JPWO2004038485A1 - Optical switch and optical device - Google Patents
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Abstract
反射率が高く、振動に強いミラーを用いた光スイッチを提供する。光導波路基板230と、ミラー部118と、ミラー部118を搭載した可動部231とを有する。ミラー部118は、光反射部101と、光反射部101を可動部231上に支持する支持部102とを含む。光導波路基板230は、光路をスイッチングするために可動部231によって光反射部101が挿入されるための溝247と、光反射部101が溝247に挿入される際に支持部102の一部が入り込むための凹部250とを有する。Provided is an optical switch using a mirror having high reflectivity and resistance to vibration. It has an optical waveguide substrate 230, a mirror part 118, and a movable part 231 on which the mirror part 118 is mounted. The mirror unit 118 includes a light reflecting unit 101 and a support unit 102 that supports the light reflecting unit 101 on the movable unit 231. The optical waveguide substrate 230 includes a groove 247 for inserting the light reflecting portion 101 by the movable portion 231 in order to switch the optical path, and a part of the support portion 102 when the light reflecting portion 101 is inserted into the groove 247. And a recess 250 for entering.
Description
本発明は、薄膜により形成された光学素子を備えた光スイッチ及び光学装置に関する。 The present invention relates to an optical switch and an optical device including an optical element formed of a thin film.
特開2001−42233号公報(特許文献1)に、微小なミラーをアクチュエータにより移動させて光路中に挿入することにより、光路を切り換える光スイッチが開示されている。この光スイッチは、マイクロマシニング技術によって、微小なミラーを搭載した可動電極板を形成している。微小なミラーは、反射面が可動電極板の主平面に対して垂直である。可動電極板と対向する位置には、固定電極が配置され、可動電極板と固定電極との間に電圧を印加することにより、静電力により、可動電極板を移動させる。これにより、微小なミラーを光路中に挿入したり、光路中から取り出したりする構造である。
また、この光スイッチでは、可動電極板上にミラーを形成するために、可動電極板となる薄膜上に、ミラーの高さ分の厚さを有するフォトレジスト膜を形成し、フォトレジスト膜にミラーの形状のエッチングホールを設け、エッチングホール内にめっき法により金属膜を成長させた後、フォトレジスト膜を除去している。
また、特開2001−142008号公報(特許文献2)にも、微小なミラーをアクチュエータ上に搭載し、アクチュエータによりミラーを光路中に移動させて、光路を切り換える光スイッチが開示されている。
また、Sensors and Actuators A,33(1992)249−256、”Microfabricated Hinges”(非特許文献1)には、基板上にプレートとなる膜を成膜し、このプレートを基板に対して垂直に起こすことにより、基板に垂直なプレートを形成することが開示されている。プレートとなる膜の形成プロセスにおいて、プレートの一方の端部と、基板とを接続するヒンジ構造を形成している。このヒンジを中心にプレートを起こし、微細な垂直構造体を形成している。Japanese Patent Laid-Open No. 2001-42233 (Patent Document 1) discloses an optical switch that switches an optical path by moving a minute mirror by an actuator and inserting the mirror into the optical path. This optical switch forms a movable electrode plate on which a minute mirror is mounted by a micromachining technique. The minute mirror has a reflecting surface perpendicular to the main plane of the movable electrode plate. A fixed electrode is disposed at a position facing the movable electrode plate, and the movable electrode plate is moved by electrostatic force by applying a voltage between the movable electrode plate and the fixed electrode. Thus, the structure is such that a minute mirror is inserted into or removed from the optical path.
Further, in this optical switch, in order to form a mirror on the movable electrode plate, a photoresist film having a thickness corresponding to the height of the mirror is formed on the thin film to be the movable electrode plate, and the mirror is formed on the photoresist film. An etching hole of the shape is provided, a metal film is grown in the etching hole by a plating method, and then the photoresist film is removed.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-142008 (Patent Document 2) also discloses an optical switch in which a minute mirror is mounted on an actuator, and the mirror is moved into the optical path by the actuator to switch the optical path.
In Sensors and Actuators A, 33 (1992) 249-256, “Microfabricated Hinges” (Non-patent Document 1), a film to be a plate is formed on a substrate, and the plate is raised perpendicularly to the substrate. Thus, it is disclosed to form a plate perpendicular to the substrate. In the process of forming a film to be a plate, a hinge structure that connects one end of the plate and the substrate is formed. A plate is raised around this hinge to form a fine vertical structure.
特許文献1記載の光スイッチの微小なミラーは、上述のように、ミラーの高さ分だけ厚く形成されたフォトレジスト膜にエッチングホールを設け、このエッチングホールにめっき法により金属膜を充填することにより形成される。このため、ミラー面は、エッチングホールの側面の表面形状を反転した形状となる。現状のフォトレジスト膜のエッチング技術では、エッチングホールの側面の主平面に対する角度を制御することは難しく、しかも、側面の表面粗さを滑らかにすることも難しい。このため、特許文献1記載の方法で、可動電極板に対して反射面が垂直で、反射率の高いミラーを製造することは困難であった。
また、特許文献2には、微小なミラー構造および製造方法についての詳しい記載はなされていない。
また、非特許文献1に記載のブレートをヒンジにより垂直に起こして支える構成を、光スイッチのミラーに応用することが考えられるが、薄膜プロセスで形成されたプレートを、薄膜プロセスで形成された立体構造のヒンジにより垂直に支える構成であるため、ガタが生じやすく、強度も得にくい。このため、基板面に対してプレートを垂直に維持することは難しい。
本発明は、反射率が高く、振動に強いミラーを用いた光スイッチを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような光スイッチが提供される。
すなわち、光導波路基板と、ミラー部と、前記ミラー部を搭載した可動部とを有し、
前記ミラー部は、光反射部と、前記光反射部を前記可動部上に支持する支持部とを含み、
前記光導波路基板は、光路をスイッチングするために前記可動部によって前記光反射部が挿入されるための溝と、前記光反射部が前記溝に挿入される際に前記支持部の一部が入り込むための凹部とを有することを特徴とする光スイッチである。
上記光スイッチにおいて、前記光反射部および支持部は、それぞれ膜によって構成することが可能であり、このとき前記支持部は、一方の端部が前記可動部に固定され、他方の端部は、直接または他の部材を介して前記光反射部と接続され、前記一方の端部から前記他方の端部に向かって湾曲することにより、前記光反射部を構成する膜の主平面を、前記光導波路基板の主平面に対して非平行に支持する構成にすることができる。
上記光スイッチにおいて、前記支持部の前記他方の端部は、前記光反射部の下端よりも高い位置に位置し、直接または前記他の部材を介して、前記光反射部を吊り下げた構成にすることが可能であり、前記光反射部が前記溝に挿入される際に、前記光導波路基板の前記凹部には、前記支持部の前記他方の端部が入り込む構成にすることができる。
上記光スイッチにおいて、前記支持部は、前記光反射部の両脇にそれぞれ配置され、前記光反射部を両側から支持する構成にすることが可能であり、前記光導波路基板の前記凹部は、前記光反射部の両側の前記支持部に対応して、前記溝の両側に配置することが可能である。
上記光スイッチにおいて、前記溝と前記凹部とは連続しており、前記溝および前記凹部には、屈折率整合のためのオイルが充填されている構成にすることが可能である。As described above, the minute mirror of the optical switch described in Patent Document 1 is provided with an etching hole in a photoresist film formed thicker by the height of the mirror, and the etching hole is filled with a metal film by a plating method. It is formed by. For this reason, the mirror surface has a shape obtained by inverting the surface shape of the side surface of the etching hole. With the current photoresist film etching technique, it is difficult to control the angle of the side surface of the etching hole with respect to the main plane, and it is also difficult to smooth the surface roughness of the side surface. For this reason, it has been difficult to manufacture a mirror having a high reflectance with a reflecting surface perpendicular to the movable electrode plate by the method described in Patent Document 1.
Further, Patent Document 2 does not include detailed description of a minute mirror structure and a manufacturing method.
In addition, it is conceivable to apply the structure described in Non-Patent Document 1 by vertically raising and supporting the blade by a hinge. However, a plate formed by a thin film process is a solid body formed by a thin film process. Since the structure is vertically supported by the hinge of the structure, it is easy to generate backlash and it is difficult to obtain strength. For this reason, it is difficult to keep the plate perpendicular to the substrate surface.
An object of the present invention is to provide an optical switch using a mirror having a high reflectivity and strong against vibration.
In order to achieve the above object, according to the present invention, the following optical switch is provided.
That is, it has an optical waveguide substrate, a mirror part, and a movable part on which the mirror part is mounted,
The mirror part includes a light reflecting part and a support part that supports the light reflecting part on the movable part,
The optical waveguide substrate includes a groove for inserting the light reflecting portion by the movable portion to switch an optical path, and a part of the support portion enters when the light reflecting portion is inserted into the groove. An optical switch having a recess for the purpose.
In the optical switch, the light reflecting portion and the support portion can each be configured by a film. At this time, one end portion of the support portion is fixed to the movable portion, and the other end portion is The main plane of the film constituting the light reflecting portion is connected to the light reflecting portion directly or through another member, and curved from the one end portion toward the other end portion, so that the light guide portion It can be configured to support non-parallel to the main plane of the waveguide substrate.
In the optical switch, the other end portion of the support portion is positioned higher than the lower end of the light reflection portion, and the light reflection portion is suspended directly or via the other member. When the light reflecting portion is inserted into the groove, the other end of the support portion can be inserted into the concave portion of the optical waveguide substrate.
In the optical switch, the support portion may be arranged on both sides of the light reflection portion, and the light reflection portion may be supported from both sides, and the concave portion of the optical waveguide substrate may be Corresponding to the support portions on both sides of the light reflecting portion, it can be arranged on both sides of the groove.
In the optical switch, the groove and the recess may be continuous, and the groove and the recess may be filled with oil for refractive index matching.
図1(a)は、本発明の実施の形態の光スイッチにおいて、電圧を印加して可動板231を下げた状態のA−A断面図であり、図1(b)は、電圧を印加していない状態のA−A断面図である。
図2は、本発明の実施の形態の光スイッチの上面図である。
図3は、本発明の実施の形態の光スイッチの光導波路基板240の切り欠き斜視図である。
図4は、本発明の実施の形態の光スイッチのミラー構造体基板230の切り欠き斜視図である。
図5(a)は、本発明の実施の形態の光スイッチに用いられるミラー118の断面図であり、図5(b)は、図5(a)のB矢視図である。
図6は、本発明の実施の形態の光スイッチに用いられるミラー118の斜視図である。
図7は、本発明の実施の形態の光スイッチにおいて、ミラー構造体基板230上の可動板231の配置を示す上面図である。
図8(a)〜(c)は、本発明の実施の形態の光スイッチにおいて、ミラー構造体基板230の製造工程を示すC−C断面図である。
図9(a)〜(c)は、本発明の実施の形態の光スイッチにおいて、ミラー構造体基板230の製造工程を示すC−C断面図である。
図10は、本発明の実施の形態の光スイッチにおいて、ミラー構造体基板230の製造工程で最終のアッシング工程を行う前の状態を示す上面である。
図11(a)は、本発明の実施の形態の光スイッチに搭載可能な別のミラー117の形状を示すD−D断面図であり、図11(b)は、ミラー117の反射部101を裏面側から見た正面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line AA in a state where a voltage is applied and the
FIG. 2 is a top view of the optical switch according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cutaway perspective view of the
FIG. 4 is a cutaway perspective view of the
FIG. 5A is a cross-sectional view of the
FIG. 6 is a perspective view of the
FIG. 7 is a top view showing the arrangement of the
FIGS. 8A to 8C are CC cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the
FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views taken along the line C-C showing the manufacturing process of the
FIG. 10 is a top view showing a state before the final ashing process is performed in the manufacturing process of the
FIG. 11A is a DD cross-sectional view showing the shape of another
以下、本発明の一実施の形態の光スイッチについて図面を用いて説明する。
本実施の形態の光スイッチは、図1(a)のように、光導波路基板240と、ミラー構造体基板230とを、不図示のスペーサを挟むことにより一定の間隔を開けて重ね合わせた構成である。光導波路基板240とミラー構造体基板230との間の空間には、光導波路基板240の光導波路の屈折率に合わせたマッチングオイル(屈折率整合液)が満たされている。
光導波路基板240には、図2、図3に示したように光導波路241,242,243等と、光導波路244,245,246等とが予め定めた角度で交差するように配置されている。これら光導波路241〜246は、光導波路基板240に埋め込まれている。光導波路241,242,243等と、光導波路244,245,246等とが交差する部分には、ミラー構造体基板230のミラー118を挿入するための溝247が設けられている。溝247の開口方向は、図1(a)、図3に示したようにミラー構造体基板230側(下側)に向けられている。この溝247に、図1(b)のように、ミラー構造体基板230のミラー118の反射部101を挿入することにより、交差する光導波路の一方を伝搬する光を反射して、他方の光導波路に入射させ、スイッチング動作を行うことができる。
ミラー構造体基板230には、図1(a),図4のように可動板231が搭載され、可動板231上に、ミラー118が搭載されている。可動板231は、窒化シリコン膜とAl膜と窒化シリコン膜とを順に積層した3層膜からなり、ミラー118を搭載するための長方形のミラー搭載板231bと、ミラー搭載板231bの端部に接続された2本の帯状の支持板231cとを含む。支持板231cは、端部にそれぞれ脚部231aを有している。脚部231aは基板230に固定されている。可動板231は、窒化シリコン膜とAl膜との熱膨張係数の差によって生じる内部応力、ならびに、成膜時に生じた内部応力により、常温でミラー構造体基板230に対して上向きに湾曲するように形成されている。これにより、可動板231は、脚部231aを支点として、図1(b)のようにミラー搭載板231b側が持ち上がり、ミラー118を光導波路基板240の溝247に挿入することができる。
また、可動板231を構成するAl膜は、脚部231aを介して、基板230内の配線に接続されている。また、基板230内には、可動板231と向き合うように不図示の電極が配置されている。よって、可動板231のAl膜と、基板230内部の不図示の電極との間に電圧を印加することにより、可動板231は静電力により基板230に引き寄せられ、図1(a)のように基板230に密着する。これにより、ミラー118を光導波路基板240の溝247から取り出した状態にすることができる。
なお、図1および図4では、ミラー構造体基板230上に可動板231が一つのみ搭載されている状態を図示しているが、図2の光導波路241等が交差する点の溝247のそれぞれにミラー118を挿入するために、実際は図7のように、複数の可動板231が縦横に隣接するように並べて配置され、それぞれの可動板231にミラー118が搭載されている。その際、可動板231の支持板231cの間に、隣接する可動板231のミラー搭載板231bが、入り込むように配置されている。このような配置にすることにより、基板230上にミラー118を高密度に配置できるようにしている。
つぎに、可動板231に搭載されたミラー118の構成について説明する。
ミラー118は、図5(a),(b)、図6に示したように、2本の帯状の支持部102と、2つの接続部104と、2本の帯状の支持部103と、反射部101と、反射部支持部105とを有している。支持部102と支持部103は、いずれも長手方向に円弧状に湾曲している。接続部104と反射部支持部105と反射部101は、剛性を高めるために、縁に段差(折り返し)を有している。
2本の支持部102の一方の端部は、脚部102cにより可動板231に固定されている。2本の支持部102の先端には、それぞれ接続部104を介して支持部103の上端が接続されている。2本の支持部103は下向きに垂れ下がり、その先端は、反射部支持部105の両端を支持している。反射部支持部105には、反射部101が搭載されている。よって、反射部101を搭載した反射部支持部105は、2本の支持部103によって吊り下げられた構成である。
支持部102は、図5(a)に示したように窒化シリコン膜102aとAl膜102bとを積層した2層膜である。支持部103は、Al膜103aと窒化シリコン膜103bとを積層した2層膜である。支持部102,103は、いずれも、Al膜と窒化シリコン膜との熱膨張係数の差異によって生じる応力ならびに成膜時に生じる応力によって円弧状に湾曲している。このとき、図5(a)、図6に示したように、支持部102は、可動板231に対して上向きに湾曲するように形成されているのに対して、支持部103は、支持部102とは逆に、下向きに湾曲するように形成されている。このために、支持部102は、可動板231側から窒化シリコン膜102a、Al膜102bの順に積層され、支持部103は、可動板231側からAl膜103a、窒化シリコン膜103bの順に積層されている。
このように支持部103を支持部102に対して逆向きに湾曲させることにより、図5(a)のように、反射部101が支持される位置を、可動板231に近い低い位置にすることができるとともに、水平方向については、支持部102の脚部102cに近い位置に反射部101を支持することができる。これにより、ミラー118は、反射部101が振動しにくく、反射部101の位置が安定する。
このように、ミラー118の構造は、反射部101が振動しにくいという利点を有するが、支持部103により反射部支持部105を吊り下げた構造であるため、接続部104が反射部101の上端近くの高い位置に存在する。このため、図1(b)のように、可動板231によりミラー118を持ち上げて、光導波路基板240の溝247に反射部101を挿入する際に、接続部104および支持部102、103が光導波路基板230に接触して、反射部101の溝247への挿入を妨げる虞れがある。
この問題を解決するため、本実施の形態では、図1(a)、(b)および図2に示したように、光導波路基板240の溝247の両脇に、接続部104および支持部102、103が入り込むことができる凹部250を形成している。凹部250は、溝247の両脇の領域であって、少なくとも接続部104および支持部102、103が挿入される領域に設けられる。図1,図2では、溝247の両脇の光導波路241等によって囲まれた菱形の領域の内側の全体に広く設けている。ただし、凹部250が光導波路241等の伝搬光に影響を与えないように、光導波路241からは一定の距離をあけている。凹部250の深さは、接続部104の高さに合わせて設計する。図1では、溝247と同程度の深さを持つように形成している。これにより、反射部101が振動しにくい吊り下げ型のミラー118を用いた場合であっても、反射部101を光導波路基板240の溝247に十分な深さまで挿入することができる。よって、光スイッチとして、消光比の大きな高性能の光スイッチを提供できる。
また、図1、図2では、溝247と、その両脇の凹部250とが連続するように形成している。これにより、隣り合う溝247が凹部250によって、連続している。このような構成にすることにより、マッチングオイルが満たされた溝247にミラー118の反射部101が挿入される際に、マッチングオイルが左右の広い空間である凹部250に移動することができるため、反射部101を溝247に挿入する際の抵抗が小さくなるという効果が得られる。
本実施の形態の光スイッチの動作について、光導波路242と光導波路245の交差する位置のミラー118を例にとって説明する。可動板231のAl膜と基板230内部の電極との間に電圧を印加している状態では、図1(a)のように可動板231が静電力により基板230に引き寄せられ、ミラー118の反射部101は、光導波路基板240の溝247よりも下側に位置する。よって、例えば、光導波路242を伝搬する光は、溝247を横切ってそのまま光導波路242を伝搬する。
一方、可動板231のAl膜と基板230内部の電極との間に電圧を印加していない状態では、図1(b)のように可動板231が湾曲し、ミラー118の反射部101は、溝247に挿入され、接続部104および支持部102、103は溝の両脇の凹部250に挿入される。これにより、例えば、光導波路242を伝搬する光は、溝247において反射部101によって反射されることにより、折り返され、光導波路245に入射し、光導波路245を伝搬する。これにより、光導波路242を伝搬する光を光導波路245から取り出すことが可能になり、光の伝搬方向のスイッチングを実現できる。
なお、ミラー118の反射部101は、図6に示したように製造時に基板230側を向いていた面の方が反射率が高く、反射面として用いるのに適している。したがって、光導波路基板240の光の伝搬の向きに合わせて、反射部101の図6の面が反射面となるように、可動板231にミラー118を搭載する向きを定めることが望ましい。
つぎに、光導波路基板240の製造方法について説明する。本実施の形態では、光導波路基板240の光導波路241等は、不純物をドープすることにより屈折率を高めたSiO2により形成する。また、光導波路の周囲のクラッド部分はSiO2により形成している。製造手順としては、まず、Si基板を用意し、Si基板上に火炎堆積法によりガラス微粒子を堆積することにより下部クラッド層を形成し、その上に火炎堆積法により不純物がドープされたガラス微粒子の光導波路層を形成する。その後熱処理を施すことにより、下部クラッド層と光導波路層とを透明ガラス状態にする。つぎに、光導波路層をドライエッチングにより図2のように光導波路241〜246の形状にパターニングする。この上に、再び火炎堆積法によりガラス微粒子を堆積し、上部クラッド層を形成し、光導波路241〜246を覆う。さらに熱処理を施すことにより、上部クラッド層を透明ガラス状態にする。最後に、ドライエッチングまたはウエットエッチングにより、溝247および凹部250を形成する。以上により、光導波路基板240を製造することができる。
つぎに、ミラー構造体基板230上に、可動板231およびミラー118を形成する製造方法を図8(a)〜(c)、図9(a)〜(c)、図10を用いて説明する。
まず、基板230上に可動板231を形成する。不図示の電極および配線が予め形成された基板230上に、レジスト層281を形成し、可動板231の脚部231aを形成するべき位置に、それぞれ開口(不図示)をフォトリソグラフィーにより形成する(図8(a))。このレジスト層281は、犠牲層であり、最後の工程で除去される。つぎに、レジスト層281の上面に窒化シリコン膜を成膜し、開口の底部の窒化シリコン膜に開口を設ける。さらに、Al膜を成膜し、その上に窒化シリコン膜を積層する。この窒化シリコン膜、Al膜、窒化シリコン膜の3層膜が可動板231となる。窒化シリコン膜およびAl膜の膜厚および成膜条件は、可動板231が上向きに反るように予め定めた膜厚および成膜条件とする。この後、上記工程で成膜した窒化シリコン膜、Al膜、窒化シリコン膜の3層膜を、フォトリソグラフィとエッチングの手法により、図7の可動板231の形状にパターニングする。これにより、脚部231aの位置でAl膜が基板230の配線と接続された可動板231を形成することができる。
つぎに、可動板231の上に、ミラー118を形成する。ミラー118の支持部102,103、接続部104、反射部支持部105、反射部101は、可動板231上に、図10のような配置および形状に形成される。図8(a)〜(c)、図9(a)〜(c)は、図10のC−C断面におけるミラー118の製造手順を示している。
まず、可動板231が形成された基板230の全面にレジスト層81を形成し、支持部102の脚部102cを形成するべき位置に、開口81aをフォトリソグラフィーにより形成する(図8(a))。つぎに、接続部104ならびに反射部支持部105を形成すべき位置に、レジストアイランド201を形成する(図8(b))。レジストアイランド201を形成することにより、接続部104および反射部支持部105を、周囲に段差のある形状にすることができる。この状態の基板230の全面に、支持部103のAl膜103aを成膜し、フォトリソグラフィとエッチングの手法により図10に示した支持部103の形状にパターニングする(図8(c))。つぎに、全面に窒化シリコン膜とAl膜102bを順に成膜する(図9(a))。成膜したAl膜102bを図10の支持部102の形状にパターニングした後、上記工程で成膜した窒化シリコン膜を、支持部102、接続部104、支持部103、反射部支持部105の形状にパターニングする(図9(b))。これにより、支持部103の窒化シリコン膜103bと、接続部104と、反射部支持部105とが一度に形成される。
図9(b)の状態の基板230の全面にレジスト層141を形成し、反射部101と反射部支持部105との接続部105bとなる位置に開口を形成する(図9(c))。この上にさらに、レジスト層82を形成し、反射部101の部分を残して除去し、レジストアイランドを形成する。このレジストアイランドを形成することにより、反射部101を、周囲に段差101aをもつ形状に形成することができる。レジストアイランドのレジスト層82についても、接続部105bとなる位置に開口を形成する。この状態の基板230の全面にAl膜101を成膜して、反射部101の形状にパターニングする(図9(c))。これにより、図10に示したように、犠牲層281,81,141等を挟んで、可動板231,支持部102、103、接続部104、反射部支持部105,反射部101が、積層された基板230を形成することができる。
最後に、アッシングにより、犠牲層のレジスト層281,81,141,82を除去する。これにより、支持部102および支持部103が湾曲して図6のように可動板231上に立ち上がり、図6のミラー118の形状となる。また、可動板231も湾曲して、図1(b)のように基板230に対して立ち上がり、ミラー118を上下動することが可能な状態となる。以上により、ミラー構造体基板230を製造することができる。
最後に光導波路基板240とミラー構造体基板230とを位置合わせし、スペーサを挟んで重ね合わせて固定する。そして、光導波路基板240とミラー構造体基板230との間の空間にマッチングオイルを注入し、封止する。これにより、本実施の形態の光スイッチを製造することができる。
上述してきたように、本実施の形態の光スイッチは、ミラー118として、薄膜で形成した反射部101を、支持部102、103で垂直に持ち上げた構成であるため、反射部101の反射面として、薄膜の主平面を用いることができる。よって、反射面を容易に滑らかに形成できるため、高い反射率を得ることができる。また、ミラー118は、反射部支持部105を吊り下げることにより、反射部101を可動板231に近い低い位置に支持することができるため、反射部101が振動しにくい。しかも、光導波路基板240に凹部250を設けたことにより、吊り下げ型のミラー118を用いた場合であっても、接続部104および支持部102,103が光導波路基板240にぶつかることなく、反射部101を溝247の奥まで挿入できる。よって、振動に強く、消光比の大きな光スイッチを提供することができる。
また、上述の実施の形態の光スイッチに用いることのできるミラーとしては、上述したミラー118に限定されるものではない。本実施の形態のように凹部250を設けた光導波路基板は、反射部を支持する部材が、反射部の両脇に存在する構造のミラーを用いた場合に有効である。例えば、図11(a)、(b)に示したように、反射部101を両脇の2本の支持部102から下向き(可動板231側)につり下げた形状であるミラー117を用いることができる。このミラー117も、反射部101の可動板231からの高さが低く、可動板231が移動した場合にも反射部101が振動しにくいという利点がある。ミラー117は、支持部102の上端が、反射部101の上端と同じ高さであるため、凹部250の深さとしては、溝247と同等もしくはそれ以上に形成する。
また、上述してきた実施の形態では、光導波路基板240の溝247と両脇の凹部250とを連続させているが、必ずしも連続させる必要はない。また、ミラーの支持部の配置に応じて、ミラーの支持部が光導波路基板240とぶつかる部分のみに凹部250を設けることも可能である。
また、上述してきた実施の形態では、光導波路基板240の凹部250をエッチングにより形成しているが、エッチングに限らず機械的な加工等の他の方法により形成することも可能である。
以上説明したように、本発明によれば、反射率が高く、振動に強いミラーを用いた光スイッチを提供することができる。
なお、図1において、可動板231の位置を所望の高さで停止させることにより、本実施の形態の構成では、ミラー118の反射部101を光路の途中で停止させることができる。例えば、光束の半分や1/3等所望の光量を遮る高さで停止させることができる。これにより、本実施形態の光スイッチを所望の光量のみを通過させる、光量減衰器(アッテネータ)として用いることが可能である。この場合、ミラー118の反射部101に代えて、光反射率の低い膜を遮光部として搭載することが可能である。さらに、反射部101に代えて、偏光特性を有する偏光膜や、光波長フィルタ特性を有する光学薄膜を搭載することも可能である。これらを可動板231に搭載するこにより、偏光器、波長選択器等の光学装置を構成することができる。Hereinafter, an optical switch according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1A, the optical switch according to the present embodiment has a configuration in which an
As shown in FIGS. 2 and 3, the
A
Further, the Al film constituting the
1 and 4 show a state in which only one
Next, the configuration of the
As shown in FIGS. 5A, 5 </ b> B, and 6, the
One end of the two
The
Thus, by curving the
As described above, the structure of the
In order to solve this problem, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1A, 1B, and 2, the connecting
Moreover, in FIG. 1, FIG. 2, it forms so that the groove |
The operation of the optical switch of the present embodiment will be described by taking the
On the other hand, when no voltage is applied between the Al film on the
As shown in FIG. 6, the
Next, a method for manufacturing the
Next, a manufacturing method for forming the
First, the
Next, the
First, a resist
A resist
Finally, the resist
Finally, the
As described above, the optical switch according to the present embodiment has a configuration in which the
Further, the mirror that can be used in the optical switch of the above-described embodiment is not limited to the above-described
Further, in the embodiment described above, the
In the embodiment described above, the
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical switch using a mirror with high reflectivity and resistance to vibration.
In FIG. 1, by stopping the position of the
Claims (11)
前記ミラー部は、光反射部と、前記光反射部を前記可動部上に支持する支持部とを含み、
前記光導波路基板は、光路をスイッチングするために前記可動部によって前記光反射部が挿入されるための溝と、前記光反射部が前記溝に挿入される際に前記支持部の一部が入り込むための凹部とを有することを特徴とする光スイッチ。An optical waveguide substrate, a mirror part, and a movable part on which the mirror part is mounted;
The mirror part includes a light reflecting part and a support part that supports the light reflecting part on the movable part,
The optical waveguide substrate includes a groove for inserting the light reflecting portion by the movable portion to switch an optical path, and a part of the support portion enters when the light reflecting portion is inserted into the groove. An optical switch having a recess for the purpose.
前記光反射部および支持部は、それぞれ膜によって構成され、
前記支持部は、一方の端部が前記可動部に固定され、他方の端部は、直接または他の部材を介して前記光反射部と接続され、前記一方の端部から前記他方の端部に向かって湾曲することにより、前記光反射部を構成する膜の主平面を、前記光導波路基板の主平面に対して非平行に支持する構成であることを特徴とする光スイッチ。The optical switch according to claim 1,
The light reflecting portion and the supporting portion are each constituted by a film,
One end portion of the support portion is fixed to the movable portion, and the other end portion is connected to the light reflecting portion directly or through another member, and the one end portion to the other end portion. An optical switch characterized in that the main plane of the film constituting the light reflecting portion is supported non-parallel to the main plane of the optical waveguide substrate by being curved toward.
前記支持部の前記他方の端部は、前記光反射部の下端よりも高い位置に位置し、直接または前記他の部材を介して、前記光反射部を吊り下げた構成であり、
前記光反射部が前記溝に挿入される際に、前記光導波路基板の前記凹部には、前記支持部の前記他方の端部が入り込むことを特徴とする光スイッチ。The optical switch according to claim 2,
The other end of the support portion is positioned higher than the lower end of the light reflecting portion, and the light reflecting portion is suspended directly or via the other member.
When the light reflecting portion is inserted into the groove, the other end portion of the support portion enters the concave portion of the optical waveguide substrate.
前記支持部は、前記光反射部の両脇にそれぞれ配置され、前記光反射部を両側から支持する構成であり、
前記光導波路基板の前記凹部は、前記光反射部の両側の前記支持部に対応して、前記溝の両側に配置されていることを特徴とする光スイッチ。The optical switch according to claim 2 or 3,
The support portions are respectively arranged on both sides of the light reflection portion, and are configured to support the light reflection portion from both sides,
The concave portion of the optical waveguide substrate is disposed on both sides of the groove corresponding to the support portions on both sides of the light reflecting portion.
前記溝と前記凹部とは連続しており、前記溝および前記凹部には、屈折率整合のためのオイルが充填されていることを特徴とする光スイッチ。The optical switch according to claim 1, 2, 3 or 4,
The groove and the recess are continuous, and the groove and the recess are filled with oil for refractive index matching.
前記光学素子は、所望の光学特性を持つ光学膜と、前記光学膜を前記可動部上に支持する支持部とを含み、
前記光導波路基板は、前記可動部によって前記光学膜が挿入されるための溝と、前記光学膜が前記溝に挿入される際に前記支持部の一部が入り込むための凹部とを有することを特徴とする光学装置。An optical waveguide substrate, an optical element, and a movable part on which the optical element is mounted;
The optical element includes an optical film having desired optical characteristics, and a support part that supports the optical film on the movable part,
The optical waveguide substrate includes a groove into which the optical film is inserted by the movable part and a concave part into which a part of the support part enters when the optical film is inserted into the groove. Optical device characterized.
前記支持部は、膜によって構成され、一方の端部が前記可動部に固定され、他方の端部が直接または他の部材を介して前記光学膜と接続され、前記一方の端部から前記他方の端部に向かって湾曲することにより、前記光学膜の主平面を、前記光導波路基板の主平面に対して非平行に支持する構成であることを特徴とする光学装置。The optical device according to claim 6.
The support portion is formed of a film, one end portion is fixed to the movable portion, the other end portion is connected to the optical film directly or via another member, and the one end portion to the other end An optical device characterized in that the main plane of the optical film is supported non-parallel to the main plane of the optical waveguide substrate by bending toward the end of the optical film.
前記支持部の前記他方の端部は、前記光学膜の下端よりも高い位置に位置し、直接または前記他の部材を介して、前記光学膜を吊り下げた構成であり、
前記光学膜が前記溝に挿入される際に、前記光導波路基板の前記凹部には、前記支持部の前記他方の端部が入り込むことを特徴とする光学装置。The optical device according to claim 7.
The other end of the support is positioned higher than the lower end of the optical film, and the optical film is suspended directly or through the other member.
When the optical film is inserted into the groove, the other end portion of the support portion enters the concave portion of the optical waveguide substrate.
前記支持部は、前記光学膜の両脇にそれぞれ配置され、前記光学膜を両側から支持する構成であり、
前記光導波路基板の前記凹部は、前記光学膜の両側の前記支持部に対応して、前記溝の両側に配置されていることを特徴とする光学装置。The optical device according to claim 7 or 8,
The support portions are respectively arranged on both sides of the optical film, and are configured to support the optical film from both sides.
The optical device, wherein the concave portion of the optical waveguide substrate is disposed on both sides of the groove corresponding to the support portions on both sides of the optical film.
前記溝と前記凹部とは連続しており、前記溝および前記凹部には、屈折率整合のためのオイルが充填されていることを特徴とする光学装置。The optical device according to claim 6, 7, 8 or 9,
The optical device is characterized in that the groove and the recess are continuous, and the groove and the recess are filled with oil for refractive index matching.
前記光学膜が光を遮る膜で形成され、光量減衰器として機能することを特徴とする光学装置。The optical device according to claim 6, 7, 8, 9 or 10,
An optical device, wherein the optical film is formed of a film that blocks light and functions as a light amount attenuator.
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