JPH04306622A - 光スイッチおよびその製造方法 - Google Patents

光スイッチおよびその製造方法

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JPH04306622A
JPH04306622A JP9825191A JP9825191A JPH04306622A JP H04306622 A JPH04306622 A JP H04306622A JP 9825191 A JP9825191 A JP 9825191A JP 9825191 A JP9825191 A JP 9825191A JP H04306622 A JPH04306622 A JP H04306622A
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JP
Japan
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phase change
switch element
change material
optical switch
waveguide
Prior art date
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Pending
Application number
JP9825191A
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English (en)
Inventor
Toshisada Sekiguchi
利貞 関口
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上に交差型の導波
路を設け、この交差部に形成されたスイッチ素子部の全
反射または干渉により、光の進行方向を切り換える光ス
イッチおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】導波路を用いた光スイッチとしては、従
来から、例えば図9〜図10に示した如きものが提案さ
れている。これらのスイッチでは、基板1上に導波路2
,2を交差型に形成したり(図9)、あるいは近接して
平行させた結合型に形成したり(図10)すると共に、
この交差部3や結合部4に電極5a,5bを設け、この
電極5a,5bへの通電や電圧印加によって、当該部分
の屈折率を変化させて、光の進行方向を変えて、スイッ
チングを行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のこのような導波
路型光スイッチとしては、キャリア注入型や電気光学効
果型などが提案されているが、この種のものでは、エピ
タキシャル成長や熱拡散などの製造工程が必要とされ、
その工程が複雑で面倒なこと、スイッチングを行わない
ときでも、電流の通電や電圧印加が必要であって、省電
力型でないこと、などの欠点があった。
【0004】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、その特徴とする点は、導波路の
交差部に特殊材料(相変化材料)からなるスイッチ素子
部を設け、外部から働きかけにより、切り換えるように
した光スイッチおよびその製造方法を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の一つは、基板上
に交差型の導波路を設けると共に、当該導波路の交差部
に加熱により結晶変化の起こる相変化材料からなるスイ
ッチ素子部を設け、該スイッチ素子部を光照射により加
熱し昇温させ、切り換え動作させる光スイッチにある。
【0006】本発明のもう一つは、基板上に形成された
導波路の交差部の一部をエッチングにより除去し、当該
除去部に加熱により結晶変化または結晶状態変化の起こ
る相変化材料によって成膜形成して、切り換え動作用の
スイッチ素子部を設ける光スイッチの製造方法の製造方
法にある。
【0007】
【作用】先ず、本発明の光スイッチでは、相変化材料か
らなるスイッチ素子部への光照射(レーザ光など)によ
り、簡単にスイッチング動作が行われる。また、本発明
の光スイッチの製造方法では、エッチングにより、簡単
にスイッチ素子部が形成される。
【0008】
【実施例】図1は、本発明に係る光スイッチの使用状態
における一実施例を示したものである。同図において、
11はSiO2 、熱酸化SiO2付きSi、LiNb
O3 などの材料からなる基板、12,12はTi、M
gなどの拡散層からなり、交差型に形成された導波路、
13は導波路12,12の交差部に形成された加熱によ
り結晶変化または結晶状態変化の起こる相変化材料から
なるスイッチ素子部、16は例えばレンズなどの光学手
段17を介してスイッチ素子部13にレーザ光を照射す
るためのレーザ(LD)などの発光源である。
【0009】上記スイッチ素子部13の形成は、全反射
型か、干渉型かにより異なる。全反射型のスイッチ素子
部13aは、図2の如くで、交差部の中央境界部分に相
変化材料18を埋め込む。一方、干渉型のスイッチ素子
部13bは、図3の如くで、交差部の中央横断部分に相
変化材料18を狭い間隔でストライプ状に埋め込む。
【0010】いずれにしても、この相変化材料18は、
光ディスクなどにおいて実証されているように、レーザ
光などが照射されると、加熱、昇温されて、結晶構造が
変化し、その屈折率が変わる材料からなる。この屈折率
の変化により、光進行方向の切り換えが行われる。した
がって、この光スイッチでは、発光源16からの照射に
より、簡単に光進行のスイッチングを行うことができる
。また、この相変化材料18として、光照射によって可
逆的に相変化するものを選択すれば、再照射によって、
再切り換えが行えると同時に、再照射による再加熱まで
は、元の相状態を安定して維持することができる。 もちろん、電力消費は、発光源16のON、OFFの切
換え時のみで、非切換時には全く消費がない。また、従
来の電気光学効果型の光スイッチのように偏波面の依存
性もない。
【0011】このような相変化材料18としては、種々
の材料が挙げられる。例えば、非晶質−結晶間で可逆的
に相変化する材料としては、Te−TeO2−Ge−S
n、Te−Ge−Sn−Au、Ge−Te−Sn、Ge
−Te−Sb−S、Sn−Se−Te、Sb−Se−T
e、Sb−Se、Ga−Se−Te、Ga−Se−Te
−Ge、In−Se、In−Se−Ti−Co、Ge−
Te−Sbなどあり、また、結晶−結晶間で可逆的に相
変化する材料としては、Ag−Zn、Cu−Al−Ni
、In−Sb、In−Sb−Se、In−Sb−Teな
どあり、さらに、非晶質→結晶間で不可逆的に相変化す
る材料としては、Te−TeO2 、Te−TeO2 
−Pb、Sb2 Se3 /Bi2 Te3 などがあ
る。
【0012】この相変化材料18を埋め込んだスイッチ
素子部13の形成にあたっては、例えば図4の各工程(
a〜d)により行うことができる。先ず、導波路12の
形成された基板11上にレジスト材料101をパターニ
ングする(フォトリソ工程−a)。次に、エッチングに
より導波路12の中央境界部分を除去する(エッチング
工程−b)。なお、同図は、導波路除去部12aを単一
の溝状とした全反射型のスイッチ素子部13aであるが
、もちろん、干渉型のスイッチ素子部13bの場合には
、中央横断方向にストライプ状に除去する。このエッチ
ング後、導波路除去部12aに相変化材料18を成膜形
成する(相変化材料層成膜工程−c)。そして最後には
、レジスト材料101を除去する(レジスト剥離工程−
d)。
【0013】本発明では、上述のようにスイッチ素子部
13において、光照射により容易に相変化を起こす相変
化材料18が使われ、この相変化材料18と導波路12
部分の2材料によって構成されているが、本発明は、こ
れに限定されず、例えば図5〜図6に示したように、第
3の材料を用いた異屈折率部19を混在させることもで
きる。図5は異屈折率部19をとり入れた全反射型の場
合で、このスイッチ素子部13a′では導波路12の交
差部に異屈折率部19をX字型に形成し、相変化材料1
8は図中上下方向に形成してある。図6は同じく異屈折
率部19をとり入れた干渉型の場合で、このスイッチ素
子部13b′でも異屈折率部19の形成は、上記図5と
同様であるが、相変化材料18は図中水平方向にストラ
イプ状に形成してある。
【0014】このような異屈折率部19の第3の材料と
しては、導波路12部分の材料よりも相変化温度が高く
、相変化材料18の相変化温度よりもはるかに高いもの
が好ましく、例えばTiO2 、ZrO2 、Ta2 
O5 、  Al2 O3 などの材料が挙げられる。 そして、この異屈折率部19の導入により、相変化材料
18の相変化温度を導波路12部分の材料の相変化温度
よりも高くすることが可能となり、相変化材料18の選
択の幅が広がること、相変化材料18に対する異屈折率
部19の屈折率を最適化することにより、全反射型では
相変化材料18または全反射の条件(角度)を任意に設
定することができ、干渉型では相変化材料18またはス
イッチの特性を任意に設定することができること、など
の利点が得られる。
【0015】この異屈折率部19を有するスイッチ素子
部13の形成にあたっては、例えば図7の各工程(a〜
g)により行うことができる。先ず、導波路12の形成
された基板11上にレジスト材料101をパターニング
する(フォトリソ工程−a)。次に、エッチングにより
導波路12の交差部をX字型に除去する(エッチング工
程−b)。このエッチング後、導波路除去部12aに異
屈折率部19をなす第3の材料20を成膜形成する(非
相変化材料層成膜工程−c)。この後、レジスト材料1
01を除去する(レジスト剥離工程−d)。このように
して異屈折率部19が形成されたら、再度基板11上に
レジスト材料101をマスクし、引続き、エッチングに
より導波路12の中央境界部分を除去する(フォトリソ
エッチング工程−e)。この工程後、導波路除去部12
aに相変化材料18を成膜形成する(相変化材料層成膜
工程−f)。なお、同図は、相変化材料18が導波路1
2の中央境界部分に単一の溝状として形成された全反射
型のスイッチ素子部13a′であるが、干渉型のスイッ
チ素子部13b′ではこの相変化材料18と異屈折率部
19をなす第3の材料20とを中央横断方向に交互にス
トライプに成膜形成する。そして最後には、レジスト材
料101を除去する(レジスト剥離工程−g)。
【0016】図8は、本発明に係る他の光スイッチの使
用状態における一実施例を示したものである。この光ス
イッチでは、同一基板11上に、上記と同様の方法によ
り、複数のスイッチ素子部23a(23b)、33a(
33b)、43a(43b)を設けると共に、例えば一
個のレーザ(LD)などの発光源16からのレーザ光な
どを、基板11上に設置した一連のレンズなどの光学手
段27a,27bにより、上記スイッチ素子部23a(
23b)、33a(33b)、43a(43b)に導く
ように設定し、使用時には、発光源16の向きをサーボ
モータなどの駆動源で制御して、任意のスイッチ素子部
をスイッチングさせるようにしたものである。
【0017】これにより、低コストの光スイッチで、複
数の光伝送路の切り換えに対応することができる。また
、発光源16からの光の向きの切り換えにあっては、プ
リズムなどの光学手段によって行うことも可能である。
【0018】なお、上記各実施例では、発光源16から
の光をレンズなどの光学手段でスイッチ素子部に導いた
ものであったが、本発明は、これに限定されない。光フ
ァイバで導いたり、あるいは、スイッチ素子部に近接し
て発光源16を設け、ほぼ直接光照射できるように構成
することも可能である。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、次のような優れた効果が得られる。 (1)先ず、本発明の光スイッチでは、スイッチ素子部
を加熱により結晶変化の起こる相変化材料で構成してあ
るため、このスイッチ素子部への光照射(レーザ光照射
など)により、簡単にスイッチング動作が行われる。 (2)また、相変化材料として、光照射によって可逆的
に相変化するものを選べば、再照射によって、再切り換
えが行え、大きな利便性が得られる。また逆に、再照射
による再加熱までは、元の相状態を安定して維持される
ことから、信頼性の高いスイッチング動作が得られる。 (3)もちろん、電力消費は、発光源のON、OFF時
のみであって、非切換時には消費ゼロであるため、優れ
た省電力型の光スイッチが得られる。 (4)また、本発明の光スイッチでは、従来の電気光学
効果型の光スイッチのように偏波面の依存性のないもの
が提供できる。 (5)次に、本発明の光スイッチの製造方法では、エッ
チングと成膜成形を中心とした技術により、簡単にスイ
ッチ素子部が形成できるため、低コストで、かつ量産性
に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光スイッチの使用状態における一
実施例を示した概略斜視図である。
【図2】図1の光スイッチにおける全反射型のスイッチ
素子部を示した拡大平面図である。
【図3】図1の光スイッチにおける干渉型のスイッチ素
子部を示した拡大平面図である。
【図4】図2に示した全反射型のスイッチ素子部の製造
方法の一実施例を示した各工程図である。
【図5】本発明の光スイッチにおける全反射型のスイッ
チ素子部の他の例を示した拡大平面図である。
【図6】本発明の光スイッチにおける干渉型のスイッチ
素子部の他の例を示した拡大平面図である。
【図7】図5に示した全反射型のスイッチ素子部の製造
方法の他の実施例を示した各工程図である。
【図8】本発明に係る光スイッチの使用状態における他
の実施例を示した概略斜視図である。
【図9】従来の交差型の光スイッチを示した概略斜視図
である。
【図10】従来の結合型の光スイッチを示した概略斜視
図である。
【符号の説明】
11        基板 12        導波路 13        スイッチ素子部 16        発光源 17        光学手段 18        相変化材料 19        異屈折率部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  基板上に交差型の導波路を設けると共
    に、当該導波路の交差部に加熱により結晶変化の起こる
    相変化材料からなるスイッチ素子部を設け、該スイッチ
    素子部を光照射により加熱し昇温させ、相変化切り換え
    動作させることを特徴とする光スイッチ。
  2. 【請求項2】  基板上に形成された導波路の交差部の
    一部をエッチングにより除去し、当該除去部に加熱によ
    り結晶変化または結晶状態変化の起こる相変化材料によ
    って成膜形成して、切り換え動作用のスイッチ素子部を
    設けることを特徴とする光スイッチの製造方法。
JP9825191A 1991-04-03 1991-04-03 光スイッチおよびその製造方法 Pending JPH04306622A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0786473A2 (en) 1996-01-23 1997-07-30 Snow Brand Milk Products Co., Ltd. Basic protein composition, basic peptide composition and application thereof
JP2010044232A (ja) * 2008-08-13 2010-02-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 光路切替素子及び光路切替方法
JP2011150297A (ja) * 2009-12-25 2011-08-04 Keio Gijuku 導波路型光ゲートスイッチ
JP2013041019A (ja) * 2011-08-12 2013-02-28 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 光路切替素子、光ファイバ及び相変化誘起方法

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