JP3438450B2 - 導波路型光スイッチ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、伝搬する光の切り
替え又は遮断のために用いられる導波路型光スイッチ及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムが高度化するに伴い、低
挿入損失、低クロストーク特性を有する空間分割型スイ
ッチの必要性が高まってきている。空間分割型スイッチ
として、図１０に示すような導波路型光スイッチが開示
されている（特願平２−２６９４８９号）。

【０００３】図１０（ａ）は、従来の導波路型光スイッ
チの平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＡ−
Ａ線断面図をそれぞれ示している。

【０００４】導波路型光スイッチ１は、石英基板２と、
石英基板２上に形成されたバッファ層４−１と、バッフ
ァ層４−１上に形成され、Ｔ字状に交差するコア３と、
コア３より低い屈折率を有すると共に、コア４及びバッ
ファ層４−１を覆うように形成されたクラッド４−２
と、コア３の交差部６に約４５度の角度で光導波路の交
差部を切断して形成されたスリット７と、スリット７の
周囲のクラッド４−２上面に形成された給排手段として
の薄膜ヒータ８と、クラッド４−２、スリット７及び薄
膜ヒータ８を覆うように容器１８内に収容されコア３と
略等しい屈折率を有する屈折率整合液９とで構成されて
いる。

【０００５】薄膜ヒータ８に給電すると、スリット７内
の極近傍だけが加熱され、スリット７内の屈折率整合液
９が蒸発する。コア３内を矢印Ｌ１方向に入射した光
は、このスリット７の壁面で反射し、直交するコアへ曲
げられて矢印Ｌ２方向へ出射する。

【０００６】薄膜ヒータ８への給電を停止すると、スリ
ット７の周辺は放熱により冷却され、気化していた屈折
率整合液９が凝結して液体に戻り、スリット７内は再び
屈折率整合液９で満たされるので、矢印Ｌ１方向から入
射する光は矢印Ｌ３方向へ直進する。

【０００７】以上のように導波路型光スイッチ１は、ス
リット７への屈折率整合液９の供給及び排出動作を、加
熱冷却による液体の蒸発凝結によって行うことにより、
高速のスイッチング動作を実現することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た導波路型光スイッチ１には次のような課題がある。

【０００９】導波路型光スイッチ１には、光路を切り替
えた状態を無給電で維持する自己保持機能は有しておら
ず、光路を切り替えた状態を保持するには薄膜ヒータ８
への給電を連続させなければならない。このため、電力
消費が大きくなり、経済性に問題がある。

【００１０】さらに導波路型光スイッチ１を複数個マト
リクス状に配置した場合、薄膜ヒータ８による熱が蓄積
して導波路型光スイッチ１全体が高温になり、駆動させ
ていない他の導波路型光スイッチに影響を及ぼし、誤動
作の原因になる。

【００１１】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、切り替えられた光路の状態を無給電で保持できる導
波路型光スイッチ及びその製造方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光の伝搬する断面矩形状のコアがコアより
低い屈折率のクラッドで覆われた光導波路と、光導波路
の交差部を切断するように形成したスリットと、スリッ
トに連通し、屈折率がコアの屈折率に略等しい屈折率整
合液を収容する収容管と、収容管の一端に臨んで設けら
れ、外部電気信号によって収容管の容積を変化させるこ
とにより収容された屈折率整合液をスリット内に給排さ
せる収容管側給排手段と、屈折率整合液を給排された位
置に磁力或いは静電力で保持する収容管側保持手段とを
備えたものである。

【００１３】上記構成に加え本発明は、収容管側給排手
段を、収容管の一端に臨んで設けられるメンブランと、
メンブランの表面に形成された強磁性体薄膜と、電磁力
或いは静電力を発生することにより強磁性体薄膜との間
に引力或いは斥力を生じさせる手段とで構成してもよ
い。

【００１４】上記構成に加え本発明は、収容管側給排手
段を、収容管の一端に臨んで設けられるメンブランと、
メンブラン面に形成された強磁性体薄膜と、電磁力或い
は静電力で動作する片持ち梁とで構成してもよい。

【００１５】上記構成に加え本発明は、収容管側保持手
段を、メンブランが変形した状態を保持する永久磁石或
いは弾性のある片持ち梁若しくは永久磁石と片持ち梁と
を組み合わせたもので構成してもよい。

【００１６】また本発明は、以下の工程（ａ）〜（ｈ）
から成るものである。

【００１７】（ａ）一方の基板の表面に光導波路用ガラ
ス膜として、バッファ層、バッファ層より高い屈折率を
有するコア層、コア層より低い屈折率を有しコア層を覆
うクラッド層を順次積層し、フォトリソグラフィにより
光導波路をパターン化する工程、（ｂ）ドライエッチン
グプロセスにより、コア及びスリットを形成する工程、
（ｃ）ドリル加工或いは超音波加工によりスリットに連
通する微小孔から成る収容管を形成する工程、（ｄ）基
板裏面の微小孔に臨んで有機系薄膜、または無機系薄
膜、或いは金属薄膜、若しくはこれらを組み合わせた薄
膜から成るメンブランを形成する工程、（ｅ）メンブラ
ン面に強磁性体薄膜を形成する工程、（ｆ）他方の基板
にメンブランに対応する位置に駆動用の電磁石及び保持
用の永久磁石、或いは駆動用の静電力及び保持用の弾性
を合わせ持つ片持ち梁を形成する工程、（ｇ）収容管に
液体の熱膨張を利用して屈折率整合液を所定量注入する
工程、（ｈ）両基板の機能部面を接合する工程。

【００１８】 上記構成によれば、外部電気信号により収
容管側給排手段を駆動すると、収容管の隔壁が外側に変
動することにより容積が増加し、収容管内に収容されて
いた屈折率整合液の液面が低下する。収容管と連通して
いるスリット内では屈折率整合液が排出されて収容管内
に移動する。このため、スリット界面において大きな屈
折率差が生じ、光導波路内を直進する光はスリット壁面
で全反射され、この光導波路と直交する光導波路に導か
れる。外部電気信号が遮断されても、収容管の容積は収
容管側保持手段により磁力或いは静電力で収容管内に保
持されるので、スリット内は、屈折率整合液が排出され
た状態が保持される。すなわち無給電で導波路型光スイ
ッチが分岐状態に保持される。

【００１９】 一方、外部電気信号により収容管側給排手
段を駆動して元の位置に戻すと、収容管の隔壁が元の形
状に戻って容積が減少し、収容管内に収容されていた屈
折率整合液の液面が上昇する。スリット内がコアと同じ
屈折率の屈折率整合液で満たされ、スリット界面におけ
る屈折率差がなくなるので、光はあたかもスリットが無
いような状態で直進する。外部電気信号が遮断されて
も、収容管の容積は収容管側保持手段により磁力或いは
静電力で保持されるので、スリット内は、屈折率整合液
で供給された状態が保持される。すなわち無給電で導波
路型光スイッチが直進状態に保持される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を添
付図面に基づいて詳述する。

【００２１】 図１（ａ）は本発明の導波路型光スイッチ
の一実施の形態の平面図であり、図１（ｂ）は図１
（ａ）のＢ−Ｂ線拡大断面図である。

【００２２】 一方の基板としての単結晶シリコン基板１
０上にバッファ層１１−１が形成され、バッファ層１１
−１の上に光導波路１２が形成されている。光導波路１
２は、異なる屈折率を有する酸化ケイ素の層を重ねた構
造を有しており、光の伝搬するコア１３を覆う低屈折率
のクラッド１１−２を有している。

【００２３】 光導波路１２は、３つの枝路を有してお
り、枝路１２−１、１２−２は直線状に、枝路１２−３
はこれらの枝路１２−１、１２−２に直交させて配置さ
れている。３つの枝路１２−１、１２−２、１２−３は
略Ｔ字形状に交差する交差部１４を形成している。

【００２４】 交差部１４には、光導波路１２を切断する
と共に、枝路１２−１と枝路１２−２との双方に約４５
度の傾斜を有するスリット１５が形成されている。単結
晶シリコン基板１０の上にはキャップ１６が設けられて
いる。

【００２５】 単結晶シリコン基板１０のスリット１５の
下には、微小孔からなる収容管１７が形成されている。
すなわち単結晶シリコン基板１０と収容管１７とが一体
的に形成されている。収容管１７の直径ｄはスリット１
５を覆う程度であればよい。単結晶シリコン基板１０の
下には弾性体からなるメンブラン１９が接合されてい
る。

【００２６】 メンブラン１９の中央には強磁性体薄膜２
０が接合されている。強磁性体薄膜２０の大きさは収容
管１７の直径ｄ以下の大きさであればよい。収容管１７
内にはコア１２に等しい屈折率を有する屈折率整合液２
１が収容されている。屈折率整合液２１の量はスリット
１５の壁面に露出したコア１３の端面が没する程度であ
る。

【００２７】 メンブラン１９の下には、一方の面（図で
は上面）に溝２２が形成された他方の基板２３が接合さ
れている。基板２３の溝２２内には電磁石２４が設けら
れている。基板２３の他方の面（図では下面）の電磁石
２４の裏側には収容管側保持手段としての永久磁石２５
が設けられて導波路型光スイッチ２６が構成されてい
る。

【００２８】 尚、メンブラン１９と、強磁性体薄膜２０
と、電磁石２４とで収容管側給排手段１００が構成され
ている。

【００２９】 次に実施の形態の作用を述べる。

【００３０】 まず、電磁石２４に引力が働くように通電
すると、強磁性体薄膜２０に磁力が作用し、これと一体
化されているメンブラン１９が電磁石２４側に引き付け
られる。これにより収容管１７の容積が増加することに
なり、収容管１７内に収容されている屈折率整合液２１
の液面が低下する。この収容管１７はスリット１５に連
通しているため、屈折率整合液２１がスリット１５から
収容管１７へ排出され、コア１３の端面が露出すること
になる。コア１３の端面が屈折率整合液２１から露出す
ると、光導波路１２の枝路１２−１に矢印Ｌ１１方向に
入射した光は、交差部１４において屈折率の違いからス
リット１５の壁面で反射され、直交する枝路１２−３へ
曲げられる。その後、電磁石２４への通電を停止して
も、メンブラン１９は永久磁石２５の磁力により移動位
置に固定されているため、収容管１７の容積は変化しな
い。このため、屈折率整合液２１が移動することがな
く、スリット１５内には屈折率整合液２１が無い状態が
持続する。

【００３１】 このように、無給電状態でも光導波路１２
の枝路１２−１から交差部１４に入射した光は、依然と
して枝路１２−３へ出射される。

【００３２】 次に、電磁石２４に斥力が働くように通電
すると、メンブラン１９は電磁石２４から反発力を受け
て初期の位置に戻される。これにより、収容管１７は容
積が元の状態に減少し、収容されている屈折率整合液２
１の液面が上昇する。スリット１５は収容管１７に連通
しているため、屈折率整合液２１が収容管１７からスリ
ット１５へ供給され、コア１３の端面が屈折率整合液２
１で満たされることになる。このためスリット１５の壁
面における屈折率差がなくなり、光導波路１２の枝路１
２−１から交差部１４に入射した光は、スリット１５の
壁面で反射せず枝路１２−２へ直進するようになる。

【００３３】 ここで、電磁石２４への通電を停止して
も、メンブラン１９は復元力によって初期の位置に止ま
る。このため、収容管１７の容積は変化することがない
ので、スリット１５内は屈折率整合液２１で満たされた
状態が持続する。

【００３４】 このように、無給電状態でも光導波路１２
の枝路１２−１から交差部１４に入射した光は、依然と
して枝路１２−２へ出射される。

【００３５】 以上において、本実施例の導波路型光スイ
ッチ２６は、一端がスリット１５に連通し、屈折率整合
液２１で満たされた収容管１７の他端にメンブラン１９
を設け、このメンブラン１９を磁力等で変形させて容積
を変えることにより、スリット１５内の屈折率整合液２
１を給排させることができるので、光路を高速で切り替
えることができる。

【００３６】 また、永久磁石２５と弾性のあるメンブラ
ン１９とで収容管１７の容積を一定に保持することによ
り、無給電で自己保持することができる。

【００３７】 次に、導波路型光スイッチの製造方法につ
いて述べる。

【００３８】 図２は導波路型光スイッチの製造方法を示
す工程図である。

【００３９】 まず、図２（ａ）に示されるように、一方
の基板としての単結晶シリコン基板１０の一方の側（図
の上側）に化学的気相成長法（熱ＣＶＤ、プラズマＣＶ
Ｄ等）、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法を用い
て、コア膜１３ａより屈折率の低いＳｉＯ₂から成るバ
ッファ層１１−１を形成する。バッファ層１１−１上
に、ＳｉＯ₂にＴｉＯ₂、ＧｅＯ₂等の屈折率制御用化合
物をドープしたコア膜１３ａを形成する。フォトリソグ
ラフィの手法で直交する光導波路１２の枝路１２−１、
１２−２、１２−３のパターン形成を行い、エッチング
ガスにＣＨＦ₃を用いて反応性ドライエッチング（ＲＩ
Ｅ）でコア１３を形成する。

【００４０】 次に、ＳｉＯ₂にＰ₂Ｏ₅、Ｂ₂Ｏ₃等の屈折
率及び膨張係数制御用化合物をドープし、コア１３より
屈折率の低いクラッド層１１−２を化学的気相成長法等
で形成する。

【００４１】 本実施の形態の場合は、バッファ層１１−
１、コア膜１３ａ及びクラッド層１１−２の厚さはそれ
ぞれ３０μｍ、１０μｍ及び３０μｍであり、コア１３
の寸法は、厚さ幅共に約１０μｍである。

【００４２】 次いで、図２（ｂ）に示されるように、コ
ア１３の交差部にフォトリソグラフィでスリット１５の
パターンを形成した後、反応性ドライエッチングを用い
てスリット１５を形成する。単結晶シリコン基板１０に
ドリル或いは超音波等を用いて、直径約２ｍｍの微小孔
からなる収容管１７をスリット１５の真下の裏面からス
リット１５に連通させて形成する。収容管１７の形成位
置はスリット１５の真下にあり、その径はスリット１５
の長さ程度であればよい。

【００４３】 次に、図２（ｃ）に示されるように、有機
系薄膜、例えばポリイミド系樹脂の薄膜シートからなる
メンブラン１９に、Ｃｏ、Ｆｅ−Ｎｉ等合金の磁性材を
スパッタ等することにより強磁性体薄膜２０を形成す
る。メンブラン１９は、ＳｉＯ₂、Ｎｉ、Ａｕ等、或い
はこれらの合金、若しくはこれらの積層膜が用いられ
る。この強磁性体薄膜２０が形成されたメンブラン１９
を、収容管１７が形成された単結晶シリコン基板１０の
他方の側（図の下側）に、低温圧接法や接着剤によって
接合させる。この単結晶シリコン基板１０を図示しない
容器内で減圧し、収容管１７及びスリット１５内にシリ
コンオイルからなる屈折率整合液を収容させる。屈折率
整合液２１の液量を所定の量に調節する。例えば使用環
境温度の１００℃に加熱し、スリット１５からオーバー
フローした屈折率整合液２１を除去することにより行わ
れる。

【００４４】 一般に液体を用いた光スイッチは、温度に
敏感で高温で使用できない場合があったが、本発明の導
波路型光スイッチは高温で使用できる点に特徴がある。

【００４５】 次に、図２（ｄ）に示されるように、他方
の基板２３に電磁石（或いは空心コイル）２４を収容す
るための溝２２を形成する。メンブラン１９に磁力を作
用させるための電磁石２４を設け、その基板２３の裏面
側に永久磁石２５を設ける。単結晶シリコン基板１０と
基板２３とをメンブラン１９を介して低温圧接法（或い
は接着剤）によって接合させ、さらに、単結晶シリコン
基板１０の表面にキャップ１６を基板２３と同様な方法
で設ける。以上のようにして導波路型光スイッチ２６が
形成される。

【００４６】 尚、本実施の形態では収容管１７をスリッ
ト１５の真下に設けた場合で説明したが、これに限定さ
れるものではなく、図３の他の実施の形態に示すように
スリット１５の端部で連通するように形成してもよい。
また、スリット１５の両端に収容管をそれぞれ設けるよ
うにしてもよい。さらに、本実施の形態ではスリット側
保持手段として永久磁石２５を用いたが、これに限定さ
れず静電アクチュエータを用いて静電力でメンブランの
移動位置を保持してもよい。

【００４７】 ところで図１に示した実施の形態では、メ
ンブラン１９に設けた強磁性体薄膜２０に電磁石２４の
磁力を作用させて屈折率整合液２１をスリット１５に給
排させているが、図４の他の実施の形態に示すようにメ
ンブラン１９に片持ち梁２７を接合し、片持ち梁２７に
強磁性体薄膜２０を形成し、この強磁性体薄膜２０に電
磁石２４の磁力を作用させて屈折率整合液２１をスリッ
ト１５へ給排させてもよい。

【００４８】 同図に示す実施の形態によれば、電磁石２
４に斥力を働かせたときに片持ち梁２７が弾性によって
戻り、その弾性力により収容管１７の容積を一定に保持
させることができ、信頼性の高い自己保持機能を持たせ
ることができる。

【００４９】 また、本実施の形態では、導波路型光スイ
ッチが単一素子の場合について説明したが、図９に示す
ように、基板上に、例えばコアをマトリクス状に構成
し、多数の光スイッチを集積してもよい。

【００５０】 同図において、マトリクス光スイッチに
は、列電極端子６１と行電極端子６２とが設けられてい
る。マトリクス光スイッチを駆動させるときのみ列、行
に対応する列電極端子６１及び行電極端子６２を選択し
て、その電極間に必要な向きの電流を流す。このように
して任意のスイッチを選択して駆動できる。この実施の
形態では四つの入力部６３に入射した四つの光信号を、
四つの出力部６４に出力させることができる。さらに、
多数の光導波路をマトリクス状に構成し、その交差部に
多数の単一の光スイッチを集積することにより、大規模
なＮ×Ｍの導波路型マトリクス光スイッチが実現され
る。

【００５１】 図５（ａ）は本発明の参考例の外観斜視図
であり、図５（ｂ）はそのＣ−Ｃ線断面図である。

【００５２】 単結晶シリコン基板３０上にバッファ層３
１が形成され、その上に異なる屈折率を有する酸化ケイ
素の層を重ねた光導波路３２が形成されている。光導波
路３２は光の伝搬するコア３３を覆う低屈折率のクラッ
ド３４を有している。光導波路３２は、３つの枝路３４
−１、３４−２、３４−３を有している。枝路３４−
１、３４−２は直線状に、枝路３４−３はこれらの枝路
３４−１、３４−２に直交させて配置されている。３つ
の枝路３４−１、３４−２、３４−３は略Ｔ字形状に交
差する交差部３５を形成している。交差部３５には、光
導波路３２を切断すると共に、枝路３４−１と枝路３４
−３との双方に約４５度の傾斜を有するスリット３６が
形成されている。

【００５３】 スリット３６内には壁面に露出したコア３
３の端面が没する程度に屈折率整合液３８が収容されて
いる。

【００５４】 スリット３６の上には、スリット３６に臨
んで、スリット３６の壁面にコア３３の端面が露出して
いない領域の上方に、基板３０の主表面に垂直な方向に
移動可能な液面制御体３７が設けられている。液面制御
体３７は、少なくとも先端（図では下端）の一部が凸状
に形成されている。液面制御体３７は石英等のガラス、
或いは金属からなっており、屈折率整合液３８との濡れ
性がよい。これら光導波路３２と、クラッド３４と、液
面制御体３７とでスリット側給排手段１０１が構成され
ている。

【００５５】 クラッド３４の上には位置決めヘッド３９
が形成されている。位置決めヘッド３９は、液面制御体
３７の先端が屈折率整合液３８に接することができる状
態と、液面制御体３７の先端が屈折率整合液３８から離
れたときにコア３３が露出することができる状態とが確
保されるように、液面制御体３７の変動範囲を正確に位
置決めできるようになっている。

【００５６】 位置決めヘッド３９の上にはスペーサ４０
を介して蓋４１が設けられている。蓋４１には屈折率整
合液３８の液面に対し垂直方向に変位させるための電磁
石４２と永久磁石４３とが形成されている。液面制御体
３７には強磁性体薄膜４４が形成されており、この強磁
性体薄膜４４は、駆動手段としての電磁石４２との接触
面の磁場に作用する。すなわち電磁石４２はスリット３
６内の屈折率整合液３８の液面を変位させる駆動手段で
あり、永久磁石４３は上方に移動した液面制御体３７を
無給電で移動位置に止まらせるスリット側保持手段であ
る。

【００５７】 以上において、駆動装置が蓋の内側に配置
した電磁石４２と、蓋４１の外側に配置した永久磁石４
３とで構成した場合について説明したが、電磁石４２と
永久磁石４３とを置き換えてもよい。また、液面制御体
３７は自由端を有する弾性変形可能な片持ち梁（図示せ
ず）に固定されていてもよい。

【００５８】 次に本参考例の動作について説明する。

【００５９】 図６（ａ）及び図６（ｂ）は図５に示した
導波路型光スイッチの動作を説明するための説明図であ
る。

【００６０】 図６（ａ）に示すように、スリット３６内
には屈折率整合液３８が、壁面に露出する枝路３４−
１、３４−２、３４−３のコアの端面を没する程度に収
容されている。液面制御体３７は屈折率整合液３８の液
面から離れたスリット３６の上方にあり、矢印Ｌ２１方
向から入射した光がスリット３６を透過して枝路３４−
２を直進し、矢印Ｌ２２方向へ出射する状態にあるとす
る。尚、図６（ａ）、（ｂ）には位置決めヘッドが示さ
れていないが、スリット３６の上部の両側に配置されて
いるものとする。

【００６１】 まず、引力が働くように電磁石４２に通電
し、屈折率整合液３８と液面制御体３７の界面張力（自
己保持力）に打ち勝つ磁気力を発生させる。液面制御体
３７は電磁石４２の引力により、屈折率整合液３８の液
面から矢印Ｐ方向に引き上げられる。この過程において
屈折率整合液３８は、自重と表面張力により液面制御体
３７からスリット３６内に戻され、枝路３４−１、３４
−２、３４−３の各コアの端面が屈折率整合液３８で没
された状態になる。このため、スリット３６の壁面にお
ける屈折率差がなくなり、枝路３４−１内を伝搬する光
は直進して枝路３４−２へ伝搬する。移動した液面制御
体３７は電磁石４２への通電を停止しても液面制御体３
７の強磁性体薄膜４４と永久磁石４３との間に作用する
磁気力（自己保持力）によって、移動した位置に保持さ
れる。このため、スリット３６内の液面が変位すること
は無く、枝路３４−１、３４−２、３４−３の各コアの
端面が屈折率整合液３８によって満たされた状態を保つ
ことになる（図６（ａ））。

【００６２】 次に、斥力が働くように電磁石４２に通電
し、永久磁石４３と液面制御体３７の強磁性体薄膜４４
との間に作用している磁気力（保持力）に打ち勝つ磁気
力を発生させる。液面制御体３７は、この磁気の斥力に
より、永久磁石４３からスリット３６の位置決めヘッド
で限定される位置に矢印Ｑ方向に移動する。このため、
屈折率整合液３８との濡れ性が良い材料で形成されてい
る液面制御体３７には界面張力により屈折率整合液３８
が這い上がり、空隙が全て屈折率整合液３８で満たされ
ることにより、この領域の液面が上昇する。この隙間を
満たすための液体はスリット３６内の枝路側から供給さ
れる。このため、コアが壁面に露出する領域のスリット
内では屈折率の低い気体（空気）で置換されることによ
り大きな屈折率差が生じるために矢印Ｌ２１方向から入
射した光は、スリット３６の壁面で反射され、分岐方向
（矢印Ｌ２３方向）に曲げられる。同時に液面制御体３
７は電磁石４２への通電を停止しても屈折率整合液３８
との間の界面張力によって、移動した位置に保持される
（図６（ｂ））。

【００６３】 以上において本参考例の導波路型光スイッ
チは、スリット３６内の屈折率整合液３８の液面を、液
面制御体３７との間の界面張力で変位させることによ
り、屈折率整合液３８をスリット３６内で移動させて給
排し、光路を切り替えることができる。特にこの導波路
型光スイッチは、液面の至近位置において屈折率整合液
を給排させる構成になっているために、液体の移動距離
を最短にでき、ｍｓｅｃオーダの高速の光スイッチング
が容易に達成される。また、本参考例の導波路型光スイ
ッチは、光路を切り替える時のみ電力を供給すればよ
く、切り替え後の状態を無給電で維持できる自己保持機
能を有するものである。

【００６４】 本参考例の光スイッチにおいて、屈折率整
合液をスリットの内部で安定に移動し給排させるために
は、液面制御体の屈折率整合液に対する濡れ性をスリッ
ト≦液面制御体となるように設定することが望ましい。
例えばスリットの内面を発水（或いは発油）性のあるフ
ッ素系樹脂、アモルファス・フルオロポリマで処理する
ことにより、濡れ性を低減する方法がとられる。この場
合、濡れ性を大幅に低減すると屈折率整合液がスリット
内に戻り難くなるため、スリット内部の接触角θは３０
〜１００度の範囲に調節される。

【００６５】 図７は本発明の他の参考例を示す概念図で
ある。

【００６６】 スリット３６の上部に空隙を残し、壁面に
露出する枝路３４−１、３４−２、３４−３のコアの端
面が屈折率整合液３８に没する状態にする。このスリッ
ト３６上に、その長手方向の約２／３を覆う大きさの液
面制御蓋４５が設けられている。液面制御蓋４５は、界
面張力によって上昇する屈折率整合液３８に接するよう
にスリット３６の端部に配置され、自由端を有する弾性
変形可能な片持ち梁（図示せず）で支持されている。
尚、図７には示されていないが図６に示した参考例に示
されているのと同様な電磁石、永久磁石及び強磁性体薄
膜が形成されているものとする。

【００６７】 図７に示す導波路型光スイッチにおいて、
電磁石に斥力を働かせると、スリット３６は片持ち梁で
支持された液面制御蓋４５が矢印Ｒ方向に回動すること
により端部から順次長手方向に覆われていく。液面制御
蓋４５と屈折率整合液３８の液面との間に生じる空隙
が、界面張力によりスリット３６の端部から中央部に向
かい順次屈折率整合液３８で満たされて液面が上昇す
る。これとは逆に、液面制御蓋４５によって覆われてい
ない領域では、液面が下降して屈折率整合液３８が排除
され、枝路３４−１、３４−２、３４−３のコアの端面
が露出する。

【００６８】 電磁石に引力を働かせて弾性変形可能な自
由端からなる液面制御蓋４５を液面から充分離れた電磁
石に吸着させると、液面制御蓋４５が矢印Ｓ方向に回動
して、屈折率整合液３８が自重と表面張力によって液面
制御蓋４５からスリット３６内に戻され、壁面に露出す
るコアの端面が屈折率整合液３８に没する状態になる。

【００６９】 本発明の他の参考例によっても屈折率整合
液３８をスリット３６内で給排させることができるた
め、図６に示した参考例と同様な作用により光路を切り
替えることができる。また、この導波路型光スイッチは
図６に示した参考例と同様な自己保持機能を有している
が、片持ち梁の弾力によっても自己保持機能を持たせる
こともできる。

【００７０】 本参考例では可動部を駆動する手段として
電磁石或いは永久磁石を用いた場合について述べたが、
これに限定されるものではなく静電アクチュエータやバ
イメタル、形状記憶合金或いはこれらを組み合わせて構
成してもよい。

【００７１】 また、本参考例では、スリットが一様な幅
で形成されているが、液面制御体を設ける領域のスリッ
ト幅を光路切り替え部よりも広く構成することができ
る。図８に示すようにスリット５０の端部にスリット５
０に連通して液面制御タンク５１を設け、この液面制御
タンク５１に臨んで液面制御体５３を矢印Ｅ方向に出し
入れ自在に設けることにより、スリット５０内に収容さ
れた屈折率整合液５２の液面を変位させることもでき
る。この参考例によれば、多量の屈折率整合液５２をス
リット５０内に給排できるため、安定性が増大し、かつ
給排及び駆動手段を大きな部品で構成することができ、
作成が容易になる。また、給排手段の液面制御体をスリ
ットの一方に設けているが、これに限定されるものでは
なく両側に配置してもよい。尚、図８（ａ）は本発明の
他の参考例の平面図であり、図８（ｂ）はそのＤ−Ｄ線
断面図である。

【００７２】 さらに本参考例では、単一の光スイッチに
ついて説明したが、図９に示すように、図１に示したよ
うな単結晶シリコン或いは石英、化合物半導体、ＬｉＮ
ｂＯ₃からなる基板上に、単一の光スイッチ２６を１６
個集積させ、４×４のマトリクス光スイッチを構成して
もよい。

【００７３】 同図において、マトリクス光スイッチに
は、列電極端子６１と行電極端子６２とが設けられてい
る。マトリクス光スイッチを駆動させるときのみ列、行
に対応する列電極端子６１及び行電極端子６２を選択し
て、その電極間に必要な向きの電流を流す。このように
して任意のスイッチを選択して駆動できる。この実施の
形態では四つの入力部６３に入射した四つの光信号を、
四つの出力部６４に出力させることができる。さらに、
多数の光導波路をマトリクス状に構成し、その交差部に
多数の単一の光スイッチを集積することにより、大規模
なＮ×Ｍの導波路型マトリクス光スイッチが実現され
る。

【００７４】 (1)光路の状態を無給電で自己保持できる
ので、パルス給電によって高速のスイッチングが可能で
ある。

【００７５】 (2)光路の状態を無給電で自己保持できる
ので、消費電力が減少する。

【００７６】 (3)収容管の容積を変動させることによっ
て屈折率整合液をスリットに給排するので、屈折率整合
液の熱膨張が吸収されると共に冷却装置が不要となる。

【００７７】 (4)使用環境温度の影響を受け難くなるの
で信頼性が向上する。

【００７８】 (5)大規模なＮ×Ｍの光スイッチを実現で
きる。

【００７９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００８０】 (1)磁力或いは静電力で収容管の隔壁の変
動位置を保持するので、切り替えられた光路の状態を無
給電で保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導波路型光スイッチの一実施の形態の
平面図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。

【図３】本発明の導波路型光スイッチの他の実施の形態
である。

【図４】本発明の導波路型光スイッチの他の実施の形態
である。

【図５】（ａ）は本発明の参考例の外観斜視図であり、
（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は図５に示した導波路型光ス
イッチの動作を説明するための説明図である。

【図７】本発明の他の参考例を示す概念図である。

【図８】（ａ）は本発明の他の参考例の平面図であり、
（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。

【図９】図１に示した導波路型光スイッチをマトリクス
状に配置した導波路型マトリクス光スイッチである。

【図１０】（ａ）は、従来の導波路型光スイッチの平面
図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図をそれぞれ
示している。

【符号の説明】

１１−２ クラッド １２ コア １４ 交差部 １５ スリット １７ 収容管 ２１ 屈折率整合液 ２５ 収容管側保持手段（永久磁石） １００ 収容管側給排手段

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光の伝搬する断面矩形状のコアが該コアよ
   り低い屈折率のクラッドで覆われた光導波路と、該光導
   波路の交差部を切断するように形成したスリットと、一
   端が該スリットに連通し屈折率が上記コアの屈折率に略
   等しい屈折率整合液を収容する収容管と、該収容管の他
   端に設けられた隔壁を外部電気信号によって変動させる
   ことにより収容管の容積を変化させて屈折率整合液をス
   リット内に給排させる収容管側給排手段と、磁力或いは
   静電力で上記隔壁が変動した状態に保持する収容管側保
   持手段とを備えたことを特徴とする導波路型光スイッ
   チ。
2. 【請求項２】上記収容管側給排手段を、上記収容管の他
   端に設けられたメンブランと、該メンブランの表面に形
   成された強磁性体薄膜と、電磁力或いは静電力を発生す
   ることにより上記強磁性体薄膜との間に引力或いは斥力
   を生じさせる手段とで構成した請求項１記載の導波路型
   光スイッチ。
3. 【請求項３】上記収容管側給排手段を、上記収容管の他
   端に臨んで設けられるメンブランと、該メンブラン面に
   形成された強磁性体薄膜と、電磁力或いは静電力で動作
   する片持ち梁とで構成した請求項１記載の導波路型光ス
   イッチ。
4. 【請求項４】上記収容管側保持手段を、上記メンブラン
   が変形した状態を保持する永久磁石或いは弾性のある片
   持ち梁若しくは永久磁石と片持ち梁とを組み合わせたも
   ので構成した請求項１記載の導波路型光スイッチ。
5. 【請求項５】以下の工程（ａ）〜（ｈ）から成ることを
   特徴とする導波路型光スイッチの製造方法。（ａ）一方
   の基板の表面に光導波路用ガラス膜として、バッファ
   層、該バッファ層より高い屈折率を有するコア層、該コ
   ア層より低い屈折率を有し該コア層を覆うクラッド層を
   順次積層し、フォトリソグラフィにより光導波路をパタ
   ーン化する工程、（ｂ）ドライエッチングプロセスによ
   り、コア及びスリットを形成する工程、（ｃ）ドリル加
   工或いは超音波加工によりスリットに連通する微小孔か
   ら成る収容管を形成する工程、（ｄ）上記基板裏面の微
   小孔に臨んで有機系薄膜、または無機系薄膜、或いは金
   属薄膜、若しくはこれらを組み合わせた薄膜から成るメ
   ンブランを形成する工程、（ｅ）メンブラン面に強磁性
   体薄膜を形成する工程、（ｆ）他方の基板に上記メンブ
   ランに対応する位置に駆動用の電磁石及び保持用の永久
   磁石、或いは駆動用の静電力及び保持用の弾性を合わせ
   持つ片持ち梁を形成する工程、（ｇ）収容管に液体の熱
   膨張を利用して屈折率整合液を所定量注入する工程、
   （ｈ）上記両基板の機能部面を接合する工程。