JP4677427B2 - 光デバイス - Google Patents

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Description

この発明は互いに光結合される複数の光導波手段の端部がそれぞれその光軸が基板板面と平行とされて基板上に配置されてなる構造を有する光デバイスに関する。
この種の光デバイスは基板として例えばシリコン基板を用い、エッチング等の手法によって所要の要素を基板上に形成し、その基板上に光ファイバなどの光導波手段を設置することによって構成され、特許文献1や特許文献2にはこのようにして構成された光デバイスが記載されている。
特許文献1の図1乃至3に記載されている光デバイスは2×2型の光スイッチであって、光ファイバが設置される4本の溝が十字状をなすように基板上に形成され、それら4本の溝が交差する交差部に可動ロッドの先端に設けられた可動ミラーが位置され、可動ロッドは4本のヒンジによって可動自在に支持されると共に、その中間部分に構成された櫛歯型静電アクチュエータによって駆動されるものとなっており、可動ミラーの交差部への挿抜によって4本の溝にそれぞれ設置された光ファイバ間の光路(光結合)が切り換えられるものとなっている。
一方、特許文献2の図14及び15にも特許文献1と同様、2×2型の光スイッチをなす光デバイスが記載されており、基板上に十字状をなすように形成された4本の溝にそれぞれ光ファイバが設置され、それら4本の溝の交差部に可動ミラーが挿抜されることによって光路が切り換えられるものとなっている。
なお、これら特許文献1及び2に記載された光デバイスのいずれにおいても光ファイバの先端には光軸に対して斜めに研磨されてなる傾斜端面が形成されており、これにより光ファイバ端面での光の反射に起因する(反射戻り光による)反射減衰を回避することができるものとなっている。
ここで、反射減衰(リターンロス)とは光ファイバの伝送光量に対する、反射戻り光としてその光ファイバの逆向きの伝送モードに結合した光量の割合を言い、反射の結果、伝送モードに結合しないで外部に漏洩する反射漏洩光は含めない。光ファイバ先端の傾斜端面形成は端面でフレネル反射した光のすべてを反射漏洩光とすることにより反射減衰を回避しようとするものである。
特開2005−37885号公報 特開2005−164886号公報
ところで、上述した特許文献1や特許文献2に記載されている光デバイスではミラーが挿抜される空間は光ファイバ設置用の4本の溝の交差部であり、光ファイバが設置された状態ではこの空間は光ファイバの先端面及び基板板面に対して垂直な基板の側壁面によって囲まれた空間となる。
一方、光ファイバはその光軸が基板板面と平行されて溝に設置されており、先端の傾斜端面は基板板面とは垂直とされている。従って、光ファイバの先端面から出射する出射光の光軸は基板板面と平行な平面内に位置するものとなっている。
このような状態で光ファイバから光が空間に出射された場合、例えば相手方の光ファイバに結合しきれなかった光(結合エラー分の光)や傾斜端面での反射漏洩光は空間を囲む基板板面と垂直な面によって反射されて基板板面と平行な一平面内において多重反射を繰り返すことになり、最終的に出射元の光ファイバに帰還、再結合して反射減衰の悪化(反射減衰量の増大)を招くことになる。
特に、特許文献1や特許文献2に記載されている光デバイスのように、光が伝播する空間内に基板板面に垂直なミラー面が存在する場合には、その反射率の高さから、このような迷光(結合エラー分の光や反射漏洩光)による反射減衰の悪化は重大な問題となる。
さらに、例えば光が伝播する空間内にミラー面を具備する光デバイスをMEMS(Micro Electro Mechanical System)として構成し、ミラー基体の表面に金属膜(反射膜)をスパッタ等で成膜してミラー面を形成するような場合、一般にメカマスクを使用してスパッタが行われるが、その際ミラー面を形成する面にのみ厳密に成膜を行うことは難しく、通常は周囲にも成膜が及び、よってミラー面が位置する空間の側壁面等にも金属膜が形成されてしまうといった状況が生じ、このような場合には反射減衰の悪化はさらに重大な問題となる。
この発明の目的はこのような問題に鑑み、光ファイバ等の光導波手段への迷光の再結合を阻止し、反射減衰を完全に排除することができるようにした光デバイスを提供することにある。
請求項1の発明によれば、基板上に第1及び第2の光導波手段の端部がそれぞれその光軸が基板板面と平行とされて配置され、それら第1の光導波手段の端部と第2の光導波手段の端部とは基板板面に垂直な側壁面によって少なくとも一部が囲まれた自由空間内を伝播する伝播光の、その自由空間内に具備される基板板面に垂直なミラー面での反射を介して互いに光結合される構成とされ、そのミラー面及びミラー面が位置する自由空間の側壁面には金属膜が形成されている光デバイスにおいて、第1の光導波手段の端部と第2の光導波手段の端部とが基板板面と垂直方向において異なる高さ位置に位置され、第1及び第2の光導波手段の端部の先端にはその一方から自由空間に出射する出射光の光軸が前記垂直方向において他方が位置する側に向くように偏向する傾斜端面がそれぞれ形成されているものとされる。
求項の発明では請求項1の発明において、基板上に第3の光導波手段の端部がその光軸が基板板面と平行とされて配置され、第3の光導波手段の端部は基板板面と垂直方向において第1の光導波手段の端部と異なる高さ位置に位置されると共に、その第3の光導波手段の端部の先端にはその先端から自由空間に出射する出射光の光軸が前記垂直方向において第1の光導波手段の端部が位置する側に向くように偏向する傾斜端面が形成されており、第1の光導波手段の端部と第3の光導波手段の端部とは自由空間内を伝播する伝播光の、基板板面と垂直なミラー面を有する可動ミラーによる反射を介して互いに光結合され、アクチュエータによる可動ミラーの駆動によって、第1の光導波手段の端部と、第2及び第3の光導波手段の端部のいずれか一方との光結合が切り換えられる光スイッチが構成される。
請求項の発明では請求項の発明において、基板は単結晶シリコンよりなるハンドル層とデバイス層との間にシリコン酸化膜よりなる中間絶縁層が挟まれてなるSOI基板とされ、第1の光導波手段の端部はSOI基板に、デバイス層と中間絶縁層とをエッチング除去して形成した溝に設置され、第2及び第3の光導波手段の端部はSOI基板に、デバイス層を同一厚さエッチング除去して形成した2つの溝にそれぞれ設置され、自由空間はSOI基板に、デバイス層と中間絶縁層とをエッチング除去して形成した凹部とされ、可動ミラーは前記凹部内に位置し、デバイス層によって形成された基体の表面に反射膜が形成されて構成され、アクチュエータはデバイス層によって形成された固定及び可動櫛歯電
極を具備してなる櫛歯型静電アクチュエータとされ、第1、第2及び第3の光導波手段はそれぞれロッドレンズ付光ファイバとされる。
この発明によれば、光導波手段から出射される出射光の光軸は基板板面と平行な面内に存在せず、基板板面と傾きをもって自由空間内を伝播するため、相手方光導波手段に結合しきれなかった迷光がたとえ自由空間を囲む基板板面と垂直な側壁面で多重反射を繰り返しても出射元の光導波手段に再結合するといった状況は生じず、よってこのような迷光の再結合による反射減衰を完全に排除することができる。
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図1はこの発明による光デバイスの一実施例として、1×2型の光スイッチの構成を示したものであり、この例では光スイッチはMEMSで構成され、後述の図6−1に示すように単結晶シリコンよりなるハンドル層11とデバイス層12との間にシリコン酸化膜よりなる中間絶縁層13が挟まれてなるSOI(Silicon on insulator)基板10を使用して作製されている。なお、以下に説明する各構成要素はハンドル層11上のデバイス層12、中間絶縁層13を適宜、エッチング除去することによって形成されている。
光導波手段としてこの例では光ファイバを用いるものとされ、光ファイバの端部を位置決め収容する3つの溝21〜23がSOI基板10の略中央部から外周に達するように形成されている。これら溝21〜23はそれらの内端が一箇所に併合されて凹部24を形成しており、真ん中の溝21を挟んで両側の溝22,23は互いに鋭角をなすように形成されている。各溝21〜23の外端(開放端)側部分は外側に向って徐々に幅広となるように形成されている。なお、図1では光ファイバの図示を省略している。
3つの溝21〜23の内端が併合されて形成された凹部24には固定ミラー25が配置され、さらに可動ミラー26が配置されている。固定ミラー25は凹部24の側壁面から突出するように形成されており、可動ミラー26は可動ロッド27の先端に一体形成されている。
可動ロッド27は凹部24に連通するロッド溝28内に位置されており、長尺とされた可動ロッド27の延伸方向中間部と、可動ミラー26が形成されている先端と反対側の基端部にはそれぞれ一対のヒンジ31a,31b及び32a,32bが可動ロッド27の幅方向両側に突出するように延長形成されている。可動ロッド27はこれらヒンジ31a,31b及び32a,32bにより、その延伸方向に変位可能に支持されている。各ヒンジ31a,31b,32a,32bは板ばねとして機能するもので、それらの可動ロッド27と反対側の先端は固定部33に支持されている。なお、これらヒンジ31a,31b,32a,32bはそれぞれロッド溝28と連通する凹部34〜37内に位置されている。
ヒンジ31a,31bと32a,32bとの間において、可動ロッド27には櫛歯型静電アクチュエータが配設されている。櫛歯型静電アクチュエータは第1、第2固定櫛歯電極38,39と可動櫛歯電極41とよりなるもので、可動櫛歯電極41は可動ロッド27の幅方向両側に突出形成された支持ビーム42a,42bに、それぞれそのヒンジ31a,31b側とヒンジ32a,32b側とに突出されて形成されている。なお、可動櫛歯電極41は支持ビーム42a,42b、可動ロッド27及びヒンジ31a,31b,32a,32bを介して固定部33と電気的に導通されている。
可動ロッド27の延伸方向において、可動櫛歯電極41を挟む両側には第1固定櫛歯電極38と第2固定櫛歯電極39とが可動櫛歯電極41と噛み合うように配置され、これら第1、第2固定櫛歯電極38,39はそれぞれ固定部43a,43b及び44a,44bから突出されて形成されている。なお、図1中、45a,45b,46a,46bはそれぞれ固定部43a,43b,44a,44bに連続して設けられた端子部を示す。
図2は図1に対し、各溝21〜23に光ファイバの端部が収容配置された状態の要部詳細を拡大して示したものであり、この例では溝21に設置された光ファイバ51から光が出射され、その光が溝22,23に設置された光ファイバ52,53に選択的に光結合されるものとなっている。
図3は図2におけるA−A断面を示したものであり、この例では溝22,23は同一深さとされているものの、溝21はそれらと同一深さではなく、溝22,23より深く形成されている。つまり、この例では従来のように互いに光結合される光ファイバが基板板面と垂直方向において同一高さ位置に位置されるのではなく、異なる高さ位置に位置されており、光ファイバ52,53は光ファイバ51より高い位置に位置されている。なお、各光ファイバ51〜53はその光軸がSOI基板10の板面と平行とされてそれぞれ溝21〜23に設置されている。
光ファイバ51〜53は詳細図示を省略しているが、それぞれ先端にロッドレンズを備えたロッドレンズ付き光ファイバとされ、集光機能を有するものとされる。ロッドレンズには例えばグレーデッドインデックス光ファイバ(GIファイバ)を短尺化したものを利用することができる。また、各光ファイバ51〜53の先端(ロッドレンズの先端)には光ファイバの光軸に対し斜めに研磨されてなる傾斜端面が形成されている。これら光ファイバ51〜53の傾斜端面はSOI基板10の板面と垂直ではなく、SOI基板10の板面と垂直方向において光ファイバ51の傾斜端面は下向きになるように形成され、光ファイバ52,53の傾斜端面は上向きになるように形成されている。
このような向きに各光ファイバ51〜53の先端に傾斜端面を形成することにより、光ファイバ51から出射する出射光の光軸はSOI基板10の板面と垂直方向において光ファイバ52,53が位置する側に向くように、つまり斜め上方に向くように偏向され、また仮りに光ファイバ52,53から光が出射されるとすると、その出射光の光軸がSOI基板10の板面と垂直方向において光ファイバ51が位置する側に向くように、つまり斜め下方に向くように偏向される。
図4は光ファイバ51から出射された出射光61が斜め上方に向かって固定ミラー25のミラー面25aで反射され、その反射光62が光ファイバ52に入射する様子を示したものであり、前述したように光ファイバ52は光ファイバ51より高い位置に位置されているため、反射光62は図4に示したように光ファイバ52に入射し、良好に光結合する。なお、固定ミラー25のミラー面25aはSOI基板10の板面と垂直になっている。光ファイバ51〜53の傾斜端面の傾斜角α(図5参照)は例えば8°とされる。
ここで、光ファイバ51〜53のファイバ径をφ125μmとした場合の溝21の深さH及び溝22,23の深さHの具体的数値例を示せば下記となる。
=103μm
= 68μm
従って、光ファイバ51と光ファイバ52,53との高低差(=溝21の深さHと溝22,23の深さHとの差)Hは、
H =H−H
=35μm
となる。なお、光ファイバ51〜53は溝21〜23の側壁で位置決めされるため、これら溝21〜23の深さH,Hは少なくともファイバ径の半分(62.5μm)以上にする必要があり、余裕をもってH=68μmとしている。
光ファイバ51から出射される出射光61の光軸が水平面(SOI基板10の板面と平行面)となす角度β(図5参照)は、空気の屈折率を1とし、光ファイバ51端部の中心屈折率(先端のロッドレンズの中心屈折率)をnとすると、スネルの法則より、
n・sinα=1・sin(α+β)
β=sin−1(nsinα)−α
で表され、ここで、n=1.46、α=8°とすると、
β=3.72°
となる。従って、例えば図4において光ファイバ51から出射され、ミラー面25aでの反射を介して光ファイバ52に至る伝播光(出射光61、反射光62)の光路長Lは、
L=H/sinβ
より、この例では約540μmとなっている。
次に、この光スイッチの動作について説明する。光スイッチ作製後の初期状態(第1安定状態)では可動ミラー26は図1,2に示した位置に位置し、この時、光ファイバ51から出射された出射光61は固定ミラー25のミラー面25aで反射され、その反射光62が光ファイバ52に入射される。
可動櫛歯電極41と導通されている固定部33及び第1固定櫛歯電極38をそれぞれアース(接地)した状態で第2固定櫛歯電極39に電圧を印加すれば、第2固定櫛歯電極39と可動櫛歯電極41との間に静電引力が働き、その力が第1安定状態におけるヒンジ31a,31b,32a,32bの保持力よりも大きい場合、ヒンジ31a,31b,32a,32bは第2安定状態へと反転し、電圧の印加を絶ってもその状態で自己保持される。この時、可動ロッド27は可動ミラー26を凹部24内にさらに進入させるようにその延伸方向に変位し、これにより可動ミラー26は図2に破線で示したように光ファイバ51から出射される出射光61の光路上に挿入される。従って、出射光61は可動ミラー26のミラー面26aで反射されて、その反射光63が光ファイバ53に入射される。図2に示すように、ミラー面26aを矢印で示すようにそのミラー面内方向に駆動することにより、ミラー面26a上の反射位置によらず、反射光63の光軸を一定位置に保持することができる。
一方、固定部33及び第2固定櫛歯電極39をそれぞれアースした状態で第1固定櫛歯電極38に電圧を印加すれば、第1固定櫛歯電極38と可動櫛歯電極41との間に静電引力が働き、その力が第2安定状態におけるヒンジ31a,31b,32a,32bの保持力よりも大きい場合、ヒンジ31a,31b,32a,32bは反転し、再び第1安定状態へと戻る。
このように、この例ではヒンジ31a,31b,32a,32bは双安定型の構造となっており、櫛歯型静電アクチュエータを駆動することにより、可動ミラー26が駆動され、固定ミラー25の手前の位置に挿抜されて光路が切り換えられる。なお、第1固定櫛歯電極38及び第2固定櫛歯電極39への電圧の印加は例えば端子部45a,45b,46a,46bにそれぞれボンディングワイヤを接続し、それらボンディングワイヤを介して行われる。
上記のような光路の切り換えにおいて、光ファイバ51からの出射光61が固定ミラー25のミラー面25aに入射する入射角と可動ミラー26のミラー面26aに入射する入射角とは互いに等しくされており、この例では入射角θは10°とされている。また、光ファイバ51の端面からミラー面25aを介して光ファイバ52の端面に至る光路長Lは前述したように約540μmとなっているが、光ファイバ51の端面からミラー面26aを介して光ファイバ53の端面に至る光路長も光路長Lと等しくされている。
図6−1,6−2は上述したMEMS光スイッチを作製するためのプロセスを模式的に示したものであり、以下、各工程について説明する。なお、図中、最終的に各溝21〜23となる部分には例えば22,22のように溝の符号に添字をつけて示している。
(1)SOI基板10を熱酸化してデバイス層12及びハンドル層11表面にシリコン酸化膜14,14’を形成する。
(2)シリコン酸化膜14上にレジスト15を塗布し、フォトリソグラフィによりレジスト15に溝22,23のパターニングをする。
(3)レジスト15をマスクとしてRIE(反応性イオンエッチング)によりシリコン酸化膜14をパターニングする。この際、図に示したようにシリコン酸化膜14を完全にエッチング除去するのではなく、所要厚さ残すようにする。
(4)レジスト15を除去した後、再度レジスト15’をシリコン酸化膜14上に塗布してフォトリソグラフィを行い、レジスト15’に溝22,23を除く可動部、固定部及び溝21等の図1に示した各構成要素のパターニングを行う。
(5)レジスト15’をマスクとしてRIEによりシリコン酸化膜14をパターニングする。この際、下地のデバイス層12が露出するまでエッチングを行う。
(6)レジスト15’を除去する。
(7)ICP(誘導結合プラズマ)を利用したRIEにより、溝22,23を除いたパターンについて、中間絶縁層13が露出するまでシリコン酸化膜14のマスクから露出しているデバイス層12をほぼ垂直にエッチングする。ここで、シリコン酸化膜14の、溝22,23のパターンが形成されている部分もエッチングされるものの、この部分は中間絶縁層13が露出するまでには至らず、溝21部分とは深さの異なる溝22,23が形成される。
(8)弗酸(HF)溶液に浸し、中間絶縁層13及び表面のシリコン酸化膜14をエッチング除去する。この時のエッチング時間は可動部16となるべき構造の下に位置する中間絶縁層13は十分に除去され、固定部17の下には中間絶縁層13が残る時間とする。
(9)可動ミラーや固定ミラー及び電極パッドといった部位にスパッタにより金属膜18を形成する。金属膜18は例えばAu/Pt/Ti多層膜とされる。
そして、溝21〜23に光ファイバ51〜53を実装することによって光スイッチが完成する。
上記のようなプロセスにおいて、溝21と溝22,23との深さの差は工程(3)において溝22,23部分に残すシリコン酸化膜14の膜厚及び工程(8)において溝21部分でエッチング除去される中間絶縁層13の厚さによって決まる。
溝21と溝22,23との深さの差を前述したようにH=35μmとする場合、SOI基板10の中間絶縁層13の厚さを3μmとすると、デバイス層12における溝22,23部分のエッチングが溝21部分のエッチングより32μm遅れるようにすればよく、ここでICP−RIEによるエッチングレートが例えば、
Si(デバイス層12) :1μm/min
SiO(シリコン酸化膜14):0.01μm/min
とすると、工程(3)において溝22,23部分に残すシリコン酸化膜14の膜厚は0.32μmとなる。なお、この工程(3)におけるシリコン酸化膜14の残存膜厚は最終的には(厳密には)製造装置の特性に応じて条件出しされる。
以上、この発明による光デバイスの一実施例として、1×2型の光スイッチの構成、動作及び作製プロセスについて説明したが、この例では光を出射する光ファイバ51と、その光を選択的に受光する光ファイバ52,53とはSOI基板10の板面と垂直方向において同じ高さ位置ではなく、光ファイバ52,53は光ファイバ51より高い位置に位置されて、光ファイバ51の端面には出射光が基板板面と垂直方向において光ファイバ52,53が位置する側に向くように偏向する傾斜端面が形成されている。
従って、光ファイバ51から出射されて光ファイバ52や光ファイバ53に結合しなかった迷光は斜め上方に進み続けることになり、たとえ凹部24の垂直な側壁面で多重反射しても出射元の光ファイバ51に戻ることはない。よって、迷光の光ファイバ51への再結合はありえず、反射減衰を完全に排除することができる。
なお、上述した1×2型の光スイッチではミラー面25aを有する固定ミラー25とミラー面26aを有する可動ミラー26の2つのミラーを用いるものとなっているが、ミラーを2つのミラー面25a,26aを備える一体の可動ミラーによって構成することもできる。
図7はそのような一体の可動ミラー26’を示したものであり、この可動ミラー26’は可動ミラー26の先端に固定ミラー25の構成が一体に形成されたものとなっている。可動ミラー26’は可動ミラー26と同様、可動ロッド27の先端に一体形成される。なお、櫛歯型静電アクチュエータによる可動ミラー26’の駆動方向は図2に示した可動ミラー26の場合と同様、ミラー面26aと平行方向とされ、また光スイッチ作製後の初期状態は図7に実線で示したようにミラー面26aが光路から退避され、ミラー面25aに入射光61が入射する状態とする。
双安定光スイッチ作製後の初期の安定状態におけるヒンジ31a,31b,32a,32bの状態を第1の状態とし、最初の電圧印加により可動ロッド27がその軸方向に移動してスイッチが第2の安定状態になった時のヒンジの状態を第2の状態とすると、安定状態にある可動ロッド27の位置及び方向の再現精度はヒンジが第1の状態にある場合よりも第2の状態にある方が一般に悪い。そこで、精度の悪さの影響をできるだけ少なくするため、このようにヒンジが第1の状態においてアクチュエータの駆動軸(駆動方向)と平行でないミラー面25aが入射光61の照射を受けるように構成するのが好ましい。ヒンジが第2の状態では、少なくとも可動ミラー26’のミラー面26aの矢印で示す可動方向における再現位置精度が悪くても、反射光63の光軸位置に影響を与えない。
次に、図8に示した実施例について説明する。この例では光デバイスは2本の光ファイバ間に光学フィルタが配置された構成とされており、基板71の上面に2つの溝72,73が形成され、これら溝72,73に光ファイバ74,75の端部がそれぞれ位置決め収容されている。光ファイバ74,75はそれぞれその光軸が基板板面と平行とされて溝72,73に設置されており、溝72の深さは溝73の深さより深くされている。
光ファイバ74,75の先端にはその一方から出射する出射光の光軸が基板板面と垂直方向において他方が位置する側に向くように偏向する傾斜端面がそれぞれ形成されており、この例では光ファイバ74から出射された出射光が光ファイバ75に光結合されるものとなっている。
溝73は溝72の延長上に形成されており、これら溝72と73の間において基板71に凹部76が形成され、この凹部76に光学フィルタ77が設置されている。光学フィルタ77は例えば光量調整フィルタとされ、光ファイバ74から出射された出射光はこの光学フィルタ77によって光量が調整されて光ファイバ75に入射される。
図9はこの発明のさらに他の実施例を示したものであり、この例では一方の光ファイバから出射された光が他方の光ファイバに入射される構成において、その光のパワー(光量)をモニタすることができるものとなっている。
基板81の上面には2つの溝82,83が鋭角をなすように形成され、これら溝82,83に光ファイバ84,85の端部がそれぞれ設置されている。溝82,83の先端は一箇所に併合され、その部分において基板81に凹部86が形成されており、この凹部86に一部透過型反射ミラー87が設置され、さらに受光素子88が設置されている。図9中、88aは受光素子88の受光部を示す。なお、一部透過型反射ミラー87は例えば1%の透過率を有するものとされる。
この例では光ファイバ84から出射された光は一部透過型反射ミラー87でその大部分が反射されて光ファイバ85に結合されると共に、その一部が透過して受光素子88に入射するものとなっており、これにより例えば光パワーの監視を行うことができるものとなっている。なお、この例においても溝82,83の深さは異なるものとされて光ファイバ85は光ファイバ84より基板板面と垂直方向において高い位置に位置され、つまりこれら光ファイバ84,85は前述の図4に示した光ファイバ51,52と同様の関係に配置され、かつ光ファイバ84,85の先端には図4に示した光ファイバ51,52と同様の傾斜端面が形成されているものとされる。
これら図8及び図9に示した実施例においても光ファイバから出射された出射光の光軸は基板板面と平行な面内にはなく、斜め上方に向いているため、迷光が出射元の光ファイバに再結合するといったことはありえず、よって反射減衰を完全に排除することができるものとなる。
以上、光導波手段として光ファイバを用いる各種実施例について説明したが、光導波手段は光ファイバに限らず、例えば基板上に形成された光導波路であってもよい。なお、例えば図1〜5で示した実施例では3本の光ファイバはその先端に集光手段としてロッドレンズをそれぞれ備えたものとなっているが、例えば互いに光結合される一方の光ファイバにのみ、集光手段を設けるようにしてもよい。
また、図1〜5で示した実施例では中央の光ファイバ51から光が出射されて、その出射光が光ファイバ51を挟む両側の光ファイバ52,53に選択的に光結合されるものとなっているが、例えば光ファイバ52,53から光が出射されるものとして、そのいずれかの出射光が選択的に光ファイバ51に光結合されるように動作させることもできる。
一方、上述した実施例ではいずれも基板に、その基板板面に垂直な側壁面を有する凹部が形成され、その凹部内を伝播する伝播光を介して複数の光ファイバ(光導波手段)が互いに光結合される構成となっているが、凹部は必ずしも基板内に形成される凹部でなくとも、板面に垂直な側壁面で少なくとも部分的に囲われる空洞であって、その内部の自由空間を光導波手段の端部同士を光結合する伝播光が伝播するものであればよく、つまり例えば基板に垂直方向に形成された貫通孔や側壁面が基板の構成材(構成層)以外のもので形成される空洞などを有する光デバイスにもこの発明は及ぶ。
また、この発明における自由空間とは光ビームが伝播する、境界条件や有意な屈折率分布がない空間を言う。従って、この発明においては上述した空洞に例えば屈折率整合剤が充填されていてもよい。
この発明による光デバイスの第1の実施例の構成を説明するための平面図。 図1に対して光ファイバが実装された状態の要部を示す部分拡大平面図。 図2におけるA−A断面図。 図2における光ファイバ51,52間の光路を示す図。 光ファイバから出射される出射光の光軸の傾きを説明するための図。 図1に示した光スイッチの作製方法の一例を説明するための工程図(その1)。 図1に示した光スイッチの作製方法の一例を説明するための工程図(その2)。 図1に示した光スイッチにおいてミラーを第1のミラー面と第2のミラー面とを備える一体の可動ミラーとした場合の構成及び光路を示す図。 この発明による光デバイスの第2の実施例を示す図、Aは平面図、Bはその光路を示す図。 この発明による光デバイスの第3の実施例を示す平面図。

Claims (3)

  1. 基板上に第1及び第2の光導波手段の端部がそれぞれその光軸が基板板面と平行とされて配置され、それら第1の光導波手段の端部と第2の光導波手段の端部とは基板板面に垂直な側壁面によって少なくとも一部が囲まれた自由空間内を伝播する伝播光の、その自由空間内に具備される基板板面に垂直なミラー面での反射を介して互いに光結合される構成とされ、そのミラー面及びミラー面が位置する自由空間の側壁面には金属膜が形成されている光デバイスであって、
    前記第1の光導波手段の端部と前記第2の光導波手段の端部とは前記基板板面と垂直方向において異なる高さ位置に位置され、
    前記第1及び第2の光導波手段の端部の先端にはその一方から前記自由空間に出射する出射光の光軸が前記垂直方向において他方が位置する側に向くように偏向する傾斜端面がそれぞれ形成されていることを特徴とする光デバイス。
  2. 請求項1記載の光デバイスにおいて、
    前記基板上に第3の光導波手段の端部がその光軸が前記基板板面と平行とされて配置され、
    前記第3の光導波手段の端部は前記基板板面と垂直方向において前記第1の光導波手段の端部と異なる高さ位置に位置されると共に、その第3の光導波手段の端部の先端にはその先端から前記自由空間に出射する出射光の光軸が前記垂直方向において前記第1の光導波手段の端部が位置する側に向くように偏向する傾斜端面が形成されており、
    前記第1の光導波手段の端部と前記第3の光導波手段の端部とは前記自由空間内を伝播する伝播光の、前記基板板面と垂直なミラー面を有する可動ミラーによる反射を介して互いに光結合され、
    アクチュエータによる前記可動ミラーの駆動によって、前記第1の光導波手段の端部と、前記第2及び第3の光導波手段の端部のいずれか一方との光結合が切り換えられる光スイッチを構成していることを特徴とする光デバイス。
  3. 請求項記載の光デバイスにおいて、
    前記基板は単結晶シリコンよりなるハンドル層とデバイス層との間にシリコン酸化膜よりなる中間絶縁層が挟まれてなるSOI基板とされ、
    前記第1の光導波手段の端部は前記SOI基板に、前記デバイス層と前記中間絶縁層とをエッチング除去して形成した溝に設置され、
    前記第2及び第3の光導波手段の端部は前記SOI基板に、前記デバイス層を同一厚さエッチング除去して形成した2つの溝にそれぞれ設置され、
    前記自由空間は前記SOI基板に、前記デバイス層と前記中間絶縁層とをエッチング除去して形成した凹部とされ、
    前記可動ミラーは前記凹部内に位置し、前記デバイス層によって形成された基体の表面に反射膜が形成されて構成され、
    前記アクチュエータは前記デバイス層によって形成された固定及び可動櫛歯電極を具備してなる櫛歯型静電アクチュエータとされ、
    前記第1、第2及び第3の光導波手段はそれぞれロッドレンズ付光ファイバとされていることを特徴とする光デバイス。
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