JPH0553025A - Waveguide type optical switch - Google Patents

Waveguide type optical switch

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JPH0553025A
JPH0553025A JP21851691A JP21851691A JPH0553025A JP H0553025 A JPH0553025 A JP H0553025A JP 21851691 A JP21851691 A JP 21851691A JP 21851691 A JP21851691 A JP 21851691A JP H0553025 A JPH0553025 A JP H0553025A
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JP
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gap
waveguide
core waveguide
refractive index
optical switch
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JP21851691A
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Toshiaki Katagiri
敏昭 片桐
Hideo Kobayashi
英夫 小林
Katsuyuki Imoto
克之 井本
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Hitachi Cable Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Hitachi Cable Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide the waveguide type optical switch which can be manufactured at a low loss. CONSTITUTION:The optical switch is provided with a core waveguide 4 for propagating light, formed by providing an intersecting part on a low refractive index layer 2 on a substrate 1, a gap 5 formed in the core waveguide 4 so as to intersect its intersecting part 3, a clad layer 7 formed on the surface of the core waveguide so as to cover its gap face 6, a liquid 8 which is filled in the remaining gap formed between its clad layers 7, and whose refractive index is almost equal to that of the core waveguide 4, and a heater 9 provided in the vicinity of the gap 5 in order to heat the liquid 8, and constituted so as to control the propagation direction of light in the core waveguide by evaporating or condensing the liquid 8 in the gap 5 by a temperature operation of the heater 9 and varying the refractive index in the gap 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、コア導波路の途中に設
けたギャップ内の液体の相変化を利用して光路の切り替
えや遮断を行う導波路型光スイッチに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type optical switch for switching or interrupting an optical path by utilizing a phase change of a liquid in a gap provided in a core waveguide.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信システムが高度化するにつれて、
低挿入損失、低クロストーク特性をもった空間分割形光
スイッチのニーズが高まってきている。
2. Description of the Related Art As optical communication systems become more sophisticated,
There is a growing need for space division type optical switches with low insertion loss and low crosstalk characteristics.

【0003】上記光スイッチの方式として、本発明者は
先に図5に示す光スイッチを提案した(特願平2−26
9489号)。この光スイッチは、図5(a)に示すよ
うにT字形のコア導波路4の直交する交差部分に略45
°の角度をなすギャップ17を設けて、コア導波路4を
略L字形に屈曲した導波路と直線状の導波路に切断し、
このギャップ17の溝の中に、図5(b)に示すように
コア導波路4の屈折率とほぼ等しい屈折率をもつ液体8
を充填した特殊な構造を有している。そして、ギャップ
17の周囲のクラッド18の上面に形成した電熱体(薄
膜ヒータ)19に配電線20を通して通電することによ
ってギャップ17の極近傍だけを加熱し、ギャップ17
内の液体8を気化させることができるようになってい
る。すなわちこの光スイッチは、ギャップ17に充填さ
れた液体8が気化するとギャップ17内がコア導波路4
の屈折率よりも低屈折率の状態になることを利用してス
イッチングを行うものである。図5(a)においては、
電熱体19への通電をオンにしてギャップ17内の液体
8を蒸発気化させると、それまでコア導波路4内を矢印
12A方向から矢印12B方向へ伝搬していた光は、ギ
ャップ19のコア導波路端面で反射され、直交する導波
路へ光路が切り替えられて矢印12C方向へ伝搬するよ
うになる。電熱体19への通電をオフにし加熱を止めれ
ば、伝熱によって直ちにギャップ17周辺は加熱前の温
度に冷やされ、気化していた液体8が凝結してギャップ
17内に注入されるので、光は再び矢印12B方向へ直
進する。以上のようにこの光スイッチは、ギャップ17
内への液体8の注入及び除去動作を加熱・冷却による液
体8の蒸発・凝結によって達成することによりスイッチ
ング動作を行う。
As a method of the above optical switch, the present inventor previously proposed the optical switch shown in FIG. 5 (Japanese Patent Application No. 2-26).
9489). As shown in FIG. 5 (a), this optical switch is provided with a substantially 45-degree cross-section of the T-shaped core waveguide 4.
A gap 17 forming an angle of ° is provided, and the core waveguide 4 is cut into a substantially L-shaped bent waveguide and a linear waveguide.
In the groove of the gap 17, as shown in FIG. 5B, the liquid 8 having a refractive index almost equal to that of the core waveguide 4.
It has a special structure filled with. Then, an electric heating body (thin film heater) 19 formed on the upper surface of the clad 18 around the gap 17 is energized through the distribution line 20 to heat only the vicinity of the gap 17 and the gap 17
The liquid 8 in the inside can be vaporized. That is, in this optical switch, when the liquid 8 filled in the gap 17 is vaporized, the inside of the gap 17 becomes the core waveguide 4
The switching is performed by utilizing the fact that the refractive index is lower than the refractive index of. In FIG. 5 (a),
When the liquid 8 in the gap 17 is evaporated and vaporized by turning on the electricity to the electric heating element 19, the light propagating in the core waveguide 4 from the direction of the arrow 12A to the direction of the arrow 12B is guided to the core of the gap 19. The light is reflected by the end face of the waveguide, the optical path is switched to the orthogonal waveguide, and propagates in the direction of arrow 12C. If the power supply to the electric heating element 19 is turned off and the heating is stopped, the area around the gap 17 is immediately cooled to the temperature before the heating by the heat transfer, and the vaporized liquid 8 is condensed and injected into the gap 17. Goes straight again in the direction of arrow 12B. As described above, this optical switch has the gap 17
A switching operation is performed by achieving the operations of injecting and removing the liquid 8 into and from the inside by evaporating and condensing the liquid 8 by heating and cooling.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図5の光ス
イッチは、基板1上に低屈折率層2を介して形成した厚
みが約8μm のコア導波路4の表面全体を厚みが20〜30
μm のクラッド18で完全に覆った埋込み型導波路で構
成されている。そのため、ギャップ17はコア導波路4
を完全に切断するよう、コア導波路4とその下側の低屈
折率層2との境界面まで達するようにして形成されてい
なければならない。つまり、ギャップ17の溝深さは28
〜38μm となる。このギャップ17は、クラッド18を
形成した後、メタル膜(例えばWSi膜)をマスクにし
て、ふっ素系ガス(たとえばCHF3 )を用いたドライ
エッチングによりエッチングして形成される。ここで、
上記メタル膜の形成可能な厚みの上限値は、応力の発生
による基板1の反り、クラックの発生、さらにはエッチ
ングパターン精度などを考慮すると、1 μm である。し
たがって、この厚みのメタル膜をマスクにして28〜38μ
m の深さのギャップ17をエッチングするためは、クラ
ッド18およびコア導波路4からなるガラス膜のエッチ
ング速度とメタル膜のエッチング速度の比(すなわち、
エッチング選択比)が28以上とれるエッチングガスおよ
びメタル膜を用いなければならない。しかし現状では上
記エッチング選択比は20程度が限界である。そのために
材質の異なったメタル膜(例えば、CrとWSi膜)を
2層に形成してエッチング選択比を大きくとる方法も検
討されたが、メタル膜の厚みが増すほどマスクパターン
の精度が劣化し、所望のギャップ形状(すきま幅6 μm
、長さ50μm 、深さ28μm 以上)をコア導波路4の所
望の交差部位置に精度良く形成し得ないという問題が生
じ、結果的に低損失な光スイッチを実現することは現状
の技術レベルでは難しいということが判った。また上記
のように深いギャップ17を形成すると、ギャップ17
の深さが深くなるにつれてギャップ17のすきま幅がア
ンダーカッティングによりどんどん拡がり、設計値(6
μm )からずれるという問題があり、その結果、このギ
ャップ17に液体8が充填されている場合に矢印12A
方向から伝搬してきた入射光がギャップ17を通過して
矢印12B方向へ伝搬する際の損失が増大することがわ
かった。すなわち、このギャップ17を光が通ることに
よる透過損失Ttは、次式で示されるようにギャップ1
7のすきま幅Sが大きくなるにつれて増大する。これは
ギャップ部で入力光電界分布が拡がることによって生ず
る入力導波路と出力導波路中の光電界分布の不整合によ
る損失である。
By the way, in the optical switch of FIG. 5, the entire surface of the core waveguide 4 having a thickness of about 8 μm formed on the substrate 1 via the low refractive index layer 2 has a thickness of 20 to 30.
It is composed of an embedded waveguide completely covered with a μm cladding 18. Therefore, the gap 17 is defined by the core waveguide 4
Must be formed so as to reach the boundary surface between the core waveguide 4 and the low refractive index layer 2 below the core waveguide 4 so as to completely cut. That is, the groove depth of the gap 17 is 28
It becomes ~ 38μm. The gap 17 is formed by forming the clad 18 and then etching the metal film (eg, WSi film) as a mask by dry etching using a fluorine-based gas (eg, CHF 3 ). here,
The upper limit of the thickness of the metal film that can be formed is 1 μm in consideration of warpage of the substrate 1 due to stress generation, crack generation, and etching pattern accuracy. Therefore, using a metal film of this thickness as a mask,
In order to etch the gap 17 having a depth of m 2, the ratio of the etching rate of the glass film composed of the cladding 18 and the core waveguide 4 to the etching rate of the metal film (that is,
An etching gas and a metal film with an etching selectivity ratio of 28 or more must be used. However, at present, the etching selection ratio is limited to about 20. Therefore, a method of forming two metal films of different materials (for example, Cr and WSi films) to increase the etching selection ratio was also studied, but the accuracy of the mask pattern deteriorates as the thickness of the metal film increases. , Desired gap shape (clearance width 6 μm
, A length of 50 μm and a depth of 28 μm or more) cannot be accurately formed at a desired intersection position of the core waveguide 4, resulting in the realization of a low loss optical switch. Then it turned out to be difficult. When the deep gap 17 is formed as described above, the gap 17
The gap width of the gap 17 expands more and more due to undercutting as the depth of the
There is a problem of deviation from the arrow 12A when this gap 17 is filled with the liquid 8.
It was found that the incident light propagating from the direction increases the loss when passing through the gap 17 and propagating in the direction of the arrow 12B. That is, the transmission loss Tt due to the light passing through the gap 17 is equal to the gap 1 as shown by the following equation.
It increases as the clearance width S of 7 increases. This is a loss due to the mismatch between the optical electric field distributions in the input waveguide and the output waveguide, which is caused by the spread of the input optical electric field distribution in the gap portion.

【0005】[0005]

【数1】 [Equation 1]

【0006】ここにλは波長、nc はクラッドの屈折
率、ωは基本モ−ドの光のスポットサイズである。
Where λ is the wavelength, n c is the refractive index of the cladding, and ω is the spot size of the light in the basic mode.

【0007】さらに、ギャップ17の深さが増大すると
ギャップ17の内壁面の面荒れの増大と内壁面の垂直性
が劣化するという問題が生ずることがわかった。すなわ
ち、ギャップ17内に液体8がない場合に入射光はこの
ギャップ17の内壁面で反射しスイッチングされるが、
この面荒れがあるとここで散乱損失を生ずる。また、ギ
ャップ内壁面の垂直性が劣化すると、反射後の光電界と
出力導波路中の光電界との不整合による損失を伴う。
Further, it has been found that when the depth of the gap 17 increases, the surface roughness of the inner wall surface of the gap 17 increases and the perpendicularity of the inner wall surface deteriorates. That is, when the liquid 8 does not exist in the gap 17, the incident light is reflected by the inner wall surface of the gap 17 and switched,
This surface roughness causes scattering loss here. Further, when the verticality of the inner wall surface of the gap is deteriorated, a loss is caused due to a mismatch between the optical field after reflection and the optical field in the output waveguide.

【0008】以上述べたように、現状の技術レベルで
は、深さが28μm以上のギャップを幅、面荒れ、垂直性
などに関して精度良く形成する技術が実現されておら
ず、光スイッチの低損失化は困難である。
As described above, at the current technical level, a technique for accurately forming a gap having a depth of 28 μm or more in terms of width, surface roughness, verticality, etc. has not been realized, and the loss of the optical switch is reduced. It is difficult.

【0009】本発明の目的は、前記した従来技術の問題
点を解消し、低損失で製造が容易な構造の導波路型光ス
イッチを提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a waveguide type optical switch having a structure which is low in loss and easy to manufacture.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の導波路型光スイッチは、基板上の低屈折率層上
に交差部を有して形成された光の伝搬するコア導波路
と、コア導波路にその交差部を横切るようにして形成さ
れたギャップと、上記コア導波路表面にそのギャップ面
を覆うようにして形成されたクラッド層と、そのクラッ
ド層間に形成された残りのギャップ内に充填され、屈折
率が上記コア導波路のそれと略等しい液体8と、その液
体8を加熱すべく上記ギャップの近傍に設けられたヒ−
タとを有し、ヒータの温度操作によって上記ギャップ内
の液体8を気化あるいは凝縮させてギャップ内の屈折率
を変化させることにより上記コア導波路内の光の伝搬方
向を制御するよう構成したものである。上記交差部の形
態には、T字形状、十字形状、筋交い形状、など、種々
のものが含まれる。
In order to achieve the above object, a waveguide type optical switch according to the present invention is a core waveguide for propagating light formed with an intersection on a low refractive index layer on a substrate. A gap formed in the core waveguide so as to cross the intersection, a clad layer formed on the surface of the core waveguide so as to cover the gap surface, and a remaining layer formed between the clad layers. A liquid 8 filled in the gap and having a refractive index substantially equal to that of the core waveguide, and a heater provided near the gap for heating the liquid 8.
Configured to control the propagation direction of light in the core waveguide by vaporizing or condensing the liquid 8 in the gap by changing the temperature of a heater to change the refractive index in the gap. Is. The shape of the intersecting portion includes various shapes such as a T shape, a cross shape, and a brace shape.

【0011】上記コア導波路と上記クラッド層との間の
コア導波路上面には、屈折率が上記クラッド層のそれと
等しいかそれよりも低い別のクラッド層が形成されてい
ることが望ましい。
It is desirable that another clad layer having a refractive index equal to or lower than that of the clad layer be formed on the upper surface of the core waveguide between the core waveguide and the clad layer.

【0012】上記ヒ−タは上記ギャップの直下に設けら
れていることが望ましい。
It is desirable that the heater be provided directly below the gap.

【0013】上記基板には石英系ガラス基板を用いるこ
とが望ましい。
It is desirable to use a quartz glass substrate as the substrate.

【0014】[0014]

【作用】上記の如く構成された本発明の光スイッチにお
いては、上記ギャップはコア導波路をドライエッチング
プロセスを用いて形成する際に同時に形成される。した
がって、寸法精度が良く、内壁面の面荒れが少なく、垂
直性の良いギャップを形成することができる。しかもそ
のギャップは、ドライエッチングの際のアンダーカッテ
ィングなどによってそのすきま間隔が設計値よりも拡が
っても、その後にギャップ端面を覆って形成されるクラ
ッド層の厚さを調節ことにより、すきま間隔の設計値か
らのずれを補償し低損失の光スイッチを実現することが
できる。
In the optical switch of the present invention constructed as described above, the gap is formed at the same time when the core waveguide is formed by the dry etching process. Therefore, it is possible to form a gap with good dimensional accuracy, less surface roughness on the inner wall surface, and good verticality. Moreover, even if the gap is wider than the design value due to undercutting during dry etching, the gap can be designed by adjusting the thickness of the clad layer that covers the end face of the gap. It is possible to realize a low-loss optical switch by compensating for deviation from the value.

【0015】ギャップ端面を覆うクラッド層の厚みW
は、ギャップのすきま幅Gの半分よりも薄く設定され
る。これは両方のギャップ端面を覆ってクラッド層を形
成した後にも上記液体8を充填するためのすきまを残し
ておくためである。すなわち、ここで残されるギャップ
(上記残りのギャップ)のすきま幅をSとするとクラッ
ド層の厚みWは、W<(G−S)/2である。一方、コ
ア導波路の周面を覆うクラッド層の厚みは厚いほど導波
路内を伝搬する光の伝搬損失を小さくすることができ
る。そこで、コア導波路とそのギャップ端面をも覆うよ
うにして形成されるクラッド層との間のコア導波路上面
に上記別のクラッド層を形成して光の伝搬損失を小さく
抑える。
Thickness W of the clad layer covering the end face of the gap
Is set to be thinner than half the gap width G of the gap. This is to leave a gap for filling the liquid 8 even after the cladding layers are formed so as to cover both gap end surfaces. That is, when the gap width of the gap left here (the remaining gap) is S, the thickness W of the cladding layer is W <(GS) / 2. On the other hand, the thicker the cladding layer that covers the peripheral surface of the core waveguide, the smaller the propagation loss of light propagating in the waveguide. Therefore, another clad layer is formed on the upper surface of the core waveguide between the core waveguide and the clad layer formed so as to also cover the end face of the gap to suppress the propagation loss of light.

【0016】ヒ−タをギャップの直下に設け、ギャップ
内の液体8をその下方から加熱するようにすれば、ギャ
ップ内の液体8は下側から先に気化され、残りの液体8
は発生した気体の上昇によって押し上げられるようにし
てギャップ外に迅速に排出される。
If a heater is provided directly below the gap and the liquid 8 in the gap is heated from below, the liquid 8 in the gap is vaporized from the bottom side first, and the remaining liquid 8 is evaporated.
Is quickly exhausted out of the gap by being pushed up by the rise of the generated gas.

【0017】上記低屈折率層はコア導波路内を伝搬する
光の伝搬損失を小さくするために設けられるガイド層で
ある。したがって、上記基板に低屈折率の石英系ガラス
基板を用いた場合には、上記低屈折率層はその基板で代
用することができる。すなわちその場合には、上記低屈
折率層は不要となる。
The low refractive index layer is a guide layer provided to reduce the propagation loss of light propagating in the core waveguide. Therefore, when a quartz glass substrate having a low refractive index is used as the substrate, the substrate can be used as the low refractive index layer. That is, in that case, the low refractive index layer becomes unnecessary.

【0018】[0018]

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described.

【0019】図1に本発明の導波路型光スイッチの一実
施例を示す。同図(a) は平面図、(b) は(a) のA−A断
面図である。この光スイッチは、光ファイバ11a内を
矢印12Aのごとく伝搬してきた光信号を光ファイバ1
1b、あるいは光ファイバ11cのいずれかに光路を切
り替え、矢印12B方向、あるいは矢印12C方向へ伝
搬させるよう構成された1×2光スイッチである。光フ
ァイバ11a,11b,11cは、導波路型光スイッチ
素子を収容した矩形状パッケ−ジ18の異なる側壁に各
々接続されている。導波路型光スイッチ素子は基板1上
に低屈折率層2を介して形成されたT字形状のコア導波
路4を有しており、各光ファイバ11a,11b,11
cはそのコア14を導波路型光スイッチ素子のコア導波
路端面に密着させるようにして設けられている。コア導
波路4のT字状の交差部3には矢印12A方向からの入
射光の光軸を略45度の角度に横切るようにしてギャッ
プ5が形成されている。コア導波路4の表面にはそのギ
ャップ端面6をも覆うようにしてクラッド層7が形成さ
れている。パッケ−ジ18の上部空間には液体8が収容
されており、クラッド層7間に形成された残りのギャッ
プ内はこの液体8で満たされている。基板1内には、ギ
ャップ5の直下に位置させて、液体8を加熱するための
ヒ−タ9が設けられている。すなわちこの光スイッチ
は、ヒータ9への通電をオン・オフすることにより、ギ
ャップ5に満たされた液体8をヒータ加熱によって気化
させたり、気化した液体8をヒータ加熱を止めて凝結液
化させたりできるようになっており、ギャップ内の屈折
率変化によって光路の切替えを達成する。
FIG. 1 shows an embodiment of the waveguide type optical switch of the present invention. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a sectional view taken along the line AA of FIG. In this optical switch, an optical signal propagating in the optical fiber 11a as indicated by an arrow 12A is sent to the optical fiber 1
It is a 1 × 2 optical switch configured to switch the optical path to either 1b or the optical fiber 11c and propagate it in the arrow 12B direction or the arrow 12C direction. The optical fibers 11a, 11b and 11c are respectively connected to different side walls of a rectangular package 18 containing a waveguide type optical switch element. The waveguide type optical switching element has a T-shaped core waveguide 4 formed on a substrate 1 via a low refractive index layer 2, and each of the optical fibers 11a, 11b, 11
The c is provided so that the core 14 is brought into close contact with the end face of the core waveguide of the waveguide type optical switch element. At the T-shaped intersection 3 of the core waveguide 4, a gap 5 is formed so as to cross the optical axis of incident light from the direction of arrow 12A at an angle of approximately 45 degrees. A clad layer 7 is formed on the surface of the core waveguide 4 so as to cover the gap end face 6 as well. The liquid 8 is stored in the upper space of the package 18, and the remaining gaps formed between the clad layers 7 are filled with the liquid 8. Inside the substrate 1, a heater 9 for heating the liquid 8 is provided directly below the gap 5. That is, in this optical switch, the liquid 8 filled in the gap 5 can be vaporized by heating the heater by turning on / off the power supply to the heater 9, or the vaporized liquid 8 can be stopped by heating the heater and condensed. The optical path is switched by changing the refractive index in the gap.

【0020】この光スイッチの各構成要素についてさら
に具体的に説明する。
Each component of this optical switch will be described more specifically.

【0021】基板1にはガラス(石英系ガラス、屈折率
制御用添加物を含んだ石英系ガラス、多成分系ガラス、
など)、半導体(Si、GaAs、InP、など)、電
気光学結晶(LiNbO3 、LiTaO3 、など)、磁
性体(たとえばY3 Fe5 12)、高分子材料(ポリウ
レタン、エポキシ、ポリカーボネート、など)、サファ
イヤなどを用いることができる。
The substrate 1 is made of glass (quartz glass, quartz glass containing a refractive index controlling additive, multi-component glass,
Etc.), semiconductors (Si, GaAs, InP, etc.), electro-optic crystals (LiNbO 3 , LiTaO 3 , etc.), magnetic materials (eg Y 3 Fe 5 O 12 ), polymer materials (polyurethane, epoxy, polycarbonate, etc.) ), Sapphire or the like can be used.

【0022】低屈折率層2、コア導波路4、クラッド層
7には上記ガラス、半導体、高分子材料などを用いるこ
とができる。ただし、コア導波路4の屈折率nw はクラ
ッド4の屈折率nc 、低屈折率層2の屈折率nb よりも
高い値になるように、屈折率制御用添加物によって調節
される。たとえば導波路が単一モード導波路の場合、コ
ア導波路4の厚みおよび幅は数μm から15μm の範囲か
ら選ばれ、またコア導波路4の屈折率nw とクラッド層
7の屈折率nc (あるいは低屈折率層2の屈折率nb
との比屈折率差は0.数%から2%の範囲内から選ばれ
る。ここで、nc とnb は略等しい値か、あるいは基板
への放射モードによる損失を低減するためにはnc >n
b が好ましい。低屈折率層2の厚みは厚い程、伝搬損失
を低減することができるが、通常5 μm 以上であれば問
題ない。クラッド層7の厚みも厚い程、コア導波路4内
を伝搬する光の伝搬損失を低減することがてきるが、こ
の場合には2 〜5 μm の範囲から選べば、クラッドが十
分に厚い場合に対する損失増加分は小さく抑えることが
できる。なお、基板1に石英系ガラス基板を用いた場合
には、基板全体が低屈折率であるので、その表面に別途
上記低屈折率層2が形成されている必要はない。したが
って、低屈折率層2の形成工程を省くことができ、光ス
イッチの製造プロセスを簡略化することができる。
For the low refractive index layer 2, the core waveguide 4, and the clad layer 7, the above-mentioned glass, semiconductor, polymer material or the like can be used. However, the refractive index n w of the core waveguide 4 has a refractive index n c of the cladding 4, so that a higher value than the refractive index n b of the low refractive index layer 2 is adjusted by the refractive index control additives. For example, when the waveguide is a single mode waveguide, the thickness and width of the core waveguide 4 are selected from the range of several μm to 15 μm, and the refractive index n w of the core waveguide 4 and the refractive index n c of the cladding layer 7 are selected. (Or the refractive index n b of the low refractive index layer 2)
And the relative refractive index difference is 0. It is selected from the range of several% to 2%. Here, n c and n b are substantially equal values, or n c > n in order to reduce the radiation mode loss to the substrate.
b is preferred. The thicker the low refractive index layer 2 is, the more the propagation loss can be reduced, but if the thickness is 5 μm or more, there is no problem. The thicker the clad layer 7 is, the more the propagation loss of the light propagating in the core waveguide 4 can be reduced. In this case, if the clad layer 7 is thick enough, The increase in loss with respect to can be kept small. When a quartz glass substrate is used as the substrate 1, since the entire substrate has a low refractive index, it is not necessary to separately form the low refractive index layer 2 on the surface thereof. Therefore, the step of forming the low refractive index layer 2 can be omitted, and the manufacturing process of the optical switch can be simplified.

【0023】ギャップ5はコア導波路4をドライエッチ
ングプロセスを用いて形成する際に同時に形成されるの
で、寸法精度、内壁面の状態、垂直性が共に良好なギャ
ップ形状に形成される。ギャップ5の深さは、低屈折率
層2に達する深さに設定されている。コア導波路4の表
面がクラッド層7で覆われることにより最終的に形成さ
れる残りのギャップのすきま幅Sは1 〜6 μm の範囲か
ら選ばれるが、このすきま幅Sは式(1)からもわかる
ように狭い方が好ましい。このすきま幅Sはクラッド層
7の厚みを調節することにより、容易に制御することが
できる。万一、ドライエッチングの際のアンダ−カッテ
ィングによってギャップ5のすきま幅が設定値よりも拡
がったとしても、その後に形成するクラッド層7の厚さ
で適正な幅に補償することができる。これにより低損失
な光スイッチング動作を可能にする。
Since the gap 5 is formed at the same time when the core waveguide 4 is formed by using the dry etching process, the gap 5 is formed in a good shape with good dimensional accuracy, inner wall surface condition and verticality. The depth of the gap 5 is set to reach the low refractive index layer 2. The clearance width S of the remaining gap finally formed by covering the surface of the core waveguide 4 with the cladding layer 7 is selected from the range of 1 to 6 μm, and this clearance width S is calculated from the equation (1). As you can see, it is preferable to be narrow. This clearance width S can be easily controlled by adjusting the thickness of the cladding layer 7. Even if the gap width of the gap 5 becomes wider than the set value due to undercutting during dry etching, the thickness of the clad layer 7 to be formed thereafter can compensate for the proper width. This enables a low-loss optical switching operation.

【0024】液体8には屈折率がコア導波路4のそれと
等しい屈折率の液体が用いられる。たとえば、コア導波
路4にGeを添加した石英系ガラスを用いた場合には、
液体8として、フルオロベンゼン(C6 5 F:温度20
℃における屈折率1.46412 、沸点84.9℃)を用いること
ができる。
As the liquid 8, a liquid having a refractive index equal to that of the core waveguide 4 is used. For example, when silica glass containing Ge is used for the core waveguide 4,
As liquid 8, fluorobenzene (C 6 H 5 F: temperature 20
A refractive index of 1.46412 at ℃, boiling point 84.9 ℃) can be used.

【0025】ヒータ19は基板1の下面から上面近傍に
延出させて形成された穴15の中に挿入されている。ヒ
ータ19がギャップ5の直下に設けられているので、ギ
ャップ5内の液体8は下方から加熱されて下側から先に
気化することになる。ギャップ5内の残りの液体8は先
に発生した気体の上昇によって押し上げられるようにし
てギャップ5外に迅速に排出される。したがって、高速
かつ確実にスイッチングを行うことができる。
The heater 19 is inserted into the hole 15 formed by extending from the lower surface of the substrate 1 to the vicinity of the upper surface. Since the heater 19 is provided immediately below the gap 5, the liquid 8 in the gap 5 is heated from below and is vaporized first from below. The remaining liquid 8 in the gap 5 is pushed up by the rise of the previously generated gas and is quickly discharged to the outside of the gap 5. Therefore, switching can be performed at high speed and reliably.

【0026】パッケージ18には、図1には開示されて
いないが実際には上フタが設けられており、液体8がパ
ッケージ外部に漏洩しない構造が採用される。したがっ
て、光ファイバ11a,11b,11cもパッケージ1
8と気密に接続されている。
Although not disclosed in FIG. 1, the package 18 is actually provided with an upper lid, and has a structure in which the liquid 8 does not leak to the outside of the package. Therefore, the optical fibers 11a, 11b, 11c are also package 1
8 is airtightly connected.

【0027】図2に本発明の光スイッチの他の実施例を
示す。同図(a) は光スイッチ素子の平面図、(b) は(a)
のA−A′断面図を示している。T字形状のコア導波路
4の表面には、その上面のみを覆うようにして第1のク
ラッド層10が形成され、さらにその第1のクラッド層
10及びギャップ面6をも覆うようにして第2のクラッ
ド層16(図1のクラッド層7に相当)が形成されてい
る。第1のクラッド16の屈折率nc ′は第2のクラッ
ド層16の屈折率nc と等しいかそれよりも低屈折率
(nc ′<nc )であるように選ばれる。この第1のク
ラッド10はコア導波路4内への光の閉じ込めを良くす
るために設けられたものであり、その厚みは1〜5μm
の範囲から選ばれる。
FIG. 2 shows another embodiment of the optical switch of the present invention. Figure (a) is a plan view of the optical switch element, and (b) is (a).
A-A 'sectional drawing of is shown. A first clad layer 10 is formed on the surface of the T-shaped core waveguide 4 so as to cover only the upper surface thereof, and further covers the first clad layer 10 and the gap surface 6 as well. The second clad layer 16 (corresponding to the clad layer 7 in FIG. 1) is formed. Refractive index n c 'is the refractive index n c equal to or lower refractive index than that of the second cladding layer 16 (n c' of the first cladding 16 are chosen to be <n c). The first cladding 10 is provided to improve the confinement of light in the core waveguide 4, and its thickness is 1 to 5 μm.
Selected from the range of.

【0028】このように、本発明の導波路型光スイッチ
は、半導体集積回路の製造技術として確立されたドライ
エッチングプロセスを用いて容易に製造することがで
き、また量産化も容易なため低コスト化が期待できる。
As described above, the waveguide type optical switch of the present invention can be easily manufactured by using the dry etching process established as a manufacturing technique of semiconductor integrated circuits, and can be easily mass-produced, so that the cost is low. Can be expected.

【0029】以上、T字形状に交差した(すなわち入射
側コア導波路4aと同軸的に設けられた一方の出射側コ
ア導波路4bから他方の出射側コア導波路4cへの曲げ
角度θI がθI =90°に設定された)コア導波路4を有
した光スイッチを例にとって説明したが、この曲げ角度
θI はθI =40°〜90°の範囲内にあればよい。ただ
し、曲げ角度θI がθI =40°のときには入射光軸に対
するギャップ角度θIIはθII=20°とし、またθI =60
°のときにはθII=30°とするなど、曲げ角度θI に応
じてギャップ角度θIIもθII=20°〜45°の範囲内から
選ばれる。
As described above, the bending angle θ I intersecting the T-shape (that is, the bending angle θ I from one exit side core waveguide 4b coaxially provided with the entrance side core waveguide 4a to the other exit side core waveguide 4c Although the optical switch having the core waveguide 4 (set to θ I = 90 °) has been described as an example, the bending angle θ I may be in the range of θ I = 40 ° to 90 °. However, when the bending angle θ I is θ I = 40 °, the gap angle θ II with respect to the incident optical axis is θ II = 20 °, and θ I = 60.
The gap angle θ II is also selected from the range of θ II = 20 ° to 45 ° according to the bending angle θ I , such as θ II = 30 ° when the angle is °.

【0030】また、本発明の導波路型光スイッチはこれ
までに述べた1×2型光スイッチ以外に、図3および図
4に示すごとくn×m型およびm×m型光スイッチ(n
≧1、m>2)にも適用することができる。すなわち、
本発明の光スイッチは半導体集積回路の製造プロセスを
利用することにより容易に集積化、多機能化することが
できる。図3は4入力、8出力の4×8光スイッチの例
であり、図4は6入力、6出力の6×6光スイッチの例
である。格子状に形成されたコア導波路4の各格子点位
置には、ギャップ並びにヒ−タが形成されており、コア
導波路4の各格子点においてスイッチングを行うことが
できるようになっている。図3において矢印A1 〜A4
はコア導波路41a〜41dへ入射する光信号の方向を
示し、矢印B1 〜B4 、C1〜C4 はコア導波路から出
射する光信号の方向を示している。同様に、図4におい
て矢印D1 〜D3 、E1 〜E3 は入射光信号の方向を示
し、矢印F1 〜F3 、G1 〜G3 は出射光信号の方向を
それぞれ示している。ここで、隣接するコア導波路相互
の間隔a1 〜a3 、b1 〜b3 はそれぞれ等しくてもよ
く、あるいは異なっていてもよい。
In addition to the 1 × 2 type optical switch described so far, the waveguide type optical switch of the present invention has n × m type and m × m type optical switches (n
It can also be applied to ≧ 1, m> 2). That is,
The optical switch of the present invention can be easily integrated and multi-functionalized by utilizing the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit. FIG. 3 is an example of a 4 × 8 optical switch with 4 inputs and 8 outputs, and FIG. 4 is an example of a 6 × 6 optical switch with 6 inputs and 6 outputs. A gap and a heater are formed at each lattice point position of the core waveguide 4 formed in a lattice shape so that switching can be performed at each lattice point of the core waveguide 4. In FIG. 3, arrows A 1 to A 4
Indicate the direction of the optical signal incident to the core waveguide 41 a to 41 d, an arrow B 1 ~B 4, C 1 ~C 4 indicates the direction of the optical signal emitted from the core waveguide. Similarly, in FIG. 4, arrows D 1 to D 3 and E 1 to E 3 indicate the directions of incident optical signals, and arrows F 1 to F 3 and G 1 to G 3 indicate the directions of outgoing optical signals. .. Here, core waveguide mutual distance a 1 ~a 3 adjacent, b 1 ~b 3 may have equally well be, or different from each other.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上要するに、本発明によれば次の如き
優れた効果が発揮できる。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects can be exhibited.

【0032】(1) ギャップはコア導波路をドライエッチ
ングプロセスを用いて形成する際に同時に形成すること
ができるので、寸法精度、内壁面の状態、垂直性が共に
良好なギャップ形状とすることができる。しかも、ドラ
イエッチングの際のアンダ−カッティングによってギャ
ップのすきま幅に拡がりが生じたとしても、その後に形
成されるクラッド層の厚さで適正な幅に補償することが
可能である。したがって、低損失な光スイッチを実現す
ることができる。
(1) Since the gap can be formed at the same time when the core waveguide is formed by using the dry etching process, it is possible to form the gap shape with good dimensional accuracy, inner wall surface condition, and verticality. it can. Moreover, even if the gap width of the gap widens due to undercutting during dry etching, it is possible to compensate for the appropriate width by the thickness of the clad layer formed thereafter. Therefore, a low-loss optical switch can be realized.

【0033】(2) コア導波路とそのギャップ端面をも覆
うようにして形成されるクラッド層との間のコア導波路
上面に、屈折率が上記クラッド層のそれと等しいかそれ
よりも低い別のクラッド層を形成しておくことにより、
光の伝搬損失を小さく抑えることができる。
(2) On the upper surface of the core waveguide between the core waveguide and the clad layer formed so as to cover the end face of the gap as well, another refractive index equal to or lower than that of the above clad layer is provided. By forming the clad layer,
The propagation loss of light can be reduced.

【0034】(3) ヒ−タをギャップの直下に設けておく
ことにより、スイッチング速度を高速化することができ
る。
(3) By providing the heater just below the gap, the switching speed can be increased.

【0035】(4) 基板に低屈折率の石英系ガラス基板を
用いれば、低屈折率層を基板で代用することができるの
で光スイッチの製造プロセスを簡略化することができ
る。
(4) If a quartz glass substrate having a low refractive index is used as the substrate, the substrate can be substituted for the low refractive index layer, so that the manufacturing process of the optical switch can be simplified.

【0036】簡単な構造で、容易に作ることができるこ
と、(5) 半導体集積回路の製造プロセスを利用して容易
に製造することができ、また量産化も容易なため低コス
ト化が期待できる。
Since it has a simple structure and can be easily manufactured, (5) it can be easily manufactured by utilizing the manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, and the mass production is easy, so that cost reduction can be expected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の導波路型光スイッチの一実施例を示
す図であり、(a) は平面図、(b) は(a) のA−A´断面
図である。
1A and 1B are diagrams showing an embodiment of a waveguide type optical switch of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG.

【図2】 本発明の導波路型光スイッチの他の実施例を
示す図であり、(a)は導波路型光スイッチ素子の平面
図、(b) は(a) のA−A´断面図である。
2A and 2B are views showing another embodiment of the waveguide type optical switch of the present invention, wherein FIG. 2A is a plan view of the waveguide type optical switch element, and FIG. 2B is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 2A. It is a figure.

【図3】 本発明の導波路型光スイッチをn×m型光ス
イッチに適用した実施例を示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing an example in which the waveguide type optical switch of the present invention is applied to an n × m type optical switch.

【図4】 本発明の導波路型光スイッチをm×m型光ス
イッチに適用した実施例を示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic view showing an embodiment in which the waveguide type optical switch of the present invention is applied to an m × m type optical switch.

【図5】 従来例を示す図であり、(a) は平面図、(b)
は(a) のA−A´断面図である。
5A and 5B are views showing a conventional example, in which FIG. 5A is a plan view and FIG.
FIG. 7A is a sectional view taken along the line AA ′ in (a).

【符合の説明】[Explanation of sign]

1 基板 2 低屈折率層 3 交差部 4 コア導波路 5 ギャップ 6 ギャップ面 7 クラッド層 8 液体 9 ヒ−タ 10 第1のクラッド層(別のクラッド層) 1 Substrate 2 Low Refractive Index Layer 3 Intersection 4 Core Waveguide 5 Gap 6 Gap Face 7 Cladding Layer 8 Liquid 9 Heater 10 First Cladding Layer (Another Cladding Layer)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井本 克之 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社アドバンスリサーチセンタ内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsuyuki Imoto 3550 Kidayomachi, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Hitachi Cable Ltd. Advanced Research Center

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上の低屈折率層上に交差部を有して
形成された光の伝搬するコア導波路と、該コア導波路に
その交差部を横切るようにして形成されたギャップと、
コア導波路表面にそのギャップ面を覆うようにして形成
されたクラッド層と、該クラッド層のギャップ面間に形
成された残りのギャップ内に充填され、屈折率が上記コ
ア導波路のそれと略等しい液体と、該液体を加熱すべく
上記ギャップの近傍に設けられたヒ−タとを有し、該ヒ
ータの温度操作によって上記ギャップ内の液体を気化あ
るいは凝縮させてギャップ内の屈折率を変化させること
により上記コア導波路内の光の伝搬方向を制御するよう
構成したことを特徴とする導波路型光スイッチ。
1. A core waveguide through which light propagates and which is formed on a low refractive index layer on a substrate so as to have an intersection, and a gap formed in the core waveguide so as to cross the intersection. ,
A clad layer formed on the surface of the core waveguide so as to cover the gap surface, and the remaining gap formed between the gap surfaces of the clad layer are filled with a refractive index substantially equal to that of the core waveguide. A liquid and a heater provided in the vicinity of the gap for heating the liquid are provided, and the liquid in the gap is vaporized or condensed by operating the temperature of the heater to change the refractive index in the gap. Thus, the waveguide type optical switch is configured so as to control the propagation direction of the light in the core waveguide.
【請求項2】 上記コア導波路と上記クラッド層との間
のコア導波路上面に、屈折率が上記クラッド層のそれと
等しいかそれよりも低い別のクラッド層が形成されてい
る請求項1記載の導波路型光スイッチ。
2. A clad layer having a refractive index equal to or lower than that of the clad layer is formed on an upper surface of the core waveguide between the core waveguide and the clad layer. Waveguide type optical switch.
【請求項3】 上記ヒ−タは上記ギャップの直下に設け
られている請求項1または2記載の導波路型光スイッ
チ。
3. The waveguide type optical switch according to claim 1, wherein the heater is provided immediately below the gap.
【請求項4】 上記基板として石英系ガラス基板を用い
た請求項1乃至3のいずれかに記載の導波路型光スイッ
チ。
4. The waveguide type optical switch according to claim 1, wherein a quartz glass substrate is used as the substrate.
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