JPH08163031A - 導波路型光スイッチ及び導波路型マトリクス光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】量産性に富み、かつ動作の安定性、長期信頼性
を兼ね備えた光スイッチを提供する。 【構成】基板上に設けられた第一の光導波路と第二の光
導波路が所定の角度で交差し、その交差点よりも上流の
第一光導波路の一部に導波路と同一平面に形成され、か
つ、導波路が形成されている平面外に退避可能に弾性支
持されたプリズムを配置した構成とする。 【効果】光導波路技術ととマイクロマシニング技術の融
合により、メカニカルな切り替え方式による動作の安定
性、信頼性と量産性とを両立できるという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信分野で用いる導波
路型光スイッチ及び導波路型マトリックス光スイッチに
関し、特に小形で遠隔操作に適した導波路型光スイッチ
及び導波路型マトリックス光スイッチに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバー通信のいっそうの普及のた
めには、光ファイバーと発光・受光素子の高性能化や低
価格化に加えて、光分岐結合回路、光合分波回路光スイ
ッチなどの各種光回路部品の開発が必要不可欠である。
特に、光スイッチは、光ファイバー回線を需要に応じて
切り替えたり、回線故障の際の迂回路の確保のために、
近い将来、重要な役目を占めると考えられている。

【０００３】光スイッチの形態としては、従来から、
（１）バルク型、（２）光導波路型が提案されている。
バルク型は可動プリズムやレンズなどを構成要素として
組み立てられたものであり、波長依存性が少なく比較的
低損失であるという利点があるが、組み立て調整工程が
煩雑で量産に適さず、高価になるという問題点があるた
め、広く普及するに至っていない。

【０００４】光導波路型は、平面基板上の光導波路を基
本として、フォトリソグラフィーや微細加工技術を利用
して、いわゆる集積型の光スイッチを一括大量生産しよ
うとするもので、将来型の光スイッチとして期待されて
いる。特にＭ本の入力ポートとＮ本の出力ポートを持つ
比較的規模の大きいＭ×Ｎマトリックス光スイッチを現
実的に構成可能な形態は光導波路型をおいて他にないと
期待されている。

【０００５】このような光導波路型光スイッチとしては
特開平4ー235496号公報に開示されたマトリックス光導波
路スイッチがある。このスイッチは光導波路の途中に光
導波路とある角度をもって溝を形成し、その溝に光導波
路コアと屈折率が近似する液体を出し入れして透過と反
射を切り替えることにより、光路の切り替えを行ってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光スイ
ッチにあっては次のような問題点があった。すなわち、
液体を注入する溝の幅が小さく、液体注入排出装置の移
動機構を極めて高精度にする必要があり、制御部を含む
光スイッチ全体の大型化、並びに高価格化を招いてしま
うという問題があった。

【０００７】また溝に液体を注入排出するために、この
溝は解放状態にしておく必要があった。そのため、液の
蒸発や変質、さらにはごみの混入などが発生し、これを
防止することは困難であった。

【０００８】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、長期にわたって高品質な光導波路型スイッチ
を提供することを目的とするものである

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、入力信号
の光路を切り替える光スイッチを下記のように構成する
ことにより達成される。

【００１０】（１）基板上に設けられた第一の光導波路
と、この第一の光導波路に交差する第二の光導波路と、
前記第一の光導波路から前記第二の光導波路へ入力信号
を導く第三の光導波路を備える。

【００１１】（２）（１）において、入力信号の進行方
向を第一の光導波路又は第三の光導波路へ切り替えるた
めの切り替え部を設ける。

【００１２】（３）（２）において、切り替え部は弾性
支持部にプリズムを備える。

【００１３】（４）（３）において、弾性支持部は導波
路が形成されている平面外に退避可能に形成する。

【００１４】（５）（１）乃至（４）のいずれかにおい
て、第一の光導波路と、第二の光導波路及び第三の光導
波路が互いに平行な２つの平面上に形成する。

【００１５】

【作用】基板上に設けられた第一の光導波路と第二の光
導波路の交差点よりも上流の第一光導波路の一部に導波
路と同一平面に形成され、かつ、導波路が形成されてい
る平面外に退避可能に弾性支持されたプリズムは、第一
の光導波路と同一平面上にある場合には、第一の光導波
路からの光がプリズムに入射し、プリズム内で進行方向
が変更されることにより光の切り替えが行われ、基板状
に設けられた第三の光導波路に入射し、さらに第二の光
導波路より、射出される。

【００１６】このプリズムが第一の光導波路と同一平面
上にない場合には、光は第一の光導波路をそのまま進行
し、光の切り替えは生じない。この動作によって光スイ
ッチが実現される。このスイッチをＭ×Ｎのマトリック
ス状に集積すれば、Ｍ×Ｎのマトリックス光スイッチが
実現する。

【００１７】さらに第二の光導波路を第一の光導波路に
平行で第一の光導波路とは異なる平面上に形成すること
により、第一の光導波路と第二の光導波路との交差点が
減少し、光の透過効率が向上する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明による光スイッチの光導波路
を覆っている部材を取り除いた斜視図である。１は第一
の光導波路、３は第二の光導波路、２は第三の光導波
路、４は平行プリズム、５はスペーサー、６は梁及び７
は基板である。

【００１９】基板７上に形成された第一の光導波路１か
ら入射した光は、梁６がたわまない状態においては平行
プリズム４によって第三の光導波路２に導かれ、その後
第二の光導波路３と合流した後に第二の光導波路３から
出力される。スペーサー５に図中では省略しているアク
チュエーターにより力が加えられると、梁６がたわみ、
平行プリズム４は第一の光導波路が形成されている基板
７の表面よりも下に退避する。この場合は、光はそのま
ま第一の光導波路１を進み、出力される。

【００２０】なお、本実施例では図に示す光スイッチは
一辺が３ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの大きさで形成した。

【００２１】図２は本発明による光スイッチの第一の光
導波路の長手方向に沿った、第一の光導波路を含む断面
図である。なお、本図は厚さ方向を平面方向に比べ拡大
率を大きくした概要図である。８ａ，８ｂはクラッド
層、９はダイアフラム形成基板、１０はダイアフラム及
び１１はアクチュエーター、１２はサポート基板であ
る。 第一の光導波路１を進む光は、クラッド層８によ
って上下方向への拡散を防止されているので、光の減衰
は少ない。ダイアフラム形成基板に形成されたダイアフ
ラム１０はサポート基板１２に支持されたアクチュエー
ター１１により力を受けて下方向に動くことができる。
ただし同図ではダイアフラム１０がアクチュエーター１
１により力を受ける場所は紙面の奥となる。

【００２２】図３は本発明による光スイッチの第一の光
導波路の長手方向と直角方向の、平行プロリズム４を含
む断面図である。１３はピット、１４はヒーター、１５
はフィードスルー、１６は電極、１７はリード線、１８
はスイッチ及び１９は電源である。

【００２３】電源１９からの電流をスイッチ１８を閉じ
ることにより電極１６及びフィードスルー１５を介して
ヒーター１４に通電すると、アクチュエーター１１内の
ガスが膨脹しダイアフラム１０が膨らんでスペーサー５
を押し下げる。この力により梁６が下方にたわみ平行プ
リズム４は矢印のようにピット１３の中に退避する。こ
れによって光は第一の光導波路をそのまま進むことがで
きる。

【００２４】ここではアクチュエーターとしてガスの膨
脹を利用する方法を述べたが、圧電素子やバイメタルあ
るいは重りなどを用いて梁６をたわませても同様の効果
が得られる。

【００２５】図４に本発明による光スイッチの製作プロ
セスを示す。プロセスは(a)基板準備、(b)下部クラッド
層形成、(c)光導波路コア形成、(d)上部クラッド層形
成、(e)導波路及びプリズム形成、(f)梁形成及び(g)ダ
イアフラム及びアクチュエーター形成から構成される。
プリズムは光導波路と同時に同一平面内に形成されるの
で、製作後の光軸合わせなどの調整は不要である。

【００２６】図５は本発明による光スイッチの他の実施
例である。２０は三角プリズムである。図１に示す実施
例とはプリズムの出口での光の方向が異なっているが、
その他の構成部材の機能は同様である。スペーサー５に
力が加えられない場合は、入射光は三角プリズム２０に
よって進路を変えられ、第三の光導波路２に入射する。
その後第二の光導波路３に合流し出力される。プリズム
に使用する材質によって、三角プリズムの方が製作が容
易な場合は、本実施例により光スイッチを構成すること
が望ましい。

【００２７】図６に本発明による光スイッチの他の実施
例を示す。２１は平行プリズムを内蔵したブロックであ
る。本実施例では第一の光導波路１が基板７上に形成さ
れ、第三の光導波路２及び第二の光導波路３は第一の光
導波路１の上面に沿った平面内に形成されている。した
がって第三の光導波路２及び第二の光導波路３は基板７
の表面からは離れている。

【００２８】スペーサー５が力を受けない場合は平行プ
リズム２１に入射した光が第三の光導波路２に導かれ
る。第三の光導波路２は第二の光導波路３と合流し、光
は第二の光導波路３から出力される。スペーサー５に力
を加えることにより平行プリズム２１は基板７内に退避
し、入射光は第一の光導波路１内を進みそのまま出力さ
れる。

【００２９】本実施例では第二の光導波路３が第一の光
導波路１と交わらない構成となっているため、交差点で
の光の散乱による損失を免れることができる。

【００３０】図７に本発明によるマトリックス光スイッ
チの実施例を示す。２２は光スイッチ要素、２３は電源
ライン、２４は制御回路、２５は電源、２６は通信ケー
ブル及び２７はコンピュータ又は人間により光スイッチ
の入出力情報をインプットするスイッチボックスであ
る。２２の光スイッチ要素として図１、図５あるいは図
６に示した光スイッチを使用し、複数集積してマトリッ
クス状に並べることにより、容易にマトリックス光スイ
ッチを形成することができる。

【００３１】スイッチボックス２６により光の切り替え
状態を設定し、その情報を通信ケーブル２５を通してマ
トリックス光スイッチ上に形成された制御回路２４に伝
達する。制御回路２４は内蔵された信号処理回路によ
り、どの光スイッチ要素を動作させるか判断し、動作さ
せるべき光スイッチ要素に接続されている電源ライン２
３に電源２５から供給される電流を流し、光スイッチ要
素を動作させる。

【００３２】このような構成とすることにより、通信ケ
ーブル２６として電話回線なども使用することができ、
マトリックス光スイッチの遠隔操作が容易に実現でき
る。

【００３３】

【発明の効果】光導波路技術ととマイクロマシニング技
術の融合により、メカニカルな切り替え方式による動作
の安定性、信頼性と量産性とを両立できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光スイッチの斜視図である。

【図２】本発明による光スイッチの第一の光導波路の長
手方向に沿った、第一の光導波路を含む断面図である。

【図３】本発明による光スイッチの第一の光導波路の長
手方向と直角方向の、平行プロリズム４を含む断面図で
ある。

【図４】本発明による光スイッチの製作プロセスを説明
する図である。

【図５】本発明による光スイッチの斜視図である。

【図６】本発明による光スイッチの斜視図である。

【図７】本発明によるマトリックス光スイッチの平面図
である。

【符号の説明】

１…第一の光導波路、２…第三の光導波路、３…第二の
光導波路、４…平行プリズム、５…スペーサー、６…
梁、７…基板、８…クラッド層、９…ダイアフラム形成
基板、１０…ダイアフラム、１１…アクチュエーター、
１２…サポート基板、１３…ピット、１４…ヒーター、
１５…フィードスルー、１６…電極、１７…リード線、
１８…スイッチ、１９…電源、２０…三角プリズム、２
１…平行プリズムを内蔵したブロック、２２…光スイッ
チ要素、２３…電源ライン、２４…制御回路、２５…電
源、２６…通信ケーブル、２７…スイッチボックス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 郷充 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 式田 光宏 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 明石 照久 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号の光路を切り替える光スイッチに
   おいて、基板上に設けられた第一の光導波路と、この第
   一の光導波路に交差する第二の光導波路と、前記第一の
   光導波路から前記第二の光導波路へ入力信号を導く第三
   の光導波路を備えることを特徴とした導波路型光スイッ
   チ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の導波路型光スイッチにお
   いて、前記入力信号の進行方向を第一の光導波路又は第
   三の光導波路へ切り替えるための切り替え部を設けるこ
   とを特徴とした導波路型光スイッチ。
3. 【請求項３】請求項２に記載の導波路型光スイッチにお
   いて、前記切り替え部は弾性支持部にプリズムを備えた
   ものであることを特徴とした導波路型光スイッチ。
4. 【請求項４】請求項３に記載の導波路型光スイッチにお
   いて、前記弾性支持部は導波路が形成されている平面外
   に退避可能に形成されていることを特徴とした導波路型
   光スイッチ。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の導波路
   型光スイッチにおいて、第一の光導波路と、第二の光導
   波路及び第三の光導波路が互いに平行な２つの平面上に
   形成されていることを特徴とした導波路型光スイッチ。