JP2004294964A - 光素子 - Google Patents

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Shunichi Miyazaki
俊一 宮崎
Akira Miura
明 三浦
Shinji Kobayashi
信治 小林
Sadaji Oka
貞治 岡
Tadashige Fujita
忠重 藤田
Takeshi Yagihara
剛 八木原
Takashi Suzuki
隆司 鈴木
Chie Sato
千恵 佐藤
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

【課題】制御の自由度が高く、小型で、信頼性に富んだ光素子を実現する。
【解決手段】光導波路の一部を静電吸引力によって垂直方向に撓ませることで、屈折率に変化を与えるように構成した。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、将来の高速光通信の光ルータ等に用いて好適な光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
図 は従来の高速光通信の光ルータ等に用いられている光素子(光スイッチ)の要部構成を示す平面図である。
図において、20は正方形状に形成された例えばSi基板であり、この基板の左辺には入力ポートが設けられ、光ファイバおよびコリメータレンズからなるn(図では7)個の入射手段21a〜21gがアレイ状に配置されている。
また、この基板の下辺には出力ポートが設けられ、同様の光ファイバおよびコリメータレンズからなるn(図では7)個の出射手段22a〜22gがアレイ状に配置されている。
【0003】
23a〜23gは光軸に対して垂直に立てられたマイクロミラーで、入射手段21a〜21gから出射した光がこれらのマイクロミラーで反射して出力ポートに配置された出射手段22a〜20gに出射するように配置されている。
【0004】
【従来技術の問題点】
ところで、上述の従来の光スイッチでは、光の進行方向を変えるために、あらかじめ用意された入射側、および出射側に存在するn個の入出射手段(セルフォティックレンズ付光ファイバ−)に対して、n×n個の2次元ミラ−を構成する必要がある。しかしながら、このような構成においては次のような問題点があった。
【0005】
1)2次元ミラ−にするためには、2次元平面状に作製されたミラ−を、ピンセット等である角度で立てる必要があり、かつこの作業をn×n個のミラ−について実施するため、作製工数、及び素子としての信頼性にかける。
【0006】
2)ミラ−角度が固定であることから、任意の位置の出射手段から光を出射できない
本発明は上記の問題点を同時に満足しうる光素子を実現することを目的とする。
なお、静電吸引力を用いて光導波路を変位させて光の進行方向をきり替える先行技術としては以下のようなものがある。
【0007】
【特許文献1】
特開平6−160750号公報
【0008】
【特許文献2】
特開2000−199870号公報
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1の光素子においては、
光導波路の一部を静電吸引力によって垂直方向に撓ませることで、屈折率に変化を与えることを特徴とする。
【0010】
請求項2の光素子においては、
基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、からなり、前記電極と導波路間に電圧を印加して前記電極と導波路間に静電吸引力を発生させ、前記導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする。
【0011】
請求項3においては、請求項2記載の光素子において、
前記電極と導波路間に印加する電圧を制御して前記静電吸引力変化させ、前記導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする。
【0012】
請求項4の光素子においては、
基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、n個の入射手段とn個の出射手段と、からなり、前記複数の電極は、前記n個の入出射手段からの延長線がクロスする光導波路のクロスポイントに形成されており、任意の入射手段へ入射した光が、前記複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御して静電吸引力を変化させることにより、任意の出射手段から光を出射するように構成したことを特徴とする。
【0013】
請求項5においては、
基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、多重光が入射する少なくとも1個の入射手段と、複数の出射手段と、前記入射手段の後段に配置されたマイクロプリズムと、からなり、前記入射手段へ入射した光が、前記複数の電極に印加する電圧を制御して静電吸引力を変化させることにより任意の出射手段から波長分割された光を出射するように構成したことを特徴とする。
【0014】
請求項6においては、請求項1〜5のいずれかに記載の光素子において、
光導波路に入射させる光位置あるいは光ビームのスポット径を制御することによって、入射した光の行路を制御するようにしたことを特徴とする。
【0015】
請求項7においては、請求項4〜6のいずれかに記載の光素子において、
任意の入射手段から任意の出射手段に選択的に光出射を得るために、最適制御を実現するためのアルゴリズム機能を用いたことを特徴とする。
【0016】
請求項8においては、請求項2乃至6のいずれかに記載の光素子において、前記基板としてPoly−Si、SiO、SiN等の膜を堆積させたSi基板、導波路としてポリイミドを用いたことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る光素子の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施形態の一例を示す要部平面図、図2は図1の一部を拡大して示す断面図である。これらの図において図4に示す従来例と同一要素には同一符号を付している。1は複数の微細空間2が形成されたSi基板であり、この空間2は下部電極3が設けられたガラス4が取り付けられて密閉されている。
【0018】
また、基板1には酸化膜1b、窒化膜1c、酸化膜1b、ポリイミド1aが順次積層されている。5aはポリイミド1a上に形成された上部電極パッド、5bは下部電極3に接続するように形成された下部電極パッドである。ここで、ポリイミド1aは光導波路として機能する。
【0019】
上述の構成において、上部、下部電極に電圧を印加することにより静電吸引力Pが働き、撓みTが生じるようになっている。
【0020】
この静電吸引力Pによって微細空間2の上の光導波路1aの縦方向の位置と、電圧が印加されない部分の光導波路の縦方向との位置にギャップが生じると、屈折率の差が生まれることから、2次元平面内で光導波路1a内を通過する光の進行方向が変わる。進行方向の制御は電極3に印加する電圧の大きさや光導波路1aへのビームの入射位置又は光の径を制御することによって行なう。
【0021】
この空間2と電極3は入射手段21a〜21gおよび出射手段22a〜22gから延長されたクロスポイントにそれぞれn個形成されており、入射する光の中心に対して空間(図示の例では円)2の中心は適当にずれた位置に配置されているものとする(なお、光は平面状に形成された光導波路を直進するように一定方向に偏向されている)。
【0022】
上述の構成において、任意の位置の入射手段21へ入った光は、2次元平面内の光導波路内を直進するが、クロスポイントに存在する電極3に電極パッド5を介して電圧を印加すると光導波路1aとの間に静電吸引力Pが生じる。その結果、光導波路1aの縦方向に撓みTが発生し屈折率の差が生まれることから2次元平面内で光の進行方向が変わる。この光の進行方向は加える電圧の大きさに応じて変化する。
【0023】
従って、n個の入射出射手段に対して、n×n個の微細孔を配置して、任意の位置の電極に対して適切なアルゴリズムを使って電圧を加えて静電吸引力を最適制御することで、入射手段からの光を、任意の出射手段に高速で、損失なく光を導くことができる。
【0024】
図3(a〜f)は図1,図2に示す光素子の製作工程を示す要部断面図である。工程に従って説明する。
工程aにおいて、Si基板1の一方の面に酸化膜1b、、窒化膜1c、酸化膜1b、ポリイミド1aを順次積層する。また、他方の面にも酸化膜を形成して、この酸化膜の一部を除去してマスク10を形成する。
工程bにおいて、マスク10が形成された面をヒドラジンなどのエッチング液を用いて穴2aを形成する。
工程cにおいて、穴2aを形成した側を機械研磨や同等の手段を用いて除去し、穴の深さを調整する。
工程dにおいて、電極3bが形成されたガラス4を作製する。
工程eにおいて、工程dで作製したガラス4の電極3b側を陽極接合などを用いて穴2aが形成された側の基板1に貼付する。
工程fにおいて、上部電極パッド5aを穴2の近傍に形成するとともに、電極3bに接続させて下部電極パッド5bを形成する。
なお、微小空間2の厚さtは数μm,空間の直径kは数100μm程度である。
【0025】
図4は請求項5に関する実施形態の一例を示す要部平面図である。図1と同一要素には同一符号を付している。この実施例において入射ポート側には一つの入射手段21aが配置され、後段にプリズム30が配置されており、入射手段にはλ1〜λnの異なる波長を有する光が入射する(図では2種類の波長の光が2方向に分岐した状態を示している)。
【0026】
上記の構成において、入射手段から出射した光はプリズムに入射してプリズムのもつ波長分散効果で波長ごとに分光される。プリズムから出射した光は基板1上に形成された光導波路1aに入射して直進するが、光導波路と所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極3に印加する電圧を制御して静電吸引力を変化させ、光導波路の屈折率を変化させることにより任意の出射手段から光を出射することができる。図ではイで示す光が4−3の電極と5−4で示す電極で屈折し22dで示す出射手段に入射し、ロで示す光が5−5で示す電極で屈折し22cで示す出射手段に入射してい
る状態を示している。
【0027】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば本実施例では電極の形状は円形として説明したが三角や楕円でもよい。
特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【0028】
【発明の効果】
以上実施例とともに具体的に説明した様に本発明によれば、
光導波路の一部を静電吸引力によって垂直方向に撓ませることで、屈折率に変化を与えるようにし、
また、基板上に形成された光導波路と、その光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、n個の入射手段とn個の出射手段とを備え、複数の電極を、n個の入出射手段からの延長線がクロスする光導波路のクロスポイントに形成し、任意の入射手段へ入射した光が、複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御して静電吸引力を変化させ、また、光導波路への光の入射位置や光の径を制御することにより任意の出射手段から光を出射するように構成したので、制御の自由度が高く、小型で、信頼性に富んだ光スイッチが実現できる。
【0029】
また、多重光をマイクロプリズムにより分光して光導波路に導入し、クロスポイント上にある静電吸引力の大きさを制御するようにしたので、ある限定された波長帯域の光を望む任意の出力ポートから出力することができる。
また、光スイッチの応答性や自由度を高めるために、アルゴリズムによる最適化処理機能を持たせれば、例えば通信量変動、通信障害に対応するフレキシビティに富んだ光スイッチを実現することができる。
【0030】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光素子の実施形態の一例を示す平面図である。
【図2】図1の一部断面図である。
【図3】本発明の光素子の製作工程を示す断面図である。
【図4】他の実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
1 基板
1a 光導波路
1b 酸化膜
1c 窒化膜
2 微細空間(穴)
3 電極
4 ガラス
5 電極パッド
10 マスク
21 入射手段
22 出射手段
30 プリズム

Claims (8)

  1. 光導波路の一部を静電吸引力によって垂直方向に撓ませることで、屈折率に変化を与えることを特徴とする光素子。
  2. 基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、からなり、前記電極と導波路間に電圧を印加して前記電極と導波路間に静電吸引力を発生させ、前記導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする光素子
  3. 前記電極と導波路間に印加する電圧を制御して前記静電吸引力変化させ、前記導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする請求項2記載の光素子。
  4. 基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、n個の入射手段とn個の出射手段と、からなり、前記複数の電極は、前記n個の入出射手段からの延長線がクロスする光導波路のクロスポイントに形成されており、任意の入射手段へ入射した光が、前記複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御して、静電吸引力を変化させることにより、任意の出射手段から光を出射するように構成したことを特徴とする光素子。
  5. 基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、多重光が入射する少なくとも1個の入射手段と、複数の出射手段と、前記入射手段の後段に配置されたマイクロプリズムと、からなり、前記入射手段へ入射した光が、前記複数の電極に印加する電圧を制御して静電吸引力を変化させることにより、任意の出射手段から波長分割された光を出射するように構成したことを特徴とする光素子。
  6. 光導波路に入射させる光位置あるいは光ビームのスポット径を制御することによって、入射した光の行路を制御するようにしたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光素子。
  7. 任意の入射手段から任意の出射手段に選択的に光出射を得るために、最適制御を実現するためのアルゴリズム機能を用いたことを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の光素子。
  8. 前記基板としてPoly−Si、SiO、SiN等の膜を堆積させたSi基板、導波路としてポリイミドを用いたことを特徴とする請求項2乃至7のいずれかに記載の光素子。
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