JPH036504A

JPH036504A - 光遮断機能付き光分岐素子

Info

Publication number: JPH036504A
Application number: JP1141210A
Authority: JP
Inventors: Masao Kawachi; 河内　正夫; Nobuyuki Tokura; 戸倉　信之
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1989-06-05
Publication date: 1991-01-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は光通信分野で用いる小型かつ一括製造できる光
遮断機能付き光分岐素子に関するものである。

［従来の技術］光フアイバ通信を普及させるには、光フアイバ伝送路の
ような施設を多人数で共用するのが、コスト低減上望ま
しい、このような観点から、最近、端局から１本の光フ
ァイバを経由して送られてきた信号光を８分岐、１６分
岐あるいは３２分岐して、多数の加入者で利用する通信
網構成が盛んに検討されている。加入者からのリクエス
ト信号光は、上記の光分岐素子を逆流して端局に送り届
けられる。このような通信網で重要な役割を果たす光分
岐素子はスターカブラあるいはツリーカブラとも呼ばれ
ている。

ところが、上述の光分岐素子を利用する通信網では、次
のような問題点があった。すなわち、光分岐素子に接続
されている１加入者の送受信装置が故障し、連続してリ
クエスト信号光を発振し続ける形態の障害が発生すると
、この光分岐素子に接続している全装置と端局間の通信
が不能になる場合があった。この問題を避ける目的で、
戸倉他による提案、「光スターカブラを適用した広帯域
光加入者網構成法」電子情報通信学会技術研究報告Ｖｏ
１．８７　Ｎｏ、１０８．ｌＮ３７−４３　（１９８７
，７，１７）に示されているように、光分岐素子の各分
岐ボートに遮断用光スィッチを連結しておき、障害時に
故障装置を切り離す通信網構成の提案がなされている。

［発明が解決しようとする課題］これまでに、複数個のファイバ型カブラを多段接続して
構成したファイバ型光分岐素子の各分岐ボートに光スィ
ッチとしてのエレクトロクロミズム素子、液晶素子、電
磁シャッタ等を個別に接続したスイッチ付きスターカブ
ラが提案・実現されていはいるが、個別の部品を組み合
わせて構成しているために、小型化が難しい、信頼性に
欠ける、−括生産性に欠は価格が高い等の問題点が山積
しており、光フアイバ通信を安価に各加入者にまで普及
させる当初の目的に反する矛盾を抱えていた。

そこで本発明の目的は、上記の欠点を解決した光遮断機
能付き光分岐素子を提供することにある。

［課題を解決するための手段］このような目的を達成するために、本発明光分岐素子は
シリコン基板と、基板上に配置された石英系ガラス材質
の分岐光導波路と、分岐光導波路途中に配置された光遮
断スイッチとからなることを特徴とする。

本発明では、平面シリコン基板上に石英系先導波路から
なる光分岐素子と光遮断スイッチとを一括製造する集積
光回路構成を用いる。集積光回路型光スイッチに往々に
して見られる偏波依存性を避けるために、光遮断スイッ
チ機構として、マイクロメカニカル式または熱光学式を
採用するとよい。さらに、伝送路である光ファイバとの
接続損失が極力小さくなるよう、石英系光導波路のコア
部寸法が光フアイバコア径に匹敵するようにするとよい
。

［作　用］第１図は、本発明の光遮断機能付き光分岐素子の構成例
を示す概略平面図であり、８分岐素子の例である。１は
シリコン基板、２は入力ボート、３ａ〜３ｈは出力ポー
ト、４は石英系ガラス導波路により基板１上に構成され
た光分岐部、５は光スイツチ部であり、やはり石英系先
導波路を主体として構成・配置されたマイクロメカニカ
ル式あるいは熱光学式の光スィッチ５８〜５ｈからなる
。光分岐部４は、７個のＹ字形光分岐部６ａ〜６ｇから
構成されている。人力ボート２、出カポ−）３ａ〜３ｈ
には通常光ファイバ（図では省略）が接続され、それぞ
れ、端局装置と加入者装置に結び付けられる。

端局から送られてきた信号光は、入力ボート２から本素
子に入力され、光分岐素子部で次々と分配されて、それ
ぞれ光スィッチ５８〜５ｈを通過して出力ボート３８〜
３ｈを経て、加入者装置へと分配される。各加入者から
のリクエスト光信号は逆に出力ボート３８〜３ｈを経て
、入力ボート２にまとめられ、端局へと伝達される。特
定の加入者の送受信装置に障害が発生した場合には、光
スィッチ５ａ〜５ｈの中の対応する光スィッチを作動さ
せ、その加入者送受信装置を光学的に切り離し、端局と
他の加入者との正常な通信を妨げないように作用するの
である。

本発明の光遮断機能付き光分岐素子は、光分岐部と光遮
断スイッチ部とが連続した同一のガラス導波路により同
一基板上に構成されるので、小型かつ一括生産性にすぐ
れている。また、本発明で採用している石英系光導波路
は材質的に光ファイバと同等であり、光ファイバのコア
部に匹敵するコア寸法を有することができるので、光フ
ァイバとの接続損失が小さい利点を持つ。さらに、光ス
イツチ部がマイクロメカニカル式あるいは熱光学式であ
るので集積光回路型スイッチに往々にして見られる偏波
依存性が無く、煩雑な偏波補償器等を伴わないで光伝送
路の途中に任意に設置することができる。

［実施例］以下、光スイツチ部として１）マイクロメカニカル式２）熱光学式を用いた場合について、それぞれ実施例によって本発明
の詳細な説明する。

Ｋ籠班ユ第２図は本発明第１実施例の光遮断機能付き光分岐素子
のマイクロメカニカル式光スイツチ部の詳細構造例を示
す図である。第２図（ａ）は、第１図における光スイツ
チ部５のうち２個の光スイッチ５ａ、５ｂ、を含めた部
分平面図である。（ｂ）は光スィッチ５ａの側面断面図
である。（ｃ）　、　（ｄ）はそれぞれ（ａ）図の線分
ＡＡ’　、　ＢＢ’　に沿った断面拡大図である。光ス
イツチ５ａ内部は、シリコン基板から部分的に分離され
上下に可動できる可動導波路部２１ａを含んでいる。可
動導波路部２１ａ上面には電極膜２２ａが配置されてい
る。シリコン基板１は下部電極としての役割も果たす、
他の光スイツチ５ｂ等も同様の構造を有する。

上記の構造はシリコン基板上への石英系ガラス膜の堆積
技術とガラス膜の反応性イオンエツチング技術とシリコ
ンの等方性エツチング技術との公知の組合せにより作製
した。光導波路７ａ、７ｂ等のコア部寸法は８μｍ角で
あり、石英系クラッド層８の厚さは５０μｍである。可
動導波路２１ａ等の長さは３ｍｍとし、空隙部２４ａ、
２４ｂ等のギャップは２０μｍとした。この可動導波路
部は、その両側のクラッド層を溝状に除去した後、可動
導波路下部に対応するシリコン基板部分をエツチングに
より除去することにより形成した。電極膜２２ａ等は、
クロム金属膜を蒸着することにより形成した。以上のプ
ロセスで導波路パターンや電極パターンの形成に、フォ
トリソグラフィ法を適用したことはもちろんである。

ここで例えば電極膜２２ａに静電圧を印加しない状態で
は、可動導波路２１ａは水平状態にあり、空隙部２４ａ
を飛び越えて信号光は通過可能であり、光スィッチは通
過状態にある。電極膜２２ａに静電圧（５００ボルト程
度）を印加するとシリコン基板電極との間の静電力によ
り可動導波路はシリコン基板側に引き寄せられ、空隙部
２４ａで信号光は遮断され、光スィッチは遮断状態とな
る。第３図はメカニカル式光スィッチの遮断状態を示す
側面断面図であり、第２図（ｂ）に示した通過状態と比
較すると本発明におけるメカニカル式光スィッチの作用
がよくわかる。

なお、第２図（ａ）において空隙部２４ａ等の光導波路
端面は信号光進行方向に対して斜めに形成されているが
、これは端面におけるフレネル反射光が逆方向に進行す
るのを抑制するためである。空隙部に屈折率整合液を充
填する等の処置を施せば、このような斜め端面加工は省
略することもできる。

本実施例の光遮断機能付き光分岐素子の代表的性能例を
、８分岐の場合について記載すると下記の通りである。

過剰損失：２ｄＢ（入出力光ファイバ接続積込み）遮断
時の光スイツチ通過損失：　３５ｄＢ光スイッチ応答速
度：　２０ｍ５ｅｃ偏波依存性：なし波長依存性：なし素子サイズ：シリコンチップサイズ　５０ｍｍＸ　５ｍ
ｍパッケージサイズ　１００ｍｍ　ｘ　１０ｍｍ入出力
ファイバ　単一モードファイバ（コア径ｌＯμｍ）上記実施例では、可動導波路部を駆動するのに静電力を
用いたが、これ以外にも、ピエゾ素子を利用して可動導
波路を上下させることも可能であるに五■１第４図は、本発明第２実施例素子の熱光学式光イッチ部
の詳細構造を示す説明図であり、（ａ）は光スイッチ５
ａ、５ｂを含めた部分平面図、（ｂ）は（ａ）図の線分
ＢＢ’　に沿りた拡大断面図である。

第４図において、例えば光スィッチ５ａは、Ｙ字形光分
岐部４１ａ、４１ｂを長さの等しい２木の導波路アーム
４３ａ、４４ａで連結したマツハツエンダ光干渉計構成
を有し、導波路アーム４３ａ、４４ａ上に対応するクラ
ッド層８上に薄膜ヒータ４５ａ、４６ａが形成されてい
る。各導波路のコア部寸法等は実施例１と同等である。

薄膜ヒータ４５ａ、４６ａ等はクロム金属膜からなり、
電流通電により下部の先導波路コア部温度を選択的に１
０℃程度上昇させる作用を持つ。ヒータの長さは５ｍｌ
１１程度である。ここでシリコン基板はヒートシンクと
して有効に作用する。

ここで例えば光スィッチ５ａの薄膜ヒータ４５ａ。

４６ａのいずれにも電流を通電しない状態では、信号光
はほとんど減衰することなく光スィッチ５ａを通過する
。薄膜ヒータ４５ａ、４８ａのい・ずれか一方に通電し
、熱光学効果により先導波路アーム４３ａ。

４４ａの一方の光路長を他方に対して２分の１波長相当
長くなるように設定すると公知のマツハツエンダ光干渉
計原理により、光スィッチ５ａは遮断状態となり、目的
とする作用が得られる。本実施例素子（８分岐）の性能
は以下の通りである。

過剰損失：　１．５ｄＢ光遮断損失：　２５ｄＢ応答速度：　２０ｍ５ｅｃ偏波依存性：なし波長依存性：あり素子サイズ；実施−（Ｍｌと同等本実施例においてマツハツエンダ光干渉計型熱光学スイ
ッチはＹ字型光分岐部を基本に構成したが、これを方向
性結合器型光分岐部に置き換えることは可能である。ま
た、光分岐部４の各々の７字型をも方向性結合器型にお
きかえても良い。

なお、以上の実施例は８分岐を例に説明したが、もちろ
ん本発明はこれに限定されるものではなく一般にＮ分岐
に対してあてはまる。

［発明の効果Ｊ以上説明したように本発明では、シリコン基板上に平面
フォトリソグラフィ技術を中心として、光分岐部と光ス
イツチ部を一括形成することができるので、小型化が可
能である。また量産化に適した形態であるので、経済化
にも適している。光スイツチ部は偏波依存性をもたない
ので光伝送路に挿入することが容易である。応答速度も
数＋ｏｓｅｃ−２０ｍｓｅｃ程度であり、障害が発生し
た加入者装置を切り離すには充分な速度である。また非
障害時には、保持電力を必要としない利点もあり、本発
明素子は、今後、いわゆるｆｉｂｅｒ　ｔｏ　ｔｈｅｈ
ｏｍｅの動向に対応して多大な貢献を果たすと期待され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光遮断機能付き光分岐素子の基本構
成例を示す平面図、第２図は本発明第１実施例の光遮断スイッチ部（マイク
ロメカニカル式）の構造を説明する部分図、第３図は本発明第１実施例の光遮断スイッチの遮断状態
を示す図、第４図は本発明第２実施例の光遮断スイッチ部（熱光学
式）の構造を説明する部分図である。１・・・シリコン基板、２・・・入力ボート、３ａ、３ｂ、・・・、３ｈ・・・出力ボート、４・・・
光分岐部、５・・・光スイツチ部、５ａ、・・・、５ｈ・・・光スィッチ、６ａ、・・・、
６ｇ・・・Ｙ字形光分岐部、７ａ、・・・、７ｈ・・・
分岐導波路、８・・・クラッド層、２１ａ、２１ｂ・・・可動導波路部、２２ａ、２２ｂ　−電極膜、２３ａ、２３ｂ・・・シリコン基板除去部、２４ａ、２
４ｂ　−”空隙部、４１ａ、４２ａ、４１ｂ、４２ｂ　−−−Ｙ字形光分岐
部、４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂ　・−・光導波路
アーム、４５ａ、４６ａ、４５ｂ、４６ｂ　・・−薄膜
ヒータ。第３図 ℃

Claims

【特許請求の範囲】１）シリコン基板と、該基板上に配置された石英系ガラス材質の分岐光導波路
と、該分岐光導波路途中に配置された光遮断スイッチとから
なることを特徴とする光遮断機能付き光分岐素子。２）前記光遮断スイッチが、前記分岐光導波路の一部に
シリコン基板より離れた可動光導波路部分よりなるマイ
クロメカニカル光スイッチであることを特徴とする請求
項１記載の光遮断機能付き光分岐素子。３）前記光遮断スイッチが、前記分岐光導波路途中に導
波路型マッハツェンダ光干渉計が配置され、該マッハツ
ェンダ光干渉計を構成する光導波路アームには熱光学効
果により該光導波路アームの光路長を変化させ、該マッ
ハツェンダ光干渉計を通過する信号光を遮断するための
ヒータが設置されていることを特徴とする請求項１記載
の光遮断機能付き光分岐素子。