JPS58199304A - 光スイツチ - Google Patents

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】 （技術分野） 本発明は、光通信や光情報処理の分野で用いられるファ
イバ可動形光スイッチに関するものであ５る。

（背景技術） 従来のファイバ可動形光スイッチの基本的機構は、第１
図に示すようなものであった。すなわち、ｙ軸に平行な
位置合せ用Ｖ溝４が形成されているＶ溝基板３上に端面
を有し、ｙ軸に平行で、■溝基板面に垂直な面内にファ
イバ中心軸があるように第１の光ファイバ１がＶ溝外で
治具７で固定されている。第１の光ファイバ１の端面と
治具７の間には、磁性体５が接着されている。その近傍
には、この磁性体５を吸引するための電磁石６が設置さ
れている。位置合せ用Ｖ溝４上の、第１の光ファイバ１
の端面のｙ座標より負側の部分には、第２の光ファイバ
２が固定されている。かような構成において、電磁石６
に通電した場合、第１の光ファイバ１は図の下方へ吸引
されてＶ溝４に輌り、第２の光ファイバ２と接続される
。この状態から電磁石６への通電を断つと、第１の光フ
ァイバ１は自身の弾性力で図の上方に復帰し、第２の光
ファイバ２との接続は断たれる。

かような従来形スイッチにおける問題点は、電磁石を用
いるため、この分だけ形状が大きくなるということであ
った。第１図に示したような構造に限らず、磁気的吸引
、あるいは反発力を利用する従来形のスイッチでは、上
記のことは共通の問題点であった。

（発明の課題） 本発明は、上記問題点を除去するため、磁気的作用によ
り生ずる力ではなく、静電効果による力を用いる動作原
理を採ったものであり、その特徴は、ｙ軸の長手方向に
絶縁膜で被覆された直線状で位置合せ用の断面がほぼＶ
字形の■溝を有する導電性平板と、クラッド表面に導電
性膜を有し端面が前記Ｖ溝に接触する第１位置と前記Ｖ
溝から離れた第２位置との間を移動可能なごとく固定さ
れる第１の光ファイバと、第１の光ファイバと同一のク
ラツド径およびコア径を有しクラッドの外径が第１の光
ファイバの外径に等しくなるごとくクラッド表面を薄膜
で被覆し端面が前記第１の位置にある第１の光ファイバ
と光学的に結合するごとく前記Ｖ溝に固定゛さｉる第２
の光ファイバと、前記第１の光フアイバ表面の導電性膜
と前記導電性平板の間に選択的に電圧を印加する手段と
を有し、該電圧の有無により第１の光ファイバの端面な
第１の位置と第２の位置の間で静電気力及び第１の光フ
ァイバの弾性により移動させて第１の光ファイバを第２
の光ファイバと選択的に結合するごとき光スィッチにあ
る。

（発明の構成および作用） 第２図および第３図が、本発明の光スィッチの基本構造
である第１の実施例を示す図である。

すなわち、第２図（ａ）に示すように、ｙ軸に平行な位
置合せ用Ｖ溝４が形成された導電性のＶ溝基板３上に第
１の光ファイバ１が、そのファイバ軸をｙ軸に平行に、
かつ位置合せ用Ｖ溝４の中心線を含みＶ溝基板３に垂直
な平面内にあり、ｙ軸に垂直な負側端面のｙ座標が■溝
４の両端より内側にあるように配置され、正のｙ軸方向
の■溝外の位置で治具７に固定されている。一方第２の
光ファイバ２は、ｙ軸に垂直な正側端面な第１の光ファ
イバ１の負側端面のｙ座標に等しいが、もしくは負側の
位置にあるように位置合せ用■溝４中に固定されている
。第３図は、第２図（ａｌの状態をｚｘ面で切断した断
面図である。第１の光ファイバ１のクラッド表面には、
均一な厚みに導電性膜８が被覆されている。また導電性
Ｖ溝基板３上には、■溝部も含めて絶縁膜９が被覆され
ている。さらに、位置合せ用Ｖ溝４中に固定された第２
の光ファイバ２のクラッド表面には、前記導電性膜８と
同一の厚みの導電性、あるいは絶縁性の薄膜１０が被覆
されている。かような構成において、第１の光フアイバ
上の導電膜８と、導電性Ｖ溝基板３との間には、電圧を
印加切断可能なようになっている２、。

前記した第２図（ａ）に示した切断状態は、導電性膜８
と導電性Ｖ溝基板３との間が短絡されているか、もしく
は電圧無印加の状態である。これに電１−［を印加する
と、第１の光ファイバ１とＶ溝基板：（との間には静電
引力が働き、第２図（ｂ）に示すよ５：こ第１の光ファ
イバ１は、位置合せ用Ｖ溝４中に吸引、固定されて第２
の光ファイバと接続する。

電圧を切り、第１の光ファイバ１とＶ溝基板３の間を短
絡すると、静電引力は消え、第１の光ファイバ１は自身
の弾性力で第２図ｆａ）の状態に戻る。

ところで、第１の光ファイバ１は、位置合せ用Ｖ溝４が
形成さｉｔたＶ溝基板３上に固定用Ｖ溝を形成し、これ
に固定しても良い。第４図は、これを実現するための第
２の実施例を示す図である。

すなわち、図に示すように、導電性Ｖ溝基板３上のぎ°
方向に形成された位置合せ用Ｖ溝４に接続して、これと
中心線を同一（こし、幅、深さともに小さい固定用Ｖ溝
４′を形成する。これに第１の光ファイバ１を同定すれ
ば、前記第２図および第３図に示した第１の光ファイバ
１と第２の光ファイバ２の位置関係は、自ずから実現さ
れる。

前記した位置合せ用Ｖ溝４、および嵌合用Ｖ溝６１′の
幅および深さを以下に述べるように設定すれば、第３の
実施例である１×２スイツチができる。

すなわち第５図に示すよう、に、■溝基板３上に、さ゛
軸：こ平行で同一中心線を有し、かつ接続して（、る位
Ｉ６合せ用■溝４および固定用Ｖ溝４′がもうけられ、
さら：ここれものＶ溝と平行に嵌合用Ｖ溝・１”が形成
されている。これらＶ溝の幅および深さは、第６図に示
すように設定されている。すなわち、第６図（３）に示
すように、固定用Ｖ溝４′は第１の光ファイバ１を固定
するためのＶ溝であり、第１の光ファイバ１がＶ溝に固
定された場合に、ファイバ中心軸がＶ溝の堀られている
平面内にあるように形成されており、図に見られるよう
に、上部に〜゛溝に平行な線を対称線とする線対称な基
板をＶ溝１１１（を下にして重ねると、第１の光ファイ
バ１が上下の固定用Ｖ溝４′によってはさまれて固定さ
れるようになっている。嵌合用Ｖ溝４′（・二ついても
同様であり、これは、嵌合用ロッド１′とともに上下・
ｒ′）■溝基板の位置ずれを防止するためのものである
。位置合せ用Ｖ溝４は、第６図（ｂｌに示すように、第
２の光ファイバ２が固定された場合に、上端部の接平面
がＶ溝の切られている平面に一致するよう、こ；形成さ
れており、上部１ｃ前配した線対称基板１１ をＶ溝側にして重ねると、第２の光ファイバ２が２本固
定されるようになっている。かような構成の斜視図およ
び断面図が第７図である。（ｂ）に示すように、第１の
光ファイバ１と下部のＶ溝基板との間に電圧を印加する
と、第１の光ファイバ１は下部の位置合せ用■溝３に吸
引、固定され、下部第２の光ファイバ２と接続する。同
様に、上部Ｖ溝基板３との間４℃電圧を印加すれば、上
部第２の光ファイバ２と接続する。

一般的に、１×Ｎスイツチは第８図および第９図に示す
ような構造にすれば良い。図は本発明の第４の実施例で
ある１×８スイツチの例である。

四面に平行な断面図である第８図に示すように、ｙ軸に
平行な第１の光ファイバ１の中心軸の周囲に円筒状に、
第２の光ファイバ２が治具３によって固定されたＶ溝基
板３が配置されている。各■溝基板の間は、絶縁性筐体
１２への接着剤を兼ねた絶縁性接着剤１１で電気的に分
離されている１、また第１の光ファイバ１は、第９図の
ｚｙ面に平行な断面図に示すように、絶縁性治具７で筐
体１２に固定されている。治具１３は、第２の光ファイ
バ２をＶ溝に固定するためのものである。０１２Ｆ状態
では、８個の導電性Ｖ溝基板は全て第１の光ファイバ１
と短絡されており、ＯＮ状態にするには、特定のファイ
バ対の間に電圧を印加すれば良い。

さて次に、これまで述べた光スィッチを実現するためゆ
材料および製法等について述べる。

まず、■溝を簡便にかつ精度良（形成し得る導市：性基
板３としては、ＳＬ単結晶の（１００）面を平板面とす
るものを用いれば良い。この（１００）面内の（１１０
＞方向に、以下の工程によって■溝を作製できる。まず
表面全体に保護膜として、二酸化シリコン（Ｓｉｎ２）
あるいはチッ化シリコン（Ｓｉ３Ｎ、）を被覆する６次
にＶ溝を得たい領域が（１１０＞方向に平行になるよう
処して、通常のホトリソグラフィックな工程でその領域
の保護膜を除去する。こわをカセイソーダ（Ｎａ　ＯＨ
）、′／Ｊ（酸化カリウム（Ｉ＜０１１　）などのアル
カリ金属水酸化物溶液、あるいはヒドラジン、エチレン
ジアミンなどのアミン系水溶液中でエツチングする。す
ると単結晶シリコンでは、結晶面方位によりエツチング
速度Ｖが大きく異なり、ＶＩｏｏ　＞　Ｖｔｔｔである
ため、断面がＶ字形の溝が形成される。ここでＶＩｏｏ
は＜１０の方向のエツチング速度、Ｖ、１、は＜　１１
１＞方向のエツチング速度である。このＶ溝の開き角φ
は、（１１１）面のなす角７０．５３°となる。このエ
ツチングは、シリコン単結晶固有の性質を利用するもの
であるため、機械加工等に比べて極めて精度の良いＶ溝
が形成できるという特徴をもつ。■溝の幅および深さも
、保護膜の幅およびエツチング時間を変えることで容易
に制御できる。

次に絶縁膜であるが、これには、ＳＩＯ□およびＴａ２
Ｏ，、カ有効である。この２種の薄膜は、スパンタリン
グ法により容易にＳｉ基板上に付着せしめることができ
、また絶縁耐圧性能も種々の表示素子、薄膜トランジス
タ等に用いられていることからも判るように、優秀なも
のがある。

さらに導電性膜には、りｂム（肖）が有効である。

クロムはガラスに対して最も付着力の高い金属の１つで
あり、かつまたメッキ材料にも用いられているように耐
候性の点でもすぐれている。これを、第１の光ファイバ
１を回転させながら真空蒸着法によって付着せしめれば
、導電膜８は容易に形成できる。第２の光ファイバ２の
クラッド表面に付着せしめる薄膜１２には、導電膜８と
同じ材料を用いても良い。トランジスタ等に用いられて
いることからも判るように、優秀なものがある。また、
酸化シリコン（Ｓｉｎ２）膜の８ｉ基板上への形成方法
としては、集積回路用シリコン基板作製で用いられてい
る熱酸化法も有効である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は静電効果を利用したもの
であり、従来の磁気的効果を使用したものに比べて電磁
石を必要としないため、小型で部品点数の少ない簡便な
スイッチを実現するものである。従って、本発明を光通
信システムの大規模交換回路などに用いれば、極めて有
効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光スィッチの斜視図、第２図（ａｌ及び
（ｂｌは本発明の光スィッチの基本構成の斜視図、第３
図は本発明の光スィッチの基本構成のｚｘ面での断面図
、第４図は本発明の第２の実施例を示す図、第５図は本
発明の第３の実施例の■溝基板を示す図、第６図（ａｌ
及び（ｂ）は第３の実施例のｚｘ面での断面図、第７図
（ａ）及び（ｂ）は第３の実施例の斜視図およびｚｙ面
での断面図、第８図は第４の実施例のｚｘ面での断面図
、第９図は第４の実施例のｚｙ面での断面図である。 １・・・・・・第１の光ファイバ　１′・・・・・・嵌
合用ロッド２・・・・・・第２の光ファイバ　３・・・
・・・Ｖ溝基板１・・・・・・位置合せ用Ｖ溝　　４′
・・・・・・固定用Ｖ溝４“・・・・・・１０；台用Ｖ
溝　　　　５・・・・・・磁性体６・・・・・・電磁石
　　　　　　７・・・・・・治具８・・・・・・導電性
膜　　　　　９・・・・・・絶縁膜１０・・・・・・薄
膜　　　’　　　　　１１・・・・・・絶縁性接着剤１
２・・・・・・絶縁性筐体　　　　１３・・・・・・治
具特許出願人 日本電信電話公社 特許出願代理人 弁理士　　　山　　本　　恵　　− １１３図 第４図 第５図 第６図 ３　゛

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｙ軸の長手方向に絶縁膜で被覆された直線状で位
   置合せ用の断面がほぼＶ字形の■溝を有する導電性平板
   と、クラッド表面に導電性膜を有し端面が前記Ｖ溝に接
   触する第１位置と前記■溝から離れた第２位置との間を
   移動可能なごとく固定される第１の光ファイバと、第１
   の光ファイバと同一のクラツド径およびコア径を有しク
   ラダドの外径が第１の光ファイバの外径に等しくなるご
   とくクラッド表面を薄膜で被覆し端面が前記第１の位置
   にある第１の光ファイバと光学的〆結合するごとく前記
   ■溝に固定される第２の光ファイバと、前記第１の光フ
   アイバ表面の導電性膜と前記導電性平板の間に選択的に
   電圧を印加する手段とを有し、該電圧の有無により第１
   の光ファイバの端面を第１の位置と第２の位置の間で静
   電気力及び第１の光ファイバの弾性により移動させて第
   １の光ファイバを第２の光ファイバと選択的に結合する
   ことを特徴とする光スィッチ。
2. （２）絶縁膜で被覆されたＶ溝に前記第２の光ファイバ
   を固定する導電性平板が、相互に絶縁され、かつ、第２
   の光ファイバの端面が同一平面上にあるごとく、複数個
   もうけられ、第１の光ファイバの端面が当該第１の光フ
   ァイバを被覆する導電性膜と選択された導電性平板との
   間に印力ａされる電圧に従って所望の第２の光ファイバ
   の端面と光学的に結合するごとき特許請求の範囲第１項
   ら載の光スィッチ。
3. （３）前記導電性平板がシリコン（Ｓｉ）単結晶（１０
   ０）而を平板面とし、＜１１０＞方向にＶ溝が形成され
   るごとき特許請求の範囲第１項記載の光スィッチ。