JP3068415B2 - 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 - Google Patents
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Info
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- JP3068415B2 JP3068415B2 JP19525994A JP19525994A JP3068415B2 JP 3068415 B2 JP3068415 B2 JP 3068415B2 JP 19525994 A JP19525994 A JP 19525994A JP 19525994 A JP19525994 A JP 19525994A JP 3068415 B2 JP3068415 B2 JP 3068415B2
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- optical
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光信号の切替えに用いる
自己保持型光スイッチに関するものである。
自己保持型光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光導波路を横断する溝に屈折率整合液
（例えばシリコンオイル）の注入及び排除を行い、それ
ぞれ透過及び反射の状態を切替える光導波路型の自己保
持機能を有する光スイッチが提案されている（金山和
則、安藤泰博「液体注入による全反射光スイッチングの
検討」1988年電子情報通信学会春季全国大会、Ｃ-491,
Vol.1, p.196、及び、稲垣秀一朗、金井恒雄「自己保持
形マトリックス導波路スイッチの光学特性」1991年応用
物理学会秋季講演会、10-a-PA-18, p.873 ）。しかしな
がら、提案されたスイッチでは屈折率整合液を手動で溝
に注入及び排除してスイッチ動作を行っている。実用的
な装置では、屈折率整合液の注入及び排除は精密な移動
機構に搭載した注射器を用いて行われることを想定して
いる。従って、光スイッチを光導波路に高集積しても、
機械的機構を必要とするためスイッチ全体の体積はかな
り大きなものにならざるを得ない。また、精密な機構を
利用するため振動や埃の多い環境では利用することが困
難である。
（例えばシリコンオイル）の注入及び排除を行い、それ
ぞれ透過及び反射の状態を切替える光導波路型の自己保
持機能を有する光スイッチが提案されている（金山和
則、安藤泰博「液体注入による全反射光スイッチングの
検討」1988年電子情報通信学会春季全国大会、Ｃ-491,
Vol.1, p.196、及び、稲垣秀一朗、金井恒雄「自己保持
形マトリックス導波路スイッチの光学特性」1991年応用
物理学会秋季講演会、10-a-PA-18, p.873 ）。しかしな
がら、提案されたスイッチでは屈折率整合液を手動で溝
に注入及び排除してスイッチ動作を行っている。実用的
な装置では、屈折率整合液の注入及び排除は精密な移動
機構に搭載した注射器を用いて行われることを想定して
いる。従って、光スイッチを光導波路に高集積しても、
機械的機構を必要とするためスイッチ全体の体積はかな
り大きなものにならざるを得ない。また、精密な機構を
利用するため振動や埃の多い環境では利用することが困
難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光導
波路を横切る溝に屈折率整合液を注入及び排除して透過
及び反射の状態を切替える自己保持型光スイッチにおい
て、前述した従来の光スイッチとは異なり、屈折率整合
液の移動を行うための機械的な機構を必要としない小型
化が容易な光スイッチを提供することにある。
波路を横切る溝に屈折率整合液を注入及び排除して透過
及び反射の状態を切替える自己保持型光スイッチにおい
て、前述した従来の光スイッチとは異なり、屈折率整合
液の移動を行うための機械的な機構を必要としない小型
化が容易な光スイッチを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明においては、前記
の目的を達成するため、互いに交差した二つの光導波路
の交差部を横断して設けられたスリットと、光導波路と
同じ屈折率を持ち該スリットに適当量注入された屈折率
整合液と、該スリットを複数の領域に分割して加熱し得
るヒーターとを具え、該スリットを複数の領域に分割し
て加熱し、該屈折率整合液の表面張力にスリットの長さ
方向の勾配を与え、その表面張力の勾配により屈折率整
合液をスリット内で移動させるように構成した表面張力
熱制御型導波路光スイッチを提供する。
の目的を達成するため、互いに交差した二つの光導波路
の交差部を横断して設けられたスリットと、光導波路と
同じ屈折率を持ち該スリットに適当量注入された屈折率
整合液と、該スリットを複数の領域に分割して加熱し得
るヒーターとを具え、該スリットを複数の領域に分割し
て加熱し、該屈折率整合液の表面張力にスリットの長さ
方向の勾配を与え、その表面張力の勾配により屈折率整
合液をスリット内で移動させるように構成した表面張力
熱制御型導波路光スイッチを提供する。
【０００５】更に、本発明の表面張力熱制御型導波路光
スイッチは、前記スリットの中央部にスリット幅が狭く
なった箇所が設けられていてもよい。更に、本発明の表
面張力熱制御型導波路光スイッチは、前記スリットの蓋
側基板に該スリットの屈折率整合液の迂回移動用スリッ
トが設けられていてもよい。また、本発明の表面張力熱
制御型導波路光スイッチは、前記スリットが設けられた
光導波路側基板に該スリットの屈折率整合液の迂回移動
用スリットが設けられていてもよい。
スイッチは、前記スリットの中央部にスリット幅が狭く
なった箇所が設けられていてもよい。更に、本発明の表
面張力熱制御型導波路光スイッチは、前記スリットの蓋
側基板に該スリットの屈折率整合液の迂回移動用スリッ
トが設けられていてもよい。また、本発明の表面張力熱
制御型導波路光スイッチは、前記スリットが設けられた
光導波路側基板に該スリットの屈折率整合液の迂回移動
用スリットが設けられていてもよい。
【０００６】更に本発明は、光導波路基板上に格子状に
光導波路を埋め込み、該光導波路の各交差部に前記本発
明の表面張力熱制御型導波路光スイッチを構成したマト
リクス型光スイッチを提供する。
光導波路を埋め込み、該光導波路の各交差部に前記本発
明の表面張力熱制御型導波路光スイッチを構成したマト
リクス型光スイッチを提供する。
【０００７】図１を用いて本発明を説明する。光導波路
ＡＢとＣＤとの交差部を横切って設けられたスリット１
に、空間（気泡４）を残して屈折率整合液２が注入され
ており、この溝１の一方の片側に屈折率整合液が存在す
るときはその部分では光導波路の間を屈折率整合液が満
たし、他方の片側に屈折率整合液が存在するときはその
部分では光導波路の間を空間（気泡４）が満たすように
する。更に、溝１の長さ方向に分割されたヒーター（図
１では４つ）が配置された構成とする。
ＡＢとＣＤとの交差部を横切って設けられたスリット１
に、空間（気泡４）を残して屈折率整合液２が注入され
ており、この溝１の一方の片側に屈折率整合液が存在す
るときはその部分では光導波路の間を屈折率整合液が満
たし、他方の片側に屈折率整合液が存在するときはその
部分では光導波路の間を空間（気泡４）が満たすように
する。更に、溝１の長さ方向に分割されたヒーター（図
１では４つ）が配置された構成とする。
【０００８】
【作用】屈折率整合液２を注入してある溝１は、光導波
路を埋め込んである光導波路基板にＲＩＥ（反応性イオ
ンエッチング）等の微細加工技術で作成されている。こ
の溝１に注入される屈折率整合液２はシリコンオイル或
いは水溶液等であり、光導波路基板材料であるガラス或
いは石英ガラスに極めてよく濡れる液体が選ばれる。即
ち、濡れの接触角が０度である。このように濡れる液体
を溝に注入すると、安定な状態では液体は溝の片端に接
触する位置に存在する。これは液体の表面積（空間、空
気又は蒸気と接する界面）を最小にしようとする表面張
力の働きによる。
路を埋め込んである光導波路基板にＲＩＥ（反応性イオ
ンエッチング）等の微細加工技術で作成されている。こ
の溝１に注入される屈折率整合液２はシリコンオイル或
いは水溶液等であり、光導波路基板材料であるガラス或
いは石英ガラスに極めてよく濡れる液体が選ばれる。即
ち、濡れの接触角が０度である。このように濡れる液体
を溝に注入すると、安定な状態では液体は溝の片端に接
触する位置に存在する。これは液体の表面積（空間、空
気又は蒸気と接する界面）を最小にしようとする表面張
力の働きによる。
【０００９】光導波路の間を屈折率整合液が満たしてい
る部分では、光導波路を伝播している光信号は溝を横切
って直進する。溝の幅は数十ミクロン以下に作成するの
で光信号が溝を横切る際の光損失は極めて小さい。例え
ば５ミクロンの幅の溝を横切る際の光損失は、理論的に
も実験的にも０．０１dBのオーダーであることが分かっ
ている（花岡頼子、下川房男、西田安秀「低Δ溝付き交
差光導波路スイッチ」1994年電子情報通信学会春季全国
大会、Ｃ-321, Vol.4, p.318）。
る部分では、光導波路を伝播している光信号は溝を横切
って直進する。溝の幅は数十ミクロン以下に作成するの
で光信号が溝を横切る際の光損失は極めて小さい。例え
ば５ミクロンの幅の溝を横切る際の光損失は、理論的に
も実験的にも０．０１dBのオーダーであることが分かっ
ている（花岡頼子、下川房男、西田安秀「低Δ溝付き交
差光導波路スイッチ」1994年電子情報通信学会春季全国
大会、Ｃ-321, Vol.4, p.318）。
【００１０】屈折率整合液２が反対の片側にあって光導
波路の間が空間になっている部分では、光導波路Ａから
伝播してきた光信号は溝の界面で全反射して光導波路Ｄ
へ導かれる。従って、光導波路の交差角度及び溝の側壁
とのなす角度は全反射条件を満たすように構成されるこ
とは言うまでもない。この２つの状態を切替えることに
より光スイッチ動作が行われる。
波路の間が空間になっている部分では、光導波路Ａから
伝播してきた光信号は溝の界面で全反射して光導波路Ｄ
へ導かれる。従って、光導波路の交差角度及び溝の側壁
とのなす角度は全反射条件を満たすように構成されるこ
とは言うまでもない。この２つの状態を切替えることに
より光スイッチ動作が行われる。
【００１１】次に、溝１の中で屈折率整合液２を移動さ
せる原理について説明する。前述したように、屈折率整
合液２は光導波路基板の材料によく濡れる液体である。
溝１の上にはガラス板等からなり溝を覆う蓋が被せてあ
り、その蓋には溝に沿って複数のヒーター３が配置して
ある。いま屈折率整合液２が存在する溝１の片端に近い
ヒーターに通電してヒーターの温度を上げると、そこに
接する屈折率整合液２が熱せられる。液体の表面張力は
温度に依存し、一般に臨界温度より充分低い温度領域で
は温度の上昇に対して直線的に低下する。
せる原理について説明する。前述したように、屈折率整
合液２は光導波路基板の材料によく濡れる液体である。
溝１の上にはガラス板等からなり溝を覆う蓋が被せてあ
り、その蓋には溝に沿って複数のヒーター３が配置して
ある。いま屈折率整合液２が存在する溝１の片端に近い
ヒーターに通電してヒーターの温度を上げると、そこに
接する屈折率整合液２が熱せられる。液体の表面張力は
温度に依存し、一般に臨界温度より充分低い温度領域で
は温度の上昇に対して直線的に低下する。
【００１２】従って、屈折率整合液２を局所的に加熱し
た場合、局所的に温度の上昇した部分の表面張力が他の
部分の表面張力に比べて低下するため、場所による表面
張力の違いによって屈折率整合液２は加熱された場所を
避けるように移動する。もっと分かり易く説明すると、
加熱した箇所に屈折率整合液２の無い部分、即ち気泡４
が捕らえられ、加熱箇所を移動することによりその気泡
４が追随して移動する。液体の移動は気泡４とガラス壁
の間の液体層で起きるのである。このようにして複数の
ヒーター３に順次通電することにより、屈折率整合液２
を片端から他方の片端に移動させることができる。
た場合、局所的に温度の上昇した部分の表面張力が他の
部分の表面張力に比べて低下するため、場所による表面
張力の違いによって屈折率整合液２は加熱された場所を
避けるように移動する。もっと分かり易く説明すると、
加熱した箇所に屈折率整合液２の無い部分、即ち気泡４
が捕らえられ、加熱箇所を移動することによりその気泡
４が追随して移動する。液体の移動は気泡４とガラス壁
の間の液体層で起きるのである。このようにして複数の
ヒーター３に順次通電することにより、屈折率整合液２
を片端から他方の片端に移動させることができる。
【００１３】
【実施例】次に図面を用いて実施例を説明する。図２は
本発明の第１の実施例を示す。図は光導波路基板に作成
したスリット１を上から見た平面図であり、模式的に各
構成部分を表している。図１に示した構成と同様に、光
切替えができるように光導波路がスリット１の側面で交
差している。気泡４（或いは屈折率整合液２）を移動さ
せるためのヒーター３がスリット１の上部に被さる蓋側
に３箇所設けてある。この実施例の特徴は、スリット１
の中央部にスリット幅が狭くなった箇所が設けられてい
ることにある。このスリットの狭まりにより、ヒーター
を加熱していないとき、気泡がスリット１の右端か左端
により安定して存在することができる。これは、表面張
力のため気泡部分がより幅の広い空間に移動する性質を
持つためである。
本発明の第１の実施例を示す。図は光導波路基板に作成
したスリット１を上から見た平面図であり、模式的に各
構成部分を表している。図１に示した構成と同様に、光
切替えができるように光導波路がスリット１の側面で交
差している。気泡４（或いは屈折率整合液２）を移動さ
せるためのヒーター３がスリット１の上部に被さる蓋側
に３箇所設けてある。この実施例の特徴は、スリット１
の中央部にスリット幅が狭くなった箇所が設けられてい
ることにある。このスリットの狭まりにより、ヒーター
を加熱していないとき、気泡がスリット１の右端か左端
により安定して存在することができる。これは、表面張
力のため気泡部分がより幅の広い空間に移動する性質を
持つためである。
【００１４】図２に示した状態では気泡は左端に存在し
ており、光導波路を伝送される光信号はこのスリットを
横切って直進する。気泡４を右端に移動させる際は、ま
ず中央のヒーター３に通電して加熱する。そうすると、
前述のように、表面張力が変化して気泡が中央のヒータ
ーの位置に移動する。次にヒーターの加熱を右端のヒー
ターに移動すると、気泡は更に右に移動する。ヒーター
の加熱を止めても気泡４はスリット中央の狭まりのため
に後戻りすることはない。この状態では、光導波路は気
泡４で遮られることになり、図の下方から伝送されてき
た光信号はスリット壁面（正確には壁面表面の屈折率整
合液２の表面）で全反射され、他方の光導波路へ切替わ
る。
ており、光導波路を伝送される光信号はこのスリットを
横切って直進する。気泡４を右端に移動させる際は、ま
ず中央のヒーター３に通電して加熱する。そうすると、
前述のように、表面張力が変化して気泡が中央のヒータ
ーの位置に移動する。次にヒーターの加熱を右端のヒー
ターに移動すると、気泡は更に右に移動する。ヒーター
の加熱を止めても気泡４はスリット中央の狭まりのため
に後戻りすることはない。この状態では、光導波路は気
泡４で遮られることになり、図の下方から伝送されてき
た光信号はスリット壁面（正確には壁面表面の屈折率整
合液２の表面）で全反射され、他方の光導波路へ切替わ
る。
【００１５】図３は本発明の第２の実施例を示す。図２
と同じく模式的に各構成部分を表している。この実施例
の特徴は、ヒーター３を設けた蓋側の基板に屈折率整合
液２の迂回移動用のスリット６を設けていることにあ
る。第１の実施例では屈折率整合液２の移動が気泡表面
の薄い液体層によっている。液体には粘性があり、その
ため薄い層内で移動するには粘性抵抗のために時間がか
かる。図３の実施例のように液体の移動をバイパスする
迂回路を設けることにより、液体の移動時間を短縮する
ことができる。
と同じく模式的に各構成部分を表している。この実施例
の特徴は、ヒーター３を設けた蓋側の基板に屈折率整合
液２の迂回移動用のスリット６を設けていることにあ
る。第１の実施例では屈折率整合液２の移動が気泡表面
の薄い液体層によっている。液体には粘性があり、その
ため薄い層内で移動するには粘性抵抗のために時間がか
かる。図３の実施例のように液体の移動をバイパスする
迂回路を設けることにより、液体の移動時間を短縮する
ことができる。
【００１６】図４は本発明の第３の実施例を示すもの
で、第２の実施例と同様に屈折率整合液の迂回移動用の
スリット６を設けたものであるが、この場合は光導波路
基板側に迂回路を設けたものである。この場合の作用及
び効果は第２の実施例と同じであるが、更に光スイッチ
のためのスリットと同時に形成できる利点がある。但
し、迂回路６の彫り込み深さは光導波路に影響のない深
さであることは言うまでもない。迂回路６を光導波路側
に設けると蓋側に凹凸がないため、ヒーターの配線がや
り易いという利点もある。
で、第２の実施例と同様に屈折率整合液の迂回移動用の
スリット６を設けたものであるが、この場合は光導波路
基板側に迂回路を設けたものである。この場合の作用及
び効果は第２の実施例と同じであるが、更に光スイッチ
のためのスリットと同時に形成できる利点がある。但
し、迂回路６の彫り込み深さは光導波路に影響のない深
さであることは言うまでもない。迂回路６を光導波路側
に設けると蓋側に凹凸がないため、ヒーターの配線がや
り易いという利点もある。
【００１７】図５は本発明の第４の実施例を示す。前記
の実施例で説明した本発明の光スイッチ素子７を、光導
波路基板８上に格子状に配線した光導波路の交差部に複
数配置したものである。この実施例では、マトリクス状
に９個のスイッチ素子７を配置し、３本の光ファイバ９
間で信号の切替えを行う。光が通過する状態をＯＦＦ、
反射切替状態をＯＮと呼ぶことにすると、全てのスイッ
チがＯＦＦのときＡ側の光ファイバ９からの信号が直線
的にＢ側の光ファイバ９に伝達される。例えば、図の奥
の中央のスイッチがＯＮになるとＡ側奥の光ファイバ９
の信号はＣ側中央の光ファイバ９に伝達される。
の実施例で説明した本発明の光スイッチ素子７を、光導
波路基板８上に格子状に配線した光導波路の交差部に複
数配置したものである。この実施例では、マトリクス状
に９個のスイッチ素子７を配置し、３本の光ファイバ９
間で信号の切替えを行う。光が通過する状態をＯＦＦ、
反射切替状態をＯＮと呼ぶことにすると、全てのスイッ
チがＯＦＦのときＡ側の光ファイバ９からの信号が直線
的にＢ側の光ファイバ９に伝達される。例えば、図の奥
の中央のスイッチがＯＮになるとＡ側奥の光ファイバ９
の信号はＣ側中央の光ファイバ９に伝達される。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、本発明による表面張力熱
制御型導波路光スイッチは、構造が単純で微小な切替機
構として実現することが可能であり、光導波路基板上に
多数の表面張力熱制御型導波路光スイッチを集積してコ
ンパクトなマトリクススイッチを構成することができる
等の著しい効果を奏する。
制御型導波路光スイッチは、構造が単純で微小な切替機
構として実現することが可能であり、光導波路基板上に
多数の表面張力熱制御型導波路光スイッチを集積してコ
ンパクトなマトリクススイッチを構成することができる
等の著しい効果を奏する。
【図１】図１は、本発明の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施例を示す模式図で
ある。
ある。
【図３】図３は、本発明の第２の実施例を示す模式図で
ある。
ある。
【図４】図４は、本発明の第３の実施例を示す模式図で
ある。
ある。
【図５】図５は、本発明の第４の実施例を示す斜視図で
ある。
ある。
１ 溝（スリット） ２ 屈折率整合液 ３ ヒーター ４ 気泡 ５ 光導波路光軸 ６ 液体迂回用スリット ７ スイッチ素子 ８ 光導波路基板 ９ 光ファイバ
Claims (5)
- 【請求項１】 互いに交差した二つの光導波路の交差部
を横断して設けられたスリットと、光導波路と同じ屈折
率を持ち該スリットに適当量注入された屈折率整合液
と、該スリットを複数の領域に分割して加熱し得るヒー
ターとを具え、該スリットを複数の領域に分割して加熱
し、該屈折率整合液の表面張力にスリットの長さ方向の
勾配を与え、その表面張力の勾配により屈折率整合液を
スリット内で移動させるように構成したことを特徴とす
る表面張力熱制御型導波路光スイッチ。 - 【請求項２】 該スリットの中央部にスリット幅が狭く
なった箇所が設けられていることを特徴とする請求項１
に記載の表面張力熱制御型導波路光スイッチ。 - 【請求項３】 該スリットの蓋側基板に該スリットの屈
折率整合液の迂回移動用スリットが設けられていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の表面張力熱制御型
導波路光スイッチ。 - 【請求項４】 該スリットが設けられた光導波路側基板
に該スリットの屈折率整合液の迂回移動用スリットが設
けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の
表面張力熱制御型導波路光スイッチ。 - 【請求項５】 光導波路基板上に格子状に光導波路を埋
め込み、該光導波路の各交差部に請求項１乃至４のいず
れか１項に記載の表面張力熱制御型導波路光スイッチを
構成したことを特徴とするマトリクス型光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19525994A JP3068415B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19525994A JP3068415B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0862645A JPH0862645A (ja) | 1996-03-08 |
| JP3068415B2 true JP3068415B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=16338168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19525994A Expired - Lifetime JP3068415B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3068415B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5699462A (en) * | 1996-06-14 | 1997-12-16 | Hewlett-Packard Company | Total internal reflection optical switches employing thermal activation |
| US6072924A (en) * | 1996-09-02 | 2000-06-06 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical switch and method for assembling the same |
| US6320994B1 (en) * | 1999-12-22 | 2001-11-20 | Agilent Technolgies, Inc. | Total internal reflection optical switch |
| US6768830B1 (en) * | 2000-06-09 | 2004-07-27 | Agilent Technologies, Inc. | Optical add/drop switch utilizing a minimal number of switching crosspoints |
| WO2002069016A2 (en) | 2001-02-28 | 2002-09-06 | Lightwave Microsystems Corporation | Microfluid control for waveguide optical switches, variable attenuators, and other optical devices |
| US7016560B2 (en) | 2001-02-28 | 2006-03-21 | Lightwave Microsystems Corporation | Microfluidic control for waveguide optical switches, variable attenuators, and other optical devices |
-
1994
- 1994-08-19 JP JP19525994A patent/JP3068415B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0862645A (ja) | 1996-03-08 |
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