JP3566878B2 - 液体移動型光スイッチ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信用の光スイッチに関し、特に熱毛細管力を利用した液体移動型光スイッチに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、交差する光導波路の交差部に、光導波路と所定の角度をなす溝を形成し、光を反射或いは透過させる方法が提案されている(例えば、Bistatable optical switching using electrochemically generated bubbles,Optics letters/Vol 15,No 24/December 15,1990 )。
【0003】
また、光導波路の交差部に形成された溝内の液体を、液体(屈折率整合液)の熱毛細管力によって移動させることにより、光を反射或いは透過させる「光スイッチ」が提案されている(特開平9−133932号公報)。
【0004】
図3は従来の液体移動型光スイッチの透視図である。
【0005】
同図に示すように光導波路基板21には光導波路24iと光導波路24oとが同一光軸上に形成され、光導波路23iと光導波路23oとが同一光軸上に形成されている。これら二つの光軸は同一平面上で交差するように配置されている。管路25は光軸の交点を通る壁面を有し、その壁面は管路の中に空気が存在する時に光導波路23iを伝搬してきた光が管路壁面で全反射されて光導波路24oに入射するような角度になっている。
【0006】
管路25の両端は光導波路23i、23o、24i、24oと交差しない別の管路26に接続されて環状管路を形成し、その環状管路の中に光導波路23i、23o、24i、24oと略等しい屈折率を有する屈折率整合液29と空気とが封入され、蓋22によって気密封止されている。管路25の近傍には二つのヒータ27a、27bが配置されており、これらのヒータ27a、27bのうちいずれか一方を発熱させることにより、屈折率整合液29と気体との界面張力が変化し、毛細管現象の釣り合いが崩れることによって屈折率整合液29を移動させるようになっている。
【0007】
管路25に封入された屈折率整合液29が光軸の交点付近にある場合は、光導波路23iを伝搬してきた光は屈折率整合液29を透過して光導波路23oに入射する。また、光軸付近に空気が存在する場合は、光導波路23iを伝搬してきた光は管路壁面で全反射されて光導波路24oに入射する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図3に示した光スイッチにおいては、ヒータと電気配線用薄膜の堆積、並びにヒータと電気配線用パターン加工、さらに絶縁膜堆積、並びにその表面研磨等、幾多のプロセスが必要であり、より簡便な構造が求められていた。
【0009】
また、図3に示した光スイッチの蓋22を光半導体基板21に接合して管路25、26を気密封止するには、光導波路基板21の蓋22と接する面に10nmオーダーの平坦さが要求される。
【0010】
しかしながら、ヒータ27a、27bと電気配線28a、28b、28cとは光導波路基板21の表面に形成する必要があるため、それらの厚さによって生じる段差を解消し、なおかつ平坦さを確保するには、ヒータ27a、27bと電気配線28a、28b、28cとを形成した後、絶縁膜で覆い、さらにその表面を研磨しなければならない。
【0011】
具体的には、SiO2 等の絶縁膜は、スパッタ法、CVD法、真空蒸着法等で成膜した後、熱処理を行わないと応力が残存したり組織が緻密でなくなるため、機械的、化学的強度が低くなる。従来提案されている構造の光スイッチではヒータ27a、27bや電気配線28a、28b、28cの材料が熱の影響を免れないために十分な熱処理ができない。さらに、ヒータ27a、27bや電気配線28a、28b、28cの材料は、絶縁物と弾性率が異なるため、ヒータ27a、27bや電気配線28a、28b、28cが埋め込まれている部分とその他の部分とでは研磨の際に絶縁物が受ける加工歪みが異なる。その結果としてヒータ及び配線の縁に沿って研磨速度が局所的に速くなり凹みが生じる。
【0012】
この凹みを研磨の条件だけで実用上十分なレベルに小さくするには加工歪みを極力小さくする必要があり、それはすなわち研磨速度の極端な低下をまねく等実用性に乏しいことが問題として残る。またこの研磨した絶縁膜表面の仕上がり具合が、液体の封入状態を支配し、結果的に光スイッチの動作の再現性、信頼性を左右していた。
【0013】
以上のように、従来に提案された光スイッチ構造を実現するには、多くのプロセスが必要であり、かつ極めて高度なプロセスが必要であった。
【0014】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、信頼性に優れた液体移動型光スイッチを提供することにある。
【0015】
【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の液体移動型光スイッチは、互いに交差しないm本の光導波路及び互いに交差しないn本の光導波路が互いに交差する光導波路基板と、上記光導波路の各交差部に形成され、上記光導波路の光軸と所定の角度をなす壁面を有する光路切換用溝と、該光路切換用溝内に一定の量だけ注入され上記光導波路の屈折率に略等しい屈折率を有する屈折率整合液と、上記光路切換用溝の近傍に配置された発熱手段と、上記光導波路基板上に接合され上記光路切換用溝に注入された屈折率整合液を封止するための蓋とを備えた液体移動型光スイッチにおいて、上記光導波路基板に、上記光路切換用溝から所定距離だけ離れた位置に凹部を、その光路切換用溝を臨むように形成し、その凹部の底面に、該凹部の深さより薄い発熱手段を形成し、上記光導波路基板上に、上記光路切換用溝に注入された屈折率整合液を封止するための蓋を接合したものである。
【0016】
上記構成に加え本発明の液体移動型光スイッチは、蓋の材質を多成分ガラスとし、光路切換用溝の周囲にSiを成膜し、蓋と光導波路基板とを接合する接合手段として陽極接合を用いるのが好ましい。
【0017】
本発明によれば、発熱手段が導波路基板表面よりも低い位置に形成されているので、光導波路基板に蓋を接合する際に蓋表面が発熱手段には接触せず、光導波路基板表面に蓋が接合される。また発熱手段である凹部は光路切換用溝から所定の距離だけ離れた位置に形成されているので、光路切換用溝の周囲は完全に光導波路基板と蓋とで密閉される。その結果、光導波路基板の平坦化が必要なくなり、絶縁膜の成膜と研磨工程とを省略でき、製造上の利点が生じると共に信頼性が向上する。
【0018】
また、光導波路基板の最上部をSiとすることで、多成分ガラスからなる蓋を陽極接合で光導波路基板に接合できるようになるが、特に光導波路が石英系である場合、Siと石英系材料とは接着性が非常によいため、蓋が発熱手段や絶縁膜を介して接合された場合に比べて信頼性が著しく向上する。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0020】
図1は本発明の液体移動型光スイッチの一実施の形態を示す部分透視図である。
【0021】
100は2本の光導波路(図示せず)が互いに交差する光導波路基板であり、光導波路の交差部に光路切換用溝101が形成されている。光路切換用溝101内には、光導波路と屈折率の等しい屈折率整合液が一定量だけ封入されている。光路切換用溝101から所定の距離だけ離れた位置に略コの字形状の凹部102と、略V字形状の凹部103とが共に光路切換用溝101を臨むように形成されている。両凹部102、103の底面の光路切換用溝101側には、凹部102、103の深さより薄いヒータ104、105がそれぞれ形成されている。凹部102、103の残りの底面にはヒータ104、105に接続され凹部102、103の深さより薄い電気配線106、107、108、109がそれぞれ形成されている。これらヒータ104、105と電気配線106、107、108、109とで発熱手段が構成されている。
【0022】
光路切換用溝101、ヒータ104、105及び電気配線106、107、108、109の一部は、光導波路基板100に接合された蓋110で覆われており、光導波路基板100の蓋110の外側には四つの電気配線106、107、108、109が露出しており、外部回路に接続できるようになっている。
【0023】
このような光スイッチにおいて、ヒータ104、105及び電気配線106、107、108、109はいずれも凹部102、103の中に形成されているので、光導波路基板100と蓋110とを接合する際に障害になることはなく、光路切換用溝101の周囲は完全に光導波路基板100と蓋110とで密閉される。その結果、光導波路基板100の平坦化が必要なくなり、絶縁膜の成膜と研磨工程とを省略でき、製造上の利点が生じると共に信頼性が向上する。
【0024】
また、光導波路基板100の最上部をSiとすることで、多成分ガラスからなる蓋110を陽極接合で光導波路基板100に接合できるようになるが、特に光導波路が石英系である場合、Siと石英系材料とは接着性が非常によいため、蓋110が発熱手段や絶縁膜を介して接合された場合に比べて信頼性が著しく向上する。
【0025】
尚、ヒータ104、105と光路切換用溝101との間の距離は、ヒータ104、105の熱が光路切換用溝101に達することができ、かつ、光路切換用溝101を気密封止するのに十分な幅を確保できるように設計されているのが好ましい。
【0026】
本実施の形態では2本の光導波路が交差する交差部に液体移動型光スイッチを形成した場合で説明したが、これに限定されず、互いに交差しないm(m≧1)本の光導波路及び互いに交差しないn(n≧1)本の光導波路が互いに交差する光導波路基板の各交差部に液体移動型光スイッチを形成してm×nマトリックス構造の光スイッチを構成してもよい。
【0027】
図2(a)〜(f)は図1に示した本発明の液体移動型光スイッチを製造するための製造工程図である。
【0028】
Si基板200上に互いに交差するコア201を有するクラッド202を形成して光導波路とする(図2(a))。
【0029】
クラッド202の表面にSi膜203を成膜する(図2(b))。
【0030】
Si膜203の上にフォトレジスト204をコートする(図2(c))。
【0031】
エッチングによりSi膜203及びクラッド202のヒータが形成される位置に凹部102(103)を開ける(図2(d))。
【0032】
同フォトレジスト204をそのまま用いてヒータ用の導電膜104aを成膜し、リフトオフ法でヒータ104(105)を凹部102(103)の中に形成する(図2(e))。
【0033】
他のフォトレジストを用いてエッチングにより、Si膜203及びクラッド202に光路切換用溝101を形成する(図2(f))。
【0034】
以上のようにして得られた光導波路基板100の光路切換用溝101内に屈折率整合液を注入した後、光路切換用溝101、ヒータ104(105)及び電気配線106〜109の一部を覆うように蓋(図示せず)を光導波路基板100に接合することにより液体移動型光スイッチが得られる。
【0035】
以上の製造工程では凹部102、103の形成と、リフトオフの際に同一のフォトレジスト204を使用するので、単にリフトオフでヒータ104(105)を形成する場合に比べて工程数はエッチング1回分しか増加しない。
【0036】
【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。
【0037】
光導波路基板に、光路切換用溝から所定距離だけ離れた位置に凹部を形成し、その凹部の底面に、その凹部の深さより薄い発熱手段を形成することで、蓋と接する光導波路基板の面の平坦化が必要がなくなる。また、その光導波路基板上に蓋を直接接合することで、光路切換用溝に注入された屈折率整合液を封止することができるため、信頼性に優れた液体移動型光スイッチを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液体移動型光スイッチの一実施の形態を示す部分透視図である。
【図2】(a)〜(f)は図1に示した本発明の液体移動型光スイッチを製造するための製造工程図である。
【図3】従来の液体移動型光スイッチの透視図である。
【符号の説明】
100 光導波路基板
101 光路切換用溝
102、103 凹部
110 蓋
Claims (2)
- 互いに交差しないm本の光導波路及び互いに交差しないn本の光導波路が互いに交差する光導波路基板と、上記光導波路の各交差部に形成され、上記光導波路の光軸と所定の角度をなす壁面を有する光路切換用溝と、該光路切換用溝内に一定の量だけ注入され上記光導波路の屈折率に略等しい屈折率を有する屈折率整合液と、上記光路切換用溝の近傍に配置された発熱手段と、上記光導波路基板上に接合され上記光路切換用溝に注入された屈折率整合液を封止するための蓋とを備えた液体移動型光スイッチにおいて、上記光導波路基板に、上記光路切換用溝から所定距離だけ離れた位置に凹部を、その光路切換用溝を臨むように形成し、その凹部の底面に、該凹部の深さより薄い発熱手段を形成し、上記光導波路基板上に、上記光路切換用溝に注入された屈折率整合液を封止するための蓋を接合したことを特徴とする液体移動型光スイッチ。
- 上記蓋の材質を多成分ガラスとし、上記光路切換用溝の周囲にSiを成膜し、上記蓋と上記光導波路基板とを接合する接合手段として陽極接合を用いた請求項1に記載の液体移動型光スイッチ。
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