JPH0915515A

JPH0915515A - 導波路型光スイッチ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0915515A
Application number: JP16267795A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sato; 佐藤　　誠; Hiroyuki Okubo; 博行大久保; Shigeru Kawamata; 繁川又
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; NTT Inc
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】導波路型光スイッチにあって、切り替え時の
自己保持性を高めることができるようにする。【構成】低屈折率のクラッドで覆われた２本のコア２
が基板１上に交差するように形成され、この交差部上に
コア２に斜行するようにして溝３が形成され、この溝３
内に減圧空間７が生じるようにして屈折率整合剤６を封
入した管５を挿入し、紫外線硬化樹脂を接着剤として挿
入固定する。屈折率整合剤６は減圧して封入され、この
屈折率整合剤６を加熱して移動させるために溝３の両端
近傍にヒータ８ａ，８ｂを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導波路型光スイッチに
係り、特に、２本の導波路の分岐部に溝を設け、屈折率
整合剤を封入した管を溝中に挿入し、溝中のコアを分断
する部分における屈折率整合剤の有無によって入射光を
透過、或いは全反射させる導波路型光スイッチ及びその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光加入者システム、光ＣＡＴＶ（ケーブ
ルテレビジョン）、光ＬＡＮ（ローカルエリアネッ
トワーク）等の開発が進められていくにつれて、低挿入
損失、高切替速度、高消光比、低クロストーク、波長無
依存性、偏波無依存性、小型、低消費電力、高信頼性等
の特性を持つ光スイッチのニーズが高まっている。

【０００３】図９は従来の導波路型光スイッチを示す平
面図であり、図１０は図９の光スイッチの断面図であ
る。基板２０の表面には下部クラッド層２１が形成さ
れ、この下部クラッド層２１の表面にはコア２２が所定
の形状に形成され、このコア２２上にクラッド２３が設
けられ、更に、クラッド２３上には絶縁層２４が設けら
れている。基板２０の中心部には、下部クラッド層２１
に到達する深さに溝２５が形成され、この溝２５の内面
は絶縁層２４で覆われている。また、溝２５の一部を取
り巻くようにして、クラッド２３の表面と絶縁層２４の
間にヒータ２６が形成されている。このヒータ２６に電
力を供給するために、絶縁層２４内には給電線２７ａ，
２７ｂが配線されている。

【０００４】また、外部からは、給電線２７ａ，２７ｂ
に対し直流電源２８が接続されている。更に、絶縁層２
４上には、溝２５を囲むようにして液体タンク２９が立
設され、内部には液体３０が満たされる。液体タンク２
９の内部空間は溝２５に連通しており、したがって、液
体３０は溝２５内にも侵入している。図９に示すよう
に、コア２２はＴ字状に形成されており、このコア２２
の直交する分岐部に略４５度の角度をもって溝２５が形
成されている。この溝２５の中にコア２２の屈折率にほ
ぼ等しい屈折率をもつ液体３０を充填しておき、この状
態でヒータ２６に直流電源２８から通電を行うことによ
り、溝２５の近傍のみが加熱される。この加熱により、
溝２５内の液体３０が気化する。

【０００５】この結果、コア２２内を矢印ｘ−１方向か
らｙ−１方向へ伝搬していた光は、溝２５の内面で反射
し、直交するコア導波路へ曲げられ、矢印ｙ−２方向へ
伝搬する。一方、ヒータ２６に対する通電を停止するこ
とにより、伝熱によって溝２５の周辺は冷却され、気化
した液体３０は直ちに凝結し、液体に戻ることから光は
再び矢印ｙ−１方向へ直進する。以上のように、溝２５
内への液体３０の注入及び除去動作がヒータ２６のオン
／オフに伴う液体の蒸発／凝縮によって行うことで、高
速にスイッチング動作を行わせることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
技術にあっては、本体部の上部に液体タンク２９を設け
て液体３０を溜めているため、溝２５内の液体を気化さ
せても、タンク内から液体が流下し、自己保持性を達成
することが困難であった。更に、液体タンク２９の空間
を減圧封止することが難しいため、圧力１atm の空気が
存在することになり、溝２５内の液体を蒸発・気化させ
るためのヒータ２６の印加電圧を高くする必要があっ
た。

【０００７】本発明の目的は、自己保持性を高めること
のできる導波路型光スイッチを提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、製造プロセスの簡略化及び低
挿入損失化を図ることのできる導波路型光スイッチの製
造方法を提供提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、入射側導波路に複数の出射側導波路
が分岐部を介して接続され、この分岐部上に前記入射側
導波路に斜行するように溝が形成され、この溝内に屈折
率整合剤を位置させ、その位置状態に応じて前記出射側
導波路のいずれかへ光の導波方向を切り替える導波路型
光スイッチにおいて、前記屈折率整合剤を封入して前記
溝内に配置された管体と、前記管体内の屈折率整合剤を
前記管体の長手方向に移動させて前記光の導波方向の切
り替えを行う駆動手段とを設ける構成にしている。

【０００９】前記駆動手段はヒータであり、このヒータ
を前記溝の両端に配設する構成にすることができる。ま
た、前記駆動手段は多段構成のヒータであり、この端部
から順次給電を行うようにすることができる。更に、前
記管体は平板状に加工され、その側面が入射光に対して
反射面として機能する構成にすることができる。

【００１０】また、上記の他の目的は、入射側導波路に
複数の出射側導波路が分岐部を介して接続され、この分
岐部上に前記入射側導波路に斜行するように溝が形成さ
れ、この溝内に屈折率整合剤を位置させ、その位置状態
に応じて前記出射側導波路のいずれかへ光の導波方向を
切り替える導波路型光スイッチの製造方法において、ガ
ラス管を加熱処理して平板状の中空構造に加工し、その
内部に空間が生じるようにして屈折率整合剤を封入、両
端を封止して前記管体を製作し、この管体を紫外線硬化
樹脂を塗布した前記溝内に挿入し、ついで紫外線を照射
する方法によって達成される。

【００１１】

【作用】上記した手段によれば、管体内に封入した屈折
率整合剤は、この屈折率整合剤の移動により溝内の光学
的屈折率が変化し、屈折率整合剤の移動状況に応じて光
が溝を透過又は溝で反射して光の導波方向が切り替わる
ため、出射側導波路のいずれかと入射側導波路とが選択
的にかつ、光学的に連通させられ、導波路型光スイッチ
が形成される。また、管と屈折率整合剤との間には屈折
率整合剤の界面張力が存在しているので、駆動手段を連
続駆動することなく屈折率整合剤の移動状態が保持され
る。この結果、自己保持性を高めることができる。

【００１２】ヒータを備えた駆動手段は、管体の外部か
ら管内の屈折率整合剤を加熱し、その際に生じる気泡に
よって屈折率整合剤を空間が形成されている側へ移動さ
せる。これにより、スイッチ部材として機能する屈折率
整合剤を容易に移動させることができる。同様に駆動手
段にヒータを使用し、これを多段構成にすれば、その端
部側から順番に給電を行うような駆動が可能になり、屈
折率整合剤の移動をゆっくりと行わせるような制御が可
能になる。

【００１３】更に、平板状に加工された管体は、溝に対
する挿入、位置決め、及び固定作業が容易になり、ま
た、反射面を形成し易くなる。また、スイッチ部材とし
て機能する屈折率整合剤が封入された管体の製造に際
し、円筒状のガラス管を平板状の中空構造に加工し、そ
の内部に空間が生じるようにして屈折率整合剤を封入
し、両端を封止して製作した管体は、作業性及び組立性
を向上させ、また、この管体を紫外線硬化樹脂を塗布し
た前記溝内に挿入し、ついで紫外線を照射することによ
り、管体の位置決めが完了時間を気にすることなく行
え、製品歩留りの向上に寄与する。また、製造プロセス
の簡略化及び低挿入損失化を図ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明による導波路型光スイッチの一実施
例を示す平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図
である。基板１上には、コア２が交差角α（９０°≦α
≦１８０°であるが、本実施例ではα＝９０°）で交差
するように形成されている。このＴ字形のコア２この分
岐部上には、溝３が斜めに横切るようにして設けられて
いる。この溝３は、矢印ｘ−１方向から伝搬して来る光
に対して、略｛（１８０−α）／２｝度の角度を有する
ように設定される。更に、溝３内には、屈折率整合剤６
を適量注入（減圧空間７が形成される量）して減圧封入
した管５が固定されている。この管５は、中空の長板形
を成し、周辺部は半円形断面に加工されている。更に、
溝３の両端部にはヒータ８ａ，８ｂが分けて配設されて
いる。また、ヒータ８ａ，８ｂに電力供給を行うため
に、給電線９ａ，９ｂが絶縁層内に設けられている。

【００１５】以上の構成において、そのスイッチング動
作を図３を用いて説明する。図３における（ａ）図は入
射光が反射する場合の動作状態を示し、（ｂ）図は入射
光が透過する場合の動作状態を示している。まず、コア
２に近い側のヒータ８ａに通電を行うと、コア２を分断
する部分で、図３の（ａ）に示すように屈折率整合剤６
が無の状態が形成される。管５と減圧空間７との間に大
きな屈折率差を生じさせてｘ−１方向から入射してきた
入射光をｙ−２方向へ全反射させ、（ａ）図に示すよう
な反射状態にする。一方、（ｂ）に示すような透過状態
は、コア２から遠いヒータ８ｂに給電することにより、
分岐部のコア２を分断する部分で屈折率整合剤６の有り
の状態を作り、透過光路に管５と屈折率の等しい屈折率
整合剤６を存在させて、ｘ−１方向から入射してきた入
射光をｙ−１方向へ透過させることにより達成する。

【００１６】次に、屈折率整合剤６として屈折率整合液
体（以下、整合液という）を用いた場合について、コア
２と重なる部分に対する整合液の形成状態について説明
する。図３の（ａ）のように、整合液がコア２から遠い
側にあるとき、ヒータ８ｂに給電を行うと、管５のヒー
タ８ｂの近接部から気泡が発生し、更に、給電状態を維
持すると、この気泡の膨張圧力により整合液がコア２側
へ移動し、図３の（ｂ）のように整合液が管５のコア側
へ達する。

【００１７】整合液がコア２側に到達すると、ヒータ８
ｂに給電を行わなくとも、管５と整合液との間の界面張
力によって、整合液がコア２側に有る状態を維持するこ
とができる。一方、図３の（ｂ）のように、整合液がコ
ア２に近い側にあるとき、ヒータ８ａに給電することに
より、同じ様に管５のヒータの近傍部から気泡を発生さ
せ、整合液はヒータ８ｂの方向へ移動し、（ａ）図に示
す状態になる。

【００１８】〔実施例〕次に、実施例の具体例について
説明する。基板１の材料には、シリコン（Ｓｉ）或いは
ＳｉＯ₂（けい石）を用いる。更に、クラッド１０に
は、ＳｉＯ₂或いはＳｉＯ₂にＰ（燐）及びＢ（ホウ
素）等の添加物を少なくとも一種を含んだものを用いる
ことができ、その厚みは数十μｍ程度にする。また、コ
ア２には、ＳｉＯ₂或いはＳｉＯ₂にＴｉ（チタン）を
含んだものを用い、厚み及び幅は１０μｍ以下にする。
更に、管５の外径は１ｍｍ、長さを数ｍｍにしている。
このほか、屈折率整合剤６は、コア２の屈折率ｎａに略
等しい屈折率の液体であることが望ましく、シクロヘキ
サノール（ｎ；１．４６５６、沸点；１６１．１℃）等
が用いられる。また、接着剤４としては、コア２の屈折
率ｎａに略等しい屈折率を有することが望ましい。

【００１９】次に、上記した各部材の夫々の製造方法に
ついて説明する。まず、基板１上にコア膜を電子ビーム
蒸着法或いはプラズマＣＶＤ（化学蒸着：Chemical Vap
or Deposition)法により成膜し、コア膜上にＷＳｉ金属
膜をスパッタリング法により成膜する。次に、ＷＳｉ金
属膜上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによ
ってパターニングした後、ＷＳｉ金属膜をマスクにして
コア膜をドライエッチング法によってパターニングす
る。

【００２０】また、クラッド１０は火炎堆積法、プラズ
マＣＶＤ法などの成膜技術でパターニングされたコア２
上に成膜される。更に、溝３は火炎堆積後の基板上にＷ
Ｓｉ金属膜を成膜し、フォトリソグラフィーによりパタ
ーニングした後、ＷＳｉ金属膜をマスクにしてドライエ
ッチング法によりパターニングして形成する。次に、各
構成部の組立て方法について説明する。

【００２１】図４は減圧封止された管の側面を曲面状か
ら平板状に変形させる方法を示した説明図であり、図５
は管としてガラス管（管体）を用い、このガラス管内に
整合液を封入した後、ガラス管の片端を溶融して減圧封
止する方法の説明図である。また、図６は図５の工程の
後に得られるガラス管の構造を示す斜視図である。ま
ず、減圧封止された管（直円状）５ａの側面にガラスの
軟化点以上に加熱された治具１４を図４の（ａ）の様に
当て、そのまま押し付ければ、（ｂ）の様に管５ａが平
板状の管体５ｂに加工される。ガラス管の屈折率は、コ
ア２と等しい必要がある。したがって、ＳｉＯ₂を主成
分とするガラス、フッ素樹脂等が適している。次に、先
端の径を数１０μｍ／数１００μｍとしたガラスキャピ
ラリを用い、ガラス管５に屈折率整合剤６の適量を注入
し、一端を溶融して栓をした後、図５に示す様に他端に
ホース１１を介して減圧ポンプ１２により１０³Ｐａ以
下まで減圧し、ガスバーナ１３で溶融して減圧封止す
る。このようにして得られたガラス管が図６である。

【００２２】ついで、図４〜図６の工程を経て得られた
ガラス管に対し、図７の（ａ）に示すように、紫外線硬
化樹脂（コア２に略等しい屈折率を有することが望まし
い）の入った溝内に挿入する。そして、ガラス管５内の
屈折率整合剤６を図３（ａ）の状態とし、ｘ−１方向か
らコア２内に入射光を導入してｙ−２方向で反射光の強
度を観測しながら反射光の強度が最大になるようにガラ
ス管５の位置調整をした後、溝部に紫外線１５を照射
し、図７の（ｂ）の様に紫外線硬化樹脂を硬化させる
（ガラス管５の位置調整を伴うため、接着剤は時間経過
で一義的に固化するものは不適当であり、紫外線照射に
よって固化が始まる紫外線硬化樹脂が適している）。な
お、ｘ−１方向からコア２内に入射光を導入してｙ−２
方向で反射光の強度を観測しながらガラス管の位置調整
をするに際しては、反射光の強度が最大になるように調
整を行うが、その際の挿入損失は、１．０ｄＢ以下が望
ましい。

【００２３】なお、上記実施例においては、ヒータを溝
３の両側の２ケ所に設けるものとしたが、このほか、ヒ
ータを多段に設け、端部側から順次給電を行う制御を行
う構成にすることもできる。このような構成により、段
階的に屈折率整合剤を管内の他端側へ移動させることが
でき、スイッチング動作を緩やかに行うことが可能にな
る。

【００２４】ところで、上記実施例は、１入力、２出
力、所謂１×２型光スイッチの例を説明したが、本発明
は上記実施例に限定されるものではなく、例えば、ｎ×
ｍ型光スイッチ（ｎ≧１、ｍ≧２）に対しても適用可能
である。図８は４×８（ｎ＝４、ｍ＝８）型の光スイッ
チの例を示す斜視図である（但し、図８ではヒータ、給
電線については図示を省略している）。

【００２５】図８において、Ａ１〜Ａ４はコア導波路１
６ａ〜１６ｄへ光を入射する入射光ファイバ１７を示
し、Ｂ１〜Ｂ４はコア導波路１６ａ〜１６ｄから透過し
てきた光を受ける透過側光ファイバ１８である。また、
Ｃ１〜Ｃ４はコア導波路１６ａ〜１６ｄから反射してき
た光を受ける反射側光ファイバ１９である。本発明は上
記した構成に限定されるものではなく、例えば、基板１
には上記したＳｉ或いはＳｉＯ₂のほか、ＳｉＯ₂にＧ
ｅ、Ｔｉ、Ｐ、Ｂ、Ａｌ、Ｆ、Ｚｎ等の添加物を少なく
とも一種類を含んだものを用いることができる。また、
クラッド１０には、ＳｉＯ₂にＰ、Ｂ等の添加物を含ん
だものだけでなく、ＳｉＯ₂にＦ、Ｇｅ等の添加物を少
なくとも一種類を含んだものを用いることができる。更
に、コア２には、ＳｉＯ₂或いはＳｉＯ₂にＴｉを含ん
だものだけでなく、ＳｉＯ₂にＧｅ、Ｐ、Ａｌ、Ｂ、
Ｆ、Ｚｎ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｔｍ、Ｎａ等の添
加物を少なくとも一種類を含んだものを用いることがで
きる。なお、クラッド１０の厚みは数μｍ〜十数μｍの
範囲から選ぶこともできる。また、溝３の寸法は、ガラ
ス管の外径、長さに合わせて夫々数十μｍ〜数ｍｍ、数
百μｍ〜数十ｍｍの範囲から選ぶこともできる。

【００２６】また、上記実施例においては、屈折率整合
剤６（整合液）を加熱することにより移動させるものと
したが、本発明は加熱に限定されるものではなく、他の
手段、例えば、電界、磁界、光照射等により移動させる
ことも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、屈折率整
合剤を減圧して或いは大気圧で封入した状態で前記溝内
に挿入される管体と、前記管体を前記溝に固定する固着
手段と、前記管内の屈折率整合剤を前記管体の長手方向
に移動させる駆動手段とを備えた構成にしたので、自己
保持性を高めることができる。

【００２８】また、本発明は、スイッチ部材として機能
する屈折率整合剤入りの管体を、ガラス管を加熱処理し
て平板状の中空構造に加工し、その内部に空間が生じる
ようにして屈折率整合剤を封入した後、両端を封止して
前記管体を製作し、この管体を紫外線硬化樹脂を塗布し
た前記溝内に挿入し、ついで紫外線を照射することによ
り製造するようにしたので、製品歩留りの向上に寄与で
き、また、製造プロセスの簡略化及び低挿入損失化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による導波路型光スイッチの一実施例を
示す平面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図３】図１、図２の実施例のスイッチング動作を示す
説明図であり、（ａ）は入射光をｙ−２方向へ切り替え
る例を示し、（ｂ）はｙ−１方向へ透過させる例を示し
ている。

【図４】減圧封止された管の側面を曲面状から平板状に
変形させる方法を示した説明図である。

【図５】管としてガラス管（管体）を用い、このガラス
管内に整合液を封入した後、ガラス管の片端を溶融して
減圧封止する方法の説明図である。

【図６】図５の工程の後に得られるガラス管の構造を示
す斜視図である。

【図７】本発明に係る管体の溝への固定方法を説明する
説明図であり、（ａ）は紫外線硬化樹脂の入った溝内に
管体を挿入する工程を示し、（ｂ）は挿入後の管体を紫
外線硬化樹脂で硬化する工程を示している。

【図８】本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図９】従来の導波路型光スイッチを示す平面図であ
る。

【図１０】図９の光スイッチの断面図である。

【符号の説明】

１基板２コア３溝５管６屈折率整合剤７減圧空間８ａ，８ｂヒータ９ａ，９ｂ給電線１０クラッド１２減圧ポンプ１３ガスバーナ１６ａ〜１６ｄコア導波路１７入射光ファイバ１８透過側光ファイバ１９反射側光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川又繁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

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射側導波路に複数の出射側導波路が分
岐部を介して接続され、この分岐部上に前記入射側導波
路に斜行するように溝が形成され、この溝内に屈折率整
合剤を位置させ、その位置状態に応じて前記出射側導波
路のいずれかへ光の導波方向を切り替える導波路型光ス
イッチにおいて、前記屈折率整合剤を封入して前記溝内に配置された管体
と、前記管体内の屈折率整合剤を前記管体の長手方向に移動
させて前記光の導波方向の切り替えを行う駆動手段とを
具備することを特徴とする導波路型光スイッチ。
【請求項２】前記駆動手段はヒータであり、このヒー
タを前記溝の両端に配設することを特徴とする請求項１
記載の導波路型光スイッチ。
【請求項３】前記駆動手段は多段構成のヒータであ
り、この端部から順次給電を行うことを特徴とする請求
項１記載の導波路型光スイッチ。
【請求項４】前記管体は平板状に加工され、その側面
が入射光に対して反射面として機能することを特徴とす
る請求項１記載の導波路型光スイッチ。
【請求項５】入射側導波路に複数の出射側導波路が分
岐部を介して接続され、この分岐部上に前記入射側導波
路に斜行するように溝が形成され、この溝内に屈折率整
合剤を位置させ、その位置状態に応じて前記出射側導波
路のいずれかへ光の導波方向を切り替える導波路型光ス
イッチの製造方法において、ガラス管を加熱処理して平板状の中空構造に加工し、そ
の内部に空間が生じるようにして屈折率整合剤を封入、
両端を封止して前記管体を製作し、この管体を紫外線硬
化樹脂を塗布した前記溝内に挿入し、ついで紫外線を照
射することを特徴とする導波路型光スイッチの製造方
法。