JP3110573B2 - Optical switch and manufacturing method thereof - Google Patents

Optical switch and manufacturing method thereof

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JP3110573B2
JP3110573B2 JP29594692A JP29594692A JP3110573B2 JP 3110573 B2 JP3110573 B2 JP 3110573B2 JP 29594692 A JP29594692 A JP 29594692A JP 29594692 A JP29594692 A JP 29594692A JP 3110573 B2 JP3110573 B2 JP 3110573B2
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  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信装置や光伝送装
置等で用いられる光スイッチ及びその製造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch used in an optical communication device, an optical transmission device, and the like, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光路を切り換えるための光スイッチとし
ては、従来から種々の型式がある。図10に記載の光ス
イッチはその一例であり、特開平3−75713号公報
に記載のものである。この光スイッチは機械式と称され
るものであり、片持ち梁状に取り付けられた光ファンバ
ー1の自由端を、固定された2本の光ファイバー2,3
に対して磁力によって動かし、前記光ファイバー2,3
のいずれか一方と光学的に結合させる構成となってい
る。
2. Description of the Related Art There are various types of optical switches for switching optical paths. The optical switch shown in FIG. 10 is an example, and is described in JP-A-3-75713. This optical switch is called a mechanical switch, and the free end of an optical fan bar 1 mounted in a cantilever shape is connected to two fixed optical fibers 2 and 3.
To the optical fibers 2, 3
Optically coupled to one of them.

【0003】また、従来においては、例えば特開平3−
194517号公報に記載されているような、誘電体や
半導体の特性を利用した導波路型と呼ばれる光スイッチ
が知られている。図11はこの導波路型光スイッチの動
作原理の一例を示しているが、これは、基板上に形成さ
れたY分岐光導波路5の分岐点手前で、印加電圧によっ
て導波光の界分布を変化させ、それにより光路の切換え
を行うものである。
In the prior art, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
An optical switch called a waveguide type utilizing characteristics of a dielectric or a semiconductor as described in 194517 is known. FIG. 11 shows an example of the operation principle of this waveguide type optical switch. This is based on the fact that the applied light changes the field distribution of the guided light just before the branch point of the Y-branch optical waveguide 5 formed on the substrate. The optical path is switched accordingly.

【0004】このような機械式光スイッチ及び導波路型
光スイッチには、以下に示すような解決すべき技術的課
題がある。
[0004] Such mechanical optical switches and waveguide type optical switches have the following technical problems to be solved.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】まず、機械式光スイッ
チにあっては、光学的結合に要求される数μmの精度を
各構成部材の作製段階及びそれらを組み立てる際に満足
する必要があり、製造が極めて困難であるという問題点
があった。
First, in the case of a mechanical optical switch, it is necessary to satisfy the accuracy of several μm required for optical coupling at the stage of manufacturing each component and assembling them. There was a problem that production was extremely difficult.

【0006】また、上記の機械式光スイッチを多段に組
み合わせて1×N光スイッチを構成しようとした場合、
光スイッチ間の接続のために光ファイバを接続する必要
があり、スイッチ全体が大型化する問題があった。
[0006] Further, when an attempt is made to construct a 1 × N optical switch by combining the above-mentioned mechanical optical switches in multiple stages,
An optical fiber must be connected for connection between the optical switches, and there is a problem that the size of the entire switch is increased.

【0007】一方、導波路型光スイッチにおいては、多
段に組み合わせて1×N光スイッチを実現することは容
易である。しかしながら、この導波路型光スイッチの特
徴として、分岐点での散乱損失が大きく、また、導波光
の波長及び偏波に依存するという問題点がある。
On the other hand, in a waveguide type optical switch, it is easy to realize a 1 × N optical switch by combining in multiple stages. However, the features of this waveguide type optical switch are that the scattering loss at the branch point is large, and that it depends on the wavelength and polarization of the guided light.

【0008】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、光路としては光導波路を用いるが、光路切換え
方式は静電力を利用した機械式とした光スイッチ及びそ
の製造方法を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an optical switch which uses an optical waveguide as an optical path, and employs a mechanical optical switch using an electrostatic force as an optical path switching method, and a method of manufacturing the same. It is an object.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明による光スイッチは、片持ち梁
状に支持されている弾性変形可能な1本の導電性の可動
部材と、静電力により前記可動部材を第1位置及び第2
位置の間で駆動させるために、この可動部材の近傍に配
置された電極と、前記第1位置及び前記第2位置のそれ
ぞれで前記可動部材を停止するための停止部材と、前記
可動部材に形成された第1光導波路と、前記可動部材が
前記第1位置にある場合に、前記第1光導波路と光学的
に結合する第2光導波路と、前記可動部材が前記第2位
置にある場合に、前記第1光導波路と光学的に結合する
第3光導波路と、を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, an optical switch according to the first aspect of the present invention comprises a single elastically deformable conductive movable member supported in a cantilever shape. Moving the movable member to the first position and the second position by electrostatic force.
An electrode disposed in the vicinity of the movable member for driving between the positions; a stop member for stopping the movable member at each of the first position and the second position; A first optical waveguide, a second optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide when the movable member is at the first position, and a second optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide when the movable member is at the second position. , A third optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide.

【0010】更に、請求項1に係る発明による光スイッ
チは、可動部材と停止部材との接触面に磁性体薄膜を形
成し、可動部材が第1位置又は第2位置にある場合に自
己保持されるようにしたことを特徴としている。
Further, in the optical switch according to the first aspect of the present invention, a magnetic thin film is formed on the contact surface between the movable member and the stop member, and is self-held when the movable member is at the first position or the second position. It is characterized by having made it.

【0011】電極は可動部材の両側に配置するのが好適
である。
The electrodes are preferably arranged on both sides of the movable member.

【0012】また、停止部材は、第2光導波路及び第3
光導波路が形成される支持層の一部を利用したものであ
っても良い。
[0012] The stop member may include a second optical waveguide and a third optical waveguide.
It may use a part of the support layer on which the optical waveguide is formed.

【0013】このような光スイッチを多段に組み合わせ
ることで、N×M型の光スイッチとすることができる。
By combining such optical switches in multiple stages, an N × M optical switch can be obtained.

【0014】更に、請求項5に係る発明は、基板上に、
後にエッチングにより除去される犠牲層を形成する工程
と、前記犠牲層を型として用い、片持ち梁状に支持され
る弾性変形可能な1本の導電性の可動部材と、この可動
部材を第1位置及び第2位置の間で駆動するための電極
と、前記可動部材を前記第1位置及び前記第2位置で停
止するための停止部材とを形成する工程と、可動部材に
第1光導波路を形成する工程と、前記可動部材が前記第
1位置にある場合に、前記第1光導波路と光学的に結合
する第2光導波路を形成する工程と、前記可動部材が前
記第2位置にある場合に、前記第1光導波路と光学的に
結合する第3光導波路を形成する工程と、前記犠牲層を
エッチングにより除去する工程と、を備える光スイッチ
の製造方法を特徴としている。
[0014] Further, the invention according to claim 5 is characterized in that:
A step of forming a sacrificial layer to be removed later by etching, one elastically deformable conductive movable member supported in a cantilever shape using the sacrificial layer as a mold, and Forming an electrode for driving between a position and a second position, and a stop member for stopping the movable member at the first position and the second position; and providing the first optical waveguide to the movable member. Forming, and forming a second optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide when the movable member is at the first position, and when the movable member is at the second position. In addition, a method of manufacturing an optical switch, comprising: forming a third optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide; and removing the sacrificial layer by etching.

【0015】[0015]

【作用】請求項1の発明では、導電性の可動部材と電極
との間で生ずる静電力により、可動部材を第1位置と第
2位置との間で移動させることができる。例えば、可動
部材に負の電荷を与え、そこに隣接する1個の電極に正
の電荷を与えた場合、電荷の吸引力により可動部材は当
該電極の方向に引き寄せられる。電極に負の電荷を与え
た場合には、斥力により可動部材は当該電極から離れる
方向に移動する。可動部材は片持ち梁状に支持されてい
るので、静電力によりその自由端側が大きく動くことに
なる。
According to the first aspect of the present invention, the movable member can be moved between the first position and the second position by the electrostatic force generated between the conductive movable member and the electrode. For example, when a negative charge is given to the movable member and a positive charge is given to one electrode adjacent thereto, the movable member is attracted in the direction of the electrode by the attraction of the charge. When a negative charge is applied to the electrode, the movable member moves away from the electrode due to repulsion. Since the movable member is supported in a cantilever shape, its free end moves greatly due to electrostatic force.

【0016】上記電極は少なくとも1個あれば足りる
が、請求項2に記載したように、可動部材の両側に配置
した場合には、一方からは吸引力、他方からは斥力が働
き、1個の電極よりも大きな変位が得られる。
It is sufficient that at least one electrode is provided. However, when the electrodes are arranged on both sides of the movable member, a suction force acts on one side and a repulsion force acts on the other side. A larger displacement than the electrode is obtained.

【0017】可動部材には第1光導波路が形成されてい
るため、静電力によって可動部材が駆動されることによ
り、第1光導波路は第2光導波路及び第3光導波路のい
ずれか一方と光学的に結合される。
Since the first optical waveguide is formed on the movable member, the first optical waveguide is optically connected to one of the second optical waveguide and the third optical waveguide by driving the movable member by electrostatic force. Are combined.

【0018】また、停止部材を設けておくことで、可動
部材が光導波路の光学的結合のための所定位置(第1位
置及び第2位置)で確実に停止される。この停止部材
は、第2及び第3の光導波路が形成される支持層の一部
を用いることで、製造工程の簡略化が図られる。
Further, by providing the stop member, the movable member is reliably stopped at predetermined positions (first position and second position) for optical coupling of the optical waveguide. By using a part of the support layer on which the second and third optical waveguides are formed, the stop member simplifies the manufacturing process.

【0019】更に、停止部材と可動部材との接触面に磁
性体薄膜を形成しておくことで、可動部材が第1位置又
は第2位置となった場合に、静電力を消勢しても、磁性
体薄膜の磁力吸引力により可動部材はその位置で保持さ
れる。
Further, by forming a magnetic thin film on the contact surface between the stop member and the movable member, even when the movable member comes to the first position or the second position, even if the electrostatic force is deenergized. The movable member is held at that position by the magnetic attraction of the magnetic thin film.

【0020】このような光スイッチは、請求項5に記載
の本発明による製造方法に従って製造することができる
が、これは現在のシリコン半導体製造技術を用いた光集
積回路製造技術で十分に行うことができ、手間のかかる
組立工程は必要ない。
Such an optical switch can be manufactured in accordance with the manufacturing method according to the present invention as set forth in claim 5, which is sufficiently performed by an optical integrated circuit manufacturing technology using current silicon semiconductor manufacturing technology. And a complicated assembly process is not required.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面を
参照にして説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1〜図3は本発明の一実施例による光ス
イッチ10の構成を示しており、図1はその平面図、図
2は側面図、図3は斜視図である。なお、以下の説明
中、「左」、「右」、「上」、「下」は図1及び図2を
基準とする。この実施例における光スイッチ10は平板
状のシリコン基板11を有しており、その上面には絶縁
層として酸化シリコン層12が形成されている。酸化シ
リコン層12の上面の左右各側には、導電性を有するポ
リシリコンから成る光導波路支持層13,14が形成さ
れている。
1 to 3 show the configuration of an optical switch 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a plan view, FIG. 2 is a side view, and FIG. 3 is a perspective view. In the following description, “left”, “right”, “upper”, and “lower” are based on FIGS. The optical switch 10 in this embodiment has a flat silicon substrate 11, and a silicon oxide layer 12 is formed on the upper surface thereof as an insulating layer. Optical waveguide support layers 13 and 14 made of conductive polysilicon are formed on each of the left and right sides of the upper surface of the silicon oxide layer 12.

【0023】左側の支持層14には、右側の支持層13
に対向する縁部(即ち右側縁部)の中央に凹部15が形
成されている。また、右側の支持層13の左側縁部の中
央には、細長い直線状の可動部材16が片持ち梁状に形
成されている。この可動部材16は左側の支持層14に
向かって延び、その自由端は左側の支持層14の凹部1
5内に配置されている。
The left support layer 14 includes the right support layer 13
A recess 15 is formed in the center of the edge (i.e., the right edge) opposite to. In the center of the left side edge of the right support layer 13, an elongated linear movable member 16 is formed in a cantilever shape. The movable member 16 extends toward the left support layer 14, and its free end is formed in the concave portion 1 of the left support layer 14.
5.

【0024】可動部材16は、右側の支持層13と一体
形成されたポリシリコン製であり、一定範囲内において
は弾性変形可能である。従って、可動部材16はシリコ
ン基板11及び酸化シリコン層12の面に平行な方向に
おいて揺動可能となっているが、凹部15の側壁面15
a,15bにその自由端が接するので、可動範囲は限定
されている。以下、便宜上、可動部材16の自由端が凹
部15の側壁面15aに接した位置を「第1位置」と称
し、相対する側壁面15bに接した位置を「第2位置」
と称する。
The movable member 16 is made of polysilicon integrally formed with the right support layer 13, and is elastically deformable within a certain range. Therefore, the movable member 16 can swing in a direction parallel to the surfaces of the silicon substrate 11 and the silicon oxide layer 12, but the side wall surface 15
The movable range is limited because its free ends are in contact with a and 15b. Hereinafter, for convenience, the position where the free end of the movable member 16 is in contact with the side wall surface 15a of the recess 15 is referred to as a “first position”, and the position where the free end of the movable member 16 is in contact with the opposing side wall surface 15b is a “second position”.
Called.

【0025】可動部材16の両側にはポリシリコン製の
電極17a,17bが所定の間隔をおいて配置されてい
る。これらの電極17a,17bは、可動部材16を静
電力で移動させるためのものである。電極17a,17
b及び支持層13,14は、絶縁材料である酸化シリコ
ン層12上に形成されているので、電気的に独立であ
る。
On both sides of the movable member 16, electrodes 17a and 17b made of polysilicon are arranged at a predetermined interval. These electrodes 17a and 17b are for moving the movable member 16 by electrostatic force. Electrodes 17a, 17
Since b and the support layers 13 and 14 are formed on the silicon oxide layer 12 which is an insulating material, they are electrically independent.

【0026】可動部材16の上面には、その全長にわた
りLiNbO3 やガラス等から成る第1光導波路18が
形成されており、更にこの第1光導波路18は右側の支
持層13の右側縁部まで延長されている。また、左側の
支持層14の上面には、第2光導波路19及び第3光導
波路20が第1光導波路18の中心線と平行に延びるよ
う、形成されている。これらの光導波路18,19,2
0の位置関係は次の通りである。即ち、可動部材16を
第1位置に配置した場合、第1光導波路18の端面は第
2光導波路19の端面に正対し、光学的に両者は結合状
態となる。可動部材16を逆方向に湾曲させて第2位置
に配置した場合、第1光導波路18の端面は第3光導波
路20の端面に正対するようになっている。
On the upper surface of the movable member 16, a first optical waveguide 18 made of LiNbO 3 , glass or the like is formed over the entire length thereof, and the first optical waveguide 18 further extends to the right edge of the right support layer 13. Has been extended. The second optical waveguide 19 and the third optical waveguide 20 are formed on the upper surface of the left support layer 14 so as to extend in parallel with the center line of the first optical waveguide 18. These optical waveguides 18, 19, 2
The positional relationship of 0 is as follows. That is, when the movable member 16 is disposed at the first position, the end face of the first optical waveguide 18 faces the end face of the second optical waveguide 19, and the two optically combine. When the movable member 16 is bent in the opposite direction and is arranged at the second position, the end face of the first optical waveguide 18 faces the end face of the third optical waveguide 20.

【0027】図4は、上記構成の光スイッチ10の動作
原理を示したものである。まず、可動部材16に正の電
圧を加えた状態で、電極17aに負、電極17bに正の
電圧を加えると、可動部材16は電極17bからは斥
力、電極17aからは吸引力を受ける。従って、第1光
導波路18は矢印A方向に湾曲され、その自由端は凹部
15の側壁面15aに接して第1位置に配置される。こ
の状態においては、前述したように、第1光導波路18
は第2光導波路19と光学的に結合される(図4の
(a))。
FIG. 4 shows the principle of operation of the optical switch 10 having the above configuration. First, when a negative voltage is applied to the electrode 17a and a positive voltage is applied to the electrode 17b while a positive voltage is applied to the movable member 16, the movable member 16 receives a repulsive force from the electrode 17b and an attractive force from the electrode 17a. Accordingly, the first optical waveguide 18 is curved in the direction of arrow A, and its free end is disposed at the first position in contact with the side wall surface 15a of the concave portion 15. In this state, as described above, the first optical waveguide 18
Is optically coupled to the second optical waveguide 19 (FIG. 4A).

【0028】電極17aに正、電極18bに負の電圧を
加えると、正に荷電されている可動部材16は前記とは
逆の力を受け、矢印B方向に湾曲し、その自由端が凹部
15の側壁面15bに接する。これにより、第1光導波
路18は第3光導波路20と光学的に結合される(図4
の(b))。電極17a,17bへの通電を停止すれ
ば、静電力は消滅し、可動部材16はそれ自体の弾性復
帰力により元の直線状態となり、図1に示す中立位置に
戻る。
When a positive voltage is applied to the electrode 17a and a negative voltage is applied to the electrode 18b, the positively charged movable member 16 receives a force opposite to the above, and is curved in the direction of arrow B, and the free end of the movable member 16 is In contact with the side wall surface 15b. Thereby, the first optical waveguide 18 is optically coupled to the third optical waveguide 20 (FIG. 4).
(B)). When the power supply to the electrodes 17a and 17b is stopped, the electrostatic force is extinguished, and the movable member 16 returns to the neutral position shown in FIG.

【0029】このような動作形態においては、支持層1
4の凹部15の側壁面15a,15bは可動部材16の
停止部材として機能し、かつまた、第2又は第3の光導
波路19,20に対する第1光導波路18の位置決め手
段としても機能する。これによって、極めて精密なスイ
ッチング動作が得られる。
In such an operation mode, the support layer 1
The side wall surfaces 15a, 15b of the recess 15 of the fourth function as stop members for the movable member 16, and also function as positioning means for the first optical waveguide 18 with respect to the second or third optical waveguide 19,20. Thereby, a very precise switching operation can be obtained.

【0030】上記実施例では、支持層14の凹部15を
停止部材としているが、停止部材を支持層14とは別個
に酸化シリコン層12上に形成しても良い。また、可動
部材16の変位を大きくするため、かつ、外部からの磁
気的或いは電気的影響等を極力排除するために、2個の
電極17a,17bが使用されているが、可動部材16
を駆動するだけであるならば、電極は少なくとも1個あ
れば足りる。
In the above embodiment, the recess 15 of the support layer 14 is used as a stop member. However, the stop member may be formed on the silicon oxide layer 12 separately from the support layer 14. Further, two electrodes 17a and 17b are used in order to increase the displacement of the movable member 16 and to minimize external magnetic or electrical influences.
, It is sufficient to have at least one electrode.

【0031】上記構成の光スイッチ10は、現在のシリ
コン半導体製造技術を用いた光集積回路製造技術によ
り、容易に製造することが可能である。図5はその製造
工程の一例を示したものであり、以下、順に説明する。
なお、図5の左側の各図は光スイッチの平面図、右側は
光スイッチの中心線に沿っての断面図である。
The optical switch 10 having the above configuration can be easily manufactured by an optical integrated circuit manufacturing technology using the current silicon semiconductor manufacturing technology. FIG. 5 shows an example of the manufacturing process, which will be described below in order.
In addition, each figure on the left side of FIG. 5 is a plan view of the optical switch, and the right side is a cross-sectional view along the center line of the optical switch.

【0032】まず第1に、シリコン基板11の上面を熱
酸化し、酸化シリコン層12を形成する(図5の
(a))。
First, the upper surface of the silicon substrate 11 is thermally oxidized to form a silicon oxide layer 12 (FIG. 5A).

【0033】次に、図5の(b)に示すように、酸化シ
リコン層12の上面に、後にエッチングにより除去する
犠牲層として、所定形状の窒化シリコン層21を形成す
る。この窒化シリコン層21は、左側の支持層14の凹
部を形成するための突起部21a,電極17a,17b
を形成するための貫通孔21b,21c、可動部材16
を形成するための溝21dを有している。
Next, as shown in FIG. 5B, a silicon nitride layer 21 having a predetermined shape is formed on the upper surface of the silicon oxide layer 12 as a sacrificial layer to be removed later by etching. The silicon nitride layer 21 has a protrusion 21a for forming a concave portion of the left support layer 14, and electrodes 17a and 17b.
Through holes 21b and 21c for forming the
Has a groove 21d for forming the same.

【0034】この後、窒化シリコン層21を型として用
いて、ポリシリコンを酸化シリコン層12の上面に積層
する。これにより、左右の支持層13,14、電極17
a,17b及び可動部材16が形成される(図5の
(c))。この工程において形成される部分は、低損失
の光学的結合を目的とした場合には数μmの精度が要求
されるが、それはリソグラフィの精度を向上させること
で容易に達成される。
Thereafter, polysilicon is stacked on the upper surface of the silicon oxide layer 12 using the silicon nitride layer 21 as a mold. Thereby, the left and right support layers 13 and 14 and the electrode 17 are formed.
a, 17b and the movable member 16 are formed (FIG. 5C). The part formed in this step requires an accuracy of several μm for the purpose of low-loss optical coupling, but this is easily achieved by improving the accuracy of lithography.

【0035】更に、図5の(d)に示すように、支持層
13,14及び可動部材16の所定の位置に第1〜第3
の光導波路18,19,20を蒸着やスパッタリング等
により形成する。
Further, as shown in FIG. 5D, first to third positions are set at predetermined positions of the support layers 13, 14 and the movable member 16.
Are formed by vapor deposition, sputtering, or the like.

【0036】最後に、窒化シリコン層21をエッチング
により除去すると、図1〜図3に示す光スイッチ10が
形成される(図5の(e))。
Finally, when the silicon nitride layer 21 is removed by etching, the optical switch 10 shown in FIGS. 1 to 3 is formed (FIG. 5E).

【0037】以上の工程においては、組立工程が一切含
まれていないため、高精度の光スイッチを製造すること
が可能となっている。
Since the above steps do not include any assembling steps, a high-precision optical switch can be manufactured.

【0038】上記実施例では、可動部材16及び電極1
7a,17bへの通電を停止すると、可動部材16は元
の中立位置に戻るが、図6に示すように、支持層14の
凹部15の側壁面15a,15bと、各側壁面15a,
15bに接触する可動部材16の側面とに磁性体薄膜3
0a,30b,30c,30dを形成することで、可動
部材16は自己保持機能を有するようになる。この場
合、側壁面15a,15b上の磁性体薄膜30a,30
bの表面をS極としたならば、可動部材16上の磁性体
薄膜30c,30dの表面はN極とする必要がある。
In the above embodiment, the movable member 16 and the electrode 1
When the energization to 7a, 17b is stopped, the movable member 16 returns to the original neutral position. However, as shown in FIG. 6, the side wall surfaces 15a, 15b of the concave portion 15 of the support layer 14 and the respective side wall surfaces 15a, 15a,
15b and the side of the movable member 16 in contact with the magnetic thin film 3
By forming Oa, 30b, 30c, and 30d, the movable member 16 has a self-holding function. In this case, the magnetic thin films 30a, 30a on the side walls 15a, 15b
If the surface of b is an S pole, the surfaces of the magnetic thin films 30c and 30d on the movable member 16 need to be N poles.

【0039】図7は、磁性体薄膜30a,30b,30
c,30dを有する光スイッチ10の動作を示す説明図
である。尚、図7におけるFEA、FECは可動部材16に
作用する静電力、FM1、FM2は磁性体薄膜30a,30
b,30c,30dによる磁力であり、その向きは図6
に示す通りである。まず、ステップIにおいて、電極1
7aに正の電圧を印加し、電圧17b及び可動部材16
に負の電圧を印加した場合、可動部材16には電極17
aから吸引力、電極17bからは斥力を受け、その自由
端は凹部15の側壁15aに接触する。この時、磁力F
M1は磁力FM2よりも大きくなる。従って、ステップIIに
おいて通電を停止しても、磁性体薄膜30a,30cの
磁力により両者の接触状態が保たれ、第1光導波路18
は第2光導波路19と光学的に結合した状態で保持され
る。
FIG. 7 shows the magnetic thin films 30a, 30b, 30
It is explanatory drawing which shows operation | movement of the optical switch 10 which has c and 30d. In FIG. 7, F EA and F EC are electrostatic forces acting on the movable member 16, and F M1 and F M2 are magnetic thin films 30 a and 30.
b, 30c, and 30d, the directions of which are shown in FIG.
As shown in FIG. First, in step I, the electrode 1
7a, a positive voltage is applied, and a voltage 17b and the movable member 16 are applied.
When a negative voltage is applied to the movable member 16, the electrode 17
a, a repulsive force is applied from the electrode 17b, and its free end contacts the side wall 15a of the concave portion 15. At this time, the magnetic force F
M1 is larger than the magnetic force FM2 . Therefore, even if the energization is stopped in step II, the contact state between the two is maintained by the magnetic force of the magnetic thin films 30a and 30c, and the first optical waveguide 18
Is maintained in a state of being optically coupled to the second optical waveguide 19.

【0040】次に、ステップIII において、電極17a
及び可動部材16に正の電圧を印加し、電極17bに負
の電圧を印加すると、可動部材16には電極17aから
斥力、電極17bからは吸引力を受ける。ここで、磁力
M1、FM2はそれぞれ、可動部材16に作用する全静電
力(|FEA|+|FEC|)よりも小さくなるように定め
られているので、ステップIII の通電状態では、静電力
が磁力に打ち勝って、可動部材16の自由端は凹部15
の側壁面15bに接触する。この時、磁力FM2は磁力F
M1よりも大きくなるので、ステップIVにおいて通電を停
止した場合にも、第1光導波路18が第2光導波路20
と光学的に結合した状態で自己保持される。
Next, in step III, the electrodes 17a
When a positive voltage is applied to the movable member 16 and a negative voltage is applied to the electrode 17b, the movable member 16 receives a repulsive force from the electrode 17a and a suction force from the electrode 17b. Here, since the magnetic forces F M1 and F M2 are determined to be smaller than the total electrostatic force (| F EA | + | F EC |) acting on the movable member 16, respectively, in the energized state of Step III, The free end of the movable member 16 is
Contact with the side wall surface 15b of the base member. At this time, the magnetic force F M2 becomes the magnetic force F
Since M1 is larger than M1 , even when the energization is stopped in step IV, the first optical waveguide 18
Self-holding in a state of being optically coupled to

【0041】上記実施例は1×2型の光スイッチ10を
示しているが、この1×2型光スイッチ10を多段に組
み合わせることでN×M型の光スイッチを作ることがで
きる。図8は、1×8型の光スイッチ100における光
スイッチ10の配列を示している。光スイッチ100に
おける各光スイッチ10は、上記の製造工程に従って1
枚の大きなシリコン基板110上に同時に作製すること
ができ、更に、光スイッチ10間を接続する光導波路1
20も光集積回路製造技術によりシリコン基板110上
に作製することが可能である。図8の符号130は、シ
リコン基板110に形成された電極であり、これらは所
定の光スイッチ10の電極(図示しない)に電気的に接
続されている。
Although the above embodiment shows the 1 × 2 optical switch 10, an N × M optical switch can be manufactured by combining the 1 × 2 optical switches 10 in multiple stages. FIG. 8 shows an arrangement of the optical switches 10 in the 1 × 8 optical switch 100. Each optical switch 10 in the optical switch 100 has one
The optical waveguides 1 can be manufactured simultaneously on a large number of silicon substrates 110 and further connect the optical switches 10.
20 can also be manufactured on the silicon substrate 110 by an optical integrated circuit manufacturing technique. 8 are electrodes formed on the silicon substrate 110, which are electrically connected to electrodes (not shown) of the predetermined optical switch 10.

【0042】このような光スイッチ100はプラスチッ
クによりモールドされ、図9に示すような形態で使用さ
れるのが一般的である。プラスチックモールド150の
内部には、空気による導波路端面でのフレネル反射を防
ぐために整合剤が注入されるのが好適である。また、図
9において、符号160は光スイッチ100の電極13
0に接続されたピンであり、電気基板等に取り付けて使
用するのに便利な構造となっている。更に、符号200
は、光ファイバー180のコネクタ190を光スイッチ
に接続する場合に、コネクタ190のガイドピン200
が挿入されるガイド穴である。このガイド穴170は、
図8に示すようにシリコン基板110上に異方性エッチ
ングにより形成されたV溝140から構成されるのが、
光ファイバー180と光スイッチ100の光導波路12
0との光学的結合の精度を向上させるために望ましい。
Such an optical switch 100 is generally molded of plastic and used in a form as shown in FIG. A matching agent is preferably injected into the plastic mold 150 in order to prevent Fresnel reflection at the waveguide end face due to air. In FIG. 9, reference numeral 160 denotes the electrode 13 of the optical switch 100.
These pins are connected to 0 and have a structure that is convenient to be used by attaching them to an electric board or the like. Further, reference numeral 200
When the connector 190 of the optical fiber 180 is connected to the optical switch, the guide pin 200 of the connector 190 is used.
Is a guide hole to be inserted. This guide hole 170
As shown in FIG. 8, a V-shaped groove 140 formed on a silicon substrate 110 by anisotropic etching is used.
Optical fiber 180 and optical waveguide 12 of optical switch 100
It is desirable to improve the accuracy of optical coupling with zero.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、導電性
の可動部材を静電力により揺動させ、それにより、可動
部材に形成された第1光導波路を第2及び第3の光導波
路のいずれか一方と光学的に結合させることができる。
切換え動作はいわゆる機械式であるため、従来の導波路
型にみられる光の偏波依存性等の問題は生じない。
As described above, according to the present invention, the conductive movable member is caused to oscillate by the electrostatic force, whereby the first optical waveguide formed on the movable member is moved to the second and third optical waveguides. It can be optically coupled to either one of the wave paths.
Since the switching operation is of a so-called mechanical type, there is no problem such as the dependence of light polarization on the conventional waveguide type.

【0044】また、可動部材及び光導波路は光集積回路
製造技術を用いて作製することができ、精度の低下を招
く組立工程がない。その結果、部材間の寸法的誤差が極
めて小さく、動作面においても非常に高い精度が得られ
る。
Further, the movable member and the optical waveguide can be manufactured by using an optical integrated circuit manufacturing technique, and there is no assembling step which causes a decrease in accuracy. As a result, a dimensional error between members is extremely small, and very high accuracy is obtained also in an operation surface.

【0045】更に、この光スイッチでは光路自体は光導
波路であるので、集積化が可能である。即ち、これらを
組み合わせてN×M型の光スイッチを製造する場合、光
ファイバーを用いて光スイッチ間を接続する必要がな
く、小型化を図ることが可能である。
Further, in this optical switch, since the optical path itself is an optical waveguide, integration is possible. That is, when an N × M type optical switch is manufactured by combining these, it is not necessary to connect the optical switches using an optical fiber, and the size can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による光スイッチの平面図である。FIG. 1 is a plan view of an optical switch according to the present invention.

【図2】図1に示す光スイッチの側面図である。FIG. 2 is a side view of the optical switch shown in FIG.

【図3】図1に示す光スイッチの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the optical switch shown in FIG.

【図4】図1に示す光スイッチの動作状態を示す平面図
である。
FIG. 4 is a plan view showing an operation state of the optical switch shown in FIG.

【図5】図1に示す光スイッチの製造工程を示す説明図
である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the optical switch shown in FIG.

【図6】自己保持機能を付加した本発明による光スイッ
チの部分平面図である。
FIG. 6 is a partial plan view of an optical switch according to the present invention to which a self-holding function is added.

【図7】図6の光スイッチの作用を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an operation of the optical switch of FIG. 6;

【図8】図1の光スイッチを多段に組み合わせて構成し
た1×8型の光スイッチの概略構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a 1 × 8 optical switch configured by combining the optical switches of FIG. 1 in multiple stages.

【図9】モールドされた1×8型光スイッチの使用状態
を示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a usage state of a molded 1 × 8 optical switch.

【図10】従来の機械式光スイッチを概略的に示す断面
図である。
FIG. 10 is a sectional view schematically showing a conventional mechanical optical switch.

【図11】従来の導波路型光スイッチの動作原理を示す
説明図である。
FIG. 11 is an explanatory view showing the operation principle of a conventional waveguide optical switch.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…光スイッチ、11…シリコン基板、12…酸化シ
リコン層、13,14…支持層、15…凹部(停止部
材)、16…可動部材、17a,17b…電極、18…
第1光導波路、19…第2光導波路、20…第3光導波
路、30a,30b,30c,30d…磁性体薄膜、1
00…1×8型光スイッチ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical switch, 11 ... Silicon substrate, 12 ... Silicon oxide layer, 13, 14 ... Support layer, 15 ... Depression (stop member), 16 ... Movable member, 17a, 17b ... Electrode, 18 ...
1st optical waveguide, 19 ... 2nd optical waveguide, 20 ... 3rd optical waveguide, 30a, 30b, 30c, 30d ... magnetic thin film, 1
00 ... 1x8 type optical switch.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−260613(JP,A) 特開 平4−198911(JP,A) 特開 昭55−26558(JP,A) 特開 平3−21932(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 26/00 - 26/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-260613 (JP, A) JP-A-4-198911 (JP, A) JP-A-55-26558 (JP, A) 21932 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 26/00-26/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 片持ち梁状に支持されている弾性変形可
能な1本の導電性の可動部材と、 静電力により前記可動部材を第1位置及び第2位置の間
で駆動させるために、この可動部材の近傍に配置された
電極と、 前記第1位置及び前記第2位置のそれぞれで前記可動部
材を停止するための停止部材と、 前記可動部材に形成された第1光導波路と、 前記可動部材が前記第1位置にある場合に、前記第1光
導波路と光学的に結合する第2光導波路と、 前記可動部材が前記第2位置にある場合に、前記第1光
導波路と光学的に結合する第3光導波路と、 を備える光スイッチであって、 前記可動部材と前記停止部材との接触面に磁性体薄膜を
形成し、前記可動部材が前記第1位置又は前記第2位置
にある場合に自己保持されるようにした光スイッチ。
1. An elastically deformable conductive movable member supported in a cantilever shape, and an electrostatic force for driving the movable member between a first position and a second position. An electrode disposed in the vicinity of the movable member; a stop member for stopping the movable member at each of the first position and the second position; a first optical waveguide formed on the movable member; A second optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide when the movable member is at the first position; and a second optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide when the movable member is at the second position. And a third optical waveguide coupled to the optical switch, wherein a magnetic thin film is formed on a contact surface between the movable member and the stop member, and the movable member is in the first position or the second position. Optical switch that is self-holding in some cases
【請求項2】 前記電極は前記可動部材の両側に配置さ
れている請求項1記載の光スイッチ。
2. The optical switch according to claim 1, wherein said electrodes are arranged on both sides of said movable member.
【請求項3】 前記停止部材は、前記第2光導波路及び
前記第3光導波路が形成される支持層の一部から成る請
求項1又は2記載の光スイッチ。
3. The optical switch according to claim 1, wherein the stop member comprises a part of a support layer on which the second optical waveguide and the third optical waveguide are formed.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光
スイッチを多段に組み合わせて成る光スイッチ。
4. An optical switch formed by combining the optical switches according to claim 1 in multiple stages.
【請求項5】 基板上に、後にエッチングにより除去さ
れる犠牲層を形成する工程と、 前記犠牲層を型として用い、片持ち梁状に支持される弾
性変形可能な1本の導電性の可動部材と、この可動部材
を第1位置及び第2位置の間で駆動するための電極と、
前記可動部材を前記第1位置及び前記第2位置で停止す
るための停止部材とを形成する工程と、 可動部材に第1光導波路を形成する工程と、 前記可動部材が前記第1位置にある場合に、前記第1光
導波路と光学的に結合する第2光導波路を形成する工程
と、 前記可動部材が前記第2位置にある場合に、前記第1光
導波路と光学的に結合する第3光導波路を形成する工程
と、 前記犠牲層をエッチングにより除去する工程と、 を備える光スイッチの製造方法。
5. A step of forming a sacrificial layer on a substrate which is later removed by etching, and using the sacrificial layer as a mold, one elastically deformable conductive movable member supported in a cantilever shape. A member and an electrode for driving the movable member between a first position and a second position;
Forming a stop member for stopping the movable member at the first position and the second position; forming a first optical waveguide on the movable member; and the movable member being at the first position. Forming a second optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide, and a third optically coupled to the first optical waveguide when the movable member is at the second position. A method for manufacturing an optical switch, comprising: forming an optical waveguide; and removing the sacrificial layer by etching.
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