JP4094407B2 - 光スイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信等に用いられ、光ファイバ伝送路などの光路の切り換えや遮断を行う光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野などで用いられる光ファイバ伝送路の光路の切り換えや遮断を行う光スイッチとしては、光ファイバやプリズムを直接駆動して光路を切り換える構造のメカニカル式光スイッチが多く用いられてきた。 光ファイバを直接駆動して光路の切り替えや遮断を行う構造のメカニカル光スイッチは、比較的構造が簡単であり、低挿入損失、小型化、低消費電力が得られるという特徴を有しているため、これまでに多くの構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図４にその構造を示す。
【０００３】
この構造は１×２光スイッチ型のもので、基部を第１の円筒管７に片持ち梁状に固定されていて、その先端近傍表面に所望の磁気特性を有する磁性体５を固着した１本の可動裸光ファイバ１と、流れる電流の向きを変えることにより、磁性体５両端の磁極を反転させる中空ソレノイドコイル６と、磁性体５に対して光軸と垂直方向に磁気吸引力を付与する１対の永久磁石８ａ、８ｂと、半割円柱３ａ、３ｂの平坦部に形成されたＶ状溝４上に固定された２本の静止裸光ファイバ２ａ、２ｂと、第１の円筒管７及び半割円柱３ａ、３ｂを整列保持し、かつ、中空ソレノイドコイル６および永久磁石８ａ、８ｂを固定する長尺円筒スリーブ９から構成されている。
【０００４】
本構造の動作は以下に示すとおりである。磁性体５の両端部の磁極に応じて可動裸光ファイバ１は一対の永久磁石８ａ、８ｂのいずれか一方に磁気的に吸引され、その先端は半割円柱３ａ、３ｂの平坦部に形成されたＶ状溝４上において２本の静止裸光ファイバ２ａ、２ｂのいずれか一方と光結合する。中空ソレノイドコイル６へ通電して磁性体５に光軸に沿った磁界を印加することにより磁性体５両端の磁極を反転させると、可動裸光ファイバ１は他方の永久磁石側に吸引されて他方の静止裸光ファイバに光結合する。電流を供給しない状態においても、磁性体５は永久磁石に磁気的に吸引されているため、一方の静止裸光ファイバ２ａ、２ｂとの結合状態を保つことができ、自己保持型のスイッチング動作を得ることができる。
【０００５】
上記動作は１×２光スイッチング動作に関するものであるが、１方の光路に着目すると、その光路の開閉・遮断を行うことができるため、光シャッタとしても用いることができる。
【０００６】
その他にも、光ファイバを直接駆動して光路を切り換える構造の光スイッチが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−３１３１１１（第３−４頁、第１図）
【０００８】
【特許文献２】
特開２０００−８９１４２（第４−５頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４で示す従来例においては、半割円柱３ａ、３ｂや長尺円筒スリーブ９などの主要な構成部品に、極めて高い加工精度、組立精度が要求される。そのため、部品費用が高く、組立性においても多くの時間を要し、コスト高となっていた。
【００１０】
上述の例に限らず、従来のメカニカル型光スイッチは構造が比較的簡単であるが、加工精度の高い要素部品を必要とする。また、要素部品の加工精度を高くしても加工公差や組立誤差があるため、高性能な光学特性を得るためには、組立時の調整に時間がかかるという問題点があった。そのため、大量生産や低コスト化には適さないという問題点があった。
【００１１】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、比較的単純な構成で、かつ要素部品も安価かつ高精度に作製することで、組立時の調整を容易とし、低コストで高性能な光スイッチを大量に提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる光スイッチは、片持ちはり状に可動する１本の可動裸光ファイバと、少なくとも１本の溝と、先端近傍が前記溝に沿って整列し、端面が所定の間隔で前記可動裸光ファイバの端面に対向して固定された少なくとも１本の固定裸光ファイバと、前記可動裸光ファイバの先端近傍を前記溝方向に押圧する押圧体と、前記可動裸光ファイバの先端を前記溝から離すリフト構造と、前記押圧体あるいは前記リフト構造の少なくとも一方の動作を制御する制御素子からなり、前記可動裸光ファイバは、前記溝に沿って整列あるいは非整列することで、光路の開閉や切り換えを行うことを特徴としている。
【００１３】
従って、比較的単純な構成で、押圧体が可動裸光ファイバを溝方向に押圧することで、可動裸光ファイバと静止裸光ファイバが溝に沿って整列して光学的に結合するため、組立時の調整が容易で、高性能な光スイッチを得ることができる。
【００１４】
さらに、本発明にかかる光スイッチでは、前記溝は、互いにその開口部が向かい合うとともに略平行に２本配置され、前記可動裸光ファイバは、その可動に伴って少なくとも一つの前記溝に沿って整列することを特徴としている。
【００１５】
従って、比較的単純な構成で、１×２光スイッチング動作や、光路の開閉の逆転動作にも対応可能である。
【００１６】
さらに、本発明にかかる光スイッチでは、前記可動裸光ファイバと前記固定裸光ファイバは、前記端面が各光ファイバの中心軸方向に垂直な面に対して斜めに形成されることを特徴としている。
【００１７】
従って、反射減衰量を低減することが可能で、高性能な光学特性を得ることができる。
【００１８】
さらに、本発明にかかる光スイッチでは、前記押圧体は、少なくとも一部が前記溝に略垂直な方向に変位する弾性構造を有することを特徴としている。
【００１９】
従って、押圧体が溝方向に押圧する荷重は、押圧体の弾性構造によって調整可能であるため、組立時の調整が容易で、高性能な光スイッチを得ることができる。
【００２０】
さらに、本発明にかかる光スイッチでは、前記リフト構造は、前記可動裸光ファイバの弾性力を利用するものであることを特徴としている。
【００２１】
従って、リフト構造が単純となり、部品点数の低減や、組立時間の短縮が可能となる。
【００２２】
さらに、本発明にかかる光スイッチでは、前記リフト構造は、前記制御素子との間で働く磁気力を利用するものであることを特徴としている。
【００２３】
従って、可動裸光ファイバの駆動力を制御素子により容易に制御することができるため、組立時の調整が容易で、高性能な光スイッチを得ることができる。
【００２４】
さらに、本発明にかかる光スイッチでは、前記押圧体と前記リフト構造が一体に形成されていることを特徴としている。
【００２５】
従って、部品点数が減少し、押圧体とリフト構造の組立や調整が容易となる。
【００２６】
さらに、本発明にかかる光スイッチでは、前記制御素子が電磁石であることを特徴としている。
【００２７】
従って、制御素子の制御が非常に容易であり、組立時の調整が容易で高性能な光スイッチを得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に関して図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかわる光スイッチ主要部の構成を示す構成図である。図１(ａ)は上面図、図１（ｂ）はＡＢ断面での断面図である。簡単のため、構造が隠れる要素は図示を省略している。光スイッチ３０は、支持基板１３上面に設けられたＶ状溝１４内に、可動裸光ファイバ１１と静止裸光ファイバ１２とが端面を近接した状態で対向させて固定されている。可動裸光ファイバ１１は、片持ちはり状に動作するように樹脂などを用いて接着部２２で支持基板１３に固定され、先端から所定の距離離れた位置に所望の磁気特性を有する円筒状の磁性体１５が設けられている。静止裸光ファイバ１２は、接着部２２で支持基板１３に固定されている。
【００３０】
磁性体１５は、可動裸光ファイバ１１を支持基板１３に対して略垂直方向に駆動する駆動体として機能する。磁性体１５よりも先端部において、可動裸光ファイバ１１は所望のバネ定数と磁気特性を持つ板バネ１６により所望の力でＶ状溝１４に押圧されている。支持基板１３には、可動裸光ファイバ１１と静止裸光ファイバ１２とを沿わせるＶ状溝１４と、その状態で磁性体１５が支持基板１３と当たらないような幅と深さを持つザグリ１７と、接着部２２から樹脂などの接着剤が接着部２２以外に回り込むことを防止するための逃げ溝１８が設けられている。
【００３１】
可動裸光ファイバ１１と静止裸光ファイバ１２は、それぞれ光ファイバ心線の保護樹脂層を先端から所定の長さ除去し、裸ファイバ部分を露出し、この裸ファイバ部分がＶ状溝１４にそって整列する。さらに、それぞれの光ファイバ端面はコアの中心軸方向に垂直な面に対して斜めに形成され、それぞれの端面が平行になるように近接して対向される。
【００３２】
図２に図１のＣＤ断面での断面図を示す。図２（ａ）は、光路が形成されている状態、図２（ｂ）は光路が遮断されている状態を示す。支持基板１３上には上部基板１９が設けられ、その上部にコイル２０と鉄芯２１を有する電磁石３１が設けられている。上部基板１９には、可動裸光ファイバ１１の動作を妨げないように、所望の深さで段差２３が形成されている。この段差２３に板バネ１６を固着し、板バネ１６が可動裸光ファイバ１１の先端近傍を支持基板１３方向に押圧している。
【００３３】
図２（ａ）は、コイル２０に電流を流していない状態を示す。板バネ１６によって可動裸光ファイバ１１の先端近傍はＶ状溝１４に押圧されるので、Ｖ状溝１４に沿って可動裸光ファイバ１１と静止裸光ファイバ１２の端面どうしが近接して対向し、可動裸光ファイバ１１と静止裸光ファイバ１２は光学的に結合して光路が形成されている。
【００３４】
一方、図２（ｂ）は、コイル２０に所定の電流を流した状態を示す。鉄心２１端と磁性体１５や板バネ１６の間に磁気吸引力が働き、この磁気吸引力は可動裸光ファイバ１１と板バネ１６の弾性力より十分大きい。このとき、板バネ１６の弾性構造が変形して先端は上方に引き上げられる。板バネ１６が上方に引き上げられることで、可動裸光ファイバ１１はＶ状溝に押圧されなくなる。さらに、上部基板１９には段差２３が設けられていて、磁気吸引力によって磁性体１５が引き上げられることで片持ちばり状の可動裸光ファイバ１１が電磁石３１方向に撓んで、可動裸光ファイバ１１先端はＶ状溝１４から離れ、光路が遮断される。
【００３５】
再びコイル２０への電流をカットすると、鉄心２１端と板バネ１６や磁性体１５との磁気吸引力がなくなるため、可動裸光ファイバ１１と板バネ１６の弾性力によって、可動裸光ファイバ１１はＶ状溝１４に整列する。そして、板バネ１６によって再びＶ状溝１４に押圧され、可動裸光ファイバ１１と静止裸光ファイバ１２は端面が近接して対向するため、光学的に再結合される。このように、コイル２０への電流をオンオフすることで、光路の開閉を容易に行うことのできる光スイッチが構成される。
【００３６】
板バネ１６や磁性体１５に作用する磁気吸引力は、コイル２０に流す電流によって容易に制御することが出来る。そのため、可動裸光ファイバ１１をＶ状溝１４に押圧する力の大きさやＶ状溝１４から引き上げる力の大きさを容易に制御することが出来るので、外部からの振動に対する光スイッチの光学的な影響を小さくするなどの制御が容易となる。
【００３７】
電磁石３１は、本実施の形態では鉄心２１とコイル２０を有しているが、外部からの電流によって、板バネ１６と磁性体１５に対して支持基板１３の略垂直方向の磁気力を制御できるものであれば良いことは言うまでもない。例えば、空芯のソレノイドコイルでも良いし、永久磁石の周囲にコイルを巻いた電磁石などでも良い。また、電磁石３１は、鉄心２１をコの字状に形成して鉄心２１の両端の間隔を小さくし、主に鉄心２１の両端近傍に配置した磁性体１５や板バネ１６を磁気吸引している。そのため、磁気的には閉回路に近く周囲にもれる磁界は少ない。
【００３８】
ここで、磁性体１５や板バネ１６は、例えばニッケルやパーマロイなどの軟磁性体で形成されている。磁性体１５は、電磁石３１からの磁気力を可動裸光ファイバ１１に伝達できれば良いため、少なくとも一部分が磁性体で形成されていれば良い。例えば、可動裸光ファイバ１１を通す筒状の保持体に軟磁性体からなる微小な板を接着したものでも良いし、可動裸光ファイバ１１側面に軟磁性体を蒸着法やメッキ法によって成膜したものでも良い。
【００３９】
板バネ１６は、磁性体ではないステンレス鋼などにパーマロイなどの軟磁性体を貼り付けたものでも良いし、軟磁性体を蒸着法やメッキ法によって形成したものでも良い。また、板バネでなくとも、一部分に弾性構造を有し、その弾性力で可動裸光ファイバ１１を支持基板１３方向へ押圧するものであればよいことは言うまでもない。
【００４０】
あるいは、磁性体１５や板バネ１６は、磁性体ではないステンレス鋼などに永久磁石を貼り付けたものであり、電磁石３１を支持基板１３の下方に配置し、磁気吸引力の代わりに磁気反発力を利用しても良い。また、永久磁石を貼り付ける代わりに、メッキ法などにより永久磁石を形成しても良いことは言うまでもない。
【００４１】
また、可動裸光ファイバ１１と接触する板バネ１６の先端近傍に、板バネ１６を塑性変形させるなどして曲率を持たせる、あるいは緩衝部材を貼り付けるなどした接触部を形成し、その接触部で可動裸光ファイバ１１を押圧することにより、石英からなる光ファイバの損傷を防止することが可能である。さらに、板バネ１６は上部基板１９に固定する代わりに、支持基板１３に固定しても良いことは言うまでもない。
【００４２】
また、支持基板１３はシリコンウェハーを用い、結晶異方性エッチングによってＶ状溝１４やザグリ１７などを精度良く作製することができる。段差２３を有する上部基板１９はシリコンウェハーやガラス基板からなり、シリコンウェハーを結晶異方性エッチングすることや、ガラス基板をフッ酸でエッチングすることにより容易に作製可能である。
【００４３】
上記光スイッチは、可動裸光ファイバ１１と静止裸光ファイバ１２の対向した端面の周囲を屈折率整合液で満たした状態で使用しても良いし、空気中で使用しても良い。ただし、空気中で使用する場合には、光ファイバ端面での表面反射による挿入損失や反射減衰量やクロストークを低減するために、端面を減反射コートすることが望ましい。端面間の距離は、挿入損失を低減するために、約１０ミクロン程度まで近接させることが望ましい。反射減衰量を小さくするため、端面は５°から８°程度コアの中心軸方向に垂直な面から傾いて形成されることが望ましい。
【００４４】
ところで、光ファイバ端面をコアの中心軸方向に垂直な面から傾けて形成し、その端面周囲が屈折率整合液で満たされていない場合、光ファイバ端面での屈折により光軸ずれが生じ、挿入損失となる。この損失を低減するためには、支持基板１３に設けた１本のＶ状溝１４に可動裸光ファイバ１１と静止裸光ファイバ１２を整列させるのではなく、可動裸光ファイバ１１用と静止裸光ファイバ１２用に光軸ずれに対応したＶ状溝を２本形成して整列させればよい。それぞれに対応したＶ状溝は、シリコンウェハー上に結晶異方性エッチングを用いて容易に精度良く作製することができる。
【００４５】
本発明による光スイッチは、電磁石がほぼ磁気的な閉回路を構成しているため、周囲に漏れる磁界の影響は少なく、複数の光スイッチを近接して配置することが可能である。その上、光スイッチの周囲をパーマロイなどで覆うことによって磁気シールドすれば、本発明による複数の光スイッチを近接して配置した場合でも隣接する光スイッチの電磁石からの影響を防止することができる。
【００４６】
以上説明したように、上記光スイッチによれば、コイルに流す電流をオンオフすることで、可動裸光ファイバ１１をＶ状溝１４から変位させることにより、光路の開閉を容易に行うことができる。また、可動裸光ファイバ１１を板バネ１６でＶ状溝１４に押圧しているため、電流をオフに切り換えたときに可動裸光ファイバ１１の先端がＶ状溝１４内で振動する過渡状態を抑えることができる。その結果、高速な切換時間が実現できる。さらに、電流を流さない状態で光スイッチに振動が加わっても、光路が遮断されることなく、安定した特性が得られる。
【００４７】
さらに、支持基板１３や上部基板１９はガラスやシリコンなどからなるため、これらの熱膨張係数は石英からなる光ファイバの熱膨張係数と差が小さく、温度変動に対して安定したスイッチング動作を行うことができる。また、支持基板１３と上部基板１９は加工精度が高く、それらを接着剤や金ハンダなどを用いて貼り合わせるため、光スイッチ主要部の封止が容易であり、温度変動や湿度変化などに対する信頼性が向上する。
【００４８】
また、主要な要素部品である支持基板１３や上部基板１９は、シリコンウェハーなどから大量に加工精度良く安価に作製することができる。さらに、比較的構造が単純であり、板バネ１６で可動裸光ファイバ１１をＶ状溝１４に押圧するため、組立誤差の影響が少なく、組立時の調整が容易となる。これらのことから、高性能な光学特性を有する光スイッチを、大量に安価に提供することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２を示す光スイッチの構成を示す断面図である。実施の形態１では電磁石を上部基板の上側に配置していたが、実施の形態２では電磁石の配置を変更している。その他の構造は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００５０】
図３では、鉄心２１の片端２４ａが上部基板１９の上方、他端２４ｂが支持基板１３の下方に配置されている。鉄心２１の片端２４ａと磁性体１５や板バネ１６との距離は、他端２４ｂと磁性体１５や板バネ１６との距離に比べて十分近くなるように配置する。このように配置することで、磁性体１５や板バネ１６に働く磁気吸引力は、他端２４ｂより片端２４ａの方が勝るため、磁性体１５と板バネ１６は上部基板１９側に引き上げられる。電磁石３１の磁気吸引力がなくなったときに可動裸光ファイバ１１がＶ状溝１４に戻り、スイッチング動作を早く安定させるためには、可動裸光ファイバ１１の可動方向と鉄心２１の両端間の方向が略一致するように配置する方が望ましい。
【００５１】
このように電磁石３１を配置することで、実施の形態１よりも、電磁石３１による板バネ１６や磁性体１５への磁気吸引力が効果的に働き、電磁石３１に流す電流が小さくても大きな磁気吸引力を得ることができる。つまり、電磁石３１の消費電力を低減することが可能となる。
【００５２】
（実施の形態３）
図５は、この発明の実施の形態３にかかわる光スイッチ主要部の構成を示す断面図であり、図１のＣＤ断面での断面図に相当する。実施の形態１では磁性体１５を用いて可動裸光ファイバをＶ状溝から引き上げていたが、実施の形態３では複合板バネ４０を用いることにより磁性体１５を不要としている。その他の構造は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
図１や図２で示した板バネ１６に代わり、所望のバネ定数と磁気特性を持つ複合板バネ４０が上部基板１９に設けられた段差２３内に固着され、可動裸光ファイバ１１の先端近傍をＶ状溝１４に押圧している。複合板バネ４０は、その下部に可動裸光ファイバ１１の外径より大きな内径を有する環状のリフト部４６を有し、そのリフト部４６に可動裸光ファイバ１１が挿入されている。
【００５４】
図６は複合板バネ４０の構成を示す構成図であり、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）中、ＧＨ断面における断面図である。複合板バネ４０は、上部基板１９に接着される固定部４１、所望のバネ定数を有するリフトバネ部４２、リフト部４６を支持する連結部４３，所望のバネ定数を有する押圧バネ部４４、可動裸光ファイバ１１の先端近傍をＶ状溝１４に押圧する押圧部４５から成り、これらが一体に形成されている。
【００５５】
次に動作について説明する。図５はコイル２０に電流を流していない状態であり、可動裸光ファイバ１１はＶ状溝１４にそって整列し、複合板バネ４０の押圧部４５により支持基板１３方向に押圧されている。その結果、静止裸光ファイバ１２と可動裸光ファイバ１１の端面は近接して対向し、光路が形成されている。
【００５６】
コイル２０に電流を流すと、鉄心２１端と複合板バネ４０の間に磁気吸引力が働き、この磁気吸引力は可動裸光ファイバ１１や複合板バネ４０のリフトバネ部４２の弾性力より十分大きい。このとき、リフトバネ部４２が弾性変形して連結部４３が上方に引き上げられる。連結部４３が上方に引き上げられることで、それにつながる押圧部４５も上方に引き上げられ、可動裸光ファイバ１１はＶ状溝１４に押圧されなくなる。さらに、連結部４３が支持するリフト部４６も引き上げられるため、リフト部４６に挿入されている片持ちばり状の可動裸光ファイバ１１が電磁石３１方向に撓んで、可動裸光ファイバ１１先端はＶ状溝１４から離れ、光路が遮断される。
【００５７】
再びコイル２０への電流をカットすると、鉄心２１端と複合板バネ４０との磁気吸引力がなくなるため、可動裸光ファイバ１１はＶ状溝１４にそって整列し、可動裸光ファイバ１１と静止裸光ファイバ１２は光学的に再結合する。
【００５８】
ここで複合板バネ４０は、板バネ１６と同様に、例えばニッケルやパーマロイなどの軟磁性体で形成されている。あるいは、複合板バネ４０の少なくとも一部分が磁性体で形成されていれば良いため、磁性体ではないステンレス鋼などにパーマロイなどの軟磁性体を貼り付けたものでも良いし、ステンレス鋼などに軟磁性体を蒸着法やメッキ法によって形成したものでも良い。さらに、複合板バネ４０は、磁性体ではないステンレス鋼などに永久磁石を貼り付けたものであり、電磁石３１を支持基板１３の下部に配置して、磁気吸引力の代わりに磁気反発力を用いて複合板バネ４０を駆動しても良い。
【００５９】
板バネ１６と同様に、複合板バネ４０と可動裸光ファイバ１１が接触する押圧部４５やリフト部４６には、塑性変形させるなどして曲率を持たせる、あるいは緩衝部材を貼り付けるなどすることで、石英からなる光ファイバの損傷を防止することが可能である。
【００６０】
リフトバネ部４２は、本実施の形態では２本の直線上の梁からなり、固定部４１と連結部４３を連結している。この梁の形状や長さ、幅などを変えることで、任意のバネ定数や変位モードを設定できる。例えば、リフトバネ部４２のバネ定数は小さい方が電磁石３１を駆動する電流を低減できるので、直線上の梁ではなくコの字状に折り曲げた形状にして、実質的に梁の長さを長くしてバネ定数を小さくすることができる。
【００６１】
押圧バネ部４４は、本実施の形態では連結部４３や押圧部４５より幅を狭くしてくびれた形状を有する。このくびれ部の幅や長さを変えることで、可動裸光ファイバ１１を押圧する荷重を調整することができる。さらに、押圧バネ部４４がくびれた形状を有することで、押圧部４５はＧＨの軸を中心に回転することができる。もし、複合板バネ４０がＧＨの軸に対して回転して取り付けられている場合、押圧部４５は支持基板１３表面に平行に配置されず、押圧部４５が支持基板１３に片当たりして可動裸光ファイバ１１をＶ状溝１４に押圧できなくなる。しかし、くびれた形状のフレキシャ構造によって、押圧部４５は支持基板１３表面に平行にならうことができ、可動裸光ファイバ１１をＶ状溝１４に押圧することが可能となる。
【００６２】
このように、複合板バネ４０を用いて可動裸光ファイバ１１をＶ状溝１４からリフトする構造と、Ｖ状溝に１４に押圧する構造を一体に形成することができるため、部品点数が少なくなり、アセンブルや調整に要する時間を少なくすることができる。
【００６３】
（実施の形態４）
図７は、この発明の実施の形態４を示す光スイッチの構成を示す断面図である。実施の形態１では磁性体１５を可動裸光ファイバ１１に設けていたが、実施の形態４では磁性体１５の代わりに押上用板バネ２５を用いている。その他の構造は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００６４】
所望のバネ定数と磁気特性を持つ押上用板バネ２５が、支持基板１３に設けられたザグリ１７内に配置されている。コイル２０に電流を流さず、電磁石３１からの磁気吸引力が働かない状態では、押上用板バネ２５は可動裸光ファイバ１１と接触していない。コイル２０に電流を流し、電磁石３１からの磁気吸引力が働く状態では、押上用板バネ２５は上方に引き上げられるため、可動裸光ファイバ１１は押上用板バネ２５によって電磁石３１側に押し上げられる。コイル２０へ電流を流さない状態では、押上用板バネ２５の弾性力によって元の状態に戻り、可動裸光ファイバ１１は押上用板バネ２５から力を受けない。これによって、実施の形態１における磁性体１５と同様の働きを実現することができる。
【００６５】
押上用板バネ２５は、板バネ１６と同様に、軟磁性体で形成されていても良いし、ステンレス鋼などにパーマロイなどの軟磁性体を貼り付けたものでも良い。さらに、ステンレス鋼などに永久磁石を貼り付けたものでも良い。さらに、板バネ１６と同様に、押上用板バネ２５と可動裸光ファイバ１１の接触部には、曲率を持たせる、あるいは緩衝部材を貼り付けるなどする。また、板バネ１６と押上用板バネ２５は、プレスなどを用いて一体に形成したものでも良い。
【００６６】
本実施の形態においても、実施の形態２で示したような電磁石の配置にしても良いことは言うまでもない。
【００６７】
本実施の形態では、押上用板バネ２５をザグリ１７の所定の位置に接着するだけであるため、円筒状の磁性体１５を可動裸光ファイバ１１の所定の位置に設けるよりも、光スイッチを容易に組み立てることが可能となる。
【００６８】
（実施の形態５）
図８は、この発明の実施の形態５にかかる光スイッチ主要部の構成を示す構成図である。図８(ａ)は上面図、図８（ｂ）と図８（ｃ）は図８（ａ）中のＥＦ断面での断面図である。簡単のため、構造が隠れる要素は図示を省略している。光スイッチ１３０は、支持基板１１３上面に設けられたＶ状溝１１４内に、可動裸光ファイバ１１１と静止裸光ファイバ１１２とが端面を近接した状態で対向して固定されている。可動裸光ファイバ１１１は、片持ちはり状に動作するように樹脂などを用いて可動側接着部１２２で支持基板１１３に固定されている。静止裸光ファイバ１１２は、静止側接着部１２８で支持基板１１３に固定されている。
【００６９】
所望のバネ定数と磁気特性を持つ押上用板バネ１２５が、支持基板１１３に設けられたザグリ１１７内に固着されている。支持基板１１３には、可動裸光ファイバ１１１と静止裸光ファイバ１１２とを沿わせるＶ状溝１１４と、押上用板バネ１２５が弾性変形しても支持基板１１３と当たらないような幅と深さを持つザグリ１１７と、可動側接着部１２２や静止側接着部１２８から樹脂などの接着剤が接着部以外に回り込むことを防止するための逃げ溝１１８が設けられている。
【００７０】
支持基板１１３上には上部基板１１９が設けられ、支持基板１１３下部にコイル１２０と鉄芯１２１を有する電磁石１３１が設けられている。所望のバネ定数と磁気特性を持つ板バネ１１６が、上部基板１１９に設けられた段差１２３内に固着され、可動裸光ファイバ１１１の先端近傍を支持基板１１３方向に押圧可能としている。段差１２３は、可動裸光ファイバ１１１や板バネ１１６の動作を妨げないように、所望の深さで支持基板１１３に形成されている。
【００７１】
可動裸光ファイバ１１１と静止裸光ファイバ１１２は、それぞれ光ファイバ心線の保護樹脂層を先端から所定の長さ除去し、裸ファイバ部分を露出し、この裸ファイバ部分がＶ状溝１１４にそって整列する。さらに、それぞれの光ファイバ端面はコアの中心軸に垂直な面に対して斜めに形成され、それぞれの端面が平行になるように近接して対向される。
【００７２】
図８（ｂ）はコイル１２０に電流を流していない状態を示す。このとき、板バネ１１６は可動裸光ファイバ１１１と接していないか、接していても可動裸光ファイバ１１１を支持基板１１３方向に押し下げる力は小さい。押上用板バネ１２５の押上力を可動裸光ファイバ１１１の弾性力より十分大きくすると、押上用板バネ１２５が可動裸光ファイバ１１１を上部基板１１９方向に押し上げるので、片持ちばり状の可動裸光ファイバ１１１が上方に撓んで、その先端はＶ状溝１１４から離れ、光路が遮断される。
【００７３】
一方、図８（ｃ）はコイル１２０に所定の電流を流した状態である。鉄心１２１端と押上用板バネ１２５や板バネ１１６の間に磁気吸引力が働き、この磁気吸引力が十分大きいと、押上用板バネ１２５と板バネ１１６の弾性構造が変形して下方に引き下げられる。この状態では、押上用板バネ１２５は可動裸光ファイバ１１１と接していないか、接していても上部基板１１９方向に押し上げる力は小さいので、可動裸光ファイバ１１１はその弾性力でＶ状溝１１４に整列する。さらに、板バネ１１６によって可動裸光ファイバ１１１先端はＶ状溝１１４に押圧されるので、Ｖ状溝１１４に沿って可動裸光ファイバ１１１と静止裸光ファイバ１１２の端面どうしが近接して対向し、可動裸光ファイバ１１１と静止裸光ファイバ１１２は光学的に結合して光路が形成されている。
【００７４】
再びコイル１２０への電流をカットすると、鉄心１２１端と板バネ１１６や押上用板バネ１２５との磁気吸引力がなくなり、押上用板バネ１２５の押上力が可動裸光ファイバ１１１の弾性力より大きいので、可動裸光ファイバ１１１の先端は再びＶ状溝１１４から離れ、光路が遮断される。このように、コイル１２０への電流をオンオフすることで、光路の開閉を容易に行うことのできる光スイッチが構成される。
【００７５】
板バネ１１６や押上用板バネ１２５に作用する磁気吸引力は、コイル１２０に流す電流によって容易に制御することが出来る。そのため、可動裸光ファイバ１１１をＶ状溝１１４に押圧する力の大きさやＶ状溝１１４から押し上げる力の大きさを容易に制御することが出来るので、外部からの振動に対する光スイッチの光学的な影響を小さくするなどの制御が容易となる。
【００７６】
ここで、押上用板バネ１２５や板バネ１１６は、例えばニッケルやパーマロイなどの軟磁性体で形成されている。板バネ１１６や押上用板バネ１２５は、電磁石１３１からの磁気力を受けて弾性変形すれば良いため、少なくとも一部分が磁性体で形成されていれば良い。例えば、磁性体ではないステンレス鋼などからなる板バネ１１６や押上用板バネ１２５に、パーマロイなどの軟磁性体からなる微小な板を接着したものでも良いし、軟磁性体を蒸着法やメッキ法によって成膜したものでも良い。また、板バネ構造でなくとも、一部分に弾性構造を有し、その弾性力で可動裸光ファイバ１１１を支持基板に垂直方向に可動あるいは押圧するものであればよいことは言うまでもない。
【００７７】
あるいは、押上用板バネ１２５や板バネ１１６は、磁性体ではないステンレス鋼などに永久磁石を貼り付けたものであり、電磁石１３１を上部基板１１９の上方に配置し、磁気吸引力の代わりに磁気反発力を利用しても良い。また、永久磁石を貼り付ける代わりに、メッキ法などにより永久磁石を形成しても良いことは言うまでもない。また、板バネ１１６と押上用板バネ１２５は、プレスなどを用いて一体に形成したものでも良い。
【００７８】
さらに、可動裸光ファイバ１１１と接触する板バネ１１６や押上用板バネ１２５の先端近傍に、板バネ１１６や押上用板バネ１２５を塑性変形させるなどして曲率を持たせる、あるいは弾性部材を貼り付けるなどした接触部を形成し、その接触部で可動裸光ファイバ１１１に荷重を与えることにより、石英からなる光ファイバの損傷を防止することが可能である。さらに、板バネ１１６は上部基板１１９に固定する代わりに、支持基板１１３に固定しても良いことは言うまでもない。
【００７９】
（実施の形態６）
図９は、この発明の実施の形態６にかかる光スイッチ主要部の構成を示す断面図である。実施の形態５では１本のＶ状溝１１４に可動裸光ファイバ１１１と静止裸光ファイバ１１２を整列させていたが、実施の形態６では支持基板１１３に対して高さの異なるＶ状溝を２本形成することで、押上用板バネ１２５を不要としている。その他の構造は実施の形態５と同様であるため、説明を省略する。
【００８０】
支持基板１１３には、面内で厚さが異なる厚板部と薄板部が形成されている。支持基板１１３に垂直な平面内において、厚板部と薄板部にそれぞれ所望の深さを有する２本のＶ状溝が形成されている。薄板部に形成された低位置Ｖ状溝１２６には静止裸光ファイバ１１２が静止側接着部１２８で固定される。厚板部に形成された高位置Ｖ状溝１２７には可動裸光ファイバ１１１の基部が可動側接着部１２２で固定される。可動側接着部１２２と静止側接着部１２８は、支持基板１１３に対する厚さ方向の位置が異なる。
【００８１】
可動裸光ファイバ１１１は、高位置Ｖ状溝１２７で片持ちはり状に固定され、コイル１２０に電流を流さない状態では板バネ１１６からの力を受けない、あるいは力を受けても小さいため、可動裸光ファイバ１１１の先端部は低位置Ｖ状溝１２６から離れ、光路が遮断されている。
【００８２】
コイル１２０に電流を流した状態では、電磁石１３１によって板バネ１１６は磁気吸引力を受けて、可動裸光ファイバ１１１の先端近傍を支持基板１１３方向に押し下げる。この押し下げ力が可動裸光ファイバ１１１の弾性力よりも大きければ、可動裸光ファイバ１１１は下側に撓んで低位置Ｖ状溝１２６に板バネ１１６で押圧されるので、可動裸光ファイバ１１１と静止裸光ファイバ１１２の端面が所定の距離だけ離れて低位置Ｖ状溝１２６内で整列し、光路が形成される。
【００８３】
コイル１２０の電流を遮断すると、板バネ１１６への磁気吸引力がなくなるため、板バネ１１６はその弾性力で元の状態に戻り、可動裸光ファイバ１１１を支持基板１１３方向に押し下げない。そのため、可動裸光ファイバ１１１はその弾性力で元の状態に戻り、その先端は低位置Ｖ状溝１２６から離れ、光路が遮断される。
【００８４】
ここで、図９では、２つのＶ状溝の深さは同一で、支持基板１１３の厚さを低位置Ｖ状溝１２６と高位置Ｖ状溝１２７の部分で変えることにより、裸光ファイバを固定する高さを変更している。しかし、支持基板１１３の厚さは一定であっても、深さの異なる２つのＶ状溝を形成し、静止裸光ファイバ１１２は深いＶ状溝に固定し、可動裸光ファイバ１１１は浅いＶ状溝に固定することで、同様の機構を得ることが出来る。
【００８５】
部分的に厚さの異なる基板に低位置Ｖ状溝１２６と高位置Ｖ状溝１２７を形成した支持基板１１３や、厚さが一定で深さの異なる２つのＶ状溝を形成した支持基板１１３は、実施の形態１で述べた方法と同様に、シリコンのウェハーから結晶異方性エッチングを用いて容易に形成することが出来る。
【００８６】
この実施の形態で示すように、押上用板バネ１２５を用いなくても、Ｖ状溝の支持基板厚さ方向の位置を変えて可動裸光ファイバと静止裸光ファイバを固定するだけで、光ファイバの弾性力を利用したリフト構造を形成することが出来る。そのため、部品点数が減るので、部材加工費や組立調整に要する時間が少なくなり、より低コストで高性能な光スイッチを提供することが出来る。
【００８７】
これまでの実施の形態５や６では、可動裸光ファイバ１１１と板バネ１１６、あるいは可動裸光ファイバ１１１と押上用板バネ１２５は、接触するが接着されていないとして説明してきた。ガラスとステンレス鋼など熱膨張率の異なる材料を接着した場合、温度変動によってそりなどの影響が生じるため、広い温度範囲で良好な光学的特性を保証することは困難である。そこで、可動裸光ファイバ１１１と板バネ１１６、あるいは可動裸光ファイバ１１１と押上用板バネ１２５は、接着しない方が良好な温度特性を得られる。しかし、温度範囲が狭い場合や、熱膨張率差が小さい材料を用いている場合には、そりなどの影響が小さくなるため、それぞれが接着あるいは固着されていても良い。その場合、可動裸光ファイバ１１１の片持ちばり状部分の長さが短くなるので、その共振周波数が高くなり、コイルへの電流を切り換えたときなどに生じる過渡的な光ファイバの振動を短時間で減少させることが可能となる。
【００８８】
（実施の形態７）
図１０は、この発明の実施の形態７にかかわる光スイッチ主要部の構成を示す構成図である。図１０(ａ)は上面図、図１０（ｂ）はＡ‘Ｂ’断面での断面図、図１０（ｃ）は可動裸光ファイバ２０３側から見た側面図である。簡単のため、構造が隠れる要素は図示を省略している。可動裸光ファイバ２０３の先端近傍と静止裸光ファイバ２０４は、支持基板２０２の表面に設けられた第１のＶ溝２０６の中に端面が近接した状態で対向して配置されている。可動裸光ファイバ２０３は、片持ち梁状に動作するように一部が樹脂などを用いて第２のＶ溝２０７に固定されている。可動裸光ファイバ２０３は先端部が、所望のバネ定数と磁気特性を持つ板バネ２０５により所望の力で第１のＶ溝２０６に押圧されている。支持基板２０２には、接着部から樹脂などの接着剤が接着部以外に回り込むことを防止するための逃げ溝２０９が設けられている。
【００８９】
可動裸光ファイバ２０３と静止裸光ファイバ２０４は、それぞれ光ファイバ心線の保護樹脂層を先端から所定の長さだけ除去され、裸ファイバ部分を露出させており、この裸ファイバ部分が第１のＶ溝２０６の中で整列している。さらに、相互の光ファイバ端面はコアの中心軸方向に垂直な面に対して斜めに形成され、所定の間隔を持ち、かつ略平行になるよう対向して配置されている。
【００９０】
図１０（ｂ）は、光路が形成されている状態を示す。支持基板２０２と略平行となる上部基板２０１が設けられ、その上部にコイル２１０と鉄芯２１１から構成される電磁石が設けられている。上部基板２０１の凹部２０８には板バネ２０５の一部が固着され、板バネ２０５が可動裸光ファイバ２０３の先端近傍を第１のＶ溝２０６に押圧している。図１０（ｂ）は、コイル２１０に電流を流していない状態であり、第１のＶ溝２０６の中で可動裸光ファイバ２０３の端面と静止裸光ファイバ２０４の端面同士が所定の間隔を持ち、かつ略平行に対向して配置されている。コイル２１０に電流を流した状態では、板バネ２０５は磁気力によって上部基板２０１方向へ引き上げられ、凹部２０８に格納される。従って、可動裸光ファイバ２０３の先端近傍は、光ファイバ自体の弾性力により持ち上がり、光路は遮断される。
【００９１】
本実施の形態では電磁石は、コイル２１０と鉄芯２１１から構成されており、鉄芯２１１の一部が分離した略円形状または多角形環状に形成され、鉄芯２１１の両端の間隔を狭くして、両端近傍に配置した板バネ２０５を吸引している。従って、磁気的には閉回路に近く周囲に漏れる磁界は少ない。従って、複数の光スイッチを近接して配置することが可能である。その上、光スイッチの周囲をパーマロイなどで覆うことによって磁気シールドすれば、本発明による光スイッチを複数、近接して配置した場合でも隣接する光スイッチの電磁石からの影響を防止することができる。
【００９２】
静止裸光ファイバ２０４の一部が第１のＶ溝２０６に固定されている場合には、コイル２１０に電流を流していない状態で、可動裸光ファイバ２０３の先端近傍は板バネ２０５により第１のＶ溝２０６に押圧されており、可動裸光ファイバ２０３と静止裸光ファイバ２０４は第１のＶ溝２０６の中で整列され、光路が形成されている。また、静止裸光ファイバ２０４が第２のＶ溝２０７に固定される場合には、コイル２１０に電流を流している状態で板バネ２０５は磁気力によって上部基板２０１方向へ引き上げられ、凹部２０８に格納される。従って、可動裸光ファイバ２０３と静止裸光ファイバ２０４が第２のＶ溝２０７に沿って整列され、光路が形成される。すなわち、静止裸光ファイバ２０４の配置を変更するだけで、電流のオン/オフに対する光路の開閉作用を反転させた光スイッチを作製することができる。
【００９３】
（実施の形態８）
図１１は、この発明の実施の形態８にかかわる光スイッチの構成を示す断面図である。弾性力発生機構は、支持基板２０２に段差構造が形成されたものであり、発生する弾性力は可動裸光ファイバ２０３の先端近傍を上部基板２０１方向へ変位させるものである。可動裸光ファイバ２０３の一部は、支持基板２０２上段の第３のＶ溝４０１に固定されており、静止裸光ファイバ２０４は、支持基板２０２下段の第４のＶ溝４０２に固定されている。図１１は、コイル２１０に電流を流していない状態であり、可動裸光ファイバ２０３の先端近傍は、板バネ２０５により支持基板２０２下段の第４のＶ溝４０２に押圧されている。従って、可動裸光ファイバ２０３と静止裸光ファイバ２０４は第４のＶ溝４０２の中で整列され、光路が形成されている。コイル２１０に電流を流した状態では、板バネ２０５は磁気力により上部基板２０１方向に引き上げられ、凹部２０８に格納される。従って、可動裸光ファイバ２０３の先端近傍は光ファイバ自体の弾性力により上方に持ち上がり、光路は遮断される。
【００９４】
さらに、実施の形態７と同様に、静止裸光ファイバ２０４の配置を第４のＶ溝４０２から第３のＶ溝４０１の延長線上に変更するだけで、電流のオン/オフに対する光路の開閉作用を反転させた光スイッチを作製することができることは言うまでもない。支持基板２０２に段差構造をもつ以外は実施の形態７と同様であり、作用および効果は実施の形態７と変わらない。
【００９５】
（実施の形態９）
図１２は、この発明の実施の形態９にかかわる光スイッチの構成を示す断面図である。弾性力発生機構は、支持基板２０２表面に形成された第１のＶ溝２０６の軸上に突起構造５０１が形成されたものであり、発生する弾性力は可動裸光ファイバ２０３の先端近傍を上部基板２０１方向へ変位させるものである。可動裸光ファイバ２０３の一部および静止裸光ファイバ２０４の一部は、第１のＶ溝２０６に固定されている。図１２は、コイル２１０に電流を流していない状態であり、可動裸光ファイバ２０３は、突起構造５０１に沿って撓んでいるとともに、可動裸光ファイバ２０３の先端近傍は板バネ２０５よって第１のＶ溝２０６に押圧されている。従って、可動裸光ファイバ２０３と静止裸光ファイバ２０４は第１のＶ溝２０６の中で整列され、光路が形成されている。コイル２１０に電流を流した状態では、板バネ２０５は磁気力により上部基板２０１方向に引き上げられ、凹部２０８に格納される。従って、可動裸光ファイバ２０３の先端近傍は光ファイバ自体の弾性力により上方に持ち上がり、光路は遮断される。
【００９６】
さらに、実施の形態７と同様に、静止裸光ファイバ２０４を第１のＶ溝２０６から支持基板２０２の略垂直方向へ平行移動させて配置するだけで、電流のオン/オフに対する光路の開閉作用を反転させた光スイッチを作製することができることは言うまでもない。支持基板２０２に突起構造５０１が形成されていること以外の構造は実施の形態７と同様であり、その作用および効果は実施の形態７と変わらない。
【００９７】
（実施の形態１０）
図１３は、この発明の実施の形態１０にかかる光スイッチ主要部の構成を示す構成図である。図１３(ａ)は上面図、図１３（ｂ）と図１３（ｃ）は図１３（ａ）中のＥ’Ｆ’断面での断面図である。簡単のため、構造が隠れる要素は図示を省略している。
【００９８】
支持基板６０３上面に設けられたＶ状溝６０４内に、可動裸光ファイバ６０１と固定裸光ファイバ６０２とが端面を近接した状態で対向して固定されている。可動裸光ファイバ６０１は、片持ちはり状に動作するように樹脂などを用いて可動側接着部６０５で支持基板６０３に固定されている。固定裸光ファイバ６０２は、固定側接着部６０６で支持基板６０３に固定されている。可動側接着部６０５および固定側接着部６０６近傍には、樹脂などの接着剤が接着部以外に回り込むことを防止するための逃げ溝６０７が設けられている。上部基板６１０には押圧体６０９が設置されており、可動光裸ファイバ６０１の先端近傍をＶ状溝６０４に押圧している。可動裸光ファイバ６０１と支持基板６０３の間には駆動機構として突起部材６０８が配置され、可動裸光ファイバ６０１を常に押し上げている。突起部材６０８は、可動裸光ファイバ６０１の長手方向に移動することができる。
【００９９】
可動裸光ファイバ６０１と固定裸光ファイバ６０２は、それぞれ光ファイバ心線の保護樹脂層を先端から所定の長さ除去し、裸ファイバ部分を露出し、この裸ファイバ部分がＶ状溝６０４にそって整列する。さらに、それぞれの光ファイバ端面はコアの中心軸方向に垂直な面に対して斜めに形成され、それぞれの端面が平行になるように近接して対向される。
【０１００】
図１３（ｂ）は突起部材６０８が、可動裸光ファイバ６０１の先端から遠くに位置している状態を示す。このとき、可動裸光ファイバ６０１は、突起部材６０８によって片持ちはり状に持ち上げられるが、突起部材６０８から先端部分が長く、バネ定数が比較的小さい。従って、可動裸光ファイバ６０１の先端部近傍は、押圧体６０９が可動裸光ファイバ６０１先端部を押す力により、Ｖ状溝６０４にそって配列され、固定裸光ファイバ６０２と対向して光路が形成される。
【０１０１】
一方、図１３（ｃ）は突起部材６０８を、可動裸光ファイバ６０１の先端方向に近づけた状態を示す。突起部材６０８を可動裸光ファイバ６０１の先端方向に近づけて行くと、可動裸光ファイバ６０１の突起部材６０８から先端部分のバネ定数が大きくなり、また、可動裸光ファイバ６０１先端部を持ち上げる力が大きくなる。先端部を持ち上げる力が、押圧体６０９による可動光ファイバ６０１の先端部の押圧力より大きくなると先端部は図示した通り持ち上がる。従って、可動裸光ファイバ６０１と固定裸光ファイバ６０２間の光路は遮断される。このように、突起部材６０８を移動させることによって、光路の開閉を容易に行うことのできる光スイッチが構成される。
【０１０２】
突起部材６０８はシリコン、ガラス、樹脂材料など様々な材料を用いることが可能である。図１３では突起部材６０８は円柱形状として示しているが、可動裸光ファイバ６０１を持ち上げることができる大きさであれば、形状には制限はない。ただし、突起部材６０８の可動裸光ファイバ６０１との接触部分は、可動光ファイバ６０１の損傷を防止するため、滑らかな状態であることが望ましい。突起部材６０８の駆動は、機械的駆動、電磁駆動、静電駆動、圧電駆動など様々な駆動手段を用いることができる。
【０１０３】
また、図１３では駆動機構として、突起部材６０８を可動裸光ファイバ６０１の長手方向に移動させる構成を示したが、可動裸光ファイバ６０１と支持基板６０３の間に、くさび型部材を出し入れすることによっても、可動裸光ファイバ６０１を持ち上げることが可能である。
【０１０４】
押圧体６０９の材料としては、ステンレス、燐青銅などをはじめとする金属バネ材、樹脂材料など、弾性変形する材料が用いられる。図では板状の押圧体６０９を示しているが、コイル状のバネ構造体など、板バネ構造でなくとも、一部分に弾性構造を有し、その弾性力で可動裸光ファイバ６０１を支持基板６０３に垂直方向に可動あるいは押圧するものであればよいことは言うまでもない。すなわち、押圧体６０９のかわりに磁力、静電力などを用いた非接触の押圧機構とすることもできる。
【０１０５】
以上説明したように、上記光スイッチの構成によれば、突起部材６０８を移動させることによって、可動裸光ファイバ６０１をＶ状溝６０４から変位させることにより、光路の開閉を容易に行うことのできる光スイッチが構成される。また、可動裸光ファイバ６０１を押圧体６０９でＶ状溝６０４に押圧しているため、光路を切り換えたときに可動裸光ファイバ６０１の先端がＶ状溝６０４内で過渡状態において振動するのを抑えることができる。その結果、高速な切換時間が実現できる。さらに、光路を形成した状態で振動が加わっても、光路が遮断されることなく、安定した特性が得られる。
【０１０６】
（実施の形態１１）
図１４は、この発明の実施の形態１１にかかる光スイッチ主要部の構成を示す断面図である。
【０１０７】
図１３で説明した実施の形態とは、固定裸光ファイバ６２１が固定されている位置が異なる。固定裸光ファイバ６２１は、固定側接着部６２３で上部基板６１０に固定されている。固定側接着部６２３近傍には、樹脂などの接着剤が接着部以外に回り込むことを防止するための逃げ溝６０７が設けられている。可動裸光ファイバ６０１と固定裸光ファイバ６２１は、上部基板６１０上に設けられたＶ状溝６２２内で対向する構成である。
【０１０８】
突起部材６０８を可動裸光ファイバ６０１の先端方向に近づけて行くと、可動裸光ファイバ６０１の突起部材６０８から先端部分のバネ定数が大きくなり、また、可動裸光ファイバ６０１先端部を持ち上げる力が大きくなる。先端部を持ち上げる力が、押圧体６０９による可動光ファイバ６０１の先端部の押圧力より大きくなると先端部は持ち上がり、Ｖ状溝６２２内に押圧される。従って、可動裸光ファイバ６０１と固定裸光ファイバ６２１間に光路が形成される。このように、図１３で説明した実施の形態１０とは、突起部材６０８の移動方向に対する光路の形成、遮断の状態が反転している。
【０１０９】
以上説明したように、上記光スイッチの構成によれば、突起部材６０８を移動させることによって、可動裸光ファイバ６０１をＶ状溝６２２へ向かって変位させることにより、光路の開閉を容易に行うことのできる光スイッチが構成される。実施の形態１０とは、突起部材６０８の移動方向に対する光路の形成、遮断の状態が反転していること以外、作用および効果は変わるところはない。
【０１１０】
（実施の形態１２）
図１５は、この発明の実施の形態１２にかかわる光スイッチの構成を示す断面図である。実施の形態７では１本の可動裸光ファイバ２０３に対して、１本の静止裸光ファイバ２０４を対向して配置させていたが、支持基板２０２の第１のＶ溝２０６に第１の静止裸光ファイバ３０１の一部を固定し、上部基板２０１の第２のＶ溝２０７に第２の静止裸光ファイバ３０２の一部を固定することで、１×２光スイッチを構成することも可能である。
図１５（ａ）は、コイル２１０に電流を流していない状態の構成図である。板バネ２０５には磁気力が作用しておらず、可動裸光ファイバ２０３の先端近傍は板バネ２０５により第１のＶ溝２０６に押圧されており、可動裸光ファイバ２０３と第１の静止裸光ファイバ３０１は第１のＶ溝２０６の中で整列され、光路が形成されている。また、図１５（ｂ）は、コイル２１０に電流を流している状態の構成図である。板バネ２０５は磁気力により上部基板２０１方向に引き上げられ、凹部２０８に格納されている。従って、可動裸光ファイバ２０３は光ファイバ自体の弾性力によって、その先端近傍を持ち上げ、可動裸光ファイバ２０３と第２の静止裸光ファイバ３０２は第２のＶ溝２０７に沿って整列され、光路が形成されている。静止裸光ファイバが２本配置され、電流のオン/オフによって光路の切り替えが行われること以外は実施の形態７と同様であり、その作用および効果は実施の形態７と変わらない。
【０１１１】
（実施の形態１３）
図１６は、この発明の実施の形態１３にかかる光スイッチ主要部の構成を示す断面図である。
【０１１２】
図１３で説明した実施の形態とは、固定裸光ファイバが第１の固定裸光ファイバ６０２と第２の固定裸光ファイバ６２１の２本配置されている点が異なる。
【０１１３】
支持基板６０３上面に設けられたＶ状溝６０４内に、可動裸光ファイバ６０１と第１の固定裸光ファイバ６０２とが端面を近接した状態で対向して固定されている。可動裸光ファイバ６０１は、片持ちはり状に動作するように樹脂などを用いて可動側接着部６０５で支持基板６０３に固定されている。第１の固定裸光ファイバ６０２は、固定側接着部６０６で支持基板６０３に固定されている。可動側接着部６０５および固定側接着部６０６近傍には、樹脂などの接着剤が接着部以外に回り込むことを防止するための逃げ溝６０７が設けられている。
【０１１４】
上部基板６１０には押圧体６０９が設置されており、可動光裸ファイバ６０１の先端近傍をＶ状溝６０４内に押圧している。可動裸光ファイバ６０１と支持基板６０３の間には駆動機構として突起部材６０８が配置され、可動裸光ファイバ６０１を常に押し上げている。突起部材６０８は、可動裸光ファイバ６０１の長手方向に移動することができる。第２の固定裸光ファイバ６２１は、固定側接着部６２３で上部基板６１０に形成されたＶ状溝６２２内に固定されている。固定側接着部６２３近傍には、樹脂などの接着剤が接着部以外に回り込むことを防止するための逃げ溝６０７が設けられている。可動裸光ファイバ６０１と第２の固定裸光ファイバ６２１は、上部基板６１０上に設けられたＶ状溝６２２内で対向する構成である。
【０１１５】
突起部６０８が可動裸光ファイバ６０１の先端から遠くに位置している場合、可動裸光ファイバ６０１は、突起部材６０８によって片持ちはり状に持ち上げられるが、突起部材６０８から先端部分が長く、バネ定数が比較的小さい。従って、可動裸光ファイバ６０１の先端部近傍は、押圧体６０９が可動裸光ファイバ６０１先端部を押す力により、Ｖ状溝６０４にそって配列され、第１の固定裸光ファイバ６０２と対向して光路が形成される。
【０１１６】
一方、突起部材６０８を可動裸光ファイバ６０１の先端方向に近づけて行くと、可動裸光ファイバ６０１の突起部材６０８から先端部分のバネ定数が大きくなり、また、可動裸光ファイバ６０１先端部を持ち上げる力が大きくなる。先端部を持ち上げる力が、押圧体６０９による可動光ファイバ６０１の先端部の押圧力より大きくなると先端部は持ち上がり、Ｖ状溝６２２内に押圧される。従って、可動裸光ファイバ６０１と第２の固定裸光ファイバ６２１間に光路が形成される。このように、実施の形態１３では、容易に１×２の光スイッチを構成することができる。
【０１１７】
以上説明したように、上記光スイッチの構成によれば、突起部材６０８を移動させることによって、可動裸光ファイバ６０１をＶ状溝６０４およびＶ状溝６２２の間で変位させ、光路の切り替えを容易に行うことのできる光スイッチが構成される。
【０１１８】
（実施の形態１４）
図１７は、本発明の実施の形態１４に係わる１×２光スイッチの主要部についての構成図であり、下部基板を上方から観察した図である。また、図１８から図２２は、それぞれ図１７中のＡＡ’断面からＥＥ’断面を示しており、これらの図は、下部基板に加え、その上方に配置された上部基板の断面を含めて記している。本光スイッチは、１つの入力側光ファイバ（可動裸光ファイバ）が基板に対して略垂直方向に可動することにより、２つの出力側光ファイバ（固定裸光ファイバ２本）へ光路の切り換えを行う１×２光スイッチである。
【０１１９】
図１８から図２２に示す断面図からも分かるように、上部基板７２１と下部基板７１１から構成されおり、それぞれの基板が向かい合う面には、Ｖ溝が並列に形成されている。下部基板７１１に形成された第１のＶ溝７１２には、根元部が固定されていて、先端部が下部基板７１１の垂直方向に片持ち梁状に可動する可動裸光ファイバ７１７と、可動裸光ファイバ７１７と端面を近接して対向させた第１の固定裸光ファイバ７１６が固定されている。また、上部基板７２１に形成された第２のＶ溝７２２には、第１の固定裸光ファイバ７１６と端面の光軸方向の位置をほぼ一致させた第２の固定裸光ファイバ７２６が、第１の固定裸光ファイバ７１６と並列に固定されている。通常、光ファイバは、心線の周りが樹脂コートされているが、ここでは、先端から所望の長さの樹脂コートを剥離して先端だけ裸にした光ファイバを使用し、その裸にされた部分をＶ溝内に挿入する。
【０１２０】
ここで、下部基板７１１の一部には、第１の凹み部７１４が存在し、その第１の凹み部７１４内には、根元部が固定されていて先端部が下部基板７１１に対して略垂直方向に可動する第１の押さえバネ７１３が形成されている。また、可動裸光ファイバ７１７の上側には、同様に、根元部が下部基板７１１の表面に固定されていて先端部が下部基板７１１に対して略垂直方向に可動する第２の押さえバネ７２３が形成されている。これら、第１の押さえバネ７１３と第２の押さえバネ７２３の先端近傍には、それぞれ磁性体７１５、７２５が形成されている。
【０１２１】
さらに、上部基板７２１の第２のＶ溝７２２を形成した反対面側には、電磁石７１８が配置されている。例えば、この電磁石７１８が鉄心とコイルで形成されている場合、コイルに電流を流すことにより、それぞれの磁性体の周辺に磁場を発生させ、下部基板７１１に略垂直な方向の磁気吸引力を与えることができる。この磁気吸引力により、第１の押さえバネ７１３と第２の押さえバネ７２３の先端は電磁石が形成された方向へと可動する。このとき、可動裸光ファイバ７１７の先端部は、第１の押さえバネ７１３の先端部の一部により持ち上げられ、電磁石７１８が形成された方向へと可動する。
【０１２２】
ここで、図１８から図２２に示した断面図において、実線で示したものが、可動裸光ファイバ７１７が第１の固定裸光ファイバ７１６と光結合しているときの状態を、点線で示したものが、可動裸光ファイバ７１７が第２の固定裸光ファイバ７２６と光結合している状態を示す。コイルに電流を流していないとき、つまり、磁性体７１５、７２５に磁気吸引力が働いていないとき、図２２に示すように、可動裸光ファイバ７１７の先端部には、第２の押さえバネ７２３の先端部から下部基板７１１方向への荷重が加わり、可動裸光ファイバ７１７の先端部は第１のＶ溝７１２に沿って整列する（図２０）。このとき、第１の凹み部７１４を十分な深さを有して形成した場合、第１の押さえバネ７１３は、可動裸光ファイバ７１７と接すること無く、第１の凹み部７１４内に収まる（図２１）。第１のＶ溝７１２には、図１９に示すように第１の固定裸光ファイバ７１６が可動裸光ファイバ７１７とその端面を近接させ配置されており、同一のＶ溝内で端面を近接させた２本の光ファイバ間で挿入損失の低い光結合が行われる。
【０１２３】
一方、コイルに電流を流したとき、つまり、磁性体７１５，７２５に磁気吸引力が働くと、第２の押さえバネ７２３の先端部は下部基板７１１から離れる方向へと可動し、可動裸光ファイバ７１７の先端部に加わっていた下部基板７１１方向への荷重は無くなる。さらに、第１の押さえバネ７１３の先端部にも上部基板７２１方向への力が加わるため、図２１に示すように、第１の押さえバネ７１３の先端部からの荷重により、可動裸光ファイバ７１７の先端部が持ち上げられるとともに、上部基板７２１に形成した第２のＶ溝７２２内に押し付けられる。よって、図２０に示すように、可動裸光ファイバ７１７の先端部は第２のＶ溝７２２に沿って整列し、第２の固定裸光ファイバ７２６と光結合する。なお、図２２に示すように、第２の凹み部７２４を十分な深さを有して形成した場合、第２のＶ溝７２２方向へと可動した第２の押さえバネ７２３の先端部は可動裸光ファイバ７１７と接触することは無い。
【０１２４】
上記光スイッチにおいて、可動裸ファイバ７１７の端面と２本の固定裸ファイバ７１６、７２６の端面間に空気がある場合、挿入損失を低減させるためには、端面間距離を約２０μｍ以下まで近接させる必要がある。また、光ファイバ端での屈折率差によって、表面反射が生じ、挿入損失や反射減衰量が増加する。そこで、それぞれの端面に反射防止膜をコートする方が望ましい。また、反射減衰量を低減させるために、端面を５度から８度程度、光軸に垂直な面から傾けて加工する方が望ましい。この場合、光ファイバ端面での屈折により、光軸ずれが起こり、挿入損失が増加する。そこで、１本のＶ溝に光ファイバを配置するのではなく、光軸ずれに対応した位置に光ファイバが配置できる２本の平行なＶ溝を形成する。また、端面間を屈折率整合液で満たすことによっても、反射損失及び挿入損失を低減させることが可能である。
【０１２５】
第１の押さえバネ７１３及び第２の押さえバネ７２３には、弾性材を使用する。磁性体７１５、７２５は、第１の押さえバネ７１３及び第２の押さえバネ７２３の先端近傍に直接貼り付けて形成する。また、磁性体７１５、７２５は、真空蒸着やスパッタリングといった薄膜堆積法や、めっき法により形成しても良い。或いは、第１の押さえバネ７１３及び第２の押さえバネ７２３自体を磁性材で形成しても構わない。
【０１２６】
上部基板７２１や下部基板７１１には、結晶方位が存在する単結晶Ｓｉやガラスを使用する。単結晶Ｓｉを使用した場合、結晶方位により異方性のエッチングレートを示す液に浸し、エッチングを進行させることにより、容易に高精度なＶ溝が加工できる。例えば（１００）方位の単結晶Ｓｉウェハを使用したときには、（１１１）或いは（１１０）の側面を有するＶ溝が作製できる。これらの面はウェハー表面の（１００）面に対し、一定の角度を有しており、高精度にエッチングマスクを加工できるフォトリソ技術と併用することにより、高精度なＶ溝加工が実現できる。また、光ファイバと同一材料であるガラスを基板材料に使用した場合、熱膨張係数が一致していることから、広い温度範囲において、挿入損失、反射損失、偏波依存特性等が、温度変化に依存しない、優れた光スイッチを作製できる。Ｖ溝は、基板表面を機械的に加工して作製する。例えば、切削用ブレードを高速回転させ、回転方向に走査させながらカッティングすることにより、ブレードの断面形状を転写させた形の溝が作製できる。ブレードのテーパ角を制御することにより、任意の傾斜の側面を容易に形成でき、様々な形状のＶ溝加工が実現する。
【０１２７】
以上説明したように、上記光スイッチによれば、電磁石のコイルに流す電流をＯＮ／ＯＦＦすることにより押さえバネを可動させ、押さえバネにより荷重が与えられる光ファイバをＶ溝に押し当てる構造により、２本の光ファイバへの光の切り換えを可能とした。このような比較的単純な構造であるために、組立時の調整が容易となり、高性能な光スイッチを低コストで供給できる。また、主要部品である上部基板や下部基板は、Ｓｉやガラスウェハから量産性良く供給できる。
【０１２８】
（実施の形態１５）
図２３は、本発明の実施の形態に係わる１×２光スイッチの主要部についての構成図であり、下部基板７３１を上方から観察した図である。図２３におけるＡＡ’断面からＤＤ’断面までの断面図は、実施の形態１４に係る１×２光スイッチで示した図１８から図２１と同様である。ＥＥ’断面での断面図を、図２４に示す。これらの断面図は、下部基板７３１に加え、その上方に固定された上部基板７４１の断面を含めて記している。本発明の実施の形態に係る光スイッチの基本構造は、実施の形態１４に係る光スイッチと同様であり、第１の押さえバネと第２の押さえバネが一体に形成されている点が異なる。第１の押さえバネ７３３の根元部は下部基板７３１の第１の凹み部７３４内で固定されている点は、実施の形態１４に係る光スイッチと同様であるが、第２の押さえバネ７４３の根元部は、第１の押さえバネ７３３の一部と接続されている。第１の押さえバネ７３３が可動すると第２の押さえバネ７４３も連動して可動する構造をしている。この一体に形成された押さえバネは、例えばステンレスなどを用いた場合、プレス加工により容易に作製できる。従って、部品点数を削減できる他、組立や調整のコストも低減でき、光スイッチのさらなる低コスト化が実現できる。
【０１２９】
（実施の形態１６）
まず、本発明の実施の形態１６に係わる光スイッチについて図２５から図２７を用いて説明する。図２５は本発明の実施の形態１６に係わる光スイッチの上面図である。基板８１１には、Ｖ溝８１２が形成され、そのＶ溝８１２内には、２本の対向する裸光ファイバ（固定裸光ファイバ８１３と可動裸光ファイバ８１４）が、端面を近接させて配置されている。通常、光ファイバはクラッドを外傷から保護する目的で周囲に樹脂層がコーティングされているが、先端から所定の長さの樹脂層を除去して先端は裸のファイバを露出させた裸光ファイバをＶ溝に挿入する。固定裸光ファイバ８１３は、光ファイバ固定部８１５において、Ｖ溝８１２の両側面と接した状態で接着剤等により固定されている。
【０１３０】
対向する可動裸光ファイバ８１４は、その根本部が光ファイバ固定部８１６において接着剤等によりＶ溝８１２の両側面と接して固定され、片持ち梁状に可動する。可動裸光ファイバ８１４の上方には加圧体８１７を配置している。加圧体８１７は、加圧体固定部８１９で基板に固定されているが、バネ構造を有しており、基板垂直方向へ可動する。可動裸光ファイバ８１４の端部は、この加圧体８１４によりＶ溝８１２の深さ方向に荷重が加えられ、Ｖ溝８１２の両側の側面に接している。従って、固定裸光ファイバ８１３と可動裸光ファイバ８１４は、ともにＶ溝８１２の両側面と接して配置されており、２本の光ファイバ間で光結合されている。
【０１３１】
ここで、可動裸光ファイバ８１４の端部近傍には、半円筒状の磁性体８１８が基板８１１と反対側に形成されている。また、可動裸光ファイバ８１４に荷重を与える加圧体８１７の一部にも磁性体８２１が形成されている。これら磁性体８１８，８２１は、真空蒸着法やスパッタ法といった薄膜堆積法により形成しても良いし、直接貼り付けても良い。図２５には示していないが、基板８１１の上方には電磁石が配置されている。この電磁石は例えばコイルと鉄心で構成される。コイルに電流を流すことにより、磁性体８１８及び８２１の周辺に磁場を発生させ、基板垂直方向の磁気吸引力を与えることが可能である。
【０１３２】
図２６は、コイルに電流を流さないときの図２５におけるＡＡ’断面図である。可動裸光ファイバ８１４の端部は、加圧体８１７による荷重によりＶ溝８１２の両側面に接している。従って、固定裸光ファイバ８１３と可動裸光ファイバ８１４の端面どうしが対向し、光結合されている。これに対し、電磁石８２０に電流を流し、磁性体８１８及び８２１近辺に磁場を発生させた場合の図２５におけるＡＡ’断面図を図２７に示す。電磁石８２０と磁性体８１８及び加圧体８１７の間に磁気吸引力が働き、磁性体８１８を形成した可動裸光ファイバ８１４の先端と磁性体８２１を形成した加圧体８１７の先端が上方へ引き上げられる。加圧体８１７が上方へ引き上げられることにより、可動裸光ファイバ８１４の先端は、加圧体８１７から与えられていた荷重から開放され、さらに、磁性体８１８が上方へ引き付けられることにより、上方へと移動する。その結果、固定裸光ファイバ８１３との光路は遮断される。さらに、コイルへ流す電流を切断すると、磁性体８１８及び８２１に働いていた磁気吸引力が無くなり、可動裸光ファイバ８１４と加圧体８１７の弾性力により、可動裸光ファイバ８１４は再びＶ溝に収まり、加圧体８１７の荷重によりＶ溝８１２の両側面と接した状態に戻る。この結果、固定裸光ファイバ８１３との光路は再結合される。
【０１３３】
ここで、基板上方に移動した可動裸光ファバ８１４と固定裸光ファイバ８１３が光結合することなく、クロストークを十分小さくするためには、可動裸光ファイバ８１４の先端の移動量を十分大きくする必要がある。可動裸光ファイバ８１４の端面が完全に基板８１１の表面より上方へ移動した場合、磁気吸引力が無くなり可動裸光ファイバ８１４がＶ溝８１２に戻る際に、重力や加圧体８１７等により基板８１１の表面に対し水平な方向の荷重が加わることにより、基板８１１の表面と加圧体８１７に可動裸光ファイバ８１４が挟まれ、Ｖ溝８１２に戻らないこともある。可動裸光ファイバ８１４の先端の移動量が大きい場合でも、可動裸光ファイバ８１４が必ずＶ溝８１２に戻り固定裸光ファイバ８１３と光結合するよう、移動した可動裸光ファイバ８１４端面の中心が基板８１１の表面より上方に位置しないようにする。このことで可動裸光ファイバ８１４は、基板８１１の表面と加圧体８１７で挟まれることは無く、Ｖ溝８１２へ必ず戻る。この結果、光スイッチの信頼性は確保される。
【０１３４】
また、別の言い方をすれば、加圧体８１７から荷重を受けている可動裸光ファイバ８１４とＶ溝８１２との接点と、基板表面との距離を、可動裸光ファイバ８１４の移動量以上にする。この場合、上方へ移動した可動裸光ファイバ８１４の端面は、完全に基板表面より上方に出ることは無く、少なくとも一部は基板表面より下方に位置しており、可動裸光ファイバ８１４は基板８１１の表面と加圧体８１７に挟まれることは無く、必ずＶ溝８１２内へ戻る。
【０１３５】
このように、Ｖ溝を深く形成すると、基板表面におけるＶ溝の幅が広くなるので、同一基板上に複数の光スイッチを並列に配置するような高密度化に不利である。これまでの説明では、Ｖ溝の両側面がそれぞれ１つの平面で形成されているものとして説明してきたが、複数以上の平面もしくは曲面で形成されていても良い。図２８及び図２９にそのような実施の形態の図２５におけるＡＡ’断面図を示す。図２８と図２９において、実線で示した図が磁場を発生させていないとき、点線で示した図が磁場を発生させて可動裸光ファイバ及び加圧体が上方へ移動した様子を示している。
【０１３６】
図２８では、Ｖ溝８２６の側面がなだらかな曲面となっており、基板表面に向かって垂直に近づいている。図２９では、Ｖ溝８２７の側面が４つの平面から構成されており、Ｖ溝８２７の上方に位置する２面が、基板の表面に対し略垂直な面で構成されており、その幅を光ファイバの直径以上に形成する。高密度化の為には、Ｖ溝８２７の幅はなるべく小さい方が望ましいことから、下方に位置する２つの斜面の幅をファイバ径より若干大きめに設定する。ここで、図３０に、図２６及び図２８、図２９に示した第1の溝の幅を比較した図を示す。可動裸光ファイバの移動量を同じにした場合でも、基板表面における溝の幅を狭くすることができ、同一基板上に並列に複数の光スイッチを配置するなどの高密度化が容易となり、光スイッチの集積化に対応できる。
【０１３７】
図３１は、図２５から図２７で説明した本発明の実施の形態１６に係る光スイッチの製造工程の一例を示す説明図である。
【０１３８】
はじめに、ステップＳ１０１では、基板８１１に結晶方位が存在する単結晶シリコンを使用する。この単結晶シリコンをエッチング加工し、Ｖ溝８１２を形成する。Ｖ溝８１２は可動裸光ファイバ先端部の移動量以上の深さにする。ここで用いるエッチング加工は、液体のエッチャントに浸して結晶性のもつ異方性を利用するウェットエッチング加工であり、一定の角度を有する側面を形成できる。
【０１３９】
例えば、（１００）ウェハーを使用したときの（１１１）面や（１１０）面がそれにあたる。（１１１）面により基板表面の（１００）面に対し５４．７°に、（１１０）面により基板表面の（１００）面に対し４５°に側面を形成できる。エッチャントには、水酸化カリウム水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等のシリコンの結晶方位に対し、異方性のエッチング速度を有するアルカリ水溶液を使用する。これらの面は、それぞれの結晶方位に合ったマスク形状をフォトリソグラフィ技術により作製し、エッチングを進行させることで容易に形成可能である。勿論、ラジカルやイオンといった活性化したガスの反応を利用したドライエッチングによっても加工可能である。マスク材には、酸化シリコンもしくは窒化シリコンあるいは金属といったシリコンに対しエッチング選択比の高い材料を選択する。
【０１４０】
また、別の基板の材料として酸化珪素を用いることも有効である。酸化珪素基板の表面を機械的に加工し、Ｖ溝８１２を形成する。例えば、切削用ブレードを高速回転させ、基板表面をカッティングすることにより、ブレード断面形状を転写した形の溝が形成される。ブレードの外周部にテーパをつけることにより一定傾斜角の側面を有する溝となる。ブレードのテーパ角を制御することにより任意の傾斜角の側面を容易に形成できる。図２８に示した曲面や図２９に示した２段の側面も、ブレード外周の形状をそのような型に形成することにより作製できる。このように機械加工によりＶ溝を形成する場合、基板の材料として裸光ファイバと同一材料である酸化珪素を選択することが可能である。裸光ファイバと基板との熱膨張係数が一致していることから、広い温度範囲において、固定裸光ファイバのコアと可動裸光ファイバのコアとの相対的な位置関係を一定に保つことが可能となり、挿入損失、反射損失、偏波依存特性等において、温度変化に依存しない、優れた光スイッチを作製できる。
【０１４１】
続いて、ステップＳ１０２では、固定裸光ファイバ８１３と磁性体８１８を形成した可動裸光ファイバ８１４をＶ溝８１２に挿入し、所定の位置に配置し接着剤で固定する。温度変化による光損失のばらつきを低減させるため、基板の材料であるシリコンまたは酸化珪素、及び光ファイバの材料である酸化珪素と熱膨張係数が大きく違わない接着剤、例えばエポキシ系接着剤及びセラミック系接着剤の使用が有効である。
【０１４２】
そして、最後に、ステップS１０３では、加圧体８１７を可動裸光ファイバ８１４の上方に配置し、接着剤で加圧体固定部８１９を接着する。このとき、加圧体８１７の荷重が可動裸光ファイバ８１４に与えられ、可動裸光ファイバ８１４の端部がＶ溝８１２の両側面に接していることを確認する。
【０１４３】
なお、ステップＳ１０２及びＳ１０３において、接着剤を使用した接着方法を説明したが、ガラス中の金属イオンが結合の担い手となる陽極接合や、隙間に挿入される水素イオンが結合手となる水素接合、あるいは、それぞれの接合面に金を塗布し、それぞれの金が圧着される金属接合といったような接合方法を利用して固定しても勿論構わない。
【０１４４】
図３２は、図２９で説明した本発明の実施の形態１６に係る光スイッチの製造工程の一例を示す説明図である。ステップＳ１０２とステップＳ１０３は図３１と同様であるが、ステップＳ１０１がステップＳ３０１からステップＳ３０３に変更される。
【０１４５】
はじめに、ステップＳ３０１は、ステップＳ１０１と同様であり、異方性のエッチングを単結晶シリコン基板に施すことより一定角の側面を有するＶ溝８３２を形成する。このときのＶ溝は、図３１に示すＶ溝より浅く形成し、Ｖ溝の基板表面での幅は、可動裸光ファイバの直径以上にする。
【０１４６】
次に、ステップＳ３０２では、垂直加工性の優れたドライエッチングによりＶ溝（第１の溝）を加工する。このとき、第１の溝以外をマスク８３３で覆い、Ｖ溝８３２だけ加工する。例えば、選択性及び垂直加工性の優れた高密度プラズマエッチングにより、Ｖ溝の側面の表面を荒らすことなく垂直方向の加工が可能となる。マスク材には金属や酸化珪素及び窒化珪素を使用し、フォトリソグラフィ技術とエッチングにより高精度にマスクを加工する。加工した溝の深さは、可動裸光ファイバ先端の移動量以上にする。
【０１４７】
次に、ステップＳ３０３では、エッチングによりマスク８３３を剥離する。
【０１４８】
また、図３３は、図２９で説明した本発明の実施の形態１６に係る光スイッチの製造工程の別の一例を示す説明図である。ステップＳ１０２とステップＳ１０３は図３１と同様であるが、ステップＳ１０１がステップＳ４０１とステップＳ４０２に変更される。
【０１４９】
はじめに、ステップＳ４０１は、ステップＳ１０１と同様であり、異方性のエッチングを単結晶シリコン基板に施すことより一定角の側面を有するＶ溝８３４を形成する。図３２と同様に、Ｖ溝は、図３１に示すＶ溝より浅く形成し、Ｖ溝の基板表面での幅は、可動裸光ファイバの直径以上にする。
【０１５０】
次に、ステップＳ４０２では、側面が垂直な板８３５を基板の表面に貼り付ける。板８３５の材料は、シリコンや酸化珪素を使用し、接着材を用いたり、或いは陽極接合や水素結合を利用して貼り合わせる。形成された溝の深さは、可動裸光ファイバの移動量以上にする。
【０１５１】
（実施の形態１７）
本発明の実施の形態１７に係わる光スイッチについて図３４を用いて説明する。本発明の実施の形態１７に係わる光スイッチの基本構成は、実施の形態１６と同様であり、基板８２１の上方に、天板８２４を設けている点が異なる。可動裸光ファイバ８２３の先端部における断面図（図２５におけるＢＢ’断面図）を図３４に示す。Ｖ溝８２２に対向して、天板８２４の表面にＶ溝８２５を形成する。基板８２１の表面におけるＶ溝８２２の幅と、天板８２４の表面におけるＶ溝８２５の幅はほぼ等しく、かつ、溝の幅方向におけるＶ溝８２２とＶ溝８２５の位置もほぼ一致している。天板８２４に形成したＶ溝８２５は、少なくとも可動裸光ファイバ８２３の先端付近のみに形成されていれば良い。ここで、このＶ溝８２５の形状は、図３４に示す限りでは無い。実施の形態１６に係る光スイッチで説明したような複数の斜面により形成されるＶ溝（図２９）やその一部が曲面のＶ溝（図２８）であっても構わない。図３４において、可動裸光ファイバ８２３が移動してないときを破線、磁気吸引力により上方に移動したときを実線で示す。上方へ移動した可動裸光ファイバ８２３は、Ｖ溝８２５内に一旦収まる。基板８２１の水平方向への移動が抑制されているため、加圧体の端部が基板８２１の表面と平行でなかったり、可動裸光ファイバ８２３に斜め上方の力が加わることにより、基板８２１に対し平行方向の荷重が加わった場合においても、天板８２４のＶ溝８２５が基板８２１のＶ溝８２２に上方に配置されていることにより、基板８２１表面の平行方向への移動が規制され、磁気吸引力が無くなったときに必ずＶ溝８２２内に戻り、固定裸光ファイバとの光結合する。
【０１５２】
この天板に形成するＶ溝は、基板に形成するＶ溝と同様の作製方法により形成できる。天板の材料として結晶方位を有する材料を選択した場合、図３１におけるＳ１０１と同様の工程を採用できる。また、図２８もしくは図２９のように、側面を曲面としたり、側面を複数の面で構成してその一部を基板に対し垂直な面として形成することも可能である。また、機械加工や貼り合わせの工程により複数の側面を形成することも勿論可能である。このような作製工程で形成するＶ溝により、同一基板上に並列に複数配置した光スイッチの高密度化が実現する。
【０１５３】
また、天板を基板に接着する工程においては、陽極接合、水素結合、金属結合といったイオンや金属が結合の担い手となる接合方法を用いる。原子同士の結合により、安定性及び信頼性に優れた接着が可能である。また、接着剤を用いて接着しても構わない。その場合、基板及び天板の材料となる珪素や酸化珪素と熱膨張率が大きく違わないエポキシ系もしくはセラミック系の接着剤の使用が有効である。
【０１５４】
（実施の形態１８）
本発明の実施の形態１８に係わる光スイッチについて図３５と図３６を用いて説明する。本発明の実施の形態１８に係わる光スイッチの基本構造は実施の形態１６に係わる光スイッチと同様であるが、加圧体の一部に溝が形成されており、この溝で可動裸光ファイバにおける基板表面に平行な方向への変位を制限している。
【０１５５】
図３５は、図２５におけるＡＡ’断面を示しており、加圧体８４４にはＶ溝８４６が形成されている。加圧体８４４に形成したＶ溝８４６の幅を、可動裸光ファイバ８４３の直径以上に設定する。このＶ溝８４６の形状は、図３５に示す限りでは無い。実施の形態１６に係る光スイッチで説明したような複数の斜面により形成されるＶ溝（図２９）やその一部が曲面のＶ溝（図２８）であっても勿論構わない。可動裸光ファイバ８３への荷重はＶ溝８４６の内面で与えられ、可動裸光ファイバ８４３は基板８４１に形成したＶ溝８４２の両側面及び加圧体８４４に形成したＶ溝８４６の内面とそれぞれ接した状態で固定裸光ファイバと光結合する。ここで電磁石に電流を流して磁場を発生させ、加圧体８４４の先端と可動裸光ファイバ８４３の先端を上方へ移動させた状態を図３６に示す。このとき可動裸光ファイバ８４３は、その断面の中心が基板８４１の表面より上方に移動している。再度磁場を無くすと、可動裸光ファイバ８４３は下方へ移動するが、このとき、Ｖ溝８４６により、基板８４１に平行な方向の可動裸光ファイバ８４３の移動を抑制するので、Ｖ溝８４２の深さが実施の形態１６で述べた例より浅い場合においても可動裸光ファイバ８４３はＶ溝８４２内に戻る。Ｖ溝８４２へ戻った可動裸光ファイバ８４３はＶ溝８４６の内面からの荷重により、図３６に示す位置へと戻り、固定裸光ファイバと光結合する。実施の形態１８に係る光スイッチにより、部品点数を抑え且つ比較的組立時の精度を必要とせず、高性能な光スイッチを低価格で供給することが可能となる。
【０１５６】
以上説明してきたように、可動裸光ファイバの先端近傍でその下部に溝がある部分を、溝と反対側から板バネなどの弾性部材で溝方向に押圧する構造であれば、他の方法によっても可動裸光ファイバは溝に沿って容易に整列する。その上、溝内で可動裸光ファイバが過渡的に振動する状態を低減することができる。また、その溝が１本である場合でも複数本である場合でも、同様の構造を用いてそれぞれの溝に押圧することができるので、上述した実施例と同様の効果を有する。
【０１５７】
さらに、溝が複数である場合、可動裸光ファイバが変位した場合に整列しやすい配置であれば、それぞれが略平行な配置である必要はなく、片持ちはり状の可動裸光ファイバの支点を中心として略半径方向に配置しても良い。また、可動裸光ファイバを駆動するために、磁気力を用いた例を主に述べたが、板バネをバイメタルや形状記憶合金などで作製して、抵抗加熱することで変形させて駆動する方法などでも良いことは言うまでもない。
【０１５８】
板バネなどを電磁石で駆動する構造などを例示してきたが、その構造の場合には電磁石以外に永久磁石を用いることによって、容易に自己保持機能を追加することができることは言うまでもない。
【０１５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる光スイッチによれば、従来の光スイッチに比べて、主要な要素部品を半導体プロセスと類似の作製プロセスで作製可能であるため高精度に大量に作製可能となる。また、構造が比較的簡単であり、板バネなどを用いて光ファイバを押圧することで組立精度の影響が少なく、組立時の調整が容易となる。そのため、大量生産可能で、安価・高性能な光スイッチを提供できる。
【０１６０】
また、本発明にかかる光スイッチによれば、可動裸光ファイバを板バネなどで押圧する構造であるため、電流により動作状態を切り換えたときの光ファイバ先端が振動する過渡状態を抑えることができる。さらに、電流を流さない状態で光スイッチに振動が加わっても、光路が遮断されることなく安定した特性を得ることができる。
【０１６１】
さらに、光ファイバと熱膨張係数の近いガラスやシリコンを基板に使用しているため、温度変化に対して安定した動作を行うことができる。また、支持基板などの加工精度が高いため、封止が容易で、湿度変化やゴミなどの環境条件に対する信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる光スイッチの主要部の構成を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１にかかる光スイッチの構成と動作を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかる光スイッチの構成を示す断面図である。
【図４】従来の光スイッチの構造の一例を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態３にかかる光スイッチの構成を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３にかかる光スイッチで用いる複合板バネの構成を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態４にかかる光スイッチの構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５にかかる光スイッチの主要部の構成を示す構成図である。
【図９】本発明の実施の形態６にかかる光スイッチの主要部の構成を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態７にかかる光スイッチの主要部の構成を示す構成図、断面図および側面図である。
【図１１】この発明の実施の形態８にかかる光スイッチの構成を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態９にかかる光スイッチの構成を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態１０にかかる光スイッチの主要部の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）、および側面図（ｃ）である。
【図１４】この発明の実施の形態１１にかかる光スイッチの主要部の構成を示す構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態１２にかかる光スイッチの構成と動作を示す断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態１３にかかる光スイッチの主要部の構成を示す構成図である。
【図１７】本発明の実施の形態１４に係る１×２光スイッチの主要部を示す構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態１４に係る１×２光スイッチの主要部を示す構成図におけるＡＡ’断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態１４に係る１×２光スイッチの主要部を示す構成図におけるＢＢ’断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態１４に係る１×２光スイッチの主要部を示す構成図におけるＣＣ’断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態１４に係る１×２光スイッチの主要部を示す構成図におけるＤＤ’断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態１４に係る１×２光スイッチの主要部を示す構成図におけるＥＥ’断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態１５に係る１×２光スイッチの主要部を示す構成図である。
【図２４】本発明の実施の形態１５に係る１×２光スイッチの主要部を示す構成図におけるＥＥ’断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態１６に係る光スイッチを示す上面図である。
【図２６】図２５におけるＡＡ’断面図である。
【図２７】図２５におけるＡＡ’断面図である。
【図２８】本発明の実施の形態１６に係る光スイッチを示す断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態１６に係る光スイッチを示す断面図である。
【図３０】本発明の実施の形態１６に係る光スイッチの基板の断面図である。
【図３１】本発明の実施の形態１６に係る光スイッチの製造工程の一例を示す説明図である。
【図３２】本発明の実施の形態１６に係る光スイッチの製造工程の一例を示す説明図である。
【図３３】本発明の実施の形態１６に係る光スイッチの製造工程の一例を示す説明図である。
【図３４】本発明の実施の形態１７に係る光スイッチを示す断面図である。
【図３５】本発明の実施の形態１８に係る光スイッチを示す断面図である。
【図３６】本発明の実施の形態１８に係る光スイッチを示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 可動裸光ファイバ
１２ 静止裸光ファイバ
１３ 支持基板
１４ Ｖ状溝
１５ 磁性体
１６ 板バネ
１７ ザグリ
１８ 逃げ溝
１９ 上部基板
２０ コイル
２１ 鉄芯
２２ 接着部
２３ 段差
２５ 押上用板バネ
３０ 光スイッチ
３１ 電磁石
４０ 複合板バネ
４１ 固定部
４２ リフトバネ部
４３ 連結部
４４ 押圧バネ部
４５ 押圧部
４６ リフト部
１１１ 可動裸光ファイバ
１１２ 静止裸光ファイバ
１１３ 支持基板
１１４ Ｖ状溝
１１６ 板バネ
１１７ ザグリ
１１８ 逃げ溝
１１９ 上部基板
１２０ コイル
１２１ 鉄芯
１２２ 可動側接着部
１２３ 段差
１２５ 押上用板バネ
１２６ 低位置Ｖ状溝
１２７ 高位置Ｖ状溝
１２８ 静止側接着部
１３０ 光スイッチ
１３１ 電磁石

Claims (5)

1. 表面に溝が形成された支持基板と、
   前記支持基板と平行に配置された上部基板と、
   先端部を除く一部が前記溝の一部に配置され片持ち梁状に可動する1本の可動裸光ファイバと、
   前記可動裸光ファイバの前記先端部の端面と対向するように前記溝の一部に固定された固定裸光ファイバと、
   前記可動裸光ファイバの前記先端部を前記支持基板方向に押圧する押圧ばねと、
   前記可動裸光ファイバを載置し、前記可動裸光ファイバの前記先端部を前記溝から離す方向に力を加えるとともに、前記押圧ばねと一体に形成されたリフト部とを備え、
   前記押圧ばねと前記リフト部の少なくとも一方が所望の磁気特性を持ち、
   前記押圧ばねと前記リフト部の動作を磁気力により制御する制御素子からなり、
   前記押圧ばねは、前記押圧ばねを前記上部基板あるいは前記支持基板に固定する固定部と、前記可動裸光ファイバの前記先端部を前記支持基板方向に押圧する押圧部と、前記固定部と前記押圧部の間に設けられ所望のばね定数を有するばね部とからなり、
   前記リフト部と前記可動裸光ファイバとの接触部分は、前記制御素子により互いに摺動させられるものであり、
   前記可動裸光ファイバが、前記溝に沿って整列あるいは非整列することで、光路の開閉や切り換えを行うことを特徴とする光スイッチ。
2. 前記可動裸光ファイバと前記固定裸光ファイバは、前記端面が各光ファイバの中心軸方向に垂直な面に対して斜めに形成されることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
3. 移動した前記可動裸光ファイバの端面の中心が前記支持基板の表面より前記溝の深さ方向に位置することを特徴とする請求項1あるいは請求項２に記載の光スイッチ。
4. 前記上部基板に第2の溝を有し、
   前記可動裸光ファイバが前記リフト部により前記溝から離された位置において、前記可動裸光ファイバの端面と対向するように前記第2の溝の一部に固定された第2の固定裸光ファイバを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光スイッチ。
5. 前記押圧ばねの一部に第3の溝が形成されており、前記第3の溝により前記可動裸光ファイバを押し付けることを特徴とする請求項1乃至請求項４のいずれかに記載の光スイッチ。

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