JPH10227986A - 光スイッチとその製造方法及び光スイッチを用いた光通信機器 - Google Patents

光スイッチとその製造方法及び光スイッチを用いた光通信機器

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JPH10227986A
JPH10227986A JP9031723A JP3172397A JPH10227986A JP H10227986 A JPH10227986 A JP H10227986A JP 9031723 A JP9031723 A JP 9031723A JP 3172397 A JP3172397 A JP 3172397A JP H10227986 A JPH10227986 A JP H10227986A
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quartz glass
cantilever
waveguide
separation layer
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Masaya Horino
正也 堀野
Kazuyasu Satou
和恭 佐藤
Teruhisa Akashi
照久 明石
Masaru Muranishi
勝 村西
Ayafumi Komatsu
礼文 小松
Masaru Kobayashi
大 小林
Hiroaki Okano
広明 岡野
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の光スイッチは駆動電圧が数十ボルト以上
と高く、シリコン基板を用いているため光導波路材料に
石英ガラスを使用すると、線膨張係数の差により導波路
の歪や、割れが発生するという問題がある。 【解決手段】基板を石英ガラス基板とし，その上に分離
層と、互いに平行かつ先端を連結部材により連結された
複数の片持ち梁と、少なくとも一つの片持ち梁の上に形
成した光導波路と、該光導波路に対向して固定された複
数の光導波路と、前記片持ち梁を変形させるスイッチ駆
動手段を形成した。さらに片持ち梁の連結部材上及び基
板上に軟磁性体、軟磁性体からなるヨークと永久磁石及
びコイルからなる電磁アクチュエータを形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信分野で用いる
導波路型光スイッチに係り、特に小型で遠隔操作に適し
た導波路型光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光導波路型スイッチとしては、特
開平6ー148536号公報に開示された光スイッチがある。こ
のスイッチはシリコン基板上に片持ち梁を形成し、その
上に形成した光導波路を静電気力を利用して動かすこと
により、光路の切り替えを行う１×２の光スイッチであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述の光スイッチにで
は、次のような点が考慮されていない。
【０００４】まず、静電気力を用いているために、駆動
電圧が数十ボルト以上と高く、一本の片持ち梁構造であ
るので、光切り替え動作に伴って導波路先端が並進と同
時に回転し、導波路の光射出面と入射面とが互いに平行
とならず、挿入損失が増大するという点。また、シリコ
ンを基板としているので、光導波路材料として石英ガラ
スを使用すると、線膨張係数の差異に起因して導波路が
ひずんだり割れたりするという点である。
【０００５】本発明はこのような上記の問題点を解決す
るものであって、十ボルト以下の低い電圧で駆動でき、
挿入損失の小さい低コストの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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の光導波路スイッチは、石英ガラス基板上
に分離層を備え、その上に形成された互いに平行かつ先
端を連結部材により連結された複数の片持ち梁と、少な
くとも一つの片持ち梁の上に形成した光導波路と、該光
導波路に対向して固定された複数の光導波路と、前記片
持ち梁を変形させるスイッチ駆動手段を形成したもので
ある。
【０００７】なお、分離層の厚さを光導波路の高さより
も小さくし、前記片持ち梁の連結部材、あるいは光路切
り替えが行われる際に前記連結部材が接触する位置の前
記基板上の部材の少なくとも一方を、前記連結部材の移
動方向に少なくとも一個所くぼませた構成とした。
【０００８】片持ち梁の連結部材上及び基板上に軟磁性
体を設け、更に軟磁性体からなるヨークと永久磁石及び
コイルからなる電磁アクチュエータを形成したものであ
る。
【０００９】また、前記ヨークを軟磁性体からなる内部
ヨークと、該内部ヨークと非磁性体を介して対向させた
軟磁性体からなる外部ヨークとに分割して形成する構成
とした。
【００１０】上記構成とすることにより、複数の互いに
平行で、かつ先端を連結部材により連結された片持ち梁
の先端部分を、光路切り替え動作に伴って平行に移動さ
せる機能を有する。従って、この片持ち梁上に形成され
た光導波路の先端部分も光路切り替え動作に伴い、平行
移動する。この光導波路の平行移動によって出力側の光
導波路を選択することにより、光路切り替えが可能とな
る。
【００１１】さらに本発明では、石英ガラス基板上に石
英ガラス光導波路を形成しているので、基板と導波路層
との間の線膨張係数の差を極めて小さくでき、その結果
として基板及び片持ち梁の反り、変形を抑制して、射出
側及び入射側の光導波路を精度よく位置合わせすること
ができる。
【００１２】さらに本発明では、石英ガラス基板上の一
部あるいは全面に設けた分離層をエッチング除去するこ
とにより、容易にかつ短時間で基板から分離した可動構
造の片持ち梁を得ることができる。
【００１３】さらに本発明では、片持ち梁先端の少なく
とも一個所を基板側に固定された押え板にて横断する構
成をとっているので、片持ち梁が基板と垂直方向に逸脱
するおそれがない。
【００１４】さらに本発明では、片持ち梁全体を覆うカ
バーにより、片持ち梁及びその周囲に切り替え動作を阻
害するおそれのある異物が付着することがないので、信
頼性の高い切り替えを行うことができる。
【００１５】また本発明では、分離層の厚さが光導波路
の高さよりも小さいので、分離層を除去した後の石英ガ
ラス基板と片持ち梁との間隙に相当する位置ずれが生じ
た場合でも対向する各光導波路の端部が完全に外れるこ
とは無いので光の結合は保たれる。従って、外乱により
片持ち梁が変位した場合でも、光結合効率の極端な低下
を抑えることができる。
【００１６】また本発明では、片持ち梁の連結部材、あ
るいは光路切り替えが行われる際に前記連結部材が接触
する位置の前記基板上の部材の少なくとも一方を、前記
連結部材の移動方向にくぼませることにより、接触面積
を小さく限定できる。これにより連結部材と基板上の部
材とが接触する部分に屈折率整合液が浸入して、間隙を
形成することを抑制できる。
【００１７】本発明では、片持ち梁の連結部材上及び基
板上に形成された永久磁石とコイル及び軟磁性体との間
で磁力が発生するので、この磁力を利用して片持ち梁を
変形させて片持ち梁上に形成された光導波路を切り替え
ることができる。
【００１８】さらに本発明では、軟磁性体からなる磁気
回路の一部であるヨークを、基板上に設けた軟磁性体か
らなる内部ヨークと該内部ヨークと非磁性体を介して対
向させた軟磁性体からなる外部ヨークとに分割できるの
で、内部ヨークのみを片持ち梁全体を覆うカバーの内部
に形成し、外部ヨークをカバーの外側に形成できる。こ
れによりカバー内部にコイル及び永久磁石を含むことが
なくなり、カバーを小形にすることができると共に、永
久磁石及びコイルから発生する恐れのある異物が片持ち
梁及びその周囲に付着することを防止できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。
【００２０】図１は、本発明による導波路型２回路１×
２光スイッチの一実施例の部分的に断面を示す斜視図で
ある。本構成は、石英ガラス基板１５上に分離層１４を
介して石英ガラス導波路層１３及び、可動側光導波路２
が片持ち梁３ａ、３ｂ上に形成されている。また、片持
ち梁３ａ、３ｂの自由端側には連結部材４と、その上面
に軟磁性体膜５が形成され石英ガラス導波路層１３上の
連結部材４と対向する位置には軟磁性体の内部ヨーク１
２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが形成され、その上部に
には石英ガラスカバー１６を介して、コイル６ａ、６ｂ
と軟磁性体の外部ヨーク７ａ、７ｂと永久磁石８からな
る駆動部が形成されている。また、前記可動側光導波路
２の自由端側には前記導波路の移動量に応じて対向する
よう複数の固定側光導波路１０が形成されている。ま
た、押え板１１によって、可動側光導波路２の自由端側
の端部の浮き上がりを防止している。更に、石英ガラス
カバー１６上には屈折率整合液導入穴１７が設けられ前
記片持ち梁を構成している溝に屈折率整合液を注入でき
るように構成している。また、可動側光導波路２の外側
には入力側光ファイバが、固定側光導波路１０の出力側
には出力側光ファイバ９が接続できる構成としている。
【００２１】次に本発明の動作を説明する。
【００２２】入力側光ファイバー１から入力された光は
片持ち梁３ａ、３ｂ上に形成された可動側光導波路２に
伝えられる。片持ち梁３ａ、３ｂ下部の分離層は除去さ
れており、またその先端が連結部材４により連結されて
いるので、互いに平行を保ちつつ石英ガラス基板１５上
で変位することができる。連結部材４の上には軟磁性体
膜５が形成されている。また、軟磁性体膜５の両脇の石
英ガラス導波路層１３上には、軟磁性体の内部ヨーク１
２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが形成されている。石英
ガラスカバー１６を隔てて外部ヨーク７ａ及び７ｂ、永
久磁石８及びコイル６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄからなる電
磁アクチュエータが形成されている。コイル６ａ、６ｂ
には図示しない電源から電力が供給される。電圧は３ボ
ルトから１０ボルトの範囲で設定できる。
【００２３】図１には、内部ヨーク１２ａ，１２ｂ上の
電磁アクチュエータのみが示されているが、内部ヨーク
１２ｃ，１２ｄ上にも同様の電磁アクチュエータが形成
されている。ただし、図１では内部の構造を理解しやす
くするために軟磁性体膜５の一部、石英ガラスカバー１
６の一部及び一方の電磁アクチュエータを除去した状態
が示されている。コイル６ａ，６ｂに流す電流の方向を
変化させることにより、永久磁石８が外部ヨーク７ａ、
７ｂ、内部ヨーク１２ａ，１２ｂを通じて軟磁性体膜５
に及ぼす磁力を増加あるいは減少させて、片持ち梁先端
の吸着あるいは解放のいずれかを行わせる電磁アクチュ
エータとして作用させることができる。図示しない反対
側の電磁アクチュエータを同様に操作することにより、
可動側光導波路２が接続する固定側光導波路１０を切り
替えることができる。同図からは屈折率整合液を省略し
てあるが、石英ガラスカバー１６に設けた屈折率整合液
導入穴１７から屈折率整合液を導入して光切り替え部を
屈折率整合液で満たすことにより、光切り替え部での反
射や散乱などによる損失を低減することができる。
【００２４】さらに図１では入力側光ファイバー１が２
本、及び、それぞれの入力側光ファイバー１について２
本づつ合計４本の出力側光ファイバー９が接続されてい
る。入力側光ファイバー１を１本に、出力側光ファイバ
ー９を２本にすることにより、１×２光スイッチを構成
できる。また片持ち梁の本数は２本以上でもよく、例え
ば１２本の片持ち梁を形成すれば、連動した１２回路１
×２光スイッチを構成できる。
【００２５】図２は本発明による導波路型２回路１×２
光スイッチを駆動するためのアクチュエータの構造を示
す断面図であり、図１のＡ−Ａ’部断面図に相当する。
【００２６】石英ガラス導波路層１３上には、軟磁性体
の内部ヨーク１２ａ、１２ｂが形成されている。石英ガ
ラスカバー１６を隔てて外部ヨーク７ａ、７ｂ、永久磁
石８及びコイル６ａ、６ｂが形成されている。内部ヨー
ク１２ａ、１２ｂと外部ヨーク７ａ、７ｂとは、石英ガ
ラスカバー１６にて隔てられているが，それらの間隔に
比較して対向する面積が大きいので、スイッチの切り替
え動作に必要な力を発生するのに十分な磁力の受け渡し
が可能である。同図では内部ヨーク１２ａ、１２ｂと石
英ガラスカバー１６との間にも間隙を設けているが、間
隙を設けずに密着させればスイッチの切り替え動作に必
要な力を発生させるためにコイル６ａ、６ｂに流す電流
を小さくできる。
【００２７】但し、この場合には、石英ガラスカバー１
６の内面と内部ヨーク１２ａ、１２ｂとの高さを一致さ
せるために内部ヨーク１２ａ、１２ｂ及び石英ガラスカ
バー１６の加工精度と組み立て精度を高度に管理する必
要が生じる。コイル６ａ、６ｂは相互に接続されてお
り、連続した一本の導線でコイルが形成されている。コ
イル６ａ、６ｂのそれぞれの終端の間に電流を流すこと
により、コイル６ａ、６ｂは外部ヨーク７ａ、７ｂ及び
永久磁石８で構成された磁気回路内で同一方向に磁界を
発生させる。この磁界が永久磁石８と強め合えば内部ヨ
ーク１２ａ、１２ｂに強い磁力を及ぼし、逆に打ち消し
あえば内部ヨーク１２ａ、１２ｂにはほとんど磁力を及
ぼさない。すなわち、電流の方向を変化させることによ
り、吸着と非吸着あるいは解放の動作を行う電磁アクチ
ュエータとして機能させることができる。なお、本図で
は内部ヨーク１２ａ、１２ｂとガラスカバー１６との間
隙に屈折率整合液４３を注入している状態を示してい
る。
【００２８】図３は本発明による導波路型２回路１×２
光スイッチの一実施例の上面図である。同図にはカバー
及び光ファイバーを除いた部分が示されている。
【００２９】２ａ、２ｂは可動側光導波路，８ａは可動
側光導波路2a側に配置された永久磁石、１０ａ、１０
ｂ、１０ｃ、１０ｄは固定側光導波路、６ｃ、６ｄは可
動側光導波路2ｂ側に配置されたコイル，７ｃ、７ｄは
可動側光導波路2ｂ側に配置された外部ヨーク、８ｂは
可動側光導波路2ｂ側に配置された永久磁石，４２はく
ぼみである。
【００３０】コイル６ａ、６ｂには外部ヨーク７ａ，７
ｂ，内部ヨーク１２ａ、１２ｂを通して永久磁石が軟磁
性体５を引きつける磁力を強める方向に電流を流し，コ
イル６ｃ、６ｄには外部ヨーク７ｃ，７ｄ，内部ヨーク
１２ｃ、１２ｄを通して永久磁石が軟磁性体５を引きつ
ける磁力を弱める方向（以下Ａ方向とする）に電流を流
すと、片持ち梁３ａ、３ｂは実線にて示すごとく永久磁
石８ａ側に吸着されて変位し、可動側光導波路２ａは固
定側光導波路１０ａに、可動側光導波路２ｂは固定側光
導波路１０ｃに接続される。ここでコイル６ａ，６ｂ，
６ｃ、６ｄに流す電流の方向を反転（以下Ｂ方向とす
る）させると、軟磁性体５が受ける力の方向が反転し、
片持ち梁１２は点線に示すごとく変位し、可動側光導波
路２ａは固定側光導波路１０ｂに、可動側光導波路２ｂ
は固定側光導波路１０ｄに接続される。
【００３１】これにより光路の切り替えを実現できる。
片持ち梁３ａ，３ｂ，可動側光導波路２ａ、２ｂはその
先端を連結部材４にて連結されているので，連結部材４
から先の可動側光導波路２ａ、２ｂは平行板ばねの原理
により，光路の切り替え動作に伴い平行移動する。
【００３２】また片持ち梁を実線で示された位置に切り
替えたのちコイル６ａ，６ｂ，６ｃ、６ｄに流す電流を
切断した後も外部ヨーク７ａ，７ｂ，内部ヨーク１２
ａ、１２ｂを通して永久磁石８ａが軟磁性体膜５を引き
つけるので，片持ち梁３ａ、３ｂが実線で示された位置
から外れることはない。また連結部材４が接触する位置
の石英ガラス導波路層１３にはくぼみ４２が設けてあ
り，連結部材４と石英ガラス導波路層１３との接触面積
を小さくすることができるので，光スイッチを屈折率整
合液に浸した場合でも接触部に屈折率整合液が浸入し
て，間隙を形成することを抑制でき，切り替え時の光軸
のずれ，傾きを小さくできる。
【００３３】これによって光路切り替え界面における光
軸の傾きに依存する光の減衰が小さい自己保持型の光ス
イッチを実現することができる。
【００３４】図４は石英ガラス基板から片持ち梁を分離
するプロセスを片持ち梁を含む断面図にて模式的に示す
図である。
【００３５】３は片持ち梁，１４は部分的に形成された
シリコンからなる分離層，１３ａは石英ガラスバッファ
層，１３ｂは石英ガラス導波路コア，１３ｃは石英ガラ
スクラッド層，及び１８はシリコンエッチング液であ
る。
【００３６】まず同図（ａ）により石英ガラス基板１５
上に部分的に厚さ２μｍの分離層１４を形成する。分離
層１４はスパッタリング法、蒸着法、化学気相成膜法
（ＣＶＤ法）あるいはイオンビーム成膜法などの成膜方
法により形成してもよいし、予め用意したシリコン板を
石英ガラス基板１５に接合する方法を用いてもよい。
【００３７】次に次に同図（ｂ）にて分離層１４及び石
英ガラス基板１５を覆う厚さ２５μｍの石英ガラスバッ
ファ層１３ａを形成する。石英ガラスバッファ層１３ａ
はスパッタリング法、蒸着法，火炎堆積法，化学気相成
膜法（ＣＶＤ法）あるいはイオンビーム成膜法などの成
膜方法により形成する。石英ガラスバッファ層１３ａ表
面には，分離層１４の存在により，凸部が形成される。
【００３８】次に同図（ｃ）にて石英ガラスバッファ層
１３ａ表面に形成された凸部を研磨除去して平坦にす
る。
【００３９】次に同図（ｄ）にて石英ガラスバッファ層
１３ａの上に高さ５μｍ及び幅５μｍの石英ガラス導波
路コア１３ｂを形成する。これはスパッタリング法、蒸
着法、化学気相成膜法（ＣＶＤ法）、あるいはイオンビ
ーム成膜法などの成膜方法、あるいは予め用意した石英
板を石英ガラスバッファ層１３ａに接合し、石英ガラス
導波路コア１３ｂとなる部分以外の部分をエッチング除
去することにより行われる。
【００４０】次に同図（ｅ）にて、石英ガラスバッファ
層１３ａ及び石英ガラス導波路コア１３ｂを覆う厚さ２
５μｍの石英ガラスクラッド層１３ｃを形成する。クラ
ッド層１３ｃは火炎堆積法にて形成できるが、その他に
もスパッタリング法、蒸着法、化学気相成膜法（ＣＶＤ
法）あるいはイオンビーム成膜法などの成膜方法を用い
てもよい。さらに石英ガラス導波路コア１３ｂが位置す
る部分のクラッド層１３ｃの表面が盛り上がるので、平
坦な表面が必要ならば研磨を行う。本実施例では研磨を
行ったあとの状態が示されている。
【００４１】次に同図（ｆ）にて片持ち梁３の外形に沿
って石英ガラスバッファ層１３ａ及び石英ガラスクラッ
ド層１３ｃを除去する。エッチング方法としてはウェッ
トエッチング及びドライエッチングが適用できるが、本
実施例ではエッチング方向に異方性を有するドライエッ
チングを用いている。
【００４２】次に同図（ｇ）にて分離層のエッチングを
行う。エッチング方法としてはウェットエッチング及び
ドライエッチングが適用できるが、本実施例ではシリコ
ンエッチング液１８を用いたウェットエッチングを行っ
ている。同図（ｇ）はエッチングが途中まで進んだ状態
を示している。
【００４３】同図（ｆ）にエッチング完了後の状態を示
す。片持ち梁３の下部にある分離層１４がエッチング除
去され、片持ち梁３は石英ガラス基板１５と分離して動
くことができる。
【００４４】本実施例では石英ガラス基板１５上にシリ
コンからなる分離層１４を形成したがシリコンの代わり
に１３６０℃より融点が高く、エッチング性の良いチタ
ニウムあるいは白金及びこれらの組合せからなる分離層
を用いても同様に片持ち梁３を石英ガラス基板１５と分
離することができる。さらに本実施例では分離層１４の
厚さを２μｍとしたが、石英ガラス導波路コア１３ｂの
高さ未満であれば、分離層１４が除去された空間に片持
ち梁３が落ち込んでも石英ガラス導波路端部の同士の重
なり部分がなくならないため、光結合が失われることは
ない。
【００４５】本実施例では分離層１４を最終的に完全に
除去しているが、片持ち梁３が石英ガラス基板１５と分
離していれば、分離層１４は一部残留していてもよい。
また分離層１４を基板全面に形成すれば、図中に示す
(b)と(c)の間での研磨工程を省略することができる。
【００４６】図５は本発明による導波路型２回路１×２
光スイッチの一実施例の部分的断面を示す斜視図であ
る。
【００４７】図１と異なる点は、図２に示したアクチュ
エータに替えて、アクチュエータ４４とアクチュエータ
電極４５の構成にしたものである。
【００４８】本実施例のアクチュエータ４４及びアクチ
ュエータ電極４５は石英ガラス導波路層１３上にフォト
リソグラフィープロセスにより形成されており，このア
クチュエータ４４及びアクチュエータ電極４５を含めて
片持ち梁を石英ガラスカバー１６で覆うことにより光ス
イッチの小形化が可能である。
【００４９】図６は図２に示す導波路型２回路１×２光
スイッチの断面図である。ただし同図では石英ガラスカ
バー，外部ヨーク、コイル及び永久磁石を省略してい
る。石英ガラスバッファ層１９及び石英ガラスクラッド
層２１同士が接触することにより、可動側光導波路コア
２０ａ、２０ｂが高精度に位置合わせされ、効率の高い
光接続を実現することができる。
【００５０】図７はパッケージングされた光スイッチの
部分的断面を含む斜視図である。
【００５１】２３、２４は電極ピン、２５、２６は封止
材、２７は屈折率整合液導入穴カバー、２８はケース及
び２９はケースカバーである。
【００５２】光スイッチには、屈折率整合液導入穴カバ
ー２７の下部にあるカバー１６に設けられた図示されて
いない屈折率整合液導入穴から屈折率整合液が導入さ
れ、その後屈折率整合液導入穴を覆う屈折率整合液導入
穴カバー２７を接合することにより気密封止されてい
る。また光スイッチは、ケース２８と電極２３、２４が
封止材２５によって取り付けられたケースカバー２９と
で覆われている。電極ピン２３はコイル６ａと電気的に
接続され、電極ピン２４はコイル６ｂと電気的に接続さ
れている。ケースカバー２９は、内部の構成を示すため
に一部省略されているが、省略された部分には電極２
３、２４と同様の電極ピンが封止材２５によって取り付
けられており、それぞれコイル６ｃ及びコイル６ｄと電
気的に接続されている。 ケース２８を出力側光ファイ
バー９が貫通する部分は，封止材２６により気密封止さ
れている。同図ではケース２８の陰になり図示されてい
ないが、入力側光ファイバー１がケース２８を貫通する
部分も、同様に封止材２６により気密封止されている。
【００５３】カバー１６と屈折率整合液導入穴カバー２
７との接合は接着剤を用いるが、屈折率整合液導入穴カ
バー２７の材質が石英ガラスの場合は局部加熱による溶
接でもよい。
【００５４】光切り替えが行われる部分は石英ガラスカ
バー１６及び屈折率整合液導入穴カバー２７により気密
封止されているので、動作不良の原因となる異物や腐蝕
変質の原因となる空気中の酸素や水分の進入を防止する
ことができる。また石英ガラス基板１５、分離層１４、
石英ガラス導波路層１３、石英ガラスカバー１６、屈折
率整合液導入穴カバー２７、コイル６ａ、６ｂ、６ｃ、
６ｄ、外部ヨーク７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、永久磁石８
ａ、８ｂはケース２８及びケースカバー２９により気密
封止されているので、腐蝕変質の原因となる空気中の酸
素や水分の進入を防止することができ、また外力が加わ
った場合にも石英ガラス基板１５、石英ガラス導波路層
１３及び石英ガラスカバー１６などのガラス部品に直接
力が及ぶのを防止することができるので、信頼性の高い
光スイッチを構成できる。
【００５５】図８は本発明による導波路型光スイッチを
２×２光スイッチに応用した実施例を示す図である。
【００５６】３０ａ、３０ｂは入力側光導波路コア３１
ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは光スイッチ同士を接続す
る光導波路コア３２ａ、３２ｂは出力側光導波路コア３
３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄは片持ち梁、３４、３５
は連結部材、３６、３７は軟磁性体、３８ａ、３８ｂ、
３９ａ、３９ｂは電磁アクチュエータ４０は石英ガラス
層及び４１は分離層を形成した石英基板である。
【００５７】片持ち梁３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ
の下部及び連結部材３４、３５の下部の分離層はエッチ
ングにより除去されており、片持ち梁３３ａ、３３ｂ、
３３ｃ、３３ｄは電磁アクチュエータ３８ａ、３８ｂ、
３９ａ、３９ｂの作用によりたわむことができる。入力
側光導波路コア３０ａ、３０ｂを通過する光は、電磁ア
クチュエータ３８ａ、３８ｂの動作により片持ち梁３３
ａ、３３ｂがたわむことにより電磁アクチュエータ３８
ａ側あるいは電磁アクチュエータ３８ｂ側に切り替えら
れ、それぞれ分離層を形成した石英ガラス基板４１上に
形成した石英ガラス層４０内に形成された光導波路コア
３１ａあるいは光導波路コア３１ｂ及び光導波路コア３
１ｃあるいは光導波路コア３１ｄに接続される。
【００５８】次に、これらの光導波路コアを通過する光
は、電磁アクチュエータ３９ａ、３９ｂの動作により片
持ち梁３３ｃ、３３ｄがたわむことにより電磁アクチュ
エータ３９ａ側あるいは電磁アクチュエータ３９ｂ側に
切り替えられ、光導波路コア３２ａ及び光導波路コア３
２ｂはそれぞれ光導波路コア３１ａあるいは光導波路コ
ア３１ｄ及び光導波路コア３１ｃあるいは光導波路コア
３１ｂに接続される。これによって２×２の光切り替え
が行われる。
【００５９】図９は図８に示す２×２光スイッチの切り
替え状態と光の結合状態との関係を示す図である。
【００６０】図８に示すアクチュエータ３８ａ、３９ａ
側にスイッチが切り替えられている状態をＡ、図８に示
すアクチュエータ３８ｂ、３９ｂ側にスイッチが切り替
えられている状態をＢとする。片持ち梁３３ａ、３３ｂ
の切り替え状態をＡあるいはＢ、片持ち梁３３ｃ、３３
ｄの切り替え状態をＡあるいはＢとすることにより４通
りの切り替え状態が設定でき、このうち片持ち梁３３
ａ、３３ｂあるいは３３ｃ、３３ｄを双方ともＡあるい
はＢに切り替える二通りの場合で２×２の切り替えが実
現する。切り替え状態がＡとＢの混在の場合は、接続が
なされない導波路が生じるが、電磁アクチュエータ３８
ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂの動作を連動させることに
よりこれを防止できる。
【００６１】これによって、本発明による導波路型２回
路１×２光スイッチを二つ対向させて組み合わせること
により、２×２の光スイッチが実現する。
【００６２】図１０は本発明による導波路型光スイッチ
を光通信機器に応用した実施例を示すブロック図であ
る。
【００６３】４６は出力側端子、４７は光スイッチコン
トローラー、４８は音声電気信号の電気信号入力側端
子、４９は映像光信号の光信号入力側端子、５０は映像
光信号、５１は音声電気信号、５２は光スイッチ、５３
は音声電気信号ケーブル、５４は電気・光信号変換器、
５５は０系光ファイバー、５６は１系光ファイバー及び
５７は筐体である。
【００６４】本実施例の光通信機器では、映像光信号を
入力する光信号入力端子４９から映像光信号５０を入力
し、入力された信号は光スイッチ５２にて電気・光信号
変換器５４に入力する端子を選択する。一般に光通信網
では通信網の信頼性確保のために光ファイバーを０系、
１系と２重化している。音声電気信号は電気的に０系、
１系を切り替えられるが、映像信号は光信号として入力
されるので、光スイッチ５２により０系、１系を切り替
える。このようにして、一方の光ファイバーに障害が発
生した場合には、もう一方の光ファイバーを用いて通信
を続けることができる。なお、電気・光信号変換器５４
では、電気信号入力端子４８から入力された音声電気信
号５１を光信号に変換し、かつ別に入力された映像光信
号と合成し０系光ファイバー５５または１系の光ファイ
バー５６を介して出力側端子４６から出力される。な
お、光スイッチ５２の切り換えは、図示していはいない
が出力側端子から出力された光信号の異常を検出して、
異常が生じた場合にそれを光スイッチコントローラ４７
に入力し、正常な方の伝送路に切り換えるものである。
【００６５】なお、本実施例で用いている光スイッチ
は、前述の光スイッチを用いている。このように、光通
信機器に本発明の光スイッチを適用することにより、装
置の小型化及び信頼性の高い装置を実現できる。
【００６６】
【発明の効果】本発明によれば、十ボルト以下の低い電
圧で駆動でき、挿入損失の小さい低コストの光スイッチ
を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による導波路型２回路１×２光スイッチ
の一実施例の部分的に断面を示す斜視図。
【図２】本発明による導波路型２回路１×２光スイッチ
を駆動するためのアクチュエータの構造を示す断面図。
【図３】本発明による導波路型２回路１×２光スイッチ
の一実施例の上面図。
【図４】石英ガラス基板から片持ち梁を分離するプロセ
スを片持ち梁を含む断面図にて模式的に示す図。
【図５】本発明による導波路型２回路１×２光スイッチ
の一実施例の部分的断面を示す斜視図。
【図６】第２図に示す導波路型２回路１×２光スイッチ
の断面図。
【図７】パッケージングされた光スイッチの部分的断面
を含む斜視図。
【図８】本発明による導波路型光スイッチを２×２光ス
イッチに応用した実施例を示す図。
【図９】第８図に示す２×２光スイッチの切り替え状態
と光の結合状態との関係を示す図。
【図１０】本発明による導波路型光スイッチを光通信機
器に応用した実施例を示すブロック図。
【符号の説明】
１…入力側光ファイバー、２…可動側光導波路、２ａ、
２ｂ…可動側光導波路、３…片持ち梁、３ａ、３ｂ…片
持ち梁、４…連結部材，５…軟磁性体膜，６ａ、６ｂ、
６ｃ、６ｄ…コイル、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ…外部ヨ
ーク、８…永久磁石、８ａ、８ｂ…永久磁石、９…出力
側光ファイバー、１０…固定側光導波路、１０ａ、１０
ｂ、１０ｃ及び１０ｄ…固定側光導波路、１１…押え
板、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…内部ヨーク、１
３…石英ガラス導波路層、１４…分離層、１５…石英ガ
ラス基板、１６…石英ガラスカバー、１７…屈折率整合
液導入穴、１８…シリコンエッチング液、１９…石英ガ
ラスバッファ層、２０ａ…石英ガラス導波路コア、２１
…石英ガラスクラッド層、２３、２４…電極ピン、２
５、２６…封止材、２７…屈折率整合液導入穴カバー、
２８…ケース、２９…ケースカバー、３０ａ、３０ｂ…
入力側光導波路コア、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ
…光導波路コア、３２ａ、３２ｂ…出力側光導波路コ
ア、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ…片持ち梁、３
４、３５…連結部材、３６、３７…軟磁性体、３８ａ、
３８ｂ、３９ａ、３９ｂ…電磁アクチュエータ、４０…
石英ガラス層、４１…石英ガラス基板、４２…くぼみ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 村西 勝 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 小松 礼文 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者 小林 大 茨城県日立市日高町五丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 岡野 広明 茨城県日立市日高町五丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力光信号の光路を切り替える光スイッチ
    において、石英ガラス基板の上に分離層を形成し、その
    上部に、互いに平行かつ先端を連結部材により連結され
    た複数の片持ち梁と、少なくとも一つの片持ち梁の上に
    形成した石英ガラス光導波路と、該光導波路に対向して
    固定された複数の光導波路と、前記片持ち梁を変形させ
    るスイッチ駆動手段を有することを特徴とする光スイッ
    チ。
  2. 【請求項２】前記分離層がシリコンあるいはチタニウム
    あるいは白金の少なくとも一つから形成されることを特
    徴とする請求項１記載の光スイッチ。
  3. 【請求項３】前記分離層の厚さが前記光導波路の高さよ
    りも小さいことを特徴とする請求項１記載の型光スイッ
    チ。
  4. 【請求項４】前記連結部材、あるいは光路切り替えが行
    われる際に前記連結部材が接触する位置の基板上の部材
    の少なくとも一方を、前記連結部材の移動方向にくぼま
    せたことを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
  5. 【請求項５】前記スイッチ駆動手段を、前記連結部材上
    に設けた軟磁性体と前記基板上に設けた軟磁性体からな
    るヨークと永久磁石とコイルとから構成したことを特徴
    とする請求項１記載の光スイッチ。
  6. 【請求項６】軟磁性体からなるヨークを内部ヨークと、
    該内部ヨークと非磁性体を介して対向させた軟磁性体か
    らなる外部ヨークとから構成したことを特徴とする請求
    項１ないし５記載の導波路型光スイッチ。
  7. 【請求項７】映像信号を入力する光信号入力端子と、音
    声信号を入力する電気信号入力端子と、前記光信号入力
    端子から入力された映像信号の出力を切り換える光スイ
    ッチと、前記電気信号入力端子からの電気信号を光信号
    に変換し、変換された音声信号と前記光スイッチの出力
    信号とを合成する電気・光信号変換器と、合成された光
    信号を出力する２の出力端子を備え、前記出力端子の信
    号の異常を判別して前記光スイッチを切り換え制御する
    コントローラとからなる光通信機器。
  8. 【請求項８】請求項７の光通信機器において、前記光ス
    イッチは、石英ガラス基板の上に分離層を形成し、その
    上部に、互いに平行かつ先端を連結部材により連結され
    た複数の片持ち梁と、少なくとも一つの片持ち梁の上に
    形成した石英ガラス光導波路と、該光導波路に対向して
    固定された複数の光導波路と、片持ち梁先端の少なくと
    も一個所を横断する基板側に固定された押え板と、片持
    ち梁全体を覆うカバーと、前記片持ち梁を変形させるス
    イッチ駆動手段を有することを特徴とする光通信機器。
  9. 【請求項９】石英ガラス基板上に分離層を形成する工程
    と、前記分離層を覆うように石英ガラスバッファ層を形
    成する工程と、前記石英ガラスバッファ層の上部に石英
    ガラス導波路コアを形成する工程と、石英ガラス導波路
    コアを覆うように石英ガラスクラッド層を形成する工程
    と、片持ち梁の外形を形成する工程と、前記片持ち梁下
    部の分離層をエッチング除去することにより可動構造の
    片持ち梁を得る工程とを有する光スイッチの製造プロセ
    ス。
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