KR20040044965A - 광 스위치 및 광 스위치 어레이 - Google Patents

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KR20040044965A
KR20040044965A KR10-2004-7004088A KR20047004088A KR20040044965A KR 20040044965 A KR20040044965 A KR 20040044965A KR 20047004088 A KR20047004088 A KR 20047004088A KR 20040044965 A KR20040044965 A KR 20040044965A
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가니에도모히코
가타야마마코토
니시무라마사유키
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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 광 스위치(70)는, 기판(72)상에 형성되는 광 도파로(71)가 형성되어 있고, 이 광 도파로(71)내에 설치된 절취부(74)에 외팔보 구조의 가동 부재(77)의 미러(79)가 장착된 선단부가 연장되어 있다. 이 절취부(74)에는 가동 부재(77)와 평행하게 전극(80)이 연장되어 있고, 전극(80)과 가동 부재(77)의 사이에 전압을 인가함으로써 미러(79)의 위치를 변경하여 스위칭을 실행한다.

Description

광 스위치 및 광 스위치 어레이{OPTICAL SWITCH AND OPTICAL SWITCH ARRAY}
종래에 있어서의 광 스위치로는, 예컨대 Vertical Mirrors Fabricated by Deep Reactive Ion Etching for Fiber-Optic Switching Applications, J. Microelectromechanical System(Vol.6 1997, p.277 ~ p.285)에 기재되어 있는 것이 알려져 있다. 이 문헌에 기재된 광 스위치는 지지 아암의 선단에 설치된 미러를 정전 액츄에이터에 의해 광로상에 미러를 출납하여 스위칭을 실행하는 것이다.
발명의 요약
그러나, 상기 종래 기술에 있어서는, 서로 직교하는 방향으로 교차하는 광축에 대하여 미러를 지지 아암의 연장 방향으로 직선적으로 출납하여 스위칭을 실행하기 때문에, 정전 액츄에이터의 구동 스토로크가 커지지 않을 수 없다. 이 때문에, 액츄에이터의 전유 면적이 커지므로, 광 스위치 전체가 대형화하여, 광 스위치의 고집적화가 곤란해진다.
본 발명의 목적은 소형화 및 고집적화를 도모할 수 있는 광 스위치 및 광 스위치 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 광 스위치는 베이스 부재와, 베이스 부재상에 형성되어 있는 평면 도파로(導波路)와, 베이스 부재에 외팔보 형태로 지지되며 변형에 의해 그 선단부의 평면 도파로의 면 방향에서의 위치를 변경 가능한 가동 부재와, 가동 부재의 선단부에 형성된 미러와, 가동 부재를 변형시켜 미러의 상기 평면 도파로에 대한 위치를 변경함으로써 평면 도파로에 있어서의 빛의 진행 방향의 전환을 실행하는 구동 수단을 구비하는 것이다.
이러한 광 스위치에 있어서는, 광로 전환을 실행하는 미러가 가동 부재의 선단부에 배치되고, 또한 가동 부재의 변형에 의해 미러의 위치를 전환 가능하도록 하고 있다. 이와 같이 가동 부재를 이동시키지 않고 변형에 의해 평면 도파로의 면 방향에서의 미러 위치의 변경을 가능하게 하고 있기 때문에, 광 스위치의 치수를 작게 하는 것이 가능해진다. 이로써, 광 스위치의 소형화 및 고집적화를 도모할 수 있다. 그 결과, 광 스위치의 어레이화를 용이하게 달성할 수 있다.
바람직하게는, 구동 수단은 가동 부재와 대향하도록 설치된 메인 전극과, 메인 전극과 가동 부재의 사이에 정전기력을 발생시키는 수단을 갖는다. 이 경우에는, 메인 전극과 가동 부재 사이에 발생하는 정전기력에 의해, 가동 부재의 기부(基部)를 지점(支点)으로 하여 가동 부재가 메인 전극에 접근하게 되고, 이로써 미러가 가동 부재의 연장 방향에 대하여 거의 수직인 방향으로 이동한다. 이와 같이 구동 수단을 간단한 구성으로 실현할 수 있다.
이 때, 메인 전극은 선단측으로부터 기단측을 향해 가동 부재와의 간격이 작아지도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 가동 부재가 메인 전극에 가까워짐에 따라, 메인 전극과 가동 부재의 간격이 전체적으로 작아지고, 메인 전극과 가동 부재 사이에 발생하는 정전기력이 커진다. 따라서, 가동 부재의 구동력(구동 전압)을 작게 하거나, 가동 부재의 길이를 짧게 할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 가동 부재에는 복수의 콤(comb: 櫛齒)을 갖는 제 1 콤부가 설치되고, 메인 전극에 있어서의 제 1 콤부와 대향하는 부위에는, 제 1 콤부의 각 콤 사이에 삽입되는 복수의 콤을 갖는 제 2 콤부가 설치된다. 이로써, 메인 전극의 표면적이 커지기 때문에, 메인 전극과 가동 부재의 사이에 발생하는 정전기력이 커진다. 따라서, 가동 부재의 구동력(구동 전압)을 작게 하거나, 가동 부재의 길이를 짧게 할 수 있다.
이 때, 가동 부재의 선단부에는 콤 지지부가 설치되고, 콤 지지부에 제 1 콤부가 설치되는 것이 바람직하다. 이로써, 메인 전극과 가동 부재의 사이에 발생하는 정전기력이 가동 부재의 선단부에 집중되기 때문에, 가동 부재의 선단부의 변위량이 커진다. 따라서, 예컨대 가동부재의 구동력을 더 작게 하여, 미러를 효율적으로 이동시킬 수 있다.
또한, 제 1 콤부의 각 콤의 선단과 제 2 콤부의 각 콤의 기단의 간격이 메인 전극의 기단측으로부터 선단측을 향해 커지도록, 제 2 콤부의 각 콤의 길이가 상이하게 구성할 수도 있다. 이로써, 가동 부재가 메인 전극으로 가까워짐에 따라, 제 1 콤부의 각 콤의 선단과 제 2 콤부의 각 콤부의 기단의 간격이 전체적으로 작아지기 때문에, 양자 사이에 발생하는 정전기력이 커진다. 따라서, 가동 부재의 구동 전압을 더 작게 하거나, 가동 부재의 길이를 더 짧게 할 수 있다.
또한, 구동 수단은 가동 부재의 메인 전극과는 반대측에 배치된 복귀용 전극(returning electrode)과, 복귀용 전극과 가동 부재의 사이에 정전기력을 발생시키는 수단을 더 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 예컨대 가동 부재가 메인 전극에 접근되어 있는 상태로부터, 메인 전극과 가동 부재 사이의 정전기력을 "오프"로 하는 동시에, 복귀용 전극과 가동 부재 사이에 정전기력을 발생시키면, 그 정전기력에 의해 복귀용 전극측으로 가동 부재가 접근되어, 미러가 초기 위치로 복귀된다. 따라서, 가동 부재의 부세력(付勢力)만으로 미러를 초기 위치로 복귀시키는 경우보다도, 미러를 복귀시킬 때의 가동 부재의 구동 속도를 높일 수 있다.
또한, 바람직하게는, 광로상을 통과하는 빛을 차단시키는 제 1 위치와 광로상을 통과하는 빛을 통과시키는 제 2 위치에 있어서 미러를 유지하는 위치 유지 수단을 더 구비한다. 이로써, 미러가 제 1 위치 및 제 2 위치에 있을 때는, 가동 부재에 구동용 전기 신호를 공급할 필요가 없어지기 때문에, 전력 소비량을 저감할 수 있다. 또한, 정전시에 있어도 미러를 제 1 위치 및 제 2 위치에 유지하는 것이 가능해진다.
이 때, 위치 유지 수단은 미러의 전면측에 배치되며 미러를 제 1 위치에 유지하기 위한 제 1 돌기와 미러를 제 2 위치에 유지하기 위한 제 2 돌기를 갖는 위치 유지용 가동부와, 위치 유지용 가동부를 가동 부재의 연장 방향으로 이동시키는 위치 유지용 구동부와, 가동 부재의 선단부에 설치되며 제 1 돌기 및 제 2 돌기가삽입되는 유지용 오목부를 갖는 것이 바람직하다. 미러를 제 1 위치에 유지할 때는, 위치 유지용 가동부를 가동 부재측으로 이동시켜 제 1 돌기를 유지용 오목부에 끼우고, 미러를 제 2 위치에 유지할 때는, 위치 유지용 가동부를 가동 부재측으로 이동시켜 제 2 돌기를 유지용 오목부에 끼운다. 한편, 미러의 위치 유지를 해제할 때는, 위치 유지용 가동부를 가동 부재의 반대측으로 이동시킨다. 이로써, 미러를 제 1 위치 및 제 2 위치에 확실히 유지할 수 있다.
또한, 위치 유지 수단은 미러의 전면측에 배치되어 가동 부재의 선단에 접촉하는 동시에, 가동 부재측에 힘을 가하는 스프링력을 갖는 스프링 부재일 수도 있다. 이 경우에는, 가동 부재가 스프링 부재에 가압되어, 미러가 제 1 위치 및 제 2 위치에 유지된다. 한편, 미러의 위치 유지를 해제할 때는, 구동 수단에 의해 스프링 부재의 스프링력보다도 큰 구동력을 가동 부재에 발생시켜, 스프링 부재를 수축시킨다. 이로써, 미러를 제 1 위치 및 제 2 위치에 확실히 유지할 수 있다. 또한, 이 경우에는 액츄에이터가 불필요해지기 때문에, 위치 유지 수단의 구조가 간단해진다.
또한, 위치 유지 수단은 미러의 전면측에 배치된 위치 유지용 가동부와, 위치 유지용 가동부와 대향하여 배치된 위치 유지용 전극과, 가동 부재의 선단부에 설치되어 미러를 제 1 위치에 유지하도록 위치 유지용 가동부를 로크하기 위한 제 1 유지용 절취부와, 가동 부재의 선단부에 설치되어 미러를 제 2 위치에 유지하도록 위치 유지용 가동부를 로크하기 위한 제 2 유지용 절취부를 포함할 수 있다. 미러를 제 1 위치에 유지할 때는, 위치 유지용 가동부를 위치 유지용 전극의 반대측으로 이동시켜 제 1 유지용 절취부에 대하여 로크한다. 미러를 제 2 위치에 유지할 때는, 위치 유지용 가동부를 위치 유지용 전극의 반대측으로 이동시켜 제 2 유지용 절취부에 대하여 로크한다. 한편, 미러의 위치 유지를 해제할 때는, 위치 유지용 가동부를 위치 유지용 전극으로 이동시킨다. 이로써, 미러를 제 1 위치 및 제 2 위치에 확실히 유지할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 가동 부재는 통상의 상태에 있어서 미러가 광로상을 통과하는 빛을 차단하도록 구성되어 있다. 이 경우에는, 미러가 빛을 차단하는 위치에 있을 때는, 미러면이 광 스위치의 폭 방향에 대하여 평행하게 되기 때문에, 광학적 특성이 저하되지 않고 빛이 미러에서 반사된다.
여기서, 평면 도파로는 코어의 주위를 제외한 부분의 클래드를 제거하여 형성된 클래드 제거부와, 클래드 제거부와 연결되도록 광로상에 설치되어, 미러가 들어가기 위한 절결부를 갖고, 가동 부재는 미러를 코어와 동일면내에 위치시키도록 클래드 제거부에 설치될 수도 있다. 이 경우에는, 광 스위치의 높이 치수가 낮게 억제되기 때문에, 예컨대 1 ×2 광 스위치를 구성하는 경우에, 소형의 광 스위치를 실현할 수 있다.
이 때, 클래드 제거부는 반응성 이온 에칭에 의해 클래드를 제거하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 클래드를 임의의 형상으로 용이하게 제거할 수 있다.
또한, 가동 부재 및 미러는 동일 재료로 동시에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 가동 부재 및 미러의 제작 공정을 간소화할 수 있다.
이 때, 가동 부재 및 미러는 실리콘으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 적정한 반사율을 가진 미러를 용이하게 형성할 수 있다.
바람직하게는, 가동 부재와 미러를 포함하는 미러 장치는 평면 도파로에 접합되어 있다. 이로써, 광 스위치를 간단히 제작할 수 있다.
이 때, 평면 도파로 및 미러 장치중 하나에는 위치 정렬용 볼록부가 설치되고, 평면 도파로 및 미러 장치중 다른 하나에는 위치 정렬용 볼록부에 끼워지는 위치 정렬용 오목부가 설치되는 것이 바람직하다. 이로써, 평면 도파로와 미러 장치를 접합할 때에, 평면 도파로와 미러 장치의 위치 정렬을 정확하고 또한 용이하게 실행할 수 있다.
또한, 평면 도파로와 미러 장치는 양극 접합되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 접합에 있어서 접착제 등을 이용하지 않아도 되기 때문에, 온도에 의한 변형 등이 방지되어, 평면 도파로와 미러 장치를 안정되게 접합시킬 수 있다.
이 때, 평면 도파로의 기판은 실리콘 또는 알칼리 금속 이온을 포함한 유리로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 양극 접합을 용이하게 실행하는 것이 가능해진다.
본 발명의 광 스위치 어레이는, 상술한 광 스위치 복수개를 동일 베이스 부재상에 고정한 것이다. 이 광 스위치의 배열 피치는 500㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 보다 소형이며 고집적의 광 스위치 어레이를 얻을 수 있다.
본 발명은 광통신 등에 사용되는 광 스위치 및 광 스위치 어레이에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광 스위치의 제 1 실시 형태를 도시한 개략도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선 단면도,
도 3a 및 도 3b는 도 1의 광 스위치에 있어서의 미러 장치 및 평면 도파로를 나타내는 모식도,
도 4a 내지 도 4f는 도 3a 및 도 3b의 미러 장치의 제작 프로세스의 일례를 도시하는 도면,
도 5a 내지 도 5d는 도 3a 및 도3b의 평면 도파로의 제작 프로세스의 일례를 도시하는 도면,
도 6은 도 1에 도시된 광 스위치를 응용한 광 스위치 어레이를 도시한 개략도,
도 7은 본 발명에 따른 광 스위치의 제 2 실시 형태를 도시한 개략도,
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 광 스위치의 제 3 실시 형태에 있어서의 위치 유지 기구 및 미러 위치의 전환 동작을 도시하는 도면,
도 9a 및 도 9b는 제 3 실시 형태의 광 스위치의 변형예를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명에 따른 광 스위치의 제 4 실시 형태에 있어서의 위치 유지 기구를 도시하는 도면,
도 11a 내지 도 11c는 도 10의 위치 유지 기구에 의한 미러 위치의 전환 동작을 도시하는 도면,
도 12 내지 도 16은 본 발명에 따른 광 스위치의 다른 실시 형태에 있어서의 가동 부재 및 전극을 각각 도시하는 도면,
도 17a 및 도 17b는 본 발명에 따른 광 스위치의 다른 실시 형태에 있어서의 가동 부재 및 전극의 작동 상태를 도시하는 도면,
도 18은 본 발명에 관한 광 스위치의 다른 실시 형태를 도시하는 도면.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 설명의 이해를 용이하게 하기 위해서, 각 도면에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 가능한 한 동일한 참조 번호를 붙여, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 광 스위치의 제 1 실시 형태를 도시한 개략도이고, 도 2는 그 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다. 이들 도면에 있어서, 본 실시 형태의 광 스위치(70)는 1 ×2 스위치이다. 광 스위치(70)는 평면 도파로(71)를 구비하고, 이 평면 도파로(71)는 실리콘 또는 석영 유리나 소다 유리 등의 알칼리 금속 이온을 포함한 유리 등으로 구성되는 기판(72)을 갖고 있다. 기판(72)상에는 광도파부(76)가 설치되고, 이 광도파부(76)는 광로 A 내지 광로 C를 형성하는 코어(91)와, 이 코어(91)의 주위에 설치된 클래드(92)로 이루어져 있다(도 3a 및 도 3b 참조). 또한, 기판(72)은 코어(91)의 주위를 제외한 부분에서 클래드(92)를 제거하여 형성된 클래드 제거부(73)를 갖고 있다. 기판(72)의 중앙부의 상면에는, 클래드 제거부(73)와 연결되는 절취부(74)가 설치되어 있고, 이 절취부(74)에서 광로 A 내지 광로 C가 교차하고 있다. 또한, 광로 A와 광로 B 사이의 간격은 예컨대 250㎛로 되어 있다. 또한, 절취부(74)의 폭은 예컨대 50㎛이다. 기판(72)상에는 도3a 및 도 3b에 도시하는 바와 같이 위치 정렬용 볼록부(90)가 설치된다.
이러한 베이스 기판(72)의 상면에는, 미러 장치(75)가 탑재되어 있다. 미러 장치(75)는 실리콘 기판(83)을 갖고, 이 실리콘 기판(83)상[실리콘 기판(83)의 하부]에는 두께가 2㎛인 산화 실리콘(SiO2)으로 이루어지는 절연층(84)을 거쳐 가동 부재(77) 및 전극(80)이 설치된다. 가동 부재(77) 및 전극(80)은 실리콘 등으로 형성되고, 그 두께는 50㎛이다. 또한, 가동 부재(77) 및 전극(80)의 재질인 실리콘에는 붕소 등의 불순물을 도핑함으로써, 도전성을 갖도록 하였다.
가동 부재(77)의 상부의 절연층(84)은 제거되고, 이로써 가동 부재(77)는 외팔보 구조가 된다. 가동 부재(77)는 광 스위치(70)의 폭 방향에 대하여 수직인 방향으로 절취부(74)까지 연장되어 있다. 가동 부재(77)의 선단측 부분에는, 복수개의 콤(78a)으로 이루어지는 콤부(78)가 형성되어 있다. 또한, 가동 부재(77)의 선단부에는, 광로 B상을 통과하는 빛을 차단하는 미러(79)가 일체 성형되어 있다. 미러(79)는 가동 부재(77)와 같은 실리콘으로 형성되어 있기 때문에, 어느 정도 높은 반사율을 갖고 있다. 미러(79)는 예컨대 두께가 10㎛, 높이가 50㎛, 폭이 100㎛라는 치수를 갖고 있다.
전극(80)은 가동 부재(77)에 대해 평행하게 절취부(74)까지 연장되어 있다. 전극(80)에 있어서의 콤부(78)에 대향하는 부위에는, 복수개의 콤(81a)으로 이루어지는 콤부(81)가 형성되어 있고, 콤(81a)이 콤부(78)의 각 콤(78a) 사이에 들어가도록 구성되어 있다. 또한, 가동 부재(77)와 전극(80)은 전압원(82)을 거쳐 접속되어 있고, 이 전압원(82)에 의해 가동 부재(77)와 전극(80) 사이에 소정의 전압을 인가함으로서, 가동 부재(77)와 전극(80) 사이에 정전기력이 발생하여 스위칭이 실행된다.
또한, 미러 장치(75)는, 도 3a 및 도 3b에 도시하는 바와 같이, 평면 도파로(71)의 위치 정렬용 볼록부(90)가 끼워지는 위치 정렬용 오목부(94)를 형성하는 돌기(93)를 갖고 있다. 그리고, 위치 정렬용 볼록부(90)를 위치 정렬용 오목부(94)에 끼워 넣은 상태에서, 미러 장치(75)가 평면 도파로(71)에 접합된다. 이 때, 미러 장치(75)의 가동 부재(77) 및 전극(80)이 평면 도파로(71)의 클래드 제거부(73)에 배치되고, 미러(79)가 코어(91)와 동일면내에 위치하도록 구성된다. 이로써, 광 스위치(70)의 높이 치수가 낮게 억제된다.
이러한 광 스위치(70)에 있어서, 초기 상태("오프" 상태)에서는 가동 부재(77)는 똑바로 연장되어 있다(도 1 참조). 이 상태에서는, 광로 A상을 통과하는 빛은 절취부(74)를 통과하여 광로 C로 유도된다. 한편, 전압원(82)에 의해 가동 부재(77)와 전극(80) 사이에 소정의 전압을 인가하면, 가동 부재(77)와 전극(80) 사이에 발생하는 정전기력에 의해 가동 부재(77)의 선단측 부분이 전극(80)으로 유도되어, 미러(79)가 절취부(74)내로 들어간다. 이 상태("온" 상태)에서는, 광로 A상을 통과하는 빛은 미러(79)에서 반사되어 광로 B로 유도된다.
다음에, 미러 장치(75)의 제작 공정의 일례를 도 4a 내지 도 4d에 나타낸다. 우선, SOI 웨이퍼를 준비한다. 이 웨이퍼는 두께 500㎛의 Si 기판(100)상에, 두께2㎛의 SiO2층(101)을 형성하고, 이 SiO2(101)상에 두께 50㎛의 Si층(102)을 형성하며, 이 위에 SiO2층(103)을 형성한 것이다(도 4a 참조). 이어서, 포토리소그래피에 의해, SiO2층(103)상에 가동 부재(77), 전극(80) 등을 형성하기 위한 레지스트 패턴(104)을 형성한다(도 4b 참조). 이어서, 그 레지스트 패턴(104)을 마스크로 하여, 반응성 이온 에칭에 의해 Si층(102)을 SiO2층(101)으로부터 두께 5㎛만 남기고 에칭한다(도 4c 참조). 이어서, 레지스트 패턴(104)을 제거하여, SiO2층(103)을 마스크로 하여, Si층(102)을 SiO2층(101)까지 에칭한다(도 4d 참조). 이어서, SiO2층(103)을 제거하여, 가동 부재, 미러 및 전극으로 되어 있는 부분에 Au나 Cr 등을 코팅한다(도 4e 참조). 이어서, 불화수소산(hydrofluoric acid)을 이용한 습식 에칭에 의해 SiO2층(희생층)(101)을 제거한다. 이로써, 패턴 폭이 작은 부분 아래의 SiO2층(101)이 완전히 제거되어, 외팔보가 형성된다(도 4f 참조).
이 때, 가동 부재, 미러 및 전극으로 되어 있는 부분의 두께와 Si층(102)의 두께에 5㎛의 차가 발생하도록 형성되어 있기 때문에, 미러 장치(75)와 평면 도파로(71)를 접합한 경우, 가동 부재(77) 및 전극(80)이 평면 도파로(71)에 접하지 않게 된다. 또한, 가동 부재(77), 미러(79), 전극(80)을 동일 재료로 동시에 형성하도록 했기 때문에, 미러 장치(75)의 제작 공정이 간소화된다.
도 5a 내지 도 5d는 본 실시 형태의 평면 도파로(71)의 제작 프로세스의 일례를 도시하는 도면이다. 우선, 실리콘, 석영 유리, 소다 유리 등으로 이루어지는기판(110)을 준비한다. 그리고, 기판(110)상에 석영 유리막(111)을 형성하고, 이 석영 유리막(111)상에 포토리소그래피 및 반응성 이온 에칭에 의해 코어(112)를 형성한다(도 5a 참조). 이어서, 이러한 석영 유리막(111)과 코어(112)상에 석영 유리로 이루어지는 클래드(113)를 형성한다(도 5b 참조). 이어서, 반응성 이온 에칭에 의해 코어(112)의 주위 이외의 클래드(113)를 제거한다(도 5c 참조). 이와 같이 반응성 이온 에칭을 이용하여 클래드(113)를 제거하도록 했기 때문에, 코어(112)의 주위를 제외한 클래드 제거부(73)를 용이하게 형성할 수 있다.
이렇게 하여 제작한 평면 도파로(71)에, 상기 미러 장치(75)를 뒤집어 양극 접합에 의해 고정함으로써, 상술한 광 스위치(70)를 얻을 수 있다(도 5d 참조). 이 때, 평면 도파로(71)에 위치 정렬용 볼록부(90)를 설치하는 동시에, 미러 장치(75)에 위치 정렬용 오목부(94)를 설치했기 때문에, 평면 도파로(71)와 미러 장치(75)를 접합할 때, 쌍방의 위치 정렬을 정확하고 또한 용이하게 실행할 수 있다. 또한, 평면 도파로(71)와 미러 장치(75)를 양극 접합하도록 했기 때문에, 접합에 있어서 접착제 등을 이용하지 않아도 된다. 이 때문에, 온도에 의한 변형이 거의 없고, 평면 도파로(71)와 미러 장치(75)를 안정되게 접합시킬 수 있다.
이상과 같이 구성한 본 실시 형태의 광 스위치(70)에 있어서는, 가동 부재(77)의 선단부에 미러(79)를 고정하고, 이 미러(79)를 절취부(74)의 연장 방향을 따라, 즉 가동 부재(77)의 연장 방향에 대하여 거의 수직인 방향(거의 광 스위치 폭 방향)으로 이동시키도록 가동 부재(77)를 구동하는 구성으로 했기 때문에, 미러(79)의 변위량이 적어도 된다. 또한, 가동 부재(77)를 외팔보 구조로 했기 때문에, 양단고정보 구조를 채용하는 경우에 비해 미러(79)를 소정량 변위시키는 구동력이 작아도 되고, 이에 부가하여 가동 부재(77), 미러(79), 전극(80)을 일체 성형함으로써, 전극(80)의 규모를 작게 할 수 있다. 이로써, 전극(80)을 가동 부재(77)를 따라 가늘게 할 수 있기 때문에, 광 스위치(70)의 폭 치수를 작게 할 수 있다. 따라서, 광 스위치의 소형화 및 고집적화를 도모할 수 있고, 광 스위치의 어레이화를 용이하게 달성하는 것이 가능해진다.
도 6은 상술한 광 스위치(70)를 응용한 광 스위치 어레이의 일례를 나타낸 것이다. 동 도면에 있어서, 광 스위치 어레이(30)의 평면 도파로(31)에는, 복수 채널의 광로 A 내지 광로 C가 형성되어 있다. 이러한 평면 도파로(31)의 각 채널의 광로 A 내지 광로 C의 교점상에는, 대응하는 미러 장치(33)가 각각 배치되어 있다. 이 미러 장치(33)는 상술한 광 스위치(70)의 미러 장치(75)와 동등한 구조를 갖고 있다. 각 미러 장치(33)의 배열 피치(P)[광 스위치 어레이(30)에 있어서의 1 채널의 폭 치수에 상당]는 바람직하게는 500㎛ 이하이다. 이와 같이 상술한 광 스위치(70)를 응용하여 광 스위치 어레이(30)를 구성함으로써, 광 스위치 어레이의 소형화 및 고집적화를 도모할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 광 스위치의 제 2 실시 형태를 도시한 개략도이다. 본 실시 형태의 광 스위치(120)는 가동 부재(121)와, 이 가동 부재(121)와 대향 배치된 전극(122)을 갖고 있다. 가동 부재(121)의 선단측 부분에는 콤부(124)가 형성되고, 전극(122)에 있어서의 콤부(124)와 대향하는 부위에는 콤부(125)가 형성되어 있다. 가동 부재(121)의 선단은 광로 A상을 통과하는 광을 차단하는 미러(123)가 일체 성형되어 있다. 이 미러(123)는 통상의 상태에 있어서 절취부(74)내로 들어가, 광로 A를 통과하는 빛을 차단하도록 구성되어 있다. 이로써, 미러(123)가 차단 위치에 있는 상태에서는, 미러(123)의 미러면이 광 스위치(120)의 폭 방향에 대하여 평행하기 때문에, 광학적 특성을 저하시키지 않고 빛을 미러(123)에서 반사시킬 수 있다.
본 발명에 따른 광 스위치의 제 3 실시 형태를 도 8a 및 도 8b에 의해 설명한다. 본 실시 형태의 광 스위치는 위치 유지 기구의 구성이 상기 실시 형태와 상이하다.
도 8a 및 도 8b에 있어서, 본 실시 형태의 광 스위치(40)는 미러(9)의 전면측에 배치된 위치 유지 기구로서의 스프링 부재(41)를 갖고 있다. 이 스프링 부재(41)의 선단은 가동 부재(7)의 선단에 접촉하고 있다. 스프링 부재(41)의 기단은, 예컨대 기판(72)(도 2참조)에 고정되어 있다. 스프링 부재(41)는 가동 부재(7)측으로 힘을 가하는 스프링력을 갖고 있고, 가동 부재(7)가 직선 형상으로 연장되어 있는 상태(도 8a 참조) 및 가동 부재(7)가 휘어진 상태(도 8b 참조)중 어느 상태에서도, 스프링 부재(41)의 스프링력에 의해 미러(9)를 각각 소정의 위치에 유지한다. 한편, 미러(9)의 위치를 전환할 때는, 도시하지 않은 전압원에 의해 스프링 부재(41)의 스프링력보다도 큰 구동력을 가동 부재(7)에 발생시킨다. 그렇게 하면, 스프링 부재(41)가 수축하여, 미러(9)의 위치 유지가 해제된다. 이와 같이 스프링 부재(41)로 위치 유지 기구를 구성함으로써, 자기 유지용의 액츄에이터가 불필요해 진다.
본 실시 형태의 광 스위치의 변형예를 도 9a 및 도 9b에 나타낸다. 동일 도면에 있어서, 광 스위치(45)는 상기 스프링 부재(41) 대신에, 양단이 예컨대 기판(72)(도 2 참조)에 고정된 스프링 부재(46)를 갖고 있다. 이 스프링부재(46)에는 L자형의 접속 부재(47)가 연결되고, 이 접속 부재(47)의 선단은 가동 부재(7)의 선단에 접촉하고 있다. 이러한 구성에 있어서도, 가동 부재(7)가 직선 형상으로 연장되어 있는 상태(도 9a 참조) 및 가동 부재(7)가 휘어진 상태(도 9b 참조)중 어느 상태에 있어서도, 스프링 부재(46)의 스프링력에 의해 미러(9)를 각각 소정의 위치에 유지한다.
본 발명에 따른 광 스위치의 제 4 실시 형태를 도 10 및 도 11a 내지 도 11c에 의해 설명한다. 본 실시 형태의 광 스위치도, 위치 유지 기구의 구성이 상기 실시 형태와 다르다. 도 10에 있어서, 본 실시 형태의 광 스위치(130)는 위치 유지 기구(131)를 갖고 있다. 이 위치 유지 기구(131)는 미러(9)의 전면측에 배치된 위치 유지용 가동부(133)를 갖고, 이 위치 유지용 가동부(133)의 선단측 부분에는, 예컨대 45도의 각도로 휘어진 벤딩부(133a)가 설치되어 있다. 이 벤딩부(133a)에는 복수개의 콤(137a)으로 이루어지는 콤부(137)가 형성되어 있다. 벤딩부(133a)에 대향한 위치에는, 위치 유지용 전극(134)이 배치되어 있다. 이 위치 유지용 전극(134)에는, 복수개의 콤(138a)으로 이루어지는 콤부(138)가 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, 위치 유지용 가동부(133)와 위치 유지용 전극(134)은 전압원을 거쳐 접속되어 있다.
또한, 가동 부재(7)의 선단부에는 미러(9)를 고정한 유지부(132)가 설치된다. 이 유지부(132)에는, 미러(9)를 차단 위치에 유지하도록 위치 유지용 가동부(133)의 벤딩부(133a)를 로크하기 위한 제 1 유지용 절취부(135)와, 미러(9)를 관통 위치에 유지하도록 벤딩부(133a)를 로크하기 위한 제 2 유지용 절취부(136)가 설치되어 있다.
이러한 광 스위치(130)에 있어서, 미러(9)를 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동시키는 순서를 도 11a 내지 도 11c에 도시한다. 우선, 위치 유지용 가동부(133)와 위치 유지용 전극(134) 사이에 소정의 전압을 인가함으로써, 도 11a에 도시하는 바와 같이 제 1 유지용 절취부(135)에 로크되어 있는 벤딩부(133a)를 위치 유지용 전극(134)으로 이동시켜, 벤딩부(133a)를 로크한 것을 해제한다. 그리고, 상술한 바와 같이 가동 부재(7)를 전극측에 인접시킴으로써, 미러(9)를 제 2 위치로 이동시킨다(도 11b 참조). 이어서, 위치 유지용 가동부(133)와 위치 유지용 전극(134) 사이로의 전압의 인가를 중지하고, 벤딩부(133a)를 위치 유지용 전극(134)의 반대측으로 이동시켜 제 2 유지용 절취부(136)에 대하여 로크시킨다(도 11c 참조).
이상과 같이, 긴 외팔보 구조의 위치 유지용 가동부(133)를 설치함으로써, 위치 유지 기구(131)의 폭을 예컨대 500㎛ 이하로 억제하면서, 저 전압으로 구동시킬 수 있다.
본 발명에 따른 광 스위치의 다른 실시 형태를 도 12 내지 도 16, 도 17a, 도 17b에 의해 설명한다. 이러한 실시 형태의 광 스위치는 가동 부재 또는 전극의 구성이 상기 실시 형태와 상이하다.
도 12에 도시하는 광 스위치(50)는 가동 부재(51)와 전극(52)을 갖고 있다. 가동 부재(51)는 콤부를 갖고 있지 않은 점만 상기 가동 부재(7, 77)와 상이하다. 전극(52)은 콤부를 갖고 있지 않은 점만 상기 전극(10, 80)과 상이하고, 가동 부재(51)에 대하여 전체적으로 평행하게 연장되어 있다.
도 13에 도시하는 광 스위치(53)는 가동 부재(51)와 전극(54)을 갖고 있다. 전극(54)에 있어서의 가동 부재(51)와의 대향면(54a)은 전극(54)의 선단측으로부터 기단측을 향해 가동 부재(51)와의 간격이 작아지도록 곡선 형상으로 되어 있다. 이 경우는, 가동 부재(51)가 전극(54)에 접근됨에 따라, 가동 부재(51)와 전극(54)의 간격이 전체적으로 작아지기 때문에, 가동 부재(51)와 전극(54) 사이에 발생하는 정전기력이 커진다. 따라서, 상기와 같이 가동 부재(51)의 구동 전압을 낮게 하거나, 가동 부재(51)의 길이를 짧게 할 수 있다.
또한, 전극(54)에 있어서의 가동 부재(51)와의 대향면(54a)의 형상은 특별히 곡선 형상에 한정하지 않고, 전극(54)의 선단측으로부터 기단측을 향해 가동 부재(51)와의 간격이 작아지는 것이면, 직선 형상이어도 무방하다.
도 14에 도시하는 광 스위치(55)는 가동 부재(56)와 상술한 전극(10)을 갖고 있다. 가동 부재(56)의 선단부에는 T자형의 콤 지지부(57)가 장착되고, 이 콤 지지부(57)에 상술한 콤부(8)가 설치되어 있다. 이 경우에는, 가동 부재(56)와 전극(10)의 사이에 발생하는 정전기력이 가동 부재(56)의 선단부에 집중되기 때문에, 가동 부재(56)의 선단부의 변위량이 커진다. 따라서, 가동 부재(56)의 구동 전압을 보다 낮게 하거나, 가동 부재(56)의 길이를 보다 짧게 할 수 있다.
도 15에 도시하는 광 스위치(58)는, 상술한 가동 부재(7)와 전극(59)을 갖고 있다. 전극(59)에 있어서의 가동 부재(7)의 콤부(8)에 대향하는 부위에는, 노치(60)가 형성되어 있고, 이 노치(60)에 상술한 콤부(11)가 설치된다. 또한, 전극(59)에 있어서의 가동 부재(7)와의 대향면(59a)은 전극(59)의 선단측으로부터 기단측을 향해 가동 부재(7)와의 간격이 작아지도록, 가동 부재(7)에 대하여 경사 방향으로 직선 형상으로 되어 있다.
이 경우에는, 콤부(11)에 의해 전극(59)의 표면적이 커지는 것뿐만 아니라, 가동 부재(7)가 전극(59)에 접근함에 따라서 가동 부재(7)와 전극(59)의 간격이 전체적으로 작아지기 때문에, 가동 부재(7)와 전극(59) 사이에 발생하는 정전기력이 커진다. 따라서, 가동 부재(7)의 구동 전압을 보다 낮게 하거나, 가동 부재(7)의 길이를 보다 짧게 할 수 있다.
도 16에 도시하는 광 스위치(61)는 상술한 가동 부재(7)와 전극(62)을 갖고 있다. 전극(62)에 있어서의 가동 부재(7)와의 대향면(62a)은 전극(62)의 선단측으로부터 기단측을 향해 가동 부재(7)와의 간격이 작아지도록 곡선 형상으로 되어 있다. 전극(62)의 다른 구성은 도 15에 도시하는 전극(59)과 동일하다. 이로써, 도 15에 도시하는 광 스위치(58)와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
도 17a 및 17b에 도시하는 광 스위치(140)는 가동 부재(141)와 전극(142)을 갖고 있다. 가동 부재(141)의 선단측 부분에는 복수의 콤(143a)을 갖는 콤부(143)가 설치된다. 전극(142)에 있어서의 콤부(143)와 대향하는 부분에는 전극(142)의 기단측으로부터 선단측을 향해 가늘어지는 테이퍼면(145a)을 형성하는 노치(145)가설치되어 있다. 그리고, 이 노치(145)에 복수의 콤(144a)을 갖는 콤부(144)가 설치되어 있다. 콤부(144)의 각 콤(144a)은 전극(142)의 기단측으로부터 선단측을 향해 길게 되어 있다. 이로써, 가동 부재(141)가 도 17a에 도시하는 바와 같은 초기 상태에 있을 때는, 콤부(143)의 각 콤(143a)의 선단과 콤부(144)의 각 콤(144a)의 기단[테이퍼면(145a)]의 갭이 전극(142)의 기단측으로부터 선단측을 향해 커진다.
이러한 초기 상태에 있어서, 가동 부재(141)와 전극(142)의 사이에 소정의 전압을 인가하면, 도 17b에 도시하는 바와 같이 콤부(143)의 각 콤(143a)의 선단과 콤부(144)의 각 콤(144a)의 기단[테이퍼면(145a)]의 갭이 전체적으로 작아진다. 이 때문에, 양자간에 작용하는 정전기력이 커지기 때문에, 가동 부재(141)의 구동 전압을 더 작게 하거나, 가동 부재(141)의 길이를 더 짧게 할 수 있다.
본 발명에 따른 광 스위치의 또 다른 실시 형태를 도 18에 도시한다. 동일 도면에 있어서, 본 실시형태의 광 스위치(150)는 선단에 미러(158)를 갖는 가동 부재(151)를 구비하고 있다. 이 가동 부재(151)의 일측의 선단측 부분에는, 복수의 콤(154a)을 갖는 콤부(154)가 설치되고, 이 콤부(154)의 반대측에는, 복수의 콤(155a)을 갖는 콤부(155)가 설치된다. 이러한 가동 부재(151)의 콤부(154)측에는 메인 전극(152)이 배치되어 있고, 이 메인 전극(152)에 있어서의 콤부(154)에 대향하는 부위에는, 콤부(154)의 각 콤(154a) 사이에 삽입되는 복수의 콤(156a)을 갖는 콤부(156)가 설치되어 있다. 또한, 가동 부재(151)의 콤부(155)측에는 복귀용 전극(153)이 배치되어 있고, 이 복귀용 전극(153)에 있어서의 콤부(155)에 대향하는 부위에는 콤부(155)의 각 콤(155a) 사이에 삽입되는 복수의 콤(157a)을 갖는 콤부(157)가 설치된다. 또한, 가동 부재(151)와 메인 전극(152)은 전압원(159)을 거쳐 접속되고, 가동 부재(151)와 복귀용 전극(153)은 전압원(160)을 거쳐 접속되어 있다.
이러한 광 스위치(150)에 있어서, 미러(158)가 도 18에 도시하는 초기 위치에 있는 상태에서, 전압원(159)에 의해 가동 부재(151)와 메인 전극(152) 사이에 소정의 전압을 인가하면, 가동 부재(151)와 메인 전극(152) 사이에 발생하는 정전기력에 의해, 가동 부재(151)가 메인 전극(152)에 접근된다. 그 상태로부터, 전압원(159)에 의한 전압의 인가를 정지하는 동시에, 전압원(160)에 의해 가동 부재(151)와 복귀용 전극(153) 사이에 소정의 전압을 인가하면, 가동 부재(151)와 복귀용 전극(153) 사이에 발생하는 정전기력에 의해, 가동 부재(151)가 복귀용 전극(153)측에 접근되고, 미러(158)가 초기 상태로 복귀된다.
이와 같이 복귀용 전극(153)을 설치했기 때문에, 가동 부재(151)의 가압력만으로 미러(158)를 초기 위치로 복귀시키는 경우에 비해, 미러(158)를 복귀시킬 때의 가동 부재(151)의 구동 속도가 빨라진다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 가동 부재와 전극의 사이에 정전기력을 발생시켜 가동 부재를 구동하는, 이른바 정전 액츄에이터을 이용하고 있지만, 가동 부재를 구동하는 수단으로는 그밖에도 전자 액츄에이터나 열 액츄에이터를 이용할 수도 있다.
또한, 상기 실시 형태의 광 스위치는 1 ×2 스위치이지만, 본 발명은 온/오프 스위치나 n ×n 매트릭스 스위치의 광 스위치 등에도 적용 가능하다.
본 발명은 광통신 등에 이용하는 광 스위치 및 광 스위치에 바람직하다.

Claims (22)

  1. 광 스위치에 있어서,
    베이스 부재와,
    상기 베이스 부재상에 형성되어 있는 평면 도파로와,
    상기 베이스 부재에 외팔보 형태로 지지되고, 변형에 의해 그 선단부의 상기 평면 도파로의 면 방향에서의 위치를 변경 가능한 가동 부재와,
    상기 가동 부재의 선단부에 형성된 미러와,
    상기 가동 부재를 변형시켜 상기 미러의 상기 평면 도파로에 대한 위치를 변경함으로써 상기 평면 도파로에 있어서의 빛의 진행 방향의 전환을 실행하는 구동 수단을 포함하는
    광 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 상기 가동 부재와 대향하도록 설치된 메인 전극과, 상기 메인 전극과 상기 가동 부재 사이에 정전기력을 발생시키는 수단을 구비하는
    광 스위치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 메인 전극은 선단측으로부터 기단측을 향해 상기 가동 부재와의 간격이작게 설정되어 있는
    광 스위치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 가동 부재에는 복수의 콤을 갖는 제 1 콤부가 설치되고, 상기 메인 전극에 있어서의 상기 제 1 콤부와 대향하는 부위에는 상기 제 1 콤부의 각 콤 사이에 삽입되는 복수의 콤을 갖는 제 2 콤부가 설치되는
    광 스위치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가동 부재의 선단부에는 콤 지지부가 설치되고, 상기 콤 지지부에 상기 제 1 콤부가 설치되는
    광 스위치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 콤부의 각 콤의 선단과 상기 제 2 콤부의 각 콤의 기단의 간격이 상기 메인 전극의 기단측으로부터 선단측을 향해 커지도록 상기 제 2 콤부의 각 콤의 길이를 다르게 한
    광 스위치.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 상기 가동 부재의 상기 메인 전극과 반대측에 배치된 복귀용 전극과, 상기 복귀용 전극과 상기 가동 부재 사이에 정전기력을 발생시키는 수단을 더 구비하는
    광 스위치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광로상을 통과하는 빛을 차단시키는 제 1 위치와 상기 광로상을 지나는 빛을 통과시키는 제 2 위치에 있어서 각각 상기 미러 위치를 유지하는 위치 유지 수단을 더 구비하는
    광 스위치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 위치 유지 수단은, 상기 미러의 전면측에 배치되며 상기 미러를 상기 제 1 위치에 유지하기 위한 제 1 돌기와 상기 미러를 상기 제 2 위치에 유지하기 위한 제 2 돌기를 구비한 위치 유지용 가동부와, 상기 위치 유지용 가동부를 상기 가동 부재의 연장 방향으로 이동시키는 위치 유지용 구동부와, 상기 가동 부재의 선단부에 설치되며 상기 제 1 돌기 및 상기 제 2 돌기가 삽입되는 유지용 오목부를 구비하는
    광 스위치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 위치 유지 수단은, 상기 미러의 전면측에 배치되어 상기 가동 부재의 선단에 접촉되는 동시에 상기 가동 부재측에 힘을 가하는 스프링력을 갖는 스프링 부재인
    광 스위치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 위치 유지 수단은 상기 미러의 전면측에 배치된 위치 유지용 가동부와, 상기 위치 유지용 가동부와 대향하여 배치된 위치 유지용 전극과, 상기 가동 부재의 선단부에 설치되며 상기 미러를 상기 제 1 위치에 유지하도록 상기 위치 유지용 가동부를 로크하기 위한 제 1 유지용 절취부와, 상기 가동 부재의 선단부에 설치되며 상기 미러를 상기 제 2 위치에 유지하도록 상기 위치 유지용 가동부를 로크하기 위한 제 2 유지용 절취부를 구비하는
    광 스위치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재는 통상의 상태에 있어서 상기 미러가 상기 광로상을 통과하는 빛을 차단하도록 구성되어 있는
    광 스위치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평면 도파로는 코어의 주위를 제외한 부분의 클래드를 제거하여 형성된 클래드 제거부와, 상기 클래드 제거부와 연결되도록 상기 광로상에 설치되며 상기 미러가 들어가기 위한 절취부를 구비하고, 상기 가동 부재는 상기 클래드 제거부에 설치되어 있는
    광 스위치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 클래드 제거부는 반응성 이온 에칭에 의해 상기 클래드를 제거하여 형성되어 있는
    광 스위치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 가동 부재 및 상기 미러는 동일 재료로 일체 형성되어 있는
    광 스위치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 가동 부재 및 상기 미러는 실리콘으로 이루어지는
    광 스위치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재와 상기 미러를 포함하는 미러 장치는 상기 평면 도파로에 접합되어 있는
    광 스위치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 평면 도파로 및 상기 미러 장치중 하나에는 위치 정렬용 볼록부가 설치되고, 상기 평면 도파로 및 상기 미러 장치중 다른 하나에는 상기 위치 정렬용 볼록부에 끼워지는 위치 정렬용 오목부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    광 스위치.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 평면 도파로와 상기 미러 장치는 양극 접합되어 있는 것을 특징으로 하는
    광 스위치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 평면 도파로의 기판은 실리콘 또는 알칼리 금속 이온을 포함한 유리로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는
    광 스위치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항중 어느 한 항에 기재된 광 스위치 복수개를 동일 베이스 부재상에 배치한
    광 스위치 어레이.
  22. 제 21 항에 있어서,
    각 광 스위치의 배열 피치를 500㎛ 이하로 한
    광 스위치 어레이.
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