JPH0553025A - 導波路型光スイツチ - Google Patents
導波路型光スイツチInfo
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- JPH0553025A JPH0553025A JP21851691A JP21851691A JPH0553025A JP H0553025 A JPH0553025 A JP H0553025A JP 21851691 A JP21851691 A JP 21851691A JP 21851691 A JP21851691 A JP 21851691A JP H0553025 A JPH0553025 A JP H0553025A
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- Japan
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- gap
- waveguide
- refractive index
- core waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低損失で製造が容易な導波路型光スイッチを
提供する。 【構成】 基板１上の低屈折率層２上に交差部３を有し
て形成された光の伝搬するコア導波路４と、コア導波路
４にその交差部３を横切るようにして形成されたギャッ
プ５と、上記コア導波路表面にそのギャップ面６を覆う
ようにして形成されたクラッド層７と、そのクラッド層
７間に形成された残りのギャップ内に充填され、屈折率
が上記コア導波路４のそれと略等しい液体８と、該液体
８を加熱すべく上記ギャップ５の近傍に設けられたヒ−
タ９とを有し、該ヒータ９の温度操作によって上記ギャ
ップ５内の液体８を気化あるいは凝縮させてギャップ５
内の屈折率を変化させることにより上記コア導波路内の
光の伝搬方向を制御するよう構成したことを特徴として
いる。
提供する。 【構成】 基板１上の低屈折率層２上に交差部３を有し
て形成された光の伝搬するコア導波路４と、コア導波路
４にその交差部３を横切るようにして形成されたギャッ
プ５と、上記コア導波路表面にそのギャップ面６を覆う
ようにして形成されたクラッド層７と、そのクラッド層
７間に形成された残りのギャップ内に充填され、屈折率
が上記コア導波路４のそれと略等しい液体８と、該液体
８を加熱すべく上記ギャップ５の近傍に設けられたヒ−
タ９とを有し、該ヒータ９の温度操作によって上記ギャ
ップ５内の液体８を気化あるいは凝縮させてギャップ５
内の屈折率を変化させることにより上記コア導波路内の
光の伝搬方向を制御するよう構成したことを特徴として
いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コア導波路の途中に設
けたギャップ内の液体の相変化を利用して光路の切り替
えや遮断を行う導波路型光スイッチに関するものであ
る。
けたギャップ内の液体の相変化を利用して光路の切り替
えや遮断を行う導波路型光スイッチに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムが高度化するにつれて、
低挿入損失、低クロストーク特性をもった空間分割形光
スイッチのニーズが高まってきている。
低挿入損失、低クロストーク特性をもった空間分割形光
スイッチのニーズが高まってきている。
【０００３】上記光スイッチの方式として、本発明者は
先に図５に示す光スイッチを提案した（特願平２−２６
９４８９号）。この光スイッチは、図５（ａ）に示すよ
うにＴ字形のコア導波路４の直交する交差部分に略４５
°の角度をなすギャップ１７を設けて、コア導波路４を
略Ｌ字形に屈曲した導波路と直線状の導波路に切断し、
このギャップ１７の溝の中に、図５（ｂ）に示すように
コア導波路４の屈折率とほぼ等しい屈折率をもつ液体８
を充填した特殊な構造を有している。そして、ギャップ
１７の周囲のクラッド１８の上面に形成した電熱体（薄
膜ヒータ）１９に配電線２０を通して通電することによ
ってギャップ１７の極近傍だけを加熱し、ギャップ１７
内の液体８を気化させることができるようになってい
る。すなわちこの光スイッチは、ギャップ１７に充填さ
れた液体８が気化するとギャップ１７内がコア導波路４
の屈折率よりも低屈折率の状態になることを利用してス
イッチングを行うものである。図５（ａ）においては、
電熱体１９への通電をオンにしてギャップ１７内の液体
８を蒸発気化させると、それまでコア導波路４内を矢印
１２Ａ方向から矢印１２Ｂ方向へ伝搬していた光は、ギ
ャップ１９のコア導波路端面で反射され、直交する導波
路へ光路が切り替えられて矢印１２Ｃ方向へ伝搬するよ
うになる。電熱体１９への通電をオフにし加熱を止めれ
ば、伝熱によって直ちにギャップ１７周辺は加熱前の温
度に冷やされ、気化していた液体８が凝結してギャップ
１７内に注入されるので、光は再び矢印１２Ｂ方向へ直
進する。以上のようにこの光スイッチは、ギャップ１７
内への液体８の注入及び除去動作を加熱・冷却による液
体８の蒸発・凝結によって達成することによりスイッチ
ング動作を行う。
先に図５に示す光スイッチを提案した（特願平２−２６
９４８９号）。この光スイッチは、図５（ａ）に示すよ
うにＴ字形のコア導波路４の直交する交差部分に略４５
°の角度をなすギャップ１７を設けて、コア導波路４を
略Ｌ字形に屈曲した導波路と直線状の導波路に切断し、
このギャップ１７の溝の中に、図５（ｂ）に示すように
コア導波路４の屈折率とほぼ等しい屈折率をもつ液体８
を充填した特殊な構造を有している。そして、ギャップ
１７の周囲のクラッド１８の上面に形成した電熱体（薄
膜ヒータ）１９に配電線２０を通して通電することによ
ってギャップ１７の極近傍だけを加熱し、ギャップ１７
内の液体８を気化させることができるようになってい
る。すなわちこの光スイッチは、ギャップ１７に充填さ
れた液体８が気化するとギャップ１７内がコア導波路４
の屈折率よりも低屈折率の状態になることを利用してス
イッチングを行うものである。図５（ａ）においては、
電熱体１９への通電をオンにしてギャップ１７内の液体
８を蒸発気化させると、それまでコア導波路４内を矢印
１２Ａ方向から矢印１２Ｂ方向へ伝搬していた光は、ギ
ャップ１９のコア導波路端面で反射され、直交する導波
路へ光路が切り替えられて矢印１２Ｃ方向へ伝搬するよ
うになる。電熱体１９への通電をオフにし加熱を止めれ
ば、伝熱によって直ちにギャップ１７周辺は加熱前の温
度に冷やされ、気化していた液体８が凝結してギャップ
１７内に注入されるので、光は再び矢印１２Ｂ方向へ直
進する。以上のようにこの光スイッチは、ギャップ１７
内への液体８の注入及び除去動作を加熱・冷却による液
体８の蒸発・凝結によって達成することによりスイッチ
ング動作を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図５の光ス
イッチは、基板１上に低屈折率層２を介して形成した厚
みが約８μm のコア導波路４の表面全体を厚みが20〜30
μm のクラッド１８で完全に覆った埋込み型導波路で構
成されている。そのため、ギャップ１７はコア導波路４
を完全に切断するよう、コア導波路４とその下側の低屈
折率層２との境界面まで達するようにして形成されてい
なければならない。つまり、ギャップ１７の溝深さは28
〜38μm となる。このギャップ１７は、クラッド１８を
形成した後、メタル膜（例えばＷＳｉ膜）をマスクにし
て、ふっ素系ガス（たとえばＣＨＦ3 ）を用いたドライ
エッチングによりエッチングして形成される。ここで、
上記メタル膜の形成可能な厚みの上限値は、応力の発生
による基板１の反り、クラックの発生、さらにはエッチ
ングパターン精度などを考慮すると、1 μm である。し
たがって、この厚みのメタル膜をマスクにして28〜38μ
m の深さのギャップ１７をエッチングするためは、クラ
ッド１８およびコア導波路４からなるガラス膜のエッチ
ング速度とメタル膜のエッチング速度の比（すなわち、
エッチング選択比）が28以上とれるエッチングガスおよ
びメタル膜を用いなければならない。しかし現状では上
記エッチング選択比は20程度が限界である。そのために
材質の異なったメタル膜（例えば、ＣｒとＷＳｉ膜）を
２層に形成してエッチング選択比を大きくとる方法も検
討されたが、メタル膜の厚みが増すほどマスクパターン
の精度が劣化し、所望のギャップ形状（すきま幅6 μm
、長さ50μm 、深さ28μm 以上）をコア導波路４の所
望の交差部位置に精度良く形成し得ないという問題が生
じ、結果的に低損失な光スイッチを実現することは現状
の技術レベルでは難しいということが判った。また上記
のように深いギャップ１７を形成すると、ギャップ１７
の深さが深くなるにつれてギャップ１７のすきま幅がア
ンダーカッティングによりどんどん拡がり、設計値（6
μm ）からずれるという問題があり、その結果、このギ
ャップ１７に液体８が充填されている場合に矢印１２Ａ
方向から伝搬してきた入射光がギャップ１７を通過して
矢印１２Ｂ方向へ伝搬する際の損失が増大することがわ
かった。すなわち、このギャップ１７を光が通ることに
よる透過損失Ｔｔは、次式で示されるようにギャップ１
７のすきま幅Ｓが大きくなるにつれて増大する。これは
ギャップ部で入力光電界分布が拡がることによって生ず
る入力導波路と出力導波路中の光電界分布の不整合によ
る損失である。
イッチは、基板１上に低屈折率層２を介して形成した厚
みが約８μm のコア導波路４の表面全体を厚みが20〜30
μm のクラッド１８で完全に覆った埋込み型導波路で構
成されている。そのため、ギャップ１７はコア導波路４
を完全に切断するよう、コア導波路４とその下側の低屈
折率層２との境界面まで達するようにして形成されてい
なければならない。つまり、ギャップ１７の溝深さは28
〜38μm となる。このギャップ１７は、クラッド１８を
形成した後、メタル膜（例えばＷＳｉ膜）をマスクにし
て、ふっ素系ガス（たとえばＣＨＦ3 ）を用いたドライ
エッチングによりエッチングして形成される。ここで、
上記メタル膜の形成可能な厚みの上限値は、応力の発生
による基板１の反り、クラックの発生、さらにはエッチ
ングパターン精度などを考慮すると、1 μm である。し
たがって、この厚みのメタル膜をマスクにして28〜38μ
m の深さのギャップ１７をエッチングするためは、クラ
ッド１８およびコア導波路４からなるガラス膜のエッチ
ング速度とメタル膜のエッチング速度の比（すなわち、
エッチング選択比）が28以上とれるエッチングガスおよ
びメタル膜を用いなければならない。しかし現状では上
記エッチング選択比は20程度が限界である。そのために
材質の異なったメタル膜（例えば、ＣｒとＷＳｉ膜）を
２層に形成してエッチング選択比を大きくとる方法も検
討されたが、メタル膜の厚みが増すほどマスクパターン
の精度が劣化し、所望のギャップ形状（すきま幅6 μm
、長さ50μm 、深さ28μm 以上）をコア導波路４の所
望の交差部位置に精度良く形成し得ないという問題が生
じ、結果的に低損失な光スイッチを実現することは現状
の技術レベルでは難しいということが判った。また上記
のように深いギャップ１７を形成すると、ギャップ１７
の深さが深くなるにつれてギャップ１７のすきま幅がア
ンダーカッティングによりどんどん拡がり、設計値（6
μm ）からずれるという問題があり、その結果、このギ
ャップ１７に液体８が充填されている場合に矢印１２Ａ
方向から伝搬してきた入射光がギャップ１７を通過して
矢印１２Ｂ方向へ伝搬する際の損失が増大することがわ
かった。すなわち、このギャップ１７を光が通ることに
よる透過損失Ｔｔは、次式で示されるようにギャップ１
７のすきま幅Ｓが大きくなるにつれて増大する。これは
ギャップ部で入力光電界分布が拡がることによって生ず
る入力導波路と出力導波路中の光電界分布の不整合によ
る損失である。
【０００５】
【数１】
【０００６】ここにλは波長、ｎc はクラッドの屈折
率、ωは基本モ−ドの光のスポットサイズである。
率、ωは基本モ−ドの光のスポットサイズである。
【０００７】さらに、ギャップ１７の深さが増大すると
ギャップ１７の内壁面の面荒れの増大と内壁面の垂直性
が劣化するという問題が生ずることがわかった。すなわ
ち、ギャップ１７内に液体８がない場合に入射光はこの
ギャップ１７の内壁面で反射しスイッチングされるが、
この面荒れがあるとここで散乱損失を生ずる。また、ギ
ャップ内壁面の垂直性が劣化すると、反射後の光電界と
出力導波路中の光電界との不整合による損失を伴う。
ギャップ１７の内壁面の面荒れの増大と内壁面の垂直性
が劣化するという問題が生ずることがわかった。すなわ
ち、ギャップ１７内に液体８がない場合に入射光はこの
ギャップ１７の内壁面で反射しスイッチングされるが、
この面荒れがあるとここで散乱損失を生ずる。また、ギ
ャップ内壁面の垂直性が劣化すると、反射後の光電界と
出力導波路中の光電界との不整合による損失を伴う。
【０００８】以上述べたように、現状の技術レベルで
は、深さが28μm以上のギャップを幅、面荒れ、垂直性
などに関して精度良く形成する技術が実現されておら
ず、光スイッチの低損失化は困難である。
は、深さが28μm以上のギャップを幅、面荒れ、垂直性
などに関して精度良く形成する技術が実現されておら
ず、光スイッチの低損失化は困難である。
【０００９】本発明の目的は、前記した従来技術の問題
点を解消し、低損失で製造が容易な構造の導波路型光ス
イッチを提供することにある。
点を解消し、低損失で製造が容易な構造の導波路型光ス
イッチを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の導波路型光スイッチは、基板上の低屈折率層上
に交差部を有して形成された光の伝搬するコア導波路
と、コア導波路にその交差部を横切るようにして形成さ
れたギャップと、上記コア導波路表面にそのギャップ面
を覆うようにして形成されたクラッド層と、そのクラッ
ド層間に形成された残りのギャップ内に充填され、屈折
率が上記コア導波路のそれと略等しい液体８と、その液
体８を加熱すべく上記ギャップの近傍に設けられたヒ−
タとを有し、ヒータの温度操作によって上記ギャップ内
の液体８を気化あるいは凝縮させてギャップ内の屈折率
を変化させることにより上記コア導波路内の光の伝搬方
向を制御するよう構成したものである。上記交差部の形
態には、Ｔ字形状、十字形状、筋交い形状、など、種々
のものが含まれる。
本発明の導波路型光スイッチは、基板上の低屈折率層上
に交差部を有して形成された光の伝搬するコア導波路
と、コア導波路にその交差部を横切るようにして形成さ
れたギャップと、上記コア導波路表面にそのギャップ面
を覆うようにして形成されたクラッド層と、そのクラッ
ド層間に形成された残りのギャップ内に充填され、屈折
率が上記コア導波路のそれと略等しい液体８と、その液
体８を加熱すべく上記ギャップの近傍に設けられたヒ−
タとを有し、ヒータの温度操作によって上記ギャップ内
の液体８を気化あるいは凝縮させてギャップ内の屈折率
を変化させることにより上記コア導波路内の光の伝搬方
向を制御するよう構成したものである。上記交差部の形
態には、Ｔ字形状、十字形状、筋交い形状、など、種々
のものが含まれる。
【００１１】上記コア導波路と上記クラッド層との間の
コア導波路上面には、屈折率が上記クラッド層のそれと
等しいかそれよりも低い別のクラッド層が形成されてい
ることが望ましい。
コア導波路上面には、屈折率が上記クラッド層のそれと
等しいかそれよりも低い別のクラッド層が形成されてい
ることが望ましい。
【００１２】上記ヒ−タは上記ギャップの直下に設けら
れていることが望ましい。
れていることが望ましい。
【００１３】上記基板には石英系ガラス基板を用いるこ
とが望ましい。
とが望ましい。
【００１４】
【作用】上記の如く構成された本発明の光スイッチにお
いては、上記ギャップはコア導波路をドライエッチング
プロセスを用いて形成する際に同時に形成される。した
がって、寸法精度が良く、内壁面の面荒れが少なく、垂
直性の良いギャップを形成することができる。しかもそ
のギャップは、ドライエッチングの際のアンダーカッテ
ィングなどによってそのすきま間隔が設計値よりも拡が
っても、その後にギャップ端面を覆って形成されるクラ
ッド層の厚さを調節ことにより、すきま間隔の設計値か
らのずれを補償し低損失の光スイッチを実現することが
できる。
いては、上記ギャップはコア導波路をドライエッチング
プロセスを用いて形成する際に同時に形成される。した
がって、寸法精度が良く、内壁面の面荒れが少なく、垂
直性の良いギャップを形成することができる。しかもそ
のギャップは、ドライエッチングの際のアンダーカッテ
ィングなどによってそのすきま間隔が設計値よりも拡が
っても、その後にギャップ端面を覆って形成されるクラ
ッド層の厚さを調節ことにより、すきま間隔の設計値か
らのずれを補償し低損失の光スイッチを実現することが
できる。
【００１５】ギャップ端面を覆うクラッド層の厚みＷ
は、ギャップのすきま幅Ｇの半分よりも薄く設定され
る。これは両方のギャップ端面を覆ってクラッド層を形
成した後にも上記液体８を充填するためのすきまを残し
ておくためである。すなわち、ここで残されるギャップ
（上記残りのギャップ）のすきま幅をＳとするとクラッ
ド層の厚みＷは、Ｗ＜（Ｇ−Ｓ）／２である。一方、コ
ア導波路の周面を覆うクラッド層の厚みは厚いほど導波
路内を伝搬する光の伝搬損失を小さくすることができ
る。そこで、コア導波路とそのギャップ端面をも覆うよ
うにして形成されるクラッド層との間のコア導波路上面
に上記別のクラッド層を形成して光の伝搬損失を小さく
抑える。
は、ギャップのすきま幅Ｇの半分よりも薄く設定され
る。これは両方のギャップ端面を覆ってクラッド層を形
成した後にも上記液体８を充填するためのすきまを残し
ておくためである。すなわち、ここで残されるギャップ
（上記残りのギャップ）のすきま幅をＳとするとクラッ
ド層の厚みＷは、Ｗ＜（Ｇ−Ｓ）／２である。一方、コ
ア導波路の周面を覆うクラッド層の厚みは厚いほど導波
路内を伝搬する光の伝搬損失を小さくすることができ
る。そこで、コア導波路とそのギャップ端面をも覆うよ
うにして形成されるクラッド層との間のコア導波路上面
に上記別のクラッド層を形成して光の伝搬損失を小さく
抑える。
【００１６】ヒ−タをギャップの直下に設け、ギャップ
内の液体８をその下方から加熱するようにすれば、ギャ
ップ内の液体８は下側から先に気化され、残りの液体８
は発生した気体の上昇によって押し上げられるようにし
てギャップ外に迅速に排出される。
内の液体８をその下方から加熱するようにすれば、ギャ
ップ内の液体８は下側から先に気化され、残りの液体８
は発生した気体の上昇によって押し上げられるようにし
てギャップ外に迅速に排出される。
【００１７】上記低屈折率層はコア導波路内を伝搬する
光の伝搬損失を小さくするために設けられるガイド層で
ある。したがって、上記基板に低屈折率の石英系ガラス
基板を用いた場合には、上記低屈折率層はその基板で代
用することができる。すなわちその場合には、上記低屈
折率層は不要となる。
光の伝搬損失を小さくするために設けられるガイド層で
ある。したがって、上記基板に低屈折率の石英系ガラス
基板を用いた場合には、上記低屈折率層はその基板で代
用することができる。すなわちその場合には、上記低屈
折率層は不要となる。
【００１８】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【００１９】図１に本発明の導波路型光スイッチの一実
施例を示す。同図(a) は平面図、(b) は(a) のＡ−Ａ断
面図である。この光スイッチは、光ファイバ１１ａ内を
矢印１２Ａのごとく伝搬してきた光信号を光ファイバ１
１ｂ、あるいは光ファイバ１１ｃのいずれかに光路を切
り替え、矢印１２Ｂ方向、あるいは矢印１２Ｃ方向へ伝
搬させるよう構成された１×２光スイッチである。光フ
ァイバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、導波路型光スイッチ
素子を収容した矩形状パッケ−ジ１８の異なる側壁に各
々接続されている。導波路型光スイッチ素子は基板１上
に低屈折率層２を介して形成されたＴ字形状のコア導波
路４を有しており、各光ファイバ１１ａ，１１ｂ，１１
ｃはそのコア１４を導波路型光スイッチ素子のコア導波
路端面に密着させるようにして設けられている。コア導
波路４のＴ字状の交差部３には矢印１２Ａ方向からの入
射光の光軸を略４５度の角度に横切るようにしてギャッ
プ５が形成されている。コア導波路４の表面にはそのギ
ャップ端面６をも覆うようにしてクラッド層７が形成さ
れている。パッケ−ジ１８の上部空間には液体８が収容
されており、クラッド層７間に形成された残りのギャッ
プ内はこの液体８で満たされている。基板１内には、ギ
ャップ５の直下に位置させて、液体８を加熱するための
ヒ−タ９が設けられている。すなわちこの光スイッチ
は、ヒータ９への通電をオン・オフすることにより、ギ
ャップ５に満たされた液体８をヒータ加熱によって気化
させたり、気化した液体８をヒータ加熱を止めて凝結液
化させたりできるようになっており、ギャップ内の屈折
率変化によって光路の切替えを達成する。
施例を示す。同図(a) は平面図、(b) は(a) のＡ−Ａ断
面図である。この光スイッチは、光ファイバ１１ａ内を
矢印１２Ａのごとく伝搬してきた光信号を光ファイバ１
１ｂ、あるいは光ファイバ１１ｃのいずれかに光路を切
り替え、矢印１２Ｂ方向、あるいは矢印１２Ｃ方向へ伝
搬させるよう構成された１×２光スイッチである。光フ
ァイバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、導波路型光スイッチ
素子を収容した矩形状パッケ−ジ１８の異なる側壁に各
々接続されている。導波路型光スイッチ素子は基板１上
に低屈折率層２を介して形成されたＴ字形状のコア導波
路４を有しており、各光ファイバ１１ａ，１１ｂ，１１
ｃはそのコア１４を導波路型光スイッチ素子のコア導波
路端面に密着させるようにして設けられている。コア導
波路４のＴ字状の交差部３には矢印１２Ａ方向からの入
射光の光軸を略４５度の角度に横切るようにしてギャッ
プ５が形成されている。コア導波路４の表面にはそのギ
ャップ端面６をも覆うようにしてクラッド層７が形成さ
れている。パッケ−ジ１８の上部空間には液体８が収容
されており、クラッド層７間に形成された残りのギャッ
プ内はこの液体８で満たされている。基板１内には、ギ
ャップ５の直下に位置させて、液体８を加熱するための
ヒ−タ９が設けられている。すなわちこの光スイッチ
は、ヒータ９への通電をオン・オフすることにより、ギ
ャップ５に満たされた液体８をヒータ加熱によって気化
させたり、気化した液体８をヒータ加熱を止めて凝結液
化させたりできるようになっており、ギャップ内の屈折
率変化によって光路の切替えを達成する。
【００２０】この光スイッチの各構成要素についてさら
に具体的に説明する。
に具体的に説明する。
【００２１】基板１にはガラス（石英系ガラス、屈折率
制御用添加物を含んだ石英系ガラス、多成分系ガラス、
など）、半導体（Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、など）、電
気光学結晶（ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、など）、磁
性体（たとえばＹ3 Ｆｅ5 Ｏ12）、高分子材料（ポリウ
レタン、エポキシ、ポリカーボネート、など）、サファ
イヤなどを用いることができる。
制御用添加物を含んだ石英系ガラス、多成分系ガラス、
など）、半導体（Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、など）、電
気光学結晶（ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、など）、磁
性体（たとえばＹ3 Ｆｅ5 Ｏ12）、高分子材料（ポリウ
レタン、エポキシ、ポリカーボネート、など）、サファ
イヤなどを用いることができる。
【００２２】低屈折率層２、コア導波路４、クラッド層
７には上記ガラス、半導体、高分子材料などを用いるこ
とができる。ただし、コア導波路４の屈折率ｎw はクラ
ッド４の屈折率ｎc 、低屈折率層２の屈折率ｎb よりも
高い値になるように、屈折率制御用添加物によって調節
される。たとえば導波路が単一モード導波路の場合、コ
ア導波路４の厚みおよび幅は数μm から15μm の範囲か
ら選ばれ、またコア導波路４の屈折率ｎw とクラッド層
７の屈折率ｎc （あるいは低屈折率層２の屈折率ｎb ）
との比屈折率差は０．数％から２％の範囲内から選ばれ
る。ここで、ｎc とｎb は略等しい値か、あるいは基板
への放射モードによる損失を低減するためにはｎc ＞ｎ
b が好ましい。低屈折率層２の厚みは厚い程、伝搬損失
を低減することができるが、通常5 μm 以上であれば問
題ない。クラッド層７の厚みも厚い程、コア導波路４内
を伝搬する光の伝搬損失を低減することがてきるが、こ
の場合には2 〜5 μm の範囲から選べば、クラッドが十
分に厚い場合に対する損失増加分は小さく抑えることが
できる。なお、基板１に石英系ガラス基板を用いた場合
には、基板全体が低屈折率であるので、その表面に別途
上記低屈折率層２が形成されている必要はない。したが
って、低屈折率層２の形成工程を省くことができ、光ス
イッチの製造プロセスを簡略化することができる。
７には上記ガラス、半導体、高分子材料などを用いるこ
とができる。ただし、コア導波路４の屈折率ｎw はクラ
ッド４の屈折率ｎc 、低屈折率層２の屈折率ｎb よりも
高い値になるように、屈折率制御用添加物によって調節
される。たとえば導波路が単一モード導波路の場合、コ
ア導波路４の厚みおよび幅は数μm から15μm の範囲か
ら選ばれ、またコア導波路４の屈折率ｎw とクラッド層
７の屈折率ｎc （あるいは低屈折率層２の屈折率ｎb ）
との比屈折率差は０．数％から２％の範囲内から選ばれ
る。ここで、ｎc とｎb は略等しい値か、あるいは基板
への放射モードによる損失を低減するためにはｎc ＞ｎ
b が好ましい。低屈折率層２の厚みは厚い程、伝搬損失
を低減することができるが、通常5 μm 以上であれば問
題ない。クラッド層７の厚みも厚い程、コア導波路４内
を伝搬する光の伝搬損失を低減することがてきるが、こ
の場合には2 〜5 μm の範囲から選べば、クラッドが十
分に厚い場合に対する損失増加分は小さく抑えることが
できる。なお、基板１に石英系ガラス基板を用いた場合
には、基板全体が低屈折率であるので、その表面に別途
上記低屈折率層２が形成されている必要はない。したが
って、低屈折率層２の形成工程を省くことができ、光ス
イッチの製造プロセスを簡略化することができる。
【００２３】ギャップ５はコア導波路４をドライエッチ
ングプロセスを用いて形成する際に同時に形成されるの
で、寸法精度、内壁面の状態、垂直性が共に良好なギャ
ップ形状に形成される。ギャップ５の深さは、低屈折率
層２に達する深さに設定されている。コア導波路４の表
面がクラッド層７で覆われることにより最終的に形成さ
れる残りのギャップのすきま幅Ｓは1 〜6 μm の範囲か
ら選ばれるが、このすきま幅Ｓは式（１）からもわかる
ように狭い方が好ましい。このすきま幅Ｓはクラッド層
７の厚みを調節することにより、容易に制御することが
できる。万一、ドライエッチングの際のアンダ−カッテ
ィングによってギャップ５のすきま幅が設定値よりも拡
がったとしても、その後に形成するクラッド層７の厚さ
で適正な幅に補償することができる。これにより低損失
な光スイッチング動作を可能にする。
ングプロセスを用いて形成する際に同時に形成されるの
で、寸法精度、内壁面の状態、垂直性が共に良好なギャ
ップ形状に形成される。ギャップ５の深さは、低屈折率
層２に達する深さに設定されている。コア導波路４の表
面がクラッド層７で覆われることにより最終的に形成さ
れる残りのギャップのすきま幅Ｓは1 〜6 μm の範囲か
ら選ばれるが、このすきま幅Ｓは式（１）からもわかる
ように狭い方が好ましい。このすきま幅Ｓはクラッド層
７の厚みを調節することにより、容易に制御することが
できる。万一、ドライエッチングの際のアンダ−カッテ
ィングによってギャップ５のすきま幅が設定値よりも拡
がったとしても、その後に形成するクラッド層７の厚さ
で適正な幅に補償することができる。これにより低損失
な光スイッチング動作を可能にする。
【００２４】液体８には屈折率がコア導波路４のそれと
等しい屈折率の液体が用いられる。たとえば、コア導波
路４にＧｅを添加した石英系ガラスを用いた場合には、
液体８として、フルオロベンゼン（Ｃ6 Ｈ5 Ｆ：温度20
℃における屈折率1.46412 、沸点84.9℃）を用いること
ができる。
等しい屈折率の液体が用いられる。たとえば、コア導波
路４にＧｅを添加した石英系ガラスを用いた場合には、
液体８として、フルオロベンゼン（Ｃ6 Ｈ5 Ｆ：温度20
℃における屈折率1.46412 、沸点84.9℃）を用いること
ができる。
【００２５】ヒータ１９は基板１の下面から上面近傍に
延出させて形成された穴１５の中に挿入されている。ヒ
ータ１９がギャップ５の直下に設けられているので、ギ
ャップ５内の液体８は下方から加熱されて下側から先に
気化することになる。ギャップ５内の残りの液体８は先
に発生した気体の上昇によって押し上げられるようにし
てギャップ５外に迅速に排出される。したがって、高速
かつ確実にスイッチングを行うことができる。
延出させて形成された穴１５の中に挿入されている。ヒ
ータ１９がギャップ５の直下に設けられているので、ギ
ャップ５内の液体８は下方から加熱されて下側から先に
気化することになる。ギャップ５内の残りの液体８は先
に発生した気体の上昇によって押し上げられるようにし
てギャップ５外に迅速に排出される。したがって、高速
かつ確実にスイッチングを行うことができる。
【００２６】パッケージ１８には、図１には開示されて
いないが実際には上フタが設けられており、液体８がパ
ッケージ外部に漏洩しない構造が採用される。したがっ
て、光ファイバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃもパッケージ１
８と気密に接続されている。
いないが実際には上フタが設けられており、液体８がパ
ッケージ外部に漏洩しない構造が採用される。したがっ
て、光ファイバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃもパッケージ１
８と気密に接続されている。
【００２７】図２に本発明の光スイッチの他の実施例を
示す。同図(a) は光スイッチ素子の平面図、(b) は(a)
のＡ−Ａ′断面図を示している。Ｔ字形状のコア導波路
４の表面には、その上面のみを覆うようにして第１のク
ラッド層１０が形成され、さらにその第１のクラッド層
１０及びギャップ面６をも覆うようにして第２のクラッ
ド層１６（図１のクラッド層７に相当）が形成されてい
る。第１のクラッド１６の屈折率ｎc ′は第２のクラッ
ド層１６の屈折率ｎc と等しいかそれよりも低屈折率
（ｎc ′＜ｎc ）であるように選ばれる。この第１のク
ラッド１０はコア導波路４内への光の閉じ込めを良くす
るために設けられたものであり、その厚みは１〜５μm
の範囲から選ばれる。
示す。同図(a) は光スイッチ素子の平面図、(b) は(a)
のＡ−Ａ′断面図を示している。Ｔ字形状のコア導波路
４の表面には、その上面のみを覆うようにして第１のク
ラッド層１０が形成され、さらにその第１のクラッド層
１０及びギャップ面６をも覆うようにして第２のクラッ
ド層１６（図１のクラッド層７に相当）が形成されてい
る。第１のクラッド１６の屈折率ｎc ′は第２のクラッ
ド層１６の屈折率ｎc と等しいかそれよりも低屈折率
（ｎc ′＜ｎc ）であるように選ばれる。この第１のク
ラッド１０はコア導波路４内への光の閉じ込めを良くす
るために設けられたものであり、その厚みは１〜５μm
の範囲から選ばれる。
【００２８】このように、本発明の導波路型光スイッチ
は、半導体集積回路の製造技術として確立されたドライ
エッチングプロセスを用いて容易に製造することがで
き、また量産化も容易なため低コスト化が期待できる。
は、半導体集積回路の製造技術として確立されたドライ
エッチングプロセスを用いて容易に製造することがで
き、また量産化も容易なため低コスト化が期待できる。
【００２９】以上、Ｔ字形状に交差した（すなわち入射
側コア導波路４ａと同軸的に設けられた一方の出射側コ
ア導波路４ｂから他方の出射側コア導波路４ｃへの曲げ
角度θI がθI ＝90°に設定された）コア導波路４を有
した光スイッチを例にとって説明したが、この曲げ角度
θI はθI ＝40°〜90°の範囲内にあればよい。ただ
し、曲げ角度θI がθI ＝40°のときには入射光軸に対
するギャップ角度θIIはθII＝20°とし、またθI ＝60
°のときにはθII＝30°とするなど、曲げ角度θI に応
じてギャップ角度θIIもθII＝20°〜45°の範囲内から
選ばれる。
側コア導波路４ａと同軸的に設けられた一方の出射側コ
ア導波路４ｂから他方の出射側コア導波路４ｃへの曲げ
角度θI がθI ＝90°に設定された）コア導波路４を有
した光スイッチを例にとって説明したが、この曲げ角度
θI はθI ＝40°〜90°の範囲内にあればよい。ただ
し、曲げ角度θI がθI ＝40°のときには入射光軸に対
するギャップ角度θIIはθII＝20°とし、またθI ＝60
°のときにはθII＝30°とするなど、曲げ角度θI に応
じてギャップ角度θIIもθII＝20°〜45°の範囲内から
選ばれる。
【００３０】また、本発明の導波路型光スイッチはこれ
までに述べた１×２型光スイッチ以外に、図３および図
４に示すごとくｎ×ｍ型およびｍ×ｍ型光スイッチ（ｎ
≧１、ｍ＞２）にも適用することができる。すなわち、
本発明の光スイッチは半導体集積回路の製造プロセスを
利用することにより容易に集積化、多機能化することが
できる。図３は４入力、８出力の４×８光スイッチの例
であり、図４は６入力、６出力の６×６光スイッチの例
である。格子状に形成されたコア導波路４の各格子点位
置には、ギャップ並びにヒ−タが形成されており、コア
導波路４の各格子点においてスイッチングを行うことが
できるようになっている。図３において矢印Ａ1 〜Ａ4
はコア導波路４１ａ〜４１ｄへ入射する光信号の方向を
示し、矢印Ｂ1 〜Ｂ4 、Ｃ1〜Ｃ4 はコア導波路から出
射する光信号の方向を示している。同様に、図４におい
て矢印Ｄ1 〜Ｄ3 、Ｅ1 〜Ｅ3 は入射光信号の方向を示
し、矢印Ｆ1 〜Ｆ3 、Ｇ1 〜Ｇ3 は出射光信号の方向を
それぞれ示している。ここで、隣接するコア導波路相互
の間隔ａ1 〜ａ3 、ｂ1 〜ｂ3 はそれぞれ等しくてもよ
く、あるいは異なっていてもよい。
までに述べた１×２型光スイッチ以外に、図３および図
４に示すごとくｎ×ｍ型およびｍ×ｍ型光スイッチ（ｎ
≧１、ｍ＞２）にも適用することができる。すなわち、
本発明の光スイッチは半導体集積回路の製造プロセスを
利用することにより容易に集積化、多機能化することが
できる。図３は４入力、８出力の４×８光スイッチの例
であり、図４は６入力、６出力の６×６光スイッチの例
である。格子状に形成されたコア導波路４の各格子点位
置には、ギャップ並びにヒ−タが形成されており、コア
導波路４の各格子点においてスイッチングを行うことが
できるようになっている。図３において矢印Ａ1 〜Ａ4
はコア導波路４１ａ〜４１ｄへ入射する光信号の方向を
示し、矢印Ｂ1 〜Ｂ4 、Ｃ1〜Ｃ4 はコア導波路から出
射する光信号の方向を示している。同様に、図４におい
て矢印Ｄ1 〜Ｄ3 、Ｅ1 〜Ｅ3 は入射光信号の方向を示
し、矢印Ｆ1 〜Ｆ3 、Ｇ1 〜Ｇ3 は出射光信号の方向を
それぞれ示している。ここで、隣接するコア導波路相互
の間隔ａ1 〜ａ3 、ｂ1 〜ｂ3 はそれぞれ等しくてもよ
く、あるいは異なっていてもよい。
【００３１】
【発明の効果】以上要するに、本発明によれば次の如き
優れた効果が発揮できる。
優れた効果が発揮できる。
【００３２】(1) ギャップはコア導波路をドライエッチ
ングプロセスを用いて形成する際に同時に形成すること
ができるので、寸法精度、内壁面の状態、垂直性が共に
良好なギャップ形状とすることができる。しかも、ドラ
イエッチングの際のアンダ−カッティングによってギャ
ップのすきま幅に拡がりが生じたとしても、その後に形
成されるクラッド層の厚さで適正な幅に補償することが
可能である。したがって、低損失な光スイッチを実現す
ることができる。
ングプロセスを用いて形成する際に同時に形成すること
ができるので、寸法精度、内壁面の状態、垂直性が共に
良好なギャップ形状とすることができる。しかも、ドラ
イエッチングの際のアンダ−カッティングによってギャ
ップのすきま幅に拡がりが生じたとしても、その後に形
成されるクラッド層の厚さで適正な幅に補償することが
可能である。したがって、低損失な光スイッチを実現す
ることができる。
【００３３】(2) コア導波路とそのギャップ端面をも覆
うようにして形成されるクラッド層との間のコア導波路
上面に、屈折率が上記クラッド層のそれと等しいかそれ
よりも低い別のクラッド層を形成しておくことにより、
光の伝搬損失を小さく抑えることができる。
うようにして形成されるクラッド層との間のコア導波路
上面に、屈折率が上記クラッド層のそれと等しいかそれ
よりも低い別のクラッド層を形成しておくことにより、
光の伝搬損失を小さく抑えることができる。
【００３４】(3) ヒ−タをギャップの直下に設けておく
ことにより、スイッチング速度を高速化することができ
る。
ことにより、スイッチング速度を高速化することができ
る。
【００３５】(4) 基板に低屈折率の石英系ガラス基板を
用いれば、低屈折率層を基板で代用することができるの
で光スイッチの製造プロセスを簡略化することができ
る。
用いれば、低屈折率層を基板で代用することができるの
で光スイッチの製造プロセスを簡略化することができ
る。
【００３６】簡単な構造で、容易に作ることができるこ
と、(5) 半導体集積回路の製造プロセスを利用して容易
に製造することができ、また量産化も容易なため低コス
ト化が期待できる。
と、(5) 半導体集積回路の製造プロセスを利用して容易
に製造することができ、また量産化も容易なため低コス
ト化が期待できる。
【図１】 本発明の導波路型光スイッチの一実施例を示
す図であり、(a) は平面図、(b) は(a) のＡ−Ａ´断面
図である。
す図であり、(a) は平面図、(b) は(a) のＡ−Ａ´断面
図である。
【図２】 本発明の導波路型光スイッチの他の実施例を
示す図であり、(a)は導波路型光スイッチ素子の平面
図、(b) は(a) のＡ−Ａ´断面図である。
示す図であり、(a)は導波路型光スイッチ素子の平面
図、(b) は(a) のＡ−Ａ´断面図である。
【図３】 本発明の導波路型光スイッチをｎ×ｍ型光ス
イッチに適用した実施例を示す概略図である。
イッチに適用した実施例を示す概略図である。
【図４】 本発明の導波路型光スイッチをｍ×ｍ型光ス
イッチに適用した実施例を示す概略図である。
イッチに適用した実施例を示す概略図である。
【図５】 従来例を示す図であり、(a) は平面図、(b)
は(a) のＡ−Ａ´断面図である。
は(a) のＡ−Ａ´断面図である。
１ 基板 ２ 低屈折率層 ３ 交差部 ４ コア導波路 ５ ギャップ ６ ギャップ面 ７ クラッド層 ８ 液体 ９ ヒ−タ １０ 第１のクラッド層（別のクラッド層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井本 克之 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社アドバンスリサーチセンタ内
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上の低屈折率層上に交差部を有して
形成された光の伝搬するコア導波路と、該コア導波路に
その交差部を横切るようにして形成されたギャップと、
コア導波路表面にそのギャップ面を覆うようにして形成
されたクラッド層と、該クラッド層のギャップ面間に形
成された残りのギャップ内に充填され、屈折率が上記コ
ア導波路のそれと略等しい液体と、該液体を加熱すべく
上記ギャップの近傍に設けられたヒ−タとを有し、該ヒ
ータの温度操作によって上記ギャップ内の液体を気化あ
るいは凝縮させてギャップ内の屈折率を変化させること
により上記コア導波路内の光の伝搬方向を制御するよう
構成したことを特徴とする導波路型光スイッチ。 - 【請求項２】 上記コア導波路と上記クラッド層との間
のコア導波路上面に、屈折率が上記クラッド層のそれと
等しいかそれよりも低い別のクラッド層が形成されてい
る請求項１記載の導波路型光スイッチ。 - 【請求項３】 上記ヒ−タは上記ギャップの直下に設け
られている請求項１または２記載の導波路型光スイッ
チ。 - 【請求項４】 上記基板として石英系ガラス基板を用い
た請求項１乃至３のいずれかに記載の導波路型光スイッ
チ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3218516A JP2994807B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 導波路型光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3218516A JP2994807B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 導波路型光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0553025A true JPH0553025A (ja) | 1993-03-05 |
| JP2994807B2 JP2994807B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=16721156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3218516A Expired - Lifetime JP2994807B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 導波路型光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2994807B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0938013A3 (en) * | 1998-02-18 | 1999-09-22 | Hewlett-Packard Company | Fabrication of a total internal reflection optical switch with vertical fluid fill-holes |
| CN115145058A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-10-04 | 安徽大学 | 一种基于相变材料的超紧凑直角弯曲波导调制器 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002162584A (ja) | 2000-11-24 | 2002-06-07 | Hitachi Metals Ltd | 光スイッチ |
| US6798939B2 (en) | 2002-03-14 | 2004-09-28 | Agilent Technologies, Inc. | Bubble stability in an optical switch |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60243642A (ja) * | 1984-05-18 | 1985-12-03 | Canon Inc | 光スイツチ |
| JPS62119517A (ja) * | 1985-11-20 | 1987-05-30 | Fujitsu Ltd | 熱光学素子 |
| JPS62119504A (ja) * | 1985-11-20 | 1987-05-30 | Fujitsu Ltd | 光導波路デイバイス |
-
1991
- 1991-08-29 JP JP3218516A patent/JP2994807B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60243642A (ja) * | 1984-05-18 | 1985-12-03 | Canon Inc | 光スイツチ |
| JPS62119517A (ja) * | 1985-11-20 | 1987-05-30 | Fujitsu Ltd | 熱光学素子 |
| JPS62119504A (ja) * | 1985-11-20 | 1987-05-30 | Fujitsu Ltd | 光導波路デイバイス |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0938013A3 (en) * | 1998-02-18 | 1999-09-22 | Hewlett-Packard Company | Fabrication of a total internal reflection optical switch with vertical fluid fill-holes |
| US6055344A (en) * | 1998-02-18 | 2000-04-25 | Hewlett-Packard Company | Fabrication of a total internal reflection optical switch with vertical fluid fill-holes |
| CN115145058A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-10-04 | 安徽大学 | 一种基于相变材料的超紧凑直角弯曲波导调制器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2994807B2 (ja) | 1999-12-27 |
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|---|---|---|---|
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