DE60302015T2

DE60302015T2 - Optischer Schalter mit verbessertem Faser-Justagesystem

Info

Publication number: DE60302015T2
Application number: DE60302015T
Authority: DE
Inventors: Masaya c/o Tamura (A170) Int. Prop. Dptm, Nagaokakyo-shi
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: JP2004061951A; EP1387196A1; CN1482483A; EP1387196B1; DE60302015D1; CN1306300C; US7046873B2; JP3719239B2; US20040052447A1; KR20040011351A; KR100488814B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Schaltvorrichtung zum Schalten eines optischen Wegs, der zwischen eine Mehrzahl von Fasern geschaltet ist, beispielsweise unter Verwendung eines Spiegels.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine optische Schaltvorrichtung ist allgemein bekannt, die ein erstes Substrat umfasst, das ein Siliziumsubstrat umfasst und ein zweites Substrat, das ein weiteres Siliziumsubstrat umfasst und angeordnet ist, um an das erste Substrat anzustoßen. Das zweite Substrat ist mit vier Faserbefestigungsrillen versehen, die 90° entfernt voneinander angeordnet sind, um dem ersten Substrat zugewandt zu sein und sich radial auszudehnen und eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung mit einem Spiegel, der zwischen zwei jeweilige optische Fasern, die einander gegenüberliegen, eindringt und sich von zwischen denselben zurückzieht, zum Schalten eines optischen Wegs zwischen den beiden optischen Fasern (beispielsweise USP Nr. 6,315,462).
Falls bei einer solchen herkömmlichen Technik die elektrostatische Betätigungsvorrichtung angehalten wird, so dass der Spiegel zwischen die Fasern eindringt, werden Lichtstrahlen, die von den optischen Fasern emittiert werden, durch den Spiegel in senkrechten Richtungen reflektiert, so dass die jeweiligen zwei optischen Fasern, die senkrecht zueinander angeordnet sind, miteinander verbunden sind. Falls andererseits die elektrostatische Betätigungsvorrichtung betrieben wird, so dass sich der Spiegel von zwischen den optischen Fasern zurückzieht, verlaufen Lichtstrahlen, die von optischen Fasern emittiert werden, gerade, so dass die jeweiligen zwei optischen Fasern, die einander gegenüberliegen, miteinander verbunden sind.
Um bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technik optische Achsen von optischen Fasern auszurichten, ist übrigens eine von zwei Innenoberflächen, die einander in der Faserbefestigungsrille gegenüberliegen, mit einer elastischen Halterung zum Drücken der optischen Faser zu der anderen Oberfläche hin versehen. Obwohl die optische Faser durch diese elastische Halterung in der horizontalen Richtung des zweiten Substrats positioniert werden kann, ist dieselbe jedoch nicht in der vertikalen Richtung positioniert. Um die optischen Achsen von optischen Fasern auszurichten, ist es daher notwendig, die optische Faser unter Verwendung eines zusätzlichen Bauglieds zu dem ersten Substrat hin zu drücken, so dass beim Befestigen der optischen Faser Schwierigkeiten aufgetreten sind.
Die US 6,315,462 offenbart einen Faseroptikschalter und einen Prozess für dessen Herstellung. Der Optikschalter umfasst nachgiebige Halterungen 13a bis 13d zum Drücken der eingeführten Lichtführung zu der gegenüberliegenden Kanalwand, wobei die Lichtführung zu der gegenüberliegenden Kanalwand hin gedrückt wird.
Liu Jing-quan u. a. offenbaren in „A novel device of passive and fixed alignment of optical fiber using SU-8 photoresist", SPIE Proceedings Band 4928, MEMS/MOEMS Technologies and Application, Seiten 1–5, 2002 eine Konfiguration einer Vorrichtung, die feste Ausrichtungen einer optischen Faser umfasst, wobei das Positionieren und Klemmen der optischen Faser erreicht wird durch eine Blattfeder mit einem Beugergelenk, wobei die Blattfeder angeordnet ist zum schrägen Drücken der optischen Faser zu beiden Wänden hin.
C. Strandman und R. Gupta offenbaren in „Modelling of fibre holding elements in silicon", Micromech. Microeng., Band 9, Seiten 277 – 282, 1999 eine v-Rille mit Faserhaltelementen, die eine optische Faser befestigen.
Todd Christenson offenbart in „X-Ray-Based Fabrication", Kapitel 18, Seite 29, in „The MEMS Handbook", CRC Press, 2002 einen teilweise freigegebenen elektrostatischen Nickelkammantrieb.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konzept zum Positionieren und Befestigen einer Mehrzahl von optischen Fasern in Faserbefestigungsrillen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine optische Schaltvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, schaffen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine optische Schaltvorrichtung, die in der Lage ist, eine optische Faser in zwei senkrechten Richtungen zu positionieren, um die Leichtigkeit der Befestigung der optischen Faser zu verbessern.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, umfasst eine optische Schaltvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein erstes Substrat, ein zweites Substrat, das angeordnet ist, um an das erste Substrat anzustoßen und das eine Mehrzahl von Faserbefestigungsrillen aufweist, die darauf angeordnet sind, benachbart zu dem ersten Substrat, eine Mehrzahl von optischen Fasern, die in jeder der Mehrzahl von Faserbefestigungsrillen des zweiten Substrats angeordnet sind, und einander in einem Abstand gegenüberliegen, und eine Betätigungsvorrichtung zum Schalten eines optischen Wegs zwischen den optischen Fasern durch Voranschreiten und Zurückziehen von zwischen der Mehrzahl von optischen Fasern, die auf dem zweiten Substrat angeordnet sind, wobei das zweite Substrat mit einer Faserklemme zum Drücken der optischen Faser hin zu einer der beiden Innenoberflächen der Faserbefestigungsrille, die einander gegenüberliegen, vorgesehen ist, und auch hin zu dem ersten Substrat.
Durch Aufbauen der optischen Schaltvorrichtung auf solche Weise kann die optische Faser, wenn die optische Faser in die Faserbefestigungsrille eingefügt wird, unter Verwendung der Faserklemme zu einer der beiden Innenoberflächen in der Faserbefestigungsrille hin gedrückt werden, und auch zu dem ersten Substrat hin. Daher kann die optische Faser ohne Verwenden eines zusätzlichen Bauglieds nur durch Einfügen der optischen Faser in die Faserbefestigungsrille in zwei senkrechten Richtungen positioniert werden, wodurch eine wesentlich verbesserte und sehr leichte Befestigung der optischen Faser ermöglicht wird.
Die Faserklemme umfasst vorzugsweise eine Federeinheit mit einem hinteren Anker, der an einer Innenoberfläche der Faserbefestigungsrille befestigt ist, und einer Endextremität, die in Breiterichtungen der Faserbefestigungsrille beweglich ist, und eine Drückeinheit, die benachbart zu der Endextremität der Federeinheit angeordnet ist, zum schrägen Drücken der optischen Faser zu der anderen Innenoberfläche hin und auch zu dem ersten Substrat hin.
Dadurch wird die Drückeinheit durch die elastischen Eigenschaften der Federeinheit elastisch in Kontakt mit der optischen Faser gebracht, während dieselbe in der Lage ist, die optische Faser zu positionieren durch schräges Drücken der optischen Faser zu der anderen Innenoberfläche hin, und auch zu dem ersten Substrat hin.
Die Drückeinheit ist vorzugsweise mit einer geneigten Ebene versehen, die darauf gebildet ist, die in der Dickerichtung des zweiten Substrats geneigt ist, um in Oberflächenkontakt mit der optischen Faser gebracht zu werden.
Da die geneigte Ebene in Oberflächenkontakt mit der optischen Faser gebracht wird, kann eine schräge Schubkraft, die in der Dickerichtung des zweiten Substrats geneigt ist, erzeugt werden, im Vergleich zu dem Fall, wo Ecken der Drückeinheit in Linienkontakt mit der optischen Faser gebracht werden, so dass die Schubkraft stabil auf die optische Faser in einer schrägen Richtung aufgebracht werden kann. Falls außerdem ein Siliziumsubstrat, das aus monokristallinem Silizium hergestellt ist, als zweites Substrat verwendet wird, kann durch Durchführen von anisotropem Ätzen auf dem Siliziumsubstrat die Drückeinheit, die die geneigte Ebene aufweist, hergestellt werden. Daher kann im Vergleich zu dem Fall, wo das reaktive Ionenätzen verwendet wird, die Bearbeitungszeit für die Drückeinheit reduziert werden.
Die Betätigungsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Arm, der benachbart zu der Oberfläche des zweiten Substrats angeordnet ist, und sich über die Mehrzahl von optischen Fasern erstreckt, einen Spiegel, der in der Mitte des Arms in der longitudinalen Richtung angeordnet ist und sich zu dem ersten Substrat hin erstreckt, und zwei Antriebseinheiten, die benachbart zu gegenüberliegenden Enden des Arms angeordnet sind, zum Verschieben des Arms in der longitudinalen Richtung desselben, um den Spiegel anzutreiben, um zu der Mitte des optischen Wegs fortzuschreiten und von derselben zurückzuziehen, und wobei die Faserklemme zusammen mit dem Arm der Betätigungsvorrichtung aufgebaut ist, um die Faserklemme benachbart zu der Oberfläche des zweiten Substrats zu positionieren.
Dadurch kann der Spiegel unter Verwendung der beiden Antriebseinheiten getrieben werden, um zu der Mitte des optischen Wegs fortzuschreiten und sich davon zurückzuziehen, so dass der optische Weg unter Verwendung des Spiegels geschaltet werden kann. Da der Spiegel in der Mitte des Arms angeordnet ist, können die Antriebseinheiten, wie z. B. elektrostatische Betätigungsvorrichtungen, an zwei Stellen benachbart zu gegenüberliegenden Enden des Arms vorgesehen sein, während die Antriebseinheit nur an einer Stelle angeordnet sein kann, die der hintere Anker des Arms ist, wenn der Spiegel an der Endextremität des Arms vorgesehen ist. Daher wird der Spiegel unter Verwendung der beiden Antriebseinheiten angetrieben, um voranzuschreiten und sich zurückzuziehen, so dass die Spannung, die an jede der Antriebseinheiten angelegt ist, reduziert werden kann, was es ermöglicht, dass die Bedienbarkeit verbessert wird im Vergleich zu dem Fall, wo eine Antriebseinheit verwendet wird. Da die Faserklemme ferner zusammen mit dem Arm der Betätigungsvorrichtung aufgebaut ist, kann die Bearbeitungszeit durch reaktives Ionenätzen reduziert werden im Vergleich zu dem Fall, wo die Betätigungsvorrichtung getrennt von der Faserklemme bearbeitet wird.
Andere Merkmale, Elemente, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht einer optischen Schaltvorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, gezeigt in einem Zustand, in dem ein Glassubstrat zum Abdecken entfernt ist;
2 ist eine Schnittansicht einer Faserbefestigungsrille, einer Faserklemme, eines Spiegels usw. in der Richtung des Pfeils II-II in 1;
3 ist eine vergrößerte Draufsicht wesentlicher Teile der Faserbefestigungsrille, der Faserklemme usw., die in 1 gezeigt sind;
4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht wesentlicher Teile der Faserklemme und einer optischen Faser, die in 3 gezeigt sind;
5 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine flache Rille auf einem Siliziumsubstrat in der gleichen Position wie diejenige in 2 gebildet ist;
6 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine vorläufige Faserbefestigungsrille auf dem in 5 gezeigten Siliziumsubstrat gebildet ist;
7 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein tragendes Glassubstrat auf der Unteroberfläche des in 6 gezeigten Siliziumsubstrats verbunden ist;
8 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem reaktives Ionenätzen von der Oberfläche des in 7 gezeigten Siliziumsubstrats durchgeführt wird, um die Faserklemme, den Spiegel usw. zu bilden;
9 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Glassubstrat zum Abdecken auf der Oberfläche des in 8 gezeigten Siliziumsubstrats verbunden ist;
10 ist eine Schnittansicht einer Faserbefestigungsrille, einer Faserklemme, eines Spiegels usw. gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel an der gleichen Position wie derjenigen in 2;
11 ist eine vergrößerte Draufsicht wesentlicher Teile der Faserbefestigungsrille, der Faserklemme, usw.;
12 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht wesentlicher Teile der Faserklemme und der optischen Faser, die in 3 gezeigt sind;
13 ist eine Schnittansicht in der gleichen Position wie diejenige in 10, die einen Zustand zeigt, in dem isotropes Ätzen von der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats durchgeführt wird, um eine vorläufige geneigte Rille zu bilden;
14 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem isotropes Ätzen ferner auf dem in 13 gezeigten Siliziumsubstrat durchgeführt wird, um eine hohle Rille und eine endgültige geneigte Rille zu bilden;
15 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das tragende Glassubstrat auf der Unteroberfläche des in 14 gezeigten Siliziumsubstrats verbunden ist;
16 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem reaktives Ionenätzen von der Oberfläche des in 15 gezeigten Siliziumsubstrats durchgeführt wird, um die Faserklemme, den Spiegel usw. zu bilden;
17 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Glassubstrat zum Abdecken auf der Oberfläche des in 16 gezeigten Siliziumsubstrats verbunden ist;
18 ist eine Draufsicht einer optischen Schaltvorrichtung gemäß einem dritten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in einem Zustand gezeigt, in dem ein Glassubstrat zum Abdecken entfernt ist;
19 ist eine Schnittansicht einer Faserbefestigungsrille, einer Faserklemme, eines Spiegels usw., in der Richtung des Pfeils IX-IX in 18;
20 ist eine Schnittansicht an der gleichen Position wie in 19, die einen Zustand zeigt, in dem reaktives Ionenätzen von der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats durchgeführt wird, um eine vorläufige Faserbefestigungsrille und eine vorläufige konkave Rille zu bilden;
21 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Metallmaske an der Unteroberfläche des in 20 gezeigten Siliziumsubstrats befestigt ist, um einen Spiegelfilm zu bilden;
22 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das tragende Glassubstrat auf der Unteroberfläche des in 21 gezeigten Siliziumsubstrats verbunden ist;
23 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Oberfläche des in 22 gezeigten Siliziumsubstrats poliert ist;
24 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem reaktives Ionenätzen von der Oberfläche des in 23 gezeigten Siliziumsubstrats durchgeführt wird, um die Faserklemme, den Spiegel usw. zu bilden;
25 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Glassubstrat zum Abdecken auf der O berfläche des in 24 gezeigten Siliziumsubstrats verbunden ist;
26 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Arm, einem Spiegel und einer optischen Faser gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
27 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Arm, einem Spiegel und einer optischen Faser eines Vergleichsbeispiels zeigt;
28 ist eine Draufsicht einer optischen Schaltvorrichtung eines modifizierten Beispiels der vorliegenden Erfindung, die in einem Zustand gezeigt ist, in dem ein Glassubstrat zum Abdecken entfernt ist; und
29 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem die in 28 gezeigte optische Schaltvorrichtung durch eine Antriebseinheit angetrieben wird.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Eine optische Schaltvorrichtung gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Zuerst zeigen 1 bis 9 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Glassubstrat 1 aus einem Glasmaterial hergestellt ist, um eine im Wesentlichen rechteckige Plattenform als ein erstes Substrat zu haben. Das Glassubstrat 1 hat eine im Wesentlichen flache Oberfläche, auf der Faserbefestigungsrillen 3 und eine Betätigungsvorrichtung 6 usw. gebildet werden, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Ein Siliziumsubstrat 2 ist angeordnet, um an eine Oberfläche des Glassubstrats 1 als ein zweites Substrat anzustoßen, und ist aus einem monokristallinem oder polykristallinem Siliziummaterial hergestellt, um eine im Wesentlichen rechteckige Plattenform mit im Wesentlichen der gleichen Größe wie diejenige des Glassubstrats 1 aufzuweisen. Das Siliziumsubstrat 2 ist auf der Oberfläche des Glassubstrats 1 verbunden, beispielsweise mit einem Anodenkopplungsverfahren.
Vier Faserbefestigungsrillen 3 insgesamt sind zwischen dem Glassubstrat 1 und dem Siliziumsubstrat 2 gebildet, und sind radial (kreuzweise) bei etwa 90° entfernt voneinander angeordnet. Die Faserbefestigungsrillen 3 sind linear entlang zwei optischen Wegen O1 und O2 angeordnet, die sich schneiden (im Wesentlichen senkrecht zueinander), und jeweils zwei Rillen 3 sind angeordnet, dass sie den zentralen Schnittpunkt 4 der optischen Wege O1 und O2 zwischen sich anordnen. Die Faserbefestigungsrillen 3 sind gebildet, um das Siliziumsubstrat 2 in der Dickerichtung zu durchdringen und das Siliziumsubstrat 2 in vier im Wesentlichen dreieckige Inseln 2A zu trennen, während die Innenoberflächen 3A und 3B, die einander gegenüberliegen, in der Rille 3 gebildet sind, und das Glassubstrat 1 auf der Unteroberfläche der Rille 3 freigelegt ist.
Vier optische Fasern 5, die an den Faserbefestigungsrillen 3 befestigt sind, sind insgesamt entlang den optischen Wegen O1 und O2 gesamt angeordnet, zwei für jeden derselben. Die jeweiligen zwei optischen Fasern 5, die entlang jedem der optischen Wege O1 und O2 angeordnet sind, liegen einander gegenüber mit einem Abstand zwischen denselben, der den zentralen Schnittpunkt 4 umgibt.
Eine Betätigungsvorrichtung 6 ist auf der Insel 2A des Siliziumsubstrats 2 angeordnet, das zwischen den beiden Faserbefestigungsrillen 3 angeordnet ist und umfasst im Allgemeinen einen Arm 7, der sich linear von dem zentralen Schnittpunkt 4 der optischen Wege O1 und O2 zu der Insel 2A hin erstreckt, einen Spiegel mit dünner Breite 8, der an der Endextremität des Arms 7 gebildet ist, und in der Lage ist, in den zentralen Schnittpunkt 4 einzudringen und sich von demselben zurückzuziehen, und eine Antriebseinheit 9, die an dem hinteren Anker des Arms 7 angeordnet ist, zum Verschieben des Arms 7 in der longitudinalen Richtung (Richtung des Pfeils A) des Arms 7. Auf der Oberfläche des Spiegels 8 ist ein Dünnfilm (nicht gezeigt), der aus einem leitfähigen Metallmaterial hergestellt ist, beispielsweise durch Sputtern und Aufdampfen gebildet, und dann hochglanzpoliert.
Die Antriebseinheit 9 umfasst allgemein einen Tragebalken 9A, der sich linear von beiden Seiten des Arms 7 in Richtungen erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zu der longitudinalen Richtung des Arms hin sind, zum Tragen des Arms 7 auf bewegliche Weise in der Richtung des Pfeils A, eine bewegliche Interdigitalelektrode 9B, die in dem hinteren Anker des Arms 7 angeordnet ist und sich zusammen mit dem Arm 7 bewegt, und eine feste Interdigitalelektrode 9C, die an dem Glassubstrat 1 befestigt ist, um mit der beweglichen Interdigitalelektrode 9B ineinanderzugreifen. Der Arm 7, der Spiegel 8, der Tragebalken 9A und die bewegliche Interdigitalelektrode 9B werden durch den Tragebalken 9A in einem beabstandeten und schwebenden Zustand von dem Glassubstrat 1 getragen. Durch Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Interdigitalelektroden 9B und 9C wird eine elektrostatische Anziehungskraft erzeugt, so dass der Arm 7, der Spiegel 8 und die bewegliche Interdigitalelektrode 9B als Ganzes in den Richtungen des Pfeils A verschoben werden.
Eine Faserklemme 10, die in der Faserbefestigungsrille 3 vorgesehen ist, umfasst eine Federeinheit 10A, die einen hinteren Anker aufweist, der an der Innenoberfläche 3A der Faserbefestigungsrille 3 befestigt ist und sich entlang der Faserbefestigungsrille 3 als ein Ausleger erstreckt, und eine Drückeinheit 10B, die benachbart zu der Endextremität der Federeinheit 10A angeordnet ist, um zu der anderen Innenoberfläche 3B vorzustehen. Die Faserklemme 10 ist angeordnet, um näher zu der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 angeordnet zu sein (gegenüber dem Glassubstrat 1) als die axiale Mitte O (Kern) einer optischen Faser 5, die in die Faserbefestigungsrille 3 einzufügen ist. Die Drückeinheit 10B hat eine im Wesentlichen rechteckige Form und steht von der Innenextremität der Federeinheit 10A vor, während Ecken derselben vorzugsweise abgefast sind, um zu ermöglichen, dass die optische Faser 5 eingefügt wird.
Die Endextremität der Federeinheit 10A wird in den Breiterichtungen der Faserbefestigungsrille 3 beweglich, so dass die Ecken der Drückeinheit 10B mit einem im Wesentlichen rechteckigen Abschnitt elastisch in Kontakt mit der optischen Faser 5 gebracht werden, näher zu einer Innenoberfläche 3A als die axiale Mitte O, und auch entfernt von dem Glassubstrat 1 mit der axialen Mitte O zwischen denselben (benachbart zu der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2). Dadurch legt die Faserklemme 10 eine Schubkraft an die optische Faser 5 in der Richtung des Pfeils B an, die relativ zu der Dickerichtung des Siliziumsubstrats 2 geneigt ist, um die optische Faser 5 zu der anderen Innenoberfläche 3B und dem Glassubstrat 1 hin zu drücken.
Ein Glassubstrat 11, das auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 als Abdeckungssubstrat vorgesehen ist, und im Wesentlichen die gleiche rechteckige Form aufweist wie diejenige des Glassubstrats 1, ist auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 mit einem Anodenkopplungsverfahren verbunden. Auf der Unteroberfläche des Glassubstrats 11 sind flache Rillen 11A an Positionen vorgesehen, die die Faserbefestigungsrille 3 und die Betätigungsvorrichtung 6 bedecken. Die flachen Rillen 11A weisen Abstände zwischen dem Glassubstrat 11 und der Betätigungsvorrichtung 6 und zwischen dem Glassubstrat 11 und der Faserklemme 10 auf. Die Betätigungsvorrichtung 6 und die Faserklemme 10 werden dadurch daran gehindert, das Glassubstrat 11 zu kontaktieren und gleichen den Bewegungsvorgang dieser Bauglieder aus.
Außerdem wird das Glassubstrat 11 nicht notwendiger Weise als Abdeckungssubstrat benötigt und dasselbe kann weggelassen werden.
Die optische Schaltvorrichtung gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel weist vorzugsweise die oben beschriebene Struktur auf, und nun wird ein Herstellungsverfahren derselben mit Bezugnahme auf 5 bis 9 beschrieben.
Zunächst wird, wie es in 5 gezeigt ist, auf Abschnitten der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats 2, die Positionen entsprechen, an denen die Faserbefestigungsrillen 3, der zentrale Schnittpunkt 4, die Betätigungsvorrichtung 6 usw. (siehe 2) gebildet sind, reaktives Ionenätzen (DEP RIE) durchgeführt, um flache Rillen 12 zu bilden.
Als nächstes wird, wie es in 6 gezeigt ist, auf Abschnitten, die Positionen entsprechen, an denen die Faserbefestigungsrillen 3 gebildet sind, das reaktive Ionenätzen erneut durchgeführt von der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats 2 aus, um vorläufige Faserbefestigungsrillen 13 zu bilden, an denen eine Dicke, die der Faserklemme 10 entspricht, benachbart zu der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 gelassen wird. Dann wird, wie es in 7 gezeigt ist, auf der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats 2 das Glassubstrat 1 durch Anodenkopplung als ein erstes Substrat verbunden.
Dann wird, wie es in 8 gezeigt ist, auf den Abschnitten, die den flachen Rillen 12 des Siliziumsubstrats 2 entsprechen, das reaktive Ionenätzen von der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 durchgeführt, um das Siliziumsubstrat 2 zu durchdringen und die Betätigungsvorrichtung 6 zu bilden, wie z. B. den Spiegel 8, während die Faserbefestigungsrillen 3 und die Faserklemme 10 zusammen gebildet werden. In diesem Zustand wird auf der Oberfläche des Spiegels 8 ein Dünnfilm (nicht gezeigt), der aus einem leitfähigen Metallmaterial hergestellt ist, gebildet, wie z. B. durch Sputtern und Aufdampfen, und wird dann hochglanzpoliert.
Schließlich wird, wie es in 9 gezeigt ist, auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 das Glassubstrat 11, auf dem die flachen Rillen 11A im Voraus gebildet wurden, als Abdeckungssubstrat verbunden. Dann, nachdem die optischen Fasern 5 zu und entlang der Faserbefestigungsrillen 3 von dem externen Umfang des Siliziumsubstrats 2 eingefügt werden, werden die optischen Fasern 5 mit einem Haftmittel befestigt, um die optische Schaltvorrichtung fertigzustellen.
Außerdem werden gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel die flachen Rillen 12 im Voraus auf dem Siliziumsubstrat 2 gebildet. Alternativ können flache Rillen auf dem Glassubstrat 1 anstatt den flachen Rillen 12 gebildet werden.
Die optische Schaltvorrichtung gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt und nun wird ein Schaltvorgang derselben beschrieben.
Falls zwischen der beweglichen Interdigitalelektrode 9B und der festen Interdigitalelektrode 9C keine Spannung angelegt ist, tritt der Spiegel 8 Zunächst aufgrund einer elastischen Kraft des Tragebalkens 9A in den zentralen Schnittpunkt 4 ein, der dort anzuordnen ist. Daher wird Licht, das von einem Paar von jeweils zwei optischen Fasern 5 emittiert wird, die entlang den optischen Wegen O1 bzw. O2 angeordnet sind, auf dem Spiegel 8 reflektiert, um in das andere Paar von jeweils zwei optischen Fasern 5 einzudringen, die entlang den senkrechten optischen Wegen O2 bzw. O1 angeordnet sind, so dass eine optische Kommunikation zwischen denselben durchgeführt wird.
Falls andererseits eine Spannung zwischen der beweglichen Interdigitalelektrode 9B und der festen Interdigitalelektrode 9C angelegt ist, wird eine elektrostatische Anziehungskraft erzeugt, so dass der Spiegel 8 von dem zentralen Schnittpunkt 4 gegen die elastische Kraft des Tragebalkens 9A zurückgezogen wird. Daher tritt Licht, das von einem Paar von jeweils zwei optischen Fasern 5 emittiert wird, die entlang den optischen Wegen O1 bzw. O2 angeordnet sind, in das andere Paar von jeweils zwei optischen Fasern 5 ein, die entlang den optischen Wegen O1 bzw. O2 angeordnet sind, so dass eine optische Kommunikation zwischen denselben durchgeführt wird. Als Folge können auf der Basis des Vorliegens der Spannung, die zwischen den Elektroden 9B und 9C anliegt, die optischen Wege O1 und O2 geschaltet und verbunden werden.
Während gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel die Faserklemme 10 auf einer Innenoberfläche 3A der Faserbefestigungsrille 3 vorgesehen ist, so dass die optische Faser 5 unter Verwendung der Faserklemme 10 zu der anderen Innenoberfläche 3B und auch zu dem Glassubstrat 1 gedrückt werden kann. Indem nur die optische Faser 5 in die Faserbefestigungsrille 3 eingefügt wird, ohne ein zusätzliches Bauglied zu verwenden, kann dadurch die optische Faser 5 in zwei Richtungen positioniert werden, die die Breiterichtung (horizontale Richtung) der Faserbefestigungsrille 3 und die Dickerichtung (vertikale Richtung) des Siliziumsubstrats 2 sind, wodurch die Leichtigkeit der Befestigung der optischen Faser 5 wesentlich verbessert wird.
Da die Faserklemme 10 die Federeinheit 10A umfasst, bei der der hintere Anker an einer Oberfläche 3A der Faserbefestigungsrille 3 befestigt ist, und die Endextremität in Breiterichtungen der Faserbefestigungsrille 3 beweglich ist, und die Drückeinheit 10B benachbart zu der Endextremität der Federeinheit 10A angeordnet ist, die in Kontakt mit der optischen Faser 5 gebracht wird, näher zu der einen Innenoberfläche 3A als die axiale Mitte O und auch entfernt von dem Glassubstrat 1 mit der axialen Mitte O zwischen denselben, kann eine Schubkraft an die optische Faser 5 in einer Richtung angelegt werden, die relativ zu der Dickerichtung des Siliziumsubstrats 2 geneigt ist. Daher kann mit der Drückeinheit 10B der Faserklemme 10 die optische Faser 5 schräg zu der anderen Innenoberfläche 3B der Faser und des Glassubstrats 1 gedrückt werden.
Da die Faserklemme 10 in dem Siliziumsubstrat 2 vorgesehen ist, kann die Faserklemme 10 unter Verwendung einer Mikrobearbeitungstechnik, wie z. B. dem reaktiven Ionenätzen, integral mit der Betätigungsvorrichtung 6 und dergleichen und mit einer hohen Präzision aufgebaut werden. Daher ist im Vergleich zu dem Fall, wo die Faserklemme 10 in dem anderen Bauglied gebildet ist, die Genauigkeit beim Positionieren der optischen Faser 5 stark verbessert.
Als nächstes zeigen 10 bis 17 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Eines der einmaligen Merkmale dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels ist, dass die Drückeinheit der Faserklemme in der Dickerichtung des Siliziumsubstrats schräg geneigt ist und eine Geneigte-Ebene-Oberflächenkontaktierung auf der optischen Faser aufweist. Außerdem bezeichnen gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten, die das oben beschriebene erste bevorzugte Ausführungsbeispiel ebenfalls aufweist, und die Beschreibung derselben ist ausgelassen.
Eine Faserklemme 21 gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel, die im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie die Faserklemme 10 in der Faserbefestigungsrille 3 vorgesehen ist, umfasst eine Federeinheit 21A, bei der der hintere Anker an einer Innenoberfläche 3A der Faserbefestigungsrille 3 befestigt ist und sich entlang der Faserbefestigungsrille 3 als ein Ausleger erstreckt, und eine Drückeinheit 21B, die benachbart zu der Endextremität der Federeinheit 21A angeordnet ist, um zu der anderen Innenoberfläche 3B vorzustehen. Die Drückeinheit 21B weist eine im Wesentlichen rechteckige Form auf und steht von der Endextremität der Federeinheit 21A vor, während Ecken derselben abgefast sind, um zu ermöglichen, dass die optische Faser 5 eingefügt wird. Ferner hat die Drückeinheit 21B eine geneigte Ebene 21C, die in der Dickerichtung des Siliziumsubstrats 2 schräg geneigt ist, und sich auch allmählich von der anderen Innenoberfläche 3B trennt.
Die Endextremität der Federeinheit 21A wird in Breiterichtungen der Faserbefestigungsrille 3 beweglich und die geneigte Ebene 21C der Drückeinheit 21B wird in elastischen Oberflächenkontakt mit der optischen Faser 5 gebracht, näher zu der einen Innenoberfläche 3A als die axiale Mitte O und auch entfernt von dem Glassubstrat 1, mit der axialen Mitte O zwischen denselben (benachbart zu der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2). Dadurch legt die Faserklemme 21 in der Richtung des Pfeils B eine Schubkraft an die optische Faser 5 an, die relativ zu der Dickerichtung des Siliziumsubstrats 2 geneigt ist, um die optische Faser 5 zu der anderen Innenoberfläche 3B und dem Glassubstrat 1 zu drücken.
Die optische Schaltvorrichtung gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die oben beschriebene Struktur auf und nun wird ein Herstellungsverfahren derselben mit Bezugnahme auf 13 bis 17 beschrieben.
Zunächst, wie es in 13 gezeigt ist, sind auf der oberen und unteren Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 Oxidfilme 22 als Masken gebildet. Der Oxidfilm 22 auf der unteren Oberfläche ist mit Öffnungen 22A versehen, die auf Abschnitten gebildet sind, die Positionen entsprechen, an denen die Faserbefestigungsrillen 3 gebildet sind, und Dünnfilmabschnitten 22B, die in der Nähe der Öffnungen 22A und auf Abschnitten gebildet sind, die Positionen entsprechen, an denen der zentrale Schnittpunkt 4, die Betätigungsvorrichtung 6 usw. (siehe 10) gebildet sind. Dann wird in diesem Zustand von der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats 2 und durch die Öffnungen 22A anisotropes Ätzen für eine vorbestimmte Zeitperiode durchgeführt, um sich verjüngende vorläufige geneigte Rillen 23 zu bilden.
Falls die gesamten Oxidfilme 22 in der Dicke reduziert sind durch Ätzen etc., wie es in 14 gezeigt ist, werden als nächstes Oxidfilme 22' mit den Dünnfilmabschnitten 22B entfernt gebildet. Dann wird das anisotrope Ätzen erneut für eine vorbestimmte Zeitperiode von der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats 2 aus durchgeführt, um hohle Rillen 24 und endgültige geneigte Rillen 25 zu bilden. Dann wird, wie es in 15 gezeigt ist, in einem Zustand, in dem die Oxidfilme entfernt sind, auf der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats 2 das Glassubstrat 1 durch Anodenkopplung als ein erstes Substrat verbunden.
Dann wird, wie es in 16 gezeigt ist, auf den Abschnitten, die den flachen Rillen 24 und den geneigten Rillen 25 entsprechen, von der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 das reaktive Ionenätzen durchgeführt, um das Siliziumsubstrat 2 zu durchdringen und die Betätigungsvorrichtung 6 zu bilden, wie z. B. den Spiegel 8, während die Faserbefestigungsrillen 3 und die Faserklemme 21 zusammen gebildet werden. Zu diesem Zeitpunkt wird auf der Druckeinheit 21B der Faserklemme 21 die geneigte Ebene 21C durch anisotropes Ätzen gebildet. In diesem Zustand wird auf der Oberfläche des Spiegels 8 ein Dünnfilm (nicht gezeigt), der aus einem leitfähigen Metallmaterial hergestellt ist, beispielsweise durch Sputtern und Aufdampfen gebildet, und dann hochglanzpoliert.
Schließlich wird, wie es in 17 gezeigt ist, auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 das Glassubstrat 11 mit den hohlen Rillen 11A, die im Voraus darauf gebildet werden, als ein Abdeckungssubstrat verbunden. Nachdem die optischen Fasern 5 von dem äußeren Umfang des Siliziumsubstrats 2 aus in die Faserbefestigungsrillen 3 eingefügt sind, werden dann die optischen Fasern 5 mit einem Haftmittel befestigt, um die optische Schaltvorrichtung fertigzustellen.
Auf solche Weise können gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel, das die oben beschriebene Struktur aufweist, im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie diejenigen des oben beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels ebenfalls erhalten werden. Während gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel auf der Druckeinheit 21B der Faserklemme 21 die geneigte Ebene 21C, die in der Dickerichtung des Siliziumsubstrats 2 geneigt ist, gebildet ist, ist die geneigte Ebene 21C in Oberflächenkontakt mit der optischen Faser 5 gebracht. In dem Vergleich zu dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem Ecken der Druckeinheit 10B in Linienkontakt mit der optischen Faser 5 gebracht werden, kann daher eine Schubkraft, die relativ zu der Dickerichtung des Siliziumsubstrats 2 schräg gerichtet ist, ohne weiteres erzeugt werden, so dass eine Schubkraft fest in einer schrägen Richtung an die optische Faser 5 angelegt werden kann (Richtung des Pfeils B).
Durch Durchführen des anisotropen Ätzens auf dem Siliziumsubstrat 2, das aus monokristallinem Silizium hergestellt ist, kann die Druckeinheit 21B, die die geeignete Ebene 21C aufweist, aufgebaut werden, so dass einschließlich dem Fall, wo das reaktive Ionenätzen angewendet wird, die Bearbeitungszeit der Faserklemme 21 reduziert werden kann, was es ermöglicht, dass die Produktivität verbessert wird.
Als nächstes zeigen 18 bis 26 ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Eines der einmaligen Merkmale dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels ist, dass die Betätigungsvorrichtung einen Arm, der auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist, und sich über eine Mehrzahl von optischen Fasern erstreckt, einen Spiegel, der in der Mitte des Arms in der longitudinalen Richtung angeordnet ist und sich zu dem ersten Substrat hin erstreckt, und zwei Antriebseinheiten umfasst, die an beiden Enden des Arms angeordnet sind, zum Treiben des Spiegels zum Voranbewegen in und Zurückziehen von der Mitte des optischen Wegs, während die Faserklemme zusammen mit dem Arm der Betätigungsvorrichtung gebildet wird, um die Faserklemme auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats zu positionieren. Außerdem bezeichnen gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten, die das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel ebenfalls aufweist, und die Beschreibung derselben ist ausgelassen.
Eine Betätigungsvorrichtung 31 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist auf zwei Inseln 2A angeordnet, die angeordnet sind, um einander mit dem zentralen Schnittpunkt 4 zwischen denselben gegenüberzuliegen. Die Betätigungsvorrichtung 31 umfasst im Allgemeinen einen Arm 32, der sich linear über den zentralen Schnittpunkt 4 erstreckt, der zwischen einer Mehrzahl von optischen Fasern 5 angeordnet ist, zu zwei Inseln 2A hin, einen Spiegel 33 mit einer Breite, die geringer ist als diejenige des Arms 32 und der in der Mitte des Arms 32 in der longitudinalen Richtung angeordnet ist, um in der Lage zu sein, in die optischen Wege O1 und O2 an dem zentralen Schnittpunkt 4 voranzubewegen und sich von demselben zurückzuziehen, und zwei Antriebseinheiten 34, die auf beiden Enden des Arms 32 angeordnet sind, zum Verschieben des Arms 32 in den longitudi nalen Richtungen (Richtungen des Pfeils A in 26). Wobei der Spiegel 33 mit einem Spiegelfilm 33A bedeckt ist, der aus einem leitfähigen Dünnfilmmetallmaterial hergestellt ist.
Die Antriebseinheit 34 umfasst im Wesentlichen auf die gleiche Art wie die Antriebseinheit 9 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, im Allgemeinen einen Tragebalken 34A, der sich linear von beiden Seiten des Arms 32 in Richtungen erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zu der longitudinalen Richtung des Arms sind, zum beweglichen Tragen des Arms 32 in den Richtungen des Pfeils A, eine bewegliche Interdigitalelektrode 34B, die benachbart zu dem Ende des Arms 32 angeordnet ist, und sich zusammen mit dem Arm 32 bewegt, und eine feste Interdigitalelektrode 34C, die an dem Glassubstrat 1 befestigt ist, um mit der beweglichen Interdigitalelektrode 34B ineinanderzugreifen. Durch Anlegen einer Spannung mit umgekehrter Polarität oder positiver Polarität zwischen den beiden Interdigitalelektroden 34B und 34C wird eine elektrostatische anziehende oder abstoßende Kraft erzeugt, so dass der Arm 32, der Spiegel 33 und die bewegliche Interdigitalelektrode 34B als Ganzes in den Richtungen des Pfeils A verschoben sind.
Eine Faserklemme 35, die in der Faserbefestigungsrille 3 vorgesehen ist, im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie bei der Faserklemme 10 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, umfasst eine Federeinheit 35A, die einen hinteren Anker aufweist, der an einer Innenoberfläche 3A der Faserbefestigungsrille 3 befestigt ist, und sich als ein Ausleger entlang der Faserbefestigungsrille 3 erstreckt, und eine Druckeinheit 35B, die benachbart zu der Endextremität der Federeinheit 35A angeordnet ist, um zu der anderen Innenoberfläche 3B hin vorzustehen. Wobei die Faserklemme 35 angeordnet ist, um näher zu der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 (gegenüberliegend zu dem Glassubstrat 1) angeordnet zu sein als die axiale Mitte O (Kern) einer optischen Faser 5, die in die Faserbefestigungsrille 3 einzufügen ist, zusammen mit dem Arm 32 der Betätigungsvorrichtung 31, während die Dicke der Faserklemme 35 eingerichtet ist, um im Wesentlichen gleich zu sein wie diejenige des Arms 32 der Betätigungsvorrichtung 31. Die Druckeinheit 35B hat eine im Wesentlichen rechteckige Form und steht von der Endextremität der Federeinheit 35A vor.
Die Endextremität der Federeinheit 35A wird in Breiterichtungen der Faserbefestigungsrille 3 beweglich und die Druckeinheit 35B drückt die optische Faser 5 elastisch zu der anderen Innenoberfläche 3B, während dieselbe einen Teil der optischen Faser 5 zu dem Glassubstrat 1 drückt, denselben zwischen sich und dem Glassubstrat anordnend. Dadurch legt die Faserklemme 35 eine Schubkraft an die optische Faser 5 in der Richtung des Pfeils B an, die relativ zu der Dickerichtung des Siliziumsubstrats 2 geneigt ist, um die optische Faser 5 zu der anderen Innenoberfläche 3B der Faserbefestigungsrille 3 und des Glassubstrats 1 zu drücken.
Die optische Schaltvorrichtung gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel weist vorzugsweise die oben beschriebene Struktur auf, und nun wird ein Herstellungsverfahren derselben mit Bezugnahme auf 20 bis 25 beschrieben.
Zunächst wird, wie es in 20 gezeigt ist, ein Siliziumsubstrat 2' mit einer Dicke vorbereitet, die größer ist als diejenige des Siliziumsubstrats 2. Auf der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats 2' wird reaktives Ionenätzen (DEEP RIE) an Abschnitten durchgeführt, die Positionen entsprechen, an denen die Faserbefestigungsrillen 3, der zentrale Schnittpunkt 4, die Betätigungsvorrichtung 6 usw. (siehe 19) gebildet sind, zu der Mitte der Dickerichtung des Siliziumsubstrats 2 hin, um vorläufige Faserbefestigungsrillen 36 zu bilden, mit im Wesentlichen der gleichen Breite wie diejenige der Faserbefestigungsrille 3, auf Abschnitten, die Positionen entsprechen, an denen die Faserbefestigungsrillen 3 gebildet sind, während eine vorläufige konkave Rille 38 gebildet wird, bei der ein Vorsprung 37, der dem Spiegel 33 entspricht, auf dem Abschnitt verbleibt, der dem zentralen Schnittpunkt 4 entspricht.
Als nächstes wird, wie es in 21 gezeigt ist, eine Metallmaske 39 auf der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats 2' befestigt und die Oberfläche des Vorsprungs 37 ist mit einem Spiegelfilm 33A bedeckt, der aus einem leitfähigen Metalldünnfilm hergestellt ist, durch Sputtern und Aufdampfen, um den Spiegel 33 zu bilden.
Als nächstes, wie es in 22 gezeigt ist, wird das Glassubstrat 1 auf der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats 2' durch Anodenkoppeln verbunden. Zu diesem Zeitpunkt werden auf der Oberfläche des Glassubstrats 1 flache Rillen 40 an Positionen gebildet, auf denen der zentrale Schnittpunkt 4, die Betätigungsvorrichtung 6 usw. gegenüberliegen, um durch die flachen Rillen 40 zu verhindern, dass der Spiegel 33 usw. in Kontakt mit dem Glassubstrat 1 gebracht wird. Dann wird in diesem Zustand, wie er in 23 gezeigt ist, die Oberfläche des Siliziumsubstrats 2' poliert, um das Siliziumsubstrat 2 dünner Dicke zu bilden.
Dann wird, wie es in 24 gezeigt ist, auf den Abschnitten, die den vorläufigen Faserbefestigungsrillen 36 und der vorläufigen konkaven Rille 38 entsprechen, das reaktive Ionenätzen von der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 durchgeführt, um das Siliziumsubstrat 2 zu durchdringen. Dadurch wird die Betätigungsvorrichtung 31, die den Arm 32 und den Spiegel 33 umfasst, gebildet, während die Faserbefestigungsrillen 3 und die Faserklemme 35 zusammen gebildet werden.
Da zu diesem Zeitpunkt der Spiegel 33 bereits auf dem Siliziumsubstrat 2 wurde, zusätzlich zu den vorläufigen Faserbefestigungsrillen 36 und der vorläufigen konkaven Rille 38, die im Voraus gebildet wurden, kann das reaktive Ionenätzen nur auf der Restlänge der Dicke des Siliziumsubstrats 2 durchgeführt werden, so dass das Ätzen in einer kurzen Zeit abgeschlossen wird im Vergleich zu dem Fall, wo das Ätzen auf der gesamten Dicke durchgeführt wird. Da außerdem die Dicke der Faserklemme 35 vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche ist wie diejenige des Arms 32 der Betätigungsvorrichtung 31, kann die Faserklemme 35 zusammen mit dem Arm 32 gebildet werden.
Schließlich wird, wie es in 25 gezeigt ist, auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 das Glassubstrat 11 mit den hohlen Rillen 11A, die im Voraus darauf gebildet wurden, als Abdeckungssubstrat verbunden. Dann, nachdem die optischen Fasern 5 von dem äußeren Umfang des Siliziumsubstrats 2 in die Faserbefestigungsrillen 3 eingefügt werden, werden die optischen Fasern 5 mit einem Haftmittel oder einem anderen geeigneten Material oder Elementen befestigt, um die optische Schaltvorrichtung fertigzustellen.
Die optische Schaltvorrichtung gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt, und nun wird ein Schaltvorgang derselben beschrieben.
Falls zwischen die bewegliche Interdigitalelektrode 34B und der festen Interdigitalelektrode 34C der Betätigungsvorrichtung 31 keine Spannung angelegt ist, tritt der Spiegel 33 aufgrund einer elastischen Kraft des Tragebalkens 34A zuerst in den zentralen Schnittpunkt 4 ein, der hier anzuordnen ist (die mittlere Position der optischen Wege O1 und O2). Daher wird Licht, das von einem Paar von jeweils zwei optischen Fasern 5 emittiert wird, die entlang den optischen Wegen O1 bzw. O2 angeordnet sind, auf dem Spiegel 33 reflektiert, um in das andere Paar von jeweils zwei optischen Fasern 5 einzudringen, die entlang der senkrechten optischen Wege O2 bzw. O1 angeordnet sind, so dass zwischen denselben eine optische Kommunikation durchgeführt wird.
Falls andererseits eine Spannung mit entgegengesetzter Polarität (positiv und negativ) zwischen die bewegliche Interdigitalelektrode 34B und die feste Interdigitalelektrode 34C einer Antriebseinheit 34 der Betätigungsvorrichtung 31 angelegt wird, während eine Spannung mit der gleichen Polarität (beispielsweise positiv) zwischen die bewegliche Interdigitalelektrode 34B und die feste Interdigitalelektrode 34C der anderen Antriebseinheit 34 angelegt wird, wird eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen einem Paar der Elektroden 34B und 34C erzeugt, während zwischen dem anderen Paar der Elektroden 34B und 34C eine elektrostatische Abstoßungskraft erzeugt wird, so dass der Spiegel 33 von dem zentralen Schnittpunkt 4 gegen die elastische Kraft des Tragebalkens 34A zurückgezogen wird. Dadurch tritt Licht, das von einem Paar von jeweils zwei optischen Fasern 5, die entlang den optischen Wegen O1 bzw. O2 angeordnet sind, emittiert wird, in das andere Paar von jeweils zwei optischen Fasern 5 ein, die entlang den optischen Wegen O1 bzw. O2 angeordnet sind, so dass zwischen denselben eine optische Kommunikation durchgeführt wird. Als Folge können auf der Basis des Vorliegens der Spannung, die zwischen den Elektroden 34B und 34C angelegt ist, die optischen Wege O1 und O2 geschaltet und verbunden werden.
Auf solche Weise können gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel, das die oben beschriebene Struktur aufweist, im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie diejenigen des oben beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels ebenfalls erhalten werden. Gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Antriebseinheiten 34 an zwei gegenüberliegenden Enden des Arms 32 angeordnet sein, da der Spiegel 33 vorgesehen ist, der in der Mitte des Arms 32 in der longitudinalen Richtung angeordnet ist und zu dem Glassubstrat 1 hin durchhängt.
Das heißt, wie es in 26 gezeigt ist, da der Spiegel 33 gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel in dem Arm 32 angeordnet ist, um von demselben durchzuhängen, kann der Arm 32 die optischen Wege O1 und O2 nicht abschirmen. Dagegen schirmt der Arm 7 die optischen Wege O1 und O2 ab, wie bei einem Vergleichsbeispiel (erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel), das in 27 gezeigt ist, falls der Spiegel 8 entlang der gesamten Dicke des Arms 7 angeordnet ist, und der Arm sich über den Spiegel 8 hinaus erstreckt. Falls folglich der Spiegel 8 entlang der gesamten Dicke des Arms 7 vorgesehen ist, ist es notwendig, den Spiegel 8 an der Endextremität des Arms 7 mit einer freitragenden Aufhängung zu versehen, so dass die Antriebseinheit nur an einer Stelle vorgesehen sein kann, die der hintere Anker des Arms 7 ist.
Während gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel die Antriebseinheiten 34 in zwei Positionen an gegenüberliegenden Enden des Arms 32 vorgesehen sein können, so dass die Antriebsspannung für die Betätigungsvorrichtung 31 reduziert werden kann, was es ermöglicht, dass die Funktionsfähigkeit verbessert wird, während das Siliziumsubstrat 2 effizient ohne Verschwendung ausgenutzt wird.
Da außerdem die Faserklemme 35 auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 zusammen mit dem Arm 32 der Betätigungsvorrichtung 31 aufgebaut wird, kann eine Bearbeitungszeit für das reaktive Ionenätzen oder dergleichen, was eine lange Zeitdauer benötigt, reduziert werden im Vergleich zu dem Fall, wo die Betätigungsvorrichtung 31 getrennt von der Faserklemme 35 aufgebaut wird.
Falls ferner das reaktive Ionenätzen auf der gesamten Dicke des Siliziumsubstrats 2 durchgeführt wird, neigt das Siliziumsubstrat 2 dazu, in der Dickerichtung desselben verschoben zu werden, so dass höchstwahrscheinlich auf einer hochglanzpolierten Ebene des Spiegels 33 eine Belastung erzeugt wird. Während gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel der Spiegel 33 auf dem Siliziumsubstrat 2 aufgebaut ist, um von demselben nach unten durchzuhängen, durch Durchführen des reaktiven Ionenätzens auf dem Siliziumsubstrat 2, bis zu der Mittelposition der Dicke desselben, so dass es schwierig ist, die Belastung in dem Spiegel 33 zu erzeugen, was Genauigkeiten beim Schalten der optischen Wege O1 und O2 und auch Zuverlässigkeitsverbesserungen ermöglicht.
Gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Siliziumsubstrat 2' mit einer Dicke von mehr als derjenigen des Siliziumsubstrats 2 im Voraus vorbereitet, das Ätzen wird an der Unteroberfläche des Siliziumsubstrats 2' durchgeführt und dann wird die Oberfläche des Siliziumsubstrats 2' poliert, nachdem das Glassubstrat 1 verbunden ist, um das Siliziumsubstrat 2 mit einer vorbestimmten Dicke zu bilden. Obwohl in diesem Fall ein Prozess zum Polieren des Siliziumsubstrats 2' erforderlich ist, kann während der Handhabung bei der Herstellung verhindert werden, dass das Siliziumsubstrat 2' Splitter und Risse bildet, wodurch ermöglicht wird, dass der Ertrag verbessert wird.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Verfahren begrenzt und gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann statt dem Siliziumsubstrat 2' ein dünnes Siliziumsubstrat 2 verwendet werden, das vom Anfang des Prozesses an dünn ist. Die Polieroberfläche des Siliziumsubstrats 2' kann dadurch weggelassen werden. Andererseits kann gemäß dem ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei denen das dünne Siliziumsubstrat 2, das vom Prozessanfang an dünn ist, verwendet wird, alternativ auf die gleiche Weise wie bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Siliziumsubstrat 2', das vom Prozessanfang an dick ist, verwendet werden, um durch Polieren des Siliziumsubstrats 2' nach dem Verbinden mit dem Glassubstrat 1 ein Dünn-Siliziumsubstrat 2 zu bilden.
Außerdem sind gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel in den beiden Antriebseinheiten 34 zwei Paare der beweglichen Interdigitalelektrode 34B und der festen Inter digitalelektrode 34C jeweils an gegenüberliegenden Positionen angeordnet (symmetrischen Positionen zueinander), so dass eine elektrostatische Anziehungskraft in einer Antriebseinheit 34 erzeugt wird, während in der anderen Antriebseinheit 34 eine elektrostatische Abstoßungskraft erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt, und wie es bei Modifikationen in 28 und 29 gezeigt ist, können in den beiden Antriebseinheiten 34' zwei Paare der beweglichen Interdigitalelektrode 34B' und der festen Interdigitalelektrode 34C' jeweils an zueinander gleichen Positionen angeordnet werden (Positionen, die im Wesentlichen parallel zueinander verschoben sind), so dass in beiden Antriebseinheiten 34' elektrostatische Anziehungskräfte erzeugt werden können.
Außerdem sind gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel die vier Faserbefestigungsrillen 3 vorzugsweise kreuzweise angeordnet. Alternativ, wie bei den in 28 und 29 gezeigten Modifikationen, können vier Faserbefestigungsrillen 3' im Wesentlichen parallel angeordnet sein, jeweils zwei Rillen, so dass zwei optische Wege O1 und O2 jeweils parallel zueinander angeordnet sind. In diesem Fall ist ein Arm 32' mit zwei im Wesentlichen dreieckig geformten Spiegeln 33' versehen, die getrennt voneinander gebildet sind, um dieselben so anzuordnen, dass zwei Scheitel derselben einander zugewandt sind.
Dadurch wird in dem Zustand, in dem die Antriebseinheiten 34' angehalten sind, wie es in 28 gezeigt ist, Licht, das von den optischen Fasern 5 emittiert wird, durch die zwei Spiegel 33' in entgegengesetzten Richtungen reflektiert, so dass die beiden optischen Fasern 5 in der linken Seite in 28 miteinander verbunden sind, während die beiden optischen Fasern 5 an der rechten Seite miteinander verbunden sind. Andererseits verläuft in dem Zustand, in dem die Antriebseinheiten 34' angetrieben sind, wie es in 29 gezeigt ist, da die Spiegel 33' entfernt sind, das Licht, das von den optischen Fasern 5 emittiert wird, gerade, ohne auf die Spiegel 33' aufzutreffen, so dass die beiden optischen Fasern 5 in dem oberen Abschnitt, der in 29 zu sehen ist, miteinander verbunden sind, während die beiden optischen Fasern 5 in dem unteren Abschnitt miteinander verbunden sind.
Gemäß den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen werden vorzugsweise die Interdigitalelektroden 9B, 9C, 34B und 34C als die Antriebseinheiten 9 und 34 verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und beispielsweise kann eine Parallelplattenelektrode verwendet werden, um eine Antriebseinheit zu bilden.
Ferner wird gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen, die oben beschrieben sind, als das erste Substrat vorzugsweise das Glassubstrat 1 verwendet. Alternativ kann ein Siliziumsubstrat als das erste Substrat verwendet werden.
Obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung oben beschrieben wurden, ist klar, dass Variationen und Modifikationen für Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich sind, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die folgenden Ansprüche bestimmt ist.

Claims

Eine optische Schaltvorrichtung, die folgende Merkmale umfasst: ein erstes Substrat (1); ein zweites Substrat (2), das angeordnet ist, um an einer Hauptoberfläche an das erste Substrat (1) anzustoßen, und eine Mehrzahl von Faserbefestigungsrillen (3) aufweist, die in Paaren angeordnet sind, die auf demselben benachbart zu der Hauptoberfläche des ersten Substrats gebildet sind; eine Mehrzahl von optischen Fasern (5), die in jeder der Mehrzahl von Faserbefestigungsrillen (3) des zweiten Substrats (2) angeordnet sind, wobei jede Faser in dem/den Paar(en) einander in einem Abstand gegenüberliegen, wobei der Durchmesser der Fasern kleiner ist als die Breite der Rillen; und eine Betätigungsvorrichtung (6; 31) zum Schalten eines optischen Wegs zwischen den optischen Fasern (5) jedes Paars durch Voranbewegen zu und Zurückziehen von zwischen den Fasern von jedem Paar der Mehrzahl von optischen Fasern (5), die auf dem zweiten Substrat (2) angeordnet sind; wobei das zweite Substrat (2) eine Mehrzahl von Faserklemmen (10; 21, 35) umfasst, die angeordnet sind, um die optischen Fasern (5) zu einer ersten von zwei gegenüberliegenden Innenseitenoberflächen (3A, 3B) der Faserbefestigungsrille (3) und zu dem ersten Substrat (1) hin zu drücken; wobei jede Faserklemme (10) eine Federeinheit (10A; 21A), die einen hinteren Anker aufweist, der an der zweiten der zwei gegenüberliegenden Innenseitenober flächen von jeder der Faserbefestigungsrillen (3) befestigt ist, und sich entlang der einen der Faserbefestigungsrillen (3) als ein Ausleger erstreckt, und eine Drückeinheit (10B; 21B) umfasst, die benachbart zu einer longitudinalen Endextremität der Federeinheit (10A; 21A) angeordnet ist, um von der longitudinalen Extremität der Federeinheit (10A) zu der ersten Innenseitenoberfläche der einen der Faserbefestigungsrillen (3) vorzustehen, wobei die Drückeinheit (10B) im Wesentlichen ein Parallelepiped ist, und wobei die Kanten der Druckeinheiten, die die optischen Fasern der Drückeinheit (10B) kontaktieren, abgefast sind.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Faserklemme (10; 21) eine Federeinheit (10A; 21A), die einen hinteren Anker aufweist, der an der zweiten der beiden gegenüberliegenden Innenseitenoberflächen (3A) der Faserbefestigungsrille (3) befestigt ist, und eine longitudinale Endextremität, die in Breiterichtungen der Faserbefestigungsrille (3) beweglich ist, und eine Drückeinheit (10B; 21B) umfasst, die benachbart zu der longitudinalen Endextremität der Federeinheit (10A; 21A) angeordnet ist, zum schrägen Drücken der optischen Faser (5) zu der ersten Innenoberfläche (3B) und zu dem ersten Substrat (1) hin.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Drückeinheit (21B) eine geneigte Ebene (21C) umfasst, die auf derselben gebildet ist, die in einer Dickerichtung des zweiten Substrats (2) geneigt ist, um in Oberflächenkontakt mit der optischen Faser (5) gebracht zu werden.
Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Betätigungsvorrichtung (31) einen Arm (32), der benachbart zu der Oberfläche des zweiten Substrats (2) angeordnet ist und sich zwischen den Fasern von jedem Paar der Mehrzahl von optischen Fasern (5) erstreckt, einen Spiegel (33), der in der Mitte des Arms (32) in der longitudinalen Richtung angeordnet ist und sich zu dem ersten Substrat (1) hin erstreckt, und zwei Antriebseinheiten (34) umfasst, die benachbart zu gegenüberliegenden Enden des Arms (32) angeordnet sind, zum Verschieben des Arms (32) in der longitudinalen Richtung desselben, um den Spiegel (33) anzutreiben, um sich zu der Mitte des optischen Wegs voranzubewegen und von derselben zurückzuziehen, und wobei die Faserklemme (35) zusammen mit dem Arm (32) der Betätigungsvorrichtung aufgebaut ist, um die Faserklemme (35) benachbart zu der Oberfläche des zweiten Substrats (2) zu positionieren.
Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das erste Substrat (1) entweder ein Glassubstrat oder ein Siliziumsubstrat ist.
Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das erste Substrat (1) eine im Wesentlichen rechteckige plattenförmige Konfiguration aufweist.
Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das zweite Substrat (2) ein Siliziumsubstrat ist.
Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das zweite Substrat (2) eine im Wesentlichen rechteckige plattenförmige Konfiguration aufweist und im Wesentlichen die gleiche Größe aufweist wie diejenige des ersten Substrats (1).
Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Mehrzahl von Faserbefestigungsrillen (3) vier Faserbefestigungsrillen umfasst, die radial bei etwa 90° entfernt voneinander angeordnet sind.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der zwei der vier Faserbefestigungsrillen (3) entlang einem ersten optischen Weg angeordnet sind, und weitere zwei der vier Faserbefestigungsrillen (3) entlang einem zweiten optischen Weg angeordnet sind, der den ersten optischen Weg schneidet, so dass ein zentraler Schnittpunkt der beiden optischen Wege zwischen den jeweiligen Faserbefestigungsrillen angeordnet ist.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Faserbefestigungsrillen (3) das zweite Substrat (2) in vier im Wesentlichen dreieckige Inseln (24) trennen.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Betätigungsvorrichtung (6) einen Arm (7), der sich von einem zentralen Schnittpunkt von zwei optischen Wegen, die sich schneiden, linear erstreckt, einen Spiegel (8), der an einer Endextremität des Arms (7) angeordnet ist und angeordnet ist, um in den zentralen Schnittpunkt der beiden optischen Wege einzudringen und sich davon zurückzuziehen, und eine Antriebseinheit (9) umfasst, die an einem hinteren Anker des Arms (7) angeordnet ist, zum Verschieben des Arms (7) in einer longitudinalen Richtung des Arms (7).
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12, bei der die Antriebseinheit (9) einen Tragebalken (9A), der sich linear von beiden Seiten des Arms (7) in Richtungen erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zu der longitudinalen Richtung des Arms (7) sind, zum Tragen des Arms (7) in einer beweglichen Weise, eine bewegliche Interdigitalelektrode (9B), die in dem hinteren Anker des Arms (7) angeordnet ist und sich zusammen mit dem Arm (7) bewegt, und eine feste Interdigitalelektrode (9C) umfasst, die an dem ersten Substrat (1) befestigt ist, um mit der beweglichen Interdigitalelektrode (9B) ineinanderzugreifen.
Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Faserklemme (10) näher zu der Oberfläche des zweiten Substrats (2) angeordnet ist als eine axiale Mitte von einer der optischen Fasern (5), die in eine der Faserbefestigungsrillen (3) eingefügt ist.
Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der ein Glassubstrat (11) auf der Oberfläche des zweiten Substrats (2) vorgesehen ist, um ein Abdeckungssubstrat zu definieren, und im Wesentlichen die gleiche Form aufweist wie diejenige des ersten Substrats (1).
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15, bei der Rillen (11A) auf einer Oberfläche des Glassubstrats (11) gebildet sind, das auf der Oberfläche des zweiten Substrats (2) vorgesehen ist.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Druckeinheit (21B) der Faserklemme (21) in der Dickerichtung des zweiten Substrats (2) schräg geneigt ist und eine Geneigte-Ebenenoberflächenkontaktierung auf einer der optischen Fasern (3) aufweist.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Betätigungsvorrichtung (31) einen Arm (32), der auf der Oberfläche des zweiten Substrats (2) angeordnet ist und sich über die Mehrzahl von optischen Fasern (5) erstreckt, einen Spiegel (33), der in der Mitte des Arms (32) in der longitudinalen Richtung angeordnet ist und sich zu dem ersten Substrat (1) hin erstreckt, und zwei Antriebseinheiten (34) umfasst, die auf beiden Enden des Arms (32) zum Treiben des Spiegels (33) angeordnet sind, um sich voranzubewegen zu und zurückzuziehen von der Mitte des optischen Wegs, und die Betätigungsvorrichtung (31) angeordnet ist, um die Faserklemme (35) auf der Oberfläche des zweiten Substrats (2) zu positionieren.