(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに交差しないｍ本の光導波路及び互いに交差しないｎ本の光導波路が互いに交差する光導波路基板と、上記光導波路の各交差部に形成され、上記光導波路の光軸と所定の角度をなす壁面を有する光路切換用溝と、該光路切換用溝内に一定の量だけ注入され上記光導波路の屈折率に略等しい屈折率を有する屈折率整合液と、上記光路切換用溝の近傍に配置された発熱手段と、上記光導波路基板上に接合され上記光路切換用溝に注入された屈折率整合液を封止するための蓋とを備えた液体移動型光スイッチにおいて、上記光導波路基板に、上記光路切換用溝から所定距離だけ離れた位置に凹部を、その光路切換用溝を臨むように形成し、その凹部の底面に、該凹部の深さより薄い発熱手段を形成し、上記光導波路基板上に、上記光路切換用溝に注入された屈折率整合液を封止するための蓋を接合したことを特徴とする液体移動型光スイッチ。
【請求項２】
上記蓋の材質を多成分ガラスとし、上記光路切換用溝の周囲にＳｉを成膜し、上記蓋と上記光導波路基板とを接合する接合手段として陽極接合を用いた請求項１に記載の液体移動型光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信用の光スイッチに関し、特に熱毛細管力を利用した液体移動型光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、交差する光導波路の交差部に、光導波路と所定の角度をなす溝を形成し、光を反射或いは透過させる方法が提案されている（例えば、Ｂｉｓｔａｔａｂｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｂｕｂｂｌｅｓ，Ｏｐｔｉｃｓ  ｌｅｔｔｅｒｓ／Ｖｏｌ  １５，Ｎｏ  ２４／Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １５，１９９０  ）。
【０００３】
また、光導波路の交差部に形成された溝内の液体を、液体（屈折率整合液）の熱毛細管力によって移動させることにより、光を反射或いは透過させる「光スイッチ」が提案されている（特開平９−１３３９３２号公報）。
【０００４】
図３は従来の液体移動型光スイッチの透視図である。
【０００５】
同図に示すように光導波路基板２１には光導波路２４ｉと光導波路２４ｏとが同一光軸上に形成され、光導波路２３ｉと光導波路２３ｏとが同一光軸上に形成されている。これら二つの光軸は同一平面上で交差するように配置されている。管路２５は光軸の交点を通る壁面を有し、その壁面は管路の中に空気が存在する時に光導波路２３ｉを伝搬してきた光が管路壁面で全反射されて光導波路２４ｏに入射するような角度になっている。
【０００６】
管路２５の両端は光導波路２３ｉ、２３ｏ、２４ｉ、２４ｏと交差しない別の管路２６に接続されて環状管路を形成し、その環状管路の中に光導波路２３ｉ、２３ｏ、２４ｉ、２４ｏと略等しい屈折率を有する屈折率整合液２９と空気とが封入され、蓋２２によって気密封止されている。管路２５の近傍には二つのヒータ２７ａ、２７ｂが配置されており、これらのヒータ２７ａ、２７ｂのうちいずれか一方を発熱させることにより、屈折率整合液２９と気体との界面張力が変化し、毛細管現象の釣り合いが崩れることによって屈折率整合液２９を移動させるようになっている。
【０００７】
管路２５に封入された屈折率整合液２９が光軸の交点付近にある場合は、光導波路２３ｉを伝搬してきた光は屈折率整合液２９を透過して光導波路２３ｏに入射する。また、光軸付近に空気が存在する場合は、光導波路２３ｉを伝搬してきた光は管路壁面で全反射されて光導波路２４ｏに入射する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した光スイッチにおいては、ヒータと電気配線用薄膜の堆積、並びにヒータと電気配線用パターン加工、さらに絶縁膜堆積、並びにその表面研磨等、幾多のプロセスが必要であり、より簡便な構造が求められていた。
【０００９】
また、図３に示した光スイッチの蓋２２を光半導体基板２１に接合して管路２５、２６を気密封止するには、光導波路基板２１の蓋２２と接する面に１０ｎｍオーダーの平坦さが要求される。
【００１０】
しかしながら、ヒータ２７ａ、２７ｂと電気配線２８ａ、２８ｂ、２８ｃとは光導波路基板２１の表面に形成する必要があるため、それらの厚さによって生じる段差を解消し、なおかつ平坦さを確保するには、ヒータ２７ａ、２７ｂと電気配線２８ａ、２８ｂ、２８ｃとを形成した後、絶縁膜で覆い、さらにその表面を研磨しなければならない。
【００１１】
具体的には、ＳｉＯ２  等の絶縁膜は、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等で成膜した後、熱処理を行わないと応力が残存したり組織が緻密でなくなるため、機械的、化学的強度が低くなる。従来提案されている構造の光スイッチではヒータ２７ａ、２７ｂや電気配線２８ａ、２８ｂ、２８ｃの材料が熱の影響を免れないために十分な熱処理ができない。さらに、ヒータ２７ａ、２７ｂや電気配線２８ａ、２８ｂ、２８ｃの材料は、絶縁物と弾性率が異なるため、ヒータ２７ａ、２７ｂや電気配線２８ａ、２８ｂ、２８ｃが埋め込まれている部分とその他の部分とでは研磨の際に絶縁物が受ける加工歪みが異なる。その結果としてヒータ及び配線の縁に沿って研磨速度が局所的に速くなり凹みが生じる。
【００１２】
この凹みを研磨の条件だけで実用上十分なレベルに小さくするには加工歪みを極力小さくする必要があり、それはすなわち研磨速度の極端な低下をまねく等実用性に乏しいことが問題として残る。またこの研磨した絶縁膜表面の仕上がり具合が、液体の封入状態を支配し、結果的に光スイッチの動作の再現性、信頼性を左右していた。
【００１３】
以上のように、従来に提案された光スイッチ構造を実現するには、多くのプロセスが必要であり、かつ極めて高度なプロセスが必要であった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、信頼性に優れた液体移動型光スイッチを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の液体移動型光スイッチは、互いに交差しないｍ本の光導波路及び互いに交差しないｎ本の光導波路が互いに交差する光導波路基板と、上記光導波路の各交差部に形成され、上記光導波路の光軸と所定の角度をなす壁面を有する光路切換用溝と、該光路切換用溝内に一定の量だけ注入され上記光導波路の屈折率に略等しい屈折率を有する屈折率整合液と、上記光路切換用溝の近傍に配置された発熱手段と、上記光導波路基板上に接合され上記光路切換用溝に注入された屈折率整合液を封止するための蓋とを備えた液体移動型光スイッチにおいて、上記光導波路基板に、上記光路切換用溝から所定距離だけ離れた位置に凹部を、その光路切換用溝を臨むように形成し、その凹部の底面に、該凹部の深さより薄い発熱手段を形成し、上記光導波路基板上に、上記光路切換用溝に注入された屈折率整合液を封止するための蓋を接合したものである。
【００１６】
上記構成に加え本発明の液体移動型光スイッチは、蓋の材質を多成分ガラスとし、光路切換用溝の周囲にＳｉを成膜し、蓋と光導波路基板とを接合する接合手段として陽極接合を用いるのが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、発熱手段が導波路基板表面よりも低い位置に形成されているので、光導波路基板に蓋を接合する際に蓋表面が発熱手段には接触せず、光導波路基板表面に蓋が接合される。また発熱手段である凹部は光路切換用溝から所定の距離だけ離れた位置に形成されているので、光路切換用溝の周囲は完全に光導波路基板と蓋とで密閉される。その結果、光導波路基板の平坦化が必要なくなり、絶縁膜の成膜と研磨工程とを省略でき、製造上の利点が生じると共に信頼性が向上する。
【００１８】
また、光導波路基板の最上部をＳｉとすることで、多成分ガラスからなる蓋を陽極接合で光導波路基板に接合できるようになるが、特に光導波路が石英系である場合、Ｓｉと石英系材料とは接着性が非常によいため、蓋が発熱手段や絶縁膜を介して接合された場合に比べて信頼性が著しく向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本発明の液体移動型光スイッチの一実施の形態を示す部分透視図である。
【００２１】
１００は２本の光導波路（図示せず）が互いに交差する光導波路基板であり、光導波路の交差部に光路切換用溝１０１が形成されている。光路切換用溝１０１内には、光導波路と屈折率の等しい屈折率整合液が一定量だけ封入されている。光路切換用溝１０１から所定の距離だけ離れた位置に略コの字形状の凹部１０２と、略Ｖ字形状の凹部１０３とが共に光路切換用溝１０１を臨むように形成されている。両凹部１０２、１０３の底面の光路切換用溝１０１側には、凹部１０２、１０３の深さより薄いヒータ１０４、１０５がそれぞれ形成されている。凹部１０２、１０３の残りの底面にはヒータ１０４、１０５に接続され凹部１０２、１０３の深さより薄い電気配線１０６、１０７、１０８、１０９がそれぞれ形成されている。これらヒータ１０４、１０５と電気配線１０６、１０７、１０８、１０９とで発熱手段が構成されている。
【００２２】
光路切換用溝１０１、ヒータ１０４、１０５及び電気配線１０６、１０７、１０８、１０９の一部は、光導波路基板１００に接合された蓋１１０で覆われており、光導波路基板１００の蓋１１０の外側には四つの電気配線１０６、１０７、１０８、１０９が露出しており、外部回路に接続できるようになっている。
【００２３】
このような光スイッチにおいて、ヒータ１０４、１０５及び電気配線１０６、１０７、１０８、１０９はいずれも凹部１０２、１０３の中に形成されているので、光導波路基板１００と蓋１１０とを接合する際に障害になることはなく、光路切換用溝１０１の周囲は完全に光導波路基板１００と蓋１１０とで密閉される。その結果、光導波路基板１００の平坦化が必要なくなり、絶縁膜の成膜と研磨工程とを省略でき、製造上の利点が生じると共に信頼性が向上する。
【００２４】
また、光導波路基板１００の最上部をＳｉとすることで、多成分ガラスからなる蓋１１０を陽極接合で光導波路基板１００に接合できるようになるが、特に光導波路が石英系である場合、Ｓｉと石英系材料とは接着性が非常によいため、蓋１１０が発熱手段や絶縁膜を介して接合された場合に比べて信頼性が著しく向上する。
【００２５】
尚、ヒータ１０４、１０５と光路切換用溝１０１との間の距離は、ヒータ１０４、１０５の熱が光路切換用溝１０１に達することができ、かつ、光路切換用溝１０１を気密封止するのに十分な幅を確保できるように設計されているのが好ましい。
【００２６】
本実施の形態では２本の光導波路が交差する交差部に液体移動型光スイッチを形成した場合で説明したが、これに限定されず、互いに交差しないｍ（ｍ≧１）本の光導波路及び互いに交差しないｎ（ｎ≧１）本の光導波路が互いに交差する光導波路基板の各交差部に液体移動型光スイッチを形成してｍ×ｎマトリックス構造の光スイッチを構成してもよい。
【００２７】
図２（ａ）〜（ｆ）は図１に示した本発明の液体移動型光スイッチを製造するための製造工程図である。
【００２８】
Ｓｉ基板２００上に互いに交差するコア２０１を有するクラッド２０２を形成して光導波路とする（図２（ａ））。
【００２９】
クラッド２０２の表面にＳｉ膜２０３を成膜する（図２（ｂ））。
【００３０】
Ｓｉ膜２０３の上にフォトレジスト２０４をコートする（図２（ｃ））。
【００３１】
エッチングによりＳｉ膜２０３及びクラッド２０２のヒータが形成される位置に凹部１０２（１０３）を開ける（図２（ｄ））。
【００３２】
同フォトレジスト２０４をそのまま用いてヒータ用の導電膜１０４ａを成膜し、リフトオフ法でヒータ１０４（１０５）を凹部１０２（１０３）の中に形成する（図２（ｅ））。
【００３３】
他のフォトレジストを用いてエッチングにより、Ｓｉ膜２０３及びクラッド２０２に光路切換用溝１０１を形成する（図２（ｆ））。
【００３４】
以上のようにして得られた光導波路基板１００の光路切換用溝１０１内に屈折率整合液を注入した後、光路切換用溝１０１、ヒータ１０４（１０５）及び電気配線１０６〜１０９の一部を覆うように蓋（図示せず）を光導波路基板１００に接合することにより液体移動型光スイッチが得られる。
【００３５】
以上の製造工程では凹部１０２、１０３の形成と、リフトオフの際に同一のフォトレジスト２０４を使用するので、単にリフトオフでヒータ１０４（１０５）を形成する場合に比べて工程数はエッチング１回分しか増加しない。
【００３６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００３７】
光導波路基板に、光路切換用溝から所定距離だけ離れた位置に凹部を形成し、その凹部の底面に、その凹部の深さより薄い発熱手段を形成することで、蓋と接する光導波路基板の面の平坦化が必要がなくなる。また、その光導波路基板上に蓋を直接接合することで、光路切換用溝に注入された屈折率整合液を封止することができるため、信頼性に優れた液体移動型光スイッチを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体移動型光スイッチの一実施の形態を示す部分透視図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は図１に示した本発明の液体移動型光スイッチを製造するための製造工程図である。
【図３】従来の液体移動型光スイッチの透視図である。
【符号の説明】
１００  光導波路基板
１０１  光路切換用溝
１０２、１０３  凹部
１１０  蓋
【図１】
0003566878.tif 000002
【図２】
0003566878.tif 000003
【図３】
0003566878.tif 000004