は数ｋＰａの減圧環境下におかれている。その結果、図４（ａ）に示すように、光ファイバー１０の表面に電極層４ａが形成される。
【００２５】
次いで、前記同様にしてＰＺＴなどの圧電材料微粒子を含むエアロゾルを発生させ、ノズル４０６の開口より高速で光ファイバー１０の表面に既に形成した電極層４ａの上に噴出する。すると、圧電材料微粒子が電極層４ａに高速で衝突し、破砕・変形などを起こして粒子や断片がお互いに接合し、図４（ｂ）に示すように電極層４ａの上に圧電体層４ｂが形成される。
【００２６】
この後、前記と同様にして圧電体層４ｂの上に電極層４ｃを形成することで、厚みが５μｍ以上の駆動層４が形成される。尚、以上の操作は常温環境下で行われる。
【００２７】
また、駆動層の形成方法としては、図５に示すように光ファイバー１０の表面にエアロゾルデポジション法で先ず圧電体層４ｂを形成し、この圧電体層４ｂの両端部にかかるようにエアロゾルデポジション法若しくは他の方法で電極層４ａ，４ｃを形成するか、光ファイバー１０の表面にエアロゾルデポジション法若しくは他の方法で電極層４ａ、４ｃを形成した後に、これら電極層４ａ，４ｃに少なくともその一部が重なるようにエアロゾルデポジション法で圧電体層４ｂを形成する方法が考えられる。
【００２８】
実施例１ 上記方法にてシングルモード光ファイバーにＰＺＴ圧電体層を含む駆動層を形成する。続いて、もう一本のファイバーと接触させ、光信号をモニターしながらバーナーで過熱延伸することにより３ｄＢ方向性結合器を作成する。同様にして、もう一対の３ｄＢ方向性結結合器を作製することによりマッハ・ツェンダ−型光干渉計が構成される。この基本構成を２段に組み合わせることで１ｘ４の分岐スイッチとなる。この構成図を図６（ａ）に示す
【００２９】
実施例２ マッハ・ツェンダ−型光干渉計を２段にし、より高い消光比を得るために、上記基本構成を４つ用いて２ｘ２のマトリックススイッチを構成することができる。この構成を図６（ｂ）に示す。
【００３０】
【本発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、エアロゾルデポジション法によって、光ファイバーにより構成されたマッハ・ツェンダ−型光干渉計を用いて光路を変更するようにした光スイッチにおいて、２つの３ｄＢカプラ−の間を結ぶ光ファイバーのいずれか乃至は両方の表面に駆動層を形成したので、光スイッチ等を小型化でき、応答性に優れた光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光スイッチまたは光可変減衰素子の構成を説明した図
【図２】同光スイッチまたは光可変減衰素子に組み込まれる光ファイバー駆動層の拡大図
【図３】本発明に係る光スイッチに組み込む光ファイバーに駆動層を作成するための装置の概略図
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、可動光ファイバ表面に駆動層を作製する手順を説明した図
【図５】別実施例に係る光ファイバーの拡大図
【図６】実施例に係る光スイッチの構成を示した図
【図７】一般的なマッハ・ツェンダ−型光干渉計の概念図
【符号の説明】
１、２…入力ポート、３，７…３ｄＢ方向性結合器、５，６…光ファイバ−、４…駆動層、８，９…出力ポート、１０…光ファイバー、４ａ，４ｃ…電極層、４ｂ…圧電体層、１１…位相シフタ，１２，１３…光路、４０…作製装置、４０１…窒素ガスボンベ，４０２…ガス搬送管，４０３…エアロゾル発生器、４０４…エアロゾル搬送管、４０５…形成室、４０６…ノズル、４０７…光ファイバー回転ステージ、４０９…真空ポンプ、４１０…マスク。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a Mach-Zehnder optical interferometer used as an optical switch or an optical variable attenuation element.
[0002]
[Prior art]
In a wavelength division multiplexing (WDM) network, a number of optical cross connect (OXC) devices and optical add / drop / multiplex (OADM) devices are used.
The optical cross connect (OXC) device and the optical add / drop / multiplex (OADM) device incorporate an optical switch or an optical variable attenuating element that switches an optical path without converting an optical signal into an electric signal.
[0003]
There are various types of optical switches and variable optical attenuation elements, and those using a Mach-Zehnder type optical interferometer are known. (For example, Patent Document 1, Patent Document 2)
Here, the Mach-Zehnder optical interferometer is composed of two directional couplers and two optical paths connecting them. FIG. 7 shows the configuration. An optical signal incident from the input port 1 is split into two optical paths 12 and 13 by a directional coupler 3 having a coupling ratio of 3 dB, and passes through a directional coupler 7 having a coupling ratio of 3 dB again. At this time, if there is no phase difference between the two optical paths, the optical signal is output to 9. The optical path 12 is provided with a phase shifter 11. When the phase shifter is operated to generate a phase difference of 180 degrees between the optical paths 12 and 13, an optical signal is output to 8. By changing the phase difference between 0 degree and 180 degrees, the output ratio to the output ports 8 and 9 can be varied.
[0004]
In order to generate a phase difference between the two optical paths 12 and 13, Patent Literature 1 uses an LiNbO3 waveguide and an electro-optic effect using a microwave, and Patent Literature 2 discloses quartz. A thermo-optic effect using a system optical waveguide and heater heating is used.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2651183 [Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 6-72964
[Problems to be solved by the invention]
In Patent Document 1 described above, since the electro-optic effect is used, a phase difference can be generated at high speed. However, LiNbO3 has a large loss of light, and a loss of 3 to 6 dB or more occurs when an element is formed by this method. There was a problem that could not be avoided. In order to solve this problem, there has been proposed an optical switch using the thermo-optic effect in which a heater is combined with a quartz optical waveguide as a phase shifter (Patent Document 2). In this method, a heater is incorporated in a waveguide portion formed by a quartz optical waveguide and branched by a 3 dB directional coupler of a Mach-Zehnder optical interferometer, and the refractive index of the waveguide is changed by a temperature change. As a result, switching is performed by a so-called thermo-optic effect that causes a phase difference between the two branched waveguides. In this method, although the insertion loss is improved, a delay due to heat conduction occurs until the heater generates heat and the temperature of the waveguide rises, and high-speed switching cannot be performed. In addition, when the Mach-Zehnder optical interferometer is integrated on a substrate at a high density with the increase in the number of switching channels, it is difficult to dissipate heat or the temperature of the Mach-Zehnder optical interferometer molded on the substrate is difficult. The control has many problems such as that the influence of the ambient temperature is large and an advanced control circuit is required to control a multi-channel switch with high accuracy. Furthermore, in order to obtain a sufficient change in the refractive index, it is necessary to use TiSiO2 glass or the like having a high refractive index temperature dependency, which complicates the manufacturing process. In addition, although the insertion loss of the silica-based waveguide is smaller than that of the LiNbO3-based waveguide, the connection between the optical waveguide and the optical fiber whose core has a rectangular cross section still has a large connection loss, and the insertion loss of 1 to 2 dB cannot be avoided. was there.
[0007]
When a similar thermo-optical effect switch is manufactured using an optical fiber, the connectivity with the optical fiber is improved and the insertion loss can be kept low.However, ordinary silica optical fiber has low temperature dependence of the refractive index change, and thus has sufficient characteristics. Can not get. It is possible to realize a Mach-Zehnder type optical interferometer optical switch by using a Ti-doped special fiber, but the special fiber is expensive. Further, similarly to the case of the quartz-based waveguide, the limitation of the switching speed due to heat conduction is not improved.
[0008]
In particular, when incorporated in a multi-channel optical cross-connect (OXC) device or the like, the required characteristics cannot be achieved because the switching speed and the stability of the switching characteristics are required.
[0009]
Although it is possible to mechanically expand and contract the optical fiber to solve various problems related to heat transfer and to improve the response, the device becomes large and is not suitable for high integration.
[0010]
In order to obtain a compact and highly responsive Mach-Zehnder optical interferometer, it is possible to directly form a piezoelectric layer or the like on a part of an optical fiber by a vapor deposition method such as CVD. Only an extremely thin film can be formed, and a sufficient driving force cannot be obtained.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical switch or an optical variable attenuator according to the present invention is a Mach-Zehnder type optical interferometer composed of an optical fiber for changing an optical path or varying an amount of attenuation by a phase shift. A driving layer that exerts a driving force sufficient to generate a phase shift by an aerosol deposition method was directly formed on an optical fiber portion connecting the three 3 dB couplers.
[0012]
That is, in the optical switch according to the present invention, a drive layer in which an electrode layer, a piezoelectric layer, and an electrode layer are sequentially laminated is directly formed on the surface of the optical fiber, and the optical fiber is expanded and contracted by supplying a current to the drive layer. did. Further, the variable optical attenuating element according to the present invention has a configuration in which the driving layer is directly formed on the surface of the optical fiber, similarly to the optical switch. By expanding and contracting the driving layer formed on the surface of the optical fiber, it is possible to change the fiber length or the refractive index of the fiber, thereby causing manipulation of the transmission signal. Therefore, there are no problems such as delay due to heat conduction, heat radiation, and advanced temperature control, which are observed in the conventional devices using the thermo-optic effect. In addition, sufficient characteristics can be obtained by using an inexpensive single mode optical fiber that is generally used.
[0013]
A driving layer for expanding and contracting the optical fiber needs to have a thickness of 5 μm or more, and if it is less than 5 μm, the driving force may be insufficient. For this purpose, it is desirable to form at least the piezoelectric layer by the aerosol deposition method described later. In forming the piezoelectric layer, the thickness is set to 200 μm or less, preferably 100 μm or less so that the processing time of the aerosol deposition method is not too long.
[0014]
Further, in the method for producing an optical fiber constituting the Mach-Zehnder-type optical interferometer according to the present invention, an electrode layer is formed on the surface of the optical fiber, and then an aerosol in which piezoelectric fine particles are dispersed in a gas is applied to the electrode layer. Spraying to form a piezoelectric layer in which the piezoelectric fine particles are bonded, and then an electrode layer is formed on the surface of the piezoelectric layer.
The formation of the electrode layer is not limited to the aerosol deposition method, but may be vapor deposition or coating. However, the aerosol deposition method is preferable since there is no firing step and there is no dimensional error or deterioration of the optical fiber due to firing.
[0015]
Here, the above-described method of spraying an aerosol in which ceramic fine particles are dispersed in a gas onto a substrate to form a ceramic structure on the substrate is called an aerosol deposition method. What is disclosed in patent No. 3265481 and international application patent WO 01/27348 A1 is known. This aerosol deposition method is performed at room temperature. Here, the normal temperature is a temperature near room temperature, which is sufficiently lower than the firing temperature of the ceramics, and substantially equal to or lower than 200 ° C.
Further, the structure (piezoelectric layer) produced by the aerosol deposition method is polycrystalline, and the crystals constituting the structure have substantially no crystal orientation, and a glass layer is formed at the interface between the crystals. Can be substantially absent, and a piezoelectric element having excellent mechanical and chemical properties such as hardness, wear resistance, and corrosion resistance can be obtained. In addition, the direct joining portion formed by the aerosol deposition method forms an anchor portion, and strong joining is achieved without using an adhesive.
Examples of the piezoelectric material include barium titanate, strontium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, lead titanate-based materials, zirconate titanate-based materials, lead zirconate titanate-based materials, and lithium niobate exhibiting ferroelectricity. And lithium tantalate can be used, but the present invention is not limited thereto.
[0017]
In the present specification, the above polycrystal and the like are defined as follows.
(Polycrystalline)
In this case, it refers to a structure formed by bonding and accumulating crystallites. The crystallites substantially constitute a single crystal and have a diameter of usually 5 nm or more. However, in rare cases, for example, the fine particles are taken into the structure without being crushed, but they are substantially polycrystalline.
(Crystal orientation)
In this case, it refers to the degree of orientation of the crystal axis in a polycrystalline structure, and whether or not there is orientation is generally determined by measuring data of raw material powder fine particles which are considered to have substantially no orientation or powder X. JCPDS (ASTM) data used as standard data by line diffraction or the like is determined as an index.
The peak intensity of the three main diffraction peaks in this index, which includes the substances constituting the brittle material crystals in the structure, is taken as 100%, and the peak intensity of the most main peak in the measured data of the same substance of the structure is aligned with this. In this case, a state in which the peak intensities of the other two peaks are within 30% of the index value compared to the index value is referred to in the present case as substantially having no orientation.
(interface)
In the present case, it refers to a region constituting a boundary between crystallites.
(Grain boundary layer)
A layer having a certain thickness (usually several nm to several μm) located at an interface or a grain boundary in a sintered body, usually has an amorphous structure different from the crystal structure in a crystal grain, and in some cases, segregation of impurities. Accompany.
(Anchor)
In the present case, the anchor portion refers to irregularities formed at the interface between the base material and the structure, and in particular, changes the surface accuracy of the original base material at the time of forming the structure, instead of forming the unevenness on the base material in advance. It refers to the unevenness formed by being made.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an optical switch using a Mach-Zehnder optical interferometer constituted by optical fibers. It comprises input ports 1, 2, 3dB directional couplers 3, 7, optical fibers 5 and 6, connecting the two couplers, drive layer 4, and output ports 8, 9. The optical signal input from the port 1 is output to the output port 9 when no potential is applied to the driving layer 4. When a phase difference of 180 degrees occurs due to expansion and contraction of the driving layer 4, an optical signal is output to the output port 8. In the same configuration, when the phase is changed by an arbitrary value between 0 degrees and 180 degrees, the device becomes a variable optical attenuation element.
[0019]
It is also possible to reduce the drive voltage by providing the drive layer 4 on both the optical fibers 5 and 6 and performing the operation in the opposite phase.
[0020]
By connecting a plurality of similar optical switches, a matrix switch can be configured.
[0021]
FIG. 2 is an enlarged view of the drive layer 4 of the optical switch. A piezoelectric layer such as PZT is formed on the entire circumference of the optical fiber. This drive layer has a structure in which the same electrode layer 4a, a piezoelectric layer 4b such as PZT, and an electrode layer 4c such as copper are sequentially laminated.
[0022]
The operation of the drive layer 4 is such that when a current is applied to the piezoelectric layer 4b via the electrode layers 4a and 4c, the piezoelectric body 4b expands and contracts, and the optical path length of the optical fiber changes, thereby causing a phase shift of an optical signal.
[0023]
FIG. 3 is a schematic diagram of an apparatus for producing a drive layer on the surface of an optical fiber, and FIGS. 4A to 4D are diagrams illustrating a procedure for producing a drive layer on the surface of the optical fiber. In FIG. A nitrogen gas cylinder 401 was connected to an aerosol generator 403 containing dielectric ceramic fine particles or metal fine particles having a submicron particle diameter through a gas transport pipe 402, and was installed in a formation chamber 405 via an aerosol transport pipe 404. Are connected to a nozzle 406 having an opening of 0.4 mm in length and 5 mm in width. A stage 407 having a mechanism for rotating the optical fiber 10 is installed at the tip of the nozzle 406, and the optical fiber 10 is arranged. The formation chamber 405 is connected to a vacuum pump 409. At the surface of the optical fiber 10 or at a position slightly away from the surface, a mask 410 having a through hole corresponding to the size of the driving layer 7 to be formed is provided.
[0024]
A procedure for manufacturing the driving layer 4 by the manufacturing apparatus 40 having the above configuration will be described. The nitrogen gas cylinder 401 is opened, and nitrogen gas is introduced into the aerosol generator 403 through the transport pipe 402 to generate an aerosol containing fine metal particles. The aerosol is sent to the nozzle 406 through the transport pipe 404, and is jetted onto the surface of the optical fiber 10 rotating at a higher speed than the opening of the nozzle 406. At this time, the formation chamber 405 is placed under a reduced pressure environment of several kPa by the operation of the vacuum pump. As a result, as shown in FIG. 4A, an electrode layer 4a is formed on the surface of the optical fiber 10.
[0025]
Next, an aerosol containing fine particles of piezoelectric material such as PZT is generated in the same manner as described above, and is jetted at a high speed from the opening of the nozzle 406 onto the electrode layer 4a already formed on the surface of the optical fiber 10. Then, the piezoelectric material fine particles collide with the electrode layer 4a at a high speed, causing crushing and deformation, and the particles and fragments are bonded to each other. As shown in FIG. 4B, the piezoelectric layer 4b is formed on the electrode layer 4a. Is formed.
[0026]
Thereafter, the driving layer 4 having a thickness of 5 μm or more is formed by forming the electrode layer 4c on the piezoelectric layer 4b in the same manner as described above. The above operation is performed under a normal temperature environment.
[0027]
As a method for forming the driving layer, as shown in FIG. 5, first, a piezoelectric layer 4b is formed on the surface of the optical fiber 10 by an aerosol deposition method, and aerosol deposition is performed so as to cover both ends of the piezoelectric layer 4b. After the electrode layers 4a and 4c are formed by a method or another method, or after the electrode layers 4a and 4c are formed on the surface of the optical fiber 10 by an aerosol deposition method or another method, at least one of the electrode layers 4a and 4c is formed on the electrode layers 4a and 4c. A method of forming the piezoelectric layer 4b by an aerosol deposition method so that the portions overlap may be considered.
[0028]
Example 1 A driving layer including a PZT piezoelectric layer is formed on a single mode optical fiber by the above method. Subsequently, the fiber is brought into contact with another fiber, and is heated and stretched by a burner while monitoring an optical signal to form a 3 dB directional coupler. Similarly, a Mach-Zehnder optical interferometer is formed by fabricating another pair of 3 dB directional couplers. By combining this basic configuration in two stages, a 1 × 4 branch switch is obtained. FIG. 6A shows this configuration diagram.
Embodiment 2 In order to obtain a higher extinction ratio by using a two-stage Mach-Zehnder optical interferometer, a 2 × 2 matrix switch can be formed by using the above four basic configurations. This configuration is shown in FIG.
[0030]
[Effects of the present invention]
As described above, according to the present invention, two 3 dB couplers are used in an optical switch in which an optical path is changed by using a Mach-Zehnder type optical interferometer constituted by optical fibers by an aerosol deposition method. Since the driving layer is formed on one or both surfaces of the optical fiber connecting between them, the optical switch and the like can be reduced in size, and an optical element having excellent responsiveness can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an optical switch or an optical variable attenuation element. FIG. 2 is an enlarged view of an optical fiber driving layer incorporated in the optical switch or the optical variable attenuation element. FIG. 3 is incorporated in an optical switch according to the present invention. FIG. 4 is a schematic view of an apparatus for forming a driving layer on an optical fiber. FIGS. 4A to 4C are diagrams illustrating a procedure for forming a driving layer on the surface of a movable optical fiber. FIG. FIG. 6 is an enlarged view of an optical fiber. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an optical switch according to an embodiment. FIG. 7 is a conceptual diagram of a general Mach-Zehnder optical interferometer.
1, 2, input port, 3, 7 3 dB directional coupler, 5, 6 optical fiber, 4 drive layer, 8, 9 output port, 10 optical fiber, 4a, 4c electrode layer, 4b Piezoelectric layer, 11: Phase shifter, 12, 13: Optical path, 40: Manufacturing apparatus, 401: Nitrogen gas cylinder, 402: Gas transport tube, 403: Aerosol generator, 404: Aerosol transport tube, 405: Formation chamber, 406 ... Nozzle, 407: optical fiber rotating stage, 409: vacuum pump, 410: mask.
